WO2014068918A1 - 車両用電源装置 - Google Patents

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vehicle
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坂田　英樹
大隅　信幸
中島　薫
昭伸 常定
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle power supply device to be mounted on a vehicle.
  • lead-acid batteries Electric power is supplied from the lead storage battery to the starter motor and various electrical components.
  • lead acid batteries are inexpensive, they have a characteristic that their cycle life is short compared to nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries. In vehicles having an idling stop function, the number of times of charging / discharging increases, so the life of the lead-acid battery is particularly short.
  • the above-described switch may be turned off at a normal time due to a defect in wiring for transmitting the control signal. There may be a case where the malfunction of the switch cannot be recognized from the controller outputting the control signal.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for accurately detecting a malfunction of a switch inserted between power storage units connected in parallel to be mounted on a vehicle.
  • the in-vehicle power supply device is mounted on a vehicle having an idling stop function and a deceleration energy regeneration function.
  • the idling stop function is a function that automatically stops the engine when the vehicle stops and restarts the engine automatically when starting.
  • the deceleration energy regeneration function is a function that generates power intensively at the time of deceleration when the engine is rotating due to inertia regardless of fuel. That is, during normal driving, the operation of the alternator is suppressed as much as possible to reduce the engine load. Both functions have the effect of improving fuel consumption.
  • the number of engine starts increases in vehicles equipped with an idling stop function.
  • the engine is usually started by a starter motor driven by battery voltage. Therefore, as the number of engine starts increases, the power consumption of the battery increases and the number of discharges increases.
  • a vehicle equipped with a deceleration energy regeneration function is intensively activated during deceleration, a battery capable of efficient charging with a large capacity is required.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an in-vehicle power supply device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • an alternator 200 In a vehicle on which the in-vehicle power supply device 100 is mounted, an alternator 200, a starter 300, an electrical component 400, and an ECU (Electronic Control Unit) 500 are mounted as members related to the in-vehicle power supply device 100.
  • an alternator 200 In a vehicle on which the in-vehicle power supply device 100 is mounted, an alternator 200, a starter 300, an electrical component 400, and an ECU (Electronic Control Unit) 500 are mounted as members related to the in-vehicle power supply device 100.
  • an alternator 200 In a vehicle on which the in-vehicle power supply device 100 is mounted, an alternator 200, a starter 300, an electrical component 400, and an ECU (Electronic Control Unit) 500 are mounted as members related to the in-vehicle power supply device 100.
  • an alternator 200 In a vehicle on which
  • the alternator 200 generates power by the rotational energy of the crankshaft of the engine (not shown). In the present embodiment, power is generated mainly during deceleration. The alternator 200 supplies the generated power to the in-vehicle power supply device 100.
  • the starter 300 is an engine starting motor.
  • the starter 300 is rotated by the electric power supplied from the in-vehicle power supply device 100 and starts the engine.
  • an ignition switch (not shown) is turned on by the driver's operation, power is supplied from the in-vehicle power supply device 100 to the starter 300, and the starter 300 is started.
  • the electrical component 400 is a generic name indicating various electric loads mounted in a vehicle such as a headlight, a power steering, an oil pump, a car navigation system, and an audio.
  • a vehicle such as a headlight, a power steering, an oil pump, a car navigation system, and an audio.
  • the alternator 200, the starter 300, and the ECU 500 are drawn separately from the electrical component 400.
  • the electrical component 400 is driven by electric power supplied from the in-vehicle power supply device 100.
  • ECU 500 is connected to various auxiliary devices, sensors, and switches mounted in the vehicle, and electronically controls the engine and various auxiliary devices.
  • ECU 500 stops the engine when it detects stop of the vehicle or deceleration to a set speed or less based on a signal input from a brake, a vehicle speed sensor or the like. Further, ECU 500 restarts the engine when it detects that the brake is released. At that time, control is performed so that electric power is supplied from the in-vehicle power supply device 100 to the starter 300, and the starter 300 is operated.
  • the ECU 500 When executing the deceleration energy regeneration function, the ECU 500 basically stops the alternator 200 during normal driving. ECU 500 activates alternator 200 when it detects deceleration of the vehicle based on signals input from a brake, a vehicle speed sensor or the like. When the capacity of the battery in in-vehicle power supply device 100 is lower than the set lower limit capacity, ECU 500 operates alternator 200 even during normal travel.
  • a lead storage battery is used for the first storage battery 10 and a nickel hydride storage battery is used for the second storage battery 20.
  • Lead storage batteries are relatively inexpensive, can operate in a relatively wide temperature range, and have advantages such as high output, and are widely used as storage batteries for vehicles.
  • disadvantages such as low charge / discharge energy efficiency, weakness against overdischarge, and short cycle life.
  • Nickel metal hydride storage batteries have advantages such as relatively high charge / discharge energy efficiency, resistance to overcharge and overdischarge, a wide use temperature range, a wide SOC (State (Of Charge) range, and a relatively long cycle life.
  • SOC State
  • there are disadvantages such as a large self-discharge, a memory effect, low voltage, and higher cost than a lead-acid battery.
  • the first switch S1 is provided for voltage compensation so that the voltage of the path P1 does not drop below a predetermined voltage when the engine is cranked and restarted from the idling stop state.
  • the above-described path P1 is designed to be 12V.
  • Some electrical components 400 are reset when the voltage drops to about 10 V, such as a car navigation system.
  • the starter 300 is operated, the potential of the charge / discharge terminal of the second storage battery 20 is stabilized by turning off the first switch S1, and a stable voltage can be continuously supplied to the electrical component 400.
  • the diode D1 is provided in parallel with the first switch S1.
  • the diode D1 is connected such that the cathode side is the second storage battery 20 side and the anode side is the first storage battery 10 side.
  • Current flows from the alternator 200, the starter 300, and the first storage battery 10 side to the second storage battery 20 and the electrical component 400 side via the diode D1 in the state where the first switch S1 is off. It will not flow.
  • the second storage battery control unit 40 manages and controls the second storage battery 20.
  • the 2nd storage battery control part 40 is demonstrated more concretely.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the second storage battery control unit 40 of FIG. 1.
  • the second storage battery control unit 40 includes a key input detection circuit 41, a high side switch 42, a constant voltage generation circuit 43, a battery state detection circuit 44, a communication interface 45, a CPU 46, a memory 47, and a switch control circuit 48.
  • the constant voltage generation circuit 43 generates a power supply voltage for the CPU 46 and the switch control circuit 48.
  • the 12V voltage of the path P1 is stepped down to a voltage of about 3 to 5V.
  • a three-terminal regulator can be used for the constant voltage generation circuit 43.
  • the battery state detection circuit 44 acquires the voltage, current, and temperature of the second storage battery 20.
  • the second storage battery 20 is provided with a shunt resistor (not shown), and the current flowing through the second storage battery 20 can be detected by monitoring the voltage across the shunt resistor.
  • the second storage battery 20 is provided with a thermistor (not shown), and the temperature of the second storage battery 20 can be detected.
  • the battery state detection circuit 44 notifies the CPU 46 of the voltage, current, and temperature of the second storage battery 20.
  • the communication interface 45 is an interface for communicating with the second storage battery control unit 40 and other control circuits (first storage battery control unit 30 and ECU 500 in the present embodiment).
  • the communication interface 45 transmits information received from the outside to the CPU 46 and transmits information output from the CPU 46 to the outside.
  • the communication interface 45 transmits the abnormality detection of the second storage battery 20 or the second storage battery control unit 40 to the ECU 500.
  • the state information for example, voltage, current, temperature
  • the state information of the second storage battery 20 is transmitted to the ECU 500.
  • on / off information of the first switch S1 is transmitted to the ECU 500.
  • a power generation request by the alternator 200 is transmitted to the ECU 500.
  • the switch control circuit 48 switches the first switch S1 on / off in accordance with an instruction from the CPU 46.
  • the first switch S1 is a relay
  • the energization / non-energization of the relay coil is controlled.
  • the first switch S1 is a semiconductor switching element
  • the gate voltage is controlled.
  • the first switch S1 is a relay, an open failure may occur. Even when the first switch S1 is a semiconductor switching element, current may not flow even when a specified gate voltage is applied due to malfunction. Further, the control of the first switch S1 by the CPU 46 may be disabled due to a failure of the switch control circuit 48, a disconnection between the switch control circuit 48 and the first switch S1, or the like.
  • the power supply to the electrical component 400 is maintained because the second storage battery 20 is connected to the path P1. Even if the first switch S1 breaks down, the electrical component 400 or the second storage battery 20 does not immediately have a malfunction, and therefore the failure detection of the first switch S1 may be delayed. If the failure is left unattended, the second storage battery 20 is likely to be overdischarged. Moreover, the efficiency of the electric power supplied from the alternator 200 or the first storage battery 10 to the electrical component 400 is lowered by the forward voltage drop Vf of the diode D1.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a failure determination process of the first switch S1 by the second storage battery control unit 40 according to the embodiment. This failure determination process is based on the premise that a signal for controlling the first switch S1 to be turned on is being supplied from the second storage battery control unit 40 to the first switch S1.
  • the second storage battery control unit 40 acquires the voltage V1 of the first storage battery 10 from the first storage battery control unit 30 (S10). Moreover, the voltage V2 of the 2nd storage battery 20 is acquired. The second storage battery control unit 40 compares the differential voltage (V1-V2) with the forward drop voltage Vf of the diode D1 (S14). Since the on-resistance of the first switch S1 is negligible, when the first switch S1 is in the on state, the differential voltage (V1-V2) is substantially zero. On the other hand, when the first switch S1 is in the OFF state, the differential voltage (V1-V2) substantially matches the forward drop voltage Vf.
  • step S14 when the differential voltage (V1-V2) and the forward voltage drop Vf substantially match (Y in S14), the second storage battery control unit 40 determines that the first switch S1 is normal (S16). When the differential voltage (V1-V2) and the forward voltage drop Vf do not substantially match (N in S14), the second storage battery control unit 40 determines that the first switch S1 or its control system is abnormal (S18), The abnormality is notified to ECU 500 (S20). Upon receiving the notification, ECU 500 performs stop control of alternator 200, alert notification to the driver, and the like.
  • the failure determination process described above is basically executed when the second storage battery control unit 40 is activated. In addition, even after starting of the 2nd storage battery control part 40, you may perform regularly.
  • the voltage of the first storage battery 10 was used as the terminal voltage on the anode side of the diode D1.
  • the set output voltage value of the alternator 200 may be used, and when the DC-DC converter is provided at the subsequent stage of the alternator 200, the set output voltage value of the DC-DC converter may be used as it is.
  • the failure of the first switch S1 inserted between the first storage battery 10 and the second storage battery 20 connected in parallel is detected by the diode D1 connected in parallel to the first switch S1.
  • This can be accurately detected by using the forward voltage drop Vf. That is, the first switch S1 is turned on by comparing the difference between the voltage of the first storage battery 10 on the anode side of the diode D1 and the voltage of the second storage battery 20 on the cathode side and the forward drop voltage Vf of the diode D1. It is possible to accurately detect whether it is in the off state.
  • the voltage detection circuit of the 1st storage battery 10 and the 2nd storage battery 20 can be diverted, it is not necessary to newly provide another voltage detection line. Therefore, the failure determination of the first switch S1 can be performed without increasing the cost.
  • the second switch S2 is provided to prevent overcharge and overdischarge of the second storage battery 20. Moreover, it has the effect
  • a nickel metal hydride storage battery or a lithium ion storage battery has a lower internal resistance than a lead storage battery and a current easily flows, and thus is easily overcharged or overdischarged.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a failure determination process of the first switch S1 by the second storage battery control unit 40 according to the modification.
  • the flowchart of FIG. 5 is obtained by adding the process of step S19 to the flowchart of FIG. In this failure determination process, it is assumed that a signal for controlling the first switch S1 to be turned on is supplied from the second storage battery control unit 40 to the first switch S1, and that the second switch S2 is in the on state. .
  • the second storage battery control unit 40 determines that there is an abnormality in the first switch S1 or its control system (S18), in the modified example, the second switch S2 is controlled to be turned off (S19), and the abnormality is notified to the ECU 500 ( S20). Upon receiving the notification, ECU 500 performs stop control of alternator 200, alert notification to the driver, and the like. According to the modification, by turning off the second switch S2, it is possible to suppress the second storage battery 20 from being overdischarged before the first switch S1 is replaced or repaired.
  • a fuse may be inserted between the path P1 and the second storage battery 20 described above.
  • the second storage battery 20 can be protected from a large current.

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Abstract

　車両に搭載されるべき並列接続された蓄電部間に挿入されるスイッチの不具合を的確に検出する。第１蓄電部は、車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品(４００)に給電するためのものである。第２蓄電部は、第１蓄電部と並列に接続され、発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品(４００)に給電するためのものである。第１スイッチ(Ｓ１)は、第１蓄電部と第２蓄電部との間の経路に挿入される。ダイオード(Ｄ１)は、第１スイッチ(Ｓ１)と並列に、カソード側が第２蓄電部側になるよう接続される。制御部は、第１蓄電部の電圧、および第２蓄電部の電圧を監視し、それらの差分電圧と、ダイオード(Ｄ１)の順方向降下電圧を比較して、第１スイッチ(Ｓ１)の異常を検出する。

Description

車両用電源装置
　本発明は、車両に搭載されるべき車両用電源装置に関する。
　現在、多くの車両には鉛蓄電池が搭載されている。この鉛蓄電池から、スタータモータや各種の電装品に電力が供給されている。鉛蓄電池は安価であるが、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池と比較し、サイクル寿命が短いという特性がある。アイドリングストップ機能を有した車両では充放電回数が多くなるため、鉛蓄電池の寿命は特に短くなる。
　そこで鉛蓄電池と並列に、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池を接続する手法が提案されている。この並列回路において鉛蓄電池と、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池との間にスイッチを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このスイッチは主に、鉛蓄電池からスタータモータに給電する際にオフされて、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池から電装品に供給される電圧を安定化させるために使用される。従って通常時は原則、当該スイッチはオンされている。
特開２０１１－１７６９５８号公報
　しかしながら通常時にて上述のスイッチが、その制御信号を伝達するための配線の不具合などにより、オフされてしまうことが発生し得る。当該スイッチの不具合が、その制御信号を出力しているコントローラから認識できない場合が発生し得る。
　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、車両に搭載されるべき並列接続された蓄電部間に挿入されるスイッチの不具合を的確に検出する技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用電源装置は、車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品に給電するための第１蓄電部と、前記第１蓄電部と並列に接続され、前記発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品に給電するための第２蓄電部と、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間の経路に挿入されるスイッチと、前記スイッチと並列に、カソード側が前記第２蓄電部側になるよう接続されるダイオードと、前記スイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記第１蓄電部の電圧、および前記第２蓄電部の電圧を監視し、それらの差分電圧と、前記ダイオードの順方向降下電圧を比較して、前記スイッチの異常を検出する。
　本発明によれば、車両に搭載されるべき並列接続された蓄電部間に挿入されるスイッチの不具合を的確に検出できる。
本発明の実施の形態に係る車載用電源装置を説明するための図である。 図１の第２蓄電池制御部を説明するための図である。 実施の形態に係る第２蓄電池制御部による第１スイッチの故障判定処理を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る車載用電源装置を説明するための図である。 変形例に係る第２蓄電池制御部による第１スイッチの故障判定処理を説明するためのフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態に係る車載用電源装置について説明する。以下の説明では当該車載用電源装置が、アイドリングストップ機能および減速エネルギー回生機能を有する車両に搭載されることを想定する。
　アイドリングストップ機能は、車両停止時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを再始動させる機能である。減速エネルギー回生機能は、燃料によらず慣性によりエンジンが回転している減速時に集中的に発電する機能である。即ち通常走行中はオルタネータの作動をできるだけ抑制させてエンジンの負荷を下げる。いずれの機能も燃費を向上させる効果がある。
　アイドリングストップ機能が搭載された車両ではエンジンの始動回数が多くなる。エンジンは通常、バッテリ電圧で駆動されるスタータモータにより始動される。従ってエンジンの始動回数が多くなるとバッテリの消費電力が大きくなり、放電回数が多くなる。また減速エネルギー回生機能が搭載された車両では、減速時に集中的に発動されるため、大容量で効率的な充電が可能なバッテリが求められる。
　図１は、本発明の実施の形態に係る車載用電源装置１００を説明するための図である。当該車載用電源装置１００が搭載される車両には、車載用電源装置１００に関連する部材として、オルタネータ２００、スタータ３００、電装品４００、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００が搭載される。
　オルタネータ２００は、図示しないエンジンのクランク軸の回転エネルギーにより発電する。本実施の形態では主に減速中に発電する。オルタネータ２００は、発電した電力を車載用電源装置１００に供給する。
　スタータ３００はエンジン始動用モータである。スタータ３００は車載用電源装置１００から供給される電力により回転し、エンジンを始動させる。運転者の操作により図示しないイグニッションスイッチがオンされると、車載用電源装置１００からスタータ３００に電力が供給され、スタータ３００が始動する。
　電装品４００は、ヘッドライト、パワーステアリング、オイルポンプ、カーナビゲーションシステム、オーディオなどの車両内に搭載される各種電気負荷を示す総称である。なお本明細書では説明の便宜上、オルタネータ２００、スタータ３００、ＥＣＵ５００は電装品４００と別に描いている。電装品４００は車載用電源装置１００から供給される電力により駆動される。
　ＥＣＵ５００は車両内に搭載される各種の補機、センサ、スイッチに接続され、エンジン及び各種補機を電子制御する。アイドリングストップ機能を実行する場合、ＥＣＵ５００はブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の停止または設定速度以下への減速を検出するとエンジンを停止させる。またＥＣＵ５００は、ブレーキが解除されたことを検出するとエンジンを再始動させる。その際、車載用電源装置１００からスタータ３００に電力が供給されるよう制御し、スタータ３００を作動させる。
　減速エネルギー回生機能を実行する場合、ＥＣＵ５００は通常走行時、原則的にオルタネータ２００を停止させる。ＥＣＵ５００は、ブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の減速を検出するとオルタネータ２００を作動させる。なお車載用電源装置１００内のバッテリの容量が設定下限容量より低い場合は、ＥＣＵ５００は通常走行時でもオルタネータ２００を作動させる。
　車載用電源装置１００は、第１蓄電池１０、第２蓄電池２０、第１蓄電池制御部３０、第２蓄電池制御部４０、第１スイッチＳ１、ダイオードＤ１を含む。第１蓄電池１０は、オルタネータ２００により発電された電力を蓄え、スタータ３００及び電装品４００に給電するためのメインバッテリである。第２蓄電池２０は、オルタネータ２００により発電された電力を蓄え、電装品４００に給電するためのサブバッテリである。第１蓄電池１０と第２蓄電池２０は並列接続される。
　本実施の形態では第１蓄電池１０に鉛蓄電池、第２蓄電池２０にニッケル水素蓄電池を用いることを想定する。鉛蓄電池は比較的安価、比較的広い温度範囲で動作可能、高出力などの長所があり、車両用の蓄電池として広く普及している。ただし充放電エネルギー効率が低い、過放電に弱い、サイクル寿命が短いなどの短所がある。ニッケル水素蓄電池は、充放電エネルギー効率が比較的高い、過充電および過放電に強い、使用温度範囲が広い、ＳＯＣ（State Of Charge）範囲が広い、サイクル寿命が比較的長いなどの長所がある。ただし、自己放電が大きい、メモリ効果がある、低電圧、鉛蓄電池より高価などの短所がある。
　アイドリングストップ機能を採用する場合、スタータ３００の使用回数が増えるため、蓄電池の容量を増大させる必要がある。その際、単純に鉛蓄電池の容量を増大させるのではなく、性質が異なる複数種類の蓄電池を組み合わせて使用することにより、それぞれの蓄電池の短所を補いつつ蓄電池全体の容量を増大させる。
　本実施の形態では鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池を組み合わせて使用する例を説明するが、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池を組み合わせて使用してもよい。リチウムイオン蓄電池は、エネルギー密度および充放電エネルギー効率が高く、高性能な蓄電池であるが、厳格な電圧・温度管理が必要である。
　一般的に蓄電池はエンジンルームに設置される。エンジンルームに鉛蓄電池と一体的に設置するには、ニッケル水素蓄電池のほうがリチウムイオン蓄電池より適している。エンジンルームはエンジン作動時に温度が上昇するが、ニッケル水素蓄電池のほうがリチウムイオン蓄電池より高温耐性がある。なお、鉛蓄電池と並列接続されるリチウムイオン蓄電池をエンジンルームから離れた位置に設置することも考えられるが、その場合、配線抵抗による損失が大きくなる。
　第１スイッチＳ１は、第１蓄電池１０の充放電端子と第２蓄電池２０の充放電端子との間の経路Ｐ１に挿入される。この経路Ｐ１にはオルタネータ２００、スタータ３００、電装品４００も接続され、第１蓄電池１０、第２蓄電池２０、オルタネータ２００、スタータ３００、電装品４００との間の共通の電流路となる。第１スイッチＳ１にはリレーまたは半導体スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））を用いることができる。本実施の形態ではリレーを用いることを想定する。
　第１スイッチＳ１は、エンジンのクランキング時およびアイドリングストップ状態からの再始動時に、上記経路Ｐ１の電圧が所定電圧以下に下がらないよう電圧補償するために設けられる。一般的に上述の経路Ｐ１は１２Ｖに設計される。電装品４００の中には、カーナビゲーションシステムなど１０Ｖ程度まで電圧が下がると、リセットされてしまうものがある。これに対してスタータ３００の作動時、第１スイッチＳ１をオフすることにより第２蓄電池２０の充放電端子の電位が安定し、電装品４００に安定した電圧を供給し続けることができる。
　ダイオードＤ１は、第１スイッチＳ１と並列に設けられる。ダイオードＤ１のカソード側が第２蓄電池２０側、アノード側が第１蓄電池１０側になる向きに接続される。第１スイッチＳ１がオフの状態においてダイオードＤ１を介して、オルタネータ２００、スタータ３００および第１蓄電池１０側から、第２蓄電池２０および電装品４００側へは電流が流れるが、その逆には電流が流れないことになる。
　ダイオードＤ１は、第１スイッチＳ１の保護用ダイオードとして作用する。オルタネータ２００から上記経路Ｐ１に第１スイッチＳ１の定格以上の大電流が流入した際に、第１スイッチＳ１を保護する。また第１スイッチＳ１がオフの状態、即ち主に第２蓄電池２０から電装品４００に電力供給している状態において、第２蓄電池２０に不具合が発生した場合に、ダイオードＤ１は電装品４００への電力供給を維持する作用を発揮する。なお第１スイッチＳ１にＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ダイオードＤ１は当該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードであってもよい。
　第１蓄電池制御部３０は第１蓄電池１０を管理制御する。具体的には第１蓄電池１０の電圧、電流、温度を取得し、第１蓄電池１０の残容量および異常発生の有無を監視する。第１蓄電池制御部３０は、第１蓄電池１０の残容量を第２蓄電池制御部４０に通知するとともに、第１蓄電池１０の正常または異常をＥＣＵ５００に通知する。第１蓄電池制御部３０、第２蓄電池制御部４０、ＥＣＵ５００間は例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）により通信される。
　第２蓄電池制御部４０は第２蓄電池２０を管理制御する。以下、第２蓄電池制御部４０をより具体的に説明する。
　図２は、図１の第２蓄電池制御部４０を説明するための図である。第２蓄電池制御部４０は、キー入力検出回路４１、ハイサイドスイッチ４２、定電圧生成回路４３、電池状態検出回路４４、通信インタフェース４５、ＣＰＵ４６、メモリ４７、スイッチ制御回路４８を含む。
　キー入力検出回路４１は、イグニッションキーの抜挿を検出する。キー入力検出回路４１は、運転者によりイグニッションキーが挿入されるとハイサイドスイッチ４２をオンに制御し、イグニッションキーが抜かれるとハイサイドスイッチ４２をオフに制御する。なおキー入力検出回路４１は、キーポジションがＯＦＦではハイサイドスイッチ４２をオフに維持し、ＡＣＣ、ＯＮまたはＳＴＡＲＴでハイサイドスイッチ４２をオンに制御してもよい。
　ハイサイドスイッチ４２は上記経路Ｐ１と、定電圧生成回路４３およびスイッチ制御回路４８との間に設けられる。ハイサイドスイッチ４２はオンに制御されると、上記経路Ｐ１の電圧を定電圧生成回路４３およびスイッチ制御回路４８に供給する。
　定電圧生成回路４３はＣＰＵ４６およびスイッチ制御回路４８の電源電圧を生成する。例えば、上記経路Ｐ１の１２Ｖ電圧を３～５Ｖ程度の電圧に降圧する。定電圧生成回路４３には例えば三端子レギュレータを用いることができる。
　このようにイグニッションキーが差し込まれることによりＣＰＵ４６に電源が供給され、第２蓄電池制御部４０は起動する。
　電池状態検出回路４４は、第２蓄電池２０の電圧、電流、温度を取得する。第２蓄電池２０には図示しないシャント抵抗が設けられ、当該シャント抵抗の両端電圧を監視することにより第２蓄電池２０に流れる電流を検出できる。また第２蓄電池２０には図示しないサーミスタが設けられ、第２蓄電池２０の温度を検出できる。電池状態検出回路４４は、第２蓄電池２０の電圧、電流、温度をＣＰＵ４６に通知する。
　通信インタフェース４５は第２蓄電池制御部４０と、他の制御回路（本実施の形態では第１蓄電池制御部３０、ＥＣＵ５００）と通信するためのインタフェースである。通信インタフェース４５は外部から受信した情報をＣＰＵ４６に伝達するとともに、ＣＰＵ４６から出力された情報を外部に伝達する。
　本実施の形態では通信インタフェース４５は、第１蓄電池制御部３０から第１蓄電池１０の状態（例えば、第１蓄電池１０の残容量としてのＳＯＣ（State Of Charge）を受信する。またＥＣＵ５００から車両の状態情報を受信する。
　また通信インタフェース４５は、第２蓄電池２０または第２蓄電池制御部４０の異常検出をＥＣＵ５００に送信する。また第２蓄電池２０の状態情報（例えば、電圧、電流、温度）をＥＣＵ５００に送信する。また第１スイッチＳ１のオン／オフ情報をＥＣＵ５００に送信する。またオルタネータ２００による発電要求をＥＣＵ５００に送信する。
　ＣＰＵ４６は第２蓄電池制御部４０全体を制御する。特に第１スイッチＳ１のオン／オフ制御、第２蓄電池２０の状態管理などを行う。メモリ４７は、ＣＰＵ４６により実行される制御プログラムおよびＣＰＵ４６により生成されるデータを保持する。
　スイッチ制御回路４８は、ＣＰＵ４６による指示にしたがい第１スイッチＳ１のオン／オフを切り換える。第１スイッチＳ１がリレーの場合はリレーコイルへの通電／非通電を制御し、半導体スイッチング素子の場合はゲート電圧を制御する。
　第１スイッチＳ１がリレーの場合、オープン故障する場合がある。また第１スイッチＳ１が半導体スイッチング素子の場合も動作不良により、規定のゲート電圧が印加されても電流が流れなくなる場合がある。またスイッチ制御回路４８の故障、スイッチ制御回路４８と第１スイッチＳ１との間の断線などにより、ＣＰＵ４６による第１スイッチＳ１の制御が不能になる場合もある。
　第１スイッチＳ１が意図せずにオフ状態になっても、上記経路Ｐ１には第２蓄電池２０が接続されているため電装品４００への電力供給が維持される。第１スイッチＳ１が故障しても直ぐに電装品４００または第２蓄電池２０に不具合が発生するわけではないため、第１スイッチＳ１の故障検出が遅れてしまう可能性がある。その故障を放置していると第２蓄電池２０が過放電状態になりやすくなる。またオルタネータ２００または第１蓄電池１０から電装品４００に供給される電力の効率が、ダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆにより低下する。
　そこで本実施の形態では第１蓄電池１０の充放電端子と第２蓄電池２０の充放電端子が、第１スイッチＳ１がオフ状態でもダイオードＤ１で接続されていることに注目し、ダイオードＤ１の両端電圧を監視することにより、第１スイッチＳ１が正常であるか異常であるかを判定する。
　図３は、実施の形態に係る第２蓄電池制御部４０による第１スイッチＳ１の故障判定処理を説明するためのフローチャートである。この故障判定処理では第１スイッチＳ１をオンに制御するための信号が、第２蓄電池制御部４０から第１スイッチＳ１に供給されている状態を前提とする。
　第２蓄電池制御部４０は、第１蓄電池制御部３０から第１蓄電池１０の電圧Ｖ１を取得する（Ｓ１０）。また第２蓄電池２０の電圧Ｖ２を取得する。第２蓄電池制御部４０は、その差分電圧（Ｖ１－Ｖ２）とダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆを比較する（Ｓ１４）。第１スイッチＳ１のオン抵抗は無視できる程度であるため第１スイッチＳ１がオン状態では、当該差分電圧（Ｖ１－Ｖ２）は略ゼロになる。一方、第１スイッチＳ１がオフ状態では、当該差分電圧（Ｖ１－Ｖ２）は順方向降下電圧Ｖｆに略一致する。
　ステップＳ１４にて当該差分電圧（Ｖ１－Ｖ２）と順方向降下電圧Ｖｆが略一致する場合（Ｓ１４のＹ）、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１を正常と判定する（Ｓ１６）。当該差分電圧（Ｖ１－Ｖ２）と順方向降下電圧Ｖｆが略一致しない場合（Ｓ１４のＮ）、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１またはその制御系に異常ありと判定し（Ｓ１８）、その異常をＥＣＵ５００に通知する（Ｓ２０）。ＥＣＵ５００は当該通知を受信すると、オルタネータ２００の停止制御、運転者へのアラート通知などを行う。
　上述の故障判定処理は基本的に、第２蓄電池制御部４０の起動時に実行される。なお第２蓄電池制御部４０の起動後においても定期的に実行されてもよい。
　上述の故障判定処理ではダイオードＤ１のアノード側の端子電圧として、第１蓄電池１０の電圧を使用した。この点、オルタネータ２００の作動時においてはオルタネータ２００の設定出力電圧値、オルタネータ２００の後段にＤＣ－ＤＣコンバータが設けられる場合は当該ＤＣ－ＤＣコンバータの設定出力電圧値をそのまま用いてもよい。
　図２に戻る。本実施の形態では第２蓄電池２０は複数の蓄電池セルが直列接続されて構成される。この一つの蓄電池セルの電圧と、ダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆが対応または略一致するように設計するとよい。例えば、第２蓄電池２０の直列段数を１２段にし、一つの蓄電池セルの電圧を約１Ｖに設定し、ダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆも約１Ｖに設定する。
　この場合において第２蓄電池２０の一つの蓄電池セルが短絡すると、第２蓄電池２０の電圧が約１２Ｖから約１１Ｖに低下し、第２蓄電池２０が過充電される可能性が高くなる。第２蓄電池制御部４０は、車両走行中に第２蓄電池２０の一つの蓄電池セルの短絡を検出すると、その第２蓄電池２０の故障をＥＣＵ５００に通知するとともに、第１スイッチＳ１をオフに制御する。これによりオルタネータ２００または第１蓄電池１０からの電圧が、ダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆの分、降下されて第２蓄電池２０および電装品４００に供給される。従って第２蓄電池２０の過充電を抑制しつつ、電装品４００への給電を維持できる。よって、カーディーラー店などの修理場まで第２蓄電池２０および電装品４００を保護しつつ自走で移動できる。
　以上説明したように本実施の形態によれば、並列接続された第１蓄電池１０と第２蓄電池２０間に挿入される第１スイッチＳ１の不具合を、第１スイッチＳ１に並列接続されるダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆを利用することにより的確に検出できる。即ち、ダイオードＤ１のアノード側の第１蓄電池１０の電圧と、カソード側の第２蓄電池２０の電圧の差分と、ダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆを比較することにより、第１スイッチＳ１がオン状態にあるかオフ状態にあるかを的確に検出できる。また第１蓄電池１０および第２蓄電池２０の電圧検出回路を転用できるため、別の電圧検出ラインを新たに設ける必要がない。従ってコストの増大なく第１スイッチＳ１の故障判定を行うことができる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　図４は、変形例に係る車載用電源装置１００を説明するための図である。変形例に係る車載用電源装置１００は、図１の車載用電源装置１００に第２スイッチＳ２が追加された構成である。第２スイッチＳ２は、上記経路Ｐ１における第１スイッチＳ１と電装品４００との間のノードと、第２蓄電池２０との間に設けられる。第２スイッチＳ２にもリレーまたは半導体スイッチング素子を用いることができる。本変形例ではリレーを用いることを想定する。
　第２スイッチＳ２は第２蓄電池２０の過充電および過放電を防止するために設けられる。また駐車時にオフすることにより、第２蓄電池２０から暗電流が流れることを防止する作用も有する。ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池は、鉛蓄電池より内部抵抗が低く電流が流れやすいため、過充電または過放電になりやすい。
　ＣＰＵ４６は第２スイッチＳ２のオン／オフ制御をする。スイッチ制御回路４８は、ＣＰＵ４６による指示にしたがい第２スイッチＳ２のオン／オフを切り換える。
　図５は、変形例に係る第２蓄電池制御部４０による第１スイッチＳ１の故障判定処理を説明するためのフローチャートである。図５のフローチャートは図３のフローチャートにステップＳ１９の処理が追加されたものである。この故障判定処理では第１スイッチＳ１をオンに制御するための信号が、第２蓄電池制御部４０から第１スイッチＳ１に供給されており、第２スイッチＳ２がオン状態であることを前提とする。
　第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１またはその制御系に異常ありと判定すると（Ｓ１８）、変形例では第２スイッチＳ２をオフに制御するとともに（Ｓ１９）、その異常をＥＣＵ５００に通知する（Ｓ２０）。ＥＣＵ５００は当該通知を受信すると、オルタネータ２００の停止制御、運転者へのアラート通知などを行う。変形例によれば第２スイッチＳ２をオフすることにより、第１スイッチＳ１が交換または修理されるまでに、第２蓄電池２０が過放電することを抑制できる。
　また上述の実施の形態では第１蓄電池１０と第２蓄電池２０をそれぞれ第１蓄電池制御部３０と第２蓄電池制御部４０の二つの制御回路で管理制御する例を説明したが、第１蓄電池１０と第２蓄電池２０を一つの制御回路で管理制御してもよい。
　また上述の実施の形態では第１蓄電池１０と並列にニッケル水素蓄電池を用いる例を説明したが、ニッケル水素蓄電池の代わりにキャパシタ（例えば、電気二重層キャパシタ）を用いてもよい。
　上述の経路Ｐ１と第２蓄電池２０との間にヒューズを挿入してもよい。この場合、大電流から第２蓄電池２０を保護することができる。
　１００　車載用電源装置、　２００　オルタネータ、　３００　スタータ、　４００　電装品、　５００　ＥＣＵ、　１０　第１蓄電池、　２０　第２蓄電池、　３０　第１蓄電池制御部、　４０　第２蓄電池制御部、　Ｓ１　第１スイッチ、　Ｓ２　第２スイッチ、　Ｄ１　ダイオード、　４１　キー入力検出回路、　４２　ハイサイドスイッチ、　４３　定電圧生成回路、　４４　電池状態検出回路、　４５　通信インタフェース、　４６　ＣＰＵ、　４７　メモリ、　４８　スイッチ制御回路。

Claims (4)

  1. 　車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品に給電するための第１蓄電部と、
    　前記第１蓄電部と並列に接続され、前記発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品に給電するための第２蓄電部と、
    　前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間の経路に挿入されるスイッチと、
    　前記スイッチと並列に、カソード側が前記第２蓄電部側になるよう接続されるダイオードと、
    　前記スイッチを制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記第１蓄電部の電圧、および前記第２蓄電部の電圧を監視し、それらの差分電圧と、前記ダイオードの順方向降下電圧を比較して、前記スイッチの異常を検出することを特徴とする車両用電源装置。
  2. 　前記制御部は、前記経路に挿入されるスイッチの異常を検出すると、車両側の制御装置に、前記発電機から本車両用電源装置への電力供給を停止するよう指示することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
  3. 　前記経路と前記第２蓄電部との間に設けられる別のスイッチを、さらに備え、
    　前記制御部は、前記経路に挿入されるスイッチの異常を検出すると、前記別のスイッチをオフに制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源装置。
  4. 　前記第１蓄電部は鉛蓄電池を含み、前記第２蓄電部はニッケル水素蓄電池を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用電源装置。
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