JP2014088106A - 車両用電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、外部電気機器の要求電力の変化に対して即応性のある電力供給を行う車両用電力供給システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る車両用電力供給システムは、エンジン１により駆動される発電機２から家庭用電気機器１０に電力を供給するものであって、発電機２によって充電され、家庭用電気機器１０の要求電力の増加に対応して電力を供給するバッテリ８と、車両の走行停止状態を検出する停止状態検出手段と、バッテリ８及び発電機２から家庭用電気機器１０への供給電力を検出する電力モニタ装置１２と、車両の走行停止時に、電力モニタ装置１２の検出値を用いて供給電力超過判定と供給電力変化判定を行い、この判定結果に基づいてエンジン１の回転数を制御する制御手段とを備えるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載される発電機及びバッテリから外部電気機器に電力を供給する車両用電力供給システムに関する。

従来から、車両に搭載される発電機を、ヘッドライトや制御系機器等の電装品への電力供給に利用するのみならず、車両の走行停止時に、冷蔵庫や電子レンジ等の家庭用電気機器への電力供給にも利用するシステムが存在する。
従来の車両用電力供給システムは、家庭用電気機器の電気負荷の変動を発電機の出力によって検出し、検出した発電機の出力が電気負荷に対して過不足が無くなるように、エンジンの目標回転数を制御し、発電機の出力と同等の電力が電力変換装置を介して家庭用電気機器に供給されるものである。すなわち、家庭用電気機器の電気負荷が大きくなり発電機の出力電圧値が予め設定された閾値を下回る場合には、エンジン回転数を上昇させ、家庭用電気機器への供給電力が過剰となり出力電流値が閾値を下回る場合には、エンジン回転数を下降させるものである。（例えば、特許文献１）

特開２０１０−６８６２２号公報

従来の車両用電力供給システムでは、まず家庭用電気機器の電気負荷に対する発電機の出力の多寡を検出してから、次に検出値に応じてエンジン回転数を制御するシステムのため、発電機の出力を検出した時点では電気負荷に応じた電力を供給できておらず、制御後に遅れて電気負荷に応じた電力を供給することとなる。そのため、家庭用電気機器が発電機に要求する電力（以降、要求電力と略記）の増加に対して、即応性のある電力供給が行えない。すなわち、家庭用電気機器が発電機に対して要求電力を上げても、発電機はその要求電力に見合う電力を瞬時的には供給できず、新たな検出値に応じた制御が行われるまでは家庭用電気機器は要求電力通りの動作が行えない。さらにモータを駆動する家庭用電気機器等、起動時に大きな電力が必要な場合、起動時点の発電機の出力では家庭用電気機器が起動しない恐れがある。また、自動二輪車等の小型のエンジンでは、要求電力の急増に対して、エンジンの負荷トルクが増大して発電機及びエンジンの回転が落ち、エンジン回転数を制御する前にエンジンが止まる（いわゆるエンストの）恐れがある。

以上のような問題を解決するためになされたもので、本発明は、外部電気機器の要求電力の変化に対して即応性のある電力供給を行う車両用電力供給システムを得ることを目的とする。

本発明に係る車両用電力供給システムは、内燃機関により駆動される発電機から外部電気機器に電力変換を行い電力を供給する車両用電力供給システムであって、発電機によって充電され、外部電気機器が要求する電力の増加に対応して外部電気機器に電力を供給するバッテリと、車両の走行停止状態を検出する停止状態検出手段と、バッテリ及び発電機から外部電気機器への供給電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出結果を用いて、発電機の発電電流に対する供給電流の過不足状態からバッテリの充放電状態を算出する供給電流超過判定手段と、電流検出手段の検出結果を用いて、供給電流の変化量を算出する供給電流変化判定手段と、停止状態検出手段が車両の走行停止状態を検出したとき、供給電流超過判定手段及び供給電流変化判定手段の算出結果に基づいて内燃機関の回転速度を制御する制御手段とを備えるものである。

この発明によれば、外部電気機器の要求電力の変化に対して即応性のある電力供給を持続的に行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムの概要を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムのＥＭＳの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムのＥＭＳのフローチャート図である。 エンジン回転速度−出力電流の対応関係図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムにおけるタイムチャートを示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中における同等または対応する部品、箇所については同番号を付す。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムの概要を示す図であり、実施の形態１では以降、車両の例として自動二輪車を用いている。
図１において、内燃機関であるエンジン１の出力軸には発電機２が接続されている。エンジン１の出力軸が燃料の燃焼により回転すると、発電機２が回り発電が行われる。この発電した電力は、整流器及びレギュレータ３で、交流から直流に変換し、一定電圧（例えば１２ｖまたは２４ｖ）となるように調整される。エンジン１は車速信号やギア信号、モードＳＷ信号等の各種信号を元に、エンジンマネジメントシステム４（以降、ＥＭＳと略記）によって、電子スロットル５、インジェクタ６、点火プラグ７等を制御して駆動している。

発電し調整された電力は、バッテリ８に充電される、又はヘッドライト等の電装品９に給電される、又は外部電気機器として冷蔵庫や電子レンジ等の家庭用電気機器１０に給電される。これら充電と給電は同時に行われることもあり、レギュレータ３にはバッテリ８が満充電しているときに過充電させない役割もある。ここで、家庭用電気機器１０に給電される際は、ＤＣ−ＡＣ変換器１１により直流電力を家庭用電気機器１０が使用できる交流電力に変換する。電装品９又は家庭用電気機器１０に供給される電力（以降、供給電力と略記）は電力モニタ装置１２に検出されており、電力モニタ装置１２はＥＭＳ４に接続し、供給電力をＥＭＳ４に通知している。

供給電力の通知を受けたＥＭＳ４は、供給電力に合わせて、電子スロットル５のモータを駆動制御して、エンジン回転速度を制御する。電圧が一定であるため、電力検出手段として電力モニタ装置１２を用いたが、家庭用電気機器１０に供給される電流を検出する電流計等を用いてもよい。

図２は本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムのＥＭＳの構成図であり、図１のＥＭＳ４と周辺機器との接続を詳細に示した図である。
ＥＭＳ４は、バッテリ８から電力を受電しており、ＥＭＳ４とバッテリ８を結ぶ２本の接続線のうち１本はキーＳＷ２１によりユーザーがオン、オフ切換えることが可能である。ＥＭＳ４内では、マイコン２２を中心に各種制御が行われており、電力モニタ装置１２で検出した供給電力信号等の信号がマイコン２２に入力される。マイコン２２に入力される信号として、後述する走行モード、給電モード、自己充電モードの切換わりを検出するモードＳＷ１信号及びモードＳＷ２信号がある。一方、マイコン２２から、アクセルポジションセンサ２３、スロットルボディ２４、ヘッドライト２５、メータＡＳＳＹ２６等に制御信号が出力されている。電装品９や家庭用電気機器１０に電力を供給する際は、スロットルボディ２４において、スロットルポジションセンサ２７でスロットル弁２８の開度信号を得つつ、スロットル弁２８をＤＣモータで駆動することで、エンジン１の回転速度を制御している。

図３は本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムのＥＭＳのフローチャート図である。また、図４にエンジン回転速度−（発電機の）出力電流の対応関係図を示す。
図３のフローチャートにおいて、Ｓ１０でキーＳＷ２１がオンすることによってＥＭＳ４は起動する。起動したＥＭＳ４は、Ｓ２０でＥＭＳ自身の初期設定を行い、以下の処理で車両の状態および実行予定のモードの確認を行う（Ｓ３０〜Ｓ５０）。この確認は図１及び図２で記載したようにＥＭＳに入力される信号によって有線通信で行われるが、無線通信で行われてもよい。実行予定のモードには、例えば、通常走行を行う走行モード、発電機２が発電して家庭用電気機器１０への電力を供給する給電モード、発電機２が発電してバッテリに電力を供給する自己充電モードがある。

まずＳ３０で、ＳＷ入力処理が行われる。これは走行モード、給電モード、自己充電モードのいずれを行うように信号が入力されているかをＥＭＳが検出するものである。例えばキーＳＷ２１に、オフと走行モードに相当するオンのみならず、給電モード、自己充電モードを行うために割当てられたＳＷが設けられ、走行モード、給電モード、自己充電モードのいずれのモードにキーＳＷ２１が位置しているかをＥＭＳ４は検出する。このモード切換はダッシュボードやメータ上で切換てもよい。既にエンジン１及び発電機２が駆動しているならば、電力モニタ装置１２が電力を検出することで、電力を取り出そうとしていることを判定し、給電モードまたは自己充電モードとして使用していることを検知するようにしてもよい。

次にＳ４０及びＳ５０で、車速信号処理、ギア信号処理によって、車両が給電モード又は自己充電モードに移行しても安全な停車状態にあることを確認するための情報を得る。具体的には、車速が設定値以下かつギアがニュートラルであるかを、車速信号とギア信号から検出する。Ｓ４０で車速信号を検出する車速センサがない場合はエンジン回転速度を検出して車速を判断してもよい。

Ｓ６０にて電力モニタ装置１２との通信を可能とし、Ｓ７０にて、上記Ｓ３０〜Ｓ５０で得られる情報から、モード判定と停車判定を行い、走行モードか給電モードまたは自己充電モードかの切換を行う。ここでユーザーが給電モードにＳＷを入力しているにも関わらず、車速が設定値より大きい、又はギアがニュートラルでない場合等、走行モードや給電／自己充電モードに移行できないと判断された場合はエラーとして、Ｓ３０からのフローへ戻される。

（ア）走行モード
走行モードでは通常走行を行うことが可能となるが、ＥＭＳ４では以下の処理（Ｓ８０〜Ｓ１００）が行われている。Ｓ８０にて、給電モードまたは自己充電モードにおいて不必要な電装品９の再駆動又は継続駆動を行う。給電モードまたは自己充電モード時に不必要な電装品９としてはヘッドライトや尾灯、オーディオやグリップシート、ヒータシート等が挙げられる。従来からヘッドライトと尾灯は視認性を高めるため、昼間でも自動に点灯する構成である。

エンジン１が始動すると、Ｓ９０にて、ユーザーのアクセル操作に応じて通常走行のエンジン制御が行われる。Ｓ１００では、バッテリ蓄電容量積算処理として、エンジン１を制御している間、電力モニタ装置１２の検出値から、バッテリ８に充放電される電力を積算（累積計算）し、その積算値Ｐｓを次式のように求める処理を行う。この積算値Ｐｓを元に、後述する自己充電モードにおける発電機２によるバッテリ８の充電の時間等を決定する。次式において、積算値の今回値はＰｓ（ｎ）、前回値がＰｓ（ｎ−１）、発電機２の発電電力はＰｏｕｔ、電力モニタ装置１２で検出する供給電力はＰｕである。
Ｐｓ（ｎ）＝Ｐｓ（ｎ−１）＋Ｐｏｕｔ−Ｐｕ

供給電力Ｐｕは、図１を見るに、走行モードでは電力モニタ装置１２は家庭用電気機器１０と接続されておらず、ここでは電装品９に供給される電力のことである。なお、発電機２の発電電力Ｐｏｕｔは制御しているエンジン１の回転速度から算出されるものであり、発電機２による出力電流とエンジン回転速度は図４に示すような関係にある。ここで出力電圧は一定のため出力電流と発電電力Ｐｏｕｔは対応関係にある。例えば、図４において発電機２の出力電流をΔＩ上昇させたい場合、エンジン回転速度をΔＮｅ上げればよい。そのため、発電電力Ｐｏｕｔは電力計等を用いて検出する必要はなく、エンジン回転速度より算出すればよい。この上式より、Ｐｓ（ｎ）＜０のときバッテリ８は当初の状態より放電電力が大きく、充電を必要とする。

（イ）給電モード又は自己充電モードへの移行
Ｓ７０のモード判定及び停車判定によって、給電モード又は自己充電モードに移行すると、発電機２で発電された電力はバッテリ８又は家庭用電気機器１０に供給される。ＥＭＳ４では、まずＳ１１０にて給電モードまたは自己充電モードにおいて不必要な電装品９、例えばヘッドライト２５等の停止を行う。ここで電装品９は必要に応じて駆動可能な状態としてもよい。例えば車載のラジオは、災害時において情報源となるので、停止せずに駆動したままとしてよい。また、停止または駆動を選択できるようにしてもよい。

発電機２が発電することで、Ｓ１２０にて、バッテリ蓄電容量積算処理として、電力モニタ装置１２の検出値から、バッテリ８に充放電される電力を積算（累積計算）し、積算値Ｐｓを次式のように求める処理を行う。供給電力Ｐｕは、図１を見るに、電装品９への電力の供給は停止しているため、給電モードでは家庭用電気機器１０に供給される電力であり、家庭用電気機器１０が発電機２及びバッテリ８に要求する要求電力にも相当する。自己充電モードでは供給電力は全てバッテリ８の充電に充てられることになる。走行モードから給電モード又は自己充電モードへの移行直後であれば、前回値Ｐｓ（ｎ−１）は走行モードの積算値を用いて、積算値の今回値Ｐｓ（ｎ）を算出することとなる。
Ｐｓ（ｎ）＝Ｐｓ（ｎ−１）＋Ｐｏｕｔ−Ｐｕ

（ウ）給電モード
給電モードでは、家庭用電気機器１０の要求電力の変化に対応してエンジン１の回転速度を制御し、発電機２にて発電した電力を家庭用電気機器１０に給電する。エンジン１が始動した時点では、エンジン１のアイドル回転によって発電機２はわずかに発電している。このアイドル回転による発電電力で家庭用電気機器１０に対応する電力を供給できる場合はエンジン１の回転速度を維持すればよいが、家庭用電気機器１０が大きな電力を要求する場合は、エンジン１の回転速度を大きくするようにＥＭＳ４は制御する。

まずＳ１３０にて、自己充電モードか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定されれば、給電モードに移行する。以下のＳ１４０〜Ｓ１６５は供給電力超過判定手段を具体的に表したものである。Ｓ１４０の供給電力超過判定として、電力モニタ装置１２に検出された供給電力Ｐｕと、エンジン１の回転速度から算出される発電電力Ｐｏｕｔを比較する。

ここで、Ｐｕ＞Ｐｏｕｔであれば、バッテリ８が放電し、発電機２とバッテリ８から家庭用電気機器１０に電力を供給している状態であり、Ｓ１５０に移行する。一方、Ｐｏｕｔ＞Ｐｕであれば、バッテリ８は充電し、家庭用電気機器１０には発電機２からの電力が供給されている状態であり、Ｓ１６０に移行する。

Ｐｕ＞ＰｏｕｔのときＳ１５０の供給電力超過分積算処理を行い、次式から発電機２の発電電力に対する家庭用電気機器１０への供給電力の超過分の積算値Ｐ_０（ｎ）を演算する。この超過分（Ｐｕ−Ｐｏｕｔ）はバッテリ８から供給されている。ここで積算値Ｐ_０（ｎ）はバッテリ８の当初蓄電量に対する放電電力に相当する。
Ｐ_０（ｎ）＝Ｐ_０（ｎ−１）＋（Ｐｕ−Ｐｏｕｔ）
Ｐｕ＜Ｐｏｕｔのときも上式を用いてＳ１６０の供給電力不足分積算処理を行い、同様の積算値Ｐ_０（ｎ）を演算する。ここでは発電電力に対して供給電力が少ない（不足している）状態であり、この不足分（Ｐｏｕｔ−Ｐｕ）はバッテリ８に充電されている。

以上のＳ１５０、Ｓ１６０の処理において、積算値Ｐ_０（ｎ）＞０のとき、当初のバッテリ８の蓄電容量よりも現在のバッテリ８の蓄電容量が少ないため、バッテリ８を充電するよう、その積算値Ｐ_０（ｎ）に応じてエンジン１の回転速度がアップする変化量ＮＥ_０を演算する。この積算値Ｐ_０（ｎ）とエンジン回転速度の変化量ＮＥ_０の間には図４で示したような１対１に対応する関係式があり、その関係式からエンジン回転速度の変化量ＮＥ_０は容易に決定できるものである。また、Ｐｕ＞Ｐｏｕｔのとき、Ｐｕ＜Ｐｏｕｔのとき、いずれの場合においても、家庭用電気機器１０の要求電力に対して、それに相当する電力は供給できているものである。

ここで、Ｓ１６０の場合、Ｐｕ＜Ｐｏｕｔの関係からＰ_０（ｎ）＜０となりうる。しかし当初のバッテリ８の蓄電状態が満充電状態とすると、バッテリ８はそれ以上充電はできない状態にあるため、積算値Ｐ_０（ｎ）＜０となってもバッテリ８には充電されておらず、以降の積算処理によるバッテリ８の蓄電量と実際の蓄電量にズレが生じる。そのため、Ｓ１６５では、積算値Ｐ_０（ｎ）＜０となる場合にのみ、積算値Ｐ_０（ｎ）＝０と初期化（清算）して以降のフローチャートに復帰する。積算値Ｐ_０（ｎ）＜０とならない場合は、エンジン１の回転速度がアップする変化量ＮＥ_０を演算するのみである。ただし、当初のバッテリ８の蓄電状態が満充電状態ではない場合は、積算値Ｐ_０（ｎ）＜０となっても初期化する必要はない。

この一連の供給電力超過判定によって家庭用電気機器１０に電力を供給しつつバッテリ８の充放電状態を確認し、バッテリ８を安定して蓄電させることで、発電機２の出力のみでは次回の制御機会まで家庭用電気機器１０に対応した給電ができない際も常にバッテリ８が瞬時的に対応して給電できる。

以下のＳ１７０〜Ｓ２００は供給電力変化判定手段を具体的に表したものである。Ｓ１７０の供給電力変化判定として、電力モニタ装置１２によって検出する供給電力Ｐｕの前回値Ｐｕ（ｎ−１）と今回値Ｐｕ（ｎ）を比較し、この差分に応じたエンジン回転速度の変化分を決定する。この差分とエンジン回転速度の変化分ＮＥｄｌｔの間には図４で示したような１対１に対応する関係式があり、その関係式からエンジン回転速度の変化分ＮＥｄｌｔは容易に決定できるものである。

供給電力に変化がない場合、つまりＰｕ（ｎ−１）＝Ｐｕ（ｎ）の場合、Ｓ１８０のエンジン回転速度維持処理が行われ、供給電力の変化に対しては次式のようにエンジン１の回転速度を維持し、エンジン回転速度の増減指示を行わない。次式のＮＥｄｌｔは、供給電力の変化に対するエンジン回転速度の変化量である。
ＮＥｄｌｔ＝０

供給電力が増加した場合、つまりＰｕ（ｎ−１）＜Ｐｕ（ｎ）の場合、Ｓ１９０のエンジン回転速度アップ処理が行われ、供給電力変化に対しては次式のように、前回値と今回値の差分に対応したエンジン回転速度のアップ量ΔＮＥを決定する。
ＮＥｄｌｔ＝ΔＮＥ

供給電力が減少した場合、つまりＰｕ（ｎ−１）＞Ｐｕ（ｎ）の場合、Ｓ２００のエンジン回転速度ダウン処理が行われ、供給電力変化に対しては次式のように、前回値と今回値の差分に対応したエンジン回転速度のダウン量ΔＮＥを決定する。
ＮＥｄｌｔ＝−ΔＮＥ

上記のＳ１４０の供給電力超過判定は、バッテリ８から家庭用電気機器１０への給電によるバッテリ８の放電電力に対してエンジン回転速度を制御してバッテリ８を充電することを目的とする。一方、Ｓ１７０の供給電力変化判定では、供給電力の変化分に対して、制御後に発電機２の発電電力のみで対応することを目的とする。この２つの判定により発電機２とバッテリ８を用いて、継続的に家庭用電気機器１０の要求電力に対応した電力を供給することが可能となる。このとき、供給電力の変化分に対して、制御後には発電機２の発電電力のみで対応することで、バッテリ８からの給電を抑え、バッテリ８の容量が小さくてもバッテリ８が切れる恐れが少ない。また、一時的には発電機２の最大発電電力を超える要求電力があった際にもバッテリ８と共に家庭用電気機器１０に対応した電力を供給することが可能である。

Ｓ１４０の供給電力超過判定とＳ１７０の供給電力変化判定の結果を元に、Ｓ２１０にて、制御すべきエンジン回転速度ＮＥが決定する。まず、上記Ｓ１４０とＳ１７０の判定にて得られたエンジン回転速度の変化量がＮＥ_０＋ＮＥｄｌｔにより求められ、エンジン回転速度の前回値ＮＥ（ｎ−１）も含めて、次式によりエンジン回転速度の今回値ＮＥ（ｎ）が求められる。
ＮＥ（ｎ）＝ＮＥ（ｎ−１）＋ＮＥ_０＋ＮＥｄｌｔ

上記Ｓ２１０にて求めたエンジン回転速度の今回値ＮＥ（ｎ）から、Ｓ２２０にて電子スロットル５の開度を決定し、Ｓ２３０にてこの電子スロットル５の開度を目標に制御し、エンジン１を運転する。

エンジン回転速度の変化量は、排気ガスの悪化やバッテリ８への影響を考慮して決定する。急激なエンジン回転速度の変化は、排気ガスの悪化や、バッテリ８への急速充電によるバッテリ８の短寿命化が起こるため、エンジン回転速度の変化を緩やかにすることも考えられる。例えば緩やかに増加させることで発電機２による発電電力は急激に増加させる場合に比べ小さくなるが、不足する家庭用電気機器１０への供給電力はバッテリ８からの給電で賄う。また、停車状態での給電のため、エンジン１は停車状態でも十分な冷却が可能な水冷であることが望ましい。エンジン１が空冷の場合はエンジン回転速度の急激な増加時にエンジン１の冷却性が十分でないため、緩やかにエンジン回転速度を上昇させることも考えられる。また、変速装置に遠心クラッチなどを使用して、エンジン回転速度が高くなると発進する機構の車両であれば、発進しないエンジン回転速度の範囲で制御を行う。

（エ）自己充電モード
自己充電モードでは、キーＳＷ２１が自己充電モードを行うような位置になっており、発電機２によって発電された電力が電装品９や家庭用電気機器１０に供給されることなく、バッテリ８の充電に用いられる。

バッテリ８には自然放電もあるため、Ｓ３００にてバッテリ電圧を検出することでバッテリ８の充電完了を判断する。自然放電を考慮しない場合はバッテリの充放電の積算値Ｐｓ（ｎ）から充電具合を判断してもよい。充電が未完了の場合はＳ３１０に進み、Ｓ１００とＳ１２０のバッテリ蓄電容量積算処理にて求められたバッテリ８に充放電される電力の積算値Ｐｓ（ｎ）から、自己充電モードにおける充電量が求められ、それに対応するエンジン回転速度を設定する。設定後、給電モードと同様に、Ｓ２２０にて電子スロットル５の開度を決定し、Ｓ２３０にてエンジンを制御する。

自己充電モードにて、充電が完了すればＳ３２０にてエンジン停止処理を行う。さらに、Ｓ３３０にてユーザーに完了を知らせる処理を行う。知らせる方法としては、メータへの表示やクラクションやブザー等の音による報知がある。

ユーザーへの報知終了後、Ｓ３４０にてＥＭＳ４の電源をオフする処理を行う。自己充電モードでは、充電開始後にキーＳＷ２１をオフにする、つまりユーザーが自動二輪車のキーを抜いて自動二輪車のそばを離れても、充電を継続するように設定することが可能である。図２に示すように、バッテリ８とＥＭＳ４には接続線が２本あり、自動二輪車のキーを抜くことでキーＳＷ２１がオフされても、バッテリ８からＥＭＳ４へ電力は供給される。ＥＭＳ４に電力が供給される間エンジン１を制御し、充電完了をもってエンジン１を停止すると、ＥＭＳ４にバッテリ８から電力を供給する必要がない。そこで、２本の接続線のうち、キーＳＷ２１を含まない接続線をＥＭＳ４からの指令により電気的に断線し、ＥＭＳ４の電源をオフする。以上の処理を行い、Ｓ３５０にてＥＭＳによるフローチャートを終了する。

Ｓ２３０にてエンジン制御を行うが、例えば自動二輪車の空冷式エンジンの場合、エンジン１や排気管の温度上昇により、周辺の部品が熱による悪影響を受けることがある。また、車両の停車位置周辺に枯れ草がある場合火災の原因ともなりうる。そこで、エンジン温度を監視し、ある閾値を基準としてエンジン回転速度の抑制やエンジン１の停止処理を行う。

Ｓ２４０では、エンジン温度の判定処理を行い、エンジン温度が第１閾値より高いか低いかを判定する。低温である場合はＳ３０からのフローチャートに復帰する。高温である場合、Ｓ２５０にて、さらにエンジン温度が第２閾値より高いか低いかを判定する。第２閾値は第１閾値より高い温度に設定されている。ここで第２閾値より低温の場合、Ｓ２６０にてエンジン回転速度を抑制し、ユーザーに警告音等を用いて注意を促す。Ｓ２１０の演算にてエンジン回転速度をアップすることとなっていても、エンジン回転速度を抑制しなければならない時、発電機２による発電電力では家庭用電気機器１０への供給電力が不足するが、その不足分はバッテリ８からの給電で補う。

エンジン温度が第２閾値よりも高い場合は、Ｓ３２０にてエンジン停止処理を行い、エンジン温度を低下させる。その後もエンジン温度を監視し、ある閾値よりエンジン温度が下回った場合に改めて給電モードまたは自己充電モードに復帰することも可能である。

以上のフローチャートの各処理は必要に応じて行われるものであり、場合によっては行われない処理もある。例えば、バッテリ８の蓄電状態をバッテリ電圧の検出のみで行う場合は、Ｓ１００とＳ１２０のバッテリ蓄電容量積算処理を行わないとすることが可能である。この際は自己充電モードにてバッテリ電圧からエンジン回転速度を制御する。また、Ｓ２６０やＳ３３０においてユーザーへの報知を行わなくともよい。さらに、水冷式エンジンの場合等、エンジン温度に注意する必要性が低い場合は、Ｓ２４０とＳ２５０にてエンジン温度の判定処理を行わなくともよい。

また、Ｓ１４０からの一連の供給電力超過判定において、供給電力超過分積算を行わず、供給電力Ｐｕと発電電力Ｐｏｕｔの比較のみを行い、ＰｕとＰｏｕｔとの差分に応じてエンジン１の回転速度の変化量ＮＥ_０を演算するようにしてもよい。このとき供給電力超過判定に対しては、Ｐｏｕｔ＞Ｐｕのときバッテリ８は放電状態であるとしてエンジン回転速度のアップ量ＮＥ_０を決定し、Ｐｏｕｔ＜Ｐｕのときバッテリ８は充電状態であるとしてダウン量ＮＥ_０を決定する。

図５は本発明の実施の形態１に係る車両用電力供給システムにおけるタイムチャートを示した図であり、給電モードにおいて家庭用電気機器１０の要求電力に対応して発電機による発電とバッテリの充放電が行われることを示した図である。

図５において、（ａ）が家庭用電気機器１０の要求電力（供給電力にも相当）、（ｂ）がバッテリ８の放電電力、（ｃ）がバッテリ８の蓄電容量、（ｄ）が発電機２の発電電力のそれぞれのタイムチャートであり、ＥＭＳ４は、定時間間隔で電力モニタ装置１２をモニタして図３のフローチャートとなるようエンジン回転速度を制御している。

まず期間Ｔ０では、家庭用電気機器１０は電力を要求しておらず、バッテリ８は満充電状態であり、発電機２はアイドル回転によりわずかに発電している。期間Ｔ１において家庭用電気機器１０の要求電力がＡ上がったところ、それに瞬時に対応してバッテリ８が放電電力Ｂを家庭用電気機器１０に給電する。ＥＭＳ４によるエンジン回転速度の制御は、前の期間の電力変化の結果から次の期間の制御をするものである。そのため期間Ｔ２で発電機２が、この期間Ｔ１の家庭用電気機器１０とバッテリ８の電力変化に対して、アイドル時の発電電力から発電電力をＡ＋Ｂ上げるようにＥＭＳ４はエンジン回転速度を上げる。ここで、発電電力をＡ上げるのは供給電力変化判定によるものであり、Ｂ上げるのは供給電力超過判定によるものである。また、発電電力の上昇分Ａとバッテリの放電電力Ｂは同等の電力である。

期間Ｔ３ではバッテリ８の蓄電容量が回復したため、供給電力超過判定にてアップする変化量ＮＥ_０がなくなる分、発電機２の発電電力がＢ下がるようエンジン回転速度を下げる。一方で、この期間Ｔ３において家庭用電気機器１０が要求電力をＣ上げたため、それに対応してバッテリ８が放電電力Ｄを家庭用電気機器１０に給電している。これらの電力変化に対応して期間Ｔ４では発電機２の発電電力がＣ＋Ｄ上がるようにＥＭＳ４は制御し、期間Ｔ５で発電機２の発電電力がＤ下がるよう制御する。ここで、発電電力の上昇分Ｃとバッテリの放電電力Ｄは同等の電力である。このように家庭用電気機器１０の要求する電力に対して、発電機２及びバッテリ８から電力を供給しているため、家庭用電気機器１０の要求電力と発電機２及びバッテリ８の供給電力は常に一致している。

以上のように、このように構成された車両用電力供給システムによれば、発電機によって充電されるバッテリが、外部電気機器が要求する電力の増加に対応して外部電気機器に電力を供給するものである。すなわち、家庭用電気機器１０の要求電力の増加に対してＥＭＳ４がエンジン回転速度の制御を行う前に、つまり、発電機２が要求電力の増加に対応する前に、バッテリ８が要求電力の増加に対応した電力を供給する。そのため、発電機２だけでは家庭用電気機器１０の要求電力の増加には瞬時的に対応できないところ、家庭用電気機器１０の要求電力の変化に対して即応性のある電力供給を行うことができる。換言すると、家庭用電気機器１０の要求電力が増加した際に、発電機２だけでは家庭用電気機器１０の要求電力が発電機２による供給電力を一時的に上回ってしまうところ、家庭用電気機器１０の要求電力と発電機２及びバッテリ８による供給電力を同等の関係とすることができる。ここでは外部電気機器として家庭用電気機器１０を例に挙げたが、これに限定されず、外部電気機器とは自車に搭載されていない電気機器全般を指し、例えば、医療用機器や無線通信基地局も含まれる。また他車搭載の電装品への電力供給も可能である。

また、本実施の形態によれば、電流検出手段の検出結果を用いて、発電機の発電電流に対する供給電流の過不足状態からバッテリの充放電状態を算出する供給電流超過判定手段と、電流検出手段の検出結果を用いて、供給電流の変化量を算出する供給電流変化判定手段とを備え、制御手段は、供給電流超過判定手段及び供給電流変化判定手段の算出結果に基づいて内燃機関の回転速度を制御するものである。すなわち、供給電力変化判定のみならず、供給電力超過判定も行ってエンジン回転速度を制御している。供給電力変化判定のみからエンジン回転速度を制御する場合では、バッテリ８が適切に充電されずバッテリ８が切れて家庭用電気機器１０の要求電力に対応した電力を供給できない恐れがある。そこで、バッテリ８の充放電状態を判断する供給電力超過判定も併せて行ってエンジン回転速度を制御することで、バッテリ８を安定して蓄電させ、継続的に家庭用電気機器１０の要求電力に対応した電力を供給することが可能となる。また、家庭用電気機器１０やバッテリ８に対して発電機２による発電が過剰となり余計に燃料が消費されることもない。

また、車両の走行停止状態を検出する停止状態検出手段を備え、制御手段は停止状態検出手段が車両の走行停止状態を検出したとき、内燃機関の回転速度を制御する。すなわち、車両が給電モード又は自己充電モードに移行しても安全な停車状態にあることを確認してから、給電モード又は自己充電モードに移行する。そのため、給電モードや自己充電モードの際にユーザーの意に反して車両が急発進するようなことがなく、家庭用電気機器１０に安全に電力を供給することが可能となる。

また、バッテリ及び発電機から外部電気機器への供給電流（または供給電力）を検出する電流検出手段（または電力検出手段）を備え、制御手段はこの電流検出手段による検出結果から内燃機関の回転速度を制御している。具体的には、電力検出手段に相当する電力モニタ装置１２を備え、ＥＭＳ４は電力モニタ装置１２によって家庭用電気機器１０への供給電力を検出して供給電力変化判定と供給電力超過判定を行う。そのことで所望の発電電力を発電機が発電できるようエンジン回転速度を制御している。このとき、発電電力とバッテリ８の充放電電力の和が供給電力（要求電力にも相当）と同等の関係にあり、発電電力はエンジン回転速度との対応関係（図４）から容易に割出せ、供給電力は電力モニタ装置１２によって算出されるため、バッテリ８の充放電電力は、検出機器を用いることなく算出可能である。そのため、給電モードでは供給電力変化判定と供給電力超過判定を行う際に、検出するパラメータが供給電力１つのため、検出用の機器が少なく構成が簡単で、制御も簡単になる。本実施の形態では電力を検出したが、電圧がほぼ一定のため電流を検出してもよく、電力検出手段においても電流は検出するため、電力検出手段も含めて電流検出手段としている。なお、実際に供給された電力に基づいて発電機２による発電を行いたいため、電流を検出する場合に比べ電力を検出する方がエンジンの回転速度を制御する上で精度が高く、一方、電流を検出する場合の方が簡易な構成での検出が可能となり製造コストが掛からない。

また、本実施の形態では、発電電力の割出しのためにエンジン回転速度を検出する必要があり、家庭用電気機器１０に電力を供給するバッテリ８を備える必要があるが、これらは、本実施の形態に関係なく車両に本来搭載されている機能、機器であり、本実施の形態のために新たな構成として設けるものではない。そのため、既存の機器を多く用いて上記の効果を有することが可能であり、製造工程に大きな変更を加えなくともよく、電力モニタ装置１２等新たな構成として加える機器が少ないため生産コストを抑えることができる。

以上の効果を有する構成に加えて、本実施の形態では、供給電力超過判定手段は、供給電力と発電電力の差分を積算し、この積算値を算出結果としている。具体的には、供給電力超過判定における供給電力超過分積算処理又は供給電力不足分積算処理にて、供給電力と発電電力の差分を積算することで、バッテリ８の初期の蓄電状態に対してバッテリ８が充電されたか放電されたかが算出される。この算出結果に基づいてエンジン回転速度を制御するので、現在のバッテリ８の蓄電状態に見合った制御が可能となる。例えば、この積算値を算出せずに、１制御期間（例えば図５の期間Ｔ１）の供給電力と発電電力の差分（供給電力＞発電電力のとき）に基づいてエンジン回転速度を制御することも考えられる。この場合、次の１制御期間（例えば図５の期間Ｔ２）内にこの差分と同等の電力をバッテリ８に充電しなければ、バッテリ８の充電状態のずれを以降の制御で取り戻すことができず安定したバッテリ８の蓄電状態を維持できない恐れがある。そのため１制御期間内にこの差分と同等の電力をバッテリ８に充電する必要があり、バッテリ８を急速充電することも考えられる。バッテリ８の急速充電はバッテリ８の寿命を縮める恐れがあるが、この積算値に基づいてバッテリ８の充放電状態を算出し、エンジン回転速度を制御することで、複数制御期間（例えば図５の期間Ｔ２〜Ｔ４）かけてバッテリ８を充電することも可能となるため、バッテリ８を急速充電しなくともよい。上記の実施の形態ではバッテリ８の初期の蓄電状態を満充電状態として初期の蓄電状態より充電される場合はないとしたが、これに限らず、初期の蓄電状態から充電される場合も含めて、積算値からバッテリの充放電状態を算出することが可能である。

また供給電力超過判定手段は、供給電力と発電電力の差分から差分算出時にバッテリが充電状態か放電状態かを判断し、この差分を算出結果とすることも可能である。具体的には、供給電力超過判定において、供給電力超過分積算処理と供給電力不足分積算処理を行わず、供給電力Ｐｕ＞発電電力Ｐｏｕｔのときバッテリ８は放電状態にあると判断し、一方Ｐｏｕｔ＞Ｐｕのときバッテリ８は充電状態にあると判断する。このとき供給電力と発電電力との差分に応じて供給電力超過判定に対するエンジン回転速度の変化量ＮＥ_０を求めている。このとき、積算処理における積算値Ｐ_０を次回の算出用にストックする必要がなく、制御が簡単になる。

また、発電電力とバッテリの充放電電力の和は外部電気機器への供給電力（要求電力にも相当）と同等であるため、電流検出手段は供給電流の代わりにバッテリの充放電電流を検出してもよい。これによりバッテリ８の充放電電流を検出する場合は供給電流を算出することになるもので、供給電力を検出しバッテリ８の充放電電力を算出していた上記実施の形態の構成と同等の効果を有するものである。この際は、供給電力超過判定において、電流検出手段がバッテリ８に電流が流れ込むか流出するかを検出し、供給電力変化判定においてバッテリ８の充放電電流と発電機２による発電電流の和によって供給電流を算出し、その時間変化を判定することで、エンジン回転速度を制御すればよい。

発電機２の発電電力に対応して、エンジン１の回転速度を制御する場合、スロットル開度を制御することによる吸気量制御や、点火プラグ７の点火時期制御がある。吸気量の変化とエンジン１の回転数の変化は相関関係が強く、吸気量制御はエンジン１の回転数を制御するのに適している。よって吸気量制御によって、自動四輪車等に比べ処理能力の低いＥＭＳ４を有する自動二輪車においてもエンジン１の回転数制御を簡単に行うことが可能である。

また、本実施の形態では、内燃機関の温度を検出する温度検出手段を備え、制御手段は、温度検出手段の検出結果に基づいて、内燃機関の停止又は内燃機関の回転速度の抑制を行う。具体的には、エンジン温度判定において、第１閾値より高温で第２閾値より低温のとき、エンジン回転速度を抑制し、第２閾値より高温のとき、エンジン１の停止処理を行う。そのため、エンジン１の周辺部品に対する熱の悪影響を抑制し、特に空冷式エンジンを採用する車両の場合、エンジンが異常に高温になることが抑制される。閾値を１つとして、その閾値とエンジン温度との比較によりエンジン１の停止またはエンジン１の回転速度の抑制をするものでもよい。

また、本実施の形態では、外部電気機器への電力供給時に、外部電気機器への電力供給に不必要な車載電装品への電力供給を中止している。具体的には、給電モード不必要負荷停止処理において、ヘッドライト２５等の電装品９への電力供給を停止している。そのため、家庭用電気機器１０に十分な電力供給が行われる。また、家庭用電気機器１０と電装品９に同時に電力供給する場合にどちらにどれほどの電力を供給するかという複雑な制御を行う必要がない。また、発電機の発電電力とバッテリの蓄電容量が小さい自動二輪車には好適な構成である。

また、本実施の形態では、発電機によって外部電気機器に電力を供給することなくバッテリに電力を供給する自己充電モードを有する。そのため、バッテリ８の蓄電容量が少ない時でも、車両の運転によって車両が移動することもなく効率的にバッテリ８を充電することが可能となる。

また、本実施の形態では、自己充電モードにおいて制御手段は、バッテリの充電が完了すると内燃機関の停止及びバッテリから制御手段への電力供給の停止を行う。具体的には、ＥＭＳ４は自己充電モードにおいてバッテリ８が満充電すると、エンジン停止処理を行い、バッテリ８とＥＭＳ４間の電気的接続線をＥＭＳ４の制御により電気的に断線する。そのため、必要以上の発電を行わず、無駄な電力消費をなくし、発電に必要な燃料の消費を抑制することが可能となる。また、ユーザーがバッテリ８の充電完了を確認して、手動で操作を行う必要もなくなるため、ユーザーは自己充電モードとしてから車両から離れることができる。

本実施の形態では、自動二輪車を例に説明したが、自動車やスノーモービル、ＡＴＶ、船外機、ＰＷＣ、トラクター等の各種車両に利用可能な車両用電力供給システムである。特に自動二輪車に利用する時は好適であり、自動二輪車は、自動四輪車等に比べ処理能力が低い制御手段が搭載されていることが多いが、そのような制御手段でも本実施の形態にあるように簡単な制御は可能である。また、自動四輪車に比べ自動二輪車に搭載される発電機２は発電能力が低く、バッテリ８の容量も小さい。そのため、自動二輪車が家庭用電気機器１０に電力を供給する場合、バッテリ８が切れる等により家庭用電気機器１０の要求電力通りの電力が供給できない恐れが大きい。そこで本実施の形態のように発電機２とバッテリ８により電力を供給し、バッテリ８の蓄電量を安定させつつ、発電機２の発電電力を小刻みに制御することで要求電力通りの電力を持続的に供給可能である。また、自動二輪者に搭載される小型の内燃機関及び発電機では、図４に示すような発電機２の出力電流とエンジン回転速度の関係において、出力電流の傾きが緩やかになりやすく、発電電力に対するエンジン１の回転速度制御において精度の高い制御が簡単に行える。また、自動二輪車は車体が小さいため、災害時に停電が起こっても現地に駆けつけやすく、移動式の外部電気機器への電力供給手段として利用価値が高い。

以上に説明した実施の形態１に本発明は限定されることはなく、車両用電力供給システムにおいて、各種の効果を満たす構成であればよい。例えば、給電モードや自己充電モードにおいて燃料が少なくなった場合にユーザに通知する又はエンジンを自動停止するような機能を加えてもよい。そうすることで、給油所までの燃料を確保することが可能となる。また、車両と家庭用電気機器１０との接続箇所は水分による感電に注意する必要があるが、自動二輪車ではメインシートやタンデムシートの下に接続箇所となるプラグを設けることで、容易に雨に対する防水性を確保できる。また家庭用電気機器１０を複数接続するようにしてもよい。

１ エンジン
２ 発電機
４ エンジンマネジメントシステム（ＥＭＳ）
５ 電子スロットル
８ バッテリ
９ 電装品
１０ 家庭用電気機器
１２ 電力モニタ装置
２１ キーＳＷ

本発明に係る車両用電力供給システムは、内燃機関により駆動される発電機から外部電気機器に電力変換を行い電力を供給する車両用電力供給システムであって、発電機によって充電され、外部電気機器が要求する電力の増加に対応して外部電気機器に電力を供給するバッテリと、車両の走行停止状態を検出する停止状態検出手段と、バッテリから外部電気機器へ供給される電流および発電機から外部電気機器へ供給される電流を足し合わせてなる供給電流を検出する電流検出手段と、内燃機関の回転速度から割り出される発電機の発電電流値及び電流検出手段の検出結果を用いて、発電機の発電電流に対する供給電流の過不足状態からバッテリの充放電状態を算出する供給電流超過判定手段と、電流検出手段の検出結果を用いて、供給電流の変化量を算出する供給電流変化判定手段と、停止状態検出手段が車両の走行停止状態を検出したとき、供給電流超過判定手段及び供給電流変化判定手段の算出結果に基づいて内燃機関の回転速度を制御する制御手段とを備えるものである。

Claims (10)

1. 内燃機関により駆動される発電機から外部電気機器に電力変換を行い電力を供給する車両用電力供給システムであって、
   前記発電機によって充電され、前記外部電気機器が要求する電力の増加に対応して前記外部電気機器に電力を供給するバッテリと、
   前記車両の走行停止状態を検出する停止状態検出手段と、
   前記バッテリ及び前記発電機から前記外部電気機器への供給電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の検出結果を用いて、前記発電機の発電電流に対する前記供給電流の過不足状態から前記バッテリの充放電状態を算出する供給電流超過判定手段と、
   前記電流検出手段の検出結果を用いて、前記供給電流の変化量を算出する供給電流変化判定手段と、
   前記停止状態検出手段が前記車両の走行停止状態を検出したとき、前記供給電流超過判定手段及び前記供給電流変化判定手段の算出結果に基づいて前記内燃機関の回転速度を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用電力供給システム。
2. 前記供給電流超過判定手段は、前記供給電流と前記発電電流の差分を積算し、この積算値を前記算出結果とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電力供給システム。
3. 前記供給電流超過判定手段は、前記供給電流と前記発電電流の差分から差分算出時に前記バッテリが充電状態か放電状態かを判断し、この差分を前記算出結果とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電力供給システム。
4. 前記電流検出手段は前記バッテリ及び前記発電機から前記外部電気機器への供給電流の代わりに前記バッテリの充放電電流を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電力供給システム。
5. 前記制御手段は、前記内燃機関の吸気量を制御することで、内燃機関の回転速度を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用電力供給システム。
6. 前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記内燃機関の停止又は前記内燃機関の回転速度の抑制を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用電力供給システム。
7. 前記外部電気機器への電力供給時に、前記外部電気機器への電力供給に不必要な車載電装品への電力供給を停止することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用電力供給システム。
8. 前記発電機によって前記外部電気機器に電力を供給することなく前記バッテリに電力を供給する自己充電モードを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用電力供給システム。
9. 前記制御手段は、前記自己充電モードにおいて、前記バッテリの充電が完了すると前記内燃機関の停止及び前記制御手段への電力供給を停止する
   ことを特徴とする請求項８に記載の車両用電力供給システム。
10. 前記車両用電力供給システムは自動二輪車に採用される
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車両用電力供給システム。

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