JPH10227238A - 車両の電気エネルギ供給装置 - Google Patents

車両の電気エネルギ供給装置

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JPH10227238A
JPH10227238A JP9029385A JP2938597A JPH10227238A JP H10227238 A JPH10227238 A JP H10227238A JP 9029385 A JP9029385 A JP 9029385A JP 2938597 A JP2938597 A JP 2938597A JP H10227238 A JPH10227238 A JP H10227238A
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electric
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Kazuhiko Shinohara
原 和 彦 篠
Masakazu Kobayashi
林 正 和 小
Kenji Furuya
谷 健 司 古
Keiko Kushibiki
引 圭 子 櫛
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の走行モード等に応じて、エンジンから
排出されるエネルギを回収して有効に利用し、エンジン
で消費される燃料の量を削減する。 【解決手段】 内燃エンジンから得られる動力エネルギ
及び排気エネルギ等を利用して発電する出力軸発電ユニ
ット１及び排気発電ユニット２と、蓄電池６と、車両の
運行状況を判別する運行状況判別ユニット４と、蓄電池
の蓄電状況を判別する蓄電状況判別ユニット５と、車両
内で利用される電気エネルギの供給量を制御する電力制
御ユニット３とにより車両の電気エネルギ供給装置を構
成し、上記電力制御ユニット３により、運行状況判別ユ
ニット４及び蓄電状況判別ユニット５から得られる情報
に応じて、出力軸発電ユニット１及び排気発電ユニット
２から発電される各々の発電量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃エンジン等の
駆動源を搭載した車両の電気エネルギ供給装置に関し、
特に自動車の内燃エンジンから排出される排気エネルギ
等を有効利用して、これに使用される燃料の使用量を低
減してエネルギ効率の向上を可能にする車両の電気エネ
ルギ供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エンジンの出力軸を動力源と
して、車両の電気負荷に動力を供給すると共に蓄電状況
に応じてバッテリ（蓄電池）を充電するオルタネータが
車両に搭載されている。このオルタネータの出力は、回
転子の回転速度及び使用している電力量に依存する。従
って、車両の加速中であっても使用している電力量が増
加すると発電を行う為、エンジンの出力軸からの駆動力
を必要とする。このことは、車両の加速に要する負荷エ
ネルギをさらに増加させることになる。一方、車両の減
速時において、電力の使用状況によっては殆ど発電する
ことなく、又、車両の運動エネルギをブレーキ等の熱あ
るいはエンジンのポンピングロスとして捨てている。
【０００３】ところで、近年の車両において使用される
電力は、ＡＢＳ，４ＷＳ，ＴＲＣ、ＰＳ等の電装部品の
追加により増加の傾向にあり、これに見合う電力を賄う
ためオルタネータの容量も増加の傾向にあるが、このオ
ルタネータの効率は最大でも５０％程度である。
【０００４】一般に、ガソリンエンジン搭載の自動車に
おいてそのエンジンの出力軸から取り出せるエネルギ
は、燃料の持つエネルギの約３０％程度であり、又、車
両の一般的な走行に必要なエネルギは同じく２５％程度
である。これに対し、例えば発電容量１ｋＷのオルタネ
ータを用いて最大の発電を行わせると、車両の走行に使
用されるエネルギのうち２ないし３ｋＷがその発電に費
やされることになる。これは、使用しているガソリン燃
料の持つエネルギの約６ないし９％に相当する。従っ
て、このことにより、燃費は最大で１９ないし２６％悪
化することになる。
【０００５】一方、このような車両における電力供給を
改善するため、従来のオルタネータに加えて、エンジン
の出力軸をエネルギ源として用いない電力供給源、ある
いはこれにより得られる電力の制御手法が、特開昭６１
−２５４０８２号公報、特開昭６３−２６２０７５号公
報、特開平５−１１１１０１号公報等において提案され
ている。
【０００６】このうち特開昭６１−２５４０８２号公報
及び特開昭６３−２６２０７５号公報に開示の電力供給
源は共に、内燃エンジンから排出される排気ガスの熱エ
ネルギを電気エネルギに変換する排気熱発電装置を用い
るものであり、この排気熱発電装置は、排気ガスに接す
る吸熱部と、外気あるいは液体に接する冷却部と、この
吸熱部と冷却部との内に介在していて温度差による熱エ
ネルギを電気エネルギに変換する熱電変換素子とからな
るものである。
【０００７】また、特開平５−１１１１０１号公報に開
示の電力供給源および電力制御手法は、前述の如きエン
ジンからの排熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電
変換手段の他に、太陽光エネルギを電気エネルギに変換
する太陽光発電手段を備え、車両の走行時及びアイドリ
ング時に、熱電変換手段を用いてエンジンからの排熱エ
ネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄積し、
又、車両が戸外にあるときに太陽光発電手段を用いて太
陽光のエネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄
積し、ここで蓄積されたエネルギを付加的な電装部品あ
るいは補機類等の駆動エネルギとして利用するというも
のである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記排
気熱発電装置等を単に適用するというだけでは、理論的
に燃費向上には寄与するものの、その発電量が１００Ｗ
程度であるため、それのみで車両に必要とされる電力を
賄うことは不可能である。
【０００９】また、オルタネータ以外の電力供給源すな
わち排気熱を利用した熱電変換手段及び太陽光を利用し
た太陽光発電手段により得られた電力を単に補機類等の
駆動エネルギとして用いるというだけでは、燃料消費量
の低減は５％程度と少ないものである。
【００１０】このように、従来の技術においては、燃費
低減効果は低く、実用的ではなかった。
【００１１】上記従来技術の課題に鑑み、本発明は、車
両の運行状況と蓄電池の蓄電状況とに応じて、各種の発
電手段から得られる発電量を制御することにより、車両
の運行モード全体で使用される燃料の消費量を低減し得
る車両の電気エネルギ供給装置を提供することを目的と
する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
車両の電気エネルギ供給装置は、車両を駆動する駆動源
から取り出し得る異なるエネルギを利用して発電する複
数の発電手段と、電気エネルギを蓄電する蓄電手段と、
車両の運行状況を判別する運行状況判別手段と、蓄電手
段内における蓄電状況を判別する蓄電状況判別手段と、
車両で利用される電気エネルギの供給量を制御する電力
制御手段を備える車両の電気エネルギ供給装置であっ
て、制御手段は、運行状況判別手段及び蓄電状況判別手
段から得られる情報に応じて、複数の発電手段で発電さ
れる各々の発電量を制御する構成となっている。
【００１３】また、請求項２に係る車両の電気エネルギ
供給装置では、駆動源が内燃エンジンからなり、複数の
発電手段が、内燃エンジンの出力軸から得られる動力エ
ネルギを利用して発電を行う出力軸発電手段と、内燃エ
ンジンの排気エネルギを利用して発電を行う排気発電手
段からなる構成となっている。
【００１４】また、請求項３に係る車両の電気エネルギ
供給装置では、排気発電手段が内燃エンジンから排出さ
れる排気熱エネルギを利用して発電を行う熱電発電機か
らなる構成となっている。
【００１５】また、請求項４に係る車両の電気エネルギ
供給装置では、排気発電手段が、内燃エンジンから排出
される排気ガスの運動エネルギを利用して発電を行うタ
ービン発電機からなる構成となっている。
【００１６】また、請求項５に係る車両の電気エネルギ
供給装置では、運行状況判別手段において車両が加速状
態にあることが検知された場合には、排気発電手段を主
発電源として作動させて発電させ、この発電により得ら
れた電気エネルギを蓄電手段及び車両内の電力負荷に供
給するよう電力制御手段が制御する構成となっている。
【００１７】また、請求項６に係る車両の電気エネルギ
供給装置では、運行状況判別手段において車両が減速状
態にあることが検知された場合には、出力軸発電手段を
主発電源として作動させて発電させ、この発電により得
られた電気エネルギを蓄電手段及び車両内の電力負荷に
供給するよう電力制御手段が制御する構成となってい
る。
【００１８】また、請求項７に係る車両の電気エネルギ
供給装置では、排気発電手段の発電能力を検知する検知
手段を有し、該検知手段により検知された発電能力が所
定レベル以下の場合には、出力軸発電手段を主発電源と
して作動させて発電させるよう電力制御手段が制御する
構成となっている。
【００１９】
【発明の効果】本発明の請求項１に係る車両の電気エネ
ルギ供給装置によれば、車両の運行状況及び蓄電手段の
蓄電状況に応じて、複数の発電手段で発電される各々の
発電量を制御することで、車両の駆動源から放出される
エネルギを無駄なく回収して電気エネルギとして有効に
利用することができ、これにより駆動源でのエネルギ消
費量を大幅に削減できるという著しく優れた効果がもた
らされる。
【００２０】また、本発明の請求項２に係る車両の電気
エネルギ供給装置によれば、内燃エンジンから得られる
動力エネルギ及び排気エネルギを車両の走行モード及び
蓄電手段の蓄電状況に応じて有効に回収して電気エネル
ギとして利用することができ、これにより、内燃エンジ
ンにて消費される燃料を削減でき、よって、燃費の向上
を達成できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２１】また、本発明の請求項３に係る車両の電気
エネルギ供給装置によれば、内燃エンジンから排出され
る排気ガスの熱エネルギを比較的に簡単な構造にて回収
できるため、燃費向上が達成できるのはもちろんのこ
と、実用的であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。
【００２２】本発明の請求項４に係る車両の電気エネル
ギ供給装置によれば、排気発電手段として内燃エンジン
から排出される排気ガスの運動エネルギを利用するター
ビン発電機を用いるため、排気ガスが比較的低温であっ
てもエンジンの回転数が高くて排気ガスの速度が高けれ
ば、有効に排出エネルギを回収して燃費の向上を達成す
ることができ、特にエンジン始動直後の排気ガスの温度
が低い走行モードの場合に有効であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。
【００２３】本発明の請求項５に係る車両の電気エネル
ギ供給装置によれば、車両が加速状態にある場合におい
て、排気発電手段によりエンジンの排出エネルギを回収
して電気エネルギに変換し、この変換された電気エネル
ギを蓄電手段に供給し、あるいはまた、車両内の電気負
荷を賄うことができる。すなわち、車両の加速時等には
排気ガスのもつエネルギ量が大きいため、排気発電手段
による発電のみで車両に必要な電力を充分賄うことがで
き、内燃エンジンの軸出力を必要とする出力軸発電手段
を作動させて発電を行う必要がない。これにより、これ
らの相乗効果により、消費される燃料を削減でき、よっ
て、燃費の向上を達成することができるという著しく優
れた効果がもたらされる。特に、従来のオルタネータ駆
動に使用されるエネルギは、燃料のもつエネルギ量の約
６ないし９％であり、従って、オルタネータを駆動させ
ない状態で、最大１９ないし２６％の燃費向上を達成で
きるという格別顕著な効果がもたらされる。
【００２４】本発明の請求項６に係る車両の電気エネル
ギ供給装置によれば、車両が減速状態にある場合におい
て、内燃エンジンの軸出力（動力エネルギ）を出力軸発
電手段により回収して電気エネルギに変換し、この変換
された電気エネルギを蓄電手段に供給し、あるいはま
た、車両内の電気負荷を賄うことができる。すなわち、
車両の減速時には排気ガスのもつエネルギ量は極端に減
少するため、排気発電手段による発電のみではエネルギ
の回収が充分に行えないが、従来エンジンブレーキある
いはブレーキペダル操作によるブレーキの摩擦熱として
排出していた車両の運動エネルギを出力軸発電手段によ
り電気エネルギとして回収することができるという著し
く優れた効果がもたらされる。
【００２５】本発明の請求項７に係る車両の電気エネル
ギ供給装置によれは、排気発電手段に異常が生じた場合
あるいはその劣化を生じた場合等に、出力軸発電手段を
主発電源として作動させて発電させることができるた
め、車両に必要な電力を安定して供給することができ、
電気エネルギ供給システムの信頼性を向上させることが
できるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る車両の電気エ
ネルギ供給装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２７】図１は、本発明に係る車両の電気エネルギ
供給装置の概略構成を示すブロック図である。この供給
装置は、エンジンの出力軸に対してギア又はベルト等を
用いて連結されて駆動される発電手段の１つとしての出
力軸発電ユニット１と、エンジンの排気エネルギから電
気エネルギを取り出す発電手段の１つとしての排気発電
ユニット２と、車両の運行状況判別手段としての運行状
況判別ユニット４及び蓄電手段としての蓄電池の蓄電量
を判別する蓄電状況判別手段としての蓄電状況判別ユニ
ット５から得られる情報に基づき、各々の発電手段から
得られる電力を車両で利用される電力量に応じて制御す
る電力制御手段としての電力制御ユニット３と、各々の
発電手段から得られる電力を蓄え得る蓄電手段としての
蓄電池（バッテリ）６により構成されている。
【００２８】ここで、発電手段の１つである出力軸発電
ユニットの一例としてオルタネータを用いることができ
る。このオルタネータ１は、自己電流制限特性を有し、
その最大出力電流は一般にオルタネータが燃焼しない範
囲で設計されるから、電流制限レギュレータを設ける必
要はないが、これにより得られる電流は交流であるた
め、車両で使用できる電力とするには整流して定電圧化
する必要がある。
【００２９】そのため、オルタネータ１には、一般に電
圧レギュレータが一体的に組み込まれているが、この機
能を電力制御ユニット３に組み込んでもよい。
【００３０】尚、オルタネータ１は、その誘導電流を制
御することにより、その発電量を制御することができる
ものとなっている。
【００３１】一方、出力軸発電手段たる出力軸発電ユニ
ットとしては、上述のオルタネータに限らず、別個に設
けられてエンジンの出力軸から得られる動力エネルギを
利用して発電する誘導発電機であってもよく、これらを
組み合わせて用いるものであってもよい。
【００３２】また、発電手段の１つとしての排気発電ユ
ニット２は、エンジンの排気管に取り付けられてその排
気ガスの運動エネルギによりタービンを回転させて発電
を行うタービン発電機２ａであってもよく、又は、排気
ガスの熱エネルギを高温度源としかつ外気あるいは他の
媒体を低温度源としてこれら両者の温度差によるゼーベ
ック効果を利用した複数の熱電交換素子対からなる熱電
発電機２ｂであってもよく、あるいはタービン発電機と
熱電発電機の両方を備えているものであってもよい。
【００３３】ここで、熱電発電機について詳細に説明す
る。図２は、この熱電発電機２ｂの一部（モジュール）
を示す斜視図である。本図に示されるように、この熱電
発電機２ｂは、エンジンの排気ガスの熱を効率良く吸収
する高温側基板１１と、低温端側に位置して水冷あるい
は空冷により冷却される低温側基板１２と、この両基板
の間に挟まれて配列された複数の熱電変換素子対１３
と、電極１４，１５と、リード線１６等により構成され
ている。
【００３４】熱電変換素子対１３は、例えば、一対のＮ
型半導体素子１３ＮとＰ型半導体素子１３Ｐとからな
り、この１対の素子１３は直列に１０対連結されて１つ
の発電単位としてのモジュールを形成し、この発電モジ
ュールを１００個直列に組み合わせたものである。ここ
で用いられる熱電変換素子１３の材料としては、シリコ
ンゲルマニウム、鉛テルル、ビスマステルル、コバルト
アンチモン等の合金の結晶あるいはこれらの焼結体が挙
げられる。また、発電単位としての発電モジュール内に
含まれる熱電変換素子１３の対の個数も１０個に限るも
のではなく、必要に応じて所望の個数の対とすることが
でき、連結する発電モジュールの個数も１００個に限定
されるものではなく、必要に応じて所望の個数に設定す
ることができる。また、熱電発電機２ｂの形状について
は、図２では平坦形状のものを示したが、これに限定さ
れるものではなく、エンジンの排気管に適合するような
円筒形状、あるいは触媒コンバータ近傍に取り付ける場
合はこれに適合するような箱型形状とすることができ
る。
【００３５】一方、図３に示すように、エンジンのアイ
ドリング状態下ではエンジンの排気熱は少なく、排気管
の温度は車両床下の触媒コンバータの下流近傍で約３０
０℃ないし４００℃である。また、エンジンの排気マニ
ホールドの下流近傍ではこれより高温で約４００℃ない
し６００℃である。
【００３６】従って、車両の床下領域に位置する排気管
に熱電発電機２ｂを取り付けた場合、アイドリング状態
下では、車両が定常的に必要とする約２００ないし３０
０Ｗの電力を賄うには能力不足となる可能性がある。
【００３７】これに対し、車両の加速時等においては、
排気管の温度は約４００℃ないし８００℃に上昇するた
め、車両内で要する電力を熱電発電機２ｂのみで充分に
賄うことが可能である。
【００３８】他方、アイドリング状態、すなわち、排気
管が低温の場合の電力不足を賄うため、より多くの熱電
変換素子を設けて熱電発電機を構成することも可能であ
るが、車両に設置する関係上、前述の個数程度とするの
が好ましい。
【００３９】また、熱電発電機２ｂに電圧変換機能を設
けることで、常に最高発電効率が得られるように設定す
ることによって、より高い熱電発電効率が得られる。
【００４０】さらに、熱電発電機２ｂでは、エンジン始
動直後の排気管温度が低い状況下で、蓄電池６の電圧が
この熱電発電機２ｂの電圧よりも高い場合があり、蓄電
池６に蓄積された電流が熱電発電機２ｂに向けて逆流す
る場合が生じ得るため、これを防止する機能を電力制御
ユニット３に組み込んでもよい。
【００４１】尚、熱電発電機２ｂによる発電量は、単に
出力配線の断・続を行うことにより制御するものとする
ことができる。
【００４２】さらにまた、排気発電ユニット２として、
排気ガスの運動エネルギを利用して発電を行うタービン
発電機２ａを採用することができる。これは排気ガスが
ブレードに衝突することでタービンの回転軸が回転し誘
導電流を生起するいわゆる誘導発電機である。この場
合、その取り付け位置はできるだけ排気管の上流あるい
は排気マニホールド近傍であることが好ましい。すなわ
ち、エンジンにできるだけ近い位置にタービン発電機２
ａを配置することで、高速度の排気ガスすなわち運動エ
ネルギの大きい排気ガスを有効に利用することができ、
これによって、高効率の発電を行うことができる。
【００４３】また、排気ガスの運動エネルギを利用する
ため、エンジン始動直後の低温状態下であっても、エン
ジンの回転数が高い走行モード等では、高速度の排気ガ
スが得られるため、排気ガスの温度に関係なく、上述の
熱電発電機２ｂに比べて、排気ガスのもつエネルギを有
効に利用することができる。
【００４４】このタービン発電機２ａにより得られる発
電量の制御は、オルタネータと同様に、その誘導電流を
制御することにより可能となる。
【００４５】また、タービン発電機２ａにより得られる
電流は交流であるため、車両で使用できる電力とするに
は、オルタネータの場合と同様に、整流して定電圧化す
る必要がある。従って、この機能を電力制御ユニット３
に組み込んでもよい。
【００４６】次に、本システムの一部をなす車両の運行
状況判別手段としての運行状況判別ユニット４について
説明する。
【００４７】この運行状況判別ユニット４は、例えば車
両の速度、車両の加速度、エンジンの回転数、アクセル
ペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量、変
速機のギヤ位置、エンジンの燃焼状態（例えば燃焼室温
度、ノッキングの有無等）、排気温度、吸気温度、吸入
空気量、燃料供給量、外気温度、気圧、これらの変動値
等をそれぞれ検出センサにより検出して、これら検出セ
ンサにより得られた情報のうちいずれかあるいは種々の
情報を総合的に判断して、車両が停止（アイドリング）
状態、発進あるいは加速状態、定速走行状態、減速状態
等のいずれの状態（モード）にあるかを判別する。
【００４８】また、本システムの一部をなす蓄電状況判
別手段としての蓄電状況判別ユニット５は、例えば、蓄
電池６の電圧（Ｖ）、流入流出電流（Ｉ）、蓄電池温度
等から、その蓄電状況を判別する。
【００４９】ここで、Ｉ＞０は蓄電池からの電流の流出
を意味し、Ｉ＜０は蓄電池への電流の流入を意味する。
また、蓄電池の最低電圧Ｖｍｉｎとして要求されるの
は、寒冷時におけるエンジンの再始動が可能な電圧であ
り、１２Ｖ系蓄電池の場合、この値は約１０．５Ｖとさ
れており、満充電の場合の最高電圧Ｖｍａｘは１２Ｖ系
蓄電池の場合約１３．５Ｖないし１５Ｖに設定されてい
る。
【００５０】これらの最低電圧Ｖｍｉｎ及び最高電圧Ｖ
ｍａｘは、外気温度及び蓄電池そのものの劣化状況に依
存するため、上記電圧値に限らず、状況に応じて設定値
を変更することにより、より適切な電力の制御が可能と
なる。尚、蓄電池の劣化状況は、電圧（Ｖ）及び電流
（Ｉ）それぞれの値を測定することにより判断すること
ができる。
【００５１】尚、本実施例では、発電手段１，２と車両
の電気負荷７との間に接続される電力制御ユニット３、
運行状況判別ユニット４、及び蓄電状況判別ユニット５
をそれぞれ別々に分離して配置した場合を示したが、こ
れらの機能を１ケ所に集中させて一体化してもよい。
【００５２】次に、本実施例による電気エネルギ供給装
置を車両としての自動車に適用した場合のその動作を表
１に基づいて説明する。表１は、車両の運行状況判別ユ
ニット４により判別される例えば４つのモード、すなわ
ち停止（アイドリング）状態、加速状態、定速走行状
態、及び減速状態のそれぞれのモードにおいて、蓄電状
況判別ユニット５により得られる蓄電池６の端子電圧
（Ｖ）及び電流（Ｉ）のそれぞれの値に応じて、電力制
御ユニット３により発電手段たる出力軸発電ユニット１
及び排気発電ユニット２の作動（オン），非作動（オ
フ）を制御する一例を示したものである。
【００５３】
【表１】
【００５４】先ず、車両（自動車）を走らせる場合、キ
ースイッチを入れてエンジンの始動を行う。このとき、
蓄電池（バッテリ）６から、始動を行うためのスタータ
に電力が供給される。ここで使用される電流は、スター
タの容量にもよるが一般的な乗用車では常温で３００か
ら５００Ａ程度である。尚、環境温度が低くなると、エ
ンジン内の潤滑油の粘度増加等により、始動に要する電
流も増加する。
【００５５】この始動時の蓄電池の蓄電状況は、蓄電状
況判別ユニット５においてその端子電圧（Ｖ）等により
判別され、その情報信号が電力制御ユニット３に送られ
る。
【００５６】ここで、電圧値（Ｖ）がＶ＞Ｖｍａｘの場
合は、車両に必要な電力は充分であるため、電流値
（Ｉ）の如何に拘らず、出力軸発電ユニット１及び排気
発電ユニット２は作動せず非作動（オフ）の状態にあ
る。
【００５７】また、電圧値（Ｖ）がＶｍａｘ＞Ｖ＞Ｖｍ
ｉｎの場合は、電流値（Ｉ）の如何に拘らず、排気発電
ユニット２のみが作動する状態（オン）にある。
【００５８】さらに、電圧値（Ｖ）がＶ＜Ｖｍｉｎの場
合は、蓄電池の充電量不足を補うため、電流値（Ｉ）の
如何に拘らず出力軸発電ユニット１も作動し、排気発電
ユニット２のみでは足りない分を補充する。そして、エ
ンジン始動後の車両が停止したアイドリング状況下で
は、この状態が継続する。
【００５９】次に、車両を発進及び加速させる状況下で
は、車両の速度、加速度、アクセルペダルの踏み込み量
等が検知され、その検知された情報信号が運行状況判別
ユニット４に送られ、この運行状況判別により得られる
運行状況判別情報（すなわち、発進及び加速状況にある
という情報）が、電力制御ユニット３に伝達される。
【００６０】この走行状況下で、蓄電状況判別ユニット
５により判別された電圧値（Ｖ）がＶ＞Ｖｍａｘの場合
は、車両に必要な電力は充分であるため、電流値（Ｉ）
の如何に拘らず出力軸発電ユニット１及び排気発電ユニ
ット２は共に電力制御ユニット３により非作動（オフ）
の状態に制御される。
【００６１】また、電圧値（Ｖ）がＶｍａｘ＞Ｖ＞Ｖｍ
ｉｎの場合は、電流値（Ｉ）の如何に拘らず排気発電ユ
ニット２のみが電力制御ユニット３により作動（オン）
の状態に制御される。
【００６２】また、蓄電量が不足し電圧値（Ｖ）がＶ＜
Ｖｍｉｎの場合でかつ電流値（Ｉ）がＩ＞０の場合に
は、排気発電ユニット２だけでなく出力軸発電ユニット
１も作動（オン）するが、車両が加速時の排気発電ユニ
ット２による電力供給で車両に必要な電力を賄うことが
可能であるため、オルタネータ１の作動による発電量
は、蓄電池が放電状態に陥らないよう最低限に留められ
る。
【００６３】さらにまた、電圧値（Ｖ）がＶ＜Ｖｍｉｎ
でかつ電流値（Ｉ）がＩ＜０の場合は、電力制御ユニッ
ト３により、排気発電ユニット２のみが作動（オン）の
状態に制御され、オルタネータ１は非作動（オフ）の状
態に制御される。
【００６４】尚、ここで言う自動車の加速時とは、エン
ジンの高負荷運転状態を意味するものであり、下り坂等
においてアクセルを踏まない状態で車両が加速されてい
く状態は、減速の状態に含まれるものである。
【００６５】次に、車両が加速されて所望の速度に達し
て定速走行の状況になった場合は、同様に車両の速度、
アクセルペダルの踏み込み量等が検出され、検出された
情報信号が運行状況判別ユニット４に送られ、この運行
状況判別により得られる運行状況判別情報（すなわち、
定速走行状況にあるという情報）が、電力制御ユニット
３に伝達される。
【００６６】この走行状況下で、蓄電状況判別ユニット
５により判別された電圧値（Ｖ）がＶ＞Ｖｍａｘの場合
は、車両に必要な電力は充分であるため、電流値（Ｉ）
の如何に拘らず出力軸発電ユニット１及び排気発電ユニ
ット２は共に、電力制御ユニット３により非作動（オ
フ）の状態に制御される。
【００６７】また、電圧値（Ｖ）がＶｍａｘ＞Ｖ＞Ｖｍ
ｉｎの場合は、電流値（Ｉ）の如何に拘らず排気発電ユ
ニット２のみが、電力制御ユニット３により作動（オ
ン）の状態に制御される。
【００６８】また、蓄電量が不足し電圧値（Ｖ）がＶ＜
Ｖｍｉｎの場合でかつ電流値（Ｉ）がＩ＞０の場合、す
なわち、蓄電機６から負荷７に向かって電流が流出して
いる状態では、排気発電ユニット２だけでなく出力軸発
電ユニット１も作動（オン）する。この場合、出力軸発
電ユニット１の発電量は、蓄電池６の電流値（Ｉ）がＩ
＝０となるように電力制御ユニット３によって制御され
る。
【００６９】さらにまた、電圧値（Ｖ）がＶ＜Ｖｍｉｎ
でかつ電流値（Ｉ）がＩ＜０、すなわち、蓄電池６へ向
けて電流が流入する状態では、排気発電ユニット２のみ
が作動（オン）の状態に制御され、出力軸発電ユニット
１は非作動（オフ）の状態に制御される。
【００７０】次に、車両が減速走行の状況にある場合、
同様に車両の速度、加速度、アクセルペダルの踏み込み
量、ブレーキペダルの踏み込み量、燃料供給量、エンジ
ンの回転数等のうち所望のパラメータが検出され、検出
された情報信号が運行状況判別ユニット４に送られ、こ
の運行状況判別により得られる運行状況判別情報（すな
わち、減速状況にあるという情報）が、電力制御ユニッ
ト３に伝達される。
【００７１】この減速走行状況下で、蓄電状況判別ユニ
ット５により判別された電圧値（Ｖ）がＶ＞Ｖｍａｘの
場合は、電流値（Ｉ）の如何に拘らず出力軸発電ユニッ
ト１及び排気発電ユニット２は共に、電力制御ユニット
３により非作動（オフ）の状態に制御される。
【００７２】また、電圧値（Ｖ）がＶｍａｘ＞Ｖ＞Ｖｍ
ｉｎの場合でかつ電流値（Ｉ）がＩ＞０、すなわち、蓄
電池６から負荷７へ向けて電流が流出している状態で
は、排気発電ユニット２が作動（オン）の状態に制御さ
れるのに加えて、出力軸発電ユニット１も作動（オン）
する。これは、停車時同様減速時における排気ガスの有
するエネルギ量が低いことから、排気発電ユニット２に
より得られる電力だけでは不充分だからであり、出力軸
発電ユニット１による発電が最大となるようにして蓄電
池６が満充電の状態となるように、電力制御ユニット３
により制御される。
【００７３】さらにまた、電圧値（Ｖ）がＶｍａｘ＞Ｖ
＞Ｖｍｉｎの場合でかつ電流値（Ｉ）がＩ＜０、すなわ
ち、蓄電池６へ向けて電流が流入している状態では、出
力軸発電ユニット１は非作動（オフ）の状態に制御され
てこれによる発電は行われず、排気発電ユニット２のみ
が作動（オン）の状態に制御される。
【００７４】さらにまた、電圧値（Ｖ）がＶ＜Ｖｍｉｎ
の場合は、蓄電池６の充電量が不足しているため、電流
値（Ｉ）の如何に拘らず出力軸発電ユニット１及び排気
発電ユニット２は共に、電力制御ユニット３により作動
（オン）の状態に制御される。 このような状況下にお
いては、走行中の運動エネルギを電力として回収してい
ることになる。
【００７５】以上述べたシステムの排気発電ユニットと
して、熱電発電機２ｂを用いる場合は、その発電出力は
排気管を通過する排気ガスのもつ熱量、排気ガスの流
速、大気へ放射される熱量、熱電発電機２ｂの高温端温
度及び低温端温度等から予め算出することができる。従
って、この計算出力と実出力との差異により、熱電発電
機の異常あるいは劣化状態を検知することができる。よ
って、このための検知手段を付加することにより、熱電
発電機が発電能力を喪失したような所定レベル以下の異
常時には、電力制御ユニット３により出力軸発電ユニッ
ト１からの電力供給に切り替えることで、車両への電力
供給をより確実なものとし、さらに実用的でかつ信頼性
の高い電気エネルギ供給システムを提供することができ
る。
【００７６】以上述べた実施例では、本発明の電気エネ
ルギ供給装置をガソリンエンジン搭載車に適用した場合
の一例を示したが、本発明はガソリンエンジンからでる
排気エネルギの利用に限るものではなく、ディーゼルエ
ンジンの排気エネルギを利用する場合にも有効である。
さらに、駆動源として電気モータを用いた電気自動車の
場合でも、その発進，加速時等における電気モータから
の発熱を熱源として利用することができ、同様にエネル
ギの有効利用が可能である。
【００７７】また、本発明の電気エネルギ供給装置が適
用される車両は、自動車に限られるものではなく、自動
二輪車あるいはこれに類するその他の車両に適用可能で
ある。
【００７８】また、上述の実施例では、車両の加速時及
び走行時等に電圧値（Ｖ）がＶ＞Ｖｍａｘとなる発電量
過剰状態が発生するが、この過剰電力は有効に利用され
ていない。従って、この過剰電力を有効に利用すべく、
出力軸発電ユニット例えばオルタネータそのものを発電
機能を有する原動機として構成するか、あるいは別途原
動機を設けることにより、加速及び走行時のエンジン負
荷を減じることができ、これにより、車両の加速性能及
び燃費の向上を図ることができる。
【００７９】また、排気発電ユニットとして、熱電発電
機を用いた場合には、そのペルチェ効果を利用して、排
気ガスの温度を積極的に制御することも可能である。例
えば、熱電発電機を排気触媒コンバータの上流に配置し
た場合、触媒コンバータの温度が低くかつ排気ガスの温
度が低いようなエンジン始動直後の状態では、熱電発電
機に電力を供給して排気ガスを加熱し、触媒の反応能力
を高めることにより、排気浄化性能を高めることも可能
である。
【００８０】さらに、排気ガスの温度がかなり高い高負
荷運転の状態等では、同様にそのペルチェ効果を利用し
て、排気ガスの温度を低下させて適当な温度に制御する
ことが可能である。これにより、排気系の信頼性を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の電気エネルギ供給装置の概
略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る車両の電気エネルギ供給装置の一
部をなす熱電発熱機の概略構成を示す斜視外観図であ
る。
【図３】本発明に係る車両の電気エネルギ供給装置の一
部をなす熱電発電機の発電特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 出力軸発電ユニット（発電手段） ２ 排気発電ユニット（発電手段） ３ 電力制御ユニット（電力制御手段） ４ 運行状況判別ユニット（運行状況判別手段） ５ 蓄電状況判別ユニット（蓄電状況判別手段） ６ 蓄電池（蓄電手段） ７ 負荷 １１ 高温側基板 １２ 低温側基板 １３ 熱電交換素子 １４ 電極基板 １５ 電極基板 １６ リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫛 引 圭 子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両を駆動する駆動源から取り出し得る
    異なるエネルギを利用して発電する複数の発電手段と、
    電気エネルギを蓄電する蓄電手段と、車両の運行状況を
    判別する運行状況判別手段と、蓄電手段内における蓄電
    状況を判別する蓄電状況判別手段と、車両で利用される
    電気エネルギの供給量を制御する電力制御手段を備える
    車両の電気エネルギ供給装置であって、制御手段は、運
    行状況判別手段及び蓄電状況判別手段から得られる情報
    に応じて、複数の発電手段で発電される各々の発電量を
    制御することを特徴とする車両の電気エネルギ供給装
    置。
  2. 【請求項２】 駆動源は内燃エンジンからなり、複数の
    発電手段には、内燃エンジンの出力軸から得られる動力
    エネルギを利用して発電を行う出力軸発電手段と、内燃
    エンジンの排気エネルギを利用して発電を行う排気発電
    手段が含まれることを特徴とする請求項１記載の車両の
    電気エネルギ供給装置。
  3. 【請求項３】 排気発電手段は、内燃エンジンから排出
    される排気熱エネルギを利用して発電を行う熱電発電機
    であることを特徴とする請求項２記載の車両の電気エネ
    ルギ供給装置。
  4. 【請求項４】 排気発電手段は、内燃エンジンから排出
    される排気ガスの運動エネルギを利用して発電を行うタ
    ービン発電機であることを特徴とする請求項２記載の車
    両の電気エネルギ供給装置。
  5. 【請求項５】 運行状況判別手段において車両が加速状
    態にあることが検知された場合には、排気発電手段を主
    発電源として作動させて発電させ、この発電により得ら
    れた電気エネルギを蓄電手段及び車両内の電力負荷に供
    給するよう電力制御手段が制御することを特徴とする請
    求項２に記載の車両の電気エネルギ供給装置。
  6. 【請求項６】 運行状況判別手段において車両が減速状
    態にあることが検知された場合には、出力軸発電手段を
    主発電源として作動させて発電させ、この発電により得
    られた電気エネルギを蓄電手段及び車両内の電力負荷に
    供給するよう電力制御手段が制御することを特徴とする
    請求項２に記載の車両の電気エネルギ供給装置。
  7. 【請求項７】 排気発電手段の発電能力を検知する検知
    手段を有し、該検知手段により検知された発電能力が所
    定レベル以下の場合には、出力軸発電手段を主発電源と
    して作動させて発電させるよう電力制御手段が制御する
    ことを特徴とする請求項２に記載の車両の電気エネルギ
    供給装置。
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