JP5991016B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

この発明は、蓄電装置から電動発電機を始動する車両用電源システムに関するものである。

近年、車両の燃費改善のため、減速エネルギーを回生、蓄電し、再利用する車両用電源システムがある。

従来の車両用電源システムにおいては、発電機と低電圧バッテリの間に、高電圧蓄電装置と、高電圧蓄電装置と低電圧バッテリとの間で電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータを入れた構成になっている。このような構成では、発電機は、高電圧蓄電装置の電圧で発電できるため、より大きな発電電力を得ることができ、より燃費を改善することができる。

また、減速エネルギー回生システムにおいて、発電機に電動発電機を用いた場合、回生動作だけでなく、エンジン始動、エンジンアシストなどの力行動作も可能になる。アイドルストップからのエンジン再始動では、電動発電機を用いた場合、従来のスタータより静音始動が可能となる。

さらに、このような従来の車両用電源システムでは、電動発電機の駆動電力の供給源として、高電圧蓄電装置と低電圧バッテリがあるが、電圧変動により車載用電気機器に影響を与えない高電圧蓄電装置を供給源にした方が、システム構成が簡単になる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１０４１２３号公報（第４−７頁、第１図）

しかしながら、従来の車両用電源システムでは、アイドルストップからのエンジン復帰時の電動発電機の回転数が低い場合、電動発電機のインピーダンスが低いため、電動発電機に印加する電圧が高いと大電流が流れるため、電動発電機の許容電流を大きくしなければならないという問題点があった。その結果、電装発電機の小型、低コスト化が難しいという問題点もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電動発電機の許容電流を大きくすることなく、高電圧蓄電装置から電動発電機を始動可能な車両用電源システムを得るものである。

この発明に係る車両用電源システムにおいては、電動発電機と、車載負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、前記電動発電機が発電した電力を充電および放電する第２蓄電装置と、前記電動発電機と前記第２蓄電装置との間に接続され、前記電動発電機の交流電圧と前記第２蓄電装置の直流電圧とを双方向に変換するインバータと、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に接続され、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間で直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２蓄電装置を制御する接続制御手段とを備えた車両用電源システムであって、前記第２蓄電装置は、複数の蓄電部と複数のスイッチとを有し、前記接続制御手段は、前記電動発電機の始動時に、前記蓄電部の充電電圧を検出して判断し、前記電動発電機の始動電流を前記電動発電機を駆動する前記インバータの許容電流である始動電流上限値と前記電動発電機によりエンジンを始動するのに必要な最小電流値である始動電流下限値との範囲内に収まるように、前記複数のスイッチをオンオフし、前記複数の蓄電部の接続状態を切り替えて制御することを特徴とする車両用電源システム。

この発明は、第２蓄電装置が、複数の蓄電部と複数のスイッチとを有し、接続制御手段が、電動発電機の動作時に複数のスイッチをオンオフ制御し、複数の蓄電部の接続状態を切り替えるようにしたので、電動発電機の許容電流を大きくすることなく、高電圧蓄電装置から電動発電機を始動可能にする。

この発明の実施の形態１における車両用電源システムの構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１における車両用電源システムの第２蓄電装置を構成する蓄電モジュールの接続を示す説明図である。 この発明の実施の形態１における蓄電モジュールを直列接続した場合と並列接続した場合の蓄電モジュールの各電圧に対する電動発電機の始動電流の関係と、始動電流上限値と始動電流下限値と、動作ラインを示す図である。 この発明の実施の形態２における車両用電源システムの構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態２における車両用電源システムの第２蓄電装置を構成する蓄電モジュールの接続を示す説明図である。 この発明の実施の形態２における車両用電源システムの第２蓄電装置の蓄電電力量と各蓄電モジュールの電圧と、第２蓄電装置の電圧を示す図である。 この発明の実施の形態３における蓄電モジュールを直列接続した場合と並列接続した場合の蓄電モジュールの各電圧に対する電動発電機の始動電流の関係と、始動電流上限値と始動電流下限値と、動作ラインを示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における車両用電源システムの構成を示す回路図である。はじめに、この実施の形態１における車両用電源システムの全体構成について説明する。図１に示すように、車両用電源システム１００は、電動発電機１、インバータ２、第２蓄電装置３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第１蓄電装置５、車載負荷６、界磁制御装置１４、インバータ制御装置２８、接続制御手段である切り替えスイッチ制御装置３６、コンバータ制御装置４６、上位制御装置７で構成される。

電動発電機１は、内燃機関であるエンジン（図示せず）により駆動されて交流電圧を発生する。インバータ２は、この電動発電機１で発生された交流電圧を直流電圧に整流して出力する。第２蓄電装置３は、インバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ４の間に接続され、インバータ２の直流電力を充放電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、第２蓄電装置３と第１蓄電装置５の間に接続され、第１蓄電装置５と第２蓄電装置３との間で直流電圧を変換する。第１蓄電装置５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と車載負荷６の間に接続され、車載負荷６に電力を供給する。そして、電動発電機１は界磁制御装置１４により、インバータ２はインバータ制御装置２８により、第２蓄電装置３は切り替えスイッチ制御装置３６により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４はコンバータ制御装置４６により制御される。さらに、これら各制御装置は上位制御装置７により制御される。

次に、各構成装置の詳細について説明する。電動発電機１は、３相交流巻線を有する固定子１１と、界磁用巻線を有する回転子１２と、界磁用電源１３とで構成される。また、インバータ２は、平滑コンデンサ２７と、Ｕ相アームとＶ相アームとＷ相アームとで構成される。電動発電機１は、界磁制御装置１４によって、インバータ２は、インバータ制御装置２８によって制御される。各相アームは、車両用電源システムの電源ライン９とアースライン１０との間に並列に配置される。Ｕ相アームは、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ２１，２２を有し、Ｖ相アームは、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ２３，２４を有し、Ｗ相アームは、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ２５，２６を有する。各相アームの中間点は、３相交流巻線を有する固定子１１の各相コイルの各相端に接続されている。電動発電機１の回生動作時は、３相交流巻線に誘起される交流電圧を、インバータ２により直流電圧に整流する。電動発電機１の力行動作時は、第２蓄電装置３に蓄電されたエネルギーをインバータ２によって交流電圧に変換し、電動発電機１を駆動し、所定のトルクを発生させる。

第２蓄電装置３は、電動発電機１からの発電電力の変動を吸収して第１蓄電装置５側への供給電力を蓄積し、蓄積した電力により第１蓄電装置５の電力不足分を補充するなどして、第１蓄電装置５側への供給電力を平準化する役目を果たすものである。また、アイドルストップからのエンジン再始動や、エンジンの低回転時にトルクを与えるエンジンアシストなどの力行動作時のエネルギー供給源となる。第２蓄電装置３は、大電力の充放電が可能な電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタやリチウムイオン電池などの２次電池が適用される。

また、第２蓄電装置３は、蓄電部である蓄電モジュール３１，３２と、蓄電モジュール３１，３２を直列接続と並列接続とに切り替えるためのスイッチであるＭＯＳＦＥＴ３３，３４，３５で構成される。第２蓄電装置３は、切り替えスイッチ制御装置３６によって制御される。蓄電モジュール３１，３２は、それぞれ複数の蓄電セルを接続したものである。蓄電モジュール３１は、負極が車両用電源システムのアースライン１０に接続され、正極がＭＯＳＦＥＴ３３のソース、ＭＯＳＦＥＴ３４のドレインに接続されている。蓄電モジュール３２は、正極が車両用電源システムの電源ライン９に接続され、負極がＭＯＳＦＥＴ３４のソース、ＭＯＳＦＥＴ３５のドレインと接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３３のドレインは車両用電源システムの電源ライン９と接続され、ＭＯＳＦＥＴ３５のソースは車両用電源システムのアースライン１０と接続されている。

例えば、蓄電モジュールの定格電圧は、１蓄電セルの電圧が定格２．８Ｖの電気二重層キャパシタを５直列した構成にした場合、１４Ｖとなる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、平滑コンデンサ４１、ＭＯＳＦＥＴ４２，４３、リアクトル４４、平滑コンデンサ４５で構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、コンバータ制御装置４６によって制御される。平滑コンデンサ４１，４５は、それぞれ車両用電源システムの電源ライン９とアースライン１０との間に直列に接続される。リアクトル４４の一方端は、平滑コンデンサ４５に接続され、他方端はＭＯＳＦＥＴ４２とＭＯＳＦＥＴ４３との中間点であり、ＭＯＳＦＥＴ４２のソースとＭＯＳＦＥＴ４３のドレインとに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４２，４３は、第２蓄電装置３側の電源ライン９とアースライン１０との間に直列に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインは第２蓄電装置３側の電源ライン９に接続され、ＭＯＳＦＥＴ４３のソースは第２蓄電装置３側のアースライン１０に接続される。

電動発電機１の発電電力または第２蓄電装置の蓄電エネルギーを車載負荷６側に供給する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、第２蓄電装置３の電圧を第１蓄電装置５の電圧へ降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４の降圧動作では、ＭＯＳＦＥＴ４２を所定の周波数、オンデューティでオン、オフを繰り返し、リアクトル４４にエネルギーを蓄積、放出を繰り返すことによって実現できる。

第１蓄電装置５は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、リチウムイオン電池などの体積当たりに充電可能なエネルギーが大きな二次電池が適用され、その定格電圧は例えば１４Ｖである。

次に、各動作モードでの動作について説明する。

１．アイドルストップからのエンジン再始動（力行動作時）
図２は、この発明の実施の形態１における車両用電源システムの第２蓄電装置を構成する蓄電モジュールの接続を示す説明図である。図２（ａ）には、第２蓄電装置３の蓄電モジュール３１，３２を直列接続した場合と、図２（ｂ）には、第２蓄電装置３の蓄電モジュール３１，３２を並列接続した場合とのＭＯＳＦＥＴのオン、オフ状態を示した。図２（ａ）に示す直列接続の場合、ＭＯＳＦＥＴ３３，３５はオフで、ＭＯＳＦＥＴ３４はオンとする。図２（ｂ）に示す並列接続の場合、ＭＯＳＦＥＴ３３，３５はオンで、ＭＯＳＦＥＴ３４はオフとする。

電動発電機１の回転速度がゼロの場合、３相交流巻線には誘起電圧が発生していないため、インピーダンスは非常に小さい状態にある。この時流れる電流は、蓄電モジュール３１，３２の内部抵抗、インダクタンス、インバータ２および第２蓄電装置３を構成する各ＭＯＳＦＥＴのオン時の抵抗、インダクタンス、電動発電機１の巻線抵抗、インダクタンス、これら構成要素を接続する配線の抵抗、インダクタンス、接触抵抗の合計のインピーダンスと第２蓄電装置３の電圧から求められる。

図３は、この発明の実施の形態１における蓄電モジュールを直列接続した場合と並列接続した場合の蓄電モジュールの各電圧に対する電動発電機の始動電流の関係と、始動電流上限値と始動電流下限値と、動作ラインとを示す図である。ここで、電動発電機を始動するために必要な始動電流上限値と始動電流下限値によって規定される電動発電機の始動電流の許容範囲を所定の電流範囲内と定義する。

始動電流上限値は、電動発電機１を駆動するインバータ２に使用されているＭＯＳＦＥＴ２１，２２，２３，２４，２５，２６の許容電流で決まっており、これ以上電流が流れた場合、ＭＯＳＦＥＴ２１，２２，２３，２４，２５，２６が破壊される可能性がある。始動電流下限値は、電動発電機１によりエンジンを始動するのに必要な最小電流値である。

１蓄電セルの定格電圧２．８Ｖの電気二重層キャパシタを５直列した蓄電モジュールの使用電圧範囲を、第２蓄電装置３の出力電圧に合わせて７〜１４Ｖにする。始動開始時点での蓄電モジュールの充電電圧は、蓄電エネルギーの状態により７〜１４Ｖのいずれかにあり、この電圧値から、電動発電機１の始動電流を始動電流下限値から始動電流上限値の間になるように、蓄電モジュール３１，３２の接続状態を直列接続にするのか並列接続にするのかを判断する。

例えば、図３の太線で示したように、蓄電モジュール３１，３２の充電電圧が７〜１０．５Ｖの場合、蓄電モジュール３１，３２の接続状態は、直列接続を選択して電動発電機１の始動を行う。蓄電モジュール３１，３２の充電電圧が１０．５〜１４Ｖの場合、蓄電モジュール３１，３２の接続状態は、並列接続を選択して電動発電機１の始動を行う。このようにして、蓄電モジュール３１，３２の直並列の接続状態を適切に切り替えることによって、電動発電機１を確実に始動し、かつインバータ２のＭＯＳＦＥＴ２１，２２，２３，２４，２５，２６の許容電流を超えない始動が可能になる。

２．減速エネルギー回生（回生動作時）
車体が減速した時のエネルギーを回生する場合は、第２蓄電装置３の蓄電モジュール３１と蓄電モジュール３２とは直列に接続され、回生エネルギーを用いて蓄電モジュール３１，３２を充電する。この間の第２蓄電装置３の電圧は１４〜２８Ｖの範囲をとり、第１蓄電装置５の電圧１４Ｖよりも高い電圧で発電することによって、より大きな発電電力が得られる。そのため、より多くの回生エネルギーを回収でき、燃費を改善することができる。

以上のように構成された車両用電源システムにおいては、第２蓄電装置を複数の蓄電モジュールと複数のスイッチとで構成し、蓄電モジュールの充電電圧に応じて複数の蓄電モジュールの接続状態を複数のスイッチによって切り替えることで、電動発電機の始動電流を制御することができる。このため、電動発電機の許容電流を増加させることなく、第２蓄電装置からの充電電圧によって電動発電機の始動が可能となる。また、蓄電モジュールの接続状態の切り替え実施は、電動発電機に交流電圧を供給前であっても、供給後であっても良く、いずれの場合であっても同様な効果を得ることが可能である。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における車両用電源システムの構成を示す回路図である。はじめに、この実施の形態１における車両用電源システムの全体構成について説明する。図４に示すように、車両用電源システム２００は、電動発電機１、インバータ２、第２蓄電装置８、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第１蓄電装置５、車載負荷６、界磁制御装置１４、インバータ制御装置２８、接続制御手段である切り替えスイッチ制御装置８７、コンバータ制御装置４６、上位制御装置７で構成される。

本実施の形態２においては、実施の形態１で用いた第２蓄電装置３を第２蓄電装置８に置き換えた点が実施の形態１と異なる。その他は実施の形態１と同じ構成であり、同じ動作をするものである。このように第２蓄電装置８に置き換えた構成としたことで、エネルギーの利用効率が向上する。

第２蓄電装置８は、電動発電機１からの発電電力の変動を吸収して第１蓄電装置５側への供給電力を蓄積し、蓄積した電力により第１蓄電装置５の電力不足分を補充するなどして、第１蓄電装置５側への供給電力を平準化する役目を果たすものである。また、アイドルストップからのエンジン再始動や、エンジンの低回転時にトルクを与えるエンジンアシストなどの力行動作時のエネルギー供給源となる。第２蓄電装置８は、大電力の充放電が可能な電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタやリチウムイオン電池などの２次電池が適用される。

図４において、第２蓄電装置８は、蓄電部である蓄電モジュール８１，８２と、蓄電モジュール８１，８２を直列接続、蓄電モジュール８１の単独使用接続、および蓄電モジュール８２の単独使用接続に切り替えるためのスイッチであるＭＯＳＦＥＴ８３，８４，８５，８６で構成される。また、第２蓄電装置８は、切り替えスイッチ制御装置８７によって制御される。

蓄電モジュール８１，８２は、それぞれ複数の蓄電セルを接続したものである。蓄電モジュール８１は、負極が車両用電源システムのアースライン１０とＭＯＳＦＥＴ８４のソースに接続され、正極がＭＯＳＦＥＴ８３のドレインに接続されている。蓄電モジュール８２は、正極がＭＯＳＦＥＴ８５のドレインに接続され、負極がＭＯＳＦＥＴ８３のソース、ＭＯＳＦＥＴ８４のドレイン、およびＭＯＳＦＥＴ８６のソースと接続されている。ＭＯＳＦＥＴ８５のソースと、ＭＯＳＦＥＴ８６のドレインとは、車両用電源システムの電源ライン９と接続されている。蓄電モジュールの構成は、例えば、蓄電モジュール８１は、１蓄電セルの電圧が定格２．８Ｖの電気二重層キャパシタを５直列し、蓄電モジュールの定格電圧を１４Ｖとし、蓄電モジュール８２は、１蓄電セルの電圧が定格２．８Ｖの電気二重層キャパシタを１０直列し、蓄電モジュールの定格電圧を２８Ｖとする。

次に、各動作モードでの動作について説明する。
１．減速エネルギー回生時（回生動作時）
図５は、この発明の実施の形態２における車両用電源システムの第２蓄電装置を構成する蓄電モジュールの接続を示す説明図である。図５（ａ）には、第２蓄電装置８の蓄電モジュール８１，８２を直列接続した場合と、図５（ｂ）には、蓄電モジュール８１の単独使用接続した場合と、および図５（ｃ）には、蓄電モジュール８２の単独使用接続した場合とを示した。図５（ａ）に示す直列接続の場合、ＭＯＳＦＥＴ８３，８５はオンで、ＭＯＳＦＥＴ８４，８６はオフとする。図５（ｂ）に示す蓄電モジュール８１の単独使用接続の場合、ＭＯＳＦＥＴ８３，８６はオンで、ＭＯＳＦＥＴ８４，８５はオフとする。図５（ｃ）に示す蓄電モジュール８２の単独使用接続の場合、ＭＯＳＦＥＴ８３，８６はオフで、ＭＯＳＦＥＴ８４，８５はオンとする。

図６は、この発明の実施の形態２における車両用電源システムの第２蓄電装置の蓄電電力量と各蓄電モジュールの電圧と、第２蓄電装置の電圧を示す図である。

図６には、車体が減速した時のエネルギーを回生する場合の、第２蓄電装置８の蓄電電力量と、蓄電モジュール８２の電圧、蓄電モジュール８１の電圧、第２蓄電装置の電圧の関係を示す。図６中のＡの領域では、蓄電モジュール８１，８２を直列に接続して、回生エネルギーを用いて両蓄電モジュールを充電する。１蓄電セルの定格電圧２．８Ｖの電気二重層キャパシタを５直列した蓄電モジュールの使用電圧範囲を７〜１４Ｖとし、１蓄電セルの定格電圧２．８Ｖの電気二重層キャパシタを１０直列した蓄電モジュールの使用電圧範囲を７〜２８Ｖとする。この間の第２蓄電装置８の電圧は１４〜２８Ｖの範囲をとり、第１蓄電装置５の電圧１４Ｖよりも高い電圧で発電することによって、より大きな発電電力が得られる。図６中のＢの領域では、蓄電モジュール８２のみ接続し、回生エネルギーを用いて蓄電モジュール８２を充電する。この間の第２蓄電装置８の電圧は１４〜２８Ｖの範囲をとり、第１蓄電装置５の電圧１４Ｖよりも高い電圧で発電することによって、より大きな発電電力が得られる。

ここで、本実施の形態２における第２蓄電装置の効果を検討するために、電気二重層キャパシタモジュールを１個のみで使用した場合と、本実施の形態２の第２蓄電装置８を使用した場合の、エネルギー利用率を比較する。比較条件を揃えるため、０Ｖから定格電圧までのエネルギーを同じにする。電気二重層キャパシタモジュールを１個のみで使用する場合、容量１００Ｆ、定格２８Ｖのモジュールを用いる。この場合の０Ｖから定格電圧までのエネルギーは、０．５×１００Ｆ×２８Ｖ×２８Ｖ＝３９．２ｋＪである。実施の形態２の第２蓄電装置８を構成する蓄電モジュール８２を容量８０Ｆ、定格２８Ｖ、蓄電モジュール８１を容量８０Ｆ、定格１４Ｖとする。この場合の０Ｖから定格電圧までのエネルギーは、０．５×８０Ｆ×２８Ｖ×２８Ｖ＋０．５×８０Ｆ×１４Ｖ×１４Ｖ＝３９．２ｋＪである。第２蓄電装置８の電圧を１４〜２８Ｖまで使用した場合、電気二重層キャパシタモジュールを１個のみで使用する場合のエネルギー利用率は、（２８Ｖ×２８Ｖ−１４Ｖ×１４Ｖ）／（２８Ｖ×２８Ｖ）＝７５％である。同様に第２蓄電装置８の電圧を１４〜２８Ｖまで使用した場合、実施の形態２の場合のエネルギー利用率は、｛（２８Ｖ×２８Ｖ−７Ｖ×７Ｖ）＋（１４Ｖ×１４Ｖ−７Ｖ×７Ｖ）｝／｛（２８Ｖ×２８Ｖ）＋（１４Ｖ×１４Ｖ）｝＝９０％である。よって、後者の本実施の形態２の第２蓄電装置８を使用した場合の方がエネルギーの利用率が高くなる。

２．アイドルストップからのエンジン再始動時（力行動作時）
基本的な考え方は、電動発電機の始動電流が、実施の形態１の図３に示した始動電流上限値と始動電流下限値との間になるように、第２蓄電装置８の電圧を、蓄電モジュール８１，８２の充電電圧によって、直列接続、単独使用接続を選択する。蓄電モジュール８１，８２の充電電圧が、図６中のＡの領域にある場合、例えば蓄電モジュールの充電電圧が７〜１０．５Ｖの間は、蓄電モジュール８１と蓄電モジュール８２とを直列接続して始動を開始し、蓄電モジュールの充電電圧が１０．５〜１４Ｖの間にある場合は、蓄電モジュール８１または蓄電モジュール８２を単独使用接続にして始動を開始する。

また、蓄電モジュール８１，８２の充電電圧が、図６中のＢの領域にある場合は、蓄電モジュール８２の単独使用接続にして始動を開始する。このようにして、蓄電モジュールの接続状態を適切に切り替えることによって、電動発電機１を確実に始動し、かつインバータ２のＭＯＳＦＥＴ２１，２２，２３，２４，２５，２６の許容電流を超えない始動が可能になる。

以上のように構成された車両用電源システムにおいては、第２蓄電装置を複数の蓄電モジュールと複数のスイッチとで構成し、蓄電モジュールの充電電圧に応じて複数の蓄電モジュールの接続状態を複数のスイッチによって切り替えることで、電動発電機の始動電流を制御することができる。このため、電動発電機の許容電流を増加させることなく、第２蓄電装置からの充電電圧によって電動発電機の始動が可能となる。また、エネルギーの利用効率を向上することができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３における蓄電モジュールを直列接続した場合と並列接続した場合の蓄電モジュールの各電圧に対する電動発電機の始動電流の関係と、始動電流上限値と始動電流下限値と、動作ラインを示す図である。

本実施の形態３は、図１に示した実施の形態１の車両用電源システムにおいて、図７に示すような始動電流上限値と始動電流下限値との差が小さい場合への適用に関するものである。本実施の形態３においては、所定のタイミングで蓄電モジュールの接続状態を直列接続と並列接続とで交互に切替えることで、電動発電機の始動電流を許容範囲内に収めることが実施の形態１と異なる点である。

図７に示すように、図３に示した場合よりも、始動電流上限値と始動電流下限値との差が小さくなり、９．５〜１０．５Ｖでは、直列接続にしても、並列接続にしても、電動発電機の始動電流が許容範囲内にならない場合がある。この場合、直列接続と並列接続とのオン、オフを繰り返すことにより、第２蓄電装置の平均電圧が、直列接続時の電圧と、並列接続時の電圧との間になり、始動電流を許容範囲内に収めることができる。直並列接続の切り替え時間をちょうど半分にすれば、直列接続時の電圧と並列接続時の電圧との中間電圧となり、切り替え時間の割合を変えることによって、平均電圧を自由に変えることができる。

以上のように構成された車両用電源システムにおいては、第２蓄電装置を複数の蓄電モジュールと複数のスイッチとで構成し、蓄電モジュールの充電電圧に応じて複数の蓄電モジュールの接続状態を複数のスイッチによって、直列接続と並列接続とで交互に切り替えることで、電動発電機の始動電流を制御することができる。このため、電動発電機の許容電流を増加させることなく、第２蓄電装置からの充電電圧によって電動発電機の始動が可能となる。また、電動発電機の始動電流の許容範囲が狭く、蓄電モジュールの充電電圧に対して、利用可能な充電電圧が不連続となる場合でも、複数の蓄電モジュールの組み合わせを切り替えることにより、蓄電モジュールの充電電圧に対して、連続的に電動発電機の始動が可能となる。さらに、このような電動発電機の始動電流の制御方法を用いれば、電動発電機の交流電圧を供給前または供給後であっても、電動電動機の始動電流の許容範囲内での始動が可能となる。

１ 電動発電機、２ インバータ、３，８ 第２蓄電装置、４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５ 第１蓄電装置、６ 車載負荷、７ 上位制御装置、９ 電源ライン、１０ アースライン、１１ ３相交流巻線を有する固定子、１２ 界磁用巻線を有する回転子、１３ 界磁用電源、１４ 界磁制御装置、２１，２２，２３，２４，２５，２６，３３，３４，３５，４２，４３，８３，８４，８５，８６ ＭＯＳＦＥＴ、２７，４１，４５ 平滑コンデンサ、２８ インバータ制御装置、３１，３２，８１，８２ 蓄電モジュール、３６，８７ 切り替えスイッチ制御装置、４４ リアクトル、４６ コンバータ制御装置、１００，２００ 車両用電源システム。

Claims (5)

1. 電動発電機と、
   車載負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、
   前記電動発電機が発電した電力を充電および放電する第２蓄電装置と、
   前記電動発電機と前記第２蓄電装置との間に接続され、前記電動発電機の交流電圧と前記第２蓄電装置の直流電圧とを双方向に変換するインバータと、
   前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に接続され、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間で直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第２蓄電装置を制御する接続制御手段とを備えた車両用電源システムであって、
   前記第２蓄電装置は、複数の蓄電部と複数のスイッチとを有し、
   前記接続制御手段は、前記電動発電機の始動時に、前記蓄電部の充電電圧を検出して判断し、前記電動発電機の始動電流を前記電動発電機を駆動する前記インバータの許容電流である始動電流上限値と前記電動発電機によりエンジンを始動するのに必要な最小電流値である始動電流下限値との範囲内に収まるように、前記複数のスイッチをオンオフし、前記複数の蓄電部の接続状態を切り替えて制御することを特徴とする車両用電源システム。
2. 前記接続制御手段は、前記複数のスイッチをオンオフし、前記複数の蓄電部の接続状態を直列接続および並列接続のうち少なくとも一方に切り替えて制御することを特徴とする請求項１記載の車両用電源システム。
3. 前記接続制御手段は、前記複数のスイッチをオンオフし、前記複数の蓄電部の接続状態を直列接続または前記複数の蓄電部のうちの１つの単独接続に切り替えて制御することを特徴とする請求項１記載の車両用電源システム。
4. 前記接続制御手段は、前記複数のスイッチの切り替えを前記電動発電機への交流電圧の供給前に実施することを特徴とする請求項２または請求項３記載の車両用電源システム。
5. 前記接続制御手段は、前記複数のスイッチの切り替えを前記電動発電機への交流電圧の供給後に実施することを特徴とする請求項２記載の車両用電源システム。