車両用電源装置
【課題】蓄電部を長寿命化できる高効率な車両用電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機１３と、前記発電機１３に電気的に接続され、前記電気エネルギーを蓄える蓄電部２３と、前記蓄電部２３に電気的に接続される負荷１９と、前記負荷１９が消費する負荷電流（Ｉ）、または負荷電力（Ｐ）を検出し、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）に応じて、前記蓄電部２３に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部２３を充電するため、前記蓄電部２３に電気的に接続された充電回路、または前記発電機１３のいずれかを制御する制御回路２５とを備えた。
【解決手段】制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機１３と、前記発電機１３に電気的に接続され、前記電気エネルギーを蓄える蓄電部２３と、前記蓄電部２３に電気的に接続される負荷１９と、前記負荷１９が消費する負荷電流（Ｉ）、または負荷電力（Ｐ）を検出し、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）に応じて、前記蓄電部２３に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部２３を充電するため、前記蓄電部２３に電気的に接続された充電回路、または前記発電機１３のいずれかを制御する制御回路２５とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助電源を用いた高効率な車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮や燃費向上のために、制動時に発電を行うことで制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生システムを搭載した自動車（以下、車両という）が開発されている。この回生システムは、制動時に発電機で発生する電力（以下、回生電力という）を充電し、得られた電気エネルギー（以下、回生エネルギーという）を制動時以外に負荷等へ放電することで、熱として捨てていた制動エネルギーを電気エネルギーとして利用するので効率が向上するとともに、放電時における発電機の発電量を減らすことができるので、その分、エンジン負担が軽減され省燃費が可能となる。
【０００３】
このような回生システムを従来の車両に適用すると、回生電力は鉛バッテリに充電されることになるが、急減速等の場合は大電力が短時間に発生し、急速充電が不十分な鉛バッテリに効率的に充電することができなかった。また、鉛バッテリに印加される電圧が急上昇し、電解液の減少を引き起こす。その結果、鉛バッテリの寿命が短くなってしまうという課題があった。
【０００４】
そこで、短時間に発生する大電力を効率よく回収するために、急速充放電特性に優れるキャパシタを予備的な蓄電手段として用いた回生システム用の電源装置が、例えば下記特許文献１に提案されている。図８はこのような車両用電源装置のブロック回路図である。
【０００５】
図８において、主蓄電手段１０１は鉛バッテリであり、その正極にはイグニションスイッチ１０３を介して車両電気負荷１０５が接続されている。また、主蓄電手段１０１の正極には車両用発電機１０７が接続されている。車両用発電機１０７はエンジン１０９と機械的に接続されているので、エンジン１０９の動作により車両用発電機１０７が駆動される。さらに、エンジン１０９はタイヤ１１１が機械的に接続されており、エンジン１０９の駆動力によりタイヤ１１１が回転し、車両を走行させる。また、制動による減速時には、車両の慣性によりタイヤ１１１が回転し、これによりエンジン１０９も回転する。この回転トルクにより車両用発電機１０７が駆動され、制動エネルギーによる発電が行われる。
【０００６】
このような車両に対し、回生電力を効率よく回収するために、車両用発電機１０７にはＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を介して予備蓄電手段１１５が接続されている。予備蓄電手段１１５には大容量の電気二重層キャパシタが用いられるので、急減速時等に発生する短時間の大電力を効率よく回収できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３には、その動作を制御するために電子演算装置１１７が接続されている。さらに、電子演算装置１１７には車両側から様々な信号を受信するための信号受信用端子１１９が設けられている。従って、電子演算装置１１７は車両の状態を信号受信用端子１１９から受信することにより、それに応じた予備蓄電手段１１５への充放電制御をＤＣ／ＤＣコンバータ１１３に対して行う。
【０００７】
このような構成の回生システム用電源装置とすることで、短時間に発生する大電力を含む減速時の回生電力を、一旦予備蓄電手段１１５に充電しておき、減速時以外に充電した電力を主蓄電手段１０１や車両電気負荷１０５に供給することができる。その結果、効率のよい制動エネルギーの回生が可能となるだけでなく、主蓄電手段１０１（鉛バッテリ）に印加される電圧の急上昇を低減することも可能となるので、主蓄電手段１０１の寿命短縮を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４６５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の電源装置によると、確かに効率的な回生により車両の省燃費化が可能となるのであるが、主蓄電手段１０１が満充電状態であったり、車両電気負荷１０５の消費電力が少ない状態では、予備蓄電手段１１５に蓄えた回生エネルギーがなかなか消費されず、予備蓄電手段１１５（蓄電部）を構成する電気二重層キャパシタに高電圧が印加された状態が継続する場合があった。その結果、電気二重層キャパシタの寿命が短くなる可能性があるという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部を長寿命化できる高効率な車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は、制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、前記蓄電部に電気的に接続される負荷と、前記負荷が消費する負荷電流（Ｉ）、または負荷電力（Ｐ）を検出し、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明の車両用電源装置は、制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、前記発電機に電気的に接続される主電源と、前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、前記充電状態（ＳＯＣ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の車両用電源装置によれば、負荷に流れる負荷電流（Ｉ）、または負荷が消費する負荷電力（Ｐ）に応じて、これらいずれかの値が小さければ、蓄電部の設定充電電圧（Ｖｃｓ）を小さく決定し、大きければ蓄電部の上限電圧を超えない範囲で設定充電電圧（Ｖｃｓ）を大きく決定することができる。その結果、負荷電流（Ｉ）や負荷電力（Ｐ）が小さい場合は、蓄電部の充電電圧が低く設定されるので、減速時の回生エネルギーを必要な分だけ回収できるとともに、蓄電部の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部の長寿命化が可能になるという効果が得られる。
【００１４】
また、本発明の車両用電源装置によれば、主電源の充電状態（ＳＯＣ）に応じて、この値が高ければ蓄電部の設定充電電圧（Ｖｃｓ）を小さく決定し、低ければ蓄電部の上限電圧を超えない範囲で設定充電電圧（Ｖｃｓ）を大きく決定することができる。その結果、主電源の充電状態（ＳＯＣ）が高くて充電受入量が小さい場合は、蓄電部の充電電圧が低く設定されるので、減速時の回生エネルギーを主電源に充電するための必要な分だけ回収できるとともに、蓄電部の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部の長寿命化が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１における車両用電源装置の負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図
【図３】本発明の実施の形態１における車両用電源装置の蓄電部電圧の経時変化図であり、（ａ）は負荷電流が２０Ａの時の経時変化図、（ｂ）は負荷電流が１２Ａの時の経時変化図、（ｃ）は負荷電流が６Ａの時の経時変化図
【図４】本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図
【図５】本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図
【図６】本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図
【図７】本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態と負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図
【図８】従来の車両用電源装置のブロック回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図である。図３は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の蓄電部電圧の経時変化図であり、（ａ）は負荷電流が２０Ａの時の経時変化図を、（ｂ）は負荷電流が１２Ａの時の経時変化図を、（ｃ）は負荷電流が６Ａの時の経時変化図を、それぞれ示す。なお、図１において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二本線は機械的接続を、それぞれ示す。
【００１８】
図１において、車両に搭載されたエンジン１１には、発電機１３と駆動輪１４が機械的に接続されている。これにより、制動時に電気エネルギー（回生電力）を発電する場合は、駆動輪１４により発電機１３が駆動される。その結果、発電機１３は制動トルクを発生して車両を減速させる。また、エンジン１１の回転力を発電機１３に伝達することにより、電力を発生することもできる。
【００１９】
発電機１３には主電源１５が電気的に接続されている。主電源１５はバッテリからなる。主電源１５には、電流検出回路１７を介して負荷１９に電気的に接続されている。ここで、負荷１９は車載電装品である。このように配線を行うことで、電流検出回路１７は負荷１９が消費している電流（以下、負荷電流Ｉという）を検出している。
【００２０】
また、主電源１５にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して蓄電部２３が電気的に接続されている。本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を双方向型とし、さらに、主電源１５側から蓄電部２３側への昇圧型とした。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の充電回路、および放電回路の役割を担う。また、蓄電部２３は耐電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを１０個直列接続して構成される。なお、電気二重層キャパシタの個数や接続方法（直列、並列、直並列）は上記に限定されるものではなく、必要な電気仕様に基いて適宜決定すればよい。
【００２１】
蓄電部２３は発電機１３が発電した制動時の電気エネルギー（回生エネルギー）を蓄え、制動時以外に、蓄えた回生エネルギーにより負荷１９に電力を供給する。従って、蓄電部２３はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して、発電機１３、および負荷１９と電気的に接続される構成となる。
【００２２】
電流検出回路１７とＤＣ／ＤＣコンバータ２１には、制御回路２５が電気的に接続されている。制御回路２５はマイクロコンピュータと周辺回路から構成され、電流検出回路１７で検出された負荷電流Ｉを読み込み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対して、設定充電電圧Ｖｃｓや制御信号ｃｏｎｔを出力する。これにより、制御回路２５は、決定した設定充電電圧Ｖｃｓになるように蓄電部２３を充電するため、充電回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。さらに、制御回路２５は、車両用制御回路（図示せず）との間で様々なデータ信号ｄａｔａのやり取りを行う。なお、設定充電電圧Ｖｃｓの詳細については後述する。
【００２３】
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。
【００２４】
上記したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側から蓄電部２３側への昇圧型であるので、蓄電部２３の電圧Ｖｃは主電源１５側の電圧Ｖｆ以上とする必要がある。そこで、あらかじめ蓄電部２３には、主電源１５側の電圧Ｖｆ（通常時で１４Ｖ）と等しい電圧になるように電力が蓄えられている。なお、この電圧を以下、下限電圧Ｖｃｍと呼び、この時の回生エネルギーを０として説明する。
【００２５】
この状態において、本実施の形態１における車両用電源装置は、基本的には車両減速時に駆動輪１４により駆動させられて発生する発電機１３の回生電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して昇圧して蓄電部２３に回生エネルギーとして充電し、減速時以外に蓄電部２３の回生エネルギーを降圧して主電源１５や負荷１９に供給する動作を行う。
【００２６】
この際に、制御回路２５は蓄電部２３を長寿命化できるように、蓄電部２３への充電を以下のようにして制御している。
【００２７】
まず、制御回路２５は、車両用制御回路からブレーキ信号等の車両減速を示す信号をデータ信号ｄａｔａにより受け取ると、直ちに電流検出回路１７により負荷１９に流れる負荷電流Ｉを読み込む。
【００２８】
次に、制御回路２５は、あらかじめ内蔵メモリに記憶された図２の負荷電流Ｉ（横軸）と設定充電電圧Ｖｃｓ（左縦軸）の相関関係から、読み込んだ負荷電流Ｉに対応した設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。ここで、設定充電電圧Ｖｃｓとは、発電機１３の電力を蓄電部２３に充電する際の、蓄電部２３の充電電圧における目標値のことである。従って、制御回路２５が、決定された設定充電電圧ＶｃｓをＤＣ／ＤＣコンバータ２１に出力するとともに、発電機１３の回生電力を蓄電部２３に充電するよう制御信号ｃｏｎｔを出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように蓄電部２３への充電を行う。
【００２９】
このような動作により、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように充電するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御するので、負荷電流Ｉの大小に応じて、蓄電部２３が充電された時の電圧Ｖｃが変化することになる。
【００３０】
この負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関を図２に示す。ここで、横軸は負荷電流Ｉ、左縦軸は設定充電電圧Ｖｃｓである。図２より、負荷電流Ｉが１５Ａよりも小さい領域では、負荷電流Ｉの増加とともに、設定充電電圧Ｖｃｓも増加し、負荷電流Ｉが１５Ａを超えると、設定充電電圧Ｖｃｓは一定になる。この一定になった設定充電電圧Ｖｃｓは蓄電部２３の上限電圧Ｖｃｕ（２３Ｖ）である。従って、設定充電電圧Ｖｃｓは、上限電圧Ｖｃｕに至るまでは負荷電流Ｉが大きくなるほど下限電圧Ｖｃｍから上限電圧Ｖｃｕに向かって大きくなる。なお、上限電圧Ｖｃｕを２３Ｖとしているが、これは上記したように電気二重層キャパシタの耐電圧が２．５Ｖであるので、マージンを差し引いて、各電気二重層キャパシタの満充電電圧を２．３Ｖと決定しているためである。従って、蓄電部２３は１０個の電気二重層キャパシタを直列接続した構成であるので、その上限電圧Ｖｃｕは２．３Ｖ×１０個＝２３Ｖとなる。また、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは常に１４Ｖ以上でなければならないので、負荷電流Ｉが０Ａの時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍになるようにしている。
【００３１】
これらのことから、負荷電流Ｉが小さい時は、設定充電電圧Ｖｃｓが小さくなるので、蓄電部２３に蓄えられる電力が少なくなるように制御されることがわかる。その結果、蓄電部２３の電圧Ｖｃは、上限電圧Ｖｃｕよりも小さくなるので、蓄電部２３を構成する各電気二重層キャパシタに印加される電圧も小さくなり、それらの寿命を延ばすことができる。従って、負荷１９がそれほど電力を必要としていない時には蓄電部２３への充電電圧を絞ることにより、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【００３２】
ここで、図２に示した負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係の求め方を以下に詳しく説明する。
【００３３】
本実施の形態１における上記制御を最も効率的に行うには、負荷電流Ｉができるだけ蓄電部２３の電力によって供給されるように設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。しかし、負荷電流Ｉは負荷１９の使用状況により変動する。
【００３４】
そこで、本実施の形態１では、既定の車両走行モード（例えば１０・１５モード）で走行した際に、蓄電部２３が負荷１９に蓄電電力を供給することによる発電機１３の停止率ＡＲ（後述）が最大になるように、設定充電電圧Ｖｃｓを、あらかじめ負荷電流Ｉの相関として求めておくようにしている。その具体例を以下に説明する。
【００３５】
まず、前記停止率ＡＲは、既定の車両走行モード時において、蓄電部２３に蓄えられる回生エネルギーを負荷１９へ供給している期間（以下、蓄電部による負荷電力供給期間という）をｔｃ、エンジン１１が燃料を消費して発電機１３により発電し、負荷１９に電力を供給している期間（以下、燃料消費による負荷電力供給期間という）をｔｇｅ、制動により発電機１３が発電した回生電力を負荷１９に供給しながら蓄電部２３を充電する期間（以下、回生電力充電期間という）をｔｇｒとすると、ＡＲ（％）＝１００×（ｔｃ＋ｔｇｒ）／（ｔｃ＋ｔｇｅ＋ｔｇｒ）により定義される。なお、上記式の分母は負荷１９への全電力供給期間に相当する。
【００３６】
ここで、負荷１９を制動によって発生する回生電力のみで駆動する場合、蓄電部２３の回生電力充電期間ｔｇｒと蓄電部による負荷電力供給期間ｔｃのみによって蓄電部２３の充放電が成立すればよいので、燃料消費による負荷電力供給期間ｔｇｅ＝０となる。これを上記式に代入すると、ＡＲ＝１００％、すなわち発電機１３は回生発電時以外で停止状態となる。この状態が最も燃費のよい状態である。
【００３７】
ここで、燃料消費による負荷電力供給期間ｔｇｅを小さくするためには、蓄電部による負荷電力供給期間ｔｃを大きくすればよく、そのためには、蓄電部２３に蓄積される回生エネルギーを大きくすればよい。また、負荷電流Ｉが大きいほど、ｔｇｅ＝０にするために必要な回生エネルギーは大きくなる。
【００３８】
このことから、車両が既定の車両走行モードで走行している場合において、停止率ＡＲを最大化（可能ならば１００％）することができる最小の回生エネルギー量から設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。ここで、一例として１０・１５モード走行において、本実施の形態１で用いた蓄電部２３が蓄えることのできる回生エネルギーを考慮して、負荷電流Ｉに対する発電機１３の停止率ＡＲの相関を求めると、図２に示すようになった。なお、負荷電流Ｉは横軸、停止率ＡＲは右縦軸である。図２より、負荷電流Ｉが１５Ａまでは、蓄電部２３に蓄えることができる回生エネルギー以下で負荷１９を駆動し続けることができるため、停止率ＡＲ＝１００％である。負荷電流Ｉが１５Ａを超えると、蓄電部２３の回生エネルギーだけでは負荷１９を駆動し続けることができず、蓄電部２３が放電して電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至った後は、エンジン１１が発電機１３を駆動して負荷１９に電力を供給する必要がある。従って、停止率ＡＲは負荷電流Ｉが大きくなるほど小さくなる。
【００３９】
このような負荷電流Ｉと停止率ＡＲの相関から、設定充電電圧Ｖｃｓを次のようにして決定する。
【００４０】
まず、負荷電流Ｉが１５Ａより大きければ、停止率ＡＲが１００％より小さくなるので、蓄電部２３を満充電状態にしても、エンジン１１のトルクにより発電機１３を駆動しなければならない。従って、この場合は蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に至るまで充電し、蓄電部２３の充電できるエネルギーを最大限に利用する。ゆえに、設定充電電圧Ｖｃｓは負荷電流Ｉが１５Ａより大きければ上限電圧Ｖｃｕとなるように決定する。
【００４１】
次に、負荷電流Ｉが１５Ａ以下であれば、停止率ＡＲは１００％である。ゆえに、蓄電部２３を満充電状態にしなくても、エンジン１１のトルクによる発電機１３の発電を行うことなく負荷１９に電力を供給できる。この時、負荷電流Ｉが小さいほど、蓄電部２３に充電する回生エネルギーを少なくしても負荷１９に必要な電力を供給できるので、図２に示すように、設定充電電圧Ｖｃｓは負荷電流Ｉが小さくなるほど低くなるように決定する。これにより、蓄電部２３に不必要な高電圧が印加されることがなくなり、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。なお、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）より低くできないので、負荷電流Ｉが０Ａの時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍと等しくなるように決定している。
【００４２】
以上のことから、負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係は、既定の車両走行モードに応じて、負荷１９への全電力供給期間（ｔｃ＋ｔｇｅ＋ｔｇｒ）の内、回生電力充電期間ｔｇｒと、蓄電部による負荷電力供給期間ｔｃとの合計が最大になるように、あらかじめ求めておく。
【００４３】
次に、３種類の負荷電流Ｉにおいて、既定の車両走行モードで車両走行した場合の蓄電部２３の電圧Ｖｃの具体的な経時変化を図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。なお、図３（ａ）は負荷電流Ｉ＝２０Ａ、（ｂ）はＩ＝１２Ａ、（ｃ）はＩ＝６Ａの時を、それぞれ示す。また、全ての図において、横軸は時刻ｔを、縦軸は蓄電部２３の電圧Ｖｃを、それぞれ示す。また、図３（ｃ）には実線と破線の特性が示してあるが、前者は本実施の形態１における蓄電部２３の電圧Ｖｃの特性を、破線は従来の構成における電圧Ｖｃの特性を、それぞれ示す。また、ここでは蓄電部２３の電圧Ｖｃの初期値が下限電圧Ｖｃｍと等しいとして説明する。
【００４４】
まず、負荷１９に２０Ａの電流が流れている（負荷電流Ｉ＝２０Ａ）の場合は、図２により、設定充電電圧Ｖｃｓは上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に決定される。従って、図３（ａ）の車両走行モードにおいて、蓄電部２３が回生電力を充電する際は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕになるまで充電される設定となる。
【００４５】
この設定状態で、車両走行モードに従って車両の走行を行った場合について説明する。
【００４６】
まず、図３（ａ）の時刻ｔ０で車両が加速する。この時、蓄電部２３には回生電力が蓄えられていない状態、すなわち、蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）である。従って、負荷１９にはエンジン１１のトルクによる発電機１３の発電電力が供給され、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｍを維持する。また、加速中は回生電力が発生しないので、制御回路２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対し、蓄電部２３への充電を行わないよう制御する。
【００４７】
その後、時刻ｔ１で車両が減速を開始する。これにより、発電機１３から回生電力が発生するので、制御回路２５は車両用制御回路から制動を開始したことを示すデータ信号ｄａｔａを受信すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対し、蓄電部２３への充電を行うよう制御信号ｃｏｎｔを出力する。これにより、蓄電部２３に回生電力が充電される。
【００４８】
ここで、図３（ａ）の場合は、既に負荷電流Ｉが２０Ａであることがわかっている状態であるので、設定充電電圧Ｖｃｓを上限電圧Ｖｃｕと決定されているが、これは時刻ｔ１の段階で現在の負荷電流Ｉを電流検出回路１７から読み込み、それに応じた設定充電電圧Ｖｃｓを図２より求めて更新するようにしてもよい。
【００４９】
時刻ｔ１以降で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は発電機１３で発電された回生電力を蓄電部２３に充電するのであるが、発電機１３で発電される電圧は例えば１４．５Ｖ程度であるので、発電機１３の発電電圧を昇圧して、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるまで蓄電部２３を充電する。これにより、回生電力を回収できる。
【００５０】
その後、制御回路２５は蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至る時刻ｔ２で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に充電を停止するよう制御信号ｃｏｎｔを出力する。なお、図１には示していないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１には蓄電部２３の電圧Ｖｃや主電源１５側の電圧Ｖｆを検出する回路が内蔵されているので、その出力に基いて電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至ったか否かを判断している。
【００５１】
その後、時刻ｔ３まで車両の制動が続くが、蓄電部２３は既に設定充電電圧Ｖｃｓまで充電が完了しているので、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは蓄電部２３の電圧Ｖｃが一定となる。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ３までは回生電力が負荷１９にも供給される。従って、エンジン１１が燃料を消費して発生するエンジントルクによる発電が行われないので、燃料消費が抑制される。
【００５２】
その後、時刻ｔ３で車両が再び加速する。この車両挙動の変化は、上記したように車両用制御回路からのデータ信号ｄａｔａにより制御回路２５に送信される。これを受け、制御回路２５は直ちにＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対して、蓄電部２３が蓄えた回生エネルギーにより電力を負荷１９に供給するように制御信号ｃｏｎｔを出力する。その結果、蓄電部２３から負荷１９への電力供給が開始されるが、蓄電部２３の電圧Ｖｃは時刻ｔ３では上限電圧（＝２３Ｖ）であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は負荷１９を駆動する電圧（＝１２Ｖ）まで降圧して供給する。
【００５３】
このような動作により、時刻ｔ３以降で蓄電部２３の電圧Ｖｃは経時的に低下していく。また、この時は蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーにより、負荷１９に電力が供給されるので、発電機１３による発電は不要となる。従って、車両用制御回路（図示せず）は発電機１３が発電しないように制御する。
【００５４】
その後、時刻ｔ４で再び車両が減速すると、制御回路２５は時刻ｔ１と同様に回生電力を蓄電部２３に充電する制御を行う。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは再び上昇する。
【００５５】
その後、時刻ｔ５で再び車両が加速する。この時、蓄電部２３の電圧Ｖｃは設定充電電圧Ｖｃｓに至っていないが、制御回路２５は直ちに蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを負荷１９に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。これにより、できるだけ早く蓄電部２３の回生エネルギーを負荷１９に消費させ、次回の車両走行時に発生する回生電力を最大限に回収することができる。その結果、さらなる効率向上が図れる。
【００５６】
その後、時刻ｔ６で蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至れば、制御回路２５は蓄電部２３から負荷１９への電力供給を停止するとともに、車両用制御回路はエンジン１１のトルクにより発電機１３から発電される電力を負荷１９に供給するよう制御する。これにより、負荷１９には、蓄電部２３に回生エネルギーが蓄えられている時は蓄電部２３から、回生エネルギーが蓄えられていない時は発電機１３から、それぞれ電力が供給される。従って、制動時に発生する電気エネルギー（回生エネルギー）を活用して負荷１９に供給できるので、車両全体の燃費向上が可能となる。
【００５７】
その後、時刻ｔ７で再び車両が減速するが、この時の動作は時刻ｔ１と同じであるので、説明を省略する。さらに、時刻ｔ８で蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るが、この時の動作も時刻ｔ２と同じである。
【００５８】
その後、時刻ｔ９で減速が終了し、車両が停止する。この時は、時刻ｔ３と同様に、制御回路２５は蓄電部２３の回生エネルギーにより電力を負荷１９に供給する。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは経時的に低下し、時刻ｔ１０で下限電圧Ｖｃｍに至る。その後は、制御回路２５が蓄電部２３から負荷１９への電力供給を停止するよう制御する。
【００５９】
次に、負荷電流Ｉが１２Ａの場合について、図３（ｂ）を参照しながら説明する。なお、この場合の設定充電電圧Ｖｃｓは図２より２０Ｖとなる。
【００６０】
時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までにおける車両の加速期間の動作は、図３（ａ）の時刻ｔ０から時刻ｔ１までのものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６１】
その後、時刻ｔ２１から車両が減速を開始すると、発電機１３で発生した回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して蓄電部２３に充電される。この時の充電速度はＤＣ／ＤＣコンバータ２１により決定されるので、負荷電流Ｉと関係なく一定である。従って、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの電圧Ｖｃの傾きは、図３（ａ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの傾きと同じである。
【００６２】
但し、図３（ｂ）においては、設定充電電圧Ｖｃｓが２０Ｖと決定されているので、図３（ａ）の時刻ｔ２より早い時刻ｔ２２で、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至る。これにより、蓄電部２３への充電が停止するので、時刻ｔ２２以降は電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。なお、充電の停止動作等は図３（ａ）の時刻ｔ２の場合と同じである。
【００６３】
その後、時刻ｔ２３で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーにより電力が負荷１９に供給される。この時の動作は図３（ａ）の時刻ｔ３と同じであるが、負荷電流Ｉが１２Ａであり小さいので、電圧Ｖｃの降下速度（傾きの絶対値）は図３（ａ）に比べ小さくなる。
【００６４】
その後、時刻ｔ２４で車両が再減速すると、蓄電部２３に回生電力が充電される。そして、時刻ｔ２５において、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るが、同時に車両が再加速する。従って、回生により蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーは時刻ｔ２５から時刻ｔ２６まで負荷１９に供給される。
【００６５】
その後、時刻ｔ２６で再び減速すると、制御回路２５は直ちに負荷１９への蓄電電力の供給を停止し、制動時の回生電力を充電するよう制御する。これにより、時刻ｔ２１以降と同様に蓄電部２３が充電され、その電圧Ｖｃが経時的に上昇する。
【００６６】
その後、時刻ｔ２７で蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至ると、制御回路２５は蓄電部２３への充電を停止する。その結果、時刻ｔ２７以降では蓄電部２３の電圧Ｖｃは設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。
【００６７】
その後、時刻ｔ２８で減速が終了し、車両が停止する。この時は、時刻ｔ２３と同様に、制御回路２５は蓄電部２３の回生エネルギーを負荷１９に供給する。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは経時的に低下していく。
【００６８】
このような動作において、図３（ａ）と比較すると、蓄電部２３の電圧Ｖｃは最高でも設定充電電圧Ｖｃｓの２０Ｖまでしか至らない。従って、蓄電部２３が高電圧のままである期間が図３（ａ）に比べて低減され、その分、蓄電部２３の寿命を延ばすことができる。
【００６９】
また、図３（ａ）では負荷電流Ｉが２０Ａであるため、例えば時刻ｔ６で蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに達し、その後は回生電力が発生する時刻ｔ７まではエンジン１１により発電機１３を駆動して負荷１９に電力を供給していた。一方、図３（ｂ）では負荷電流Ｉが１２Ａであるため、例えば時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までの加速中にも負荷１９に蓄電部２３の回生エネルギーを供給し続けることができる。従って、図３（ａ）の時刻ｔ６から時刻ｔ７までのようなエンジン１１の駆動による発電を行うことがない。ゆえに、蓄電部２３の電圧Ｖｃを抑制しつつ、さらなる燃料消費の抑制も可能となる。
【００７０】
次に、負荷電流Ｉが６Ａの場合について、図３（ｃ）を参照しながら説明する。なお、この場合の設定充電電圧Ｖｃｓは図２より１７Ｖとなる。また、以下の説明では、図３（ｃ）の実線の特性について述べる。
【００７１】
時刻ｔ４０から時刻ｔ４１までにおける車両の加速期間の動作は、図３（ａ）の時刻ｔ０から時刻ｔ１までのものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００７２】
その後、時刻ｔ４１から車両が減速を開始すると、発電機１３の回生電力が蓄電部２３に充電されるが、上記したように充電速度は負荷電流Ｉと関係なく一定であるので、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの電圧Ｖｃの傾きは、図３（ａ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの傾きと同じである。
【００７３】
但し、図３（ｃ）においては、設定充電電圧Ｖｃｓが１７Ｖと決定されているので、図３（ｂ）の時刻ｔ２２よりさらに早い時刻ｔ４２で、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至る。これにより、蓄電部２３への充電が停止するので、時刻ｔ４２以降は電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。なお、充電の停止動作等は図３（ａ）の時刻ｔ２と同じである。
【００７４】
その後、時刻ｔ４４で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーにより電力が負荷１９に供給される。この時の動作は図３（ａ）の時刻ｔ３と同じであるが、負荷電流Ｉが６Ａであり、さらに小さいので、電圧Ｖｃの傾きの絶対値も図３（ｂ）に比べさらに小さくなる。
【００７５】
その後、時刻ｔ４５で車両が再減速すると、蓄電部２３に回生電力が充電される。そして、時刻ｔ４６において、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至り、その後、蓄電部２３への充電が停止する。その結果、電圧Ｖｃは設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。
【００７６】
その後、時刻ｔ４７で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーは時刻ｔ４７から時刻ｔ４８まで負荷１９に供給される。
【００７７】
その後、時刻ｔ４８から再び減速し、時刻ｔ４９で蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至り、時刻ｔ５０で車両が停止する一連の動作は、それぞれ図３（ｂ）の時刻ｔ２６、時刻ｔ２７、時刻ｔ２８の動作と同じであるので、説明を省略する。
【００７８】
このような動作において、図３（ｂ）と比較すると、蓄電部２３の電圧Ｖｃは最高でも設定充電電圧Ｖｃｓの１７Ｖまでしか至らない。従って、蓄電部２３が高電圧のままである期間が図３（ｂ）に比べて低減され、その分、蓄電部２３の寿命をさらに延ばすことができる。なお、図３（ａ）〜（ｃ）より、既定の車両走行モードにおける蓄電部２３の電圧Ｖｃの平均値は、負荷電流Ｉが２０Ａ、１２Ａ、６Ａの順に小さくなり、後者ほど蓄電部２３の寿命に与える影響が小さくなることがわかる。
【００７９】
また、図３（ｃ）の場合も、既定の車両走行モードにおいて、図３（ｂ）の時刻ｔ２１以降と同様に、時刻ｔ４１以降でエンジン１１のトルクによる発電機１３の発電電力が負荷１９に供給される期間がないため、燃料消費の抑制が可能となる。
【００８０】
ここで、従来の構成で負荷電流Ｉが６Ａであった場合の動作を図３（ｃ）の破線に示す。時刻ｔ４０から時刻ｔ４２までの動作は図３（ｃ）の実線における動作と同じである。但し、従来の構成では負荷電流Ｉの大きさにかかわらず、設定充電電圧Ｖｃｓは上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に固定されているので、時刻ｔ４２ではまだ蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至っていない。従って、時刻ｔ４２以降も回生電力の充電を継続する。その結果、図３（ｃ）の破線に示すように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕに至る時刻ｔ４３まで上昇を続け、時刻ｔ４３で充電を停止する。ゆえに、図３（ｃ）の破線における時刻ｔ４０から時刻ｔ４４までの動作は、図３（ａ）の時刻ｔ０から時刻ｔ３までの動作と同じになる。
【００８１】
その後、時刻ｔ４４で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーにより電力が負荷１９に供給されるのであるが、負荷電流Ｉが６Ａと小さいため、図３（ｃ）の破線に示すように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは時刻ｔ４４から時刻ｔ４５にかけてなかなか低下しない。従って、この期間は蓄電部２３が高電圧状態となる。
【００８２】
その後、時刻ｔ４５で車両が再減速すると、蓄電部２３には回生電力が充電されるのであるが、負荷１９により消費されたエネルギーが少ないため、蓄電部２３は時刻ｔ４６ですぐに満充電に至り、その後、満充電電圧（＝２３Ｖ）を維持する。
【００８３】
その後、時刻ｔ４７で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーは負荷１９に供給されるが、この場合も負荷１９の消費電流（負荷電流Ｉ）が小さいため、加速が終わる時刻ｔ４８に至っても、蓄電部２３の電圧Ｖｃは高電圧状態のままである。
【００８４】
その後、時刻ｔ４８から再び減速し、時刻ｔ４９で蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至り、時刻ｔ５０で車両が停止する一連の動作は、図３（ｃ）の実線の動作と基本的に同じであるが、電圧Ｖｃの絶対値が実線の場合より全般に高いままである。これらのことから、従来の構成で負荷電流Ｉが小さい場合は蓄電部２３の回生エネルギーがなかなか消費されず、蓄電部２３が高電圧状態にある期間が長くなることがわかる。なお、従来の構成でも、本実施の形態１の構成でも、時刻ｔ４１以降では蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至らないため、エンジン１１による発電が行われない。従って、いずれの構成も同等の燃費低減効果が得られることがわかる。
【００８５】
以上の構成、動作により、負荷電流Ｉの大きさに応じて蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしたので、特に負荷電流Ｉが小さい時は負荷１９に供給できる電力のみを蓄電部２３に充電することができる。その結果、蓄電部２３の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部２３の長寿命化が可能となり、かつ回生電力を有効活用できるので、高効率な車両用電源装置を実現できる。
【００８６】
なお、図３では、車両走行モードの間、負荷電流Ｉが一定であるとして説明したが、上記したように、設定充電電圧Ｖｃｓは車両の減速時毎に決定しているので、車両使用中に負荷電流Ｉが変動すると、設定充電電圧Ｖｃｓも変動する。この場合、設定充電電圧Ｖｃｓが以前の値より大きくなる場合は、その値に更新すればよいが、小さくなる場合は、現在の蓄電部２３の電圧Ｖｃを下回る可能性がある。このように、設定充電電圧Ｖｃｓが蓄電部の電圧Ｖｃより小さく決定されると、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまでの間、たとえ車両減速による回生電力が発生しても、蓄電部２３から負荷１９への、既に蓄えられた回生エネルギーの供給を継続するようにしている。これにより、できるだけ早く蓄電部２３の電圧Ｖｃを設定充電電圧Ｖｃｓに至らせることができるので、蓄電部２３が高電圧状態にある期間を低減することができる。
【００８７】
また、本実施の形態１においては、負荷電流Ｉの大きさに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは、負荷１９の消費電力（以下、負荷電力Ｐという）に応じて決定するようにしてもよい。この場合は、図１の点線で示したように、制御回路２５がＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵された主電源１５側の電圧検出回路（図示せず）により負荷電圧Ｖｆを読み込めるようにするとともに、負荷電圧Ｖｆと負荷電流Ｉの積から負荷電力Ｐを計算する必要があるが、実際に負荷１９が消費している電力を求めることができるので、より正確に設定充電電圧Ｖｃｓを決定することが可能となる。なお、負荷電力Ｐと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係は、図２に示した負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係と同様にして求めればよい。
【００８８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図４において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二本線は機械的接続を、それぞれ示す。また、図４において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８９】
すなわち、本実施の形態２における構成上の特徴は以下に示す点である。
【００９０】
１）主電源１５と負荷１９の並列回路、および蓄電部２３を互いに入れ替えるように電気的に接続した。
【００９１】
２）ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３側から主電源１５側への単方向降圧型とした。
【００９２】
３）制御回路２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵された蓄電部２３の電圧検出回路（図示せず）から電圧Ｖｃを読み込む構成とした。
【００９３】
４）制御回路２５は制御信号ｃｏｎｔにより、発電機１３の発電電圧を制御するようにした。
【００９４】
上記以外の構成は図１と同じである。なお、電流検出回路１７は図１と同様に主電源１５と負荷１９の間に電気的に接続する構成としたが、これは図４の破線に示すように、主電源１５とＤＣ／ＤＣコンバータ２１の間に接続してもよい。
【００９５】
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。
【００９６】
まず、車両起動によりエンジン１１が駆動すると、機械的に接続された発電機１３が駆動される。これにより、制御回路２５は発電機１３の発電電圧が下限電圧Ｖｃｍになるように制御する。その結果、蓄電部２３は下限電圧Ｖｃｍまで充電される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側の電圧Ｖｆが既定電圧（例えば１４Ｖ）になるように、常に降圧動作を行うので、発電機１３の発電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して主電源１５と負荷１９に供給される。
【００９７】
その後、車両加速時や定速走行時では、制御回路２５は発電機１３の発電電圧が下限電圧Ｖｃｍになるように制御を継続する。従って、蓄電部２３は既に下限電圧Ｖｃｍまで充電されているので、発電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して主電源１５と負荷１９にのみ供給される。
【００９８】
その後、車両が制動等により減速すると、制御回路２５は車両側制御回路（図示せず）から減速信号を受け取る。その結果、実施の形態１と同様にして、電流検出回路１７から負荷電流Ｉを読み込み、図２より設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。
【００９９】
次に、制御回路２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２１から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込みながら、電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように発電機１３の発電電圧を制御する。これにより、蓄電部２３には制動による回生電力が充電される。なお、この場合、発電機１３の発電電圧は下限電圧Ｖｃｍより大きくなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側の電圧Ｖｆが既定電圧（１４Ｖ）になるように降圧動作を行う。従って、発電機１３の発電電圧が大きくなっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５や負荷１９に過電圧が印加されないように制御している。
【０１００】
このような動作により、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように充電するために、発電機１３を制御するので、実施の形態１と同様に、負荷電流Ｉの大小に応じて、蓄電部２３が充電された時の電圧Ｖｃが変化することになる。
【０１０１】
制御回路２５は、車両の減速が終了した信号を車両側制御回路から受信すると、発電機１３の発電を停止するように制御信号ｃｏｎｔを送信する。これにより、エンジン１１のトルクが軽減され、省燃費化が図れる。発電機１３が停止している間は、回生エネルギーを蓄えた蓄電部２３からＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して主電源１５や負荷１９に電力が供給される。従って、回生電力を有効に活用することができる。
【０１０２】
このようにして、車両が減速した場合は、その時の負荷電流Ｉを読み込んで設定充電電圧Ｖｃｓを決定し、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように発電機１３の発電電圧を制御することにより、回生電力を蓄電部２３に充電するとともに、減速以外の場合は、発電機１３を停止して蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを主電源１５や負荷１９に供給するという一連の動作を繰り返すことで、省燃費化が図れる。さらに、実施の形態１で述べたように、蓄電部２３の高電圧印加状態の期間を短縮できるので、長寿命化が図れる。
【０１０３】
なお、蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至ると、制御回路２５は発電機１３の発電を再開する。この時、減速時でなければ蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍを維持するように発電機１３の発電電圧を制御する。
【０１０４】
ゆえに、このような車両用電源装置を用いて、図３に示す車両走行モードに従った車両動作を行った場合も、蓄電部２３の電圧Ｖｃは負荷電流Ｉに応じて図３（ａ）〜（ｃ）と同様の挙動になる。
【０１０５】
以上の構成、動作により、発電機１３を制御する構成としても、蓄電部２３の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部２３の長寿命化が可能となり、かつ回生電力を有効活用できるので、高効率な車両用電源装置を実現できる。
【０１０６】
なお、本実施の形態２においては、負荷電流Ｉの大きさに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは、実施の形態１で述べたように、負荷１９の消費電力（負荷電力Ｐ）に応じて決定するようにしてもよい。この場合は、図４の点線で示したように、制御回路２５がＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵された主電源１５側の電圧検出回路（図示せず）により負荷電圧Ｖｆを読み込めるようにするとともに、負荷電圧Ｖｆと負荷電流Ｉの積から負荷電力Ｐを計算すればよい。
【０１０７】
また、本実施の形態２においても、実施の形態１で述べたように、制御回路２５は、負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐの変動により、設定充電電圧Ｖｃｓが蓄電部２３の電圧Ｖｃより小さく決定されると、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまで、蓄電部２３から負荷１９への回生エネルギーの供給を継続するように制御している。具体的には、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまで、発電機１３の発電を停止するようにしている。これにより、速やかに蓄電部２３の電圧Ｖｃを設定充電電圧Ｖｃｓまで放電でき、蓄電部２３が高電圧印加状態にある期間を短くできる。
【０１０８】
また、実施の形態１、２では、制御回路２５が車両の減速時毎に設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは既定期間毎に負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐを求めて、設定充電電圧Ｖｃｓを更新するようにしてもよい。これにより、負荷電流Ｉや負荷電力Ｐの変動に素早く対応して最適な設定充電電圧Ｖｃｓを決定できるので、さらなる蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【０１０９】
また、実施の形態１、２では、既定の車両走行モード（１０・１５モード）を例に説明したが、これは、実際の車両走行データにより走行パターンを規定し、これによる実際の車両走行モードを求めるとともに、負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐを求め、これらより設定充電電圧Ｖｃｓを求めるようにしてもよい。具体的には、前記実際の車両走行モードに応じて、負荷１９への全電力供給期間の内、制動により発電機１３が発電した電力を負荷１９に供給しながら蓄電部２３に充電する期間ｔｇｒと、蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを負荷１９へ供給する期間ｔｃとの合計が最大になるように、負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐの相関として設定充電電圧Ｖｃｓを求める。このようにして決定した設定充電電圧Ｖｃｓは、実際の車両走行に基いているため、蓄電部２３の長寿命化と高効率化に対し、より現実的な効果が得られる。
【０１１０】
また、前記実際の車両走行モードは、制御回路２５により、既定条件が成立すれば前記相関が更新されるようにしてもよい。ここで、前記既定条件は、車両使用時における既定期間経過時、または車両使用終了時の少なくともいずれかとする。これにより、前記相関は、例えば車両使用時の既定期間毎、および車両使用終了時の両方で、運転者に応じた、それまでの実際の車両走行モードが更新される。従って、車両の走行パターンの変化や運転者の交替があったとしても、適宜前記相関が更新されるので、車両の使用状況に応じ常に蓄電部２３の寿命を確保しつつ、最大限の燃費改善効果を得ることができる。
【０１１１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図である。図６は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図である。図７は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態と負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図である。なお、図５において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二本線は機械的接続を、それぞれ示す。また、図５において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１２】
すなわち、本実施の形態３における構成上の特徴は以下に示す点である。
【０１１３】
１）電流検出回路１７を外した。
【０１１４】
２）主電源１５と直列に主電源電流検出回路３１を接続した。これにより、主電源１５に流れる主電源電流Ｉｂを検出することができる。なお、主電源電流検出回路３１の出力（主電源電流Ｉｂ）は信号系配線で制御回路２５に出力される構成とした。
【０１１５】
３）制御回路２５は主電源電流検出回路３１から得られる主電源電流Ｉｂを時間積分することにより、主電源１５の充電状態ＳＯＣを検出する構成とした。なお、充電状態ＳＯＣは主電源１５の充電量を示す指数で、満充電状態を１００％とした時の百分率で示される。本実施の形態３では、主電源１５（鉛バッテリ）の過放電による劣化を考慮して、充電状態ＳＯＣが９０％から１００％の間で主電源１５を使用している。
【０１１６】
上記以外の構成は図１と同じである。
【０１１７】
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。
【０１１８】
まず、実施の形態１で述べたように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側から蓄電部２３側への昇圧型であるので、蓄電部２３の電圧Ｖｃは主電源１５側の電圧Ｖｆ（通常時１４Ｖ）以上とする必要がある。従って、蓄電部２３には少なくとも下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）まで充電が行われており、この時の蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを０として説明する。
【０１１９】
この状態において、車両用電源装置は実施の形態１と同様に、基本的には車両減速時に駆動輪１４により駆動させられて発生する発電機１３の回生電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して昇圧して蓄電部２３に回生エネルギーとして充電し、減速時以外に蓄電部２３の回生エネルギーを降圧して主電源１５や負荷１９に供給する動作を行う。この際の蓄電部２３への充電は以下のようにして制御されている。
【０１２０】
まず、制御回路２５は、車両用制御回路からブレーキ信号等の車両減速を示す信号をデータ信号ｄａｔａにより受け取ると、現在の主電源１５の充電状態ＳＯＣを制御回路２５の内蔵メモリに取り込む。なお、上記したように充電状態ＳＯＣは主電源１５の充放電に伴う主電源電流Ｉｂを時間積分したものであるので、この時間積分動作は制御回路２５により一定期間毎に演算されている。
【０１２１】
次に、制御回路２５は、あらかじめ内蔵メモリに記憶された図６の充電状態ＳＯＣ（横軸）と設定充電電圧Ｖｃｓ（左縦軸）の相関関係から、取り込んだ充電状態ＳＯＣに対応した設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。なお、設定充電電圧Ｖｃｓは実施の形態１で説明したものと同じである。次に、制御回路２５は決定された設定充電電圧ＶｃｓをＤＣ／ＤＣコンバータ２１に出力するとともに、発電機１３の回生電力を蓄電部２３に充電するよう制御信号ｃｏｎｔを出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように蓄電部２３への充電を行う。
【０１２２】
このような動作により、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように充電するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御するので、充電状態ＳＯＣの高低に応じて、蓄電部２３が充電された時の電圧Ｖｃが変化することになる。
【０１２３】
ここで、図６の充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関図について説明する。図６より、充電状態ＳＯＣが９６％以上の領域では、充電状態ＳＯＣの増加とともに、設定充電電圧Ｖｃｓは減少し、充電状態ＳＯＣが９６％より低いと、設定充電電圧Ｖｃｓは一定になる。この一定になった設定充電電圧Ｖｃｓは実施の形態１で説明した蓄電部２３の上限電圧Ｖｃｕ（２３Ｖ）である。従って、設定充電電圧Ｖｃｓは、充電状態ＳＯＣが低くなるほど下限電圧Ｖｃｍから上限電圧Ｖｃｕに向かって大きくなり、上限電圧Ｖｃｕに至れば一定となる。なお、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは常に１４Ｖ以上でなければならないので、充電状態ＳＯＣが１００％、すなわち主電源１５が満充電でこれ以上充電できない時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍになるようにしている。
【０１２４】
これらのことから、充電状態ＳＯＣが高い時は、設定充電電圧Ｖｃｓが小さくなるので、蓄電部２３に蓄えられる電力が少なくなるように制御されることがわかる。その結果、蓄電部２３の電圧Ｖｃは、上限電圧Ｖｃｕよりも小さくなるので、蓄電部２３を構成する各電気二重層キャパシタに印加される電圧も小さくなり、それらの寿命を延ばすことができる。従って、主電源１５がそれほど充電できない時には蓄電部２３への充電電圧を絞ることにより、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【０１２５】
ここで、図６に示した充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係の求め方を以下に詳しく説明する。
【０１２６】
本実施の形態３における上記制御を最も効率的に行うには、主電源１５が充電受け入れ可能な電力（充電状態ＳＯＣより求められる）だけを回生により蓄電部２３に充電するように設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。しかし、充電状態ＳＯＣは負荷１９の使用状況等により変動する。
【０１２７】
そこで、本実施の形態３では、既定の車両走行モード（例えば１０・１５モード）で走行した際に、蓄電部２３の蓄電電力により主電源１５が充電されることによる発電機１３の停止率ＡＲ（後述）が最大になるように、設定充電電圧Ｖｃｓを、あらかじめ充電状態ＳＯＣの相関として求めておくようにしている。なお、本実施の形態３における発電機１３の停止率ＡＲは実施の形態１と定義が異なるので、ここでの停止率ＡＲを具体的に説明する。
【０１２８】
まず、前記停止率ＡＲは、既定の車両走行モード時において、蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを主電源１５へ充電する期間（以下、蓄電部による主電源充電期間という）をｔｃｂ、エンジン１１が燃料を消費して発電機１３により発電し、主電源１５を充電している期間（以下、燃料消費による主電源充電期間という）をｔｇｅｂ、制動により発電機１３が発電した回生電力を主電源１５に充電しながら蓄電部２３に充電する期間（以下、回生電力の主電源充電期間という）をｔｇｒｂとすると、ＡＲ（％）＝１００×（ｔｃｂ＋ｔｇｒｂ）／（ｔｃｂ＋ｔｇｅｂ＋ｔｇｒｂ）により定義される。なお、上記式の分母は主電源１５への全充電期間に相当する。
【０１２９】
ここで、主電源１５を制動によって発生する回生電力のみで充電する場合、回生電力の主電源充電期間ｔｇｒｂによる蓄電部２３への充電と、蓄電部による主電源充電期間ｔｃｂにおける蓄電部２３から主電源１５への放電のみで、蓄電部２３の充放電が成立すればよいので、燃料消費による主電源充電期間ｔｇｅｂは、ｔｇｅｂ＝０となる。これを上記式に代入すると、ＡＲ＝１００％、すなわち発電機１３は回生発電時以外で停止状態となる。この状態が最も燃費のよい状態である。なお、発電機１３の停止状態における負荷１９への電力供給は主に主電源１５により行われる。
【０１３０】
ここで、燃料消費による主電源充電期間ｔｇｅｂを小さくするためには、蓄電部による主電源充電期間ｔｃｂを大きくすればよく、そのためには、蓄電部２３に蓄積される回生エネルギーを大きくすればよい。また、充電状態ＳＯＣが低いほど、ｔｇｅｂ＝０にするために必要な回生エネルギーは大きくなる。
【０１３１】
このことから、車両が既定の車両走行モードで走行している場合において、停止率ＡＲを最大化（可能ならば１００％）することができる最小の回生エネルギー量から設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。ここで、一例として１０・１５モード走行において、本実施の形態３で用いた蓄電部２３が蓄えることのできる回生エネルギーを考慮して、充電状態ＳＯＣに対する発電機１３の停止率ＡＲの相関を求めると、図６に示すようになった。なお、充電状態ＳＯＣは横軸、停止率ＡＲは右縦軸である。図６より、充電状態ＳＯＣが９６％以上では主電源１５が満充電に近いので、蓄電部２３に蓄えることができる回生エネルギー以下で主電源１５を充電できる。従って、停止率ＡＲ＝１００％である。充電状態ＳＯＣが９６％より低いと、蓄電部２３の回生エネルギーだけでは主電源１５を満充電できず、蓄電部２３が放電して電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至った後は、エンジン１１が発電機１３を駆動して主電源１５を充電する必要がある。従って、停止率ＡＲは充電状態ＳＯＣが低くなるほど小さくなる。これを換言すれば、一般に充電状態ＳＯＣが低いと主電源１５を充電する際の受け入れ電流が大きくなるので、充電状態ＳＯＣが低いほど蓄電部２３が蓄えた回生エネルギーを主電源１５の充電に活用できることになる。ゆえに、図６では前記既定の車両走行モードにおいて、充電状態ＳＯＣ＝９６％で蓄電部２３に満充電された回生エネルギーが全て主電源１５の充電に活用できるものとして、以下説明する。
【０１３２】
上記した充電状態ＳＯＣと停止率ＡＲの相関から、設定充電電圧Ｖｃｓを次のようにして決定する。
【０１３３】
まず、充電状態ＳＯＣが９６％より低ければ、停止率ＡＲが１００％より小さくなるので、蓄電部２３を満充電状態にしても、エンジン１１のトルクにより発電機１３を駆動しなければならない。従って、この場合は蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に至るまで充電し、蓄電部２３の充電できるエネルギーを最大限に利用する。ゆえに、設定充電電圧Ｖｃｓは充電状態ＳＯＣが９６％より低ければ上限電圧Ｖｃｕとなるように決定する。
【０１３４】
次に、充電状態ＳＯＣが９６％以上であれば、停止率ＡＲは１００％である。ゆえに、蓄電部２３を満充電状態にしなくても、エンジン１１のトルクによる発電機１３の発電を行うことなく蓄電部２３から主電源１５への充電ができる。この時、充電状態ＳＯＣが高いほど、蓄電部２３に充電する回生エネルギーを少なくしても主電源１５に必要な電力を充電できるので、図６に示すように、設定充電電圧Ｖｃｓは充電状態ＳＯＣが高くなるほど低くなるように決定する。これにより、蓄電部２３に不必要な高電圧が印加されることがなくなり、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。なお、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）より低くできないので、充電状態ＳＯＣが１００％の時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍと等しくなるように決定している。
【０１３５】
以上のことから、充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係は、既定の車両走行モードに応じて、主電源１５への全充電期間（ｔｃｂ＋ｔｇｅｂ＋ｔｇｒｂ）の内、回生電力の主電源充電期間ｔｇｒｂと、蓄電部による主電源充電期間ｔｃｂとの合計が最大になるように、あらかじめ求めておく。
【０１３６】
なお、このようにして求めた図６の相関は、図２の相関に対して左右反転したものとなる。これは、図２の横軸（負荷電流Ｉ）が大きいほど多くの回生エネルギーを蓄電部２３に充電する相関になっているのに対し、図６の横軸（充電状態ＳＯＣ）は低いほど主電源１５の充電受入量が大きくなり、その分、多くの回生エネルギーを蓄電部２３に充電する相関になるためである。
【０１３７】
ここで、負荷電流Ｉが変化した時の動作について述べる。負荷電流Ｉが大きくなると、発電機１３が停止していれば主電源１５の放電が大きくなる。その結果、充電状態ＳＯＣが低下する。これにより、図６の相関から蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓが高くなる。従って、蓄電部２３に蓄えられる回生エネルギーが増加し、一方で上記したように充電状態ＳＯＣは低下しているので主電源１５の充電受入量が大きくなる。これらのことから、負荷電流Ｉが大きくなることによる充電状態ＳＯＣの低下分、蓄電部２３への充電量が増大するので、主電源１５は放電量と充電受入量のバランスが取れ、安定化を図ることができる。
【０１３８】
次に、３種類の充電状態ＳＯＣにおいて、既定の車両走行モードで車両走行した場合の蓄電部２３の電圧Ｖｃの具体的な経時変化についてであるが、これらは実施の形態１で説明した図３（ａ）〜（ｃ）と全く同じになるので、詳細な説明を省略する。但し、図３（ａ）の負荷電流Ｉ＝２０Ａは充電状態ＳＯＣ＝９５％に、（ｂ）のＩ＝１２ＡはＳＯＣ＝９７％に、（ｃ）のＩ＝６ＡはＳＯＣ＝９８．５％に、それぞれ相当する。また、図３の車両走行モードの間は充電状態ＳＯＣが一定であるとしている。
【０１３９】
これらのことから、図３（ａ）の場合はＳＯＣ＝９５％に相当し、主電源１５への充電受入量が大きいため、回生時における蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓは上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）となり、その電圧まで蓄電部２３が充電されることになる。また、図３（ｂ）の場合はＳＯＣ＝９７％に相当するので、図６より設定充電電圧Ｖｃｓ＝２０Ｖと決定される。従って、主電源１５を満充電できる必要最低限の回生エネルギーが蓄電部２３に充電され、蓄電部電圧Ｖｃが高いままでいる期間を短縮できる。同様に、図３（ｃ）の場合はＳＯＣ＝９８．５％に相当するので、図３（ｂ）に比べ設定充電電圧Ｖｃｓが１７Ｖと、さらに低くなる。ゆえに、蓄電部電圧Ｖｃが高いままでいる期間をより短縮できる。
【０１４０】
以上の構成、動作により、充電状態ＳＯＣの大きさに応じて蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしたので、特に充電状態ＳＯＣが高い時は主電源１５を充電するための電力のみを回生エネルギーにより蓄電部２３に充電することができる。その結果、蓄電部２３の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部２３の長寿命化が可能となり、かつ回生電力を有効活用できるので、高効率な車両用電源装置を実現できる。
【０１４１】
なお、本実施の形態３では実施の形態１の負荷電流Ｉに替えて充電状態ＳＯＣに応じた蓄電部２３の充電制御について説明したが、これは実施の形態２の構成（図４）における負荷電流Ｉに替えて充電状態ＳＯＣに応じた蓄電部２３の充電制御を行うようにしてもよい。この場合、充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関は図６を用いればよい。また、実施の形態２と同様に、制御回路２５による蓄電部２３の充電制御は、充電回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２１に替わって発電機１３によって行われる。
【０１４２】
また、本実施の形態３における図３の説明では、車両走行モードの間、充電状態ＳＯＣが一定であるとして説明したが、上記したように、設定充電電圧Ｖｃｓは車両の減速時毎に決定しているので、車両使用中に充電状態ＳＯＣが変動すると、設定充電電圧Ｖｃｓも変動する。この場合、設定充電電圧Ｖｃｓが以前の値より大きくなる場合は、その値に更新すればよいが、小さくなる場合は、現在の蓄電部２３の電圧Ｖｃを下回る可能性がある。このように、設定充電電圧Ｖｃｓが蓄電部の電圧Ｖｃより小さく決定されると、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまでの間、たとえ車両減速による回生電力が発生しても、蓄電部２３から負荷１９への、既に蓄えられた回生エネルギーの供給を継続するようにしている。これにより、できるだけ早く蓄電部２３の電圧Ｖｃを設定充電電圧Ｖｃｓに至らせることができるので、蓄電部２３が高電圧状態にある期間を低減することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態３では、制御回路２５が一定期間毎に演算している充電状態ＳＯＣについて、車両の減速時点における値から設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは既定期間毎に充電状態ＳＯＣを求めて、設定充電電圧Ｖｃｓを更新するようにしてもよい。この既定期間は前記一定期間と同期させてもよいし、個別に決定しておいてもよい。これにより、充電状態ＳＯＣの変動に素早く対応して最適な設定充電電圧Ｖｃｓを決定できるので、さらなる蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【０１４４】
また、本実施の形態３では、既定の車両走行モード（１０・１５モード）を例に説明したが、これは、実施の形態１、２と同様に、実際の車両走行データにより走行パターンを規定し、これによる実際の車両走行モードを求めるとともに、充電状態ＳＯＣを求め、これらより設定充電電圧Ｖｃｓを求めるようにしてもよい。具体的には、前記実際の車両走行モードに応じて、主電源１５への全充電期間の内、制動により発電機１３が発電した電力を主電源１５に充電しながら蓄電部２３に充電する期間ｔｇｒｂと、蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを主電源１５へ充電する期間ｔｃｂとの合計が最大になるように、充電状態ＳＯＣの相関として設定充電電圧Ｖｃｓを求める。このようにして決定した設定充電電圧Ｖｃｓは、実際の車両走行に基いているため、蓄電部２３の長寿命化と高効率化に対し、より現実的な効果が得られる。
【０１４５】
また、前記実際の車両走行モードについても、実施の形態１、２と同様に、制御回路２５により、前記既定条件が成立すれば前記相関が更新されるようにしてもよい。これにより、前記相関が更新されるので、車両の使用状況に応じ常に蓄電部２３の寿命を確保しつつ、最大限の燃費改善効果を得ることができる。
【０１４６】
また、実施の形態１、２では負荷電流Ｉに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定する場合について説明し、本実施の形態３では充電状態ＳＯＣに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定する場合について説明したが、負荷電流Ｉと充電状態ＳＯＣの両方に応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしてもよい。この場合の設定充電電圧Ｖｃｓは図７に示す相関に従って決定される。すなわち、充電状態ＳＯＣの値に応じて負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関が変わるので、これらの相関をあらかじめ充電状態ＳＯＣ毎に求めて制御回路２５の前記内蔵メモリに記憶しておく。そして、設定充電電圧Ｖｃｓを求める際には、現在の充電状態ＳＯＣに応じた負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関から設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。なお、図７では充電状態ＳＯＣを３種類（９０％、９５％、１００％）のみ示したが、実際にはもっと細かく前記相関を求めればよい。また、前記内蔵メモリの容量が少ない場合には、前記相関を例えば３種のみとし、その間の充電状態ＳＯＣの値（例えば９７％など）に対しては、３種の相関（例えば９５％と１００％の相関）から中間値を比例計算で求めて設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしてもよい。但し、上記のようにして設定充電電圧Ｖｃｓを決定する場合には、図１の電流検出回路１７と図５の主電源電流検出回路３１の両方が必要になる。
【０１４７】
このように負荷電流Ｉと充電状態ＳＯＣに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定することにより、充電状態ＳＯＣを任意の値に制御することも可能となる。具体的には、制御回路２５は主電源１５から負荷１９への放電を小さくするように負荷電圧Ｖｆ（主電源１５の電圧に相当）をＤＣ／ＤＣコンバータ２１により制御する。同時に、制御回路２５は設定充電電圧Ｖｃｓを上げて蓄電部２３への回生エネルギーの充電量を増やし、蓄電部２３から負荷１９へ電力を供給するように制御する。これらの結果、主電源１５からの放電が小さくなるので充電状態ＳＯＣを高く調整することができる。この際、主電源１５からの放電が小さくなった分は蓄電部２３から負荷１９に電力が供給されるので、負荷１９を動作し続けられるとともに、蓄電部２３へも必要な電力だけが充電されるので、蓄電部２３の不要な劣化を低減することができる。さらに、充電状態ＳＯＣが一定になるように制御すれば、主電源１５の特に過放電による劣化の可能性を低減することができる。
【０１４８】
また、実施の形態１〜３では、停止率ＡＲの最大値を１００％としているが、エンジン１１による発電を少しだけ許容し、停止率ＡＲの最大値を例えば８０％程度に抑えるようにしてもよい。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃの最大値を小さくすることができるので、若干の燃費悪化を許容してでも、蓄電部２３の寿命を大幅に延ばすように設定することが可能となる。
【０１４９】
また、本実施の形態１〜３において、制御回路２５に電気的に接続された温度センサを蓄電部２３に設ける構成とし、制御回路２５は、前記温度センサから出力される温度Ｔに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを補正するようにしてもよい。この場合、特に温度Ｔが高くなると、設定充電電圧Ｖｃｓを下げるように補正する。その結果、蓄電部２３が高温の場合は、設定充電電圧Ｖｃｓが下がるので、蓄電部２３の寿命に対して最も過酷な高温高電圧状態を回避することが可能となる。従って、蓄電部２３の急激な劣化を低減でき、さらなる長寿命化を図ることができる。なお、温度Ｔによる設定充電電圧Ｖｃｓの補正は、設定充電電圧Ｖｃｓを決定した後に、温度Ｔに応じて行ってもよいし、あらかじめ前記相関を温度Ｔ毎に複数求めておき、現在の温度Ｔに対応した前記相関を選定して設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしてもよい。
【０１５０】
また、実施の形態１〜３において、蓄電部２３は電気二重層キャパシタで構成したが、これは電気化学キャパシタ等の高容量キャパシタでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明にかかる車両用電源装置は、高効率化と蓄電部の長寿命化が可能となるので、特に高信頼性が要求される補助電源としての車両用電源装置等として有用である。
【符号の説明】
【０１５２】
１１ エンジン
１３ 発電機
１５ 主電源
１７ 電流検出回路
１９ 負荷
２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 蓄電部
２５ 制御回路
３１ 主電源電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助電源を用いた高効率な車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮や燃費向上のために、制動時に発電を行うことで制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生システムを搭載した自動車（以下、車両という）が開発されている。この回生システムは、制動時に発電機で発生する電力（以下、回生電力という）を充電し、得られた電気エネルギー（以下、回生エネルギーという）を制動時以外に負荷等へ放電することで、熱として捨てていた制動エネルギーを電気エネルギーとして利用するので効率が向上するとともに、放電時における発電機の発電量を減らすことができるので、その分、エンジン負担が軽減され省燃費が可能となる。
【０００３】
このような回生システムを従来の車両に適用すると、回生電力は鉛バッテリに充電されることになるが、急減速等の場合は大電力が短時間に発生し、急速充電が不十分な鉛バッテリに効率的に充電することができなかった。また、鉛バッテリに印加される電圧が急上昇し、電解液の減少を引き起こす。その結果、鉛バッテリの寿命が短くなってしまうという課題があった。
【０００４】
そこで、短時間に発生する大電力を効率よく回収するために、急速充放電特性に優れるキャパシタを予備的な蓄電手段として用いた回生システム用の電源装置が、例えば下記特許文献１に提案されている。図８はこのような車両用電源装置のブロック回路図である。
【０００５】
図８において、主蓄電手段１０１は鉛バッテリであり、その正極にはイグニションスイッチ１０３を介して車両電気負荷１０５が接続されている。また、主蓄電手段１０１の正極には車両用発電機１０７が接続されている。車両用発電機１０７はエンジン１０９と機械的に接続されているので、エンジン１０９の動作により車両用発電機１０７が駆動される。さらに、エンジン１０９はタイヤ１１１が機械的に接続されており、エンジン１０９の駆動力によりタイヤ１１１が回転し、車両を走行させる。また、制動による減速時には、車両の慣性によりタイヤ１１１が回転し、これによりエンジン１０９も回転する。この回転トルクにより車両用発電機１０７が駆動され、制動エネルギーによる発電が行われる。
【０００６】
このような車両に対し、回生電力を効率よく回収するために、車両用発電機１０７にはＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を介して予備蓄電手段１１５が接続されている。予備蓄電手段１１５には大容量の電気二重層キャパシタが用いられるので、急減速時等に発生する短時間の大電力を効率よく回収できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３には、その動作を制御するために電子演算装置１１７が接続されている。さらに、電子演算装置１１７には車両側から様々な信号を受信するための信号受信用端子１１９が設けられている。従って、電子演算装置１１７は車両の状態を信号受信用端子１１９から受信することにより、それに応じた予備蓄電手段１１５への充放電制御をＤＣ／ＤＣコンバータ１１３に対して行う。
【０００７】
このような構成の回生システム用電源装置とすることで、短時間に発生する大電力を含む減速時の回生電力を、一旦予備蓄電手段１１５に充電しておき、減速時以外に充電した電力を主蓄電手段１０１や車両電気負荷１０５に供給することができる。その結果、効率のよい制動エネルギーの回生が可能となるだけでなく、主蓄電手段１０１（鉛バッテリ）に印加される電圧の急上昇を低減することも可能となるので、主蓄電手段１０１の寿命短縮を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４６５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の電源装置によると、確かに効率的な回生により車両の省燃費化が可能となるのであるが、主蓄電手段１０１が満充電状態であったり、車両電気負荷１０５の消費電力が少ない状態では、予備蓄電手段１１５に蓄えた回生エネルギーがなかなか消費されず、予備蓄電手段１１５（蓄電部）を構成する電気二重層キャパシタに高電圧が印加された状態が継続する場合があった。その結果、電気二重層キャパシタの寿命が短くなる可能性があるという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部を長寿命化できる高効率な車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は、制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、前記蓄電部に電気的に接続される負荷と、前記負荷が消費する負荷電流（Ｉ）、または負荷電力（Ｐ）を検出し、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明の車両用電源装置は、制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、前記発電機に電気的に接続される主電源と、前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、前記充電状態（ＳＯＣ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の車両用電源装置によれば、負荷に流れる負荷電流（Ｉ）、または負荷が消費する負荷電力（Ｐ）に応じて、これらいずれかの値が小さければ、蓄電部の設定充電電圧（Ｖｃｓ）を小さく決定し、大きければ蓄電部の上限電圧を超えない範囲で設定充電電圧（Ｖｃｓ）を大きく決定することができる。その結果、負荷電流（Ｉ）や負荷電力（Ｐ）が小さい場合は、蓄電部の充電電圧が低く設定されるので、減速時の回生エネルギーを必要な分だけ回収できるとともに、蓄電部の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部の長寿命化が可能になるという効果が得られる。
【００１４】
また、本発明の車両用電源装置によれば、主電源の充電状態（ＳＯＣ）に応じて、この値が高ければ蓄電部の設定充電電圧（Ｖｃｓ）を小さく決定し、低ければ蓄電部の上限電圧を超えない範囲で設定充電電圧（Ｖｃｓ）を大きく決定することができる。その結果、主電源の充電状態（ＳＯＣ）が高くて充電受入量が小さい場合は、蓄電部の充電電圧が低く設定されるので、減速時の回生エネルギーを主電源に充電するための必要な分だけ回収できるとともに、蓄電部の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部の長寿命化が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１における車両用電源装置の負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図
【図３】本発明の実施の形態１における車両用電源装置の蓄電部電圧の経時変化図であり、（ａ）は負荷電流が２０Ａの時の経時変化図、（ｂ）は負荷電流が１２Ａの時の経時変化図、（ｃ）は負荷電流が６Ａの時の経時変化図
【図４】本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図
【図５】本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図
【図６】本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図
【図７】本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態と負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図
【図８】従来の車両用電源装置のブロック回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図である。図３は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の蓄電部電圧の経時変化図であり、（ａ）は負荷電流が２０Ａの時の経時変化図を、（ｂ）は負荷電流が１２Ａの時の経時変化図を、（ｃ）は負荷電流が６Ａの時の経時変化図を、それぞれ示す。なお、図１において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二本線は機械的接続を、それぞれ示す。
【００１８】
図１において、車両に搭載されたエンジン１１には、発電機１３と駆動輪１４が機械的に接続されている。これにより、制動時に電気エネルギー（回生電力）を発電する場合は、駆動輪１４により発電機１３が駆動される。その結果、発電機１３は制動トルクを発生して車両を減速させる。また、エンジン１１の回転力を発電機１３に伝達することにより、電力を発生することもできる。
【００１９】
発電機１３には主電源１５が電気的に接続されている。主電源１５はバッテリからなる。主電源１５には、電流検出回路１７を介して負荷１９に電気的に接続されている。ここで、負荷１９は車載電装品である。このように配線を行うことで、電流検出回路１７は負荷１９が消費している電流（以下、負荷電流Ｉという）を検出している。
【００２０】
また、主電源１５にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して蓄電部２３が電気的に接続されている。本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を双方向型とし、さらに、主電源１５側から蓄電部２３側への昇圧型とした。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の充電回路、および放電回路の役割を担う。また、蓄電部２３は耐電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを１０個直列接続して構成される。なお、電気二重層キャパシタの個数や接続方法（直列、並列、直並列）は上記に限定されるものではなく、必要な電気仕様に基いて適宜決定すればよい。
【００２１】
蓄電部２３は発電機１３が発電した制動時の電気エネルギー（回生エネルギー）を蓄え、制動時以外に、蓄えた回生エネルギーにより負荷１９に電力を供給する。従って、蓄電部２３はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して、発電機１３、および負荷１９と電気的に接続される構成となる。
【００２２】
電流検出回路１７とＤＣ／ＤＣコンバータ２１には、制御回路２５が電気的に接続されている。制御回路２５はマイクロコンピュータと周辺回路から構成され、電流検出回路１７で検出された負荷電流Ｉを読み込み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対して、設定充電電圧Ｖｃｓや制御信号ｃｏｎｔを出力する。これにより、制御回路２５は、決定した設定充電電圧Ｖｃｓになるように蓄電部２３を充電するため、充電回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。さらに、制御回路２５は、車両用制御回路（図示せず）との間で様々なデータ信号ｄａｔａのやり取りを行う。なお、設定充電電圧Ｖｃｓの詳細については後述する。
【００２３】
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。
【００２４】
上記したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側から蓄電部２３側への昇圧型であるので、蓄電部２３の電圧Ｖｃは主電源１５側の電圧Ｖｆ以上とする必要がある。そこで、あらかじめ蓄電部２３には、主電源１５側の電圧Ｖｆ（通常時で１４Ｖ）と等しい電圧になるように電力が蓄えられている。なお、この電圧を以下、下限電圧Ｖｃｍと呼び、この時の回生エネルギーを０として説明する。
【００２５】
この状態において、本実施の形態１における車両用電源装置は、基本的には車両減速時に駆動輪１４により駆動させられて発生する発電機１３の回生電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して昇圧して蓄電部２３に回生エネルギーとして充電し、減速時以外に蓄電部２３の回生エネルギーを降圧して主電源１５や負荷１９に供給する動作を行う。
【００２６】
この際に、制御回路２５は蓄電部２３を長寿命化できるように、蓄電部２３への充電を以下のようにして制御している。
【００２７】
まず、制御回路２５は、車両用制御回路からブレーキ信号等の車両減速を示す信号をデータ信号ｄａｔａにより受け取ると、直ちに電流検出回路１７により負荷１９に流れる負荷電流Ｉを読み込む。
【００２８】
次に、制御回路２５は、あらかじめ内蔵メモリに記憶された図２の負荷電流Ｉ（横軸）と設定充電電圧Ｖｃｓ（左縦軸）の相関関係から、読み込んだ負荷電流Ｉに対応した設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。ここで、設定充電電圧Ｖｃｓとは、発電機１３の電力を蓄電部２３に充電する際の、蓄電部２３の充電電圧における目標値のことである。従って、制御回路２５が、決定された設定充電電圧ＶｃｓをＤＣ／ＤＣコンバータ２１に出力するとともに、発電機１３の回生電力を蓄電部２３に充電するよう制御信号ｃｏｎｔを出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように蓄電部２３への充電を行う。
【００２９】
このような動作により、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように充電するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御するので、負荷電流Ｉの大小に応じて、蓄電部２３が充電された時の電圧Ｖｃが変化することになる。
【００３０】
この負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関を図２に示す。ここで、横軸は負荷電流Ｉ、左縦軸は設定充電電圧Ｖｃｓである。図２より、負荷電流Ｉが１５Ａよりも小さい領域では、負荷電流Ｉの増加とともに、設定充電電圧Ｖｃｓも増加し、負荷電流Ｉが１５Ａを超えると、設定充電電圧Ｖｃｓは一定になる。この一定になった設定充電電圧Ｖｃｓは蓄電部２３の上限電圧Ｖｃｕ（２３Ｖ）である。従って、設定充電電圧Ｖｃｓは、上限電圧Ｖｃｕに至るまでは負荷電流Ｉが大きくなるほど下限電圧Ｖｃｍから上限電圧Ｖｃｕに向かって大きくなる。なお、上限電圧Ｖｃｕを２３Ｖとしているが、これは上記したように電気二重層キャパシタの耐電圧が２．５Ｖであるので、マージンを差し引いて、各電気二重層キャパシタの満充電電圧を２．３Ｖと決定しているためである。従って、蓄電部２３は１０個の電気二重層キャパシタを直列接続した構成であるので、その上限電圧Ｖｃｕは２．３Ｖ×１０個＝２３Ｖとなる。また、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは常に１４Ｖ以上でなければならないので、負荷電流Ｉが０Ａの時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍになるようにしている。
【００３１】
これらのことから、負荷電流Ｉが小さい時は、設定充電電圧Ｖｃｓが小さくなるので、蓄電部２３に蓄えられる電力が少なくなるように制御されることがわかる。その結果、蓄電部２３の電圧Ｖｃは、上限電圧Ｖｃｕよりも小さくなるので、蓄電部２３を構成する各電気二重層キャパシタに印加される電圧も小さくなり、それらの寿命を延ばすことができる。従って、負荷１９がそれほど電力を必要としていない時には蓄電部２３への充電電圧を絞ることにより、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【００３２】
ここで、図２に示した負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係の求め方を以下に詳しく説明する。
【００３３】
本実施の形態１における上記制御を最も効率的に行うには、負荷電流Ｉができるだけ蓄電部２３の電力によって供給されるように設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。しかし、負荷電流Ｉは負荷１９の使用状況により変動する。
【００３４】
そこで、本実施の形態１では、既定の車両走行モード（例えば１０・１５モード）で走行した際に、蓄電部２３が負荷１９に蓄電電力を供給することによる発電機１３の停止率ＡＲ（後述）が最大になるように、設定充電電圧Ｖｃｓを、あらかじめ負荷電流Ｉの相関として求めておくようにしている。その具体例を以下に説明する。
【００３５】
まず、前記停止率ＡＲは、既定の車両走行モード時において、蓄電部２３に蓄えられる回生エネルギーを負荷１９へ供給している期間（以下、蓄電部による負荷電力供給期間という）をｔｃ、エンジン１１が燃料を消費して発電機１３により発電し、負荷１９に電力を供給している期間（以下、燃料消費による負荷電力供給期間という）をｔｇｅ、制動により発電機１３が発電した回生電力を負荷１９に供給しながら蓄電部２３を充電する期間（以下、回生電力充電期間という）をｔｇｒとすると、ＡＲ（％）＝１００×（ｔｃ＋ｔｇｒ）／（ｔｃ＋ｔｇｅ＋ｔｇｒ）により定義される。なお、上記式の分母は負荷１９への全電力供給期間に相当する。
【００３６】
ここで、負荷１９を制動によって発生する回生電力のみで駆動する場合、蓄電部２３の回生電力充電期間ｔｇｒと蓄電部による負荷電力供給期間ｔｃのみによって蓄電部２３の充放電が成立すればよいので、燃料消費による負荷電力供給期間ｔｇｅ＝０となる。これを上記式に代入すると、ＡＲ＝１００％、すなわち発電機１３は回生発電時以外で停止状態となる。この状態が最も燃費のよい状態である。
【００３７】
ここで、燃料消費による負荷電力供給期間ｔｇｅを小さくするためには、蓄電部による負荷電力供給期間ｔｃを大きくすればよく、そのためには、蓄電部２３に蓄積される回生エネルギーを大きくすればよい。また、負荷電流Ｉが大きいほど、ｔｇｅ＝０にするために必要な回生エネルギーは大きくなる。
【００３８】
このことから、車両が既定の車両走行モードで走行している場合において、停止率ＡＲを最大化（可能ならば１００％）することができる最小の回生エネルギー量から設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。ここで、一例として１０・１５モード走行において、本実施の形態１で用いた蓄電部２３が蓄えることのできる回生エネルギーを考慮して、負荷電流Ｉに対する発電機１３の停止率ＡＲの相関を求めると、図２に示すようになった。なお、負荷電流Ｉは横軸、停止率ＡＲは右縦軸である。図２より、負荷電流Ｉが１５Ａまでは、蓄電部２３に蓄えることができる回生エネルギー以下で負荷１９を駆動し続けることができるため、停止率ＡＲ＝１００％である。負荷電流Ｉが１５Ａを超えると、蓄電部２３の回生エネルギーだけでは負荷１９を駆動し続けることができず、蓄電部２３が放電して電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至った後は、エンジン１１が発電機１３を駆動して負荷１９に電力を供給する必要がある。従って、停止率ＡＲは負荷電流Ｉが大きくなるほど小さくなる。
【００３９】
このような負荷電流Ｉと停止率ＡＲの相関から、設定充電電圧Ｖｃｓを次のようにして決定する。
【００４０】
まず、負荷電流Ｉが１５Ａより大きければ、停止率ＡＲが１００％より小さくなるので、蓄電部２３を満充電状態にしても、エンジン１１のトルクにより発電機１３を駆動しなければならない。従って、この場合は蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に至るまで充電し、蓄電部２３の充電できるエネルギーを最大限に利用する。ゆえに、設定充電電圧Ｖｃｓは負荷電流Ｉが１５Ａより大きければ上限電圧Ｖｃｕとなるように決定する。
【００４１】
次に、負荷電流Ｉが１５Ａ以下であれば、停止率ＡＲは１００％である。ゆえに、蓄電部２３を満充電状態にしなくても、エンジン１１のトルクによる発電機１３の発電を行うことなく負荷１９に電力を供給できる。この時、負荷電流Ｉが小さいほど、蓄電部２３に充電する回生エネルギーを少なくしても負荷１９に必要な電力を供給できるので、図２に示すように、設定充電電圧Ｖｃｓは負荷電流Ｉが小さくなるほど低くなるように決定する。これにより、蓄電部２３に不必要な高電圧が印加されることがなくなり、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。なお、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）より低くできないので、負荷電流Ｉが０Ａの時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍと等しくなるように決定している。
【００４２】
以上のことから、負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係は、既定の車両走行モードに応じて、負荷１９への全電力供給期間（ｔｃ＋ｔｇｅ＋ｔｇｒ）の内、回生電力充電期間ｔｇｒと、蓄電部による負荷電力供給期間ｔｃとの合計が最大になるように、あらかじめ求めておく。
【００４３】
次に、３種類の負荷電流Ｉにおいて、既定の車両走行モードで車両走行した場合の蓄電部２３の電圧Ｖｃの具体的な経時変化を図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。なお、図３（ａ）は負荷電流Ｉ＝２０Ａ、（ｂ）はＩ＝１２Ａ、（ｃ）はＩ＝６Ａの時を、それぞれ示す。また、全ての図において、横軸は時刻ｔを、縦軸は蓄電部２３の電圧Ｖｃを、それぞれ示す。また、図３（ｃ）には実線と破線の特性が示してあるが、前者は本実施の形態１における蓄電部２３の電圧Ｖｃの特性を、破線は従来の構成における電圧Ｖｃの特性を、それぞれ示す。また、ここでは蓄電部２３の電圧Ｖｃの初期値が下限電圧Ｖｃｍと等しいとして説明する。
【００４４】
まず、負荷１９に２０Ａの電流が流れている（負荷電流Ｉ＝２０Ａ）の場合は、図２により、設定充電電圧Ｖｃｓは上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に決定される。従って、図３（ａ）の車両走行モードにおいて、蓄電部２３が回生電力を充電する際は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕになるまで充電される設定となる。
【００４５】
この設定状態で、車両走行モードに従って車両の走行を行った場合について説明する。
【００４６】
まず、図３（ａ）の時刻ｔ０で車両が加速する。この時、蓄電部２３には回生電力が蓄えられていない状態、すなわち、蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）である。従って、負荷１９にはエンジン１１のトルクによる発電機１３の発電電力が供給され、電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｍを維持する。また、加速中は回生電力が発生しないので、制御回路２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対し、蓄電部２３への充電を行わないよう制御する。
【００４７】
その後、時刻ｔ１で車両が減速を開始する。これにより、発電機１３から回生電力が発生するので、制御回路２５は車両用制御回路から制動を開始したことを示すデータ信号ｄａｔａを受信すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対し、蓄電部２３への充電を行うよう制御信号ｃｏｎｔを出力する。これにより、蓄電部２３に回生電力が充電される。
【００４８】
ここで、図３（ａ）の場合は、既に負荷電流Ｉが２０Ａであることがわかっている状態であるので、設定充電電圧Ｖｃｓを上限電圧Ｖｃｕと決定されているが、これは時刻ｔ１の段階で現在の負荷電流Ｉを電流検出回路１７から読み込み、それに応じた設定充電電圧Ｖｃｓを図２より求めて更新するようにしてもよい。
【００４９】
時刻ｔ１以降で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は発電機１３で発電された回生電力を蓄電部２３に充電するのであるが、発電機１３で発電される電圧は例えば１４．５Ｖ程度であるので、発電機１３の発電電圧を昇圧して、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるまで蓄電部２３を充電する。これにより、回生電力を回収できる。
【００５０】
その後、制御回路２５は蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至る時刻ｔ２で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に充電を停止するよう制御信号ｃｏｎｔを出力する。なお、図１には示していないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１には蓄電部２３の電圧Ｖｃや主電源１５側の電圧Ｖｆを検出する回路が内蔵されているので、その出力に基いて電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至ったか否かを判断している。
【００５１】
その後、時刻ｔ３まで車両の制動が続くが、蓄電部２３は既に設定充電電圧Ｖｃｓまで充電が完了しているので、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは蓄電部２３の電圧Ｖｃが一定となる。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ３までは回生電力が負荷１９にも供給される。従って、エンジン１１が燃料を消費して発生するエンジントルクによる発電が行われないので、燃料消費が抑制される。
【００５２】
その後、時刻ｔ３で車両が再び加速する。この車両挙動の変化は、上記したように車両用制御回路からのデータ信号ｄａｔａにより制御回路２５に送信される。これを受け、制御回路２５は直ちにＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対して、蓄電部２３が蓄えた回生エネルギーにより電力を負荷１９に供給するように制御信号ｃｏｎｔを出力する。その結果、蓄電部２３から負荷１９への電力供給が開始されるが、蓄電部２３の電圧Ｖｃは時刻ｔ３では上限電圧（＝２３Ｖ）であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は負荷１９を駆動する電圧（＝１２Ｖ）まで降圧して供給する。
【００５３】
このような動作により、時刻ｔ３以降で蓄電部２３の電圧Ｖｃは経時的に低下していく。また、この時は蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーにより、負荷１９に電力が供給されるので、発電機１３による発電は不要となる。従って、車両用制御回路（図示せず）は発電機１３が発電しないように制御する。
【００５４】
その後、時刻ｔ４で再び車両が減速すると、制御回路２５は時刻ｔ１と同様に回生電力を蓄電部２３に充電する制御を行う。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは再び上昇する。
【００５５】
その後、時刻ｔ５で再び車両が加速する。この時、蓄電部２３の電圧Ｖｃは設定充電電圧Ｖｃｓに至っていないが、制御回路２５は直ちに蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを負荷１９に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。これにより、できるだけ早く蓄電部２３の回生エネルギーを負荷１９に消費させ、次回の車両走行時に発生する回生電力を最大限に回収することができる。その結果、さらなる効率向上が図れる。
【００５６】
その後、時刻ｔ６で蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至れば、制御回路２５は蓄電部２３から負荷１９への電力供給を停止するとともに、車両用制御回路はエンジン１１のトルクにより発電機１３から発電される電力を負荷１９に供給するよう制御する。これにより、負荷１９には、蓄電部２３に回生エネルギーが蓄えられている時は蓄電部２３から、回生エネルギーが蓄えられていない時は発電機１３から、それぞれ電力が供給される。従って、制動時に発生する電気エネルギー（回生エネルギー）を活用して負荷１９に供給できるので、車両全体の燃費向上が可能となる。
【００５７】
その後、時刻ｔ７で再び車両が減速するが、この時の動作は時刻ｔ１と同じであるので、説明を省略する。さらに、時刻ｔ８で蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るが、この時の動作も時刻ｔ２と同じである。
【００５８】
その後、時刻ｔ９で減速が終了し、車両が停止する。この時は、時刻ｔ３と同様に、制御回路２５は蓄電部２３の回生エネルギーにより電力を負荷１９に供給する。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは経時的に低下し、時刻ｔ１０で下限電圧Ｖｃｍに至る。その後は、制御回路２５が蓄電部２３から負荷１９への電力供給を停止するよう制御する。
【００５９】
次に、負荷電流Ｉが１２Ａの場合について、図３（ｂ）を参照しながら説明する。なお、この場合の設定充電電圧Ｖｃｓは図２より２０Ｖとなる。
【００６０】
時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までにおける車両の加速期間の動作は、図３（ａ）の時刻ｔ０から時刻ｔ１までのものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６１】
その後、時刻ｔ２１から車両が減速を開始すると、発電機１３で発生した回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して蓄電部２３に充電される。この時の充電速度はＤＣ／ＤＣコンバータ２１により決定されるので、負荷電流Ｉと関係なく一定である。従って、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの電圧Ｖｃの傾きは、図３（ａ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの傾きと同じである。
【００６２】
但し、図３（ｂ）においては、設定充電電圧Ｖｃｓが２０Ｖと決定されているので、図３（ａ）の時刻ｔ２より早い時刻ｔ２２で、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至る。これにより、蓄電部２３への充電が停止するので、時刻ｔ２２以降は電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。なお、充電の停止動作等は図３（ａ）の時刻ｔ２の場合と同じである。
【００６３】
その後、時刻ｔ２３で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーにより電力が負荷１９に供給される。この時の動作は図３（ａ）の時刻ｔ３と同じであるが、負荷電流Ｉが１２Ａであり小さいので、電圧Ｖｃの降下速度（傾きの絶対値）は図３（ａ）に比べ小さくなる。
【００６４】
その後、時刻ｔ２４で車両が再減速すると、蓄電部２３に回生電力が充電される。そして、時刻ｔ２５において、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るが、同時に車両が再加速する。従って、回生により蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーは時刻ｔ２５から時刻ｔ２６まで負荷１９に供給される。
【００６５】
その後、時刻ｔ２６で再び減速すると、制御回路２５は直ちに負荷１９への蓄電電力の供給を停止し、制動時の回生電力を充電するよう制御する。これにより、時刻ｔ２１以降と同様に蓄電部２３が充電され、その電圧Ｖｃが経時的に上昇する。
【００６６】
その後、時刻ｔ２７で蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至ると、制御回路２５は蓄電部２３への充電を停止する。その結果、時刻ｔ２７以降では蓄電部２３の電圧Ｖｃは設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。
【００６７】
その後、時刻ｔ２８で減速が終了し、車両が停止する。この時は、時刻ｔ２３と同様に、制御回路２５は蓄電部２３の回生エネルギーを負荷１９に供給する。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは経時的に低下していく。
【００６８】
このような動作において、図３（ａ）と比較すると、蓄電部２３の電圧Ｖｃは最高でも設定充電電圧Ｖｃｓの２０Ｖまでしか至らない。従って、蓄電部２３が高電圧のままである期間が図３（ａ）に比べて低減され、その分、蓄電部２３の寿命を延ばすことができる。
【００６９】
また、図３（ａ）では負荷電流Ｉが２０Ａであるため、例えば時刻ｔ６で蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに達し、その後は回生電力が発生する時刻ｔ７まではエンジン１１により発電機１３を駆動して負荷１９に電力を供給していた。一方、図３（ｂ）では負荷電流Ｉが１２Ａであるため、例えば時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までの加速中にも負荷１９に蓄電部２３の回生エネルギーを供給し続けることができる。従って、図３（ａ）の時刻ｔ６から時刻ｔ７までのようなエンジン１１の駆動による発電を行うことがない。ゆえに、蓄電部２３の電圧Ｖｃを抑制しつつ、さらなる燃料消費の抑制も可能となる。
【００７０】
次に、負荷電流Ｉが６Ａの場合について、図３（ｃ）を参照しながら説明する。なお、この場合の設定充電電圧Ｖｃｓは図２より１７Ｖとなる。また、以下の説明では、図３（ｃ）の実線の特性について述べる。
【００７１】
時刻ｔ４０から時刻ｔ４１までにおける車両の加速期間の動作は、図３（ａ）の時刻ｔ０から時刻ｔ１までのものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００７２】
その後、時刻ｔ４１から車両が減速を開始すると、発電機１３の回生電力が蓄電部２３に充電されるが、上記したように充電速度は負荷電流Ｉと関係なく一定であるので、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの電圧Ｖｃの傾きは、図３（ａ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの傾きと同じである。
【００７３】
但し、図３（ｃ）においては、設定充電電圧Ｖｃｓが１７Ｖと決定されているので、図３（ｂ）の時刻ｔ２２よりさらに早い時刻ｔ４２で、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至る。これにより、蓄電部２３への充電が停止するので、時刻ｔ４２以降は電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。なお、充電の停止動作等は図３（ａ）の時刻ｔ２と同じである。
【００７４】
その後、時刻ｔ４４で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーにより電力が負荷１９に供給される。この時の動作は図３（ａ）の時刻ｔ３と同じであるが、負荷電流Ｉが６Ａであり、さらに小さいので、電圧Ｖｃの傾きの絶対値も図３（ｂ）に比べさらに小さくなる。
【００７５】
その後、時刻ｔ４５で車両が再減速すると、蓄電部２３に回生電力が充電される。そして、時刻ｔ４６において、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至り、その後、蓄電部２３への充電が停止する。その結果、電圧Ｖｃは設定充電電圧Ｖｃｓを維持する。
【００７６】
その後、時刻ｔ４７で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーは時刻ｔ４７から時刻ｔ４８まで負荷１９に供給される。
【００７７】
その後、時刻ｔ４８から再び減速し、時刻ｔ４９で蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至り、時刻ｔ５０で車両が停止する一連の動作は、それぞれ図３（ｂ）の時刻ｔ２６、時刻ｔ２７、時刻ｔ２８の動作と同じであるので、説明を省略する。
【００７８】
このような動作において、図３（ｂ）と比較すると、蓄電部２３の電圧Ｖｃは最高でも設定充電電圧Ｖｃｓの１７Ｖまでしか至らない。従って、蓄電部２３が高電圧のままである期間が図３（ｂ）に比べて低減され、その分、蓄電部２３の寿命をさらに延ばすことができる。なお、図３（ａ）〜（ｃ）より、既定の車両走行モードにおける蓄電部２３の電圧Ｖｃの平均値は、負荷電流Ｉが２０Ａ、１２Ａ、６Ａの順に小さくなり、後者ほど蓄電部２３の寿命に与える影響が小さくなることがわかる。
【００７９】
また、図３（ｃ）の場合も、既定の車両走行モードにおいて、図３（ｂ）の時刻ｔ２１以降と同様に、時刻ｔ４１以降でエンジン１１のトルクによる発電機１３の発電電力が負荷１９に供給される期間がないため、燃料消費の抑制が可能となる。
【００８０】
ここで、従来の構成で負荷電流Ｉが６Ａであった場合の動作を図３（ｃ）の破線に示す。時刻ｔ４０から時刻ｔ４２までの動作は図３（ｃ）の実線における動作と同じである。但し、従来の構成では負荷電流Ｉの大きさにかかわらず、設定充電電圧Ｖｃｓは上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に固定されているので、時刻ｔ４２ではまだ蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至っていない。従って、時刻ｔ４２以降も回生電力の充電を継続する。その結果、図３（ｃ）の破線に示すように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕに至る時刻ｔ４３まで上昇を続け、時刻ｔ４３で充電を停止する。ゆえに、図３（ｃ）の破線における時刻ｔ４０から時刻ｔ４４までの動作は、図３（ａ）の時刻ｔ０から時刻ｔ３までの動作と同じになる。
【００８１】
その後、時刻ｔ４４で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーにより電力が負荷１９に供給されるのであるが、負荷電流Ｉが６Ａと小さいため、図３（ｃ）の破線に示すように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは時刻ｔ４４から時刻ｔ４５にかけてなかなか低下しない。従って、この期間は蓄電部２３が高電圧状態となる。
【００８２】
その後、時刻ｔ４５で車両が再減速すると、蓄電部２３には回生電力が充電されるのであるが、負荷１９により消費されたエネルギーが少ないため、蓄電部２３は時刻ｔ４６ですぐに満充電に至り、その後、満充電電圧（＝２３Ｖ）を維持する。
【００８３】
その後、時刻ｔ４７で車両が再加速すると、蓄電部２３の回生エネルギーは負荷１９に供給されるが、この場合も負荷１９の消費電流（負荷電流Ｉ）が小さいため、加速が終わる時刻ｔ４８に至っても、蓄電部２３の電圧Ｖｃは高電圧状態のままである。
【００８４】
その後、時刻ｔ４８から再び減速し、時刻ｔ４９で蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至り、時刻ｔ５０で車両が停止する一連の動作は、図３（ｃ）の実線の動作と基本的に同じであるが、電圧Ｖｃの絶対値が実線の場合より全般に高いままである。これらのことから、従来の構成で負荷電流Ｉが小さい場合は蓄電部２３の回生エネルギーがなかなか消費されず、蓄電部２３が高電圧状態にある期間が長くなることがわかる。なお、従来の構成でも、本実施の形態１の構成でも、時刻ｔ４１以降では蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至らないため、エンジン１１による発電が行われない。従って、いずれの構成も同等の燃費低減効果が得られることがわかる。
【００８５】
以上の構成、動作により、負荷電流Ｉの大きさに応じて蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしたので、特に負荷電流Ｉが小さい時は負荷１９に供給できる電力のみを蓄電部２３に充電することができる。その結果、蓄電部２３の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部２３の長寿命化が可能となり、かつ回生電力を有効活用できるので、高効率な車両用電源装置を実現できる。
【００８６】
なお、図３では、車両走行モードの間、負荷電流Ｉが一定であるとして説明したが、上記したように、設定充電電圧Ｖｃｓは車両の減速時毎に決定しているので、車両使用中に負荷電流Ｉが変動すると、設定充電電圧Ｖｃｓも変動する。この場合、設定充電電圧Ｖｃｓが以前の値より大きくなる場合は、その値に更新すればよいが、小さくなる場合は、現在の蓄電部２３の電圧Ｖｃを下回る可能性がある。このように、設定充電電圧Ｖｃｓが蓄電部の電圧Ｖｃより小さく決定されると、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまでの間、たとえ車両減速による回生電力が発生しても、蓄電部２３から負荷１９への、既に蓄えられた回生エネルギーの供給を継続するようにしている。これにより、できるだけ早く蓄電部２３の電圧Ｖｃを設定充電電圧Ｖｃｓに至らせることができるので、蓄電部２３が高電圧状態にある期間を低減することができる。
【００８７】
また、本実施の形態１においては、負荷電流Ｉの大きさに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは、負荷１９の消費電力（以下、負荷電力Ｐという）に応じて決定するようにしてもよい。この場合は、図１の点線で示したように、制御回路２５がＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵された主電源１５側の電圧検出回路（図示せず）により負荷電圧Ｖｆを読み込めるようにするとともに、負荷電圧Ｖｆと負荷電流Ｉの積から負荷電力Ｐを計算する必要があるが、実際に負荷１９が消費している電力を求めることができるので、より正確に設定充電電圧Ｖｃｓを決定することが可能となる。なお、負荷電力Ｐと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係は、図２に示した負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係と同様にして求めればよい。
【００８８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図４において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二本線は機械的接続を、それぞれ示す。また、図４において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８９】
すなわち、本実施の形態２における構成上の特徴は以下に示す点である。
【００９０】
１）主電源１５と負荷１９の並列回路、および蓄電部２３を互いに入れ替えるように電気的に接続した。
【００９１】
２）ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３側から主電源１５側への単方向降圧型とした。
【００９２】
３）制御回路２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵された蓄電部２３の電圧検出回路（図示せず）から電圧Ｖｃを読み込む構成とした。
【００９３】
４）制御回路２５は制御信号ｃｏｎｔにより、発電機１３の発電電圧を制御するようにした。
【００９４】
上記以外の構成は図１と同じである。なお、電流検出回路１７は図１と同様に主電源１５と負荷１９の間に電気的に接続する構成としたが、これは図４の破線に示すように、主電源１５とＤＣ／ＤＣコンバータ２１の間に接続してもよい。
【００９５】
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。
【００９６】
まず、車両起動によりエンジン１１が駆動すると、機械的に接続された発電機１３が駆動される。これにより、制御回路２５は発電機１３の発電電圧が下限電圧Ｖｃｍになるように制御する。その結果、蓄電部２３は下限電圧Ｖｃｍまで充電される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側の電圧Ｖｆが既定電圧（例えば１４Ｖ）になるように、常に降圧動作を行うので、発電機１３の発電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して主電源１５と負荷１９に供給される。
【００９７】
その後、車両加速時や定速走行時では、制御回路２５は発電機１３の発電電圧が下限電圧Ｖｃｍになるように制御を継続する。従って、蓄電部２３は既に下限電圧Ｖｃｍまで充電されているので、発電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して主電源１５と負荷１９にのみ供給される。
【００９８】
その後、車両が制動等により減速すると、制御回路２５は車両側制御回路（図示せず）から減速信号を受け取る。その結果、実施の形態１と同様にして、電流検出回路１７から負荷電流Ｉを読み込み、図２より設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。
【００９９】
次に、制御回路２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２１から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込みながら、電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように発電機１３の発電電圧を制御する。これにより、蓄電部２３には制動による回生電力が充電される。なお、この場合、発電機１３の発電電圧は下限電圧Ｖｃｍより大きくなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側の電圧Ｖｆが既定電圧（１４Ｖ）になるように降圧動作を行う。従って、発電機１３の発電電圧が大きくなっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５や負荷１９に過電圧が印加されないように制御している。
【０１００】
このような動作により、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように充電するために、発電機１３を制御するので、実施の形態１と同様に、負荷電流Ｉの大小に応じて、蓄電部２３が充電された時の電圧Ｖｃが変化することになる。
【０１０１】
制御回路２５は、車両の減速が終了した信号を車両側制御回路から受信すると、発電機１３の発電を停止するように制御信号ｃｏｎｔを送信する。これにより、エンジン１１のトルクが軽減され、省燃費化が図れる。発電機１３が停止している間は、回生エネルギーを蓄えた蓄電部２３からＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して主電源１５や負荷１９に電力が供給される。従って、回生電力を有効に活用することができる。
【０１０２】
このようにして、車両が減速した場合は、その時の負荷電流Ｉを読み込んで設定充電電圧Ｖｃｓを決定し、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように発電機１３の発電電圧を制御することにより、回生電力を蓄電部２３に充電するとともに、減速以外の場合は、発電機１３を停止して蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを主電源１５や負荷１９に供給するという一連の動作を繰り返すことで、省燃費化が図れる。さらに、実施の形態１で述べたように、蓄電部２３の高電圧印加状態の期間を短縮できるので、長寿命化が図れる。
【０１０３】
なお、蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至ると、制御回路２５は発電機１３の発電を再開する。この時、減速時でなければ蓄電部２３の電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍを維持するように発電機１３の発電電圧を制御する。
【０１０４】
ゆえに、このような車両用電源装置を用いて、図３に示す車両走行モードに従った車両動作を行った場合も、蓄電部２３の電圧Ｖｃは負荷電流Ｉに応じて図３（ａ）〜（ｃ）と同様の挙動になる。
【０１０５】
以上の構成、動作により、発電機１３を制御する構成としても、蓄電部２３の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部２３の長寿命化が可能となり、かつ回生電力を有効活用できるので、高効率な車両用電源装置を実現できる。
【０１０６】
なお、本実施の形態２においては、負荷電流Ｉの大きさに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは、実施の形態１で述べたように、負荷１９の消費電力（負荷電力Ｐ）に応じて決定するようにしてもよい。この場合は、図４の点線で示したように、制御回路２５がＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵された主電源１５側の電圧検出回路（図示せず）により負荷電圧Ｖｆを読み込めるようにするとともに、負荷電圧Ｖｆと負荷電流Ｉの積から負荷電力Ｐを計算すればよい。
【０１０７】
また、本実施の形態２においても、実施の形態１で述べたように、制御回路２５は、負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐの変動により、設定充電電圧Ｖｃｓが蓄電部２３の電圧Ｖｃより小さく決定されると、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまで、蓄電部２３から負荷１９への回生エネルギーの供給を継続するように制御している。具体的には、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまで、発電機１３の発電を停止するようにしている。これにより、速やかに蓄電部２３の電圧Ｖｃを設定充電電圧Ｖｃｓまで放電でき、蓄電部２３が高電圧印加状態にある期間を短くできる。
【０１０８】
また、実施の形態１、２では、制御回路２５が車両の減速時毎に設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは既定期間毎に負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐを求めて、設定充電電圧Ｖｃｓを更新するようにしてもよい。これにより、負荷電流Ｉや負荷電力Ｐの変動に素早く対応して最適な設定充電電圧Ｖｃｓを決定できるので、さらなる蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【０１０９】
また、実施の形態１、２では、既定の車両走行モード（１０・１５モード）を例に説明したが、これは、実際の車両走行データにより走行パターンを規定し、これによる実際の車両走行モードを求めるとともに、負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐを求め、これらより設定充電電圧Ｖｃｓを求めるようにしてもよい。具体的には、前記実際の車両走行モードに応じて、負荷１９への全電力供給期間の内、制動により発電機１３が発電した電力を負荷１９に供給しながら蓄電部２３に充電する期間ｔｇｒと、蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを負荷１９へ供給する期間ｔｃとの合計が最大になるように、負荷電流Ｉ、または負荷電力Ｐの相関として設定充電電圧Ｖｃｓを求める。このようにして決定した設定充電電圧Ｖｃｓは、実際の車両走行に基いているため、蓄電部２３の長寿命化と高効率化に対し、より現実的な効果が得られる。
【０１１０】
また、前記実際の車両走行モードは、制御回路２５により、既定条件が成立すれば前記相関が更新されるようにしてもよい。ここで、前記既定条件は、車両使用時における既定期間経過時、または車両使用終了時の少なくともいずれかとする。これにより、前記相関は、例えば車両使用時の既定期間毎、および車両使用終了時の両方で、運転者に応じた、それまでの実際の車両走行モードが更新される。従って、車両の走行パターンの変化や運転者の交替があったとしても、適宜前記相関が更新されるので、車両の使用状況に応じ常に蓄電部２３の寿命を確保しつつ、最大限の燃費改善効果を得ることができる。
【０１１１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図である。図６は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図である。図７は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置の充電状態と負荷電流に対する設定充電電圧、および発電機の停止率の相関図である。なお、図５において、太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二本線は機械的接続を、それぞれ示す。また、図５において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１２】
すなわち、本実施の形態３における構成上の特徴は以下に示す点である。
【０１１３】
１）電流検出回路１７を外した。
【０１１４】
２）主電源１５と直列に主電源電流検出回路３１を接続した。これにより、主電源１５に流れる主電源電流Ｉｂを検出することができる。なお、主電源電流検出回路３１の出力（主電源電流Ｉｂ）は信号系配線で制御回路２５に出力される構成とした。
【０１１５】
３）制御回路２５は主電源電流検出回路３１から得られる主電源電流Ｉｂを時間積分することにより、主電源１５の充電状態ＳＯＣを検出する構成とした。なお、充電状態ＳＯＣは主電源１５の充電量を示す指数で、満充電状態を１００％とした時の百分率で示される。本実施の形態３では、主電源１５（鉛バッテリ）の過放電による劣化を考慮して、充電状態ＳＯＣが９０％から１００％の間で主電源１５を使用している。
【０１１６】
上記以外の構成は図１と同じである。
【０１１７】
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。
【０１１８】
まず、実施の形態１で述べたように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は主電源１５側から蓄電部２３側への昇圧型であるので、蓄電部２３の電圧Ｖｃは主電源１５側の電圧Ｖｆ（通常時１４Ｖ）以上とする必要がある。従って、蓄電部２３には少なくとも下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）まで充電が行われており、この時の蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを０として説明する。
【０１１９】
この状態において、車両用電源装置は実施の形態１と同様に、基本的には車両減速時に駆動輪１４により駆動させられて発生する発電機１３の回生電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して昇圧して蓄電部２３に回生エネルギーとして充電し、減速時以外に蓄電部２３の回生エネルギーを降圧して主電源１５や負荷１９に供給する動作を行う。この際の蓄電部２３への充電は以下のようにして制御されている。
【０１２０】
まず、制御回路２５は、車両用制御回路からブレーキ信号等の車両減速を示す信号をデータ信号ｄａｔａにより受け取ると、現在の主電源１５の充電状態ＳＯＣを制御回路２５の内蔵メモリに取り込む。なお、上記したように充電状態ＳＯＣは主電源１５の充放電に伴う主電源電流Ｉｂを時間積分したものであるので、この時間積分動作は制御回路２５により一定期間毎に演算されている。
【０１２１】
次に、制御回路２５は、あらかじめ内蔵メモリに記憶された図６の充電状態ＳＯＣ（横軸）と設定充電電圧Ｖｃｓ（左縦軸）の相関関係から、取り込んだ充電状態ＳＯＣに対応した設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。なお、設定充電電圧Ｖｃｓは実施の形態１で説明したものと同じである。次に、制御回路２５は決定された設定充電電圧ＶｃｓをＤＣ／ＤＣコンバータ２１に出力するとともに、発電機１３の回生電力を蓄電部２３に充電するよう制御信号ｃｏｎｔを出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように蓄電部２３への充電を行う。
【０１２２】
このような動作により、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓになるように充電するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御するので、充電状態ＳＯＣの高低に応じて、蓄電部２３が充電された時の電圧Ｖｃが変化することになる。
【０１２３】
ここで、図６の充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関図について説明する。図６より、充電状態ＳＯＣが９６％以上の領域では、充電状態ＳＯＣの増加とともに、設定充電電圧Ｖｃｓは減少し、充電状態ＳＯＣが９６％より低いと、設定充電電圧Ｖｃｓは一定になる。この一定になった設定充電電圧Ｖｃｓは実施の形態１で説明した蓄電部２３の上限電圧Ｖｃｕ（２３Ｖ）である。従って、設定充電電圧Ｖｃｓは、充電状態ＳＯＣが低くなるほど下限電圧Ｖｃｍから上限電圧Ｖｃｕに向かって大きくなり、上限電圧Ｖｃｕに至れば一定となる。なお、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは常に１４Ｖ以上でなければならないので、充電状態ＳＯＣが１００％、すなわち主電源１５が満充電でこれ以上充電できない時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍになるようにしている。
【０１２４】
これらのことから、充電状態ＳＯＣが高い時は、設定充電電圧Ｖｃｓが小さくなるので、蓄電部２３に蓄えられる電力が少なくなるように制御されることがわかる。その結果、蓄電部２３の電圧Ｖｃは、上限電圧Ｖｃｕよりも小さくなるので、蓄電部２３を構成する各電気二重層キャパシタに印加される電圧も小さくなり、それらの寿命を延ばすことができる。従って、主電源１５がそれほど充電できない時には蓄電部２３への充電電圧を絞ることにより、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【０１２５】
ここで、図６に示した充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係の求め方を以下に詳しく説明する。
【０１２６】
本実施の形態３における上記制御を最も効率的に行うには、主電源１５が充電受け入れ可能な電力（充電状態ＳＯＣより求められる）だけを回生により蓄電部２３に充電するように設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。しかし、充電状態ＳＯＣは負荷１９の使用状況等により変動する。
【０１２７】
そこで、本実施の形態３では、既定の車両走行モード（例えば１０・１５モード）で走行した際に、蓄電部２３の蓄電電力により主電源１５が充電されることによる発電機１３の停止率ＡＲ（後述）が最大になるように、設定充電電圧Ｖｃｓを、あらかじめ充電状態ＳＯＣの相関として求めておくようにしている。なお、本実施の形態３における発電機１３の停止率ＡＲは実施の形態１と定義が異なるので、ここでの停止率ＡＲを具体的に説明する。
【０１２８】
まず、前記停止率ＡＲは、既定の車両走行モード時において、蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを主電源１５へ充電する期間（以下、蓄電部による主電源充電期間という）をｔｃｂ、エンジン１１が燃料を消費して発電機１３により発電し、主電源１５を充電している期間（以下、燃料消費による主電源充電期間という）をｔｇｅｂ、制動により発電機１３が発電した回生電力を主電源１５に充電しながら蓄電部２３に充電する期間（以下、回生電力の主電源充電期間という）をｔｇｒｂとすると、ＡＲ（％）＝１００×（ｔｃｂ＋ｔｇｒｂ）／（ｔｃｂ＋ｔｇｅｂ＋ｔｇｒｂ）により定義される。なお、上記式の分母は主電源１５への全充電期間に相当する。
【０１２９】
ここで、主電源１５を制動によって発生する回生電力のみで充電する場合、回生電力の主電源充電期間ｔｇｒｂによる蓄電部２３への充電と、蓄電部による主電源充電期間ｔｃｂにおける蓄電部２３から主電源１５への放電のみで、蓄電部２３の充放電が成立すればよいので、燃料消費による主電源充電期間ｔｇｅｂは、ｔｇｅｂ＝０となる。これを上記式に代入すると、ＡＲ＝１００％、すなわち発電機１３は回生発電時以外で停止状態となる。この状態が最も燃費のよい状態である。なお、発電機１３の停止状態における負荷１９への電力供給は主に主電源１５により行われる。
【０１３０】
ここで、燃料消費による主電源充電期間ｔｇｅｂを小さくするためには、蓄電部による主電源充電期間ｔｃｂを大きくすればよく、そのためには、蓄電部２３に蓄積される回生エネルギーを大きくすればよい。また、充電状態ＳＯＣが低いほど、ｔｇｅｂ＝０にするために必要な回生エネルギーは大きくなる。
【０１３１】
このことから、車両が既定の車両走行モードで走行している場合において、停止率ＡＲを最大化（可能ならば１００％）することができる最小の回生エネルギー量から設定充電電圧Ｖｃｓを決定すればよい。ここで、一例として１０・１５モード走行において、本実施の形態３で用いた蓄電部２３が蓄えることのできる回生エネルギーを考慮して、充電状態ＳＯＣに対する発電機１３の停止率ＡＲの相関を求めると、図６に示すようになった。なお、充電状態ＳＯＣは横軸、停止率ＡＲは右縦軸である。図６より、充電状態ＳＯＣが９６％以上では主電源１５が満充電に近いので、蓄電部２３に蓄えることができる回生エネルギー以下で主電源１５を充電できる。従って、停止率ＡＲ＝１００％である。充電状態ＳＯＣが９６％より低いと、蓄電部２３の回生エネルギーだけでは主電源１５を満充電できず、蓄電部２３が放電して電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｍに至った後は、エンジン１１が発電機１３を駆動して主電源１５を充電する必要がある。従って、停止率ＡＲは充電状態ＳＯＣが低くなるほど小さくなる。これを換言すれば、一般に充電状態ＳＯＣが低いと主電源１５を充電する際の受け入れ電流が大きくなるので、充電状態ＳＯＣが低いほど蓄電部２３が蓄えた回生エネルギーを主電源１５の充電に活用できることになる。ゆえに、図６では前記既定の車両走行モードにおいて、充電状態ＳＯＣ＝９６％で蓄電部２３に満充電された回生エネルギーが全て主電源１５の充電に活用できるものとして、以下説明する。
【０１３２】
上記した充電状態ＳＯＣと停止率ＡＲの相関から、設定充電電圧Ｖｃｓを次のようにして決定する。
【０１３３】
まず、充電状態ＳＯＣが９６％より低ければ、停止率ＡＲが１００％より小さくなるので、蓄電部２３を満充電状態にしても、エンジン１１のトルクにより発電機１３を駆動しなければならない。従って、この場合は蓄電部２３の電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）に至るまで充電し、蓄電部２３の充電できるエネルギーを最大限に利用する。ゆえに、設定充電電圧Ｖｃｓは充電状態ＳＯＣが９６％より低ければ上限電圧Ｖｃｕとなるように決定する。
【０１３４】
次に、充電状態ＳＯＣが９６％以上であれば、停止率ＡＲは１００％である。ゆえに、蓄電部２３を満充電状態にしなくても、エンジン１１のトルクによる発電機１３の発電を行うことなく蓄電部２３から主電源１５への充電ができる。この時、充電状態ＳＯＣが高いほど、蓄電部２３に充電する回生エネルギーを少なくしても主電源１５に必要な電力を充電できるので、図６に示すように、設定充電電圧Ｖｃｓは充電状態ＳＯＣが高くなるほど低くなるように決定する。これにより、蓄電部２３に不必要な高電圧が印加されることがなくなり、蓄電部２３の長寿命化が可能となる。なお、上記したように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｍ（＝１４Ｖ）より低くできないので、充電状態ＳＯＣが１００％の時に設定充電電圧Ｖｃｓが下限電圧Ｖｃｍと等しくなるように決定している。
【０１３５】
以上のことから、充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関関係は、既定の車両走行モードに応じて、主電源１５への全充電期間（ｔｃｂ＋ｔｇｅｂ＋ｔｇｒｂ）の内、回生電力の主電源充電期間ｔｇｒｂと、蓄電部による主電源充電期間ｔｃｂとの合計が最大になるように、あらかじめ求めておく。
【０１３６】
なお、このようにして求めた図６の相関は、図２の相関に対して左右反転したものとなる。これは、図２の横軸（負荷電流Ｉ）が大きいほど多くの回生エネルギーを蓄電部２３に充電する相関になっているのに対し、図６の横軸（充電状態ＳＯＣ）は低いほど主電源１５の充電受入量が大きくなり、その分、多くの回生エネルギーを蓄電部２３に充電する相関になるためである。
【０１３７】
ここで、負荷電流Ｉが変化した時の動作について述べる。負荷電流Ｉが大きくなると、発電機１３が停止していれば主電源１５の放電が大きくなる。その結果、充電状態ＳＯＣが低下する。これにより、図６の相関から蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓが高くなる。従って、蓄電部２３に蓄えられる回生エネルギーが増加し、一方で上記したように充電状態ＳＯＣは低下しているので主電源１５の充電受入量が大きくなる。これらのことから、負荷電流Ｉが大きくなることによる充電状態ＳＯＣの低下分、蓄電部２３への充電量が増大するので、主電源１５は放電量と充電受入量のバランスが取れ、安定化を図ることができる。
【０１３８】
次に、３種類の充電状態ＳＯＣにおいて、既定の車両走行モードで車両走行した場合の蓄電部２３の電圧Ｖｃの具体的な経時変化についてであるが、これらは実施の形態１で説明した図３（ａ）〜（ｃ）と全く同じになるので、詳細な説明を省略する。但し、図３（ａ）の負荷電流Ｉ＝２０Ａは充電状態ＳＯＣ＝９５％に、（ｂ）のＩ＝１２ＡはＳＯＣ＝９７％に、（ｃ）のＩ＝６ＡはＳＯＣ＝９８．５％に、それぞれ相当する。また、図３の車両走行モードの間は充電状態ＳＯＣが一定であるとしている。
【０１３９】
これらのことから、図３（ａ）の場合はＳＯＣ＝９５％に相当し、主電源１５への充電受入量が大きいため、回生時における蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓは上限電圧Ｖｃｕ（＝２３Ｖ）となり、その電圧まで蓄電部２３が充電されることになる。また、図３（ｂ）の場合はＳＯＣ＝９７％に相当するので、図６より設定充電電圧Ｖｃｓ＝２０Ｖと決定される。従って、主電源１５を満充電できる必要最低限の回生エネルギーが蓄電部２３に充電され、蓄電部電圧Ｖｃが高いままでいる期間を短縮できる。同様に、図３（ｃ）の場合はＳＯＣ＝９８．５％に相当するので、図３（ｂ）に比べ設定充電電圧Ｖｃｓが１７Ｖと、さらに低くなる。ゆえに、蓄電部電圧Ｖｃが高いままでいる期間をより短縮できる。
【０１４０】
以上の構成、動作により、充電状態ＳＯＣの大きさに応じて蓄電部２３の設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしたので、特に充電状態ＳＯＣが高い時は主電源１５を充電するための電力のみを回生エネルギーにより蓄電部２３に充電することができる。その結果、蓄電部２３の高電圧印加状態が継続する期間を低減することができ、蓄電部２３の長寿命化が可能となり、かつ回生電力を有効活用できるので、高効率な車両用電源装置を実現できる。
【０１４１】
なお、本実施の形態３では実施の形態１の負荷電流Ｉに替えて充電状態ＳＯＣに応じた蓄電部２３の充電制御について説明したが、これは実施の形態２の構成（図４）における負荷電流Ｉに替えて充電状態ＳＯＣに応じた蓄電部２３の充電制御を行うようにしてもよい。この場合、充電状態ＳＯＣと設定充電電圧Ｖｃｓの相関は図６を用いればよい。また、実施の形態２と同様に、制御回路２５による蓄電部２３の充電制御は、充電回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２１に替わって発電機１３によって行われる。
【０１４２】
また、本実施の形態３における図３の説明では、車両走行モードの間、充電状態ＳＯＣが一定であるとして説明したが、上記したように、設定充電電圧Ｖｃｓは車両の減速時毎に決定しているので、車両使用中に充電状態ＳＯＣが変動すると、設定充電電圧Ｖｃｓも変動する。この場合、設定充電電圧Ｖｃｓが以前の値より大きくなる場合は、その値に更新すればよいが、小さくなる場合は、現在の蓄電部２３の電圧Ｖｃを下回る可能性がある。このように、設定充電電圧Ｖｃｓが蓄電部の電圧Ｖｃより小さく決定されると、制御回路２５は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定充電電圧Ｖｃｓに至るまでの間、たとえ車両減速による回生電力が発生しても、蓄電部２３から負荷１９への、既に蓄えられた回生エネルギーの供給を継続するようにしている。これにより、できるだけ早く蓄電部２３の電圧Ｖｃを設定充電電圧Ｖｃｓに至らせることができるので、蓄電部２３が高電圧状態にある期間を低減することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態３では、制御回路２５が一定期間毎に演算している充電状態ＳＯＣについて、車両の減速時点における値から設定充電電圧Ｖｃｓを決定しているが、これは既定期間毎に充電状態ＳＯＣを求めて、設定充電電圧Ｖｃｓを更新するようにしてもよい。この既定期間は前記一定期間と同期させてもよいし、個別に決定しておいてもよい。これにより、充電状態ＳＯＣの変動に素早く対応して最適な設定充電電圧Ｖｃｓを決定できるので、さらなる蓄電部２３の長寿命化が可能となる。
【０１４４】
また、本実施の形態３では、既定の車両走行モード（１０・１５モード）を例に説明したが、これは、実施の形態１、２と同様に、実際の車両走行データにより走行パターンを規定し、これによる実際の車両走行モードを求めるとともに、充電状態ＳＯＣを求め、これらより設定充電電圧Ｖｃｓを求めるようにしてもよい。具体的には、前記実際の車両走行モードに応じて、主電源１５への全充電期間の内、制動により発電機１３が発電した電力を主電源１５に充電しながら蓄電部２３に充電する期間ｔｇｒｂと、蓄電部２３に蓄えられた回生エネルギーを主電源１５へ充電する期間ｔｃｂとの合計が最大になるように、充電状態ＳＯＣの相関として設定充電電圧Ｖｃｓを求める。このようにして決定した設定充電電圧Ｖｃｓは、実際の車両走行に基いているため、蓄電部２３の長寿命化と高効率化に対し、より現実的な効果が得られる。
【０１４５】
また、前記実際の車両走行モードについても、実施の形態１、２と同様に、制御回路２５により、前記既定条件が成立すれば前記相関が更新されるようにしてもよい。これにより、前記相関が更新されるので、車両の使用状況に応じ常に蓄電部２３の寿命を確保しつつ、最大限の燃費改善効果を得ることができる。
【０１４６】
また、実施の形態１、２では負荷電流Ｉに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定する場合について説明し、本実施の形態３では充電状態ＳＯＣに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定する場合について説明したが、負荷電流Ｉと充電状態ＳＯＣの両方に応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしてもよい。この場合の設定充電電圧Ｖｃｓは図７に示す相関に従って決定される。すなわち、充電状態ＳＯＣの値に応じて負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関が変わるので、これらの相関をあらかじめ充電状態ＳＯＣ毎に求めて制御回路２５の前記内蔵メモリに記憶しておく。そして、設定充電電圧Ｖｃｓを求める際には、現在の充電状態ＳＯＣに応じた負荷電流Ｉと設定充電電圧Ｖｃｓの相関から設定充電電圧Ｖｃｓを決定する。なお、図７では充電状態ＳＯＣを３種類（９０％、９５％、１００％）のみ示したが、実際にはもっと細かく前記相関を求めればよい。また、前記内蔵メモリの容量が少ない場合には、前記相関を例えば３種のみとし、その間の充電状態ＳＯＣの値（例えば９７％など）に対しては、３種の相関（例えば９５％と１００％の相関）から中間値を比例計算で求めて設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしてもよい。但し、上記のようにして設定充電電圧Ｖｃｓを決定する場合には、図１の電流検出回路１７と図５の主電源電流検出回路３１の両方が必要になる。
【０１４７】
このように負荷電流Ｉと充電状態ＳＯＣに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを決定することにより、充電状態ＳＯＣを任意の値に制御することも可能となる。具体的には、制御回路２５は主電源１５から負荷１９への放電を小さくするように負荷電圧Ｖｆ（主電源１５の電圧に相当）をＤＣ／ＤＣコンバータ２１により制御する。同時に、制御回路２５は設定充電電圧Ｖｃｓを上げて蓄電部２３への回生エネルギーの充電量を増やし、蓄電部２３から負荷１９へ電力を供給するように制御する。これらの結果、主電源１５からの放電が小さくなるので充電状態ＳＯＣを高く調整することができる。この際、主電源１５からの放電が小さくなった分は蓄電部２３から負荷１９に電力が供給されるので、負荷１９を動作し続けられるとともに、蓄電部２３へも必要な電力だけが充電されるので、蓄電部２３の不要な劣化を低減することができる。さらに、充電状態ＳＯＣが一定になるように制御すれば、主電源１５の特に過放電による劣化の可能性を低減することができる。
【０１４８】
また、実施の形態１〜３では、停止率ＡＲの最大値を１００％としているが、エンジン１１による発電を少しだけ許容し、停止率ＡＲの最大値を例えば８０％程度に抑えるようにしてもよい。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃの最大値を小さくすることができるので、若干の燃費悪化を許容してでも、蓄電部２３の寿命を大幅に延ばすように設定することが可能となる。
【０１４９】
また、本実施の形態１〜３において、制御回路２５に電気的に接続された温度センサを蓄電部２３に設ける構成とし、制御回路２５は、前記温度センサから出力される温度Ｔに応じて設定充電電圧Ｖｃｓを補正するようにしてもよい。この場合、特に温度Ｔが高くなると、設定充電電圧Ｖｃｓを下げるように補正する。その結果、蓄電部２３が高温の場合は、設定充電電圧Ｖｃｓが下がるので、蓄電部２３の寿命に対して最も過酷な高温高電圧状態を回避することが可能となる。従って、蓄電部２３の急激な劣化を低減でき、さらなる長寿命化を図ることができる。なお、温度Ｔによる設定充電電圧Ｖｃｓの補正は、設定充電電圧Ｖｃｓを決定した後に、温度Ｔに応じて行ってもよいし、あらかじめ前記相関を温度Ｔ毎に複数求めておき、現在の温度Ｔに対応した前記相関を選定して設定充電電圧Ｖｃｓを決定するようにしてもよい。
【０１５０】
また、実施の形態１〜３において、蓄電部２３は電気二重層キャパシタで構成したが、これは電気化学キャパシタ等の高容量キャパシタでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明にかかる車両用電源装置は、高効率化と蓄電部の長寿命化が可能となるので、特に高信頼性が要求される補助電源としての車両用電源装置等として有用である。
【符号の説明】
【０１５２】
１１ エンジン
１３ 発電機
１５ 主電源
１７ 電流検出回路
１９ 負荷
２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 蓄電部
２５ 制御回路
３１ 主電源電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、
前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、
前記蓄電部に電気的に接続される負荷と、
前記負荷が消費する負荷電流（Ｉ）、または負荷電力（Ｐ）を検出し、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えた車両用電源装置。
【請求項２】
前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）は、既定の車両走行モードに応じて、前記負荷への全電力供給期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記負荷に供給しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記負荷へ供給する期間（ｔｃ）との合計が最大になるように、あらかじめ前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）の相関として求めておくようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）の変動により、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）が前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）より小さく決定されると、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）に至るまで、前記蓄電部から前記負荷への前記回生エネルギーの供給を継続するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記制御回路は、既定期間毎に前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）を求めて、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を更新するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記制御回路は、実際の車両走行モードと、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）を求め、前記実際の車両走行モードに応じて、前記負荷への全電力供給期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記負荷に供給しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記負荷へ供給する期間（ｔｃ）との合計が最大になるように、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）の相関として前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を求めるようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、
前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、
前記発電機に電気的に接続される主電源と、
前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、前記充電状態（ＳＯＣ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えた車両用電源装置。
【請求項７】
前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）は、既定の車両走行モードに応じて、前記主電源への全充電期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記主電源に充電しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒｂ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記主電源へ充電する期間（ｔｃｂ）との合計が最大になるように、あらかじめ前記充電状態（ＳＯＣ）の相関として求めておくようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記充電状態（ＳＯＣ）の変動により、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）が前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）より小さく決定されると、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）に至るまで、前記蓄電部から前記蓄電部に電気的に接続された負荷へ前記回生エネルギーを供給するようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記制御回路は、既定期間毎に前記充電状態（ＳＯＣ）を求めて、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を更新するようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、実際の車両走行モードと、前記充電状態（ＳＯＣ）を求め、前記実際の車両走行モードに応じて、前記主電源への全充電期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記主電源に充電しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒｂ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記主電源へ充電する期間（ｔｃｂ）との合計が最大になるように、前記充電状態（ＳＯＣ）の相関として前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を求めるようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、既定条件が成立すれば前記相関を更新するようにした請求項５、または１０に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記既定条件は、車両使用時における既定期間経過時、または車両使用終了時の少なくともいずれかである請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部に設けた温度センサを備え、
前記制御回路は、前記温度センサから出力される温度（Ｔ）に応じて前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を補正するようにした請求項１、または６に記載の車両用電源装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記温度（Ｔ）が高くなると、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を下げるように補正する請求項１３に記載の車両用電源装置。
【請求項１】
制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、
前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、
前記蓄電部に電気的に接続される負荷と、
前記負荷が消費する負荷電流（Ｉ）、または負荷電力（Ｐ）を検出し、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えた車両用電源装置。
【請求項２】
前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）は、既定の車両走行モードに応じて、前記負荷への全電力供給期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記負荷に供給しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記負荷へ供給する期間（ｔｃ）との合計が最大になるように、あらかじめ前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）の相関として求めておくようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）の変動により、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）が前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）より小さく決定されると、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）に至るまで、前記蓄電部から前記負荷への前記回生エネルギーの供給を継続するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記制御回路は、既定期間毎に前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）を求めて、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を更新するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記制御回路は、実際の車両走行モードと、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）を求め、前記実際の車両走行モードに応じて、前記負荷への全電力供給期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記負荷に供給しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記負荷へ供給する期間（ｔｃ）との合計が最大になるように、前記負荷電流（Ｉ）、または前記負荷電力（Ｐ）の相関として前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を求めるようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
制動時に電気エネルギーの発電により制動トルクを発生する発電機と、
前記発電機に電気的に接続され、前記電気エネルギーを回生エネルギーとして蓄える蓄電部と、
前記発電機に電気的に接続される主電源と、
前記主電源の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、前記充電状態（ＳＯＣ）に応じて、前記蓄電部に充電される電圧の最大値である設定充電電圧（Ｖｃｓ）を決定し、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）になるように前記蓄電部を充電するため、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、または前記発電機のいずれかを制御する制御回路とを備えた車両用電源装置。
【請求項７】
前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）は、既定の車両走行モードに応じて、前記主電源への全充電期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記主電源に充電しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒｂ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記主電源へ充電する期間（ｔｃｂ）との合計が最大になるように、あらかじめ前記充電状態（ＳＯＣ）の相関として求めておくようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記充電状態（ＳＯＣ）の変動により、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）が前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）より小さく決定されると、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）に至るまで、前記蓄電部から前記蓄電部に電気的に接続された負荷へ前記回生エネルギーを供給するようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記制御回路は、既定期間毎に前記充電状態（ＳＯＣ）を求めて、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を更新するようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、実際の車両走行モードと、前記充電状態（ＳＯＣ）を求め、前記実際の車両走行モードに応じて、前記主電源への全充電期間の内、制動により前記発電機が発電した電力を前記主電源に充電しながら前記蓄電部に充電する期間（ｔｇｒｂ）と、前記蓄電部に蓄えられた前記回生エネルギーを前記主電源へ充電する期間（ｔｃｂ）との合計が最大になるように、前記充電状態（ＳＯＣ）の相関として前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を求めるようにした請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、既定条件が成立すれば前記相関を更新するようにした請求項５、または１０に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記既定条件は、車両使用時における既定期間経過時、または車両使用終了時の少なくともいずれかである請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
前記制御回路に電気的に接続され、前記蓄電部に設けた温度センサを備え、
前記制御回路は、前記温度センサから出力される温度（Ｔ）に応じて前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を補正するようにした請求項１、または６に記載の車両用電源装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記温度（Ｔ）が高くなると、前記設定充電電圧（Ｖｃｓ）を下げるように補正する請求項１３に記載の車両用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−４１９１３（Ｐ２０１０−４１９１３Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４８３１８（Ｐ２００９−１４８３１８）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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