(57)【要約】【課題】エンジン負荷の増加を抑制しつつ電気負荷を適切に機能させる。【解決手段】エンジンに連結されるスタータジェネレータ１６と、スタータジェネレータ１６に接続される鉛バッテリ３１と、鉛バッテリ３１と並列にスタータジェネレータ１６に接続されるリチウムイオンバッテリ３２と、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２とを接続する導通状態と、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２とを切り離す遮断状態と、に制御されるスイッチＳＷ２と、スタータジェネレータ１６を第１発電状態とこれよりも発電電圧の高い第２発電状態とに制御する発電機制御部と、スイッチＳＷ２を導通状態と遮断状態とに制御するスイッチ制御部と、を有し、高負荷デバイス５５が作動する場合に、スイッチ制御部はスイッチＳＷ２を遮断状態に制御し、発電機制御部はスタータジェネレータ１６を第２発電状態に制御する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される車両用電源装置であって、
エンジンに連結される発電機と、
前記発電機に接続される第１蓄電体と、
前記第１蓄電体と並列に前記発電機に接続される第２蓄電体と、
前記発電機と前記第２蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを切り離す遮断状態と、に制御されるスイッチと、
前記発電機を第１発電状態とこれよりも発電電圧の高い第２発電状態とに制御する発電機制御部と、
前記スイッチを導通状態と遮断状態とに制御するスイッチ制御部と、
を有し、
前記第１蓄電体に接続される複数の電気負荷として、低負荷機器とこれよりも消費電力の大きな高負荷機器とがあり、
前記高負荷機器が停止する場合に、前記スイッチ制御部は前記スイッチを導通状態に制御し、前記発電機制御部は前記発電機を第１発電状態に制御する一方、
前記高負荷機器が作動する場合に、前記スイッチ制御部は前記スイッチを遮断状態に制御し、前記発電機制御部は前記発電機を第２発電状態に制御する、
車両用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源装置において、
停止条件が成立した場合に前記エンジンを停止させ、始動条件が成立した場合に前記エンジンを始動させるアイドリングストップ制御部、を有し、
前記発電機は、前記第２蓄電体からの電力によって前記エンジンを始動回転させる発電電動機であり、
前記アイドリングストップ制御部は、前記高負荷機器が作動して前記スイッチが遮断状態に制御され、前記発電電動機から前記第２蓄電体が切り離された状態であっても、前記エンジンの停止条件が成立した場合に前記エンジンを停止させる、
車両用電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用電源装置において、
前記高負荷機器が作動した状態のもとで、前記アイドリングストップ制御部が前記エンジンを停止させた場合に、前記スイッチ制御部は前記スイッチを遮断状態から導通状態に制御する、
車両用電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用電源装置において、
前記発電機と前記第２蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを切り離す遮断状態と、に切り替えられる第１スイッチと、
前記スイッチとしての第２スイッチと、
を有し、
前記アイドリングストップ制御部が前記エンジンを始動する場合に、前記スイッチ制御部は、前記第１スイッチを遮断状態に制御し、前記第２スイッチを導通状態に制御する、
車両用電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用電源装置において、
前記高負荷機器が作動した状態のもとで、前記アイドリングストップ制御部によって前記エンジンが始動された後に、前記スイッチ制御部は、前記第１スイッチを遮断状態から導通状態に制御し、前記第２スイッチを導通状態から遮断状態に制御する、
車両用電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
前記第２蓄電体の内部抵抗は、前記第１蓄電体の内部抵抗よりも小さい、
車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される車両用電源装置として、エンジンに連結されるオルタネータ等の発電機を備えた電源装置が提案されている（特許文献１参照）。また、特許文献１に記載される電源装置は、バッテリ等の蓄電体として、互いに並列接続される鉛バッテリおよびリチウムイオンバッテリを有している。これにより、車両減速時に発電機を回生発電させる際には、鉛バッテリだけでなくリチウムイオンバッテリに回生電力を蓄えることができ、回生電力を増加させて車両の燃費性能を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３６５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両用電源装置に設けられる電気負荷として、消費電力の大きなヘッドライトやワイパー装置等の電気負荷がある。これらの電気負荷を適切に機能させるためには、発電機の発電電圧を高めることが求められている。しかしながら、単に発電機の発電電圧を高めることは、リチウムイオンバッテリ等に対する充電電流を増加させる要因であり、発電機によるエンジン負荷を増大させる要因となっていた。このように、エンジン負荷を増加させることは燃料消費量を増加させる要因であるため、エンジン負荷の増加を抑制しつつ電気負荷を適切に機能させることが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、エンジン負荷の増加を抑制しつつ電気負荷を適切に機能させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の車両用電源装置は、車両に搭載される車両用電源装置であって、エンジンに連結される発電機と、前記発電機に接続される第１蓄電体と、前記第１蓄電体と並列に前記発電機に接続される第２蓄電体と、前記発電機と前記第２蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを切り離す遮断状態と、に制御されるスイッチと、前記発電機を第１発電状態とこれよりも発電電圧の高い第２発電状態とに制御する発電機制御部と、前記スイッチを導通状態と遮断状態とに制御するスイッチ制御部と、を有し、前記第１蓄電体に接続される複数の電気負荷として、低負荷機器とこれよりも消費電力の大きな高負荷機器とがあり、前記高負荷機器が停止する場合に、前記スイッチ制御部は前記スイッチを導通状態に制御し、前記発電機制御部は前記発電機を第１発電状態に制御する一方、前記高負荷機器が作動する場合に、前記スイッチ制御部は前記スイッチを遮断状態に制御し、前記発電機制御部は前記発電機を第２発電状態に制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高負荷機器が作動する場合に、スイッチ制御部はスイッチを遮断状態に制御し、発電機制御部は発電機を第２発電状態に制御する。これにより、エンジン負荷の増加を抑制しつつ電気負荷を適切に機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成例を示す概略図である。
【図２】電源回路の一例を示す回路図である。
【図３】スタータジェネレータを燃焼発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。
【図４】スタータジェネレータを発電休止状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。
【図５】スタータジェネレータを回生発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。
【図６】スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。
【図７】所定周期毎に実行されるスタータジェネレータおよびスイッチの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】所定周期毎に実行されるスタータジェネレータおよびスイッチの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、スタータジェネレータおよびスイッチの各制御過程における電力供給状況を示す図である。
【図１０】スタータジェネレータおよびスイッチの各制御過程における電力供給状況を示す図である。
【図１１】スタータジェネレータおよびスイッチの各制御過程における電力供給状況を示す図である。
【図１２】スタータジェネレータおよびスイッチの各制御過程における電力供給状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０を備えた車両１１の構成例を示す概略図である。図１に示すように、車両１１には、本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０が搭載されている。また、車両１１には、動力源であるエンジン１２を備えたパワーユニット１３が搭載されている。エンジン１２のクランク軸１４には、ベルト機構１５を介してスタータジェネレータ（発電機，発電電動機）１６が機械的に連結されている。また、エンジン１２にはトルクコンバータ１７を介して変速機構１８が連結されており、変速機構１８にはデファレンシャル機構１９等を介して車輪２０が連結されている。
【００１０】
エンジン１２に連結されるスタータジェネレータ１６は、発電機および電動機として機能する所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。スタータジェネレータ１６は、クランク軸１４によって駆動される発電機として機能するだけでなく、クランク軸１４を回転させる電動機として機能する。例えば、アイドリングストップ制御においてエンジン１２を再始動させる場合や、発進時や加速時においてエンジン１２をアシスト駆動する場合には、スタータジェネレータ１６は電動機として力行状態に制御される。
【００１１】
スタータジェネレータ１６は、ステータコイルを備えたステータ２１と、フィールドコイルを備えたロータ２２と、を有している。また、スタータジェネレータ１６には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータおよびマイコン等からなるＩＳＧコントローラ２３が設けられている。ＩＳＧコントローラ２３によってフィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御することにより、スタータジェネレータ１６の発電電圧、発電トルク、力行トルク等を制御することができる。
【００１２】
［電源回路］
車両用電源装置１０が備える電源回路３０について説明する。図２は電源回路３０の一例を示す回路図である。図２に示すように、電源回路３０は、スタータジェネレータ１６に電気的に接続される鉛バッテリ（第１蓄電体）３１と、これと並列にスタータジェネレータ１６に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ（第２蓄電体）３２と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ３２を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の端子電圧は、鉛バッテリ３１の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ３２を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は、鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さく設計されている。
【００１３】
鉛バッテリ３１の正極端子３１ａには正極ライン３３が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン３４が接続され、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａには正極ライン３５が接続される。これらの正極ライン３３〜３５は、接続点３６を介して互いに接続されている。また、鉛バッテリ３１の負極端子３１ｂには負極ライン３７が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の負極端子３２ｂには負極ライン３８が接続され、スタータジェネレータ１６の負極端子１６ｂには負極ライン３９が接続される。これらの負極ライン３７〜３９は、基準電位点４０を介して互いに接続されている。
【００１４】
鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチ（第１スイッチ）ＳＷ１が設けられている。スイッチＳＷ１を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とは互いに接続される。一方、スイッチＳＷ１を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とは互いに切り離される。また、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチ（スイッチ，第２スイッチ）ＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ２を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２とは互いに接続される。一方、スイッチＳＷ２を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２とは互いに切り離される。
【００１５】
これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子によって構成されるスイッチであっても良く、電磁力等を用いて接点を機械的に開閉させるスイッチであっても良い。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。
【００１６】
図１に示すように、電源回路３０には、バッテリモジュール４１が設けられている。このバッテリモジュール４１には、リチウムイオンバッテリ３２が組み込まれるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が組み込まれている。また、バッテリモジュール４１には、マイコン等からなるバッテリコントローラ４２が設けられている。バッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を監視する機能や、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する機能を有している。なお、充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）とは、バッテリの設計容量に対する蓄電量の比率である。
【００１７】
鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、複数の電気負荷からなる電気負荷群５０が接続されている。電気負荷群５０を構成する電気負荷として、フロントウィンドウを払拭するワイパー装置５１、車両前方に光を照射するヘッドライト５２、各種情報を表示するインストルメントパネル５３、地図情報等を表示するナビゲーションシステム５４等が設けられている。例示した電気負荷のうち、ワイパー装置５１やヘッドライト５２は、消費電力が所定の電力閾値を上回る高負荷デバイス（高負荷機器）５５である。この高負荷デバイス５５を適切に機能させるためには、高負荷デバイス５５に対する印加電圧を所定電圧以上に高めることが求められている。また、例示した電気負荷のうち、インストルメントパネル５３やナビゲーションシステム５４は、消費電力が所定の電力閾値を下回る低負荷デバイス（低負荷機器）５６である。このように、車両用電源装置１０には、複数の電気負荷として、低負荷デバイス５６とこれよりも消費電力の大きな高負荷デバイス５５とが設けられている。なお、高負荷デバイス５５や低負荷デバイス５６は、前述した装置に限られることはない。
【００１８】
また、図示していないが、鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、ＩＳＧコントローラ２３、バッテリコントローラ４２、後述するメインコントローラ６０等の各種コントローラが電気負荷として接続される。これらのコントローラ２３，４２，６０も、消費電力の小さな低負荷デバイス５６として機能している。また、鉛バッテリ３１の負極ライン３７には、バッテリセンサ５７が設けられている。このバッテリセンサ５７は、鉛バッテリ３１の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、正極ライン３３には、電気負荷群５０等を保護するヒューズ５８が設けられている。
【００１９】
［車両用電源装置の制御系］
図１に示すように、車両用電源装置１０は、マイコン等からなるメインコントローラ６０を有している。このメインコントローラ６０には、エンジン１２を制御するエンジン制御部６１、スタータジェネレータ１６を制御する発電機制御部６２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するスイッチ制御部６３、アイドリングストップ制御を実行するアイドリングストップ制御部６４等の各機能部が設けられている。メインコントローラ６０や前述した各コントローラ２３，４２は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク６５を介して互いに通信自在に接続されている。
【００２０】
後述するように、メインコントローラ６０の各機能部は、各種コントローラやセンサからの情報に基づき、エンジン１２、スタータジェネレータ１６およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２等を制御する。なお、メインコントローラ６０の発電機制御部６２は、ＩＳＧコントローラ２３に制御信号を出力することにより、スタータジェネレータ１６の発電電圧や発電トルク等を制御する。また、メインコントローラ６０のスイッチ制御部６３は、バッテリコントローラに制御信号を出力することにより、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態や遮断状態に制御する。
【００２１】
前述したように、メインコントローラ６０には、アイドリングストップ制御部６４が設けられている。このアイドリングストップ制御部６４は、自動的にエンジン１２を停止させて再始動するアイドリングストップ制御を実行するため、エンジン１２やスタータジェネレータ１６を制御する機能を有している。アイドリングストップ制御部６４は、エンジン運転中に所定の停止条件が成立した場合にエンジン１２を停止させる一方、エンジン停止中に所定の始動条件が成立した場合にエンジン１２を再始動させる。エンジン１２の停止条件としては、例えば、車速が所定値を下回り、かつブレーキペダルが踏み込まれることが挙げられる。また、エンジン１２の始動条件としては、例えば、ブレーキペダルの踏み込みが解除されることや、アクセルペダルが踏み込まれることが挙げられる。なお、アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時には、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２の始動回転が行われる。
【００２２】
［電力供給状況］
スタータジェネレータ１６の発電制御や力行制御に伴う電力供給状況について説明する。図３はスタータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図４はスタータジェネレータ１６を発電休止状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図５はスタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図６はスタータジェネレータ１６を力行状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。
【００２３】
図３に示すように、リチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が低下している場合には、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の下限値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ３２を充電して充電状態ＳＯＣを高めるため、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き上げられる。これにより、図３に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６から、リチウムイオンバッテリ３２、電気負荷群５０および鉛バッテリ３１等に対して発電電力が供給される。なお、スタータジェネレータ１６の燃焼発電状態とは、エンジン１２によってスタータジェネレータ１６が発電駆動される状態である。
【００２４】
図４に示すように、リチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が十分に確保されている場合には、スタータジェネレータ１６が発電休止状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の上限値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に対する電力供給が可能であるため、スタータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。スタータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き下げられる。これにより、図４に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０等に電力が供給されるため、スタータジェネレータ１６の発電を抑制または停止させることができ、エンジン負荷を低減することができる。
【００２５】
前述したように、メインコントローラ６０は、充電状態ＳＯＣに基づきスタータジェネレータ１６を燃焼発電状態や発電休止状態に制御するが、減速走行時には多くの運動エネルギーを回収して燃費性能を高めることが必要である。そこで、減速走行時には、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御され、スタータジェネレータ１６の発電電圧がバッテリ３１，３２や電気負荷群５０等の耐電圧を超えない範囲で引き上げられる。これにより、図５に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６から、リチウムイオンバッテリ３２や鉛バッテリ３１に大きな電流を供給することができる。つまり、スタータジェネレータ１６の発電電力を増やすことができるため、運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収することができ、車両１１のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることができる。なお、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は、鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の多くはリチウムイオンバッテリ３２に供給される。
【００２６】
図３〜図５に示すように、スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態、回生発電状態および発電休止状態に制御する際に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は導通状態に保持される。つまり、車両用電源装置１０においては、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替制御を行うことなく、スタータジェネレータ１６の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ３２の充放電を制御することが可能である。これにより、簡単にリチウムイオンバッテリ３２の充放電を制御することができ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
また、図６に示すように、スタータジェネレータ１６を力行状態に制御する際には、スイッチＳＷ１が遮断状態に制御される。つまり、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２を始動回転させる場合や、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２をアシスト駆動する場合には、スイッチＳＷ１が導通状態から遮断状態に制御される。これにより、鉛バッテリ３１および電気負荷群５０からなる電源回路６６と、リチウムイオンバッテリ３２およびスタータジェネレータ１６からなる電源回路６７と、が互いに切り離される。これにより、図６に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６の消費電流が増加する場合であっても、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に電力を供給することができるため、電気負荷群５０に対する瞬間的な電圧低下つまり瞬低を防止することができ、電気負荷群５０を適切に機能させることができる。
【００２８】
［スタータジェネレータ制御およびスイッチ制御］
続いて、車両用電源装置１０によるスタータジェネレータ１６やスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御手順について説明する。図７および図８は、所定周期毎に実行されるスタータジェネレータ１６およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御手順の一例を示すフローチャートである。図７および図８のフローチャートにおいては符号Ａの箇所で互いに接続されている。また、図９〜図１２はスタータジェネレータ１６およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２の各制御過程における電力供給状況を示す図である。なお、図７および図８には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の導通状態がＯＮとして記載され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の遮断状態がＯＦＦとして記載される。また、図７および図８には、スタータジェネレータ１６がＩＳＧとして記載され、アイドリングストップがＩＳＳとして記載される。
【００２９】
図７に示すように、ステップＳ１０では、ワイパー装置５１やヘッドライト５２等の高負荷デバイス５５が作動しているか否かが判定される。ステップＳ１０において、高負荷デバイス５５が停止していると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方が導通状態に制御され、続くステップＳ１２では、スタータジェネレータ１６の通常制御が実行される。ここで、スタータジェネレータ１６の通常制御とは、高負荷デバイス５５の停止時に実行される制御である。図９（ａ）に示すように、スタータジェネレータ１６の通常制御において、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが低い場合には、スタータジェネレータ１６が低圧側の目標電圧Ｖａ（例えば１３Ｖ）で燃焼発電状態（第１発電状態）に制御される。また、図９（ｂ）に示すように、スタータジェネレータ１６の通常制御において、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが高い場合には、スタータジェネレータ１６が発電休止状態に制御される。
【００３０】
一方、ステップＳ１０において、高負荷デバイス５５が作動していると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、スイッチＳＷ１が導通状態に制御され、スイッチＳＷ２が遮断状態に制御される。続くステップＳ１４では、スタータジェネレータ１６の昇圧制御が実行される。ここで、スタータジェネレータ１６の昇圧制御とは、高負荷デバイス５５の作動時に実行される制御である。図１０に示すように、スタータジェネレータ１６の昇圧制御においては、スタータジェネレータ１６が高圧側の目標電圧Ｖｂ（例えば１４Ｖ）で燃焼発電状態（第２発電状態）に制御される。
【００３１】
このように、スタータジェネレータ１６の昇圧制御を実行して発電電圧を高めることにより、高負荷デバイス５５に対する印加電圧を確保することができるため、高負荷デバイス５５を適切に動作させることができる。しかも、スタータジェネレータ１６の発電電圧を高める際には、スイッチＳＷ２を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２とを互いに切り離している。これにより、スタータジェネレータ１６の発電電圧を高めた場合であっても、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ３２に電流が流れることはなく、スタータジェネレータ１６の発電電力を抑制することができる。つまり、スタータジェネレータ１６を駆動するエンジン１２の負荷を低減することができ、エンジン１２の燃料消費を抑制することができる。
【００３２】
特に、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さいことから、スタータジェネレータ１６の発電電圧を高めた場合には、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ３２に多くの電流が流れることになる。つまり、単にスタータジェネレータ１６の発電電圧を高めた場合には、リチウムイオンバッテリ３２の急速充電に伴ってスタータジェネレータ１６の発電電力を急増させ、スタータジェネレータ１６を駆動するエンジン１２の負荷を急増させることになる。しかしながら、スタータジェネレータ１６の発電電圧を高める際には、スイッチＳＷ２を遮断するようにしたので、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ３２を切り離すことができ、エンジン負荷を急増させずに発電電圧を高めることが可能になる。
【００３３】
［アイドリングストップ制御］
前述したように、アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動時には、リチウムイオンバッテリ３２からの電力によってスタータジェネレータ１６が力行状態に制御される。ここで、図１０に示すように、高負荷デバイス５５が作動する場合には、スイッチＳＷ２が遮断状態に制御されるため、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ３２が切り離された状態になっている。そこで、本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０においては、以下の手順に従い、スタータジェネレータ１６にリチウムイオンバッテリ３２を接続することにより、エンジン再始動を伴うアイドリングストップ制御の実行を可能にしている。
【００３４】
図７に示すように、ステップＳ１５では、アイドリングストップ制御の許可条件が成立しているか否かが判定される。ステップＳ１５において、例えば、スタータジェネレータ１６およびリチウムイオンバッテリ３２が適切に機能し、かつリチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定値（例えば２０％）を上回る場合には、アイドリングストップ制御の許可条件が成立していると判定される。ステップＳ１５において、アイドリングストップ制御の許可条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１６に進み、エンジン停止条件が成立しているか否かが判定される。ステップＳ１６において、例えば、車速が所定値を下回り、かつブレーキペダルが踏み込まれる場合には、エンジン停止条件が成立していると判定される。
【００３５】
ステップＳ１６において、エンジン停止条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１７に進み、エンジン１２が停止され、ステップＳ１８に進み、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方が導通状態に制御される。図１１に示すように、アイドリングストップ制御においては、エンジン１２と共にスタータジェネレータ１６も停止するが、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方が導通状態に制御されるため、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に対する電力供給を継続することができ、電気負荷群５０を適切に機能させることができる。
【００３６】
一方、ステップＳ１５において、例えば、スタータジェネレータ１６やリチウムイオンバッテリ３２に異常が認められた場合や、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定値（例えば２０％）以下である場合には、アイドリングストップ制御の許可条件が成立していないと判定されるため、エンジン１２を停止させることなく、ステップＳ１０に戻される。また、ステップＳ１６において、例えば、車速が所定値を上回る場合や、ブレーキペダルが踏まれていない場合には、エンジン停止条件が成立していないと判定されるため、エンジン１２を停止させることなく、ステップＳ１０に戻される。
【００３７】
図８に示すように、アイドリングストップが実行されると、ステップＳ１９に進み、エンジン始動条件が成立しているか否かが判定される。ステップＳ１９において、例えば、ブレーキペダルの踏み込みが解除された場合や、アクセルペダルが踏み込まれた場合には、エンジン始動条件が成立していると判定される。ステップＳ１９において、エンジン始動条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、スイッチＳＷ１が遮断状態に制御され、スイッチＳＷ２が導通状態に制御され、ステップＳ２１に進み、スタータジェネレータ１６によるエンジン１２の始動回転が開始される。図１２に示すように、エンジン１２を始動する際には、スイッチＳＷ１が遮断状態に制御されることから、リチウムイオンバッテリ３２からスタータジェネレータ１６に大電流が供給される場合であっても、電気負荷群５０に対する瞬間的な電圧低下を防止することができ、電気負荷群５０を適切に機能させることができる。
【００３８】
図８に示すように、ステップＳ２１において、スタータジェネレータ１６の始動回転が行われると、ステップＳ２２に進み、エンジン１２の始動が完了したか否かが判定される。ステップＳ２２において、例えば、エンジン回転数が所定回転数を上回ると判定された場合、つまりエンジン１２が完爆状態であると判定された場合には、エンジン１２の始動が完了したと判定される。ステップＳ２２において、エンジン１２の始動が完了したと判定されると、ステップＳ２３に進み、再びワイパー装置５１やヘッドライト５２等の高負荷デバイス５５が作動しているか否かが判定される。
【００３９】
ステップＳ２３において、高負荷デバイス５５が停止していると判定された場合には、ステップＳ２４に進み、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方が導通状態に制御され、ステップＳ２５に進み、スタータジェネレータ１６の通常制御が実行される。一方、ステップＳ２３において、高負荷デバイス５５が作動していると判定された場合には、ステップＳ２６に進み、スイッチＳＷ１が導通状態に制御され、スイッチＳＷ２が遮断状態に制御される。続くステップＳ２７では、スタータジェネレータ１６の昇圧制御が実行される。
【００４０】
これまで説明したように、車両用電源装置１０は、高負荷デバイス５５が停止する場合に、スイッチＳＷ１を導通状態に制御し、スタータジェネレータ１６を発電電圧Ｖａで燃焼発電状態（第１発電状態）に制御する。一方、車両用電源装置１０は、高負荷デバイス５５が作動する場合に、スイッチＳＷ１を遮断状態に制御し、スタータジェネレータ１６を発電電圧Ｖａよりも高い発電電圧Ｖｂで燃焼発電状態（第２発電状態）に制御する。これにより、高負荷デバイス５５を適切に機能させるために、スタータジェネレータ１６の発電電圧を上げる場合であっても、スタータジェネレータ１６の発電電力の増加を抑制することができる。このように、発電電圧を引き上げつつ発電電力の増加を抑制することができるため、エンジン負荷の増加を抑制しつつ高負荷デバイス５５を適切に機能させることができる。
【００４１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、車両用電源装置１０にスイッチＳＷ１を設けているが、これに限られることはなく、車両用電源装置１０からスイッチＳＷ１を削減しても良い。すなわち、スタータジェネレータ１６の発電電圧を引き上げつつ発電電力の増加を抑制する観点からは、車両用電源装置１０にスイッチＳＷ２が設けられていれば良く、車両用電源装置１０からスイッチＳＷ１を削減しても良い。また、図示する例では、バッテリモジュール４１にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を組み込んでいるが、これに限られることはなく、バッテリモジュール４１の外にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けても良い。さらに、前述の説明では、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４にスイッチＳＷ２を設けているが、これに限られることはない。例えば、図２に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ３２の負極ライン３８にスイッチＳＷ２を設けても良い。
【００４２】
前述の説明では、第１蓄電体として鉛バッテリ３１を採用し、第２蓄電体としてリチウムイオンバッテリ３２を採用しているが、これに限られることはなく、他の種類のバッテリやキャパシタを採用しても良い。また、第１蓄電体と第２蓄電体とは、異なる種類の蓄電体に限られることはなく、同じ種類の蓄電体であっても良いことはいうまでもない。また、前述の説明では、第２蓄電体の内部抵抗を、第１蓄電体の内部抵抗よりも小さくしているが、これに限られることはなく、第２蓄電体の内部抵抗を第１蓄電体の内部抵抗よりも大きくしても良く、第２蓄電体の内部抵抗と第１蓄電体の内部抵抗とを同じにしても良い。
【００４３】
前述の説明では、発電機としてスタータジェネレータ１６を採用しているが、これに限られることはない。例えば、発電機としてオルタネータを採用しても良く、発電機としてモータジェネレータを採用しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ６０を、発電機制御部６２、スイッチ制御部６３およびアイドリングストップ制御部６４として機能させているが、これに限られることはない。例えば、他のコントローラを、発電機制御部６２、スイッチ制御部６３およびアイドリングストップ制御部６４として機能させても良く、複数のコントローラによって、発電機制御部６２、スイッチ制御部６３およびアイドリングストップ制御部６４を構成しても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１０    車両用電源装置
１１    車両
１２    エンジン
１６    スタータジェネレータ（発電機，発電電動機）
３１    鉛バッテリ（第１蓄電体）
３２    リチウムイオンバッテリ（第２蓄電体）
５１    ワイパー装置（電気負荷，高負荷機器）
５２    ヘッドライト（電気負荷，高負荷機器）
５３    インストルメントパネル（電気負荷，低負荷機器）
５４    ナビゲーションシステム（電気負荷，低負荷機器）
５５    高負荷デバイス（電気負荷，高負荷機器）
５６    低負荷デバイス（電気負荷，低負荷機器）
６０    メインコントローラ
６２    発電機制御部
６３    スイッチ制御部
６４    アイドリングストップ制御部
ＳＷ１    スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２    スイッチ（スイッチ，第２スイッチ）
【図１】
2019009910.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月16日(2018.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項３に記載の車両用電源装置において、
前記発電機と前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第１蓄電体とを切り離す遮断状態と、に切り替えられる第１スイッチと、
前記スイッチとしての第２スイッチと、
を有し、
前記アイドリングストップ制御部が前記エンジンを始動する場合に、前記スイッチ制御部は、前記第１スイッチを遮断状態に制御し、前記第２スイッチを導通状態に制御する、
車両用電源装置。