(57)【要約】【課題】車両の走行用モータを駆動するインバータ回路を常に効率良く動作させることができる車両用電源システムを提供する。【解決手段】  車両用電源システム１は、バッテリ１０、キャパシタ２０、直流電力変換器３０、スイッチ装置５０及び制御装置６０を備える。バッテリ１０とキャパシタ２０が直流電力変換器３０を介して接続される。直流電力変換器３０は双方向絶縁型電力変換器である。制御装置６０は、直流電力変換器３０の変換モード及び出力電圧、並びにスイッチ装置５０のオン・オフ状態を制御する。スイッチ装置５０のオン・オフ状態をそれぞれ所定の状態に設定することにより、バッテリ１０と直流電力変換器３０とが並列接続された状態、インバータ回路ＩＶと直流電力変換器３０とが並列接続された状態、又はバッテリ１０と直流電力変換器３０とが直列接続され、且つバッテリ１０と直流電力変換器３０とが直列接続されて形成された回路がインバータ回路ＩＶに並列接続された状態に設定可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行用モータを駆動する機能と回生電力を出力する機能を備えたインバータ回路及び前記車両の補機に供給される電力を蓄える第１蓄電装置及び第２蓄電装置と、
前記第１蓄電装置及び前記インバータ回路に接続される第１入出力部及び前記第２蓄電装置及び前記補機に接続される第２入出力部を有し、出力電圧値を設定する設定信号に従って、一方の入出力部に供給された直流電力の電圧を変更して他方の入出力部から出力する双方向絶縁型直流電力変換器と、
前記第１入出力部、前記第１蓄電装置、及び前記インバータ回路の接続関係を切り替える複数のスイッチと、
前記双方向絶縁型電力変換器に入力される電力の電圧に応じて、前記設定信号を生成して出力するとともに、前記複数のスイッチのオン・オフ状態をそれぞれ所定の状態に設定することにより、前記第１蓄電装置と前記第１入出力部とが並列接続された状態、前記インバータ回路と前記第１入出力部とが並列接続された状態、又は前記第１蓄電装置と前記第１入出力部とが直列接続され、且つ前記第１蓄電装置と前記第１入出力部とが直列接続されて形成された回路が前記インバータ回路に並列接続された状態に設定する制御装置と、
を備えた車両用電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源システムにおいて、
前記第１蓄電装置は、電気的エネルギーを化学的エネルギーに変換して蓄え、前記蓄えた化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換して放出する装置であり、
前記第２蓄電装置は、電気的エネルギーをそのまま蓄え、前記蓄えた電気的エネルギーをそのまま放出する装置である、車両用電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用電源システムにおいて、
前記第２蓄電装置はキャパシタである、車両用電源システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の車両用電源システムにおいて、
前記制御装置は、前記インバータ回路と前記第１入出力部とが並列接続された状態において、前記第１蓄電装置が前記第１入出力部及び前記インバータ回路から切り離された状態に設定する、車両用電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、車両の走行用モータを駆動するインバータ回路に電力を供給する車両用電源システムが記載されている。この車両用電源システムは、主電源としてのバッテリ（化学電池（例えば、リチウムイオン電池））と、補助電源としてのキャパシタ（物理電池（例えば、電気２重層キャパシタ））とを備えている。特許文献１では、バッテリとキャパシタとが直流電力変換器を介して並列接続されている。直流電力変換器によってキャパシタの出力電圧がバッテリの出力電圧と同等に昇圧される。このように、バッテリの電力とキャパシタの電力とを同時にインバータ回路に供給可能である。
【０００３】
また、例えば、下記特許文献２にも、主電源としてのバッテリと、補助電源としてのキャパシタとを備えた車両用電源システムが記載されている。特許文献２においては、キャパシタの蓄電量が充分であるとき、バッテリとキャパシタとが直接的に直列接続される。そして、バッテリとキャパシタとが直列接続されて形成された蓄電装置からインバータ回路へ電力が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６６９７２号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２６０１０号公報
【発明の概要】
【０００５】
一般に、インバータ回路の電源端子に所定の電圧（定格電源電圧）が印加されているとき、最も効率よく走行用モータを駆動できる。また、一般に、バッテリは、放電時間の経過に従って出力電圧（端子間電圧）が徐々に低下するがその変化幅は比較的小さい（図２参照）。これに対し、放電時間に対するキャパシタの出力電圧（端子間電圧）の変化幅は比較的大きい（図３参照）。
【０００６】
特許文献１においては、キャパシタの出力電圧がバッテリの出力電圧と同等に昇圧される。したがって、バッテリの出力電圧の低下分（図２において網点を付した部分）を、キャパシタの電力を用いて補うことができない。すなわち、特許文献１の構成では、インバータ回路の電源電圧を前記所定の値に保つことができない。よって、車両の走行用モータを効率よく駆動し続けることができない。
【０００７】
一方、特許文献２においては、バッテリとキャパシタとが直列接続されているので、バッテリの出力電圧とキャパシタの出力電圧とを加算した電圧がインバータ回路の電源端子に印加される。ただし、特許文献２の構成において、バッテリ及びキャパシタの電力がインバータ回路にて消費されていくに従ってバッテリ及びキャパシタの出力電圧が低下していく。とくに、キャパシタの出力電圧が大きく低下する。このように、特許文献２の構成では、インバータ回路の電源電圧を前記所定の値に保つことができない。よって、車両の走行用モータを効率よく駆動し続けることができない。
【０００８】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、車両の走行用モータを効率良く駆動できる車両用電源システムを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両の走行用モータ（ＭＴ）を駆動する機能と回生電力を出力する機能を備えたインバータ回路（ＩＶ）及び前記車両の補機（ＡＣ）に供給される電力を蓄える第１蓄電装置（１０）及び第２蓄電装置（２０）と、前記第１蓄電装置及び前記インバータ回路に接続される第１入出力部（３１）及び前記第２蓄電装置及び前記補機に接続される第２入出力部（３２）を有し、出力電圧値を設定する設定信号（ＣＳ３０）に従って、一方の入出力部に供給された直流電力の電圧を変更して他方の入出力部から出力する双方向絶縁型直流電力変換器（３０）と、前記第１入出力部、前記第１蓄電装置、及び前記インバータ回路の接続関係を切り替える複数のスイッチ（５１，５２，５３）と、前記双方向絶縁型電力変換器に入力される電力の電圧（Ｖ１０，Ｖ２０，ＶＩＶ）に応じて、前記設定信号を生成して出力するとともに、前記複数のスイッチのオン・オフ状態をそれぞれ所定の状態に設定することにより、前記第１蓄電装置と前記第１入出力部とが並列接続された状態、前記インバータ回路と前記第１入出力部とが並列接続された状態、又は前記第１蓄電装置と前記第１入出力部とが直列接続され、且つ前記第１蓄電装置と前記第１入出力部とが直列接続されて形成された回路が前記インバータ回路に並列接続された状態に設定する制御装置（６０）と、を備えた車両用電源システム（１）としたことにある。なお、双方向絶縁型直流電力変換器とは、前記第１入出力部に供給された直流電力の電圧を設定信号に従って変換した直流電力を前記第２入出力部から出力する動作モードと、前記第２入出力部に供給された直流電力の電圧を設定信号に従って変換した直流電力を前記第１入出力部から出力する動作モードとを備え、前記第１入出力部側の回路と前記第２入出力部側の回路とが電気的に絶縁されている装置を意味する。
【００１０】
この場合、前記第１蓄電装置は、電気的エネルギーを化学的エネルギーに変換して蓄え、前記蓄えた化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換して放出する装置であり、前記第２蓄電装置は、電気的エネルギーをそのまま蓄え、前記蓄えた電気的エネルギーをそのまま放出する装置であると良い。なお、第２蓄電装置は、第１蓄電装置に比べて内部抵抗が小さく、且つ充放電を繰り返すことによる劣化が少ない装置であると良い。
【００１１】
また、この場合、前記第２蓄電装置はキャパシタであるとよい。
【００１２】
一般に、車両の走行用モータを駆動するインバータ回路の電源電圧と補機の電源電圧は異なる。本発明に係る車両用電源システムの第１蓄電装置を主にインバータ回路の電源として用い、第２蓄電装置を主に補機の電源として用いることができる。
【００１３】
また、本発明に係る車両用電源システムにおいては、第１蓄電装置とインバータ回路とが並列接続された状態に設定しておけば、インバータ回路から出力された回生電力を用いて第１蓄電装置を充電できる。すなわち、回電電力を第１蓄電装置に回収できる。この場合、双方向絶縁型直流電力変換器を停止させておけばよい。
【００１４】
また、本発明に係る車両用電源システムにおいては、次のようにして第２蓄電装置を充電可能である。まず、第１蓄電装置と第１入出力部とが並列接続された状態に設定する。そして、第１入出力部に第１蓄電装置の電力を供給し、その電圧を補機の電源電圧と同一の電圧に変換して第２入出力部から出力する。これにより、第２蓄電装置を補機の電源電圧と同一の電圧で充電できる。また、次のようにして第２蓄電装置を充電することもできる。まず、インバータ回路と第１入出力部とが並列接続された状態に設定する。つぎに、インバータ回路から出力された回生電力を第１入出力部に第１蓄電装置の電力を供給し、その電圧を補機の電源電圧と同一の電圧に変換して第２入出力部から出力する。これによっても、第２蓄電装置を補機の電源電圧と同一の電圧で充電できる。
【００１５】
また、次のようにしてインバータ回路を駆動可能である。まず、第１蓄電装置と第１入出力部とが直列接続された状態に設定し、さらに、前記第１蓄電装置と第１入出力部とが直列接続されて形成された回路をインバータ回路に並列接続された状態に設定する。そして、第２蓄電装置の電力を第２入出力部に供給し、その電圧を次のように変換して第１入出力部から出力する。具体的には、第１蓄電装置の出力電圧と第１入出力部の出力電圧との和がインバータ回路の定格電源電圧に等しくなるように、第２入出力部に入力された電力の電圧を変換する。これにより、インバータ回路の電源電圧を定格電源電圧に保つことができる。したがって、本発明によれば、車両の走行用モータを常に効率良く駆動できる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴は、前記制御装置は、前記インバータ回路と前記第１入出力部とが並列接続された状態において、前記第１蓄電装置が前記第１入出力部及び前記インバータ回路から切り離された状態に設定する、車両用電源システムとしたことにある。  
【００１７】
本発明によれば、インバータ回路から出力された回生電力を用いて、第２蓄電装置を優先的に充電できる。これによれば、第１蓄電装置の劣化を抑制できる。ここで、一般に、キャパシタ（物理電池（例えば、電気２重層キャパシタ））は、バッテリ（化学電池（例えば、リチウムイオン電池））と比べて劣化し難い。そのため、例えば、第１蓄電池としてリチウムイオン電池を採用し、第２蓄電装置として電気２重層キャパシタを採用した場合に、回生電力を用いて電気２重層キャパシタを優先的に充電すれば、リチウムイオン電池の充放電回数を低減でき、リチウムイオン電池の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る車両用電源システムの回路図である。
【図２】バッテリの出力電圧特性の一例を示すグラフである。
【図３】キャパシタの出力電圧特性の一例を示すグラフである。
【図４】始動時のスイッチ装置のオン・オフ状態及び電力供給経路を示す回路図である。
【図５】回転駆動時のスイッチ装置のオン・オフ状態及び電力供給経路を示す回路図である。
【図６】回生電力を用いてキャパシタを充電する際のスイッチ装置のオン・オフ状態及び電力供給経路を示す回路図である。
【図７】回生電力を用いてバッテリを充電する際のスイッチ装置のオン・オフ状態及び電力供給経路を示す回路図である。
【図８】始動プログラムのフローチャートである。
【図９】放電プログラムのフローチャートである。
【図１０】充電プログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る車両用電源システム１について説明する。まず、車両用電源システム１が適用された車両の概略について説明する。車両用電源システム１は、図１に示すように、車両（電気自動車又はハイブリッド車）の推進装置ＤＤ及び補機ＡＣに接続されている。車両用電源システム１は、推進装置ＤＤ及び補機ＡＣに直流電力を供給する。推進装置ＤＤは、走行用モータＭＴ及びインバータ回路ＩＶを備える。走行用モータＭＴは、三相交流電動機である。インバータ回路ＩＶは、車両用電源システム１から供給された直流電力を三相交流電力（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）に変換して走行用モータＭＴに供給する。インバータ回路ＩＶの定格電源電圧は、例えば２００Ｖである。また、インバータ回路ＩＶは、車両の制動時の回生電力を車両用電源システム１に供給する。車両用電源システム１は、インバータ回路ＩＶから供給された回生電力を蓄える。なお、補機ＡＣは、エアコン、オーディオ装置、照明装置などを含む。補機ＡＣの電源電圧は、例えば１５Ｖである。
【００２０】
つぎに、車両用電源システム１の構成について説明する。車両用電源システム１は、バッテリ１０、キャパシタ２０、直流電力変換器３０、直流電力変換器４０、スイッチ装置５０及び制御装置６０を備える。
【００２１】
バッテリ１０は、電気化学反応を利用した充放電可能な電池（化学電池）である。つまり、バッテリ１０は、充電時には、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、放電時には、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して放出する。例えば、バッテリ１０として、リチウムイオン電池が用いられる。バッテリ１０の容量は、例えば、６．５Ａｈである。バッテリ１０の定格出力電圧は、例えば２００Ｖである。図２に例示するように、バッテリ１０の放電時間ｔ１０に対する、出力電圧Ｖ１０（正極端子ＴＰ１０と負極端子ＴＮ１０との間の電圧）の変化は比較的小さい。なお、バッテリ１０は、充放電に際し電気化学反応を伴うため、急速な充放電（比較的大きな電流の入出力）には適さない。また、充放電を繰り返すことにより、バッテリ１０は次第に劣化する。例えば、容量が減少する。
【００２２】
キャパシタ２０は、バッテリ１０とは異なり、電気エネルギーをそのまま蓄える。キャパシタ２０として、例えば、電気二重層キャパシタが用いられる。キャパシタ２０の容量は、例えば、０．８Ａｈである。図３に例示するように、キャパシタ２０の放電時間ｔ２０に対する、出力電圧Ｖ２０（正極端子ＴＰ２０と負極端子ＴＮ２０との間の電圧）の変化は比較的大きい。キャパシタ２０は、充放電に際し電気化学反応を伴わないため、急速な充放電（比較的大きな電流の入出力）が可能である。また、バッテリ１０に比べて、耐久性が高い（劣化し難い）。ただし、上記のように、バッテリ１０に比べて容量が小さい。なお、図２及び図３に示すグラフの縦軸と横軸のスケール（倍率）は無関係である。また、図２及び図３に示すグラフは一例である。また、出力電圧Ｖ１０及び出力電圧Ｖ２０の変化特性は、負荷の変動の影響も受ける。
【００２３】
直流電力変換器３０は、周知の双方向絶縁型直流電力変換機である。すなわち、直流電力変換器３０は、入力された電力の電圧を降下させる機能と、電圧を上昇させる機能を有する。図１に示すように、直流電力変換器３０は、コイル、キャパシタ及び複数のトランジスタなどから構成されたスイッチング回路（ブリッジ回路）ＳＣ１、スイッチング回路（ブリッジ回路）ＳＣ２及びトランスＴを備える。スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２とがトランスＴを介して接続されている。したがって、スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２とは電気的には絶縁されているが、電磁気的には接続されている。なお、図１においては、前記複数のトランジスタを簡易的にスイッチとして記載している。
【００２４】
直流電力変換器３０は、入出力部３１（正極端子ＴＰ３１と負極端子ＴＮ３１）と入出力部３２（正極端子ＴＰ３２と負極端子ＴＮ３２）とを備える。入出力部３１（正極端子ＴＰ３１と負極端子ＴＮ３１）は、スイッチング回路ＳＣ１の端子部であって、トランスＴとは反対側の端子部に相当する。また、入出力部３２（正極端子ＴＰ３２と負極端子ＴＮ３２）は、スイッチング回路ＳＣ２の端子部であって、トランスＴとは反対側の端子部に相当する。直流電力変換器３０は、入出力部３１（正極端子ＴＰ３１と負極端子ＴＮ３１との間）に入力された直流電力を変換して、入出力部３２（正極端子ＴＰ３２と負極端子ＴＮ３２との間）に直流電力を出力する。この動作モードを第１変換モードと呼ぶ。また、直流電力変換器３０は、入出力部３２に入力された直流電力を変換して、入出力部３１に直流電力を出力する。この動作モードを第２変換モードと呼ぶ。前記複数のトランジスタのオン・オフ状態の切り替え周期及びデューティ比が後述する制御装置６０によって制御される。これにより、直流電力変換器３０の動作モード（第１変換モード又は第２変換モード）が決定されるとともに、第１変換モードにおける入出力部３２からの出力電圧値（正極端子ＴＰ３２と負極端子ＴＮ３２との間の電圧値）、及び第２変換モードにおける入出力部３１からの出力電圧値（正極端子ＴＰ３１と負極端子ＴＮ３１との間の電圧値）が制御される。なお、前記複数のトランジスタのオン・オフ状態の切り替え周期及びデューティ比が、本発明の設定信号ＣＳ３０に相当する。
【００２５】
直流電力変換器４０は、周知の降圧型直流電力変換器である。すなわち、直流電力変換器４０は、入力された電力の電圧を降下させる機能を有する。直流電力変換器４０は、例えば、降圧型チョッパ回路から構成されている。直流電力変換器４０は、入力部４１（正極端子ＴＰ４１と負極端子ＴＮ４１）と出力部４２（正極端子ＴＰ４２と負極端子ＴＮ４２）とを備える。入力部４１（正極端子ＴＰ４１と負極端子ＴＮ４１）は、降圧型チョッパ回路の入力側（高電圧側）の端子部に相当する。また、出力部４２（正極端子ＴＰ４２と負極端子ＴＮ４２）は、降圧型チョッパ回路の出力側（低電圧側）の端子部に相当する。直流電力変換器４０は、入力部４１（正極端子ＴＰ４１と負極端子ＴＮ４１との間）に入力された直流電力（高電圧）を変換して、出力部４２（正極端子ＴＰ４２と負極端子ＴＮ４２との間）に直流電力（低電圧）を出力する。降圧型チョッパ回路を構成する複数のトランジスタのオン・オフ状態の切り替え周期及びデューティ比（設定信号ＣＳ４０）が後述する制御装置６０によって制御される。これにより、出力部４２からの出力電圧値（正極端子ＴＰ４２と負極端子ＴＮ４２との間の電圧値）が制御される。
【００２６】
スイッチ装置５０は、スイッチ５１乃至スイッチ５３から構成されている。スイッチ５１は、バッテリ１０の正極端子ＴＰ１０と直流電力変換器３０の正極端子ＴＰ３１との間に設けられている。スイッチ５２は、バッテリ１０の正極端子ＴＰ１０と直流電力変換器３０の負極端子ＴＮ３１との間に設けられている。スイッチ５３は、直流電力変換器３０の負極端子ＴＮ３１とグランド（基準電位）ＧＮＤとの間に設けられている。
【００２７】
バッテリ１０の負極端子ＴＮ１０、キャパシタ２０の負極端子ＴＮ２０、直流電力変換器３０の負極端子ＴＮ３２、直流電力変換器４０の負極端子ＴＮ４１，ＴＮ４２、補機ＡＣの電源端子の負極端子ＴＮＡＣ、インバータ回路ＩＶの電源端子の負極端子ＴＮＩＶがグランドＧＮＤに接続されている。直流電力変換器３０の正極端子ＴＰ３１がインバータ回路ＩＶの電源端子の正極端子ＴＰＩＶに接続されている。バッテリ１０の正極端子ＴＰ１０がスイッチ５１を介して直流電力変換器３０の正極端子ＴＰ３１に接続されている。また、バッテリ１０の正極端子ＴＰ１０がスイッチ５２を介して直流電力変換器３０の負極端子ＴＮ３１に接続されている。直流電力変換器３０の負極端子ＴＮ３１がスイッチ５３を介してグランドＧＮＤに接続されている。直流電力変換器３０の正極端子ＴＰ３２がキャパシタ２０の正極端子ＴＰ２０に接続されている。キャパシタ２０の正極端子ＴＰ２０が直流電力変換器４０の正極端子ＴＰ４１に接続されている。直流電力変換器４０の正極端子ＴＰ４２が補機ＡＣの電源端子の正極端子ＴＰＡＣに接続されている。
【００２８】
スイッチ５１がオン状態に設定され、スイッチ５２がオフ状態に設定され、且つスイッチ５３がオン状態に設定された状態（図４参照）は、入出力部３１が、バッテリ１０に並列接続された状態に相当する。スイッチ５１がオフ状態に設定され、スイッチ５２がオン状態に設定され、且つスイッチ５３がオフ状態に設定された状態（図５参照）は、入出力部３１が、バッテリ１０に直列接続された状態に相当する。スイッチ５１がオフ状態に設定され、スイッチ５２がオフ状態に設定され、且つスイッチ５３がオン状態に設定された状態（図６参照）は、入出力部３１がインバータ回路ＩＶに並列接続された状態に相当する。この状態では、バッテリ１０は、入出力部３１及びインバータ回路ＩＶから切り離されている。スイッチ５１がオン状態に設定され、スイッチ５２がオフ状態に設定され、且つスイッチ５３がオフ状態に設定された状態（図７参照）は、バッテリ１０がインバータ回路ＩＶに並列接続された状態に相当する。このとき、スイッチング回路ＳＣ１はフローティング状態である。
【００２９】
制御装置６０は、演算装置及び記憶装置を備える。演算装置は、記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムに従って動作する。演算装置は、車両の速度・加速度、アクセルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量などに基づいて、スイッチ装置５０を構成するスイッチ５１乃至スイッチ５３のオン・オフ状態を切り替える。また、演算装置は、直流電力変換器３０に入力される電力の電圧（バッテリ１０の出力電圧Ｖ１０、キャパシタ２０の出力電圧Ｖ２０、及び回生時におけるインバータ回路ＩＶの出力電圧ＶＩＶ）を検出する。演算装置は、その検出結果に基づいて設定信号ＣＳ３０，ＣＳ４０を生成して、直流電力変換器３０，４０に出力する。なお、車両の速度・加速度、アクセルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量などを、制御装置６０が直接的に検出してもよいし、車両全体の動作を制御する他の制御装置（ＥＣＵ）から、それらの検出結果を取得してもよい。
【００３０】
つぎに、車両用電源システム１の動作について具体的に説明する。運転者が車両に搭乗し、車両の制御システムが起動されると、制御装置６０は、図８に示す始動プログラムを実行する。制御装置６０は、ステップＳ１０にて、始動処理を開始すると、次のステップＳ１１にて、スイッチ装置５０を初期化する。すなわち、スイッチ５１乃至スイッチ５３をオフ状態に設定する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１２にて、キャパシタ２０の出力電圧Ｖ２０を検出する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１３にて、キャパシタ２０の蓄電量が充分であるか否かを判定する。具体的には、前記検出した出力電圧Ｖ２０が所定の電圧ＶＴ２０以上（図３参照（例えば、１２Ｖ以上））であるか否かを判定する。前記検出した出力電圧Ｖ２０が所定の電圧ＶＴ２０以上であるとき、制御装置６０は、「Ｙｅｓ」と判定して、後述するステップＳ１４及びステップＳ１５をスキップし、ステップＳ１６にて始動処理を終了する。
【００３１】
一方、前記検出した出力電圧Ｖ２０が所定の電圧ＶＴ２０より小さいとき、制御装置６０は、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１４及びステップＳ１５の処理を実行して、バッテリ１０の電力を用いて、キャパシタ２０を充電する。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ１４にて、バッテリ１０と入出力部３１とが並列接続されるように、スイッチ装置５０を操作する。すなわち、スイッチ５１がオン状態に設定され、スイッチ５２がオフ状態に設定され、且つスイッチ５３がオン状態に設定される（図４参照）。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１５にて、直流電力変換器３０が第１変換モードで機能し、且つ直流電力変換器３０の入出力部３２の出力電圧Ｖ３２が所定の電圧（補機ＡＣの電源電圧（例えば１５Ｖ））になるような設定信号ＣＳ３０を生成して出力する。これにより、バッテリ１０の電力を用いて、キャパシタ２０が充電される。そして、制御装置６０は、ステップＳ１６にて、始動処理を終了する。なお、始動処理において、走行用モータＭＴは停止している。
【００３２】
つぎに、制御装置６０は、直流電力変換器４０の出力部４２の出力電圧Ｖ４２が補機ＡＣの電源電圧（例えば１５Ｖ））になるような設定信号ＣＳ４０を生成して出力する。すなわち、キャパシタ２０の出力電圧Ｖ２０が変動したとしても、補機ＡＣの電源電圧が一定に保たれる。
【００３３】
つぎに、制御装置６０は、車両の速度・加速度、アクセルペダルの踏み込み量及びブレーキペダルの踏み込み量などに基づいて、走行用モータＭＴの制御状態（回転駆動状態又は回生制動状態）を検出する。制御装置６０は、走行用モータＭＴを回転駆動状態に移行させることを検出すると、図９に示す、放電プログラムを実行して、バッテリ１０及びキャパシタ２０の電力をインバータ回路ＩＶへ供給する。制御装置６０は、ステップＳ２０にて、放電処理を開始する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２１にて、バッテリ１０と入出力部３１とが直列接続されるように、スイッチ装置５０を操作する。すなわち、スイッチ５１がオフ状態に設定され、スイッチ５２がオン状態に設定され、且つスイッチ５３がオフ状態に設定される（図５参照）。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２２にて、バッテリ１０の出力電圧Ｖ１０を検出する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２３にて、直流電力変換器３０が第２変換モードで機能し、且つ前記検出した出力電圧Ｖ１０と直流電力変換器３０の入出力部３１の出力電圧Ｖ３１との和（Ｖ１０＋Ｖ３１）がインバータ回路ＩＶの定格電源電圧に等しくなるような設定信号ＣＳ３０を生成して出力する。そして、制御装置６０は、ステップＳ２２に処理を進める。制御装置６０は、ステップＳ２２及びステップＳ２３からなる一連の処理を繰り返し実行する。図２に示すように、バッテリ１０の出力電圧Ｖ１０は、放電時間ｔ１０の経過（蓄電量の減少）に従って低下していくが、その低下分（図２において斜線を付した部分）が、直流電力変換器３０を用いてキャパシタ２０の出力電圧Ｖ２０を昇圧又は降圧することにより補われる。制御装置６０は、放電処理中に、走行用モータＭＴを回生制動状態に移行させることを検出すると、放電処理を終了し、次に説明する充電処理に移行する。
【００３４】
制御装置６０は、走行用モータＭＴを回生制動状態に移行させることを検出すると、制御装置６０は、図１０に示す、充電プログラムを実行して、回生電力を用いてキャパシタ２０又はバッテリ１０を充電する。制御装置６０は、ステップＳ３０にて、充電処理を開始する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ３１にて、キャパシタ２０の出力電圧Ｖ２０を検出する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ３２にて、インバータ回路ＩＶから出力された回生電力を用いてキャパシタ２０を充電可能か否かを判定する。具体的には、前記検出した出力電圧Ｖ２０が、所定の電圧ＶＴ２０以上であるか否かを判定する。前記検出した出力電圧Ｖ２０が、所定の電圧ＶＴ２０より小さいとき、制御装置６０は、「Ｙｅｓ」（つまり、キャパシタ２０を充電可能）と判定し、ステップＳ３３に処理を進める。
【００３５】
つぎに、制御装置６０は、ステップＳ３３にて、インバータ回路ＩＶと入出力部３１とが並列接続されるように、スイッチ装置５０を操作する。すなわち、スイッチ５１がオン状態に設定され、スイッチ５２がオフ状態に設定され、且つスイッチ５３がオン状態に設定される（図６参照）。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ３４にて、直流電力変換器３０が第１変換モードで動作し、且つ直流電力変換器３０の入出力部３２の出力電圧Ｖ３２が所定の電圧（補機ＡＣの電源電圧（例えば１５Ｖ））になるような設定信号ＣＳ３０を生成して出力する。これにより、インバータ回路ＩＶから出力された回生電力を用いてキャパシタ２０が充電される。なお、回生電力は、補機ＡＣの駆動にも利用される。そして、制御装置６０は、ステップＳ３２に処理を進める。
【００３６】
一方、ステップＳ３２において、前記検出した出力電圧Ｖ２０が、所定の電圧ＶＴ２０以上であるとき、制御装置６０は、「Ｎｏ」（つまり、キャパシタ２０を充電不能）と判定する。つまり、制御装置６０は、キャパシタ２０の蓄電量は充分であると判定する。この場合、制御装置６０は、制御装置６０は、インバータ回路ＩＶから出力された回生電力を用いてバッテリ１０を充電する。
【００３７】
制御装置６０は、ステップＳ３５にて、制御装置６０は、インバータ回路ＩＶとバッテリ１０とが並列接続されるように、スイッチ装置５０を操作する。すなわち、スイッチ５１がオン状態に設定され、スイッチ５２がオフ状態に設定され、且つスイッチ５３がオフ状態に設定される（図７参照）。この状態では、直流電力変換器３０は停止され、補機ＡＣは、キャパシタ２０の電力を用いて駆動される。そして、制御装置６０は、ステップＳ３２に処理を進める。
【００３８】
上記のように、本実施形態では、走行用モータＭＴの回生制動中においてインバータ回路ＩＶから出力される回生電力を用いてキャパシタ２０が優先的に充電される。なお、制御装置６０は、走行用モータＭＴを回転駆動状態に移行させることを検出すると、充電処理を終了し、放電処理に移行する。このように、車両の走行中に、放電処理と充電処理が交互に実行される。
【００３９】
上記のように、車両用電源システム１では、キャパシタ２０の電力が直流電力変換器３０によって変換されて入出力部３１から出力される。そして、バッテリ１０と入出力部３１とが直列接続される。この状態において、バッテリ１０の出力電圧Ｖ１０と直流電力変換器３０の入出力部３１の出力電圧Ｖ３１との和（Ｖ１０＋Ｖ３１）がインバータ回路ＩＶの定格電源電圧に等しくなるように、直流電力変換器３０が制御される。これにより、インバータ回路ＩＶの電源電圧を定格電源電圧に保つことができる。よって、走行用モータＭＴを常に効率よく駆動できる。
【００４０】
また、比較的耐久性の高い（劣化し難い）キャパシタ２０が回生電力を用いて優先的に充電される。したがって、バッテリ１０の充放電回数を低減できる。よって、バッテリ１０の劣化を抑制できる。
【００４１】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４２】
上記実施形態においては、バッテリ１０としてリチウムイオン電池を採用しているが、他の方式の二次電池を採用しても良い。また、キャパシタ２０として、電気二重層キャパシタを採用しているが、他の方式のキャパシタを採用しても良い。また、直流電力変換器３０として、スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２とトランスＴを介して接続した装置を採用しているが、入出力部３１と入出力部３２との間で双方向に電力を変換でき、且つ入出力部３１側の回路と入出力部３２側の回路とが電気的に絶縁されている方式であれば、他の方式の装置を採用しても良い。
【００４３】
また、補機ＡＣを構成する装置（エアコン、オーディオ装置、照明装置など）の電源電圧値が異なる場合には、それらの装置ごとに、直流電力変換器４０を設けてもよい。
【００４４】
また、放電処理において、一時的（例えば高速走行時）に高い負荷に対応するため、出力電圧Ｖ１０と出力電圧Ｖ３１との和（Ｖ１０＋Ｖ３１）がインバータ回路ＩＶの定格電源電圧よりも少し高くなるように、直流電力変換器３０を制御してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・車両用電源システム、１０・・・バッテリ、２０・・・キャパシタ、３０，４０・・・直流電力変換器、３１・・・入出力部、３２・・・入出力部、４１・・・入力部、４２・・・出力部、５１・・・スイッチ、５２・・・スイッチ、５３・・・スイッチ、６０・・・制御装置、ＡＣ・・・補機、ＣＳ３０，ＣＳ４０・・・設定信号、ＤＤ・・・推進装置、ＧＮＤ・・・グランド、ＩＶ・・・インバータ回路、ＭＴ・・・走行用モータ、ＳＣ１・・・スイッチング回路、ＳＣ２・・・スイッチング回路、Ｔ・・・トランス、Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４２・・・出力電圧、ｔ１０・・・放電時間、ｔ２０・・・放電時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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