(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧を調整して負荷に供給する電源装置において、
前記鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチングすることで、昇圧または降圧するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行う制御手段と、
前記パルス波形の周波数と略同じ共振周波数を有する共振手段と、を有し、
前記共振手段は、コイルおよびコンデンサによって構成され、
前記制御手段は、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行する際、前記共振手段を構成するコイルまたはコンデンサの少なくとも一方の素子値を調整することで、前記パルス波形の周波数と略同じ共振周波数になるように調整する、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧を調整して負荷に供給する電源装置において、
前記鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチングすることで、昇圧または降圧するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行う制御手段と、
前記負荷に対してスイッチを介して並列接続される抵抗素子と、を有し、
前記制御手段は、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行する場合、前記スイッチを制御して前記抵抗素子を前記負荷に並列接続する、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、昇圧または降圧する際とは異なるスイッチング周期および／または波形によって前記スイッチング手段をスイッチングすることで、前記パルス波形を生成して前記硫酸鉛被膜を除去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。
【請求項４】
前記制御手段は、前記負荷が動作を停止している場合または待機状態である場合に、前記スイッチング手段を制御して、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記車両のエンジンがアイドリング時にエンジンを一時的に停止させるアイドリングストップ状態である場合、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記負荷に供給する電力を昇圧または降圧するための他のスイッチング手段が、前記パルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた前記硫酸鉛被膜を除去する前記スイッチング手段とは別に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項７】
車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチング手段によってスイッチングすることで昇圧または降圧し、コイルおよびコンデンサによって構成される共振手段を介して負荷に供給する電源装置の制御方法において、
前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行うとともに、前記共振手段を構成するコイルまたはコンデンサの少なくとも一方の素子値を調整することで、前記パルス波形の周波数と略同じ共振周波数になるように調整する制御を行う制御ステップ、
を有することを特徴とする電源装置の制御方法。
【請求項８】
車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチング手段によってスイッチングすることで昇圧または降圧して負荷に供給する電源装置の制御方法において、
前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行うとともに、前記硫酸鉛被膜を除去する際にスイッチを制御して前記負荷に抵抗素子を並列接続させる制御を行う制御ステップ、
を有することを特徴とする電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置および電源装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池では、サルフェーション現象が問題となる。サルフェーションとは、放電等によって硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）が生成されて電極上に析出し、硫酸鉛被膜から成る不導体被膜を形成する現象である。このような硫酸鉛被膜が発生すると、鉛蓄電池の内部抵抗が増大するため、性能が低下したり、使用不能になったりする場合がある。
【０００３】
鉛蓄電池の硫酸鉛被膜を除去する技術としては、例えば、特許文献１，２に開示されている技術がある。
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、鉛蓄電池に硫酸鉛被膜の除去装置を接続し、鉛蓄電池に対してパルス電圧を印加することで、硫酸鉛被膜を除去する。
【０００５】
また、特許文献２に開示された技術では、鉛蓄電池に対して共振回路を接続し、この共振回路の共振周波数を、オルタネータが発生する減衰波の周波数と同じになるように設定することで、共振電流を鉛蓄電池に流し、硫酸鉛被膜を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９０２２１２号
【特許文献２】特許第５２４８２０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示された技術では、除去装置が新たに必要になることから、例えば、このような除去装置を具備した車両の製造コストが高くなるという問題点がある。また、特許文献２に開示された技術では、オルタネータから出力される減衰波と共振させる必要があるため、対象となる鉛蓄電池とオルタネータの特性に応じて共振回路を構成する必要がある。オルタネータは車種等によって特性が異なることから、車種毎に共振回路を設計する必要があり、煩雑である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、鉛蓄電池の硫酸鉛被膜を簡単な構成によって除去することが可能な電源装置および電源装置の制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧を調整して負荷に供給する電源装置において、前記鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチングすることで、昇圧または降圧するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行う制御手段と、前記パルス波形の周波数と略同じ共振周波数を有する共振手段と、を有し、前記共振手段は、コイルおよびコンデンサによって構成され、前記制御手段は、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行する際、前記共振手段を構成するコイルまたはコンデンサの少なくとも一方の素子値を調整することで、前記パルス波形の周波数と略同じ共振周波数になるように調整する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧を調整して負荷に供給する電源装置において、前記鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチングすることで、昇圧または降圧するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行う制御手段と、前記負荷に対してスイッチを介して並列接続される抵抗素子と、を有し、前記制御手段は、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行する場合、前記スイッチを制御して前記抵抗素子を前記負荷に並列接続する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記制御手段は、昇圧または降圧する際とは異なるスイッチング周期および／または波形によって前記スイッチング手段をスイッチングすることで、前記パルス波形を生成して硫酸鉛被膜を除去することを特徴とする。
このような構成によれば、硫酸鉛被膜の除去に最適な周期および波形を選択することで、より効率的に除去を行うことができる。
【００１３】
また、本発明は、前記制御手段は、前記負荷が動作を停止している場合または待機状態である場合に、前記スイッチング手段を制御して、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、負荷が動作を停止または待機状態である場合に硫酸鉛被膜の除去動作を行うことで、動作中の負荷にノイズが供給されることを防止できる。
【００１４】
また、本発明は、前記制御手段は、前記車両のエンジンがアイドリング時にエンジンを一時的に停止させるアイドリングストップ状態である場合、前記硫酸鉛被膜を除去する動作を実行しないことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記負荷に供給する電力を昇圧または降圧するための他のスイッチング手段が、前記パルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する前記スイッチング手段とは別に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチング手段によってスイッチングすることで昇圧または降圧し、コイルおよびコンデンサによって構成される共振手段を介して負荷に供給する電源装置の制御方法において、前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行うとともに、前記共振手段を構成するコイルまたはコンデンサの少なくとも一方の素子値を調整することで、前記パルス波形の周波数と略同じ共振周波数になるように調整する制御を行う制御ステップ、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、車両に搭載され、鉛蓄電池から出力される電圧をスイッチング手段によってスイッチングすることで昇圧または降圧して負荷に供給する電源装置の制御方法において、前記スイッチング手段を制御してパルス波形を生成して前記鉛蓄電池に印加し、前記鉛蓄電池の電極に生じた硫酸鉛被膜を除去する制御を行うとともに、前記硫酸鉛被膜を除去する際にスイッチを制御して前記負荷に抵抗素子を並列接続させる制御を行う制御ステップ、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、鉛蓄電池の硫酸鉛被膜を簡単な構成によって除去することが可能な電源装置および電源装置の制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す電圧変換部の詳細な構成例を示す図である。
【図３】第１実施形態の昇圧動作を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の硫酸鉛被膜除去動作を説明するための図である。
【図５】第１実施形態において実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電圧変換部の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る電圧変換部の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る電圧変換部の構成例を示す図である。
【図９】本発明の変形実施形態の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る電源装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図に示すように、車両の電源系統は、オルタネータ１０、鉛蓄電池１１、電圧センサ１２、電流センサ１３、温度センサ１４、制御部１５、電圧変換部１６、および、負荷１７−１〜１７−４を有している。
【００２２】
ここで、オルタネータ１０は、図示しないエンジンによって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、鉛蓄電池１１を充電する。
【００２３】
鉛蓄電池１１は、オルタネータ１０によって充電され、図示しないスタータモータを駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１７−１〜１７−４に電力を供給する。
【００２４】
電圧センサ１２は、鉛蓄電池１１の端子電圧を検出し、制御部１５に通知する。電流センサ１３は、鉛蓄電池１１に流れる電流を検出し、制御部１５に通知する。温度センサ１４は、鉛蓄電池１１自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１５に通知する。
【００２５】
制御部１５は、電圧センサ１２、電流センサ１３、および、温度センサ１４の出力を参照し、鉛蓄電池１１の状態を検出するとともに、オルタネータ１０の発電電圧を制御することで鉛蓄電池１１の充電状態を制御する。また、制御部１５は、鉛蓄電池１１の電極に硫酸鉛被膜が形成された場合には、これを除去する動作を実行する。
【００２６】
電圧変換部１６は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等によって構成される。電圧変換部１６は、制御部１５によって制御され、鉛蓄電池１１の出力電圧を昇圧または降圧して負荷１７−１〜１７−３に供給する。また、電圧変換部１６は、鉛蓄電池１１の電極に硫酸鉛被膜が生じた場合には、これを除去する動作を実行する。
【００２７】
図２は、図１に示す電圧変換部１６の詳細な構成例を示す図である。図２に示すように、電圧変換部１６は、コンデンサ１６１、コイル１６２、半導体スイッチ１６３、ダイオード１６４、コンデンサ１６５、抵抗１６６，１６７、および、制御回路１６８を有している。ここで、コンデンサ１６１は、一方の端子が入力端子１６ａに接続され、他方の端子が接地されている。コンデンサ１６１は、可変コンデンサであり、制御回路１６８によって素子値が調整される。コイル１６２は、一方の端子が入力端子１６ａとコンデンサ１６１の一方の端子に接続され、他方の端子が半導体スイッチ１６３のドレイン端子とダイオード１６４のアノード端子に接続されている。
【００２８】
半導体スイッチ１６３は、ドレイン端子がコイル１６２の他方の端子とダイオード１６４のアノード端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子が制御回路１６８に接続されている。半導体スイッチ１６３は、制御回路１６８によってスイッチング制御される。ダイオード１６４は、アノード端子がコイル１６２の他方の端子と半導体スイッチ１６３のドレイン端子に接続され、カソード端子がコンデンサ１６５の一方の端子と出力端子１６ｂと抵抗１６６の一方の端子に接続されている。コンデンサ１６５は、一方の端子がダイオード１６４のカソード端子と出力端子１６ｂと抵抗１６６の一方の端子に接続され、他方の端子が接地されている。
【００２９】
抵抗１６６は、一方の端子が出力端子１６ｂとコンデンサ１６５の一方の端子とダイオードのカソード端子に接続され、他方の端子が抵抗１６７の一方の端子と制御回路１６８に接続されている。抵抗１６７は、一方の端子が抵抗１６６の他方の端子と制御回路１６８に接続され、他方の端子が接地されている。抵抗１６６，１６７は、出力端子１６ｂに現れる電圧を、分圧して制御回路１６８に供給する分圧回路を構成する。
【００３０】
制御回路１６８は、抵抗１６７に現れる電圧に応じて、半導体スイッチ１６３をスイッチングし、出力電圧が所定の電圧となるようにフィードバック制御する。また、制御回路１６８は、鉛蓄電池１１の電極に硫酸鉛被膜が形成された場合には、コンデンサ１６１およびコイル１６２の素子値を調整するとともに、半導体スイッチ１６３をパルス駆動することで、鉛蓄電池１１にパルス波形を印加し、硫酸鉛被膜を除去する動作を実行する。
【００３１】
図１に戻る。負荷１７−１は、例えば、定電圧電源回路を有する負荷や、デフォガ等の熱源として動作する負荷であり、鉛蓄電池１１の端子電圧がそのまま供給される。
【００３２】
負荷１７−２〜１７−４は、例えば、エアコンディショナの送風モータ、ワイパーの駆動モータ、ヘッドライト、オーディオ、カーナビゲーションシステム等によって構成される。負荷１７−２〜１７−４には、電圧変換部１６によって電圧が調整された電力が供給される。
【００３３】
（Ｂ）第１実施形態の動作の説明
つぎに、第１実施形態の動作を説明する。図３は、第１実施形態の昇圧動作を説明するための図である。第１実施形態では、例えば、アイドリングストップ（例えば、信号待ち状態において、エンジンを停止させること）を実行した後に、エンジンを再始動する場合、スタータモータの駆動によって鉛蓄電池１１の端子電圧が低下するので、その際に、負荷１７−２〜１７−４に供給される電圧が低下することを防止するために、電圧変換部１６によって昇圧する動作を実行する。図３は、このような昇圧動作を説明する図である。
【００３４】
例えば、アイドリングストップ後にエンジンを再始動する場合、制御部１５はエンジンを再始動する前（または、スタータモータの回転が開始された際）に、スタータモータの回転に伴って、負荷１７−２〜１７−４に供給される電源電圧が降下しないように電圧変換部１６に動作を開始させる。
【００３５】
電圧変換部１６の制御回路１６８は、制御部１５から動作開始の指示を受けると、半導体スイッチ１６３に対して、図３（Ａ）に示す駆動パルスを供給し、半導体スイッチ１６３を周期的にオン／オフする制御を開始する。この結果、コイル１６２には図３（Ｃ）に示すような電流が流れる。より詳細には、半導体スイッチ１６３がオンの状態になると、鉛蓄電池１１からコイル１６２に電流が流れて磁気エネルギとしてコイル１６２に蓄積され、オフの状態になると自己誘導によって生じた電気エネルギがダイオード１６４によって整流された後に出力される。コンデンサ１６５は、ダイオード１６４から出力されるパルス電圧を平滑化して出力する。この結果、コンデンサ１６５の端子電圧は、例えば、図３（Ｂ）に示す状態となる。コンデンサ１６５に印加される電圧は、抵抗１６６および抵抗１６７によって分圧され、制御回路１６８に供給される。制御回路１６８は、抵抗１６６および抵抗１６７によって分圧される電圧が目標となる電圧となるように、半導体スイッチ１６３をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により制御する。この結果、負荷１７−２〜１７−４に供給される電源電圧は、鉛蓄電池１１の端子電圧の変動に拘わらず一定となる。そして、エンジンが再始動されると、制御部１５は、電圧変換部１６に動作を停止するように指示する。この結果、制御回路１６８は、半導体スイッチ１６３のスイッチング動作を停止させ、オフの状態にする。半導体スイッチ１６３がオフの状態にされると、鉛蓄電池１１から供給される電源電圧は、コイル１６２およびダイオード１６４を介して負荷１７−２〜１７−４に供給される。なお、コイル１６２は直流に対するインピーダンスは略０であることから電圧降下は殆ど発生せず、また、ダイオード１６４では順方向バイアス電圧である０．６Ｖ程度の電圧降下しか生じないので、負荷１７−２〜１７−４には、鉛蓄電池１１から供給される電圧が略そのまま供給される。
【００３６】
なお、以上では、アイドリングストップが実行されてエンジンが停止された後に、エンジンを再始動する場合に、電圧変換部１６を動作させる場合を例に挙げて説明したが、これ以外にも、電源電圧が低下する場合に、電圧変換部１６を動作させるようにしてもよい。
【００３７】
つぎに、硫酸鉛被膜を除去する場合の動作について説明する。制御部１５は、鉛蓄電池１１をパルス放電させ、そのときの電圧および電流の変化を電圧センサ１２および電流センサ１３によって検出することで、鉛蓄電池１１の内部抵抗を検出する。そして、例えば、内部抵抗が前回検出値よりも増加した場合には、鉛蓄電池１１の電極に硫酸鉛被膜が形成されていると判定し、電圧変換部１６に対して、硫酸鉛被膜を除去するように指示する。なお、内部抵抗は、温度によっても変化することから、算出した内部抵抗を、温度センサ１４によって検出した温度によって基準状態（例えば、２５℃）における内部抵抗に補正した後に、硫酸鉛被膜の有無を判定するようにしてもよい。
【００３８】
硫酸鉛被膜の除去を指示された場合、電圧変換部１６の制御回路１６８は、まず、コンデンサ１６１およびコイル１６２を調整し、これらによって構成される共振回路の共振周波数が、半導体スイッチ１６３によるスイッチング波形の周波数と略同じになるように設定する。なお、コンデンサ１６１およびコイル１６２の双方を調整するのではなく、一方のみを調整するようにしてもよい。素子値を調整する方法としては、回路設計時に、コンデンサ１６１とコイル１６２の昇圧時の最適値と、硫酸鉛被膜の除去時の最適値とを求め、それぞれの最適値になるようにコンデンサ１６１とコイル１６２を調整すればよい。
【００３９】
コンデンサ１６１とコイル１６２の調整が完了すると、制御回路１６８は、半導体スイッチ１６３に対して、例えば、図４（Ａ）に示すような駆動パルスを供給し、半導体スイッチ１６３を周期的にオン／オフさせる。なお、図４（Ａ）の例では、図３（Ａ）に示す昇圧時の動作と比較すると、駆動パルスの周期が長くなっているが、本発明は、このような場合に限定されるものではなく、硫酸鉛被膜の除去する効果が高くなる周期に設定することが望ましい。例えば、昇圧時に比較して、短い周期に設定した方が硫酸鉛被膜の除去する効果が高い場合には、短い周期に設定することが望ましい。また、長い周期に設定した方が硫酸鉛被膜の除去する効果が高い場合には、長い周期に設定することが望ましい。もちろん、同じ周期に設定した方が効果が高い場合には、昇圧時と同じ周期に設定することが望ましい。
【００４０】
半導体スイッチ１６３がオン／オフされると、鉛蓄電池１１からコイル１６２に対して電流が通じる。このとき、コンデンサ１６１とコイル１６２は、半導体スイッチ１６３のスイッチング波形の周波数に共振するように調整されているので、図４（Ｃ）に示すように、電流のパルス波形の立ち上がりと立ち下がり時に、リンギングが発生する。このようなリンギングは、パルス波形の立ち上がりでは鉛蓄電池１１の放電電流として作用し、立ち下がりでは充電電流として作用する。図４（Ｃ）に示すような電流により、硫酸鉛被膜に対して刺激が加えられるので、硫酸鉛被膜が剥離する。剥離された硫酸鉛被膜は充電によって硫酸と鉛に還元されるので、鉛蓄電池１１の内部抵抗が小さくなり、鉛蓄電池１１の性能が回復する。なお、半導体スイッチ１６３をオン／オフする動作は、例えば、鉛蓄電池１１の内部抵抗が所望の値減少するまで継続される。
【００４１】
なお、図４に示す例では、駆動パルスは、図３に示す駆動パルスよりも周期を長く設定しているので、負荷１７−２〜１７−４に供給される電圧は、図３の場合よりも低くなる場合がある。このため、硫酸鉛被膜を除去する動作は、例えば、負荷１７−２〜１７−４が待機状態または停止状態の場合に行うことが望ましい。なお、図３と同じ周期の駆動パルスを使用する場合には、出力される電圧は同じであるので、負荷１７−２〜１７−４が動作しているときに、硫酸鉛被膜を除去する動作を実行してもよい。
【００４２】
つぎに、図５を参照して、本発明の第１実施形態において実行される処理について説明する。図５に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。
【００４３】
ステップＳ１０では、制御部１５は、鉛蓄電池１１の硫酸鉛被膜の発生状態を検出する。より詳細には、制御部１５は鉛蓄電池１１をパルス放電させ、そのときの電圧および電流を電圧センサ１２および電流センサ１３によって測定し、これらの関係から内部抵抗を検出する。そして、内部抵抗の値から硫酸鉛被膜の発生状態を検出する。
【００４４】
ステップＳ１１では、制御部１５は、ステップＳ１０での検出結果に基づいて、硫酸鉛被膜が発生しているか否かを判定し、硫酸鉛被膜が発生していると判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には処理を終了する。
【００４５】
ステップＳ１２では、制御部１５は、アイドリングストップ状態であるか否かを判定し、アイドリングストップ状態である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）にはアイドリングストップ状態でなくなるまで同様の処理を繰り返して待機し、アイドリングストップが終了してエンジンが再始動された場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）にはステップＳ１３に進む。
【００４６】
なお、アイドリングストップ状態では、硫酸鉛被膜の除去動作を実行しないのは、アイドリングストップ時には、エンジンを再始動することが最優先事項であるので、鉛蓄電池１１の電力を消耗する硫酸鉛被膜の除去動作は実行しない。
【００４７】
ステップＳ１３では、制御部１５は、電圧変換部１６に対して、硫酸鉛被膜を除去するための動作を開始するために、コンデンサ１６１とコイル１６２を調整するように指示する。その結果、電圧変換部１６の制御回路１６８は、コンデンサ１６１とコイル１６２を調整し、共振周波数がパルス波形の周波数と略同じになるように設定する。なお、コンデンサ１６１とコイル１６２の双方を調整するのではなく、これらの一方を調整するようにしてもよい。
【００４８】
ステップＳ１４では、制御部１５は、電圧変換部１６に対して、パルス駆動を実行するように指示する。この結果、電圧変換部１６の制御回路１６８は、半導体スイッチ１６３に対して、例えば、図４（Ａ）に示す駆動パルスを供給する。この結果、鉛蓄電池１１には、図４（Ｃ）に示すような電流が通じ、極板に発生している硫酸鉛被膜に刺激が加えられて除去される。
【００４９】
ステップＳ１５では、制御部１５は、硫酸鉛被膜が除去されたか否かを判定し、除去されたと判定した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）にはステップＳ１６に進み、それ以外の場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）にはステップＳ１４に戻って同様の処理を繰り返す。より詳細には、制御部１５は、鉛蓄電池１１をパルス放電させ、そのときの電圧および電流から内部抵抗を検出し、この内部抵抗の値によって、硫酸鉛被膜が除去されたか否かを判定することができる。例えば、内部抵抗の値が所定値減少した場合には硫酸鉛被膜が除去されたと判定することができる。
【００５０】
ステップＳ１６では、制御部１５は、電圧変換部１６に対して、コンデンサ１６１とコイル１６２を元に戻すように指示する。その結果、電圧変換部１６の制御回路１６８は、コンデンサ１６１とコイル１６２を調整し、ステップＳ１３の調整前の素子値になるように設定する。そして処理を終了する。なお、半導体スイッチ１６３はオフの状態にする。
【００５１】
以上に説明したように、図５に示す処理によれば、硫酸鉛被膜が発生した場合には、例えば、図４（Ｃ）に示すパルス状の電流を鉛蓄電池１１に印加することで、硫酸鉛皮膜を除去することができる。
【００５２】
第１実施形態では、電圧変換部１６にパルス波形を発生する機能を具備し、鉛蓄電池１１に対してパルス波形を印加して硫酸鉛被膜を除去するようにしたので、製造コストを増加することなく、硫酸鉛被膜を除去することができる。また、第１実施形態では、コイル１６２とコンデンサ１６１によって共振回路を構成し、パルス波形に共振させるようにしたので、パルス波形にリンギング波形を付加することで、硫酸鉛被膜を一層効率良く除去することができる。
【００５３】
（Ｃ）第２実施形態の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図６は本発明の第２実施形態に係る電圧変換部１６の構成例を示す図である。なお、第２実施形態では、図６に示す構成が、電圧変換部１６として使用される。これ以外の構成は図１と同様である。なお、図６において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図６に示す電圧変換部１６は、コンデンサ１６１、半導体スイッチ１７３、ダイオード１７４、コイル１６２、コンデンサ１６５、抵抗１６６，１６７、および、制御回路１６８を有し、降圧回路として動作する。
【００５４】
図６に示す構成では、半導体スイッチ１７３のドレイン端子は入力端子１６ａとコンデンサ１６１の一方の端子に接続され、ゲート端子は制御回路１６８に接続され、ソース端子はダイオード１７４のカソード端子とコイル１６２の一方の端子に接続されている。また、ダイオード１７４は、アノード端子が接地され、カソード端子が半導体スイッチ１７３のソース端子とコイル１６２の一方の端子に接続されている。
【００５５】
つぎに、図６に示す電圧変換部１６の動作を説明する。例えば、車両の減速時に、オルタネータ１０の発電電圧を高くすることにより、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して鉛蓄電池１１に蓄積する、いわゆる回生充電を行う場合、オルタネータ１０の発電電圧が高くなることから、負荷１７−１〜１７−４に供給される電源電圧も上昇する。電源電圧の変動に対して影響を受けやすい負荷１７−２〜１７−４に対しては、電源電圧を降圧してから供給することが望ましい。このため、第２実施形態では、鉛蓄電池１１の電圧が高くなった場合には、制御部１５がこれを検出し、電圧変換部１６によって電源電圧を降圧する動作を実行させる。
【００５６】
制御部１５が降圧動作の実行を指示すると、電圧変換部１６の制御回路１６８は半導体スイッチ１７３を周期的にオン／オフする動作を実行する。半導体スイッチ１７３がオンの状態になると、鉛蓄電池１１からコイル１６２に電流が通じ、コイル１６２に磁気エネルギが蓄積され、半導体スイッチ１７３がオフの状態になると、コイル１６２に蓄積された磁気エネルギがコンデンサ１６５およびダイオード１７４を介して放電される。この結果、出力端子１６ｂには、コイル１６２に蓄積された磁気エネルギに対応する電圧が現れる。制御回路１６８は、出力端子１６ｂに現れる電圧が所定の電圧になるように、半導体スイッチ１７３をＰＷＭ制御する。この結果、出力端子１６ｂからは、鉛蓄電池１１から供給される電源電圧が降圧された電圧が出力される。なお、このような降圧動作が必要ない場合には、制御回路１６８は、半導体スイッチ１７３をオンの状態にする。これにより、鉛蓄電池１１から供給される電源電力は、半導体スイッチ１７３およびコイル１６２を介して出力端子１６ｂに供給される。
【００５７】
つぎに、鉛蓄電池１１の電極に形成された硫酸鉛被膜を除去する動作について説明する。硫酸鉛被膜を除去する場合には、制御回路１６８は、第１実施形態の場合と同様にコンデンサ１６１とコイル１６２の共振周波数が、パルス波形の周波数と略同じになるように設定する。そして、設定が完了すると、半導体スイッチ１７３に対して、図４（Ａ）と同様の駆動パルスを供給し、半導体スイッチ１７３を周期的にオン／オフする制御を実行する。この結果、鉛蓄電池１１には、図４（Ｃ）に示すような電流が流れるので、硫酸鉛被膜が除去される。なお、第２実施形態において実行される処理は、図５と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５８】
以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、負荷１７−２〜１７−４に降圧した電源電力を供給することができるとともに、鉛蓄電池１１の電極に硫酸鉛被膜が形成された場合には除去することができる。また、本発明の第２実施形態では、電圧変換部１６を用いて硫酸鉛被膜を除去するようにしたので、車両の製造コストを低減することができる。
【００５９】
（Ｄ）第３実施形態の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。図７は本発明の第３実施形態に係る電圧変換部１６の構成例を示す図である。なお、第３実施形態では、図７に示す構成が、電圧変換部１６として使用される。これ以外の構成は第１実施形態と同様である。なお、図７において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示す電圧変換部１６は、コンデンサ１６１、半導体スイッチ１６３，１７３、ダイオード１６４，１７４、コイル１６２、コンデンサ１６５、抵抗１６６，１６７、および、制御回路１６８を有し、昇圧回路または降圧回路として動作する。すなわち、図７に示す第３実施形態は、図６に示す降圧回路と、図２に示す昇圧回路とがカスケード接続された構成とされている。
【００６０】
つぎに、図７に示す電圧変換部１６の動作を説明する。第３実施形態では、降圧または昇圧動作を実行しない場合、制御回路１６８は、半導体スイッチ１７３をオンの状態にし、半導体スイッチ１６３をオフの状態にする。この結果、鉛蓄電池１１から供給される電源電力は、半導体スイッチ１７３、コイル１６２、および、ダイオード１６４を介して出力端子１６ｂから出力される。
【００６１】
つぎに、降圧および昇圧動作について説明する。例えば、回生充電によって負荷１７−２〜１７−４に供給される電圧が上昇した場合には、電圧変換部１６を降圧回路として動作させる。より詳細には、制御回路１６８は、半導体スイッチ１６３をオフの状態にするとともに、半導体スイッチ１７３に対して、図４（Ａ）と同様の駆動パルスを供給する。この結果、電圧変換部１６は、前述した図６の降圧回路と同様の動作を行う。
【００６２】
一方、例えば、スタータモータを回転させることによって負荷１７−２〜１７−４に供給される電圧が下降した場合には、電圧変換部１６を昇圧回路として動作させる。より詳細には、制御回路１６８は、半導体スイッチ１７３をオンの状態にするとともに、半導体スイッチ１６３に対して、図４（Ａ）と同様の駆動パルスを供給する。この結果、電圧変換部１６は、前述した図２の昇圧回路と同様の動作を行う。
【００６３】
つぎに、硫酸鉛被膜を除去する動作について説明する。図７に示す第３実施形態では、電圧変換部１６を降圧回路として動作させる際に硫酸鉛被膜の除去を行ったり、電圧変換部１６を昇圧回路として動作させる際に硫酸鉛被膜の除去を行ったりすることができる。より詳細には、降圧回路として動作させる場合には、制御回路１６８は、半導体スイッチ１６３をオフの状態とし、半導体スイッチ１７３に対して、例えば、図４（Ａ）に示す駆動パルスを供給する。この結果、図４（Ｃ）に示すパルス電流が鉛蓄電池１１に印加されるので、硫酸鉛被膜が除去される。一方、昇圧回路として動作させる場合には、制御回路１６８は、半導体スイッチ１７３をオンの状態とし、半導体スイッチ１６３に対して、例えば、図４（Ａ）に示す駆動パルスを供給する。この結果、図４（Ｃ）に示すパルス電流が鉛蓄電池１１に印加されるので、硫酸鉛被膜が除去される。なお、コンデンサ１６１とコイル１６２を調整して、パルス波形の周波数と共振周波数が略同じになるように設定することは前述の場合と同様である。
【００６４】
以上に説明したように、本発明の第３実施形態によれば、負荷１７−２〜１７−４に降圧または昇圧した電源電力を供給することができるとともに、鉛蓄電池１１の電極に硫酸鉛被膜が形成された場合には除去することができる。また、本発明の第３実施形態では、電圧変換部１６を用いて硫酸鉛被膜を除去するようにしたので、車両の製造コストを低減することができる。
【００６５】
（Ｅ）第４実施形態の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。図８は本発明の第４実施形態に係る電圧変換部１６の構成例を示す図である。なお、第４実施形態では、図８に示す構成が、電圧変換部１６として使用される。これ以外の構成は第１実施形態と同様である。なお、図８に示す構成では、図２と同様の昇圧回路が２つ並列接続されて構成されている。より詳細には、図８に示す構成では、図２に示す昇圧回路に対して、スイッチ１８７を介して他の昇圧回路が接続されている。当該他の昇圧回路は、コンデンサ１８１、コイル１８２、半導体スイッチ１８３、ダイオード１８４、コンデンサ１８５、および、抵抗１８６を有している。なお、コンデンサ１８１は素子値が固定のコンデンサであり、また、コイル１８２も素子値が固定のコイルによって構成される。
【００６６】
ここで、スイッチ１８７は、制御回路１６８によって制御され、オンの状態にされた場合には他の昇圧回路が鉛蓄電池１１に接続され、オフの状態にされた場合には鉛蓄電池１１から切り離される。また、抵抗１８６はダミーの負荷であり、他の昇圧回路から出力される電源電圧は抵抗１８６に印加される。
【００６７】
つぎに、第４実施形態の動作について説明する。図８に示す第４実施形態では、硫酸鉛被膜を除去する動作を実行しない場合には、制御回路１６８は、スイッチ１８７をオフの状態に制御する。このため、コンデンサ１８１その他によって構成される他の昇圧回路は鉛蓄電池１１から切り離された状態となることから、当該回路の影響を受けることなく、コンデンサ１６１その他によって構成される昇圧回路によって昇圧動作を実行したり、あるいは、昇圧動作を行わないで電源電力をそのまま出力したりすることができる。
【００６８】
一方、硫酸鉛被膜を除去する場合には、制御回路１６８は、スイッチ１８７をオンの状態に制御する。そして、制御回路１６８は、半導体スイッチ１８３に対して、例えば、図４（Ａ）と同様の駆動パルスを印加することで、鉛蓄電池１１に図４（Ｃ）に示すパルス波形を印加し、硫酸鉛被膜を除去することができる。なお、第４実施形態では、コンデンサ１６１およびコイル１６２は昇圧回路用に素子値が設定され、また、コンデンサ１８１およびコイル１８２は硫酸鉛被膜除去用に素子値が設定されている。
【００６９】
以上に説明したように、本発明の第４実施形態では、第１〜第３実施形態と同様に硫酸鉛被膜の除去が可能になる。また、第４実施形態では、コンデンサ１８１その他によって構成される他の昇圧回路は硫酸鉛被膜の除去専用であるため、コンデンサ１８１およびコイル１８２については、素子値が固定のものを使用することができるため低コスト化と、制御の簡便化を図ることができる。また、第４実施形態では、コンデンサ１８１その他によって構成される他の昇圧回路の負荷を抵抗１８６とすることで、スイッチングによって発生したノイズが負荷に供給されることを防止できる。また、負荷を固定値とすることで、設計を簡易化することができる。
【００７０】
（Ｆ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、第１〜第３実施形態では、硫酸鉛被膜を除去する場合には電圧変換部１６の出力は負荷１７−２〜１７−４に供給するようにしたが、例えば、第４実施形態のように電圧変換部１６の出力を抵抗に供給するようにしてもよい。このような構成によれば、負荷の動作状態によらず、出力電流を略一定とすることができるので、回路の設計を容易にすることができる。なお、抵抗を常時接続する状態とすると、消費電力が増えるので、例えば、図９に示すように、スイッチ１９０を介して出力端子１６ｂに抵抗１９１を接続するようにしてもよい。このような構成によれば、硫酸鉛被膜を除去する動作を行う場合には、スイッチ１９０をオンの状態にし、それ以外の場合にはオフの状態にすることができる。また、負荷の種類に応じては、スイッチ１９０をオンにした場合に、出力端子１６ｂと負荷との間の接続を切るようにしてもよい。このような構成によれば、硫酸鉛被膜を除去する動作を行う場合に生じるパルス波形が負荷に入力されないようにできる。このとき、スイッチ１９０を介して出力端子１６ｂに抵抗１９１を接続しているので、出力電流を一定にすることで、電圧が不安定になることを防止できる。
【００７１】
また、図４に示す例では、硫酸鉛被膜を除去する場合は、昇圧動作時または降圧動作時に比較して、駆動パルスの周波数を低く設定したが、これらの周波数が同じになるように設定したり、あるいは、硫酸鉛被膜を除去する場合の方が周波数が高くなるように設定したりしてもよい。また、パルス波形についても、硫酸鉛被膜の除去に適した波形に設定するようにしてもよい。もちろん、波形と周期の双方を変更したり、少なくとも一方を変更したりするようにしてもよく、例えば、駆動パルスをスキップさせてスイッチング回数を減らすパルススキップモードによりパルス波形を形成してもよい。このパルススキップモードによってパルス周期が変わる。パルス周期が長くなるほどパルス電圧の変化量が大きくなり、エネルギが大きくなる。そのため、硫酸鉛被膜を除去しやすくなる。
【００７２】
また、第１〜第３実施形態では、コンデンサとコイルの双方を調整して共振周波数を設定するようにしたが、これらの一方を調整するようにしてもよい。また、コイルのインダクタンスは、基板やケーブルに含まれるインダクタンスも考慮して調整してもよい。また、使用するコンデンサとコイルとしては、昇圧または降圧用と硫酸鉛被膜の除去用の２値が選択できればよいので、例えば、２つのコイルまたはコンデンサを制御可能なスイッチによって接続または非接続状態とし、２つの素子値を形成可能としてもよい。もちろん、昇圧または降圧用と硫酸鉛被膜の除去用の素子値が近い場合には、これらを共通とすることで、素子値を調整することを省略できる。
【００７３】
また、図４（Ａ）に示す例では、駆動パルスの幅は、昇圧または降圧時と、硫酸鉛被膜の除去時で略同じ場合を例に挙げて説明したが、これらが異なるように設定してもよい。例えば、硫酸鉛被膜の除去時には、駆動パルスの幅を狭くし、これによって大きな衝撃が短時間に電極に印加されるようにしてもよい。また、図４（Ｃ）の例では、パルスの立ち上がりと立ち下がりの双方でリンギングが発生するようにしているが、これらのいずれかでリンギングが発生するようにしてもよい。また、リンギングについては、発生しない構成としてもよい。
【００７４】
また、負荷１７−２〜１７−４が動作中に硫酸鉛被膜の除去を実行する場合に、負荷１７−２〜１７−４に対してノイズが供給されないようにするために、出力端子１６ｂの前段に、ノイズ除去用のフィルタを配置するようにしてもよい。
【００７５】
また、図５に示すフローチャートでは、硫酸鉛被膜を検出した場合に、これを除去する動作を実行するようにしたが、例えば、一定の時間間隔で実行するようにしたり、あるいは、負荷１７−２〜１７−４が動作を停止している場合または待機状態である場合に実行したりするようにしてもよい。また、硫酸鉛被膜を除去する動作を実行した後に鉛蓄電池１１を充電すると、除去した硫酸鉛被膜を鉛と硫酸とに還元することができるので、例えば、ＳＯＣに応じて充電を実行または停止する制御を行う場合には、充電が実行される直前に硫酸鉛被膜の除去を実行するようにしてもよい。
【００７６】
また、自己誘導によってコイル１６２，１８２に大きな電圧を発生させ、この電圧を鉛蓄電池１１に印加するようにしてもよい。なお、自己誘導によって発生する電圧は、鉛蓄電池１１と同じ極性を有していてもよいし、逆の極性を有するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０  オルタネータ
１１  鉛蓄電池
１２  電圧センサ
１３  電流センサ
１４  温度センサ
１５  制御部
１６  電圧変換部
１７−１〜１７−４  負荷
１６１，１６５，１８１，１８５  コンデンサ
１６２，１８２  コイル
１６３，１７３，１８３  半導体スイッチ
１６４，１７４，１８４  ダイオード
１６６，１６７，１８６，１９１  抵抗
１６８  制御回路
１８７，１９０  スイッチ
【図１】
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【図２】
0006513479.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006513479.tif 000006
【図６】
0006513479.tif 000007
【図７】
0006513479.tif 000008
【図８】
0006513479.tif 000009
【図９】
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