JP5493472B2

JP5493472B2 - キャパシタ充電制御装置

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Publication number: JP5493472B2
Application number: JP2009128683A
Authority: JP
Inventors: 勇悟茂木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-05-28
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Description

この発明は、キャパシタ充電制御装置に関する。

従来から複数のキャパシタを用いて充電するときに、制動回生の始めは複数のキャパシタを直列接続して、その後並列接続して充電する充電制御装置がある。これにより直列接続から並列接続に切り替えてキャパシタの電圧を低下させることができ、回生率を向上させている（特許文献１参照）。

特開２０００−５９９０３号公報

しかし、キャパシタを直列接続から並列接続に切り替えるとキャパシタの電圧が急に低下するので、オルタネータの発電電圧とキャパシタの電圧との電位差が急に大きくなってしまう。このため車両の制動力が効きすぎて、運転性の悪化やアクセルの踏み増しによる燃費悪化が懸念される。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、制動回生の充電時に急な制動力が生じるのを防止するキャパシタ充電制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、オルタネータ（１）からの電力を複数のキャパシタ（１１１，１１２）に充電する制御装置であって、制動回生を開始したら、前記複数のキャパシタ（１１１，１１２）を直列に接続して充電する直列充電部（Ｓ２２）と、前記直列充電後に、前記複数のキャパシタ（１１１，１１２）のうち少なくともひとつを前記オルタネータ（１）に対して単独で接続し、直列充電したときよりも当該オルタネータの発電電圧を低下させてキャパシタを充電する単独充電部（Ｓ３２，Ｓ４２）と、前記単独充電後に、前記複数のキャパシタ（１１１，１１２）を並列に接続し、単独充電したときよりも前記オルタネータの発電電圧を上昇させてキャパシタを充電する並列充電部（Ｓ５２）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、制動回生時に複数のキャパシタを充電するとき、キャパシタの接続形態を直列接続から少なくともひとつのキャパシタをオルタネータに対して単独で接続する単独接続に切り替える。そして単独接続から並列接続へと切り替える。このように直列接続から並列接続に直接切り替えるのではなく、間に単独接続を介するので、キャパシタの電圧変化による減速加速度のピーク値を下げることができる。また、オルタネータとキャパシタの電位差の急な変化による減速加速度の振り幅（減速ショック）を抑えて制動力を滑らかにすることができる。これにより、運転性の悪化やアクセルの踏み増しによる燃費悪化を抑えることができる。

本発明による第１実施形態のキャパシタ充電制御装置を示す概略構成図である。第１実施形態のキャパシタ充電制御装置の動作を説明するフローチャートである。キャパシタを直列接続して充電するときの切り替えスイッチの状態を示す図である。キャパシタ（２つのキャパシタ）のうち、片方を単独接続して充電するときの切り替えスイッチの状態を示す図である。キャパシタ（２つのキャパシタ）のうち、もう一方を単独接続して充電するときの切り替えスイッチの状態を示す図である。キャパシタを並列接続して充電するときの切り替えスイッチの状態を示す図である。第１実施形態のキャパシタの充電制御について説明するタイムチャートである。第２実施形態のキャパシタ充電制御装置の動作を説明するフローチャートである。第２実施形態におけるキャパシタの単独接続による分割充電制御処理について説明するフローチャートである。第２実施形態のキャパシタの充電制御について説明するタイムチャートである。従来のキャパシタの充電制御について説明するタイムチャートである。

図１は、本発明による第１実施形態のキャパシタ充電制御装置１００を示す概略構成図である。

キャパシタ充電制御装置１００は、オルタネータ１と、バッテリ２と、電装品３と、スタータモータ４と、コントローラ５と、接地線６と、電線７０〜７４と、キャパシタ１１１，１１２と、キャパシタの電圧検出センサ１１１ａ，１１２ａと、キャパシタの接続形態を切り替える切り替えスイッチ１０，１１及び１２と、を有する。

オルタネータ１は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機である。オルタネータ１は、ベルトを介して車両を駆動するエンジンによって駆動される。オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、エンジンの回転数によって変化する。そこでオルタネータ１には、図示は省略するがオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTを適正に制御するレギュレータが備えられる。本実施形態においてオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTの目標電圧は第１発電電圧Ｖａと第２発電電圧Ｖｂとの２通りある。ここで第１発電電圧Ｖａは、第２発電電圧Ｖｂよりも大きい。第２発電電圧Ｖｂは第１発電電圧Ｖａの半分よりも大きい。そしてオルタネータ１は、制動回生時にバッテリ２及びキャパシタ１１１，１１２に電力を供給する。

ところでオルタネータ１は電気回路において電力源となる。オルタネータ１の負極は接地線によって車両に接地される。オルタネータ１の正極には長い電線７０が設けられ、電線７０から分岐してオルタネータ１に近い側からバッテリ２、電装品３、接地線６及びスタータモータ４が配置される。そして電線７０と接地線６との分岐に切り替えスイッチ１０が設けられる。電線７０とスタータモータ４との分岐に切り替えスイッチ１１が設けられる。また電線７０とスタータモータ４との分岐をＡ地点とし、Ａ地点で電線７０は、２本の電線７１，７２に分流する。電線７１にはキャパシタ１１１が設けられ，電線７２にはキャパシタ１１２が設けられる。キャパシタ１１１，１１２の正極はＡ地点側に配置される。そして電線７１，７２は、キャパシタ１１１，１１２の負極側で下流のＢ地点で合流する。さらにキャパシタ１１１の負極側の電線７１とキャパシタ１１２の正極側の電線７２とを結ぶ電線７３が設けられ、電線７１と電線７３との分岐に切り替えスイッチ１２が設けられる。そしてＢ地点より下流に電線７４が設けられ、接地される。

切り替えスイッチ１０、１１及び１２は、それぞれ２点の接点を有する。切り替えスイッチ１０はオルタネータ１から延びる電線７０を分断するように設けられ、端子１０ａ，１０ｂを接点とする。端子１０ａは電線７０に設けられ、端子１０ｂは接地線６に設けられる。切り替えスイッチ１１はＡ地点に設けられ、端子１１ａ，１１ｂを接点とする。端子１１ａはスタータモータ４に設けられ、端子１１ｂは電線７２に設けられる。切り替えスイッチ１２は電線７１と電線７３との分岐に設けられ、端子１２ａ，１２ｂを接点とする。端子１２ａは電線７３に設けられ、端子１２ｂは電線７１に設けられる。切り替えスイッチ１０，１１及び１２は、２つの接点のどちらかに接続されるか又はどちらの接点にも接続されないかを後述するコントローラ５によって制御される。そして切り替えスイッチ１０，１１及び１２によってキャパシタ１１１，１１２の接続形態を変える。

バッテリ２は、二次電池で鉛蓄電池である。バッテリ２は、正極を電線７０に接続し、負極を接地する。バッテリ２は、オルタネータ１が発電した電気を蓄電する。バッテリ２に蓄電される電気は、電装品３やスタータモータ４に供給される。

電装品３は、ヘッドランプ、エアコン、ワイパーといった電気で作動するものである。電装品３は電力を消費するので電気回路において抵抗となる。電装品３は、正極を電線７０に接続し、負極を接地する。

スタータモータ４は、バッテリ２の電気によってエンジンを始動する。スタータモータ４は、エンジン始動時にエンジンのクランクシャフトについているフライホイールのリングギヤに噛みこんでクランクシャフトを回転させる。スタータモータ４は、正極を端子１１ａに接続し、負極を接地する。

コントローラ５は、キャパシタ１１１，１１２の電圧検出センサ１１１ａ，１１２ａの検出信号と、レギュレータからのオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTの信号に基づいて、切り替えスイッチ１０〜１２を制御する。またコントローラ５は、レギュレータを介してオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTの目標電圧を設定する。コントローラ５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ５を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

キャパシタ１１１，１１２は、蓄電装置である。キャパシタ１１１，１１２は、電気を電気のまま充放電することが可能である。キャパシタ１１１，１１２は切り替えスイッチ１１，１２によって直列接続、並列接続及び単独接続にできるように電気回路が設けられる。

ここで車両のエンジン始動時及び通常走行時におけるキャパシタ充電制御装置１００の状態を説明する。エンジンを始動するとき、コントローラ５は切り替えスイッチ１０を端子１０ａに接続し、切り替えスイッチ１１を端子１１ａに接続する。このとき切り替えスイッチ１２は端子１２ａにも端子１２ｂにも接続しない状態である。これによりスタータモータ４とオルタネータ１及びバッテリ２とが接続される。そしてスタータモータ４は、バッテリ２に充電されている電力によってエンジンを始動する。

次に車両が通常走行でキャパシタ１１１，１１２が充電された状態である場合は、コントローラ５は切り替えスイッチ１０を端子１０ａに接続し、切り替えスイッチ１１を端子１１ｂに接続し、切り替えスイッチ１２を端子１２ｂに接続する。これはキャパシタ１１１，１１２を並列接続した状態である。そして電装品３は、キャパシタ１１１，１１２から電力供給される。また車両が通常走行でキャパシタ１１１，１１２が充電されていない状態である場合は、コントローラ５は上記の状態（並列接続の状態）から切り替えスイッチ１０を端子１０ｂに切り替える。そして電装品３は、オルタネータ１やバッテリ２から電力供給される。

またアイドルストップ機能のある車両において、アイドルストップから再始動する場合は、コントローラ５は切り替えスイッチ１０を端子１０ａに接続し、切り替えスイッチ１１を端子１１ａに接続し、切り替えスイッチ１２を端子１２ａに接続する。これはキャパシタ１１１，１１２を直列接続した状態である。そしてスタータモータ４は、キャパシタ１１１，１１２に充電されている電力によってエンジンを始動する。

本発明は、車両にブレーキが働いて制動回生エネルギーを得られる車両の状態を想定している。コントローラは、複数のキャパシタの接続形態を変えて制動回生エネルギーを回収する。コントローラは、複数のキャパシタを直列に接続して直列充電した後に、少なくともひとつのキャパシタを単独で接続して単独充電して、さらに複数のキャパシタを並列に接続して並列充電する。以下では、図２を参照して本実施形態の制御について具体的に説明する。なお本実施形態では、単独充電時にキャパシタ１１１，１１２の両方を充電する例を示す。図２は、複数のキャパシタの充電制御装置１００の動作を説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、コントローラ５は、キャパシタ１１１の電圧検出センサ１１１ａによってキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１を検出する。またコントローラ５は、キャパシタ１１２の電圧検出センサ１１２ａによってキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２を検出する。

ステップＳ２において、コントローラ５は、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１及びキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２の合計電圧が、第１発電電圧Ｖａよりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２の合計電圧が第１発電電圧Ｖａよりも小さい場合はステップＳ２１に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２の合計電圧が第１発電電圧Ｖａ以上の場合はステップＳ３に処理を移行する。

ステップＳ２１において、コントローラ５は、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTが第１発電電圧Ｖａになるように設定する。

ステップＳ２２において、コントローラ５は、キャパシタ１１１，１１２を直列に接続して充電する。このときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態については後述する。

ステップＳ３において、コントローラ５は、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂよりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂよりも小さい場合はステップＳ３１に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂ以上の場合はステップＳ４に処理を移行する。

ステップＳ３１において、コントローラ５は、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTが第２発電電圧Ｖｂになるように設定する。

ステップＳ３２において、コントローラ５は、キャパシタ１１１をオルタネータ１に対して単独で接続して充電する。このときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態については後述する。

ステップＳ４において、コントローラ５は、キャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂよりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂよりも小さい場合はステップＳ４１に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂ以上の場合はステップＳ５に処理を移行する。

ステップＳ４１において、コントローラ５は、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTが第２発電電圧Ｖｂになるように設定する。

ステップＳ４２において、コントローラ５は、キャパシタ１１２をオルタネータ１に対して単独で接続して充電する。このときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態については後述する。

ステップＳ５において、コントローラ５は、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１及びキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が、それぞれ第１発電電圧Ｖａよりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１１が第１発電電圧Ｖａよりも小さく、かつ電圧Ｖｃ１１２も第１発電電圧Ｖａよりも小さい場合はステップＳ５１に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１１が第１発電電圧Ｖａ以上で、かつ電圧Ｖｃ１１２も第１発電電圧Ｖａ以上の場合は処理を抜ける。

ステップＳ５１において、コントローラ５は、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTが第１発電電圧Ｖａになるように設定する。

ステップＳ５２において、コントローラ５は、キャパシタ１１１，１１２を並列に接続して充電する。このときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態については後述する。

次に図３〜図６を参照して、キャパシタ１１１，１１２を直列接続、単独接続及び並列接続にするときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態を説明する。図中の矢印は電気の流れを示す。

図３は、キャパシタ１１１，１１２を直列接続して充電するときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態を示す図である。切り替えスイッチ１０は、端子１０ａに接続される。切り替えスイッチ１１は、端子１１ａにも端子１１ｂにも接続されない。切り替えスイッチ１２は、端子１２ａに接続される。これによりキャパシタ１１１，１１２は直列に接続される。矢印で示すようにオルタネータ４で発電された電気は、電線７０からＡ地点で電線７１に連続してキャパシタ１１１を通り、電線７３から下流の電線７２に連続してキャパシタ１１２を通ってＢ地点へと流れる。

図４は、キャパシタ１１１を単独接続して充電するときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態を示す図である。切り替えスイッチ１０は、端子１０ａに接続される。切り替えスイッチ１１は、端子１１ａにも端子１１ｂにも接続されない。切り替えスイッチ１２は、端子１２ｂに接続される。これによりキャパシタ１１２に電流は流れず、キャパシタ１１１はオルタネータ１に対して単独で接続される。矢印で示すようにオルタネータ４で発電された電気は、電線７０からＡ地点で電線７１に連続してキャパシタ１１１を通って、そのまま電線７１からＢ地点へと流れる。

図５は、キャパシタ１１２を単独接続して充電するときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態を示す図である。切り替えスイッチ１０は、端子１０ａに接続される。切り替えスイッチ１１は、端子１１ｂに接続される。切り替えスイッチ１２は、端子１２ａにも端子１２ｂにも接続されない。これによりキャパシタ１１１に電流は流れず、キャパシタ１１２はオルタネータ１に対して単独で接続される。矢印で示すようにオルタネータ４で発電された電気は、電線７０からＡ地点で電線７２に連続してキャパシタ１１２を通って、そのまま電線７２からＢ地点へと流れる。

図６は、キャパシタ１１１，１１２を並列接続して充電するときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態を示す図である。切り替えスイッチ１０は、端子１０ａに接続される。切り替えスイッチ１１は、端子１１ｂに接続される。切り替えスイッチ１２は、端子１２ｂに接続される。これによりキャパシタ１１１，１１２は並列に接続される。矢印で示すようにオルタネータ４で発電された電気は、電線７０からＡ地点で電線７１及び電線７２に分流され、それぞれキャパシタ１１１及びキャパシタ１１２を通って再びＢ地点で合流して流れる。

図７は、本実施形態のキャパシタの充電制御について説明するタイムチャートである。なおフローチャートとの対応を分かりやすくするためにステップ番号にＳを付して併記する。

制動回生の開始直後は、キャパシタ１１１，１１２ともに充電されていない状態なので、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１及びキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２はゼロである。オルタネータ１は発電しているので、電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２の合計電圧は、第１発電電圧Ｖａよりも小さい（Ｓ３でＹｅｓ）。制動回生が開始されて時刻ｔ１まで、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第１発電電圧Ｖａに設定される（図７（Ｃ）；Ｓ２１）。そしてキャパシタ１１１，１１２を直列に接続する（図７（Ｂ））。電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２の合計電圧が第１発電電圧Ｖａになるまで、キャパシタ１１１，１１２を同時に充電する（Ｓ２２）。このとき減速加速度は、充電が進むにつれて小さくなる。この減速加速度の振り幅を減速ショックといい、減速ショックが大きいと制動力とは反対向きの慣性力を運転者が感じてしまう（図７（Ａ））。

時刻ｔ１で、電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２の合計電圧は第１発電電圧Ｖａと一致する（Ｓ２でＮｏ）。キャパシタ１１１，１１２は同一容量なので各電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２は電圧Ｖａの半分程度となる。このときキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１は第２発電電圧Ｖｂよりも小さい（Ｓ３でＹｅｓ）。時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第２発電電圧Ｖｂに設定される（図７（Ｃ）；Ｓ３１）。そしてキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂになるまでキャパシタ１１１を単独で充電する（Ｓ３２）。このとき減速加速度は、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が電圧Ｖａの半分程度から電圧Ｖｂに変化する分だけ大きくなる。（図７（Ａ））。

時刻ｔ２で、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１は、第２発電電圧Ｖｂと一致する（Ｓ３でＮｏ）。このときキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２は第２発電電圧Ｖｂよりも小さいままである（Ｓ４でＹｅｓ）。時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第２発電電圧Ｖｂに維持される（図７（Ｃ）；Ｓ４１）。そしてキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂになるまでキャパシタ１１２を単独で充電する（Ｓ４２）。このとき減速加速度は、キャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が電圧Ｖａの半分程度から電圧Ｖｂに変化する分だけ大きくなる（図７（Ａ））。

時刻ｔ３で、キャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２は、第２発電電圧Ｖｂと一致する（Ｓ４でＮｏ）。このときキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１及びキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２は、第１発電電圧Ｖａよりも小さい（Ｓ５でＹｅｓ）。時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第１発電電圧Ｖａに設定される（図７（Ｃ）；Ｓ５１）。そしてキャパシタ１１１，１１２を並列に接続する（図７（Ｂ））。電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２が第１発電電圧Ｖａになるまで、キャパシタ１１１，１１２を同時に充電する（Ｓ５２）。このとき減速加速度は、電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２が電圧Ｖｂから電圧Ｖａに変化する分だけ大きくなる（図７（Ａ））。

図１１は、従来のキャパシタの充電制御効果について説明するタイムチャートである。従来の制御では、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、一定で第１発電電圧Ｖａに設定される（図１１（Ｃ））。そして時刻ｔ１で、キャパシタの接続を直列接続から並列接続に直接切り替える（図１１（Ｂ））。時刻ｔ１において、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１及びキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２は電圧Ｖａの半分程度である。直列接続から並列接続に切り替えることで、電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２は電圧Ｖａの半分程度から電圧Ｖａに変化する。減速加速度は、この変化分だけ大きくなる（図１１（Ａ））。

本実施形態によれば、制動回生時に複数のキャパシタ１１１，１１２を充電するとき、キャパシタ１１１，１１２の接続形態を直列接続からキャパシタひとつずつをオルタネータ１に対して単独で接続する単独接続に切り替える。そして単独接続から並列接続へと切り替える。直列接続から並列接続に直接切り替えるのではなく、間に単独接続を介するので、キャパシタ１１１，１１２の電圧変化が小さい。よって従来に比べて減速加速度のピーク値を下げることができる。

またキャパシタ１１１，１１２をひとつずつ単独充電するときには、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTを第１発電電圧Ｖａから第２発電電圧Ｖｂに下げる。これによりオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTとキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１との電位差が小さくなり、減速ショックが小さくなる。オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTとキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２との電位差も同様に小さくなるので、減速ショックが小さくなる。

またキャパシタを直列充電、単独充電及び並列充電のいずれにするかは、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTとキャパシタ１１１，１１２の電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２との大小関係によって決める。そして徐々にキャパシタ１１１，１１２の充電量を増やしていく。これにより、キャパシタ１１１，１１２の充電能力と減速加速度とを良好なバランスで充電することができる。

さらに、例えばオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTの目標電圧となる第１発電電圧Ｖａは、キャパシタを持たない一般車両の回生電圧の値に設定する。そして第２発電電圧Ｖｂは、バッテリ２の電圧の値に設定する。これによりキャパシタ１１１，１１２を直列充電又は並列充電するときはオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは第１発電電圧Ｖａに設定されるのでバッテリ２も同時に充電される。しかしキャパシタ１１１，１１２を単独充電するときはオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは第２発電電圧Ｖｂに設定されるのでバッテリ２の電圧と等しい。そのためバッテリ２には充電せず、キャパシタ１１１，１１２のみで充電できる。バッテリ２の充電は化学反応を伴うが、キャパシタ１１１，１１２の充電はダイレクトに電気を電気のまま貯める。キャパシタ１１１，１１２の充電はバッテリ２の充電に比べてエネルギー損失が小さい。よって、第２発電電圧Ｖｂをバッテリ２の電圧と同等にすることで、単独充電の場合にキャパシタ１１１，１１２を優先して充電することができる。これにより充電のときのエネルギー損失を低減できる。

またヘッドライド等のライトに通常走行時に供給される電圧は、バッテリ２の電圧と同等である。ライトは電圧が変わるとチラつきなどが生じ、視覚に違和感が生じる。制動回生時の供給電圧は、従来は第１発電電圧Ｖａであったが、本実施形態では単独充電の場合には第２発電電圧Ｖｂとなる。第２発電電圧Ｖｂをバッテリ２の電圧と同等にすると、制動回生時であっても単独充電の場合はライトのチラつきを通常走行時と同じにできるので、視覚に違和感を生じにくい。

以上の効果が得られることから、本実施形態では制動時に急な制動力が生じることがなく、運転性を改善できる。また燃費を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態のキャパシタの単独接続による充電を、１つのキャパシタについて複数回に分割して充電する場合の制御である。

図８は、本実施形態のキャパシタ充電制御装置１００の動作を説明するフローチャートである。本実施形態特有の単独接続の制御であるステップＳ９９，ステップＳ１００について説明する。その他は第１実施形態と同様である。

ステップＳ９９において、コントローラ５は、キャパシタ１１１，１１２の電圧Ｖｃ１１１，Ｖｃ１１２のどちらかが第２発電電圧Ｖｂよりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂよりも小さい、又は電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂよりも小さい場合はステップＳ１００に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂ以上で、かつ電圧Ｖｃ１１２も第２発電電圧Ｖｂ以上の場合はステップＳ５に処理を移行する。

図９を参照してステップＳ１００の処理について説明する。図９は、本実施形態におけるキャパシタの単独接続による分割充電制御処理について説明するフローチャートである。第１実施形態においてひとつのキャパシタの単独充電は１回で完了させるのに対して、本実施形態では複数回に分けて完了させる。

ステップＳ１０１において、コントローラ５は、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂの所定パーセント（ここでは８０％を例示する）の電圧よりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧よりも小さい場合はステップＳ１０２に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧以上の場合はステップＳ２０１に処理を移行する。

ステップＳ１０２において、コントローラ５は、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTが第２発電電圧Ｖｂになるように設定する。

ステップＳ１０３において、コントローラ５は、キャパシタ１１１をオルタネータ１に対して単独で接続して充電する。このときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態は第１実施形態で述べた図４の状態である。

ステップＳ２０１において、コントローラ５は、キャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧よりも小さいか否かを判定する。電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧よりも小さい場合はステップＳ２０２に処理を移行する。電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧以上の場合はステップＳ３に処理を移行する。

ステップＳ２０２において、コントローラ５は、オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTが第２発電電圧Ｖｂになるように設定する。

ステップＳ２０３において、コントローラ５は、キャパシタ１１２をオルタネータ１に対して単独で接続して充電する。このときの切り替えスイッチ１０〜１２の状態は第１実施形態で述べた図５の状態である。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０３及びステップＳ２０１〜Ｓ２０３において、キャパシタ１１１，１１２をそれぞれ８０％の充電状態にする。そしてステップＳ３〜Ｓ３２及びステップＳ４〜Ｓ４２で残り２０％を充電する。ステップＳ３〜Ｓ３２及びステップＳ４〜Ｓ４２の制御は第１実施形態と同じである。

図１０は、本実施形態のキャパシタの充電制御について説明するタイムチャートである。ここでは第１実施形態と異なる時刻ｔ１から時刻ｔ５までについて説明する。制動開始から時刻ｔ１及び時刻ｔ５から時刻ｔ６は、それぞれ第１実施形態の直列接続及び並列接続の場合と同じである。なおフローチャートとの対応を分かりやすくするためにステップ番号にＳを付して併記する。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧よりも小さい（Ｓ１０１でＹｅｓ）。このときオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第２発電電圧Ｖｂに設定される（図１０（Ｃ）；Ｓ１０２）。そしてキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧になるまでキャパシタ１１１を単独で充電する（Ｓ１０３）。

時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、キャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧よりも小さい（Ｓ２０１でＹｅｓ）。このときオルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第２発電電圧Ｖｂに維持される（図１０（Ｃ）；Ｓ２０２）。そしてキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧になるまでキャパシタ１１２を単独で充電する（Ｓ２０３）。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、キャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧以上でＶｂよりも小さい（Ｓ３でＹｅｓ）。オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第２発電電圧Ｖｂに設定される（図１０（Ｃ）；Ｓ３１）。そしてキャパシタ１１１の電圧Ｖｃ１１１が第２発電電圧Ｖｂになるまでキャパシタ１１１を単独で充電する（Ｓ３２）。すなわち１回目の充電の残り２０％を充電する。

時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、キャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂの８０％の電圧以上でＶｂよりも小さい（Ｓ４でＹｅｓ）。オルタネータ１の発電電圧Ｖ_ALTは、第２発電電圧Ｖｂに設定される（図１０（Ｃ）；Ｓ４１）。そしてキャパシタ１１２の電圧Ｖｃ１１２が第２発電電圧Ｖｂになるまでキャパシタ１１２を単独で充電する（Ｓ４２）。すなわち１回目の充電の残り２０％を充電する。

本実施形態によれば、単独充電においてキャパシタ１１１の充電状態が８０％に達したときに、次のキャパシタ１１２に切り替える。そして同じようにキャパシタ１１２の充電状態が８０％に達したときに、再びキャパシタ１１１に切り替えて残りの２０％を充電する。そしてキャパシタ１１１の充電が完了したらキャパシタ１１２に切り替えて同様に残りの２０％を充電して単独充電を終える。これにより、第１実施形態のように一回で単独充電を完了させるときに比べて、キャパシタ１１１，１１２の電圧変化が小さくなる。よって減速加速度のピーク値をさらに抑えることができる。またキャパシタ１１１，１１２はそれぞれ８０％充電された後に再び残りの２０％を充電しているので、回生エネルギー量は落ちない。本実施形態では、回生エネルギー量を落とさずに減速加速度を平滑化できる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば実施形態において、キャパシタを２つ設ける場合を示したが、３つ以上設けても同様である。例えば第１実施形態において、キャパシタの数だけ個別に単独充電すれば同様の効果が得られる。またエンジンを前提としたが、ハイブリット車や電気自動車にも適用できる。車輪を駆動させるモータはオルタネータと同様の役割を果たす。

第２実施形態において、ひとつのキャパシタに対して２回単独充電をする場合を説明したが、２回に限らず３回以上にわけても構わない。充電の割合は１回目から徐々に小さくなるように自由に設定すればよい。キャパシタの充電状態が１００％になる前に別のキャパシタに充電を切り替えれば減速加速度を平滑化できる。

１オルタネータ
６コントローラ
１０〜１２接続形態の切り替えスイッチ
１１１，１１２キャパシタ
１１１ａ，１１２ａ電圧検出器
Ｓ１電圧検出部
Ｓ２〜Ｓ５電圧比較部
Ｓ２２直列充電部
Ｓ３２，Ｓ４２単独充電部
Ｓ５２並列充電部
Ｓ１００単独充電部（分割充電処理）

Claims

オルタネータからの電力を複数のキャパシタに充電する制御装置であって、
制動回生を開始したら、前記複数のキャパシタを直列に接続して充電する直列充電部と、
前記直列充電後に、前記複数のキャパシタのうち少なくともひとつを前記オルタネータに対して単独で接続し、直列充電したときよりも当該オルタネータの発電電圧を低下させてキャパシタを充電する単独充電部と、
前記単独充電後に、前記複数のキャパシタを並列に接続し、単独充電したときよりも前記オルタネータの発電電圧を上昇させてキャパシタを充電する並列充電部と、
を備えるキャパシタ充電制御装置。
前記単独充電部は、前記直列充電されたキャパシタを前記オルタネータに対してひとつずつ単独で接続して、ひとつのキャパシタを単独充電した後、別のキャパシタを単独充電する、
ことを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ充電制御装置。
前記キャパシタの各電圧を検出する電圧検出部と、
前記キャパシタの各電圧と前記オルタネータの発電電圧との大小を比較する電圧比較部と、を備え、
前記電圧比較の結果に応じて、前記直列充電部、前記単独充電部及び前記並列充電部のいずれかの充電部でキャパシタを充電する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャパシタ充電制御装置。
前記直列充電部は、前記キャパシタの合計電圧が前記オルタネータの発電電圧よりも小さいときにキャパシタを直列充電し、
前記単独充電部は、前記キャパシタの合計電圧が前記オルタネータの発電電圧以上のときにキャパシタを単独充電する、
ことを特徴とする請求項３に記載のキャパシタ充電制御装置。
前記単独充電部は、ひとつのキャパシタの単独充電を１回で完了する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のキャパシタ充電制御装置。
前記単独充電部は、ひとつのキャパシタの単独充電を複数回に分けて完了する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のキャパシタ充電制御装置。
オルタネータからの電力を複数のキャパシタに充電する制御方法であって、
制動回生時を開始したら、前記複数のキャパシタを直列に接続して充電する直列充電工程と、
前記直列充電後に、前記複数のキャパシタ少なくともひとつを前記オルタネータに対して単独で接続し、直列充電したときよりも当該オルタネータの発電電圧を低下させてキャパシタを充電する単独充電工程と、
前記単独充電後に、前記複数のキャパシタを並列に接続し、単独充電したときよりも前記オルタネータの発電電圧を上昇させてキャパシタを充電する並列充電工程と、
を備えるキャパシタ充電制御方法。