JP4396515B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置に関し、特に車両用の電源装置に関する。
従来から、車両に搭載される各種電装品に電力を供給するため、エンジンの動力で駆動されて交流電流を発生するオルタネータ（交流発電機）が用いられている（例えば特許文献１参照）。オルタネータは、発電された交流電流をダイオードで整流して直流に変換し、各電装品に供給すると共にバッテリを充電する。
特開平８−７９９１５号公報
オルタネータから電力を供給される各電装品の電気負荷は車両の運転状態などによって変動するため、オルタネータを駆動するために必要な負荷も変動する。例えば、オルタネータの駆動負荷が増大した場合、エンジン駆動力のうち車輪に伝達される駆動力が減少し、ドライバビリティが悪化する。また、そのとき、駆動力不足を感じた運転者が、駆動力不足を補うためにアクセルペダルを踏込むと燃費が悪化する。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ドライバビリティの悪化を抑制し、燃費を向上させることが可能な電源装置を提供することを目的とする。
本発明に係る電源装置は、内燃機関により駆動される発電機と所定電圧で駆動される定電圧系電気負荷とを接続する第１配線と、冷熱及び暖熱を蓄積する蓄熱器と、蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電を行うと共に、発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器と、バッテリと所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷とを接続する第２配線と、第１配線と第２配線とを接続する第３配線上に設けられ、第１配線と第２配線とを接続状態又は遮断状態とする断続手段と、熱電変換器を制御すると共に、内燃機関の運転状態、蓄熱器の蓄熱状態、及びバッテリの充電状態に基づき前記バッテリの充電可否を判断して断続手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係る電源装置によれば、車両に搭載される電気負荷が、所定電圧（例えば１２Ｖ）で駆動される定電圧系電気負荷と、所定の電圧の範囲（例えば、５Ｖ〜１６Ｖ）で駆動される可変電圧系電気負荷とに分離され、発電機と定電圧系電気負荷とが第１配線により接続され、バッテリと可変電圧系電気負荷とが第２配線により接続されると共に、断続手段を介して第１配線と第２配線とが接続される。内燃機関の運転状態、蓄熱器の蓄熱状態及びバッテリの充電状態に基づきバッテリの充電可否を判断して断続手段が制御され、第１配線と第２配線とが遮断された場合、発電機から出力された電力は定電圧系電気負荷のみに供給されるので、電気負荷が軽減されて発電機の駆動負荷変動が減少する。
一方、発電機からバッテリに充電を行うときには、第１配線と第２配線とが接続され、発電機から出力された電力はバッテリ及び可変電圧系電気負荷に供給される。ここで、断続手段の駆動判断は、発電機を駆動する内燃機関の運転状態に応じて行われるので、ドライバビリティを悪化させるような運転領域での充電を防止することができる。さらに、本電源装置によれば、可変電圧系電気負荷は所定電圧以下の低電圧で駆動され、バッテリは熱電変換器から電力供給を受けることができる。そのため、充放電制御の制御電圧範囲が拡大され、断続手段の制御自由度を増大することができる。これらの結果、内燃機関の負荷変動が抑制されるので、ドライバビリティの悪化を抑制することが可能となる。
本発明に係る電源装置は、制御手段が、蓄熱器に蓄積されている熱量、及び内燃機関の始動に必要なバッテリ充電量に応じて熱電変換器を制御することが好ましい。
この場合、蓄熱器に蓄積されている熱量と、内燃機関を始動することができるバッテリ充電量までバッテリを充電するために必要な熱量とを比較することにより使用可能な余剰熱量を求めることができる。そのため、内燃機関の始動性を確保しつつ、蓄熱器に蓄積されている熱量を有効に利用して熱電変換器からバッテリに電力を供給することが可能となる。
本発明に係る電源装置は、制御手段が、車両のイグニッションスイッチがオフされたときに熱電変換器を作動させ、内燃機関の始動に必要なバッテリ充電量までバッテリを充電することが好ましい。
このようにすれば、内燃機関の始動性を確保することができる。また、イグニッションスイッチがオンされているときの発電機によるバッテリ充電の開始充電量を下げることができるので、充放電制御の制御電圧範囲をさらに拡大することが可能となる。
本発明に係る電源装置は、車両の走行経路に関する情報を取得する走行経路情報取得手段を備え、制御手段が、走行経路情報取得手段により取得された走行経路情報に基づいて車両の走行状態を予測し、予測された走行状態を考慮して熱電変換器を制御することが好ましい。
この場合、例えば、交差点の数、道路勾配、道路曲率や渋滞の有無などの走行経路情報に基づいて、予定される走行経路を走行する場合における車両の走行状態が予測される。そのため、車両の走行状態に基づいて、バッテリ充電量や蓄熱量を効率よく管理することが可能となる。
本発明に係る電源装置は、内燃機関により駆動される発電機と所定電圧で駆動される定電圧系電気負荷とを接続する第１配線と、冷熱及び暖熱を蓄積する蓄熱器と、蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電を行うと共に、発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器と、バッテリと所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷とを接続する第２配線と、第１配線と第２配線とを接続する第３配線上に設けられ、第１配線と第２配線とを接続状態又は遮断状態とする断続手段と、熱電変換器を制御すると共に、内燃機関の運転状態、蓄熱器の蓄熱状態、及びバッテリの充電状態に基づいて断続手段を制御する制御手段と、車両の走行経路に関する情報を取得する走行経路情報取得手段と、を備え、走行経路情報取得手段が、車両を目的地まで誘導するカーナビゲーションシステムであり、制御手段が、走行経路情報取得手段により取得された走行経路情報に基づいて車両の走行状態を予測し、予測された走行状態を考慮して熱電変換器を制御すると共に、目的地と現在位置とから蓄熱器の必要蓄熱量を予測し、該必要蓄熱量をさらに考慮して熱電変換器を制御することを特徴とする。
本発明に係る電源装置によれば、車両に搭載される電気負荷が、所定電圧（例えば１２Ｖ）で駆動される定電圧系電気負荷と、所定の電圧の範囲（例えば、５Ｖ〜１６Ｖ）で駆動される可変電圧系電気負荷とに分離され、発電機と定電圧系電気負荷とが第１配線により接続され、バッテリと可変電圧系電気負荷とが第２配線により接続されると共に、断続手段を介して第１配線と第２配線とが接続される。内燃機関の運転状態、蓄熱器の蓄熱状態及びバッテリの充電状態に基づいて断続手段が制御され、第１配線と第２配線とが遮断された場合、発電機から出力された電力は定電圧系電気負荷のみに供給されるので、電気負荷が軽減されて発電機の駆動負荷変動が減少する。
一方、発電機からバッテリに充電を行うときには、第１配線と第２配線とが接続され、発電機から出力された電力はバッテリ及び可変電圧系電気負荷に供給される。ここで、断続手段の駆動判断は、発電機を駆動する内燃機関の運転状態に応じて行われるので、ドライバビリティを悪化させるような運転領域での充電を防止することができる。さらに、本電源装置によれば、可変電圧系電気負荷は所定電圧以下の低電圧で駆動され、バッテリは熱電変換器から電力供給を受けることができる。そのため、充放電制御の制御電圧範囲が拡大され、断続手段の制御自由度を増大することができる。これらの結果、内燃機関の負荷変動が抑制されるので、ドライバビリティの悪化を抑制することが可能となる。
そして、この場合、目的地と現在位置との位置関係から、目的地へ到着するまでに必要とされる蓄熱量が予測されるので、蓄熱器の蓄熱量と予測された必要蓄熱量とを比較し、余剰蓄熱量をバッテリへの電力供給に振り分けることができる。そのため、必要蓄熱量を確保しつつ、蓄熱器に蓄積されている熱量を有効に利用して熱電変換器からバッテリに電力を供給することが可能となる。
本発明に係る電源装置は、内燃機関により駆動される発電機と所定電圧で駆動される定電圧系電気負荷とを接続する第１配線と、冷熱及び暖熱を蓄積する蓄熱器と、蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電を行うと共に、発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器と、バッテリと所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷とを接続する第２配線と、第１配線と第２配線とを接続する第３配線上に設けられ、第１配線と第２配線とを接続状態又は遮断状態とする断続手段と、熱電変換器を制御すると共に、内燃機関の運転状態、蓄熱器の蓄熱状態、及びバッテリの充電状態に基づいて断続手段を制御する制御手段と、車両の走行経路に関する情報を取得する走行経路情報取得手段と、車両環境に関する情報を取得する環境情報取得手段と、を備え、制御手段が、走行経路情報取得手段により取得された走行経路情報に基づいて車両の走行状態を予測し、予測された走行状態を考慮して熱電変換器を制御すると共に、環境情報取得手段により取得された車両環境に基づいて車両で必要とされる熱量を予測し、該必要熱量をさらに考慮して熱電変換器を制御することを特徴とする。
本発明に係る電源装置によれば、車両に搭載される電気負荷が、所定電圧（例えば１２Ｖ）で駆動される定電圧系電気負荷と、所定の電圧の範囲（例えば、５Ｖ〜１６Ｖ）で駆動される可変電圧系電気負荷とに分離され、発電機と定電圧系電気負荷とが第１配線により接続され、バッテリと可変電圧系電気負荷とが第２配線により接続されると共に、断続手段を介して第１配線と第２配線とが接続される。内燃機関の運転状態、蓄熱器の蓄熱状態及びバッテリの充電状態に基づいて断続手段が制御され、第１配線と第２配線とが遮断された場合、発電機から出力された電力は定電圧系電気負荷のみに供給されるので、電気負荷が軽減されて発電機の駆動負荷変動が減少する。
一方、発電機からバッテリに充電を行うときには、第１配線と第２配線とが接続され、発電機から出力された電力はバッテリ及び可変電圧系電気負荷に供給される。ここで、断続手段の駆動判断は、発電機を駆動する内燃機関の運転状態に応じて行われるので、ドライバビリティを悪化させるような運転領域での充電を防止することができる。さらに、本電源装置によれば、可変電圧系電気負荷は所定電圧以下の低電圧で駆動され、バッテリは熱電変換器から電力供給を受けることができる。そのため、充放電制御の制御電圧範囲が拡大され、断続手段の制御自由度を増大することができる。これらの結果、内燃機関の負荷変動が抑制されるので、ドライバビリティの悪化を抑制することが可能となる。
そして、この場合、例えば、車内温度、車内湿度、外気温度やエアコン設定温度などの車両環境情報に基づいて、車両で必要とされる熱量が予測される。蓄熱器の蓄熱量と予測された必要熱量とを比較し、余剰蓄熱量をバッテリへの電力供給に振り分けることができる。そのため、車両で必要な熱量を確保しつつ、蓄熱器に蓄積されている熱量を有効に利用して熱電変換器からバッテリに電力を供給することが可能となる。
本発明によれば、車両に搭載される電気負荷を、発電機から出力された電力が供給される定電圧系電気負荷とバッテリから出力された電力が供給される可変電圧系電気負荷とに分離すると共に、蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器を備えた構成とすることにより、ドライバビリティの悪化を抑制し、燃費を向上させることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。
まず、図１を用いて、実施形態に係る電源装置１の構成について説明する。図１は、車両に搭載された電源装置１の全体構成を示すブロック図である。
車両を駆動する駆動力は、内燃機関であるエンジン１０によって生成される。エンジン１０自体は公知の一般的なエンジンである。エンジン１０の出力は、トランスミッションやデファレンシャルギヤなどを介して駆動輪に伝達され、車両を駆動する。また、エンジン１０の出力の一部を利用して駆動されるオルタネータ（発電機）１１及びエアコンコンプレッサ１２が、エンジン１０に付随して設けられている。
オルタネータ１１は、交流発電機で、発電した交流電流を整流して直流電流化する整流器と出力電圧を調整するＩＣレギュレータを内蔵しており、直流電力を出力する。オルタネータ１１は、充放電制御用電子制御装置（以下「充放電ＥＣＵ」という）３０に接続されており、その励起電流が調節されることで発電量が可変制御される。
オルタネータ１１には、第１配線１３を通して例えば１２Ｖなどの定電圧で駆動される定電圧系電気負荷１４が接続されている。定電圧系電気負荷１４は、所定電圧を外れるとその影響がドライバに知覚できる機能の変化として現われるもので、所定電圧を外れると明るさが変わるライト、駆動速度が変わってしまうワイパー等が相当する。
一方、車両に搭載されたバッテリ１５には、第２配線１６を通して、所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷１７が接続されている。可変電圧系電気負荷１７としては、例えば、各種電子制御装置（ＥＣＵ）やセンサ類が挙げられる。これらの負荷はそれぞれ例えば５Ｖ〜１６Ｖ、８Ｖ〜１６Ｖで動作が保証されるように設計されているもので、電圧が変ったとしても機能的な変化が発生しないものである。また、バッテリ１５には、バッテリ１５の充放電電流を検出する電流センサ、バッテリ電圧を検出する電圧センサ、及びバッテリ温度を検出する温度センサが取り付けられている。これらの電流センサ、電圧センサ及び温度センサは、充放電ＥＣＵ３０に接続されており、検出した信号を充放電ＥＣＵ３０に出力する。
上記第１配線１３と第２配線１６は、配線を断続するリレー１８を介して第３配線１９により接続されている。リレー１８は、充放電ＥＣＵ３０に接続されており、充放電ＥＣＵ３０の制御信号によって駆動される。リレー１８がオン／オフされることにより、第１配線１３と第２配線１６とが断続される。即ち、リレー１８は断続手段として機能する。
リレー１８がオフされた場合、第１配線１３と第２配線１６との接続が断たれる。このとき、オルタネータ１１で発電された電力が、第１配線１３を通して定電圧系電気負荷１４に供給され、バッテリ１５から出力された電力が、第２配線１６を通して可変電圧系電気負荷１７に供給される。一方、リレー１８がオンされた場合、第１配線と第２配線とが第３配線及びリレー１８を介して接続される。このとき、オルタネータ１１で発電された電力が、可変電圧系電気負荷１７及びバッテリ１５に供給され、バッテリ１５が充電される。
また、バッテリ１５には、熱電素子を用いて熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する熱電変換器２０が接続されている。熱電変換器２０によって発電された電力はバッテリ１５に供給され、バッテリ１５が充電される。熱電変換器２０は、複数の熱電素子からなり、各熱電素子の一方の端子には蓄熱器２１の蓄暖部２２から暖熱が供給され、他方の端子には蓄熱器２１の蓄冷部２３から冷熱が供給されるように構成されている。熱電素子の一方の端子が過熱され、他方の端子が冷却されることにより、熱電素子の両端に温度差が生じ、この温度差に応じてゼーベック効果により起電力が発生する。熱電変換器２０の発電量は、充放電ＥＣＵ３０により調節される。
蓄熱器２１は、暖熱を蓄積する蓄暖部２２、及び冷熱を蓄積する蓄冷部２３を備えて構成されている。蓄暖部２２には、エンジン１０の冷却水が循環されており、エンジン冷却水の熱で蓄暖部２２内部の蓄暖材を加熱することにより暖熱を蓄える。一方、蓄冷部２３では、エアコンコンプレッサ１２で圧縮されコンデンサで液化された冷媒が気化され、気化する際の気化熱で蓄冷部２３内部の蓄冷材を冷却することにより冷熱を蓄える。蓄熱器２１の蓄暖部２２及び蓄冷部２３それぞれには温度センサが取り付けられている。これら温度センサは、充放電ＥＣＵ３０に接続されており、検出した信号を充放電ＥＣＵ３０に出力する。上述したように、蓄熱器２１に蓄積されている暖熱及び冷熱は、熱電変換器２０に供給される。また、蓄熱器２１に蓄積されている暖熱及び冷熱は、エアコンディショナ２４により車室内の空調に利用される。
充放電ＥＣＵ３０は、上述したように、エンジン１０の運転状態、蓄熱器２１の蓄熱状態やバッテリ１５の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じてリレー１８を駆動すると共に、バッテリ１５の充電状態、及び蓄熱器２１の蓄熱状態などに応じて熱電変換器２０を制御する。即ち、充放電ＥＣＵ３０は、制御手段として機能する。また、充放電ＥＣＵ３０には、イグニッションスイッチ２５も接続されており、車両の電源状態が充放電ＥＣＵ３０により監視される。
エアコンディショナ用電子制御装置（以下「エアコンＥＣＵ」という）３３は、エアコンコンプレッサ１２の冷媒吐出量（コンプレッサ容量）を可変制御することなどにより車室内の空調を制御する。エアコンＥＣＵ３３には、車両外部の温度を検出する外気温センサ、車室内の温度を検出する車室内温度センサや操作パネルが接続されている。操作パネルによって、設定温度や送風モード、風量などが設定される。即ち、エアコンＥＣＵ３３は、外気温度、車室内温度や設定温度などの車両環境情報を取得する環境情報取得手段として機能する。
エンジン制御用電子制御装置（以下「ＦＩ ＥＣＵ」という）３１は、エンジン１０の運転状態に応じて吸入空気量、燃料噴射量及び点火時期などを調節することにより、エンジン１０の運転を統合的に制御する。
充放電ＥＣＵ３０、ＦＩ ＥＣＵ３１、及びエアコンＥＣＵ３３それぞれは、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及びバッテリ１５によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等を有して構成されている。
充放電ＥＣＵ３０、ＦＩ ＥＣＵ３１、及びエアコンＥＣＵ３３は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線４０で接続されており、相互にデータの交換が可能となるように構成されている。通信回線４０を介して、エンジン負荷やトランスミッションのシフトポジションなどの情報がＦＩ ＥＣＵ３１から充放電ＥＣＵ３０に送信される。また、外気温度や車室内温度などの車両環境情報がエアコンＥＣＵから充放電ＥＣＵ３０に送信される。
充放電ＥＣＵ３０は、車両を目的地まで誘導するカーナビゲーションシステム３２とも通信回線４０を介して接続されている。カーナビゲーションシステム３２は、交差点の配置、道路勾配や道路曲率などの道路・地形情報、及びその他の情報（例えば施設情報）などを記憶したハードディスクやＤＶＤディスクなどの記憶媒体を内蔵している。また、カーナビゲーションシステム３２は、通信機能を備えており、気象（天候）情報や渋滞情報などを車両外部から取得することもできる。なお、通信機能によって、上述した道路・地形情報などを取得してもよい。
カーナビゲーションシステム３２では、目的地が設定された場合、推奨経路と共にこの経路の全区間にわたる交差点の配置、道路勾配、道路曲率や渋滞情報などの走行経路情報が取得される。即ち、カーナビゲーションシステム３２は、走行経路情報を取得する走行経路情報取得手段として機能する。なお、車両の自車位置は、ＧＰＳやジャイロなどを用いて検出される。カーナビゲーションシステム３２は、通信回線４０を介して、取得した走行経路情報及び自車位置を充放電ＥＣＵ３０に送信する。
次に、図２〜図５を参照して電源装置１の動作について説明する。まず、図２を参照して電源装置１による熱電変換器制御について説明する。図２は電源装置１による熱電変換器制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、充放電ＥＣＵ３０によって行われるものであり、車両の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。
ステップＳ１００では、カーナビゲーションシステム３２から、目的地、現在位置（自車位置）、設定された走行経路に関する交差点の配置、道路勾配、道路曲率及び渋滞情報などの走行経路情報が読み込まれる。続くステップＳ１０２では、エアコンＥＣＵ３３から、外気温度、車室内温度やエアコンディショナ２４の設定温度などの車両環境情報が読み込まれる。
次に、ステップＳ１０４では、ステップＳ１００，Ｓ１０２で読み込まれた走行経路情報及び車両環境情報に基づいて、目的地に到着するまでに必要な熱量が推定される。このとき、エンジン１０の再始動に要求されるバッテリ充電量までバッテリ１５を充電するために必要とされる熱量も考慮される。一方、ステップＳ１０６では、蓄冷材及び蓄暖材それぞれの温度や体積などに基づいて蓄熱器２１に蓄積されている熱量が求められる。
続くステップＳ１０８では、ステップＳ１０４で推定された必要熱量と、ステップＳ１０６で求められた蓄熱量とが比較され、余剰熱量があるか否かについての判断が行われる。ここで、必要熱量が蓄熱量よりも大きい場合、即ち余剰な熱量がない場合には、一旦本処理から抜ける。一方、蓄熱量が必要熱量よりも大きいとき、即ち余剰な熱量が蓄積されているときには、ステップＳ１１０に処理が移行する。
ステップＳ１１０では、ＦＩ ＥＣＵ３１からエンジン負荷が読み込まれる。また、続くステップＳ１１２では、ＦＩ ＥＣＵ３１からトランスミッションのシフトポジションが読み込まれる。
次に、ステップＳ１１４では、ステップＳ１００で読み込まれた道路勾配などの走行経路情報、ステップＳ１１０，Ｓ１１２で読み込まれたエンジン負荷やシフトポジションなどの情報に基づいて、シフトダウンされる可能性があるか否かについての判断が行われる。ここで、シフトダウンされる可能性があると判断された場合には、ステップＳ１１８に処理が移行する。一方、シフトダウンされる可能性がないと判断されたときには、ステップＳ１１６に処理が移行する。
ステップＳ１１６では、道路勾配、道路曲率及び渋滞情報などの走行経路情報及びエンジン諸元などの情報に基づいて、目的地に到着するまでに高負荷運転領域が存在するか否かについての判断が行われる。ここで、高負荷運転領域があると判断された場合には、ステップＳ１１８に処理が移行する。一方、高負荷運転領域がないと判断された場合には、本処理から一旦抜ける。
ステップＳ１１８では、オルタネータ１１の発電量（又は第１配線１３の電圧値、電流値）、バッテリ１５の充放電量及び熱電変換器の発電量（又は第２配線１６の電圧値、電流値）などから、定電圧系電気負荷１４及び可変電圧系電気負荷１７の電気負荷量が求められる。続くステップＳ１２０では、ステップＳ１１８で求められた電気負荷量に応じて必要電力量が算出される。
続いて、ステップＳ１２２では、ステップＳ１２０で求められた必要電力量に応じて、蓄熱器２１から冷熱及び暖熱が熱電変換器２０に供給され、熱電変換器２０で発電が行われる。
次に、図３を参照して、イグニッションスイッチがオフされたときの熱電変換器制御について説明する。図３はイグニッションオフ時の熱電変換器制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、充放電ＥＣＵ３０によって行われるものであり、車両の電源がオフされた後に実行される。
ステップＳ２００では、イグニッションスイッチ２５がオフされたか否かについての判断が行われる。ここで、イグニッションスイッチ２５がオフされた場合には、ステップＳ２０２に処理が移行する。一方、イグニッションスイッチ２５がオフされていないときには、本処理から一旦抜け、上述した熱電変換器制御が実行される。
ステップＳ２０２では、熱電変換器２０が駆動され、蓄熱器２１に蓄積されている熱量がすべて電力に変換されてバッテリ１５が充電される。これにより、エンジン１０の再始動性が確保される。
次に、図４を参照して、イグニッションスイッチがオフされたときの他の熱電変換器制御について説明する。図４はイグニッションオフ時の熱電変換器制御の他の処理手順を示すフローチャートである。この処理も、充放電ＥＣＵ３０によって行われるものであり、車両の電源がオフされた後に実行される。
ステップＳ３００では、カーナビゲーションシステム３２から、目的地、現在位置（自車位置）が読み込まれる。続くステップＳ３０２では、イグニッションスイッチ２５がオフされたか否かについての判断が行われる。ここで、イグニッションスイッチ２５がオフされた場合には、ステップＳ３０４に処理が移行する。一方、イグニッションスイッチ２５がオフされていないときには、本処理から一旦抜け、上述した熱電変換器制御が実行される。
ステップＳ３０４では、ステップＳ３００で読み込まれた目的地と現在位置とが比較され、目的地に到着したか否かについての判断が行われる。ここで、目的地に到着したと判断された場合には、ステップＳ３０６に処理が移行する。一方、まだ目的地に到着していないと判断されたときには、ステップＳ３０８に処理が移行する。
ステップＳ３０６では、熱電変換器２０が駆動されてバッテリ１５が充電される。この場合、既に目的地に到着しているので、蓄熱器２１に蓄積されている熱量がすべて電力に変換されてバッテリ１５が充電される。その後、本処理が終了される。
ステップＳ３０８では、エンジン１０の再始動に必要なバッテリ充電量に基づいて、バッテリ１５の充電時間が求められる。そして、続くステップＳ３１０において、求められた充電時間が経過するまで蓄熱器２１から冷熱及び暖熱が熱電変換器２０に供給され、熱電変換器２０で発電が行われる。そして、バッテリ１５が再始動可能な充電量まで充電される。その後、本処理が終了される。
次に、図５を参照して電源装置１による充電制御について説明する。図５は電源装置１による充電制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、充放電ＥＣＵ３０によって行われるものであり、車両の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。
ステップＳ４００では、ＦＩ ＥＣＵ３１からエンジン負荷などのエンジン運転状態が読み込まれる。次にステップＳ４０２では、ステップＳ４００で読み込まれたエンジン負荷などに基づいて、ドライバビリティを悪化させることなく充電を行うことができる運転状態であるか否かについての判断が行われる。ここで、ドライバビリティを悪化させることなく充電を行うことができる運転状態であると判断された場合には、ステップＳ４０４に処理が移行する。一方、ドライバビリティを悪化させることなく充電を行うことができない運転状態であると判断されたときには、本処理から一旦抜ける。
ステップＳ４０４では、蓄冷材及び蓄暖材それぞれの温度や体積などに基づいて蓄熱器２１に蓄積されている熱量が求められる。
続くステップＳ４０６では、ステップＳ４０４で求められた蓄熱器２１に蓄積されている蓄熱量、及び蓄暖部２２の温度と蓄冷部２３の温度との温度差に基づいて、オルタネータ１１による充電開始バッテリ電圧（又はバッテリ充電量）が設定される。具体的には、充放電ＥＣＵ３０のＲＯＭには、蓄熱器２１に蓄積されている熱量と、蓄暖部２２の温度と蓄冷部２３の温度との温度差と、充電開始バッテリ電圧との関係を定めたマップ（充電開始バッテリ電圧マップ）が記憶されている。そして、蓄熱量と温度差により充電開始バッテリ電圧マップが検索され充電開始バッテリ電圧が求められる。
図６に示されるように、充電開始バッテリ電圧マップは、蓄熱器２１の蓄熱量が多くなるに従い充電開始バッテリ電圧が低くなるように設定されている。また、蓄暖部２２の温度と蓄冷部２３の温度との温度差が大きくなるほど充電開始バッテリ電圧が低くなるように設定されている。そのため、図８に示されるように、蓄熱器２１の蓄熱量が多くなるほど、充放電制御における制御電圧範囲が拡大され、制御周期が長くなる。
続いて、ステップＳ４０８では、バッテリ１５の電圧が、ステップＳ４０６で設定された充電開始バッテリ電圧より低いか否かについての判断が行われる。ここで、バッテリ１５電圧が充電開始バッテリ電圧より低い場合には、ステップＳ４１０に処理が移行する。一方、バッテリ１５電圧が充電開始バッテリ電圧以上のときには、本処理から一旦抜ける。
ステップＳ４１０では、バッテリ１５の充放電量及び熱電変換器の発電量（又は第２配線１６における電圧値、電流値）などから、可変電圧系電気負荷１７の電気負荷量が求められる。
続いて、ステップＳ４１２では、ステップＳ４１０で求められた可変電圧系電気負荷１７の電気負荷量、及びエンジン負荷に基づいて、バッテリ１５の目標充電量が設定される。具体的には、充放電ＥＣＵ３０のＲＯＭには、可変電圧系電気負荷１７の電気負荷量と、エンジン負荷と、バッテリ１５の目標充電量との関係を定めたマップ（目標充電量マップ）が記憶されている。そして、電気負荷量とエンジン負荷により目標充電量が検索され目標充電量が求められる。
図７に示されるように、目標充電量マップは、可変電圧系電気負荷１７の電気負荷量が多くなるに従い目標充電量が多くなるように設定されている。また、エンジン負荷が軽くなるほど目標充電量が多くなるように設定されている。
続くステップＳ４１４では、ステップＳ４１２で設定されたバッテリ１５の目標充電量に応じて、リレー１８がオンされる。その結果、オルタネータ１１で発電された電力が、リレー１８を介してバッテリ１５に供給され、バッテリ１５が充電される。
このように、電源装置１によれば、車両に搭載される電気負荷が、１２Ｖで駆動される定電圧系電気負荷１４と、例えば５Ｖ〜１６Ｖで駆動される可変電圧系電気負荷１７とに分離され、オルタネータ１１と定電圧系電気負荷１４とが第１配線１３により接続され、バッテリ１５と可変電圧系電気負荷１７とが第２配線１６により接続されると共に、リレー１８を介して第１配線１３と第２配線１６とが接続される。エンジン１０の運転状態、蓄熱器２１の蓄熱状態及びバッテリ１５の充電状態に基づいてリレー１８が制御され、第１配線１３と第２配線１６とが遮断された場合、オルタネータ１１から出力された電力は定電圧系電気負荷１４のみに供給されるので、オルタネータ１１に接続されている電気負荷が軽減されてオルタネータ１１の駆動負荷変動が減少する。
例えば、高速道路等の走行では、エンジン１０から発生する熱量が大きくなり蓄熱器２１に蓄積される熱量が増大する状況が考えられる。このような状況では、熱電変換器２０は１２Ｖ以上の電圧を発生させ、この電力を可変電圧系電気負荷１７に供給することができる。このような状況でもオルタネータ１１の電力は定電圧系電気負荷１４のみに供給されるので、オルタネータ１１の駆動負荷変動が減少する。
一方、オルタネータ１１からバッテリ１５に充電を行うときには、第１配線１３と第２配線１６とが接続され、オルタネータ１１から出力された電力はバッテリ１５及び可変電圧系電気負荷１７に供給される。ここで、リレー１８の駆動判断は、オルタネータ１１を駆動するエンジン１０の運転状態などに応じて行われるので、ドライバビリティを悪化させるような運転領域での充電を防止することができる。さらに、本電源装置１によれば、バッテリ１５から電力が供給される可変電圧系電気負荷１７は１２Ｖ以下の低電圧でも駆動可能であり、バッテリ１５は熱電変換器２０からも電力供給を受けることができる。そのため、充放電制御の制御電圧範囲が拡大され、リレー１８の制御自由度を増大することができる。これらの結果、エンジン１０の負荷変動が抑制されるので、ドライバビリティの悪化を抑制し、燃費を向上させることが可能となる。
電源装置１によれば、目的地と現在位置との位置関係、道路勾配や渋滞の有無などの走行経路情報、及び車内温度やエアコン設定温度などの車両環境情報に基づいて、目的地へ到着するまでに必要とされる熱量が予測される。そして、この予想必要熱量に加えて、エンジン１０を始動することができるバッテリ充電量までバッテリ１５を充電するために必要な熱量を考慮して熱電変換器２０が制御される。そのため、必要熱量を確保しつつ、蓄熱器２１に蓄積されている熱量を効率よく利用して熱電変換器２０からバッテリ１５に電力を供給することが可能となる。
また、電源装置１によれば、イグニッションスイッチ２５がオフされた後に、蓄熱器２１の残留熱量を用いてバッテリ１５が充電されるので、エンジン１０の再始動性を確保することができる。一方、残留熱量に応じてエンジン稼動時におけるバッテリ１５の充電開始電圧を下げることができるので、充放電制御の制御電圧範囲をさらに拡大することが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１配線１３と第２配線１６とを断続するためにリレーを用いたが、リレーに代えてパワーＭＯＳ ＦＥＴなどのスイッチング素子を用いてもよい。
また、エアコンコンプレッサ１２は、エンジン１０からの駆動力に加えて、車輪からの動力により駆動（回生）される構成としてもよい。このようにすれば、制動エネルギーをエアコンコンプレッサ１２で回生することにより、さらに燃費を向上させることが可能となる。
また、上記実施形態では、エンジン冷却水の熱で蓄暖部２２内部の蓄暖材を加熱することにより暖熱を蓄えたが、エンジン冷却水に代え、又はエンジン冷却水に加えて、エンジン１０の排気熱やその他の排熱を蓄熱する構成としてもよい。
さらに、各ＥＣＵの構成、機能分担、及び通信回線４０を用いた接続形態などは、上記実施形態に限定されるものではない。
実施形態に係る電源装置の全体構成を示すブロック図である。 電源装置による熱電変換器制御の処理手順を示すフローチャートである。 イグニッションオフ時の熱電変換器制御の処理手順を示すフローチャートである。 イグニッションオフ時の熱電変換器制御の処理手順を示すフローチャートである。 電源装置による充電制御の処理手順を示すフローチャートである。 充電開始バッテリ電圧マップの一例を示す図である。 目標充電量マップの一例を示す図である。 充放電制御中のバッテリの充電状態の変化を示す図である。
符号の説明
１…電源装置、１０…エンジン、１１…オルタネータ、１３…第１配線、１４…定電圧系電気負荷、１５…バッテリ、１６…第２配線、１７…可変電圧系電気負荷、１８…リレー、１９…第３配線、２０…熱電変換器、２１…蓄熱器、２２…蓄暖部、２３…蓄冷部、２５…イグニッションスイッチ、３０…充放電ＥＣＵ、３１…ＦＩ ＥＣＵ、３２…ナビゲーションシステム、３３…エアコンＥＣＵ。

Claims (6)

  1. 内燃機関により駆動される発電機と所定電圧で駆動される定電圧系電気負荷とを接続する第１配線と、
    冷熱及び暖熱を蓄積する蓄熱器と、
    前記蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電を行うと共に、発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器と、
    前記バッテリと所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷とを接続する第２配線と、
    前記第１配線と前記第２配線とを接続する第３配線上に設けられ、前記第１配線と前記第２配線とを接続状態又は遮断状態とする断続手段と、
    前記熱電変換器を制御すると共に、前記内燃機関の運転状態、前記蓄熱器の蓄熱状態、及び前記バッテリの充電状態に基づき前記バッテリの充電可否を判断して前記断続手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記制御手段は、前記蓄熱器に蓄積されている熱量、及び前記内燃機関の始動に必要なバッテリ充電量に応じて前記熱電変換器を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記制御手段は、車両のイグニッションスイッチがオフされたときに前記熱電変換器を作動させ、前記内燃機関の始動に必要なバッテリ充電量まで前記バッテリを充電することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
  4. 車両の走行経路に関する情報を取得する走行経路情報取得手段を備え、
    前記制御手段は、前記走行経路情報取得手段により取得された走行経路情報に基づいて前記車両の走行状態を予測し、予測された走行状態を考慮して前記熱電変換器を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
  5. 内燃機関により駆動される発電機と所定電圧で駆動される定電圧系電気負荷とを接続する第１配線と、
    冷熱及び暖熱を蓄積する蓄熱器と、
    前記蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電を行うと共に、発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器と、
    前記バッテリと所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷とを接続する第２配線と、
    前記第１配線と前記第２配線とを接続する第３配線上に設けられ、前記第１配線と前記第２配線とを接続状態又は遮断状態とする断続手段と、
    前記熱電変換器を制御すると共に、前記内燃機関の運転状態、前記蓄熱器の蓄熱状態、及び前記バッテリの充電状態に基づいて前記断続手段を制御する制御手段と、
    車両の走行経路に関する情報を取得する走行経路情報取得手段と、を備え、
    前記走行経路情報取得手段は、前記車両を目的地まで誘導するカーナビゲーションシステムであり、
    前記制御手段は、前記走行経路情報取得手段により取得された走行経路情報に基づいて前記車両の走行状態を予測し、予測された走行状態を考慮して前記熱電変換器を制御すると共に、前記目的地と現在位置とから前記蓄熱器の必要蓄熱量を予測し、該必要蓄熱量をさらに考慮して前記熱電変換器を制御することを特徴とする電源装置。
  6. 内燃機関により駆動される発電機と所定電圧で駆動される定電圧系電気負荷とを接続する第１配線と、
    冷熱及び暖熱を蓄積する蓄熱器と、
    前記蓄熱器に蓄積された熱を用いて発電を行うと共に、発電された電力をバッテリに供給する熱電変換器と、
    前記バッテリと所定の電圧の範囲で駆動される可変電圧系電気負荷とを接続する第２配線と、
    前記第１配線と前記第２配線とを接続する第３配線上に設けられ、前記第１配線と前記第２配線とを接続状態又は遮断状態とする断続手段と、
    前記熱電変換器を制御すると共に、前記内燃機関の運転状態、前記蓄熱器の蓄熱状態、及び前記バッテリの充電状態に基づいて前記断続手段を制御する制御手段と、
    車両の走行経路に関する情報を取得する走行経路情報取得手段と、
    車両環境に関する情報を取得する環境情報取得手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記走行経路情報取得手段により取得された走行経路情報に基づいて前記車両の走行状態を予測し、予測された走行状態を考慮して前記熱電変換器を制御すると共に、前記環境情報取得手段により取得された車両環境に基づいて前記車両で必要とされる熱量を予測し、該必要熱量をさらに考慮して前記熱電変換器を制御することを特徴とする電源装置。
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