JP3624334B2 - 車両用減速エネルギー回生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の減速時の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する車両用減速エネルギー回生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジン装置では、各種電子制御装置やファン等の各種電装補機、又は始動時に動作するスタータ等の車両に搭載された各種電気的負荷を駆動するために、化学反応を伴う電池である鉛蓄電池を車載電源装置の一部として搭載している。そして、この鉛蓄電池は、エンジン運転中に発電機によって充電され、エンジン停止後には車内灯等の各種電気的負荷に給電を行うことも可能で、さらにエンジン始動時にはスタータモータに大電流の供給を行う。
【０００３】
従来より、発電機の作動を制御してエンジン負荷を軽減し、燃費の向上を図るための技術が採用されている。例えば、図７の概略回路構成図に示したように、通常の乗用車用で１２Ｖの起電力を有する鉛蓄電池１００は、エンジン運転によって発電を行う発電機１０２に接続されていると共に、例えば各種電子制御装置やスタータモータ、ワイパーモータ、ライト、ファン、ヒータ、ランプ、ポンプ等の電気的負荷にも接続されている。そして、制御装置１０６は、エンジン動作状態に応じて発電機１０２を制御している。
【０００４】
具体的には、制御装置１０６は、例えばエンジン回転数、車速、エンジン負荷等のパラメータに基づいて、エンジン動作状態が所定の領域にある場合には発電機１０２によって鉛蓄電池１００を充電し、エンジン動作状態が所定の領域外にある場合には発電機１０２の発電を停止するようになっている。発電機１０２が発電を停止している間は、鉛蓄電池１００が各種の電気的負荷に電流供給を行う。発電機１０２が発電している間は、この発電電力によって、鉛蓄電池１００が消費した電力が補充充電されると共に、電気的負荷にも供給される。従って、エンジン動作状態が所定の領域から外れている間は、発電機１０２が停止し、該発電機１０２の分だけエンジン負荷が軽減されるため、燃費が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、発電機１０２の発電を連続的に停止させると、その分だけ鉛蓄電池１００の放電量が増大するため、発電機１０２の発電領域、発電停止領域を細かに制御する必要がある。従って、全運転領域のうち特定の限られた領域でのみ発電機１０２を停止させることになるため燃費改善効果が少ない。
【０００６】
また、通常は、アイドリング等の燃料消費率の大きい運転領域で発電機１０２の発電を停止させ、燃料消費率の小さい運転領域で発電機１０２の発電を行うように設定されているが、市街地走行中ではアイドリング、加速、減速等の運転状態が頻繁に変化するため、発電、発電停止のサイクル時間が短い。従って、鉛蓄電池１００は頻繁に充放電を繰り返すことになるが、鉛蓄電池１００は化学反応を伴う電池であり、化学変化の繰り返しによって劣化が進むため、過度の充放電の繰り返しは、鉛蓄電池１００の寿命を著しく低下させる原因となる。
【０００７】
このように、ある運転領域で発電機１０２の発電を停止させることにより燃費は向上する反面、充放電の繰り返しによる鉛蓄電池１００の寿命低下を防止しなければならない。従って、上述した方法では、できるだけ広い運転領域で発電機１０２の発電を停止させて燃費の向上を図るという要求と、充放電の繰り返しを少なくして鉛蓄電池１００の長寿命化を図るという要求とが相反するため、実用性を欠くという事情があった。
【０００８】
また、一方、エンジンの各種動作状態パラメータから検知したエンジン動作状態に基づいて充放電制御を行う替わりに、ブレーキの作動によって発電機１０２の作動を制御する他の方法も知られている。例えば、ブレーキランプの点灯等を監視してブレーキの作動を検出したときは、この減速時のエネルギーを有効利用して発電機１０２による発電を行い、この発電電力で鉛蓄電池１００を充電し、ブレーキが作動していない場合には発電機１０２の発電を停止して、鉛蓄電池１００から電気的負荷１０４に電流供給を行わせる方法である。
【０００９】
しかし、車速、路面状態、制動力等にもよるが、減速時間は、数秒から長くても十数秒程度と短いのが通常である。また、鉛蓄電池１００は、化学変化によって電気エネルギーを徐々に蓄積する構造であるから、充電に要する時間が長くなり易いという特性を有する。従って、充電時間の長い鉛蓄電池１００を短い減速時間内に充電しても自ずと限界があるため、回収した電力だけで電気的負荷の要求電力を全て賄うのは難しい。
【００１０】
例えば、減速時の５秒間に１００Ａの出力を有する発電機１０２を発電させて電力を蓄えた場合には、この電力によって１０Ａの電気的負荷１０４を５０秒間作動させることができるため、この５０秒間だけ発電機１０２を停止させることができる。そして、市街地走行ではブレーキ作動頻度が比較的高いため、減速時間が短くても回生可能電力は大きい。しかしながら、鉛蓄電池１００を用いて減速時のエネルギーを回生しようとすれば、以下のような問題を生じる。
【００１１】
（１）鉛蓄電池１００は、通常１００％に近い状態で充電されており、新たな回収電力を受け入れる余地が少ないため、発電機１０２による発電を行うことが難しい。
【００１２】
（２）鉛蓄電池１００の充電率が１００％に達していない場合は、回収電力の受け入れ余地があるが、化学変化によって電気エネルギーを蓄える構造であるから、充電受け入れ特性、充電効率が低く、急速充電に向かない。
【００１３】
（３）鉛蓄電池１００の充電受け入れ特性を高めるべく、鉛蓄電池１００を少し放電状態とし、この状態で繰り返し充放電を行うと、鉛蓄電池１００の寿命低下の大きな要因となる。
【００１４】
（４）鉛蓄電池１００の充電受け入れ特性は温度依存性があり、その開放電圧は温度等に応じて変動する。かかる鉛蓄電池１００の温度特性のため、通常、温度が高いときには発電電圧が低く、温度が低いときには発電電圧が高くなるように発電制御される発電機１０２から鉛蓄電池１００に充電しようとすると、鉛蓄電池１００に充電可能な電圧値が変動し、回収電圧の基準値が変化するため、電力回生の効率を高いレベルで安定化することが難しい。
【００１５】
このような問題を解決するため、回生した電力を電気二重層コンデンサに蓄える技術が、例えば特開平６−１１３４０７号公報等に記載されているが、電気二重層コンデンサと鉛蓄電池との内部抵抗の相違に起因する電流負担の問題等が未だ十分に解決されていなかった。
【００１６】
本発明は、上記のような種々の事情に鑑みなされたものであり、その目的は、車両が減速したときのエネルギーを効率的に回生できるようにした車両用減速エネルギー回生装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１に係る車両用減速エネルギー回生方法は、
電気二重層コンデンサが発電機と電気的負荷とに接続され、この電気二重層コンデンサにスイッチを介して鉛蓄電池が並列接続されている。そして、車両が減速状態にあるか否かを検出する減速状態判定手段と、電気二重層コンデンサの電圧値と鉛蓄電池の電圧値とを検出する電圧検出手段と、電源装置の充電及び放電の制御を行う充放電制御手段とを備えている。
【００２１】
そして、この充放電制御手段が、車両が減速状態にあることを検出したときには、前記鉛蓄電池を前記電気二重層コンデンサから切り離すと共に、前記発電機の発電電圧を前記電気的負荷の最大許容電圧値に設定して前記電気二重層コンデンサを充電し、前記減速状態が解消したときには、前記電気二重層コンデンサの電圧値が前記電気的負荷への給電によって前記鉛蓄電池の電圧値に低下するまで前記発電機による発電を停止し、前記電気二重層コンデンサの電圧値が前記鉛蓄電池の電圧値に低下したときには、前記鉛蓄電池を前記電気二重層コンデンサに接続すると共に、前記発電機に通常発電を行わせる様にしている。
【００２２】
これにより、鉛蓄電池の電圧値と電気的負荷の最大許容電圧値との電圧差だけ、減速状態の運動エネルギーを効率よく電気二重層コンデンサに蓄えて電気的負荷に供給することができる。また、減速状態以外の運転領域では、電気二重層コンデンサから電気的負荷への給電によって、電気二重層コンデンサの電圧値と鉛蓄電池の電圧値とが一致するまでの間、発電機が停止するので、エンジン負荷を軽減して燃費を改善することができる。
なお、電気二重層コンデンサは、物理的に電荷を蓄えるため、充電時間が短く、充放電の繰り返しによる寿命低下もない。従って、通常なら熱エネルギーとして失われる減速状態の運動エネルギーを効率的に電気エネルギーとして迅速に蓄えることができ、これを回生利用することができるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、図１には、本発明の第１の実施の形態に係る車両用減速エネルギー回生装置の回路構成が示されている。
【００２６】
電気二重層コンデンサ１０は、例えば、表面に活性炭電極がそれぞれ設けられた一対の集電体と、該各集電体間に充填された電解液と、各活性炭電極間を分離して介装されたセパレータと、内部の電解液が外部に漏れるのを防止するためのガスケット（何れも図示せず）等から構成されている。そして、電気二重層コンデンサ１０は、例えばライト、ランプ、スタータモータ等の電気的負荷１２に接続されている。
【００２７】
通常、乗用車等で使用される１２Ｖの電圧値を有する鉛蓄電池１４は、常閉接点を有するリレースイッチ１６を介して電気二重層コンデンサ１０に接続されると共に、この電気二重層コンデンサ１０との接続点を介して電気的負荷１２及び発電機１８に接続されている。そして、電気二重層コンデンサ１０と鉛蓄電池１４とを電気的に接続あるいは遮断するリレースイッチ１６は、後述の制御装置２６によってコイル５４をオンオフ動作させることにより制御されるようになっている。
【００２８】
発電機１８は、エンジンの回転によって発電を行うもので、発電電圧値の設定を行うためのＩＣレギュレータを含んだ電圧設定回路（図示せず）を備えており、「発電停止」、「通常の電圧値での発電（ 通常電圧発電） 」、「通常電圧値よりも高い電圧値での発電（ 高電圧発電） 」の３モードで動作可能となっている。発電機１８の出力端子は、電気二重層コンデンサ１０及び電気的負荷１２に接続されている。そして、この発電機１８は、制御装置２６からの制御信号によって発電及び発電停止が制御されるもので、発電した電力は第１に電気二重層コンデンサ１０の充電に用いられ、余剰電力が生じたときには電気的負荷１２及び鉛蓄電池１４に供給される。
【００２９】
電気的負荷の一種であるブレーキランプ２０は、電気二重層コンデンサ１０に接続されており、ブレーキペダルの操作によって常開接点のブレーキスイッチ２２が閉じると、電流が流れて点灯するようになっている。そして、ブレーキランプ２０とブレーキスイッチ２２との間にはブレーキ作動状態を検出するための電圧検出点２４が設けられ、この電圧検出点２４の検出電圧はブレーキ検出信号として制御装置２６に入力されている。このブレーキ検出信号は、ブレーキスイッチ２２が開状態のときにＨレベルとなり、ブレーキスイッチ２２が閉状態のときＬレベルとなる。
【００３０】
制御装置２６は、ブレーキ検出信号、電気二重層コンデンサ１０の電圧値及び鉛蓄電池１４の電圧値に基づいて充放電制御を行うものである。すなわち、制御装置２６は、ブレーキスイッチ２２が閉じてブレーキランプ２０が点灯し、ブレーキが作動中であることを検出すると、常閉接点を有するリレースイッチ１６の接点を開いて鉛蓄電池１４を電気二重層コンデンサ１０から切り離す。また、制御装置２６は、発電機１８に高電圧発電信号を出力して発電機１８から通常の電圧値よりも高い電圧値で発電を開始させ、これにより、減速動作の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電気二重層コンデンサ１０へ蓄える。ここで、「通常の電圧値よりも高い電圧値」とは、電気的負荷１２の最大許容電圧値を意味し、例えば１５Ｖ程度の値である。これにより、電気二重層コンデンサ１０は、電気的負荷１２の最大許容電圧値の電圧によって急速に充電される。
【００３１】
一方、ブレーキの作動が解除されるとブレーキスイッチ２２が開いてブレーキランプ２０が消灯し、制御装置２６は、発電機１８に発電停止信号を出力して発電機１８の発電を停止させる。これにより、電気二重層コンデンサ１０は、減速時に充電された電力を放電して電気的負荷１２への電流供給を行う。放電が進むにつれて、電気二重層コンデンサ１０の電圧値は、電気的負荷１２の最大許容電圧値から次第に減少していく。そして、電気二重層コンデンサ１０の電圧値が鉛蓄電池１４の電圧値まで低下すると、制御装置２６は、リレースイッチ１６の接点を閉じて、鉛蓄電池１４と電気二重層コンデンサ１０を接続する。
【００３２】
また、制御装置２６は、発電機１８に通常発電信号を出力し、発電機１８から通常の電圧値で発電させる。これにより、電気二重層コンデンサ１０及び鉛蓄電池１４は、発電機１８から発電された電力によって充電される。なお、電気二重層コンデンサ１０の電圧値が鉛蓄電池１４の電圧値まで低下しないうちに再度ブレーキが作動した場合には、鉛蓄電池１４を電気二重層コンデンサ１０及び発電機１８から切り離し、電気的負荷１２の最大許容電圧値をもって電気二重層コンデンサ１０を充電する。
【００３３】
次に、図２の回路図を参照しつつ、上述した制御装置２６の具体的構成の一例を説明する。
【００３４】
まず、検出された鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢは、インピーダンスマッチングのために所定の分圧抵抗３０にバイアスされるように接続ラインが形成されている。そして、この鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢは、バッファ３２を介して差動アンプ３４の反転入力側（図中の「−」端子）に入力される。同様に、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣも、インピーダンスマッチングのために所定の分圧抵抗３６に入力され、バッファ３８を介して差動アンプ３４の非反転入力側（図中の「＋」端子）に入力される。
【００３５】
これにより、差動アンプ３４は、鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢと電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣとの差分である電圧差ΔＶ（＝ＶＣ−ＶＢ）を出力し、この電圧差ΔＶはコンパレータ４０の反転入力側に入力される。そして、コンパレータ４０は、この電圧差ΔＶ信号と非反転入力側に入力された分圧抵抗４２からの基準電圧とを比較する。これにより、コンパレータ４０は、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも低い場合にはＨレベルの信号を出力し、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも高い場合にはＬレベルの信号を出力する。
【００３６】
一方、電圧検出点２４（図１）で検出されたブレーキ検出信号は、コンパレータ４４の反転入力側に入力され、コンパレータ４４の非反転入力側には分圧抵抗４６からの基準電圧が入力されている。これにより、コンパレータ４４は、ブレーキスイッチ２２が閉じてブレーキ検出信号がＬレベルになると、ブレーキが作動中であるとしてＨレベルの信号を出力し、ブレーキスイッチ２２が開いてブレーキ検出信号がＨレベルになると、ブレーキの作動が停止したとしてＬレベルの信号を出力する。
【００３７】
そして、鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢと電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣとの大小を判定するコンパレータ４０の出力信号がデコーダ４８のバイナリ入力ポートＡに、ブレーキが作動しているか否かを判定するコンパレータ４４の出力信号がデコーダ４８のバイナリ入力ポートＢにそれぞれ入力される。このデコーダ４８は、ポート１からポート４までの４つの出力ポートを有しており、各コンパレータ４０，４４の信号レベルの組み合わせに応じて、下記表１に示すように、該当するポート出力をＨレベルとし、他のポート出力をＬレベルとする論理出力を行うようものである。
【００３８】
【表１】

即ち、ブレーキが作動しておらず、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも高い場合（Ａ：Ｌ、Ｂ：Ｌ）は、ポート１のみがＨレベルとなり、他のポート２〜４はＬレベルに設定される。ブレーキが作動しておらず、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも低い場合（Ａ：Ｈ、Ｂ：Ｌ）は、ポート２のみがＨレベルとなり、他のポート１、３、４はＬレベルに設定される。ブレーキが作動しており、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも高い場合は、ポート３のみがＨレベルとなり、他のポート１、２、４がＬレベルに設定される。ブレーキが作動しており、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも低い場合は、ポート４のみがＨレベルとなり、他のポート１〜３はＬレベルに設定される。
【００３９】
そして、デコーダ４８のポート１、３、４からの出力信号はＯＲ回路５０を経由してスイッチングトランジスタ５２のベースに入力され、このスイッチングトランジスタ５２のコレクタはリレースイッチ１６を駆動するコイル５４に接続されている。従って、ポート１、３、４のうちいずれかがＨレベルとなったときには、スイッチングトランジスタ５２が作動してコイル５４に電流が流れるため、リレースイッチ１６の常閉接点が開き、鉛蓄電池１４が発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０から切り離される。鉛蓄電池１４を発電機１８から切り離すことにより、発電機１８は鉛蓄電池１４の充放電電圧を考慮することなく、発電電圧を設定することが可能となる。
【００４０】
一方、前記以外のモード、つまりポート２の出力がＨレベルの場合、他のポート１、３、４の出力が全てＬレベルとなり、ＯＲ回路５０の出力はＨレベルとならないので、スイッチングトランジスタ５２は作動せず、リレースイッチ１６が閉となり鉛蓄電池１４は発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０に接続されることになる。しかし、鉛蓄電池１４の正常な充電を確実なものとするため、ポート２の出力を他のトランジスタ５６のベースに接続し、このトランジスタ５６のコレクタをスイッチングトランジスタ５２のベースに接続している。
【００４１】
これにより、デコーダ４８のポート２の出力がＨレベルになったときには、スイッチングトランジスタ５２のベース電位がＬレベルとなる。従って、リレースイッチ１６が反転せず、鉛蓄電池１４が確実に発電機１８等に接続されるため、発電機１８は鉛蓄電池１４の充電特性に応じた電圧値で発電を行うことができる。
【００４２】
他方、デコーダ４８のポート３及びポート４は、他のＯＲ回路５８を経由して抵抗６０に接続されている。また、ポート１は抵抗６２に、ポート２は抵抗６４にそれぞれ接続されている。これら各抵抗６０，６２，６４は、加算器６６の入力回路の一部を構成しており、その各抵抗値の比は１／２（抵抗６０），１／４（抵抗６４），１／８（抵抗６２）となっている。すなわち、デコーダ２８からの各ポート出力電圧をＶ０とすれば、加算器６６の出力電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖ０／２＋Ｖ０／４＋Ｖ０／８となる。
【００４３】
従って、加算器６６は、ポート３またはポート４のいずれか一方がＨレベルとなったときは、発電機１８の発電電圧値を電気的負荷１２の最大許容電圧値まで高く設定すべく、Ｖ０／２の電圧を発電機１８に出力する。また、ポート２の出力がＨレベルとなったときには、通常の電圧値で発電を行うべくＶ０／４の電圧を発電機１８に出力する。さらに、ポート１の出力がＨレベルとなったときには、発電を停止させるべく、Ｖ０／８の電圧を発電機１８に出力する。
【００４４】
これら各Ｖ０／２，Ｖ０／４，Ｖ０／８の電圧信号が発電機１８に入力されると、発電機１８は、内蔵した電圧設定回路によって高圧発電モード、通常発電モード、発電停止モードをそれぞれセットする。
【００４５】
本実施の形態では、以下の動作モードが実行される。
【００４６】
（１）高圧発電モード
ブレーキが作動して減速状態が生じた場合は、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣと鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢとの大小関係によらず、デコーダ４８のポート３またはポート４がＨレベルとなる。従って、ＯＲ回路５８の出力がＨレベルとなり、加算器６６の出力電圧ＶがＶ０／２となるため、発電機１８は電気的負荷１２の最大許容電圧値の高い電圧で発電を開始する。一方、ポート３またはポート４のいずれかがＨレベルになると、ＯＲ回路５０の出力もＨレベルとなって、スイッチングトランジスタ５２が作動する。これにより、リレースイッチ１６が開いて鉛蓄電池１４は発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０から切り離される。
【００４７】
これにより、発電機１８は、減速状態の運動エネルギーを高い電圧を有する電気エネルギーに変換し、電気二重層コンデンサ１０を急速充電する。
【００４８】
（２）発電停止モード
ブレーキの作動が解除されると共に、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢよりも高い場合には、デコーダ４８のポート１がＨレベルとなる。これにより、ＯＲ回路５０を介してスイッチングトランジスタ５２が作動し、リレースイッチ１６が開いて鉛蓄電池１４が発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０から切り離される。これと同時に、加算器６６の出力電圧ＶはＶ０／８となるため、発電機１８の発電が停止する。これにより、前記高圧発電モードで充電された電気二重層コンデンサ１０は、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣと鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢとの差分だけ電気的負荷１２へ給電を行う。従って、発電機１８が停止している間エンジン負荷が軽減され、燃費が向上する。
【００４９】
（３）通常電圧モード
ブレーキの作動は停止しているが、上記発電停止モード中の電気二重層コンデンサ１０からの放電によって、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢまで低下した場合には、デコーダ４８のポート２の出力がＨレベルとなる。これにより、ＯＲ回路５０及びトランジスタ５６によってスイッチングトランジスタ５２の作動が停止し、リレースイッチ１６が閉じて鉛蓄電池１４が発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０に接続される。また、ポート２がＨレベルとなることにより、加算器６６の出力電圧ＶはＶ０／４となって発電機１８は通常の電圧値で発電を開始する。これにより、発電機１８は、通常の電圧値をもって電気二重層コンデンサ１０と鉛蓄電池１４との双方を充電する。
【００５０】
このように構成される本実施例によれば、以下の効果を奏する。
第１に、減速時に発電機１８が回収した電気エネルギーを、電気的負荷１２の最大許容電圧値で電気二重層コンデンサ１０に急速充電する構成のため、短時間で終了する減速状態であってもその運動エネルギーを効率よく速やかに回生することができる。そして、減速終了後には、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢと一致するまで発電機１８を停止して、電気二重層コンデンサ１０から電気的負荷１２への給電を行うため、エンジン負荷を軽減して燃費を向上することができる。
【００５１】
第２に、減速時の回収エネルギーを鉛蓄電池１４ではなく電気二重層コンデンサ１０に蓄える構成のため、化学変化を伴わず物理的に電荷を蓄える電気二重層コンデンサ１０の特性を十分に利用して、急速充電、長寿命化を実現することができる。
【００５２】
第３に、電気二重層コンデンサ１０と鉛蓄電池１４とをリレースイッチ１６によって確実に分離、遮断できる構成のため、電気二重層コンデンサ１０から大電流が流れた場合等に鉛蓄電池１４の放電が深くなるのを防止できると共に、発電機１８の発生する高電圧が鉛蓄電池１４にバイアスされるのを確実に防止することができる。換言すれば、温度依存性のある鉛蓄電池１４を充放電系統から確実に切り離すことにより、発電機１８の発電電圧の制限を取り除くことができ、電気二重層コンデンサ１０に最適な電圧値で充電を行うことができる。
【００５３】
次に、図３、図４を参照して参考例について説明する。なお、本例では、上述した実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
すなわち、本例の特徴は、前記リレースイッチ１６に替えて、所定の高い抵抗値を有する抵抗７０により、鉛蓄電池１４と電気二重層コンデンサ１０とを接続している点にある。ここで、抵抗７０の抵抗値は、鉛蓄電池１４から電気二重層コンデンサ１０に流れる放電電流が必要最小限の微少な値となるように設定されている。また、鉛蓄電池１４には、その電圧値が例えば１２．５〜１３Ｖの範囲内の所定の固定電圧値ＶＢＦがバイアスされる。
【００５５】
そして、制御装置７４は、ブレーキの作動状態に応じて、発電機１８を制御するべく、例えば図４に示す構成を有している。ここで、前記第１の実施の形態では、減速時の回収基準電圧値を電気的負荷１２の最大許容電圧値（例えば１５Ｖ）とし、この高い電圧値と鉛蓄電池１４の通常の電圧値との差分をもって減速時のエネルギーを回収する構成であったが、本例では、電気二重層コンデンサ１０の回収基準電圧を鉛蓄電池１４を充電する通常の電圧値とし、この通常の電圧値と前記所定の固定電圧値ＶＢＦとの差分により減速時のエネルギーを回収する構成になっている。
【００５６】
従って、本例では、鉛蓄電池１４の電圧値をモニタする必要がなく、また、リレースイッチ１６の駆動回路も不要なため、図２に示す回路からこれら鉛蓄電池電圧値のモニタ回路等を取り除いて制御装置７４を構成している。
【００５７】
具体的には、バッファ３２の非反転入力側には、分圧抵抗７６を介して前記固定電圧値ＶＢＦが入力されている。また、デコーダ４８の出力側からはトランジスタ５２，５６等のリレースイッチ１６の駆動回路部分が除去されている。更に、本実施の形態では、鉛蓄電池１４を電気二重層コンデンサ１０の補充充電専用として利用し、鉛蓄電池１４を電気二重層コンデンサ１０から切り離す構成ではないため、通常の電圧値で発電機１８から発電させるようになっている。従って、デコーダ４８の論理は、下記の表２のように変更されている。
【００５８】
【表２】

この表２に示す如く、以下の２つの動作モードがある。
【００５９】
（１）通常発電モード
ブレーキ作動状態で、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが固定電圧値ＶＢＦよりも低い場合（Ａ：Ｈ、Ｂ：Ｈ）、ポート４の出力がＨレベルとなって、発電機１８は通常の電圧値で発電を行い、これにより電気二重層コンデンサ１０は充電される。
【００６０】
また、ブレーキ作動状態で、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが固定電圧値ＶＢＦよりも高い場合（Ａ：Ｌ、Ｂ：Ｈ）は、ポート３の出力がＨレベルとなって、通常電圧による発電が行われる。更に、ブレーキが作動していなくても、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが固定電圧値ＶＢＦよりも低い場合（Ａ：Ｈ、Ｂ：Ｌ）も、ポート２の出力がＨレベルとなって、通常電圧による発電が行われる。
【００６１】
（２）発電停止モード
ブレーキが作動しておらず、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが固定電圧値ＶＢＦよりも高い場合（Ａ：Ｌ、Ｂ：Ｌ）は、発電機１８の発電が停止する。上述した第１の実施の形態では、鉛蓄電池１４とは無関係に高電圧値で充電可能な電気二重層コンデンサ１０と温度依存性を有する鉛蓄電池１４とは、電気二重層コンデンサ１０の充電中及び放電中はリレースイッチ１６により分離されて制御されている。
【００６２】
ここで、通常、鉛蓄電池１４は、１００％の充電状態にあるときはフロート充電状態にあり、フロート充電状態でも充電電流が流れている。第１の実施の形態のように、リレースイッチ１６によって鉛蓄電池１４を発電機１８から切り離せば、フロート充電時の充電電流は流れないが、本例のように高抵抗値の抵抗７０を介して鉛蓄電池１４と発電機１８とを接続した場合には、鉛蓄電池１４を１２．５〜１３Ｖの範囲の固定電圧値ＶＢＦでバイアスし、回収基準電圧を通常の鉛蓄電池１４の充電電圧で制御する。
【００６３】
また、本例における鉛蓄電池１４は、エンジン停止中において電気二重層コンデンサ１０の自己放電分を補充充電するだけの役割を有する。従って、エンジン運転中には、高抵抗値の抵抗７０を介して鉛蓄電池１４が充電されるため、回収時の最高電圧は鉛蓄電池１４の充電電圧特性に依存する。
【００６４】
しかし、電気二重層コンデンサ１０の自己放電分の補充充電に要する電力は微少であり、電気的負荷１２が接続される電気二重層コンデンサ１０の電圧値が低くなっても、抵抗７０を介して流れる電流は僅かであるから、鉛蓄電池１４の損失を無視することができ、電気二重層コンデンサ１０をより低い電圧まで放電させることができる。また、鉛蓄電池１４は補充充電専用であるから、該鉛蓄電池１４を小型軽量に形成することができる。
【００６５】
なお、前記実施の形態では、電子回路のみで構成する場合を例示したが、これに替えて、図５、図６に示す如く、ソフトウエア制御によっても実現することができる。
【００６６】
即ち、図５は、図１に示す回路と同様の機能をマイクロコンピュータを利用して実現する場合の構成説明図である。マイクロコンピュータシステムとして構成される制御装置８０は、入力インターフェース８２、出力インターフェース８４、ＲＯＭ８６、ＲＡＭ８８、ＣＰＵ９０及びこれらを相互に接続するバス９２を備えている。ＣＰＵ９０は、ブレーキ検出信号に基づいて車両が減速状態にあるか否かを判定する減速状態判定部９０ａと、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣと鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢとを比較して判定する電圧比較部９０ｂと、これら減速状態、電圧差のパラメータに基づいて発電機１８の動作モードを設定し、発電機１８に制御信号を出力する充放電制御部９０ｃとを有している。なお、その他の構成は図１と同様である。
【００６７】
次に、図６のフローチャートを参照しつつ制御動作を説明する。まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略記する）１では、ブレーキ検出信号を読み込んで車両が減速状態に入っているか否かを判定し、減速状態であるＹＥＳの場合は、Ｓ２に移る。Ｓ２では、リレースイッチ１６を開いて鉛蓄電池１４を発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０から切り離す。Ｓ３では、発電機１８に高電圧発電信号を出力して、電気的負荷１２の最大許容電圧に等しい高い電圧値をもって発電させる。これにより、Ｓ４で、電気二重層コンデンサ１０は、減速時のエネルギーを電気エネルギーとして速やかに効率よく蓄える。
【００６８】
一方、前記Ｓ１で、ブレーキスイッチ２２が閉じておらず、減速状態にないＮＯの場合は、Ｓ５で、発電機１８に発電停止信号を出力して発電を停止させる。これにより、Ｓ６で、電気二重層コンデンサ１０は、減速時に充電された電力を放電することにより、電気的負荷１２に対して電力を供給する。
【００６９】
次に、Ｓ７では、放電によって低下していく電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣと鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢとを比較し、両者の値が一致するか否かを監視している。両電圧値ＶＣ，ＶＢが一致したＹＥＳのときは、Ｓ８に移り、リレースイッチ１６を閉じて鉛蓄電池１４を発電機１８及び電気二重層コンデンサ１０に接続する。そして、Ｓ９では、発電機１８に通常発電信号を出力して通常電圧値による発電を行わせる。
【００７０】
一方、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢまで低下しない間は、前記Ｓ７でＮＯと判定されてリターンされる。従って、電気二重層コンデンサ１０の電圧値ＶＣが鉛蓄電池１４の電圧値ＶＢに達する前に、再度ブレーキが作動して減速状態になった場合は、前記Ｓ１でＹＥＳと判定するため、Ｓ２〜Ｓ４の高電圧充電動作の制御を行う。
【００７１】
なお、前記実施の形態では、ブレーキスイッチ２２の作動状態に基づいて車両の減速状態を検出する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、車速の変化率、エンジン回転数の変化率等の他の減速状態に関連するパラメータを利用して車両の減速状態を検出する構成でもよい。
【００７２】
なお、本発明は上記実施の形態に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用減速エネルギー回生装置によれば、短時間に終了する減速状態における運動エネルギーを効率よく速やかに電気二重層コンデンサに充電し、減速状態終了後には発電機を停止させて電気二重層コンデンサから電気的負荷に電力を供給することができ、発電機が停止している間エンジン負荷が軽減され、燃費の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用減速エネルギー回生装置の回路構 成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の具体的構成の一例を示す回路 構成図である。
【図３】参考例に係る車両用減速エネルギー回生装置の回路構成図である。
【図４】参考例に係る制御装置の具体的構成の一例を示す回路構成図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例に係る構成説明図である。
【図６】変形例に係る制御処理を示すフローチャートである。
【図７】従来の車両用充放電制御の概略回路構成図である。

Claims (1)

1. 車両を減速させるときの運動エネルギーを車載発電機により電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを電気二重層コンデンサ及び鉛蓄電池を有し車載の電気的負荷に電流供給を行う電源装置に回生する車両用減速エネルギー回生装置において、
   前記車両の運転状態が減速状態か否かを検出する減速状態判定部と、
   減速状態のときに減速動作の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように前記発電機を制御する発電機制御部と、
   前記発電機と車載の電気的負荷とに接続された電気二重層コンデンサと、
   該電気二重層コンデンサにスイッチを介して並列接続された鉛蓄電池と、
   前記電気二重層コンデンサの電圧値と鉛蓄電池の電圧値とを検出する電圧検出手段と、
   前記電源装置の充電及び放電の制御を行う充放電制御部と、を備え、
   前記充放電制御部は、
   車両が減速状態にあることを検出されたときには、前記鉛蓄電池を前記電気二重層コンデンサから切り離すと共に、前記発電機の発電電圧を前記電気的負荷の最大許容電圧値に設定して前記電気二重層コンデンサを充電し、
   前記減速状態が解消したときには、前記電気二重層コンデンサの電圧値が前記電気的負荷への給電によって前記鉛蓄電池の電圧値に低下するまで前記発電機による発電を停止させ、
   前記電気二重層コンデンサの電圧値が前記鉛蓄電池の電圧値に低下したときには、前記鉛蓄電池を前記電気二重層コンデンサに接続すると共に、前記発電機に通常発電を行わせることを特徴とする車両用減速エネルギー回生装置。

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