JP2006152993A - 排気発電装置、及び電気系の管理方法 - Google Patents

排気発電装置、及び電気系の管理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 排気エネルギを有効に活用して発電を行うようにする。
【解決手段】 エンジンの動作点に応じて、発電機４による発電に必要なエンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で、排気発電機としての回転電機３による発電が可能な電力量（発電可能量）を決定し、この発電可能量に基づいてエンジンの出力を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気発電装置、及び電気系の管理方法に関するものである。
従来、ターボ過給装置で使用した排ガスエネルギの余剰分を活用して発電するターボ発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されているターボ発電装置は、ターボ過給装置と並列に配設される発電タービンと、この発電タービンに直結して発電を行う交流発電機とから構成される。発電タービンは、ターボ過給装置のガス圧が一定値以上になると開くウエストゲートバルブを通して流入する排気エネルギを吸収して回転する。この回転により、発電タービンに直結された交流発電機が発電を行う。
特開２０００−４５８１７号公報
上述したターボ発電装置は、ウエストゲートバルブを通して流入する排気エネルギを活用して発電を行うものであるが、このような、ウエストゲートバルブに流入するようなエンジン出力の大きい機会はあまり多くないため、排気エネルギを活用する効果が表れにくい。
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、排気エネルギを有効に活用して発電を行うことができる排気発電装置、及び電気系の管理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の排気発電装置は、
エンジンの駆動力を活用して発電を行う発電機と、
エンジンの排気エネルギを活用して発電を行う排気発電機と、
エンジンの動作点に応じて、発電機による発電に必要なエンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で、排気発電機による発電可能な電力量を示す発電可能量を決定する発電可能量決定手段と、を備えることを特徴とする。
本発明は、上述した、従来のターボ発電装置のような完全に捨てられていた排気エネルギのみ活用するのでなく、捨てられていない排気エネルギ、つまり、その排気エネルギを活用するとエンジンの燃料消費量が増加する場合の排気エネルギにも着目したものである。
この捨てられていない排気エネルギを活用する場合には、例えば、オルタネータによる発電等、他の発電方法との経済的な観点にも着目する必要がある。すなわち、ある電力量を発生する際、排気エネルギを活用して発電したときの消費燃料の量がエンジンの駆動力を活用して発電したときの消費燃料の量よりも多い場合には、排気エネルギを有効に活用しているとはいえない。
従って、本発明では、上述したように、エンジンの動作点（例えば、エンジン回転数、エンジン出力トルク等）に応じて、エンジンの駆動力を活用する発電機による発電に必要なエンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で、排気発電機による発電が可能な電力量（発電可能量）を決定する。そして、この発電可能量に基づいてエンジンの出力を制御することで、発電に必要なコストが抑制されるため、排気エネルギを有効に活用して発電を行うことができる。その結果、燃費向上が図れる。
請求項２に記載の排気発電装置によれば、発電可能量決定手段の決定した発電可能量をエンジンを制御するエンジン制御手段へ入力する入力手段を備えることを特徴とする。これにより、エンジン制御手段は、入力手段から入力された発電可能量に基づいてエンジンの出力を制御することができる。
請求項３に記載の排気発電装置によれば、発電可能量決定手段は、エンジンの出力が高いほど、発電可能量が多くなるように決定することを特徴とする。すなわち、エンジンの出力が高いほど排気エネルギは大きくなるため、排気発電として使うことのできるエネルギが多くなる。そして、この排気発電に使うことのできるエネルギが多ければ、発電可能量も多くなる。従って、エンジンの出力が高いほど、発電可能量が多くなるように決定することができる。
請求項４に記載の排気発電装置は、排気発電機の制御が不能になった場合に、排気発電機と電源バスとの接続を切断する切断手段と、を備えることを特徴とする。これにより、排気発電機の制御が不能となり、その結果、排気発電機の発電が過剰になって電源バスの電圧レベルを異常なレベルまで上昇させてしまう場合であっても、排気発電機と電源バスとの接続を切断することによって、電圧レベルの異常上昇を防ぐことができる。
請求項５に記載の排気発電装置は、発電機を制御する発電機制御手段と、
排気発電機を制御する排気発電制御手段と、
発電機制御手段、及び排気発電制御手段に対して指令を出す指示手段と、を備え、
発電機制御手段、及び排気発電制御手段は、指示手段からの電源バスの電圧指令に基づき制御することを特徴とする。
このように、２つの発電機を備える場合、例えば、発電機を電源バスの電圧管理のマスターとして活用し、排気発電機を電力管理として活用することで、２つの発電機による発電制御の干渉を排除することができる。
請求項６に記載の排気発電装置によれば、発電可能量決定手段は、電源バスの電圧レベルが所定レベルを超える場合、発電可能量を減らすことを特徴とする。これにより、排気発電過多による電源バスの電圧レベルの過度な上昇を防止することができる。
請求項７に記載の排気発電装置によれば、エンジン制御手段は、排気発電機が発電可能量を発電する際のエンジンの出力トルクの損失分を補償するように、エンジンへの出力トルク指令に出力トルク損失分を上乗せして制御することを特徴とする。これにより、排気発電によるエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。
請求項８に記載の電気系の管理方法は、エンジンの駆動力を活用して発電を行う発電機、及びエンジンの排気エネルギを活用して発電を行う排気発電機を含む複数の電力エネルギ供給元から電気負荷およびバッテリに給電する際、各電力エネルギ供給元の単位電力量当りのコストである電費、及び各電力エネルギ供給元の供給可能電力量の情報を取得乃至算出し、この情報に基づいて電力エネルギ供給元の給電割合や電気負荷又はバッテリの受電割合を電力エネルギが低減する方向に調整する電気系の管理方法であって、
排気発電機については、エンジンの動作点に応じて決定される排気発電機による発電可能な電力量を示す発電可能量を供給可能電力量とし、この供給可能電力量の発電に必要なエンジンの燃料増加量を電費とすることを特徴とする。
これにより、排気発電に関しても、他の電力エネルギ供給元と同様に、発電可能量と電費情報を出力し、配分指令に基づいて発電することで、電費の少ない電力を優先して利用できるようになる。
請求項９に記載の電源系の管理方法によれば、燃料増加量は、排気発電機により発電可能量を発電する際、発電を行わない状態と略同程度のエンジンの出力トルクとなるまで増加すべき燃料の量であって、発電可能量と燃料増加量との関係を示すマップ、或いはモデルを用いて燃料増加量を取得乃至算出することを特徴とする。これにより、エンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。
以下、本発明の排気発電装置、及び電気系の管理方法の実施態様について、図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明の排気発電装置を第１の実施形態として説明し、本発明の電源系の管理方法を第２の実施形態として説明する。なお、本発明は、下記の実施態様に限定されるものでなく、本発明の技術思想を公知の技術又はそれと同等機能をもつ技術の組み合わせにより実現してもよいことは言うまでもない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の排気発電装置の電機系統を示すブロック図である。電動ターボチャージャ１は、ターボチャージャ２と、ターボチャージャ２の回転軸と直結された交流回転電機である回転電機３とから構成される。
ターボチャージャ２は、回転電機３からの電動力により駆動してエンジン（図示せず）の吸入空気の圧縮を行うとともに、回転電機３からの電動力を受けていない場合には、エンジンの排気エネルギを吸収して回転する。この回転力により回転電機３が発電（排気発電）を行う。
インバータ６は、電源バス７から給電される直流電力を交流電力に変換して回転電機３に給電して回転電機３を電動動作させるとともに、回転電機３が発電した交流電力を整流して電源バス７に供給する。
発電機４は、整流器付き励磁コイル式三相同期発電機であり、エンジンの駆動力を活用して発電を行う。バッテリ５は、回転電機３や発電機４によって発電された電力により充電される。電源バス７は、発電機４、バッテリ５、インバータ６、及び図示しない多数の電気負荷に接続され、バッテリ５や電気負荷への給電を可能にする。
コントローラ８は、主としてマイクロコンピュータによって構成される。コントローラ８は、発電機４の励磁電流の制御を行う発電機制御部、エンジンの出力を制御するエンジン制御部、電源バス接続装置９の接続／切断を制御する接続／切断制御部、インバータ６により回転電機３を制御する排気発電制御部、及び各制御部に対して指令を出す指示部等の機能を備えている。発電機制御部、及び排気発電制御部は、指示部からの電源バス７の電圧指令に基づき発電機４を制御する。
このように、２つの発電機を備える場合には、例えば、発電機４を電源バス７の電圧管理のマスターとして活用するように発電機４を制御し、排気発電機としての回転電機３を電力管理として活用するようにエンジンの出力を制御することで、２つの発電機による発電制御の干渉を排除することができる。
電源バス接続装置９は、インバータ６と電源バス７との接続を切断するために用いられ、回転電機３の制御が不能になった場合に、回転電機３に接続されるインバータ６と電源バス７との接続を切断する。
これにより、回転電機３の制御が不能となり、その結果、回転電機３の発電が過剰になって電源バス７の電圧レベルを異常なレベルまで上昇させてしまう場合であっても、回転電機３と電源バス７との接続を切断することによって、電源バス７の電圧レベルの異常上昇を防ぐことができる。
このような構成の本実施形態の排気発電装置は、上述したように、従来のターボ発電装置のような完全に捨てられていた排気エネルギのみ活用するのでなく、捨てられていない排気エネルギ、つまり、その排気エネルギを活用するとエンジンの燃料消費量が増加する場合の排気エネルギにも着目したものである。
この捨てられていない排気エネルギを活用する場合には、例えば、オルタネータによる発電等、他の発電方法との経済的な観点にも着目する必要がある。すなわち、ある電力量を発生する際、排気エネルギを活用して発電したときの消費燃料の量がエンジンの駆動力を活用して発電したときの消費燃料の量よりも多い場合には、排気エネルギを有効に活用しているとはいえない。
従って、本実施形態では、エンジンの動作点（例えば、エンジン回転数、エンジン出力トルク等）に応じて、発電機４による発電に必要なエンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で、排気発電機としての回転電機３による発電が可能な電力量（発電可能量）を決定し、この発電可能量に基づいてエンジンの出力を制御する。
以下、排気発電によって発電する発電量を決定する発電量決定処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。本処理は、コントローラ８において実行されるものである。
先ず、ステップ（以下、Ｓと記す）１０２では、エンジンの現在の動作点（エンジン動作点）を読み込む。本実施形態では、エンジン回転数（Ｎｅ）とエンジン出力トルク（Ｔｅ）をエンジン動作点として扱っているが、エンジン出力トルク（Ｔｅ）の代わりに吸入空気量やエンジン筒内圧等で代用するようにしてもよい。
Ｓ１０４では、図３に示すエンジン動作点に対応した排気発電マップから、発電参照量（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｒｅｆ）を読み込む。同図に示す排気発電マップは、エンジンの駆動状態を示すエンジン動作点であるエンジン回転数（Ｎｅ）とエンジン出力トルク（Ｔｅ）との関係から、発電機４による発電に必要なエンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で回転電機３による排気発電可能な電力量を示す発電可能量、すなわち、発電参照量（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｒｅｆ）を予め算出し、マップ化したものである。
なお、図３示す排気発電マップでは、エンジンの出力が高いほど、発電可能量を多くしている。すなわち、エンジンの出力が高いほど排気エネルギは大きくなるため、排気発電として使うことのできるエネルギが多くなる。この排気発電に使うことのできるエネルギが多ければ、発電可能量も多くなる。従って、エンジンの出力が高いほど、発電可能量が多くなるように決定することができる。
また、エンジンの出力が更に高くなり、ターボチャージャ２のガス圧が一定値以上になってウエストゲートバルブを通して排気をバイパスさせるような状況では、追加燃料なしでも発電可能になる。
Ｓ１０６では、電源バス７のバス電圧（ＶＢ）を測定し、この測定値が設定した上限値（ＶＢ＿ｍａｘ）よりも小さいか否かを判定する。この上限値（ＶＢ＿ｍａｘ）は、発電機４の電圧調整値よりも大きな値である。
ここで、バス電圧（ＶＢ）が上限値（ＶＢ＿ｍａｘ）よりも小さい場合には、Ｓ１０８へ処理を進め、バス電圧（ＶＢ）が上限値（ＶＢ＿ｍａｘ）以上の場合には、Ｓ１１４へ処理を移行する。
Ｓ１０８では、補正電力（Ｐｋ）に所定電力量（Δｋ：数ワット程度）を加算し、Ｓ１１０では、補正電力（Ｐｋ）が０以上であるか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合には、Ｓ１１２において補正電力（Ｐｋ）を０にセットし、否定判定される場合には、補正電力（Ｐｋ）の値を保持したまま、Ｓ１１６へ処理を移行する。一方、Ｓ１１４では、バス電圧（ＶＢ）が上限値（ＶＢ＿ｍａｘ）以上であるため、補正電力（Ｐｋ）から所定電力量（Δｋ）だけ減算し、Ｓ１１６へ処理を進める。
Ｓ１１６では、排気発電指令（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｃｏｍ）を次式により算出する。
（数１）
排気発電指令（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｃｏｍ）＝発電参照量（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｒｅｆ）＋補正電力（Ｐｋ）
これにより、バス電圧（ＶＢ）が上限値（ＶＢ＿ｍａｘ）以上の場合には、発電参照量（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｒｅｆ）から補正電力（Ｐｋ）だけ減らした電力量を排気発電指令（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｃｏｍ）とすることができるため、排気発電過多による電源バス７の電圧レベルの過度な上昇を防止することができる。
このように、バス電圧７に応じて排気発電指令（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｃｏｍ）を変更することにより、発電機４の電圧制御と協調して排気発電制御が可能になる。Ｓ１１８では、Ｓ１１６で算出した排気発電指令（Ｐ＿ｇ＿ｅｘ＿ｃｏｍ）を排気発電によるエンジン出力トルクの損失分（Ｔ＿ｇ＿ｌｏｓｓ）に換算する。
Ｓ１２０では、このエンジン出力トルクの損失分（Ｔ＿ｇ＿ｌｏｓｓ）を補償するためのトルク補償指令を出す。このトルク補償指令はエンジン制御部に入力され、エンジン制御部は、エンジンへの出力トルク指令にエンジン出力トルクの損失分（Ｔ＿ｇ＿ｌｏｓｓ）を上乗せして制御する。これにより、排気発電によるエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。
このように、本実施形態の排気発電装置は、エンジンの動作点に応じて、発電機４による発電に必要なエンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で、回転電機３による発電可能量を決定し、この発電可能量に基づいてエンジンの出力を制御する。これにより、発電に必要なコストが抑制されるため、排気エネルギを有効に活用して発電を行うことができる。その結果、燃費向上が図れる。
（変形例）
本実施形態では、エンジン動作点として、エンジン回転数（Ｎｅ）とエンジン出力トルク（Ｔｅ）を用いているが、エンジン出力トルク（Ｔｅ）の代替としてエンジンのピストンの平均有効圧を用いたり、また、車速、駆動トルク、変速段（比）を用いたりしてもよい。
（第２の実施形態）
本実施形態では、本発明の電源系の管理方法を採用する車両用電源装置について説明する。なお、本実施形態の車両用電源装置の構成、及び電力管理方法は、本出願人によって出願された特開２００４−２６０９０８号公報に開示されている車両用電源装置の実施態様と共通する部分が多いため、その共通する部分についての説明は簡略（或いは省略）し、主に異なる部分について説明する。
（全体装置構成）
本実施形態の車両用電源装置を備えた車両の電気系を示すブロック図を図４に示す。エンジン１０１は、ベルト１０７により発電機１０２に連結されている。発電機１０２は、電源線１０８を通じてバッテリ１０３および負荷制御手段１１０ａ〜１１０ｅに接続されている。
電動ターボチャージャ１２０は、第１の実施形態で説明したように、エンジンの排気エネルギを吸収して回転するターボチャージャ、ターボチャージャの回転軸と直結された回転電機から構成される。この回転電機が発電した交流電力は、図示しないインバータにより整流されて電源線（電源ライン）１０８に電力が供給される。
負荷制御手段１１０ａは負荷１１１ａ１〜１１１ａ３の給電制御を、負荷制御手段１１０ｂは負荷１１１ｂ１〜１１１ｂ３の給電制御を、負荷制御手段１１０ｅは負荷１１１ｅ１〜１１１ｅ３の給電制御を行う。
エンジン制御手段１０４は、エンジン１０１の制御を行うための制御装置であって、電源制御手段１０５と接続されており、エンジン１０１の種々の状態を検出するセンサ（図示せず）によって検出されたエンジン回転数等種々の情報を電源制御手段１０５に送信するとともに、電源制御手段１０５からの指令にしたがってエンジン１０１の出力を増減する。
電源制御手段１０５は、発電機１０２、バッテリ１０３、電動ターボチャージャ１２０や電源ライン１０８などの状態を監視し、発電機１０２を制御する発電機制御手段１１２、及び電動ターボチャージャ１２０を制御する排気発電制御手段１２１を通じて発電機１０２や電動ターボチャージャ１２０を制御する。電源制御手段１０５は、発電機制御手段１１２と接続されており、発電機１０２、及び電動ターボチャージャ１２０の発電電力は、電源制御手段１０５からの指令により制御される。
発電機制御手段１１２は、発電機１０２の現在の発電電力や発電機１０２の回転数などの発電機情報を電源制御手段１０５に送信する。電源制御手段１０５にはバッテリ電流センサ１０７、負荷電流センサ１０９、バッテリ温度センサ１１３、バッテリ電圧センサ（図示せず）が接続されており、バッテリの入出力電流、負荷電流、バッテリ温度、バッテリ電圧を受け取る。
排気発電制御手段１２１は、電動ターボチャージャ１２０を制御するものであり、電源制御手段１０５と接続される。
電源制御手段１０５は、多重信号伝送線路１０６を通じて負荷制御手段１１０ａ〜１１０ｂに接続されており、これら負荷制御手段１１０ａ〜１１０ｂと多重通信により双方向に情報を授受する。また、発電機制御手段１１２は、図示しない車両コントローラから入力される車両制動情報を受け取り、車両制動情報により認識した車両制動量に相当する値に発電機１０２の発電電力を制御するため、発電機１０２の界磁電流を増加させて回生制動を行い、必要な車両制動量（回生制動量）を発生する。
なお、上記車両コントローラは、たとえば図示しないブレーキ踏み量センサなどの制動操作手段の操作量に相当する車両制動量を演算し、この車両制動量から上記回生制動量を差し引いた制動量を発生させるべく、図示しない油圧ブレーキ装置の制御部に指令する。
なお、発電機制御手段１１２は、回生制動における発電電力の増加量を、発電機１０２の最大発電可能電力の範囲内で決定し、かつ、バッテリの最大充電可能電力値（最大充電電力値）の範囲内にて設定する。すなわち、発電機制御手段１１２は、発電機１０２の発電を制御し、バッテリ１０３の充放電を制御し、各電気負荷の消費電力を制御する。
（電力管理）
次に、電源制御手段１０５により実施される上記電気系の電力管理について、図５に示す説明図を参照して説明する。この電力管理は、（１）電力発生管理と、（２）電力消費管理とからなる。
（１）電力発生管理
電力発生管理は、電力供給を行う複数の供給元から実際の供給元およびその発生電力（供給電力）の大きさを決定（配分）し、それを電力を供給する供給元に指令する作業である。
供給元としては、エンジン１０１、回生制動装置、バッテリ１０３、他電源（図示せず）、及び電動ターボチャージャ１２０などを含むことができる。電力エネルギの供給先としての回生制動装置は、回生制動時における発電機１０２とそれを制御する発電機制御手段１１２とにより構成される。以下において、単位電力量当たりの費用を電力コスト（電費）と称するものとする。
供給元としてのエンジンは、発電機１０２を通じて電源ライン１０８に電力を供給する。したがって、エンジン動力により発生する電力のコストであるエンジン電力コストは、発電の為に増加する燃料増加分に対する発電電力量から算出する。
供給元としての回生制動装置は、その一部を構成する発電機１０２を通じて電源ライン１０８に接続される。回生制動装置が発生する回生電力のコスト（回生電力コスト）は、この実施例では簡単化のためにバッテリ消耗などの要素を無視してコスト０と算定される。
供給元としての他電源は、車載バッテリ系など図４に示す電気系以外の電気系電気自動車の様に駐車時に接続される商用電源系などを意味する。例えば、ハイブリッド車は通常、高電圧バッテリと低電圧バッテリとを有しており、高電圧バッテリが接続された図４の電気系にて電力供給が不足する場合に低電圧バッテリ系からＤＣ−ＤＣコンバータを通じて電力を供給することができる。他電源の電力コストは、これら低電圧バッテリの充電コストに充放電効率やＤＣ−ＤＣコンバータの効率を掛け合わせて求めることができる。
供給元としての排気発電は、電動ターボチャージャ１２０を通じて電源ライン１０８に電力を供給する。エンジンの排気エネルギを活用することで発生する電力のコスト（排気発電コスト）は、単位電力量の発電に必要なエンジンの燃料増加量となる。この排気発電における電力コストは、エンジン出力が高い程小さく、所定以上のエンジン出力でターボチャージャのウエストゲートで捨てている排気エネルギは、電費ゼロと換算することができる。
バッテリ１０３は、発電機１０２を通じてエンジン１０１から、上記回生制動装置から、電動ターボチャージャ１２０から、更に外部電源から供給（充電）された電力により電源ライン１０８を通じて充電される。
従って、バッテリ１０３が供給する電力のコストであるバッテリ電力コストは、時間的にエンジン電力コスト、買電コスト、回生電力コスト、排気発電コストの割合に依存している。そこで、この実施例では、バッテリ電力コストを、バッテリ１０３に現在まで充電されてきた電力エネルギのコストをできるだけ忠実に反映するように、バッテリ１０３の充放電履歴に伴って変動する充電コストの移動平均とする。
（２）電力消費管理
電力消費管理は、電力消費（蓄積）を行う複数の供給先（消費先）のうち実際に電力（消費電力）を供給すべき供給先や電力（消費電力）の大きさの決定（配分）し、それを供給先に指令する作業である。
供給先としては、各電気負荷１１１ａ１〜１１１ｅ３と、バッテリ１０３（充電）とがあげられ、その他、場合によっては図示しない低電圧バッテリもあげられる。なお、簡単にわかるように、バッテリ１０３は供給先（充電時）と供給元（放電時）とのどちらかとしても存在することができ、同時に両方の機能を果たすことはできない。また、上記電力管理において、系への供給電力の大きさと系の消費電力の大きさとは誤差や無視する損失を除いて常に一致している。
電源制御手段１０５は、バッテリ１０３の充電要求電力と各電気負荷１１１ａ１〜１１１ｅ３の負荷要求電力との合計である系の全要求電力と、系が現在発生可能な電力である全発生可能電力とに基づいて、全発生可能電力が全要求電力以上の場合には全要求電力に相当する全発生可能電力を発生し、全発生可能電力が全要求電力より未満の場合には全発生可能電力に等しい全要求電力を発生するか、又は、全要求電力を全発生可能電力の最大値に見合うまで切り下げる。
このような電力管理は、電力制御手段１０５中の配分指令部２００による供給元や供給先への供給指令や消費指令により具体的になされる。配分指令部２００は、供給先（消費先）である各電気負荷１１１ａ１〜１１１ｅ３の要求電力とバッテリへの充電電力からなる要求電力（消費電力）に対し、電力供給先であるエンジン発電、回生発電、バッテリ放電、他電源、排気発電からの電力供給を指令する。
配分指令部２００は、供給可能電力（供給可能量ともいう）とその電力コスト（供給電費）に関する情報を保持している。具体的には、エンジン発電の場合は、エンジンの現在回転数における最大供給可能電力量とそれを発電する時の燃費および推奨供給電力とそれを発電する時の燃費とを保持する。
回生発電の場合は、回生制動装置から指令を受けた発電電力とその時の燃費（＝０）とを保持する。バッテリ放電の場合は、バッテリの放電可能電力（温度や残存容量、劣化状態で変わる）と過去の充電履歴に基く平均電費を保持し、他電源供給では他電源の供給可能電力と、その電費とを保持している。
排気発電の場合は、エンジンの現在の動作点（エンジン回転数とエンジン出力トルク）に応じて決定される排気発電による発電可能な電力量を供給可能電力量とし、この供給可能電力量の発電に必要なエンジンの燃料増加量を保持している。
この燃料増加量は、排気発電により上記供給可能電力量を発電する際、発電を行わない状態と略同程度のエンジンの出力トルクとなるまで増加すべき燃料の量を示している。なお、本実施形態では、図示しない供給可能電力量と燃料増加量との関係を示すマップ、或いはモデルを用いて、この燃料増加量を取得乃至算出する。これにより、排気発電と同期するエンジン制御を実現が可能となり、エンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。
配分指令部２００は、各電機負荷の要求電力（負荷要求電力）を把握し、負荷へ実際に供給する負荷電力指令値を決定する。次に、この決定した負荷電力指令値に一致する供給電力を各供給元へ配分する。この配分においては、電費が低い供給元への配分が優先される。各供給元では、この配分指令に基づいて発電することで、電費の少ない電力が優先して利用され、その結果結果、電力コストの低減が実現される。
第１の実施形態に係わる、排気発電装置の電機系統を示すブロック図である。 排気発電による発電量決定処理の流れを示すフローチャートである。 エンジン動作点に対応した排気発電マップを示す図である。 第２の実施形態に係わる、車両用電源装置を備えた車両の電気系を示すブロック図である。 第２の実施形態に係わる、電源系の管理方法を示す説明図である。
符号の説明
１ 電動ターボチャージャ（電動過給機）
２ ターボチャージャ
３ 回転電機
４ 発電機
５ バッテリ
６ インバータ
７ 電源線
８ コントローラ
９ 電源バス接続装置

Claims (9)

  1. エンジンの駆動力を活用して発電を行う発電機と、
    前記エンジンの排気エネルギを活用して発電を行う排気発電機と、
    前記エンジンの動作点に応じて、前記発電機による発電に必要な前記エンジンの燃料増加量よりも少ない燃料増加量で、前記排気発電機による発電可能な電力量を示す発電可能量を決定する発電可能量決定手段と、を備えることを特徴とする排気発電装置。
  2. 前記発電可能量決定手段の決定した発電可能量を前記エンジンを制御するエンジン制御手段へ入力する入力手段を備えることを特徴とする請求項１記載の排気発電装置。
  3. 前記発電可能量決定手段は、前記エンジンの出力が高いほど、前記発電可能量が多くなるように決定することを特徴とする請求項１又は２記載の排気発電装置。
  4. 前記排気発電機の制御が不能になった場合に、前記排気発電機と電源バスとの接続を切断する切断手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の排気発電装置。
  5. 前記発電機を制御する発電機制御手段と、
    前記排気発電機を制御する排気発電制御手段と、
    前記発電機制御手段、及び前記排気発電制御手段に対して指令を出す指示手段と、を備え、
    前記発電機制御手段、及び前記排気発電制御手段は、前記指示手段からの電源バスの電圧指令に基づき制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の排気発電装置。
  6. 前記発電可能量決定手段は、前記電源バスの電圧レベルが所定レベルを超える場合、前記発電可能量を減らすことを特徴とする請求項４又は５記載の排気発電装置。
  7. 前記エンジン制御手段は、前記排気発電機が前記発電可能量を発電する際の前記エンジンの出力トルクの損失分を補償するように、前記エンジンへの出力トルク指令に前記出力トルク損失分を上乗せして制御することを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の排気発電装置。
  8. エンジンの駆動力を活用して発電を行う発電機、及び前記エンジンの排気エネルギを活用して発電を行う排気発電機を含む複数の電力エネルギ供給元から電気負荷およびバッテリに給電する際、前記各電力エネルギ供給元の単位電力量当りのコストである電費、及び前記各電力エネルギ供給元の供給可能電力量の情報を取得乃至算出し、該情報に基づいて前記電力エネルギ供給元の給電割合や前記電気負荷又は前記バッテリの受電割合を電力エネルギが低減する方向に調整する電気系の管理方法であって、
    前記排気発電機については、前記エンジンの動作点に応じて決定される前記排気発電機による発電可能な電力量を示す発電可能量を前記供給可能電力量とし、この供給可能電力量の発電に必要な前記エンジンの燃料増加量を前記電費とすることを特徴とする電気系の管理方法。
  9. 前記燃料増加量は、前記排気発電機により前記発電可能量を発電する際、発電を行わない状態と略同程度のエンジンの出力トルクとなるまで増加すべき燃料の量であって、前記発電可能量と前記燃料増加量との関係を示すマップ、或いはモデルを用いて前記燃料増加量を取得乃至算出することを特徴とする請求項８記載の電気系の管理方法。
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