JP2008043103A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタに蓄電された電気エネルギーを効率的に利用する電源制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機２、該電気エネルギーを蓄電するキャパシタ３およびバッテリ４を制御する電源制御装置１００は、発電機２およびキャパシタ３を直列にしてバッテリ４に接続しキャパシタ３に蓄電された電気エネルギーをバッテリ４へ供給する電力制御手段１０を備える。また、電力制御手段１０は、エンジン停止時にキャパシタ３に蓄電された電気エネルギーをバッテリ４へ供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御装置に関し、特に、キャパシタに蓄電された電気エネルギーを効率的に利用できるようにする電源制御装置に関する。

従来、キャパシタおよび鉛蓄電池を電気負荷に並列接続して電気負荷に電源供給を行うハイブリッド電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

かかるハイブリッド電源装置は、キャパシタと鉛蓄電池との並列接続を切断可能な開閉スイッチと、キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを鉛蓄電池に充電する充電器とを備え、ハイブリッド電源装置を利用する車輌が駐車している間に、充電器によってキャパシタに蓄電されている電気エネルギーを鉛蓄電池に充電する。

これにより、ハイブリッド電源装置は、鉛蓄電池より自己放電し易いキャパシタに蓄電されている電気エネルギーを自己放電し難い鉛蓄電池に充電することで車輌を長期間放置した後のエネルギー維持率を向上させることができる。
特開２００５−１６０２７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド電源装置は、ハイブリッド車輌を駐車させた場合にキャパシタに蓄電されている電気エネルギーによって充電器が鉛蓄電池を充電するが、充電器がどのように鉛蓄電池の充電を行うかについての詳細は不明である。

上述の点に鑑み、本発明は、キャパシタに蓄電された電気エネルギーを効率的に利用する電源制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る電源制御装置は、エンジンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、該電気エネルギーを蓄電するキャパシタおよびバッテリを制御する電源制御装置であって、前記発電機および前記キャパシタを直列に接続して前記バッテリに並列に接続し前記キャパシタに蓄電された前記電気エネルギーを前記バッテリへ供給する電力制御手段、を備えることを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る電源制御装置であって、前記電力制御手段は、エンジン停止時に前記キャパシタに蓄電された前記電気エネルギーをバッテリへ供給することを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、キャパシタに蓄電された電気エネルギーを効率的に利用する電源制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る電源制御装置の構成例を示す図であり、車輌に搭載される電源制御装置１００は、コントローラ１、発電機２、キャパシタ３、バッテリ４および電流源５を有し、補機６に接続される。

また、電源制御装置１００は、キャパシタ３−電流源５間の接続（接点ａ）とキャパシタ３−発電機２間の接続（接点ｂ）とを切り換えるスイッチＳ１、および、発電機２−バッテリ４間の接続を開閉するスイッチＳ２を備える。なお、図１は、電力線を実線、信号線を点線で示し、スイッチＳ１、Ｓ２は、ソレノイドスイッチであってもよく、半導体スイッチであってもよい。

コントローラ１は、発電機２、キャパシタ３およびバッテリ４からの信号を受けて、スイッチＳ１、Ｓ２および電流源５を制御する制御装置であり、例えば、発電機２の発電状態、キャパシタ３の蓄電状態、バッテリ４の充電状態に基づいて電流源５をＯＮ・ＯＦＦしたり、スイッチＳ１を切り換えたり、スイッチＳ２を開閉させたりする。

また、コントローラ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであり、エネルギー制御手段１０に対応するプログラムをＲＯＭに記憶し、そのプログラムをＲＡＭ上に展開して対応する処理をＣＰＵに実行させる。

発電機２は、電磁誘導の法則を利用して機械的エネルギーから電気的エネルギーを得る装置であり、例えば、ブラシとスリップリングを介してロータの励磁コイルに直流電流を供給して磁界をつくり、ステータの発電コイルに発生した交流電圧をダイオードで整流し直流電圧を得るオルタネータがある。

キャパシタ３は、短時間で充放電が可能な蓄電器であり、例えば、活性炭と電解液との間の界面に電気二重層を形成して化学反応を伴わずに電気を蓄える電気二重層キャパシタ（コンデンサ）がある。キャパシタ３は、大電流による短時間の充電が可能であり、化学反応を伴わないことから充放電による劣化がほとんどなく、メモリ効果もない。

バッテリ４は、電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄える二次電池であり、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等がある。バッテリ４は、キャパシタ３に比べてエネルギー密度がより高く、また、化学反応を伴うためにより長い充電時間を必要とする。

電流源５は、内部電気抵抗が大きく、定電流電気回路として動作する装置であり、一定の電流を出力する。電流源５は、発電機２で発生させた電気エネルギーをキャパシタ３に効率良く充電するために使用されるが、抵抗または電圧源で代用されてもよい。

補機６は、自動車の走行を補助するための装置であり、例えば、エンジン冷却用のファン、エアコンのコンプレッサ、パワーステアリング装置のポンプ等がある。

電力制御手段１０は、発電機２で発電した電力を制御するための手段であり、例えば、発電機２の発電電圧、キャパシタ３の蓄電電圧、バッテリ４のバッテリ電圧を検出して、電流源５のＯＮ・ＯＦＦ、スイッチＳ１の切り換え、スイッチＳ２の開閉を制御し、発電機２で発電した電力をキャパシタ３、バッテリ４、補機６等へ供給する。

図２は、電源制御装置１００における電力制御手段１０による制御を説明する表であり、「状態」項目２０は、電源制御装置１００の状態を示し、「キャパシタ電圧」項目２１は、キャパシタ３の蓄電電圧が「０（ゼロ）」または「＞０（ゼロより大きい）」の何れであるかを示し、「回生」項目２２は、回生が「作動中」または「−（作動していない）」の何れであるかを示す。

また、「スイッチＳ１の接点」項目２３は、スイッチＳ１の接点を「ａ」または「ｂ」の何れに設定するかを示し、「スイッチＳ２」項目２４は、スイッチＳ２を「ＯＮ（接続）」または「ＯＦＦ（切断）」の何れに設定するかを示し、「電流源」項目２５は、電流源５を「ＯＮ（作動）」または「ＯＦＦ（停止）」の何れに設定するかを示す。

図２は、「初期」状態において、キャパシタ３が蓄電されておらず、かつ、回生が作動していない場合、電力制御手段１０がスイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２を接続状態にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置１００は、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より高くして発電機２の電力を補機６に供給するようにする。発電機２の発電電圧がバッテリ電圧より低い場合、バッテリ４を充電することができないからであり、回生が作動していない状態では、キャパシタ３に蓄電するための余剰電力が存在しないからである。

また、図２は、「キャパシタ蓄電開始」状態において、キャパシタ３が蓄電されておらず、かつ、回生が作動している場合、電力制御手段１０がスイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２を接続状態にし、かつ、電流源５をＯＮに設定することを示す。

これにより、電源制御装置１００は、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より高くして発電機２が発電した電力を補機６に供給しながら、発電機２が発電した電力の一部をキャパシタ３に蓄電するようにする。回生が作動していることにより、必要以上の電力が発電され、その余剰電力をキャパシタ３に蓄電するためである。

また、図２は、「キャパシタ蓄電終了」状態において、キャパシタ３が蓄電され、かつ、回生が作動していない場合、「初期」状態と同様、電力制御手段１０がスイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２を接続状態にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置１００は、発電機２が発電した電力を補機６に供給し、一方で、キャパシタ３への蓄電を停止する。回生の作動が中止され、余剰電力が発電されないからである。

また、図２は、「キャパシタ蓄電再開」状態において、キャパシタ３が蓄電され（耐電圧には達していない。）、かつ、回生が作動している場合、「キャパシタ蓄電開始」状態と同様、電力制御手段１０がスイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２を接続状態にし、かつ、電流源５をＯＮに設定することを示す。

これにより、電源制御装置１００は、発電機２が発電した電力を補機６に供給しながら、キャパシタ３への蓄電を再開させ、キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達するまでキャパシタ３への蓄電を継続する。なお、キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達した場合、電力制御手段１０は、電流源５をＯＦＦにしてキャパシタ３への蓄電を中止する。

また、図２は、「エンジン停止（キャパシタ放電開始）」状態において、キャパシタ３が蓄電され（耐電圧に達しているかどうかは問わない。）、かつ、回生が作動していない場合、電力制御手段１０がスイッチＳ１を接点ｂに接続し、スイッチＳ２を切断状態にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置１００は、発電機２とキャパシタ３とを直列に接続することにより、発電機２の発電電圧（例えば、１２．５Ｖ）にキャパシタ３の蓄電電圧（例えば、２．５Ｖ）を加えた合計電圧（例えば、１５Ｖ）をバッテリ４のバッテリ電圧（例えば、１３Ｖ）より高くしてキャパシタ３が蓄電した電力をバッテリ４に供給する。なお、補機６は、エンジン停止のため、電力を消費しない。

ここで、「エンジン停止」とは、燃料の噴射が停止され、或いは、点火装置による点火が中止されること等により燃料を消費せずに発電機２の回転軸が慣性力により回転している状態をいい、例えば、エンジンの回転数がアイドル回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）から発電可能回転数（発電機２による発電が可能な最小回転数であり、例えば、５００ｒｐｍ）まで低下するまでの期間がその状態に該当する。

また、信号機や交差点で一時停止した場合に自動的にエンジンを停止させるアイドルストップシステムにおける一時停止時もエンジン停止に該当する。

なお、車輌が減速中に燃料の噴射を中止した場合における電源制御装置１００の状態は、燃料を消費せずに発電機２の回転軸が慣性力により回転している状態となるが、回生が作動することとなるので、この状態を「エンジン停止」状態から除外するようにしてもよい。

さらに、図２は、「キャパシタ放電終了」状態において、キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）となった場合、電力制御手段１０がスイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２を接続状態にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置１００は、「エンジン停止」状態であってもキャパシタ３の蓄電電圧が０となったときには、発電機２とキャパシタ３との直列接続を中止し、発電機２と補機６またはバッテリ４を直接接続するようにして次回のエンジン始動に備えるようにする。

なお、キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）となっていない場合であっても、発電機２の回転軸が回転を停止した場合には、発電機２が発電を行わないためバッテリ４のバッテリ電圧（例えば、１３Ｖ）より合計電圧（例えば、２．５Ｖ未満）が低くなりキャパシタ３からバッテリ４への電力供給は中止される。

この場合にも、電力制御手段１０は、スイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２を接続状態にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定して次回のエンジン始動に備えるようにする。

次に、図３を参照しながら、電力制御手段１０により電力を制御する処理の流れについて説明する。

最初に、電力制御手段１０は、燃料噴射装置、点火装置、車速センサ等からの情報に基づいてエンジン状態を検出する（ステップＳＴ１）。

その後、電力制御手段１０は、エンジンが作動中であるか否かを判定し（ステップＳＴ２）、エンジンが作動中の場合には（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、車速センサからの信号に基づいて車輌が減速し回生が作動中であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。

回生が作動中であると判定された場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２をＯＮ（接続状態）にし、かつ、電流源５をＯＮに設定する（ステップＳＴ４）。回生の作動により発電機２で発電された電力の一部をキャパシタ３に蓄電するためである。なお、発電機２は、補機６およびバッテリ４への電力供給を継続する。

その後、電力制御手段１０は、キャパシタ３の蓄電電圧を監視し（ステップＳＴ５）、キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達しない限り（ステップＳＴ５のＮＯ）、電流源５をＯＦＦにすることなく処理を終了する。

キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達すると（ステップＳＴ５のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、電流源５をＯＦＦにして（ステップＳＴ６）、処理を終了する。キャパシタ３への蓄電がこれ以上できないからである。

回生が作動中でないと判定された場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２をＯＮ（接続状態）にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定して（ステップＳＴ７）、処理を終了する。回生が作動していないのでキャパシタ３に蓄電するための電力が発電機２で発電されないからである。なお、電力制御手段１０は、燃料を消費してエンジンをより高回転で回転させ発電機２の発電量を増大させることにより、発電された電力の一部をキャパシタ３に蓄電するようにしてもよい。

一方、燃料噴射装置、点火装置、車速センサ等からの情報に基づいてエンジンが停止されたと判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ１を接点ｂに接続し、スイッチＳ２をＯＦＦ（切断状態）にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定する（ステップＳＴ８）。

発電機２の回転軸が慣性力により回転を継続する間であって、所定の発電電圧（例えば、１２．５Ｖ）を発生させる間に、所定の蓄電電圧（例えば、２．５Ｖ）となったキャパシタ３と発電機２とを直列にしてバッテリ４に接続し、バッテリ４のバッテリ電圧（例えば、１３．５Ｖ）より高い合計電圧（例えば、１５Ｖ）を発生させることでキャパシタ３に蓄電された電力をバッテリ４に供給するためである。

この場合、キャパシタ３の蓄電電圧が１．０Ｖ未満の場合には、合計電圧がバッテリ４のバッテリ電圧より低くなりキャパシタ３の電力をバッテリ４に供給することはできないが、キャパシタ３の蓄電電圧が１．０Ｖ以上であればキャパシタ３の電力をバッテリ４に供給することができる。

その後、電力制御手段１０は、発電機２とキャパシタ３との合計電圧を監視し（ステップＳＴ９）、合計電圧がバッテリ４のバッテリ電圧を上回る限り（ステップＳＴ９のＮＯ）、スイッチＳ１、Ｓ２を切り換えることなく処理を終了する。

合計電圧がバッテリ４のバッテリ電圧を下回った場合（ステップＳＴ９のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ１を接点ａに接続し、スイッチＳ２をＯＮ（接続状態）にし、かつ、電流源５をＯＦＦに設定して（ステップＳＴ７）、キャパシタ３からバッテリ４への電力供給を中止させ、処理を終了する。

以上の構成により、電力制御装置１００は、回生作動中に発電した電力をキャパシタ３に蓄電し、所定の場合に発電機２およびキャパシタ３を直列にしてバッテリ４に接続することで、キャパシタ３の蓄電電圧がバッテリ４のバッテリ電圧より低い場合であってもキャパシタ３に蓄電した電力をバッテリ４に供給することができる。

これにより、電力制御装置１００は、キャパシタ３の耐電圧を高めたり、複数のキャパシタを直列に接続したりする必要がなく電力制御装置１００自体の構成を単純化することができ、また、バッテリ電圧以下の電力を無駄にすることなく、キャパシタ３に蓄電された電力を効率的に利用することができる。

複数のキャパシタを直列にして蓄電できる電圧（耐電圧）を高めた場合、利用できる蓄電容量を維持するために複数のキャパシタをさらに並列に接続する必要があり、また、放電途中で蓄電電圧がバッテリのバッテリ電圧より低くなるとバッテリへの電力供給を継続できなくなり、複数のキャパシタに蓄電された電力が無駄になるからである。

また、電力制御装置１００は、発電機２が燃料を消費せずに発電を継続している場合、発電機２の発電電圧がバッテリ４のバッテリ電圧より低い場合であっても、キャパシタ３の蓄電電圧と発電機２の発電電圧との合計電圧がバッテリ４のバッテリ電圧より高い状態である限り、キャパシタ３に蓄電した電力をバッテリ４に供給することができ、回生によって得られた電力を有効に利用することができ、かつ、燃費を向上させることができる。

また、電力制御装置１００は、キャパシタ３と発電機２とを直列にしてバッテリ４に接続するので、バッテリ４への充電ができるよう、複数のキャパシタを直列・並列に接続して耐電圧をバッテリ４のバッテリ電圧以上にする必要がなく、電力制御装置１００を単純化、小型化することができる。

また、電力制御装置１００は、昇圧回路を用いてキャパシタ３の放電電圧（昇圧回路によって生成される電圧にキャパシタ３の蓄電電圧を加えた電圧をいう。）を高める必要もなく、装置自体の構成を簡素化することができる。

なお、キャパシタ３は、単一の構成として説明されるが、複数のキャパシタを直列・並列に接続した構成であってもよい。

次に、電力制御装置の別の実施例について説明する。図４は、本発明に係る電源制御装置の別の構成例を示す図であり、図１の電源制御装置１００に共通する構成要素については同じ参照番号を付すものとする。

図４の電源制御装置２００は、コントローラ１、発電機２、キャパシタ３、バッテリ４および電流源５を有し、補機６に接続される。また、電源制御装置２００は、キャパシタ３を介さずに発電機２またはバッテリ４と補機６とを接続するための接点ａ、および、キャパシタ３と発電機２またはバッテリ４とを直列に補機６に接続するための接点ｂを切り換えるスイッチＳ３を備える。なお、図１は、電力線を実線、信号線を点線で示し、スイッチＳ３は、ソレノイドスイッチであってもよく、半導体スイッチであってもよい。

コントローラ１は、発電機２、キャパシタ３およびバッテリ４からの信号を受けて、スイッチＳ３および電流源５を制御する制御装置であり、例えば、発電機２の発電状態、キャパシタ３の蓄電状態、バッテリ４の充電状態に基づいて電流源５をＯＮ・ＯＦＦしたり、スイッチＳ３を切り換えたりする。

図５は、電源制御装置２００における電力制御手段１０による制御を説明する表であり、「走行状態」項目５０は、車輌の走行状態を示し、「キャパシタ電圧」項目５１は、キャパシタ３の蓄電電圧が「０（ゼロ）」または「＞０（ゼロより大きい）」の何れであるかを示し、「回生」項目５２は、回生が「作動中」または「−（作動していない）」の何れであるかを示す。

また、「スイッチＳ３の接点」項目５３は、スイッチＳ３の接点を「ａ」または「ｂ」の何れに設定するかを示し、「電流源」項目５４は、電流源５を「ＯＮ（作動）」または「ＯＦＦ（停止）」の何れに設定するかを示す。

図５は、車速が大きく変動しない「一定速」状態において、キャパシタ３が蓄電されていない場合（回生は作動していない。）、電力制御手段１０がスイッチＳ３を接点ｂに接続し、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置２００は、発電機２の電力を補機６に供給することができる。なお、電源制御装置２００は、発電機２の発電を停止してバッテリ４の電力を補機６に供給するようにしてもよい。

また、図５は、車速が増大する「加速」状態において、キャパシタ３が蓄電されていない場合（回生は作動していない。）、「一定速」状態の場合と同様に、電力制御手段１０がスイッチＳ３を接点ｂに接続し、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置２００は、発電機２の発電を停止してバッテリ４の電力を補機６に供給することができる。発電機２を駆動するためのエンジン負荷を低減し、車輌の加速性を向上させるためである。

また、図５は、車速が減少する「減速」状態において、キャパシタ３が蓄電されておらず、回生が作動している場合、電力制御手段１０がスイッチＳ３を接点ｂに接続し、かつ、電流源５をＯＮに設定することを示す。

これにより、電源制御装置２００は、発電機２の電力を補機６に供給しながら、電流源５により発電機２が発電した電力の一部をキャパシタ３に蓄電するようにする。回生を作動させることにより発電した電力を一時的に蓄電しておき後の有効利用を図るためである。

また、図５は、車速が増大する「加速」状態において、キャパシタ３が蓄電されている場合（回生は作動していない。）、電力制御手段１０がスイッチＳ３を接点ａに接続し、かつ、電流源５をＯＦＦに設定することを示す。

これにより、電源制御装置２００は、発電機２の発電を停止し、かつ、キャパシタ３とバッテリ４とを直列にして補機６に接続し、キャパシタ３に蓄電された電力を補機６に供給する。従って、電源制御装置２００は、発電機２を駆動するためのエンジン負荷を低減し車輌の加速性を向上させながら、回生により蓄電されたキャパシタ３の電力を有効に利用することができる。

次に、図６を参照しながら、電源制御装置２００が電力制御手段１０により電力を制御する処理の流れについて説明する。

最初に、電力制御手段１０は、アクセルペダルセンサ、燃料噴射装置、車速センサ、エンジン回転センサ等からの信号に基づいて車輌が減速し回生が作動中であるか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。

回生が作動中であると判定された場合（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ３を接点ｂに接続し、かつ、電流源５をＯＮに設定する（ステップＳＴ１２）。回生の作動により発電機２で発電された電力の一部をキャパシタ３に蓄電するためである。なお、発電機２は、補機６およびバッテリ４への電力供給を継続する。

その後、電力制御手段１０は、キャパシタ３の蓄電電圧を監視し（ステップＳＴ１３）、キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達しない限り（ステップＳＴ１３のＮＯ）、電流源５をＯＦＦにすることなく処理を終了する。

キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達すると（ステップＳＴ１３のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、電流源５をＯＦＦにして（ステップＳＴ１４）、処理を終了する。キャパシタ３への蓄電がこれ以上できないからである。

回生が作動中でないと判定され、かつ、キャパシタ３にエネルギーがある場合（ステップＳＴ１１のＮＯ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ１を接点ａに接続し、かつ、電流源５をＯＦＦに設定する（ステップＳＴ１５）。発電機２またはバッテリ４とキャパシタ３とを直列にして補機６に接続し、キャパシタ３に蓄電された電力を補機６に供給するためである。

その後、電力制御手段１０は、キャパシタ３の蓄電電圧を監視し（ステップＳＴ１６）、キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）に達しない限り（ステップＳＴ１６のＮＯ）、スイッチＳ３を切り換えることなく処理を終了する。

キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）に達すると（ステップＳＴ１６のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ３を接点ｂに接続にして（ステップＳＴ１７）、処理を終了する。キャパシタ３から補機６への放電がこれ以上継続できないからである。

なお、電力制御手段１０は、キャパシタ３の蓄電電圧が所定値まで低下した場合に、スイッチＳ３を接点ｂに接続するようにしてもよい。

以上の構成により、電力制御装置２００は、回生作動中に発電した電力をキャパシタ３に蓄電し、車輌を加速させる場合等、回生を作動させず、かつ、キャパシタ３にエネルギーがある場合に、発電機２またはバッテリ４とキャパシタ３とを直列にして補機６に接続することで、キャパシタ３の電力を補機６に供給することができる。

これにより、電力制御装置２００は、発電機２を駆動するためのエンジン負荷を低減させながら、キャパシタ３の電力で補機６を駆動するので、車輌の加速性を向上させながらも燃費を向上させることができる。

また、電力制御装置２００は、キャパシタ３と発電機２またはバッテリ４とを直列にして補機６に接続するので、補機６を駆動するために複数のキャパシタを直列・並列に接続して耐電圧を補機６の駆動電圧以上にする必要がなく、電力制御装置２００を単純化、小型化することができる。

また、電力制御装置２００は、昇圧回路を用いてキャパシタ３の放電電圧（昇圧回路によって生成される電圧にキャパシタ３の蓄電電圧を加えた電圧をいう。）を高める必要もなく、装置自体の構成を簡素化することができる。

次に、電力制御装置のさらに別の実施例について説明する。図７は、本発明に係る電源制御装置の別の構成例を示す図であり、図１の電源制御装置１００または図４の電源制御装置２００に共通する構成要素については同じ参照番号を付するものとする。

図７の電源制御装置３００は、コントローラ１、発電機２、キャパシタ３（キャパシタ３Ａ乃至３Ｆより構成される。）、バッテリ４および電流源５を有し、補機６に接続される。また、電源制御装置３００は、発電機２−補機６間の接続を開閉するスイッチＳ４と、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを直列に接続する接点ａ、および、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを並列に接続する接点ｂを切り換えるスイッチＳ５と、キャパシタ３の並列、直列を切り換えるためにスイッチＳ５に連動するスイッチＳ６とを備える。

スイッチＳ５は、キャパシタ３Ａ〜３Ｆの並列接続または直列接続を切り換えるための５つのサブスイッチを有し、同様に、スイッチＳ６は、キャパシタ３Ａ〜３Ｆの並列接続または直列接続を切り換えるための６つのサブスイッチを有する。

なお、図７は、電力線を実線、信号線を点線で示し、スイッチＳ４〜Ｓ６は、ソレノイドスイッチであってもよく、半導体スイッチであってもよい。

コントローラ１は、発電機２、キャパシタ３およびバッテリ４からの信号を受けて、スイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ６および電流源５を制御する制御装置であり、例えば、発電機２の発電状態、キャパシタ３の蓄電状態、バッテリ４の充電状態に基づいて電流源５をＯＮ・ＯＦＦしたり、スイッチＳ４、Ｓ６を開閉させたり、スイッチＳ５を切り換えたりする。これにより、コントローラ１は、各キャパシタの端子電圧を揃えることができる。

図８は、電力制御手段１０による制御を説明する表であり、「キャパシタ電圧」項目８０は、キャパシタ３の蓄電電圧が「０（ゼロ）」、「＞０（ゼロより大きい）」、「最大（耐電圧）」の何れであるかを示し、「回生」項目８１は、回生が「作動中」、「−（作動していない）」の何れであるかを示す。

また、「Ｓ４」項目８２、「Ｓ５」項目８３、「Ｓ６」項目８４、「電流源」項目８５は、スイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ６、電流源５のそれぞれの設定状態を示し、「発電機の発電電圧」項目８６は、発電機２における発電電圧が「標準」、「高（標準より高い。）」、「低（標準より低い。）」の何れの設定状態であるかを示す。

図８は、キャパシタ３が蓄電されておらず回生も作動していない場合に、電力制御手段１０がスイッチＳ４を「ＯＮ（接続）」、スイッチＳ５の全てのサブスイッチのサブスイッチを接点「ａ」、スイッチＳ６の全てのサブスイッチのサブスイッチを「ＯＦＦ（切断）」、電流源５を「ＯＦＦ」、発電機２の発電電圧を「標準」にそれぞれ設定することを示す。

これにより、電源制御装置３００は、発電機２の電力を補機６に供給することができる。なお、キャパシタ３Ａ〜３Ｆは、それぞれ直列に電流源５に接続されるが、電流源５が「ＯＦＦ」に設定されているため蓄電されることはない。

また、図８は、キャパシタ３が蓄電されていない状態で回生が作動した場合に、電力制御手段１０がスイッチＳ４を「ＯＮ（接続）」、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点「ａ」、スイッチＳ６の全てのサブスイッチを「ＯＦＦ（切断）」、電流源５を「ＯＮ」、発電機２の発電電圧を「高」にそれぞれ設定することを示す。

これにより、電源制御装置３００は、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より高くして発電機２の電力を補機６に供給しながら、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを電流源５に直列に接続し、発電機２が発電した電力の一部をキャパシタ３Ａ〜３Ｆに蓄電する。回生を作動させることにより発電した電力を一時的に蓄電し、後の有効利用を図るためである。

キャパシタ３Ａ〜３Ｆを直列に接続して蓄電を行うのは、各キャパシタが耐電圧（例えば、２．５Ｖ）以上に蓄電されないようにするためである。なお、電源制御装置３００は、キャパシタ３Ａ乃至３Ｆの各キャパシタとバッテリ４とを順次、発電機２に直列に接続して、各キャパシタを順次、耐電圧以下で蓄電するようにしてもよい。

また、電源制御装置３００は、図９に示すように、各キャパシタに並列にツェナーダイオード７を接続し、各キャパシタの蓄電電圧が耐電圧に達した場合にツェナーダイオード７を介して電流を流し、各キャパシタの蓄電電圧が耐電圧以上にならないよう回路を構成するようにしてもよい。

また、図８は、キャパシタ３が耐電圧未満に蓄電された状態で回生が作動していない場合に、電力制御手段１０がスイッチＳ４を「ＯＦＦ（切断）」、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点「ｂ」、スイッチＳ６の全てのサブスイッチを「ＯＮ（接続）」、電流源５を「ＯＦＦ」、発電機２の発電電圧を「低」にそれぞれ設定することを示す。

これにより、電源制御装置３００は、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より低くしてバッテリ４の電力が補機６に供給されるようにし、かつ、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを並列にしてバッテリ４に接続し、各キャパシタに蓄電された電力を補機６に放電させる。

また、図８は、キャパシタ３が耐電圧未満に蓄電された状態で回生が作動している場合に、電力制御手段１０がスイッチＳ４を「ＯＮ（接続）」、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点「ａ」、スイッチＳ６の全てのサブスイッチを「ＯＦＦ（切断）」、電流源５を「ＯＮ」、発電機２の発電電圧を「高」にそれぞれ設定することを示す。

これにより、電源制御装置３００は、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より高くして発電機２の電力を補機６に供給しながら、発電機２が発電した電力の一部を直列に接続されたキャパシタ３Ａ〜３Ｆに蓄電する。キャパシタ３が蓄電されていない状態で回生が作動した場合と同様、回生を作動させることにより発電した電力を一時的に蓄電し後の有効利用を図るためである。

また、図８は、キャパシタ３が耐電圧に達した状態で回生が作動していない場合に、電力制御手段１０がスイッチＳ４を「ＯＦＦ（切断）」、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点「ｂ」、スイッチＳ６の全てのサブスイッチを「ＯＮ（接続）」、電流源５を「ＯＦＦ」、発電機２の発電電圧を「低」にそれぞれ設定することを示す。

これにより、電源制御装置３００は、キャパシタ３が耐電圧未満に蓄電された場合と同様、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より低くしてバッテリ４の電力が補機６に供給されるようにし、かつ、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを並列にしてバッテリ４に接続し、各キャパシタに蓄電された電力を補機６に放電させる。

また、図８は、キャパシタ３が耐電圧に達した状態で回生が作動している場合に、電力制御手段１０がスイッチＳ４を「ＯＮ（接続）」、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点「ａ」、スイッチＳ６の全てのサブスイッチを「ＯＦＦ（切断）」、電流源５を「ＯＦＦ」、発電機２の発電電圧を「高」にそれぞれ設定することを示す。

これにより、電源制御装置３００は、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より高くして発電機２の電力を補機６に供給しながら、電流源５をＯＦＦにしてキャパシタ３Ａ〜３Ｆを耐電圧以上に蓄電しないようにする。

次に、図１０を参照しながら、電源制御装置３００が電力制御手段１０により電力を制御する処理の流れについて説明する。

最初に、電力制御手段１０は、車速センサからの信号に基づいて車輌が減速し回生が作動中であるか否かを判定する（ステップＳＴ２１）。

回生が作動中であると判定された場合（ステップＳＴ２１のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。

キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧未満の場合（ステップＳＴ２２のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ４をＯＮ（接続）、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点ａ、スイッチＳ６の全てのサブスイッチをＯＦＦ（切断）、電流源５をＯＮ、発電機２の発電電圧を「高」に設定し（ステップＳＴ２３）、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを直列に電流源５に接続して発電機２で発電された電力をキャパシタ３に蓄電する。

また、キャパシタ３の蓄電電圧が耐電圧に達した場合（ステップＳＴ２２のＮＯ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ４をＯＮ（接続）、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点ａ、スイッチＳ６の全てのサブスイッチをＯＦＦ（切断）、電流源５をＯＦＦ、発電機２の発電電圧を「高」に設定し（ステップＳＴ２４）、キャパシタ３を耐電圧以上に蓄電しないようにする。

一方、回生が作動中でないと判定された場合（ステップＳＴ２１のＮＯ）、電力制御手段１０は、キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ２５）。

キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）より大きい場合（ステップＳＴ２５のＹＥＳ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ４をＯＦＦ（切断）、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点ｂ、スイッチＳ６の全てのサブスイッチをＯＮ（接続）、電流源５をＯＦＦ、発電機２の発電電圧を「低」に設定し（ステップＳＴ２６）、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを並列にバッテリ４に接続してキャパシタ３に蓄電された電力を補機６に放電する。

また、キャパシタ３の蓄電電圧が０（ゼロ）の場合（ステップＳＴ２５のＮＯ）、電力制御手段１０は、スイッチＳ４をＯＮ（接続）、スイッチＳ５の全てのサブスイッチを接点ａ、スイッチＳ６の全てのサブスイッチをＯＦＦ（切断）、電流源５をＯＦＦ、発電機２の発電電圧を「標準」に設定し（ステップＳＴ２７）、発電機２の発電電圧をバッテリ４のバッテリ電圧より高くして発電機２の電力を補機６に供給する。

以上の構成により、電力制御装置３００は、回生作動中に発電した電力を直列接続された複数のキャパシタ３Ａ〜３Ｆに蓄電し、一方で、車輌を加速させる場合等、回生を作動させない場合に、キャパシタ３Ａ〜３Ｆを並列接続に切り換え、バッテリ４とキャパシタ３とを直列にして補機６に接続することで、キャパシタ３の電力を補機６に供給することができる。

蓄電の際に複数のキャパシタ３Ａ〜３Ｆを直列に接続するのは、キャパシタ３全体としての耐電圧を高めることができるからであり、一方で、放電の際に複数のキャパシタ３Ａ〜３Ｆを並列に接続するのは、直列接続された複数のキャパシタ３Ａ〜３Ｆをそのままバッテリ４に直列に接続するとライン電圧（この場合、キャパシタ３の蓄電電圧にバッテリ４のバッテリ電圧を加えた電圧をいう。）が高くなってしまい、補機６の耐圧を高める必要が生じてしまうからである。

これにより、電力制御装置３００は、発電機２を駆動するためのエンジン負荷を低減させながら、キャパシタ３の電力で補機６を駆動するので、車輌の加速性を向上させながらも燃費を向上させることができる。

なお、電源制御装置３００は、スイッチＳ５およびスイッチＳ６のそれぞれのサブスイッチを個別に制御して、キャパシタ３Ａ〜３Ｆの並列・直列接続の構成を変更するようにしてもよい。

例えば、電力制御装置３００は、所定の電力が蓄電されたキャパシタ３Ａとバッテリ４とを直列に補機６に接続し、キャパシタ３Ａの電力を補機６に放電させ、その後、順次接続を切り換えて、キャパシタ３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆの電力を補機６に放電させるようにしてもよい。

この場合、電力制御装置３００は、キャパシタ３Ａ乃至３Ｆへの蓄電またはキャパシタ３Ａ乃至３Ｆからの放電を、３Ａ、３Ｂ、３Ｃといった所定の順番で行ってもよく、蓄電電圧の低い順に蓄電し、蓄電電圧の高い順に放電するようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、発電機２は、ガソリン車に搭載されるオルタネータであってもよく、減速時に回生として機能する電動モータであってもよい。

また、キャパシタ３への充電は、一旦、キャパシタ３を完全に放電させた後で行われるようにしてもよく、キャパシタ３が耐電圧未満で蓄電されたまま行われるようにしてもよい。

電源制御装置の構成例を示す図（その１）である。 電力制御手段による制御を説明する表（その１）である。 電力制御手段の処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 電源制御装置の構成例を示す図（その２）である。 電力制御手段による制御を説明する表（その２）である。 電力制御手段の処理の流れを示すフローチャート（その２）である。 電源制御装置の構成例を示す図（その３）である。 電力制御手段による制御を説明する表（その３）である。 キャパシタとツェナーダイオードとの接続例を示す図である。 電力制御手段の処理の流れを示すフローチャート（その３）である。

符号の説明

１ コントローラ
２ 発電機
３、３Ａ〜３Ｆ キャパシタ
４ バッテリ
５ 電流源
６ 補機
７ ツェナーダイオード
１０ 電力制御手段
１００、２００、３００ 電力制御装置
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチ
ａ、ｂ 接点

Claims (2)

1. エンジンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、該電気エネルギーを蓄電するキャパシタおよびバッテリを制御する電源制御装置であって、
   前記発電機および前記キャパシタを直列にして前記バッテリに接続し前記キャパシタに蓄電された前記電気エネルギーを前記バッテリへ供給する電力制御手段、
   を備えることを特徴とする電源制御装置。
2. 前記電力制御手段は、エンジン停止時に前記キャパシタに蓄電された前記電気エネルギーをバッテリへ供給する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。

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