(57)【要約】【課題】蓄電部の充放電における全体効率を向上することができる電源装置の提供。【解決手段】発電機１１と主電源１７に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、その他端に接続された蓄電部２９と、発電機１１に接続された出力電圧検出回路３１と、主電源１７に接続される充電状態検出手段（電流検出回路３４）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、出力電圧検出回路３１、充電状態検出手段に接続される制御回路３５とからなり、発電機１１が回生電力を発生する際に、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から、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までの範囲で、充電状態ＳＯＣが小さければ高くなるように、充電状態ＳＯＣが大きければ低くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。【選択図】図１
2011010501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源が接続される発電機の出力端子に電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に電気的に接続された蓄電部と、
前記出力端子と前記発電機のグランド端子に電気的に接続され、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、
前記主電源に電気的に接続され、前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）を検出する充電状態検出手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、出力電圧検出回路および充電状態検出手段と電気的に接続される制御回路とからなり、
前記発電機は、回生電力を発生する際に前記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、
前記回生電力を発生しない際に前記調整電圧（Ｖａ）を第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に下げられるとともに、
前記制御回路は、前記回生電力が発生する際に、前記出力電圧（Ｖｄ）が、前記第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）から、前記第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）までの範囲で、前記充電状態（ＳＯＣ）が小さければ高くなるように、前記充電状態（ＳＯＣ）が大きければ低くなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
前記回生電力が発生しない際に、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにした電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記回生電力が発生する際に、前記充電状態（ＳＯＣ）が既定充電状態（ＳＯＣｓ）より小さければ前記出力電圧（Ｖｄ）が前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）になるように、前記充電状態（ＳＯＣ）が既定充電状態（ＳＯＣｓ）以上であれば前記出力電圧（Ｖｄ）が前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにした請求項１に記載の電源装置。
【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、蓄電部電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路をさらに設け、
前記制御回路は、前記蓄電部電圧（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（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ようにした請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１既定電圧幅（ΔＶ１）および前記第２既定電圧幅（ΔＶ２）は、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）とした請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記調整電圧（Ｖａ）は、デジタル信号により前記発電機に入力されるようにした請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記調整電圧（Ｖａ）が前記第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）と前記第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）との間を切り替えられる際に、既定切替速度（ｖ）により徐々に切り替えられるようにした請求項１に記載の電源装置。
【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、必要な時に放電する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、制動時に発生する回生電力を蓄電素子からなる蓄電部に蓄えて有効利用することにより、省燃費を達成する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４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いるので、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が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、回生電力が得られる。
【０００４】
このような車両に対し、前記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を介して前記蓄電部としての蓄電手段１１５が接続されている。蓄電手段１１５には前記蓄電素子として大容量の電気二重層キャパシタが用いられるので、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には前記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。従って、演算装置１１７は前記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た蓄電手段１１５への充放電制御をＤＣ／ＤＣコンバータ１１３に対して行う。
【０００５】
このような構成の電力制御装置とすることで、短期間に発生する大電力を含む減速時の前記回生電力を、一旦蓄電手段１１５に充電しておき、減速時以外に、充電した前記回生電力を主電源１０１や負荷１０５に供給することができる。その結果、効率のよい制動エネルギーの回生が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４６５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の電力制御装置によると、確かに効率的な回生により車両の省燃費化が可能となるのであるが、減速時に発生する回生電力の充電先は主電源１０１の電圧により変えられるように制御されている。すなわち、前記電圧が１３Ｖ以上であれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３により蓄電手段１１５に前記回生電力が充電され、前記電圧が１３Ｖに満たない場合は主電源１０１に前記回生電力が充電される。この１３Ｖの電圧は、１２Ｖ仕様の鉛バッテリにおける満充電時の開放電圧にほぼ相当するので、前記電圧が１３Ｖに満たないものの、１３Ｖ近傍であれば、満充電に近い状態の主電源１０１に前記回生電力が充電されることになる。従って、主電源１０１が満充電に近く充電受入性（充電効率）が低い場合、すなわち充電状態ＳＯＣ（主電源１０１に充電された電力量に相当し、１００％で満充電となる）が１００％近くで大きい場合は、主電源１０１に前記回生電力を効率よく充電できない可能性があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、主電源に回生電力を効率よく充電することができる電源装置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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、主電源が接続される発電機の出力端子に電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に電気的に接続された蓄電部と、前記出力端子と前記発電機のグランド端子に電気的に接続され、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、前記主電源に電気的に接続され、前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）を検出する充電状態検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、出力電圧検出回路および充電状態検出手段と電気的に接続される制御回路とからなり、前記発電機は、回生電力を発生する際に前記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、前記回生電力を発生しない際に前記調整電圧（Ｖａ）を第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に下げられるとともに、前記制御回路は、前記回生電力が発生する際に、前記出力電圧（Ｖｄ）が、前記第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）から、前記第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）までの範囲で、前記充電状態（ＳＯＣ）が小さければ高くなるように、前記充電状態（ＳＯＣ）が大きければ低くなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記回生電力が発生しない際に、前記出力電圧（Ｖｄ）が前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電機の調整電圧（Ｖａ）が回生時には第１既定出力電圧（Ｖｄｃ１）に上げられ、それ以外では第２既定出力電圧（Ｖｄｃ２）に下げられるので、回生時に多くの回生電力を得ることができ、効率が向上する。さらに、こうして得られる前記回生電力を充電する際に、主電源の充電状態（ＳＯＣ）が小さければ発電機の出力端子における出力電圧（Ｖｄ）が高くなるように、前記充電状態（ＳＯＣ）が大きければ前記出力電圧（Ｖｄ）が低くなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータが制御されるので、前記充電状態（ＳＯＣ）が小さく充電効率が高い時は前記主電源へも前記回生電力が充電され、前記充電状態（ＳＯＣ）が大きく充電効率が低い時は前記主電源への前記回生電力の充電が抑制される。この際、前記出力電圧（Ｖｄ）の制御範囲を下方制御電圧（Ｖｄｋ）から上方制御電圧（Ｖｄｕ）までとしているので、前記下方制御電圧（Ｖｄｋ）よりも高く前記出力電圧（Ｖｄ）を制御した場合の蓄電部からの不要な電力の持ち出しや、前記上方制御電圧（Ｖｄｕ）よりも低く前記出力電圧（Ｖｄ）を制御した場合の前記主電源からの不要な電力の持ち出しが抑制される。以上の結果、前記主電源に前記回生電力を効率よく充電することができ、さらに電源装置全体の効率を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態における電源装置の主電源における充電状態ＳＯＣと充電効率の相関図
【図３】本発明の実施の形態における電源装置の各種特性の経時変化図であり、（ａ）は車速の経時変化図、（ｂ）は発電機の調整電圧Ｖａの経時変化図、（ｃ）は主電源の充電状態ＳＯＣの経時変化図、（ｄ）は発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化図、（ｅ）はＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化図、（ｆ）は蓄電手段の蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図
【図４】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】
【００１２】
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。
【００１３】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における電源装置のブロック回路図である。図２は本発明の実施の形態における電源装置の主電源における充電状態ＳＯＣと充電効率の相関図である。図３は本発明の実施の形態における電源装置の各種特性の経時変化図であり、（ａ）は車速の経時変化図を、（ｂ）は発電機の調整電圧Ｖａの経時変化図を、（ｃ）は主電源の充電状態ＳＯＣの経時変化図を、（ｄ）は発電機の出力電圧Ｖｄの経時変化図を、（ｅ）はＤＣ／ＤＣコンバータの基準電圧Ｖｓｔの経時変化図を、（ｆ）は蓄電手段の蓄電部電圧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３の各図において、横軸は時刻である。
【００１４】
図１において、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、前記エンジンの回転に応じて電力を発生する。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（図示せず）からの信号、すなわち調整電圧Ｖａによって設定される構成とした。本実施の形態では、調整電圧Ｖａが第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）と第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（＝１３Ｖ）の２段階であるとする。
【００１５】
発電機１１の出力端子１３には、電力系配線により主電源１７が電気的に接続されている。主電源１７は鉛バッテリで構成される。さらに、出力端子１３には前記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る。なお、負荷１９は各種車載電装品であり、スタータ２１は前記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る。
【００１６】
また、出力端子１３には、前記電力系配線によりＤＣ／ＤＣコンバータ２３の一端（入出力端子２５）に接続される。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の他端（蓄電部端子２７）には蓄電部２９が電気的に接続される。ここで、蓄電部２９は定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを４個直列に接続した構成とした。従って、蓄電部２９の上限電圧Ｖｃｕは１０Ｖとなる。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と決定した。ゆえに、蓄電部電圧Ｖｃは５Ｖから１０Ｖまでの間を変化する。
【００１７】
これらのことから、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の入出力端子２５の電圧は出力端子１３における出力電圧Ｖｄ（１３Ｖ、または１５Ｖのいずれかに設定）であり、蓄電部端子２７の電圧は蓄電部電圧Ｖｃ（５〜１０Ｖ）であるので、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、蓄電部電圧Ｖｃを昇圧して入出力端子２５から放電する双方向コンバータ構成を有する。
【００１８】
また、出力端子１３とグランド端子２２には出力電圧検出回路３１が信号系配線で直接電気的に接続されている。これにより、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。
【００１９】
同様に、蓄電部端子２７と蓄電部２９の間には蓄電部電圧Ｖｃを検出する蓄電部電圧検出回路３３が電気的に接続されている。
【００２０】
主電源１７には、その充電状態ＳＯＣを検出する充電状態検出手段の一部である電流検出回路３４が直列に電気的に接続されている。なお、本実施の形態では充電状態ＳＯＣを主電源１７に流れる電流Ｉｂの時間積算により求めているので、計算に必要な電流Ｉｂを電流検出回路３４により検出する構成としている。電流検出回路３４はシャント抵抗（図示せず）の両端電圧により直接電流Ｉｂを検出する構成でもよいし、ホール素子等により非接触で電流Ｉｂを検出する構成でもよい。ここで、求められた電流Ｉｂの時間積算は、後述する制御回路３５により行われる。従って、電流検出回路３４と制御回路３５の時間積算動作とを総称して充電状態検出手段という。なお、電流検出回路３４に時間積算機能を内蔵させて充電状態検出手段とし、充電状態ＳＯＣを直接出力する構成としてもよい。
【００２１】
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、電流検出回路３４および前記車両側制御回路は、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。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で検出した蓄電部電圧Ｖｃ、電流検出回路３４で検出した電流Ｉｂ、および前記車両側制御回路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。ここで、制御回路３５は出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧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（いずれも図示せず）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構成としてもよい。
【００２２】
次に、このような電源装置の動作について説明する。
【００２３】
まず、主電源１７における充電状態ＳＯＣと充電効率の相関を図２に示す。図２より充電状態ＳＯＣが小さい場合は主電源１７への充電効率は１００％に近い。従って、高効率に充電できることがわかる。しかし、充電状態ＳＯＣが大きい場合、特に９７％を超える場合は充電効率が急激に低下し、充電状態ＳＯＣが１００％近くになると、充電効率が５０％強まで下がる。従って、車両の減速や制動により回生電力が発生しても、充電状態ＳＯＣが大きければ十分に前記回生電力を回収することができず効率が低下することがわかる。
【００２４】
このような特性を前提に、本実施の形態における具体的な動作について図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、車両の走行とは、前記車両が加速走行、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し、前記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呼ぶ。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、時刻ｔ０で前記車両が走行を開始し、経時的に車速が上昇する。この時、発電機１１の出力電圧Ｖｄは、前記車両の走行時で第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（＝１３Ｖ）、制動時で第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）となるように前記車両側制御回路から調整電圧Ｖａが出力される。ゆえに、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３（ｂ）に示すように１３Ｖの調整電圧Ｖａが発電機１１に入力される。しかし、本実施の形態では主電源１７の充電状態ＳＯＣが９０％を下回るまでは前記エンジンが燃料を消費することによる発電機１１の発電を停止するようにしている。これにより、充電状態ＳＯＣが９０％以上の間は発電機１１を駆動するための燃料消費が削減されるので、省燃費化が可能となり前記車両の効率が向上する。
【００２６】
従って、時刻ｔ０から時刻ｔ１においては、図３（ｃ）に示すように充電状態ＳＯＣが９０％以上であるので、調整電圧Ｖａが発電機１１に入力されるものの発電は行わない。なお、図３（ｃ）よりも明らかなように、本実施の形態では車両走行期間中に充電状態ＳＯＣが９０％を下回らない場合について述べる。
【００２７】
これらのことから、時刻ｔ０から時刻ｔ１においては、発電機１１が発電を行わないことと、図３（ｆ）に示すように蓄電部２９の蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）に至っていることから、主電源１７の電力が負荷１９に供給される。その結果、図３（ｃ）に示すように、充電状態ＳＯＣは経時的に低下する。同時に出力電圧Ｖｄ（ここでは主電源１７の電圧に相当）も経時的に徐々に低下するのであるが、ここでは図３（ｄ）のスケールの関係からほぼ１３Ｖであるとして示す。
【００２８】
なお、時刻ｔ０の時点では上記したように蓄電部電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋまで放電されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３はこれ以上の放電が行われないようにするために、制御対象が蓄電部電圧Ｖｃとなり、その制御目標となる基準電圧Ｖｓｔは下限電圧Ｖｃｋとなる。このように、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）、または下限電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）に至れば、過充電や過放電を避けるため、それらの値を維持するように制御される。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。なお、図３（ｅ）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を示す。従って、図３（ｅ）の時刻ｔ０から時刻ｔ１では、本来、後述する上方制御電圧Ｖｄｕ（＝１３．１Ｖ）に制御されるところ、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを維持するように制御しているということを示している。以後の図３（ｅ）における太点線の意味も同様である。
【００２９】
次に、時刻ｔ１で図３（ａ）に示すように前記車両が制動を行う。これにより回生電力が発生するので、回生信号ｒｅｇがオンとなり前記車両側制御回路から制御回路３５に入力される。その結果、図３（ｂ）に示すように、発電機１１の調整電圧Ｖａは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）となり、発電機１１はその出力電圧Ｖｄを１５Ｖに上げて発電しようとする。これにより、制動による運動エネルギーをできるだけ多く前記回生電力として回収することができ、前記車両全体の効率が向上する。しかし、この時にＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象が出力電圧Ｖｄに切り替わり、図３（ｅ）に示すように基準電圧Ｖｓｔは下方制御電圧Ｖｄｋになる。その結果、図３（ｄ）に示すように、出力電圧Ｖｄは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１ではなく下方制御電圧ＶｄｋになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３により制御される。
【００３０】
ここで、これらの動作の詳細を以下に説明する。
【００３１】
まず、制動時の基本的な動作について説明する。本実施の形態では、制御回路３５は、前記回生電力が発生する際に、充電状態ＳＯＣが既定充電状態ＳＯＣｓより小さければ出力電圧Ｖｄが下方制御電圧Ｖｄｋになるように、充電状態ＳＯＣが既定充電状態ＳＯＣｓ以上であれば出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕになるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。
【００３２】
ここで、上記各定数の定義は次の通りである。
【００３３】
既定充電状態ＳＯＣｓとは、図２において充電効率が急激に低下する際の充電状態ＳＯＣのことであり、本実施の形態では充電状態ＳＯＣ＝９７％を既定充電状態ＳＯＣｓと決定した。
【００３４】
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し、具体的には以下のようにして決定している。
【００３５】
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。具体的には、実測の結果、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であったので、総誤差幅ΔＶｅｒを０．１Ｖと求めた。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Ｖｄｋ＝１４．９Ｖと決定される。
【００３６】
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、具体的には以下のようにして決定している。
【００３７】
まず、第２既定電圧幅ΔＶ２は、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Ｖｄｕ＝１３．１Ｖと決定される。
【００３８】
以上のことから、時刻ｔ１で回生信号ｒｅｇがオンになると、前記基本的な動作に従って、制御回路３５はその時点における充電状態ＳＯＣが既定充電状態ＳＯＣｓ以上であるか否かを判断する。図３（ｃ）より、時刻ｔ１での充電状態ＳＯＣは約９６．２％であるので、既定充電状態ＳＯＣｓ（＝９７％）より小さい。従って、図２より主電源１７に前記回生電力を高効率で充電することができる。そこで、制御回路３５は、出力電圧Ｖｄが下方制御電圧Ｖｄｋ（＝１４．９Ｖ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象が出力電圧Ｖｄに切り替わり、図３（ｅ）に示すように基準電圧Ｖｓｔは下方制御電圧Ｖｄｋになる。その結果、発電機１１が前記回生電力を発電する際の第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）よりも第１既定電圧幅ΔＶ１（＝０．１Ｖ）だけ低くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３が制御するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して蓄電部２９が充電されるものの、その絶対量は少なく、前記回生電力は主に充電状態ＳＯＣが小さく充電効率のよい主電源１７に充電される。
【００３９】
これらの動作を図３により説明すると、時刻ｔ１で図３（ｄ）に示すように出力電圧Ｖｄは下方制御電圧Ｖｄｋとなり、図３（ｆ）に示すように蓄電部２９が充電され蓄電部電圧Ｖｃが経時的に上昇すると同時に、図３（ｃ）に示すように主電源１７が主に充電され、その充電状態ＳＯＣが経時的に上昇する。なお、この時に負荷１９へは前記回生電力の一部が供給される。また、蓄電部２９は急速充放電特性に優れる前記電気二重層キャパシタから構成されるので、蓄電部２９への充電絶対量は主電源１７に比べ少ないものの、前記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。従って、全体としての回収効率が向上する。
【００４０】
ここで、このようなできるだけ多くの前記回生電力を主電源１７に充電する制御を行って高効率化を得るには、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、あまり近づけすぎると出力電圧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、前記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（＝総誤差幅ΔＶｅｒ）だけ低い電圧として決定した。これにより、蓄電部２９からの逆流を低減しつつ、できるだけ多くの前記回生電力を主電源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、できるだけ前記回生電力を主電源１７に充電するためには、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。
【００４１】
その後、制動中の時刻ｔ２で図３（ｆ）に示すように蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ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、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕを維持するように制御する。その結果、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ので、図３（ｄ）に示すように時刻ｔ２で出力電圧Ｖｄは第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）となり、主電源１７の充電と負荷１９への前記回生電力の供給が行われる。また、蓄電部２９への充電が停止することにより、その分の前記回生電力は、負荷１９の消費電力が一定であるとすると、主電源１７に充電される。従って、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までと比べ、充電状態ＳＯＣの経時変化の傾きが大きくなる。
【００４２】
次に、時刻ｔ３で図３（ａ）に示すように、前記車両が再び加速する。これにより、回生信号ｒｅｇはオフになるので、図３（ｂ）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。なお、この時の充電状態ＳＯＣは図３（ｃ）より約９８．３％であり、発電機１１が燃料を消費して発電を開始する充電状態ＳＯＣの値（９０％）より大きい。従って、上記したように調整電圧Ｖａが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に戻っても発電機１１の発電は行われない。
【００４３】
その分、時刻ｔ３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が蓄電部２９に蓄えた前記回生電力を放電する。具体的には、図３（ｅ）に示すように基準電圧Ｖｓｔが上方制御電圧Ｖｄｕ（＝１３．１Ｖ）に切り替わり、出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕになるよう制御する。なお、上方制御電圧Ｖｄｕの決定方法は上記した通りである。
【００４４】
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は蓄電部２９から前記回生電力を放電する。これにより、図３（ｄ）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を維持することになる。また、上記したように蓄電部２９から前記回生電力が放電されるので、図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで蓄電部電圧Ｖｃは経時的に下降する。一方、上方制御電圧Ｖｄｕは主電源１７の電圧より僅かに高いので、一旦蓄電部２９に充電した前記回生電力が主電源１７に充電されてしまう電力量が抑制され、主に負荷１９に供給される。従って、全体的に高効率な電源装置が実現できる。また、これにより図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで充電状態ＳＯＣはほぼ一定となる。
【００４５】
ここで、このような制御による高効率化を得るには、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、あまり近づけすぎると出力電圧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。この場合は、出力電圧Ｖｄが主電源１７の電圧（ここでは充電状態ＳＯＣが約９８．３％で満充電に近いため、約１３Ｖとなる）よりも低くなるので、蓄電部２９が前記回生電力を放電している途中であるにもかかわらず、前記主電源１７の電力を不要に充電してしまうことがある。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（＝総誤差幅ΔＶｅｒ）だけ高い電圧として決定した。これにより、主電源１７から蓄電部２９への不要な充電の可能性を低減しつつ、蓄電部２９が蓄えた前記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、全体の効率向上が可能となる。なお、第２既定電圧幅ΔＶ２も総誤差幅ΔＶｅｒよりも大きい値と決定してもよいが、上記したように、できるだけ蓄電部２９から主電源１７への充電を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。
【００４６】
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（＝総誤差幅ΔＶｅｒ）としたが、これは等しい値に限定されるものではなく、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等は、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。
【００４７】
その後、図３（ｆ）に示すように時刻ｔ４で蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、図３（ｅ）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以降は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを維持する。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。この時、図３（ｃ）に示すように、充電状態ＳＯＣは約９８．３％であり、９０％を上回っているので、発電機１１による燃料を消費した発電は行われず、蓄電部２９に替わって主電源１７が負荷１９に電力を供給する。従って、時刻ｔ４以降では充電状態ＳＯＣが経時的に低下していく。これに伴い、出力電圧Ｖｄは主電源１７の電圧となるが、この時の充電状態ＳＯＣは約９８．３％で満充電に近いため、主電源１７の電圧は開放電圧である１３Ｖに近い値となる。従って、図３（ｄ）に示すように、出力電圧Ｖｄは１３Ｖ（第２既定出力電圧Ｖｄｃ２に相当）になる。その後、主電源１７から負荷１９への電力供給に伴い、出力電圧Ｖｄも経時的に低下するのであるが、上記したように図３（ｄ）のスケールの関係からほぼ１３Ｖであるとして示す。
【００４８】
なお、時刻ｔ４から時刻ｔ５の状態は、時刻ｔ０から時刻ｔ１と同じ状態である。
【００４９】
その後、時刻ｔ５で前記車両が再び制動する。これにより回生信号ｒｅｇがオンとなるので、制御回路３５は時刻ｔ１と同様にして充電状態ＳＯＣと既定充電状態ＳＯＣｓとの比較を行う。ここで、図３（ｃ）より時刻ｔ５における充電状態ＳＯＣは約９７．３％であり、既定充電状態ＳＯＣｓ（＝９７％）よりも大きい。この場合は、上記したように、制御回路３５は出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕになるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。これが時刻ｔ１の動作と大きく異なる点である。
【００５０】
すなわち、充電状態ＳＯＣが既定充電状態ＳＯＣｓ以上であれば、図２より主電源１７へ前記回生電力を充電すると、その効率が低下する。そこで、制御回路３５は、出力電圧Ｖｄが上方制御電圧Ｖｄｕ（＝１３．１Ｖ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象が出力電圧Ｖｄに切り替わり、図３（ｅ）に示すように基準電圧Ｖｓｔは上方制御電圧Ｖｄｕになる。その結果、出力電圧Ｖｄに対して、発電機１１が前記回生電力を発電する際の第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）よりもはるかに低い上方制御電圧Ｖｄｕ（＝１３．１Ｖ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３が制御するので、前記回生電力の大部分がＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して蓄電部２９に充電される。ゆえに、充電状態ＳＯＣが大きく充電効率が低い主電源１７への充電は極力抑制されるので、前記回生電力の回収効率が向上する。
【００５１】
これらの動作を図３により説明すると、時刻ｔ５で図３（ｄ）に示すように出力電圧Ｖｄは上方制御電圧Ｖｄｕとなり、図３（ｆ）に示すように蓄電部２９が充電され蓄電部電圧Ｖｃが経時的に上昇する。この時の傾きは時刻ｔ１から時刻ｔ２より大きくなり、短期間に、より多くの前記回生電力が蓄電部２９に充電される。また、主電源１７にはほとんど充電されないので、図３（ｃ）に示すように、充電状態ＳＯＣはほぼ一定値を保つ。なお、この時も負荷１９へは前記回生電力の一部が供給される。
【００５２】
ここで、時刻ｔ５の制御による高効率化を得るには、時刻ｔ３から時刻ｔ４で述べたように上方制御電圧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、あまり近づけすぎると出力電圧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、特に主電源１７の電圧（約１３Ｖ）より小さくなると、前記回生電力に加え、主電源１７の電力も蓄電部２９に充電されてしまう。これにより、主電源１７からの不要な電力の持ち出しが発生し効率が低下するとともに、主電源１７から持ち出された分、前記回生電力を蓄電部２９に十分回収できなくなる。ゆえに、全体としての効率が低下してしまうので、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（＝総誤差幅ΔＶｅｒ）だけ高い電圧として決定している。これにより、充電効率の低い主電源１７への充電可能性を低減しつつ、主電源１７から蓄電部２９への不要な電力の持ち出しを低減でき、全体の効率向上が可能となる。なお、第２既定電圧幅ΔＶ２を総誤差幅ΔＶｅｒよりも大きい値と決定してもよいが、上記したように、できるだけ前記回生電力を主電源１７へ充電を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。
【００５３】
また、時刻ｔ３から時刻ｔ４における上方制御電圧Ｖｄｕを時刻ｔ５から時刻ｔ６でも用いたが、これは同じ値に限定されるものではなく、例えば充電状態ＳＯＣに応じて主電源１７への充電量を多段的に可変したい場合等は、異なる値として設定してもよい。
【００５４】
その後、時刻ｔ６で図３（ｆ）に示すように、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）に至る。従って、蓄電部２９はこれ以上、前記回生電力を充電できないので、図３（ｅ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象が出力電圧Ｖｄから蓄電部電圧Ｖｃに切り替わり、その基準電圧Ｖｓｔは上方制御電圧Ｖｄｕから上限電圧Ｖｃｕに切り替わる。その結果、図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ６から時刻ｔ７で蓄電部電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕを維持する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は出力電圧Ｖｄの制御を行わなくなる。しかし、時刻ｔ６では前記回生電力が発生し続けているので、図３（ｄ）に示すように、出力電圧Ｖｄは発電機１１が発生している第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）になる。従って、第１既定出力電圧Ｖｄｃ１は主電源１７の電圧（約１３Ｖ）よりもはるかに高くなり、前記回生電力が主電源１７に充電される。その結果、図３（ｃ）に示すように、充電状態ＳＯＣは経時的に上昇する。この場合、上記した通り、充電状態ＳＯＣが大きいので主電源１７への充電効率は低い状態であるが、もはや蓄電部２９には充電できないので、たとえ充電効率が低くても前記回生電力を主電源１７に回収するようにしている。すなわち、充電状態ＳＯＣが既定充電状態ＳＯＣｓ以上であれば、まず、蓄電部２９に優先的に前記回生電力を充電し、蓄電部２９が満充電になってもなお前記回生電力が発生している場合は主電源１７に充電するようにしている。これにより、できるだけ充電効率の低い主電源１７への充電を抑制し、効率を向上することができる。
【００５５】
その後、時刻ｔ７で前記車両の制動が終了し、図３（ａ）に示すように再加速する。これにより、図３（ｂ）に示すように発電機１１の調整電圧Ｖａは第２既定出力電圧Ｖｄｃ２となる。しかし、図３（ｃ）に示すように、充電状態ＳＯＣは約９８．７％で、９０％より大きいので、発電機１１による燃料を消費した発電は行われない。また、回生信号ｒｅｇがオフになることにより、制御回路３５はＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御対象を蓄電部電圧Ｖｃから出力電圧Ｖｄに切り替え、基準電圧Ｖｓｔを上方制御電圧Ｖｄｕに設定する。これにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４と同様に、蓄電部２９の電力が放電される。さらに、時刻ｔ８で図３（ｆ）に示すように、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、蓄電部２９からの放電を停止し、主電源１７からの放電が始まる。この時刻ｔ７から時刻ｔ８以降の動作は、時刻ｔ３から時刻ｔ５の動作と同じであるので、詳細な説明を省略する。
【００５６】
以後、これらの動作を繰り返すことにより前記回生電力の充放電を行うことで、全体の効率を改善できる。
【００５７】
以上の構成、動作により、主電源１７の充電状態ＳＯＣに応じて前記回生電力の主電源１７への充電量を可変することで、主電源１７の前記回生電力を高効率に回収でき、前記車両全体の効率向上が可能な電源装置を実現できる。
【００５８】
なお、本実施の形態では制動中に蓄電部２９が満充電される例について説明したが、制動期間が短く満充電されない場合は、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至っていなくても直ちに時刻ｔ３、または時刻ｔ７の動作を行い、蓄電部２９を放電する。これにより、少しでも前記回生電力を負荷１９に供給でき効率が向上する。
【００５９】
また、本実施の形態では図３（ｆ）の時刻ｔ３から時刻ｔ４まで、または時刻ｔ７から時刻ｔ８までにおける走行中に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る例について説明したが、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、または時刻ｔ５の動作を行い、主電源１７と蓄電部２９に前記回生電力を充電する。これによっても、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至るまで少しでも前記回生電力を回収でき、効率が向上する。
【００６０】
また、本実施の形態で述べた電源装置をアイドリングストップ車に適用してもよい。この場合、前記車両が停車し、前記エンジンが停止すると、その間の負荷１９への電力供給は蓄電部２９から優先的に行えばよい。これは、図３（ｆ）からも明らかなように、蓄電部２９は充電状態ＳＯＣの大小にかかわらず前記回生電力が充電されるためである。従って、できるだけ蓄電部２９の電力をアイドリングストップ中に消費することにより、次回の制動時に少しでも多くの前記回生電力を充電できる可能性が高くなる。その結果、全体の効率が向上する。
【００６１】
なお、前記電源装置を前記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が蓄えた前記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。従って、このような制御によって前記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前記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、前記アイドリングストップ車そのものも停車時の燃料消費がないため、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。さらに、主電源１７の充放電頻度が抑制されるので、その長寿命化も可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態の電源装置を搭載した前記アイドリングストップ車において、蓄電部電圧Ｖｃや充電状態ＳＯＣに応じてアイドリングストップ中の負荷１９への電力供給源やスタータ２１の駆動電力源を制御することにより、主電源１７の充電状態ＳＯＣを調整する構成としてもよい。この場合、一般にはスタータ２１を駆動する消費電力量よりも、アイドリングストップ中における負荷１９の消費電力量が多いので、例えば充電状態ＳＯＣが大きい場合は、消費電力量が少ないスタータ２１の駆動を蓄電部２９で行い、アイドリングストップ中の負荷１９への電力供給は主電源１７の電力を優先する。これにより、充電状態ＳＯＣを下げる方向に調整できる。一方、充電状態ＳＯＣが小さい場合は、スタータ２１の駆動を主電源１７の電力により行い、アイドリングストップ中の負荷１９への電力供給を蓄電部２９から行う。これにより、充電状態ＳＯＣの低下を極力抑制できる。但し、このような構成とするために、蓄電部２９はアイドリングストップ中に負荷１９を十分駆動できる蓄電容量値とする必要がある。
【００６３】
また、本実施の形態において、蓄電部電圧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蓄電部電圧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、例えば前記エンジンの始動後に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至るまで蓄電部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。
【００６４】
また、本実施の形態において、回生信号ｒｅｇは前記運転者が前記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、前記車両が前記慣性走行を行っている場合にも蓄電部２９に前記回生電力を充電することができ、さらなる回収効率の向上が図れる。但し、前記回生電力の回収により、前記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。従って、前記回生電力の回収量を重視するか、前記慣性走行距離を重視するかで、前記慣性走行時の回生電力回収を行うか否か、あるいは前記回収量の程度を決定するようにすればよい。
【００６５】
また、本実施の形態では、制御回路３５は、前記回生電力を発生する際に、主電源１７の充電状態ＳＯＣが既定充電状態ＳＯＣｓ以上であるか否かによって、制御対象である出力電圧Ｖｄに対するＤＣ／ＤＣコンバータ２３の基準電圧Ｖｓｔを下方制御電圧Ｖｄｋと上方制御電圧Ｖｄｕの２段階に切り替える制御を行っているが、これは充電状態ＳＯＣの値に応じて多段階に基準電圧Ｖｓｔを設定するようにしてもよいし、充電状態ＳＯＣと基準電圧Ｖｓｔの相関（充電状態ＳＯＣが小さければ基準電圧Ｖｓｔが高く、充電状態ＳＯＣが大きければ基準電圧Ｖｓｔが低い相関）をあらかじめ求めておき、現在の充電状態ＳＯＣに適した基準電圧Ｖｓｔを前記相関から決定するようにしてもよい。但し、基準電圧Ｖｓｔの範囲は実施の形態で説明したように下方制御電圧Ｖｄｋから上方制御電圧Ｖｄｕまでの範囲でなければならない。
【００６６】
このような動作を総括すると、制御回路３５は、前記回生電力が発生する際に、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から、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までの範囲で、充電状態ＳＯＣが小さければ高くなるように、充電状態ＳＯＣが大きければ低くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御するということになる。これにより、上記した基準電圧Ｖｓｔを２段階に切り替える場合に比べて制御が複雑になるものの、充電状態ＳＯＣに応じて、より効率よく前記回生電力を主電源１７に充電することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、制御回路３５は、蓄電部電圧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、蓄電部電圧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を制御しているが、これは前記車両の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十分に大きな容量値を有する蓄電部２９を有し、さらに前記車両使用時に前記回生電力量と前記消費電力量がほぼ均衡するような車両システムの場合は、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。従って、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がない構成であってもよい。
【００６８】
また、本実施の形態では、調整電圧Ｖａを２段階に可変する構成としているが、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、前記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。従って、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が発電機１１に入力される構成とすることで、前記ノイズ等の影響が小さく、さらに高精度に調整電圧Ｖａを送信できる。ゆえに、前記回生電力を、より確実に回収でき効率が向上するため、前記デジタル信号を用いる構成が望ましい。
【００６９】
また、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との間を切り替えられる際に、図３（ｂ）に示すように直ちに切り替えられるようにしているが、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。従って、この場合には、調整電圧Ｖａが既定変化速度ｖ（例えば１〜２Ｖ／秒）で第１既定出力電圧Ｖｄｃ１、または第２既定出力電圧Ｖｄｃ２になるように切り替えられる制御としてもよい。これにより、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。
【００７０】
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。
【００７１】
まず、前記車両側制御回路からの調整電圧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。ここで、第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（＝１３Ｖ）から第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）に上げる場合は、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く、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する必要がある。これにより、蓄電部２９から出力端子１３側への逆流を防ぐことができる。同様に、第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）から第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（＝１３Ｖ）に下げる場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を調整電圧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する必要がある。これにより、出力端子１３側から蓄電部２９への逆流充電を防ぐことができる。なお、上記の制御の場合、発電機１３が多段階の電圧を出力できる構成のものを用いる必要がある。
【００７２】
もうひとつの方法として、まず前記車両側制御回路からの調整電圧Ｖａの信号が制御回路３５にも入力される構成としておく。次に、例えば調整電圧Ｖａが第２既定出力電圧Ｖｄｃ２（＝１３Ｖ）から第１既定出力電圧Ｖｄｃ１（＝１５Ｖ）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に至る。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。ゆえに、この方法によって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になる。
【００７３】
また、本実施の形態では、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。
【００７４】
また、本実施の形態では、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で回生電力を発生する装置に適用してもよい。
【００７５】
また、本実施の形態では、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、これらは本実施の形態の電源装置において必須のものではない。すなわち、例えば前記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に蓄えられた前記回生電力を前記モータジェネレータのみで消費する場合は、前記電源装置の最低限の構成に負荷１９やスタータ２１は不要である。同様に、前記電源装置を前記建設機械や前記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に蓄えた前記回生電力を前記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。
【００７６】
また、本実施の形態における図３（ｂ）の時刻ｔ３や時刻ｔ７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）に至るのであるが、図３（ｄ）の横軸（時刻）のスケールに対して数秒程度は僅かであるので、図３（ｄ）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記載している。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明にかかる電源装置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】
【００７８】
１１  発電機
１３  出力端子
１７  主電源
２２  グランド端子
２３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２９  蓄電部
３１  出力電圧検出回路
３３  蓄電部電圧検出回路
３４  電流検出回路
３５  制御回路
【図１】
2011010501.tif 000003
【図２】
2011010501.tif 000004
【図３】
2011010501.tif 000005
【図４】
2011010501.tif 000006