(57)【要約】【課題】本発明では、高電位バッテリや駆動モータのサイズを大きくすることなく、駆動モータから大出力を得ることができる車両用電源装置を提供することを課題とする。【解決手段】車両用電源装置１は、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２とを備え、この高電位バッテリ１１のみから駆動モータＭに電力を供給する状態と、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２とを直列に接続させてその電力を駆動モータＭに供給する状態とを切り換える第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２と、車両の運転状態を検知する運転状態検知手段１４と、この運転状態検知手段１４で検知した運転状態がエンジン始動時であるときに第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２を高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２が直列接続されるように制御する制御装置１５とを備えている。【選択図】　　　　図１
2004116296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを始動または補助する駆動モータ用の主電池と、
車載補機用の補助電池とを備える車両用電源装置であって、
前記主電池のみから前記駆動モータに電力を供給する状態と、前記主電池と前記補助電池とを直列に接続させてその電力を駆動モータに供給する状態とを切り換える切換器と、
車両の運転状態を検知する運転状態検知手段と、
この運転状態検知手段で検知した運転状態がエンジン始動時であるときに前記切換器を前記主電池と前記補助電池が直列接続されるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
エンジンを始動または補助する駆動モータ用の主電池と、
車載補機用の補助電池とを備える車両用電源装置であって、
前記主電池のみから前記駆動モータに電力を供給する状態と、前記主電池と前記補助電池とを直列に接続させてその電力を駆動モータに供給する状態とを切り換える切換器と、
車両の運転状態を検知する運転状態検知手段と、
この運転状態検知手段で検知した運転状態が前記駆動モータで前記エンジンを補助的に駆動するアシスト状態であるときに前記切換器を前記主電池と前記補助電池が直列接続されるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置であって、
前記運転状態検知手段で検知した運転状態が減速時で回生発電量が所定値以上であるときに前記切換器を前記主電池と前記補助電池が直列接続されるように前記制御装置で制御することを特徴とする車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車に搭載する車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンと駆動モータを搭載するハイブリッド車（ＨＥＶ）の車両用電源装置は、駆動モータに電力を供給するための高電位バッテリ（４２Ｖバッテリ）と、スタータ等の車載補機類に電力を供給するための低電位バッテリ（１２Ｖバッテリ）とを主に備えている。そして、このハイブリッド車では、エンジン始動時や車両の加速時等においてエンジンをアシストするために駆動モータを利用しており、この駆動モータは高電位バッテリのみからの電力により駆動される。また、このハイブリッド車では、車両の減速時において駆動モータを発電機として利用しており、この駆動モータで発電された電気は高電位バッテリに充電されるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータで降圧されて低電位バッテリに充電される。そのため、この高電位バッテリと低電位バッテリは、それぞれ駆動モータに対して並列に接続されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２８３０５号公報（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のハイブリッド車では、エンジン始動時等に駆動モータからの大出力を得るために高電位バッテリのみから大電流を供給するので、その分電圧が低下しないように高電位バッテリのサイズを大きくしなければならなかった。また、高電位バッテリの電圧を変えずにエンジン始動時等に必要な大出力を得るためには大電流を供給するので、駆動モータ自体のサイズを大きくする必要があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、高電位バッテリや駆動モータのサイズを大きくすることなく、駆動モータから大出力を得ることができる車両用電源装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、エンジンを始動または補助する駆動モータ用の主電池と、車載補機用の補助電池とを備える車両用電源装置であって、前記主電池のみから前記駆動モータに電力を供給する状態と、前記主電池と前記補助電池とを直列に接続させてその電力を駆動モータに供給する状態とを切り換える切換器と、車両の運転状態を検知する運転状態検知手段と、この運転状態検知手段で検知した運転状態がエンジン始動時であるときに前記切換器を前記主電池と前記補助電池が直列接続されるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、運転者がエンジンを始動させると、その運転状態がエンジン始動時の状態であることが運転状態検知手段で検知される。そして、この運転状態検知手段からの信号に基づいて制御装置が主電池と補助電池とが直列接続されるように切換器を切り換え、これら二つの電池の電力により駆動モータを駆動させる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、エンジンを始動または補助する駆動モータ用の主電池と、車載補機用の補助電池とを備える車両用電源装置であって、前記主電池のみから前記駆動モータに電力を供給する状態と、前記主電池と前記補助電池とを直列に接続させてその電力を駆動モータに供給する状態とを切り換える切換器と、車両の運転状態を検知する運転状態検知手段と、この運転状態検知手段で検知した運転状態が前記駆動モータで前記エンジンを補助的に駆動するアシスト状態であるときに前記切換器を前記主電池と前記補助電池が直列接続されるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、たとえばアクセル開度（アクセルの踏み込み量）が所定値以上となると、その運転状態がエンジンを補助的に駆動するアシスト状態であることが運転状態検知手段で検知される。そして、この運転状態検知手段からの信号に基づいて制御装置が主電池と補助電池とが直列接続されるように切換器を切り換え、これら二つの電池の電力により駆動モータを駆動させる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置であって、前記運転状態検知手段で検知した運転状態が減速時で回生発電量が所定値以上であるときに前記切換器を前記主電池と前記補助電池が直列接続されるように前記制御装置で制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明による作用に加え、車両を減速させたときに回生発電量が所定値以上になると、回生発電量が所定値以上となる運転状態であることが運転状態検知手段で検知される。そして、この運転状態検知手段からの信号に基づいて制御装置が主電池と補助電池とが直列接続されるように切換器を切り換え、これら二つの電池に駆動モータからの大電力を充電させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係る車両用電源装置の詳細について説明する。参照する図面において、図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置を示す回路図であり、低電位バッテリと高電位バッテリとが並列状態である場合を示す回路図（ａ）と、低電位バッテリと高電位バッテリとが直列状態である場合を示す回路図（ｂ）である。図２は、図１の車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００１３】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、車両用電源装置１は、エンジンＥを始動または補助する駆動モータＭに電力を供給する高電位バッテリ（主電池）１１と、ヘッドライト等の車載補機Ｈに電力を供給する低電位バッテリ（補助電池）１２とを主に備えている。また、この車両用電源装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、第１のスイッチ（切換器）Ｓ１、第２のスイッチ（切換器）Ｓ２、運転状態検知手段１４および制御装置１５を備えている。駆動モータＭは、いわゆる３相モータであり、平滑コンデンサＳＣやインバータコントローラＩＣで制御されるインバータＩを介して配線に接続されている。
【００１４】
高電位バッテリ１１は、最大に充電されたときの電圧が４２Ｖとなるバッテリであり、三つの低電位バッテリ１２（一般に１２Ｖバッテリと呼ばれる）が組み合わされて構成されている。そして、この高電位バッテリ１１は、そのプラス端子がインバータＩに接続され、そのマイナス端子が第２のスイッチＳ２を介してアースＧＮＤ２に接地されている。低電位バッテリ１２は、最大に充電されたときの電圧が１４Ｖとなるバッテリであり、そのマイナス端子がアースＧＮＤ３に接地され、そのプラス端子が車載補機Ｈに接続されている。インバータＩと車載補機Ｈのマイナス端子は、それぞれアースＧＮＤ１，ＧＮＤ４に接地されている。なお、以下においては説明の便宜上、高電位バッテリ１１の電圧を４２Ｖとし、低電位バッテリ１２の電圧を１４Ｖとして説明することとする。
【００１５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、その一方の端子が高電位バッテリ１１のプラス端子やインバータＩに接続され、その他方の端子が第１のスイッチＳ１を介して低電位バッテリ１２のプラス端子や車載補機Ｈに接続されている。そして、このＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、インバータＩや高電位バッテリ１１からの電圧を降圧させてからその電力を低電位バッテリ１２に供給している。
【００１６】
第１のスイッチＳ１は、接点ａに接続されることでＤＣ−ＤＣコンバータ１３と低電位バッテリ１２とを通電させ、接点ａから離されることでその通電を遮断させている。第２のスイッチＳ２は、接点ｂに接続されることで高電位バッテリ１１とアースＧＮＤ２とを通電させ、接点ｃに接続されることで高電位バッテリ１１のマイナス端子と低電位バッテリ１２のプラス端子とを通電させている。
【００１７】
これらの第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２は、図１（ａ）に示すような第１のスイッチＳ１が接点ａに接続され、第２のスイッチＳ２が接点ｂに接続される状態と、図１（ｂ）に示すような第１のスイッチＳ１が接点ａから離され、第２のスイッチＳ２が接点ｃに接続される状態とに制御装置１５により切り換えられる。そして、これらの第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２が、図１（ａ）に示すような状態に切り換えられると、駆動モータＭには電圧が４２Ｖの高電位バッテリ１１のみから電力供給されるようになる（以下、この状態を「並列状態」という）。また、これらの第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２が、図１（ｂ）に示すような状態に切り換えられると、駆動モータＭには直列に接続され電圧が５６Ｖとなる高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２とから電力供給されるようになる（以下、この状態を「直列状態」という）。
【００１８】
運転状態検知手段１４は、始動検知センサ１４Ａと、アクセル開度センサ１４Ｂと、車速センサ１４Ｃと、ブレーキセンサ１４Ｄとで構成されている。始動検知センサ１４Ａは、車両の始動状態（運転状態）として図示しないイグニッションスイッチがスタートポジションに回されたことを検知し、その信号を制御装置１５に出力している。アクセル開度センサ１４Ｂは、運転者の加速度指令（運転状態）としてアクセル開度を検知し、その信号を制御装置１５に出力している。車速センサ１４Ｃは、車速（運転状態）として図示しないミッション等のシャフトの回転を検知し、その信号を制御装置１５に出力している。ブレーキセンサ１４Ｄは、減速状態（運転状態）として図示しないブレーキの踏み込み量を検知し、その信号を制御装置１５に出力している。
【００１９】
制御装置１５は、始動検知センサ１４Ａからイグニッションスイッチがスタートポジションに回されたことを示す信号が出力された場合に、エンジンＥが始動時であると判断し、第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２を直列状態に切り換える。また、この制御装置１５は、アクセル開度センサ１４Ｂからの信号が所定の開度以上を示す場合に、駆動モータＭでエンジンＥを補助的に駆動するアシスト状態であると判断し、第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２を直列状態に切り換える。さらに、この制御装置１５は、車速センサ１４Ｃからの信号が所定の車速以上を示し、かつブレーキセンサ１４Ｄからの信号が所定の踏み込み量以上を示す場合に、車両の運転状態が減速時であり、かつその回生発電量が所定値以上（大電力回生時）と判断し、第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２を直列状態に切り換える。このように、この制御装置１５は、運転状態検知手段１４で検知した運転状態が所定の運転状態であるときに第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２を高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２が直列接続されるように制御している。
【００２０】
次に、この車両用電源装置１の動作について説明する。
車両用電源装置１は、エンジンＥが始動されてから停止されるまで図２に示すようなルーチン作業を繰り返す。具体的にこのルーチン作業では、まず運転状態検知手段１４と制御装置１５により車両の運転状態が所定の運転状態であるか否かが判断される（ステップＳＴ１）。このステップＳＴ１で所定の運転状態であると判断された場合は（Ｙｅｓ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３をオフにする（ステップＳＴ２）。その後、第１のスイッチＳ１をオフにするとともに（ステップＳＴ３）、第２のスイッチＳ２を接点ｃに接続することで（ステップＳＴ４）、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２が直列状態となって（図１（ｂ）参照）、このルーチン作業が終了する。
【００２１】
また、ステップＳＴ１において所定の運転状態ではないと判断された場合は（Ｎｏ）、第２のスイッチＳ２を接点ｂに接続するとともに（ステップＳＴ５）、第１のスイッチＳ１をオンにすることで（ステップＳＴ６）、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２を並列状態にする（図１（ａ）参照）。その後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３をオンにして（ＳＴ７）、このルーチン作業が終了する。
【００２２】
ここで、所定の運転状態をエンジン始動時、アシスト状態および大電力回生時と設定すると、エンジン始動時やアシスト状態において駆動モータＭが二つのバッテリ１１，１２による５６Ｖの電圧で駆動され、大電力回生時において駆動モータＭから発電される大電力が二つのバッテリ１１，１２にまとめて充電されることになる。また、所定の運転状態ではないアイドル停止時、エンジンＥのみで走行するクルーズ時および小電力回生時等では、従来のように二つのバッテリ１１，１２が並列状態となって動作し、特に小電力回生時では駆動モータＭで発電される小電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１３で降圧されて低電位バッテリ１２に充電される。
【００２３】
以上によれば、第１の実施形態において次のような効果を得ることができる。
エンジン始動時やアシスト状態時に必要な大出力を得るために二つのバッテリ１１，１２を直列接続させてその電力で駆動モータＭを駆動するので、高電位バッテリ１１や駆動モータＭのサイズを大きくすることなく、駆動モータＭから大出力を得ることができる。
回生発電量が所定値以上となる大電力回生時に二つのバッテリ１１，１２を直列接続させるので、これら二つのバッテリ１１，１２に駆動モータＭからの大電力を無駄なく充電することができる。
【００２４】
〔第２の実施形態〕
以下、図面を参照して、第２の実施形態に係る車両用電源装置の詳細について説明する。この実施形態は第１の実施形態における各構成要素の接続を変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。また、図３，４における駆動モータＭは、実際は第１の実施形態と同様の構造となっているが、説明の便宜上駆動モータＭのみを表示してその説明を省略する。
【００２５】
図３に示すように、車両用電源装置２は、高電位バッテリ１１、低電位バッテリ１２、運転状態検知手段１４、制御装置１５、車載補機Ｈ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、平滑コンデンサ２２およびスイッチ（切換器）Ｓ３を備えている。高電位バッテリ１１は、そのプラス端子がアースＧＮＤ５、車載補機Ｈ、低電位バッテリ１２のマイナス端子およびスイッチＳ３の接点ｄに接続され、そのマイナス端子がスイッチＳ３に接続された駆動モータＭやアースＧＮＤ６に接地されたＤＣ−ＤＣコンバータ２１に接続されている。低電位バッテリ１２は、そのプラス端子が車載補機Ｈ、スイッチＳ３の接点ｅ、アースＧＮＤ７に接地された平滑コンデンサ２２およびＤＣ−ＤＣコンバータ２１に接続されている。
【００２６】
スイッチＳ３は、接点ｄに接続される状態と、図４に示すような接点ｅに接続される状態とに制御装置１５により切り換えられる。そして、このスイッチＳ３が、図３に示すような状態に切り換えられると、二つのバッテリ１１，１２が並列状態となって駆動モータＭには高電位バッテリ１１のみから４２Ｖの電力が供給されるようになる。また、このスイッチＳ３が、図４に示すような状態に切り換えられると、二つのバッテリ１１，１２が直列状態となって駆動モータＭには二つのバッテリ１１，１２から５６Ｖの電力が供給されるようになる。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、いわゆるスイッチングレギュレータであり、スイッチング素子２１ａ、コンデンサ２１ｂ、コイル２１ｃおよびダイオード２１ｄを有している。そして、このＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、スイッチング素子２１ａを高速にスイッチング動作させることで入力電圧からパルスを発生させ、このパルスを平滑することで、−４２Ｖの電圧を＋１４Ｖの電圧に変換して出力している。
【００２８】
平滑コンデンサ２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から低電位バッテリ１２に供給される電流を平滑する機能を有している。また、制御装置１５は、運転状態検知手段１４で検知した運転状態が第１の実施形態と同様の所定の運転状態であるときに高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２が直列接続されるようにスイッチＳ３を制御している。
【００２９】
次に、この車両用電源装置２の動作について説明する。
車両用電源装置２は、エンジンＥが始動されてから停止されるまで図５に示すようなルーチン作業を繰り返す。具体的にこのルーチン作業では、まず運転状態検知手段１４と制御装置１５により車両の運転状態が所定の運転状態であるか否かが判断される（ステップＳＴ２１）。このステップＳＴ２１で所定の運転状態であると判断された場合は（Ｙｅｓ）、スイッチＳ３を接点ｅに接続することで（ステップＳＴ２２）、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２が直列状態となって（図４参照）、このルーチン作業が終了する。
【００３０】
また、ステップＳＴ２１において所定の運転状態ではないと判断された場合は（Ｎｏ）、スイッチＳ３を接点ｄに接続することで（ステップＳＴ２３）、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２が並列状態となって（図３参照）、このルーチン作業が終了する。
【００３１】
以上によれば、第２の実施形態において次のような効果を得ることができる。
−４２Ｖの電圧を＋１４Ｖの電圧に変換させるＤＣ−ＤＣコンバータを利用することにより、高電位バッテリ１１と低電位バッテリ１２を直列状態と並列状態とに切り換えるスイッチＳ３を一つだけ設ければよいこととなる。そのため、第１の実施形態の車両用電源装置１よりもスイッチの数を減らすことができ、その分コストを低くすることができる。
【００３２】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、運転状態検知手段１４として始動検知センサ１４Ａ、アクセル開度センサ１４Ｂ、車速センサ１４Ｃおよびブレーキセンサ１４Ｄを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、どのようなセンサを利用してもよい。たとえば、大電力回生時を判断するために設けた車速センサ１４Ｃとブレーキセンサ１４Ｄの代わりに、駆動モータＭからの発電量を直接検出するセンサを用いてもよい。
第１の実施形態では、第１のスイッチＳ１を設けてＤＣ−ＤＣコンバータ１３と低電位バッテリ１２間の接続を通電または遮断状態に切替えるように構成しているが、スイッチング素子を備えたＤＣ−ＤＣコンバータの場合にはスイッチング素子を第１のスイッチＳ１と兼用させることが可能であり第１のスイッチＳ１を省略してもよい。
【００３３】
第２の実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１により−４２Ｖの電圧を＋１４Ｖの電圧に変換するようにしたが、本発明はこれに限定されず、＋４２Ｖの電圧を−１４Ｖの電圧に変換してもよい。また、高電位バッテリの電圧は４２Ｖに限られるものではなく低電位バッテリの電圧も１２Ｖに限られるものではなく、例えば、高電位バッテリの電圧を１４４Ｖとし低電位バッテリの電圧を４２Ｖとするシステムでも同様に適用することができる。
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の各運転状態に応じてスイッチＳ３を切り換えることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。この第２の実施形態のような構造ではスイッチＳ３を切り換えることでＤＣ−ＤＣコンバータ２１への入力電圧には変化が生じないため、たとえば各バッテリ１１，１２の充電量の状態に応じて細かくスイッチＳ３の切り換えを行って、最適な電力の制御を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、エンジン始動時に必要な大出力を得るために主電池と補助電池とを直列接続させてその電力で駆動モータを駆動するので、主電池や駆動モータのサイズを大きくすることなく、駆動モータから大出力を得ることができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、駆動モータがエンジンを補助的に駆動するときに必要な大出力を得るために主電池と補助電池とを直列接続させてその電力で駆動モータを駆動するので、主電池や駆動モータのサイズを大きくすることなく、駆動モータから大出力を得ることができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明による効果に加え、回生発電量が所定値以上のときに主電池と補助電池とを直列接続させるので、これら二つの電池に駆動モータからの大電力を無駄なく充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置を示す回路図であり、低電位バッテリと高電位バッテリとが並列状態である場合を示す回路図（ａ）と、低電位バッテリと高電位バッテリとが直列状態である場合を示す回路図（ｂ）である。
【図２】図１の車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態に係る車両用電源装置の低電位バッテリと高電位バッテリとが並列状態である場合を示す回路図である。
【図４】図３の車両用電源装置の低電位バッテリと高電位バッテリとが直列状態である場合を示す回路図である。
【図５】図３の車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２　　　　　車両用電源装置
１１　　　　　　高電位バッテリ（主電池）
１２　　　　　　低電位バッテリ（補助電池）
１４　　　　　　運転状態検知手段
１４Ａ　　　　　始動検知センサ
１４Ｂ　　　　　アクセル開度センサ
１４Ｃ　　　　　車速センサ
１４Ｄ　　　　　ブレーキセンサ
１５　　　　　　制御装置
Ｓ１　　　　　　第１のスイッチ（切換器）
Ｓ２　　　　　　第２のスイッチ（切換器）
Ｓ３　　　　　　スイッチ（切換器）
Ｅ　　　　　　　エンジン
Ｈ　　　　　　　車載補機
Ｍ　　　　　　　駆動モータ
【図１】
2004116296.tif 000003
【図２】
2004116296.tif 000004
【図３】
2004116296.tif 000005
【図４】
2004116296.tif 000006
【図５】
2004116296.tif 000007