車両用電源装置
【課題】バッテリ（主電源、低圧バッテリ）を補助する補助電源に必要な容量を低減することができる車両用電源装置の提供。
【解決手段】車載発電機、バッテリ（図示せず）又は蓄電器Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ４〜Ｃ６により車載負荷群８〜１０に給電する車両用電源装置。蓄電器Ｃ１〜Ｃ６及びバッテリ間に接続され、蓄電器Ｃ１〜Ｃ６を充電する為の充電回路１８、及び蓄電器Ｃ１〜Ｃ６から放電する為の放電回路１７と、放電回路１７及び充電回路１８をそれぞれオン又はオフに制御する制御手段１２と、蓄電器Ｃ１〜Ｃ６及びバッテリの出力電圧値を各検出する第１及び第２検出手段１４，１３と、その各検出値を比較する比較手段１２とを備え、その比較結果に応じて、蓄電器Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ４〜Ｃ６を直列又は並列に接続し、充電回路１８及び放電回路１７をそれぞれオン又はオフに制御する構成である。
【解決手段】車載発電機、バッテリ（図示せず）又は蓄電器Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ４〜Ｃ６により車載負荷群８〜１０に給電する車両用電源装置。蓄電器Ｃ１〜Ｃ６及びバッテリ間に接続され、蓄電器Ｃ１〜Ｃ６を充電する為の充電回路１８、及び蓄電器Ｃ１〜Ｃ６から放電する為の放電回路１７と、放電回路１７及び充電回路１８をそれぞれオン又はオフに制御する制御手段１２と、蓄電器Ｃ１〜Ｃ６及びバッテリの出力電圧値を各検出する第１及び第２検出手段１４，１３と、その各検出値を比較する比較手段１２とを備え、その比較結果に応じて、蓄電器Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ４〜Ｃ６を直列又は並列に接続し、充電回路１８及び放電回路１７をそれぞれオン又はオフに制御する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載発電機又はバッテリにより充電される複数の蓄電器を備え、車載発電機、バッテリ、又は蓄電器により車載負荷群に給電するエンジン駆動車、ハイブリッド車及び電気自動車の車両用電源装置、特に、アイドリング時にエンジンを停止させるアイドルストップ車に好適に使用される車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費を向上させる為に、また、環境への配慮から、停車時にアイドリングを停止するアイドルストップを行なう車両が増加しつつある。このような車両では、従来の車両に比べて頻繁にエンジンを始動させるので、エンジンを始動させるスタータの電源が重要である。エンジンを始動させる際、スタータが大電流を消費する為、車両用電源装置の電圧が一時的に低下する。電圧が一時的に低下すると、ナビゲーション装置及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電気負荷の電源電圧も低下し、動作が不安定になる等の可能性があった。また、ハイブリッド車及び電気自動車でも、高圧バッテリから低圧バッテリへ充電する為のＤＣＤＣを始動する際に、同様に、低圧バッテリの電圧が一時的に低下することがある。
その為、バッテリ（主電源、低圧バッテリ）に補助電源としてバックアップバッテリ又は電気二重層キャパシタを並列に接続して、補助電源からの放電によりスタータ駆動時の電圧低下を抑制することが考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、メインバッテリ（主電源）とは別にバックアップバッテリ（補助電源）を搭載し、主電源の給電系統の故障時（主電源の低電圧時）に、ダイオードの電圧降下を利用して、補助電源からの給電に切替える車両の給電回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８２８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、車両に搭載されるナビゲーション装置及びＥＣＵ等の電気負荷は、近年、増加する一方であり、それに応じて、上述したような補助電源に必要とされる容量も増加し、設置に必要なスペースも増加するという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリ（主電源、低圧バッテリ）を補助する補助電源に必要な容量を低減することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る車両用電源装置は、車載発電機又はバッテリにより充電される複数の蓄電器と、該蓄電器を直列又は並列に選択的に接続する接続手段とを備え、前記車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電するように構成してある車両用電源装置において、前記蓄電器及びバッテリ間に接続され、該蓄電器を充電する為の充電回路、及び該蓄電器から放電する為の放電回路と、前記放電回路及び充電回路をそれぞれオン又はオフに制御する制御手段と、前記蓄電器及びバッテリの出力電圧値を各検出する第１及び第２検出手段と、該第１及び第２検出手段の各検出値を比較する比較手段とを備え、該比較手段の比較結果に応じて、前記接続手段が蓄電器を直列又は並列に接続し、前記制御手段が充電回路及び放電回路をそれぞれオン又はオフに制御するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
この車両用電源装置では、複数の蓄電器が、車載発電機又はバッテリにより充電され、接続手段が、蓄電器を直列又は並列に選択的に接続し、車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電する。蓄電器及びバッテリ間に接続された充電回路が、蓄電器を充電し、蓄電器及びバッテリ間に接続された放電回路が、蓄電器から放電する。制御手段が、放電回路及び充電回路をそれぞれオン又はオフに制御し、第１及び第２検出手段が、蓄電器及びバッテリの出力電圧値を各検出する。比較手段が、第１及び第２検出手段の各検出値を比較し、比較手段の比較結果に応じて、接続手段が蓄電器を直列又は並列に接続し、制御手段が充電回路及び放電回路をそれぞれオン又はオフに制御する。
【０００８】
第２発明に係る車両用電源装置は、蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を直列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
この車両用電源装置では、蓄電器を２つ備え、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、接続手段が２つの蓄電器を直列に接続し、制御手段が放電回路をオンにする。制御手段が放電回路をオンにした後、比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、接続手段が蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにする。
【００１０】
第３発明に係る車両用電源装置は、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が第２検出手段の検出値の１／２より高いときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、前記接続手段が蓄電器を直列に接続するように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
この車両用電源装置では、接続手段が蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにしている場合に、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が第２検出手段の検出値の１／２より高いときは、制御手段が充電回路をオフにし、接続手段が蓄電器を直列に接続する。
【００１２】
第４発明に係る車両用電源装置は、蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記第１検出手段の検出値が第１電圧値より低くなったときは、前記接続手段が蓄電器を直列に接続し、該接続手段が蓄電器を直列に接続した後、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００１３】
この車両用電源装置では、蓄電器を２つ備え、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、接続手段が２つの蓄電器を並列に接続し、制御手段が放電回路をオンにする。制御手段が放電回路をオンにした後、第１検出手段の検出値が第１電圧値より低くなったときは、接続手段が蓄電器を直列に接続する。接続手段が蓄電器を直列に接続した後、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、接続手段が２つの蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにする。
【００１４】
第５発明に係る車両用電源装置は、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高い第２電圧値より高くなったときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、該制御手段が充電回路をオフにした後、第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高く第２電圧値より低い第３電圧値より低くなったときは、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００１５】
この車両用電源装置では、接続手段が蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにしている場合に、第１検出手段の検出値が第１電圧値より高い第２電圧値より高くなったときは、制御手段が充電回路をオフにする。制御手段が充電回路をオフにした後、第１検出手段の検出値が第１電圧値より高く第２電圧値より低い第３電圧値より低くなったときは、制御手段が充電回路をオンにする。
【００１６】
第６発明に係る車両用電源装置は、前記充電回路は、第１スイッチ及び第１抵抗の直列回路と、第２スイッチ及び第２抵抗（＜第１抵抗）の直列回路とが並列に接続されて構成されており、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、車両のブレーキが作動しているときは、前記制御手段が第２スイッチをオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００１７】
この車両用電源装置では、充電回路は、第１スイッチ及び第１抵抗の直列回路と、第２スイッチ及び第２抵抗（＜第１抵抗）の直列回路とが並列に接続されて構成されている。制御手段が充電回路をオンにしている場合に、車両のブレーキが作動しているときは、制御手段が第２スイッチをオンにする。
【００１８】
第７発明に係る車両用電源装置は、前記蓄電器は、複数の蓄電セルを直列に接続して構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る車両用電源装置によれば、バッテリ（主電源、低圧バッテリ）を補助する補助電源に必要な容量を低減することができる車両用電源装置を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す補助電源モジュールの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】キャパシタ容量とキャパシタの両端電圧との関係を示す特性図である。
【図５】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、エンジン３に連動してオルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が発電する。発電された電力は、オルタネータ１内で直流に変換され、電気接続箱１６を経由して、バッテリ（主電源、鉛蓄電池）Ｂに与えられる。また、オルタネータ１が発電した電力は、電気接続箱１６内で、イグニッションキー６に連動するイグニッションスイッチ１１及び補助電源モジュール７を経由して、車両に搭載された電気負荷（車載負荷）８，９，１０・・・に与えられる。
【００２２】
バッテリＢのプラス電極が、スタータスイッチ１５を経由してエンジン３のスタータ２に接続されている。スタータスイッチ１５は、アイドルストップの制御を行う図示しないエンジン制御部からの制御信号によりオン／オフされる。
イグニッションキー６のオン／オフ状態を通知する通知信号、ブレーキ４の作動（オン／オフ）状態を通知する通知信号、及びエンジン３の回転センサ５の検出信号が補助電源モジュール７に与えられている。
【００２３】
図２は、図１に示す補助電源モジュール７の構成例を示すブロック図である。
この補助電源モジュール７は、制御回路１２を備えている。制御回路１２は、上述したイグニッションキー６からの通知信号、ブレーキ４からの通知信号及び回転センサ５の検出信号が与えられている。
補助電源モジュール７は、オルタネータ１及びバッテリＢからの電力をイグニッションスイッチ１１経由で与えられ、与えられた電力は、電気負荷８，９，１０・・・に供給される。
【００２４】
また、与えられた電力は、補助電源モジュール７内で、スイッチＳＷ１１及び抵抗Ｒ１の直列回路と、スイッチＳＷ１２及び抵抗Ｒ２の直列回路との並列回路で構成された充電回路１８の一方の端子に与えられる。尚、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１より小さくしてある。
充電回路１８の他方の端子は、スイッチＳＷ２１及び電気二重層キャパシタ（蓄電セル）Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路のスイッチＳＷ２１側の端子と、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路のキャパシタＣ１側の端子とに接続されている。スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路のキャパシタＣ６側の端子と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路のスイッチＳＷ２２側の端子とは接地されている。
【００２５】
スイッチＳＷ２２は、スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４間の端子と接地側端子とに分岐する分岐スイッチである。
スイッチＳＷ２２がスイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４間の端子側に接続し、スイッチＳＷ２１がオフになっている場合は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６は直列に接続される。一方、スイッチＳＷ２２が接地端子側に接続し、スイッチＳＷ２１がオンになっている場合は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６は並列に接続される。
スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路とは、補助電源１９を構成している。
【００２６】
スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路のスイッチＳＷ２１側の端子と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路のキャパシタＣ１側の端子とは、また、放電回路１７を構成するスイッチＳＷ３１の一方の端子に接続されている。スイッチＳＷ３１の他方の端子は、オルタネータ１、バッテリＢ及び電気負荷８，９，１０・・・に接続されている。
【００２７】
制御回路１２が内蔵する電圧検出器（第２検出手段）１３が、オルタネータ１及びバッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎを検出する。また、制御回路１２が内蔵する電圧検出器（第１検出手段）１４が、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを検出する。
制御回路１２は、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１をそれぞれ制御する。
【００２８】
以下に、このような構成の車両用電源装置の動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
制御回路１２は、先ず、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ１）。
【００２９】
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ５）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎであれば（Ｓ５）、スイッチＳＷ３１をオンにして（Ｓ７）、直列接続された補助電源１９から放電させ、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込む（Ｓ３）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎでなければ（Ｓ５）、スイッチＳＷ３１をオフにして（Ｓ９）、回転センサ５の検出信号により、エンジン３が回転し、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００３０】
制御回路１２は、車両が走行中でなければ（Ｓ１１）、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ１）。
制御回路１２は、車両が走行中であれば（Ｓ１１）、ブレーキ４からの通知信号により、ブレーキ４が作動中であるか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００３１】
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中でなければ（Ｓ１３）、通常の充電動作として、スイッチＳＷ１１をオンにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ１５）。
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ１７）、Ｖｃ＞Ｖｉｎ／２であるか否かを判定する（Ｓ１９）。
【００３２】
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎ／２であれば（Ｓ１９）、充電動作を終了して、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ１）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎ／２でなければ（Ｓ１９）、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中であれば（Ｓ１３）、回生電力の充電動作として、スイッチＳＷ１２をオンにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ２１）。制御回路１２は、次いで、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込む（Ｓ１７）。
【００３３】
本実施の形態１では、例えば、定格３Ｖのキャパシタ（セル）を用いる場合、寿命の観点から余裕を見て、１セル当たり２．７Ｖで利用する。車両の電源電圧１２Ｖ前後で利用する為には、６直列（耐圧１６Ｖ）で利用し、保護電圧Ｖｐ≦１６Ｖとなるようにキャパシタを充電制御する。
セル３直列×２並列で充電し、Ｖｃ（３直列）＞Ｖｉｎ／２になると、６直列にすることで、Ｖｃ（６直列）＝Ｖｉｎとなる。これにより、６直列でＶｃ＝Ｖｉｎとなる迄充電することに比較して、充電時間を短くすることができる。
【００３４】
尚、キャパシタ容量Ｃとキャパシタの両端電圧Ｖ（ｔ）との関係は、図４の特性図に示される。Ｖ０は充電後の初期電圧、ｔは時間、Ｉは電流、Ｃはキャパシタ容量であり、電圧Ｖ（ｔ）は、ｔ＝０から放電したときのｔ時間経過後の電圧であり、Ｖ（ｔ）＝Ｖ０―（Ｉ／Ｃ）ｔの関係がある。
【００３５】
例えば、充電電圧Ｖ（ｔ）は、
Ｖ（ｔ）＝Ｖｉｎ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）） （１）
である。但し、Ｃ：静電容量、Ｒ：充電制限抵抗とすると、時定数τ＝ＣＲである。
（１）式から、Ｖ（ｔ）＝Ｖｉｎとなる充電時間ｔ１は、
ｔ１＝５．３×τ１ （２）
であり、Ｖ（ｔ）＝Ｖｉｎ／２となる充電時間ｔ２は、
ｔ２＝０．７×τ２ （３）
である。
【００３６】
ここで、τ１＝ＣＲ、τ２＝（４Ｃ）Ｒから、τ２＝４τ１である。
（２）（３）式からτ１，τ２を消去して、
ｔ１／ｔ２＝５．３／（０．７×４）＝１．９
となり、充電時間を約１／２にすることができる。
【００３７】
また、使用頻度が低い用途の場合、充電電圧を通常より高くすることも可能である。例えば、緊急時に使用するような場合、劣化による製品寿命の短縮を抑制することよりも、動作することが重要である場合がある。そのような場合、例えば、通常はセルの充電電圧を２．７Ｖとしているところを、３．０Ｖ迄充電可能とする。
そこで、セル３直列×２並列で９Ｖ迄充電した後、６直列にして放電させる。又は、セル３直列×２並列で９Ｖ迄充電した後、５直列にして１５Ｖで放電を開始させ、その放電電圧が所定電圧以下になったら、６直列にして放電させるなど、直列数を段階的に変更してもよい。これにより、セルを６直列で充電する場合に比べて、電源電圧より高い電圧に充電することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態１では、充電状況に応じて、低抵抗の充電経路を接続し、短時間で充電できるようにしている。
充電電流は、電線径及び他の負荷の関係で有限である。
例えば、充電電流を５Ａに制限し、通常の充電では、スイッチＳＷ１１及び抵抗Ｒ１＝２．４Ω（１２Ｖ時５Ａ）を経由するように構成しておく。
最近は、ブレーキ作動時の回生エネルギを回収して、例えば電源電圧を１４Ｖにして、蓄電池に蓄えることで燃費を低減する機能が搭載された車両がある。
【００３９】
ブレーキ作動時のエネルギ回収では、短時間に充電することが必要である。例えば、キャパシタの容量Ｃ＝１０Ｆである場合、時定数τ＝２．４×１０（秒）となり、数秒で充電できる電力は僅かである。
そこで、キャパシタがＶｃ＝１２Ｖに充電済みとすると、ブレーキ作動時の充電では、スイッチＳＷ１２をオンにすることにより、抵抗Ｒ２＝（１４Ｖ−１２Ｖ）／５Ａ＝０．４（Ω）であり、時定数τ＝０．４×１０（秒）となり、数秒で充電できることになる。
【００４０】
本実施の形態１では、充電電圧をバッテリ電圧より高くすることができるので、キャパシタ（補助電源）の必要容量を低減することができる。例えば、充電電圧１２Ｖ、負荷電流１２Ａ、キャパシタ容量１０Ｆとすると、０．５秒後の電圧は１１．５Ｖである。充電電圧を１４Ｖにして、同じ負荷電流で０．５秒後の電圧を、１０Ｆのときと同じ（１１．５Ｖ）にするキャパシタ容量は２Ｆであり、キャパシタ容量を極めて小さくできる。
【００４１】
（実施の形態２）
図５は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の動作を示すフローチャートである。以下に、この車両用電源装置の動作を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。尚、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の構成は、上述した実施の形態１の構成（図１，２）と同様であるので、説明を省略する。
制御回路１２は、先ず、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ３１）。
【００４２】
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎであれば（Ｓ３５）、スイッチＳＷ３１をオンにして（Ｓ３７）、並列接続された補助電源１９から放電させる。制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎでなければ（Ｓ３５）、スイッチＳＷ３１をオフにする（Ｓ４５）。
【００４３】
制御回路１２は、スイッチＳＷ３１をオンにした（Ｓ３７）後、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３９）、Ｖｃ＜Ｖ１（第１電圧値）であるか否かを判定する（Ｓ４１）。第１電圧値Ｖ１は、車載負荷のＥＣＵに使用される制御用電源電圧値より高く設定されている。
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ１であれば（Ｓ４１）、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ４３）。
【００４４】
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ１でなければ（Ｓ４１）、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
【００４５】
制御回路１２は、スイッチＳＷ３１をオフにした（Ｓ４５）後、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ４７）。
制御回路１２は、次に、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ４９）、Ｖｃ＜Ｖ３（第３電圧値）であるか否かを判定する（Ｓ５１）。第３電圧値Ｖ３は、第１電圧値Ｖ１より高く設定されている。
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ３でなければ（Ｓ５１）、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
【００４６】
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ３であれば（Ｓ５１）、回転センサ５の検出信号により、エンジン３が回転し、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ５３）。
制御回路１２は、車両が走行中でなければ（Ｓ５３）、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ３１）。
制御回路１２は、車両が走行中であれば（Ｓ５３）、ブレーキ４からの通知信号により、ブレーキ４が作動中であるか否かを判定する（Ｓ５５）。
【００４７】
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中でなければ（Ｓ５５）、通常の充電動作として、スイッチＳＷ１１をオンにする（Ｓ５７）。
制御回路１２は、次に、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ５９）、Ｖｃ＞Ｖ２（第２電圧値）であるか否かを判定する（Ｓ６１）。
【００４８】
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖ２であれば（Ｓ６１）、充電動作を終了して、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ３１）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖ２でなければ（Ｓ６１）、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ５３）。
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中であれば（Ｓ５５）、回生電力の充電動作として、スイッチＳＷ１２をオンにする（Ｓ６３）。制御回路１２は、次いで、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込む（Ｓ５９）。
【００４９】
定格３Ｖのキャパシタ（セル）を用いて、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続した場合、補助電源１９の充電後の出力電圧値Ｖｃは８Ｖ前後である。アイドルストップによりエンジン３が再始動する際に、クランキングによりＶｃ＞Ｖｉｎになると、補助電源１９が放電を開始する。
【００５０】
放電を開始して出力電圧値Ｖｃが第１電圧値Ｖ１（例えば５．５Ｖ）より低くなると、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続して、出力電圧値Ｖｃを２×Ｖ１程度に引き上げ、エンジン３が再始動する迄（スタータスイッチがオフ）放電させる。
キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続した補助電源１９を充電する場合、出力電圧値Ｖｃが第３電圧値Ｖ３（例えば７．５Ｖ）より低くなると、充電を開始し、出力電圧値Ｖｃが第２電圧値Ｖ２（例えば８．０Ｖ）より高くなると、充電を停止する。
【００５１】
尚、上述した実施の形態１，２では、エンジン駆動車の場合を記載しているが、ハイブリッド車及び電気自動車でも同様のことが可能である。エンジン駆動車での「エンジン及び車載発電機」の組合せが、ハイブリッド車及び電気自動車での「高圧バッテリ及びＤＣＤＣ」の組合せに相当する。エンジン駆動車のスタータ始動時と同様に，ハイブリッド車及び電気自動車では，高圧バッテリから低圧バッテリへ充電する為のＤＣＤＣの始動時に、低圧バッテリ（１２Ｖバッテリ）の電圧低下が発生する。
電気自動車の場合、駆動モータの回転数で走行中であるか否かが判定でき、駆動モータの回生電力を充電に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ オルタネータ（車載発電機）
２ スタータ
３ エンジン
４ ブレーキ
５ 回転センサ
６ イグニッションキー
７ 補助電源モジュール
８，９，１０ 電気負荷（車載負荷）
１１ イグニッションスイッチ
１２ 制御回路
１３ 電圧検出器（第２検出手段）
１４ 電圧検出器（第１検出手段）
１５ スタータスイッチ
１６ 電気接続箱
１７ 放電回路
１８ 充電回路
１９ 補助電源
Ｂ バッテリ
Ｃ１〜Ｃ６ （電気二重層）キャパシタ（蓄電セル）
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載発電機又はバッテリにより充電される複数の蓄電器を備え、車載発電機、バッテリ、又は蓄電器により車載負荷群に給電するエンジン駆動車、ハイブリッド車及び電気自動車の車両用電源装置、特に、アイドリング時にエンジンを停止させるアイドルストップ車に好適に使用される車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費を向上させる為に、また、環境への配慮から、停車時にアイドリングを停止するアイドルストップを行なう車両が増加しつつある。このような車両では、従来の車両に比べて頻繁にエンジンを始動させるので、エンジンを始動させるスタータの電源が重要である。エンジンを始動させる際、スタータが大電流を消費する為、車両用電源装置の電圧が一時的に低下する。電圧が一時的に低下すると、ナビゲーション装置及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電気負荷の電源電圧も低下し、動作が不安定になる等の可能性があった。また、ハイブリッド車及び電気自動車でも、高圧バッテリから低圧バッテリへ充電する為のＤＣＤＣを始動する際に、同様に、低圧バッテリの電圧が一時的に低下することがある。
その為、バッテリ（主電源、低圧バッテリ）に補助電源としてバックアップバッテリ又は電気二重層キャパシタを並列に接続して、補助電源からの放電によりスタータ駆動時の電圧低下を抑制することが考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、メインバッテリ（主電源）とは別にバックアップバッテリ（補助電源）を搭載し、主電源の給電系統の故障時（主電源の低電圧時）に、ダイオードの電圧降下を利用して、補助電源からの給電に切替える車両の給電回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８２８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、車両に搭載されるナビゲーション装置及びＥＣＵ等の電気負荷は、近年、増加する一方であり、それに応じて、上述したような補助電源に必要とされる容量も増加し、設置に必要なスペースも増加するという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリ（主電源、低圧バッテリ）を補助する補助電源に必要な容量を低減することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る車両用電源装置は、車載発電機又はバッテリにより充電される複数の蓄電器と、該蓄電器を直列又は並列に選択的に接続する接続手段とを備え、前記車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電するように構成してある車両用電源装置において、前記蓄電器及びバッテリ間に接続され、該蓄電器を充電する為の充電回路、及び該蓄電器から放電する為の放電回路と、前記放電回路及び充電回路をそれぞれオン又はオフに制御する制御手段と、前記蓄電器及びバッテリの出力電圧値を各検出する第１及び第２検出手段と、該第１及び第２検出手段の各検出値を比較する比較手段とを備え、該比較手段の比較結果に応じて、前記接続手段が蓄電器を直列又は並列に接続し、前記制御手段が充電回路及び放電回路をそれぞれオン又はオフに制御するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
この車両用電源装置では、複数の蓄電器が、車載発電機又はバッテリにより充電され、接続手段が、蓄電器を直列又は並列に選択的に接続し、車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電する。蓄電器及びバッテリ間に接続された充電回路が、蓄電器を充電し、蓄電器及びバッテリ間に接続された放電回路が、蓄電器から放電する。制御手段が、放電回路及び充電回路をそれぞれオン又はオフに制御し、第１及び第２検出手段が、蓄電器及びバッテリの出力電圧値を各検出する。比較手段が、第１及び第２検出手段の各検出値を比較し、比較手段の比較結果に応じて、接続手段が蓄電器を直列又は並列に接続し、制御手段が充電回路及び放電回路をそれぞれオン又はオフに制御する。
【０００８】
第２発明に係る車両用電源装置は、蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を直列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
この車両用電源装置では、蓄電器を２つ備え、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、接続手段が２つの蓄電器を直列に接続し、制御手段が放電回路をオンにする。制御手段が放電回路をオンにした後、比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、接続手段が蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにする。
【００１０】
第３発明に係る車両用電源装置は、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が第２検出手段の検出値の１／２より高いときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、前記接続手段が蓄電器を直列に接続するように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
この車両用電源装置では、接続手段が蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにしている場合に、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が第２検出手段の検出値の１／２より高いときは、制御手段が充電回路をオフにし、接続手段が蓄電器を直列に接続する。
【００１２】
第４発明に係る車両用電源装置は、蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記第１検出手段の検出値が第１電圧値より低くなったときは、前記接続手段が蓄電器を直列に接続し、該接続手段が蓄電器を直列に接続した後、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００１３】
この車両用電源装置では、蓄電器を２つ備え、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、接続手段が２つの蓄電器を並列に接続し、制御手段が放電回路をオンにする。制御手段が放電回路をオンにした後、第１検出手段の検出値が第１電圧値より低くなったときは、接続手段が蓄電器を直列に接続する。接続手段が蓄電器を直列に接続した後、比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、接続手段が２つの蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにする。
【００１４】
第５発明に係る車両用電源装置は、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高い第２電圧値より高くなったときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、該制御手段が充電回路をオフにした後、第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高く第２電圧値より低い第３電圧値より低くなったときは、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００１５】
この車両用電源装置では、接続手段が蓄電器を並列に接続し、制御手段が充電回路をオンにしている場合に、第１検出手段の検出値が第１電圧値より高い第２電圧値より高くなったときは、制御手段が充電回路をオフにする。制御手段が充電回路をオフにした後、第１検出手段の検出値が第１電圧値より高く第２電圧値より低い第３電圧値より低くなったときは、制御手段が充電回路をオンにする。
【００１６】
第６発明に係る車両用電源装置は、前記充電回路は、第１スイッチ及び第１抵抗の直列回路と、第２スイッチ及び第２抵抗（＜第１抵抗）の直列回路とが並列に接続されて構成されており、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、車両のブレーキが作動しているときは、前記制御手段が第２スイッチをオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００１７】
この車両用電源装置では、充電回路は、第１スイッチ及び第１抵抗の直列回路と、第２スイッチ及び第２抵抗（＜第１抵抗）の直列回路とが並列に接続されて構成されている。制御手段が充電回路をオンにしている場合に、車両のブレーキが作動しているときは、制御手段が第２スイッチをオンにする。
【００１８】
第７発明に係る車両用電源装置は、前記蓄電器は、複数の蓄電セルを直列に接続して構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る車両用電源装置によれば、バッテリ（主電源、低圧バッテリ）を補助する補助電源に必要な容量を低減することができる車両用電源装置を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す補助電源モジュールの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】キャパシタ容量とキャパシタの両端電圧との関係を示す特性図である。
【図５】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、エンジン３に連動してオルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が発電する。発電された電力は、オルタネータ１内で直流に変換され、電気接続箱１６を経由して、バッテリ（主電源、鉛蓄電池）Ｂに与えられる。また、オルタネータ１が発電した電力は、電気接続箱１６内で、イグニッションキー６に連動するイグニッションスイッチ１１及び補助電源モジュール７を経由して、車両に搭載された電気負荷（車載負荷）８，９，１０・・・に与えられる。
【００２２】
バッテリＢのプラス電極が、スタータスイッチ１５を経由してエンジン３のスタータ２に接続されている。スタータスイッチ１５は、アイドルストップの制御を行う図示しないエンジン制御部からの制御信号によりオン／オフされる。
イグニッションキー６のオン／オフ状態を通知する通知信号、ブレーキ４の作動（オン／オフ）状態を通知する通知信号、及びエンジン３の回転センサ５の検出信号が補助電源モジュール７に与えられている。
【００２３】
図２は、図１に示す補助電源モジュール７の構成例を示すブロック図である。
この補助電源モジュール７は、制御回路１２を備えている。制御回路１２は、上述したイグニッションキー６からの通知信号、ブレーキ４からの通知信号及び回転センサ５の検出信号が与えられている。
補助電源モジュール７は、オルタネータ１及びバッテリＢからの電力をイグニッションスイッチ１１経由で与えられ、与えられた電力は、電気負荷８，９，１０・・・に供給される。
【００２４】
また、与えられた電力は、補助電源モジュール７内で、スイッチＳＷ１１及び抵抗Ｒ１の直列回路と、スイッチＳＷ１２及び抵抗Ｒ２の直列回路との並列回路で構成された充電回路１８の一方の端子に与えられる。尚、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１より小さくしてある。
充電回路１８の他方の端子は、スイッチＳＷ２１及び電気二重層キャパシタ（蓄電セル）Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路のスイッチＳＷ２１側の端子と、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路のキャパシタＣ１側の端子とに接続されている。スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路のキャパシタＣ６側の端子と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路のスイッチＳＷ２２側の端子とは接地されている。
【００２５】
スイッチＳＷ２２は、スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４間の端子と接地側端子とに分岐する分岐スイッチである。
スイッチＳＷ２２がスイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４間の端子側に接続し、スイッチＳＷ２１がオフになっている場合は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６は直列に接続される。一方、スイッチＳＷ２２が接地端子側に接続し、スイッチＳＷ２１がオンになっている場合は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６は並列に接続される。
スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路とは、補助電源１９を構成している。
【００２６】
スイッチＳＷ２１及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６の直列回路のスイッチＳＷ２１側の端子と、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びスイッチＳＷ２２の直列回路のキャパシタＣ１側の端子とは、また、放電回路１７を構成するスイッチＳＷ３１の一方の端子に接続されている。スイッチＳＷ３１の他方の端子は、オルタネータ１、バッテリＢ及び電気負荷８，９，１０・・・に接続されている。
【００２７】
制御回路１２が内蔵する電圧検出器（第２検出手段）１３が、オルタネータ１及びバッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎを検出する。また、制御回路１２が内蔵する電圧検出器（第１検出手段）１４が、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを検出する。
制御回路１２は、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１をそれぞれ制御する。
【００２８】
以下に、このような構成の車両用電源装置の動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
制御回路１２は、先ず、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ１）。
【００２９】
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ５）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎであれば（Ｓ５）、スイッチＳＷ３１をオンにして（Ｓ７）、直列接続された補助電源１９から放電させ、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込む（Ｓ３）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎでなければ（Ｓ５）、スイッチＳＷ３１をオフにして（Ｓ９）、回転センサ５の検出信号により、エンジン３が回転し、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００３０】
制御回路１２は、車両が走行中でなければ（Ｓ１１）、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ１）。
制御回路１２は、車両が走行中であれば（Ｓ１１）、ブレーキ４からの通知信号により、ブレーキ４が作動中であるか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００３１】
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中でなければ（Ｓ１３）、通常の充電動作として、スイッチＳＷ１１をオンにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ１５）。
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ１７）、Ｖｃ＞Ｖｉｎ／２であるか否かを判定する（Ｓ１９）。
【００３２】
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎ／２であれば（Ｓ１９）、充電動作を終了して、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ１）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎ／２でなければ（Ｓ１９）、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中であれば（Ｓ１３）、回生電力の充電動作として、スイッチＳＷ１２をオンにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ２１）。制御回路１２は、次いで、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込む（Ｓ１７）。
【００３３】
本実施の形態１では、例えば、定格３Ｖのキャパシタ（セル）を用いる場合、寿命の観点から余裕を見て、１セル当たり２．７Ｖで利用する。車両の電源電圧１２Ｖ前後で利用する為には、６直列（耐圧１６Ｖ）で利用し、保護電圧Ｖｐ≦１６Ｖとなるようにキャパシタを充電制御する。
セル３直列×２並列で充電し、Ｖｃ（３直列）＞Ｖｉｎ／２になると、６直列にすることで、Ｖｃ（６直列）＝Ｖｉｎとなる。これにより、６直列でＶｃ＝Ｖｉｎとなる迄充電することに比較して、充電時間を短くすることができる。
【００３４】
尚、キャパシタ容量Ｃとキャパシタの両端電圧Ｖ（ｔ）との関係は、図４の特性図に示される。Ｖ０は充電後の初期電圧、ｔは時間、Ｉは電流、Ｃはキャパシタ容量であり、電圧Ｖ（ｔ）は、ｔ＝０から放電したときのｔ時間経過後の電圧であり、Ｖ（ｔ）＝Ｖ０―（Ｉ／Ｃ）ｔの関係がある。
【００３５】
例えば、充電電圧Ｖ（ｔ）は、
Ｖ（ｔ）＝Ｖｉｎ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）） （１）
である。但し、Ｃ：静電容量、Ｒ：充電制限抵抗とすると、時定数τ＝ＣＲである。
（１）式から、Ｖ（ｔ）＝Ｖｉｎとなる充電時間ｔ１は、
ｔ１＝５．３×τ１ （２）
であり、Ｖ（ｔ）＝Ｖｉｎ／２となる充電時間ｔ２は、
ｔ２＝０．７×τ２ （３）
である。
【００３６】
ここで、τ１＝ＣＲ、τ２＝（４Ｃ）Ｒから、τ２＝４τ１である。
（２）（３）式からτ１，τ２を消去して、
ｔ１／ｔ２＝５．３／（０．７×４）＝１．９
となり、充電時間を約１／２にすることができる。
【００３７】
また、使用頻度が低い用途の場合、充電電圧を通常より高くすることも可能である。例えば、緊急時に使用するような場合、劣化による製品寿命の短縮を抑制することよりも、動作することが重要である場合がある。そのような場合、例えば、通常はセルの充電電圧を２．７Ｖとしているところを、３．０Ｖ迄充電可能とする。
そこで、セル３直列×２並列で９Ｖ迄充電した後、６直列にして放電させる。又は、セル３直列×２並列で９Ｖ迄充電した後、５直列にして１５Ｖで放電を開始させ、その放電電圧が所定電圧以下になったら、６直列にして放電させるなど、直列数を段階的に変更してもよい。これにより、セルを６直列で充電する場合に比べて、電源電圧より高い電圧に充電することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態１では、充電状況に応じて、低抵抗の充電経路を接続し、短時間で充電できるようにしている。
充電電流は、電線径及び他の負荷の関係で有限である。
例えば、充電電流を５Ａに制限し、通常の充電では、スイッチＳＷ１１及び抵抗Ｒ１＝２．４Ω（１２Ｖ時５Ａ）を経由するように構成しておく。
最近は、ブレーキ作動時の回生エネルギを回収して、例えば電源電圧を１４Ｖにして、蓄電池に蓄えることで燃費を低減する機能が搭載された車両がある。
【００３９】
ブレーキ作動時のエネルギ回収では、短時間に充電することが必要である。例えば、キャパシタの容量Ｃ＝１０Ｆである場合、時定数τ＝２．４×１０（秒）となり、数秒で充電できる電力は僅かである。
そこで、キャパシタがＶｃ＝１２Ｖに充電済みとすると、ブレーキ作動時の充電では、スイッチＳＷ１２をオンにすることにより、抵抗Ｒ２＝（１４Ｖ−１２Ｖ）／５Ａ＝０．４（Ω）であり、時定数τ＝０．４×１０（秒）となり、数秒で充電できることになる。
【００４０】
本実施の形態１では、充電電圧をバッテリ電圧より高くすることができるので、キャパシタ（補助電源）の必要容量を低減することができる。例えば、充電電圧１２Ｖ、負荷電流１２Ａ、キャパシタ容量１０Ｆとすると、０．５秒後の電圧は１１．５Ｖである。充電電圧を１４Ｖにして、同じ負荷電流で０．５秒後の電圧を、１０Ｆのときと同じ（１１．５Ｖ）にするキャパシタ容量は２Ｆであり、キャパシタ容量を極めて小さくできる。
【００４１】
（実施の形態２）
図５は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の動作を示すフローチャートである。以下に、この車両用電源装置の動作を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。尚、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の構成は、上述した実施の形態１の構成（図１，２）と同様であるので、説明を省略する。
制御回路１２は、先ず、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ３１）。
【００４２】
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎであれば（Ｓ３５）、スイッチＳＷ３１をオンにして（Ｓ３７）、並列接続された補助電源１９から放電させる。制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖｉｎでなければ（Ｓ３５）、スイッチＳＷ３１をオフにする（Ｓ４５）。
【００４３】
制御回路１２は、スイッチＳＷ３１をオンにした（Ｓ３７）後、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３９）、Ｖｃ＜Ｖ１（第１電圧値）であるか否かを判定する（Ｓ４１）。第１電圧値Ｖ１は、車載負荷のＥＣＵに使用される制御用電源電圧値より高く設定されている。
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ１であれば（Ｓ４１）、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続する（Ｓ４３）。
【００４４】
制御回路１２は、次に、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ１でなければ（Ｓ４１）、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
【００４５】
制御回路１２は、スイッチＳＷ３１をオフにした（Ｓ４５）後、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ４７）。
制御回路１２は、次に、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ４９）、Ｖｃ＜Ｖ３（第３電圧値）であるか否かを判定する（Ｓ５１）。第３電圧値Ｖ３は、第１電圧値Ｖ１より高く設定されている。
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ３でなければ（Ｓ５１）、バッテリＢの出力電圧値Ｖｉｎ、及び補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ３３）、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判定する（Ｓ３５）。
【００４６】
制御回路１２は、Ｖｃ＜Ｖ３であれば（Ｓ５１）、回転センサ５の検出信号により、エンジン３が回転し、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ５３）。
制御回路１２は、車両が走行中でなければ（Ｓ５３）、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ３１）。
制御回路１２は、車両が走行中であれば（Ｓ５３）、ブレーキ４からの通知信号により、ブレーキ４が作動中であるか否かを判定する（Ｓ５５）。
【００４７】
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中でなければ（Ｓ５５）、通常の充電動作として、スイッチＳＷ１１をオンにする（Ｓ５７）。
制御回路１２は、次に、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込み（Ｓ５９）、Ｖｃ＞Ｖ２（第２電圧値）であるか否かを判定する（Ｓ６１）。
【００４８】
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖ２であれば（Ｓ６１）、充電動作を終了して、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ３１をオフにし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の切替えにより、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続する（Ｓ３１）。
制御回路１２は、Ｖｃ＞Ｖ２でなければ（Ｓ６１）、車両が走行中であるか否かを判定する（Ｓ５３）。
制御回路１２は、ブレーキ４が作動中であれば（Ｓ５５）、回生電力の充電動作として、スイッチＳＷ１２をオンにする（Ｓ６３）。制御回路１２は、次いで、補助電源１９の出力電圧値Ｖｃを読込む（Ｓ５９）。
【００４９】
定格３Ｖのキャパシタ（セル）を用いて、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続した場合、補助電源１９の充電後の出力電圧値Ｖｃは８Ｖ前後である。アイドルストップによりエンジン３が再始動する際に、クランキングによりＶｃ＞Ｖｉｎになると、補助電源１９が放電を開始する。
【００５０】
放電を開始して出力電圧値Ｖｃが第１電圧値Ｖ１（例えば５．５Ｖ）より低くなると、補助電源１９のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を直列に接続して、出力電圧値Ｖｃを２×Ｖ１程度に引き上げ、エンジン３が再始動する迄（スタータスイッチがオフ）放電させる。
キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びキャパシタＣ４，Ｃ５，Ｃ６を並列に接続した補助電源１９を充電する場合、出力電圧値Ｖｃが第３電圧値Ｖ３（例えば７．５Ｖ）より低くなると、充電を開始し、出力電圧値Ｖｃが第２電圧値Ｖ２（例えば８．０Ｖ）より高くなると、充電を停止する。
【００５１】
尚、上述した実施の形態１，２では、エンジン駆動車の場合を記載しているが、ハイブリッド車及び電気自動車でも同様のことが可能である。エンジン駆動車での「エンジン及び車載発電機」の組合せが、ハイブリッド車及び電気自動車での「高圧バッテリ及びＤＣＤＣ」の組合せに相当する。エンジン駆動車のスタータ始動時と同様に，ハイブリッド車及び電気自動車では，高圧バッテリから低圧バッテリへ充電する為のＤＣＤＣの始動時に、低圧バッテリ（１２Ｖバッテリ）の電圧低下が発生する。
電気自動車の場合、駆動モータの回転数で走行中であるか否かが判定でき、駆動モータの回生電力を充電に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ オルタネータ（車載発電機）
２ スタータ
３ エンジン
４ ブレーキ
５ 回転センサ
６ イグニッションキー
７ 補助電源モジュール
８，９，１０ 電気負荷（車載負荷）
１１ イグニッションスイッチ
１２ 制御回路
１３ 電圧検出器（第２検出手段）
１４ 電圧検出器（第１検出手段）
１５ スタータスイッチ
１６ 電気接続箱
１７ 放電回路
１８ 充電回路
１９ 補助電源
Ｂ バッテリ
Ｃ１〜Ｃ６ （電気二重層）キャパシタ（蓄電セル）
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載発電機又はバッテリにより充電される複数の蓄電器と、該蓄電器を直列又は並列に選択的に接続する接続手段とを備え、前記車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電するように構成してある車両用電源装置において、
前記蓄電器及びバッテリ間に接続され、該蓄電器を充電する為の充電回路、及び該蓄電器から放電する為の放電回路と、前記放電回路及び充電回路をそれぞれオン又はオフに制御する制御手段と、前記蓄電器及びバッテリの出力電圧値を各検出する第１及び第２検出手段と、該第１及び第２検出手段の各検出値を比較する比較手段とを備え、該比較手段の比較結果に応じて、前記接続手段が蓄電器を直列又は並列に接続し、前記制御手段が充電回路及び放電回路をそれぞれオン又はオフに制御するように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を直列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が第２検出手段の検出値の１／２より高いときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、前記接続手段が蓄電器を直列に接続するように構成してある請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記第１検出手段の検出値が第１電圧値より低くなったときは、前記接続手段が蓄電器を直列に接続し、該接続手段が蓄電器を直列に接続した後、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高い第２電圧値より高くなったときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、該制御手段が充電回路をオフにした後、第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高く第２電圧値より低い第３電圧値より低くなったときは、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してある請求項４記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記充電回路は、第１スイッチ及び第１抵抗の直列回路と、第２スイッチ及び第２抵抗（＜第１抵抗）の直列回路とが並列に接続されて構成されており、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、車両のブレーキが作動しているときは、前記制御手段が第２スイッチをオンにするように構成してある請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記蓄電器は、複数の蓄電セルを直列に接続して構成してある請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項１】
車載発電機又はバッテリにより充電される複数の蓄電器と、該蓄電器を直列又は並列に選択的に接続する接続手段とを備え、前記車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電するように構成してある車両用電源装置において、
前記蓄電器及びバッテリ間に接続され、該蓄電器を充電する為の充電回路、及び該蓄電器から放電する為の放電回路と、前記放電回路及び充電回路をそれぞれオン又はオフに制御する制御手段と、前記蓄電器及びバッテリの出力電圧値を各検出する第１及び第２検出手段と、該第１及び第２検出手段の各検出値を比較する比較手段とを備え、該比較手段の比較結果に応じて、前記接続手段が蓄電器を直列又は並列に接続し、前記制御手段が充電回路及び放電回路をそれぞれオン又はオフに制御するように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を直列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が第２検出手段の検出値の１／２より高いときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、前記接続手段が蓄電器を直列に接続するように構成してある請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
蓄電器を２つ備え、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が高いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が放電回路をオンにし、該制御手段が放電回路をオンにした後、前記第１検出手段の検出値が第１電圧値より低くなったときは、前記接続手段が蓄電器を直列に接続し、該接続手段が蓄電器を直列に接続した後、前記比較手段の比較結果が、第１検出手段の検出値の方が低いときは、前記接続手段が前記蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記接続手段が蓄電器を並列に接続し、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、前記第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高い第２電圧値より高くなったときは、前記制御手段が充電回路をオフにし、該制御手段が充電回路をオフにした後、第１検出手段の検出値が前記第１電圧値より高く第２電圧値より低い第３電圧値より低くなったときは、前記制御手段が充電回路をオンにするように構成してある請求項４記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記充電回路は、第１スイッチ及び第１抵抗の直列回路と、第２スイッチ及び第２抵抗（＜第１抵抗）の直列回路とが並列に接続されて構成されており、前記制御手段が充電回路をオンにしている場合に、車両のブレーキが作動しているときは、前記制御手段が第２スイッチをオンにするように構成してある請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記蓄電器は、複数の蓄電セルを直列に接続して構成してある請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３５４６４（Ｐ２０１３−３５４６４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４３０３（Ｐ２０１１−１７４３０３）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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