JP5733125B2 - 車両用補助電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに連動する発電機及びバッテリに並列に接続され、負荷に供給する為の電力を蓄電する蓄電器を備える車両用補助電源装置に関するものである。

電気機関車及び電車では、制動時に主電動機で発電し、発電した電力を架線に戻す回生ブレーキが以前から実用化され、発電した電力は回生電力と呼称されている。電気自動車及びハイブリッドカーでも、制動時に車輪の回転によりモータで回生電力を発電させ、車両に搭載した蓄電池を充電する回生ブレーキが実用化されている。
また、近年は、電気自動車及びハイブリッドカー以外の一般的なエンジン駆動自動車においても、オルタネータ（交流発電機、車載発電機）を特に減速時に高負荷で稼働させて回生電力を得ることで、加速時及び巡航時の稼働負荷を軽減し、燃費を向上させるものが有る。

特許文献１には、発電機と、発電機に接続された負荷及び第１蓄電手段と、発電機にＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続された第２蓄電手段と、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された制御手段とを備える車両用電源装置が開示されている。制御手段は、外部から発せられた回生信号を受信すると、その時のＤＣ／ＤＣコンバータにおける発電機が接続された入出力端子の電圧Ｖｂよりも第１既定値だけ低い第１目標電圧Ｖｂ１に入出力端子の電圧ＶｂがなるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、第２蓄電手段５を充電する。

制御手段は、回生信号の受信が終了すると、その時の入出力端子の電圧Ｖｂよりも第２既定値だけ高い第２目標電圧Ｖｂ２に入出力端子の電圧ＶｂがなるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、第２蓄電手段を放電させる。これにより、制動時の状態によらず回生電力の回収効率を向上させる。

特開２００９−１４２０６２号公報

上述した車両用電源装置では、第２蓄電手段から放電させるときの出力電圧を、第２蓄電手段又は発電機の出力電圧より所定電圧高く供給することにより、第２蓄電手段に充電しておいた電力が、ユーザが想定していない負荷にも供給されてしまい、車両走行中に発電機を作動させ易くしてしまうという問題がある。発電機が作動すると、余計な燃料を消費する。
また、停車時に自動的にエンジンを停止するアイドルストップ車であれば、アイドルストップしているときにも、ＤＣ／ＤＣコンバータは放電してしまい、仮に主バッテリ（第１蓄電手段）が十分な蓄電量を有しているときに、無駄に高い電圧で回生電力を使用してしまうという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、蓄電器の充放電時の電圧及び電流を制御することにより、回生電力を効率良く利用でき、車両の燃費を向上させることが可能な車両用補助電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用補助電源装置は、エンジンに連動する発電機及びバッテリに並列に接続され、負荷に供給する為の電力を蓄電する蓄電器を備え、前記発電機は、減速時に加速時及び巡航時より高電圧の回生電力を発電するように構成してある車両用補助電源装置において、前記発電機及びバッテリの出力電圧の値を検出する第１電圧検出手段と、前記出力電圧を変換して前記蓄電器に充電する第１変換器と、前記発電機及びバッテリと第１変換器間を接離するスイッチと、前記蓄電器の出力電圧を変換し、変換した電圧を前記エンジンの駆動に関連する負荷へ出力する第２変換器とを備え、前記第１電圧検出手段が検出した電圧値が前記加速時及び巡航時の電圧値より高いときに、前記スイッチをオンにし、前記第１変換器を作動させるように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、蓄電器が、エンジンに連動する発電機及びバッテリに並列に接続され、負荷に供給する為の電力を蓄電し、発電機が、減速時に加速時及び巡航時より高電圧の回生電力を発電する。第１電圧検出手段が、発電機及びバッテリの出力電圧の値を検出し、第１変換器が、出力電圧を変換して蓄電器に充電する。スイッチが、発電機及びバッテリと第１変換器間を接離し、第２変換器が、蓄電器の出力電圧を変換し、変換した電圧をエンジンの駆動に関連する負荷へ出力する。第１電圧検出手段が検出した電圧値が加速時及び巡航時の電圧値より高いときに、スイッチをオンにし、第１変換器を作動させる。

第２発明に係る車両用補助電源装置は、前記エンジンの駆動に関連する負荷及び第２変換器間を接離する第２スイッチを更に備えることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、第２スイッチが、エンジンの駆動に関連する負荷及び第２変換器間を接離する。

第４発明に係る車両用補助電源装置は、前記第２変換器に通流する電流の最大値は、前記第１変換器に通流する電流の最大値より小さくなるように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、第２変換器に通流する電流の最大値は、第１変換器に通流する電流の最大値より小さくなるように構成してある。

第５発明に係る車両用補助電源装置は、前記第１変換器に通流する電流値を検出する電流検出手段を更に備え、前記第１変換器は、該電流検出手段が検出した電流値が所定値より小さくなるように作動するように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、電流検出手段が、第１変換器に通流する電流値を検出し、第１変換器は、電流検出手段が検出した電流値が所定値より小さくなるように作動する。

第３発明に係る車両用補助電源装置は、前記エンジンが駆動しているか否かを判定する手段を更に備え、該手段が駆動していないと判定したときは、前記第２スイッチをオフにし、前記第２変換器を停止させるように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、判定する手段が、エンジンが駆動しているか否かを判定し、判定する手段が駆動していないと判定したときは、第２スイッチをオフにし、第２変換器を停止させる。

第６発明に係る車両用補助電源装置は、前記第２変換器の出力電圧を検出する第２電圧検出手段と、前記蓄電器の出力電圧値を検出する第３電圧検出手段とを更に備え、前記第２変換器は、前記第２電圧検出手段及び第３電圧検出手段がそれぞれ検出した電圧値に基づき、前記エンジンの駆動に関連する負荷に応じた電圧値に変換するように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、第２電圧検出手段が、第２変換器の出力電圧を検出し、第３電圧検出手段が、蓄電器の出力電圧値を検出する。第２変換器は、第２電圧検出手段及び第３電圧検出手段がそれぞれ検出した電圧値に基づき、エンジンの駆動に関連する負荷に応じた電圧値に変換する。

第７発明に係る車両用補助電源装置は、前記第２電圧検出手段が検出した電圧値に基づき、前記スイッチをオンにするように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、第２電圧検出手段が検出した電圧値に基づき、発電機及びバッテリと第１変換器間を接離するスイッチをオンにする。

本発明に係る車両用補助電源装置によれば、蓄電器の充放電時の電圧及び電流を制御することにより、回生電力を効率良く利用でき、車両の燃費を向上させることが可能な車両用補助電源装置を実現することができる。

本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 アイドルストップ車に搭載された車両用補助電源装置の動作の例を示すタイミングチャートである。 アイドルストップ車でない車両に搭載された車両用補助電源装置の動作の例を示すタイミングチャートである。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
この車両用補助電源装置１６は、エンジン１に連動して発電し整流して出力するオルタネータ（発電機、交流発電機）２、バッテリ１５、及び車両に搭載された負荷１２，１３，１４に並列に接続されている。電圧検出器（第１電圧検出手段）４が、オルタネータ２及びバッテリ１５の出力電圧値を検出する。

車両用補助電源装置１６は、オルタネータ２及びバッテリ１５から与えられた電力を、スイッチＳＷ１、電流検出器（電流検出手段）５及び電流制限回路（第１変換器）１０を通じて、蓄電器８に充電する。電流制限回路１０は、蓄電器８への充電電流値を制御する為のＤＣ／ＤＣコンバータである。
蓄電器８は、例えば、複数の電気二重層キャパシタを直列に接続して構成されている。電圧検出器（第３電圧検出手段）７が、蓄電器８の出力電圧値を検出する。

蓄電器８が放電した電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２変換器）１１及びスイッチ（第２スイッチ）ＳＷ２を通じて、エンジン１の駆動に関連する負荷（例えば、オイルポンプモータ又は冷却水ポンプモータ）３に与えられる。電圧検出器（第２電圧検出手段）６が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧値を検出する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、電圧検出器７が検出した蓄電器８の出力電圧値に基づき、電圧検出器６が検出した電圧値が、負荷３の駆動電圧値になるようにＤＣ／ＤＣ変換する。

ここで、電流制限回路１０が通流させる充電電流値とＤＣ／ＤＣコンバータ１１が通流させる放電電流値とは、それぞれの最大値が異なるように設定されており、特に、放電電流の最大値は、充電電流の最大値（所定値）より小さく設定されている。これにより、特定の負荷３への給電経路として通流電流に応じた電線（充電側と比較して細径な電線）及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１が使用でき、また、回生電力を有効に活用することが可能になる。
電流制限回路１０は、電流検出器５が検出した充電電流値が設定された最大値より小さくなるように作動する。

車両用補助電源装置１６の制御部９は、エンジン１の回転数信号、車速信号、イグニッションスイッチのオン／オフ状態を示す信号、電圧検出器４，６，７が検出した電圧値信号、及び電流検出器５が検出した電流値信号を与えられる。制御部９は、与えられた各信号に基づき、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン／オフ制御し、電流制限回路１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１を駆動制御する。
尚、例えば、オルタネータ２の出力電圧値は１２．５Ｖ〜１４．５Ｖ、バッテリ１５の最大出力電圧値は１３Ｖである。また、スイッチＳＷ１は、電圧検出器４が検出した電圧値が１３．５Ｖを超えているときオンになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧値は１０Ｖ〜１２．５Ｖである。

以下に、このような構成の車両用補助電源装置１６の動作の例を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部９は、先ず、与えられたイグニッションスイッチのオン／オフ状態を示す信号に基づき、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定し（Ｓ１）、イグニッションスイッチがオンでなければ、イグニッションスイッチがオンになる迄待機する（Ｓ１）。
制御部９は、イグニッションスイッチがオンであれば（Ｓ１）、エンジン１の回転数信号に基づき、エンジン１が駆動しているか否かを判定する（Ｓ３）。

制御部９は、エンジン１が駆動していれば（Ｓ３）、スイッチＳＷ２がオンであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が作動して、蓄電器８が放電中であるか否かを判定する（Ｓ５）。
制御部９は、蓄電器８が放電中であれば（Ｓ５）、電圧検出器４が検出したオルタネータ２及びバッテリ１５の出力電圧値Ｖ１を読込む（Ｓ９）。
制御部９は、蓄電器８が放電中でなければ（Ｓ５）、スイッチＳＷ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を作動させて、蓄電器８からの放電を開始させた（Ｓ７）後、電圧検出器４が検出した電圧値Ｖ１を読込む（Ｓ９）。

制御部９は、次に、読込んだ電圧値Ｖ１（Ｓ９）が、例えば１３．５Ｖより高いか否かを判定し（Ｓ１１）、電圧値Ｖ１が１３．５Ｖより高ければ、スイッチＳＷ１がオンであり、電流制限回路１０が作動して、蓄電器８が充電中であるか否かを判定する（Ｓ１３）。
制御部９は、蓄電器８が充電中であれば（Ｓ１３）、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ１）。

制御部９は、蓄電器８が充電中でなければ（Ｓ１３）、スイッチＳＷ１をオンにし、電流制限回路１０を作動させて、蓄電器８への充電を開始させた（Ｓ１５）後、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ１）。
制御部９は、電圧値Ｖ１が１３．５Ｖより高くなければ（Ｓ１１）、蓄電器８が充電中であるか否かを判定する（Ｓ２１）。
制御部９は、蓄電器８が充電中でなければ（Ｓ２１）、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ１）。

制御部９は、蓄電器８が充電中であれば（Ｓ２１）、電流制限回路１０を停止させ、スイッチＳＷ１をオフにして、蓄電器８への充電を停止させた（Ｓ２２）後、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ１）。
制御部９は、エンジン１が駆動していなければ（Ｓ３）、蓄電器８が放電中であるか否かを判定する（Ｓ１７）。
制御部９は、蓄電器８が放電中でなければ（Ｓ１７）、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ１）。
制御部９は、蓄電器８が放電中であれば（Ｓ１７）、スイッチＳＷ２をオフにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を停止させて、蓄電器８からの放電を停止させた（Ｓ１９）後、イグニッションスイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ１）。

図３は、アイドルストップ車に搭載された車両用補助電源装置１６の動作の例を示すタイミングチャートである。
この車両では、特に減速時（図３Ａ）にオルタネータ２を高負荷で稼働させて、加速時及び巡航時より高電圧とし、回生電力（図３Ｃ）を発生させており、加速時及び巡航時におけるオルタネータ２の稼働負荷を軽減し、燃費を向上させている。車両用補助電源装置１６は、この高電圧の回生電力が発生している間、スイッチＳＷ１をオンにし（図３Ｅ）、電流制限回路１０を作動させて、蓄電器８に充電している（図３Ｄ）。

エンジン１が、停車時に自動的に停止し、アクセル操作等により自動的に始動するアイドルストップ車の場合、アイドルストップの場合も含めて、エンジン１が駆動していないとき、スイッチＳＷ２をオフにし（図３Ｆ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を停止させて、蓄電器８からの放電を停止させる（図３Ｂ，Ｄ）。これにより、アイドルストップしているときには、蓄電器８からの放電が停止するので、回生電力を有効に使用することができる。

図４は、アイドルストップ車でない車両に搭載された車両用補助電源装置１６の動作の例を示すタイミングチャートである。
この車両では、図１に示すスイッチＳＷ２が不要である。エンジン１の駆動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を作動させて、蓄電器８から放電させている（図４Ｂ，Ｄ）。また、特に減速時（図４Ａ）にオルタネータ２を高負荷で稼働させて、加速時及び巡航時より高電圧とし、回生電力（図４Ｃ）を発生させており、車両用補助電源装置１６は、スイッチＳＷ１をオンにし（図４Ｅ）、電流制限回路１０を作動させて、蓄電器８に充電する（図４Ｄ）。蓄電器８からの放電により、加速時及び巡航時にエンジンの駆動に関連する負荷に給電される。蓄電器８からの放電ができなくなった場合は、再びＳＷ１をオンさせ、エンジンの駆動に関連する負荷を作動させる。以上の動作により、オルタネータ２の稼働負荷を軽減し、燃費を向上させている。

また、蓄電器８からの放電ができなくなった場合、例えば電圧検出器（第２電圧検出手段６）の電圧が９Ｖを下回った場合には、スイッチＳＷ１をオンにすることでオルタネータ２及びバッテリ１５から負荷３（エンジンの駆動に関連する負荷）に給電を行うことも可能となっており、負荷３の形態に応じて蓄電器の電力を柔軟にかつ効率よく使用することが可能となる。

１ エンジン
２ オルタネータ（発電機）
３ 負荷（エンジンの駆動に関連する負荷）
４ 電圧検出器（第１電圧検出手段）
５ 電流検出器（電流検出手段）
６ 電圧検出器（第２電圧検出手段）
７ 電圧検出器（第３電圧検出手段）
８ 蓄電器
９ 制御部
１０ 電流制限回路（第１変換器）
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２変換器）
１２，１３，１４ 負荷
１５ バッテリ
１６ 車両用補助電源装置
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）

Claims (7)

1. エンジンに連動する発電機及びバッテリに並列に接続され、負荷に供給する為の電力を蓄電する蓄電器を備え、前記発電機は、減速時に加速時及び巡航時より高電圧の回生電力を発電するように構成してある車両用補助電源装置において、
   前記発電機及びバッテリの出力電圧の値を検出する第１電圧検出手段と、前記出力電圧を変換して前記蓄電器に充電する第１変換器と、前記発電機及びバッテリと第１変換器間を接離するスイッチと、前記蓄電器の出力電圧を変換し、変換した電圧を前記エンジンの駆動に関連する負荷へ出力する第２変換器とを備え、前記第１電圧検出手段が検出した電圧値が前記加速時及び巡航時の電圧値より高いときに、前記スイッチをオンにし、前記第１変換器を作動させるように構成してあることを特徴とする車両用補助電源装置。
2. 前記エンジンの駆動に関連する負荷及び第２変換器間を接離する第２スイッチを更に備える請求項１記載の車両用補助電源装置。
3. 前記エンジンが駆動しているか否かを判定する手段を更に備え、該手段が駆動していないと判定したときは、前記第２スイッチをオフにし、前記第２変換器を停止させるように構成してある請求項２に記載の車両用補助電源装置。
4. 前記第２変換器に通流する電流の最大値は、前記第１変換器に通流する電流の最大値より小さくなるように構成してある請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用補助電源装置。
5. 前記第１変換器に通流する電流値を検出する電流検出手段を更に備え、前記第１変換器は、該電流検出手段が検出した電流値が所定値より小さくなるように作動するように構成してある請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用補助電源装置。
6. 前記第２変換器の出力電圧を検出する第２電圧検出手段と、前記蓄電器の出力電圧値を検出する第３電圧検出手段とを更に備え、前記第２変換器は、前記第２電圧検出手段及び第３電圧検出手段がそれぞれ検出した電圧値に基づき、前記エンジンの駆動に関連する負荷に応じた電圧値に変換するように構成してある請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用補助電源装置。
7. 前記第２電圧検出手段が検出した電圧値に基づき、前記スイッチをオンにするように構成してある請求項６に記載の車両用補助電源装置。

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