DE112011105135T5

DE112011105135T5 - Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112011105135T5
Application number: DE112011105135.2T
Authority: DE
Inventors: Yuuya Tanaka; Masaki Yamada; Yusuke HIGAKI; Yasuyoshi Hori; Toshiyuki Yoshizawa; Shigeki Harada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2014-01-02
Also published as: CN103444048B; US20140021920A1; JPWO2012137343A1; CN103444048A; JP5570655B2; WO2012137343A1; US10343533B2

Abstract

Ein erster DC/DC-Umsetzer (5) ist als ein solcher vom Konstantspannung-Regelungstyp ausgebildet und wird derart angesteuert, dass er die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus (A) auf einem festgelegten Sollwert hält. Ein zweiter DC/DC-Umsetzer (7) ist ein solcher vom Konstantstrom-Regelungstyp und wird derart angesteuert, dass er den Eingangsstrom oder den Ausgangsstrom auf einem festgelegten Sollwert hält. Eine Steuerschaltung (8) ermittelt einen optimalen Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, und zwar auf der Basis von verschiedenen Algorithmen und in Abhängigkeit von allen oder einigen der Modi A bis C, die durch den Lade-/Entladezustand einer zweiten elektrischen Speichereinrichtung (6) eingeteilt werden, und steuert den ersten DC/DC-Umsetzer (5) derart an, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus den ermittelten optimalen Sollwert Va* annimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, das die Bremsenergie eines Fahrzeugs zurückgewinnen kann und die Treibstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessern kann.
Stand der Technik
Unter den gewöhnlichen Stromversorgungssystemen dieser Art für ein Fahrzeug wurde ein solches Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen, das beim Verlangsamen des Fahrzeugs auf aggressive Weise eine Rückgewinnung der Bremsenergie durchführt, indem es die elektrische Spannung der erzeugten Leistung eines elektrischen Generators, der von einem Motor angetrieben wird und einer Batterie Energie zuführt, auf einen größeren Wert setzt als die Spannung, wenn das Fahrzeug nicht verlangsamt wird.
Unterdessen verringert es dann, wenn das Fahrzeug nicht verlangsamt wird, die Motorlast, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern, indem es die Spannung der erzeugten Leistung des elektrischen Generators auf einen niedrigeren Wert setzt als die Spannung während des Verlangsamens (siehe z. B. das unten gezeigte Patentdokument 1).
Liste der Anführungen
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2008-067 504 A .

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Da jedoch das in obigem Patentdokument 1 beschriebene herkömmliche Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug derart ausgelegt ist, dass es die Batterie lädt, indem es direkt die erzeugte Leistung des elektrischen Generators der Batterie zuführt, führt ein zu hoher Anstieg der Spannung der erzeugten Leistung des elektrischen Generators während des Verlangsamens des Fahrzeugs zu einer Verringerung der Lebensdauer der Batterie.
Daher kann die erzeugte Leistung des elektrischen Generators während des Verlangsamens nicht erhöht werden, um auf aggressive Weise Bremsenergie zurückzugewinnen, und die Menge der in der Batterie zu speichernden elektrischen Energie nimmt ab. Im Ergebnis liegt die Wirkung, die Treibstoffeffizienz zu verbessern, auf einem niedrigeren Wert.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um ein solches Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug anzugeben, das dazu in der Lage ist, die erzeugte Leistung eines elektrischen Generators während des Verlangsamens eines Fahrzeugs zu erhöhen, während eine Abnahme der Lebensdauer einer Batterie unterbunden wird, und das dazu in der Lage ist, die Menge der erzeugten Leistung des elektrischen Generators zu dämpfen, wenn das Fahrzeug nicht verlangsamt wird. Hierdurch wird eine Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Fahrzeugs erzielt.
Lösung der Probleme
Das Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf:
einen von einem Motor angetriebenen elektrischen Generator zum Erzeugen von Wechselstromenergie;
einen Gleichrichter zum Gleichrichten der von dem elektrischen Generator erzeugten Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und zum Ausgeben der Gleichstromenergie an einen Elektroenergie-Erzeugungs-Bus;
eine erste elektrische Speichereinrichtung zum Zuführen von Energie zu einer Last im Fahrzeug über einen Last-Zuführungsbus;
eine zweite elektrische Speichereinrichtung zum Aufnehmen der erzeugten Leistung von dem elektrischen Generator, um dadurch Energieschwankungen aufzufangen;
einen ersten DC/DC-Umsetzer vom Konstantspannung-Regelungstyp, der mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus verbunden ist und derart angesteuert wird, dass er die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, die die Spannung des Elektroenergie-Erzeugungs-Busses darstellt, auf einem festgelegten Sollwert hält;
einen zweiten DC/DC-Umsetzer vom Konstantspannung-Regelungstyp, der mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist und derart angesteuert wird, dass er den Eingangsstrom oder den Ausgangsstrom auf einem festgelegten Strom-Sollwert hält; und
eine Steuerschaltung zum Durchführen der Antriebssteuerung für den elektrischen Generator und für den ersten und den zweiten DC/DC-Umsetzer, um die erste elektrische Speichereinrichtung und die zweite elektrische Speichereinrichtung mit der erzeugten Leistung des elektrischen Generators und der in der zweiten elektrischen Speichereinrichtung gespeicherten Entladungsenergie zu laden.
Die Steuerschaltung ermittelt einen optimalen Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, und zwar auf der Basis von verschiedenen Algorithmen und in Abhängigkeit von allen oder einigen Betriebsarten (Modi), die durch den Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung eingeteilt (klassifiziert) werden. Sie steuert den ersten DC/DC-Umsetzer derart an, dass die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus den ermittelten optimalen Sollwert annimmt.
Wirkung der Erfindung
Gemäß dem Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug wird die erzeugte Leistung des elektrischen Generators nicht direkt der ersten elektrischen Speichereinrichtung zugeführt. Daher kann die Verringerung der Lebensdauer der ersten elektrischen Speichereinrichtung unterbunden werden.
Außerdem wird ein optimaler Sollwert der Spannung des elektrischen Generators am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus zum Verbessern der Treibstoffeffizienz ausgewählt, und zwar auf der Basis von verschiedenen Algorithmen für die jeweiligen Betriebsarten, die durch den Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung eingeteilt werden.
Der erste DC/DC-Umsetzer wird derart angesteuert, dass die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus den Sollwert annimmt. Daher kann die Treibstoffeffizienz besser als bei der herkömmlichen Methode verbessert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung (A-Modus) in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
3 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung (B-Modus) in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
4 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird (C-Modus), in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5 ein erläuterndes Diagramm, das die Relation zwischen einer Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der erzeugten Leistung eines elektrischen Generators, der Lade-/Entladeleistung einer zweiten elektrischen Speichereinrichtung und der Versorgungsleistung zu einem Last-Zuführungsbus in Verbindung mit der Veränderung bei dem Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug zeigt.
6 ein Kennlinienfeld, das die Relation der erzeugten Leistung relativ zu der Drehzahl des elektrischen Generators zeigt, der in dem Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug verwendet wird.
7 ein Kennlinienfeld, das die erzeugte Leistung und den elektrischen Wirkungsgrad der Erzeugung relativ zum Erregerstrom des elektrischen Generators zeigt, der in dem Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug verwendet wird.
8 ein Kennlinienfeld, das die Relation der optimalen Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus relativ zur Drehzahl des elektrischen Generators zeigt, welches gemäß dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung zeigt, die in dem Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug verwendet wird.
9 eine Ablaufsteuerung, die die Steuerungsverarbeitung eines ersten DC/DC-Umsetzers zeigt, die gemäß dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung durchgeführt wird, die in dem Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug verwendet wird.
10 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung (A-Modus) in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
12 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung (B-Modus) in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
13 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird (C-Modus), in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
14 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung (A-Modus) in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
16 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung (B-Modus) in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
17 ein erläuterndes Diagramm, das den Energiefluss in einem Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird (C-Modus), in dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Stromversorgungssystem gemäß Ausführungsform 1 für ein Fahrzeug weist folgendes auf: Einen von einem (nicht gezeigten) Motor angetriebenen elektrischen Generator 1 zum Erzeugen von Wechselstromenergie; einen Gleichrichter 2 zum Gleichrichten der von dem elektrischen Generator 1 erzeugten Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und zum Ausgeben der Gleichstromenergie an einen Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A; eine erste elektrische Speichereinrichtung 4 zum Zuführen von Energie zu einer Last 3 im Fahrzeug über einen Last-Zuführungsbus B; eine zweite elektrische Speichereinrichtung 6 zum Aufnehmen der erzeugten Leistung von dem elektrischen Generator 1, um dadurch Energieschwankungen aufzufangen.
Das System weist ferner folgendes auf: einen ersten DC/DC-Umsetzer 5 mit einem ersten Ende (Eingangsende), das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden ist, und einem zweiten Ende (Ausgangsende), das mit dem Last-Zuführungsbus B verbunden ist; einen zweiten DC/DC-Umsetzer 7 mit einem ersten Ende (Eingangsende), das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden ist, und einem zweiten Ende (Ausgangsende), das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 verbunden ist; und eine Steuerschaltung 8 zum Steuern des elektrischen Generators 1, des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7.
Der oben erwähnte elektrische Generator 1 ist zum Beispiel ein elektrischer AC-Generator vom Lundell-Typ, der folgendes aufweist: Einen Klauenpolrotor mit einer Erregerwicklung, einen Stator mit dreiphasigen AC-Wicklungen und einen Regelkreis. Außerdem ist der Gleichrichter 2 aufgebaut aus einer Dreiphasen-Vollwellen-Gleichrichterschaltung, und er richtet die in den dreiphasigen AC-Wicklungen des elektrischen Generators 1 induzierte Wechselspannung in Gleichspannung um.
Als erste elektrische Speichereinrichtung 4 wird eine Sekundärbatterie (Akkumulator) verwendet, die mit einer großen Energiemenge pro Volumen geladen werden kann, wie beispielsweise eine Blei-Säure-Batterie, eine Nickel-Cadmium-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie. Ihre Nennspannung ist beispielsweise 14 V.
Die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 dient dazu, die Versorgungsleistung zur Seite der ersten elektrischen Speichereinrichtung 4 hin auszugleichen, indem sie die Schwankung der erzeugten Leistung von dem elektrischen Generator 1 auffängt und beispielsweise die Versorgungsleistung für die Seite der ersten elektrischen Speichereinrichtung 4 speichert oder einen Mangel an Leistung der ersten elektrischen Speichereinrichtung 4 kompensiert.
Als zweite elektrische Speichereinrichtung 6 wird ein Kondensator mit großer Kapazität, wie beispielsweise ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator verwendet, der ein Laden und Entladen mit großer Leistung erlaubt, oder es wird eine Sekundärbatterie, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, dass ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator als zweite elektrische Speichereinrichtung 6 verwendet wird, dessen Nennspannung beispielsweise 28 V beträgt.
Als erster DC/DC-Umsetzer 5 wird ein DC/DC-Umsetzer vom Konstantspannung-Regelungstyp verwendet, der ein erstes Ende (Eingangsende) auf einer festgelegten Spannung halten kann. Beispielsweise kann als ein solcher DC/DC-Umsetzer eine DC/DC-Umsetzerschaltung, wie z. B. eine Zerhackerschaltung zum Heruntersetzen verwendet werden, die durch eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis geregelt wird, um die Spannung des ersten Endes (Eingangsendes) auf der Zielspannung zu halten.
Falls hierbei angenommen wird, dass (Veränderung der Eingangsspannung)/(Veränderung des Eingangsstroms) die Eingangsimpedanz des ersten DC/DC-Umsetzers 5 ist, dann kann der erste DC/DC-Umsetzer 5 als ein DC/DC-Umsetzer angesehen werden, der eine kleine Eingangsimpedanz hat, da der erste DC/DC-Umsetzer 5 die Eingangsspannung unabhängig vom Strom konstant hält.
Andererseits wird als zweiter DC/DC-Umsetzer 7 ein DC/DC-Umsetzer vom Konstantstromtyp verwendet, der den zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 fließenden Strom auf einem festgelegten Sollwert hält. Der zweite DC/DC-Umsetzer 7 muss auch bidirektionale Vorgänge, inklusive Laden und Entladen der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 durchführen. Daher ist es unerlässlich, dass der zweite DC/DC-Umsetzer 7 ein DC/DC-Umsetzer vom bidirektionalen Typ ist, der es ermöglicht, dass die Eingangs-Ausgangsrichtung umgekehrt wird.
Als ein solcher DC/DC-Umsetzer vom bidirektionalen Typ und Konstantstromtyp kann eine übliche DC/DC-Umsetzerschaltung, wie z. B. eine Hochsetzstellerschaltung mit Zerhackerschaltung zum Heruntersetzen verwendet werden, die durch Regelung mit geschlossenem Regelkreis geregelt wird, um den Strom der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 auf dem Sollwert zu halten.
Zudem kann der zweite DC/DC-Umsetzer 7 als ein DC/DC-Umsetzer angesehen werden, der eine hohe Eingangsimpedanz hat, da der zweite DC/DC-Umsetzer 7 derart arbeitet, dass er den Eingangsstrom unabhängig von der Spannung konstant hält.
Es sei angemerkt, dass hier aus Zweckmäßigkeitsgründen der Beschreibung einer der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des zweiten DC/DC-Umsetzers 7, der mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden ist, als „Eingangsende” bezeichnet wird, und der andere der Anschlüsse, der mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 verbunden ist, als „Ausgangsende” bezeichnet wird.
Folglich bedeuten diese nicht notwendigerweise die Transportrichtung der Energie. In dem Fall, in dem sich die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 über den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 entlädt, fließt z. B. der Strom von Seiten des „Ausgangsendes” hinein und aus der Seite des „Eingangsendes” hinaus, und die Energie fließt von der Seite des „Ausgangsendes” zur Seite des „Eingangsendes”.
Wenn hierbei der elektrische Generator 1, der Gleichrichter 2, der erste DC/DC-Umsetzer 5 und der zweite DC/DC-Umsetzer 7 mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden sind, dann sind die inneren Impedanzen des elektrischen Generators 1 und des Gleichrichters 2 genügend größer als diejenige des ersten DC/DC-Umsetzers 5. Außerdem hat der zweite DC/DC-Umsetzer 7 eine hohe Eingangs-Ausgangs-Impedanz, wie es oben beschrieben ist.
Daher kann die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus auf einen festgelegten Wert gesetzt werden, und zwar bloß dadurch, dass der erste DC/DC-Umsetzer 5 auf die niedrigste Eingangsimpedanz geregelt wird. Das heißt, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus dadurch auf der festgelegten Spannung gehalten werden kann, dass die Steuerschaltung 8 den ersten DC/DC-Umsetzer 5 steuert.
Folglich ist der Grund dafür, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus eindeutig bestimmt werden kann, dass der erste DC/DC-Umsetzer 5 mit niedriger Impedanz mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden ist, welcher den einen Schaltungs-Verbindungspunkt darstellt.
Die Steuerschaltung 8 ermittelt und bezieht folgendes: Die Drehzahl des Rotors des elektrischen Generators 1, die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, welche an den Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A angelegt wird, die Last-Zuführungsspannung Vb, welche an den Last-Zuführungsbus B angelegt wird, die Spannung Vedlc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und den Strom Ic des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 während des Ladens oder des Entladens der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6.
Sie steuert auf der Grundlage der detektierten Werte folgendes: Den elektrischen Generator 1, den ersten DC/DC-Umsetzer 5 und den zweiten DC/DC-Umsetzer 7.
Als ein Merkmal der Ausführungsform 1 gilt – wie später noch genau beschrieben wird – insbesondere folgendes: Da die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für den elektrischen Generator 1 in Abhängigkeit von dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 während der Fahrt des Fahrzeugs schwankt, wird der erste DC/DC-Umsetzer 5 derart angesteuert, dass die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus entsprechend dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 auf stabile Weise erhalten werden kann.
Bei dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, treten die folgenden drei Zustände (Modi A bis C) während der Fahrt des Fahrzeugs auf, und zwar in Abhängigkeit von dem Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6. Nachstehend werden die Charakteristiken der Modi A bis C unter Bezugnahme auf 2 bis 5 beschrieben.
2 bis 4 sind Diagramme, die im Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug den Energiefluss in den jeweiligen Modi A bis C zeigen. Außerdem zeigt 5 eine Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und es zeigt einhergehend mit dieser Veränderung folgendes: Die erzeugte Leistung Pa des elektrischen Generators 1, die Lade-/Entladeleistung Pc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und die Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B.
Es sei angemerkt, dass die erzeugte Leistung Pa des elektrischen Generators 1 gleich einem Wert ist, der erhalten wird, indem die Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B und die Lade-/Entladeleistung Pc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 summiert werden.
1. Modus A (Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Der Modus A tritt hauptsächlich beim Verlangsamen des Fahrzeugs auf (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 in 5).
Das bedeutet folgendes: Wenn das Fahrzeug verlangsamt wird, dann steuert die Steuerschaltung 8 den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 derart an, dass die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 geladen wird. Wie in 2 gezeigt, wird im Ergebnis die vom elektrischen Generator 1 erzeugte Energie durch den ersten DC/DC-Umsetzer 5 zum Last-Zuführungsbus B übertragen, und sie wird auch zur zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 übertragen. Da die Quelle von dem elektrischen Generator 1 erzeugter rückgewonnener Energie kinetische Energie ist, die auf der Masse und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs beruht, wird zu diesem Zeitpunkt keine Energie aus dem Treibstoff verbraucht.
Falls die Rückgewinnung der Energie zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 während des Verlangsamens in kurzer Zeit und mit großer Leistung durchgeführt wird, kann die Menge an rückgewonnener Leistung erhöht werden, und daher kann die Treibstoffeffizienz noch weiter verbessert werden.
Daher ist es im Modus A wünschenswert, dass die Übertragung der erzeugten Leistung des elektrischen Generators 1 zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und zum Last-Zuführungsbus B in dem Zustand durchgeführt wird, in dem der elektrische Generator 1 die größtmögliche Leistung erzeugen kann.
Es sei angemerkt, dass es Fälle gibt, in welchen der Modus A in Abhängigkeit von anderen Zuständen sogar während des Verlangsamens nicht auftritt. Solche Fälle beinhalten beispielsweise den Fall, wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 (z. B. ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator) ihre obere Grenzspannung erreicht hat, so dass die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 nicht weiter geladen werden kann, und den Fall, wenn die maximale erzeugte Leistung des elektrischen Generators 1 gleich groß wie die Leistung ist, die dem Last-Zuführungsbus B zugeführt werden soll, und daher die Leistung nicht der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zugeführt werden kann.
2. Modus B (Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Der Modus B tritt hauptsächlich in dem Fall auf, wenn ein Fahrzeug sich in einem von dem Verlangsamen verschiedenen Zustand befindet und die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 entladen werden kann (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 in 5).
Das bedeutet folgendes: Wenn das Verlangsamen des Fahrzeugs beendet worden ist, dann steuert die Steuerschaltung 8 den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 derart an, dass Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 entladen wird. Falls die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 Energie zur Seite des Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A zuführen kann, dann beendet die Steuerschaltung 8 das Zuführen von Strom zu der Erregerwicklung des elektrischen Generators 1.
Daher beendet der elektrische Generator 1 dessen Erzeugung von Elektroenergie, so dass die Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zur Seite des Last-Zuführungsbusses B geführt wird, wie es in 3 gezeigt ist. Da im Modus B die Zufuhr von Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B inklusive der Last 3 im Fahrzeug durch die gespeicherte Energie der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 durchgeführt wird, so wird folglich keine Energie aus dem Treibstoff verbraucht, um Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B zuzuführen.
Daher ist es im Modus B für eine effiziente Übertragung von Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zur Seite des Last-Zuführungsbusses B wünschenswert, dass die Übertragung in dem Zustand durchgeführt wird, in welchem die Wirkungsgrade der Leistungsumwandlung des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 maximiert werden.
Es sei angemerkt, dass der Modus B endet, wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ihre untere Grenzspannung (zum Zeitpunkt t3 in 5) erreicht hat und daher eine weitere Entladung nicht stattfinden kann.
3. Modus C (Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird)
Der Modus C tritt hauptsächlich in dem Fall auf, wenn ein Fahrzeug sich in einem von dem Verlangsamen verschiedenen Zustand befindet und die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 nicht entladen werden kann (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 in 5).
Wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ihre untere Grenzspannung (zum Zeitpunkt t3 in 5) erreicht hat und daher eine weitere Entladung nicht stattfinden kann, heißt dies, dass die Steuerschaltung 8 den Betrieb des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 unterbricht. Da in diesem Fall Strom zu der Erregerwicklung des elektrischen Generators 1 geführt wird, erzeugt außerdem der elektrische Generator 1 nur diejenige Leistungsmenge, die benötigt wird, um Leistung dem Last-Zuführungsbus B zuzuführen, so dass die Energie wie in 4 gezeigt übertragen wird.
Falls das Fahrzeug nicht verlangsamt wird, dann wird zu diesem Zeitpunkt nur eine solche Energiemenge aus dem Treibstoff verbraucht, die benötigt wird, um die Leistung dem Last-Zuführungsbus B zuzuführen. Um im Modus C den Energieverbrauch aus Treibstoff so weit wie möglich zu unterbinden, ist es daher wünschenswert, dass der obige Ablauf in dem Zustand durchgeführt wird, in welchem der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung des elektrischen Generators 1 maximiert ist.
Wenn die Verteilung der obigen Modi A und B derart optimiert wird, dass der Zeitanteil des Modus C – in welchem Energie aus Treibstoff verbraucht wird – so weit wie möglich verringert wird, dann kann die Treibstoffeffizienz des Gesamtsystems verbessert werden. Dies ist ein Grundprinzip für die Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Systems in der vorliegenden Ausführungsform.
Im folgenden werden bestimmte Arten, d. h. Bedingungen für die optimale Auswahl der Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus gemäß den jeweiligen obigen in den Modi A bis C benötigten Charakteristiken beschrieben.
1. Fall im Modus A (Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Wie in 2 gezeigt, wird rückgewonnene Leistung des elektrischen Generators 1 während des Verlangsamens des Fahrzeugs verwendet. Daher ist es erforderlich, dass der elektrische Generator 1 eine große Leistung erzeugt.
6 ist ein Kennlinienfeld, das die Relation zwischen der Drehzahl und der erzeugten Leistung Pa des elektrischen Generators 1 zeigt, wenn die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus 11 V, 14 V, 17 V, 20 V, 23 V und 26 V beträgt.
Wie in 6 gezeigt, ergibt sich eine dahingehende Charakteristik, dass in dem Fall, in welchem die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus konstant ist, wenn die Drehzahl des elektrischen Generators 1 gleich groß wie oder kleiner als ein festgelegter Minimalwert ist, die erzeugte Leistung Pa Null ist, und dass, sobald die Drehzahl den festgelegten Minimalwert übersteigt, die erzeugte Leistung Pa allmählich ansteigt, wenn die Drehzahl zunimmt, um schließlich gegen einen konstanten Wert zu konvergieren.
Zudem ergibt sich, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, die die maximale erzeugte Leistung Pa verursacht, in Abhängigkeit von der Drehzahl des elektrischen Generators verschieden ist.
Es sei angemerkt, dass 6 den Fall zeigt, in welchem der Erregerstrom des elektrischen Generators 1 konstant ist. Sogar dann, wenn sich der Erregerstrom ändert, verändert sich jedoch nicht die Relation der Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, die die maximale erzeugte Leistung Pa bei der jeweiligen Drehzahl verursacht. Daraus ergibt sich, dass im Modus A die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, welche es bei der jeweiligen Drehzahl des elektrischen Generators 1 ermöglicht, dass die Maximalleistung erzeugt wird, als ein Sollwert verwendet werden kann.
2. Fall im Modus B (Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Wie in 3 gezeigt, wird im Modus B Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 durch den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 und den ersten DC/DC-Umsetzer 5 an den Last-Zuführungsbus B übertragen. In einem Zeitraum, der von einer Verlangsamung des Fahrzeugs verschieden ist, kann – falls der Zustand des Modus B so lange wie möglich beibehalten werden kann – der Zeitanteil des Modus C verringert werden, so dass die Treibstoffeffizienz verbessert werden kann. Daher ist es im Modus B wünschenswert, dass Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 mit nur geringen Verlusten zum Last-Zuführungsbus B übertragen wird.
Um dies zu erreichen, hat es sich gezeigt, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, die den kombinierten Energieumwandlungs-Wirkungsgrad des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 maximiert, als ein Sollwert verwendet werden kann. Da der elektrische Generator 1 die Erzeugung elektrischer Energie unterbrochen hat, hängt zu diesem Zeitpunkt die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus als Sollwert nicht von der Drehzahl des elektrischen Generators 1 ab.
3. Fall im Modus C (Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird)
Wie in 4 gezeigt, unterbricht im Modus C der zweite DC/DC-Umsetzer 6 seinen Betrieb, und der elektrische Generator 1 erzeugt nur ein solche Menge an Leistung, die benötigt wird, um Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B zu übertragen. Um die Treibstoffeffizienz im Modus C zu verbessern, ist es daher wünschenswert, dass der Wirkungsgrad der elektrischen Erzeugung des elektrischen Generators 1 hoch ist, und dass der Energieumwandlungs-Wirkungsgrad des ersten DC/DC-Umsetzers 5 hoch ist.
Da im allgemeinen der Wirkungsgrad der elektrischen Erzeugung des elektrischen Generators 1 im Vergleich zum Energieumwandlungs-Wirkungsgrad des DC/DC-Umsetzers niedrig ist, hat in diesem Fall die Verbesserung des Wirkungsgrades der elektrischen Erzeugung des elektrischen Generators 1 eine größere Wirkung hinsichtlich der Verbesserung der Treibstoffeffizienz zur Folge.
7 ist ein Kennlinienfeld, das beim Erzeugen elektrischer Energie durch den elektrischen Generator 1 die Relation zwischen der erzeugten Leistung (vertikale Achse auf der linken Seite in 7) und dem Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung (vertikale Achse auf der rechten Seite in 7) relativ zum Erregerstrom zeigt, wenn die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus 14 V und 28 V ist. Es sei angemerkt, dass die Drehzahl des elektrischen Generators 1 in diesem Fall fest ist.
Aus 7 ist ersichtlich, dass im Modus A, der die Erzeugung einer großen Leistung erfordert, die Bedingung zum Erzeugen der größtmöglichen Leistung diejenige ist, die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus bei maximalem Erregerstrom auf 28 V zu setzen.
Im Modus C muss andererseits nur Leistung erzeugt werden, die dem Last-Zuführungsbus B zugeführt werden soll. Daher ist die benötigte Leistung kleiner als diejenige im Modus A. Wenn die erzeugte Leistung des elektrischen Generators 1, die im Modus C benötigt wird, beispielsweise 300 W ist, ergibt sich, dass der Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung dann, wenn die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus 14 V beträgt und der Erregerstrom des elektrischen Generators 1 einen Wert von 1,2 A besitzt, größer ist als dann, wenn die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus 28 V beträgt und der Erregerstrom des elektrischen Generators 1 einen Wert von 2 A besitzt. Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist hierbei, dass die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus im Modus A, der die maximale erzeugte Leistung des elektrischen Generators 1 zum Ziel hat, nicht die gleiche ist wie im Modus C, welcher den maximalen Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung des elektrischen Generators 1 zum Ziel hat.
8 ist ein Kennlinienfeld, das angibt, wie ein Sollwert zum Erhalten der optimalen Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus bei der jeweiligen Drehzahl des elektrischen Generators 1 gewählt wird (nachstehend als Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus bezeichnet), um an den jeweiligen Modus A bis C angepasst zu sein.
Im Modus A und im Modus C wird der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus in Abhängigkeit der Drehzahl des elektrischen Generators 1 ermittelt. Im Modus A kann insbesondere der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus derart eingestellt werden, dass die maximale erzeugte Leistung Pa gemäß der Drehzahl des elektrischen Generators 1 erhalten wird.
Da sich der Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung des elektrischen Generators 1 im Modus C – wie in 7 gezeigt – in Abhängigkeit von der erzeugten Leistung, die dem Last-Zuführungsbus zugeführt wird, und dem Erregerstrom des elektrischen Generators 1 unterscheidet, kann der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus derart eingestellt werden, dass der maximale Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung erhalten wird, indem die erzeugte Leistung, die dem Last-Zuführungsbus zugeführt wird, und der Erregerstrom des elektrischen Generators 1 als zusätzliche Parameter zusammen mit der Drehzahl des elektrischen Generators 1 verwendet werden.
Da im Modus B der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus nicht von der Drehzahl des elektrischen Generators 1 abhängt, kann die der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade der Leistungsumwandlung des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 eingestellt werden.
Die einfachste Art, den an den jeweiligen Modus A bis C angepassten Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus derart einzustellen, ist folgende: Im Voraus wird in einem Speicher der Steuerschaltung 8 eine Tabelle vorbereitet, in welcher der optimale Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus eingestellt und für jeden der Modi A bis C eingetragen wird, und zwar in Abhängigkeit von Parametern wie z. B. der Drehzahl, der erzeugten Leistung und des Erregerstroms des elektrischen Generators 1, und der optimale Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus wird für jeden der Modi A bis C aus den detektierten Parametern ermittelt.
Falls dann der optimale Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für jeden der Modi A bis C eingestellt werden kann, wird es möglich, auf eindeutige Weise die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus auf einem festgelegten Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus zu halten, indem der erste DC/DC-Umsetzer 5 wie oben beschrieben gesteuert wird.
Die Steuerung des ersten DC/DC-Umsetzers 5 durch die Steuerschaltung 8, um die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus auf einem festgelegten Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus zu halten, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in 9 gezeigte Ablaufsteuerung beschrieben. Es sei angemerkt, dass der Buchstabe „S” in der nachfolgenden Beschreibung einen Verarbeitungsschritt bezeichnet.
In jedem Steuerzyklus wird eine Steuerungsprozedur vom Beginn bis zum Ende durchgeführt. Wenn die Steuerungsprozedur begonnen wird, detektiert die Steuerschaltung 8 verschiedene Parameter, wie z. B. die Drehzahl des elektrischen Generators 1 und die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, welche für die Steuerung benötigt werden (Schritt S1). Dann wird ermittelt, welcher der oben beschriebenen Modi A bis C der aktuelle Zustand ist (Schritt S2).
Falls der aktuelle Zustand der Modus A ist, dann wird der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für den Modus A aus der Tabelle ausgewählt (Schritt S3). Falls der aktuelle Zustand der Modus B ist, dann wird der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für den Modus B aus der Tabelle ausgewählt (Schritt S4).
Falls der aktuelle Zustand der Modus C ist, dann wird der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für den Modus C aus der Tabelle ausgewählt (Schritt S5). Nachdem so der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus eingestellt wurde, führt die Steuerschaltung 8 eine Regelung des ersten DC/DC-Umsetzers 5 mit geschlossenem Regelkreis mittels Proportional-Integral-Regelung oder dergleichen durch, um so die Abweichung zwischen dem Sollwert der Spannung Va* am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus und der detektierten Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus zu beseitigen (Schritt S6).
Es sei angemerkt, dass eine Steuerungsprozedur zum Ermitteln, welcher der Modi A bis C der aktuelle Zustand ist, eine Steuerungsprozedur zum Steuern der Elektrizitätserzeugung des elektrischen Generators 1 und eine Steuerungsprozedur des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 zum Steuern des Ladens und Entladens der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 jeweils in jedem Steuerzyklus ausgeführt werden. Es finden sich verschiedenartige mögliche Wege, um diese Steuerungsprozeduren durchzuführen.
Der Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist jedoch, wie der Sollwert Va* der optimalen Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für jeden der Modi A bis C mittels Steuerung des ersten DC/DC-Umsetzers 5 eingestellt wird, und zwar im Hinblick auf die Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Fahrzeugs. Daher erfolgt hier keine genauere Beschreibung der Arten für die oben erwähnten Steuerungsprozeduren.
Außerdem wird der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus hier auf der Basis von Algorithmen ermittelt, die zwischen den Modi A bis C unterschiedlich sind und die durch den Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 eingeteilt werden. In dem in 8 gezeigten Fall bedeutet dies beispielsweise, dass drei Geraden verwendet werden, da sich die Algorithmen zum Einstellen des jeweiligen Sollwerts Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus bei den verschiedenen Modi A bis C unterscheiden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Sollwert Va* der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus im Modus A und im Modus C auch durch den gleichen Algorithmus eingestellt werden (in diesem Fall werden in 8 zwei Geraden verwendet, da die Anzahl von Algorithmen zwei beträgt).
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann – wie oben beschrieben – der Sollwert Va* der optimalen Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für jeden der Modi A bis C eingestellt werden, die durch den Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 eingeteilt werden. Daher gilt folgendes: Im Modus A kann die Menge von Rückgewinnungsenergie erhöht werden.
Im Modus B kann die in der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 gespeicherte Energie mit geringen Verlusten der Last 3 im Fahrzeug zugeführt werden. Im Modus C kann Leistung mit geringen Treibstoff-Energieverlusten der Last 3 im Fahrzeug zugeführt werden. Folglich kann insgesamt die Treibstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden.
In obiger Beschreibung stellt die Steuerschaltung 8 den Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus ein, indem sie die Drehzahl des elektrischen Generators 1 detektiert. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Drehzahl des elektrischen Generators 1 proportional ist zu der Drehzahl des Motors, kann statt dessen jedoch auch der Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus eingestellt werden, indem die Drehzahl des Motors detektiert wird.
Ausführungsform 2
10 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Bestandteile dieses Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen gemäß Ausführungsform 1. Die Anschlussverhältnisse des ersten DC/DC-Umsetzers und des zweiten DC/DC-Umsetzers in Bezug auf die übrigen Bestandteile unterscheiden sich jedoch von Ausführungsform 1.
Das Stromversorgungssystem gemäß Ausführungsform 2 für ein Fahrzeug weist folgendes auf: Einen von einem (nicht gezeigten) Motor angetriebenen elektrischen Generator 1 zum Erzeugen von Wechselstromenergie; einen Gleichrichter 2 zum Gleichrichten der von dem elektrischen Generator 1 erzeugten Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und zum Ausgeben der Gleichstromenergie an einen Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A; eine erste elektrische Speichereinrichtung 4 zum Zuführen von Energie zu einer Last 3 im Fahrzeug über einen Last-Zuführungsbus B; eine zweite elektrische Speichereinrichtung 6 zum Aufnehmen der erzeugten Leistung von dem elektrischen Generator 1, um dadurch Energieschwankungen zu kompensieren.
Das System weist ferner folgendes auf: einen ersten DC/DC-Umsetzer 5 mit einem ersten Ende (Eingangsende), das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden ist, und einem zweiten Ende (Ausgangsende), das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 verbunden ist; einen zweiten DC/DC-Umsetzer 7 mit einem ersten Ende (Eingangsende), das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 verbunden ist, und einem zweiten Ende (Ausgangsende), das mit dem Last-Zuführungsbus B verbunden ist; und eine Steuerschaltung 8 zum Steuern des elektrischen Generators 1, des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7.
Die Details des elektrischen Generators 1, der ersten elektrischen Speichereinrichtung 4, der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und des ersten DC/DC-Umsetzers 5 sind die gleichen wie diejenigen, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben wurden.
Als zweiter DC/DC-Umsetzer 7 kommt ein DC/DC-Umsetzer vom Konstantstromtyp zum Einsatz, der den Strom, der für die Spannung am Last-Zuführungsbus B fließt und von einer Last benötigt wird, auf einem festgelegten Wert hält. Als ein solcher DC/DC-Umsetzer vom Konstantstromtyp kann eine übliche DC/DC-Umsetzerschaltung wie z. B. eine Hochsetzstellerschaltung mit Zerhackerschaltung zum Heruntersetzen verwendet werden, die durch Regelung mit geschlossenem Regelkreis geregelt wird, um den Strom für die Spannung am Last-Zuführungsbus B auf dem Strom-Sollwert zu halten.
Zudem kann der zweite DC/DC-Umsetzer 7 als ein DC/DC-Umsetzer angesehen werden, der eine hohe Eingangsimpedanz hat, da der zweite DC/DC-Umsetzer 7 derart arbeitet, dass er den Eingangsstrom unabhängig von der Spannung konstant hält.
Wenn der elektrische Generator 1, der Gleichrichter 2 und der erste DC/DC-Umsetzer 5 hierbei mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden sind, dann sind die inneren Impedanzen des elektrischen Generators 1 und des Gleichrichters 2 genügend größer als diejenige des ersten DC/DC-Umsetzers 5. Daher kann die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus auf einen festgelegten Wert gesetzt werden, und zwar bloß dadurch, dass der erste DC/DC-Umsetzer 5 auf die niedrigste Eingangsimpedanz geregelt wird.
Das heißt, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus dadurch auf der festgelegten Spannung gehalten werden kann, dass die Steuerschaltung 8 den ersten DC/DC-Umsetzer 5 steuert.
Die Steuerschaltung 8 ermittelt und bezieht folgendes: die Drehzahl des Rotors des elektrischen Generators 1, die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, welche an den Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A angelegt wird, die Last-Zuführungsspannung Vb, welche an den Last-Zuführungsbus B angelegt wird, die Spannung Vedlc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und den Ausgangsstrom des zweiten DC/DC-Umsetzers 7. Sie steuert auf Grundlage der detektierten Werte folgendes: Den elektrischen Generator 1, den ersten DC/DC-Umsetzer 5 und den zweiten DC/DC-Umsetzer 7.
Als ein Merkmal der Ausführungsform 2 gilt – wie später noch genau beschrieben wird – insbesondere folgendes: Da die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für den elektrischen Generator 1 in Abhängigkeit von dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 während der Fahrt des Fahrzeugs schwankt, wird der erste DC/DC-Umsetzer 5 derart angesteuert, dass die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus entsprechend dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 auf stabile Weise erhalten werden kann.
Bei dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, treten die folgenden drei Zustände (Modi A bis C) während der Fahrt des Fahrzeugs auf, und zwar in Abhängigkeit von dem Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6. Nachstehend werden die Charakteristiken der Modi A bis C unter Bezugnahme auf 5 und 11 bis 13 beschrieben.
11 bis 13 sind Diagramme, die in den jeweiligen Modi A bis C im Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Energiefluss zeigen. Außerdem zeigt 5 eine Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und es zeigt einhergehend mit dieser Veränderung folgendes: Die erzeugte Leistung Pa des elektrischen Generators 1, die Lade-/Entladeleistung Pc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und die Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B.
Es sei angemerkt, dass die erzeugte Leistung Pa des elektrischen Generators 1 gleich einem Wert ist, der erhalten wird, indem die Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B und die Lade-/Entladeleistung Pc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 summiert werden.
1. Modus A (Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Der Modus A tritt hauptsächlich beim Verlangsamen des Fahrzeugs auf (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 in 5). Dies bedeutet folgendes: Wenn das Fahrzeug verlangsamt wird, dann steuert die Steuerschaltung 8 den elektrischen Generator 1 und den zweiten DC/DC-Umsetzer 7, indem sie diesen Anweisungen zuführt, um die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 mit der Differenzleistung zwischen der erzeugten Leistung Pa des elektrischen Generators 1 und der Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B zu laden.
Wie in 11 gezeigt, wird im Ergebnis die vom elektrischen Generator 1 erzeugte Energie durch den ersten DC/DC-Umsetzer 5 und den zweiten DC/DC-Umsetzer zum Last-Zuführungsbus B übertragen, und sie wird auch durch den ersten DC/DC-Umsetzer 5 zur zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 übertragen. Da die Quelle von dem elektrischen Generator 1 erzeugter rückgewonnener Energie kinetische Energie ist, die auf der Masse und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs beruht, wird zu diesem Zeitpunkt keine Energie aus dem Treibstoff, der ein Brennstoff ist, verbraucht.
Falls die Rückgewinnung der Energie zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 während des Verlangsamens in kurzer Zeit und mit großer Leistung durchgeführt wird, kann die Menge an rückgewonnener Leistung erhöht werden, und daher kann die Treibstoffeffizienz noch weiter verbessert werden. Daher ist es im Modus A wünschenswert, dass die Übertragung der erzeugten Leistung des elektrischen Generators 1 zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und zum Last-Zuführungsbus B in dem Zustand durchgeführt wird, wenn der elektrische Generator 1 die größtmögliche Leistung erzeugen kann.
Es sei angemerkt, dass es Fälle gibt, in welchen der Modus A in Abhängigkeit von anderen Zuständen sogar während des Verlangsamens nicht auftritt. Solche Fälle beinhalten beispielsweise den Fall, wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 (z. B. ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator) ihre obere Grenzspannung erreicht hat, so dass die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 nicht weiter geladen werden kann, und den Fall, wenn die maximale erzeugte Leistung des elektrischen Generators 1 gleich groß wie die Leistung ist, die dem Last-Zuführungsbus B zugeführt werden soll, und daher die Leistung nicht der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zugeführt werden kann.
2. Modus B (Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Der Modus B tritt hauptsächlich in dem Fall auf, wenn ein Fahrzeug sich in einem von dem Verlangsamen verschiedenen Zustand befindet und die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 entladen werden kann (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 in 5). Das bedeutet folgendes: Wenn das Verlangsamen des Fahrzeugs beendet worden ist, dann steuert die Steuerschaltung 8 den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 derart an, dass Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 entladen wird.
Falls die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 Energie zur Seite des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 zuführen kann, dann beendet die Steuerschaltung 8 das Zuführen von Strom zu der Erregerwicklung des elektrischen Generators 1. Daher beendet der elektrische Generator 1 dessen Erzeugung von Elektroenergie, so dass die Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zur Seite des Last-Zuführungsbusses B geführt wird, wie es in 12 gezeigt ist.
Da im Modus B die Zufuhr von Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B inklusive der Last 3 im Fahrzeug durch die gespeicherte Energie der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 durchgeführt wird, wird folglich keine Energie aus dem Treibstoffverbraucht, um Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B zuzuführen.
Im Modus B ist die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A nicht beteiligt. Sie muss daher nicht genauer berücksichtigt werden. Es sei angemerkt, dass der Modus B endet, wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ihre untere Grenzspannung (zum Zeitpunkt t3 in 5) erreicht hat und daher eine weitere Entladung nicht stattfinden kann.
3. Modus C (Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird)
Der Modus C tritt hauptsächlich in dem Fall auf, wenn ein Fahrzeug sich in einem von dem Verlangsamen verschiedenen Zustand befindet und die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 nicht entladen werden kann (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 in 5).
Das bedeutet folgendes: Wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ihre untere Grenzspannung erreicht hat (in 5 zum Zeitpunkt t3) und die Speichereinrichtung daher nicht weiter entladen werden kann, dann steuert die Steuerschaltung 8 die Differenz zwischen der erzeugten Leistung Pa des elektrischen Generators 1 und der Leistung Pb, die mittels des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 dem Last-Zuführungsbus B zugeführt wird, derart, dass sie Null wird. Dadurch wird das Laden/Entladen der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 unterbrochen, so dass die Energie wie in 13 gezeigt übertragen wird.
Falls das Fahrzeug nicht verlangsamt wird, so wird zu diesem Zeitpunkt nur eine solche Energiemenge aus dem Treibstoffverbraucht, die benötigt wird, um die Leistung dem Last-Zuführungsbus B zuzuführen. Um im Modus C den Energieverbrauch aus Treibstoff so weit wie möglich zu dämpfen, ist es daher wünschenswert, dass der obige Ablauf in dem Zustand durchgeführt wird, in welchem der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung des elektrischen Generators 1 maximiert wird.
Wenn die Verteilung der obigen Modi A und B derart optimiert wird, dass der Zeitanteil des Modus C – in welchem Energie aus Treibstoffverbraucht wird – so weit wie möglich verringert wird, dann kann die Treibstoffeffizienz des Gesamtsystems verbessert werden. Dies ist ein Grundprinzip für die Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Systems in Ausführungsform 2.
Hier wird der Unterschied zwischen Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 unter Berücksichtigung des Übertragungspfades der Energie und der Verluste in den DC/DC-Umsetzern beschrieben.
Im Modus A geht bei der Ausführungsform 1 die Energie, die vom elektrischen Generator 1 zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 übertragen wird, durch den zweiten DC/DC-Umsetzer 7. Andererseits geht sie in der Ausführungsform 2 durch den ersten DC/DC-Umsetzer 5. Das heißt, dass in jeder der Ausführungsformen die zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 übertragene Energie einmal durch den DC/DC-Umsetzer hindurchgeht. Daher sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer die gleichen.
Die Anzahl von Malen, welche die Energie, die von dem elektrischen Generator 1 zu der Last 3 im Fahrzeug übertragen wird, durch den DC/DC-Umsetzer hindurchgeht, ist in Ausführungsform 1 einmal (erster DC/DC-Umsetzer 5), und in Ausführungsform 2 zweimal (erster DC/DC-Umsetzer 5 und zweiter DC/DC-Umsetzer 7). Folglich sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer in Ausführungsform 1 geringer.
Im Modus B gilt folgendes: Die Anzahl von Malen, welche die Energie, die von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zu der Last 3 im Fahrzeug übertragen wird, durch den DC/DC-Umsetzer hindurchgeht, ist in Ausführungsform 1, zweimal (erster DC/DC-Umsetzer 5 und zweiter DC/DC-Umsetzer 7), und in Ausführungsform 7 einmal (zweiter DC/DC-Umsetzer 7). Folglich sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer in Ausführungsform 2 geringer.
Im Modus C gilt folgendes: Die Anzahl von Malen, welche die Energie, die von dem elektrischen Generator 1 zu der Last 3 im Fahrzeug übertragen wird, durch den DC/DC-Umsetzer hindurchgeht, ist in Ausführungsform 1 einmal (erster DC/DC-Umsetzer 5), und in Ausführungsform 2 zweimal (erster DC/DC-Umsetzer 5 und zweiter DC/DC-Umsetzer 7). Folglich sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer in Ausführungsform 1 geringer.
Im Hinblick auf die Energieverluste beim Hindurchgehen durch den DC/DC-Umsetzer haben also beide Ausführungsformen ihre Vor- und Nachteile. Daher kann eine der Ausführungsformen in der Phase des Systemdesigns gemäß der beabsichtigten Verwendung ausgewählt werden.
Das heißt folgendes: Im Falle, dass die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 mit kleiner Kapazität im Hinblick auf die Kosten verwendet wird, steigt der Zeitanteil des Modus C an. In diesem Falle ist die Ausführungsform 1, bei welcher die Verluste bei direkter Energieübertragung von dem elektrischen Generator 1 zur Last 3 im Fahrzeug klein sind, vorteilhafter für die Wirkung der Verbesserung der Treibstoffeffizienz.
In dem Fall, in welchem die Kapazität der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ausreichend erhöht werden kann, nimmt der Zeitanteil des Modus C ab. In diesem Fall ist die Ausführungsform 2, bei welcher Verluste beim Laden oder Entladen der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 im Modus A und im Modus B unterbunden werden, vorteilhafter für die Wirkung der Verbesserung der Treibstoffeffizienz.
Spezifische Arten zum optimalen Einstellen der Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus gemäß den obigen jeweiligen Charakteristiken, die in den Modi A bis C benötigt werden, und die Art zum Steuern der Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, sind die gleichen wie in der obigen Ausführungsform 1. Daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Ausführungsform 3
14 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Bestandteile dieses Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen aus Ausführungsform 1. Die Anschlussverhältnisse des ersten DC/DC-Umsetzers und des zweiten DC/DC-Umsetzers in Bezug auf die übrigen Bestandteile unterscheiden sich jedoch von Ausführungsform 1.
Das Stromversorgungssystem gemäß Ausführungsform 3 für ein Fahrzeug weist folgendes auf: Einen von einem (nicht gezeigten) Motor angetriebenen elektrischen Generator 1 zum Erzeugen von Wechselstromenergie; einen Gleichrichter 2 zum Gleichrichten der von dem elektrischen Generator 1 erzeugten Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und zum Ausgeben der Gleichstromenergie an einen Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A; eine erste elektrische Speichereinrichtung 4 zum Zuführen von Energie zu einer Last 3 im Fahrzeug über einen Last-Zuführungsbus B; eine zweite elektrische Speichereinrichtung 6 zum Aufnehmen der erzeugten Leistung von dem elektrischen Generator 1, um dadurch Energieschwankungen aufzufangen.
Das System weist ferner folgendes auf: einen ersten DC/DC-Umsetzer 5 mit einem ersten Ende (Eingangsende), das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden ist, und einem zweiten Ende (Ausgangsende), das mit dem Last-Zuführungsbus B verbunden ist; einen zweiten DC/DC-Umsetzer 7 mit einem ersten Ende (Eingangsende), das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 verbunden ist, und einem zweiten Ende (Ausgangsende), das mit dem Last-Zuführungsbus B verbunden ist; und eine Steuerschaltung 8 zum Steuern des elektrischen Generators 1, des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7.
Die Details des elektrischen Generators 1, der ersten elektrischen Speichereinrichtung 4, der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6, des ersten DC/DC-Umsetzers 5 und des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 sind die gleichen wie diejenigen, die bei der Ausführungsform 7 beschrieben wurden.
Wenn der elektrische Generator 1, der Gleichrichter 2 und der erste DC/DC-Umsetzer 5 hierbei mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A verbunden sind, dann sind die inneren Impedanzen des elektrischen Generators 1 und des Gleichrichters 2 genügend größer als diejenige des ersten DC/DC-Umsetzers 5.
Daher kann die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus auf einen festgelegten Wert gesetzt werden, und zwar bloß dadurch, dass der erste DC/DC-Umsetzer 5 auf die niedrigste Eingangsimpedanz geregelt wird. Das heißt, dass die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus dadurch auf der festgelegten Spannung gehalten werden kann, dass die Steuerschaltung 8 den ersten DC/DC-Umsetzer 5 steuert.
Die Steuerschaltung 8 ermittelt und bezieht folgendes: Die Drehzahl des Rotors des elektrischen Generators 1, die Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, welche an den Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A angelegt wird, die Last-Zuführungsspannung Vb, welche an den Last-Zuführungsbus B angelegt wird, die Spannung Vedlc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und den Strom Ic des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 während des Ladens oder des Entladens der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6. Sie steuert auf der Grundlage der detektierten Werte folgendes: Den elektrischen Generator 1, den ersten DC/DC-Umsetzer 5 und den zweiten DC/DC-Umsetzer 7.
Als ein Merkmal der Ausführungsform 3 gilt – wie später noch genau beschrieben wird – insbesondere folgendes: Da die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus für den elektrischen Generator 1 in Abhängigkeit von dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 während der Fahrt des Fahrzeugs schwankt, wird der erste DC/DC-Umsetzer 5 derart angesteuert, dass die optimale Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus entsprechend dem Lade-/Entladezustand (Modi A bis C) der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 auf stabile Weise erhalten werden kann.
Bei dem Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, treten die folgenden drei Zustände (Modi A bis C) während der Fahrt des Fahrzeugs auf, und zwar in Abhängigkeit des Lade-/Entladezustands der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6. Nachstehend werden die Charakteristiken der Modi A bis C unter Bezugnahme auf 5 und 15 bis 17 beschrieben.
15 bis 17 sind Diagramme, die den Energiefluss in den jeweiligen Modi A bis C im Stromversorgungssystem gemäß Ausführungsform 3 für ein Fahrzeug zeigen. Außerdem zeigt 5 eine Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und es zeigt einhergehend mit dieser Veränderung folgendes: Die erzeugte Leistung Pa des elektrischen Generators 1, die Lade-/Entladeleistung Pc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und die Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B.
Es sei angemerkt, dass die erzeugte Leistung Pa des elektrischen Generators 1 gleich einem Wert ist, der erhalten wird, indem die Versorgungsleistung Pb zum Last-Zuführungsbus B und die Lade-/Entladeleistung Pc der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 summiert werden.
1. Modus A (Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Der Modus A tritt hauptsächlich beim Verlangsamen des Fahrzeugs auf (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 in 5). Das bedeutet folgendes: Wenn das Fahrzeug verlangsamt wird, dann steuert die Steuerschaltung 8 den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 derart an, dass die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 geladen wird. Wie in 15 gezeigt, wird im Ergebnis die vom elektrischen Generator 1 erzeugte Energie durch den ersten DC/DC-Umsetzer 5 zum Last-Zuführungsbus B übertragen, und sie wird auch durch den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 zur zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 übertragen.
Da die Quelle von dem elektrischen Generator 1 erzeugter rückgewonnener Energie kinetische Energie ist, die auf der Masse und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs beruht, wird zu diesem Zeitpunkt keine Energie aus dem Treibstoff verbraucht. Falls die Rückgewinnung der Energie zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 während des Verlangsamens in kurzer Zeit und mit großer Leistung durchgeführt wird, kann die Menge rückgewonnener Leistung erhöht werden, und daher kann die Treibstoffeffizienz noch weiter verbessert werden.
Daher ist es im Modus A wünschenswert, dass die Übertragung der erzeugten Leistung des elektrischen Generators 1 zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 und zum Last-Zuführungsbus B in dem Zustand durchgeführt wird, wenn der elektrische Generator 1 die größtmögliche Leistung erzeugen kann.
Es sei angemerkt, dass es Fälle gibt, in welchen der Modus A in Abhängigkeit von anderen Zuständen sogar während des Verlangsamens nicht auftritt. Solche Fälle beinhalten beispielsweise den Fall, wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 (z. B. ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator) ihre obere Grenzspannung erreicht hat, so dass die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 nicht weiter geladen werden kann, und den Fall, wenn die maximale erzeugte Leistung des elektrischen Generators 1 gleich groß wie die Leistung ist, die dem Last-Zuführungsbus B zugeführt werden soll, und daher die Leistung nicht der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zugeführt werden kann.
2. Modus B (Entlademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung)
Der Modus B tritt hauptsächlich in dem Fall auf, wenn ein Fahrzeug sich in einem von dem Verlangsamen verschiedenen Zustand befindet und die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 entladen werden kann (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 in 5). Das bedeutet folgendes: Wenn das Verlangsamen des Fahrzeugs beendet worden ist, dann steuert die Steuerschaltung 8 den zweiten DC/DC-Umsetzer 7 derart an, dass Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 entladen wird.
In diesem Fall unterbricht die Steuerschaltung 8 die Stromzufuhr zur Erregerwicklung des elektrischen Generators 1. Daher unterbricht der elektrische Generator 1 dessen Erzeugung von Elektroenergie, so dass die Energie von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zur Seite des Last-Zuführungsbusses B geführt wird, wie es in 16 gezeigt ist.
Da im Modus B die Zufuhr von Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B inklusive der Last 3 im Fahrzeug durch die gespeicherte Energie der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 durchgeführt wird, wird folglich keine Energie aus dem Treibstoff verbraucht, um Leistung zur Seite des Last-Zuführungsbusses B zuzuführen.
Im Modus B ist der Elektroenergie-Erzeugungs-Bus A nicht beteiligt. Er muss daher nicht genauer berücksichtigt werden. Es sei angemerkt, dass der Modus B endet, wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ihre untere Grenzspannung (zum Zeitpunkt t3 in 5) erreicht hat und daher eine weitere Entladung nicht stattfinden kann.
3. Modus C (Modus, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung nicht geladen oder entladen wird)
Der Modus C tritt hauptsächlich in dem Fall auf, wenn ein Fahrzeug sich in einem von dem Verlangsamen verschiedenen Zustand befindet und die zweite elektrische Speichereinrichtung 6 nicht entladen werden kann (z. B. in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 in 5). Wenn die Spannung der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 ihre untere Grenzspannung (zum Zeitpunkt t3 in 5) erreicht hat und daher eine weitere Entladung nicht stattfinden kann, heißt dies, dass die Steuerschaltung 8 den Betrieb des zweiten DC/DC-Umsetzers 7 unterbricht.
Da in diesem Fall Strom zu der Erregerwicklung des elektrischen Generators 1 geführt wird, erzeugt außerdem der elektrische Generator 1 nur diejenige Leistungsmenge, die benötigt wird, um Leistung dem Last-Zuführungsbus B zuzuführen, so dass die Energie wie in 17 gezeigt übertragen wird. Falls das Fahrzeug nicht verlangsamt wird, wird zu diesem Zeitpunkt nur eine solche Energiemenge aus dem Treibstoffverbraucht, die benötigt wird, um die Leistung dem Last-Zuführungsbus B zuzuführen.
Um im Modus C den Energieverbrauch aus Treibstoff so weit wie möglich zu unterbinden, ist es daher wünschenswert, dass der obige Ablauf in dem Zustand durchgeführt wird, in welchem der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung des elektrischen Generators 1 maximiert ist.
Wenn die Verteilung der obigen Modi A und B derart optimiert wird, dass der Zeitanteil des Modus C – in welchem Energie aus Treibstoffverbraucht wird – so weit wie möglich verringert wird, dann kann die Treibstoffeffizienz des Gesamtsystems verbessert werden. Dies ist ein Grundprinzip für die Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Systems gemäß Ausführungsform 3.
Hier wird der Unterschied zwischen Ausführungsform 1 und Ausführungsform 3 unter Berücksichtigung des Übertragungspfades der Energie und der Verluste in den DC/DC-Umsetzern beschrieben.
Im Modus A gilt folgendes: Die Anzahl von Malen, welche die Energie, die vom elektrischen Generator 1 zu der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 übertragen wird, durch den DC/DC-Umsetzer hindurchgeht, ist in Ausführungsform 1 einmal (zweiter DC/DC-Umsetzer 7), und in Ausführungsform 3 zweimal (erster DC/DC-Umsetzer 5 und zweiter DC/DC-Umsetzer 7).
Folglich sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer in Ausführungsform 1 geringer. In jeder der Ausführungsformen geht die vom elektrischen Generator 1 zur Last 3 im Fahrzeug übertragene Energie einmal durch den DC/DC-Umsetzer hindurch. Daher sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer die gleichen.
Im Modus B gilt folgendes: Die Anzahl von Malen, welche die Energie, die von der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 zu der Last 3 im Fahrzeug übertragen wird, durch den DC/DC-Umsetzer hindurchgeht, ist in Ausführungsform 1 zweimal (zweiter DC/DC-Umsetzer 7 und erster DC/DC-Umsetzer 5), und in Ausführungsform 3 einmal (zweiter DC/DC-Umsetzer 7). Folglich sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer in Ausführungsform 3 geringer.
Im Modus C ist in beiden Ausführungsformen 1 und 3 die Anzahl von Malen, welche die Energie, die von dem elektrischen Generator 1 zu der Last 3 im Fahrzeug übertragen wird, durch den DC/DC-Umsetzer geht, einmal (erster DC/DC-Umsetzer 5). Daher sind die Energieverluste durch den DC/DC-Umsetzer die gleichen.
Im Hinblick auf die Energieverluste beim Hindurchgehen durch den DC/DC-Umsetzer haben also beide Ausführungsformen ihre Vor- und Nachteile. Daher kann eine der Ausführungsformen in der Phase des Systemdesigns gemäß der beabsichtigten Verwendung ausgewählt werden. Das bedeutet folgendes: In dem Fall, in welchem das Fahrzeuggewicht groß ist und daher eine ausreichend große Verlangsamungsenergie erhalten werden kann, ist Ausführungsform 3 vorteilhafter für die Wirkung der Verbesserung der Treibstoffeffizienz, da hier die Verluste beim Laden der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 im Modus A groß sind, aber die Verluste beim Entladen im Modus B klein sind.
Wenn andererseits das Fahrzeuggewicht klein ist und daher keine ausreichend große Verlangsamungsenergie erhalten werden kann, ist Ausführungsform 1 vorteilhafter für die Wirkung der Verbesserung der Treibstoffeffizienz, da hier die Verluste beim Laden der zweiten elektrischen Speichereinrichtung 6 im Modus A klein sind, so dass eine große Menge an Verlangsamungsenergie erhalten werden kann.
Spezifische Arten zum optimalen Einstellen der Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus gemäß den obigen jeweiligen Charakteristiken, die in den Modi A bis C benötigt werden, und die Art zum Steuern der Spannung Va am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, sind die gleichen wie in der obigen Ausführungsform 1. Daher wird deren erneute Beschreibung hier weggelassen.

Claims

Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, das folgendes aufweist: einen von einem Motor angetriebenen elektrischen Generator zum Erzeugen von Wechselstromenergie; einen Gleichrichter zum Gleichrichten der von dem elektrischen Generator erzeugten Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und zum Ausgeben der Gleichstromenergie an einen Elektroenergie-Erzeugungs-Bus; eine erste elektrische Speichereinrichtung zum Zuführen von Energie zu einer Last im Fahrzeug über einen Last-Zuführungsbus; eine zweite elektrische Speichereinrichtung zum Aufnehmen der erzeugten Leistung von dem elektrischen Generator, um dadurch Energieschwankungen aufzufangen; einen ersten DC/DC-Umsetzer vom Konstantspannung-Regelungstyp, der mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus verbunden ist und derart angesteuert wird, dass er die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus, die die Spannung des Elektroenergie-Erzeugungs-Busses darstellt, auf einem festgelegten Sollwert hält; einen zweiten DC/DC-Umsetzer vom Konstantspannung-Regelungstyp, der mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist und derart angesteuert wird, dass er den Eingangsstrom oder den Ausgangsstrom auf einem festgelegten Strom-Sollwert hält; und eine Steuerschaltung zum Durchführen der Antriebssteuerung für den elektrischen Generator und für den ersten und den zweiten DC/DC-Umsetzer, um die erste elektrische Speichereinrichtung und die zweite elektrische Speichereinrichtung mit der erzeugten Leistung des elektrischen Generators und der in der zweiten elektrischen Speichereinrichtung gespeicherten Entladungsenergie zu laden, wobei die Steuerschaltung einen optimalen Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus ermittelt, und zwar auf der Basis von verschiedenen Algorithmen und in Abhängigkeit von allen Modi oder einem Teil der Modi, die durch den Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung eingeteilt werden, und den ersten DC/DC-Umsetzer derart ansteuert, dass die Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus den ermittelten optimalen Sollwert annimmt.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der erste DC/DC-Umsetzer ein erstes Ende aufweist, das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Last-Zuführungsbus verbunden ist, und der zweite DC/DC-Umsetzer ein erstes Ende aufweist, das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der erste DC/DC-Umsetzer ein erstes Ende aufweist, das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist, und der zweite DC/DC-Umsetzer ein erstes Ende aufweist, das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Last-Zuführungsbus verbunden ist.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der erste DC/DC-Umsetzer ein erstes Ende aufweist, das mit dem Elektroenergie-Erzeugungs-Bus verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Last-Zuführungsbus verbunden ist, und der zweite DC/DC-Umsetzer ein erstes Ende aufweist, das mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Last-Zuführungsbus verbunden ist.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung Algorithmen zum Ermitteln eines optimalen Sollwerts der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus ausführt, indem sie sich auf Tabellen bezieht, in welchen Sollwerte der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus im Voraus eingetragen sind, und zwar gemäß allen oder einigen Modi, welche durch den Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung eingeteilt werden.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei dann, wenn sich der Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung in einem Lademodus der zweiten elektrischen Speichereinrichtung befindet, die Steuerschaltung den Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus ermittelt, indem sie sich auf die Drehzahl des Motors oder des elektrischen Generators bezieht.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei dann, wenn sich der Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung in einem Modus befindet, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung zum Entladen veranlasst wird, die Steuerschaltung den Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus ermittelt, ohne dass sie sich auf die Drehzahl des Motors oder des elektrischen Generators bezieht.
Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei dann, wenn sich der Lade-/Entladezustand der zweiten elektrischen Speichereinrichtung in einem Modus befindet, in welchem die zweite elektrische Speichereinrichtung weder geladen noch zum Entladen veranlasst wird, die Steuerschaltung den Sollwert der Spannung am Elektroenergie-Erzeugungs-Bus ermittelt, indem sie sich auf die Drehzahl des Motors oder des elektrischen Generators bezieht.