JP2007336715A - 車両用の電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が運転者の要求する挙動を実現できるように、キャパシタとバッテリとから走行モータに、電力を供給する。
【解決手段】ＥＣＵは、車両に備えられたナビゲーション装置から自車走行情報を取得するステップ（Ｓ１００）と、自動車専用道路への合流のための加速要求があることが検出されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、キャパシタの充電量Ｑを検出して（Ｓ３００）、充電量Ｑがしきい値以上でなくブレーキがオンされると（Ｓ４００にてＮＯ、Ｓ５００にてＹＥＳ）、回生制動電力によりキャパシタをバッテリよりも優先的に充電するステップ（Ｓ６００）と、合流加速時にキャパシタから優先的に放電して走行用モータに電力を供給するステップ（Ｓ１１００）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の蓄電機構から走行用電気負荷に電力を供給する装置に関し、特に、車両に好適な挙動を実現するように特性の異なる蓄電機構から走行用電気負荷へ電力を供給する装置に関する。

エンジン（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。さらに、エンジンを搭載しないで電気モータのみを走行源としたパワートレーンを搭載した車両（電気自動車、燃料電池車）も開発されている。この電気モータに電力を供給するために、車両には蓄電機構が搭載される。蓄電機構としては、エネルギ密度、充放電効率等を理由として、一般的に二次電池（バッテリ）が搭載されることが多い。この二次電池の種類としては、高電圧のニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが用いられる。なお、走行用の電気モータには、モータジェネレータが用いられ、制動時にエネルギの回生を行ない、燃料消費率の改善が図られている。

特開２０００−３２４６０９号公報（特許文献１）は、ナビゲーション装置を用いて、燃料消費量を最小化することが可能なハイブリッド車両の制御装置を開示する。このハイブリッド車両の制御装置は、駆動力を発生する内燃機関と、内燃機関に接続された電動機と、電動機に電力を供給する電池とを有するハイブリッド車両を制御する。この制御装置は、第１の地点から第２の地点までの走行経路を算出する経路算出手段と、経路算出手段により算出された走行経路に関する道路の環境情報を検出する情報検出手段と、情報検出手段が検出した道路の環境情報に基づいて走行経路を走行した場合に走行に必要な駆動力を算出し、内燃機関と電動機の各々が発生すべき駆動力を演算する駆動力演算手段と、駆動力演算手段の演算結果と内燃機関の特性に基づいて走行経路の走行中における内燃機関の燃料消費率を演算する燃料消費率演算手段と、電池の充電残量を検出する電池残量検出手段と、駆動力演算手段の演算結果から電動機の消費する電力量を推定し、推定した消費電力量と検出した充電残量から必要な発電量を演算する発電量演算手段と、燃料消費率演算手段が演算した内燃機関の燃料消費率と、発電量演算手段が演算した必要発電量に基づいて、燃料消費率の低い場合に発電を行なうことにより燃料消費量が最小となるような発電計画を作成する発電計画手段とを備える。

このハイブリッド車両の制御装置によると、走行経路に関する道路の環境情報から将来の車両の走行状態を予測した発電計画を行なっているために、電池の充電量を保持しつつ内燃機関を効率よく駆動し燃料消費量を低減することを図ることができる。また、この特許文献１には、メインバッテリは、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの各種電池や、電気二重層キャパシタ（なお、以下においては、キャパシタとコンデンサとを区別しないで記載する）などを用いることができると記載されている。

このように蓄電機構として、二次電池（バッテリ）の他にキャパシタを用いることもできる。さらに、バッテリもキャパシタも車両に搭載する場合もある。

特開２０００−１５６９１９号公報（特許文献２）は、モータジェネレータ駆動用のキャパシタの電気エネルギが無駄に消費されることを抑制することができるハイブリッド車の電源装置を開示する。このハイブリッド車の電源装置は、車輪に動力を伝達するエンジンと、車輪に動力を伝達する機能およびエンジンを始動する機能を有する第１の始動装置と、この第１の始動装置に電力を供給する始動装置用電源（キャパシタ）と、この始動装置用電源とは別に設けられ、かつ、車両の機能装置に電力を供給する機能装置用電源（バッテリ）と、始動装置用電源と機能装置用電源との間で電力の授受を可能にする電力供給回路とを有するハイブリッド車の電源装置である。この電源装置に備えられた電源制御手段は、エンジンの始動要求が発生しない場合は、始動装置用電源の電力を機能装置用電源に供給する。

このハイブリッド車の電源装置によると、エンジンの始動要求が発生しない条件下においては、始動装置用電源に蓄積されている電気エネルギが、機能装置用電源に充電される。したがって、エンジンの始動要求が発生することなく長期間が経過した場合でも、始動装置用電源に蓄積されている電気エネルギが、機能装置の電力として利用され、電気エネルギの無駄を防止することができる。なお、この特許文献２においては、バッテリは補機への電力供給のみに用いられ、キャパシタはエンジン始動およびバッテリ充電のみに用いられる。

さらに、特開平１１−２５２７１１号公報（特許文献３）は、電気自動車、特にハイブリッド電気自動車の性能に適合した電気自動車用電源装置を開示する。この電源装置は、充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池（現時点では可逆反応によって作動する鉛蓄電池等の化学蓄電池、将来的には燃料電池などを含む)を電源装置の出力端子に接続すると共に、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池（キャパシタンスを有するコンデンサ状の帯電型物理蓄電池）を充放電電流量を制御する電流制御装置を介して電源装置の出力端子に接続した構成としたことを特徴とする。さらに、電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて現在加速中であることを検出したときには、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御し、現在減速中であることを検出したときには、持続性蓄電池の端子電圧を瞬発性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御する。

この電気自動車用電源装置によると、電源装置の出力電圧が概ね一定の持続型蓄電池の起電力に支配され、大電流の充放電作用が必要なときに瞬発性蓄電池が機能することになる。したがって、充放電量の要求量が小さいときには、瞬発性蓄電池の電流分担割合を小さく制限して電源装置の出力端子電圧の変動が防止される。さらに、現在加速中であるときは、瞬発性蓄電池からの大電流の放電が要求されるので、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御することにより瞬発性蓄電池を主として大電流の放電を行なって放電の要求に応えることができ、また、現在減速中であるときは、瞬発性蓄電池への大電流の充電が要求されるので、持続性蓄電池の端子電圧を瞬発性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御することにより瞬発性蓄電池への充電量を大きくして充電の要求に応えることができる。
特開２０００−３２４６０９号公報 特開２０００−１５６９１９号公報 特開平１１−２５２７１１号公報

しかしながら、特許文献１においては、メインバッテリとして、各種電池やキャパシタを用いることができるということしか記載されていない。特許文献２においては、バッテリとキャパシタとを車両に搭載しているが、キャパシタはエンジン始動またはバッテリ充電のためのみに用いられる。特許文献３においては、持続性蓄電池（バッテリ）と瞬発性蓄電池（キャパシタ）とを車両に搭載し、さらに加速中には、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御して瞬発性蓄電池からの大電流の放電を可能にしているに過ぎない。すなわち、加速が要求された時に瞬発性蓄電池からの大電流の放電が必要であっても、瞬発性蓄電池が充電されていなければ放電することは不可能である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両が運転者の要求する挙動を実現できるように、特性の異なる複数の蓄電機構から走行用電気モータに、電力を供給する車両用の電力供給装置を提供することである。

第１の発明に係る車両用の電力供給装置は、二次電池から出力された電力をインバータを介して駆動される、定格電圧が二次電池の電圧よりも高い走行用モータに電力を供給する。この電力供給装置は、二次電池と、二次電池の電力を変圧して出力するコンバータと、入力された電力を変換して出力するインバータと、コンバータとインバータとの間の電力線に、二次電池と並列に設けられたキャパシタと、キャパシタと電力線とを接続および非接続のいずれかの状態に切換るための切換手段と、切換手段を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、二次電池の電圧は走行用モータの定格電圧よりも低いので、二次電池から電力をインバータに供給する場合には、電圧をコンバータより昇圧する。コンバータとインバータとの間の電力線に、二次電池と並列に設けられたキャパシタは、コンバータを介さないでインバータに電力を供給することができる。すなわち、走行用モータ側に瞬発性の高い蓄電池のキャパシタを接続することにより、走行用モータの負荷が瞬間的に高くなった場合（たとえば急加速）、コンバータを介することなくキャパシタから（コンバータを経由することなく）インバータを経由して走行用モータに電力が供給される。さらに、切換手段（たとえばリレー）を設けることで、回路を接続状態にしたり非接続状態にしたりできるので、二次電池から出力された電力を昇圧した後の電圧変動の影響を受けることなく、キャパシタの充電量を確保することができる。このように、二次電池にコンバータ（昇圧）を接続して、低電圧での充電と高電圧での持続的放電とを実現するとともに、瞬時に高電圧の電力を入出力できるキャパシタの特性を活用して走行用モータの瞬間的な負荷の上昇に対応できるように、特性の異なる蓄電機構を活用して電力を供給することができる。その結果、車両が運転者の要求する挙動を実現できるように、特性の異なる複数の蓄電機構から走行用電気モータに、電力を供給する車両用の電力供給装置を提供することができる。

第２の発明に係る電力供給装置は、第１の発明の構成に加えて、走行用モータに瞬間的な高出力が要求されることを予測するための予測手段をさらに含む。制御手段は、瞬間的な高出力が要求されることが予測されると、切換手段を制御して、二次電池に優先してキャパシタを充電するための手段を含む。

第２の発明によると、たとえば、自動車専用道路への合流が近づいてきたり、前走車を追い越すタイミングが近づいてきたりすると、走行用モータに瞬間的な高出力が要求されることが予測される。このような場合には、瞬時に高電圧の電力を出力（放電）できるキャパシタの特性を活用するために、予めキャパシタを優先的に充電する。これにより、実際に走行用モータに瞬間的な高出力が要求されたときに、走行用モータから十分に大きな駆動力を出力できる。その結果、車両が運転者の要求する走行性能を実現することができる。

第３の発明に係る電力供給装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、回生制動により発生した電力を用いて、二次電池に優先してキャパシタを充電するための手段を含む。

第３の発明によると、走行用モータをモータジェネレータとして機能させたり、走行用モータとは別のモータジェネレータで回生制動時に発電した電力を用いて、キャパシタを充電する。これにより、車両の運動エネルギを回収できるので、エネルギ効率が向上して、究極的には燃料消費率が向上する。

第４の発明に係る電力供給装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、二次電池の電力を用いて、キャパシタを充電するための手段を含む。

第４の発明によると、車両に制動が要求されなくて、キャパシタの充電量が十分でない場合には、二次電池の電力を用いて、キャパシタを充電しておく。これにより、実際に走行用モータに瞬間的な高出力が要求されたときに、二次電池ではなくキャパシタから電力がインバータに供給されて、走行用モータから十分に大きな駆動力を出力できる。

第５の発明に係る電力供給装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、予測手段は、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、瞬間的な高出力が要求されることを予測するための手段を含む。

第５の発明によると、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、自動車専用道路への合流が近づいてくると、走行用モータに瞬間的な高出力が要求されることを予測することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電力供給装置が搭載された車両について説明する。この車両は、バッテリ１００と、インバータ２００と、走行用モータ３００と、コンデンサ４００と、システムメインリレー５１０（ＳＭＲ（１）５００、制限抵抗５０２、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６）と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００とを含む。本実施の形態に係る電力供給装置は、ＥＣＵ６００が実行するプログラムにより制御される。なお、本実施の形態において、車両は走行用モータ３００からの駆動力のみにより走行する電気自動車として説明するが、本発明に係る電力供給装置が搭載される車両は電気自動車に限られず、その他、ハイブリッド車、燃料電池車などに搭載してもよい。

バッテリ１００は、複数のセルを直列に接続したモジュールをさらに複数直列に接続した組電池である。なお、バッテリ１００に加えてキャパシタ７００が備えられ、ともにそれぞれの特性に応じて、走行用モータ３００に電力を供給する。

インバータ２００は、６つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴにそれぞれ並列に接続された６つのダイオードとを含む。インバータ２００は、ＥＣＵ６００からの制御信号に基づいて各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフ（通電／遮断）することにより、バッテリ１００から供給された電流を、直流電流から交流電流に変換し、走行用モータ３００に供給する。なお、インバータ２００およびＩＧＢＴには、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

走行用モータ３００は、三相交流モータである。走行用モータ３００の回転軸は、最終的には車両のドライブシャフト（図示せず）に接続される。車両は、走行用モータ３００からの駆動力により走行する。

コンデンサ４００は、インバータ２００と並列に接続されている。コンデンサ４００は、バッテリ１００から供給された電力、またはインバータ２００から供給された電力を平滑化するため、電荷を一旦蓄積する。平滑化された電力は、インバータ２００またはバッテリ１００に供給される。

システムメインリレー５１０は、正極側のＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４および負極側のＳＭＲ（３）５０６から構成される。ＳＭＲ（１）５００およびＳＭＲ（２）５０４は、バッテリ１００の正極側に設けられている。ＳＭＲ（１）５００とＳＭＲ（２）５０４とは、並列に接続されている。ＳＭＲ（１）５００には、制限抵抗５０２が直列に接続されている。ＳＭＲ（１）５００は、ＳＭＲ（２）５０４が接続される前に接続され、インバータ２００に突入電流が流れることを防止するプリチャージ用ＳＭＲである。ＳＭＲ（２）５０４は、ＳＭＲ（１）５００が接続され、プリチャージが終了した後に接続される正側ＳＭＲである。ＳＭＲ（３）５０６は、バッテリ１００の負極側に設けられている負側ＳＭＲである。各ＳＭＲは、ＥＣＵ６００により制御される。

ＥＣＵ６００は、イグニッションスイッチ（図示せず）、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量、ブレーキペダル（図示せず）の踏込み量などに基づいて、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムを実行し、インバータ２００および各ＳＭＲを制御して、車両の所望の状態で走行させる。ＥＣＵ６００には、コンデンサ４００の電圧を検出する電圧計が接続されている。コンデンサ４００の電圧を検出することにより、インバータ２００（走行用モータ３００）の電圧Ｖ（Ｉ）を検出する。

さらに、ＥＣＵ６００には、バッテリ１００の電圧Ｖ（Ｂ）を検出する電圧計と、バッテリ１００の電流Ｉ（Ｂ）を検出する電流計とが接続されている。これらの電圧計と電流計とで検出した電圧値および電流値から、バッテリ１００のＳＯＣ（States Of Charge）が算出できる。

ＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６は、コイルに対して励磁電流を通電したときにオンする接点を閉じるリレーである。ＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６の作動状態とイグニッションスイッチの位置との関係について説明する。イグニッションスイッチには、ＯＦＦ（オフ）位置と、ＡＣＣ位置、ＯＮ（オン）位置およびＳＴＡ（スタート）位置とがあり、ＥＣＵ６００は、電源遮断時、すなわちイグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置にあるときには、全てのＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６をオフする。すなわち、各ＳＭＲ（１）５００、ＳＭＲ（２）５０４、ＳＭＲ（３）５０６のコイルに対する励磁電流をオフする。なお、イグニッションスイッチのポジションは、エンジンキーをキーシリンダに差し込んで回すことによりＯＦＦ位置→ＡＣＣ位置→ＯＮ位置→ＳＴＡ位置の順に切り換えられ、ＳＴＡ位置からＯＮ位置へは自動的に戻るものとする。なお、このようなイグニッションスイッチに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。エンジンキーの代わりのキー（スマートエントリキーとも呼ばれる）をキースロットに差し込んで（あるいは携帯して運転席に着座して）、押しボタンスイッチ（パワースイッチとも呼ばれる）を押すことにより、電源ポジションがＯＦＦ位置→ＡＣＣ位置→ＯＮ位置→ＨＶシステム起動位置の順に切換られるものである。

さらに、この車両には、上述したように、走行用モータ３００へ電力を供給するデバイスとして、バッテリ１００に加えて、キャパシタ７００を搭載している。キャパシタ７００は、リレー７０２およびリレー７０４をＥＣＵ６００が開閉制御して、インバータ２００へ電力を供給（放電）する。リレー７０２およびリレー７０４は、コイルに対して励磁電流を通電したときにオンする接点を閉じるリレーである。

また、このキャパシタ７００には、バッテリ１００からの電力が、後述する昇圧コンバータ８００（昇圧コンバータ８００は昇圧動作に加えて降圧動作も可能である）を介して供給されることにより充電される。さらに、このキャパシタ７００には、回生制動時にモータ３００がジェネレータとして機能して、この回生電力が供給されることにより充電される。なお、このキャパシタ７００の接続点は、インバータ２００の入力側端子とコンデンサ４００との間である。

また、この車両には、バッテリ１００とインバータ２００との間に、昇圧コンバータ８００が設けられる。この昇圧コンバータ８００により、たとえばバッテリ１００の定格電圧２００Ｖ程度が、５００Ｖ程度（モータの定格電圧）まで昇圧される。この昇圧コンバータ８００は、２つのＩＧＢＴや電流変化を低減させるリアクトルから構成される。

電源接続時、すなわちイグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置からＡＣＣ位置およびＯＮ位置を経てＳＴＡ位置に切換られると、ＥＣＵ６００は、先ず、ＳＭＲ（３）５０６をオンし、次にＳＭＲ（１）５００をオンしてプリチャージを実行する。ＳＭＲ（１）５００には制限抵抗５０２が接続されているので、ＳＭＲ（１）５００をオンしてもインバータ電圧Ｖ（Ｉ）は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止することができる。

ＥＣＵ６００は、インバータ電圧Ｖ（Ｉ）が、たとえば、バッテリ電圧Ｖ（Ｂ）の約８０％程度に達したところでプリチャージを完了し、ＳＭＲ（２）５０４をオンする。ＥＣＵ６００は、インバータ電圧Ｖ（Ｉ）がほぼバッテリ電圧Ｖ（Ｂ）に等しくなったところで、ＳＭＲ（１）５００をオフしてバッテリ１００からの通電をオン状態とする。

一方、イグニッションスイッチのポジションがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り換えられると、ＥＣＵ６００は、先ずＳＭＲ（２）５０４をオフし、続いてＳＭＲ（３）５０６をオフする。この結果、バッテリ１００とインバータ２００との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。このとき、駆動回路側の残存電圧はディスチャージされ、インバータ電圧Ｖ（Ｉ）は徐々に約０Ｖ（遮断時電圧）に収束する。なお、遮断時電圧は必ずしも０Ｖである必要はなく、たとえば、２、３Ｖ程度の微弱電圧であっても良い。

さらに、ＥＣＵ６００は、このようにしてシステムメインリレー５１０をオン状態からオフ状態にするわけであるが、ＥＣＵ６００はシステムメインリレー５１０をオフ状態にして、以下に示すような本発明に特有な制御を実行する。

ＥＣＵ６００は、通信線等により接続されたナビゲーション装置９００からの情報に基づいて、瞬発性の加速が要求されると、バッテリ１００ではなくキャパシタ７００から、インバータ２００を介して走行用モータ３００に電力を供給する。このような瞬発性が要求される加速が予測されると、ＥＣＵ６００は、予めキャパシタ７００の充電量Ｑを上昇させる。このようにすると、加速の瞬間的な高出力に備えて予めキャパシタ７００を充電しておけるので、十分な加速性能を確保することができる。

図２を参照して、本実施の形態に係る電力供給装置を制御するＥＣＵ６００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に示すフローチャートで表わされるプログラムは、加速制御に限定したフローチャートであって、予め定められた時間間隔において繰返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ６００は、ナビゲーション装置９００から自車走行情報を取得する。なお、自車走行情報には、ナビゲーション装置９００がＧＰＳ（Global Positioning System）の衛星から受信した自車の位置情報およびナビゲーション装置９００に記録された地図データに基づく、自車の地図上の走行位置情報を含む。これにより、自車の進行方向の道路情報も取得できる。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ６００は、近い将来に、たとえば自動車専用道路への合流のための加速要求があるか否かを判断する。近い将来に、合流のための加速要求があると判断されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、この処理は終了する。なお、自動車専用道路との合流部に接近しつつあると合流のための加速要求があると判断する場合のほかにも、以下のような場合に瞬時の加速要求があると判断するようにしてもよい。たとえば、片側２車線以上の左側車線を走行中であって、レーダセンサで自車の前方に車両が検出された場合（追越加速）、これに加えて、車間が短くなっている場合、片側２車線以上の左側車線を走行中であって、車車間通信により自車の前方に車両が検出されて、追越車線の前方に車両が検出されない場合（追越加速）がある。なお、これらの場合、どの車線を走行中であるのかが、たとえばナビゲーション装置９００からの情報に基づいて検出される。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ６００は、キャパシタ７００の充電量Ｑを検出する。キャパシタ７００の充電量Ｑの検出については、たとえば、キャパシタ７００の電圧Ｖ（Ｃ）を検出する電圧計と、キャパシタ７００の電流Ｉ（Ｃ）を検出する電流計とをキャパシタ７００の接続ラインに設けて、これらの電圧計と電流計とで検出した電圧値および電流値から、キャパシタ７００の充電量Ｑを算出するようにしてもよい。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ６００は、キャパシタ７００の充電量Ｑがしきい値Ｑ（ＴＨ）以上であるか否かを判断する。このしきい値Ｑ（ＴＨ）には、キャパシタ７００の充電量Ｑが、近い将来の瞬時の加速に十分な電力量であるか否かを判断するための値が代入される。キャパシタ７００の充電量Ｑがしきい値Ｑ（ＴＨ）以上であると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１００へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ５００へ移される。

Ｓ５００にて、ＥＣＵ６００は、ブレーキがオン状態であるか否かを判断する。この判断は、ＥＣＵ６００に入力されるブレーキスイッチ等の信号に基づいて行なわれる。ブレーキがオン状態であると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ６００へ移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ７００へ移される。

Ｓ６００にて、ＥＣＵ６００は、回生制動電力によりキャパシタ７００をバッテリ１００よりも優先的に充電する。このとき、走行用モータ３００はジェネレータとして機能して、ＥＣＵ６００は、システムメインリレー５１０をオフ状態（バッテリ１００と走行用モータ３００とが接続されていない状態）にして、リレー７０２およびリレー７０４をオン状態（キャパシタ７００と走行用モータ３００とが接続されている状態）にして、走行用モータ３００で回生発電された電力を用いてキャパシタ７００を充電する。なお、このフローチャートには詳細を記載していないが、キャパシタ７００の充電量Ｑがしきい値Ｑ（ＴＨ）以上になっても回生制動状態であると、ＥＣＵ６００は、システムメインリレー５１０をオン状態（バッテリ１００と走行用モータ３００とが接続されている状態）にして、リレー７０２およびリレー７０４をオフ状態（キャパシタ７００と走行用モータ３００とが接続されていない状態）にして、走行用モータ３００で回生発電された電力を用いてバッテリ１００を充電する。このとき、昇圧コンバータ８００は降圧動作を実行する。このＳ６００の処理後、処理はＳ１１００へ移される。

Ｓ７００にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００のＳＯＣを検出する。Ｓ８００にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００のＳＯＣがしきい値ＳＯＣ（ＴＨ）以上であるか否かを判断する。このしきい値ＳＯＣ（ＴＨ）には、キャパシタ７００を充電（少なくともキャパシタ７００の充電量ＱをＱ（ＴＨ）まで充電）するために十分であるか否かを判断するための値が代入される。バッテリ１００のＳＯＣがしきい値ＳＯＣ（ＴＨ）以上であると（Ｓ８００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０００へ移される。もしそうでないと（Ｓ８００にてＮＯ）、処理はＳ９００へ移される。

Ｓ９００にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００のＳＯＣが十分ではないので、エンジン動力により、キャパシタ７００を充電する。このときには、走行用モータ（または他のモータであってもよい）がエンジンにより回転されて発電する。このＳ９００の処理後、処理はＳ１１００へ移される。

Ｓ１０００にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００のＳＯＣが十分ではあるので、バッテリ１００の電力を用いて、昇圧コンバータ８００にて電圧を昇圧してキャパシタ７００を充電する。このＳ１０００の処理後、処理はＳ１１００へ移される。

Ｓ１１００にて、ＥＣＵ６００は、合流加速時に、キャパシタ７００から優先的に放電して、インバータ２００に電力を供給する。

なお、上述の説明においては、キャパシタ７００を充電する際に、バッテリ１００の電力を用いるのか、エンジン動力により発電された電力を用いるのかを、バッテリ１００のＳＯＣに基づいて判断したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、エンジンの作動状態がエンジンの効率が高い回転数領域（あるいは負荷領域であってもよい）に入っているのであれば、エンジン動力により発電された電力を用いてキャパシタ７００を充電するようにしてもよい。さらに、このエンジン効率とバッテリ１００のＳＯＣとを組合わせて判断するようにしてもよい。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電力供給装置を搭載した車両であって、ＥＣＵ６００により制御される車両の動作について説明する。

車両の走行中に、自車の位置が自動車専用道路の合流手前や、自車が追越加速をすることが予測されると（Ｓ１００、Ｓ２００にてＹＥＳ）、キャパシタ７００の充電量Ｑが検出される（Ｓ３００）。

このキャパシタの充電量Ｑが、合流時や追越時の瞬時の加速を走行用モータ３００で実現するためにキャパシタ７００から供給できるほどの高い充電量であると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、このままの状態で合流加速時にはキャパシタ７００から優先的にインバータ２００に電力を供給（放電）する。

このキャパシタの充電量Ｑが、さほど高い充電量でなく（Ｓ４００にてＮＯ）、ブレーキがオン状態であると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、走行用モータ３００がジェネレータとして機能して発電した電力を用いてキャパシタ７００をバッテリ１００よりも優先して充電する（Ｓ６００）。

さらに、このキャパシタの充電量Ｑが、さほど高い充電量でなく（Ｓ４００にてＮＯ）、ブレーキがオン状態でない場合には（Ｓ５００にてＹＥＳ）、バッテリ１００のＳＯＣに基づいて、以下のようにキャパシタ７００が充電される。

バッテリ１００のＳＯＣが十分に高くない場合には（Ｓ８００にてＮＯ）、エンジンの動力で発電された電力でキャパシタ７００が充電される（Ｓ９００）。一方、バッテリ１００のＳＯＣが十分に高い場合には（Ｓ８００にてＹＥＳ）、バッテリ１００の電力を昇圧コンバータ８００で昇圧してキャパシタ７００が充電される（Ｓ１０００）。

このようにして、合流加速が予測されると、その前にキャパシタ７００を十分な充電量にまで充電するので、瞬時の加速を実現できる。

以上のようにして、本実施の形態に係る電力供給装置およびこの電力供給装置を制御する制御装置として機能するＥＣＵにより実行されるプログラムにより、瞬時の加速が要求されることが予測されると、瞬時に高電圧の電力をインバータに供給できるキャパシタの充電量を十分にしておく。このような状態にしておくと、瞬時の加速が必要な場合に、キャパシタから（昇圧コンバータを経由することなく直接）高電圧の電力をインバータに供給して、瞬時の加速を実現できる。

特に、バッテリは昇圧コンバータを介してキャパシタやインバータに接続されているので、低電圧で蓄電できるという利点と、高電圧で持続的に供給（コンバータおよびインバータを経由して走行用モータに供給）や充電（キャパシタを充電）できる利点とを有する。また、キャパシタは、瞬時の充放電が可能であり、高電圧で電力を蓄電しておいて、瞬時の加速が要求されるときに高電圧の電圧を（コンバータを経由することなく）瞬時に供給して瞬時の加速を実現できるという利点を有する。このように、バッテリおよびキャパシタのそれぞれの特性を利点とした構成を有する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る電力供給装置の全体構成を示す図である。 図１のＥＣＵで実行される加速制御プログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ バッテリ、２００ インバータ、３００ 走行用モータ、４００ コンデンサ、５１０ システムメインリレー、５００，５０４，５０６ ＳＭＲ、５０２ 制限抵抗、６００ ＥＣＵ、７００ キャパシタ、８００ 昇圧コンバータ、９００ ナビゲーション装置。

Claims (5)

1. 二次電池から出力された電力をインバータを介して駆動される、定格電圧が二次電池の電圧よりも高い走行用モータに電力を供給する装置であって、
   二次電池と、
   前記二次電池の電力を変圧して出力するコンバータと、
   入力された電力を変換して出力するインバータと、
   前記コンバータと前記インバータとの間の電力線に、前記二次電池と並列に設けられたキャパシタと、
   前記キャパシタと前記電力線とを接続および非接続のいずれかの状態に切換るための切換手段と、
   前記切換手段を制御するための制御手段とを含む、車両用の電力供給装置。
2. 前記電力供給装置は、前記走行用モータに瞬間的な高出力が要求されることを予測するための予測手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記瞬間的な高出力が要求されることが予測されると、前記切換手段を制御して、前記二次電池に優先して前記キャパシタを充電するための手段を含む、請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記制御手段は、回生制動により発生した電力を用いて、前記二次電池に優先して前記キャパシタを充電するための手段を含む、請求項２に記載の電力供給装置。
4. 前記制御手段は、前記二次電池の電力を用いて、前記キャパシタを充電するための手段を含む、請求項２に記載の電力供給装置。
5. 前記予測手段は、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、前記瞬間的な高出力が要求されることを予測するための手段を含む、請求項２〜４のいずれかに記載の電力供給装置。

Images