(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関および車両の減速時の運動エネルギーを原動力として発電する発電機と、
前記発電機から給電されるバッテリと、
前記発電機から給電されるキャパシタと、
前記キャパシタの電圧を計測する電圧計と、
前記発電機と前記バッテリの間に設けられた第１スイッチと、
前記発電機と前記キャパシタの間に設けられた第２スイッチと、
一端を前記バッテリと前記第１スイッチの間に、他端を前記キャパシタと前記第２スイッチの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの前記一端と前記第１スイッチの間に接続された第１負荷と、
前記内燃機関を始動するための、前記発電機と前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの間に接続されたスターターモータと、
前記電圧計が計測した前記キャパシタの電圧値および前記内燃機関の稼働状態に基づいて、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
を備える回生システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回生システムは、さらに前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される第２負荷を備え、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、内部に、
前記一端側で２つに分岐して、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と変圧回路スイッチを直列に有して前記他端と接続される変圧回路と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器をバイパスして、バイパススイッチを介して前記第２負荷に接続されるバイパス回路と、を備えると共に、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と前記変圧回路スイッチの接続点と、前記バイパススイッチと前記第２負荷の接続点とを、接続スイッチを介して接続する接続回路を、
備えることを特徴とする回生システム。
【請求項３】
スターターモータにより始動される内燃機関を有する車両に搭載される発電機から給電され第１負荷に給電するバッテリと、前記発電機と前記バッテリの間に設けられた第１スイッチとの接続点に一端を、
前記発電機から給電され前記第１負荷に給電し電圧計で計測されるキャパシタと、前記発電機と前記キャパシタの間に設けられた第２スイッチとの接続点に他端を、
接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記一端側に前記第１負荷を接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記電圧計が計測した前記キャパシタの電圧値および前記内燃機関の稼働状態に基づいて、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
を備える回生システムであって、
前記スターターモータは、前記発電機と前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの間に接続されたことを特徴とする回生システム。
【請求項４】
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、内部に、
前記一端側で２つに分岐して、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と変圧回路スイッチを直列に有して前記他端と接続される変圧回路と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器をバイパスして前記第１負荷とは異なる前記第２負荷に接続されるバイパス回路と、を備えると共に、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と前記変圧回路スイッチの接続点と、バイパススイッチと前記第２負荷の接続点とを接続し、接続スイッチを有する接続回路を、
備えることを特徴とする請求項２に記載の回生システム。
【請求項５】
前記制御部は、アイドリングストップ状態から前記内燃機関を前記スターターモータにより再始動する際、前記電圧値が所定の電圧値以上である場合、
前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンにして、前記キャパシタから前記スターターモータに給電し、
前記接続スイッチをオフ、にして、前記キャパシタから前記双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器を介して前記第１負荷に給電する、
ことを特徴とする請求項３に記載の回生システム。
【請求項６】
前記制御部は、アイドリングストップ状態から前記内燃機関を前記スターターモータにより再始動する際、前記電圧値が所定の電圧値未満である場合、
前記第２スイッチをオフ、前記第１スイッチをオンにして、前記バッテリから前記スターターモータに給電し、
前記バッテリから前記第１負荷に給電し、
前記バイパススイッチをオフ、前記変圧回路スイッチをオフ、前記接続スイッチをオンにして、前記バッテリから前記双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器を経由して前記第２負荷に給電する、
ことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の回生システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記車両が走行中に減速している時、前記電圧値が所定の電圧値以上である場合、
前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンにして、前記発電機が回生発電する電力を前記キャパシタに給電して前記キャパシタを充電し、
前記バッテリから前記第１負荷に給電する、
ことを特徴とする請求項３に記載の回生システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記車両が走行中に減速している時、前記電圧値が所定の電圧値未満である場合、
前記第２スイッチをオフ、前記第１スイッチをオンにして、前記発電機が回生発電する電力を、前記バッテリに給電して前記バッテリを充電する共に、前記第１負荷に給電する、
ことを特徴とする請求項３に記載の回生システム。
【請求項９】
内燃機関を有する車両に搭載される発電機と、
前記発電機から給電されるバッテリと、
前記発電機から給電されるキャパシタと、
前記キャパシタの電圧を計測する電圧計と、
前記発電機と前記バッテリの間に設けられた第１スイッチと、
前記発電機と前記キャパシタの間に設けられた第２スイッチと、
一端を前記バッテリと前記第１スイッチの間に、他端を前記キャパシタと前記第２スイッチの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの前記一端と前記第１スイッチの間に接続された第１負荷と、
前記内燃機関を始動するための、前記発電機と前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの間に接続されたスターターモータと、
を備える回生システムの制御方法であって、
前記電圧計が計測した前記キャパシタの電圧値および前記内燃機関の稼働状態に基づいて、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記発電機から前記バッテリ、前記キャパシタ、前記第１負荷へ給電し、前記バッテリまたは前記キャパシタから前記第１負荷、前記スターターモータに給電する回生システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生システムおよび回生システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の減速時の運動エネルギーを回生エネルギーとして利用する回生システムについては知られている。例えば、特許文献１は、車両減速時等の回生エネルギーを効率良く回収することを課題として車両用電源システムを開示する。この車両用電源システムは、電圧が異なる主電源および副電源の二つのバッテリを備える。鉛バッテリの主電源は、エンジン始動時にスタータへ給電すると共に、主に副電源に優先して一般負荷への電力供給を行う。状態検出が容易なリチウムイオンバッテリなどの副電源は、充電受け入れ性に優れ、車両減速時に発電機にて発電される回生電力を蓄電する冗長電源として使用される。主電源と副電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有する第１の給電回路と、スイッチを有する第２の給電回路とで接続されている。副電源は、回生エネルギーを発電機からＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく、直接回収できるので、効率良くエネルギー回収を行うことができる。
【０００３】
また、特許文献２は、スイッチを閉じる制御のみでショートなどが生じないようにすることを課題として車両用電源装置を開示する。この車両用電源装置は、主電源および車両の減速時に発電機で発生した回生エネルギーを充電する副電源の二つのバッテリと、主電源と副電源の間にスイッチと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、主電源とＤＣ／ＤＣコンバータとを接続するダイオードを備える。このダイオードのアノード側は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続され、カソード側は主電源に接続されている。この車両用電源装置は、副電源の出力電圧に基づいてスイッチの開閉を制御し、スイッチを閉じる際、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびスイッチの動作を同時に制御する必要がなく、スイッチを閉じる制御のみでショートおよび給電断が生じることがない。
【０００４】
また、特許文献３は、電気負荷の消費電流がＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電流を超える場合が生じても、各種電気負荷に対して適切な電力供給を行うことを課題として車両用電源制御装置を開示する。この車両用電源制御装置は、第１〜第３の給電回路を備える。第１の給電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電装置と第１の車両電気負荷とを接続する。第２の給電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータと並列に配設されたバイパススイッチを介して蓄電装置と第１の車両電気負荷とを接続する。第３の給電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電装置と第２の車両電気負荷とを接続する。第２の給電回路による第１の車両電気負荷への電力供給の際には、ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させながら第３の給電回路による第２の車両電気負荷への電力供給を行いつつ、バイパススイッチをオン状態に設定する。
【０００５】
また、特許文献４は、燃費を向上させることを課題として車両用電源装置を開示する。この車両用電源装置は、車両の減速開始などに応じて内燃機関への燃料供給が停止され、かつ車両の速度が所定速度よりも大きい場合には発電機を作動させ、発電機から出力される回生電力を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータを介した発電機からキャパシタへの給電によってキャパシタを充電させる。これにより、内燃機関への燃料供給が停止されている場合に加えて、燃料供給の停止が解除された減速時（例えば、車両の停止直前など）であっても、第２電源を充電させることにより、燃費を向上させることができる。
【０００６】
また、特許文献５は、第１及び第２蓄電池を異なる充電電圧で効率的に充電することを課題として給電制御装置を開示する。この給電制御装置は、オルタネータから蓄電池及び負荷への給電と、蓄電池から負荷への給電とを制御する。この給電制御装置では、オルタネータから蓄電池への給電経路にスイッチが設けられており、オルタネータから蓄電池及び負荷への給電経路にスイッチが設けられている。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電池及びスイッチ間の接続ノードと負荷との間に設けられており、オルタネータ又は蓄電池の出力電圧を変圧し、変圧した電圧を負荷に印加する。制御部は、外部から取得した充電情報が示す蓄電池それぞれのＳＯＣに応じて、スイッチのオン／オフ、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータの作動／停止を制御する。これにより、第１及び第２蓄電池それぞれを個別に充電することが可能であるため、第１及び第２蓄電池を異なる充電電圧で充電することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２８９８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９５３３６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１１９３３１号公報
【特許文献４】特開２０１５−００９７９０号公報
【特許文献５】特開２０１５−００２６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では、車両減速時の回生エネルギーを効率良く回収することで燃費を向上させ、また、アイドリングストップ状態から内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を防止する回生システムおよびその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、車両に搭載される内燃機関および車両の減速時の運動エネルギーを原動力として発電する発電機と、その発電機から給電されるバッテリと、発電機から給電されるキャパシタと、そのキャパシタの電圧を計測する電圧計と、発電機とバッテリの間に設けられた第１スイッチと、発電機とキャパシタの間に設けられた第２スイッチと、一端をバッテリと第１スイッチの間に、他端をキャパシタと第２スイッチの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの一端と第１スイッチの間に接続された第１負荷と、内燃機関を始動するための、発電機と第１スイッチおよび第２スイッチの間に接続されたスターターモータと、電圧計が計測したキャパシタの電圧値および内燃機関の稼働状態に基づいて、第１スイッチ、第２スイッチ、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備える回生システムが提供される。
これによれば、キャパシタが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介さず発電機から直接回生エネルギーを回収できるので、回生エネルギーを効率良く回収でき燃費を向上させる回生システムを提供できる。さらに、キャパシタから負荷への給電中にスターターモータを駆動しても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に給電しているので、内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を防止する回生システムを提供できる。
【００１０】
さらに、上記の回生システムは、さらに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される第２負荷を備え、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、内部に、一端側で２つに分岐して、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と変圧回路スイッチを直列に有して他端と接続される変圧回路と、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器をバイパスして、バイパススイッチを介して第２負荷に接続されるバイパス回路と、を備えると共に、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と変圧回路スイッチの接続点と、バイパススイッチと第２負荷の接続点とを、接続スイッチを介して接続する接続回路を、備えることを特徴としてもよい。
これによれば、第２負荷がバッテリおよびキャパシタから双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されることで、回生システムは、アイドリングストップ状態から内燃機関を再始動する際の第２負荷への電圧低下を防止することができる。
【００１１】
上記課題を解決するために、スターターモータにより始動される内燃機関を有する車両に搭載される発電機から給電され第１負荷に給電するバッテリと、発電機とバッテリの間に設けられた第１スイッチとの接続点に一端を、発電機から給電され第１負荷に給電し電圧計で計測されるキャパシタと、発電機とキャパシタの間に設けられた第２スイッチとの接続点に他端を、接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、一端側に第１負荷を接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、電圧計が計測したキャパシタの電圧値および内燃機関の稼働状態に基づいて、第１スイッチ、第２スイッチ、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備える回生システムであって、スターターモータは、発電機と第１スイッチおよび第２スイッチの間に接続されたことを特徴とする回生システムが提供される。
これによれば、キャパシタが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介さず発電機から直接回生エネルギーを回収できるので、回生エネルギーを効率良く回収でき燃費を向上させる回生システムを提供できる。さらに、キャパシタから負荷への給電中にスターターモータを駆動しても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に給電しているので、内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を防止する回生システムを提供できる。
【００１２】
さらに、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、内部に、一端側で２つに分岐して、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と変圧回路スイッチを直列に有して他端と接続される変圧回路と、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器をバイパスして第１負荷とは異なる第２負荷に接続されるバイパス回路と、を備えると共に、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器と変圧回路スイッチの接続点と、バイパススイッチと第２負荷の接続点とを接続し、接続スイッチを有する接続回路を、備えることを特徴としてもよい。
これによれば、第２負荷がバッテリおよびキャパシタから双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されることで、回生システムは、アイドリングストップ状態から内燃機関を再始動する際の第２負荷への電圧低下を防止することができる。
【００１３】
さらに、制御部は、アイドリングストップ状態から内燃機関をスターターモータにより再始動する際、電圧値が所定の電圧値以上である場合、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンにして、キャパシタからスターターモータに給電し、接続スイッチをオフ、にして、キャパシタから双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器を介して第１負荷に給電する、ことを特徴としてもよい。
これによれば、キャパシタの電圧が高い場合は、キャパシタからスターターモータを駆動することでバッテリの劣化を軽減し、キャパシタから双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して給電することで、アイドリングストップ状態からスターターモータを駆動させて内燃機関を再始動する際の第１負荷および第２負荷への電圧低下を防止することができる。
【００１４】
さらに、制御部は、アイドリングストップ状態から内燃機関をスターターモータにより再始動する際、電圧値が所定の電圧値未満である場合、第２スイッチをオフ、第１スイッチをオンにして、バッテリからスターターモータに給電し、バッテリから第１負荷に給電し、バイパススイッチをオフ、変圧回路スイッチをオフ、接続スイッチをオンにして、バッテリから双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器を経由して第２負荷に給電する、ことを特徴としてもよい。
これによれば、キャパシタの電圧が低い場合は、バッテリからスターターモータ、第１負荷および第２負荷へ給電することでキャパシタの電力を使用せずにアイドリングストップ状態から内燃機関を再始動することができ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して給電することで、再始動する際の第２負荷への電圧低下を防止することができる。
【００１５】
さらに、制御部は、車両が走行中に減速している時、その電圧値が所定の電圧値以上である場合、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンにして、発電機が回生発電する電力をキャパシタに給電してキャパシタを充電し、バッテリから第１負荷に給電する、ことを特徴としてもよい。
これによれば、キャパシタの電圧が高い場合は、減速中にキャパシタは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介さず発電機から直接大電流で充電されることで、回生エネルギーを効率良く回収することで燃費を向上させることができる。
【００１６】
さらに、制御部は、車両が走行中に減速している時、電圧値が所定の電圧値未満である場合、第２スイッチをオフ、第１スイッチをオンにして、発電機が回生発電する電力を、バッテリに給電してバッテリを充電する共に、第１負荷に給電する、ことを特徴としてもよい。
これによれば、キャパシタの電圧が低い場合は、減速中にキャパシタは発電機から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電されることで、キャパシタが、発電機から直接充電できない低い電圧であっても、発電機からの電圧を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータで変圧することにより、発電機からの電力をキャパシタに回収することができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、内燃機関を有する車両に搭載される発電機と、その発電機から給電されるバッテリと、発電機から給電されるキャパシタと、そのキャパシタの電圧を計測する電圧計と、発電機とバッテリの間に設けられた第１スイッチと、発電機とキャパシタの間に設けられた第２スイッチと、一端をバッテリと第１スイッチの間に、他端をキャパシタと第２スイッチの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの一端と第１スイッチの間に接続された第１負荷と、内燃機関を始動するための、発電機と第１スイッチおよび第２スイッチの間に接続されたスターターモータと、を備える回生システムの制御方法であって、電圧計が計測したキャパシタの電圧値および内燃機関の稼働状態に基づいて、第１スイッチ、第２スイッチ、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、発電機からバッテリ、キャパシタ、第１負荷へ給電し、バッテリまたはキャパシタから第１負荷、スターターモータに給電する回生システムの制御方法が提供される。
これによれば、キャパシタが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介さず発電機から直接回生エネルギーを回収できるので、回生エネルギーを効率良く回収でき燃費を向上させる回生システムの制御方法を提供できる。さらに、キャパシタから負荷への給電中にスターターモータを駆動しても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に給電しているので、内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を防止する回生システムの制御方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、車両減速時の回生エネルギーを効率良く回収することで燃費を向上させ、また、アイドリングストップ状態から内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を防止する回生システムおよびその制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る第一実施例の回生システムを示すブロック図。
【図２】本発明に係る第二実施例の回生システムを示すブロック図。
【図３】本発明に係る第二実施例の回生システムにおける状態遷移図。
【図４】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＳｔａｎｄｂｙモードの動作を示す説明ブロック図。
【図５】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＢｙｐａｓｓモードの動作を示す説明ブロック図。
【図６】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードの動作を示す説明ブロック図。
【図７】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＧｅｎｅｒａｔｅモードの動作を示す説明ブロック図。
【図８】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＦａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードの動作を示す説明ブロック図。
【図９】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＣｈａｒｇｅモードの動作を示す説明ブロック図。
【図１０】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＲｅｓｔａｒｔモードの動作を示す説明ブロック図。
【図１１】本発明に係る第二実施例の回生システムにおけるＢｏｏｓｔモードの動作を示す説明ブロック図。
【図１２】本発明に係る第二実施例の回生システムにおける状態説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における回生システム１００Ａを説明する。本発明に係る回生システム１００Ａは、省エネルギーの観点から、内燃機関２の駆動により走行する車両１Ａにおいて、その減速時の運動エネルギーを回生エネルギーとして利用すると共に、停車中に内燃機関２を停止するアイドリングストップ機能を備える。なお、内燃機関２は、典型的には、ガソリン等の炭化水素系の燃料を内部で燃焼させることによって、車両１を推進するための動力を出力するエンジンである。また、アイドリングストップ機能とは、車両１Ａの走行停止時にブレーキペダルを踏む操作を続けている場合などに内燃機関２の稼働を停止し、そのブレーキペダルを踏む操作が解除された場合に内燃機関２を再始動する機能である。
【００２１】
回生システム１００Ａは、発電機７０、スターターモータ８０、バッテリ２０、キャパシタ３０、電圧計３１、第１スイッチ４０、第２スイッチ５０、第１負荷Ｌ１、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａ、および、制御部１０Ａを備える。発電機７０は、制御部１０Ａの制御を受け、内燃機関２が出力する動力（運動エネルギー）を用いて発電したり、車両１Ａの減速時に車両１Ａの車軸などから入力される動力（運動エネルギー）を用いて発電（回生）したりする。すなわち、発電機７０は、車両１Ａに搭載される内燃機関２および車両１Ａの減速時の運動エネルギーを原動力として発電する。発電機７０が発電した電力は、バッテリ２０やキャパシタ３０を充電したり、車両１Ａに搭載された第１負荷Ｌ１などに給電されたりする。発電機７０は、制御部１０Ａの制御により発電電圧を変更できる。
【００２２】
スターターモータ８０は、バッテリ２０またはキャパシタ３０から給電され、内燃機関２が停止している状態においてスターターモータスイッチ８１をオンすることにより駆動されてクランキング動作を行い、内燃機関２を始動させる。スターターモータ８０の駆動は、例えば、イグニッションオンされた直後にはバッテリ２０から電力を供給されることで行われ、その後、アイドリングストップ状態からの再始動には原則的にキャパシタ３０から電力供給されることで行われる。
【００２３】
バッテリ２０は、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する際キャパシタ３０に十分な電圧が残っている場合にはキャパシタ３０から給電するので、高価なアイドリングストップ用の電池である必要はなく、所定電圧を出力する汎用鉛電池でよい。バッテリ２０は、発電機７０から充電されると共に、キャパシタ３０に十分な電圧がない場合はスターターモータ８０や第１負荷Ｌ１に電力を供給する。
【００２４】
キャパシタ３０は、電解コンデンサなどである。キャパシタ３０にアイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する際十分な電圧が残っている場合には、スターターモータ８０は、キャパシタ３０の電力を用いて駆動される。キャパシタ３０は、電圧が低くなった場合には発電機７０から充電される。電圧計３１は、キャパシタ３０のグランド側とプラス側の電位差を計測するためのものであり、キャパシタ３０の電圧値を計測して示す。
【００２５】
第１スイッチ４０および第２スイッチ５０は、大電流の直流をオンオフできるスイッチであれば特に限定されず、たとえば、ＦＥＴ等の半導体スイッチ、コンタクタ・リレー等であり、制御部１０Ａの制御によりオンオフされる。第１負荷Ｌ１は、車両１Ａに搭載された電気負荷であり、ランプ類、オーディオ機器、ナビゲーションシステム、ワイパー、空調装置などである。第１負荷Ｌ１は、後述する第２負荷Ｌ２のように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを経由しない電気負荷であり、第１負荷Ｌ１に供給される電圧が低下する場合がある。このため、電圧低下が起こって第１負荷Ｌ１が動作しなくても問題の少ない、たとえば室内ランプ類、空調装置などが、第１負荷Ｌ１の用途として好ましい。
【００２６】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａは、絶縁型／非絶縁型のいずれであっても構わないが、一端６０Ｅ１と他端６０Ｅ２の間の双方向で直流の昇圧または降圧の電圧変換を行うことができる変圧回路である。一端６０Ｅ１および他端６０Ｅ２は、入力端子でもあり、出力端子でもありうる。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａは、内部に制御部１０Ａの制御によりオンオフされるスイッチを備え、制御部１０Ａの制御に基づき所定の入力／出力の方向で所定の電圧を出力する。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａは、内部に制御部１０Ａの制御によりオンオフされるスイッチを備え、制御部１０Ａの制御に基づいて、変圧動作を停止し、電圧出力を停止する。
【００２７】
制御部１０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やメモリなどの電子回路により構成されるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）であり、車両情報を取得して、その車両情報に基づいて、第１スイッチ４０、第２スイッチ５０、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０に制御信号を送出し制御する。車両情報は、電圧計３１が計測したキャパシタ３０の電圧値、発電機７０の状態、内燃機関２の状態、車両１Ａの走行状態などである。発電機７０の状態とは、発電機７０が稼働状態か、非稼働状態か、稼働状態の場合には内燃機関２の動力により稼働しているのか、減速時の車両１Ａの車軸など動力により稼働して回生しているのかの状態を言う。内燃機関２の状態とは、内燃機関２が稼働状態なのか、非稼働状態なのかを言う。車両１Ａの走行状態とは、車両１Ａが、加速しているのか、減速しているのか、定速で走行しているのか、停車してアイドリングしているのか、停車してアイドリングストップしているのか、内燃機関２を初回始動または再始動しようとしているのか、イグニションがオフ／オンなのか、などの状態を言う。
【００２８】
第１スイッチ４０は、発電機７０とバッテリ２０の間に設けられ、第２スイッチ５０は、発電機７０とキャパシタ３０の間に設けられる。また、スターターモータ８０は、発電機７０と第１スイッチ４０の間であって、発電機７０と第２スイッチ５０の間に電気的に接続される。したがって、第１スイッチ４０は、スターターモータ８０とバッテリ２０の間に設けられ、第２スイッチ５０は、スターターモータ８０とキャパシタ３０の間に設けられる。
【００２９】
第１スイッチ４０は、制御部１０Ａの制御に基づきオンされた場合、発電機７０で発電された電力をバッテリ２０に供給して充電したり、バッテリ２０に充電された電力をスターターモータ８０に供給して駆動したりする。もちろん、第１スイッチ４０は、制御部１０Ａの制御に基づきオンされた場合、発電機７０で発電された電力を第１負荷Ｌ１に給電すると共にキャパシタ３０にも給電して充電することもできる。また、第２スイッチ５０は、制御部１０Ａの制御に基づきオンされた場合、発電機７０で発電された電力をキャパシタ３０に供給して充電したり、キャパシタ３０に充電された電力をスターターモータ８０に供給して駆動したりする。
【００３０】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａは、その一端６０Ｅ１をバッテリ２０と第１スイッチ４０の間に、その他端６０Ｅ２をキャパシタ３０と第２スイッチ５０の間に電気的に接続される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａは、制御部１０Ａの制御に基づき内部に有するスイッチをオンオフすることにより、一端６０Ｅ１を入力端子、他端６０Ｅ２を出力端子として、または、一端６０Ｅ１を出力端子、他端６０Ｅ２を入力端子として、直流の電圧を変換して出力したり、または変換せずに出力したりする。
【００３１】
キャパシタ３０と発電機７０の間には、第１スイッチ４０および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介する第１の経路と、第２スイッチ５０を介する第２の経路がある。第１の経路でキャパシタ３０に充電する場合、通常ＤＣ／ＤＣコンバータの電流は最大で５０Ａ程度なので、キャパシタ３０への充電電流も最大で５０Ａ程度となってしまい効率があまりよくない。一方、第２の経路でキャパシタ３０に充電する場合、そのような制約がないため発電機７０からの大電流（たとえば、１５０〜２００Ａ）で充電が可能となり、充電効率が良くなる。したがって、キャパシタ３０が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介さず発電機７０から直接回生エネルギーを回収できるので、回生エネルギーを効率良く回収することで燃費を向上させることができる。
【００３２】
第１負荷Ｌ１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａの一端６０Ｅ１と第１スイッチ４０の間、換言すればバッテリ２０と第１スイッチ４０の間に電気的に接続される。第１負荷Ｌ１は、バッテリ２０から給電されている間に仮にバッテリ２０において電圧低下が生じた場合（たとえば、同時にバッテリ２０からスターターモータ８０に給電し駆動する場合）、その影響を受けて動作を停止する場合がある。一方、第１負荷Ｌ１は、キャパシタ３０から給電されている間に仮にキャパシタ３０において電圧低下が生じた場合であっても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介して給電されているのでその影響を受けることはない。
【００３３】
たとえば、キャパシタ３０から第１の経路で双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介して第１負荷Ｌ１に給電している間に、第２スイッチ５０をオンすることによりキャパシタ３０から第２の経路を経由してスターターモータ８０に給電して駆動しても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介して給電されているのでその影響をうけることがない。したがって、第１の経路と第２の経路を有し、第２の経路でスターターモータ８０に給電すると共に、第１の経路上の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介して第１負荷Ｌ１に給電するので、内燃機関２を再始動する際に第１負荷Ｌ１への電圧低下を防止することができる。これによれば、キャパシタ３０から第１負荷Ｌ１への給電中にスターターモータ８０を駆動しても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０Ａを介して第１負荷Ｌ１に給電しているので、内燃機関２を再始動する際の第１負荷Ｌ１への電圧低下を防止する回生システム１００Ａを提供できる。
【００３４】
＜第二実施例＞
図２を参照し、本実施例における回生システム１００を説明する。なお、上記実施例と同じ構成要素は同じ符号を付し、重複記載を避けるために上記実施例と異なる点を中心に説明する。
【００３５】
本発明に係る回生システム１００は、内燃機関２の駆動により走行する車両１において、その減速時の運動エネルギーを回生エネルギーとして利用すると共に、停車中に内燃機関２を停止するアイドリングストップ機能を備える。回生システム１００は、発電機７０、スターターモータ８０、バッテリ２０、キャパシタ３０、電圧計３１、第１スイッチ４０、第２スイッチ５０、第１負荷Ｌ１、第２負荷Ｌ２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０、および、制御部１０を備える。
【００３６】
上記実施例に対してさらに、回生システム１００は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０に電気的に接続された第２負荷Ｌ２を備える。第２負荷Ｌ２は、第１負荷Ｌ１と同様車両１に搭載された電気負荷であるが、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を経由して給電され、電圧低下の影響を受けることがないので、いかなる電気負荷であってもよい。
【００３７】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、内部に、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２と複数のスイッチを備える。複数のスイッチは、大電流の直流をオンオフできるスイッチであれば特に限定されない。なお、本実施例では、複数のスイッチは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の内部に備えられるが、同じ構成を有して外部に備えられてもよい。その場合は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２の機能のみを備える。双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２は、両端の間の双方向で直流の昇圧または降圧の電圧変換を行うことができる変圧回路である。両端は、入力端子でもあり、出力端子でもありうる。双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２は、内部に制御部１０の制御によりオンオフされるスイッチを備え、制御部１０の制御に基づき所定の入力／出力の方向で所定の電圧を出力する。また、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２は、制御部１０の制御に基づいて、変圧動作を停止し、電圧出力を停止する。
【００３８】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、一端６０Ｅ１側の内部で２つに分岐する変圧回路６１とバイパス回路６４を備える。変圧回路６１は、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２と変圧回路スイッチ６３を直列に有して他端６０Ｅ２（キャパシタ３０）と接続される回路である。なお、変圧回路スイッチ６３は、双方向の電流に対応できるように２つのスイッチが直列に寄生ダイオードが逆向きになるように連結されて構成される。バイパス回路６４は、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２をバイパスしてバイパススイッチ６５を介して第２負荷Ｌ２に電気的に接続される回路である。
【００３９】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、さらに、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２と変圧回路スイッチ６３の接続点と、バイパススイッチ６５と第２負荷Ｌ２の接続点とを、接続スイッチ６７を介して接続する接続回路６６を備える。なお、接続スイッチ６７は、双方向の電流に対応できるように２つのスイッチが直列に寄生ダイオードが逆向きになるように連結されて構成される。このように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、第２負荷Ｌ２に対して、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由する回路（変圧回路６１から接続回路６６を通ってバイパス回路６４へ通じる回路）と双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２をバイパスする回路（一端６０Ｅ１側で分岐するバイパス回路６４）を備えることで、電圧低下が無い場合には直接、電圧低下がある場合には双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を介して給電できる。したがって、第２負荷Ｌ２がバッテリ２０およびキャパシタ３０から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して接続されることで、回生システム１００は、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する際の第２負荷Ｌ２への電圧低下を防止することができる。
【００４０】
図３を参照し、回生システム１００における状態遷移を説明する。大きなレベルでの状態は、車両１の状態によるものであり、イグニションオフ状態、加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態、減速状態、内燃機関再始動状態の４つの状態がある。イグニションオフ状態は、イグニション（ＩＧ）がオフの状態である。加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態は、イグニションがオンされ、車両１が加速状態、定速走行状態、停止状態であるアイドリング状態およびアイドリングストップ状態を言う。減速状態は、車両１が減速している状態である。内燃機関再始動状態は、アイドリングストップ状態から内燃機関２をスターターモータ８０で再始動する状態を言う。
【００４１】
イグニションをオンオフすることで、イグニションオフ状態と加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態の間で状態が遷移する。車両１が減速／加速することで、加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態と減速状態の間の状態が遷移する。内燃機関２（ＥＮＧ）をスターターモータ８０で再始動する／再始動が完了したことにより、加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態と内燃機関再始動状態の間の状態が遷移する。
【００４２】
イグニションオフ状態は、Ｓｔａｎｄｂｙモードという１つのモードを有する。残り３つの状態は、主にキャパシタ３０の充電状態に応じた複数のモードを有する。加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態は、内燃機関２を初回始動させる場合のＢｙｐａｓｓモード、キャパシタ３０から負荷に放電するＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモード、およびキャパシタ３０の充電電圧が十分でない場合発電機７０から負荷に給電するＧｅｎｅｒａｔｅモードの３つのモードを有する。
【００４３】
Ｂｙｐａｓｓモードにおいて、イグニションがオフされるとＳｔａｎｄｂｙモードに遷移する。逆に、Ｓｔａｎｄｂｙモードにおいて、イグニションがオンされるとＢｙｐａｓｓモードに遷移する。Ｂｙｐａｓｓモードにおいて、内燃機関２を初回始動させて稼働状態（ＥＮＧ  Ｒｕｎ）になると、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードに移行する。逆に、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて、内燃機関２が停止しアイドリングストップ状態（Ｉ／Ｓ中）であってキャパシタ３０の充電電圧が所定の電圧値（たとえば８Ｖ）未満になるとＢｙｐａｓｓモードに移行する。Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて、内燃機関２が稼働状態であってキャパシタ３０の充電電圧が十分でなく所定の電圧値（たとえば８Ｖ）未満になるとＧｅｎｅｒａｔｅモードに移行する。逆に、Ｇｅｎｅｒａｔｅモードでキャパシタ３０の充電電圧が所定の電圧値（たとえば１０Ｖ）以上になるとＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードに移行する。
【００４４】
減速状態は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を経由してキャパシタ３０に充電するＣｈａｒｇｅモード、および発電機７０から直接キャパシタ３０に充電するＦａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードの２つのモードを有する。内燃機関２が稼働していて車両１が走行中（定速または加速状態）において、ブレーキ操作などで減速する場合であって、キャパシタ３０の充電電圧が十分でない（たとえば１０Ｖ未満）場合はＣｈａｒｇｅモードに移行し、キャパシタ３０の充電電圧が所定の電圧値（たとえば１０Ｖ）以上の場合はＦａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードに移行する。逆に、ＣｈａｒｇｅモードまたはＦａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードにおいてアクセル操作により加速するとＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードに移行する。なお、この所定の電圧の８Ｖや１０Ｖは例示であり、ＧｅｎｅｒａｔｅモードとＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードを分ける所定の電圧値はキャパシタの特性や回生システムの設計により適宜定められる。
【００４５】
内燃機関再始動状態は、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動（Ａｕｔｏ  Ｓｔａｒｔ）する場合、バッテリ２０からスターターモータ８０および負荷へ給電するＢｏｏｓｔモード、およびキャパシタ３０からスターターモータ８０および負荷へ給電するＲｅｓｔａｒｔモードの２つのモードを有する。Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する場合であって、キャパシタ３０の充電電圧がアイドリングストップ状態になった時に十分でなかった（たとえば１２Ｖ未満であった）場合、Ｂｏｏｓｔモードに移行する。その後内燃機関２の再始動が成功し、内燃機関２が稼働状態（ＥＮＧ  ＲＵＮ）になった場合は、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードに移行する。また、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する場合であって、キャパシタ３０の充電電圧がアイドリングストップ状態になった時に十分であった（たとえば１２Ｖ以上であった）場合、Ｒｅｓｔａｒｔモードに移行する。その後内燃機関２の再始動が成功し、内燃機関２が稼働状態（ＥＮＧ  ＲＵＮ）になった場合は、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードに移行する。
【００４６】
図４〜図１１を参照し、本実施例にける、上述したモード毎の動作を説明する。図４は、Ｓｔａｎｄｂｙモードの動作を示す。Ｓｔａｎｄｂｙモードは、イグニションがオフにされた状態であり、すべてのスイッチがオフの状態である。第１負荷Ｌ１は、バッテリ２０から給電可能な状態であり、第２負荷Ｌ２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０のバイパススイッチ６５をオンにするだけで給電可能になるので、Ｓｔａｎｄｂｙモードでは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の動作による消費電力を抑えることができる。
【００４７】
図５は、Ｂｙｐａｓｓモードの動作を示す。Ｂｙｐａｓｓモードは、イグニションがオンされて内燃機関２を初回始動させる場合、またはキャパシタ３０の充電電圧が所定電圧以下でアイドリングストップ状態になり再始動させる場合になるモードである。制御部１０は、内燃機関２の状態などの車両情報に基づいて、第１スイッチ４０、第２スイッチ５０、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の各スイッチ、スターターモータスイッチ８１を制御する。
【００４８】
具体的には、制御部１０は、Ｓｔａｎｄｂｙモードから移行してきて内燃機関２を初回始動させる場合、第１スイッチ４０をオン、第２スイッチ５０をオフ、変圧回路スイッチ６３をオフ、バイパススイッチ６５をオン、接続スイッチ６７をオフすると共に、スターターモータスイッチ８１をオンすることで、バッテリ２０にスターターモータ８０、第１負荷Ｌ１、第２負荷Ｌ２へ給電させる。また、このとき、制御部１０により、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２の動作を停止させてもよい。この場合、バッテリ２０に直接接続されている第１負荷Ｌ１および双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を介さずバイパス回路６４を経由して給電される第２負荷Ｌ２では、同じバッテリ２０からスターターモータ８０に給電することで電圧低下が発生することになる。しかし、内燃機関２を初回始動させる時なので、１回のみであり、またそもそも負荷自体が稼働していないため大きな影響はない。
【００４９】
図６は、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードの動作を示す。Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードは、Ｂｙｐａｓｓモードから移行して内燃機関２が稼働した後のように、アイドリング状態など減速中以外でキャパシタ３０の充電電圧が十分である（たとえば８Ｖ以上ある）場合になるモードである。制御部１０は、車両１が加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態であって、電圧計３１が計測したキャパシタ３０の電圧値が所定電圧（たとえば８Ｖ）以上であれば、このＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードを維持する。
【００５０】
制御部１０は、このモードでは、第１スイッチ４０をオフ、第２スイッチ５０をオフ、変圧回路スイッチ６３をオン、バイパススイッチ６５をオン、接続スイッチ６７をオフすることで、キャパシタ３０を放電させて双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由して第１負荷Ｌ１、第２負荷Ｌ２へ給電させる。制御部１０は、バッテリ２０への充放電電流を監視して、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２の出力電圧を制御する。なお、このモードでは、発電機７０は停止している。
【００５１】
図７は、Ｇｅｎｅｒａｔｅモードの動作を示す。Ｇｅｎｅｒａｔｅモードは、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいてキャパシタ３０の充電電圧が十分であったものが放電して所定の電圧未満になった場合になるモードである。制御部１０は、車両１が加速／定速／アイドリング／アイドリングストップ状態であって、電圧計３１が計測したキャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値（たとえば８Ｖ）未満であれば、このモードになる。なお、この所定の電圧の８Ｖは例示であり、ＧｅｎｅｒａｔｅモードとＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードを分ける所定の電圧値はキャパシタの特性や回生システムの設計により適宜定められる。
【００５２】
制御部１０は、第１スイッチ４０をオン、第２スイッチ５０をオフ、変圧回路スイッチ６３をオン、バイパススイッチ６５をオン、接続スイッチ６７をオフする。これにより、内燃機関２の動力により発電機７０で発電された電力は、第１負荷Ｌ１へ直接、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２をバイパスして第２負荷Ｌ２へ供給されると共に、バッテリ２０に直接、キャパシタ３０に双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を介して供給されて充電される。発電機７０からの充電によりキャパシタ３０の充電不足が解消された場合には、ＧｅｎｅｒａｔｅモードからＤｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードへ状態遷移する。
【００５３】
図８は、Ｆａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードの動作を示す。Ｆａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードは、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて減速された場合であって、キャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値以上（たとえば、１０Ｖ以上）であった場合になるモードである。制御部１０は、車両１の走行状態がブレーキ操作などにより減速状態であり、キャパシタ３０の電圧値がたとえば１０Ｖ以上であった場合では、このモードになる。制御部１０は、第１スイッチ４０をオフ、第２スイッチ５０をオン、変圧回路スイッチ６３をオフ、バイパススイッチ６５をオン、接続スイッチ６７をオフする。また、このとき、制御部１０により、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２の動作を停止させてもよい。これにより、減速時の車両１の運動エネルギーにより発電機７０で発電された電力は、発電機７０の電圧可変制御により直接キャパシタ３０に供給され、キャパシタ３０を大電流（たとえば、１５０〜２００Ａ程度）で充電する。また、バッテリ２０は、第１負荷Ｌ１へ直接、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２をバイパスして第２負荷Ｌ２へ電力を供給する。なお、発電機７０の電圧可変制御は、ある範囲内（通常１０Ｖ〜１６Ｖ程度）で可能なので、このモードは、キャパシタ３０の電圧値がこの範囲内に収まるよう所定の電圧値以上である場合に限られる。
【００５４】
したがって、Ｆａｓｔ  Ｃｈａｒｇｅモードでは、制御部１０は、車両１が走行中に減速している時、電圧計３１が示すキャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値以上である場合は、第１スイッチ４０をオフ、第２スイッチ５０をオンにして、発電機７０が回生発電する電力をキャパシタ３０に給電してキャパシタ３０を充電し、バッテリ２０から第１負荷Ｌ１に直接給電する。また、制御部１０は、変圧回路スイッチ６３をオフ、接続スイッチ６７をオフ、バイパススイッチ６５をオンにして、バッテリ２０から第２負荷Ｌ２に給電する。これにより、キャパシタ３０の電圧が所定電圧より高い場合は、減速中にキャパシタ３０は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介さず発電機７０から直接大電流で充電され、回生エネルギーを効率良く回収することで燃費を向上させることができる。
【００５５】
図９は、Ｃｈａｒｇｅモードの動作を示す。Ｃｈａｒｇｅモードは、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて減速された場合であって、キャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値未満（たとえば、１０Ｖ未満）であった場合になるモードである。なお、この所定の電圧の１０Ｖは例示であり、ＣｈａｒｇｅモードとＦＡＳＴ  Ｃｈａｒｇｅモードを分ける所定の電圧値はキャパシタの特性や回生システムの設計により適宜定められる。
【００５６】
制御部１０は、車両１の走行状態がブレーキ操作などにより減速状態であり、キャパシタ３０の電圧値がたとえば１０Ｖ未満であった場合では、このモードになる。制御部１０は、第１スイッチ４０をオン、第２スイッチ５０をオフ、変圧回路スイッチ６３をオン、バイパススイッチ６５をオン、接続スイッチ６７をオフする。これにより、減速時の車両１の運動エネルギーにより発電機７０で発電された電力は、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由してキャパシタ３０に供給され、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２によって制御された最大出力電流（たとえば、５０Ａ程度）でキャパシタ３０を充電する。
【００５７】
また、発電機７０で発電された電力は、バッテリ２０、第１負荷Ｌ１、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２をバイパスして第２負荷Ｌ２へ供給される。なお、上述したように、キャパシタ３０への大電流による充電は、キャパシタ３０の充電電圧値が所定の電圧値以上である必要がある。これは、所定の電圧値未満のキャパシタ３０に対して、発電機７０の電圧可変制御により直接大電流で充電しようとすると、回路に過電流が流れたり、急激な電圧低下を起こしたりする恐れがあるので、このモードは、キャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値未満である場合に限られる。
【００５８】
したがって、制御部１０は、車両１が走行中に減速している時、電圧計３１が示すキャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値未満である場合、第２スイッチ５０をオフ、第１スイッチ４０をオンにして、発電機７０が回生発電する電力を、バッテリ２０に給電してバッテリ２０を充電する共に、第１負荷Ｌ１に給電する。また、制御部１０は、接続スイッチ６７をオフ、変圧回路スイッチ６３をオン、バイパススイッチ６５をオンにして、発電機７０が回生発電する電力を、キャパシタ３０に給電してキャパシタ３０を充電する共に、第２負荷Ｌ２に給電する。これにより、キャパシタ３０の電圧が所定電圧より低い場合は、減速中にキャパシタ３０は発電機７０から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して充電されることで、キャパシタが、発電機から直接充電できない低い電圧であっても、発電機からの電圧を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータで変圧することにより、発電機からの電力をキャパシタに回収することができる。このように、車両１の減速時に、Ｆａｓｔ  ＣｈａｒｇｅモードとＣｈａｒｇｅモードを、キャパシタ３０の充電電圧で切り分けて動作させることで、車両減速時の回生エネルギーを効率良く回収することができ、燃費を向上させることができる。
【００５９】
図１０は、Ｒｅｓｔａｒｔモードの動作を示す。Ｒｅｓｔａｒｔモードは、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する場合であって、キャパシタ３０の充電電圧がアイドリングストップ状態になった時に十分であった（たとえば、１２Ｖ以上）場合になるモードである。制御部１０は、車両１の走行状態がアイドリングストップ状態であり、キャパシタ３０の電圧値がたとえば１２Ｖ以上であった場合では、このモードになる。制御部１０は、第１スイッチ４０をオフ、第２スイッチ５０をオン、変圧回路スイッチ６３をオン、バイパススイッチ６５をオン、接続スイッチ６７をオフ、スターターモータスイッチ８１をオンする。これにより、キャパシタ３０から双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由して第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２に給電すると共に、キャパシタ３０からスターターモータ８０に給電し、内燃機関２を再始動させる。第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２は、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由して給電されるので、電圧低下をおこすことがない。
【００６０】
したがって、制御部１０は、アイドリングストップ状態から内燃機関２をスターターモータ８０により再始動する際、電圧計３１が示すキャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値以上である場合、第１スイッチ４０をオフ、第２スイッチ５０をオンにして、キャパシタ３０からスターターモータ８０に給電する。また、制御部１０は、接続スイッチ６７をオフ、変圧回路スイッチ６３をオン、バイパススイッチ６５をオンにして、キャパシタ３０から双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を介して第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２に給電する。これにより、キャパシタ３０の電圧が所定の電圧より高い場合は、キャパシタ３０からスターターモータ８０を駆動することでバッテリ２０の劣化を軽減することができる。さらに、キャパシタ３０から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して給電することで、スターターモータ８０を駆動させて内燃機関２を再始動する際の第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２への電圧低下を防止することができる。
【００６１】
図１１は、Ｂｏｏｓｔモードの動作を示す。Ｂｏｏｓｔモードは、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにおいて、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する場合であって、キャパシタ３０の充電電圧がアイドリングストップ状態になった時に十分でなかった（たとえば、１２Ｖ未満）場合になるモードである。また、Ｂｏｏｓｔモードは、Ｂｙｐａｓｓモードにおいて、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動する場合にもなるモードでもある。なお、この所定の電圧の１２Ｖは例示であり、ＢｏｏｓｔモードとＲｅｓｔａｒｔモードを分ける所定の電圧値はキャパシタの特性や回生システムの設計により適宜定められる。
【００６２】
制御部１０は、車両１の走行状態がアイドリングストップ状態であり、キャパシタ３０の電圧値がたとえば８Ｖから１２Ｖの間であった場合では、このモードになる。制御部１０は、第１スイッチ４０をオン、第２スイッチ５０をオフ、変圧回路スイッチ６３をオフ、バイパススイッチ６５をオフ、接続スイッチ６７をオン、スターターモータスイッチ８１をオンする。これにより、バッテリ２０から第１負荷Ｌ１へ直接、および第２負荷Ｌ２へ双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由して給電すると共に、バッテリ２０からスターターモータ８０に給電し、内燃機関２を再始動させる。第２負荷Ｌ２は、双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由して給電されるので、電圧低下をおこすことがない。
【００６３】
したがって、制御部１０は、アイドリングストップ状態から内燃機関２をスターターモータ８０により再始動する際、電圧計３１が示すキャパシタ３０の電圧値が所定の電圧値未満である場合、第２スイッチ５０をオフ、第１スイッチ４０をオンにして、バッテリ２０からスターターモータ８０に給電し、バッテリ２０から第１負荷Ｌ１に給電し、バイパススイッチ６５をオフ、変圧回路スイッチ６３をオフ、接続スイッチ６７をオンにして、バッテリ２０から双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器６２を経由して前記第２負荷に給電する。これにより、キャパシタ３０の電圧が低い場合は、バッテリ２０からスターターモータ８０、第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２へ給電することでキャパシタ３０の電力を使用せずにアイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動することができ、再始動する際の第２負荷Ｌ２への電圧低下を防止することができる。このように、アイドリングストップ状態から内燃機関２を再始動させる場合、ＲｅｓｔａｒｔモードとＢｏｏｓｔモードを、キャパシタ３０の充電電圧で切り分けて動作させることで、内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を可能な限り防止することができる。
【００６４】
なお、上述したことは、同様な構成要素を備える回生システムにおいて、キャパシタ３０の電圧値や内燃機関２の稼働状態に基づいて、第１スイッチ４０、第２スイッチ５０、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を制御することにより、発電機７０からバッテリ２０、キャパシタ３０、第１負荷Ｌ１、第２負荷Ｌ２へ給電し、バッテリ２０またはキャパシタ３０から第１負荷Ｌ１、第２負荷Ｌ２、スターターモータ８０に給電する回生システムの制御方法ということができる。
【００６５】
図１２を参照し、車両１や構成要素の状態を併せて説明する。本図は、左から右へ時間が経過するように描かれており、最も左が初期状態を示す。初期状態では、内燃機関２、スターターモータ８０、発電機７０、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０はすべて停止しており、また、すべてのスイッチはオフ状態であり、車両１の速度は毎時ゼロＫｍ（Ｋｍ／ｈ）である。また、キャパシタ３０の電圧は、８Ｖ未満であるとの想定である。この初期状態では、回生システム１００は、Ｓｔａｎｂｙモードである。
【００６６】
車両１の使用者がイグニションをオンにすると、制御部１０は、第１スイッチ４０をオンにして、バッテリ２０から給電してスターターモータ８０を駆動する準備を行う。使用者は、内燃機関２を稼働させる操作を行い、内燃機関２を初回の始動をさせる（手動による始動）。この際、回生システム１００は、Ｂｙｐａｓｓモードになる。内燃機関２は、初回始動するとアイドリング状態となり、回生システム１００は、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードとなる。制御部１０は、アイドリング状態でキャパシタ３０の電圧値を取得し、８Ｖ未満であることを検知すると、Ｇｅｎｅｒａｔｅモードにする。そうすると、発電機７０は、内燃機関２の動力により発電をし始める（燃料発電）。
【００６７】
使用者がアクセル操作を行い内燃機関２の回転数を増加させて加速すると、車両１の速度は増加し始め、車両１の走行状態は加速状態となる。その後、使用者がブレーキ操作を行い減速状態となると、制御部１０は、Ｃｈａｒｇｅモードにして、発電機７０は燃料発電から回生発電に切り替えて発電する。また、発電機７０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して、回生発電により発電された電力をキャパシタ３０へ供給し、充電を行う。これにより、キャパシタ３０の充電電圧は増加する。
【００６８】
また、使用者がアクセル操作を行い加速状態になると、制御部１０は、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードにして、発電機７０は発電を停止し、キャパシタ３０は放電し、負荷などへ電力を供給する。またその後減速状態となると、制御部１０は、Ｃｈａｒｇｅモードにして、発電機７０は回生発電を行い、発電機７０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して、その電力をキャパシタ３０へ供給し、充電を行う。これにより、キャパシタ３０の充電電圧は増加し、１０Ｖを超え、さらに１２Ｖも超えたものとする。
【００６９】
その後車両１は定速走行すると、キャパシタ３０は十分に充電されたので、キャパシタ３０からスターターモータ８０や負荷への給電を準備するために、制御部１０は、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンする。キャパシタ３０は定速走行の間にも負荷のために放電するが、充電電圧が１０Ｖ未満になる前に減速状態となった場合、制御部１０は、ＦＡＳＴ  Ｃｈａｒｇｅモードにして、発電機７０が回生発電した電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介さずにキャパシタ３０に供給して充電する（急速充電）。これにより、キャパシタ３０は、ほぼ満充電されたと想定している。
【００７０】
車両１は減速後停車し、アイドリング状態になるが、しばらくしてアイドリングストップ状態となる。その間、回生システム１００は、Ｄｉｓ−ｃｈａｒｇｅモードであり、キャパシタ３０から負荷へ給電を行う。その後、アイドリングストップの解除操作を行うと、制御部１０は、Ｒｅｓｔａｒｔモードにして、キャパシタ３０からスターターモータ８０に給電して再始動させ、車両１はアイドリング状態となる。この時、キャパシタ３０は放電して１０Ｖ以下の充電電圧となるので、キャパシタ３０からスターターモータ８０や負荷への給電は行わないものとして、制御部１０は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフする。以降、また加速状態になるなど、同様な動作がなされる。
【００７１】
以上説明したように、本発明によれば、車両減速時の回生エネルギーを効率良く回収することで燃費を向上させ、また、アイドリングストップ状態から内燃機関を再始動する際の負荷への電圧低下を防止する回生システムおよびその制御方法を提供できる。
【００７２】
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１      車両
２      内燃機関
１００  回生システム
１０    制御部
２０    バッテリ
３０    キャパシタ
３１    電圧計
４０    第１スイッチ
５０    第２スイッチ
６０    双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
６１    変圧回路
６２    双方向ＤＣ／ＤＣ変圧器
６３    変圧回路スイッチ
６４    バイパス回路
６５    バイパススイッチ
６６    接続回路
６７    接続スイッチ
６０Ｅ１  一端
６０Ｅ２  他端
７０    発電機
８０    スターターモータ
８１    スターターモータスイッチ
Ｌ１    第１負荷
Ｌ２    第２負荷
【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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【図１１】
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【図１２】
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