JP7168913B2 - 車両電源システム - Google Patents

Description

本発明は、車両電源システムに関し、特に、車両に搭載され、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、車両に搭載され、車両に備えられた主駆動モータ及びこの主駆動モータよりも高電圧で駆動される副駆動モータに電力を供給すると共に、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であって、バッテリと、このバッテリに直列に接続されると共に、バッテリよりも蓄積可能な電荷が少ないキャパシタと、バッテリ及びキャパシタへの充電を制御する制御器と、キャパシタへの充電を行うキャパシタ充電器と、を有し、副駆動モータに電力を供給するインバータには、キャパシタの正極端子と、バッテリの負極端子が接続されて、キャパシタの電圧とバッテリの電圧を加算した電圧が印加され、キャパシタ充電器は、直列に接続されたキャパシタ及びバッテリに対して並列に接続されると共に、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ、及び充電用キャパシタを備え、第１のスイッチはキャパシタの正極端子と充電用キャパシタの一端との間に接続され、第２のスイッチはキャパシタの負極端子と充電用キャパシタの一端との間に接続され、第４のスイッチはバッテリの負極端子と充電用キャパシタの他端との間に接続され、第３のスイッチはバッテリの正極端子と充電用キャパシタの他端との間に接続され、キャパシタとバッテリは、キャパシタの負極端子とバッテリの正極端子を接続することにより、直列に接続されており、制御器は、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合に、バッテリに蓄積されている電荷をキャパシタ充電器の充電用キャパシタを介してキャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上に上昇させるように、キャパシタ充電器を制御す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よれば、制御器が、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合に、バッテリに蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上に上昇させるように、キャパシタ充電器を制御する。このため、電圧の低いバッテリを使用している場合でも、キャパシタの電圧を外部電源による充電が可能な下限電圧以上とすることができ、本発明の車両電源システムを外部電源により充電することが可能になる。

本発明において、好ましくは、キャパシタ充電器は、ＤＣ－ＤＣコンバータを備え、制御器は、バッテリの出力電圧を昇圧してキャパシタに充電されるように、ＤＣ－ＤＣコンバータを制御する。

このように構成された本発明によれば、制御器が、バッテリの出力電圧を昇圧してキャパシタに充電されるように、ＤＣ－ＤＣコンバータを制御するので、電圧の低いバッテリを使用した場合でも、キャパシタを高い電圧に充電することができ、キャパシタの電圧を下限電圧以上とすることができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、車両の停車しているとき、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合には、バッテリに蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電するように、キャパシタ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、車両の停車しているとき、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合には、バッテリに蓄積されている電荷が放電されキャパシタに充電される。このため、充電が実行される可能性のある停車時に、キャパシタの電圧を下限電圧以上にしておくことができ、停車後、早期に外部電源により充電を開始することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、外部電源と接続するための給電口と、この給電口を覆う開閉可能な給電口カバーと、この給電口カバーを閉状態にロックするロック機構と、を有し、制御器は、ロック機構がロック状態から非ロック状態に切り替えられたとき、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合には、バッテリに蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電するように、キャパシタ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、給電口カバーのロック機構が非ロック状態に切り替えられたとき、キャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上にすることができる。このため、充電を行おうとしたとき、早期に外部電源による充電を開始することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、外部電源と接続するための給電口と、この給電口を覆う開閉可能な給電口カバーと、を有し、制御器は、給電口カバーが開状態にされたとき、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合には、バッテリに蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電するように、キャパシタ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、給電口カバーが開状態にされたとき、キャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上にすることができる。このため、充電を行おうとしたとき、早期に外部電源による充電を開始することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、外部電源と接続するための給電口を有し、制御器は、外部電源が給電口に接続されたとき、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合には、バッテリに蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電するように、キャパシタ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、外部電源が給電口に接続されたとき、キャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上にすることができる。このため、充電を行おうとしたとき、早期に外部電源による充電を開始することができる。

また、本発明は、車両に搭載され、車両に備えられた主駆動モータ及びこの主駆動モータよりも高電圧で駆動される副駆動モータに電力を供給すると共に、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であって、バッテリと、このバッテリに直列に接続されると共に、バッテリよりも蓄積可能な電荷が少ないキャパシタと、バッテリ及びキャパシタへの充電を制御する制御器と、キャパシタへの充電を行うキャパシタ充電器と、を有し、副駆動モータに電力を供給するインバータには、キャパシタの正極端子と、バッテリの負極端子が接続されて、キャパシタの電圧とバッテリの電圧を加算した電圧が印加され、キャパシタ充電器は、直列に接続されたキャパシタ及びバッテリに対して並列に接続されると共に、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ、及び充電用キャパシタを備え、第１のスイッチはキャパシタの正極端子と充電用キャパシタの一端との間に接続され、第２のスイッチはキャパシタの負極端子と充電用キャパシタの一端との間に接続され、第４のスイッチはバッテリの負極端子と充電用キャパシタの他端との間に接続され、第３のスイッチはバッテリの正極端子と充電用キャパシタの他端との間に接続され、キャパシタとバッテリは、キャパシタの負極端子とバッテリの正極端子を接続することにより、直列に接続されており、制御器は、キャパシタ充電器を制御して、バッテリに蓄積されている電荷をキャパシタ充電器の充電用キャパシタを介してキャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上に維持す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よれば、制御器は、キャパシタ充電器を制御して、バッテリに蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電し、キャパシタの電圧を下限電圧以上に維持している。このため、電圧が下限電圧以下のバッテリを使用している場合でも、車両電源システムは、常に外部電源による充電が可能な状態に維持され、何時でも充電を行うことができる。

本発明において、好ましくは、さらに、外部電源と接続するための給電口を有し、この給電口を介して外部電源による充電が実行される。
このように構成された本発明によれば、給電口を介して外部電源に接続されるので、外部電源の電力を、確実に効率良く充電することができる。

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１実施形態による車両電源システムにおいてバッテリの電荷によるキャパシタへの充電のタイミングを決定するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態による車両電源システムにおいてバッテリの電荷によるキャパシタへの充電のタイミングを決定するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態による車両電源システムにおいてバッテリの電荷によるキャパシタへの充電のタイミングを決定するためのフローチャートである。

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の外部充電プラグ１７ｂを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。

また、給電口２３は開閉可能な給電口カバー２３ａによって覆われており、充電時においては、給電口カバー２３ａを開けて給電口２３を露出させ、給電口２３に電気ケーブル１７ａの外部充電プラグ１７ｂを接続する。さらに、給電口カバー２３ａにはロック機構２３ｂが設けられており、給電口カバー２３ａは、ロック機構２３ｂにより閉状態（給電口カバー２３ａが閉まった状態）にロックされる。充電時においては、ロック機構２３ｂを、ロック状態から非ロック状態に切り替えることにより、給電口カバー２３ａを開けることができるようにする。

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。この場合には、充電装置１９に内蔵された充電コントローラ１９ａ（図５）がＤＣ－ＤＣコンバータを制御して、バッテリ１８の出力電圧を昇圧してキャパシタ２２に充電する。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る。

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。

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、外部電源１７による充電を可能にするために、充電コントローラ１９ａの指令信号に基づいて、所定のタイミングで実行される。即ち、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（キャパシタ２２の電圧）が、外部電源１７による充電が可能な下限電圧未満に低下すると充電が不可となるため、キャパシタ２２に充電してキャパシタ２２の電圧を上昇させて充電を可能にする。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。

次に、図１２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。
図１２は、バッテリ１８の電荷によるキャパシタ２２への充電のタイミングを決定するためのフローチャートである。

図１２に示すフローチャートによる処理は、バッテリ１８の電荷によりキャパシタ２２への充電を行うか否かを決定するために、充電コントローラ１９ａによって所定の時間間隔で繰り返し実行される。まず、図１２のステップＳ１においては、車両１に搭載された各センサから種々の検出信号が、充電コントローラ１９ａに読み込まれる。ステップＳ１において読み込まれる検出信号には、少なくともキャパシタ２２の電圧を表す信号、車速センサ（図示せず）により検出された車速の信号、及びロック機構２３ｂから出力されるロックが解除されているか否かを示す信号が含まれている。

次いで、ステップＳ２においては、車速センサから読み込まれた信号に基づいて、車両１が停車しているか否かが判断される。本実施形態においては、車速センサから読み込まれた車速がゼロである場合に、車両１が停車していると判断される。車両１が停車している場合にはステップＳ３に進み、車両１が走行していない場合には、図１２に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、車両１が走行している場合には、充電スタンド等の外部電源１７による充電が行われることがないため、ステップＳ３以下の処理によりキャパシタ２２の電圧を充電可能な状態まで上昇させる必要はない。

一方、ステップＳ３においては、ロック機構２３ｂによる給電口カバー２３ａのロックが解除されているか否かが判断される。給電口カバー２３ａのロックが解除されている場合にはステップＳ４に進み、ロックが解除されていない場合には、図１２に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、外部電源１７による充電は、ロック機構２３ｂによる給電口カバー２３ａのロックが解除され、給電口カバー２３ａが開けられた状態で行われるため、給電口カバー２３ａが閉状態にロックされている状態で充電が行われることはない。

このように、本実施形態においては、ステップＳ３において給電口カバー２３ａのロックが解除されているか否かに基づいて、ステップＳ４以下の処理を行うか否かを判断している。しかしながら、変形例として、給電口カバー２３ａの開閉を検出する開閉センサ（図示せず）を設けておき、給電口カバー２３ａが開状態にあることが開閉センサによって検出された場合に、ステップＳ４以下の処理が行われるように本発明を構成することもできる。これにより、充電を行おうとしたとき、キャパシタの電圧を早期に下限電圧以上にすることができ、外部電源による充電を開始することができる。

一方、ステップＳ４においては、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であるか否かが判断される。端子間電圧の合計が下限電圧未満である場合にはステップＳ５に進み、下限電圧以上である場合には、図１２に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、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には、キャパシタ２２の端子間電圧を上昇させることなく、そのまま外部電源１７による充電が可能であるため、ステップＳ５による処理は実行されない。

一方、ステップＳ５において、充電コントローラ１９ａは、図７及び図８によって説明した手順を実行することにより、バッテリ１８に蓄積されている電荷を放電してキャパシタ２２に充電し、キャパシタ２２の端子間電圧を上昇させる。これにより、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下限電圧以上にされ（図８の時刻ｔ₁₈の状態）、外部電源１７による充電が可能な状態とされ、図１２のフローチャートの処理を終了する。このように、充電コントローラ１９ａは、外部電源１７による充電の準備が為されると、バッテリ１８の電荷を放電してキャパシタ２２に充電し、車両電源システム１０を充電可能な状態にする。

本発明の第１実施形態の車両電源システム１０によれば、制御器である充電コントローラ１９ａが、キャパシタ充電器である充電装置１９を制御して、バッテリ１８に蓄積されている電荷を放電してキャパシタに充電する（図７及び図８）。これにより、キャパシタ２２の電圧が下限電圧よりも低い場合（図８の時刻ｔ₁₁の状態）には、キャパシタ２２の電圧を下限電圧以上に上昇させる（図８の時刻ｔ₁₈の状態）。このため、電圧の低いバッテリ１８を使用している場合でも、キャパシタ２２の電圧を外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上とすることができ、車両電源システム１０を外部電源１７により充電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、車両１の停車しているとき、キャパシタの電圧が下限電圧よりも低い場合には、バッテリ１８に蓄積されている電荷が放電されキャパシタ２２に充電される（図１２のステップＳ２→Ｓ３）。このため、充電が実行される可能性のある停車時に、キャパシタ２２の電圧を下限電圧以上にしておくことができ、停車後、早期に外部電源１７により充電を開始することができる。

さらに、本実施形態の車両電源システム１０によれば、給電口カバー２３ａのロック機構２３ｂが非ロック状態に切り替えられたとき（図１２のステップＳ３→Ｓ４）、キャパシタ２２に充電し、キャパシタ２２の電圧を下限電圧以上にすることができる。このため、充電を行おうとしたとき、早期に外部電源１７による充電を開始することができる。

次に、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、バッテリの電荷により、キャパシタへの充電を実行するタイミングが上述した第１実施形態とは異なる。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、同様の部分については説明を省略する。
図１３は、バッテリ１８の電荷によるキャパシタ２２への充電のタイミングを決定するためのフローチャートである。

図１３に示すフローチャートによる処理は、バッテリ１８の電荷によりキャパシタ２２への充電を行うか否かを決定するために、充電コントローラ１９ａによって所定の時間間隔で繰り返し実行される。まず、図１３のステップＳ１１においては、車両１に搭載された各センサから種々の検出信号が、充電コントローラ１９ａに読み込まれる。ステップＳ１において読み込まれる検出信号には、少なくともキャパシタ２２の電圧を表す信号、車速センサ（図示せず）により検出された車速の信号、及び給電口２３から出力される給電口２３に外部電源１７の外部充電プラグ１７ｂが接続されているか否かを示す信号が含まれている。

次いで、ステップＳ１２においては、車速センサから読み込まれた信号に基づいて、車両１が停車しているか否かが判断される。車両１が停車している場合にはステップＳ１３に進み、車両１が走行していない場合には、図１３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、車両１が走行している場合には、充電スタンド等の外部電源１７による充電が行われることがないため、ステップＳ１３以下の処理によりキャパシタ２２の電圧を充電可能な状態まで上昇させる必要はない。

一方、ステップＳ１３においては、給電口２３に外部電源１７の外部充電プラグ１７ｂが接続されているか否かが判断される。即ち、給電口２３には、外部電源１７の外部充電プラグ１７ｂが給電口２３に接続されているか否かを検出するセンサ（図示せず）が設けられており、このセンサの検出信号に基づいて外部充電プラグ１７ｂが接続されているか否かが判断される。外部充電プラグ１７ｂが接続されている場合にはステップＳ１４に進み、外部充電プラグ１７ｂが接続されていない場合には、図１３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、外部電源１７による充電は、給電口２３に外部電源１７の外部充電プラグ１７ｂが接続された状態で行われるため、外部充電プラグ１７ｂが接続されていない状態で充電が行われることはない。

一方、ステップＳ１４においては、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であるか否かが判断される。端子間電圧の合計が下限電圧未満である場合にはステップＳ１５に進み、下限電圧以上である場合には、図１３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。

一方、ステップＳ１５において、充電コントローラ１９ａは、図７及び図８によって説明した手順を実行することにより、バッテリ１８に蓄積されている電荷を放電してキャパシタ２２に充電し、キャパシタ２２の端子間電圧を上昇させる。これにより、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下限電圧以上にされ（図８の時刻ｔ₁₈の状態）、外部電源１７による充電が可能な状態とされ、図１３のフローチャートの処理を終了する。

本発明の第２実施形態の車両電源システムによれば、外部電源１７が給電口２３に接続されたとき、キャパシタ２２に充電し、キャパシタ２２の電圧を下限電圧以上にすることができる。このため、充電を行おうとしたとき、早期に外部電源１７による充電を開始することができる。

次に、図１４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、バッテリの電荷により、キャパシタへの充電を実行するタイミングが上述した第１実施形態とは異なる。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、同様の部分については説明を省略する。
図１４は、バッテリ１８の電荷によるキャパシタ２２への充電のタイミングを決定するためのフローチャートである。

図１４に示すフローチャートによる処理は、バッテリ１８の電荷によりキャパシタ２２への充電を行うか否かを決定するために、充電コントローラ１９ａによって所定の時間間隔で繰り返し実行される。まず、図１４のステップＳ２１においては、車両１に搭載された各センサから種々の検出信号が、充電コントローラ１９ａに読み込まれる。ステップＳ２１において読み込まれる検出信号には、少なくともキャパシタ２２の電圧を表す信号が含まれている。

次に、ステップＳ２２においては、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（キャパシタ２２の電圧）が、外部電源１７による充電が可能な下限電圧未満であるか否かが判断される。端子間電圧の合計が下限電圧未満である場合にはステップＳ２３に進み、下限電圧以上である場合には、図１４に示すフローチャートの１回の処理を終了する。

ステップＳ２３においては、充電コントローラ１９ａは、図７及び図８によって説明した手順を実行することにより、バッテリ１８に蓄積されている電荷を放電してキャパシタ２２に充電し、キャパシタ２２の端子間電圧を上昇させる。これにより、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下限電圧以上に維持され（図８の時刻ｔ₁₈の状態）、外部電源１７による充電が可能な状態にされ、図１４のフローチャートの処理を終了する。

本発明の第３実施形態の車両電源システムによれば、制御器である充電コントローラ１９ａは、キャパシタ充電器である充電装置１９を制御して、バッテリ１８に蓄積されている電荷を放電してキャパシタ２２に充電し、キャパシタ２２の電圧を下限電圧以上に維持している。即ち、本実施形態の車両電源システムにおいては、キャパシタ２２の電圧が外部電源１７による充電が可能な下限電圧未満に低下すると、車両１の走行中であってもバッテリ１８の電荷が放電されキャパシタ２２に充電される。このため、電圧が下限電圧以下のバッテリを使用している場合でも、車両電源システムは、常に外部電源による充電が可能な状態に維持され、何時でも充電を行うことができる。

また、本発明の第３実施形態の車両電源システムにおいては、キャパシタ２２の電圧が下限電圧未満に低下すると、キャパシタ２２への充電が実行されている。これに対して、変形例として、キャパシタ２２の電圧が下限電圧よりも高い所定の電圧未満に低下したとき、キャパシタ２２への充電が実行されるように本発明を構成することもできる。本変形例によれば、キャパシタ２２の電圧を、確実に下限電圧以上に維持することができ、外部電源による充電が可能な状態を確実に維持することができる。

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口に、外部電源の外部充電プラグ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、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設けておき、この給電機器を介して受電した電力をバッテリ及び／又はキャパシタに充電できるように車両電源システムを構成する。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
１７ｂ 外部充電プラグ
１８ バッテリ
１９ 充電装置（キャパシタ充電器）
１９ａ 充電コントローラ（制御器）
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
２３ａ 給電口カバー
２３ｂ ロック機構
２４ 制御装置
２６ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２８ 車載機器

Claims (8)

1. 車両に搭載され、上記車両に備えられた主駆動モータ及びこの主駆動モータよりも高電圧で駆動される副駆動モータに電力を供給すると共に、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であって、
   バッテリと、
   このバッテリに直列に接続されると共に、上記バッテリよりも蓄積可能な電荷が少ないキャパシタと、
   上記バッテリ及び上記キャパシタへの充電を制御する制御器と、
   上記キャパシタへの充電を行うキャパシタ充電器と、
   を有し、
   上記副駆動モータに電力を供給するインバータには、上記キャパシタの正極端子と、上記バッテリの負極端子が接続されて、上記キャパシタの電圧と上記バッテリの電圧を加算した電圧が印加され、
   上記キャパシタ充電器は、直列に接続された上記キャパシタ及び上記バッテリに対して並列に接続されると共に、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ、及び充電用キャパシタを備え、
   上記第１のスイッチは上記キャパシタの正極端子と上記充電用キャパシタの一端との間に接続され、上記第２のスイッチは上記キャパシタの負極端子と上記充電用キャパシタの一端との間に接続され、上記第４のスイッチは上記バッテリの負極端子と上記充電用キャパシタの他端との間に接続され、上記第３のスイッチは上記バッテリの正極端子と上記充電用キャパシタの他端との間に接続され、上記キャパシタと上記バッテリは、上記キャパシタの負極端子と上記バッテリの正極端子を接続することにより、直列に接続されており、
   上記制御器は、上記キャパシタの電圧が上記下限電圧よりも低い場合に、上記バッテリに蓄積されている電荷を上記キャパシタ充電器の上記充電用キャパシタを介して上記キャパシタに充電し、上記キャパシタの電圧を上記下限電圧以上に上昇させるように、上記キャパシタ充電器を制御することを特徴とする車両電源システム。
2. 上記キャパシタ充電器は、ＤＣ－ＤＣコンバータを備え、上記制御器は、上記バッテリの出力電圧を昇圧して上記キャパシタに充電されるように、上記ＤＣ－ＤＣコンバータを制御する請求項１記載の車両電源システム。
3. 上記制御器は、上記車両が停車しているとき、上記キャパシタの電圧が上記下限電圧よりも低い場合には、上記バッテリに蓄積されている電荷を放電して上記キャパシタに充電するように、上記キャパシタ充電器を制御する請求項１又は２に記載の車両電源システム。
4. さらに、外部電源と接続するための給電口と、この給電口を覆う開閉可能な給電口カバーと、この給電口カバーを閉状態にロックするロック機構と、を有し、上記制御器は、上記ロック機構がロック状態から非ロック状態に切り替えられたとき、上記キャパシタの電圧が上記下限電圧よりも低い場合には、上記バッテリに蓄積されている電荷を放電して上記キャパシタに充電するように、上記キャパシタ充電器を制御する請求項１又は２に記載の車両電源システム。
5. さらに、外部電源と接続するための給電口と、この給電口を覆う開閉可能な給電口カバーと、を有し、上記制御器は、上記給電口カバーが開状態にされたとき、上記キャパシタの電圧が上記下限電圧よりも低い場合には、上記バッテリに蓄積されている電荷を放電して上記キャパシタに充電するように、上記キャパシタ充電器を制御する請求項１又は２に記載の車両電源システム。
6. さらに、外部電源と接続するための給電口を有し、上記制御器は、外部電源が上記給電口に接続されたとき、上記キャパシタの電圧が上記下限電圧よりも低い場合には、上記バッテリに蓄積されている電荷を放電して上記キャパシタに充電するように、上記キャパシタ充電器を制御する請求項１又は２に記載の車両電源システム。
7. 車両に搭載され、上記車両に備えられた主駆動モータ及びこの主駆動モータよりも高電圧で駆動される副駆動モータに電力を供給すると共に、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であって、
   バッテリと、
   このバッテリに直列に接続されると共に、上記バッテリよりも蓄積可能な電荷が少ないキャパシタと、
   上記バッテリ及び上記キャパシタへの充電を制御する制御器と、
   上記キャパシタへの充電を行うキャパシタ充電器と、
   を有し、
   上記副駆動モータに電力を供給するインバータには、上記キャパシタの正極端子と、上記バッテリの負極端子が接続されて、上記キャパシタの電圧と上記バッテリの電圧を加算した電圧が印加され、
   上記キャパシタ充電器は、直列に接続された上記キャパシタ及び上記バッテリに対して並列に接続されると共に、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ、及び充電用キャパシタを備え、
   上記第１のスイッチは上記キャパシタの正極端子と上記充電用キャパシタの一端との間に接続され、上記第２のスイッチは上記キャパシタの負極端子と上記充電用キャパシタの一端との間に接続され、上記第４のスイッチは上記バッテリの負極端子と上記充電用キャパシタの他端との間に接続され、上記第３のスイッチは上記バッテリの正極端子と上記充電用キャパシタの他端との間に接続され、上記キャパシタと上記バッテリは、上記キャパシタの負極端子と上記バッテリの正極端子を接続することにより、直列に接続されており、
   上記制御器は、上記キャパシタ充電器を制御して、上記バッテリに蓄積されている電荷を上記キャパシタ充電器の上記充電用キャパシタを介して上記キャパシタに充電し、上記キャパシタの電圧を上記下限電圧以上に維持することを特徴とする車両電源システム。
8. さらに、外部電源と接続するための給電口を有し、この給電口を介して外部電源による充電が実行される請求項１乃至３及び７の何れか１項に記載の車両電源システム。

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