(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を有する車両において、
前記内燃機関から発生する動力、または前記車両の制動により得られる動力により発電を行う直流発電機と、
前記直流発電機の出力に接続したキャパシタと、
前記キャパシタを入力側に接続した、出力電圧または出力電流を制御可能な電力変換器と、
前記電力変換器の出力側に接続したバッテリと、
前記バッテリに並列に接続した負荷とからなり、
前記直流発電機により充電された前記キャパシタの両端電圧が前記バッテリの両端電圧より高い時の前記出力電流の制限値を第１の電流値とし、
前記キャパシタの両端電圧と前記バッテリの両端電圧がほぼ等しい時の前記出力電流の制限値を第２の電流値とした時、
前記第１の電流値を前記第２の電流値より小さくした電源システム。
【請求項２】
第１の電流値は負荷が消費する平均電流であり、第２の電流値は前記負荷が消費する最大電流である請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
キャパシタの電圧がバッテリの電圧以上となるように制御し、電力変換器として降圧型コンバータを用いた請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
直流発電機、および／またはキャパシタから負荷に電力を供給する際に、前記負荷の消費電流が第１の電流値を上回ると、電力変換器は出力電流の制限値を第２の電流値以下に制限する請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
バッテリにバッテリ残量検出器を接続する構成を有し、
前記バッテリの残量が既定値以下になり、前記残量が標準残量まで回復する間のみ、
電力変換器は出力電流の制限値を第２の電流値以下に制限するとともに、
車両制動時に直流発電機によるキャパシタへの充電を行わない請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
バッテリにバッテリ残量検出器を接続する構成を有し、
バッテリの残量が既定値より大きい場合は、負荷が消費する電流にかかわらず車両制動時に直流発電機によるキャパシタへの充電を行う請求項１に記載の電源システム。
【請求項７】
電力変換器の近傍に温度センサを設け、
前記温度センサの温度出力が既定値より低い場合は、
電力変換器は出力電流の制限値を第２の電流値以下に制限する請求項１に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換、蓄積する電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の燃費向上等の目的で、制動時の運動エネルギー（以下、制動エネルギーという）を発電機により電気エネルギーに変換し、得られた電気エネルギーを蓄積することにより、制動エネルギーを回収、再利用する回生機能を有する電源システムが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
このような電源システムの一例を図８に示す。なお、ここでは制動エネルギーを回収、再利用するための最低限の構成、動作に限ってその一例を説明する。
【０００４】
車両制動により発電機１が制動エネルギーを電気エネルギーに変換すると、発電機１に接続されたコンデンサ２が充電される。
【０００５】
充電された電力は昇降圧回路３を介してバッテリ４に充電される。
【０００６】
なお、発電機１の電気エネルギーを一旦コンデンサ２に蓄えてからバッテリ４に充電しているが、これはバッテリ４が急速充電に対応できないためである。従って、急速充放電が可能なコンデンサ２に蓄えてから、昇降圧回路３によりバッテリ４の充電速度に合わせて充電する構成が必要となる。
【０００７】
バッテリ４に充電された電力は負荷５に供給、消費される。
【０００８】
このような構成、動作により、本来制動時に熱として捨てていた制動エネルギーを回収できるので、車両全体のエネルギー効率が高まり、燃費向上や低排ガス化を実現できる。
【特許文献１】特許第２８３３０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような電源システムを搭載した車両は制動時であっても、同時に車載されている何らかの負荷５（例えば車両を動かすために必須のエンジン制御回路等）を使用している。
【００１０】
この場合、使用している負荷５の消費電流が小さい場合は、発電機１で発電した電力をコンデンサ３に充電しつつ負荷５にも供給できるが、多数の負荷５を同時に使用している場合は全体の消費電流が極めて大きくなる。そのため、発電機１で発電した電力は全て直接負荷５に供給される。
【００１１】
従って、昇降圧回路３は負荷５が消費し得る最大の電流を流すことができるように設計されなければならない。
【００１２】
これにより、最大電流が流れると昇降圧回路３に内蔵された回路部品（特に後述するスイッチング素子やインダクタンス素子）の発熱が大きくなるので、それを有効に放熱するための大型ヒートシンク等の放熱部品が必要になり、昇降圧回路３が大きくなり、ひいては電源システム全体が大型化してしまうという課題があった。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電力変換器の回路部品の発熱を抑制することで小型化が可能な回生機能を有する電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源システムは、直流発電機により充電されたキャパシタの両端電圧がバッテリの両端電圧より高い時の電力変換器の出力電流の制限値を第１の電流値とし、前記キャパシタの両端電圧と前記バッテリの両端電圧がほぼ等しい時の前記出力電流の制限値を第２の電流値とした時、前記第１の電流値を前記第２の電流値より小さくしたものである。
【００１５】
本構成によって、キャパシタの両端電圧とバッテリの両端電圧がほぼ等しく電力変換器の効率が高い時は発熱がほとんどないので、出力電流の制限値（第２の電流値）を負荷が消費する最大電流とし、キャパシタの両端電圧がバッテリの両端電圧より高く電力変換器の効率が低い時は、出力電流の制限値（第１の電流値）を前記第２の電流値より小さくすることで発熱が抑制可能となる。
【００１６】
その結果、前記目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電源システムによれば電力変換器の効率が低い時に出力電流の制限値を下げることで発熱が抑制されるので、従来の大型ヒートシンク等の放熱部品が小型化できるため、全体として小型な回生機能を有する電源システムが構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電源システムのブロック回路図である。図２は本発明の実施の形態１における電源システムのキャパシタ電圧Ｖｃに対する電力変換器の各種特性図であり、（ａ）はＶｃによる効率、および時比率の相関図を、（ｂ）はＶｃによる電力変換器の出力電流制限値Ｉｌｉｍの切替特性図、およびＩｌｉｍに対応した最大損失の相関図である。図３は本発明の実施の形態１における電源システムのＶｃに対するＩｌｉｍ切替の第１例の経時特性図であり、（ａ）は制動時のＶｃの経時特性図を、（ｂ）は制動時のＩｌｉｍと負荷電流Ｉｌｏａｄの経時特性図である。図４は本発明の実施の形態１における電源システムのＶｃに対するＩｌｉｍ切替の第２例の経時特性図であり、（ａ）は制動時のＶｃの経時特性図を、（ｂ）は制動時のＩｌｉｍと負荷電流Ｉｌｏａｄの経時特性図である。
【００２０】
まず、図１を用いて本実施の形態１の電源システムの構成を説明する。なお、本実施の形態１では構成、動作をわかりやすくするために、制動エネルギーを回収する部分に限って説明し、例えば回生機能のない通常の車両で使用されている発電機の制御に関する部分（本実施の形態１と共通の部分）の詳細等は省略する。
【００２１】
内燃機関１０は化石燃料などを燃焼させることにより、機械エネルギーを発生するもので、例えばエンジンである。
【００２２】
内燃機関１０には直流発電機１１が機械的に接続されている。直流発電機１１は前記機械エネルギーや制動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００２３】
直流発電機１１には車両の駆動輪１２が機械的に接続されている。
【００２４】
従って、駆動輪１２は直流発電機１１を介して内燃機関１０と機械的に接続されることになるので、内燃機関１０の機械エネルギーが駆動輪１２に伝達されることにより車両を走行させている。
【００２５】
直流発電機１１で発生した電気エネルギーは、正極端子１３と負極端子１４から出力される。
【００２６】
正極端子１３と負極端子１４には、まずそれらに並列にキャパシタ１５が接続されている。キャパシタ１５は、例えば複数の電気二重層キャパシタのように大容量かつ急速充放電が可能なもので構成されている。
【００２７】
キャパシタ１５は直流発電機１１で発電された制動エネルギーを主に回収する役割を担う。これは、以下の理由による。
【００２８】
キャパシタ１５を搭載していない通常の車両の場合、内燃機関１０の機械エネルギーのみから直流発電機１１で発電しているので、その電力は後述するバッテリの残量を一定の値にするように充電する条件に合わせて直流発電機１１の発電量を制御している。そのため、キャパシタ１５が介在しなくても充電が可能であるが、キャパシタ１５に比べてバッテリに充電されるまでの時間はかかる。
【００２９】
従って、この通常車両で制動エネルギーを回収しようとした場合、制動エネルギーは一般に短時間の間に大電力が発生する特徴を有するため、バッテリへの充電が追いつかず、結局制動エネルギーの大部分は熱として捨てられることになってしまう。
【００３０】
そこで、キャパシタ１５は前記したように大容量で急速充放電が可能なため、従来例や本実施の形態１のようにキャパシタ１５で一旦制動エネルギーによる電力を蓄えるようにしている。
【００３１】
従って、キャパシタ１５の役割は制動エネルギーによる電力の回収が主となることになる。
【００３２】
直流発電機１１にはキャパシタ１５と並列に電力変換器１６の入力側が接続されている。
【００３３】
電力変換器１６は入力電圧（直流発電機１１やキャパシタ１５の出力）を任意の一定出力電圧または一定出力電流に制御可能であり、例えばＤＣＤＣコンバータが用いられる。
【００３４】
これにより、電力変換器１６の出力側に接続されたバッテリ１７の充電制御を行うことが可能になる。
【００３５】
なお、電力変換器１６の詳細構成については後述する。
【００３６】
バッテリ１７には電力変換器１６の出力と並列に車載電装品等からなる負荷１８が接続されている。従って、負荷１８には車両の運転状況や負荷１８の使用状況に応じて直流発電機１１、キャパシタ１５、およびバッテリ１７から電力が供給される。
【００３７】
次に、電力変換器１６の詳細構成について説明する。なお、本実施の形態１では電力変換器１６は入力側の電圧を下げて出力する降圧型コンバータとした。
【００３８】
ここで、降圧型コンバータとした理由は以下の通りである。
【００３９】
本実施の形態１では、電力変換器１６の動作範囲は、その出力電圧であるバッテリ電圧Ｖｂ以上になるため、電力変換器１６の入力側に接続されたキャパシタ１５の電圧Ｖｃはキャパシタ１５の供給可能な電力残量が０の時、Ｖｂとほぼ等しい値になる。
【００４０】
従って、降圧型コンバータを採用しているので、キャパシタ１５の電圧範囲はＶｂ以上で最大印加電圧Ｖｐ以下でなければならない。
【００４１】
この場合、Ｖｐを例えばＶｂの約２倍程度まで大きく取れば、キャパシタ１５の蓄積能力の約７５％は利用できるので、実用上極めて効率的な構成となる。
【００４２】
従って、電力変換器１６に降圧型コンバータを用いている。
【００４３】
もちろん、降圧型コンバータの機能を包含する昇降圧型コンバータを用いてもよいが、この場合、回路が複雑になり大型化してしまう。
【００４４】
従って、上記のように降圧型コンバータを用いることで回路が簡素化され、小型化にも貢献できる。
【００４５】
具体的な構成については、まず電力変換器１６の入力側には、入力電圧を測定するための入力電圧検出器１９が接続されている。これによりキャパシタ１５の両端電圧Ｖｃを求めている。
【００４６】
また、入力側の正極ライン１３ａには直列にスイッチング素子２０が接続されている。これにより出力の電圧や電流を直接制御している。
【００４７】
スイッチング素子２０の出力と負極ライン１３ｂの間にはダイオード２１が接続されている。
【００４８】
ダイオード２１の正極ライン１３ａ側（カソード側）にはインダクタンス素子２２がスイッチング素子２０と直列になるように接続されている。
【００４９】
インダクタンス素子２２には直列に出力電流検出器２３が接続され、その他端と負極ライン１３ｂの間には出力電圧検出器２４が接続されている。
【００５０】
出力電流検出器２３は、後述する負荷１８の電流制限値Ｉｌｉｍが第１の電流値Ｉｍｅａｎまたは第２の電流値Ｉｍａｘを超えないようにフィードバック制御するために、現在の電流値を求めている。
【００５１】
出力電圧検出器２４の両端は電力変換器１６の出力となり、ここにバッテリ１７や負荷１８が接続されている。従って、出力電圧検出器２４はバッテリ１７の両端電圧Ｖｂを求めていることになる。
【００５２】
入力電圧検出器１９、スイッチング素子２０、出力電流検出器２３、および出力電圧検出器２４は制御部２５に接続されている。
【００５３】
制御部２５は入力電圧検出器１９、出力電流検出器２３、および出力電圧検出器２４の出力から所定の出力電圧または出力電流になるようにＰＷＭ制御によりスイッチング素子２０を制御している。
【００５４】
次に、車両制動時の制動エネルギーを回収する動作について説明する。
【００５５】
なお、説明の前提条件として、車両は既に走行している状態とする。
【００５６】
従って、直流発電機１１からの出力はキャパシタ１５にも蓄えられている状態であり、その電圧Ｖｃは電力変換器１６が制御可能な入力範囲であるバッテリ電圧Ｖｂ以上になるよう初期充電されている。
【００５７】
図２（ａ）は電力変換器１６の入力電圧であるキャパシタ電圧Ｖｃを横軸に、電力変換器１６の効率を左縦軸に、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子２０の時比率（オンオフ比率）を右縦軸に示したものである。
【００５８】
Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂとほぼ等しい時は、電力変換器１６が降圧型コンバータであるためほとんど降圧動作をする必要がないので、スイッチング素子２０が常時オン（時比率１００％）になるように制御部２５で制御される。
【００５９】
その結果、最大の発熱部品であるスイッチング素子２０が常時導通した状態となるため、発熱はほとんどなく電力変換器１６の効率は最大となる。
【００６０】
ＶｃがＶｂを超えると、スイッチング素子２０が時比率に応じてオンオフ動作し始めるので、それによる発熱が増え効率が低下していく。
【００６１】
この際のＶｃに対する出力電流制限値Ｉｌｉｍと、Ｉｌｉｍに応じた最大の出力電力によって決定される電力変換器１６の最大損失を示した図が図２（ｂ）である。図２（ｂ）において、横軸はＶｃを、左縦軸はＩｌｉｍを、右縦軸は最大損失をそれぞれ示す。
【００６２】
前記したように、従来の昇降圧回路３（電力変換器１６に相当）では、出力電流制限値Ｉｌｉｍは負荷５が消費し得る最大の電流値Ｉｍａｘで設計されているので、図２（ｂ）のＩｌｉｍにおける太点線で示したように、Ｖｃがどのような値であってもＩｌｉｍはＩｍａｘのままである。
【００６３】
従って、コンデンサ２が制動エネルギーを多く蓄えＶｃが大きくなるほど、図２（ａ）に示すように昇降圧回路３の時比率が下がるため、スイッチング素子２０の動作による発熱が発生し、さらに前記したようにＩｌｉｍはＩｍａｘのままであるので、図２（ｂ）の最大損失における太点線で示したように最大損失（＝発熱）が増加し続けていた。
【００６４】
そこで、本実施の形態１では図２（ｂ）のＩｌｉｍ軸における黒丸に示したように、ＶｃがＶｂとほぼ等しい時は前記したようにほとんど発熱しないため、Ｉｌｉｍを第２の電流値Ｉｍａｘとし（従来と同じ）、ＶｃがＶｂを超えるとＩｌｉｍを第１の電流値Ｉｍｅａｎ（Ｉｍａｘより小さい電流制限値）とした。
【００６５】
すなわち、Ｖｃ＞Ｖｂの時の出力電流の制限値ＩｌｉｍをＩｍｅａｎとし、Ｖｃ≒Ｖｂの時のＩｌｉｍをＩｍａｘとした時、ＩｍｅａｎをＩｍａｘより小さくしたことになる。制御部２５はこのようにＩｌｉｍを切替制御している。
【００６６】
なお、図２（ｂ）でＶｃがＶｂより大きくなると、ＩｌｉｍがＩｍａｘからＩｍｅａｎに瞬時に切り替わるので、Ｖｃ≒Ｖｂの時は黒丸で示したＩｍａｘが適用され、白丸で示したＩｍｅａｎは適用されない。
【００６７】
従って、図２（ｂ）の左縦軸上にある黒丸と白丸の意味は、Ｖｃ≒Ｖｂにおいては黒丸の点が適用され、白丸の点は適用されないものとして定義する。
【００６８】
次に、この切替制御を具体的に説明する。
【００６９】
まず、車両の制動中に負荷１８が消費する電流ＩｌｏａｄがＩｍｅａｎ以下であったとする。この場合は制動エネルギーによる直流発電機１１の電力をキャパシタ１５に充電するように制御し、同時に負荷１８にＩｌｏａｄを供給する。
【００７０】
このとき、キャパシタ１５が充電されていくためＶｃ＞Ｖｂとなり、電力変換器１６は降圧動作を行うとともに、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍｅａｎと設定される。
【００７１】
従って、降圧動作のために図２（ａ）に示すように時比率が下がりスイッチング素子２０が動作するものの、電力変換器１６に流れる最大電流がＩｍｅａｎと少なくなるため、図２（ｂ）の最大損失における太実線に示したように、Ｖｃ＞Ｖｂでは最大損失が従来（同図の太点線）に比べ低下する。
【００７２】
さらに、Ｉｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、電力変換器１６に流れる電流は小さい。
【００７３】
ゆえに、降圧動作を行っていても発熱が抑制される。
【００７４】
一方、制動中にＩｌｏａｄがＩｍｅａｎを超えていたとする。この場合は直流発電機１１の出力電力（制動エネルギー）をキャパシタ１５に充電せず、そのまま負荷１８に供給するようにする。
【００７５】
その結果、Ｖｃは上昇せずＶｃ≒Ｖｂとなるので、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍａｘとなり、スイッチング素子２０は常時オンされることになる。従って、図２（ａ）の効率のグラフに示したようにスイッチング素子２０は高効率動作になる。
【００７６】
よって、Ｉｌｏａｄが大きい場合であっても電力変換器１６が発生する損失は図２（ｂ）に示すように小さくなるため、発熱が抑制される。
【００７７】
以上のことから、Ｉｌｏａｄの大小によらず発熱部品（スイッチング素子２０やインダクタンス素子２２等）の発熱を抑制することができ、ヒートシンク等の放熱部品も小型化できるため、電源システムの大きさを小さくすることが可能となる。
【００７８】
なお、第１の電流値Ｉｍｅａｎは負荷１８が消費する平均電流に設定し、第２の電流値Ｉｍａｘは従来同様に負荷１８が消費する最大電流に設定した。
【００７９】
このため、Ｖｃ＞Ｖｂの時、電流の制限値は第１の電流値Ｉｍｅａｎとなるため、負荷１８が平均消費電流以下の場合は問題ないが、Ｖｃ＞Ｖｂである間に負荷１８がそれ以上の消費電流を必要とすれば、不足分をバッテリ１７から供給するか、一時的にＩｌｉｍをＩｍａｘとするように制御している。
【００８０】
上記の動作を実際に行った時の具体例について図３、および図４を用いて詳細に説明する。なお、図３は電流不足分をバッテリ１７から供給する場合、図４は不足分を一時的にＩｌｉｍをＩｍａｘとするように制御する場合を示す。
【００８１】
まず、図３において、（ａ）は走行中の車両の制動を２回行った時のキャパシタ電圧Ｖｃの経時変化を、（ｂ）は出力電流の制限値Ｉｌｉｍの切替、および負荷１８の必要電流Ｉｌｏａｄの経時変化の一例をそれぞれ示す。
【００８２】
キャパシタ１５の両端電圧Ｖｃは前記したように、電力変換器１６が制御可能な入力範囲であるバッテリ電圧Ｖｂ以上でＶｃ≒Ｖｂになるよう初期充電されているので、図３（ａ）の時刻ｔ０〜ｔ１ではＶｃ≒Ｖｂとなる。
【００８３】
この時、ＩｌｉｍはＶｃ≒Ｖｂであるので、第２の電流値Ｉｍａｘに設定されている（図３（ｂ）のｔ０〜ｔ１参照）。従って、スイッチング素子２０は導通状態となり、オンオフを繰り返すことによる発熱は発生しない。
【００８４】
また、この時の負荷１８が消費する電流Ｉｌｏａｄは、直流発電機１１から直接に、および／またはバッテリ１７から供給される。
【００８５】
なお、直流発電機１１から直接負荷１８に電流が流れる場合は前記の通り発熱しないので、負荷１８が必要とする最大電流（第２の電流値）Ｉｍａｘまで流すことができる。
【００８６】
次に、時刻ｔ１で制動操作がなされたとする。これにより、直流発電機１１は急激に発生した制動エネルギーを電気エネルギーに変換し、キャパシタ１５に充電する。従って、制動中（ｔ１〜ｔ３）は図２（ａ）に示すようにキャパシタ電圧Ｖｃは上昇し続ける。
【００８７】
これに伴って時刻ｔ１以降はＶｃ＞Ｖｂとなるので、制御部２５は図２（ｂ）に示すようにＩｌｉｍ＝Ｉｍｅａｎに切り替え、電流制限値を絞る。
【００８８】
これにより、時刻ｔ１〜ｔ２では図３（ｂ）に示すように負荷１８の消費電流ＩｌｏａｄがＩｍｅａｎよりかなり小さいため、直流発電機１１で発電された電力の大部分はキャパシタ１５に充電されるとともに、一部（Ｉｌｏａｄ相当）は電力変換器１６を介して負荷１８に供給される。
【００８９】
その後、制動中に時刻ｔ２で負荷１８の消費電流が増加してＩｍｅａｎ近くまで至ったとする。
【００９０】
この場合、直流発電機１１で発電された電力の内、負荷１８が消費する電流は電力変換器１６を介して供給されるが、まだＩｌｉｍ（＝Ｉｍｅａｎ）には至っていないので、スイッチング素子２０やインダクタンス素子２２に流れる電流がそれほど大きくない。従って、これらの発熱素子はあまり発熱しない。
【００９１】
また、負荷１８の電流が増えたことにより、キャパシタ１５に充電される電力は少なくなる。従って、図３（ａ）に示したようにキャパシタ電圧Ｖｃの上昇傾きはｔ１〜ｔ２に比べ小さくなる。
【００９２】
次に、時刻ｔ３で制動を中止したとする。
【００９３】
この場合、本来であれば制動中止後はキャパシタ１５に蓄えた電力を負荷１８、およびバッテリ１７に供給するのであるが、ここでは時刻ｔ３からｔ４に渡って負荷１８の電流Ｉｌｏａｄがほぼ電力変換器１６の電流制限値Ｉｌｉｍ（＝Ｉｍｅａｎ）であるので、キャパシタ１５の電力はほとんど負荷１８に供給される。
【００９４】
この期間は、バッテリ１７には一定の電圧が印加されており、一定の充電状態を維持するように充電される。
【００９５】
この場合も電力変換器１６に流れる電流はＩｍｅａｎであるので、電力変換器１６の発熱を小さく抑えられる。
【００９６】
また、時刻ｔ１からｔ４の間に制動エネルギーを有効に負荷１８に供給でき、内燃機関１０の動力で発熱することがないので、燃料消費が抑えられ、燃費向上や低排ガス化に寄与できる。
【００９７】
次に、時刻ｔ４以降では減速した後の車速のまま車両が走行しているとする。
【００９８】
このときはＶｃ≒Ｖｂになるので、制御部２５はＩｌｉｍ＝Ｉｍａｘに戻す。
【００９９】
時刻ｔ４からｔ５の間はＩｌｏａｄがｔ４以前と同じであるが（図３（ｂ）参照）キャパシタ１５からの電力供給は得られないので、前記したように直流発電機１１から直接に、および／またはバッテリ１７から供給される。
【０１００】
この際、直流発電機１１から供給する場合は電力変換器１６を介することになるが、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍａｘとしているので、時比率が１００％、すなわちスイッチング素子２０が導通となり、発熱部品からの発熱がほとんどない状態で供給することができる。
【０１０１】
次に、時刻ｔ５になると、負荷１８の必要電流がほぼＩｍａｘになったとする。しかし、図３（ａ）より車両制動は行っていないので、Ｉｍａｘに相当する電流はｔ４〜ｔ５と同様に直流発電機１１から直接に、および／またはバッテリ１７から供給される。
【０１０２】
この際もＩｌｏａｄがＩｍａｘを超えることはなく、また、スイッチング素子２０は導通となり電力変換器１６が高効率となるため、Ｉｌｏａｄが大きくても発熱部品からの発熱がほとんどない状態で直流発電機１１から電力を供給することができる。
【０１０３】
次に、時刻ｔ６になると負荷１８の消費電流Ｉｌｏａｄが初期（ｔ０〜ｔ１）のレベルに下がったとする。
【０１０４】
この場合も流れる電流量が減少するだけで、ｔ５〜ｔ６と同様に直流発電機１１から直接に、および／またはバッテリ１７から負荷１８に電力が供給される。もちろん、流れる電流が下がるので、電力変換器１６の発熱はほとんどない。
【０１０５】
次に、時刻ｔ７で再度車両制動をかけたとする。この場合、直流発電機１１の制動エネルギーは負荷１８への電力供給とキャパシタ１５の充電に充てられる。
【０１０６】
この際、負荷１８への電力供給は電力変換器１６を介することになるが、図３（ｂ）より制動期間中（ｔ７〜ｔ８）の負荷１８のＩｌｏａｄは小さいままであるので、時刻ｔ７においてＶｃ＞ＶｂよりＩｌｉｍがＩｍａｘからＩｍｅａｎに絞られるものの、電力変換器１６はほとんど発熱することなく電力が負荷１８に供給される。
【０１０７】
一方、Ｉｌｏａｄで消費される電流以外はキャパシタ１５に蓄えられるので、Ｖｃは図３（ａ）に示すようにｔ７からｔ８に渡って上昇し続ける。
【０１０８】
次に、時刻ｔ８で制動を中止したとする。これにより、キャパシタ１５が蓄えた電力は電力変換器１６を介してバッテリ１７、および／または負荷１８に供給される。
【０１０９】
この際、時刻ｔ８からｔ９では負荷１８のＩｌｏａｄが小さいままなので、キャパシタ１５はＩｌｏａｄを負荷１８に供給しつつ、バッテリ１７の残量値を一定にするように充電する。
【０１１０】
しかし、時刻ｔ９で急に負荷１８の消費電流がＩｍａｘ近くまで上昇したとする。
【０１１１】
この場合は図３（ｂ）より明らかなように、キャパシタ１５から得られる電流の制限値ＩｌｉｍをＩｍｅａｎとしているので、電力変換器１６でＩｍｅａｎまでキャパシタ１５から供給することはできても、それ以上の電流は供給できない。
【０１１２】
そこで、ここではキャパシタ１５からの電流をＩｍｅａｎまでとして負荷１８に供給するに留め、電力変換器１６の発熱を抑える。
【０１１３】
従って、ｔ８からｔ９でのキャパシタ１５からの電流値とｔ９からｔ１０（Ｖｃ≒Ｖｂ）でのキャパシタ１５からの電流値はいずれもＩｍｅａｎと一定であり供給先が異なるだけなので、図３（ａ）に示すようにＶｃのｔ８からｔ１０の傾きは変わらない。
【０１１４】
よって、ｔ９からｔ１０でも電力変換器１６の発熱を抑えられる。
【０１１５】
また、問題となる負荷１８への電力供給不足に対しては、不足分（図３（ｂ）に両矢印で示した）をバッテリ１７から供給するようにしている。
【０１１６】
従って、キャパシタ１５の電力があるうち（ｔ１０まで）は、キャパシタ１５とバッテリ１７から負荷１８に電力を供給している。
【０１１７】
最後に、ｔ１０でＶｃ≒Ｖｂとなれば、キャパシタ１５からの電力供給を停止するとともに、電力変換器１６のＩｌｉｍをＩｍｅａｎからＩｍａｘに増やす。
【０１１８】
これにより、キャパシタ１５の代わりに直流発電機からの電力をバッテリ１７の電力とともに、あるいはいずれかから負荷１８に供給するようにしている。
【０１１９】
この場合、ＩｌｉｍはＩｍａｘであるので、スイッチング素子２０は導通となり、直流発電機１１からの電流による発熱はほとんど発生しない。
【０１２０】
以上の具体的動作から、本実施の形態１の制御により、負荷１８がどのような消費電流を必要としても電力変換器１６の発熱部品をほとんど発熱させることなく電流供給することができるので、放熱部品の小型化が可能となり、電源システム全体としても小型化が図れる。
【０１２１】
なお、図３では時刻ｔ９における負荷１８の消費電流不足分をバッテリ１７から供給する構成について説明したが、次に図４を用いて、一時的にＩｌｉｍを変更することにより不足分の供給を行う例を説明する。
【０１２２】
図４（ａ）、（ｂ）において、グラフの縦軸、横軸の意味は図３と同じである。
【０１２３】
また、時刻ｔ０からｔ９までの動作は図３と全く同じであるので説明を省略する。
【０１２４】
図４（ｂ）において、キャパシタ１５から負荷１８に電力を供給する際に、時刻ｔ９で負荷１８の消費電流Ｉｌｏａｄが第１電流値Ｉｍｅａｎを上回った場合、前記の通りＩｍｅａｎまでは電流を供給できるが、それ以上は流さないように制御部２５が制限していたため負荷１８を駆動できない。
【０１２５】
そこで、ここではＶｃ＞Ｖｂではあるものの一時的に電力変換器１６は出力電流の制限値ＩｌｉｍをＩｍｅａｎ以下からＩｍａｘ以下に制限するよう切り替える（Ｉｌｉｍ＝Ｉｍａｘ）。
【０１２６】
これにより、電力変換器１６は大電流を流せるようになるので、不足分を補える電流をキャパシタ１５から負荷１８に供給できる。
【０１２７】
但し、従来例と同じく効率の悪いところで電流を供給するので、発熱部品の発熱は避けられない。
【０１２８】
ところが、図４（ａ）に示すように、Ｉｌｏａｄ＝Ｉｍａｘに切り替えると、大電流が流れることにより、Ｖｃが極めて高速に低減していき（ｔ９からｔ１０の傾きが大きくなる）、本実施の形態１では切り替えて短時間内にＶｃがＶｂに至ってしまった。
【０１２９】
従って、キャパシタ１５から負荷１８に大電流を流している時間は非常に短く、ゆえに発熱もごく僅かである。そのため、従来のように大きな放熱部品を特に設けなくても問題なく、図３の場合と同様に小型化が達成できる。
【０１３０】
なお、Ｖｃ≒Ｖｂになった後は図３のｔ１０以降と同様の動作とすればよい。
【０１３１】
以上の構成、動作により、どのような負荷消費電流にも対応でき、かつ、特に大きな放熱部品を用いることがないため小型化が可能な回生機能を有する電源システムを実現できた。
【０１３２】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における電源システムのブロック回路図である。図６は本発明の実施の形態２における電源システムの各種特性の経時変化図であり、（ａ）は車速ｖ、（ｂ）は負荷消費電流Ｉｌｏａｄ、（ｃ）は発電電流Ｉｇ、（ｄ）はキャパシタ電圧Ｖｃ、（ｅ）はバッテリ電圧Ｖｂ、（ｆ）は電流制限値Ｉｌｉｍである。
【０１３３】
なお、図５において、同一の構成には同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３４】
実施の形態１では説明をわかりやすくするために、車両の制動時に発生する制動エネルギーを回収する部分に重点をおいて説明したが、本実施の形態２では実施の形態１に加え、キャパシタ１５やバッテリ１７の残量を検出することにより、バッテリ１７の充電制御や直流発電機１１の発電制御等の電源システム全体としての制御を盛り込んだ構成、動作について詳細を説明する。
【０１３５】
本実施の形態２において、実施の形態１から追加した構成は以下の通りである。
【０１３６】
まず、バッテリ１７に直列にバッテリ残量検出器２６が接続されている。
【０１３７】
バッテリ残量検出器２６はバッテリ１７の電圧や流れる電流、その積算時間等から残量に変換するもので、前記測定パラメータを測定するための検出器群、および演算部をバッテリ残量検出器２６内部に内蔵している。
【０１３８】
同様に、キャパシタ１５にも直列にキャパシタ残量検出器２７が接続されている。なお、キャパシタ残量検出器２７の構成もバッテリ残量検出器２６と同様である。
【０１３９】
バッテリ残量検出器２６の残量出力は充電制御回路２８を介して電力変換器１６内の制御部２５に接続されている。
【０１４０】
これにより、バッテリ残量に応じて充電制御回路２８が電力変換器１６をフィードバック制御することで、バッテリ１７への充電を制御している。
【０１４１】
一方、バッテリ残量検出器２６、およびキャパシタ残量検出器２７の各残量出力は発電制御回路２９を介して直流発電機１１に接続されている。
【０１４２】
これにより、キャパシタ１５やバッテリ１７の材料に応じて、キャパシタ１５からの電力をバッテリ１７に充電したり、発電制御回路２９により直流発電機１１の出力を増加してバッテリ１７を充電するように制御している。
【０１４３】
次に、本実施の形態２の構成による電源システムの様々な状況における動作について説明する。
【０１４４】
本実施の形態２における動作の特徴となる部分は、実施の形態１で述べたＶｃ＞Ｖｂの時、電力変換器１６の出力電流制限値Ｉｌｉｍを第１の電流値Ｉｍｅａｎとし、Ｖｃ≒Ｖｂの時、Ｉｌｉｍを第２の電流値Ｉｍａｘとするように切り替える条件を基本とするが、それに加え、まず、バッテリ１７の残量が既定値以下になり、前記残量が標準残量まで回復する間のみ、Ｖｃ≒Ｖｂとなるようキャパシタ１５を放電しつつＩｌｉｍをＩｍａｘに切り替える点である。
【０１４５】
これにより、バッテリ１７の残量が少なくなると、Ｉｌｉｍを増やし電力変換器１６に大電流が流せるようにすることで、発熱を抑制しつつ早急にバッテリ１７を標準残量にすることができる。
【０１４６】
さらに、本実施の形態２ではバッテリ１７の残量が既定値より大きい場合は、車両制動時に、負荷１８が消費する電流ＩｌｏａｄがＩｍｅａｎより大きくてもバッテリ１７から供給するように制御されるため、制動エネルギーを直流発電機１１により回収し、キャパシタ１５に充電を行うよう制御している。
【０１４７】
この場合、負荷１８へはバッテリ１７からと、直流発電機１１から電力変換器１６を介して電流が供給され、直流発電機１１の出力電流から電力変換器１６への電流を差し引いた分がキャパシタ１５に充電されるので、Ｖｃ＞Ｖｂとなり電力変換器１６の出力はＩｍｅａｎに制限される。従って、発熱はほとんど起こらない。
【０１４８】
また同時に、制動エネルギーを回収できる回数を増やすことが可能となるので、キャパシタ１５の利用率が高まり燃費向上等の改善効果も得られる。
【０１４９】
上記の状態を含め、具体的な動作例を図６により経時的に説明する。
【０１５０】
まず、時刻ｔ０では走行していないが内燃機関１０は駆動しているアイドリング状態である。
【０１５１】
従って、図６（ａ）の車速ｖは０である。しかし、アイドリング中でもエンジン制御部など車載電装品は駆動しているものがあるので、図６（ｂ）の負荷消費電流Ｉｌｏａｄは、少ないもののある一定値が流れている。
【０１５２】
このＩｌｏａｄは図６（ｃ）より直流発電機１１の発電電流Ｉｇによりまかなわれている。なお、これはバッテリ１７から供給されてもよいが、本実施の形態２では基本的に直流発電機１１から供給する場合について以下説明する。
【０１５３】
Ｉｇは電力変換器１６を介して負荷１８に供給されるが、図６（ｄ）より時刻ｔ０でのキャパシタ電圧ＶｃはＶｂであるので、実施の形態１と同様に時比率が１００％、すなわちスイッチング素子２０が導通状態を保つ。ゆえに、電力変換器１６での損失がほとんどない状態で負荷１８に電流が供給される。
【０１５４】
従って、この時点で電力変換器１６が発熱することはほとんどない。
【０１５５】
なお、もし車両起動時にキャパシタ電圧ＶｃがＶｂ以下であれば、電力変換器１６の入出力を遮断し、アイドリングで発電している直流発電機１１の電力によりキャパシタ１５をＶｃ≒Ｖｂになるまで充電する。
【０１５６】
図６（ｄ）では、例えば車両の使用中断時間が短く、次の起動時で既にＶｃ≒Ｖｂであった場合を示している。従って、上記充電動作は省略している。
【０１５７】
バッテリ残量Ｖｒｅｍはバッテリ残量検出器２６で検出されており、図６（ｅ）の場合では、時刻ｔ０においてＶｒｅｍが標準残量であることを示す。
【０１５８】
電力変換器１６の電流制限値Ｉｌｉｍは図６（ｄ）よりＶｃ≒Ｖｂであるので、図６（ｆ）に示すように第２の電流値Ｉｍａｘに設定される。
【０１５９】
次に、上記状態から車両が走行を始め、図６（ａ）に示すようにある一定速度に達すると、その速度を保って走行したとする（時刻ｔ０〜ｔ１）。
【０１６０】
この間は内燃機関１０の機械エネルギーが駆動輪１２に伝達されることで図６（ａ）のように走行するのみで、制動もなく、負荷１８のＩｌｏａｄも不変であるので、直流発電機１１のＩｇも不変である（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。
【０１６１】
従って、キャパシタ１５への制動エネルギーの回収も起こらないため、Ｖｃ≒Ｖｂのままであり（図６（ｄ）参照）、よってＩｌｉｍもＩｍａｘのままである（図６（ｆ）参照）。
【０１６２】
また、図６の例では直流発電機１１のＩｇが負荷１８にＩｌｏａｄとして供給されているので、Ｖｒｅｍも不変である（図６（ｅ）参照）。
【０１６３】
次に、時刻ｔ１からｔ２で図６（ａ）に示すようにｖを下げる、すなわち制動をかけたとする。なお、負荷１８のＩｌｏａｄは変わらなかったものとする（図６（ｂ）参照）。
【０１６４】
このとき、図６（ｃ）に示すように、直流発電機１１はできるだけ車両の制動エネルギーを回収するように制動エネルギーのみで最大限発電しているので、Ｉｇは増加する。
【０１６５】
このＩｇの増加分（Ｉｇ−Ｉｌｏａｄ）を初期値としてキャパシタ１５に制動エネルギーが一旦蓄えられる。これに伴い、図６（ｄ）に示すようにキャパシタ電圧Ｖｃは上昇していき、その結果、Ｖｃ＞Ｖｂとなるので、図６（ｆ）に示すようにＩｌｉｍは第１の電流値Ｉｍｅａｎに絞られる。
【０１６６】
しかし、ここではＩｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、負荷１８に供給される電流は電力変換器１６を介するもののＩｍｅａｎを超えることがない小電流である。従って、電力変換器１６の発熱部品はほとんど発熱することはない。
【０１６７】
なお、Ｖｒｅｍについては負荷１８のＩｌｏａｄがＩｇから供給されているので、図６（ｅ）に示すように標準残量のまま変化しない。
【０１６８】
次に、時刻ｔ２で制動を中止し、図６（ａ）に示すようにｖを増加（加速）させた後、時刻ｔ６まで一定の速度で走行したとする。この間は制動エネルギーが発生しないので、以下に示すように制御される。
【０１６９】
まず、図６（ｄ）に示すようにＶｃは増加（充電）から一転してｔ２で減少（放電）に切り替わる。
【０１７０】
この制動エネルギーを有効に活用するために、これまで直流発電機１１で得ていた負荷１８のＩｌｏａｄをキャパシタ１５から得るようにし、直流発電機１１での発電を停止するように制御する。
【０１７１】
具体的にはキャパシタ残量検出器２７の出力、およびバッテリ残量検出器２６の出力を発電制御回路２９が読み込んで、現在両方とも十分な残量があり発電を停止してもキャパシタ１５やバッテリ１７から負荷１８へ供給可能であると判断している。その結果、直流発電機１１の発電を停止している。
【０１７２】
これにより、内燃機関１０が直流発電機１１を駆動するのに必要なエネルギーが不要となるので、燃費向上や低排ガス化が可能となる。
【０１７３】
なお、Ｉｌｏａｄはキャパシタ１５のみから供給されるので、バッテリ１７の電力は消費されず、図６（ｅ）に示すようにＶｒｅｍは変化しない。
【０１７４】
また、この時点（ｔ２〜ｔ３）でもＶｃ＞Ｖｂなので、図６（ｆ）に示すようにＩｌｉｍはＩｍｅａｎのままである。さらにＩｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、電力変換器１６に流れる電流は少なく発熱もほとんど発生しない。
【０１７５】
次に、時刻ｔ３で急に何らかの車載電装品の使用を開始し、ＩｌｏａｄがＩｍｅａｎ以上に増加したとする（図６（ｂ）参照）。
【０１７６】
このときはまだキャパシタ１５やバッテリ１７の残量があるため、図６（ｃ）に示すようにＩｇは０で発電は停止したままである。
【０１７７】
従って、負荷１８へはキャパシタ１５から電力変換器１６の電流制限値Ｉｍｅａｎまで電流を流し（図６（ｄ）、（ｆ）参照）、不足分はバッテリ１７から供給される。これは実施の形態１の図３と同じ動作である。
【０１７８】
これにより、バッテリ１７のＶｒｅｍは低減していく（図６（ｅ）参照）。
【０１７９】
なお、キャパシタ１５からの電流値はＩｍｅａｎまでに制限しているので、電力変換器１６の発熱は抑制されている。
【０１８０】
次に、時刻ｔ４になるとついにキャパシタ１５のＶｃがＶｂとほぼ等しくなる（図６（ｄ）参照）。これにより、ＶｃがＶｂ未満にならないようにキャパシタ１５から負荷１８への電流供給は停止する。
【０１８１】
しかし、Ｉｌｏａｄは大きいままなので（図６（ｂ）参照）、キャパシタ１５から供給されなくなった電流は発電制御回路２９の指示により直流発電機１１を駆動してその電流Ｉｇでまかなうように制御している。
【０１８２】
この際、図６（ｄ）よりｔ４でＶｃ≒Ｖｂとなったので、電力変換器１６のＩｌｉｍはＩｍａｘに切り替えられる。従って、直流発電機１１のＩｇはスイッチング素子２０が導通状態で流れるので発熱は起こらない。
【０１８３】
このときＩｌｏａｄは直流発電機１１のＩｇから供給される。従って、Ｖｒｅｍは一定となる（図６（ｃ）、（ｅ）参照）。
【０１８４】
なお、この際に直流発電機１１の出力電流をＩｌｏａｄより大きくして、増加分をバッテリ１７に充電するよう制御してもよい。
【０１８５】
次に、ｔ５で負荷１８のＩｌｏａｄが当初のように小電流に切り替わったとする（図６（ｂ）参照）。
【０１８６】
このときの電源供給源は直流発電機１１かバッテリ１７であるが、Ｉｌｏａｄが小さいので、直流発電機１１からＩｌｏａｄに電流供給するとともに、減ってしまったバッテリ残量Ｖｒｅｍを回復するため、直流発電機１１の発電電力をバッテリ１７に充電する。
【０１８７】
この際、Ｉｇは変わっていないので、Ｉｌｏａｄが減った分、多くの電流をバッテリ１７に供給でき、Ｖｒｅｍは早急に回復する。
【０１８８】
具体的には、図６（ｂ）でＩｌｏａｄが下がったものの、直流発電機１１で発電するＩｇは図６（ｃ）に示すようにｔ５以前と変わっていない。なお、Ｉｇ＜Ｉｍａｘとしている。
【０１８９】
この余剰電力をバッテリ１７に充電することで、図６（ｅ）に示すようにＶｒｅｍは標準残量に向かって回復していく。
【０１９０】
以上の時刻ｔ４からｔ６では、Ｖｃ≒Ｖｂであり、電力変換器１６の出力はＩｍａｘ以下に制限されているので、スイッチング素子２０は導通状態となり、発熱が抑制される。
【０１９１】
なお、バッテリ１７の充電制御はバッテリ残量検出器２６からＶｒｅｍを求め、その情報を充電制御回路２８に伝達することで、充電に必要な制御情報を電力変換器１６の制御部２５に伝達する。
【０１９２】
これを受けて制御部２５はバッテリ１７に充電できる条件となるようにスイッチング素子２０を制御して充電を行っている。
【０１９３】
次に、時刻ｔ６で制動を行ったとする（図６（ａ）参照）。
【０１９４】
この時のＩｌｏａｄは少ないままであるので（図６（ｂ）参照）、Ｉｌｏａｄへはｔ６以前と同様、直流発電機１１のＩｇから供給され続ける。
【０１９５】
しかし、制動エネルギーが発生しているので、内燃機関１０の機械エネルギーによる発電を停止するよう発電制御回路２９が制御する。
【０１９６】
従って、必要量しか発電しない機械エネルギーによるＩｇに比べ、制動エネルギー回収効率を上げるため発電量が最大限となるように制御しているので、Ｉｇは増加する（図６（ｃ）参照）。
【０１９７】
この電力をキャパシタ１５に充電する。従って、Ｖｃが増加していく（図６（ｄ）参照）。これにより、Ｖｃ＞Ｖｂとなるので、ＩｌｉｍはＩｍｅａｎに下げるように切り替える（図６（ｆ）参照）。
【０１９８】
ここで、前記したようにＩｌｏａｄはＩｇから供給されているが、Ｉｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、ＩｌｉｍをＩｍｅａｎに下げても電力変換器１６に流れる電流は小さく、発熱もほとんどしない。
【０１９９】
このように、ｔ６で制動エネルギーをキャパシタ１５に充電しながら負荷１８へ供給しているので、バッテリ１７からの供給は不要であり、そのＶｒｅｍは回復した標準残量を維持し続ける（図６（ｅ）参照）。
【０２００】
次に、時刻ｔ７で制動を停止し、一定速度での走行を行ったとする（図６（ａ）参照）。このとき、負荷１８のＩｌｏａｄは小さいまま不変であったとする（図６（ｂ）参照）。
【０２０１】
この場合は充電していたキャパシタ１５の電力を放電して負荷１８に供給するため、直流発電機１１を停止する（図６（ｃ）参照）。
【０２０２】
キャパシタ１５の電力を負荷１８に供給すると、Ｖｃは減少していく（図６（ｄ）参照）。しかし、Ｉｌｏａｄは小さいので、キャパシタ１５からだけで供給することができ、バッテリ１７の電力を消費しない。従って、Ｖｒｅｍは標準残量のまま推移する（図６（ｅ）参照）。
【０２０３】
また、図６（ｄ）よりＶｃ＞ＶｂなのでＩｌｉｍはＩｍｅａｎに切り替えた状態を維持しているが（図６（ｆ）参照）、Ｉｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、この場合も電力変換器１６が発熱することはほとんどない。
【０２０４】
次に、ｔ８で再び負荷１８のＩｌｏａｄが増加したとする（図６（ｂ）参照）。
【０２０５】
この場合の動作、制御はｔ３と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０２０６】
しかし、ｔ９でＶｃ≒Ｖｂになるまでキャパシタ１５の電力を消費する前に、再び車両の制動を行い減速したとする（図６（ａ）参照）。なお、Ｉｌｏａｄは大きいままとする（図６（ｂ）参照）。
【０２０７】
この場合、制動中は制動エネルギーにより発電が行われＩｇが発生する。その結果、それまで放電していたキャパシタ１５は一転してＩｇにより充電され、Ｖｃが増加する（図６（ｄ）参照）。ゆえに、Ｖｃ＞Ｖｂのままであるので、ＩｌｉｍはＩｍｅａｎのままである（図６（ｆ）参照）。
【０２０８】
この制動エネルギーにより発電された電力は背景技術で説明したように直接バッテリ１７には充電できないので、全てキャパシタ１５に充電される。その結果、負荷１８へのＩｌｏａｄはバッテリ１７から供給されることになり、Ｖｒｅｍは減少し続ける（図６（ｅ）参照）。
【０２０９】
この場合、実施の形態１ではＩｌｏａｄが増加した時点でキャパシタ１５を放電し、Ｖｃ≒Ｖｂになるように制御するため、直流発電機１１は発電を停止する動作となる。
【０２１０】
一方、本実施の形態２ではバッテリ１７の残量が多い場合は、図６中に点線囲みＡで示したように制動エネルギーのキャパシタ１５への充電を再開している。
【０２１１】
このように制御することで、制動エネルギーの回収効率の向上が可能となる。
【０２１２】
次に、ｔ１０になると、制動され続けているにもかかわらず（図６（ａ）参照）、Ｖｃが最大値Ｖｐ（キャパシタ１５が満充電）に至ってしまったとする（図６（ｄ）参照）。
【０２１３】
この場合はこれ以上制動エネルギーを蓄えることができないので、キャパシタ残量検出器２７の出力が満充電であることを発電制御回路２９に伝達する。
【０２１４】
発電制御回路２９は制動エネルギーによる発電量を減少させ、キャパシタ１５の電圧を一定値Ｖｐにするように直流発電機１１を制御する。
【０２１５】
その結果、直流発電機１１のＩｇは０となるが制動は続いているので、制動が終了するｔ１１まで直流発電機１１による減速の割合は減少し、一般のブレーキ動作による減速の割合が増加する。
【０２１６】
この時も、Ｉｌｏａｄは大きいままなので（図６（ｂ）参照）、引き続きバッテリ１７と直流発電機１１から電力が供給され、Ｖｒｅｍは減少していく（図６（ｅ）参照）。
【０２１７】
この際、Ｖｃ＞ＶｂであるのでＩｌｉｍはＩｍｅａｎと小さい方に切り替えられている（図６（ｆ）参照）。従って、電流はＩｍｅａｎで制限されるので発熱はほとんど起こらない。
【０２１８】
次に、ｔ１１で制動が終了し、一定速度での走行になったとする（図６（ａ）参照）。
【０２１９】
なお、この時のＩｌｏａｄは大きいままとする（図６（ｂ）参照）。従って、キャパシタ残量が満充電であり、バッテリ１７の残量Ｖｒｅｍも下限には至っていないので（図６（ｄ）、（ｅ）参照）、両者から負荷１８に電力が供給される。
【０２２０】
但し、Ｖｃ＞Ｖｂであるので、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍｅａｎの制約がある（図６（ｆ）参照）。従って、キャパシタ１５から負荷１８に流せる電流はＩｍｅａｎまでである。この制約により、電力変換器１６はあまり発熱することなく電流を流すことができる。
【０２２１】
ゆえに、電流不足分（＝Ｉｌｏａｄ−Ｉｍｅａｎ）はバッテリ１７から供給することになるので、Ｖｒｅｍはさらに下がり続ける（図６（ｅ）参照）。
【０２２２】
そして、時刻ｔ１２に至ってついにＶｒｅｍは下限残量に達してしまう（図６（ｅ）参照）。しかし、負荷１８は大電流Ｉｌｏａｄを消費し続けている（図６（ｂ）参照）。従って、このままでは電流供給が不足してしまう。
【０２２３】
そこで、Ｖｒｅｍが下限残量に達したという情報はバッテリ残量検出器２６を介して発電制御回路２９に伝達される。
【０２２４】
発電制御回路２９はバッテリ１７から供給できなくなった電流分を発電するように直流発電機１１を制御する。その結果、図６（ｃ）に示すようにｔ１２からＩｇを発生させる。
【０２２５】
この発電電力は、バッテリ１７の劣化を防ぐためこれ以上Ｖｒｅｍが減らないように（図６（ｅ）参照）、キャパシタ１５の放電電力と合わせて負荷１８に供給される。これによりバッテリ１７からの放電は停止する。
【０２２６】
この時、Ｉｌｏａｄは大きいままなので、直流発電機１１の電力とキャパシタ１５の電力を合わせて負荷１８に供給するには電力変換器１６に大電流を流さなければならない。
【０２２７】
しかし、ｔ１２ではＶｃ＞ＶｂであるのでＩｌｉｍはＩｍｅａｎとなっている。このため、Ｉｍｅａｎ以上の電流を負荷１８に供給することができず、直流発電機１１を駆動してもバッテリ１７の代わりに電流を供給することができない。
【０２２８】
そこで、図６（ｆ）に点線囲みＢで示したように、Ｖｃ＞Ｖｂであるにもかかわらず電力変換器１６のＩｌｉｍをＩｍａｘとする。これは実施の形態１の図４と同じ動作である。
【０２２９】
これにより一時的（ｔ１２〜ｔ１３）ではあるが、キャパシタ１５の電流がＩｍａｘまで流れ、負荷１８に供給されることになる。この場合、図２（ｂ）の太点線に示したようにＶｃ＞Ｖｂでは従来の制御となり最大損失が大きくなるので、発熱が増えることになる。
【０２３０】
しかし、図６（ｄ）に示すようにｔ１２からｔ１３ではキャパシタ１５から流れる電流が増えるので、Ｖｃの減少速度（傾き）も大きくなる。
【０２３１】
よって、仮にｔ１２〜ｔ１３で発熱したとしても、発熱量は僅かである。なぜなら図２（ｂ）の最大損失を示す太点線に示したように、ＶｃがＶｂに近づくにつれて最大損失は小さくなり、発熱も減っていくからである。
【０２３２】
このようにして負荷１８に対しＩｌｏａｄを直流発電機１１とキャパシタ１５から供給することで、負荷１８を止めることがなくなり、また、バッテリ１７の下限残量をこれ以上下げることもなくなる。
【０２３３】
次に、ｔ１３でＶｃ≒Ｖｂになると（図６（ｄ）参照）、本来ＩｌｉｍをＩｍａｘに切り替えるが、ここではｔ１２ですでに切り替えているので、そのままの状態を維持する（図６（ｆ）参照）。
【０２３４】
ｔ１３ではキャパシタ１５の供給可能な電力を使い切っているので図６（ｂ）に示すように負荷１８のＩｌｏａｄが大きいままであれば、直流発電機１１のＩｇのみで供給することになる（図６（ｃ）参照）。
【０２３５】
この際、Ｖｃ≒Ｖｂであるので、電力変換器１６の損失は最も少なく、従ってＩｌｏａｄに相当する電流を流しても発熱はほとんどしない。
【０２３６】
なお、ｔ１２で下限残量に達したバッテリ１７には充電をしなければならないが、負荷１８が大電流を消費しているため、負荷１８への電流供給が優先され、Ｖｒｅｍは下限残量のままである（図６（ｅ）参照）。
【０２３７】
次に、ｔ１４でさらに制動がかかり、ｖが低下したとする（図６（ａ）参照）。
【０２３８】
これにより、本来なら制動エネルギーを直流発電機１１で発電し、キャパシタ１５で回収するよう制御される。
【０２３９】
しかし、負荷１８が大電流を消費しているのに対し、（図６（ｂ）参照）、キャパシタ１５は負荷１８への供給可能な電力が残っておらず（図６（ｄ）参照）、Ｖｒｅｍが下限残量であるのでバッテリ１７からも供給できず（図６（ｅ）参照）、結局直流発電機１１のＩｇからしか負荷１８にＩｌｏａｄを供給できない状態である（図６（ｃ）参照）。
【０２４０】
この場合、必ず電力変換器１６を介して負荷１８に電流が供給されるので、電力変換器１６の損失はできるだけ少なくする必要がある。
【０２４１】
そのためには前記したように図２（ｂ）の下側のグラフから、Ｖｃ≒Ｖｂでなければならない。ゆえに、もしｔ１４で発生する制動エネルギーをキャパシタ１５に充電するとＶｃ＞Ｖｂとなり、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍｅａｎに切り替わるため、流せる電流が減少し負荷１８が停止してしまう。
【０２４２】
また、本実施の形態２の特徴であるバッテリ１７が下限残量以下であればＶｃ＞ＶｂでもＩｌｉｍ＝Ｉｍａｘにするよう制御したとすると、制動を開始してからキャパシタ１５の電圧ＶｃがＶｂにほぼ等しくなるまでの時間は電力変換器１６の損失が大きい状態で大電流が流れることになる。
【０２４３】
従って、本実施の形態２における大型ヒートシンクなどの放熱対策を十分行っていない電力変換器１６が異常発熱を起こし、故障する可能性が考えられる。
【０２４４】
そこで、この問題を避けるために、本実施の形態２の電源システムでは、ｔ１４で制動が行われていても、バッテリ１７の残量が下限以下である時には制動エネルギーをキャパシタ１５に回収する動作を行わないように制御している。
【０２４５】
具体的にはバッテリ残量検出器２６の出力を発電制御回路２９が読み込み、Ｖｒｅｍが下限以下であれば制動エネルギー分を発電しないように直流発電機１１を制御する。
【０２４６】
その結果、図６（ｄ）に示すようにｔ１４で制動がかかっているにもかかわらずキャパシタ１５への充電は行われず、Ｖｃ≒Ｖｂのままである。よって、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍａｘのままである（図６（ｆ）参照）。
【０２４７】
また、直流発電機１１のＩｇもｔ１４で制動をかけても変化せず、それまでの発電量を維持している（図６（ｃ）参照）。但し、この時の発電は制動中であるので、内燃機関１０の機械エネルギーではなく、制動エネルギーによって行われている。
【０２４８】
従って、Ｉｇはスイッチング素子２０が導通状態（最も損失の少ない状態）で負荷１８に供給されるため、電力変換器１６の発熱はほとんど発生しない。
【０２４９】
なお、この時点（ｔ１４〜ｔ１５）でも負荷１８は大電流を消費し続けているので、バッテリ１７への充電は行われず、下限残量を維持したままである（図６（ｅ）参照）。
【０２５０】
次に、ｔ１５で負荷１８のＩｌｏａｄが起動時（ｔ０）と同様に少なくなったとする（図６（ｂ）参照）。
【０２５１】
この場合は、発電しているＩｇの内、Ｉｌｏａｄに必要な分以外はバッテリ１７の充電に充てられる。これによりＶｒｅｍは増加していく（図６（ｅ）参照）。
【０２５２】
従って、電力変換器１６に流れる電流はｔ１５以前と同様の値である（図６（ｃ）参照）。
【０２５３】
これだけの大電流を流す必要があるため、前記したように電力変換器１６の損失を抑え、発熱させないようにする必要がある。
【０２５４】
ゆえに、ｔ１５の時点でも制動中にもかかわらずキャパシタ１５への電力回収は行わない。よってＶｃ≒Ｖｂのままである（図６（ｄ）参照）。
【０２５５】
また、これによりＩｌｉｍ＝Ｉｍａｘを維持する（図６（ｆ）参照）。
【０２５６】
次に、ｔ１６で制動が終わり、一定速度で走行したとする（図６（ａ）参照）。なお、この場合のＩｌｏａｄは小さいまま維持しているとする（図６（ｂ）参照）。
【０２５７】
この時点（ｔ１６）では、まだＶｒｅｍが標準残量まで回復していないので、直流発電機１１で発電した電力の内、負荷１８で使用する分を差し引いた残りを引き続きバッテリ１７に充電する。これによりＶｒｅｍは増加し続ける（図６（ｅ）参照）。
【０２５８】
なお、ｔ１６では制動されていないので、キャパシタ１５に充電する電力がない。よって、Ｖｃ≒Ｖｂのままであるので、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍａｘを維持する（図６（ｄ）、（ｆ）参照）。
【０２５９】
その結果、電力変換器１６にバッテリ１７を充電するための大電流Ｉｇが流れても、ほとんど発熱することはない。
【０２６０】
次に、時刻ｔ１７でバッテリ１７の充電が完了し、Ｖｒｅｍが標準残量に至ったとする（図６（ｅ）参照）。
【０２６１】
この情報はバッテリ残量検出器２６から充電制御回路２８に伝達される。その結果、電力変換器１６は負荷１８への電流Ｉｌｏａｄのみを供給すればよいことになるので、そのように制御するよう制御部２５に指令を送る。
【０２６２】
また、同時にバッテリ残量検出器２６から発電制御回路２９にもＶｒｅｍが標準残量に至った情報が伝達される。
【０２６３】
これを受け、発電制御回路２９は負荷１８が消費する電流のみ発電するように直流発電機１１に指令を送る。その結果、Ｉｇは負荷１８の少ない消費電流Ｉｌｏａｄに合わせて低減される（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。
【０２６４】
なお、ｔ１７からｔ１８の間は制動がかかっていないので、（図６（ａ）参照）、キャパシタ１５への充電は行われず、Ｖｃ≒Ｖｂを維持し、その結果、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍａｘを維持する（図６（ｄ）、（ｆ）参照）。
【０２６５】
次に、ｔ１８で制動がかかり、ｖが減少したとする（図６（ａ）参照）。
【０２６６】
この時点ではバッテリ１７への充電が完了しており（図６（ｅ）参照）、Ｖｃ≒Ｖｂであることから、キャパシタ１５への蓄電も行われていないため（図６（ｄ）参照）、制動エネルギーを回収するために直流発電機１１のＩｇは増加する（図６（ｃ）参照）。
【０２６７】
このとき、負荷１８は少ないＩｌｏａｄを維持しているとすると（図６（ｂ）参照）、Ｉｇの内、Ｉｌｏａｄ分は負荷１８に供給され、残りの電流はキャパシタ１５の充電に充てられる。
【０２６８】
これにより、Ｖｃは増加し、Ｖｃ＞Ｖｂとなるとともに、Ｉｌｉｍ＝Ｉｍｅａｎに切り替えられる（図６（ｄ）、（ｆ）参照）。
【０２６９】
従って、電力変換器１６で流せる電流ＩｌｉｍはＩｍｅａｎに減少するが、Ｉｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、スイッチング素子２０等がほとんど発熱することなく電流を負荷１８に供給することができる。
【０２７０】
次に、ｔ１９で車両が停止し、制動が終了したとする（図６（ａ）参照）。この時の負荷１８の消費電流Ｉｌｏａｄは小さいままであったとする（図６（ｂ）参照）。
【０２７１】
この時点で、制動エネルギーを効率よく利用するためにｔ１８からｔ１９で蓄えたキャパシタ１５の電力を優先的に負荷１８に対して供給する。
【０２７２】
従って、キャパシタ残量検出器２７よりキャパシタ１５に電力が蓄えられている情報が発電制御回路２９に伝達されるので、発電制御回路２９は直流発電機１１に対し発電を停止するよう指令を送る。その結果、Ｉｇは０になる（図６（ｃ）参照）。
【０２７３】
一方、キャパシタ１５は負荷１８に対してＩｌｏａｄを供給しているので、徐々にＶｃが減少していく。
【０２７４】
なお、電力変換器１６のＩｌｉｍはＩｍｅａｎで、小さいままである（図６（ｆ）参照）が、前記したようにＩｍｅａｎ＞Ｉｌｏａｄであるので、キャパシタ１５からＩｌｏａｄを流してもスイッチング素子２０等の発熱はほとんど発生しない。
【０２７５】
また、負荷１８への電流供給源はキャパシタ１５だけなので、バッテリ１７のＶｒｅｍは減少せず、標準残量を維持する（図６（ｅ）参照）。
【０２７６】
最後に、ｔ２０になると、キャパシタ１５はＶｃ≒Ｖｂに至り、供給可能な電力をほぼ使い切った状態となる（図６（ｄ）参照）。これに応じてＩｌｉｍ＝Ｉｍａｘに切り替わる（図６（ｆ）参照）。
【０２７７】
この時点でキャパシタ１５からの電流供給は終了するので、キャパシタ１５の残量がなくなったことをキャパシタ残量検出器２７が検出し、発電制御回路２９に伝達する。
【０２７８】
負荷１８はＩｌｏａｄを消費し続けているため（図６（ｂ）参照）、発電制御回路２９は負荷１８にＩｌｏａｄを供給し続けるために直流発電機１１を駆動するよう指令する。
【０２７９】
これにより、キャパシタ１５に代わって直流発電機１１から負荷１８にＩｌｏａｄが供給されることになる（図６（ｃ）参照）。
【０２８０】
なお、負荷１８への電源供給源は直流発電機１１になったので、バッテリ１７からは供給されず、従ってＶｒｅｍは標準残量を維持する（図６（ｅ）参照）。
【０２８１】
具体的には以上説明したような制御に基づいて本実施の形態２の電源システムが動作している。
【０２８２】
なお、上記説明ではキャパシタ１５からバッテリ１７への充電については記さなかったが、もしキャパシタ１５の残量があり、負荷１８のＩｌｏａｄが小さく、かつバッテリ１７が標準残量でなければ、電力変換器１６が出力電流の制限値Ｉｌｉｍを第２の電流値Ｉｍａｘ以下に制限し、充電制御回路２８により電力変換器１６の制御部２５を介してキャパシタ１５の電力をバッテリ１７に充電してもよい。
【０２８３】
この場合、もし充電が完了する前にキャパシタ１５の電圧が低下してバッテリ１７の電圧とほぼ等しくなれば、発電制御回路２９により直流発電機１１の出力を増加することで、バッテリ１７を標準残量まで充電するように制御すればよい。
【０２８４】
ここで、上記動作説明の中で本実施の形態２における特徴的な部分についてまとめると、次のようになる。
【０２８５】
１．バッテリ１７の残量Ｖｒｅｍが既定値（下限残量）を超える場合、負荷電流ＩｌｏａｄがＩｍｅａｎより大きくなってもバッテリ１７から負荷１８へ電流を供給できるので、制動時のキャパシタ１５への充電を行うことができる（図６の点線囲みＡ部分）。これによりＩｌｉｍがＩｍｅａｎのままなので発熱を抑制できる上、制動エネルギー回収の回数が増加し、燃費向上等の効果が得られる。
【０２８６】
２．バッテリ１７の残量Ｖｒｅｍが既定値（下限残量）以下になり、Ｖｒｅｍが標準残量まで回復する間のみ、電力変換器１６は出力電流の制限値Ｉｌｉｍを第２の電流値Ｉｍａｘ以下に制限する（図６の点線囲みＢ部分）。これにより、速やかにキャパシタ１５の電力が放電されるので、電力変換器１６の損失が最低となるＶｃ≒Ｖｂの条件となり大電流が流せるようになる。その結果、バッテリ１７充電時の大電流供給や負荷１８への大電流供給を行っても発熱を抑制できる。
【０２８７】
３．バッテリ１７の残量Ｖｒｅｍが既定値（下限残量）以下になり、Ｖｒｅｍが標準残量まで回復する間のみ、車両制動時に直流発電機１１によるキャパシタ１５への充電を行わない（図６のｔ１４からｔ１６）。これによりキャパシタ１５に充電した際のＶｃの上昇を避け、前記Ｖｃ≒Ｖｂの条件を維持し続けられるので、バッテリ１７充電時の大電流供給や負荷１８への大電流供給を行っても発熱を抑制できる。
【０２８８】
以上の構成、動作により、キャパシタやバッテリへの効率的な充放電が制御できる上、負荷消費電流の変動に対応でき、かつ、キャパシタ、バッテリや負荷がどのような状態にあってもほとんど電力変換器が発熱しないように制御されるため、特に大きな放熱部品を用いることなく小型化が可能な回生機能を有する電源システムを実現できた。
【０２８９】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における電源システムのブロック回路図である。
【０２９０】
なお、本実施の形態３は実施の形態２とほぼ同等の構成であるので、同一の構成部分には同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２９１】
すなわち、本実施の形態３の特徴となる部分は、図７に示すように電力変換器１６の近傍に温度センサ３０を設け、その出力を制御部２５に接続した点である。
【０２９２】
このように構成することによって、温度センサ３０の出力により次のように制御が変わる動作とした。
【０２９３】
まず、温度センサ３０の出力が例えば１００℃等の既定の温度以下であれば、本実施の形態３の動作は電力変換器１６のＩｌｉｍをＩｍａｘに制限するとともに、負荷電流Ｉｌｏａｄが大きくても制動時にはキャパシタ１５へ充電し、制動エネルギーの回収を行う。
【０２９４】
これにより、温度が低い間は燃費向上等の効果が効率よく得られる。
【０２９５】
但し、このとき電力変換器１６は大電流が流れるので、損失が大きくなり温度は次第に上昇する。
【０２９６】
従って、そのまま使用し続ければ回路部品の故障やキャパシタ１５の劣化促進等の問題が発生する。
【０２９７】
そこで、既定の温度より高くなれば、実施の形態１や２と同様の動作を行うよう制御することで発熱を抑制している。
【０２９８】
以上の構成、動作により、直接温度をモニターし電力変換器の動作を制御することで、特に低温時のキャパシタへの制動エネルギー回収を最大限に行うことができる上、高温時の電力変換器の発熱も抑制できる。従って、大きな放熱部品を用いることなく小型化が可能な回生機能を有する電源システムを実現できた。
【産業上の利用可能性】
【０２９９】
本発明の電源システムは、電力変換器の発熱を抑制することにより放熱部品の小型化が実現でき、回生機能を有する電源システム全体の小型化が可能となるので、車両の電源システム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０３００】
【図１】本発明の実施の形態１における電源システムのブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１における電源システムのキャパシタ電圧Ｖｃに対する電力変換器の各種特性図、（ａ）Ｖｃによる効率、および時比率の相関図、（ｂ）Ｖｃによる電力変換器の出力電流制限値Ｉｌｉｍの切替特性図、およびＩｌｉｍに対応した最大損失の相関図
【図３】本発明の実施の形態１における電源システムのＶｃに対するＩｌｉｍ切替の第１例の経時特性図、（ａ）制動時のＶｃの経時特性図、（ｂ）制動時のＩｌｉｍと負荷電流Ｉｌｏａｄの経時特性図
【図４】本発明の実施の形態１における電源システムのＶｃに対するＩｌｉｍ切替の第２例の経時特性図、（ａ）制動時のＶｃの経時特性図、（ｂ）制動時のＩｌｉｍと負荷電流Ｉｌｏａｄの経時特性図
【図５】本発明の実施の形態２における電源システムのブロック回路図
【図６】本発明の実施の形態２における電源システムの各種特性の経時変化図、（ａ）車速ｖの経時変化図、（ｂ）負荷消費電流Ｉｌｏａｄの経時変化図、（ｃ）発電電流Ｉｇの経時変化図、（ｄ）キャパシタ電圧Ｖｃの経時変化図、（ｅ）バッテリ電圧Ｖｂの経時変化図、（ｆ）電流制限値Ｉｌｉｍの経時変化図
【図７】本発明の実施の形態３における電源システムのブロック回路図
【図８】従来の電源システムのブロック回路図
【符号の説明】
【０３０１】
１０  内燃機関
１１  直流発電機
１５  キャパシタ
１６  電力変換器
１７  バッテリ
１８  負荷
２６  バッテリ残量検出器
３０  温度センサ
【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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