JP2020127297A - 車両電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電圧の低いバッテリを使用しながら、外部電源により効果的に充電することができる車両電源システムを提供する。【解決手段】本発明は、所定の下限電圧以上の電圧で充電を行う外部電源(17)によって充電される車両電源システム(10)であって、定格電圧が下限電圧よりも低いバッテリ(18)と、このバッテリ(18)と電気的に直列に接続されたキャパシタ(22)と、外部電源からの電力を受け入れて、バッテリ(18)及びキャパシタ(22)に充電する給電機器(23)と、を有し、キャパシタ(22)は、バッテリ(18)の定格電圧と、キャパシタ(22)の定格電圧の和が、下限電圧よりも高くなるように構成されていることを特徴としている。【選択図】図５

Description

本発明は、車両電源システムに関し、特に、所定の下限電圧以上の電圧で充電を行う外部電源によって充電される車両電源システムに関する。
特開２０１４−２３１２９０号公報（特許文献１）には、プラグインハイブリッド車両が記載されている。このプラグインハイブリッド車両には、モータ／ジェネレータの電源として使用される強電バッテリと、車両の補機類の電源として使用される１２Ｖバッテリと、スタータモータの電源として使用されるキャパシタが搭載されている。また、プラグインハイブリッド車両に充電を行う際は、普通外部充電ポート又は急速外部充電ポートに、外部電源からのコネクタプラグが接続される。コネクタプラグからの電力は、電圧変換装置等を介することなく、外部電源から供給された電圧で強電バッテリに充電される。なお、強電バッテリは数百ボルトの電圧で作動するように構成されており、強電バッテリには数百ボルト程度の電圧で充電が行われる。
特開２０１４−２３１２９０号公報
しかしながら、車両に搭載する電源として高電圧のバッテリを採用すると、この高電圧に対応した絶縁性の高いワイヤハーネス等が必要となり、このワイヤハーネス等を絶縁するための絶縁材による重量の増加や、コストアップが問題となる。このため、車両に搭載するバッテリの電圧を低く抑えたいという要求がある。
一方、一般的な外部電源である充電スタンド等には、充電を実行可能な電圧範囲が定められており、この電圧範囲以外では充電を実行できないように構成されている。例えば、現在の充電スタンドでは、充電を実行可能な電圧範囲の下限が５０Ｖに設定されており、この下限電圧よりも低い電圧で充電を実行することはできない。従って、車両に搭載するバッテリの電圧が、下限電圧以下である場合には、充電スタンドから供給された電力をバッテリに直接充電することはできない。このような下限電圧よりも電圧が低いバッテリに、充電スタンドから充電を行うためには、車両の電源システムに充電用の電圧変換装置を備えておき、電圧を変換しながらバッテリに充電を行う必要がある。しかしながら、この構成では、充電用に特別な電圧変換装置が必要になると共に、バッテリへの充電電流が充電用の電圧変換装置の電流供給能力によって制限されるという問題がある。これでは、電圧の低いバッテリを採用しても十分なメリットを得ることができない。
従って、本発明は、電圧の低いバッテリを使用しながら、外部電源により効果的に充電することができる車両電源システムを提供することを目的としている。
上述した課題を解決するために、本発明は、所定の下限電圧以上の電圧で充電を行う外部電源によって充電される車両電源システムであって、定格電圧が下限電圧よりも低いバッテリと、このバッテリと、電気的に直列に接続されたキャパシタと、外部電源からの電力を受け入れて、バッテリ及びキャパシタに充電する給電機器と、を有し、キャパシタは、バッテリの定格電圧と、キャパシタの定格電圧の和が、下限電圧よりも高くなるように構成されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、バッテリの定格電圧が所定の下限電圧よりも低いため、バッテリの両端子間に外部電源を直接接続して、バッテリに充電を行うことはできない。上記のように構成された本発明によれば、バッテリとキャパシタが電気的に直列に接続され、バッテリの定格電圧と、キャパシタの定格電圧の和が下限電圧よりも高くされている。この結果、直列に接続されたバッテリとキャパシタに外部電源を直接接続して充電を行うことが可能になり、定格電圧の低いバッテリに効果的に充電を行うことが可能になる。
本発明において、好ましくは、キャパシタは、キャパシタの定格電圧がバッテリの定格電圧よりも高くなるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、キャパシタの定格電圧がバッテリの定格電圧よりも高いので、バッテリの定格電圧を、直列に接続されたキャパシタにより大きく嵩上げすることができ、より定格電圧の低いバッテリを使用することが可能になる。
本発明において、好ましくは、バッテリ及びキャパシタは、バッテリの正極端子と、キャパシタの負極端子を接続することにより直列に接続されている。
このように構成された本発明によれば、バッテリの正極端子とキャパシタの負極端子が接続されているので、キャパシタの正極端子とバッテリの負極端子の間に外部電源を接続して充電を行うことができる。また、バッテリの負極端子を車両のアース電位とすることにより、低電圧駆動可能な負荷に対しては、バッテリに蓄積された電力のみで負荷を駆動することが可能になる。
本発明において、好ましくは、キャパシタは、蓄積可能な電荷が、バッテリに蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている。
このように構成された本発明によれば、キャパシタに蓄積可能な電荷がバッテリに蓄積可能な電荷よりも少ないので、キャパシタの端子間電圧を比較的少ない電荷で高くすることができ、比較的少ない電荷で大きく電圧を嵩上げすることができる。
本発明において、好ましくは、さらに、バッテリ及びキャパシタに電気的に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを有する。
このように構成された本発明によれば、バッテリ及びキャパシタに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータが備えられているので、バッテリとキャパシタの間で電荷の授受が可能となる。これにより、車両電源システムの使用状況に応じてバッテリ及びキャパシタの蓄電量を調整することができ、状況に応じた適切な電源構成を実現することができる。
本発明において、好ましくは、給電機器は、電気ケーブルを介して外部電源に接続されるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、電気ケーブルを介して給電機器に外部電源が接続されるので、極めて簡単な構成で、外部電源からバッテリ及びキャパシタに充電を行うことができる。
本発明の車両電源システムによれば、電圧の低いバッテリを使用しながら、外部電源により効果的に充電することができる。
本発明の第１実施形態による車両電源システムを搭載した車両のレイアウト図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムのブロック図であり、外部電源による充電時の電流の流れを概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムのブロック図であり、主駆動モータ及び副駆動モータを駆動する際の電流の流れを概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムのブロック図であり、副駆動モータにより回生された電力を充電する際の電流の流れを概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムの回路を示す図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムによる外部電源からの充電時における作用を示すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による車両電源システムによる外部電源からの充電時における回路の状態を示す図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムによるキャパシタの充電時における作用を示すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による車両電源システムによるキャパシタの充電時における回路の状態を示す図である。 本発明の第１実施形態による車両電源システムにおいてキャパシタの電荷をバッテリに充電する作用を示すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による車両電源システムにおいてキャパシタの電荷をバッテリに充電する際の回路の状態を示す図である。 本発明の第２実施形態による車両電源システムの回路を示す図である。 本発明の第２実施形態の車両電源システムによる外部電源からの充電時における端子間電圧、及び充電電流の変化を示す図である。 本発明の第３実施形態による車両電源システムの回路を示す図である。 本発明の第３実施形態の車両電源システムによる外部電源からの充電時における端子間電圧、及び充電電流の変化を示す図である。
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による車両電源システムを搭載した車両のレイアウト図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。また、後述するように、後輪２ａは主駆動モータによっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪２ｂは、インホイールモータである副駆動モータによって駆動される。
即ち、車両１は、車両駆動装置として、後輪２ａを駆動するエンジン１２と、後輪２ａに駆動力を伝達する動力伝達機構１４と、後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、制御装置２４と、を搭載している。また、車両１には、直流電圧を交流電圧に変換して主駆動モータ１６を駆動するインバータ１６ａと、直流電圧を交流電圧に変換して副駆動モータ２０を駆動するインバータ２０ａが搭載されている。
また、車両１に搭載された本発明の第１実施形態による車両電源システム１０は、バッテリ１８と、キャパシタ２２と、外部電源１７からの電力を受け入れて、バッテリ１８及びキャパシタ２２に充電するための給電機器である充電装置１９及び給電口２３と、を有する。本実施形態の車両電源システム１０の具体的構成については、後述する。
エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。
動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。図１に示すように、動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６に接続された動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａ、及び変速機であるトランスミッション１４ｂを備えている。
主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１の車体上に設けられ、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されている。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、図１に示すように、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。
副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、前輪２ｂ各輪に設けられている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。また、キャパシタ２２の直流電圧は、トンネル部１５内に配置されたインバータ２０ａにより交流電圧に変換されて、各副駆動モータ２０に供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられ、車輪が直接駆動される。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。
バッテリ１８は、主として主駆動モータ１６を作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器である。さらに、本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。
キャパシタ２２は、副駆動モータ２０によって回生された電力を蓄積可能に設けられている。後述するように、キャパシタ２２は車両１後部のプラグイン式の充電装置１９と概ね対称の位置に配置されると共に、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給する。主としてキャパシタ２２に蓄積された電力により駆動される副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動される。
充電装置１９はバッテリ１８及びキャパシタ２２に電気的に接続され、充電スタンド等の外部電源１７から給電口２３を介して供給された電力を、これらに充電するように構成されている。一般に、充電スタンド等の外部電源１７は、所定の下限電圧（例えば、５０Ｖ）以上の電圧で充電を行うように構成されており、本実施形態の車両電源システム１０は、この下限電圧に対応している。
給電口２３は、車両１の後部側面に設けられたコネクタであり、充電装置１９に電気的に接続されている。給電口２３のコネクタは、充電スタンド等の外部電源１７から延びる電気ケーブル１７ａのプラグに接続可能に構成されており、給電口２３を介して電力が充電装置１９に供給される。このように、本実施形態の車両電源システム１０は、直流電力を供給する外部電源１７を、電気ケーブル１７ａを介して給電口２３に接続することにより、バッテリ１８及びキャパシタ２２に充電可能に構成されている。
制御装置２４は、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。具体的には、制御装置２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０の構成及び作用を概略的に説明する。図２は、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０のブロック図であり、外部電源１７による充電時の電流の流れを概略的に示す図である。図３は、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０のブロック図であり、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０を駆動する際の電流の流れを概略的に示す図である。図４は、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０のブロック図であり、副駆動モータ２０により回生された電力を充電する際の電流の流れを概略的に示す図である。
まず、図２に示すように、本実施形態の車両電源システム１０においては、バッテリ１８とキャパシタ２２が直列に接続されている。即ち、本実施形態においては、バッテリ１８の正極端子と、キャパシタ２２の負極端子を接続することにより、これらが電気的に直列に接続されている。また、バッテリ１８の負極端子は、車両１の車体アースに接続されている。ここで、本実施形態においては、バッテリ１８の定格電圧は、外部電源１７の下限電圧（５０Ｖ）よりも低い４８Ｖに設定され、キャパシタ２２の定格電圧は、外部電源１７の下限電圧よりも高い７２Ｖに設定されている。なお、本明細書において、バッテリ１８の定格電圧とは、一般的な条件下での作動電圧の最大値を意味し、キャパシタ２２の定格電圧とは、キャパシタ２２に与えられる最大の電圧を意味する。また、バッテリが一般的な条件下で放電した場合の平均的な作動電圧をバッテリの公称電圧という。さらに、バッテリ１８の定格電圧はキャパシタ２２の定格電圧よりも低く設定されているが、バッテリ１８に蓄積可能な電荷（電気量：クーロン）は、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷よりも多くなるように構成されている。
このように、本実施形態においては、バッテリ１８の定格電圧が下限電圧よりも低い電圧に設定されているため、電圧の変換を行うことなく外部電源１７からバッテリ１８に直接充電を行うことはできない。一方、直列に接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２に対しては、電圧の変換を行うことなく外部電源１７から直接充電を行うことが可能になる。即ち、バッテリ１８と直列に接続されたキャパシタ２２の電圧（バッテリ１８の負極とキャパシタ２２の正極の間の電圧）は、下限電圧以上であるため、外部電源１７からバッテリ１８及びキャパシタ２２に充電することができる。従って、図２に示すように、外部電源１７による充電時においては、外部電源１７からの直流電流がキャパシタ２２、バッテリ１８に流れ、キャパシタ２２及びバッテリ１８が充電される。また、充電装置１９は、キャパシタ２２及びバッテリ１８に夫々接続されており、これらに対する充電を制御するように構成されている。充電装置１９の具体的な構成及び作用については後述する。
なお、充電装置１９は、キャパシタ２２に蓄積されている電荷を降圧してバッテリ１８に充電したり、バッテリ１８蓄積されている電荷を昇圧してキャパシタ２２に充電したりすることができるように、ＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵していても良い。このように、バッテリ１８及びキャパシタ２２に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを備えることにより、バッテリ１８とキャパシタ２２の間で電荷の授受が可能となる。これにより、車両電源システム１０の使用状況に応じてバッテリ１８及びキャパシタ２２の蓄電量を調整することができ
次に、図３に示すように、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０を駆動する場合には、夫々異なる経路で電力が供給される。まず、主駆動モータ１６は、４８Ｖ程度の比較的低電圧で駆動されるため、主駆動モータ１６用のインバータ１６ａには、バッテリ１８から直接電力が供給される。即ち、インバータ１６ａには、バッテリ１８の正極端子及び負極端子が接続され、バッテリ１８の直流電圧が印加される。一方、副駆動モータ２０は、１２０Ｖ程度の比較的高電圧で駆動されるため、副駆動モータ２０用のインバータ２０ａには、バッテリ１８及びキャパシタ２２から電力が供給される。即ち、インバータ２０ａには、キャパシタ２２の正極端子と、バッテリ１８の負極端子が接続され、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電圧を加算した電圧が印加される。また、キャパシタ２２の電荷が放電され、キャパシタ２２の端子間電圧が低下した場合には、バッテリ１８に蓄積された電荷が充電装置１９によってキャパシタ２２に充電される。これにより、キャパシタ２２の端子間電圧が上昇し、副駆動モータ２０の駆動に必要な電圧が確保される。一方、車両１に搭載された１２Ｖ系の車載機器２８に対しては、バッテリ１８の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２６によって降圧して電力が供給される。
さらに、図４に示すように、車両１の制動時においては、車両１の運動エネルギーが主駆動モータ１６によって回生され、電力が生成される。主駆動モータ１６からの出力電圧は、バッテリ１８の正極端子と負極端子の間に印加され、バッテリ１８に充電が行われる。また、車両１の制動時においては、副駆動モータ２０によっても回生が行われ、電力が生成される。副駆動モータ２０からの出力電圧は、キャパシタ２２の正極端子とバッテリ１８の負極端子の間に印加され、バッテリ１８及びキャパシタ２２に充電が行われる。なお、副駆動モータ２０によって回生された電力が大きく、キャパシタ２２の端子間電圧が所定値以上に上昇した場合には、充電装置１９によってキャパシタ２２に蓄積された電荷が放電され、バッテリ１８に充電される。
次に、図５乃至図１１を参照して、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０の詳細な構成、及び作用を説明する。
図５は、本実施形態の車両電源システム１０の回路を示す図である。図６は、本実施形態の車両電源システム１０による外部電源からの充電時における作用を示すタイムチャートである。図７は、本実施形態の車両電源システム１０による外部電源からの充電時における回路の状態を示す図である。図８は、本実施形態の車両電源システム１０によるキャパシタの充電時における作用を示すタイムチャートである。図９は、本実施形態の車両電源システム１０によるキャパシタの充電時における回路の状態を示す図である。図１０は、本実施形態の車両電源システム１０においてキャパシタの電荷をバッテリに充電する作用を示すタイムチャートである。図１１は、本実施形態の車両電源システム１０においてキャパシタの電荷をバッテリに充電する際の回路の状態を示す図である。
図５に示すように、本実施形態の車両電源システム１０は、給電口２３を介して外部電源１７の電気ケーブル１７ａに接続され、外部電源１７により充電可能に構成されている。また、車両電源システム１０には、バッテリ１８と、キャパシタ２２と、充電装置１９が備えられ、外部電源１７からの電力がバッテリ１８及びキャパシタ２２に充電されるように構成されている。従って、本実施形態においては、充電装置１９及び給電口２３は、バッテリ１８及びキャパシタ２２に対する給電機器として機能する。
また、上述したように、バッテリ１８の正極端子はキャパシタ２２の負極端子に接続され、バッテリ１８とキャパシタ２２が電気的に直列に接続されている。さらに、バッテリ１８の正極端子にはスイッチＳＷbattが接続され、キャパシタ２２の正極端子にはスイッチＳＷcapが接続され、バッテリ１８及びキャパシタ２２の接続、非接続が切り替え可能に構成されている。
充電装置１９は、直列接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２に対して並列に接続されている。また、充電装置１９には直列に接続された４つのスイッチが内蔵されており、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４が、この順序で接続されている。スイッチＳＷ１の一端はキャパシタ２２の正極端子に接続される一方、スイッチＳＷ４の一端はバッテリ１８の負極端子に接続されている。また、スイッチＳＷ２とＳＷ３の接続点は、バッテリ１８とキャパシタ２２の接続点に接続されている。これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４、及びバッテリ１８及びキャパシタ２２に夫々設けられたＳＷbatt、ＳＷcapは、充電装置１９に内蔵された充電コントローラ１９ａによって開閉が制御される。具体的には、制御器である充電コントローラ１９ａは、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。さらに、スイッチＳＷ１とＳＷ２の接続点と、スイッチＳＷ３とＳＷ４の接続点の間には、充電用キャパシタ１９ｂが接続されている。なお、本実施形態においては、各スイッチとして半導体スイッチが採用されているが、機械接点によるリレーをスイッチとして使用することもできる。
次に、図６及び図７を参照して、外部電源１７によるバッテリ１８及びキャパシタ２２への充電を説明する。なお、図６及び図７は、バッテリ１８の端子間電圧とキャパシタ２２の端子間電圧の合計が、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上である場合を示している。
図６は、外部電源１７によるバッテリ１８及びキャパシタ２２への充電時における車両電源システム１０の作用を示すタイムチャートである。図６は、上段から順に、外部電源１７から入力される電圧Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図６には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap（キャパシタ２２の正極端子と負極端子の間の電圧）、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。
図７は、外部電源１７によるバッテリ１８及びキャパシタ２２への充電時における各スイッチの状態、及び電流の流れを示す図である。各スイッチは、外部電源１７による充電中において、図７の上段に示すステージ(１)、中段に示すステージ(２)、下段に示すステージ(３)の状態に順次設定される。
まず、図６の時刻ｔ1において、外部電源１７による充電が開始されると、充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＮ（閉状態）にし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をＯＦＦ（開状態）にする。これにより、車両電源システム１０は、図７の上段に示すステージ(１)の状態となる。この状態では、バッテリ１８及びキャパシタ２２が外部電源１７に接続される一方、充電装置１９は外部電源１７から切り離される。これにより、外部電源１７から供給された電流が、キャパシタ２２及びバッテリ１８に流入（電流Ｉcap、Ｉbatt＞０）し、これらに充電される。これに伴い、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap及びバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが上昇する。ここで、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷は、バッテリ１８に蓄積可能な電荷よりも少ないため、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapはバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattよりも急激に上昇する。このため、時刻ｔ2においてキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは、キャパシタ２２の定格電圧近くまで上昇する。
キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇すると、時刻ｔ2において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま、スイッチＳＷ２及びＳＷ４はＯＦＦのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図７の中段に示すステージ(２)の状態となる。この状態では、外部電源１７からの電流が充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂに流入すると共に、キャパシタ２２に蓄積された電荷が放電（電流Ｉcap＜０）され、充電用キャパシタ１９ｂに流入（電流Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇し、一方、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは低下する。これにより、キャパシタ２２は、再び充電可能な状態となる。なお、キャパシタ２２の電圧が低下した時刻ｔ3の状態においても、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattとキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを合計した電圧は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上に維持される。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで上昇すると、時刻ｔ3において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＦＦにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図７の下段に示すステージ(３)の状態となる。この状態では、外部電源１７からの電流がキャパシタ２２及びバッテリ１８に流入して、これらが充電されると共に、充電用キャパシタ１９ｂに蓄積された電荷もスイッチＳＷ２、ＳＷbattを通ってバッテリ１８に充電される。これにより、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap及びバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが上昇すると共に、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下する。
キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが定格電圧近くまで上昇すると、時刻ｔ4において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを切り替えて、再び車両電源システム１０を、図７の中段に示すステージ(２)の状態にする。この状態では、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下すると共に、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する（バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattはほぼ一定）。次いで、時刻ｔ5において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを図７の下段に示すステージ(３)の状態に切り替え、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧を上昇させ、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcを低下させる。以降、充電コントローラ１９ａは、ステージ(２)の状態とステージ(３)の状態を交互に切り替え、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattを上昇させる（バッテリ１８に充電する）。充電コントローラ１９ａは、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが充電終了閾値まで上昇し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが定格電圧近くまで上昇すると、キャパシタ２２及びバッテリ１８への充電を終了する。
次に、図８及び図９を参照して、バッテリ１８に蓄積された電荷によるキャパシタ２２への充電を説明する。なお、図８及び図９に示す作用は、バッテリ１８の端子間電圧とキャパシタ２２の端子間電圧の合計が、外部電源１７による充電が可能な下限電圧未満に低下した場合に、外部電源１７による充電を可能にするために実行される。即ち、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計が下限電圧未満に低下すると、外部電源１７による充電が不可となるため、キャパシタ２２に充電して端子間電圧を上昇させ、外部電源１７による充電を可能にする。また、図８及び図９に示す作用は、車両１の走行中等に、キャパシタ２２に蓄積された電荷が低下した場合において、キャパシタ２２の端子間電圧を上昇させる目的でも実行される。即ち、走行中にキャパシタ２２に蓄積された電荷が減少し、端子間電圧が低下すると、副駆動モータ２０を駆動するために必要な電圧が得られなくなるため、キャパシタ２２に充電を行うことにより、必要な電圧を回復する。
図８は、バッテリ１８によるキャパシタ２２への充電時における車両電源システム１０の作用を示すタイムチャートである。図８は、上段から順に、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図８には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。
図９は、バッテリ１８の電荷によるキャパシタ２２への充電時における各スイッチの状態、及び電流の流れを示す図である。各スイッチは、キャパシタ２２への充電中において、図９の上段に示すステージ(１１)、中段に示すステージ(１２)、下段に示すステージ(１３)の状態に順次設定される。
まず、図８の時刻ｔ11においては、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計Ｖinが下限電圧未満であるため、これを上昇させるべくキャパシタ２２への充電が実行される。キャパシタ２２への充電を開始すべく、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ11においてスイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＮ（閉状態）にする。さらに、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ12においてスイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにする（スイッチＳＷ１及びＳＷ３はＯＦＦ（開状態）のまま）。これにより、車両電源システム１０は、図９の上段に示すステージ(１１)の状態となる。この状態では、バッテリ１８から出力された電流（Ｉbatt＜０）が、スイッチＳＷbatt及びスイッチＳＷ２を通って充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂに流入（Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する。一方、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattは低下するが、バッテリ１８には十分な電荷が蓄積されているため、その低下量は僅かである。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで上昇すると、時刻ｔ13において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＦＦにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図９の中段に示すステージ(１２)の状態となる。この状態では、充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂから放電された電流（電流Ｉc＜０）がキャパシタ２２に流入（電流Ｉcap＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下し、一方、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは上昇する（バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattは変化しない）。この結果、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）が上昇する。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで低下すると、時刻ｔ14において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＦＦにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図９の上段に示すステージ(１１)の状態に戻る。この状態では、上述したように、バッテリ１８からの電流が充電用キャパシタ１９ｂに流入して、充電用キャパシタ１９ｂに充電される。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇すると共に、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが僅かに低下する。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると、時刻ｔ15において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを切り替えて、再び車両電源システム１０を、図９の中段に示すステージ(１２)の状態にする。この状態では、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下すると共に、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇する（バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattはほぼ一定）。この結果、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）が更に上昇する。以降、充電コントローラ１９ａは、ステージ(１１)の状態とステージ(１２)の状態を交互に切り替え、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、及びキャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）を上昇させる（キャパシタ２２に充電する）。即ち、図９のステージ(１１)とステージ(１２)を交互に繰り返すことにより、バッテリ１８に蓄積されている電荷が放電されてキャパシタ２２に充電され、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇する。一方、バッテリ１８の電荷は放電されるが、バッテリ１８の容量は十分に大きいため、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattの低下は僅かである。このため、バッテリ１８の電荷をキャパシタ２２に充電することにより、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）を上昇させることができる。
図８の時刻ｔ18において、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計が外部充電開始閾値の電圧に達すると、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ19において外部電源１７からの充電を開始する。なお、外部充電開始閾値は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上に設定されている。即ち、充電コントローラ１９ａは時刻ｔ19において、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＮにする一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をＯＦＦにし、車両電源システム１０を図９の下段に示すステージ(１３)の状態にする。これにより、外部電源１７から供給された電流がキャパシタ２２及びバッテリ１８に流入し、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧が上昇する。なお、時刻ｔ19の後、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定電圧に到達した場合には、図６及び図７により説明した動作に移行し、バッテリ１８への充電を実行する。
上記の図８及び図９により説明した動作は、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧の合計を、外部電源１７からの充電が可能な下限電圧以上の電圧に上昇させる目的で実行されたものである。しかしながら、図８及び図９による動作は、副駆動モータ２０に必要な電圧を印加することを目的として、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧の合計を上昇させる場合にも実行される。この場合には、図８及び図９による動作は、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧の合計が、下限電圧よりも高い状態においても実行される。
次に、図１０及び図１１を参照して、キャパシタ２２に蓄積された電荷によるバッテリ１８への充電を説明する。なお、図１０及び図１１に示す作用は、副駆動モータ２０により回生された電力をキャパシタ２２に充電することにより、キャパシタ２２の端子間電圧が、所定電圧以上に上昇した場合に実行される。即ち、キャパシタ２２の端子間電圧が定格電圧以上に上昇すると、キャパシタ２２が劣化する虞がある。このため、キャパシタ２２に充電された電荷を、バッテリ１８に充電し、回生された電力を有効に活用する。
図１０は、キャパシタ２２によるバッテリ１８への充電時における車両電源システム１０の作用を示すタイムチャートである。図１１は、上段から順に、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図１１には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。
図１１は、キャパシタ２２の電荷によるバッテリ１８への充電時における各スイッチの状態、及び電流の流れを示す図である。各スイッチは、バッテリ１８への充電中において、図１１の上段に示すステージ(２１)、中段に示すステージ(２２)、下段に示すステージ(２３)の状態に順次設定される。
まず、図１０の時刻ｔ21においては、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定電圧以上であるため、これ以上キャパシタ２２への充電が行えない状態となっている。このため、副駆動モータ２０によって回生された電力をキャパシタ２２に充電可能な状態とすべく、キャパシタ２２に蓄積された電荷をバッテリ１８へ充電し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させる。充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ22においてスイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮ（閉状態）のまま、スイッチＳＷ２及びＳＷ４はＯＦＦ（開状態）のまま）。これにより、車両電源システム１０は、図１１の上段に示すステージ(２１)の状態となる。この状態では、キャパシタ２２から放電された電流（Ｉcap＜０）が、スイッチＳＷcap及びスイッチＳＷ１を通って充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂに流入（Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは低下する。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで上昇すると、時刻ｔ23において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにし、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＦＦにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図１１の中段に示すステージ(２２)の状態となる。この状態では、充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂから放電された電流（電流Ｉc＜０）がバッテリ１８に流入（電流Ｉbatt＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下し、一方、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattは僅かに上昇する（キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは変化しない）。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで低下すると、時刻ｔ24において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＦＦにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図１１の上段に示すステージ(２１)の状態に戻る。この状態では、上述したように、キャパシタ２２からの電流が充電用キャパシタ１９ｂに流入して、充電用キャパシタ１９ｂに充電される。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇すると共に、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下する。
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると、時刻ｔ25において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを切り替えて、再び車両電源システム１０を、図１１の中段に示すステージ(２２)の状態にする。この状態では、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下すると共に、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが僅かに上昇する。以降、充電コントローラ１９ａは、ステージ(２１)の状態とステージ(２２)の状態を交互に切り替えて、キャパシタ２２に蓄積された電荷をバッテリ１８に充電して、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させる。即ち、図１１のステージ(２１)とステージ(２２)を交互に繰り返すことにより、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させ、副駆動モータ２０によって回生された電力をキャパシタ２２に充電可能な状態に復帰させる。
図１０の時刻ｔ28において、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、又はキャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計が、夫々に対して設定された放電終了閾値の電圧まで低下すると、充電コントローラ１９ａは、車両電源システム１０を、図１１の下段に示すステージ(２３)の状態にする。即ち、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ29において、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＦＦにすると共に、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４もＯＦＦにして、車両電源システム１０を待機状態とする。
本発明の第１実施形態の車両電源システム１０によれば、バッテリ１８とキャパシタ２２が電気的に直列に接続され（図５）、バッテリ１８の定格電圧と、キャパシタ２２の定格電圧の和が下限電圧よりも高くされている。この結果、直列に接続されたバッテリ１８とキャパシタ２２に外部電源１７を直接接続して充電を行うことが可能になり、特別な電圧変換器を使用することなく、定格電圧の低いバッテリ１８に効果的に充電を行うことができる。
また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、キャパシタ２２の定格電圧がバッテリ１８の定格電圧よりも高いので、バッテリ１８の定格電圧を、直列に接続されたキャパシタ２２により大きく嵩上げすることができ、より定格電圧の低いバッテリ１８を使用することができる。
さらに、本実施形態の車両電源システム１０によれば、バッテリ１８の正極端子とキャパシタ２２の負極端子が接続されているので、キャパシタ２２の正極端子とバッテリ１８の負極端子の間に外部電源１７を接続して充電を行うことができる。また、バッテリ１８の負極端子を車両のアース電位とすることにより、低電圧駆動可能な負荷に対しては、バッテリ１８に蓄積された電力のみで負荷を駆動することが可能になる。
また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷がバッテリ１８に蓄積可能な電荷よりも少ないので、キャパシタ２２の端子間電圧を比較的少ない電荷で高くすることができ、比較的少ない電荷で大きく電圧を嵩上げすることができる。
さらに、本実施形態の車両電源システム１０によれば、電気ケーブル１７ａを介して給電機器である給電口２３に外部電源１７が接続されるので、極めて簡単な構成で、外部電源１７からバッテリ１８及びキャパシタ２２に充電を行うことができる。
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第２実施形態による車両電源システムを説明する。
本実施形態の車両電源システムは、第１実施形態において備えられていた充電装置１９が省略されている点が、上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。図１２は、本発明の第２実施形態による車両電源システム１００の回路を示す図である。図１３は、本実施形態の車両電源システム１００による外部電源からの充電時における端子間電圧、及び充電電流の変化を示す図である。
図１２に示すように、本実施形態の車両電源システム１００は、バッテリ１１８と、キャパシタ１２２と、給電機器である給電口１２３と、を有する。本実施形態においては、バッテリ１１８の正極端子とキャパシタ１２２の負極端子が接続されることにより、バッテリ１１８とキャパシタ１２２が電気的に直列に接続される。さらに、キャパシタ１２２の正極端子及びバッテリ１１８の負極端子は、給電口１２３を介して、外部電源１７の正極端子及び負極端子に夫々接続される。なお、上述した第１実施形態と同様に、バッテリ１１８の定格電圧は外部電源１７による充電が可能な下限電圧よりも低く、バッテリ１１８の定格電圧とキャパシタ１２２の定格電圧の和は、下限電圧よりも高くなるように構成されている。
また、バッテリ１１８にはスイッチＳＷbattが設けられ、キャパシタ１２２にはスイッチＳＷcapが設けられており、バッテリ１１８及びキャパシタ１２２の接続、非接続を切り替えられるようになっている。充電時においては、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapがＯＮ（閉状態）にされる。これにより、キャパシタ１２２の正極端子と、バッテリ１１８の負極端子の間に、外部電源１７の出力電圧が直接印加され、バッテリ１１８及びキャパシタ１２２に充電することができる。
図１３は、外部電源１７による充電時におけるバッテリ１１８の端子間電圧を上段に、キャパシタ１２２の端子間電圧を中段に、充電電流を下段に示すタイムチャートである。図１３上段及び中段のタイムチャートは、充電時におけるバッテリ１１８の端子間電圧Ｖbattの変化、及びキャパシタ１２２の端子間電圧Ｖcapの時間的変化を夫々示している。ここで、時刻ｔ100における初期の端子間電圧ＶbattIni、ＶcapIniは、充電を開始する直前のバッテリ１１８及びキャパシタ１２２の端子間電圧を夫々表している。なお、時刻ｔ100において、バッテリ１１８の端子間電圧ＶbattIniとキャパシタ１２２の端子間電圧ＶcapIniの和は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧よりも高い状態になっている。また、上段及び中段のタイムチャートにおけるＶbattMaxはバッテリ１１８に充電可能な上限の電圧を表し、ＶcapMaxはキャパシタ１２２に充電可能な上限の電圧を夫々表している。
図１３の時刻ｔ101において充電が開始されると、下段のタイムチャートに示すように、外部電源１７から流出する電流Ｉin、キャパシタ１２２に流入する電流Ｉcap、バッテリ１１８に流入する電流Ｉbattは何れも等しく、一定値となる。キャパシタ１２２及びバッテリ１１８に夫々電流が流入し、充電されると各端子間電圧Ｖbatt、Ｖcapが上昇する。図１３に示す例では、充電開始後、時刻ｔ102において、キャパシタ１２２の端子間電圧Ｖcapが上限の電圧ＶcapMaxに到達する。このため、これ以上充電を継続するとキャパシタ１２２が劣化する虞があるため、時刻ｔ102において充電を終了する。しかしながら、バッテリ１１８の端子間電圧Ｖbattは、時刻ｔ102においてまだ上限の電圧ＶbattMaxに到達していないため、バッテリ１１８は満充電の状態になっていない。
このように、本実施形態の車両電源システム１００では、非常にシンプルに構成することが可能であるが、キャパシタ１２２及びバッテリ１１８を、同時に満充電の状態まで充電することは困難である。しかしながら、キャパシタ１２２及びバッテリ１１８の充電容量の設定により、キャパシタ１２２及びバッテリ１１８を、同時にほぼ満充電の状態に充電できるように、車両電源システム構成することは可能である。
本発明の第２実施形態の車両電源システムによれば、シンプルな構成を採用しながら、外部電源１７により充電可能な下限電圧よりも定格電圧が低いバッテリ１１８を、電圧変換装置等を使用することなく充電することができる。
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第３実施形態による車両電源システムを説明する。
本実施形態の車両電源システムは、第１実施形態において備えられていた充電装置１９に代えてバイパス装置が設けられている点が、上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。図１４は、本発明の第３実施形態による車両電源システム２００の回路を示す図である。図１５は、本実施形態の車両電源システム２００による外部電源からの充電時における端子間電圧、及び充電電流の変化を示す図である。
図１４に示すように、本実施形態の車両電源システム２００は、バッテリ２１８と、キャパシタ２２２と、給電機器であるバイパス装置２１９及び給電口２２３と、を有する。本実施形態においては、バッテリ２１８の正極端子とキャパシタ２２２の負極端子が接続されることにより、バッテリ２１８とキャパシタ２２２が電気的に直列に接続される。さらに、キャパシタ２２２の正極端子及びバッテリ２１８の負極端子は、給電口２２３を介して、外部電源１７の正極端子及び負極端子に夫々接続される。また、バッテリ２１８にはスイッチＳＷbattが設けられ、キャパシタ２２２にはスイッチＳＷcapが設けられており、バッテリ２１８及びキャパシタ２２２の接続、非接続を切り替えられるようになっている。なお、上述した第１実施形態と同様に、バッテリ２１８の定格電圧は外部電源１７による充電が可能な下限電圧よりも低く、バッテリ２１８の定格電圧とキャパシタ２２２の定格電圧の和は、下限電圧よりも高くなるように構成されている。
バイパス装置２１９は、キャパシタ２２２と並列に接続されると共に、電流調整器２１９ａが内蔵されている。この電流調整器２１９ａはバイパス装置２１９を通過する電流を設定可能に構成されており、電流調整器２１９ａを通過する電流Ｉcは、充電コントローラ２１９ｂによって制御される。即ち、給電口２２３を介して車両電源システム２００に流入した電流Ｉinは、キャパシタ２２２に流入する電流Ｉcapと、電流調整器２１９ａを通過する電流Ｉcに分流される。さらに、キャパシタ２２２に流入した電流Ｉcapと、電流調整器２１９ａを通過した電流Ｉcは再び合流し、電流Ｉbattとしてバッテリ２１８に流入する。従って、これらの電流には、Ｉin＝Ｉcap＋Ｉc＝Ｉbattの関係が成立する。
図１５は、外部電源１７による充電時におけるバッテリ２１８の端子間電圧を上段に、キャパシタ２２２の端子間電圧を中段に、充電電流を下段に示すタイムチャートである。図１５上段及び中段のタイムチャートは、充電時におけるバッテリ２１８の端子間電圧Ｖbattの変化、及びキャパシタ２２２の端子間電圧Ｖcapの時間的変化を夫々示している。ここで、時刻ｔ200における初期の端子間電圧ＶbattIni、ＶcapIniは、充電を開始する直前のバッテリ２１８及びキャパシタ２２２の端子間電圧を夫々表している。なお、時刻ｔ200において、バッテリ１１８の端子間電圧ＶbattIniとキャパシタ１２２の端子間電圧ＶcapIniの和は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧よりも高い状態になっている。また、上段及び中段のタイムチャートにおけるＶbattMaxはバッテリ２１８に充電可能な上限の電圧を表し、ＶcapMaxはキャパシタ２２２に充電可能な上限の電圧を夫々表している。
図１５の時刻ｔ201において充電が開始されると、下段のタイムチャートに示すように、外部電源１７から一定の電流Ｉinが流入する。この電流Ｉinは、キャパシタ２２２に流入する電流Ｉcapと、電流調整器２１９ａを通過する電流Ｉcに分流されるので、これらの電流は電流Ｉinよりも小さい一定の電流となる。また、バッテリ２１８には、電流Ｉinと等しい一定の電流Ｉbattが流入する。また、キャパシタ２２２及びバッテリ２１８に夫々電流が流入して充電されると、図１５の上段及び中段に示すように、各端子間電圧Ｖbatt、Ｖcapが上昇する。
このように、キャパシタ２２２は、バッテリ２１８よりも少ない充電電流によって充電される。このため、キャパシタ２２２の端子間電圧Ｖcapが、バッテリ２１８の端子間電圧Ｖbattが上限の電圧ＶbattMaxに到達するよりも早く、上限の電圧ＶcapMaxに到達してしまうのを防止することができる。図１５に示す例では、充電開始後、時刻ｔ202において、キャパシタ２２２の端子間電圧Ｖcap及びバッテリ２１８の端子間電圧Ｖbattが、ほぼ同時に上限の電圧ＶcapMax、ＶbattMaxに夫々到達している。これにより、時刻ｔ202において、バッテリ２１８及びキャパシタ２２２がほぼ同時に満充電の状態となり、充電を完了することができる。
なお、バッテリ２１８及びキャパシタ２２２を同時に満充電にするために必要な電流値は、充電初期におけるバッテリ２１８及びキャパシタ２２２の各端子間電圧ＶbattIni、ＶcapIniによって異なるものとなる。充電コントローラ２１９ｂは、バッテリ２１８及びキャパシタ２２２がほぼ同時に満充電となるように、充電開始時におけるバッテリ２１８及びキャパシタ２２２の各端子間電圧に応じて適切なバイパス電流Ｉcを設定するように構成されている。
本実施形態においては、図１５の下段に示すように、バッテリ２１８及びキャパシタ２２２が夫々一定の電流で充電されている。変形例として、充電中のバッテリ２１８及びキャパシタ２２２の各端子間電圧の上昇に基づいて、バイパス電流Ｉcを変更するように充電コントローラ２１９ｂを構成することもできる。この変形例によれば、バッテリ２１８及びキャパシタ２２２を、より確実に同時に満充電まで充電することができる。
本発明の第３実施形態の車両電源システム２００によれば、シンプルな構成でバッテリ２１８及びキャパシタ２２２を満充電まで確実に充電することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態において、車両電源システムは、車両の主駆動モータ及び副駆動モータの駆動に使用されていたが、本発明の車両電源システムは、車両に搭載される任意の電気機器に電力供給に使用することができる。また、上述した実施形態においては、車両電源システムの給電機器である給電口に、外部電源の電気ケーブルを接続することにより充電を行っていたが、車両の停車中や走行中に外部電源から非接触で充電できるように本発明を構成することもできる。この場合には、車両電源システムは、外部電源からの電力を非接触で受電することができる給電機器を備えていれば良い。さらに、上述した実施形態においては、定格電圧４８Ｖのバッテリを有する車両電源システムに本発明を適用していたが、公称電圧が下限電圧よりも低いバッテリを有する車両電源システムに本発明を適用することもできる。
１ 車両
２ａ 後輪
２ｂ 前輪
１０ 車両電源システム
１２ エンジン
１４ 動力伝達機構
１４ａ プロペラシャフト
１４ｂ トランスミッション
１６ 主駆動モータ
１６ａ インバータ
１７ 外部電源
１７ａ 電気ケーブル
１８ バッテリ
１９ 充電装置（給電機器）
１９ａ 充電コントローラ
１９ｂ 充電用キャパシタ
２０ 副駆動モータ
２０ａ インバータ
２２ キャパシタ
２３ 給電口（給電機器）
２４ 制御装置
２６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２８ 車載機器
１００ 車両電源システム
１１８ バッテリ
１２２ キャパシタ
１２３ 給電口（給電機器）
２００ 車両電源システム
２１８ バッテリ
２２２ キャパシタ
２１９ バイパス装置（給電機器）
２１９ａ 電流調整器
２１９ｂ 充電コントローラ
２２３ 給電口（給電機器）

Claims (6)

  1. 所定の下限電圧以上の電圧で充電を行う外部電源によって充電される車両電源システムであって、
    定格電圧が上記下限電圧よりも低いバッテリと、
    このバッテリと、電気的に直列に接続されたキャパシタと、
    上記外部電源からの電力を受け入れて、上記バッテリ及び上記キャパシタに充電する給電機器と、
    を有し、
    上記キャパシタは、上記バッテリの定格電圧と、上記キャパシタの定格電圧の和が、上記下限電圧よりも高くなるように構成されていることを特徴とする車両電源システム。
  2. 上記キャパシタは、上記キャパシタの定格電圧が上記バッテリの定格電圧よりも高くなるように構成されている請求項１記載の車両電源システム。
  3. 上記バッテリ及び上記キャパシタは、上記バッテリの正極端子と、上記キャパシタの負極端子を接続することにより直列に接続されている請求項１又は２に記載の車両電源システム。
  4. 上記キャパシタは、蓄積可能な電荷が、上記バッテリに蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両電源システム。
  5. さらに、上記バッテリ及び上記キャパシタに電気的に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両電源システム。
  6. 上記給電機器は、電気ケーブルを介して上記外部電源に接続されるように構成されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両電源システム。
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