電力供給システム及び電力供給方法
【課題】電気負荷における不必要なエネルギ消費を確実に抑制できるようにする。
【解決手段】電力を供給する対象である電気負荷１５に対しＰＷＭ制御可能な半導体スイッチ１４を接続する。また、電力供給源であるバッテリ１１や発電機１２が接続された電源ライン１３の電圧値を電圧センサ１７で検出する。そして、負荷制御部１６が、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電圧値と、電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することで、電気負荷１５に対して供給される実効電力を制御する。
【解決手段】電力を供給する対象である電気負荷１５に対しＰＷＭ制御可能な半導体スイッチ１４を接続する。また、電力供給源であるバッテリ１１や発電機１２が接続された電源ライン１３の電圧値を電圧センサ１７で検出する。そして、負荷制御部１６が、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電圧値と、電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することで、電気負荷１５に対して供給される実効電力を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載される電源から各電気負荷に対して電力を供給する電力供給システム及び電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される電気負荷に対して電力を供給する電力供給システムは、一般に、電力供給源としてバッテリ（蓄電池）や発電機を備え、電気負荷に接続された半導体スイッチ等のスイッチ素子を制御することにより、これら蓄電池や発電機から電気負荷への電力供給を制御するように構成されている。また、近年では、単一の駆動電圧によって駆動する電気負荷のみならず、駆動電圧が異なる複数の電気負荷（例えば１２Ｖ系負荷と３６Ｖ系負荷）を混載する車両も多く開発されており、これにともない、これら駆動電圧が異なる電気負荷に対して電力を供給する電力供給システムも提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照。）。
【０００３】
ところで、以上のような電力供給システムにおいては、車両の二酸化炭素排出規制等の要望から、いかに不必要なエネルギ消費を減少させるかが重要な課題となっている。すなわち、電気負荷での不必要なエネルギ消費量を減少させることができれば、発電機の駆動トルクを減少することができ、その分、エンジンの燃料消費量の削減、ひいては、排出される二酸化炭素量の削減を図ることができる。このような背景から、蓄電池の充電状態を検知し、これに基づいて発電機の発電電圧を最適に制御することにより、電力供給システムにおける不必要なエネルギ消費を減少させる試みがなされている（例えば、特許文献３や特許文献４等を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１４５３３３号公報
【特許文献２】特開２００３−２５２１２８号公報
【特許文献３】特開２００４−１９４３６４号公報
【特許文献４】特開２００４−６８６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献３や特許文献４に記載された従来の電力供給システムにおいても、各電気負荷にて消費されるエネルギが電力供給源である蓄電池の電圧又は発電機の発電電圧に依存することから、各電気負荷の機能を十分に発揮することができる電圧である性能保証電圧範囲の下限値よりも高い電圧が蓄電池や発電機から当該電気負荷に対して供給されている状況においては、不必要なエネルギ消費を十分に抑制できないという問題があった。
【０００５】
具体的には、車両には、１２Ｖ系負荷として、例えば灯火系バルブや、ウィンドウシールドの曇りを晴らす熱線、各種のモータ等が搭載されているが、これらの各電気負荷はそれぞれ、その機能（灯火系バルブの明るさ、熱線による発熱量、モータのトルクや回転速度等）を十分に発揮できる電圧範囲として性能保証電圧範囲が定められており、その下限値は通常１２Ｖより若干低い値となるように設計がなされている。このとき、例えば１４Ｖといった１２Ｖよりも高い発電電圧が発電機から供給されている場合には、各電気負荷は必要とされる以上の性能で所定の機能を実行することになり、その分不必要なエネルギを消費するという事態を招来することとなる。
【０００６】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、電気負荷における不必要なエネルギ消費を確実に抑制することができる電力供給システム及び電力供給方法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】
【０００７】
本発明では、前記目的を達成するために、電力を供給する対象である負荷に対しＰＷＭ制御可能なスイッチ素子を接続し、電力供給電源が接続された電源ラインの電圧値と、負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御することで、負荷に対して供給される実効電力を制御するようにしている。これにより、本発明においては、負荷の性能保証電圧範囲の下限値よりも大きい電圧値で電力供給手段からの電力が供給される場合であっても、性能保証電圧範囲の下限値が連続的に当該負荷に対して印加されたときと同等の状況を作り出すことができ、負荷に対して供給する実効電力の最適化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、負荷に対して供給する実効電力の最適化を図ることができることから、当該負荷における不必要なエネルギ消費を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した電力供給システムの具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、本発明を適用した第１の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００１１】
本実施形態の電力供給システムは、車両に搭載された１２Ｖ系の電気負荷に対して電力供給を行うものであり、電気負荷に対して供給する実効電力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって最適化するものである。
【００１２】
具体的には、この電力供給システムは、図１に示すように、電力供給電源として、１２Ｖ近傍の電圧を放電する蓄電池としてのバッテリ１１と、１２Ｖ近傍の電圧を発電する発電機１２とを備える。これらバッテリ１１及び発電機１２は電源ライン１３に接続されており、これらバッテリ１１及び発電機１２からの電力は、電源ライン１３を介して、半導体スイッチ１４に接続された１２Ｖ系の電気負荷１５に対して供給される。なお、図１においては、１２Ｖ系の電気負荷１５として２つの電気負荷を図示しているが、実際の車両においては、例えば、各種灯火系バルブや熱線類、各種モータ等、１２Ｖ系の電気負荷１５として多数の電気負荷が搭載されている。
【００１３】
また、本実施形態の電力供給システムは、各電気負荷１５への電力供給を制御するための負荷制御部１６を備える。この負荷制御部１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置を有し、電気負荷１５のそれぞれをオン／オフするためのオン／オフ入力信号Ｄ１がユーザの操作に応じて入力されると、これら電気負荷１５のそれぞれに接続された半導体スイッチ１４に対してオン／オフ出力信号Ｄ２を供給する。これにより、オン／オフ出力信号Ｄ２に応じて電気負荷１５のそれぞれに接続された半導体スイッチ１４の開閉が切替えられて、電気負荷１５に対する電力供給が制御される。
【００１４】
また、負荷制御部１６は、電力供給対象となる各電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値を記憶しており、電気負荷１５をオン状態とする場合には、電源ライン１３に接続された電圧センサ１７によって検出される電圧値を読み込んで、この電圧値と、記憶している電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することで、電気負荷１５に供給される実効電力を最適化する。なお、半導体スイッチ１４は、ＰＷＭ制御を行うために必要な高速スイッチングを行うことができる機能を有している。
【００１５】
ここで、本実施形態の電力供給システムでの電力供給対象となる各電気負荷１５は、それぞれ、バッテリ１１によって放電可能な１２Ｖ近傍の電圧により、要求される機能を十分に発揮可能なように設計されている。したがって、電気負荷１５は、それぞれ、電源ライン１３を介して、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧（１２Ｖ系の場合、一般には１６Ｖまでの電圧）が供給された場合には、要求される機能よりも高い性能で当該機能を実行するように設計されている。より具体的には、電気負荷１５としての灯火系バルブは、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧がバッテリ１１及び発電機１２から供給された場合には、要求される明るさよりも明るく点灯する。また、電気負荷１５としての熱線は、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧がバッテリ１１及び発電機１２から供給された場合には、要求される発熱量よりも多く発熱する。さらに、電気負荷１５としてのモータは、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧がバッテリ１１及び発電機１２から供給された場合には、要求されるトルク及び回転速度よりも高トルク及び高回転速度で駆動する。
【００１６】
なお、以下では、要求される機能を満足できる最低電圧値、すなわち、性能保証電圧範囲の下限値を最低電圧値ＶＬと称し、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電圧値、すなわちバッテリ１１及び発電機１２に依存する電圧値を電源電圧値ＶＢと称するものとする。
【００１７】
以上のように構成される本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、図２に示すような一連の手順にしたがって、電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図る。なお、ここでは、説明の便宜上、１つの電気負荷１５を制御対象として、当該電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値ＶＬを越える電源電圧値ＶＢが供給されている場合に、当該電気負荷１５でのエネルギ消費が、最低電圧値ＶＬが連続的に電気負荷１５に対して印加されたときと同等となるように、当該電気負荷１５に対する電力供給を制御するものとして説明するが、この負荷制御部１６による制御は、電力供給対象となる全ての電気負荷１５に対して並行して行われるものである。
【００１８】
まず、負荷制御部１６は、図２に示すように、ステップＳ１において、オン／オフ入力信号Ｄ１がオン状態を示すものであるか否かを判定する。すなわち、負荷制御部１６は、制御対象とする電気負荷１５を駆動させるような操作がユーザによって行われたか否かを判定する。ここで、負荷制御部１６は、オン／オフ入力信号Ｄ１がオフ状態を示すものであった場合には、電気負荷１５に対して電力供給を行う必要がないことから、オン状態を示すオン／オフ入力信号Ｄ１が入力されるまで待機する。一方、負荷制御部１６は、オン／オフ入力信号Ｄ１がオン状態を示すものであった場合には、ステップＳ２において、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電源電圧値ＶＢを読み込み、ステップＳ３において、電源ライン１３の電源電圧値ＶＢが電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値ＶＬよりも高いか否かを判定する。
【００１９】
ここで、電源電圧値ＶＢが最低電圧値ＶＬよりも高い状態とは、電気負荷１５が要求される機能を十分に発揮しており、過剰なエネルギを消費している状態である。そのため、電源電圧値ＶＢが最低電圧値ＶＬよりも高いと判定した場合には、負荷制御部１６は、当該電気負荷１５のエネルギ消費量を減少させるべく、ステップＳ４において、当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４を、デューティ比＝（最低電圧値ＶＬ／電源電圧値ＶＢ）２でＰＷＭ制御する。このように、負荷制御部１６は、デューティ比を（最低電圧値ＶＬ／電源電圧値ＶＢ）２に設定して半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することによって、最低電圧値ＶＬよりも大きい電源電圧値ＶＢが供給される場合であっても、電気負荷１５に対して供給される実効電力を、最低電圧値ＶＬが連続的に当該電気負荷１５に対して印加されたときに消費される電力と同等にすることができる。
【００２０】
一方、負荷制御部１６は、電源電圧値ＶＢが最低電圧値ＶＬ以下であると判定した場合には、電気負荷１５に対して最大限の電力供給が行われるように、ステップＳ５において、デューティ比を１として当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御する。なお、ＰＷＭ制御を行う際の半導体スイッチ１４のスイッチング周波数は、電気負荷１５の種類に応じて異なる値とすることが望ましい。具体的には、電気負荷１５が灯火系バルブや熱線等である場合には、半導体スイッチ１４のスイッチング周波数を２００Ｈｚ以下程度に設定し、電気負荷１５がモータである場合には、その慣性に応じて１ｋＨｚ〜２０Ｈｚ程度に設定する。勿論、半導体スイッチ１４のスイッチング周波数の値は、電気負荷１５が要求される機能を満足できるレベルを実現できる値であれば、以上の例に限らず任意の値に設定してもよい。
【００２１】
次に、負荷制御部１６は、ステップＳ６において、オン／オフ入力信号Ｄ１がオフ状態を示すものに変化したか否かを判定し、引き続きオン状態を示すものであった場合には、制御を継続するために、ステップＳ２からの処理を繰り返す一方で、オフ状態を示すものに変化した場合には、そのまま一連の処理を終了する。なお、負荷制御部１６は、ステップＳ２からステップＳ６までの処理を、例えば１０ｍｓｅｃ程度のルーチン周期で実行する。勿論、このルーチン周期の値は、電気負荷１５が要求される機能を満足できるレベルを実現できる値であれば、以上の例に限らず任意の値に設定してもよい。
【００２２】
以上のように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給される実効電力を最適化することができる。
【００２３】
ところで、本実施形態の電力供給システムにおいては、図２に示す一連の手順にしたがった処理が行われることで、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことが可能となるが、電気負荷１５によっては、全ての状況で省エネルギ駆動するのではなく、状況によってはできる限り高い電圧を当該電気負荷１５に対して印加し、要求される機能よりも高い性能で当該機能を実行した方が望ましい場合もある。例えば、冬場における乗車直後に用いられることが多いＰＴＣヒータ（Positive Temperature Coefficient）等の暖房機器やウィンドウシールドの曇りを晴らす熱線のような電気負荷１５を駆動制御する際には、乗員のニーズに応じて、急速に暖房したり、急速にウィンドウシールドの曇りを晴らしたりするように、当該電気負荷１５を駆動するのが望ましい場合がある。
【００２４】
そこで、本実施形態の電力供給システムにおいては、このような状況に対応すべく、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合にのみ、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うようにしてもよい。
【００２５】
具体的には、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、図２に示した一連の手順に代えて、図３に示すような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給する電力の最適化を図るようにしてもよい。
【００２６】
すなわち、負荷制御部１６は、図３に示すように、ステップＳ１においてオン／オフ入力信号Ｄ１がオン状態を示すものであった場合に、ステップＳ１１において、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定する。例えば、上述した冬場における乗員のニーズに応えるような制御を行う場合には、負荷制御部１６は、外気温度を検出する図示しない外気温センサによって検出される外気温度値に基づいて、電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定することができる。
【００２７】
そして、負荷制御部１６は、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であると判定した場合には、ステップＳ２以降の処理へと移行し、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電源電圧値ＶＢと電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値ＶＬとに基づいて、当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４のＰＷＭ制御を行う。一方、負荷制御部１６は、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことが可能な状況でないと判定した場合には、ステップＳ５へと処理を移行し、電気負荷１５に対して最大限の電力供給が行われるように、デューティ比を１として当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御する。
【００２８】
このように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合にのみ、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことにより、乗員のニーズと電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化とを両立させることも可能となる。
【００２９】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値ＶＢと電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値（性能保証電圧範囲の下限値）ＶＬとに基づいて、当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図るようにしている。したがって、本実施形態の電力供給システムによれば、電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値よりも大きい電源電圧値が供給される場合であっても、性能保証電圧範囲の下限値が連続的に当該電気負荷１５に対して印加されたときと同等の状況を作り出すことができ、電気負荷１５における不必要なエネルギ消費を確実に抑制することができる。そして、その結果として、発電機１２の駆動トルクを確実に減少して、エンジンの燃料消費量の削減、ひいては、排出される二酸化炭素量の削減を図ることができる。
【００３０】
また、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合に上述した半導体スイッチ１４のＰＷＭ制御により電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うようにすれば、乗員のニーズと電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化とを両立させることも可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００３２】
本実施形態は、蓄電池としてのバッテリの充電状態を検知し、これに基づいて、発電機の発電電圧を最適化する機能を有する電力供給システムに本発明を適用した例である。なお、本実施形態の電力供給システムにおいて、電気負荷への電力供給の最適化に関わる基本部分については上述した第１の実施形態と同様であるので、以下、第１の実施形態と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の電力供給システムは、図４に示すように、上述したバッテリ１１、発電機１２、半導体スイッチ１４、電気負荷１５、負荷制御部１６、電圧センサ１７、及び電源ライン１３の他に、発電機１２を制御する発電制御部２１を備える。
【００３４】
発電制御部２１は、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値に基づいて、バッテリ１１の充電状態を検知する。すなわち、発電制御部２１は、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値と発電機１２の発電電圧値との差分に基づいて、バッテリ１１の放電電圧を推定し、当該バッテリ１１の充電状態を検知する。そして、発電制御部２１は、検知したバッテリ１１の充電状態に基づいて、不必要に高電力の発電を行わないように発電機１２の駆動回転数を制御し、発電電圧を最適化する。
【００３５】
このような電力供給システムにおいては、バッテリ１１の放電電圧と最適化された発電機１２の発電電圧とに基づく電力が、所定の電源ライン１３を介して、半導体スイッチ１４に接続された電気負荷１５に対して供給されることになる。そして、この電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、先に図２又は図３に示したような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、第１の実施形態の電力供給システムと同様に、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００３６】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値に基づいて、バッテリ１１の充電状態を検知し、検知したバッテリ１１の充電状態に基づいて、発電機１２の発電電圧を制御する発電制御部２１を備えることにより、発電機１２の発電電圧を最適化しつつ、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した第３の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００３８】
本実施形態は、駆動電圧が異なる複数の電気負荷（１２Ｖ系負荷と３６Ｖ系負荷）を混載する車両の電力供給システムに本発明を適用した例であり、１２Ｖ系の電気負荷と３６Ｖ系の電気負荷それぞれに対して供給される実効電力をＰＷＭ制御によって最適化するものである。
【００３９】
本実施形態の電力供給システムは、図５に示すように、低電圧用の電力供給電源として、１２Ｖ近傍の電圧を放電する低電圧蓄電池としてのバッテリ１１ａを備えるとともに、高電圧用の電力供給電源として、３６Ｖ近傍の電圧を放電する高電圧蓄電池としてのバッテリ１１ｂと、３６Ｖ近傍の電圧を発電する発電機３１とを備える。バッテリ１１ａは電源ライン１３ａに接続されており、バッテリ１１ａから供給される電力は、電源ライン１３ａを介して、半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに対して供給される。一方、バッテリ１１ｂ及び発電機３１から供給される電力は、電源ライン１３ｂに接続されており、電源ライン１３ｂを介して、半導体スイッチ１４ｂに接続された３６Ｖ系の電気負荷１５ｂに対して供給されるとともに、３６Ｖ近傍の直流電圧を１２Ｖ近傍の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって電圧変換された後、電源ライン１３ａを介して、半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに対しても供給される。すなわち、この電力供給システムは、３６Ｖ系の電力供給電源から供給される電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２で降圧して１２Ｖ系の電気負荷１１ａに対しても供給可能な多電圧電源構成とされる。
【００４０】
また、本実施形態の電力供給システムでは、電源ライン１３ａに電圧センサ１７ａ、電源ライン１３ｂに電圧センサ１７ｂがそれぞれ接続され、これら電圧センサ１７ａ，１７ｂによって各電源ライン１３ａ，１３ｂの電圧値（１２Ｖ系の電源電圧値および３６Ｖ系の電源電圧値）を検出できるようになっている。
【００４１】
このような電力供給システムにおいて、負荷制御部１６は、電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれをオン／オフするためのオン／オフ入力信号Ｄ１がユーザの操作に応じて入力されると、これら電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれに接続された半導体スイッチ１４ａ，１４ｂに対してオン／オフ出力信号Ｄ２を供給する。これにより、オン／オフ出力信号Ｄ２に応じて電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれに接続された半導体スイッチ１４ａ，１４ｂの開閉が切替えられて、電気負荷１５ａ，１５ｂに対する電力供給が制御される。
【００４２】
また、負荷制御部１６は、電力供給対象となる各電気負荷１５ａ，１５ｂの性能保証電圧範囲の下限値を記憶しており、電気負荷１５ａをオン状態とする場合には、電源ライン１３ａに接続された電圧センサ１７ａによって検出される電圧値を読み込んで、この電圧値と、記憶している電気負荷１５ａの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、半導体スイッチ１４ａをＰＷＭ制御し、また、電気負荷１５ｂをオン状態とする場合には、電源ライン１３ｂに接続された電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値を読み込んで、この電圧値と、記憶している電気負荷１５ｂの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、半導体スイッチ１４ｂをＰＷＭ制御することで、これらの各電気負荷１５ａ，１５ｂに供給される実効電力を最適化する。
【００４３】
本実施形態の電力供給システムにおいても、上述した第１の実施形態の電力供給システムと同様に、負荷制御部１６の制御のもとで、先に図２又は図３に示したような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４ａ，１４ｂをＰＷＭ制御する。これにより、電力供給システムにおいては、電気負荷１５ａは勿論のこと電気負荷１５ｂに対して供給される実効電力も最適化することができる。
【００４４】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、電圧センサ１７ａによって検出される電圧値と電気負荷１５ａの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて半導体スイッチ１４ａをＰＷＭ制御し、また、電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値と電気負荷１５ｂの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて半導体スイッチ１４ｂをＰＷＭ制御することで、駆動電圧が異なる複数の電気負荷１５ａ，１５ｂが搭載されている場合であっても、これらの各電気負荷１５ａ，１５ｂに供給される実効電力をそれぞれ最適化することができる。
【００４５】
（第４の実施形態）
次に、本発明を適用した第４の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００４６】
本実施形態の電力供給システムは、上述した第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせ、低電圧用の電気負荷と高電圧用の電気負荷とを混載した場合に、発電機の発電電圧を最適化しつつ、駆動電圧が異なる複数の電気負荷に対して供給される実効電力をＰＷＭ制御によって最適化するものである。したがって、この第４の実施形態の説明においては、第２の実施形態及び第３の実施形態の説明と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の電力供給システムでは、図６に示すように、電源ライン１３ａにバッテリ１１ａが接続され、電源ライン１３ｂにバッテリ１１ｂ及び発電機３１が接続されている。そして、バッテリ１１ａからの電力は半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに供給され、バッテリ１１ｂ及び発電機３１からの電力は、半導体スイッチ１４ｂに接続された３６Ｖ系の電気負荷１５ｂに供給されるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって電圧変換された後に、半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに対しても供給される。また、電源ライン１３ａには電圧センサ１７ａ、電源ライン１３ｂには電圧センサ１７ｂがそれぞれ接続され、これら電圧センサ１７ａ，１７ｂによって各電源ライン１３ａ，１３ｂの電圧値を検出できるようになっている。
【００４８】
さらに、本実施形態の電力供給システムでは、発電機３１を制御する発電制御部２１を備える。発電制御部２１は、電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値に基づいて、３６Ｖ系のバッテリ１１ｂの充電状態を検知し、検知した充電状態に基づいて、不必要に高電力の発電を行わないように発電機３１の駆動回転数を制御し、発電電圧を最適化する。
【００４９】
このような電力供給システムにおいては、バッテリ１１ａの放電電圧と最適化された発電機３１の発電電圧とに基づく電力が、電源ライン１３ｂを介して、半導体スイッチ１４ｂに接続された電気負荷１５ｂに対して供給されるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２で降圧された後、電源ライン１３ａを介して、半導体スイッチ１４ａに接続された電気負荷１５ａに対しても供給されることになる。そして、この電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、先に図２又は図３に示したような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４ａ，１４ｂをＰＷＭ制御することにより、上述した第３の実施形態の電力供給システムと同様に、電気負荷１５ａ，１５ｂに対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００５０】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値に基づいて、バッテリ１１ｂの充電状態を検知し、検知したバッテリ１１ｂの充電状態に基づいて、発電機３１の発電電圧を制御する発電制御部２１を備え、負荷制御部１６の制御のもとで、駆動電圧が異なる複数の電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれに接続された半導体スイッチ１４ａ，１４ｂをＰＷＭ制御することにより、発電機３１の発電電圧を最適化しつつ、各電気負荷１５ａ，１５ｂに対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００５１】
なお、以上説明した電力供給システムは本発明の一適用例であり、本発明が以上の例に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば具体的なハードウェア構成などにおいて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の電力供給システムにおいて、電気負荷に対して電力を供給する際の一連の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態の電力供給システムにおいて、電気負荷に対して電力を供給する際の一連の手順の他の例を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１，１１ａ，１１ｂ バッテリ
１２，３１ 発電機
１３，１３ａ，１３ｂ 電源ライン
１４，１４ａ，１４ｂ 半導体スイッチ
１５，１５ａ，１５ｂ 電気負荷
１６ 負荷制御部
１７，１７ａ，１７ｂ 電圧センサ
２１ 発電制御部
３２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載される電源から各電気負荷に対して電力を供給する電力供給システム及び電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される電気負荷に対して電力を供給する電力供給システムは、一般に、電力供給源としてバッテリ（蓄電池）や発電機を備え、電気負荷に接続された半導体スイッチ等のスイッチ素子を制御することにより、これら蓄電池や発電機から電気負荷への電力供給を制御するように構成されている。また、近年では、単一の駆動電圧によって駆動する電気負荷のみならず、駆動電圧が異なる複数の電気負荷（例えば１２Ｖ系負荷と３６Ｖ系負荷）を混載する車両も多く開発されており、これにともない、これら駆動電圧が異なる電気負荷に対して電力を供給する電力供給システムも提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照。）。
【０００３】
ところで、以上のような電力供給システムにおいては、車両の二酸化炭素排出規制等の要望から、いかに不必要なエネルギ消費を減少させるかが重要な課題となっている。すなわち、電気負荷での不必要なエネルギ消費量を減少させることができれば、発電機の駆動トルクを減少することができ、その分、エンジンの燃料消費量の削減、ひいては、排出される二酸化炭素量の削減を図ることができる。このような背景から、蓄電池の充電状態を検知し、これに基づいて発電機の発電電圧を最適に制御することにより、電力供給システムにおける不必要なエネルギ消費を減少させる試みがなされている（例えば、特許文献３や特許文献４等を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１４５３３３号公報
【特許文献２】特開２００３−２５２１２８号公報
【特許文献３】特開２００４−１９４３６４号公報
【特許文献４】特開２００４−６８６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献３や特許文献４に記載された従来の電力供給システムにおいても、各電気負荷にて消費されるエネルギが電力供給源である蓄電池の電圧又は発電機の発電電圧に依存することから、各電気負荷の機能を十分に発揮することができる電圧である性能保証電圧範囲の下限値よりも高い電圧が蓄電池や発電機から当該電気負荷に対して供給されている状況においては、不必要なエネルギ消費を十分に抑制できないという問題があった。
【０００５】
具体的には、車両には、１２Ｖ系負荷として、例えば灯火系バルブや、ウィンドウシールドの曇りを晴らす熱線、各種のモータ等が搭載されているが、これらの各電気負荷はそれぞれ、その機能（灯火系バルブの明るさ、熱線による発熱量、モータのトルクや回転速度等）を十分に発揮できる電圧範囲として性能保証電圧範囲が定められており、その下限値は通常１２Ｖより若干低い値となるように設計がなされている。このとき、例えば１４Ｖといった１２Ｖよりも高い発電電圧が発電機から供給されている場合には、各電気負荷は必要とされる以上の性能で所定の機能を実行することになり、その分不必要なエネルギを消費するという事態を招来することとなる。
【０００６】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、電気負荷における不必要なエネルギ消費を確実に抑制することができる電力供給システム及び電力供給方法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】
【０００７】
本発明では、前記目的を達成するために、電力を供給する対象である負荷に対しＰＷＭ制御可能なスイッチ素子を接続し、電力供給電源が接続された電源ラインの電圧値と、負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御することで、負荷に対して供給される実効電力を制御するようにしている。これにより、本発明においては、負荷の性能保証電圧範囲の下限値よりも大きい電圧値で電力供給手段からの電力が供給される場合であっても、性能保証電圧範囲の下限値が連続的に当該負荷に対して印加されたときと同等の状況を作り出すことができ、負荷に対して供給する実効電力の最適化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、負荷に対して供給する実効電力の最適化を図ることができることから、当該負荷における不必要なエネルギ消費を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した電力供給システムの具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、本発明を適用した第１の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００１１】
本実施形態の電力供給システムは、車両に搭載された１２Ｖ系の電気負荷に対して電力供給を行うものであり、電気負荷に対して供給する実効電力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって最適化するものである。
【００１２】
具体的には、この電力供給システムは、図１に示すように、電力供給電源として、１２Ｖ近傍の電圧を放電する蓄電池としてのバッテリ１１と、１２Ｖ近傍の電圧を発電する発電機１２とを備える。これらバッテリ１１及び発電機１２は電源ライン１３に接続されており、これらバッテリ１１及び発電機１２からの電力は、電源ライン１３を介して、半導体スイッチ１４に接続された１２Ｖ系の電気負荷１５に対して供給される。なお、図１においては、１２Ｖ系の電気負荷１５として２つの電気負荷を図示しているが、実際の車両においては、例えば、各種灯火系バルブや熱線類、各種モータ等、１２Ｖ系の電気負荷１５として多数の電気負荷が搭載されている。
【００１３】
また、本実施形態の電力供給システムは、各電気負荷１５への電力供給を制御するための負荷制御部１６を備える。この負荷制御部１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置を有し、電気負荷１５のそれぞれをオン／オフするためのオン／オフ入力信号Ｄ１がユーザの操作に応じて入力されると、これら電気負荷１５のそれぞれに接続された半導体スイッチ１４に対してオン／オフ出力信号Ｄ２を供給する。これにより、オン／オフ出力信号Ｄ２に応じて電気負荷１５のそれぞれに接続された半導体スイッチ１４の開閉が切替えられて、電気負荷１５に対する電力供給が制御される。
【００１４】
また、負荷制御部１６は、電力供給対象となる各電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値を記憶しており、電気負荷１５をオン状態とする場合には、電源ライン１３に接続された電圧センサ１７によって検出される電圧値を読み込んで、この電圧値と、記憶している電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することで、電気負荷１５に供給される実効電力を最適化する。なお、半導体スイッチ１４は、ＰＷＭ制御を行うために必要な高速スイッチングを行うことができる機能を有している。
【００１５】
ここで、本実施形態の電力供給システムでの電力供給対象となる各電気負荷１５は、それぞれ、バッテリ１１によって放電可能な１２Ｖ近傍の電圧により、要求される機能を十分に発揮可能なように設計されている。したがって、電気負荷１５は、それぞれ、電源ライン１３を介して、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧（１２Ｖ系の場合、一般には１６Ｖまでの電圧）が供給された場合には、要求される機能よりも高い性能で当該機能を実行するように設計されている。より具体的には、電気負荷１５としての灯火系バルブは、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧がバッテリ１１及び発電機１２から供給された場合には、要求される明るさよりも明るく点灯する。また、電気負荷１５としての熱線は、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧がバッテリ１１及び発電機１２から供給された場合には、要求される発熱量よりも多く発熱する。さらに、電気負荷１５としてのモータは、性能保証電圧範囲の下限値を越える電圧がバッテリ１１及び発電機１２から供給された場合には、要求されるトルク及び回転速度よりも高トルク及び高回転速度で駆動する。
【００１６】
なお、以下では、要求される機能を満足できる最低電圧値、すなわち、性能保証電圧範囲の下限値を最低電圧値ＶＬと称し、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電圧値、すなわちバッテリ１１及び発電機１２に依存する電圧値を電源電圧値ＶＢと称するものとする。
【００１７】
以上のように構成される本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、図２に示すような一連の手順にしたがって、電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図る。なお、ここでは、説明の便宜上、１つの電気負荷１５を制御対象として、当該電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値ＶＬを越える電源電圧値ＶＢが供給されている場合に、当該電気負荷１５でのエネルギ消費が、最低電圧値ＶＬが連続的に電気負荷１５に対して印加されたときと同等となるように、当該電気負荷１５に対する電力供給を制御するものとして説明するが、この負荷制御部１６による制御は、電力供給対象となる全ての電気負荷１５に対して並行して行われるものである。
【００１８】
まず、負荷制御部１６は、図２に示すように、ステップＳ１において、オン／オフ入力信号Ｄ１がオン状態を示すものであるか否かを判定する。すなわち、負荷制御部１６は、制御対象とする電気負荷１５を駆動させるような操作がユーザによって行われたか否かを判定する。ここで、負荷制御部１６は、オン／オフ入力信号Ｄ１がオフ状態を示すものであった場合には、電気負荷１５に対して電力供給を行う必要がないことから、オン状態を示すオン／オフ入力信号Ｄ１が入力されるまで待機する。一方、負荷制御部１６は、オン／オフ入力信号Ｄ１がオン状態を示すものであった場合には、ステップＳ２において、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電源電圧値ＶＢを読み込み、ステップＳ３において、電源ライン１３の電源電圧値ＶＢが電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値ＶＬよりも高いか否かを判定する。
【００１９】
ここで、電源電圧値ＶＢが最低電圧値ＶＬよりも高い状態とは、電気負荷１５が要求される機能を十分に発揮しており、過剰なエネルギを消費している状態である。そのため、電源電圧値ＶＢが最低電圧値ＶＬよりも高いと判定した場合には、負荷制御部１６は、当該電気負荷１５のエネルギ消費量を減少させるべく、ステップＳ４において、当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４を、デューティ比＝（最低電圧値ＶＬ／電源電圧値ＶＢ）２でＰＷＭ制御する。このように、負荷制御部１６は、デューティ比を（最低電圧値ＶＬ／電源電圧値ＶＢ）２に設定して半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することによって、最低電圧値ＶＬよりも大きい電源電圧値ＶＢが供給される場合であっても、電気負荷１５に対して供給される実効電力を、最低電圧値ＶＬが連続的に当該電気負荷１５に対して印加されたときに消費される電力と同等にすることができる。
【００２０】
一方、負荷制御部１６は、電源電圧値ＶＢが最低電圧値ＶＬ以下であると判定した場合には、電気負荷１５に対して最大限の電力供給が行われるように、ステップＳ５において、デューティ比を１として当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御する。なお、ＰＷＭ制御を行う際の半導体スイッチ１４のスイッチング周波数は、電気負荷１５の種類に応じて異なる値とすることが望ましい。具体的には、電気負荷１５が灯火系バルブや熱線等である場合には、半導体スイッチ１４のスイッチング周波数を２００Ｈｚ以下程度に設定し、電気負荷１５がモータである場合には、その慣性に応じて１ｋＨｚ〜２０Ｈｚ程度に設定する。勿論、半導体スイッチ１４のスイッチング周波数の値は、電気負荷１５が要求される機能を満足できるレベルを実現できる値であれば、以上の例に限らず任意の値に設定してもよい。
【００２１】
次に、負荷制御部１６は、ステップＳ６において、オン／オフ入力信号Ｄ１がオフ状態を示すものに変化したか否かを判定し、引き続きオン状態を示すものであった場合には、制御を継続するために、ステップＳ２からの処理を繰り返す一方で、オフ状態を示すものに変化した場合には、そのまま一連の処理を終了する。なお、負荷制御部１６は、ステップＳ２からステップＳ６までの処理を、例えば１０ｍｓｅｃ程度のルーチン周期で実行する。勿論、このルーチン周期の値は、電気負荷１５が要求される機能を満足できるレベルを実現できる値であれば、以上の例に限らず任意の値に設定してもよい。
【００２２】
以上のように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給される実効電力を最適化することができる。
【００２３】
ところで、本実施形態の電力供給システムにおいては、図２に示す一連の手順にしたがった処理が行われることで、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことが可能となるが、電気負荷１５によっては、全ての状況で省エネルギ駆動するのではなく、状況によってはできる限り高い電圧を当該電気負荷１５に対して印加し、要求される機能よりも高い性能で当該機能を実行した方が望ましい場合もある。例えば、冬場における乗車直後に用いられることが多いＰＴＣヒータ（Positive Temperature Coefficient）等の暖房機器やウィンドウシールドの曇りを晴らす熱線のような電気負荷１５を駆動制御する際には、乗員のニーズに応じて、急速に暖房したり、急速にウィンドウシールドの曇りを晴らしたりするように、当該電気負荷１５を駆動するのが望ましい場合がある。
【００２４】
そこで、本実施形態の電力供給システムにおいては、このような状況に対応すべく、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合にのみ、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うようにしてもよい。
【００２５】
具体的には、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、図２に示した一連の手順に代えて、図３に示すような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給する電力の最適化を図るようにしてもよい。
【００２６】
すなわち、負荷制御部１６は、図３に示すように、ステップＳ１においてオン／オフ入力信号Ｄ１がオン状態を示すものであった場合に、ステップＳ１１において、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定する。例えば、上述した冬場における乗員のニーズに応えるような制御を行う場合には、負荷制御部１６は、外気温度を検出する図示しない外気温センサによって検出される外気温度値に基づいて、電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定することができる。
【００２７】
そして、負荷制御部１６は、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であると判定した場合には、ステップＳ２以降の処理へと移行し、電圧センサ１７によって検出される電源ライン１３の電源電圧値ＶＢと電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値ＶＬとに基づいて、当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４のＰＷＭ制御を行う。一方、負荷制御部１６は、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことが可能な状況でないと判定した場合には、ステップＳ５へと処理を移行し、電気負荷１５に対して最大限の電力供給が行われるように、デューティ比を１として当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御する。
【００２８】
このように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合にのみ、電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うことにより、乗員のニーズと電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化とを両立させることも可能となる。
【００２９】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値ＶＢと電気負荷１５に要求される機能を満足できる最低電圧値（性能保証電圧範囲の下限値）ＶＬとに基づいて、当該電気負荷１５に接続された半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図るようにしている。したがって、本実施形態の電力供給システムによれば、電気負荷１５の性能保証電圧範囲の下限値よりも大きい電源電圧値が供給される場合であっても、性能保証電圧範囲の下限値が連続的に当該電気負荷１５に対して印加されたときと同等の状況を作り出すことができ、電気負荷１５における不必要なエネルギ消費を確実に抑制することができる。そして、その結果として、発電機１２の駆動トルクを確実に減少して、エンジンの燃料消費量の削減、ひいては、排出される二酸化炭素量の削減を図ることができる。
【００３０】
また、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、制御対象の電気負荷１５に対して省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合に上述した半導体スイッチ１４のＰＷＭ制御により電気負荷１５の省エネルギ駆動を行うようにすれば、乗員のニーズと電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化とを両立させることも可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００３２】
本実施形態は、蓄電池としてのバッテリの充電状態を検知し、これに基づいて、発電機の発電電圧を最適化する機能を有する電力供給システムに本発明を適用した例である。なお、本実施形態の電力供給システムにおいて、電気負荷への電力供給の最適化に関わる基本部分については上述した第１の実施形態と同様であるので、以下、第１の実施形態と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の電力供給システムは、図４に示すように、上述したバッテリ１１、発電機１２、半導体スイッチ１４、電気負荷１５、負荷制御部１６、電圧センサ１７、及び電源ライン１３の他に、発電機１２を制御する発電制御部２１を備える。
【００３４】
発電制御部２１は、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値に基づいて、バッテリ１１の充電状態を検知する。すなわち、発電制御部２１は、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値と発電機１２の発電電圧値との差分に基づいて、バッテリ１１の放電電圧を推定し、当該バッテリ１１の充電状態を検知する。そして、発電制御部２１は、検知したバッテリ１１の充電状態に基づいて、不必要に高電力の発電を行わないように発電機１２の駆動回転数を制御し、発電電圧を最適化する。
【００３５】
このような電力供給システムにおいては、バッテリ１１の放電電圧と最適化された発電機１２の発電電圧とに基づく電力が、所定の電源ライン１３を介して、半導体スイッチ１４に接続された電気負荷１５に対して供給されることになる。そして、この電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、先に図２又は図３に示したような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４をＰＷＭ制御することにより、第１の実施形態の電力供給システムと同様に、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００３６】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、電圧センサ１７によって検出される電源電圧値に基づいて、バッテリ１１の充電状態を検知し、検知したバッテリ１１の充電状態に基づいて、発電機１２の発電電圧を制御する発電制御部２１を備えることにより、発電機１２の発電電圧を最適化しつつ、電気負荷１５に対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した第３の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００３８】
本実施形態は、駆動電圧が異なる複数の電気負荷（１２Ｖ系負荷と３６Ｖ系負荷）を混載する車両の電力供給システムに本発明を適用した例であり、１２Ｖ系の電気負荷と３６Ｖ系の電気負荷それぞれに対して供給される実効電力をＰＷＭ制御によって最適化するものである。
【００３９】
本実施形態の電力供給システムは、図５に示すように、低電圧用の電力供給電源として、１２Ｖ近傍の電圧を放電する低電圧蓄電池としてのバッテリ１１ａを備えるとともに、高電圧用の電力供給電源として、３６Ｖ近傍の電圧を放電する高電圧蓄電池としてのバッテリ１１ｂと、３６Ｖ近傍の電圧を発電する発電機３１とを備える。バッテリ１１ａは電源ライン１３ａに接続されており、バッテリ１１ａから供給される電力は、電源ライン１３ａを介して、半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに対して供給される。一方、バッテリ１１ｂ及び発電機３１から供給される電力は、電源ライン１３ｂに接続されており、電源ライン１３ｂを介して、半導体スイッチ１４ｂに接続された３６Ｖ系の電気負荷１５ｂに対して供給されるとともに、３６Ｖ近傍の直流電圧を１２Ｖ近傍の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって電圧変換された後、電源ライン１３ａを介して、半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに対しても供給される。すなわち、この電力供給システムは、３６Ｖ系の電力供給電源から供給される電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２で降圧して１２Ｖ系の電気負荷１１ａに対しても供給可能な多電圧電源構成とされる。
【００４０】
また、本実施形態の電力供給システムでは、電源ライン１３ａに電圧センサ１７ａ、電源ライン１３ｂに電圧センサ１７ｂがそれぞれ接続され、これら電圧センサ１７ａ，１７ｂによって各電源ライン１３ａ，１３ｂの電圧値（１２Ｖ系の電源電圧値および３６Ｖ系の電源電圧値）を検出できるようになっている。
【００４１】
このような電力供給システムにおいて、負荷制御部１６は、電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれをオン／オフするためのオン／オフ入力信号Ｄ１がユーザの操作に応じて入力されると、これら電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれに接続された半導体スイッチ１４ａ，１４ｂに対してオン／オフ出力信号Ｄ２を供給する。これにより、オン／オフ出力信号Ｄ２に応じて電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれに接続された半導体スイッチ１４ａ，１４ｂの開閉が切替えられて、電気負荷１５ａ，１５ｂに対する電力供給が制御される。
【００４２】
また、負荷制御部１６は、電力供給対象となる各電気負荷１５ａ，１５ｂの性能保証電圧範囲の下限値を記憶しており、電気負荷１５ａをオン状態とする場合には、電源ライン１３ａに接続された電圧センサ１７ａによって検出される電圧値を読み込んで、この電圧値と、記憶している電気負荷１５ａの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、半導体スイッチ１４ａをＰＷＭ制御し、また、電気負荷１５ｂをオン状態とする場合には、電源ライン１３ｂに接続された電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値を読み込んで、この電圧値と、記憶している電気負荷１５ｂの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、半導体スイッチ１４ｂをＰＷＭ制御することで、これらの各電気負荷１５ａ，１５ｂに供給される実効電力を最適化する。
【００４３】
本実施形態の電力供給システムにおいても、上述した第１の実施形態の電力供給システムと同様に、負荷制御部１６の制御のもとで、先に図２又は図３に示したような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４ａ，１４ｂをＰＷＭ制御する。これにより、電力供給システムにおいては、電気負荷１５ａは勿論のこと電気負荷１５ｂに対して供給される実効電力も最適化することができる。
【００４４】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、電圧センサ１７ａによって検出される電圧値と電気負荷１５ａの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて半導体スイッチ１４ａをＰＷＭ制御し、また、電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値と電気負荷１５ｂの性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて半導体スイッチ１４ｂをＰＷＭ制御することで、駆動電圧が異なる複数の電気負荷１５ａ，１５ｂが搭載されている場合であっても、これらの各電気負荷１５ａ，１５ｂに供給される実効電力をそれぞれ最適化することができる。
【００４５】
（第４の実施形態）
次に、本発明を適用した第４の実施形態の電力供給システムについて説明する。
【００４６】
本実施形態の電力供給システムは、上述した第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせ、低電圧用の電気負荷と高電圧用の電気負荷とを混載した場合に、発電機の発電電圧を最適化しつつ、駆動電圧が異なる複数の電気負荷に対して供給される実効電力をＰＷＭ制御によって最適化するものである。したがって、この第４の実施形態の説明においては、第２の実施形態及び第３の実施形態の説明と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の電力供給システムでは、図６に示すように、電源ライン１３ａにバッテリ１１ａが接続され、電源ライン１３ｂにバッテリ１１ｂ及び発電機３１が接続されている。そして、バッテリ１１ａからの電力は半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに供給され、バッテリ１１ｂ及び発電機３１からの電力は、半導体スイッチ１４ｂに接続された３６Ｖ系の電気負荷１５ｂに供給されるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって電圧変換された後に、半導体スイッチ１４ａに接続された１２Ｖ系の電気負荷１５ａに対しても供給される。また、電源ライン１３ａには電圧センサ１７ａ、電源ライン１３ｂには電圧センサ１７ｂがそれぞれ接続され、これら電圧センサ１７ａ，１７ｂによって各電源ライン１３ａ，１３ｂの電圧値を検出できるようになっている。
【００４８】
さらに、本実施形態の電力供給システムでは、発電機３１を制御する発電制御部２１を備える。発電制御部２１は、電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値に基づいて、３６Ｖ系のバッテリ１１ｂの充電状態を検知し、検知した充電状態に基づいて、不必要に高電力の発電を行わないように発電機３１の駆動回転数を制御し、発電電圧を最適化する。
【００４９】
このような電力供給システムにおいては、バッテリ１１ａの放電電圧と最適化された発電機３１の発電電圧とに基づく電力が、電源ライン１３ｂを介して、半導体スイッチ１４ｂに接続された電気負荷１５ｂに対して供給されるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２で降圧された後、電源ライン１３ａを介して、半導体スイッチ１４ａに接続された電気負荷１５ａに対しても供給されることになる。そして、この電力供給システムにおいては、負荷制御部１６の制御のもとで、先に図２又は図３に示したような一連の手順にしたがって、半導体スイッチ１４ａ，１４ｂをＰＷＭ制御することにより、上述した第３の実施形態の電力供給システムと同様に、電気負荷１５ａ，１５ｂに対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００５０】
以上詳細に説明したように、本実施形態の電力供給システムにおいては、電圧センサ１７ｂによって検出される電圧値に基づいて、バッテリ１１ｂの充電状態を検知し、検知したバッテリ１１ｂの充電状態に基づいて、発電機３１の発電電圧を制御する発電制御部２１を備え、負荷制御部１６の制御のもとで、駆動電圧が異なる複数の電気負荷１５ａ，１５ｂのそれぞれに接続された半導体スイッチ１４ａ，１４ｂをＰＷＭ制御することにより、発電機３１の発電電圧を最適化しつつ、各電気負荷１５ａ，１５ｂに対して供給される実効電力の最適化を図ることができる。
【００５１】
なお、以上説明した電力供給システムは本発明の一適用例であり、本発明が以上の例に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば具体的なハードウェア構成などにおいて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の電力供給システムにおいて、電気負荷に対して電力を供給する際の一連の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態の電力供給システムにおいて、電気負荷に対して電力を供給する際の一連の手順の他の例を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施形態の電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１，１１ａ，１１ｂ バッテリ
１２，３１ 発電機
１３，１３ａ，１３ｂ 電源ライン
１４，１４ａ，１４ｂ 半導体スイッチ
１５，１５ａ，１５ｂ 電気負荷
１６ 負荷制御部
１７，１７ａ，１７ｂ 電圧センサ
２１ 発電制御部
３２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給電源が接続された電源ラインの電圧値を検出する電源電圧検出手段と、
電力を供給する対象である負荷に接続されたＰＭＷ制御可能なスイッチ素子と、
前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値と前記負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて前記負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御して、前記負荷に対して供給される実効電力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷の省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合に、前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値と前記負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて前記負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値をＶＢ、前記負荷の性能保証電圧範囲の下限値をＶＬとしたとき、ＶＢ＞ＶＬの場合に、前記負荷に接続されたスイッチ素子を、デューティ比＝（ＶＬ／ＶＢ）２でＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記電力供給電源は、蓄電池及び発電機であり、
前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値に基づいて、前記蓄電池の充電状態を検知し、検知した充電状態に基づいて、前記発電機の発電電圧を制御する発電制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
電力供給電源が接続された電源ラインの電圧値を検出し、検出した電源ラインの電圧値と電力を供給する対象である負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、前記負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御することで、前記負荷に対して供給される実効電力を制御することを特徴とする電力供給方法。
【請求項１】
電力供給電源が接続された電源ラインの電圧値を検出する電源電圧検出手段と、
電力を供給する対象である負荷に接続されたＰＭＷ制御可能なスイッチ素子と、
前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値と前記負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて前記負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御して、前記負荷に対して供給される実効電力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷の省エネルギ駆動を行うことが可能な状況であるか否かを判定し、可能であると判定した場合に、前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値と前記負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて前記負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値をＶＢ、前記負荷の性能保証電圧範囲の下限値をＶＬとしたとき、ＶＢ＞ＶＬの場合に、前記負荷に接続されたスイッチ素子を、デューティ比＝（ＶＬ／ＶＢ）２でＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記電力供給電源は、蓄電池及び発電機であり、
前記電源電圧検出手段によって検出される電圧値に基づいて、前記蓄電池の充電状態を検知し、検知した充電状態に基づいて、前記発電機の発電電圧を制御する発電制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
電力供給電源が接続された電源ラインの電圧値を検出し、検出した電源ラインの電圧値と電力を供給する対象である負荷の性能保証電圧範囲の下限値とに基づいて、前記負荷に接続されたスイッチ素子をＰＷＭ制御することで、前記負荷に対して供給される実効電力を制御することを特徴とする電力供給方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３０４５１５（Ｐ２００６−３０４５１５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３８５９（Ｐ２００５−１２３８５９）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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