(57)【要約】【課題】車両の走行状態に応じた効率的な発電制御を実施可能な発電制御装置を提供する。【解決手段】車両に搭載されたエンジンの出力の一部を利用して発電可能な発電機の発電制御装置であって、発電機の発電効率が最大発電効率より小さい場合、発電効率が最大発電効率に近づくように発電機の充電電流を変更すると共に、エネルギー備蓄制御手段は発電量の変動分を他の物理エネルギーとしてエネルギー貯蔵装置に備蓄する。【選択図】図１
2016124331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンの出力の一部を利用して発電可能な発電機と、
前記発電機によって充電可能なバッテリと、
前記車両前方の道路情報を取得する道路情報取得手段と、
前記発電機の回転数を取得する回転数取得手段と、
前記道路情報に基づいて、前記車両に搭載された電気負荷を駆動するための消費電力量を推定する消費電力量推定手段と、
前記道路情報に基づいて、前記発電機の発電効率を算出する発電効率算出手段と、
前記回転数と前記発電効率との関係を示す発電効率マップを予め記憶する記憶手段と、
前記回転数取得手段により取得された回転数に対応する最大発電効率を前記発電効率マップに基づいて算出する最大発電効率算出手段と、
前記発電機または前記バッテリから供給される電力により前記複数の補機を駆動することで生じる物理エネルギーをそれぞれ貯蔵可能な複数のエネルギー貯蔵装置と、
前記発電機または前記バッテリから供給される電力により前記複数の補機を駆動することにより、前記エネルギー貯蔵装置に物理エネルギーを備蓄するエネルギー備蓄制御手段と、
前記発電機の発電量を制御する発電量制御手段と
を備え、
前記発電効率が前記最大発電効率より小さい場合、前記発電量制御手段は前記発電効率が前記最大発電効率に近づくように前記発電機を制御すると共に、前記エネルギー備蓄制御手段は前記発電機の発電量のうち余剰分を前記エネルギー貯蔵装置に備蓄することを特徴とする発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両に搭載されたエンジンの出力の一部を用いて駆動されるオルタネータのような発電機の発電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、減速時に車両の運動エネルギーを利用してオルタネータを回生駆動することにより、運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、車内の各種電気負荷に供給することが行われている。このようにオルタネータで回生発電される電力量は走行状態に応じて、いわば成り行きで変化する。オルタネータで発電された電力はバッテリに蓄電、あるいは、それぞれの電気負荷における電力需要に応じて配分される。
【０００３】
一方、各電気負荷における電力需要もまた、走行状態に応じて成り行きで変化する。そのため、オルタネータによって発電された限りある電力を、各電気負荷の電力需要に応じて効率的に配分することが求められている。例えば特許文献１では、このような要求に対し、ナビゲーション装置などを利用して将来の電力需要を推定し、該推定結果に応じてバッテリ等に蓄電された電力を各電気負荷に配分することで、各電気負荷の電力需要にマッチした電力供給が可能になることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０５４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、エンジンの出力の一部を用いて発電を行うオルタネータの発電量は、エンジンの回転数に基づいて、いわば成り行きで決定される。ここで、オルタネータの発電効率は、オルタネータの充電電流値（すなわち負荷の大きさ）に依存するが、上述のように発電量が成り行きで決定される状況では、車両の走行条件によっては、必ずしもオルタネータの発電効率が良い状態で発電が実施されているとは限らない。すなわち、オルタネータの発電効率が良好でない状態で発電が実施されることによって、車両に無駄なエネルギーロスが存在している場合があり、改善の余地が残されている。
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、車両の走行状態に応じてオルタネータのような発電機において効率的な発電が実施可能な発電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】
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る発電制御装置は上記課題を解決するために、車両に搭載されたエンジンの出力の一部を利用して発電可能な発電機と、前記発電機によって充電可能なバッテリと、前記車両前方の道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記発電機の回転数を取得する回転数取得手段と、前記道路情報に基づいて、前記車両に搭載された電気負荷を駆動するための消費電力量を推定する消費電力量推定手段と、前記道路情報に基づいて、前記発電機の発電効率を算出する発電効率算出手段と、前記回転数と前記発電効率との関係を示す発電効率マップを予め記憶する記憶手段と、前記回転数取得手段により取得された回転数に対応する最大発電効率を前記発電効率マップに基づいて算出する最大発電効率算出手段と、前記発電機または前記バッテリから供給される電力により前記複数の補機を駆動することで生じる物理エネルギーをそれぞれ貯蔵可能な複数のエネルギー貯蔵装置と、前記発電機または前記バッテリから供給される電力により前記複数の補機を駆動することにより、前記エネルギー貯蔵装置に物理エネルギーを備蓄するエネルギー備蓄制御手段と、前記発電機の発電量を制御する発電量制御手段とを備え、前記発電効率が前記最大発電効率より小さい場合、前記発電量制御手段は前記発電効率が前記最大発電効率に近づくように前記発電機を制御すると共に、前記エネルギー備蓄制御手段は前記発電機の発電量のうち余剰分を前記エネルギー貯蔵装置に備蓄する。
【０００８】
上記構成によれば、道路情報に基づいて推定される発電効率が当該回転数における最大発電効率より小さい場合、発電効率が最大発電効率に近づくように発電機を制御する。これにより、発電機による発電が高効率で実施されるので、無駄なエネルギーロスを低減できる。一方、発電効率を制御することによって生じた余剰分に関しては、エネルギー備蓄制御手段によって貯蔵可能な物理エネルギーとしてエネルギー貯蔵装置に備蓄しておくことで、必要なタイミングで電気負荷作動に利用できるので、無駄となることがない。このようにして、車両のエネルギー効率を向上できるので、燃費性能が改善される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、車両の走行状態に応じてオルタネータのような発電機において効率的な発電が実施可能な発電制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の発電制御装置によって実施される発電制御方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図３】図１の記憶手段に記憶されたオルタネータの発電効率マップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る発電制御装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。エンジン１は不図示の動力伝達機構を介して駆動輪に対して走行用動力を供給する一方、その出力の一部を利用して、オルタネータ発電機（以下、適宜「オルタネータ」と称する）２で発電することにより、車両に搭載された各種電気負荷８の作動量電力を賄っている。
【００１３】
オルタネータ２はエンジン１の出力軸に対してベルト２を介して接続されており、エンジン１の出力の一部がベルト４を介して伝達されることで駆動可能に構成されている。オルタネータ２で発電された電力（交流）は、オルタネータ２に内蔵されたレギュレータ（不図示）によって直流変換された後、バッテリ６に充電される。バッテリ６は、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン電池のような充放電可能な二次電池である。バッテリ６に充電された電力は、車両に搭載された電気負荷８における電力需要に応じて、これら電気負荷８に適宜供給されるようになっている。
【００１４】
車両に搭載される電気負荷８は、オルタネータ２で発電された電力が供給されることにより、或いは、バッテリ６に充電された電力が供給されることにより、駆動可能な各種車載デバイスである。本実施例では特に、電気負荷８はこのような電気エネルギーによって駆動可能であると共に、電気エネルギー以外の物理エネルギーによっても駆動可能な電気負荷が含まれる。図１では、電気負荷８の例として、エアコンなどの冷凍システムに用いられ、電気エネルギーを冷熱エネルギーに変換可能な電動コンプレッサ（電動ＡＣ）８ａ、ブレーキ制動機構に用いられ、電気エネルギーを負圧エネルギーとしてためることが可能な電動バキュームポンプ（電動ＶＰ）８ｂ、及び、パワーステアリング機構に用いられ、油圧エネルギーに変換することが可能な電動オイルポンプ（電動ＯＰ）８ｃが示されている。
【００１５】
このような電気負荷８ａ、８ｂ及び８ｃには、補機により電気エネルギーから変換された物理エネルギーを貯蔵可能なエネルギー貯蔵装置１０ａ、１０ｂ及び１０ｃがそれぞれ備えられている。
【００１６】
具体的に説明すると、車両用冷凍システムの一部を構成する電動コンプレッサ（電動ＡＣ）８ａはオルタネータ２やバッテリ６から供給される電力によって駆動可能である一方、電動コンプレッサ８ａによってオルタネータ２で発電された電気エネルギーから変換された冷熱エネルギーをエネルギー貯蔵装置１０ａに貯蔵可能に構成されている。また、当該車両冷凍システムは、エネルギー貯蔵装置１０ａに貯蔵された冷熱エネルギーを用いて作動可能に構成されている。
【００１７】
またブレーキ制動機構の一部を構成する電動バキュームポンプ（電動ＶＰ）８ｂはオルタネータ２やバッテリ６から供給される電力によって駆動可能である一方、電動バキュームポンプ８ｂによってオルタネータ２で発電された電気エネルギーから変換された負圧エネルギーをエネルギー貯蔵装置１０ｂに貯蔵可能に構成されている。また、当該ブレーキ制動機構は、エネルギー貯蔵装置１０ｂに貯蔵された負圧エネルギーを用い作動可能に構成されている。
【００１８】
またパワーステアリング機構の一部を構成する電動オイルポンプ（電動ＯＰ）８ｃはオルタネータ２やバッテリ６から供給される電力によって駆動可能である一方、電動オイルポンプ８ｃによってオルタネータ２で発電された電気エネルギーから変換された油圧エネルギーをエネルギー貯蔵装置１０ｃに貯蔵可能に構成されている。また、当該パワーステアリング機構は、エネルギー貯蔵装置１０ｃに貯蔵された油圧エネルギーを用い作動可能に構成されている。
【００１９】
制御装置３０は、発電制御装置１００のコントロールユニットであり、例えばマイクロプロセッサのような演算処理装置によって構成される。具体的には、図１に示されるように、車両前方の道路情報を取得する道路情報取得手段３２と、オルタネータ２の回転数を取得する回転数取得手段３４と、道路情報に基づいて、車両に搭載された電気負荷８を駆動するための消費電力量を推定する消費電力量推定手段３６と、道路情報に基づいて、オルタネータ２の発電効率を算出する発電効率算出手段３８と、回転数と発電効率との関係を示す発電効率マップ４０を予め記憶する記憶手段４２と、回転数取得手段３４により取得された回転数に対応する最大発電効率を前記発電効率マップ４０に基づいて算出する最大発電効率算出手段４４と、オルタネータ２の発電量を制御する発電量制御手段４６とを備える。
尚、制御装置３０は車両全体のコントロールユニットであるＥＣＵのような他の制御デバイスと一体的に構成されていてもよい。
【００２０】
また発電制御装置１００は、オルタネータ２の回転数Ｒを検知するための回転数センサ５０と、オルタネータ２の充電電流値Ｉを検知するための電流値センサ５２を備える。これらセンサの検知内容は、電気信号線を介して制御装置３０に取り込まれることにより、後述の各種制御に利用可能に構成されている。
また、バッテリ６の充電残量（ＳＯＣ）は、バッテリＥＣＵ５４がバッテリ電流センサ（図示せず）からバッテリ６とオルタネータ２との間の電流情報を取得するとともに、その他図示しないバッテリ温度センサからバッテリ６の温度、電圧センサからバッテリ６の電圧等、バッテリの状態に関する情報を取得して、これらの情報からバッテリ６のＳＯＣを算出する。バッテリＥＣＵ５４はＳＯＣを自らの制御に用いるとともに、制御装置３０に出力も行う。
【００２１】
続いて上記構成を備える発電制御装置１００によって実施される発電制御方法について説明する。図２は図１の発電制御装置１００によって実施される発電制御方法を工程毎に示すフローチャートであり、図３は図１の記憶手段４２に記憶されたオルタネータ２の発電効率マップの一例である。
【００２２】
まず道路情報取得手段３２は、車両前方の道路情報を取得する（ステップＳ１）。ここで道路情報は、例えば車両に搭載されたナビゲーションシステムやＧＰＳシステムによって取得可能な車両前方の走行路に関する情報である。具体的には、ナビゲーションシステムが有する地図情報とＧＰＳシステムによって取得した車両の現在位置情報とに基づいて、車両前方の走行路（これから車両が走行するであろう路面）の道幅、勾配、路面状態、渋滞情報が含まれる。
尚、道路情報には電気負荷８における電力需要量に影響を及ぼしうる要因、例えば気象情報などを含んでもよい。
【００２３】
続いて回転数取得手段３４はオルタネータ２の回転数を取得する（ステップＳ２）。具体的には、回転数センサ５０の検知内容を電気信号線を介して読み込むことにより、回転数を把握する。
【００２４】
尚、本実施形態ではオルタネータ２に設けられた回転数センサ５０からオルタネータ２の回転数を直接的に取得しているが、エンジン１の回転数を取得することによって間接的にオルタネータ２の回転数を取得してもよい。後者の場合、エンジン１の回転数は、エンジン１に設けられたエンジン回転数センサから取得してもよいし、エンジン１の各種制御を実施するＥＣＵにおいて使用されている制御指示値から取得してもよい。
【００２５】
続いて消費電力量推定手段３６は、道路情報取得手段３２によって取得された道路情報に基づいて、車両に搭載された電気負荷８を駆動するための消費電力量Ｗ１を推定する（ステップＳ３）。消費電力量Ｗ１は、ステップＳ１で取得した道路情報に基づいて、車両前方の走行路を走行した際に、電気負荷８で消費されるであろう電力量として算出される。このような消費電力量Ｗ１の算出は、例えば、予め道路情報と消費電力量Ｗ１との対応関係をマップとして定義しておき、当該マップにステップＳ１で取得した道路情報を照らし合わせることによって、対応する消費電力量Ｗ１を求めるとよい。
【００２６】
続いて発電効率算出手段３８は、オルタネータ２の発電効率を算出する（ステップＳ４）。ここでは、例えばステップＳ１で取得した地図情報に基づいて、これから車両が走行する際に、エンジン１からベルト４を介してオルタネータ２に伝達されるであろう入力エネルギー総量に対して、ステップＳ３で算出した消費電力量Ｗ１が占める割合を求めることで、発電効率を算出するとよい。
【００２７】
続いて制御部３０は、記憶手段４２からオルタネータ２の回転数と発電効率Ｅとの関係を示す発電効率マップ４０を読み出し（ステップＳ５）、最大発電効率算出手段４４はステップＳ２で取得された回転数に対応するオルタネータ２の最大発電効率Ｅｍａｘを算出する（ステップＳ６）。ここで図３に示されるように、発電効率マップ４０は、オルタネータ２の回転数Ｒと充電電流値Ｉをそれぞれ制御パラメータとしてオルタネータ２の発電効率Ｅを等高線状に規定している。オルタネータ２の回転数がＲ０、充電電流がＩ０の場合に、発電効率が最大となるように規定されている。
【００２８】
ここで説明のために、現在のオルタネータ２の発電状態が図３の発電ポイント１（回転数Ｒ１、充電電流Ｉ１）にある場合を想定する。オルタネータ２の回転数Ｒ１は車両の走行状態によって成り行きで決定された値であるため、これを一定に保持すると仮定すると、当該回転数Ｒ１における最大発電効率Ｅｍａｘ１に対応する充電電流はＩ２となる（図３の発電ポイント２に対応）。
【００２９】
続いて、制御部３０は、ステップＳ４で算出された発電効率ＥがステップＳ６で算出された最大発電効率より小さいか否かを判定する（ステップＳ７）。上記例の場合、発電ポイント１は発電ポイント２に比べて発電効率が小さいため（ステップＳ７：ＹＥＳ）、発電量制御手段４６は発電効率Ｅが最大発電効率に近づくようにオルタネータ２の発電量を制御すると共に（ステップＳ８）、エネルギー備蓄手段１２はオルタネータの発電量のうち余剰分をエネルギー貯蔵装置１２に備蓄する（ステップＳ９）。すなわち、オルタネータ２の発電ポイント１が発電ポイント２に近づくように、オルタネータ２の充電電流（負荷）はＩ１からＩ２に増加され、これに伴い、エネルギー備蓄手段１２はオルタネータ２で余分に発電されることとなる電力を利用して電気エネルギーを他の物理エネルギー（例えば冷熱エネルギー、負圧エネルギー、油圧エネルギーなど）に変換して、エネルギー貯蔵装置１０に備蓄する。その結果、バッテリ６の充電残量が不足した場合には、エネルギー貯蔵装置１０に備蓄された他の物理エネルギーを利用することにより、電気負荷８が動作不能な状態に陥ることを効果的に防止することができる。
【００３０】
一方、図３の発電ポイント３（回転数Ｒ３、充電電流Ｉ３）のように当該回転数Ｒ３における最大発電効率Ｅｍａｘ２を有する発電ポイント４（回転数Ｒ３、充電電流Ｉ４）に対して充電電流が大きい側にある場合は、ステップＳ８において発電量を減少させると共に、ステップＳ９において予め備蓄された物理エネルギーを用いて電気負荷８を動作させるようにしてもよい。この場合、電気負荷８の動作は予めエネルギー貯蔵装置１０に備蓄された他の物理エネルギーで賄うことにより、オルタネータにおける発電量を減らすことでオルタネータ２の発電効率を向上させることで無駄なエネルギーロスを低減できる。ただし、エネルギー貯蔵装置１０に備蓄されている物理エネルギー量が少ない場合には、電気負荷８の動作確保が困難であるため、このような場合は当該制御を禁止することが好ましい。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る発電制御装置１００によれば、道路情報に基づいて推定される発電効率が当該回転数における最大発電効率より小さい場合、発電効率が最大発電効率に近づくようにオルタネータ２を制御する。これにより、オルタネータ２による発電が高効率で実施されるので、無駄なエネルギーロスを低減できる。一方、発電効率を制御することによって生じた余剰分に関しては、エネルギー備蓄手段１２によって貯蔵可能な物理エネルギーとしてエネルギー貯蔵装置に備蓄しておくことで、必要なタイミングで電気負荷作動に利用できるので、無駄となることがない。このようにして、車両のエネルギー効率を向上できるので、燃費性能が改善される。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本開示は、車両に搭載されたエンジンの出力の一部を用いて駆動されるオルタネータのような発電機の発電制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  エンジン
２  オルタネータ
４  ベルト
６  バッテリ
８  電気負荷
８ａ  エアコン
８ｂ  ブレーキ制動機構
８ｃ  パワーステアリング機構
１０  エネルギー貯蔵装置
３０  制御装置
３２  道路情報取得手段
３４  回転数取得手段
３６  消費電力量推定手段
３８  発電効率算出手段
４０  発電効率マップ
４２  記憶手段
４４  最大発電効率算出手段
４６  バッテリ充電制御手段
４８  エネルギー備蓄制御手段
５０  回転数センサ
５２  電流値センサ
５４  バッテリＥＣＵ
１００  発電制御装置
【図１】
2016124331.tif 000003
【図２】
2016124331.tif 000004
【図３】
2016124331.tif 000005