特許 6173241 電力供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6173241

(24)【登録日】2017年7月14日

(45)【発行日】2017年8月2日

(54)【発明の名称】電力供給装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170724BHJP

   B60R 16/02 20060101ALI20170724BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20170724BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 302B

   H02J7/00 302C

   B60R16/02

   H02J7/34 B

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-51752(P2014-51752)

(22)【出願日】2014年3月14日

(65)【公開番号】特開2015-177625(P2015-177625A)

(43)【公開日】2015年10月5日

【審査請求日】2016年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101786

【弁理士】

【氏名又は名称】奥村 秀行

(72)【発明者】

【氏名】中林 幸一

【審査官】 竹下 翔平

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１０７６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／００７５４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１５５７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２３１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１２００９７３８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００９００６６６５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２４８４１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００−３／１２

７／００−１３／００

１５／００−１５／４２

Ｂ６０Ｒ １６／００−１７／０２

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電部が一端に接続された第１電力経路と、
第１負荷が一端に接続された第２電力経路と、
発電機と直流電源と第２負荷とがそれぞれ一端に接続された第３電力経路と、
前記第１ないし第３電力経路の各他端同士が接続された接続点と、
前記第３電力経路に設けられ、前記第３電力経路をオン状態で閉路させてオフ状態で開路させるスイッチング素子と、を備えた電力供給装置において、
前記スイッチング素子のスイッチング動作をチョッパ制御するスイッチ制御部と、
前記第２電力経路に設けられ、前記第１負荷への供給電圧を計測する第１電圧測定器と、をさらに備え、
前記スイッチ制御部は、前記第１電圧測定器の計測結果に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間とオフ期間の割合を変更する、ことを特徴とする電力供給装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力供給装置において、
前記第１電力経路に設けられ、前記蓄電部を充放電するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御するＤＣ−ＤＣ制御部と、をさらに備え、
前記発電機で回生電力が発生する際に、
前記スイッチ制御部は、前記スイッチング素子をオンし、
前記ＤＣ−ＤＣ制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御して、 前記回生電力で前記蓄電部を充電させ、
前記発電機で前記回生電力が発生しないときに、
前記スイッチ制御部は、前記スイッチング素子をオンし、または繰り返しオン・オフし、
前記ＤＣ−ＤＣ制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御して、前記蓄電部を放電させる、ことを特徴とする電力供給装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電力供給装置において、
前記スイッチ制御部は、
前記第１電圧測定器の計測電圧が下がるに連れて、前記スイッチング素子のオン期間を短くし、
前記第１電圧測定器の計測電圧が上がるに連れて、前記スイッチング素子のオン期間を長くする、ことを特徴とする電力供給装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電力供給装置において、
前記第１電圧測定器の計測電圧が第１基準値以上である場合に、前記スイッチ制御部は、前記スイッチング素子をオンし、
前記第１電圧測定器の計測電圧が第１基準値より低い場合に、前記スイッチ制御部は、前記スイッチング素子を繰り返しオン・オフする、ことを特徴とする電力供給装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電力供給装置において、
前記第１負荷には、供給電力が低下しないように保護する必要がある被保護負荷が含まれ、
前記第２負荷には、電動機が含まれ、
前記スイッチ制御部は、前記電動機の駆動時に、前記スイッチング素子を繰り返しオン・オフする、ことを特徴とする電力供給装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電力供給装置において、
前記第１電力経路に設けられ、前記蓄電部の電圧を計測する第２電圧測定器をさらに備え、
前記第２電圧測定器の計測電圧が第２基準値より低い場合に、前記スイッチ制御部は、前記スイッチング素子をオフする、ことを特徴とする電力供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電部やバッテリの電力を負荷に供給する電力供給装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料消費率（燃費）を向上させるため、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有する車両が開発されている。この種の車両には、車両の減速時に発生した回生電力を蓄電部に蓄電し、蓄電部の電力とバッテリの電力を負荷に供給する電力供給装置が設けられている。

【0003】

たとえば、特許文献１の電力供給装置では、バッテリから電装品などの負荷までの電力経路に、スイッチが設けられている。スイッチと負荷の間の電力経路には、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電部の一端が接続されている。バッテリには、発電機とスタータモータが並列に接続されている。スタータモータも電力で駆動される電気的な負荷である。スイッチとＤＣ−ＤＣコンバータの動作は、制御回路で制御される。

【0004】

車両の減速により、発電機で回生電力が発生するときは、スイッチがオンされて、ＤＣ−ＤＣコンバータが回生電力により蓄電部を充電する。発電機で回生電力が発生しないときは、スイッチがオンされて、ＤＣ−ＤＣコンバータが蓄電部を放電する。この放電時に、特許文献１では、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作でき、かつバッテリの電圧が瞬時低下する既定期間に亘り蓄電部が負荷を駆動し続けることができる電圧まで、蓄電部を放電する。

【0005】

車両に搭載された負荷のうち、ナビゲーションやエアコンや安全装置などに対しては、アイドリングストップ中も電力を供給する必要があり、かつアイドリングストップ後のエンジンの再始動時に、供給電圧が下がらないように保護する必要がある。このため、特許文献１では、アイドリングストップ後のエンジン再始動時に、スタータモータを駆動することでバッテリの電圧が瞬時低下する際は、スイッチがオフされて、負荷と蓄電部とがバッテリとスタータモータとから電気的に切り離される。そして、蓄電部の電力が、ＤＣ−ＤＣコンバータを経由して、負荷に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−１５５７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

車両のエンジンを始動するため、スタータモータがバッテリの電力で駆動される際、バッテリの電力が大量に放電される。このため、エンジンの始動（スタータモータの駆動）の繰り返しは、バッテリの大量放電の繰り返しとなり、バッテリの寿命を低下させてしまう。

【0008】

スイッチをオンして、蓄電部の電力の供給範囲をより広げれば、バッテリの放電を抑えられる。しかし、スタータモータの駆動時に、スイッチがオンされていると、負荷への供給電圧が低下して、負荷の駆動が停止してしまうことがある。

【0009】

本発明は、上記問題を解決するものであり、その課題は、蓄電部の電力を複数の供給先に分配供給しつつ、供給先に応じて電力供給量を変えることができる電力供給装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明による電力供給装置は、蓄電部が一端に接続された第１電力経路と、第１負荷が一端に接続された第２電力経路と、発電機と直流電源と第２負荷とがそれぞれ一端に接続された第３電力経路と、第１ないし第３電力経路の各他端同士が接続された接続点と、第３電力経路に設けられ、第３電力経路をオン状態で閉路させてオフ状態で開路させるスイッチング素子と、スイッチング素子のスイッチング動作をチョッパ制御するスイッチ制御部と、第２電力経路に設けられ、第１負荷への供給電圧を計測する第１電圧測定器とを備えている。スイッチ制御部は、第１電圧測定器の計測結果に基づいて、スイッチング素子のオン期間とオフ期間の割合を変更する。

【0011】

上記によると、スイッチング素子のスイッチング動作をチョッパ制御することで、蓄電部の電力を第１負荷に供給しつつ、当該電力を第２負荷に制限しながら供給することができる。つまり、第２負荷に供給する電力を制限した分、第１負荷に供給する電力を多く確保することができる。よって、蓄電部の電力を複数の供給先に分配供給しつつ、供給先に応じて電力供給量を変えることが可能となる。この結果、直流電源の放電を抑制することができるとともに、第１負荷に安定に電力を供給して、第１負荷の駆動を継続させることができる。

【0012】

また、本発明では、上記電力供給装置において、第１電力経路に設けられ、蓄電部を充放電するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御するＤＣ−ＤＣ制御部とをさらに備えてもよい。この場合、発電機で回生電力が発生する際に、スイッチ制御部は、スイッチング素子をオンし、ＤＣ−ＤＣ制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御して、回生電力で蓄電部を充電させる。また、発電機で回生電力が発生しないときに、スイッチ制御部は、スイッチング素子をオンし、または繰り返しオン・オフし、ＤＣ−ＤＣ制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御して、蓄電部を放電させる。

【0014】

また、本発明では、スイッチ制御部は、第１電圧測定器の計測電圧が下がるに連れて、スイッチング素子のオン期間を短くし、第１電圧測定器の計測電圧が上がるに連れて、スイッチング素子のオン期間を長くしてもよい。

【0015】

また、本発明では、上記電力供給装置において、第１電圧測定器の計測電圧が第１基準値以上である場合に、スイッチ制御部は、スイッチング素子をオンし、第１電圧測定器の計測電圧が第１基準値より低い場合に、スイッチ制御部は、スイッチング素子を繰り返しオン・オフしてもよい。

【0016】

また、本発明では、上記電力供給装置において、第１負荷には、供給電力が低下しないように保護する必要がある被保護負荷が含まれ、第２負荷には、電動機が含まれていてもよい。そして、スイッチ制御部は、電動機の駆動時に、スイッチング素子を繰り返しオン・オフしてもよい。

【0017】

さらに、本発明では、上記電力供給装置において、第１電力経路に設けられ、蓄電部の電圧を計測する第２電圧測定器をさらに備えていてもよい。そして、第２電圧測定器の計測電圧が第２基準値より低い場合に、スイッチ制御部は、スイッチング素子をオフしてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、蓄電部の電力を複数の供給先に分配供給しつつ、供給先に応じて電力供給量を変えることができる、電力供給装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態による電力供給装置の回路構成を示した図である。

【図2】回生電力発生時の図１の回路の動作を示した図である。

【図3】非発電時に被保護負荷の供給電圧と蓄電部の電圧が低下していない場合の、図１の回路の動作の一例を示した図である。

【図4】非発電時に被保護負荷の供給電圧が低下した場合の、図１の回路の動作の一例を示した図である。

【図5】アイドリングストップ後のスタータモータ駆動時の、図１の回路の動作を示した図である。

【図6】非発電時に蓄電部の電圧が低下した場合の、図１の回路の動作を示した図である。

【図7】通常走行による発電時の図１の回路の他の動作例を示した図である。

【図8】図１の電力供給装置の動作を示したメインフローチャートである。

【図9】図８のステップＳ２の充電制御の詳細を示したフローチャートである。

【図10】図８のステップＳ４の放電制御の詳細を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

【0021】

まず、本発明の実施形態による電力供給装置１００とこの周辺部の回路構成を、図１を参照しながら説明する。なお、図１において、実線は電力系配線を示し、破線は制御系配線または通信系配線を示している（図２〜図７においても同様）。

【0022】

図１に示す、電力供給装置１００、バッテリ１１、蓄電部１２、スタータモータ１４、発電機１５、被保護負荷１６、負荷１７、および上位ＥＣＵ（電子制御装置）１８は、車両に搭載されている。その車両は、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有している。

【0023】

バッテリ１１は、たとえば満充電電圧が１２Ｖの鉛バッテリから成り、本発明の「直流電源」の一例である。蓄電部１２は、たとえば満充電電圧が２４Ｖの電気二重層キャパシタから成る。他の例として、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、またはニッケル水素充電池などから、蓄電部１２を構成してもよい。

【0024】

スタータモータ１４は、図示しない車両のエンジンを始動するために駆動される。スタータモータ１４には、駆動時に大電流が流れる。スタータモータ１４は、本発明の「電動機」の一例である。発電機１５は、たとえばＡＣジェネレータなどから成り、エンジンによって駆動され、電力を発生する。たとえば、車両の通常走行時に、バッテリ１１の電圧が低下した場合は、エンジンの駆動力により、発電機１５を駆動して発電を行う。また、アクセルペダルが解放されたときなどの車両の減速時にも、エンジンの駆動力により、発電機１５を駆動して発電を行う。この減速時の発電機１５が発生した電力を回生電力と呼ぶ。なお、通常走行時に、バッテリ１１の電圧が十分である場合には、発電機１５による発電は行わない。

【0025】

被保護負荷１６は、車両のアイドリングストップ中も電力を供給する必要があり、かつアイドリングストップ後のエンジンの再始動時に、供給電圧が下がらないように保護する必要がある電装品から成る。被保護負荷１６には、たとえば、ナビゲーション、オーディオ、エアコン、メータ、トランスミッション、および安全装置などが含まれている。負荷１７は、車両のアイドリングストップ中に使用しない電装品から成る。負荷１７には、たとえば、ヘッドライトなどが含まれている。

【0026】

上位ＥＣＵ１８は、ＣＡＮ（Controller Area Network）により、電力供給装置１００と接続されている。上位ＥＣＵ１８は、車両の状態を示す情報などを電力供給装置１００に対して送信する。

【0027】

電力供給装置１００は、電力経路Ｌ１〜Ｌ３、接続点Ｐ、接続端子Ｃ１〜Ｃ３、制御部４、スイッチング素子５、ＤＣ−ＤＣコンバータ６、および電圧測定器７、８を備えている。

【0028】

第１電力経路Ｌ１の一端は、第１接続端子Ｃ１に接続されている。第１接続端子Ｃ１には、蓄電部１２の一端が接続されている。蓄電部１２の他端は、グランドに接地されている。第２電力経路Ｌ２の一端は、第２接続端子Ｃ２に接続されている。第２接続端子Ｃ２には、被保護負荷１６の一端が接続されている。被保護負荷１６の他端は、グランドに接地されている。被保護負荷１６は、本発明の「第１負荷」の一例である。

【0029】

第３電力経路Ｌ３の一端は、第３接続端子Ｃ３に接続されている。第３接続端子Ｃ３には、バッテリ１１、発電機１５、および負荷１７のそれぞれの一端が接続されているとともに、スタータモータ１４の一端がリレースイッチ１３を介して接続されている。バッテリ１１、発電機１５、スタータモータ１４、および負荷１７のそれぞれの他端は、グランドに接地されている。したがって、発電機１５、スタータモータ１４、および負荷１７は、バッテリ１１と並列に接続されている。スタータモータ１４と負荷１７は、本発明の「第２負荷」の一例である。

【0030】

第１ないし第３電力経路Ｌ１〜Ｌ３の各他端同士は、接続点Ｐで接続されている。第１電力経路Ｌ１には、ＤＣ−ＤＣコンバータ６が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、双方向の昇降圧機能を有している。

【0031】

第３電力経路Ｌ３には、スイッチング素子５が設けられている。スイッチング素子５は、寄生ダイオードが並列に接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から成る。スイッチング素子５において、ソースは、寄生ダイオードのカソードと接続点Ｐとに接続され、ドレインは、寄生ダイオードのアノードと第３接続端子Ｃ３とに接続されている。スイッチング素子５のゲートには、スイッチ制御部４ｂから駆動信号が印加される。

【0032】

制御部４は、ＣＰＵとメモリから成る。制御部４には、ＣＡＮ通信部４ａ、スイッチ制御部４ｂ、およびＤＣ−ＤＣ制御部４ｃが設けられている。

【0033】

ＣＡＮ通信部４ａは、上位ＥＣＵ１８との間でＣＡＮ通信を行う。たとえば、ＣＡＮ通信部４ａは、上位ＥＣＵ１８から送信された車両の状態を示す情報、信号、および動作指示などを受信し、上位ＥＣＵ１８に対して種々の情報と信号を送信する。

【0034】

スイッチ制御部４ｂは、スイッチング素子５のゲートにＰＷＭ信号を印加して、スイッチング素子５をスイッチング動作（オン・オフ）させる。具体的には、スイッチング素子５が図１のようなＰチャンネル型のＦＥＴの場合、ゲートに印加されるＰＷＭ信号のローレベル期間でスイッチング素子５がオンして、第３電力経路Ｌ３が閉路される。また、ゲートに印加されるＰＷＭ信号のハイレベル期間でスイッチング素子５がオフして、第３電力経路Ｌ３が開路される。

【0035】

このように、スイッチング素子５をＰＷＭ信号で駆動することで、スイッチング素子５のオフ・オフが繰り返されて、第３電力経路Ｌ３に電流が流れる。その際、単位時間におけるスイッチング素子５のオン期間とオフ期間の割合（ＰＷＭ信号のデューティ比）を変化させることで、第３電力経路Ｌ３の電力供給量が可変となる。つまり、スイッチ制御部４ｂは、スイッチング素子５のスイッチング動作をチョッパ制御する。

【0036】

ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃは、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御して、蓄電部１２を充放電する。また、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃは、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧を制御する。

【0037】

第１電力経路Ｌ１と第２電力経路Ｌ２には、電圧測定器８、７がそれぞれ接続されている。そのうち、供給先用の電圧測定器７は、第２電力経路Ｌ２を通して被保護負荷１６に供給される電圧Ｖａを計測する。供給元用の電圧測定器８は、蓄電部１２の電圧Ｖｂを計測する。制御部４は、電圧測定器７、８の計測結果に基づいて、スイッチング素子５とＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御する。電圧測定器７は、本発明の「第１電圧測定器」に相当し、電圧測定器８は、本発明の「第２電圧測定器」に相当する。

【0038】

次に、電力供給装置１００とその周辺部の電力の流れを、図２〜図６を参照しながら説明する。

【0039】

運転手がアクセルペダルを解放したり、ブレーキペダルを踏み込んだりして、走行中の車両が減速すると、図２に示すように、発電機１５で回生電力を発生させる。このように回生電力を発生させる際に、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオンし続け、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御して、回生電力により蓄電部１２を充電させる（図２の＃１）。詳しくは、発電機１５で発生させた回生電力が第３電力経路Ｌ３と第１電力経路Ｌ１によりＤＣ−ＤＣコンバータ６に導かれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ６で回生電力の電圧を蓄電部１２に対応する電圧に変換（昇圧または降圧）して、該変換後の電力を蓄電部１２に蓄える。

【0040】

また、発電機１５で発生させた回生電力は、第３電力経路Ｌ３と第２電力経路Ｌ２により被保護負荷１６に供給されたり（図２の＃２）、電力供給装置１００を経由せずに負荷１７に供給されたりする（図２の＃３）。さらに、バッテリ１１の電圧が低下している場合は、回生電力によりバッテリ１１が充電される（図２の＃４）。対して、バッテリ１１の電圧が低下していない場合は、バッテリ１１の電力が第３電力経路Ｌ３と第２電力経路Ｌ２により被保護負荷１６に供給されたり（図２の＃５）、負荷１７に供給されたりする（図２の＃６）。つまり、回生電力の発生時は、回生電力やバッテリ１１の電力により、被保護負荷１６と負荷１７が駆動される。

【0041】

一方、車両の停車時（アイドリングストップ中など）は、発電機１５で発電がされなくなる。また、車両が減速せずに通常走行している際（加速時や一定走行時）に、バッテリ１１の電圧が十分であるような場合は、車両の燃料消費率を向上させるため、発電機１５で発電させない。このような発電機１５の非発電時（少なくとも回生電力が発生していないとき）は、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６により蓄電部１２の放電を開始する（図３〜図６の＃１）。そして、図３〜図６に示すように、電圧測定器８で計測された蓄電部１２の電圧Ｖｂと、電圧測定器７で計測された被保護負荷１６の供給電圧Ｖａとに基づいて、スイッチング素子５のスイッチング動作が制御され、蓄電部１２の電力の供給状態が変化する。以下、これについて詳述する。

【0042】

図３に示すように、蓄電部１２の電圧Ｖｂが所定の基準値Ｖβ以上であり（Ｖｂ≧Ｖβ）、かつ被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが所定の基準値Ｖα以上である（Ｖａ≧Ｖα）場合は、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオンし続ける。詳しくは、スイッチング素子５のゲートに印加するＰＷＭ信号のレベルを、ローレベルに維持する。また、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御して、蓄電部１２の電力を負荷１６、１７に供給する。詳しくは、蓄電部１２からの直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ６で負荷１６、１７に対応する直流電圧に変換（昇圧または降圧）して、該変換後の電力を各電力経路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３により負荷１６、１７に供給する（図３の＃１、＃２、＃３）。このとき、蓄電部１２から負荷１６、１７への電力供給量は、それぞれ制限されない。

【0043】

またこのとき、バッテリ１１の電圧が低い場合は、蓄電部１２の電力によりバッテリ１１が充電される（図３の＃４）。対して、バッテリ１１の電圧が低くない場合は、バッテリ１１の電力も負荷１６、１７に供給される（図３の＃５と＃６）。上記のように、発電機１５の非発電時において、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβ以上であり、かつ被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖα以上である場合は、蓄電部１２やバッテリ１１の電力により負荷１６、１７が駆動される。

【0044】

なお、上記において、蓄電部１２の電圧Ｖｂと比較する基準値Ｖβは、たとえば、負荷１７やスタータモータ１４を駆動するために蓄電部１２の電力を使用した場合に、残りの蓄電部１２の電力で被保護負荷１６を駆動できなくなるときの、蓄電部１２の電圧値に設定されている。また、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａと比較する基準値Ｖαは、たとえば、負荷１７やスタータモータ１４を駆動するために蓄電部１２の電力を無制限に使用した場合に、残りの蓄電部１２の電力で被保護負荷１６を駆動できなくなるときの、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力（接続点Ｐ側の出力）の電圧値に設定されている。図４以降においても同様である。基準値Ｖαは、本発明の「第１基準値」に相当し、基準値Ｖβは、本発明の「第２基準値」に相当する。

【0045】

図４に示すように、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβ以上であり（Ｖｂ≧Ｖβ）、かつ被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖαより低い（Ｖａ＜Ｖα）場合は、スイッチ制御部４ｂが、供給電圧Ｖａに応じてスイッチング素子５のスイッチング動作をチョッパ制御する。具体的には、供給電圧Ｖａが下がるに連れて、スイッチング素子５のオン期間を短くし、供給電圧Ｖａが上がるに連れて、スイッチング素子５のオン期間を長くして、スイッチング素子５のオン・オフを繰り返す。このとき、ＰＷＭ信号のデューティ比は、０％より大きくて、１００％より小さい値に設定される。また、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御して、蓄電部１２の電力を負荷１６、１７に供給する（図４の＃１、＃２、＃３）。これにより、蓄電部１２から負荷１７への電力供給量が、スイッチング素子５のオフ期間に応じて制限され、被保護負荷１６の駆動に必要な電力が被保護負荷１６に供給可能となる（図４の＃２）。

【0046】

またこのときも、バッテリ１１の電圧が低い場合は、蓄電部１２の電力がバッテリ１１の充電に使用される（図４の＃４）。対して、バッテリ１１の電圧が低くない場合は、バッテリ１１の電力も負荷１６、１７に供給される（図４の＃５、＃６）。このバッテリ１１から被保護負荷１６への電力供給量も、スイッチング素子５のオフ期間に応じて制限される。上記のように、発電機１５の非発電時において、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβ以上であり、かつ被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖαより低い場合も、蓄電部１２やバッテリ１１の電力により負荷１６、１７は駆動される。然るに、蓄電部１２から負荷１７への電力供給量や、バッテリ１１から被保護負荷１６への電力供給量は、スイッチング素子５のオフ期間に応じて制限される。

【0047】

車両のアイドリングストップ後に、エンジンを再始動する際は、図５に示すように、リレースイッチ１３がオンして、スタータモータ１４が駆動される。この際も、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβ以上であり（Ｖｂ≧基準値Ｖβ）、かつ被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖαより低い（Ｖａ＜Ｖα）場合は、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をチョッパ制御して、繰り返しオン・オフさせる。また、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御して、蓄電部１２の電力を負荷１６、１７と、さらにスタータモータ１４にも供給する（図５の＃１、＃２、＃３、＃４）。

【0048】

スタータモータ１４の駆動時には、スタータモータ１４に大電流が流れて、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが低下する。これが電圧測定器７により検出されると、スイッチ制御部４ｂは、スイッチング素子５のオン期間を、図４の場合よりさらに短くする。これにより、蓄電部１２からスタータモータ１４と負荷１７に供給される電力量がさらに制限されるので（図５の＃３’）、供給電圧Ｖａが低下しても、被保護負荷１６の駆動に必要な電力が被保護負荷１６に供給可能となる（図５の＃２）。この結果、被保護負荷１６が安定して駆動を継続することが可能となる。

【0049】

そして、図６に示すように、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβより低くなった場合（Ｖｂ＜Ｖβ）は、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオフし続ける。詳しくは、スイッチング素子５のゲートに印加するＰＷＭ信号のレベルを、ハイレベルに維持する。また、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃは、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を制御して、蓄電部１２の電力を被保護負荷１６にだけ供給する（図６の＃１、＃２）。スイッチング素子５がオフのため、蓄電部１２の電力は負荷１７に供給されない。このため、被保護負荷１６の駆動に必要な電力が、被保護負荷１６に供給可能となり、被保護負荷１６が安定に駆動を継続する。負荷１７には、バッテリ１１の電力が供給される（図６の＃３）。

【0050】

一方、車両が通常走行している際に、エンジンの駆動力により、図７に示すように、発電機１５で発電されることもある。この場合、スイッチ制御部４ｂは、スイッチング素子５をオンし続ける。このため、発電機１５の発電電力が、第３電力経路Ｌ３と第２電力経路Ｌ２により、被保護負荷１６に供給される（図７の＃１）。また、発電機１５の発電電力は、負荷１７にも供給される（図７の＃２）。さらに、バッテリ１１の電圧が低下している場合は、発電機１５の発電電力によりバッテリ１１が充電される（図７の＃３）。対して、バッテリ１１の電圧が低下していない場合は、バッテリ１１の電力が負荷１６、１７に供給される（図７の＃４、＃５）。つまり、回生電力が発生しない発電機１５の通常発電時は、発電機１５の発電電力やバッテリ１１の電力により、負荷１６、１７が駆動される。

【0051】

次に、電力供給装置１００とその周辺部の動作の一例を、図２〜図１０を参照しながら説明する。

【0052】

運転手により、図示しない車両のアクセサリスイッチやイグニッションスイッチがオン操作されて、車両が起動すると、制御部４は、上位ＥＣＵ１８からの充放電指示を待つ（図８のステップＳ１、Ｓ３）。

【0053】

発電機１５で回生電力を発生させようとする際は、上位ＥＣＵ１８が、蓄電部１２を充電するための充電指示を電力供給装置１００に対して送信する。この充電指示をＣＡＮ通信部４ａにより受信すると（図８のステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部４は充電制御を実行する（図８のステップＳ２、図９）。

【0054】

詳しくは、充電制御が開始されると、まず、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオンし（図９のステップＳ１１）、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を開始させて、発電機１５の回生電力で蓄電部１２を充電する（図９のステップＳ１２、図２）。

【0055】

その後、発電機１５で回生電力の発生を停止しようとする際は、上位ＥＣＵ１８が、蓄電部１２の充電を停止させるための充電停止指示を電力供給装置１００に対して送信する。この充電停止指示をＣＡＮ通信部４ａにより受信すると（図９のステップＳ１３：ＹＥＳ）、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を停止させ（図９のステップＳ１４）、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオフする（図９のステップＳ１５）。これにより蓄電部１２の充電制御が終了する。

【0056】

充電制御が終了した後、車両の駆動が停止されなければ（図８のステップＳ５：ＮＯ）、制御部４は、再び上位ＥＣＵ１８からの充放電指示を待つ（図８のステップＳ１、Ｓ３）。

【0057】

一方、発電機１５で発電させないときは、上位ＥＣＵ１８が、蓄電部１２を放電させるための放電指示を電力供給装置１００に対して送信する。この放電指示をＣＡＮ通信部４ａにより受信すると（図８のステップＳ３：ＹＥＳ）、制御部４は放電制御を実行する（図８のステップＳ４、図１０）。

【0058】

詳しくは、放電制御が開始されると、まず、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を開始させて、蓄電部１２を放電する（図１０のステップＳ２１）。次に、制御部４が、電圧測定器７により被保護負荷１６の供給電圧Ｖａを計測し、かつ電圧測定器８により蓄電部１２の電圧Ｖｂを計測する（図１０のステップＳ２２）。

【0059】

そして、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβ以上であり（図１０のステップＳ２３：ＹＥＳ）、かつ、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖα以上であれば（図１０のステップＳ２４：ＹＥＳ）、通常モードに入り、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオンする（図１０のステップＳ２５）。これにより、図３に示したように、蓄電部１２の電力が、スイッチング素子５で制限されることなく負荷１６、１７に供給される。

【0060】

この後、上位ＥＣＵ１８から放電停止指示がなければ（図１０のステップＳ２８：ＮＯ）、再び制御部４は、電圧測定器７、８により被保護負荷１６の供給電圧Ｖａと蓄電部１２の電圧Ｖｂを計測する（図１０のステップＳ２２）。

【0061】

一方、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβ以上であり（図１０のステップＳ２３：ＹＥＳ）、かつ、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖαより低ければ（図１０のステップＳ２４：ＮＯ）、電力制限モードに入る（図１０のステップＳ２６）。この電力制限モードでは、スイッチ制御部４ｂが、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａに応じて、スイッチング素子５のスイッチング動作をチョッパ制御する。

【0062】

詳しくは、スイッチ制御部４ｂは、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａの大きさに応じて、スイッチング素子５のゲートに印加するＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、このＰＷＭ信号によりスイッチング素子５を繰り返しオン・オフする。これにより、図４および図５に示したように、蓄電部１２の電力が、負荷１７やスタータモータ１４には制限されながら供給され、被保護負荷１６には制限されることなく供給される。

【0063】

他方、蓄電部１２の電圧Ｖｂが基準値Ｖβより低ければ（図１０のステップＳ２３：ＮＯ）、供給先限定モードに入り、スイッチ制御部４ｂが、スイッチング素子５をオフする（図１０のステップＳ２７）。これにより、図６に示したように、蓄電部１２の電力が被保護負荷１６のみに供給され、負荷１７やスタータモータ１４には供給されなくなる。

【0064】

その後、たとえば発電機１５で発電させようとする場合、上位ＥＣＵ１８が、放電停止指示を電力供給装置１００に対して送信する。この放電停止指示をＣＡＮ通信部４ａにより受信すると（図１０のステップＳ２８：ＹＥＳ）、ＤＣ−ＤＣ制御部４ｃがＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を停止させ（図１０のステップＳ２９）、スイッチ制御部４ｂがスイッチング素子５をオフする（図１０のステップＳ３０）。これにより蓄電部１２の放電制御が終了する。

【0065】

放電制御が終了した後、車両の駆動が停止されなければ（図８のステップＳ５：ＮＯ）、制御部４は、再び上位ＥＣＵ１８からの充放電指示を待つ（図８のステップＳ１、Ｓ３）。

【0066】

そして、運転手によりアクセサリスイッチやイグニッションスイッチがオフ操作されて、車両の駆動が停止すると（図８のステップＳ５：ＹＥＳ）、制御部４および電力供給装置１００の駆動も停止する。

【0067】

上記実施形態によると、蓄電部１２の放電時に、スイッチング素子５のスイッチング動作をチョッパ制御することで、蓄電部１２の電力を、被保護負荷１６に供給しつつ、負荷１７やスタータモータ１４に制限しながら供給することができる。つまり、負荷１７やスタータモータ１４に供給する電力を制限した分、被保護負荷１６に供給する電力を多く確保することができる。よって、蓄電部１２の電力を複数の供給先１６、１７、１４に分配供給しつつ、供給先に応じて電力供給量を変えることが可能となる。この結果、バッテリ１１の放電を抑制することができるとともに、被保護負荷１６に安定に電力を供給して、被保護負荷１６の駆動を継続させることができる。

【0068】

また、上記実施形態では、スタータモータ１４の駆動時に、バッテリ１１の電力だけでなく、蓄電部１２の電力もスタータモータ１４に供給するので、バッテリ１１の大量放電を抑制することができる。またその際、スイッチング素子５のスイッチング動作をチョッパ制御して、蓄電部１２からスタータモータ１４に供給する電力を制限するので、被保護負荷１６に供給する電力を多く確保することができ、被保護負荷１６を安定に駆動し続けることが可能となる。

【0069】

また、上記実施形態では、発電機１５で回生電力を発生させようとするときに、スイッチング素子５をオンし、ＤＣ−ＤＣコンバータ６により回生電力を蓄電部１２に蓄えている。また、発電機１５で回生電力が発生しないときに、スイッチング素子５をオンまたはオン・オフして、ＤＣ−ＤＣコンバータ６により蓄電部１２を放電させて、蓄電部１２の電力を負荷１６、１７やスタータモータ１４に供給している。このため、回生電力を有用に活用して、負荷１６、１７やスタータモータ１４を駆動することができる。

【0070】

また、上記実施形態では、電圧測定器７により被保護負荷１６の供給電圧Ｖａを計測し、該供給電圧Ｖａに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を設定することで、スイッチング素子５のオン期間とオフ期間の割合を変更している。このため、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａを所望の大きさに確保し、かつ、蓄電部１２から負荷１７やスタータモータ１４に供給する電力を制限することができる。

【0071】

特に、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが下がるに連れて、スイッチング素子５のオン期間を短くし、供給電圧Ｖａが上がるに連れて、スイッチング素子５のオン期間を長くしている。このため、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが低いほど、蓄電部１２から負荷１７やスタータモータ１４への電力供給量を減らして、被保護負荷１６への電力供給量を多く確保し、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａを上げることができる。また、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが高いほど、蓄電部１２から負荷１７やスタータモータ１４への電力供給量を増やして、バッテリ１１の放電を抑制し、バッテリ１１の寿命を延ばすことができる。

【0072】

また、被保護負荷１６の供給電圧Ｖａが基準値Ｖα以上である場合に、スイッチング素子５をオンし続け、供給電圧Ｖａが基準値Ｖαより低い場合に、スイッチング素子５を繰り返しオン・オフしている。このため、被保護負荷１６を安定に駆動できる程度に、蓄電部１２の電力を負荷１６、１７とスタータモータ１４に供給しつつ、バッテリ１１の放電を抑制することができる。

【0073】

さらに、上記実施形態では、電圧測定器８により蓄電部１２の電圧Ｖｂを計測し、該電圧Ｖｂが基準値Ｖβより下がった場合に、スイッチング素子５をオフしている。このため、蓄電部１２の電圧が低下したときに、蓄電部１２の電力を負荷１７やスタータモータ１４に供給せずに、被保護負荷１６にだけ供給して、被保護負荷１６の駆動を継続させることができる。また、蓄電部１２の電圧が高いときは、スイッチング素子５がオフしないので、被保護負荷１６だけでなく、負荷１７やスタータモータ１４にも蓄電部１２の電力を供給して、バッテリ１１の放電を抑制し、バッテリ１１の寿命を延ばすことができる。

【0074】

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、電圧測定器７により計測した被保護負荷１６の供給電圧Ｖａに応じて、スイッチング素子５のオン期間とオフ期間の割合を変化させた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、スタータモータ１４の駆動（アイドリングストップやエンジンの状態）に関する信号や情報を、上位ＥＣＵ１８から受信したときに、被保護負荷１６の供給電圧の変化が想定されるので、それに応じてスイッチング素子５のオン期間とオフ期間の割合を変化させてもよい。

【0075】

また、以上の実施形態では、昇圧と降圧の機能を有するＤＣ−ＤＣコンバータ６を第１電力経路Ｌ１に設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。バッテリや蓄電部や発電機の容量と電圧によっては、昇圧または降圧のうち一方の機能を有するＤＣ−ＤＣコンバータを第１電力経路に設けたり、ＤＣ−ＤＣコンバータを省略したりしてもよい。

【0076】

また、以上の実施形態では、第２電力経路Ｌ２の一端（第２接続端子Ｃ２）に被保護負荷１６が接続され、第３電力経路Ｌ３の一端（第３接続端子Ｃ３）に他の負荷１７が接続された例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、負荷１７を省略して、車両の電装品を全て被保護負荷１６に含めてもよい。

【0077】

さらに、以上の実施形態では、車載用の電力供給装置１００に本発明を適用した例を示したが、本発明はその他の用途の電力供給装置に対しても適用することができる。

【符号の説明】

【0078】

４ｂ スイッチ制御部
４ｃ ＤＣ−ＤＣ制御部
５ スイッチング素子
６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
７ 電圧測定器（第１電圧測定器）
８ 電圧測定器（第２電圧測定器）
１１ バッテリ
１２ 蓄電部
１４ スタータモータ（第２負荷）
１５ 発電機
１６ 被保護負荷（第１負荷）
１７ 負荷（第２負荷）
１００ 電力供給装置
Ｌ１ 第１電力経路
Ｌ２ 第２電力経路
Ｌ３ 第３電力経路
Ｐ 接続点
Ｖａ 被保護負荷への供給電圧
Ｖｂ 蓄電部の電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】