JP2018110462A - 電源制御システム、及び電源制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発電機の電気的負荷の総量が急減する際に生じ得る発電機の回転速度の変動を抑制しつつ、よりエネルギー効率を高める。【解決手段】電源制御システムは、発電機と、前記発電機の供給電力により充電可能な電源と、前記発電機の供給電力により作動する電気的負荷と、前記発電機の発電時に、電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御システム、及び電源制御方法に関する。
内燃機関の駆動力により発電機が発電をしているときに、発電機の電気的負荷の総量が急に減少すると、内燃機関の回転速度が急に上昇することがある。これに対して、発電機から電気的負荷に電力が供給されている状態から、電気的負荷が発電機から遮断された状態に切り換えられても、電気的負荷の総量を徐々に低減させるように調整して、内燃機関の回転速度の急な上昇を抑制する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開昭６３−１２９９００号公報
しかしながら、特許文献１によれば、本来電気的負荷への電力の供給を停止したい状況であっても、その供給を遮断した状態にするタイミングを遅らせているに過ぎない。そのため、遮断すべき状態で稼働している間に無駄なエネルギーが消費されて、エネルギー効率が低下することがある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、よりエネルギー効率を高めることができる電源制御システム、及び電源制御方法を提供することを目的の一つとする。
請求項１記載の発明は、発電機と、前記発電機の供給電力により充電可能な電源と、前記発電機の供給電力により作動する電気的負荷と、前記発電機の発電時に、電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う制御部と、を備える電源制御システムである。
請求項２記載の発明における前記制御部は、前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わるより前から、前記電源の充電を行う。
請求項３記載の発明における前記制御部は、前記電源の状態に関する所定の目標値に向けて前記電源の充電を行い、前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合にも、前記発電機の供給電力による前記電源の充電を継続し、前記電気的負荷が非作動状態となってからの前記所定期間の経過後において、前記目標値として、前記電気的負荷が非作動状態となる以前から用いる第１値よりも小さい第２値を用いる。
請求項４記載の発明における前記電源として、充放電の応答性が互いに異なる複数の電源を含み、前記制御部は、前記発電機の発電時に、前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうに対して充電を行う。
請求項５記載の発明における前記制御部は、前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わるより前から、前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうの充電を行う。
請求項６記載の発明における前記制御部は、前記電源の状態に関する所定の目標値に向けて前記電源の充電を行い、前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合にも、前記発電機の供給電力による前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうの充電を継続し、前記電気的負荷が非作動状態になってから前記所定期間の経過後において、前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうの充電に係る前記目標値として、前記電気的負荷が非作動状態となる以前から用いる第１値よりも小さい第２値を用いる。
請求項７記載の発明における前記制御部は、前記非作動状態に切り替わった後も、前記目標値として前記第１値を所定の時間以上維持して、充電する。
請求項８記載の発明における前記制御部は、前記非作動状態に切り替わった後、前記目標値を前記第１値から前記第２値に向けて、前記所定期間をかけて減少させる。
請求項９記載の発明における前記第１値は、前記電源が満充電された場合の状態をあらわす値よりも小さい値である。
請求項１０記載の発明における前記制御部は、前記所定期間の経過後に前記電源の充電を終了する。
請求項１１記載の発明における前記制御部は、前記電源が満充電状態に至ったか否かにかかわらず、前記所定期間の経過後に充電を終了する。
請求項１２記載の発明における前記制御部は、前記発電機を駆動する駆動部の運転状態がアイドリング状態であって、前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う。
請求項１３記載の発明における前記電源は、鉛蓄電池より充放電の応答性が高い。
請求項１４記載の発明における前記所定期間は、前記電源への充電電流が所定値を下回るまでの期間である。
請求項１５記載の発明は、発電機と、前記発電機の供給電力により充電可能な電源と、前記発電機の供給電力により作動する電気的負荷と、を備える電源制御システムにおける電源制御方法であって、前記発電機の発電時に、電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う電源制御方法である。
請求項１から請求項１５に記載の発明によれば、発電機と、前記発電機の供給電力により充電可能な電源と、前記発電機の供給電力により作動する電気的負荷とを備え、前記発電機の発電時に、電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行うことにより、内燃機関の回転速度の急激な上昇を防止することができるとともに、よりエネルギー効率を高めることができる電源制御システム、及び電源制御方法を提供することができる。
本実施形態の電源制御システムの構成を示す図である。 本実施形態の電気的負荷を非作動状態にする処理の手順を例示するフローチャートである。 本実施形態の電気的負荷を非作動状態にする処理の一例を示す図である。 本実施形態の変形例の電気的負荷を非作動状態にする処理の手順を例示するフローチャートである。 本実施形態の変形例の電気的負荷を非作動状態にする処理の一例を示す図である。
以下、図面を参照し、本発明の電源制御システム、及び電源制御方法の実施形態について説明する。
（本実施形態）
図１は、本実施形態の電源制御システムの構成を示す図である。
本実施形態に係る車両用電源装置１０は、車両１に搭載される装置である。車両用電源装置１０は、電源制御システムの一例である。
車両用電源装置１０は、少なくとも、キャパシタ１１およびバッテリ１２と、ＤＣ（Direct Current；直流）−ＤＣコンバータ１３およびコントローラ１４と、コンタクタ１５およびコンタクタリレー１６と、を備える。
車両１は、車両用電源装置１０の他、ＦＩ（Fuel injection；燃料噴射）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）１７と、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８、スタータリレー１９、およびスタータモータ（ＳＴＭ）２０と、発電機（ＡＣＧ）２１および内燃機関２２と、電気的負荷２３と、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）２４と、第２電圧センサ２５および第１電圧センサ２６と、回転数センサ２７、操作スイッチ２８（操作ＳＷ）と、を備える。
キャパシタ１１（第２電源）は、例えば電気二重層コンデンサまたは電解コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどである。キャパシタ１１は、スタータマグネットスイッチ１８に接続されている。また、キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと、コンタクタ１５の第１端子１５ａとに接続されている。キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３またはコンタクタ１５を介して、バッテリ１２、コンタクタリレー１６、ＦＩ−ＥＣＵ１７、発電機２１、電気的負荷２３、およびイグニッションスイッチ２４に電気的に接続可能である。なお、キャパシタ１１は、鉛蓄電池のバッテリ１２より充放電の応答性が高い。
バッテリ１２（第１電源）は、例えば鉛バッテリなどの二次電池である。バッテリ１２の定格電圧は、例えば１２［Ｖ］である。バッテリ１２は、コンタクタリレー１６、ＦＩ−ＥＣＵ１７、発電機２１、電気的負荷２３、およびイグニッションスイッチ２４に接続されている。また、バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと、コンタクタ１５の第２端子１５ｂとに接続されている。バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３またはコンタクタ１５を介して、キャパシタ１１およびスタータマグネットスイッチ１８に電気的に接続可能である。なお、単位時間当たりの充放電性能について、バッテリ１２（第１電源）の充放電性能は、キャパシタ１１に比べて充放電性能が低い。
つまり、キャパシタ１１とバッテリ１２は、充放電の応答性が互いに異なるものである。それらの電源は、電気的負荷２３に電力を供給するものを含む。発電機２１の発電時に、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間に、キャパシタ１１とバッテリ１２は、その発電により得られた電力を充電する対象であってもよい。なお、その発電により得られた電力を充電する対象にする電源は、キャパシタ１１とバッテリ１２のうち比較的充放電の応答性が高いものにするとよい。例えば、バッテリ１２が鉛電池である場合には、その対象として、キャパシタ１１を選定してもよい。キャパシタ１１とバッテリ１２は、複数の電源の一例であり、電源の種類、個数、その種類の組み合わせなどについては、これに制限されることなく、他の電源の種類、個数、その種類の組み合わせを選択してもよい。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、コントローラ１４の制御によって第１および第２入出力端子１３ａ，１３ｂ間の双方向で昇降圧可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、内燃機関２２の運転時に発電機２１で発生した発電電力または車両１の制動時に発電機２１で発生した回生電力を必要に応じて昇圧し、キャパシタ１１に供給することでキャパシタ１１を充電させる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１１に蓄電されている電力を必要に応じて昇圧し、少なくともバッテリ１２または電気的負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば、Ｈブリッジの昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであって、ブリッジ接続された４つの第１〜第４スイッチング素子（例えば、IGBT；Insulated Gate Bipolar mode Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を備える。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３における、対をなす第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は第１入出力端子１３ａと接地端子１３ｃとの間で直列に接続されている。つまり第１スイッチング素子ＳＷ１のコレクタは第１入出力端子１３ａに接続され、第１スイッチング素子ＳＷ１のエミッタは第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタに接続され、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタは接地端子１３ｃに接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３における、対をなす第３および第４スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は第２入出力端子１３ｂと接地端子１３ｃとの間で直列に接続されている。つまり第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタは第２入出力端子１３ｂに接続され、第３スイッチング素子ＳＷ３のエミッタは第４スイッチング素子ＳＷ４のコレクタに接続され、第４スイッチング素子ＳＷ４のエミッタは接地端子１３ｃに接続されている。
各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のエミッタ・コレクタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向になるようにして各第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との接続点と、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４との接続点との間に接続されたリアクトルＬを備えている。さらに、第１入出力端子１３ａと接地端子１３ｃとの間に接続された第１コンデンサＣａと、第２入出力端子１３ｂと接地端子１３ｃとの間に接続された第２コンデンサＣｂと、を備える。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間を直結するように直列に接続された抵抗ＲおよびダイオードＤを備えている。ダイオードＤは第２入出力端子１３ｂから第１入出力端子１３ａに向けて順方向になるように配置されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、コントローラ１４から出力されて各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のゲートに入力される信号によって駆動される。
コントローラ１４（制御部）は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などにより構成される。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作と、コンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断の動作と、を制御する。さらに、コントローラ１４は、ＦＩ−ＥＣＵ１７によるアイドル停止の実行を許可するか禁止するかを決定し、決定した内容に基づく制御指令をＦＩ−ＥＣＵ１７に出力する。
コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧ＶＣを検出する第２電圧センサ２５と、キャパシタ１１の充電電流および放電電流を検出する電流センサ（図示略）と、キャパシタ１１の温度を検出する温度センサ（図示略）と、に接続されている。
コントローラ１４は、バッテリ１２の放電およびバッテリ１２の放電深度を制御する。
コントローラ１４は、バッテリ１２の出力電圧ＶＢを検出する第１電圧センサ２６と、バッテリ１２の充電電流および放電電流を検出する電流センサ（図示略）と、バッテリ１２の温度を検出する温度センサ（図示略）と、に接続されている。
コンタクタ１５は、コンタクタリレー１６のオンおよびオフに応じてコンタクタ１５の第１および第２端子１５ａ，１５ｂ間の接続および遮断を切り替える。コンタクタリレー１６のオンおよびオフはコントローラ１４により制御される。
なお、コンタクタ１５の第１端子１５ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと、キャパシタ１１の正極側端子と、スタータマグネットスイッチ１８と、に接続されている。コンタクタ１５の第２端子１５ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと、バッテリ１２の正極側端子と、発電機２１および電気的負荷２３と、に接続されている。これらによりコンタクタ１５は、接続状態において、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対してキャパシタ１１とバッテリ１２とを並列に接続する。
なお、キャパシタ１１およびバッテリ１２の負極側端子は接地されている。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサと、プログラムメモリ、ワーキングメモリ、通信インターフェースなどがバスによって接続された構成を有する。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、燃料供給、点火タイミングなどの内燃機関２２の動作に関する各種制御を行なう。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、乗員の操作に応じてイグニッションスイッチ２４から出力される始動要求および停止要求の信号によって内燃機関２２の始動および停止を制御する。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、計時部２９を備える。計時部２９は、各部の作動状態を制御するための時間を計測する。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、計時部２９による測定結果と、所定の閾値との比較の結果など基づいて、各種の処理の実行を調整する。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、内燃機関２２のアイドル停止制御を行う。アイドル停止制御は、所定の一時停止条件の成立に応じて運転状態の内燃機関２２を自動的に一時的に停止し、所定の復帰条件の成立に応じて一時停止状態の内燃機関２２を自動的に再始動させる制御である。所定の一時停止条件は、例えば、車両１の車速がゼロであり、アクセルペダル開度がゼロであり、かつブレーキペダルスイッチがオンであることである。所定の復帰条件は、例えば、ブレーキペダルスイッチがオフになったことなどである。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、イグニッションスイッチ２４から出力される信号による始動要求またはアイドル停止の一時停止状態からの復帰要求に応じて、スタータリレー１９をオンに制御することによって内燃機関２２を始動させる。また、ＦＩ−ＥＣＵ１７は、発電機（ＡＣＧ）２１の発電動作を制御し、発電機２１の発電電圧を任意に変更する。
発電機２１は、例えばベルトなどを介して内燃機関２２のクランク軸（図示略）に連結された交流発電機である。発電機２１は、内燃機関２２の運転時の動力、或いは車両１の減速時に回生される動力を用いて交流電力を発電する。なお、発電機２１は、発電および回生による交流出力を直流出力に整流する整流器（図示略）などを備えている。発電機２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂに接続されている。
内燃機関２２（動力源、エンジン）は、スタータモータ（ＳＴＭ）２０の駆動力によって始動する。スタータモータ２０は、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８を介したキャパシタ１１またはバッテリ１２からの電圧印加によって回転駆動する。スタータマグネットスイッチ１８は、スタータリレー１９のオンおよびオフに応じてスタータモータ２０への給電有無を切り替える。すなわち、スタータマグネットスイッチ１８（始動スイッチ）は、スタータモータ２０（始動装置）と、キャパシタ１１（前記第２電源）とバッテリ１２（第１電源）との接続および遮断を行う。スタータリレー１９のオンおよびオフはＦＩ−ＥＣＵ１７により制御される。
スタータモータ２０（始動装置）は、例えば、回転軸（図示略）にピニオンギヤ（図示略）を備えている。内燃機関２２は、例えば、スタータモータ２０のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ（図示略）をクランク軸（図示略）に備えている。これによりスタータモータ２０は、ピニオンギヤを内燃機関２２側のリングギヤに噛み合わせることによって、駆動力を内燃機関２２に伝達可能である。
電気的負荷２３は、車両１に搭載された各種補機類などである。電気的負荷２３は、接地されるとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂに接続されている。
本実施の形態による車両用電源装置１０は上記構成を備えており、次に、この車両用電源装置１０の動作について説明する。
［充放電動作］
以下に、コントローラ１４が制御するキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作について説明する。
コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を、車両１の運転状態に応じた所定の目標電圧に一致させるようにして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作およびコンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断を制御する。
コントローラ１４は、車両１の運転に応じたキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作として、９つの動作モードＭ０〜Ｍ８等を実行する。
例えば、動作モードＭ０〜Ｍ８は、下記のように決定される。車両停止時にキャパシタ１１又はバッテリ１２を充電する「停止充電（Ｍ０）」、イグニッションスイッチ又はスタータスイッチの操作に連動してバッテリ１２からの放電により始動させる「初回始動（Ｍ１）」、アイドル停止に備えてキャパシタ１１を充電する「Ｉ／Ｓ準備充電（Ｍ２）」、回生時にキャパシタ１１を充電する「回生充電（Ｍ３）」、キャパシタ１１又はバッテリ１２から回生電力を放電し、かつ発電機２１（ＡＣＧ）を休止する「回生放電（Ｍ４）」、アイドル停止時にキャパシタ１１から電気的負荷に放電する「Ｉ／Ｓキャパシタ給電（Ｍ５）」、バッテリ１２から放電した電力を電気的負荷２３に供給する「Ｉ／Ｓバッテリ給電（Ｍ６）」、キャパシタ１１から放電して内燃機関２２を再始動する「ＥＮＧ再始動（Ｍ７）」、キャパシタ１１の劣化を抑制するためにキャパシタ１１を充電する「停止時充電（Ｍ８）」などである。なお、上記の９つの動作モードＭ０〜Ｍ８の他に、キャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作を伴わない「負荷給電モード（Ｍ９）」がある。「負荷給電モード（Ｍ９）」では、キャパシタ１１やバッテリ１２を充電しない状態に設定される。
上記の各動作モードにおいて、発電機２１が発電状態にあるモードは、「Ｉ／Ｓ準備充電（Ｍ２）」、「回生充電（Ｍ３）」、「負荷給電モード（Ｍ９）」などのモードである。
例えば、「Ｉ／Ｓ準備充電（Ｍ２）」時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、バッテリ１２に蓄えられた電力を、所望の電圧に変換してキャパシタ１１を充電する。「回生充電（Ｍ３）」時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、発電機２１により発電された電力を、所望の電圧に変換してキャパシタ１１を充電する。「負荷給電モード（Ｍ９）」時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、電力変換を停止して、発電機２１により発電された電力を、電気的負荷２３に供給する。
なお、上記の３つのモードのうち、「Ｉ／Ｓ準備充電（Ｍ２）」と「回生充電（Ｍ３）」には、発電機２１が発電して得られた電力でキャパシタ１１等を充電するとともに、その発電により得られた電力を電気的負荷２３に供給する状態が含まれていてもよい。なお、これらのモードで制御されている状態で、電気的負荷２３に対する電力の供給が急に停止されることがあっても、キャパシタ１１への充電は継続される。
また、電気的負荷２３に給電する状態は、上記の全てのモードとは独立して切り替わる。例えば、乗員の操作スイッチ２８の操作は、電気的負荷２３に給電する状態を切り替えるための要因である。コントローラ１４は、その操作に応じて切り替えを実施する。なお、乗員の操作スイッチ２８の操作とは無関係に、たとえば車両用電源装置１０が随時監視している車両状態に基づいて、電気的負荷２３に給電する状態へと切り替えてもよい。
［車両用電源装置の動作］
以下、車両用電源装置１０の動作の一例について説明する。
ところで、「負荷給電モード（Ｍ９）」時には、発電機２１の回転速度が急激に上昇する場合がある。例えば、発電機２１から電気的負荷２３に給電していて、キャパシタ１１又はバッテリ１２を充電していない場合に、発電機２１に対する電気的負荷２３の総量が急激に減少する。それにより、発電機２１に無負荷運転又は軽負荷運転の状態が発生した場合に、発電機２１の回転速度が急激に上昇するという状態を招くことがある。
これに対し、実施形態の車両用電源装置１０は、例えば、乗員の操作スイッチ２８の操作を検出し、電気的負荷２３の作動を停止するための操作を検出した際には、キャパシタ１１を充電する状態にしてから、電気的負荷２３の作動を停止する。
あるいは、「Ｉ／Ｓ準備充電（Ｍ２）」もしくは「回生充電（Ｍ３）」で発電機２１が発電して得られた電力でキャパシタ１１等を充電しており且つ発電機２１の発電により得られた電力を電気的負荷２３に供給する状態であるときに、電気的負荷２３への電力供給とキャパシタ１１等への充電との両方をほぼ同時に停止すると発電機２１の回転速度が急激に上昇する場合がある。
これに対し、実施形態の車両用電源装置１０は、例えば、乗員の操作スイッチ２８の操作を検出し、電気的負荷２３の作動を停止するための操作を検出した際には、電気的負荷２３の作動を停止した後もキャパシタ１１を充電する状態を継続する。
なお、車両用電源装置１０は、乗員の操作スイッチ２８の操作とは無関係に、随時観測している車両状態に基づいて、キャパシタ１１を充電する状態にしてから電気的負荷２３の作動を停止してもよい。以下、乗員の操作スイッチ２８の操作での検出をもとに電気負荷の作動を停止する例をもとに詳細について説明する。
車両用電源装置１０に係るコントローラ１４は、操作スイッチ２８の操作の検出結果に従い、発電機２１の発電時に、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わりを検出する。コントローラ１４は、非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、キャパシタ１１の充電を行う。
なお、本願でいう「発電機２１の発電時」には、コントローラ１４が「Ｉ／Ｓ準備充電（Ｍ２）」、「回生充電（Ｍ３）」、「負荷給電モード（Ｍ９）」などのモードで制御しているときが含まれていてもよい。
上記の電気的負荷２３は、その作動状態の変動により発電機２１の回転に影響を与えるほどの比較的大容量のものであってもよい。例えば、車両用のエアコン、ヘッドライトなどは、上記の対象にする電気的負荷２３の一例である。
例えば、コントローラ１４は、「電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わる」前に、上記の切り替えを指示する操作を検出する。そして、コントローラ１４は、発電機２１が発電している状態にあり、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わるより前から、キャパシタ１１の充電を行う。
［キャパシタ１１における充電目標値について］
キャパシタ１１における充電目標値ＴＧは、キャパシタ１１の状態や車両の状態に対応させて所定の値が決定されている。コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧに向けてキャパシタ１１の充電を行う。例えば、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧは、所定の値（充電目標値ＴＧ１）に予め決定されている。そのキャパシタ１１の充電目標値ＴＧ１は、キャパシタ１１の状態や車両の状態に応じてキャパシタ１１が満充電された場合の状態をあらわす値よりも小さい値に決定してもよい。
コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧ１を利用して、発電機の発電時に電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合に、発電機の供給電力によるキャパシタ１１の充電を継続してもよい。
［電気的負荷を非作動状態にする処理について］
図２は、本実施形態の電気的負荷を非作動状態にする処理の手順を例示するフローチャートである。
まず、コントローラ１４は、電気的負荷２３を停止させる指示を受け付けたか否かを判定する（Ｓ２１）。電気的負荷２３を停止させる指示を受け付けていない場合には、図に示された一連の処理を終える。
電気的負荷２３を停止させる指示を受け付けている場合には、コントローラ１４は、キャパシタ１１を充電している状況にあるか否かを判定する（Ｓ２２）。キャパシタ１１を充電している状況にある場合には、コントローラ１４は、処理をステップＳ２４に進める。
キャパシタ１１を充電している状況にない場合には、コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電を開始する（Ｓ２３）。
次に、Ｓ２２における判定においてキャパシタ１１を充電している状況にあると判定した場合、又は、Ｓ２３の処理を終えてから所定時間（Ｔ１２（図３））が経過した後、コントローラ１４は、電気的負荷２３を非作動状態にする（Ｓ２４）。
次に、コントローラ１４は、所定期間（Ｔ２３（図３））が経過したか否かを判定し（Ｓ２７）、例えば、所定期間（Ｔ２３）が経過するまで待機する。
次に、所定期間（Ｔ２３）が経過した後、コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電を停止して（Ｓ２８）、発電機２１を停止して（Ｓ２９）、図に示された一連の処理を終える。
［電気的負荷を非作動状態にする処理について］
図３は、本実施形態の電気的負荷を非作動状態にする処理の一例を示す図である。図３（ａ）に発電機２１の状態（発電中と停止中）を示し、図３（ｂ）に操作スイッチ２８の状態（負荷作動要求操作中と負荷非作動要求操作中）を示し、図３（ｃ）に電気的負荷２３の作動状態（作動中と非作動中）を示し、図３（ｄ）にキャパシタ１１の充電制御状況（非充電状態と充電状態）を示し、図３（ｅ）にキャパシタ１１の充電状態ＳｏＣと充電目標値ＴＧとを示す。
時刻ｔ０において、図３（ａ）に示すように発電機２１の状態が発電中であり、同（ｂ）に示すように操作スイッチ２８の状態が負荷作動要求操作中であり、同（ｃ）に示すように電気的負荷２３が作動中であり、同（ｄ）に示すようにキャパシタ１１が非充電状態かつ無負荷状態におかれ、同（ｅ）に示すようにキャパシタ１１の充電状態ＳｏＣが初期値ＳＣ０である状態にある。
なお、上記のキャパシタ１１の充電状態ＳｏＣは、下限値ＭＩＮと上限値ＭＡＸの間になるように調整される。例えば、制御目標値である充電目標値ＴＧ１は、下限値ＭＩＮと上限値ＭＡＸの間に決定されている。
時刻ｔ１において、図３（ｂ）に示すように操作スイッチ２８が操作されて、負荷作動要求操作中の状態から負荷非作動要求操作中の状態に遷移する。コントローラ１４は、各部の状態を検出し、下記の条件を満たすことを検出する。例えば、コントローラ１４は、操作スイッチ２８の負荷作動要求操作中の状態から負荷非作動要求操作中の状態の遷移があり、更に、発電機２１が発電中であり、電気的負荷２３が作動中であり、キャパシタ１１が非充電状態かつ無負荷状態にある、という条件を満たすことを検出する。コントローラ１４は、上記の条件を満たしたことを検出すると、図３（ｄ）に示すように、キャパシタ１１の充電を開始する。その結果、図３（ｅ）に示すように、キャパシタ１１の充電状態ＳｏＣが初期値ＳＣ０から徐々に上昇する。なお、この段階で、発電機２１の負荷の総量には、キャパシタ１１を充電するのに必要とされる電力分が増加する。
さらにコントローラ１４は、上記の条件を満たしたことを検出したことに同期して計時部２９による計時を開始させる。
次に、計時部２９は、時刻ｔ１から所定時間（Ｔ１２）が経過して時刻ｔ２になったことを検出する。コントローラ１４は、計時部２９から所定時間（Ｔ１２）が経過したことの通知を受け、作動状態であった電気的負荷２３を非作動状態にする。
次に、計時部２９は、時刻ｔ２から所定期間（Ｔ２３）が経過して時刻ｔ３になったことを検出する。コントローラ１４は、計時部２９から所定期間（Ｔ２３）が経過したことの通知を受け、充電状態にあったキャパシタ１１の充電を中断し、発電機２１の駆動を停止する。これにより、キャパシタ１１は、非充電状態であって、かつ無負荷状態になり、蓄えた電力を、内燃機関２２の次の始動時に利用する。また、コントローラ１４は、発電機２１を、それを駆動する動力を遮断したのちに停止状態にする。
実施形態によれば、車両用電源装置１０（電源制御システム）は、発電機２１と、発電機２１の供給電力により充電可能なキャパシタ１１と、発電機２１の供給電力により作動する電気的負荷２３と、を備える。コントローラ１４は、発電機２１の発電時に、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間（Ｔ２３）が経過するまでの間、キャパシタ１１の充電を行うことにより、発電機２１の電気的負荷２３の総量が急減する際に生じ得る発電機２１の回転速度の変動を抑制しつつ、よりエネルギー効率を高めることができる。
また、車両用電源装置１０（電源制御システム）は、発電機２１の発電時に、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わる時刻ｔ２より前から、キャパシタ１１の充電を行う。これにより、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わる時刻ｔ２に至る前から、キャパシタ１１の充電を開始していることにより、時刻ｔ２以降に生じる余剰なエネルギーを、効率よくキャパシタ１１に充電することにより、よりエネルギー効率を高めることができる。
また、コントローラ１４は、電気的負荷２３が非作動状態に切り替わった後も、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧで所定の時間以上継続して充電する。コントローラ１４は、これを維持して、キャパシタ１１を充電することにより、電気的負荷２３が非作動状態に切り替わった後の発電機２１の回転速度の変動を抑制することができる。
また、充電目標値ＴＧ１は、キャパシタ１１が満充電された場合の状態をあらわす値よりも小さい値に設定されることにより、内燃機関２２又は発電機２１の負荷の変動による回転速度の変動が生じた場合であっても、キャパシタ１１が満充電状態、又は、過充電状態に至ることを制限することができる。
また、コントローラ１４は、キャパシタ１１が満充電状態に至ったか否かにかかわらず、キャパシタ１１又はバッテリ１２の充電を開始してから所定期間（Ｔ２３）の経過後に、キャパシタ１１又はバッテリ１２の充電を終了してもよい。これにより、時刻ｔ１直後の発電機２１の回転数の変動を抑制することができ、さらに抑制に要したエネルギーを、キャパシタ１１又はバッテリ１２に蓄えることができることから、よりエネルギー効率を高めることができる。
また、コントローラ１４は、発電機２１を駆動する内燃機関２２（駆動部）の運転状態がアイドリング状態であって、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、キャパシタ１１の充電を行う。内燃機関２２の運転状態がアイドリング状態にある場合の電気的負荷２３の変動の影響を低減することができる。
また、コントローラ１４は、所定期間（Ｔ２３）を、不図示の電流検知手段により検知されるキャパシタ１１への充電電流値が所定値未満に至るまでの期間としてもよい。
さらに、コントローラ１４は、所定期間（Ｔ２３）を、電気的負荷２３を作動状態から非作動状態にしてから計時を開始する計時部２９による計時時間が、予め定められた所定時間を経過するまでとしてもよい。その場合には、コントローラ１４は、キャパシタ１１の現在の充電状態SｏC（電源状態）に基づいて、キャパシタ１１への充電電流が所定値未満になるまでに要する時間を推定する。コントローラ１４は、その時間を所定期間としてもよい。あるいは、コントローラ１４は、電気的負荷２３を作動状態から非作動状態にすることが内燃機関２２の回転数の上昇に影響を及ぼし得る時間を、電気的負荷２３の作動電圧ごとにあらかじめ算出し、当該時間を所定期間としてもよい。なお、この時間を、作動状態から非作動状態にされる電気的負荷２３の作動電圧ごとに予め定めてもよい。例えば、その場合の所定期間は、キャパシタ１１への充電電流が所定値を下回るまでの期間であってもよい。なお、上記のように定めた所定時間の値又はそれに関連付けられたデータを、テーブルにして記憶領域（不図示）に格納しておき、コントローラ１４に参照させてもよい。
（本実施形態の変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。本実施形態において、キャパシタ１１の充電状態ＳｏＣと、固定値である充電目標値ＴＧ１を制御目標値にした事例を説明した。これに代えて、本変形例では、制御目標値を調整する事例について説明する。本実施形態との相違点を中心に説明する。
［キャパシタ１１における充電目標値について］
キャパシタ１１における充電目標値ＴＧは、キャパシタ１１の種類に対応させて所定の値が決定されている。コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧに向けてキャパシタ１１の充電を行うことにより、キャパシタ１１の充電状態ＳｏＣが、下限値ＭＩＮと上限値ＭＡＸの間になるように調整される。
［電気的負荷を非作動状態にする処理について］
図４は、本実施形態の変形例の電気的負荷を非作動状態にする処理の手順を例示するフローチャートである。
まず、コントローラ１４は、電気的負荷２３を停止させる指示を受け付けたか否かを判定する（Ｓ２１）。電気的負荷２３を停止させる指示を受け付けていない場合には、図に示された一連の処理を終える。
電気的負荷２３を停止させる指示を受け付けている場合には、コントローラ１４は、キャパシタ１１を充電している状況にあるか否かを判定する（Ｓ２２）。キャパシタ１１を充電している状況にある場合には、コントローラ１４は、処理をステップＳ２４に進める。
キャパシタ１１を充電している状況にない場合には、コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電を開始する（Ｓ２３）。
次に、Ｓ２２における判定においてキャパシタ１１を充電している状況にあると判定した場合、又は、Ｓ２３の処理を終えてから所定時間（Ｔ１２（図３））が経過した後、コントローラ１４は、電気的負荷２３を非作動状態にする（Ｓ２４）。
次に、コントローラ１４は、充電目標値ＴＧが調整中か否かを判定する（Ｓ２５）。充電目標値ＴＧが調整中である場合には、充電目標値の調整を遂次実施する（Ｓ２６）。
Ｓ２６Ｂの処理を終えた場合、又は、Ｓ２６Ａにおける判定により充電目標値ＴＧが調整中でないと判定された場合、コントローラ１４は、所定期間（Ｔ２３（図３））が経過したか否かを判定する（Ｓ２７）。所定期間（Ｔ２３）が経過していない場合には、コントローラ１４は、Ｓ２６Ａからの処理を繰り返す。
所定期間（Ｔ２３）が経過している場合には、コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電を停止し（Ｓ２８）、発電機２１を停止して（Ｓ２９）、図に示された一連の処理を終える。
［電気的負荷を非作動状態にする処理について］
図５は、本実施形態の変形例の電気的負荷を非作動状態にする処理の一例を示す図である。図５は、前述の図３に対応する。
図５（ｅ）に示すように、充電目標値ＴＧ１と充電目標値ＴＧ２は、下限値ＭＩＮと上限値ＭＡＸの間に決定され、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧ１よりも小さい値（第２値）の充電目標値ＴＧ２が決定される。コントローラ１４は、充電目標値ＴＧ１と充電目標値ＴＧ２を用いることにより、充電目標値ＴＧを調整する。なお、図に示すキャパシタ１１の充電目標値ＴＧ１とＴＧ２の大きさ、切替タイミング、充電目標値ＴＧ１から充電目標値ＴＧ２に切り替わるまでのその値の変化の仕方などは図に示したものに制限されず、他のものにしてもよい。
例えば、時刻ｔ０の状態は、前述の実施形態と同様である。
その後、時刻ｔ１０において、コントローラ１４は、キャパシタ１１の充電状態ＳｏＣが、変動範囲の下限値である最小値ＭＩＮまで低下したことを検出して、キャパシタ１１の充電を開始する。その際のキャパシタ１１の充電目標値ＴＧは、充電目標値ＴＧ１（第１値）であると仮定する。
時刻ｔ１において、図３（ｂ）に示すように操作スイッチ２８が操作されて、負荷作動要求操作中の状態から負荷非作動要求操作中の状態に遷移する。コントローラ１４は、各部の状態を検出し、下記の条件を満たすことを検出する。例えば、コントローラ１４は、操作スイッチ２８の負荷作動要求操作中の状態から負荷非作動要求操作中の状態の遷移があり、更に、発電機２１が発電中であり、電気的負荷２３が作動中であり、キャパシタ１１が充電状態にある、という条件を満たすことを検出する。コントローラ１４は、上記の条件を満たしたことを検出した後に時刻ｔ２を過ぎて、電気的負荷２３を非作動状態に切り替える。
その後、コントローラ１４は、充電目標値ＴＧを、充電目標値ＴＧ１から充電目標値ＴＧ２に向けて、所定期間をかけて減少させる。例えば、上記の所定期間は、図５に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間Ｔ２３である。
コントローラ１４は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、充電目標値ＴＧ１から徐々に値を減少させるキャパシタ１１の充電目標値ＴＧを利用して、発電機２１によるキャパシタ１１の充電を継続してもよい。
次に、計時部２９は、時刻ｔ２から所定期間（Ｔ２３）が経過して時刻ｔ３になったことを検出する。コントローラ１４は、計時部２９から所定期間（Ｔ２３）が経過したことの通知を受け、充電状態にあったキャパシタ１１の充電を中断し、発電機２１の駆動を停止する。これにより、キャパシタ１１は、非充電状態であって、かつ無負荷状態になり、蓄えた電力を保持する。これによって、コントローラ１４は、内燃機関２２の次の始動時に、その蓄えた電力を利用することができる。なお、コントローラ１４は、発電機２１を駆動するために内燃機関２２から供給されている動力を遮断することで、発電機２１を停止状態にしてもよい。
上記の変形例によれば、本実施形態と同様の効果を奏することの他、コントローラ１４は、キャパシタ１１の状態に関する所定の目標値（充電目標値ＴＧ）に向けてキャパシタ１１の充電を行い、発電機２１の発電時に電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合にも、発電機２１の供給電力によるキャパシタ１１の充電を継続する。さらに、コントローラ１４は、電気的負荷２３が非作動状態となってからの所定の時間の経過後において、充電目標値ＴＧとして、電気的負荷２３が非作動状態となる以前から用いる充電目標値ＴＧ１（第１値）よりも小さい充電目標値ＴＧ２（第２値）を用いる。これにより、効率よくキャパシタ１１に充電することができる。
また、コントローラ１４は、キャパシタ１１の状態に関する所定の目標値（充電目標値ＴＧ）に向けてキャパシタ１１の充電を行い、発電機２１の発電時に電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合にも、発電機２１の供給電力による複数の電源のうち充放電の応答性が高い方の電源であるキャパシタ１１の充電を継続する。電気的負荷２３が非作動状態になってから所定期間（Ｔ２３）の経過後において、コントローラ１４は、複数の電源のうち充放電の応答性が高い方の電源であるキャパシタ１１の充電に係る目標値（充電目標値ＴＧ）として、電気的負荷２３が非作動状態となる以前から用いる充電目標値ＴＧ１（第１値）よりも小さい充電目標値ＴＧ２（第２値）を用いるようにしてもよい。これにより、コントローラ１４は、発電機２１の供給電力による複数の電源のうち充放電の応答性が高いキャパシタ１１の充電を継続することによって、電気的負荷２３が非作動状態になってから所定期間（Ｔ２３）の経過後におけるキャパシタ１１の充電に係る目標値（充電目標値）を充電目標値ＴＧ１（第１値）よりも小さい値にすることができる。
また、コントローラ１４は、電気的負荷２３が非作動状態に切り替わった後も、キャパシタ１１の充電目標値ＴＧで所定の時間以上継続して充電する。コントローラ１４は、これを維持して、キャパシタ１１を充電することにより、電気的負荷２３が非作動状態に切り替わった後の発電機２１の回転速度の変動を抑制することができる。
また、コントローラ１４は、電気的負荷２３が非作動状態に切り替わった後、充電目標値ＴＧを充電目標値ＴＧ１から充電目標値ＴＧ２に向けて、所定の時間をかけて減少させるようにしてもよい。これにより、充電目標値ＴＧを、充電目標値ＴＧ１から充電目標値ＴＧ２に変更する際に、発電機２１に掛かる負荷を連続的に調整することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、車両用電源装置１０（電源制御システム）は、発電機２１と、発電機２１の供給電力により充電可能なキャパシタ１１と、発電機２１の供給電力により作動する電気的負荷２３と、発電機２１の発電時に、電気的負荷２３を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、キャパシタ１１の充電を行うコントローラ１４とを備えることにより、よりエネルギー効率を高めることができる。
以上、この発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
１…車両、１０…車両用電源装置、１１…キャパシタ（第２電源）、１２…バッテリ（第１電源）、１３…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１４…コントローラ（制御部）、１５…コンタクタ、１６…コンタクタリレー、１７…ＦＩ−ＥＣＵ、１８…スタータマグネットスイッチ、１９…スタータリレー、２０…スタータモータ、２１…発電機、２２…内燃機関（エンジン）、２３…電気的負荷、２４…イグニッションスイッチ、２５…第２電圧センサ、２６…第１電圧センサ、２７…回転数センサ、２８…操作スイッチ、２９…計時部

Claims (15)

  1. 発電機と、
    前記発電機の供給電力により充電可能な電源と、
    前記発電機の供給電力により作動する電気的負荷と、
    前記発電機の発電時に、電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う制御部と、
    を備える電源制御システム。
  2. 前記制御部は、
    前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わるより前から、前記電源の充電を行う、
    請求項１に記載の電源制御システム。
  3. 前記制御部は、
    前記電源の状態に関する所定の目標値に向けて前記電源の充電を行い、前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合にも、前記発電機の供給電力による前記電源の充電を継続し、前記電気的負荷が非作動状態となってからの前記所定期間の経過後において、前記目標値として、前記電気的負荷が非作動状態となる以前から用いる第１値よりも小さい第２値を用いる、
    請求項２に記載の電源制御システム。
  4. 前記電源として、充放電の応答性が互いに異なる複数の電源を含み、
    前記制御部は、前記発電機の発電時に、前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうに対して充電を行う、
    請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電源制御システム。
  5. 前記制御部は、
    前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わるより前から、前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうの充電を行う、
    請求項４に記載の電源制御システム。
  6. 前記制御部は、
    前記電源の状態に関する所定の目標値に向けて前記電源の充電を行い、前記発電機の発電時に前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった場合にも、前記発電機の供給電力による前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうの充電を継続し、前記電気的負荷が非作動状態になってから前記所定期間の経過後において、前記複数の電源のうち充放電の応答性が高いほうの充電に係る前記目標値として、前記電気的負荷が非作動状態となる以前から用いる第１値よりも小さい第２値を用いる、
    請求項５に記載の電源制御システム。
  7. 前記制御部は、
    前記非作動状態に切り替わった後も、前記目標値として前記第１値を所定の時間以上維持して、充電する、
    請求項３または請求項６に記載の電源制御システム。
  8. 前記制御部は、
    前記非作動状態に切り替わった後、前記目標値を前記第１値から前記第２値に向けて、前記所定期間をかけて減少させる、
    請求項３または請求項６に記載の電源制御システム。
  9. 前記第１値は、前記電源が満充電された場合の状態をあらわす値よりも小さい値である、
    請求項３から請求項７の何れか１項に記載の電源制御システム。
  10. 前記制御部は、前記所定期間の経過後に前記電源の充電を終了する、
    請求項１から請求項９の何れか１項に記載の電源制御システム。
  11. 前記制御部は、前記電源が満充電状態に至ったか否かにかかわらず、前記所定期間の経過後に充電を終了する、
    請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の電源制御システム。
  12. 前記制御部は、
    前記発電機を駆動する駆動部の運転状態がアイドリング状態であって、前記電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う、
    請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の電源制御システム。
  13. 前記電源は、鉛蓄電池より充放電の応答性が高い、
    請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の電源制御システム。
  14. 前記所定期間は、前記電源への充電電流が所定値を下回るまでの期間である、
    請求項１、請求項３、請求項４、請求項６、請求項８、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の電源制御システム。
  15. 発電機と、前記発電機の供給電力により充電可能な電源と、前記発電機の供給電力により作動する電気的負荷と、を備える電源制御システムにおける電源制御方法であって、
    前記発電機の発電時に、電気的負荷を作動させる作動状態から非作動状態に切り変わった後の所定期間が経過するまでの間、前記電源の充電を行う、
    電源制御方法。
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