JP2006060883A

JP2006060883A - ２バッテリ型車両用電源装置

Info

Publication number: JP2006060883A
Application number: JP2004237706A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Tanaka; 克典田中; Masato Mizukoshi; 正人水越
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】異種のバッテリを用いることの利点を確保しつつそのノイズを抑制した２バッテリ型車両用電源装置を提供すること。
【解決手段】発電機１により給電されて回生電力を蓄電する回生蓄電用バッテリ２と電気負荷５に給電する負荷駆動用バッテリ４とは出力電圧制御素子７により連結され、出力電圧制御素子７は両系の電圧をそれぞれ好適に維持しつつ負荷側電源系が要求する電流を発電機側電源系から供給するためにアナログ電圧制御され、これにより電磁波ノイズも良好に低減することができる。両系の電圧差は回生蓄電用バッテリ２の一つのセル電圧未満とされ、これにより出力電圧制御素子７の損失も低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに電圧が異なる複数バッテリを有する２バッテリ型車両用電源装置に関する。

近年、バッテリを複数用いる２バッテリ型車両用電源装置が種々知られており、この２バッテリ型車両用電源装置において、二つのバッテリが略等しい電圧をもつ等電圧２電源方式と、二つのバッテリが実質的に異なる電圧を持つ異電圧２電源方式とが知られている。

異電圧２電源方式の一例として、たとえば本出願人の出願になる下記の特許文献１が知られている。
特開２００２−３４５１６１号公報この異電圧２電源方式では、発電機とそれにより充電される第１バッテリとが発電機側電源系を構成し、負荷とそれに給電する第２バッテリとが負荷側電源系を構成し、発電機側電源系の電力はＤＣ−ＤＣコンバータにより電圧変換されて負荷側電源系へ送電される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータを双方向タイプとすることにより、第１バッテリの容量不足を第２バッテリからの逆送電により補償することも提案されている。これら等電圧２バッテリ型車両用電源装置は、たとえばアイドルストップ後の再発進時の電圧低下がスタータモータ以外の所定の電気負荷へ与える悪影響を回避するために、たとえば通常は発電機を兼ねるスタータモータにエンジン始動電力を給電する第１バッテリと、この第１バッテリとは別に設けられて照明負荷やラジオや制御装置など電圧低下を嫌う電気負荷に給電する第二バッテリとを装備し、これら二つのバッテリはリレーにより接続される。エンジン始動時にこのリレーを開放することにより電圧低下を嫌う電気負荷の電圧低下を防止することができる。しかしながら、この等電圧２電源方式では、後述する異なる二種類のバッテリの併用が困難であるという問題がある。

また、たとえばリチウム二次電池と鉛電池といった種類及び電圧が異なる二種類のバッテリを併用する２バッテリ型車両用電源装置が提案されている。鉛電池、リチウム二次電池あるいは水素吸蔵合金二次電池などの種々の既存の電池はそれぞれ特性が異なるので、複数種類のバッテリにより上記説明した２バッテリ型車両用電源装置を構成し、使用条件に応じて各バッテリの運転状態を変更すれば種々の効果を期待することができる。

しかしながら、上記した複数種のバッテリを用いる２バッテリ型車両用電源装置では、必然的に両バッテリの電圧が異なるため、上記したようにＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電圧変換した電力を発電機側電源系から負荷側電源系に送電する必要があった。ところが、ＤＣ−ＤＣコンバータは入力電力の電圧を出力側の系の電圧に変換するための高速の電流スイッチングを必要とし、その結果として、２バッテリ間の電流量が大きい車両用電源装置ではスイッチングノイズに伴う電磁波ノイズが車載の無線機器や電子制御装置に有害な電磁波ノイズを重畳させることが問題となっている。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、異種のバッテリを用いることの利点を確保しつつそのノイズを抑制した２バッテリ型車両用電源装置を提供することを、その目的としている。

上記課題を解決する下記の４つの発明は、エンジンにより駆動されて発電するとともに車両減速時に電力回生を行う発電機、及び、複数のセルを直列接続してなり前記発電機により充電される回生蓄電用バッテリを有する発電機側電源系と、前記回生蓄電用バッテリよりも低電圧の負荷駆動用バッテリ、及び、前記負荷駆動用バッテリから給電される電気負荷を有する負荷側電源系と、前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ一方向に送電する系間送電回路とを備える２電源方式の車両用電源装置に適用される。ただし、発電機側電源系に特定の電気負荷を接続しても良いことは当然である。

この２バッテリ型車両用電源装置によれば、省燃費を目的としてなされる発電機の回生動作において必要な回生電力をバッテリへ蓄電してその後の加速時にそれを放電するサイクルの頻繁な繰り返しを、頻繁な充放電繰り返しに耐え充放電損失も小さいたとえばリチウム二次電池のごとき回生蓄電用バッテリに担当させ、必要な電気負荷への給電はこのような良好な充放電特性を持たないものの経済的な鉛電池に担当させることができ、全体として燃費低減といった効果を奏することができる。

第１発明の２バッテリ型車両用電源装置は更に、前記系間送電回路が、前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路とを有することを特徴としている。

すなわち、この第１発明によれば、両バッテリ間の電圧差に応じて出力電圧制御素子の電圧降下を変化させて両バッテリの電圧差を維持し、これにより発電機側電源系の電圧変動にかかわらず負荷側電源系の電圧を好適レベルに安定させる。出力電圧制御素子は発電機側電源系の電圧と負荷側電源系の電圧との電圧差を吸収しつつ負荷側電源系が要求する電流を供給する電圧降下素子として機能する。この出力電圧制御素子の制御は、負荷駆動用バッテリの電圧と目標電圧値との差に応じた制御電圧をMOSトランジスタ又はIGBTからなる出力電圧制御素子のゲート電極に印加したり、上記差に応じた制御電流をベース接地形式のバイポーラトランジスタに通電して、出力電圧制御素子をネガティブフィードバック制御すればよい。

このようにすれば、系間送電回路を簡単な回路構成とすることができるうえ系間送電回路は大電流制御を行うにもかかわらずスイッチングノイズを発生しないために車載の無線機器や電子制御装置に対する悪影響を大幅に低減することができる。そのうえ、系間送電回路の出力電圧制御素子において生じる発熱も両電源系間の電圧差を小さく設定することにより冷却可能なレベルに低減することができる。

第２発明の２バッテリ型車両用電源装置は更に、前記系間送電回路が、一主電極端子が前記両電源系の一方に接続されて前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、一主電極端子が前記両電源系の他方に接続され、他主電極端子が前記出力電圧制御素子の他主電極端子に接続されて前記負荷側電源系の電圧が前記発電機側電源系のそれを上回る場合における前記出力電圧制御素子を通じての前記負荷側電源系から前記発電機側電源系への電流逆流を阻止する逆電圧阻止スイッチと、前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路とを有することを特徴としている。

すなわち、この第２発明によれば、両バッテリ間の電圧差に応じて出力電圧制御素子の電圧降下を変化させて両バッテリの電圧差を維持し、これにより発電機側電源系の電圧変動にかかわらず負荷側電源系の電圧を好適レベルに安定させる。出力電圧制御素子は発電機側電源系の電圧と負荷側電源系の電圧との電圧差を吸収しつつ負荷側電源系が要求する電流を供給する電圧降下素子として機能する。この出力電圧制御素子の制御は、負荷駆動用バッテリの電圧と目標電圧値との差に応じた制御電圧をMOSトランジスタ又はIGBTからなる出力電圧制御素子のゲート電極に印加したり、上記差に応じた制御電流をベース接地形式のバイポーラトランジスタに通電して、出力電圧制御素子をネガティブフィードバック制御すればよい。

この発明によれば更に、逆電圧阻止スイッチをオフすることにより負荷側電源系から発電機側電源系への電流逆流を阻止することができるので、たとえば負荷駆動用バッテリが完全放電してそれを外部のバッテリより充電するに際してこの外部のバッテリの電圧が異常に高い場合でも出力電圧制御素子に逆に電流が流れて回生蓄電用バッテリが損傷するという不具合を防止することができる。また、なんらかの原因により回生蓄電用バッテリが故障して回生蓄電用バッテリの電圧が異常低下しても負荷駆動用バッテリから出力電圧制御素子を通じて回生蓄電用バッテリに大電流が流れ込んで回生蓄電用バッテリに不具合を引き起こすことがない。更に、逆電圧阻止スイッチは、少なくとも出力電圧制御素子が自己の電流制御を行う期間には導通しているが、この時、逆電圧阻止スイッチに出力電圧制御素子と同様の電流制御を行うことも可能となる。

第３発明の２バッテリ型車両用電源装置は更に、前記系間送電回路が、一主電極端子が前記両電源系の一方に接続されて前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、一主電極端子が前記両電源系の他方に接続され、他主電極端子が前記発電機と前記出力電圧制御素子との接続点に接続されて前記負荷側電源系の電圧が前記発電機側電源系のそれを上回る場合における前記出力電圧制御素子を通じての前記負荷側電源系から前記発電機側電源系への電流逆流を阻止する逆電圧阻止スイッチと、前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路とを有することを特徴としている。

すなわち、この第３発明によれば、両バッテリ間の電圧差に応じて出力電圧制御素子の電圧降下を変化させて両バッテリの電圧差を維持し、これにより発電機側電源系の電圧変動にかかわらず負荷側電源系の電圧を好適レベルに安定させる。出力電圧制御素子は発電機側電源系の電圧と負荷側電源系の電圧との電圧差を吸収しつつ負荷側電源系が要求する電流を供給する電圧降下素子として機能する。この出力電圧制御素子の制御は、負荷駆動用バッテリの電圧と目標電圧値との差に応じた制御電圧をMOSトランジスタ又はIGBTからなる出力電圧制御素子のゲート電極に印加したり、上記差に応じた制御電流をベース接地形式のバイポーラトランジスタに通電して、出力電圧制御素子をネガティブフィードバック制御すればよい。

この発明によれば更に、逆電圧阻止スイッチをオフすることにより、負荷側電源系から発電機側電源系の回生蓄電用バッテリへの電流逆流を阻止するので、たとえば負荷駆動用バッテリが完全放電してそれを外部のバッテリより充電するに際してこの外部のバッテリの電圧が異常に高い場合でも出力電圧制御素子に逆に電流が流れて回生蓄電用バッテリが損傷するという不具合を防止することができる。また、なんらかの原因により回生蓄電用バッテリが故障して回生蓄電用バッテリの電圧が異常低下しても負荷駆動用バッテリから出力電圧制御素子を通じて回生蓄電用バッテリに大電流が流れ込んで回生蓄電用バッテリに不具合を引き起こすことがない。なお、逆電圧阻止スイッチは、少なくとも出力電圧制御素子が自己の電流制御を行う期間には導通している必要がある。

更に、本発明では、発電機が両スイッチの接続点に発電電流を給電するので、回生蓄電用バッテリが不良の場合、逆電圧阻止スイッチをオフすることにより、発電機から回生蓄電用バッテリへの電流の流入を任意に停止し、回生蓄電用バッテリの不具合の更なる深刻化を防止することができる。

また、たとえば回生を行わない場合など回生蓄電用バッテリへの充電が必要ではない場合に、逆電圧阻止スイッチを遮断することにより出力電圧制御素子を通じて発電機は負荷駆動用バッテリにのみ給電することもできる。更に、回生蓄電用バッテリの好適目標電圧値に合わせて逆電圧阻止スイッチの電流を上記出力電圧制御素子と同様に調整し、かつ、負荷駆動用バッテリの好適目標電圧値に合わせて出力電圧制御素子の電流を上記のように調節することも可能となる。

第４発明の２バッテリ型車両用電源装置は更に、前記系間送電回路が、一主電極端子が前記両電源系の一方に接続されて前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、一主電極端子が前記両電源系の他方に接続され、他主電極端子が前記出力電圧制御素子の他主電極端子に接続されて前記負荷側電源系の電圧が前記発電機側電源系のそれを上回る場合における前記出力電圧制御素子を通じての前記負荷側電源系から前記発電機側電源系への電流逆流を阻止する逆電圧阻止ダイオードと、前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路とを有することを特徴としている。

すなわち、この第４発明によれば、両バッテリ間の電圧差に応じて出力電圧制御素子の電圧降下を変化させて両バッテリの電圧差を維持し、これにより発電機側電源系の電圧変動にかかわらず負荷側電源系の電圧を好適レベルに安定させる。出力電圧制御素子は発電機側電源系の電圧と負荷側電源系の電圧との電圧差を吸収しつつ負荷側電源系が要求する電流を供給する電圧降下素子として機能する。この出力電圧制御素子の制御は、負荷駆動用バッテリの電圧と目標電圧値との差に応じた制御電圧をMOSトランジスタ又はIGBTからなる出力電圧制御素子のゲート電極に印加したり、上記差に応じた制御電流をベース接地形式のバイポーラトランジスタに通電して、出力電圧制御素子をネガティブフィードバック制御すればよい。

この発明で採用した逆電圧阻止ダイオードは、負荷側電源系から発電機側電源系への電流逆流を阻止するので、たとえば負荷駆動用バッテリが完全放電して外部のバッテリより充電するに際してこの外部のバッテリの電圧が異常に高い場合でも出力電圧制御素子に逆に電流が流れて回生蓄電用バッテリが損傷するという不具合を防止することができる。また、なんらかの原因により回生蓄電用バッテリが故障して回生蓄電用バッテリの電圧が異常低下しても負荷駆動用バッテリから出力電圧制御素子を通じて回生蓄電用バッテリに大電流が流れ込んで回生蓄電用バッテリに不具合を引き起こすことがない。

各発明の好適態様において、前記両バッテリが満充電である場合の前記両バッテリ間の電圧差は、前記回生蓄電用バッテリのセル電圧未満に設定されている。このようにすれば、上記両バッテリのセル電圧が異なる場合でも上記両バッテリ間の電圧差を減らすことができるため、出力電圧制御素子の電力損失を低減して系の効率を向上することができる。

各発明の好適態様において、前記制御回路は、前記回生蓄電用バッテリの状態に関する外部指令に基づいて前記出力電圧制御素子を優先的にオフして前記回生蓄電用バッテリを安全状態に保つことを特徴としている。この態様によれば、電流制御用の出力電圧制御素子が回生蓄電用バッテリ保護用のスイッチを兼用するため、高価で電力損失が大きいスイッチの個数を増加することなく、回生蓄電用バッテリの安全性を向上することができる。なお、外部指令としては、たとえば回生蓄電用バッテリの温度や容量（電圧でもよい）が所定の好適範囲を逸脱した場合に出力電圧制御素子をオフするようにすればよい。

第２又は第３発明の好適態様において、前記制御回路は、前記回生蓄電用バッテリの状態に関する外部指令に基づいて前記逆電圧阻止スイッチを優先的にオフして前記回生蓄電用バッテリを安全状態に保つ。この態様によれば、逆電圧阻止用の逆電圧阻止スイッチが回生蓄電用バッテリ保護用のスイッチを兼用するため、高価で電力損失が大きいスイッチの個数を増加することなく、回生蓄電用バッテリの安全性を向上することができる。なお、外部指令としては、たとえば回生蓄電用バッテリの温度や容量（電圧でもよい）が所定の好適範囲を逸脱した場合に出力電圧制御素子をオフするようにすればよい。

各発明の好適態様において、前記制御回路は、前記回生蓄電用バッテリの蓄電容量が所定のしきい値レベルを超えて過小と想定される場合に前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値よりも低くても前記出力電圧制御素子又は前記逆電圧阻止スイッチをオフして、前記回生蓄電用バッテリの充電の促進又は前記回生蓄電用バッテリの更なる放電の防止を行う。この態様にすれば、回生蓄電用バッテリが過放電となるのを素子数を増大することなく良好に防止することができる。

第３発明の好適態様において、前記制御回路は、主として前記回生蓄電用バッテリに充電する場合には前記出力電圧制御素子を完全オフするかその電圧降下を増大させ、前記逆電圧阻止スイッチを完全オンするかその電圧降下を低下させ、前記回生蓄電用バッテリの充電に適した第１電圧で発電を行い、主として前記負荷側電源系に給電する場合には前記逆電圧阻止スイッチを完全オフするかその電圧降下を増大させ、前記出力電圧制御素子を完全オンするかその電圧降下を低下させ、前記負荷側電源系に適した第２電圧で発電を行わせる。

このようにすれば、発電機が回生蓄電用バッテリの充電に適した高電圧で発電して回生蓄電用バッテリに回生電力を蓄電させる場合における出力電圧制御素子の電力損失は低減できる。なお、この場合に出力電圧制御素子を流れる電流が電気負荷の要求電流より小さい場合には一時的に負荷駆動用バッテリがそれを負担することができる。また、発電機は回生を行わない場合には発電機は負荷側電源系により適した低電圧で発電を行い、これにより、出力電圧制御素子は低インピーダンスの完全オン又はそれに近い状態に制御されることができ、出力電圧制御素子の電圧降下損失を低減することができる。なお、この時、発電機の発電電圧は回生蓄電用バッテリの電圧より低く、回生蓄電用バッテリは放電状態となるが、逆電圧阻止スイッチは完全オフ又はそれに近い状態とされ、その結果、回生蓄電用バッテリの過放電が防止される。

なお、回生を終了した直後においては、回生蓄電用バッテリの回生電力を負荷側電源系で有効使用するため、発電機の発電量を低減し、回生蓄電用バッテリから負荷側電源系に必要電流を供給すればよい。この時、出力電圧制御素子は両バッテリ間の電圧差に相当する電圧降下を発生するが、発熱を分散するため、出力電圧制御素子と逆電圧阻止スイッチの両方のインピーダンスを調整することができる。ただし、逆電圧阻止スイッチをMOSトランジスタにより構成する場合、逆電圧阻止スイッチとしてのMOSトランジスタの寄生ダイオードは順方向接続状態となるため、逆電圧阻止スイッチの電圧降下はその寄生ダイオードの順方向電圧降下を大きく超えない範囲の電圧降下を負担することにより、逆電圧阻止スイッチが大きく発熱を負担することがないように設定することが好ましい。

なお、回生蓄電用バッテリは回生時に発電機が発電した回生電力を蓄電するが、それ以外の場合に電力を蓄電してもよいことはもちろんである。回生制動時の発電機の発電電流は回生制動力を増加するために増大される。この制御は発電機に対してなされるが本発明の主旨を外れるので説明は省略する。

主として回生制動時に回生蓄電用バッテリに蓄電された電力は、たとえば回生制動終了後に負荷側電源系に送られて使用されるが、その他、次の加速時まで蓄電しておき、加速時に発電機の発電を低減したり、あるいはそれを電動動作させたりすることにより回生蓄電用バッテリの蓄電電力を使用することができる。加速時に発電機の発電を低減又は停止する場合には負荷側電源系において不足する電流は回生蓄電用バッテリの放電によりまかなわれる。加速時に発電機を電動動作させる場合には発電機駆動電力は回生蓄電用バッテリによりまかなわれ、電気負荷は負荷駆動用バッテリから給電される。

第３発明においては、回生時と同様加速時に出力電圧制御素子を完全オフし、逆電圧阻止スイッチを完全オンして両電源系を完全に分断又は略分断することが好適である。このようにすれば、両電圧系はこれらスイッチの電力損失が最小とすることができる。

上記出力電圧制御素子や逆電圧阻止スイッチは制御端子を有する一個の半導体素子により構成されることが好適であるが、直列又は並列接続された複数の３端子半導体素子により構成されてもうよい。

本発明の複数バッテリを有する車両用電源装置の好適な実施態様を図面を参照して以下に説明する。なお、この発明は下記の実施例に限定解釈されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等の技術を組み合わせて実現してもよいことはもちろんである。

第１発明の好適な態様を以下に説明する。

（回路構成）
この車両用電源装置の回路構成を図１に示すブロック図を参照して説明する。

１は図示しないエンジンにより駆動される発電機であり、整流器を内蔵している。発電機１は回生蓄電用バッテリ２に電源ライン３を通じて給電している。回生蓄電用バッテリ２は定格電圧が１４．８Ｖのリチウム二次電池により構成されており、４セルを直列接続して構成されている。リチウムに二次電池は温度や過充電、過放電に対する保護が重要であり、種々の保護回路を有するが、それについては説明を省略する。発電機１、回生蓄電用バッテリ２及び電源ライン３は本発明で言う発電機側電源系を構成している。

４は負荷駆動用バッテリであり、複数の電気負荷５に負荷給電ライン６を通じて給電している。負荷駆動用バッテリ４は定格電圧が１２．７Ｖの鉛バッテリであり、車両用バッテリとして広く市販されているものが称されている。負荷駆動用バッテリ４、電気負荷５及び負荷給電ライン６は本発明で言う負荷側電源系を構成している。

７は、電源ライン３と負荷給電ライン６とを接続するアナログスイッチであるＮMOSトランジスタであって、本発明で言う出力電圧制御素子を構成しているが、出力電圧制御素子としてＮMOSトランジスタではなくPMOSトランジスタやその他の形式のトランジスタを採用することもできる。ＮMOSトランジスタ７のソース端子は負荷給電ライン６に、ドレイン端子は電源ライン３に接続され、そのPウエル領域はソース端子と短絡されている。DはＮMOSトランジスタ７の寄生ダイオードである。

ＮMOSトランジスタ７は、マイコン内蔵のコントローラ（制御回路）８により制御されている。ＮMOSトランジスタ７とコントローラ８とは本発明で言う系間送電回路を構成している。コントローラ８は、読み込んだ負荷駆動用バッテリ４の電圧Vpbと所定の目標電圧値Vthとの偏差ΔVが０となるようにＮMOSトランジスタ７のゲート端子にアナログ制御電圧を出力して、いわゆるネガティブフィードバック制御を行う。このネガティブフィードバック制御は、デジタル信号に基づいて行われることができる他、電圧Vpbと目標電圧値Vthとをコンパレータにより比較して二値化された比較結果を得、この比較結果により生じる二値電圧をＮMOSトランジスタ７のゲート端子に出力しても良い。この場合においても、電気負荷５は恒常的に電流を消費するため、少なくともその分だけＮMOSトランジスタ７は平均して電流を流すため、ＮMOSトランジスタ７は平均すれば常時ターンオンしていることになる。したがって、この場合には、コントローラ８は上記二値化出力を平均回路又はローパスフィルタ回路により直流アナログ電圧としてＮMOSトランジスタ７のゲート端子に印加する。これにより、ＮMOSトランジスタ７は電源ライン３の電圧と負荷給電ライン６の電圧との電圧差に相当する電圧降下を維持しつつ負荷側電源系が要求する量の電流を供給し、好適な電圧特性が異なる回生蓄電用バッテリ２と負荷駆動用バッテリ４とをそれぞれ最適な電圧範囲で運転させることができる。この時、ＮMOSトランジスタ７は両電源系の電圧差に相当する電圧降下のために電力損失と発熱とを生じるが、この電圧差は約２Vであり、大きくはない。

（ＮMOSトランジスタ７のスイッチング動作の説明）
次に、出力電圧制御素子であるＮMOSトランジスタ７の他の動作について説明する。まず、ＮMOSトランジスタ７による回生蓄電用バッテリ２の保護のための動作図２を参照して説明する。

コントローラ８はイグニションキーのオンにより電源供給され内部リセットされた後、回生蓄電用バッテリ２の温度が充放電に支障がない適正範囲かどうかを判定し（Ｓ１００）、適正であれば回生蓄電用バッテリ２の容量（又は電圧）が充放電に支障がない適正範囲かどうかを調べ（Ｓ１０２）、適正であればＮMOSトランジスタ７を既述した出力電圧制御すなわち負荷側電源系の電圧Vpbを目標電圧値Vthに一致させるネガティブフィードバック制御を行うことができるよう、後述するSW安全OFFモードを解除する。

ステップＳ１００、Ｓ１０２にて適正でないと判定した場合にはSW安全OFFモードの実施を指令する。このSW安全OFFモードは、出力電圧制御素子であるＮMOSトランジスタ７を負荷側電源系の電圧Vpbの目標電圧値Vthへの一致よりも回生蓄電用バッテリ２の安全を優先するモードであり、ＮMOSトランジスタ７は回生蓄電用バッテリ２の安全を優先するモードで制御される。

このSW安全OFFモードについて以下に説明する。まず、回生蓄電用バッテリ２の温度が適正範囲でない場合には、発電機１の発電電流のすべて又は大部分が負荷側電源系に流れるようにＮMOSトランジスタ７を制御する。この制御は発電機１の発電電流とたとえば後述する方法で検出されたＮMOSトランジスタ７の電流とを一致させるようにＮMOSトランジスタ７を制御することにより実施することができる。発電電流自体も負荷側電源系の電圧Vpbを目標電圧値Vthに収束させるネガティブフィードバック制御を行うことが好ましい。その他、あらかじめ記憶する回生蓄電用バッテリ２の開放電圧値とその現在の電圧値との差を抑制するようにまたは一致するようにＮMOSトランジスタ７を制御することによっても実施することができる。なお、回生蓄電用バッテリ２の温度が非常に低い場合にはそれを徐々に暖めるために小さい充電電流または放電電流を回生蓄電用バッテリ２に流すようにしてもよい。したがって、この場合には、ステップＳ１００にて回生蓄電用バッテリ２の温度が異常高温か異常低温かを分別する必要がある。

次に、回生蓄電用バッテリ２の容量（又は電圧）が適正範囲でない場合には、それを適正化するかもしくは更に悪化するのを抑止する制御を行う。なお、回生蓄電用バッテリ２の容量は電圧や電流に基づいて推定できる他、充放電電流を累算して行うこともできるが、発明の要旨ではないため説明は省略する。

回生蓄電用バッテリ２の容量が過充電傾向にある場合には、ＮMOSトランジスタ７の電流を増大して回生蓄電用バッテリ２の放電を促し、回生蓄電用バッテリ２の容量が過放電傾向にある場合には、ＮMOSトランジスタ７の電流を絞って回生蓄電用バッテリ２の充電を促す。

もちろん、上記した回生蓄電用バッテリ２の保護動作は、負荷駆動用バッテリ４の許容充放電電圧範囲でなされるべきである。

なお、この実施例では、回生時において回生蓄電用バッテリ２の良好な回生電力充電を図るために発電機１の発電電流を回生蓄電用バッテリ２の許容範囲において増大し、回生蓄電用バッテリ２の充電電流を増大する。また、回生中に回生蓄電用バッテリ２の容量が略満充電となった場合には回生蓄電用バッテリ２の充電電流を減らすために発電機１の発電電流は低減乃至停止される。

次に、ＮMOSトランジスタ７のトルクアシスト加速時について説明する。ただし、この動作は必須ではない。発電機１が発電のみを行う場合、車両加速時には発電機側電源系の電圧を低減することにより回生蓄電用バッテリ２からＮMOSトランジスタ７を通じて負荷側電源系への放電電流が増大する。この増大は発電機の発電電流を低減することにより実現することができる。これにより発電機１を駆動するためのエンジン負荷トルクが低減され、実質的にトルクアシストを行うことができる。

その他、車両加速時にＮMOSトランジスタ７を遮断乃至その電圧降下を増大させ、発電機１の発電電流を減少させてもよい。従来流れていた発電機１から負荷駆動用バッテリ４への電流が遮断乃至低減されるため、発電機１の負荷トルクが減少し、実質的にトルクアシストを実現することができる。なお、この場合、負荷駆動用バッテリ４の放電負担は増大する。

発電機１が発電電動動作可能な回転電機である場合には、車両加速時に発電機１を電動動作させ、それに必要電力を回生蓄電用バッテリ２から給電することができる。この場合、負荷駆動用バッテリ４の蓄電能力を利用して負荷側電源系の許容電圧範囲においてＮMOSトランジスタ７の電流を絞って回生蓄電用バッテリ２の放電負担を軽減することができる。

（変形態様）
上記したＮMOSトランジスタ７は並列接続された複数のトランジスタにより構成されることができる。

第２発明の好適な態様を図３を参照して説明する。

図３は図１の系間送電回路にて出力電圧制御素子であるＮMOSトランジスタ７と直列に本質的に逆電圧阻止機能を奏するＮMOSトランジスタ９を接続した点をその特徴とする。したがって、ＮMOSトランジスタ９は本発明で言う逆電圧阻止スイッチを構成する。ただし、ＮMOSトランジスタ７と同様ＮMOSトランジスタ９も種々の他形式のトランジスタに置換されることができる。

ＮMOSトランジスタ９のソース端子は電源ライン３に、ドレイン端子はＮMOSトランジスタ７のドレイン端子に接続され、そのPウエル領域はソース端子と短絡されている。DはＮMOSトランジスタ７の寄生ダイオードである。もちろん、ＮMOSトランジスタ７とＮMOSトランジスタ９との配置を逆としてもよく、PMOSトランジスタに置換してもよい。ＮMOSトランジスタ９は、マイコン内蔵のコントローラ（制御回路）８により制御されている。

ＮMOSトランジスタ７は出力電圧制御素子であるＮMOSトランジスタ７の出力電圧制御動作時において常時オンされることができるが、出力電圧制御素子であるＮMOSトランジスタ７と同様の出力電圧制御を行うこともできる。後者の場合、ＮMOSトランジスタ７が負担すべき電圧差を減少することができるため、ＮMOSトランジスタ７の冷却性能を簡素化することができる。ただし、逆電圧阻止スイッチであるＮMOSトランジスタ９の寄生ダイオードDは順方向接続されているため、ＮMOSトランジスタ９が負担する電圧降下は接合ダイオードの順方向電圧降下を大きく超えることはできないことに留意するべきである。

ＮMOSトランジスタ９の主要な回路機能の一つはは、たとえばイグニションキーがオフされ、コントローラ８がＮMOSトランジスタ９をオフしている状態にて負荷側電源系に異常な高電圧が発生した場合にこの高電圧がＮMOSトランジスタ７の寄生ダイオードを通じて回生蓄電用バッテリ２に印加され、回生蓄電用バッテリ２が損傷を受けるのを防止する点にある。負荷側電源系の上記異常電圧は稀にではあるが、落雷、外部の高電圧バッテリを誤って負荷側電源系に接続した場合などにおいて生じる。

この実施例では、実施例１で説明した回生蓄電用バッテリ２の保護や回生、加速時におけるＮMOSトランジスタ７の開閉制御動作は逆電圧阻止スイッチとしてのＮMOSトランジスタ９に移管される。これによりＮMOSトランジスタ７の制御を簡素化することができる。もちろん、出力電圧制御とともに、これらの開閉制御もＮMOSトランジスタ７、９で同時に行っても良い。

（変形態様）
互いに直列接続されたＮMOSトランジスタ７、９と並列に短絡スイッチを配置し、この短絡スイッチをオンすることにより必要に応じて両系を短絡するようにしてもよい。もちろん、ＮMOSトランジスタ７、９を同時に完全オンしてこの短絡スイッチとして用いることもできる。上記短絡スイッチとしてはリレー、マグネットスイッチの他、パワートランジスタを利用することができる。実施例２で説明した負荷側電源系の異常高電圧がこの短絡スイッチを通じて回生蓄電用バッテリ２に印加されるのを防止するため、この短絡スイッチと直列に逆電圧阻止スイッチを直列接続することが好ましい。

（変形態様）
図３の変形態様を図４に説明する。この変形態様は、図３において、出力電圧制御素子７、逆電圧阻止スイッチ９をPMOSトランジスタにより構成し、逆電圧阻止スイッチ９の電圧降下をアナログ差動検出増幅回路１０により検出、増幅して発電機側電源系から負荷側電源系への電流検出を行うものである。

更に説明すると、逆電圧阻止スイッチ９のソース・ゲート間電圧は略一定値とされ、そのオン抵抗値は略一定に維持されている。したがって、逆電圧阻止スイッチ９の電圧降下を検出することにより発電機側電源系から負荷側電源系への電流はこの電圧降下に略比例するため、この電流を簡単に検出することができる。

第３発明の好適な態様を図５を参照して説明する。

図５は図１の系間送電回路にて発電機側電源系の電源ライン３の間に逆電圧阻止スイッチであるＮMOSトランジスタ９を介設したものである。ＮMOSトランジスタ９のソース端子は回生蓄電用バッテリ２に、ドレイン端子はＮMOSトランジスタ７のドレイン端子と発電機１の出力端との接続点に接続されている。つまり、電源ライン３は回生蓄電用バッテリ２側のライン３１と発電機１側のライン３２とに分割され、両ライン間に逆電圧阻止スイッチ９が配置されている。ＮMOSトランジスタ９のPウエル領域はソース端子と短絡されている。DはＮMOSトランジスタ７の寄生ダイオードである。もちろん、ＮMOSトランジスタ７とＮMOSトランジスタ９との配置を逆としてもよく、PMOSトランジスタに置換してもよい。ＮMOSトランジスタ９は、マイコン内蔵のコントローラ（制御回路）８により制御されている。

この実施例において、出力電圧制御素子であるＮMOSトランジスタ７は上述した実施例同様の出力電圧制御動作を行うことができ、逆電圧阻止スイッチであるＮMOSトランジスタ９は実施例２と同様の逆電圧阻止機能を奏することができることは明白である。また、両ＮMOSトランジスタ７、９を同時に出力電圧制御動作させて発熱分散できることも当然である。

その他、この実施例では、回生蓄電用バッテリ２と負荷側電源系とはそれぞれ別々のスイッチを通じて発電機１に接続されるため、発電機１は回生蓄電用バッテリ２とのみ電力授受できる他、負荷側電源系とのみ電力授受できるという新たな回路機能を有している。

以下、この新たな回路機能について更に詳しく説明する。

たとえば、回生蓄電用バッテリ２が不良である場合には発電機１から負荷側電源系への送電を確保しつつＮMOSトランジスタ９を完全オフしてその更なる損傷を防止することができる。

また、回生蓄電用バッテリ２の充電又は放電が好ましくない場合には逆電圧阻止スイッチ９を完全オフするか又はそのゲート電圧を引き下げることにより、発電機はＮMOSトランジスタ７を通じて主として負荷側電源系へのみ送電乃至電力授受することができる。この時、発電機１の発電電圧を負荷側電源系のそれに合わせて引き下げる向きに調整することにより、ＮMOSトランジスタ７の電力損失を低減することができる。逆に、たとえば回生時やその後の車両加速時など回生蓄電用バッテリ２の強力な充放電が要求される場合には、出力電圧制御素子７を完全オフするか又はそのゲート電圧を引き下げることにより、発電機１は主として回生蓄電用バッテリ２とのみ電力を授受することができる。この際、電気負荷５が要求する電流は負荷駆動用バッテリ４が供給する。

また、非回生時には次の回生に備えてＮMOSトランジスタ９を遮断して回生蓄電用バッテリ２を低容量状態としておき、発電機の発電電圧を負荷側電源系の電圧に合わせて調整してＮMOSトランジスタ７の電圧損失を低減することができる。回生時にはＮMOSトランジスタ７の電圧損失を増大させて、発電機１の発電電圧を増大させ、発電機１が良好に回生蓄電用バッテリ２を充電するようにすることができる。

また、回生蓄電用バッテリ２の好適目標電圧値に合わせて逆電圧阻止スイッチ９の電流を上記出力電圧制御素子と同様に調整し、かつ、負荷駆動用バッテリの好適目標電圧値に合わせて出力電圧制御素子７の電流を上記のように調節することもできる。

第４発明の好適な態様を図６を参照して説明する。

図６は図３に示す実施例２の系間送電回路にて逆電圧阻止スイッチであるＮMOSトランジスタ９をダイオード９０に代替したものである。このようにすれば、発電機側電源系の電圧と負荷側電源系の電圧Vpbとの差をダイオード９０の順方向電圧未満にすることはできないものの、回路構成をきわめて簡素化しつつ実施例２の大部分の効果すなわち、ＮMOSトランジスタ７の出力電圧制御、外部指令に基づく開閉制御、負荷側電源系の異常電圧からの回生蓄電用バッテリ２の保護を行うことができる。けれども、両系間の電圧差は回生蓄電用バッテリ２のセル電圧よりも小さいが接合ダイオードの順方向電圧降下よりも大きく設定されている場合、両系間の電圧降下の一部を構造が簡素で冷却性に優れた接合ダイオード９０が負担するため、ＮMOSトランジスタ７の温度上昇を低減することができる。また、ダイオード９０を接合ダイオードよりも順方向電圧降下が小さいショットキーダイオードなどとしてもよい。

第１発明の２バッテリ型車両用電源装置の実施例を示すブロック回路図である。図１のコントローラの制御動作を示すフローチャートである。第２発明の２バッテリ型車両用電源装置の実施例を示すブロック回路図である。第２発明の２バッテリ型車両用電源装置の変形態様を示すブロック回路図である。第３発明の２バッテリ型車両用電源装置の実施例を示すブロック回路図である。第４発明の２バッテリ型車両用電源装置の実施例を示すブロック回路図である。

符号の説明

１発電機
２回生蓄電用バッテリ
３電源ライン
４負荷駆動用バッテリ
５電気負荷
６負荷給電ライン
７ＮMOSトランジスタ（出力電圧制御素子）
８コントローラ（制御回路）
９ＮMOSトランジスタ（逆電圧阻止スイッチ）
９０ダイオード（逆電圧阻止ダイオード）

Claims

エンジンにより駆動されて発電するとともに車両減速時に電力回生を行う発電機、及び、複数のセルを直列接続してなり前記発電機により充電される回生蓄電用バッテリを有する発電機側電源系と、
前記回生蓄電用バッテリよりも低電圧の負荷駆動用バッテリ、及び、前記負荷駆動用バッテリから給電される電気負荷を有する負荷側電源系と、
前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ一方向に送電する系間送電回路と、
を備える２電源方式の車両用電源装置において、
前記系間送電回路は、
前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、
前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
エンジンにより駆動されて発電するとともに車両減速時に電力回生を行う発電機、及び、複数のセルを直列接続してなり前記発電機により充電される回生蓄電用バッテリを有する発電機側電源系と、
前記回生蓄電用バッテリよりも低電圧の負荷駆動用バッテリ、及び、前記負荷駆動用バッテリから給電される電気負荷を有する負荷側電源系と、
前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ一方向に送電する系間送電回路と、
を備える２バッテリ型車両用電源装置において、
前記系間送電回路は、
一主電極端子が前記両電源系の一方に接続されて前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、
一主電極端子が前記両電源系の他方に接続され、他主電極端子が前記出力電圧制御素子の他主電極端子に接続されて前記負荷側電源系の電圧が前記発電機側電源系のそれを上回る場合における前記出力電圧制御素子を通じての前記負荷側電源系から前記発電機側電源系への電流逆流を阻止する逆電圧阻止スイッチと、
前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
エンジンにより駆動されて発電するとともに車両減速時に電力回生を行う発電機、及び、複数のセルを直列接続してなり前記発電機により充電される回生蓄電用バッテリを有する発電機側電源系と、
前記回生蓄電用バッテリよりも低電圧の負荷駆動用バッテリ、及び、前記負荷駆動用バッテリから給電される電気負荷を有する負荷側電源系と、
前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ一方向に送電する系間送電回路と、
を備える２バッテリ型車両用電源装置において、
前記系間送電回路は、
一主電極端子が前記両電源系の一方に接続されて前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、
一主電極端子が前記両電源系の他方に接続され、他主電極端子が前記発電機と前記出力電圧制御素子との接続点に接続されて前記負荷側電源系の電圧が前記発電機側電源系のそれを上回る場合における前記出力電圧制御素子を通じての前記負荷側電源系から前記発電機側電源系への電流逆流を阻止する逆電圧阻止スイッチと、
前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
エンジンにより駆動されて発電するとともに車両減速時に電力回生を行う発電機、及び、複数のセルを直列接続してなり前記発電機により充電される回生蓄電用バッテリを有する発電機側電源系と、
前記回生蓄電用バッテリよりも低電圧の負荷駆動用バッテリ、及び、前記負荷駆動用バッテリから給電される電気負荷を有する負荷側電源系と、
前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ一方向に送電する系間送電回路と、
を備える２バッテリ型車両用電源装置において、
前記系間送電回路は、
一主電極端子が前記両電源系の一方に接続されて前記発電機側電源系から前記負荷側電源系へ流す電流による電圧降下を制御する逆方向非耐圧性の出力電圧制御素子と、
一主電極端子が前記両電源系の他方に接続され、他主電極端子が前記出力電圧制御素子の他主電極端子に接続されて前記負荷側電源系の電圧が前記発電機側電源系のそれを上回る場合における前記出力電圧制御素子を通じての前記負荷側電源系から前記発電機側電源系への電流逆流を阻止する逆電圧阻止ダイオードと、
前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値となるまで前記出力電圧制御素子の電流が前記負荷駆動用バッテリの電圧と前記目標電圧値との差に応じて流れるように前記出力電圧制御素子を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
請求項１乃至４のいずれか記載の２バッテリ型車両用電源装置において、
前記両バッテリが満充電である場合の前記両バッテリ間の電圧差は、前記回生蓄電用バッテリのセル電圧未満に設定されていることを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
請求項１乃至５のいずれか記載の２バッテリ型車両用電源装置において、
前記制御回路は、
前記回生蓄電用バッテリの状態に関する外部指令に基づいて前記出力電圧制御素子を優先的にオフして前記回生蓄電用バッテリを安全状態に保つことを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
請求項２又は３記載の２バッテリ型車両用電源装置において、
前記制御回路は、
前記回生蓄電用バッテリの状態に関する外部指令に基づいて前記逆電圧阻止スイッチを優先的にオフして前記回生蓄電用バッテリを安全状態に保つことを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
請求項１乃至６のいずれか記載の２バッテリ型車両用電源装置において、
前記制御回路は、
前記回生蓄電用バッテリの蓄電容量が所定のしきい値レベルを超えて過小と想定される場合に前記負荷駆動用バッテリの電圧が所定の目標電圧値よりも低くても前記出力電圧制御素子又は前記逆電圧阻止スイッチをオフして、前記回生蓄電用バッテリの充電の促進又は前記回生蓄電用バッテリの更なる放電の防止を行うことを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。
請求項３記載の２バッテリ型車両用電源装置において、
前記制御回路は、
主として前記回生蓄電用バッテリに充電する場合には前記出力電圧制御素子を完全オフするかその電圧降下を増大させ、前記逆電圧阻止スイッチを完全オンするかその電圧降下を低下させ、前記回生蓄電用バッテリの充電に適した第１電圧で発電を行い、
主として前記負荷側電源系に給電する場合には前記逆電圧阻止スイッチを完全オフするかその電圧降下を増大させ、前記出力電圧制御素子を完全オンするかその電圧降下を低下させ、前記負荷側電源系に適した第２電圧で発電を行わせることを特徴とする２バッテリ型車両用電源装置。