JP6242012B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機で発生した回生電力により蓄電部を充電し、蓄電部や直流電源の電力を負荷に供給する電源装置に関するものである。

地球の環境保護や燃料消費率（燃費）の向上のため、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、減速時に発電機で発生した回生電力を蓄電部に蓄電したり、蓄電部の電力やバッテリ（直流電源）の電力を負荷に供給したりする電源装置が設けられている。

たとえば、特許文献１の電源装置や、特許文献２の図７に示されている電源装置では、供給電圧が下がらないように保護する必要がある負荷（狭電圧範囲補機）とバッテリとの間の電力経路に、スイッチが設けられている。また、その負荷とスイッチとの間の電力経路には、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電部が接続されている。バッテリとスイッチとの間の電力経路には、発電機やスタータモータやその他の負荷（補機、広電圧範囲補機）が接続されている。

たとえば、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コンバータが駆動し、回生電力により蓄電部が充電される。また、車両がアイドリングストップ以外の状態で、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コンバータが駆動し、蓄電部が放電される。この際、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。

また、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、スタータモータを起動することで、スタータモータに大電流が流れて、バッテリの電圧が瞬時低下する。そこで、その際、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、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。これにより、負荷が蓄電部の電力で安定に駆動し続ける。

特開２０１１−１５５７９１号公報 特許第４８３５６９０号公報

本発明の課題は、負荷に電力を安定に供給し、回生電力を有効に活用することができる電源装置を提供することである。

本発明による電源装置は、動作時に大電流が流れる大電流負荷と、供給電圧が下がらないように保護する必要がある被保護負荷と、回生電力を発生する発電機と、大電流負荷と発電機が並列に接続された直流電源と、電力を蓄電する蓄電部とがそれぞれ接続され、発電機で発生した回生電力を蓄電部に蓄電し、直流電源または蓄電部の電力を各負荷に供給する。そして、この電源装置は、直流電源が接続される第１接続端子と、蓄電部が接続される第２接続端子と、被保護負荷が接続される第３接続端子と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、一端が第１接続端子に接続され、他端がＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた第１入出力端子に接続された第１電力経路と、一端が第２接続端子に接続され、他端がＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた第２入出力端子に接続された第２電力経路と、一端が第３接続端子に接続され、他端が第２電力経路に接続された第３電力経路と、一端が第１電力経路に接続され、他端が第３電力経路に接続された第４電力経路と、第４電力経路上に設けられた第１スイッチング素子と、第２電力経路上の第３電力経路との接続点と第２接続端子との間に設けられた第２スイッチング素子と、第３電力経路上の第４電力経路との接続点と第２電力経路との接続点との間に設けられた第３スイッチング素子と、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作と各スイッチング素子のオン・オフ動作とを制御する制御部とを備える。制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作していないときに、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とをオンし、第３スイッチング素子をオフし、大電流負荷が動作するときに、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１スイッチング素子をオフし、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子とをオンする。

上記によると、発電機で発生した回生電力を、第１電力経路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、第２電力経路、および第２スイッチング素子を経由して蓄電部に供給して、蓄電部を充電することができる。そして、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作していないときに、蓄電部の電力を第２電力経路、第２スイッチング素子、ＤＣ−ＤＣコンバータ、第１電力経路、第４電力経路、第１スイッチング素子、および第３電力経路を通して、被保護負荷に供給することができる。同時に、直流電源の電力を第１電力経路、第４電力経路、第１スイッチング素子、および第３電力経路を通して、被保護負荷に供給することもできる。また、大電流負荷が動作するときに、蓄電部の電力を、第２電力経路、第２スイッチング素子、第３電力経路、および第３スイッチング素子を通して、被保護負荷に供給することができる。同時に、蓄電部の電力を、第２電力経路、第２スイッチング素子、ＤＣ−ＤＣコンバータ、および第１電力経路を通して、大電流負荷に供給することもできる。よって、各負荷に電力を安定に供給し、回生電力を有効に活用することができる。

また、本発明では、上記電源装置において、ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作するときに、電流検出部の検出値に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を、被保護負荷の駆動に支障のない規定値以下に制限してもよい。

また、本発明では、上記電源装置において、蓄電部の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作するときに、電圧検出部で検出した蓄電部の電圧が、被保護負荷を駆動するのに必要な電圧より大きな所定値以上であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１スイッチング素子をオフし、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子とをオンし、蓄電部の電圧が所定値未満であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させ、第１スイッチング素子をオフし、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子とをオンしてもよい。

また、本発明では、上記電源装置において、制御部は、大電流負荷が動作していないときに、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とをオンし、第３スイッチング素子をオフすることで、蓄電部の電力を第２スイッチング素子とＤＣ−ＤＣコンバータと第１スイッチング素子とを通して被保護負荷に供給するとともに、直流電源の電力を第１スイッチング素子を通して被保護負荷に供給してもよい。また、制御部は、大電流負荷が動作するときに、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１スイッチング素子をオフし、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子とをオンすることで、蓄電部の電力を第２スイッチング素子と第３スイッチング素子とを通して被保護負荷に供給するとともに、蓄電部の電力を第２スイッチング素子とＤＣ−ＤＣコンバータとを通して大電流負荷に供給してもよい。

さらに、本発明では、上記電源装置において、制御部は、発電機で回生電力が発生するときに、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とをオンし、第３スイッチング素子をオフすることで、回生電力で蓄電部を充電してもよい。

本発明によれば、負荷に電力を安定に供給し、回生電力を有効に活用できる電源装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態による電源装置の回路構成を示した図である。 スタンバイ時の図１の回路の動作を示した図である。 スタータモータ初回起動時の図１の回路の動作を示した図である。 初回走行時の図１の回路の動作を示した図である。 回生電力発生時の図１の回路の動作を示した図である。 非発電時でかつスタータモータ非起動時の、図１の回路の動作を示した図である。 アイドリングストップ後のスタータモータ起動時でかつ蓄電部の電圧が所定値以上の場合の、図１の回路の動作を示した図である。 アイドリングストップ後のスタータモータ起動時でかつ蓄電部の電圧が所定値未満の場合の、図１の回路の動作を示した図である。

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。

まず、本実施形態の電源装置１００とそ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（以降の各図においても同様）。

図１に示す回生システム２００は、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有した車両に搭載されている。回生システム２００には、電源装置１００、キャパシタ１１、バッテリ１２、発電機１３、大電流負荷４、負荷５、被保護負荷６、上位ＥＣＵ（電子制御装置）７、およびＩＧ−ＳＷ（イグニションスイッチ）８が含まれている。

キャパシタ１１は、電気二重層キャパシタから成り、本発明の「蓄電部」の一例である。これ以外に、たとえば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を構成してもよい。

バッテリ１２は、従来型の鉛バッテリから成り、本発明の「直流電源」の一例である。これ以外のバッテリや電池などから直流電源を構成してもよい。

発電機１３は、図示しない車両の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１２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１３を駆動して発電を行う。また、車両の減速時や車両の制動操作時にも、車両は走行を続け、エンジンに燃料が供給されていなくても、エンジンは回転している。そこで、この回転力を利用して発電機１３を駆動し、発電を行う。この減速時等に発電機１３が発生した電力を、回生電力と呼ぶ。キャパシタ１１は、発電機１３で発生した電力を蓄電する。

また、車両の減速時には、エンジンへの燃料供給が停止されている。すなわち、燃料を消費することなく発電が行われるため、車両の燃料消費率が向上する。なお、通常走行時に、バッテリ１２の電圧が十分である場合には、発電機１３による発電は行わない。

大電流負荷４は、動作時に大電流が流れる電動機などから成る。この大電流負荷４には、エンジンを始動するためのスタータモータ４ａが含まれる。他の例として、図示しないパワーステアリング用のモータや電動ブレーキなども、大電流負荷４に含まれる。

負荷５は、車両のアイドリングストップ中に使用しなくてもよい電装品などから成る。負荷５には、たとえば、電熱式シートヒータなどが含まれている。

被保護負荷６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（スタータモータ４ａの起動時）などに、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などから成る。被保護負荷６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。

上位ＥＣＵ７は、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）により、電源装置１００と接続されている。上位ＥＣＵ７は、車両の状態を示す情報や動作指示などを電源装置１００に対して送信する。

ＩＧ−ＳＷ８の一端は、バッテリ１２の正極と接続されている。ＩＧ−ＳＷ８の他端は、電源装置１００に接続されている。バッテリ１２の負極は、接地されている。大電流負荷４、発電機１３、負荷５、および上位ＥＣＵ７は、バッテリ１２に並列に接続されている。

電源装置１００は、電力経路Ｌ１〜Ｌ４、接続端子Ｃ１〜Ｃ３、ＤＣ−ＤＣコンバータ９、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３ａ、ＦＥＴ３ｂ、制御部１０、電圧検出部１４、および電流検出部１５を備えている。

第１接続端子Ｃ１には、バッテリ１２の正極が接続されている。第２接続端子Ｃ２には、キャパシタ１１が接続されている。第３接続端子Ｃ３には、被保護負荷６が接続されている。なお、図１の電源装置１００を示す一点鎖線の枠上にあるその他の白丸も接続端子を示している（符号省略、以降の各図も同様）。

ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、２つの入出力端子Ｔ１、Ｔ２を備え、４象限の双方向昇降圧機能を有している。制御部１０は、ＣＰＵとメモリから成り、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の動作をＰＷＭ（パルス幅変調）で制御する。また、制御部１０は、上位ＥＣＵ７と相互に通信する。特に、制御部１０は、上位ＥＣＵ７から車両の状態を示す情報や動作指示を受信する。なお、図１では、電源装置１００内の制御系配線や通信系配線の図示を省略している（以降の各図においても同様）。

第１電力経路Ｌ１の一端は、第１接続端子Ｃ１に接続され、第１電力経路Ｌ１の他端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の第１入出力端子Ｔ１に接続されている。第２電力経路Ｌ２の一端は、第２接続端子Ｃ２に接続され、第２電力経路Ｌ２の他端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の第２入出力端子Ｔ２に接続されている。第３電力経路Ｌ３の一端は、第３接続端子Ｃ３に接続され、第３電力経路Ｌ３の他端は、第２電力経路Ｌ２に接続されている。第４電力経路Ｌ４の一端は、第１電力経路Ｌ１に接続され、第４電力経路Ｌ４の他端は、第３電力経路Ｌ３に接続されている。

図１のＰｘは、第２電力経路Ｌ２と第３電力経路Ｌ３の接続点である。Ｐｙは、第３電力経路Ｌ３と第４電力経路Ｌ４の接続点である。Ｐｚは、第１電力経路Ｌ１と第４電力経路Ｌ４の接続点である（以降の各図においても同様）。

ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３ａ、ＦＥＴ３ｂは、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）から構成されている。

ＦＥＴ１は、第４電力経路Ｌ４上に設けられている。ＦＥＴ１のドレインは、第３電力経路Ｌ３および被保護負荷６に接続され、ＦＥＴ１のソースは、第１電力経路Ｌ１に接続されている。ＦＥＴ１に並列に接続されたダイオードＤ１は、ＦＥＴ１の寄生ダイオードである。ダイオードＤ１のアノードは、第１電力経路Ｌ１に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、第３電力経路Ｌ３および被保護負荷６に接続されている。このため、ダイオードＤ１は、第１電力経路Ｌ１側から第３電力経路Ｌ３側へ電流を流す。ＦＥＴ１は、本発明の「第１スイッチング素子」の一例である。

ＦＥＴ２は、第２電力経路Ｌ２上の第３電力経路Ｌ３との接続点Ｐｘと第２接続端子Ｃ２との間に設けられている。ＦＥＴ２のドレインは、第３電力経路Ｌ３およびＤＣ−ＤＣコンバータ９の第２入出力端子Ｔ２に接続され、ＦＥＴ２のソースは、第２接続端子Ｃ２に接続されている。ＦＥＴ２に並列に接続されたダイオードＤ２は、ＦＥＴ２の寄生ダイオードである。ダイオードＤ２のアノードは、第２接続端子Ｃ２に接続され、ダイオードＤ２のカソードは、第３電力経路Ｌ３およびＤＣ−ＤＣコンバータ９の第２入出力端子Ｔ２に接続されている。ＦＥＴ２は、本発明の「第２スイッチング素子」の一例である。

ＦＥＴ３ａ、ＦＥＴ３ｂは、第３電力経路Ｌ３上の第４電力経路Ｌ４との接続点Ｐｙと第２電力経路Ｌ２との接続点Ｐｘとの間に直列に接続されている。ＦＥＴ３ａのドレインは、第２電力経路Ｌ２に接続されている。ＦＥＴ３ａのソースは、ＦＥＴ３ｂのソースと接続されている。ＦＥＴ３ｂのドレインは、第４電力経路Ｌ４および被保護負荷６に接続されている。

ＦＥＴ３ａに並列に接続されたダイオードＤ３ａは、ＦＥＴ３ａの寄生ダイオードである。ＦＥＴ３ｂに並列に接続されたダイオードＤ３ｂは、ＦＥＴ３ｂの寄生ダイオードである。ダイオードＤ３ａのカソードは、第２電力経路Ｌ２に接続されている。ダイオードＤ３ａのアノードは、ダイオードＤ３ｂのアノードと接続されている。ダイオードＤ３ｂのカソードは、第４電力経路Ｌ４および被保護負荷６に接続されている。つまり、ダイオードＤ３ａの向きとダイオードＤ３ｂの向きとは、逆になっている。ＦＥＴ３ａ、３ｂは、本発明の「第３スイッチング素子」の一例である。

各ＦＥＴ１、２、３ａ、３ｂのゲートは、それぞれ制御部１０に接続されている（図示省略、以降の各図においても同様）。制御部１０は、各ＦＥＴ１、２、３ａ、３ｂのゲートに駆動信号を入力して、各ＦＥＴ１、２、３ａ、３ｂのオン・オフ動作を制御する。

電流検出部１５は、第２電力経路Ｌ２上の接続点ＰｘとＤＣ−ＤＣコンバータ９の入出力端子Ｔ２との間に設けられている。電流検出部１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を検出する。制御部１０は、スタータモータ４ａが動作するときに、電流検出部１５の検出値に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を制限する。

電圧検出部１４は、キャパシタ１１の電圧を検出する。制御部１０は、電圧検出部１４の検出電圧に基づいて、キャパシタ１１の充電量を算出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ９とＦＥＴ１、２、３ａ、３ｂの動作を制御する。

次に、電源装置１００とその周辺部の電力の流れを、図２〜図８を参照しながら説明する。

ＩＧ−ＳＷ８がオフ状態にあるときは、車両が停止状態にあり、回生システム２００がスタンバイ状態にある。このとき、上位ＥＣＵ７や負荷５、６には、これらが動作できるように、電流を流す必要があるため、図２に矢印で示すように、バッテリ１２の電力が負荷５、上位ＥＣＵ７、および電源装置１００に供給される。

このスタインバイ時に、電源装置１００では、ＤＣ−ＤＣコンバータ９が停止（オフ）状態にあり、ＦＥＴ１、２、３ａ、３ｂがオフ状態にある。このため、バッテリ１２から電源装置１００の第１接続端子Ｃ１に供給された電力は、第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１のダイオードＤ１、第３電力経路Ｌ３、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。

そして、運転手の操作によりＩＧ−ＳＷ８がオンされると、エンジンを初回始動するため、スタータモータ４ａが初回起動される。このとき、図３に矢印で示すように、スタータモータ４ａはバッテリ１２の電力により起動する。また、電源装置１００では、制御部１０が、ＤＣ−ＤＣコンバータ９を停止したまま、ＦＥＴ１だけをオンする。これにより、バッテリ１２の電力が、第１接続端子Ｃ１から第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、第３電力経路Ｌ３、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。

エンジンが始動した後、運転手の操作により車両が初回走行すると、発電機１３で発電が行われる。発電機１３で発電された電力は、図４に矢印で示すように、負荷５、上位ＥＣＵ７、および電源装置１００に供給される。

この初回走行時に電源装置１００では、ＤＣ−ＤＣコンバータ９が停止状態で、ＦＥＴ１がオン状態で、ＦＥＴ２、３ａ、３ｂがオフ状態にある。このため、発電機１３からの電力は、第１接続端子Ｃ１から第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、第３電力経路Ｌ３、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。

車両の走行中において、たとえば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、車両が減速すると、発電機１３が回生電力を発生する。この回生電力は、図５に矢印で示すように、発電機１３から、負荷５、上位ＥＣＵ７、バッテリ１２、および電源装置１００へ供給される。このとき、バッテリ１２の電圧が低下している場合は、回生電力でバッテリ１２が充電される。

回生電力が発生する際、電源装置１００では、制御部１０が、ＦＥＴ１、２をオンし、ＦＥＴ３ａ、３ｂをオフする。これにより、回生電力が第１接続端子Ｃ１から、第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、第３電力経路Ｌ３、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。また、制御部１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９を動作（オン）させ、第１接続端子Ｃ１から第１電力経路Ｌ１を通って入力される回生電力の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ９でキャパシタ１１に対応する電圧に変換（昇圧または降圧）して、第２電力経路Ｌ２へ電力を出力する。この電力は、第２電力経路Ｌ２からＦＥＴ２と第２接続端子Ｃ２を通って、キャパシタ１１に蓄えられる。つまり、回生電力でキャパシタ１１が充電される。

車両がアイドリングストップ以外の状態で、発電機１３が発電しない場合は、スタータモータ４ａの起動も行われない。これは、たとえば、バッテリ１２およびキャパシタ１１の電圧が十分高い場合である。このような発電機１３の非発電時でかつスタータモータ４ａの非動作時は、図６に矢印で示すように、バッテリ１２の電力が負荷５、上位ＥＣＵ７、および電源装置１００へ供給される。このとき、電源装置１００では、制御部１０が、ＦＥＴ１をオンする。これにより、バッテリ１２からの電力が、第１接続端子Ｃ１、第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、および第３電力経路Ｌ３を通って、被保護負荷６に供給される。

また、制御部１０は、図６に示すように、ＦＥＴ３ａ、３ｂをオフし、ＦＥＴ２をオンする。そして、制御部１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９を動作させ、キャパシタ１１から第２接続端子Ｃ２と第２電力経路Ｌ２とＦＥＴ２を通って入力される電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ９で被保護負荷６に対応する電圧に変換して、第１電力経路Ｌ１に電力を出力する。この電力は、第１電力経路Ｌ１から第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、第３電力経路Ｌ３、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。つまり、キャパシタ１１が放電される。

車両が極低速走行状態または停止状態になって、所定のアイドリングストップ移行条件が成立すると、アイドリングストップが開始される。このときのアイドリングストップ移行条件としては、たとえば、エンジンの再始動時に被保護負荷６へ供給可能な電力がキャパシタ１１またはバッテリ１２に残っていることである。アイドリングストップ移行条件の成立判定やアイドリングストップの制御は、上位ＥＣＵ７で行われる。アイドリングストップ中は、発電機１３で発電されたり回生電力が発生したりすることはない。

その後、アイドリングストップが終了して、エンジンの再始動のため、スタータモータ４ａが起動するときに、制御部１０は、電圧検出部１４によりキャパシタ１１の電圧を検出する。このとき、電圧検出部１４で検出したキャパシタ１１の電圧が、所定値（被保護負荷６を駆動するのに必要な電圧より大きな値）以上であれば、制御部１０は、図７に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ９を動作させ、ＦＥＴ１をオフし、ＦＥＴ２、３ａ、３ｂをオンする。これにより、図７に矢印で示すように、キャパシタ１１からの電力が、第２接続端子Ｃ２、第２電力経路Ｌ２、ＦＥＴ２、第３電力経路Ｌ３、ＦＥＴ３ａ、３ｂ、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。

また、制御部１０が、キャパシタ１１から第２接続端子Ｃ２と第２電力経路Ｌ２とＦＥＴ２を通って入力される電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ９でスタータモータ４ａや他の負荷４、５に対応する電圧に変換して、第１電力経路Ｌ１に電力を出力する。この電力は、第１電力経路Ｌ１から第１接続端子Ｃ１を通って、スタータモータ４ａや他の負荷４、５に供給される。つまり、キャパシタ１１の充電量が多い場合には、キャパシタ１１の電力が被保護負荷６だけでなく、負荷４、４ａ、５にも供給される。

また、このようにキャパシタ１１の電力をＤＣ−ＤＣコンバータ９により負荷４、４ａ、５に供給する際に、制御部１０は、電流検出部１５によりキャパシタ１１側からＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を検出する。そして、制御部１０は、電流検出部１５の検出値（電流値）に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を、被保護負荷６の駆動に支障のない規定値以下に制限する。具体的には、制御部１０は、電流検出部１５の検出値が規定値以下になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ９のＰＷＭのオンデューティーを制御する。これにより、スタータモータ４ａの動作時（初回起動時を除く）に、キャパシタ１１からスタータモータ４ａに電流が流れても、キャパシタ１１から被保護負荷６への供給電圧は、該負荷６の駆動に支障が出るほど低下することはなく、被保護負荷６は安定に駆動し続ける。

一方、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａが起動するときに、電圧検出部１４で検出したキャパシタ１１の電圧が所定値未満であれば、制御部１０は、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ９を停止し、ＦＥＴ１をオフし、ＦＥＴ２、３ａ、３ｂをオンする。これにより、図８に矢印で示すように、キャパシタ１１からの電力が、第２接続端子Ｃ２、第２電力経路Ｌ２、ＦＥＴ２、第３電力経路Ｌ３、ＦＥＴ３ａ、３ｂ、および第３接続端子Ｃ３を通って、被保護負荷６に供給される。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ９が停止し、ＦＥＴ１がオフとなっているので、被保護負荷６やバッテリ１２などに対してキャパシタ１１が電気的に切り離される。このため、スタータモータ４ａの起動時に、バッテリ１２からスタータモータ４ａに電流が流れても、キャパシタ１１から被保護負荷６への供給電圧は低下せず、被保護負荷６は安定に駆動し続ける。

車両のアイドリングストップ中も、上記図７および図８のように、キャパシタ１１の電圧と所定値との比較結果に基づいて、キャパシタ１１の電力を負荷４、４ａ、５、６に供給してもよい。

上記実施形態によると、発電機１３で発生した回生電力を、電源装置１００の第１電力経路Ｌ１、ＤＣ−ＤＣコンバータ９、第２電力経路Ｌ２、およびＦＥＴ２を通してキャパシタ１１に供給して、キャパシタ１１を充電することができる。そして、発電機１３が発電していない場合において、大電流負荷４のスタータモータ４ａが動作していないときに、キャパシタ１１の電力を第２電力経路Ｌ２、ＦＥＴ２、ＤＣ−ＤＣコンバータ９、第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、および第３電力経路Ｌ３を通して、被保護負荷６に供給することができる。同時に、バッテリ１２の電力を第１電力経路Ｌ１、第４電力経路Ｌ４、ＦＥＴ１、および第３電力経路Ｌ３を通して、被保護負荷６に供給することもできる。また、スタータモータ４ａが動作するときに、キャパシタ１１の電力を、第２電力経路Ｌ２、ＦＥＴ２、第３電力経路Ｌ３、およびＦＥＴ３ａ、ＦＥＴ３ｂを通して、被保護負荷６に供給することができる。同時に、キャパシタ１１の電力を、第２電力経路Ｌ２、ＦＥＴ２、ＤＣ−ＤＣコンバータ９、および第１電力経路Ｌ１を通して、スタータモータ４ａや負荷４、５に供給することもできる。よって、各負荷４、４ａ、５、６に電力を安定に供給し、発電機１３で発生した回生電力を有効に活用することができる。

また、上記実施形態では、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａが動作するときに、電流検出部１５の検出値に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を、被保護負荷６の駆動に支障のない規定値以下に制限している。このため、スタータモータ４ａの動作時に、キャパシタ１１の電力を各負荷４、４ａ、５、６に供給しても、キャパシタ１１から被保護負荷６への供給電圧が、該負荷６の駆動に支障が出るほど低下するのを防止することができ、被保護負荷６を安定に駆動し続けることが可能となる。

また、上記実施形態では、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａが動作するときに、キャパシタ１１の電圧が所定値以上であれば、キャパシタ１１の電力を負荷４、４ａ、５、６に供給し、キャパシタ１１の電圧が所定値未満であれば、キャパシタ１１の電力を被保護負荷６にだけ供給している。このため、被保護負荷６を駆動するのにキャパシタ１１の電力を使用しても、キャパシタ１１の残電力量が余り有るくらい多い場合に、キャパシタ１１の電力を各負荷４、４ａ、５、６に供給して、有効に活用することができる。また、キャパシタ１１の残電力量が被保護負荷６しか駆動できないくらい少ない場合に、キャパシタ１１の電力を被保護負荷６に供給して、被保護負荷６を安定に駆動しつつ、キャパシタ１１の電力を有効に活用することができる。つまり、発電機１３で発生した回生電力をキャパシタ１１に充電した後、有効に活用することができる。

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、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を検出するために、第２電力経路Ｌ２上の接続点ＰｘとＤＣ−ＤＣコンバータ９の入出力端子Ｔ２との間に電流検出部１５を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。これ以外に、たとえば、第１電力経路Ｌ１上の接続点Ｐｚ（図１）とＤＣ−ＤＣコンバータ９の入出力端子Ｔ１との間、もしくはＤＣ−ＤＣコンバータ９の接地ライン（図示省略）上に、電流検出部を設けてもよい。このようにしても、電流検出部によりＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を検出することができる。

または、第２電力経路Ｌ２上の接続点Ｐｘと第２接続端子Ｃ２の間に、ＦＥＴ２を流れる電流を検出する第１電流検出部を設け、第３電力経路Ｌ３上の接続点Ｐｙと第３接続端子Ｃ３の間にＦＥＴ３ａ、３ｂを流れる電流を検出する第２電流検出部を設けてもよい。この場合、第１電流検出部の検出値から第２電流検出部の検出値を減算することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流を検出することができる。

また、バッテリ１２からの電流経路の分岐点Ｐｖ（図１に図示）と第１接続端子Ｃ１の間のような、電源装置１００の外部に電流検出部を設けてもよい。この場合、電流検出部で検出したＤＣ−ＤＣコンバータ９に流れる電流値を、ＣＡＮなどにより電源装置１００の制御部１０に出力すればよい。

また、以上の実施形態では、第３電力経路Ｌ３上に２つのＦＥＴ３ａ、３ｂを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。ＦＥＴ３ａ、３ｂのうちいずれか１つを第３電力経路Ｌ３上に設けてもよい。

また、以上の実施形態では、第１〜第３スイッチング素子としてＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ１、２、３ａ、３ｂを用いた例を示したが、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、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。また、ＭＯＳＦＥＴの代わりに、接合形ＦＥＴを用いてもよい。さらに、トランジスタまたはリレーなどのような、他のスイッチング素子を各電力経路Ｌ２〜Ｌ４にそれぞれ設けてもよい。

また、以上の実施形態では、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有した車両用の電源装置１００に、本発明を適用した例を挙げたが、これに限るものではない。これ以外の、たとえば減速回生機能は有しているがアイドリングストップ機能は有していない車両用の電源装置や、その他の用途の電源装置に対しても、本発明を適用することは可能である。

１ ＦＥＴ（第１スイッチング素子）
２ ＦＥＴ（第２スイッチング素子）
３ａ ＦＥＴ（第３スイッチング素子）
３ｂ ＦＥＴ（第３スイッチング素子）
４ 大電流負荷
４ａ スタータモータ
６ 被保護負荷
９ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０ 制御部
１１ キャパシタ（蓄電部）
１２ バッテリ（直流電源）
１３ 発電機
１４ 電圧検出部
１５ 電流検出部
１００ 電源装置
Ｃ１ 第１接続端子
Ｃ２ 第２接続端子
Ｃ３ 第３接続端子
Ｌ１ 第１電力経路
Ｌ２ 第２電力経路
Ｌ３ 第３電力経路
Ｌ４ 第４電力経路
Ｐｘ 第２電力経路上の第３電力経路との接続点
Ｐｙ 第３電力経路上の第４電力経路との接続点
Ｔ１ 第１入出力端子
Ｔ２ 第２入出力端子

Claims (5)

1. 動作時に大電流が流れる大電流負荷と、供給電圧が下がらないように保護する必要がある被保護負荷と、回生電力を発生する発電機と、前記大電流負荷と前記発電機が並列に接続された直流電源と、電力を蓄電する蓄電部と、がそれぞれ接続され、前記発電機で発生した回生電力を前記蓄電部に蓄電し、前記直流電源または前記蓄電部の電力を前記各負荷に供給する電源装置において、
   前記直流電源が接続される第１接続端子と、
   前記蓄電部が接続される第２接続端子と、
   前記被保護負荷が接続される第３接続端子と、
   ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   一端が前記第１接続端子に接続され、他端が前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた第１入出力端子に接続された第１電力経路と、
   一端が前記第２接続端子に接続され、他端が前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた第２入出力端子に接続された第２電力経路と、
   一端が前記第３接続端子に接続され、他端が前記第２電力経路に接続された第３電力経路と、
   一端が前記第１電力経路に接続され、他端が前記第３電力経路に接続された第４電力経路と、
   前記第４電力経路上に設けられた第１スイッチング素子と、
   前記第２電力経路上の前記第３電力経路との接続点と前記第２接続端子との間に設けられた第２スイッチング素子と、
   前記第３電力経路上の前記第４電力経路との接続点と前記第２電力経路との接続点との間に設けられた第３スイッチング素子と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作と前記各スイッチング素子のオン・オフ動作とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記発電機が発電していない場合において、
   前記大電流負荷が動作していないときに、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とをオンし、前記第３スイッチング素子をオフし、
   前記大電流負荷が動作するときに、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１スイッチング素子をオフし、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とをオンする、ことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記発電機が発電していない場合において、前記大電流負荷が動作するときに、
   前記電流検出部の検出値に基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を、前記被保護負荷の駆動に支障のない規定値以下に制限する、ことを特徴とする電源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
   前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記発電機が発電していない場合において、
   前記大電流負荷が動作するときに、
   前記電圧検出部で検出した前記蓄電部の電圧が、前記被保護負荷を駆動するのに必要な電圧より大きな所定値以上であれば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１スイッチング素子をオフし、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とをオンし、
   前記蓄電部の電圧が前記所定値未満であれば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させ、前記第１スイッチング素子をオフし、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とをオンする、ことを特徴とする電源装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源装置において、
   前記制御部は、
   前記大電流負荷が動作していないときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とをオンし、前記第３スイッチング素子をオフすることで、前記蓄電部の電力を前記第２スイッチング素子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第１スイッチング素子とを通して前記被保護負荷に供給するとともに、前記直流電源の電力を前記第１スイッチング素子を通して前記被保護負荷に供給し、
   前記大電流負荷が動作するときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１スイッチング素子をオフし、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とをオンすることで、前記蓄電部の電力を前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とを通して前記被保護負荷に供給するとともに、前記蓄電部の電力を前記第２スイッチング素子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータとを通して前記大電流負荷に供給する、ことを特徴とする電源装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電源装置において、
   前記制御部は、
   前記発電機で回生電力が発生するときに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とをオンし、前記第３スイッチング素子をオフすることで、前記回生電力で前記蓄電部を充電する、ことを特徴とする電源装置。

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