(57)【要約】【課題】電気負荷の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流を超えるような場合でも、バッテリから電気負荷への電力供給量を低減する。【解決手段】電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大出力電流より大きいか否かを判定し、蓄電装置２からＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電気負荷８に電力を供給する場合にオルタネータ１が燃料を用いて発電する電力量と、蓄電装置２からバイパス回路４を介して電気負荷８に電力を供給する場合にオルタネータ１が燃料を用いて発電する電力量とを比較して、上記判定結果と比較結果に応じて、蓄電装置２からＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電気負荷８に電力を供給するか、バイパス回路４を介して電気負荷８に電力を供給するかを選択する。【選択図】図２
2016037102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電が可能な蓄電装置と、
回生運転によって発電可能であり、かつ、燃料を用いて発電可能な発電手段と、
前記蓄電装置および前記発電手段と電気負荷との間に設けられ、前記蓄電装置および前記発電手段と前記電気負荷との間で電圧の調整を行う電圧調整手段と、
前記電圧調整手段と並列に設けられ、前記蓄電装置および前記発電手段と前記電気負荷との間を電気的に接続可能な接続手段と、
前記電気負荷の必要電流が前記電圧調整手段の最大出力電流より大きいか否かを判定する判定手段と、
前記蓄電装置から前記電圧調整手段を介して前記電気負荷に電力を供給する場合に前記発電手段が燃料を用いて発電する電力量と、前記蓄電装置から前記接続手段を介して前記電気負荷に電力を供給する場合に前記発電手段が燃料を用いて発電する電力量とを比較する発電電力量比較手段と、
前記判定手段の判定結果と前記発電電力量比較手段の比較結果とに応じて、前記蓄電装置から前記電圧調整手段を介して前記電気負荷に電力を供給するか、前記蓄電装置から前記接続手段を介して前記電気負荷に電力を供給するかを選択する電力供給経路選択手段と、を備える、
ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記電力供給経路選択手段は、前記電気負荷の必要電流が前記電圧調整手段の最大出力電流より小さく、かつ、前記電圧調整手段を介して前記蓄電装置から前記電気負荷に電力を供給する場合に燃料を用いて発電する電力量が、前記接続手段を介して前記蓄電装置から前記電気負荷に電力を供給する場合に燃料を用いて発電する電力量より大きい場合に、前記接続手段を介して前記蓄電装置から前記電気負荷に電力を供給する供給経路を選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電手段としてバッテリとキャパシタを備え、車両の回生制動時に、オルタネータの回生運転によって発電された電力をキャパシタに充電し、キャパシタの充電電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気負荷に供給するシステムが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】マツダ技報Ｎｏ．３０（２０１２）、３７−４２頁、「減速エネルギ回生システム“ｉ−ＥＬＯＯＰ”の開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、出力可能な最大電流が大きいものほど高価になる。非特許文献１に記載のシステムでは、コストを考慮してＤＣ／ＤＣコンバータの規格を決定しているため、車両の運転状態によっては、電気負荷が必要とする電流がＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流を超えてしまう場合がある。この場合、電気負荷への電力供給を、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してキャパシタからのみ行うと不足してしまうため、不足分はバッテリから供給するが、このような状態が続くと、バッテリの電圧が低下し続けるという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、電気負荷の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流を超えるような場合でも、バッテリから電気負荷への電力供給量を低減する技術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】
【０００６】
本発明による車両の制御装置は、充放電が可能な蓄電装置と、回生運転によって発電可能であり、かつ、燃料を用いて発電可能な発電手段と、蓄電装置および発電手段と電気負荷との間に設けられ、蓄電装置および発電手段と電気負荷との間で電圧の調整を行う電圧調整手段と、電圧調整手段と並列に設けられ、蓄電装置および発電手段と電気負荷との間を電気的に接続可能な接続手段と、電気負荷の必要電流が電圧調整手段の最大出力電流より大きいか否かを判定する判定手段と、蓄電装置から電圧調整手段を介して電気負荷に電力を供給する場合に燃料を用いて発電する電力量と、蓄電装置から接続手段を介して電気負荷に電力を供給する場合に燃料を用いて発電する電力量とを比較する電力発電量比較手段と、蓄電装置から電圧調整手段を介して電気負荷に電力を供給するか、蓄電装置から接続手段を介して電気負荷に電力を供給するかを選択する電力供給経路選択手段とを備え、電力供給経路選択手段は、判定手段の判定結果と電力発電量比較手段の比較結果とに応じて供給経路を選択する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電気負荷の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流を超えるような場合でも、電気負荷の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流より大きいか否かを比較して、当該比較結果に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ以外の接続手段を介して電気負荷に電力を供給することができるので、バッテリから電気負荷への電力供給量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態における車両の制御装置の主要構成部分を示す図である。
【図２】図２は、一実施形態における車両の制御装置によって行われる電気負荷への    電流供給制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２のステップＳ３で行われる処理の詳細を表したフローチャート    である。
【図４】図４は、図２のステップＳ４で行われる処理の詳細を表したフローチャート    である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態における車両の制御装置の主要構成部分を示すシステム構成図である。本実施形態における車両の制御装置は、走行駆動源としてエンジンを搭載するエンジン車、走行駆動源としてエンジンおよびモータジェネレータを備えるハイブリッド車、走行駆動源としてモータジェネレータを備える電気自動車などの車両に搭載される。
【００１０】
本実施形態における車両の制御装置は、オルタネータ１と、蓄電装置２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、バイパス回路４と、コントローラ５と、スタータ６と、バッテリ７と、電気負荷８とを備える。
【００１１】
オルタネータ１は、主に、電気負荷８で使用する電力を発電する発電機であり、車両の回生制動時にエンジンの機械エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電装置２に電力を供給する。また、非回生制動時に電気負荷８の必要電力を蓄電装置２の電力量では賄えない場合は、燃料を使用して発生するエンジンの回転駆動力を用いて発電して電気負荷８へ電力を供給する。なお、車両の回生制動時とは、ドライバによるブレーキ操作が行われた時や、車両の走行中に、ドライバがアクセルペダルを離して減速するとき等が含まれる。
【００１２】
蓄電装置２は、充電性に優れたストレージデバイスであり、例えば、電気二重層キャパシタ、Ｌｉイオンキャパシタ、リチウムイオン電池等である。上述のとおり、車両の回生制動時において、オルタネータ１の回生運転によって発電された電力は、蓄電装置２に充電される。蓄電装置２の電力は、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ３もしくはバイパス回路４のいずれかの電力供給経路を介して、電気負荷８やスタータ６、バッテリ７に供給可能である。なお、詳細は後述するが、蓄電装置２の使用する電圧帯は、選択した電力供給経路によって異なる場合がある。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、オルタネータ１および蓄電装置２と、電気負荷８、スタータ６およびバッテリ７との間に設けられており、オルタネータ１および蓄電装置２の一次側と、電気負荷８、スタータ６およびバッテリ７の二次側とを電気的に断続可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、二次側に電力を供給する際に、電圧を調整する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御は、後述するコントローラ５によって行われる。
【００１４】
バイパス回路４は、オルタネータ１および蓄電装置２と、電気負荷８、スタータ６およびバッテリ７との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と並列に設けられる。バイパス回路４は、例えばリレーで構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介することなく、オルタネータ１および蓄電装置２の一次側と、電気負荷８、スタータ６およびバッテリ７の二次側とを電気的に断続可能である。バイパス回路４の制御は、後述するコントローラ５によって行われる。
【００１５】
スタータ６は、供給された電力によって回転駆動して、クランクシャフトを回転させて、エンジンを始動させる。
【００１６】
バッテリ７は、例えば鉛酸電池であり、スタータ６および／または電気負荷８に電力を供給する。
【００１７】
コントローラ５は、車両全体の制御を行う。特に、コントローラ５は、電気負荷８に電力を効率よく供給するために、オルタネータ１および蓄電装置２から電気負荷８側にＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電力を供給するか、バイパス回路４を介して電力を供給するかを後述する所定の条件に応じて制御する。
【００１８】
図２は、本実施形態における車両の制御装置によって行われる電力供給経路の制御の流れを示すフローチャートである。ここで、フローチャートの説明の前に、当該制御の目的について説明する。一般的なＤＣ／ＤＣコンバータのエネルギー損失は数％から２０％ほどであり、効率の期待値は８０〜９８％程度である。これに対して、バイパス回路４におけるエネルギー損失は数％以内に収まるため、効率の期待値は例えば９５％〜９９％となる。従って、後述する所定の条件を満たす場合であれば、電気負荷８の必要電力を、バイパス回路４を介して供給した方が発電のために必要な燃料消費を上述した効率の差分抑えることが可能となるため、燃費を向上することができる。当該制御は、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大出力電流より小さく、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の使用が可能な場合であっても、バイパス回路４を選択し、より燃費を向上させるために行う。以下、図２を参照して詳細を説明する。
【００１９】
ステップＳ１では、まず、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大電流より大きいか否かを判定する。コントローラ５は、エアコンの運転状態や、ライトの使用状態などに応じて、電気負荷８の必要電流を把握することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が出力可能な最大電流は、予め決まっている。電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大電流より大きいと判定すると、ステップＳ２に進み、小さいと判定するとステップＳ３に進む。
【００２０】
ステップＳ２では、バイパス回路４をオンにして、導通状態にする。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧をゼロにする。これにより、電気負荷８への電力供給経路としてバイパス回路４が選択される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大出力電流より電気負荷８の必要電流が大きい場合であっても、バイパス回路４を介して電力を供給することが可能となるので、バッテリ７から電気負荷８に電力を供給する必要がなくなる。
【００２１】
ステップＳ３以降は、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大電流より小さいと判定された場合の処理である。
【００２２】
ステップＳ３では、過去Ｘ秒間（例えば１２０秒間）に、電力供給経路としてＤＣ／ＤＣコンバータ３を選択した状態でオルタネータ１の回生制御を行った場合を想定し、その場合において、オルタネータ１が非回生時に電気負荷８への電力供給のために燃料を使って発電した発電電力量Ａを、次（１）式を用いて算出する(図３参照)。
【００２３】
【数１】
2016037102.tif 000003
【００２４】
（１）式における各変数は以下を表す。
α_Ｄ［Ｊ］：過去Ｘ秒間における回生時間（実測値）のすべての時間においてＤＣ／ＤＣコンバータ３を選択し、回生運転により得た電気エネルギーを蓄電装置２に充電したと仮定したときの充電電力量。なお、この場合の蓄電装置２の電圧範囲は例えば１０〜１６Ｖの範囲内に制限される（理由は後述する）。
β［Ｊ］：過去Ｘ秒における電気負荷８の消費電力量。
η_Ｄ［%］：ＤＣ／ＤＣコンバータ３の効率。
【００２５】
次に、ステップＳ４では、過去Ｘ秒間（例えば１２０秒間）に、電力供給経路としてバイパス回路４を選択した状態でオルタネータ１の回生制御を行った場合を想定し、その場合において、オルタネータ１が非回生時に電気負荷８への電力供給のために燃料を使って発電した発電電力量Ｂを、次（２）式を用いて算出する(図４参照)。
【００２６】
【数２】
2016037102.tif 000004
【００２７】
（２）式における変数は以下を表す。
α_Ｂ［Ｊ］：過去Ｘ秒間における回生時間（実測値）のすべての時間においてバイパス回路４を選択し、回生運転により得た電気エネルギーを蓄電装置２に充電したと仮定したときの充電電力量。なお、この場合の蓄電装置２の電圧範囲は例えば１３.０〜１４．５Ｖの範囲内に制限される(理由は後述する)。
β［Ｊ］：過去Ｘ秒における電気負荷８の消費電力量。
η_Ｂ［%］：バイパス回路４の効率。
【００２８】
そして、ステップＳ５では、ステップＳ３およびステップＳ４において算出したＤＣ／ＤＣコンバータ３を選択した場合の燃料を使った発電電力量Ａと、バイパス回路４を選択した場合の燃料を使った発電電力量Ｂとの大小を比較する。発電電力量Ａが小さいと判定された場合はステップＳ６に進み、発電電力量Ｂが小さいと判定された場合はステップＳ７に進む。
【００２９】
ステップＳ６では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を選択した場合の発電電力量Ａの方が、バイパス回路４を選択した場合の発電電力量Ｂよりも小さいと判定されたため、オルタネータ１および蓄電装置２と電気負荷８との間を接続する電力供給経路として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を選択する。
【００３０】
ステップＳ７では、バイパス回路４を選択した場合の発電電力量Ｂの方が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を選択した場合の発電電力量Ａよりも小さいと判定されたため、オルタネータ１および蓄電装置２と電気負荷８との間を接続する電力供給経路として、バイパス回路４を選択する。
【００３１】
以上の処理により、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大電流より小さい場合であっても、よりエネルギー損失の少ないバイパス回路４を選択し、電気負荷８へ電力を供給することができる場合があるので、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大電流より小さい場合に常にＤＣ／ＤＣコンバータ３を使用するのに比べてより燃費を向上することができる。
【００３２】
ここで、オルタネータ１および蓄電装置２側から電気負荷８側への電力供給を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して行う場合と、バイパス回路４を介して行う場合の、回生運転時の蓄電量についてそれぞれ説明する。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電力供給する場合、オルタネータ１および蓄電装置２側の電圧範囲は、約１０．０[Ｖ]〜１６．０[Ｖ]とし、電気負荷８側の電圧範囲は１２．５[Ｖ]〜１４．５[Ｖ]に制御する必要がある。電気負荷８、バッテリ７は、電圧変動によって照明のちらつきや、機能不全、過電流、過放電に陥る可能性があり、それを避けるために安定した電圧供給が必要だからである。このため、蓄電装置２の使用できる電圧幅が広くなり、すなわち使用できるＳＯＣ幅が広くなるので、減速回生時における蓄電量を増やすことができる。この場合、非回生時において蓄電装置２から電気負荷８側に対してより多くの電力量を供給できることになるので、回生制御によるオルタネータ１の発電量を抑制することができる。
【００３４】
バイパス回路４を介して電力供給する場合、オルタネータ１および蓄電装置２側と電気負荷８側はバイパス回路４を介して導通しており、両者はほぼ同電位となる。したがって、オルタネータ１および蓄電装置２側の電圧は電気負荷８側の電圧要件に制約されるので、オルタネータ１および蓄電装置２側、電気負荷８側ともに、１２．５[Ｖ]〜１４．５[Ｖ]に制御する必要がある。このため、蓄電装置２の使用できる電圧幅が狭くなり、すなわち使用できるＳＯＣ幅が狭くなるので、減速回生時の蓄電量は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電力供給する場合と比べて少なくなる。この場合、非回生時において蓄電装置２から電気負荷８側に対して供給できる電力量は小さくなるので、回生制御によるオルタネータ１の発電量抑制も小さくなる。
【００３５】
一方で、電気負荷８の必要電流を蓄電装置２の充電電力量では賄いきれない場合であって、非回生時に電気負荷８に供給する電力を実時間で発電して供給する場合は、電源効率に基づくエネルギー損失を考慮して電気負荷８の必要電力量以上の電力を発電する必要がある。このような状況下では、電力供給経路としてエネルギー損失のより少ないバイパス回路４を選択した方が発電に要する燃料消費が少ない。したがって、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大電流より小さく、電力供給経路として回生時の蓄電量が優れたＤＣ／ＤＣコンバータ３を使用することが可能な場合であっても、高速道路や郊外道路を走行するような車両の加減速が少ないシーン、すなわち、回生機会が少ないシーンでは、よりエネルギー損失の少ないバイパス回路４が選択されるようになるのである。これにより、回生機会が少ないために蓄電装置２に十分な電力が蓄えられず、非回生時に放電できる電気量も少ない状況下において、実時間でオルタネータ１が発電して電気負荷側に電力を供給する場合に、エネルギー損失の大きいＤＣ／ＤＣコンバータ３が選択されることで、発電のための燃料消費量が増えてしまうような状態を排除することができる。
【００３６】
以上、一実施形態における車両の制御装置によれば、充放電が可能な蓄電装置２と、回生運転によって発電可能であり、かつ、燃料を用いて発電可能なオルタネータ１と、蓄電装置２およびオルタネータ１と電気負荷８との間に設けられ、蓄電装置２およびオルタネータ１と電気負荷８との間で電圧の調整を行うＤＣ／ＤＣコンバータ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と並列に設けられ、蓄電装置２およびオルタネータ１と電気負荷８との間を電気的に接続可能なバイパス回路４と、を備える。そして、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大出力電流より大きいか否かを判定し、蓄電装置２からＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電気負荷８に電力を供給する場合にオルタネータ１が燃料を用いて発電する電力量と、蓄電装置２からバイパス回路４を介して電気負荷８に電力を供給する場合にオルタネータ１が燃料を用いて発電する電力量とを比較して、上記判定結果と比較結果に応じて、蓄電装置２からＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して電気負荷８に電力を供給するか、バイパス回路４を介して電気負荷８に電力を供給するかを選択する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大出力電流より電気負荷８の必要電流が大きい場合であっても、電力供給経路としてバイパス回路を選択することができるので、バッテリ７から電気負荷８に電力を供給する必要がない。また、発電のための燃料消費がより少ない電力供給経路を選択することができるので、車両の燃費を改善することができる。
【００３７】
また、一実施形態における車両の制御装置によれば、電気負荷８の必要電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３の最大出力電流より小さく、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して蓄電装置２から電気負荷８に電力を供給する場合にオルタネータ１が燃料を用いて発電する電力量が、バイパス回路４を介して蓄電装置２から電気負荷８に電力を供給する場合にオルタネータ１が燃料を用いて発電する電力量より大きい場合に、バイパス回路４を介して蓄電装置２から電気負荷８に電力を供給する供給経路を選択する。これにより、高速道路や郊外道路を走行するような回生頻度が少ないシーンでバイパス回路４が選択されるようになるので、発電のための燃料消費を抑えることが可能となり、車両の燃費を改善することができる。
【００３８】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、オルタネータ１は他のエンジン始動制御装置、例えばＳＳＧ（Side mounted Starter Generater）であっても良い。また、上述した式（１）、式（２）で行った発電電力量の算出では、過去Ｘ秒間の電力供給経路をＤＣ／ＤＣコンバータもしくはバイパス回路のいずれか一方を選択したと仮定した状態での推定値を用いているが、一部もしくは全部を実際に発電した発電電力量の実測値を用いてもよい。また、同式中では過去Ｘ秒間における発電電力量を算出しているが、例えばＩＴＳ（Intelligent Transport Systems:高度道路交通システム）等で得られる情報に基づいて、予測される将来の発電電力量を算出してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…オルタネータ（発電手段）
２…蓄電装置
３…ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧調整手段）
４…バイパス回路（接続手段）
５…コントローラ（発電電力量比較手段、電力供給経路選択手段）
８…電気負荷
【図１】
2016037102.tif 000005
【図２】
2016037102.tif 000006
【図３】
2016037102.tif 000007
【図４】
2016037102.tif 000008