(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の電源系の電圧値が所定の調整電圧値となるように、前記移動体の動力を用いて発電した動力発電電力を前記電源系に供給する動力発電手段を備えた電源制御装置であって、
前記移動体における熱源の熱エネルギを用いて発電し、この発電した熱発電電力を前記電源系に供給する熱発電手段と、
前記移動体の減速時に、当該移動体の運動エネルギを用いて発電し、この発電した減速回生電力を前記電源系に供給する減速回生手段と、
前記減速回生手段による減速回生電力が供給されている場合、前記熱発電手段の熱発電電力を抑制するように制御する熱発電制御手段と、を備え、
前記熱発電手段は、前記電源系の電圧値が、前記動力発電手段に対する前記所定の調整電圧値よりも高い値で、かつ、前記減速回生手段に対する調整電圧値よりも低い値に設定された当該熱発電手段に対する調整電圧値となるように、前記熱発電電力を供給することを特徴とする電源制御装置。
【請求項２】
前記熱発電制御手段は、前記電源系において通常使用される電圧範囲の下限値よりも低い値に前記熱発電手段に対する調整電圧値を変更する熱発電調整電圧値変更手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記移動体の減速又は減速指令を検知した場合に、減速回生を指示するための減速回生信号を出力する減速回生信号出力手段を備え、
前記減速回生手段は、前記減速回生信号の出力を受けた場合に発電するものであり、
前記熱発電制御手段は、前記減速回生信号の出力を受けた場合に前記熱発電手段の熱発電電力を制御するものであり、当該熱発電制御手段における前記減速回生信号の出力に対する応答性を前記減速回生手段における前記減速回生信号の出力に対する応答性よりも遅くするための手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電源制御装置。
【請求項４】
前記電源系の電圧値を検出する電圧検出手段を備え、
前記電圧検出手段は、前記動力発電手段、及び前記熱発電手段からの電力線が前記電源系と接続する接続部よりも前記電源系に接続されたバッテリに近い部位にて検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電源制御装置。
【請求項５】
前記熱発電手段からの電力線が前記電源系と接続する接続部は、前記動力発電手段からの電力線が前記電源系と接続する接続部よりも前記バッテリの近くに位置することを特徴とする請求項４記載の電源制御装置。
【請求項６】
前記熱発電手段は、前記熱源の熱エネルギによる熱伝達媒体の膨張又は／及び凝縮によって発生する運動エネルギを利用して発電する熱発電機を駆動させることで前記熱発電電力を発生する手段を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電源制御装置。
【請求項７】
前記熱伝達媒体は前記移動体に搭載された空調装置の冷媒であって、この冷媒の膨張前の圧力、冷媒流量、及び温度から前記熱発電手段の発電可能な発電可能電力を算出する熱発電電力算出手段と、
前記冷媒を加圧し循環させる冷媒ポンプと、
前記熱発電電力算出手段の算出した発電可能電力が出力されるように、前記熱発電機の回転数、回転トルク、及び前記冷媒ポンプの回転数を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項６記載の電源制御装置。
【請求項８】
前記熱発電機における熱伝達媒体の流路をバイパスする流路バイパス手段と、
前記流路バイパス手段を流れる熱伝達媒体の流量を制御するバイパス流量制御手段と、を備え、
前記熱発電制御手段は、前記バイパス手段に熱伝達媒体を流すことによって前記熱発電電力を抑制することを特徴とする請求項６又は７記載の電源制御装置。
【請求項９】
前記移動体はハイブリッド電気自動車であって、当該ハイブリッド電気自動車の電源系に供給された前記熱発電手段からの熱発電電力を前記ハイブリッド電気自動車の駆動用の電力に変換する手段を備えることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等を熱源とし、その熱源の熱エネルギを利用して発電する熱発電機を備えた電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車には、多くの電気・電子機器が搭載されるようになり、その電力需要は増加傾向にある。そのような中で、従来のようにエンジンの動力のみから発電機を回して発電する方法では、エンジン動力の多くを発電に費やすことによる燃費や加速性能の悪化、及び供給電力不足による電源電圧の低下やバッテリ上がりが懸念されている。
【０００３】
そこで、エンジン動力以外のエネルギ、特に、従来車両において捨てられていたエネルギを回収し発電（回生）することで、上記の問題を解決しようとする技術（例えば、特許文献１参照）が提案されている。例えば、特許文献１には、減速時の運動エネルギによって発電する減速回生装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−３０９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の減速回生装置以外にも、エンジンの冷却水の熱エネルギによって発電する廃熱発電機がある。これは、エンジンの冷却水の熱エネルギで冷媒を膨張させ、その膨張による運動エネルギを膨張機で回転エネルギに変えて発電機を駆動して発電する、という冷媒の凝縮、及び膨張のランキンサイクルを用いたものである。この廃熱発電機を車両の電源系に接続して、廃熱発電による廃熱発電電力を供給することを想定した場合、廃熱発電電力が車両の電気負荷の必要とする電力より少なければ、車両のオルタネータのレギュレータによる電圧制御によって、負荷電力と廃熱発電電力との差分をオルタネータによって発電することが可能となる。その結果、オルタネータによる発電電力（エンジンの動力を用いてオルタネータによって発電した動力発電電力）は廃熱発電電力の分だけ少なくなり、これに伴って、オルタネータの負荷が減るためエンジンの燃料が節約できる。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のような減速回生装置を搭載した車両の電源系に廃熱発電による廃熱発電電力を供給する場合、減速回生と廃熱発電の双方から供給される電力が電源系の上限電圧を越えるような電力であるとき、電源系は双方の電力を同時に受け入れらず、その結果、減速回生（あるいは、廃熱発電）による効果が減ることになる。
【０００６】
このような場合、レギュレータによる電圧制御の調整電圧の上限を高くすることによって、電源系において双方の電力を同時に受け入れることのできる電力を増やすことができるが、その一方でバッテリが過充電気味となるためバッテリの寿命を縮めてしまう。また、鉛バッテリのような充電の受け入れ性能が劣る電池に替わり、リチウム電池やニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池のような高性能なバッテリを採用することも考えられるが、このような高性能なバッテリを採用するとコスト高となってしまう。
【０００７】
さらに、廃熱発電による発電電力が車両の電気負荷の必要とする電力よりも多い場合、オルタネータは全く発電しなくて済むことになるが、同時に減速回生による発電電力も全く受け入れないことになる。その一方、廃熱発電は、エンジンの冷却水から熱を奪うので、過度の発電により冷却水温を下げ過ぎると、発電量が減少するばかりでなく、燃費やエミッションに悪い影響を与えるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、エネルギを効率よく回収して車両の燃費を向上させることができる電源制御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】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の電源制御装置は、移動体の電源系の電圧値が所定の調整電圧値となるように、移動体の動力を用いて発電した動力発電電力を電源系に供給する動力発電手段を備えたものであって、移動体における熱源の熱エネルギを用いて発電し、この発電した熱発電電力を電源系に供給する熱発電手段と、移動体の減速時に、当該移動体の運動エネルギを用いて発電し、この発電した減速回生電力を電源系に供給する減速回生手段と、減速回生手段による減速回生電力が供給されている場合、熱発電手段の熱発電電力を抑制するように制御する熱発電制御手段と、を備え、熱発電手段は、電源系の電圧値が、動力発電手段に対する所定の調整電圧値よりも高い値で、かつ、減速回生手段に対する調整電圧値よりも低い値に設定された当該熱発電手段に対する調整電圧値となるように、熱発電電力を供給することを特徴とする。
【００１３】
減速回生電力は、その電力を蓄える手段を備えない限り蓄電することはできないため、減速回生電力が電気系に供給される場合には、その電力を最大限受け入れることが好ましい。一方、熱発電電力は、上記のように熱源の熱エネルギを用いて発電されたものであり、熱源から積極的に熱エネルギを奪わなければ、その熱エネルギは蓄熱される。
【００１４】
本発明は、この点に着目してなされたものであり、熱発電電力と減速回生電力が供給される電気系において、減速回生手段によって減速回生電力が供給されている場合には、熱発電手段による熱発電電力（若しくは、熱発電そのもの）を抑制する。これにより、減速回生電力を最大限受け入れつつ熱エネルギを蓄熱することができるため、エネルギを効率よく回収して車両の燃費を向上させることができる。
【００１６】
また、移動体が減速中でなく、熱発電電力が大きい場合には、熱発電電力によって電気系の電圧値を熱発電手段の調整電圧に保つことができる。なお、移動体が減速中でなく、熱発電電力が小さい場合には、動力発電電力によって電気系の電圧値を動力発電手段の調整電圧に保つようにする。また、移動体が減速中の場合には、減速回生電力によって電気系の電圧値を減速回生手段の調整電圧に保つようにする。この時、電気系の電圧値が減速回生手段の調整電圧に保たれていれば、熱発電手段の調整電圧を上回っているので、熱発電手段による発電をしないようにするとよい。
【００１７】
請求項２に記載のように、熱発電制御手段は、電源系において通常使用される電圧範囲の下限値よりも低い値に熱発電手段に対する調整電圧値を変更する熱発電調整電圧値変更手段を備えることが好ましい。
【００１８】
これにより、減速回生手段による減速回生電力が電源系に供給されている場合、熱発電調整電圧値変更手段によって変更された通常使用される電圧よりも低い調整電圧値に近づくように、熱発電手段による熱発電電力の供給を抑えることができる。
【００１９】
請求項３に記載のように、移動体の減速又は減速指令を検知した場合に、減速回生を指示するための減速回生信号を出力する減速回生信号出力手段を備え、減速回生手段は、減速回生信号の出力を受けた場合に発電するものであり、熱発電制御手段は、減速回生信号の出力を受けた場合に熱発電手段の熱発電電力を制御するものであり、当該熱発電制御手段における減速回生信号の出力に対する応答性を減速回生手段における減速回生信号の出力に対する応答性よりも遅くするための手段を備えることが好ましい。
【００２０】
これにより、減速回生信号の出力に対する減速回生手段と熱発電制御手段の応答性に差をもたせることができるため、減速回生手段と熱発電制御手段による発電の干渉や、熱発電制御手段における制御のチャタリングを防止することができる。
【００２１】
請求項４に記載の電源制御装置は、電源系の電圧値を検出する電圧検出手段を備え、電圧検出手段は、動力発電手段、及び熱発電手段からの電力線が電源系と接続する接続部よりも電源系に接続されたバッテリに近い部位にて検出することが好ましい。これにより、外乱による影響が少なく、正確で安定した検出が可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の電源制御装置によれば、熱発電手段からの電力線が電源系と接続する接続部は、動力発電手段からの電力線が電源系と接続する接続部よりもバッテリの近くに位置することが好ましい。
【００２３】
一般に、熱発電電力は動力発電電力よりも小さい。そこで、大電流の流れる動力発電手段と電気系の負荷との間が可能な限り短くなるように、熱発電手段からの電力線が電源系と接続する接続部を動力発電手段からの電力線が電源系と接続する接続部よりもバッテリの近くに位置することにより、電力損失を小さくすることができる。
【００２４】
請求項６に記載の電源制御装置によれば、熱発電手段は、熱源の熱エネルギによる熱伝達媒体の膨張又は／及び凝縮によって発生する運動エネルギを利用して発電する熱発電機を駆動させることで熱発電電力を発生する手段を備えることを特徴とする。これにより、熱伝達媒体の熱エネルギを利用した熱発電が可能になる。
【００２５】
請求項７に記載の電源制御装置によれば、熱伝達媒体は移動体に搭載された空調装置の冷媒であって、この冷媒の膨張前の圧力、冷媒流量、及び温度から熱発電手段の発電可能な電力を算出する熱発電電力算出手段と、冷媒を加圧し循環させる冷媒ポンプと、熱発電電力算出手段の算出した発電可能電力が出力されるように、熱発電機の回転数、回転トルク、及び冷媒ポンプの回転数を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
このように、熱発電機や冷媒ポンプを制御することによって、上記発電可能電力を実際に発電し電気系に供給することが可能となる。
【００２７】
請求項８に記載の電源制御装置は、熱発電機における熱伝達媒体の流路をバイパスする流路バイパス手段と、流路バイパス手段を流れる熱伝達媒体の流量を制御するバイパス流量制御手段と、を備え、熱発電制御手段は、バイパス手段に熱伝達媒体を流すことによって熱発電電力を抑制することを特徴とする。
【００２８】
これにより、減速回生手段による減速回生電力の供給開始に伴って、応答よく、熱発電手段の熱発電電力を抑制することが可能となる。
【００２９】
請求項９に記載の電源制御装置によれば、移動体はハイブリッド電気自動車であって、当該ハイブリッド電気自動車の電源系に供給された熱発電手段からの熱発電電力をハイブリッド電気自動車の駆動用の電力に変換する手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
これにより、ハイブリッド電気自動車の電源系に熱発電手段からの熱発電電力を供給して、駆動用の電力として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の電源制御装置の実施態様について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、自動車に搭載された電源制御装置の適用例について説明するものであるが、自動車に限らず、鉄道車両等の熱源を備える移動体に適用可能である。
【００３２】
図１は、本実施形態における車両の電気系を示すブロック図である。同図に示す車両の電気系は、エンジン１、エンジン制御手段２、オルタネータ＆レギュレータ３、減速回生制御手段４、廃熱発電手段５、廃熱発電制御手段６、水温検出手段７、バッテリ８、ローパスフィルタ９、ブレーキセンサ１０、アクセルセンサ１３、及びｋ個（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）の電気負荷が接続されている。
【００３３】
エンジン１は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関であり、ベルトによりオルタネータ＆レギュレータ３に連結されている。オルタネータ＆レギュレータ３、及び廃熱発電手段５は、電源バスを通じてバッテリ８、及びｋ個の電気負荷に接続される。エンジン制御手段２は、エンジン１の制御を行うための制御装置であり、エンジン１の種々の状態を検出するセンサ（図示せず）によって検出されたエンジン回転数等種々の情報に基づいてエンジン１の出力を制御する。
【００３４】
オルタネータ＆レギュレータ３は、周知のオルタネータと電圧制御を行うレギュレータとによって構成される。オルタネータは、エンジン１の動力を用いて発電する発電機である。また、レギュレータは、電源バスのバス電圧が所定の調整電圧値となるように電圧制御を行って、オルタネータによって発電された動力発電電力を電源バスに供給する。
【００３５】
また、このオルタネータ＆レギュレータ３は、車両の減速時の運動エネルギを用いて発電（減速回生）するように構成されており、減速回生制御手段４から減速回生信号を受けた場合、電源バスのバス電圧の調整電圧値を通常よりも少し高めに設定して、減速回生による減速回生電力を可能な限り電源バスに供給するようにする。この減速回生制御手段４からの減速回生信号は、ローパスフィルタ９を介して廃熱発電制御手段６にも同時に送信される。廃熱発電制御手段６では、減速回生信号を受信すると、廃熱発電手段５による廃熱発電電力をゼロ（０）又は最小に制御する。
【００３６】
減速回生制御手段４は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ１０からのブレーキ信号、スロットルバルブの開度量（若しくは、アクセルペダルの踏み込み量）を検出するアクセルセンサ１１からのアクセル開度信号、及び図示しない車速を検出する車速センサからの車速信号等に基づいて、車両が減速中（又は降坂中）であるかどうかを判断する。そして、減速中である場合に、減速回生を実行すべくアクティブレベル（Ｈ：Ｈｉｇｈ）の減速回生信号を送信するとともに、図示しないインジェクタへの燃料カットを指示するためのフューエルカット指示信号をエンジン制御手段２へ送信する。
【００３７】
なお、車両の減速を検知する手段としては、ブレーキ信号、アクセル開度信号、及び車速信号等の他に、例えば、車速やアクセル開度の変化、フューエルカット信号を検知するものであってもよいし、ナビゲーション装置で用いられる地図データとＧＰＳ（Global Positioning System）による車両の現在位置、あるいは、車両の水平軸回りの傾斜を検出する傾斜センサ等を用いて下り坂を予測したり検知したりしてもよい。
【００３８】
ローパスフィルタ９は、熱発電制御手段６における減速回生信号の出力に対する応答性をオルタネータ＆レギュレータ３における減速回生信号の出力に対する応答性よりも遅くするために設けられる。これにより、減速回生信号の出力に対するオルタネータ＆レギュレータ３と熱発電制御手段６の応答性に差をもたせることができるため、オルタネータ＆レギュレータ３と熱発電制御手段６による発電の干渉や、熱発電制御手段６における制御のチャタリングを防止することができる。
【００３９】
図２に、廃熱発電手段５の構成を示す。本実施形態の廃熱発電手段５は、冷媒の凝縮及び膨張サイクルを用いた廃熱発電を行うものである。すなわち、エンジン冷却水の熱エネルギを熱交換器５ａによって冷媒に吸収させ、この冷媒は、膨張機５ｂ内でエンジン冷却水の熱エネルギで膨張し、その運動エネルギで廃熱発電機５ｃを駆動して発電する。
【００４０】
冷媒ポンプ５ｅは、膨張機５ｂ及びコンデンサ内の冷媒を循環させるためのポンプであり、冷媒ポンプモータ制御手段５ｇへ冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）を送信し、この冷媒ポンプモータ制御手段５ｇによって制御される。冷媒ポンプモータ制御手段５ｇは、この冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）を廃熱発電制御手段６に対して送信する。
【００４１】
圧力センサ５ｆは、冷媒ポンプ５ｅ入口の冷媒圧力（Ｐｐ−ｉｎ）を検出し、廃熱発電制御手段６へ送信する。水温検出手段７は、エンジン冷却水温（Ｔｗ）を検出し、廃熱発電制御手段６へ送信する。
【００４２】
廃熱発電制御手段６は、インバータ５ｄへ回転数指令を送信し、インバータ５ｄは、廃熱発電機５ｃの回転数が回転数指令の回転数となるように制御する。また、インバータ５ｄは、電圧調整機能を備えており、所定の調整電圧値となるように廃熱発電電力を制御する。また、廃熱発電制御手段６は、ウォータポンプモータ制御手段５ｈへ電動ウォータポンプ回転指令を送信し、ウォータポンプモータ制御手段５ｈは、このウォータポンプ回転指令を受けて電動ウォータポンプを制御する。
【００４３】
次に、廃熱発電制御手段６における発電電力制御処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、図３に示すステップＳ１０では、現在の車両状態に基づいて、廃熱発電手段５によって廃熱発電可能な最大電力（供給可能電力：ＷＴＧ＿ＭＡＸ）を算出する。
【００４４】
ここで、ステップＳ１０における廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）の算出処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１０では、車速（Ｖｖ）、外気温（Ｔａ）、廃熱発電機５ｃの発電機回転数（Ｎｇ）、エンジン冷却水温（Ｔｗ）、エンジン回転数（Ｎｅ）、電動ウォータポンプ回転数（Ｎｗｐ）、冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）、冷媒ポンプ入口冷媒圧力（Ｐｐ−ｉｎ）を取得する。
【００４５】
ステップＳ１２０では、エンジン回転数（Ｎｅ）と電動ウォータポンプ回転数（Ｎｗｐ）から冷却水流量（Ｆｗ）を算出するとともに、外気温（Ｔａ）、冷媒ポンプ入口冷媒圧力（Ｐｐ−ｉｎ）から冷媒密度（ρ）を算出し、それに冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）、吐出容積（ｖｐ）、ポンプ効率（ηｐ）を乗じて冷媒の質量流量（Ｇｒ）を算出する。
【００４６】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１１０及びステップＳ１２０において算出した諸量から、現在の車両状態における廃熱発電電力の動力源となる膨張機５ｂの機械的な出力の最大値（Ｗｅｘ＿ＭＡＸ）を算出する。このステップＳ１３０では、冷媒のランキンサイクルのつりあい計算によって算出してもよいし、冷媒ポンプ５ｅ入口の冷媒圧力（Ｐｐ−ｉｎ）、冷媒の質量流量（Ｇｒ）、及びエンジン冷却水温（Ｔｗ）の各変数とのマップを予め用意しておき、このマップを参照して求めてもよい。ステップＳ１４０では、膨張機５ｂの機械的な出力の最大値（Ｗｅｘ＿ＭＡＸ）に発電機効率（ηＧ）を乗じて、廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）を得る。
【００４７】
図３のステップＳ２０では、減速回生信号と電源バスの現在のバス電圧（ＶＢ）を取得する。ステップＳ３０では、車両が減速中（又は降坂中）であるか否かを判定する。ここで、減速回生信号がアクティブレベル（Ｈ）である場合には、車両が減速中であると判定してステップＳ５３へ処理を進め、ステップＳ５３では、廃熱発電電力（ＷＴＧ）を０（ゼロ）に設定して、ステップＳ６０に処理を進める。
【００４８】
一方、ステップＳ３０にて、減速回生信号がパッシブレベル（Ｌ）である場合には、車両が減速中でない（加速中、若しくは定速走行中）と判定してステップＳ４０へ処理を進める。ステップＳ４０では、バス電圧（ＶＢ）が減速回生における調整電圧の上限電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）を上回っているか否かを判定する。
【００４９】
ここで、否定判定された場合には、ステップＳ５０にて、廃熱発電電力（ＷＴＧ）を廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）に設定して、ステップＳ６０に処理を進める。一方、肯定判定された場合には、ステップＳ５１において、バス電圧（ＶＢ）≦減速回生上限電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）を満たす廃熱発電減少電力（ΔＷＴＧ）を求める。ステップＳ５２では、廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）から廃熱発電減少電力（ΔＷＴＧ）を減じた廃熱発電電力（ＷＴＧ）を算出してステップＳ６０へ処理を進める。
【００５０】
ステップＳ６０では、ステップＳ１０〜ステップＳ５３までの処理によって求められた廃熱発電電力（ＷＴＧ）が実際に得られるよう、冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）、廃熱発電機５ｃの回転数、及び回転トルクを制御する。例えば、廃熱発電電力を多くしたい場合には、冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）、及び廃熱発電機５ｃの回転数の目標値を大きな値にする。このように廃熱発電機５ｃや冷媒ポンプ５ｅを制御することによって、廃熱発電電力（ＷＴＧ）を電源バスへ供給することが可能となる。
【００５１】
このステップＳ６０にて、廃熱発電電力（ＷＴＧ）がゼロ（０）の場合には、廃熱発電機５ｃの駆動を停止させるのではなく、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が略ゼロとなる低い回転数で廃熱発電機５ｃをアイドリングするとよい。それにより、車両の減速が終わった後に、廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）＞０となった場合でも速やかに発電できるようになる。
【００５２】
なお、減速回生上限電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）は、オルタネータ＆レギュレータ３の通常の調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）よりもやや高め（例えば、１２[V]の電源バスにおいて、常温の場合は調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇを約１３．５[V]）、減速回生上限電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）を約１４．５[V]）に設定する。なお、２４[V]や４２[V]の電源バス、或いは、ハイブリッド自動車のような２００〜３００[V]の高電圧電源系の車両の場合には、そのバス電圧に応じて設定する。
【００５３】
図４に、車両の走行パターンに対する本実施形態における車両の電気系の動作をタイムチャートで示す。この図示の例では、消費電力一定で、廃熱発電とオルタネータ＆レギュレータ３による発電（オルタ発電）の和が一定であるとする。図４において、時刻（ｔ０〜ｔ１）の間、時刻（ｔ４〜ｔ５）の間、及び時刻（ｔ１０）以降は停車中（アイドリング）を示し、時刻（ｔ１〜ｔ２）の間、時刻（ｔ５〜ｔ６）の間、時刻（ｔ８〜ｔ９）の間は加速中を示している。また、時刻（ｔ２〜ｔ３）の間、時刻（ｔ６〜ｔ７）の間は定速走行中を示し、時刻（ｔ３〜ｔ４）の間、時刻（ｔ７〜ｔ８）の間、及び時刻（ｔ９〜ｔ１０）の間は減速中を示している。
【００５４】
廃熱発電は、エンジン１が駆動していれば停車中でも少量の発電は可能であるが、車速が高いほどエンジン１の廃熱量およびコンデンサの冷却熱量が多くとれるため、ランキンサイクルから多くのエネルギを得て発電することが可能である。従って、廃熱発電電力（ＷＴＧ）は、基本的に車速の高低に応じて増減し、オルタ発電電力は廃熱発電電力（ＷＴＧ）の増加・減少に応じて減少・増加する。
【００５５】
すなわち、車両消費電力に対して廃熱発電電力（ＷＴＧ）によって賄いきれない不足分について、オルタネータ＆レギュレータ３の調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）に達するまでオルタ発電で賄うことで、収支のバランスを保つようにする。また、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が車両消費電力を上回った場合にはオルタ発電電力がゼロ（０）になってもバス電圧が上昇するため、廃熱発電電力（ＷＴＧ）をインバータ５ｄの調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）で電圧制御して収支のバランスを保つようにする。なお、オルタネータ＆レギュレータ３の調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）＜インバータ５ｄの調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）とすることで、廃熱発電を優先させるとともに、オルタ発電を補助的な役割とする。
【００５６】
一方、減速中は、オルタネータ＆レギュレータ３による減速回生による発電を廃熱発電よりも優先して最大限行うため、減速回生信号がアクティブレベル（Ｈ）（言い換えれば、減速回生発電が実行されている）場合、オルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧をＶｕ＿ｒｅｇ（＝Ｖａ＿ｒｅｇ＋α）とするとともに、廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）に設定する。
【００５７】
これにより、オルタネータ＆レギュレータ３は、調整電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に達するまで車両の減速中の運動エネルギを用いて最大限に発電可能となるため、エンジン１の燃料を節約することが可能となる。また、減速中に廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）にすることで、廃熱発電に費やす廃熱を保持して冷却水温を上昇させることができ、減速終了時は冷却水温が高い状態で廃熱発電を再開することができるので、その分廃熱発電による発電量を多くすることができる、いわゆる蓄熱の効果も得ることができる。
【００５８】
次に、図４に示すタイムチャートを時間経過に合せて説明する。時刻（ｔ０〜ｔ１）の間はアイドリング中であり、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が少なく大半をオルタネータ＆レギュレータ３によってエンジン動力から発電している状態である。電源バスのバス電圧は、オルタネータ＆レギュレータ３の通常の調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）に保たれている。
【００５９】
時刻（ｔ１〜ｔ２）の間は加速中であり、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が増加し、その分、オルタ発電の発電電力が減少している状態である。時刻（ｔ２〜ｔ３）の間は低速走行中であり、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が多いが車両消費電力の全てを賄う程でない状態である。
【００６０】
時刻（ｔ３〜ｔ４）の間は減速中であり、減速回生信号のアクティブレベルが（Ｈ）であるので、廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）とし、オルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧をＶｕ＿ｒｅｇ（＝Ｖａ＿ｒｅｇ＋α）に変更し、オルタネータ＆レギュレータ３で減速回生発電している状態である。なお、点線は、制御無しの状態を示しており、車速の減少に応じて廃熱発電電力（ＷＴＧ）が減少し、オルタネータ＆レギュレータ３での減速回生発電は、車両消費電力から廃熱発電電力（ＷＴＧ）を減じた発電電力に制限されている。
【００６１】
時刻（ｔ４〜ｔ５）の間は、時刻（ｔ０〜ｔ１）の間と同様にアイドリング中であるが、時刻（ｔ４〜ｔ４１）の間は、直前の時刻（ｔ３〜ｔ４）の間に廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）にしたことによって冷却水温が上昇し、制御無しの場合よりも廃熱発電電力（ＷＴＧ）が少しだけ上昇している状態である。
【００６２】
時刻（ｔ５〜ｔ６）の間は、時刻（ｔ１〜ｔ２）の間と同様に加速中であり、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が増加している状態である。但し、時刻（ｔ５１）で廃熱発電電力（ＷＴＧ）が車両消費電力を上回るので、オルタ発電電力はゼロ（０）となり、オルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）の電圧制御は実行できなくなる。そこで、インバータ５ｄが調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ＝Ｖｕ＿ｒｅｇ）で電圧制御することで発電電力の増加を抑制する。これにより、電源バスのバス電圧は調整電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に増加する。
【００６３】
時刻（ｔ６〜ｔ７）の間は高速走行中であり、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が車両消費電力の全てを賄っている状態である。電源バスのバス電圧は、通常より高めの調整電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に制御されている。時刻（ｔ７〜ｔ８）の間は減速中であり、減速回生信号のアクティブレベルが（Ｈ）であるので、廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）とし、オルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧をＶｕ＿ｒｅｇ（＝Ｖａ＿ｒｅｇ＋α）に変更し、オルタネータ＆レギュレータ３で減速回生発電している状態である。
【００６４】
時刻（ｔ８〜ｔ９）は、時刻（ｔ５〜ｔ６）の間と同様に加速中であり、廃熱発電電力（ＷＴＧ）が増加している状態である。時刻（ｔ５１）と同様に、時刻（ｔ８１）で廃熱発電電力（ＷＴＧ）が車両消費電力を上回るので、オルタ発電電力はゼロ（０）となり、インバータ５ｄが調整電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）で電圧制御する。
【００６５】
時刻（ｔ９〜ｔ１０）は、時刻（ｔ７〜ｔ８）と同様に減速中であり、減速回生信号のアクティブレベルが（Ｈ）であるので、廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）とし、オルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧をＶｕ＿ｒｅｇ（＝Ｖａ＿ｒｅｇ＋α）に変更し、オルタネータ＆レギュレータ３で減速回生発電している状態である。
【００６６】
時刻（ｔ１０）以降は、時刻（ｔ４〜ｔ５）と同様にアイドリング中であり、時刻（ｔ１０〜ｔ１０１）の間は、直前の時刻（ｔ９〜ｔ１０）において廃熱発電電力（ＷＴＧ）をゼロ（０）にしたことによって冷却水温が上昇し、制御無しの場合よりも廃熱発電電力（ＷＴＧ）が少しだけ上昇している状態である。
【００６７】
このように廃熱発電制御手段６では、減速回生によって減速回生電力が電源バスに供給されている場合には、廃熱発電電力（ＷＴＧ）（若しくは、廃熱発電そのもの）を抑制（ゼロに設定）している。
【００６８】
すなわち、減速回生電力は、その電力を蓄える手段を備えない限り蓄電することはできないため、減速回生電力が電源バスに供給される場合には、その電力を最大限受け入れることが好ましいが、廃熱発電電力は、廃熱エネルギを用いて発電されたものであり、熱源から積極的に廃熱エネルギを奪わなければ、その廃熱エネルギは蓄熱される。
【００６９】
従って、減速回生電力が電源バスに供給されている場合には、廃熱発電電力を抑制することで、減速回生電力を電源バスに最大限受け入れつつ廃熱エネルギを蓄熱することができる。その結果、エネルギを効率よく回収して車両の燃費を向上させることができる。
【００７０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。
【００７１】
（変形例１）
図６に、本変形例における廃熱発電手段５の構成を示す。本廃熱発電手段５は、インバータ５ｄの替わりに整流回路／レギュレータ５ｉを備え、廃熱発電機５ｃとして、オルタネータのような界磁電流の制御によって出力の制御が可能な発電機を採用した。本廃熱発電手段５の構成では、直接的に廃熱発電機５ｃを回転数制御することはできないので、廃熱発電電力の調整は冷媒ポンプ５ｅの回転数を制御することで行う。
【００７２】
しかしながら、冷媒ポンプ５ｅの回転数の制御では冷媒を介するため応答性が悪い。そこで、本変形例では、車両の減速中に廃熱発電電力をゼロ（０）にするため、整流回路／レギュレータ５ｉの調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を電源バスにおいて通常使用されるバス電圧（ＶＢ）範囲の下限よりも低い値（ＶＬ＝約１０[V]程度）に変更する。これにより、減速回生電力が電源バスに供給されている場合、この変更された調整電圧値（ＶＬ）に近づくように、廃熱発電電力の供給を抑えることができる。
【００７３】
更に、本廃熱発電手段５では、膨張機５ｂの冷媒の出入り口をバイパスするバイパス流路およびその流路を開閉する膨張機バイパスバルブ５ｊを設けている。
【００７４】
図７に、本変形例における廃熱発電制御手段６による制御処理を示す。本制御処理では、廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）、及び廃熱発電電力（ＷＴＧ）を制御するのではなく、整流回路／レギュレータ５ｉの調整電圧の変更、膨張機バイパスバルブ５ｊの制御、及び冷媒ポンプ５ｅの回転数制御を行う。
【００７５】
先ず、ステップＳ２１０では減速回生信号を取得し、ステップＳ２２０では、車両が減速中（又は降坂中）であるか否かを判定する。ここで、減速回生信号がアクティブレベル（Ｈ）である場合には、車両が減速中であると判定してステップＳ２６０へ処理を進め、減速回生信号がパッシブレベル（Ｌ）である場合には、車両が減速中でない（加速中、若しくは定速走行中）と判定してステップＳ２３０へ処理を進める。
【００７６】
ステップＳ２３０では、整流回路／レギュレータ５ｉの調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）をオルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）よりも少し高い値（Ｖｔ＿ｒｅｇ（＝Ｖａ＿ｒｅｇ＋α））に設定する。
【００７７】
ステップＳ２４０では膨張機バイパスバルブ５ｊのバルブを閉じ、ステップＳ２５０では、廃熱発電機５ｃが調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を超えない範囲の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）を算出し、この最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）で発電するように、冷媒ポンプ回転数（Ｎｐ）を制御する。これにより、廃熱発電機５ｃは、減速中においては廃熱発電電力をゼロ（０）とし、それ以外の場合は、調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）が（Ｖｕ＿ｒｅｇ）となるように発電する。
【００７８】
また、廃熱発電電力が車両消費電力よりも少なく、バス電圧（ＶＢ）を（Ｖａ＿ｒｅｇ）まで上昇させることができない場合は、その不足分をオルタネータ＆レギュレータ３がエンジン動力を用いて発電することにより、バス電圧（ＶＢ）を（Ｖａ＿ｒｅｇ）に保つ。一方、廃熱発電電力が車両消費電力以上の場合は、バス電圧（ＶＢ）は、（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に保たれ（Ｖａ＿ｒｅｇ）を上回るため、オルタネータ＆レギュレータ３による発電は行わない。
【００７９】
ステップＳ２６０では、整流回路／レギュレータ５ｉの調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を電源バスにおいて通常使用されるバス電圧（ＶＢ）範囲の下限よりも低い値（ＶＬ）に設定する。ステップＳ２７０では膨張機バイパスバルブ５ｊのバルブを開放し、ステップＳ２８０では冷媒ポンプ５ｅの回転数（Ｎｐ）をゼロ（０）にして、膨張機５ｂへの冷媒の流れを止めて、廃熱発電機５ｃの回転を止めるようにする。これにより、減速回生電力の供給開始に伴って、応答よく、廃熱発電電力を抑制することが可能となる。
【００８０】
図８は、車両の走行パターンに対する本変形例における車両の電気系の動作をタイムチャートで示したものである。減速回生中に整流回路／レギュレータ５ｉの調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を変えること以外は、上記実施形態において説明した図４に示すタイムチャートと同様であるため、その説明を省略する。
【００８１】
（変形例２）
図９は、本変形例における車両の電気系を示すブロック図である。本変形例では、図１に示したローパスフィルタ９と、このローパスフィルタ９を介して廃熱発電制御手段６に入力する減速回生信号線を省略した構成となっており、それ以外は図１と同様である。
【００８２】
本変形例では、廃熱発電手段５に対する調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）は、車両の速度に係わらず一定とし、代わりに、オルタネータ＆レギュレータ３に対する調整電圧をエンジンの動力を用いた動力発電の場合には（Ｖａ＿ｒｅｇ）、減速回生発電の場合には（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に変更して、以下の関係を満たすようにした。
【００８３】
（数１）
（Ｖａ＿ｒｅｇ）＜（Ｖｔ＿ｒｅｇ）＜（Ｖｕ＿ｒｅｇ）
このように、廃熱発電手段５に対する調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）は、動力発電に対する調整電圧よりも高い値で、かつ、減速回生発電に対する調整電圧よりも低い値となるようにする。これにより、車両が減速中でなく、廃熱発電電力が大きい場合には、廃熱発電電力によって電源バスのバス電圧を調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）に保つことができる。
【００８４】
図１０は、車両の走行パターンに対する本変形例における車両の電気系の動作をタイムチャートで示したものである。時刻（ｔ０〜ｔ３）、時刻（ｔ４〜ｔ５１）、時刻（ｔ８〜ｔ８１）、時刻（ｔ１０）以降では、車両が減速中でなく、廃熱発電電力が車両消費電力よりも少ないので、オルタネータ＆レギュレータ３は、その不足分をエンジン動力によって発電し、電源バスのバス電圧を調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）に保つ。
【００８５】
時刻（ｔ３〜ｔ４）、時刻（ｔ７〜ｔ８）、時刻（ｔ９〜ｔ１０）の間は、車両が減速中であるので、オルタネータ＆レギュレータ３は、車両の減速による運動エネルギで発電し、電源バスのバス電圧を調整電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に保つ。この場合、電源バスのバス電圧が減速回生発電の調整電圧（Ｖｕ＿ｒｅｇ）に保たれていれば、廃熱発電手段５に対する調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を上回っているので、廃熱発電を自動的に停止して、発電しないようにするとよい。
【００８６】
時刻（ｔ５１〜ｔ７）、及び時刻（ｔ８１〜ｔ９）の間は、車両が減速中でなくかつ廃熱発電電力が車両消費電力に対して十分であるので、廃熱発電手段５は調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を保つように発電する。
【００８７】
（変形例３）
図１１に示す車両の電気系において、電源バスのバス電圧を検出するバス電圧検出手段を備える場合、このバス電圧検出手段は、オルタネータ＆レギュレータ３及び廃熱発電手段５からの電力線が電源バスと接続する接続部よりもバッテリ８に近い部位Ｂにて検出することが好ましい。言い換えれば、少なくともバッテリ８からの電力線と廃熱発電手段５からの電力線との接続部Ａよりもバッテリ８側であることが望ましい。
【００８８】
これにより、外乱による影響が少なく、正確で安定したバス電圧の検出が可能となり、発電制御を安定させることができる。なお、これは、オルタネータ＆レギュレータ３の電圧検出についても同様である（図１１のＤ）。
【００８９】
（変形例４）
図１１に示す車両の電気系のように、廃熱発電手段５からの電力線が電源バスと接続する接続部Ａは、オルタネータ＆レギュレータ３からの電力線が電源バスと接続する接続部Ｃよりもバッテリ８の近くに位置することが好ましい。言い換えれば、接続部Ｃは、接続部Ａよりも負荷側であることが望ましい。
【００９０】
一般に、廃熱発電手段５による廃熱発電電力はオルタネータ＆レギュレータ３による動力発電電力よりも小さい。そこで、大電流の流れるオルタネータ＆レギュレータ３と電源バスの電気負荷との間が可能な限り短くなるように、接続部Ａを接続部Ｃよりもバッテリ８の近くに位置することにより、電力損失を小さくすることができる。また、廃熱発電手段５のインバータ５ｄから発生するノイズによる電気負荷への影響を抑制することができる。
【００９１】
（変形例５）
例えば、オルタネータ＆レギュレータ３の調整電圧（Ｖａ＿ｒｅｇ）を一定値とし、廃熱発電手段５に対する調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を変更するようにしてもよい。すなわち、電源系の電圧値が予め設定された上限値を上回らないように、廃熱発電手段５に対する調整電圧（Ｖｔ＿ｒｅｇ）を制御するようにしてもよい。
【００９２】
これにより、既存の車両の電源系に廃熱発電に関する手段を後付けして構成することができる。また、廃熱発電電力の余剰によって電源系の電圧値が上限値を上回らないように抑えられるため、オルタネータ＆レギュレータ３による動力発電電力と熱発電電力を同時に受け入れることができるとともに、電源系にバッテリ８が接続される場合には、このバッテリの過充電を防ぐことができる。その結果、廃熱エネルギを効率よく回収して車両の燃費を向上させる効果が期待できる。
【００９３】
なお、廃熱発電制御手段６は、廃熱発電手段５に対する所定の調整電圧値よりも高い値に設定された上限値を上回らないように制御することが好ましい。これにより、廃熱発電電力が大きい場合であっても、上記所定の調整電圧値よりも高い値に設定された上限値を上回らない範囲で廃熱発電電力を利用することができるようになり、また、電源系の電圧値を安定させることができる。
【００９４】
（変形例６）
バッテリ８については、鉛バッテリのような充電の受け入れ性能が劣る電池に限らず、リチウム電池やニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池のような充電の受け入れ性能が良い高性能バッテリであってもよい。このような高性能バッテリを採用した場合において、残存容量が満充電に近く回生電力を受け入れる余裕がない場合や、コストダウンのため小容量のバッテリを使用した場合等に対しても、本発明の適用が有効である。
【００９５】
（変形例７）
例えば、本実施形態の車両がハイブリッド電気自動車である場合、このハイブリッド電気自動車の電源系に供給された廃熱発電電力をハイブリッド電気自動車の駆動用の電力に変換する手段を備えるようにしてもよい。これにより、ハイブリッド電気自動車の電源系に廃熱発電電力を供給して、駆動用の電力として利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施形態における車両の電気系を示すブロック図である。
【図２】廃熱発電手段５の構成を示す図である。
【図３】廃熱発電制御手段６における発電電力制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】車両の走行パターンに対する本発明の実施形態における車両の電気系の動作を示すタイムチャートである。
【図５】廃熱発電手段５の最大供給可能電力（ＷＴＧ＿ＭＡＸ）の算出処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の変形例１に係わる、廃熱発電手段５の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例１に係わる、廃熱発電制御手段６における発電制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態の変形例１に係わる、オルタ発電と廃熱発電による発電電力の時間遷移を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の実施形態の変形例２に係わる、車両の電気系を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例２に係わる、オルタ発電と廃熱発電による発電電力の時間遷移を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施形態の変形例３及び変形例４に係わる、車両の電気系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  エンジン
２  エンジン制御手段
３  オルタネータ＆レギュレータ
４  減速回生制御手段
５  廃熱発電手段
５ａ  熱交換器
５ｂ  膨張機
５ｃ  廃熱発電機
５ｄ  インバータ
５ｅ  冷媒ポンプ
５ｆ  圧力センサ
５ｇ  冷媒ポンプモータ制御手段
５ｈ  ウォータポンプモータ制御手段
６  廃熱発電制御手段
７  水温検出手段
８  バッテリ
９  ローパスフィルタ
【図１】
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【図２】
0004715486.tif 000003
【図３】
0004715486.tif 000004
【図４】
0004715486.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004715486.tif 000007
【図７】
0004715486.tif 000008
【図８】
0004715486.tif 000009
【図９】
0004715486.tif 000010
【図１０】
0004715486.tif 000011
【図１１】
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