(57)【要約】【課題】キャパシタの容量を大きくすることなく、回生発電電力を用いた充電量を増大させる。【解決手段】車両の制御装置は、充放電が可能なバッテリ１と、充放電が可能なキャパシタ２と、回生運転によって発電するオルタネータ４と、バッテリ１およびキャパシタ２の間に設けられ、バッテリ１およびキャパシタ２の間で電圧の調整を行うＤＣ／ＤＣコンバータ３と、コントローラ５とを備える。コントローラ５は、オルタネータ４の回生運転によって発電された電力を用いてキャパシタ２の充電を行うように制御し、キャパシタ２の充電後に、キャパシタ２の充電電力を用いてバッテリ１の充電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電が可能なバッテリと、
充放電が可能なキャパシタと、
回生運転によって発電する発電手段と、
前記バッテリおよび前記キャパシタの間に設けられ、前記バッテリおよび前記キャパシタの間で電圧の調整を行う電圧調整手段と、
前記発電手段の回生運転時に、前記発電手段によって発電された電力を用いて前記キャパシタの充電を行うように制御し、前記キャパシタの充電後に、前記キャパシタの充電電力を用いて前記バッテリの充電を行うように前記電圧調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記キャパシタの充電後に前記キャパシタの電圧が所定の最低許容電圧より高い場合に、前記キャパシタの充電電力を用いて前記バッテリの充電を行うように前記電圧調整手段を制御することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記発電手段の回生運転時に、前記発電手段によって発電された電力を用いて前記キャパシタの充電を行うとともに前記バッテリの充電を行うように制御することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記発電手段の回生運転時に、前記発電手段によって発電された電力を用いて前記キャパシタおよび前記バッテリの充電を行う際に、前記キャパシタおよび前記バッテリの充電開始時期を同時とすることを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電手段としてバッテリとキャパシタを備え、車両の回生制動時に、オルタネータの回生運転によって発電された電力をキャパシタに充電するシステムが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】マツダ技報Ｎｏ．３０（２０１２）、３７−４２頁、「減速エネルギ回生システム“ｉ−ＥＬＯＯＰ”の開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、キャパシタの容量には制限があるため、オルタネータの回生運転によって発電された電力を充電できる量には制限があり、充電しきれない回生エネルギは捨てることになってしまう。この課題を解決するためにキャパシタの容量を大きくすると、コストが増大してしまう。
【０００５】
本発明は、キャパシタの容量を大きくすることなく、回生発電電力を用いた充電量を増大させる技術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】
【０００６】
本発明による車両の制御装置は、充放電が可能なバッテリと、充放電が可能なキャパシタと、回生運転によって発電する発電手段と、バッテリおよびキャパシタの間に設けられ、バッテリおよびキャパシタの間で電圧の調整を行う電圧調整手段と、制御手段とを備える。制御手段は、発電手段の回生運転時に、発電手段によって発電された電力を用いてキャパシタの充電を行うように制御し、キャパシタの充電後に、キャパシタの充電電力を用いてバッテリの充電を行うように電圧調整手段を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回生発電電力を用いてキャパシタの充電を行い、キャパシタの充電後に、キャパシタの充電電力を用いてバッテリに充電を行うので、キャパシタの充電余力を増やして、回生発電電力を用いた充電量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態における車両の制御装置の主要構成部分を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、キャパシタの充電制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図４は、キャパシタ電圧維持制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は、キャパシタの放電制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、バッテリの充電制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、バッテリ電圧維持制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、バッテリの放電制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第３の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における車両の制御装置の主要構成部分を示す図である。本実施形態における車両の制御装置は、走行駆動源としてエンジンを搭載するエンジン車、走行駆動源としてエンジンおよびモータジェネレータを備えるハイブリッド車、走行駆動源としてモータジェネレータを備える電気自動車などの車両に搭載される。
【００１０】
第１の実施形態における車両の制御装置は、バッテリ１と、キャパシタ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、オルタネータ４と、コントローラ５とを備える。
【００１１】
バッテリ１は、例えば、鉛酸バッテリであり、スタータモータ６および／または電気負荷７に電力を供給する。
【００１２】
キャパシタ２は、例えば、電気二重層キャパシタである。キャパシタ２は、バッテリ１に比べて、充放電による劣化が少なく、短時間で充放電を行うことができるという特徴がある。車両の回生制動時等において、オルタネータ６の回生運転によって発電された電力は、キャパシタ２に充電される。キャパシタ２の電力は、電気負荷７やスタータモータ６、バッテリ１に供給可能である。なお、車両の回生制動時とは、ドライバによるブレーキ操作が行われた時や、車両の走行中に、ドライバがアクセルペダルを離して減速する時などが含まれる。
【００１３】
スタータモータ６は、供給された電力によって回転駆動して、クランクシャフトを回転させて、エンジンを始動させる。
【００１４】
バッテリ１とキャパシタ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、キャパシタ２からスタータモータ６や電気負荷７に電力を供給する際に、電圧を調整する。また、キャパシタ２からバッテリ１に電力を供給する際に、電圧を調整（電流値を制限）する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御は、後述するコントローラ５によって行われる。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、また、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に断続可能であり、例えば、図示しないイグニッションスイッチのオフ後には、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に切断する。これは、イグニッションスイッチのオフ後にバッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続していると、バッテリ１からキャパシタ２に電力が供給され続けることになり、また、キャパシタ２の自己放電によって、キャパシタ２およびバッテリ１の双方の電力が失われるからである。
【００１６】
電圧センサ８は、キャパシタ２の電圧を検出する。
【００１７】
コントローラ５は、車両全体の制御を行う。特に、コントローラ５は、車両の回生制動時に後述する制御を行う。
【００１８】
図２は、第１の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。車両が起動すると、コントローラ５は、ステップＳ１の処理を開始する。
【００１９】
ステップＳ１では、車両が減速状態で、かつ、燃料供給が停止状態である減速燃料カット中であるか否かを判定する。車両が減速燃料カット中であると判定するとステップＳ２に進む。
【００２０】
ステップＳ２では、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧が所定の最大許容電圧より低いか否かを判定する。所定の最大許容電圧は、キャパシタ２が許容し得る最大電圧であり、予め適切な値（例えば１６Ｖ）を設定しておく。キャパシタ２の電圧が所定の最大許容電圧より低いと判定するとステップＳ３に進み、所定の最大許容電圧以上であると判定するとステップＳ４に進む。
【００２１】
ステップＳ３では、キャパシタ２の充電制御を行う。図３は、キャパシタ２の充電制御の内容を示すフローチャートである。ステップＳ３１では、オルタネータ４の目標発電電圧を、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧より高くする。これにより、オルタネータ４の回生発電電力は、キャパシタ２に充電される。
【００２２】
一方、ステップＳ４では、キャパシタ２の電圧を維持するキャパシタ電圧維持制御を行う。図４は、キャパシタ電圧維持制御の内容を示すフローチャートである。ステップＳ４１では、オルタネータ４の目標発電電圧を、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧と同じにする。これにより、キャパシタ２の電圧が維持される。
【００２３】
ステップＳ５では、バッテリ１のＳＯＣが所定の最小許容ＳＯＣ以上であるか否かを判定する。バッテリ１のＳＯＣは既知の方法により求めることができる。最小許容ＳＯＣは、バッテリ１が許容し得る最小ＳＯＣであり、予め適切な値を設定しておく。バッテリ１のＳＯＣが所定の最小許容ＳＯＣ以上であると判定するとステップＳ６に進み、所定の最小許容ＳＯＣ未満であると判定するとステップＳ７に進む。
【００２４】
ステップＳ６では、バッテリ１の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。図７は、バッテリ電圧維持制御の内容を示すフローチャートである。ステップＳ７１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧をバッテリ１の開放電圧と同じにする。例えば、バッテリ１の開放電圧が１３Ｖの場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を１３Ｖとする。なお、電気負荷７には、オルタネータ４の回生発電電力が供給される。
【００２５】
一方、ステップＳ７では、バッテリ１の充電制御を行う。図６は、バッテリ１の充電制御の内容を示すフローチャートである。ステップＳ６１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を、バッテリ１の開放電圧より高くする。例えば、バッテリ１の開放電圧が１３Ｖの場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を１４Ｖとする。
【００２６】
ステップＳ１で車両が減速燃料カット中ではないと判定するとステップＳ８に進む。ステップＳ８では、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧が所定の最低許容電圧と同じか否かを判定する。所定の最低許容電圧は、キャパシタ２が許容し得る最小電圧であり、予め適切な値（例えば１０Ｖ）を設定しておく。キャパシタ２の電圧が所定の最低許容電圧と同じと判定するとステップＳ９に進み、所定の最低許容電圧と同じではないと判定するとステップＳ１０に進む。
【００２７】
ステップＳ９では、キャパシタ２の電圧を維持するキャパシタ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップＳ４で行う制御と同じである。
【００２８】
ステップＳ１０では、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧が所定の最低許容電圧より低いか否かを判定する。キャパシタ２の電圧が所定の最低許容電圧より低いと判定するとステップＳ１１に進む。
【００２９】
ステップＳ１１では、キャパシタ２の充電制御を行う。この制御は、ステップＳ３で行う制御と同じである。
【００３０】
ステップＳ１２では、バッテリ１のＳＯＣが最小許容ＳＯＣと同じか否かを判定する。バッテリ１のＳＯＣが最小許容ＳＯＣと同じであると判定するとステップＳ１３に進み、最小許容ＳＯＣと同じではないと判定すると、ステップＳ１４に進む。
【００３１】
ステップＳ１３では、バッテリ１の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップＳ６で行う制御と同じである。
【００３２】
一方、ステップＳ１４では、バッテリ１のＳＯＣが最小許容ＳＯＣより低いか否かを判定する。バッテリ１のＳＯＣが最小許容ＳＯＣより低いと判定するとステップＳ１５に進み、最小許容ＳＯＣより高いと判定するとステップＳ１６に進む。
【００３３】
ステップＳ１５では、バッテリ１の充電制御を行う。この制御は、ステップＳ７で行う制御と同じである。
【００３４】
ステップＳ１６では、バッテリ１の放電制御を行う。図８は、バッテリ１の放電制御の内容を示すフローチャートである。ステップＳ８１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を、バッテリ１の開放電圧より低くする。例えば、バッテリ１の開放電圧が１３Ｖの場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を１２Ｖとする。
【００３５】
ステップＳ１０でキャパシタ２の電圧が所定の最低許容電圧より高いと判定すると、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、キャパシタ２の放電制御を行う。図５は、キャパシタ２の放電制御の内容を示すフローチャートである。ステップＳ５１では、オルタネータ４の目標発電電圧を、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧より低くする。
【００３６】
ステップＳ１８では、バッテリ１のＳＯＣが所定の最大許容ＳＯＣより低いか否かを判定する。所定の最大許容ＳＯＣは、バッテリ１が許容し得る最大ＳＯＣであり、予め適切な値を設定しておく。バッテリ１のＳＯＣが所定の最大許容ＳＯＣより低いと判定するとステップＳ１９に進み、所定の最大許容ＳＯＣ以上であると判定するとステップＳ２０に進む。
【００３７】
ステップＳ１９では、バッテリ１の充電制御を行う。この制御は、ステップＳ７で行う制御と同じである。ステップＳ１７でキャパシタ２の放電制御を行っているため、バッテリ１の充電制御を行うことにより、キャパシタ２の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３を介してバッテリ１に供給される。
【００３８】
ステップＳ２０では、バッテリ１の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップＳ６で行う制御と同じである。
【００３９】
以上、第１の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ４の回生運転時に、オルタネータ４によって発電された電力を用いてキャパシタ２の充電を行い、キャパシタ２の充電後に、キャパシタ２の充電電力を用いてバッテリ１の充電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御する。これにより、次のオルタネータ４の回生運転前に、キャパシタ２の充電余力を増やすことができるので、次の回生運転時に、回生発電電力をキャパシタ２に充電できる量を増やして、回生効率を向上させることができる。
【００４０】
例えば、車速５０ｋｍ／ｈから回生制動して停車するシーンでは、オルタネータ４からキャパシタ２に約１５０Ａの電流が約１０秒間供給される。一方、キャパシタ２から電気負荷７等への放電の際の平均的な放電電流は２０〜３０Ａである。すなわち、キャパシタ２に充電して蓄えた電力を放電で使い切るためには結構な時間がかかる。従って、キャパシタ２の電力を使い切る前に回生発電電力を用いて充電を行うと、キャパシタ２が満充電になりやすく、満充電後は、回生エネルギをキャパシタ２に充電できなくなる。これを防ぐために、キャパシタ２の満充電後は、回生エネルギをバッテリ１に充電する方法も考えられるが、バッテリ１はその特性上、単位時間あたりに充電できる電流量（最大入力電流）が大きくないので、車両の減速度が大きく、単位時間当たりの発電電流が大きい場合には、発電電流の全てをバッテリ１に充電できないため、バッテリ１の最大入力電流を超える分の回生エネルギは捨てることになってしまう。しかしながら、第１の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ４の回生運転時に、オルタネータ４によって発電された電力を用いてキャパシタ２の充電を行い、キャパシタ２の充電後に、キャパシタ２の充電電力を用いてバッテリ１の充電を行うので、上述したような問題は生じず、回生効率を向上させることができる。
【００４１】
特に、キャパシタ２の充電後にキャパシタ２の電圧が所定の最低許容電圧より高い場合に、キャパシタ２の充電電力を用いてバッテリ１の充電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御する。これにより、キャパシタ２の電圧が最低許容電圧以下の場合には、キャパシタ２の電力を用いたバッテリ１の充電は行わないので、そのような場合にキャパシタ２の電圧が低下することを防ぐことができる。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態における車両の制御装置では、車両の減速燃料カット中にオルタネータ４の回生発電電力を用いてキャパシタ２の充電を行い、キャパシタ２の電圧が所定の最大許容電圧まで上昇すると、キャパシタ２の電圧を維持する制御を行った。第２の実施形態における車両の制御装置では、このキャパシタ電圧維持制御を行うときに、第１の実施形態にける車両の制御装置と比べて、より積極的にバッテリ１の充電を行う。
【００４３】
図９は、第２の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。図９において、図２に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００４４】
ステップＳ４に続くステップＳ９１では、バッテリ１のＳＯＣが所定の最大許容ＳＯＣより低いか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１８で行う判定と同じである。バッテリ１のＳＯＣが所定の最大許容ＳＯＣより低いと判定するとステップＳ９２に進み、所定の最大許容ＳＯＣ以上であると判定するとステップＳ９３に進む。
【００４５】
ステップＳ９２では、バッテリ１の充電制御を行う。この制御は、ステップＳ７で行う制御と同じである。
【００４６】
一方、ステップＳ９３では、バッテリ１の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップＳ６で行う制御と同じである。
【００４７】
以上、第２の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ４の回生運転時に、オルタネータ４によって発電された電力を用いてキャパシタ２の充電を行うとともにバッテリ１の充電を行うように制御する。より具体的には、オルタネータ４の回生発電電力を用いてキャパシタ２の充電を行い、キャパシタ２の電圧が所定の最大許容電圧まで上昇すると、オルタネータ４の回生発電電力を用いてバッテリ１の充電を行う。オルタネータ４の回生発電電力の全てをキャパシタ２で回収しようとすると、キャパシタ２の容量を大きくする必要があるが、キャパシタ２とバッテリ１で回収することにより、キャパシタ２の容量を小さくすることができ、コストを低減することができる。
【００４８】
＜第３の実施形態＞
第２の実施形態における車両の制御装置では、車両の減速燃料カット中にオルタネータ４の回生発電電力を用いてキャパシタ２の充電を優先的に行い、キャパシタ２の電圧が所定の最大許容電圧まで上昇すると、キャパシタ２の電圧を維持するとともに、回生発電電力を用いてバッテリ１の充電を行った。第３の実施形態における車両の制御装置では、車両の減速燃料カット中に、オルタネータ４の回生発電電力を用いてキャパシタ２の充電を行うとともに、バッテリ１の充電を行う。すなわち、キャパシタ２の充電とバッテリ１の充電とを同時に行う。
【００４９】
図１０は、第３の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。図１０において、図２に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００５０】
ステップＳ３またはステップＳ４に続くステップＳ１０１では、バッテリ１のＳＯＣが最大許容ＳＯＣより低いか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１８で行う判定と同じである。バッテリ１のＳＯＣが所定の最大許容ＳＯＣより低いと判定するとステップＳ１０２に進み、所定の最大許容ＳＯＣ以上であると判定するとステップＳ１０３に進む。
【００５１】
ステップＳ１０２では、バッテリ１の充電制御を行う。この制御は、ステップＳ１９で行う制御と同じである。
【００５２】
一方、ステップＳ１０３では、バッテリ１の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップＳ２０で行う制御と同じである。
【００５３】
以上、第３の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ４の回生運転時に、オルタネータ４によって発電された電力を用いてキャパシタ２およびバッテリ１の充電を行う際に、キャパシタ２およびバッテリ１の充電開始時期を同時とする。これにより、第１および第２の実施形態における車両の制御装置の構成と比べて、キャパシタ２の容量を最大限小さくすることができ、最大限コストを低減することができる。
【００５４】
本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、発電を行うオルタネータは、エンジン始動時にスタータモータとしての機能を有するものであってもよい。また、発電を行う手段は、オルタネータに限定されず、電力供給時にモータとして機能し、回生運転時にジェネレータとして機能するモータジェネレータでもよい。
【００５５】
バッテリ１の一例として鉛酸バッテリを挙げたが、鉛酸バッテリに限定されることはない。同様に、キャパシタ２の一例として電気二重層キャパシタを挙げたが、電気二重層キャパシタに限定されることはない。
【符号の説明】
【００５６】
１…バッテリ
２…キャパシタ
３…ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧調整手段）
４…オルタネータ（発電手段）
５…コントローラ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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