車両駆動用電源システム
【課題】エネルギ効率が改善された、キャパシタを搭載する車両駆動用電源システムを提供する。
【解決手段】車両駆動用電源システムは、メインバッテリＢ１と、キャパシタ４０と、メインバッテリＢ１よりも電源電圧が低い補機バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、メインバッテリＢ１の電力受入れが制限される場合には、車両の停止指示に応じて、キャパシタ４０が蓄積していたエネルギによって補機バッテリＢ２の充電が行なわれるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御する。好ましくは、制御装置３０は、停止指示に応じて昇降圧コンバータ１２にキャパシタ４０の電圧を降圧させてメインバッテリＢ１側に出力させメインバッテリＢ１または補機バッテリＢ２の充電を行なわせる。
【解決手段】車両駆動用電源システムは、メインバッテリＢ１と、キャパシタ４０と、メインバッテリＢ１よりも電源電圧が低い補機バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、メインバッテリＢ１の電力受入れが制限される場合には、車両の停止指示に応じて、キャパシタ４０が蓄積していたエネルギによって補機バッテリＢ２の充電が行なわれるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御する。好ましくは、制御装置３０は、停止指示に応じて昇降圧コンバータ１２にキャパシタ４０の電圧を降圧させてメインバッテリＢ１側に出力させメインバッテリＢ１または補機バッテリＢ２の充電を行なわせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両駆動用電源システムに関し、特に二次電池とキャパシタとを備える車両駆動用電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動力源としてモータを備える電気自動車およびハイブリッド車両が近年注目されている。たとえば、特開２００２−１７０４８号公報（特許文献１）は、メインバッテリと補機バッテリとキャパシタとを含む車両の電源装置を開示している。
【特許文献１】特開２００２−１７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蓄電装置としてメインバッテリとキャパシタとを搭載する車両では、車両の電源システムをオフする際に、キャパシタのエネルギをメインバッテリに移すことが考えられる。キャパシタの大容量化が進み特性も改善されてきているが、現在のところ、キャパシタの方がメインバッテリに比べて自己放電が進みやすい。したがって、キャパシタからメインバッテリにエネルギを移すことで、システム起動後に移したエネルギを再活用可能となる確率が高まり燃費の改善につながる。
【０００４】
しかしながら、メインバッテリも常にキャパシタのエネルギを受入れ可能とは限らない。そのような場合には、キャパシタのエネルギをメインバッテリに移すことができず、たとえば熱エネルギとして無駄に放出するしかなかった。
【０００５】
この発明の目的は、エネルギ効率が改善された車両駆動用電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、要約すると、車両駆動用電源システムであって、主バッテリと、主バッテリから車両負荷に電力を供給する電力供給経路上に接続されるキャパシタと、主バッテリよりも電源電圧が低い補機バッテリと、補機バッテリとキャパシタとの間で電圧変換を行なう電圧変換器と、電圧変換器の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、主バッテリの電力受入れが制限される場合には、車両を走行可能状態から走行不可状態に移行させる停止指示に応じて、キャパシタが蓄積していたエネルギによって補機バッテリの充電が行なわれるように電圧変換器を制御する。
【０００７】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、主バッテリとキャパシタとの間に配置され、主バッテリの電圧を昇圧してキャパシタに供給し、かつキャパシタの電圧を降圧して主バッテリに供給する昇降圧コンバータをさらに備える。電圧変換器は、昇降圧コンバータの主バッテリ側に接続される。制御装置は、停止指示に応じて昇降圧コンバータにキャパシタの電圧を降圧させて主バッテリ側に出力させ主バッテリまたは補機バッテリの充電を行なわせる。
【０００８】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、キャパシタを電力供給経路に接続する第１のリレーをさらに備える。制御装置は、補機バッテリへの充電が行なわれてキャパシタの電圧が主バッテリの電圧に低下したときに、第１のリレーを切離す。
【０００９】
より好ましくは、車両駆動用電源システムは、主バッテリを電力供給経路に接続する第２のリレーをさらに備える。制御装置は、停止指示に応じて第２のリレーを切離す。
【００１０】
好ましくは、キャパシタは、直列接続される複数の電気二重層コンデンサを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源システムのエネルギ効率が改善され、車両の燃費が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
図１を参照して、車両１００は、メインバッテリＢ１と、キャパシタ４０と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、制御装置３０とを含む。モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤを介して車輪を駆動する。
【００１４】
動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合され、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なお動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。
【００１５】
車両１００は、さらに、メインバッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、メインバッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、メインバッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に直列に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒ１とを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００１６】
車両１００は、さらに、メインバッテリＢ１の端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、メインバッテリＢ１に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。
【００１７】
メインバッテリＢ１としては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池などを用いることができる。
【００１８】
車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続される平滑用コンデンサＣ１と、平滑用コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する電圧センサ２１と、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する昇降圧コンバータ１２と、昇降圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する平滑用コンデンサＣ２と、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する電圧センサ１３と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続されるディスチャージ用抵抗Ｒ２と、昇降圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力するインバータ１４とを含む。
【００１９】
昇降圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００２０】
リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。
【００２１】
インバータ１４は、昇降圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇降圧コンバータ１２に戻す。このとき昇降圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２２】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。
【００２３】
Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。
【００２４】
Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。
【００２５】
Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。
【００２６】
モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。
【００２７】
車両１００は、さらに、昇降圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続されるインバータ１４Ａと、昇降圧コンバータ１２による昇圧後の電力を蓄積するキャパシタ４０と、電源ラインＰＬ２にキャパシタ４０の一方電極を接続するシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰと、接地ラインＳＬにキャパシタ４０の他方電極を接続するシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＧとを含む。
【００２８】
車両１００は、負荷であるインバータ１４，１４Ａに接続された電源ラインＰＬ２とキャパシタ４０の電極との間にシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰと直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ９と、キャパシタの正電極から電源ラインＰＬ２に向かう向きを順方向としてＩＧＢＴ素子Ｑ９に並列接続されるダイオードＤ９とをさらに備える。
【００２９】
図示しないが、システムメインリレーＣ−ＳＭＲＧ，Ｃ−ＳＭＲＰも、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００３０】
車両１００は、さらに、キャパシタ４０の端子間の電圧ＶＣを測定する電圧センサ４４と、キャパシタ４０に流れる電流ＩＣを検知する電流センサ４６と、キャパシタ４０の温度ＴＣを検知する温度センサ４５とを含む。
【００３１】
インバータ１４Ａは車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇降圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１４Ａは、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇降圧コンバータ１２に戻す。このとき昇降圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００３２】
インバータ１４Ａは、Ｕ相アーム１５Ａと、Ｖ相アーム１６Ａと、Ｗ相アーム１７Ａとを含む。Ｕ相アーム１５Ａ，Ｖ相アーム１６ＡおよびＷ相アーム１７Ａは、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５Ａ，Ｖ相アーム１６ＡおよびＷ相アーム１７Ａの各構成は、Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７とそれぞれ同様であり、詳細な説明は繰返さない。
【００３３】
車両１００は、さらに、ヘッドランプ等の補機類に電力供給を行なう１２Ｖの補機バッテリＢ２と、電源ラインＰＬ１と補機バッテリＢ２および補機類との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、補機バッテリＢ２の電圧ＶＢ２を測定する電圧センサ５２とを含む。補機類には、ヘッドライトや各種ＥＣＵの電源等が含まれる。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる降圧指示に応じて、電源ラインＰＬ２の電圧を降圧して補機バッテリＢ２への充電や補機類への電力供給を行なうことが可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる昇圧指示に応じて、補機バッテリＢ２の電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に対して供給することも可能である。
【００３５】
制御装置３０は、２つのモータジェネレータのトルク指令値、モータ回転数、モータ電流値と、電圧ＶＢ，ＶＨ，ＶＣ、電流ＩＢ，ＩＣの各値と、起動信号ＩＧとを受ける。そして制御装置３０は、昇降圧コンバータ１２に対して昇圧指示、降圧指示および動作禁止指示を出力する。
【００３６】
さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、昇降圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２側に戻す回生指示とを出力する。
【００３７】
同様に制御装置３０は、インバータ１４Ａに対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２側に戻す回生指示とを出力する。
【００３８】
キャパシタ４０は、平滑用コンデンサＣ２よりも容量が大きい蓄電装置であり、たとえば直列接続される複数の電気二重層コンデンサ４２とその間に接続されるフューズ４３とを含む。なお、電気二重層コンデンサはエネルギ密度が高いが、１セル当たりの耐圧が２．５〜２．７Ｖ程度であるので、昇降圧コンバータ１２が出力する３００〜６５０Ｖ程度の電圧に用いるためには各セルに電圧を分担させるために複数の電気二重層コンデンサ４２のセルを直列に接続して用いる必要がある。
【００３９】
従来は、昇降圧コンバータ１２の出力電圧のリップルを平滑化するのに十分な程度の容量、たとえば数千μＦの平滑用コンデンサＣ２のみを搭載していたが、これと並列に容量が、たとえば０．５〜２．０Ｆ程度のキャパシタ４０をさらに搭載する。
【００４０】
これにより、たとえばエンジンを停止させてモータジェネレータのみで走行するＥＶ走行時において追越しをするために急加速を行なおうとした場合に、モータジェネレータＭＧ２が車輪を回転させるパワーを増加しつつ、さらにこれと並行してキャパシタ４０で補填されるパワーでモータジェネレータＭＧ１を回転させてエンジン４を始動し、エンジン４によって発生されるパワーをさらに加速パワーに加えることが可能となる。つまりキャパシタ４０は瞬時における出力可能パワーがメインバッテリＢ１に比べると大きいので、キャパシタ４０によってメインバッテリＢ１の電力を補うことにより加速応答性をさらに改善することができる。
【００４１】
図１に示される車両駆動用電源システムは、要約すると、メインバッテリＢ１と、メインバッテリＢ１から車両負荷に電力を供給する電力供給経路上に接続されるキャパシタ４０と、メインバッテリＢ１よりも電源電圧が低い補機バッテリＢ２と、補機バッテリＢ２とキャパシタ４０との間で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、メインバッテリＢ１の電力受入れが制限される場合には、車両を走行可能状態から走行不可状態に移行させる停止指示に応じて、キャパシタ４０が蓄積していたエネルギによって補機バッテリＢ２の充電が行なわれるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御する。
【００４２】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、メインバッテリＢ１とキャパシタ４０との間に配置され、メインバッテリＢ１の電圧を昇圧してキャパシタ４０に供給し、かつキャパシタ４０の電圧を降圧してメインバッテリＢ１に供給する昇降圧コンバータ１２をさらに備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、昇降圧コンバータ１２のメインバッテリＢ１側に接続される。制御装置３０は、停止指示に応じて昇降圧コンバータ１２にキャパシタ４０の電圧を降圧させてメインバッテリＢ１側に出力させメインバッテリＢ１または補機バッテリＢ２の充電を行なわせる。
【００４３】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、キャパシタ４０を電力供給経路に接続するシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧをさらに備える。制御装置３０は、補機バッテリＢ２への充電が行なわれてキャパシタ４０の電圧がメインバッテリＢ１の電圧に低下したときに、システムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧを切離す。
【００４４】
より好ましくは、車両駆動用電源システムは、メインバッテリＢ１を電力供給経路に接続するシステムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３をさらに備える。制御装置３０は、停止指示に応じてシステムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３を切離す。
【００４５】
図２は、図１の車両１００で実行される電源システムの停止処理の手順を示したフローチャートである。
【００４６】
図１、図２を参照して、まずステップＳ１において起動信号ＩＧがオン状態からオフ状態に変化するか否かが監視される。ステップＳ１においてオン状態からオフ状態への変化が検知されなければ、繰り返しステップＳ１において起動信号ＩＧの監視が継続される。
【００４７】
一方、ステップＳ１においてオン状態からオフ状態への変化が検知されると、ステップＳ１からステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では、メインバッテリＢ１に充電する余裕があるか否かが判断される。
【００４８】
メインバッテリＢ１は、車両制動時の回生電力を回収可能なように、またバッテリ寿命がなるべく長くなるように考慮され蓄電量の上限値と下限値が定められている。その時々の蓄電量が考慮され、制御装置３０によって受入れ可能電力Ｗｉｎが定められている。制御装置３０は、ステップＳ２において、この受入れ可能電力Ｗｉｎが所定値たとえば１０ｋＷより小さいか否かを判断する。
【００４９】
したがって、ステップＳ２にてメインバッテリＢ１の蓄電量が管理上限値までまだ余裕がある場合（ステップＳ２でＮＯ）にはステップＳ７に処理が進み、昇降圧コンバータ１２の指令値を下げる。このようにすることにより、キャパシタ４０の電圧がメインバッテリＢ１の電圧より高い場合にはキャパシタ４０からメインバッテリＢ１に充電が行なわれる。
【００５０】
逆に、ステップＳ２にてメインバッテリＢ１の蓄電量が管理上限値に近く余裕が無い場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）ステップＳ３に処理が進む。
【００５１】
ステップＳ３では、補機バッテリＢ２に充電する余裕があるか否かが判断される。補機バッテリＢ２が鉛蓄電池である場合には、端子間電圧を判断することにより充電状態を判断することができる。したがって、ステップＳ３においては、電圧ＶＢ２が１４Ｖより大きいか否かで補機バッテリＢ２に充電する余裕があるか否かが判断されている。
【００５２】
ステップＳ３にて補機バッテリＢ２がほとんど満充電状態であり電力を受入れる余裕が無い場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）ステップＳ６に処理が進む。ステップＳ６では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対してトルクを発生させない電流をステータコイルに流すように制御が行なわれ、熱消費によってキャパシタ４０の余分なチャージを抜く。キャパシタ４０を電極間が高電圧で放置すると寿命に若干の悪影響があるので、不要であれば高電圧をかけておかないほうが良いからである。
【００５３】
一方、ステップＳ３において補機バッテリＢ２に電力を受入れる余裕がある場合には（ステップＳ３でＮＯ）ステップＳ４に処理が進む。ステップＳ４ではＤＣ／ＤＣコンバータ５０の補機バッテリＢ２側が現在の補機バッテリＢ２の電圧ＶＢ２より＋αだけ高い電圧になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５０の指令値が設定される。そして、ステップＳ５において昇降圧コンバータ１２の指令値を下げる。このようにすることにより、キャパシタ４０から電源ラインＰＬ１に電流が流れ、その電流が補機バッテリＢ２に流れるので補機バッテリＢ２の充電が行なわれる。
【００５４】
ステップＳ５、Ｓ６，Ｓ７のいずれかの処理が終了し、キャパシタ４０の余分なエネルギが放出されキャパシタ４０の電圧ＶＣがメインバッテリＢ１の電圧ＶＢ１と大体等しくなると、ステップＳ８に処理が進む。
【００５５】
ステップＳ８では、キャパシタ４０を電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬに接続していたシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧが開放され、キャパシタ４０が切離される。そして、ステップＳ９においてメインバッテリＢ１を電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬに接続していたシステムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３が開放され、メインバッテリＢ１が切離され、ステップＳ１０で処理が終了する。
【００５６】
図３は、図２のフローチャートに基づいて電源システムの停止処理が行なわれた状況の一例を示す波形図である。
【００５７】
図１、図３を参照して、まず時刻ｔ１以前では、昇降圧コンバータ電圧指令が４００Ｖに設定され昇降圧コンバータ１２によってメインバッテリＢ１の電圧が昇圧された結果、キャパシタの電圧ＶＣは、メインバッテリＢ１の電圧ＶＢ１よりも昇圧された４００Ｖとなっている。また、補機バッテリＢ２の電圧ＶＢ２は、１２Ｖであり補機バッテリＢ２はまだ充電可能な状態である。
【００５８】
時刻ｔ１において、運転者によって電源システムの停止操作が行なわれて起動信号ＩＧがオン状態からオフ状態に変化すると、上述した状態に電源システムがあるので、図２のフローチャートではステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５の順に処理が進む。
【００５９】
その結果、時刻ｔ２では補機バッテリＢ２に充電された結果、電圧ＶＢ２は１３Ｖに上昇し、応じてＤＣ／ＤＣコンバータ電圧指令値（ＶＢ２指令値）も１３Ｖより少し上に設定されさらに補機バッテリＢ２への充電が続けられる。
【００６０】
時刻ｔ３では補機バッテリＢ２にさらに充電された結果、電圧ＶＢ２は１４Ｖに上昇し、応じてＤＣ／ＤＣコンバータ電圧指令値（ＶＢ２指令値）も１４Ｖより少し上に設定されさらに補機バッテリＢ２への充電が続けられる。
【００６１】
時刻ｔ４では補機バッテリＢ２にさらに充電された結果、電圧ＶＢ２は１５Ｖに上昇し、応じてＤＣ／ＤＣコンバータ電圧指令値（ＶＢ２指令値）も１５Ｖより少し上に設定されさらに補機バッテリＢ２への充電が続けられるが、キャパシタ電圧ＶＣがメインバッテリＢ１の電圧ＶＢ１とほぼ等しくなっており、キャパシタの余分なチャージは抜けているので補機バッテリＢ２への充電は停止され、ＩＧＢＴ素子Ｑ９がオフ状態に制御されその後システムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧが開放状態に制御される。
【００６２】
なお、充電途中で、補機バッテリＢ２の電圧が上限値に達した場合は、図２のステップＳ６で説明した熱消費によるディスチャージ処理に切換えられる。また、図２のステップＳ３における充電受入れ可能の判断の電圧値や図３の電圧ＶＢ２に示した電圧値は例示であり、補機バッテリＢ２の電圧上限値は電池の種類や性能実力値により異なるので、適宜これらを考慮して定められる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、熱として消費していたシステム停止時のキャパシタのエネルギを可能な限り回収可能となり、車両のエネルギ効率が改善される。
【００６４】
なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
【図２】図１の車両１００で実行される電源システムの停止処理の手順を示したフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートに基づいて電源システムの停止処理が行なわれた状況の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６７】
３ 動力分割機構、４ エンジン、１０，１３，２１，４４，５２ 電圧センサ、１１，４６ 電流センサ、１２ 昇降圧コンバータ、１４，１４Ａ インバータ、１５，１５Ａ Ｕ相アーム、１６，１６Ａ Ｖ相アーム、１７，１７Ａ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、４０ キャパシタ、４２ 電気二重層コンデンサ、４３ フューズ、４５ 温度センサ、５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１００ 車両、Ｂ１ メインバッテリ、Ｂ２ 補機バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ９ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ９ ＩＧＢＴ素子、Ｒ１ 制限抵抗、Ｒ２ ディスチャージ用抵抗、Ｃ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧ，ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両駆動用電源システムに関し、特に二次電池とキャパシタとを備える車両駆動用電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動力源としてモータを備える電気自動車およびハイブリッド車両が近年注目されている。たとえば、特開２００２−１７０４８号公報（特許文献１）は、メインバッテリと補機バッテリとキャパシタとを含む車両の電源装置を開示している。
【特許文献１】特開２００２−１７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蓄電装置としてメインバッテリとキャパシタとを搭載する車両では、車両の電源システムをオフする際に、キャパシタのエネルギをメインバッテリに移すことが考えられる。キャパシタの大容量化が進み特性も改善されてきているが、現在のところ、キャパシタの方がメインバッテリに比べて自己放電が進みやすい。したがって、キャパシタからメインバッテリにエネルギを移すことで、システム起動後に移したエネルギを再活用可能となる確率が高まり燃費の改善につながる。
【０００４】
しかしながら、メインバッテリも常にキャパシタのエネルギを受入れ可能とは限らない。そのような場合には、キャパシタのエネルギをメインバッテリに移すことができず、たとえば熱エネルギとして無駄に放出するしかなかった。
【０００５】
この発明の目的は、エネルギ効率が改善された車両駆動用電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、要約すると、車両駆動用電源システムであって、主バッテリと、主バッテリから車両負荷に電力を供給する電力供給経路上に接続されるキャパシタと、主バッテリよりも電源電圧が低い補機バッテリと、補機バッテリとキャパシタとの間で電圧変換を行なう電圧変換器と、電圧変換器の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、主バッテリの電力受入れが制限される場合には、車両を走行可能状態から走行不可状態に移行させる停止指示に応じて、キャパシタが蓄積していたエネルギによって補機バッテリの充電が行なわれるように電圧変換器を制御する。
【０００７】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、主バッテリとキャパシタとの間に配置され、主バッテリの電圧を昇圧してキャパシタに供給し、かつキャパシタの電圧を降圧して主バッテリに供給する昇降圧コンバータをさらに備える。電圧変換器は、昇降圧コンバータの主バッテリ側に接続される。制御装置は、停止指示に応じて昇降圧コンバータにキャパシタの電圧を降圧させて主バッテリ側に出力させ主バッテリまたは補機バッテリの充電を行なわせる。
【０００８】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、キャパシタを電力供給経路に接続する第１のリレーをさらに備える。制御装置は、補機バッテリへの充電が行なわれてキャパシタの電圧が主バッテリの電圧に低下したときに、第１のリレーを切離す。
【０００９】
より好ましくは、車両駆動用電源システムは、主バッテリを電力供給経路に接続する第２のリレーをさらに備える。制御装置は、停止指示に応じて第２のリレーを切離す。
【００１０】
好ましくは、キャパシタは、直列接続される複数の電気二重層コンデンサを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源システムのエネルギ効率が改善され、車両の燃費が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
図１を参照して、車両１００は、メインバッテリＢ１と、キャパシタ４０と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、制御装置３０とを含む。モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤを介して車輪を駆動する。
【００１４】
動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合され、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なお動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。
【００１５】
車両１００は、さらに、メインバッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、メインバッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、メインバッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に直列に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒ１とを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００１６】
車両１００は、さらに、メインバッテリＢ１の端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、メインバッテリＢ１に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。
【００１７】
メインバッテリＢ１としては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池などを用いることができる。
【００１８】
車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続される平滑用コンデンサＣ１と、平滑用コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する電圧センサ２１と、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する昇降圧コンバータ１２と、昇降圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する平滑用コンデンサＣ２と、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する電圧センサ１３と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続されるディスチャージ用抵抗Ｒ２と、昇降圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力するインバータ１４とを含む。
【００１９】
昇降圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００２０】
リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。
【００２１】
インバータ１４は、昇降圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇降圧コンバータ１２に戻す。このとき昇降圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２２】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。
【００２３】
Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。
【００２４】
Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。
【００２５】
Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。
【００２６】
モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。
【００２７】
車両１００は、さらに、昇降圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続されるインバータ１４Ａと、昇降圧コンバータ１２による昇圧後の電力を蓄積するキャパシタ４０と、電源ラインＰＬ２にキャパシタ４０の一方電極を接続するシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰと、接地ラインＳＬにキャパシタ４０の他方電極を接続するシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＧとを含む。
【００２８】
車両１００は、負荷であるインバータ１４，１４Ａに接続された電源ラインＰＬ２とキャパシタ４０の電極との間にシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰと直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ９と、キャパシタの正電極から電源ラインＰＬ２に向かう向きを順方向としてＩＧＢＴ素子Ｑ９に並列接続されるダイオードＤ９とをさらに備える。
【００２９】
図示しないが、システムメインリレーＣ−ＳＭＲＧ，Ｃ−ＳＭＲＰも、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００３０】
車両１００は、さらに、キャパシタ４０の端子間の電圧ＶＣを測定する電圧センサ４４と、キャパシタ４０に流れる電流ＩＣを検知する電流センサ４６と、キャパシタ４０の温度ＴＣを検知する温度センサ４５とを含む。
【００３１】
インバータ１４Ａは車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇降圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１４Ａは、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇降圧コンバータ１２に戻す。このとき昇降圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００３２】
インバータ１４Ａは、Ｕ相アーム１５Ａと、Ｖ相アーム１６Ａと、Ｗ相アーム１７Ａとを含む。Ｕ相アーム１５Ａ，Ｖ相アーム１６ＡおよびＷ相アーム１７Ａは、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５Ａ，Ｖ相アーム１６ＡおよびＷ相アーム１７Ａの各構成は、Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７とそれぞれ同様であり、詳細な説明は繰返さない。
【００３３】
車両１００は、さらに、ヘッドランプ等の補機類に電力供給を行なう１２Ｖの補機バッテリＢ２と、電源ラインＰＬ１と補機バッテリＢ２および補機類との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、補機バッテリＢ２の電圧ＶＢ２を測定する電圧センサ５２とを含む。補機類には、ヘッドライトや各種ＥＣＵの電源等が含まれる。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる降圧指示に応じて、電源ラインＰＬ２の電圧を降圧して補機バッテリＢ２への充電や補機類への電力供給を行なうことが可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる昇圧指示に応じて、補機バッテリＢ２の電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に対して供給することも可能である。
【００３５】
制御装置３０は、２つのモータジェネレータのトルク指令値、モータ回転数、モータ電流値と、電圧ＶＢ，ＶＨ，ＶＣ、電流ＩＢ，ＩＣの各値と、起動信号ＩＧとを受ける。そして制御装置３０は、昇降圧コンバータ１２に対して昇圧指示、降圧指示および動作禁止指示を出力する。
【００３６】
さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、昇降圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２側に戻す回生指示とを出力する。
【００３７】
同様に制御装置３０は、インバータ１４Ａに対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２側に戻す回生指示とを出力する。
【００３８】
キャパシタ４０は、平滑用コンデンサＣ２よりも容量が大きい蓄電装置であり、たとえば直列接続される複数の電気二重層コンデンサ４２とその間に接続されるフューズ４３とを含む。なお、電気二重層コンデンサはエネルギ密度が高いが、１セル当たりの耐圧が２．５〜２．７Ｖ程度であるので、昇降圧コンバータ１２が出力する３００〜６５０Ｖ程度の電圧に用いるためには各セルに電圧を分担させるために複数の電気二重層コンデンサ４２のセルを直列に接続して用いる必要がある。
【００３９】
従来は、昇降圧コンバータ１２の出力電圧のリップルを平滑化するのに十分な程度の容量、たとえば数千μＦの平滑用コンデンサＣ２のみを搭載していたが、これと並列に容量が、たとえば０．５〜２．０Ｆ程度のキャパシタ４０をさらに搭載する。
【００４０】
これにより、たとえばエンジンを停止させてモータジェネレータのみで走行するＥＶ走行時において追越しをするために急加速を行なおうとした場合に、モータジェネレータＭＧ２が車輪を回転させるパワーを増加しつつ、さらにこれと並行してキャパシタ４０で補填されるパワーでモータジェネレータＭＧ１を回転させてエンジン４を始動し、エンジン４によって発生されるパワーをさらに加速パワーに加えることが可能となる。つまりキャパシタ４０は瞬時における出力可能パワーがメインバッテリＢ１に比べると大きいので、キャパシタ４０によってメインバッテリＢ１の電力を補うことにより加速応答性をさらに改善することができる。
【００４１】
図１に示される車両駆動用電源システムは、要約すると、メインバッテリＢ１と、メインバッテリＢ１から車両負荷に電力を供給する電力供給経路上に接続されるキャパシタ４０と、メインバッテリＢ１よりも電源電圧が低い補機バッテリＢ２と、補機バッテリＢ２とキャパシタ４０との間で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、メインバッテリＢ１の電力受入れが制限される場合には、車両を走行可能状態から走行不可状態に移行させる停止指示に応じて、キャパシタ４０が蓄積していたエネルギによって補機バッテリＢ２の充電が行なわれるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御する。
【００４２】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、メインバッテリＢ１とキャパシタ４０との間に配置され、メインバッテリＢ１の電圧を昇圧してキャパシタ４０に供給し、かつキャパシタ４０の電圧を降圧してメインバッテリＢ１に供給する昇降圧コンバータ１２をさらに備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、昇降圧コンバータ１２のメインバッテリＢ１側に接続される。制御装置３０は、停止指示に応じて昇降圧コンバータ１２にキャパシタ４０の電圧を降圧させてメインバッテリＢ１側に出力させメインバッテリＢ１または補機バッテリＢ２の充電を行なわせる。
【００４３】
好ましくは、車両駆動用電源システムは、キャパシタ４０を電力供給経路に接続するシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧをさらに備える。制御装置３０は、補機バッテリＢ２への充電が行なわれてキャパシタ４０の電圧がメインバッテリＢ１の電圧に低下したときに、システムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧを切離す。
【００４４】
より好ましくは、車両駆動用電源システムは、メインバッテリＢ１を電力供給経路に接続するシステムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３をさらに備える。制御装置３０は、停止指示に応じてシステムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３を切離す。
【００４５】
図２は、図１の車両１００で実行される電源システムの停止処理の手順を示したフローチャートである。
【００４６】
図１、図２を参照して、まずステップＳ１において起動信号ＩＧがオン状態からオフ状態に変化するか否かが監視される。ステップＳ１においてオン状態からオフ状態への変化が検知されなければ、繰り返しステップＳ１において起動信号ＩＧの監視が継続される。
【００４７】
一方、ステップＳ１においてオン状態からオフ状態への変化が検知されると、ステップＳ１からステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では、メインバッテリＢ１に充電する余裕があるか否かが判断される。
【００４８】
メインバッテリＢ１は、車両制動時の回生電力を回収可能なように、またバッテリ寿命がなるべく長くなるように考慮され蓄電量の上限値と下限値が定められている。その時々の蓄電量が考慮され、制御装置３０によって受入れ可能電力Ｗｉｎが定められている。制御装置３０は、ステップＳ２において、この受入れ可能電力Ｗｉｎが所定値たとえば１０ｋＷより小さいか否かを判断する。
【００４９】
したがって、ステップＳ２にてメインバッテリＢ１の蓄電量が管理上限値までまだ余裕がある場合（ステップＳ２でＮＯ）にはステップＳ７に処理が進み、昇降圧コンバータ１２の指令値を下げる。このようにすることにより、キャパシタ４０の電圧がメインバッテリＢ１の電圧より高い場合にはキャパシタ４０からメインバッテリＢ１に充電が行なわれる。
【００５０】
逆に、ステップＳ２にてメインバッテリＢ１の蓄電量が管理上限値に近く余裕が無い場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）ステップＳ３に処理が進む。
【００５１】
ステップＳ３では、補機バッテリＢ２に充電する余裕があるか否かが判断される。補機バッテリＢ２が鉛蓄電池である場合には、端子間電圧を判断することにより充電状態を判断することができる。したがって、ステップＳ３においては、電圧ＶＢ２が１４Ｖより大きいか否かで補機バッテリＢ２に充電する余裕があるか否かが判断されている。
【００５２】
ステップＳ３にて補機バッテリＢ２がほとんど満充電状態であり電力を受入れる余裕が無い場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）ステップＳ６に処理が進む。ステップＳ６では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対してトルクを発生させない電流をステータコイルに流すように制御が行なわれ、熱消費によってキャパシタ４０の余分なチャージを抜く。キャパシタ４０を電極間が高電圧で放置すると寿命に若干の悪影響があるので、不要であれば高電圧をかけておかないほうが良いからである。
【００５３】
一方、ステップＳ３において補機バッテリＢ２に電力を受入れる余裕がある場合には（ステップＳ３でＮＯ）ステップＳ４に処理が進む。ステップＳ４ではＤＣ／ＤＣコンバータ５０の補機バッテリＢ２側が現在の補機バッテリＢ２の電圧ＶＢ２より＋αだけ高い電圧になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５０の指令値が設定される。そして、ステップＳ５において昇降圧コンバータ１２の指令値を下げる。このようにすることにより、キャパシタ４０から電源ラインＰＬ１に電流が流れ、その電流が補機バッテリＢ２に流れるので補機バッテリＢ２の充電が行なわれる。
【００５４】
ステップＳ５、Ｓ６，Ｓ７のいずれかの処理が終了し、キャパシタ４０の余分なエネルギが放出されキャパシタ４０の電圧ＶＣがメインバッテリＢ１の電圧ＶＢ１と大体等しくなると、ステップＳ８に処理が進む。
【００５５】
ステップＳ８では、キャパシタ４０を電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬに接続していたシステムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧが開放され、キャパシタ４０が切離される。そして、ステップＳ９においてメインバッテリＢ１を電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬに接続していたシステムメインリレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３が開放され、メインバッテリＢ１が切離され、ステップＳ１０で処理が終了する。
【００５６】
図３は、図２のフローチャートに基づいて電源システムの停止処理が行なわれた状況の一例を示す波形図である。
【００５７】
図１、図３を参照して、まず時刻ｔ１以前では、昇降圧コンバータ電圧指令が４００Ｖに設定され昇降圧コンバータ１２によってメインバッテリＢ１の電圧が昇圧された結果、キャパシタの電圧ＶＣは、メインバッテリＢ１の電圧ＶＢ１よりも昇圧された４００Ｖとなっている。また、補機バッテリＢ２の電圧ＶＢ２は、１２Ｖであり補機バッテリＢ２はまだ充電可能な状態である。
【００５８】
時刻ｔ１において、運転者によって電源システムの停止操作が行なわれて起動信号ＩＧがオン状態からオフ状態に変化すると、上述した状態に電源システムがあるので、図２のフローチャートではステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５の順に処理が進む。
【００５９】
その結果、時刻ｔ２では補機バッテリＢ２に充電された結果、電圧ＶＢ２は１３Ｖに上昇し、応じてＤＣ／ＤＣコンバータ電圧指令値（ＶＢ２指令値）も１３Ｖより少し上に設定されさらに補機バッテリＢ２への充電が続けられる。
【００６０】
時刻ｔ３では補機バッテリＢ２にさらに充電された結果、電圧ＶＢ２は１４Ｖに上昇し、応じてＤＣ／ＤＣコンバータ電圧指令値（ＶＢ２指令値）も１４Ｖより少し上に設定されさらに補機バッテリＢ２への充電が続けられる。
【００６１】
時刻ｔ４では補機バッテリＢ２にさらに充電された結果、電圧ＶＢ２は１５Ｖに上昇し、応じてＤＣ／ＤＣコンバータ電圧指令値（ＶＢ２指令値）も１５Ｖより少し上に設定されさらに補機バッテリＢ２への充電が続けられるが、キャパシタ電圧ＶＣがメインバッテリＢ１の電圧ＶＢ１とほぼ等しくなっており、キャパシタの余分なチャージは抜けているので補機バッテリＢ２への充電は停止され、ＩＧＢＴ素子Ｑ９がオフ状態に制御されその後システムメインリレーＣ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧが開放状態に制御される。
【００６２】
なお、充電途中で、補機バッテリＢ２の電圧が上限値に達した場合は、図２のステップＳ６で説明した熱消費によるディスチャージ処理に切換えられる。また、図２のステップＳ３における充電受入れ可能の判断の電圧値や図３の電圧ＶＢ２に示した電圧値は例示であり、補機バッテリＢ２の電圧上限値は電池の種類や性能実力値により異なるので、適宜これらを考慮して定められる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、熱として消費していたシステム停止時のキャパシタのエネルギを可能な限り回収可能となり、車両のエネルギ効率が改善される。
【００６４】
なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
【図２】図１の車両１００で実行される電源システムの停止処理の手順を示したフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートに基づいて電源システムの停止処理が行なわれた状況の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６７】
３ 動力分割機構、４ エンジン、１０，１３，２１，４４，５２ 電圧センサ、１１，４６ 電流センサ、１２ 昇降圧コンバータ、１４，１４Ａ インバータ、１５，１５Ａ Ｕ相アーム、１６，１６Ａ Ｖ相アーム、１７，１７Ａ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、４０ キャパシタ、４２ 電気二重層コンデンサ、４３ フューズ、４５ 温度センサ、５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１００ 車両、Ｂ１ メインバッテリ、Ｂ２ 補機バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ９ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ９ ＩＧＢＴ素子、Ｒ１ 制限抵抗、Ｒ２ ディスチャージ用抵抗、Ｃ−ＳＭＲＰ，Ｃ−ＳＭＲＧ，ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用電源システムであって、
主バッテリと、
前記主バッテリから車両負荷に電力を供給する電力供給経路上に接続されるキャパシタと、
前記主バッテリよりも電源電圧が低い補機バッテリと、
前記補機バッテリと前記キャパシタとの間で電圧変換を行なう電圧変換器と、
前記電圧変換器の制御を行なう制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記主バッテリの電力受入れが制限される場合には、車両を走行可能状態から走行不可状態に移行させる停止指示に応じて、前記キャパシタが蓄積していたエネルギによって前記補機バッテリの充電が行なわれるように前記電圧変換器を制御する、車両駆動用電源システム。
【請求項２】
前記主バッテリと前記キャパシタとの間に配置され、前記主バッテリの電圧を昇圧して前記キャパシタに供給し、かつ前記キャパシタの電圧を降圧して前記主バッテリに供給する昇降圧コンバータをさらに備え、
前記電圧変換器は、前記昇降圧コンバータの前記主バッテリ側に接続され、
前記制御装置は、前記停止指示に応じて前記昇降圧コンバータに前記キャパシタの電圧を降圧させて前記主バッテリ側に出力させ前記主バッテリまたは前記補機バッテリの充電を行なわせる、請求項１に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項３】
前記キャパシタを前記電力供給経路に接続する第１のリレーをさらに備え、
前記制御装置は、前記補機バッテリへの充電が行なわれて前記キャパシタの電圧が前記主バッテリの電圧に低下したときに、前記第１のリレーを切離す、請求項１に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項４】
前記主バッテリを前記電力供給経路に接続する第２のリレーをさらに備え、
前記制御装置は、前記停止指示に応じて前記第２のリレーを切離す、請求項３に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項５】
前記キャパシタは、
直列接続される複数の電気二重層コンデンサを含む、請求項１に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項１】
車両駆動用電源システムであって、
主バッテリと、
前記主バッテリから車両負荷に電力を供給する電力供給経路上に接続されるキャパシタと、
前記主バッテリよりも電源電圧が低い補機バッテリと、
前記補機バッテリと前記キャパシタとの間で電圧変換を行なう電圧変換器と、
前記電圧変換器の制御を行なう制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記主バッテリの電力受入れが制限される場合には、車両を走行可能状態から走行不可状態に移行させる停止指示に応じて、前記キャパシタが蓄積していたエネルギによって前記補機バッテリの充電が行なわれるように前記電圧変換器を制御する、車両駆動用電源システム。
【請求項２】
前記主バッテリと前記キャパシタとの間に配置され、前記主バッテリの電圧を昇圧して前記キャパシタに供給し、かつ前記キャパシタの電圧を降圧して前記主バッテリに供給する昇降圧コンバータをさらに備え、
前記電圧変換器は、前記昇降圧コンバータの前記主バッテリ側に接続され、
前記制御装置は、前記停止指示に応じて前記昇降圧コンバータに前記キャパシタの電圧を降圧させて前記主バッテリ側に出力させ前記主バッテリまたは前記補機バッテリの充電を行なわせる、請求項１に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項３】
前記キャパシタを前記電力供給経路に接続する第１のリレーをさらに備え、
前記制御装置は、前記補機バッテリへの充電が行なわれて前記キャパシタの電圧が前記主バッテリの電圧に低下したときに、前記第１のリレーを切離す、請求項１に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項４】
前記主バッテリを前記電力供給経路に接続する第２のリレーをさらに備え、
前記制御装置は、前記停止指示に応じて前記第２のリレーを切離す、請求項３に記載の車両駆動用電源システム。
【請求項５】
前記キャパシタは、
直列接続される複数の電気二重層コンデンサを含む、請求項１に記載の車両駆動用電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２７４７８５（Ｐ２００７−２７４７８５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９４８８８（Ｐ２００６−９４８８８）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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