JP5146487B2

JP5146487B2 - 電源装置

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Publication number: JP5146487B2
Application number: JP2010118527A
Authority: JP
Inventors: 宏佐藤; 久純渡邉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: JP2011250514A; US20110285206A1; US9099889B2

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、電気負荷に接続された発電機と、第１蓄電手段と、第２蓄電手段とを有する電源装置に関する。

従来から、エンジン駆動の発電機により充電される第一バッテリと、車載の電気負荷に給電する第二バッテリとを備え、第一バッテリが単独で電気負荷を駆動するのに十分な容量を持たない場合に、第一バッテリ及び第二バッテリの両方から共同放電を行うようにした２電源方式の車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１に記載された２電源方式の車両用電源装置において、第一バッテリは、車両制動時の発電機による回生制動により発電された回生電力を蓄積し、蓄積した回生電力をその後に電気負荷へ放電することができるように構成されている。

特許４２５８７３１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、第一バッテリが満充電又は満充電に近い状態の場合には、回生の機会があっても、発生する回生電力を十分に充電することができず、最も燃費効率の良い回生充電の機会を逃すことになり、回生効果を十分に上げることができないという問題があった。

そこで、本発明は、発電機の発電量が高くなるときに、高い充電効率で充電を行うことができる電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る電源装置は、車両に搭載された電源装置であって、
電気負荷に接続された発電機と、
前記電気負荷及び前記発電機に接続された第１蓄電手段と、
前記電気負荷、前記発電機及び前記第１蓄電手段に接続された第２蓄電手段と、
前記第２蓄電手段の充放電を制御する充電制御手段と、を有し、
前記充電制御手段は、前記車両が減速中であるときには前記発電機から前記第１蓄電手段及び前記第２蓄電手段に電力を供給し、前記車両が減速中でなく、かつ前記第２蓄電手段の蓄電容量が所定容量未満のときには、前記発電機及び前記第１蓄電手段から前記電気負荷に電力供給を行うとともに前記第２蓄電手段からの電力の供給は行わず、前記車両が減速中でなく、前記第２蓄電手段の蓄電容量が所定容量以上であり、かつ前記発電機の発電量が高くなる可能性が高い所定の条件を満たしたときには前記第２蓄電手段から前記電気負荷及び前記第１蓄電手段に電力を供給し、前記所定の条件を満たさないときには前記第２蓄電手段から前記電気負荷のみに電力を供給するように前記発電機の発電及び前記第２蓄電手段の充放電を制御することを特徴とする。

これにより、発電機の発電量が高くなる可能性が高いときには、発電機から充電を行う第２蓄電手段からの放電を促進して蓄電可能な容量を急ピッチで増やすことができ、増大する発電電力を効率よく充電することができる。つまり、回生電力が発生する可能性が高いときに充電効率を高めることができ、燃費の向上に寄与することができる。更に、回生電力が発生しているときには、直ちに充電に切り替え、充電を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明に係る電源装置において、
前記充電制御手段は、前記電気負荷及び前記第１蓄電手段への電力の供給は、前記第２蓄電手段を前記第１蓄電手段の充電が可能な充電可能電圧で放電させることにより行い、前記電気負荷への電力の供給は、前記第２蓄電手段を前記第１蓄電手段の放電電圧より高く、前記充電可能電圧よりも低い電圧で放電させることにより行うことを特徴とする。

これにより、充電制御を第２蓄電手段の放電電圧の制御で行うことができ、簡素な制御で充電効率を高めることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る電源装置において、
前記第２蓄電手段は、前記第１蓄電手段より蓄電容量が小さいことを特徴とする。

これにより、第２蓄電手段に、キャパシタ等のバッテリ以外の蓄電デバイスが用いられた場合であっても、充電効率を高めることができる。

第４の発明は、第１〜３の発明に係る電源装置において、
前記所定の条件は、前記車両が所定の放電促進車速以上であるか、変速機が減速レンジで前記車両が所定の回生可能車速以上であるか、又は前記第１蓄電手段の蓄電量が所定量以下である条件であることを特徴とする。

これにより、回生電力が発生する可能性が高い状態を判定することができ、このタイミングに合わせて第２蓄電手段を放電させることにより、回生電力の蓄電効率を高めることができる。

本発明によれば、発電機の発電量が高くなる可能性が高いときに備えて放電を行い、発電量が高いときの充電効率を高めることができる。

本実施例に係る電源装置の全体構成の一例を示した図である。本実施例に係る電電装置の制御動作フローを示した図である。図２に示した制御動作フローの、最終的な制御処理のパターンを示した図である。図３（Ａ）は、図２のステップ１３０に対応する動作の一例を示した図である。図３（Ｂ）は、図２のステップ１４０の動作状態の一例を示した図である。図３（Ｃ）は、図２のステップ１５０の動作状態の一例を示した図である。図３（Ｄ）は、ステップ１６０の動作状態の一例を示した図である。本実施例に係る電源装置による回生電力効率の向上効果を説明する図である。図４（Ａ）は、車両速度を示した図である。図４（Ｂ）は、回生機会を示した図である。図４（Ｃ）は、本実施例に係る電源装置の蓄電デバイスの蓄電容量を従来例と比較して示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施例に係る電源装置の全体構成の一例を示した図である。図１において、本実施例に係る電源装置は、発電機２０と、バッテリ３０と、蓄電デバイス４０と、コントローラ５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、充電制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御ユニット）７０と、電流センサ８０と、車速センサ８１と、アクセルポジションセンサ８２と、シフトポジションセンサ８３と、通信回線９０とを備える。なお、蓄電デバイス４０と、コントローラ５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１とで、蓄電デバイス充放電ユニット６０を構成する。また、図１において、電源装置から電力を供給される電気負荷１０が併せて示されている。

電気負荷１０には、発電機２０と、バッテリ３０と、蓄電デバイス４０が接続されている。なお、蓄電デバイス４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して電気負荷１０に接続されている。また、発電機２０と、バッテリ３０と、蓄電デバイス４０同士も互いに接続点Ｘで接続され、更に接続点Ｘに電気負荷１０が接続された状態となっている。これにより、発電機２０で発電した電力は、電気負荷１０、バッテリ３０及び蓄電デバイス４０の総てに供給可能であり、また、蓄電デバイス４０からも電気負荷１０とバッテリ３０の双方に電力供給が可能な配線構成となっている。

また、充電制御ＥＣＵ７０には、発電機２０、電流センサ８０、車速センサ８１、アクセルポジションセンサ８２及びシフトポジションセンサ８３が接続されている。電流センサ８０は、バッテリ３０に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、蓄電デバイス４０に接続されるとともに、電気負荷１０、発電機２０、バッテリ３０にも接続され、蓄電デバイス４０と、電気負荷１０、発電機２０及びバッテリ３０との間に、挿入接続された状態となっている。コントローラ５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１に接続されている。また、コントローラ５０は、通信回線９０を介して、充電制御ＥＣＵ７０に接続されている。

本実施例に係る電源装置は、以上のような構成を有する。以下、個々の構成要素について説明する。

電気負荷１０は、電力で駆動されて仕事を行う種々の機器を含んでよい。電源装置が車両に搭載された場合には、イグナイター等のエンジン駆動に関係する機器であってもよいし、ライト等であってもよい。

発電機２０は、電力を発生させ、電気負荷１０、バッテリ３０及び／又は蓄電デバイス４０に発生した電力を供給する手段である。発電機２０は、電力を発生させることができれば、種々の発電手段を用いることができる。例えば、本実施例に係る電源装置が車両に搭載された場合には、エンジンの回転により発電を行うオルタネータが、発電機２０として用いられてもよい。

バッテリ３０は、電気負荷１０に電力を供給する電源であり、蓄電池が用いられる。バッテリ３０は、種々の蓄電池が用いられてよいが、例えば、本実施例に係る電源装置が車両に搭載された場合には、リチウムイオン電池や、鉛バッテリが用いられる。本実施例においては、一般的なガソリン車に搭載される鉛バッテリを用いた例について説明する。

蓄電デバイス４０は、バッテリ３０を補助し、発電機２０で発生した電力を蓄電するとともに、蓄えた電力を電気負荷１０、バッテリ３０に供給するための蓄電手段である。バッテリ３０は、発電機２０が電気負荷１０に電力を供給していない場合には、常に電気負荷１０に電力を供給するために放電し続ける必要があるため、蓄電デバイス４０は、発電機２０で発電された電力を迅速に蓄積する。

蓄電デバイス４０には、種々の蓄電能力を有するデバイスが用いられてよいが、例えば、キャパシタが用いられてもよい。その他、リチウムイオン電池、ニッケル・水素蓄電池等が用いられてもよい。但し、蓄電デバイス４０は、バッテリ３０の補助として用いられるため、コスト増、スペース増に繋がらないように、キャパシタ等のバッテリ３０よりも蓄電容量の小さいデバイスを用いるようにすることが好ましい。

コントローラ５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の設定電圧を制御することにより、蓄電デバイス４０の充放電を制御する充電制御手段である。コントローラ５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の設定電圧を制御するための演算処理を行うため、所定の電子回路や、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が搭載されてプログラムにより動作するマイクロコンピュータとして構成されてよい。

コントローラ５０は、例えば、蓄電デバイス４０から電気負荷１０に電力の供給を行わせる場合には、バッテリ３０の放電電圧より少しだけ高い電圧（１Ｖ未満、例えば０．３〜０．５Ｖ程度）にＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧を設定し、電力の殆どが電気負荷１０の方に電力が供給されるようにする。また、コントローラ５０は、蓄電デバイス４０から電気負荷１０とバッテリ３０の双方に電力の供給を行わせる場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧を、発電機２０に設定されている発生電圧の上限近くに設定し、電気負荷１０のみならず、バッテリ３０にも電力が供給されるようにする。また逆に、コントローラ５０は、蓄電デバイス４０に蓄電を行わせる場合には、発電機２０の発生電圧よりも小さい電圧に出力電圧を設定することにより、発電機２０から供給される電力を充電することができる。このように、コントローラ５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力設定電圧を制御することにより、蓄電デバイス４０の充放電を制御する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、蓄電デバイス４０の電圧を所定の設定電圧に変換するための電圧変換手段である。蓄電デバイス４０の電圧は大きく変動するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、一定の電圧が出力されるように電圧変換を行う。設定電圧は、上述のように、コントローラ５０からの指示で与えられ、指示された設定電圧を出力することにより、蓄電デバイス４０の充放電を制御することができる。

このように、コントローラ５０とＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、協働して蓄電デバイス４０の充放電を制御する。よって、コントローラ５０のみならず、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１も含めて蓄電デバイス４０の充電制御手段と呼んでもよい。

また、蓄電デバイス４０、コントローラ５０、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、全体で蓄電デバイス４０の充放電を機能させているので、これらを合わせて蓄電デバイス充放電ユニット６０を構成する。

充電制御ＥＣＵ７０は、本実施例に係る電源装置全体の充電制御を行う制御手段である。上述のように、蓄電デバイス４０の充放電の制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の設定出力電圧を制御することにより行われるが、その設定電圧を変更するタイミングは、バッテリ３０の状態、本実施例に係る電源装置が車両に搭載されている場合は車両の状態等を考慮して定められる。また、充電制御ＥＣＵ７０は、そのような車両の状態を踏まえて、発電機２０の発電電圧も制御する。よって、充電制御ＥＣＵ７０が、全体の総合的な判断を行い、コントローラ５０の方に通信回線９０を介して制御指令を出す構成となる。このように、充電制御ＥＣＵ７０は、充電制御をどのタイミングでどのように行うかを判定しているので、充電判定手段として機能している。

なお、図１においては、コントローラ５０と、充電制御ＥＣＵ７０が、別個に構成されている例が挙げられているが、コントローラ５０を、充電制御ＥＣＵ７０の一部として取り込むような構成としてもよい。この場合には、充電制御ＥＣＵ７０又は充電制御ＥＣＵ７０とコントローラ５０が、蓄電デバイス４０の充電制御手段及び充電判定手段として機能することになる。

電流センサ８０は、バッテリ３０の充放電電流量を検出するための電流検出手段である。また、電流センサ８０は、検出した充放電電流に基づく信号を、充電制御ＥＣＵ７０に送る。充電制御ＥＣＵ７０は、受信した信号に基づいて、バッテリ容量を算出する。なお、電流センサ８０は、ホールＩＣ（Integrated Circuit、集積回路）等の種々の電流検出手段が用いられてよい。

車速センサ８１は、本実施例に係る電源装置が車両に搭載された場合に、走行中の車両の速度を検出する。これにより、車両が減速中であるか否かを検出することができる。車速センサ８１で検出した車両速度に基づく信号は、充電制御ＥＣＵ７０に送られる。充電制御ＥＣＵ７０は、回生電力を効率的に回収するため、車両が減速中か否かの判定を、車両速度信号に基づいて行う。

アクセルポジションセンサ８２は、本実施例に係る電源装置が車両に搭載された場合に車両のアクセルペダルの位置を検出するための手段である。アクセルペダルポジションセンサ８２は、検出したアクセルペダルの位置に基づく信号を、充電制御ＥＣＵ７０に送る。充電制御ＥＣＵ７０は、アクセルペダル位置信号と、上述の車両速度信号を用いて、車両が減速中であるか否かの判断を行う。例えば、車両速度が減少しつつ、アクセルペダルの位置が、踏む込み量の少ない方に位置に移動していれば、車両は減速中であると判定することができる。

シフトポジションセンサ８３は、本実施例に係る電源装置が車両に搭載された場合に、車両の変速機又はシフトレバーの状態を検出するための手段である。本実施例に係る電源装置では、回生電力を効率的に充電するために、発電機２０の発電量が増加する可能性が高い状態、つまり減速状態に入る可能性が高い状態を判定するが、そのような状態は、シフトポジションが減速レンジにある場合も含まれる。よって、シフトポジションセンサ８３は、変速機又はシフトレバーが、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission、連続可変トランスミッション）車の場合にはＢレンジ、その他の車両の場合にはＬレンジにあるか否かを検出する。

通信回線９０は、充電制御ＥＣＵ７０とコントローラ５０との間の通信を行うための回線である。通信回線９０は、充電制御ＥＣＵ７０とコントローラ５０間の通信が可能な回線であれば、種々の通信線を用いることができるが、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）を用いるようにしてもよい。これにより、コントローラ５０と充電制御ＥＣＵ７０同士をネットワークで接続することができ、互いにデータを共有し、協働して制御を行うことが可能となる。

次に、図２を用いて、図１に示した構成を有する本実施例に係る電源装置の制御動作について説明する。図２は、本実施例に係る電電装置の制御動作フローを示した図である。なお、以下の説明において、図１において説明した構成要素と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。また、図２のフローは、本実施例に係る電源装置が車両に搭載され、車両用電源装置として機能している場合について説明する。

図２において、ステップ１００では、電源装置が搭載された車両が減速中でないか否かが判定される。車両が減速中でないか否かの判定は、車速センサ８１により検出された車速、アクセルポジションセンサ８２に検出されたアクセルペダルの位置に基づいて、充電制御ＥＣＵ７０が行う。充電制御ＥＣＵ７０は、例えば、車速が減少していて、アクセルペダルの踏み込み量も減少しているようであれば減速中であり、そのような条件を満たさないようであれば、減速中ではない、というように判定を行うようにしてもよい。

ステップ１００において、車両が減速中であると判定されたらステップ１５０に進み、車両が減速中でないと判定されたらステップ１１０に進む。

ステップ１１０では、蓄電デバイス４０に蓄電容量があるか否かが判定される。蓄電デバイス４０に蓄電容量があるか否かは、コントローラ５０が、蓄電デバイス４０の電圧を監視することにより判定されてよい。例えば、蓄電デバイス４０がキャパシタの場合には、Ｑ＝ＣＶ（Ｑは電荷量、Ｃは静電容量、Ｖは電圧）の関係から、容易に蓄電容量を算出することができる。このように、蓄電デバイス４０がキャパシタの場合には、蓄電デバイス４０に蓄電容量があるか否かの判定は、蓄電デバイス４０の電圧が所定電圧以上であるか否かにより行ってもよい。つまり、コントーラ５０は、蓄電デバイス４０の電圧が所定電圧以上である場合に、上述のＱ＝ＣＶの関係から、蓄電デバイス４０の蓄電容量が所定容量以上であると判定することができる。

ステップ１１０において、蓄電デバイス４０に蓄電容量があり、電荷を蓄えていると判定された場合には、ステップ１２０に進み、蓄電容量がなく、電荷を蓄えていないと判定された場合には、ステップ１６０に進む。

ステップ１６０では、発電機２０の発電量が増大する可能性が高い状態であるか否かが判定される。なお、本動作フローにおいては、発電機２０の発電量が増大する可能性が高い状態は、発電機２０が、充電可能な量の回生電力を発電する可能性が高い状態を意味する。発電機２０の発電量が増大する可能性が高い状態であるか否かは、発電機２０の発電量が増大する可能が高い状態にあると考えられる所定の条件を満たすか否かにより判定されてよい。所定の条件は、具体的には、車両が放電促進車速以上であるか、車両の変速機又はシフトレバーが減速レンジにあるときに回生可能車速以上であるか、又はバッテリ３０の蓄電量が低容量であるか、等の条件が挙げられる。

上述の所定条件の例において、放電促進車速は、車両速度が高い状態にあり、減速する可能性が高く、減速に備えて放電が促進される車速である。放電促進車速は、例えば、時速４０〜５０ｋｍ程度に設定されてもよい。

車両の変速機又はシフトレバーが減速レンジの場合とは、例えば、ＣＶＴ車の場合はＢレンジ、それ以外のガソリン車の場合はＬレンジ、２ｎｄレンジ等の場合を意味する。また、回生可能車速は、回生電力の蓄積が可能な最低限の車速であり、例えば、時速１０〜１５ｋｍ程度に設定されてもよい。車両が減速レンジにある場合には、その後に減速する可能性が高く、また回生可能な車速で走行しているので、減速時に回生電力を蓄積することができる。

バッテリ３０の蓄電量が低容量の場合は、回生電力の発生の可能性が高い状態というよりは、バッテリ３０側で充電可能な状態が整っているという状態を意味する。つまり、蓄電デバイス４０がバッテリ３０に電力を供給すべく放電した場合に、バッテリ３０側で電力の蓄積が可能な状態にあることを確認するための条件である。なお、バッテリ３０の蓄電量は、電流センサ８０により充放電電流を検出し、ＳＯＣ（State Of Charge）を算出することにより行われる。設定したＳＯＣの値よりも低い場合に、バッテリ３０の蓄電量が低容量であると判定するようにしてよい。

例えば、以上のような条件を満たした場合には、蓄電デバイス４０が蓄電の準備のために、急速な放電を行うことが望ましいと判定されることになる。その他にも、発電機２０の発電量が高くなると考えられるような条件があれば、適宜設定することができ、発電機２０の発電量が高くなる可能性が高い状態であると判定する所定条件は、用途に応じて種々定めることができる。

なお、これらの条件の判定は、充電判定手段として機能する充電制御ＥＣＵ７０で行うようにしてよい。充電制御ＥＣＵ７０が、かかる所定条件を満たす場合であるか否かを判定し、蓄電デバイス４０の充放電を制御する充電制御手段５０に充電制御の指令を送るようなネットワーク処理を行うことができる。また、充電制御ＥＣＵ７０とコントローラ５０を一体化させ、充電制御ＥＣＵ７０がコントローラ５０の機能を取り込んだ場合には、充電制御ＥＣＵ７０が充電判定動作及び蓄電デバイス４０の充電制御の双方を行うようにすればよい。また、逆に、充電制御ＥＣＵ７０からは、種々の状態データのみを送信し、コントローラ５０の方で、回生電力の発生の可能性が高い所定の条件を満たしたか否かの充電判定をも行うようにしてもよい。充電制御ＥＣＵ７０と、コントローラ５０とで、充電判定処理と充放電制御の機能をどのように受け持つかは、用途に応じて種々の態様とすることができる。

ステップ１２０において、発電機２０の発電量が増加する所定条件のいずれかが満たされた場合には、ステップ１３０に進み、所定条件のいずれも満たされなかった場合には、ステップ１４０に進む。

ステップ１３０では、蓄電デバイス４０に蓄えられた電荷が、バッテリ充電電圧、つまりバッテリ３０を充電することが可能なバッテリ充電電圧で放電され、処理フローを終了する。バッテリ充電電圧は、例えば、バッテリの放電電圧が１２．６〜１２．７Ｖ程度である場合には、それよりも高い電圧の１４．４Ｖ程度に設定されてよい。

図３は、図２に示した制御動作フローの、最終的な制御処理のパターンを示した図である。図３（Ａ）は、図２のステップ１３０に対応する動作の一例を示した図である。図３（Ａ）において、電気負荷１０と、発電機２０と、バッテリ３０と、蓄電デバイス４０の接続関係が示されている。

図３（Ａ）において、発電機２０の発電電圧は１２．５Ｖ、バッテリ３０の放電電圧は１２．６〜１２．７Ｖ、蓄電デバイス４０の放電電圧は１４．４Ｖに設定されており、蓄電デバイス４０から電気負荷１０及びバッテリ３０の双方に電力が供給されている。

一般に、発電機２０が発電する際には、バッテリ３０の放電電圧が低下した場合に、電気負荷１０に発電機２０から電力を供給するためのバッテリ電圧（例えば、１２．６〜１２．７Ｖ）よりもやや低いレベルの電圧（例えば、１２．５Ｖ）と、バッテリ３０に充電を行う際の上限の電圧となる２つのレベルの発電電圧（例えば、１４．８Ｖ）が設定されている。本ステップにおいては、蓄電デバイス４０は、発電機２０がバッテリ３０を充電する場合の上限として設定されている発電電圧付近で放電を行う。例えば、発電機２０がバッテリ３０を充電させるときの設定発生電圧が１４．８Ｖであれば、上述のような１４．２〜１４．８Ｖ程度で蓄電デバイス４０から放電を行うようにしてよく、図３（Ａ）においては、１４．４Ｖで放電を行っている。これにより、図３（Ａ）に示すように、蓄電デバイス４０から放電された電力は電気負荷１０及びバッテリ３０の双方に給電され、迅速な蓄電デバイス０４の放電が可能となる。このときの蓄電デバイス４０の放電電圧は、バッテリ３０の充電が可能な電圧であるので、バッテリ充電可能電圧と呼んでもよい。バッテリ充電可能電圧は、バッテリ３０に充電させることが可能な、バッテリ３０の放電電圧よりも高く、バッテリ３０の放電電圧よりも発電機２０の発生電圧の上限設定値の方に近い値に設定することができる。

この場合、蓄電デバイス４０の放電電圧が、電気負荷１０の駆動に足る１２．５〜１３Ｖ程度よりも相当に高く、２Ｖ近く高くなるので、バッテリ充放電損失により蓄電デバイス４０の放電効率は必ずしもよくない。しかしながら、ステップ１２０で判定した通り、この後に回生電力の発生が期待されるので、この電力を最大効率で回収すべく、蓄電デバイス４０に蓄えられた電力を迅速に放電する処理を行う。これにより、回生電力の回収効率を高め、結果として全体の充電効率を高めて燃費向上に寄与することができる。

なお、蓄電デバイス４０の放電電圧の設定は、コントローラ５０及びＤＣ／ＤＣコンバータ５１により行われてよい。

図２に戻る。ステップ１２０において、所定条件が満たされず、発電機２０の発電量が増加する可能性が高くないと判定された場合には、ステップ１４０に進む。そして、蓄電デバイス４０に蓄えられた電荷が、バッテリ放電電圧付近の、バッテリ電圧よりもやや高い電圧で放電され、処理フローを終了する。例えば、上述で挙げた例のように、バッテリ放電電圧が１２．６〜１２．７Ｖ程度の場合には、１３Ｖ程度で放電される。蓄電デバイス４０の放電電圧は、バッテリ放電電圧よりも高く、上述のバッテリ充電可能電圧よりも低く設定される。これにより、蓄電デバイス４０からの放電電流を、バッテリ３０の充電には用いず、電気負荷１０の駆動に用いることができる。なお、蓄電デバイス４０の放電電圧は、数値的な例としては、例えば、バッテリ３０の放電電圧より１Ｖ未満だけ高い電圧に設定されてもよく、バッテリ３０の放電電圧より０．５Ｖ未満だけ高い電圧に設定されてもよい。

図３（Ｂ）は、図２のステップ１４０の動作状態の一例を示した図である。図３（Ｂ）において、発電機２０の発電電圧は１２．５Ｖ、バッテリ３０の放電電圧は１２．６〜１２．７Ｖとなっており、蓄電デバイス４０の放電電圧は、１３Ｖの場合の例が示されている。この場合、蓄電デバイス４０の放電電圧は、バッテリ電圧よりもやや高い状態であるので、蓄電デバイス４０の放電電圧は、殆ど総てが電気負荷１０に供給される。このように、発電機２０の発電量が増加する可能性が高くない場合、又はバッテリ３０が低容量でない場合には、電気負荷１０にのみ給電を行う。この場合、放電電圧は、バッテリ電圧よりやや高いほぼ同程度の電圧であるので、必要以上に高電圧とされず、放電効率を高め、蓄えた電荷を高効率で使用することができる。

図２に戻る。ステップ１００において、車両が減速中であると判定された場合には、ステップ１５０に進む。

ステップ１５０においては、蓄電デバイス４０に充電がなされて処理フローを終了する。車両が減速中である場合には、回生電力が発生中であるので、蓄電デバイス４０の蓄電状態に関わらず、優先的に充電を行うという処理を行う。

図３（Ｃ）は、図２のステップ１５０の動作状態の一例を示した図である。図３（Ｃ）において、発電機２０の発生電圧は１４．８Ｖに設定されている。バッテリ電圧は、上述の通り１２．６〜１２．７Ｖ程度である。蓄電デバイス４０の電圧は、上述の１３Ｖ程度でもよいし、バッテリ電圧と同様の１２．６〜１２．７Ｖであってもよい。また、更に低い電圧に設定されてもよい。これにより、発電機２０から発生した回生電力は、バッテリ３０及び蓄電デバイス４０に供給されて充電される。このように、回生電力が発生した場合には、蓄電デバイス４０は速やかに充電可能状態をとり、回生電力の回収を行う。

図２に戻る。車両が減速中でなく、ステップ１１０において、蓄積デバイス４０に蓄電容量が無いと判定された場合には、ステップ１６０に進む。

ステップ１６０においては、蓄電デバイス４０の放電を停止し、バッテリ３０及び発電機２０から放電を行わせ、電気負荷１０に電力を供給するようにする。

図３（Ｄ）は、ステップ１６０の動作状態の一例を示した図である。図３（Ｄ）において、発電機２０及びバッテリ３０から電気負荷１０に電力が供給され、蓄電デバイス４０からは電力が供給されていない状態となっている。蓄電デバイス４０には、供給すべき電荷が蓄えられていないので、発電機２０及びバッテリ３０から電気負荷１０に給電が行われることになる。なお、この場合、例えば、発電機２０の発生電圧は１２．５Ｖ、バッテリの放電電圧は１２．６〜１２．７Ｖ程度であってよい。

このように、図２及び図３で説明したように、本実施例に係る電源装置は、回生電力を蓄積する蓄電デバイス４０に電荷が蓄えられている場合において、回生電力の発生により発電機の発電量が増加しそうなときには、放電効率が多少悪くなっても、速やかに蓄電デバイス４０を放電させて回生電力の回収に備え、回生電力が発生せず発電機の発電量が増加しそうにないときには、蓄電デバイス４０の電荷を高い放電効率で放電させることにより、回生電力の充放電効率を高め、燃費を向上させることができる。

図４は、本実施例に係る電源装置による回生電力効率の向上効果を説明するための図である。図４（Ａ）は、車両速度を示した図であり、図４（Ｂ）は、回生機会を示した図である。図４（Ｃ）は、本実施例に係る電源装置の蓄電デバイスの蓄電容量を、従来例との比較において示した図である。

図４（Ａ）において、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで車速が増加し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで同一速度で走行している。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間に車両が減速し、図４（Ｂ）に示すように、回生機会が生じる。このとき、図４（Ｃ）に示すように、蓄電デバイス４０に電荷が蓄えられて蓄電容量が増加する。

図４（Ａ）に示すように、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間において、車速が増加する。このとき、車速は放電促進車速以上であるので、図２のフローのステップ１２０の所定条件を満たしていることになる。よって、図４（Ｃ）に示すように、本実施例に係る電源装置は、時刻Ｔ４からＴ５の間に、図３（Ａ）で説明したように、蓄電デバイス４０に蓄えている電荷を、電気負荷１０及びバッテリ３０に供給するように放電する。よって、この時、蓄電デバイス４０の放電を急速に促し、蓄電デバイス４０の蓄電可能容量を増加させることができる。一方、従来技術の電源装置の制御においては、蓄電デバイス４０は、図３（Ｂ）で説明したように、常に電気負荷１０にのみ電力を供給する。よって、図４（Ｃ）に示すように、時刻Ｔ４〜Ｔ５においては、あまり放電がなされていない。

時刻Ｔ５から時刻Ｔ６において、図４（Ａ）に示すように、再び車両が減速し、図４（Ｂ）に示すように、回生の機会が発生する。このとき、図４（Ｃ）に示すように、本実施例に係る電源装置においては、時刻Ｔ４〜Ｔ５間において放電がなされているために、満充電までに多くの電力を回収することができる。一方、従来技術の電源装置の制御においては、時刻Ｔ５の時点で満充電に近い状態であるので、時刻Ｔ５〜Ｔ６の間においては、すぐに満充電となってしまい、折角の回生充電の機会を十分に生かすことができない。なお、図４（Ｃ）において、矢印で示した高低差が回生差Ｑとなる。

このように、本実施例に係る電源装置によれば、回生充電のような、発電機２０の発電量が高くなると予想される場合には、速やかに蓄電デバイス４０の蓄電電荷を放電させ、蓄電デバイス４０の蓄電可能容量を増加させることにより、効率の良い充電機会には確実に充電を行えるようにし、結果として全体の充電効率を高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、発電機と蓄電池の双方を用いる種々の電源装置に利用することができ、特に、回生充電を行う車両用電源装置に好適に利用することができる。

１０電気負荷
２０発電機
３０バッテリ
４０蓄電デバイス
５０コントローラ
５１ＤＣ／ＤＣコンバータ
６０蓄電デバイス充放電ユニット
７０充電制御ＥＣＵ
８０電流センサ
８１車速センサ
８２アクセルポジションセンサ
８３シフトポジションセンサ
９０通信回線

Claims

車両に搭載された電源装置であって、
電気負荷に接続された発電機と、
前記電気負荷及び前記発電機に接続された第１蓄電手段と、
前記電気負荷、前記発電機及び前記第１蓄電手段に接続された第２蓄電手段と、
前記第２蓄電手段の充放電を制御する充電制御手段と、を有し、
前記充電制御手段は、前記車両が減速中であるときには前記発電機から前記第１蓄電手段及び前記第２蓄電手段に電力を供給し、前記車両が減速中でなく、かつ前記第２蓄電手段の蓄電容量が所定容量未満のときには、前記発電機及び前記第１蓄電手段から前記電気負荷に電力供給を行うとともに前記第２蓄電手段からの電力の供給は行わず、前記車両が減速中でなく、前記第２蓄電手段の蓄電容量が所定容量以上であり、かつ前記発電機の発電量が高くなる可能性が高い所定の条件を満たしたときには前記第２蓄電手段から前記電気負荷及び前記第１蓄電手段に電力を供給し、前記所定の条件を満たさないときには前記第２蓄電手段から前記電気負荷のみに電力を供給するように前記発電機の発電及び前記第２蓄電手段の充放電を制御することを特徴とする電源装置。
前記充電制御手段は、前記電気負荷及び前記第１蓄電手段への電力の供給は、前記第２蓄電手段を前記第１蓄電手段の充電が可能な充電可能電圧で放電させることにより行い、前記電気負荷への電力の供給は、前記第２蓄電手段を前記第１蓄電手段の放電電圧より高く、前記充電可能電圧よりも低い電圧で放電させることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記第２蓄電手段は、前記第１蓄電手段より蓄電容量が小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
前記所定の条件は、前記車両が所定の放電促進車速以上であるか、変速機が減速レンジで前記車両が所定の回生可能車速以上であるか、又は前記第１蓄電手段の蓄電量が所定量以下である条件であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源装置。