JP2013093920A - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発電機1と、電圧変換器2を介して接続され発電機1で発電された電力を蓄える鉛バッテリ3とを備え、更に、発電許容トルク設定手段61と目標発電電力算出手段62とを備えて、要求出力電力と発電可能電力と最大発電電力とのうち最小の電力を目標発電電力として算出し、目標発電電圧設定手段63を備えて、目標発電電力が最大発電電力に等しいときは最大電力発電電圧を目標発電電圧として設定し、目標発電電力が最大発電電力より小さいときは、発電機1の回転速度および目標発電電力に基づいて発電機1の発電効率が最大となる発電電圧である最大効率発電電圧を算出し最大効率発電電圧を目標発電電圧として設定するようにした。
【選択図】図1
Description
発電機の発電に使用できるトルクである発電許容トルクを設定する発電許容トルク設定手段を備え、
発電機の回転速度において発電許容トルクを使用した場合に発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と、発電機の回転速度において発電機が発電できる最大電力である最大発電電力とを算出し、発電可能電力が最大発電電力以上のときは発電機が最大発電電力で運転するよう、また、発電可能電力が最大発電電力未満のときは発電機が最大の発電効率における発電可能電力で運転するよう発電機および電圧変換器を制御するようにしたものである。
発電機の発電に使用できるトルクである発電許容トルクを設定する発電許容トルク設定手段を備え、
目標発電電力算出手段は、発電機の回転速度において発電許容トルクを使用した場合に発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と発電機の回転速度において発電機が発電できる最大電力である最大発電電力と最大発電電力となるときの発電電圧である最大電力発電電圧とを算出し、要求出力電力と発電可能電力と最大発電電力とのうち最小の電力を目標発電電力として算出し、
目標発電電圧設定手段は、目標発電電力が最大発電電力に等しいときは最大電力発電電圧を目標発電電圧として設定し、目標発電電力が最大発電電力より小さいときは、発電機の回転速度および目標発電電力に基づいて発電機の発電効率が最大となる発電電圧である最大効率発電電圧を算出し最大効率発電電圧を目標発電電圧として設定するようにしたものである。
第1の発明では、発電機の回転速度において発電許容トルクを使用した場合に発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と、発電機の回転速度において発電機が発電できる最大電力である最大発電電力とを算出し、発電可能電力が最大発電電力以上のときは発電機が最大発電電力で運転するよう、また、発電可能電力が最大発電電力未満のときは発電機が最大の発電効率における発電可能電力で運転するよう発電機および電圧変換器を制御するようにし、
また、第2の発明では、発電機の回転速度において発電許容トルクを使用した場合に発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と発電機の回転速度において発電機が発電できる最大電力である最大発電電力と最大発電電力となるときの発電電圧である最大電力発電電圧とを算出し、要求出力電力と発電可能電力と最大発電電力とのうち最小の電力を目標発電電力として算出し、目標発電電力が最大発電電力に等しいときは最大電力発電電圧を目標発電電圧として設定し、目標発電電力が最大発電電力より小さいときは、発電機の回転速度および目標発電電力に基づいて発電機の発電効率が最大となる発電電圧である最大効率発電電圧を算出し最大効率発電電圧を目標発電電圧として設定するようにしたので、発電許容トルクに余裕があり大電力が要求される場合には最大の電力を発電し、そのほかの場合には最大効率で発電を行うことができる。
また、車両の走行エネルギーを駆動源とする回生発電時と内燃機関のエネルギーを駆動源とする力行発電時とにおける発電許容トルクを適切に設定することにより、回生発電時で発電トルク(発電許容トルク)が十分に得られる場合には、より多くの電力を発電できるとともに、燃料を使用した力行発電を行うときには、効率良く発電を行うことができる。一方、回生発電中でも発電に使用できるトルク(発電許容トルク)が十分に得られない場合には高効率発電とするので、限られた発電トルクでより多くの発電電力を得ることができる。要するに、高効率発電と高出力発電を適切に切り替えることができ、ブレーキ機構を複雑にすることなく、発電トルク変化によるドライバビリティの悪化を防止することができる車両用電源装置を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態による車両用電源装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1における車両用電源装置を示す構成図である。
なお、ドライバビリティは車両の駆動力変化に影響されるため、発電機1の発電時仕事率が一定になるように発電許容トルクを設定すればよく、発電機1の回転速度が速いほど、発電許容トルクが小さくなるよう設定するとよい。
加速時等で発電機1が内燃機関のエネルギーを駆動源として発電しているときは、内燃機関の出力調整は比較的簡単に行えるため、発電機1の停止に伴う駆動トルクの変化に応じて内燃機関の出力を調整すればよい。これに対し、減速時では、ブレーキの制動力を調整する必要があるためブレーキシステムがその変化に対応していなければならないが、そのような機能を備えていないブレーキシステムでは機構の複雑化やコスト増加を招く懸念がある。そこで、ブレーキの制動力を調整する代わりに車両の減速度の変化が所定値以内となるように発電許容トルクを設定することで、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
なお、目標発電電力が最大発電電力よりも小さい場合とは、要求出力電力が目標発電電力とされている場合(ステップS209)と発電可能電力が目標発電電力とされている場合(ステップS210)とが相当する。
また、車両の走行エネルギーを駆動源とする回生発電時と内燃機関のエネルギーを駆動源とする力行発電時とにおける発電許容トルクを適切に設定することにより、回生発電時で発電トルク(発電許容トルク)が十分に得られる場合には、より多くの電力を発電できるとともに、燃料を使用した力行発電を行うときには、効率良く発電を行うことができる。一方、回生発電中でも発電に使用できるトルク(発電許容トルク)が十分に得られない場合には高効率発電とするので、限られた発電トルクでより多くの発電電力を得ることができる。要するに、高効率発電と高出力発電を適切に切り替えることができ、ブレーキ機構を複雑にすることなく、発電トルク変化によるドライバビリティの悪化を防止することができる車両用電源装置を提供することができる。
従って、特に、要求出力電力算出手段を備えず、そしてこの場合は、発電機の回転速度において発電許容トルクを使用した場合に発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と、発電機の回転速度において発電機が発電できる最大電力である最大発電電力とを算出し、発電可能電力が最大発電電力以上のときは発電機が最大発電電力で運転するよう、また、発電可能電力が最大発電電力未満のときは発電機が最大の発電効率における発電可能電力で運転するよう発電機および電圧変換器を制御することにより、既述したと同様の効果を奏するものである。
図9は、この発明の実施の形態2における車両用電源装置を示す構成図である。ここでは、先の実施の形態1に対して、発電機1と電圧変換器2との間に、さらに電圧変換器と蓄電装置を接続している。即ち、図9に示すように、発電機1と電圧変換器2との間に、第1端が発電機1、第2端が電圧変換器2に接続される第2電圧変換器7が接続され、第2電圧変換器7の第2端に、電圧変換器2を介して鉛バッテリ3と並列に接続されるように第2蓄電装置であるリチウムイオンバッテリ8が接続される。
後述するように、発電が禁止され、リチウムイオンバッテリ8の充電も行われないときは、リチウムイオンバッテリ8から電圧変換器2を介して負荷給電母線5へ電力が供給されることとなる。このように、減速時の回生発電時に積極的に発電を実施し、それ以外の状態ではできる限り発電を禁止することにより、発電に使用する燃料を削減でき燃費向上を図ることができる。
なお、一般的なリチウムイオンバッテリ8の充電方法は、使用最大電圧になるまでは定格電流で充電し、使用最大電圧となったときには電圧を維持して充電すればよいため、このような出力となる値を求めるものとなる。蓄電装置が異なれば、それに応じた算出方法になることは言うまでもない。
図12は、この発明の実施の形態3における車両用電源装置を示す構成図である。先の実施の形態1に対して、実施の形態2では発電機1と電圧変換器2の間に直列に第2電圧変換器7を接続したが、ここでは、電圧変換器2に並列となるよう第2電圧変換器7を接続している。図12に示すように、電圧変換器2と並列に第2電圧変換器7が接続され、第2電圧変換器7の第1端に発電機1、第2端に第2蓄電装置であるリチウムイオンバッテリ8が接続される。
4 車載電気負荷、5 負荷給電母線、6,6A コントロールユニット、
60 要求出力電力算出手段、61 発電許容トルク設定手段、
62 目標発電電力算出手段、63 目標発電電圧設定手段、64 発電機制御手段、
65 発電実施判定手段、66 充電電力算出手段、67 第2要求出力電力算出手段、7 第2電圧変換器、7a 第2電圧変換器制御手段、8 リチウムイオンバッテリ、
10 アクセルセンサ、11 ブレーキスイッチ、12,13 バッテリセンサ、
20,21 MOSFET、22 コイル、23,24 コンデンサ。
Claims (12)
- 車両の走行エネルギーまたは内燃機関のエネルギーを駆動源として電力を発電する発電機、前記発電機で発電された電力を蓄えるとともに前記車両の電気負荷に電力を供給する蓄電装置、および第1端が前記発電機に接続され第2端が前記電気負荷に接続された電圧変換器を備えた車両用電源装置において、
前記発電機の発電に使用できるトルクである発電許容トルクを設定する発電許容トルク設定手段を備え、
前記発電機の回転速度において前記発電許容トルクを使用した場合に前記発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と、前記発電機の回転速度において前記発電機が発電できる最大電力である最大発電電力とを算出し、前記発電可能電力が前記最大発電電力以上のときは前記発電機が前記最大発電電力で運転するよう、また、前記発電可能電力が前記最大発電電力未満のときは前記発電機が最大の発電効率における前記発電可能電力で運転するよう前記発電機および前記電圧変換器を制御するようにしたことを特徴とする車両用電源装置。 - 車両の走行エネルギーまたは内燃機関のエネルギーを駆動源として電力を発電する発電機、前記発電機で発電された電力を蓄えるとともに前記車両の電気負荷に電力を供給する蓄電装置、第1端が前記発電機に接続され第2端が前記電気負荷に接続された電圧変換器、前記蓄電装置の充電状態およびまたは前記車両の走行状態に基づき前記電圧変換器の前記第2端に要求される出力電流または出力電圧である要求値および当該要求値に係る出力電力である要求出力電力を算出する要求出力電力算出手段、前記要求出力電力に基づき前記発電機の目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段、前記目標発電電力に基づき前記発電機の目標発電電圧を設定する目標発電電圧設定手段、前記発電機の発電電圧が前記目標発電電圧となるよう前記発電機を制御する発電機制御手段、および前記電圧変換器の前記第2端の出力電流または出力電圧が前記要求値となるよう前記電圧変換器を制御する電圧変換器制御手段を備えた車両用電源装置において、
前記発電機の発電に使用できるトルクである発電許容トルクを設定する発電許容トルク設定手段を備え、
前記目標発電電力算出手段は、前記発電機の回転速度において前記発電許容トルクを使用した場合に前記発電機が発電できる最大電力である発電可能電力と前記発電機の回転速度において前記発電機が発電できる最大電力である最大発電電力と前記最大発電電力となるときの発電電圧である最大電力発電電圧とを算出し、前記要求出力電力と前記発電可能電力と前記最大発電電力とのうち最小の電力を前記目標発電電力として算出し、
前記目標発電電圧設定手段は、前記目標発電電力が前記最大発電電力に等しいときは前記最大電力発電電圧を前記目標発電電圧として設定し、前記目標発電電力が前記最大発電電力より小さいときは、前記発電機の回転速度および前記目標発電電力に基づいて前記発電機の発電効率が最大となる発電電圧である最大効率発電電圧を算出し前記最大効率発電電圧を前記目標発電電圧として設定するようにしたことを特徴とする車両用電源装置。 - 前記電圧変換器の前記第1端から前記第2端への電圧変換が昇圧方向あるいは降圧方向のいずれか一方となるよう、前記目標発電電圧の設定範囲および前記蓄電装置の電圧範囲を設定することを特徴とする請求項2記載の車両用電源装置。
- 第1端が前記発電機に接続され第2端が前記電圧変換器に接続され前記発電機と前記電圧変換器との間に挿入された第2電圧変換器、前記第2電圧変換器の前記第2端に、前記電圧変換器を介して接続された前記蓄電装置と並列に接続された第2蓄電装置、前記第2電圧変換器の前記第2端に要求される出力電流または出力電圧である第2要求値および当該第2要求値に係る出力電力である第2要求出力電力を算出する第2要求出力電力算出手段、前記第2電圧変換器の前記第2端の出力電流または出力電圧が前記第2要求値となるよう前記第2電圧変換器を制御する第2電圧変換器制御手段、および前記第2蓄電装置の充電状態およびまたは前記車両の走行状態に基づき前記発電機による発電を実施するか否かを判定する発電実施判定手段を備え、
前記発電実施判定手段で発電を実施すると判定された場合、前記第2要求出力電力算出手段は、前記第2蓄電装置の充電状態およびまたは前記車両の走行状態並びに前記要求出力電力に基づき前記第2電圧変換器の前記第2端に要求される出力電流または出力電圧を前記第2要求値として、また当該第2要求値に係る要求出力電力を前記第2要求出力電力として算出し、前記目標発電電力算出手段は、前記要求出力電力に代えて前記第2要求出力電力に基づき前記目標発電電力を算出し、
前記発電実施判定手段で発電を実施しないと判定された場合、前記発電機制御手段は、前記発電機の発電電力が0となるよう前記発電機を制御するとともに、前記電圧変換器制御手段は、前記電圧変換器の前記第2端の出力電流または出力電圧が前記要求値となるよう前記電圧変換器を制御することにより前記第2蓄電装置から前記電圧変換器を介して前記蓄電装置および前記電気負荷に電力を供給することを特徴とする請求項2または3記載の車両用電源装置。 - 前記電圧変換器を双方向に出力可能な構成とするとともに、前記蓄電装置および前記第2蓄電装置の充電状態に基づいて前記蓄電装置により前記第2蓄電装置を充電する必要がある場合にその充電電力を算出する充電電力算出手段を備え、
前記発電実施判定手段で発電を実施しないと判定され、前記充電電力算出手段で前記充電電力が算出された場合、前記要求出力電力算出手段は、前記充電電力に基づき前記電圧変換器の前記第1端に要求される出力電流または出力電圧を前記要求値として算出し、前記電圧変換器制御手段は、前記電圧変換器の前記第1端の出力電流または出力電圧が前記要求値となるよう前記電圧変換器を制御することにより前記蓄電装置から前記電圧変換器を介して前記第2蓄電装置に電力を供給して前記第2蓄電装置を充電することを特徴とする請求項4記載の車両用電源装置。 - 第2蓄電装置、第1端が前記発電機に接続され第2端が前記第2蓄電装置に接続された、双方向に出力可能な第2電圧変換器、前記第2電圧変換器の前記第1端または前記第2端のうち出力側となる端子に要求される出力電流または出力電圧である第2要求値および当該第2要求値に係る出力電力である第2要求出力電力を算出する第2要求出力電力算出手段、前記第2電圧変換器の前記第1端または前記第2端のうち出力側となる端子の出力電流または出力電圧が前記第2要求値となるよう前記第2電圧変換器を制御する第2電圧変換器制御手段、および前記第2蓄電装置の充電状態およびまたは前記車両の走行状態に基づき前記発電機による発電を実施するか否かを判定する発電実施判定手段を備え、
前記発電実施判定手段で発電を実施すると判定された場合、前記第2要求出力電力算出手段は、前記第2蓄電装置の充電状態およびまたは前記車両の走行状態に基づき前記第2電圧変換器の前記第2端に要求される出力電流または出力電圧を前記第2要求値として、また当該第2要求値に係る要求出力電力を前記第2要求出力電力として算出し、前記目標発電電力算出手段は、前記要求出力電力に前記第2要求出力電力を加えた要求出力電力に基づき前記目標発電電力を算出し、
前記発電実施判定手段で発電を実施しないと判定された場合、前記発電機制御手段は、前記発電機の発電電力が0となるよう前記発電機を制御するとともに、前記電圧変換器制御手段および前記第2電圧変換器制御手段は、前記電圧変換器の前記第2端の出力電流または出力電圧が前記要求値となるよう前記電圧変換器および前記第2電圧変換器を制御することにより前記第2蓄電装置から前記第2電圧変換器および前記電圧変換器を介して前記蓄電装置および前記電気負荷に電力を供給することを特徴とする請求項2または3記載の車両用電源装置。 - 前記電圧変換器を双方向に出力可能な構成とするとともに、前記蓄電装置および前記第2蓄電装置の充電状態に基づいて前記蓄電装置により前記第2蓄電装置を充電する必要がある場合にその充電電力を算出する充電電力算出手段を備え、
前記発電実施判定手段で発電を実施しないと判定され、前記充電電力算出手段で前記充電電力が算出された場合、前記第2要求出力電力算出手段は、前記充電電力に基づき前記第2電圧変換器の前記第2端に要求される出力電流または出力電圧を前記第2要求値として算出し、前記電圧変換器制御手段および前記第2電圧変換器制御手段は、前記第2電圧変換器の前記第2端の出力電流または出力電圧が前記第2要求値となるよう前記電圧変換器および前記第2電圧変換器を制御することにより前記蓄電装置から前記電圧変換器および前記第2電圧変換器を介して前記第2蓄電装置に電力を供給して前記第2蓄電装置を充電することを特徴とする請求項6記載の車両用電源装置。 - 前記発電実施判定手段で発電を実施しないと判定された場合、前記電圧変換器制御手段あるいは前記第2電圧変換器制御手段のいずれか一方は、前記電圧変換器あるいは前記第2電圧変換器の前記第1端と前記第2端との間が常に導通状態となるよう制御することを特徴とする請求項6または7記載の車両用電源装置。
- 前記電圧変換器および前記第2電圧変換器の前記第1端から前記第2端への電圧変換が昇圧方向あるいは降圧方向のいずれか一方となるよう、前記目標発電電圧の設定範囲並びに前記蓄電装置および前記第2蓄電装置の電圧範囲を設定することを特徴とする請求項4ないし8のいずれか1項に記載の車両用電源装置。
- 前記発電許容トルク設定手段は、前記発電機が前記車両の走行エネルギーを駆動源として発電することで前記車両が減速する過程で発電を停止したときに生じる前記車両の減速度の変化が所定値以内となるよう前記発電許容トルクを設定することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の車両用電源装置。
- 前記発電許容トルク設定手段は、前記発電機の回転速度が速いほど小さくなるよう前記発電許容トルクを設定することを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の車両用電源装置。
- 前記発電許容トルク設定手段は、前記車両の速度が速いほど大きくなるよう前記発電許容トルクを設定することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の車両用電源装置。
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