車輛用電源系統的製作方法

2023-06-16 06:04:46 2

車輛用電源系統的製作方法
【專利摘要】第一DC/DC轉換器（5）是被控制為將發電母線（A）的電壓保持為規定的目標值的恆壓控制型，第二DC/DC轉換器（7）是被控制為將輸入或者輸出電流保持為規定的目標電流的恆流控制型，控制電路（8）與以第二蓄電設備（6）的充放電狀況區分的各模式A～C的全部或者一部分相對應地，根據不同的算法決定發電母線電壓的最佳的目標值Va*，對第一DC/DC轉換器（5）進行控制以使發電母線電壓Va成為該決定的目標值Va*。
【專利說明】車輛用電源系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及車輛用電源系統，特別涉及能夠實現車輛的制動能量的再生和車輛的燃料效率的提高的車輛用電源系統。
【背景技術】
[0002]在以往的這種車輛用電源系統中，提出了如下技術:在車輛減速時，通過將由發動機驅動而對電池進行供電的發電機的發電電壓設定為比非減速時高，從而積極地進行制動能量的再生，另一方面，在車輛非減速時，通過將發電機的發電電壓設定為比減速時低，從而降低向發動機的負荷而實現燃料效率的提高(例如，參照下述專利文獻I)。
[0003]【專利文獻I】日本特開2008-67504號公報

【發明內容】

[0004]但是，上述專利文獻I中記載的以往的車輛用電源系統被構成為將發電機的發電電力直接提供給電池來對電池進行充電，所以如果在車輛減速時將發電機的發電電壓設為過於大，則會導致縮短電池的壽命。因此，不能使減速時的發電機的發電電力變大而積極地再生制動能量，向電池的蓄電量也會減少，所以燃料效率的改善效果被抑制為較低。
[0005]本發明是為了解決這樣的課題而作成的，其目的在於得到能夠抑制電池的壽命降低、並且能夠通過在車輛減速時能使發電機的發電電力變大、而且在車輛非減速時抑制發電機的發電電能而實現車輛的燃料效率的提高的車輛用電源系統。
[0006]本發明的車輛用電源系統具備:
[0007]發電機，由發動機驅動而產生交流電力；
[0008]整流器，將在所述發電機中發電的交流電力整流為直流電力而向發電母線輸出；
[0009]第一蓄電設備，經由負載供電母線向車載負載提供電力；
[0010]第二蓄電設備，吸收來自所述發電機的發電電力而吸收電力波動；
[0011]恆壓控制型的第一 DC/DC轉換器，被連接於所述發電母線，被控制為將作為所述發電母線的電壓的發電母線電壓保持為規定的目標值；
[0012]恆流控制型的第二 DC/DC轉換器，被連接於所述第二蓄電設備，被控制為將輸入或者輸出電流保持為規定的目標電流；以及
[0013]控制電路，對所述發電機、第一、第二 DC/DC轉換器一起進行驅動控制而將所述發電機的發電電力充電到所述第一蓄電設備以及所述第二蓄電設備，並且使充電到第二蓄電設備的能量放電，
[0014]所述控制電路與根據所述第二蓄電設備的充放電狀況而區分的各模式的全部或者一部分相對應地，根據不同的算法決定所述發電母線電壓的最佳的目標值，並對所述第一 DC/DC轉換器進行控制以使所述發電母線電壓成為該決定的所述最佳的目標值。
[0015]根據本發明的車輛用電源系統，發電機的發電電力不被直接提供到第一蓄電設備，所以能夠抑制第一蓄電設備的壽命降低，另外，在以第二蓄電設備的充放電狀況分類的各模式下根據不同的算法分別選擇用於改善燃料效率的發電機的發電母線電壓的最佳的目標值，並對第一 DC/DC轉換器進行控制以使發電母線電壓成為該目標值，所以能夠與以往相比更進一步地改善燃料效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發明的實施方式I的車輛用電源系統的結構的框圖。
[0017]圖2是表不實施方式I的車輛用電源系統的第二蓄電設備充電模式(A模式)時的能量流向的說明圖。
[0018]圖3是表不實施方式I的車輛用電源系統的第二蓄電設備放電模式(B模式)時的能量流向的說明圖。
[0019]圖4是表示實施方式I的車輛用電源系統的第二蓄電設備非充放電模式(C模式)時的能量流向的說明圖。
[0020]圖5是表示在本發明的車輛用電源系統中車速的變化和與其相伴的發電機的發電電力、第二蓄電設備的充放電電力以及向負載供電母線的供給電力的關係的說明圖。
[0021 ] 圖6是表示在本發明的車輛用電源系統中使用的相對發電機的轉速的發電電力的關係的特性圖。
[0022]圖7是表示在本發明的車輛用電源系統中使用的相對發電機的勵磁電流的發電電力和發電效率的特性圖。
[0023]圖8是表示在本發明的車輛用電源系統中使用的根據第二蓄電設備的充放電狀況(模式A?C)決定的相對發電機的轉速的各最佳的發電母線電壓的關係的特性圖。
[0024]圖9是表示在本發明的車輛用電源系統中使用的與第二蓄電設備的充放電狀況(模式A?C)相應的第一 DC/DC轉換器的控制處理的控制流向。
[0025]圖10是表示本發明的實施方式2的車輛用電源系統的結構的框圖。
[0026]圖11是表不實施方式2的車輛用電源系統的第二蓄電設備充電模式(A模式)時的能量流向的說明圖。
[0027]圖12是表不實施方式2的車輛用電源系統的第二蓄電設備放電模式(B模式)時的能量流向的說明圖。
[0028]圖13是表不實施方式2的車輛用電源系統的第二蓄電設備非充放電模式(C模式)時的能量流向的說明圖。
[0029]圖14是表示本發明的實施方式3的車輛用電源系統的結構的框圖。
[0030]圖15是表不實施方式3的車輛用電源系統的第二蓄電設備充電模式(A模式)時的能量流向的說明圖。
[0031]圖16是表不實施方式3的車輛用電源系統的第二蓄電設備放電模式(B模式)時的能量流向的說明圖。
[0032]圖17是表不實施方式3的車輛用電源系統的第二蓄電設備非充放電模式(C模式)時的能量流向的說明圖。
【具體實施方式】
[0033]實施方式1.[0034]圖1是表示本發明的實施方式I的車輛用電源系統的結構的框圖。
[0035]本實施方式I的車輛用電源系統具備:發電機1，由發動機(未圖不)驅動而產生交流電力；整流器2，將在該發電機I中產生的交流電力整流為直流電力而輸出到發電母線A ；第一蓄電設備4，經由負載供電母線B向車載負載3供給電力；第二蓄電設備6，對來自發電機I的發電電力進行蓄電而吸收電力波動；第一 DC/DC轉換器5,第一端(輸入端)被連接於發電母線A，並且第二端(輸出端)被連接於負載供電母線B ;第二 DC/DC轉換器7，第一端(輸入端)被連接於發電母線A，並且第二端(輸出端)被連接於第二蓄電設備6 ;控制電路8，對發電機1、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7進行控制。
[0036]發電機I例如是具備了具有勵磁繞組的爪極式轉子、具有三相交流繞組的定子以及調節器電路的倫德爾(Lundell)型交流發電機。另外，整流器2由三相全波整流電路構成，將在發電機I的三相交流繞組中感應的交流電力整流為直流電力。
[0037]第一蓄電設備4適用鉛蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰離子電池等能夠按每體積進行充電的能量大的二次電池，其額定電壓例如是14V。
[0038]第二蓄電設備6吸收來自發電機I的發電電力的波動而蓄積向第一蓄電設備4側的供給電力、或者補充第一蓄電設備4的電力不足量等，由此實現將向第一蓄電設備4側的供給電力進行平均化的作用。第二蓄電設備6適用能夠進行大電力的充放電的電雙層電容器等大容量電容器、鋰離子電池等2次電池。另外，在將電雙層電容器用作第二蓄電設備6的情況下，其額定電壓例如是28V。
[0039]第一 DC/DC轉換器5適用能夠將第一端(輸入端)保持為規定的電壓的恆壓控制型的DC/DC轉換器。作為這樣的DC/DC轉換器可以使用一般的DC/DC轉換器電路，例如，被反饋控制為將第一端(輸入端)的電壓保持為目標電壓的降壓斬波電路等。
[0040]在此，當將(輸入電壓的變化)/ (輸入電流的變化)考慮為第一 DC/DC轉換器5的輸入阻抗時，該第一 DC/DC轉換器5無論電流多少都將輸入電壓保持為恆定，所以能夠視為低輸入阻抗的DC/DC轉換器。
[0041]另一方面，第二 DC/DC轉換器7適用將流向第二蓄電設備6的電流保持為規定的目標值的恆流型的DC/DC轉換器。而且，該第二 DC/DC轉換器7需要對第二蓄電設備6進行充電和放電這兩個方向的動作，所以必須是輸入輸出方向能夠相反的雙方向的DC/DC轉換器。作為這樣的雙方向的恆流型的DC/DC轉換器，可以使用被反饋控制為將第二蓄電設備6的電流保持為目標電流的升降壓斬波電路等一般的DC/DC轉換器電路。
[0042]而且，該第二 DC/DC轉換器7作用為無論電壓多少都將輸入電流保持為恆定，所以能夠視為高輸入阻抗的DC/DC轉換器。
[0043]另外，在此為了方便說明，將第二 DC/DC轉換器7的輸入輸出端的一方、即連接於發電母線A的一側稱為「輸入端」，將第二 DC/DC轉換器7的輸入輸出端的另一方、即連接於第二蓄電設備6的一側稱為「輸出端」,未必表不電力的轉移方向。例如,在經由第二 DC/DC轉換器7使第二蓄電設備6進行放電的情況下，電流從「輸出端」側流入而從「輸入端」側流出，電力從「輸出端」側向「輸入端」側轉移。
[0044]在此，當對發電母線A連接了發電機1、整流器2、第一 DC/DC轉換器5以及第二DC/DC轉換器7時，發電機I以及整流器2的內部阻抗比第一 DC/DC轉換器5充分高。而且，第二 DC/DC轉換器7也如前所述具有高輸入輸出阻抗，所以能夠僅通過輸入阻抗最低的第一 DC/DC轉換器5的控制來將發電母線電壓Va設定為規定的值。即，能夠通過由控制電路8控制第一 DC/DC轉換器5來將發電母線電壓Va保持為規定的電壓。
[0045]如上那樣，能夠唯一地決定發電母線電壓Va是因為對作為一個電路連接點的發電母線A連接了低阻抗的第一 DC/DC轉換器5。
[0046]控制電路8分別檢測並取入發電機I的轉子的轉速、施加到發電母線A的發電母線電壓Va、施加到負載供電母線B的負載供電電壓Vb、第二蓄電設備6的電壓Vedlc、對第二蓄電設備6進行充放電時的第二 DC/DC轉換器7的電流Ic，並根據這些檢測值，控制發電機1、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7。
[0047]特別是，作為本實施方式I的特徵，如在後面詳細描述那樣，根據伴隨車輛行駛的第二蓄電設備6的充放電狀況(模式A?C)而發電機I的最佳的發電母線電壓Va不同，所以對第一 DC/DC轉換器5進行控制以使能穩定地得到與第二蓄電設備6的充放電狀況(模式A?C)相應的最佳的發電母線電壓Va。
[0048]在上述結構的車輛電源系統中，根據伴隨車輛行駛的第二蓄電設備6的充放電狀況而發生如下三種狀態(模式A?C)。以下，關於這些各模式A?C的特性，參照圖2?圖5進行說明。
[0049]圖2?圖4是表示本車輛用電源系統的各模式A?C下的能量的流向的圖。另外，圖5分別表示車速的變化和與其相伴的發電機I的發電電力Pa、第二蓄電設備6的充放電電力Pc、向負載供電母線B的供給電力Pb。另外，發電機I的發電電力Pa是將向負載供電母線B的供給電力Pb和第二蓄電設備6的充放電電力Pc進行相加而得到的電力。
[0050]1.模式A (第二蓄電設備充電模式)
[0051]該模式A主要在車輛減速時產生(例如圖5的時刻tl?t2的期間)。
[0052]即，當車輛減速時，控制電路8對第二 DC/DC轉換器7進行控制以對第二蓄電設備6進行充電。其結果，如圖2所示，發電機I所發電出的能量經由第一 DC/DC轉換器5轉移到負載供電母線B，並且還轉移到第二蓄電設備6。此時，發電機I發電的再生能量的源是基於車體的質量和速度產生的運動能量，所以不消耗汽油的能量。在以短時間、大電力再生該減速時的向第二蓄電設備6的能量時，能夠增大再生電能，更能改善燃料效率。
[0053]因此，在該模式A中，在使發電機I的發電電力轉移到第二蓄電設備6以及負載供電母線B時，發電機I優選以能產生儘可能大的發電電力的狀態進行。
[0054]此外，依賴於其他狀態而有時即使在減速過程中也不成為模式A。例如有，第二蓄電設備6 (例如電雙層電容器)的電壓達到上限電壓而不能再進一步進行充電的情況、發電機I的最大發電電力和應向負載供電母線B提供的電力相等而不能對第二蓄電設備6分配電力的情況等。
[0055]2.模式B (第二蓄電設備放電模式)
[0056]該模式B主要是在車輛減速時以外、且在第二蓄電設備6中有放電能力的情況下成立(例如圖5的時刻t2?t3的期間)。
[0057]即，當車輛的減速結束時，控制電路8對第二 DC/DC轉換器7進行控制以使第二蓄電設備6的能量放電。如果第二蓄電設備6能夠對發電母線A側提供電力，則控制電路8停止向發電機I的勵磁繞組提供電流，所以發電機I停止發電，如圖3所示，能量從第二蓄電設備6向負載供電母線B側轉移。這樣，在該模式B中，通過第二蓄電設備6的蓄電能量來進行向包含車載負載3的負載供電母線B側的電力供給，所以不會為了向負載供電母線B側提供電力而消耗汽油的能量。
[0058]因此，在該模式B中，在使能量高效地從第二蓄電設備6向負載供電母線B側轉移時，優選以第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7的電力轉換效率成為最大的狀態進行。
[0059]此外，當第二蓄電設備6的電壓達到下限電壓(圖5的時刻t3)而變得不能再進一步進行放電時，該模式B結束。
[0060]3.模式C (第二蓄電設備非充放電模式)
[0061]該模式C主要是在車輛減速時以外、且第二蓄電設備6的放電能力消失了的情況下成立(例如圖5的時刻t3?t4的期間)。
[0062]S卩，當第二蓄電設備6的電壓達到下限電壓(圖5的時刻t3)而變得不能再進一步進行放電時，控制電路8使第二 DC/DC轉換器7的動作停止。而且，在該情況下，電流不被提供到發電機I的勵磁繞組，所以發電機I發電出與向負載供電母線B提供所需的量相應的電力，如圖4所示能量移動。此時，如果車輛不減速，則與需要向負載供電母線B側的電力供給的量相應地，消耗汽油的能量。因此，在該模式C中，在儘可能抑制汽油的能量消耗的方面上，優選以發電機I的發電效率成為最大的狀態進行。
[0063]而且，如果通過對上述模式A、B的分配進行最佳化來儘可能減少消耗汽油的能量的模式C的時間比例，則能夠謀求作為系統整體的燃料效率的改善。這是本實施方式的系統的燃料效率改善的基本原理。
[0064]接著，說明如何與在各模式A?C中要求的上述各特性相應地具體地設定發電母線電壓Va則為最佳的條件。
[0065]1.模式A (第二蓄電設備充電模式)的情況
[0066]在該模式A中，如圖2所示，利用車輛減速時的發電機I的再生電力，所以要求發電機I以大電力進行發電。
[0067]圖6是表示發電母線電壓Va分別為IIV、14V、17V、20V、23V、26V時的發電機I的轉速與發電電力Pa的關係的特性圖。
[0068]從圖6可知，在發電母線電壓Va為一定的情況下，具有如下特性:當發電機I的轉速為規定的最小值以下時，發電電力Pa為零,當超過規定的最小值時，伴隨著轉速上升，發電電力Pa逐漸增大而最終收斂為一定值。而且可知,相對發電機的各個轉速,取得最大發電電力Pa的發電母線電壓Va不同。
[0069]此外，在圖6中，示出了發電機I的勵磁電流為一定的條件的情況，但即使勵磁電流變化，取得最大的發電電力Pa的發電母線電壓Va相對轉速的關係是不變化的。因此可知，在模式A中，相對發電機I的轉速，最好將能夠以最大電力進行發電的發電母線電壓Va設為目標值。
[0070]2.模式B (第二蓄電設備放電模式)的情況
[0071]在該模式B中，如圖3所示，能量從第二蓄電設備6經由第二 DC/DC轉換器7以及第一 DC/DC轉換器5向負載供電母線B轉移。如果在車輛減速時以外能夠儘可能長地維持該模式B的狀態，則能夠減少模式C的時間比例，所以能夠使燃料效率提高。因此，在該模式B中，優選使第二蓄電設備6的能量以低損耗向負載供電母線B移動。可知，為此將第一DC/DC轉換器5和第二 DC/DC轉換器7的組合的電力轉換效率成為最大的發電母線電壓Va設為目標則較好。此時，發電機I停止發電，所以應作為目標的最佳的發電母線電壓Va不依賴於發電機I的轉速。
[0072]3.模式C (第二蓄電設備非充放電模式)的情況
[0073]在該模式C中，如圖4所示，第二 DC/DC轉換器6停止動作，發電機I發電出與向負載供電母線B側提供所需的量相應的電力，所以在該模式C中為了使燃料效率提高，優選發電機I的發電效率和第一 DC/DC轉換器5的電力轉換效率高。在該情況下，一般與DC/DC轉換器的電力轉換效率相比較，發電機I的發電效率低，所以當改善發電機I的發電效率時燃料效率提高的效果大。
[0074]圖7是表不在使發電機I發電時發電母線電壓Va為14V和28V時的相對於勵磁電流的發電電力(圖中左側縱軸)與發電效率(圖中右側縱軸)的關係的特性圖。此外，此情況下的發電機I的轉速是固定的。
[0075]從圖7可知，在要求大電力發電的模式A中，發電電力最高的條件是在最大勵磁電流下將發電母線電壓Va設為28V即可。
[0076]另一方面，在模式C中，只要發電出僅僅向負載供電母線B提供的電力就可以，與在模式A中所需的電力相比小。例如將在模式C中所需的發電機I的發電電力設為300W的情況下可知，此時將發電母線電壓Va設為14V、將發電機I的勵磁電流設為1.2A時與將發電母線電壓Va設為28V、將發電機I的勵磁電流設為2A的情況相比發電效率高。在此應關注的點是，最佳的發電母線電壓Va在將發電機I的最大發電電力作為目標的模式A和將發電機I的最大發電效率作為目標的模式C中是不同的。
[0077]圖8是表示與各模式A?C相符合地設定用於得到相對發電機I的轉速最佳的發電母線電壓Va的目標值(以下稱為發電母線電壓目標值Va*)的做法的特性圖。
[0078]在模式A和模式C中，依賴於發電機I的轉速而決定發電母線電壓目標值Va*。特別是，在模式A中，根據發電機I的轉速而設定能得到最大的發電電力Pa這樣的發電母線電壓目標值Va*即可。另外，在模式C中，如圖7所示，由於根據向負載供電母線B提供的發電電力和發電機I的勵磁電流而發電機I的發電效率不同，所以與發電機I的轉速一起將向負載供電母線B提供的發電電力以及勵磁電流加到參數中來設定能得到最大的發電效率的發電母線電壓目標值Va*即可。另外，在模式B中，由於不依賴於發電機I的轉速，所以考慮第一、第二 DC/DC轉換器5、7的電力轉換效率而設定發電母線電壓目標值Va*即可。
[0079]如上那樣，為了設定與各模式A?C相符合的最佳的發電母線電壓目標值Va*，最簡單的方法是:預先在控制電路8的存儲器內準備與各模式A?C相應地針對發電機I的轉速、發電電力、勵磁電流等參數預先設定登記了最佳的發電母線電壓目標值Va*的表，並與各模式A?C相應地，根據所檢測出的參數決定最佳的發電母線電壓目標值Va*。
[0080]而且，如果能夠與各模式A?C相對應地設定最佳的發電母線電壓目標值Va*，則能夠通過如前述那樣控制第一 DC/DC轉換器5來將發電母線電壓Va唯一地保持為規定的發電母線電壓目標值Va*。
[0081]接著，參照圖9所示的控制流程來說明為了將發電母線電壓Va保持為規定的發電母線電壓目標值Va*而控制電路8進行的第一 DC/DC轉換器5的控制。此外，以下說明的符號S意味著各處理步驟。
[0082]針對每個控制周執行從開始到結束為止的控制程序(routine)。當控制程序開始時，控制電路8檢測控制所需的發電機I的轉速、發電母線電壓Va等各種參數(SI)。接著，判定是上述的模式A?C中的哪一狀態(S2)，如果是模式A，則根據模式A用的表設定發電母線電壓目標值Va* (S3)。另外，如果是模式B，則根據模式B用的表設定發電母線電壓目標值Va* (S4)。進而，如果是模式C，則根據模式C用的表設定發電母線電壓目標值Va*(S5 )。如果這樣設定了發電母線電壓目標值Va*，則控制電路8對第一 DC/DC轉換器5進行基於比例積分控制等的反饋控制，以使發電母線電壓目標值Va*與被檢測的發電母線電壓Va的偏差消失(S6)。
[0083]此外，針對每個控制周期，分別執行用於判定是模式A?C中的哪一個的控制程序、用於進行發電機I的發電控制的控制程序、控制第二蓄電設備6的充放電的第二 DC/DC轉換器7的控制程序。這些控制程序考慮各種方法，但本發明的主要著眼點是，從車輛的燃料效率改善觀點來看，針對各模式A?C，如何通過第一 DC/DC轉換器5的控制來設定最佳的發電母線電壓的目標值Va*，所以在此省略詳細的說明。
[0084]另外，在此，在以第二蓄電設備6的充放電狀態來區分的各模式A?C中，根據相互不同的算法來決定發電母線電壓目標值Va*。即，例如，在圖8示出的情況中，由於根據各模式A?C而設定發電母線電壓目標值Va*的算法不同，所以用3條線標記。但是，不限於此，例如，模式A和模式C也可以根據相同算法設定發電母線電壓目標值Va* (在該情況下，算法為兩個，所以圖8的情況將用2條線標記)。
[0085]如以上那樣，根據本實施方式，能夠與以第二蓄電設備6的充放電狀態區分的各模式A?C相應地設定最佳的發電母線電壓的目標值Va*，在模式A中能夠增大再生電能，在模式B中能夠使在第二蓄電設備6中蓄電的能量以少的損耗向車載負載3移動，在模式C中能夠以汽油的能量的損耗少地使電力向車載負載3移動，所以能夠作為整體改善車輛的燃料效率。
[0086]此外，在上述說明中，控制電路8檢測發電機I的轉速來設定發電母線電壓目標值，但也可以設為發電機I的轉速與發動機的轉速成比例，並檢測發動機的轉速來設定發電母線電壓目標值。
[0087]實施方式2.[0088]圖10是表示本發明的實施方式2的車輛用電源系統的結構的框圖。車輛用電源系統的結構要素基本上與實施方式I相同，但第一 DC/DC轉換器以及第二 DC/DC轉換器與其他結構要素的連接關係與實施方式I不同。
[0089]本實施方式2的車輛用電源系統具備:發電機1，由發動機(未圖示)驅動而產生交流電力；整流器2，將在該發電機I中產生的交流電力整流為直流電力而向發電母線A輸出；第一蓄電設備4，經由負載供電母線B向車載負載3提供電力；第二蓄電設備6，對來自發電機I的發電電力進行蓄電而吸收電力波動；第一 DC/DC轉換器5,第一端(輸入端)被連接於發電母線A,並且第二端(輸出端)被連接於第二蓄電設備6 ;第二 DC/DC轉換器7，第一端(輸入端)被連接於第二蓄電設備6,並且第二端(輸出端)被連接於負載提供母線B ;控制電路8，控制發電機1、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7。
[0090]發電機1、第一蓄電設備4、第二蓄電設備6以及第一 DC/DC轉換器5的內容與在實施方式I中說明的內容相同。
[0091]第二 DC/DC轉換器7適用將負載所要求的流向負載供給母線電壓B的電流保持為規定的目標值的恆流型的DC/DC轉換器。作為這樣的恆流型的DC/DC轉換器，可以使用被反饋控制為將負載供給母線電壓B的電流保持為目標電流的升降壓斬波電路等一般的DC/DC轉換器電路。而且，該第二 DC/DC轉換器7作用為不論電壓為多少都將輸入電流保持為一定，所以能夠視為高輸入阻抗的DC/DC轉換器。
[0092]在此，如果對於發電母線A連接發電機1、整流器2以及第一 DC/DC轉換器5，則發電機I以及整流器2的內部阻抗比第一 DC/DC轉換器5充分高，所以發電母線電壓Va能夠僅通過輸入阻抗最低的第一 DC/DC轉換器5的控制來設定為規定的值。即，能夠通過由控制電路8控制第一 DC/DC轉換器5來將發電母線電壓Va保持為規定的電壓。
[0093]控制電路8分別檢測並取入發電機I的轉子的轉速、施加到發電母線A的發電母線電壓Va、施加到負載供電母線B的負載供電電壓Vb、第二蓄電設備6的電壓Vedlc以及第二 DC/DC轉換器7的輸出電流，並根據這些檢測值控制發電機1、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7。特別是，作為本實施方式2的特徵，如後詳細描述那樣，由於根據伴隨車輛行駛的第二蓄電設備6的充放電狀況(模式A?C)而發電機I的最佳的發電母線電壓Va不同，所以控制第一 DC/DC轉換器5以使能穩定地得到與第二蓄電設備6的充放電狀況(模式A?C)相應的最佳的發電母線電壓Va。
[0094]在上述結構的車輛電源系統中，根據伴隨車輛行駛的第二蓄電設備6的充放電狀況而產生如下三種狀態(模式A?C)。以下，關於這些各模式A?C的特性，參照圖5、圖11?圖13進行說明。
[0095]圖11?圖13是表不本實施方式的車輛用電源系統的各模式A?C下的能量的流向的圖。另外，圖5分別表示了車速的變化和與其相伴的發電機I的發電電力Pa、第二蓄電設備6的充放電電力Pc、向負載供電母線B的供給電力Pb。另外，發電機I的發電電力Pa是將向負載供電母線B的供給電力Pb和第二蓄電設備6的充放電電力Pc進行相加而得到的電力。
[0096]1.模式A (第二蓄電設備充電模式)
[0097]該模式A主要是在車輛減速時產生(例如圖5的時刻tl?t2的期間)。即，當車輛減速時，控制電路8向發電機I和第二 DC/DC轉換器7發出指示，並進行控制以使以發電機I的發電電力Pa與向負載提供母線B的供給電力Pb的差分的電力對第二蓄電設備6進行充電。其結果，如圖11所示，發電機I發電出的能量經由第一 DC/DC轉換器5以及第二DC/DC轉換器7向負載供電母線B轉移，經由第一 DC/DC轉換器5還向第二蓄電設備6轉移。此時，發電機I發電的再生能量的源是基於車體的質量和速度產生的運動能量，所以不消耗作為燃料的汽油的能量。在以短時間、且大電力再生車輛減速時的向第二蓄電設備6的能量時，能夠增大再生電能，能夠進一步改善燃料效率。因此，在該模式A中，在使發電機I的發電電力向第二蓄電設備6以及負載供電母線B轉移時，發電機I優選以能產生儘可能大的發電電力的狀態進行。
[0098]此外，依賴於其他狀態而有時在減速過程中也不成為模式A。例如有，第二蓄電設備6 (例如電雙層電容器)的電壓達到上限電壓而不能再進一步進行充電的情況、發電機I的最大發電電力和應向負載供電母線B提供的電力相等而無法向第二蓄電設備6分配電力的情況等。
[0099]2.模式B (第二蓄電設備放電模式)
[0100]該模式B主要是在車輛的減速時以外、且第二蓄電設備6有放電能力的情況下成立(例如圖5的時刻t2?t3的期間)。即，當車輛的減速結束時，控制電路8對第二 DC/DC轉換器7進行控制以使第二蓄電設備6的能量放電。如果第二蓄電設備6能夠向第二 DC/DC轉換器7側提供電力，則控制電路8停止向發電機I的勵磁繞組的電流供給，所以發電機I停止發電，如圖12所示，能量從第二蓄電設備6向負載供電母線B側轉移。如此，在該模式B中，通過第二蓄電設備6的蓄電能量來進行向包含車載負載3的負載供電母線B側的電力供給，所以不會為了向負載供電母線B側提供電力而消耗汽油的能量。在該模式B中，發電母線電壓A不參與，所以不需要特別考慮。此外，該模式B在第二蓄電設備6的電壓達到下限電壓(圖5的時刻t3)而變得無法再進一步進行放電時結束。
[0101]3.模式C (第二蓄電設備非充放電模式)
[0102]該模式C主要是在車輛減速時以外、且第二蓄電設備6的放電能力消失了的情況下成立(例如圖5的時刻t3?t4的期間)。即，當第二蓄電設備6的電壓達到下限電壓(圖5的時刻t3)而變得無法再進一步進行放電時，控制電路8通過將發電機I的發電電力Pa與第二 DC/DC轉換器7向負載提供母線B提供的電力Pb的差分設為零來使第二蓄電設備6的充放電停止，如圖13所示那樣使能量移動。此時，如果車輛不減速，則與需要向負載供電母線B側的電力提供的量相應地消耗汽油的能量。因此，在該模式C中，在儘可能抑制汽油的能量消耗的方面上，優選以發電機I的發電效率成為最大的狀態進行。
[0103]而且，通過對上述模式A，B的分配進行最佳化來儘可能減少消耗汽油的能量的模式C的時間比例，則能夠謀求作為系統整體改善燃料效率。這是本實施方式2的系統的燃料效率改善的基本原理。
[0104]在此，說明考慮能量的轉移路徑和DC/DC轉換器的損耗時的實施方式I與實施方式2的差異。
[0105]在模式A中，從發電機I向第二蓄電設備6轉移的能量在實施方式I中通過第二DC/DC轉換器7,在實施方式2中通過第一 DC/DC轉換器5。S卩,在哪個實施方式中向第二蓄電設備6轉移的能量都分別通過一次DC/DC轉換器，所以DC/DC轉換器導致的能量的損耗是相同的。從發電機I向車載負載3轉移的能量通過DC/DC轉換器的次數在實施方式I中是第一 DC/DC轉換器5這一次，在實施方式2中是第一 DC/DC轉換器5和第二 DC/DC轉換器7這2次，所以在實施方式I中DC/DC轉換器導致的能量的損耗小。
[0106]在模式B中，從第二蓄電設備6向車載負載3轉移的能量通過DC/DC轉換器的次數在實施方式I中是第一 DC/DC轉換器5和第二 DC/DC轉換器7這2次，在實施方式2中是第二 DC/DC轉換器7這I次，所以在實施方式2中DC/DC轉換器導致的能量的損耗小。
[0107]在模式C中，從發電機I向車載負載3轉移的能量通過DC/DC轉換器的次數在實施方式I中是第一 DC/DC轉換器5這I次，在實施方式2是第一 DC/DC轉換器5以及第二DC/DC轉換器7這2次，所以在實施方式I中DC/DC轉換器導致的能量的損耗小。
[0108]如此，通過DC/DC轉換器的能量的損耗在兩個實施方式中一長一短，在系統設計時與使用方法相配地選擇某一個即可。即，在從成本的觀點考慮使用了容量小的第二蓄電設備6的情況下，模式C的時間比例變大。在該情況下，在能量從發電機I直接向車載負載3轉移時的損耗變小的實施方式I中，作為燃料效率改善效果是有利的。另一方面，在能夠使第二蓄電設備6的容量充分變大的情況下，模式C的時間比例變小。在該情況下，在能抑制在模式A以及模式B下對第二蓄電設備6進行充放電時的損耗的實施方式2中，作為燃料效率改善效果是有利的。
[0109]關於如何與在各模式A?C中要求的上述各特性相應地具體地設定發電母線電壓Va為最佳、以及如何控制發電母線電壓Va，與上述實施方式I相同，所以省略說明。
[0110]實施方式3.[0111]圖14是表示本發明的實施方式3的車輛用電源系統的結構的框圖。車輛用電源系統的結構要素基本上與實施方式I相同，但第一 DC/DC轉換器以及第二 DC/DC轉換器與其他結構要素的連接關係與實施方式I不同。
[0112]本實施方式3的車輛用電源系統具備:發電機1，由發動機(未圖示)驅動而產生交流電力；整流器2，將在該發電機I中產生的交流電力整流為直流電力而向發電母線A輸出；第一蓄電設備4，經由負載供電母線B向車載負載3提供電力；第二蓄電設備6，對來自發電機I的發電電力進行蓄電而吸收電力波動；第一 DC/DC轉換器5,第一端(輸入端)被連接於發電母線A，並 且第二端(輸出端)被連接於負載提供母線B ;第二 DC/DC轉換器7，第一端(輸入端)被連接於第二蓄電設備6,並且第二端(輸出端)被連接於負載提供母線B ;控制電路8，控制發電機1、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7。
[0113]發電機1、第一蓄電設備4、第二蓄電設備6、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7的內容與在實施方式I中說明的內容相同。
[0114]在此，如果對於發電母線A連接發電機1、整流器2、第一 DC/DC轉換器5，則發電機I以及整流器2的內部阻抗比第一 DC/DC轉換器5充分高，所以可以僅通過輸入阻抗最低的第一 DC/DC轉換器5的控制就能夠將發電母線電壓Va設定為規定的值。S卩，能夠通過由控制電路8控制第一 DC/DC轉換器5來將發電母線電壓Va保持為規定的電壓。
[0115]控制電路8分別檢測並取入發電機I的轉子的轉速、施加到發電母線A的發電母線電壓Va、施加到負載供電母線B的負載供電電壓Vb、第二蓄電設備6的電壓Vedlc、對第二蓄電設備6進行充放電時的第二 DC/DC轉換器7的電流Ic，並根據這些檢測值控制發電機1、第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7。特別是，作為本實施方式3的特徵，如在後面詳細描述那樣，由於根據伴隨車輛行駛的第二蓄電設備6的充放電狀況(模式A?C)而發電機I的最佳的發電母線電壓Va不同，所以控制第一 DC/DC轉換器5以能穩定地得到與第二蓄電設備6的充放電狀況(模式A?C)相應的最佳的發電母線電壓Va。
[0116]在上述結構的車輛電源系統中，根據伴隨車輛行駛的第二蓄電設備6的充放電狀況，產生如下三種狀態(模式A?C)。以下，關於這些各模式A?C的特性，參照圖5、圖15?圖17進行說明。
[0117]圖15?圖17是表不本實施方式3的車輛用電源系統的各模式A?C下的能量的流向的圖。另外，圖5分別表示了車速的變化和與其相伴的發電機I的發電電力Pa、第二蓄電設備6的充放電電力Pc、向負載供電母線B的供給電力Pb。此外，發電機I的發電電力Pa是將向負載供電母線B的供給電力Pb和第二蓄電設備6的充放電電力Pc進行相加而得到的電力。
[0118]1.模式A (第二蓄電設備充電模式)[0119]該模式A主要是在車輛減速時產生(例如圖5的時刻tl?t2的期間)。S卩，當車輛減速時，控制電路8對第二 DC/DC轉換器7進行控制以對第二蓄電設備6進行充電。其結果，如圖15所示，發電機I發電出的能量經由第一 DC/DC轉換器5向負載供電母線B轉移，還經由第二 DC/DC轉換器7向第二蓄電設備6轉移。此時，發電機I發電的再生能量的源是基於車體的質量和速度產生的運動能量，所以不消耗汽油的能量。在以短時間、且大電力再生該減速時的向第二蓄電設備6的能量時，能夠增大再生電能，能夠進一步改善燃料效率。因此，在該模式A中，在使發電機I的發電電力向第二蓄電設備6以及負載供電母線B轉移時，發電機I優選以能產生儘可能大的發電電力的狀態進行。
[0120]此外，依賴於其他狀態，有時即使在減速過程中也不成為模式A。例如有，第二蓄電設備6 (例如電雙層電容器)的電壓達到上限電壓而無法再進一步進行充電的情況、由於發電機I的最大發電電力和應向負載供電母線B提供的電力相等而無法向第二蓄電設備6分配電力的情況等。
[0121]2.模式B (第二蓄電設備放電模式)
[0122]該模式B主要是在車輛的減速時以外、且第二蓄電設備6有放電能力的情況下成立(例如圖5的時刻t2?t3的期間)。即，當車輛的減速結束時，控制電路8對第二 DC/DC轉換器7進行控制以使第二蓄電設備6的能量放電。在該情況下，控制電路8停止向發電機I的勵磁繞組提供電流，所以發電機I停止發電，如圖16所示，能量從第二蓄電設備6向負載供電母線B側轉移。如此，在該模式B中，通過第二蓄電設備6的蓄電能量來向包含車載負載3的負載供電母線B側提供電力，所以不會為了向負載供電母線B側提供電力而消耗汽油的能量。在該模式B中，發電母線A不參與，所以不需要特別考慮。此外，在第二蓄電設備6的電壓達到下限電壓(圖5的時刻t3)而變得無法再進一步進行放電時，該模式B結束。
[0123]3.模式C (第二蓄電設備非充放電模式)
[0124]該模式C主要是在車輛減速時以外、且第二蓄電設備6的放電能力消失了的情況下成立(例如圖5的時刻t3?t4的期間)。即，在第二蓄電設備6的電壓達到下限電壓(圖5的時刻t3)而變得無法再進一步進行放電時，控制電路8使第二 DC/DC轉換器7的動作停止。而且，在該情況下，電流被提供到發電機I的勵磁繞組，所以發電機I發電出與向負載供電母線B提供所需的量相應的電力，如圖17所示能量移動。此時，如果車輛不減速，則與向負載供電母線B側提供電力所需的量相應地消耗汽油的能量。因此，在該模式C中，在儘可能抑制汽油的能量消耗的方面上，優選以發電機I的發電效率成為最大的狀態進行。
[0125]而且，如果通過對上述模式A、B的分配進行最佳化來儘可能減少汽油的能量被消耗的模式C的時間比例，則能夠謀求作為系統整體改善燃料效率。這是本實施方式3的系統的燃料效率改善的基本原理。
[0126]在此，說明在考慮能量的轉移路徑和DC/DC轉換器的損耗時的實施方式I和實施方式3的差異。
[0127]在模式A中，從發電機I向第二蓄電設備6轉移的能量通過DC/DC轉換器的次數在實施方式I中是第二 DC/DC轉換器7這I次，在實施方式3中是第一 DC/DC轉換器5以及第二 DC/DC轉換器7這2次，所以在實施方式I中DC/DC轉換器導致的能量的損耗小。從發電機I向車載負載3轉移的能量在哪個實施方式中都通過一次DC/DC轉換器，所以DC/DC轉換器導致的能量的損耗相同。
[0128]在模式B中，從第二蓄電設備6向車載負載3轉移的能量通過DC/DC轉換器的次數在實施方式I中是第二 DC/DC轉換器7以及第一 DC/DC轉換器5這2次，在實施方式3中是第二 DC/DC轉換器7這I次，所以在實施方式3中DC/DC轉換器導致的能量的損耗小。
[0129]在模式C中，從發電機I向車載負載3轉移的能量通過DC/DC轉換器的次數在實施方式I以及3中都是第一 DC/DC轉換器5這I次，所以DC/DC轉換器導致的能量的損耗是相同的。
[0130]如此，通過DC/DC轉換器的能量的損耗在兩個實施方式中一長一短，所以在系統設計時與使用方法相配地選擇某一個即可。即，在車體的重量大且能得到充分大的減速能量的情況下，在即便在模式A中第二蓄電設備6的充電時的損耗大但在模式B中放電時的損耗小的實施方式3中，作為燃料效率改善效果是有利的。另一方面，在車體的重量小且不能得到充分大的減速能量的情況下，在模式A中通過使第二蓄電設備6的充電時的損耗減小來更多地回收了減速能量的實施方式I中，作為燃料效率改善效果是有利的。
[0131 ] 關於如何與在各模式A?C中要求的上述各特性相應地具體地設定發電母線電壓Va為最佳、如何控制發電母線電壓Va，與實施方式I相同，所以省略說明。
【權利要求】
1.一種車輛用電源系統，具備: 發電機，由發動機驅動而產生交流電力； 整流器，將在所述發電機中發電的交流電力整流為直流電力而向發電母線輸出； 第一蓄電設備，經由負載供電母線向車載負載提供電力； 第二蓄電設備，吸收來自所述發電機的發電電力而吸收電力波動； 恆壓控制型的第一 DC/DC轉換器，被連接於所述發電母線，被控制為將作為所述發電母線的電壓的發電母線電壓保持為規定的目標值； 恆流控制型的第二 DC/DC轉換器，被連接於所述第二蓄電設備，被控制為將輸入或者輸出電流保持為規定的目標電流；以及 控制電路，對所述發電機、第一、第二 DC/DC轉換器一起進行驅動控制而將所述發電機的發電電力充電到所述第一蓄電設備以及所述第二蓄電設備，並且使充電到第二蓄電設備的能量放電， 所述控制電路與根據所述第二蓄電設備的充放電狀況而區分的各模式的全部或者一部分相對應地，根據不同的算法決定所述發電母線電壓的最佳的目標值，並對所述第一 DC/DC轉換器進行控制以使所述發電母線電壓成為該決定的所述最佳的目標值。
2.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 所述第一 DC/DC轉換器的第一端被連接於所述發電母線，並且第二端被連接於所述負載供電母線， 所述第二 DC/DC轉換器的第一端被連接於所述發電母線，並且第二端被連接於所述第二蓄電設備。
3.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 所述第一 DC/DC轉換器的第一端被連接於所述發電母線，並且第二端被連接於所述第二蓄電設備， 所述第二 DC/DC轉換器的第一端被連接於所述第二蓄電設備，並且第二端被連接於所述負載供電母線。
4.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 所述第一 DC/DC轉換器的第一端被連接於所述發電母線，並且第二端被連接於所述負載供電母線， 所述第二 DC/DC轉換器的第一端被連接於所述第二蓄電設備，並且第二端被連接於所述負載供電母線。
5.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 所述控制電路與根據所述第二蓄電設備的充放電狀況而區分的各模式的全部或者一部分相對應地，參照預先登記了所述發電母線電壓的目標值的表來進行決定所述發電母線電壓的最佳的目標值的情況下的所述算法。
6.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 在所述第二蓄電設備的充放電狀況是對所述第二蓄電設備進行充電的模式的情況下，所述控制電路參照發動機或者發電機的轉速來決定所述發電母線電壓的目標值。
7.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 在所述第二蓄電設備的充放電狀況是使第二蓄電設備放電的模式的情況下，所述控制電路不參照發動機或者發電機的轉速而決定所述發電母線電壓的目標值。
8.根據權利要求1所述的車輛用電源系統，其特徵在於， 在所述第二蓄電設備的充放電狀況既不是對第二蓄電設備進行充電也不是使第二蓄電設備放電的模式的情況下，所述控制電路參照發動機或者發電機的轉速來決定所述發電母線電壓的.目標值。
【文檔編號】H02M3/00GK103444048SQ201180069563
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2011年4月8日 優先權日:2011年4月8日
【發明者】原田茂樹, 檜垣優介, 田中優矢, 堀保義, 山田正樹, 吉澤敏行 申請人:三菱電機株式會社