(57)【要約】【課題】直列蓄電装置を備えた一電源式電源システムのエンジン自動車において、蓄電装置の寿命をほぼ同一にし、保守作業を容易にする。【解決手段】第１の蓄電装置８ａから第１の負荷１１に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置９ａから第２の負荷１２に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置９ａが第１の蓄電装置８ａと第３の蓄電装置１３とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置９ａから充電装置１５を介して第１の蓄電装置８ａを充電すると共に、エンジン１により駆動される発電動機２から第２の蓄電装置９ａを充電するエンジン自動車の電源システムに関する。充電装置１５は、第３の蓄電装置１３を流れる電流と第１の蓄電装置８ａを流れる電流とが等しくなるように、第１の蓄電装置８ａに流す充電電流を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蓄電装置から第１の負荷に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置から第２の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置が第１の蓄電装置と第３の蓄電装置とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置から充電装置を介して第１の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第２の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第１の蓄電装置を流れる電流と第３の蓄電装置を流れる電流とが等しくなるように、第１の蓄電装置に流す充電電流を制御することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
【請求項２】
第１の蓄電装置から第１の負荷に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置から第２の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置が第１の蓄電装置と第３の蓄電装置とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置から充電装置を介して第１の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第２の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、前記充電装置から第１の蓄電装置に流す充電電流と第１の蓄電装置から第１の負荷に流れる電流とが等しくなるように、第１の蓄電装置に流す充電電流を制御することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
【請求項３】
第１の蓄電装置から第１の負荷に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置から第２の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置が第１の蓄電装置と第３の蓄電装置とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置から充電装置を介して第１の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第２の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第１の蓄電装置の充放電量と第３の蓄電装置の充放電量とが等しくなるように、第１の蓄電装置に流す充電電流を制御することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記発電機と第２の蓄電装置との間にコンバータを接続し、エンジン始動時には、前記コンバータをインバータ動作させて前記発電機をスタータとして動作させ、第２の蓄電装置の充電時には、前記コンバータを整流器動作させて第２の蓄電装置を充電することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
第１または第３の蓄電装置の一方または双方が、電池であることを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
第１または第３の蓄電装置の一方または双方が、電気二重層キャパシタであることを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン（内燃機関）によって駆動されるエンジン自動車の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来から知られている二電源式エンジン自動車の基本的なパワートレインと電源システムを示す図である。同図において、１はエンジン、２は発電動機、３はクラッチ、４は変速機、５はデフギア、６は車輪、７は発電動機２を駆動するコンバータ、８は第１の蓄電装置、９は第２の蓄電装置、１０は第２の蓄電装置９の電力を用いて第１の蓄電装置８を充電する充電装置、１１は第１の蓄電装置８を電源とする負荷、１２は第２の蓄電装置９を電源とする負荷である。
【０００３】
上記構成において、第１の蓄電装置８は公称１２Ｖ電池であり、また、第２の蓄電装置９は公称３６Ｖ電池であって第１の蓄電装置８を３個直列接続して構成されている。第１の蓄電装置８を電源とする負荷１１は、照明器や電子機器等の容量の小さい負荷であり、第２の蓄電装置９を電源とする負荷１２は、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ等の回転機負荷で比較的容量の大きい負荷である。
【０００４】
次に、図６の動作について説明する。
まず、発電動機２としては、電動機と発電機の機能を併せ持った多相交流機が使用される。また、コンバータ７は、発電動機２を駆動するため多相としている。
エンジン１の始動時は、第２の蓄電装置９の電力によりコンバータ７をインバータ運転し、発電動機２を電動機運転する。すなわち、エンジン始動時は発電動機２をスタータとして動作させる。
エンジン始動後は、発電動機２を発電機として動作させ、その発電電力によりコンバータ７を介して第２の蓄電装置９を充電する。
第１の蓄電装置８を充電するための充電装置１０は、直流から直流への電力変換を行うため、一般にチョッパが使用されている。
【０００５】
従前のエンジン自動車では、単一の電池（図６における第１の蓄電装置８）のみを搭載していたが、負荷の容量の増大や多様化に伴い、図６に示すように二種類の蓄電装置を備えた電源システムが実用されてきている。以下では、この二電源式電源システムを備えたエンジン自動車を二電源式エンジン自動車ということとする。
ここで、図６に示した二電源式エンジン自動車においても、従前の単一電池によるエンジン自動車と同じ動作信頼性が要求されると共に、従前のエンジン自動車と比べて、追加される機器は小形・軽量、安価であることが特に求められる。
【０００６】
この解決策の一つとして、図７に示す電源システムが既に提案されている（後述の特許文献１参照）。図７において、図６と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図７において、第２の蓄電装置９ａは、第１の蓄電装置８ａと第３の蓄電装置１３とを直列接続して構成されている（以下、便宜的に第２の蓄電装置９ａを直列蓄電装置という）。ここで、蓄電装置９ａは図６の第２の蓄電装置９に対応し、また、蓄電装置８ａは図６の第１の蓄電装置８に対応している。以下では、この直列蓄電装置を有する電源システムを見かけ上、一電源式電源システムといい、この電源システムを備えたエンジン自動車を一電源式エンジン自動車ということとする。
【０００７】
なお、図７における１４は、第２の蓄電装置９ａを電源として第１の蓄電装置８ａを充電する充電装置である。この充電装置１４は、蓄電装置８ａの電圧が規定値以内になるように蓄電装置８ａの充電電流を制御している。すなわち、第１の蓄電装置８ａの充電電流は、第３の蓄電装置１３に流れる電流とは無関係に制御されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２１７２６８号公報（図１等）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した一電源式電源システムは、図６の二電源式電源システムに比べて蓄電装置を構成する単位電池の数を削減できる効果がある反面、第１の蓄電装置８ａに流れる電流と第３の蓄電装置１３に流れる電流とが異なるため、結果的に蓄電装置８ａ，１３の寿命に差異を生じるおそれがある。これにより、蓄電装置の交換時期がまちまちとなり、保守作業が煩雑化するという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、図７のような直列蓄電装置を備えた一電源式電源システムのエンジン自動車において、蓄電装置の寿命をほぼ同一にし、保守作業を容易にしたエンジン自動車の電源システムを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の蓄電装置を直列接続した場合、各蓄電装置に流れる電流は同じであるため、すべての蓄電装置の寿命がほぼ等しくなることに着目してなされたものである。
すなわち、請求項１記載の発明は、第１の蓄電装置から第１の負荷に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置から第２の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置が第１の蓄電装置と第３の蓄電装置とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置から充電装置を介して第１の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第２の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第３の蓄電装置を流れる電流と第１の蓄電装置を流れる電流とが等しくなるように、第１の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、第１の蓄電装置から第１の負荷に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置から第２の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置が第１の蓄電装置と第３の蓄電装置とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置から充電装置を介して第１の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第２の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、前記充電装置から第１の蓄電装置に流す充電電流と第１の蓄電装置から第１の負荷に流れる電流とが等しくなるように、第１の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、第１の蓄電装置から第１の負荷に電力を供給し、かつ、第２の蓄電装置から第２の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第２の蓄電装置が第１の蓄電装置と第３の蓄電装置とを直列接続して構成され、第２の蓄電装置から充電装置を介して第１の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第２の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第１の蓄電装置の充放電量（充放電電流と通流時間との積）と第３の蓄電装置の充放電量とが等しくなるように、第１の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記発電機と第２の蓄電装置との間にコンバータを接続し、エンジン始動時には、前記コンバータをインバータ動作させて前記発電機をスタータとして動作させ、第２の蓄電装置の充電時には、前記コンバータを整流器動作させて第２の蓄電装置を充電するものである。
【００１５】
なお、上記各発明においては、請求項５，６に記載するように、第１または第３の蓄電装置の一方もしくは双方に電池または電気二重層キャパシタが使用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す構成図であり、図７と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項１，４に記載した発明の実施形態に相当する。
図１において、１５は第２の蓄電装置９ａを電源とし、第１の蓄電装置８ａを充電する充電装置である。また、１５ａは第３の蓄電装置１３を流れる電流を検出する電流検出器、１５ｂは第１の蓄電装置８ａを流れる電流を検出する電流検出器である。
【００１７】
なお、パワートレインの構成、及び、充電装置１５、第１の蓄電装置８ａ、第３の蓄電装置１３、第１の負荷１１、第２の負荷１２の接続構成は、図７と同一である。また、直列接続された第１の蓄電装置８ａ及び第３の蓄電装置１３によって第２の蓄電装置（直列蓄電装置）９ａが構成される点も図７と同一である。
【００１８】
次に、図１の動作について説明する。
図１において、エンジン１により駆動される発電動機２が発生した交流電力は、コンバータ７を整流器動作させることにより直流電力に変換され、第２の蓄電装置９ａを充電する。ｉ７はコンバータ７の直流側を流れる電流であり、コンバータ７から蓄電装置９ａ側に流れる電流を示している。ｉ１２は第２の負荷１２に流れる電流、ｉ１１は第１の負荷１１に流れる電流、ｉ１３は第３の蓄電装置１３に流れる電流、ｉ８ａは第１の蓄電装置８ａに流れる電流である。更に、ｉ１５ｉｎは充電装置１５の入力電流、ｉ１５ｏｕｔは充電装置１５の出力電流を示す。
【００１９】
第２の蓄電装置９ａは、第３の蓄電装置１３と第１の蓄電装置８ａとを直列接続して構成されているので、
［数１］
ｉ１３＝ｉ８ａ
であれば、蓄電装置９ａは、同じ電流が流れる蓄電装置１３と蓄電装置８ａとからなる直列蓄電装置となり、蓄電装置８ａ，１３の寿命をほぼ等しくすることができる。従って、電流検出器１５ａにより蓄電装置１３を流れる電流ｉ１３を検出すると共に、電流検出器１５ｂにより蓄電装置８ａの電流ｉ８ａを検出し、両方の電流ｉ１３，ｉ８ａが等しくなるように充電装置１５の出力電流ｉ１５ｏｕｔを制御すれば良い。
【００２０】
なお、コンバータ７からの電流ｉ７と負荷１２への電流ｉ１２及び負荷１１への電流ｉ１１との過不足分が、蓄電装置９ａから供給される。すなわち、コンバータ７から出力される電流ｉ７と負荷１１，１２に供給される電流ｉ１１，ｉ１２との過不足に応じて、第２の蓄電装置９ａは充放電動作することになる。
【００２１】
次に、図２は、図１の充電装置１５の一例を示したもので、回路構成が簡単なフライバック形と称される回路方式である。図２において、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図２において、１５０はフライバックトランス、１５１はフライバックトランス１５０の一次側に接続された半導体スイッチであり、ＭＯＳＦＥＴ  １５１ａ及びダイオード１５１ｂから構成されている。ＭＯＳＦＥＴ  １５１ａのゲートにはゲート駆動回路１５３が接続され、このゲート駆動回路１５３は制御回路１５５に接続されている。
【００２２】
また、１５２はフライバックトランス１５０の二次側にアノードが接続されたダイオードであり、そのカソードは第１の蓄電装置８ａと第３の蓄電装置１３との接続点に接続されている。更に、前記制御回路１５５は、図示されていないコンバータ７とＭＯＳＦＥＴ  １５１ａとの接続点と、前記ダイオード１５２のカソードとの間に接続されている。１５４は、電流検出器１５ａ，１５ｂ及び制御回路１５５に接続された電流検出・演算回路である。
図２に示したフライバック回路方式では、ＭＯＳＦＥＴ  １５１ａのオン時間とオフ時間との比を制御することにより出力電流（第１の蓄電装置８ａの充電電流）ｉ１５ｏｕｔを制御する。フライバック形の制御動作は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２３】
図２の全体的な動作を説明すると、電流検出・演算回路１５４は、電流検出器１５ａにより検出される第３の蓄電装置１３の電流と、電流検出器１５ｂにより検出される第１の蓄電装置８ａの電流とが等しくなるように、制御回路１５５に制御信号を送る。制御回路１５５は、電流検出・演算回路１５４からの信号に応じ、ゲート駆動回路１５３を介してＭＯＳＦＥＴ  １５１ａの通流率を制御する。また、制御回路１５５は、第１の蓄電装置８ａの電圧も検出し、蓄電装置８ａの電圧が規定値内に入るように制御を行う。
【００２４】
この実施形態によれば、充電装置１５によって第３の蓄電装置１３と第１の蓄電装置８ａとを流れる電流が等しくなるように出力電流を制御するため、蓄電装置８ａ，１３の寿命をほぼ等しくすることができる。
【００２５】
次に、図３は本発明の第２実施形態を示すものであり、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項２，４に記載した発明の実施形態に相当する。
図３において、１５ｃは第１の負荷１１に流れる電流ｉ１１を検出する電流検出器、１５ｄは充電装置１５の出力電流ｉ１５ｏｕｔを検出する電流検出器である。図１との相異点は、電流検出器の配置のみであり、充電装置１５の構成は図２と同様である。
【００２６】
次いで、この実施形態の動作を説明する。
図３において、第２の蓄電装置９ａは、第３の蓄電装置１３と第１の蓄電装置８ａとを直列接続して構成されているので、
［数２］
ｉ１５ｏｕｔ＝ｉ１１
であれば、蓄電装置９ａは、蓄電装置１３と蓄電装置８ａとからなる直列蓄電装置として動作し、両者を流れる電流は等しくなる。すなわち、電流検出器１５ｃにより負荷１１に流れる電流ｉ１１を検出すると共に、電流検出器１５ｄにより充電装置１５の出力電流ｉ１５ｏｕｔを検出し、両電流ｉ１１，ｉ１５ｏｕｔが等しくなるように充電装置１５を制御する。
一般に充電装置１５は、充電装置自身の出力電流を検出・保護するために電流検出器を内蔵しているので、図３の電流検出器１５ｄを、充電装置に内蔵された電流検出器によって代用することも可能である。
【００２７】
上述した第１，第２実施形態では、電流を検出・制御して第１の蓄電装置８ａと第３の蓄電装置１３の電流値を等しくすることにより第２の蓄電装置９ａを直列蓄電装置として動作させるものであるが、以下の第３実施形態では、第１の蓄電装置８ａと第３の蓄電装置１３の充放電量（充放電電流と通流時間との積）を等しくすることにより、第２の蓄電装置９ａを直列蓄電装置として動作させるようにした。
【００２８】
図４は、この第３実施形態を示す構成図である。図４において、図２と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項３，４に記載した発明の実施形態に相当する。
図４に示す充電装置１５’において、１５６は充放電量検出・演算回路であり、電流検出器１５ａ，１５ｂにより検出した電流値及び通流時間から蓄電装置１３，８ａの充放電量を演算し、その結果を制御回路１５５に出力する。制御回路１５５は、蓄電装置１３及び蓄電装置８ａの充放電量が等しくなるように、ゲート駆動回路１５３を介してＭＯＳＦＥＴ  １５１ａの通流率を制御する。
【００２９】
この実施形態においては、充電装置１５’が第３の蓄電装置１３及び第１の蓄電装置８ａの充放電量が等しくなるように出力電流を制御することにより、蓄電装置８ａ，１３の寿命をほぼ等しくすることができる。
【００３０】
上記第１〜第３実施形態においても、図７の従来技術と同様に、発電動機２を発電機運転し、コンバータ７を整流器動作させて蓄電装置を充電すると共に、エンジン１の始動時には、コンバータ７をインバータ運転して発電動機２を電動機運転することにより、発電動機２をスタータとして動作させる。
エンジン１の始動時における充電装置１５（１５’）の動作は、第１〜第３実施形態とも蓄電装置の充電時と同様である。
図５は、図１の第１実施形態におけるエンジン始動時の動作説明図であり、電流ｉ７，ｉ１３，ｉ８ａの向きが図１に対して反転している点のみが異なり、充電装置１５（１５’）の入出力電流ｉ１５ｉｎ，ｉ１５ｏｕｔや負荷電流ｉ１２，ｉ１１の向きは図１と変わりはない。
【００３１】
なお、上記各実施形態では第１の蓄電装置８ａ及び第３の蓄電装置１３として電池を用いる場合を想定しているが、両蓄電装置に電気二重層キャパシタを使用することも勿論可能である。また、負荷の種類に応じて一方の蓄電装置を電池とし、他方の蓄電装置を電気二重層キャパシタとしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１及び第３の蓄電装置を流れる電流または充放電量が等しくなるように充電装置を制御することにより、第１及び第３の蓄電装置の寿命はほぼ等しくなり、電池交換や点検等の保守作業を容易にし、その頻度も少なくすることができる。これにより、保守に要する人員やコストの削減が可能である。
【００３３】
更に、蓄電装置の寿命の均等化により、信頼性の高い電源システムを実現することができると共に、一電源式電源システムを搭載することで、電源システムのみならずエンジン自動車全体の小型・軽量化、燃費の向上、低価格化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における充電装置の構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態における充電装置の構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態における他の動作説明図である。
【図６】従来技術としての二電源式エンジン自動車のパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図７】従来技術としての一電源式エンジン自動車のパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【符号の説明】
１：エンジン
２：発電動機
３：クラッチ
４：変速機
５：デフギア
６：車輪
７：コンバータ
８ａ：第１の蓄電装置
９ａ：第２の蓄電装置
１３：第３の蓄電装置
１５，１５’：充電装置
１１：第１の負荷
１２：第２の負荷
１５ａ〜１５ｄ：電流検出器
１５０：フライバックトランス
１５１：半導体スイッチ
１５１ａ：ＭＯＳＦＥＴ
１５１ｂ，１５２：ダイオード
１５３：ゲート駆動回路
１５４：電流検出・演算回路
１５５：制御回路
１５６：充放電量検出・演算回路
【図１】
2004359070.tif 000003
【図２】
2004359070.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004359070.tif 000006
【図５】
2004359070.tif 000007
【図６】
2004359070.tif 000008
【図７】
2004359070.tif 000009