(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-16
(45)【発行日】2022-11-25
(54)【発明の名称】車両電源システム
(51)【国際特許分類】
B60L 3/00 20190101AFI20221117BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20221117BHJP
B60L 50/60 20190101ALI20221117BHJP
B60L 50/40 20190101ALI20221117BHJP
B60K 6/28 20071001ALN20221117BHJP
B60K 6/48 20071001ALN20221117BHJP
B60W 10/26 20060101ALN20221117BHJP
B60W 20/50 20160101ALN20221117BHJP
【ＦＩ】
B60L3/00 J ZHV
H02J7/00 B
H02J7/00 P
B60L50/60
B60L50/40
B60K6/28
B60K6/48
B60W10/26 900
B60W20/50
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019018626
(22)【出願日】2019-02-05
(65)【公開番号】P2020127300
(43)【公開日】2020-08-20
【審査請求日】2021-04-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100059959
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100088694
【弁理士】
【氏名又は名称】弟子丸 健
(74)【代理人】
【識別番号】100123630
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】古川 晶博
(72)【発明者】
【氏名】平野 晴洋
(72)【発明者】
【氏名】佐内 英樹
【審査官】佐々木 淳
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０１９５２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２４８２６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８４５４３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００－５８／４０
Ｂ６０Ｗ １０／００－２０／５０
Ｂ６０Ｋ ６／２０－ ６／５４７
Ｈ０２Ｊ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に搭載される車両電源システムであって、定格電圧が所定の電圧よりも低いバッテリと、
定格電圧が上記所定の電圧よりも高いキャパシタと、
複数のスイッチ及び充電用キャパシタを備え、上記 キャパシタに蓄積された電荷を放電するためのキャパシタ放電器と、
このキャパシタ放電器を制御する制御器と、
を有し、
上記バッテリと上記キャパシタは電気的に直列に接続され、上記キャパシタ放電器は、直列に接続された上記バッテリ及び上記キャパシタに対して並列に接続され、
上記制御器は、上記車両の衝突時、又は上記キャパシタの交換時において、上記複数のスイッチを制御して、上記キャパシタに蓄積された電荷を上記充電用キャパシタに放電させ、上記充電用キャパシタの電圧が所定電圧まで上昇すると、上記充電用キャパシタに蓄積された電荷を上記バッテリに充電させることを特徴とする車両電源システム。
【請求項2】
上記キャパシタ放電器はＤＣ－ＤＣコンバータを備え、上記制御器は、上記車両の衝突時、又は上記キャパシタの交換時において、上記キャパシタから放電された電荷が上記ＤＣ－ＤＣコンバータにより降圧され、上記バッテリに充電されるように上記キャパシタ放電器を制御する請求項１記載の車両電源システム。
【請求項3】
上記キャパシタは、蓄積可能な電荷が、上記バッテリに蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている請求項１又は２に記載の車両電源システム。
【請求項4】
上記制御器は、上記車両の衝突発生から、又は上記バッテリの交換可能性を表す信号の受信時から、所定時間以内に上記キャパシタの電圧が上記所定の電圧以下に低下するように上記キャパシタ放電器を制御する請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両電源システム。
【請求項5】
上記制御器は、上記キャパシタの電圧が上記所定の電圧以下に低下すると、上記バッテリと上記キャパシタの電気的接続が遮断されるように上記キャパシタ放電器を制御する請求項４記載の車両電源システム。
【請求項6】
上記キャパシタ放電器は、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを備え、上記第１のスイッチは上記キャパシタの一端と上記充電用キャパシタの一端との間に接続され、上記第２のスイッチは上記キャパシタの他端と上記充電用キャパシタの一端との間に接続され、上記第４のスイッチは上記バッテリの一端と上記充電用キャパシタの他端との間に接続され、上記第３のスイッチは上記バッテリの他端と上記充電用キャパシタの他端との間に接続され、上記キャパシタと上記バッテリは、上記キャパシタの他端と上記バッテリの他端を接続することにより、直列に接続されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両電源システム。
【請求項7】
上記キャパシタ放電器は、上記第１のスイッチ及び上記第３のスイッチをＯＮ、上記第２のスイッチ及び上記第４のスイッチをＯＦＦとした状態と、上記第１のスイッチ及び上記第３のスイッチをＯＦＦ、上記第２のスイッチ及び上記第４のスイッチＯＮをとした状態とを交互に繰り返すことにより、上記バッテリへの充電を行う請求項６記載の車両電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は車両電源システムに関し、特に、車両に搭載される車両電源システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特開２０１６－１１１７５４号公報（特許文献１）には、自動車が記載されている。この自動車は、車両の衝突が検知され、モータが回転しているときには、インバータの複数のトランジスタのうち上アームの全てまたは下アームの全てをオンにする三相オン制御を実行する。さらに、この三相オン制御を実行することによりモータの回転を停止させ、モータの回転が停止した後、モータにｄ軸電流を流すことにより、電源システムのコンデンサに蓄積されていた電荷を放電させる放電制御が実行される。また、三相オン制御の実行により、モータを駆動するためのインバータが過熱する場合があるため、特許文献１記載の自動車においては、インバータの温度が閾値以上となると、三相オン制御を中止し、放電制御が中止されるのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１１１７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、車両に搭載するキャパシタ（コンデンサ）を大容量化した場合には、特許文献１記載の発明のように、モータにｄ軸電流を流すだけでは十分な放電を行うことができない可能性がある。また、キャパシタの交換時においては蓄積された電荷を放電する必要があり、メンテナンス時においてキャパシタの交換を迅速に行うためには、キャパシタに蓄積された電荷を速やかに放電する必要がある。
【0005】
従って、本発明は、車両の衝突時等において、キャパシタに蓄積された電荷を確実且つ速やかに放電させることができる車両電源システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本発明は、車両に搭載される車両電源システムであって、定格電圧が所定の電圧よりも低いバッテリと、定格電圧が所定の電圧よりも高いキャパシタと、複数のスイッチ及び充電用キャパシタを備え、キャパシタに蓄積された電荷を放電するためのキャパシタ放電器と、このキャパシタ放電器を制御する制御器と、を有し、バッテリとキャパシタは電気的に直列に接続され、キャパシタ放電器は、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタに対して並列に接続され、制御器は、車両の衝突時、又はキャパシタの交換時において、複数のスイッチを制御して、キャパシタに蓄積された電荷を充電用キャパシタに放電させ、充電用キャパシタの電圧が所定電圧まで上昇すると、充電用キャパシタに蓄積された電荷をバッテリに充電させることを特徴としている。
【0007】
このように構成された本発明によれば、車両の衝突時において、キャパシタ放電器がキャパシタに蓄積された電荷を放電させ、放電された電荷がバッテリに充電されるので、キャパシタに蓄積された電荷を、早期に、確実に放電させることができる。また、キャパシタの交換時においては、キャパシタに蓄積された電荷を速やかに放電し、キャパシタの端子間電圧を急速に低下させることができるので、キャパシタの交換作業を迅速に行うことができる。なお、バッテリは、定格電圧が所定の電圧よりも低いので、キャパシタから放電された電荷が充電された場合でも、電圧が規制電圧以下に抑制され、高電圧による危険はない。
【0008】
さらに、上記のように構成された本発明によれば、キャパシタの交換時においてもキャパシタ放電器がキャパシタに蓄積された電荷を放電させ、放電された電荷がバッテリに充電される。このため、交換すべきキャパシタに蓄積された電荷を速やかに放電させることができ、安全にキャパシタを交換することができる。
【0009】
本発明において、好ましくは、キャパシタ放電器はＤＣ－ＤＣコンバータを備え、制御器は、車両の衝突時、又はキャパシタの交換時において、キャパシタから放電された電荷がＤＣ－ＤＣコンバータにより降圧され、バッテリに充電されるようにキャパシタ放電器を制御する。
【0010】
このように構成された本発明によれば、車両の衝突時、又はキャパシタの交換時において、キャパシタの電圧がＤＣ－ＤＣコンバータにより降圧され、バッテリに充電される。このため、キャパシタの端子間電圧と、バッテリの端子間電圧が大きく異なっている場合でも、キャパシタに蓄積された電荷を、バッテリの劣化を抑制しながらバッテリに充電することができる。
【0011】
本発明において、好ましくは、キャパシタは、蓄積可能な電荷が、バッテリに蓄積可能な電荷よりも少なく構成されている。
このように構成された本発明によれば、キャパシタに蓄積可能な電荷がバッテリに蓄積可能な電荷よりも少ないので、キャパシタに蓄積された電荷を短時間でバッテリに放電することができる。また、バッテリに蓄積可能な電荷が多いため、キャパシタから放電された電荷が充電された場合でも、バッテリの端子間電圧は殆ど上昇することがなく、バッテリ及びキャパシタを確実に低電圧にすることができる。
このように構成された本発明によれば、キャパシタに蓄積可能な電荷がバッテリに蓄積可能な電荷よりも少ないので、キャパシタに蓄積された電荷を短時間でバッテリに放電することができる。また、バッテリに蓄積可能な電荷が多いため、キャパシタから放電された電荷が充電された場合でも、バッテリの端子間電圧は殆ど上昇することがなく、バッテリ及びキャパシタを確実に低電圧にすることができる。
【0012】
本発明において、好ましくは、制御器は、車両の衝突発生から、又はバッテリの交換可能性を表す信号の受信時から、所定時間以内にキャパシタの電圧が所定の電圧以下に低下するようにキャパシタ放電器を制御する。
【0013】
このように構成された本発明によれば、車両の衝突発生から所定時間以内に、キャパシタ放電器がキャパシタの電圧を所定の電圧以下に低下させるので、衝突時の安全性を、より確実に確保することができる。
【0014】
さらに、上記のように構成された本発明によれば、キャパシタの交換時においても所定時間以内に、キャパシタ放電器がキャパシタの電圧を所定の電圧以下に低下させる。このため、キャパシタを交換する際、速やかにキャパシタの電圧が低下するので、安全、且つ迅速にキャパシタを交換することができる。
【0015】
本発明において、好ましくは、制御器は、キャパシタの電圧が所定の電圧以下に低下すると、バッテリとキャパシタの電気的接続が遮断されるようにキャパシタ放電器を制御する。
【0016】
本発明においては、バッテリの定格電圧は所定の電圧よりも低く設定されており、キャパシタの電圧が所定の電圧以下に低下すると、バッテリとキャパシタの電気的接続がキャパシタ放電器によって遮断される。このため、バッテリとキャパシタが直列に接続されていた場合にも、接続が遮断された後は、所定の電圧を上回る電圧を有する高電圧部品がなく、十分な感電保護性能を確保することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明の車両電源システムによれば、車両の衝突時等において、キャパシタに蓄積された電荷を確実且つ速やかに放電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第１実施形態による車両電源システムを搭載した車両のレイアウト図である。
【図2】本発明の第１実施形態による車両電源システムのブロック図であり、外部電源による充電時の電流の流れを概略的に示す図である。
【図3】本発明の第１実施形態による車両電源システムのブロック図であり、主駆動モータ及び副駆動モータを駆動する際の電流の流れを概略的に示す図である。
【図4】本発明の第１実施形態による車両電源システムのブロック図であり、車両の衝突時におけるキャパシタに蓄積された電荷を放電する際の電流の流れを概略的に示す図である。
【図5】本発明の第１実施形態による車両電源システムの回路を示す図である。
【図6】本発明の第１実施形態による車両電源システムによる外部電源からの充電時における作用を示すタイムチャートである。
【図7】本発明の第１実施形態による車両電源システムによる外部電源からの充電時における回路の状態を示す図である。
【図8】本発明の第１実施形態による車両電源システムによるキャパシタの充電時における作用を示すタイムチャートである。
【図9】本発明の第１実施形態による車両電源システムによるキャパシタの充電時における回路の状態を示す図である。
【図10】本発明の第１実施形態による車両電源システムにおいて、衝突時にキャパシタの電荷をバッテリに充電する作用を示すタイムチャートである。
【図11】本発明の第１実施形態による車両電源システムにおいて、衝突時にキャパシタの電荷をバッテリに充電する際の回路の状態を示す図である。
【図12】本発明の第１実施形態による車両電源システムにおいて、キャパシタの電荷を放電する際の充電コントローラによる制御を示すフローチャートである。
【図13】本発明の第２実施形態による車両電源システムにおいて、キャパシタの交換時に、電荷を放電する際の充電コントローラによる制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による車両電源システムを搭載した車両のレイアウト図である。
図１は、本発明の第１実施形態による車両電源システムを搭載した車両のレイアウト図である。
【0020】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。また、後述するように、後輪２ａは主駆動モータによっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪２ｂは、インホイールモータである副駆動モータによって駆動される。
【0021】
即ち、車両１は、車両駆動装置として、後輪２ａを駆動するエンジン１２と、後輪２ａに駆動力を伝達する動力伝達機構１４と、後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、制御装置２４と、を搭載している。また、車両１には、直流電圧を交流電圧に変換して主駆動モータ１６を駆動するインバータ１６ａと、直流電圧を交流電圧に変換して副駆動モータ２０を駆動するインバータ２０ａが搭載されている。
【0022】
また、車両１に搭載された本発明の第１実施形態による車両電源システム１０は、バッテリ１８と、キャパシタ２２と、外部電源１７からの電力を受け入れて、バッテリ１８及びキャパシタ２２に充電するための充電装置１９及び給電口２３と、を有する。本実施形態の車両電源システム１０の具体的構成については、後述する。
【0023】
エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。
【0024】
動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。図１に示すように、動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６に接続された動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａ、及び変速機であるトランスミッション１４ｂを備えている。
【0025】
主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１の車体上に設けられ、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されている。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、図１に示すように、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。
【0026】
副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、前輪２ｂ各輪に設けられている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。また、キャパシタ２２の直流電圧は、トンネル部１５内に配置されたインバータ２０ａにより交流電圧に変換されて、各副駆動モータ２０に供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられ、車輪が直接駆動される。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。
【0027】
バッテリ１８は、主として主駆動モータ１６を作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器である。さらに、本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。
【0028】
キャパシタ２２は、副駆動モータ２０によって回生された電力を蓄積可能に設けられている。キャパシタ２２は車両１後部のプラグイン式の充電装置１９と概ね対称の位置に配置されると共に、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給する。主としてキャパシタ２２に蓄積された電力により駆動される副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動される。
【0029】
充電装置１９はバッテリ１８及びキャパシタ２２に電気的に接続され、充電スタンド等の外部電源１７から給電口２３を介して供給された電力を、これらに充電するように構成されている。一般に、充電スタンド等の外部電源１７は、所定の下限電圧（例えば、５０Ｖ）以上の電圧で充電を行うように構成されており、本実施形態の車両電源システム１０は、この下限電圧に対応している。
【0030】
給電口２３は、車両１の後部側面に設けられたコネクタであり、充電装置１９に電気的に接続されている。給電口２３のコネクタは、充電スタンド等の外部電源１７から延びる電気ケーブル１７ａのプラグに接続可能に構成されており、給電口２３を介して電力が充電装置１９に供給される。このように、本実施形態の車両電源システム１０は、直流電力を供給する外部電源１７を、電気ケーブル１７ａを介して給電口２３に接続することにより、バッテリ１８及びキャパシタ２２に充電可能に構成されている。
【0031】
制御装置２４は、前後加速度センサ２４ａ、横加速度センサ２４ｂ等の各種センサの検出信号が入力されるように構成されている。また、制御装置２４は、入力された各センサからの検出信号に基づいて、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御するように構成されている。具体的には、制御装置２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。
【0032】
なお、制御装置２４は、前後加速度センサ２４ａ及び横加速度センサ２４ｂによって検出された加速度信号に基づいて車両１の衝突を判定し、車両１が衝突した場合には、エアバッグ（図示せず）を展開するための制御信号を出力するように構成されている。また、後述するように、制御装置２４からのエアバッグ展開信号は、充電装置１９にも送信される。
【0033】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０の構成及び作用を概略的に説明する。図２は、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０のブロック図であり、外部電源１７による充電時の電流の流れを概略的に示す図である。図３は、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０のブロック図であり、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０を駆動する際の電流の流れを概略的に示す図である。図４は、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０のブロック図であり、車両１の衝突時におけるキャパシタ２２に蓄積された電荷を放電する際の電流の流れを概略的に示す図である。
【0034】
まず、図２に示すように、本実施形態の車両電源システム１０においては、バッテリ１８とキャパシタ２２が直列に接続されている。即ち、本実施形態においては、バッテリ１８の正極端子と、キャパシタ２２の負極端子を接続することにより、これらが電気的に直列に接続されている。また、バッテリ１８の負極端子は、車両１の車体アースに接続されている。ここで、本実施形態においては、バッテリ１８の定格電圧は、外部電源１７の下限電圧（５０Ｖ）よりも低い４８Ｖに設定され、キャパシタ２２の定格電圧は、外部電源１７の下限電圧よりも高い７２Ｖに設定されている。
【0035】
ここで、自動車アセスメント（ＪＮＣＡＰ：Japanese New Car Assessment Programme）には、「電気自動車等の衝突時における感電保護性能試験」が規定されている。この感電保護性能試験は、電気自動車及び電気式ハイブリッド自動車が万が一衝突事故を起こした際、乗員が高電圧により感電しないことを目的として定められている。また、感電保護性能試験は、電動機の作動電圧が交流３０Ｖ及び直流６０Ｖ以上の自動車が対象となっている。この「電気自動車等の衝突時における感電保護性能試験」の評価項目の１つである「残存電圧測定」では、衝突後、５秒から６０秒後における高電圧部品の残存電圧が、ＡＣ３０Ｖ以下、又はＤＣ６０Ｖ以下であることが要求されている。
【0036】
バッテリ１８の定格電圧４８Ｖは、ＪＮＣＡＰにおいて高電圧として規制されている所定の電圧６０Ｖ（以下、規制電圧という）よりも低く、高電圧としての危険性はない。一方、キャパシタ２２の定格電圧７２Ｖは規制電圧６０Ｖよりも高く、ＪＮＣＡＰにより高電圧部品として規制の対象となる。なお、本明細書において、バッテリ１８の定格電圧とは、一般的な条件下での作動電圧の最大値を意味し、キャパシタ２２の定格電圧とは、キャパシタ２２に与えられる最大の電圧を意味する。また、バッテリが一般的な条件下で放電した場合の平均的な作動電圧をバッテリの公称電圧という。さらに、バッテリ１８の定格電圧はキャパシタ２２の定格電圧よりも低く設定されているが、バッテリ１８に蓄積可能な電荷（電気量：クーロン）は、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷よりも多くなるように構成されている。
【0037】
このように、本実施形態においては、バッテリ１８の定格電圧が規制電圧よりも低い電圧に設定されているため、バッテリ１８単体では高電圧部品として規制の対象となることはない。一方、バッテリ１８とキャパシタ２２が直列に接続され状態においては、バッテリ１８の負極端子とキャパシタ２２の正極端子の間の電圧が規制電圧を超えるので、高電圧部品として規制の対象となる。
【0038】
また、バッテリ１８と直列に接続されたキャパシタ２２の電圧（バッテリ１８の負極とキャパシタ２２の正極の間の電圧）は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上であるため、外部電源１７からバッテリ１８及びキャパシタ２２に直接充電することができる。従って、図２に示すように、外部電源１７による充電時においては、外部電源１７からの直流電流がキャパシタ２２、バッテリ１８に流れ、キャパシタ２２及びバッテリ１８が充電される。また、充電装置１９は、キャパシタ２２及びバッテリ１８に夫々接続されており、これらに対する充電を制御するように構成されている。充電装置１９の具体的な構成及び作用については後述する。
【0039】
なお、充電装置１９は、キャパシタ２２に蓄積されている電荷を降圧してバッテリ１８に充電したり、バッテリ１８蓄積されている電荷を昇圧してキャパシタ２２に充電したりすることができるように、ＤＣ－ＤＣコンバータを内蔵していても良い。このように、バッテリ１８及びキャパシタ２２に接続されたＤＣ－ＤＣコンバータを備えることにより、バッテリ１８とキャパシタ２２の間で電荷の授受が可能となる。これにより、車両１の衝突時において、バッテリ１８の劣化を抑制しながら、キャパシタ２２に蓄積されている電荷を降圧して、速やかにバッテリ１８に充電することができ、キャパシタ２２の端子間電圧を低下させることができる。
【0040】
次に、図３に示すように、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０を駆動する場合には、夫々異なる経路で電力が供給される。まず、主駆動モータ１６は、４８Ｖ程度の比較的低電圧で駆動されるため、主駆動モータ１６用のインバータ１６ａには、バッテリ１８から直接電力が供給される。即ち、インバータ１６ａには、バッテリ１８の正極端子及び負極端子が接続され、バッテリ１８の直流電圧が印加される。一方、副駆動モータ２０は、１２０Ｖ程度の比較的高電圧で駆動されるため、副駆動モータ２０用のインバータ２０ａには、バッテリ１８及びキャパシタ２２から電力が供給される。即ち、インバータ２０ａには、キャパシタ２２の正極端子と、バッテリ１８の負極端子が接続され、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電圧を加算した電圧が印加される。また、キャパシタ２２の電荷が放電され、キャパシタ２２の端子間電圧が低下した場合には、バッテリ１８に蓄積された電荷が充電装置１９によってキャパシタ２２に充電される。これにより、キャパシタ２２の端子間電圧が上昇し、副駆動モータ２０の駆動に必要な電圧が確保される。一方、車両１に搭載された１２Ｖ系の車載機器２８に対しては、バッテリ１８の出力電圧をＤＣ－ＤＣコンバータ２６によって降圧して電力が供給される。
【0041】
さらに、図４に示すように、車両１の衝突時においては、充電装置１９によってキャパシタ２２に蓄積されている電荷を放電させ、放電された電荷をバッテリ１８に充電し、キャパシタ２２の端子間電圧を低下させる。従って、本実施形態においては、充電装置１９は、キャパシタ２２に蓄積された電荷を放電させ、放電された電荷をバッテリ１８に充電するキャパシタ放電器として機能する。
【0042】
なお、車両１の制動時においては、車両１の運動エネルギーが主駆動モータ１６によって回生され、電力が生成される。主駆動モータ１６からの出力電圧は、バッテリ１８の正極端子と負極端子の間に印加され、バッテリ１８に充電が行われる。また、車両１の制動時においては、副駆動モータ２０によっても回生が行われ、電力が生成される。副駆動モータ２０からの出力電圧は、キャパシタ２２の正極端子とバッテリ１８の負極端子の間に印加され、バッテリ１８及びキャパシタ２２に充電が行われる。ここで、副駆動モータ２０によって回生された電力が大きく、キャパシタ２２の端子間電圧が所定値以上に上昇した場合にも、図４に示すようにキャパシタ２２に蓄積された電荷が放電され、バッテリ１８に充電される。
【0043】
次に、図５乃至図１１を参照して、本発明の第１実施形態による車両電源システム１０の詳細な構成、及び作用を説明する。
図５は、本実施形態の車両電源システム１０の回路を示す図である。図６は、本実施形態の車両電源システム１０による外部電源からの充電時における作用を示すタイムチャートである。図７は、本実施形態の車両電源システム１０による外部電源からの充電時における回路の状態を示す図である。図８は、本実施形態の車両電源システム１０によるキャパシタの充電時における作用を示すタイムチャートである。図９は、本実施形態の車両電源システム１０によるキャパシタの充電時における回路の状態を示す図である。図１０は、本実施形態の車両電源システム１０において、衝突時にキャパシタの電荷をバッテリに充電する作用を示すタイムチャートである。図１１は、本実施形態の車両電源システム１０において、衝突時にキャパシタの電荷をバッテリに充電する際の回路の状態を示す図である。
図５は、本実施形態の車両電源システム１０の回路を示す図である。図６は、本実施形態の車両電源システム１０による外部電源からの充電時における作用を示すタイムチャートである。図７は、本実施形態の車両電源システム１０による外部電源からの充電時における回路の状態を示す図である。図８は、本実施形態の車両電源システム１０によるキャパシタの充電時における作用を示すタイムチャートである。図９は、本実施形態の車両電源システム１０によるキャパシタの充電時における回路の状態を示す図である。図１０は、本実施形態の車両電源システム１０において、衝突時にキャパシタの電荷をバッテリに充電する作用を示すタイムチャートである。図１１は、本実施形態の車両電源システム１０において、衝突時にキャパシタの電荷をバッテリに充電する際の回路の状態を示す図である。
【0044】
図５に示すように、本実施形態の車両電源システム１０は、給電口２３を介して外部電源１７の電気ケーブル１７ａに接続され、外部電源１７により充電可能に構成されている。また、車両電源システム１０には、バッテリ１８と、キャパシタ２２と、充電装置１９が備えられ、外部電源１７からの電力がバッテリ１８及びキャパシタ２２に充電されるように構成されている。さらに、本実施形態の車両電源システム１０は、車両の衝突時において、充電装置１９がキャパシタ２２の電荷を放電させ、放電された電荷をバッテリ１８に充電するので、充電装置１９は、キャパシタ放電器として機能する。
【0045】
また、上述したように、バッテリ１８の正極端子はキャパシタ２２の負極端子に接続され、バッテリ１８とキャパシタ２２が電気的に直列に接続されている。さらに、バッテリ１８の正極端子にはスイッチＳＷbattが接続され、キャパシタ２２の正極端子にはスイッチＳＷcapが接続され、バッテリ１８及びキャパシタ２２の接続、非接続が切り替え可能に構成されている。
【0046】
充電装置１９は、直列接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２に対して並列に接続されている。また、充電装置１９には直列に接続された４つのスイッチが内蔵されており、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４が、この順序で接続されている。スイッチＳＷ１の一端はキャパシタ２２の正極端子に接続される一方、スイッチＳＷ４の一端はバッテリ１８の負極端子に接続されている。また、スイッチＳＷ２とＳＷ３の接続点は、バッテリ１８とキャパシタ２２の接続点に接続されている。これらのスイッチＳＷ１～ＳＷ４、及びバッテリ１８及びキャパシタ２２に夫々設けられたＳＷbatt、ＳＷcapは、充電装置１９に内蔵された充電コントローラ１９ａによって開閉が制御される。具体的には、制御器である充電コントローラ１９ａは、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。さらに、スイッチＳＷ１とＳＷ２の接続点と、スイッチＳＷ３とＳＷ４の接続点の間には、充電用キャパシタ１９ｂが接続されている。なお、本実施形態においては、各スイッチとして半導体スイッチが採用されているが、機械接点によるリレーをスイッチとして使用することもできる。
【0047】
次に、図６及び図７を参照して、外部電源１７によるバッテリ１８及びキャパシタ２２への充電を説明する。なお、図６及び図７は、バッテリ１８の端子間電圧とキャパシタ２２の端子間電圧の合計が、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上である場合を示している。
【0048】
図６は、外部電源１７によるバッテリ１８及びキャパシタ２２への充電時における車両電源システム１０の作用を示すタイムチャートである。図６は、上段から順に、外部電源１７から入力される電圧Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図６には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap（キャパシタ２２の正極端子と負極端子の間の電圧）、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。
【0049】
図７は、外部電源１７によるバッテリ１８及びキャパシタ２２への充電時における各スイッチの状態、及び電流の流れを示す図である。各スイッチは、外部電源１７による充電中において、図７の上段に示すステージ(１)、中段に示すステージ(２)、下段に示すステージ(３)の状態に順次設定される。
【0050】
まず、図６の時刻ｔ1において、外部電源１７による充電が開始されると、充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＮ（閉状態）にし、スイッチＳＷ１～ＳＷ４をＯＦＦ（開状態）にする。これにより、車両電源システム１０は、図７の上段に示すステージ(１)の状態となる。この状態では、バッテリ１８及びキャパシタ２２が外部電源１７に接続される一方、充電装置１９は外部電源１７から切り離される。これにより、外部電源１７から供給された電流が、キャパシタ２２及びバッテリ１８に流入（電流Ｉcap、Ｉbatt＞０）し、これらに充電される。これに伴い、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap及びバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが上昇する。ここで、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷は、バッテリ１８に蓄積可能な電荷よりも少ないため、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapはバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattよりも急激に上昇する。このため、時刻ｔ2においてキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは、キャパシタ２２の定格電圧近くまで上昇する。
【0051】
キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇すると、時刻ｔ2において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま、スイッチＳＷ２及びＳＷ４はＯＦＦのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図７の中段に示すステージ(２)の状態となる。この状態では、外部電源１７からの電流が充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂに流入すると共に、キャパシタ２２に蓄積された電荷が放電（電流Ｉcap＜０）され、充電用キャパシタ１９ｂに流入（電流Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇し、一方、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは低下する。これにより、キャパシタ２２は、再び充電可能な状態となる。なお、キャパシタ２２の電圧が低下した時刻ｔ3の状態においても、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattとキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを合計した電圧は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上に維持される。
【0052】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで上昇すると、時刻ｔ3において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＦＦにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図７の下段に示すステージ(３)の状態となる。この状態では、外部電源１７からの電流がキャパシタ２２及びバッテリ１８に流入して、これらが充電されると共に、充電用キャパシタ１９ｂに蓄積された電荷もスイッチＳＷ２、ＳＷbattを通ってバッテリ１８に充電される。これにより、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap及びバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが上昇すると共に、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下する。
【0053】
キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが定格電圧近くまで上昇すると、時刻ｔ4において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを切り替えて、再び車両電源システム１０を、図７の中段に示すステージ(２)の状態にする。この状態では、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下すると共に、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する（バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattはほぼ一定）。次いで、時刻ｔ5において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを図７の下段に示すステージ(３)の状態に切り替え、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧を上昇させ、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcを低下させる。以降、充電コントローラ１９ａは、ステージ(２)の状態とステージ(３)の状態を交互に切り替え、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattを上昇させる（バッテリ１８に充電する）。充電コントローラ１９ａは、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが充電終了閾値まで上昇し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが定格電圧近くまで上昇すると、キャパシタ２２及びバッテリ１８への充電を終了する。
【0054】
次に、図８及び図９を参照して、バッテリ１８に蓄積された電荷によるキャパシタ２２への充電を説明する。なお、図８及び図９に示す作用は、バッテリ１８の端子間電圧とキャパシタ２２の端子間電圧の合計が、外部電源１７による充電が可能な下限電圧未満に低下した場合に、外部電源１７による充電を可能にするために実行される。即ち、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計が下限電圧未満に低下すると、外部電源１７による充電が不可となるため、キャパシタ２２に充電して端子間電圧を上昇させ、外部電源１７による充電を可能にする。また、図８及び図９に示す作用は、車両１の走行中等に、キャパシタ２２に蓄積された電荷が低下した場合において、キャパシタ２２の端子間電圧を上昇させる目的でも実行される。即ち、走行中にキャパシタ２２に蓄積された電荷が減少し、端子間電圧が低下すると、副駆動モータ２０を駆動するために必要な電圧が得られなくなるため、キャパシタ２２に充電を行うことにより、必要な電圧を回復する。
【0055】
図８は、バッテリ１８によるキャパシタ２２への充電時における車両電源システム１０の作用を示すタイムチャートである。図８は、上段から順に、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図８には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。
【0056】
図９は、バッテリ１８の電荷によるキャパシタ２２への充電時における各スイッチの状態、及び電流の流れを示す図である。各スイッチは、キャパシタ２２への充電中において、図９の上段に示すステージ(１１)、中段に示すステージ(１２)、下段に示すステージ(１３)の状態に順次設定される。
【0057】
まず、図８の時刻ｔ11においては、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計Ｖinが下限電圧未満であるため、これを上昇させるべくキャパシタ２２への充電が実行される。キャパシタ２２への充電を開始すべく、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ11においてスイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＮ（閉状態）にする。さらに、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ12においてスイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにする（スイッチＳＷ１及びＳＷ３はＯＦＦ（開状態）のまま）。これにより、車両電源システム１０は、図９の上段に示すステージ(１１)の状態となる。この状態では、バッテリ１８から出力された電流（Ｉbatt＜０）が、スイッチＳＷbatt及びスイッチＳＷ２を通って充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂに流入（Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇する。一方、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattは低下するが、バッテリ１８には十分な電荷が蓄積されているため、その低下量は僅かである。
【0058】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで上昇すると、時刻ｔ13において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＦＦにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図９の中段に示すステージ(１２)の状態となる。この状態では、充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂから放電された電流（電流Ｉc＜０）がキャパシタ２２に流入（電流Ｉcap＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下し、一方、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは上昇する（バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattは変化しない）。この結果、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）が上昇する。
【0059】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで低下すると、時刻ｔ14において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＦＦにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図９の上段に示すステージ(１１)の状態に戻る。この状態では、上述したように、バッテリ１８からの電流が充電用キャパシタ１９ｂに流入して、充電用キャパシタ１９ｂに充電される。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇すると共に、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが僅かに低下する。
【0060】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると、時刻ｔ15において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを切り替えて、再び車両電源システム１０を、図９の中段に示すステージ(１２)の状態にする。この状態では、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下すると共に、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇する（バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattはほぼ一定）。この結果、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）が更に上昇する。以降、充電コントローラ１９ａは、ステージ(１１)の状態とステージ(１２)の状態を交互に切り替え、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、及びキャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）を上昇させる（キャパシタ２２に充電する）。即ち、図９のステージ(１１)とステージ(１２)を交互に繰り返すことにより、バッテリ１８に蓄積されている電荷が放電されてキャパシタ２２に充電され、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが上昇する。一方、バッテリ１８の電荷は放電されるが、バッテリ１８の容量は十分に大きいため、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattの低下は僅かである。このため、バッテリ１８の電荷をキャパシタ２２に充電することにより、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計（Ｖin）を上昇させることができる。
【0061】
図８の時刻ｔ18において、キャパシタ２２とバッテリ１８の端子間電圧の合計が外部充電開始閾値の電圧に達すると、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ19において外部電源１７からの充電を開始する。なお、外部充電開始閾値は、外部電源１７による充電が可能な下限電圧以上に設定されている。即ち、充電コントローラ１９ａは時刻ｔ19において、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＮにする一方、スイッチＳＷ１～ＳＷ４をＯＦＦにし、車両電源システム１０を図９の下段に示すステージ(１３)の状態にする。これにより、外部電源１７から供給された電流がキャパシタ２２及びバッテリ１８に流入し、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧が上昇する。なお、時刻ｔ19の後、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定電圧に到達した場合には、図６及び図７により説明した動作に移行し、バッテリ１８への充電を実行する。
【0062】
上記の図８及び図９により説明した動作は、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧の合計を、外部電源１７からの充電が可能な下限電圧以上の電圧に上昇させる目的で実行されたものである。しかしながら、図８及び図９による動作は、副駆動モータ２０に必要な電圧を印加することを目的として、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧の合計を上昇させる場合にも実行される。この場合には、図８及び図９による動作は、キャパシタ２２及びバッテリ１８の端子間電圧の合計が、下限電圧よりも高い状態においても実行される。
【0063】
次に、図１０及び図１１を参照して、車両１の衝突時におけるキャパシタ２２の電荷の放電を説明する。即ち、キャパシタ２２に蓄積された電荷を放電して、バッテリ１８に充電することにより、キャパシタ２２の端子間電圧を低下させて所定の電圧以下にし、感電を防止する。この所定の電圧をＪＮＣＡＰによって規定されている規制電圧（６０Ｖ）以下に設定しておくことにより、ＪＮＣＡＰによる要請も満足することができる。また、様々な国の高電圧規制に基づいて種々の電圧を、所定の電圧として設定することができる。なお、図１０及び図１１に示す作用は、副駆動モータ２０により回生された電力をキャパシタ２２に充電することにより、キャパシタ２２の端子間電圧が、定格電圧近くまで上昇した場合にも実行される。即ち、キャパシタ２２の端子間電圧が定格電圧以上に上昇すると、キャパシタ２２が劣化する虞がある。このため、キャパシタ２２に充電された電荷を、バッテリ１８に充電し、回生された電力を有効に活用する。
【0064】
図１０は、衝突時にキャパシタ２２の電荷を放電してバッテリ１８に充電する車両電源システム１０の作用を示すタイムチャートである。図１１は、上段から順に、バッテリ１８とキャパシタ２２の端子間電圧の合計Ｖin、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapの開閉状態、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の開閉状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４の開閉状態を示している。これに続いて図１１には、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、キャパシタ２２に流れる電流Ｉcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbatt、バッテリ１８に流れる電流Ｉbatt、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖc、充電用キャパシタ１９ｂに流れる電流Ｉcが示されている。
【0065】
図１１は、キャパシタ２２の電荷の放電によるバッテリ１８への充電時における各スイッチの状態、及び電流の流れを示す図である。各スイッチは、キャパシタ２２からの放電中において、図１１の上段に示すステージ(２１)、中段に示すステージ(２２)、下段に示すステージ(２３)の状態に順次設定される。
【0066】
上述したように、制御装置２４（図１）は、前後加速度センサ２４ａ及び横加速度センサ２４ｂの検出信号に基づいて、車両の衝突を判定する。即ち、前後加速度センサ２４ａ又は横加速度センサ２４ｂによって検出された加速度が所定の閾値を超えると、制御装置２４は車両１が衝突したと判定する。車両１の衝突が判定されると、制御装置２４は、車両１に搭載されたエアバッグ（図示せず）に展開信号を送信し、エアバッグを展開させる。このエアバッグの展開信号は、充電装置１９の充電コントローラ１９ａにも送信され、制御器である充電コントローラ１９ａは、キャパシタ放電器として機能する充電装置１９を制御して、キャパシタ２２の電荷を放電させる。
【0067】
まず、図１０の時刻ｔ21において充電コントローラ１９ａがエアバッグの展開信号を受信した際、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは所定の電圧よりも高いため、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させる必要がある。このため、キャパシタ２２の電圧を所定の電圧以下に低下させるべく、キャパシタ２２に蓄積された電荷を放電してバッテリ１８へ充電し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させる。充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ22においてスイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮ（閉状態）のまま、スイッチＳＷ２及びＳＷ４はＯＦＦ（開状態）のまま）。これにより、車両電源システム１０は、図１１の上段に示すステージ(２１)の状態となる。この状態では、キャパシタ２２から放電された電流（Ｉcap＜０）が、スイッチＳＷcap及びスイッチＳＷ１を通って充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂに流入（Ｉc＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは低下する。
【0068】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで上昇すると、時刻ｔ23において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＮにし、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＦＦにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図１１の中段に示すステージ(２２)の状態となる。この状態では、充電装置１９の充電用キャパシタ１９ｂから放電された電流（電流Ｉc＜０）がバッテリ１８に流入（電流Ｉbatt＞０）する。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下し、一方、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattは僅かに上昇する（キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapは変化しない）。
【0069】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定電圧まで低下すると、時刻ｔ24において充電コントローラ１９ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をＯＮにし、スイッチＳＷ２及びＳＷ４をＯＦＦにする（スイッチＳＷbatt及びＳＷcapはＯＮのまま）。これにより、車両電源システム１０は、図１１の上段に示すステージ(２１)の状態に戻る。この状態では、上述したように、キャパシタ２２からの電流が充電用キャパシタ１９ｂに流入して、充電用キャパシタ１９ｂに充電される。これにより、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが上昇すると共に、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下する。
【0070】
充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが所定の電圧まで低下すると、時刻ｔ25において充電コントローラ１９ａは、各スイッチを切り替えて、再び車両電源システム１０を、図１１の中段に示すステージ(２２)の状態にする。この状態では、充電用キャパシタ１９ｂの端子間電圧Ｖcが低下すると共に、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattが僅かに上昇する。以降、充電コントローラ１９ａは、ステージ(２１)の状態とステージ(２２)の状態を交互に切り替えて、キャパシタ２２に蓄積された電荷をバッテリ１８に充電して、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させる。
【0071】
即ち、図１１のステージ(２１)とステージ(２２)を交互に繰り返すことにより、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを所定の電圧（例えば、６０Ｖ）以下に低下させる。なお、キャパシタ２２から放電された電荷が充電されることによるバッテリ１８の端子間電圧Ｖbattの上昇は僅かであり、端子間電圧Ｖbattはバッテリ１８の定格電圧以下に維持される。
【0072】
図１０の時刻ｔ28において、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが、所定の電圧以下まで低下すると、充電コントローラ１９ａは、車両電源システム１０を、図１１の下段に示すステージ(２３)の状態にする。即ち、充電コントローラ１９ａは、時刻ｔ29において、スイッチＳＷbatt及びＳＷcapをＯＦＦにすると共に、スイッチＳＷ１～ＳＷ４もＯＦＦにする。これにより、電気的に直列に接続されていたキャパシタ２２とバッテリ１８の接続が遮断される。この状態では、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbattとも所定の電圧以下となり、乗員の感電に対する安全性が確保される。なお、本実施形態においては、図１０の時刻ｔ21におけるエアバッグ展開信号の受信時（衝突時）から、時刻ｔ29においてキャパシタ２２とバッテリ１８の接続が遮断されるまでに所定時間を要する。ここで、ＪＮＣＡＰの「電気自動車等の衝突時における感電保護性能試験」には、衝突後、５秒から６０秒後における残存電圧がＤＣ６０Ｖ以下と規定されている。このため、「所定時間」を、例えば５秒未満に設定しておくことにより、「感電保護性能試験」の要求を確実に満足することができる。また、様々な国の高電圧規制に基づいて種々の「所定時間」を設定することができる。
【0073】
次に、図１２を参照して、車両１の衝突時においてキャパシタ２２の電荷を放電する際の充電コントローラ１９ａの作用を説明する。
図１２は、キャパシタ２２の電荷を放電する際の充電コントローラ１９ａによる制御を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートによる処理は、車両電源システム１０の作動中、充電コントローラ１９ａにより所定の時間間隔で繰り返し実行される。
図１２は、キャパシタ２２の電荷を放電する際の充電コントローラ１９ａによる制御を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートによる処理は、車両電源システム１０の作動中、充電コントローラ１９ａにより所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【0074】
まず、図１２のステップＳ１において、車両１に搭載されている各センサから種々の検出信号が充電コントローラ１９ａに読み込まれる。このステップＳ１において読み込まれる検出信号には、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbat、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、制御装置２４から送信されるエアバッグの展開信号が含まれている。なお、バッテリ１８及びキャパシタ２２の各端子間電圧は、ステップＳ１の後も時系列で継続的に充電コントローラ１９ａに入力される。
【0075】
次いで、ステップＳ２においては、車両１が衝突した否かが判断される。即ち、制御装置２４からエアバッグ展開信号が入力された場合には、充電コントローラ１９ａは車両１が衝突したと判断し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させるべくステップＳ３以下の処理が実行される。また、エアバッグ展開信号が入力されていない場合には、車両１の衝突はないと判断され、図１２に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、車両１が衝突していない場合には、車両電源システム１０は正常に動作可能であるため、キャパシタ２２の電荷の放電は実行されない。なお、本実施形態において、充電コントローラ１９ａは、エアバッグ展開信号に基づいて車両１の衝突の有無を判断している。これに対し、変形例として、前後加速度センサ２４ａ及び横加速度センサ２４ｂ（図１）の検出信号を充電コントローラ１９ａに入力し、これらの信号と所定の閾値を比較することにより、衝突の有無を判断するように本発明を構成することもできる。
【0076】
さらに、ステップＳ３においては、ステップＳ１において入力されたキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが、所定の電圧よりも高いか否かが判断される。端子間電圧Ｖcapが所定の電圧よりも高い場合にはステップＳ４に進み、所定の電圧以下の場合にはステップＳ６に進む。ステップＳ６において、充電コントローラ１９ａは、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電気的接続を遮断する（図１１のステージ（２３）の状態にする）。即ち、車両１に衝突が発生したが、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下である場合には、バッテリ１８とキャパシタ２２の接続を遮断するだけで、所定の電圧よりも電圧が高い高圧部品が存在しなくなる。
【0077】
一方、ステップＳ４においては、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させるべく、キャパシタ２２の放電（図１１のステージ（２１）の状態）と、放電された電荷のバッテリ１８への充電（図１１のステージ（２２）の状態）が実行される。
【0078】
次いで、ステップＳ５においては、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下したか否かが判断される。端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下していない場合にはステップＳ４に戻り、再びキャパシタ２２の放電及びバッテリ１８への充電が実行される。以下、端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下するまでステップＳ４の処理が繰り返し実行される。キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下するとステップＳ６の処理が実行され、図１２に示すフローチャートの１回の処理を終了する。上述したように、ステップＳ６においては、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電気的接続が遮断され（図１１のステージ（２３）の状態にする）、車両電源システム１０の各部の電圧が所定の電圧以下にされる。
【0079】
本発明の第１実施形態の車両電源システム１０によれば、車両１の衝突時において、キャパシタ放電器である充電装置１９がキャパシタ２２に蓄積された電荷を放電させ、放電された電荷がバッテリ１８に充電される（図１０、図１１）ので、キャパシタ２２に蓄積された電荷を、早期に、確実に放電させることができる。なお、バッテリ１８は、定格電圧が所定の電圧よりも低いので、キャパシタ２２から放電された電荷が充電された場合でも、電圧が所定の電圧以下に抑制され、高電圧による危険はない。
【0080】
また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、キャパシタ２２に蓄積可能な電荷がバッテリ１８に蓄積可能な電荷よりも少ないので、キャパシタ２２に蓄積された電荷を短時間でバッテリ１８に放電することができる。また、バッテリ１８に蓄積可能な電荷が多いため、キャパシタ２２から放電された電荷が充電された場合でも、バッテリ１８の端子間電圧は殆ど上昇することがなく（図１０）、バッテリ１８及びキャパシタ２２を確実に低電圧にすることができる。
【0081】
さらに、本実施形態の車両電源システム１０によれば、車両１の衝突発生から所定時間以内に、充電装置１９がキャパシタ２２の電圧を所定の電圧以下に低下させるので、衝突時の安全性を、より確実に確保することができる。
【0082】
また、本実施形態の車両電源システム１０によれば、バッテリ１８の定格電圧は所定の電圧よりも低く設定されており、キャパシタ２２の電圧が所定の電圧以下に低下すると、バッテリ１８とキャパシタ２２の電気的接続が充電装置１９によって遮断される（図１０の時刻ｔ29，図１１のステージ（２３））。このため、バッテリ１８とキャパシタ２２が直列に接続されていても、接続が遮断された後は、所定の電圧を上回る電圧を有する高電圧部品がなく、十分な感電保護性能を確保することができる。
【0083】
次に、図１３を参照して、本発明の第２実施形態による車両電源システムを説明する。
上述した第１実施形態においては、車両１の衝突時における感電保護を目的として、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させていた。これに対し、本実施形態においては、メンテナンスにおけるキャパシタ２２の交換作業時の感電保護を目的として、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下される。従って、ここでは本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。なお、本発明の車両電源システムは、第１実施形態における衝突時の感電保護機能、及び本実施形態におけるキャパシタ交換時の感電保護機能の両方を備えていても良い。
上述した第１実施形態においては、車両１の衝突時における感電保護を目的として、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させていた。これに対し、本実施形態においては、メンテナンスにおけるキャパシタ２２の交換作業時の感電保護を目的として、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが低下される。従って、ここでは本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。なお、本発明の車両電源システムは、第１実施形態における衝突時の感電保護機能、及び本実施形態におけるキャパシタ交換時の感電保護機能の両方を備えていても良い。
【0084】
図１３は、キャパシタ２２の交換時において、電荷を放電する際の充電コントローラ１９ａによる制御を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートによる処理は、車両電源システムの作動中、充電コントローラ１９ａにより所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【0085】
まず、図１３のステップＳ１１において、車両１に搭載されている各センサから種々の検出信号が充電コントローラ１９ａに読み込まれる。このステップＳ１１において読み込まれる検出信号には、バッテリ１８の端子間電圧Ｖbat、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcap、キャパシタ２２のカバー（図示せず）の取り外しを示す信号が含まれている。なお、バッテリ１８及びキャパシタ２２の各端子間電圧は、ステップＳ１１の後も時系列で継続的に充電コントローラ１９ａに入力される。
【0086】
次いで、ステップＳ１２においては、キャパシタ２２のカバー（図示せず）が取り外されたか否かが判断される。即ち、車両１に搭載されたキャパシタ２２はカバー（図示せず）によって覆われており、キャパシタ２２を交換する際にはカバーを取り外す必要がある。このカバーによって覆われている部分には接点スイッチ（図示せず）が設けられており、カバーが取り外されると、接点スイッチからカバーが取り外されたことを表す信号が充電コントローラ１９ａに送信される。カバーが取り外された旨の信号が入力された場合には、充電コントローラ１９ａはキャパシタ２２の交換作業が行われる可能性があると判断し、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させるべくステップＳ１３以下の処理が実行される。また、カバーが取り外された旨の信号が入力されていない場合には、キャパシタ２２の交換は行われないと判断され、図１３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、キャパシタ２２のカバー（図示せず）が取り付けられている状態では、キャパシタ２２が交換されることはないため、キャパシタ２２の電荷を放電して端子間電圧Ｖcapを低下させる必要はない。
【0087】
なお、本実施形態において、充電コントローラ１９ａは、キャパシタ２２の交換可能性を表す信号として、接点スイッチ（図示せず）からの信号に基づいて、キャパシタ２２の交換が行われるか否かを判断している。これに対し、変形例として、整備を行うべく車両１の制御装置２４に車両整備用の電子機器（図示せず）が接続された場合に、キャパシタ２２が交換される可能性があると判断することもできる。或いは、車両１に搭載されているカーナビゲーションシステム（図示せず）から、車両１が停車している場所を特定し、車両１が車両整備工場に停車している場合に、キャパシタ２２が交換される可能性があると判断することもできる。従って、車両整備用の電子機器（図示せず）が接続されたことを表す信号や、カーナビゲーションシステム（図示せず）からの信号も、キャパシタ２２の交換可能性を表す信号として利用することができる。
【0088】
さらに、ステップＳ１３においては、ステップＳ１１において入力されたキャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが、所定の電圧よりも高いか否かが判断される。端子間電圧Ｖcapが所定の電圧よりも高い場合にはステップＳ１４に進み、所定の電圧以下の場合には、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、充電コントローラ１９ａは、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電気的接続を遮断する（図１１のステージ（２３）の状態にする）。即ち、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下の場合には、安全にキャパシタ２２の交換作業を行うことができるので、端子間電圧Ｖcapを低下させる必要がなく、キャパシタ２２の電荷の放電は行われない。さらに、ステップＳ１６において、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電気的接続を遮断することにより、バッテリ１８に蓄積された電荷の影響を受けることなく、キャパシタ２２の交換作業を行えるようにする。なお、本発明の第１実施形態における衝突時の所定の電圧と、本実施形態におけるキャパシタ２２の交換時の所定の電圧は、異なる電圧に設定することもできる。
【0089】
一方、ステップＳ１４においては、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを低下させるべく、キャパシタ２２の放電（図１１のステージ（２１）の状態）と、放電された電荷のバッテリ１８への充電（図１１のステージ（２２）の状態）が実行される。
【0090】
次いで、ステップＳ１５においては、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下したか否かが判断される。端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下していない場合にはステップＳ１４に戻り、再びキャパシタ２２の放電及びバッテリ１８への充電が実行される。以下、端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下するまでステップＳ１４の処理が繰り返し実行される。キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下するとステップＳ１６の処理が実行され、図１３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。上述したように、ステップＳ１６においては、バッテリ１８及びキャパシタ２２の電気的接続が遮断され（図１１のステージ（２３）の状態にする）、車両電源システムの各部の電圧が所定の電圧以下にされる。
【0091】
なお、本実施形態においては、ステップＳ１２において、キャパシタ２２のカバー（図示せず）が取り外されたことが判定された後、所定時間以内に端子間電圧Ｖcapが所定の電圧以下に低下される。このため、キャパシタ２２の交換作業が実際に開始される前に、キャパシタ２２の端子間電圧Ｖcapを確実に所定の電圧以下に低下させることができる。
【0092】
本発明の第２実施形態の車両電源システムによれば、キャパシタ２２の交換時においてキャパシタ放電器である充電装置１９がキャパシタ２２に蓄積された電荷を放電させ、放電された電荷がバッテリ１８に充電される。このため、交換すべきキャパシタ２２に蓄積された電荷を速やかに放電させることができ、安全にキャパシタ２２を交換することができる。
【0093】
また、本実施形態の車両電源システムによれば、キャパシタ２２の交換時においても所定時間以内に、充電装置１９がキャパシタ２２の電圧を所定の電圧以下に低下させる。このため、キャパシタ２２を交換する際、速やかにキャパシタ２２の電圧が低下するので、安全、且つ迅速にキャパシタ２２を交換することができる。
【0094】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態において、車両電源システムは、車両の主駆動モータ及び副駆動モータの駆動に使用されていたが、本発明の車両電源システムは、車両に搭載される任意の電気機器に電力供給に使用することができる。また、上述した実施形態において、車両電源システムは外部電源による充電が可能に構成されていたが、車両に搭載されたモータや発電機等によって生成された電力のみを蓄積可能な車両電源システムに本発明を適用することもできる。さらに、上述した実施形態においては、定格電圧４８Ｖのバッテリを有する車両電源システムに本発明を適用していたが、公称電圧が所定の電圧よりも低いバッテリを有する車両電源システムに本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【0095】
１ 車両
２ａ 後輪
２ｂ 前輪
１０ 車両電源システム
１２ エンジン
１４ 動力伝達機構
１４ａ プロペラシャフト
１４ｂ トランスミッション
１６ 主駆動モータ
１６ａ インバータ
１７ 外部電源
１７ａ 電気ケーブル
１８ バッテリ
１９ 充電装置（キャパシタ放電器）
１９ａ 充電コントローラ（制御器）
１９ｂ 充電用キャパシタ
２０ 副駆動モータ
２０ａ インバータ
２２ キャパシタ
２３ 給電口（給電機器）
２４ 制御装置
２４ａ 前後加速度センサ
２４ｂ 横加速度センサ
２６ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２８ 車載機器
２ａ 後輪
２ｂ 前輪
１０ 車両電源システム
１２ エンジン
１４ 動力伝達機構
１４ａ プロペラシャフト
１４ｂ トランスミッション
１６ 主駆動モータ
１６ａ インバータ
１７ 外部電源
１７ａ 電気ケーブル
１８ バッテリ
１９ 充電装置（キャパシタ放電器）
１９ａ 充電コントローラ（制御器）
１９ｂ 充電用キャパシタ
２０ 副駆動モータ
２０ａ インバータ
２２ キャパシタ
２３ 給電口（給電機器）
２４ 制御装置
２４ａ 前後加速度センサ
２４ｂ 横加速度センサ
２６ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２８ 車載機器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】