(57)【要約】  ＤＣ／ＤＣコンバータの第１端には発電機が接続され、第２端には蓄電部が接続されている。出力電圧検出回路は発電機に接続され、制御回路にはＤＣ／ＤＣコンバータと出力電圧検出回路が接続されている。発電機は、回生電力を発生するタイミングにおいて、出力端子の調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に上げられ、制御回路３５は出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも低い下方制御電圧Ｖｄｋになるように制御する。下方制御電圧Ｖｄは、回生電力が主電源に最大限充電される値に設定されている。
2011001606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動体に搭載される電源装置であって、
充放電可能な主電源と、
出力端子とグランド端子とを有し、前記出力端子で前記主電源に接続され、前記動体を減速させる際に回生電力を発生する発電機と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端で前記発電機の前記出力端子に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２端に電気的に接続された蓄電部と、
前記発電機の前記出力端子と前記発電機の前記グランド端子との間に電気的に直接接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｄ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力電圧検出回路とに電気的に接続された制御回路と、
前記出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を前記発電機に入力する調整電圧制御部と、を備え、
前記発電機が前記回生電力を発生するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定し、前記制御回路は前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記発電機が前記回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定し、前記制御回路は、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、前記回生電力が前記主電源に最大限充電される値に設定されている、
電源装置。
【請求項２】
前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）は、前記蓄電部が放電可能で、かつ前記主電源の電圧にできるだけ近い値に設定されている、
請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記蓄電部および前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至れば、前記上限電圧（Ｖｃｕ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至れば、前記下限電圧（Ｖｃｋ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差である第１既定電圧幅（ΔＶ１）と、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差である第２既定電圧幅（ΔＶ２）とが、前記発電機の出力電圧最大誤差幅と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅（ΔＶｅｒ）に設定されている、
請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）をデジタル信号により前記発電機に入力する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記調整電圧制御部が前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替える際に、既定経時切替関数により徐々に切り替える、
請求項１記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差を第１既定電圧幅（ΔＶ１）と定義し、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差を第２既定電圧幅（ΔＶ２）と定義するとき、
前記発電機が前記回生電力を発生する際には、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）から前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）まで上げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ高くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ低い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御し、
前記回生電力の発生が終了すると、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）から前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）まで下げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ低くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ高い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御する、
請求項６記載の電源装置。
【請求項８】
動体に搭載される電源装置であって、
充放電可能な主電源と、
出力端子とグランド端子とを有し、前記出力端子で前記主電源に接続され、前記動体を減速させる際に回生電力を発生する発電機と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端で前記発電機の前記出力端子に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２端に電気的に接続された蓄電部と、
前記発電機と電気的に接続され、前記発電機が電圧制御を行なう対象となる回路部分に設けた調整端子と、
前記調整端子と前記発電機の前記グランド端子との間に電気的に直接接続され、前記調整端子に対して調整する電圧である出力電圧（Ｖｄ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力電圧検出回路とに電気的に接続された制御回路と、
前記出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を前記発電機に入力する調整電圧制御部と、を備え、
前記発電機が前記回生電力を発生するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定し、前記制御回路は前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記発電機が前記回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定し、前記制御回路は、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、前記回生電力が前記主電源に最大限充電される値に設定されている、
電源装置。
【請求項９】
前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）は、前記蓄電部が放電可能で、かつ前記主電源の電圧にできるだけ近い値に設定されている、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１０】
前記蓄電部および前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至れば、前記上限電圧（Ｖｃｕ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至れば、前記下限電圧（Ｖｃｋ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差である第１既定電圧幅（ΔＶ１）と、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差である第２既定電圧幅（ΔＶ２）とが、前記発電機の出力電圧最大誤差幅と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅（ΔＶｅｒ）に設定されている、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１２】
前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）をデジタル信号により前記発電機に入力する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項１３】
前記調整電圧制御部が前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替える際に、既定経時切替関数により徐々に切り替える、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１４】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差を第１既定電圧幅（ΔＶ１）と定義し、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差を第２既定電圧幅（ΔＶ２）と定義するとき、
前記発電機が前記回生電力を発生する際には、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）から前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）まで上げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ高くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ低い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御し、
前記回生電力の発生が終了すると、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）から前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）まで下げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ低くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ高い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御する、
請求項１３記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子に電力を蓄え、蓄えた電力を必要な時に蓄電素子から放電させる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、制動時に発生する回生電力を蓄電素子に蓄えて有効利用することにより、省燃費にした車両が提案されている。このような車両に用いられる電力制御装置が、例えば特許文献１に提案されている。図５はこのような電力制御装置のブロック回路図である。【０００３】
主電源１０１は鉛バッテリであり、その正極にはイグニションスイッチ１０３を介して負荷１０５が接続されている。また、主電源１０１の正極には車両用の発電機１０７が接続されている。発電機１０７はエンジン１０９と機械的に接続されており、エンジン１０９の動作により発電機１０７が駆動される。さらに、エンジン１０９はタイヤ１１１に機械的に接続されており、エンジン１０９の駆動力によりタイヤ１１１が回転し、車両を走行させる。また、制動による減速時には、車両の慣性によりタイヤ１１１が回転し、これによりエンジン１０９も回転する。この回転エネルギーにより発電機１０７が駆動され、回生電力が生じる。【０００４】
このような車両に対し、回生電力を効率よく回収するために、発電機１０７にはＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を介して蓄電素子１１５が接続されている。蓄電素子１１５は大容量の電気二重層キャパシタで構成されているので、急減速時等に発生する短期間の大電力を効率よく回収できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３には、その動作を制御するために演算装置１１７が接続されている。さらに、演算装置１１７には車両側から様々な信号を受信するための信号受信用端子１１９が設けられている。したがって、演算装置１１７は車両の走行状態やエンジン１０９の動作状態、主電源１０１の電圧状態等を信号受信用端子１１９から受信することにより、それらの状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を制御し、蓄電素子１１５の充放電を制御する。【０００５】
このような電力制御装置によって、短期間に発生する大電力を含む減速時の回生電力を、一旦蓄電素子１１５に充電することができる。そして、減速時以外に充電した回生電力を主電源１０１や負荷１０５に供給することができる。その結果、効率よく制動エネルギーを回生することが可能となる。【０００６】
しかしながらＤＣ／ＤＣコンバータ１１３の効率は、例えば１００Ａの電流を流した場合、８０％程度であるので、２０％分は熱損失となる。しかも、このような回路構成では、蓄電素子１１５に充電する場合にも蓄電素子１１５が放電する場合にも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を電流が流れる。そのため、充電、放電のそれぞれの過程で上記の熱損失が２回発生する。したがって、全体の効率が低下する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−２９６３３２号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、定電圧制御による蓄電部の充放電における全体効率を向上することが可能な、動体に搭載される電源装置である。
【０００９】
本発明の電源装置は、充放電可能な主電源と、発電機と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電部と、出力電圧検出回路と、制御回路と、調整電圧制御部と、を有する。発電機は出力端子とグランド端子とを有し、出力端子で主電源に接続され、動体を減速させる際に回生電力を発生する。ＤＣ／ＤＣコンバータは第１端と第２端とを有し、第１端で発電機の出力端子に電気的に接続されている。蓄電部はＤＣ／ＤＣコンバータの第２端に電気的に接続されている。出力電圧検出回路は発電機の出力端子とグランド端子との間に電気的に直接接続され、出力端子の出力電圧（Ｖｄ）を検出する。制御回路はＤＣ／ＤＣコンバータと出力電圧検出回路とに電気的に接続されている。調整電圧制御部は出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を発電機に入力する。調整電圧制御部は発電機が回生電力を発生するタイミングを受けて、調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定する。そして制御回路は出力電圧（Ｖｄ）が第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。また調整電圧制御部は、発電機が回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定する。そして制御回路は出力電圧（Ｖｄ）が第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。そして下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、回生電力が主電源に最大限充電される値に設定されている。
【００１０】
あるいは、発電機が電圧制御を行なう対象となる回路部分に、発電機と電気的に接続された調整端子が設けられ、出力電圧検出回路は発電機の出力端子に替えて調整端子に電気的に直接接続され、調整端子に対して調整する電圧である出力電圧（Ｖｄ）を検出するように構成する。
【００１１】
本発明によれば、回生電力が主電源に最大限充電される値に設定された下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように出力電圧（Ｖｄ）を制御する。そのため、回生電力を蓄電部と主電源に充電する際、主電源への充電量を増大することができる。したがって、その分、蓄電部を充電する時のＤＣ／ＤＣコンバータや配線抵抗による熱損失を低減できる。これにより電源装置の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施の形態１による電源装置のブロック回路図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の実施の形態１における電源装置を搭載した車両の速度の経時変化図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の実施の形態１における電源装置の発電機の調整電圧Ｖａの経時変化図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは本発明の実施の形態１における電源装置の発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは本発明の実施の形態１における電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは本発明の実施の形態１における電源装置の蓄電部の電圧Ｖｃの経時変化図である。
【図３Ａ】図３Ａは本発明の実施の形態２における電源装置を搭載した車両の速度の経時変化図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは本発明の実施の形態２における電源装置の発電機の調整電圧Ｖａの経時変化図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは本発明の実施の形態２における電源装置の発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは本発明の実施の形態２における電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは本発明の実施の形態２における電源装置の蓄電部の電圧Ｖｃの経時変化図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態３による電源装置のブロック回路図である。
【図５】図５は従来の電力制御装置のブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお各実施の形態において、先行する実施の形態と同様の構成をなすものには同じ符号を付して説明し、詳細な説明を省略する場合がある。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による電源装置のブロック回路図である。図２Ａ〜図２Ｅは本発明の実施の形態１における電源装置の各種特性の経時変化図である。図２Ａはこの電源装置を搭載した車両の速度の経時変化を、図２Ｂは発電機の調整電圧Ｖａの経時変化を、図２Ｃは発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化を、図２ＤはＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化を、図２Ｅは蓄電部の電圧Ｖｃの経時変化図を、それぞれ示す。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、それぞれ示す。また、図２の各図において、横軸は時刻である。この電源装置は動体である例えば車両に搭載されている。この電源装置は充放電可能な主電源１７と、発電機１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、蓄電部２９と、出力電圧検出回路３１と、制御回路３５と、蓄電部電圧検出回路３３とを有する。
【００１５】
主電源１７は例えば鉛バッテリで構成されている。発電機１１は出力端子１３とグランド端子２２とを有し、出力端子１３で電力系配線により主電源１７に接続され、車両を減速させる際に回生電力を発生する。すなわち、発電機１１はエンジン（図示せず）と機械的に接続されており、エンジンの回転に応じて電力を発生する。
【００１６】
なお、発電機１１の出力端子１３における出力電圧Ｖｄは、車両側制御回路３７からの信号、すなわち調整電圧Ｖａによって設定される。本実施の形態では、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２の２段階であるとする。また第１既定出力電圧Ｖｄｃ１を１５Ｖ、第２既定出力電圧Ｖｄｃ２を１３Ｖとする。このように、車両側制御回路３７は発電機１１の出力端子１３の出力電圧Ｖｄを調整するための調整電圧Ｖａを発電機１１に入力する調整電圧制御部として機能する。これ以外に、制御回路３５あるいは別に設けられた制御部が車両側制御回路３７からの信号を受け、発電機１１に調整電圧Ｖａを入力する構成でもよい。
【００１７】
さらに、出力端子１３には電力系配線により負荷１９とスタータ２１が電気的に接続されている。負荷１９は各種車載電装品であり、スタータ２１はエンジンを始動するためのモータである。スタータ２１は図示しないイグニションスイッチにより駆動、停止が制御される。なお、発電機１１のグランド端子２２は車両側のグランドに電気的に接続されている。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は第１端である入出力端子２５と第２端である蓄電部端子２７とを有し、入出力端子２５で電力系配線により発電機１１の出力端子１３に電気的に接続されている。蓄電部２９はＤＣ／ＤＣコンバータ２３の蓄電部端子２７に電気的に接続されている。蓄電部２９は例えば、定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを４個直列に接続して構成されている。この場合、蓄電部２９の上限電圧Ｖｃｕは１０Ｖである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の耐電流を考慮して、下限電圧Ｖｃｋは５Ｖに設定されている。したがって、蓄電部２９の電圧Ｖｃは５Ｖから１０Ｖまでの間で変化する。
【００１９】
ここで、出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａにより１３Ｖから１５Ｖまでの間で変化するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の入出力端子２５の電圧も同様の範囲となる。一方、蓄電部端子２７の電圧は蓄電部２９の電圧Ｖｃであり５Ｖから１０Ｖまでの間で変化する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は入出力端子２５の電圧を降圧して蓄電部２９を充電するとともに、蓄電部２９の電圧Ｖｃを昇圧して入出力端子２５から放電する。このようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３は双方向コンバータ構成を有する。
【００２０】
出力電圧検出回路３１は発電機１１の出力端子１３とグランド端子２２との間に信号系配線で電気的に直接接続され、出力端子１３の出力電圧Ｖｄを検出する。これにより、出力電圧検出回路３１は各配線における内部抵抗値に影響されず高精度にグランド端子２２を基準とした出力端子１３の出力電圧Ｖｄを検出できる。
【００２１】
蓄電部電圧検出回路３３は蓄電部２９の両端、すなわち蓄電部端子２７とグランドとの間に信号系配線で接続されて蓄電部２９の電圧Ｖｃを検出して制御回路３５に入力する。すなわち蓄電部電圧検出回路３３は蓄電部２９および制御回路３５に電気的に接続され、蓄電部２９の電圧Ｖｃを検出する。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、出力電圧検出回路３１、蓄電部電圧検出回路３３および車両側制御回路３７は、信号系配線により制御回路３５と電気的に接続されている。すなわち制御回路３５はＤＣ／ＤＣコンバータ２３と出力電圧検出回路３１とに電気的に接続されている。制御回路３５は出力電圧検出回路３１で検出した出力電圧Ｖｄ、蓄電部電圧検出回路３３で検出した電圧Ｖｃおよび車両側制御回路３７から出力される回生信号ｒｅｇに基いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御信号ｃｏｎｔを出力する。制御回路３５は出力電圧Ｖｄと蓄電部２９の電圧Ｖｃの、それぞれの基準信号との比較回路や論理回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３をスイッチング動作させるパルス波形発生回路等により構成されている。なお、制御回路３５はマイクロコンピュータと周辺回路によるデジタル回路で構成してもよい。
【００２３】
次に図２Ａ〜図２Ｅを参照しながら、このような電源装置の動作を説明する。なお、以下の説明において、車両の走行とは、車両が加速走行、定速走行、または運転者のブレーキ操作を伴わずに減速走行（慣性走行）している状態であると定義する。また運転者のブレーキ操作を伴う減速走行については制動と定義する。
【００２４】
図２Ａに示すように、時刻ｔ０で車両が走行を開始し、経時的に車速が増加する。この時、発電機１１はエンジンの回転に伴い、燃料を消費する発電を行う。また車両側制御回路３７は車両の走行、制動に応じた値の調整電圧Ｖａを出力する。図２Ｂに示すように車両の走行時にはＶａは１３Ｖである。このとき図２Ｃに示すように、発電機１１の出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａによって、第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）となるように制御される。
【００２５】
このように、発電機１１は時刻ｔ０から加速が終わる時刻ｔ１までの間は走行時であるので、図２Ｂに示すように１３Ｖの調整電圧Ｖａが発電機１１に入力される。これを受け、発電機１１は出力電圧Ｖｄが１３Ｖになるように制御される。そのため図２Ｃに示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１では出力電圧Ｖｄが１３Ｖになる。
【００２６】
なお、時刻ｔ０の時点では図２Ｅに示すように蓄電部２９は放電されて、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）になっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３はこれ以上蓄電部２９が放電されないようにするために、制御対象を電圧Ｖｃとする。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部端子２７の電圧を制御する。その制御目標となる基準電圧Ｖｓｔは下限電圧Ｖｃｋとなる。
【００２７】
このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、本来であれば入出力端子２５の電圧（出力電圧Ｖｄ）が第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）になるように制御するはずである。しかしながら、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（１０Ｖ）、または下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）に至れば、蓄電部２９の過充電や過放電を避けるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３はそれらの値を維持するように制御する。また、蓄電部電圧Ｖｃがあまりに下がりすぎるとＤＣ／ＤＣコンバータ２３の効率が低下するので、それを回避するためにも下限電圧Ｖｃｋを設定している。したがってＤＣ／ＤＣコンバータ２３は入出力端子２５の電圧（出力電圧Ｖｄ）を制御せず、出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａによってのみ決定される。図２Ｄの時刻ｔ０から時刻ｔ１などに示す太点線は、本来制御される入出力端子２５の電圧に対する基準電圧Ｖｓｔを示している。すなわち、図２Ｄの時刻ｔ０から時刻ｔ１では、本来、出力電圧Ｖｄは後述する上方制御電圧Ｖｄｕ（＝１３．１Ｖ）に制御されるはずである。しかしながら、電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを維持するように制御している。以後の図２Ｄにおける太点線の意味も同様であり、本来制御される入出力端子２５の電圧に対する基準電圧Ｖｓｔを示している。
【００２８】
次に、時刻ｔ１で図２Ａに示すように車両の制動が開始される。これにより発電機１１に回生電力が発生するとともに、車両側制御回路３７は回生信号ｒｅｇを制御回路３５に入力する。車両側制御回路３７は、車両の車速信号と、少なくともブレーキ信号、燃料噴射信号、またはアクセル信号のいずれかに基づいて回生信号をオンにする。車両側制御回路３７が車速信号とブレーキ信号に基づいて回生信号を生成する場合は、車速信号から車速が減速状態にあり、かつブレーキが踏まれてブレーキ信号がオンになっている場合に回生信号を発する。同様に、車速信号と燃料噴射信号に基づいて回生信号を生成する場合は、車速信号から車速が減速状態にあり、かつアクセルが踏まれておらず燃料噴射信号がオフになっている場合に回生信号を発する。また、車速信号とアクセル信号に基づいて回生信号を生成する場合は、車速信号から車両が加速状態であるにもかかわらずアクセル信号がオフになっている場合、すなわち下り坂を走行している場合に回生信号を発する。なお、車速信号、ブレーキ信号、燃料噴射信号、およびアクセル信号の内の３つの信号、または全ての信号を基に回生信号を発するようにしてもよい。また、ブレーキ信号はブレーキペダルのオンオフ信号でもよいし、ブレーキ油圧信号でもよい。ここでは、これらを総称してブレーキ信号と呼ぶ。
【００２９】
また車両側制御回路３７は調整電圧制御部として機能し、図２Ｂに示すように、発電機１１の調整電圧Ｖａを１５Ｖにする。そのため発電機１１はその出力電圧Ｖｄを１５Ｖに上げようとする。しかし、同時にＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象を出力電圧Ｖｄに切り替える。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は入出力端子２５の電圧を制御する。そのため、図２Ｄに示すように基準電圧Ｖｓｔは下方制御電圧Ｖｄｋになる。
【００３０】
ここで、下方制御電圧Ｖｄｋとは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い電圧のことを意味する。下方制御電圧Ｖｄｋは、回生電力が主電源１７に最大限充電されるように設定されている。より具体的には以下のようにして決定されていることが好ましい。
【００３１】
まず、第１既定電圧幅ΔＶ１は、発電機１１の出力電圧最大誤差幅とＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅ΔＶｅｒとして求める。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧制御最大誤差幅には出力電圧検出回路３１の検出誤差も含む。例えば、発電機１１の出力電圧最大誤差幅が約０．０５Ｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧制御最大誤差幅が約０．０５Ｖであれば、総誤差幅ΔＶｅｒは０．１Ｖとなる。この値より、下方制御電圧Ｖｄｋは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（１５Ｖ）よりも第１既定電圧幅ΔＶ１（０．１Ｖ）だけ低い電圧、すなわち１４．９Ｖと決定される。
【００３２】
以上のようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ２３は基準電圧Ｖｓｔを下方制御電圧Ｖｄｋに設定する。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ２３は発電機１１が調整電圧Ｖａによって１５Ｖに上げようとしている出力電圧Ｖｄを下方制御電圧Ｖｄｋ（１４．９Ｖ）にしようと動作する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２９を充電する。これにより、図２Ｃに示すように、制動時における時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は出力電圧Ｖｄが下方制御電圧Ｖｄｋを維持する。また、上述のように蓄電部２９に回生電力が充電されるので、図２Ｅに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで蓄電部電圧Ｖｃは経時的に上昇する。
【００３３】
一方、出力電圧Ｖｄは図２Ｃより１４．９Ｖであり、主電源１７の開放電圧である１３Ｖよりも高いので、回生電力は主電源１７にも充電される。一般的には、大電流の回生電力を吸収するために、蓄電池で構成された主電源１７よりもキャパシタで構成された蓄電部２９への充電電力比率を大きくすることが多い。そのため、下方制御電圧Ｖｄｋを１４Ｖ程度に設定するのが一般的である。しかしながら本実施の形態では下方制御電圧Ｖｄｋを１４．９Ｖに設定している。このように回生時における出力電圧Ｖｄが高いので、主電源１７への充電量が増える。したがって、一般的な場合に比べ、主電源１７への充電量の割合が増え、蓄電部２９への充電量の割合が減る。その結果、主電源１７への回生電力の直接充電量が増加し、かつ蓄電部２９から主電源１７への充電量が低減する。そのため、熱損失の大きいＤＣ／ＤＣコンバータ２３を流れる電力が小さくなるので車両全体としての効率が向上する。
【００３４】
なお蓄電部２９に用いられる電気二重層キャパシタやＤＣ／ＤＣコンバータ２３の部品の中には、発電機１１が設けられているエンジンルームに対する耐熱性が十分ではないものがある。そのため、電源装置の内、蓄電部２９やＤＣ／ＤＣコンバータ２３は車室内やトランクルームなど高温にならない場所に設置する必要がある。この場合、発電機１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２３までの配線距離が長くなり、回生電力発生時の最大電流値で蓄電部２９を充電しようとすると、配線抵抗による熱損失が発生する。例えば配線抵抗が０．０２Ω、回生電力発生時の最大電流値が１００Ａの場合、熱損失は２００Ｗに及ぶ。
【００３５】
しかしながら上述のように回生時の蓄電部２９への充電量の割合を低下すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の熱損失に加え、配線抵抗の熱損失の影響も小さくすることができる。そのため、発電機１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２３までの配線が長い構成であっても、高効率な電源装置が実現できる。
【００３６】
なお蓄電部２９は急速充放電特性に優れる電気二重層キャパシタで構成されているので、回生電力の発生初期（時刻ｔ１）における急峻な変化分を十分に充電できる。したがって、全体としての回収効率が向上する。
【００３７】
ここで、このような制御によって高効率に回生電力を利用するには、下方制御電圧Ｖｄｋができるだけ第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に近い方が望ましい。しかし、あまり近すぎると出力電圧Ｖｄの変動やＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御誤差により、出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１を超えてしまう可能性がある。この場合は、回生電力が発生しているのに蓄電部２９に充電できないばかりか、蓄電部２９から電力が放電され逆流してしまう。ゆえに、下方制御電圧Ｖｄｋを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い電圧として決定する。このとき下方制御電圧Ｖｄｋは、回生電力が主電源１７に最大限充電されるように設定されている。特に第１既定電圧幅ΔＶ１を総誤差幅ΔＶｅｒに設定することが好ましい。これにより、蓄電部２９からの逆流を低減しつつ、できるだけ多くの回生電力を主電源１７に充電することができ、全体の効率向上が可能となる。なお、第１既定電圧幅ΔＶ１は総誤差幅ΔＶｅｒよりも大きい値と決定してもよいが、上記したように、できるだけ回生電力を主電源１７に充電し、前記熱損失を低減するためには、第１既定電圧幅ΔＶ１を総誤差幅ΔＶｅｒに近づける方が望ましい。
【００３８】
なお、このように電圧を制御するためには、出力電圧検出回路３１を出力端子１３とグランド端子２２に直接接続する必要がある。このように接続すれば、発電機１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２３までの電力系配線の配線抵抗が影響しないように出力電圧Ｖｄを検出することができる。したがって、この高精度な出力電圧Ｖｄにより、第１既定電圧幅ΔＶ１が０．１Ｖ程度のオーダーの精度になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御することが可能となる。このような高精度制御により、主電源１７に回生電力ができるだけ多く充電され、かつＤＣ／ＤＣコンバータ２３に流れる電流が低減されてその発熱損失を抑制することができる。そのため、電源装置の効率が向上する。
【００３９】
ここで図２Ａ〜図２Ｅの時刻ｔ２以降の説明に戻る。制動中の時刻ｔ２で図２Ｅに示すように蓄電部２９の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（１０Ｖ）に至る。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２９の過充電を避けるために、図２Ｄに示すように電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕを維持するように制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部電圧検出回路３３が検知した蓄電部端子２７の電圧Ｖｃを制御する。その結果、入出力端子２５の電圧である出力電圧ＶｄはＤＣ／ＤＣコンバータ２３による制御対象ではなくなる。そのため、図２Ｃに示すように時刻ｔ２で出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａにより制御され第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（１５Ｖ）となり、回生電力は主電源１７に充電されるとともに負荷１９へ供給される。
【００４０】
次に図２Ａに示すように、時刻ｔ３で車両が再び加速走行すると、回生信号ｒｅｇはオフになる。すると図２Ｂに示すように調整電圧Ｖａは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）に戻る。この時、蓄電部２９に蓄えた回生電力を放電するために、図２Ｄに示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３は基準電圧Ｖｓｔを上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）に切り替え、出力電圧Ｖｄを制御して上方制御電圧Ｖｄｕの値にする。
【００４１】
ここで、上方制御電圧Ｖｄｕとは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２よりも第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い電圧のことを意味し、主電源１７の電圧に近く、かつ蓄電部２９が放電可能な値に設定されている。具体的には以下のようにして決定することが好ましい。
【００４２】
まず、第２既定電圧幅ΔＶ２を、第１既定電圧幅ΔＶ１と同様に総誤差幅ΔＶｅｒ（０．１Ｖ）として求める。この値より、上方制御電圧Ｖｄｕは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）よりも第２既定電圧幅ΔＶ２（０．１Ｖ）だけ高い電圧、すなわち１３．１Ｖと決定される。
【００４３】
以上のようにして基準電圧Ｖｓｔを上方制御電圧Ｖｄｕに設定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は発電機１１によって１３Ｖに下げられようとしている出力電圧Ｖｄを上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）にしようと動作する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２９に貯められた回生電力を放電させる。これにより、図２Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の走行時には出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕに保持される。また、上述のように蓄電部２９が放電されるので、図２Ｅに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで蓄電部２９の電圧Ｖｃは経時的に下降する。
【００４４】
一般的には、蓄電部２９の放電を優先するために、上方制御電圧Ｖｄｕを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２と中間の１４Ｖ程度に設定することが多い。しかしながら本実施の形態では上方制御電圧Ｖｄｕを中間値よりも低い１３．１Ｖに設定している。このように時刻ｔ３から時刻ｔ４における上方制御電圧Ｖｄｕを１３．１Ｖと低く設定することにより、一旦蓄電部２９に貯められた回生電力が主電源１７に充電されてしまう電力量が減少し、主に負荷１９に供給される。したがって、蓄電部２９から主電源１７に充電される際の、主電源１７の内部抵抗による損失をできるだけ小さくすることができる。蓄電部２９を放電する際にこのように電圧制御することによって、時刻ｔ１から時刻ｔ２で述べた回生電力の主電源１７への直接充電量増加と相まって全体的に高効率な電源装置が実現できる。
【００４５】
ここで、このような制御により高効率化するには、上方制御電圧Ｖｄｕができるだけ第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に近い方が望ましい。しかし、あまり近すぎると出力電圧Ｖｄの変動やＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御誤差により、出力電圧Ｖｄが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２を下回ってしまう可能性がある。この場合、蓄電部２９が回生電力の放電途中に発電機１１からの発電電力を充電してしまう。このとき、車両が制動中ではないので、燃料を消費して発電した電力になり、燃費が悪くなることがある。ゆえに、上方制御電圧Ｖｄｕを第２既定出力電圧Ｖｄｃ２よりも第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高くし、第２既定電圧幅ΔＶ２を小さく設定することで、上方制御電圧Ｖｄｕを蓄電部２９が放電可能で、かつ主電源１７の電圧にできるだけ近い値に設定する。具体的には例えば第２既定電圧幅ΔＶ２を総誤差幅ΔＶｅｒとする。これにより、蓄電部２９への充電可能性を低減しつつ、蓄電部２９が蓄えた回生電力をできるだけ主電源１７に充電せずに負荷１９へ供給することができ、全体の効率が向上する。
【００４６】
なお、第２既定電圧幅ΔＶ２も総誤差幅ΔＶｅｒよりも大きい値に決定してもよいが、上述のように、できるだけ蓄電部２９から主電源１７へ充電しないようにするためには第２既定電圧幅ΔＶ２を総誤差幅ΔＶｅｒに近づける方が望ましい。
【００４７】
また、第１既定電圧幅ΔＶ１と第２既定電圧幅ΔＶ２はいずれも等しい値としたが、これに限定されない。例えば出力電圧検出回路３１の精度が電圧の絶対値に応じて変化する場合や、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３による蓄電部２９の充電時の制御精度と放電時の制御精度が異なる場合には、それぞれの状態に応じた最適な第１既定電圧幅ΔＶ１と第２既定電圧幅ΔＶ２を個別に設定してもよい。
【００４８】
その後、図２Ｅに示すように時刻ｔ４で電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、図２Ｄに示すように基準電圧Ｖｓｔは下限電圧Ｖｃｋに切り替わる。その結果、時刻ｔ４以降、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は電圧Ｖｃを下限電圧Ｖｃｋに保持する。同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は出力電圧Ｖｄの制御を行わなくなるので、図２Ｃに示すように、出力電圧Ｖｄは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）となる。この状態は時刻ｔ０以降と同じである。以上の動作を繰り返して回生電力を充放電することで、全体の効率を改善できる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態による電源装置では、発電機１１が回生電力を発生するタイミング（制動開始）を受けて、調整電圧制御部である車両側制御回路３７は調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に設定する。また制御回路３５は出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い下方制御電圧ＶｄｋになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。
【００５０】
ここで、下方制御電圧Ｖｄｋが、回生電力が主電源１７に最大限充電される値に設定されていることで、主電源１７への回生電力の直接充電量が増加し、蓄電部２９への充電量が低減する。そのため、熱損失の大きいＤＣ／ＤＣコンバータ２３を流れる電力が小さくなるので車両全体としての効率が向上する。
【００５１】
一方、発電機１１が回生電力の発生を終了するタイミング（制動終了）を受けて、車両側制御回路３７は調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも低い第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に設定する。また制御回路３５は、出力電圧Ｖｄが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２よりも第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い上方制御電圧ＶｄｕになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。
【００５２】
ここで上方制御電圧Ｖｄｕが、蓄電部２９が放電可能で、かつ主電源１７の電圧にできるだけ近い値に設定されていることが好ましい。これにより、蓄電部２９への充電可能性を低減しつつ、蓄電部２９が蓄えた回生電力をできるだけ主電源１７に充電せずに負荷１９へ供給することができ、全体の効率が向上する。
【００５３】
なお、本実施の形態では制動中に蓄電部２９が満充電される場合を説明した。一方、制動期間が短く満充電されない場合は、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至っていなくても直ちに時刻ｔ３の動作を行い、蓄電部２９を放電する。これにより、少しでも回生電力を負荷１９に供給できる。そのため効率が向上する。
【００５４】
また、本実施の形態では図２Ｅの時刻ｔ３から時刻ｔ４までの走行中に電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る場合を説明した。一方、走行期間が短くて下限電圧Ｖｃｋまで蓄電部２９が放電される前に制動された場合は、直ちに時刻ｔ１の動作を行い、主電源１７と蓄電部２９に回生電力を充電する。これによっても、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至るまで少しでも回生電力を回収でき、効率が向上する。
【００５５】
（実施の形態２）
図３Ａ〜図３Ｅは本発明の実施の形態２における電源装置の各種特性の経時変化図である。図３Ａは車速の経時変化を、図３Ｂは発電機の調整電圧Ｖａの経時変化を、図３Ｃは発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化を、図３ＤはＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化を、図３Ｅは蓄電手段の蓄電部電圧Ｖｃの経時変化を、それぞれ示す。
【００５６】
本実施の形態では電源装置をアイドリングストップ車に搭載した場合について、その特徴となる動作を説明する。なお、本実施の形態における電源装置の構成は実施の形態１の図１と同じであるので、詳細な説明を省略する。また図３において時刻ｔ０から時刻ｔ３までの動作は実施の形態１と同じである。
【００５７】
次に、図３Ａに示すように、時刻ｔ３で車両が停止するとエンジンも停止し、アイドリングストップ状態となる。この場合にも、制御回路３５の動作は図２の時刻ｔ３における動作と同じである。これにより、蓄電部２９が蓄えた回生電力が主に負荷１９へ放電され、主電源１７への充電を極力低下させる。したがって、負荷１９はアイドリングストップ中も蓄電部２９の電力により駆動し続けることができるとともに、効率を向上することが可能となる。なお、時刻ｔ３から時刻ｔ５まではエンジンが停止しているので、発電機１１も発電しない。しかし、車両が制動時ではないので、車両側制御回路３７は図３Ｂに示すように調整電圧Ｖａを第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に切り替える。
【００５８】
次に、時刻ｔ５で運転者がブレーキペダルからアクセルペダル（いずれも図示せず）に踏み替えて、車両を走行させる動作を行う。これらのペダル踏み替えを車両側制御回路３７が検出すると、直ちに車両側制御回路３７はスタータ２１を駆動するよう、図示しないエンジン始動回路を制御する。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は図３Ｃに示すように、出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）になるように制御している。この電圧は主電源１７の開放電圧（１３Ｖ）よりも高い。したがって、スタータ２１へは蓄電部２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して電力が供給される。この際、スタータ２１には数１００Ａの大電流が一時的に流れるので、電圧Ｖｃは図３Ｅに示すように時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間に急峻に低下する。但し、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）に至っていないので、出力電圧Ｖｄは上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）に維持される。
【００５９】
その後、時刻ｔ６でスタータ２１の駆動が終了し、エンジンが再始動すると、図３Ａに示すように車両は走行を開始する。この時点においても電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至っていないので、負荷１９の消費電力が変わっていなければ図３Ｅの時刻ｔ３から時刻ｔ５までと同じ傾きで電圧Ｖｃは経時的に低下する。この期間は図２の時刻ｔ３から時刻ｔ４と同じ状態であるので、蓄電部２９の電力が主電源１７に極力充電されないよう制御される。したがって、実施の形態１と同様に効率が向上する。
【００６０】
次に、時刻ｔ７で電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象は出力端子１３の出力電圧Ｖｄから電圧Ｖｃに切り替わり、電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを維持するように制御される。この動作は図２の時刻ｔ４と同じ動作である。このように動作することで、蓄電部２９の過放電の可能性を低減している。また、この動作により発電機１１の第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）による発電制御が有効になるので、エンジンが再始動した時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間は、発電機１１の発電が停止していることになり、その分、省燃費になる。
【００６１】
時刻ｔ７以後では、次に回生信号ｒｅｇがオンになるまで、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋに保持される。この時刻ｔ７以降の状態は時刻ｔ０と同じであるので、以後同様の動作を繰り返す。
【００６２】
以上の構成、動作により、アイドリングストップ車に搭載した場合であっても、全体の効率が向上する電源装置を実現できる。
【００６３】
なお、本実施の形態で述べたように、電源装置をアイドリングストップ車に適用することにより、蓄電部２９が蓄えた回生電力をスタータ２１により下限電圧Ｖｃｋまで放電できる可能性が高くなる。そのため、回生電力の利用効率が上がるとともに、次回の制動時にできるだけ多くの回生電力を充電できるので、さらなる回収効率の向上が可能となる。また、アイドリングストップ車は車両の停止時にエンジンを停止するので、その間の燃料消費がない。したがって、本実施の形態の電源装置を搭載したアイドリングストップ車は、車両トータルの効率が向上し省燃費が可能となる。
【００６４】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における電源装置のブロック回路図である。なお、図４において太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、それぞれ示す。
【００６５】
図４において、図１の構成と同じ部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態が実施の形態１と異なるのは以下の点である。
【００６６】
１）発電機１１と電気的に接続され、発電機１１が電圧制御を行なう対象となる回路部分に調整端子４１が設けられている。なお、本実施の形態では発電機１１が電圧制御を行なう対象となる回路部分を主電源１７の正極端子部分としている。したがって、発電機１１は調整端子４１の電圧（すなわち主電源１７の正極の電圧）が調整電圧Ｖａになるように制御する。ゆえに、実施の形態１、２で述べた出力電圧Ｖｄは調整端子４１の電圧となる。また、調整電圧Ｖａは実施の形態１、２で述べた構成の場合は出力端子１３に対して調整する電圧であるが、本実施の形態ではこれに替わって、調整電圧Ｖａは調整端子４１に対して調整する電圧とする。
【００６７】
２）出力電圧検出回路３１は出力端子１３に替わって調整端子４１に電気的に直接接続されるとともにグランド端子２２に電気的に直接接続され、調整端子４１の電圧を出力電圧Ｖｄとして検出する。
【００６８】
上記以外の構成は実施の形態１で示した図１の構成と同じである。また、本実施の形態の動作は実施の形態１で説明した図２Ａ〜図２Ｅの動作や、実施の形態２で説明した図３Ａ〜図３Ｅの動作と同じであるので、詳細な動作説明は省略する。
【００６９】
出力端子１３から調整端子４１までの間には配線抵抗が存在する。したがって、図４に示すように、発電機１１が調整電圧Ｖａで調整端子４１の電圧（出力電圧Ｖｄ）を制御する構成で、かつ図１のように出力電圧検出回路３１が出力端子１３の電圧を検出する場合、この配線抵抗による電圧降下によりＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御に誤差が生じる可能性がある。その結果、図２Ｃや図３Ｃに示すような０．１Ｖオーダーの高精度で出力電圧Ｖｄを制御する際に、このような誤差が無視できなくなり、効率のよい制御への影響が大きくなる可能性がある。したがって、出力電圧検出回路３１は発電機１１が電圧制御を行なう対象となる回路部分の電圧、すなわち調整端子４１の電圧を検出することが高効率化のために望ましい。そのため、本実施の形態では、出力電圧検出回路３１が調整端子４１の電圧を出力電圧Ｖｄとして検出する構成としている。この構成により、発電機１１が調整端子４１と電気的に接続された構成を有する場合でも、効率のよい電源装置を構成することができる。なお実施の形態１、２で述べた好ましい構成や制御については本実施の形態にも適用可能である。
【００７０】
なお、図４では調整端子４１を主電源１７の正極端子部分に配する構成としたが、これに限定されない。例えば発電機１１と主電源１７の接続点など他の回路部分としてもよい。この場合も出力電圧検出回路３１を調整端子４１に接続する構成とすれば、高効率な制御が可能となる。以上の構成、動作により、発電機１１が調整端子４１と電気的に接続され、発電機１１が調整端子４１の電圧（出力電圧Ｖｄ）を調整電圧Ｖａの値にするように制御する構成であっても、全体の効率が向上する電源装置を実現できる。
【００７１】
なお、実施の形態１〜３において、電圧Ｖｃは常に下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）以上である場合について述べたが、例えば車両保管中に蓄電部２９の内部抵抗等により放電されると、次回の車両使用開始時に電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋより低くなることがある。この場合、制御回路３５は、例えばエンジンの始動後に電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋまで上昇するまで蓄電部２９を初期充電するようＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御すればよい。
【００７２】
また、実施の形態１〜３において、回生信号ｒｅｇは運転者がブレーキを踏んでいるか否かに応じたオンオフ信号としているが、これは燃料カット信号と対応させるようにしてもよい。これにより、車両が慣性走行を行っている場合にも蓄電部２９に回生電力を充電することができ、さらなる回収効率を向上することができる。但し、回生電力の回収により、エンジンへの発電機１１の機械的負担が増すので、慣性走行距離が短くなる。したがって、回生電力の回収量を重視するか、慣性走行距離を重視するかで、慣性走行時の回生電力回収を行うか否か、あるいは回収量の程度を決定するようにすればよい。
【００７３】
また、実施の形態１〜３では、制御回路３５は、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至れば、上限電圧Ｖｃｕを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御している。また電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至れば、下限電圧Ｖｃｋを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御している。しかしながら上限電圧Ｖｃｕや下限電圧Ｖｃｋによる制御を特に行う必要はない場合もある。すなわち、車両の１回の制動により得られる回生電力量や負荷１９の消費電力量に比べ蓄電部２９が十分に大きな容量値を有し、車両使用時に回生電力量と消費電力量がほぼ均衡するような車両システムの場合である。このような車両システムにおいては蓄電部電圧検出回路３３がない構成でもよい。このように蓄電部電圧検出回路３３は必須ではない。
【００７４】
また、実施の形態１〜３では、調整電圧Ｖａを２段階に変えているが、この調整電圧Ｖａの信号としては、アナログ信号とデジタル信号のいずれを用いてもよい。しかしながら、アナログ信号を用いると、ノイズ等の影響で調整電圧Ｖａが変動する可能性がある。したがって、例えば車両用の通信規格に則ったデジタル信号により調整電圧Ｖａを発電機１１に入力することが好ましい。この構成により、ノイズの影響が小さく、さらに高精度に調整電圧Ｖａを送信できる。その結果、回生電力をより確実に回収でき効率が向上する。
【００７５】
また、実施の形態１〜３では、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２との間を切り替えられる際に、図２Ｂや図３Ｂに示すように直ちに切り替えられる。しかしながら負荷１９によっては、このような急峻な電圧変化により動作が不安定になる可能性がある。したがって、調整電圧Ｖａが既定経時切替関数により徐々に切り替えられるようにすることが好ましい。ここで、既定経時切替関数とは、あらかじめ決定された調整電圧Ｖａの経時変化を示す時間関数のことである。具体的には、例えば既定経時切替関数として既定変化速度ｖ（例えば１〜２Ｖ／秒）で調整電圧Ｖａを変化させればよい。この場合、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１、または第２既定出力電圧Ｖｄｃ２になるように既定変化速度ｖで徐々に切り替えられる。その結果、出力電圧Ｖｄが既定変化速度ｖにより、ゆっくりと変化するので、負荷１９の動作が不安定になる可能性を低減することができる。
【００７６】
なお、調整電圧Ｖａを既定変化速度ｖで切り替えるには、次の２通りの方法がある。まず、車両側制御回路３７からの調整電圧Ｖａの信号を既定変化速度ｖで直接変化させる方法が挙げられる。なお調整電圧Ｖａを第２既定出力電圧Ｖｄｃ２から第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に上げる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の基準電圧Ｖｓｔもいきなり下方制御電圧Ｖｄｋに切り替えるのではない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は調整電圧Ｖａに対し第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い値になるように追従制御される。この際、制御回路３５は調整電圧ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ２３の基準電圧Ｖｓｔより第１既定電圧幅ΔＶ１だけ高くなった時に、調整電圧Ｖａより第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い状態を維持するように基準電圧Ｖｓｔを追従制御する。これにより、蓄電部２９から出力端子１３への逆流を防ぐことができる。また、回生電力が発生したできるだけ早いタイミングから、かつ調整電圧Ｖａが既定変化速度ｖで徐々に切り替えられる間も回生電力を主電源１７や蓄電部２９が充電できる。そのため、高効率に回生電力を回収できる。
【００７７】
同様に、回生電力の発生が終了し、調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に下げる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は調整電圧Ｖａに対し第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い値になるように追従制御される。この際、制御回路３５は調整電圧Ｖａが基準電圧Ｖｓｔより第２既定電圧幅ΔＶ２だけ低くなった時に、調整電圧Ｖａより第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い状態を維持するように基準電圧Ｖｓｔを追従制御する。これにより、出力端子１３から蓄電部２９への逆流充電を防ぐことができる。また回生電力の発生が終了したできるだけ早いタイミングから、かつ調整電圧Ｖａが既定変化速度ｖで徐々に切り替えられる間も、充電した回生電力を蓄電部２９が放電できる。そのため、回生電力を有効利用できるとともにエンジンの燃料消費による発電機１１の発電期間を低減でき、さらに高効率になる。なお、上記の制御の場合、多段階の電圧を出力できる構成の発電機１１を用いる必要がある。
【００７８】
もうひとつの方法として、まず車両側制御回路３７からの調整電圧Ｖａの信号が制御回路３５にも入力される構成にしておく。次に、例えば調整電圧Ｖａが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２から第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に上がった場合、制御回路３５はこの変化を検知し、基準電圧Ｖｓｔが既定変化速度ｖで下方制御電圧Ｖｄｋになるように制御する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧Ｖｄも既定変化速度ｖで下方制御電圧Ｖｄｋに上がる。同様に、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に下がった場合は、制御回路３５は基準電圧Ｖｓｔが既定変化速度ｖで上方制御電圧Ｖｄｕになるように制御する。この方法でも実質的には調整電圧Ｖａを既定変化速度ｖで徐々に切り替えることができる。
【００７９】
なお、以上の説明では既定経時切替関数として既定変化速度ｖを用いた場合について説明した。この場合、調整電圧Ｖａが時間に対して一次関数で変化して切り替えられることを前提とした。しかし、負荷１９への急激な電圧変化をできるだけ低減する方が望ましい場合は、既定経時切替関数を時間に対する一次関数とせずに、切替初期はよりゆっくりと変化させ、その後は変化速度を上げることが好ましい。すなわち、既定経時切替関数を二次関数などの高次関数や指数関数としてもよいし、あるいは複数の既定変化速度ｖを有するような既定経時切替関数としてもよい。このような既定経時切替関数を用いると発電機１１の発電量変化も緩やかになるので、エンジンに対する負担を低減することができる。
【００８０】
また、実施の形態１〜３では、蓄電部２９に電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池であってもよい。
【００８１】
また、実施の形態１〜３では、電源装置を車両に適用した場合について説明したが、これに限らずクレーン等の建設機械やエレベータ等の動体で、回生電力を発生する装置に適用してもよい。
【００８２】
また、実施の形態１〜３では、負荷１９やスタータ２１を電力消費電装品として出力端子１３に電気的に接続しているが、これらは電源装置において必須のものではない。すなわち、例えばアイドリングストップ車において発電機１１がスタータ２１の役割を有するモータジェネレータであり、蓄電部２９に蓄えられた回生電力をモータジェネレータのみで消費する場合は、電源装置の構成に負荷１９やスタータ２１は不要である。同様に、電源装置を建設機械やエレベータに適用し、それらを駆動するモータが回生電力の発電を行う場合においても、蓄電部２９に蓄えた回生電力をモータのみで消費する構成であれば負荷１９は不要である。
【００８３】
また、実施の形態１における図２Ｂの時刻ｔ３や、実施の形態２における図３Ｂの時刻ｔ３において、発電機１１の調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（１５Ｖ）から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）に切り替わっている。この時、出力電圧Ｖｄは、主電源１７の電圧追従性が遅いため、最大で数秒程度かかって上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）に至る。しかしながら、図２Ｃや図３Ｃの横軸（時刻）のスケールに対してこの数秒程度は僅かである。したがってこれらの図では時刻ｔ３で出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１から上方制御電圧Ｖｄｕへ直ちに至るように描写している。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明による電源装置では蓄電部の充放電を制御して全体効率を向上できるので、特に制動時に回生電力を蓄電部に蓄え、必要な時に放電する電源装置等として有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１１    発電機
１３    出力端子
１７    主電源
１９    負荷
２１    スタータ
２２    グランド端子
２３    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５    入出力端子
２７    蓄電部端子
２９    蓄電部
３１    出力電圧検出回路
３３    蓄電部電圧検出回路
３５    制御回路
３７    車両側制御回路（調整電圧制御部）
４１    調整端子
【図１】
2011001606.tif 000003
【図２Ａ】
2011001606.tif 000004
【図２Ｂ】
2011001606.tif 000005
【図２Ｃ】
2011001606.tif 000006
【図２Ｄ】
2011001606.tif 000007
【図２Ｅ】
2011001606.tif 000008
【図３Ａ】
2011001606.tif 000009
【図３Ｂ】
2011001606.tif 000010
【図３Ｃ】
2011001606.tif 000011
【図３Ｄ】
2011001606.tif 000012
【図３Ｅ】
2011001606.tif 000013
【図４】
2011001606.tif 000014
【図５】
2011001606.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月2日(2010.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動体に搭載される電源装置であって、
充放電可能な主電源と、
出力端子とグランド端子とを有し、前記出力端子で前記主電源に接続され、前記動体を減速させる際に回生電力を発生する発電機と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端で前記発電機の前記出力端子に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２端に電気的に接続された蓄電部と、
前記発電機の前記出力端子と前記発電機の前記グランド端子との間に電気的に直接接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｄ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力電圧検出回路とに電気的に接続された制御回路と、
前記出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を前記発電機に入力する調整電圧制御部と、を備え、
前記発電機が前記回生電力を発生するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定し、前記制御回路は前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記発電機が前記回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定し、前記制御回路は、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、前記回生電力が前記主電源に最大限充電される値に設定されている、
電源装置。
【請求項２】
前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）は、前記蓄電部が放電可能で、かつ前記主電源の電圧にできるだけ近い値に設定されている、
請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記蓄電部および前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至れば、前記上限電圧（Ｖｃｕ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至れば、前記下限電圧（Ｖｃｋ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差である第１既定電圧幅（ΔＶ１）と、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差である第２既定電圧幅（ΔＶ２）とが、前記発電機の出力電圧最大誤差幅と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅（ΔＶｅｒ）に設定されている、
請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）をデジタル信号により前記発電機に入力する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記調整電圧制御部が前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替える際に、既定経時切替関数により徐々に切り替える、
請求項１記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差を第１既定電圧幅（ΔＶ１）と定義し、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差を第２既定電圧幅（ΔＶ２）と定義するとき、
前記発電機が前記回生電力を発生する際には、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）から前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）まで上げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ高くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ低い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御し、
前記回生電力の発生が終了すると、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）から前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）まで下げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ低くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ高い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御する、
請求項６記載の電源装置。
【請求項８】
動体に搭載される電源装置であって、
充放電可能な主電源と、
出力端子とグランド端子とを有し、前記出力端子で前記主電源に接続され、前記動体を減速させる際に回生電力を発生する発電機と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端で前記発電機の前記出力端子に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２端に電気的に接続された蓄電部と、
前記発電機と電気的に接続され、前記発電機が電圧制御を行なう対象となる回路部分に設けた調整端子と、
前記調整端子と前記発電機の前記グランド端子との間に電気的に直接接続され、前記調整端子に対して調整する電圧である出力電圧（Ｖｄ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力電圧検出回路とに電気的に接続された制御回路と、
前記出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を前記発電機に入力する調整電圧制御部と、を備え、
前記発電機が前記回生電力を発生するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定し、前記制御回路は前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記発電機が前記回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定し、前記制御回路は、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、前記回生電力が前記主電源に最大限充電される値に設定されている、
電源装置。
【請求項９】
前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）は、前記蓄電部が放電可能で、かつ前記主電源の電圧にできるだけ近い値に設定されている、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１０】
前記蓄電部および前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至れば、前記上限電圧（Ｖｃｕ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至れば、前記下限電圧（Ｖｃｋ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差である第１既定電圧幅（ΔＶ１）と、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差である第２既定電圧幅（ΔＶ２）とが、前記発電機の出力電圧最大誤差幅と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅（ΔＶｅｒ）に設定されている、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１２】
前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）をデジタル信号により前記発電機に入力する、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１３】
前記調整電圧制御部が前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替える際に、既定経時切替関数により徐々に切り替える、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１４】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差を第１既定電圧幅（ΔＶ１）と定義し、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差を第２既定電圧幅（ΔＶ２）と定義するとき、
前記発電機が前記回生電力を発生する際には、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）から前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）まで上げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ高くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ低い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御し、
前記回生電力の発生が終了すると、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）から前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）まで下げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ低くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ高い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を追従制御する、
請求項１３記載の電源装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月9日(2011.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子に電力を蓄え、蓄えた電力を必要な時に蓄電素子から放電させる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、制動時に発生する回生電力を蓄電素子に蓄えて有効利用することにより、省燃費にした車両が提案されている。このような車両に用いられる電力制御装置が、例えば特許文献１に提案されている。図５はこのような電力制御装置のブロック回路図である。
【０００３】
主電源１０１は鉛バッテリであり、その正極にはイグニションスイッチ１０３を介して負荷１０５が接続されている。また、主電源１０１の正極には車両用の発電機１０７が接続されている。発電機１０７はエンジン１０９と機械的に接続されており、エンジン１０９の動作により発電機１０７が駆動される。さらに、エンジン１０９はタイヤ１１１に機械的に接続されており、エンジン１０９の駆動力によりタイヤ１１１が回転し、車両を走行させる。また、制動による減速時には、車両の慣性によりタイヤ１１１が回転し、これによりエンジン１０９も回転する。この回転エネルギーにより発電機１０７が駆動され、回生電力が生じる。
【０００４】
このような車両に対し、回生電力を効率よく回収するために、発電機１０７にはＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を介して蓄電素子１１５が接続されている。蓄電素子１１５は大容量の電気二重層キャパシタで構成されているので、急減速時等に発生する短期間の大電力を効率よく回収できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３には、その動作を制御するために演算装置１１７が接続されている。さらに、演算装置１１７には車両側から様々な信号を受信するための信号受信用端子１１９が設けられている。したがって、演算装置１１７は車両の走行状態やエンジン１０９の動作状態、主電源１０１の電圧状態等を信号受信用端子１１９から受信することにより、それらの状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を制御し、蓄電素子１１５の充放電を制御する。
【０００５】
このような電力制御装置によって、短期間に発生する大電力を含む減速時の回生電力を、一旦蓄電素子１１５に充電することができる。そして、減速時以外に充電した回生電力を主電源１０１や負荷１０５に供給することができる。その結果、効率よく制動エネルギーを回生することが可能となる。
【０００６】
しかしながらＤＣ／ＤＣコンバータ１１３の効率は、例えば１００Ａの電流を流した場合、８０％程度であるので、２０％分は熱損失となる。しかも、このような回路構成では、蓄電素子１１５に充電する場合にも蓄電素子１１５が放電する場合にも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を電流が流れる。そのため、充電、放電のそれぞれの過程で上記の熱損失が２回発生する。したがって、全体の効率が低下する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−２９６３３２号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、定電圧制御による蓄電部の充放電における全体効率を向上することが可能な、動体に搭載される電源装置である。
【０００９】
本発明の電源装置は、充放電可能な主電源と、発電機と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電部と、出力電圧検出回路と、制御回路と、調整電圧制御部と、を有する。発電機は出力端子とグランド端子とを有し、出力端子で主電源に接続され、動体を減速させる際に回生電力を発生する。ＤＣ／ＤＣコンバータは第１端と第２端とを有し、第１端で発電機の出力端子に電気的に接続されている。蓄電部はＤＣ／ＤＣコンバータの第２端に電気的に接続されている。出力電圧検出回路は発電機の出力端子とグランド端子との間に電気的に直接接続され、出力端子の出力電圧（Ｖｄ）を検出する。制御回路はＤＣ／ＤＣコンバータと出力電圧検出回路とに電気的に接続されている。調整電圧制御部は出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を発電機に入力する。調整電圧制御部は発電機が回生電力を発生するタイミングを受けて、調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定する。そして制御回路は出力電圧（Ｖｄ）が第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。また調整電圧制御部は、発電機が回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定する。そして制御回路は出力電圧（Ｖｄ）が第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。そして下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、回生電力が主電源に最大限充電される値に設定されている。
【００１０】
あるいは、発電機が電圧制御を行なう対象となる回路部分に、発電機と電気的に接続された調整端子が設けられ、出力電圧検出回路は発電機の出力端子に替えて調整端子に電気的に直接接続され、調整端子に対して調整される電圧である出力電圧（Ｖｄ）を検出するように構成する。
【００１１】
本発明によれば、回生電力が主電源に最大限充電される値に設定された下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように出力電圧（Ｖｄ）を制御する。そのため、回生電力を蓄電部と主電源に充電する際、主電源への充電量を増大することができる。したがって、その分、蓄電部を充電する時のＤＣ／ＤＣコンバータや配線抵抗による熱損失を低減できる。これにより電源装置の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による電源装置のブロック回路図
【図２Ａ】本発明の実施の形態１における電源装置を搭載した車両の速度の経時変化図
【図２Ｂ】本発明の実施の形態１における電源装置の発電機の調整電圧Ｖａの経時変化図
【図２Ｃ】本発明の実施の形態１における電源装置の発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化図
【図２Ｄ】本発明の実施の形態１における電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化図
【図２Ｅ】本発明の実施の形態１における電源装置の蓄電部の電圧Ｖｃの経時変化図
【図３Ａ】本発明の実施の形態２における電源装置を搭載した車両の速度の経時変化図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態２における電源装置の発電機の調整電圧Ｖａの経時変化図
【図３Ｃ】本発明の実施の形態２における電源装置の発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化図
【図３Ｄ】本発明の実施の形態２における電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化図
【図３Ｅ】本発明の実施の形態２における電源装置の蓄電部の電圧Ｖｃの経時変化図
【図４】本発明の実施の形態３による電源装置のブロック回路図
【図５】従来の電力制御装置のブロック回路図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお各実施の形態において、先行する実施の形態と同様の構成をなすものには同じ符号を付して説明し、詳細な説明を省略する場合がある。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による電源装置のブロック回路図である。図２Ａ〜図２Ｅは本発明の実施の形態１における電源装置の各種特性の経時変化図である。図２Ａはこの電源装置を搭載した車両の速度の経時変化を、図２Ｂは発電機の調整電圧Ｖａの経時変化を、図２Ｃは発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化を、図２ＤはＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化を、図２Ｅは蓄電部の電圧Ｖｃの経時変化図を、それぞれ示す。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、それぞれ示す。また、図２の各図において、横軸は時刻である。この電源装置は動体である例えば車両に搭載されている。この電源装置は充放電可能な主電源１７と、発電機１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、蓄電部２９と、出力電圧検出回路３１と、制御回路３５と、蓄電部電圧検出回路３３とを有する。
【００１５】
主電源１７は例えば鉛バッテリで構成されている。発電機１１は出力端子１３とグランド端子２２とを有し、出力端子１３で電力系配線により主電源１７に接続され、車両を減速させる際に回生電力を発生する。すなわち、発電機１１はエンジン（図示せず）と機械的に接続されており、エンジンの回転に応じて電力を発生する。
【００１６】
なお、発電機１１の出力端子１３における出力電圧Ｖｄは、車両側制御回路３７からの信号、すなわち調整電圧Ｖａによって設定される。本実施の形態では、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２の２段階であるとする。また第１既定出力電圧Ｖｄｃ１を１５Ｖ、第２既定出力電圧Ｖｄｃ２を１３Ｖとする。このように、車両側制御回路３７は発電機１１の出力端子１３の出力電圧Ｖｄを調整するための調整電圧Ｖａを発電機１１に入力する調整電圧制御部として機能する。これ以外に、制御回路３５あるいは別に設けられた制御部が車両側制御回路３７からの信号を受け、発電機１１に調整電圧Ｖａを入力する構成でもよい。
【００１７】
さらに、出力端子１３には電力系配線により負荷１９とスタータ２１が電気的に接続されている。負荷１９は各種車載電装品であり、スタータ２１はエンジンを始動するためのモータである。スタータ２１は図示しないイグニションスイッチにより駆動、停止が制御される。なお、発電機１１のグランド端子２２は車両側のグランドに電気的に接続されている。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は第１端である入出力端子２５と第２端である蓄電部端子２７とを有し、入出力端子２５で電力系配線により発電機１１の出力端子１３に電気的に接続されている。蓄電部２９はＤＣ／ＤＣコンバータ２３の蓄電部端子２７に電気的に接続されている。蓄電部２９は例えば、定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを４個直列に接続して構成されている。この場合、蓄電部２９の上限電圧Ｖｃｕは１０Ｖである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の耐電流を考慮して、下限電圧Ｖｃｋは５Ｖに設定されている。したがって、蓄電部２９の電圧Ｖｃは５Ｖから１０Ｖまでの間で変化する。
【００１９】
ここで、出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａにより１３Ｖから１５Ｖまでの間で変化するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の入出力端子２５の電圧も同様の範囲となる。一方、蓄電部端子２７の電圧は蓄電部２９の電圧Ｖｃであり５Ｖから１０Ｖまでの間で変化する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は入出力端子２５の電圧を降圧して蓄電部２９を充電するとともに、蓄電部２９の電圧Ｖｃを昇圧して入出力端子２５から放電する。このようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３は双方向コンバータ構成を有する。
【００２０】
出力電圧検出回路３１は発電機１１の出力端子１３とグランド端子２２との間に信号系配線で電気的に直接接続され、出力端子１３の出力電圧Ｖｄを検出する。これにより、出力電圧検出回路３１は各配線における内部抵抗値に影響されず高精度にグランド端子２２を基準とした出力端子１３の出力電圧Ｖｄを検出できる。
【００２１】
蓄電部電圧検出回路３３は蓄電部２９の両端、すなわち蓄電部端子２７とグランドとの間に信号系配線で接続されて蓄電部２９の電圧Ｖｃを検出して制御回路３５に入力する。すなわち蓄電部電圧検出回路３３は蓄電部２９および制御回路３５に電気的に接続され、蓄電部２９の電圧Ｖｃを検出する。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、出力電圧検出回路３１、蓄電部電圧検出回路３３および車両側制御回路３７は、信号系配線により制御回路３５と電気的に接続されている。すなわち制御回路３５はＤＣ／ＤＣコンバータ２３と出力電圧検出回路３１とに電気的に接続されている。制御回路３５は出力電圧検出回路３１で検出した出力電圧Ｖｄ、蓄電部電圧検出回路３３で検出した電圧Ｖｃおよび車両側制御回路３７から出力される回生信号ｒｅｇに基いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御信号ｃｏｎｔを出力する。制御回路３５は出力電圧Ｖｄと蓄電部２９の電圧Ｖｃの、それぞれの基準信号との比較回路や論理回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３をスイッチング動作させるパルス波形発生回路等により構成されている。なお、制御回路３５はマイクロコンピュータと周辺回路によるデジタル回路で構成してもよい。
【００２３】
次に図２Ａ〜図２Ｅを参照しながら、このような電源装置の動作を説明する。なお、以下の説明において、車両の走行とは、車両が加速走行、定速走行、または運転者のブレーキ操作を伴わずに減速走行（慣性走行）している状態であると定義する。また運転者のブレーキ操作を伴う減速走行については制動と定義する。
【００２４】
図２Ａに示すように、時刻ｔ０で車両が走行を開始し、経時的に車速が増加する。この時、発電機１１はエンジンの回転に伴い、燃料を消費する発電を行う。また車両側制御回路３７は車両の走行、制動に応じた値の調整電圧Ｖａを出力する。図２Ｂに示すように車両の走行時にはＶａは１３Ｖである。このとき図２Ｃに示すように、発電機１１の出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａによって、第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）となるように制御される。
【００２５】
このように、発電機１１は時刻ｔ０から加速が終わる時刻ｔ１までの間は走行時であるので、図２Ｂに示すように１３Ｖの調整電圧Ｖａが発電機１１に入力される。これを受け、発電機１１は出力電圧Ｖｄが１３Ｖになるように制御される。そのため図２Ｃに示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１では出力電圧Ｖｄが１３Ｖになる。
【００２６】
なお、時刻ｔ０の時点では図２Ｅに示すように蓄電部２９は放電されて、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）になっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３はこれ以上蓄電部２９が放電されないようにするために、制御対象を電圧Ｖｃとする。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部端子２７の電圧を制御する。その制御目標となる基準電圧Ｖｓｔは下限電圧Ｖｃｋとなる。
【００２７】
このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、本来であれば入出力端子２５の電圧（出力電圧Ｖｄ）が第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）になるように制御するはずである。しかしながら、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（１０Ｖ）、または下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）に至れば、蓄電部２９の過充電や過放電を避けるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３はそれらの値を維持するように制御する。また、蓄電部電圧Ｖｃがあまりに下がりすぎるとＤＣ／ＤＣコンバータ２３の効率が低下するので、それを回避するためにも下限電圧Ｖｃｋを設定している。したがってＤＣ／ＤＣコンバータ２３は入出力端子２５の電圧（出力電圧Ｖｄ）を制御せず、出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａによってのみ決定される。図２Ｄの時刻ｔ０から時刻ｔ１などに示す太点線は、本来制御される入出力端子２５の電圧に対する基準電圧Ｖｓｔを示している。すなわち、図２Ｄの時刻ｔ０から時刻ｔ１では、本来、出力電圧Ｖｄは後述する上方制御電圧Ｖｄｕ（＝１３．１Ｖ）に制御されるはずである。しかしながら、電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを維持するように制御している。以後の図２Ｄにおける太点線の意味も同様であり、本来制御される入出力端子２５の電圧に対する基準電圧Ｖｓｔを示している。
【００２８】
次に、時刻ｔ１で図２Ａに示すように車両の制動が開始される。これにより発電機１１に回生電力が発生するとともに、車両側制御回路３７は回生信号ｒｅｇを制御回路３５に入力する。車両側制御回路３７は、車両の車速信号と、少なくともブレーキ信号、燃料噴射信号、またはアクセル信号のいずれかに基づいて回生信号をオンにする。車両側制御回路３７が車速信号とブレーキ信号に基づいて回生信号を生成する場合は、車速信号が減速状態を示し、かつブレーキが踏まれてブレーキ信号がオンになっている場合に回生信号を発する。同様に、車速信号と燃料噴射信号に基づいて回生信号を生成する場合は、車速信号から車速が減速状態にあり、かつアクセルが踏まれておらず燃料噴射信号がオフになっている場合に回生信号を発する。また、車速信号とアクセル信号に基づいて回生信号を生成する場合は、車速信号から車両が加速状態であるにもかかわらずアクセル信号がオフになっている場合、すなわち下り坂を走行している場合に回生信号を発する。なお、車速信号、ブレーキ信号、燃料噴射信号、およびアクセル信号の内の３つの信号、または全ての信号を基に回生信号を発するようにしてもよい。また、ブレーキ信号はブレーキペダルのオンオフ信号でもよいし、ブレーキ油圧信号でもよい。ここでは、これらを総称してブレーキ信号と呼ぶ。
【００２９】
また車両側制御回路３７は調整電圧制御部として機能し、図２Ｂに示すように、発電機１１の調整電圧Ｖａを１５Ｖにする。そのため発電機１１はその出力電圧Ｖｄを１５Ｖに上げようとする。しかし、同時にＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象を出力電圧Ｖｄに切り替える。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は入出力端子２５の電圧を制御する。そのため、図２Ｄに示すように基準電圧Ｖｓｔは下方制御電圧Ｖｄｋになる。
【００３０】
ここで、下方制御電圧Ｖｄｋとは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い電圧のことを意味する。下方制御電圧Ｖｄｋは、回生電力が主電源１７に最大限充電されるように設定されている。より具体的には以下のようにして決定されていることが好ましい。
【００３１】
まず、第１既定電圧幅ΔＶ１は、発電機１１の出力電圧最大誤差幅とＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅ΔＶｅｒとして求める。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧制御最大誤差幅には出力電圧検出回路３１の検出誤差も含む。例えば、発電機１１の出力電圧最大誤差幅が約０．０５Ｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧制御最大誤差幅が約０．０５Ｖであれば、総誤差幅ΔＶｅｒは０．１Ｖとなる。この値より、下方制御電圧Ｖｄｋは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（１５Ｖ）よりも第１既定電圧幅ΔＶ１（０．１Ｖ）だけ低い電圧、すなわち１４．９Ｖと決定される。
【００３２】
以上のようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ２３は基準電圧Ｖｓｔを下方制御電圧Ｖｄｋに設定する。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ２３は発電機１１が調整電圧Ｖａによって１５Ｖに上げようとしている出力電圧Ｖｄを下方制御電圧Ｖｄｋ（１４．９Ｖ）にしようと動作する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２９を充電する。これにより、図２Ｃに示すように、制動時における時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は出力電圧Ｖｄが下方制御電圧Ｖｄｋを維持する。また、上述のように蓄電部２９に回生電力が充電されるので、図２Ｅに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで蓄電部電圧Ｖｃは経時的に上昇する。
【００３３】
一方、出力電圧Ｖｄは図２Ｃより１４．９Ｖであり、主電源１７の開放電圧である１３Ｖよりも高いので、回生電力は主電源１７にも充電される。一般的には、大電流の回生電力を吸収するために、蓄電池で構成された主電源１７よりもキャパシタで構成された蓄電部２９への充電電力比率を大きくすることが多い。そのため、下方制御電圧Ｖｄｋを１４Ｖ程度に設定するのが一般的である。しかしながら本実施の形態では下方制御電圧Ｖｄｋを１４．９Ｖに設定している。このように回生時における出力電圧Ｖｄが高いので、主電源１７への充電量が増える。したがって、一般的な場合に比べ、主電源１７への充電量の割合が増え、蓄電部２９への充電量の割合が減る。その結果、主電源１７への回生電力の直接充電量が増加し、かつ蓄電部２９から主電源１７への充電量が低減する。そのため、熱損失の大きいＤＣ／ＤＣコンバータ２３を流れる電力が小さくなるので車両全体としての効率が向上する。
【００３４】
なお蓄電部２９に用いられる電気二重層キャパシタやＤＣ／ＤＣコンバータ２３の部品の中には、発電機１１が設けられているエンジンルームに対する耐熱性が十分ではないものがある。そのため、電源装置の内、蓄電部２９やＤＣ／ＤＣコンバータ２３は車室内やトランクルームなど高温にならない場所に設置する必要がある。この場合、発電機１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２３までの配線距離が長くなり、回生電力発生時の最大電流値で蓄電部２９を充電しようとすると、配線抵抗による熱損失が発生する。例えば配線抵抗が０．０２Ω、回生電力発生時の最大電流値が１００Ａの場合、熱損失は２００Ｗに及ぶ。
【００３５】
しかしながら上述のように回生時の蓄電部２９への充電量の割合を低下すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の熱損失に加え、配線抵抗の熱損失の影響も小さくすることができる。そのため、発電機１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２３までの配線が長い構成であっても、高効率な電源装置が実現できる。
【００３６】
なお蓄電部２９は急速充放電特性に優れる電気二重層キャパシタで構成されているので、回生電力の発生初期（時刻ｔ１）における急峻な変化分を十分に充電できる。したがって、全体としての回収効率が向上する。
【００３７】
ここで、このような制御によって高効率に回生電力を利用するには、下方制御電圧Ｖｄｋができるだけ第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に近い方が望ましい。しかし、あまり近すぎると出力電圧Ｖｄの変動やＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御誤差により、出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１を超えてしまう可能性がある。この場合は、回生電力が発生しているのに蓄電部２９に充電できないばかりか、蓄電部２９から電力が放電され逆流してしまう。ゆえに、下方制御電圧Ｖｄｋを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い電圧として決定する。このとき下方制御電圧Ｖｄｋは、回生電力が主電源１７に最大限充電されるように設定されている。特に第１既定電圧幅ΔＶ１を総誤差幅ΔＶｅｒに設定することが好ましい。これにより、蓄電部２９からの逆流を低減しつつ、できるだけ多くの回生電力を主電源１７に充電することができ、全体の効率向上が可能となる。なお、第１既定電圧幅ΔＶ１は総誤差幅ΔＶｅｒよりも大きい値と決定してもよいが、上記したように、できるだけ回生電力を主電源１７に充電し、前記熱損失を低減するためには、第１既定電圧幅ΔＶ１を総誤差幅ΔＶｅｒに近づける方が望ましい。
【００３８】
なお、このように電圧を制御するためには、出力電圧検出回路３１を出力端子１３とグランド端子２２に直接接続する必要がある。このように接続すれば、発電機１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２３までの電力系配線の配線抵抗が影響しないように出力電圧Ｖｄを検出することができる。したがって、この高精度な出力電圧Ｖｄにより、第１既定電圧幅ΔＶ１が０．１Ｖ程度のオーダーの精度になるようＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御することが可能となる。このような高精度制御により、主電源１７に回生電力ができるだけ多く充電され、かつＤＣ／ＤＣコンバータ２３に流れる電流が低減されてその発熱損失を抑制することができる。そのため、電源装置の効率が向上する。
【００３９】
ここで図２Ａ〜図２Ｅの時刻ｔ２以降の説明に戻る。制動中の時刻ｔ２で図２Ｅに示すように蓄電部２９の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（１０Ｖ）に至る。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２９の過充電を避けるために、図２Ｄに示すように電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕを維持するように制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部電圧検出回路３３が検知した蓄電部端子２７の電圧Ｖｃを制御する。その結果、入出力端子２５の電圧である出力電圧ＶｄはＤＣ／ＤＣコンバータ２３による制御対象ではなくなる。そのため、図２Ｃに示すように時刻ｔ２で出力電圧Ｖｄは調整電圧Ｖａにより制御され第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（１５Ｖ）となり、回生電力は主電源１７に充電されるとともに負荷１９へ供給される。
【００４０】
次に図２Ａに示すように、時刻ｔ３で車両が再び加速走行すると、回生信号ｒｅｇはオフになる。すると図２Ｂに示すように調整電圧Ｖａは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）に戻る。この時、蓄電部２９に蓄えた回生電力を放電するために、図２Ｄに示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３は基準電圧Ｖｓｔを上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）に切り替え、出力電圧Ｖｄを制御して上方制御電圧Ｖｄｕの値にする。
【００４１】
ここで、上方制御電圧Ｖｄｕとは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２よりも第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い電圧のことを意味し、主電源１７の電圧に近く、かつ蓄電部２９が放電可能な値に設定されている。具体的には以下のようにして決定することが好ましい。
【００４２】
まず、第２既定電圧幅ΔＶ２を、第１既定電圧幅ΔＶ１と同様に総誤差幅ΔＶｅｒ（０．１Ｖ）として求める。この値より、上方制御電圧Ｖｄｕは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）よりも第２既定電圧幅ΔＶ２（０．１Ｖ）だけ高い電圧、すなわち１３．１Ｖと決定される。
【００４３】
以上のようにして基準電圧Ｖｓｔを上方制御電圧Ｖｄｕに設定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は発電機１１によって１３Ｖに下げられようとしている出力電圧Ｖｄを上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）にしようと動作する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２９に貯められた回生電力を放電させる。これにより、図２Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の走行時には出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕに保持される。また、上述のように蓄電部２９が放電されるので、図２Ｅに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで蓄電部２９の電圧Ｖｃは経時的に下降する。
【００４４】
一般的には、蓄電部２９の放電を優先するために、上方制御電圧Ｖｄｕを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２と中間の１４Ｖ程度に設定することが多い。しかしながら本実施の形態では上方制御電圧Ｖｄｕを中間値よりも低い１３．１Ｖに設定している。このように時刻ｔ３から時刻ｔ４における上方制御電圧Ｖｄｕを１３．１Ｖと低く設定することにより、一旦蓄電部２９に貯められた回生電力が主電源１７に充電されてしまう電力量が減少し、主に負荷１９に供給される。したがって、蓄電部２９から主電源１７に充電される際の、主電源１７の内部抵抗による損失をできるだけ小さくすることができる。蓄電部２９を放電する際にこのように電圧制御することによって、時刻ｔ１から時刻ｔ２で述べた回生電力の主電源１７への直接充電量増加と相まって全体的に高効率な電源装置が実現できる。
【００４５】
ここで、このような制御により高効率化するには、上方制御電圧Ｖｄｕができるだけ第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に近い方が望ましい。しかし、あまり近すぎると出力電圧Ｖｄの変動やＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御誤差により、出力電圧Ｖｄが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２を下回ってしまう可能性がある。この場合、蓄電部２９が回生電力の放電途中に発電機１１からの発電電力を充電してしまう。このとき、車両が制動中ではないので、燃料を消費して発電した電力になり、燃費が悪くなることがある。ゆえに、上方制御電圧Ｖｄｕを第２既定出力電圧Ｖｄｃ２よりも第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高くし、第２既定電圧幅ΔＶ２を小さく設定することで、上方制御電圧Ｖｄｕを蓄電部２９が放電可能で、かつ主電源１７の電圧にできるだけ近い値に設定する。具体的には例えば第２既定電圧幅ΔＶ２を総誤差幅ΔＶｅｒとする。これにより、蓄電部２９への充電可能性を低減しつつ、蓄電部２９が蓄えた回生電力をできるだけ主電源１７に充電せずに負荷１９へ供給することができ、全体の効率が向上する。
【００４６】
なお、第２既定電圧幅ΔＶ２も総誤差幅ΔＶｅｒよりも大きい値に決定してもよいが、上述のように、できるだけ蓄電部２９から主電源１７へ充電しないようにするためには第２既定電圧幅ΔＶ２を総誤差幅ΔＶｅｒに近づける方が望ましい。
【００４７】
また、第１既定電圧幅ΔＶ１と第２既定電圧幅ΔＶ２はいずれも等しい値としたが、これに限定されない。例えば出力電圧検出回路３１の精度が電圧の絶対値に応じて変化する場合や、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３による蓄電部２９の充電時の制御精度と放電時の制御精度が異なる場合には、それぞれの状態に応じた最適な第１既定電圧幅ΔＶ１と第２既定電圧幅ΔＶ２を個別に設定してもよい。
【００４８】
その後、図２Ｅに示すように時刻ｔ４で電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、図２Ｄに示すように基準電圧Ｖｓｔは下限電圧Ｖｃｋに切り替わる。その結果、時刻ｔ４以降、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は電圧Ｖｃを下限電圧Ｖｃｋに保持する。同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は出力電圧Ｖｄの制御を行わなくなるので、図２Ｃに示すように、出力電圧Ｖｄは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）となる。この状態は時刻ｔ０以降と同じである。以上の動作を繰り返して回生電力を充放電することで、全体の効率を改善できる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態による電源装置では、発電機１１が回生電力を発生するタイミング（制動開始）を受けて、調整電圧制御部である車両側制御回路３７は調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に設定する。また制御回路３５は出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い下方制御電圧ＶｄｋになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。
【００５０】
ここで、下方制御電圧Ｖｄｋが、回生電力が主電源１７に最大限充電される値に設定されていることで、主電源１７への回生電力の直接充電量が増加し、蓄電部２９への充電量が低減する。そのため、熱損失の大きいＤＣ／ＤＣコンバータ２３を流れる電力が小さくなるので車両全体としての効率が向上する。
【００５１】
一方、発電機１１が回生電力の発生を終了するタイミング（制動終了）を受けて、車両側制御回路３７は調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１よりも低い第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に設定する。また制御回路３５は、出力電圧Ｖｄが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２よりも第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い上方制御電圧ＶｄｕになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。
【００５２】
ここで上方制御電圧Ｖｄｕが、蓄電部２９が放電可能で、かつ主電源１７の電圧にできるだけ近い値に設定されていることが好ましい。これにより、蓄電部２９への充電可能性を低減しつつ、蓄電部２９が蓄えた回生電力をできるだけ主電源１７に充電せずに負荷１９へ供給することができ、全体の効率が向上する。
【００５３】
なお、本実施の形態では制動中に蓄電部２９が満充電される場合を説明した。一方、制動期間が短く満充電されない場合は、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至っていなくても直ちに時刻ｔ３の動作を行い、蓄電部２９を放電する。これにより、少しでも回生電力を負荷１９に供給できる。そのため効率が向上する。
【００５４】
また、本実施の形態では図２Ｅの時刻ｔ３から時刻ｔ４までの走行中に電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る場合を説明した。一方、走行期間が短くて下限電圧Ｖｃｋまで蓄電部２９が放電される前に制動された場合は、直ちに時刻ｔ１の動作を行い、主電源１７と蓄電部２９に回生電力を充電する。これによっても、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至るまで少しでも回生電力を回収でき、効率が向上する。
【００５５】
（実施の形態２）
図３Ａ〜図３Ｅは本発明の実施の形態２における電源装置の各種特性の経時変化図である。図３Ａは車速の経時変化を、図３Ｂは発電機の調整電圧Ｖａの経時変化を、図３Ｃは発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化を、図３ＤはＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化を、図３Ｅは蓄電手段の蓄電部電圧Ｖｃの経時変化を、それぞれ示す。
【００５６】
本実施の形態では電源装置をアイドリングストップ車に搭載した場合について、その特徴となる動作を説明する。なお、本実施の形態における電源装置の構成は実施の形態１の図１と同じであるので、詳細な説明を省略する。また図３において時刻ｔ０から時刻ｔ３までの動作は実施の形態１と同じである。
【００５７】
次に、図３Ａに示すように、時刻ｔ３で車両が停止するとエンジンも停止し、アイドリングストップ状態となる。この場合にも、制御回路３５の動作は図２の時刻ｔ３における動作と同じである。これにより、蓄電部２９が蓄えた回生電力が主に負荷１９へ放電され、主電源１７への充電を極力低下させる。したがって、負荷１９はアイドリングストップ中も蓄電部２９の電力により駆動し続けることができるとともに、効率を向上することが可能となる。なお、時刻ｔ３から時刻ｔ５まではエンジンが停止しているので、発電機１１も発電しない。しかし、車両が制動時ではないので、車両側制御回路３７は図３Ｂに示すように調整電圧Ｖａを第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に切り替える。
【００５８】
次に、時刻ｔ５で運転者がブレーキペダルからアクセルペダル（いずれも図示せず）に踏み替えて、車両を走行させる動作を行う。これらのペダル踏み替えを車両側制御回路３７が検出すると、直ちに車両側制御回路３７はスタータ２１を駆動するよう、図示しないエンジン始動回路を制御する。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は図３Ｃに示すように、出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）になるように制御している。この電圧は主電源１７の開放電圧（１３Ｖ）よりも高い。したがって、スタータ２１へは蓄電部２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して電力が供給される。この際、スタータ２１には数１００Ａの大電流が一時的に流れるので、電圧Ｖｃは図３Ｅに示すように時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間に急峻に低下する。但し、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）に至っていないので、出力電圧Ｖｄは上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）に維持される。
【００５９】
その後、時刻ｔ６でスタータ２１の駆動が終了し、エンジンが再始動すると、図３Ａに示すように車両は走行を開始する。この時点においても電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至っていないので、負荷１９の消費電力が変わっていなければ図３Ｅの時刻ｔ３から時刻ｔ５までと同じ傾きで電圧Ｖｃは経時的に低下する。この期間は図２の時刻ｔ３から時刻ｔ４と同じ状態であるので、蓄電部２９の電力が主電源１７に極力充電されないよう制御される。したがって、実施の形態１と同様に効率が向上する。
【００６０】
次に、時刻ｔ７で電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象は出力端子１３の出力電圧Ｖｄから電圧Ｖｃに切り替わり、電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを維持するように制御される。この動作は図２の時刻ｔ４と同じ動作である。このように動作することで、蓄電部２９の過放電の可能性を低減している。また、この動作により発電機１１の第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）による発電制御が有効になるので、エンジンが再始動した時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間は、発電機１１の発電が停止していることになり、その分、省燃費になる。
【００６１】
時刻ｔ７以後では、次に回生信号ｒｅｇがオンになるまで、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋに保持される。この時刻ｔ７以降の状態は時刻ｔ０と同じであるので、以後同様の動作を繰り返す。
【００６２】
以上の構成、動作により、アイドリングストップ車に搭載した場合であっても、全体の効率が向上する電源装置を実現できる。
【００６３】
なお、本実施の形態で述べたように、電源装置をアイドリングストップ車に適用することにより、蓄電部２９が蓄えた回生電力をスタータ２１により下限電圧Ｖｃｋまで放電できる可能性が高くなる。そのため、回生電力の利用効率が上がるとともに、次回の制動時にできるだけ多くの回生電力を充電できるので、さらなる回収効率の向上が可能となる。また、アイドリングストップ車は車両の停止時にエンジンを停止するので、その間の燃料消費がない。したがって、本実施の形態の電源装置を搭載したアイドリングストップ車は、車両トータルの効率が向上し省燃費が可能となる。
【００６４】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における電源装置のブロック回路図である。なお、図４において太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、それぞれ示す。
【００６５】
図４において、図１の構成と同じ部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態が実施の形態１と異なるのは以下の点である。
【００６６】
１）発電機１１と電気的に接続され、発電機１１が電圧制御を行なう対象となる回路部分に調整端子４１が設けられている。なお、本実施の形態では発電機１１が電圧制御を行なう対象となる回路部分を主電源１７の正極端子部分としている。したがって、発電機１１は調整端子４１の電圧（すなわち主電源１７の正極の電圧）が調整電圧Ｖａになるように制御する。ゆえに、実施の形態１、２で述べた出力電圧Ｖｄは調整端子４１の電圧となる。また、調整電圧Ｖａは実施の形態１、２で述べた構成の場合は出力端子１３の電圧を調整するための電圧であるが、本実施の形態ではこれに替わって、調整電圧Ｖａは調整端子４１の電圧を調整するための電圧とする。
【００６７】
２）出力電圧検出回路３１は出力端子１３に替わって調整端子４１に電気的に直接接続されるとともにグランド端子２２に電気的に直接接続され、調整端子４１の電圧を出力電圧Ｖｄとして検出する。
【００６８】
上記以外の構成は実施の形態１で示した図１の構成と同じである。また、本実施の形態の動作は実施の形態１で説明した図２Ａ〜図２Ｅの動作や、実施の形態２で説明した図３Ａ〜図３Ｅの動作と同じであるので、詳細な動作説明は省略する。
【００６９】
出力端子１３から調整端子４１までの間には配線抵抗が存在する。したがって、図４に示すように、発電機１１が調整電圧Ｖａで調整端子４１の電圧（出力電圧Ｖｄ）を制御する構成で、かつ図１のように出力電圧検出回路３１が出力端子１３の電圧を検出する場合、この配線抵抗による電圧降下によりＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御に誤差が生じる可能性がある。その結果、図２Ｃや図３Ｃに示すような０．１Ｖオーダーの高精度で出力電圧Ｖｄを制御する際に、このような誤差が無視できなくなり、効率のよい制御への影響が大きくなる可能性がある。したがって、出力電圧検出回路３１は発電機１１が電圧制御を行なう対象となる回路部分の電圧、すなわち調整端子４１の電圧を検出することが高効率化のために望ましい。そのため、本実施の形態では、出力電圧検出回路３１が調整端子４１の電圧を出力電圧Ｖｄとして検出する構成としている。この構成により、発電機１１が調整端子４１と電気的に接続された構成を有する場合でも、効率のよい電源装置を構成することができる。なお実施の形態１、２で述べた好ましい構成や制御については本実施の形態にも適用可能である。
【００７０】
なお、図４では調整端子４１を主電源１７の正極端子部分に配する構成としたが、これに限定されない。例えば発電機１１と主電源１７の接続点など他の回路部分としてもよい。この場合も出力電圧検出回路３１を調整端子４１に接続する構成とすれば、高効率な制御が可能となる。以上の構成、動作により、発電機１１が調整端子４１と電気的に接続され、発電機１１が調整端子４１の電圧（出力電圧Ｖｄ）を調整電圧Ｖａの値にするように制御する構成であっても、全体の効率が向上する電源装置を実現できる。
【００７１】
なお、実施の形態１〜３において、電圧Ｖｃは常に下限電圧Ｖｃｋ（５Ｖ）以上である場合について述べたが、例えば車両保管中に蓄電部２９の内部抵抗等により放電されると、次回の車両使用開始時に電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋより低くなることがある。この場合、制御回路３５は、例えばエンジンの始動後に電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋまで上昇するまで蓄電部２９を初期充電するようＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御すればよい。
【００７２】
また、実施の形態１〜３において、回生信号ｒｅｇは運転者がブレーキを踏んでいるか否かに応じたオンオフ信号としているが、これは燃料カット信号と対応させるようにしてもよい。これにより、車両が慣性走行を行っている場合にも蓄電部２９に回生電力を充電することができ、さらなる回収効率を向上することができる。但し、回生電力の回収により、エンジンへの発電機１１の機械的負担が増すので、慣性走行距離が短くなる。したがって、回生電力の回収量を重視するか、慣性走行距離を重視するかで、慣性走行時の回生電力回収を行うか否か、あるいは回収量の程度を決定するようにすればよい。
【００７３】
また、実施の形態１〜３では、制御回路３５は、電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至れば、上限電圧Ｖｃｕを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御している。また電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至れば、下限電圧Ｖｃｋを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御している。しかしながら上限電圧Ｖｃｕや下限電圧Ｖｃｋによる制御を特に行う必要はない場合もある。すなわち、車両の１回の制動により得られる回生電力量や負荷１９の消費電力量に比べ蓄電部２９が十分に大きな容量値を有し、車両使用時に回生電力量と消費電力量がほぼ均衡するような車両システムの場合である。このような車両システムにおいては蓄電部電圧検出回路３３がない構成でもよい。このように蓄電部電圧検出回路３３は必須ではない。
【００７４】
また、実施の形態１〜３では、調整電圧Ｖａを２段階に変えているが、この調整電圧Ｖａの信号としては、アナログ信号とデジタル信号のいずれを用いてもよい。しかしながら、アナログ信号を用いると、ノイズ等の影響で調整電圧Ｖａが変動する可能性がある。したがって、例えば車両用の通信規格に則ったデジタル信号として調整電圧Ｖａを発電機１１に入力することが好ましい。この構成により、ノイズの影響が小さく、さらに高精度に調整電圧Ｖａを送信できる。その結果、回生電力をより確実に回収でき効率が向上する。
【００７５】
また、実施の形態１〜３では、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２との間を切り替えられる際に、図２Ｂや図３Ｂに示すように直ちに切り替えられる。しかしながら負荷１９によっては、このような急峻な電圧変化により動作が不安定になる可能性がある。したがって、調整電圧Ｖａが既定経時切替関数により徐々に切り替えられるようにすることが好ましい。ここで、既定経時切替関数とは、あらかじめ決定された調整電圧Ｖａの経時変化を示す時間関数のことである。具体的には、例えば既定経時切替関数として既定変化速度ｖ（例えば１〜２Ｖ／秒）で調整電圧Ｖａを変化させればよい。この場合、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１、または第２既定出力電圧Ｖｄｃ２になるように既定変化速度ｖで徐々に切り替えられる。その結果、出力電圧Ｖｄが既定変化速度ｖにより、ゆっくりと変化するので、負荷１９の動作が不安定になる可能性を低減することができる。
【００７６】
なお、調整電圧Ｖａを既定変化速度ｖで切り替えるには、次の２通りの方法がある。まず、車両側制御回路３７からの調整電圧Ｖａの信号を既定変化速度ｖで直接変化させる方法が挙げられる。なお調整電圧Ｖａを第２既定出力電圧Ｖｄｃ２から第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に上げる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の基準電圧Ｖｓｔもいきなり下方制御電圧Ｖｄｋに切り替えるのではない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は調整電圧Ｖａに対し第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い値になるように制御される。この際、制御回路３５は調整電圧ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ２３の基準電圧Ｖｓｔより第１既定電圧幅ΔＶ１だけ高くなった時に、調整電圧Ｖａより第１既定電圧幅ΔＶ１だけ低い状態を維持するように基準電圧Ｖｓｔを制御する。これにより、蓄電部２９から出力端子１３への逆流を防ぐことができる。また、回生電力が発生したできるだけ早いタイミングから、かつ調整電圧Ｖａが既定変化速度ｖで徐々に切り替えられる間も回生電力を主電源１７や蓄電部２９が充電できる。そのため、高効率に回生電力を回収できる。
【００７７】
同様に、回生電力の発生が終了し、調整電圧Ｖａを第１既定出力電圧Ｖｄｃ１から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に下げる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は調整電圧Ｖａに対し第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い値になるように制御される。この際、制御回路３５は調整電圧Ｖａが基準電圧Ｖｓｔより第２既定電圧幅ΔＶ２だけ低くなった時に、調整電圧Ｖａより第２既定電圧幅ΔＶ２だけ高い状態を維持するように基準電圧Ｖｓｔを制御する。これにより、出力端子１３から蓄電部２９への逆流充電を防ぐことができる。また回生電力の発生が終了したできるだけ早いタイミングから、かつ調整電圧Ｖａが既定変化速度ｖで徐々に切り替えられる間も、充電した回生電力を蓄電部２９が放電できる。そのため、回生電力を有効利用できるとともにエンジンの燃料消費による発電機１１の発電期間を低減でき、さらに高効率になる。なお、上記の制御の場合、多段階の電圧を出力できる構成の発電機１１を用いる必要がある。
【００７８】
もうひとつの方法として、まず車両側制御回路３７からの調整電圧Ｖａの信号が制御回路３５にも入力される構成にしておく。次に、例えば調整電圧Ｖａが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２から第１既定出力電圧Ｖｄｃ１に上がった場合、制御回路３５はこの変化を検知し、基準電圧Ｖｓｔが既定変化速度ｖで下方制御電圧Ｖｄｋになるように制御する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧Ｖｄも既定変化速度ｖで下方制御電圧Ｖｄｋに上がる。同様に、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に下がった場合は、制御回路３５は基準電圧Ｖｓｔが既定変化速度ｖで上方制御電圧Ｖｄｕになるように制御する。この方法でも実質的には調整電圧Ｖａを既定変化速度ｖで徐々に切り替えることができる。
【００７９】
なお、以上の説明では既定経時切替関数として既定変化速度ｖを用いた場合について説明した。この場合、調整電圧Ｖａが時間に対して一次関数で変化して切り替えられることを前提とした。しかし、負荷１９への急激な電圧変化をできるだけ低減する方が望ましい場合は、既定経時切替関数を時間に対する一次関数とせずに、切替初期はよりゆっくりと変化させ、その後は変化速度を上げることが好ましい。すなわち、既定経時切替関数を二次関数などの高次関数や指数関数としてもよいし、あるいは複数の既定変化速度ｖを有するような既定経時切替関数としてもよい。このような既定経時切替関数を用いると発電機１１の発電量変化も緩やかになるので、エンジンに対する負担を低減することができる。
【００８０】
また、実施の形態１〜３では、蓄電部２９に電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池であってもよい。
【００８１】
また、実施の形態１〜３では、電源装置を車両に適用した場合について説明したが、これに限らずクレーン等の建設機械やエレベータ等の動体で、回生電力を発生する装置に適用してもよい。
【００８２】
また、実施の形態１〜３では、負荷１９やスタータ２１を電力消費電装品として出力端子１３に電気的に接続しているが、これらは電源装置において必須のものではない。すなわち、例えばアイドリングストップ車において発電機１１がスタータ２１の役割を有するモータジェネレータであり、蓄電部２９に蓄えられた回生電力をモータジェネレータのみで消費する場合は、電源装置の構成に負荷１９やスタータ２１は不要である。同様に、電源装置を建設機械やエレベータに適用し、それらを駆動するモータが回生電力の発電を行う場合においても、蓄電部２９に蓄えた回生電力をモータのみで消費する構成であれば負荷１９は不要である。
【００８３】
また、実施の形態１における図２Ｂの時刻ｔ３や、実施の形態２における図３Ｂの時刻ｔ３において、発電機１１の調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（１５Ｖ）から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（１３Ｖ）に切り替わっている。この時、出力電圧Ｖｄは、主電源１７の電圧追従性が遅いため、最大で数秒程度かかって上方制御電圧Ｖｄｕ（１３．１Ｖ）に至る。しかしながら、図２Ｃや図３Ｃの横軸（時刻）のスケールに対してこの数秒程度は僅かである。したがってこれらの図では時刻ｔ３で出力電圧Ｖｄが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１から上方制御電圧Ｖｄｕへ直ちに至るように描写している。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明による電源装置では蓄電部の充放電を制御して全体効率を向上できるので、特に制動時に回生電力を蓄電部に蓄え、必要な時に放電する電源装置等として有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１１  発電機
１３  出力端子
１７  主電源
１９  負荷
２１  スタータ
２２  グランド端子
２３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５  入出力端子
２７  蓄電部端子
２９  蓄電部
３１  出力電圧検出回路
３３  蓄電部電圧検出回路
３５  制御回路
３７  車両側制御回路（調整電圧制御部）
４１  調整端子
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動体に搭載される電源装置であって、
充放電可能な主電源と、
出力端子とグランド端子とを有し、前記出力端子で前記主電源に接続され、前記動体を減速させる際に回生電力を発生する発電機と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端で前記発電機の前記出力端子に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２端に電気的に接続された蓄電部と、
前記発電機の前記出力端子と前記発電機の前記グランド端子との間に電気的に直接接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｄ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力電圧検出回路とに電気的に接続された制御回路と、
前記出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を前記発電機に入力する調整電圧制御部と、を備え、
前記発電機が前記回生電力を発生するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定し、前記制御回路は前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記発電機が前記回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定し、前記制御回路は、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、前記回生電力が前記主電源に最大限充電される値に設定されている、
電源装置。
【請求項２】
前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）は、前記蓄電部が放電可能で、かつ前記主電源の電圧にできるだけ近い値に設定されている、
請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記蓄電部および前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至れば、前記上限電圧（Ｖｃｕ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至れば、前記下限電圧（Ｖｃｋ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差である第１既定電圧幅（ΔＶ１）と、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差である第２既定電圧幅（ΔＶ２）とが、前記発電機の出力電圧最大誤差幅と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅（ΔＶｅｒ）に設定されている、
請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）をデジタル信号により前記発電機に入力する、
請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記調整電圧制御部が前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替える際に、既定経時切替関数により徐々に切り替える、
請求項１記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差を第１既定電圧幅（ΔＶ１）と定義し、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差を第２既定電圧幅（ΔＶ２）と定義するとき、
前記発電機が前記回生電力を発生する際には、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）から前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）まで上げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ高くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ低い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を制御し、
前記回生電力の発生が終了すると、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）から前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）まで下げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ低くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ高い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を制御する、
請求項６記載の電源装置。
【請求項８】
動体に搭載される電源装置であって、
充放電可能な主電源と、
出力端子とグランド端子とを有し、前記出力端子で前記主電源に接続され、前記動体を減速させる際に回生電力を発生する発電機と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端で前記発電機の前記出力端子に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２端に電気的に接続された蓄電部と、
前記発電機と電気的に接続され、前記発電機が電圧制御を行なう対象となる回路部分に設けた調整端子と、
前記調整端子と前記発電機の前記グランド端子との間に電気的に直接接続され、前記調整端子に対して調整する電圧である出力電圧（Ｖｄ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力電圧検出回路とに電気的に接続された制御回路と、
前記出力電圧（Ｖｄ）を調整するための調整電圧（Ｖａ）を前記発電機に入力する調整電圧制御部と、を備え、
前記発電機が前記回生電力を発生するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に設定し、前記制御回路は前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記発電機が前記回生電力の発生を終了するタイミングを受けて、前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）よりも低い第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に設定し、前記制御回路は、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）よりも高い上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）は、前記回生電力が前記主電源に最大限充電される値に設定されている、
電源装置。
【請求項９】
前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）は、前記蓄電部が放電可能で、かつ前記主電源の電圧にできるだけ近い値に設定されている、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１０】
前記蓄電部および前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至れば、前記上限電圧（Ｖｃｕ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電部電圧検出回路が検知した前記電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至れば、前記下限電圧（Ｖｃｋ）を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差である第１既定電圧幅（ΔＶ１）と、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差である第２既定電圧幅（ΔＶ２）とが、前記発電機の出力電圧最大誤差幅と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御最大誤差幅の和である総誤差幅（ΔＶｅｒ）に設定されている、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１２】
前記調整電圧制御部は前記調整電圧（Ｖａ）をデジタル信号により前記発電機に入力する、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１３】
前記調整電圧制御部が前記調整電圧（Ｖａ）を前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替える際に、既定経時切替関数により徐々に切り替える、
請求項８記載の電源装置。
【請求項１４】
前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）との差を第１既定電圧幅（ΔＶ１）と定義し、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との差を第２既定電圧幅（ΔＶ２）と定義するとき、
前記発電機が前記回生電力を発生する際には、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）から前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）まで上げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ高くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）だけ低い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を制御し、
前記回生電力の発生が終了すると、前記調整電圧（Ｖａ）が前記既定経時切替関数にしたがって徐々に前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）から前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）まで下げられるとともに、前記制御回路は前記調整電圧（Ｖａ）が前記基準電圧（Ｖｓｔ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ低くなった時に、前記調整電圧（Ｖａ）より前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）だけ高い状態を維持するように前記基準電圧（Ｖｓｔ）を制御する、
請求項１３記載の電源装置。
【国際調査報告】
2011001606.tif 000016
2011001606.tif 000017