JP2010247652A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】設定電圧で駆動される電磁モータを駆動源とする電磁式サスペンション装置を備えた車両に搭載される車両用電源システムの実用性を向上させる。
【解決手段】(i)モータ５４の端子電圧Ｅ_Mが設定電圧Ｅ_Dより高く設定されたモータ閾電圧を超える場合と、モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧以下で、かつ、キャパシタ１２０の端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧以上である場合とに、電力消費回路１４０を作動させず、電力需給状態切換器１３０によってキャパシタ１４０の充放電を許容する電力需給許容状態を実現し、(ii)モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧以下で、かつ、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧より低い場合に、電力需給状態切換器１３０によってキャパシタ１２０の充放電を禁止する電力需給禁止状態を実現するとともに、電力消費回路１４０を作動させてキャパシタ１２０に蓄えられた電力が消費されるように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ばね上部とばね下部とに間に配設される電磁式のサスペンション装置を備えた車両に搭載される車両用電源システムに関する。

近年では、車両用のサスペンション装置として、電磁モータの力に依拠してばね上部とばね下部とに対してそれらが接近・離間する方向の力を発生させる電磁式のアクチュエータを含んで構成される電磁式サスペンション装置が検討されており、例えば、下記特許文献１に記載されている装置が存在する。その電磁式サスペンション装置を備えたサスペンションシステムは、一般的に、下記特許文献１に記載されているシステムのように、アクチュエータが有する電磁モータを駆動するための駆動回路を備えている。その駆動回路は、電磁モータに生じた起電力に依拠して発生した電力を電源に回生可能な構造とされる場合がある。そのようなシステムにおいては、例えば、路面の凹凸等によりばね下部が勢いよく動作させられた場合、つまり、外部から大きな力の入力があった場合に、電磁モータに大きな起電力が生じ、その大きな起電力による大きな回生電力によって、電源に大きな負担がかかることになる。その電源にかかる大きな負担は、電磁式サスペンション装置を備えた車両が抱える問題となっている。

下記特許文献１ないし３に記載の車両用電源システムは、充放電時に化学反応を伴うために充放電にかかる時間が長いバッテリの他に、充放電にかかる時間が短い電気二重層コンデンサ等のキャパシタを備え、電磁モータによる発電電力が大きな場合に、その発電電力の一部をキャパシタに送ることで、バッテリにかかる負担を軽減するようにされている。

特開２００７−１１８７１４号公報 特開２００２−３１５１０９号公報 実開平６−６６２０４号公報

しかし、上記特許文献２に記載された車両用電源システムのように、単にバッテリとキャパシタとを並列に接続しただけの構成を採用しても、バッテリによって電磁モータを駆動するための電圧である駆動電圧が常にキャパシタにかかっており、キャパシタにはその駆動電圧に応じた電気エネルギが蓄えられた状態となっている。そのため、電磁モータに大きな起電力が生じた場合、キャパシタに蓄えられるエネルギ量は、その電磁モータによる発電電力の電圧と駆動電圧との差分に関係するエネルギ量だけであり、バッテリにかかる負担を十分に軽減できるとは言い難い。

また、上記特許文献３に記載された車両用電源システムは、コンデンサが、コンバータを介してバッテリと並列に接続されており、そのコンバータによってコンデンサの電圧を昇圧させて、コンデンサに蓄えられた電気エネルギ量をすべて利用されるように構成されている。ところが、この構成の電源システムを採用した場合、コンデンサの電圧が低下する程、コンデンサの電圧をコンバータによって昇圧する際の効率が悪くなるという問題がある。そのような種々の問題に対処することにより、電磁式サスペンション装置を搭載した車両の電源システムの実用性を向上させ得ると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、電磁式サスペンション装置を備えた車両に搭載される電源システムの実用性を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用電源システムは、設定電圧で駆動される電磁モータを駆動源とする電磁式サスペンション装置を備えた車両に搭載され、バッテリを有して電磁モータへ電力を供給するとともにその電磁モータによる発電電力が回生される主蓄電装置と、バッテリと並列に接続されたキャパシタを有してそのバッテリを補助する補助蓄電装置とを含んで構成される車両用電源システムであって、その補助蓄電装置が、(A)キャパシタへの充電およびそのキャパシタからの電力供給を許容する電力需給許容状態と、キャパシタへの充電およびそのキャパシタからの電力供給を禁止する電力需給禁止状態とを選択的に実現する電力需給状態切換器と、(B)キャパシタと並列に接続され、自身の作動によってキャパシタに蓄えられた電力を消費させる電力消費回路とを備え、(i)電磁モータの端子電圧が設定電圧より高く設定されたモータ閾電圧を超える場合と、電磁モータの端子電圧がモータ閾電圧以下で、かつ、キャパシタの電圧がキャパシタ閾電圧以上である場合とに、電力需給状態切換器によって電力需給許容状態が実現され、電力消費回路が作動せず、(ii)電磁モータの端子電圧がモータ閾電圧以下で、かつ、キャパシタの電圧がキャパシタ閾電圧より低い場合に、電力需給状態切換器によって電力需給禁止状態が実現され、電力消費回路が作動するように構成される。

本発明の車両用電源システムにおいては、電磁モータ（以下、単に「モータ」という場合がある）の端子電圧が設定電圧より高く設定されたモータ閾電圧を超える場合に、電力需給状態切換器によって電力需給許容状態が実現されることで、そのモータによる発電電力によってキャパシタが充電される状態（以下、「充電状態」という場合がある）となる。また、モータの端子電圧がモータ閾電圧以下で、かつ、キャパシタの電圧がキャパシタ閾電圧以上である場合に、電力需給状態切換器によって電力需給許容状態が実現されることで、キャパシタからモータに電力が供給される、あるいは、バッテリが充電される状態（以下、「放電状態」という場合がある）となる。さらに、モータの端子電圧がモータ閾電圧以下で、かつ、キャパシタの電圧がキャパシタ閾電圧より低い場合に、電力需給状態切換器によって電力需給禁止状態が実現されるとともに、電力消費回路が作動することで、キャパシタに蓄えられた電力が消費される状態（以下、「電力消費状態」という場合がある）となる。

本発明の電源システムにおける「電力需給状態切換器」は、キャパシタを、モータおよびバッテリに電気的に接続した状態と、その接続を断った状態とを切り換えるものであれば、電力需給許容状態と電力需給禁止状態とを実現することが可能である。しかし、キャパシタに蓄えられた電力を多く利用するという観点からすれば、キャパシタの電圧を、モータを駆動するための設定電圧より高い電圧に昇圧させる機能を有するものであることが望ましい。つまり、電力需給状態切換器として、コンバータを採用することが可能である。そのコンバータを採用すれば、急速に放電させずに徐々に放電することが可能であるため、充電にかかる時間が長いバッテリを充電させる際に、バッテリにかかる負担を軽減することが可能である。

つまり、本発明の車両用電源システムによれば、モータによる発電電力が大きくなっている場合に、充電状態が実現されて、その発電電力の少なくとも一部がキャパシタに送られることで、バッテリを含む主蓄電装置への負担が軽減されることになる。また、先に説明したように、放電状態が実現されることで、そのキャパシタに蓄えられた電力を、電力需給状態切換器によって急速に放電させずに徐々に放電することで、充電にかかる時間が長いバッテリを充電させる際に、バッテリにかかる負担を軽減することが可能である。

さらに、キャパシタの電圧が低下するほど、電力需給状態切換器によるキャパシタの電圧を昇圧させる効率が悪くなるが、本発明の電源システムによれば、放電によってキャパシタの電圧がある程度低下した場合に、電力消費状態が実現されて、キャパシタの電力が減らされることで、次の大きな発電電力をできる限り多く蓄えられるようになっている。したがって、本発明の車両用電源システムは、主蓄電装置への負担が軽減されるとともに、キャパシタに蓄えられた電力を効率的に利用可能であるという利点を有しており、実用性の高いものとなる。

本発明の車両用電源システムが備える「主蓄電装置」は、電磁式サスペンション装置専用のバッテリを主体として構成されたものであってもよく、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両おいて車両に駆動力を与えるためのモータに電力を供給するためのもの、具体的に言えば、電磁式サスペンション装置のモータが駆動される電圧より高い公称電圧とされたバッテリと、そのバッテリの電圧を電磁式サスペンション装置のモータが駆動される電圧に降圧するコンバータとを含んで構成されたものであってもよい。

本発明の車両用電源システムが備える補助蓄電装置の「キャパシタ」は、１つのキャパシタセルであるものに限定されず、複数のキャパシタセルによって構成されたものであってもよい。一般的に、キャパシタセル単体での耐電圧は、モータの駆動電圧やモータによる発電電力の電圧に比較して小さいため、例えば、複数のキャパシタセルを直列に接続すれば、充電時のキャパシタの電圧を高くすることができ、電力需給状態切換器による放電を効率的に行うことが可能となる。その「電力需給状態切換器」には、上述したキャパシタの電圧を昇圧する機能に加えて、電磁モータによる発電電力の電圧を降圧する機能を有するものとすることが可能である。そのような電力需給状態切換器を採用すれば、キャパシタにそれの耐電圧以上の電圧が印加されないようにすることが可能である。

なお、車両が、複数の車輪に対応して複数の電磁式サスペンション装置を備える場合を考える。それら複数の電磁式サスペンション装置の各々が有する電磁モータの端子は、一般的に並列に接続されるため、それら複数のモータの端子電圧は等しい。つまり、本項の態様においては、コンバータおよび電力消費回路の制御は、それら複数のモータのうちのいずれかのものの端子電圧によって行われてもよく、それらが接続された箇所の電圧によって行われてもよい。

請求可能発明の実施例である車両用電源システムを搭載する車両の全体構成を示す概略図である。 図１に示す電磁式サスペンション装置を示す正面断面図である。 図１に示す車両用電源システムの回路図である。 モータの端子電圧とキャパシタの端子電圧とに応じた補助蓄電装置の制御状態を示した図である。 図１に示す電源電子制御ユニットによって実行される電源制御プログラムを表すフローチャートである。 モータの端子電圧とキャパシタの端子電圧との時間変化を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、本発明の一実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

＜車両用電源システムを搭載した車両の構成＞
i）ハイブリッドシステムの構成
図１に、請求可能発明の実施例である車両用電源システム１０を搭載した車両を模式的に示す。本車両は、ハイブリッド自動車である。つまり、本車両は、車両に駆動力を与えるためのエンジン１２と車両駆動用モータ１４との両者を含んで構成されるハイブリッドシステムを搭載している。それらエンジン１２と車両駆動用モータ１４との間には、動力分配機構１６が設けられ、その動力分配機構１６に、ジェネレータ１８を介してエンジン１２が接続されるとともに、車両駆動用モータ１４とが接続されている。その動力分配機構１６により、エンジン１２の駆動力と車両駆動用モータ１４の駆動力との両方を伝達するか、それらのうちの一方の駆動力のみを伝達するかが変更され、その駆動力が減速機構２０等を介して、前輪２２ＦＲ，２２ＦＬに伝達される。なお、車輪２２に付したＦＲ，ＦＬは、図に示すように車輪位置を示す添え字であり、以下の説明においても、４つの車輪のいずれに対応するものであるかを明確にする必要のある場合には、左前輪，右前輪，左後輪，右後輪の各々に対応するものにＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲを付す場合がある。

上記ハイブリッドシステムでは、ハイブリッド電子制御ユニット３０（以下、「ハイブリッドＥＣＵ３０」という場合がある）によって、各種の制御が行われる。ハイブリッドＥＣＵ３０には、車両駆動用モータ１４およびジェネレータ１８に対応するインバータ３２，３４が接続されている。ハイブリッドＥＣＵ３０は、それらインバータ３２，３４を制御することによって、駆動力の制御等が行われるようになっている。なお、インバータ３２，３４は、後に詳しく説明する車両用電源システム１０に接続されており、車両駆動用モータ１４には、その電源システム１０から電力が供給される。

ii）サスペンション装置の構成
また、当該車両は、前後左右の車輪２２の各々に対応する独立懸架式の４つの電磁式のサスペンション装置４０を備えている。それらサスペンション装置４０は、図２に示すように、車輪２２を保持してばね下部の一部分を構成するサスペンションロアアーム４２と、車体に設けられてばね上部の一部分を構成するマウント部４４との間に、それらを連結するようにして配設されている。そして、サスペンション装置４０は、電磁式のアクチュエータ４６と、サスペンションスプリングとしてのコイルスプリング４８とを含んで構成されており、それらが一体化されたものとなっている。

アクチュエータ４６は、ねじ溝が形成された雄ねじ部としてのねじロッド５０と、ベアリングボールを保持してねじロッド５０と螺合する雌ねじ部としてのナット５２とを含んで構成されるボールねじ機構と、動力源としての電磁モータ５４（以下、単に「モータ５４」という場合がある）と、そのモータ５４を収容するケーシング５６とを備えている。そのケーシング５６は、ねじロッド５０を回転可能に保持するとともに、外周部において防振ゴム５８を介してマウント部４４に連結されている。モータ５４は、中空とされたモータ軸６０を有しており、そのモータ軸６０には、それの内側を貫通して上端部においてねじロッド５０が固定されている。つまり、モータ５４は、ねじロッド５０に回転力を付与するものとなっている。

また、アクチュエータ４６は、アウターチューブ７０と、そのアウターチューブ７０に嵌入してそれの上端部から上方に突出するインナチューブ７２とを含んで構成されるシリンダ７４を有している。アウターチューブ７０は、それの下端部に設けられた取付ブシュ７６を介してロアアーム４２に連結され、インナチューブ７２は、上記ねじロッド５０を挿通させた状態で上端部がケーシング５６に固定されている。インナチューブ７２には、それの内底部にナット支持筒７８が立設され、それの上端部の内側には、上記ナット５２が、ねじロッド５０と螺合させられた状態で固定されている。

さらに、アクチュエータ４６は、カバーチューブ８０を有しており、そのカバーチューブ８０が、上端部において防振ゴム８２を介してマウント部４４の下面側に、上記シリンダ７４を挿通させた状態で連結されている。なお、このカバーチューブ８０の上端部には、フランジ部８４（上部リテーナとして機能する）が形成されており、そのフランジ部８４と、アウタチューブ７０の外周面に設けられた環状の下部リテーナ８６とによって、サスペンションスプリングとしてのコイルスプリング４８が挟まれる状態で支持されている。

上述のような構造から、アクチュエータ４６は、ねじロッド５０，モータ５４，ケーシング５６，インナチューブ７２，カバーチューブ８０等を含んでマウント部４４に連結されるばね上部側ユニットと、ナット５２，インナチューブ７０，ナット支持筒７８等を含んでロアアーム４２に連結されるばね下部側ユニットとを有する構造のものとなっており、相対回転不能、かつ、ばね上部とばね上部との接近離間動作に伴って軸線方向に相対移動可能、換言すれば、伸縮可能な構造とされている。

アクチュエータ４６は、ばね上部とばね下部とが接近・離間動作する場合に、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとが軸線方向に相対移動可能、つまり、ねじロッド５０とナット５２とが軸線方向に相対移動可能とされ、その相対移動に伴って、ねじロッド５０がナット５２に対して回転する。それによって、モータ軸６０も回転する。モータ５４は、ねじロッド５０に回転トルクを付与可能とされ、この回転トルクによって、ねじロッド５０とナット５２との相対回転に対して、その相対回転を阻止する方向の抵抗力を発生させることが可能である。この抵抗力を、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対移動に対する減衰力、ひいては、ばね上部とばね下部との接近離間動作に対する減衰力として作用させることで、アクチュエータ４６は、いわゆるショックアブソーバとして機能するものとなっている。また、アクチュエータ４６は、ばね上部とばね下部との相対動作に対する推進力をも発生させることが可能とされており、いわゆるスカイフックダンパ理論，擬似的なグランドフック理論等に基づく制御を実行することが可能とされている。

４つのサスペンション装置４０は、サスペンション電子制御ユニット９０（以下、「サスペンションＥＣＵ９０」という場合がある）によって、アクチュエータ４６の制御が行われる。サスペンションＥＣＵ９０には、各アクチュエータ４６が有するモータ５４に対応して設けられて、それぞれが、対応するモータ５４の駆動回路として機能する４つのインバータ９２が接続されている。サスペンションＥＣＵ９０は、それら４つのインバータ９２を制御することによって、アクチュエータ４６が発生させるアクチュエータ力を制御するようになっている。なお、４つのインバータ９２は、後述する車両用電源システム１０に接続されており、各アクチュエータ４６のモータ５４には、その電源システム１０から電力が供給される。

図３に示すように、各アクチュエータ４６のモータ５４は、コイルがスター結線（Ｙ結線）された３相ＤＣブラシレスモータであり、上述したインバータ９２によって制御される。インバータ９２は、図３に示すような一般的なものであり、電源のhigh側（高電位側）のスイッチング素子と、low側（低電位側）のスイッチング素子とからなるスイッチング素子対を、モータ５４の３つの相であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して３対有するものである。また、インバータ９２は、スイッチング素子を開閉作動させるスイッチング素子制御回路９４を有している。

インバータ９２は、電源システム１０からの供給電流であるか、起電力に依拠して生じた発電電流であるかに拘わらず、モータ５４を流れる電流、つまり、モータ５４の通電電流を調整して、モータ力を制御する構造とされている。つまり、モータ５４は、供給電流に依存したモータ力だけでなく、起電力に依存したモータ力を発生可能となっている。なお、電源システム１０から電力の供給を受ける場合、モータ５４は設定電圧Ｅ_D（例えば、45Ｖ）で定電圧駆動されるようになっている。ちなみに、通電電流は、各インバータ９２がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によるパルスオン時間とパルスオフ時間との比（デューティ比）を変更することによって調整される。

iii）車両用電源システムの構成
次いで、上述したハイブリッドシステムやサスペンション装置４０等に電力を供給する本請求可能発明の車両電源システム１０について、図１に加えて、図３をも参照しつつ、詳しく説明する。本電源システム１０は、図１に示すように、ハイブリッドバッテリ１００（以下、単に「バッテリ」という場合がある）を備えており、そのバッテリ１００には、ハイブリッドシステムの車両駆動用モータ１４が、前述したインバータ３２を介して接続される。つまり、車両駆動用モータ１４は、バッテリ１００から電力の供給を受けて、前輪２２ＦＲ，２２ＦＬに駆動力を与えることが可能に構成される。なお、バッテリ１００は、サスペンション装置４０のモータ５４が駆動される設定電圧Ｅ_Dより高い公称電圧Ｅ_N（例えば、288Ｖ）とされたものである。

また、バッテリ１００には、４つのサスペンション装置４０のモータ５４も、接続される。詳しくは、４つのモータ５４に対応するインバータ９２が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２（以下、単に「第１コンバータ１０２」という場合がある）を介して、バッテリ１００に接続される。その第１コンバータ１０２は、ノイズフィルタ部１０４と、トランジスタ−ブリッジ回路であるＤＣ−ＡＣ変換部１０６と、トランス１０８と、整流部１１０と、平滑部１１２と、コンバータ制御回路１１４とを含んで構成され、ＤＣ−ＡＣ変換部１０６が制御されることで、バッテリ１００からモータ５４への電力供給とバッテリ１００の充電を許容する電力需給許容状態（ＯＮ状態）と、それらを禁止した電力需給禁止状態（ＯＦＦ状態）とが切り換えられるように構成されている。そして、第１コンバータ１０２は、電力需給許容状態を実現することで、バッテリ１００の放電電圧を設定電圧Ｅ_Dに降圧するとともに、モータ５４によって発電された電力の電圧をバッテリ１００の公称電圧Ｅ_Nより僅かに高い電圧に変換して、モータ５４の発電電力をバッテリ１００に回生することが可能とされている。つまり、本電源システム１０においては、バッテリ１００と第１コンバータ１０２とを含んで、主蓄電装置１１６が構成されているのである。

また、本電源システム１０は、キャパシタ１２０を主体として構成されてバッテリ１００を補助する蓄電装置である補助蓄電装置１２２を備えている。バッテリ１００は、蓄電容量は大きいものの、充放電時に化学反応を伴うため比較的長い充電時間を必要とするものである。それに対して、補助蓄電装置１２２の構成主体となるキャパシタ１２０は、アルミ電解コンデンサであり、バッテリ１００と比較すれば蓄電容量は小さいものの、短時間で充電できるとともに、充放電による劣化がほとんどないものである。つまり、そのようなキャパシタの特徴を生かして、補助蓄電装置１２２は、バッテリ１００を補助するものとなっている。

キャパシタ１２０には、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０（以下、単に「第２コンバータ１３０」という場合がある）を介して、４つのモータ５４に対応するインバータ９２が接続されている。その第２コンバータ１３０は、上記第１コンバータ１０２と同様に構成されたものであり、キャパシタの充放電を許容する電力需給許容状態とキャパシタの充放電を禁止する電力需給禁止状態とを切り換え可能とされており、電力需給状態切換器として機能するものである。そして、第２コンバータ１３０は、電力需給許容状態を実現することで、モータ５４によって発電された電力の電圧を、キャパシタ１２０の耐電圧Ｅ_CMAX（例えば、48Ｖ）より僅かに低い電圧に降圧して、モータ５４の発電電力によってキャパシタ１２０を充電することが可能とされるとともに、キャパシタ１２０が充電された後には、そのキャパシタ１２０の電圧を設定電圧Ｅ_Dより僅かに高い電圧に昇圧して、キャパシタ１２０に充電された電力を放電させることが可能とされている。

また、補助蓄電装置１２２は、キャパシタ１２０と並列に接続された電力消費回路１４０（いわゆるダイナミックブレーキである）を有している。その電力消費回路１４０は、抵抗器１４２と、その抵抗器１４２に電流が流れる状態と流れない状態とを切り換えるスイッチング素子１４４とを含んで構成される。この電力消費回路１４０は、後に詳しく説明するが、スイッチング素子１４４が制御されることで、キャパシタ１２０から抵抗器１４２に電流が流され、キャパシタ１２０に充電されている電力を消費させることが可能とされている。

本車両用電源システム１０では、電源電子制御ユニット１５０（以下、「電源ＥＣＵ１５０」という場合がある）によって、バッテリ１００およびキャパシタ１２０の充電状態の監視や、それらからの電力供給あるいはそれらの充電のための制御、つまり、２つのコンバータ１０２，１３０、および、電力消費回路１４０の制御が行われる。具体的には、電源ＥＣＵ１５０には、２つのコンバータ１０２，１３０の各々が有するコンバータ制御回路１１４が接続されており、電気エネルギを需給するか否かに関する指令、および、電気エネルギを需給する場合には、その出力側の端子の電圧を一定にするための指令等が、電源ＥＣＵ１５０から、コンバータ制御回路１１４に送信される。

iv）車両に搭載されるセンサ
なお、車両には、図１に示すように、各車輪１２に対応する車体の各マウント部２４の縦加速度（上下加速度）を検出する４つのばね上縦加速度センサ［Ｇｚｓ］１６０，各車輪１２の縦加速度を検出する４つのばね下縦加速度センサ［Ｇｚｇ］１６２や、図３に示すように、モータ５４の端子電圧を測定する電圧計［Ｅ_M］１６４，キャパシタ１２０の電圧を測定する電圧計［Ｅ_C］１６６等が設けられている。上記ばね上縦加速度センサ１６０，ばね下縦加速度センサ１６２は、サスペンションＥＣＵ９０に接続され、２つの電圧計１６４，１６６は、電源ＥＣＵ１５０に接続されている。サスペンションＥＣＵ９０および電源ＥＣＵ１５０は、それらのセンサからの信号に基づいて、制御を行うものとされている。ちなみに、［ ］の文字は、上記スイッチ,センサ等を図面において表わす場合に用いる符号である。また、サスペンションＥＣＵ９０および電源ＥＣＵ１５０には、制御に関するプログラム，各種のデータ等が記憶されている。

＜車両用電源システムを搭載した車両における制御＞
i）サスペンション装置の制御
サスペンションＥＣＵ９０は、４つのスサスペンション装置４０の各々を独立して制御することが可能となっている。それらサスペンション装置４０の各々において、アクチュエータ４６のアクチュエータ力が独立して制御されて、車体および車輪２２の振動、つまり、ばね上振動およびばね下振動を減衰するための制御が実行される。その制御では、車体および車輪２２の振動を減衰するためにその振動の速度に応じた大きさのアクチュエータ力を発生させるべく、目標アクチュエータ力Ｆ^*が決定される。つまり、いわゆるスカイフックダンパ理論に基づいた制御と、擬似的なグランドフックダンパ理論に基づいた制御との両者を総合して行う制御である。具体的には、車体のマウント部４４に設けられたばね上縦加速度センサ１６０によって検出されるばね上縦加速度から得られる車体のマウント部４４の上下方向の動作速度、いわゆる、ばね上絶対速度Ｖｓと、ロアアーム４２に設けられたばね下縦加速度センサ１６２によって検出されるばね下縦加速度から得られる車輪２２の上下方向の動作速度、いわゆる、ばね下絶対速度Ｖｇとに基づいて、次式に従って、目標アクチュエータ力Ｆ^*が演算される。
Ｆ^*＝Ｃｓ・Ｖｓ−Ｃｇ・Ｖｇ
ここで、Ｃｓは、車体のマウント部４４の上下方向の動作速度に応じた減衰力を発生させるためのばね上制振ゲインであり、Ｃｇは、車輪２２の上下方向の動作速度に応じた減衰力を発生させるためのばね下制振ゲインである。つまり、Ｃｓ，Ｃｇは、いわゆるばね上，ばね下絶対振動に対する減衰係数と考えることができる。

そして、上述のように決定された目標アクチュエータ力Ｆ^*を発生させるためのモータ５４作動制御が、インバータ９２によって行われる。詳しく言えば、上述のように決定された目標アクチュエータ力Ｆ^*に基づいて、目標となるデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ９２に送信される。インバータ９２は、その適切なデューティ比の下、インバータ９２の備えるスイッチング素子の開閉が、スイッチング素子制御回路９４によって制御されて、目標アクチュエータ力Ｆ^*を発生させるようにモータ５４を作動させる。つまり、アクチュエータ４６の発生させるアクチュエータ力が、モータ５４の作動が制御されることによって制御されるのである。

ii）車両用電源システムの制御
基本的には、本電源システム１０では、サスペンション装置４０のモータ５４が電力を必要とする場合には、バッテリ１００から、それの放電電圧を第１コンバータ１０２によって設定電圧Ｅ_Dに降圧して、モータ５４に電力を供給する。一方、モータ５４が電力を発生させている場合には、電源システム１０は、その発電電力を、それの電圧を第１コンバータ１０２によってバッテリ１００の公称電圧Ｅ_Nより僅かに高い電圧に変換して、バッテリ１００に回生するようになっている。ところが、例えば、路面の凹凸等によりばね下部が勢いよく動作させられた場合、モータ５４に大きな起電力が生じ、その大きな起電力による大きな回生電力によって、第１コンバータ１０２，バッテリ１００に大きな負担がかかることになる。

そして、上記バッテリ１００の負担の軽減等を目的として、そのバッテリ１００を補助すべく、電源ＥＣＵ１５０は、補助蓄電装置１２２を制御すること、詳しく言えば、第２コンバータ１３０、および、電力消費回路１４０が有するスイッチング素子１４４を制御することで、キャパシタ１２０の充放電を制御する。詳しく言えば、電源ＥＣＵ１５０は、電圧計１６４によって検出されたモータ５４の端子電圧Ｅ_M（以下、「モータ端子電圧Ｅ_M」という場合がある）と、電圧計１６６によって検出されたキャパシタ１２０の端子電圧Ｅ_C（以下、「キャパシタ端子電圧Ｅ_C」という場合がある）とに基づいて、第２コンバータ１３０に実現させる状態を切り換えるとともに、電力消費回路１４０を作動させた状態と作動させない状態とを切り換えるようになっている。

図４を参照しつつ具体的に説明すれば、まず、モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧Ｅ_M0（例えば、48Ｖ）を超えた場合には、モータ５４による発電電力が大きくなっていると考えられるため、電源ＥＣＵ１５０は、電力消費回路１４０を作動させず、第２コンバータ１３０によって電力需給許容状態を実現する。そのことにより、第２コンバータ１３０によって、モータ５４による発電電力の少なくとも一部が、キャパシタ１２０に充電される。なお、第２コンバータ１３０は、モータ５４による発電電力の電圧を、耐電圧Ｅ_CMAXより低い電圧に降圧するため、キャパシタ１２０に負担がかからないようになっている。また、電源ＥＣＵ１５０は、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cが耐電圧Ｅ_CMAXに達した時点で、第２コンバータ１３０に電力需給禁止状態を実現させることで、キャパシタ１２０へ負担をかけないようにもなっている。

次に、モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧Ｅ_M0以下である場合を考える。キャパシタ１２０に蓄えられた電気エネルギが比較的多い場合、つまり、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧Ｅ_C0（例えば、22Ｖ）以上である場合には、バッテリ１００の電力供給を補助する、あるいは、バッテリ１００を充電すべく、キャパシタ１２０を放電させるのである。つまり、電源ＥＣＵ１５０は、電力消費回路１４０を作動させず、第２コンバータ１３０によって電力需給許容状態を実現するのである。それに対して、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧Ｅ_C0より低い場合には、第２コンバータ１３０によって昇圧させる際のエネルギ効率が悪化するため、電力消費回路１４０によってキャパシタ１２０に残っている電気エネルギを消費させるようになっている。つまり、電源ＥＣＵ１５０は、第２コンバータ１３０によって電力需給禁止状態を実現するとともに、電力消費回路１４０を作動させるのである。そのことにより、次にモータ５４によって大きな発電電力が発生した場合に、できる限り多くの電力をキャパシタ１２０で回収し、バッテリ１００にかかる負担を軽減することが可能である。

ちなみに、キャパシタ１２０の静電容量について、以下に詳しく説明する。例えば、路面の凹凸等によりばね下部が勢いよく動作させられた場合において生じる最大の回生電力量Ｗ_MAXを5.0ｋＷ×50msecと想定すれば、必要となるキャパシタ１２０の静電容量Ｃは、下記の演算で求められる。
Ｃ＝２・Ｗ_MAX／Ｅ_CMAX ²
＝２×5.0ｋＷ×50msec／48²
≒0.22 ［Ｆ］
なお、第２コンバータ１３０を備えておらず、単にバッテリ１００とキャパシタとが並列に接続された構成のシステムである場合に、そのキャパシタの必要な静電容量Ｃ₀は、下記の演算で求められる。
Ｃ₀＝２×5.0ｋＷ×50msec／（48²−45²）
≒1.79 ［Ｆ］
したがって、本電源システム１０が備えたキャパシタ１２０は、単にバッテリ１００と並列に接続した場合のキャパシタに比較して、非常に小さな静電容量のものとすることができるのである。

＜制御プログラム＞
上述した車両用電源システム１０が備える補助蓄電装置１２２の制御は、図５にフローチャートを示す補助蓄電装置制御プログラムが、イグニッションスイッチがＯＮ状態とされている間、短い時間間隔をおいて、電源ＥＣＵ１５０により繰り返し実行されることによって行われる。以下に、その制御のフローを、図に示すフローチャートを参照しつつ、簡単に説明する。

補助蓄電装置制御プログラムにおいては、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す、他のステップも同様である）〜Ｓ３において、電圧計１６４により測定されたモータ５４の端子電圧Ｅ_Mと、電圧計１６６により測定されたキャパシタ１２０の端子電圧Ｅ_Cとが確認される。Ｓ１において、キャパシタ１２０端子電圧Ｅ_Cが耐電圧Ｅ_CMAXに達しているか否かが判定される。例えば、キャパシタ１２０が空の状態であれば、Ｓ２において、モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧Ｅ_M0を超えるか否かが判定される。モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧Ｅ_M0を超える場合には、Ｓ４，Ｓ５において、第２コンバータ１３０がＯＮ状態，電力消費回路１４０がＯＦＦ状態とされ、キャパシタ１２０が充電される。そして、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cが耐電圧Ｅ_CMAXに達した場合には、Ｓ１においてＹＥＳと判定され、Ｓ６において、第２コンバータ１３０がＯＦＦ状態に切り換えられる。

また、Ｓ２において、モータ端子電圧Ｅ_Mがモータ閾電圧Ｅ_M0を超えないと判定された場合には、Ｓ３において、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧Ｅ_C0より低いか否かが判定される。キャパシタ端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧Ｅ_C0以上である場合には、Ｓ４，Ｓ５において、第２コンバータ１３０がＯＮ状態，電力消費回路１４０がＯＦＦ状態とされ、キャパシタ１２０が放電される。つまり、キャパシタ１２０に蓄えられた電力がモータ５４に供給される、あるいは、キャパシタ１２０に蓄えられた電力によってバッテリ１００が充電されるのである。そして、キャパシタ端子電圧Ｅ_Cがキャパシタ閾電圧Ｅ_C0より低くなった場合には、Ｓ３においてＹＥＳと判定され、Ｓ８，Ｓ９において、第２コンバータ１３０がＯＦＦ状態に切り換えられるとともに、電力消費回路１４０がＯＮ状態に切り換えられ、キャパシタ１２０に残っている電力が電力消費回路１４０によって消費される。

＜本電源システムの効果＞
図６に、本実施例の車両用電源システム１０におけるモータ５４の端子電圧Ｅ_Mと、キャパシタ１２０の端子電圧Ｅ_Cとの時間的な変化の例を示す。この図６からも分かるように、本実施例の車両用電源システム１０によれば、モータ５４による発電電力が大きくなっている場合に、その発電電力の少なくとも一部がキャパシタに送られることで、バッテリ１００および第１コンバータ１０２への負担が軽減される。また、そのキャパシタ１２０に蓄えられた電力は、第２コンバータ１３０のキャパシタ１２０の電圧を昇圧させる機能によって、急速に放電されずに徐々に放電されるため、充電にかかる時間が長いバッテリ１００を充電させる際に、バッテリ１００にかかる負担が軽減されることになる。さらに、放電によってキャパシタ１２０の端子電圧Ｅ_Cが、第２コンバータ１３０のキャパシタ１２０の電圧を昇圧させる際の効率が悪くなるまで低下した場合には、電力消費回１４０によって、キャパシタ１２０に残っている電力が消費されることで、次に、モータ５４によって大きな発電電力が発生した場合に、できる限り多くの電力をキャパシタ１２０に蓄えられるようになっており、バッテリ１００および第１コンバータ１０２への負担がさらに軽減されることになる。

１０：車両用電源システム １２：エンジン［ＥＮＧ］ １４：車両駆動用モータ［ＭＯ］ ３０：ハイブリッド電子制御ユニット［ハイブリッドＥＣＵ］ ４０：電磁式サスペンション装置 ５４：電磁モータ ９０：サスペンション電子制御ユニット［サスペンションＥＣＵ］ ９２：インバータ １００：バッテリ［ＨＶ ＢＡＴ］ １０２：第１コンバータ［ＣＯＮＶ１］ １１６：主蓄電装置 １２０：キャパシタ １２２：補助蓄電装置 １３０：第２コンバータ（電力需給状態切換器）［ＣＯＮＶ２］ １４０：電力消費回路 １４２：抵抗器 １４４：スイッチング素子 １５０：電源電子制御ユニット［電源ＥＣＵ］ １６４：電圧計［Ｅ_M］ １６６：電圧計［Ｅ_C］

Ｅ_D：設定電圧（45Ｖ） Ｅ_N：バッテリの公称電圧（288Ｖ） Ｅ_M：電磁モータの端子電圧 Ｅ_M0：モータ閾電圧（48Ｖ） Ｅ_C：キャパシタの端子電圧 Ｅ_C0：キャパシタの耐電圧（48Ｖ） Ｅ_C0：キャパシタ閾電圧（22Ｖ）

Claims (1)

1. 設定電圧で駆動される電磁モータを駆動源とする電磁式サスペンション装置を備えた車両に搭載され、バッテリを有して前記電磁モータへ電力を供給するとともにその電磁モータによる発電電力が回生される主蓄電装置と、前記バッテリと並列に接続されたキャパシタを有してそのバッテリを補助する補助蓄電装置とを含んで構成される車両用電源システムであって、
   前記補助蓄電装置が、
   前記キャパシタへの充電およびそのキャパシタからの電力供給を許容する電力需給許容状態と、前記キャパシタへの充電およびそのキャパシタからの電力供給を禁止する電力需給禁止状態とを選択的に実現する電力需給状態切換器と、
   前記キャパシタと並列に接続され、自身の作動によって前記キャパシタに蓄えられた電力を消費させる電力消費回路と
   を備え、
   (i)前記電磁モータの端子電圧が前記設定電圧より高く設定されたモータ閾電圧を超える場合と、前記電磁モータの端子電圧が前記モータ閾電圧以下で、かつ、前記キャパシタの電圧がキャパシタ閾電圧以上である場合とに、前記電力需給状態切換器によって電力需給許容状態が実現され、前記電力消費回路が作動せず、(ii)前記電磁モータの端子電圧が前記モータ閾電圧以下で、かつ、前記キャパシタの電圧が前記キャパシタ閾電圧より低い場合に、前記電力需給状態切換器によって電力需給禁止状態が実現され、前記電力消費回路が作動するように構成された車両用電源システム。

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