(57)【要約】      （修正有）【課題】オルタネータ障害時において、補機への電力供給の持続時間をより長くする、車両の電源装置を提供する。【解決手段】車両の電源装置１において、オルタネータ３が故障しており、補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧より高い場合には、補機バッテリ４およびキャパシタ５のうち補機バッテリ４のみから補機２に電力を供給する。また、オルタネータ３が故障しており、補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧未満である場合には、キャパシタ５からの電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ６によって動作保証電圧に変換して補機２に供給する。【選択図】図１
2015229479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の電源装置であって、
二次電池と、
オルタネータと、
前記二次電池に対して並列に接続される、補機およびＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記二次電池および前記補機に対して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されるキャパシタと
を備え、
前記オルタネータが故障している場合において、前記二次電池の電圧が前記補機の動作保証電圧より高い場合には、前記二次電池および前記キャパシタのうち前記二次電池のみから前記補機に電力を供給し、
前記オルタネータが故障している場合において、前記二次電池の電圧が前記動作保証電圧未満である場合には、前記キャパシタからの電力を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって前記動作保証電圧に変換して前記補機に供給する、
車両の電源装置。
【請求項２】
前記電源装置は、電圧指令値に基づいて前記二次電池の電圧を制御する機能を有し、
前記オルタネータが故障していない場合には、前記電圧指令値は、前記動作保証電圧よりも高い第１の電圧以上の値であり、
前記オルタネータが故障している場合には、前記電圧指令値は、前記動作保証電圧である、
請求項１に記載の車両の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電源装置として、二次電池とキャパシタとを備えるものが公知である。このような電源装置においては、負荷（補機等）への電力供給を、二次電池から行うか、またはキャパシタから行うかについて、様々な制御が行われる。
【０００３】
特許文献１には、このような制御の一例が記載されている。とくに、特許文献１の段落［００２８］および［００２９］には、まず蓄電部（キャパシタ）から電力供給を行い、次に主電源（二次電池）から電力供給を行うという制御が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、オルタネータ障害時において、補機への電力供給の持続時間が限られるという問題があった。たとえば、オルタネータ障害時において車両を安全な場所へ退避させるために、補機への電力供給の持続時間をできるだけ長くしたい要求がある。
【０００６】
オルタネータ障害時には発電ができなくなるので、補機への電力供給を長時間維持するためには、二次電池やキャパシタに蓄積されている電力の消費をなるべく抑えることが重要となる。ここで、たとえば特許文献１の制御では、主電源（二次電池）よりも先に蓄電部（キャパシタ）から電力供給を行うために、キャパシタからの供給電圧を二次電池の電圧より高くする必要がある。負荷の消費電力は、供給電圧が高いほど大きくなるので、キャパシタの消耗が早くなり、結果として持続時間が短くなる。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、オルタネータ障害時において、補機への電力供給の持続時間をより長くする、車両の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】
【０００８】
この発明に係る車両の電源装置は、二次電池と、オルタネータと、二次電池に対して並列に接続される、補機およびＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池および補機に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されるキャパシタとを備え、オルタネータが故障している場合において、二次電池の電圧が補機の動作保証電圧より高い場合には、二次電池およびキャパシタのうち二次電池のみから補機に電力を供給し、オルタネータが故障している場合において、二次電池の電圧が動作保証電圧未満である場合には、キャパシタからの電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータによって動作保証電圧に変換して補機に供給する。
【０００９】
このような構成によれば、まず二次電池から補機に電力が供給され、二次電池の電圧が補機の動作保証電圧未満となった場合に、前記キャパシタから補機に動作保証電圧で電力が供給される。
【００１０】
電源装置は、電圧指令値に基づいて二次電池の電圧を制御する機能を有し、オルタネータが故障していない場合には、電圧指令値は、動作保証電圧よりも高い第１の電圧以上の値であり、オルタネータが故障している場合には、電圧指令値は、動作保証電圧であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る車両の電源装置によれば、補機への電力供給をなるべく低い電圧で行うことができるので、補機への電力供給の持続時間をより長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両の電源装置を含む構成を示す図である。
【図２】図１の電源装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】図１の電源装置から補機に供給される電圧の変化の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電源装置１を含む構成を示す図である。
電源装置１は車両の電源装置であり、車両に搭載される負荷に電力を供給する。負荷は、たとえば補機２である。
【００１４】
電源装置１は、オルタネータ３、補機バッテリ４、キャパシタ５およびＤＣ／ＤＣコンバータ６を備える。オルタネータ３は、モータまたはジェネレータとして機能する。補機バッテリ４は二次電池であり、たとえば鉛バッテリである。キャパシタ５はたとえばリチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）や電気二重層キャパシタである。
【００１５】
負荷のうち少なくとも一部（図１の例では補機２）と、オルタネータ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６とは、補機バッテリ４に対して並列に接続される。また、キャパシタ５は、補機２、オルタネータ３および補機バッテリ４に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して接続される。さらに、負荷の一部（たとえば図示しないスタータ）が、補機２、オルタネータ３および補機バッテリ４に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して接続されてもよい。
【００１６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６の内部構成はとくに説明しないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、オルタネータ３および補機バッテリ４の少なくとも一方から供給される電力の電圧を変換し、キャパシタ５に供給する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、キャパシタ５から供給される電力の電圧を変換し、補機２、オルタネータ３および補機バッテリ４のうち少なくとも１つに供給する機能を有する。
【００１７】
言い換えると、負荷の一部（補機２）は、補機バッテリ４には直接的に接続され、キャパシタ５にはＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して接続される。このため、補機２が補機バッテリ４から電力の供給を受ける場合には、補機バッテリ４の電圧がそのまま印加されることになる。また、補機２がキャパシタ５から電力の供給を受ける場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して電圧の制御が可能である。
【００１８】
車両が正常に動作している場合には、補機バッテリ４の電圧は、補機２の正常な動作を保証する最低限の電圧（動作保証電圧）より高い値に維持される。
【００１９】
また、とくに図示しないが、電源装置１は、電源装置１の動作を制御する制御装置を備える。制御装置はたとえば演算手段および記憶手段を備えるコンピュータ（たとえばマイクロプロセッサ等）によって構成される。また、以下ではとくに明記しないが、オルタネータ３、補機バッテリ４、キャパシタ５およびＤＣ／ＤＣコンバータ６の制御は、この制御装置により実行される。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係る電源装置１の動作を説明するフローチャートである。図２の制御は、たとえば車両の動作中に定期的に実行開始される。
まず電源装置１は、オルタネータ３の故障を検知したか否かを判定する（ステップＳ１）。オルタネータ３の故障の検知は、公知の構成によって行うことができ、たとえば制御装置がオルタネータ３の故障を示す信号を受信したか否かに基づいて判定してもよい。
【００２１】
オルタネータ３が故障していない場合には、電源装置１は通常の制御に従って動作する（ステップＳ２）。ステップＳ２における制御は、公知の構成によって行うことができる。
【００２２】
オルタネータ３が故障している場合には、電源装置１は、補機バッテリ４の電圧が、負荷のうち補機バッテリ４に直接的に接続される部分（図１の例では補機２）の動作保証電圧より高いか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００２３】
補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧より高い場合には、電源装置１は、補機バッテリ４のみから補機２に電力を供給する（ステップＳ４）。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ６をシャットダウンし、キャパシタ５から補機２へは電力が供給されないよう制御する。
【００２４】
補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧以下である場合には、電源装置１は、キャパシタ５から供給される電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ６によって補機２の動作保証電圧に変換し、これを補機２に供給する（ステップＳ５）。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６が電圧の昇圧を行う場合と、降圧を行う場合との双方を含む。
【００２５】
なお、ステップＳ３〜Ｓ５の制御は、一般に「退避走行モード」と呼ばれる他の制御とともに実施されてもよい。
【００２６】
図３に、図１の電源装置から補機に供給される電圧の変化の例を示す。補機２の動作保証電圧をＶ２とする。また、通常時（たとえばオルタネータ３が故障せず正常に動作している場合）には、補機２に供給される電圧は、Ｖ２より高いＶ１である。
【００２７】
時刻ｔ１までは、オルタネータ３が正常に動作しており、補機バッテリ４の電圧はＶ１（多少の変動を許容する場合には、Ｖ１前後）に維持されている。補機２は、ステップＳ２における通常の制御に従い、電圧Ｖ１で動作する。
【００２８】
時刻ｔ１においてオルタネータ３が故障したとする。たとえばオルタネータ３における発電機能が停止し、オルタネータ３から補機バッテリ４への充電が行われなくなったとする。時刻ｔ１直後では補機バッテリ４の電圧がＶ２よりも高いため、電源装置１はＤＣ／ＤＣコンバータ６をシャットダウンし、補機バッテリ４およびキャパシタ５のうち補機バッテリ４のみから補機２に電力を供給する。このようにして、ステップＳ４の制御に従い、補機バッテリ４から補機２に電力が供給される。
【００２９】
ここで、時刻ｔ１とｔ２との間では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６がシャットダウンされているので、補機バッテリ４とキャパシタ５との間の電力の授受が発生しない。したがって、電力の授受に伴う損失を回避することができる。
【００３０】
時刻ｔ１以降、補機バッテリ４から補機２に電力が供給され続け、補機バッテリ４の電圧が低下する。時刻ｔ２において、補機バッテリ４の電圧がＶ２すなわち補機２の動作保証電圧に等しくなったとする。
【００３１】
時刻ｔ２より後では、補機バッテリ４の電圧がＶ２以下である（この例ではＶ２と等しい）ため、電源装置１は、キャパシタ５からの電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ６によって電圧Ｖ２に変換して補機２に供給する。このようにして、ステップＳ５の制御に従い、キャパシタ５から補機２に電力が供給される。
【００３２】
補機２の消費電力は、供給電圧が低いほど小さくなるので、キャパシタ５から補機２への電力供給は、補機２への供給電圧が低いほど長く持続する。したがって、補機２への供給電圧を通常電圧Ｖ１でなくこれより低い動作保証電圧Ｖ２とし、いわば「補機２が落ちない程度に電圧を下げる」ことにより、電力供給の持続時間をより長くすることができる。
【００３３】
ここで、図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ６から見て補機２と補機バッテリ４とが並列に接続されている。とくに、本実施形態では、補機バッテリ４とＤＣ／ＤＣコンバータ６とはいかなる断接手段も介さずに接続されている。このため、補機２および補機バッテリ４には常に同一の電圧が印加されることになり、補機バッテリ４の電圧がＶ２より高い場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６から補機２に供給される電圧をＶ２に制御することができない（言い換えると、補機バッテリ４の電圧がＶ２より高い場合において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の補機バッテリ４側の電圧をＶ２に制御した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６でなく補機バッテリ４から補機２に電力が供給されることになる）。しかしながら、本実施形態では、まず補機バッテリ４から電力を供給して補機バッテリ４の電圧を低下させるので、キャパシタ５の電力を効率的に利用することができる。
【００３４】
以上説明するように、本発明の実施の形態１によれば、補機２への電力供給をなるべく低い電圧で行うことができるので、電力供給の持続時間をより長くすることができる。
【００３５】
上述の実施の形態１において、以下のような変形を施すことができる。
ステップＳ３の判定に用いられる動作保証電圧は、実際に補機２が動作する最低限の電圧値に限らず、所定の余裕を持たせた電圧値であってもよい。
【００３６】
実施の形態１では、制御の変更を、「補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧以下であるか」に基づいて行うが、この基準は、「補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧未満であるか」としてもよい。すなわち、ステップＳ３における判定式の不等号は等号を含んでもよい。このようにすると、補機バッテリ４の電圧が補機２の動作保証電圧を下回るまで、補機バッテリ４から電力の供給が行われることになる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１における制御に加え、さらに、補機バッテリ４に関する指令値の制御内容を特定するものである。以下、実施の形態１との相違点を説明する。
電源装置１は、補機バッテリ４の電圧を、可変の電圧指令値に基づいて制御する機能を有する。この機能は、たとえば図示しない制御装置による制御によって実現される。
【００３８】
たとえば、制御装置は、電圧指令値を記憶しておき、補機バッテリ４の電圧がこの電圧指令値より高い場合には補機バッテリ４の電圧を下げる制御を実行する。補機バッテリ４の電圧を下げる制御は、たとえば、補機バッテリ４から他の構成要素（補機２、オルタネータ３、キャパシタ５、図示しないスタータ、等）に電力を供給する制御として実現される。なお、補機バッテリ４からキャパシタ５に電力を供給する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６によって電圧を変換する制御を含んでもよい。
【００３９】
また、補機バッテリ４の電圧が電圧指令値より低い場合には、制御装置は補機バッテリ４の電圧を上げる制御を実行する。補機バッテリ４の電圧を上げる制御は、たとえば、他の構成要素（オルタネータ３またはキャパシタ５等）から補機バッテリ４に電力を供給する制御として実現される。なお、キャパシタ５から補機バッテリ４に電力を供給する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６によって電圧を変換する制御を含んでもよい。
【００４０】
なお、電圧指令値は常に維持されるものではなく、状況に応じて補機バッテリ４の電圧が電圧指令値未満となることも許容される。たとえば、オルタネータ３が故障し発電が不可能となった状態において、補機２への電力供給が必要となれば、補機バッテリ４の電圧が電圧指令値未満であっても、補機バッテリ４から電力を供給する制御が行われる場合がある。
【００４１】
実施の形態２では、この電圧指令値は、オルタネータ３の状態に応じて変更される。オルタネータ３の状態は、たとえばオルタネータ３が故障しているか否かを表す。具体例として、オルタネータ３が故障していない場合には、電圧指令値を図３に示す通常電圧Ｖ１（第１の電圧）とし、オルタネータ３が故障している場合には、電圧指令値を図３に示す動作保証電圧Ｖ２とするように切り替える。
【００４２】
このようにすると、オルタネータ３が故障した場合に、補機バッテリ４に蓄積されている電力を、さらに効率的に利用することができる。
【００４３】
たとえば、オルタネータ３が故障した場合には補機バッテリ４の電圧指令値が通常電圧Ｖ１から動作保証電圧Ｖ２へと切り替わる。このため、電圧指令値に基づく制御（たとえば補機バッテリ４からキャパシタ５への電力供給等）により、補機バッテリ４の電圧を低下させる。補機バッテリ４の電圧が低下すると、補機２に供給される電圧も低下するので、補機２への電力供給の持続時間をさらに長くすることができる。（なお、補機バッテリ４からキャパシタ５に供給された電力は、キャパシタ５から補機２に供給される時点では動作保証電圧Ｖ２に変換されているので、補機バッテリ４から直接補機２に供給される場合と比較すると、結果として供給可能な時間が長くなる。）
【００４４】
これに対し、オルタネータ３が故障した後に、補機バッテリ４の電圧指令値を通常電圧Ｖ１のままとした場合には、補機２に供給される電圧が比較的高い通常電圧Ｖ１となり、補機２への電力供給の持続時間が短くなる。
【００４５】
上述の実施の形態２においても、実施の形態１の変形例と同様の変形を施すことが可能である。
また、上述の実施形態２において、オルタネータ３が故障していない場合の電圧指令値は通常電圧のＶ１（第１の電圧）としたが、通常電圧のＶ１以上であっても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１  電源装置、２  補機、３  オルタネータ、４  補機バッテリ（二次電池）、５  キャパシタ、６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｖ１  通常電圧（第１の電圧）、Ｖ２  動作保証電圧。
【図１】
2015229479.tif 000003
【図２】
2015229479.tif 000004
【図３】
2015229479.tif 000005