JP2012244875A - 車両の電源システムおよびそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ上がりを起こしたその場で車両を動かすためにバッテリへの少量の充電を簡単に行なうことができる車両の電源システムおよびそれを備える車両を提供する。
【解決手段】車両の電源システムは、メインバッテリ１０と、予め車載された第１補機バッテリ１５０と、第１補機バッテリ１５０とは別の第２補機バッテリ１５１を設置することが可能な補機バッテリ設置部１５４と、メインバッテリ１０の電圧を降圧して第１補機バッテリ１５０に供給する第１電圧変換器１４０と、第２補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されている場合に第２補機バッテリ１５１の電圧を昇圧してメインバッテリ１０に向けて供給する第２電圧変換器１４１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の電源システムおよびそれを備える車両に関し、より特定的には、複数の補機バッテリを搭載することが可能に構成された車両の電源システムおよびそれを備える車両に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの電動車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）から車載の蓄電装置の充電が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。

特開２００８−１１０７００号公報（特許文献１）は、２００Ｖ、１４Ｖ、４２Ｖ系のバッテリを備えるハイブリッド車両が開示されている。このハイブリッド車両は、２００Ｖ系バッテリと４２Ｖ系バッテリとの間に設けられる双方向ＤＣ／ＤＣ変換器と、２００Ｖ系バッテリと１４Ｖ系バッテリとの間に設けられる一方向ＤＣ／ＤＣ変換器とを備える。そして、４２系バッテリを昇圧して２００Ｖ系バッテリを補助する点が記載されている。

特開２００８−１１０７００号公報

電気自動車においては、メインバッテリがバッテリ上がりを起こしてしまうとさらなる走行ができなくなる。この場合内燃機関を搭載する車両であれば、燃料切れの場合であれば、少量の燃料を応急的に補給することで、近くのガソリンスタンドまで走行させることができる。これに比べて電気自動車の場合にはメインバッテリにその場で充電を行なうことは困難であり、レッカー車などで車両を近隣の充電スタンドまで運ぶ必要がある。

またハイブリッド自動車であっても、メインバッテリと補機バッテリがバッテリ上がりを起こしてしまえば、ハイブリッド自動車を制御しているＥＣＵを作動させることができなくなるので、やはりレッカー車などで車両を近隣の充電スタンドまで運ぶ必要がある。

この発明の目的は、バッテリ上がりを起こしたその場で車両を動かすためにバッテリへの少量の充電を簡単に行なうことができる車両の電源システムおよびそれを備える車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源システムであって、メインバッテリと、予め車載された第１補機バッテリと、第１補機バッテリとは別の第２補機バッテリを設置することが可能な補機バッテリ設置部と、メインバッテリの電圧を降圧して第１補機バッテリに供給する第１電圧変換器と、第２補機バッテリが補機バッテリ設置部に設置されている場合に第２補機バッテリの電圧を昇圧してメインバッテリに向けて供給する第２電圧変換器とを備える。

好ましくは、第２電圧変換器は、第１端子と第２端子とを有し、第１端子の電圧を降圧して第２端子に出力する降圧動作と、第２端子の電圧を昇圧して第１端子に出力する昇圧動作とが可能に構成される。車両の電源システムは、第２端子の接続先を切換えるスイッチをさらに備える。第１端子は、メインバッテリから第１電圧変換器に至る電力伝達経路上に接続される。スイッチは、第２端子を、第１電圧変換器から第１補機バッテリに至る電力伝達経路上と、第２補機バッテリとのいずれかを選択して接続することが可能に構成される。

より好ましくは、車両の電源システムは、補機バッテリ設置部に第２補機バッテリが設置されているか否かに基づいてスイッチの切換えを行なう制御部をさらに備える。

さらに好ましくは、制御部は、補機バッテリ設置部に第２補機バッテリが設置されたことを検出すると、第２端子を第２補機バッテリに接続するようにスイッチを切換え、かつ第１電圧変換器が第１補機バッテリ側に出力する電圧を低下させる。

さらに好ましくは、制御部は、第１補機バッテリの電圧が所定値より低い場合には、第２補機バッテリで第１補機バッテリの充電が行なわれるように第１電圧変換器および第２電圧変換器を制御する。

さらに好ましくは、車両外部から電力を受けてメインバッテリを充電するための充電器をさらに備える。制御部は、第２補機バッテリが補機バッテリ設置部に設置されており、第２補機バッテリの電圧が充電しきい値よりも低い場合には、車両外部から充電器を経由して受電された電力によって第２補機バッテリが充電されるように第１電圧変換器および第２電圧変換器を制御する。

この発明は他の局面では、上記いずれかに記載の車両の電源システムを備える車両である。

本発明によれば、小さなバッテリを接続するだけでバッテリ上がりをおこした車両を動かすことが可能になるので、レッカー車などで車両を移動させる必要がなくなる。

本発明の実施の形態の電源システムを搭載した電動車両１００の全体ブロック図である。 図１を簡略化して示した図であり、メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０とサブＤＣ／ＤＣ変換器の主たる動作を説明するための図である。 切換スイッチ１５３およびＤＣ／ＤＣ変換器１４１の切換制御の変形例を示す図である。 補機バッテリ設置部１５４の配置例を説明するための図である。 補機バッテリ設置部１５４における補機バッテリの端子の接続について説明するための図である。 ＤＣ／ＤＣ変換器１４０，１４１および切換スイッチ１５３の各種動作モードにおける状態を説明するための図である。 動作モード１で電源システムが動作するに至る過程を示したフローチャートである。 動作モード１への切換の制御を説明するためのフローチャートである。 通常時の電力の流れを示した図である。 動作モード１での電力の流れを示した図である。 動作モード２への切換の制御を説明するためのフローチャートである。 動作モード２での電力の流れを示した図である。 動作モード３への切換の制御を説明するためのフローチャートである。 動作モード３での電力の流れを示した図である。

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り返さない。

[実施の形態に共通する車両構成]
図１は、本発明の実施の形態の電源システムを搭載した電動車両１００の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、メインバッテリ１０と、システムメインリレー（System Main Relay）ＳＭＲＤと、駆動装置であるインバータ１２０と、モータジェネレータ１３０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）１６０とを備える。図示しないが、モータジェネレータ１３０は動力伝達ギアを介して駆動輪を回転させる。

メインバッテリ１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。メインバッテリ１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

メインバッテリ１０の正極端および負極端は、システムメインリレーＳＭＲＤに含まれるスイッチＳＷ１，ＳＷ２および電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介して負荷であるモータジェネレータ１３０を駆動するためのインバータ１２０に接続される。そして、メインバッテリ１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をインバータ１２０に供給する。また、メインバッテリ１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。メインバッテリ１０の電圧は、限定されるものではないが、たとえば２００Ｖである。

システムメインリレーＳＭＲＤに含まれるスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、メインバッテリ１０とインバータ１２０とを結ぶ電力線ＰＬ１およびＮＬ１上にそれぞれ設けられる。そして、システムメインリレーＳＭＲＤは、制御装置１６０からの制御信号に基づいて、メインバッテリ１０とインバータ１２０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギアを介して駆動輪に伝達され、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ１２０によってメインバッテリ１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車の例では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ１０を充電することも可能である。

すなわち、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車などが車両１００に該当しうる。

車両１００は、さらに低電圧系（補機系）の構成として、メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０と、補機バッテリ１５０と、補機負荷１７０とを含む。

メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、電力線ＰＬ１およびＮＬ１に接続され、制御装置１６０からの制御信号に基づいて、メインバッテリ１０から供給される直流電圧を低圧系の電源電圧（たとえば１４Ｖ）に電圧変換する。そして、メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、補機負荷１７０に電源電圧を供給するとともに、補機バッテリ１５０に充電電力を供給する。システムメインリレーＳＭＲＤが開放されて、メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０が電圧変換動作を中止しているときには、補機バッテリ１５０から補機負荷１７０および制御装置１６０に対して電力の供給が行なわれる。

補機バッテリ１５０は、他の種類の蓄電池でもよいが、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ１５０の出力電圧は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。鉛蓄電池は、古くから自動車用のバッテリとして使用されている。

制御装置１６０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力処理部を含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

制御装置１６０は、インバータ１２０およびメインＤＣ／ＤＣ変換器１４０を駆動するための制御信号を生成して出力する。また、制御装置１６０は、システムメインリレーＳＭＲＤを制御するための制御信号を出力する。

電源システムは、さらに、外部電源３００からの電力によってメインバッテリ１０を充電するための構成として、接続部３２０から外部電源の電力を受けてメインバッテリ１０の充電電圧（直流電圧）に変換する充電器２００と、充電用のシステムメインリレーＳＭＲＣとを含む。充電用のシステムメインリレーＳＭＲＣは、スイッチＳＷ３，ＳＷ４を含む。

接続部３２０には、外部電源３００から電力を送電するための充電ケーブルの充電コネクタ３１０が接続される。そして、外部電源３００からの電力が、充電ケーブルを介して車両１００に伝達される。

スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、それぞれメインバッテリ１０と充電器２００とを結ぶ電力線ＰＬ２およびＮＬ２をメインバッテリ１０に接続する。そして、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、制御装置１６０からの制御信号に基づいて、メインバッテリ１０と充電器２００との間での電力の供給と遮断とを切換える。

充電器２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して接続部３２０と接続される。また、充電器２００は、電力線ＰＬ２およびＮＬ２を介してメインバッテリ１０と接続される。そして、充電器２００は、制御装置１６０からの制御信号に基づいて、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２によって供給される外部電源３００からの交流電力をメインバッテリ１０が充電可能な直流電力に変換する。充電器２００は、その変換した直流電力を電力線ＰＬ２およびＮＬ２に出力する。

車両１００は、サブＤＣ／ＤＣ変換器１４１と、切換スイッチ１５３と、電圧センサ１５２と、補機バッテリ設置部１５４とをさらに含む。補機バッテリ設置部１５４には、端子１５５，１５６が設けられており、補機バッテリ１５０とは別に補機バッテリ１５１を設置することができる。端子１５５には補機バッテリ１５１の正極が接続され、端子１５６には補機バッテリ１５１の負極が接続される。

切換スイッチ１５３はサブＤＣ／ＤＣ変換器１４１の正極側出力をＡ端子とＢ端子に選択的に接続することができる。通常時に補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されていない場合には、切換スイッチ１５３においてＢ端子が選択されている。切換スイッチ１５３の切換は、補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されると自動的に切換えることが好ましいが、切換スイッチ１５３の切換をユーザが補機バッテリ１５１の設置時に手動で行なっても良い。

サブＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、第１端子と第２端子とを有する。第１端子は電力線ＰＬ１に接続される端子である。第２端子は、切換スイッチ１５３に接続される端子である。サブＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、第１端子の電圧を降圧して第２端子に出力する降圧動作と、第２端子の電圧を昇圧して第１端子に出力する昇圧動作とが可能に構成されている。

電圧センサ１５２は、端子１５５の電圧を検出し、制御装置１６０に検出値を出力する。制御装置１６０は、電圧センサ１５２の出力によって補機バッテリ設置部１５４に補機バッテリ１５１が設置されているか否かを認識することができる。なお、電圧センサ１５２に代えて、補機バッテリ１５１の有無を検出する他の検出スイッチやユーザが補機バッテリ１５１を設置したことを入力するスイッチなどを設けても良い。

制御装置１６０は、図示しないがＣＰＵ、記憶装置および入出力バッファを含む。制御装置１６０は、外部充電時には、充電器２００およびシステムメインリレーＳＭＲＣを制御する。制御装置１６０は、走行時にはメインＤＣ／ＤＣ変換器１４０、インバータ１２０、サブＤＣ／ＤＣ変換器１４１、切換スイッチ１５３およびシステムメインリレーＳＭＲＤを制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

なお、図１では制御装置１６０は、外部充電時と車両走行時とに充電器２００、メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０、インバータ１２０、サブＤＣ／ＤＣ変換器１４１、切換スイッチ１５３およびシステムメインリレーＳＭＲＤ，ＳＭＲＣを制御する例を示したが、他の構成とすることもできる。たとえば、外部充電時に起動して充電器２００およびシステムメインリレーＳＭＲＣを制御する充電制御用のＥＣＵを設ける。このＥＣＵを、走行時にメインＤＣ／ＤＣ変換器１４０、インバータ１２０、サブＤＣ／ＤＣ変換器１４１、およびシステムメインリレーＳＭＲＤを制御するＥＣＵとは別にしてもよい。

また、図１の車両１００の構成において、モータジェネレータ１３０に加えて、内燃機関を搭載したハイブリッド自動車や、燃料電池セルを搭載した燃料電池自動車であっても、本願発明は適用が可能である。

図２は、図１を簡略化して示した図であり、メインＤＣ／ＤＣ変換器１４０とサブＤＣ／ＤＣ変換器の主たる動作を説明するための図である。

図２を参照して、この車両は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０に加えてＤＣ／ＤＣ変換器１４１を含む。

ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、メインバッテリ１０の高圧電圧（たとえば２００Ｖ）を補機負荷の電源電圧や補機バッテリの充電電圧（たとえば１４Ｖ）に降圧する一方向の動作が可能である。

これに対し、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、メインバッテリ１０の高圧電圧（たとえば２００Ｖ）を切換スイッチ１５３の端子Ｃに降圧する動作と、端子Ｃの電圧をメインバッテリ１０の高圧電圧に昇圧する双方向の動作が可能である。

切換スイッチ１５３は、端子Ｃを端子Ａ、Ｂのいずれか一方に接続可能であり、制御装置１６０からの制御信号により切換スイッチ１５３は接続を切換えることができる。

切換スイッチ１５３が端子Ｃと端子Ｂとを接続している状態では、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０，１４１はメインバッテリ１０と補機負荷１７０との間に並列接続された状態となる。この状態ではＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０を補助するように降圧動作を行なう。なお、補機負荷１７０の消費電力によっては、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１を停止させておいても良い。

切換スイッチ１５３が端子Ｃと端子Ａとを接続している状態では、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１はメインバッテリ１０と補機バッテリ１５１との間に接続された状態となる。このときの動作については、後に図６以降で説明する。

図３は、切換スイッチ１５３およびＤＣ／ＤＣ変換器１４１の切換制御の変形例を示す図である。

図３を参照して、切換スイッチ１５３をリレーとし、補機バッテリ１５１が設置されるとリレーのコイルに電流が流れるように回路を構成しておく。すると補機バッテリ１５１が接続されるとコイルに電流が流れ、Ｂ端子からＡ端子に接続を切換えるようにリレー切片がコイルの磁力で吸引される。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１には補機バッテリ１５１を検出する検出線が接続されている。検出線は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１の制御入力端子に接続されている。この検出線は、補機バッテリ１５１が接続されていない状態では、抵抗によってプルダウンされている。そして補機バッテリ１５１が接続されると検出線がハイレベル（たとえば１２〜１４Ｖ）になるので、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は降圧から昇圧に動作を切換えることが可能となる。

図４は、補機バッテリ設置部１５４の配置例を説明するための図である。図４を参照して、補機バッテリ設置部１５４は、車両の荷室４００のマットの下に設けられる。荷室４００のマットの下には通常はスペアタイヤ４０２が配置されているが、これに並べて補機バッテリ設置部１５４を設けておくことができる。

図５は、補機バッテリ設置部１５４における補機バッテリの端子の接続について説明するための図である。図５を参照して、補機バッテリ設置部１５４には、フタ１５７，１５８が設けられている。フタ１５７の裏側には、補機バッテリ１５１の正極に接続する端子１５５が設けられ、フタ１５８の裏側には、補機バッテリ１５１の負極に接続する端子１５６が設けられている。ユーザは、車両がバッテリ上がりを起こしたときに、補機バッテリ１５１を入手して補機バッテリ設置部１５４に置き、フタ１５７，１５８を閉めるだけで補機バッテリ１５１が正しく電源システムに接続される。このような構成とすれば工具が不要であるので、ユーザが簡単に補機バッテリ１５１を補機バッテリ設置部１５４に設置することができる。

図６は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０，１４１および切換スイッチ１５３の各種動作モードにおける状態を説明するための図である。図６に示すように、本実施の形態の電動車両の電源システムは、通常時、動作モード１〜３の４つの動作モードで動作することが可能である。動作モード１〜３はそれぞれ実施の形態１〜３に対応するものである。

通常時には、切換スイッチ１５３は端子Ｃと端子Ｂとが接続されるように制御される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、通常出力（たとえば１４Ｖ）で補機を駆動する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０と同様に通常出力（たとえば１４Ｖ）で補機を駆動するように降圧動作を行なう。

動作モードが動作モード１の場合には、切換スイッチ１５３は端子Ｃと端子Ａとが接続されるように制御される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、通常出力（たとえば１４Ｖ）よりも低い電圧（たとえば１２Ｖ）で補機を駆動する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、補機バッテリ１５１の電圧をメインバッテリ１０側に昇圧する動作を行なう。

動作モードが動作モード２の場合には、切換スイッチ１５３は端子Ｃと端子Ａとが接続されるように制御される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、通常出力（たとえば１４Ｖ）で補機を駆動する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、補機バッテリ１５１の電圧をメインバッテリ１０側に昇圧する動作を行なう。

動作モードが動作モード３の場合には、切換スイッチ１５３は端子Ｃと端子Ａとが接続されるように制御される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、通常出力（たとえば１４Ｖ）で補機を駆動する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、メインバッテリ１０側（充電器２００側）の電圧を補機バッテリ１５１側に降圧し補機バッテリ１５１を充電する動作を行なう。

以下、動作モード１〜３について順に説明していく。
［実施の形態１（動作モード１）］
図７は、動作モード１で電源システムが動作するに至る過程を示したフローチャートである。

図２、図７を参照して、ステップＳ１に示すように通常時はＤＣ／ＤＣ変換器１４０、１４１はメインバッテリ１０の電圧を降圧して補機負荷１７０に供給するように並列運転するか、またはＤＣ／ＤＣ変換器１４１は動作停止し、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０がメインバッテリ１０の電圧を降圧して補機負荷１７０に供給するように単機で運転する。

ここでステップＳ２に示すようにメインバッテリ１０がＳＯＣ下限まで放電してしまい、走行ができなくなったとする。

そこで、ステップＳ３に示すようにユーザが予め車両に積んでおいたか、または近隣の店で購入して用意した携帯用補機バッテリ１５１を、ユーザが図４、図５で説明した補機バッテリ設置部１５４に設置する。したがって、この携帯用補機バッテリ１５１は、入手しやすいものであることが好ましい。

すると、ステップＳ４に示したように切換スイッチ１５３およびＤＣ／ＤＣ変換器１４１が、メインバッテリ１０の充電動作を行なうように自動で切換えられる。この切換は、補機バッテリ１５１が接続される端子の電圧を制御装置１６０が検出して切換信号を出力しても良いし、また図３に示した回路構成やそれに類似する回路構成のように、制御装置１６０を用いずに切換信号を出力する回路を設けても良い。

そしてステップＳ５に示すようにＤＣ／ＤＣ変換器１４１が補機バッテリ１５１の電圧を昇圧して、メインバッテリ１０の充電を開始する。ステップＳ６では、補機バッテリ１５１の電気エネルギをメインバッテリ１０に移すことが完了する。これにより、メインバッテリ１０のＳＯＣは、満充電には至らなくても下限値よりも大きくなり、ステップＳ７に示すように退避走行が可能となる。

図８は、動作モード１への切換の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、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図８を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１１において制御装置１６０は、メインバッテリ１０のＳＯＣが下限値より小さいか否かを判断する。なお、メインバッテリ１０のＳＯＣは、図示しないバッテリ監視ユニットから制御装置１６０に与えられても良いし、制御装置１６０がメインバッテリ１０の電圧、電流などから公知の方法で算出しても良い。

ステップＳ１１においてメインバッテリ１０のＳＯＣが下限値以上である場合にはステップＳ１２に処理が進む。この場合は、通常の処理が行なわれる。

図９は、通常時の電力の流れを示した図である。図８、図９を参照して、ステップＳ１２ではＤＣ／ＤＣ変換器１４１は降圧モード、つまりメインバッテリ１０の電圧を降圧して補機負荷１７０に供給するように制御装置１６０によって制御される。このとき、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０も同様の降圧を行なっており、破線矢印に示すようにＤＣ／ＤＣ変換器１４１はＤＣ／ＤＣ変換器１４０と並列動作を行なう。なお、補機負荷１７０の消費電力が少ない場合にはＤＣ／ＤＣ変換器１４１を停止させても良い。またステップＳ１３においては、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０が補機負荷１７０に出力する電圧が通常値（たとえば１４Ｖ）となるように制御装置１６０はＤＣ／ＤＣ変換器１４０を制御する。ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、補機負荷１７０に電源電圧を供給すると共に補機バッテリ１５０に充電電圧を供給する。ステップＳ１２、Ｓ１３の処理が実行されると、ステップＳ２３に処理が進み、制御はメインルーチンに戻される。

再び図１、図８を参照して、ステップＳ１１において、メインバッテリのＳＯＣが下限値より小さい場合にはステップＳ１４に処理が進む。この場合、メインバッテリ１０の過放電を防ぐためにメインバッテリ１０からの放電が禁止される。たとえば、ステップＳ１４に示すようにシステムメインリレーＳＭＲＤをオフ状態にすることによって、メインバッテリ１０からの過放電が防止される。

続いて、ステップＳ１５では、携帯用補機バッテリ１５１の接続が有るか否かが判断される。ステップＳ１５において補機バッテリ１５１の接続が検出されない場合にはステップＳ２３に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１５において、補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されており補機バッテリ１５１の接続が検出された場合には、ステップＳ１６に処理が進む。なお、補機バッテリ１５１の検出は、補機バッテリ１５１が接続される端子の電圧を制御装置１６０が検出しても良いし、また図３に示した回路構成やそれに類似する回路構成のように、制御装置１６０を用いずに切換信号を出力する回路を設けても良い。

ステップＳ１６では、制御装置１６０はシステムメインリレーＳＭＲＤを再びオン状態に制御する。そして、ステップＳ１７において、制御装置１６０は切換スイッチ１５３の接続先を端子Ｂから端子Ａに切換える。さらにステップＳ１８において、制御装置１６０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１の動作モードを降圧モードから昇圧モードに切換える。これにより、補機バッテリ１５１の電圧を昇圧してメインバッテリ１０に供給しメインバッテリ１０を充電することが可能となる。

続いて、補機バッテリ１５１の電力をなるべく多くメインバッテリ１０に移すために、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０が補機負荷１７０に出力する電圧を低下させるように制御装置１６０はＤＣ／ＤＣ変換器１４０を制御する。たとえばＤＣ／ＤＣ変換器１４０が通常時は１４Ｖを補機負荷１７０に対して出力しているとすると、ステップＳ１９では、補機負荷１７０が動作する下限の電圧程度を出力する。そうすると、補機負荷１７０での消費電力も低下するし、補機バッテリ１５０に充電される電力も少なくて済む。

なお、ステップＳ１６〜Ｓ１９の各種設定の順序は変更しても良い。ステップＳ１６〜Ｓ１９の各種設定が完了した後にステップＳ２０において、メインバッテリ１０への充電が開始される。

図１０は、動作モード１での電力の流れを示した図である。図８、図１０を参照して、ステップＳ２０では、補機バッテリ１５１の電力は、破線矢印に示すように、切換スイッチ１５３を経由してＤＣ／ＤＣ変換器１４１に与えられる。ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、補機バッテリ１５１の電圧を昇圧してメインバッテリ１０に供給する。これによりメインバッテリ１０に充電が行なわれる。このときＤＣ／ＤＣ変換器１４１はＤＣ／ＤＣ変換器１４０にも一部の電力を与えることになる。このため、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０に送電される電力をなるべく少なくするためにステップＳ１９においてＤＣ／ＤＣ変換器１４０の出力電圧を下げている。

再び図１、図８を参照して、ステップＳ２１において、メインバッテリ１０のＳＯＣがしきい値を超えるまでメインバッテリ１０の充電が継続される。ステップＳ２１においてメインバッテリ１０のＳＯＣがしきい値を超えると、ステップＳ２２に処理が進む。

ステップＳ２２では、制御装置１６０は、車両の走行を許可しこれによって車両は退避走行が可能となり、ステップＳ２３において制御はメインルーチンに戻される。

このように、動作モード１では人間の力で運搬が可能な補機バッテリ１５１をユーザが車両に載せるだけで自動的にメインバッテリ１０の充電を可能とする。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０に補機負荷１７０が動作可能な最低電圧を出力させることで、補機負荷１７０での消費電力を抑制し、メインバッテリ１０の充電を効率的に実行することができる。

ガソリン車では、ガソリンスタンドから少量のガソリンを運んできて車両に補給することで、燃料切れの車両をガソリンスタンドまで動かすことが可能となる。同様に、本実施の形態によれば電気自動車等でも充電済みの補機バッテリ１５１を車両のところに運んできて補機バッテリ設置部１５４に設置することで、充電スタンドまで車両を動かすことができる可能性が高まる。なお、補機バッテリ１５１は予め車両の補機バッテリ設置部１５４とは別の場所に積んで置くようにしても良い。

［実施の形態２（動作モード２）］
実施の形態１ではメインバッテリ１０に充電することを重視した制御について説明した。実施の形態２では補機バッテリ１５０が上がってしまった場合に、補機バッテリ１５０に充電を行なうことを重視した制御について説明する。

図１１は、動作モード２への切換の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、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図１１を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１１Ａにおいて制御装置１６０は、補機バッテリ１５０の電圧が下限値より低いか否かを判断する。なお、図示しない電圧センサによって補機バッテリ１５０の電圧が計測され、制御装置１６０はこの電圧センサから計測値を取得している。

ステップＳ１１Ａにおいて補機バッテリ１５０の電圧が下限値以上である場合にはステップＳ１２に処理が進む。この場合は、通常の処理が行なわれる。ステップＳ１２、Ｓ１３の通常の処理については、図８で説明した場合と同様であるのでここでは説明は繰返さない。

ステップＳ１１Ａにおいて、補機バッテリ１５０の電圧が下限値より低い場合にはステップＳ１４に処理が進む。この場合、メインバッテリ１０のＳＯＣが十分高ければＤＣ／ＤＣ変換器１４０によって補機バッテリ１５０を充電することも可能であるが、メインバッテリ１０のＳＯＣに余裕がない場合には補機バッテリ１５０およびメインバッテリ１０の過放電を防ぐためにメインバッテリ１０からの放電が禁止される。たとえば、ステップＳ１４に示すようにシステムメインリレーＳＭＲＤをオフ状態にすることによって、メインバッテリ１０からの過放電が防止される。

続いて、ステップＳ１５では、携帯用補機バッテリ１５１の接続が有るか否かが判断される。ステップＳ１５において補機バッテリ１５１の接続が検出されない場合にはステップＳ２３に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１５において、補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されており補機バッテリ１５１の接続が検出された場合には、ステップＳ１７に処理が進む。なお、補機バッテリ１５１の検出は、補機バッテリ１５１が接続される端子の電圧を制御装置１６０が検出しても良いし、また図３に示した回路構成やそれに類似する回路構成のように、制御装置１６０を用いずに切換信号を出力する回路を設けても良い。

ステップＳ１７において、制御装置１６０は切換スイッチ１５３の接続先を端子Ｂから端子Ａに切換える。さらにステップＳ１８において、制御装置１６０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１の動作モードを降圧モードから昇圧モードに切換える。これにより、補機バッテリ１５１の電圧を昇圧してメインバッテリ１０に供給するとともに、補機バッテリ１５０を充電することが可能となる。

実施の形態１（動作モード１）ではＤＣ／ＤＣ変換器１４０が補機負荷１７０に出力する電圧を低下させたが、図１１のフローチャートではステップＳ１９ＡにおいてＤＣ／ＤＣ変換器１４０の出力電圧は通常値（たとえば１４Ｖ）に設定される。

なお、ステップＳ１７〜Ｓ１８およびＳ１９Ａの各種設定の順序は変更しても良い。ステップＳ１７〜Ｓ１８およびＳ１９Ａの各種設定が完了した後にステップＳ２０Ａにおいて、補機バッテリ１５０への充電が開始される。

図１２は、動作モード２での電力の流れを示した図である。図１１、図１２を参照して、ステップＳ２０Ａでは、補機バッテリ１５１の電力は、破線矢印に示すように、切換スイッチ１５３を経由してＤＣ／ＤＣ変換器１４１に与えられる。ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は、補機バッテリ１５１の電圧を昇圧してＤＣ／ＤＣ変換器１４０に電力を与える。ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は通常値（たとえば１４Ｖ）の電圧を補機バッテリ１５０に出力するので、補機バッテリ１５０には充電が行なわれる。

なお、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０の出力電圧（または出力電流または出力電力）を通常よりも高い値として補機バッテリ１５０の充電時間を短縮するようにしても良い。

また、メインバッテリ１０にも充電したい場合には、図８のステップＳ１６のシステムメインリレーＳＭＲＤをオン状態に設定する処理を行なってからＳ２０Ａの充電を行なっても良い。

再び図１、図１１を参照して、ステップＳ２１Ａにおいて、補機バッテリ１５０の電圧がしきい値を超えるまで補機バッテリ１５０の充電が継続される。ステップＳ２１Ａにおいて補機バッテリ１５０の電圧がしきい値を超えると、ステップＳ２２に処理が進む。

ステップＳ２２では、制御装置１６０は、車両の走行を許可する。このときにはシステムメインリレーＳＭＲＤはオン状態に制御される。これによって車両は退避走行が可能となり、ステップＳ２３において制御はメインルーチンに戻される。

実施の形態２の電動車両の電源システムは、実施の形態１と同一の構成において制御を少し変更するだけで、補機バッテリ１５０が上がった場合にも対応が可能となる。実施の形態２の電動車両の電源システムでも、実施の形態１と同様にユーザが工具を使用した作業をすることが必要なく、また特別なスイッチ操作も不要で、車両を走行させることができるようになる。

なお、車両がハイブリッド自動車である場合には、補機バッテリ１５０を充電することで、車両が起動できるようになり燃料が十分あれば長距離走行も可能となる。

［実施の形態３（動作モード３）］
実施の形態３では、実施の形態１または２のような使用をした場合に、使い切ってしまった補機バッテリ１５１を車両に搭載しながら再充電する例を紹介する。車両１００は、車両外部からメインバッテリ１０に充電が可能に構成されており、その際に補機バッテリ１５１の充電についても併せて実行する。

図１３は、動作モード３への切換の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、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図１３を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ３１において制御装置１６０は、充電器２００に外部電源３００が接続されているか否かを判断する。たとえば、接続部３２０に充電コネクタ３１０が接続されると導通するスイッチを車両１００に設けておき、そのスイッチから制御装置１６０に検出信号が送信されるようにしても良いし、また充電器２００に外部電源３００からの電圧が入力されているか否かを充電器が内蔵している電圧センサから受け取るようにしても良い。

ステップＳ３１において、充電器２００に外部電源３００が接続されていると判断された場合にはステップＳ３２に処理が進む。ステップＳ３２では、携帯用補機バッテリ１５１の接続が有るか否かが判断される。ステップＳ３２において補機バッテリ１５１の接続が検出されない場合や、ステップＳ３１において充電器２００に外部電源３００が接続されていないと判断された場合には、ステップＳ３９に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ３２において、補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されており補機バッテリ１５１の接続が検出された場合には、ステップＳ３３に処理が進む。なお、補機バッテリ１５１の検出は、補機バッテリ１５１が接続される端子の電圧を制御装置１６０が検出しても良いし、また図３に示した回路構成やそれに類似する回路構成のように、制御装置１６０を用いずに切換信号を出力する回路を設けても良い。

ステップＳ３３においては、制御装置１６０は切換スイッチ１５３の接続先を端子Ｂから端子Ａに切換える。さらにステップＳ３４において、制御装置１６０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１の動作モードを昇圧モードから降圧モードに切換える。これにより、充電器２００からメインバッテリ１０の充電用に供給される高電圧を降圧して補機バッテリ１５１を充電することが可能となる。

そして、実施の形態１（動作モード１）ではＤＣ／ＤＣ変換器１４０が補機負荷１７０に出力する電圧を低下させたが、図１３のフローチャートではステップＳ３５においてＤＣ／ＤＣ変換器１４０の出力電圧は通常値（たとえば１４Ｖ）に設定される。

続いて、ステップＳ３６において、システムメインリレーＳＭＲＣおよびＳＭＲＤがともにオン状態に設定され、充電器２００を用いて補機バッテリ１５１への充電が開始される。

図１４は、動作モード３での電力の流れを示した図である。図１３、図１４を参照して、ステップＳ３６では、外部電源から充電器２００を経由して供給された受電電力は、破線矢印に示すように、メインバッテリ１０に与えられる。またこの受電電力の一部は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０を経由して補機負荷１７０や補機バッテリ１５０にも供給される。ＤＣ／ＤＣ変換器１４０は通常値（たとえば１４Ｖ）の電圧を補機バッテリ１５０に出力するので、補機バッテリ１５０には充電が行なわれる。

さらにまたこの受電電力の一部は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１および切換スイッチ１５３を経由して補機バッテリ１５１にも供給される。ＤＣ／ＤＣ変換器１４１は通常値（たとえば１４Ｖ）の電圧を補機バッテリ１５１に出力するので、補機バッテリ１５１には充電が行なわれる。また、切換スイッチ１５３がＣ→Ａの接続となっているのでＤＣ／ＤＣ変換器１４１は補機負荷１７０とは分離されている。したがってＤＣ／ＤＣ変換器１４１の出力電圧は、補機負荷１７０の制限を超えて変更することも可能となる。そこでＤＣ／ＤＣ変換器１４１の電圧（または電流、電力）を通常値よりも高めに設定して補機バッテリ１５１に対して急速充電を行なうことも可能となる。

再び図１、図１３を参照して、ステップＳ３６で充電が開始された後には、ステップＳ３７において補機バッテリ１５１の充電が完了したか否かが判断される。具体的には、ステップＳ３７において、補機バッテリ１５１の電圧がしきい値を超えるまで補機バッテリ１５１の充電が継続される。ステップＳ３７において補機バッテリ１５１の電圧がしきい値を超えると、ステップＳ３８に処理が進む。

ステップＳ３８では、制御装置１６０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４１の動作を停止させる。そしてステップＳ３９において制御はメインルーチンに戻される。

実施の形態３では、実施の形態１または２のような動作を行なった結果補機バッテリ１５１を使い切ってしまった場合に外部電源３００から受けた電力を用いて補機バッテリ１５１を再充電することが可能となる。実施の形態１、２と同一の構成において制御を少し変更するだけで、補機バッテリ１５１の再充電にも対応することができる。

たとえば、車両１００がバッテリ上がりを起こしてしまったときに、一時的に充電済みの補機バッテリ１５１を借用した場合には、充電して返却することができる。また、補機バッテリ１５１を次回の非常時に備えて、満充電状態にして保管しておくことも容易となる。

最後に実施の形態１〜３について、再び図１を参照しながら総括する。本実施の形態の車両の電源システムは、メインバッテリ１０と、予め車載された第１補機バッテリ１５０と、第１補機バッテリ１５０とは別の第２補機バッテリ１５１を設置することが可能な補機バッテリ設置部１５４と、メインバッテリ１０の電圧を降圧して第１補機バッテリ１５０に供給する第１電圧変換器１４０と、第２補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されている場合に第２補機バッテリ１５１の電圧を昇圧してメインバッテリ１０に向けて供給する第２電圧変換器１４１とを備える。

より特定的には、車両の電源システムは、メインバッテリ１０と、予め車載された第１補機バッテリ１５０と、第１補機バッテリ１５０とは別の第２補機バッテリ１５１を設置することが可能な補機バッテリ設置部１５４と、メインバッテリ１０の電圧を降圧して第１補機バッテリ１５０に供給する第１電圧変換器１４０と、第１端子と第２端子とを有し、第１端子の電圧を降圧して第２端子に出力する降圧動作と、第２端子の電圧を昇圧して第１端子に出力する昇圧動作とが可能に構成された第２電圧変換器１４１と、第２端子の接続先を切換える切換スイッチ１５３と、補機バッテリ設置部１５４に第２補機バッテリ１５１が設置されているか否かに基づいて切換スイッチ１５３の切換えを行なう制御装置１６０とを含む。第１端子は、メインバッテリ１０から第１電圧変換器１４０に至る電力伝達経路上に接続される。切換スイッチは、第２端子を、第１電圧変換器１４０から第１補機バッテリ１５０に至る電力伝達経路上と、第２補機バッテリ１５１とのいずれかを選択して接続することが可能に構成される。

好ましくは、実施の形態１および図８等に示したように、制御装置１６０は、補機バッテリ設置部１５４に第２補機バッテリ１５１が設置されたことを検出すると、第２端子を第２補機バッテリ１５１に接続するように切換スイッチ１５３を切換え、かつ第１電圧変換器１４０が第１補機バッテリ１５０側に出力する電圧を低下させる。

好ましくは、実施の形態２および図１１等に示したように、制御装置１６０は、第１補機バッテリ１５０の電圧が所定値より低い場合には、第２補機バッテリ１５１で第１補機バッテリ１５０の充電が行なわれるように第１電圧変換器１４０および第２電圧変換器１４１を制御する。

好ましくは、実施の形態３および図１３等に示したように、電源システムは、車両外部から電力を受けてメインバッテリ１０を充電するための充電器２００をさらに含む。制御装置１６０は、第２補機バッテリ１５１が補機バッテリ設置部１５４に設置されており、第２補機バッテリ１５１の電圧が充電しきい値よりも低い場合には、車両外部から充電器２００を経由して受電された電力によって第２補機バッテリ１５１が充電されるように第１電圧変換器１４０および第２電圧変換器１４１を制御する。

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。

１０ メインバッテリ、１００ 電動車両、１２０ インバータ、１３０ モータジェネレータ、１４０，１４１ 変換器、１５０，１５１ 補機バッテリ、１５２ 電圧センサ、１５３ 切換スイッチ、１５４ 補機バッテリ設置部、１５５，１５６，Ａ，Ｂ，Ｃ 端子、１５７，１５８ フタ、１６０ 制御装置、１７０ 補機負荷、２００ 充電器、３００ 外部電源、３１０ 充電コネクタ、３２０ 接続部、４００ 荷室、４０２ スペアタイヤ、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、ＳＭＲＣ，ＳＭＲＤ システムメインリレー、ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ。

Claims (7)

1. メインバッテリと、
   予め車載された第１補機バッテリと、
   前記第１補機バッテリとは別の第２補機バッテリを設置することが可能な補機バッテリ設置部と、
   前記メインバッテリの電圧を降圧して前記第１補機バッテリに供給する第１電圧変換器と、
   前記第２補機バッテリが前記補機バッテリ設置部に設置されている場合に前記第２補機バッテリの電圧を昇圧して前記メインバッテリに向けて供給する第２電圧変換器とを備える、車両の電源システム。
2. 前記第２電圧変換器は、第１端子と第２端子とを有し、前記第１端子の電圧を降圧して前記第２端子に出力する降圧動作と、前記第２端子の電圧を昇圧して前記第１端子に出力する昇圧動作とが可能に構成され、
   前記車両の電源システムは、前記第２端子の接続先を切換えるスイッチをさらに備え、
   前記第１端子は、前記メインバッテリから前記第１電圧変換器に至る電力伝達経路上に接続され、
   前記スイッチは、前記第２端子を、前記第１電圧変換器から前記第１補機バッテリに至る電力伝達経路上と、前記第２補機バッテリとのいずれかを選択して接続することが可能に構成される、請求項１に記載の車両の電源システム。
3. 前記補機バッテリ設置部に前記第２補機バッテリが設置されているか否かに基づいて前記スイッチの切換えを行なう制御部をさらに備える、請求項２に記載の車両の電源システム。
4. 前記制御部は、前記補機バッテリ設置部に前記第２補機バッテリが設置されたことを検出すると、前記第２端子を前記第２補機バッテリに接続するように前記スイッチを切換え、かつ前記第１電圧変換器が前記第１補機バッテリ側に出力する電圧を低下させる、請求項３に記載の車両の電源システム。
5. 前記制御部は、前記第１補機バッテリの電圧が所定値より低い場合には、前記第２補機バッテリで前記第１補機バッテリの充電が行なわれるように前記第１電圧変換器および前記第２電圧変換器を制御する、請求項３または４に記載の車両の電源システム。
6. 車両外部から電力を受けて前記メインバッテリを充電するための充電器をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２補機バッテリが前記補機バッテリ設置部に設置されており、前記第２補機バッテリの電圧が充電しきい値よりも低い場合には、車両外部から前記充電器を経由して受電された電力によって前記第２補機バッテリが充電されるように前記第１電圧変換器および前記第２電圧変換器を制御する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の車両の電源システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両の電源システムを備える車両。

Images