(57)【要約】【課題】内燃機関の回転数に応じて駆動されるオルタネータで回生発電された電力を車内で効率的に利用可能な車両の電力マネージメントシステムを提供する。【解決手段】本発明はオルタネータ（２）の回生電力を車内で有効利用する電力マネージメントシステムに関する。本システムは、オルタネータの回生タイミング及び最大発電量を予測し、最大発電量が該回生タイミングにおける電気負荷（３）の電力需要量及びバッテリ（４）の充電許容量の合計に比べて大きい場合に、電動補機（５）を作動させることによって、無駄に消費される電力を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転数に応じて駆動されるオルタネータで回生発電された電力を、バッテリに蓄積又は電気負荷に供給する車両の電力マネージメントシステムであって、
前記オルタネータの回生タイミング及び最大発電量を予測する予測手段と、
前記回生タイミングにおける前記電気負荷の電力需要量を算出する電力需要量算出手段と、
前記回生タイミングにおける前記バッテリの充電許容量を算出する要求電力量算出手段と、
前記オルタネータで回生発電された電力を貯蔵可能な電動補機と、
前記オルタネータで回生発電された電力の、前記バッテリ、前記電気負荷、及び、前記電動補機への供給量をそれぞれ制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記予測されたオルタネータの最大発電量が前記電力需要量及び前記充電許容量の合計に比べて大きい場合に、前記オルタネータの回生電力を前記電動補機に供給することを特徴とする車両の電力マネージメントシステム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回生タイミングの所定期間前から、前記バッテリに蓄電された電力を用いて前記電動補機を作動させることを特徴とする請求項１に記載の車両の電力マネージメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の回転数に応じて駆動されるオルタネータで回生発電された電力を車内で効率的に利用する車両の電力マネージメントシステムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、減速時に車両の運動エネルギーを利用してオルタネータを回生駆動することにより、運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、車内の各種電気負荷に供給することが行われている。このようにオルタネータで回生発電される電力量は、走行状態に応じていわば成り行きで変化する。そのため、オルタネータで発電された電力はバッテリに蓄電された後、それぞれの電気負荷における電力需要に応じて供給される。
【０００３】
一方で、各電気負荷における電力需要もまた、走行状態に応じて成り行きで変化する。そのため、車内で発電した限りある電力を、各電気負荷の電力需要に応じて効率的に配分することが求められる。このような要求に対し、特許文献１では、ナビゲーション装置などを利用して将来の電力需要を推定し、該推定結果に応じてバッテリ等に蓄電された電力を各電気負荷に配分することで、各電気負荷の電力需要にマッチした電力供給が可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０５４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでバッテリなどの蓄電装置を充放電する際には、その電気的特性や化学的特性に基づく充放電効率に応じて、少なからず電力損失が発生する。上記特許文献１では、オルタネータで回生発電した電力はバッテリを介して電気負荷に供給されるため、バッテリの充放電に伴う電力損失によって無駄に消費される電力が存在している。
【０００６】
また上記特許文献１では、バッテリの充電状態を考慮することなく成り行きでオルタネータの回生発電を行っているため、例えば回生発電の途中でバッテリの充電量が上限値に達した場合には、バッテリに充電しきれなかった電力は無駄に消費せざるを得ない場合がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、内燃機関の回転数に応じて駆動されるオルタネータで回生発電された電力を車内で効率的に利用可能な車両の電力マネージメントシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る車両の電力マネージメントシステムは上述の課題を解決するために、内燃機関の回転数に応じて駆動されるオルタネータで回生発電された電力を、バッテリに蓄積又は電気負荷に供給する車両の電力マネージメントシステムであって、前記オルタネータの回生タイミング及び最大発電量を予測する予測手段と、前記回生タイミングにおける前記電気負荷の電力需要量を算出する電力需要量算出手段と、前記回生タイミングにおける前記バッテリの充電許容量を算出する要求電力量算出手段と、前記オルタネータで回生発電された電力を貯蔵可能な電動補機と、前記オルタネータで回生発電された電力の、前記バッテリ、前記電気負荷、及び、前記電動補機への供給量をそれぞれ制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記予測されたオルタネータの最大発電量が前記電力需要量及び前記充電許容量の合計に比べて大きい場合に、前記オルタネータの回生電力を前記電動補機に供給することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、オルタネータで回生発電された電力が、電気負荷における需要量とバッテリの充電許容量との合計より大きい場合（すなわち、電気負荷の需要量を賄いつつ、その余剰電力をバッテリに蓄電しても更に余剰電力が残る場合（例えば電気負荷の余剰電力をバッテリに充電しきれない場合など）、余剰電力を電動補機に貯蔵することで、無駄になる電力を減らすことができる。一方、電気負荷ではオルタネータにおいて回生発電された電力を、バッテリを介することなく直接消費できるため、バッテリの充放電効率による電力損失の影響を受けない。このように、オルタネータで回生発電された電力の無駄な消費を抑えることができ、高効率な電力マネージメントシステムを実現することができる。
【００１０】
本発明の一態様では、前記制御手段は、前記回生タイミングの所定期間前から、前記バッテリに蓄電された電力を用いて前記電動補機を作動させる。
【００１１】
この態様によれば、オルタネータの回生タイミングに先駆けてバッテリに蓄えられた電力を用いて電動補機を作動させることで、バッテリの充電量を予め減少させる。これにより、回生タイミングにおけるバッテリの充電許容量が増やされるので、電気負荷の余剰電力を効率的に充電できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、オルタネータで回生発電された電力が、電気負荷における需要量とバッテリの充電許容量との合計より大きい場合（すなわち、電気負荷の需要量を賄いつつ、その余剰電力をバッテリに蓄電しても更に余剰電力が残る場合（例えば電気負荷の余剰電力をバッテリに充電しきれない場合など）、余剰電力を電動補機に貯蔵することで、無駄になる電力を減らすことができる。一方、電気負荷ではオルタネータにおいて回生発電された電力を、バッテリを介することなく直接消費できるため、バッテリの充放電効率による電力損失の影響を受けない。このように、オルタネータで回生発電された電力の無駄な消費を抑えることができ、高効率な電力マネージメントシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例に係る車両の電力マネージメントシステムの全体を概略的に示すブロック構成図である。
【図２】電力マネージメント制御ＥＣＵの内部構成を機能的に示すブロック図である。
【図３】電力マネージメント制御ＥＣＵの制御内容を示すフローチャートである。
【図４】回生タイミングにおけるオルタネータの最大発電量、電気負荷の電力需要量、及び、バッテリの充電許容量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１５】
図１は本実施例に係る車両の電力マネージメントシステムの全体を概略的に示すブロック構成図である。
車両は走行用動力源としてエンジン１を搭載しており、その出力を不図示の動力伝達機構（例えばクラッチ装置、トランスミッション装置等）を介して駆動輪に伝達することにより走行する。エンジン１にはその回転数に応じて駆動されるオルタネータ２が設けられており、車両の減速時に回生駆動することにより発電が行われる。
【００１６】
オルタネータ２で発電された電力は、電源ライン２０を介して車内の各種需要先に供給される。図１では特に、電力の需要先として電気負荷３、バッテリ４、電動補機５を示しているが、これに限らないことは言うまでもない。
電気負荷３は電気エネルギーを消費する負荷（すなわち、後述の電動補機５とは逆に、電気エネルギーを貯蔵不能な負荷）であり、例えばヘッドライト、ウインカー、ワイパー、オーディオ、シガーソケット、各種ＥＣＵなどがある。
【００１７】
バッテリ４は車内で消費される電力を蓄電可能なバッテリ装置であり、例えば鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリなどを採用することができる。バッテリ４はオルタネータ２から供給される電力を充電し、電気負荷３や電動補機５をはじめとする電力需要先に放電することによって、電力を供給する。
バッテリ４は不図示の充放電制御回路を内蔵しており、過充電・過放電によって寿命が短くならないように、充電量が適切な範囲になるように管理されている。またバッテリの充電量（ＳＯＣ）は内蔵されたＳＯＣセンサからの信号を出力することにより、外部で検知できるようになっている。
【００１８】
電動補機５は電気エネルギーを貯蔵可能な負荷であり、図１の例では特に電動バキュームポンプ５ａ、電動エアコンコンプレッサ５ｂ、電動エアコンプレッサ５ｃを示している。
電動バキュームポンプ５ａは、供給される電力によって駆動されることによりバキュームタンク６内に電気エネルギーを負圧エネルギーとして貯蔵可能な装置である。電動エアコンコンプレッサ５ｂは、供給された電力によって駆動されることにより蓄冷剤７を冷却し、電力の不供給時においても電動エアコンコンプレッサ５ｂの代用を可能にする（実質的に電気エネルギーを熱エネルギーとして貯蔵可能）。電動エアコンプレッサ５ｃは、供給された電力によって駆動されることにより正圧をエアタンク内に正圧エネルギーとして貯蔵することが可能な装置である。
【００１９】
車両にはナビゲーション装置９が搭載されており、ＧＰＳ衛星から受信した位置情報と、予めハードディスクやＤＶＤなどの記憶媒体に記憶された地図情報ＤＢとに基づいて、車両の走行位置が特定できるようになっている。地図情報ＤＢには地形に関する情報（例えば、道路の形状、分岐の有無、標高等）や、施設に関する情報（例えば、交差点、踏切、駐車場、有料道路の料金所等）が座標データと関連付けられて規定されている。ナビゲーション装置９は、オペレータによって目的地が入力されると、目的地までの案内経路を検索し、その検索結果に対応する道路情報（案内経路上における地形情報や施設情報）及び交通情報（案内経路上における交通規制や渋滞の有無）を出力し、オルタネータ２の回生駆動が見込まれる減速区間が特定できるようになっている。
尚、ナビゲーション装置９の詳細な処理内容については各種文献に開示がなされているため、ここでは説明を省略する。
【００２０】
電力マネージメント制御ＥＣＵ１０は、本実施例に係る電力マネージメントを総合的に制御する電子ユニットであり、入力された各種情報に基づいてオルタネータ２で回生発電された電力の供給先を制御することにより、効率的な電力マネージメントを実施する。
電力マネージメント制御ＥＣＵ１０への入力情報としては、電気負荷３における電力需要量に関する情報、バッテリ４に内蔵されたＳＯＣセンサの出力信号（ＳＯＣ検出値）、ナビゲーション装置９からの道路情報や交通情報（目的地までの案内経路上においてオルタネータ２の回生駆動するタイミングを特定するための情報）などが入力される。
電力マネージメント制御ＥＣＵ１０では、このような入力情報に基づいて、オルタネータ２の作動を制御するオルタネータ制御信号、バッテリ４の充放電を制御するバッテリ制御信号、電動補機の作動を制御する電動補機制御信号をそれぞれ出力することにより、後述する電力マネージメント制御を実施する。
【００２１】
続いて電力マネージメント制御ＥＣＵ１０によって実施される電力マネージメント制御の具体的内容について、図２及び図３を参照して説明する。図２は電力マネージメント制御ＥＣＵ１０の内部構成を機能的に示すブロック図であり、図３は電力マネージメント制御ＥＣＵ１０の制御内容を示すフローチャートである。
【００２２】
電力マネージメント制御ＥＣＵ１０では、まずの予測部１１によってナビゲーション装置９から道路情報及び交通情報を取得し、これに基づいて案内経路上におけるオルタネータ２の回生タイミング及び最大発電量を予測する（ステップＳ１０１）。予測部１１は、ナビゲーション装置９から取得する情報に基づいて、オペレータによって入力された目的地までの案内経路上における減速区間を特定することにより、回生タイミングを予測する。また、予測部１１はナビゲーション装置９から取得する情報に基づいて、当該回生タイミングにおける車両位置、走行速度、勾配などを算出することにより、オルタネータ２の最大発電量を予測する。
【００２３】
続いて電力需要量算出部１２は、予測部１１で予測した回生タイミングに基づいて、当該タイミングにおける電気負荷３の電力需要量を算出する（ステップＳ１０２）。上述したように、電気負荷３は例えばヘッドライト、ウインカー、ワイパー、オーディオ、シガーソケット、各種ＥＣＵなどがあるが、これらの走行中における使用タイミング及び消費電力は予め規定されている（例えばヘッドライトやウインカーのように運転者の操作によってＯＮ／ＯＦＦされる電気負荷の場合には、例えばスイッチＯＮ時は○○Ｗ使用され、ＯＦＦ時は△△Ｗ使用されることが予め規定されている）。電力需要量算出部１２はこのように予め規定された電力負荷３に関するデータに基づいて、回生タイミングにおける電気負荷３の電力需要量を算出する。
【００２４】
また充電許容量算出部１３では、予測部１１で予測された回生タイミングに基づいて、当該タイミングにおけるバッテリ４の充電許容量を算出する（ステップＳ１０３）。ここで、充電許容量は、バッテリ４の充電量の上限値と実際のバッテリ４の充電量との差分（すなわち、バッテリ４に充電可能な電力量）であり、次式
充電許容量＝（充電上限値）―（実際の充電量）      （１）
で定義される。充電許容量算出部１３はバッテリ４からのＳＯＣ検出値に基づいて、予測部１１で予測した回生タイミングにおけるＳＯＣを推定する。
【００２５】
このような回生タイミングにおけるＳＯＣの推定は、例えばナビゲーション装置９から取得した道路情報や交通情報に基づいて、回生タイミングまでに案内走行路上でバッテリ４に充放電される電力を考慮することによって行うとよい。尚、図３では説明をわかりやすくするために、上記ステップＳ１０２及びＳ１０３が順に実施されるように記載しているが、これらは同時に実施されてもよい。
【００２６】
続いて制御部１４は、電力需要量算出部１２で算出した電力需要量、及び、充電許容量算出部１３で算出した充電許容量に基づいて、電動補機５を作動する必要があるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。制御部１４は、予測部１１で予測されたオルタネータ２の最大発電量Ｐｍａｘが、電力需要量算出部１２で算出した電力需要量Ｐｎと充電許容量算出部１３で算出したバッテリ４の充電許容量Ｐｃとの合計に比べて大きい場合、すなわち次式
Ｐｍａｘ＞Ｐｎ＋Ｐｃ      （２）
が成立した場合に（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、電動補機５の作動が必要であると判断する。
【００２７】
ここで図４は回生タイミングにおけるオルタネータ２の最大発電量Ｐｍａｘ、電気負荷３の電力需要量Ｐｎ、及び、バッテリ４の充電許容量Ｐｃの関係を示すグラフである。
回生タイミングにおけるオルタネータ２の最大発電量Ｐｍａｘは、エンジン回転数Ｎｅに対応して推移する。一方、電気負荷３の電力需要量Ｐｎ、及び、バッテリ４の充電許容量Ｐｃは走行状態によって所定値（エンジン回転数Ｎｅには依存しない）を取り、図４ではその一例を示している。
【００２８】
エンジン回転数がＮｅ１以上では、オルタネータ２の最大発電量Ｐｍａｘは電力需要量Ｐｎ及び充電許容量Ｐｃの合計より大きく、前記（２）式が成立する（ステップＳ１０４：ＹＥＳに相当）。この場合、オルタネータ２において回生発電された電力は、電気負荷３に供給され、その余剰電力はバッテリ４に充電されるが、バッテリ４に充電しきれなかった最終的な余剰電力Ｐｒ
Ｐｒ＝Ｐｍａｘ―（Ｐｎ＋Ｐｃ）      （３）
が残ることとなる。本実施例に係る電力マネージメントシステムでは、このように生じた余剰電力Ｐｒを電動補機５に供給することによって、余剰電力Ｐｒを無駄に消費することなく、他のエネルギー形態として貯蔵することができる（電動補機５の種類によっては電気エネルギーのまま貯蔵してもよい）。
【００２９】
一方、エンジン回転数がＮｅ１未満では、オルタネータ２の最大発電量Ｐｍａｘは電力需要量Ｐｎ及び充電許容量Ｐｃの合計より小さく、前記（２）式は成立しない（ステップＳ１０４：ＮＯに相当）。この場合、電力需要量Ｐｎ及び充電許容量Ｐｃに対してオルタネータ２で回生発電された電力が不足するものの、余剰電力Ｐｒは存在しないため、電動補機５の作動は不要となる。
【００３０】
再び図２及び図３に戻って、このような要否判断によって電動補機５の作動が必要と判断された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御部１４は、オルタネータ２で回生発電した電力を電気負荷３に供給し、その余剰電力をバッテリ４に充電し、バッテリ４に充電しきれなかった残りの電力を用いて電動補機５を駆動する。具体的には、制御部１４は、オルタネータ制御部１５からオルタネータ２に対してオルタネータ制御信号を出力することによってオルタネータ２の回生駆動を実施すると共に、バッテリ制御部１６からバッテリ４に対してバッテリ制御信号を出力することによってバッテリ４への充電を実施すると共に、電動補機制御部１７から電動補機５に対して電動補機制御信号を出力することによって電動補機５の作動を実施する。
【００３１】
ここで、電気負荷３はオルタネータ２で回生発電された電力を、バッテリ４を介することなく直接受け取ることができるため、バッテリ４の充放電効率に基づく電力損失の影響を受けることもない。このようにオルタネータ２で回生発電された電力が無駄に消費されることを抑制することで、高効率の電力マネージメントシステムを実現できる。また上述したように、バッテリ４には寿命短縮を防止するために適正な充電量な制限されているが、このシステムによればバッテリ４の過充電を防止しながら、効率的な電力マネージメントを行うことができる。
【００３２】
ここで電動補機５を作動させる場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御部１４は予測された回生タイミングより所定期間前から、バッテリ４に予め蓄電されている電力を用いて電動補機５の作動を開始する（ステップＳ１０５）。このように、オルタネータ２の回生タイミングに先駆けて電動補機５を作動することにより、バッテリ４に蓄積された電力の一部を消費できる。このように、バッテリ４の充電量を予め減少させておくことで、回生タイミングにオルタネータ２で回生発電を行なった際に、電力をバッテリ４に効率よく充電することができる。
尚、このように回生タイミングに先駆けて消費されるバッテリ４の電力は、電動補機５によって貯蔵されるため無駄になることもない。
【００３３】
電動補機５の作動を開始した後、制御部１４は回生タイミングに達すると、オルタネータ作動部１５にオルタネータ制御信号を出力することにより、オルタネータ２の回生駆動を開始する（ステップＳ１０６）。そしてオルタネータ２の回生駆動によって発電した電力を電気負荷３に供給すると共に、その余剰電力をバッテリ４に充電し、更にバッテリ４に充電しきれなかった余剰電力は電動補機５の作動によって貯蔵される（ステップＳ１０７）。
【００３４】
一方、電動補機５の作動が不要である場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、制御部１４はオルタネータ２の回生駆動によって発電した電力を電気負荷３に供給すると共に、余剰電力が生じた場合にはバッテリ４に充電する。この場合、バッテリ４に充電しきれない電力は存在しないので、電動補機５の作動は行わない。
【００３５】
その後、オルタネータ２の回生駆動が終了すると（ステップＳ１０８）、それに伴い、電力マネージメント制御ＥＣＵ１０は一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００３６】
以上説明したように、本実施例に係る電力マネージメントシステムでは、オルタネータ２で回生発電された電力が電気負荷３に供給した際に余剰した場合には、バッテリ４に充電を行い、更に充電しきれない余剰電力がある場合には、電動補機５を作動することによって、余剰電力を無駄にすることなく貯蔵することができる。また、電気負荷３ではオルタネータ２において回生発電された電力を、バッテリ４を介することなく直接消費できるため、バッテリ４の充放電効率による電力損失の影響を受けない。このように、オルタネータ２で回生発電された電力の無駄な消費を抑えることができ、高効率な電力マネージメントシステムを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、内燃機関の回転数に応じて駆動されるオルタネータで回生発電された電力を車内で効率的に利用する車両の電力マネージメントシステムに利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン
２  オルタネータ
３  電気負荷
４  バッテリ
５  電動補機
６  バキュームタンク
７  蓄冷剤
８  エアタンク
９  ナビゲーション装置
１０  電力マネージメント制御ＥＣＵ
１１  予測部
１２  電力需要量算出部
１３  充電許容量算出部
１４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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