(57)【要約】【課題】キャパシタに蓄積された電荷を十分に放電する。【解決手段】車両２に備えられたキャパシタ４に蓄積された電荷を、車両２に搭載された補機６を駆動するバッテリ５へ放電させる第１放電制御と、第１放電制御中にバッテリ５の充電量が所定の閾値に達した場合にキャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤへ放電させる第２放電制御とを実行する。これにより、バッテリ５が満充電となった後にもキャパシタ４の電荷を放電させることができる。したがって、キャパシタ４に電荷を残留させることがなく、キャパシタ４の劣化を防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に用いられる車両用電源制御装置であって、
前記車両に備えられたキャパシタに蓄積された電荷を、前記車両に搭載された機器を駆動する二次電池へ放電させる第１放電制御と、グランドへ放電させる第２放電制御とを実行する放電手段と、
前記二次電池の充電量が所定の閾値に達したかを判定する判定手段と、
を備え、
前記放電手段は、前記第１放電制御を実行中に前記二次電池の充電量が前記所定の閾値に達すると、前記第２放電制御を実行することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源制御装置において、
前記放電手段は、前記キャパシタが通電する電流を制限する電流制限を行いながら、前記第２放電制御を実行することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用電源制御装置において、
前記放電手段は、前記キャパシタが印加する電圧を降圧する降圧制御を行うことで、前記電流制限を行うことを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用電源制御装置において、
前記キャパシタと前記グランドとを繋ぐ回路を開閉する第１スイッチ素子と、
前記回路の前記第１スイッチ素子と前記グランドとの間に接続されたインダクタと、
をさらに備え、
前記放電手段は、前記第１スイッチ素子をスイッチングすることで、前記降圧制御を行うことを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、
前記放電手段は、一次側に前記キャパシタと前記第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とが接続され、二次側に前記二次電池と第３スイッチ素子と第４スイッチ素子とが接続され、該一次側と該二次側との間に前記インダクタが接続されたＨブリッジ回路であることを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、
前記車両に備わるイグニッションスイッチがオフとなったことを検出するイグニッション検出手段、
をさらに備え、
前記放電手段は、イグニッションスイッチがオフとなった場合に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、
前記車両用電源制御装置の異常を検出する異常検出手段、
をさらに備え、
前記放電手段は、前記異常が検出された場合に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、
前記キャパシタの交換を検出する交換検出手段、
をさらに備え、
前記放電手段は、前記キャパシタが交換される場合に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項９】
車両に用いられる車両用電源の制御方法であって、
（ａ）前記車両に備えられたキャパシタに蓄積された電荷を、前記車両に搭載された機器を駆動する二次電池へ放電させる工程と、
（ｂ）前記二次電池の充電量が所定の閾値に達したかを判定する工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）を実行中に前記二次電池の充電量が前記所定の閾値に達すると、前記キャパシタに蓄積された電荷を、グランドへ放電させる工程と、
を備えることを特徴とする車両用電源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に備えられたキャパシタに蓄積された電荷を放電させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉛バッテリ等の二次電池に加え、二次電池を補助するキャパシタ等が車両に搭載されている。このような車両を停止する際には、劣化防止のためキャパシタに蓄積された電荷を鉛バッテリに放電する技術が知られている。例えば特許文献１の技術は、キャパシタの電荷を充電器に放電し、キャパシタの劣化を防止する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２５９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、鉛バッテリが満充電となると、キャパシタはそれ以上放電できず、電荷がキャパシタ内に残留する場合があった。この場合、残留した電荷の影響により、キャパシタが劣化する恐れがあった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、キャパシタに蓄積された電荷を十分に放電する技術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】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、車両に用いられる車両用電源制御装置であって、前記車両に備えられたキャパシタに蓄積された電荷を、前記車両に搭載された機器を駆動する二次電池へ放電させる第１放電制御と、グランドへ放電させる第２放電制御とを実行する放電手段と、前記二次電池の充電量が所定の閾値に達したかを判定する判定手段と、を備え、前記放電手段は、前記第１放電制御を実行中に前記二次電池の充電量が前記所定の閾値に達すると、前記第２放電制御を実行する。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用電源制御装置において、前記放電手段は、前記キャパシタが通電する電流を制限する電流制限を行いながら、前記第２放電制御を実行する。
【０００８】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の車両用電源制御装置において、前記放電手段は、前記キャパシタが印加する電圧を降圧する降圧制御を行うことで、前記電流制限を行う。
【０００９】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の車両用電源制御装置において、前記キャパシタと前記グランドとを繋ぐ回路を開閉する第１スイッチ素子と、前記回路の前記第１スイッチ素子と前記グランドとの間に接続されたインダクタと、をさらに備え、前記放電手段は、前記第１スイッチ素子をスイッチングすることで、前記降圧制御を行う。
【００１０】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、前記放電手段は、一次側に前記キャパシタと前記第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とが接続され、二次側に前記二次電池と第３スイッチ素子と第４スイッチ素子とが接続され、該一次側と該二次側との間に前記インダクタが接続されたＨブリッジ回路である。
【００１１】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、前記車両に備わるイグニッションスイッチがオフとなったことを検出するイグニッション検出手段、をさらに備え、前記放電手段は、イグニッションスイッチがオフとなった場合に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電する。
【００１２】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、前記車両用電源制御装置の異常を検出する異常検出手段、をさらに備え、前記放電手段は、前記異常が検出された場合に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電する。
【００１３】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用電源制御装置において、前記キャパシタの交換を検出する交換検出手段、をさらに備え、前記放電手段は、前記キャパシタが交換される場合に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電する。
【００１４】
また、請求項９の発明は、車両に用いられる車両用電源の制御方法であって、（ａ）前記車両に備えられたキャパシタに蓄積された電荷を、前記車両に搭載された機器を駆動する二次電池へ放電させる工程と、（ｂ）前記二次電池の充電量が所定の閾値に達したかを判定する工程と、（ｃ）前記工程（ａ）を実行中に前記二次電池の充電量が前記所定の閾値に達すると、前記キャパシタに蓄積された電荷を、グランドへ放電させる工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１ないし９の発明によれば、二次電池の充電量が所定の閾値に達すると、キャパシタに蓄積された電荷をグランドへ放電させるので、キャパシタを十分に放電できる。
【００１６】
また、特に請求項２の発明によれば、キャパシタが通電する電流を制限するので、安定して放電できる。
【００１７】
また、特に請求項３の発明によれば、キャパシタが印加する電圧を降圧する降圧制御を行うので、キャパシタが通電する電流を安定して制限できる。
【００１８】
また、特に請求項４の発明によれば、第１スイッチ素子をスイッチングして、キャパシタがインダクタに通電することで降圧制御を行うので、大電流の発生を抑制しつつ放電できる。
【００１９】
また、特に請求項５の発明によれば、Ｈブリッジ回路を用いるので、簡易な構成で放電できる。
【００２０】
また、特に請求項６の発明によれば、イグニッションスイッチがオフとなった場合に放電するので、キャパシタへの電荷の残留を抑制してキャパシタの劣化を防止できる。
【００２１】
また、特に請求項７の発明によれば、車両用電源制御装置に異常が検出された場合に放電するので、安全性を向上できる。
【００２２】
また、特に請求項８の発明によれば、キャパシタが交換される場合に放電するので、より安全にキャパシタを交換できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る電源システムの概要を示す。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る電源システムの構成を示す。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係るＨブリッジ回路の構成を示す。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの構成を示す。
【図５】図５は、Ｈブリッジ回路におけるバッテリへの放電経路を示す。
【図６】図６は、Ｈブリッジ回路におけるグランドへの放電経路を示す。
【図７】図７は、Ｈブリッジ回路における放電を停止する経路を示す。
【図８】図８は、放電制御のタイミングチャートを示す。
【図９】図９は、第１の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの処理工程を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの処理工程を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの処理工程を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第２の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの構成を示す。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの処理工程を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、第３の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの構成を示す。
【図１５】図１５は、第３の実施の形態に係るＤＣＤＣコントロールドライバの処理工程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、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
＜１．第１の実施の形態＞
＜１−１．概要＞
図１は、第１の実施の形態に係る電源制御システム１の概要を示す。電源制御システム１は、車両２において互いに接続されたＤＣＤＣコンバータ３、キャパシタ４、バッテリ５、補機６、スタータ７、及びオルタネータ８を制御する制御システムである。
【００２６】
電源制御システム１は、発電機となるオルタネータ８からの電力をキャパシタ４やバッテリ５に適切に配分する。これにより、キャパシタ４及びバッテリ５の充電状態を必要以上に低下させず、また補機６(ナビゲーション装置やヘッドライト等)を安定的に作動させ、効率よくキャパシタ４及びバッテリ５を放充電できる。
【００２７】
バッテリ５とキャパシタ４は、双方向昇降圧器であるＤＣＤＣコンバータ３を介して接続され、車両２の走行モードに合わせてバッテリ５からキャパシタ４へ、又はキャパシタ４からバッテリ５或いは補機６への充放電制御を行う。ＤＣＤＣコンバータ３は、双方向に電流を出力できる昇降圧制御が可能であり、Ｈブリッジ型の回路を備える。
【００２８】
例えば、定常走行後の減速時にオルタネータ８の回生発電エネルギーをキャパシタ４へ充電し、その後の走行中や停止中に、キャパシタ４に蓄積した電力をＤＣＤＣコンバータ３を通してバッテリ５側の補機６に供給する。これにより、走行中のバッテリ消費電力を抑制し、オルタネータ８発電機会を低減している。また、発電負荷による燃料噴射を抑制させ、燃費改善及びエンジン負荷を軽減を図る。
【００２９】
一方、非走行時(ユーザが運転していない車両停止状態)では、電源制御システム１は停止状態となり、キャパシタ４の充放電動作は行われず電圧が保持される。キャパシタ４の電圧が例えば１５[ｖ]などで長期に保持するとキャパシタ劣化を促進し、容量低下や内部ＥＳＲ増加の特性劣化を起こし、長期信頼性を確保できない問題があった。
【００３０】
このような問題を解決するため、車両停止時(イグニッションスイッチのオフ時)にキャパシタ４からバッテリ５へ放電制御を行い、キャパシタ４の電圧を例えば５[ｖ]程度まで十分に低下させてから電源制御システムを停止(終了処理)させることが好ましい。
【００３１】
しかし、イグニッションスイッチのオフ後の放電制御中は、補機６が動作停止となるため、補機６の消費電力が少なくキャパシタ４からの放電電力のほとんどをバッテリ５に充電することとなる。このため、キャパシタ４の放電制御中に、バッテリ５が満充電となると、バッテリ５の過充電を防止するために放電制御を停止する。この場合、キャパシタ４の放電が十分に実施できず、キャパシタ４の電圧が高い状態で維持されて電源制御システム１をシャットダウンする。キャパシタ４の電圧が高い状態で維持されると、前述の通り、キャパシタ４の劣化が促進されるという問題が依然として残されていた。このような問題を解決する本発明について、以下に詳細に説明する。
【００３２】
＜１−２．構成＞
図２は、電源制御システム１の構成を示す。電源制御システム１は、車両２に搭載され、ＤＣＤＣコンバータ３（以下、「ＤＤＣ」と略称する）、キャパシタ４、バッテリ５、補機６、スタータ７、オルタネータ８、及びメインリレー９を備える。ＤＤＣ３、キャパシタ４、バッテリ５、補機６、スタータ７、及びオルタネータ８は、互いに接続される。また、ＤＤＣ３、バッテリ５、及びメインリレー９は、互いに接続される。なお、ＤＤＣ３及びメインリレー９とバッテリ５との間に、イグニッションスイッチＩＧＳＷが接続される。
【００３３】
バッテリ５は、電極に鉛を用いた二次電池である。バッテリ５は、車両２に備わる補機の主要な電源となる。
【００３４】
ＤＤＣ３は、直流電圧（電流）を別の直流電圧（電流）に変換する直流変換器である。また、直流電圧を降圧又は昇圧する変圧器である。ＤＤＣ３は、車両２の駆動状態に応じ、キャパシタ４及びバッテリ５間の電力を調整する。ＤＤＣ３は、Ｈブリッジ回路３１及びＤＣＤＣコントロールドライバ（以下、「ＤＤＣドライバ」と略称する）３２を備える。ＤＤＣ３は、車両用電源制御装置として機能する。
【００３５】
Ｈブリッジ回路３１は、スイッチ及びコイルを備え、後述のキャパシタ４からバッテリ５又はグランドへ電流を一定の値に制限しつつ通電する回路である。Ｈブリッジ回路３１は、放電手段として機能する。
【００３６】
ＤＤＣドライバ３２は、Ｈブリッジ回路３１に備わるスイッチへＤｒｉｖｅ信号を送信し、スイッチのオン又はオフを切り替える。なお、Ｈブリッジ回路３１及びＤＤＣドライバ３２の構成ついては後述する。
【００３７】
キャパシタ４は、電荷を蓄える蓄電池（コンデンサ）である。例えば、電気二重層キャパシタ（EDLC: Electric Double Layer Capacitor）である。ＥＤＬＣは、サイクル特性に優れ、寿命が長く電源制御システム１への適用に好適である。キャパシタ４は、車両２の駆動状態に応じて後述の補機６を駆動したり、電圧の低下したバッテリ５を充電する補助電源となる。
【００３８】
なお、キャパシタ４内部に電荷が残留すると、分極性の細孔の閉塞等が発生し、静電容量の減少や内部抵抗の増加を引き起こすこととなる。すなわち、キャパシタ４に劣化が生じる。したがって、車両２の停止後にはキャパシタ４に蓄積した電荷を放電することが好ましい。
【００３９】
補機６は、車両２に搭載された電気機器である。例えば、ナビゲーション装置やオーディオ、エアーコンディショナ、ライト、パワーステアリング、パワーウィンドウ等である。補機６は、キャパシタ４及びバッテリ５から電源を供給されて駆動する。
【００４０】
スタータ７は、電気モータを備え、車両２のエンジンを始動する始動装置である。
【００４１】
オルタネータ８は、車両２のエンジンの回転を動力源として電力を生成する機器である。また、車両２の減速時には回生ブレーキによる回生電力を生成する。
【００４２】
メインリレー９は、イグニッションスイッチＩＧＳＷのオン／オフに応じて、ＤＤＣ３に電源を供給／遮断する機器である。メインリレー９は、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオンとなりＤＤＣ３及びメインリレー９へＩＧｉｎ信号が送信されると、ＤＤＣ３にＥｎａｂｌｅ信号を送信して電源を供給する。また、ＤＤＣ３は、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなりＩＧｉｎ信号の送信が停止されると、メインリレー９にＨｏｌｄ信号を送信し、継続して電源の供給を得る。ＤＤＣ３は、この間にキャパシタの放電制御を行う。
【００４３】
次に、ＤＤＣ３の備えるＨブリッジ回路３１の構成を説明する。図３は、Ｈブリッジ回路３１の構成を示す。
【００４４】
Ｈブリッジ回路３１は、１次側のハイサイドにキャパシタ４と第１スイッチＭ１が接続され、ローサイドに第２スイッチＭ２が接続される。
【００４５】
Ｈブリッジ回路３１は、２次側のハイサイドにバッテリ５と第３スイッチＭ３が接続され、ローサイドに第４スイッチＭ４が接続される。
【００４６】
第１スイッチＭ１及び第２スイッチＭ２と第３スイッチＭ３及び第４スイッチＭ４との間に、コイルＬが接続される。第２スイッチＭ２と第４スイッチＭ４との間は、グランドに接続（接地）される。
【００４７】
第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４は、回路の短絡と開放を制御するスイッチ素子である。例えば、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（field-effect transistor；電界効果トランジスタ）である。特に、ＭＯＳ-ＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）が好ましい。すなわち、ＭＯＳ-ＦＥＴは、バイポーラトランジスタのようにバイアス電流を必要とせず、低電力だからである。また、バイポーラトランジスタはＰＮＰ又はＮＰＮという二つのＰＮ接合を縦方向に形成するのに対し、ＭＯＳ-ＦＥＴは両極上に絶縁層とゲート電極を設ければよいため、高集積化に適するからである。第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４は、各々がＤＤＣドライバ３２に接続される。したがって、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４は、ＤＤＣドライバ３２により、オン又はオフに制御される。
【００４８】
コイルＬは、通電される電流によって形成される磁場にエネルギーを蓄積する受動素子である。いわゆる、インダクタである。
【００４９】
次に、ＤＤＣドライバ３２の構成について説明する。図４は、ＤＤＣドライバ３２の構成を示す。
【００５０】
ＤＤＣドライバ３２は、制御部３２１及び記憶部３２２を備える。
【００５１】
制御部３２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭを備えたマイクロコンピュータである。制御部３２１はＤＤＣドライバ３２の全体を制御する。制御部３２１は、ＩＧ検出部３２１ａ、電源保持部３２１ｂ、充電判定部３２１ｃ、及び放電制御部３２１ｄを備える。
【００５２】
ＩＧ検出部３２１ａは、ＩＧｉｎ信号の送信の停止を検知し、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなったことを検出する。ＩＧ検出部３２１ａは、イグニッション検出手段として機能する。
【００５３】
電源保持部３２１ｂは、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなった後、キャパシタ４を放電する間、ＤＤＣ３を駆動するための電源を保持する。電源保持部３２１ｂは、電源を保持すべき旨を示すＨｏｌｄ信号をメインリレー９に送信することにより、メインリレー９がＤＤＣ３への電源を遮断しないようにする。
【００５４】
充電判定部３２１ｃは、バッテリ５に充電される充電量を判定する。充電判定部３２１ｃは、バッテリ５の電圧が所定の閾値に達したか否かにより、バッテリ５の充電量を判定する。なお、閾値は、後述の充電閾値Ｖｔｂに示される。
【００５５】
放電制御部３２１ｄは、Ｈブリッジ回路３１の第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４を制御し、キャパシタ４の電荷をバッテリ５又はグランドＧＮＤへ放電する。放電制御部３２１ｄは、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなった場合にキャパシタ４の電荷をバッテリ５へ放電するよう第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４を制御する。また、放電制御部３２１ｄは、キャパシタ４の電荷をバッテリ５へ放電した後、バッテリ５の電圧が所定の閾値に達すると、キャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤへ放電するよう第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４を制御する。さらに、放電制御部３２１ｄは、キャパシタ４の電圧が所定の閾値に達するまで、すなわち電荷が十分に放電されるまで、キャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤへ放電する。
【００５６】
これにより、バッテリ５の充電量が高く、キャパシタ４の電荷をバッテリ５へ放電が不能となっても、キャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤへ放電するので、キャパシタ４の電荷が残留することがない。キャパシタ４の電荷の残留を防止することで、キャパシタ４の劣化を防止できる。
【００５７】
記憶部３２２は、データを記憶する記憶媒体である。例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programmable Read-Only memory）やフラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部３２２は、充電閾値Ｖｔｂ、放電閾値Ｖｔｃ、及びプログラムＰを記憶する。
【００５８】
充電閾値Ｖｔｂは、バッテリ５が満充電となることを示す電圧値である。例えば、１４[ｖ]である。充電閾値Ｖｔｂは、充電判定部３２１ｃに読み出され、バッテリ５の電圧と比較される。
【００５９】
放電閾値Ｖｔｃは、キャパシタ４が十分に放電したことを示す電圧値である。例えば、３[ｖ]である。放電閾値Ｖｔｃは、放電制御部３２１ｄに読み出され、キャパシタ４の電圧と比較される。
【００６０】
プログラムＰは、制御部３２１により読み出され、制御部３２１がＤＤＣ３を制御するために実行されるファームウェアである。
【００６１】
＜１−３．動作＞
次に、Ｈブリッジ回路３１の動作について説明する。図５から図７は、キャパシタ４の電荷がＨブリッジ回路３１を通電し、バッテリ５又はグランドＧＮＤへ放電されるスイッチング状態を示す。
【００６２】
図５は、キャパシタ４の電荷がバッテリ５へ放電される第１スイッチング状態を示す。第１スイッチング状態は、ＤＤＣドライバ３２が、第１スイッチＭ１及び第２スイッチＭ２をオンとし、第３スイッチＭ３及び第４スイッチＭ４をオフとして形成されるスイッチング状態である。
【００６３】
第１スイッチング状態が形成されると、キャパシタ４の電荷は第１スイッチＭ１、コイルＬ、及び第３スイッチＭ３を通りバッテリ５へ通電される。
【００６４】
図６は、キャパシタ４の電荷がグランドＧＮＤへ放電される第２スイッチング状態を示す。第２スイッチング状態は、ＤＤＣドライバ３２が、第１スイッチＭ１及び第４スイッチＭ４をオンとし、第２スイッチＭ２及び第３スイッチＭ３をオフとして形成されるスイッチング状態である。
【００６５】
第２スイッチング状態が形成されると、キャパシタ４の電荷は第１スイッチＭ１、コイルＬ、及び第４スイッチＭ４を通りグランドＧＮＤへ通電される。
【００６６】
なお、第１スイッチング状態と第２スイッチング状態とが切替えて形成されることで、すなわち、第３スイッチＭ３をオン及びオフを切替えることで、キャパシタ４への昇圧制御となる。
【００６７】
図７は、Ｈブリッジ回路３１のローサイドで電流が還流される第３スイッチング状態を示す。第３スイッチング状態は、ＤＤＣドライバ３２が、第４スイッチＭ４をオンとし、第１スイッチＭ１、第２スイッチＭ２及び第３スイッチＭ３をオフとして形成される回路である。
【００６８】
第３スイッチング状態が形成されると、キャパシタ４の電荷はいずれにも通電されず、第２スイッチＭ２のボディーダイオード（寄生ダイオード）が電流ＩＲを発生させ、発生した電流ＩＲがコイルＬ及び第４スイッチＭ４を通り、グランドＧＮＤへ通電される。
【００６９】
なお、第２スイッチング状態と第３スイッチング状態とが切替えて形成されることで、すなわち、第４スイッチＭ４のオン及びオフを切替えることで、キャパシタ４からグランドＧＮＤへの降圧制御となる。
【００７０】
次に、Ｈブリッジ回路３１の第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４のスイッチング状態とキャパシタ４及びバッテリ５の電圧の推移等を説明する。図８は、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４のスイッチング状態とキャパシタ４及びバッテリ５の電圧の推移等を示すタイミングチャートである。
【００７１】
まず、時間ｔ１において、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなる。この時点で、キャパシタ電圧ＶＣＡＰは１０［ｖ］、バッテリ電圧ＶＢＡＴは１２［ｖ］とする。
【００７２】
次に、時間ｔ２において、第２スイッチング状態が形成される。すなわち、第１スイッチＭ１がオン、第２スイッチＭ２がオフ、第３スイッチＭ３がオフ、及び第４スイッチＭ４がオンとなる。
【００７３】
第２スイッチング状態が形成されることで、キャパシタから流出する電流値であるキャパシタ電流ＩＣＡＰがグランドＧＮＤへ通電される。これにより、コイルに流れる電流値であるコイル電流ＩＬ及びキャパシタ電流ＩＣＡＰが発生し、両電流値が上昇する。なお、キャパシタ電流ＩＣＡＰはグランドＧＮＤへ通電されるため、バッテリへ流入するバッテリ電流ＩＢＡＴは発生しない。そしてこの時点で、キャパシタの電圧値であるキャパシタ電圧ＶＣＡＰが低下を始める。すなわち、キャパシタ４に蓄積した電荷の放電が行われる。
【００７４】
時間ｔ３において、第１スイッチング状態が形成される。すなわち、第１スイッチＭ１がオン、第２スイッチＭ２がオフ、第３スイッチＭ３がオン、及び第４スイッチＭ４がオフとなる。
【００７５】
第１スイッチング状態が形成されることで、キャパシタ電流ＩＣＡＰがバッテリ５へ通電される。したがって、バッテリ電流ＩＢＡＴの電流値が上昇後、コイルの作用により徐々に低下する。また、コイル電流ＩＬ及びキャパシタ電流ＩＣＡＰもコイルの作用により徐々に低下する。そしてこの時点で、キャパシタ電圧ＶＣＡＰがさらに低下し、バッテリ電圧ＶＢＡＴが上昇を始める。
【００７６】
時間ｔ４以後、第２スイッチング状態と第３スイッチング状態とが、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電閾値Ｖｔｂに達するまで、交互に繰り返される。これにより、コイル電流ＩＬ及びキャパシタ電流ＩＣＡＰを緩やかに上昇及び下降させて一定の電流値に保つことで、大電流の発生を防止し、バッテリ５やＨブリッジ回路３１の破損を防止できる。
【００７７】
なお、前述の通り、キャパシタ４の放電の開始時点では、キャパシタ電圧ＶＣＡＰは１０[ｖ]、バッテリ電圧ＶＢＡＴは１２[ｖ]程度であるため、キャパシタ電圧ＶＣＡＰはバッテリ電圧ＶＢＡＴより低い値となる。したがって、第２スイッチング状態と第１スイッチング状態とを交互に繰り返す昇圧制御をすることで、キャパシタ電流ＩＣＡＰをバッテリ５へ円滑に通電できる。
【００７８】
時間ｔ１４において、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電閾値Ｖｔｂに達すると、第３スイッチング状態が形成され、放電制御の方法が切替えられる。すなわち、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４が全てオフとなる。時間ｔ１４以後は、バッテリ５が満充電となっているので、キャパシタ電流ＩＣＡＰをバッテリ５へは通電させず、グランドＧＮＤへ通電させる。これにより、バッテリ５が満充電となった後も、キャパシタ４の電荷を放電することができる。
【００７９】
時間ｔ１５において、再度第２スイッチング状態が形成され、キャパシタ電流ＩＣＡＰをグランドＧＮＤへ通電させる。
【００８０】
時間ｔ１６以後、キャパシタ電圧ＶＣＡＰが放電閾値Ｖｔｃである３[ｖ]に達するまで、第３スイッチング状態と第２スイッチング状態とが交互に繰り返される。また、第３スイッチング状態と第２スイッチング状態とを交互に繰り返すことにより、キャパシタ４からグランドＧＮＤへの降圧制御を行うことができる。したがって、キャパシタ４の降圧制御を行いつつ、キャパシタ４の電荷を放電させる。すなわち、グランドＧＮＤの電圧は０[ｖ]となるため、キャパシタ４を降圧させることで、グランドＧＮＤの電圧値に近づけて大電流の発生を防止するためである。
【００８１】
時間ｔ３０において、キャパシタ電圧ＶＣＡＰが放電閾値Ｖｔｃに達すると、キャパシタ４は十分に放電できたと判断できるため、放電制御を停止する。そして、電源制御システムをシャットダウンする。
【００８２】
このように、時間ｔ１からバッテリ電圧ＶＢＡＴが充電閾値Ｖｔｂに達する時間ｔ１４までが、キャパシタ４の電荷をバッテリ５へ放電する第１放電制御となる。また、時間ｔ１４からキャパシタ電圧ＶＣＡＰが放電閾値Ｖｔｃに達する時間ｔ３０までが、キャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤへ放電する第２放電制御となる。
【００８３】
また、キャパシタ電流ＩＣＡＰをＨブリッジ回路３１のコイルＬに常に通電することで、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４までのスイッチングによりデューティ制御を行ってキャパシタ電流ＩＣＡＰを制限できる。このため、大電流の発生や電子部品の消費電力が過大となることを防止できる。
【００８４】
＜１−４．処理＞
次に、ＤＤＣドライバ３２の処理工程を説明する。図９は、ＤＤＣドライバ３２の処理工程を示すフローチャートである。図９に示す処理は、所定周期で繰り返し実行される。
【００８５】
まず、ＩＧ検出部３２１ａが、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなったか否か判断する（ステップＳ１１）。ＩＧ検出部３２１ａは、前述の通り、ＩＧｉｎ信号が停止したか否かによりかかる判断を行う。
【００８６】
ＩＧ検出部３２１ａがイグニッションスイッチＩＧＳＷはオフとなっていないと判断すると（ステップＳ１１でＮｏ）、処理は終了する。放電制御は必要ないからである。
【００８７】
一方、ＩＧ検出部３２１ａがイグニッションスイッチＩＧＳＷはオフとなったと判断すると（ステップＳ１１でＹｅｓ）、放電制御部３２１ｄが、キャパシタ電圧ＶＣＡＰが放電閾値Ｖｔｃより大きいか否か判断する（ステップＳ１２）。なお、この際、電源保持部３２１ｂが、メインリレー９にＨｏｌｄ信号を送信し、イグニッションスイッチＩＧＳＷはオフとなった後も電源の供給が継続されるようにする。
【００８８】
放電制御部３２１ｄがキャパシタ電圧ＶＣＡＰは放電閾値Ｖｔｃより大きいと判断すると（ステップＳ１２でＹｅｓ）、充電判定部３２１ｃが、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電閾値Ｖｔｂより小さいか否か判断する（ステップＳ１３）。
【００８９】
充電判定部３２１ｃがバッテリ電圧ＶＢＡＴは充電閾値Ｖｔｂより小さいと判断すると（ステップＳ１３でＹｅｓ）、放電制御部３２１ｄが、第１放電制御を実行する（ステップＳ１４）。この場合、キャパシタ４に電荷が残留しており、バッテリ５は充電の余地がある状態である。なお、前述の通り、第１放電制御は、第２スイッチング状態と第１スイッチング状態とを交互に繰り返す、時間ｔ１から時間ｔ１４までの制御状態である。
【００９０】
一方、充電判定部３２１ｃがバッテリ電圧ＶＢＡＴは充電閾値Ｖｔｂより小さくないと判断すると（ステップＳ１３でＮｏ）、放電制御部３２１ｄが、第２放電制御を実行する（ステップＳ１５）。この場合、キャパシタ４に電荷が残留しているが、バッテリ５は充電の余地がない状態である。なお、前述の通り、第２放電制御は、第３スイッチング状態と第２スイッチング状態とを交互に繰り返す、時間ｔ１４から時間ｔ３０までの制御状態である。
【００９１】
放電制御部３２１ｄが第１放電制御又は第２放電制御を実行すると、処理はステップＳ１２に戻り、再度、放電制御部３２１ｄがキャパシタ電圧ＶＣＡＰは放電閾値Ｖｔｃより大きいか否か判断する（ステップＳ１２）。
【００９２】
放電制御部３２１ｄは、キャパシタ電圧ＶＣＡＰが放電閾値Ｖｔｃより大きくないと判断すると（ステップＳ１２でＮｏ）、すなわちキャパシタ４の電荷は十分に放電されたと判断すると、放電制御を停止させる（ステップＳ１６）。放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４までをオフとすることで、放電制御を停止させる。放電制御部３２１ｄが放電制御を停止させると、処理は終了する。
【００９３】
次に、ステップＳ１４における第１放電制御の詳細について説明する。図１０は、第１放電制御の詳細な処理工程を示すフローチャートである。
【００９４】
ステップＳ１４が開始すると、放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１をオン（ステップＳ１４ａ）、第２スイッチＭ２及び第３スイッチＭ３をオフ（ステップＳ１４ｂ、ステップＳ１４ｃ）、第４スイッチＭ４をオンとする（ステップＳ１４ｄ）。次に、放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４までのスイッチ状態、すなわち第２スイッチング状態を維持しつつ、所定時間が経過するまで待機する（ステップＳ１４ｅ）。
【００９５】
放電制御部３２１ｄは、所定時間が経過したと判断すると（ステップＳ１４ｅでＹｅｓ）、第１スイッチＭ１をオン（ステップＳ１４ｆ）、第２スイッチＭ２をオフ（ステップＳ１４ｇ）、第３スイッチＭ３をオン（ステップＳ１４ｈ）、第４スイッチＭ４をオフ（ステップＳ１４ｉ）とする。次に、放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４までのスイッチ状態、すなわち第１スイッチング状態を維持しつつ、所定時間が経過するまで待機する（ステップＳ１４ｊ）。放電制御部３２１ｄが所定時間は経過したと判断すると（ステップＳ１４ｊでＹｅｓ）、処理は図９の処理に戻る。
【００９６】
このように、放電制御部３２１ｄが第２スイッチング状態と第１スイッチング状態とを繰り返し形成することで、昇圧制御を行いつつキャパシタ４の電荷をバッテリ５に放電できる。
【００９７】
次に、ステップＳ１５における第２放電制御の詳細について説明する。図１１は、第２放電制御の詳細な処理工程を示すフローチャートである。
【００９８】
ステップＳ１５が開始すると、放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１をオン（ステップＳ１５ａ）、第２スイッチＭ２及び第３スイッチＭ３をオフ（ステップＳ１５ｂ、ステップＳ１５ｃ）、第４スイッチＭ４をオンとする（ステップＳ１５ｄ）。次に、放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４までのスイッチ状態、すなわち第３スイッチング状態を維持しつつ、所定時間が経過するまで待機する（ステップＳ１５ｅ）。
【００９９】
放電制御部３２１ｄは、所定時間が経過したと判断すると（ステップＳ１５ｅでＹｅｓ）、第１スイッチＭ１をオン（ステップＳ１５ｆ）、第２スイッチＭ２をオフ（ステップＳ１５ｇ）、第３スイッチＭ３をオフ（ステップＳ１５ｈ）、第４スイッチＭ４をオン（ステップＳ１５ｉ）とする。次に、放電制御部３２１ｄは、第１スイッチＭ１から第４スイッチＭ４までのスイッチ状態、すなわち第２スイッチング状態を維持しつつ、所定時間が経過するまで待機する（ステップＳ１５ｊ）。放電制御部３２１ｄが所定時間は経過したと判断すると（ステップＳ１５ｊでＹｅｓ）、処理は図９の処理に戻る。
【０１００】
このように、放電制御部３２１ｄが第３スイッチング状態と第２スイッチング状態とを繰り返し形成することで、降圧制御を行いつつキャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤに放電できる。
【０１０１】
以上の通り、第１の実施の形態に係るＤＤＣ３は、車両２に備えられたキャパシタ４に蓄積された電荷を、車両２に搭載された補機６を駆動するバッテリ５へ放電させる第１放電制御と、第１放電制御中にバッテリ５の充電量が所定の閾値に達した場合にキャパシタ４の電荷をグランドＧＮＤへ放電させる第２放電制御とを実行する。これにより、バッテリ５が満充電となった後にもキャパシタ４の電荷を放電させることができる。したがって、キャパシタ４に電荷を残留させることがなく、キャパシタ４の劣化を防止できる。
【０１０２】
なお、キャパシタ４の放電は、本実施の形態のようにＨブリッジ回路３１を介さずとも、スイッチ素子等でキャパシタ４とグランドＧＮＤを短絡する経路を構成することでも可能となる。しかし、２つの電源を制御する電源制御システム１は、副電源として大容量のキャパシタ４を備えるため、放電ピーク電流が制限できず極めて大きくなる。この場合、システムに備わる電子部品の焼損破壊を招く恐れがある。したがって、本実施の形態は、上記の通り、別途放電経路を設ける必要がないうえ、放電電流を制限、すなわちコントロールすることで大電流の発生を回避し、電子部品の焼損破壊を防止できる。
【０１０３】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は第１の実施の形態と同様の構成を含む。このため、以下に第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【０１０４】
＜２−１．概要＞
上記の第１の実施の形態では、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなった場合にキャパシタ４の電荷の放電制御を行った。第２の実施の形態では、電源制御システムに異常が発生した場合に放電制御を行う。特に、補機６を制御する電子制御装置に搭載されるマイクロコンピュータの異常が発生した場合に放電制御を行う。これにより、異常発生に対応して電源制御システムが停止される前、すなわちキャパシタ４の充放電制御が停止される前に確実にキャパシタ４の電荷を放電できる。したがって、キャパシタ４の充放電制御が停止されてもキャパシタ４の劣化を防止できる。
【０１０５】
＜２−２．構成＞
図１２は、第２の実施の形態に係るＤＤＣ３の備えるＤＤＣドライバ３２の構成を示す。前述の第１の実施の形態に係るＤＤＣドライバ３２は、制御部３２１にＩＧ検出部３２１ａを備えた。これに対し、第２の実施の形態に係るＤＤＣドライバ３２は、制御部３２１に異常検出部３２１ｅを備える。
【０１０６】
異常検出部３２１ｅは、電源制御システムに発生した異常を検出する。すなわち、異常検出部３２１ｅは、補機６を制御する電子制御装置に搭載されるマイクロコンピュータに異常が発生した場合に、かかるマイクロコンピュータが送信する異常発生信号を受信することで、電源制御システムに異常が発生したことを検出する。異常検出部３２１ｅは、異常検出手段として機能する。
【０１０７】
＜２−３．処理＞
図１３は、第２の実施の形態に係るＤＤＣドライバ３２の処理工程を示すフローチャートである。
【０１０８】
まず、異常検出部３２１ｅが、補機６を制御する電子制御装置に搭載されるマイクロコンピュータに異常が発生したか否か判断する（ステップＳ２１）。
【０１０９】
異常検出部３２１ｅが異常は発生していないと判断すると（ステップＳ２１でＮｏ）、ＤＤＣドライバ３２は、放電制御は行わず、補機６等が正常に駆動するよう電源制御を継続して行う（ステップＳ２２）。
【０１１０】
一方、異常検出部３２１ｅが異常は発生したと判断すると（ステップＳ２１でＹｅｓ）、前述の通り、ステップＳ１２からステップＳ１６までの一連の処理が実行され、キャパシタ４の電荷がバッテリ５及びグランドＧＮＤへ放電される。
【０１１１】
以上の通り、第２の実施の形態のＤＤＣ３は、電源制御システムに異常が発生した場合にキャパシタ４の電荷の放電制御を行う。これにより、異常発生に対応して電源制御システムが停止される前に確実にキャパシタ４の電荷を放電し、キャパシタ４の劣化を防止できる。
【０１１２】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は第１の実施の形態と同様の構成を含む。このため、以下に第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【０１１３】
＜３−１．概要＞
上記の第１の実施の形態では、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオフとなった場合にキャパシタ４の電荷の放電制御を行った。第３の実施の形態では、キャパシタ４が交換される場合に放電制御を行う。キャパシタ４の交換前に確実にキャパシタ４の電荷を放電することで、キャパシタ４の交換及び取外しの際に、作業者の感電や電子部品の焼損を防止できる。すなわち、キャパシタ４の交換及び取外し作業の安全性を向上できる。
【０１１４】
＜３−２．構成＞
図１４は、第３の実施の形態に係るＤＤＣ３の備えるＤＤＣドライバ３２の構成を示す。前述の第１の実施の形態に係るＤＤＣドライバ３２は、制御部３２１にＩＧ検出部３２１ａを備えた。これに対し、第３の実施の形態に係るＤＤＣドライバ３２は、制御部３２１に交換検出部３２１ｆを備える。
【０１１５】
交換検出部３２１ｆは、キャパシタ４が交換及び取外しされることを検出する。すなわち、交換検出部３２１ｆは、作業者がキャパシタ４を交換及び取外しする際に制御部３２１へ予め入力する交換信号を受信することで、キャパシタ４が交換及び取外しされることを検出する。作業者は、キャパシタ４を取外す前に、イグニッションスイッチＩＧＳＷをオンさせ、制御部３２１のマイクロコンピュータのフラッシュメモリの書き換えにより、交換信号を入力する。交換検出部３２１ｆは、交換検出手段として機能する。
【０１１６】
＜３−３．処理＞
図１５は、第３の実施の形態に係るＤＤＣドライバ３２の処理工程を示すフローチャートである。
【０１１７】
まず、交換検出部３２１ｆが、マイクロコンピュータのフラッシュメモリの書き換えにより、交換信号が入力されたか否か判断する（ステップＳ３１）。
【０１１８】
交換検出部３２１ｆが交換信号は入力されていないと判断すると（ステップＳ３１でＮｏ）、ＤＤＣドライバ３２は何ら制御を行わず、処理は終了する。
【０１１９】
一方、交換検出部３２１ｆが交換信号は入力されたと判断すると（ステップＳ３１でＹｅｓ）、前述の通り、ステップＳ１２からステップＳ１６までの一連の処理が実行され、キャパシタ４の電荷がバッテリ５及びグランドＧＮＤへ放電される。
【０１２０】
以上の通り、第２の実施の形態のＤＤＣ３は、キャパシタ４が交換される場合にキャパシタ４の電荷の放電制御を行う。これにより、キャパシタ４の交換及び取外しの際の作業者の感電や電子部品の焼損を防止し、キャパシタ４の交換及び取外し作業の安全性を向上できる。
【０１２１】
＜４．変形例＞
本発明は上記実施の形態に限定されることはない。本発明は変形可能である。以下、本発明の変形例を説明する。なお、上記及び以下に説明する実施の形態は、適宜組み合わせ可能である。
【０１２２】
上記実施の形態では、車両２に備わる電気機器の主要な電源として、電極に鉛を用いたバッテリ５を示した。しかし、電源はバッテリ５でなくともよい。車両２に備わる電気機器の電源となり得る二次電池であればよい。例えば、シリコンバッテリである。
【０１２３】
また、上記実施の形態では、車両２に備わる電気機器の補助的な電源として、キャパシタ４を示した。しかし、補助電源はキャパシタ４でなくともよい。車両２に備わる電気機器の補助電源となり得る二次電池であればよい。例えば、リチウムイオンバッテリやニッケル・水素充電池である。
【０１２４】
また、上記実施の形態では、電源制御システム１は車両に搭載されると説明した。しかし、電源制御システム１は二輪車、鉄道、航空機、及び船舶等の輸送用機器に搭載されてもよい。さらに、エレベータやエスカレータ等の昇降機に搭載されてもよい。要するに、電源及び電気負荷と接続され、電源に対する放充電制御及び電気負荷に対する通電制御を行うものであればよい。
【０１２５】
また、ハードウェアとして説明した構成をソフトウェアで実現してもよい。一方、ソフトウェアとして説明した機能をハードウェアで実現してもよい。また、ハードウェア又はソフトウェアをハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１    電源制御システム
２    車両
３    コンバータ
４    キャパシタ
５    バッテリ
６    補機
７    スタータ
８    オルタネータ
９    メインリレー
【図１】
2017184543.tif 000003
【図２】
2017184543.tif 000004
【図３】
2017184543.tif 000005
【図４】
2017184543.tif 000006
【図５】
2017184543.tif 000007
【図６】
2017184543.tif 000008
【図７】
2017184543.tif 000009
【図８】
2017184543.tif 000010
【図９】
2017184543.tif 000011
【図１０】
2017184543.tif 000012
【図１１】
2017184543.tif 000013
【図１２】
2017184543.tif 000014
【図１３】
2017184543.tif 000015
【図１４】
2017184543.tif 000016
【図１５】
2017184543.tif 000017