JP2012050279A

JP2012050279A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2012050279A
Application number: JP2010191808A
Authority: JP
Inventors: Masato Wagatsuma; 真人我妻; Hisashi Akimasa; 向志秋政
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】回生電力による燃費改善効果を運転者に正確に示すことが可能な蓄電装置の提供。
【解決手段】発電機１１、負荷１９と充放電回路２５を介して接続される蓄電部２７と、入出力電圧検出回路３１、入出力電流検出回路３３、および制御回路３７と、を備え、制御回路３７は、発電機１１が発電する回生電力を蓄電部２７に充電するよう充放電回路２５を制御するとともに、蓄電部２７から前記回生電力を負荷１９へ放電するよう充放電回路２５を制御する際に、入出力電圧検出回路３１で検出される入出力電圧Ｖｂ、入出力電流検出回路３３で検出される入出力電流Ｉ、前記回生電力を負荷１９に放電する放電期間ｔ、およびあらかじめ求められた換算係数ｋに基いて、前記回生電力が実際に前記負荷で消費されることにより節約できたエンジンの燃料節約量Ｆｓを出力するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、回生電力を回収する蓄電装置に関するものである。

従来、車両の回生エネルギ量を算出し、運転者に報知する回生エネルギ量報知装置が例えば特許文献１に提案されている。このような回生エネルギ量報知装置のブロック構成図を図５に示す。前記車両のエンジン１０１はトランスミッション１０３を介してプロペラシャフト１０５に機械的に接続される。一方、モータジェネレータはギア１０９、クラッチ１１１を介してトランスミッション１０３に機械的に接続される。従って、クラッチ１１１やトランスミッション１０３が適宜制御され、エンジン１０１とモータジェネレータ１０７の動力により前記車両を走行させることができる。

モータジェネレータ１０７にはモータジェネレータインバータ（以下、Ｍ／Ｇインバータ１１３という）を介してバッテリ１１５が電気的に接続されている。このバッテリ１１５にはＭ／Ｇインバータ１１３を介してモータジェネレータ１０７が生起する回生エネルギが蓄電される。このような制御を行うために、Ｍ／Ｇインバータ１１３にはモータ制御装置１１７が、バッテリ１１５にはバッテリ制御装置１１９が、それぞれ内蔵されている。さらに、Ｍ／Ｇインバータ１１３にはモータジェネレータ１０７の発電量を検知する発電量検知部１２１が設けられている。モータ制御装置１１７、バッテリ制御装置１１９、および発電量検知部１２１はハイブリッド制御装置１２３に接続されている。また、ハイブリッド制御装置１２３にはメータ１２５が接続されている。

このような回生エネルギ量報知装置において、前記車両が減速することによりモータジェネレータ１０７が回生電力を発生する回生状態となれば、それにより生起された前記回生エネルギがＭ／Ｇインバータ１１３によりバッテリ１１５へ蓄電される。この際、ハイブリッド制御装置１２３が発電量検知部１２１の出力からモータジェネレータ１０７の前記発電量を積算する。そして、モータジェネレータ１０７が非回生状態となれば、ハイブリッド制御装置１２３はそれまでに積算した前記発電量から回生エネルギ量（具体的には回生充電量）を算出し、メータ１２５に前記回生充電量を表示することで、前記運転者に報知する。

特開２００９−３８９００号公報

上記した図５の回生エネルギ量報知装置によると、確かに運転者に回生充電量を知らせることができるのであるが、前記回生充電量はバッテリ１１５を蓄電するためにＭ／Ｇインバータ１１３から供給された量であり、実際に有効活用された前記回生エネルギ量との間には誤差が生じる。これは次の理由による。バッテリ１１５は内部抵抗値を有するので、前記回生エネルギを充電する際に前記内部抵抗値により充電時の損失が発生する。同様に、バッテリ１１５に蓄えた前記回生エネルギを放電する際にも前記内部抵抗値による放電時の損失が発生する。さらに、バッテリ１１５から放電された前記回生エネルギがＭ／Ｇインバータ１１３からモータジェネレータ１０７に供給される際に、Ｍ／Ｇインバータ１１３における損失が発生する。このように、バッテリ１１５に蓄えた前記回生充電量の全量がモータジェネレータ１０７で有効活用されるのではなく、バッテリ１１５の充放電損失、およびＭ／Ｇインバータ１１３の損失が発生しているので、実際に有効活用された前記回生エネルギ量として前記回生充電量を用いると、上記した損失分の前記誤差が発生するという課題があった。

さらに、バッテリ１１５の前記内部抵抗値は温度や劣化進行により変化し、Ｍ／Ｇインバータ１１３の効率も昇降圧比や温度によって変化するので、バッテリ１１５やＭ／Ｇインバータ１１３の損失も状況に応じて変化する。従って、前記損失分による前記誤差を正確に求めることが困難である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、蓄電装置に蓄えられた回生電力の内、前記誤差を考慮した、実際に有効活用された前記回生電力による燃費改善効果を前記運転者に正確に示すことが可能な蓄電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、本発明の蓄電装置は、エンジンにより発電する発電機、および負荷と、前記発電機、および前記負荷と充放電回路を介して電気的に接続される蓄電部と、前記充放電回路の前記負荷側に接続される入出力電圧検出回路、および入出力電流検出回路と、前記充放電回路、入出力電圧検出回路、および入出力電流検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記発電機が発電する回生電力を前記蓄電部に充電するよう前記充放電回路を制御するとともに、前記蓄電部から前記回生電力を前記負荷へ放電するよう前記充放電回路を制御する際に、前記入出力電圧検出回路で検出される入出力電圧（Ｖｂ）、前記入出力電流検出回路で検出される入出力電流（Ｉ）、前記回生電力を前記負荷に放電する放電期間（ｔ）、およびあらかじめ求められた換算係数（ｋ）に基いて、前記回生電力が実際に前記負荷で消費されることにより節約できた前記エンジンの燃料節約量（Ｆｓ）を出力するようにしたものである。

本発明の蓄電装置によれば、入出力電圧（Ｖｂ）と入出力電流（Ｉ）を測定することにより求めた、蓄電装置から負荷に出力される回生電力に基いて、実際に前記負荷が消費することにより有効活用された回生エネルギ量を求め、それによる燃料節約量（Ｆｓ）を出力するので、運転者は前記回生電力により実際にどれだけの燃料が節約できたかを知ることができる。従って、前記回生電力による燃費改善効果を前記運転者に正確に示すことが可能な蓄電装置を実現でき、ひいては前記運転者に省エネ運転を促すことができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における蓄電装置のブロック回路図本発明の実施の形態１における蓄電装置の燃料節約量の計算動作を示すフローチャート本発明の実施の形態２における蓄電装置の燃料節約量の補正用の比率Ｄを求める動作を示すフローチャート本発明の実施の形態２における蓄電装置の補正後燃料節約量の計算動作を示すフローチャート従来の回生エネルギ量報知装置のブロック構成図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における蓄電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１における蓄電装置の燃料節約量の計算動作を示すフローチャートである。なお、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、車両のエンジン（図示せず）によって発電する発電機１１は、主電源１３とスタータ１５と電気的に接続される。ここで、発電機１１は１４．５Ｖの出力電圧が得られる構成としている。また、主電源１３は鉛バッテリで構成され、その開放電圧は１２Ｖのものを用いている。また、スタータ１５は前記エンジンと機械的に接続され、前記エンジンの始動を行う。

発電機１１には負荷１９と電気的に接続される。ここで、負荷１９は前記車両に搭載された電装品である。また、負荷１９には蓄電装置２１が電気的に接続される。従って、図１に示すように、発電機１１、主電源１３、スタータ１５、および負荷１９はいずれも蓄電装置２１と電気的に接続される構成となる。

次に、蓄電装置２１の詳細構成について説明する。

負荷１９と電気的に接続される蓄電装置２１の入出力端子２３には、充放電回路２５を介して蓄電部２７と電気的に接続される。ここで、充放電回路２５は蓄電部２７に発電機１１で発生した回生電力を充電したり、前記回生電力が発生していない時に蓄電部２７に蓄えた前記回生電力を主電源１３や負荷１９等に放電する動作を行うもので、本実施の形態１では双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた。なお、前記回生電力とは、減速時やブレーキ時など前記エンジンが燃料を消費しないで発電機１１を駆動することにより得られた電力のことであると以下定義する。また、蓄電部２７から放電された前記回生電力が主電源１３に供給される場合は、前記回生電力を有効活用することができるので、蓄電部２７の前記回生電力が充電される状態の主電源１３は負荷１９の一部であるとして扱う。

蓄電部２７は定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを４本直列接続した構成を有する。なお、上記した蓄電部２７の構成は一例であり、必要な電力仕様に応じて、前記電気二重層キャパシタの本数を変えたり直並列接続や並列接続としてもよい。なお、蓄電部２７の負極はグランド端子２９を介して前記車両のグランドと電気的に接続される。

充放電回路２５の負荷１９側となる入出力端子２３には入出力電圧検出回路３１、および入出力電流検出回路３３が接続される。ここで、入出力電圧検出回路３１は前記グランドを基準とした入出力端子２３における入出力電圧Ｖｂを検出して出力する機能を有する。具体的には、２個の抵抗器（図示せず）の直列回路を入出力端子２３と前記グランドとの間に接続した構成を有し、前記２個の抵抗器の接続点から入出力電圧Ｖｂに相当する電圧を出力する構成としている。なお、入出力電圧検出回路３１は上記した構成に限定されるものではなく、例えば入力許容電圧が２０ＶのＡ／Ｄコンバータを直接入出力端子２３に接続する構成としてもよい。

入出力電流検出回路３３は充放電回路２５により蓄電部２７が充放電される際の入出力端子２３に流れる入出力電流Ｉを検出し出力するもので、本実施の形態１では入出力端子２３と充放電回路２５との間に設けたシャント抵抗器（図示せず）の両端電圧を検出する構成とした。なお、入出力電流検出回路３３は上記した構成に限定されるものではなく、例えばホール素子等で磁気的に検出する構成としてもよい。

一方、充放電回路２５と蓄電部２７との間には、蓄電部電圧検出回路３５が電気的に接続されている。蓄電部電圧検出回路３５により、蓄電部電圧Ｖｃを検出し出力することができる。なお、蓄電部電圧検出回路３５は入出力電圧検出回路３１と同等の構成としている。

充放電回路２５、入出力電圧検出回路３１、入出力電流検出回路３３、および蓄電部電圧検出回路３５は信号系配線で制御回路３７と電気的に接続される。制御回路３７はマイクロコンピュータとメモリ等の周辺回路で構成され、入出力電圧検出回路３１から入出力電圧Ｖｂを、入出力電流検出回路３３から入出力電流Ｉを、蓄電部電圧検出回路３５から蓄電部電圧Ｖｃを、それぞれ読み込む。また、制御回路３７は制御信号ｃｏｎｔを充放電回路２５に出力することにより、蓄電部２７の充放電を制御する。さらに、制御回路３７は外部端子３９を介して車両用制御回路４１と電気的に接続されており、データ信号ｄａｔａにより車両用制御回路４１との間で、後述する燃料節約量Ｆｓ、各種電圧電流値等の蓄電装置２１のデータや、前記車両の状態を示すデータ等の様々なデータを送受信している。なお、データ信号ｄａｔａは車両用通信規格に則って生成される。また、発電機１１やスタータ１５の制御は車両用制御回路４１により行われるが、信号系配線の記載が煩雑になるため図１ではこれらの信号系配線を省略している。

次に、このような蓄電装置２１の動作について説明する。

蓄電装置２１の基本的な動作は、まず前記車両の減速時には発電機１１が発生する前記回生電力を蓄電部２７に充電するように制御回路３７が充放電回路２５を制御する。なお、前記回生電力の発生は、車両用制御回路４１から送信される前記車両の状態に関するデータ信号ｄａｔａ（例えば図示しないアクセルペダルやブレーキペダルの状態、車速、前記エンジンのフューエルカット信号など）を基に制御回路３７が判断する。

次に、発電機１１が前記回生電力を発生していない場合、すなわち前記エンジンが燃料を消費して発電機１１を駆動し発電している場合や、前記車両がアイドリングストップ機能を有すればアイドリングストップ中である場合、制御回路３７は蓄電部２７に蓄えた前記回生電力を負荷１９や主電源１３に対し放電するように充放電回路２５を制御する。これにより、前記回生電力を有効活用でき、前記車両の省燃費化が図れる。なお、発電機１１が前記回生電力を発生していないことは、上記した前記車両の各種データを基に制御回路３７が判断する。

次に、本実施の形態１の特徴となる燃料節約量Ｆｓの出力について図２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図２のフローチャートは前記マイクロコンピュータのメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行されるサブルーチンである。

制御回路３７は蓄電部２７に蓄えた前記回生電力を負荷１９や主電源１３に対し放電する際に、前記メインルーチンから既定放電期間間隔Δｔ毎に図２のサブルーチンを実行する。ここで、既定放電期間間隔Δｔは、あらかじめ前記マイクロコンピュータの演算速度や負荷１９の消費電力変動速度を考慮して０．１秒と決定した。すなわち、０．１秒であれば前記マイクロコンピュータが燃料節約量Ｆｓを十分に計算終了でき、かつ、負荷１９の消費電力が０．１秒以内に大きく変動する可能性が小さいことから、既定放電期間間隔Δｔを０．１秒と決定した。従って、図２のサブルーチンは前記回生電力が蓄電部２７から放電されている間、０．１秒毎に実行されることになる。なお、既定放電期間間隔Δｔは０．１秒に限定されるものではなく、特に前記消費電力変動速度が大きい場合には既定放電期間間隔Δｔを小さくしてもよい。

図２のサブルーチンが実行されると、まず制御回路３７は入出力電圧検出回路３１で検出される入出力電圧Ｖｂと、入出力電流検出回路３３で検出される入出力電流Ｉとを読み込む（ステップ番号Ｓ１１）。次に、燃料節約量Ｆｓを（１）式により計算する（Ｓ１３）。

Ｆｓ＝ｋ・Ｖｂ・Ｉ・Δｔ（１）
ここで、（１）式について説明する。蓄電装置２１から放電される電力は、入出力端子２３の入出力電圧Ｖｂと、入出力端子２３に流れる入出力電流Ｉとの積Ｖｂ・Ｉで求められる。ここで、上記したように負荷１９の前記消費電力は既定放電期間間隔Δｔの間に大きく変化する可能性は小さいので、入出力電圧Ｖｂと入出力電流Ｉの積は既定放電期間間隔Δｔでほぼ一定である。ゆえに、既定放電期間間隔Δｔにおける蓄電装置２１からの放電エネルギはＶｂ・Ｉ・Δｔとなる。

このようにして、蓄電部２７に蓄えた前記回生電力の内、既定放電期間間隔Δｔにおいて有効活用された前記放電エネルギを求めることができるが、これにより、どれだけの燃料を節約することができたのかを計算するために、あらかじめ求められ前記メモリに記憶されている換算係数ｋを乗じる。

換算係数ｋは、前記エンジンの既定運転パターン（例えば日本における前記車両の運転パターンであるＪＣ０８モード）において、発電機１１により発電を行った状態における前記エンジンの負荷時燃料消費量Ｆｅと発電機１１の発電エネルギＥｅ、および発電機１１が発電を行わない状態における前記エンジンの無負荷時燃料消費量Ｆｍと、に基いて、（２）式により求められる。

ｋ＝（Ｆｅ−Ｆｍ）／Ｅｅ（２）
すなわち、負荷時燃料消費量Ｆｅは前記車両の前記既定運転パターンによって定められている負荷１９の消費電力を発電機１１が発電して供給した時の燃料消費量であり、無負荷時燃料消費量Ｆｍは発電機１１が前記エンジンによって回転駆動されるものの発電電力を取り出さない状態における燃料消費量であるので、両者の差（＝Ｆｅ−Ｆｍ）は発電機１１が前記既定運転パターンによって定められた負荷１９の前記消費電力分を発電するために消費した燃料の量である。また、発電エネルギＥｅは前記既定運転パターンによって定められている負荷１９の消費電力から定数として求められる。従って、発電機１１の燃料消費量（＝Ｆｅ−Ｆｍ）を発電エネルギＥｅで除することにより、単位発電エネルギ当たりの発電機１１の燃料消費量を求めることができる。これを換算係数ｋと定義する。なお、本実施の形態１では、実際に前記車両の負荷時燃料消費量Ｆｅ、発電エネルギＥｅ、および無負荷時燃料消費量Ｆｍを測定することにより、換算係数ｋ≒０．２ｃｃ／ｋＪと決定した。なお、この数値は一例であり車種により異なるため、車種毎に求める必要がある。

これらのことから、蓄電装置２１が負荷１９や主電源１３に供給した前記放電エネルギ（＝Ｖｂ・Ｉ・Δｔ）に換算係数ｋを乗じる（１）式の計算を行うことで、既定放電期間間隔Δｔ（＝０．１秒）に、実際に負荷１９や主電源１３が消費する電力を発電機１１が発電するために本来前記エンジンが必要とする燃料を節約した量（燃料節約量Ｆｓ）を求めることができる。

次に、制御回路３７は計算した前記エンジンの燃料節約量Ｆｓをデータ信号ｄａｔａにより車両用制御回路４１に出力する（Ｓ１５）。これを受け、車両用制御回路４１は燃料節約量Ｆｓを図示しない表示部により前記運転者に知らせる。これにより、前記運転者は前記回生電力による燃費改善効果として具体的な燃料節約量Ｆｓが正確に把握できるので、前記運転者に蓄電装置２１の燃費への貢献を示すことが可能となる。その後、制御回路３７は図２のサブルーチンを終了して前記メインルーチンに戻る。

前記メインルーチンは蓄電装置２１が放電している間、既定放電期間間隔Δｔ毎に図２のサブルーチンを実行するので、既定放電期間間隔Δｔ毎に燃料節約量Ｆｓを出力する。従って、車両用制御回路４１は既定放電期間間隔Δｔ毎に燃料節約量Ｆｓを前記運転者に知らせることができる上、燃料節約量Ｆｓを積算することで、前記車両の１使用当たりや新車時から現在までの蓄電装置２１による燃料節約量Ｆｓを知らせることもできる。また、積算された燃料節約量Ｆｓは既定放電期間間隔Δｔ毎の瞬間的な燃料節約量Ｆｓよりも絶対値が大きくなるので、前記車両の長期的な燃費計算の補正に用いることができる。

ここで、従来の図５の構成の場合は、発電量検知部１２１でモータジェネレータ１０７が回生状態における発電量を積算することにより回生エネルギ量を算出しているが、本実施の形態１の構成では、蓄電部２７から実際に負荷１９や主電源１３に実際に供給した前記放電エネルギを基に燃料節約量Ｆｓを求めている。従って、前者の場合はモータジェネレータ１０７の回生状態における前記回生エネルギ量を算出するのみであるので、その後、バッテリ１１５からＭ／Ｇインバータ１１３を介してモータジェネレータ１０７に電力が供給される際のバッテリ１１５とＭ／Ｇインバータ１１３の損失によるモータジェネレータ１０７への電力供給可能期間が短くなる点が前記回生エネルギ量には考慮されていないことになり、前記回生エネルギ量は実際に有効活用できた値に対し誤差が含まれる。一方、後者（本実施の形態１）の場合は蓄電装置２１からの前記放電エネルギを求めるので、蓄電部２７や充放電回路２５の温度変化などによる変動分も含めた損失で負荷１９や主電源１３への電力供給可能期間が短くなる点を考慮した正確な燃料節約量Ｆｓが求められる。

以上の構成、動作により、入出力電圧Ｖｂと入出力電流Ｉを測定することにより求めた、蓄電装置２１から負荷１９（主電源１３を含む）に出力される前記回生電力に基いて、実際に負荷１９が消費することにより有効活用された前記回生エネルギ量（＝前記放電エネルギ量）を求め、それによる燃料節約量Ｆｓを出力することができるので、前記運転者は前記回生電力により実際にどれだけの燃料が節約できたかを、車両全体の燃費とは区別して知ることができる。従って、前記回生電力による燃費改善効果を前記運転者に正確に示すことが可能な蓄電装置２１を実現できる。また、前記運転者が燃料節約量Ｆｓを確認することで、前記運転者に対しできるだけ燃料節約量Ｆｓが多くなるような省エネ運転を促すことができ、蓄電装置２１の採用と相まって総合的に前記車両の燃費改善を図ることが可能となる。

なお、本実施の形態１では、有効活用された前記放電エネルギを燃料節約量Ｆｓ（単位はｃｃ）に換算して出力しているが、これは、従来のように前記回生エネルギ量（単位はジュールやワット・時）を前記運転者に報知しても、その値でどの程度の燃費向上ができたのかを前記運転者が直感的に知ることが難しいためである。この観点から、燃料節約量Ｆｓにより燃費を求めることも可能であるが、本実施の形態１の蓄電装置２１の構成では、上記したように既定放電期間間隔Δｔ毎の瞬間的な燃料節約量Ｆｓは絶対値が小さく、前記車両全体の前記燃費に占める瞬間的な燃料節約量Ｆｓの貢献がほとんど得られない。これらのことから、本実施の形態１では、前記運転者にとってわかりやすく、かつ既定放電期間間隔Δｔ毎に前記運転者に報知しても意義のある数値として燃料節約量Ｆｓを出力する構成としている。

また、本実施の形態１では、換算係数ｋを（２）式で求めた一定値として決定しているが、これは例えば前記車両の運転条件や温度等により複数の換算件数ｋを用いるようにしてもよいし、複数のパラメータに対応した換算係数ｋのテーブルを作成し前記メモリに記憶しておくようにしてもよい。これにより、より正確な燃料節約量Ｆｓを求めることができる。

また、前記既定運転パターン下で換算係数ｋを求めているが、実際の運転パターンとでは換算係数ｋに誤差が含まれる可能性がある。そこで、例えば前記車両の前記既定運転パターンによる燃費と現在の燃費との差や比に応じて換算係数ｋを補正するようにしてもよい。

また、本実施の形態１では既定放電期間間隔Δｔ毎に燃料節約量Ｆｓを求めているが、これは例えば蓄電装置２１を建設機械等に用いた場合のように、負荷１９の消費電力が安定している場合は、既定放電期間間隔Δｔ毎である必要はなく、蓄電部２７に蓄えた前記回生電力を放電開始してから放電終了するまでの既定期間ｔに基いて燃料節約量Ｆｓを求めてもよい。この場合、（１）式の既定放電期間間隔Δｔに替わって既定期間ｔを用いる。なお、既定期間ｔは蓄電部２７の容量や回生できた蓄電量によって決定される。ここで、蓄電部２７が前記電気二重層キャパシタの場合は前記蓄電量が蓄電部電圧Ｖｃにより求められるので、既定期間ｔを用いる場合は蓄電部電圧検出回路３５の出力と既知の前記電気二重層キャパシタの容量、および後述する既定の蓄電部下限電圧Ｖｓから既定期間ｔを決定すればよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における蓄電装置の燃料節約量の補正用の比率Ｄを求める動作を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態２における蓄電装置の補正後燃料節約量の計算動作を示すフローチャートである。

本実施の形態２における蓄電装置の構成は図１と同じであるので、詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２における特徴となる点は、蓄電部２７に充電した電力の内、前記回生電力によるものの比率Ｄを求めて、燃料節約量Ｆｓを補正する点である。このような動作を行う理由は次の通りである。

蓄電部２７へは通常、前記回生電力のみが充電されるように制御される。しかし、制御回路３７の処理速度や充放電回路２５の応答性が遅い構成の場合は、発電機１１が前記回生電力を発生し終わった直後に蓄電部２７への充電を停止しようとしても動作遅れが発生し、充電停止までの間に前記エンジンが燃料を消費して発電した電力（非回生電力）を蓄電部２７に充電してしまうことがある。この非回生電力量は１回当たりでは僅かであるが、特に前記車両の新車時から現在までの蓄電装置２１による積算された燃料節約量Ｆｓに対しては誤差が大きくなる。従って、本実施の形態２では、より正確な燃料節約量Ｆｓを求めるために、前記非回生電力分を補正する動作を行う。その詳細について、図３、図４を参照しながら以下に説明する。

図３は蓄電部２７を充電する際に補正係数としての比率Ｄを求めるフローチャートであり、図２と同様に前記マイクロコンピュータの前記メインルーチンから実行されるサブルーチンである。

制御回路３７は車両用制御回路４１からフューエルカットが開始されたことをデータ信号ｄａｔａで受信すると、前記回生電力を蓄電部２７に充電するように充放電回路２５を制御すると同時に、図３のサブルーチンを実行する。これにより、制御回路３７は蓄電部電圧検出回路３５より蓄電部電圧Ｖｃを読み込む（Ｓ２１）。次に、読み込んだ蓄電部電圧Ｖｃを変数Ｖｃ１に代入する（Ｓ２３）。ここで、Ｓ２３に示すように、判断以外の動作でＶｃ１＝Ｖｃと記載した場合は、右辺の数値や計算結果を左辺の変数に代入することであると定義する。また、前記変数は前記メモリの一部に定義される。

次に、制御回路３７は蓄電部２７の残存エネルギＥｎを（３）式により計算する（Ｓ２５）。

Ｅｎ＝Ｃ・（Ｖｃ²−Ｖｓ²）／２（３）
ここで、蓄電部２７の容量Ｃは、前記電気二重層キャパシタの固有値として、あらかじめ前記メモリに記憶してある。また、蓄電部下限電圧Ｖｓは蓄電部２７を放電できる下限の電圧値のことであり、本実施の形態２の蓄電部２７では蓄電部下限電圧Ｖｓを５Ｖとした。このように蓄電部下限電圧Ｖｓを設定することで、蓄電部２７の過放電の可能性を低減している。

Ｓ２５を実行することにより、制御回路３７はこれから蓄電部２７に前記回生電力を充電する直前に蓄電部２７に蓄えられている残存エネルギＥｎを求めることができる。

次に、Ｓ２５で求めた残存エネルギＥｎから残存回生エネルギＥｒｎを（４）式により計算する（Ｓ２７）。

Ｅｒｎ＝Ｅｎ・Ｄ（４）
ここで、比率Ｄは前回蓄電部２７に充電した全エネルギに対する前記回生電力によるエネルギ（以下、回生エネルギＥｒという）の比である。従って、前記全エネルギが全て回生エネルギＥｒであれば、比率Ｄは１になる。ゆえに、（４）式の計算を行うことで、残存エネルギＥｎの内、前記回生電力により蓄えられた残存回生エネルギＥｒｎを求めることができる。

このようにして残存エネルギＥｎと残存回生エネルギＥｒｎを求めておくことで、後述する比率Ｄの更新時に、より正確な値を得ることができる。なお、Ｓ２１からＳ２７までの動作は簡単な四則演算であるので、処理速度の遅い前記マイクロコンピュータであっても高速に実行できる。ゆえに、Ｓ２７の時点では、前記回生電力はほとんど蓄電部２７に充電されていない。

なお、（５）式の計算を行うことで、残存エネルギＥｎの内、前記回生電力以外により蓄えられた残存非回生エネルギＥｍｎを求めることができる。

Ｅｍｎ＝Ｅｎ・（１−Ｄ）（５）
しかし、残存非回生エネルギＥｍｎは本実施の形態２の場合、以後の計算で使用しないため、特に求める必要はない。但し、後述する（８）式において、残存非回生エネルギＥｍｎを用いて比率Ｄを求めるようにしても計算上は等価である。

次に、制御回路３７は車両用制御回路４１からのデータ信号ｄａｔａを監視して前記フューエルカット信号がオフになったか否かを判断する（Ｓ２９）。もし、オフになっていなければ（Ｓ２９のＮｏ）、Ｓ２９に戻りオフになるまで待つ。この間に蓄電部２７へは前記回生電力が充電される。

前記フューエルカット信号がオフになれば（Ｓ２９のＹｅｓ）、前記回生電力の発生が終了したことになる。この際、制御回路３７は図示しない割り込みルーチンで蓄電部２７への充電動作を停止するように充放電回路２５を制御するとともに、その瞬間の蓄電部電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ３１）、変数Ｖｃ２に代入する（Ｓ３３）。次に、回生エネルギＥｒを（６）式により計算する（Ｓ３５）。

Ｅｒ＝Ｃ・（Ｖｃ２²−Ｖｃ１²）／２（６）
次に、制御回路３７は遅れ期間ｔｄが経過したか否かを判断する（Ｓ３７）。ここで、遅れ期間ｔｄとは前記割り込み処理で制御回路３７が充放電回路２５に充電停止制御を行ってから、実際に充放電回路２５が充電を停止し終わるまでの充放電回路２５や制御回路３７のトータルの制御遅れの期間のことであり、あらかじめ求めて前記メモリに記憶してある。本実施の形態２では遅れ期間ｔｄを０．１秒とした。もし、遅れ期間ｔｄが経過していなければ（Ｓ３７のＮｏ）、Ｓ３７に戻り、遅れ期間ｔｄが経過するまで待つ。その間に前記非回生電力が発生していれば蓄電部２７に充電されることになる。

一方、遅れ期間ｔｄが経過すると（Ｓ３７のＹｅｓ）、充放電回路２５は充電動作を停止しているので、これ以上、前記非回生電力を蓄電部２７に充電してしまうことはない。そこで、その時点における蓄電部電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ３９）、変数Ｖｃ３に代入する（Ｓ４１）。次に、制御回路３７は非回生エネルギＥｍを（７）式により計算する（Ｓ４３）。

Ｅｍ＝Ｃ・（Ｖｃ３²−Ｖｃ２²）／２（７）
次に、制御回路３７は比率Ｄを（８）式により計算する（Ｓ４５）。

Ｄ＝（Ｅｒｎ＋Ｅｒ）／（Ｅｎ＋Ｅｒ＋Ｅｍ）（８）
なお、（８）式で分子は残存回生エネルギＥｒｎを含む前記回生電力により蓄電部２７に蓄えられたエネルギを、分母は残存エネルギＥｎを含む蓄電部２７の全エネルギを示す。従って、（８）式で得られた比率Ｄは現在の蓄電部２７が蓄えている電気エネルギの内、前記回生電力により得られた電気エネルギの割合を示すことになる。このようにして、比率Ｄの値を蓄電部２７が前記回生電力を充電する毎に更新している。

次に、図３のフローチャートで求めた比率Ｄにより燃料節約量Ｆｓを補正する動作について、図４を用いて説明する。なお、図４も図２と同様に蓄電部２７の放電時に既定放電期間間隔Δｔ毎に前記メインルーチンから実行されるサブルーチンである。

図４のサブルーチンは図２とほぼ同じであるので、同一動作には同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略し、異なる点のみ説明する。

図４において、Ｓ１１の動作の後、制御回路３７は燃料節約量Ｆｓを（９）式により計算する（Ｓ５３）。

Ｆｓ＝Ｄ・ｋ・Ｖｂ・Ｉ・Δｔ（９）
ここで、（９）式は（１）式の右辺に比率Ｄを乗じたものである。従って、蓄電部２７からの前記放電エネルギの内、比率Ｄを乗じた分が前記回生電力によって得られた電気エネルギである。この値に換算係数ｋを乗じることで、実際に前記回生電力により節約できた燃料の量を正確に知ることができる。

その後、Ｓ１５で燃料節約量Ｆｓを出力して図４のサブルーチンを終了し、前記メインルーチンに戻る。

このような本実施の形態２の特徴となる動作をまとめると、次のようになる。制御回路３７は、蓄電部２７に電力を充電する際、前記回生電力による回生エネルギＥｒと、非回生時に蓄えた電力による非回生エネルギＥｍとを、それぞれ求め、蓄電部２７に蓄えられた全エネルギの内、回生エネルギＥｒの比率Ｄを求めておき、蓄電部２７の放電時に燃料節約量Ｆｓを比率Ｄで補正する。これにより、蓄電部２７に充電した前記非回生電力の誤差を低減でき、より正確な燃料節約量Ｆｓが得られる。

さらに、本実施の形態２では、制御回路３７は、蓄電部２７を下限まで放電し終わる以前に前記回生電力の充電を開始する際に、充電直前の蓄電部２７の残存エネルギＥｎと比率Ｄとに基いて残存回生エネルギＥｒｎを求め、残存回生エネルギＥｒｎと残存エネルギＥｎにも基いて比率Ｄを更新している。これにより、蓄電部２７を蓄電部下限電圧Ｖｓまで放電するまでに、次の前記回生電力が発生し充電したとしても、残存エネルギＥｎに占める残存回生エネルギＥｒｎを求めておくので、それらを考慮した比率Ｄの更新が可能となり、さらに正確な燃料節約量Ｆｓが得られる。なお、蓄電部２７の容量Ｃが小さく、常に蓄電部２７を蓄電部下限電圧Ｖｓまで放電する蓄電装置２１の構成としている場合は、残存回生エネルギＥｒｎと残存エネルギＥｎに基く比率Ｄの更新は特に行わなくてもよい。この場合、比率ＤはＤ＝Ｅｒ／（Ｅｒ＋Ｅｍ）により求められる。

以上の構成、動作により、比率Ｄを用いてさらに高精度に前記回生電力による燃料節約量Ｆｓを出力することができるので、前記運転者に前記回生電力による燃費改善効果を、より一層正確に示すことが可能な蓄電装置２１を実現できる。

なお、本実施の形態２において、充放電回路２５や制御回路３７にはトータルで前記動作遅れが発生するとして比率Ｄによる燃料節約量Ｆｓの補正について説明したが、これは前記動作遅れがほとんど発生しない高速処理を行うことができる充放電回路２５や制御回路３７を用いた実施の形態１の構成であっても比率Ｄを用いる動作は有効である。すなわち、通常は前記動作遅れが発生しないので、図３のサブルーチンを実行しても比率Ｄは１になり、実質的には実施の形態１と同じ動作となる。一方、例えばノイズ等の影響で充放電回路２５等に動作の遅延が一時的に発生した場合は、図３のサブルーチンにより比率Ｄが１未満となる。従って、高速処理が可能な構成であっても本実施の形態２の動作とすることで、一時的な動作遅延に対応して正確な燃料節約量Ｆｓを出力することができる。

なお、実施の形態１、２において、蓄電部２７には前記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他のキャパシタや二次電池でもよい。但し、前記二次電池を用いる場合は、比率Ｄを求める際に前記二次電池の各種エネルギを、前記二次電池に流れる電流と前記二次電池の電圧との積を時間積分して求める必要がある。

なお、実施の形態１、２において、蓄電装置２１とは別に主電源１３を用いる構成としているが、これは従来の図５のように主電源１３がない構成であってもよい。

本発明にかかる蓄電装置は、回生電力による燃料節約量を正確に出力することができるので、特に回生電力回収機能付き蓄電装置等として有用である。

１１発電機
１３主電源
１９負荷
２５充放電回路
２７蓄電部
３１入出力電圧検出回路
３３入出力電流検出回路
３７制御回路

Claims

エンジンにより発電する発電機、および負荷と、
前記発電機、および前記負荷と充放電回路を介して電気的に接続される蓄電部と、
前記充放電回路の前記負荷側に接続される入出力電圧検出回路、および入出力電流検出回路と、
前記充放電回路、入出力電圧検出回路、および入出力電流検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記発電機が発電する回生電力を前記蓄電部に充電するよう前記充放電回路を制御するとともに、前記蓄電部から前記回生電力を前記負荷へ放電するよう前記充放電回路を制御する際に、前記入出力電圧検出回路で検出される入出力電圧（Ｖｂ）、前記入出力電流検出回路で検出される入出力電流（Ｉ）、前記回生電力を前記負荷に放電する放電期間（ｔ）、およびあらかじめ求められた換算係数（ｋ）に基いて、前記回生電力が実際に前記負荷で消費されることにより節約できた前記エンジンの燃料節約量（Ｆｓ）を出力するようにした蓄電装置。
前記換算係数（ｋ）は、前記エンジンの既定運転パターンにおいて、前記発電機により発電を行った状態における前記エンジンの負荷時燃料消費量（Ｆｅ）と前記発電機の発電エネルギ（Ｅｅ）、および前記発電機が発電を行わない状態における前記エンジンの無負荷時燃料消費量（Ｆｍ）と、に基いて求められた請求項１に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記蓄電部を放電する際に、前記放電期間（ｔ）に替わって既定放電期間間隔（Δｔ）に基き、前記既定放電期間間隔（Δｔ）で前記燃料節約量（Ｆｓ）を出力するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記蓄電部に電力を充電する際、前記回生電力による回生エネルギ（Ｅｒ）と、非回生時に蓄えた電力による非回生エネルギ（Ｅｍ）とを、それぞれ求め、前記蓄電部に蓄えられた全エネルギの内、前記回生エネルギ（Ｅｒ）の比率（Ｄ）を求めておき、
前記蓄電部の放電時に、前記燃料節約量（Ｆｓ）を前記比率（Ｄ）で補正するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記蓄電部を下限まで放電し終わる以前に前記回生電力の充電を開始する際に、充電直前の前記蓄電部の残存エネルギ（Ｅｎ）と前記比率（Ｄ）とに基いて残存回生エネルギ（Ｅｒｎ）を求め、
前記残存回生エネルギ（Ｅｒｎ）と前記残存エネルギ（Ｅｎ）にも基いて前記比率（Ｄ）を更新するようにした請求項４に記載の蓄電装置。