(57)【要約】【課題】回生エネルギによる一の蓄電池への充電の効率向上を図ると共に、他の蓄電池への過充電を防止することが可能な車両用電源装置を提供する。【解決手段】第１の二次電池と、第１の二次電池と並列に接続される第２の二次電池と、駆動力により発電し、第１の二次電池及び第２の二次電池へ電力を供給する電力供給部と、電力供給部と第２の二次電池とを電気的に接続するスイッチ部と、第１の二次電池と第２の二次電池の少なくともいずれかの充電状態及び車両の運転状態に応じて電力供給部の電圧及びスイッチ部の開閉を制御する制御部と、を備え、制御部は、電力供給部からの電力供給により第１の二次電池の充電率が所定値に達するまでスイッチ部をオフにし、第１の二次電池の充電率が前記所定値に達するとスイッチ部をオンにすることを特徴とする、車両用電源装置が提供される。【選択図】図２
2015067042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の二次電池と、
前記第１の二次電池と並列に接続される第２の二次電池と、
駆動力により発電し、前記第１の二次電池及び前記第２の二次電池へ電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部と前記第２の二次電池との間を電気的に接続するスイッチ部と、
前記第１の二次電池と前記第２の二次電池の少なくともいずれかの充電状態及び車両の運転状態に応じて前記電力供給部の電圧及び前記スイッチ部のオン／オフを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電力供給部からの電力供給により前記第１の二次電池の充電率が所定値に達するまで前記スイッチ部をオフにし、前記第１の二次電池の充電率が前記所定値に達すると前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする、車両用電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、車両のエンジンが始動されると、前記スイッチ部をオフにした状態で、前記第１の二次電池への補充電を行なう第１の電圧に前記電力供給部の電圧を調整することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記エンジンが始動されて前記第１の二次電池への補充電が行われている間に前記第２の二次電池の充電率が所定値に達しているか判断し、前記第２の二次電池の充電率が所定値に達していなければ、前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする、請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の二次電池の充電率が所定値に達して前記スイッチ部をオンにした後、車両の走行中に前記エンジンへの燃料の供給が停止されると、前記第１の電圧より高い第２の電圧に前記電力供給部の電圧を調整することを特徴とする、請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２の電圧に前記電力供給部の電圧を調整した後、前記第２の二次電池の充電率が所定値に達すると前記スイッチ部をオフにすることを特徴とする、請求項４に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記エンジンが始動されて前記第１の二次電池への補充電が行われている間、車両の走行中に前記エンジンへの燃料の供給が停止されると、前記第１の電圧より高い第２の電圧に前記電力供給部の電圧を調整し、前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする、請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の二次電池の充電率が所定値に達していれば、前記スイッチ部をオフにした状態で、少なくとも前記第１の電圧に前記電力供給部の電圧を調整することを特徴とする、請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記制御部は、所定の自動停止条件を満たしたことで車両のエンジンが自動停止している状態の後、所定の再始動条件を満たして前記エンジンが再始動する場合に、前記スイッチ部をオフにすることを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記制御部は、所定の自動停止条件を満たしたことで車両のエンジンが自動停止している状態の後、所定の再始動条件を満たして前記エンジンが再始動する前の任意の時点で前記スイッチ部をオフにすることを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記第１の二次電池は、電源電圧の保護が不要な第１の電気負荷群へ電力を供給し、前記第２の二次電池は、電源電圧の保護が必要な第２の電気負荷群へ電力を供給することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記第２の二次電池は、前記第１の二次電池へ充電可能な電圧を印加した場合に、前記第１の二次電池よりも充電率の上昇が早いものであることを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記第１の二次電池は鉛蓄電池であることを特徴とする、請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
前記第２の二次電池は、前記第１の二次電池より容量が少ない鉛蓄電池であることを特徴とする、請求項１２に記載の車両用電源装置。
【請求項１４】
前記第２の二次電池はニッケル水素充電池であることを特徴とする、請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１５】
前記第２の二次電池はリチウムイオン電池であることを特徴とする、請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１６】
前記スイッチ部はリレーであることを特徴とする、請求項１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、車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力源としてエンジンを用いている車両には、一般的に、スタータモータ等の電気負荷へ電力を供給するためのバッテリが搭載される。そしてこのバッテリには、一般的に鉛蓄電池が用いられる。鉛蓄電池は安価な反面、頻繁な充放電に対する耐久性が低い。特に車両の減速時にオルタネータを発電させて、回生エネルギによってバッテリの充電を行なう車両では、鉛蓄電池の頻繁な充放電による早期劣化が懸念される。
【０００３】
そこで、鉛蓄電池に加え、リチウムイオン（Ｌｉ）二次電池やニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）充電池のような、頻繁な充放電に対する耐久性が高い蓄電池を車両に搭載し、これらの頻繁な充放電に対する耐久性が高い蓄電池と鉛蓄電池とを並列に接続することで、回生エネルギによるこれらの蓄電池への充電の効率向上と、鉛蓄電池の頻繁な充放電による早期劣化の抑制を目的とした技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７８１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉛蓄電池は、充電時に大きな分極電圧が発生するために、回生充電においては回生充電電気量を確保しにくい傾向があるが、充電を長時間行なっても過充電になりにくい特性がある。一方、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池は、充電時の分極電圧が小さく、回生充電においては回生充電電気量を確保しやすい傾向があるが、充電を長時間行なうと過充電になり易い特性がある。
【０００６】
これら２種類の蓄電池を並列に接続することで、回生エネルギによる充電の効率向上を図ることが出来る。しかし、車両の始動時の鉛蓄電池への補充電によって必要以上にリチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池に充電されることで、これらの蓄電池は過充電に陥りやすくなるという問題があった。特許文献１には、使用電圧範囲の広い電池を選定したり、ニッケル水素充電池の使用可能充電率の上限から外れないように印加電圧を調整したりする技術が開示されている。しかし、この問題は、動的に変化する分極電圧に起因するため、定常的な特性で組み合わせる電池を選定したり、電池特性を作り込んだりする、上記特許文献１で開示された発明で解決することは出来ない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数の蓄電池を搭載した際に、一の蓄電池への充電の効率向上を図ると共に、他の蓄電池への過充電を防止することが可能な、新規かつ改良された車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１の二次電池と、第１の二次電池と並列に接続される第２の二次電池と、駆動力により発電し、第１の二次電池及び第２の二次電池へ電力を供給する電力供給部と、電力供給部と第２の二次電池とを電気的に接続するスイッチ部と、第１の二次電池と第２の二次電池の少なくともいずれかの充電状態及び車両の運転状態に応じて電力供給部の電圧及びスイッチ部のオン／オフを制御する制御部と、を備え、制御部は、電力供給部からの電力供給により第１の二次電池の充電率が所定値に達するまでスイッチ部をオフにし、第１の二次電池の充電率が前記所定値に達するとスイッチ部をオンにすることを特徴とする、車両用電源装置が提供される。
【０００９】
かかる構成によれば、電力供給部は、駆動力により発電し、第１の二次電池及び第２の二次電池へ電力を供給する。また制御部は、第１の二次電池と第２の二次電池の少なくともいずれかの充電状態及び車両の運転状態に応じて電力供給部の電圧及びスイッチ部のオン／オフを制御する。そして制御部は、電力供給部からの電力供給により第１の二次電池の充電率が所定値に達するまでスイッチ部をオフにし、第１の二次電池の充電率が前記所定値に達するとスイッチ部をオンにする。その結果、本発明のある観点にかかる車両用電源装置は、複数の蓄電池を搭載した際に、一の蓄電池への充電の効率向上を図ると共に、他の蓄電池への過充電を防止することが可能となる。
【００１０】
前記制御部は、車両のエンジンが始動されると、前記スイッチ部をオフにした状態で、前記第１の二次電池への補充電を行なう第１の電圧に前記電力供給部の電圧を調整するようにしてもよい。
【００１１】
前記制御部は、前記エンジンが始動されて前記第１の二次電池への補充電が行われている間に前記第２の二次電池の充電率が所定値に達しているか判断し、前記第２の二次電池の充電率が所定値に達していなければ、前記スイッチ部をオンにしてもよい。
【００１２】
前記制御部は、前記第１の二次電池の充電率が所定値に達して前記スイッチ部をオンにした後、車両の走行中に前記エンジンへの燃料の供給が停止されると、前記第１の電圧より高い第２の電圧に前記電力供給部の電圧を調整するようにしてもよい。その際、前記制御部は、前記第２の電圧に前記電力供給部の電圧を調整した後、前記第２の二次電池の充電率が所定値に達すると前記スイッチ部をオフにしてもよい。
【００１３】
前記制御部は、前記エンジンが始動されて前記第１の二次電池への補充電が行われている間、車両の走行中に前記エンジンへの燃料の供給が停止されると、前記第１の電圧より高い第２の電圧に前記電力供給部の電圧を調整し、前記スイッチ部をオンにしてもよい。
【００１４】
前記制御部は、前記第２の二次電池の充電率が所定値に達していれば、前記スイッチ部をオフにした状態で、少なくとも前記第１の電圧に前記電力供給部の電圧を調整してもよい。
【００１５】
前記制御部は、所定の自動停止条件を満たしたことで車両のエンジンが自動停止している状態の後、所定の再始動条件を満たして前記エンジンが再始動する場合に、前記スイッチ部をオフにしてもよい。
【００１６】
前記制御部は、所定の自動停止条件を満たしたことでエンジンが自動停止している状態の後、所定の再始動条件を満たして前記エンジンが再始動する前の任意の時点で前記スイッチ部をオフにしてもよい。
【００１７】
前記第１の二次電池は、電源電圧の保護が不要な第１の電気負荷群へ電力を供給し、前記第２の二次電池は、電源電圧の保護が必要な第２の電気負荷群へ電力を供給するものであってもよい。
【００１８】
前記第２の二次電池は、前記第１の二次電池へ充電可能な電圧を印加した場合に、前記第１の二次電池よりも充電率の上昇が早いものであってもよい。
【００１９】
前記第１の二次電池は鉛蓄電池であってもよい。また、前記第２の二次電池は、前記第１の二次電池より容量が少ない鉛蓄電池であってもよい。
【００２０】
前記第２の二次電池はニッケル水素充電池であってもよい。また、前記第２の二次電池はリチウムイオン電池であってもよい。
【００２１】
前記スイッチ部はリレーであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、複数の蓄電池を搭載した際に、一の蓄電池への充電の効率向上を図ると共に、他の蓄電池への過充電を防止することが可能な、新規かつ改良された車両用電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；充電率）に対するＯＣＶ（ＯＣＶ；Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）の特性の例をグラフで示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置の機能構成例を示す説明図である。
【図３】制御装置１１０の機能構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置の第１の動作例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置の第１の動作例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置の第２の動作例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置の機能構成例を示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置の動作例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】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
＜１．前提となる技術＞
まず、本発明の好適な実施の形態について説明する前に、本発明の前提となる技術について説明する。そして、前提となる技術の問題点を解消するための、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
上述したように、鉛蓄電池に加え、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池のような、頻繁な充放電に対する耐久性が高い蓄電池を車両に搭載し、これらの頻繁な充放電に対する耐久性が高い蓄電池と鉛蓄電池とを並列に接続することで、回生エネルギによるこれら複数の蓄電池の充電の効率向上と、鉛蓄電池の頻繁な充放電による早期劣化の抑制を目的とした技術が提案されている。
【００２７】
一般に、電池の端子電圧は、充電または放電の際に流れる充放電電流をＩとすると、
Ｖ＝（Ｖｏ＋ΔＶ）＋Ｉ・Ｒｉ・・・（１）
で表される。なお充放電電流Ｉは、充電時の充電電流を正、放電時の放電電流を負としている。またＶｏは電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；充電率）に応じて決まる開放電圧（ＯＣＶ；Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）、Ｒｉは内部抵抗、ΔＶは分極電圧である。
【００２８】
上記数式（１）における右辺の（Ｖｏ＋ΔＶ）の部分は、見かけ上の電池の起電圧に当たり、充電により分極が発生して分極電圧ΔＶが大きくなると、見かけ上の起電圧が上昇し、充電電流が減少する。鉛蓄電池は、大きな分極電圧ΔＶが発生するため、充電を始めると早期に充電電流が低下しやすい特性を持っている。従って鉛蓄電池は、回生エネルギによる充電（回生充電）の際に、回生充電の電気量を確保しにくい傾向がある。
【００２９】
その一方で、車両の駐車中やアイドル停止中においては、自然放電により鉛蓄電池の充電率が低下する。また、車両の駐車中やアイドル停止中に車両の電気負荷（エアーコンディショナ、オーディオ装置、ナビゲーション装置等の車体に設けられる電気を使用する負荷全般を指す）が駆動されると、鉛蓄電池の充電率が低下する。このため、エンジン始動後に、自然放電や車両の電気負荷による電力消費分を回復する為に、鉛蓄電池への補充電が行われる。鉛蓄電池への補充電を行う場合は、分極電圧による充電電流の低下を補うため、ＳＯＣ＝１００％の時のＯＣＶより十分高い端子電圧を鉛蓄電池へ印加する。この場合、鉛蓄電池への印加電圧の一部が分極電圧ΔＶに打ち消される形になる為に、鉛蓄電池には、実質的に見かけ上の印加電圧より小さい電圧しか掛かっていない状態と等しい。従って、鉛蓄電池は充電を長時間行っても、いわゆる過充電という、満充電を超えて電荷を蓄えようとする状態になりにくい特性がある。
【００３０】
一方、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池は、分極電圧ΔＶの影響が鉛蓄電池よりも小さく、ＳＯＣが上昇して開放電圧Ｖｏが大きくなるまで充電電流の低下が比較的少ないという特性を持っている。このような特性を有するために、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池は、回生充電での電気量を大きくし易い傾向がある。しかし、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池は、鉛蓄電池とは逆に、高い電圧を長時間印加すると、過充電の状態に至り易いという特性を持っており、過充電になると、充電容量の低下等の性能劣化が生じてしまう
【００３１】
このような鉛蓄電池とは特性の異なる電池を、鉛蓄電池と並列に接続する事で、回生充電中の充電電流の時間的な低下が抑えられて、回生効果を高められる一方で、始動後の補充電時は、分極電圧ΔＶが小さいリチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池は、開放電圧Ｖｏが上昇するまで大きな充電電流が持続するため、鉛蓄電池が適正な状態まで充電されるまで補充電を継続すると、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池には必要以上に充電され、過充電の状態に至ってしまう。
【００３２】
図１は、一般的な鉛蓄電池とニッケル水素充電池をそれぞれ１０個直列に接続した場合の、ＳＯＣに対するＯＣＶの特性の例をグラフで示す説明図である。図１の実線が、鉛蓄電池のＳＯＣに対するＯＣＶの特性の例であり、破線がニッケル水素充電池のＳＯＣに対するＯＣＶの特性の例である。以下の説明では、鉛蓄電池でも積極的に回生充電を行うため、通常制御時の端子電圧をこの鉛蓄電池のＳＯＣが９５％相当の電圧である１２．９Ｖになるように発電機（オルタネータ）の調製電圧を制御するものとする。
【００３３】
鉛蓄電池のＳＯＣが９５％相当の電圧である１２．９Ｖになるように発電機の調製電圧を制御する場合、ニッケル水素充電池はＯＣＶが１２．９Ｖとなる１８％のＳＯＣでバランスする事になる。この状態で、車両の減速時に得られる回生エネルギによる回生充電を行なうと、鉛蓄電池はＳＯＣが９５％以上、ニッケル水素充電池はＳＯＣが１８％以上に充電される。回生充電が終了して通常制御に戻すと、端子電圧が１２．９Ｖになるまで鉛蓄電池及びニッケル水素充電池から放電されるので、発電機の発電電流は減少し、燃費向上効果が得られる。
【００３４】
駐車中の放電電流によるＳＯＣの低下を補う為に、この鉛蓄電池とニッケル水素充電池とを組合せた電池の補充電を行う場合、通常は鉛蓄電池のＳＯＣが１００％のＯＣＶより高い電圧（例えば１４．２Ｖ）に発電機の調製電圧を制御する。これは、鉛蓄電池のＳＯＣが１００％のＯＣＶより高い電圧を印加することで、鉛蓄電池に大きな分極電圧が発生し、充電時間を短縮するためである。
【００３５】
しかし、この１４．２Ｖという電圧は、ニッケル水素充電池にとってはＳＯＣが１００％のＯＣＶ以上の電圧である。従って、１４．２Ｖの電圧をニッケル水素充電池に印加し続けると、ニッケル水素充電池は過充電に至る。また、ニッケル水素充電池が過充電に至る前に鉛蓄電池の補充電が完了したとしても、その間に本来バランスするＳＯＣである１８％を大きく越えたＳＯＣまで、ニッケル水素充電池の充電が進んでしまう。なお、この必要以上にニッケル水素充電池に充電された分は、鉛蓄電池の補充電が終了し、発電機の制御電圧を１２．９Ｖに低下させるとニッケル水素充電池から放電される。
【００３６】
このように、電池としての特性の違いから、駐車中やアイドル停止中の放電を回復するめに、鉛蓄電池の特性に合わせた電圧及び時間で補充電を行うと、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池には必要以上の充電がなされてしまう。一方、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池の特性に合わせた電圧及び時間で補充電を行うと、鉛蓄電池側は必要な充電率を確保することができない。
【００３７】
従って、鉛蓄電池にリチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池を並列に接続する場合は、鉛蓄電池のバッテリ上がりを防止するために鉛蓄電池の特性に合わせた補充電を行わざるを得ず、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池には回生充電のために過放電を起こさない範囲で充電率を低く維持していないといけないにも関わらず、必要以上の充電が行われ、その後の放電が為される事になる。
【００３８】
電池の放電及び充電は化学的な反応によって起こる現象であるが、この化学的な反応により活物質は膨張または収縮する。活物質の膨張、収縮により、活物質のみならず集電体やセパレータに応力が加わり、この応力の繰り返しにより電池は劣化していく。また、放電後充電を行っても、活物質は完全には初期と同じ状態に戻る事はなく、充放電の繰り返しにより不活性な反応生成物の残留や活物質表面積の減少が発生し、これも電池の劣化の要因となる。
【００３９】
エンジンの出力で発電機を回転させて、その発電電力で補充電を行うという車両の一般的な構成では、燃料を使用して補充電を行っているために、補充電自体には燃費改善効果はない。従って、補充電時に発生するリチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池の余剰な充電及びその後の放電は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池の劣化を招くという弊害のみが発生してしまう。
【００４０】
上述した、複数の特性の異なる電池を並列に組み合わせた場合に発生する問題は、定常的なＳＯＣに対するＯＣＶの関係に起因するものではなく、動的に変化する分極電圧等に起因するものである、この問題は、動的に変化する分極電圧に起因するため、定常的な特性で組み合わせる電池を選定したり、電池特性を作りこんだりする、上記特許文献１で開示された発明で解決することは出来ない。
【００４１】
そこで以下では、鉛蓄電池に加えて、リチウムイオン二次電池やニッケル水素充電池といった別の蓄電池を車両に搭載する際に、回生エネルギによるこれらの蓄電池への充電の効率向上を図ると共に、鉛蓄電池とは別の蓄電池への過充電を防止することを可能にした、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００４２】
＜２．本発明の実施の形態＞
［２−１．第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置の機能構成例について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の機能構成例を示す説明図である。以下、図２を用いて本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の機能構成例について説明する。
【００４３】
図２に示した車両用電源装置１００が搭載される車両は、エンジンを走行の駆動源とした車両である。図２に示したように、車両用電源装置１００は、制御装置１１０と、電気負荷１２０と、メインリレー１３０と、スタータ（ＳＴ）１４０と、オルタネータ（ＡＬＴ）１５０と、鉛蓄電池１６１と、ニッケル水素充電池１６２と、第１の電流センサ１７１と、第２の電流センサ１７２と、を含んで構成される。
【００４４】
制御装置１１０は、車両用電源装置１００の動作を制御する装置である。本実施形態では、制御装置１１０は、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の充電率と、車両用電源装置１００が搭載される車両の走行状態に応じて、メインリレー１３０のオン・オフの切り替えと、オルタネータ１５０の調整電圧と、を制御する。
【００４５】
図２に示したように、電気負荷１２０、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２は、オルタネータ１５０に対して並列に接続されている。本実施形態では、鉛蓄電池１６１の容量の方がニッケル水素充電池１６２の容量よりも大きい二次電池であるものとする。
【００４６】
電気負荷１２０は、車両において電力を消費する各種負荷の集まりであり、例えばヘッドライト、テールライト、ブレーキライト、空調装置の送風ファン、デフロスタ用のヒータ、オーディオ装置、ナビゲーション装置等である。電気負荷１２０は、オルタネータ１５０、鉛蓄電池１６１、ニッケル水素充電池１６２から供給される電力を消費する。
【００４７】
メインリレー１３０は、入力部１３１への給電の有無によって、例えば電磁石等により、スイッチの接点をオン・オフさせることで電流を通したり遮断したりする部品である。メインリレー１３０の入力部１３１への電流の供給または遮断を制御装置１１０から制御することで、メインリレー１３０のオン・オフが切り替えられる。
【００４８】
メインリレー１３０は、駐車中、すなわちイグニッションスイッチがオフになっている場合は、制御装置１１０によってオフ状態となっている。メインリレー１３０がオフ状態になると、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが電気的に切り離される。
【００４９】
スタータ１４０は、車両の始動時に駆動するモータである。上述したように、駐車中はメインリレー１３０がオフ状態となっているので、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが電気的に切り離された状態となっている。従って、イグニッションスイッチがＳＴＡＲＴまで回された際にスタータ１４０が使用する電力は、鉛蓄電池１６１から供給される。
【００５０】
オルタネータ１５０は、エンジンの動力を駆動力に利用して稼働する発電機であり、クランク軸の回転エネルギにより発電する。オルタネータ１５０が発電した電力は電気負荷１２０へ供給されるとともに、鉛蓄電池１６１へ供給される。またメインリレー１３０がオン状態の時は、オルタネータ１５０が発電した電力はニッケル水素充電池１６２へも供給される。
【００５１】
また本実施形態では、車両の減速時にエンジンへの燃料カットが生じると、オルタネータ１５０は車輪の回転を駆動力に利用して発電する。そして、オルタネータ１５０による鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２への回生充電が行われる。オルタネータ１５０による回生充電が行われる際には、制御装置１１０が、オルタネータ１５０の調整電圧を、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２への回生充電のための電圧に制御する。
【００５２】
鉛蓄電池１６１は、電気負荷１２０へ供給する電力を蓄える周知の蓄電池である。鉛蓄電池１６１は、正極（陽極板）に二酸化鉛、負極（陰極板）に海綿状の鉛、電解液に希硫酸を用いた二次電池である。またニッケル水素充電池１６２は、正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解液に濃水酸化カリウム水溶液を用いた二次電池である。鉛蓄電池１６１は、本発明の第１の蓄電池の一例であり、ニッケル水素充電池１６２は、本発明の第２の蓄電池の一例である。
【００５３】
第１の電流センサ１７１は、鉛蓄電池１６１の充放電電流を計測するセンサである。また第２の電流センサ１７２は、ニッケル水素充電池１６２の充放電電流を計測するセンサである。第１の電流センサ１７１及び第２の電流センサ１７２が計測した、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の充放電電流の値は、それぞれ制御装置１１０に定期的に送られる。また、第１の電流センサ１７１及び第２の電流センサ１７２からは、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２の電圧値も、それぞれ制御装置１１０に定期的に送られる。
【００５４】
以上、図２を用いて本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の機能構成例について説明した。次に、車両用電源装置１００に含まれる制御装置１１０の機能構成例について説明する。
【００５５】
図３は、制御装置１１０の機能構成例を示す説明図である。以下、図３を用いて制御装置１１０の機能構成例について説明する。
【００５６】
図３に示したように、制御装置１１０は、センサ信号取得部１１１と、ＳＯＣ算出部１１２と、運転状態判断部１１３と、電圧制御部１１４と、リレー制御部１１５と、を含んで構成される。
【００５７】
センサ信号取得部１１１は、第１の電流センサ１７１と、第２の電流センサ１７２とから定期的に送られる信号を取得する。第１の電流センサ１７１と、第２の電流センサ１７２とから送られる信号には、それぞれ、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２の充放電電流の値及び電圧値の値が含まれる。
【００５８】
ＳＯＣ算出部１１２は、センサ信号取得部１１１が、第１の電流センサ１７１と、第２の電流センサ１７２とから取得した信号に基づき、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＳＯＣを算出する。具体的には、ＳＯＣ算出部１１２は、センサ信号取得部１１１が第１の電流センサ１７１と第２の電流センサ１７２とから取得した信号で得られる、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２の充放電電流の値をそれぞれ積算することで、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２それぞれのＳＯＣを算出する。
【００５９】
運転状態判断部１１３は、車両用電源装置１００が搭載されている車両の運転状態を判断する。運転状態判断部１１３は、車両の運転状態として、例えばイグニッションスイッチ（図示せず）の状態や、エンジンの駆動状態、減速時の燃料カットの発生の有無について判断する。なお、後述する第２の実施形態では、運転状態判断部１１３は、これらの車両の運転状態に加え、アイドルストップを行なう所定の自動停止条件の発生の有無や、アイドルストップ後の所定の再始動条件の発生の有無についても判断する。
【００６０】
電圧制御部１１４は、運転状態判断部１１３が判断した車両の運転状態と、ＳＯＣ算出部１１２が算出した鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＳＯＣとに基づき、オルタネータ１５０の調整電圧を制御する。
【００６１】
リレー制御部１１５は、車両の運転状態と、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＳＯＣとに基づき、メインリレー１３０のオン・オフの状態を切り替える制御を行なう。具体的には、リレー制御部１１３は、メインリレー１３０の入力部１３１への電流の供給または遮断を制御することで、メインリレー１３０のオン・オフの状態を切り替える制御を行なう。
【００６２】
制御装置１１０は、図３に示したような構成を有することで、車両の運転状態と、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の充電率とから、オルタネータ１５０の調整電圧の制御及びメインリレー１３０のオン・オフの状態を切り替える制御を行なうことが出来る。制御装置１１０によるオルタネータ１５０の調整電圧の制御及びメインリレー１３０のオン・オフの状態を切り替える制御の具体例については後に詳述する。
【００６３】
以上、図３を用いて制御装置１１０の機能構成例について説明した。続いて、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の動作について説明する。
【００６４】
図４及び図５は、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の第１の動作例を示すフローチャートである。以下、図４及び図５を用いて、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の動作について説明する。
【００６５】
本実施形態では、駐車中、すなわちイグニッションスイッチがオフの状態であると運転状態判断部１１３が判断すると、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０の入力部１３１への電流を遮断することで、メインリレー１３０をオフ状態にする（ステップＳ１０１）。メインリレー１３０がオフ状態になると、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが電気的に切り離された状態になる。またメインリレー１３０がオフ状態になると、電気負荷１２０への電力は鉛蓄電池１６１のみから供給される。
【００６６】
また制御装置１１０は、駐車中の鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の放電量をＳＯＣ算出部１１２で算出する（ステップＳ１０２）。駐車中の鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の放電量は、第１の電流センサ１７１と、第２の電流センサ１７２とから定期的に送られる信号に含まれる放電電流の値から算出することができる。
【００６７】
車両用電源装置１００は、イグニッションスイッチがＳＴＡＲＴまで回され、エンジンが始動するまで待機する（ステップＳ１０３）。イグニッションスイッチがＳＴＡＲＴまで回されると、鉛蓄電池１６１に蓄えられている電力によってスタータ１４０が駆動され、エンジンが始動する。そして、エンジンが始動することによってオルタネータ１５０が発電を始める。
【００６８】
駐車中は、鉛蓄電池１６１の電力が自然放電される。また駐車中は、電気負荷１２０へ電力を供給するために鉛蓄電池１６１に蓄えられている電力が消費される場合がある。従って、オルタネータ１５０が発電を始めると、電圧制御部１１４は、鉛蓄電池１６１の放電分や消費分を補うために、鉛蓄電池１６１へ十分な充電ができる電圧（例えば１４．２Ｖ）となるように、オルタネータ１５０の調整電圧を制御して、鉛蓄電池１６１の補充電を開始する（ステップＳ１０４）。
【００６９】
制御装置１１０は、第１の電流センサ１７１が検出した鉛蓄電池１６１の充放電電流と、第２の電流センサ１７２が検出したニッケル水素充電池１６２の充放電電流とをセンサ信号取得部１１１で定期的に取得している。そして制御装置１１０は、センサ信号取得部１１１が第１の電流センサ１７１から取得した信号で得られる、鉛蓄電池１６１の充電電流の値を積算することで、鉛蓄電池１６１の充電率をＳＯＣ算出部１１２で算出する（ステップＳ１０５）。
【００７０】
鉛蓄電池１６１のＳＯＣが所定の値、例えば９５％まで達したとＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）、電圧制御部１１４は、鉛蓄電池１６１の補充電を終了し、そのＳＯＣを維持する電圧（例えば１２．９Ｖ）となるようにオルタネータ１５０の調整電圧を所定の通常の電圧値（例えば、１３．５Ｖ）に制御する（図５のステップＳ１０７）。またリレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオン状態にする制御を行なう（ステップＳ１０８）。メインリレー１３０がオン状態になることで、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが並列に接続される状態になる。
【００７１】
一方、鉛蓄電池１６１のＳＯＣが所定の値に達していないとＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、制御装置１１０の動作は上記ステップＳ１０５の処理まで戻る。
【００７２】
車両が走行している場合は、電気負荷１２０へは、オルタネータ１５０、鉛蓄電池１６１、及びニッケル水素充電池１６２から電力が供給される。一方、車両が減速し、エンジンへの燃料カットが発生すると、電圧制御部１１４は、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の回生充電のための電圧（例えば１５Ｖ）にオルタネータ１５０の調整電圧を制御する。この時点ではメインリレー１３０がオン状態であるので、オルタネータ１５０の発電により、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２に回生充電が行われる。
【００７３】
一般に、鉛蓄電池への回生充電を積極的に行うには、鉛蓄電池に発生する分極電圧を見越して、鉛蓄電池のＳＯＣが１００％の時のＯＣＶより高い電圧を印加する。しかし、この電圧は、ニッケル水素充電池のＳＯＣが１００％のＯＣＶより高いため、回生充電の時間が長くなると、ニッケル水素充電池が過充電となってしまう可能性がある。
【００７４】
しかし、回生充電時にニッケル水素充電池１６２が過充電とならないよう、オルタネータ１５０の調整電圧を制御すると、ＳＯＣが１００％に達しておらず、まだ充電可能な鉛蓄電池１６１への回生充電が抑制されてしまい、燃費効果が薄まることになる。
【００７５】
そこで本動作例では、制御装置１１０は、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣに達すると、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す制御を実行する。ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣに達すると、メインリレー１３０をオフ状態にして鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離すことで、本実施形態に係る車両用電源装置１００は、ニッケル水素充電池１６２への回生充電を停止した後も鉛蓄電池１６１への回生充電を継続して、燃費効果を高めることが出来る。
【００７６】
制御装置１１０は、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のそれぞれの充電率をＳＯＣ算出部１１２で積算する（ステップＳ１０９）。ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（例えば８０％）に達したことをＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す（ステップＳ１１１）。一方、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（例えば８０％）に達していなければ（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオン状態のままとする（ステップＳ１１２）。
【００７７】
制御装置１１０は、上記ステップＳ１１１、１１２で、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣに応じてメインリレー１３０の状態を設定することで、充電時の電池の選択が可能になる。制御装置１１０は、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣに達したことを条件に、メインリレー１３０をオフ状態にすることで、オルタネータ１５０の調整電圧を下げずに鉛蓄電池１６１のみへの回生充電を継続させることができる。このように制御装置１１０がメインリレー１３０の状態を制御することで、車両用電源装置１００は、鉛蓄電池１６１への回生効果を低減させる事無く、定常的には回生充電時の電圧が、ＳＯＣが１００％のＯＣＶを超えてしまうような特性を持つニッケル水素充電池１６２を組合せる事ができる。
【００７８】
そして、上記ステップＳ１１１、１１２で、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣに応じてメインリレー１３０の状態を設定した後、制御装置１１０は、エンジンへの燃料カット中かどうかを、例えば運転状態判断部１１３で判断する（ステップＳ１１３）。エンジンへの燃料カット中であれば（ステップＳ１１３、Ｙｅｓ）、電圧制御部１１４は、オルタネータ１５０の調整電圧を鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の回生充電のための電圧（例えば１５Ｖ）に制御する（ステップＳ１１４）。一方、エンジンへの燃料カットが終了すると（ステップＳ１１３、Ｎｏ）、電圧制御部１１４は、上記のＳＯＣを維持する電圧（例えば１２．９Ｖ）となるように、オルタネータ１５０の調整電圧を所定の通常の電圧値（例えば、１３．５Ｖ）まで下げる（ステップＳ１１５）。
【００７９】
このステップＳ１１４の時点では、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＳＯＣは回生充電により大きくなっているため、ＯＣＶが高く、電気負荷１２０の消費電流の一部または全部が、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２より供給される。電気負荷１２０の消費電流の一部または全部が、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２より供給されることで、オルタネータ１５０の発電量が減少し、その減少分によってオルタネータ１５０の駆動トルクが低減されて、車両用電源装置１００を搭載する車両は、燃費改善効果が得られる。
【００８０】
その後、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２から放電が進むことで、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが小さくなり、ＯＣＶが低下する。鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＯＣＶが低下することで鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の電源電圧が低下していく。オルタネータ１５０の調整電圧まで鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の電源電圧が低下すると、オルタネータ１５０が発電を始めるので、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２からの放電が止まり、ＯＣＶが１２．９ＶとなるＳＯＣに、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のＳＯＣがバランスする。
【００８１】
イグニッションスイッチがオフになりエンジンが停止すると（ステップＳ１１６、Ｙｅｓ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオフ状態にして（ステップＳ１１７）、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す。一方、イグニッションスイッチがオフになっていなければ（ステップＳ１１６、Ｎｏ）、制御装置１１０は、上記ステップＳ１０９の、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のそれぞれの充電率の積算処理へ戻り、以降の処理を継続する。
【００８２】
鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが電気的に切り離されると、電気負荷１２０につながっている電池は鉛蓄電池１６１のみである。従って、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離すことで、制御装置１１０は、エンジン停止中でも電気負荷１２０が使用する電力によってニッケル水素充電池１６２が放電することを防止でき、ニッケル水素充電池１６２のＯＣＶを所定の値（例えば１２．９Ｖ）の状態で放置することができる。
【００８３】
なお、鉛蓄電池１６１への補充電中にエンジンへの燃料カットが発生した場合、リレー制御部１１５は、燃料カット中のみメインリレー１３０をオン状態にしてもよい。リレー制御部１１５が、燃料カット中にメインリレー１３０をオン状態にする事で、ニッケル水素充電池１６２には回生充電がなされる。車両用電源装置１００が燃料カット中にニッケル水素充電池１６２にも回生充電を行なうことで、燃料カットが発生する度にニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが大きくなる。
【００８４】
従って、鉛蓄電池１６１の補充電が終了した後のニッケル水素充電池１６２のＳＯＣは、上述の第１の動作例でのニッケル水素充電池１６２のＳＯＣより大きくなり、従ってＯＣＶも高くなる。この場合、鉛蓄電池１６１の補充電の終了によってメインリレー１３０がオン状態になると、オルタネータ１５０の調整電圧や鉛蓄電池１６１の電圧より電圧が高くなっているニッケル水素充電池１６２から電気負荷１２０への放電によって、オルタネータ１５０の駆動負荷を低減させることができる。
【００８５】
続いて、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の第２の動作例について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の第２の動作例を示すフローチャートである。図６に示したのは、鉛蓄電池１６１への補充電中にエンジンへの燃料カットが発生した場合にメインリレー１３０をオン状態にする際の動作例である。
【００８６】
図４及び図５に示した動作例と同様に、駐車中、すなわちイグニッションスイッチがオフの状態では、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０の入力部１３１への電流を遮断することで、メインリレー１３０をオフ状態にする（ステップＳ１２１）。また制御装置１１０は、駐車中の鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の放電量をＳＯＣ算出部１１２で算出する（ステップＳ１２２）。そして車両用電源装置１００は、イグニッションスイッチがＳＴＡＲＴまで回され、エンジンが始動するまで待機する（ステップＳ１２３）。
【００８７】
ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（過放電による劣化を防止できるＳＯＣ、例えば１５％）に達していることをＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１２４、Ｙｅｓ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す（ステップＳ１２６）。一方、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣに達していなければ（ステップＳ１２４、Ｎｏ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオン状態とする（ステップＳ１２５）。
【００８８】
本動作例では、上記ステップＳ１２５のように、始動後の鉛蓄電池１６１への補充電中に、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定の値となるまでは、リレー制御部１１３は、メインリレー１３０をオン状態にして、鉛蓄電池１６１と共にニッケル水素充電池１６２への補充電が行われるようする。この場合、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定の値となれば、リレー制御部１１３は、上記ステップＳ１２６のようにメインリレー１３０をオフ状態にすることで、鉛蓄電池１６１の補充電のみが継続されるようにすることができる。
【００８９】
制御装置１１０は、エンジンへの燃料カット中かどうかを、例えば運転状態判断部１１３で判断する（ステップＳ１２７）。エンジンへの燃料カット中であれば（ステップＳ１２７、Ｙｅｓ）、電圧制御部１１４は、オルタネータ１５０の調整電圧を鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の回生充電のための電圧（例えば１５Ｖ）に制御する（ステップＳ１２９）。一方、エンジンへの燃料カットが終了すると（ステップＳ１２７、Ｎｏ）、電圧制御部１１４は、上記のＳＯＣを維持する電圧（例えば１２．９Ｖ）となるようにオルタネータ１５０の調整電圧を所定の通常の電圧値（例えば、１３．５Ｖ）まで下げる（ステップＳ１２８）。
【００９０】
続いて制御装置１１０は、センサ信号取得部１１１が第１の電流センサ１７１及び第２の電流センサ１７２から取得した信号で得られる、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の充電電流の値を積算することで、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の充電率をＳＯＣ算出部１１２で算出する（ステップＳ１３０）。
【００９１】
鉛蓄電池１６１のＳＯＣが所定の値、例えば９５％まで達したとＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１３１、Ｙｅｓ）、電圧制御部１１４は、鉛蓄電池１６１の補充電を終了し、そのＳＯＣを維持する電圧（例えば１２．９Ｖ）となるようにオルタネータ１５０の調整電圧を所定の値（例えば、１３．５Ｖ）に制御する。そして制御装置１１０は、図５のステップＳ１０７以降の処理を実行する。
【００９２】
一方、鉛蓄電池１６１のＳＯＣが所定の値に達していないとＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１３１、Ｎｏ）、制御装置１１０の動作は上記ステップＳ１２４の処理まで戻る。
【００９３】
鉛蓄電池１６１への補充電中であっても、燃料カット中にメインリレー１３０をオン状態にすることで、回生充電によりニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが大きくなって行く。そして鉛蓄電池１６１への補充電が終了した時のニッケル水素充電池１６２のＳＯＣは、ニッケル水素充電池１６２へ回生充電を行わない場合に比べて大きくなっている。
【００９４】
従って、エンジンへの燃料カットが発生する度にニッケル水素充電池１６２へ回生充電を行なうと、回生充電を行わない場合に比べてニッケル水素充電池１６２のＯＣＶが高くなる。よって、鉛蓄電池１６１への補充電が終了して、リレー制御部１１３がメインリレー１３０をオン状態にすると、オルタネータ１５０の調整電圧や鉛蓄電池１６１の電圧よりＯＣＶが高くなっているニッケル水素充電池１６２から放電が行われる。従って、オルタネータ１５０の駆動負荷を低減する事が出来る。
【００９５】
このようにメインリレー１３０のオン、オフがなされるような構成することで、例えば前の運転サイクルでのニッケル水素電池の電力消費が大きく、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが設定より低くなった場合でも、車両用電源装置１００は、次の運転サイクルで、回生制御の開始前にニッケル水素充電池１６２の充電率を所望の状態に回復させる事ができ、制御の安定性を向上することができる。なお、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが設定より低くなった場合とは、例えば、前回の運転サイクルにおいて、車体に搭載された複数の装置（例えば、ヘッドライト、エアーコンディショナ、ワイパー等）を同時に使用して、一時的にオルタネータ１５０の発電能力を超えて電気負荷１２０が電力を消費したためにニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが下がってしまった場合等である。
【００９６】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００は、車両の運転状態や、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の充電率に応じて、メインリレー１３０をオンまたはオフさせることで、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に接続したり、切り離したりすることができる。車両用電源装置１００は、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に接続したり切り離したりすることで、特性が異なる複数の電池を組み合わせた場合に、オルタネータ１５０が生成するエネルギによる鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２への充電を効率よく実施することができる。
【００９７】
（第１の実施形態のまとめ）
以上説明したように本発明の第１の実施形態によれば、車両の状態や、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２との充電率に応じて、メインリレー１３０のオン・オフ状態を切り替えて、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に接続または切断する、車両用電源装置１００が提供される。
【００９８】
本実施形態に係る車両用電源装置１００は、エンジン始動後の鉛蓄電池１６１への補充電時に、ニッケル水素充電池１６２の充電率に応じてメインリレー１３０のオン・オフ状態を切り替える。ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定値に達していれば、車両用電源装置１００は、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離した状態にする。鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが電気的に切り離されていると、オルタネータ１５０が発電した電力は、鉛蓄電池１６１にのみ供給される。
【００９９】
本実施形態に係る車両用電源装置１００は、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離した状態にして、オルタネータ１５０が発電した電力が鉛蓄電池１６１にのみ供給されるようにすることで、鉛蓄電池１６１への補充電時にニッケル水素充電池１６２への過充電を防止できる。ニッケル水素充電池１６２の充電率に応じてメインリレー１３０のオン・オフ状態を切り替えることで、本実施形態に係る車両用電源装置１００は、鉛蓄電池１６１への補充電時に、ニッケル水素充電池１６２への過充電を防止し、ニッケル水素充電池１６２の性能の劣化を抑えることができる。
【０１００】
また本実施形態に係る車両用電源装置１００は、車両の走行時にエンジンへの燃料カットが発生すると、オルタネータ１５０の調整電圧を上げて、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２へ、回生エネルギによる回生充電を行なう。そしてニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定の値まで達すると、車両用電源装置１００は、メインリレー１３０をオフ状態にして、オルタネータ１５０が発電した電力が鉛蓄電池１６１にのみ供給されるようにする。
【０１０１】
このように、本実施形態に係る車両用電源装置１００は、回生エネルギによる回生充電時に、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２との充電率に応じて、メインリレー１３０のオン・オフ状態を切り替えることで、回生充電の際にニッケル水素充電池１６２への過充電が起こるのを防止すると共に、回生エネルギによる回生充電を効率よく行なうことができる。
【０１０２】
従って、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００は、鉛蓄電池１６１への補充電時や、燃料カットの発生に伴う回生充電の際に、メインリレー１３０のオン・オフ状態を切り替えて、ニッケル水素充電池１６２への過充電が起こるのを防止することで、車両の燃費向上に加え、ニッケル水素充電池１６２の性能の劣化を抑えることができるという効果を奏する。また本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置１００は、ニッケル水素充電池１６２の充電率に関わらず、鉛蓄電池１６１への補充電は確実に行なわれるので、車両の駆動に影響を与えずに、ニッケル水素充電池１６２の性能の劣化を抑えることができるという効果も奏する。
【０１０３】
［２−２．第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置の機能構成例について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’の構成例を示す説明図である。以下、図７を用いて本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’の構成例について説明する。
【０１０４】
図７に示した車両用電源装置１００’が搭載される車両は、エンジンを走行の駆動源とした車両である。また図７に示した車両用電源装置１００’が搭載される車両は、アイドルストップ機能を有する車両である。アイドルストップ機能とは、所定の自動停止条件を満たした場合にエンジンを自動で停止させ、所定の再始動条件を満たした場合にエンジンを自動で再始動させる機能である。所定の自動停止条件には、例えば信号待ちや渋滞などで運転者がブレーキを踏んで車両を停止した場合がある。また所定の再始動条件には、例えば運転者がブレーキから足を離した場合がある。
【０１０５】
図７に示したように、第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’は、イグニッションスイッチ１０１と、制御装置１１０と、電気負荷１２１，１２２と、メインリレー１３０と、スタータ１４０と、オルタネータ１５０と、鉛蓄電池１６１と、ニッケル水素充電池１６２と、第１の電流センサ１７１と、第２の電流センサ１７２と、配電制御部１８０と、を含んで構成される。
【０１０６】
第１の実施形態に係る車両用電源装置１００と同じ符号を付したものについては説明を省略し、ここでは電気負荷１２１，１２２及び配電制御部１８０について説明する。
【０１０７】
イグニッションスイッチ１０１は、車両を動作させるためのスイッチであり、図７では、ＯＦＦ、Ａｃｃ（アクセサリ）、Ｉｇｎ（イグニッション）、Ｓｔ（スタート）の４つのポジションを有する。イグニッションスイッチ１０１のポジションによって、後述する配電制御部１８０の各リレー１８１、１８２の開閉状態が変化する。
【０１０８】
第１の実施形態では電気負荷は１つにまとめられていたが、第２の実施形態では、電源電圧の保護が不要な電気負荷の一群である電気負荷１２１と、電圧低下に対する保護が必要な電気負荷１２２に分類している。電源電圧の保護が不要な電気負荷の例としては、ヘッドライト、テールライト、ブレーキライト、空調装置の送風ファン、デフロスタ用のヒータなどが含まれ、電圧低下に対する保護が必要な電気負荷の例としては、オーディオ装置、ナビゲーション装置などが含まれ得る。
【０１０９】
配電制御部１８０は、ニッケル水素充電池１６２から供給される電力を、常時電源、アクセサリ電源、イグニション電源などの電源種別に分けて供給するためのものである。配電制御部１８０は、イグニッションスイッチ１０１の位置に応じてニッケル水素充電池１６２が蓄えている電力を電気負荷１２２の各電源に供給する為のリレー１８１、１８２、回り込み防止のためのダイオードＤ１〜Ｄ６を有して構成されている。
【０１１０】
イグニッションスイッチ１０１のポジションがＯＦＦ及びＳｔの場合は、リレー１８１、１８２はいずれも開いた状態にされる。イグニッションスイッチ１０１のポジションがＯＦＦの場合は、電気負荷１２２へはニッケル水素充電池１６２に蓄えられた電力が供給されるが、オーディオ装置、ナビゲーション装置等のアクセサリへの電力供給は行われない。イグニッションスイッチ１０１のポジションがＡｃｃの場合は、リレー１８１が閉じた状態にされ、電気負荷１２２へニッケル水素充電池１６２に蓄えられた電力が供給される。イグニッションスイッチ１０１のポジションがＩｇｎの場合は、リレー１８２が閉じた状態にされ、電気負荷１２２へニッケル水素充電池１６２に蓄えられた電力が供給される。イグニッションスイッチ１０１のポジションがＳｔになると、図示しない配線によって、スタータ１４０へ電力が供給され、スタータ１４０が駆動される。
【０１１１】
アイドルストップ機能を有する車両は、アイドルストップ状態の後に、所定の再始動条件を満たしてクランキングが開始されると、クランキング電流の発生により一時的に電圧の低下が生じる場合がある。この電圧低下は、オーディオ装置やナビゲーション装置に、動作の停止やリセットなどの悪影響を与える。そこで本実施形態では、図７のように車両用電源装置１００’を構成して、アイドルストップ状態の後に、所定の再始動条件を満たしたことでクランキングが開始されても、電気負荷１２２に対して電圧低下の影響を与えず、電気負荷１２２を安定して動作させるようにする。
【０１１２】
以上、図７を用いて本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’の機能構成例について説明した。続いて、本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’の動作について説明する。
【０１１３】
図８〜図１０は、本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’の動作例を示すフローチャートである。図８〜図１０に示したのは、図４のステップＳ１０６より後の処理である。以下、図８〜図１０を用いて本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’の動作について説明する。
【０１１４】
アイドルストップ機能を有する車両では、鉛蓄電池１６１の劣化を抑制するために、駐車中の鉛蓄電池１６１の放電分を補充電により回復するまではアイドルストップを禁止しており、その時の動作は上述の第１の実施形態と同じである。鉛蓄電池１６１の放電分を回復し補充電を終了すると、制御装置１１０は、メインリレー１３０をオン状態にして、その後はメインリレー１３０のオン・オフの制御が上述の第１の実施形態と同じように実施される。アイドルストップが行われると、以下で説明する第２の実施形態による処理が行われる。
【０１１５】
所定の自動停止条件が成立すると、車両はアイドルストップを実施する。そして所定の再始動条件が成立すると、車両は自動的にスタータ１４０を駆動し、クランキングを開始する。この再始動の際、本実施形態では次のような動作が行われる。
【０１１６】
制御装置１１０は、車両がアイドルストップ中であれば（ステップＳ１４１、Ｙｅｓ）、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のそれぞれの放電量をＳＯＣ算出部１１２で積算する（ステップＳ１４２）。制御装置１１０は、所定の再始動条件が成立し、始動要求があるまで上記ステップＳ１４１及びステップＳ１４２の処理を繰り返す（ステップＳ１４３、Ｎｏ）。
【０１１７】
所定の再始動条件が成立し、始動要求が有ると（ステップＳ１４３、Ｙｅｓ）、リレー制御部１１５は、クランキングを開始する前に、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す（ステップＳ１４４）。鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とが電気的に切り離されると、電気負荷１２１には鉛蓄電池１６１のみから電力が供給され、電気負荷１２２には、配電制御部１８０を通してニッケル水素充電池１６２のみから電力が供給される。
【０１１８】
メインリレー１３０が確実にオフ状態になった後にスタータ１４０が駆動される。スタータ１４０の駆動により、クランキングが開始され、エンジンが始動する（ステップＳ１４５）。メインリレー１３０がオフ状態となっているために、スタータ１４０は鉛蓄電池１６１の電力によって駆動され、クランキング開始時に生じる、クランキング電流による電圧低下はニッケル水素充電池１６２では発生しない。従って、電源電圧の保護が必要な電気負荷１２２の電源電圧は、ニッケル水素充電池１６２によって供給され、クランキングが開始しても安定した状態に保たれる。
【０１１９】
すなわち、本実施形態に係る車両用電源装置１００’は、アイドルストップ状態の後に、所定の再始動条件を満たしたことでクランキングが開始されても、メインリレー１３０がオフ状態となり、電気負荷１２２へはニッケル水素充電池１６２から安定した電源が供給されることで、電気負荷１２２に対して動作の停止やリセットなどの影響を与えずに済む。エンジンが始動すると、電圧制御部１１４は、鉛蓄電池１６１への補充電を行なう電圧にオルタネータ１５０の調整電圧を所定の値に制御する（ステップＳ１４６）。
【０１２０】
なお制御装置１１０は、車両がアイドルストップ中でなければ（ステップＳ１４１、Ｎｏ）、ステップＳ１４２〜Ｓ１４６の処理をスキップする。
【０１２１】
続いて制御装置１１０は、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（例えば８０％）に達したことをＳＯＣ算出部１１２が算出すると（ステップＳ１４７、Ｙｅｓ）、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す制御をリレー制御部１１５で実行する（ステップＳ１４８）。一方、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（例えば８０％）に達していなければ（ステップＳ１４７、Ｎｏ）、制御装置１１０は、メインリレー１３０をオン状態とする制御をリレー制御部１１５で実行する（ステップＳ１４９）。
【０１２２】
第２の実施形態のように、本発明の一実施形態をアイドルストップ車へ適用する場合は、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定値より低い場合には、鉛蓄電池１６１の補充電中であっても、ニッケル水素充電池１６２が所定のＳＯＣまで回復するまでメインリレー１３０をオン状態にして、ニッケル水素充電池１６２へも補充電する事が望ましい。ニッケル水素充電池１６２は、アイドルストップ中や、クランキング時の鉛蓄電池１６１の電圧低下に対処するべく、電気負荷１２２の電源電圧を保持するために放電している。
【０１２３】
そこで第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’は、図９のステップＳ１４９で示したようにメインリレー１３０をオン状態にして、ニッケル水素充電池１６２へも補充電する。ニッケル水素充電池１６２へ補充電することで、頻繁なアイドルストップが繰り返された場合のような、オルタネータ１５０の回生エネルギによる回生充電によってもニッケル水素充電池１６２のＳＯＣの回復の機会が十分得られない可能性がある運転状態の時に、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが想定以上に低下してしまう事を防止することができる。
【０１２４】
続いて制御装置１１０は、エンジンへの燃料カット中かどうかを、例えば運転状態判断部１１３で判断する（ステップＳ１５０）。エンジンへの燃料カット中であれば（ステップＳ１５０、Ｙｅｓ）、電圧制御部１１４は、オルタネータ１５０の調整電圧を鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の回生充電のための電圧（例えば１５Ｖ）に制御する（ステップＳ１５１）。一方、エンジンへの燃料カットが終了すると（ステップＳ１５０、Ｎｏ）、電圧制御部１１４は、上記のＳＯＣを維持する電圧（例えば１２．９Ｖ）となるようにオルタネータ１５０の調整電圧を所定の値（例えば、１３．５Ｖ）まで下げる（ステップＳ１５２）。
【０１２５】
続いて制御装置１１０は、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２のそれぞれの充電率をＳＯＣ算出部１１２で積算し（ステップＳ１５３）、アイドルストップ中の放電分をまだ充電していないと判断すると（ステップＳ１５４、Ｎｏ）、上記ステップＳ１４７の処理に戻る。一方、アイドルストップ中の放電分を充電したと判断すると（ステップＳ１５４、Ｙｅｓ）、続いて制御装置１１０は、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（例えば８０％）に達したことをＳＯＣ算出部１１２が算出していれば（ステップＳ１５５、Ｙｅｓ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオフ状態にして、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に切り離す（ステップＳ１５６）。一方、ニッケル水素充電池１６２のＳＯＣが所定のＳＯＣ（例えば８０％）に達していなければ（ステップＳ１５５、Ｎｏ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオン状態とする（ステップＳ１５７）。
【０１２６】
続いて制御装置１１０は、エンジンへの燃料カット中かどうかを、例えば運転状態判断部１１３で再度判断する（ステップＳ１５８）。エンジンへの燃料カット中であれば（ステップＳ１５８、Ｙｅｓ）、電圧制御部１１４は、オルタネータ１５０の調整電圧を鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２の回生充電のための電圧（例えば１５Ｖ）に制御する（ステップＳ１５９）。一方、エンジンへの燃料カットが終了すると（ステップＳ１５０、Ｎｏ）、電圧制御部１１４は、上記のＳＯＣを維持する電圧（例えば１２．９Ｖ）となるようにオルタネータ１５０の調整電圧を所定の値（例えば、１３．５Ｖ）まで下げる（ステップＳ１６０）。
【０１２７】
その後、所定の自動停止条件が成立すると（ステップＳ１６１、Ｙｅｓ）、エンジンが停止される（ステップＳ１６２）。そして運転者によってイグニッションスイッチがＯＦＦまで回されると（ステップＳ１６３、Ｙｅｓ）、リレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオフ状態とする制御を実行する。所定の自動停止条件が成立した後に運転者によってイグニッションスイッチがＯＦＦまで回されていなければ（ステップＳ１６３、Ｎｏ）、制御装置１１０の動作は上記ステップＳ１４１の処理に戻る。
【０１２８】
第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’は、上述の処理を実行することで、アイドルストップ車の場合であっても、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に接続したり切り離したりすることで、特性が異なる複数の電池を組み合わせた場合に、オルタネータ１５０が生成する回生エネルギによる鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２への充電を効率よく実施することができる。
【０１２９】
なおリレー制御部１１５は、メインリレー１３０をオフ状態とする制御を実行するタイミングを、図８に示したように再始動条件が成立した後に限定しなくてもよい。例えば、リレー制御部１１５は、所定の自動停止条件が成立して車両がアイドルストップを開始した時でも、アイドルストップ中の任意の時点でも、メインリレー１３０をオフ状態とする制御を実行しても良い。
【０１３０】
図８に示したように、再始動条件が成立してからメインリレー１３０をオフ状態とする場合は、アイドルストップ中の電気負荷１２１、１２２の消費電力が、容量の大きい鉛蓄電池１６１と、鉛蓄電池１６１より容量の少ないニッケル水素充電池１６２とで分散されるため、ニッケル水素充電池１６２の放電量が大きくなるという状況の発生を低減することができる。
【０１３１】
逆に、アイドルストップを開始した時からメインリレー１３０をオフ状態にした場合は、電気負荷１２２の電力消費によって、鉛蓄電池１６１より容量の少ないニッケル水素充電池１６２が放電する電力が大きくなるという状況が発生する可能性がある。しかし、再始動条件が成立した後にメインリレー１３０が確実にオフ状態になる事を待つ必要が無いので、再始動条件が成立した直後にクランキングを開始できて、走行フィーリングに影響を与えないという利点がある。
【０１３２】
なおエンジンが始動した後は、第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’は、第１の実施形態に係る車両用電源装置１００と同様に、アイドルストップ中に放電した放電量及びスタータ１４０を作動させるために必要とした放電量を回復するために、鉛蓄電池１６１への補充電を行う。この鉛蓄電池１６１への補充電の制御は、第１の実施形態で示した、駐車状態から始動した後の鉛蓄電池１６１への補充電と同様の制御を行う事で、アイドルストップの度に不必要な充放電を防止する事ができるとともに、ニッケル水素充電池１６２の劣化を抑制する事ができる。
【０１３３】
（第２の実施形態のまとめ）
以上説明したように本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態での燃料カットの発生の有無や、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２との充電率に加え、車両のアイドルストップの発生の有無に応じて、メインリレー１３０のオン・オフ状態を切り替えて、鉛蓄電池１６１とニッケル水素充電池１６２とを電気的に接続または切断する、車両用電源装置１００’が提供される。
【０１３４】
本実施形態に係る車両用電源装置１００’は、第１の実施形態に係る車両用電源装置１００と同様に、鉛蓄電池１６１への補充電時や、回生充電の際にニッケル水素充電池１６２への過充電が起こるのを防止することで、車両の燃費向上に加え、ニッケル水素充電池１６２の性能の劣化を抑えることができるという効果を奏する。
【０１３５】
また本実施形態に係る車両用電源装置１００’は、第１の実施形態に係る車両用電源装置１００と同様に、ニッケル水素充電池１６２の充電率に関わらず、鉛蓄電池１６１への補充電は確実に行なわれるので、車両の駆動に影響を与えずに、ニッケル水素充電池１６２の性能の劣化を抑えることができるという効果を奏する。
【０１３６】
また本実施形態に係る車両用電源装置１００’は、所定の自動停止条件を満たしてアイドルストップ状態となった後に、所定の再始動条件を満たしたことでクランキングが開始されても、メインリレー１３０がオフ状態となり、電気負荷１２２へはニッケル水素充電池１６２から安定した電源が供給される。クランキングが開始される際に、ニッケル水素充電池１６２から安定した電源が供給されることで、本実施形態に係る車両用電源装置１００’は、アイドルストップ状態からのクランキングの開始時に、電気負荷１２２に対して動作の停止やリセットなどの影響を与えずに済むという効果を奏する。
【０１３７】
従って、アイドルストップ機能を有する車両に設けられる、本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置１００’は、第１の実施形態に係る車両用電源装置１００の効果に加え、アイドルストップ状態の後に、所定の再始動条件を満たしたことでクランキングが開始されても、電気負荷１２２に対して電圧低下に伴う悪影響を与えず、電気負荷１２２を安定して動作させるようにするという効果を奏する。
【０１３８】
なお、上記実施形態では、鉛蓄電池の他にニッケル水素充電池を搭載した実施形態を示したが、本発明は係る例に限定されない。回生エネルギによる充電の際に鉛蓄電池よりも早く満充電状態となるような二次電池（例えば、充電時の分極が小さいもの、内部抵抗が小さいもの、容量が小さいもの等）であれば、鉛蓄電池の他に搭載される電池はリチウムイオン電池であってもよく、また容量がより少ない別の鉛蓄電池であってもよい。
【０１３９】
また、上記実施形態では、オルタネータ１５０が鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２へ電力を供給していたが、本発明は係る例に限定されるものではない。例えばオルタネータ１５０の替わりに、またオルタネータ１５０に加えて、鉛蓄電池１６１及びニッケル水素充電池１６２へ電力を供給するものとしてＤＣ／ＤＣコンバータが設けられていてもよい。
【０１４０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１４１】
１００、１００’    車両用電源装置
１０１    イグニッションスイッチ
１１０    制御装置
１２０、１２１、１２２    電気負荷
１３０    メインリレー
１３１    入力部
１４０    スタータ
１５０    オルタネータ
１６１    鉛蓄電池
１６２    ニッケル水素充電池
１７１    第１の電流センサ
１７２    第２の電流センサ
１８０    配電制御部
１８１、１８２    リレー
【図１】
2015067042.tif 000003
【図２】
2015067042.tif 000004
【図３】
2015067042.tif 000005
【図４】
2015067042.tif 000006
【図５】
2015067042.tif 000007
【図６】
2015067042.tif 000008
【図７】
2015067042.tif 000009
【図８】
2015067042.tif 000010
【図９】
2015067042.tif 000011
【図１０】
2015067042.tif 000012