JP5836068B2 - 車両用電源装置、電動車両 - Google Patents

Description

本発明は車両用電源装置および電動車両に関する。

従来から、車両用電源装置に特性の異なる２つのバッテリを設けて、車両の動作状態に基づいて、発電機（オルタネータ）の発電電力の制御を行うと共に、この発電電力のこれら２つのバッテリへの充電、およびこれら２つのバッテリ間の電力の授受を含む、バッテリの充放電を制御することによって、車両全体のエネルギー効率を改善する装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、車両用電源装置に２つのバッテリ装置（第１バッテリ：鉛酸バッテリ、第２バッテリ：リチウムイオンバッテリ）を設け、発電機の通電ＤＵＴＹが所定値以上である場合に第２バッテリへの充電動作を禁止する制御が開示されている。

また、特許文献２には、電源装置に２つのバッテリ（鉛酸バッテリなどの低電圧バッテリ、リチウム二次電池などの高電圧バッテリ）を設け、これら２つのバッテリ間の電力の授受を行うＤＣ／ＤＣコンバータを制御する装置および、さらに車両の稼働状態に応じて、オルタネータの発電電力によるこれら２つのバッテリの充電と、さらにこれら２つのバッテリの放電とを最適化する装置が開示されている。

特開２００４−２２９４７８号公報 特開２００６−３０４５７４号公報

しかしながら、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている従来の車両用電源装置では、低電圧バッテリから高電圧バッテリへの電力の輸送においてはエンジン効率が考慮されておらず、したがって車両全体として効率を最大にするような２つのバッテリ間の電力の授受の制御が行われていなかった。また、この低電圧バッテリを充電するオルタネータの制御は、オルタネータの励磁コイルの電流量あるいはこの電流量を制御するスイッチのオンオフのデューティ比を検出して行っていたが、この励磁コイルの電流量あるいはデューティ比は外的負荷の変動により大きく変化するため、２つのバッテリ間の電力の授受を安定して行うことができなかった。

本発明による車両用電源装置は、エンジンに接続されたオルタネータと、前記オルタネータおよび電気負荷が接続された低電圧バッテリを有する第一電源システムと、電気負荷が接続された高電圧バッテリを有する第二電源システムと、前記第一電源システムの電力を電圧変換して前記第二電源システムを充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記エンジンおよび前記オルタネータを制御する第一制御装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第二制御装置と、を備え、前記第一制御装置は、前記エンジンを最高効率運転条件で動作させるように前記エンジンのスロットル開度を設定すると共に、前記低電圧バッテリの電圧に基づいて前記オルタネータを制御し、前記第二制御装置は、前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの負荷となり、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作したときの前記オルタネータの負荷電流に応じた電圧降下後の前記低電圧バッテリの電圧が、前記オルタネータの発電能力の限界を超えた過電流領域に対応する所定の下限電圧を下回らないように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を制御することにより、前記第一電源システムおよび前記第二電源システムの充電状態を制御する。
本発明による電動車両は、上記車両用電源装置を備える。

本発明による車両用電源装置によって、２つのバッテリ（低電圧バッテリと高電圧バッテリ）を備えたハイブリッド車両において、エンジン効率を最良とするように、これらのバッテリの充放電制御を行うことができる。また、低電圧バッテリの充電を行う発電機の制御を外的変動に対し強いものとすることができる。

本発明による車両用電源装置を備えた車両の構成例の概略を示すブロック図である。 本発明による車両用電源装置のエンジンコントローラの構成例をオルタネータおよび他の種々のセンサや入出力装置と共に示す図である。 低電圧バッテリ５０の電圧変動に対するオルタネータ５１の励磁コイル電流の制御量（デューティ）の変化を示す図である。 オルタネータ５１への負荷電流の増大による、低電圧バッテリ５０の電圧降下の様子を示した図である。 エンジンの燃費の高効率な領域を、エンジン回転数とエンジン出力トルクの等高線図で示した図である。 高電圧バッテリを構成するリチウムイオン電池の充電制御の例を示した図である。 オルタネータ５１の励磁コイル電流量の変化速度制限動作のフローチャート図である。 オルタネータ５１の電気負荷変動と低電圧バッテリ５０の電圧変動の関係を示すチャート図である 本発明による車両用電源装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作モードを切り替える場合の車両制御フローを説明する図である。 本発明による車両用電源装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作モードが第一電源の定電圧制御である場合の車両制御フローを説明する図である。 本発明による車両用電源装置の動作全体の概略フローを説明する図である。

以下、図１〜１１を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図１は本発明による車両電源装置を備えたハイブリッド自動車の一実施形態であり、スタータ１０などの電気負荷と、発電機（オルタネータ）５１が配線１５１で接続されている低電圧バッテリ５０からなる第一電源システムと、第一電源システムの電力を電圧変換する電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１５３と、モータ１５６への三相電力供給を制御するインバータ１５９に直流電力を供給するリチウムイオン電池等の高電圧バッテリ１５２からなる第二電源システムとを有する。インバータ１５９は、モータ１５６の回生電力を直流電力に変換して第二電源システムを充電する制御も行う。低電圧バッテリ５０は、一般的に自動車で使われている鉛酸バッテリであり、充電状態（ＳＯＣ）は１００％近くで使われている。

エンジン回転中での低電圧系の電気負荷（空調機やオーディオ等の補機）への電力供給は殆ど、低電圧バッテリ５０と発電機（オルタネータ）５１の出力でまかなわれる。モーター１５６や、エンジン１６０は、ハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）１５７の指示信号により動作する。例えばスタータ１０は、ＨＣＭからの指示信号が配線１５５を介してエンジンコントローラ（ＥＣＭ）７１に入力され、エンジンコントローラ７１はさらにスタータ１０に作動信号を配線１５８を介して出力し、スタータ１０がエンジンを始動する。

図２に、本発明による車両用電源装置でのエンジンコントローラ７１の構成例をオルタネータ５１および他の種々のセンサや入出力装置と共に示す。演算装置であるＣＰＵ１００、読みだし専用メモリーであるＲＯＭ１０１、読みだし及び書き込み可能なメモリーであるＲＡＭ１０２、イグニッションスイッチ７２をオフにしても内容がクリアされないバックアップＲＡＭ１１１、割り込みコントローラ１０４、タイマー１０５、入力処理回路１０６、出力処理回路１０７で構成され、それらは、バス１０８により接続されている。

ＣＰＵ１００は、入力処理回路１０６で処理された様々な情報をもとに、ＲＯＭ１０１に記憶されているプログラムに基づき、ＲＡＭ１０２及びイグニッションスイッチ７２がオフの時も記憶内容を保持可能なバックアップＲＡＭ１１１を用いて各種の処理を行う。この際、タイマー１０５や入力処理回路１０６からの情報をもとに割り込みコントローラ１０４より発せられる割り込み命令により割り込み処理も適時行う。

発電システムについて説明する。オルタネータ５１は、従来の発電機と同様、外周に励磁コイル５４を巻き回してなる回転子と、この回転子の外側に、回転子の外周面に対向するように３相巻線５３ａ、５３ｂ、５３ｃを巻き回した固定子とから構成されており、この回転子は上記エンジン１６０のクランク軸に連動して回転駆動される。また、オルタネータ５１の３相巻線５３ａ、５３ｂ、５３ｃの出力端は、例えば２個ダイオードの直列回路を３組並列接続した三相全波整流回路５５に接続され、このオルタネータ５１の３相交流出力を整流して低電圧バッテリ５０に供給して充電するように構成されている。

エンジンコントローラ７１には、低電圧バッテリ５０の電圧を検出しながらオルタネータ５１の出力電圧を調整する発電制御用プログラムも内蔵されている。励磁コイル５４の電流量は、励磁コイル駆動回路５６により以下のように制御される。低電圧バッテリ５０の電圧を検出する電圧検出機能を有する入力処理回路１０６で取り込んだ結果と、前述のエンジン１６０の運転状態に応じて発電目標電圧を演算した結果とを比較して、低電圧バッテリ５０の電圧が目標電圧に近づく様に、励磁コイル５４の励磁コイル電流量を演算する。この励磁コイル電流量に対応した駆動信号が励磁コイル駆動回路５６に出力される。

図３は、低電圧バッテリ５０の電圧変動に対するオルタネータ５１の励磁コイル電流制御量すなわち励磁コイル駆動回路のデューティの変化を示す。低電圧バッテリ５０に使用されている鉛酸バッテリは、放電して電圧が低い状態が続くと性能が劣化し寿命が短くなるので、できるかぎりＳＯＣが１００％に近い充電状態で使用される。このため、低電圧バッテリ５０の定格電圧の電圧偏差に依存して、オルタネータ５１の励磁コイル電流制御量が大きくなるように設定する。すなわち、低電圧バッテリ５０の電圧が目標電圧よりも低い時は励磁コイル電流制御量を大きく設定し、逆に電圧が目標電圧よりも高い時はオルタネータ５１の励磁コイル電流量を小さく設定することにより、電圧を一定に保つようにする。この目標電圧は、通常、低電圧バッテリ５０の定格電圧としており、図３では、電圧偏差０Ｖで示されている。言い換えれば、この動作は、負荷電流により発生する電圧降下を補うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を行っているものである。
なお、オルタネータ５１の発電動作においては、低電圧バッテリの充電を最優先するので、上記のように低電圧バッテリ５０の電圧を一定に保つようにオルタネータ５１は動作する。以下に説明するオルタネータ５１への追加の電気負荷の説明では、この低電圧バッテリの充電の負荷は除いてある。

図４に、オルタネータ５１への負荷電流の増大による、低電圧バッテリ５０の電圧降下の一般的な動作例を示した図を示す。図３で示したとおり、種々の電気負荷による負荷電流が大きくなると低電圧バッテリ５０の電圧降下が大きくなるために励磁コイルの電流量が大きくなるように調整し、０．５Ｖ以上低下すると励磁コイル電流量が１００％となるようにする。従って、オルタネータ５１への負荷電流が過電流の時は、低電圧バッテリ５０の電圧低下が上記の０．５Ｖを超えるために電圧が下限電圧よりも低下し、電圧が不安定になる。後述するように、この実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作による電気負荷がさらにオルタネータ５１の負荷となる場合に、オルタネータ５１への負荷電流がこの過電流領域にならない様に制御する。

図５は、エンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係から導かれる燃費の効率について概略的に示したものである。図示のように、燃費の効率が高い領域は、エンジン回転数が低乃至中程度の回転数であって、エンジン出力トルクが中程度よりも高めの負荷であることが分かる。従って、本発明では、補機の負荷が、この最大効率点での動作に対し不足している場合、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３を動作させることによって、発電機５１に負荷を追加して、エンジンの動作点をその最大効率点に移動する事で、高効率にエンジンを作動させる。

図６は、第二電源システムを構成するリチウムイオン電池１５２の単電池セルの充電制御の例を示した図である。リチウムイオン電池の単電池セルの充電は、その端子間電圧がＳＯＣ１００％に対応する定格電圧より低い時は、定電流制御、端子間電圧が高い時は、定電圧制御を行うのが一般的である。このような定電流／定電圧でリチウムイオン電池を充電する装置すなわちＤＣ／ＤＣコンバータは市販されて広く使用されており、ここでの詳細な説明は省略する。なお、以下の説明では、このような定電流／定電圧でリチウムイオン電池を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータを用いることを前提としている。

なお、図６の例では、分かり易いように、リチウムイオン電池１５２の単電池セル１個の場合を示してある。高電圧バッテリ（リチウムイオン電池）１５２は、通常このような単電池セルが複数個直列に接続されたセルグループが複数個直列あるいは直並列に接続されて構成されている。このような構成により数百Ｖに達する高電圧出力が得られている。したがって、高電圧バッテリ１５２のＳＯＣ１００％の状態とは、全単電池セルの総電圧が定格の電圧であることに対応している。
図１には図示していないが、高電圧バッテリ１５２は、その総電圧（高電圧バッテリの端子間電圧あるいは出力電圧）およびこの高電圧バッテリ１５２を構成する個々の単電池セルの充電状態を監視する高電圧バッテリ制御装置（不図示）によって監視／制御されている。また、全ての単電池セルの各々の充電状態がほぼ同一となるように、この高電圧バッテリ制御装置が、いわゆるバランシング放電を行うことによって各々の単電池セルの充電状態が揃えられているが、この説明は省略する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３による充電の定電流制御領域は大電流での短時間での充電を目的としているが、電流が小さくても大きくても問題は無い。従って、本実施形態では、定電流制御の際は、第一電源システムでエンジン動作が最大効率点になるようにオルタネータ５１への負荷を制御する。このためのオルタネータ５１への追加の負荷に相当するＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作の負荷に対応した充電電流をＤＣ／ＤＣコンバータ１５３から第ニ電源システムに供給する。なお、リチウムイオン電池１５２が充分に充電されている場合、すなわちＳＯＣが１００％の場合は、上記のようにＤＣ／ＤＣコンバータ１５３は定電圧制御となり、ＳＯＣ１００％に対応する定格電圧以上には充電されない。極く小さな充電電流によって、自己放電やバランシング放電による僅かなＳＯＣ低下分の充電が行われる。

＜本発明による車両用電源装置の効果の例＞
前述のように、本発明による車両用電源装置を用いて、第一電源システムと第二電源システムの電力の授受が外乱に強く安定して行える車両用電源装置とすることができる。この効果の例を図７、図８を参照して説明する。

図７は、オルタネータ５１の励磁コイル電流量の変化速度制限に関するフローチャートで、ステップ２２０でバッテリ温度（ＴＶＢ）を算出し、この算出されたバッテリ温度にもとづいてステップ２２１でオルタネータ５１の目標発電電圧（ＶＢＳＥＴ）を算出し、ステップ２２２でバッテリ電圧（ＶＢ）を検出し、ステップ２２３でオルタネータ５１の目標発電電圧に対する低電圧バッテリ５０の電圧の偏差を演算する。

ステップ２２５で低電圧バッテリ５０の電圧が所定値以上低下したことを検出する事により、電気負荷がＯＦＦからＯＮになった事を検出する。低電圧バッテリ５０の電圧が所定値以上低下したことを検出した場合は、ステップ２２６でオルタネータ５１の励磁コイル電流制御量ＡＬＴＤＴＹの上昇速度を制限し、電気負荷のＯＦＦからＯＮになった事を検出しなかった場合はＡＬＴＤＴＹの上昇速度に制限をかけずに制御を行う（たとえば 特開平８−２８４７１９号公報参照）。

このような制御により、低電圧バッテリ５０の状態に適した充電電圧で充電できる事による、低電圧バッテリ５１の寿命の短縮を避け、電気負荷投入時のオルタネータ５１への負荷トルクの急激な増大によるエンジン回転数の低下がない発電制御装置を実現する事が出来る。
一方、このような制御が動作している時には、オルタネータ５１の駆動ＤＵＴＹ（励磁コイル電流制御量すなわち励磁コイル駆動回路のオンオフのデューティ比）が実負荷と一致していないＤＵＴＹになるため、このＤＵＴＹで負荷を推定するとオルタネータ５１の負荷算出の誤差の原因となる。

図８はオルタネータ５１の電気負荷変動と低電圧バッテリ５０の電圧変動の関係を示すチャート図である。この例では上記の図７のオルタネータ５１の励磁コイル電流量の変化速度決定方法を用いてオルタネータ５１の励磁コイル電流量を制御しているため、オルタネータ５１への電気負荷がＯＦＦからＯＮになった時には低電圧バッテリ５０の電圧の落ち込みが大きいが、オルタネータ５１の回転数低下の防止効果が得られること、また電圧上昇が緩慢なことのため、前照灯などの照度変化に運転者が気づきにくく制御されている。一方電気負荷がＯＮからＯＦＦになった時は電源電圧の変動は小さく、電源電圧の上昇は殆どなく照度変化も殆ど無い。

図９は、本発明による車両用電源装置の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作モードを切り替える制御フローの例である。
ステップ２０１では、第二電源システムの電圧を検出する。ステップ２０２では図６の特性に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の充電電圧制御を切り替えている。すなわち、第ニ電源システムのリチウムイオン電池１５２の端子間電圧が所定の電圧（たとえば定格電圧）より低い場合は、定電流制御による充電が行われる。

ステップ２０３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３で定電圧制御による充電が選択された時の充電動作を行う。この定電圧制御では充電電流は非常に小さく、したがってＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の負荷は小さいので、エンジン動作を最高効率点とするために十分な負荷をオルタネータ５１に与えるような第一電源システム側の制御は行われない。ステップ２０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３が定電圧制御を行うことを示している。

一方、ステップ２０２で、第二電源システムのリチウムイオン電池１５２の端子間電圧が所定の電圧より低い場合は、この第二電源システムのリチウムイオン電池１５２を定電流制御で充電するモードに切り替えられ、ステップ２０５に進む。ステップ２０５では、エンジン効率を最高効率点とするように、オルタネータ５１の動作を制御する。
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作（定電流制御での第二電源システムのリチウムイオン電池１５２の充電）による負荷増大は、エンジン効率を最高効率点とするように、オルタネータ５１が動作するように設定される。すなわち、エンジン効率を最高点とするようなオルタネータ５１への追加の負荷となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の負荷（第二電源システムのリチウムイオン電池１５２への充電電流）が設定される。
なお、後述するように、ステップ２０５での、エンジン効率を最高効率点とするように、オルタネータ５１の動作の制御例を図１０を参照して説明する。

ステップ２０５で第二電源システムのリチウムイオン電池１５２への充電電流量が算出されるので、これをステップ２０６でＤＣ／ＤＣコンバータ１５３に設定し、ステップ２０７で第二電源システムのリチウムイオン電池１５２を定電流制御で充電する。

また、ステップ２０６およびステップ２０７の動作と並行して、ステップ２０８でエンジンコントローラ７１は、ステップ２０８でエンジン効率を最高効率点とするような鉛酸バッテリ５０の端子間の所定の電圧を出力処理回路１０７に設定する。ステップ２０９では、出力処理回路１０７では、鉛酸バッテリ５０の端子間電圧がこの所定の電圧となるように、励磁コイル駆動回路５６を制御して励磁コイル電流量を調整する。この制御は図３を参照した前述のオルタネータ５１のフィードバック制御で行われる。

図１０は、上記で説明したステップ２０５での、オルタネータ５１への負荷算出の例を示す。ステップ２１０でエンジン吸入空気量を取り込み、ステップ２１１で吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとでエンジン目標負荷ＴＰ（ここでは最高効率点の負荷に対応する）を、図５に示すようなエンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係から算出する。吸入空気量Ｑａをエンジン回転数Ｎｅで割る事で単位回転あたりの空気量を算出する事で負荷を算出する。本実施形態では、エンジンを最高効率点で動作させるために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３や前述の補機（空調等）などの電気負荷が追加されるので、これに対応して、スロットル開度を大きくする。なお、このようなスロットル開度を大きくするような制御を行うことによりポンピングロスを低減することができる。

ステップ２１３ではエンジン回転数に応じた最大効率点の負荷を算出し、ステップ２１４では、ステップ２１１で算出した負荷との差から目標発電負荷ＬＤＡＬＴを算出する。次に、鉛酸バッテリ５０の現在の電圧Ｖ１をステップ２１５で取り込み、ステップ２１６で目標発電電圧ＴＶを算出し、それに基づきＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の定電圧制御を行う。

なお、図１０には記載されていないが、ステップ２１３では、エンジン目標負荷ＴＰがエンジンの最高効率点となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３を含む各電気負荷を選択する。また、ステップ２１２で検出されたエンジン回転数Ｎｅに対応したエンジン負荷とエンジン目標負荷ＴＰの差を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３を含む追加の電気負荷に電流を供給することができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３がリチウムイオン電池１５２を定電流制御で充電するときの充電電流は、このエンジン回転数Ｎｅに対応したエンジン負荷とエンジン目標負荷ＴＰの差から定められる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の定電流制御での、リチウムイオン電池１５２の最大充電電流に対応した負荷が、ステップ２１１で算出したエンジン負荷ＴＰとエンジン目標負荷ＴＰの差よりも小さければ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３は、最大の充電電流でリチウムイオン電池１５２を充電することができる。

あるいは、ステップ２１１で算出したエンジン負荷ＴＰとエンジン目標負荷ＴＰの差が充分大きければ、さらに他の電気負荷も追加の電気負荷とすることもできる。
逆に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の電気負荷に優先する他の電気負荷に、ステップ２１１で算出したエンジン負荷ＴＰとエンジン目標負荷ＴＰの差の分に対応したオルタネータ５１の発電量を供給する必要がある場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の電気負荷に供給する電流量を減らす必要がある。このような場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の充電電流を制限して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の電気負荷を小さくする。
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の定電流制御での充電電流を調整することにより、エンジンを最高効率点で動作させ、かつ第二電源システムの充電量の不足を補うような充電を行うことができる。

以上の説明をまとめ、本発明による車両用電源装置の車両始動時からの動作フローの概略を図１１に示す。この動作フロー全体の制御はハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）１５７によって行われる。エンジン制御やエンジンの動作状態を示す種々のパラメータの検出およびオルタネータ５１の制御は図２に示すように、このハイブリッドコントローラ１５７が制御するエンジンコントローラ（ＥＣＭ）７１によって行われる。
上記の説明で分かるように、本発明による車両用電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータ１５３を用いたリチウムイオン電池１５２の充電はオルタネータ５１の発電能力に余裕がある状態で行われ、またこのオルタネータ５１への負荷の変動が大きくない状態で行われることがことが好ましい。したがって、本発明による車両用電源装置の動作は主に車両のアイドリング時あるいは、高速巡航時に行われる。

ステップ３０１で電動車両が始動（エンジン始動）すると、ステップ３０２〜３０８およびステップ３１１の低電圧側の制御動作とステップ３０９と３１０およびステップ３１１の高電圧側の制御動作が並行して行われる。

ステップ３０１の車両の始動と同時に、オルタネータ５１が低電圧バッテリ５０の充電状態を所定の値とするような発電を行う自動制御が開始される。これは図２〜４を参照して上記で説明した通りである。
ステップ３０２でこの状態でのオルタネータ５１の負荷（励磁コイル電流あるいは励磁コイル駆動回路５６のオンオフのデューティ比）が検出される。続いてステップ３０３で、図１０を参照して説明したエンジンの負荷が検出される。

ステップ３０４で、図１０のステップ２１３で説明したエンジン１６０の最高効率点が、ハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）１５７あるいはエンジンコントローラ（ＥＣＭ）７１のメモリ領域（不図示）に格納された、図５に示すようなデータから算出される。この最高効率点は、たとえば車両の始動時ではエンジンのアイドリングでの回転数での最高効率点であり、また高速巡航時においては、その状態の回転数での最高効率点である。

高電圧側の制御では、上記の低電圧側の制御と並行して、ステップ３１０で高電圧バッテリ１５２の端子間電圧が検出される。なお、高電圧バッテリ１５２の端子間電圧は、図１では図示していない高電圧バッテリ制御装置によって測定され、その測定結果はハイブリッドコントローラ１５７に、不図示の通信回路を介して送信される。
続いてステップ３１１で、この端子間電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の充電モードが選択される。たとえば高電圧バッテリ１５２の端子間電圧が定格出力に対応した充電状態（ＳＯＣ１００％）以下の電圧であれば定電流充電のモードが選択され、ＳＯＣ１００％と判断されれば定電圧充電のモードが選択される。

低電圧側の制御のステップ３０５では、ステップ３０４で算出されたエンジン最高効率点でのエンジン出力（トルク）を発生させるためのオルタネータ５１負荷（発電量）をハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）１５７あるいはエンジンコントローラ（ＥＣＭ）７１のメモリ領域（不図示）に格納されたデータ（不図示）から算出し、上記ステップ３０３で検出されたエンジン負荷との差を、オルタネータ５１負荷余裕（発電余裕）として算出する。
なお、以上のステップ３０３〜３０５の動作は、図１０のステップ２１０〜２１４での動作に対応する。

ステップ３０６では、ステップ３０５で算出されたオルタネータ５１の負荷余裕を満たすような追加の負荷が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３およびその他の補機から選択される。この際各補記の優先度を考慮して補機が選択される。
たとえば、高電圧バッテリ１５２のＳＯＣが低い状態であれば、これを優先的に追加の負荷とする。あるいは、高電圧バッテリ１５２のＳＯＣが充分高く、運転者が空調の使用を希望する場合は、この空調の負荷を優先する。更に、高電圧バッテリ１５２のＳＯＣが低く、また他の補機の使用も必要な場合は、高電圧バッテリの充電電流を制限するようなＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の制御とその他の補機の使用とを組み合わせることが可能である。このような補機の選択および、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の充電出力の調整はハイブリッドコントローラ１５７によって行われる。この際、図３および４を参照して上記で説明したように、第一電源システムの電圧が所定の下限電圧を下回らないように補機の負荷を考慮して選択する。

ステップ３０７では、以上のようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ１５３がオルタネータ５１への追加の負荷として選択された場合に、上記の条件でのＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の出力に対応したＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作負荷が算出される。この動作負荷の算出は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の出力−消費電力の関係のデータをハイブリッドコントローラ１５７のメモリ領域（不図示）に格納しておき、このデータを用いて算出する。

ステップ３０８、３０９、３１２では、ステップ３０４〜３０７で算出されたエンジン１６０、オルタネータ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作負荷や動作時の各種パラメータによって、エンジン１６０、オルタネータ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３がそれぞれ動作する。
なお、この際オルタネータ５１は、図３および４を参照して上記で説明したような発電動作を行う。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３の動作による高電圧バッテリ１５２の充電は、ハイブリッド車両の稼働中は適宜繰り返し行われる。また、オルタネータ５１の負荷とＤＣ／ＤＣコンバータ１５３を含む各種補機の稼働状況に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５３による高電圧バッテリ１５２の充電電流が制限される場合も、高電圧バッテリ１５２の充電は長時間に渡って繰り返し行われる。

ステップ３１３で、車両が停止すると、上記の全ての制御も停止し、動作終了となる。

以上のように、本発明による車両用電源装置を用いて、内燃機関の効率を考慮した発電負荷により、第一電源システム（低電圧バッテリ５０）の電圧を最適に制御する事により発電能力を考慮した発電負荷とする事で内燃機関の効率向上を実現し、発電機の制御に電圧検出値を使う事によりＳ／Ｎ比が高く、発電機の応答性が良い制御を行う、外乱に強い電源システムが実現できる。
また、本発明による車両用電源装置では、電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１５３の電力変換量を制御する事により、内燃機関の動作をその最高効率点で行えるので、燃費向上の効果がある。また、オルタネータ５１のＤＵＴＹではなく、低電圧バッテリ５０の電圧を検出して行うＦ／Ｂであるので、外乱に強く、ＤＵＴＹに比べて電気負荷の変動に対する発電機の応答性の影響が少ない効果がある。

以上の説明は本発明の実施形態の例であり、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。

１ スロットルセンサ
２ エアフローセンサ
３ 水温センサ
５ 車速センサ
７ クランク角センサ
８ Ｏ２センサ
９ パワステスイッチ
１０ スタータスイッチ
１１ エアコンスイッチ
１２ 前照灯スイッチ
１３ カム角センサ
１４ アクセルセンサ
２０ 燃料ポンプ
２３ インジェクタ
３０ イグナイター
４０ スロットルバルブ
４１ ＩＳＣバルブ
５０ 低電圧バッテリ（第一電源システム）
５１ オルタネータ
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ 固定子三相巻線
５４ 励磁コイル
５５ 三相全波整流回路
５６ 励磁コイル駆動回路
７１ エンジンコントローラ（ＥＣＭ）
７４ エアコンクラッチ
７５ ラジエータファンリレー
７６ チャージランプ
１００ ＣＰＵ
１０１ ＲＯＭ
１０２ ＲＡＭ
１０４ 割込コントローラ
１０５ タイマー
１０６ 入力処理回路
１０７ 出力処理回路
１０８ バス
１１１ バックアップＲＡＭ
１５１ 配線
１５２ 高電圧バッテリ（第二電源システム）
１５３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５４ 配線
１５５ 配線
１５６ モータ
１５７ ハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）
１５８ 配線
１６０ エンジン

Claims (7)

1. エンジンに接続されたオルタネータと、前記オルタネータおよび電気負荷が接続された低電圧バッテリを有する第一電源システムと、電気負荷が接続された高電圧バッテリを有する第二電源システムと、前記第一電源システムの電力を電圧変換して前記第二電源システムを充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記エンジンおよび前記オルタネータを制御する第一制御装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第二制御装置と、を備えた車両用電源装置であって、
   前記第一制御装置は、前記エンジンを最高効率運転条件で動作させるように前記エンジンのスロットル開度を設定すると共に、前記低電圧バッテリの電圧に基づいて前記オルタネータを制御し、
   前記第二制御装置は、前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの負荷となり、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作したときの前記オルタネータの負荷電流に応じた電圧降下後の前記低電圧バッテリの電圧が、前記オルタネータの発電能力の限界を超えた過電流領域に対応する所定の下限電圧を下回らないように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を制御することにより、前記第一電源システムおよび前記第二電源システムの充電状態を制御する車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
   前記第二制御装置は、前記エンジンの回転数に対応したエンジン負荷と、前記エンジンの最高効率運転条件に対応したエンジン目標負荷との差に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を制御する車両用電源装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用電源装置において、
   前記第一制御装置は、前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの目標発電電圧を設定し、前記低電圧バッテリの電圧が前記目標発電電圧となるように、前記オルタネータをフィードバック制御する車両用電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの電気負荷が設定されるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを含む前記オルタネータに接続された各補機のいずれか少なくとも一つを前記オルタネータの電気負荷として選択する補機選択部を備えた車両用電源装置。
5. 請求項４に記載の車両用電源装置において、
   前記補機選択部は、前記高電圧バッテリの充電状態および前記各補機の優先度に基づいて、前記オルタネータの電気負荷として選択する補機を決定する車両用電源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記高電圧バッテリの充電率が高く満充電に近い場合、前記第二制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電圧制御することにより、前記第二電源システムの充電状態を制御し、前記第一制御装置は、前記エンジンを最高効率運転条件で動作させるようなスロットル開度よりも小さい前記エンジンのスロットル開度を設定する車両用電源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両用電源装置を備えた電動車両。
   

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