车辆用电源系统的制作方法
【专利摘要】第一DC/DC转换器（5）是被控制为将发电母线（A）的电压保持为规定的目标值的恒压控制型，第二DC/DC转换器（7）是被控制为将输入或者输出电流保持为规定的目标电流的恒流控制型，控制电路（8）与以第二蓄电设备（6）的充放电状况区分的各模式A～C的全部或者一部分相对应地，根据不同的算法决定发电母线电压的最佳的目标值Va*，对第一DC/DC转换器（5）进行控制以使发电母线电压Va成为该决定的目标值Va*。
【专利说明】车辆用电源系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆用电源系统，特别涉及能够实现车辆的制动能量的再生和车辆的燃料效率的提高的车辆用电源系统。
【背景技术】
[0002]在以往的这种车辆用电源系统中，提出了如下技术:在车辆减速时，通过将由发动机驱动而对电池进行供电的发电机的发电电压设定为比非减速时高，从而积极地进行制动能量的再生，另一方面，在车辆非减速时，通过将发电机的发电电压设定为比减速时低，从而降低向发动机的负荷而实现燃料效率的提高(例如，参照下述专利文献I)。
[0003]【专利文献I】日本特开2008-67504号公报
【发明内容】
[0004]但是，上述专利文献I中记载的以往的车辆用电源系统被构成为将发电机的发电电力直接提供给电池来对电池进行充电，所以如果在车辆减速时将发电机的发电电压设为过于大，则会导致缩短电池的寿命。因此，不能使减速时的发电机的发电电力变大而积极地再生制动能量，向电池的蓄电量也会减少，所以燃料效率的改善效果被抑制为较低。
[0005]本发明是为了解决这样的课题而作成的，其目的在于得到能够抑制电池的寿命降低、并且能够通过在车辆减速时能使发电机的发电电力变大、而且在车辆非减速时抑制发电机的发电电能而实现车辆的燃料效率的提高的车辆用电源系统。
[0006]本发明的车辆用电源系统具备:
[0007]发电机，由发动机驱动而产生交流电力；
[0008]整流器，将在所述发电机中发电的交流电力整流为直流电力而向发电母线输出；
[0009]第一蓄电设备，经由负载供电母线向车载负载提供电力；
[0010]第二蓄电设备，吸收来自所述发电机的发电电力而吸收电力波动；
[0011]恒压控制型的第一 DC/DC转换器，被连接于所述发电母线，被控制为将作为所述发电母线的电压的发电母线电压保持为规定的目标值；
[0012]恒流控制型的第二 DC/DC转换器，被连接于所述第二蓄电设备，被控制为将输入或者输出电流保持为规定的目标电流；以及
[0013]控制电路，对所述发电机、第一、第二 DC/DC转换器一起进行驱动控制而将所述发电机的发电电力充电到所述第一蓄电设备以及所述第二蓄电设备，并且使充电到第二蓄电设备的能量放电，
[0014]所述控制电路与根据所述第二蓄电设备的充放电状况而区分的各模式的全部或者一部分相对应地，根据不同的算法决定所述发电母线电压的最佳的目标值，并对所述第一 DC/DC转换器进行控制以使所述发电母线电压成为该决定的所述最佳的目标值。
[0015]根据本发明的车辆用电源系统，发电机的发电电力不被直接提供到第一蓄电设备，所以能够抑制第一蓄电设备的寿命降低，另外，在以第二蓄电设备的充放电状况分类的各模式下根据不同的算法分别选择用于改善燃料效率的发电机的发电母线电压的最佳的目标值，并对第一 DC/DC转换器进行控制以使发电母线电压成为该目标值，所以能够与以往相比更进一步地改善燃料效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的实施方式I的车辆用电源系统的结构的框图。
[0017]图2是表不实施方式I的车辆用电源系统的第二蓄电设备充电模式(A模式)时的能量流向的说明图。
[0018]图3是表不实施方式I的车辆用电源系统的第二蓄电设备放电模式(B模式)时的能量流向的说明图。
[0019]图4是表示实施方式I的车辆用电源系统的第二蓄电设备非充放电模式(C模式)时的能量流向的说明图。
[0020]图5是表示在本发明的车辆用电源系统中车速的变化和与其相伴的发电机的发电电力、第二蓄电设备的充放电电力以及向负载供电母线的供给电力的关系的说明图。
[0021 ] 图6是表示在本发明的车辆用电源系统中使用的相对发电机的转速的发电电力的关系的特性图。
[0022]图7是表示在本发明的车辆用电源系统中使用的相对发电机的励磁电流的发电电力和发电效率的特性图。
[0023]图8是表示在本发明的车辆用电源系统中使用的根据第二蓄电设备的充放电状况(模式A?C)决定的相对发电机的转速的各最佳的发电母线电压的关系的特性图。
[0024]图9是表示在本发明的车辆用电源系统中使用的与第二蓄电设备的充放电状况(模式A?C)相应的第一 DC/DC转换器的控制处理的控制流向。
[0025]图10是表示本发明的实施方式2的车辆用电源系统的结构的框图。
[0026]图11是表不实施方式2的车辆用电源系统的第二蓄电设备充电模式(A模式)时的能量流向的说明图。
[0027]图12是表不实施方式2的车辆用电源系统的第二蓄电设备放电模式(B模式)时的能量流向的说明图。
[0028]图13是表不实施方式2的车辆用电源系统的第二蓄电设备非充放电模式(C模式)时的能量流向的说明图。
[0029]图14是表示本发明的实施方式3的车辆用电源系统的结构的框图。
[0030]图15是表不实施方式3的车辆用电源系统的第二蓄电设备充电模式(A模式)时的能量流向的说明图。
[0031]图16是表不实施方式3的车辆用电源系统的第二蓄电设备放电模式(B模式)时的能量流向的说明图。
[0032]图17是表不实施方式3的车辆用电源系统的第二蓄电设备非充放电模式(C模式)时的能量流向的说明图。
【具体实施方式】
[0033]实施方式1.[0034]图1是表示本发明的实施方式I的车辆用电源系统的结构的框图。
[0035]本实施方式I的车辆用电源系统具备:发电机1，由发动机(未图不)驱动而产生交流电力；整流器2，将在该发电机I中产生的交流电力整流为直流电力而输出到发电母线A ；第一蓄电设备4，经由负载供电母线B向车载负载3供给电力；第二蓄电设备6，对来自发电机I的发电电力进行蓄电而吸收电力波动；第一 DC/DC转换器5,第一端(输入端)被连接于发电母线A，并且第二端(输出端)被连接于负载供电母线B ;第二 DC/DC转换器7，第一端(输入端)被连接于发电母线A，并且第二端(输出端)被连接于第二蓄电设备6 ;控制电路8，对发电机1、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7进行控制。
[0036]发电机I例如是具备了具有励磁绕组的爪极式转子、具有三相交流绕组的定子以及调节器电路的伦德尔(Lundell)型交流发电机。另外，整流器2由三相全波整流电路构成，将在发电机I的三相交流绕组中感应的交流电力整流为直流电力。
[0037]第一蓄电设备4适用铅蓄电池、镍镉蓄电池、锂离子电池等能够按每体积进行充电的能量大的二次电池，其额定电压例如是14V。
[0038]第二蓄电设备6吸收来自发电机I的发电电力的波动而蓄积向第一蓄电设备4侧的供给电力、或者补充第一蓄电设备4的电力不足量等，由此实现将向第一蓄电设备4侧的供给电力进行平均化的作用。第二蓄电设备6适用能够进行大电力的充放电的电双层电容器等大容量电容器、锂离子电池等2次电池。另外，在将电双层电容器用作第二蓄电设备6的情况下，其额定电压例如是28V。
[0039]第一 DC/DC转换器5适用能够将第一端(输入端)保持为规定的电压的恒压控制型的DC/DC转换器。作为这样的DC/DC转换器可以使用一般的DC/DC转换器电路，例如，被反馈控制为将第一端(输入端)的电压保持为目标电压的降压斩波电路等。
[0040]在此，当将(输入电压的变化)/ (输入电流的变化)考虑为第一 DC/DC转换器5的输入阻抗时，该第一 DC/DC转换器5无论电流多少都将输入电压保持为恒定，所以能够视为低输入阻抗的DC/DC转换器。
[0041]另一方面，第二 DC/DC转换器7适用将流向第二蓄电设备6的电流保持为规定的目标值的恒流型的DC/DC转换器。而且，该第二 DC/DC转换器7需要对第二蓄电设备6进行充电和放电这两个方向的动作，所以必须是输入输出方向能够相反的双方向的DC/DC转换器。作为这样的双方向的恒流型的DC/DC转换器，可以使用被反馈控制为将第二蓄电设备6的电流保持为目标电流的升降压斩波电路等一般的DC/DC转换器电路。
[0042]而且，该第二 DC/DC转换器7作用为无论电压多少都将输入电流保持为恒定，所以能够视为高输入阻抗的DC/DC转换器。
[0043]另外，在此为了方便说明，将第二 DC/DC转换器7的输入输出端的一方、即连接于发电母线A的一侧称为“输入端”，将第二 DC/DC转换器7的输入输出端的另一方、即连接于第二蓄电设备6的一侧称为“输出端”,未必表不电力的转移方向。例如,在经由第二 DC/DC转换器7使第二蓄电设备6进行放电的情况下，电流从“输出端”侧流入而从“输入端”侧流出，电力从“输出端”侧向“输入端”侧转移。
[0044]在此，当对发电母线A连接了发电机1、整流器2、第一 DC/DC转换器5以及第二DC/DC转换器7时，发电机I以及整流器2的内部阻抗比第一 DC/DC转换器5充分高。而且，第二 DC/DC转换器7也如前所述具有高输入输出阻抗，所以能够仅通过输入阻抗最低的第一 DC/DC转换器5的控制来将发电母线电压Va设定为规定的值。即，能够通过由控制电路8控制第一 DC/DC转换器5来将发电母线电压Va保持为规定的电压。
[0045]如上那样，能够唯一地决定发电母线电压Va是因为对作为一个电路连接点的发电母线A连接了低阻抗的第一 DC/DC转换器5。
[0046]控制电路8分别检测并取入发电机I的转子的转速、施加到发电母线A的发电母线电压Va、施加到负载供电母线B的负载供电电压Vb、第二蓄电设备6的电压Vedlc、对第二蓄电设备6进行充放电时的第二 DC/DC转换器7的电流Ic，并根据这些检测值，控制发电机1、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7。
[0047]特别是，作为本实施方式I的特征，如在后面详细描述那样，根据伴随车辆行驶的第二蓄电设备6的充放电状况(模式A?C)而发电机I的最佳的发电母线电压Va不同，所以对第一 DC/DC转换器5进行控制以使能稳定地得到与第二蓄电设备6的充放电状况(模式A?C)相应的最佳的发电母线电压Va。
[0048]在上述结构的车辆电源系统中，根据伴随车辆行驶的第二蓄电设备6的充放电状况而发生如下三种状态(模式A?C)。以下，关于这些各模式A?C的特性，参照图2?图5进行说明。
[0049]图2?图4是表示本车辆用电源系统的各模式A?C下的能量的流向的图。另外，图5分别表示车速的变化和与其相伴的发电机I的发电电力Pa、第二蓄电设备6的充放电电力Pc、向负载供电母线B的供给电力Pb。另外，发电机I的发电电力Pa是将向负载供电母线B的供给电力Pb和第二蓄电设备6的充放电电力Pc进行相加而得到的电力。
[0050]1.模式A (第二蓄电设备充电模式)
[0051]该模式A主要在车辆减速时产生(例如图5的时刻tl?t2的期间)。
[0052]即，当车辆减速时，控制电路8对第二 DC/DC转换器7进行控制以对第二蓄电设备6进行充电。其结果，如图2所示，发电机I所发电出的能量经由第一 DC/DC转换器5转移到负载供电母线B，并且还转移到第二蓄电设备6。此时，发电机I发电的再生能量的源是基于车体的质量和速度产生的运动能量，所以不消耗汽油的能量。在以短时间、大电力再生该减速时的向第二蓄电设备6的能量时，能够增大再生电能，更能改善燃料效率。
[0053]因此，在该模式A中，在使发电机I的发电电力转移到第二蓄电设备6以及负载供电母线B时，发电机I优选以能产生尽可能大的发电电力的状态进行。
[0054]此外，依赖于其他状态而有时即使在减速过程中也不成为模式A。例如有，第二蓄电设备6 (例如电双层电容器)的电压达到上限电压而不能再进一步进行充电的情况、发电机I的最大发电电力和应向负载供电母线B提供的电力相等而不能对第二蓄电设备6分配电力的情况等。
[0055]2.模式B (第二蓄电设备放电模式)
[0056]该模式B主要是在车辆减速时以外、且在第二蓄电设备6中有放电能力的情况下成立(例如图5的时刻t2?t3的期间)。
[0057]即，当车辆的减速结束时，控制电路8对第二 DC/DC转换器7进行控制以使第二蓄电设备6的能量放电。如果第二蓄电设备6能够对发电母线A侧提供电力，则控制电路8停止向发电机I的励磁绕组提供电流，所以发电机I停止发电，如图3所示，能量从第二蓄电设备6向负载供电母线B侧转移。这样，在该模式B中，通过第二蓄电设备6的蓄电能量来进行向包含车载负载3的负载供电母线B侧的电力供给，所以不会为了向负载供电母线B侧提供电力而消耗汽油的能量。
[0058]因此，在该模式B中，在使能量高效地从第二蓄电设备6向负载供电母线B侧转移时，优选以第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7的电力转换效率成为最大的状态进行。
[0059]此外，当第二蓄电设备6的电压达到下限电压(图5的时刻t3)而变得不能再进一步进行放电时，该模式B结束。
[0060]3.模式C (第二蓄电设备非充放电模式)
[0061]该模式C主要是在车辆减速时以外、且第二蓄电设备6的放电能力消失了的情况下成立(例如图5的时刻t3?t4的期间)。
[0062]S卩，当第二蓄电设备6的电压达到下限电压(图5的时刻t3)而变得不能再进一步进行放电时，控制电路8使第二 DC/DC转换器7的动作停止。而且，在该情况下，电流不被提供到发电机I的励磁绕组，所以发电机I发电出与向负载供电母线B提供所需的量相应的电力，如图4所示能量移动。此时，如果车辆不减速，则与需要向负载供电母线B侧的电力供给的量相应地，消耗汽油的能量。因此，在该模式C中，在尽可能抑制汽油的能量消耗的方面上，优选以发电机I的发电效率成为最大的状态进行。
[0063]而且，如果通过对上述模式A、B的分配进行最佳化来尽可能减少消耗汽油的能量的模式C的时间比例，则能够谋求作为系统整体的燃料效率的改善。这是本实施方式的系统的燃料效率改善的基本原理。
[0064]接着，说明如何与在各模式A?C中要求的上述各特性相应地具体地设定发电母线电压Va则为最佳的条件。
[0065]1.模式A (第二蓄电设备充电模式)的情况
[0066]在该模式A中，如图2所示，利用车辆减速时的发电机I的再生电力，所以要求发电机I以大电力进行发电。
[0067]图6是表示发电母线电压Va分别为IIV、14V、17V、20V、23V、26V时的发电机I的转速与发电电力Pa的关系的特性图。
[0068]从图6可知，在发电母线电压Va为一定的情况下，具有如下特性:当发电机I的转速为规定的最小值以下时，发电电力Pa为零,当超过规定的最小值时，伴随着转速上升，发电电力Pa逐渐增大而最终收敛为一定值。而且可知,相对发电机的各个转速,取得最大发电电力Pa的发电母线电压Va不同。
[0069]此外，在图6中，示出了发电机I的励磁电流为一定的条件的情况，但即使励磁电流变化，取得最大的发电电力Pa的发电母线电压Va相对转速的关系是不变化的。因此可知，在模式A中，相对发电机I的转速，最好将能够以最大电力进行发电的发电母线电压Va设为目标值。
[0070]2.模式B (第二蓄电设备放电模式)的情况
[0071]在该模式B中，如图3所示，能量从第二蓄电设备6经由第二 DC/DC转换器7以及第一 DC/DC转换器5向负载供电母线B转移。如果在车辆减速时以外能够尽可能长地维持该模式B的状态，则能够减少模式C的时间比例，所以能够使燃料效率提高。因此，在该模式B中，优选使第二蓄电设备6的能量以低损耗向负载供电母线B移动。可知，为此将第一DC/DC转换器5和第二 DC/DC转换器7的组合的电力转换效率成为最大的发电母线电压Va设为目标则较好。此时，发电机I停止发电，所以应作为目标的最佳的发电母线电压Va不依赖于发电机I的转速。
[0072]3.模式C (第二蓄电设备非充放电模式)的情况
[0073]在该模式C中，如图4所示，第二 DC/DC转换器6停止动作，发电机I发电出与向负载供电母线B侧提供所需的量相应的电力，所以在该模式C中为了使燃料效率提高，优选发电机I的发电效率和第一 DC/DC转换器5的电力转换效率高。在该情况下，一般与DC/DC转换器的电力转换效率相比较，发电机I的发电效率低，所以当改善发电机I的发电效率时燃料效率提高的效果大。
[0074]图7是表不在使发电机I发电时发电母线电压Va为14V和28V时的相对于励磁电流的发电电力(图中左侧纵轴)与发电效率(图中右侧纵轴)的关系的特性图。此外，此情况下的发电机I的转速是固定的。
[0075]从图7可知，在要求大电力发电的模式A中，发电电力最高的条件是在最大励磁电流下将发电母线电压Va设为28V即可。
[0076]另一方面，在模式C中，只要发电出仅仅向负载供电母线B提供的电力就可以，与在模式A中所需的电力相比小。例如将在模式C中所需的发电机I的发电电力设为300W的情况下可知，此时将发电母线电压Va设为14V、将发电机I的励磁电流设为1.2A时与将发电母线电压Va设为28V、将发电机I的励磁电流设为2A的情况相比发电效率高。在此应关注的点是，最佳的发电母线电压Va在将发电机I的最大发电电力作为目标的模式A和将发电机I的最大发电效率作为目标的模式C中是不同的。
[0077]图8是表示与各模式A?C相符合地设定用于得到相对发电机I的转速最佳的发电母线电压Va的目标值(以下称为发电母线电压目标值Va*)的做法的特性图。
[0078]在模式A和模式C中，依赖于发电机I的转速而决定发电母线电压目标值Va*。特别是，在模式A中，根据发电机I的转速而设定能得到最大的发电电力Pa这样的发电母线电压目标值Va*即可。另外，在模式C中，如图7所示，由于根据向负载供电母线B提供的发电电力和发电机I的励磁电流而发电机I的发电效率不同，所以与发电机I的转速一起将向负载供电母线B提供的发电电力以及励磁电流加到参数中来设定能得到最大的发电效率的发电母线电压目标值Va*即可。另外，在模式B中，由于不依赖于发电机I的转速，所以考虑第一、第二 DC/DC转换器5、7的电力转换效率而设定发电母线电压目标值Va*即可。
[0079]如上那样，为了设定与各模式A?C相符合的最佳的发电母线电压目标值Va*，最简单的方法是:预先在控制电路8的存储器内准备与各模式A?C相应地针对发电机I的转速、发电电力、励磁电流等参数预先设定登记了最佳的发电母线电压目标值Va*的表，并与各模式A?C相应地，根据所检测出的参数决定最佳的发电母线电压目标值Va*。
[0080]而且，如果能够与各模式A?C相对应地设定最佳的发电母线电压目标值Va*，则能够通过如前述那样控制第一 DC/DC转换器5来将发电母线电压Va唯一地保持为规定的发电母线电压目标值Va*。
[0081]接着，参照图9所示的控制流程来说明为了将发电母线电压Va保持为规定的发电母线电压目标值Va*而控制电路8进行的第一 DC/DC转换器5的控制。此外，以下说明的符号S意味着各处理步骤。
[0082]针对每个控制周执行从开始到结束为止的控制程序(routine)。当控制程序开始时，控制电路8检测控制所需的发电机I的转速、发电母线电压Va等各种参数(SI)。接着，判定是上述的模式A?C中的哪一状态(S2)，如果是模式A，则根据模式A用的表设定发电母线电压目标值Va* (S3)。另外，如果是模式B，则根据模式B用的表设定发电母线电压目标值Va* (S4)。进而，如果是模式C，则根据模式C用的表设定发电母线电压目标值Va*(S5 )。如果这样设定了发电母线电压目标值Va*，则控制电路8对第一 DC/DC转换器5进行基于比例积分控制等的反馈控制，以使发电母线电压目标值Va*与被检测的发电母线电压Va的偏差消失(S6)。
[0083]此外，针对每个控制周期，分别执行用于判定是模式A?C中的哪一个的控制程序、用于进行发电机I的发电控制的控制程序、控制第二蓄电设备6的充放电的第二 DC/DC转换器7的控制程序。这些控制程序考虑各种方法，但本发明的主要着眼点是，从车辆的燃料效率改善观点来看，针对各模式A?C，如何通过第一 DC/DC转换器5的控制来设定最佳的发电母线电压的目标值Va*，所以在此省略详细的说明。
[0084]另外，在此，在以第二蓄电设备6的充放电状态来区分的各模式A?C中，根据相互不同的算法来决定发电母线电压目标值Va*。即，例如，在图8示出的情况中，由于根据各模式A?C而设定发电母线电压目标值Va*的算法不同，所以用3条线标记。但是，不限于此，例如，模式A和模式C也可以根据相同算法设定发电母线电压目标值Va* (在该情况下，算法为两个，所以图8的情况将用2条线标记)。
[0085]如以上那样，根据本实施方式，能够与以第二蓄电设备6的充放电状态区分的各模式A?C相应地设定最佳的发电母线电压的目标值Va*，在模式A中能够增大再生电能，在模式B中能够使在第二蓄电设备6中蓄电的能量以少的损耗向车载负载3移动，在模式C中能够以汽油的能量的损耗少地使电力向车载负载3移动，所以能够作为整体改善车辆的燃料效率。
[0086]此外，在上述说明中，控制电路8检测发电机I的转速来设定发电母线电压目标值，但也可以设为发电机I的转速与发动机的转速成比例，并检测发动机的转速来设定发电母线电压目标值。
[0087]实施方式2.[0088]图10是表示本发明的实施方式2的车辆用电源系统的结构的框图。车辆用电源系统的结构要素基本上与实施方式I相同，但第一 DC/DC转换器以及第二 DC/DC转换器与其他结构要素的连接关系与实施方式I不同。
[0089]本实施方式2的车辆用电源系统具备:发电机1，由发动机(未图示)驱动而产生交流电力；整流器2，将在该发电机I中产生的交流电力整流为直流电力而向发电母线A输出；第一蓄电设备4，经由负载供电母线B向车载负载3提供电力；第二蓄电设备6，对来自发电机I的发电电力进行蓄电而吸收电力波动；第一 DC/DC转换器5,第一端(输入端)被连接于发电母线A,并且第二端(输出端)被连接于第二蓄电设备6 ;第二 DC/DC转换器7，第一端(输入端)被连接于第二蓄电设备6,并且第二端(输出端)被连接于负载提供母线B ;控制电路8，控制发电机1、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7。
[0090]发电机1、第一蓄电设备4、第二蓄电设备6以及第一 DC/DC转换器5的内容与在实施方式I中说明的内容相同。
[0091]第二 DC/DC转换器7适用将负载所要求的流向负载供给母线电压B的电流保持为规定的目标值的恒流型的DC/DC转换器。作为这样的恒流型的DC/DC转换器，可以使用被反馈控制为将负载供给母线电压B的电流保持为目标电流的升降压斩波电路等一般的DC/DC转换器电路。而且，该第二 DC/DC转换器7作用为不论电压为多少都将输入电流保持为一定，所以能够视为高输入阻抗的DC/DC转换器。
[0092]在此，如果对于发电母线A连接发电机1、整流器2以及第一 DC/DC转换器5，则发电机I以及整流器2的内部阻抗比第一 DC/DC转换器5充分高，所以发电母线电压Va能够仅通过输入阻抗最低的第一 DC/DC转换器5的控制来设定为规定的值。即，能够通过由控制电路8控制第一 DC/DC转换器5来将发电母线电压Va保持为规定的电压。
[0093]控制电路8分别检测并取入发电机I的转子的转速、施加到发电母线A的发电母线电压Va、施加到负载供电母线B的负载供电电压Vb、第二蓄电设备6的电压Vedlc以及第二 DC/DC转换器7的输出电流，并根据这些检测值控制发电机1、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7。特别是，作为本实施方式2的特征，如后详细描述那样，由于根据伴随车辆行驶的第二蓄电设备6的充放电状况(模式A?C)而发电机I的最佳的发电母线电压Va不同，所以控制第一 DC/DC转换器5以使能稳定地得到与第二蓄电设备6的充放电状况(模式A?C)相应的最佳的发电母线电压Va。
[0094]在上述结构的车辆电源系统中，根据伴随车辆行驶的第二蓄电设备6的充放电状况而产生如下三种状态(模式A?C)。以下，关于这些各模式A?C的特性，参照图5、图11?图13进行说明。
[0095]图11?图13是表不本实施方式的车辆用电源系统的各模式A?C下的能量的流向的图。另外，图5分别表示了车速的变化和与其相伴的发电机I的发电电力Pa、第二蓄电设备6的充放电电力Pc、向负载供电母线B的供给电力Pb。另外，发电机I的发电电力Pa是将向负载供电母线B的供给电力Pb和第二蓄电设备6的充放电电力Pc进行相加而得到的电力。
[0096]1.模式A (第二蓄电设备充电模式)
[0097]该模式A主要是在车辆减速时产生(例如图5的时刻tl?t2的期间)。即，当车辆减速时，控制电路8向发电机I和第二 DC/DC转换器7发出指示，并进行控制以使以发电机I的发电电力Pa与向负载提供母线B的供给电力Pb的差分的电力对第二蓄电设备6进行充电。其结果，如图11所示，发电机I发电出的能量经由第一 DC/DC转换器5以及第二DC/DC转换器7向负载供电母线B转移，经由第一 DC/DC转换器5还向第二蓄电设备6转移。此时，发电机I发电的再生能量的源是基于车体的质量和速度产生的运动能量，所以不消耗作为燃料的汽油的能量。在以短时间、且大电力再生车辆减速时的向第二蓄电设备6的能量时，能够增大再生电能，能够进一步改善燃料效率。因此，在该模式A中，在使发电机I的发电电力向第二蓄电设备6以及负载供电母线B转移时，发电机I优选以能产生尽可能大的发电电力的状态进行。
[0098]此外，依赖于其他状态而有时在减速过程中也不成为模式A。例如有，第二蓄电设备6 (例如电双层电容器)的电压达到上限电压而不能再进一步进行充电的情况、发电机I的最大发电电力和应向负载供电母线B提供的电力相等而无法向第二蓄电设备6分配电力的情况等。
[0099]2.模式B (第二蓄电设备放电模式)
[0100]该模式B主要是在车辆的减速时以外、且第二蓄电设备6有放电能力的情况下成立(例如图5的时刻t2?t3的期间)。即，当车辆的减速结束时，控制电路8对第二 DC/DC转换器7进行控制以使第二蓄电设备6的能量放电。如果第二蓄电设备6能够向第二 DC/DC转换器7侧提供电力，则控制电路8停止向发电机I的励磁绕组的电流供给，所以发电机I停止发电，如图12所示，能量从第二蓄电设备6向负载供电母线B侧转移。如此，在该模式B中，通过第二蓄电设备6的蓄电能量来进行向包含车载负载3的负载供电母线B侧的电力供给，所以不会为了向负载供电母线B侧提供电力而消耗汽油的能量。在该模式B中，发电母线电压A不参与，所以不需要特别考虑。此外，该模式B在第二蓄电设备6的电压达到下限电压(图5的时刻t3)而变得无法再进一步进行放电时结束。
[0101]3.模式C (第二蓄电设备非充放电模式)
[0102]该模式C主要是在车辆减速时以外、且第二蓄电设备6的放电能力消失了的情况下成立(例如图5的时刻t3?t4的期间)。即，当第二蓄电设备6的电压达到下限电压(图5的时刻t3)而变得无法再进一步进行放电时，控制电路8通过将发电机I的发电电力Pa与第二 DC/DC转换器7向负载提供母线B提供的电力Pb的差分设为零来使第二蓄电设备6的充放电停止，如图13所示那样使能量移动。此时，如果车辆不减速，则与需要向负载供电母线B侧的电力提供的量相应地消耗汽油的能量。因此，在该模式C中，在尽可能抑制汽油的能量消耗的方面上，优选以发电机I的发电效率成为最大的状态进行。
[0103]而且，通过对上述模式A，B的分配进行最佳化来尽可能减少消耗汽油的能量的模式C的时间比例，则能够谋求作为系统整体改善燃料效率。这是本实施方式2的系统的燃料效率改善的基本原理。
[0104]在此，说明考虑能量的转移路径和DC/DC转换器的损耗时的实施方式I与实施方式2的差异。
[0105]在模式A中，从发电机I向第二蓄电设备6转移的能量在实施方式I中通过第二DC/DC转换器7,在实施方式2中通过第一 DC/DC转换器5。S卩,在哪个实施方式中向第二蓄电设备6转移的能量都分别通过一次DC/DC转换器，所以DC/DC转换器导致的能量的损耗是相同的。从发电机I向车载负载3转移的能量通过DC/DC转换器的次数在实施方式I中是第一 DC/DC转换器5这一次，在实施方式2中是第一 DC/DC转换器5和第二 DC/DC转换器7这2次，所以在实施方式I中DC/DC转换器导致的能量的损耗小。
[0106]在模式B中，从第二蓄电设备6向车载负载3转移的能量通过DC/DC转换器的次数在实施方式I中是第一 DC/DC转换器5和第二 DC/DC转换器7这2次，在实施方式2中是第二 DC/DC转换器7这I次，所以在实施方式2中DC/DC转换器导致的能量的损耗小。
[0107]在模式C中，从发电机I向车载负载3转移的能量通过DC/DC转换器的次数在实施方式I中是第一 DC/DC转换器5这I次，在实施方式2是第一 DC/DC转换器5以及第二DC/DC转换器7这2次，所以在实施方式I中DC/DC转换器导致的能量的损耗小。
[0108]如此，通过DC/DC转换器的能量的损耗在两个实施方式中一长一短，在系统设计时与使用方法相配地选择某一个即可。即，在从成本的观点考虑使用了容量小的第二蓄电设备6的情况下，模式C的时间比例变大。在该情况下，在能量从发电机I直接向车载负载3转移时的损耗变小的实施方式I中，作为燃料效率改善效果是有利的。另一方面，在能够使第二蓄电设备6的容量充分变大的情况下，模式C的时间比例变小。在该情况下，在能抑制在模式A以及模式B下对第二蓄电设备6进行充放电时的损耗的实施方式2中，作为燃料效率改善效果是有利的。
[0109]关于如何与在各模式A?C中要求的上述各特性相应地具体地设定发电母线电压Va为最佳、以及如何控制发电母线电压Va，与上述实施方式I相同，所以省略说明。
[0110]实施方式3.[0111]图14是表示本发明的实施方式3的车辆用电源系统的结构的框图。车辆用电源系统的结构要素基本上与实施方式I相同，但第一 DC/DC转换器以及第二 DC/DC转换器与其他结构要素的连接关系与实施方式I不同。
[0112]本实施方式3的车辆用电源系统具备:发电机1，由发动机(未图示)驱动而产生交流电力；整流器2，将在该发电机I中产生的交流电力整流为直流电力而向发电母线A输出；第一蓄电设备4，经由负载供电母线B向车载负载3提供电力；第二蓄电设备6，对来自发电机I的发电电力进行蓄电而吸收电力波动；第一 DC/DC转换器5,第一端(输入端)被连接于发电母线A，并 且第二端(输出端)被连接于负载提供母线B ;第二 DC/DC转换器7，第一端(输入端)被连接于第二蓄电设备6,并且第二端(输出端)被连接于负载提供母线B ;控制电路8，控制发电机1、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7。
[0113]发电机1、第一蓄电设备4、第二蓄电设备6、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7的内容与在实施方式I中说明的内容相同。
[0114]在此，如果对于发电母线A连接发电机1、整流器2、第一 DC/DC转换器5，则发电机I以及整流器2的内部阻抗比第一 DC/DC转换器5充分高，所以可以仅通过输入阻抗最低的第一 DC/DC转换器5的控制就能够将发电母线电压Va设定为规定的值。S卩，能够通过由控制电路8控制第一 DC/DC转换器5来将发电母线电压Va保持为规定的电压。
[0115]控制电路8分别检测并取入发电机I的转子的转速、施加到发电母线A的发电母线电压Va、施加到负载供电母线B的负载供电电压Vb、第二蓄电设备6的电压Vedlc、对第二蓄电设备6进行充放电时的第二 DC/DC转换器7的电流Ic，并根据这些检测值控制发电机1、第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7。特别是，作为本实施方式3的特征，如在后面详细描述那样，由于根据伴随车辆行驶的第二蓄电设备6的充放电状况(模式A?C)而发电机I的最佳的发电母线电压Va不同，所以控制第一 DC/DC转换器5以能稳定地得到与第二蓄电设备6的充放电状况(模式A?C)相应的最佳的发电母线电压Va。
[0116]在上述结构的车辆电源系统中，根据伴随车辆行驶的第二蓄电设备6的充放电状况，产生如下三种状态(模式A?C)。以下，关于这些各模式A?C的特性，参照图5、图15?图17进行说明。
[0117]图15?图17是表不本实施方式3的车辆用电源系统的各模式A?C下的能量的流向的图。另外，图5分别表示了车速的变化和与其相伴的发电机I的发电电力Pa、第二蓄电设备6的充放电电力Pc、向负载供电母线B的供给电力Pb。此外，发电机I的发电电力Pa是将向负载供电母线B的供给电力Pb和第二蓄电设备6的充放电电力Pc进行相加而得到的电力。
[0118]1.模式A (第二蓄电设备充电模式)[0119]该模式A主要是在车辆减速时产生(例如图5的时刻tl?t2的期间)。S卩，当车辆减速时，控制电路8对第二 DC/DC转换器7进行控制以对第二蓄电设备6进行充电。其结果，如图15所示，发电机I发电出的能量经由第一 DC/DC转换器5向负载供电母线B转移，还经由第二 DC/DC转换器7向第二蓄电设备6转移。此时，发电机I发电的再生能量的源是基于车体的质量和速度产生的运动能量，所以不消耗汽油的能量。在以短时间、且大电力再生该减速时的向第二蓄电设备6的能量时，能够增大再生电能，能够进一步改善燃料效率。因此，在该模式A中，在使发电机I的发电电力向第二蓄电设备6以及负载供电母线B转移时，发电机I优选以能产生尽可能大的发电电力的状态进行。
[0120]此外，依赖于其他状态，有时即使在减速过程中也不成为模式A。例如有，第二蓄电设备6 (例如电双层电容器)的电压达到上限电压而无法再进一步进行充电的情况、由于发电机I的最大发电电力和应向负载供电母线B提供的电力相等而无法向第二蓄电设备6分配电力的情况等。
[0121]2.模式B (第二蓄电设备放电模式)
[0122]该模式B主要是在车辆的减速时以外、且第二蓄电设备6有放电能力的情况下成立(例如图5的时刻t2?t3的期间)。即，当车辆的减速结束时，控制电路8对第二 DC/DC转换器7进行控制以使第二蓄电设备6的能量放电。在该情况下，控制电路8停止向发电机I的励磁绕组提供电流，所以发电机I停止发电，如图16所示，能量从第二蓄电设备6向负载供电母线B侧转移。如此，在该模式B中，通过第二蓄电设备6的蓄电能量来向包含车载负载3的负载供电母线B侧提供电力，所以不会为了向负载供电母线B侧提供电力而消耗汽油的能量。在该模式B中，发电母线A不参与，所以不需要特别考虑。此外，在第二蓄电设备6的电压达到下限电压(图5的时刻t3)而变得无法再进一步进行放电时，该模式B结束。
[0123]3.模式C (第二蓄电设备非充放电模式)
[0124]该模式C主要是在车辆减速时以外、且第二蓄电设备6的放电能力消失了的情况下成立(例如图5的时刻t3?t4的期间)。即，在第二蓄电设备6的电压达到下限电压(图5的时刻t3)而变得无法再进一步进行放电时，控制电路8使第二 DC/DC转换器7的动作停止。而且，在该情况下，电流被提供到发电机I的励磁绕组，所以发电机I发电出与向负载供电母线B提供所需的量相应的电力，如图17所示能量移动。此时，如果车辆不减速，则与向负载供电母线B侧提供电力所需的量相应地消耗汽油的能量。因此，在该模式C中，在尽可能抑制汽油的能量消耗的方面上，优选以发电机I的发电效率成为最大的状态进行。
[0125]而且，如果通过对上述模式A、B的分配进行最佳化来尽可能减少汽油的能量被消耗的模式C的时间比例，则能够谋求作为系统整体改善燃料效率。这是本实施方式3的系统的燃料效率改善的基本原理。
[0126]在此，说明在考虑能量的转移路径和DC/DC转换器的损耗时的实施方式I和实施方式3的差异。
[0127]在模式A中，从发电机I向第二蓄电设备6转移的能量通过DC/DC转换器的次数在实施方式I中是第二 DC/DC转换器7这I次，在实施方式3中是第一 DC/DC转换器5以及第二 DC/DC转换器7这2次，所以在实施方式I中DC/DC转换器导致的能量的损耗小。从发电机I向车载负载3转移的能量在哪个实施方式中都通过一次DC/DC转换器，所以DC/DC转换器导致的能量的损耗相同。
[0128]在模式B中，从第二蓄电设备6向车载负载3转移的能量通过DC/DC转换器的次数在实施方式I中是第二 DC/DC转换器7以及第一 DC/DC转换器5这2次，在实施方式3中是第二 DC/DC转换器7这I次，所以在实施方式3中DC/DC转换器导致的能量的损耗小。
[0129]在模式C中，从发电机I向车载负载3转移的能量通过DC/DC转换器的次数在实施方式I以及3中都是第一 DC/DC转换器5这I次，所以DC/DC转换器导致的能量的损耗是相同的。
[0130]如此，通过DC/DC转换器的能量的损耗在两个实施方式中一长一短，所以在系统设计时与使用方法相配地选择某一个即可。即，在车体的重量大且能得到充分大的减速能量的情况下，在即便在模式A中第二蓄电设备6的充电时的损耗大但在模式B中放电时的损耗小的实施方式3中，作为燃料效率改善效果是有利的。另一方面，在车体的重量小且不能得到充分大的减速能量的情况下，在模式A中通过使第二蓄电设备6的充电时的损耗减小来更多地回收了减速能量的实施方式I中，作为燃料效率改善效果是有利的。
[0131 ] 关于如何与在各模式A?C中要求的上述各特性相应地具体地设定发电母线电压Va为最佳、如何控制发电母线电压Va，与实施方式I相同，所以省略说明。
【权利要求】
1.一种车辆用电源系统，具备: 发电机，由发动机驱动而产生交流电力； 整流器，将在所述发电机中发电的交流电力整流为直流电力而向发电母线输出； 第一蓄电设备，经由负载供电母线向车载负载提供电力； 第二蓄电设备，吸收来自所述发电机的发电电力而吸收电力波动； 恒压控制型的第一 DC/DC转换器，被连接于所述发电母线，被控制为将作为所述发电母线的电压的发电母线电压保持为规定的目标值； 恒流控制型的第二 DC/DC转换器，被连接于所述第二蓄电设备，被控制为将输入或者输出电流保持为规定的目标电流；以及 控制电路，对所述发电机、第一、第二 DC/DC转换器一起进行驱动控制而将所述发电机的发电电力充电到所述第一蓄电设备以及所述第二蓄电设备，并且使充电到第二蓄电设备的能量放电， 所述控制电路与根据所述第二蓄电设备的充放电状况而区分的各模式的全部或者一部分相对应地，根据不同的算法决定所述发电母线电压的最佳的目标值，并对所述第一 DC/DC转换器进行控制以使所述发电母线电压成为该决定的所述最佳的目标值。
2.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 所述第一 DC/DC转换器的第一端被连接于所述发电母线，并且第二端被连接于所述负载供电母线， 所述第二 DC/DC转换器的第一端被连接于所述发电母线，并且第二端被连接于所述第二蓄电设备。
3.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 所述第一 DC/DC转换器的第一端被连接于所述发电母线，并且第二端被连接于所述第二蓄电设备， 所述第二 DC/DC转换器的第一端被连接于所述第二蓄电设备，并且第二端被连接于所述负载供电母线。
4.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 所述第一 DC/DC转换器的第一端被连接于所述发电母线，并且第二端被连接于所述负载供电母线， 所述第二 DC/DC转换器的第一端被连接于所述第二蓄电设备，并且第二端被连接于所述负载供电母线。
5.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 所述控制电路与根据所述第二蓄电设备的充放电状况而区分的各模式的全部或者一部分相对应地，参照预先登记了所述发电母线电压的目标值的表来进行决定所述发电母线电压的最佳的目标值的情况下的所述算法。
6.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 在所述第二蓄电设备的充放电状况是对所述第二蓄电设备进行充电的模式的情况下，所述控制电路参照发动机或者发电机的转速来决定所述发电母线电压的目标值。
7.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 在所述第二蓄电设备的充放电状况是使第二蓄电设备放电的模式的情况下，所述控制电路不参照发动机或者发电机的转速而决定所述发电母线电压的目标值。
8.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于， 在所述第二蓄电设备的充放电状况既不是对第二蓄电设备进行充电也不是使第二蓄电设备放电的模式的情况下，所述控制电路参照发动机或者发电机的转速来决定所述发电母线电压的.目标值。
【文档编号】H02M3/00GK103444048SQ201180069563
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年4月8日 优先权日:2011年4月8日
【发明者】原田茂树, 桧垣优介, 田中优矢, 堀保义, 山田正树, 吉泽敏行 申请人:三菱电机株式会社