JP2010288357A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生電力を高効率に回収することができる電源装置を提供すること。
【解決手段】発電機１１に接続された蓄電部１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して蓄電部１３に接続された主電源１７と、主電源１７に接続された負荷１９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に接続された制御回路２９と、を備え、制御回路２９は、発電機１１が回生電力を発生する直前に電流制限値ＩＬを高位電流制限値Ｉｕまで上げ、回生電力が発生した時に、主電源側制御電圧ＶＬを高位制御電圧Ｖｕまで上げ、その後、所定条件が成立すれば、電流制限値ＩＬを標準電流制限値Ｉｓに戻すとともに、主電源１７の充電状態ＳＯＣが既定値ＳＯＣｓに至るか、または、回生電力の発生が終了すれば、主電源側制御電圧ＶＬを標準制御電圧Ｖｓに戻すようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機の回生電力を回収して負荷に供給する電源装置に関するものである。

近年、車両の減速時に発電機（オルタネータ）の発電量を増やしてバッテリに回生するオルタネータの充電回路が、例えば特許文献１に提案されている。このような充電回路の回路図を図３に示す。

車両に搭載された主電源であるバッテリ１０１には、充電回路１０３が接続されている。充電回路１０３は、大きく分けてオルタネータ１０５とボルテージレギュレータ１０７で構成される。なお、ボルテージレギュレータ１０７はバッテリ１０１の電圧に応じてオルタネータ１０５の発電量を制御する機能を有する。

バッテリ１０１とボルテージレギュレータ１０７の間には切替回路１０９が接続されている。切替回路１０９はリレー回路１１１と抵抗１１３から構成される。リレー回路１１１はブレーク接点１１５、メイク接点１１７、およびリレーコイル１１９からなり、リレーコイル１１９がオフの時はブレーク接点１１５が、オンの時はメイク接点１１７がそれぞれ導通する構成を有する。なお、リレーコイル１１９は制御回路１２１によりオンオフ制御される。

次に、このようなオルタネータの充電回路の動作を説明する。車両が通常の運転状態の場合は、切替回路１０９のブレーク接点１１５がオンになっている。従って、バッテリ１０１の電圧がそのままボルテージレギュレータ１０７に印加される。その結果、ボルテージレギュレータ１０７は通常の充電を行うようオルタネータ１０５を制御する。

一方、車両が減速状態になると、制御回路１２１はリレーコイル１１９をオンにする。これにより、リレー回路１１１のブレーク接点１１５がオフに、メイク接点１１７がオンに、それぞれ切り替えられる。その結果、バッテリ１０１の電圧は抵抗１１３を経由してボルテージレギュレータ１０７に印加されるので、印加された電圧は抵抗１１３によりバッテリ１０１の電圧より低くなる。従って、ボルテージレギュレータ１０７はオルタネータ１０５の発電量を増やすよう制御し、減速により発生する回生電力をバッテリ１０１に充電する。

実開平５−１５６４３号公報

上記のオルタネータの充電回路によると、減速時に捨てられていたエネルギを回生電力としてバッテリ１０１に充電できるので、確かに効率が向上するのであるが、一般にバッテリ１０１は充電受入性がそれほど高くなく、特に回生初期に発生する急峻な大電力を十分に回収することができないという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、回生電力を高効率に回収することができる電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、発電機と、前記発電機に電気的に接続されたキャパシタからなる蓄電部と、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電部に電気的に接続された主電源と、前記主電源に電気的に接続され、前記発電機、蓄電部、および主電源の内、少なくとも１つからの電力を消費する負荷と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続された、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流（Ｉ）を検出する電流検出回路、および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記主電源側の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、電流検出回路、および主電源電圧検出回路に電気的に接続された制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記発電機が回生電力を発生していない時は、前記電流（Ｉ）が電流制限値（ＩＬ）を超えない範囲で、前記主電源側の電圧（Ｖｂ）が主電源側制御電圧（ＶＬ）に至るように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記回生電力が発生する際は、その直前に前記電流制限値（ＩＬ）を標準電流制限値（Ｉｓ）から高位電流制限値（Ｉｕ）まで上げ、前記回生電力が発生した時に、前記主電源側制御電圧（ＶＬ）を標準制御電圧（Ｖｓ）から高位制御電圧（Ｖｕ）まで上げるようにしたものである。

本発明の電源装置によれば、発電機にキャパシタからなる蓄電部を接続したので、回生初期の急峻な大電力を蓄電部に充電できる。さらに、回生直前にＤＣ／ＤＣコンバータの電流制限値（ＩＬ）を上げているので、回生時には主電源へも受け入れ可能な最大限の電力を充電できる。従って、主電源と蓄電部の両方に効率よく回生電力を回収できるので、高効率化が図れるという効果が得られる。

本発明の実施の形態における電源装置のブロック回路図 本発明の実施の形態における電源装置の各種特性の経時変化図であり、（ａ）は主電源側制御電圧ＶＬの経時変化図、（ｂ）は主電源電流Ｉｂの経時変化図 従来の電源回路の回路図

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここではアイドリングストップ機能を有する車両に電源装置を適用した場合について説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態における電源装置の各種特性の経時変化図であり、（ａ）は主電源側制御電圧ＶＬの経時変化図を、（ｂ）は主電源電流Ｉｂの経時変化図を、それぞれ示す。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は時刻ｔを示す。また、図１において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、それぞれ示す。

図１において、電源装置１０は次の構成を有する。まず、車両に搭載され、エンジン（図示せず）により発電を行う発電機１１が、蓄電部１３と電気的に接続されている。従って、発電機１１で発電された電力は蓄電部１３に充電される。なお、蓄電部１３は急速充放電特性に優れる電気二重層キャパシタで構成されている。また、発電機１１は前記エンジンにより発電を行うとともに、後述する制御回路からの信号により、前記エンジンを始動するための力行運転が可能な構成としている。

蓄電部１３には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して主電源１７が電気的に接続されている。従って、主電源１７は発電機１１や蓄電部１３の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１５により充電される。なお、主電源１７は車両用のバッテリを用いた。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は蓄電部１３と主電源１７との間を双方向に電力伝送が可能なものを用いた。

主電源１７には車両の電装品である負荷１９が電気的に接続されている。ここで、前記したように、主電源１７はＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して発電機１１と蓄電部１３に電気的に接続されているので、負荷１９は発電機１１、蓄電部１３、および主電源１７の内、少なくとも１つからの電力を消費する構成となる。

また、主電源１７には、その正極に主電源電流検出回路２１が電気的に接続されている。これにより、主電源電流Ｉｂを検出することができる。なお、本実施の形態において、主電源電流検出回路２１は、シャント抵抗器と差動増幅器（いずれも図示せず）を用いて電気的に電流を検出する構成としたが、これはホール素子等による磁気的検出構成としてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５には、それに流れる電流Ｉを検出する電流検出回路２３が電気的に接続されている。電流検出回路２３の構成は、主電源電流検出回路２１の構成と同じである。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の主電源１７側には、主電源側の電圧Ｖｂを検出する主電源電圧検出回路２５が電気的に接続されている。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の蓄電部１３側には、蓄電部の電圧Ｖｃを検出する蓄電部電圧検出回路２７が電気的に接続されている。

発電機１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、主電源電流検出回路２１、電流検出回路２３、主電源電圧検出回路２５、および蓄電部電圧検出回路２７には制御回路２９が信号系配線で電気的に接続されている。制御回路２９はマイクロコンピュータと周辺回路から構成され、主電源電流Ｉｂ、電流Ｉ、主電源側の電圧Ｖｂ、および蓄電部の電圧Ｖｃを読み込むとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の動作を制御する制御信号Ｄｃｏｎｔと、発電機１１の発電や力行運転等を制御する発電機制御信号Ｇｃｏｎｔを出力する。さらに、車両側制御回路（図示せず）との間でデータ信号ｄａｔａにより様々なデータを送受信している。

また、このような構成とすることにより、制御回路２９は主電源側の電圧ＶｂとＤＣ／ＤＣコンバータ１５に流れる電流Ｉの電流制限値ＩＬとに基いてＤＣ／ＤＣコンバータ１５の電力伝送を制御する。なお、この制御の詳細については後述する。

次に、このような電源装置１０における動作について、図２を用いて説明する。なお、図２（ｂ）において、主電源電流Ｉｂの値は、主電源１７が充電される時に正、主電源１７が放電する時に負と定義する。

まず、図２の時刻ｔ０では、車両が加速中、または定速にて走行している状態である。この時は、制動が行われていないので、それにより発生する回生電力を発電機１１が発生していない状態である。この状態を前記車両側制御回路からデータ信号ｄａｔａにより検知すると、制御回路２９は電流検出回路２３で検出されたＤＣ／ＤＣコンバータ１５に流れる電流Ｉが電流制限値ＩＬを超えない範囲で、主電源電圧検出回路２５で検出された主電源側の電圧Ｖｂが主電源側制御電圧ＶＬに至るようにＤＣ／ＤＣコンバータ１５を制御信号Ｄｃｏｎｔにより制御する。ここで、主電源側制御電圧ＶＬは、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ０では１４Ｖとしている。以下、この電圧を標準制御電圧Ｖｓと呼ぶ。また、電流制限値ＩＬは、図２（ｂ）の太点線に示すように、時刻ｔ０では５０Ａとしている。以下、この電流を標準電流制限値Ｉｓと呼ぶ。従って、時刻ｔ０での制御回路２９によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５の動作を具体的に説明すると、電流Ｉが５０Ａ（＝標準電流制限値Ｉｓ）を超えない範囲で、主電源側の電圧Ｖｂが１４Ｖ（＝標準制御電圧Ｖｓ）に至るように制御していることになる。すなわち、電流Ｉが５０Ａを超えていなければ、主電源側の電圧Ｖｂが１４Ｖに至るように制御し、電流Ｉが５０Ａ以上になると、それが５０Ａ未満になるように電流制御を優先して行う。このような制御により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に対する過電流保護が可能となる上、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５により主電源１７に過電流が流れない範囲で充電できるので、高信頼性が得られる。

なお、時刻ｔ０においては、まだ回生電力が発生しておらず、図２（ａ）の太実線に示すように主電源側の電圧Ｖｂは１４Ｖで一定制御されており、図２（ｂ）の太実線に示すように、回生時における主電源電流Ｉｂは０Ａであるとする。

また、時刻ｔ０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５から出力される電力は上記のようにして主電源１７を一定の電圧に維持するとともに、負荷１９にも供給される。

次に、時刻ｔ１で運転者がブレーキを踏む。このブレーキオン情報は、直ちに前記車両側制御回路からデータ信号ｄａｔａにより制御回路２９に送信される。これにより、制御回路２９は、発電機１１による回生電力の発生が可能であると判断する。その結果、制御回路２９は、回生電力が発生する直前に、図２（ｂ）の太点線に示すように、電流制限値ＩＬを標準電流制限値Ｉｓから高位電流制限値Ｉｕまで上げる。ここで、高位電流制限値Ｉｕは標準電流制限値Ｉｓより高い値を有し、主電源１７を充電する際の短期間に許容される最大充電電流値として決定される。本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、高位電流制限値Ｉｕを１００Ａとした。このように制御することで、回生電力の発生時には、主電源１７への充電電流が最大１００Ａ（負荷１９がほとんど電力を消費していない場合）まで許容されるので、多くの回生電力を主電源１７に回収することが可能となる。

次に、制動開始後の時刻ｔ２で、制御回路２９は発電機１１から回生電力が発生するよう発電機制御信号Ｇｃｏｎｔを発電機１１に送信する。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は数ミリ秒程度と極めて短く設定しているので、ブレーキをオンにしてから実際に回生電力が発生するまでに捨てられる制動エネルギは僅かである。

時刻ｔ２で回生電力が発生すると、制御回路２９は、図２（ａ）に示すように、主電源側制御電圧ＶＬを標準制御電圧Ｖｓから高位制御電圧Ｖｕまで上げる。ここで、高位制御電圧Ｖｕは標準制御電圧Ｖｓより高い値を有し、主電源１７を充電する際の短期間に許容される最大充電電圧値として決定される。本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、高位制御電圧Ｖｕを１６Ｖとした。このように制御することで、回生電力の発生時には、主電源１７への充電電圧を１６Ｖまで高めることができるので、その分、多くの電力を充電できる。

以上の動作により、時刻ｔ２以降で回生電力が発生すると、図２（ａ）に示すように、主電源側制御電圧ＶＬが高位制御電圧Ｖｕ（＝１６Ｖ）まで上げられ、かつ、図２（ｂ）に示すように、電流制限値ＩＬが高位電流制限値Ｉｕ（＝１００Ａ）まで上げられているので、回生電力発生時には、主電源１７の充電受入性を向上させた状態となる。従って、発電機１１で発生した回生電力は、蓄電部１３に充電されるとともに、主電源１７にも多く充電されることになり、回生電力の回収量が大きくなる。ゆえに、高効率な電源装置１０が実現できる。

なお、主電源側制御電圧ＶＬのみが高位制御電圧Ｖｕ（＝１６Ｖ）まで上げられ、電流制限値ＩＬは標準電流制限値Ｉｓ（＝５０Ａ）のままであったとすると、図２（ｂ）の太実線に示すように、時刻ｔ２で直ちに主電源電流Ｉｂが標準電流制限値Ｉｓに到達してしまい、それ以上の電流ＩがＤＣ／ＤＣコンバータ１５に流れないように制御される。従って、主電源側制御電圧ＶＬを高位制御電圧Ｖｕ（＝１６Ｖ）まで上げても、上記したように電流Ｉが制限されてしまうので、主電源１７への回生電力の回収効率が低下する。

逆に、電流制限値ＩＬのみが高位電流制限値Ｉｕ（＝１００Ａ）まで上げられ、主電源側制御電圧ＶＬは標準制御電圧Ｖｓ（＝１４Ｖ）のままであったとすると、既に時刻ｔ２以前で主電源側の電圧Ｖｂは１４Ｖに至るように制御されているので、回生電力が発生しても、それ以上の主電源１７への充電が行われない。従って、この場合も主電源１７への回生電力の回収効率が低下する。

ゆえに、時刻ｔ２の時点では主電源側制御電圧ＶＬと電流制限値ＩＬの両方を上げておくことで高効率な回生電力の回収が可能となる。

なお、先に電流制限値ＩＬを上げておくのは、図２（ｂ）の太実線に示すように、時刻ｔ２で回生電力が発生すると、急峻に主電源電流Ｉｂが増加するためである。すなわち、時刻ｔ２で電流制限値ＩＬを上げると、高位電流制限値Ｉｕに設定されるまでの間、急峻な回生電力を十分に主電源１７に充電できなくなる。ゆえに、制御回路２９は、あらかじめ時刻ｔ１で電流制限値ＩＬを上げる制御を行っている。

その後、時刻ｔ２以降では、主電源１７の充電量が増加して、主電源１７の電流受け入れ性が低下していくので、図２（ｂ）の太実線に示すように、主電源電流Ｉｂも継時的に低下していく。

次に、電流制限値ＩＬを高位電流制限値Ｉｕに上げた時刻ｔ１から既定期間ｔｓが経過した時刻ｔ３で、制御回路２９は、図２（ｂ）の太点線に示すように、電流制限値ＩＬを標準電流制限値Ｉｓに戻す。なお、本実施の形態では、この既定期間ｔｓの経過を所定条件と呼ぶ。

既定期間ｔｓは、図２（ｂ）の太実線に示すように、回生時における主電源電流Ｉｂが経時的に低下し、標準電流制限値Ｉｓ（＝５０Ａ）を十分に下回るまでの期間として、あらかじめ実際の回生時における主電源電流Ｉｂの波形を測定することにより決定される。この既定期間ｔｓは、制御回路２９に内蔵したメモリ（図示せず）に記憶してある。

このように、主電源電流Ｉｂが標準電流制限値Ｉｓを十分に下回れば、すなわち、回生時における必要な期間（既定期間ｔｓ）が経過すれば、制御回路２９は電流制限値ＩＬを標準電流制限値Ｉｓに戻す。従って、回生時以外に電力回路系の短絡故障等が発生し過電流が流れる状態となっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に流れる電流Ｉは標準電流制限値Ｉｓまでに制限されるので、高信頼性が得られる。

その後、時刻ｔ４で車両が停止するか、再加速を行うことで、回生電力の発生が終了したとする。この状態は前記車両用制御回路からデータ信号ｄａｔａにより制御回路２９に送信される。これを受け、制御回路２９は、図２（ａ）に示すように、主電源側制御電圧ＶＬを標準制御電圧Ｖｓ（＝１４Ｖ）に戻す。これにより、主電源側の電圧Ｖｂは標準制御電圧Ｖｓに至るように制御される。従って、必要時（＝回生時）のみ主電源側の電圧Ｖｂが高位制御電圧Ｖｕに至るように制御されるので、主電源１７の寿命が低減する可能性を小さくできる。

時刻ｔ４以降では、図２（ａ）に示すように主電源側制御電圧ＶＬが標準制御電圧Ｖｓ（＝１４Ｖ）に戻されることにより、回生時（時刻ｔ２〜ｔ４）に主電源１７へ回収されたエネルギが放電されて負荷１９に供給される。従って、時刻ｔ４以降では、図２（ｂ）に示すように主電源電流Ｉｂは負方向に流れる。その後、主電源１７において、回収されたエネルギと負荷１９に供給されたエネルギとの収支が等しくなる時刻ｔ５で主電源１７の放電が終了し、時刻ｔ０と同じ状態に戻る。以後、このような動作を繰り返すことで、高効率に回生電力を回収できる。

なお、時刻ｔ４における主電源側制御電圧ＶＬを標準制御電圧Ｖｓに戻す動作は、回生電力の発生が終了した時点としているが、制御回路２９は、この条件だけでなく、主電源電流検出回路２１で検出された主電源電流Ｉｂから求めた主電源１７の充電状態ＳＯＣが既定値ＳＯＣｓに至った場合も、主電源側制御電圧ＶＬを標準制御電圧Ｖｓに戻す動作を行う。すなわち、これらの内いずれかの条件が成立すれば、制御回路２９は、主電源側制御電圧ＶＬを標準制御電圧Ｖｓに戻す動作を行う。これにより、主電源１７の充電状態ＳＯＣが既定値ＳＯＣｓに至れば、たとえ回生電力が発生していても、それ以上の主電源１７への充電を行わないように制御されることになるので、主電源１７の過充電を防止する制御も行っていることになる。

ここで、充電状態ＳＯＣは、具体的には制御回路２９により主電源電流Ｉｂを常時時間積分することにより求められる。その値は満充電状態からの比率（％）で表され、主電源１７がこれ以上充電できない満充電状態の時は充電状態ＳＯＣ＝１００％となる。また、既定値ＳＯＣｓは主電源１７が回生時に目標とする充電状態ＳＯＣのことで、本実施の形態では９５％とした。なお、既定値ＳＯＣｓを１００％に設定しないのは、過充電までのマージンを取ったためである。

この既定値ＳＯＣｓは、回生電力が発生していない時の充電状態ＳＯＣの目標値ＳＯＣａよりも大きく設定している。なお、目標値ＳＯＣａは９０％と設定した。これにより、非回生時には過放電による劣化を抑制しつつ、回生時には一時的に非回生時よりも多くの電力を主電源１７に充電できるように制御されることになる。

なお、既定値ＳＯＣｓと目標値ＳＯＣａの値は上記に限定されるものではなく、電源装置１０全体の仕様から決まる回生電力の充電可能電力量と過放電の可能性を鑑みて、適宜最適な値に設定すればよい。

次に、例えば時刻ｔ４で車両が停止し、アイドリングストップ状態となった場合について説明する。アイドリングストップ中は発電機１１による発電が行われないので、負荷１９へは蓄電部１３と主電源１７の電力が供給される。この際、主電源側制御電圧ＶＬは再度標準目標電圧Ｖｓ（＝１４Ｖ）としているので、車両制動時に主電源１７に充電されている回生電力は有効に負荷１９へ供給される。

その後、アイドリングストップが終了し、前記エンジンを再始動する場合の動作を説明する。上記したように、発電機１１は制御回路２９からの発電機制御信号Ｇｃｏｎｔにより、前記力行運転が可能な構成としている。従って、発電機１１に電力を供給することにより、前記エンジンの再始動を行う。

具体的には、前記車両側制御回路からエンジン再始動の信号をデータ信号ｄａｔａとして受信すると、制御回路２９は、制御信号ＤｃｏｎｔによりＤＣ／ＤＣコンバータ１５の動作を停止するように制御するとともに、発電機１１に対し前記力行運転を行うように発電機制御信号Ｇｃｏｎｔを出力する。これにより、発電機１１は、最初に蓄電部１３からの電力により前記力行運転が行われる。

その後、蓄電部１３の電圧Ｖｃは発電機１１の前記力行運転に伴って継時的に低下していくが、制御回路２９は、この電圧Ｖｃの変化を蓄電部電圧検出回路２７により検出している。そして、蓄電部１３の電圧Ｖｃが発電機１１を力行運転させるために必要な最低電圧に近づけば、それ以上、前記力行運転を継続できなくなる可能性がある。この時、制御回路２９がＤＣ／ＤＣコンバータ１５を動作させて主電源１７の電力を蓄電部１３に伝送し、発電機１１に供給することで、前記エンジンが再始動するまで発電機１１の前記力行運転を継続するように制御することが可能となる。

その後、前記車両側制御回路からエンジン再始動の完了信号をデータ信号ｄａｔａにより受信すると、制御回路２９は発電機１１に対し前記力行運転を終了するように発電機１１に発電機制御信号Ｇｃｏｎｔを出力する。これにより、以後は発電機１１がエンジン駆動力により発電を行う状態となる。

なお、上記したように、発電機１１が前記力行運転を行う際には、制御回路２９は最初に蓄電部１３からの電力が発電機１１に供給されるように制御しているが、この時に蓄電部１３が自己放電等により十分に充電されていなければ、最初に蓄電部１３により発電機１１を力行運転することができない。そこで、制御回路２９は、発電機１１が電力を発生していない時、例えばアイドリングストップ中に、蓄電部電圧検出回路２７で蓄電部１３の電圧Ｖｃを検出する。この電圧Ｖｃが高位制御電圧Ｖｕ（＝１６Ｖ）を下回れば、制御回路２９はＤＣ／ＤＣコンバータ１５により、蓄電部１３の電圧Ｖｃが高位制御電圧Ｖｕに至るまで主電源１７の電力を蓄電部１３に充電する。これにより、エンジン再始動時に蓄電部１３の電圧Ｖｃは最低限、高位制御電圧Ｖｕとなっているため、最初に蓄電部１３の電力で発電機１１を力行運転できる。

なお、上記したように、蓄電部１３の電圧Ｖｃを高位制御電圧Ｖｕ以上となるように制御している理由は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５が主電源１７に対して降圧方向に動作する構成（降圧コンバータ）としているためである。すなわち、図２（ａ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の主電源側制御電圧ＶＬは、回生電力発生時に高位制御電圧Ｖｕ（＝１６Ｖ）に、それ以外の時に標準制御電圧Ｖｓ（＝１４Ｖ）に設定される。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の主電源側の電圧Ｖｂは最大で高位制御電圧Ｖｕとなる。一方、上記したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は降圧コンバータであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の蓄電部１３側の電圧Ｖｃは高位制御電圧Ｖｕ以上でなければならない。このため、制御回路２９は、蓄電部１３の電圧Ｖｃを高位制御電圧Ｖｕ以上となるように制御している。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５として昇降圧コンバータを用いれば、上記の制御を行う必要はないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の構成が複雑になり高コストとなるので、本実施の形態のようにＤＣ／ＤＣコンバータ１５を降圧コンバータとし、蓄電部１３の電圧Ｖｃを高位制御電圧Ｖｕ以上となるように制御する構成の方が望ましい。

ここまでに説明した動作を繰り返すことで、回生時に効率よく電力回収ができる上、エンジン再始動時に、その電力を有効に活用することができる。

以上の構成、動作により、回生時に、主電源１７へも受け入れ可能な最大限の電力を充電できるので、高効率な電源装置が実現できる。

なお、本実施の形態では、制御回路２９が電流制限値ＩＬを標準電流制限値Ｉｓに戻す所定条件として、電流制限値ＩＬを高位電流制限値Ｉｕに上げた時点（図２（ｂ）の時刻ｔ１）から既定期間ｔｓが経過した場合（図２（ｂ）の時刻ｔ３）としたが、これは、例えば回生電力の発生が終了する時刻ｔ４の時点に合わせるようにしてもよい。但し、この場合は、既定期間ｔｓの経過を判断する必要がなくなり簡単な制御となるものの、回生中は常に電流制限値ＩＬが高位電流制限値Ｉｕのままとなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に過電流が流れる可能性が若干増大する。従って、本実施の形態の制御の方が望ましい。

また、前記所定条件は、主電源電流Ｉｂが標準電流制限値Ｉｓより小さくなった場合としてもよい。これは、図２（ｂ）において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で、主電源電流Ｉｂ（太実線）が標準電流制限値Ｉｓ（＝５０Ａ）と一致する時点に相当する。このように制御することにより、制御回路２９は主電源電流Ｉｂと標準電流制限値Ｉｓを比較する必要があり、単に既定期間ｔｓの経過を判断する本実施の形態の場合に比べ、制御が若干複雑になるものの、電流Ｉの制限値をタイムリーに標準電流制限値Ｉｓに戻すことができるので、その分、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５や主電源１７に過電流が流れる可能性を低減できる。

また、本実施の形態における電流制限値ＩＬを標準電流制限値Ｉｓに戻す制御や、主電源側制御電圧ＶＬを前記標準制御電圧Ｖｓに戻す制御は、例えばアイドリングストップ後に行うように一義的な制御としてもよい。この場合は簡単な制御で主電源１７への回生電力を充電できるが、主電源１７の過電圧等の可能性があるため、本実施の形態のように前記所定条件の設定や充電状態ＳＯＣの監視等を行う方が望ましい。

また、本実施の形態では、発電機１１が力行運転可能な構成としているが、これは前記力行運転を行わない構成としてもよい。この場合は、前記エンジンを始動するためのスタータを発電機１１、または負荷１９と並列に接続する構成とすればよい。これにより、発電機１１と前記スタータが別体の車両に対しても本実施の形態の構成を適用できる。なお、前記スタータを発電機１１と並列接続した場合、前記スタータの駆動を蓄電部１３の電力で行うようにすれば、本実施の形態と同様の動作とすることができる。また、前記スタータを負荷１９に並列接続した場合は、例えば前記スタータの駆動を主電源１７で行い、この際に主電源１７の電圧Ｖｂが低下して負荷１９の動作が停止することのないように、制御回路２９がＤＣ／ＤＣコンバータ１５を制御して、蓄電部１３の電力により電圧Ｖｂの安定化を行うようにすればよい。この場合、蓄電部１３の電力が前記スタータの駆動完了時に、まだ残っていれば、負荷１９に継続供給するようにしてもよい。これにより、蓄電部１３に蓄えられた回生電力を有効利用することができ、高効率化が可能となる。

また、本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５として双方向に電力の伝送が可能なものを用いたが、発電機１１を力行運転しない構成等で主電源１７から蓄電部１３側へエネルギを伝送する必要がない場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を単方向のものとしてもよい。

また、本実施の形態では、蓄電部１３に電気二重層キャパシタを用いたが、これは、電気化学キャパシタ等の大容量キャパシタであってもよい。

また、本実施の形態において、電源装置１０をアイドリングストップ車に適用した場合について説明したが、これに限らず、ハイブリッド車や建設機械等のように主電源と蓄電部を有し、かつ、回生電力を発生する機器に適用してもよい。

本発明にかかる電源装置は、高効率な回生が可能となるので、主電源と蓄電部を有し、かつ、回生電力を発生する機器の電源装置等として有用である。

１０ 電源装置
１１ 発電機
１３ 蓄電部
１５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７ 主電源
１９ 負荷
２１ 主電源電流検出回路
２３ 電流検出回路
２５ 主電源電圧検出回路
２７ 蓄電部電圧検出回路
２９ 制御回路

Claims (7)

1. 発電機と、
   前記発電機に電気的に接続されたキャパシタからなる蓄電部と、
   ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電部に電気的に接続された主電源と、
   前記主電源に電気的に接続され、前記発電機、蓄電部、および主電源の内、少なくとも１つからの電力を消費する負荷と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続された、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流（Ｉ）を検出する電流検出回路、および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記主電源側の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、電流検出回路、および主電源電圧検出回路に電気的に接続された制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記発電機が回生電力を発生していない時は、前記電流（Ｉ）が電流制限値（ＩＬ）を超えない範囲で、前記主電源側の電圧（Ｖｂ）が主電源側制御電圧（ＶＬ）に至るように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記回生電力が発生する際は、その直前に前記電流制限値（ＩＬ）を標準電流制限値（Ｉｓ）から高位電流制限値（Ｉｕ）まで上げ、
   前記回生電力が発生した時に、前記主電源側制御電圧（ＶＬ）を標準制御電圧（Ｖｓ）から高位制御電圧（Ｖｕ）まで上げるようにした電源装置。
2. 前記主電源と前記制御回路に電気的に接続された主電源電流検出回路を備え、
   前記制御回路は、所定条件が成立すれば、前記電流制限値（ＩＬ）を前記標準電流制限値（Ｉｓ）に戻すとともに、
   前記主電源電流検出回路で検出された主電源電流（Ｉｂ）から求めた前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）が既定値（ＳＯＣｓ）に至るか、または、前記回生電力の発生が終了すれば、前記主電源側制御電圧（ＶＬ）を前記標準制御電圧（Ｖｓ）に戻すようにした請求項１に記載の電源装置。
3. 前記所定条件は、前記制御回路が前記電流制限値（ＩＬ）を前記高位電流制限値（Ｉｕ）に上げてから既定期間（ｔｓ）が経過した場合である請求項２に記載の電源装置。
4. 前記所定条件は、前記主電源電流（Ｉｂ）が前記標準電流制限値（Ｉｓ）より小さくなった場合である請求項２に記載の電源装置。
5. 前記既定値（ＳＯＣｓ）は、前記回生電力が発生していない時の前記充電状態（ＳＯＣ）の目標値（ＳＯＣａ）よりも大きく設定した請求項２に記載の電源装置。
6. 前記蓄電部と前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路を備え、
   前記制御回路は、前記発電機が電力を発生していない時に、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記高位制御電圧（Ｖｕ）を下回れば、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記高位制御電圧（Ｖｕ）に至るまで前記蓄電部を充電するようにした請求項１に記載の電源装置。
7. 前記発電機は力行運転が可能な構成を有するとともに、前記制御回路と電気的に接続され、
   前記制御回路は、前記力行運転を行う際に、最初に前記蓄電部の電力を前記発電機に供給するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する請求項１に記載の電源装置。

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