車両用電源の制御装置

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【発明の名称】	車両用電源の制御装置
【発明者】	【氏名】杉浦雅宣【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】辻井啓【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】呉竹健【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】花田秀人【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】河合高志【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内
【要約】	【課題】回生した電力を有効に使用して車両の燃費を向上させる。【解決手段】第１の発電電源部と第２の発電電源部とを備え、これら各発電電源部から所定の電力受領部に電力を供給する車両用電源の制御装置であって、前記第１の発電電源部と第２の発電電源部とのいずれか一方の発電電源部から前記電力受領部に出力する電圧を、他方の発電電源部の出力電圧に応じて設定する電圧調整手段（ステップＳ２，Ｓ３）を備えている。したがって電力受領部に過剰に電力を供給するなどの事態が回避され、第２の発電電源部で電力を回生している場合には、その電力を有効に使用して車両の燃費を向上させることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】第１の発電電源部と第２の発電電源部とを備え、これら各発電電源部から所定の電力受領部に電力を供給する車両用電源の制御装置において、前記第１の発電電源部と第２の発電電源部とのいずれか一方の発電電源部から前記電力受領部に出力する電圧を、他方の発電電源部の出力電圧に応じて設定する電圧調整手段を備えていることを特徴とする車両用電源の制御装置。
【請求項２】前記第１の発電電源部は前記車両の推進動力装置から駆動力を受けて発電する第１の発電機を有し、かつ前記第２の発電電源部は前記推進動力装置以外の機構から駆動力を受けて発電する第２の発電機を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源の制御装置。
【請求項３】前記機構は、前記車両の車輪と前記第２の発電機との間でトルクを伝達する伝動機構であることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源の制御装置。
【請求項４】前記電力受領部は、蓄電装置もしくは蓄電装置から電力が供給される電気負荷のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用電源の制御装置。
【請求項５】前記電圧調整手段は、前記第１の発電電源部の出力電圧を前記第２の発電電源部による電圧より所定値、低電圧に設定する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用電源の制御装置。
【請求項６】前記所定値は、前記電力受領部の動作に変化を来さない小電圧値であることを特徴とする請求項５に記載の車両用電源の制御装置。
【請求項７】前記電力受領部に対して給電する発電電源部を、前記第２の発電電源部から第１の発電電源部に切り替える際に、前記第２の発電電源部の出力電圧と前記第１の発電電源部の電圧との差が、所定値以下の状態で第２の発電電源部に替えて第１の発電電源部から電力を出力させる切替手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の車両用電源の制御装置。
【請求項８】前記第１の発電機は、ベルトを介して前記車両の推進動力装置から動力を受けて発電するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の車両用電源の制御装置。
【請求項９】前記第２の発電電源部の出力電圧を維持する電圧維持手段と、第２の発電電源部の出力電圧が維持されている間に、その第２の発電電源部の出力電圧より低い電圧を出力できる動作状態に前記第１の発電電源部を動作させる立ち上げ手段とを更に備えていることを特徴とする請求項７に記載の車両用電源の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両に搭載されている電源装置に関するものであり、特に車両に搭載されている複数の電源部を制御するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両には各種の電気機器が搭載されているので、その電源として蓄電装置および発電機が設けられている。その発電機は、一般に、車両の動力源である内燃機関によって駆動している。しかしながら、最近では、排ガスの低減を主な目的として燃費の向上の要請が強く、その要請に応えるために、車両の有する運動エネルギーを回生し、その回生した電力を前記蓄電装置に充電することがおこなわれている。
【０００３】その典型的な例が、内燃機関とモータ・ジェネレータとを動力源として備えたハイブリッド車である。この種の車両では、モータ・ジェネレータによって発進することもあるので、瞬時に大きいエネルギーを出力できることが必要であり、そのためにモータ・ジェネレータの電源およびモータ・ジェネレータによる回生電力の蓄電装置として、静電気の形で電力を蓄えるキャパシタが使用されることがある。
【０００４】さらに最近では、燃費の向上を目的として、いわゆるエコラン制御の可能な車両が開発されている。このエコラン車は、車両が一時的に停止した場合にエンジンのアイドリングを強制的に止め、そのエンジン停止条件が成立しなくなった時点にエンジンを自動的にクランキングして再始動するように構成された車両である。したがって全体としてのアイドリングの時間が短くなって排ガスの排出量が削減され、同時に燃費が向上する。
【０００５】この種のエコラン車においては、エンジンの再始動を迅速におこなう必要があるので、エンジンをクランキングするためのスタータの電源として、従来のバッテリーに替えて、瞬時に大きい電力を放電できるキャパシタを採用することがあり、そのキャパシタに対して充電するための電力を発生させる回生発電機を併せて設けることもおこなわれている。
【０００６】従来知られているキャパシタは、蓄電電圧を高くすることができ、かつ多量の電力を短時間のうちに放出することができ、またその電力をバッテリーに供給してバッテリーに充電することができる。その例が、特開２０００－１５６９１９号公報に記載されている。このような制御をおこなえば、バッテリーに充電するためのオルタネータをエンジンによって駆動する必要性が低下するので、オルタネータを駆動するための燃料の消費が削減され、燃費が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のキャパシタや回生発電機を、バッテリーおよびオルタネータと併せて車両に搭載すれば、エネルギーを回生して燃費を向上させることができる。しかしながら、エネルギーを回生することができても、必ずしもその有効利用を図れていない場合が多く、改良の余地が多分にあった。
【０００８】すなわち、上記の公報に記載されているように、キャパシタからバッテリーに充電するとした場合、オルタネータによるバッテリーの充電は、満充電状態より低い充電状態で止め、キャパシタからの電力を受容できるようにしておく必要がある。しかしながら、キャパシタに供給される電力は回生したものであって、常時確実に得られる電力ではないから、バッテリーから放電する必要が生じた時点に、バッテリーの充電量が不足する可能性がある。これを避けるために、オルタネータで発電した電力によってバッテリーを常時、満充電状態とすれば、キャパシタからの電力をバッテリーで受容できなくなったり、あるいはキャパシタの出力電圧を高くすることによりバッテリーが過充電状態になったり、またバッテリーに接続されている負荷で過剰に電力を消費して無駄が生じたりする可能性がある。
【０００９】ところで、上記のように回生発電機やキャパシタを設けた車両では、オルタネータあるいはこれにバッテリーを加えた第１の電源部と、回生発電機あるいはこれにキャパシタを加えた第２の電源部との二つの電源部を有することになる。これら二つの電源部のうち、回生エネルギーを使用する後者の電源部は、燃費の向上には有効であるが、電力の安定供給の点では難点がある。したがって回生エネルギーによる上記第２の電源部を優先的に使用し、その電力では不足する場合に、内燃機関で駆動されるオルタネータによる電力あるいはこれを蓄えたバッテリーの電力を使用することが有効である。
【００１０】そのためには、電力を消費している状態でその電気負荷に対する電源を切り替えることになる。例えば、キャパシタから所定の電気負荷に給電している状態で、キャパシタの電力が低下した場合、オルタネータ側から電力を供給することになる。その場合、キャパシタ側から電力を供給している状態では、オルタネータは発電していないので、オルタネータにはトルクが殆ど掛かっていないが、電気負荷が実質的に接続されて発電を開始すると、オルタネータにトルクが掛かる。したがって、電気負荷が大きい場合には、大きいトルクが急激にオルタネータに作用するので、内燃機関とオルタネータとを連結しているベルトに滑りが生じ、それに伴って異音が発生することがある。また、ベルトの耐久性に悪影響が生じる。
【００１１】このような不都合を回避するために、オルタネータによる発電を徐々に生じさせるとすれば、キャパシタ側からの電力が遮断された際のオルタネータ側の出力電圧が低く、その結果、電気負荷の動作状態に一時的に変動を来す不都合がある。例えばライトが一時的に減光するなどのことがあり、搭乗者に違和感を与える可能性がある。
【００１２】この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車両に搭載されている複数の発電電源部の電力を有効に利用することのできる制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目的を達成するために、この発明は、複数の発電電源部の出力電圧を、相互に関連させて制御するように構成したことを特徴とするものである。より具体的には、請求項１の発明は、第１の発電電源部と第２の発電電源部とを備え、これら各発電電源部から所定の電力受領部に電力を供給する車両用電源の制御装置において、前記第１の発電電源部と第２の発電電源部とのいずれか一方の発電電源部から前記電力受領部に出力する電圧を、他方の発電電源部の出力電圧に応じて設定する電圧調整手段を備えていることを特徴とする制御装置である。
【００１４】したがって請求項１の発明では、一方の発電電源部の電力受領部に対する出力電圧が、他方の発電電源部の出力電圧に応じて設定される。一例として、一方の出力電圧が他方の出力電圧に対して低く設定される。そのため、電力受領部に過剰に電力が供給されたり、その結果、電力を無駄に消費したりすることが未然に回避される。
【００１５】また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１の発電電源部が、前記車両の推進動力装置から駆動力を受けて発電する第１の発電機を有し、かつ前記第２の発電電源部が、前記推進動力装置以外の機構から駆動力を受けて発電する第２の発電機を有していることを特徴とする制御装置である。
【００１６】したがって請求項２の発明では、第１の発電機を推進動力装置で過剰もしくは不必要に駆動する事態を抑制もしくは回避して、燃費の悪化が防止される。
【００１７】さらに、請求項３の発明は、請求項２における前記機構が、前記車両の車輪と前記第２の発電機との間でトルクを伝達する伝動機構であることを特徴とする制御装置である。
【００１８】したがって請求項３の発明では、車両の有するエネルギーが電力として回生される。そしてその回生した電力を使用する際の出力電圧が、前記第１の発電電源部の出力電圧との関係で設定されていずれかが過剰に電力を出力することが抑制もしくは回避される。
【００１９】またさらに、請求項４の発明は、上記の請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記電力受領部が蓄電装置もしくは蓄電装置から電力が供給される電気負荷のいずれかであることを特徴とする制御装置である。
【００２０】したがって請求項４の発明では、蓄電装置もしくは電気負荷に対して各発電電源部から電力を出力する場合にそれぞれの出力電圧が相対的に設定され、その結果、蓄電装置に過剰に充電したり、あるいは電気負荷が過剰に電力を消費するなどの事態が未然に抑制もしくは回避される。
【００２１】また一方、請求項５の発明は、上記の請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記電圧調整手段が、前記第１の発電電源部の出力電圧を前記第２の発電電源部の出力電圧より所定値、低電圧に設定する手段を備えていることを特徴とする制御装置である。
【００２２】したがって請求項５の発明では、第１の発電電源部の出力電圧が、第２の発電電源部による電圧に対して所定値、低く設定される。そのため、第２の発電電源部から優先的に電力が出力され、その第２の発電電源部の出力電圧が低下した場合に、第１の発電電源部から電力が出力される。
【００２３】また、請求項６の発明は、請求項５の発明における前記所定値が、前記電力受領部の動作に変化を来さない小電圧値であることを特徴とする制御装置である。
【００２４】したがって請求項６の発明では、第２の発電電源部で電力受領部に電力を供給している状態でその第２の発電電源部による電圧が低下すると、第１の発電電源部の出力電圧が相対的に高くなるので、第２の発電電源部に替わって第１の発電電源部から電力受領部に電力が供給される。すなわち電力受領部に対する電源が切り替わる。その電源の切り替わりの際の電圧の低下量はわずかであって、電力受領部の動作に変化を来さない。
【００２５】さらにまた、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明において、前記電力受領部に対して給電する発電電源部を、前記第２の発電電源部から第１の発電電源部に切り替える際に、前記第２の発電電源部の出力電圧と前記第１の発電電源部の電圧との差が、所定値以下の状態で第２の発電電源部に替えて第１の発電電源部から電力を出力させる切替手段を更に備えていることを特徴とする制御装置である。
【００２６】したがって請求項７の発明では、第２の発電電源部から電力受領部に電力を供給している状態で第２の発電電源部に替えて第１の発電電源部から電力を出力させる場合、これらの第２の発電電源部の出力電圧と第１の発電電源部の電圧との差が、所定値以下に低下した場合に、いわゆる電源の切り替えがおこなわれる。そのため、電源の切り替え時の電圧の低下が抑制され、電力受領部の動作に変化もしくは異常が生じることが抑制もしくは防止される。
【００２７】これに加えて、請求項８の発明は、請求項７の発明における前記第１の発電機が、ベルトを介して前記車両の推進動力装置から動力を受けて発電するように構成されていることを特徴とする制御装置である。
【００２８】したがって請求項８の発明では、いわゆる電源の切り替えに伴って第１の発電機での発電電力量が急増することがなく、そのために第１の発電機に掛かるトルクの増大幅が抑制されるので、ベルトの滑りやいわゆるベルト鳴きなどが生じることが抑制もしくは防止される。
【００２９】そして、請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記第２の発電電源部の出力電圧を維持する電圧維持手段と、第２の発電電源部の出力電圧が維持されている間に、その第２の発電電源部の出力電圧より低い電圧を出力できる動作状態に前記第１の発電電源部を動作させる立ち上げ手段とを更に備えていることを特徴とする制御装置である。
【００３０】したがって請求項９の発明では、いわゆる電源を切り替える場合、第２の発電電源部の出力電圧がある程度の電圧に維持されている間に、第１の発電電源部の動作状態が、その第２の発電電源部の出力電圧程度の電圧を出力できるまで立ち上げられる。その際には第１の発電電源部では発電をおこなわないので、第１の発電機に掛かるトルクが急激に増大することはない。その状態で第２の発電電源部から第１の発電電源部に切り替えて、電力受領部に対して電力が出力される。その結果、第１の発電機の動作状態を早期に高め、電源の切り替えの際の電圧の低下が抑制もしくは回避される。
【００３１】
【発明の実施の形態】つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする車両の構成について説明する。図８において、内燃機関（以下、エンジンと記す）１の出力側に変速機２が連結され、その変速機２からディファレンシャル３を介して左右の駆動輪（図示せず）にトルクを出力するようになっている。
【００３２】そのエンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼してトルクを出力する動力装置であって、その出力軸（クランクシャフト）にはベルト４を介して第１の発電機であるオルタネータ５が連結されている。このオルタネータ５は、出力電圧を任意の電圧に制御できるよう構成されている。そして、オルタネータ５で発生した電力を、鉛蓄電池などからなるバッテリー（例えば充電電圧が１２Ｖのバッテリー）６に充電するようになっている。
【００３３】このバッテリー６は、充電する場合には、それ自体が電気負荷となり、また放電する場合にはオルタネータ５と共に第１の発電電源部を構成する。したがってこのバッテリー６には、空調装置のファンや各種のライト、スタータモータ、ワイパーやシートあるいはウィンドなどを駆動する各種のモータなどの補機類（電気負荷）７が接続されている。
【００３４】一方、変速機２は、有段式の手動変速機あるいは自動変速機もしくは無段の自動変速機などの適宜の構成の変速機であり、その出力部材からディファレンシャル３に動力を伝達するようになっている。したがってこの変速機２は、エンジン１からディファレンシャル３までの動力伝達系統を遮断するニュートラル状態に設定することができる。そのニュートラル状態であっても駆動輪との間でトルクを伝達できる所定の回転部材に回生発電機８が連結されている。この回転部材を含む機構がこの発明の伝動機構に相当している。
【００３５】この回生発電機８は、強制的に回転させられることより電力を発生するように構成されており、したがってエンジン１の動力で車両が走行している際にそのエンジン１の動力の一部を回生発電機８に与えて発電をおこなうことができるのみならず、車両がその慣性力で走行している際に車両の運動エネルギーの一部を電力の形で回生するようになっている。この回生発電機８で発生した交流を図示しないインバータによって直流に変換してキャパシタ９に充電するように構成されている。
【００３６】キャパシタ９は、静電気の状態で電力を蓄える蓄電装置であり、したがって従来の鉛蓄電池などの蓄電手段に比較して迅速に多量の電力を充放電できるようになっている。そして、このキャパシタ９は、例えば０ボルトから４０ボルトの範囲の適宜の電圧で電力を蓄えることができるように構成されている。
【００３７】このキャパシタ９の放電電力を制御するためのＤＣ／ＤＣコンバータ１０が設けられている。そして、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０から前記電気負荷７に電力を選択的に供給するように構成されている。
【００３８】すなわち、回生発電機８およびキャパシタ９ならびにＤＣ／ＤＣコンバータ１０がこの発明における第２の発電電源部を構成している。したがって電気負荷７に対して複数の電源、具体的には、前述したオルタネータ５もしくはこれにバッテリー６を加えた第１の発電電源部と、上記の第２の発電電源部との二つの電源部が設けられている。
【００３９】そして、前記オルタネータ５の発電電力や出力電圧、および第２の発電電源部からの放電量や出力電圧に相当する前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０からの放電量や出力電圧を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１１が設けられている。この電子制御装置１１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、制御のためのデータとして、前記キャパシタ９の蓄電電圧やＳＯＣ、バッテリー６のＳＯＣなどが入力されている。また、この電子制御装置１１は、制御指令信号として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０やオルタネータ５を制御する信号、回生発電機８やインバータを制御する信号などを出力するように構成されている。
【００４０】上記の車両では、電気負荷７に対して複数の電源を備えていており、しかも第２の発電電源部の電圧が第１の発電電源部の電圧に対して高く、さらに第２の発電電源部は回生エネルギーによるものであって安定性が第１の発電電源部より劣る。そこで、この発明の制御装置は、電力の有効利用を図り、ひいては燃費を向上させるために、以下に述べるように各発電電源部の電力を制御する。
【００４１】図１ないし図３は、バッテリー６に充電する場合の制御例を示している。なお、バッテリー６に各種の補機類が接続されているので、バッテリー６に充電する場合には、バッテリー６とこれに接続された補機類とが電気負荷７として作用する。
【００４２】図１は目標電圧を決定するためのフローチャートであって、先ず、回生エネルギーがあるか否かが判断される（ステップＳ１）。上述した車両では、エンジン１を駆動して発電することのできるオルタネータ５を備えているので、回生発電機８による発電は、専ら減速時などに実行される。したがって回生エネルギーの有無は、車両のアクセル開度や車速などの車両の走行状態に基づいて判断することができる。
【００４３】回生エネルギーがあることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合、バッテリー６の充電目標電圧Ｖtgを、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcとして設定し、またバッテリー６の充電目標電圧Ｖtgより所定値α低い電圧（Ｖtg－α）を、オルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt として設定する（ステップＳ２）。すなわち一方の発電電源部の電圧に応じて他方の発電電源部の電圧が設定される。
【００４４】ここで、バッテリー６が前述したように１２ボルトの蓄電池であれば、その充電目標電圧Ｖtgとして１２ボルトが設定される。また、前記所定値αは、電気負荷７の動作状態が変化しない程度の小さい値であり、例えばライトの減光が生じるとしても搭乗者が認識できない程度の小さい値である。一例として０．１～０．２ボルト程度の値である。
【００４５】また一方、ステップＳ１で否定的に判断された場合、すなわち回生エネルギーがない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcが“０”とされ、またバッテリー６の充電目標電圧Ｖtgが、オルタネータ５の発電目標電圧Ｖaltとして設定される（ステップＳ３）。
【００４６】また、図２はオルタネータ５の発電電流を算出するためのフローチャートを示しており、上述したオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt と現在時点のバッテリー電圧Ｖbattとの電圧差ΔＶ1 が求められる（ステップＳ１１）。そのオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt は、回生エネルギーがある場合には、バッテリー６の充電目標電圧Ｖtgにより所定値α低い電圧であり、回生エネルギーがない場合には、バッテリー６の充電目標電圧Ｖtgである。したがってバッテリー６が満充電状態にあれば、ステップＳ１１で求められる電圧差ΔＶ1 はゼロもしくは負の値になる。
【００４７】ステップＳ１１で求められた電圧差ΔＶ1 に基づいてオルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt が算出される（ステップＳ１２）。オルタネータ５の発電電流の制御は、例えば比例積分制御（ＰＩ制御）によって実行することができ、したがって図２に示すように、比例項の係数Ｐと電圧差ΔＶ1 との積（Ｐ×ΔＶ1 ）と、積分項の係数Ｉと電圧差ΔＶ1 の累積値との積（Ｉ×ΣΔＶ1 ）との加算値として、オルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt が求められる。
【００４８】ついで、こうして求められオルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt の増加量を、予め定めた所定値ΔＩalt1に制限する（ステップＳ１３）。オルタネータ５によって発電をおこなう場合、その発電量が急激に増大することを避けるためである。
【００４９】図３は、第２の発電電源部であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流を算出するためのフローチャートであり、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcと現在時点のバッテリー電圧Ｖbattとの電圧差ΔＶ2 が求められる（ステップＳ２１）。前述したようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcは、回生エネルギーがある場合にはバッテリー６の充電目標電圧Ｖtgに設定されるので、現在時点でバッテリー６が満充電状態でなければ、電圧差ΔＶ2 が正の値になり、これに対してバッテリー６が満充電状態となっていたり、あるいは回生エネルギーがない場合には、上記の電圧差ΔＶ2 はゼロもしくは負の値となる。
【００５０】ステップＳ２１で求められた電圧差ΔＶ2 に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流制御値Ｉdcdcが算出される（ステップＳ２２）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流の制御は、例えば比例積分制御（ＰＩ制御）によって実行することができ、したがって図３に示すように、比例項の係数Ｐと電圧差ΔＶ2 との積（Ｐ×ΔＶ2 ）と、積分項の係数Ｉと電圧差ΔＶ2 の累積値との積（Ｉ×ΣΔＶ2 ）との加算値として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流制御値Ｉdcdcが求められる。
【００５１】上記の図１ないし図３による制御をおこなった場合の補機電気負荷、バッテリー電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作（ＤＣ／ＤＣ動作）、オルタネータ５の動作（オルタ動作）の変化を、図４のタイムチャートに示してある。回生エネルギーがない状態（図１のステップＳ１で否定的に判断された場合）では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcがゼロに設定されてオフ状態に制御されるので、キャパシタ９からＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して電力が出力されることはない。
【００５２】またその状態では、オルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt がバッテリー充電目標電圧Ｖtgに設定されるので、バッテリー６の電圧は満充電状態での目標電圧に維持される。したがって補機電気負荷に対してはオルタネータ５およびバッテリー６からなる第１の発電電源部から電力が供給される。
【００５３】補機電気負荷がＤＣ／ＤＣコンバータ１０の定格出力より低下している状態で回生エネルギーが発生すると（図４のｔ1 時点）、図１におけるステップＳ１で肯定的に判断される。その場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcがバッテリー充電目標電圧Ｖtgに設定され、かつオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt が、それより所定値α低い電圧に設定される。したがってバッテリー６および補機類にＤＣ／ＤＣコンバータ１０から電力が供給され、その結果、バッテリー６の電圧は満充電状態での目標電圧に維持される。また、この状態では、オルタネータ５から電力を出力することがないので、オルタネータ５はオフ状態になる。
【００５４】この状態で補機電気負荷が次第に増大し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の定格出力を超えると（図４のｔ2 時点）、バッテリー６から不足分の電力が出力される。それに伴ってバッテリー６の電圧が低下し、その電圧降下が前述した所定値αに達すると、現在時点のバッテリー６の電圧Ｖbattがオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt より低くなるので、図２に示す電圧差ΔＶ1 が生じ、その結果、その電圧差ΔＶ1 に応じたオルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt が発生する。すなわちオルタネータ５が動作して発電する。
【００５５】その後、補機電気負荷が次第に低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の定格出力以下になると（図４のｔ3 時点）、オルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt と現在時点のバッテリー６の電圧Ｖbattとの電圧差ΔＶ1 がマイナスになるので、オルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt がゼロになる。すなわちオルタネータ５がオフ状態になって発電が停止する。
【００５６】さらに、車両の走行状態が変化して、回生エネルギーがなくなると（図４のｔ4 時点）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcがゼロになり、かつオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt がバッテリー充電目標電圧Ｖtgに設定されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０がオフに制御されるとともに、オルタネータ５がオン状態に制御されて発電をおこなう。すなわち電源が第２の発電電源部から第１の発電電源部に切り替えられる。
【００５７】したがって上記の制御によれば、回生エネルギーが充分得られる場合には、オルタネータ５による発電を停止して回生エネルギーを優先して電気負荷に供給し、あるいはバッテリー６に充電する。そのため、エンジン１によってオルタネータ５を過剰に駆動して燃費が悪化することが防止されるとともに、バッテリー６の過充電や電気負荷での電力の過剰な消費が回避される。また、回生エネルギーに基づく電力に不足が生じると、バッテリー６あるいはオルタネータ５から電力が供給されるので、電気負荷７での電力の不足やその動作異常などを防止することができる。
【００５８】また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０からの電力で不足分を補う場合、バッテリー６の電圧が、電気負荷の動作に変動を生じない程度の小さい電圧αだけ低下した時点でオルタネータ５が発電を開始するので、回生エネルギーのみでは電力が不足する事態が生じても、電気負荷７の動作の変化や異常が回避される。
【００５９】上述したようにこの発明の制御装置では、いわゆる電源の切り替えがおこなわれるが、回生エネルギーがなくなってオルタネータ５で発電を開始する場合には、以下に述べるように制御される。図５および図６はその制御例を示しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧とオルタネータ５の発電目標電圧とが図５に示すように設定される。すなわち、先ず、回生エネルギーがあるか否かが判断される（ステップＳ３１）。これは、図１に示すステップＳ１と同様にして実行することができる。
【００６０】このステップＳ３１で肯定的に判断された場合には、バッテリー６の充電目標電圧Ｖtgを、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcとして設定し、またバッテリー６の充電目標電圧Ｖtgより所定値β低い電圧（Ｖtg－β）を、オルタネータ５の発電目標電圧として設定する（ステップＳ３２）。これは、前述した図１に示すステップＳ２と同様の制御である。
【００６１】これに対して車両の走行状態の変化に伴って回生エネルギーがなくなると、ステップＳ３１で否定的に判断される。その場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcを直ちにゼロとせずに、バッテリー６の充電目標電圧Ｖtgに対して所定値βだけ低い電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcとして設定し、また同時にオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt としてバッテリー６の充電目標電圧Ｖtgを設定する（ステップＳ３３）。すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcとオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt とを入れ替える。言い換えれば、これらの目標電圧を相互に反転させる。
【００６２】一方、オルタネータ５の発電電流が図６に示すようにして算出される。すなわち、図５に示す制御で決定されたオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt と現在時点のバッテリー６の電圧Ｖbattとの電圧差ΔＶ3 が求められる（ステップＳ４１）。ついで、回生エネルギーが有る状態から無い状態に変化したか否かが判断される（ステップＳ４２）。
【００６３】回生エネルギーが無くなった時点にステップＳ４２で肯定的に判断される。その場合はステップＳ４３に進んで、、その時点のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流制御値Ｉdcdcとエンジン回転数ｅｎｅとからオルタネータ５の初期励磁電流値Ｉaltinit が求められる。これは、予め定めた関数に基づいて演算して求めてもよく、あるいはマップから求めてもよい。
【００６４】そして、その初期励磁電流値Ｉaltinit が、発電制御値Ｉalt を求めるための演算式における積分項（Ｉ×ΣΔＶ3 ）の値として採用される。さらにその初期励磁電流値Ｉaltinit が発電制御値Ｉalt として採用される。そして、発電制御値Ｉalt の増加量の制限値Δlimit として予め定めた値ΔＩalt2が採用される。この制限値Δlimit は、オルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt の変化勾配を与えるものである。
【００６５】ついで、オルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt のＰＩ制御が実行される（ステップＳ４４）。これは、前述した図２に示すステップＳ１２あるいは図３に示すステップＳ２２の制御と同様の制御である。なお、回生エネルギーが無くなってオルタネータ５を電源とするべくオルタネータ５を駆動し始め、上記のステップＳ４３の制御が開始されていると、ステップＳ４２で否定的に判断される。この場合、直ちにステップＳ４４に進む。
【００６６】ステップＳ４４で算出されたオルタネータ５の発電電流制御値Ｉalt に対して、その増加量を制限する制限値Δlimit が設定される（ステップＳ４５）。これは、オルタネータ５が発電する電力の増大勾配を設定するための制御であり、併せてオルタネータ５に作用するトルクの変化勾配を制御することになる。
【００６７】ついで、オルタネータ５による発電が開始されたか否かが判断される（ステップＳ４６）。前述したように、バッテリー６の電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcより高くなることによりバッテリー６に対してオルタネータ５から電流が流れるので、その時点でオルタネータ５による発電が開始される。したがってバッテリー６の電圧ＶbattとＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcとを比較することにより、オルタネータ５の発電の開始を判断することができる。
【００６８】ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcがバッテリー６の電圧Ｖbatt以上であってオルタネータ５による発電が開始されていない場合、すなわちステップＳ４６で否定的に判断された場合に、従前の制御を継続する。これに対してオルタネータ５による発電が開始されている場合、すなわちステップＳ４６で肯定的に判断された場合、上記の制限値Δlimit として、ステップＳ４３で設定された所定値ΔＩalt2より小さい所定値ΔＩalt1が設定される（ステップＳ４７）。
【００６９】すなわち、オルタネータ５が発電を開始する以前では、その制御値Ｉalt の増加勾配を大きくして電圧を急速に高くする。その場合、オルタネータ５は発電していないのであるから、そのトルクが特に増大することがなく、いわゆるベルト鳴きが発生することはない。これに対してオルタネータ５が発電を開始した後は、その制御値Ｉalt の増加勾配およびトルクの増大勾配が緩和される。その結果、発電を開始した後であってもいわゆるベルト鳴きが防止もしくは抑制される。そして、発電を開始した時点では、オルタネータ５による電圧が既に高くなっているので、発電量の増大の遅れが抑制もしくは回避される。
【００７０】上記の図５および図６に示す制御を実行した場合のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流指令値（ＤＣ／ＤＣ指令値）、オルタネータ５の励磁指令値（オルタ励磁指令値）、バッテリー電圧、オルタネータ５のトルク（オルタトルク）の変化をタイムチャートで示すと図７のとおりである。すなわち、ｔ11時点に回生エネルギーが無くなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の目標電圧Ｖdcdcが所定値β低下させられ、また同時にオルタネータ５の発電目標電圧Ｖalt がバッテリー６の充電目標電圧Ｖtgに設定される。それに伴ってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流指令値が所定量低下させられ、かつオルタネータ５の励磁指令値が、初期値Ｉaltinit まで急激に高められる。
【００７１】その場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流指令値がある程度の値に維持されているので、バッテリー６の電圧が大きく低下することがない。また、オルタネータ５に掛かるトルクが急激に変化することがなく、そのためいわゆるベルト鳴きが回避される。
【００７２】その後、オルタネータ５が発電を開始する前の時点では、オルタネータ５の励磁指令値が大きい勾配で増大させられる。そして、オルタネータ５による発電がｔ12時点に開始され、その後はオルタネータ５の励磁指令値の増加勾配が緩和され、その状態で発電電圧が目標値になるまで励磁指令値が増大する。その間におけるバッテリー６の電圧はほぼ一定値に維持され、またオルタネータ５に掛かるトルクがゆっくり増大する。
【００７３】したがって上記のいわゆる電源の切り替え制御によれば、過渡的な電圧の低下を抑制もしくは防止することができるので、ライトの一時的な減光などの電気負荷の動作の異常もしくは変化を防止できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流指令値すなわち出力をある程度高い状態に維持している間に、オルタネータ５の励磁指令値を増大させるので、オルタネータ５が発電を開始する時点の電圧が高いことにより、この点でも過渡的な電圧の低下を抑制でき、かつオルタネータ５による発電の遅れが抑制もしくは回避できる。さらに、オルタネータ５が発電を開始する前にその電圧が高くなるように、エンジン１によって回転させるので、オルタネータ５のトルクの変化が緩和されていわゆるベルト鳴きなどの違和感の原因となる事態が発生することを防止することができる。
【００７４】ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、上記のバッテリー６あるいはこれと補機類７とが、この発明の電力受領部に相当し、また前述したステップＳ２，Ｓ３，Ｓ３２，Ｓ３３の機能的手段が、この発明の電圧調整手段に相当する。また、エンジン１がこの発明の推進動力装置に相当し、オルタネータ５がこの発明の第１の発電機に相当し、さらに回生発電機８がこの発明の第２の発電機に相当し、そしてバッテリー６がこの発明の蓄電装置に相当する。さらにまた、上述したステップＳ３３，Ｓ４３の制御によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧を維持している状態でオルタネータ５の励磁指令値を増大する手段が、この発明の切替手段に相当し、かつステップＳ４３の機能的手段が、この発明の立ち上げ手段に相当する。
【００７５】なお、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、エンジンを自動停止および自動再始動するエコラン車に限らず、エンジンとモータ・ジェネレータとを動力源としたハイブリッド車における電源の制御装置に適用することができる。したがってこの発明の第２の発電電源部は、回生発電機以外に、電動機としての機能をも備えたモータ・ジェネレータを含む構成であってよい。また、この発明は、二つの電源部についての制御装置に限らず、複数の電源部についての制御装置にも適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明によれば、一方の発電電源部の電力受領部に対する出力電圧が、他方の発電電源部の出力電圧に応じて設定されるため、電力受領部に過剰に電力が供給されたり、その結果、電力を無駄に消費したりすることを未然に回避し、その結果、回生した電力を有効に使用でき、ひいては車両の燃費の向上効果を増大させることができる。
【００７７】また、請求項２の発明によれば、第１の発電機を推進動力装置で過剰もしくは不必要に駆動する事態を抑制もしくは回避して、燃費の悪化を防止することができる。
【００７８】さらに、請求項３の発明によれば、車両の有するエネルギーを電力として回生し、その回生した電力を使用する際の出力電圧が、前記第１の発電電源部の出力電圧との関係で設定されていずれかが過剰に電力を出力することが抑制もしくは回避されるから、請求項１の発明と同様に、回生した電力を有効に使用でき、ひいては車両の燃費の向上効果を増大させることができる。
【００７９】またさらに、請求項４の発明によれば、蓄電装置もしくは電気負荷に対して各発電電源部から電力を出力する場合にそれぞれの出力電圧が相対的に設定され、その結果、蓄電装置に過剰に充電したり、あるいは電気負荷が過剰に電力を消費するなどの事態を未然に抑制もしくは回避することができる。
【００８０】また一方、請求項５の発明によれば、第１の発電電源部の出力電圧が、第２の発電電源部による電圧に対して所定値、低く設定されるため、第２の発電電源部から優先的に電力が出力され、その第２の発電電源部による電圧が低下した場合に、第１の発電電源部から電力が出力される。その結果、蓄電池を備えた車両であれば、蓄電池の過充電や他の負荷での過剰な電力の消費などの事態を防止し、ひいては車両の燃費を向上させることができる。
【００８１】また、請求項６の発明によれば、第２の発電電源部で電力受領部に電力を供給している状態でその第２の発電電源部による電圧が低下すると、第１の発電電源部の出力電圧が相対的に高くなるので、第２の発電電源部に替わって第１の発電電源部から電力受領部に電力が供給される。すなわち電力受領部に対する電源が切り替わるが、その電源の切り替わりの際の電圧の低下量はわずかであって、電力受領部の動作に変化を来さないから、電源の切り替えに伴う違和感を回避できる。
【００８２】さらにまた、請求項７の発明によれば、第２の発電電源部から電力受領部に電力を供給している状態で第２の発電電源部に替えて第１の発電電源部から電力を出力させる場合、これらの第２の発電電源部の出力電圧と第１の発電電源部で出力可能な電圧との差が、所定値以下に低下した場合に、いわゆる電源に切り替えがおこなわれるため、電源の切り替え時の電圧の低下が抑制され、電力受領部の動作に変化もしくは異常が生じることを抑制もしくは防止することができる。
【００８３】そして、請求項８の発明によれば、いわゆる電源の切り替えに伴って第１の発電機での発電電力量が急増することがなく、そのために第１の発電機に掛かるトルクの増大幅が抑制されるので、ベルトの滑りやいわゆるベルト鳴きなどが生じることを抑制もしくは防止することができる。
【００８４】またそして、請求項９の発明によれば、いわゆる電源を切り替える場合、第２の発電電源部の出力電圧がある程度の電圧に維持されている間に、第１の発電電源部の動作状態が、その第２の発電電源部の出力電圧程度の電圧を出力できるまで立ち上げられ、その際には第１の発電電源部では発電をおこなわないので、第１の発電機に掛かるトルクが急激に増大することはない。その状態で第２の発電電源部から第１の発電電源部に切り替えて、電力受領部に対して電力が出力されるから、第１の発電機の動作状態を早期に高め、電源の切り替えの際の電圧の低下を抑制もしくは回避することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
【出願日】	平成１４年１月３０日（２００２．１．３０）
【代理人】	【識別番号】１０００８３９９８【弁理士】【氏名又は名称】渡辺丈夫
【公開番号】	特開２００３－２３０２０１（Ｐ２００３－２３０２０１Ａ）
【公開日】	平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【出願番号】	特願２００２－２２２０５（Ｐ２００２－２２２０５）