(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリにより充電される３以上の蓄電器と、該蓄電器を選択的に組合わせて前記バッテリに接続する接続手段と、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出器とを備え、エンジンに連動する車載発電機、前記バッテリ又は蓄電器により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、
前記エンジンの始動不能を検出する検出手段を備え、前記接続手段は、該検出手段がエンジンの始動不能を検出したときに、前記電圧検出器が検出した電圧値に応じて、前記３以上の蓄電器の一部を直列接続して前記バッテリに接続する手段と、前記一部以外を並列接続又は単独で前記バッテリに接続する手段とを有し、前記エンジンの再始動時には、前記接続手段が、全蓄電器を直列に接続して、前記負荷群に給電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】
前記３以上の蓄電器の２／３以上は直列に接続されており、前記接続手段は、直列に接続された蓄電器及び前記バッテリ間を接続する第１スイッチと、前記直列に接続された蓄電器以外の１又は複数の蓄電器を、単独で又は並列に前記バッテリに接続する１又は複数の第２スイッチと、前記第１スイッチが切断されているときに、前記１又は複数の蓄電器を、前記直列に接続された蓄電器に直列に接続する１又は複数の第３スイッチと、該第３スイッチにより直列に接続された前記３以上の蓄電器を前記負荷群に接続する第４スイッチとを備え、前記第１スイッチ及び第２スイッチは、同一期間には接続しない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】
前記蓄電器の耐圧は、前記バッテリの出力電圧より低くしてあり、該出力電圧を前記蓄電器の耐圧より低い電圧に分圧する分圧回路を備え、前記蓄電器を並列に又は単独で接続して充電するときは、前記分圧回路の分圧により充電するように構成してある請求項１又は２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記３以上の蓄電器の充電が完了したか否かを判定する手段と、該手段が完了したと判定したときに、蓄電器の充電が完了したことを報知する手段とを更に備える請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３以上の蓄電器を選択的に組合わせてバッテリに接続する接続手段と、バッテリの出力電圧を検出する電圧検出器とを備え、エンジンに連動する車載発電機、バッテリ又は蓄電器により負荷群に給電する車両用電源装置、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ことがある。電圧が一時的に低下すると、同じ電源装置から電力供給を受けるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電気負荷の動作が不安定になる可能性があり、エンジンが始動できないことがあるという問題がある。
【０００３】
このような問題に関連して、補助電源として複数のキャパシタを備え、バッテリ電圧をＤＣＤＣ昇圧回路を用いて昇圧してキャパシタに充電する車両用電源装置が周知である。
また、特許文献１，２には，補助電源として複数のキャパシタを備え、複数のキャパシタを直列接続から並列接続に切替えて充電する蓄電装置及び電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献２】特許第４３６８９２４号公報
【特許文献１】特許第３８８６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アイドルストップ後にエンジンが始動できない場合、上述したように、バッテリ電圧をＤＣＤＣ昇圧回路を用いて昇圧し、蓄電器（キャパシタ又はバッテリ）に充電する場合、充電電流が小さくなるので、充電時間が長くなるという問題がある。
また、複数の蓄電器を直列接続から並列接続に切替えて、バッテリ電圧により充電する場合、バッテリ電圧が一定ではないので、耐圧を超えない、また低過ぎない適切な電圧に各蓄電器を充電することが難しいという問題がある。
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、エンジンが始動できない場合に、補助電源である各蓄電器を、耐圧を超えず、また低過ぎない適切な電圧に短時間で充電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、バッテリにより充電される３以上の蓄電器と、該蓄電器を選択的に組合わせて前記バッテリに接続する接続手段と、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出器とを備え、エンジンに連動する車載発電機、前記バッテリ又は蓄電器により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、前記エンジンの始動不能を検出する検出手段を備え、前記接続手段は、該検出手段がエンジンの始動不能を検出したときに、前記電圧検出器が検出した電圧値に応じて、前記３以上の蓄電器の一部を直列接続して前記バッテリに接続する手段と、前記一部以外を並列接続又は単独で前記バッテリに接続する手段とを有し、前記エンジンの再始動時には、前記接続手段が、全蓄電器を直列に接続して、前記負荷群に給電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、３以上の蓄電器が、バッテリにより充電され、接続手段が、３以上の蓄電器を選択的に組合わせてバッテリに接続する。電圧検出器が、バッテリの出力電圧を検出すると共に、エンジンに連動する車載発電機、バッテリ又は蓄電器により負荷群に給電する。検出手段が、エンジンの始動不能を検出し、接続手段は、検出手段がエンジンの始動不能を検出したときに、電圧検出器が検出した電圧値に応じて、３以上の蓄電器の一部を直列接続してバッテリに接続する。また、一部以外を並列接続又は単独でバッテリに接続する。エンジンの再始動時には、接続手段が、全蓄電器を直列に接続して、負荷群に給電する。
【０００８】
第２発明に係る車両用電源装置は、前記３以上の蓄電器の２／３以上は直列に接続されており、前記接続手段は、直列に接続された蓄電器及び前記バッテリ間を接続する第１スイッチと、前記直列に接続された蓄電器以外の１又は複数の蓄電器を、単独で又は並列に前記バッテリに接続する１又は複数の第２スイッチと、前記第１スイッチが切断されているときに、前記１又は複数の蓄電器を、前記直列に接続された蓄電器に直列に接続する１又は複数の第３スイッチと、該第３スイッチにより直列に接続された前記３以上の蓄電器を前記負荷群に接続する第４スイッチとを備え、前記第１スイッチ及び第２スイッチは、同一期間には接続しない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、３以上の蓄電器の２／３以上は直列に接続されており、接続手段は、第１スイッチが、直列に接続された蓄電器及びバッテリ間を接続し、１又は複数の第２スイッチが、直列に接続された蓄電器以外の１又は複数の蓄電器を、単独で又は並列にバッテリに接続する。第１スイッチが切断されているときに、１又は複数の第３スイッチが、１又は複数の蓄電器を、直列に接続された蓄電器に直列に接続し、第４スイッチが、第３スイッチにより直列に接続された３以上の蓄電器を負荷群に接続する。第１スイッチ及び第２スイッチは、同一期間には接続しない。
【００１０】
第３発明に係る車両用電源装置は、前記蓄電器の耐圧は、前記バッテリの出力電圧より低くしてあり、該出力電圧を前記蓄電器の耐圧より低い電圧に分圧する分圧回路を備え、前記蓄電器を並列に又は単独で接続して充電するときは、前記分圧回路の分圧により充電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、蓄電器の耐圧は、バッテリの出力電圧より低くしてあり、分圧回路が、バッテリの出力電圧を蓄電器の耐圧より低い電圧に分圧する。蓄電器を並列に又は単独で接続して充電するときは、分圧回路の分圧により充電する。
【００１２】
車載のバッテリの定格電圧１２Ｖに対して、多用される電気二重層キャパシタ（蓄電器）の耐圧は２．５Ｖである。例えば、電気二重層キャパシタの個数を６とすると、エンジンを始動させることができないバッテリの電圧値（例えば１０Ｖ以下）により耐圧以下で充電可能な直列接続数は４（２／３以上）となる。
そこで、バッテリの電圧値が１０Ｖ以下のとき、先ず、直列接続された４個の電気二重層キャパシタをバッテリにより充電し、この充電が完了した後に、バッテリの電圧値を２．５Ｖ以下に分圧し、２個を並列に接続して充電しておく。次いで、エンジンの再始動時に６個を直列に接続して放電させる。
【００１３】
バッテリの電圧値が１０Ｖより高く１２．５Ｖ以下のとき、先ず、直列接続された４個の電気二重層キャパシタに、他の１個を直列に接続して、バッテリにより充電し、この充電が完了した後に、バッテリの電圧値を２．５Ｖ以下に分圧して、１個を充電しておく。次いで、エンジンの再始動時に６個を直列に接続して放電させる。
【００１４】
第４発明に係る車両用電源装置は、前記３以上の蓄電器の充電が完了したか否かを判定する手段と、該手段が完了したと判定したときに、蓄電器の充電が完了したことを報知する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１５】
この車両用電源装置では、判定する手段が、３以上の蓄電器の充電が完了したか否かを判定し、判定する手段が完了したと判定したときに、報知する手段が、蓄電器の充電が完了したことを報知する。
ドライバは、この表示又は音声による報知を受けて、エンジンを再始動することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る車両用電源装置によれば、エンジンが始動できない場合に、短時間で充電することが可能であり、耐圧を超えない、また低過ぎない適切な電圧に各蓄電器を充電することができる車両用電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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に示す各電気二重層キャパシタの他の構成例を示す回路図である。
【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】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】
【００１８】
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。
図１は、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。
この車両用電源装置は、エンジン１に連動してオルタネータ（車載発電機、交流発電機）２が発電する。発電された電力は、オルタネータ２内で直流に変換され、定格１２Ｖのバッテリ（鉛蓄電池）３に与えられる。バッテリ３には、エンジン１のスタータ（スタータスイッチ内蔵）８が直接接続されている。
【００１９】
オルタネータ２及びバッテリ３の各正極端子は、スイッチＳＷ１を通じて充電抵抗Ｒ１の一方の端子及びダイオード４のアノードに接続されている。ダイオード４のカソードは、スイッチＳＷ２を通じて、充電抵抗Ｒ１の他方の端子に接続され、その他方の端子は、スイッチＳＷ３（第１スイッチ），ＳＷ４（第２スイッチ），ＳＷ５（第２スイッチ、第４スイッチ），ＳＷ６の各一方の端子、及び車両に搭載された負荷群５に接続されている。
【００２０】
スイッチＳＷ３の他方の端子は、直接に接続された電気二重層キャパシタＣ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１のキャパシタＣ４の正極端子に接続され、キャパシタＣ１の負極端子が接地端子に接続されている。
スイッチＳＷ４の他方の端子は、電気二重層キャパシタＣ５の正極端子に接続され、キャパシタＣ５の負極端子は、スイッチＳＷ９（第２スイッチ）の一方の端子に接続されている。スイッチＳＷ９の他方の端子は、スイッチＳＷ１０（第２スイッチ）の一方の端子に接続され、スイッチＳＷ１０の他方の端子は、抵抗Ｒ３，Ｒ４（分圧回路）を通じて接地端子に接続されている。抵抗Ｒ３にはスイッチＳＷ１１が並列に接続されている。
【００２１】
スイッチＳＷ５の他方の端子は、電気二重層キャパシタＣ６の正極端子に接続され、キャパシタＣ６の負極端子は、スイッチＳＷ９の他方の端子に接続されている。キャパシタＣ６の正極端子は、また、スイッチＳＷ１２及び放電抵抗Ｒ１３を通じて接地端子に接続されている。
スイッチＳＷ６の他方の端子は、抵抗Ｒ２（分圧回路）を通じて、スイッチＳＷ９の他方の端子に接続されている。
尚、Ｒ３＝Ｒ２，Ｒ４＝Ｒ２×３，Ｒ１＝Ｒ１３の関係がある。
【００２２】
キャパシタＣ４の正極端子及びキャパシタＣ５の負極端子間に、スイッチＳＷ７（第３スイッチ）が接続され、キャパシタＣ５の正極端子及びキャパシタＣ６の負極端子間に、スイッチＳＷ８（第３スイッチ）が接続されている。
バッテリ３の正極端子電圧Ｖｂが制御部６に与えられ、制御部６は内蔵する電圧検出器７により、バッテリ３の正極端子電圧Ｖｂを検出する。制御部６は、また、内蔵する電圧検出器９により、充電抵抗Ｒ１の他方の端子の充電電圧を検出し、また、イグニッションスイッチ及びスタータスイッチの各オン／オフ信号を与えられる。
【００２３】
制御部６は、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充電が完了したときは、充電が完了したことを表示部１０に報知させる。尚、表示部１０に代えて、音声発生部を備え、音声により充電が完了したことを報知させても良い。
制御部６は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２をそれぞれオン又はオフに制御する。
尚、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充放電が頻繁に行われる場合、図２に示すように、均等化抵抗Ｒ及びスイッチＳＷの直列回路を各キャパシタＣ１〜Ｃ６に並列に接続しておく。制御部６は、各キャパシタＣ１〜Ｃ６が均等に充電されるように、各スイッチをオン又はオフに制御する。
【００２４】
以下に、このような構成の車両用電源装置の動作例を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部６は、スタータスイッチの操作又は図示しないアイドルストップＥＣＵの制御動作により、スタータスイッチがオンになるか否かを判定している（Ｓ１）。
制御部６は、スタータスイッチがオンになれば（Ｓ１）、時間Ｔ１（例えば４秒間）待機した（Ｓ３）後、電圧検出器７により端子電圧Ｖｂを検出し（Ｓ４）、その検出した端子電圧Ｖｂに基づき、エンジン１が始動したか否かを判定する（Ｓ５）。
【００２５】
例えば、検出した端子電圧Ｖｂがオルタネータの充電電圧設定値（例えば１４Ｖ）以上であれば、オルタネータ２が発電しており、エンジンが始動したと判定する。端子電圧Ｖｂが１４Ｖに達しなければ、オルタネータ２は発電しておらず、エンジンは始動できなかったと判定する。
制御部６は、エンジン１が始動しておれば（Ｓ５）、スタータスイッチがオンになるか否かを判定していく（Ｓ１）。
【００２６】
制御部６は、エンジン１が始動していなければ（Ｓ５）、分極解消により端子電圧Ｖｂがある程度回復する時間Ｔ２（例えば２秒間）待機した（Ｓ７）後、電圧検出器７により端子電圧Ｖｂを検出する（Ｓ９）。
制御部６は、次に、検出した端子電圧Ｖｂが例えば１２．５Ｖを超えているか否かを判定し（Ｓ１１）、１２．５Ｖを超えていなければ、端子電圧Ｖｂが例えば１０Ｖを超えているか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００２７】
制御部６は、端子電圧Ｖｂが１０Ｖを超えていなければ（１０Ｖ≧Ｖｂ）（Ｓ１３）、充電方法（１）で充電を行い（Ｓ１５）、電圧検出器９が検出した充電電圧に基づき、充電方法（１）による充電が完了したか否かを判定する（Ｓ１７）。
制御部６は、充電方法（１）による充電が完了したと判定したときは（Ｓ１７）、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充電が完了したことを、表示部１０に表示させる（Ｓ１９）。
制御部６は、次に、操作によりスタータスイッチがオンになる迄待機する（Ｓ２１）。制御部６は、スタータスイッチがオンになると、所定時間（例えば４秒間）キャパシタＣ１〜Ｃ６を直列に接続し、負荷群５に接続して（Ｓ２３）給電し、次いで、スタータスイッチがオンになるか否かを判定していく（Ｓ１）。
【００２８】
制御部６は、イグニッションスイッチがオフになったときは、所定時間、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１２をオンにして、放電抵抗Ｒ１３を通じて、キャパシタＣ１〜Ｃ６を放電させる。その後、全スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２をオフにしておく。
【００２９】
制御部６は、端子電圧Ｖｂが１０Ｖを超えていれば（１２．５Ｖ≧Ｖｂ＞１０Ｖ）、充電方法（２）で充電を行い（Ｓ２９）、電圧検出器９が検出した充電電圧に基づき、充電方法（２）による充電が完了したか否かを判定する（Ｓ３１）。
制御部６は、充電方法（２）による充電が完了したと判定したときは（Ｓ３１）、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充電が完了したことを、表示部１０に表示させる（Ｓ１９）。
【００３０】
制御部６は、端子電圧Ｖｂが１２．５Ｖを超えていれば（Ｖｂ＞１２．５Ｖ）、充電方法（３）で充電を行い（Ｓ２５）、電圧検出器９が検出した充電電圧に基づき、充電方法（３）による充電が完了したか否かを判定する（Ｓ２７）。
制御部６は、充電方法（３）による充電が完了したと判定したときは（Ｓ２７）、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充電が完了したことを、表示部１０に表示させる（Ｓ１９）。
【００３１】
ここで、充電方法（１）では、制御部６は、先ず、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオンにして、直列に接続されているキャパシタＣ１〜Ｃ４をバッテリ３に接続し、充電を開始させる。この際、充電電流は充電抵抗Ｒ１に依存する。
制御部６は、電圧検出器７，９が検出したそれぞれの電圧値が略等しくなると、キャパシタＣ１〜Ｃ４の充電が完了したと判定する。充電が完了したか否かの判定は、その他、電流検出器を設けてスイッチＳＷ１に流れる電流を検出することにより、又はタイマにより充電時間を計測することにより可能である。
【００３２】
制御部６は、キャパシタＣ１〜Ｃ４の充電が完了したと判定すると、次に、スイッチＳＷ３をオフにし、スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ９，ＳＷ１０，ＳＷ１１をオンにして、キャパシタＣ５，Ｃ６をバッテリ３に並列に接続し、充電を開始させる。この際、キャパシタＣ５，Ｃ６は、端子電圧Ｖｂの抵抗Ｒ２，Ｒ４による分圧（Ｖｂ／４）により充電され、充電電圧がキャパシタＣ５，Ｃ６の耐圧（２．５Ｖ）を超えることはない。
制御部６は、電圧検出器７，９が検出したそれぞれの電圧値が略等しくなると、キャパシタＣ５，Ｃ６の充電が完了したと判定する。制御部６は、次いで、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ９，ＳＷ１０をオフにする。
【００３３】
制御部６は、所定時間キャパシタＣ１〜Ｃ６を直列に接続して負荷群５に接続する際（Ｓ２３）、スイッチＳＷ７，ＳＷ８をオンにして、キャパシタＣ１〜Ｃ４にキャパシタＣ５，Ｃ６を直列に接続する。尚、キャパシタＣ１〜Ｃ６をバッテリ３に並列に接続して、負荷群５に給電する場合は、スイッチＳＷ１をオンにする。
【００３４】
充電方法（２）では、制御部６は、先ず、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ７をオンにして、直列に接続されているキャパシタＣ１〜Ｃ４に、キャパシタＣ５を更に直列に接続して、バッテリ３に接続し、充電を開始させる。この際、充電電流は充電抵抗Ｒ１に依存する。
制御部６は、電圧検出器７，９が検出したそれぞれの電圧値が略等しくなると、キャパシタＣ１〜Ｃ５の充電が完了したと判定する。
【００３５】
制御部６は、キャパシタＣ１〜Ｃ５の充電が完了したと判定すると、次に、スイッチＳＷ４をオフにし、スイッチＳＷ２，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ１０をオンにして、キャパシタＣ６をバッテリ３に接続し、充電を開始させる。この際、キャパシタＣ６は、端子電圧Ｖｂの抵抗Ｒ２，（Ｒ３+Ｒ４）による分圧（Ｖｂ／５）により充電され、充電電圧がキャパシタＣ６の耐圧（２．５Ｖ）を超えることはない。
制御部６は、電圧検出器７，９が検出したそれぞれの電圧値が略等しくなると、キャパシタＣ６の充電が完了したと判定する。制御部６は、次いで、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ６，ＳＷ１０をオフにする。
【００３６】
制御部６は、所定時間キャパシタＣ１〜Ｃ６を直列に接続して負荷群５に接続する際（Ｓ２３）、スイッチＳＷ８をオンにして、キャパシタＣ１〜Ｃ５にキャパシタＣ６を直列に接続する。尚、キャパシタＣ１〜Ｃ６をバッテリ３に並列に接続して、負荷群５に給電する場合は、スイッチＳＷ１をオンにする。
【００３７】
充電方法（３）では、制御部６は、先ず、スイッチＳＷ１，ＳＷ７，ＳＷ８、ＳＷ５をオンにして、直列に接続されているキャパシタＣ１〜Ｃ４に、キャパシタＣ５，Ｃ６を更に直列に接続して、バッテリ３に接続し、充電を開始させる。この際、充電電流は充電抵抗Ｒ１に依存する。
制御部６は、電圧検出器７，９が検出したそれぞれの電圧値が略等しくなると、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充電が完了したと判定する。
【００３８】
制御部６は、キャパシタＣ１〜Ｃ６の充電が完了したと判定すると、次いで、スイッチＳＷ１，ＳＷ５をオフにする。
制御部６は、所定時間キャパシタＣ１〜Ｃ６を直列に接続して負荷群５に接続する際（Ｓ２３）、スイッチＳＷ５をオンにする。尚、キャパシタＣ１〜Ｃ６をバッテリ３に並列に接続して、負荷群５に給電する場合は、スイッチＳＷ１をオンにする。
【００３９】
なお、以上では電気二重層キャパシタの耐圧が２．５Ｖの場合で説明したが、耐圧がそれ以外の値の場合でも、耐圧値に応じてキャパシタ数を変更してスイッチ手段を設ける等により、同様の制御を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  エンジン
２  オルタネータ（車載発電機）
３  バッテリ
５  負荷群
６  制御部
７，９  電圧検出器
８  スタータ
１０  表示部（報知する手段）
Ｃ１〜Ｃ６  （電気二重層）キャパシタ
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ６，ＳＷ１１，ＳＷ１２  スイッチ
ＳＷ３  スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ４，ＳＷ９，ＳＷ１０  スイッチ（第２スイッチ）
ＳＷ５  スイッチ（第２スイッチ、第４スイッチ）
ＳＷ７，ＳＷ８  スイッチ（第３スイッチ）
Ｒ１  充電抵抗
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  抵抗（分圧回路）
Ｒ１３  放電抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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