JP7397572B2 - 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。

そこで、バッテリと組み合わせてキャパシタを用いることにより、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ことが考えられる。しかしながら、キャパシタには、高温で、且つ多くの電荷を蓄積した状態では劣化しやすいという特性があると共に、外部充電を行うと自己発熱により温度が上昇する。特に、バッテリに対して小型のキャパシタは自己発熱により高温になりやすい。この結果、キャパシタへの外部充電時には、自己発熱により温度が上昇すると共に、蓄積された電荷が多い状態となるため、外部充電が繰り返されるとキャパシタの劣化が進行しやすいという問題がある。

従って、本発明は、電圧の低いバッテリをキャパシタと組み合わせて使用しながら、キャパシタの劣化を抑制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、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、バッテリ及び上記キャパシタへの充電を制御する制御器と、複数のスイッチ及び充電用キャパシタを備え、バッテリへの充電を行うバッテリ充電器と、を有し、バッテリとキャパシタは電気的に直列に接続され、バッテリ充電器は、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタに対して並列に接続され、制御器は、外部電源によってキャパシタ及びバッテリへの充電を行う場合において、複数のスイッチを制御して、外部電源から供給された電流をキャパシタ及びバッテリに充電させ、さらに、キャパシタに蓄積した電荷を放電して充電用キャパシタに蓄積させ、次いで、外部電源から供給された電荷をキャパシタ及びバッテリに充電すると共に、充電用キャパシタに蓄積された電荷を放電してバッテリに充電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、外部電源によってキャパシタへの充電を行う場合において、キャパシタに蓄積されている電荷を放電してバッテリに充電されるように、バッテリ充電器が制御される。このため、外部電源からのキャパシタへの充電によって蓄積された電荷が多い状態が継続するのを防止することができ、キャパシタの劣化の進行を抑制することができる。この結果、キャパシタの劣化を抑制し、耐用年数を長くすることができる。
また、こ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は電気的に直列に接続されているので、定格電圧が下限電圧よりも低いバッテリの電圧をキャパシタの端子間電圧によって容易に嵩上げすることができる。このため、定格電圧が充電可能な下限電圧よりも低いバッテリを、外部電源により容易に充電することができる。

本発明において、好ましくは、バッテリ充電器はＤＣ－ＤＣコンバータを含み、このＤＣ－ＤＣコンバータは、キャパシタの電圧を降圧してバッテリに供給し、バッテリを充電する。

このように構成された本発明によれば、ＤＣ－ＤＣコンバータが、キャパシタの電圧を降圧してバッテリに供給し、バッテリに充電するので、キャパシタの端子間電圧と、バッテリの端子間電圧が大きく異なる場合でも、バッテリの過度な劣化を防止しながらバッテリに充電することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、外部電源によってキャパシタへの充電が開始された後、キャパシタに蓄積されている電荷を放電してバッテリに充電されるように、バッテリ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、外部電源によるキャパシタへの充電が開始された後、キャパシタに蓄積されている電荷を放電してバッテリに充電するので、キャパシタに蓄積されている電荷の過度の増加を防止しながら、キャパシタ及びバッテリに充電することができる。

本発明において、好ましくは、バッテリ充電器は、外部電源による充電を行うとき、外部電源から供給された電流、及びキャパシタから放電された電流の両方を、バッテリに充電する。

このように構成された本発明によれば、バッテリが外部電源から供給された電流、及びキャパシタから放電された電流によって充電されるので、バッテリの充電電流をキャパシタの充電電流よりも大きくすることができる。この結果、キャパシタへの過度の蓄電を防止しながら、バッテリを早期に満充電にすることができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、外部電源によるキャパシタへの充電中、キャパシタの電圧が所定電圧以上に上昇すると、キャパシタに蓄積されている電荷を放電してバッテリに充電されるように、バッテリ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、充電中、キャパシタの電圧が所定電圧以上に上昇すると、キャパシタの電荷を放電してバッテリに充電するので、キャパシタへの過度の蓄電を防止しながら、バッテリへの充電を促進することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、外部電源によるキャパシタへの充電中、キャパシタの温度が所定温度以上に上昇すると、キャパシタに蓄積されている電荷を放電してバッテリに充電されるように、バッテリ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、充電中、キャパシタの温度が所定温度以上に上昇すると、キャパシタの電荷を放電してバッテリに充電するので、キャパシタへの過度の蓄電を防止しながら、バッテリへの充電を促進することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、外部電源によるキャパシタへの充電開始後、所定時間経過すると、キャパシタに蓄積されている電荷を放電してバッテリに充電されるように、バッテリ充電器を制御する。

このように構成された本発明によれば、キャパシタへの充電開始後、所定時間経過すると、キャパシタの電荷を放電してバッテリに充電するので、簡便な制御でキャパシタへの過度の蓄電を防止しながら、バッテリへの充電を促進することができる。

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、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キャパシタと組み合わせて使用しながら、キャパシタの劣化を抑制することができる。

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外部電源からの充電開始時に実行されるフローチャートである。 図１２のフローチャートから呼び出されるサブルーチンであり、外部電源による充電中におけるキャパシタからの放電を制御する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、図１２のフローチャートから呼び出されるサブルーチン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、ＤＣ－ＤＣコンバータが、キャパシタ２２の電圧を降圧してバッテリ１８に供給し、バッテリ１８に充電することができる。この結果、キャパシタ２２の端子間電圧と、バッテリ１８の端子間電圧が大きく異なる場合でも、バッテリ１８の過度な劣化を防止しながらバッテリ１８に充電することができる。

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、バッテリ充電器である充電装置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。

キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇し、所定の条件が満足されると充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ₂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。また、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ている。なお、時刻ｔ₂において、充電コントローラ１９ａにより、ステージ(１)からステージ(２)への切り替えが行われる所定の条件については後述する。

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が上昇し、所定の条件が満足されると、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及び図１３を参照して、外部電源によるキャパシタ及びバッテリへの充電中における、キャパシタからの放電を説明する。
図１２は、外部電源からの充電開始時に実行されるフローチャートである。図１３は、図１２のフローチャートから呼び出されるサブルーチンであり、外部電源による充電中におけるキャパシタからの放電を制御するフローチャートである。なお、図１２のフローチャートは、本実施形態の車両電源システムの作動中、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。

図６及び図７により説明したように、外部電源１７からの充電中においては、直列に接続されたキャパシタ２２及びバッテリ１８に同時に充電が行われるが、充電を継続しているとキャパシタ２２の端子間電圧が過度に上昇する。このため、所定の条件に応じてキャパシタ２２に蓄積された電荷を放電して、キャパシタ２２の端子間電圧の過度の上昇を防止している（図７のステージ（２））。キャパシタ２２からの放電を行うタイミング（図７のステージ（２）に移行するタイミング）は、図１３に示すフローチャートによって決定される。

まず、図１２のステップＳ１においては、各センサ等によって検出された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信号には、少なくともバッテリ１８の端子間電圧、キャパシタ２２の端子間電圧、キャパシタ２２の温度、及び充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧が含まれる。また、給電口２３には、外部充電プラグ１７ｂの給電口２３への接続を検知するセンサ（図示せず）が設けられており、このセンサの検知信号も充電コントローラ１９ａに読み込まれる。なお、キャパシタ２２等の各端子間電圧、及びキャパシタ２２の温度については、図１２及び図１３に示すフローチャートの実行中、時系列で継続的に読み込まれる。

次に、ステップＳ２においては、給電口２３に外部充電プラグ１７ｂが接続されているか否かが判断される。接続されている場合にはステップＳ３に進み、接続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、給電口２３に外部充電プラグ１７ｂが接続されていない場合には、充電が行われることはないので、ステップＳ３以下の充電中における処理は実行されない。

一方、外部充電プラグ１７ｂが接続されている場合には、ステップＳ３において、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９のスイッチＳＷcapをＯＮ（閉状態）にし、キャパシタ２２に電力が受け入れられるようにする。さらに、ステップＳ４においては、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９のスイッチＳＷbatt（図５）をＯＮ（閉状態）にし、バッテリ１８に電力が受け入れられるようにする。これにより、充電装置１９は、図７の上段に示すステージ(１)の状態となる。

次に、ステップＳ５においては、図１３に示すフローチャートが、サブルーチンとして呼び出される。
まず、図１３のステップＳ１１においては、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattと所定のバッテリ充電終了閾値の電圧が比較されると共に、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の合計の電圧が、所定の充電終了閾値の電圧と比較される。これらの電圧の両方又は何れか一方が閾値未満の場合にはステップＳ１２に進み、これらの電圧が何れも閾値の電圧以上である場合には、充電を行うことなく図１３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。これらの電圧が何れも閾値の電圧以上である場合は満充電状態であり、これ以上充電すると過充電となるため充電は行われない。

一方、ステップＳ１２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か否かが判断され、所定電圧以上である場合にはステップＳ１４に進み、所定電圧未満である場合にはステップＳ１３に進む。さらに、ステップＳ１３においては、キャパシタ２２の温度が所定温度以上であるか否かが判断され、所定温度以上である場合にはステップＳ１４に進み、所定温度未満である場合にはステップＳ１６に進む。即ち、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定電圧以上である場合には、これ以上キャパシタ２２に充電すると過充電となり、キャパシタ２２を劣化させる虞があるので、ステップＳ１４以下の処理によりキャパシタ２２から放電を行う。なお、本実施形態においては、キャパシタ２２の放電を開始する所定の電圧は、キャパシタ２２の定格電圧に近い、定格電圧よりも低い電圧に設定されている。また、キャパシタ２２は過充電状態に近づいたり、充電電流が大きくなったりすると温度上昇する傾向があるため、キャパシタ２２の温度が所定温度以上である場合にはステップＳ１４以下の処理によりキャパシタ２２から放電を行う。

なお、本実施形態においては、上記のように、ステップＳ１２においてキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定電圧以上であるか否かを判断し、所定電圧以上である場合にはキャパシタ２２からの放電を実行している。これに対し、変形例として、キャパシタ２２に対する充電率（ＳＯＣ：States Of Charge）に基づいて、キャパシタ２２からの放電を実行するように本発明を構成することもできる。即ち、この変形例においては、キャパシタ２２に対する充電率が所定値（％）以上になったとき、ステップＳ１４に進み、キャパシタ２２からの放電を実行する。

次に、ステップＳ１４においては、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９の各スイッチに制御信号を送り、キャパシタ２２に蓄積された電荷を放電する。具体的には、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９を、図７の中段に示すステージ（２）の状態とする。このステージ（２）の状態では、キャパシタ２２に蓄積された電荷が放電されて、充電用キャパシタ１９ｂに流れ込む。さらに、キャパシタ２２から充電用キャパシタ１９ｂに流れ込んだ電流及び外部電源１７から供給された電流は、充電用キャパシタ１９ｂ及びスイッチＳＷ３を介してバッテリ１８に充電される。従って、ステップＳ１４においては、キャパシタ２２に蓄積されていた電荷が放電され、バッテリ１８に充電される。また、バッテリ１８には、外部電源１７から供給された電荷（電流）、及びキャパシタ２２から放電された電荷（電流）の両方が充電される。

次に、ステップＳ１５においては、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧が所定電圧以上であるか否かが判断される。充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧が所定電圧未満である場合にはステップＳ１４に戻り、所定電圧以上である場合にはステップＳ１６に進む。即ち、充電装置１９が図７のステージ（２）の状態にあるときは、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下する一方、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する。従って、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧に到達するまでは、図１３のフローチャートにおいては、ステップＳ１４とＳ１５の処理が繰り返し実行される。なお、本実施形態においては、充電用キャパシタ１９ｂへの充電を終了させる所定電圧は、バッテリ１８の定格電圧よりも高い電圧に設定されている。

さらに、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧に到達すると、図１３のフローチャートにおける処理はステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９を、図７の下段に示すステージ（３）の状態とする。このステージ（３）の状態では、充電用キャパシタ１９ｂに蓄積された電荷が放電されて、スイッチＳＷ２及びＳＷbattを介してバッテリ１８に充電される。さらに、外部電源１７から供給された電流は、キャパシタ２２及びスイッチＳＷbattを介してバッテリ１８に充電される。ステップＳ１６の後、図１３のフローチャートにおける処理はステップＳ１１に戻り、以下Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１６→Ｓ１１の処理が繰り返され、ステージ（３）の状態が継続する。

ステージ（３）の状態において、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt等が充電終了閾値に到達すると、ステップＳ１１→リターンに進み、図１２及び図１３のフローチャートによる１回の処理が終了する。また、ステージ（３）の状態において、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap又は温度が所定値に到達する（ステップＳ１２→Ｓ１４又はステップＳ１３→Ｓ１４）と、上述したステージ（２）の状態に戻り、ステップＳ１４→Ｓ１５→Ｓ１４の処理が繰り返される。このように、本実施形態の車両電源システム１０では、外部電源１７からの充電中において、所定の条件に応じてキャパシタ２２に蓄積されている電荷が放電されて、バッテリ１８に充電され、キャパシタ２２への過度の蓄電が防止される。

本発明の第１実施形態の車両電源システム１０によれば、外部電源１７によってキャパシタ２２への充電を行う場合において、キャパシタ２２に蓄積されている電荷を放電してバッテリ１８に充電される（図７のステージ（２））ように、バッテリ充電器である充電装置１９が制御される。このため、外部電源からのキャパシタへの充電によって蓄積された電荷が多い状態（キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが高い状態）が継続するのを防止することができ、キャパシタの劣化の進行を抑制することができる。

また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、外部電源１７によるキャパシタ２２への充電が開始された（図７のステージ（１））後、キャパシタ２２に蓄積されている電荷を放電してバッテリ１８に充電する（図７のステージ（２））ので、キャパシタ２２への過度の蓄電を防止しながら、キャパシタ２２及びバッテリ１８に充電することができる。

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とキャパシタ２２は電気的に直列に接続されている（図５）ので、定格電圧が外部電源１７による充電が可能な下限電圧よりも低いバッテリ１８の電圧をキャパシタ２２の端子間電圧によって容易に嵩上げすることができる。このため、定格電圧が下限電圧よりも低いバッテリ１８を、外部電源１７により容易に充電することができる。

また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、バッテリ１８が外部電源１７から供給された電流、及びキャパシタ２２から放電された電流によって充電される（図７のステージ（２））ので、バッテリ１８の充電電流をキャパシタ２２の充電電流よりも大きくすることができる。この結果、キャパシタ２２への過度の蓄電を防止しながら、バッテリ１８を早期に満充電にすることができる。

さらに、本実施形態の車両電源システム１０によれば、充電中、キャパシタ２２の電圧が所定電圧以上に上昇する（図１３のステップＳ１２→Ｓ１４）と、キャパシタ２２の電荷を放電してバッテリ１８に充電するので、キャパシタ２２への過度の蓄電を防止しながら、バッテリ１８への充電を促進することができる。

また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、充電中、キャパシタ２２の温度が所定温度以上に上昇する（図１３のステップＳ１３→Ｓ１４）と、キャパシタ２２の電荷を放電してバッテリ１８に充電するので、キャパシタ２２への過度の蓄電を防止しながら、バッテリ１８への充電を促進することができる。

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２３を介して外部電源１７に接続される（図５）ので、外部電源１７の電力を、確実に効率良く充電することができる。

次に、図１４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、上述した図１２のフローチャートのステップＳ５において呼び出されるサブルーチンが、第１実施形態の車両電源システムとは異なっている。従って、ここでは本発明の第２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２実施形態において、図１２のステップＳ５から呼び出されるサブルーチンのフローチャートである。図１４のフローチャートによる処理は、充電装置１９の充電コントローラ１９ａによって実行される。

まず、図１４のステップＳ２１においては、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattと所定のバッテリ充電終了閾値の電圧が比較されると共に、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の合計の電圧が、所定の充電終了閾値の電圧と比較される。これらの電圧の両方又は何れか一方が閾値未満の場合にはステップＳ２２に進み、これらの電圧が何れも閾値の電圧以上である場合には、充電を行うことなく図１４に示すフローチャートの１回の処理を終了する。これらの電圧が何れも閾値の電圧以上である場合は満充電状態であり、これ以上充電すると過充電となるため充電は行われない。

一方、ステップＳ２２においては、充電コントローラ１９ａに内蔵されたタイマー（図示せず）による時間の積算が開始される。次いで、ステップＳ２３において、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９の各スイッチに制御信号を送り、充電装置１９を図７の下段に示すステージ（３）の状態にする。このステージ（３）の状態においては、キャパシタ２２及びバッテリ１８に充電が行われる。

さらに、ステップＳ２４においては、ステップＳ２１において積算が開始されたタイマーの積算時間が所定時間に到達したか否かが判断される。所定時間に到達していない場合には、ステップＳ２３に戻り、所定時間に到達するまでステップＳ２３→Ｓ２４→Ｓ２３の処理が繰り返される。なお、ステージ（３）の状態が継続される所定時間は、この間キャパシタ２２への充電を継続してもキャパシタ２２が過充電にならない時間に設定されている。所定時間経過すると、ステップＳ２５に進み、ステップＳ２５においては、タイマーの積算時間がリセットされる。

次に、ステップＳ２６において、充電コントローラ１９ａは、充電装置１９の各スイッチに制御信号を送り、充電装置１９を図７の中段に示すステージ（２）の状態に切り替える。このステージ（２）の状態においては、キャパシタ２２に蓄積された電荷が放電されて、充電用キャパシタ１９ｂに流れ込む。さらに、キャパシタ２２から充電用キャパシタ１９ｂに流れ込んだ電流及び外部電源１７から供給された電流は、充電用キャパシタ１９ｂ及びスイッチＳＷ３を介してバッテリ１８に充電される。従って、ステップＳ２６においては、キャパシタ２２に蓄積されていた電荷が放電され、バッテリ１８に充電される。また、バッテリ１８には、外部電源１７から供給された電荷（電流）、及びキャパシタ２２から放電された電荷（電流）の両方が充電される。

さらに、ステップＳ２７においては、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧が所定電圧以上であるか否かが判断される。充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧が所定電圧未満である場合にはステップＳ２６に戻り、所定電圧以上である場合にはステップＳ２１に戻る。即ち、充電装置１９が図７のステージ（２）の状態にあるときは、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下する一方、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する。従って、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧に到達するまでは、図１４のフローチャートにおいては、ステップＳ２６とＳ２７の処理が繰り返し実行される。

このように、本実施形態においても、ステップＳ２３の実行によるステージ（３）の状態と、ステップＳ２６の実行によるステージ（２）の状態が交互に繰り返され、キャパシタ２２への過充電を防止しながら、キャパシタ２２及びバッテリ１８が充電される。最終的に、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt等が充電終了閾値に到達すると、ステップＳ２１→リターンに進み、図１４のフローチャートによる１回の処理が終了し、充電が完了する。

本発明の第２実施形態の車両電源システムによれば、キャパシタ２２への充電開始後、所定時間経過する（図１４のステップＳ２４→Ｓ２５）と、キャパシタ２２の電荷を放電してバッテリ１８に充電する（図１４のステップＳ２６）ので、簡便な制御でキャパシタ２２への過度の蓄電を防止しながら、バッテリ１８への充電を促進することができる。

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バッテリ充電器を設けておき、このバッテリ充電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（バッテリ充電器）
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 (10)

1. 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、
   複数のスイッチ及び充電用キャパシタを備え、上記バッテリへの充電を行うバッテリ充電器と、
   を有し、
   上記バッテリと上記キャパシタは電気的に直列に接続され、上記バッテリ充電器は、直列に接続された上記バッテリ及び上記キャパシタに対して並列に接続され、
   上記制御器は、外部電源によって上記キャパシタ及び上記バッテリへの充電を行う場合において、上記複数のスイッチを制御して、外部電源から供給された電流を上記キャパシタ及び上記バッテリに充電させ、さらに、上記キャパシタに蓄積した電荷を放電して上記充電用キャパシタに蓄積させ、次いで、外部電源から供給された電荷を上記キャパシタ及び上記バッテリに充電すると共に、上記充電用キャパシタに蓄積された電荷を放電して上記バッテリに充電することを特徴とする車両電源システム。
2. 上記バッテリ充電器はＤＣ－ＤＣコンバータを含み、このＤＣ－ＤＣコンバータは、上記キャパシタの電圧を降圧して上記バッテリに供給し、上記バッテリを充電する請求項１記載の車両電源システム。
3. 上記制御器は、外部電源によって上記キャパシタへの充電が開始された後、上記キャパシタに蓄積されている電荷を放電して上記バッテリに充電されるように、上記バッテリ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. 上記バッテリ充電器は、外部電源による充電を行うとき、上記外部電源から供給された電流、及び上記キャパシタから放電された電流の両方を、上記バッテリに充電する請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両電源システム。
5. 上記制御器は、外部電源による上記キャパシタへの充電中、上記キャパシタの電圧が所定電圧以上に上昇すると、上記キャパシタに蓄積されている電荷を放電して上記バッテリに充電されるように、上記バッテリ充電器を制御する請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両電源システム。
6. 上記制御器は、外部電源による上記キャパシタへの充電中、上記キャパシタの温度が所定温度以上に上昇すると、上記キャパシタに蓄積されている電荷を放電して上記バッテリに充電されるように、上記バッテリ充電器を制御する請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両電源システム。
7. 上記制御器は、外部電源による上記キャパシタへの充電開始後、所定時間経過すると、上記キャパシタに蓄積されている電荷を放電して上記バッテリに充電されるように、上記バッテリ充電器を制御する請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両電源システム。
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７の何れか１項に記載の車両電源システム。
9. 上記バッテリ充電器は、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを備え、上記第１のスイッチは上記キャパシタの一端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他端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一端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他端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、上記キャパシタの他端と上記バッテリの他端を接続することにより、直列に接続されている請求項１乃至８の何れか１項に記載の車両電源システム。
10. 上記バッテリ充電器は、上記第１のスイッチ及び上記第３のスイッチをＯＮ、上記第２のスイッチ及び上記第４のスイッチをＯＦＦとした状態と、上記第１のスイッチ及び上記第３のスイッチをＯＦＦ、上記第２のスイッチ及び上記第４のスイッチＯＮをとした状態とを交互に繰り返すことにより、上記バッテリへの充電を行う請求項９記載の車両電源システム。

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