JP4178755B2 - 自動車のバッテリー用電力回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の電圧レベルの出力を有する、自動車などに用いられるバッテリー用電力回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、TOYOTA Technical Review Vol.50 No.1 Jun. 2000 p37等に記載された従来の自動車のバッテリー用電力回路である。図において、７はエンジン、６は第１の動力伝達体８を通して動力をエンジンに伝える電動機、５は電動機６に電力を伝える電力変換回路、２００は複数の直列接続されたバッテリーからなり電力変換回路５と接続されたバッテリー群で通常は定格電圧３６Ｖである。９０はバッテリー群２００に接続された負荷Ｂ、３００はバッテリー群の電圧を降圧するDC/DCコンバータ、１００はDC/DCコンバータ３００によって充電されるバッテリーで通常は定格電圧１２Ｖであり、８はバッテリー群１００に接続された負荷Ａである。通常、負荷Ａは１４Ｖ系負荷、負荷Ｂは４２Ｖ系負荷と呼ばれている。９は初期始動用のキースイッチであり、１０は初期始動時に回転し、第２の動力伝達体１１にてエンジンに動力を伝達するセルモータである。ここで第１の動力伝達体８、第２の動力伝達体１１は、電動機６とエンジン７、またはセルモータ１０とエンジン７、を軸にて直結するもの、あるいはベルトで間接的に結合するもの、またギアで間接的に伝達するもの等いずれの電力伝達手段であっても構わない。
【０００３】
まず図１５において動作を説明する。電力変換回路５は、バッテリー群２００の電圧を交流もしくは断続直流に変換し、電動機６を回転させ、エンジン７を始動させる。自動車運転中の一時停止（信号停止や渋滞など）期間中エンジン７を止め、再スタートの必要が生じたときにあらためてエンジン７を始動させることにより、一時停止中の無駄な燃料消費の抑制が可能なことは、広く一般に知られている（アイドルストップ動作）。しかし、この再スタートの際に、アクセルペダル等を踏み込むことによってスムーズにエンジン７を再始動させ、さらには自動車の動き開始へとつなげるためには、短時間のうちにエンジン７の始動に必要な動力を供給する必要がある。これを実現するために、バッテリー群２００に３６Ｖの電圧を保有させ、電力変換回路５を通して電動機６に大電流を流し、大きな瞬時パワーを電動機６に伝える構成が提案されている。燃料によるエンジン７の回転中には、エンジン７の動力が電動機６に伝わり逆に発電するため、電力変換回路５を通して、バッテリー群２００は３６Ｖまで充電される。
【０００４】
しかしながら、自動車に搭載されている電装品のほとんどは１４Ｖ系で構成されているから、全ての電装品が４２Ｖ系に置換されない限り、定格電圧１２Ｖのバッテリーが必要となる。ましてや、現状では４２Ｖ系に対応する電装品はほとんど少なく、または高価でもあるため（数量の問題から）、基本的に電装品は１４Ｖ系対応となることが予想され、従って１４Ｖ系負荷としては大容量のものが予想される。
【０００５】
そのため、バッテリー群２００の出力からDC/DCコンバータ３００を通して、大容量の定常バッテリー１００を１２Ｖの電圧で充電し、電装品を動作させている。また、運転中などに定常的に１４Ｖ系の電装品を使用するときはDC/DCコンバータ３００から直接電装品を動作させる必要があるため、大容量のDC/DCコンバータ３００が必要となる。
【０００６】
このように、アイドルストップ動作実現のために定格電圧３６Ｖのバッテリー群を備えても、大容量のDC/DCコンバータ３００や大容量の定常バッテリー１００が必要となり高価となる。大容量のDC/DCコンバータ３００は多くの熱を発生するから、冷却のための付属部品が必要となり、さらにコストアップの要因となる。
【０００７】
また、エンジン７の初期始動（運転を開始する最初等にエンジン７の温度が低い状態での始動）時には、エンジン７を始動するにはより大きな動力を必要とすることも一般に知られている。初期始動を電動機６によって行うためには、より高い電流を供給してやる必要があり、電力変換回路５には大電流仕様が要求されてしまい、高価になってしまう。
【０００８】
これを解決する方法として、初期始動はキー操作によるセルモータの回転にて行い、上記アイドルストップ動作のみを電動機にて行うシステムが提案されている。これにより、電力変換回路には、大電流仕様は不要となる。しかしながら、このような構成において初期始動時には、セルモータには大量の電荷を供給してやる必要があるため、定常バッテリーには大容量のものがまだ必須となる。そのため、仮に将来１４Ｖ系の電装品が少なくなったとしても、大容量の定常バッテリーはやはり残ってしまうから、低コスト化の大きな障害となってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の電気自動車用電力回路においては、１２Ｖを３６Ｖから得るためのDC/DCコンバ−タは大容量のものを必要とし、とそれに関する付属部品が高価となり、また１２Ｖの大容量定常バッテリー１００も高価でかつ小型化の妨げにもなる。
【００１０】
そこで、本発明は、バッテリー用電力回路において、DC/DCコンバータやバッテリーを小容量で小型なものとすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自動車のバッテリー用電力回路は、エンジンに動力を伝えて始動させるとともに、前記エンジンの回転中に前記エンジンの動力を受けて発電を行う電動機と、前記電動機にエネルギーを伝える電力変換回路と、前記電力変換回路に接続されたバッテリーと、前記バッテリーに直列接続され、エネルギーの蓄積を行うエネルギー蓄積源と、少なくとも２つのスイッチング素子を有し、前記バッテリーと前記エネルギー蓄積源との間でエネルギーを移行させるためのＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記エンジンを初期始動あるいは再始動する際に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させる期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バッテリーのエネルギーを前記エネルギー蓄積源へ充電する動作を開始するものである。
【００２１】
また、前記エンジンに動力を伝えて始動させるためのセルモータを備え、前記セルモータで前記エンジンを初期始動する際に、前記セルモータの動作期間に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させたものである。
【００２２】
また、前記セルモータの動作期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。バッテリー群１（第１のバッテリー群）とバッテリー群２（第２のバッテリー群）が直列に接続されている。３はバッテリー群１とバッテリー群２の間に挿入されたDC/DCコンバータ、４はバッテリー群１に接続された負荷、５はバッテリー群１とバッテリー群２の直列体の両端に接続された電力変換回路、６は電力変換回路５に接続された電動機、７はエンジン、８は電動機６とエンジン７との間で動力を伝達する動力伝達体である。ここで、バッテリー群１は例えば定格電圧１２Ｖのバッテリー1個から構成され、バッテリー群２は定格電圧１２Ｖのバッテリーｎ個すなわちバッテリー２１〜２ｎから構成されている。DC/DCコンバータ３は、バッテリー群２の両端とバッテリー群１との間に接続されており、バッテリー群２の電圧を降圧することにより、バッテリー群１に電力を供給している。ここでは、バッテリー群1は定格電圧１２Ｖの電装品に電力を供給するためのものであり、バッテリー群１の両端に負荷４が接続されている。
【００２５】
エンジン７の定常動作中には、電動機６が回転しており、それは発電機としても働くから、発電エネルギーにより電力変換回路５を通してバッテリー群１およびバッテリー群２１〜２ｎを直列に充電する。またバッテリー群１およびバッテリー群２１〜２ｎの両端の電圧はDC/DCコンバータ３を通して、１２Vに降圧され負荷４に供給する。また負荷４には、バッテリー群１からも電力が並列に直接供給される。また、初期始動時やアイドルストップ動作の再始動時には、バッテリー群１およびバッテリー群２１〜２ｎの直列回路から電力変換回路５を通して、電動機６を直接回転させ、動力伝達体８を通してエンジン７を始動させる。
【００２６】
本発明の実施の形態１の場合、負荷４に電力を供給するのは、電力変換回路５を通してバッテリー群１に直接充電された電力分によるものと、バッテリー群２からDC/DCコンバータ３を通して降圧された電力分によるものとの２系統に分かれる。ここでDC/DCコンバータ３が扱う電力分の割合は、以下のような考え方から簡単に求められる。すなわち、バッテリー群１およびバッテリー群２の電圧が平衡状態、すなわちバッテリー群への充電とバッテリー群からの放電の電荷量が等しい状態にある場合を考えると、DC/DCコンバータ３から供給される電荷量はバッテリー群１が負荷４に直接供給する電荷量と等しくなる。従って、DC/DCコンバータ３が取り扱う電力Ｐｘは、負荷４での消費電力Ｐｏに対して、以下の関係が成り立つ。
【００２７】
Ｐｘ／Ｐｏ＝Ｅ２／（Ｅ１＋Ｅ２）
Eｉ：バッテリー群ｉの電圧
そのため、ＰｘはＰｏより小さくなり、DC/DCコンバータ３の容量も従来のものより小さくて済み、また損失も小さくなるから、冷却器などの付属部品も小型となる。それにより、自動車のバッテリー用電力回路自体の低コスト化や小型化が可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。図１と異なる点は、バッテリー群１から初期始動用キースイッチ９を通してセルモータ１０が接続されている点である。大きな動力を要する初期始動のみをセルモータ１０によって行うことにより、電力変換回路５を通じて電動機６に電力を供給してエンジン７を始動するのはエンジン７が暖機状態にあるときのみとなるため、電力変換回路５を低容量化できることは従来の技術で述べたとおりである。セルモータ１０によってエンジン７を始動させるためにセルモータ動力伝達体１１を用いるが、セルモータ１０の限られた動力にてエンジン７を所定の回転数まで導くために、セルモータ動力伝達体１１ではベルトやギアなどによるトルク変換が行われる場合がある。その場合、変換比に相当する時間比だけセルモータ１０には長時間電流を流す必要が生じる。そのため、負荷４の容量が小さくても、バッテリー群１は一般に大容量のものが必要となる。暖機状態中に電力変換回路５と電動機６によってエンジン７を始動させる場合には、電力変換回路５だけでなく、バッテリー群１およびバッテリー群２が低容量化できることは当然である。従って、電力回路を小型で低コスト化しようとした場合、バッテリー群１は大容量に、バッテリー群２は小容量に設計することが望ましい。しかし、異なる容量のバッテリーを混在させた場合、通常は、各バッテリーの間に電圧アンバランスが生じてしまい、セルモータ１０に十分な電流を供給できなくなったり、一部のバッテリーに過大な電圧を発生させ、破壊させてしまう。図２においては、DC/DCコンバータ３によって、バッテリー群2の電荷をバッテリー群１に供給するため、電圧のアンバランスが解消できる。これにより、各バッテリーに過大なスペックのものを使用する必要がなくなり、電力回路が小型で低コストとなる。
【００２９】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す図である。図２と異なる点は、バッテリー群２のバッテリーがコンデンサに置き換わっていることである。すなわちバッテリー群２がコンデンサ２０１〜コンデンサ２０ｎの直列体で構成されたコンデンサ群２０となっている。実施の形態２の説明でも述べたように、負荷４が小さな容量の場合には、バッテリー群２は小容量のものでもよい。従って、バッテリーではなくコンデンサでも十分仕様を満足できる場合がある。特にコンデンサの中でも大きな静電容量を確保できる電気２重層のスーパーキャパシターや電解コンデンサなどを使用できる。これによって、バッテリー２１〜バッテリー２ｎがなくなり部品の大幅な長寿命化が期待できる。
【００３０】
実施の形態４．
図４に本発明の実施の形態４による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。図３と異なる点は、コンデンサ群２０の両端に並列にダイオード１４が接続されていることである。コンデンサ群２０の充電電荷によって電動機６を回転させるとき、コンデンサ群２０の静電容量が十分大きくない場合、コンデンサ群２０の電圧がすぐに減衰し、十分なエンジンの始動回転数が得られないうちに、逆充電される恐れがある。ダイオード１４がコンデンサ群２０の両端に接続されていれば、コンデンサ群２０は逆充電されないので、電力変換回路５に供給する電圧は大容量バッテリー群１の電圧でほぼ留まる。エンジン７が暖機中での始動の初期のみをコンデンサ群２０からの電力でまかない、エンジン７がわずかに始動し、必要な動力が低下した場合には、大容量のバッテリー群１からの電力で継続的に電動機６を通してエンジン７の回転を促進する。これによって、コンデンサ群２０の静電容量はさらに低下でき、電力回路の小型化・低コスト化が実現できる。
【００３１】
実施の形態５．
図５は本発明のこれまでの実施の形態に記載されたDC/DCコンバータ３の実施の形態を示す図である。図５においてＱｘはＭＯＳＦＥＴ等の半導体、Ｌｘはリアクトル、Ｄｘはダイオード、Ｃｘは平滑用のコンデンサである。Ｑｘは、制御回路３５によって制御されている。制御回路３５では、まず、Ｖｆ１とＶｆ２とを差動増幅器３５１によって差動増幅して得られたバッテリー群１の電圧Ｅ１と、その目標値Ｖｒｆとの誤差を誤差増幅器３５２によって得る。上記誤差を増幅器３５３によって増幅し、さらにＰＷＭ変調器３５４によりＰＷＭ変調してパルスＶｐを得る。ＱｘはＶｐの出力に応じてオンオフし、Ｌｘに流す電流を定める。Ｑｘがオフ状態では、Ｌｘに流れている電流はＤｘを通ってＣｘに蓄えられる。Ｃｘはバッテリー群１に接続されているから、結局、バッテリー群２からバッテリー群１に電力を伝達していることになる。ＰＷＭ変調器３５４は誤差が大きいときは、より多くの電流をバッテリー群２からバッテリー群１に供給するよう動作するから、増幅器３５３のゲインを大きくすることにより、Ｅ１はほぼＶｒｆに漸近する。このような構成を採ることにより、部品点数が必要最小限にて、安定なDC/DCコンバータを構築できる。これにより、DC/DCコンバータ３の低コスト化が可能となる。
【００３２】
なお、DC/DCコンバータの構成については、種々の方式が考えられるが、基本的にバッテリー群２の電力をバッテリー群１に伝達できるものならばいずれの方式でも同様の効果を奏する。
【００３３】
実施の形態６．
図６に本発明の実施の形態６による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。特に図１と異なるのは、バッテリー群１がバッテリー群２のプラス側に直列接続されている点である。DC/DCコンバータ３は、バッテリー群１とバッテリー群２との間に接続されており、半導体のスイッチＱｙ、リアクトルＬｙ、ダイオードＤｙおよび平滑コンデンサＣｙによって構成されている。制御回路３６の構成およびDC/DCコンバータの各構成部品の動作は図５と同じであり、実施の形態５の説明において、ＱｘをＱｙに、ＬｘをＬｙに、ＤｘをＤｙに、ＣｘをＣｙに置き換えたものと同じとなる。
【００３４】
実施の形態７．
図７に本発明の実施の形態７による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。図２と異なる点はDC/DCコンバータ３が双方向性DC/DCコンバータ３０に置き代わっている点である。先に説明したように、セルモータ１０を備えた電力回路の場合や、負荷４が大容量の場合には、バッテリー群１は大容量であることが必要であり、また逆にバッテリー群２は小容量で十分である。その場合、小容量のバッテリー群２はバッテリー群１に比べて自然放電による電圧減衰が早く生ずる。バッテリー群２の電圧が低下した状態で、また電動機６からの発電電力量が不充分な場合（初期始動後に比較的短時間のうちに一時停止した場合など）には、アイドルストップ動作が正常に働かない可能性がある。本発明では、この問題を解決するために、大容量のバッテリー群１から逆に小容量のバッテリー群２をも逆充電し得る双方向性DC/DCコンバータ３０を備えている。バッテリー群２の電圧が低下した状態で、また電動機６からの発電電力量が不充分な場合、双方向性DC/DCコンバータ３０によって、大容量のバッテリー群１からバッテリー群２を満充電し、その後のアイドルストップ動作を可能とすることができる。
【００３５】
図８は、エンジン再始動時の電力変換回路５と双方向性DC/DCコンバータ３０の動作関係を示したものである。電力変換回路５が動作開始すると同時に、双方向性DC/DCコンバータ３０を動作させ、バッテリー群１からバッテリー群２に電力を伝送することにより、バッテリー群２に流れる電流を低下させることができるため、バッテリー群２の容量を小さくすることができる。電力変換回路５がオフした後は、双方向性DC/DCコンバータ３０によってバッテリー群２を所定の電圧まで再充電し、次の再始動に備える。
【００３６】
図９は、セルモータ１０にて初期始動を行う場合の動作を示している。セルモータ１０のオンと同時に、電力変換回路５をオンさせて電動機６を通して動力をエンジン７に伝達することにより、セルモータ１０からの伝達動力が少なくて済む。それにより、セルモータ１０の容量、バッテリー群１の容量を低下でき、バッテリー用電力回路の小型化、低コスト化が実現できる。
【００３７】
なお、図９においては、セルモータ１０の動作時に双方向性DC/DCコンバータ３０は動作していないが、図８で示したように初期始動時においても、双方向性DC/DCコンバータ３０を同時に動作させることにより、電動機６への動力伝達が増し、その結果セルモータ１０の容量を低減させることができる。
【００３８】
なお、図７では、セルモータ１０を保有した電力回路の図を示しているが、セルモータ１０がなく、エンジンの初期始動も電動機６にて行う電力回路の場合においては、エンジン初期始動前に大容量バッテリー群１によって、小容量バッテリー群２を満充電する。それにより、たとえ、バッテリー群２の電圧が減衰してしまった場合でも、エンジン７の初期始動およびアイドルストップ動作が確実に実現できる。
【００３９】
このように、実施の形態７によれば、電力回路のバッテリーをより低容量化できるため、回路の低コスト小型化が実現できる。また、バッテリー群２に流れる電流が小さくなるため、バッテリー群２のインピーダンスの大きなものを使用しても構わない。
【００４０】
なお、図中に記載はないが、バッテリー群２は、コンデンサにて代用することも可能である。さらに、コンデンサ両端にダイオードを並列に接続することにより実施の形態４に述べたのと同様の効果を奏する。
【００４１】
また、本発明における電力変換回路５の場合、セルモータ１０もしくは、双方向性DC/DCコンバータ３０がある場合は、バッテリー群１を充電しておきさえすれば、自動車は動き出すことができる。従って、バッテリー群１に外部からの充電端子を設けておいてもよい。
【００４２】
実施の形態８．
図１０は、双方向性DC/DCコンバータ３０の実施の形態を示したものであり、図５のDC/DCコンバータ３の構成と異なる点は、ダイオードＤｘがＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子Ｑｘ２に置き換わっている点である。バッテリー群２からバッテリー群１への電力伝送の際には、Ｑｘ２が保有する逆並列ダイオードが図５のダイオードＤｘの役割をする。一方、バッテリー群１からバッテリー群２に電力を伝送する場合には、Ｑｘ２のスイッチングによって、バッテリー群１からＬｘに電流を流し、Ｑｘ１のオフ期間中にＱｘ１の逆並列ダイオードを通して、バッテリー群２を充電する。従って、ダイオードＤｘをＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子Ｑｘ２に置き換えるだけのわずかな変更によって、バッテリー群２への逆充電機能が付加される。
【００４３】
図１１は制御回路３７の構成を示す図である。図のように制御回路３７内には、バッテリー群２の両端の電圧Ｖｆ３を制御するフィードバック回路が新たに付加されている。差動増幅器３７１、誤差増幅器３７２、増幅器３７３、ＰＷＭ変調器３７４の動作は、図５の動作と同様であり説明を省略する。各ＰＷＭ変調器３５４，３７４の出力に設けた短絡スイッチＳＷｘ１とＳＷｘ２は、Ｑｘ１とＱｘ２が同時に導通してバッテリー群を短絡状態にしないように制御する制御手段として設けたものである。すなわち、ＳＷｘ１とＳＷｘ２とはそれぞれ反対の開閉動作をするように設定しておくことにより、いかなる場合でもバッテリー群の短絡状態を防ぐことができる。制御回路３７の外部から入力される逆充電指令が１の場合には、ＳＷｘ１が短絡状態となり、Ｑｘ１は常にオフ状態となる。逆に指令が0の場合には、ＳＷｘ２が短絡状態となり、Ｑｘ２は常にオフ状態となる。これにより、Ｑｘ１とＱｘ２との同時導通はなくなり、バッテリー用電力回路の信頼性が大幅に向上する。
【００４４】
実施の形態９．
図１２は、この発明の実施の形態９による自動車のバッテリー用電力回路を示す図である。バッテリー群１がバッテリー群２のプラス側に直列接続された場合の双方向性DC/DCコンバータの実施例を示している。結果的に構成は、図１０と同じになっており、動作も図１０と同様である。
【００４５】
実施の形態１０．
図１３は、本発明の実施の形態１０による双方向性DC/DCコンバータ内に設けられたＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子に逆並列接続されたダイオードを高速化するための構成を示す図である。ダイオードを高速化することにより、ダイオード部での損失が低減できることは一般的である。今後期待されるＳＩＣダイオードをＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子に接続することにより、高速化が図れる。
実施の形態１１．
図１４は、上記の全ての実施の形態に対応するバッテリー群の種々の形態を示したものである。すなわち、バッテリー群を３つのバッテリーから構成した場合の図で、３つのパターンを示している。
【００４６】
パターンＡは、定格電圧１２Ｖのバッテリーを３直列に構成した場合である。
【００４７】
パターンＢは、定格電圧１２Ｖのバッテリーを３直列に構成した場合であり、バッテリー群１は他より大容量となっている。この場合は、負荷４が大容量であったり、初期始動用セルモータ１０を保有した場合の電力回路に有効となる。
【００４８】
パターンＣは、バッテリー群１は他より小容量となっている。これは、４２Ｖ系の電装品の搭載が進み、またセルモータ１０も保有しないシステムの場合に有効であり、１４Ｖ系の電装品用のバッテリー群１を小容量化することにより、電力回路を低コスト・小型にできる。
【００４９】
また、本発明は、自動車用のバッテリーシステムだけではなく、２種類の電圧のバッテリーを有する機器であればどのような用途のバッテリーシステム、例えば、５Ｖと１２Ｖを保有するマイコン電源システムなどにも適用できることは言うまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
この発明に係る自動車のバッテリー用電力回路は、エンジンに動力を伝えて始動させるとともに、前記エンジンの回転中に前記エンジンの動力を受けて発電を行う電動機と、前記電動機にエネルギーを伝える電力変換回路と、前記電力変換回路に接続されたバッテリーと、前記バッテリーに直列接続され、エネルギーの蓄積を行うエネルギー蓄積源と、少なくとも２つのスイッチング素子を有し、前記バッテリーと前記エネルギー蓄積源との間でエネルギーを移行させるためのＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記エンジンを初期始動あるいは再始動する際に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させる期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バッテリーのエネルギーを前記エネルギー蓄積源へ充電する動作を開始するようにしたので、バッテリー群を小容量化できる。
【００６０】
また、前記エンジンに動力を伝えて始動させるためのセルモータを備え、前記セルモータで前記エンジンを初期始動する際に、前記セルモータの動作期間に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させたので、バッテリー群を小容量化できる。
【００６１】
また、前記セルモータの動作期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させたので、セルモータの容量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すバッテリー用電力回路である。
【図２】 この発明の実施の形態２を示すバッテリー用電力回路である。
【図３】 この発明の実施の形態３を示すバッテリー用電力回路である。
【図４】 この発明の実施の形態４を示すバッテリー用電力回路である。
【図５】 この発明の実施の形態５を示すDC/DCコンバータの回路である。
【図６】 この発明の実施の形態６を示すバッテリー用電力回路である。
【図７】 この発明の実施の形態７を示すバッテリー用電力回路である。
【図８】 この発明の実施の形態７のエンジン再始動時の動作を説明する図である。
【図９】 この発明の実施の形態７のセルモータにて初期始動を行う場合の動作示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態８を示すバッテリー用電力回路である。
【図１１】 この発明の実施の形態８を示すバッテリー用電力回路中の制御回路を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態９を示すバッテリー用電力回路である。
【図１３】 この発明の実施の形態１０を示すバッテリー用電力回路のダイオードの構成を説明する図である。
【図１４】 この発明のバッテリーの構成を説明する図である。
【図１５】 従来のバッテリー用電力回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１のバッテリー群
２ 第２のバッテリー群
３ DC/DCコンバータ
４ 負荷
５ 電力変換回路
６ 電動機
７ エンジン
１０ セルモータ
２０ コンデンサ群
３０ 双方向性DC/DCコンバータ
Ｑｘ、Ｑｙ スイッチ
Ｑｘ１、Ｑｙ１ 第１のスイッチ
Ｑｘ２、Ｑｙ２ 第２のスイッチ
Ｌｘ、Ｌｙ リアクトル
Ｄｘ、Ｄｙ ダイオード
ＳＷｘ１、ＳＷｘ２ 制御手段としての短絡スイッチ
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の電圧レベルの出力を有する、自動車などに用いられるバッテリー用電力回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、TOYOTA Technical Review Vol.50 No.1 Jun. 2000 p37等に記載された従来の自動車のバッテリー用電力回路である。図において、７はエンジン、６は第１の動力伝達体８を通して動力をエンジンに伝える電動機、５は電動機６に電力を伝える電力変換回路、２００は複数の直列接続されたバッテリーからなり電力変換回路５と接続されたバッテリー群で通常は定格電圧３６Ｖである。９０はバッテリー群２００に接続された負荷Ｂ、３００はバッテリー群の電圧を降圧するDC/DCコンバータ、１００はDC/DCコンバータ３００によって充電されるバッテリーで通常は定格電圧１２Ｖであり、８はバッテリー群１００に接続された負荷Ａである。通常、負荷Ａは１４Ｖ系負荷、負荷Ｂは４２Ｖ系負荷と呼ばれている。９は初期始動用のキースイッチであり、１０は初期始動時に回転し、第２の動力伝達体１１にてエンジンに動力を伝達するセルモータである。ここで第１の動力伝達体８、第２の動力伝達体１１は、電動機６とエンジン７、またはセルモータ１０とエンジン７、を軸にて直結するもの、あるいはベルトで間接的に結合するもの、またギアで間接的に伝達するもの等いずれの電力伝達手段であっても構わない。
【０００３】
まず図１５において動作を説明する。電力変換回路５は、バッテリー群２００の電圧を交流もしくは断続直流に変換し、電動機６を回転させ、エンジン７を始動させる。自動車運転中の一時停止（信号停止や渋滞など）期間中エンジン７を止め、再スタートの必要が生じたときにあらためてエンジン７を始動させることにより、一時停止中の無駄な燃料消費の抑制が可能なことは、広く一般に知られている（アイドルストップ動作）。しかし、この再スタートの際に、アクセルペダル等を踏み込むことによってスムーズにエンジン７を再始動させ、さらには自動車の動き開始へとつなげるためには、短時間のうちにエンジン７の始動に必要な動力を供給する必要がある。これを実現するために、バッテリー群２００に３６Ｖの電圧を保有させ、電力変換回路５を通して電動機６に大電流を流し、大きな瞬時パワーを電動機６に伝える構成が提案されている。燃料によるエンジン７の回転中には、エンジン７の動力が電動機６に伝わり逆に発電するため、電力変換回路５を通して、バッテリー群２００は３６Ｖまで充電される。
【０００４】
しかしながら、自動車に搭載されている電装品のほとんどは１４Ｖ系で構成されているから、全ての電装品が４２Ｖ系に置換されない限り、定格電圧１２Ｖのバッテリーが必要となる。ましてや、現状では４２Ｖ系に対応する電装品はほとんど少なく、または高価でもあるため（数量の問題から）、基本的に電装品は１４Ｖ系対応となることが予想され、従って１４Ｖ系負荷としては大容量のものが予想される。
【０００５】
そのため、バッテリー群２００の出力からDC/DCコンバータ３００を通して、大容量の定常バッテリー１００を１２Ｖの電圧で充電し、電装品を動作させている。また、運転中などに定常的に１４Ｖ系の電装品を使用するときはDC/DCコンバータ３００から直接電装品を動作させる必要があるため、大容量のDC/DCコンバータ３００が必要となる。
【０００６】
このように、アイドルストップ動作実現のために定格電圧３６Ｖのバッテリー群を備えても、大容量のDC/DCコンバータ３００や大容量の定常バッテリー１００が必要となり高価となる。大容量のDC/DCコンバータ３００は多くの熱を発生するから、冷却のための付属部品が必要となり、さらにコストアップの要因となる。
【０００７】
また、エンジン７の初期始動（運転を開始する最初等にエンジン７の温度が低い状態での始動）時には、エンジン７を始動するにはより大きな動力を必要とすることも一般に知られている。初期始動を電動機６によって行うためには、より高い電流を供給してやる必要があり、電力変換回路５には大電流仕様が要求されてしまい、高価になってしまう。
【０００８】
これを解決する方法として、初期始動はキー操作によるセルモータの回転にて行い、上記アイドルストップ動作のみを電動機にて行うシステムが提案されている。これにより、電力変換回路には、大電流仕様は不要となる。しかしながら、このような構成において初期始動時には、セルモータには大量の電荷を供給してやる必要があるため、定常バッテリーには大容量のものがまだ必須となる。そのため、仮に将来１４Ｖ系の電装品が少なくなったとしても、大容量の定常バッテリーはやはり残ってしまうから、低コスト化の大きな障害となってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の電気自動車用電力回路においては、１２Ｖを３６Ｖから得るためのDC/DCコンバ−タは大容量のものを必要とし、とそれに関する付属部品が高価となり、また１２Ｖの大容量定常バッテリー１００も高価でかつ小型化の妨げにもなる。
【００１０】
そこで、本発明は、バッテリー用電力回路において、DC/DCコンバータやバッテリーを小容量で小型なものとすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自動車のバッテリー用電力回路は、エンジンに動力を伝えて始動させるとともに、前記エンジンの回転中に前記エンジンの動力を受けて発電を行う電動機と、前記電動機にエネルギーを伝える電力変換回路と、前記電力変換回路に接続されたバッテリーと、前記バッテリーに直列接続され、エネルギーの蓄積を行うエネルギー蓄積源と、少なくとも２つのスイッチング素子を有し、前記バッテリーと前記エネルギー蓄積源との間でエネルギーを移行させるためのＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記エンジンを初期始動あるいは再始動する際に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させる期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バッテリーのエネルギーを前記エネルギー蓄積源へ充電する動作を開始するものである。
【００２１】
また、前記エンジンに動力を伝えて始動させるためのセルモータを備え、前記セルモータで前記エンジンを初期始動する際に、前記セルモータの動作期間に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させたものである。
【００２２】
また、前記セルモータの動作期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。バッテリー群１（第１のバッテリー群）とバッテリー群２（第２のバッテリー群）が直列に接続されている。３はバッテリー群１とバッテリー群２の間に挿入されたDC/DCコンバータ、４はバッテリー群１に接続された負荷、５はバッテリー群１とバッテリー群２の直列体の両端に接続された電力変換回路、６は電力変換回路５に接続された電動機、７はエンジン、８は電動機６とエンジン７との間で動力を伝達する動力伝達体である。ここで、バッテリー群１は例えば定格電圧１２Ｖのバッテリー1個から構成され、バッテリー群２は定格電圧１２Ｖのバッテリーｎ個すなわちバッテリー２１〜２ｎから構成されている。DC/DCコンバータ３は、バッテリー群２の両端とバッテリー群１との間に接続されており、バッテリー群２の電圧を降圧することにより、バッテリー群１に電力を供給している。ここでは、バッテリー群1は定格電圧１２Ｖの電装品に電力を供給するためのものであり、バッテリー群１の両端に負荷４が接続されている。
【００２５】
エンジン７の定常動作中には、電動機６が回転しており、それは発電機としても働くから、発電エネルギーにより電力変換回路５を通してバッテリー群１およびバッテリー群２１〜２ｎを直列に充電する。またバッテリー群１およびバッテリー群２１〜２ｎの両端の電圧はDC/DCコンバータ３を通して、１２Vに降圧され負荷４に供給する。また負荷４には、バッテリー群１からも電力が並列に直接供給される。また、初期始動時やアイドルストップ動作の再始動時には、バッテリー群１およびバッテリー群２１〜２ｎの直列回路から電力変換回路５を通して、電動機６を直接回転させ、動力伝達体８を通してエンジン７を始動させる。
【００２６】
本発明の実施の形態１の場合、負荷４に電力を供給するのは、電力変換回路５を通してバッテリー群１に直接充電された電力分によるものと、バッテリー群２からDC/DCコンバータ３を通して降圧された電力分によるものとの２系統に分かれる。ここでDC/DCコンバータ３が扱う電力分の割合は、以下のような考え方から簡単に求められる。すなわち、バッテリー群１およびバッテリー群２の電圧が平衡状態、すなわちバッテリー群への充電とバッテリー群からの放電の電荷量が等しい状態にある場合を考えると、DC/DCコンバータ３から供給される電荷量はバッテリー群１が負荷４に直接供給する電荷量と等しくなる。従って、DC/DCコンバータ３が取り扱う電力Ｐｘは、負荷４での消費電力Ｐｏに対して、以下の関係が成り立つ。
【００２７】
Ｐｘ／Ｐｏ＝Ｅ２／（Ｅ１＋Ｅ２）
Eｉ：バッテリー群ｉの電圧
そのため、ＰｘはＰｏより小さくなり、DC/DCコンバータ３の容量も従来のものより小さくて済み、また損失も小さくなるから、冷却器などの付属部品も小型となる。それにより、自動車のバッテリー用電力回路自体の低コスト化や小型化が可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。図１と異なる点は、バッテリー群１から初期始動用キースイッチ９を通してセルモータ１０が接続されている点である。大きな動力を要する初期始動のみをセルモータ１０によって行うことにより、電力変換回路５を通じて電動機６に電力を供給してエンジン７を始動するのはエンジン７が暖機状態にあるときのみとなるため、電力変換回路５を低容量化できることは従来の技術で述べたとおりである。セルモータ１０によってエンジン７を始動させるためにセルモータ動力伝達体１１を用いるが、セルモータ１０の限られた動力にてエンジン７を所定の回転数まで導くために、セルモータ動力伝達体１１ではベルトやギアなどによるトルク変換が行われる場合がある。その場合、変換比に相当する時間比だけセルモータ１０には長時間電流を流す必要が生じる。そのため、負荷４の容量が小さくても、バッテリー群１は一般に大容量のものが必要となる。暖機状態中に電力変換回路５と電動機６によってエンジン７を始動させる場合には、電力変換回路５だけでなく、バッテリー群１およびバッテリー群２が低容量化できることは当然である。従って、電力回路を小型で低コスト化しようとした場合、バッテリー群１は大容量に、バッテリー群２は小容量に設計することが望ましい。しかし、異なる容量のバッテリーを混在させた場合、通常は、各バッテリーの間に電圧アンバランスが生じてしまい、セルモータ１０に十分な電流を供給できなくなったり、一部のバッテリーに過大な電圧を発生させ、破壊させてしまう。図２においては、DC/DCコンバータ３によって、バッテリー群2の電荷をバッテリー群１に供給するため、電圧のアンバランスが解消できる。これにより、各バッテリーに過大なスペックのものを使用する必要がなくなり、電力回路が小型で低コストとなる。
【００２９】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す図である。図２と異なる点は、バッテリー群２のバッテリーがコンデンサに置き換わっていることである。すなわちバッテリー群２がコンデンサ２０１〜コンデンサ２０ｎの直列体で構成されたコンデンサ群２０となっている。実施の形態２の説明でも述べたように、負荷４が小さな容量の場合には、バッテリー群２は小容量のものでもよい。従って、バッテリーではなくコンデンサでも十分仕様を満足できる場合がある。特にコンデンサの中でも大きな静電容量を確保できる電気２重層のスーパーキャパシターや電解コンデンサなどを使用できる。これによって、バッテリー２１〜バッテリー２ｎがなくなり部品の大幅な長寿命化が期待できる。
【００３０】
実施の形態４．
図４に本発明の実施の形態４による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。図３と異なる点は、コンデンサ群２０の両端に並列にダイオード１４が接続されていることである。コンデンサ群２０の充電電荷によって電動機６を回転させるとき、コンデンサ群２０の静電容量が十分大きくない場合、コンデンサ群２０の電圧がすぐに減衰し、十分なエンジンの始動回転数が得られないうちに、逆充電される恐れがある。ダイオード１４がコンデンサ群２０の両端に接続されていれば、コンデンサ群２０は逆充電されないので、電力変換回路５に供給する電圧は大容量バッテリー群１の電圧でほぼ留まる。エンジン７が暖機中での始動の初期のみをコンデンサ群２０からの電力でまかない、エンジン７がわずかに始動し、必要な動力が低下した場合には、大容量のバッテリー群１からの電力で継続的に電動機６を通してエンジン７の回転を促進する。これによって、コンデンサ群２０の静電容量はさらに低下でき、電力回路の小型化・低コスト化が実現できる。
【００３１】
実施の形態５．
図５は本発明のこれまでの実施の形態に記載されたDC/DCコンバータ３の実施の形態を示す図である。図５においてＱｘはＭＯＳＦＥＴ等の半導体、Ｌｘはリアクトル、Ｄｘはダイオード、Ｃｘは平滑用のコンデンサである。Ｑｘは、制御回路３５によって制御されている。制御回路３５では、まず、Ｖｆ１とＶｆ２とを差動増幅器３５１によって差動増幅して得られたバッテリー群１の電圧Ｅ１と、その目標値Ｖｒｆとの誤差を誤差増幅器３５２によって得る。上記誤差を増幅器３５３によって増幅し、さらにＰＷＭ変調器３５４によりＰＷＭ変調してパルスＶｐを得る。ＱｘはＶｐの出力に応じてオンオフし、Ｌｘに流す電流を定める。Ｑｘがオフ状態では、Ｌｘに流れている電流はＤｘを通ってＣｘに蓄えられる。Ｃｘはバッテリー群１に接続されているから、結局、バッテリー群２からバッテリー群１に電力を伝達していることになる。ＰＷＭ変調器３５４は誤差が大きいときは、より多くの電流をバッテリー群２からバッテリー群１に供給するよう動作するから、増幅器３５３のゲインを大きくすることにより、Ｅ１はほぼＶｒｆに漸近する。このような構成を採ることにより、部品点数が必要最小限にて、安定なDC/DCコンバータを構築できる。これにより、DC/DCコンバータ３の低コスト化が可能となる。
【００３２】
なお、DC/DCコンバータの構成については、種々の方式が考えられるが、基本的にバッテリー群２の電力をバッテリー群１に伝達できるものならばいずれの方式でも同様の効果を奏する。
【００３３】
実施の形態６．
図６に本発明の実施の形態６による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。特に図１と異なるのは、バッテリー群１がバッテリー群２のプラス側に直列接続されている点である。DC/DCコンバータ３は、バッテリー群１とバッテリー群２との間に接続されており、半導体のスイッチＱｙ、リアクトルＬｙ、ダイオードＤｙおよび平滑コンデンサＣｙによって構成されている。制御回路３６の構成およびDC/DCコンバータの各構成部品の動作は図５と同じであり、実施の形態５の説明において、ＱｘをＱｙに、ＬｘをＬｙに、ＤｘをＤｙに、ＣｘをＣｙに置き換えたものと同じとなる。
【００３４】
実施の形態７．
図７に本発明の実施の形態７による自動車のバッテリー用電力回路の構成を示す。図２と異なる点はDC/DCコンバータ３が双方向性DC/DCコンバータ３０に置き代わっている点である。先に説明したように、セルモータ１０を備えた電力回路の場合や、負荷４が大容量の場合には、バッテリー群１は大容量であることが必要であり、また逆にバッテリー群２は小容量で十分である。その場合、小容量のバッテリー群２はバッテリー群１に比べて自然放電による電圧減衰が早く生ずる。バッテリー群２の電圧が低下した状態で、また電動機６からの発電電力量が不充分な場合（初期始動後に比較的短時間のうちに一時停止した場合など）には、アイドルストップ動作が正常に働かない可能性がある。本発明では、この問題を解決するために、大容量のバッテリー群１から逆に小容量のバッテリー群２をも逆充電し得る双方向性DC/DCコンバータ３０を備えている。バッテリー群２の電圧が低下した状態で、また電動機６からの発電電力量が不充分な場合、双方向性DC/DCコンバータ３０によって、大容量のバッテリー群１からバッテリー群２を満充電し、その後のアイドルストップ動作を可能とすることができる。
【００３５】
図８は、エンジン再始動時の電力変換回路５と双方向性DC/DCコンバータ３０の動作関係を示したものである。電力変換回路５が動作開始すると同時に、双方向性DC/DCコンバータ３０を動作させ、バッテリー群１からバッテリー群２に電力を伝送することにより、バッテリー群２に流れる電流を低下させることができるため、バッテリー群２の容量を小さくすることができる。電力変換回路５がオフした後は、双方向性DC/DCコンバータ３０によってバッテリー群２を所定の電圧まで再充電し、次の再始動に備える。
【００３６】
図９は、セルモータ１０にて初期始動を行う場合の動作を示している。セルモータ１０のオンと同時に、電力変換回路５をオンさせて電動機６を通して動力をエンジン７に伝達することにより、セルモータ１０からの伝達動力が少なくて済む。それにより、セルモータ１０の容量、バッテリー群１の容量を低下でき、バッテリー用電力回路の小型化、低コスト化が実現できる。
【００３７】
なお、図９においては、セルモータ１０の動作時に双方向性DC/DCコンバータ３０は動作していないが、図８で示したように初期始動時においても、双方向性DC/DCコンバータ３０を同時に動作させることにより、電動機６への動力伝達が増し、その結果セルモータ１０の容量を低減させることができる。
【００３８】
なお、図７では、セルモータ１０を保有した電力回路の図を示しているが、セルモータ１０がなく、エンジンの初期始動も電動機６にて行う電力回路の場合においては、エンジン初期始動前に大容量バッテリー群１によって、小容量バッテリー群２を満充電する。それにより、たとえ、バッテリー群２の電圧が減衰してしまった場合でも、エンジン７の初期始動およびアイドルストップ動作が確実に実現できる。
【００３９】
このように、実施の形態７によれば、電力回路のバッテリーをより低容量化できるため、回路の低コスト小型化が実現できる。また、バッテリー群２に流れる電流が小さくなるため、バッテリー群２のインピーダンスの大きなものを使用しても構わない。
【００４０】
なお、図中に記載はないが、バッテリー群２は、コンデンサにて代用することも可能である。さらに、コンデンサ両端にダイオードを並列に接続することにより実施の形態４に述べたのと同様の効果を奏する。
【００４１】
また、本発明における電力変換回路５の場合、セルモータ１０もしくは、双方向性DC/DCコンバータ３０がある場合は、バッテリー群１を充電しておきさえすれば、自動車は動き出すことができる。従って、バッテリー群１に外部からの充電端子を設けておいてもよい。
【００４２】
実施の形態８．
図１０は、双方向性DC/DCコンバータ３０の実施の形態を示したものであり、図５のDC/DCコンバータ３の構成と異なる点は、ダイオードＤｘがＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子Ｑｘ２に置き換わっている点である。バッテリー群２からバッテリー群１への電力伝送の際には、Ｑｘ２が保有する逆並列ダイオードが図５のダイオードＤｘの役割をする。一方、バッテリー群１からバッテリー群２に電力を伝送する場合には、Ｑｘ２のスイッチングによって、バッテリー群１からＬｘに電流を流し、Ｑｘ１のオフ期間中にＱｘ１の逆並列ダイオードを通して、バッテリー群２を充電する。従って、ダイオードＤｘをＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子Ｑｘ２に置き換えるだけのわずかな変更によって、バッテリー群２への逆充電機能が付加される。
【００４３】
図１１は制御回路３７の構成を示す図である。図のように制御回路３７内には、バッテリー群２の両端の電圧Ｖｆ３を制御するフィードバック回路が新たに付加されている。差動増幅器３７１、誤差増幅器３７２、増幅器３７３、ＰＷＭ変調器３７４の動作は、図５の動作と同様であり説明を省略する。各ＰＷＭ変調器３５４，３７４の出力に設けた短絡スイッチＳＷｘ１とＳＷｘ２は、Ｑｘ１とＱｘ２が同時に導通してバッテリー群を短絡状態にしないように制御する制御手段として設けたものである。すなわち、ＳＷｘ１とＳＷｘ２とはそれぞれ反対の開閉動作をするように設定しておくことにより、いかなる場合でもバッテリー群の短絡状態を防ぐことができる。制御回路３７の外部から入力される逆充電指令が１の場合には、ＳＷｘ１が短絡状態となり、Ｑｘ１は常にオフ状態となる。逆に指令が0の場合には、ＳＷｘ２が短絡状態となり、Ｑｘ２は常にオフ状態となる。これにより、Ｑｘ１とＱｘ２との同時導通はなくなり、バッテリー用電力回路の信頼性が大幅に向上する。
【００４４】
実施の形態９．
図１２は、この発明の実施の形態９による自動車のバッテリー用電力回路を示す図である。バッテリー群１がバッテリー群２のプラス側に直列接続された場合の双方向性DC/DCコンバータの実施例を示している。結果的に構成は、図１０と同じになっており、動作も図１０と同様である。
【００４５】
実施の形態１０．
図１３は、本発明の実施の形態１０による双方向性DC/DCコンバータ内に設けられたＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子に逆並列接続されたダイオードを高速化するための構成を示す図である。ダイオードを高速化することにより、ダイオード部での損失が低減できることは一般的である。今後期待されるＳＩＣダイオードをＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子に接続することにより、高速化が図れる。
実施の形態１１．
図１４は、上記の全ての実施の形態に対応するバッテリー群の種々の形態を示したものである。すなわち、バッテリー群を３つのバッテリーから構成した場合の図で、３つのパターンを示している。
【００４６】
パターンＡは、定格電圧１２Ｖのバッテリーを３直列に構成した場合である。
【００４７】
パターンＢは、定格電圧１２Ｖのバッテリーを３直列に構成した場合であり、バッテリー群１は他より大容量となっている。この場合は、負荷４が大容量であったり、初期始動用セルモータ１０を保有した場合の電力回路に有効となる。
【００４８】
パターンＣは、バッテリー群１は他より小容量となっている。これは、４２Ｖ系の電装品の搭載が進み、またセルモータ１０も保有しないシステムの場合に有効であり、１４Ｖ系の電装品用のバッテリー群１を小容量化することにより、電力回路を低コスト・小型にできる。
【００４９】
また、本発明は、自動車用のバッテリーシステムだけではなく、２種類の電圧のバッテリーを有する機器であればどのような用途のバッテリーシステム、例えば、５Ｖと１２Ｖを保有するマイコン電源システムなどにも適用できることは言うまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
この発明に係る自動車のバッテリー用電力回路は、エンジンに動力を伝えて始動させるとともに、前記エンジンの回転中に前記エンジンの動力を受けて発電を行う電動機と、前記電動機にエネルギーを伝える電力変換回路と、前記電力変換回路に接続されたバッテリーと、前記バッテリーに直列接続され、エネルギーの蓄積を行うエネルギー蓄積源と、少なくとも２つのスイッチング素子を有し、前記バッテリーと前記エネルギー蓄積源との間でエネルギーを移行させるためのＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記エンジンを初期始動あるいは再始動する際に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させる期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バッテリーのエネルギーを前記エネルギー蓄積源へ充電する動作を開始するようにしたので、バッテリー群を小容量化できる。
【００６０】
また、前記エンジンに動力を伝えて始動させるためのセルモータを備え、前記セルモータで前記エンジンを初期始動する際に、前記セルモータの動作期間に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させたので、バッテリー群を小容量化できる。
【００６１】
また、前記セルモータの動作期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させたので、セルモータの容量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すバッテリー用電力回路である。
【図２】 この発明の実施の形態２を示すバッテリー用電力回路である。
【図３】 この発明の実施の形態３を示すバッテリー用電力回路である。
【図４】 この発明の実施の形態４を示すバッテリー用電力回路である。
【図５】 この発明の実施の形態５を示すDC/DCコンバータの回路である。
【図６】 この発明の実施の形態６を示すバッテリー用電力回路である。
【図７】 この発明の実施の形態７を示すバッテリー用電力回路である。
【図８】 この発明の実施の形態７のエンジン再始動時の動作を説明する図である。
【図９】 この発明の実施の形態７のセルモータにて初期始動を行う場合の動作示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態８を示すバッテリー用電力回路である。
【図１１】 この発明の実施の形態８を示すバッテリー用電力回路中の制御回路を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態９を示すバッテリー用電力回路である。
【図１３】 この発明の実施の形態１０を示すバッテリー用電力回路のダイオードの構成を説明する図である。
【図１４】 この発明のバッテリーの構成を説明する図である。
【図１５】 従来のバッテリー用電力回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１のバッテリー群
２ 第２のバッテリー群
３ DC/DCコンバータ
４ 負荷
５ 電力変換回路
６ 電動機
７ エンジン
１０ セルモータ
２０ コンデンサ群
３０ 双方向性DC/DCコンバータ
Ｑｘ、Ｑｙ スイッチ
Ｑｘ１、Ｑｙ１ 第１のスイッチ
Ｑｘ２、Ｑｙ２ 第２のスイッチ
Ｌｘ、Ｌｙ リアクトル
Ｄｘ、Ｄｙ ダイオード
ＳＷｘ１、ＳＷｘ２ 制御手段としての短絡スイッチ
Claims (3)
- エンジンに動力を伝えて始動させるとともに、前記エンジンの回転中に前記エンジンの動力を受けて発電を行う電動機と、
前記電動機にエネルギーを伝える電力変換回路と、
前記電力変換回路に接続されたバッテリーと、
前記バッテリーに直列接続され、エネルギーの蓄積を行うエネルギー蓄積源と、
少なくとも２つのスイッチング素子を有し、前記バッテリーと前記エネルギー蓄積源との間でエネルギーを移行させるためのＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記エンジンを初期始動あるいは再始動する際に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させる期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バッテリーのエネルギーを前記エネルギー蓄積源へ充電する動作を開始することを特徴とする自動車のバッテリー用電力回路。 - 前記エンジンに動力を伝えて始動させるためのセルモータを備え、
前記セルモータで前記エンジンを初期始動する際に、前記セルモータの動作期間に、前記電力変換回路を介して前記電動機を動作させたことを特徴とする請求項１記載の自動車のバッテリー用電力回路。 - 前記セルモータの動作期間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させたことを特徴とする請求項２記載の自動車のバッテリー用電力回路。
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