JP6113587B2

JP6113587B2 - 電源装置

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Publication number: JP6113587B2
Application number: JP2013135949A
Authority: JP
Inventors: 裕政杉井; 敏宏坂谷; 越智　誠; 誠越智; 龍二川瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP2015012681A

Description

本発明は、電源装置、特に車両に搭載される電源装置に関する。

近年、アイドリングストップシステムおよび減速エネルギー回生システムを搭載した車両が普及してきている。そのような車両に搭載される蓄電池では充放電が多くなり、劣化が進行しやすくなる。そこで、低コストで蓄電容量の大きい鉛電池と、サイクル特性に優れたニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池とが接続される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６２１１２号公報

蓄電池は、エンジンのスタータおよび各種の電装品に電力を供給すべきである。スタータを動作させる場合の電力変動によって、電装品に供給される電力が変動されうる。電装品に供給される電力を安定させるためには、スタータを動作させる場合に、鉛電池とニッケル水素電池との接続を切断することによって、ニッケル水素電池の電力供給先を電装品に限定させる。その際、スタータへは鉛電池から電力が供給される。一方、鉛電池とニッケル水素電池が接続されている場合、ふたつの電池電圧の平均値が電源電圧になるが、鉛電池とニッケル水素電池とが切断されている場合、各電池固有の電圧が示される。一般的には、鉛電池が１２．５Ｖ〜１３．５Ｖ、ニッケル水素電池が１２．５Ｖ〜１４．５Ｖになるので、ニッケル水素電池が単独で電装品へ電力を供給する際の電圧が高くなってしまう。

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、複数種類の蓄電池からの電力供給を安定させ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電源装置は、並列接続された第１蓄電部と第２蓄電部と、第１蓄電部と２蓄電部とを並列接続するための経路に配置されたスイッチと、スイッチのオン／オフを制御する制御部とを備える。第１蓄電部と第２蓄電部は、スイッチをオフに制御する際、車両内の複数の負荷に給電可能であり、スイッチがオフにされている場合、複数の負荷のうち、互いに異なった負荷に独立して給電可能であり、制御部は、スイッチがオンにされている状態において、第１蓄電部よりも電圧の高い第２蓄電部を放電させてから、スイッチをオフにする。

本発明によれば、複数種類の蓄電池からの電力供給を安定させることができる。

本発明の実施例に係る車載用蓄電システムの構成を示す図である。図１の第２蓄電装置の特性を示す図である。図３（ａ）−（ｆ）は、図１の車載用蓄電システムにおける動作タイミングの一例を示す図である。図１のエンジン動作管理部に記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。図１のエンジン動作管理部に記憶された別のテーブルのデータ構造を示す図である。図１の決定部に記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。図１の決定部に記憶された別のテーブルのデータ構造を示す図である。図１の決定部に記憶されたさらに別のテーブルのデータ構造を示す図である。図１の車載用蓄電システムによる処理手順を示すシーケンス図である。図１のエンジン管理装置による処理手順を示すフローチャートである。図１の電源管理装置による処理手順を示すフローチャートである。

本発明の実施例を具体的に説明する前に、概要を述べる。実施例は、アイドリングストップ機能およびエネルギー回生機能を有する車両に搭載される車載用蓄電システムに関する。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。エネルギー回生機能は、主に減速する際の車両の運動エネルギーによりオルタネータを作動させ、オルタネータが発電したエネルギーにより車載用蓄電システム等に電力を供給する機能である。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、車載用蓄電システムにより駆動されるスタータにより始動される。したが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。またエネルギー回生機能が搭載された車両では、車両の減速時に集中的にオルタネータが発電されるため、大容量で効率的な充電が必要とされる。

車載用蓄電システムには鉛電池が多く使用されている。放電により鉛電池が放電下限電圧に到達した場合、オルタネータを稼動させ、鉛電池を充電する。これにより鉛電池の放電深度が深くなることを抑制し、鉛電池の劣化を抑制している。しかしながら、このような制御によりアイドリングストップ時間が短くなり、燃費改善効果が小さくなる。一方、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、鉛電池と比較し、深い放電深度まで利用することができるが、鉛電池よりもコストが高くなる。

これらの状況を考慮して、車載用蓄電システムでは、鉛電池とニッケル水素電池とが並列接続される。そのような構成によって、鉛電池とニッケル水素電池とが電装品へ電力を供給する。その際の電圧は、各電池の電圧の平均値である。一方、スタータを動作させる場合に、鉛電池とニッケル水素電池との接続が切断される。その結果、鉛電池がスタータへ電力を供給し、ニッケル水素電池が電装品へ電力を供給する。ニッケル水素電池の電圧は、鉛電池の電圧よりも高いので、単独で放電すると電装品への電力供給が多くなりすぎる。例えば、ライトが明るすぎるような現象が生じる。これに対応するために、本実施例では、鉛電池とニッケル水素電池との接続を切断する前に、ニッケル水素電池を放電させる。その結果、ニッケル水素電池の電圧が適度に低下して、電装品への電力を供給する際の電圧が適切な値になる。

図１は、本発明の実施例に係る車載用蓄電システム１００の構成を示す。車載用蓄電システム１００は、第１蓄電装置１１０、第２蓄電装置１１２、電源管理装置１１４、ダイオード１２６、並列接続用スイッチ１２８、放電用スイッチ１３０、抵抗１３２を含む。電源管理装置１１４は、電池状態監視部１０、エンジン状態取得部１２、決定部１４、並列接続用スイッチ制御部１６、放電用スイッチ制御部１８を含む。車載用蓄電システム１００には、スタータ１１６、スタータ用スイッチ１１８、オルタネータ１２０、電装品１２２、ＥＣＵ１２４が接続される。ＥＣＵ１２４は、エンジン動作管理部２０、エンジン動作制御部２２、オルタネータ動作制御部２４を含む。

オルタネータ１２０は、図示しないエンジンにより交流電力を発電し、さらにエネルギー回生機能の車両においては減速時の運動エネルギーによっても発電する。ここでは主に減速中の発電について述べる。オルタネータ１２０が発電した交流は、図示しないレギュレータ、整流器等の回路により直流に変換され、オルタネータ１２０の電力が電装品１２２、車載用蓄電システム１００に供給される。

スタータ１１６は、エンジン始動用モータである。スタータ１１６はスタータ用スイッチ１１８を介して、車載用蓄電システム１００の出力系統に接続される。スタータ用スイッチ１１８にはリレーあるいは半導体スイッチが使用される。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場合、あるいはアイドリングストップの状態から復帰する場合、スタータ用スイッチ１１８がオンし、車載用蓄電システム１００からスタータ１１６に電力が供給され、スタータ１１６が始動する。スタータ１１６によりエンジンが始動すると、スタータ用スイッチ１１８がオフされる。スタータ用スイッチ１１８のオンになってからオフとするまでの時間は通常約１秒以内である。

電装品１２２は、ヘッドライト、エアコン、デフォッガ、オーディオ、メータ、ストップランプ、フォグランプ、ウィンカ、パワーステアリング、パワーウインドウ、エンジン電装品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。ここでは、説明の便宜上、オルタネータ１２０、スタータ１１６、ＥＣＵ１２４は電装品１２２とは別に扱っている。また電装品１２２は車載用蓄電システム１００からも供給される電力により駆動されている。ＥＣＵ１２４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、エンジンおよび各種補機を電子制御する。ＥＣＵ１２４による制御の詳細は後述する。

車載用蓄電システム１００のうちの第１蓄電装置１１０は、オルタネータ１２０により発電された電力を蓄え、スタータ１１６および電装品１２２に給電するためのメインバッテリである。第１蓄電装置１１０の一例は、鉛電池である。鉛電池には、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。

第２蓄電装置１１２は、オルタネータ１２０により発電された電力を蓄え、電装品１２２に給電するためのサブバッテリである。第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２は並列接続される。第２蓄電装置１１２は、第１蓄電装置１１０よりも電圧が高く、その一例は、ニッケル水素電池である。ニッケル水素電池には、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（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）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。また、ニッケル水素電池は、低劣化で放電深度の深い領域まで利用できる推奨放電深度（ＤＯＤ：ＤｅｐｔｈｏｆＤｉｓｃｈａｒｇｅ）が広い電池である。ただし、自己放電が大きい、メモリ効果がある、低電圧、鉛電池より高価などの短所がある。

図２は、第２蓄電装置１１２の特性を示す。横軸がＳＯＣを示し、縦軸が電圧を示す。○印は、初期状態におけるＳＯＣと電圧との関係を示しており、×印は、劣化後の充電処理におけるＳＯＣと電圧との関係を示しており、□印は、劣化後の放電処理におけるＳＯＣと電圧との関係を示す。劣化後の充電処理と劣化後の放電処理では、ＳＯＣが４０％から５０％において、電圧の変化が大きくなっている。また、同一のＳＯＣであっても、充電後電圧より放電後電圧が低くなるヒステリシスが示されている。図１に戻る。

アイドリングストップ機能を採用する場合、スタータ１１６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。ここでは、鉛電池とニッケル水素電池を組み合わせて使用する例を説明するが、鉛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電池と一体的に設置するには、ニッケル水素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、ニッケル水素電池のほうがリチウムイオン蓄電池より熱安定性がよい。なお、鉛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。

並列接続用スイッチ１２８は、車載用蓄電システム１００中において第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２とを並列接続するための経路に配置される。並列接続用スイッチ１２８がオンされている場合に、第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２とが並列に接続される。一方、並列接続用スイッチ１２８がオフされている場合に、第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２とが別々に配置される。また、並列接続用スイッチ１２８と並列にダイオード１２６が配置される。ダイオード１２６が配置されることによって、並列接続用スイッチ１２８がオフされている場合に、第２蓄電装置１１２から第１蓄電装置１１０への電流が抑止される。なお、並列接続用スイッチ１２８のオン／オフは、後述の電源管理装置１１４によって制御される。

第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２は、並列接続用スイッチ１２８がオンにされている場合、車両内の複数の負荷に給電可能であり、並列接続用スイッチ１２８がオフにされている場合、複数の負荷のうち、互いに異なった負荷に独立して給電可能である。具体的に説明すると、第１蓄電装置１１０は、並列接続用スイッチ１２８がオフにされている場合、スタータ１１６への給電を実行する。第２蓄電装置１１２は、並列接続用スイッチ１２８がオフにされている場合、車両内の電装品１２２への給電を実行する。

放電用スイッチ１３０は、第２蓄電装置１１２に接続されている。放電用スイッチ１３０がオンされている場合に、第２蓄電装置１１２が抵抗１３２に接続されることによって、第２蓄電装置１１２が放電される。抵抗１３２は、例えば、ヒータ抵抗である。一方、放電用スイッチ１３０がオフされている場合には、第２蓄電装置１１２が抵抗１３２に接続されないので、第２蓄電装置１１２は放電されない。このような抵抗１３２は、第２蓄電装置１１２を放電させるためだけの抵抗ともいえる。なお、放電用スイッチ１３０のオン／オフも、後述の電源管理装置１１４によって制御される。

電源管理装置１１４は、第１蓄電装置１１０、第２蓄電装置１１２を管理制御するとともに、並列接続用スイッチ１２８、放電用スイッチ１３０のオン／オフを制御する。電源管理装置１１４は、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を介してＥＣＵ１２４に接続されることによって、電源管理装置１１４とＥＣＵ１２４との間において通信がなされる。電源管理装置１１４による制御の詳細は後述する。

以下では、ＥＣＵ１２４および電源管理装置１１４における制御の概要を説明する。まず、図３（ａ）−（ｆ）をもとに、制御の概要を説明する。図３（ａ）−（ｆ）は、車載用蓄電システム１００における動作タイミングの一例を示す。図３（ａ）は、車載用蓄電システム１００が搭載された車両の速度変化を示す。ここでは、横軸に時間を示し、縦軸に速度を示す。一例として、時間の経過とともに、車両の速度が低下する。それにつづいて、一定期間にわたって車両が停止する。さらに、車両が発進することによって、車両の速度が増加する。図３（ｂ）は、ＥＣＵ１２４によって検出された図３（ａ）の車両の動作を示す。図示のごとく、ＥＣＵ１２４は、「減速」、「停止」、「加速」の順に動作を検出する。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に対応したオルタネータ１２０の制御を示す。ＥＣＵ１２４は、「減速」の場合にオルタネータ１２０をオンさせ、「停止」および「加速」の場合に、オルタネータ１２０をオフさせる。図３（ｄ）は、図３（ｂ）に対応したエンジンの制御を示す。ＥＣＵ１２４は、「減速」と「加速」の場合に、エンジンを動作させ、「停止」の場合に、エンジンのアイドリングを停止させる。

図３（ｅ）は、図３（ｄ）に対応した並列接続用スイッチ１２８の制御を示す。「エンジン動作」の状態から「アイドリングストップ」の状態にわたって、電源管理装置１１４は、並列接続用スイッチ１２８をオンさせる。その結果、第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２とが並列に接続される。前述のごとく、その際の電圧は、第１蓄電装置１１０の電圧と第２蓄電装置１１２の電圧との平均値近くになる。近くとは、誤差の範囲を含むという意味である。「アイドリングストップ」の状態から「エンジン動作」の状態に変わってから所定期間内において、電源管理装置１１４は、並列接続用スイッチ１２８をオフさせる。その結果、第１蓄電装置１１０と第２蓄電装置１１２との接続が切断される。図１に示されているように、第１蓄電装置１１０はスタータ１１６に電力を供給し、第２蓄電装置１１２は電装品１２２に電力を供給する。その際、第１蓄電装置１１０の電圧がスタータ１１６に印加され、第２蓄電装置１１２の電圧が電装品１２２に印加される。第２蓄電装置１１２の電圧が高い場合、電装品１２２には、規定の電圧よりも高い電圧が印加されるおそれがある。所定期間の経過後、電源管理装置１１４は、並列接続用スイッチ１２８をオフさせる。

図３（ｆ）は、図３（ｄ）に対応した放電用スイッチ１３０の制御を示す。「エンジン動作」の状態において、電源管理装置１１４は、放電用スイッチ１３０をオフさせる。「アイドリングストップ」の状態に遷移すると、電源管理装置１１４は、放電用スイッチ１３０をオンさせる。その結果、第２蓄電装置１１２は、抵抗１３２へ放電する。このような放電によって、第２蓄電装置１１２の電圧は低下する。その結果、並列接続用スイッチ１２８がオフされることによって、第２蓄電装置１１２の電圧が電装品１２２に印加される場合であっても、規定の電圧よりも高い電圧が電装品１２２に印加されるおそれが抑制される。放電用スイッチ１３０がオンされてから一定期間が経過すると、放電用スイッチ１３０はオフされる。図１に戻る。

次に、ＥＣＵ１２４および電源管理装置１１４における制御の詳細を説明する。電池状態監視部１０は、第２蓄電装置１１２の電圧、電流、温度を取得する。電池状態監視部１０は、取得した電圧、電流、温度のうちの少なくともひとつをもとにＳＯＣを導出する。ＳＯＣの導出には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。また、電圧、電流、温度の取得、ＳＯＣの導出は定期的になされている。電池状態監視部１０は、電圧、電流、温度、ＳＯＣ等の情報をエンジン動作管理部２０、決定部１４へ定期的に出力する。なお、電池状態監視部１０は、第１蓄電装置１１０に対しても同様の処理を実行してもよいが、ここでは説明を省略する。

エンジン動作管理部２０は、エンジンの動作あるいは停止、オルタネータ１２０の動作あるいは停止を決定するとともに、決定内容を管理する。エンジン動作管理部２０は、第１蓄電装置１１０からの情報、特に第２蓄電装置１１２のＳＯＣを受けつける。また、エンジン動作管理部２０は、ブレーキ、車速センサ等からの信号も入力することによって、車両の減速、停止、加速を検出する。これは、図３（ｂ）に示された車両の動作を検出することに相当する。エンジン動作管理部２０は、検出した車両の動作をもとに、予め記憶したテーブルを参照しながらオルタネータ１２０のオン／オフを決定する。

図４は、エンジン動作管理部２０に記憶されたテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、走行状態欄２００、オルタネータ欄２０２が設けられている。エンジン動作管理部２０は、減速を検出した場合に、オルタネータ１２０のオンを決定する。一方、エンジン動作管理部２０は、停止あるいは加速を検出した場合に、オルタネータ１２０のオフを決定する。図１に戻る。エンジン動作管理部２０は、決定した内容をオルタネータ動作制御部２４に通知する。オルタネータ動作制御部２４は、エンジン動作管理部２０からの通知に応じて、オルタネータ１２０をオンあるいはオフさせる。ここで、エンジン動作管理部２０は、通常走行時、原則的にオルタネータ１２０を停止させるようにオルタネータ動作制御部２４に指示する。なお、車載用蓄電システム１００の蓄電エネルギーが設定下限値より低い場合、エンジン動作管理部２０は、通常走行時でもオルタネータ１２０を作動させるようにオルタネータ動作制御部２４に指示してもよい。

エンジン動作管理部２０は、検出した車両の動作と、第２蓄電装置１１２のＳＯＣとをもとに、予め記憶した別のテーブルを参照することによって、アイドリングストップを実行するか否かを決定する。図５は、エンジン動作管理部２０に記憶された別のテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、条件欄２０４、アイドリングストップ欄２０６が設けられている。エンジン動作管理部２０は、停止を検出し、かつ第２蓄電装置１１２のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値以上である場合、アイドリングストップを実行しないことを決定する。一方、エンジン動作管理部２０は、停止を検出し、かつ第２蓄電装置１１２のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値よりも低い場合、アイドリングストップを実行することを決定する。アイドリングストップ用上限しきい値の値に関しては、後述する。なお、車両の動作として停止以外が検出された場合、エンジン動作管理部２０は、別のテーブルとの比較を実行しないので、アイドリングストップはなされない。図１に戻る。

エンジン動作管理部２０は、アイドリングストップの実行を決定した場合、その旨をエンジン動作制御部２２、エンジン状態取得部１２へ通知する。エンジン動作制御部２２は、エンジン動作管理部２０からの通知を受けつけると、エンジンを停止させる。なお、エンジン動作管理部２０は、エンジン停止の指示を受けつけた場合も、エンジン状態取得部１２にエンジンを停止させる。

エンジン動作管理部２０は、ブレーキの解除を検出したことでもって、車両が走行を開始したと判定する。エンジン動作管理部２０は、アイドリングストップ機能を実行してエンジンが停止した後に、車両の走行開始を検出すると、エンジン動作管理部２０にエンジンを再始動させるとともに、車両の加速をエンジン状態取得部１２に通知する。エンジン動作制御部２２は、スタータ用スイッチ１１８をオンして、車載用蓄電システム１００からスタータ１１６に電力が供給されるよう制御し、スタータ１１６を作動させる。ここでは、ブレーキの解除を検出したことでもって、車両の走行開始を判定しているが、必ずしもこの構成に限定する必要はない。例えば、車速センサや、アクセルの状態をもとに車両の走行開始を判定するように構成してもよい。

エンジン状態取得部１２は、エンジン動作管理部２０から、エンジンの動作状態に関する通知を受けつける。この通知は、図３（ｄ）に相当し、エンジン動作あるいはアイドリングストップを示す。エンジン状態取得部１２は、エンジンの動作状態を決定部１４へ出力する。前述のごとく、アイドリングストップは、車両が停止し、かつ第２蓄電装置１１２のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値よりも低いことによってなされている。

決定部１４は、エンジン状態取得部１２からエンジンの動作状態に関する情報を受けつけ、電池状態監視部１０から第２蓄電装置１１２のＳＯＣを受けつける。決定部１４は、エンジンの動作状態がアイドリングストップである場合、第２蓄電装置１１２のＳＯＣとの比較を決定する。図６は、決定部１４に記憶されたテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、アイドリングストップ欄２０８、放電用しきい値との比較欄２１０が設けられている。エンジン状態取得部１２からの情報においてアイドリングストップが示されているか否かに応じて、ＳＯＣと放電用しきい値とを比較するか否かが決定される。

図７は、決定部１４に記憶された別のテーブルのデータ構造を示す。これは、ＳＯＣと放電用しきい値との比較が決定された場合に使用すべきテーブルである。図示のごとく、条件欄２１２、放電用スイッチ欄２１４とが設けられる。決定部１４は、第２蓄電装置１１２のＳＯＣが放電用しきい値以上である場合、放電用スイッチ１３０のオンを決定する。一方、決定部１４は、第２蓄電装置１１２のＳＯＣが放電用しきい値よりも小さい場合、放電用スイッチ１３０のオフを決定する。なお、放電用しきい値の一例は、７０％である。これは、図２に示したように、充電後電圧より放電後電圧が低くなるニッケル水素電池のヒステリシスを利用したものであり、特に、ニッケル水素電池の電圧が高くなるＳＯＣ７０％以上では、放電処理による電圧調整が効果的になる。ここで、放電処理条件は、電流値が１Ａ以上、２０Ａ以下、かつ、時間が１秒以上、２０秒以下とすることが望ましい。このような放電処理条件は、実験あるいはシミュレーションにより導出される。図１に戻る。

決定部１４は、決定した内容を放電用スイッチ制御部１８に出力する。放電用スイッチ制御部１８は、決定部１４からの決定内容がオンである場合、放電用スイッチ１３０をオンさせる。これは、前述のごとく、第２蓄電装置１１２を放電させることに相当する。一方、放電用スイッチ制御部１８は、決定部１４からの決定内容がオフである場合、放電用スイッチ１３０をオフさせる。なお、エンジン動作の状態において、放電用スイッチ制御部１８は、放電用スイッチ１３０をオフさせている。

ここで、前述のアイドリングストップ用上限しきい値について説明する。アイドリングストップ用上限しきい値は、放電用しきい値よりも大きくなるように設定される。アイドリングストップ用上限しきい値は、規定の期間にわたって規定の電流値にて第２蓄電装置１１２を放電させる場合の放電量を放電用しきい値に加えた値よりも小さい値として定められている。例えば、規定の期間は、前述の１秒以上、２０秒以下とされ、規定の電流値は、１Ａ以上、２０Ａ以下とされている。

決定部１４は、放電用スイッチ１３０をオンさせてから一定期間経過すると、放電用スイッチ１３０のオフを決定する。一定期間は、前述の規定の期間に含まれるように設定される。なお、一定期間が経過する前に、アイドリングストップからエンジン動作へ遷移した場合も、決定部１４は、放電用スイッチ１３０のオフを決定する。放電用スイッチ制御部１８は、決定部１４の決定内容に応じた制御を実行する。

つづいて、アイドリングストップがなされた後の動作を説明する。図８は、決定部１４に記憶されたさらに別のテーブルのデータ構造を示す。条件欄２１６、並列接続用スイッチ欄２１８が設けられている。決定部１４は、エンジン状態取得部１２からの情報がアイドリングストップからエンジン動作へ遷移した場合、並列接続用スイッチ欄２１８のオフを決定する。このように、決定部１４は、並列接続用スイッチ１２８がオンにされている状態において、第２蓄電装置１１２のＳＣＯが放電用しきい値以上であれば、第２蓄電装置１１２を放電させてから、並列接続用スイッチ１２８をオフにする。一方、決定部１４は、並列接続用スイッチ１２８をオフしてから一定期間経過後、並列接続用スイッチ１２８のオンを決定する。

図１に戻る。決定部１４は、決定した内容を並列接続用スイッチ制御部１６へ出力する。並列接続用スイッチ制御部１６は、決定部１４からの決定内容がオンである場合、並列接続用スイッチ１２８をオンさせる。並列接続用スイッチ制御部１６は、決定部１４からの決定内容がオフである場合、並列接続用スイッチ１２８をオフさせる。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

以上の構成による車載用蓄電システム１００の動作を説明する。図９は、車載用蓄電システム１００による処理手順を示すシーケンス図である。ＥＣＵ１２４は、車両の減速中にオルタネータ１２０をオンにする（Ｓ１０）。また、放電用スイッチ１３０はオフにされ（Ｓ１２）、並列接続用スイッチ１２８はオンにされる（Ｓ１４）。ＥＣＵ１２４は、車両の停止によってオルタネータ１２０をオフにする（Ｓ１６）。ＥＣＵ１２４は、アイドリングストップを決定し（Ｓ１８）、アイドリングストップの実行を電源管理装置１１４に通知する（Ｓ２０）。電源管理装置１１４は、放電を決定し（Ｓ２２）、放電の決定を放電用スイッチ１３０に通知する（Ｓ２４）。放電用スイッチ１３０はオンにされる（Ｓ２６）。一定期間経過後に電源管理装置１１４は放電停止を決定し（Ｓ２８）、放電停止の決定を放電用スイッチ１３０に通知する（Ｓ３０）。放電用スイッチ１３０はオフにされる（Ｓ３２）。

ＥＣＵ１２４は、エンジン動作への遷移を検出し（Ｓ３４）、検出結果を電源管理装置１１４に通知する（Ｓ３６）。電源管理装置１１４は、並列接続用スイッチ１２８の切断を決定し（Ｓ３８）、切断の決定を並列接続用スイッチ１２８に出力する（Ｓ４０）。並列接続用スイッチ１２８はオフにされる（Ｓ４２）。電源管理装置１１４は、一定期間経過後に、並列接続用スイッチ１２８の接続を決定し（Ｓ４４）、決定した接続を並列接続用スイッチ１２８に出力する（Ｓ４６）。並列接続用スイッチ１２８はオンにされる（Ｓ４８）。

図１０は、ＥＣＵ１２４による処理手順を示すフローチャートである。エンジン動作管理部２０が車両の停止を検出した場合（Ｓ１００のＹ）、エンジン動作管理部２０は、オルタネータ動作制御部２４に対して、オルタネータ１２０をオフにさせる（Ｓ１０２）。第２蓄電装置１１２のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値より小さければ（Ｓ１０４のＹ）、エンジン動作管理部２０は、エンジン動作制御部２２に対して、アイドリングストップを実行させる（Ｓ１０６）。第２蓄電装置１１２のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値より小さくなければ（Ｓ１０４のＮ）、ステップ１０６はスキップされる。エンジン動作管理部２０が車両の停止を検出せず（Ｓ１００のＮ）、減速を検出した場合（Ｓ１０８のＹ）、エンジン動作管理部２０は、オルタネータ動作制御部２４に対して、オルタネータ１２０をオンにさせる（Ｓ１１０）。減速を検出しない場合（Ｓ１０８のＮ）、エンジン動作管理部２０は、オルタネータ動作制御部２４に対して、オルタネータ１２０をオフにさせる（Ｓ１１２）。

図１１は、電源管理装置１１４による処理手順を示すフローチャートである。エンジン状態取得部１２は、エンジン動作からアイドリングストップへの遷移の情報を受けつける（Ｓ１５０）。第２蓄電装置１１２のＳＯＣが放電用しきい値以上であれば（Ｓ１５２のＹ）、決定部１４は、放電用スイッチ１３０をオフからオンにすることを決定する（Ｓ１５４）。一定期間経過後、決定部１４は、放電用スイッチ１３０をオンからオフにすることを決定する（Ｓ１５６）。一方、第２蓄電装置１１２のＳＯＣが放電用しきい値以上でなければ（Ｓ１５２のＮ）、決定部１４は、放電用スイッチ１３０のオフの維持を決定する（Ｓ１５８）。エンジン状態取得部１２は、アイドリングストップからエンジン動作への遷移の情報を受けつける（Ｓ１６０）。決定部１４は、並列接続用スイッチ１２８をオンからオフにすることを決定する（Ｓ１６２）。一定期間経過しなければ（Ｓ１６４のＮ）、待機する。一定期間経過すれば（Ｓ１６４のＹ）、決定部１４は、並列接続用スイッチ１２８をオフからオンにすることを決定する（Ｓ１６６）。

本発明の実施例によれば、並列接続用スイッチがオフにされている状態において、第２蓄電装置を放電させてから、並列接続用スイッチをオフにするので、第２蓄電装置が単独で電力を供給する際の電圧を低減できる。また、第２蓄電装置が単独で電力を供給する際の電圧が低減されるので、電装品の基準値を超えない電圧を出力できる。また、電装品の基準値を超えない電圧が出力されるので、複数種類の蓄電池からの電力供給を安定させることができる。また、第１蓄電装置が鉛電池であり、第２蓄電装置がニッケル水素電池であるので、第２蓄電装置の電圧を第１蓄電装置の電圧よりも高くできる。また、並列接続用スイッチがオフにされている場合、第１蓄電装置がスタータへの給電を実行し、第２蓄電装置が電装品への給電を実行するので、スタータ使用時に電装品への電力供給を安定化できる。

また、第２蓄電装置を放電させるためだけの抵抗をさらに備えるので、第２蓄電装置を効率的に放電できる。また、並列接続用スイッチがオンにされている状態において、第２蓄電装置のＳＯＣが放電用しきい値以上である場合、第２蓄電装置を放電させるので、第２蓄電装置の電圧が高い状況を抑制できる。また、並列接続用スイッチがオンにされている状態において、第２蓄電装置のＳＯＣが放電用しきい値以上でない場合、第２蓄電装置を放電させないので、第２蓄電装置の電圧として必要な値を維持できる。また、放電用しきい値は７０％であるので、放電処理による電圧調整を効果的に実行できる。

また、第２蓄電装置のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値よりも低いことによってアイドリングストップがなされるので、第２蓄電装置の電圧が高い状況の発生を抑制できる。また、アイドリングストップ用上限しきい値は、放電用しきい値よりも大きいので、アイドリングストップを実行機会を増加できる。また、アイドリングストップの実行機会が増加されるので、燃費を向上できる。また、アイドリングストップ用上限しきい値は、所定の期間にわたって規定の電流値にて第２蓄電装置を放電させる場合の放電量を放電用しきい値に加えた値よりも小さい値として定められているので、放電しても第２蓄電装置の電圧が高くなる場合に、アイドリングストップの実行を回避できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは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。

本発明の実施例において、第２蓄電装置１１２を放電するために抵抗１３２が備えられている。しかしながらこれに限らず例えば、電装品１２２に含まれた抵抗を使用しながら、第２蓄電装置１１２を放電させてもよい。本変形例によれば、抵抗１３２を別に備えなくてもよいので、装置構成を簡易にできる。

本発明の実施例において、車載用蓄電システム１００と電装品１２２とが接続されている。しかしながらこれに限らず例えば、車載用蓄電システム１００と電装品１２２とを接続するための経路に、ＤＣ−ＤＣコンバータが備えられてもよい。本変形例によれば、電装品１２２への電圧をさらに安定化できる。

本発明の実施例において、車両に搭載されたエンジンを始動させるためのモータとして、スタータ１１６が備えられている。しかしながらこれに限らず例えば、スタータ１１６とオルタネータ１２０との代わりに、モータジェネレータが備えられてもよい。本変形例によれば、車載用蓄電システム１００が搭載される車両の構成の自由度を向上できる。

本発明の実施例において、アイドリングストップを契機として、決定部１４が放電用スイッチ１３０、並列接続用スイッチ１２８を制御する。しかしながらこれに限らず例えば、制御はエンジン停止、つまり運転者の操作によりイグニッションスイッチがオフされる場合を契機としてなされてもよい。本変形例によれば、本発明の適用範囲を拡大できる。

本発明の実施例において、車載用蓄電システム１００は、アイドリングストップ、エネルギー回生システムを有する車両に搭載されている。しかしながらこれに限らず例えば、これらの機能を有しない車両へ搭載されてもよい。本変形例によれば、本発明の適用範囲を拡大できる。

本発明の実施例において、エンジン動作管理部２０は、アイドリングストップ用上限しきい値を記憶し、アイドリングストップ用上限しきい値とＳＯＣとを比較することによって、アイドリングストップを実行するか否かを決定している。しかしながらこれに限らず例えば、エンジン動作管理部２０は、アイドリングストップ用下限しきい値も記憶し、アイドリングストップ用下限しきい値とＳＯＣとを比較することによって、アイドリングストップを実行するか否かを決定してもよい。このようなアイドリングストップ用下限しきい値は、例えば、次のふたつの状況を想定して設定される。ひとつ目の想定は、スタータ１１６を動作させる際、並列接続用スイッチ１２８がオフにされることによって、第２蓄電装置１１２から電装品１２２へ一時的に電力が供給される場合である。その際、第２蓄電装置１１２のＳＯＣが十分でなければ、電装品１２２への電力供給に支障がでるので、支障がでないような値として、アイドリングストップ用下限しきい値が設定される。

ふたつ目の想定は、第２蓄電装置１１２であるニッケル水素電池には使用に不適切なＳＯＣ範囲があり、これは、例えば、ＳＯＣ３０％〜ＳＯＣ７０％の範囲外に相当することである。第２蓄電装置１１２のＳＯＣが、前述の範囲の下限を示している場合、第２蓄電装置１１２を電池として放電させたくないので、アイドリングストップを許可しないように、アイドリングストップ用下限しきい値が設定される。なお、前述の範囲の下限よりもＳＯＣが小さい場合に放電すると、電圧のバラツキを生じてしまうおそれがある。これらの想定のように、アイドリングストップ用下限しきい値は、適宜、設定されればよい。本変形例によれば、不適切なアイドリングストップの実行を抑制できる。

１０電池状態監視部、１２エンジン状態取得部、１４決定部、１６並列接続用スイッチ制御部、１８放電用スイッチ制御部、２０エンジン動作管理部、２２エンジン動作制御部、２４オルタネータ動作制御部、１００車載用蓄電システム、１１０第１蓄電装置、１１２第２蓄電装置、１１４電源管理装置、１１６スタータ、１１８スタータ用スイッチ、１２０オルタネータ、１２２電装品、１２４ＥＣＵ、１２６ダイオード、１２８並列接続用スイッチ、１３０放電用スイッチ、１３２抵抗。

Claims

並列接続された第１蓄電部と第２蓄電部と、
前記第１蓄電部と前記第２蓄電部とを並列接続するための経路に配置されたスイッチと、
前記スイッチのオン／オフを制御する制御部とを備え、
前記第１蓄電部と前記第２蓄電部は、前記スイッチがオンにされている場合、車両内の複数の負荷に給電可能であり、前記スイッチがオフにされている場合、複数の負荷のうち、互いに異なった負荷に独立して給電可能であり、
前記制御部は、前記スイッチをオフに制御する際、前記第１蓄電部よりも電圧の高い前記第２蓄電部を放電させてから、前記スイッチをオフにすることを特徴とする電源装置。
前記第１蓄電部は鉛電池であり、前記第２蓄電部はニッケル水素電池であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記第１蓄電部は、前記スイッチがオフにされている場合、車両に搭載されたエンジンを始動させるためのモータへの給電を実行し、
前記第２蓄電部は、前記スイッチがオフにされている場合、車両内の電装品への給電を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
前記第２蓄電部を放電させるためだけの専用負荷をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
前記制御部は、前記スイッチがオンにされている状態において、前記第２蓄電部のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）が放電用しきい値以上である場合、前記第２蓄電部を放電させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。
前記制御部における放電用しきい値は、７０％であることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
前記制御部は、前記第２蓄電部のＳＯＣがアイドリングストップ用上限しきい値よりも低いことによってアイドリングストップがなされている場合、前記第２蓄電部のＳＯＣと放電用しきい値とを比較し、
アイドリングストップ用上限しきい値は、放電用しきい値よりも大きいことを特徴とする請求項５または６に記載の電源装置。
アイドリングストップ用上限しきい値は、所定の期間にわたって規定の電流値にて前記第２蓄電部を放電させる場合の放電量を放電用しきい値に加えた値よりも小さい値として定められていることを特徴とする請求項７に記載の電源装置。