JP6060391B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドリングストップ機能を有する車両における車両用電源装置に関する。

近年、車両の燃料消費低減のために、信号待ち等で車両が停止した時にエンジンを停止するアイドリングストップ機能を備えた車両が開発されている。

このような車両において、エンジンの再始動を行う際に、バッテリの電力でスタータ等の大容量負荷を駆動すると、バッテリの端子電圧が低下し、他の電装品の動作不良の原因となる。

図６は、バッテリの端子電圧の低下を補うための、特許文献１に記載の車両用電源装置５０１の回路図である。車両用電源装置５０１において、バッテリ１０１にはＤＣ／ＤＣコンバータ１０３が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、バッテリ１０１の端子電圧を昇圧する昇圧回路１０５と、バッテリ１０１の端子と昇圧回路１０５の出力端子との間に接続されたキャパシタ１０７とを備えている。バッテリ１０１とキャパシタ１０７とを直列接続することにより電源電圧を発生するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３はキャパシタ１０７を充電することによってバッテリ１０１の端子電圧の低下分を補う。

車両用電源装置５０１では、キャパシタ１０７によりバッテリ１０１の端子電圧の低下を補うことができ、電源電圧の安定化が可能となる。しかし、車両用電源装置５０１をアイドリングストップ車に適用した場合、電源電圧の安定化は可能となるものの、エンジン再始動時にスタータを駆動する際にバッテリ１０１から流れる電流は変わらないので、バッテリ１０１の負担が大きい。

特許第３８８５７７１号公報

車両用電源装置は、エンジンと、エンジンを起動するスタータと、スタータを駆動するバッテリとを搭載する車両に設けられるように構成されている。その車両用電源装置は、第１から第５のスイッチと、第１と第２のキャパシタと、半導体スイッチング素子と、制御回路とを備える。第１のスイッチはバッテリの正極に接続されるように構成されている。第１のキャパシタは、バッテリの正極と第１のスイッチを介して接続されるように構成された正極と、グランドに接続された負極とを有する。第２のスイッチは第１のキャパシタの正極に接続されている。第２のキャパシタは、正極と、第１のキャパシタの正極と第２のスイッチを介して接続された負極とを有する。第３のスイッチは、第２のスイッチと第２のキャパシタの負極とが接続された接続点とグランドとの間に接続されている。第４のスイッチは、第２のキャパシタの正極に接続されている。第５のスイッチは、バッテリの正極とスタータとの間に接続されるように構成されている。半導体スイッチング素子は、第２のキャパシタの正極に接続され、バッテリの正極と第２のキャパシタの正極との間を断続するように構成されている。第２のキャパシタの正極は第４のスイッチを介してスタータに接続されるように構成されている。制御回路は、スタータを駆動しないときに第１のキャパシタと第２のキャパシタを充電するように、第１から第５のスイッチを制御するように動作する。また、制御回路は、スタータを駆動する際に、第１のキャパシタの正極と負極との間の電圧である第１のキャパシタ電圧と第２のキャパシタの正極と負極との間の電圧である第２のキャパシタ電圧との合計電圧が、既定合計電圧より小さければ、バッテリの電力をスタータに供給するように、第１から第５のスイッチを制御するように動作する。また、制御回路は、スタータを駆動する際に、合計電圧が既定合計電圧以上であれば、車両が使用開始時の場合は、バッテリと第１のキャパシタとで並列回路を構成し、並列回路と第２のキャパシタが直列に接続されるように、第１から第５のスイッチを制御してスタータに電力を供給するように動作する。また、制御回路は、スタータを駆動する際に、合計電圧が既定合計電圧以上であれば、車両が使用中の場合は、スタータからバッテリを切り離し、第１のキャパシタと第２のキャパシタが直列に接続されるように、第１から第５のスイッチを制御してスタータに電力を供給するように動作する。

この車両用電源装置は、スタータの駆動時にバッテリの負担を軽減してバッテリの寿命を延ばすことができる。

図１は本発明の実施の形態における車両用電源装置のブロック回路図である。 図２は実施の形態における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。 図３は実施の形態における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。 図４は実施の形態における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。 図５は実施の形態における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。 図６は従来の車両用電源装置の回路詳細構成図である。

図１は、本発明の実施の形態における車両用電源装置１０のブロック回路図である。図１において太線は電力系配線を示し、細線は信号系配線を示す。また、実施の形態における車両１０Ｃは、車両１０Ｃの停止時にエンジン１０Ｂを停止するアイドリングストップ機能を有する。車両１０Ｃはエンジン１０Ｂと、エンジン１０Ｂを起動するスタータ２５と、スタータ２５を駆動するバッテリ１１とを搭載する。車両用電源装置１０は車両１０Ｃに設けられるように構成されている。

車両用電源装置１０は、バッテリ１１の正極１１Ａに接続されたスイッチ１３と、バッテリ１１にスイッチ１３を介して接続された正極１５Ａとグランド１０Ａに接続された負極１５Ｂとを有するキャパシタ１５と、キャパシタ１５の正極１５Ａに接続されたスイッチ１７と、キャパシタ１５の正極１５Ａにスイッチ１７を介して接続された負極１９Ｂを有するキャパシタ１９と、スイッチ１７とキャパシタ１９の負極１９Ｂとが接続された接続点１９Ｃとグランド１０Ａとの間に電気的に接続されたスイッチ２１と、キャパシタ１９の正極１９Ａに接続されたスイッチ２３と、バッテリ１１の正極１１Ａとスタータ２５との間に接続されるように構成されたスイッチ２７と、バッテリ１１の正極１１Ａとキャパシタ１９の正極１９Ａに接続された半導体スイッチング素子であるダイオード３５と、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７と電気的に接続される制御回路２９とを備える。キャパシタ１９の正極１９Ａはスイッチ２３を介してスタータ２５に接続されるように構成されている。ダイオード３５のアノード３５Ｂはバッテリ１１の正極１１Ａに接続され、カソード３５Ａはキャパシタ１９の正極１９Ａに接続されている。バッテリ１１の負極１１Ｂはグランド１０Ａに接続されている。制御回路２９は、スタータ２５を動作させないときにキャパシタ１５、１９を充電するようにスイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。電圧検出回路３９はキャパシタ１９の正極１９Ａと負極１９Ｂとの間の電圧であるキャパシタ電圧Ｖｃ２を検出する。制御回路２９はキャパシタ１５の正極１５Ａ、負極１５Ｂ間の電圧であるキャパシタ電圧Ｖｃ１すなわちキャパシタ１５の正極１５Ａのキャパシタ電圧Ｖｃ１を検出する。制御回路２９は、スタータ２５を動作させる際に、キャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋより低ければバッテリ１１の電力をスタータ２５に供給するようにスイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。制御回路２９は、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋ以上であれば、車両１０Ｃが使用開始時の場合は、バッテリ１１とキャパシタ１５とで並列回路を構成し、この並列回路とキャパシタ１９が直列に接続されるように、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。また、制御回路２９は、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋ以上であれば、車両１０Ｃが使用中の場合は、バッテリ１１をキャパシタ１５から切り離し、キャパシタ１５とキャパシタ１９のみが直列に接続されるように、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。制御回路２９は、それぞれの状態でバッテリ１１のみ、またはキャパシタ１５、１９の全て、またはキャパシタ１５、１９とバッテリ１１の全てからスタータ２５に電力を供給させる。

これにより、車両１０Ｃの使用を開始する時にエンジン１０Ｂを始動する時であるコールドスタート時に、制御回路２９はキャパシタ１５をバッテリ１１と並列に接続して並列回路を形成し、この並列回路にキャパシタ１９を直列に接続している。したがって、スタータ２５が最も大きなトルクを発生する必要があるコールドスタート時に、内部抵抗の低いキャパシタ１５、１９に蓄積されている電力がバッテリ１１の電力よりも優先的にスタータ２５へ供給される。ゆえに、バッテリ１１から流れる電流が小さくなり、バッテリ１１の負担が軽減される。さらに、車両１０Ｃを使用中で停止している際にエンジン１０Ｂを再始動する時は、キャパシタ１５、１９に蓄積されている電力のみがスタータ２５に供給され、バッテリ１１の電力はスタータ２５に供給されない。従って、バッテリ１１からスタータ２５への電流はほとんど流れない。バッテリ１１のみでスタータ２５を動作させる場合は合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ１１の電圧Ｖｂより低い時に限られる。これらのことから、バッテリ１１の負担を軽減することができ、バッテリ１１の長寿命化が図れる。

以下、より具体的に実施の形態における車両用電源装置１０の動作について説明する。

まず、電力系配線の詳細構成について述べる。

車両１０Ｃに搭載される発電機３１はエンジン１０Ｂにより駆動されて電力を発生する。また、車両１０Ｃの制動時には発電機３１は回生電力を発生する。発電機３１には、カーオーディオ機器等の種々の電装品からなる負荷１０Ｄとバッテリ１１とが電力系配線で電気的に接続されている。バッテリ１１は鉛バッテリであり、バッテリ１１の正極１１Ａと負極１１Ｂの間の開放電圧Ｖｂ０は１２Ｖである。バッテリ１１の開放電圧Ｖｂ０はバッテリ１１に負荷が接続されていないときの正極１１Ａと負極１１Ｂとの間のバッテリ電圧Ｖｂである。

バッテリ１１の正極１１Ａにはスイッチ１３を介してキャパシタ１５の正極１５Ａが電気的に接続される。スイッチ１３は外部からオンオフできるオンオフ制御と、流れる電流を所定の値に制限できる電流制限制御ができ、実施の形態では電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）を用いる。所定の値は任意に設定することができる。すなわち、スイッチ１３は、外部からのスイッチ制御信号ＳＷ１により制御されてオンオフし、かつオンのときに流れる電流を制御できる。スイッチ１３はＦＥＴに限定されるものではなく、オンオフ制御と電流制限制御が可能な、例えばリレーと抵抗器とを組み合わせた構成であってもよい。

実施の形態ではキャパシタ１５は、直列に接続された５個の定格充電電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタよりなる。実施の形態では、定格充電電圧とは、電気二重層キャパシタの寿命が車両１０Ｃの寿命以上となるような充電電圧であると定義する。実施の形態ではキャパシタ１５全体の定格充電電圧は１２．５Ｖとなる。

また、スイッチ１３には電流センサ３３が直列に接続されている。電流センサ３３はスイッチ１３に流れる電流Ｉ１を検出し、シャント抵抗器を有する。なお、電流センサ３３はそのシャント抵抗器の両端電圧から電流Ｉ１に比例した電圧を出力する。また、電流センサ３３はシャント抵抗器に限定されるものではなく、ホール素子等の磁気的に検出するセンサであってもよい。

キャパシタ１５の正極１５Ａにはスイッチ１７を介してキャパシタ１９の負極１９Ｂが電気的に接続される。ここで、スイッチ１７はスイッチ１３と同じくＦＥＴで構成される。スイッチ１７はスイッチ１３と同様に、外部からのスイッチ制御信号ＳＷ２により制御されてオンオフし、かつオンのときに流れる電流を制御できる。また、キャパシタ１９はキャパシタ１５と同様に電気二重層キャパシタで構成されるが、直列に接続された２個の電気二重層キャパシタよりなる。電気二重層キャパシタの定格充電電圧は２．５Ｖであるので、キャパシタ１９の定格充電電圧は５Ｖとなる。

キャパシタ１５をバッテリ１１の電力により充電した場合は、バッテリ１１の開放電圧Ｖｂ０が１２Ｖであるので、キャパシタ電圧Ｖｃ１は１２Ｖとなる。また、上記したようにキャパシタ１９の定格充電電圧が５Ｖである。従って、スイッチ１７をオンにした場合のキャパシタ電圧Ｖｃ１とキャパシタ電圧Ｖｃ２の和である合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２は１７Ｖとなる。

スイッチ１７とキャパシタ１９の負極１９Ｂとが接続された接続点１９Ｃとグランド１０Ａとの間にはスイッチ２１が電気的に接続される。スイッチ２１もスイッチ１３と同様に、外部からのスイッチ制御信号ＳＷ３により制御されてオンオフし、かつオンのときに流れる電流を制御でき、ＦＥＴで構成される。

キャパシタ１９の正極１９Ａはダイオード３５を介してバッテリ１１の正極１１Ａと電気的に接続される。ダイオード３５のカソード３５Ａはキャパシタ１９の正極１９Ａに接続され、アノード３５Ｂがバッテリ１１の正極１１Ａに接続される。上記したように、キャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）は定格充電電圧まで充電が完了した時に１７Ｖとなるので、バッテリ１１の正極１１Ａと負極１１Ｂとの間の電圧であるバッテリ電圧Ｖｂよりも高くなる。従って、ダイオード３５は、キャパシタ１５、１９が直列に接続されて形成された直列回路からバッテリ１１側へ電流が逆流するのを防ぐ。

ダイオード３５と直列に電流センサ３７が接続される。電流センサ３７は電流センサ３３と同じ構成を有する。

キャパシタ１９の正極１９Ａにはスイッチ２３を介してスタータ２５の端２５Ａが電気的に接続される。スタータ２５の端２５Ｂはグランド１０Ａに接続されている。なお、スイッチ２３もスイッチ１３と同様にＦＥＴで構成される。但し、スイッチ２３はキャパシタ１５、１９を充電するためには用いられないので、流れる電流を制限する必要はない。したがって、スイッチ２３はＦＥＴなどの半導体スイッチング素子に限定されるものではなく、リレーであってもよい。

バッテリ１１の正極１１Ａにはスイッチ２７を介してスタータ２５の端２５Ａが電気的に接続される。この経路は、キャパシタ１５、１９に蓄積された電力ではなくバッテリ１１の電力のみでスタータ２５を駆動し動作させるための電力経路である。なお、スイッチ２７もスイッチ１３と同様にＦＥＴで構成される。但し、スイッチ２７もキャパシタ１５、１９を充電するためには用いられないので、流れる電流を制限する必要はなく、スイッチ２３と同様にリレーであってもよい。

次に、信号系配線の詳細構成について述べる。

スイッチ１３、１７、２１、２３、２７は信号系配線で制御回路２９と電気的に接続される。ここで、制御回路２９はマイクロコンピュータとメモリ等の周辺回路とで構成され、車両１０Ｃ全体の制御を司る。図１では、実施の形態における車両用電源装置１０を説明するために必要な信号系配線以外を省略している。

制御回路２９はスイッチ１３、１７、２１、２３、２７にスイッチ制御信号ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をそれぞれ出力し、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７をオン、オフしてオンオフ制御を行なっている。

また、制御回路２９はＡ／Ｄコンバータを含み、以下に述べる各種電圧を読み込む。バッテリ１１の正極と制御回路２９を信号系配線で接続することにより、制御回路２９はバッテリ電圧Ｖｂを読み込む。電流センサ３３の出力を制御回路２９と信号系配線で接続することで、制御回路２９は電流Ｉ１を読み込む。キャパシタ１５の正極１５Ａと制御回路２９を信号系配線で接続することにより、制御回路２９はキャパシタ電圧Ｖｃ１を読み込む。電流センサ３７の出力を制御回路２９と信号系配線で接続することで、制御回路２９は電流Ｉ２を読み込む。キャパシタ１９の正極１９Ａ、負極１９Ｂ間の電圧であるキャパシタ電圧Ｖｃ２は電圧検出回路３９で検出される。電圧検出回路３９を制御回路２９と信号系配線で接続することで、制御回路２９はキャパシタ電圧Ｖｃ２を読み込む。

また、制御回路２９はスタータ２５とも信号系配線で電気的に接続され、スタータ駆動信号ＳＴを出力することで、スタータ２５の駆動を制御する。具体的には、スタータ２５の端２５Ａ、２５Ｂに電圧が印加されている状態で制御回路２９がスタータ駆動信号ＳＴをスタータ２５に出力するとスタータ２５は駆動されて動作する。スタータ２５の端２５Ａ、２５Ｂに電圧が印加されている状態でも制御回路２９がスタータ駆動信号ＳＴをスタータ２５に出力しないとスタータ２５は駆動されず動作しない。スタータ２５の端２５Ａ、２５Ｂに電圧が印加されていなければスタータ駆動信号ＳＴに関わらずスタータ２５は駆動されず動作しない。

次に、車両用電源装置１０の動作について説明する。

まず、キャパシタ１５、１９の充電の動作について説明する。図２はキャパシタ１５、１９の充電のための車両用電源装置１０の動作を示すフローチャートであり、制御回路２９がメインルーチンから分かれてキャパシタ１５、１９を充電する際に実行するサブルーチンである。図３はスタータ２５を駆動して動作させるための車両用電源装置１０の動作を示すフローチャートであり、スタータ２５を駆動して動作させるためのサブルーチンを示す。制御回路２９はメインルーチンに基づき、アクセル開度等の制御データに応じてエンジン１０Ｂを制御して車両１０Ｃの走行を制御する。制御回路２９がメインルーチンを実行しているときにスイッチ１３、１７、２１、２３、２７の全てをオフにする。すなわち、図２と図３に示すフローチャートとでのスタートではスイッチ１３、１７、２１、２３、２７は全てオフである。図２に示すサブルーチンが実行される具体的な場合は、車両１０Ｃの使用開始の段階では、例えば車両１０Ｃが開錠されドアが開いた時である。また、車両１０Ｃの使用中の段階では、例えばアイドリングストップ終了後にスタータ２５を駆動するとき以外の場合である。実施の形態では、次にいつアイドリングストップが開始されるか予測できないので、バッテリ１１からの電力ではなくキャパシタ１５、１９に蓄積された電力のみでスタータ２５を確実に駆動できるように、制御回路２９はアイドリングストップ終了後でスタータ２５を駆動し終わった直後に図２に示すサブルーチンを実行する。これにより、キャパシタ１５、１９を早く充電し終えることができる。

図２のサブルーチンが実行されると、制御回路２９はまずスタータフラグをオフにする（ステップＳ１１）。スタータフラグは、割り込みルーチンによりスタータ２５の駆動を要求するスタータ駆動要求が発生した場合にオンになり、メモリの一部を使用して構成される。割り込みルーチンは、運転者がエンジン１０Ｂを始動する時やアイドリングストップが終了する時に実行される。その割り込みルーチンはスタータフラグをオンにした後、割り込み先に戻るだけの動作を行う。

制御回路２９はステップＳ１１でスタータフラグをオフにすることで、前回の割り込みでオンになったスタータフラグをクリアする。

次に、制御回路２９は、キャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２およびバッテリ電圧Ｖｂを読み込む（ステップＳ１３）。

次に、制御回路２９は、キャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の和である合計電圧（＝Ｖｃ１＋Ｖｃ２）とバッテリ電圧Ｖｂとを比較する（ステップＳ１５）。合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以上であれば（ステップＳ１５のＮｏ）、キャパシタ１５、１９には合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以上となる電力が既に蓄えられているので、ステップＳ２３にジャンプする。

一方、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより低ければ（ステップＳ１５のＹｅｓ）、キャパシタ１５、１９に蓄電されている電力が少ない。そこで、制御回路２９は、速やかにキャパシタ１５、１９を充電するために、キャパシタ１５、１９を直列に接続して既定電流Ｉ２ｋで充電する。これにより、キャパシタ１５、１９の合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）とバッテリ電圧Ｖｂとの差が小さくなるので、スイッチ１７における充電損失を小さくできる。従って、その分、充電電流を大きくできるので、キャパシタ１５、１９の充電期間を短くすることができる。

以下、この動作をより具体的に説明する。

ステップＳ１５において合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより低い場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、制御回路２９は、次にスタータフラグの状態を判断する（ステップＳ１７）。スタータフラグは割り込みによりオンになるので、図２のサブルーチンの実行中では、いつオンになるか予測できない。そこで、図２のサブルーチンでは制御回路２９は適宜スタータフラグの状態を監視している。

スタータフラグがオンであれば（ステップＳ１７のＹｅｓ）、制御回路２９はスタータ２５を駆動してエンジン１０Ｂを始動するために図３に示すステップＳ４１へジャンプする。

一方、スタータフラグがオフであれば（ステップＳ１７のＮｏ）、制御回路２９は、スイッチ１３、２１、２３、２７をオフにする（ステップＳ１９）。すなわち、制御回路２９はスイッチ１３、２１をオフにすることでキャパシタ１５、１９を直列に接続するよう準備する。スタータフラグはオフなので（ステップＳ１７のＮｏ）、スタータ２５は駆動されない。従って、制御回路２９はスイッチ２３、２７をオフにする。

次に、制御回路２９は電流センサ３７で電流Ｉ２を読み込み、電流Ｉ２が既定電流Ｉ２ｋになるようにスイッチ１７をオンにしてかつスイッチ１７を構成するＦＥＴの能動領域で制御する（ステップＳ２１）。すなわち、スイッチ１７を構成するＦＥＴのゲート電圧を可変することにより、既定電流Ｉ２ｋでキャパシタ１５、１９の直列回路を定電流充電する。ここで、既定電流Ｉ２ｋは、バッテリ１１に負担が掛からない程度、すなわちバッテリ１１の寿命に大きく影響しない程度で、できるだけ早くキャパシタ１５、１９を充電できる電流値として、予め決定されメモリに記憶されている。なお、既定電流Ｉ２ｋはバッテリ１１への負担以外にも、キャパシタ１５、１９の直列の合成容量や、スイッチ１７に流せる電流の上限値、充電許容時間などに応じて変わるので、車両用電源装置１０の仕様に応じて適宜決定する。

ステップＳ２１で定電流制御が始まると、以後、制御回路２９はステップＳ１３、Ｓ１５、Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２１の動作を繰り返し、キャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂに至るまで、直列に接続されたキャパシタ１５、１９の充電が継続される。

ステップＳ１５で合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以上である場合（ステップＳ１５のＮｏ）、制御回路２９は、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７の全てをオフにする（ステップＳ２３）。これにより、キャパシタ１５、１９への充電が行われていた場合は一旦充電が停止する。

次に、制御回路２９は、スタータフラグの状態を判断する（ステップＳ２５）。この動作は上記したステップＳ１７と同じである。もし、ステップＳ２５においてスタータフラグがオンであれば（ステップＳ２５のＹｅｓ）、図３に示すステップＳ４１へジャンプする。一方、ステップＳ２５においてスタータフラグがオフであれば（ステップＳ２５のＮｏ）、制御回路２９は、電流センサ３３で読み込まれる電流Ｉ１が既定電流Ｉ１ｋになるようにスイッチ１３を構成するＦＥＴの能動領域で制御して電流を制限し、同時に、電流Ｉ２が既定電流Ｉ２ｋになるようにスイッチ２１を構成するＦＥＴの能動領域で制御して電流を制限する（ステップＳ２９）。ステップＳ２３でスイッチ１７はオフになっているので、制御回路２９は、ステップＳ２９においてキャパシタ１５とキャパシタ１９を並列に接続し、かつキャパシタ１５、１９をそれぞれ既定電流Ｉ１ｋ、Ｉ２ｋで充電されるようにスイッチ１３、２１を制御する。ここで、既定電流Ｉ１ｋは、ステップＳ２１での既定電流Ｉ２ｋと同様にして決定される。従って、ステップＳ２９では既定電流Ｉ１ｋ、Ｉ２ｋは同じ値となる。

なお、ステップＳ２９においても電流Ｉ２がステップＳ２１での既定電流Ｉ２ｋになるようにスイッチ２１が制御されるが、バッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃ２との差が大きい場合は、既定電流Ｉ２ｋでキャパシタ１９を充電するとスイッチ２１での損失が大きくなる。従って、既定電流Ｉ２ｋより小さい既定電流Ｉ３ｋを定義してもよい。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃ２との差が所定の値より大きい場合は電流Ｉ２が既定電流Ｉ３ｋとなり、バッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃ２との差が所定の値以下である場合は電流Ｉ２が既定電流Ｉ２ｋとなるように、制御回路２９はスイッチ２１を制御してもよい。さらに、ステップＳ２９では既定電流Ｉ１ｋ、Ｉ２ｋが同じ値であるが、特にバッテリ１１への負担が増加しなければ、異なる値であってもよい。既定電流Ｉ１ｋ、Ｉ２ｋ、Ｉ３ｋは車両用電源装置１０の仕様に応じて適宜決定する。

以上述べたように、制御回路２９は以下のようにキャパシタ１５、１９を充電する。すなわち、制御回路２９は、キャパシタ１５、１９を充電する際に、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより低ければ、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂに至るまでキャパシタ１５、１９が直列に接続されるようにスイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。具体的には、このとき制御回路２９は、スイッチ１３、２１、２３、２７をオフにし、スイッチ１７をオンにしてスイッチ１７に流れる電流を制御する。

キャパシタ１５、１９を直列に接続した状態でキャパシタ１５、１９を充電していき、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以上となれば、キャパシタ１５、１９が電気的に並列に接続されるように、制御回路２９はスイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。具体的には、このとき制御回路２９は、スイッチ１７、２３、２７をオフにし、スイッチ１３、２１をオンにしてスイッチ１３、２１を流れる電流を制御する。

これにより、キャパシタ１５、１９を直列に接続して充電することで、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）とバッテリ電圧Ｖｂとの差が小さくなる。従って、充電電流を大きくでき、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂに至るまでの期間を短くすることが可能となり、全体として充電期間を短縮することができる。

ステップＳ２９において既定電流Ｉ１ｋでキャパシタ１５を充電し、既定電流Ｉ２ｋでキャパシタ１９を充電することで、キャパシタ１５、１９は定格充電電圧まで充電される。キャパシタ１５、１９を充電している間にもスタータフラグがオンになる可能性があるので、制御回路２９はステップＳ２９の後も、スタータフラグの状態を判断する（ステップＳ３１）。もし、ステップＳ３１でスタータフラグがオンであれば、図３に示すステップＳ４１へジャンプする。一方、ステップＳ３１でスタータフラグがオフであれば（ステップＳ３１のＮｏ）、制御回路２９は充電完了を判断するために、まずキャパシタ電圧Ｖｃ２を読み込み（ステップＳ３３）、キャパシタ電圧Ｖｃ２と既定電圧Ｖｃ２ｋとを比較する（ステップＳ３５）。ここで、既定電圧Ｖｃ２ｋはキャパシタ１９の定格充電電圧である５Ｖである。ステップ３５でキャパシタ電圧Ｖｃ２が既定電圧Ｖｃ２ｋ（＝５Ｖ）以下であれば（ステップＳ３５のＮｏ）、ステップＳ３１にて制御回路２９は既定電流Ｉ１ｋ、Ｉ２ｋでキャパシタ１５、１９を充電しつつスタータフラグの状態を判断する。

一方、ステップＳ３５でキャパシタ電圧Ｖｃ２が既定電圧Ｖｃ２ｋより高くなれば（ステップＳ３５のＹｅｓ）、キャパシタ１９の充電が完了したので、制御回路２９は、スイッチ１３、２１をオフにする（ステップＳ３７）。これにより、キャパシタ１５、１９の充電が停止する。

その後、制御回路２９はスタータフラグの状態を判断し（ステップＳ３９）、スタータフラグがオンでなければ（ステップＳ３９のＮｏ）、図２に示すサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。なお、制御回路２９は、メインルーチンにおいてもステップＳ３９と同様にスタータフラグの状態を監視しているので、充電が完了し、図２に示すサブルーチンが終了した後も、スタータフラグがオンになれば、制御回路２９は図３に示すサブルーチンを実行する。

一方、ステップＳ３９にてスタータフラグがオンであれば（ステップＳ３９のＹｅｓ）、制御回路２９は図３に示すステップＳ４１にジャンプする。

図２に示すステップＳ３５でキャパシタ１９の充電完了により、以下の理由でキャパシタ１５の充電も完了している。

ステップＳ１５で合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより低い場合、制御回路２９はキャパシタ１５、１９を直列に接続して充電する。その結果、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ（＝１２Ｖ）に至った時、直列に接続されている合計７個の電気二重層キャパシタの１個あたりの電圧は約１．７Ｖ（＝１２Ｖ／７）となる。キャパシタ１５は５個の電気二重層キャパシタよりなり、キャパシタ１９は２個の電気二重層キャパシタよりなるので、直列接続による充電（以下、直列充電という）後は、キャパシタ電圧Ｖｃ１が８．５Ｖとなり、キャパシタ電圧Ｖｃ２が３．４Ｖとなる。

上記したように、キャパシタ電圧Ｖｃ１の定格充電電圧は１２．５Ｖ（＝２．５Ｖ×５）であるが、バッテリ電圧Ｖｂは１２Ｖであるので、バッテリ１１と並列接続されるキャパシタ１５は、最大でもキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂになるまでしか充電できない。キャパシタ電圧Ｖｃ１の最高電圧を既定電圧Ｖｃ１ｋ（＝Ｖｂ＝１２Ｖ）という。従って、キャパシタ電圧Ｖｃ１がキャパシタ１５の定格充電電圧になるまでに直列充電後のキャパシタ１５には、あと３．５Ｖ分（＝１２Ｖ−８．５Ｖ＝ΔＶ１）の充電が必要となる。同様に、キャパシタ１９の既定電圧Ｖｃ２ｋが５Ｖであるので、キャパシタ１９の定格充電電圧になるまで直列充電後にあと１．６Ｖ分（＝５Ｖ−３．４Ｖ＝ΔＶ２）の充電が必要となる。

従って、キャパシタ１５、１９を構成する合計７個の電気二重層キャパシタのそれぞれが同じ容量Ｃを有する場合には、キャパシタ１５に充電する必要がある電荷量Ｑ１はＱ１＝ΔＶ１×Ｃ／５となる。ここで、ΔＶ１＝３．５Ｖであるので、Ｑ１＝０．７・Ｃとなる。同様に、キャパシタ１９に充電する必要がある電荷量Ｑ２はＱ２＝ΔＶ２×Ｃ／２＝０．８・Ｃとなる。このように、キャパシタ１９の電荷量Ｑ２の方がキャパシタ１５の電荷量Ｑ１より大きい。

ここで、上記したように既定電流Ｉ１ｋ、Ｉ２ｋは等しく設定されているので、キャパシタ１９の方がキャパシタ１５に比べて充電完了までの期間が長くなる。従って、実施の形態における車両用電源装置１０では、キャパシタ１９の充電が完了した時には、既にキャパシタ１５の充電は完了している。

このことから、図２に示すサブルーチンでは、制御回路２９はキャパシタ１９の充電完了のみを判断することでキャパシタ１５、１９のキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の双方が定格充電電圧に達していると判断できる。

このように、キャパシタ１９の方がキャパシタ１５より充電完了に時間がかかる場合は実施の形態の上記の動作でキャパシタ１５、１９の充電完了を判断できる。仕様によってはキャパシタ１５の方がキャパシタ１９より充電完了に時間がかかる場合もある。この場合は、キャパシタ１５のキャパシタ電圧Ｖｃ１を監視して充電完了を判断すると共に、キャパシタ１９に過電圧がかからないように、キャパシタ電圧Ｖｃ２を監視する必要がある。

さらに、キャパシタ１５、１９のいずれが先に充電完了となるかが状況によって変化する場合は、制御回路２９はキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の両方を監視してキャパシタ１５、１９の充電完了を判断する。そして、制御回路２９はキャパシタ１５、１９の一方のキャパシタが充電完了すれば、そのキャパシタは充電を停止し、他方のキャパシタの充電のみを継続する。

次に、スタータ２５を駆動動作させる時の車両用電源装置１０の動作について図３を用いて説明する。上記した割り込みルーチンによりスタータフラグがオンになった場合に、制御回路２９は図３のフローチャートを、メインルーチンからコールされるか、図２のサブルーチンからジャンプして実行する。

図３に示すフローチャートにおいて、まず制御回路２９はキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２を読み込む（ステップＳ４１）。

次に、制御回路２９は、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）と既定合計電圧Ｖｃｋとを比較する（ステップＳ４３）。ここで、既定合計電圧Ｖｃｋとは、キャパシタ１５、１９の両方が充電を完了した時の合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）であり、実施の形態では上記したように１７Ｖ（＝１２Ｖ＋５Ｖ）である。

合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋより低い場合に（ステップＳ４３のＹｅｓ）は、キャパシタ１５、１９の充電が完了していないので、キャパシタ１５、１９に蓄積された電力ではスタータ２５を十分駆動できない可能性がある。ステップＳ４３において合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋより低ければ（ステップＳ４３のＹｅｓ）、制御回路２９は、まずスイッチ１３、１７、２１、２３を全てオフにし（ステップＳ４５）、その後、スイッチ２７のみをオンにする（ステップＳ４７）。これにより、スタータ２５にはキャパシタ１５、１９からは電力が供給されず、バッテリ１１の電力のみが供給されてスタータ２５が駆動される（ステップＳ５９）。

一方、ステップＳ４３において合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋ以上であれば（ステップＳ４３のＮｏ）、制御回路２９は、今回のスタータ２５の駆動が車両１０Ｃの使用開始時、すなわちコールドスタート時であるか否かを判断する（ステップＳ４９）。ステップＳ４９において車両１０Ｃのコールドスタートでなければ（ステップＳ４９のＮｏ）、車両１０Ｃは使用中で、既にエンジン１０Ｂが始動された後、アイドリングストップにより停止した状態である。従って、エンジン１０Ｂや、エンジン１０Ｂに取り付けられている補機類（各種油圧ポンプ、エアコンのコンプレッサ等）は暖機されており、エンジン１０Ｂの再始動に必要なスタータ２５のトルクはコールドスタート時よりは小さくて済む。従って、キャパシタ１５、１９を直列に接続して構成された直列回路によってスタータ２５を駆動することができる。

キャパシタ１５、１９を直列に接続して構成された直列回路によってスタータ２５を駆動することで、バッテリ１１からスタータ２５へは電流がほとんど流れないので、バッテリ電圧Ｖｂの安定化を図ることができる。その結果、スタータ２５を駆動されても、負荷１０Ｄの動作が不安定になる可能性を低減することができる。

そこで、ステップＳ４９において車両１０Ｃのコールドスタートでなければ（ステップＳ４９のＮｏ）、制御回路２９は、スイッチ１３、２１、２７をオフにし（ステップＳ５１）、その後、スイッチ１７、２３をオンにする（ステップＳ５３）。これにより、キャパシタ１５、１９が直列に接続された状態でスタータ２５と接続される。ここで、スイッチ１３、２７はオフである。さらに、ステップＳ４３において合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋ（＝１７Ｖ）以上である（ステップＳ４３のＮｏ）ので、バッテリ電圧Ｖｂ（＝１２Ｖ）より高いことから、ダイオード３５はオフである。ゆえに、バッテリ１１がスタータ２５から切り離され、互いに直列に接続されたキャパシタ１５、１９のみがスタータ２５の端２５Ａと接続される。これにより、スタータ２５には、直列に接続されたキャパシタ１５、１９よりなる直列回路に蓄積された電力のみが供給される。その後、ステップＳ５９において直列に接続されたキャパシタ１５、１９よりなる直列回路に蓄積された電力によるスタータ２５が駆動されて動作する。

一方、ステップＳ４９で車両１０Ｃがコールドスタートであれば（ステップＳ４９のＹｅｓ）、エンジン１０Ｂや補機類は冷えており、これらを駆動するためのスタータ２５のトルクは暖機されている場合に比べ大きくなる。

大きなトルクを出力する必要のあるスタータ２５を駆動するために、ステップＳ４９で車両１０Ｃがコールドスタートであれば（ステップＳ４９のＹｅｓ）制御回路２９はスイッチ２１、２７をオフにする（ステップＳ５５）。その後、スイッチ１３、１７、２３をオンにする（ステップＳ５７）。これにより、バッテリ１１とキャパシタ１５とがスイッチ１３により互いに並列に接続されて並列回路が形成される。スイッチ１７がオンでスイッチ２１がオフであるので、互いに並列に接続されたバッテリ１１とキャパシタ１５よりなる並列回路にキャパシタ１９が直列に接続される。スイッチ２３がオンでスイッチ２７がオフであるので、バッテリ１１とキャパシタ１５の並列回路はキャパシタ１９を介してスタータ２５と接続される。これにより、スタータ２５にはバッテリ１１の電力とキャパシタ１５、１９に蓄積された電力が供給される。従って、大きいトルクを必要とするコールドスタート時のスタータ２５はバッテリ１１、キャパシタ１５、１９から大きい電力が供給されるので、十分にスタータ２５を駆動することができる。

制御回路２９はスタータ駆動信号ＳＴをスタータ２５に出力することによってスタータ２５を駆動して制御する（ステップＳ５９）。これにより、キャパシタ１５、１９の充電状態や車両１０Ｃがコールドスタートであるか否かの条件に応じて、最適な電力源から電力が供給されスタータ２５を駆動することができる。バッテリ１１のみの電力でスタータ２５を駆動するのは、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋより小さい場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）のみで、それ以外の場合すなわち合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が既定合計電圧Ｖｃｋ以上である場合（ステップＳ４３のＮｏ）はキャパシタ１５、１９の電力をバッテリ１１の電力と共にスタータ２５を駆動するので、バッテリ１１の負担が軽減される。特に、バッテリ１１の電力ではなくキャパシタ１５、１９の電力のみでスタータ２５を駆動する場合は、バッテリ１１の電力をほとんど使わないのでバッテリ１１の負担軽減効果が大きい。さらに、互いに並列に接続されたバッテリ１１とキャパシタ１５よりなる並列回路にキャパシタ１９が直列に接続されている場合は、バッテリ１１より内部抵抗の小さいキャパシタ１５からの電力がバッテリ１１より優先して供給されるので、バッテリ１１から流れる電流が低減される。この観点からも、バッテリ１１の負担を軽減でき、従って、バッテリ１１の長寿命化を図ることが可能となる。

スタータ２５が駆動されてエンジン１０Ｂが始動した後は、スタータ２５に電力を供給する必要がないので、制御回路２９はスイッチ１３、１７、２１、２３、２７をオフにし（ステップＳ６１）、図３のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。

なお、メインルーチンは図３のサブルーチンを終了した後、直ちにキャパシタ１５、１９を充電するために、図２のサブルーチンを再び実行する。このような動作を繰り返すことで、アイドリングストップが行われてもバッテリ１１の負担を軽減することができる。

なお、実施の形態では図３のサブルーチンが終了すると、直ちに図２のサブルーチンを実行してキャパシタ１５、１９を充電しているが、このような動作に限定されるものではなく、スタータ２５を使用しないときにキャパシタ１５、１９を充電すればよい。例えば、制御回路２９は車両１０Ｃの減速時に発電機３１が発生する回生電力をキャパシタ１５、１９に充電するように、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御してもよい。具体的には、制御回路２９が車両１０Ｃの減速による回生電力の発生を検知すると、図２のサブルーチンを実行する。これにより、回生電力の有効活用が図れ、アイドリングストップと併せて車両１０Ｃの燃費向上が図れる。

但し、回生電力を発生する場合には発電機３１は１４．５Ｖという１２Ｖより高い電圧を発生する。従って、キャパシタ１５、１９が直列に接続されている場合は電気二重層キャパシタが過電圧に至ることはないが、その後、キャパシタ１５、１９を互いに並列に接続して充電する場合に、特にキャパシタ１５が過電圧に至らないように、制御回路２９は、キャパシタ電圧Ｖｃ１を監視する必要がある。回生電力発生時に限らず、発電機３１の電力をキャパシタ１５、１９に充電する際に過電圧を監視する必要がある。

次に、車両１０Ｃの使用が終了した時の動作について述べる。図４は車両１０Ｃの使用が終了した時の車両用電源装置１０の動作を示すフローチャートである。

運転者がイグニションスイッチをオフにすることにより、車両１０Ｃの使用が終了した時、制御回路２９は図４に示すフローチャートを実行する。図４に示すフローチャートでもスタートではスイッチ１３、１７、２１、２３、２７の全てはオフである。車両１０Ｃの使用が終了した時、まず、制御回路２９はキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２とバッテリ電圧Ｖｂを読み込み（ステップＳ９１）、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）とバッテリ電圧Ｖｂを比較する（ステップＳ９２）。ステップＳ９２で合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより高ければ（ステップＳ９２のＹｅｓ）、制御回路２９はキャパシタ１５、１９に蓄えられた電力をバッテリ１１に充電するようにスイッチ１３、１７、２１、２３、２７を制御する。具体的には、ステップＳ９２で合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより高ければ（ステップＳ９２のＹｅｓ）、制御回路２９はスイッチ１３、２１をオフにし（ステップＳ９３）、その後、スイッチ１７、２３、２７をオンにする（ステップＳ９４）。スイッチ１７、２３、２７をオンにする時にはスタータ２５の端２５Ａ、２５Ｂ間に電圧が印加されるが、車両１０Ｃの使用終了時には制御回路２９はスタータ駆動信号ＳＴを出力しないのでスタータ２５は駆動されず動作しない。このような制御により、キャパシタ１５、１９に蓄積された電力がスイッチ２３、２７を経由してバッテリ１１に供給され、バッテリ１１を充電することができる。制御回路２９は、ステップＳ９１でキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２とバッテリ電圧Ｖｂを読み込み、ステップＳ９２で、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）とバッテリ電圧Ｖｂを比較する。このようにステップＳ９１〜Ｓ９４を繰り返してバッテリ１１を充電していき、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が下がって、ステップＳ９２で合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以下であれば（ステップＳ９２のＮｏ）、制御回路２９は全てのスイッチ１３、１７、２１、２３、２７をオフにし（ステップＳ９５）、キャパシタ１５、１９からバッテリ１１への電力供給は停止する。その後、メインルーチンに戻って、車両１０Ｃの制御を終了する。

車両１０Ｃの使用が終了した時、ステップＳ９１で制御回路２９がキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２とバッテリ電圧Ｖｂを読み込む。ステップＳ９２で合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以下であれば（ステップＳ９２のＮｏ）、制御回路２９は全てのスイッチ１３、１７、２１、２３、２７をオフにし（ステップＳ９５）、メインルーチンに戻って、車両１０Ｃの制御を終了する。

このような制御により、車両用電源装置１０はキャパシタ１５、１９に蓄えられた電力を自己放電により無駄に消費することなくバッテリ１１に蓄えることができる。さらに、キャパシタ１５、１９のキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２を下げることができるので、両者の長寿命化も可能となる。同時に、バッテリ１１にキャパシタ１５、１９の合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）が印加されるので、バッテリ電圧Ｖｂを高く保つことができ、バッテリ１１の長寿命化も可能となる。

なお、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）とバッテリ電圧Ｖｂの差が大きい仕様の場合、上記の制御を行なうと、大電流が流れる可能性がある。このような仕様では、ダイオード３５に替えて他の半導体スイッチング素子、例えばＦＥＴを備えればよい。この際、ＦＥＴの寄生ダイオードの方向はダイオード３５の方向と同じになるようにＦＥＴを接続する。そして、電流Ｉ２が所定電流を超えないようにＦＥＴを能動領域で電流制御する。この場合は、スイッチ２３、２７をオフにする。

以上の構成、動作により、車両用電源装置１０はキャパシタ１５、１９により、バッテリ１１のみでスタータ２５を駆動する頻度を抑制するとともに、バッテリ１１から流れる電流を小さくすることができる。従って、バッテリ１１を長寿命化することが可能な車両用電源装置１０を実現できる。

なお、実施の形態では、制御回路２９はキャパシタ１５、１９を充電する際に、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより低ければキャパシタ１５、１９を直列に接続して充電し、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂ以上になれば、キャパシタ１５、１９を電気的に並列に接続して充電している。これは、このような制御に限定されるものではなく、合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより低ければ最初からキャパシタ１５、１９を電気的に並列に接続して充電してもよい。但し、この場合はキャパシタ１５、１９のキャパシタ電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の両方が過電圧とならないように制御回路２９が監視する必要がある。

また、実施の形態における、スイッチ１３、１７、２１、２３、２７のオン、オフの順番は、バッテリ１１やキャパシタ１５の短絡を避けるために、図２と図３のフローチャートに示した通りにする必要がある。

また、実施の形態において、車両１０Ｃの使用終了後に合計電圧（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）がバッテリ電圧Ｖｂより大きければ、制御回路２９はキャパシタ１５、１９に蓄積された電力をバッテリ１１に充電する。これは、このような動作に限定されるものではなく、例えばキャパシタ１５、１９の容量が大きく、なかなか放電されない場合は、車両用電源装置１０はキャパシタ１５、１９の長寿命化のためにキャパシタ１５、１９を放電させる放電回路を備えてもよい。

図５は実施の形態における車両用電源装置１０のアイドリングストップ中の動作を示すフローチャートである。

車両用電源装置１０では、制御回路２９が、車両１０Ｃのアイドリングストップ中において、キャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂより高ければキャパシタ１５を放電するようにスイッチ１３を制御し、キャパシタ１５を放電してキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂに至ればスイッチ１３をオンにする。

これにより、アイドリングストップ中に車両１０Ｃの負荷１０Ｄが動作開始することによる瞬間的な突入電流が発生しても、スイッチ１３はキャパシタ１５を放電するように制御されるかまたはオンであるので、上記突入電流はバッテリ１１とキャパシタ１５の両方から流れる。従って、バッテリ１１から流れる電流を抑制できるので、その分、バッテリ１１の負担が軽減され、長寿命化が図れる。

以下、より具体的に車両用電源装置１０の上記の動作について図１〜図５を参照しながら説明する。なお、図５のフローチャートは、制御回路２９に内蔵されたマイクロコンピュータのメインルーチンからアイドリングストップ時に実行されるサブルーチンである。

車両１０Ｃが停止してアイドリングストップを開始すると、制御回路２９はメインルーチンから図５のサブルーチンに移行して図５のサブルーチンを実行する。この時点では、アイドリングストップを開始しているので、スタータ２５は動作させない。従って、図２に示すステップＳ２３、Ｓ３７により全てのスイッチ１３、１７、２１、２３、２７はオフの状態である。

また、図２のサブルーチンはキャパシタ１５、１９の充電を行うので、アイドリングストップが行われていない場合に実行される。従って、図５のサブルーチンは必ず図２のサブルーチンが終了した後に実行される。

図５のサブルーチンが実行されると、制御回路２９は、まずキャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂを読み込む（ステップＳ７１）。

次に、制御回路２９はキャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂとを比較する（ステップＳ７３）。ステップＳ７３においてキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂより高ければ（ステップＳ７３のＹｅｓ）、この状態でキャパシタ１５を放電するためにスイッチ１３をオンにすると、キャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂの差に起因してキャパシタ１５からバッテリ１１に突入電流が流れる。これによりスイッチ１３に過電流が流れて過昇温となり、スイッチ１３への負担が増す可能性がある。実施の形態による車両電源装置１０では、ステップＳ７３においてキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂより高ければ（ステップＳ７３のＹｅｓ）、制御回路２９はキャパシタ１５を放電させる。具体的には、ステップＳ７３においてキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂより高ければ（ステップＳ７３のＹｅｓ）、制御回路２９は電流センサ３３に流れる電流Ｉ１が既定電流Ｉ１ｋになるようにスイッチ１３を制御する（ステップＳ７５）。これにより、キャパシタ１５からは既定電流Ｉ１ｋが流れてキャパシタ１５が放電される。すなわち、キャパシタ１５が定電流放電するように制御回路２９はスイッチ１３を制御する。その結果、スイッチ１３に負担をかけることなくキャパシタ１５を放電することができる。

キャパシタ１５から放電された電流は、バッテリ１１や負荷１０Ｄに供給される。このように、アイドリングストップ中でキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂより高ければ、キャパシタ１５から負荷１０Ｄへ電力が供給される。

車両用電源装置１０では、ステップＳ７５におけるキャパシタ１５からの放電電流を、実施の形態における既定電流Ｉ１ｋとして定電流放電している。これに限らず、ステップＳ７５における放電電流を既定電流Ｉ１ｋより大きい電流値や小さい電流値を既定値として決定してもよい。放電電流を既定電流Ｉ１ｋより大きい電流値とした場合は、キャパシタ１５を早く放電することができるが、スイッチ１３に流れる電流Ｉ１が大きくなるので、それに対応したスイッチ１３を選択する必要がある。一方、放電電流を既定電流Ｉ１ｋより小さい電流値とした場合は、スイッチ１３への負担が軽減されるが放電期間が増す。従って、必要な放電期間やスイッチ１３の特性に基いて放電電流を予め決定しておけばよい。

また、キャパシタ１５からの放電電流は定電流であるが、これに限定されるものではない。すなわち、定電流放電であればスイッチ１３に流れる電流が一定となるので、その負担を抑制することができるが、キャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂとの差が大きければ放電期間が長くなり、差が小さければ放電期間が短くなる。この放電期間の差がアイドリングストップの平均期間に比べ無視できるほど小さければキャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂとの差に関わらず、キャパシタ１５を定電流放電すればよい。しかし、キャパシタ１５の容量が大きく、放電期間に大きな差が発生する場合には、後述する放電完了後の動作ができなくなる可能性がある。そこで、放電期間を一定としたい場合は、制御回路２９は例えばキャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂとの差に応じて放電電流を変えるように制御してもよい。

次に、制御回路２９はスタータフラグの状態を判断する（ステップＳ７７）。もし、ステップＳ７７でスタータフラグがオンでなければ（ステップＳ７７のＮｏ）、制御回路２９はステップＳ７３においてキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂ以下になるまで、制御回路２９はステップＳ７１、Ｓ７３、Ｓ７５、Ｓ７７の動作を繰り返して実行する。

一方、ステップＳ７７でスタータフラグがオンであれば（ステップＳ７７のＹｅｓ）、制御回路２９はスタータ２５を動作するために、図３に示すサブルーチンへジャンプする。なお、この時点でスタータフラグがオンになると、キャパシタ１５を放電している間にスタータ２５を動作させることになる。アイドリングストップ後のスタータ２５の駆動時における動作は、図３のステップＳ４５以降、またはステップＳ５１以降となるので、いずれもスイッチ１３がオフとなる。従って、スタータ２５の駆動時は、図３のサブルーチンの実行によって、キャパシタ１５からバッテリ１１への放電が停止する。

ここで、図５に示すステップＳ７３においてキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂ以下であれば（ステップＳ７３のＮｏ）、キャパシタ１５の放電によりキャパシタ電圧Ｖｃ１がバッテリ電圧Ｖｂに至った状態である。従って、キャパシタ電圧Ｖｃ１とバッテリ電圧Ｖｂの差がほとんどないので、スイッチ１３をオンにしても突入電流はほとんど流れない。したがって、制御回路２９はスイッチ１３をオンにする（ステップＳ７９）。これにより、アイドリングストップの開始後に、バッテリ１１とキャパシタ１５が並列に接続される。

このように、アイドリングストップ中に負荷１０Ｄにはバッテリ１１とキャパシタ１５との並列回路が接続される。この際に、負荷１０Ｄが動作を開始すると、負荷１０Ｄへ瞬間的な突入電流が流れる。その結果、バッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃ１はバッテリ１１とキャパシタ１５の内部抵抗に応じた電圧降下を一時的に起こす。しかし、負荷１０Ｄへはバッテリ１１とキャパシタ１５の両方から電力が供給されるので、突入電流による電圧降下の幅は、バッテリ１１のみから負荷１０Ｄへ電力を供給する場合に比べて低減される。従って、バッテリ１１から持ち出される電流が抑制される。その結果、バッテリ１１の負担が軽減され、長寿命化を図ることが可能となる。

上記した電圧降下の幅が低減されることで、アイドリングストップ中における負荷１０Ｄへの供給電圧の安定化を図ることも可能となる。

その後、制御回路２９はスタータフラグの状態を判断し（ステップＳ８１）、スタータフラグがオフであれば（ステップＳ８１のＮｏ）、Ｓ８１においてスタータフラグがオンになるまで待つ。ステップＳ８１においてスタータフラグがオンになると（ステップＳ８１のＹｅｓ）、スタータ２５を駆動するために図３のサブルーチンのステップＳ４１にジャンプする。この場合も、ステップＳ７７のＹｅｓの状態と同様に、図３に示すステップＳ４５またはステップＳ５１でスイッチ１３がオフになるので、スタータ２５の駆動時はバッテリ１１とキャパシタ１５との並列接続が開放される。

なお、ステップＳ８１でＮｏの場合は、スタータフラグがオンになるまで待機しているが、この状態で運転者がイグニションスイッチをオフにすると、制御回路２９は図５の動作を強制的に終了させる。

以上の構成、動作により、アイドリングストップ中にバッテリ１１とキャパシタ１５を並列に接続することにより、負荷１０Ｄの変動に伴いバッテリ１１から持ち出される電流を抑制できる。従って、バッテリ１１の負担が軽減され、長寿命化を図ることが可能な車両用電源装置１０を実現できる。

なお、実施の形態ではキャパシタ１５、１９に電気二重層キャパシタを用いたが、これに限定されるものではなく、電気化学キャパシタ等の他の大容量キャパシタを用いてもよい。

本発明にかかる車両用電源装置は、バッテリの負担が軽減され、その寿命を延ばすことができるので、特にアイドリングストップ機能付き車両における車両用電源装置等として有用である。

１０ 車両用電源装置
１１ バッテリ
１３ スイッチ（第１のスイッチ）
１５ キャパシタ（第１のキャパシタ）
１７ スイッチ（第２のスイッチ）
１９ キャパシタ（第２のキャパシタ）
１９Ｃ 接続点
２１ スイッチ（第３のスイッチ）
２３ スイッチ（第４のスイッチ）
２５ スタータ
２７ スイッチ（第５のスイッチ）
２９ 制御回路
３５ ダイオード（半導体スイッチング素子）

Claims (7)

1. エンジンと、前記エンジンを起動するスタータと、前記スタータを駆動するバッテリとを搭載する車両に設けられるように構成された車両用電源装置であって、
   前記バッテリの正極に接続されるように構成された第１のスイッチと、
   前記バッテリの前記正極と前記第１のスイッチを介して接続されるように構成された正極と、グランドに接続された負極とを有する第１のキャパシタと、
   前記第１のキャパシタの前記正極に接続された第２のスイッチと、
   正極と、前記第１のキャパシタの前記正極と前記第２のスイッチを介して接続されて前記第２のスイッチと接続点で接続された負極とを有する第２のキャパシタと、
   前記第２のスイッチと前記第２のキャパシタの前記負極とが接続された前記接続点と前記グランドとの間に接続された第３のスイッチと、
   前記第２のキャパシタの前記正極に接続された第４のスイッチと、
   前記バッテリの前記正極と前記スタータとの間に接続されるように構成された第５のスイッチと、
   前記第２のキャパシタの前記正極に接続され、前記バッテリの前記正極と前記第２のキャパシタの前記正極との間を断続するように構成された半導体スイッチング素子と、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチとを制御する制御回路と、
   を備え、
   前記第２のキャパシタの前記正極は前記第４のスイッチを介して前記スタータに接続されるように構成されており、
   前記制御回路は、
   前記スタータを駆動しないときに前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタを充電するように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御し、
   前記スタータを駆動する際に、前記第１のキャパシタの前記正極と前記負極との間の電圧である第１のキャパシタ電圧と前記第２のキャパシタの前記正極と前記負極との間の電圧である第２のキャパシタ電圧との合計電圧が、既定合計電圧より小さければ、前記バッテリの電力を前記スタータに供給するように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御し、
   前記スタータを駆動する際に、前記合計電圧が前記既定合計電圧以上であれば、前記車両が使用開始時の場合は、前記バッテリと前記第１のキャパシタとで並列回路を構成し、前記並列回路と前記第２のキャパシタが直列に接続されるように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御して前記スタータに電力を供給し、
   前記スタータを駆動する際に、前記合計電圧が前記既定合計電圧以上であれば、前記車両が使用中の場合は、前記スタータから前記バッテリを切り離し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタが直列に接続されるように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御して前記スタータに電力を供給する、
   ように動作する、車両用電源装置。
2. 前記制御回路は、前記車両の減速時に発生する回生電力を前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタに充電するように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御するように動作する、請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記制御回路は、
   前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタを充電する際に、前記合計電圧が前記バッテリの電圧であるバッテリ電圧より低ければ、前記合計電圧が前記バッテリ電圧に至るまで前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタが直列に接続されるように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチ、第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御し、
   前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタを充電する際に、前記合計電圧が前記バッテリ電圧以上であれば、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタが並列に接続されるように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御する、ように動作する、
   請求項１に記載の車両用電源装置。
   
4. 前記制御回路は、前記車両の使用終了時に、前記合計電圧が前記バッテリの電圧より高ければ、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタの電力を前記バッテリに充電するように、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチと前記第４のスイッチと前記第５のスイッチを制御するように動作する、請求項１に記載の車両用電源装置。
5. 前記半導体スイッチング素子は、前記バッテリの前記正極に接続されるように構成されたアノードと、前記第２のキャパシタの前記正極に接続されたカソードとを有するダイオードである、請求項１に記載の車両用電源装置。
6. 前記制御回路は、
   前記車両のアイドリングストップ中に、前記第１のキャパシタ電圧が前記バッテリの電圧より高ければ、前記第１のキャパシタを放電するように前記第１のスイッチを制御し、
   前記車両のアイドリングストップ中に、前記第１のキャパシタ電圧が前記バッテリの前記電圧以下であれば、前記第１のスイッチをオンにする、
   ように動作する、請求項１に記載の車両用電源装置。
7. 前記制御回路は、前記車両のアイドリングストップ中に、前記第１のキャパシタ電圧が前記バッテリの電圧より高ければ、前記第１のキャパシタを定電流放電するように前記第１のスイッチを制御するように動作する、請求項６に記載の車両用電源装置。

Images