JP3749143B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に異なる電圧を有する２系統の電源を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費の点で有利なモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）を搭載し、高電圧（例えば４２ボルト）系と低電圧（例えば１４ボルト）系といった２系統の電源で動作する自動車の開発が進んでいる。この種の自動車に搭載される車両用電源装置では、車速や温度などをセンサで検出し、この検出結果に基づいてモータジェネレータを制御し、燃費の向上やバッテリの保護などを図っている。
【０００３】
このような２系統の電源で動作する自動車として、シリアル・ハイブリッド自動車が挙げられる。このシリアル・ハイブリッド自動車では、車両の状態に基づいて発電量を調整する技術が用いられている。
【０００４】
例えば、特開平１０−１７８７０３号公報は、「ハイブリッド型電気自動車の発電制御装置」を開示している。このハイブリッド型電気自動車の発電制御装置は、図４に示すように、エンジン５０で駆動される発電機５２と、この発電機５２によって発電された電力を受け入れると共に、車両駆動用のモータ５６に電力を供給するバッテリ５８とを備えており、バッテリ５８の負荷状態と車両の走行速度とに基づいて、発電機５２による発電電力の上限値を決定し、その値を超えないように、発電機５２による発電電力が制御される。これにより、バッテリ５８の負荷が異なる走行状態においてもＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）値が低下しないようになっている。
【０００５】
また、特開平１０−１６４７１０号公報は、「ハイブリッド電気自動車の発電機制御装置」を開示している。このハイブリッド電気自動車の発電機制御装置は、電源として電池とエンジン発電機とを搭載し、電池の残存容量（充電率）が低下してきた時にエンジン発電機で発電する。この際、外気温センサでラジエータ近傍の外気温を検出し、車速センサにより車速を検出し、メモリに予め記憶させてあるマップを参照して、ラジエータのその時の放熱能力を求める。そして、電池の残存容量より発電すべき電力（目標発電出力）が求められ、それが許容発電出力より大であった場合に、許容発電出力により発電する。これにより、エンジンに付設するラジエータが、通常の同排気量の内燃機関自動車のラジエータ程度のものであっても、エンジンがオーバーヒートしないようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなハイブリッド自動車や２系統の電源を有する自動車における負荷には、高電圧系の負荷のみならず、従来と同様の低電圧系の負荷も含まれる。従って、高電圧を低電圧に変換する電圧変換器が必要になる。この電圧変換器及びこれに接続される低電圧系の負荷は、高電圧系のモータジェネレータ及び高電圧側バッテリから見れば、高電圧系の負荷である。
【０００７】
低電圧系の負荷にはランプ類などが含まれ、その電気消費量は、自動車全体の電気消費量から見ても相当の割合を占める。従って、この電圧変換器における電力の変換がモータジェネレータの制御と無関係に行われると、モータジェネレータを制御することによる燃費向上の効果は低減してしまう。
【０００８】
従って、本発明は、車両の様々な状況に応じて発電量を制御することによる燃費向上やバッテリ保護の効果を更に増加させることのできる車両用電源装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧側バッテリと、前記高電圧側バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧側バッテリと、前記発電機の状態、前記高電圧側バッテリの充電状態、前記高電圧負荷の状態、前記低電圧側バッテリの充電状態及び前記低電圧負荷の状態に応じて、前記電圧変換器の出力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、電圧変換器の出力は、発電機の状態、高電圧側バッテリの充電状態、高電圧負荷の状態、低電圧側バッテリの充電状態及び低電圧負荷の状態に応じて制御される。従って、車両の様々な状況に応じて発電量を制御する発電機と電圧変換器とが連携して作動するので、発電機の発電量を制御することによる燃費向上やバッテリ保護の効果を更に増加させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、エネルギーを消費する力行モードで動作しているかエネルギーを回収する回生モードで動作しているかを判断する判断手段を備え、前記判断手段の判断に基づいて前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１２】
この請求項２に記載の発明によれば、電圧変換器の出力を、力行モードの場合と回生モードの場合とで個別に電圧変換器を制御できるので、高電圧用バッテリ及び低電圧側バッテリの充放電が車両の状況に応じて最適になるように制御される。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きい場合に、予め定められた目標電圧値が出力されるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１４】
この請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が下限値より大きいという通常の状態にあるときは、予め定められた目標電圧値が出力されるように電圧変換器を制御するので、通常の状態で電圧変換器から好ましい電圧を出力させることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値以下である場合に、現在の目標電圧値を下げるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１６】
この請求項４に記載の発明によれば、制御手段は、力行モードにおいて高電圧側バッテリが下限値以下であるという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を下げるように電圧変換器を制御するので、低電圧負荷の消費電力が低下し、発電機から出力される電流の多くは高電圧用バッテリの充電に使用されると共に、高電圧用バッテリからの放電電流は小さくなる。従って、高電圧用バッテリの充電を効率よく行うことができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が、前記下限値より小さい場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１８】
この請求項５に記載の発明によれば、制御手段は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が上記下限値より小さいという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を維持するように電圧変換器を制御するので、低電圧負荷の動作に支障をきたすことがない。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値以下である場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６に記載の発明によれば、高電圧側バッテリに積極的に充電させることができる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きく、且つ現在の目標電圧値が最高目標電圧値より小さい場合に、現在の目標電圧値を上げるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００２２】
この請求項７に記載の発明によれば、回生モードにおいて発電機で回生された電流を用いて、最高目標電圧値を超えない限り低電圧側バッテリが充電されるので、その後の低電圧負荷による電力消費を賄うことができる。その結果、高電圧側バッテリや発電機の負荷を減少させることができるので、燃費を向上させることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きく、且つ現在の目標電圧値が最高目標電圧値以上である場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００２４】
この請求項８に記載の発明によれば、制御手段は、回生モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が、上記最高目標電圧値以上であるという状態になったときは、現在の目標電圧値を維持するように電圧変換器を制御するので、低電圧側バッテリが過充電になることがない。
【００２５】
また、請求項９に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機を制御する第１制御手段と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧側バッテリと、前記高電圧側バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧側バッテリと、前記発電機の状態、前記高電圧側バッテリの充電状態、前記高電圧負荷の状態、前記低電圧側バッテリの充電状態及び前記低電圧負荷の状態に応じて、前記電圧変換器の出力を制御する第２制御手段とを備え、前記第１制御手段は、第１電気接続箱に収容され、前記電圧変換器及び前記第２制御手段は、第２電気接続箱に収容されていることを特徴とする。
【００２６】
この請求項９に記載の発明によれば、第１制御手段を収容する電気接続箱と電圧変換器及び第２制御手段を収容する電気接続箱とを別体に構成したので、請求項１に記載の発明の効果に加え、電気接続箱の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用電源装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置は、１つの電気接続箱を備えている。図１は、この第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
車両用電源装置は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１０、電気接続箱１１、高電圧側バッテリ１２、低電圧側バッテリ１３、高電圧負荷１４１〜１４ｎ（以下、符号１４で代表する）及び低電圧負荷１５１〜１５ｎ（以下、符号１５で代表する）から構成されている
モータジェネレータ１０は本発明の発電機に対応し、加速時にはエネルギーを消費する力行モードで動作し、減速時にはエネルギーを放出する回生モードで動作する。
【００３０】
モータジェネレータ１０は、図示しないエンジンの回転により駆動されて直流電力を発生する。モータジェネレータ１０で発生された直流電力は、電気接続箱１１に送られる。モータジェネレータ１０は、電気接続箱１１内のコントローラ２０（詳細後述）からの制御信号によって制御される。また、モータジェネレータ１０の状態を示す状態信号は、コントローラ２０に送られる。
【００３１】
高電圧側バッテリ１２は、例えば４２ボルトといった高電圧の電力を蓄えて出力する。高電圧側バッテリ１２は、モータジェネレータ１０から電気接続箱１１を介して送られてくる高電圧の直流電力により充電される。また、高電圧側バッテリ１２から出力される高電圧の電力は電気接続箱１１に送られる。
【００３２】
低電圧側バッテリ１３は、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する。低電圧側バッテリ１３は、電気接続箱１１から送られてくる低電圧の直流電力により充電される。また、低電圧側バッテリ１３から出力される低電圧の電力は電気接続箱１１に送られる。
【００３３】
高電圧負荷１４は、例えばワイパー、パワーウインドウ等を駆動するモータから構成され、電気接続箱１１から供給される高電圧の電力により駆動される。
【００３４】
低電圧負荷１５は、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類や点火プラグ等から構成され、電気接続箱１１から供給される低電圧の電力により駆動される。低電圧側バッテリ１３は、例えばランプの一時的な突入電流に対し電流を供給し、更にイグニッションオフ後にも利用されるラジオやランプ類等を駆動するためにも用いられる。
【００３５】
電気接続箱１１は、モータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２、低電圧側バッテリ１３、高電圧負荷１４及び低電圧負荷１５の間を相互に接続するもので、この電気接続箱１１には、コントローラ２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ヒューズ２２１〜２２ｎ（以下、符号２２で代表する）、ヒューズ２４１〜２４ｎ（以下、符号２４で代表する）、スイッチ素子２３１〜２３ｎ（以下、符号２３で代表する）及びスイッチ素子２５１〜２５ｎ（以下、符号２５で代表する）が収容されている。
【００３６】
なお、以下の説明では、モータジェネレータ１０の出力端子、高電圧側バッテリ１２の入出力端子、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子及びヒューズ２２の入力端子が接続される電気接続箱１１内の接続点を高電圧電流分岐点２６と呼ぶ。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子、低電圧側バッテリ１３の入出力端子、コントローラ２０の電源入力端子及びヒューズ２４の入力端子が接続される電気接続箱１１内の接続点を低電圧電流分岐点２７と呼ぶ。
【００３７】
コントローラ２０は本発明の制御手段に対応し、例えばマイクロプロセッサから構成されている。コントローラ２０の電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から供給される。このコントローラ２０には、モータジェネレータ１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、スイッチ素子２３及び２５の制御端子（図示省略）、車速センサ３０、電流センサ３１、電圧センサ３２及び温度センサ３３が接続されている。
【００３８】
コントローラ２０は、車両用電源装置の全体を制御する。高電圧系の制御として、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０の発電開始及び停止を制御する。また、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０の発電状況、高電圧負荷１４に接続されるスイッチ素子２３のオン／オフ情報及び高電圧負荷１４の消費電力、低電圧負荷１５に接続されるスイッチ素子２５のオン／オフ情報及び低電圧負荷１５の消費電力、車速センサ３０、電流センサ３１、電圧センサ３２及び温度センサ３３からの信号等に基づいてＳＯＣを計算する。
【００３９】
そして、この計算結果に基づいて目標電圧値を決定し、この決定された目標電圧値に従ってＤＣ−ＤＣコンバータ２１の電圧変換動作を制御する（詳細後述）。また、コントローラ２０は、スイッチ素子２３及び２５の開閉を制御し、高電圧負荷１４及び低電圧負荷１５の駆動及びその停止を制御する。また、コントローラ２０は、実際に出力される電圧値と目標電圧値とを比較してフィードバック制御を行う。更に、コントローラ２０は、車速センサ３０を用いて車速を監視し、モータジェネレータ１０が減速時に発生する回生エネルギーを用いて高電圧側バッテリ１２を充電する制御を行う。
【００４０】
また、コントローラ２０は、上述した高電圧系の制御の他に、低電圧系の制御として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を制御する。
【００４１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は本発明の電圧変換器に対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子は、高電圧電流分岐点２６を介してモータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２及びヒューズ２２に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子は、低電圧電流分岐点２７を介して低電圧側バッテリ１３、コントローラ２０及びヒューズ２４に接続されている。
【００４２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、モータジェネレータ１０及び高電圧側バッテリ１２から供給される高電圧（４２ボルトの直流電圧）を低電圧（１２ボルトの直流電圧）に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、コントローラ２０からの制御信号に応答して電圧変換動作を行う。
【００４３】
ヒューズ２２の入力端子は高電圧電流分岐点２６に接続され、出力端子はスイッチ素子２３の入力端子に接続されている。スイッチ素子２３の出力端子は高電圧負荷１４に接続されている。ヒューズ２２は、高電圧負荷１４に過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３は、コントローラ２０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、高電圧の直流電力を高電圧負荷１４に供給するかどうかを制御する。
【００４４】
ヒューズ２４の入力端子は低電圧電流分岐点２７に接続され、出力端子はスイッチ素子２５の入力端子に接続されている。スイッチ素子２５の出力端子は低電圧負荷１５に接続されている。ヒューズ２４は、低電圧負荷１５に過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２５は、コントローラ２０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を低電圧負荷１５に供給するかどうかを制御する。
【００４５】
車速センサ３０は、車両用電源装置が搭載された車両の車速を検出する。車速センサ３０で検出された結果はコントローラ２０に送られる。電流センサ３１は、高電圧側バッテリ１２の入出力端子の近傍に配置され、高電圧側バッテリ１２への充電電流の大きさを検出する。電流センサ３１で検出された電流値は、コントローラ２０に送られる。
【００４６】
電圧センサ３２は、高電圧側バッテリ１２の入出力端子の近傍に配置され、高電圧側バッテリ１２の出力電圧の大きさを検出する。電圧センサ３２で検出された電圧値は、コントローラ２０に送られる。温度センサ３３は、高電圧側バッテリ１２の近傍に配置され、高電圧側バッテリ１２の温度を検出する。温度センサ３３で検出された温度を示す値はコントローラ２０に送られる。
【００４７】
次に、このように構成された車両用電源装置の動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、本発明の特徴である、コントローラ２０によるＤＣ−ＤＣコンバータ２１の制御を中心に説明する。この制御は、定常状態において一定周期でコールされる目標電圧値設定ルーチンによって行われる。
【００４８】
まず、図示しないイグニッションスイッチが投入されると、コントローラ２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に制御信号を送ることにより、その動作を停止させる。次に、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０を始動させる。これにより、モータジェネレータ１０は発電を開始する。その後、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０からの状態信号を監視しながら、その回転が安定するまで待機する。
【００４９】
この待機状態において、モータジェネレータ１０及び高電圧側バッテリ１２から出力される４２ボルトの直流電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子に供給されると共に、ヒューズ２２を介してスイッチ素子２３の入力端子に供給される。この場合、高電圧側バッテリ１２の出力電圧が規定値より小ければ、高電圧側バッテリ１２は、モータジェネレータ１０からの直流電力により充電される。
【００５０】
上記の待機状態において、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０の回転が安定したことを判断すると、制御信号をＤＣ−ＤＣコンバータ２１に送ることによりＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。すなわち、高電圧側バッテリ１２から入力端子に供給された４２ボルトの高電圧を１２ボルトの低電圧に変換して出力端子から出力する。
【００５１】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から出力された１２ボルトの直流電力は、コントローラ２０に供給されると共に、ヒューズ２４を介してスイッチ素子２５の入力端子に供給される。この場合、低電圧側バッテリ１３の出力電圧が規定値より小さければ、低電圧側バッテリ１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１からの直流電力により充電される。これにより、車両用電源装置は定常状態に入る。
【００５２】
以上の手順を踏んでＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動することにより、モータジェネレータ１０の始動時における高電圧側バッテリ１２の負担を軽減させることができるようになっている。
【００５３】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動する際は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が出力する電圧値を規定する目標電圧値として、最初は小さな目標電圧値を設定しておき、時間の経過に連れて徐々に目標電圧値を大きくするように制御するのが好ましい。このようにすることで、電圧の急激な変化に起因する不具合を回避できる。
【００５４】
この定常状態において、図２のフローチャートに示すように、まず、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０が力行モードであるかどうかを調べる（ステップＳ１０）。これは、例えば、図示しないアクセルの踏み込み量を検出するセンサからの信号に基づいて該アクセルが踏み込まれているかどうかを調べることにより行うことができる。なお、力行モードであるかどうかは、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣと電流の流入量に基づいて判断するように構成することもできる。
【００５５】
ステップＳ１０で力行モードであることが判断されると、次に、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値（ＳＯＣ Ｌｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔ）より大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１１）。そして、ＳＯＣの下限値より大きいことが判断されると、コントローラ２０は、高電圧側バッテリ１２が正常状態であることを認識し、通常の目標電圧値の設定を行う（ステップＳ１２）。この処理では、例えば、温度センサ４３によって検出された低電圧側バッテリ１３の温度に応じて、予め決められた目標電圧値がＤＣ−ＤＣコンバータ２１に設定される。また、低電圧側バッテリ１３が低電圧負荷１５に大電力を供給している場合は、低電圧側バッテリ１３が過放電にならないように、やや高めの電圧値が目標電圧値としてＤＣ−ＤＣコンバータ２１に設定される。
【００５６】
一方、ステップＳ１１で、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値以下であることが判断されると、現在の目標電圧値が予め定められた最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎより大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１３）。ここで、最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎより大きいことが判断されると、目標電圧値を下げる処理が行われる（ステップＳ１４）。
【００５７】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の目標電圧値が下げられることにより、低電圧負荷１５に供給される電流及び低電圧側バッテリ１３への充電電流値は小さくなる。その結果、高電圧負荷の１つである、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を含む低電圧系の消費電力は実質的に小さくなるので、モータジェネレータ１０からの電流の多くは高電圧側バッテリ１２の充電に使用されるか、或いは高電圧側バッテリ１２からの放電電流が小さくなる。
【００５８】
ステップＳ１３で、現在の目標値が最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎ以下であることが判断されると、現在の目標電圧値を維持するように制御される（ステップＳ１５）。これにより、目標電圧値が最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎを下回ることがなくなるので、低電圧側バッテリ１３の過放電や、例えばランプ照度の低下といった低電圧負荷１５の動作に支障が生じないようになっている。
【００５９】
なお、現在の目標値が最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎ以下になった場合には、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０に制御信号を送ることにより、その発電量を増やすように構成することができる。このようにすることで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧の制御と相俟って、低電圧側バッテリ１３の充放電の制御を効果的に行うことができる。
【００６０】
一方、ステップＳ１０で、力行モードでないことが判断されると、回生モードであることが認識され、次に、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値より大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１６）。そして、ＳＯＣの下限値以下であることが判断されると、目標電圧値を維持するように制御される（ステップＳ１９）。これにより、高電圧側バッテリ１２に積極的に充電させることができる。
【００６１】
一方、ステップＳ１６で、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値より大きいことが判断されると、現在の目標電圧値が、予め定められた低電圧側バッテリ１３の温度に依存する最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）より小さいかどうかが調べられる（ステップＳ１７）。
【００６２】
ここで、現在の目標電圧値が、最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）より小さいことが判断されると、目標電圧値を上げる処理が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０で回生されたエネルギーを最大限に取り込むように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の目標電圧値を上げる。
【００６３】
この目標電圧値を上げる処理により、低電圧側バッテリ１３に積極的に電力が取り込まれる。この際、コントローラ２０は、高電圧側バッテリ１２の一定時間あたりの充電電力が許容充電電力を超えないように、また、高電圧側バッテリ１２が過充電にならないようにモータジェネレータ１０を制御する。
【００６４】
このように、回生モードでＤＣ−ＤＣコンバータ２１を介して低電圧側バッテリ１３にも電力を蓄えることにより、その後の電力消費に対しては低電圧側バッテリ１３に蓄えられた電力を充当できるため、高電圧側バッテリ１２やモータジェネレータ１０の負荷が減少し、結果として燃費向上の効果を増大させることができる。
【００６５】
ステップＳ１７で、現在の目標電圧値が、最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）以上であることが判断されると、現在の目標電圧値を維持するように制御される（ステップＳ１９）。これにより、目標電圧値が最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）を超え、低電圧側バッテリ１３が過充電になることを防止できるようになっている。
【００６６】
なお、ステップＳ１４及びＳ１８において、目標電圧値を変更する場合、例えば急激に電圧が変化することによりランプ類の照度が急激に変化するといった低電圧系負荷の不具合を避けるため、目標電圧値は時間の経過に連れて徐々に変更するように構成することが望ましい。
【００６７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置について説明する。本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置は、２つの電気接続箱を備えている。図３は第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【００６８】
この車両用電源装置は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１０、第１電気接続箱１１ａ、第２電気接続箱１１ｂ、高電圧側バッテリ１２、低電圧側バッテリ１３、第１高電圧負荷１４ａ１〜１４ａｎ（以下、符号１４ａで代表する）、第２高電圧負荷１４ｂ１〜１４ｂｎ（以下、符号１４ｂで代表する）、第１低電圧負荷１５ａ１〜１５ａｎ（以下、符号１５ａで代表する）、第２低電圧負荷１５ｂ１〜１５ｂｎ（以下、符号１５ｂで代表する）及びバス１６から構成されている。
【００６９】
モータジェネレータ１０は、第１の実施の形態のそれと同じである。モータジェネレータ１０で発生された直流電力は、第１電気接続箱１１ａに送られると共に、第１電気接続箱１１ａを経由して第２電気接続箱１１ｂに送られる。モータジェネレータ１０は、第１電気接続箱１１ａ内の第１コントローラ２０ａ（詳細後述）からの制御信号により制御される。また、モータジェネレータ１０の状態を示す状態信号は、第１コントローラ２０ａに送られる。
【００７０】
高電圧側バッテリ１２は、第１の実施の形態のそれと同じである。高電圧側バッテリ１２は、モータジェネレータ１０から電気接続箱１１ａを介して送られてくる高電圧の直流電力により充電される。また、高電圧側バッテリ１２から出力される高電圧の電力は電気接続箱１１ａに送られる。
【００７１】
低電圧側バッテリ１３は、第１の実施の形態のそれと同じである。低電圧側バッテリ１３は、電気接続箱１１ｂから送られてくる低電圧の直流電力により充電される。また、低電圧側バッテリ１３から出力される低電圧の電力は電気接続箱１１ｂに送られる。
【００７２】
第１高電圧負荷１４ａ及び第２高電圧負荷１４ｂは、例えばワイパー、パワーウインドウ等を駆動するモータから構成されている。第１高電圧負荷１４ａは、第１電気接続箱１１ａから供給される高電圧の電力により駆動される。第２高電圧負荷１４ｂは、第２電気接続箱１１ｂから供給される高電圧の電力により駆動される。これら第１高電圧負荷１４ａ及び第２高電圧負荷１４ｂは、第１の実施の形態における高電圧負荷１４に対応する。
【００７３】
第１低電圧負荷１５ａ及び第２低電圧負荷１５ｂは、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類や点火プラグ等から構成されている。第１低電圧負荷１５ａは、第１電気接続箱１１ａから供給される低電圧の電力により駆動される。第２高電圧負荷１５ｂは、第２電気接続箱１１ｂから供給される低電圧の電力により駆動される。これら第１低電圧負荷１５ａ及び第２低電圧負荷１５ｂは、第１の実施の形態における低電圧負荷１５に対応する。
【００７４】
第１電気接続箱１１ａは、モータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２、第１高電圧負荷１４ａ、第１低電圧負荷１５ａ及び第２電気接続箱１１ｂの間を相互に接続するもので、この第１電気接続箱１１ａには、第１コントローラ２０ａ、ヒューズ２２ａ１〜２２ａｎ（以下、符号２２ａで代表する）、ヒューズ２４ａ１〜２４ａｎ（以下、符号２４ａで代表する）、スイッチ素子２３ａ１〜２３ａｎ（以下、符号２３ａで代表する）及びスイッチ素子２５ａ１〜２５ａｎ（以下、符号２５ａで代表する）が収容されている。
【００７５】
第２電気接続箱１１ｂは、低電圧側バッテリ１３、第２高電圧負荷１４ｂ、第２低電圧負荷１５ｂ及び第１電気接続箱１１ａの間を相互に接続するもので、この第２電気接続箱１１ｂには、第２コントローラ２０ｂ、ヒューズ２２ｂ１〜２２ｂｎ（以下、符号２２ｂで代表する）、ヒューズ２４ｂ１〜２４ｂｎ（以下、符号２４ｂで代表する）、スイッチ素子２３ｂ１〜２３ｂｎ（以下、符号２３ｂで代表する）及びスイッチ素子２５ｂ１〜２５ｂｎ（以下、符号２５ｂで代表する）が収容されている。
【００７６】
ヒューズ２２ａ及び２２ｂは第１の実施の形態のヒューズ２２に、ヒューズ２４ａ及び２４ｂは第１の実施の形態のヒューズ２４に、スイッチ素子２３ａ及び２３ｂは第１の実施の形態のスイッチ素子２３に、スイッチ素子２５ａ及び２５ｂは第１の実施の形態のスイッチ素子２５にそれぞれ対応する。
【００７７】
以下の説明では、モータジェネレータ１０の出力端子、高電圧側バッテリ１２の入出力端子、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子及びヒューズ２２ａの入力端子が接続される第１電気接続箱１１ａ内の接続点を高電圧電流分岐点２６と呼ぶ。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子、低電圧側バッテリ１３の入出力端子、第２コントローラ２０ｂの電源入力端子及びヒューズ２４ｂの入力端子が接続される第２電気接続箱１１ｂ内の接続点を低電圧電流分岐点２７と呼ぶ。
【００７８】
第１コントローラ２０ａは本発明の第１制御手段に対応し、例えばマイクロプロセッサから構成されている。第１コントローラ２０ａの電源は、経路は省略してあるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から供給される。第１コントローラ２０ａには、モータジェネレータ１０、バス１６並びにスイッチ素子２３ａ及び２５ａの制御端子（図示省略）が接続されている。また、第１コントローラ２０ａには、車速センサ、電流センサ、電圧センサ、温度センサ等が接続されるが、図面の煩雑さをさけるために図示を省略してある。第１コントローラ２０ａは主にモータジェネレータ１０の発電開始及び停止を制御する。
【００７９】
また、第１コントローラ２０ａは、スイッチ素子２３ａ及び２５ａの開閉を制御し、第１高電圧負荷１４ａ及び第１低電圧負荷１５ａの駆動及びその停止を制御する。更に、第１コントローラ２０ａは、車速センサを用いて車速を監視し、モータジェネレータ１０が減速時に発生する回生エネルギーを用いて高電圧側バッテリ１２を充電する制御を行う。
【００８０】
第２コントローラ２０ｂは本発明の第２制御手段に対応し、例えばマイクロプロセッサから構成されている。第２コントローラ２０ｂの電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から供給される。第２コントローラ２０ｂには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１並びにスイッチ素子２３ｂ及び２５ｂの制御端子（図示省略）が接続されている。
【００８１】
第２コントローラ２０ｂは、第２電気接続箱１１ｂの各構成要素から得られる情報及び第１電気接続箱１１ａからバス１６を介して送られてくる情報に基づいてＳＯＣを計算する。第２電気接続箱１１ｂの各構成要素から得られる情報には、第２高電圧負荷１４ｂに接続されるスイッチ素子２３ｂのオン／オフ情報及び第２高電圧負荷１４ｂの消費電力、第２低電圧負荷１５ｂに接続されるスイッチ素子２５ｂのオン／オフ情報及び第２低電圧負荷１５ｂの消費電力等が含まれる。
【００８２】
また、第１電気接続箱１１ａの第１コントローラ２０ａからバス１６を経由して送られてくる情報には、モータジェネレータ１０の発電状況、第１高電圧負荷１４ａに接続されるスイッチ素子２３ａのオン／オフ情報及び第１高電圧負荷１４ａの消費電力、第１低電圧負荷１５ａに接続されるスイッチ素子２５ａのオン／オフ情報及び第１低電圧負荷１５ａの消費電力並びに車速センサ、電流センサ、電圧センサ、温度センサ等からの信号等が含まれる。
【００８３】
そして、この計算により得られたＳＯＣに基づいて目標電圧値を決定し、決定された目標電圧値に従ってＤＣ−ＤＣコンバータ２１の電圧変換動作を制御する。また、第２コントローラ２０ｂは、スイッチ素子２３ｂ及び２５ｂの開閉を制御し、第２高電圧負荷１４ｂ及び第２低電圧負荷１５ｂの駆動及びその停止を制御する。更に、第２コントローラ２０ｂは、実際に出力される電圧値と目標電圧値とを比較してフィードバック制御を行う。
【００８４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は本発明の電圧変換器に対応する。ＤＣ-ＤＣコンバータ２１の入力端子は、第１電気接続箱１１ａ内の高電圧電流分岐点２６を介してモータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２及びヒューズ２２ａに接続されると共に、第２電気接続箱１１ｂのヒューズ２２ｂに接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子は、第２電気接続箱１１ｂ内の低電圧電流分岐点２７を介して低電圧側バッテリ１３、第２コントローラ２０ｂ及びヒューズ２４ｂに接続されると共に、第１電気接続箱１１ａのヒューズ２４ａ及び第１コントローラ２０ａ（結線は図示省略）に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の構成及び動作は、第１の実施の形態のそれと同じである。
【００８５】
第１電気接続箱１１ａ内のヒューズ２２ａの入力端子は高電圧電流分岐点２６に接続され、出力端子はスイッチ素子２３ａの入力端子に接続されている。スイッチ素子２３ａの出力端子は第１高電圧負荷１４ａに接続されている。ヒューズ２２ａは、第１高電圧負荷１４ａに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３ａは、第１コントローラ２０ａからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、高電圧の直流電力を第１高電圧負荷１４ａに供給するかどうかを制御する。
【００８６】
第１電気接続箱１１ａ内のヒューズ２４ａの入力端子は、第２電気接続箱１１ｂ内の低電圧電流分岐点２７に接続され、出力端子はスイッチ素子２５ａの入力端子に接続されている。スイッチ素子２５ａの出力端子は第１低電圧負荷１５ａに接続されている。ヒューズ２４ａは、第１低電圧負荷１５ａに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２５ａは、第１コントローラ２０ａからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を第１低電圧負荷１５ａに供給するかどうかを制御する。
【００８７】
第２電気接続箱１１ｂ内のヒューズ２４ｂの入力端子は低電圧電流分岐点２７に接続され、出力端子はスイッチ素子２５ｂの入力端子に接続されている。スイッチ素子２５ｂの出力端子は第２低電圧負荷１５ｂに接続されている。ヒューズ２４ｂは、第２低電圧負荷１５ｂに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２５ｂは、第２コントローラ２０ｂからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を第２低電圧負荷１５ｂに供給するかどうかを制御する。
【００８８】
第２電気接続箱１１ｂ内のヒューズ２２ｂの入力端子は、第１電気接続箱１１ａ内の高電圧電流分岐点２６に接続され、出力端子はスイッチ素子２３ｂの入力端子に接続されている。スイッチ素子２３ｂの出力端子は第２高電圧負荷１４ｂに接続されている。ヒューズ２２ｂは、第２高電圧負荷１４ｂに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３ｂは、第２コントローラ２０ｂからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、高電圧の直流電力を第２高電圧負荷１４ｂに供給するかどうかを制御する。図示を省略した車速センサ、電流センサ、電圧センサ及び温度センサの構成及び動作は、第１の実施の形態のそれらと同じである。
【００８９】
このように構成された第２の実施の形態に係る車両用電源装置の動作は、第１電気接続箱１１ａ内の第１コントローラ２０ａと第２電気接続箱１１ｂ内の第２コントローラ２０ｂとが、バス１６を介して通信することにより、第１の実施の形態におけるコントローラ２０と同じ機能を果たすことを除けば、第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作と同じである。
【００９０】
すなわち、第１電気接続箱１１ａの第１コントローラ２０ａからは、現在力行モードであるか回生モードであるか情報が第２電気接続箱１１ｂの第２コントローラ２０ｂに送られる。第２コントローラ２０ｂは、これを受信してモータジェネレータ１０の挙動を知り、この情報に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１の目標電圧値を決定する。この目標電圧値を決定する手順は第１の実施の形態のそれと同じである。
【００９１】
また、始動時には、第１コントローラ２０ａは、モータジェネレータ１０や高電圧側バッテリ１２を監視し、モータジェネレータ１０の動作が安定した後に第２電気接続箱１１ｂにＤＣ−ＤＣコンバータ２１の起動命令を発する。これによって、モータジェネレータ１０の起動時において、高電圧側バッテリ１２に負担をかけずに始動させることができる。
【００９２】
このように、第２の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、第１コントローラ２０ａを収容する第１電気接続箱１１ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び第２コントローラ２０ｂを収容する第２電気接続箱１１ｂとを別体に構成したので、第１の実施の形態に係る車両用電源装置により得られる効果に加え、電気接続箱の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【００９３】
なお、第２の実施の形態では、第１コントローラ２０ａと第２コントローラ２０ｂとはバス１６を介して通信を行うように構成したが、例えば、第１コントローラ２０ａと第２コントローラ２０ｂとを１対１で直接接続するように構成してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電圧変換器の出力は、発電機の状態、高電圧側バッテリの充電状態、高電圧負荷の状態、低電圧側バッテリの充電状態及び低電圧負荷の状態に応じて制御されるので、車両の様々な状況に応じて発電量を制御する発電機と電圧変換器とが連携して作動し、発電機の発電量を制御することによる燃費向上やバッテリ保護の効果を更に増加させることができる。
【００９５】
また、請求項２に記載の発明によれば、電圧変換器の出力を、力行モードの場合と回生モードの場合とで個別に電圧変換器を制御できるので、高電圧用バッテリ及び低電圧側バッテリの充放電が車両の状況に応じて最適になるように制御できる。
【００９６】
また、請求項３に記載の発明によれば、電圧変換器は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が下限値より大きいという通常の状態にあるときは、予め定められた目標電圧値を出力するように制御されるので、通常の状態で電圧変換器から好ましい電圧を出力させることができる。
【００９７】
また、請求項４に記載の発明によれば、電圧変換器は、力行モードにおいて高電圧側バッテリが下限値以下であるという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を下げるように制御されるので、低電圧負荷の消費電力が低下し、発電機から出力される電流の多くは高電圧用バッテリの充電に使用されると共に、高電圧用バッテリからの放電電流は小さくなる。その結果、高電圧用バッテリの充電を効率よく行うことができる。
【００９８】
また、請求項５に記載の発明によれば、電圧変換器は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が上記下限値より小さいという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を維持するように制御されるので、低電圧負荷の動作に支障をきたすことがない。
【００９９】
また、請求項６に記載の発明によれば、高電圧側バッテリに積極的に充電させることができる。
【０１００】
また、請求項７に記載の発明によれば、回生モードにおいて発電機で回生された電流を用いて、最高目標電圧値を超えない限り低電圧側バッテリが充電されるので、その後の低電圧負荷による電力消費を賄うことができる。その結果、高電圧側バッテリや発電機の負荷を減少させることができるので、燃費を向上させることができる。
【０１０１】
また、請求項８に記載の発明によれば、電圧変換器は、回生モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が、上記最高目標電圧値以上であるという状態になったときは、現在の目標電圧値を維持するように制御されるので、低電圧側バッテリが過充電になることがない。
【０１０２】
更に、請求項９に記載の発明によれば、第１制御手段を収容する電気接続箱と電圧変換器及び第２制御手段を収容する電気接続箱とを別体に構成したので、請求項１に記載の発明の効果に加え、電気接続箱の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の車両用電源装置を説明する図である。
【符号の説明】
１０ モータジェネレータ
１１ 電気接続箱
１１ａ 第１電気接続箱
１１ｂ 第２電気接続箱
１２ 高電圧側バッテリ
１３ 低電圧側バッテリ
１４ 高電圧負荷
１４ａ 第１高電圧負荷
１４ｂ 第２高電圧負荷
１５ 低電圧負荷
１５ａ 第１低電圧負荷
１５ｂ 第２低電圧負荷
１６ バス
２０ コントローラ
２１ａ 第１コントローラ
２１ｂ 第２コントローラ
２１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２、２２ａ、２２ｂ、２４、２４ａ、２４ｂ ヒューズ
２３、２３ａ、２３ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ スイッチ素子
３０ 車速センサ
３１ 電流センサ
３２ 電圧センサ
３３ 温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に異なる電圧を有する２系統の電源を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費の点で有利なモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）を搭載し、高電圧（例えば４２ボルト）系と低電圧（例えば１４ボルト）系といった２系統の電源で動作する自動車の開発が進んでいる。この種の自動車に搭載される車両用電源装置では、車速や温度などをセンサで検出し、この検出結果に基づいてモータジェネレータを制御し、燃費の向上やバッテリの保護などを図っている。
【０００３】
このような２系統の電源で動作する自動車として、シリアル・ハイブリッド自動車が挙げられる。このシリアル・ハイブリッド自動車では、車両の状態に基づいて発電量を調整する技術が用いられている。
【０００４】
例えば、特開平１０−１７８７０３号公報は、「ハイブリッド型電気自動車の発電制御装置」を開示している。このハイブリッド型電気自動車の発電制御装置は、図４に示すように、エンジン５０で駆動される発電機５２と、この発電機５２によって発電された電力を受け入れると共に、車両駆動用のモータ５６に電力を供給するバッテリ５８とを備えており、バッテリ５８の負荷状態と車両の走行速度とに基づいて、発電機５２による発電電力の上限値を決定し、その値を超えないように、発電機５２による発電電力が制御される。これにより、バッテリ５８の負荷が異なる走行状態においてもＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）値が低下しないようになっている。
【０００５】
また、特開平１０−１６４７１０号公報は、「ハイブリッド電気自動車の発電機制御装置」を開示している。このハイブリッド電気自動車の発電機制御装置は、電源として電池とエンジン発電機とを搭載し、電池の残存容量（充電率）が低下してきた時にエンジン発電機で発電する。この際、外気温センサでラジエータ近傍の外気温を検出し、車速センサにより車速を検出し、メモリに予め記憶させてあるマップを参照して、ラジエータのその時の放熱能力を求める。そして、電池の残存容量より発電すべき電力（目標発電出力）が求められ、それが許容発電出力より大であった場合に、許容発電出力により発電する。これにより、エンジンに付設するラジエータが、通常の同排気量の内燃機関自動車のラジエータ程度のものであっても、エンジンがオーバーヒートしないようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなハイブリッド自動車や２系統の電源を有する自動車における負荷には、高電圧系の負荷のみならず、従来と同様の低電圧系の負荷も含まれる。従って、高電圧を低電圧に変換する電圧変換器が必要になる。この電圧変換器及びこれに接続される低電圧系の負荷は、高電圧系のモータジェネレータ及び高電圧側バッテリから見れば、高電圧系の負荷である。
【０００７】
低電圧系の負荷にはランプ類などが含まれ、その電気消費量は、自動車全体の電気消費量から見ても相当の割合を占める。従って、この電圧変換器における電力の変換がモータジェネレータの制御と無関係に行われると、モータジェネレータを制御することによる燃費向上の効果は低減してしまう。
【０００８】
従って、本発明は、車両の様々な状況に応じて発電量を制御することによる燃費向上やバッテリ保護の効果を更に増加させることのできる車両用電源装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧側バッテリと、前記高電圧側バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧側バッテリと、前記発電機の状態、前記高電圧側バッテリの充電状態、前記高電圧負荷の状態、前記低電圧側バッテリの充電状態及び前記低電圧負荷の状態に応じて、前記電圧変換器の出力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、電圧変換器の出力は、発電機の状態、高電圧側バッテリの充電状態、高電圧負荷の状態、低電圧側バッテリの充電状態及び低電圧負荷の状態に応じて制御される。従って、車両の様々な状況に応じて発電量を制御する発電機と電圧変換器とが連携して作動するので、発電機の発電量を制御することによる燃費向上やバッテリ保護の効果を更に増加させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、エネルギーを消費する力行モードで動作しているかエネルギーを回収する回生モードで動作しているかを判断する判断手段を備え、前記判断手段の判断に基づいて前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１２】
この請求項２に記載の発明によれば、電圧変換器の出力を、力行モードの場合と回生モードの場合とで個別に電圧変換器を制御できるので、高電圧用バッテリ及び低電圧側バッテリの充放電が車両の状況に応じて最適になるように制御される。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きい場合に、予め定められた目標電圧値が出力されるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１４】
この請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が下限値より大きいという通常の状態にあるときは、予め定められた目標電圧値が出力されるように電圧変換器を制御するので、通常の状態で電圧変換器から好ましい電圧を出力させることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値以下である場合に、現在の目標電圧値を下げるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１６】
この請求項４に記載の発明によれば、制御手段は、力行モードにおいて高電圧側バッテリが下限値以下であるという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を下げるように電圧変換器を制御するので、低電圧負荷の消費電力が低下し、発電機から出力される電流の多くは高電圧用バッテリの充電に使用されると共に、高電圧用バッテリからの放電電流は小さくなる。従って、高電圧用バッテリの充電を効率よく行うことができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が、前記下限値より小さい場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００１８】
この請求項５に記載の発明によれば、制御手段は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が上記下限値より小さいという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を維持するように電圧変換器を制御するので、低電圧負荷の動作に支障をきたすことがない。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値以下である場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６に記載の発明によれば、高電圧側バッテリに積極的に充電させることができる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きく、且つ現在の目標電圧値が最高目標電圧値より小さい場合に、現在の目標電圧値を上げるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００２２】
この請求項７に記載の発明によれば、回生モードにおいて発電機で回生された電流を用いて、最高目標電圧値を超えない限り低電圧側バッテリが充電されるので、その後の低電圧負荷による電力消費を賄うことができる。その結果、高電圧側バッテリや発電機の負荷を減少させることができるので、燃費を向上させることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きく、且つ現在の目標電圧値が最高目標電圧値以上である場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする。
【００２４】
この請求項８に記載の発明によれば、制御手段は、回生モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が、上記最高目標電圧値以上であるという状態になったときは、現在の目標電圧値を維持するように電圧変換器を制御するので、低電圧側バッテリが過充電になることがない。
【００２５】
また、請求項９に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機を制御する第１制御手段と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧側バッテリと、前記高電圧側バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧側バッテリと、前記発電機の状態、前記高電圧側バッテリの充電状態、前記高電圧負荷の状態、前記低電圧側バッテリの充電状態及び前記低電圧負荷の状態に応じて、前記電圧変換器の出力を制御する第２制御手段とを備え、前記第１制御手段は、第１電気接続箱に収容され、前記電圧変換器及び前記第２制御手段は、第２電気接続箱に収容されていることを特徴とする。
【００２６】
この請求項９に記載の発明によれば、第１制御手段を収容する電気接続箱と電圧変換器及び第２制御手段を収容する電気接続箱とを別体に構成したので、請求項１に記載の発明の効果に加え、電気接続箱の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用電源装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置は、１つの電気接続箱を備えている。図１は、この第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
車両用電源装置は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１０、電気接続箱１１、高電圧側バッテリ１２、低電圧側バッテリ１３、高電圧負荷１４１〜１４ｎ（以下、符号１４で代表する）及び低電圧負荷１５１〜１５ｎ（以下、符号１５で代表する）から構成されている
モータジェネレータ１０は本発明の発電機に対応し、加速時にはエネルギーを消費する力行モードで動作し、減速時にはエネルギーを放出する回生モードで動作する。
【００３０】
モータジェネレータ１０は、図示しないエンジンの回転により駆動されて直流電力を発生する。モータジェネレータ１０で発生された直流電力は、電気接続箱１１に送られる。モータジェネレータ１０は、電気接続箱１１内のコントローラ２０（詳細後述）からの制御信号によって制御される。また、モータジェネレータ１０の状態を示す状態信号は、コントローラ２０に送られる。
【００３１】
高電圧側バッテリ１２は、例えば４２ボルトといった高電圧の電力を蓄えて出力する。高電圧側バッテリ１２は、モータジェネレータ１０から電気接続箱１１を介して送られてくる高電圧の直流電力により充電される。また、高電圧側バッテリ１２から出力される高電圧の電力は電気接続箱１１に送られる。
【００３２】
低電圧側バッテリ１３は、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する。低電圧側バッテリ１３は、電気接続箱１１から送られてくる低電圧の直流電力により充電される。また、低電圧側バッテリ１３から出力される低電圧の電力は電気接続箱１１に送られる。
【００３３】
高電圧負荷１４は、例えばワイパー、パワーウインドウ等を駆動するモータから構成され、電気接続箱１１から供給される高電圧の電力により駆動される。
【００３４】
低電圧負荷１５は、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類や点火プラグ等から構成され、電気接続箱１１から供給される低電圧の電力により駆動される。低電圧側バッテリ１３は、例えばランプの一時的な突入電流に対し電流を供給し、更にイグニッションオフ後にも利用されるラジオやランプ類等を駆動するためにも用いられる。
【００３５】
電気接続箱１１は、モータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２、低電圧側バッテリ１３、高電圧負荷１４及び低電圧負荷１５の間を相互に接続するもので、この電気接続箱１１には、コントローラ２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ヒューズ２２１〜２２ｎ（以下、符号２２で代表する）、ヒューズ２４１〜２４ｎ（以下、符号２４で代表する）、スイッチ素子２３１〜２３ｎ（以下、符号２３で代表する）及びスイッチ素子２５１〜２５ｎ（以下、符号２５で代表する）が収容されている。
【００３６】
なお、以下の説明では、モータジェネレータ１０の出力端子、高電圧側バッテリ１２の入出力端子、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子及びヒューズ２２の入力端子が接続される電気接続箱１１内の接続点を高電圧電流分岐点２６と呼ぶ。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子、低電圧側バッテリ１３の入出力端子、コントローラ２０の電源入力端子及びヒューズ２４の入力端子が接続される電気接続箱１１内の接続点を低電圧電流分岐点２７と呼ぶ。
【００３７】
コントローラ２０は本発明の制御手段に対応し、例えばマイクロプロセッサから構成されている。コントローラ２０の電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から供給される。このコントローラ２０には、モータジェネレータ１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、スイッチ素子２３及び２５の制御端子（図示省略）、車速センサ３０、電流センサ３１、電圧センサ３２及び温度センサ３３が接続されている。
【００３８】
コントローラ２０は、車両用電源装置の全体を制御する。高電圧系の制御として、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０の発電開始及び停止を制御する。また、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０の発電状況、高電圧負荷１４に接続されるスイッチ素子２３のオン／オフ情報及び高電圧負荷１４の消費電力、低電圧負荷１５に接続されるスイッチ素子２５のオン／オフ情報及び低電圧負荷１５の消費電力、車速センサ３０、電流センサ３１、電圧センサ３２及び温度センサ３３からの信号等に基づいてＳＯＣを計算する。
【００３９】
そして、この計算結果に基づいて目標電圧値を決定し、この決定された目標電圧値に従ってＤＣ−ＤＣコンバータ２１の電圧変換動作を制御する（詳細後述）。また、コントローラ２０は、スイッチ素子２３及び２５の開閉を制御し、高電圧負荷１４及び低電圧負荷１５の駆動及びその停止を制御する。また、コントローラ２０は、実際に出力される電圧値と目標電圧値とを比較してフィードバック制御を行う。更に、コントローラ２０は、車速センサ３０を用いて車速を監視し、モータジェネレータ１０が減速時に発生する回生エネルギーを用いて高電圧側バッテリ１２を充電する制御を行う。
【００４０】
また、コントローラ２０は、上述した高電圧系の制御の他に、低電圧系の制御として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を制御する。
【００４１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は本発明の電圧変換器に対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子は、高電圧電流分岐点２６を介してモータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２及びヒューズ２２に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子は、低電圧電流分岐点２７を介して低電圧側バッテリ１３、コントローラ２０及びヒューズ２４に接続されている。
【００４２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、モータジェネレータ１０及び高電圧側バッテリ１２から供給される高電圧（４２ボルトの直流電圧）を低電圧（１２ボルトの直流電圧）に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、コントローラ２０からの制御信号に応答して電圧変換動作を行う。
【００４３】
ヒューズ２２の入力端子は高電圧電流分岐点２６に接続され、出力端子はスイッチ素子２３の入力端子に接続されている。スイッチ素子２３の出力端子は高電圧負荷１４に接続されている。ヒューズ２２は、高電圧負荷１４に過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３は、コントローラ２０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、高電圧の直流電力を高電圧負荷１４に供給するかどうかを制御する。
【００４４】
ヒューズ２４の入力端子は低電圧電流分岐点２７に接続され、出力端子はスイッチ素子２５の入力端子に接続されている。スイッチ素子２５の出力端子は低電圧負荷１５に接続されている。ヒューズ２４は、低電圧負荷１５に過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２５は、コントローラ２０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を低電圧負荷１５に供給するかどうかを制御する。
【００４５】
車速センサ３０は、車両用電源装置が搭載された車両の車速を検出する。車速センサ３０で検出された結果はコントローラ２０に送られる。電流センサ３１は、高電圧側バッテリ１２の入出力端子の近傍に配置され、高電圧側バッテリ１２への充電電流の大きさを検出する。電流センサ３１で検出された電流値は、コントローラ２０に送られる。
【００４６】
電圧センサ３２は、高電圧側バッテリ１２の入出力端子の近傍に配置され、高電圧側バッテリ１２の出力電圧の大きさを検出する。電圧センサ３２で検出された電圧値は、コントローラ２０に送られる。温度センサ３３は、高電圧側バッテリ１２の近傍に配置され、高電圧側バッテリ１２の温度を検出する。温度センサ３３で検出された温度を示す値はコントローラ２０に送られる。
【００４７】
次に、このように構成された車両用電源装置の動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、本発明の特徴である、コントローラ２０によるＤＣ−ＤＣコンバータ２１の制御を中心に説明する。この制御は、定常状態において一定周期でコールされる目標電圧値設定ルーチンによって行われる。
【００４８】
まず、図示しないイグニッションスイッチが投入されると、コントローラ２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に制御信号を送ることにより、その動作を停止させる。次に、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０を始動させる。これにより、モータジェネレータ１０は発電を開始する。その後、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０からの状態信号を監視しながら、その回転が安定するまで待機する。
【００４９】
この待機状態において、モータジェネレータ１０及び高電圧側バッテリ１２から出力される４２ボルトの直流電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子に供給されると共に、ヒューズ２２を介してスイッチ素子２３の入力端子に供給される。この場合、高電圧側バッテリ１２の出力電圧が規定値より小ければ、高電圧側バッテリ１２は、モータジェネレータ１０からの直流電力により充電される。
【００５０】
上記の待機状態において、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０の回転が安定したことを判断すると、制御信号をＤＣ−ＤＣコンバータ２１に送ることによりＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。すなわち、高電圧側バッテリ１２から入力端子に供給された４２ボルトの高電圧を１２ボルトの低電圧に変換して出力端子から出力する。
【００５１】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から出力された１２ボルトの直流電力は、コントローラ２０に供給されると共に、ヒューズ２４を介してスイッチ素子２５の入力端子に供給される。この場合、低電圧側バッテリ１３の出力電圧が規定値より小さければ、低電圧側バッテリ１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１からの直流電力により充電される。これにより、車両用電源装置は定常状態に入る。
【００５２】
以上の手順を踏んでＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動することにより、モータジェネレータ１０の始動時における高電圧側バッテリ１２の負担を軽減させることができるようになっている。
【００５３】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動する際は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が出力する電圧値を規定する目標電圧値として、最初は小さな目標電圧値を設定しておき、時間の経過に連れて徐々に目標電圧値を大きくするように制御するのが好ましい。このようにすることで、電圧の急激な変化に起因する不具合を回避できる。
【００５４】
この定常状態において、図２のフローチャートに示すように、まず、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０が力行モードであるかどうかを調べる（ステップＳ１０）。これは、例えば、図示しないアクセルの踏み込み量を検出するセンサからの信号に基づいて該アクセルが踏み込まれているかどうかを調べることにより行うことができる。なお、力行モードであるかどうかは、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣと電流の流入量に基づいて判断するように構成することもできる。
【００５５】
ステップＳ１０で力行モードであることが判断されると、次に、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値（ＳＯＣ Ｌｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔ）より大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１１）。そして、ＳＯＣの下限値より大きいことが判断されると、コントローラ２０は、高電圧側バッテリ１２が正常状態であることを認識し、通常の目標電圧値の設定を行う（ステップＳ１２）。この処理では、例えば、温度センサ４３によって検出された低電圧側バッテリ１３の温度に応じて、予め決められた目標電圧値がＤＣ−ＤＣコンバータ２１に設定される。また、低電圧側バッテリ１３が低電圧負荷１５に大電力を供給している場合は、低電圧側バッテリ１３が過放電にならないように、やや高めの電圧値が目標電圧値としてＤＣ−ＤＣコンバータ２１に設定される。
【００５６】
一方、ステップＳ１１で、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値以下であることが判断されると、現在の目標電圧値が予め定められた最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎより大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１３）。ここで、最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎより大きいことが判断されると、目標電圧値を下げる処理が行われる（ステップＳ１４）。
【００５７】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の目標電圧値が下げられることにより、低電圧負荷１５に供給される電流及び低電圧側バッテリ１３への充電電流値は小さくなる。その結果、高電圧負荷の１つである、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を含む低電圧系の消費電力は実質的に小さくなるので、モータジェネレータ１０からの電流の多くは高電圧側バッテリ１２の充電に使用されるか、或いは高電圧側バッテリ１２からの放電電流が小さくなる。
【００５８】
ステップＳ１３で、現在の目標値が最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎ以下であることが判断されると、現在の目標電圧値を維持するように制御される（ステップＳ１５）。これにより、目標電圧値が最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎを下回ることがなくなるので、低電圧側バッテリ１３の過放電や、例えばランプ照度の低下といった低電圧負荷１５の動作に支障が生じないようになっている。
【００５９】
なお、現在の目標値が最低目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍｉｎ以下になった場合には、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０に制御信号を送ることにより、その発電量を増やすように構成することができる。このようにすることで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧の制御と相俟って、低電圧側バッテリ１３の充放電の制御を効果的に行うことができる。
【００６０】
一方、ステップＳ１０で、力行モードでないことが判断されると、回生モードであることが認識され、次に、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値より大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１６）。そして、ＳＯＣの下限値以下であることが判断されると、目標電圧値を維持するように制御される（ステップＳ１９）。これにより、高電圧側バッテリ１２に積極的に充電させることができる。
【００６１】
一方、ステップＳ１６で、高電圧側バッテリ１２のＳＯＣが、その下限値より大きいことが判断されると、現在の目標電圧値が、予め定められた低電圧側バッテリ１３の温度に依存する最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）より小さいかどうかが調べられる（ステップＳ１７）。
【００６２】
ここで、現在の目標電圧値が、最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）より小さいことが判断されると、目標電圧値を上げる処理が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、コントローラ２０は、モータジェネレータ１０で回生されたエネルギーを最大限に取り込むように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の目標電圧値を上げる。
【００６３】
この目標電圧値を上げる処理により、低電圧側バッテリ１３に積極的に電力が取り込まれる。この際、コントローラ２０は、高電圧側バッテリ１２の一定時間あたりの充電電力が許容充電電力を超えないように、また、高電圧側バッテリ１２が過充電にならないようにモータジェネレータ１０を制御する。
【００６４】
このように、回生モードでＤＣ−ＤＣコンバータ２１を介して低電圧側バッテリ１３にも電力を蓄えることにより、その後の電力消費に対しては低電圧側バッテリ１３に蓄えられた電力を充当できるため、高電圧側バッテリ１２やモータジェネレータ１０の負荷が減少し、結果として燃費向上の効果を増大させることができる。
【００６５】
ステップＳ１７で、現在の目標電圧値が、最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）以上であることが判断されると、現在の目標電圧値を維持するように制御される（ステップＳ１９）。これにより、目標電圧値が最高目標電圧値Ｖ１４，Ｅ−ｍａｘ（ＴＢＡＴ）を超え、低電圧側バッテリ１３が過充電になることを防止できるようになっている。
【００６６】
なお、ステップＳ１４及びＳ１８において、目標電圧値を変更する場合、例えば急激に電圧が変化することによりランプ類の照度が急激に変化するといった低電圧系負荷の不具合を避けるため、目標電圧値は時間の経過に連れて徐々に変更するように構成することが望ましい。
【００６７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置について説明する。本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置は、２つの電気接続箱を備えている。図３は第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【００６８】
この車両用電源装置は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１０、第１電気接続箱１１ａ、第２電気接続箱１１ｂ、高電圧側バッテリ１２、低電圧側バッテリ１３、第１高電圧負荷１４ａ１〜１４ａｎ（以下、符号１４ａで代表する）、第２高電圧負荷１４ｂ１〜１４ｂｎ（以下、符号１４ｂで代表する）、第１低電圧負荷１５ａ１〜１５ａｎ（以下、符号１５ａで代表する）、第２低電圧負荷１５ｂ１〜１５ｂｎ（以下、符号１５ｂで代表する）及びバス１６から構成されている。
【００６９】
モータジェネレータ１０は、第１の実施の形態のそれと同じである。モータジェネレータ１０で発生された直流電力は、第１電気接続箱１１ａに送られると共に、第１電気接続箱１１ａを経由して第２電気接続箱１１ｂに送られる。モータジェネレータ１０は、第１電気接続箱１１ａ内の第１コントローラ２０ａ（詳細後述）からの制御信号により制御される。また、モータジェネレータ１０の状態を示す状態信号は、第１コントローラ２０ａに送られる。
【００７０】
高電圧側バッテリ１２は、第１の実施の形態のそれと同じである。高電圧側バッテリ１２は、モータジェネレータ１０から電気接続箱１１ａを介して送られてくる高電圧の直流電力により充電される。また、高電圧側バッテリ１２から出力される高電圧の電力は電気接続箱１１ａに送られる。
【００７１】
低電圧側バッテリ１３は、第１の実施の形態のそれと同じである。低電圧側バッテリ１３は、電気接続箱１１ｂから送られてくる低電圧の直流電力により充電される。また、低電圧側バッテリ１３から出力される低電圧の電力は電気接続箱１１ｂに送られる。
【００７２】
第１高電圧負荷１４ａ及び第２高電圧負荷１４ｂは、例えばワイパー、パワーウインドウ等を駆動するモータから構成されている。第１高電圧負荷１４ａは、第１電気接続箱１１ａから供給される高電圧の電力により駆動される。第２高電圧負荷１４ｂは、第２電気接続箱１１ｂから供給される高電圧の電力により駆動される。これら第１高電圧負荷１４ａ及び第２高電圧負荷１４ｂは、第１の実施の形態における高電圧負荷１４に対応する。
【００７３】
第１低電圧負荷１５ａ及び第２低電圧負荷１５ｂは、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類や点火プラグ等から構成されている。第１低電圧負荷１５ａは、第１電気接続箱１１ａから供給される低電圧の電力により駆動される。第２高電圧負荷１５ｂは、第２電気接続箱１１ｂから供給される低電圧の電力により駆動される。これら第１低電圧負荷１５ａ及び第２低電圧負荷１５ｂは、第１の実施の形態における低電圧負荷１５に対応する。
【００７４】
第１電気接続箱１１ａは、モータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２、第１高電圧負荷１４ａ、第１低電圧負荷１５ａ及び第２電気接続箱１１ｂの間を相互に接続するもので、この第１電気接続箱１１ａには、第１コントローラ２０ａ、ヒューズ２２ａ１〜２２ａｎ（以下、符号２２ａで代表する）、ヒューズ２４ａ１〜２４ａｎ（以下、符号２４ａで代表する）、スイッチ素子２３ａ１〜２３ａｎ（以下、符号２３ａで代表する）及びスイッチ素子２５ａ１〜２５ａｎ（以下、符号２５ａで代表する）が収容されている。
【００７５】
第２電気接続箱１１ｂは、低電圧側バッテリ１３、第２高電圧負荷１４ｂ、第２低電圧負荷１５ｂ及び第１電気接続箱１１ａの間を相互に接続するもので、この第２電気接続箱１１ｂには、第２コントローラ２０ｂ、ヒューズ２２ｂ１〜２２ｂｎ（以下、符号２２ｂで代表する）、ヒューズ２４ｂ１〜２４ｂｎ（以下、符号２４ｂで代表する）、スイッチ素子２３ｂ１〜２３ｂｎ（以下、符号２３ｂで代表する）及びスイッチ素子２５ｂ１〜２５ｂｎ（以下、符号２５ｂで代表する）が収容されている。
【００７６】
ヒューズ２２ａ及び２２ｂは第１の実施の形態のヒューズ２２に、ヒューズ２４ａ及び２４ｂは第１の実施の形態のヒューズ２４に、スイッチ素子２３ａ及び２３ｂは第１の実施の形態のスイッチ素子２３に、スイッチ素子２５ａ及び２５ｂは第１の実施の形態のスイッチ素子２５にそれぞれ対応する。
【００７７】
以下の説明では、モータジェネレータ１０の出力端子、高電圧側バッテリ１２の入出力端子、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子及びヒューズ２２ａの入力端子が接続される第１電気接続箱１１ａ内の接続点を高電圧電流分岐点２６と呼ぶ。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子、低電圧側バッテリ１３の入出力端子、第２コントローラ２０ｂの電源入力端子及びヒューズ２４ｂの入力端子が接続される第２電気接続箱１１ｂ内の接続点を低電圧電流分岐点２７と呼ぶ。
【００７８】
第１コントローラ２０ａは本発明の第１制御手段に対応し、例えばマイクロプロセッサから構成されている。第１コントローラ２０ａの電源は、経路は省略してあるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から供給される。第１コントローラ２０ａには、モータジェネレータ１０、バス１６並びにスイッチ素子２３ａ及び２５ａの制御端子（図示省略）が接続されている。また、第１コントローラ２０ａには、車速センサ、電流センサ、電圧センサ、温度センサ等が接続されるが、図面の煩雑さをさけるために図示を省略してある。第１コントローラ２０ａは主にモータジェネレータ１０の発電開始及び停止を制御する。
【００７９】
また、第１コントローラ２０ａは、スイッチ素子２３ａ及び２５ａの開閉を制御し、第１高電圧負荷１４ａ及び第１低電圧負荷１５ａの駆動及びその停止を制御する。更に、第１コントローラ２０ａは、車速センサを用いて車速を監視し、モータジェネレータ１０が減速時に発生する回生エネルギーを用いて高電圧側バッテリ１２を充電する制御を行う。
【００８０】
第２コントローラ２０ｂは本発明の第２制御手段に対応し、例えばマイクロプロセッサから構成されている。第２コントローラ２０ｂの電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び低電圧側バッテリ１３から供給される。第２コントローラ２０ｂには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１並びにスイッチ素子２３ｂ及び２５ｂの制御端子（図示省略）が接続されている。
【００８１】
第２コントローラ２０ｂは、第２電気接続箱１１ｂの各構成要素から得られる情報及び第１電気接続箱１１ａからバス１６を介して送られてくる情報に基づいてＳＯＣを計算する。第２電気接続箱１１ｂの各構成要素から得られる情報には、第２高電圧負荷１４ｂに接続されるスイッチ素子２３ｂのオン／オフ情報及び第２高電圧負荷１４ｂの消費電力、第２低電圧負荷１５ｂに接続されるスイッチ素子２５ｂのオン／オフ情報及び第２低電圧負荷１５ｂの消費電力等が含まれる。
【００８２】
また、第１電気接続箱１１ａの第１コントローラ２０ａからバス１６を経由して送られてくる情報には、モータジェネレータ１０の発電状況、第１高電圧負荷１４ａに接続されるスイッチ素子２３ａのオン／オフ情報及び第１高電圧負荷１４ａの消費電力、第１低電圧負荷１５ａに接続されるスイッチ素子２５ａのオン／オフ情報及び第１低電圧負荷１５ａの消費電力並びに車速センサ、電流センサ、電圧センサ、温度センサ等からの信号等が含まれる。
【００８３】
そして、この計算により得られたＳＯＣに基づいて目標電圧値を決定し、決定された目標電圧値に従ってＤＣ−ＤＣコンバータ２１の電圧変換動作を制御する。また、第２コントローラ２０ｂは、スイッチ素子２３ｂ及び２５ｂの開閉を制御し、第２高電圧負荷１４ｂ及び第２低電圧負荷１５ｂの駆動及びその停止を制御する。更に、第２コントローラ２０ｂは、実際に出力される電圧値と目標電圧値とを比較してフィードバック制御を行う。
【００８４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は本発明の電圧変換器に対応する。ＤＣ-ＤＣコンバータ２１の入力端子は、第１電気接続箱１１ａ内の高電圧電流分岐点２６を介してモータジェネレータ１０、高電圧側バッテリ１２及びヒューズ２２ａに接続されると共に、第２電気接続箱１１ｂのヒューズ２２ｂに接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子は、第２電気接続箱１１ｂ内の低電圧電流分岐点２７を介して低電圧側バッテリ１３、第２コントローラ２０ｂ及びヒューズ２４ｂに接続されると共に、第１電気接続箱１１ａのヒューズ２４ａ及び第１コントローラ２０ａ（結線は図示省略）に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の構成及び動作は、第１の実施の形態のそれと同じである。
【００８５】
第１電気接続箱１１ａ内のヒューズ２２ａの入力端子は高電圧電流分岐点２６に接続され、出力端子はスイッチ素子２３ａの入力端子に接続されている。スイッチ素子２３ａの出力端子は第１高電圧負荷１４ａに接続されている。ヒューズ２２ａは、第１高電圧負荷１４ａに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３ａは、第１コントローラ２０ａからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、高電圧の直流電力を第１高電圧負荷１４ａに供給するかどうかを制御する。
【００８６】
第１電気接続箱１１ａ内のヒューズ２４ａの入力端子は、第２電気接続箱１１ｂ内の低電圧電流分岐点２７に接続され、出力端子はスイッチ素子２５ａの入力端子に接続されている。スイッチ素子２５ａの出力端子は第１低電圧負荷１５ａに接続されている。ヒューズ２４ａは、第１低電圧負荷１５ａに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２５ａは、第１コントローラ２０ａからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を第１低電圧負荷１５ａに供給するかどうかを制御する。
【００８７】
第２電気接続箱１１ｂ内のヒューズ２４ｂの入力端子は低電圧電流分岐点２７に接続され、出力端子はスイッチ素子２５ｂの入力端子に接続されている。スイッチ素子２５ｂの出力端子は第２低電圧負荷１５ｂに接続されている。ヒューズ２４ｂは、第２低電圧負荷１５ｂに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２５ｂは、第２コントローラ２０ｂからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を第２低電圧負荷１５ｂに供給するかどうかを制御する。
【００８８】
第２電気接続箱１１ｂ内のヒューズ２２ｂの入力端子は、第１電気接続箱１１ａ内の高電圧電流分岐点２６に接続され、出力端子はスイッチ素子２３ｂの入力端子に接続されている。スイッチ素子２３ｂの出力端子は第２高電圧負荷１４ｂに接続されている。ヒューズ２２ｂは、第２高電圧負荷１４ｂに過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３ｂは、第２コントローラ２０ｂからその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、高電圧の直流電力を第２高電圧負荷１４ｂに供給するかどうかを制御する。図示を省略した車速センサ、電流センサ、電圧センサ及び温度センサの構成及び動作は、第１の実施の形態のそれらと同じである。
【００８９】
このように構成された第２の実施の形態に係る車両用電源装置の動作は、第１電気接続箱１１ａ内の第１コントローラ２０ａと第２電気接続箱１１ｂ内の第２コントローラ２０ｂとが、バス１６を介して通信することにより、第１の実施の形態におけるコントローラ２０と同じ機能を果たすことを除けば、第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作と同じである。
【００９０】
すなわち、第１電気接続箱１１ａの第１コントローラ２０ａからは、現在力行モードであるか回生モードであるか情報が第２電気接続箱１１ｂの第２コントローラ２０ｂに送られる。第２コントローラ２０ｂは、これを受信してモータジェネレータ１０の挙動を知り、この情報に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１の目標電圧値を決定する。この目標電圧値を決定する手順は第１の実施の形態のそれと同じである。
【００９１】
また、始動時には、第１コントローラ２０ａは、モータジェネレータ１０や高電圧側バッテリ１２を監視し、モータジェネレータ１０の動作が安定した後に第２電気接続箱１１ｂにＤＣ−ＤＣコンバータ２１の起動命令を発する。これによって、モータジェネレータ１０の起動時において、高電圧側バッテリ１２に負担をかけずに始動させることができる。
【００９２】
このように、第２の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、第１コントローラ２０ａを収容する第１電気接続箱１１ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び第２コントローラ２０ｂを収容する第２電気接続箱１１ｂとを別体に構成したので、第１の実施の形態に係る車両用電源装置により得られる効果に加え、電気接続箱の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【００９３】
なお、第２の実施の形態では、第１コントローラ２０ａと第２コントローラ２０ｂとはバス１６を介して通信を行うように構成したが、例えば、第１コントローラ２０ａと第２コントローラ２０ｂとを１対１で直接接続するように構成してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電圧変換器の出力は、発電機の状態、高電圧側バッテリの充電状態、高電圧負荷の状態、低電圧側バッテリの充電状態及び低電圧負荷の状態に応じて制御されるので、車両の様々な状況に応じて発電量を制御する発電機と電圧変換器とが連携して作動し、発電機の発電量を制御することによる燃費向上やバッテリ保護の効果を更に増加させることができる。
【００９５】
また、請求項２に記載の発明によれば、電圧変換器の出力を、力行モードの場合と回生モードの場合とで個別に電圧変換器を制御できるので、高電圧用バッテリ及び低電圧側バッテリの充放電が車両の状況に応じて最適になるように制御できる。
【００９６】
また、請求項３に記載の発明によれば、電圧変換器は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が下限値より大きいという通常の状態にあるときは、予め定められた目標電圧値を出力するように制御されるので、通常の状態で電圧変換器から好ましい電圧を出力させることができる。
【００９７】
また、請求項４に記載の発明によれば、電圧変換器は、力行モードにおいて高電圧側バッテリが下限値以下であるという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を下げるように制御されるので、低電圧負荷の消費電力が低下し、発電機から出力される電流の多くは高電圧用バッテリの充電に使用されると共に、高電圧用バッテリからの放電電流は小さくなる。その結果、高電圧用バッテリの充電を効率よく行うことができる。
【００９８】
また、請求項５に記載の発明によれば、電圧変換器は、力行モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が上記下限値より小さいという通常でない状態にあるときは、現在の目標電圧値を維持するように制御されるので、低電圧負荷の動作に支障をきたすことがない。
【００９９】
また、請求項６に記載の発明によれば、高電圧側バッテリに積極的に充電させることができる。
【０１００】
また、請求項７に記載の発明によれば、回生モードにおいて発電機で回生された電流を用いて、最高目標電圧値を超えない限り低電圧側バッテリが充電されるので、その後の低電圧負荷による電力消費を賄うことができる。その結果、高電圧側バッテリや発電機の負荷を減少させることができるので、燃費を向上させることができる。
【０１０１】
また、請求項８に記載の発明によれば、電圧変換器は、回生モードにおいて高電圧側バッテリの充電状態が、上記最高目標電圧値以上であるという状態になったときは、現在の目標電圧値を維持するように制御されるので、低電圧側バッテリが過充電になることがない。
【０１０２】
更に、請求項９に記載の発明によれば、第１制御手段を収容する電気接続箱と電圧変換器及び第２制御手段を収容する電気接続箱とを別体に構成したので、請求項１に記載の発明の効果に加え、電気接続箱の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の車両用電源装置を説明する図である。
【符号の説明】
１０ モータジェネレータ
１１ 電気接続箱
１１ａ 第１電気接続箱
１１ｂ 第２電気接続箱
１２ 高電圧側バッテリ
１３ 低電圧側バッテリ
１４ 高電圧負荷
１４ａ 第１高電圧負荷
１４ｂ 第２高電圧負荷
１５ 低電圧負荷
１５ａ 第１低電圧負荷
１５ｂ 第２低電圧負荷
１６ バス
２０ コントローラ
２１ａ 第１コントローラ
２１ｂ 第２コントローラ
２１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２、２２ａ、２２ｂ、２４、２４ａ、２４ｂ ヒューズ
２３、２３ａ、２３ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ スイッチ素子
３０ 車速センサ
３１ 電流センサ
３２ 電圧センサ
３３ 温度センサ
Claims (9)
- 電力を発生する発電機と、
前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧側バッテリと、
前記高電圧側バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧側バッテリと、
前記発電機の状態、前記高電圧側バッテリの充電状態、前記高電圧負荷の状態、前記低電圧側バッテリの充電状態及び前記低電圧負荷の状態に応じて、前記電圧変換器の出力を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両用電源装置。 - 前記制御手段は、エネルギーを消費する力行モードで動作しているかエネルギーを回収する回生モードで動作しているかを判断する判断手段を備え、前記判断手段の判断に基づいて前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
- 前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きい場合に、予め定められた目標電圧値が出力されるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
- 前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値以下である場合に、現在の目標電圧値を下げるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
- 前記制御手段は、前記判断手段により力行モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が、前記下限値より小さい場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
- 前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値以下である場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
- 前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きく、且つ現在の目標電圧値が最高目標電圧値より小さい場合に、現在の目標電圧値を上げるように前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
- 前記制御手段は、前記判断手段により回生モードであることが判断され、且つ前記高電圧側バッテリの充電状態が予め定められた下限値より大きく、且つ現在の目標電圧値が最高目標電圧値以上である場合に、現在の目標電圧値を維持するように前記電圧変換器を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
- 電力を発生する発電機と、
前記発電機を制御する第１制御手段と、
前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧側バッテリと、
前記高電圧側バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧側バッテリと、
前記発電機の状態、前記高電圧側バッテリの充電状態、前記高電圧負荷の状態、前記低電圧側バッテリの充電状態及び前記低電圧負荷の状態に応じて、前記電圧変換器の出力を制御する第２制御手段とを備え、
前記第１制御手段は、第１電気接続箱に収容され、前記電圧変換器及び前記第２制御手段は、第２電気接続箱に収容されていることを特徴とする車両用電源装置。
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