JP2007174867A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間の過充電または過放電についても防止するように充放電制御が可能な車両用電源装置を提供する。
【解決手段】車両用電源装置は、バッテリＢと、バッテリＢよりも急速な充電が可能なキャパシタ２３と、モータジェネレータＭ１またはＭ２に供給するために、バッテリＢおよびキャパシタ２３の電圧をそれぞれ変換する昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃと、昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃを制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、モータジェネレータＭ１またはＭ２に回生電力が発生した場合に、キャパシタ２３にまず充電を開始し、キャパシタ２３への充電量が一定条件に達した場合にバッテリＢへの充電を開始する。制御装置３０は、バッテリＢへのモータジェネレータＭ１またはＭ２からの充電を開始した後バッテリＢおよびキャパシタ２３に対して共に充電動作をする期間を経て、キャパシタ２３への充電を停止させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用電源装置に関し、特に車輪駆動用の回転電機を搭載する車両用電源装置に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車などが環境にやさしい車両として大いに注目を浴びている。

従来の車両に搭載される交流電動機を駆動する電気自動車に関し、たとえば、バッテリと蓄電用のコンデンサとを併用するハイブリッドシステムが、特開平５−３０６０８号公報（特許文献１）に開示されている。このシステムでは、回生制動による充電モード時にはバッテリへの充電を制限して大容量コンデンサに充電の分担を大きくする。
特開平５−３０６０８号公報 特開２００２−３２０３０２号公報 特開平７−３３６８１１号公報

従来、電気自動車やエンジンとモータを併用するハイブリッド自動車のバッテリとしては、ニッケル水素電池が用いられてきた。近年、よりエネルギ密度の高いリチウムイオン電池がモータ駆動用のバッテリとして検討されている。

ニッケル水素電池は、一時的な過充電については許容でき充電状態の管理は定常的な過充電状態が防止されるようにしておけば、必要な寿命を確保できていた。しかし、リチウムイオン電池は、セル電圧が許容値を少しでも超えると寿命に大きく影響を与えるためニッケル水素電池と比較すると、回生時に管理値のマージンを大きく取る必要があり、結果として回生量を減らすことになる。このためリチウムイオン電池を使用して燃費を向上させるためには、短時間の過充電についても防止するように充電制御を行なう必要がある。

特に、車両では減速の要求は急に発生することも多く、特開平５−３０６０８号公報（特許文献１）に開示されるように、分担率を決定してからコンデンサに充電を行なうのでは、バッテリ側が一時的な過充電となる可能性も考えられる。放電についても同様な問題がある。

この発明の目的は、短時間の過充電または過放電についても防止するように充放電制御が可能な車両用電源装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両に搭載される回転電機との間で電力授受を行なう車両用電源装置であって、第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置よりも急速な充電が可能な第２の蓄電装置と、回転電機に供給するために、第１、第２の蓄電装置の電圧をそれぞれ変換する第１、第２の電圧変換装置と、第１、第２の電圧変換装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、回転電機に回生電力が発生した場合に、第２の蓄電装置にまず充電を開始し、第２の蓄電装置への充電量が一定条件に達した場合に第１の蓄電装置への充電を開始する。

好ましくは、制御装置は、第１の蓄電装置への回転電機からの充電を開始した後第１、第２の蓄電装置に対して共に充電動作をする期間を経て、第２の蓄電装置への充電を停止させる。

より好ましくは、制御装置は、第１の蓄電装置に対する充電中に第１の蓄電装置の充電状態が所定の状態に達したら、第１の蓄電装置への充電を停止して第２の蓄電装置に充電先を切換える。

この発明の他の局面に従うと、車両に搭載される回転電機との間で電力授受を行なう車両用電源装置であって、第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置よりも急速な放電が可能な第２の蓄電装置と、回転電機に供給するために、第１、第２の蓄電装置の電圧をそれぞれ変換する第１、第２の電圧変換装置と、第１、第２の電圧変換装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、回転電機に電力を供給開始するときには第２の蓄電装置から供給を開始し、第２の蓄電装置からの放電量が一定条件に達した場合に第１の蓄電装置から回転電機への電力供給を開始する。

好ましくは、制御装置は、第１の蓄電装置から回転電機への電力供給を開始した後第１、第２の蓄電装置を併用して電力供給を開始する期間を経て、第２の蓄電装置からの電力供給を停止させる。

好ましくは、車両は、第１および第２の電圧変換器から電力供給を受けて回転電機を駆動するインバータ装置をさらに含む。

本発明によれば、短時間の過充電または過放電についても防止するように充放電制御が可能な車両用電源装置を実現することができる。

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。

図１は、蓄電用のキャパシタをバッテリと併用して搭載する車両１００の構成を示す回路図である。

図１を参照して、車両１００は、電池ユニット４０Ｂと、キャパシタユニット４０Ｃと、昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃと、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧センサ１３，２１と、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭ１，Ｍ２と、動力分配機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

平滑用コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬ間に接続される。電圧センサ２１は、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。昇圧コンバータ１２Ｂは、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。平滑用コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２Ｂによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、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。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ｃ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Ｍ１に出力する。

動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭ１，Ｍ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分配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Ｍ１，Ｍ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なおモータジェネレータＭ２の回転軸は車輪２に図示しない減速ギヤや作動ギヤによって結合されている。また動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

電池ユニット４０Ｂは電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬに接続されている。電池ユニット４０Ｂは、バッテリＢと、バッテリＢ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ＳＢＧと、バッテリＢの正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に接続されるシステムメインリレーＳＢＰとを含む。システムメインリレーＳＢＰ，ＳＢＧ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。

電池ユニット４０Ｂは、さらに、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０Ｂと、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１Ｂとを含む。バッテリＢとしては、たとえば、リチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。

キャパシタユニット４０Ｃは電源ラインＰＬ１Ｃと接地ラインＳＬに接続されている。電池ユニット４０Ｂは、蓄電用の大容量キャパシタ２３と、キャパシタ２３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ＳＣＧと、キャパシタ２３の正極と電源ラインＰＬ１Ｃとの間に接続されるシステムメインリレーＳＣＰとを含む。システムメインリレーＳＣＰ，ＳＣＧ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。

キャパシタユニット４０Ｃは、さらに、キャパシタ２３の端子間の電圧ＶＣを測定する電圧センサ１０Ｃと、キャパシタ２３に流れる電流ＩＣを検知する電流センサ１１Ｃとを含む。

昇圧コンバータ１２Ｂは、一方端が電源ラインＰＬ１Ｂに接続されるリアクトルＬ１Ｂと、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂと、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂにそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂとを含む。

リアクトルＬ１Ｂの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１ＢのエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのコレクタに接続される。ダイオードＤ１ＢのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂのコレクタと接続され、ダイオードＤ１ＢのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂのエミッタと接続される。ダイオードＤ２ＢのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのコレクタと接続され、ダイオードＤ２ＢのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのエミッタと接続される。

昇圧コンバータ１２Ｃは、一方端が電源ラインＰＬ１Ｃに接続されるリアクトルＬ１Ｃと、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ｃと、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ｃにそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１Ｃ，Ｄ２Ｃとを含む。

リアクトルＬ１Ｃの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１ＣのエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｃのコレクタに接続される。ダイオードＤ１ＣのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃのコレクタと接続され、ダイオードＤ１ＣのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃのエミッタと接続される。ダイオードＤ２ＣのカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｃのコレクタと接続され、ダイオードＤ２ＣのアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｃのエミッタと接続される。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂおよび１２Ｃ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Ｍ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２Ｂおよび１２Ｃに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ｂおよび１２Ｃ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。

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。

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。

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。

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。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭ１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。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬに接続されている。インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭ２に対して昇圧コンバータ１２Ｂおよび１２Ｃ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２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２Ｂおよび１２Ｃに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ｂおよび１２Ｃに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。インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＣ，ＶＨ、電流ＩＢ，ＩＣの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２Ｂに対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵＢ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤＢおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃの出力である直流電圧をモータジェネレータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃ側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃ側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

キャパシタ２３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、１００Ｖを超える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のセルを直列に接続して用いる必要がある。

図２は、車両１００の発進から停止までの充放電について説明するための波形図である。

図２を参照して、時刻ｔ１〜ｔ４の間は車速が０から次第に増加し、時刻ｔ４〜ｔ６は一定速度で走行が行なわれ時刻ｔ６〜ｔ９では減速が行なわれ車速は時刻ｔ９においてゼロになっている。

図３は、図１の制御装置３０が車両発進または加速時に行なう制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、メインルーチンから一定時間経過毎または所定の条件が成立する毎に呼び出されて実行される。

図２、図３を参照して、まず処理が開始されると時刻ｔ１において発進または加速の要求の有無が判断される。時刻ｔ０〜ｔ１の間は加速要求が無いので処理はステップＳ１からステップＳ７に進み、制御はメインルーチンに戻される。

時刻ｔ１において、運転者がアクセルペダルを踏み始めたことをアクセル開度センサの出力から検知する等によって、発進または加速要求があったことが検知されると、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、まずキャパシタ電力を使用して発進または加速が開始されることが指定される。そしてステップＳ３に処理が進み、キャパシタ２３の端子間電圧がＶｃ１未満となったか否かが判断される。

時刻ｔ１〜ｔ２の間は、キャパシタ２３の端子間電圧がＶｃ１未満とならないので、ステップＳ２の監視が継続され、放電元はキャパシタ２３のみに設定される。

時刻ｔ２においては、キャパシタ２３の端子間電圧がＶｃ１未満となったことに応じてステップＳ３からステップＳ４に処理が進む。ステップＳ４では、キャパシタ２３とバッテリＢとを併用して放電が行なわれるように制御が実行される。

図４は、図３の時刻ｔ２〜ｔ３の放電元の切換について説明するための動作波形図である。

図４を参照して、時刻ｔ２までは、図１の昇圧コンバータ１２Ｃ内部のＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｃがスイッチング制御されキャパシタ２３の電圧が昇圧され、キャパシタ２３からインバータ２２に電力が送られて車両がモータジェネレータＭ２によって加速される。この間は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂ，Ｑ１Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

時刻ｔ２においてキャパシタ２３の端子間電圧がＶＣ１未満となると昇圧コンバータ１２Ｂの内部のＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂがスイッチング制御されバッテリＢの電圧が昇圧され、バッテリＢからもインバータ２２に電力が送られる。そして、時刻ｔ２〜ｔ３の間はキャパシタ２３とバッテリＢの両方から放電が行なわれる。この時刻ｔ２〜ｔ３の間はＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂ，Ｑ２Ｃがスイッチング制御され、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ１Ｃはゲートオフ状態に制御されている。この間、ステップＳ５に示すようにモータジェネレータＭ２で消費される電流の増加率ΔＩが所定値を超えているかどうかの監視が行なわれる。なお、電流の増加率ΔＩに代えてまたは加えて、消費電流の大きさや消費電力の大きさが所定値を超えているかどうかを監視しても良い。

これは、バッテリＢが過放電となり寿命が短縮されるのを防ぐために、消費電流の増加率や消費電流、消費電力が大きい間はキャパシタ２３でバッテリＢを補うことにより、バッテリＢに対して理想に近い放電を実現させるためである。

時刻ｔ３になると、ステップＳ５において、モータジェネレータＭ２で消費される電流の増加率ΔＩが所定値よりも下回ったことに応じて、ステップＳ６に処理が進み、キャパシタ２３側からの放電が停止される。そして時刻ｔ３〜ｔ４の間は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂがスイッチング制御され、この間はＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

そして、時刻ｔ４において加速は終了し、一定速度の走行が行なわれる。時刻ｔ４〜ｔ６の間は、エンジンによりモータジェネレータＭ１により発電された電力がモータジェネレータＭ２で消費されるが、必要に応じてバッテリＢ側からも放電が行なわれる。バッテリＢ側からも放電が行なわれる場合は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂのスイッチングが継続される。

図５は、図１の制御装置３０が減速時に行なう制御を説明するためのフローチャートである。

図２、図５を参照して、時刻ｔ６までは、回生電力が発生せず、ステップＳ１１からステップＳ１９に処理が進み、制御はメインルーチンに移されている。

時刻ｔ６においてブレーキペダルの踏込み等に応じて速度減速される。このとき、回生制動が開始され電力がモータジェネレータＭ２で発生する。これに応じてステップＳ１１からステップＳ１２に処理が進められる。ステップＳ１２ではキャパシタ２３に充電が開始される。そしてステップＳ１３においてキャパシタの電圧ＶＣが所定値ＶＣ２に到達していないかどうかの監視がなされる。

時刻ｔ６〜ｔ７の間は、キャパシタの電圧ＶＣが所定値ＶＣ２に到達していないのでステップＳ１３の監視が続行され、キャパシタ２３にのみ充電が行なわれている。これにより、回生開始直後の急激な回生電力の増加は、キャパシタ２３に吸収され、バッテリＢの寿命には悪影響を与えない。

図６は、図３の時刻ｔ７〜ｔ８の充電先の切換について説明するための動作波形図である。

図６を参照して、時刻ｔ７までは、図１の昇圧コンバータ１２Ｃ内部のＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃがスイッチング制御されインバータ２２で発生される高電圧ＶＨがキャパシタ電圧ＶＣ付近まで降圧され、キャパシタ２３に充電が行なわれる。この間は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

時刻ｔ７においてキャパシタ２３の端子間電圧がＶＣ２を超えると昇圧コンバータ１２Ｂの内部のＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂがスイッチング制御され昇圧コンバータ１２Ｂでも電圧ＶＨをバッテリＢの電圧ＶＢ付近まで降圧する電圧変換が実施され、バッテリＢへもインバータ２２からの電力が送られる。そして、時刻ｔ７〜ｔ８の間はキャパシタ２３とバッテリＢの両方に充電が行なわれる。この時刻ｔ７〜ｔ８の間はＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ１Ｃがスイッチング制御され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

この間、ステップＳ１５に示すようにモータジェネレータＭ２から送られる回生電流の増加率｜ΔＩ｜が所定値Ｉ２を超えているかどうかの監視が行なわれる。なお、電流の増加率｜ΔＩ｜に代えてまたは加えて、回生電流の大きさや回生電力の大きさが所定値を超えているかどうかを監視しても良い。

これは、バッテリＢが過充電となり寿命が短縮されるのを防ぐために、回生電流の増加率や回生電流、回生電力が大きい間はキャパシタ２３側で過充電分の電力を受け入れることにより、バッテリＢに対して理想に近い充電を実現させるためである。

時刻ｔ８になると、ステップＳ１５において、モータジェネレータＭ２からの回生電流の増加率｜ΔＩ｜が所定値Ｉ２よりも下回ったことに応じて、ステップＳ１６に処理が進み、キャパシタ２３側への充電が停止される。そして時刻ｔ８〜ｔ９の間は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂがスイッチング制御され、この間はＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂ，Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

そして、図２に示すように時刻ｔ９において減速は終了し車両は停止する。
図７は、充電先の切換の効果を説明するための波形図である。

図７を参照して、充電電流の制御目標値に対して実際の充電電流は波形Ｗ１に示すようにオーバーシュートが発生してしまう。このためニッケル水素電池であれば短時間の過充電が許容されるため、上限管理値を制御目標値の直上に設定することが可能であったが、リチウムイオン電池であれば、オーバーシュート分も考慮して、その上に上限管理値を設定しなければならなかった。このようにマージンを大きくとると、搭載する電池容量を大きくする必要があり、車両重量の増大等を招き、燃費の向上の効果はさほど大きくなかった。

図２に示すように時刻ｔ６〜ｔ７間の回生開始直後の時期をキャパシタに電力を受け入れるように制御することで、バッテリ側の充電電流を図７の波形Ｗ２に示すように設定することが可能となるので、バッテリとしてリチウムイオン電池を使用した場合であっても制御目標値に対して過剰なマージンを設けなくて良くなり、燃費向上の効果を大きくすることができる。

再び図５を参照して、ステップＳ１６におけるキャパシタからバッテリへ切換えて充電が行なわれている間は、ステップＳ１７のバッテリ電圧監視処理が実行されている。ステップＳ１７においてバッテリ電圧ＶＢが満充電の管理上限値ＶＢ１を超えない間はステップＳ１９に処理が進み、そのままバッテリへの充電が続行された状態で制御がメインルーチンに移される。

しかし、ステップＳ１７でバッテリ電圧ＶＢが満充電の管理上限値ＶＢ１を超えていた場合には、ステップＳ１８に処理が進みバッテリＢからキャパシタ２３に充電先が切換えられる。

図８は、図５のステップＳ１８における充電先の切換について説明するための動作波形図である。

図８を参照して、時刻ｔ２０〜２１の間は、図１の昇圧コンバータ１２Ｂ内部のＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂがスイッチング制御されインバータ２２で発生される高電圧ＶＨがバッテリ電圧ＶＢ付近まで降圧され、バッテリＢに充電が行なわれる。この間は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂ，Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

時刻ｔ２１においてバッテリＢの端子間電圧がＶＢ１を超えると昇圧コンバータ１２Ｃの内部のＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃがスイッチング制御され昇圧コンバータ１２Ｃでも電圧ＶＨをキャパシタ２３の電圧ＶＣ付近まで降圧する電圧変換が実施され、キャパシタ２３へもインバータ２２からの電力が送られる。そして、時刻ｔ２１〜ｔ２２の間はキャパシタ２３とバッテリＢの両方に充電が行なわれる。この時刻ｔ２１〜ｔ２２の間はＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ１Ｃがスイッチング制御され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２Ｂ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御されている。

その後時刻ｔ２２〜ｔ２３の間はバッテリＢ側への充電が停止され、ＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｃがスイッチング制御され、この間はＩＧＢＴ素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂ，Ｑ２Ｃはゲートオフ状態に制御される。

このようにして、回生電力発生中にバッテリＢに電力を受け入れることができなくなったときには、キャパシタ側に充電するように充電先が切換えられる。このようにして回生電力の回収率を上げることができ、燃費の向上をさらに図ることができる。

以上の説明に基づき再び図１を参照して本実施の形態について総括する。 本実施の形態に係る車両用電源装置は、車両に搭載されるモータジェネレータＭ１またはＭ２との間で電力授受を行なう車両用電源装置であって、バッテリＢと、バッテリＢよりも急速な充電が可能なキャパシタ２３と、モータジェネレータＭ１またはＭ２に供給するために、バッテリＢおよびキャパシタ２３の電圧をそれぞれ変換する昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃと、昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃを制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、モータジェネレータＭ１またはＭ２に回生電力が発生した場合に、キャパシタ２３にまず充電を開始し、キャパシタ２３への充電量が一定条件に達した場合にバッテリＢへの充電を開始する。

好ましくは、制御装置３０は、バッテリＢへのモータジェネレータＭ１またはＭ２からの充電を開始した後バッテリＢおよびキャパシタ２３に対して共に充電動作をする期間を経て、キャパシタ２３への充電を停止させる。

より好ましくは、制御装置３０は、バッテリＢに対する充電中にバッテリＢの充電状態が所定の状態に達したら、バッテリＢへの充電を停止してキャパシタ２３に充電先を切換える。

このようにすることで、バッテリＢの過充電を避けつつ回生電力の回収率を向上させ、燃費の向上につなげることができる。

本実施の形態に係る車両用電源装置は他の局面では、車両に搭載されるモータジェネレータＭ１またはＭ２との間で電力授受を行なう車両用電源装置であって、バッテリＢと、バッテリＢよりも急速な放電が可能なキャパシタ２３と、モータジェネレータＭ１またはＭ２に供給するために、バッテリＢおよびキャパシタ２３の電圧をそれぞれ変換する昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃと、昇圧コンバータ１２Ｂ，１２Ｃを制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、モータジェネレータＭ１またはＭ２に電力を供給開始するときにはキャパシタ２３から供給を開始し、キャパシタ２３からの放電量が一定条件に達した場合にバッテリＢからモータジェネレータＭ１またはＭ２への電力供給を開始する。

好ましくは、制御装置３０は、バッテリＢからモータジェネレータＭ１またはＭ２への電力供給を開始した後バッテリＢおよびキャパシタ２３を併用して電力供給を開始する期間を経て、キャパシタ２３からの電力供給を停止させる。

好ましくは、車両は、第１および第２の電圧変換器から電力供給を受けてモータジェネレータＭ１またはＭ２を駆動するインバータ１４または２２をさらに含む。

このようにすることにより、力行時においては、バッテリＢの寿命を縮めるようなバッテリＢの過放電を避けつつ、加速要求に応じることが可能となる。

また、車両での急な減速要求に伴い発生した回生電力対しては、分担率を決定してからコンデンサに充電を行なうよりも、バッテリ側が一時的な過充電となる可能性を一層低くすることができる。

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。

蓄電用のキャパシタをバッテリと併用して搭載する車両１００の構成を示す回路図である。 車両１００の発進から停止までの充放電について説明するための波形図である。 図１の制御装置３０が車両発進または加速時に行なう制御を説明するためのフローチャートである。 図３の時刻ｔ２〜ｔ３の放電元の切換について説明するための動作波形図である。 図１の制御装置３０が減速時に行なう制御を説明するためのフローチャートである。 図３の時刻ｔ７〜ｔ８の充電先の切換について説明するための動作波形図である。 充電先の切換の効果を説明するための波形図である。 図５のステップＳ１８における充電先の切換について説明するための動作波形図である。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、１０Ｂ，１０Ｃ，１３，２１ 電圧センサ、１１Ｂ，１１Ｃ，２４ 電流センサ、１２Ｂ，１２Ｃ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２３ キャパシタ、３０ 制御装置、４０Ｃ キャパシタユニット、４０Ｂ 電池ユニット、１００ 車両、Ｂ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１Ｂ，Ｄ２Ｂ，Ｄ１Ｃ，Ｄ２Ｃ，Ｄ３〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｃ リアクトル、Ｍ１，Ｍ２ モータジェネレータ、ＰＬ１Ｂ，ＰＬ１Ｃ，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂ，Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ｃ，Ｑ３〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＳＢＰ，ＳＢＧ，ＳＣＰ，ＳＣＧ システムメインリレー、ＳＬ 接地ライン。

Claims (6)

1. 車両に搭載される回転電機との間で電力授受を行なう車両用電源装置であって、
   第１の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置よりも急速な充電が可能な第２の蓄電装置と、
   前記回転電機に供給するために、前記第１、第２の蓄電装置の電圧をそれぞれ変換する第１、第２の電圧変換装置と、
   前記第１、第２の電圧変換装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記回転電機に回生電力が発生した場合に、前記第２の蓄電装置にまず充電を開始し、前記第２の蓄電装置への充電量が一定条件に達した場合に前記第１の蓄電装置への充電を開始する、車両用電源装置。
2. 前記制御装置は、前記第１の蓄電装置への前記回転電機からの充電を開始した後前記第１、第２の蓄電装置に対して共に充電動作をする期間を経て、前記第２の蓄電装置への充電を停止させる、請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記制御装置は、前記第１の蓄電装置に対する充電中に前記第１の蓄電装置の充電状態が所定の状態に達したら、前記第１の蓄電装置への充電を停止して前記第２の蓄電装置に充電先を切換える、請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 車両に搭載される回転電機との間で電力授受を行なう車両用電源装置であって、
   第１の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置よりも急速な放電が可能な第２の蓄電装置と、
   前記回転電機に供給するために、前記第１、第２の蓄電装置の電圧をそれぞれ変換する第１、第２の電圧変換装置と、
   前記第１、第２の電圧変換装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記回転電機に電力を供給開始するときには前記第２の蓄電装置から供給を開始し、前記第２の蓄電装置からの放電量が一定条件に達した場合に前記第１の蓄電装置から前記回転電機への電力供給を開始する、車両用電源装置。
5. 前記制御装置は、前記第１の蓄電装置から前記回転電機への電力供給を開始した後前記第１、第２の蓄電装置を併用して電力供給を開始する期間を経て、前記第２の蓄電装置からの電力供給を停止させる、請求項４に記載の車両用電源装置。
6. 前記車両は、前記第１および第２の電圧変換器から電力供給を受けて前記回転電機を駆動するインバータ装置をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電源装置。

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