JP2018034543A - 車両用ファンモータの電力回生システム - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータで発生する電力を効率良く回生することができる車両用ファンモータの電力回生システムを提供する。【解決手段】車両用ファンモータの電力回生システム１Ａは、バッテリ２よりも充電電圧が低く、ファンモータ５により発電される回生電力の充放電が可能な蓄電部１２と、蓄電部１２から供給される電力を、バッテリ２に蓄電部１２の充電電圧で充電した場合よりも、効率が良く充電可能な電圧に昇圧してバッテリ２に供給するコンバータ１４と、を備え、ファンモータ５の非駆動時に、ファンモータ５により発電された回生電力により蓄電部１２を充電し、ファンモータ５の駆動時に、蓄電部１２からコンバータ１４に電力を供給し、コンバータ１４で昇圧される電力によりバッテリ２を充電する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ファンモータの電力回生システムに関する。

自動車等の車両には、ラジエータに外気を通過させて冷却するためのファンモータが設けられている。このファンモータは、モータ非駆動時において、走行風を受けてファンが回転することから、モータで発生する電力をバッテリに回生することができる（例えば、特許文献１参照）。ファンモータで発生する電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧されてバッテリに充電される。

特許４１３１１４６号公報

しかしながら、車両が低速走行している状態では、ファンモータで発生する電力が小さく、当該電力をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧して効率良くバッテリに充電するには改善の余地がある。

本発明は、ファンモータで発生する電力を効率良く回生することができる車両用ファンモータの電力回生システム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、本発明に係る車両用ファンモータの電力回生システムは、車両に搭載され、充放電が可能な第１蓄電部と、少なくとも前記車両の走行風によりまたは慣性で回転可能なファンと、駆動時において、前記第１蓄電部から供給される電力により前記ファンを回転させ、非駆動時において、前記ファンの回転により発電する回転電機と、前記第１蓄電部よりも充電電圧が低く、前記回転電機により発電される回生電力を充放電が可能な第２蓄電部と、ＯＮ状態で前記回転電機と前記第２蓄電部とを接続し、ＯＦＦ状態で前記回転電機と前記第２蓄電部との接続を遮断する第１スイッチ部と、前記第２蓄電部の充電電圧より低い電圧の前記回生電力を昇圧して前記第１蓄電部に充電した場合よりも効率良く、前記第２蓄電部に充電された電力を昇圧して前記第１蓄電部に充電するコンバータと、ＯＮ状態で前記第２蓄電部と前記コンバータとを接続し、ＯＦＦ状態で前記第２蓄電部と前記コンバータとの接続を遮断する第２スイッチ部と、前記第２スイッチ部をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える回生充電制御部とを備え、前記第１スイッチ部は、前記回転電機の非駆動時にＯＮ状態となり、前記回転電機の駆動時にＯＦＦ状態となり、前記回生充電制御部は、前記第１スイッチ部がＯＮ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えて、前記回転電機により発電された回生電力により前記第２蓄電部を充電する回生制御を行い、前記第１スイッチ部がＯＦＦ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＮ状態に切り替えて、前記第２蓄電部から前記コンバータに電力を供給し、前記コンバータで昇圧される電力により前記第１蓄電部を充電する充電制御を行う、ことを特徴とする。

また、上記車両用ファンモータの電力回生システムにおいて、前記回生充電制御部は、前記第２蓄電部の電圧または充電時間の少なくとも一方に基づいて前記第２蓄電部の充電状態を判定し、前記第２蓄電部の充電状態が少なくとも満充電状態に達した場合において、前記第１スイッチ部がＯＦＦ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＮ状態に切り替えて、前記第２蓄電部から前記コンバータに電力を供給し、前記コンバータで昇圧される電力により前記第１蓄電部を充電する充電制御を行う、ことが好ましい。

また、上記車両用ファンモータの電力回生システムにおいて、ＯＮ状態で前記コンバータと前記第１蓄電部とを接続し、ＯＦＦ状態で前記コンバータと前記第１蓄電部との接続を遮断する第３スイッチ部をさらに備え、前記回生充電制御部は、前記第３スイッチ部をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えることが可能であり、前記第２スイッチ部をＯＮ状態に切り替えるときに、前記第３スイッチ部をＯＮ状態に切り替え、前記第２スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えるときに、前記第３スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替える、ことが好ましい。

また、上記車両用ファンモータの電力回生システムにおいて、前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部との間に配置され、ＯＮ状態で前記第１スイッチ部および前記第２スイッチ部と前記第２蓄電部とを接続し、ＯＦＦ状態で前記第１スイッチ部および前記第２スイッチ部と前記第２蓄電部との接続を遮断する第４スイッチ部とをさらに備え、前記回生充電制御部は、前記第４スイッチ部をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えることが可能であり、前記回生制御時に、前記回転電機の起電圧が所定値を超える場合、前記第２スイッチ部および前記第３スイッチ部をＯＮ状態に切り替えかつ前記第４スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えて、前記回生電力により前記第１蓄電部を充電する、ことが好ましい。

また、上記車両用ファンモータの電力回生システムにおいて、前記回転電機をＰＷＭ信号で駆動制御する制御部をさらに備え、前記ＰＷＭ信号は、前記回転電機の駆動時において、ハイレベルのときに前記回転電機が駆動となり、ローレベルのときに前記回転電機が非駆動となり、前記第１スイッチ部は、前記ローレベルのときにＯＮ状態となり、前記ハイレベルのときにＯＦＦ状態となり、前記回生充電制御部は、前記回転電機の駆動時において、前記第１スイッチ部がＯＮ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えて、前記回生制御を行う、ことが好ましい。

また、上記車両用ファンモータの電力回生システムにおいて、前記第２蓄電部は、二次電池または電気二重層コンデンサであることが好ましい。

本発明に係る車両用ファンモータの電力回生システムは、第１蓄電部よりも充電電圧が低く、回転電機により発電される回生電力を充放電が可能な第２蓄電部と、第２蓄電部の充電電圧より低い電圧の回生電力を昇圧して第１蓄電部に充電した場合よりも効率良く、第２蓄電部に充電された電力を昇圧して第１蓄電部に充電するコンバータとを備え、回転電機の非駆動時に、回生電力により第２蓄電部を充電し、回転電機の駆動時に、第２蓄電部に充電された電力をコンバータで昇圧して第１蓄電部を充電する。これにより、車両が低速走行状態でファンモータの回生電力が小さい場合でも、第２蓄電部に充電された回生電力を効率良く昇圧してバッテリを充電することができ、ファンモータで発生する電力を効率良く回生することができる。

図１は、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システムの概略構成図である。 図２は、車速とファンモータの起電圧との関係を示す図である。 図３は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率を示す図である。 図４は、ファンモータの駆動時／非駆動時における蓄電部の充電状態を示すタイミングチャートである。 図５は、車両用ファンモータの電力回生ユニットの外観例を示す斜視図である。 図６は、実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システムの概略構成図である。 図７は、ファンモータの駆動時／非駆動時における蓄電部の充電状態を示すタイミングチャートである。 図８は、実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システムの概略構成図である。

以下に、本発明に係る車両用ファンモータの電力回生システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、いわゆる当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

［実施形態１］
図１から図５を参照して、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システムについて説明する。図１は、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システムの概略構成図である。図２は、車速とファンモータの起電圧との関係を示す図である。図３は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率を示す図である。図４は、ファンモータの駆動時／非駆動時における蓄電部の充電状態を示すタイミングチャートである。図５は、車両用ファンモータの電力回生ユニットの外観例を示す斜視図である。なお、図２は、車速［ｋｍ／ｈ］に対するファンモータ５の起電圧[Ｖ]を示す図である。図４は、蓄電部１２がスーパーキャパシタであるときの充電状態を示す図である。

図１に示す本実施形態に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ａは、車両に搭載され、ファンモータ５により発電される回生電力を利用してバッテリ２を充電するものである。車両用ファンモータの電力回生システム１Ａは、バッテリ２と、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３と、ファンモータリレー４と、ファンモータ５と、ファン６と、電力回生ユニット１０Ａ（１０）とを含んで構成される。

バッテリ２は、第１蓄電部であり、充放電が可能な鉛蓄電池等の二次電池である。バッテリ２は、ＥＣＵ３、ファンモータ５を含む車両の各部に電力を供給する。バッテリ２は、例えば１２Ｖ程度の充電電圧で充電することが可能である。

ＥＣＵ３は、ファンモータ５、不図示のエンジンを含む車両の各部を包括的に制御するマイクロコントローラである。ＥＣＵ３は、ファンモータリレー４をＯＮ／ＯＦＦ制御することによりファンモータ５を駆動制御する。

ファンモータリレー４は、バッテリ２とファンモータ５との間の電気的な接続または遮断を行う電磁リレーである。ファンモータリレー４は、ＥＣＵ３によりＯＮ／ＯＦＦが制御され、ＯＮ状態でバッテリ２とファンモータ５とを接続し、ＯＦＦ状態でバッテリ２とファンモータ５との接続を遮断する。

ファンモータ５は、回転電機であり、ファン６を回転駆動するモータ（電動機）としての機能を有すると共に、ファン６の回転により発電するジェネレータ（発電機）としての機能を有する。ファンモータ５は、駆動時において、バッテリ２から供給される電力によりファン６を回転させ、非駆動時において、ファン６の回転により発電する。

ファン６は、ラジエータに外気を通過させて冷却するためのファンである。ファン６は、通常、ラジエータ内の水温が高くなったときに、ファンモータ５により回転駆動され、当該水温が低くなったときに停止する。例えば、ファン６は、外気がラジエータを通過しにくい渋滞走行時や走行後のアイドリング停車時にはファンモータ５により回転駆動され、車両が一定の速度で走行しているときに停止する。ファン６は、ファンモータ５の非駆動時において、車両の走行風によりまたは慣性（惰性）で回転可能にファンモータ５に取り付けられている。例えば、ファン６は、ファンモータ５の駆動停止直後には、しばらく惰性で回転している。

電力回生ユニット１０Ａは、図１に示すように、スイッチング素子１１Ａ，１１Ｂと、蓄電部１２と、スイッチ１３Ａと、コンバータ１４と、回生充電制御部１５と、ＦＥＴドライバ（ＦＥＴ−Ｄｒｉｖｅｒ）１６と、４つの接続部１７とを含んで構成される。

スイッチング素子１１Ａは、第１スイッチ部であり、例えばＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ等の電界効果トランジスタで構成された半導体スイッチである。スイッチング素子１１Ａは、ドレイン（Ｄ）側が、接続部（Ｖｆａｎ）１７を介してファンモータリレー４とファンモータ５との間に接続され、ソース（Ｓ）側が蓄電部１２の陽極（＋）側に接続され、ゲート（Ｇ）側がＦＥＴドライバ１６の出力側に接続されている。スイッチング素子１１Ａは、ＯＮ状態でファンモータ５と蓄電部１２とを接続し、ＯＦＦ状態でファンモータ５と蓄電部１２との接続を遮断する。

蓄電部１２は、第２蓄電部であり、充放電可能な二次電池または電気二重層コンデンサで構成される。二次電池としては、例えばリチウムイオン電池が含まれる。電気二重層コンデンサとしては、例えばスーパーキャパシタが含まれる。蓄電部１２は、バッテリ２よりも充電電圧が低く、ファンモータ５により発電される電力による充電電圧で充電が可能なものである。すなわち、蓄電部１２は、ファンモータ５の起電圧が、図２に示すように、常用される車速においてバッテリ２の充電電圧より低いことから、当該バッテリ２の充電電圧より低いことが好ましい。例えばリチウムイオン電池は、充電電圧がバッテリ２の充電電圧１２Ｖよりも低い３．６Ｖ程度である。

スイッチ１３Ａは、第２スイッチ部であり、回生充電制御部１５からのＯＮ／ＯＦＦ制御によりＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替わる。スイッチ１３Ａは、ＯＮ状態で蓄電部１２とコンバータ１４とを接続し、ＯＦＦ状態で蓄電部１２とコンバータ１４との接続を遮断する。

コンバータ１４は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、入力された直流の電圧を、所定の電圧に昇圧して出力する直流電圧変換器である。コンバータ１４の入力側にはスイッチ１３Ａが接続され、出力側にはスイッチング素子１１Ｂのドレイン（Ｄ）側に接続されている。コンバータ１４は、蓄電部１２から供給される電力（またはファンモータ５により発電される回生電力）を昇圧してバッテリ２側に供給する。コンバータ１４は、例えば３．６Ｖ程度の充電電圧の蓄電部１２から供給される電力をバッテリ２の充電電圧（１２Ｖ程度）まで昇圧することができる。ここで、例えば車両が車速６０ｋｍ／ｈ程度で走行している場合、ファンモータ５の起電圧は、図２に示すように、１Ｖ程度である。このような電圧の回生電力をコンバータ１４で昇圧した場合、コンバータの変換効率分の損失が大きく、バッテリ２の充電電圧まで昇圧するのが難しい。そこで、コンバータ１４は、蓄電部１２の充電電圧より低い電圧の回生電力を昇圧してバッテリ２に充電した場合よりも効率良く、蓄電部１２に充電された電力を昇圧してバッテリ２に充電するものである。なお、ここでいうコンバータの変換効率は、コンバータの入力電力に対する出力電力の割合（％）である。コンバータの変換効率は、図３に示すように、出力電流が小さい場合には２５％（ａ点）程度と低く、出力電流が大きい場合には１００％近く（ｂ点）まで向上する。

スイッチング素子１１Ｂは、第３スイッチ部であり、例えばＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ等の電界効果トランジスタで構成された半導体スイッチである。スイッチング素子１１Ｂは、ドレイン（Ｄ）側が、コンバータ１４の出力側に接続され、ソース（Ｓ）側が接続部（ＶＢ）１７を介してバッテリ２に接続され、ゲート（Ｇ）側が回生充電制御部１５の出力側に接続されている。スイッチング素子１１Ｂは、ＯＮ状態でコンバータ１４とバッテリ２とを接続し、ＯＦＦ状態でコンバータ１４とバッテリ２との接続を遮断する。

回生充電制御部１５は、電力回生ユニット１０Ａ内のスイッチ１３Ａ、スイッチング素子１１ＢをＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えて、回生制御および充電制御を行うものである。回生充電制御部１５は、例えば、ＦＥＴドライバ１６からの出力信号に基づいて、スイッチ１３Ａ、スイッチング素子１１ＢをＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える。また、回生充電制御部１５は、蓄電部１２の電圧を検出する機能、蓄電部１２の充電時間を計測する機能、蓄電部１２の電圧または充電時間の少なくとも１つにより蓄電部１２の充電状態を判定する機能を有する。

ＦＥＴドライバ１６は、スイッチング素子１１Ａを駆動制御するためのゲートドライブＩＣである。ＦＥＴドライバ１６は、入力側が接続部（ＦＡＮ）１７を介してファンモータリレー４とＥＣＵ３との間に接続され、出力側がスイッチング素子１１Ａおよび回生充電制御部１５の入力側に接続されている。

４つの接続部１７は、バッテリ２、ファンモータ５、ＥＣＵ３等と電気的に接続する部分である。具体的には、接続部（ＶＢ）１７はバッテリ２に接続され、接続部（Ｖｆａｎ）１７はファンモータ５に接続され、接続部（ＦＡＮ）１７はＥＣＵ３に接続され、接続部（ＧＮＤ）１７は接地（グランド）されている。

電力回生ユニット１０Ａは、例えば図５に示すプラグンインファンモータリレー形状で構成される。電力回生ユニット１０Ａは、雨水の浸入がなく、ファン６の送風の妨げにならない場所に配置されることが好ましい。しかしながら、車両のエンジンルーム内に上記条件を満足する新たな収納スペースを確保することが難しいことから、例えばエンジンルーム内のＲ／Ｂ（Ｒｅｌａｙ Ｂｌｏｃｋ）に収納できるように、電力回生ユニット１０Ａをプラグインリレー形状で構成する。ここでは図１に示す点線枠内の各部がＲ／Ｂに収納される。筐体１０ａは、その内部に図１に示す電力回生ユニット１０Ａの回路が収容されたのちに、樹脂モールド等により充填される。接続部１７は、筐体１０ａの外部底面から同一方向に延びる４つの金属性の端子で構成される。このように、電力回生ユニット１０Ａがプラグインリレー形状で構成され、Ｒ／Ｂに収納されることで、防水性を確保することができ、かつファン６の送風を妨げることなく、電力回生ユニット１０Ａを車両に搭載することができる。

次に、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ａの動作例について説明する。

実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ａでは、ファンモータ５の駆動時には、電力の回生を行わず、ファンモータ５の非駆動時に回生を行う。ここでファンモータ５の駆動時とは、ＥＣＵ３のＯＮ制御によりファンモータリレー４がＯＮ状態となることを意味する。一方、ファンモータ５の非駆動時とは、ＥＣＵ３のＯＦＦ制御によりファンモータリレー４がＯＦＦ状態となることを意味する。スイッチング素子１１Ａは、ファンモータ５の非駆動時にＯＮ状態となり、ファンモータ５の駆動時にＯＦＦ状態となる。回生充電制御部１５は、スイッチング素子１１ＡがＯＮ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＦＦ状態に切り替えると共に、スイッチング素子１１ＢをＯＦＦ状態に切り替える。つまり、回生充電制御部１５は、ファンモータ５の非駆動時に、スイッチ１３Ａおよびスイッチング素子１１ＢをＯＦＦ状態に切り替えて、例えば車両の走行風で回転するファンモータ５により発電された回生電力を蓄電部１２に充電する回生制御を行う。一方、回生充電制御部１５は、スイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替えると共に、スイッチング素子１１ＢをＯＮ状態に切り替える。つまり、回生充電制御部１５は、ファンモータ５の駆動時に、スイッチ１３Ａおよびスイッチング素子１１ＢをＯＮ状態に切り替えて、蓄電部１２に充電された電力をコンバータ１４で昇圧してバッテリ２に充電する充電制御を行う。

また、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ａでは、回生充電制御部１５は、ファンモータ５の駆動停止によりスイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わると、スイッチ１３Ａおよびスイッチング素子１１ＢをＯＦＦ状態に切り替えて、回生制御を行う。これにより、例えば、ファンモータ５の駆動停止後にファン６が惰性（慣性）で回転する場合、図４に示すように、惰性で回転するファンモータ５により発電された回生電力を蓄電部１２に充電することができる。

また、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ａでは、回生充電制御部１５は、蓄電部１２の電圧または充電時間の少なくとも一方に基づいて蓄電部１２の充電状態を判定し、蓄電部１２の充電状態が少なくとも満充電状態に達した場合において、スイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替える。例えば、回生充電制御部１５は、蓄電部１２の電圧が、コンバータ１４の変換効率が良く充電可能な電圧に達したときに、蓄電部１２が満充電状態であると判定し、スイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替える。または、回生充電制御部１５は、蓄電部１２の充電時間が、充電開始から一定の時間（例えば蓄電部１２が満充電状態になるまでの時間）が経過したときに、蓄電部１２が満充電状態であると判定し、スイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替える。このような構成により、例えばファンモータ５が非駆動時において、当該ファンモータ５の回生電力が、蓄電部１２の充電電圧に満たない電圧で充電される場合でも、蓄電部１２が少なくとも満充電状態に達するまで充電されるので、蓄電部１２に充電された回生電力を、効率良くコンバータ１４に供給することが可能となる。

また、実施形態１に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ａでは、バッテリ２よりも充電電圧が低く、ファンモータ５により発電される回生電力を充放電が可能な蓄電部１２と、蓄電部１２の充電電圧より低い電圧の回生電力を昇圧してバッテリ２に充電した場合よりも効率良く、蓄電部１２に充電された電力を昇圧してバッテリ２に充電するコンバータ１４とを備え、ファンモータ５の非駆動時に、ファンモータ５により発電された電力により蓄電部１２を充電し、ファンモータ５の駆動時に、蓄電部１２に充電された電力をコンバータ１４で昇圧してバッテリ２に充電する。このような構成により、車両が低速走行状態でファンモータ５の回生電力が小さい場合でも、蓄電部１２に充電された回生電力を効率良くコンバータ１４で昇圧してバッテリ２を充電することができる。

以上説明した車両用ファンモータの電力回生システム１Ａによれば、車両に搭載され、充放電が可能なバッテリ２と、少なくとも車両の走行風によりまたは慣性で回転可能なファン６と、駆動時において、バッテリ２から供給される電力によりファン６を回転させ、非駆動時において、ファン６の回転により発電するファンモータ５と、バッテリ２よりも充電電圧が低く、ファンモータ５により発電される回生電力を充放電が可能な蓄電部１２と、ＯＮ状態でファンモータ５と蓄電部１２とを接続し、ＯＦＦ状態でファンモータ５と蓄電部１２との接続を遮断するスイッチング素子１１Ａと、蓄電部１２の充電電圧より低い電圧の回生電力を昇圧してバッテリ２に充電した場合よりも効率良く、蓄電部１２に充電された電力を昇圧してバッテリ２に充電するコンバータ１４と、ＯＮ状態で蓄電部１２とコンバータ１４とを接続し、ＯＦＦ状態で蓄電部１２とコンバータ１４との接続を遮断するスイッチ１３Ａと、スイッチ１３ＡをＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える回生充電制御部１５とを備える。スイッチング素子１１Ａは、ファンモータ５の非駆動時にＯＮ状態となり、ファンモータ５の駆動時にＯＦＦ状態となる。回生充電制御部１５は、スイッチング素子１１ＡがＯＮ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＦＦ状態に切り替えて、ファンモータ５により発電された回生電力により蓄電部１２を充電する回生制御を行い、スイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替えて、蓄電部１２からコンバータ１４に電力を供給し、コンバータ１４で昇圧される電力によりバッテリ２を充電する充電制御を行う。これにより、車両が低速走行状態でファンモータ５の回生電力が小さい場合でも、蓄電部１２に充電された回生電力を効率良くコンバータ１４で昇圧してバッテリ２を充電することができ、ファンモータ５で発生する電力を効率良く回生することができる。

また、以上説明した車両用ファンモータの電力回生システム１Ａによれば、回生充電制御部１５は、蓄電部１２の電圧または充電時間の少なくとも一方に基づいて蓄電部１２の充電状態を判定し、蓄電部１２の充電状態が少なくとも満充電状態に達した場合において、スイッチング素子１１ＡがＯＦＦ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替えて、蓄電部１２からコンバータ１４に電力を供給し、コンバータ１４で昇圧される電力によりバッテリ２を充電する充電制御を行う。これにより、ファンモータ５の回生電力が蓄電部１２の充電電圧に満たない電圧で充電される場合でも、蓄電部１２が少なくとも満充電状態に達するまで充電されるので、蓄電部１２に充電された電力を効率良くコンバータ１４に供給してバッテリ２に充電することが可能となる。

また、以上説明した車両用ファンモータの電力回生システム１Ａによれば、ＯＮ状態でコンバータ１４とバッテリ２とを接続し、ＯＦＦ状態でコンバータ１４とバッテリ２との接続を遮断するスイッチング素子１１Ｂを備える。回生充電制御部１５は、スイッチング素子１１ＢをＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えることが可能であり、スイッチ１３ＡをＯＮ状態に切り替えるときに、スイッチング素子１１ＢをＯＮ状態に切り替え、スイッチ１３ＡをＯＦＦ状態に切り替えるときに、スイッチング素子１１ＢをＯＦＦ状態に切り替える。これにより、ファンモータ５の非駆動時において、バッテリ２からスイッチング素子１１Ｂを介してコンバータ１４側に逆流する電流を阻止し、コンバータ１４を含む電力回生ユニット１０Ａ内の電気回路をバッテリ２からの逆流電流から保護することができる。

また、以上説明した車両用ファンモータの電力回生システム１Ａによれば、蓄電部１２は、二次電池または電気二重層コンデンサで構成される。これにより、車両が低速走行状態でファンモータ５の回生電力が小さい場合でも、当該回生電力で蓄電部１２を充電することができ、蓄電部１２に充電された電力を、効率良くコンバータ１４に供給することが可能となる。

[実施形態２]
次に、図６および図７を参照して、実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システムについて説明する。図６は、実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システムの概略構成図である。図７は、ファンモータの駆動時／非駆動時における蓄電部の充電状態を示すタイミングチャートである。なお、図７は、低周波ＰＷＭ信号に対するファンモータの駆動状態および蓄電部の充電状態を示す図である。

図６に示す実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｂは、ＥＣＵ３がファンモータ５を低周波ＰＷＭ信号で駆動制御する点が上述の車両用ファンモータの電力回生システム１Ａと異なる。

実施形態２におけるＥＣＵ３は、ファンモータ５の回転数を制御する目的で低周波ＰＷＭ信号を出力する。ここでいう低周波ＰＷＭ信号は、例えば周波数が１２Ｈｚ〜２０ＨｚのＰＷＭ信号である。

実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｂの動作例について説明する。実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｂは、ファンモータ５の駆動時において、低周波ＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すファンモータ５がＯＦＦ状態のときに、惰性で回転するファンモータ５の回生電力を蓄電部１２に充電する。低周波ＰＷＭ信号は、ファンモータ５の駆動時において、図７に示すように、ハイレベル（Ｈｉ）とローレベル（Ｌｏ）を繰り返す。ファンモータ５は、低周波ＰＷＭ信号がハイレベルのときに駆動状態となり、ローレベルのときにファンモータ５が非駆動状態となる。スイッチング素子１１Ａは、低周波ＰＷＭ信号がローレベルのときにＯＮ状態となり、ハイレベルのときにＯＦＦ状態となる。

実施形態２に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｂでは、ファンモータ５が低周波ＰＷＭ信号のハイレベルで駆動となり、ローレベルで非駆動となる駆動制御がされている場合において、スイッチング素子１１Ａは、ローレベルのときにＯＮ状態、ハイレベルのときにＯＦＦ状態となる。回生充電制御部１５は、スイッチング素子１１ＡがＯＮ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＦＦ状態に切り替えて、上述した回生制御を行う。これにより、低周波ＰＷＭ信号で駆動と非駆動とを繰り返すファンモータ５において、駆動から非駆動に切り替わったファンモータ５が惰性（慣性）で回転するときに発電される回生電力を効率良く蓄電部１２に充電することができる。

以上説明した車両用ファンモータの電力回生システム１Ｂによれば、ＥＣＵ３がファンモータ５をＰＷＭ信号で駆動制御する。ＰＷＭ信号は、ファンモータ５の駆動時において、ハイレベルのときにファンモータ５が駆動となり、ローレベルのときにファンモータ５が非駆動となる。スイッチング素子１１Ａは、ローレベルのときにＯＮ状態となり、ハイレベルのときにＯＦＦ状態となる。回生充電制御部１５は、ファンモータ５の駆動時において、スイッチング素子１１ＡがＯＮ状態のときに、スイッチ１３ＡをＯＦＦ状態に切り替えて、回生制御を行う。このような構成により、ファンモータ５が低周波ＰＷＭ信号で駆動制御されている場合であっても、非駆動時のファンモータ５で発電される電力を効率良く回生することができる。

[実施形態３]
次に、図８を参照して、実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システムについて説明する。図８は、実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システムの概略構成図である。

図８に示す実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｃは、電力回生ユニット１０Ｂ（１０）がスイッチ１３Ｂを有する点で上述の車両用ファンモータの電力回生システム１Ａと異なる。

スイッチ１３Ｂは、第４スイッチ部であり、回生充電制御部１５からのＯＮ／ＯＦＦ制御によりＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替わる。スイッチ１３Ｂは、ＯＮ状態でスイッチング素子１１Ａおよびスイッチ１３Ａと蓄電部１２とを接続し、ＯＦＦ状態でスイッチング素子１１Ａおよびスイッチ１３Ａと蓄電部１２との接続を遮断する。

実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｃの動作例について説明する。実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｃは、ファンモータ５により発電される回生電力の電圧が高い状態のときに、当該回生電力を蓄電部１２に充電することなく、直接コンバータ１４に供給してバッテリ２を充電するものである。ここでいうファンモータ５により発電される回生電力の電圧は、図２に示すように、車両の車速から得られるファンモータ５の起電圧とする。

実施形態３に係る車両用ファンモータの電力回生システム１Ｃでは、回生充電制御部１５は、上述した回生制御時において、ファンモータ５の起電圧が所定値を超える場合、スイッチ１３Ａおよびスイッチング素子１１ＢをＯＮ状態に切り替えかつスイッチ１３ＢをＯＦＦ状態に切り替える。回生充電制御部１５は、例えば、車両の車速に基づいて、図２に示す車速とファンモータ５の起電圧の関係からファンモータ５の起電圧を取得し、当該起電圧が所定値を超えるか否かを判定する。ここでいう所定値は、例えば６Ｖである。車速が１２０ｋｍ／ｈでファンモータ５の起電圧が６Ｖ以上である場合、ファンモータ５で発電した電力を蓄電部１２に充電する必要がなくなる。そこで、回生充電制御部１５は、ファンモータ５の起電圧が６Ｖを超えた場合、スイッチ１３Ａおよびスイッチング素子１１ＢをＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、かつスイッチ１３ＢをＯＦＦ状態に切り替える。このような構成により、車速が高い状態でファンモータ５が発電する電力を、蓄電部１２で一時的に充電することなく、直接コンバータ１４で昇圧してバッテリ２に充電することができる。

以上説明した車両用ファンモータの電力回生システム１Ｃによれば、回生充電制御部１５が、回生制御時に、車両の車速から得られるファンモータ５の起電圧が所定値を超える場合、スイッチ１３およびスイッチング素子１１ＢをＯＮ状態に切り替えかつスイッチ１３ＢをＯＦＦ状態に切り替えて、回生電力によりバッテリ２を充電する。これにより、車速が高い状態でファンモータ５が発電する電力を、蓄電部１２で一時的に充電することなく、直接コンバータ１４で昇圧してバッテリ２に充電することができ、ファンモータ５で発生する電力を効率良く回生することができる。

［変形例］
なお、以上の説明では、電力回生ユニット１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、車両のＲ／Ｂに収納する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、Ｅコネクタ内に収納してもよいし、Ｊ／Ｂ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｏｘ）内に収納してもよい。

また、以上の説明では、スイッチング素子１１Ｂは、回生充電制御部１５の制御信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御されているが、例えばＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御するように構成してもよい。これにより、コンバータ１４で昇圧される電力によりバッテリ２を充電する場合、パルス電流充電を行うことが可能となり、バッテリ２の電極板の表面に付着したサルフェーション（硫酸鉛の非伝導性結晶皮膜）を破壊して除去することが可能となる。

また、以上の説明では、車両用ファンモータの電力回生システム１Ｃにおける回生充電制御部１５が、図２に示すような車速とファンモータ５の起電圧との関係から当該起電圧を取得しているが、ＯＮ状態のスイッチ１３Ｂから蓄電部１２に印加される電圧を起電圧として取得する構成であってもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 車両用ファンモータの電力回生システム
２ バッテリ
３ ＥＣＵ
４ ファンモータリレー
５ ファンモータ
６ ファン
１１Ａ，１１Ｂ スイッチング素子
１２ 蓄電部
１３Ａ，１３Ｂ スイッチ
１４ コンバータ
１５ 回生充電制御部
１６ ＦＥＴドライバ
１７ 接続部

Claims (6)

1. 車両に搭載され、充放電が可能な第１蓄電部と、
   少なくとも前記車両の走行風によりまたは慣性で回転可能なファンと、
   駆動時において、前記第１蓄電部から供給される電力により前記ファンを回転させ、非駆動時において、前記ファンの回転により発電する回転電機と、
   前記第１蓄電部よりも充電電圧が低く、前記回転電機により発電される回生電力を充放電が可能な第２蓄電部と、
   ＯＮ状態で前記回転電機と前記第２蓄電部とを接続し、ＯＦＦ状態で前記回転電機と前記第２蓄電部との接続を遮断する第１スイッチ部と、
   前記第２蓄電部の充電電圧より低い電圧の前記回生電力を昇圧して前記第１蓄電部に充電した場合よりも効率良く、前記第２蓄電部に充電された電力を昇圧して前記第１蓄電部に充電するコンバータと、
   ＯＮ状態で前記第２蓄電部と前記コンバータとを接続し、ＯＦＦ状態で前記第２蓄電部と前記コンバータとの接続を遮断する第２スイッチ部と、
   前記第２スイッチ部をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える回生充電制御部とを備え、
   前記第１スイッチ部は、前記回転電機の非駆動時にＯＮ状態となり、前記回転電機の駆動時にＯＦＦ状態となり、
   前記回生充電制御部は、
   前記第１スイッチ部がＯＮ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えて、前記回転電機により発電された回生電力により前記第２蓄電部を充電する回生制御を行い、
   前記第１スイッチ部がＯＦＦ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＮ状態に切り替えて、前記第２蓄電部から前記コンバータに電力を供給し、前記コンバータで昇圧される電力により前記第１蓄電部を充電する充電制御を行う、
   ことを特徴とする車両用ファンモータの電力回生システム。
2. 前記回生充電制御部は、
   前記第２蓄電部の電圧または充電時間の少なくとも一方に基づいて前記第２蓄電部の充電状態を判定し、前記第２蓄電部の充電状態が少なくとも満充電状態に達した場合において、前記第１スイッチ部がＯＦＦ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＮ状態に切り替えて、前記第２蓄電部から前記コンバータに電力を供給し、前記コンバータで昇圧される電力により前記第１蓄電部を充電する充電制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ファンモータの電力回生システム。
3. ＯＮ状態で前記コンバータと前記第１蓄電部とを接続し、ＯＦＦ状態で前記コンバータと前記第１蓄電部との接続を遮断する第３スイッチ部をさらに備え、
   前記回生充電制御部は、
   前記第３スイッチ部をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えることが可能であり、
   前記第２スイッチ部をＯＮ状態に切り替えるときに、前記第３スイッチ部をＯＮ状態に切り替え、
   前記第２スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えるときに、前記第３スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ファンモータの電力回生システム。
4. 前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部との間に配置され、ＯＮ状態で前記第１スイッチ部および前記第２スイッチ部と前記第２蓄電部とを接続し、ＯＦＦ状態で前記第１スイッチ部および前記第２スイッチ部と前記第２蓄電部との接続を遮断する第４スイッチ部とをさらに備え、
   前記回生充電制御部は、
   前記第４スイッチ部をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えることが可能であり、
   前記回生制御時に、前記回転電機の起電圧が所定値を超える場合、前記第２スイッチ部および前記第３スイッチ部をＯＮ状態に切り替えかつ前記第４スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えて、前記回生電力により前記第１蓄電部を充電する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用ファンモータの電力回生システム。
5. 前記回転電機をＰＷＭ信号で駆動制御する制御部をさらに備え、
   前記ＰＷＭ信号は、前記回転電機の駆動時において、ハイレベルのときに前記回転電機が駆動となり、ローレベルのときに前記回転電機が非駆動となり、
   前記第１スイッチ部は、前記ローレベルのときにＯＮ状態となり、前記ハイレベルのときにＯＦＦ状態となり、
   前記回生充電制御部は、前記回転電機の駆動時において、
   前記第１スイッチ部がＯＮ状態のときに、前記第２スイッチ部をＯＦＦ状態に切り替えて、前記回生制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用ファンモータの電力回生システム。
6. 前記第２蓄電部は、二次電池または電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ファンモータの電力回生システム。

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