(57)【要約】【課題】  低圧バッテリの充電をエネルギー効率よく行うことができるようにしたハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システムを提供する。【解決手段】  車両駆動用のモータ１１０に電力を供給する高圧バッテリ１０３と、高圧バッテリ１０３から入力される電圧を第一の電圧に降圧変換して出力する電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１０４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力電圧により充電される低圧バッテリ１０６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と並列に低圧バッテリ１０６と接続されたオルタネータ１１２とを備え、オルタネータ１１２の出力電圧が第一の電圧よりも低く、低圧バッテリ１０６の定格電圧よりも高いことを特徴とする。【選択図】        図１
2006280110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用モータに電力を供給する高圧バッテリと、
前記高圧バッテリから入力される電圧を第一の電圧に降圧変換して出力する電圧変換器と、
前記電圧変換器の出力電圧により充電される低圧バッテリと、
前記電圧変換器と並列に前記低圧バッテリと接続されたエンジンで駆動されるオルタネータと、を備え、
前記オルタネータの出力電圧が前記第一の電圧よりも低く、前記低圧バッテリの定格電圧よりも高いことを特徴とする、ハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システム。
【請求項２】
前記第一の電圧と前記オルタネータの出力電圧との電圧差が所定の電圧差以上に設定されていることを特徴とする、請求項１記載のハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システム。
【請求項３】
前記所定の電圧差は２ボルトであって、
前記第一の電圧は２８．５ボルトであって、
前記低圧バッテリの前記定格電圧は２４ボルトであって、
前記オルタネータの出力電圧は２６．５ボルトである
ことを特徴とする、請求項２記載のハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気自動車に用いて好適なバッテリ充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの駆動によって発電する発電機、走行用バッテリ（高圧バッテリ）及び走行用モータ等を備えたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が実用化されており、ハイブリッド電気自動車には、エンジンの駆動力と走行用モータの駆動力を併用して駆動輪を回転駆動させて走行するパラレル式や、エンジンの駆動力によって発電した電力によって走行用モータを駆動させて走行するシリーズ式及びこれらを融合させたものがある。
【０００３】
ハイブリッド電気自動車では、比較的高電圧（例えば５００Ｖ程度）の走行用バッテリとは別に、比較的低電圧（例えば２４Ｖ）の直流電力を蓄える車載電装品用バッテリ（低圧バッテリ）をそなえ、この低圧バッテリからの電力供給によって車両のヘッドランプやストップランプなどの灯火系電装品、エアコンのコンプレッサーやコンデンサ等の空調系電装品、オーディオ等の音響電装品あるいは、各種コントローラ、ブレーキ用バキュームポンプ等の制御系電装品などの車載電装品を作動させている。
【０００４】
図３に従来のシリーズ式ハイブリッド電気自動車の車載電装品用電源装置における電気回路を示す。図３に示すように、車両の駆動輪１１１に動力伝達可能に連結された走行用モータ１１０には、インバータ１０９を介して高圧バッテリ１０３が接続されている。
発電機１０２は、エンジン１０１の駆動によって発電するようにエンジン１０１に接続されており、発電機コントローラ１０７により作動を制御され、発電電力を充電するためにインバータ１０９を介して高圧バッテリ１０３に接続される。
【０００５】
さらに、低圧バッテリ１０６は、電圧変換機（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１０４を介して高圧バッテリ１０３に接続され、また、低圧バッテリ１０６は、各種車載電装品１０５に接続されている。
したがって、高圧バッテリ１０３の電力がインバータ１０９を介してモータ１１０に供給されてモータ１１０を回転駆動させ、モータ１１０と動力伝達可能に連結された車両の駆動輪１１１を回転駆動させて走行することができる。また、高圧バッテリ１０３に蓄電された電力が減少すると、エンジン１０１を作動して、発電機コントローラ１０７の制御によって発電機１０２を作動させ、発電した電力を高圧バッテリ１０３に蓄電する。
【０００６】
一方、低圧バッテリには、高圧バッテリ１０３に蓄電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって低電圧に変換されて蓄電されるようになっている。そしてこの低圧バッテリ１０６からの電力供給によって各種車載電装品が作動する。
ところで、低圧バッテリ１０６の消費電力量は、電力要求の大きい特定の車載電装品（例えばクーラー、ヘッドライト等）が作動している場合には非常に大きくなるが、上述のような特定の車載電装品が作動しない場合には、低圧バッテリ１０６の消費電力量はそれほど大きくはならない。
【０００７】
したがって、一般的な考えでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の変圧可能電力量を、低圧バッテリ１０６の電力消費が大きい場合に合わせて、変圧可能電力量の大きいものにすることになるが、低圧バッテリ１０６の消費電力量が大きくない場合には、変圧可能電力量に余裕がありすぎる、いわゆるオーバースペックとなる。
一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータは変圧可能電力量が大きい程大型で、且つ、高価になる。したがって、ハイブリッド電気自動車の小型化及び低コスト化のためには、このようなオーバースペックを避けて、ＤＣ／ＤＣコンバータはできるだけ小型で低価格な低容量のものを使用するのが望ましい。
【０００８】
このような課題を解決するために、図３に２点鎖線で示すように、従来の補機用電源回路に、エンジンの駆動によって発電するオルタネータ１１２を設けて、このオルタネータ１１２をＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と並列に、低圧バッテリ１０６と接続して、オルタネータ１１２で発電した電力と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４から出力される電力との２系統から、低圧バッテリに電力を供給するようにした技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
この技術では、低圧バッテリ１０６への電力供給をＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とオルタネータ１０７とで分担して行うので、低圧バッテリ１０６からの電力要求が大きい場合でもＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、比較的変圧可能電力量の小さいものを使用することができ、ハイブリッド電気自動車をより小型化又は低価格化することができる。
ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４及びオルタネータ１１２の出力電圧は、基本的に一定であるが、実際の充電回路部の電圧は、電装品負荷の大きさや、低圧バッテリ１０６の状態によって変動する。
【００１０】
したがって、バッテリに電力を供給する際には、当然ながら電力供給側の電圧はバッテリの最適入力電圧に設定する必要がある。
このため、従来技術においては、例えば低圧バッテリ１０６の定格電圧が２４Ｖ、最適入力電圧が２８．５Ｖ±３Ｖのバッテリを使用する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４及びオルタネータ１１２の出力電圧を共に最適値である２８．５Ｖに設定して低圧バッテリ１０６にＤＣ／ＤＣコンバータ１０４及びオルタネータ１１２との両方から電力が供給されるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−１７４２０１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、電力供給源から低圧バッテリ１０６への充電経路としては、発電機１０２から電力を供給されるＤＣ／ＤＣコンバータ１０４から充電する経路と、エンジンによって駆動されるオルタネータ１１７から充電される経路との２者が考え得るが、一般に前者の方がエネルギー効率が良い。
したがって、ハイブリッド電気自動車の更なる、省エネルギー化、低燃費化を考える場合、通常時においては低圧バッテリ１０５の充電はＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力電力で行い、低圧バッテリ１０６の電力消費が大きく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４からの出力が不足する時にのみ、オルタネータ１１２の電力を補助的に低圧バッテリ１０６に供給させるようにすることが望ましい。
【００１２】
ところが、上述の従来技術では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とオルタネータ１１２との両方の電力が低圧バッテリ１０６に供給されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の電力で低圧バッテリ１０６に十分な電力が供給可能な場合であっても、オルタネータ１１２が発電する電力が低圧バッテリ１０６に供給されてしまい、オルタネータ１１２の発電によって消費される消費トルクによってエンジンの燃費が悪くなってしまう。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、低圧バッテリの充電をエネルギー効率よく行うことができるようにしたハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するために、請求項１に係る本発明のバッテリ充電システムは、車両駆動用モータに電力を供給する高圧バッテリと、前記高圧バッテリから入力される電圧を第一の電圧に降圧変換して出力する電圧変換器と、前記電圧変換器の出力電圧により充電される低圧バッテリと、前記電圧変換器と並列に前記低圧バッテリと接続されたオルタネータとを備え、前記オルタネータの出力電圧が前記第一の電圧よりも低く、前記低圧バッテリの定格電圧よりも高いことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２に係る本発明のバッテリ充電システムは、請求項１のものにおいて、前記第一の電圧と前記オルタネータの出力電圧との電圧差が所定の電圧差以上に設定されていることを特徴としている。
また、請求項３に係る本発明のバッテリ充電システムは、請求項２のものにおいて、前記所定の電圧差は２ボルトであって、前記第一の電圧は２８．５ボルトであって、前記低圧バッテリの前記定格電圧は２４ボルトであって、前記オルタネータの出力電圧は２６．５ボルトであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
したがって、請求項１記載の本発明のバッテリ充電システムによれば、オルタネータの出力電圧が、電圧変換機が出力する第一の電圧よりも低く、低圧バッテリの定格電圧よりも高いので、低圧バッテリの要求電力がそれほど大きくない通常時には、主として電圧変換器から出力される電力が低圧バッテリに蓄電されるので、簡単な構成で低圧バッテリの充電に際してエネルギー効率よく充電を行うことができる。
【００１７】
また、請求項２記載の本発明のバッテリ充電システムによれば、低圧バッテリの要求電力がそれほど大きくない通常時においてオルタネータから低圧バッテリに電力が供給されることを確実に防止することができる。
また、請求項３記載の本発明のバッテリ充電システムによれば、定格電圧が２４Ｖの低圧バッテリに充電を行う際にエネルギー効率よく充電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１，２は本発明の一実施形態に係るバッテリ充電システムを説明するためのものであって、図１は、本実施形態における低圧バッテリの充電システムを示す電気回路である。また、図２は本実施形態における電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力電圧とオルタネータの出力電圧及び充電回路部の電圧（低圧バッテリ１０６の端子電圧）を示すグラフである。なお、図１について、図３の従来技術に相当するものについては同符号を付してある。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のバッテリ充電システムおいては、エンジン１０１、モータコントローラ１０８、インバータ１０９、モータ１１０、駆動輪１１１、エンジン１０１により駆動される発電機１０２、高圧バッテリ１０３、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）１０４、出力電圧２４Ｖの低圧バッテリ１０６及び、エンジン１０１により駆動されるオルタネータ１１２が備えられている。  
【００２０】
車両の駆動輪１１１に動力伝達可能に連結された走行用モータ１１０には、インバータ１０９が接続されている。発電機１０２は、エンジン１０１の駆動によって発電するようにエンジン１０１に接続されており、発電機コントローラ１０７により作動を制御され、発電電力を充電するためにインバータ１０９を介して高圧バッテリ１０３に接続されるとともに発電電力を直接モータ１１０に用いるためモータ１１０に接続されている。なお、高圧バッテリ１０３の定格電圧ＶＨはここでは５００Ｖとする。
【００２１】
さらに、低圧バッテリ１０６には、車両のヘッドランプやストップランプなどの灯火系電装品、エアコンのコンプレッサーやコンデンサ等の空調系電装品、オーディオ等の音響電装品あるいは、ブレーキ用バキュームポンプ等の制御系電装品などの車載電装品１０５が接続され、また、低圧バッテリ１０６はＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して高圧バッテリ１０３に接続されている。また、エンジン１０１には、エンジンの駆動によって発電できるようにオルタネータ１１２が接続されており、オルタネータ１１２は低圧バッテリ１０６に接続されている。発電機コントローラ１０７及びモータコントローラ１０８は車載電装品１０５に含まれる。
【００２２】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、高圧バッテリ１０３から入力された電圧ＶＨ（５００ボルト）の直流電流を所定の低圧レベルの電圧Ｖ１（ここでは２８．５ボルト）の直流電流に降圧変換して出力するように設定され、低圧バッテリ１０６に電力を供給する。また、オルタネータ１１２の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４から出力されるＶ１よりも所定値（ここでは２ボルト）だけ低い電圧Ｖ２（ここでは２６．５ボルト）に設定されており、これらの電圧Ｖ１，Ｖ２はいずれも低圧バッテリ１０６の定格電圧ＶＬ（ここでは２４ボルト）よりも高い設定電圧になっている。
【００２３】
本発明の一実施形態に係るバッテリ充電システムはこのように構成されているので、図示しない車両のメインスイッチをオンにすると、高圧バッテリ１０３に蓄電された電力が、インバータ１０９を介してモータ１１０に供給されてモータ１１０を回転駆動させ、モータ１１０に動力伝達可能に連結された駆動輪１１１を回転させて車両を走行させる。
また、高圧バッテリ１０３に蓄電された電力（直流５００Ｖ）はＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって電圧Ｖ２（２８．５Ｖ）に変換されて低圧バッテリ１０６に蓄電される。そして、低圧バッテリ１０６からの電力供給によって各種車載電装品１０５が作動する。
【００２４】
そして、高圧バッテリ１０３に蓄電された電力が減少すると、エンジン１０１を駆動して、発電機コントローラ１０８の制御によって発電機１０２を作動させて発電を行い、発電機１０２によって発電された電力が高圧バッテリ１０３に蓄電される。
このとき、低圧バッテリ１０５からの電力供給によって消費電力の大きい機器（例えばクーラー、ヘッドライト等）が作動すると、低圧バッテリ１０６からの消費電力量がＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の変圧供給可能電力量よりも大きくなりＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の実際の高電圧回路部の電圧は低下する。
【００２５】
そして、充電回路部の電圧がオルタネータ１１２の出力電圧を下回るとオルタネータ１１２からもエンジンの駆動によって発電した電力を低圧バッテリ１０６に供給する。
図２は、このときのＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力電圧とオルタネータ１１２の出力電圧の変化及び充電回路部の電圧の変化を示すグラフである。図２に示すように、Ｔ０〜Ｔ１の期間では、様々な要因によって僅かに上下変動するものの、充電回路部の電圧はオルタネータ１１２の出力電圧よりも高くなっているので、低圧バッテリ１０６には、主として高圧バッテリ１０６に蓄電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して供給される。
【００２６】
そして、Ｔ１以降は、低圧バッテリ１０６から消費される電力量がＤＣ／ＤＣコンバータ１０４から出力可能な電力量よりも大きくなり、充電回路部の電圧が低下する。
このような、Ｔ１の時点以降には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４に加え、オルタネータ１１２はエンジン１０１の駆動によって発電した電力を低圧バッテリ１０６に供給する。
すなわち、Ｔ１以降の期間においては、低圧バッテリ１０６から消費される電力量が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力可能電力量よりも大きいので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とオルタネータ１１２が協働して低圧バッテリ１０６に電力を供給するようになる。
【００２７】
したがって、図２の期間Ｔ０〜Ｔ１において、低圧バッテリ１０６からの電力消費量がそれほど大きくないときには、低圧バッテリ１０６への電力供給は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって降圧された高圧バッテリ１０３の電力が主としてが供給されて、従来技術のようにエネルギー効率の悪いオルタネータ１１２から低圧バッテリ１０６に電力が供給されることがないので、エネルギー効率よく低圧バッテリ１０６を充電することができる。
【００２８】
また、低圧バッテリ１０６から消費される電力量が大きい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４が出力する電力に加えてオルタネータ１１２が発電する電力も低圧バッテリ１０６に供給されるので、消費電力量が大きい場合にも低圧バッテリ１０６に充電されている電力が不足することはない。また、それに際してＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力可能電力量を小さく抑えることができるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４小型で低価格な低容量のものを使用することができ、車両を小型化または低コスト化することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、高圧バッテリ１０３の定格電圧ＶＨ、低圧バッテリ１０６の定格電圧ＶＬ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、オルタネータ１１２の設定出力電圧Ｖ１，Ｖ２等の値は、本実施形態に示した値に限定されず、オルタネータの出力電圧が電圧変換器の出力電圧よりも所定差圧ΔＶ０以上低く、低圧バッテリの電圧よりも所定差圧ΔＶ１以上高く設定されていれば、それぞれの値は種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態における低圧バッテリの充電システムを示す電気回路図である。
【図２】本発明の一実施形態における電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力電圧とオルタネータの出力電圧及び充電回路部の電圧の時間変化、並びに電装品消費電流及び電圧変換器の最大電流の時間変化を示すグラフである。
【図３】従来のハイブリッド電気自動車の車載電装品用電源装置における電気回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１  エンジン
１０２  発電機
１０３  高圧バッテリ
１０４  ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
１０５  車載電装品
１０６  低圧バッテリ
１０７  発電機コントローラ
１０８  モータコントローラ
１０９  インバータ
１１０  モータ
１１１  駆動輪
１１２  オルタネータ
【図１】
2006280110.tif 000003
【図２】
2006280110.tif 000004
【図３】
2006280110.tif 000005