JP5793667B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両の減速（制動）時のエネルギーを回生エネルギーとして効率的に使用する車両用電源装置に関する。

近年、低炭素社会の実現に向けて、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）およびプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle）が注目されている。これらの自動車は、二次電池（以下、単に「バッテリ」という）およびモータを搭載し、バッテリに蓄えられた電力でモータを駆動することにより走行する。

これらの自動車に搭載される従来の車両用電源装置として、車両減速（制動）時に熱として消費されていたエネルギーを電気エネルギーとして回収し利用することで、自動車の燃費を改善する回生システムがある（例えば、特許文献１参照）。

通常、回生システムでは、異なる公称電圧を有する２つのバッテリ（主電源および副電源）が、直流／直流（以下「ＤＣ／ＤＣ」という）コンバータを介して接続されている。

主電源と副電源とがＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続される上記通常の構成では、回生エネルギーの充電および供給がＤＣ／ＤＣコンバータを介して行われ、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率に応じて電力が損失される場合がある。

これに対し、特許文献１記載の回生システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主電源と副電源とを接続する経路と、ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずにスイッチを介して主電源と副電源とを接続する経路とが、並列に設けられている。この構成により、車両減速時の回生エネルギーをＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく効率的に副電源に回収することができる。したがって、主電源から副電源へ、あるいは副電源から主電源への充電効率を高めることができる。

しかしながら、特許文献１記載の回生システムでは、主電源と副電源がＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに接続されるため、例えば主電源の公称電圧が１４Ｖ系であり副電源の公称電圧が４２Ｖ系である場合には、システムを構成することが困難である。

このような場合において、発電機からＤＣ／ＤＣコンバータを介さずにどちらのバッテリにも効率良くエネルギーを回収することを実現する技術としては、例えば特許文献２に記載されたものがある。特許文献２に記載の装置においては、トルク授受可能にエンジンに連結された三相交流発電電動機と高圧蓄電手段とが高圧用三相全波整流器を介して接続され、前述の三相交流発電電動機と低圧蓄電手段とが低圧用三相全波整流器を介して接続されている。高圧蓄電手段を充電する際には、低圧用三相全波整流器の半導体スイッチがオフされるとともに高圧用三相全波整流器の半導体スイッチがオンされる。低圧蓄電手段を充電する際には、高圧用三相全波整流器の半導体スイッチがオフされるとともに低圧用三相全波整流器の半導体スイッチがオンされる。

特開２００４−３２８９８８号公報 特開平７−３０８０３２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の装置においては、図１に示す（特許文献２においては図３として開示されている）ように、車両減速時の回生エネルギーが常に高圧蓄電手段に回収されるようなスイッチ制御がなされている。したがって、高圧蓄電手段が満充電のときには回生エネルギーを回収することはできない。

例えば、車両減速が長時間連続して高圧蓄電手段が満充電に達した場合には、その後の車両減速時の回生エネルギーは失われることとなる。言い換えると、このような場合に、半導体スイッチのオンオフ制御を適宜行い、充電する蓄電手段を高圧から低圧に切り換えれば、車両減速時の回生エネルギーを低圧蓄電手段にも回収することできる。ところが、切り換えの際にデッドタイムが生じるため、結局、回生エネルギーの損失が発生する。

すなわち、上記従来の装置では、車両減速時の回生エネルギーの回収効率向上に一定の限界がある。

本発明の目的は、車両減速時の回生エネルギーの損失を抑制して、高圧蓄電手段および低圧蓄電手段のどちらにも効率良くエネルギーを回収することができる車両用電源装置を提供することである。

本発明の車両用電源装置は、車両の発電機の発電電力を、高圧蓄電手段および低圧蓄電手段のいずれかに充電する車両用電源装置であって、前記高圧蓄電手段と前記低圧蓄電手段との間をＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続する第１の回路部と、前記発電機と前記高圧蓄電手段との間を接続する第２の回路部と、前記発電機と前記低圧蓄電手段との間を接続する第３の回路部と、前記第２の回路部に設けられ、前記高圧蓄電手段の充電の遮断を行う第１の遮断部と、前記第２の回路部に設けられ、前記第１の遮断部と前記高圧蓄電手段との間を接続する第１の継電部と、前記第３の回路部に設けられ、前記低圧蓄電手段の充電の遮断を行う第２の遮断部と、前記第３の回路部に設けられ、前記第２の遮断部と前記低圧蓄電手段との間を接続する第２の継電部と、前記車両が減速するときに得られる発電電力の充電経路を、前記第１および第２の遮断部を制御することにより前記第２および第３の回路部のいずれかに設定する制御部と、を有し、前記制御部は、前記発電電力の充電経路の設定を、前記車両が減速する前に行い、前記第１の遮断部に充電の遮断を行わせるときに、前記第１の継電部を制御して前記発電機と前記高圧蓄電手段との間を切断させ、前記第２の遮断部に充電の遮断を行わせるときに、前記第２の継電部を制御して前記発電機と前記低圧蓄電手段との間を切断させる。

本発明によれば、車両減速時の回生エネルギーの損失を抑制して、高圧蓄電手段および低圧蓄電手段のどちらにも効率良くエネルギーを回収することができる。

従来の車両用電源装置の動作タイミングを示す図 本発明の一実施の形態における車両用電源装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態におけるリレーのオンオフ制御を説明するための図 本発明の一実施の形態における電源ＥＣＵの要部構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における車両座標系を示す図 本発明の一実施の形態における車両の傾斜角度の算出を説明するための図 本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置の動作の一部分を説明するためのフロー図 本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置の動作のその他の部分を説明するためのフロー図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置（以下、単に「電源装置」という）の構成を示すブロック図である。

図２に示す電源装置は、車両に搭載され、その車両のエンジン１０１により駆動される発電機１０２、および車載電装品の負荷である電気負荷１０８に接続されている。

発電機１０２は、界磁巻線および電機子巻線を有し、エンジン１０１により駆動されて発電を行う交流発電機である。

電気負荷１０８は、エンジン１０１の始動を行うスタータ、車両のランプ全般、カーナビゲーション装置、オーディオ機器および空調装置などの車載電装品の負荷である。

電源装置は、高圧用全波整流器１０３、低圧用全波整流器１０４、リレー装置１０５、１０６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７、電流センサ１０９、１１０、高圧蓄電手段１１１、低圧蓄電手段１１２、および電源ＥＣＵ（電子制御ユニット）１１３を有する。

高圧蓄電手段１１１は、高電圧で蓄電するバッテリであり、例えば公称電圧が４２Ｖ系のリチウムイオン電池である。低圧蓄電手段１１２は、低電圧で蓄電するバッテリであり、例えば公称電圧が１４Ｖ系の鉛電池であり、電気負荷１０８への電力供給を行う。高圧蓄電手段１１１および低圧蓄電手段１１２は、車両減速時の回生エネルギーを効率良く回収できる充電受入性（つまり充電効率）に優れている蓄電デバイスであることが好ましい。また、満充電のときのＳＯＣ（State of Charge（充電状態））の値を１００％とすると、高圧蓄電手段１１１については、ＳＯＣが例えば２０〜８０％となるように、高圧蓄電手段１１１の充放電電流を電源ＥＣＵ１１３によって制御することが、好ましい。また、低圧蓄電手段１１２については、ＳＯＣが例えば８０％以上となるように、低圧蓄電手段１１２の充放電電流を電源ＥＣＵ１１３によって制御することが、好ましい。

電源装置は、第１の回路部Ｌ１、第２の回路部Ｌ２および第３の回路部Ｌ３を含む回路構成を有する。第１の回路部Ｌ１は、高圧蓄電手段１１１と低圧蓄電手段１１２との間を接続し、第１の回路部Ｌ１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が、配置されている。第２の回路部Ｌ２は、発電機１０２と高圧蓄電手段１１１との間を接続し、第２の回路部Ｌ２には、高圧用全波整流器１０３、リレー装置（以下、単に「リレー」という）１０５および電流センサ１０９が、配置されている。第３の回路部Ｌ３は、発電機１０２と低圧蓄電手段１１２との間を接続し、第３の回路部Ｌ３には、低圧用全波整流器１０４、リレー１０６および電流センサ１１０が、配置されている。

高圧用全波整流器１０３および低圧用全波整流器１０４は、並列に発電機１０２に接続されている。高圧用全波整流器１０３および低圧用全波整流器１０４はいずれも、例えば６個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子で構成された整流器であり、発電機１０２により発電された電力を三相全波整流により交流から直流に変換する。このような整流器としての動作は、整流器を構成する各ＩＧＢＴ素子が開放されている（非導通状態）ときには行われず、各ＩＧＢＴ素子が導通状態のときにのみ行われる。高圧用全波整流器１０３および低圧用全波整流器１０４の導通状態／非導通状態の切り換えは、電源ＥＣＵ１１３によって行われる。

すなわち、高圧用全波整流器１０３は、発電機１０２により発電された交流電力を直流電力に変換する第１の変換部を構成するとともに、高圧蓄電手段１１１への発電電力の充電を遮断する第１の遮断部を構成する。同様に、低圧用全波整流器１０４は、発電機１０２により発電された交流電力を直流電力に変換する第２の変換部を構成するとともに、低圧蓄電手段１１２への発電電力の充電を遮断する第２の遮断部を構成する。

第１の継電部としてのリレー１０５は、第２の回路部Ｌ２内の、高圧用全波整流器１０３と電流センサ１０９との間に、配置されている。また、第２の継電部としてのリレー１０６は、第３の回路部Ｌ３内の、低圧用全波整流器１０４と電流センサ１１０との間に、配置されている。

リレー１０５、１０６は、高圧蓄電手段１１１および低圧蓄電手段１１２の充電の安全性を確保する目的で、また、エンジン１０１停止時の暗電流を防止する目的で、第２および第３の回路部Ｌ２、Ｌ３の接続状態を切り換えるために、設けられている。第２および第３の回路部Ｌ２、Ｌ３の接続状態を切り換えるためのリレー１０５、１０６の接続（オン）／切断（オフ）の制御は、電源ＥＣＵ１１３によって行われる。

電流センサ１０９は、高圧蓄電手段１１１の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を測定するために高圧蓄電手段１１１の充放電電流を検知するセンサである。電流センサ１１０は、低圧蓄電手段１１２のＳＯＣを測定するために低圧蓄電手段１１２の充放電電流を検知するセンサである。

なお、電流センサ１０９、１１０を用いて検知された高圧蓄電手段１１１、低圧蓄電手段１１２の充放電電流からＳＯＣを測定する代わりに、高圧蓄電手段１１１、低圧蓄電手段１１２の電圧からＳＯＣを算出しても良い。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、例えば、トランス、スイッチングレギュレータおよびシリーズレギュレータなどの電圧変換機構であり、第１の回路部Ｌ１に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、高圧蓄電手段１１１の直流電力を降圧して低圧蓄電手段１１２に出力し、低圧蓄電手段１１２の直流電力を昇圧して高圧蓄電手段１１１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の降圧／昇圧の切り換え、およびそれぞれの出力電圧は、電源ＥＣＵ１１３によって制御される。

なお、第２および第３の回路部Ｌ２、Ｌ３には、ＤＣ／ＤＣコンバータは配置されていないため、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率に基づく電力損失は、第２および第３の回路部Ｌ２、Ｌ３においては発生しない。

制御部としての電源ＥＣＵ１１３は、典型的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含む構成を有する。また、電源ＥＣＵ１１３は、発電機１０２、高圧用全波整流器１０３、低圧用全波整流器１０４、リレー１０５、１０６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７、電流センサ１０９、１１０、進行方向加速度センサ１１４（図４参照）、車速センサ１１５（図４参照）と電気的に接続されている。電源ＥＣＵ１１３は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭを使って実行することにより、電源装置を総合的に制御する。

具体的には、例えば、電源ＥＣＵ１１３は、発電機１０２の界磁巻線へ流入する電流量を制御することにより、発電電力の電圧を一定に保つ。発電電力の電圧設定のためのこの制御は、回生エネルギーの推定（後述する）の結果に従って行われる。

また、電源ＥＣＵ１１３は、高圧蓄電手段１１１の充電時には、高圧用全波整流器１０３の各ＩＧＢＴ素子を導通状態とする一方、低圧用全波整流器１０４を構成する各ＩＧＢＴ素子を開放することにより、高圧蓄電手段１１１の充電経路を設定する。すなわち、高圧蓄電手段１１１の充電時に設定される充電流路は、具体的には第２の回路部Ｌ２である。このとき、電源ＥＣＵ１１３は、充電の安全確保のために、リレー１０５をオンするとともにリレー１０６をオフする。

また、電源ＥＣＵ１１３は、低圧蓄電手段１１２の充電時には、低圧用全波整流器１０４の各ＩＧＢＴ素子を導通状態とする一方、高圧用全波整流器１０３を構成する各ＩＧＢＴ素子を開放することにより、低圧蓄電手段１１２の充電経路を設定する。すなわち、低圧蓄電手段１１２の充電時に設定される充電経路は、具体的には第３の回路部Ｌ３である。このとき、電源ＥＣＵ１１３は、充電の安全確保のために、リレー１０６をオンするとともにリレー１０５をオフする。

回生エネルギーの充電経路設定のためのこの制御は、回生エネルギーの推定（後述する）の結果に従って行われる。

また、図３に示すように、電源ＥＣＵ１１３は、例えばエンジン１０１停止時のように高圧蓄電手段１１１および低圧蓄電手段１１２をいずれも充電できないような場合には、発電機１０２側の暗電流を防ぐためにリレー１０５、１０６をいずれもオフする。

電源ＥＣＵ１１３は、高圧蓄電手段１１１および低圧蓄電手段１１２の充放電電流を、電流センサ１０９、１１０を用いて検出し、電流積算によってＳＯＣを算出する。そして、例えば、低圧蓄電手段１１２のＳＯＣが８０％未満、かつ高圧蓄電手段１１１のＳＯＣが２０％以上の場合、電源ＥＣＵ１１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を介して高圧蓄電手段１１１から低圧蓄電手段１１２への充電を行う。この充電は、低圧蓄電手段１１２のＳＯＣが８０％以上になるまで継続する。また、低圧蓄電手段１１２のＳＯＣが８０％以上、かつ高圧蓄電手段１１１のＳＯＣが２０％未満の場合、電源ＥＣＵ１１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を介して低圧蓄電手段１１２から高圧蓄電手段１１１への充電を行う。この充電は、高圧蓄電手段１１１のＳＯＣが２０％以上になるまで継続する。

また、電源ＥＣＵ１１３は、進行方向加速度センサ１１４および車速センサ１１５を用いて、車両減速時の回生エネルギーを事前に推定し、どちらの蓄電手段（高圧蓄電手段１１１または低圧蓄電手段１１２）に回生エネルギーを充電すれば良いかを判定する。以下、具体的に説明する。

図４に示すように、電源ＥＣＵ１１３は、いずれも車両に搭載されている進行方向加速度センサ１１４と車速センサ１１５とに接続されていて、内部には、傾斜角度算出部１２１、速度検出部１２２および回生量推定部１２３を有する。

進行方向加速度センサ１１４は、圧電型、静電容量型またはサーボ型などの加速度センサであり、車両の進行方向における加速度を検出する。図５に示すように、車両１３０についての座標系は、互いに垂直な３つの軸、つまりＸｂ軸、Ｙｂ軸およびＺｂ軸によって定義される。Ｘｂ軸は、車両１３０から車体正面側に向かう方向（進行方向）を示す軸であり、Ｙｂ軸は、車両１３０から車体右側に向かう方向（右側方向）を示す軸であり、Ｚｂ軸は、車両１３０から車体下側に向かう方向（垂直下方向）を示す軸である。すなわち、進行方向加速度センサ１１４は、車両座標系におけるＸｂ軸方向の加速度Ａｘを検出する。加速度Ａｘは常に傾斜角度算出部１２１に出力されている。

車速センサ１１５は、車両の走行速度を検出する。具体的には、車速センサ１１５は、車両の走行速度に応じてパルス周期が変化する車速パルスを生成する車速パルス発生装置である。車速パルスは常に速度検出部１２２に出力されている。

速度検出部１２２は、車速センサ１１５により生成された車速パルスから、Ｘｂ軸方向（車両進行方向）における速度Ｖｂｘを算出する。速度Ｖｂｘは常に傾斜角度算出部１２１および回生量推定部１２３に出力されている。

なお、速度検出部１２２は、別の方法によって速度Ｖｂｘを算出しても良い。例えば、速度検出部１２２は、エンジン１０１の回転数を検知し、エンジン１０１からタイヤへ最適に動力を伝えるように設定されたギア比、およびファイナルギア比からタイヤ回転数を算出する。そして、速度検出部１２２は、予め記憶しているタイヤ半径、および算出されたタイヤ回転数から、Ｘｂ軸方向（車両進行方向）における速度Ｖｂｘを算出する。

傾斜角度算出部１２１は、車両の移動に伴う加速度Ａｃｃを、速度検出部１２２により算出された速度Ｖｂｘを時間で１回微分することによって算出し、算出された加速度Ａｃｃ、および進行方向加速度センサ１１４により検出された加速度Ａｘから、車両の傾斜角度θを算出する。車両の傾斜角度θは常に回生量推定部１２３に出力されている。ここで、車両の傾斜角度θは、車両座標系におけるＹｂ軸回りの角度であり、ピッチ角度のことを意味する。

図６に示すように、重力加速度Ｇの進行方向成分をＡｇとすると、車両１３０の進行方向の加速度Ａｘは、ベクトル換算でＡｘ＝Ａｃｃ＋Ａｇとして表され、加速度Ａｇは、Ａｇ＝Ａｘ−Ａｃｃとして表される。また、加速度Ａｇは、車両の傾斜角度θを用いて、Ａｇ＝Ｇｓｉｎθとして表される。したがって、下記の式（１）に示すように、加速度Ａｘ、Ａｃｃを算出すれば、車両の傾斜角度θを算出することができる。
θ＝ｓｉｎ^−１（（Ａｘ−Ａｃｃ）／Ｇ）・・・（１）

回生量推定部１２３は、傾斜角度算出部１２１により算出された車両の傾斜角度θ、および速度検出部１２２により算出された速度Ｖｂｘから、車両減速時の回生エネルギーを推定する。この推定は、車両減速時に行われる。回生量推定部１２３は、その推定結果に基づいて、車両減速時の回生エネルギーを、高圧蓄電手段１１１および低圧蓄電手段１１２のうちどちらに充電すれば良いかを判定する。電源ＥＣＵ１１３は、発電機１０２の発電電力の電圧設定のための制御、および回生エネルギーの充電経路設定のための制御を、この判定結果に従って行う。後者の制御は、事前に、つまり次の車両減速が生じる前に、行われる。これにより、設定される電圧および経路の切り換えに伴って生じる回生エネルギーの損失を抑えることができる。前者の制御は、次の車両減速が生じたときに、行われる。

ここで、車両減速時の回生エネルギーは、電気負荷１０８に消費されるのが、効率の面では最も好ましい。この回生エネルギーを、高圧蓄電手段１１１に充電した後に電気負荷１０８に利用した場合、高圧蓄電手段１１１の充電効率により例えば約３％失われ、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の変換効率により例えば約５％失われることになるためである。また、この回生エネルギーを、低圧蓄電手段１１２に充電した後に電気負荷１０８に利用した場合も、低圧蓄電手段１１２の充電効率により一部失われることになる。

したがって、推定された回生エネルギーに対応する回生電力推定値と電気負荷１０８との差が所定値未満である場合には、回生量推定部１２３は、低圧蓄電手段１１２に回生エネルギーを充電することを決定する。また、前述した差が所定値以上である場合には、回生量推定部１２３は、高圧蓄電手段１１１に回生エネルギーを充電することを決定する。

車両減速開始時（時刻ｔ０）に速度検出部１２２から得られる速度Ｖｂｘ（ｔ０）を基準とすると、車両減速開始からｔ秒経過後、速度Ｖｂｘ（ｔ）まで減速した時に、発生する運動エネルギーＥｍは、式（２）により表される。
Ｅｍ＝１／２×ｍ×（Ｖｂｘ（ｔ０）^２−Ｖｂｘ（ｔ）^２）・・・（２）
ここで、ｍは車両重量である。

回生量推定部１２３は、運動エネルギーＥｍのうち、実際に発電機１０２で発電されたエネルギーを回生エネルギー検出値Ｅｒとして検出する。回生量推定部１２３は、回生エネルギー検出値Ｅｒの検出を、所定のサンプリング期間（例えば１０ｍｓ）毎に行う。

回生量推定部１２３は、傾斜角度算出部１２１により得られる車両の傾斜角度θから勾配抵抗Ｒθを算出し、この勾配抵抗Ｒθを用いて、回生エネルギー検出値Ｅｒを補正する。補正後の回生エネルギー検出値を回生エネルギー推定値Ｅｒ（θ）とすると、この補正は下記の式（３）で表すことができる。
Ｅｒ（θ）＝Ｅｒ＋ｈ（Ｒθ、Ｖｂｘ（ｔ０）、Ｖｂｘ（ｔ）、ｔ）・・・（３）
ここで、ｈ（Ｒθ、Ｖｂｘ（ｔ０）、Ｖｂｘ（ｔ）、ｔ）は、Ｒθ、Ｖｂｘ（ｔ０）、Ｖｂｘ（ｔ）およびｔの関数を表す。

車両の傾斜角度θは、走行環境（道路そのものの形状、あるいは道路が敷設されている土地の地形）によって相違し、これに応じて、得られる回生エネルギーが相違するが、この補正を行うことにより、走行環境に応じて生じ得る推定誤差を解消し、推定精度を向上することができる。なお、この補正は、車両が水平面（車両の傾斜角度θ＝０）上を走行する際に得られる回生エネルギーを基準とするように行われる。

さらに、回生量推定部１２３は、回生エネルギー推定値Ｅｒ（θ）を減速期間（時刻ｔ０〜時刻Ｔ）にわたって積算し、その積算値を時刻の値Ｔで除算することにより、回生電力推定値Ｗｒ（θ）を算出する。ここで、時刻Ｔは、減速開始後、車両が再加速した時の時刻、または車速が１０ｋｍ／ｈまで低下した時の時刻とする。

このようにして、回生量推定部１２３は、車速センサ１１５により検出される車両の車速Ｖｂｘ、あるいは進行方向加速度センサ１１４により検出される車両の進行方向における加速度Ａｘに基づいて、正確な推定を行うことができる。

回生量推定部１２３は、算出された回生電力推定値Ｗｒ（θ）を、速度Ｖｂｘ（ｔ０）の値に対応付けて記憶する。なお、新たに算出された回生電力推定値Ｗｒ（θ）と速度Ｖｂｘ（ｔ０）の値との組み合わせを記憶するときに、同様の値の組み合わせが既に記憶されている場合には、その平均値を記憶するようにしても良い。また、回生電力推定値Ｗｒ（θ）を５ｋｍ／ｈ毎に（つまりＶｂｘ＝５、１０、１５、２０、・・・）記憶するようにしても良い。

回生量推定部１２３は、例えば車両加速時に、速度検出部１２２から最新の速度Ｖｂｘを取得する。そして、回生量推定部１２３は、過去に記憶された回生電力推定値Ｗｒ（θ）を最新の速度Ｖｂｘに基づいて検索し、最新の速度Ｖｂｘに対応する回生電力推定値Ｗｒ（θ）を抽出する。なお、車両の加速および減速が一定のパターンで繰り返されているときには、前回抽出した回生電力推定値Ｗｒ（θ）を自動的に再抽出するようにしても良い。

そして、回生量推定部１２３は、得られた回生電力推定値Ｗｒ（θ）を電気負荷１０８と比較する。ここで、回生電力推定値Ｗｒ（θ）を電気負荷１０８と比較する際には、その時点での車両の傾斜角度θから算出される勾配抵抗Ｒθに基づいて回生電力推定値Ｗｒ（θ）を予め補正しておくことが、好ましい。この補正を行うことにより、水平面を基準として予め算出されている回生電力推定値Ｗｒ（θ）を、現在の走行状態（傾斜角度θあるいはこれに基づく勾配抵抗Ｒθ）に適合した値に変換することができる。よって、現在の走行状態に起因する、推定される回生量と実際の回生量との誤差を低減し、推定精度を一層向上することができる。

そして、比較の結果、これらの差が小さい場合には、回生量推定部１２３は、低圧蓄電手段１１２に回生エネルギーを充電することを決定する。一方、これらの差が大きい場合には、回生量推定部１２３は、高圧蓄電手段１１１に回生エネルギーを充電することを決定する。

例えば、電気負荷１０８を２０Ａ、低圧蓄電手段１１２の放電電圧を１２Ｖと仮定すると、消費電力は２４０Ｗであるが、これに対して、回生電力推定値Ｗｒ（θ）が例えば３００Ｗである場合は、その差（６０Ｗ）は小さいと判断される。なお、過去に回生電力推定値Ｗｒ（θ）が記憶されていない場合には、回生量推定部１２３は、高圧蓄電手段１１１に回生エネルギーを充電することを決定する。

以上、本実施の形態の電源装置の構成について説明した。

なお、本発明の電源装置の構成は、上記の構成に限定されるものではなく、種々変更して実施することができる。例えば、上記の構成では、発電機１０２の出力電力を二電圧にする目的で、三相の高圧用全波整流器１０３および低圧用全波整流器１０４を介して発電機１０２と高圧蓄電手段１１１および低圧蓄電手段１１２とを接続している。この目的に関しては、他の構成でも実現可能である。例えば、発電機１０２を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ：Variable Voltage Variable Frequency）インバータに接続した構成を採用し、昇圧発電により出力電圧を可変することで、発電機１０２の出力電力を二電圧とするようにしても良い。

次いで、上記構成を有する電源装置における動作について説明する。

図７Ａおよび図７Ｂは、電源装置における動作を説明するためのフロー図である。

まず、電源ＥＣＵ１１３の速度検出部１２２が、車速センサ１１５により生成された車速パルスを例えば１０ｍｓでサンプリングし、車両座標系におけるＸｂ軸方向の速度Ｖｂｘを算出する（ステップＳ１０１）。

そして、電源ＥＣＵ１１３の傾斜角度算出部１２１が、進行方向加速度センサ１１４により検出された加速度Ａｘを例えば１０ｍｓでサンプリングし、上記式（１）に基づいて車両の傾斜角度θを算出する（ステップＳ１０２）。

そして、電源ＥＣＵ１１３は、電流センサ１０９により検出された高圧蓄電手段１１１の充放電電流Ｉ１、および電流センサ１１０により検出された低圧蓄電手段１１２の充放電電流Ｉ２を、例えば１０ｍｓでサンプリングする。そして、電源ＥＣＵ１１３は、電流積算によって、高圧蓄電手段１１１のＳＯＣ ηＨを算出し（ステップＳ１０３）、低圧蓄電手段１１２のＳＯＣ ηＬを算出する（ステップＳ１０４）。

そして、電源ＥＣＵ１１３は、ステップＳ１０１で算出された速度ＶｂｘまたはステップＳ１０２でサンプリングにより得られた加速度Ａｘから、車両が減速中か否かを判定する。車両減速中である場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０６に進み、車両減速中でない場合には（Ｓ１０５：ＮＯ）、処理はステップＳ１０９に進む。

車両が減速を開始すると、発電機１０２の発電電力が、予め設定されている充電経路で高圧蓄電手段１１１または低圧蓄電手段１１２に充電される（ステップＳ１０６）。このとき、電源ＥＣＵ１１３は、発電電力の電圧が所望のレベルに保たれるように制御を行う。充電経路設定のための制御は、後述するステップＳ１１６、Ｓ１１７にて行われる。

また、電源ＥＣＵ１１３の回生量推定部１２３が、車両減速開始時の速度Ｖｂｘ（ｔ０）を記憶する（ステップＳ１０７）。また、回生量推定部１２３は、前述した方法により車両減速時の回生電力推定値Ｗｒ（θ）を算出して、これを車両減速開始時の速度Ｖｂｘ（ｔ０）の値に対応付けて記憶する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０９では、回生量推定部１２３は、ステップＳ１０４で算出されたηＬ（低圧蓄電手段１１２のＳＯＣ）が所定値、例えば８０％よりも大であるか否かを判定する。ηＬ＞８０％の場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１０に進み、ηＬ≦８０％の場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、処理はステップＳ１１８に進む。

ステップＳ１１０では、回生量推定部１２３は、ステップＳ１０３で算出されたηＨ（高圧蓄電手段１１１のＳＯＣ）が所定値、例えば２０％よりも大であるか否かを判定する。ηＨ＞２０％の場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１２に進み、ηＨ≦２０％の場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、処理はステップＳ１１１に進む。

また、ステップＳ１１８では、回生量推定部１２３は、ステップＳ１０３で算出されたηＨ（高圧蓄電手段１１１のＳＯＣ）が所定値、例えば２０％よりも大であるか否かを判定する。ηＨ＞２０％の場合（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１９に進み、ηＨ≦２０％の場合（Ｓ１１８：ＮＯ）、処理はステップＳ１２０に進む。

すなわち、低圧蓄電手段１１２も高圧蓄電手段１１１も十分な充電状態にあるときには、処理はステップＳ１１２に進む。このとき、高圧蓄電手段１１１から低圧蓄電手段１１２への充電も、低圧蓄電手段１１２から高圧蓄電手段１１１への充電も、特に必要ではない。したがって、ステップＳ１１２では、電源ＥＣＵ１１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７をオフする制御を行う。この後、処理はステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３以降の動作では、車両減速時の回生エネルギーの充電経路設定が行われる。

また、低圧蓄電手段１１２は十分な充電状態にあるが高圧蓄電手段１１１が十分な充電状態ではないときには、処理はステップＳ１１１に進む。このとき、低圧蓄電手段１１２から高圧蓄電手段１１１への充電が必要であるため、ステップＳ１１１では、電源ＥＣＵ１１３は、低圧蓄電手段１１２の直流電力を昇圧して高圧蓄電手段１１１に出力する動作をＤＣ／ＤＣコンバータ１０７に行わせる。これにより、所定レベル以上の充電状態となるまで高圧蓄電手段１１１を充電することができる。この後、処理はステップＳ１１３に進む。

また、高圧蓄電手段１１１は十分な充電状態にあるが低圧蓄電手段１１２が十分な充電状態ではないときには、処理はステップＳ１１９に進む。このとき、高圧蓄電手段１１１から低圧蓄電手段１１２への充電が必要であるため、ステップＳ１１９では、電源ＥＣＵ１１３は、高圧蓄電手段１１１の直流電力を降圧して低圧蓄電手段１１２に出力する動作をＤＣ／ＤＣコンバータ１０７に行わせる。これにより、所定レベル以上の充電状態となるまで低圧蓄電手段１１２を充電することができる。この後、処理はステップＳ１１３に進む。

また、低圧蓄電手段１１２も高圧蓄電手段１１１も十分な充電状態ではないときには、処理はステップＳ１２０に進む。このとき、低圧蓄電手段１１２を優先的に充電する必要がある。よって、ステップＳ１２０では、電源ＥＣＵ１１３は、低圧用全波整流器１０４の各ＩＧＢＴ素子を導通状態とする一方、高圧用全波整流器１０３の各ＩＧＢＴ素子を開放し、さらに、リレー１０５をオフし、リレー１０６をオンする。そして、ステップＳ１２１では、発電機１０２の発電電力が低圧蓄電手段１１２に充電される。このとき、電源ＥＣＵ１１３は、発電電力の電圧が所望のレベルに保たれるように制御を行う。この後、処理はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１１３では、回生量推定部１２３は、ステップＳ１０１で検出された最新の速度Ｖｂｘに基づいて、回生電力推定値Ｗｒ（θ）を検索し、最新の速度Ｖｂｘの値に対応付けられて記憶されている回生電力推定値Ｗｒ（θ）を抽出する。

検索対象の回生電力推定値Ｗｒ（θ）が記憶されている場合には（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１５に進む。一方、検索対象の回生電力推定値Ｗｒ（θ）が記憶されていない場合には（Ｓ１１４：ＮＯ）、回生量推定部１２３は、車両減速時の回生エネルギーを高圧蓄電手段１１１に充電することを決定し、その結果として、処理はステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１１５では、回生量推定部１２３は、抽出された回生電力推定値Ｗｒ（θ）を、電気負荷１０８と比較する。回生電力推定値Ｗｒ（θ）から電気負荷１０８を差し引いて得られる差Ｄが所定値Ｔｈよりも小さい場合（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、回生量推定部１２３は、車両減速時の回生エネルギーを低圧蓄電手段１１２に充電することを決定し、その結果として、処理はステップＳ１１６に進む。一方、前述した差Ｄが所定値Ｔｈ以上である場合（Ｓ１１５：ＮＯ）、回生量推定部１２３は、車両減速時の回生エネルギーを高圧蓄電手段１１１に充電することを決定し、その結果として、処理はステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１１６では、電源ＥＣＵ１１３は、低圧用全波整流器１０４の各ＩＧＢＴ素子を導通状態とする一方、高圧用全波整流器１０３の各ＩＧＢＴ素子を開放し、さらに、リレー１０５をオフし、リレー１０６をオンする。これにより、車両減速時の回生エネルギーの充電経路が第３の回路部Ｌ３に設定される。この後、処理はステップＳ１０１に戻る。したがって、後で車両が減速を開始したときには、既に回生エネルギーの充電経路が第３の回路部Ｌ３に設定されているため、車両減速時の回生エネルギーを回収する際に、前述したデッドタイムによるエネルギー損失を抑えることができる。

ステップＳ１１７では、電源ＥＣＵ１１３は、高圧用全波整流器１０３の各ＩＧＢＴ素子を導通状態とする一方、低圧用全波整流器１０４の各ＩＧＢＴ素子を開放し、さらに、リレー１０５をオンし、リレー１０６をオフする。これにより、車両減速時の回生エネルギーの充電経路が第２の回路部Ｌ２に設定される。この後、処理はステップＳ１０１に戻る。したがって、後で車両が減速を開始したときには、既に回生エネルギーの充電経路が第２の回路部Ｌ２に設定されているため、車両減速時の回生エネルギーを回収する際に、前述したデッドタイムによるエネルギー損失を抑えることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、車両減速時の発電電力の充電経路を、車両減速開始前に、第２および第３の回路部Ｌ２、Ｌ３のいずれかに設定する。このため、第１の回路部Ｌ１に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の変換効率に起因するエネルギー損失も、切り換えのデッドタイムに起因するエネルギー損失も、抑制することができる。したがって、車両減速時の回生エネルギーの回収効率を著しく向上させることができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。なお、上記の構成および動作の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されず、上記実施の形態は種々変更して実施することができる。

本発明の車両用電源装置は、車両減速時の回生エネルギーの損失を抑制して、高圧蓄電手段および低圧蓄電手段のどちらにも効率良くエネルギーを回収する効果を有し、ＥＶおよびＰＨＶなどに搭載される車両用電源装置として有用である。

１０１ エンジン
１０２ 発電機
１０３ 高圧用全波整流器
１０４ 低圧用全波整流器
１０５、１０６ リレー
１０７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８ 電気負荷
１０９、１１０ 電流センサ
１１１ 高圧蓄電手段
１１２ 低圧蓄電手段
１１３ 電源ＥＣＵ
１１４ 進行方向加速度センサ
１１５ 車速センサ
１２１ 傾斜角度算出部
１２２ 速度検出部
１２３ 回生量推定部
１３０ 車両

Claims (7)

1. 車両の発電機の発電電力を、高圧蓄電手段および低圧蓄電手段のいずれかに充電する車両用電源装置であって、
   前記高圧蓄電手段と前記低圧蓄電手段との間をＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続する第１の回路部と、
   前記発電機と前記高圧蓄電手段との間を接続する第２の回路部と、
   前記発電機と前記低圧蓄電手段との間を接続する第３の回路部と、
   前記第２の回路部に設けられ、前記高圧蓄電手段の充電の遮断を行う第１の遮断部と、
   前記第２の回路部に設けられ、前記第１の遮断部と前記高圧蓄電手段との間を接続する第１の継電部と、
   前記第３の回路部に設けられ、前記低圧蓄電手段の充電の遮断を行う第２の遮断部と、
   前記第３の回路部に設けられ、前記第２の遮断部と前記低圧蓄電手段との間を接続する第２の継電部と、
   前記車両が減速するときに得られる発電電力の充電経路を、前記第１および第２の遮断部を制御することにより前記第２および第３の回路部のいずれかに設定する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記発電電力の充電経路の設定を、前記車両が減速する前に行い、前記第１の遮断部に充電の遮断を行わせるときに、前記第１の継電部を制御して前記発電機と前記高圧蓄電手段との間を切断させ、前記第２の遮断部に充電の遮断を行わせるときに、前記第２の継電部を制御して前記発電機と前記低圧蓄電手段との間を切断させる、
   車両用電源装置。
2. 前記制御部は、前記車両が減速するときに得られる発電電力のうち充電に用いることができる電力を算出し、この電力が所定の値より小さいときに前記高圧蓄電手段の充電の遮断を前記第１の遮断部に行わせる制御を行う、
   請求項１記載の車両用電源装置。
3. 前記制御部は、前記発電電力の推定を行い、前記発電電力の充電経路の設定を前記推定の結果に応じて行う、
   請求項１記載の車両用電源装置。
4. 前記制御部は、前記車両が過去に減速したときに行われた前記推定の結果を蓄積し、前記車両が次回減速するときに行われる前記設定に、蓄積された前記推定の結果を用いる、
   請求項３記載の車両用電源装置。
5. 前記制御部は、前記車両の車速を検出するセンサに接続され、前記センサによる前記車両の車速の検出結果に基づいて前記推定を行う、
   請求項４記載の車両用電源装置。
6. 前記制御部は、前記車両の進行方向における加速度を検出するセンサに接続され、前記センサによる前記車両の進行方向における加速度の検出結果に基づいて前記推定を行う、
   請求項４記載の車両用電源装置。
7. 前記制御部は、前記車両が水平面を走行するときに得られる発電電力を基準値として取得し、前記推定を、予め取得された基準値と前記推定時の前記車両の傾斜角度とに基づいて行う、
   請求項４記載の車両用電源装置。

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