(57)【要約】【課題】簡単な構成で、発電電圧の増加時の負荷電力の増加の抑制を図る。【解決手段】電源装置１は、エンジン２により駆動される発電機３と発電機３により充電されるバッテリ４と発電機３又はバッテリ４から電力供給される負荷５と発電機３の発電電圧を制御するコントローラ９とを有し、バッテリ４と負荷５とが発電機３の出力に並列接続される電源装置において、発電機３及びバッテリ４から負荷５に電力を供給するラインに介装されたスイッチ６と、スイッチ６と並列接続され発電機３及びバッテリ４から負荷５に電流が流れる方向を順方向とされたダイオード７とを有し、コントローラ９は、発電電圧を予め設定した値にする制御を行っている場合、スイッチ６をオンし、発電電圧を予め設定した値よりも大きくする制御を行っている場合、スイッチ６をオフする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される発電機と前記発電機により充電されるバッテリと前記発電機又はバッテリから電力供給される負荷と前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御部とを有し、前記バッテリと前記負荷とが前記発電機の出力に並列接続される電源装置において、
前記発電機及びバッテリから前記負荷に電力を供給するラインに介装されたスイッチと、
前記スイッチと並列接続され電圧を降下させる回路要素と、
前記発電電圧制御部が前記発電電圧を予め設定した値にする制御を行っている場合、前記スイッチをオンし、前記発電電圧制御部が前記発電電圧を前記予め設定した値よりも大きくする制御を行っている場合、前記スイッチをオフするスイッチ制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記回路要素は、前記発電機及びバッテリから前記負荷に電流が流れる方向が順方向とされたダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記回路要素は、抵抗であることを特徴とする請求項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、発電機によりバッテリを充電し発電機又はバッテリから電力供給される負荷を搭載した電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両の電源装置としては、例えば特許文献１に開示されているような、エンジンヘの燃料供給が停止される減速時に発電機の発電電圧を上昇させてバッテリを充電することで車両の運動エネルギーの一部を電力として回収し燃費向上を図る装置がある。
さらに、特許文献２に開示されているような、バッテリと負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを挿入して負荷電圧を一定にする装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４８３６９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に開示されているような装置は、発電機の出力端にはバッテリと負荷とが並列に接続されているため、発電電圧を増加させるとバッテリの充電電圧とともに負荷への供給電圧（負荷電圧）も増加してしまい負荷電流も増加する。
例えば、通常時の発電電圧を１２．５Ｖとした場合、負荷が１Ωと仮定すると、負荷電圧が１２．５Ｖとなるために１２．５Ａの負荷電流が流れる。このとき、負荷電力は、約１５６Ｗ（＝１２．５Ｖ×１２．５Ａ）になる。
【０００５】
これに対して、減速時に発電電圧を１４．５Ｖに増加させると、負荷電圧が１４．５Ｖに増加するため、１４．５Ａの負荷電流が流れる。このとき、負荷電力は、約２１０Ｗ（＝１４．５Ｖ×１４．５Ａ）になる。すなわち、減速時には、負荷電力が１５６Ｗから２１０Ｗに増加してしまう。
しかし、負荷は１２．５Ｖ（通常時の発電電圧）が印加されていれば正常な動作をするため、このような負荷電力の増加分の５４Ｗ（＝２１０Ｗ−１５６Ｗ）は無駄に消費される電力となってしまう。
【０００６】
これに対して、特許文献２に開示されているような装置は、バッテリと負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを直列に挿入して負荷電圧を一定にしている。
しかし、このような構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータを追加するためのコスト増加やＤＣ／ＤＣコンバータの損失が問題となる。
本発明の目的は、簡単な構成で、発電電圧の増加時の負荷電力の増加の抑制を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本実施態様によれば、エンジンにより駆動される発電機と前記発電機により充電されるバッテリと前記発電機又はバッテリから電力供給される負荷と前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御部とを有し、前記バッテリと前記負荷とが前記発電機の出力に並列接続される電源装置において、前記発電機及びバッテリから前記負荷に電力を供給するラインに介装されたスイッチと、前記スイッチと並列接続され電圧を降下させる回路要素と、前記発電電圧制御部が前記発電電圧を予め設定した値にする制御を行っている場合、前記スイッチをオンし、前記発電電圧制御部が前記発電電圧を前記予め設定した値よりも大きくする制御を行っている場合、前記スイッチをオフするスイッチ制御部と、を有することを特徴とする電源装置を提供できる。
また、本実施態様において、前記回路要素は、前記発電機及びバッテリから前記負荷に電流が流れる方向が順方向とされたダイオードである。
また、本実施態様において、前記回路要素は、抵抗である。
【発明の効果】
【０００８】
本実施態様によれば、スイッチ及び電圧を降下させる回路要素を備えるといった簡単な構成で、発電電圧の増加時の負荷電力の増加の抑制を図ることができる。
また、本実施態様によれば、例えば、発電機及びバッテリと負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータが挿入されている場合と比較すると、ＤＣ／ＤＣコンバータによる損失がないので、結果的に燃料効率を高くすることができ、コスト増加を抑制できる。
また、本実施態様によれば、ダイオード又は抵抗といった簡単な構成で電圧を降下させる回路要素を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の車両の電源装置の構成例を示す図である。
【図２】ダイオードの電圧及び電流特性の一例を示す特性図である。
【図３】コントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理に基づく動作例を示す図である。
【図５】本実施形態の変形例の車両の電源装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態は、車両の電源装置である。
図１は、車両の電源装置１の構成例を示す。
図１に示すように、この電源装置１は、エンジン２、発電機３、バッテリ４、負荷５、スイッチ６、ダイオード７、車速センサ（例えば車輪速センサ）８、及びコントローラ９を有する。
【００１１】
この電源装置１は、発電機３とエンジン２とがベルト１０を介して接続されており、発電機３がエンジン２に駆動されて発電する。また、電源装置１では、発電機３の出力にバッテリ４及び負荷５が並列接続されている。言い換えると、電源装置１では、発電機３及びバッテリ４それぞれに対して負荷５が直列接続されている。
負荷５は、例えば、エアコンやヘッドライト等といった車両に搭載されている電装部品の電気負荷である。この負荷５は、スイッチ６を介して発電機３の出力に接続されている。すなわち、電源装置１では、発電機３及びバッテリ４から負荷５に電力を供給するラインにスイッチ６が介装されている。
【００１２】
そして、電源装置１では、ダイオード７がスイッチ６と並列接続されている。このダイオード７は、バッテリ４から負荷５に電流が流れる方向を順方向に接続されている。
図２は、ダイオード７の電圧及び電流特性の一例を示す。
図２に示すように、電流が変化してもダイオード７の順方向の電圧降下の変化が小さく、この例では、電流が５０Ａのときに順方向電圧降下が２Ｖとなっており、電流が１０Ａのときに順方向電圧降下が１．８Ｖとなっている。
【００１３】
図１の説明に戻り、コントローラ９は、発電機３に発電電圧指令Ｖrefを出力するとともに、スイッチ６にスイッチオン指令ＳＷonを出力する。発電電圧指令Ｖreは、発電機３の発電電圧を制御するための指令であり、スイッチオン指令ＳＷonは、スイッチ６をオン及びオフするための指令である。これにより、発電機３は、発電電圧指令Ｖrefに追従して発電電圧が変化する。また、スイッチ６は、スイッチオン指令ＳＷonに応じてオン及びオフする。
【００１４】
図３は、このコントローラ９の処理の一例を示すフローチャートである。
図３に示すように、ステップＳ１において、コントローラ９は、車速センサ８からの検出信号を取得する。
続くステップＳ２において、コントローラ９は、前記ステップＳ１で取得した検出信号を基に得られる車速情報から車両が減速したか否かを判定する。コントローラ９は、車両が減速したと判定すると、ステップＳ３に進む。また、コントローラ９は、車両が減速していないと判定すると、該図３に示す処理を終了する。
【００１５】
続くステップＳ３において、コントローラ９は、燃料供給を停止させる。
続くステップＳ４において、コントローラ９は、発電電圧指令Ｖrefを増加させる。本実施形態では、コントローラ９は、例えば、発電電圧指令Ｖrefを通常値の１２．５Ｖから１４．５Ｖに増加させる。
続くステップＳ５において、コントローラ９は、スイッチオン指令ＳＷonをＯＦＦにする。
【００１６】
続くステップＳ６において、コントローラ９は、前記ステップＳ１で取得した検出信号から得られる車速が停止判定用しきい値以下か否かを判定する。ここで、停止判定用しきい値は、車両が停止したか又は停止間近かを判定するための値であり、実験値、経験値、又は理論値により予め設定されている値である。
コントローラ９は、車速が停止判定用しきい値以下であると判定すると、ステップＳ７に進む。また、コントローラ９は、車速が停止判定用しきい値よりも大きいと判定すると、前記ステップＳ１から再び処理を開始する。
【００１７】
ステップＳ７では、コントローラ９は、燃料供給を開始させる。
続くステップＳ８において、コントローラ９は、発電電圧指令Ｖrefを減少させる（元に戻す）。すなわち例えば、本実施形態では、コントローラ９は、発電電圧指令Ｖrefを１４．５Ｖから通常値の１２．５Ｖに減少させる。
続くステップＳ９において、コントローラ９は、スイッチオン指令ＳＷonをＯＮにする。
【００１８】
以上のような図３の処理により、コントローラ９は、車速センサ８からの検出信号を基に得られる車速情報から車両が減速したと判定すると、燃料供給を停止させ、発電電圧指令Ｖrefを増加させ、かつスイッチ指令ＳＷonをＯＦＦにする（ステップＳ１乃至ステップＳ５）。
その後、コントローラ９は、車速が停止判定用しきい値以下であると判定したとき、燃料供給を開始させ、発電電圧指令Ｖrefを減少させ（元に戻し）、かつスイッチオン指令ＳＷonをＯＮにする（ステップＳ６乃至ステップＳ９）。
【００１９】
図４は、前述の図３の処理に基づく動作例を示す。
図４に示すように、（ａ）は車速を示し、（ｂ）は発電電圧指令Ｖrefを示し、（ｃ）はスイッチオン指令ＳＷonを示し、（ｄ）はバッテリ電圧Ｖbattを示し、（ｅ）は負荷電圧Ｖloadを示し、（ｆ）は充電電流Ｉbattを示し、（ｇ）は負荷電流Ｉloadを示す。
また、条件として、加速中や停車中（すなわち通常時）には、発電電圧指令Ｖrefを１２．５Ｖとし、スイッチオン指令ＳＷonをＯＮとする。このときの負荷電流Ｉloadを５０Ａとする。
【００２０】
時間Ｔ１に減速し始めると（図４（ａ））、エンジン２ヘの燃料供給を停止させ、発電機３の発電電圧指令Ｖrefを１４．５Ｖに上昇させるとともにスイッチオン指令ＳＷonをＯＦＦにする（図４（ｂ）、（ｃ））。
なお、減速時に燃料供給を停止させる技術や発電機３の発電電圧指令を上昇させる技術は公知の技術を利用しても良い。
【００２１】
これにより、バッテリ電圧Ｖbattは１４．５Ｖになる（図４（ｄ））一方で、スイッチ６がＯＦＦになるためにダイオード７が導通するようになる。この結果、ダイオード７の順方向電圧降下が電流が５０Ａのときに２Ｖであるため（図２参照）、負荷電圧Ｖloadは１２．５Ｖ（＝１４．５Ｖ−２Ｖ）に維持される（図４（ｅ））。また、負荷電流Ｉloadは５０Ａのままであるが（図４（ｇ））、バッテリ電圧Ｖbattが上昇しているためにバッテリ４ヘの充電電流Ｉbattが増加する（図４（ｆ））。
【００２２】
その後、車速が零に近くなる時間Ｔ２では（図４（ａ））、エンジン２ヘの燃料供給を開始させ、発電機３の発電電圧指令Ｖrefを１２．５Ｖに減少させると同時にスイッチオン指令ＳＷonをＯＮにする（図４（ｂ）、（ｃ））。
なお、車速が零に近くなって燃料供給を開始する技術も公知の技術を利用しても良い。
これにより、バッテリ電圧Ｖbattが１２．５Ｖになり（図４（ｄ））、スイッチ６がＯＮになるためにダイオード７がＯＦＦになる（導通しなくなる）。また、負荷電圧Ｖloadが１２．５Ｖに、負荷電流Ｉloadが５０Ａにそれぞれ維持される。また、バッテリ電圧Ｖbattを減少させたために、それに応じてバッテリ４ヘの充電電流Ｉbattが減少する（図４（ｆ））。
【００２３】
以上のような動作中、時間Ｔ１から時間Ｔ２の期間では、負荷５及びダイオード７での消費電力の和は７２５Ｗ（＝１４．５Ｖ×５０Ａ）となる。
ここで、負荷５が抵抗であると仮定すると、負荷５は０．２５Ω（＝１２．５Ｖ／５０Ａ）となる。よって、従来技術のように、発電電圧指令Ｖrefの増加に合わせて負荷電圧を１４．５Ｖにそのまま増加させてしまうと、負荷電流は５８Ａ（＝１４．５Ｖ／０．２５Ω）となり、負荷電力は８４１Ｗ（＝１４．５Ｖ×５８Ａ）となる。
【００２４】
このようなことから、本実施形態にあっては、１１６Ｗ（＝８４１Ｗ−７２５Ｗ）の消費電力を削減できたことになる。
なお、本実施形態では、負荷電圧Ｖloadを１２．５Ｖとし、負荷電流Ｉloadを５０Ａとした例を示した。しかし、負荷電流Ｉloadがこれよりも小さくなると、ダイオード７での順方向電圧降下が小さくなり、その分、負荷電圧Ｖloadが上昇することになる。
【００２５】
例えば、負荷電圧Ｖloadが１２．５Ｖのときに負荷電流Ｉloadが１０Ａになると仮定すると、抵抗と仮定した場合の負荷５は１．２５Ω（＝１２．５Ｖ／１０Ａ）になる。ここで、ダイオード７での順方向電圧降下は、図２に示したように、電流が１０Ａのときに１．８Ｖであるため、時間Ｔ１から時間Ｔ２の期間では、負荷電圧Ｖloadは１２．７Ｖ（＝１４．５Ｖ−１．８Ｖ）となり、負荷電流Ｉloadは１０．２Ａ（＝１２．７Ｖ／１．２５Ω）となる。そして、この場合、負荷５及びダイオード７での消費電力の和は１４８Ｗ（＝１４．５Ｖ×１０．２Ａ）となる。
【００２６】
この場合、従来技術のように、発電電圧指令Ｖrefの増加に合わせて負荷電圧を１４．５Ｖにそのまま増加させてしまうと、負荷電流は１１．６Ａ（＝１４．５Ｖ／１．２５Ω）となり、負荷電力は１６８Ｗ（＝１４．５Ｖ×１１．６Ａ）となる。
この場合、本実施形態にあっては、２０Ｗ（＝１６８Ｗ−１４８Ｗ）の消費電力を削減できることになる。
【００２７】
なお、本実施形態では、コントローラ９は、例えば、発電電圧制御部及びスイッチ制御部を実現している。
以上のように、本実施形態では、発電機３、バッテリ４及び負荷５が接続される回路にスイッチ６及びダイオード７を備え、コントローラ９は、発電電圧を予め設定した値（例えば通常値の１２．５Ｖ）にする制御を行っている場合、スイッチ６をオンし、発電電圧を予め設定した値よりも大きくする制御（例えば１４．５Ｖにする制御）を行っている場合、スイッチ６をオフにしている。
【００２８】
これにより、本実施形態では、スイッチ６及びダイオード７を備えるといった簡単な構成で、発電電圧の増加時の負荷電力の増加の抑制を図ることができる。
また、本実施態様によれば、例えば、発電機３及びバッテリ４と負荷５との間にＤＣ／ＤＣコンバータが挿入されている従来の構成と比較すると、ＤＣ／ＤＣコンバータによる損失がないので、結果的に燃料効率を高くすることができ、コスト増加を抑制できる。
【００２９】
なお、前述の実施形態に限定されないことは言うまでもない。
すなわち、本実施形態では、ダイオード７を抵抗に換えても良い。
図５は、そのような抵抗１１を有する車両の電源装置１の構成例を示す。
図５に示すように、本実施形態の変形例では、前述の実施形態と同様に、抵抗１１がスイッチ６と並列接続されている。
【００３０】
このような構成において、負荷電流Ｉloadを５０Ａとし、抵抗１１における電圧降下を２Ｖとすると、抵抗１１の抵抗値は、０．０４Ω（＝２Ｖ／５０Ａ）となる。
このようなことから、時間Ｔ１から時間Ｔ２の期間では、ダイオード７を備えた構成と同様に、消費電力は７２５Ｗ（＝１４．５Ｖ×５０Ａ）となり、従来技術との比較で得られる消費電力削減量は、１１６Ｗ（＝８４１Ｗ−７２５Ｗ）となる。
【００３１】
また、負荷電流Ｉloadが１０Ａの場合、抵抗１１における電圧降下は、０．４Ｖ（＝０．０４Ω／１０Ａ）となる。
このようなことから、負荷電流Ｉloadを５０Ａから１０Ａに低下させた場合の抵抗１１における電圧降下の低下量は０．６Ｖ（＝２Ｖ−０．４Ｖ）になる。一方、負荷電流Ｉloadを５０Ａから１０Ａに低下させた場合のダイオード７に電圧降下の低下量は０．２Ｖ（＝２Ｖ−１．８Ｖ）である。これは、負荷電流Ｉloadを５０Ａから１０Ａに低下させた場合、ダイオード７と比較して抵抗１１の方が電圧降下の低下量が大きいことを意味する。
【００３２】
そして、時間Ｔ１から時間Ｔ２の期間では、抵抗１１の場合、負荷電圧Ｖloadは１４．１Ｖ（＝１４．５Ｖ−０．４Ｖ）となり、消費電力は約１６４Ｗ（＝１４．５Ｖ×１４．１Ｖ／１．２５Ω）となる。この場合、従来技術との比較で得られる消費電力削減量は、４Ｗ（＝１６８Ｗ−１６４Ｗ）となる。
よって、負荷電流Ｉloadが１０Ａの場合、ダイオード７を備えた構成の場合の消費電力削減量は２０Ｗであることから、消費電力の削減効果は、抵抗１１を備えた本実施形態の変形例の方が小さいことがわかる。
【００３３】
以上のように、本実施形態の変形例でも、前述の実施形態と同様に、スイッチ６及び抵抗１１を備えるといった簡単な構成で、発電電圧の増加時の負荷電力の増加の抑制を図ることができる。
また、本実施態様の変形例によれば、例えば、発電機３及びバッテリ４と負荷５との間にＤＣ／ＤＣコンバータが挿入されている従来の構成と比較すると、ＤＣ／ＤＣコンバータによる損失がないので、結果的に燃料効率を高くすることができ、コスト増加を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態の変形例では、ダイオード７を備えた構成と比較すると、消費電力の削減効果は小さくなる場合もあるが、抵抗１１に置き換えている分、部品コストを抑えることができる。
また、本実施形態では、発電機３及びバッテリ４から負荷５に電力を供給するラインに介装され電圧を降下させる回路要素であれば、前述のようなダイオード７や抵抗１１に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１  電源装置、２  エンジン、３  発電機、４  バッテリ、５  負荷、６  スイッチ、７  ダイオード、８  車速センサ、９  コントローラ、１１  抵抗
【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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