(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧端子と低電圧端子の複数の異なる電圧の端子を有するバッテリと、
交流電力を直流電力に変換する変換器と、
前記バッテリの高電圧端子から前記変換器への一方向の電力供給を制御する第１のスイッチング素子と、
前記変換器から前記バッテリの低電圧端子への一方向の電力供給を制御する第２のスイッチング素子と、を有する自動車の電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動車の電源装置において、
前記変換器を構成するスイッチング素子と、前記第１及び第２のスイッチング素子とを一体構成とした自動車の電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の自動車の電源装置において、
前記第１及び第２のスイッチング素子の状態に応じて、前記変換器の直流側電圧を選択し、選択した直流側電圧に基づいて前記変換器を制御する自動車の電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載の自動車の電源装置において、
前記第１，第２のスイッチング素子の少なくとも一方が制御できないとき、前記変換器への要求電力の方向に応じて、前記変換器の直流側電圧を選択し、選択した直流側電圧に基づいて前記変換器を制御する自動車の電源装置。
【請求項５】
請求項１に記載の自動車の電源装置において、
前記バッテリは複数個のバッテリブロックを直列に接続して構成されている自動車の電源装置。
【請求項６】
請求項１に記載の自動車の電源装置において、
前記バッテリの高電圧端子側の充電率、及び前記バッテリの低電圧端子側の充電率をそれぞれ検知する充電率検出手段を有し、
該充電率検出手段が検出した前記バッテリの高電圧端子側の充電率と、前記充電率検出手段が検出した前記バッテリの低電圧端子側の充電率との差に応じて前記第１及び第２のスイッチング素子を制御する自動車の電源装置。
【請求項７】
請求項１に記載の自動車の電源装置において、
前記変換器の直流側電圧を前記バッテリの一方の端子の電圧目標値に応じて制御する場合に、前記バッテリの別の端子の電圧検出値に応じて補正を加える自動車の電源装置。
【請求項８】
モータ／ジェネレータと、
前記モータ／ジェネレータを駆動するインバータと、
複数の異なる電圧の端子を介して前記インバータに接続されたバッテリと、
前記バッテリの複数の異なる電圧の端子のうち所定の第１の端子と前記インバータの間に設けられた第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子の内部に断続切換手段と並列に設けられ、前記インバータから前記第１の端子への方向へより多く電流を流す第１の整流素子と、
前記バッテリの複数の異なる電圧の端子のうち前記第１の端子よりも低電圧の第２の端子と前記インバータの間に設けられた第２のスイッチング素子と、
前記第２のスイッチング素子の内部に断続切換手段と並列に設けられ、前記第２の端子から前記インバータの方向へより多く電流を流す第２の整流素子と、
前記バッテリの充電状態に応じて前記第１及び第２のスイッチング素子をオン・オフするバッテリ制御装置と、
を有する自動車。
【請求項９】
請求項８に記載の自動車において、
前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子は、それぞれ第１の電界効果トランジスタ、および第２の電界効果トランジスタである自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車内の使用電力の増大に対応するために複数の異なる電圧を必要とする自動車、およびその電源装置に係り、特に複数電圧電源を低コストで実現するのに好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワステや電動エアコンなど自動車搭載機器の電動化，大容量化に対応するため、従来の１４Ｖ系電源に４２Ｖ系電源を加えた４２Ｖ自動車電源システムが提案されている。４２Ｖ系電源では電圧が従来の３倍となるため電流が３分の１で済み、損失低減やハーネスの軽量化，大電力負荷の採用などが期待できる。
【０００３】
しかし、電力負荷の中にはランプ系など４２Ｖ化が難しいものもあるため、当面は４２Ｖと１４Ｖの２種類の電圧が混在する形になることが予想される。
【０００４】
そこで、４２Ｖ用バッテリ（定格３６Ｖ）と１４Ｖ用バッテリ（定格１２Ｖ）の両方を備え、オルタネータから４２Ｖ用バッテリに充電し、１４Ｖ用バッテリへはＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電する方式が提案されている。
【０００５】
また、コスト低減策として、オルタネータの出力を４２Ｖ側または１４Ｖ側にスイッチで切り換えることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータを省略する方式も提案されている。
【０００６】
さらには、２つのバッテリを直列に接続して２種類の電圧端子を設け、スイッチング素子の切り換えにより各バッテリの充電を切り換える方式もある。これを４２Ｖ電源に適用すれば、４２Ｖ用バッテリに１４Ｖ端子を持たせられるため、１４Ｖ用バッテリを別に用意する必要がなくなる。この方式の記載例として、米国特許第4,686,442号がある。
【０００７】
また、オルタネータの効率向上やスタータの寿命向上を目的として、スタータとオルタネータの機能を一体化しインバータで制御するモータ／ジェネレータを４２Ｖ電源に適用する方式も考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方式のうち、オルタネータの出力を４２Ｖ側または１４Ｖ側にスイッチで切り換える方式では、スイッチを制御するコントローラが故障してスイッチをオンすることができなくなった場合、バッテリに全く充電することができなくなるという問題がある。また、４２Ｖ用バッテリとは別に１４Ｖ用バッテリを備える必要があり、コストが高くなってしまう。
【０００９】
２つのバッテリを直列に接続して２種類の電圧端子を設け、スイッチング素子の切り換えにより各バッテリの充電を切り換える方式では、オルタネータからの充電方向のみを考慮したスイッチング素子構成になっており、放電方向には電流が流せないため、スタータの機能を一体化させたモータ／ジェネレータには適用できないという問題がある。
【００１０】
また、どちらの例においてもスイッチを切り換える際の電源電圧の変化については考慮されていない。
【００１１】
本発明の目的の一つは、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いず、かつバッテリを複数個必要とせず、さらにスイッチを制御するコントローラが故障しても動作可能な自動車、およびその電源装置を提供することである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、スイッチを切り換える際の電源電圧の変動が少なくなるように制御可能な自動車、およびその電源装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高電圧端子と低電圧端子とを有するバッテリと、交流電力を直流電力に変換する変換器と、バッテリの高電圧端子から変換器への一方向の電力供給を制御する第１のスイッチング素子と、変換器からバッテリの低電圧端子への一方向の電力供給を制御する第２のスイッチング素子とを有する自動車の電源装置である。
【００１４】
この構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いなくても複数電圧の電源系が実現できる。
【００１５】
また、１つのバッテリに複数電圧の端子を設けたため、電圧ごとに別々のバッテリを用意する必要がない。
【００１６】
本発明の好ましくは、第１及び第２のスイッチング素子は、電界効果トランジスタと逆接続のダイオードにより構成することである。
【００１７】
また本発明の好ましくは、第１及び第２のスイッチング素子の状態に応じて、変換器の直流側電圧を選択し、選択した直流側電圧に基づいて変換器を制御することである。
【００１８】
また本発明の好ましくは、コントローラなどの故障により第１または第２のスイッチング素子が制御できない場合には、変換器への要求電力の方向に応じて、変換器の直流側電圧を選択し、選択した直流側電圧に基づいて変換器を制御することである。
【００１９】
このことによりスイッチング素子が制御不能となった場合でも、逆接続ダイオードの働きにより、高電圧端子側への充電、及び低電圧端子側からの放電は常に可能であり、低電圧端子側のバッテリ残存量がなくなるまで自動車を動作させることができる。
【００２０】
また、本発明の好ましくは、高電圧端子側のバッテリ充電率、及び低電圧端子側のバッテリ充電率をそれぞれ検知する充電率検出手段を備え、充電率検出手段が検出したバッテリの高電圧端子側の充電率と、充電率検出手段が検出したバッテリの低電圧端子側の充電率との差に応じて第１及び第２のスイッチング素子を制御することである。
【００２１】
これにより、高電圧端子側と低電圧端子側とでバッテリ充電率にアンバランスが生じないように制御することができ、充電率のアンバランスによるバッテリ性能の低下を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の好ましくは、変換器により直流電圧を制御する際に、直接制御していない他の電圧端子の電圧を検出して、電圧制御系に補正を加えることである。
【００２３】
これにより、スイッチング素子を切り換えても端子電圧が大きく変化しないような制御が可能となる。
【００２４】
また本発明は、モータ／ジェネレータと、前記モータ／ジェネレータを駆動するインバータと、複数の異なる電圧の端子を介して前記インバータに接続されたバッテリと、前記バッテリの複数の異なる電圧の端子のうち所定の第１の端子と前記インバータの間に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の内部に断続切換手段と並列に設けられ、前記インバータから前記第１の端子への方向へより多く電流を流す第１の整流素子と、前記バッテリの複数の異なる電圧の端子のうち前記第１の端子よりも低電圧の第２の端子と前記インバータの間に設けられた第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子の内部に断続切換手段と並列に設けられ、前記第２の端子から前記インバータの方向へより多く電流を流す第２の整流素子と、前記バッテリの充電状態に応じて前記第１及び第２のスイッチング素子をオン・オフするバッテリ制御装置と、を有する自動車である。
【００２５】
また本発明の好ましくは、前記第１のスイッチング素子と第１の整流器、および前記第２のスイッチング素子と第２の整流器は、それぞれ第１の電界効果トランジスタ、および第２の電界効果トランジスタである自動車である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は４２Ｖ系と１４Ｖ系の２つの電圧系を備えた自動車電源の構成例を示したものである。エンジン１の回転軸上にモータ／ジェネレータ２が接続されており、エンジン１の始動や発電を行う。モータ／ジェネレータ２の駆動力および発電電力はインバータ３により制御される。エンジン始動の場合は、バッテリ６の直流電圧をインバータ３で交流電圧に変換し、モータ／ジェネレータ２が駆動トルクを発生してエンジン１を回転させる。エンジン１が始動すれば、その回転によってモータ／ジェネレータ２に交流電圧が発生する。これをインバータ３で直流電圧に変換し、バッテリ６に充電する。
【００２８】
バッテリ６は４２Ｖ用（定格３６Ｖ）で、４２Ｖ用の高電圧端子１１とアース端子１３とを備えている。さらに、１４Ｖ系負荷に電力供給するために１４Ｖ用の低電圧端子１２も備えている。バッテリの構成としては一体型構成でも良いし、あるいは１４Ｖ用（定格１２Ｖ）のバッテリブロックを３つ直列につないだ形で構成しても良い。バッテリブロックを３つ直列につないだ構成の場合には、直列の順序を一定期間ごとに入れ換えたり、ブロック単位で交換したりできるという利点がある。また、２８Ｖ用（定格２４Ｖ）のバッテリと１４Ｖ用のバッテリを組み合わせて構成しても良い。
【００２９】
４２Ｖ用の高電圧端子１１には、電動パワステ，電動エアコンなど比較的大電力の４２Ｖ系負荷２１が複数接続される。１４Ｖ用の低電圧端子１２には、主にランプ類や種々のコントローラなど低電圧の方が有利な１４Ｖ系負荷２２が複数接続される。また、高電圧端子１１と低電圧端子１２の間の電圧は２８Ｖになるので、この２端子間に２８Ｖ用の負荷をつなぐことも可能である。
【００３０】
インバータ３とバッテリ６の間は次のように接続する。まず、インバータ３の負極側はバッテリ６のアース端子１３に接続する。インバータ３の正極とバッテリ６の高電圧端子１１の間には第１のスイッチング素子である高電圧ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４を、インバータ３の正極とバッテリ６の低電圧端子１２の間には第２のスイッチング素子である低電圧ＦＥＴ５をそれぞれ接続する。高電圧ＦＥＴ４のソースを高電圧端子１１に、ドレインをインバータ３に接続する。なお高電圧ＦＥＴ４に内蔵している逆接続ダイオード（整流器）により、インバータ３から高電圧端子１１への電流はスイッチがオフでも流すことができる。低電圧ＦＥＴ５のソースはインバータ３の正極に、ドレインは低電圧端子１２に接続する。低電圧ＦＥＴ５に内蔵しているダイオードにより、バッテリ６の低電圧端子１２からインバータ３への電流はスイッチがオフでも流すことができる。
【００３１】
すなわち、高電圧ＦＥＴ４はバッテリ６の高電圧端子１１からインバータ３への一方向の電力供給を制御するスイッチング素子として作用し、また低電圧FET5はインバータ３からバッテリ６の低電圧端子１２への一方向の電力供給を制御するスイッチング素子として作用する。これらのＦＥＴは、内部に回路を断続する断続切換手段と、それと並列に設けられた整流素子で構成されている。
【００３２】
統合制御装置９は、運転者のキースイッチ操作，アクセル操作，ブレーキ操作，及びバッテリ充電率などに基づいて、エンジン始動，充電，アシスト，回生などの動作モード指令をバッテリ制御装置７に対して与える。また、モータ／ジェネレータ２が出すべきトルクの指令τｏを出力する。
【００３３】
バッテリ制御装置７は、バッテリ６の充電状態に応じてスイッチング素子である高電圧ＦＥＴ４及び低電圧ＦＥＴ５を制御する。ここでは、高電圧ＦＥＴ４および低電圧ＦＥＴ５のゲート電圧を操作してスイッチングを達成する。また、スイッチの状態に対応してモータ制御装置８に電圧選択信号を与える。また、統合制御装置９からの指令に基づいて、モータ／ジェネレータ２が発生すべき駆動トルク、または発電トルクを決定し、モータ制御装置８にトルク指令τｍを与える。さらに、バッテリ制御装置７自身が正常に動作しているかを示す動作確認信号を出力する。
【００３４】
モータ制御装置８は、バッテリ制御装置７からの電圧選択信号，トルク指令及びエンジン１のクランク角信号θｃに基づいて、インバータ３に対してＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを出力する。また、バッテリ制御装置７からの動作確認信号を入力し、もしバッテリ制御装置７が正常に動作していない場合には、異常時の特殊処理を行う。
【００３５】
図１の自動車搭載例を図８に示す。
【００３６】
図８において、モータ／ジェネレータ２はエンジン１の外側に横置き方式で搭載されており、クランク軸プーリ１０３との間にベルト８１が掛け渡され、これによりエンジン１と双方向の駆動力伝達が行われる。尚、モータ／ジェネレータ２の配置はエンジン１の配置の都合により適宜最適化することができ、エンジンに対して縦置きであるか横置きであるか限定されるものではない。
【００３７】
また、モータ／ジェネレータ２以外のバッテリ６，インバータ３，バッテリ制御装置７，モータ制御装置８，統合制御装置９のような装置，機器等もエンジンルーム１０５内に配置されているが、その詳細については図示しない車両関連機器の配置の都合により適宜最適化することができ、さらにエンジンルーム１０５以外の場所に配置することも可能である。さらにはバッテリ制御装置７，モータ制御装置８、および統合制御装置９も一つの筐体として図示しているが、別筐体であることを妨げるものではなく、またインバータ３を他の制御装置と同一の筐体に収めて配置することも可能である。
【００３８】
尚、本実施例ではエンジン１０１とモータ／ジェネレータ２はベルト８１を介して機械的に連結されているが、これ以外にも例えばエンジン１０１のクランク軸１０２とモータ／ジェネレータ２の回転子が直結されている構成をとっても良く、さらに種々の連結構成を採用できることは言うまでもない。
【００３９】
以下、バッテリ制御装置７の構成と動作について詳しく説明する。
【００４０】
図２はバッテリ制御装置７の構成を示したものである。まず、高電圧側充電率測定部５４が、電流検出手段１４及び電圧検出手段１６の出力をもとに高電圧側バッテリの充電率を測定する。同様に低電圧側充電率測定部５５が、電流検出手段１４，１５及び電圧検出手段１７の出力をもとに低電圧側バッテリの充電率を測定する。高電圧側バッテリの充電率は統合制御装置９に出力される。なお、高電圧側バッテリとは高電圧端子１１と低電圧端子１２の間のバッテリブロックを、低電圧側バッテリとは低電圧端子１２とアース端子１３の間のバッテリブロックのことを指すものとする。
【００４１】
充電率の測定方法としては様々なものがあるが、ここではバッテリに流れる電流の積算値と電圧・電流値とから、あらかじめ求めた特性データに従って定めるものとした。鉛，ニッケル水素，リチウムイオンなど、電池の種類によってそれぞれに適した測定手段があるので、それらを適宜用いるようにすればよい。
【００４２】
なお、低電圧バッテリに流れる電流は、４２Ｖ側の電流検出手段１４と１４Ｖ側の電流検出手段１５のそれぞれの電流を合計したものになることに注意する必要がある。
【００４３】
以上の方法で求めたバッテリの充電率と電圧検出値とに基づいて実際の制御を行う。統合制御装置９から出力された動作モードに応じて、エンジン始動制御部５１，充電制御部５２，回生・アシスト制御部５３のいずれかが作動し、制御信号を出力する。
【００４４】
まずはじめにエンジン始動の場合について説明する。運転者のキースイッチ操作に基づいてエンジン始動指令が動作モード信号として統合制御装置９から出力されると、エンジン始動制御部５１が作動して制御を行う。アイドルストップ機能を備えた自動車の場合には、キースイッチ操作の他に、シフト操作やブレーキ操作，アクセル操作などに基づいてエンジン始動指令が出力される。
【００４５】
エンジン始動制御部の処理フローを図３に示す。まず、高電圧バッテリで始動可能かどうかを調べる（ステップ１０１）。始動可能かどうかは、高電圧側充電率測定部５５が測定した充電率がある値以上かどうか、あるいは高電圧系（４２Ｖ系）の電圧値がある値以上かどうかで判定する。電池の充電率が小さくても他の自動車の電池が接続されて電圧がある値以上になっていれば、いわゆるジャンプスタートによる始動が可能と判断する。始動可能であれば、ステップ１０３〜１０５に進み、低電圧ＦＥＴ５をオフ，高電圧ＦＥＴ４をオンとし、４２Ｖを選択したことを電圧選択信号として出力する。
【００４６】
高電圧バッテリで始動可能と判定できなかった場合には、ステップ１０２に進んで低電圧バッテリで始動可能かどうかをチェックする。ステップ１０１と同様に、低電圧バッテリの充電率がある値以上かどうか、あるいは低電圧系（１４Ｖ系）の電圧値がある値以上かどうかで判定する。始動可能であれば、ステップ１０６〜１０８に進み、高電圧ＦＥＴ４をオフ，低電圧ＦＥＴ５をオンとし、１４Ｖを選択したことを電圧選択信号として出力する。
【００４７】
低電圧バッテリでも始動可能と判定できなかった場合、この例ではステップ１０３に進み、高電圧バッテリでの始動を試すこととした。電池の過放電を避けたい場合には、ステップ１０３に進まず、エンジン始動不能という表示をしてエンジン始動をあきらめ、他の自動車の電池を用いたジャンプスタートを促すという方法もある。
【００４８】
電圧選択信号が出力されると、次にステップ１０９に進んでトルク指令を出力する。エンジン始動の場合は、トルク指令値τｍは統合制御装置９から出力された指令τｏをそのまま用いることとする。最後に、バッテリ制御装置自身が正常に動作しているかどうかを示す動作確認信号を出力する（ステップ１１０）。
【００４９】
このように本実施例によれば、どちらの電圧から始動が可能かを判定して電圧を切り換えるため、確実にエンジン始動ができるという特長がある。また、他の自動車のバッテリを用いたジャンプスタートについても、４２Ｖ，１４Ｖどちらの電圧からでも始動が可能で、しかも電圧の判定が自動的に行えるという効果がある。
【００５０】
次に、エンジン１が始動してモータ／ジェネレータ２によりバッテリの充電を行う場合について説明する。統合制御装置９からは、エンジンが回転していることを確認して、充電指令が動作モード信号として出力される。なお、回生制動機能を持つ自動車の場合には、バッテリの充電率が１００％になっていると回生ができないため、充電率を例えば９０％程度以下に保つよう、充電率情報を考慮して充電の指令を出力する。
【００５１】
バッテリ制御装置７では、充電制御部５２が作動して、図４のフローに従って充電の制御を行う。充電を行う際、高電圧側バッテリと低電圧バッテリの充電率に大きなアンバランスが生じないように高電圧ＦＥＴ４と低電圧ＦＥＴ５とを制御する必要がある。ここでは、高電圧バッテリの充電率と低電圧バッテリの充電率との差をΔＳＯＣとし、このΔＳＯＣが±５％の間に収まるように制御するものとする。
【００５２】
まずステップ２０１で、ΔＳＯＣが−５％より小さくなっていないかどうかをチェックする。もし小さければ、高電圧側バッテリの充電率が大きくなるように低電圧ＦＥＴ５をオフ，高電圧ＦＥＴ４をオンとしてインバータ３を４２Ｖ系に接続する（ステップ２０４〜２０５）。ステップ２０６で、電圧選択信号として４２Ｖを選択したことを出力して、ステップ２０９に進む。ΔＳＯＣが−５％以上であれば、ステップ２０２に進んでΔSOCが＋５％よりも大きくないかどうかを調べる。もし＋５％よりも大きければ、低電圧側バッテリの充電率が上がるように、高電圧ＦＥＴ４をオフ，低電圧ＦＥＴ５をオンとして、インバータ３を１４Ｖ系に接続し、電圧選択信号として１４Ｖを出力して（ステップ206〜２０８）、ステップ２０９に進む。もしΔＳＯＣが＋５％以下であれば、スイッチの変更は何も行わず、ステップ２０９へ進む。ステップ２０９ではモータ／ジェネレータ２が発生すべき充電トルクを演算する。演算したトルクをステップ２１０で出力し、最後にステップ２１１で動作確認信号を出力する。
【００５３】
以上の方法によれば、高電圧側バッテリと低電圧バッテリの充電率の差が常に設定した値以内になるように制御されるので、バッテリブロック間の充電率のアンバランスによるバッテリ性能の低下を防ぐことができる。
なお、ΔＳＯＣだけでなく、エンジン回転数も考慮してスイッチを切り換える方法もある。エンジン回転数が高いときにはモータ／ジェネレータ２の誘起電圧が高くなるのでインバータを４２Ｖ系に接続し、逆にエンジン回転数が小さいときには１４Ｖ系に接続する。これによりモータの誘起電圧に合った電圧を選択できるため、発電効率を高めることができるという効果がある。
【００５４】
また、図４のフローではΔＳＯＣがある範囲内に収まるように制御したが、もっと頻繁にスイッチを切り換えればΔＳＯＣをほぼ０に保つよう制御することも可能である。例えば、１０ｍｓといったある制御周期の間で必ず高電圧ＦＥＴ４と低電圧ＦＥＴ５のオンオフ切り換えを行うようにし、高電圧ＦＥＴ４がオンになっている期間をΔＳＯＣに応じて変化させる。ΔＳＯＣが正ならば高電圧FET4がオンになっている期間を長くし、逆にΔＳＯＣが負ならば高電圧ＦＥＴ４がオンになっている期間を短くする。期間を変化させる度合い（ゲイン）を調整すれば、常にΔＳＯＣをほぼ０に保つような制御が可能となる。
【００５５】
ステップ２０９ではモータ／ジェネレータ２が出すべき発電トルクを演算するが、演算方法の一例として直流電圧を目標値に保つ方法について図５を用いて説明する。例えばインバータが４２Ｖ系に接続されている場合、４２Ｖ系の電圧目標値と電圧検出値との差に基づいて充電トルクを算出する。電圧検出値の方が低い場合には、充電トルクを増加させることにより電池に流れる充電電流が大きくなり、４２Ｖ系の電圧も上昇する。制御方法としては例えば比例積分制御（ＰＩ制御）を用いればよい。その際、１４Ｖ系についても電圧目標値と電圧検出値の差をとり、補正ゲインをかけて４２Ｖ系の電圧目標値に加えるようにする。１４Ｖ系にはランプ負荷など電圧変化が好ましくない負荷が接続されるため、スイッチを切り換えた際にも電圧が変化しないように制御することが重要である。図５に示す方法を用いれば、インバータを４２Ｖ系につないだ場合でも、１４Ｖ系の電圧を目標値近くに保つように制御することができる。
【００５６】
次に、動作モードとして回生制動またはエンジンアシストが指令された場合について説明する。この場合、回生・アシスト制御部５３が作動して制御を行う。回生制動，エンジンアシストともに大きな電力がバッテリから充電または放電される可能性が高いため、基本的には低電圧スイッチ５をオフ，高電圧スイッチ４をオンとし、インバータを高電圧側に接続する。トルク指令としては統合制御装置９が出力したトルク指令値τｏをそのまま出力する。処理ステップとしては、図３のステップ１０３〜１０５及びステップ１０９〜１１０と同様の処理を行えばよい。
【００５７】
次に、モータ制御装置８の動作について説明する。
【００５８】
図６は、モータ／ジェネレータ２として誘導機を用いた場合の制御ブロックを示したものである。まず、バッテリ制御装置７から出力されたトルク指令値τｍをもとに、モータ／ジェネレータ２のすべり角周波数ωｓをすべり制御部３５で決定する。なお、バッテリ制御装置７からの動作確認信号によりバッテリ制御装置が異常と判定されたときには、τｍではなく統合制御装置９から出力されたトルク指令値τｏを用いるようにする。速度検出部３４では、エンジン１のクランク角θｃからモータ速度ωｍを算出する。モータ／ジェネレータ２はエンジン１と直結しているため、クランク角θｃでモータ速度ωｍを検出すれば、モータ専用に回転センサを用いる必要がない。次にモータ速度ωｍとすべり角周波数ωｓの和によりインバータ３の１次角周波数ω１を演算する。また、モータ／ジェネレータ２に流れる電流がほぼ一定となるように、１次角周波数ω１から１次電圧Ｖ１を計算する。これは一般にＶ／ｆ制御と呼ばれる方法で、Ｖ１／ω１の値を一定、あるいは所定の関数に制御するものである。この演算はＶ／ｆ制御部３６で行われる。電圧演算部３７では、１次電圧Ｖ１と１次角周波数ω１から各相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが計算される。次にモータ／ジェネレータ２の電圧が電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとなるように、ＰＷＭ制御部３８でＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに変換されてインバータ３に出力される。インバータ３の直流電圧は接続されるバッテリの電圧により決定されるので、動作状態別処理部３９で得られた電圧選択信号を入力してＰＷＭ信号を演算する。
【００５９】
動作状態別処理部３９では、バッテリ制御装置７の動作確認信号に異常がないときには、電圧選択信号をそのまま出力する。動作確認信号からバッテリ制御装置７に異常があると判断された場合には、次のような処理を行う。統合制御装置９から出力されたトルク指令値τｏの符号から、充電を要求している状態か、エンジン始動を要求している状態かを判断する。τｏが正の場合にはエンジン始動状態と判断して、電圧選択信号を低電圧（１４Ｖ）とＰＷＭ制御部３８に出力する。τｏが負の場合には充電状態と判断して、電圧選択信号を高電圧（４２Ｖ）とする。このような制御を行うことにより、バッテリ制御装置７が動作できなくなったときでも、低電圧端子１２からのエンジン始動と高電圧端子１１への充電が、それぞれ低電圧ＦＥＴ及び高電圧ＦＥＴ内蔵の逆接続ダイオードを介して可能となる。つまり、バッテリ制御装置が故障した場合、従来のスイッチではできなかったエンジン始動と充電ができるようになったので、複数電圧を有する自動車電源システムの信頼性を向上できる効果がある。特に、高電圧端子側には大電力を必要とする車載機器が接続されるので、バッテリ制御装置が故障しても高電圧側への充電が継続できる本発明の方式は有用である。
【００６０】
なお、以上の説明ではモータ／ジェネレータ２に誘導機を用いた場合について説明したが、同期機を用いた場合についても、モータ制御装置を少し変更するだけで本発明は適用可能である。
【００６１】
さて、図１の構成図ではインバータ３と高電圧ＦＥＴ４及び低電圧ＦＥＴ５は別々の構成要素としたが、この３つを全て一つのモジュールとして実装することも可能である。インバータ用のパワーＭＯＳＦＥＴチップ６個と、電圧切換用のパワーＭＯＳＦＥＴチップを２個を同一モジュールに内蔵させれば、一体モジュールとすることができ、省スペース，小型化，低コスト化が実現できる。また、モジュール内に制御ＩＣを内蔵させた場合には、同一のＩＣで全てのパワーＭＯＳＦＥＴチップが監視・制御できるので、制御の高精度化，コストの低減を図ることができる。
【００６２】
次に、本発明を３種類の電圧を備えた自動車電源に適用した例について図７を用いて説明する。バッテリ６は４２Ｖ用の高電圧端子１１，１４Ｖ用の低電圧端子１２，アース端子１３の他に、２８Ｖ用の中電圧端子６２を備えている。中電圧端子６２には２８Ｖ系負荷６３が接続される。高電圧端子１１は高電圧ＦＥＴ４を介して、低電圧端子１２は低電圧ＦＥＴ５を介してインバータ３の正極に接続される。中電圧端子６２は中電圧ＦＥＴ６１ａ及び６２ｂを介してインバータの正極に接続される。中電圧ＦＥＴ６１ａ及び６２ｂはダイオードの極性を逆にして直列に接続する。これは高電圧ＦＥＴ４または低電圧ＦＥＴ５がオンになったときに、ダイオードを介して短絡状態になるのを防ぐためである。このような構成により、３種類の電圧を持つ電源に対しても本発明は適用可能である。なお、図７では電流，電圧の検出系や制御系を省略しているが、図１と同様の構成や制御方法が適用できる。
【００６３】
また、図７では高電圧を４２Ｖとして説明したが、ハイブリッド自動車に適用されている１００Ｖ以上の電圧であっても同様の構成が適用可能である。その場合、ハイブリッド自動車の駆動モータと４２Ｖ用機器，１２Ｖ用機器がすべて１つのバッテリから駆動でき、しかもＤＣ／ＤＣコンバータが不要でコストが低減できるという効果がある。
【００６４】
また上記実施形態によれば、複数の電圧が供給可能な自動車電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータや複数のバッテリを必要とせず、さらに電圧を切り換えるスイッチを制御するコントローラが故障してもエンジン始動やバッテリの充電を行うことができるという効果がある。またスイッチを切り換えた際の電源電圧の変動を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなす自動車電源装置の構成図を示す。
【図２】図１のバッテリ制御装置７の構成図を示す。
【図３】図２のエンジン始動制御部５１の処理フロー図を示す。
【図４】図２の充電制御部５２の処理フロー図を示す。
【図５】図２の充電制御部５２のトルク指令演算方法を示す制御ブロック図を示す。
【図６】図１のモータ制御装置７の制御ブロック図を示す。
【図７】本発明の一実施形態をなす３電圧を持つ自動車電源装置の構成図を示す。
【図８】図１の自動車搭載例を示す。
【符号の説明】
１…エンジン、２…モータ／ジェネレータ、３…インバータ、４…高電圧FET、５…低電圧ＦＥＴ、６…バッテリ、７…バッテリ制御装置、８…モータ制御装置、９…統合制御装置、１１…高電圧端子、１２…低電圧端子、１３…アース端子、２１…４２Ｖ系負荷、２２…１４Ｖ系負荷、５１…エンジン始動制御部、５２…充電制御部、５３…回生・アシスト制御部、５４…高電圧側充電率測定部、５５…低電圧側充電率測定部。
【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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