JP2008054484A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電制御に必要な付帯機器を備えることなく、蓄電手段に空き容量を確保して回生電力を無駄なく充電し、省燃料化を図ることができる車両用電源装置を提供する。
【解決手段】エンジンにより駆動されて発電すると共に、車両が制動された場合に電力回生を行う発電機５０と、発電機５０に並列接続されたバッテリ１、キャパシタ３及び第２負荷４とを備える車両用電源装置に、発電機５０及びバッテリ１からなる回路、並びにキャパシタ３及び第２負荷４からなる回路の間を入／切するスイッチ６と、車両の制動を検知する検知手段と、検知手段が車両の制動を検知した場合、スイッチ６を入にする手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源装置に関し、特に車両が制動された場合に電力回生を行う発電機、及び該発電機に並列接続された複数の蓄電手段を備えた車両用電源装置に関する。

図８は、従来の車両用電源装置の構成を示すブロック図である。従来の車両用電源装置は発電機５を備えている。発電機５は、エンジンにより駆動されて発電すると共に、車両が制動された場合に走行車両の運動エネルギーを電力回生することによってバッテリ１を充電し、バッテリ１に充電された電力を、車両に搭載された各種負荷２に供給するように構成されている。
このように構成された車両用電源装置においては、走行車両の運動エネルギーを用いてバッテリ１を充電することができるため、省燃料化を図ることができる。

また、車両用電源装置は、充電回路１４を備えている。充電回路１４は、バッテリ１に回生電力充電用の空き容量を確保すべく、車両が制動されていない場合にバッテリ１が満充電状態にならないように充電制御を行う。
車両が制動された場合にバッテリ１が満充電状態にあると、回生電力が充電されないが、充電回路１４を備えているため、空き容量を確保して回生電力を無駄なく充電することができ、より効果的に省燃料化を図ることができる。

一方、充放電特性の異なるバッテリ及び回生用蓄電池を備えた２バッテリ型の車両用電源装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に係る車両用電源装置においては、回生電力の充電に適した回生用蓄電池を選択することにより、より効果的に省燃料化を図ることができる。
特開２００６−６０８８３号公報

しかしながら、上述の充電制御を行う場合、電流センサ、温度センサ等の付帯機器が必要であり、高コストになるという問題があった。
また、鉛蓄電池のようなバッテリに空き容量を確保した場合、サルフェーションによりバッテリが劣化するという問題があった。

一方、特許文献１に係る車両用電源装置においては、回生用蓄電池の充電制御を行っていないため、回生電力を効率的に充電することができないという問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発電機に並列接続された第１蓄電手段、第２蓄電手段及び負荷と、車両の非制動時には第２蓄電手段及び負荷を発電機及び第１蓄電手段から切断し、車両の制動時には第２蓄電手段及び負荷を発電機及び第１蓄電手段に接続するスイッチとを備えることにより、充電制御に必要な付帯機器を備えることなく、第２蓄電手段に空き容量を確保して回生電力を無駄なく充電し、省燃料化を図ることができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、スイッチを半導体トランジスタで構成することにより、機械式のスイッチを備える場合に比べてより小型化することができる車両用電源装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、第１蓄電手段と第２蓄電手段との間に介装された電気抵抗器を備えることにより、第１蓄電手段及び第２蓄電手段が接続された際に、第１蓄電手段の電圧が降下することを防ぐことができる車両用電源装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、負荷を第１蓄電手段又は第２蓄電手段に選択的に接続する切換スイッチを備え、車両が制動されていない場合、発電機から切断された第２蓄電手段の電圧を検出し、該電圧が閾値電圧未満のとき、負荷を第１蓄電手段に接続するように構成することにより、第２蓄電手段から負荷への放電により回生電力充電用の空き容量を確保すると共に、放電によって第２蓄電手段の電圧が閾値電圧未満になった場合であっても、負荷に閾値電圧以上の電力を供給することができる車両用電源装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、切換スイッチを半導体トランジスタで構成することにより、機械式の切換スイッチを備える場合に比べてより小型化することができる車両用電源装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、第２蓄電手段をキャパシタで構成することにより、第１蓄電手段及び第２蓄電手段の劣化を招くことなく、省燃料化を図ることができる車両用電源装置を提供することにある。

本発明に係る車両用電源装置は、車両が制動された場合に電力回生を行う発電機と、該発電機に並列接続された第１蓄電手段、第２蓄電手段及び負荷とを備える車両用電源装置において、前記発電機及び前記第１蓄電手段からなる回路、並びに前記第２蓄電手段及び前記負荷からなる回路の間を入／切するスイッチと、車両の制動（又は非制動）を検知する検知手段と、該検知手段が車両の制動（又は非制動）を検知した場合、前記スイッチを入（又は切）にする手段とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、検知手段が車両の制動を検知していない場合、又は検知手段が車両の非制動を検知した場合、スイッチを切にする。スイッチが切の場合、発電機及び第１蓄電手段と、第２蓄電手段及び負荷との間が切断される。従って、第２蓄電手段に充電された電力は負荷に供給され、第２蓄電手段には回生電力充電用の空き容量が確保される。
次いで、検知手段が車両の制動を検知した場合、又は検知手段が車両の非制動を検知していない場合、スイッチを入にする。スイッチが入の場合、発電機及び第１蓄電手段と、第２蓄電手段及び負荷とが導通する。第２蓄電手段には、車両が制動される前に空き容量が確保されているため、発電機で発生した回生電力は第２蓄電手段に充電される。
よって、スイッチの入／切させることにより、回生電力を無駄なく第２蓄電手段に充電することができる。

本発明に係る車両用電源装置は、前記スイッチは半導体トランジスタであることを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチは半導体トランジスタにて構成されているため、機械式のスイッチに比べて、小型である。

本発明に係る車両用電源装置は、前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間に直列接続された電気抵抗器を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、第１蓄電手段と第２蓄電手段との間には電気抵抗器が介装されているため、第１及び第２蓄電手段の充放電の過途現象に関する時定数は、電気抵抗器が介装されていない場合に比べて大きい。従って、スイッチが入になった場合における第１蓄電手段の電圧の降下は、電気抵抗器が介装されていない場合に比べて緩やかである。

本発明に係る車両用電源装置は、前記負荷に前記第１蓄電手段又は前記第２蓄電手段を選択的に接続する切換スイッチと、前記第２蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧及び閾値電圧を比較する比較手段とを備え、前記切換スイッチは、前記電圧が前記閾値電圧未満である場合、前記負荷及び前記第１蓄電手段を接続するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、比較手段は、電圧検出手段が検出した第２蓄電手段の電圧と、閾値電圧とを比較する。そして、前記電圧が閾値電圧未満である場合、切換スイッチは、負荷と第１蓄電手段とを接続する。
従って、第２蓄電手段の電圧が閾値電圧未満になった場合であっても、負荷には閾値電圧以上の電圧を供給することができる。

本発明に係る車両用電源装置は、前記切換スイッチは半導体トランジスタであることを特徴とする。

本発明にあっては、切換スイッチは半導体トランジスタにて構成されているため、機械式の切換スイッチに比べて小型である。

本発明に係る車両用電源装置は、前記第２蓄電手段はキャパシタであることを特徴とする。

本発明にあっては、車両が制動されていない場合、第２蓄電手段には、空き容量が確保されるが、第２蓄電手段はキャパシタであるため、鉛蓄電池のように劣化することはない。

本発明によれば、充電制御に必要な付帯機器を備えることなく、回生電力を第２蓄電手段に無駄なく充電し、省燃料化を図ることができる。

本発明によれば、機械式のスイッチを備える車両用電源装置に比べて、小型化することができる。

本発明によれば、第１蓄電手段及び第２蓄電手段が接続された際に、第１蓄電手段の電圧が降下することを防ぐことができる。

本発明によれば、第２蓄電手段から負荷への放電により回生電力充電用の空き容量を確保すると共に、放電によって第２蓄電手段の電圧が閾値電圧未満になった場合であっても、負荷に閾値電圧以上の電力を供給することができる。

本発明によれば、機械式の切換スイッチを備える車両用電源装置に比べて、小型化することができる。

本発明によれば、第１蓄電手段及び第２蓄電手段の劣化を招くことなく、省燃料化を図ることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態１に係る車両用電源装置は、エンジンにより駆動されて発電すると共に、車両が制動された場合に電力回生を行う発電機５０、発電機５０に並列接続されたバッテリ１、電気２重層のキャパシタ３等を備えており、回生電力を無駄なく充電するための空き容量を回路の入切によってキャパシタ３に確保するように構成されている。

発電機５０は、レギュレータ５１を備えた３相の交流発電機であり、発電した交流電力を図示しない整流回路にて直流の電力に整流し、整流された電力の電圧をレギュレータ５１にて所定電圧に調整して出力する。発電機５０の正極端子には、バッテリ１の正極端子、第１負荷２等が接続されている。

バッテリ１は、例えば１２Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池であり、バッテリ１の負極端子は接地されている。

また、発電機５０の正極端子には、直列接続された第１スイッチ６及び第２スイッチ７を介してキャパシタ３の正極端子が接続されている。第１スイッチ６及び第２スイッチ７はリレーで構成されており、第１スイッチ６及び第２スイッチ７の入切は、制御部１０にて制御されるように構成されている。
第２スイッチ７には、電気抵抗器９が並列接続されている。電気抵抗器９は、スイッチが入になった場合にバッテリ１からキャパシタ３へ電流が流れ、バッテリ１の電圧が降下することを防ぐための素子である。
キャパシタ３は、車両が制動された場合に発電機５０が発電した回生電力を充電するための蓄電手段であり、車両が所定の速度から１回減速する際に回生される電力を充電できる容量、例えば５０Ｆ〜１００Ｆの容量を有している。キャパシタ３の負極端子は、接地されている。

また、キャパシタ３の正極端子には、切換スイッチ８のキャパシタ側切換端８ｂに接続され、バッテリ１の正極端子は、切換スイッチ８のバッテリ側切換端８ａに接続されている。切換スイッチ８の共通端子８ｃは、第２負荷４の一端側に接続されており、第２負荷４の他端は接地されている。第２負荷４は、第１負荷２に比べて電圧変動の影響を受けにくいファン、ヒータ、ＨＩＤ等である。

制御部１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、計時部等を有するマイクロコンピュータからなり、第１及び第２スイッチ６、７を入切すると共に、切換スイッチ８を切り換える機能を有している。また、制御部１０は、発電機５０の出力電圧をレギュレータ５１にて制御するように構成されている

また、制御部１０には、ブレーキ検出部１１、車速検出部１２、及び電圧検出部１３が接続されている。ブレーキ検出部１１は、車両のブレーキパッドが操作された場合、ブレーキ信号を制御部１０に与える。車速検出部１２は、例えば車輪と共に回転する歯車、該歯車の歯先に対向配置されたコイル等を備えており、パルスピックアップにて車両の速度を検出して、検出結果を制御部１０に与える。電圧検出部１３は、キャパシタ３の電圧を検出し、検出結果を制御部１０に与える。

図２は、車両が制動された場合の充電に係る制御部１０の処理手順を示すフローチャート、図３及び図４は、充電処理過程における車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
制御部１０は、車速検出部１２から車両の速度を取得する（ステップＳ１１）。次いで、制御部１０は、取得した車両の速度が第１所定速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。第１所定速度は、回生電力を得るために必要な速度であり、制御部１０が記憶している。

取得した速度が第１所定速度以上であると判定した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部１０は、ブレーキ信号が入力しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。ブレーキ信号を入力していないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、又はステップＳ１２で速度が第１所定速度未満であると判定した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部１０は、処理をステップＳ１１へ戻す。

ブレーキ信号が入力したと判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御部１０は、図３に示すように、第１スイッチ６を入にし（ステップＳ１４）、第２スイッチ７を切にする（ステップＳ１５）。そして、制御部１０は、切換スイッチ８をキャパシタ側切換端８ｂに接続する（ステップＳ１６）。

次いで、制御部１０は、制御信号をレギュレータ５１に与えることにより、発電機５０が所定の電圧を出力するように出力電圧を上昇させる（ステップＳ１７）。
車両の速度が第１所定速度以上の状態で、ブレーキが操作された場合、充電に必要な回生電力を得ることができる。第１スイッチ６が入、第２スイッチ７が切になった場合、バッテリ１からの電流は、電気抵抗器９を介してキャパシタ３に流れ込み、キャパシタ３は充電される。また、キャパシタ３とバッテリ１との間には、電気抵抗器９が介装されているため、第１スイッチ６が入になった場合にバッテリ１の電圧が降下することを防ぐことができる。

ステップＳ１７の処理を終えた場合、制御部１０は、図４に示すように第２スイッチ７を入にする（ステップＳ１８）。
第２スイッチ７が入になった場合、バッテリ１からの電流は、電気抵抗器９を避けてキャパシタ３に流れ込み、キャパシタ３は充電される。

次いで、制御部１０は、ブレーキ信号が入力したか否かを判定する（ステップＳ１９）。ブレーキ信号が入力したと判定した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御部１０は、車両の速度を取得し（ステップＳ２０）、取得した速度が第２所定速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。検出した速度が第２所定速度以上であると判定した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御部１０は、処理をステップＳ１９へ戻す。

速度が第２所定速度未満であると判定した場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、又はステップＳ１９でブレーキ信号を入力していないと判定した場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御部１０は、図１に示すように第１スイッチ６を切にして（ステップＳ２２）、充電に係る処理を終える。
第１スイッチ６が切、切換スイッチ８がキャパシタ側切換端８ｂに接続されている場合、キャパシタ３は第２負荷４に電力を供給する。

図５は、電源の切換に係る制御部１０の処理手順を示すフローチャート、図６は、電源切換処理過程における車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
制御部１０は、キャパシタ３の電圧を検出し（ステップＳ３１）、キャパシタ３の電圧が閾値電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。閾値電圧は、第２負荷４を駆動するために必要な電圧であり、制御部１０が記憶している。キャパシタ３の電圧が閾値電圧以上であると判定した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、制御部１０は、処理をステップＳ３１へ戻す。キャパシタ３の電圧が閾値電圧未満であると判定した場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、制御部１０は、図６に示すように、切換スイッチ８をバッテリ側切換端８ａに接続し（ステップＳ３３）、電源の切換に係る処理を終える。

従って、キャパシタ３の電圧が閾値電圧未満になった場合、切換スイッチ８は、バッテリ側切換端８ａに接続され、バッテリ１から第２負荷４へ給電される。

実施の形態１に係る車両用電源装置にあっては、充電制御に必要な付帯機器を備えることなく、第１スイッチ６の入切によってキャパシタ３に空容量を確保し、回生電力をキャパシタ３に無駄なく充電し、省燃料化を図ることができる。

また、電気抵抗器９を備えることによって、第１スイッチ６が入になり、バッテリ１及びキャパシタ３が接続された際に、バッテリ１からキャパシタ３に電流が流れ、バッテリ１の電圧が降下することを防ぐことができる。

更に、キャパシタ３から第２負荷４への放電により回生電力充電用の空き容量を確保すると共に、放電によってキャパシタ３の電圧が閾値電圧未満になった場合であっても、切換スイッチ８をバッテリ側切換端８ａに接続することにより、第２負荷４に閾値電圧以上の電力を供給することができる。

更にまた、回生電力を充電するための空き容量をキャパシタ３に確保するように構成してあるため、バッテリ１及びキャパシタ３の劣化を招くことなく、省燃料化を図ることができる。

なお、実施の形態１にあっては、回生電力を充電する蓄電手段としてキャパシタを説明したが、Ｌｉイオン蓄電池のような他の蓄電手段を備えるように構成しても良い。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る車両用電源装置は、実施の形態１に係る車両用電源装置と同様の構成であり、第１及び第２スイッチ２０６、２０７並びに切換スイッチ２０８の構成のみが異なるた、以下では主に上記相違点について説明する。

第１及び第２スイッチ２０６、２０７は、夫々パワーＭＯＳ−ＦＥＴのような第１トランジスタ２６１及び第２トランジスタ２７１から構成されている。

第１トランジスタ２６１のドレインは、発電機５０の正極端子に接続されている。第１トランジスタ２６１のソースは、第２トランジスタ２７１のドレインに接続されており、第２トランジスタ２７１のソースはキャパシタ３の正極端子に接続されている。第１及び第２トランジスタ２６１、２７１のドレイン及びソース間には、寄生ダイオード２６２、２７２が夫々設けられている。第１及び第２トランジスタ２６１、２７１のゲートは、制御部１０に接続されており、制御部１０は、各ゲートに電圧を印可することで、第１及び第２スイッチ２０６、２０７を入切する。

切換スイッチ２０８は、第３トランジスタ２８１及び第４トランジスタ２８３からなり、第３トランジスタ２８１のドレインは、バッテリ１の正極端子に接続されており、第４トランジスタ２８３のドレインは、キャパシタ３の正極端子に接続されている。また、第３及び第４トランジスタ２８１、２８３のソースは、第２負荷４に接続されている。第３及び第４トランジスタ２８１、２８３のドレイン及びソース間には、寄生ダイオード２８２、２８４が設けられている。第３及び第４トランジスタ２８１、２８３のゲートは、制御部１０に接続されており、制御部１０は、各ゲートに電圧を印可することで、第３及び第４トランジスタ２８１、２８３を入切する。
具体的には、第３トランジスタ２８１が切、第４トランジスタ２８３が入になった場合、キャパシタ３と第２負荷４とが接続され、第３トランジスタ２８１が入、第４トランジスタ２８３が切になった場合、バッテリ１と第２負荷４とが接続される。

実施の形態２に係る車両用電源装置にあっては、第１スイッチ２０６、第２スイッチ２０７及び切換スイッチ２０８が半導体トランジスタにて構成されているため、機械式のスイッチ及び切換スイッチを備える車両用電源装置に比べて、装置を小型化することができる。また、より耐久性が高い車両用電源装置を構成することができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 車両が制動された場合の充電に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 充電処理過程における車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 充電処理過程における車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 電源の切換に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 電源切換処理過程における車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 従来の車両用電源装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ バッテリ
２ 第１負荷
３ キャパシタ
４ 第２負荷
６ 第１スイッチ
７ 第２スイッチ
８ 切換スイッチ
９ 電気抵抗器
１０ 制御部
１１ ブレーキ検出部
１２ 車速検出部
１３ 電圧検出部
５０ 発電機
５１ レギュレータ

Claims (6)

1. 車両が制動された場合に電力回生を行う発電機と、該発電機に並列接続された第１蓄電手段、第２蓄電手段及び負荷とを備える車両用電源装置において、
   前記発電機及び前記第１蓄電手段からなる回路、並びに前記第２蓄電手段及び前記負荷からなる回路の間を入／切するスイッチと、
   車両の制動（又は非制動）を検知する検知手段と、
   該検知手段が車両の制動（又は非制動）を検知した場合、前記スイッチを入（又は切）にする手段と
   を備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記スイッチは半導体トランジスタである
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間に直列接続された電気抵抗器を備える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 前記負荷に前記第１蓄電手段又は前記第２蓄電手段を選択的に接続する切換スイッチと、
   前記第２蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段と、
   該電圧検出手段が検出した電圧及び閾値電圧を比較する比較手段と
   を備え、
   前記切換スイッチは、
   前記電圧が前記閾値電圧未満である場合、前記負荷及び前記第１蓄電手段を接続するように構成してある
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の車両用電源装置。
5. 前記切換スイッチは半導体トランジスタである
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
6. 前記第２蓄電手段はキャパシタである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の車両用電源装置。

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