CN111516518A - 车辆电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种如下的车辆电源系统：能够使用电压较低的电池，并且能够通过外部电源来有效地进行充电。本发明是一种车辆电源系统(10)，其通过以规定的下限电压以上的电压进行充电的外部电源(17)来充电，该车辆电源系统具有：电池(18)，该电池的额定电压低于下限电压；电容器(22)，该电容器与该电池(18)以串联方式电连接；以及供电设备(23)，该供电设备(23)接收来自外部电源的电力并对电池(18)和电容器(22)进行充电，电容器(22)构成为电池(18)的额定电压与电容器(22)的额定电压之和高于下限电压。

Description

车辆电源系统

技术领域

本发明涉及车辆电源系统，尤其涉及通过以规定的下限电压以上的电压进行充电的外部电源来充电的车辆电源系统。

背景技术

在日本特开2014-231290号公报(专利文献1)中记载有一种插电式混合动力车辆。在该插电式混合动力车辆搭载有作为电动机/发电机的电源来使用的强电电池、作为车辆的辅机类的电源来使用的12V电池、以及作为起动电动机的电源来使用的电容器。另外，在对插电式混合动力车辆进行充电时，在普通外部充电端口或快速外部充电端口连接有来自外部电源的连接器插头。来自连接器插头的电力不经由电压转换装置等而以从外部电源供给的电压被充电到强电电池。此外，强电电池构成为以数百伏特的电压进行工作，对强电电池以数百伏特左右的电压进行充电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-231290号公报

发明所要解决的技术问题

然而，若采用高电压的电池作为搭载于车辆的电源，则需要与该高电压对应的绝缘性高的线束等，用于对该线束等进行绝缘的绝缘材料所导致的重量增加、成本上升成为问题。因此，存在想将搭载于车辆的电池的电压抑制得较低这样的要求。

另一方面，在作为一般的外部电源的充电站等规定了能够执行充电的电压范围，并构成为在该电压范围以外无法执行充电。例如，在当前的充电站中，能够执行充电的电压范围的下限被设定为50V，无法以比该下限电压低的电压执行充电。因此，在搭载于车辆的电池的电压为下限电压以下的情况下，无法将从充电站供给的电力向电池直接充电。为了从充电站对这种电压低于下限电压的电池进行充电，需要在车辆的电源系统中预先具备充电用的电压转换装置，一边转换电压一边对电池进行充电。然而，在该结构中，存在如下这样的问题：需要充电用的特别的电压转换装置，并且向电池充电的充电电流受充电用的电压转换装置的电流供给能力限制。若是这样的话，即使采用电压低的电池，也无法获得足够的优点。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种如下的车辆电源系统：能够使用电压低的电池，并且能够通过外部电源来有效地进行充电。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述的课题，本发明的车辆电源系统中，其通过以规定的下限电压以上的电压进行充电的外部电源来充电，该车辆电源系统具有：电池，该电池的额定电压低于下限电压；电容器，该电容器与该电池以串联方式电连接；以及供电设备，该供电设备接收来自外部电源的电力并对电池和电容器进行充电，电容器构成为电池的额定电压与电容器的额定电压之和高于下限电压。

在这样构成的本发明中，由于电池的额定电压低于规定的下限电压，因此并不能够在电池的两端子之间直接连接外部电源来对电池进行充电。根据如上述那样构成的本发明，电池与电容器以串联方式电连接，并使电池的额定电压与电容器的额定电压之和高于下限电压。其结果是，能够将外部电源与串联连接的电池和电容器直接连接来进行充电，能够有效地对额定电压低的电池进行充电。

在本发明中，优选地，电容器构成为电容器的额定电压高于电池的额定电压。

根据这样构成的本发明，由于电容器的额定电压高于电池的额定电压，因此能够通过串联连接的电容器来大幅提高电池的额定电压，可以使用额定电压更低的电池。

在本发明中，优选地，电池和电容器通过将电池的正极端子与电容器的负极端子连接而串联连接。

根据这样构成的本发明，由于电池的正极端子与电容器的负极端子连接，因此能够在电容器的正极端子与电池的负极端子之间连接外部电源来进行充电。另外，通过将电池的负极端子设为车辆的接地电位，从而对于能够进行低电压驱动的负载，可以仅利用储存于电池的电力来驱动负载。

在本发明中，优选地，构成为能够储存于电容器的电荷量比能够储存于电池的电荷量少。

根据这样构成的本发明，由于能够储存于电容器的电荷量比能够储存于电池的电荷量少，因此能够以比较少的电荷量来使电容器的端子间电压变高，能够以比较少的电荷量来大幅提高电压。

在本发明中，优选地，还具有与电池以及电容器电连接的DC-DC转换器。

根据这样构成的本发明，由于具备与电池及电容器连接的DC-DC转换器，因此能够在电池与电容器之间进行电荷的授受。由此，能够根据车辆电源系统的使用状况来调整电池以及电容器的蓄电量，能够实现与状况相应的适当的电源结构。

在本发明中，优选地，供电设备构成为经由电缆而与外部电源连接。

根据这样构成的本发明，由于经由电缆而将外部电源与供电设备连接，因此能够以极其简单的结构来从外部电源对电池和电容器进行充电。

发明的效果

根据本发明的车辆电源系统，能够使用电压低的电池，并且能够通过外部电源来有效地进行充电。

附图说明

图1是搭载有基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的车辆的布局图。

图2是基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的框图，是概略地表示通过外部电源进行充电时的电流的流动的图。

图3是基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的框图，是概略地表示驱动主驱动电动机以及副驱动电动机时的电流的流动的图。

图4是基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的框图，是概略地表示在充入由副驱动电动机再生的电力时的电流的流动的图。

图5是表示基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的电路的图。

图6是表示基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统从外部电源充电时的作用的时序图。

图7是表示基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统从外部电源充电时的电路状态的图。

图8是表示基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的对电容器充电时的作用的时序图。

图9是表示基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的对电容器充电时的电路状态的图。

图10是表示在基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统中将电容器的电荷充电到电池的作用的时序图。

图11是表示在基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统中将电容器的电荷充电到电池时的电路状态的图。

图12是表示基于本发明的第二实施方式的车辆电源系统的电路的图。

图13是表示基于本发明的第二实施方式的车辆电源系统从外部电源充电时的端子间电压及充电电流的变化的图。

图14是表示基于本发明的第三实施方式的车辆电源系统的电路的图。

图15是表示基于本发明的第三实施方式的车辆电源系统从外部电源充电时的端子间电压及充电电流的变化的图。

符号说明

1 车辆

2a 后轮

2b 前轮

10 车辆电源系统

12 发动机

14 动力传递机构

14a 传动轴

14b 变速器

16 主驱动电动机

16a 逆变器

17 外部电源

17a 电缆

18 电池

19 充电装置(供电设备)

19a 充电控制器

19b 充电用电容器

20 副驱动电动机

20a 逆变器

22 电容器

23 供电口(供电设备)

24 控制装置

26 DC-DC转换器

28 车载设备

100 车辆电源系统

118 电池

122 电容器

123 供电口(供电设备)

200 车辆电源系统

218 电池

222 电容器

219 旁路装置(供电设备)

219a 电流调节器

219b 充电控制器

223 供电口(供电设备)

具体实施方式

接着，参照附图来对本发明的优选的实施方式进行说明。

图1是搭载有基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统的车辆的布局图。

如图1所示，搭载有基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10的车辆1是所谓的FR(Front engine，Rear drive：前置发动机，后轮驱动)车，该车在与驾驶座相比位于前方的车辆的前部搭载有作为内燃机的发动机12，驱动作为主驱动轮的左右一对后轮2a。另外，如后所述，后轮2a还由主驱动电动机驱动，作为副驱动轮的左右一对前轮2b由作为轮毂电动机的副驱动电动机驱动。

即，作为车辆驱动装置，车辆1搭载有：驱动后轮2a的发动机12、向后轮2a传递驱动力的动力传递机构14、驱动后轮2a的主驱动电动机16、驱动前轮2b的副驱动电动机20以及控制装置24。另外，在车辆1搭载有逆变器16a和逆变器20a，该逆变器16a将直流电压转换为交流电压来驱动主驱动电动机16，该逆变器20a将直流电压转换为交流电压来驱动副驱动电动机20。

另外，搭载于车辆1的基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10具有电池18、电容器22、充电装置19以及供电口23，其中，该充电装置19是用于接收来自外部电源17的电力并对电池18和电容器22进行充电的供电设备。关于本实施方式的车辆电源系统10的具体结构见后述。

发动机12是用于产生针对作为车辆1的主驱动轮的后轮2a的驱动力的内燃机。在本实施方式中，采用直列四缸发动机作为发动机12，配置于车辆1的前部的发动机12经由动力传递机构14驱动后轮2a。

动力传递机构14构成为将发动机12以及主驱动电动机16所产生的驱动力传递至作为主驱动轮的后轮2a。如图1所示，动力传递机构14具备传动轴14a以及作为变速机的变速器14b，其中，该传动轴14a是与发动机12以及主驱动电动机16连接的动力传递轴。

主驱动电动机16是用于产生针对主驱动轮的驱动力的电动机，主驱动电动机16设置在车辆1的车身上且与发动机12相邻地配置在发动机12的后侧。另外，与主驱动电动机16相邻地配置有逆变器16a，通过该逆变器16a将电池18的直流电压转换为交流电压并向主驱动电动机16供给。并且，如图1所示，主驱动电动机16与发动机12串联连接，主驱动电动机16产生的驱动力也经由动力传递机构14传递至后轮2a。另外，在本实施方式中，作为主驱动电动机16，采用由48V驱动的25kW的永磁电动机(永磁同步电动机)。

副驱动电动机20设置于前轮2b的各轮以产生针对作为副驱动轮的前轮2b的驱动力。另外，副驱动电动机20是轮毂电动机且分别收容于前轮2b各轮的轮内。另外，电容器22的直流电压通过配置于通道部15内的逆变器20a而被转换为交流电压，并被供给至各副驱动电动机20。并且，在本实施方式中，在副驱动电动机20未设置作为减速机构的减速器，副驱动电动机20的驱动力直接传递至前轮2b，车轮被直接驱动。另外，在本实施方式中，作为各副驱动电动机20，分别采用17kW的感应电动机。

电池18是主要用于储存使主驱动电动机16工作的电能的蓄电器。并且，在本实施方式中，作为电池18，使用48V、3.5kWh的锂离子电池(LIB)。

电容器22被设置成能够储存由副驱动电动机20再生的电力。如后所述，电容器22配置于与车辆1后部的插入式的充电装置19大致对称的位置，并且电容器22向设置于车辆1的前轮2b各轮的副驱动电动机20供给电力。主要由储存于电容器22的电力驱动的副驱动电动机20由比主驱动电动机16高的电压驱动。

充电装置19与电池18以及电容器22电连接，并且充电装置19构成为将从充电站等外部电源17经由供电口23供给的电力向它们进行充电。一般而言，充电站等外部电源17构成为以规定的下限电压(例如50V)以上的电压进行充电，本实施方式的车辆电源系统10与该下限电压对应。

供电口23是设置于车辆1的后部侧面的连接器且与充电装置19电连接。供电口23的连接器构成为能够与从充电站等外部电源17延伸的电缆17a的插头连接，电力经由供电口23而被供给到充电装置19。这样，本实施方式的车辆电源系统10构成为，通过将供给直流电力的外部电源17经由电缆17a与供电口23连接，从而能够对电池18以及电容器22进行充电。

控制装置24构成为，通过控制发动机12、主驱动电动机16以及副驱动电动机20而执行电动机行驶模式和内燃机行驶模式。具体而言，控制装置24能够由微处理器、存储器、接口电路、以及使它们工作的程序(以上，未图示)等构成。

接着，参照图2至图4来概略地说明基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10的结构及作用。图2是基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10的框图，是概略地表示通过外部电源17进行充电时的电流的流动的图。图3是基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10的框图，是概略地表示驱动主驱动电动机16以及副驱动电动机20时的电流的流动的图。图4是基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10的框图，是概略地表示在充入由副驱动电动机20再生的电力时的电流的流动的图。

首先，如图2所示，在本实施方式的车辆电源系统10中，电池18和电容器22串联连接。即，在本实施方式中，将电池18的正极端子与电容器22的负极端子连接，由此它们以串联方式电连接。另外，电池18的负极端子与车辆1的车身接地连接。在此，在本实施方式中，电池18的额定电压被设定为比外部电源17的下限电压(50V)低的48V，电容器22的额定电压被设定为比外部电源17的下限电压高的72V。此外，在本说明书中，电池18的额定电压是指一般的条件下的工作电压的最大值，电容器22的额定电压是指施加到电容器22的最大的电压。另外，将电池在一般的条件下进行了放电时的平均工作电压称为电池的标称电压。并且，电池18的额定电压被设定为比电容器22的额定电压低，但能够储存于电池18的电荷量(电量：库仑)构成为比能够储存于电容器22的电荷量多。

这样，在本实施方式中，电池18的额定电压被设定为比下限电压低的电压，因此不能够不进行电压的转换地从外部电源17对电池18直接进行充电。另一方面，对于串联连接的电池18和电容器22，能够不进行电压的转换地从外部电源17直接进行充电。即，与电池18串联连接的电容器22的电压(电池18的负极与电容器22的正极之间的电压)为下限电压以上，因此能够从外部电源17对电池18和电容器22进行充电。因此，如图2所示，在通过外部电源17进行充电时，来自外部电源17的直流电流向电容器22、电池18流动，电容器22以及电池18被充电。另外，充电装置19分别与电容器22和电池18连接，构成为控制对它们的充电。关于充电装置19的具体结构及作用见后述。

此外，充电装置19可以内置有DC-DC转换器，以能够对储存于电容器22的电荷进行降压而对电池18进行充电，或者对储存于电池18的电荷进行升压而对电容器22进行充电。这样，通过具备与电池18以及电容器22连接的DC-DC转换器，能够在电池18与电容器22之间进行电荷的授受。由此，能够根据车辆电源系统10的使用状况来调整电池18以及电容器22的蓄电量。

接着，如图3所示，在驱动主驱动电动机16及副驱动电动机20的情况下，分别以不同的路径供给电力。首先，主驱动电动机16以48V左右的比较低的电压被驱动，因此从电池18直接向主驱动电动机16用的逆变器16a供给电力。即，在逆变器16a连接有电池18的正极端子和负极端子，逆变器16a被施加电池18的直流电压。另一方面，副驱动电动机20以120V左右的比较高的电压被驱动，因此从电池18及电容器22向副驱动电动机20用的逆变器20a供给电力。即，在逆变器20a连接有电容器22的正极端子和电池18的负极端子，逆变器20a被施加将电池18和电容器22的电压相加后得到的电压。另外，在电容器22的电荷被放电而电容器22的端子间电压下降的情况下，储存于电池18的电荷通过充电装置19而被充电到电容器22。由此，电容器22的端子间电压上升，确保了副驱动电动机20的驱动所需的电压。另一方面，通过DC-DC转换器26来对电池18的输出电压进行降压而对搭载于车辆1的12V系的车载设备28供给电力。

并且，如图4所示，在车辆1的制动时，车辆1的动能由主驱动电动机16再生，生成电力。来自主驱动电动机16的输出电压施加在电池18的正极端子与负极端子之间，对电池18进行充电。另外，在车辆1的制动时，也通过副驱动电动机20进行再生，生成电力。来自副驱动电动机20的输出电压施加在电容器22的正极端子与电池18的负极端子之间，对电池18和电容器22进行充电。此外，在由副驱动电动机20再生的电力较大而电容器22的端子间电压已上升到规定值以上的情况下，储存于电容器22的电荷由充电装置19进行放电，并被充电到电池18。

接下来，参照图5至图11来对基于本发明的第一实施方式的车辆电源系统10的详细结构及作用进行说明。

图5是表示本实施方式的车辆电源系统10的电路的图。图6是表示基于本实施方式的车辆电源系统10从外部电源充电时的作用的时序图。图7是表示基于本实施方式的车辆电源系统10从外部电源充电时的电路状态的图。图8是表示基于本实施方式的车辆电源系统10的对电容器充电时的作用的时序图。图9是表示基于本实施方式的车辆电源系统10的对电容器充电时的电路状态的图。图10是表示在本实施方式的车辆电源系统10中将电容器的电荷充电到电池的作用的时序图。图11是表示在本实施方式的车辆电源系统10中将电容器的电荷充电到电池时的电路状态的图。

如图5所示，本实施方式的车辆电源系统10经由供电口23与外部电源17的电缆17a连接，构成为能够通过外部电源17进行充电。另外，在车辆电源系统10中具备电池18、电容器22以及充电装置19，构成为来自外部电源17的电力被充电到电池18和电容器22。因此，在本实施方式中，充电装置19以及供电口23作为针对电池18和电容器22的供电设备而发挥功能。

另外，如上所述，电池18的正极端子与电容器22的负极端子连接，电池18与电容器22以串联方式电连接。并且，在电池18的正极端子连接有开关SWbatt，在电容器22的正极端子连接有开关SWcap，构成为能够切换电池18以及电容器22的连接、非连接。

充电装置19与串联连接的电池18和电容器22并联连接。另外，在充电装置19内置有串联连接的四个开关，开关SW1、SW2、SW3、SW4按该顺序连接。开关SW1的一端与电容器22的正极端子连接，另一方面，开关SW4的一端与电池18的负极端子连接。另外，开关SW2与SW3的连接点连接于电池18与电容器22的连接点。这些开关SW1～SW4以及分别设置于电池18和电容器22的SWbatt、SWcap由内置于充电装置19的充电控制器19a控制开闭。具体而言，作为控制器的充电控制器19a能够由微型处理器、存储器、接口电路、以及使它们工作的程序(以上未图示)等构成。并且，在开关SW1与SW2的连接点和开关SW3与SW4的连接点之间连接有充电用电容器19b。此外，在本实施方式中，作为各开关而采用了半导体开关，但也能够将基于机械触点的继电器作为开关来使用。

接着，参照图6以及图7来对通过外部电源17进行的向电池18和电容器22的充电进行说明。此外，图6以及图7示出了电池18的端子间电压与电容器22的端子间电压的合计为能够通过外部电源17进行充电的下限电压以上的情况。

图6是表示在通过外部电源17来向电池18以及电容器22充电时的车辆电源系统10的作用的时序图。图6从上段开始依次示出了从外部电源17输入的电压Vin、开关SWbatt和SWcap的开闭状态、开关SW1和SW3的开闭状态、开关SW2和SW4的开闭状态。紧接于此，在图6中示出了电容器22的端子间电压Vcap(电容器22的正极端子与负极端子之间的电压)、流经电容器22的电流Icap、电池18的端子间电压Vbatt、流经电池18的电流Ibatt、充电用电容器19b的端子间电压Vc、流经充电用电容器19b的电流Ic。

图7是表示在通过外部电源17进行向电池18以及电容器22充电时的各开关的状态以及电流的流动的图。在通过外部电源17进行充电的过程中，各开关依次被设定为图7的上段所示的阶段(1)、中段所示的阶段(2)、下段所示的阶段(3)的状态。

首先，在图6的时刻t₁处，当通过外部电源17进行的充电开始时，充电控制器19a使开关SWbatt和SWcap接通(成为闭合状态)，使开关SW1～SW4断开(成为断开状态)。由此，车辆电源系统10成为图7的上段所示的阶段(1)的状态。在该状态下，电池18及电容器22与外部电源17连接，另一方面，充电装置19与外部电源17断开。由此，从外部电源17供给的电流流入到电容器22和电池18(电流Icap、Ibatt＞0)，对它们进行充电。伴随于此，电容器22的端子间电压Vcap和电池18的端子间电压Vbatt上升。在此，由于能够储存于电容器22的电荷量比能够储存于电池18的电荷量少，因此电容器22的端子间电压Vcap比电池18的端子间电压Vbatt更急剧地上升。因此，在时刻t₂处，电容器22的端子间电压Vcap上升到接近电容器22的额定电压。

当电容器22的端子间电压Vcap上升时，在时刻t₂处，充电控制器19a使开关SW1和SW3接通(开关SWbatt和SWcap保持接通，开关SW2和SW4保持断开)。由此，车辆电源系统10成为图7的中段所示的阶段(2)的状态。在该状态下，来自外部电源17的电流流入到充电装置19的充电用电容器19b，并且储存于电容器22的电荷被放电(电流Icap＜0)，流入(电流Ic＞0)到充电用电容器19b。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc上升，另一方面，电容器22的端子间电压Vcap下降。由此，电容器22成为能够再次充电的状态。此外，在为电容器22的电压下降了的时刻t₃的状态下，将电池18的端子间电压Vbatt与电容器22的端子间电压Vcap合计而得到的电压也被维持为能够通过外部电源17进行充电的下限电压以上。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc上升到规定电压时，在时刻t₃处，充电控制器19a使开关SW1和SW3断开，使开关SW2和SW4接通(开关SWbatt和SWcap保持接通)。由此，车辆电源系统10成为图7的下段所示的阶段(3)的状态。在该状态下，来自外部电源17的电流流入到电容器22以及电池18，它们被充电，并且储存于充电用电容器19b的电荷也通过开关SW2、SWbatt而被充电到电池18。由此，电容器22的端子间电压Vcap和电池18的端子间电压Vbatt上升，并且充电用电容器19b的端子间电压Vc下降。

当电容器22的端子间电压Vcap上升到接近额定电压时，在时刻t₄处，充电控制器19a切换各开关，再次使车辆电源系统10成为图7的中段所示的阶段(2)的状态。在该状态下，电容器22的端子间电压Vcap下降，并且充电用电容器19b的端子间电压Vc上升(电池18的端子间电压Vbatt大致恒定)。接着，在时刻t₅处，充电控制器19a将各开关切换为图7的下段所示的阶段(3)的状态，使电容器22和电池18的端子间电压上升，使充电用电容器19b的端子间电压Vc下降。以后，充电控制器19a交替地切换阶段(2)的状态和阶段(3)的状态，使电池18的端子间电压Vbatt上升(对电池18进行充电)。当电池18的端子间电压Vbatt上升到充电结束阈值、电容器22的端子间电压Vcap上升到接近额定电压时，充电控制器19a结束向电容器22和电池18的充电。

接着，参照图8和图9来说明利用储存于电池18的电荷来向电容器22进行的充电。此外，图8以及图9所示的作用在电池18的端子间电压与电容器22的端子间电压的合计下降到小于能够通过外部电源17进行充电的下限电压的情况下执行，以使得能够通过外部电源17进行充电。即，当电池18与电容器22的端子间电压的合计下降到小于下限电压时，不能通过外部电源17进行充电，因此对电容器22进行充电而使端子间电压上升，从而能够通过外部电源17进行充电。另外，在车辆1的行驶中等储存于电容器22的电荷量下降了的情况下，图8以及图9所示的作用也以使电容器22的端子间电压上升为目的而被执行。即，当在行驶中储存于电容器22的电荷量减少而端子间电压下降时，无法得到用于驱动副驱动电动机20所需的电压，因此通过对电容器22进行充电来恢复所需的电压。

图8是表示在利用电池18来向电容器22充电时的车辆电源系统10的作用的时序图。图8从上段开始依次示出了电池18与电容器22的端子间电压的合计Vin、开关SWbatt和SWcap的开闭状态、开关SW1和SW3的开闭状态、开关SW2和SW4的开闭状态。紧接于此，在图8中示出了电容器22的端子间电压Vcap、流经电容器22的电流Icap、电池18的端子间电压Vbatt、流经电池18的电流Ibatt、充电用电容器19b的端子间电压Vc、流经充电用电容器19b的电流Ic。

图9是表示利用电池18的电荷来向电容器22充电时的各开关的状态以及电流的流动的图。在向电容器22充电的过程中，各开关依次被设定为图9的上段所示的阶段(11)、中段所示的阶段(12)、下段所示的阶段(13)的状态。

首先，在图8的时刻t₁₁处，电池18与电容器22的端子间电压的合计Vin小于下限电压，因此为了使该合计Vin上升而执行向电容器22的充电。为了开始向电容器22的充电，充电控制器19a在时刻t₁₁处使开关SWbatt和SWcap接通(成为闭合状态)。并且，充电控制器19a在时刻t₁₂处使开关SW2和SW4接通(开关SW1和SW3保持断开(断开状态))。由此，车辆电源系统10成为图9的上段所示的阶段(11)的状态。在该状态下，从电池18输出的电流(Ibatt＜0)通过开关SWbatt和开关SW2而流入到充电装置19的充电用电容器19b(Ic＞0)。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc上升。另一方面，电池18的端子间电压Vbatt下降，但由于在电池18中储存了充分多的电荷，因此端子间电压Vbatt的下降量很少。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc上升到规定电压时，在时刻t₁₃处，充电控制器19a使开关SW1和SW3接通，使开关SW2和SW4断开(开关SWbatt和SWcap保持接通)。由此，车辆电源系统10成为图9的中段所示的阶段(12)的状态。在该状态下，从充电装置19的充电用电容器19b放电的电流(电流Ic<0)流入到电容器22(电流Icap>0)。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc下降，另一方面，电容器22的端子间电压Vcap上升(电池18的端子间电压Vbatt不变化)。其结果是，电容器22与电池18的端子间电压的合计(Vin)上升。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc下降到规定电压时，在时刻t₁₄处，充电控制器19a使开关SW1和SW3断开，使开关SW2和SW4接通(开关SWbatt和SWcap保持接通)。由此，车辆电源系统10返回到图9的上段所示的阶段(11)的状态。在该状态下，如上所述，来自电池18的电流流入到充电用电容器19b，进而被充电到充电用电容器19b。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc上升，并且电池18的端子间电压Vbatt略微下降。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc下降至规定的电压时，在时刻t₁₅处，充电控制器19a切换各开关，再次使车辆电源系统10成为图9的中段所示的阶段(12)的状态。在该状态下，充电用电容器19b的端子间电压Vc下降，并且电容器22的端子间电压Vcap上升(电池18的端子间电压Vbatt大致恒定)。其结果是，电容器22与电池18的端子间电压的合计(Vin)进一步上升。以后，充电控制器19a交替地切换阶段(11)的状态和阶段(12)的状态，使电容器22的端子间电压Vcap、以及电容器22与电池18的端子间电压的合计(Vin)上升(对电容器22进行充电)。即，通过交替地重复图9的阶段(11)和阶段(12)，储存于电池18的电荷被放电并被充电到电容器22，电容器22的端子间电压Vcap上升。另一方面，电池18的电荷被放电，但由于电池18的容量充分大，因此电池18的端子间电压Vbatt的下降很少。因此，通过将电池18的电荷充电到电容器22，能够使电容器22与电池18的端子间电压的合计(Vin)上升。

当在图8的时刻t₁₈处电容器22与电池18的端子间电压的合计达到外部充电开始阈值的电压时，充电控制器19a在时刻t₁₉处开始从外部电源17进行的充电。此外，外部充电开始阈值被设定为能够通过外部电源17进行充电的下限电压以上。即，在时刻t₁₉处，充电控制器19a使开关SWbatt和SWcap接通，同时使开关SW1～SW4断开，使车辆电源系统10成为图9的下段所示的阶段(13)的状态。由此，从外部电源17供给的电流流入到电容器22及电池18，电容器22及电池18的端子间电压上升。此外，在时刻t₁₉之后，当电容器22的端子间电压Vcap达到了规定电压时，转移到通过图6以及图7而已说明的动作，执行向电池18的充电。

通过上述的图8和图9说明的动作是以使电容器22与电池18的端子间电压的合计上升到能够从外部电源17进行充电的下限电压以上的电压为目的而执行的。然而，基于图8和图9的动作在如下情况下也被执行：以对副驱动电动机20施加所需的电压为目的而使电容器22与电池18的端子间电压的合计上升。在这种情况下，基于图8和图9的动作在电容器22与电池18的端子间电压的合计高于下限电压的状态下也被执行。

接着，参照图10和图11来说明利用储存于电容器22的电荷来向电容器18的充电。此外，图10和图11所示的作用在如下情况下被执行：通过将由副驱动电动机20再生的电力充电到电容器22，从而电容器22的端子间电压上升到了规定电压以上的情况。即，当电容器22的端子间电压上升到额定电压以上时，电容器22有可能劣化。因此，将已被充电到电容器22的电荷向电池18充电，有效地活用再生的电力。

图10是表示在利用电容器22来向电池18充电时的车辆电源系统10的作用的时序图。图11从上段开始依次示出了电池18与电容器22的端子间电压的合计Vin、开关SWbatt和SWcap的开闭状态、开关SW1和SW3的开闭状态、开关SW2和SW4的开闭状态。紧接于此，在图11中示出了电容器22的端子间电压Vcap、流经电容器22的电流Icap、电池18的端子间电压Vbatt、流经电池18的电流Ibatt、充电用电容器19b的端子间电压Vc、流经充电用电容器19b的电流Ic。

图11是表示利用电容器22的电荷来向电池18充电时的各开关的状态以及电流的流动的图。在向电池18充电的过程中，各开关依次被设定为图11的上段所示的阶段(21)、中段所示的阶段(22)、下段所示的阶段(23)的状态。

首先，在图10的时刻t₂₁处，电容器22的端子间电压Vcap为规定电压以上，因此成为无法进一步进行向电容器22的充电的状态。因此，为了将由副驱动电动机20再生的电力设为能够向电容器22充电的状态，将储存于电容器22的电荷向电池18充电，使电容器22的端子间电压Vcap下降。充电控制器19a在时刻t₂₂处使开关SW1和SW3接通(开关SWbatt和SWcap保持接通(闭合状态)，开关SW2和SW4保持断开(断开状态))。由此，车辆电源系统10成为图11的上段所示的阶段(21)的状态。在该状态下，从电容器22放电的电流(Icap＜0)通过开关SWcap和开关SW1而流入到充电装置19的充电用电容器19b(Ic＞0)。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc上升，电容器22的端子间电压Vcap下降。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc上升到规定电压时，在时刻t₂₃处，充电控制器19a使开关SW2和SW4接通，使开关SW1和SW3断开(开关SWbatt和SWcap保持接通)。由此，车辆电源系统10成为图11的中段所示的阶段(22)的状态。在该状态下，从充电装置19的充电用电容器19b放电的电流(电流Ic<0)流入到电池18(电流Ibatt>0)。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc下降，另一方面，电池18的端子间电压Vbatt略微上升(电容器22的端子间电压Vcap不变化)。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc下降到规定电压时，在时刻t₂₄处，充电控制器19a使开关SW1和SW3接通，使开关SW2和SW4断开(开关SWbatt和SWcap保持接通)。由此，车辆电源系统10返回到图11的上段所示的阶段(21)的状态。在该状态下，如上所述，来自电容器22的电流流入到充电用电容器19b，进而被充电到充电用电容器19b。由此，充电用电容器19b的端子间电压Vc上升，并且电容器22的端子间电压Vcap下降。

当充电用电容器19b的端子间电压Vc下降至规定的电压时，在时刻t₂₅处，充电控制器19a切换各开关，再次使车辆电源系统10成为图11的中段所示的阶段(22)的状态。在该状态下，充电用电容器19b的端子间电压Vc下降，并且电池18的端子间电压Vbatt略微上升。以后，充电控制器19a交替地切换阶段(21)的状态和阶段(22)的状态，将储存于电容器22的电荷充电到电池18，从而使电容器22的端子间电压Vcap下降。即，通过交替地重复图11的阶段(21)和阶段(22)，使电容器22的端子间电压Vcap下降，使由副驱动电动机20再生的电力恢复为能够对电容器22充电的状态。

在图10的时刻t₂₈处，当电容器22的端子间电压Vcap或者电容器22与电池18的端子间电压的合计下降到对各自设定的放电结束阈值的电压时，充电控制器19a使车辆电源系统10成为图11的下段所示的阶段(23)的状态。即，充电控制器19a在时刻t₂₉处使开关SWbatt和SWcap断开，并且使开关SW1～SW4也断开，从而将车辆电源系统10设为待机状态。

根据本发明的第一实施方式的车辆电源系统10，电池18与电容器22以串联的方式电连接(图5)，并使电池18的额定电压与电容器22的额定电压之和高于下限电压。其结果是，能够将外部电源17与串联连接的电池18和电容器22直接连接来进行充电，能够在不使用特别的电压转换器的情况下有效地对额定电压低的电池18进行充电。

另外，根据本实施方式的车辆电源系统10，由于电容器22的额定电压比电池18的额定电压高，因此能够通过串联连接的电容器22来大幅提高电池18的额定电压，能够使用额定电压更低的电池18。

并且，根据本实施方式的车辆电源系统10，由于电池18的正极端子与电容器22的负极端子连接，因此能够在电容器22的正极端子与电池18的负极端子之间连接外部电源17来进行充电。另外，通过将电池18的负极端子设为车辆的接地电位，从而对于能够进行低电压驱动的负载，可以仅利用储存于电池18的电力来驱动负载。

另外，根据本实施方式的车辆电源系统10，由于能够储存于电容器22的电荷量比能够储存于电池18的电荷量少，因此能够以比较少的电荷量来使电容器22的端子间电压变高，能够以比较少的电荷量来大幅提高电压。

并且，根据本实施方式的车辆电源系统10，由于经由电缆17a而将外部电源17与作为供电设备的供电口23连接，因此能够以极其简单的结构来从外部电源17对电池18和电容器22进行充电。

接着，参照图12以及图13来对基于本发明的第二实施方式的车辆电源系统进行说明。

本实施方式的车辆电源系统与上述的第一实施方式的不同点在于，省略了在第一实施方式中具备的充电装置19。因此，在此，仅对本实施方式的与第一实施方式不同的点进行说明，对于同样的结构、作用、效果省略说明。图12是表示基于本发明的第二实施方式的车辆电源系统100的电路的图。图13是表示本实施方式的车辆电源系统100从外部电源充电时的端子间电压以及充电电流的变化的图。

如图12所示，本实施方式的车辆电源系统100具有电池118、电容器122以及作为供电设备的供电口123。在本实施方式中，将电池118的正极端子与电容器122的负极端子连接，由此电池118与电容器122以串联方式电连接。并且，电容器122的正极端子和电池118的负极端子经由供电口123而分别与外部电源17的正极端子和负极端子连接。此外，与上述的第一实施方式同样地构成为，电池118的额定电压低于能够通过外部电源17进行充电的下限电压，电池118的额定电压与电容器122的额定电压之和高于下限电压。

另外，在电池118设置有开关SWbatt，在电容器122设置有开关SWcap，从而能够切换电池118以及电容器122的连接、非连接。在充电时，开关SWbatt和SWcap被接通(闭合状态)。由此，在电容器122的正极端子与电池118的负极端子之间直接施加外部电源17的输出电压，能够对电池118和电容器122进行充电。

图13是在上段表示通过外部电源17进行充电时的电池118的端子间电压、在中段表示电容器122的端子间电压、在下段表示充电电流的时序图。图13的上段以及中段的时序图分别表示充电时的电池118的端子间电压Vbatt的变化以及电容器122的端子间电压Vcap的随时间的变化。这里，在时刻t₁₀₀处的初始的端子间电压VbattIni、VcapIni分别表示即将开始充电之前的电池118和电容器122的端子间电压。此外，在时刻t₁₀₀处，成为电池118的端子间电压VbattIni与电容器122的端子间电压VcapIni之和比能够通过外部电源17进行充电的下限电压高的状态。另外，上段和中段的时序图中的VbattMax、VcapMax分别表示如下内容：VbattMax表示能够对电池118充电的上限电压、VcapMax表示能够对电容器122充电的上限电压。

当在图13的时刻t₁₀₁处开始充电时，如下段的时序图所示，从外部电源17流出的电流Iin、流入到电容器122的电流Icap、流入到电池118的电流Ibatt均相等，成为恒定值。当电流分别流入到电容器122及电池118而被充电时，各端子间电压Vbatt、Vcap上升。在图13所示的例子中，充电开始后，在时刻t₁₀₂处，电容器122的端子间电压Vcap达到上限电压VcapMax。因此，如果进一步继续充电，则电容器122有可能劣化，因此在时刻t₁₀₂处结束充电。然而，电池118的端子间电压Vbatt在时刻t₁₀₂处还未达到上限电压VbattMax，因此电池118未处于满充电状态。

这样，在本实施方式的车辆电源系统100中，能够非常简单地构成，但难以将电容器122和电池118同时充电至满充电状态。然而，通过电容器122和电池118的充电容量的设定，能够以可将电容器122和电池118同时充电至大致满充电的状态的方式构成车辆电源系统。

根据本发明的第二实施方式的车辆电源系统，能够采用简单的结构，并且能够不使用电压转换装置等就对额定电压比能够通过外部电源17充电的下限电压低的电池118进行充电。

接着，参照图14以及图15来对基于本发明的第三实施方式的车辆电源系统进行说明。

本实施方式的车辆电源系统代替在第一实施方式中所具备的充电装置19而设置有旁路装置，在这点上与上述的第一实施方式不同。因此，在此，仅对本实施方式的与第一实施方式不同的点进行说明，对于同样的结构、作用、效果省略说明。图14是表示基于本发明的第三实施方式的车辆电源系统200的电路的图。图15是表示本实施方式的车辆电源系统200的从外部电源充电时的端子间电压以及充电电流的变化的图。

如图14所示，本实施方式的车辆电源系统200具有电池218、电容器222、作为供电设备的旁路装置219以及供电口223。在本实施方式中，将电池218的正极端子与电容器222的负极端子连接，由此电池218与电容器222以串联方式电连接。并且，电容器222的正极端子和电池218的负极端子经由供电口223而分别与外部电源17的正极端子和负极端子连接。另外，在电池218设置有开关SWbatt，在电容器222设置有开关SWcap，从而能够切换电池218以及电容器222的连接、非连接。此外，与上述的第一实施方式同样地构成为，电池218的额定电压低于能够通过外部电源17进行充电的下限电压，电池218的额定电压与电容器222的额定电压之和高于下限电压。

旁路装置219与电容器222并联连接，并且内置有电流调节器219a。该电流调节器219a构成为能够设定通过旁路装置219的电流，通过电流调节器219a的电流Ic由充电控制器219b控制。即，经由供电口223而已流入到车辆电源系统200的电流Iin被分流为流入到电容器222的电流Icap和通过电流调节器219a的电流Ic。并且，流入到电容器222的电流Icap和通过了电流调节器219a的电流Ic再次合流，作为电流Ibatt而流入到电池218。因此，在这些电流中，Iin＝Icap+Ic＝Ibatt的关系成立。

图15是在上段表示通过外部电源17进行充电时的电池218的端子间电压、在中段表示电容器222的端子间电压、在下段表示充电电流的时序图。图15的上段以及中段的时序图分别表示充电时的电池218的端子间电压Vbatt的变化以及电容器222的端子间电压Vcap的随时间的变化。这里，在时刻t₂₀₀处的初始的端子间电压VbattIni、VcapIni分别表示：即将开始充电之前的电池218和电容器222的端子间电压。此外，在时刻t₂₀₀处，成为电池118的端子间电压VbattIni与电容器122的端子间电压VcapIni之和比能够通过外部电源17进行充电的下限电压高的状态。另外，上段和中段的时序图中的VbattMax、VcapMax分别表示如下内容：VbattMax表示能够对电池218充电的上限电压、VcapMax表示能够对电容器222充电的上限电压。

当在图15的时刻t₂₀₁处开始充电时，如下段的时序图所示，恒定的电流Iin从外部电源17流入。该电流Iin被分流为流入到电容器222的电流Icap和通过电流调节器219a的电流Ic，因此这些电流成为比电流Iin小的恒定的电流。另外，与电流Iin相等的恒定的电流Ibatt流入到电池218。另外，当电流分别流入到电容器222和电池218从而电容器222和电池218被充电时，如图15的上段及中段所示，各端子间电压Vbatt、Vcap上升。

这样，电容器222通过比电池218少的充电电流而被充电。因此，能够防止电容器222的端子间电压Vcap比电池218的端子间电压Vbatt达到上限电压VbatMax更早地达到上限电压VcapMax。在图15所示的例子中，充电开始后，在时刻t₂₀₂处，电容器222的端子间电压Vcap和电池218的端子间电压Vbatt几乎同时地分别达到上限电压VcapMax、VbattMax。由此，在时刻t₂₀₂处，电池218和电容器222能够几乎同时成为满充电状态而完成充电。

此外，用于使电池218和电容器222同时充满电所需的电流值根据充电初期的电池218和电容器222的各端子间电压VbattIni、VcapIni而不同。充电控制器219b构成为，根据充电开始时的电池218和电容器222的各端子间电压来设定适当的旁路电流Ic，以使得电池218和电容器222大致同时充满电。

在本实施方式中，如图15的下段所示，电池218和电容器222分别以恒定的电流被充电。作为变形例，也能够以基于充电中的电池218和电容器222的各端子间电压的上升来变更旁路电流Ic的方式构成充电控制器219b。根据该变形例，能够将电池218和电容器222更可靠地同时充电至满充电。

根据本发明的第三实施方式的车辆电源系统200，能够以简单的结构来将电池218和电容器222可靠地充电至满充电。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但能够对上述的实施方式施加各种变更。特别是，在上述的实施方式中，车辆电源系统被用于了车辆的主驱动电动机和副驱动电动机的驱动，但本发明的车辆电源系统能够用于向搭载于车辆的任意的电气设备供给电力。另外，在上述的实施方式中，通过在作为车辆电源系统的供电设备的供电口连接外部电源的电缆来进行充电，但也可以按如下方式构成本发明：在车辆的停车中、行驶中能够以非接触的方式从外部电源进行充电。在该情况下，车辆电源系统只要具备能够以非接触方式接收来自外部电源的电力的供电设备即可。并且，在上述的实施方式中，将本发明应用于了具有额定电压48V的电池的车辆电源系统，但也能够将本发明应用于具有标称电压低于下限电压的电池的车辆电源系统。

Claims (7)

1.一种车辆电源系统，其通过以规定的下限电压以上的电压进行充电的外部电源来充电，所述车辆电源系统的特征在于，具有：

电池，该电池的额定电压低于所述下限电压；

电容器，该电容器与该电池以串联方式电连接；以及

供电设备，该供电设备接收来自所述外部电源的电力并对所述电池和所述电容器进行充电，

所述电容器构成为所述电池的额定电压与所述电容器的额定电压之和高于所述下限电压。

2.根据权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，

所述电容器构成为所述电容器的额定电压高于所述电池的额定电压。

3.根据权利要求1或2所述的车辆电源系统，其特征在于，

所述电池和所述电容器通过将所述电池的正极端子与所述电容器的负极端子连接而串联连接。

4.根据权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，

构成为能够储存于所述电容器的电荷量比能够储存于所述电池的电荷量少。

5.根据权利要求3所述的车辆电源系统，其特征在于，

构成为能够储存于所述电容器的电荷量比能够储存于所述电池的电荷量少。

6.根据权利要求5所述的车辆电源系统，其特征在于，

还具有与所述电池以及所述电容器电连接的DC-DC转换器。

7.根据权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，

所述供电设备构成为经由电缆而与所述外部电源连接。

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