車両用電源システム
【課題】この発明は、ブレーキ動作におけるドライバの違和感を減らして、制動エネルギーの回生量を増やすことができる車両用電源システムを得る。
【解決手段】制御装置は、発電機の回転子の回転数と発電機側配線の電圧とから発電機の発電可能量を推定し、第１蓄電装置の第１回生可能量と第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、第１回生可能量と第２回生可能量との合成回生可能量と発電可能量との大小関係から合成回生可能量を調整し、調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するように構成されている。
【解決手段】制御装置は、発電機の回転子の回転数と発電機側配線の電圧とから発電機の発電可能量を推定し、第１蓄電装置の第１回生可能量と第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、第１回生可能量と第２回生可能量との合成回生可能量と発電可能量との大小関係から合成回生可能量を調整し、調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用電源システムに関し、特に車両の制動エネルギーの回生と車両の燃費向上とを実現できる車両用電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用電源システムは、車両の制動時に、発電機で発電させてバッテリに充電させることで制動エネルギーを回生し、車両の通常走行時には、発電機の発電量を少なくして、通常走行時のエンジン負荷を減らして燃費の向上を図るようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１７２１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の車両用電源システムでは、界磁巻線の状態によって発電量、すなわち回生量が変動する。そこで、フットブレーキを踏み込んだドライバは、回生量の変動をそのままブレーキ変動として受けるため、違和感をもち、ドライバビリティが低下することになる。
従来、このドライバの違和感を減らすために、回生量の小さい範囲、すなわちトルク変動の小さい範囲でのみ回生動作を行うようにしているので、車載負荷やバッテリに供給される回生量が少なかった。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、ブレーキ動作におけるドライバの違和感を減らして、制動エネルギーの回生量を増やすことができる車両用電源システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による車両用電源システムは、エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに負荷側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される第２蓄電装置と、上記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するレギュレータ回路と、上記レギュレータ回路に発電指令を発して、上記発電機を発電させるとともに、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記第１蓄電装置および上記第２蓄電装置に蓄電させる制御装置と、を備えている。そして、上記制御装置は、上記発電機の発電可能量を推定し、上記第１蓄電装置の第１回生可能量と上記第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、上記第１回生可能量と上記第２回生可能量との合成回生可能量と上記発電可能量との大小関係から上記合成回生可能量を調整し、上記調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、発電機の回転子の回転数と発電機側配線の電圧とから発電機の発電可能量を推定し、第１蓄電装置の第１回生可能量と第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、第１回生可能量と第２回生可能量との合成回生可能量と発電可能量との大小関係から合成回生可能量を調整し、調整された合成回生可能量により走行制動量を補正しているので、回生量の低下を抑えて、ブレーキペダル踏み込み時のドライバの違和感を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの概略構成図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの回路構成図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の発電特性を示す図である。
【図４】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の出力特性を示す図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける制動時の回生量制御を説明するフロー図である。
【図６】発電機の発電可能量を推定する動作を説明するフロー図である。
【図７】回生可能量を推定する動作を説明するフロー図である。
【図８】発電機の最大電力追従制御を説明するフロー図である。
【図９】発電機の最大効率制御を説明するフロー図である。
【図１０】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける発電機の内部状態の監視動作を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の車両用電源システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１０】
図１はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの概略構成図、図２はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの回路構成図である。
【００１１】
図１および図２において、車両用電源システムは、内燃機関であるエンジン１の回転トルクにより駆動されて交流電力を発生する発電機５と、発電機５で発生された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器１４と、整流器１４の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第１電力変換装置としての第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と、整流器１４の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第２電力変換装置としての第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により変換された直流電力により充電され、車載負荷１７に電力を供給する第１蓄電装置１６と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により変換された直流電力を蓄える第２蓄電装置１８と、発電機５の界磁巻線８への通電量を制御するレギュレータ回路１１と、エンジン１の回転数ｆ、第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃ、負荷側配線２２ｂの電圧などに基づいて第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０、およびレギュレータ回路１１の駆動を制御する制御装置２１と、界磁巻線８の断線を報知する報知手段２３と、を備えている。
【００１２】
発電機５は、回転軸に固着されたプーリ６がエンジン１のクランクシャフト２に固着されたプーリ３にベルト４を介して連結され、エンジン１の回転トルクにより駆動される。発電機５は、界磁巻線８を有するクローポール型回転子７と、固定子巻線としての３相交流巻線１０を有する固定子９と、レギュレータ回路１１と、を備えたランデル型交流発電機である。
【００１３】
レギュレータ回路１１は、ＭＯＳＦＥＴ１２と、ダイオード１３と、から構成されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子がダイオード１３のアノード端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子が制御回路に接続されている。また、ダイオード１３のカソード端子が整流器１４の高圧側出力端子１４ａと第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９の入力電圧端子とを接続する発電機側配線２２ａに接続されている。さらに、界磁巻線８の両端が、ダイオード１３のカソード端子と、ダイオード１３のアノード端子とＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子との接続点と、にそれぞれ接続されている。なお、レギュレータ回路１１は発電機５に内蔵されているものとしているが、発電機５と別体に構成されてもよい。
【００１４】
整流器１４は、２つのダイオード１５を直列に接続してなるダイオード対を並列に３つ接続したダイオードブリッジ回路からなる三相全波整流回路に構成され、３相交流巻線１０に誘起される交流電力を直流電力に整流する。なお、整流器１４は発電機５と別体に構成されているものとしているが、発電機５に内蔵されてもよい。
【００１５】
第１蓄電装置１６は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池であり、例えば１５Ｖ（定格電圧）の低電圧系の車載電源を構成する。そして、第１蓄電装置１６は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９の出力電圧端子と車載負荷１７とを接続する負荷側配線２２ｂに接続されている。車載負荷１７は、車両に搭載される空調装置やオーディオ装置等の電気機器であり、第１蓄電装置１６により駆動される。
第２蓄電装置１８には、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池、あるいは瞬時に大電力を放電できる電気二重層コンデンサなどが用いられる。そして、第２蓄電装置１８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して整流器１４の高圧側出力端子１４ａと第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧端子とを接続する発電機側配線２２ａに接続されている。
【００１６】
つぎに、発電機５の動作について説明する。
電流が回転子７の界磁巻線８に供給され、磁束が発生される。これにより、Ｎ極とＳ極とが、回転子７の外周部に、周方向に交互に形成される。そして、エンジン１の回転トルクが回転子７の回転軸に伝達され、回転子７が回転駆動される。そこで、回転磁界が固定子９の３相交流巻線１０に与えられ、起電力が３相交流巻線１０に発生する。この交流の起電力が、整流器１４により直流電力に整流され、出力される。
【００１７】
ここで、発電機５の発電電力と回転数との関係について図３に基づいて説明する。図３はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の発電特性を示す図であり、縦軸は発電電力、横軸は回転子７の回転数である。なお、図３中、実線は出力端電圧がＶ１（Ｖ）のときの発電特性線を示し、一点鎖線は出力端電圧がＶ２（Ｖ）の時の発電特性線を示し、破線は出力端電圧がＶ３（Ｖ）のときの発電特性線を示している。なお、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の大小関係は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３である。また、図３中、Ｖ１（Ｖ）の出力特性線とＶ２（Ｖ）の出力特性線との交点での回転子の回転数をα、Ｖ２（Ｖ）の出力特性線とＶ３（Ｖ）の出力特性線との交点での回転子の回転数をβとする。
【００１８】
図３から分かるように、回転数がα未満の領域では、出力端電圧をＶ１（Ｖ）に設定した場合に大きな発電電力を出力することができ、回転数がα以上β未満の領域では、出力端電圧をＶ２（Ｖ）に設定した場合に大きな発電電力を出力することができ、回転数がβ以上の領域では、出力端電圧をＶ３（Ｖ）に設定した場合に大きな発電電力を出力することができる。
【００１９】
このことから、制御装置２１が、出力端電圧、すなわち発電機側配線２２ａの電圧を回転子７の回転数に応じて変えるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の駆動を制御することにより、発電機５の発電電力を増大させることができる。つまり、制御装置２１は、回転子７の回転数がα未満のときには、発電機側配線２２ａの電圧がＶ１（Ｖ）となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０を駆動する。また、制御装置２１は、回転子７の回転数がα以上β未満のときには、発電機側配線２２ａの電圧がＶ２（Ｖ）となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０を駆動する。さらに、制御装置２１は、回転子７の回転数がβ以上のときには、発電機側配線２２ａの電圧がＶ３（Ｖ）となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０を駆動する。これにより、発電機５の発電電力が増大し、第１および第２蓄電装置１６，１８の充電速度を速くすることができる。
【００２０】
ここで、回転子７の回転数はエンジン１の回転数ｆとプーリ比（動力伝達比）とから算出されるが、回転センサを発電機５に取り付けて回転子７の回転数を直接検出してもよい。
【００２１】
つぎに、発電機５の出力電力と出力端電圧との関係について図４に基づいて説明する。図４はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の出力特性を示す図であり、縦軸は出力電力、横軸は出力端電圧である。
【００２２】
図４から分かるように、発電機５の出力電力は、出力端電圧が大きくなるとともに増加し、出力端電圧が所定の値となったときに最大値をとり、出力電圧が所定の値を超えて大きくなると減少する。そして、界磁電流が増加するとともに、発電機５のトルクが大きくなり、出力電力が増加する。
このことから、界磁電流と出力端電圧が決定すると、発電機５の出力電力が一意に定まることがわかる。
【００２３】
制御装置２１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路などを有するマイクロコンピュータから構成されている。そして、メモリには、図３に示される発電機５の発電電力と回転子７の回転数との関係に基づいた出力端電圧探索マップ、図４に示される発電機５の出力電力と出力端電圧との関係に基づいた出力電力探索マップ、後述する効率探索マップなどが格納されている。
【００２４】
つぎに、車両用電源システムの制動時の回生量制御について図５乃至図９を参照しつつ説明する。図５はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける制動時の回生量制御を説明するフロー図、図６は発電機の発電可能量を推定する動作を説明するフロー図、図７は回生可能量を推定する動作を説明するフロー図、図８は発電機の最大電力追従制御を説明するフロー図、図９は発電機の最大効率制御を説明するフロー図である。
【００２５】
本車両用電源システムにおいては、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａ、および第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃが電圧センサ（図示せず）により検出され、発電機側配線２２ａを流れる電流Ｉａ、および第２蓄電装置１８と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間の経路を流れる電流Ｉｃが電流センサ（図示せず）により検出され、エンジン１の回転数ｆが回転センサ（図示せず）により検出される。そして、電圧センサ、電流センサ、回転センサの検出信号が制御装置２１に入力される。制御装置２１は、車両の走行状態、第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃなどに基づいて、発電機５、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９、および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作を制御する。
【００２６】
そして、非制動時（非減速時）には、制御装置２１は、デューティ比０の信号をレギュレータ回路１１に出力し、発電機５を発電しない状態とする。この状態では、第２蓄電装置１８に蓄電されている電力が、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９を介して第１蓄電装置１６および車載負荷１７に供給される。ただし、非制動時においても、第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に蓄電される電力がない場合は、デューティ比を０にせず、発電機５から第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に給電を行う。
【００２７】
一方、制動時（減速時）には、制御装置２１は、発電指令（デューティ比）を発し、発電機５が発電する。発電された電力は、整流器１４により直流電力に変換され、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して第２蓄電装置１８に給電され、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９を介して第１蓄電装置１６および車載負荷１７に給電される。
【００２８】
まず、制御装置２１は、発電機５の発電可能量を推定する（ステップ１００）。このステップ１００における具体的動作は、図６に示される。
つまり、制御装置２１は、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａ（出力端電圧）を検出し（ステップ２００）、発電指令（デューティ比）から界磁電流を算出する（ステップ２０１）。ついで、ステップ２０２に移行し、検出された電圧Ｖａと算出された界磁電流とに基づいてメモリに格納されている出力電力探索マップを探索し、出力電力、すなわち発電機５の発電可能量を推定する。
【００２９】
ここで、ステップ２０２では、検出された出力端電圧と界磁電流に基づいて出力電圧探索マップから出力電力を求めるものとしているが、出力電力を求める方法はこれに限定されない。例えば、出力端電圧と出力電力との関係を関数化してメモリに格納しておき、検出された出力端電圧と格納されている関数とから出力電力を求めてもよいし、出力端電圧と出力電力とのデータをメモリに格納しておき、検出された出力端電圧の近傍のデータから線形近似法やスプライン近似法などにより出力電力を演算して求めてもよい。
【００３０】
ステップ１００において、発電機５の発電可能量が推定されると、ステップ１０１に移行し、車両が減速中であるか否かを判定する。なお、加速、減速、定速走行(巡行）、停止などの車両の走行状態は、ＥＣＵ信号、エンジン回転数ｆの増減、アクセルペダルやブレーキペダルの状態などから判断される。
ステップ１０１において、車両が非減速状態であると判断されると、ステップ１００に戻る。車両が減速状態であると判断されると、ステップ１０２に移行し、回生可能量を推定する。
【００３１】
ここで、回生可能量は、例えば、発電機５から第１蓄電装置１６と第２蓄電装置１８とに給電される電力である。そして、発電機５からの電力供給経路は、発電機５から第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９に至る電力経路Ｐ１と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から第２蓄電装置１８に達する電力経路Ｐ２とがある。電力経路Ｐ１を介して給電される電力である第１回生可能量ＰＷ１は、発電機５からの給電電流Ｉａと発電機側配線２２ａの電圧Ｖａとの積で表される。電力経路Ｐ２を介して給電される電力である第２回生可能量ＰＷ２は、第２蓄電装置１８に蓄電されている電圧Ｖｃと第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から第２蓄電装置１８に流れる電流Ｉｃとの積で表される。Ｖａ，Ｖｃ，Ｉａ，Ｉｃはいずれも直流である。
【００３２】
非制動時では、発電機５が発電しないので、第２蓄電装置１８に蓄電されている電力を放電し、第１蓄電装置１６に給電される。一方、制動時では、発電機５が発電し、第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に給電される。このため、走行状態によって、第２蓄電装置１８は充放電を行うので、電流Ｉｃの向きが変わる。つまり、非制動時では、ＰＷ２が合成回生可能量となり、制動時では、合成電力（ＰＷ１＋ＰＷ２）が合成回生可能量となる。
【００３３】
このステップ１０２における具体的動作は、図７に示される。
まず、制御装置２１は、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａを検出し（ステップ２１０）、発電機側配線２２ａを流れる電流Ｉａを検出し（ステップ２１１）、ステップ２１２に移行する。ステップ２１２では、発電機５から第１蓄電装置１６に給電される電力である第１回生可能量ＰＷ１（＝Ｖａ×Ｉａ）を算出する。ついで、第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃを検出し（ステップ２１３）、第１蓄電装置１８と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間の配線に流れる電流Ｉｃを検出し（ステップ２１４）、ステップ２１５に移行する。ステップ２１５では、発電機５から第２蓄電装置１８に給電される電力である第２回生可能量ＰＷ２（＝Ｖｃ×Ｉｃ）を算出し、ステップ２１６に移行する。ステップ２１６では、ＰＷ１とＰＷ２との和から合成回生可能量ＰＷを推定する。
【００３４】
ここで、電圧Ｖｃが閾値より高い場合には、第２蓄電装置１８が満充電であると判断し、発電機５の電力が第２蓄電装置１８に給電されないように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の駆動を制御することが好ましい。
【００３５】
つぎに、ステップ１０３では、推定された合成回生可能量と発電可能量との大小関係を判定する。そして、合成回生可能量が発電可能量より大きいと判定されるとステップ１０４に移行し、最大発電量追従制御により発電機５を発電させる。合成回生可能量が発電可能量以下であると判定されるとステップ１０５に移行し、最大効率制御により発電機５を発電させる。
【００３６】
このステップ１０４における具体的動作を図８に基づいて説明する。
まず、制御装置２１は、回転子７の回転数を検出し（ステップ２２０）、メモリに格納されている出力端電圧探索マップを探索し、回転子７の回転数から出力端電圧の目標電圧Ｖｆｆを推定する（ステップ２２１）。ついで、ステップ２２２に移行し、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが目標電圧Ｖｆｆとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電圧変換比を調整する。ついで、ステップ２２３に移行し、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが目標電圧Ｖｆｆから一定量Ｖεずれた電圧となるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電圧変換比を調整し、ステップ２２４に移行する。ステップ２２４では、ＰＷ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２）の出力端電圧に対する微分値が０であるか否かを判定する。ステップ２２４において、ＰＷの出力端電圧に対する微分値が０でない場合には、ステップ２２３に戻る。ステップ２２４において、ＰＷの出力端電圧に対する微分値が０である場合には、ＰＷが最大となったと判断し、ステップ１０６に移行する。
【００３７】
つぎに、このステップ１０５における具体的動作を図９に基づいて説明する。
まず、制御装置２１は、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａ（出力端電圧）を検出し（ステップ２３０）、発電指令（デューティ比）から界磁電流を算出する（ステップ２３１）。ついで、ステップ２３２に移行し、検出された電圧Ｖａと算出された界磁電流とに基づいてメモリに格納されている効率探索マップから効率ηを探索する。ついで、ステップ２３３に移行し、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが現在の電圧から一定量Ｖεずれた電圧となるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電圧変換比を調整し、ステップ２３４に移行する。ステップ２３４では、発電機５の効率ηの出力端電圧に対する微分値が０であるか否かを判定する。ステップ２３４において、効率ηの出力端電圧に対する微分値が０でない場合には、ステップ２３３に戻る。ステップ２３４において、効率ηの出力端電圧に対する微分値が０である場合には、効率ηが最大となったと判断し、ステップ１０６に移行する。
【００３８】
ここで、ステップ２３２では、検出された電圧Ｖａと界磁電流に基づいて効率探索マップから効率を求めるものとしているが、効率を求める方法はこれに限定されない。例えば、出力端電圧と効率との関係を関数化してメモリに格納しておき、検出された出力端電圧と格納されている関数とから効率を求めてもよいし、出力端電圧と効率とのデータをメモリに格納しておき、検出された出力端電圧の近傍のデータから線形近似法やスプライン近似法などにより効率を演算してもとめてもよい。
【００３９】
なお、発電機５の効率ηは出力／入力であり、出力はＰＷ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２）として計算でき、入力はエンジン１のトルクとエンジン１の回転数との積である。そして、メモリには、電圧Ｖａと界磁電流とをパラメータとして算出された効率ηが効率探索マップとして格納されている。
【００４０】
ステップ１０６では、制御装置２１は、回生可能量ＰＷ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２）を発電機５の回転数と発電機５の効率ηとで除して、回生制動量を算出する。ここで、回生制動量は、回生トルクである。
ついで、ステップ１０７に移行し、制御装置２１は、算出した回生トルクとブレーキペサル踏み込み量から推定されるドライバが要する目標トルクとの差を算出し、実ブレーキ補正量（走行制動補正量）を得る。そして、ステップ１０８に移行し、実ブレーキ補正量に相当する回生量を第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に蓄電させる。これにより、ドライバが望むブレーキトルクを提供でき、ブレーキペダル踏み込み時のドライバの違和感を改善できる。
【００４１】
つぎに、車両用電源システムにおける発電機の内部状態の監視について図１０を参照しつつ説明する。図１０はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける発電機の内部状態の監視動作を説明するフロー図である。
【００４２】
まず、制御装置２１は、界磁巻線８の両端の電圧を検出し（ステップ２４０）、デューティ比から界磁電流を算出する（ステップ２４１）。ついで、ステップ２４２に移行し、界磁巻線８の両端の電圧と界磁電流とから界磁巻線８の抵抗を推定する。ついで、ステップ２４３に移行し、界磁巻線８の抵抗から現在の界磁巻線８の温度を推定する。ついで、推定された界磁巻線８の温度が上昇したか否かを判定する（ステップ２４４）。ステップ２４４において、界磁巻線８の温度が上昇したと判断されると、ステップ２４５に移行し、メモリに格納されている温度判定フラッグδを１とする。また、ステップ２４４において、界磁巻線８の温度が上昇しないと判断されると、ステップ２４６に移行し、メモリに格納されている温度判定フラッグδを０とし、ステップ２４７に移行する。ステップ２４７では、デューティ比を０とし、発電機５の発電を停止した後、ステップ２４８に移行し、報知手段２３により運転者に発電機５の内部異常、すなわち界磁巻線８の断線発生を報知する。
【００４３】
ここで、界磁巻線８は界磁電流が通電されることで発熱する。また、金属は温度とともに抵抗が増加する特性を有している。そこで、界磁巻線８の抵抗から界磁巻線８の温度を推定することができる。また、界磁巻線８の温度が上昇しているか否かは、例えば界磁巻線８の温度と環境温度との大小関係により判別することが可能である。
【００４４】
この実施の形態では、第１蓄電装置１６の第１回生可能量と第２蓄電装置１８の第２回生可能量との和である合成回生可能量と発電可能量とを推定し、合成回生可能量と発電可能量との大小関係から合成回生可能量を調整し、調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するようにしているので、回生量、すなわち発電量の低下を抑えて、ブレーキペダル踏み込み時のドライバの違和感を改善できる。
【００４５】
合成回生可能量が発電可能量より大きい場合には、最大発電量追従制御により発電機５を駆動し、合成回生可能量が発電可能量以下の場合には、最大効率追従制御により発電機５を駆動しているので、発電機５の発電量を大きくすることができるとともに、第１および第２蓄電装置１６，１８の過充電がなくなる。
第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃが閾値を超えると、発電機５の発電電力が第２蓄電装置１８に供給されないように第２ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されるので、第２蓄電装置１８の過充電が阻止され、第２蓄電装置１８の長寿命化が図られる。
【００４６】
制御装置２１のメモリには、所定の温度状態での発電機５の出力特性が記憶されているに過ぎず、また制御装置２１の計算誤差、電圧センサや電流センサの測定誤差、界磁巻線８の温度などの影響があり、出力端電圧Ｖａが目標電圧Ｖｆｆのときに、発電機５の発電電力が最大となるとは限らない。しかし、発電機５を最大発電量追従制御により駆動している。つまり、ステップ２２３において、発電機側配線２２ａの電圧である出力端電圧Ｖａを一定量Ｖεずれるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧交換比を調整し、ステップ２２４において、発電機５から第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９に至る電力経路Ｐ１を介して給電される電力ＰＷ１と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から第２蓄電装置１８に達する電力経路Ｐ２を介して給電される電力ＰＷ２との合成電力ＰＷの出力端電圧に対する微分値が０となるか否かを判断し、その微分値が０でないとステップ２２３に戻るようにしている。このように、合成電力の出力端電圧に対する微分値が０となるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧変換比を調整するフィードバック制御を行っているので、発電機５が常に最大発電量となるように駆動できる。
【００４７】
また、発電機５を最大効率追従制御により駆動している。つまり、ステップ２３３において、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが現在の電圧から一定量Ｖεずれた電圧となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧変換比を調整し、ステップ２３４において、発電機５の効率ηの出力端電圧に対する微分値が０であるか否かを判断し、その微分値が０でないとステップ２３３に戻るようにしている。このように、発電機５の効率の出力端電圧に対する微分値が０となるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧変換比を調整するフィードバック制御を行っているので、発電機５が常に最大効率となるように駆動できる。
【００４８】
界磁巻線８の抵抗から界磁巻線８の温度を推定し、推定された界磁巻線８の温度が上昇しているか否かを判断しているので、界磁巻線８の断線発生を簡易に判断することができる。また、推定された界磁巻線８の温度が上昇していないと判断されると、界磁巻線８の断線発生を報知手段２３により運転者に報知しているので、運転者は速やかに停車し、修理を依頼することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、整流器がダイオードブリッジを用いた三相全波整流回路に構成されているものとしているが、整流器は、同期整流を行うＭＯＳＦＥＴや寄生ダイオードで整流を行うＭＯＳＦＥＴなどの多相インバータで構成してもよい。
また、上記実施の形態では、発電機の固定子の固定子巻線は３相交流巻線に構成されているものとしているが、固定子巻線は３相交流巻線に限定されるものでなく、３相交流巻線を多重化したものや、多相交流巻線（例えば、５相、７相）でもよい。その場合、整流器は、相数に応じた全波整流回路で、交流電力を直流に整流する。
【符号の説明】
【００５０】
１ エンジン、５ 発電機、７ 回転子、８ 界磁巻線、１１ レギュレータ回路、１４ 整流器、１４ａ 高圧側出力端子、１６ 第１蓄電装置、１８ 第２蓄電装置、１９ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２ａ 発電機側配線、２２ｂ 負荷側配線、２３ 報知手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用電源システムに関し、特に車両の制動エネルギーの回生と車両の燃費向上とを実現できる車両用電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用電源システムは、車両の制動時に、発電機で発電させてバッテリに充電させることで制動エネルギーを回生し、車両の通常走行時には、発電機の発電量を少なくして、通常走行時のエンジン負荷を減らして燃費の向上を図るようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１７２１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の車両用電源システムでは、界磁巻線の状態によって発電量、すなわち回生量が変動する。そこで、フットブレーキを踏み込んだドライバは、回生量の変動をそのままブレーキ変動として受けるため、違和感をもち、ドライバビリティが低下することになる。
従来、このドライバの違和感を減らすために、回生量の小さい範囲、すなわちトルク変動の小さい範囲でのみ回生動作を行うようにしているので、車載負荷やバッテリに供給される回生量が少なかった。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、ブレーキ動作におけるドライバの違和感を減らして、制動エネルギーの回生量を増やすことができる車両用電源システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による車両用電源システムは、エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに負荷側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される第２蓄電装置と、上記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するレギュレータ回路と、上記レギュレータ回路に発電指令を発して、上記発電機を発電させるとともに、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記第１蓄電装置および上記第２蓄電装置に蓄電させる制御装置と、を備えている。そして、上記制御装置は、上記発電機の発電可能量を推定し、上記第１蓄電装置の第１回生可能量と上記第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、上記第１回生可能量と上記第２回生可能量との合成回生可能量と上記発電可能量との大小関係から上記合成回生可能量を調整し、上記調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、発電機の回転子の回転数と発電機側配線の電圧とから発電機の発電可能量を推定し、第１蓄電装置の第１回生可能量と第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、第１回生可能量と第２回生可能量との合成回生可能量と発電可能量との大小関係から合成回生可能量を調整し、調整された合成回生可能量により走行制動量を補正しているので、回生量の低下を抑えて、ブレーキペダル踏み込み時のドライバの違和感を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの概略構成図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの回路構成図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の発電特性を示す図である。
【図４】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の出力特性を示す図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける制動時の回生量制御を説明するフロー図である。
【図６】発電機の発電可能量を推定する動作を説明するフロー図である。
【図７】回生可能量を推定する動作を説明するフロー図である。
【図８】発電機の最大電力追従制御を説明するフロー図である。
【図９】発電機の最大効率制御を説明するフロー図である。
【図１０】この発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける発電機の内部状態の監視動作を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の車両用電源システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１０】
図１はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの概略構成図、図２はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムの回路構成図である。
【００１１】
図１および図２において、車両用電源システムは、内燃機関であるエンジン１の回転トルクにより駆動されて交流電力を発生する発電機５と、発電機５で発生された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器１４と、整流器１４の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第１電力変換装置としての第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と、整流器１４の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第２電力変換装置としての第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により変換された直流電力により充電され、車載負荷１７に電力を供給する第１蓄電装置１６と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により変換された直流電力を蓄える第２蓄電装置１８と、発電機５の界磁巻線８への通電量を制御するレギュレータ回路１１と、エンジン１の回転数ｆ、第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃ、負荷側配線２２ｂの電圧などに基づいて第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０、およびレギュレータ回路１１の駆動を制御する制御装置２１と、界磁巻線８の断線を報知する報知手段２３と、を備えている。
【００１２】
発電機５は、回転軸に固着されたプーリ６がエンジン１のクランクシャフト２に固着されたプーリ３にベルト４を介して連結され、エンジン１の回転トルクにより駆動される。発電機５は、界磁巻線８を有するクローポール型回転子７と、固定子巻線としての３相交流巻線１０を有する固定子９と、レギュレータ回路１１と、を備えたランデル型交流発電機である。
【００１３】
レギュレータ回路１１は、ＭＯＳＦＥＴ１２と、ダイオード１３と、から構成されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子がダイオード１３のアノード端子に接続され、ソース端子が接地され、ゲート端子が制御回路に接続されている。また、ダイオード１３のカソード端子が整流器１４の高圧側出力端子１４ａと第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９の入力電圧端子とを接続する発電機側配線２２ａに接続されている。さらに、界磁巻線８の両端が、ダイオード１３のカソード端子と、ダイオード１３のアノード端子とＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子との接続点と、にそれぞれ接続されている。なお、レギュレータ回路１１は発電機５に内蔵されているものとしているが、発電機５と別体に構成されてもよい。
【００１４】
整流器１４は、２つのダイオード１５を直列に接続してなるダイオード対を並列に３つ接続したダイオードブリッジ回路からなる三相全波整流回路に構成され、３相交流巻線１０に誘起される交流電力を直流電力に整流する。なお、整流器１４は発電機５と別体に構成されているものとしているが、発電機５に内蔵されてもよい。
【００１５】
第１蓄電装置１６は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池であり、例えば１５Ｖ（定格電圧）の低電圧系の車載電源を構成する。そして、第１蓄電装置１６は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９の出力電圧端子と車載負荷１７とを接続する負荷側配線２２ｂに接続されている。車載負荷１７は、車両に搭載される空調装置やオーディオ装置等の電気機器であり、第１蓄電装置１６により駆動される。
第２蓄電装置１８には、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池、あるいは瞬時に大電力を放電できる電気二重層コンデンサなどが用いられる。そして、第２蓄電装置１８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して整流器１４の高圧側出力端子１４ａと第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧端子とを接続する発電機側配線２２ａに接続されている。
【００１６】
つぎに、発電機５の動作について説明する。
電流が回転子７の界磁巻線８に供給され、磁束が発生される。これにより、Ｎ極とＳ極とが、回転子７の外周部に、周方向に交互に形成される。そして、エンジン１の回転トルクが回転子７の回転軸に伝達され、回転子７が回転駆動される。そこで、回転磁界が固定子９の３相交流巻線１０に与えられ、起電力が３相交流巻線１０に発生する。この交流の起電力が、整流器１４により直流電力に整流され、出力される。
【００１７】
ここで、発電機５の発電電力と回転数との関係について図３に基づいて説明する。図３はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の発電特性を示す図であり、縦軸は発電電力、横軸は回転子７の回転数である。なお、図３中、実線は出力端電圧がＶ１（Ｖ）のときの発電特性線を示し、一点鎖線は出力端電圧がＶ２（Ｖ）の時の発電特性線を示し、破線は出力端電圧がＶ３（Ｖ）のときの発電特性線を示している。なお、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の大小関係は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３である。また、図３中、Ｖ１（Ｖ）の出力特性線とＶ２（Ｖ）の出力特性線との交点での回転子の回転数をα、Ｖ２（Ｖ）の出力特性線とＶ３（Ｖ）の出力特性線との交点での回転子の回転数をβとする。
【００１８】
図３から分かるように、回転数がα未満の領域では、出力端電圧をＶ１（Ｖ）に設定した場合に大きな発電電力を出力することができ、回転数がα以上β未満の領域では、出力端電圧をＶ２（Ｖ）に設定した場合に大きな発電電力を出力することができ、回転数がβ以上の領域では、出力端電圧をＶ３（Ｖ）に設定した場合に大きな発電電力を出力することができる。
【００１９】
このことから、制御装置２１が、出力端電圧、すなわち発電機側配線２２ａの電圧を回転子７の回転数に応じて変えるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の駆動を制御することにより、発電機５の発電電力を増大させることができる。つまり、制御装置２１は、回転子７の回転数がα未満のときには、発電機側配線２２ａの電圧がＶ１（Ｖ）となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０を駆動する。また、制御装置２１は、回転子７の回転数がα以上β未満のときには、発電機側配線２２ａの電圧がＶ２（Ｖ）となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０を駆動する。さらに、制御装置２１は、回転子７の回転数がβ以上のときには、発電機側配線２２ａの電圧がＶ３（Ｖ）となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０を駆動する。これにより、発電機５の発電電力が増大し、第１および第２蓄電装置１６，１８の充電速度を速くすることができる。
【００２０】
ここで、回転子７の回転数はエンジン１の回転数ｆとプーリ比（動力伝達比）とから算出されるが、回転センサを発電機５に取り付けて回転子７の回転数を直接検出してもよい。
【００２１】
つぎに、発電機５の出力電力と出力端電圧との関係について図４に基づいて説明する。図４はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムに用いられる発電機の出力特性を示す図であり、縦軸は出力電力、横軸は出力端電圧である。
【００２２】
図４から分かるように、発電機５の出力電力は、出力端電圧が大きくなるとともに増加し、出力端電圧が所定の値となったときに最大値をとり、出力電圧が所定の値を超えて大きくなると減少する。そして、界磁電流が増加するとともに、発電機５のトルクが大きくなり、出力電力が増加する。
このことから、界磁電流と出力端電圧が決定すると、発電機５の出力電力が一意に定まることがわかる。
【００２３】
制御装置２１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路などを有するマイクロコンピュータから構成されている。そして、メモリには、図３に示される発電機５の発電電力と回転子７の回転数との関係に基づいた出力端電圧探索マップ、図４に示される発電機５の出力電力と出力端電圧との関係に基づいた出力電力探索マップ、後述する効率探索マップなどが格納されている。
【００２４】
つぎに、車両用電源システムの制動時の回生量制御について図５乃至図９を参照しつつ説明する。図５はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける制動時の回生量制御を説明するフロー図、図６は発電機の発電可能量を推定する動作を説明するフロー図、図７は回生可能量を推定する動作を説明するフロー図、図８は発電機の最大電力追従制御を説明するフロー図、図９は発電機の最大効率制御を説明するフロー図である。
【００２５】
本車両用電源システムにおいては、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａ、および第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃが電圧センサ（図示せず）により検出され、発電機側配線２２ａを流れる電流Ｉａ、および第２蓄電装置１８と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間の経路を流れる電流Ｉｃが電流センサ（図示せず）により検出され、エンジン１の回転数ｆが回転センサ（図示せず）により検出される。そして、電圧センサ、電流センサ、回転センサの検出信号が制御装置２１に入力される。制御装置２１は、車両の走行状態、第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃなどに基づいて、発電機５、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９、および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作を制御する。
【００２６】
そして、非制動時（非減速時）には、制御装置２１は、デューティ比０の信号をレギュレータ回路１１に出力し、発電機５を発電しない状態とする。この状態では、第２蓄電装置１８に蓄電されている電力が、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９を介して第１蓄電装置１６および車載負荷１７に供給される。ただし、非制動時においても、第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に蓄電される電力がない場合は、デューティ比を０にせず、発電機５から第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に給電を行う。
【００２７】
一方、制動時（減速時）には、制御装置２１は、発電指令（デューティ比）を発し、発電機５が発電する。発電された電力は、整流器１４により直流電力に変換され、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して第２蓄電装置１８に給電され、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９を介して第１蓄電装置１６および車載負荷１７に給電される。
【００２８】
まず、制御装置２１は、発電機５の発電可能量を推定する（ステップ１００）。このステップ１００における具体的動作は、図６に示される。
つまり、制御装置２１は、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａ（出力端電圧）を検出し（ステップ２００）、発電指令（デューティ比）から界磁電流を算出する（ステップ２０１）。ついで、ステップ２０２に移行し、検出された電圧Ｖａと算出された界磁電流とに基づいてメモリに格納されている出力電力探索マップを探索し、出力電力、すなわち発電機５の発電可能量を推定する。
【００２９】
ここで、ステップ２０２では、検出された出力端電圧と界磁電流に基づいて出力電圧探索マップから出力電力を求めるものとしているが、出力電力を求める方法はこれに限定されない。例えば、出力端電圧と出力電力との関係を関数化してメモリに格納しておき、検出された出力端電圧と格納されている関数とから出力電力を求めてもよいし、出力端電圧と出力電力とのデータをメモリに格納しておき、検出された出力端電圧の近傍のデータから線形近似法やスプライン近似法などにより出力電力を演算して求めてもよい。
【００３０】
ステップ１００において、発電機５の発電可能量が推定されると、ステップ１０１に移行し、車両が減速中であるか否かを判定する。なお、加速、減速、定速走行(巡行）、停止などの車両の走行状態は、ＥＣＵ信号、エンジン回転数ｆの増減、アクセルペダルやブレーキペダルの状態などから判断される。
ステップ１０１において、車両が非減速状態であると判断されると、ステップ１００に戻る。車両が減速状態であると判断されると、ステップ１０２に移行し、回生可能量を推定する。
【００３１】
ここで、回生可能量は、例えば、発電機５から第１蓄電装置１６と第２蓄電装置１８とに給電される電力である。そして、発電機５からの電力供給経路は、発電機５から第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９に至る電力経路Ｐ１と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から第２蓄電装置１８に達する電力経路Ｐ２とがある。電力経路Ｐ１を介して給電される電力である第１回生可能量ＰＷ１は、発電機５からの給電電流Ｉａと発電機側配線２２ａの電圧Ｖａとの積で表される。電力経路Ｐ２を介して給電される電力である第２回生可能量ＰＷ２は、第２蓄電装置１８に蓄電されている電圧Ｖｃと第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から第２蓄電装置１８に流れる電流Ｉｃとの積で表される。Ｖａ，Ｖｃ，Ｉａ，Ｉｃはいずれも直流である。
【００３２】
非制動時では、発電機５が発電しないので、第２蓄電装置１８に蓄電されている電力を放電し、第１蓄電装置１６に給電される。一方、制動時では、発電機５が発電し、第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に給電される。このため、走行状態によって、第２蓄電装置１８は充放電を行うので、電流Ｉｃの向きが変わる。つまり、非制動時では、ＰＷ２が合成回生可能量となり、制動時では、合成電力（ＰＷ１＋ＰＷ２）が合成回生可能量となる。
【００３３】
このステップ１０２における具体的動作は、図７に示される。
まず、制御装置２１は、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａを検出し（ステップ２１０）、発電機側配線２２ａを流れる電流Ｉａを検出し（ステップ２１１）、ステップ２１２に移行する。ステップ２１２では、発電機５から第１蓄電装置１６に給電される電力である第１回生可能量ＰＷ１（＝Ｖａ×Ｉａ）を算出する。ついで、第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃを検出し（ステップ２１３）、第１蓄電装置１８と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間の配線に流れる電流Ｉｃを検出し（ステップ２１４）、ステップ２１５に移行する。ステップ２１５では、発電機５から第２蓄電装置１８に給電される電力である第２回生可能量ＰＷ２（＝Ｖｃ×Ｉｃ）を算出し、ステップ２１６に移行する。ステップ２１６では、ＰＷ１とＰＷ２との和から合成回生可能量ＰＷを推定する。
【００３４】
ここで、電圧Ｖｃが閾値より高い場合には、第２蓄電装置１８が満充電であると判断し、発電機５の電力が第２蓄電装置１８に給電されないように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の駆動を制御することが好ましい。
【００３５】
つぎに、ステップ１０３では、推定された合成回生可能量と発電可能量との大小関係を判定する。そして、合成回生可能量が発電可能量より大きいと判定されるとステップ１０４に移行し、最大発電量追従制御により発電機５を発電させる。合成回生可能量が発電可能量以下であると判定されるとステップ１０５に移行し、最大効率制御により発電機５を発電させる。
【００３６】
このステップ１０４における具体的動作を図８に基づいて説明する。
まず、制御装置２１は、回転子７の回転数を検出し（ステップ２２０）、メモリに格納されている出力端電圧探索マップを探索し、回転子７の回転数から出力端電圧の目標電圧Ｖｆｆを推定する（ステップ２２１）。ついで、ステップ２２２に移行し、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが目標電圧Ｖｆｆとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電圧変換比を調整する。ついで、ステップ２２３に移行し、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが目標電圧Ｖｆｆから一定量Ｖεずれた電圧となるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電圧変換比を調整し、ステップ２２４に移行する。ステップ２２４では、ＰＷ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２）の出力端電圧に対する微分値が０であるか否かを判定する。ステップ２２４において、ＰＷの出力端電圧に対する微分値が０でない場合には、ステップ２２３に戻る。ステップ２２４において、ＰＷの出力端電圧に対する微分値が０である場合には、ＰＷが最大となったと判断し、ステップ１０６に移行する。
【００３７】
つぎに、このステップ１０５における具体的動作を図９に基づいて説明する。
まず、制御装置２１は、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａ（出力端電圧）を検出し（ステップ２３０）、発電指令（デューティ比）から界磁電流を算出する（ステップ２３１）。ついで、ステップ２３２に移行し、検出された電圧Ｖａと算出された界磁電流とに基づいてメモリに格納されている効率探索マップから効率ηを探索する。ついで、ステップ２３３に移行し、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが現在の電圧から一定量Ｖεずれた電圧となるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電圧変換比を調整し、ステップ２３４に移行する。ステップ２３４では、発電機５の効率ηの出力端電圧に対する微分値が０であるか否かを判定する。ステップ２３４において、効率ηの出力端電圧に対する微分値が０でない場合には、ステップ２３３に戻る。ステップ２３４において、効率ηの出力端電圧に対する微分値が０である場合には、効率ηが最大となったと判断し、ステップ１０６に移行する。
【００３８】
ここで、ステップ２３２では、検出された電圧Ｖａと界磁電流に基づいて効率探索マップから効率を求めるものとしているが、効率を求める方法はこれに限定されない。例えば、出力端電圧と効率との関係を関数化してメモリに格納しておき、検出された出力端電圧と格納されている関数とから効率を求めてもよいし、出力端電圧と効率とのデータをメモリに格納しておき、検出された出力端電圧の近傍のデータから線形近似法やスプライン近似法などにより効率を演算してもとめてもよい。
【００３９】
なお、発電機５の効率ηは出力／入力であり、出力はＰＷ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２）として計算でき、入力はエンジン１のトルクとエンジン１の回転数との積である。そして、メモリには、電圧Ｖａと界磁電流とをパラメータとして算出された効率ηが効率探索マップとして格納されている。
【００４０】
ステップ１０６では、制御装置２１は、回生可能量ＰＷ（＝ＰＷ１＋ＰＷ２）を発電機５の回転数と発電機５の効率ηとで除して、回生制動量を算出する。ここで、回生制動量は、回生トルクである。
ついで、ステップ１０７に移行し、制御装置２１は、算出した回生トルクとブレーキペサル踏み込み量から推定されるドライバが要する目標トルクとの差を算出し、実ブレーキ補正量（走行制動補正量）を得る。そして、ステップ１０８に移行し、実ブレーキ補正量に相当する回生量を第１蓄電装置１６および第２蓄電装置１８に蓄電させる。これにより、ドライバが望むブレーキトルクを提供でき、ブレーキペダル踏み込み時のドライバの違和感を改善できる。
【００４１】
つぎに、車両用電源システムにおける発電機の内部状態の監視について図１０を参照しつつ説明する。図１０はこの発明の一実施の形態に係る車両用電源システムにおける発電機の内部状態の監視動作を説明するフロー図である。
【００４２】
まず、制御装置２１は、界磁巻線８の両端の電圧を検出し（ステップ２４０）、デューティ比から界磁電流を算出する（ステップ２４１）。ついで、ステップ２４２に移行し、界磁巻線８の両端の電圧と界磁電流とから界磁巻線８の抵抗を推定する。ついで、ステップ２４３に移行し、界磁巻線８の抵抗から現在の界磁巻線８の温度を推定する。ついで、推定された界磁巻線８の温度が上昇したか否かを判定する（ステップ２４４）。ステップ２４４において、界磁巻線８の温度が上昇したと判断されると、ステップ２４５に移行し、メモリに格納されている温度判定フラッグδを１とする。また、ステップ２４４において、界磁巻線８の温度が上昇しないと判断されると、ステップ２４６に移行し、メモリに格納されている温度判定フラッグδを０とし、ステップ２４７に移行する。ステップ２４７では、デューティ比を０とし、発電機５の発電を停止した後、ステップ２４８に移行し、報知手段２３により運転者に発電機５の内部異常、すなわち界磁巻線８の断線発生を報知する。
【００４３】
ここで、界磁巻線８は界磁電流が通電されることで発熱する。また、金属は温度とともに抵抗が増加する特性を有している。そこで、界磁巻線８の抵抗から界磁巻線８の温度を推定することができる。また、界磁巻線８の温度が上昇しているか否かは、例えば界磁巻線８の温度と環境温度との大小関係により判別することが可能である。
【００４４】
この実施の形態では、第１蓄電装置１６の第１回生可能量と第２蓄電装置１８の第２回生可能量との和である合成回生可能量と発電可能量とを推定し、合成回生可能量と発電可能量との大小関係から合成回生可能量を調整し、調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するようにしているので、回生量、すなわち発電量の低下を抑えて、ブレーキペダル踏み込み時のドライバの違和感を改善できる。
【００４５】
合成回生可能量が発電可能量より大きい場合には、最大発電量追従制御により発電機５を駆動し、合成回生可能量が発電可能量以下の場合には、最大効率追従制御により発電機５を駆動しているので、発電機５の発電量を大きくすることができるとともに、第１および第２蓄電装置１６，１８の過充電がなくなる。
第２蓄電装置１８の端子電圧Ｖｃが閾値を超えると、発電機５の発電電力が第２蓄電装置１８に供給されないように第２ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されるので、第２蓄電装置１８の過充電が阻止され、第２蓄電装置１８の長寿命化が図られる。
【００４６】
制御装置２１のメモリには、所定の温度状態での発電機５の出力特性が記憶されているに過ぎず、また制御装置２１の計算誤差、電圧センサや電流センサの測定誤差、界磁巻線８の温度などの影響があり、出力端電圧Ｖａが目標電圧Ｖｆｆのときに、発電機５の発電電力が最大となるとは限らない。しかし、発電機５を最大発電量追従制御により駆動している。つまり、ステップ２２３において、発電機側配線２２ａの電圧である出力端電圧Ｖａを一定量Ｖεずれるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧交換比を調整し、ステップ２２４において、発電機５から第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１９に至る電力経路Ｐ１を介して給電される電力ＰＷ１と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から第２蓄電装置１８に達する電力経路Ｐ２を介して給電される電力ＰＷ２との合成電力ＰＷの出力端電圧に対する微分値が０となるか否かを判断し、その微分値が０でないとステップ２２３に戻るようにしている。このように、合成電力の出力端電圧に対する微分値が０となるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧変換比を調整するフィードバック制御を行っているので、発電機５が常に最大発電量となるように駆動できる。
【００４７】
また、発電機５を最大効率追従制御により駆動している。つまり、ステップ２３３において、発電機側配線２２ａの電圧Ｖａが現在の電圧から一定量Ｖεずれた電圧となるように第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧変換比を調整し、ステップ２３４において、発電機５の効率ηの出力端電圧に対する微分値が０であるか否かを判断し、その微分値が０でないとステップ２３３に戻るようにしている。このように、発電機５の効率の出力端電圧に対する微分値が０となるように、第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１９，２０の電圧変換比を調整するフィードバック制御を行っているので、発電機５が常に最大効率となるように駆動できる。
【００４８】
界磁巻線８の抵抗から界磁巻線８の温度を推定し、推定された界磁巻線８の温度が上昇しているか否かを判断しているので、界磁巻線８の断線発生を簡易に判断することができる。また、推定された界磁巻線８の温度が上昇していないと判断されると、界磁巻線８の断線発生を報知手段２３により運転者に報知しているので、運転者は速やかに停車し、修理を依頼することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、整流器がダイオードブリッジを用いた三相全波整流回路に構成されているものとしているが、整流器は、同期整流を行うＭＯＳＦＥＴや寄生ダイオードで整流を行うＭＯＳＦＥＴなどの多相インバータで構成してもよい。
また、上記実施の形態では、発電機の固定子の固定子巻線は３相交流巻線に構成されているものとしているが、固定子巻線は３相交流巻線に限定されるものでなく、３相交流巻線を多重化したものや、多相交流巻線（例えば、５相、７相）でもよい。その場合、整流器は、相数に応じた全波整流回路で、交流電力を直流に整流する。
【符号の説明】
【００５０】
１ エンジン、５ 発電機、７ 回転子、８ 界磁巻線、１１ レギュレータ回路、１４ 整流器、１４ａ 高圧側出力端子、１６ 第１蓄電装置、１８ 第２蓄電装置、１９ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２ａ 発電機側配線、２２ｂ 負荷側配線、２３ 報知手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、
上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに負荷側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、
上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される第２蓄電装置と、
上記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するレギュレータ回路と、
上記レギュレータ回路に発電指令を発して、上記発電機を発電させるとともに、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記第１蓄電装置および上記第２蓄電装置に蓄電させる制御装置と、を備え、
上記制御装置は、
上記発電機の発電可能量を推定し、
上記第１蓄電装置の第１回生可能量と上記第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、
上記第１回生可能量と上記第２回生可能量との合成回生可能量と上記発電可能量との大小関係から上記合成回生可能量を調整し、
上記調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するように構成されていることを特徴とする車両用電源システム。
【請求項２】
上記制御装置は、
上記合成回生可能量が上記発電可能量より大きい場合には、上記発電機を最大発電量追従制御により駆動し、上記合成回生可能量が上記発電可能量以下の場合には、上記発電機を最大効率追従制御により駆動することを特徴とする請求項１記載の車両用電源システム。
【請求項３】
上記制御装置は、上記第２蓄電装置の端子電圧が閾値を超えると、上記発電機の発電電力が上記第２蓄電装置に供給されないように上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用電源システム。
【請求項４】
上記界磁巻線の断線を報知する報知手段を備え、
上記制御装置は、上記発電機の発電時に、上記界磁巻線の温度を推定し、推定された上記界磁巻線の温度に基づいて上記界磁巻線の断線の有無を判別し、上記界磁巻線が断線していると上記報知手段を動作させて、上記界磁巻線の断線を運転者に報知するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
【請求項１】
エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、
上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに負荷側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、
上記整流器の高圧側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧の電圧値を異なる直流電圧に変換して出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される第２蓄電装置と、
上記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するレギュレータ回路と、
上記レギュレータ回路に発電指令を発して、上記発電機を発電させるとともに、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記第１蓄電装置および上記第２蓄電装置に蓄電させる制御装置と、を備え、
上記制御装置は、
上記発電機の発電可能量を推定し、
上記第１蓄電装置の第１回生可能量と上記第２蓄電装置の第２回生可能量とを推定し、
上記第１回生可能量と上記第２回生可能量との合成回生可能量と上記発電可能量との大小関係から上記合成回生可能量を調整し、
上記調整された合成回生可能量により走行制動量を補正するように構成されていることを特徴とする車両用電源システム。
【請求項２】
上記制御装置は、
上記合成回生可能量が上記発電可能量より大きい場合には、上記発電機を最大発電量追従制御により駆動し、上記合成回生可能量が上記発電可能量以下の場合には、上記発電機を最大効率追従制御により駆動することを特徴とする請求項１記載の車両用電源システム。
【請求項３】
上記制御装置は、上記第２蓄電装置の端子電圧が閾値を超えると、上記発電機の発電電力が上記第２蓄電装置に供給されないように上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用電源システム。
【請求項４】
上記界磁巻線の断線を報知する報知手段を備え、
上記制御装置は、上記発電機の発電時に、上記界磁巻線の温度を推定し、推定された上記界磁巻線の温度に基づいて上記界磁巻線の断線の有無を判別し、上記界磁巻線が断線していると上記報知手段を動作させて、上記界磁巻線の断線を運転者に報知するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１５２０８７（Ｐ２０１２−１５２０８７Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８２８（Ｐ２０１１−１０８２８）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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