(57)【要約】  第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）は発電母線（Ａ）の電圧を所定の目標値に保つように制御される定電圧制御型であって、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）は入力又は出力電流を所定の目標電流に保つように制御される定電流制御型であって、制御回路（８）は、第２蓄電デバイス（６）の充放電状況で分別される各モードＡ〜Ｃの全部または一部に対応して、発電母線電圧の最適な目標値Ｖａ＊を異なるアルゴリズムに基づいて決定し、発電母線電圧Ｖａがその決定した目標値Ｖａ＊になるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）を制御する。
2012137343.tif 000002
【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生する発電機と、
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発電母線に出力する整流器と、
車載負荷に負荷給電母線を介して電力を供給する第１蓄電デバイスと、
上記発電機からの発電電力を吸収して電力変動を吸収する第２蓄電デバイスと、
上記発電母線に接続されて、上記発電母線の電圧である発電母線電圧を所定の目標値に保つように制御される定電圧制御型の第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第２蓄電デバイスに接続されて、入力または出力電流を所定の目標電流に保つように制御される定電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータを共に駆動制御して上記発電機の発電電力を上記第１蓄電デバイスおよび上記第２蓄電デバイスに充電するとともに、第２蓄電デバイスに充電されたエネルギを放電させる制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記第２蓄電デバイスの充放電状況に応じて分別される各モードの全部または一部に対応して、上記発電母線電圧の最適な目標値を異なるアルゴリズムに基づいて決定し、上記発電母線電圧がその決定した上記最適な目標値になるように上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する車両用電源システム。
【請求項２】
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続され、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記第２蓄電デバイスに接続される請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項３】
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記第２蓄電デバイスに接続され、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記第２蓄電デバイスに接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続される請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項４】
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続され、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記第２蓄電デバイスに接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続される請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項５】
上記制御回路は、上記発電母線電圧の最適な目標値を決定する場合の上記アルゴリズムは、上記第２蓄電デバイスの充放電状況に応じて分別される各モードの全部または一部に対応させて、上記発電母線電圧の目標値を予め登録したテーブルを参照して行う請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項６】
上記第２蓄電デバイスの充放電状況が、上記第２蓄電デバイスを充電するモードである場合、上記制御回路は、上記発電母線電圧の目標値を、エンジンまたは発電機の回転速度を参照して決定する請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項７】
上記第２蓄電デバイスの充放電状況が、第２蓄電デバイスを放電するモードである場合、上記制御回路は、上記発電母線電圧の目標値を、エンジンまたは発電機の回転速度を参照しないで決定する請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項８】
上記第２蓄電デバイスの充放電状況が、第２蓄電デバイスを充電も放電もしないモードである場合、上記制御回路は、上記発電母線電圧の目標値を、エンジンまたは発電機の回転速度を参照して決定する請求項１に記載の車両用電源システム。
【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】
従来のこの種の車両用電源システムでは、エンジンにより駆動されてバッテリに給電する発電機の発電電圧を、車両の減速時には非減速時よりも高く設定することで、制動エネルギの回生を積極的に行う一方、車両の非減速時には減速時よりも発電機の発電電圧を低く設定することにより、エンジンへの負荷を低減させて燃費の向上を図るようにしたものが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６７５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１記載の従来の車両用電源システムは、発電機の発電電力をバッテリに直接供給してバッテリを充電するように構成されているので、車両の減速時に発電機の発電電圧をあまり大きくすると、バッテリの寿命を縮めることにつながる。そのため、減速時の発電機の発電電力を大きくして制動エネルギを積極的に回生することができず、バッテリへの蓄電量も少なくなるので、燃費の改善効果は低く抑えられていた。【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、バッテリの寿命の低下を抑えつつ、車両の減速時には発電機の発電電力を大きくできるようにし、また、車両の非減速時には発電機の発電電力量を抑えることによって、車両の燃費向上を実現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生する発電機と、
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発電母線に出力する整流器と、
車載負荷に負荷給電母線を介して電力を供給する第１蓄電デバイスと、
上記発電機からの発電電力を吸収して電力変動を吸収する第２蓄電デバイスと、
上記発電母線に接続されて、上記発電母線の電圧である発電母線電圧を所定の目標値に保つように制御される定電圧制御型の第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第２蓄電デバイスに接続されて、入力または出力電流を所定の目標電流に保つように制御される定電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータを共に駆動制御して上記発電機の発電電力を上記第１蓄電デバイスおよび上記第２蓄電デバイスに充電するとともに、第２蓄電デバイスに充電されたエネルギを放電させる制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記第２蓄電デバイスの充放電状況に応じて分別される各モードの全部または一部に対応して、上記発電母線電圧の最適な目標値を異なるアルゴリズムに基づいて決定し、上記発電母線電圧がその決定した上記最適な目標値になるように上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の車両用電源システムによれば、発電機の発電電力は第１蓄電デバイスに直接供給されないので、第１蓄電デバイスの寿命の低下を抑えることができ、また、第２蓄電デバイスの充放電状況で分類される各モードで燃費を改善するための発電機の発電母線電圧の最適な目標値をそれぞれ異なるアルゴリズムで選択し、発電母線電圧がその目標値となるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにしたので、従来よりも燃費を一層改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の車両用電源システムの第２蓄電デバイス充電モード（Ａモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図３】実施の形態１の車両用電源システムの第２蓄電デバイス放電モード（Ｂモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図４】実施の形態１の車両用電源システムの第２蓄電デバイス非充放電モード（Ｃモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図５】本発明の車両用電源システムにおいて、車速の変化と、それに伴う発電機の発電電力、第２蓄電デバイスの充放電電力、および負荷給電母線への供給電力の関係を示した説明図である。
【図６】本発明の車両用電源システムに用いる発電機の回転速度に対する発電電力の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の車両用電源システムに用いる発電機の界磁電流に対する発電電力と発電効率を示す特性図である。
【図８】本発明の車両用電源システムに用いる第２蓄電デバイスの充放電状況（モードＡ〜Ｃ）に応じて決まる発電機の回転速度に対する各最適な発電母線電圧の関係を示す特性図である。
【図９】本発明の車両用電源システムに用いる第２蓄電デバイスの充放電状況（モードＡ〜Ｃ）に応じた第１ＤＣ／ＤＣコンバータの制御処理を示す制御フローである。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る車両用電源システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２の車両用電源システムの第２蓄電デバイス充電モード（Ａモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図１２】実施の形態２の車両用電源システムの第２蓄電デバイス放電モード（Ｂモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図１３】実施の形態２の車両用電源システムの第２蓄電デバイス非充放電モード（Ｃモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る車両用電源システムの構成を示すブロック図である。
【図１５】実施の形態３の車両用電源システムの第２蓄電デバイス充電モード（Ａモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図１６】実施の形態３の車両用電源システムの第２蓄電デバイス放電モード（Ｂモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【図１７】実施の形態３の車両用電源システムの第２蓄電デバイス非充放電モード（Ｃモード）のときのエネルギフローを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの構成を示すブロック図である。
【００１０】
この実施の形態１の車両用電源システムは、エンジン（図示せず）により駆動されて交流電力を発生する発電機１と、この発電機１で発生された交流電力を直流電力に整流して発電母線Ａに出力する整流器２と、車載負荷３に負荷給電母線Ｂを介して電力を供給する第１蓄電デバイス４と、発電機１からの発電電力を蓄電して電力変動を吸収する第２蓄電デバイス６と、発電母線Ａに第１端（入力端）が接続されると共に負荷給電母線Ｂに第２端（出力端）が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、発電母線Ａに第１端（入力端）が接続されると共に第２蓄電デバイス６に第２端（出力端）が接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御する制御回路８とを備えている。
【００１１】
発電機１は、例えば、界磁巻線を有するクローポール型回転子と、３相交流巻線を有する固定子と、レギュレータ回路とを備えたランデル型交流発電機である。また、整流器２は、三相全波整流回路により構成され、発電機１の３相交流巻線に誘起される交流電力を直流電力に整流する。
【００１２】
第１蓄電デバイス４は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、リチウムイオン電池などの体積当たりに充電可能なエネルギが大きな二次電池が適用され、その定格電圧は例えば１４Ｖである。
【００１３】
第２蓄電デバイス６は、発電機１からの発電電力の変動を吸収して第１蓄電デバイス４側への供給電力を蓄積したり、第１蓄電デバイス４の電力不足分を補充するなどして、第１蓄電デバイス４側への供給電力を平準化する役目を果たすものである。第２蓄電デバイス６は、大電力の充放電が可能な電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタやリチウムイオン電池などの２次電池が適用される。なお、第２蓄電デバイス６として電気二重層キャパシタを用いた場合、その定格電圧は例えば２８Ｖである。
【００１４】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、第１端（入力端）を所定の電圧に保つことができる定電圧制御型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される。このようなＤＣ／ＤＣコンバータとしては、例えば、第１端（入力端）の電圧を目標電圧に保つようにフィードバック制御される降圧チョッパ回路など、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ回路を使用することができる。
ここで、（入力電圧の変化）／（入力電流の変化）を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力インピーダンスとして考えると、この第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、電流に関わらず入力電圧を一定に保とうとするので、低い入力インピーダンスのＤＣ／ＤＣコンバータと見做すことができる。
【００１５】
一方、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、第２蓄電デバイス６に流す電流を所定の目標値に保つ定電流型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される。しかも、この第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、第２蓄電デバイス６に対して充電と放電の両方向の動作を行う必要があるので、入出力方向が逆にし得る双方向のＤＣ／ＤＣコンバータであることが必須である。このような双方向の定電流型のＤＣ／ＤＣコンバータとしては、第２蓄電デバイス６の電流を目標電流に保つようにフィードバック制御される昇降圧チョッパ回路など、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ回路を使用することができる。
そして、この第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電圧に関わらず入力電流を一定に保とうと作用するので、高い入力インピーダンスのＤＣ／ＤＣコンバータと見做すことができる。
【００１６】
なお、ここでは説明の便宜上、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入出力端の一方、つまり発電母線Ａに繋がる側を「入力端」と呼び、他方、つまり第２蓄電デバイス６に繋がる側を「出力端」と称しており、必ずしも電力の移行方向を表していない。例えば、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して第２蓄電デバイス６を放電する場合は、電流は「出力端」側から流れ込んで「入力端」側から流れ出し、電力は「出力端」側から「入力端」側へ移行することになる。
【００１７】
ここで、発電母線Ａに対して、発電機１、整流器２、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を接続すると、発電機１および整流器２の内部インピーダンスは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５より十分高い。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７も前述のように高い入出力インピーダンスを有しているので、発電母線電圧Ｖａは、最も入力インピーダンスの低い第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御のみによって所定の値に設定することが可能となる。すなわち、制御回路８により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御することにより、発電母線電圧Ｖａを所定の電圧に保つことが可能となる。
このように、発電母線電圧Ｖａを一意に決めることができるのは、１つの回路接続点である発電母線Ａに対し、低インピーダンスの第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を接続しているためである。
【００１８】
制御回路８は、発電機１の回転子の回転速度、発電母線Ａに加わる発電母線電圧Ｖａ、負荷給電母線Ｂに加わる負荷給電電圧Ｖｂ、第２蓄電デバイス６の電圧Ｖｅｄｌｃ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の第２蓄電デバイス６に対する充放電時の電流Ｉｃをそれぞれ検出して取り込み、それらの検出値に基づいて発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御するものである。
特に、この実施の形態１の特徴として、後に詳述するように、車両の走行に伴う第２蓄電デバイス６の充放電状況（モードＡ〜Ｃ）によって、発電機１の最適な発電母線電圧Ｖａが異なるため、第２蓄電デバイス６の充放電状況（モードＡ〜Ｃ）に応じた最適な発電母線電圧Ｖａが安定して得られるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御する。
【００１９】
上記構成の車両電源システムでは、車両の走行に伴う第２蓄電デバイス６の充放電状況によって、次の３つの状態（モードＡ〜Ｃ）が生じる。以下、これらの各モードＡ〜Ｃの特性について、図２〜図５を参照して説明する。
【００２０】
図２〜図４は、本車両用電源システムの各モードＡ〜Ｃにおけるエネルギの流れを示した図である。また、図５は、車速の変化と、それに伴う発電機１の発電電力Ｐａ、第２蓄電デバイス６の充放電電力Ｐｃ、負荷給電母線Ｂへの供給電力Ｐｂをそれぞれ示している。なお、発電機１の発電電力Ｐａは、負荷給電母線Ｂへの供給電力Ｐｂと第２蓄電デバイス６の充放電電力Ｐｃとを加算したものとなる。
【００２１】
１．モードＡ（第２蓄電デバイス充電モード）
このモードＡは、主として車両の減速時に生じる（例えば図５の時刻ｔ１〜ｔ２の期間）。
すなわち、車両が減速すると、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して第２蓄電デバイス６を充電するように制御する。その結果、図２に示すように、発電機１が発電したエネルギは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を経由して負荷給電母線Ｂに移行しつつ、第２蓄電デバイス６にも移行する。この時、発電機１が発電する回生エネルギの源は、車体の質量と速度による運動エネルギであるので、ガソリンのエネルギは消費しない。この減速時の第２蓄電デバイス６へのエネルギの回生は、短時間、大電力で行う方が回生電力量を増大でき、より燃費を改善できる。
したがって、このモードＡでは、発電機１の発電電力を第２蓄電デバイス６および負荷給電母線Ｂに移行させる上で、発電機１は極力大きな発電電力を発生しうる状態で行うことが望ましい。
【００２２】
なお、他の状態に依存して減速中でもモードＡとならない場合もある。例えば、第２蓄電デバイス６（例えば電気二重層キャパシタ）の電圧が上限電圧に達し、これ以上充電できない場合や、発電機１の最大発電電力と、負荷給電母線Ｂに供給すべき電力とが同等で、第２蓄電デバイス６に電力を分配できない場合などがある。
【００２３】
２．モードＢ（第２蓄電デバイス放電モード）
このモードＢは、主として車両の減速時以外で、かつ第２蓄電デバイス６に放電能力がある場合に成立する（例えば図５の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
すなわち、車両の減速が終了すると、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して、第２蓄電デバイス６のエネルギを放電するように制御する。第２蓄電デバイス６が発電母線Ａ側に電力を供給できれば、制御回路８は発電機１の界磁巻線への電流供給を停止するので、発電機１は発電を停止し、図３に示すように、第２蓄電デバイス６から負荷給電母線Ｂ側へエネルギが移行する。このように、このモードＢでは、車載負荷３を含む負荷給電母線Ｂ側への電力供給は第２蓄電デバイス６の蓄電エネルギによって行われるので、負荷給電母線Ｂ側への電力供給のためにガソリンのエネルギが消費されることはない。
したがって、このモードＢでは、第２蓄電デバイス６から負荷給電母線Ｂ側へエネルギを効率的に移行させる上で、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電力変換効率が最大となる状態で行うことが望ましい。
なお、このモードＢは、第２蓄電デバイス６の電圧が下限電圧に達し（図５の時刻ｔ３）、それ以上放電できなくなると終了する。
【００２４】
３．モードＣ（第２蓄電デバイス非充放電モード）
このモードＣは、主として車両の減速時以外で、かつ第２蓄電デバイス６に放電能力がなくなった場合に成立する（例えば図５の時刻ｔ３〜ｔ４の期間）。
すなわち、第２蓄電デバイス６の電圧が下限電圧に達し（図５の時刻ｔ３）、それ以上放電できなくなると、制御回路８は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の動作を停止する。また、この場合、発電機１の界磁巻線には電流が供給されるので、発電機１が負荷給電母線Ｂに供給するのに必要な分だけ電力を発電し、図４に示すようにエネルギが移動する。この時、車両が減速していなければ負荷給電母線Ｂ側への電力供給が必要となる分だけガソリンのエネルギが消費される。したがって、このモードＣでは、ガソリンのエネルギ消費を極力抑える上で、発電機１の発電効率が最大となる状態で行うことが望ましい。
【００２５】
そして、上記のモードＡ、Ｂの配分を最適化することによって、ガソリンのエネルギが消費されるモードＣの時間割合を極力減らすようにすれば、システム全体として燃費の改善を図ることができる。これが本実施の形態のシステムの燃費改善の基本原理である。
【００２６】
次に、各モードＡ〜Ｃにおいて要求される上述した各特性に応じて発電母線電圧Ｖａを具体的にどのように設定すれば最適であるか、その条件について説明する。
【００２７】
１．モードＡ（第２蓄電デバイス充電モード）の場合
このモードＡでは、図２に示したように、車両の減速時の発電機１の回生電力を利用するため、発電機１は大電力で発電することが要求される。
【００２８】
図６は発電母線電圧Ｖａがそれぞれ１１Ｖ、１４Ｖ、１７Ｖ、２０Ｖ、２３Ｖ、２６Ｖの時の発電機１の回転速度と発電電力Ｐａとの関係を示す特性図である。
図６から分かるように、発電母線電圧Ｖａが一定の場合、発電機１の回転速度が所定の最小値以下では発電電力Ｐａはゼロであり、所定の最小値を超えると回転速度が上がるのに伴って次第に発電電力Ｐａが増大して最終的に一定値に収束する特性を有する。そして、それぞれの発電機の回転速度に対して、最大発電電力Ｐａをとる発電母線電圧Ｖａが異なることがわかる。
なお、図６では、発電機１の界磁電流は一定の条件の場合を示しているが、界磁電流が変わっても、回転速度に対する最大の発電電力Ｐａをとる発電母線電圧Ｖａの関係は変わらない。よって、モードＡでは、発電機１の回転速度に対して、最大電力で発電可能な発電母線電圧Ｖａを目標値とするのが良いことがわかる。
【００２９】
２．モードＢ（第２蓄電デバイス放電モード）の場合
このモードＢでは、図３に示したように、エネルギは第２蓄電デバイス６から第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７、および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を通して負荷給電母線Ｂへ移行する。車両の減速時以外で、このモードＢの状態をできるだけ長く維持できれば、モードＣの時間割合を減らすことができるので、燃費を向上させることができる。よって、このモードＢでは、第２蓄電デバイス６のエネルギを低損失で負荷給電母線Ｂに移動させることが望ましい。そのためには、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７との掛け合わせの電力変換効率が最大となる発電母線電圧Ｖａを目標とすればよいことが分かる。この時、発電機１は発電を停止しているので、目標とすべき最適な発電母線電圧Ｖａは、発電機１の回転速度に依存しない。
【００３０】
３．モードＣ（第２蓄電デバイス非充放電モード）の場合
このモードＣでは、図４に示したように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ６は動作を停止し、発電機１は負荷給電母線Ｂ側に供給するのに必要な分だけ電力を発電するので、このモードＣで燃費を向上させるためには、発電機１の発電効率と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換効率が高いことが望ましい。この場合、一般的にＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率と比較して発電機１の発電効率が低いため、発電機１の発電効率を改善する方が燃費向上の効果は大きい。
【００３１】
図７は発電機１を発電する際に、発電母線電圧Ｖａが１４Ｖと２８Ｖの時の界磁電流に対する発電電力（図中左側縦軸）と発電効率（図中右側縦軸）との関係を示す特性図である。なお、この場合の発電機１の回転速度は固定である。
【００３２】
図７から、大電力発電が要求されるモードＡでは、最も発電電力が高い条件は、最大界磁電流において発電母線電圧Ｖａを２８Ｖにすればよいことが分かる。
一方、モードＣでは、負荷給電母線Ｂに供給するだけの電力を発電すればよく、モードＡにおいて必要な電力に比べて小さい。例えばモードＣにおいて必要な発電機１の発電電力を３００Ｗとした場合、このとき、発電母線電圧Ｖａを１４Ｖ、発電機１の界磁電流を１．２Ａとした方が、発電母線電圧Ｖａを２８Ｖ、発電機１の界磁電流を２Ａとする場合よりも発電効率が高いことが分かる。ここで着目すべき点は、最適な発電母線電圧Ｖａは、発電機１の最大発電電力を目標とするモードＡと、発電機１の最大発電効率を目標とするモードＣとでは同じではないという点である。
【００３３】
図８は、各モードＡ〜Ｃに適合させて、発電機１の回転速度に対して最適な発電母線電圧Ｖａを得るための目標値（以下、発電母線電圧目標値Ｖａ＊という）の設定の仕方を示す特性図である。
【００３４】
モードＡとモードＣは発電機１の回転速度に依存して発電母線電圧目標値Ｖａ＊が決定される。特に、モードＡでは発電機１の回転速度に応じて最大の発電電力Ｐａが得られるような発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定すればよい。また、モードＣでは、図７に示したように、負荷給電母線Ｂへ供給される発電電力と発電機１の界磁電流とによって、発電機１の発電効率が異なるため、発電機１の回転速度と共に、負荷給電母線Ｂへ供給される発電電力および界磁電流をパラメータに加えて最大の発電効率が得られるように発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定すればよい。また、モードＢでは、発電機１の回転速度に依存しないので、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５、７の電力変換効率を考慮して発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定すればよい。
【００３５】
このように、各モードＡ〜Ｃに適合した最適な発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定するためには、あらかじめ制御回路８のメモリ内に、各モードＡ〜Ｃに応じて発電機１の回転速度、発電電力、界磁電流などのパラメータに対して最適な発電母線電圧目標値Ｖａ＊を予め設定登録したテーブルを用意し、各モードＡ〜Ｃに応じて、検出したパラメータから最適な発電母線電圧目標値Ｖａ＊を決定することが最も簡単な方法である。
そして、各モードＡ〜Ｃに対応して最適な発電母線電圧目標値Ｖａ＊が設定できれば、前述のように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御することで、一意に発電母線電圧Ｖａを所定の発電母線電圧目標値Ｖａ＊に保つことが可能となる。
【００３６】
次に、発電母線電圧Ｖａを所定の発電母線電圧目標値Ｖａ＊に保つための制御回路８による第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御について、図９に示す制御フローを参照して説明する。なお、以下の説明の符号Ｓは各処理ステップを意味する。
【００３７】
スタートから終了までの制御ルーチンは、制御周期毎に実行される。制御ルーチンが開始されると、制御回路８は、制御に必要な発電機１の回転速度や発電母線電圧Ｖａなどの各種パラメータを検出する（Ｓ１）。次に、上述のモードＡ〜Ｃのいずれの状態かを判定し（Ｓ２）、モードＡであれば、モードＡ用のテーブルから発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定する（Ｓ３）。また、モードＢであれば、モードＢ用のテーブルから発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定する（Ｓ４）。さらに、モードＣであれば、モードＣ用のテーブルから発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定する（Ｓ５）。こうして、発電母線電圧目標値Ｖａ＊が設定されれば、制御回路８は、発電母線電圧目標値Ｖａ＊と検出される発電母線電圧Ｖａとの偏差がなくなるように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５に対して比例積分制御等によるフィードバック制御を行う（Ｓ６）。
【００３８】
なお、モードＡ〜Ｃのいずれであるかを判定するための制御ルーチン、発電機１の発電制御を行うための制御ルーチン、第２蓄電デバイス６の充放電を制御する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の制御ルーチンは、それぞれ制御周期毎に実行されている。これらの制御ルーチンは色々な方法が考えられるが、本発明の主眼は、車両の燃費改善の観点から、各モードＡ〜Ｃに対して、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御により最適な発電母線電圧の目標値Ｖａ＊をどのように設定するかにあるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３９】
また、ここでは、発電母線電圧目標値Ｖａ＊は、第２蓄電デバイス６の充放電状態で分別される各モードＡ〜Ｃにおいて、互いに異なるアルゴリズムに基づいて決定するようにしている。すなわち、例えば、図８に示した場合は、各モードＡ〜Ｃによって発電母線電圧目標値Ｖａ＊の設定のアルゴリズムが異なるため３本の線で表記している。しかし、これに限らず、例えば、モードＡとモードＣとは同じアルゴリズムによって発電母線電圧目標値Ｖａ＊を設定することも可能である（この場合は、アルゴリズムは２つになるので図８の場合は２本の線で表記されることになる）。
【００４０】
以上のように、この実施の形態によれば、第２蓄電デバイス６の充放電状態で分別される各モードＡ〜Ｃに応じて最適な発電母線電圧の目標値Ｖａ＊を設定することができるので、モードＡにおいては回生電力量を増大することができ、モードＢにおいては第２蓄電デバイス６に蓄電したエネルギを少ない損失で車載負荷３に移動させることができ、モードＣにおいてはガソリンのエネルギを少ない損失で電力を車載負荷３に移動させることができるので、全体として車両の燃費を改善することができる。
【００４１】
なお、上記説明では、制御回路８は発電機１の回転速度を検出して発電母線電圧目標値を設定するようにしているが、発電機１の回転速度がエンジンの回転速度と比例するとして、エンジンの回転速度を検出して発電母線電圧目標値を設定するようにしても良い。
【００４２】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る車両用電源システムの構成を示すブロック図である。車両用電源システムの構成要素は基本的には実施の形態１と同じであるが、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータと他の構成要素との接続関係が実施の形態１とは相違する。
【００４３】
この実施の形態２の車両用電源システムは、エンジン（図示せず）により駆動されて交流電力を発生する発電機１と、この発電機１で発生された交流電力を直流電力に整流して発電母線Ａに出力する整流器２と、車載負荷３に負荷給電母線Ｂを介して電力を供給する第１蓄電デバイス４と、発電機１からの発電電力を蓄電して電力変動を吸収する第２蓄電デバイス６と、発電母線Ａに第１端（入力端）が接続されると共に第２蓄電デバイス６に第２端（出力端）が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、第２蓄電デバイス６に第１端（入力端）が接続されると共に負荷供給母線Ｂに第２端（出力端）が接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御する制御回路８とを備えている。
【００４４】
発電機１、第１蓄電デバイス４、第２蓄電デバイス６、及び第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の内容は、実施の形態１において説明した内容と同様である。
【００４５】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、負荷が要求する負荷供給母線電圧Ｂへ流す電流を所定の目標値に保つ定電流型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される。このような定電流型のＤＣ／ＤＣコンバータとしては、負荷供給母線電圧Ｂの電流を目標電流に保つようにフィードバック制御される昇降圧チョッパ回路など、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ回路を使用することができる。そして、この第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電圧に関わらず入力電流を一定に保とうと作用するので、高い入力インピーダンスのＤＣ／ＤＣコンバータと見做すことができる。
【００４６】
ここで、発電母線Ａに対して、発電機１、整流器２、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を接続すると、発電機１および整流器２の内部インピーダンスは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５より十分高いので、発電母線電圧Ｖａは、最も入力インピーダンスの低い第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御のみによって所定の値に設定することが可能となる。すなわち、制御回路８により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御することにより、発電母線電圧Ｖａを所定の電圧に保つことが可能となる。
【００４７】
制御回路８は、発電機１の回転子の回転速度、発電母線Ａに加わる発電母線電圧Ｖａ、負荷給電母線Ｂに加わる負荷給電電圧Ｖｂ、第２蓄電デバイス６の電圧Ｖｅｄｌｃ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電流をそれぞれ検出して取り込み、それらの検出値に基づいて発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御するものである。特に、この実施の形態２の特徴として、後に詳述するように、車両の走行に伴う第２蓄電デバイス６の充放電状況（モードＡ〜Ｃ）によって、発電機１の最適な発電母線電圧Ｖａが異なるため、第２蓄電デバイス６の充放電状況（モードＡ〜Ｃ）に応じた最適な発電母線電圧Ｖａが安定して得られるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御する。
【００４８】
上記構成の車両電源システムでは、車両の走行に伴う第２蓄電デバイス６の充放電状況によって、次の３つの状態（モードＡ〜Ｃ）が生じる。以下、これらの各モードＡ〜Ｃの特性について、図５、図１１〜図１３を参照して説明する。
【００４９】
図１１〜図１３は、本実施の形態の車両用電源システムの各モードＡ〜Ｃにおけるエネルギの流れを示した図である。また、図５は、車速の変化と、それに伴う発電機１の発電電力Ｐａ、第２蓄電デバイス６の充放電電力Ｐｃ、負荷給電母線Ｂへの供給電力Ｐｂをそれぞれ示している。なお、発電機１の発電電力Ｐａは、負荷給電母線Ｂへの供給電力Ｐｂと第２蓄電デバイス６の充放電電力Ｐｃとを加算したものとなる。
【００５０】
１．モードＡ（第２蓄電デバイス充電モード）
このモードＡは、主として車両の減速時に生じる（例えば図５の時刻ｔ１〜ｔ２の期間）。すなわち、車両が減速すると、制御回路８は、発電機１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示を出し、発電機１の発電電力Ｐａと負荷供給母線Ｂへの供給電力Ｐｂの差分の電力で第２蓄電デバイス６を充電するように制御する。その結果、図１１に示すように、発電機１が発電したエネルギは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を経由して負荷給電母線Ｂに移行しつつ、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を経由して第２蓄電デバイス６にも移行する。この時、発電機１が発電する回生エネルギの源は、車体の質量と速度による運動エネルギであるので、燃料であるガソリンのエネルギは消費しない。車両の減速時の第２蓄電デバイス６へのエネルギの回生は、短時間、大電力で行う方が回生電力量を増大でき、より燃費を改善できる。したがって、このモードＡでは、発電機１の発電電力を第２蓄電デバイス６および負荷給電母線Ｂに移行させる上で、発電機１は極力大きな発電電力を発生しうる状態で行うことが望ましい。
【００５１】
なお、他の状態に依存して減速中でもモードＡとならない場合もある。例えば、第２蓄電デバイス６（例えば電気二重層キャパシタ）の電圧が上限電圧に達し、これ以上充電できない場合や、発電機１の最大発電電力と、負荷給電母線Ｂに供給すべき電力とが同等で、第２蓄電デバイス６に電力を分配できない場合などがある。
【００５２】
２．モードＢ（第２蓄電デバイス放電モード）
このモードＢは、主として車両の減速時以外で、かつ第２蓄電デバイス６に放電能力がある場合に成立する（例えば図５の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。すなわち、車両の減速が終了すると、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して、第２蓄電デバイス６のエネルギを放電するように制御する。第２蓄電デバイス６が第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７側に電力を供給できれば、制御回路８は発電機１の界磁巻線への電流供給を停止するので、発電機１は発電を停止し、図１２に示すように、第２蓄電デバイス６から負荷給電母線Ｂ側へエネルギが移行する。このように、このモードＢでは、車載負荷３を含む負荷給電母線Ｂ側への電力供給は第２蓄電デバイス６の蓄電エネルギによって行われるので、負荷給電母線Ｂ側への電力供給のためにガソリンのエネルギが消費されることはない。このモードＢでは、発電母線電圧Ａは関与しないので、特に考慮する必要はない。なお、このモードＢは、第２蓄電デバイス６の電圧が下限電圧に達し（図５の時刻ｔ３）、それ以上放電できなくなると終了する。
【００５３】
３．モードＣ（第２蓄電デバイス非充放電モード）
このモードＣは、主として車両の減速時以外で、かつ第２蓄電デバイス６に放電能力がなくなった場合に成立する（例えば図５の時刻ｔ３〜ｔ４の期間）。すなわち、第２蓄電デバイス６の電圧が下限電圧に達し（図５の時刻ｔ３）、それ以上放電できなくなると、制御回路８は発電機１の発電電力Ｐａと第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７が負荷供給母線Ｂへ供給する電力Ｐｂの差分をゼロにすることにより、第２蓄電デバイス６の充放電を停止し、図１３に示すようにエネルギを移動する。この時、車両が減速していなければ負荷給電母線Ｂ側への電力供給が必要となる分だけガソリンのエネルギが消費される。したがって、このモードＣでは、ガソリンのエネルギ消費を極力抑える上で、発電機１の発電効率が最大となる状態で行うことが望ましい。
【００５４】
そして、上記のモードＡ、Ｂの配分を最適化することによって、ガソリンのエネルギが消費されるモードＣの時間割合を極力減らすようにすれば、システム全体として燃費の改善を図ることができる。これが本実施の形態２のシステムの燃費改善の基本原理である。
【００５５】
ここで、エネルギの移行ルートとＤＣ／ＤＣコンバータの損失を考慮することによる、実施の形態１と実施の形態２の相違について説明する。
モードＡでは、発電機１から第２蓄電デバイス６に移行するエネルギは、実施の形態１では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を通過し、実施の形態２では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を通過する。すなわち、どちらの実施の形態も第２蓄電デバイス６に移行するエネルギは、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータを１回通過するので、ＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は同じである。発電機１から車載負荷３へ移行するエネルギがＤＣ／ＤＣコンバータを通過するのは、実施の形態１では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の１回、実施の形態２では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の２回であるので、実施の形態１の方がＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は小さい。
モードＢでは、第２蓄電デバイス６から車載負荷３へ移行するエネルギがＤＣ／ＤＣコンバータを通過するのは、実施の形態１では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の２回、実施の形態２では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の１回のため、実施の形態２の方がＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は小さい。
モードＣでは、発電機１から車載負荷３へ移行するエネルギがＤＣ／ＤＣコンバータを通過するのは、実施の形態１では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の１回、実施の形態２では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の２回であるので、実施の形態１の方がＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は小さい。
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータを通過するエネルギの損失は、両実施の形態で一長一短あり、システム設計時に使い方にあわせてどちらかを選択すればよい。すなわち、コストの観点から容量の小さい第２蓄電デバイス６を使用した場合、モードＣの時間割合が大きくなる。この場合、発電機１から直接車載負荷３へエネルギが移行する時の損失が小さくなる実施の形態１の方が燃費改善効果として有利である。一方、第２蓄電デバイス６の容量を十分大きくできる場合、モードＣの時間割合は小さくなる。この場合、モードＡおよびモードＢでの第２蓄電デバイス６を充放電する時の損失が抑えられる実施の形態２の方が燃費改善効果として有利である。
【００５６】
各モードＡ〜Ｃにおいて要求される上述した各特性に応じて発電母線電圧Ｖａを具体的にどのように設定すれば最適であるか、及び発電母線電圧Ｖａをどのように制御するかについては、上述した実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００５７】
実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３に係る車両用電源システムの構成を示すブロック図である。車両用電源システムの構成要素は基本的には実施の形態１と同じであるが、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータと他の構成要素との接続関係が実施の形態１とは相違する。
【００５８】
この実施の形態３の車両用電源システムは、エンジン（図示せず）により駆動されて交流電力を発生する発電機１と、この発電機１で発生された交流電力を直流電力に整流して発電母線Ａに出力する整流器２と、車載負荷３に負荷給電母線Ｂを介して電力を供給する第１蓄電デバイス４と、発電機１からの発電電力を蓄電して電力変動を吸収する第２蓄電デバイス６と、発電母線Ａに第１端（入力端）が接続されると共に負荷供給母線Ｂに第２端（出力端）が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、第２蓄電デバイス６に第１端（入力端）が接続されると共に負荷供給母線Ｂに第２端（出力端）が接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御する制御回路８とを備えている。
【００５９】
発電機１、第１蓄電デバイス４、第２蓄電デバイス６、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の内容は、実施の形態１において説明した内容と同様である。
【００６０】
ここで、発電母線Ａに対して、発電機１、整流器２、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を接続すると、発電機１および整流器２の内部インピーダンスは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５より十分高いので、発電母線電圧Ｖａは、最も入力インピーダンスの低い第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御のみによって所定の値に設定することが可能となる。すなわち、制御回路８により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御することにより、発電母線電圧Ｖａを所定の電圧に保つことが可能となる。
【００６１】
制御回路８は、発電機１の回転子の回転速度、発電母線Ａに加わる発電母線電圧Ｖａ、負荷給電母線Ｂに加わる負荷給電電圧Ｖｂ、第２蓄電デバイス６の電圧Ｖｅｄｌｃ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の第２蓄電デバイス６に対する充放電時の電流Ｉｃをそれぞれ検出して取り込み、それらの検出値に基づいて発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御するものである。特に、この実施の形態３の特徴として、後に詳述するように、車両の走行に伴う第２蓄電デバイス６の充放電状況（モードＡ〜Ｃ）によって、発電機１の最適な発電母線電圧Ｖａが異なるため、第２蓄電デバイス６の充放電状況（モードＡ〜Ｃ）に応じた最適な発電母線電圧Ｖａが安定して得られるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御する。
【００６２】
上記構成の車両電源システムでは、車両の走行に伴う第２蓄電デバイス６の充放電状況によって、次の３つの状態（モードＡ〜Ｃ）が生じる。以下、これらの各モードＡ〜Ｃの特性について、図５、図１５〜図１７を参照して説明する。
【００６３】
図１５〜図１７は、本実施の形態３の車両用電源システムの各モードＡ〜Ｃにおけるエネルギの流れを示した図である。また、図５は、車速の変化と、それに伴う発電機１の発電電力Ｐａ、第２蓄電デバイス６の充放電電力Ｐｃ、負荷給電母線Ｂへの供給電力Ｐｂをそれぞれ示している。なお、発電機１の発電電力Ｐａは、負荷給電母線Ｂへの供給電力Ｐｂと第２蓄電デバイス６の充放電電力Ｐｃとを加算したものとなる。
【００６４】
１．モードＡ（第２蓄電デバイス充電モード）
このモードＡは、主として車両の減速時に生じる（例えば図５の時刻ｔ１〜ｔ２の期間）。すなわち、車両が減速すると、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して第２蓄電デバイス６を充電するように制御する。その結果、図１５に示すように、発電機１が発電したエネルギは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を経由して負荷給電母線Ｂに移行しつつ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を経由して第２蓄電デバイス６にも移行する。この時、発電機１が発電する回生エネルギの源は、車体の質量と速度による運動エネルギであるので、ガソリンのエネルギは消費しない。この減速時の第２蓄電デバイス６へのエネルギの回生は、短時間、大電力で行う方が回生電力量を増大でき、より燃費を改善できる。したがって、このモードＡでは、発電機１の発電電力を第２蓄電デバイス６および負荷給電母線Ｂに移行させる上で、発電機１は極力大きな発電電力を発生しうる状態で行うことが望ましい。
【００６５】
なお、他の状態に依存して減速中でもモードＡとならない場合もある。例えば、第２蓄電デバイス６（例えば電気二重層キャパシタ）の電圧が上限電圧に達し、これ以上充電できない場合や、発電機１の最大発電電力と、負荷給電母線Ｂに供給すべき電力とが同等で、第２蓄電デバイス６に電力を分配できない場合などがある。
【００６６】
２．モードＢ（第２蓄電デバイス放電モード）
このモードＢは、主として車両の減速時以外で、かつ第２蓄電デバイス６に放電能力がある場合に成立する（例えば図５の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。すなわち、車両の減速が終了すると、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して、第２蓄電デバイス６のエネルギを放電するように制御する。この場合、制御回路８は発電機１の界磁巻線への電流供給を停止するので、発電機１は発電を停止し、図１６に示すように、第２蓄電デバイス６から負荷給電母線Ｂ側へエネルギが移行する。このように、このモードＢでは、車載負荷３を含む負荷給電母線Ｂ側への電力供給は第２蓄電デバイス６の蓄電エネルギによって行われるので、負荷給電母線Ｂ側への電力供給のためにガソリンのエネルギが消費されることはない。このモードＢでは、発電母線Ａは関与しないので、特に考慮する必要はない。なお、このモードＢは、第２蓄電デバイス６の電圧が下限電圧に達し（図５の時刻ｔ３）、それ以上放電できなくなると終了する。
【００６７】
３．モードＣ（第２蓄電デバイス非充放電モード）
このモードＣは、主として車両の減速時以外で、かつ第２蓄電デバイス６に放電能力がなくなった場合に成立する（例えば図５の時刻ｔ３〜ｔ４の期間）。すなわち、第２蓄電デバイス６の電圧が下限電圧に達し（図５の時刻ｔ３）、それ以上放電できなくなると、制御回路８は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の動作を停止する。また、この場合、発電機１の界磁巻線には電流が供給されるので、発電機１が負荷給電母線Ｂに供給するのに必要な分だけ電力を発電し、図１７に示すようにエネルギが移動する。この時、車両が減速していなければ負荷給電母線Ｂ側への電力供給が必要となる分だけガソリンのエネルギが消費される。したがって、このモードＣでは、ガソリンのエネルギ消費を極力抑える上で、発電機１の発電効率が最大となる状態で行うことが望ましい。
【００６８】
そして、上記のモードＡ、Ｂの配分を最適化することによって、ガソリンのエネルギが消費されるモードＣの時間割合を極力減らすようにすれば、システム全体として燃費の改善を図ることができる。これが本実施の形態３のシステムの燃費改善の基本原理である。
【００６９】
ここで、エネルギの移行ルートとＤＣ／ＤＣコンバータの損失を考慮することによる、実施の形態１と実施の形態３の相違について説明する。
モードＡでは、発電機１から第２蓄電デバイス６に移行するエネルギがＤＣ／ＤＣコンバータを通過するのは、実施の形態１では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の１回、実施の形態３では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の２回であるので、実施の形態１の方がＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は小さい。発電機１から車載負荷３へ移行するエネルギは、どちらの実施の形態もＤＣ／ＤＣコンバータを１回通過するので、ＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は同じである。
モードＢでは、第２蓄電デバイス６から車載負荷３へ移行するエネルギがＤＣ／ＤＣコンバータを通過するのは、実施の形態１では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７及び第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の２回、実施の形態３では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の１回であるため、実施の形態３の方がＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は小さい。
モードＣでは、発電機１から車載負荷３へ移行するエネルギがＤＣ／ＤＣコンバータを通過するのは、実施の形態１及び３共に第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の１回であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギの損失は同じである。
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータを通過するエネルギの損失は、両実施の形態で一長一短あり、システム設計時に使い方にあわせてどちらかを選択すればよい。すなわち、車体の重量が大きく十分大きな減速エネルギが取れる場合は、モードＡで第２蓄電デバイス６の充電時の損失が大きくてもモードＢで放電時の損失が小さい実施の形態３が、燃費改善効果として有利である。一方、車体の重量が小さく十分大きな減速エネルギが取れない場合は、モードＡで第２蓄電デバイス６の充電時の損失を小さくしてより多く減速エネルギを回収した実施の形態１が、燃費改善効果として有利である。
【００７０】
各モードＡ〜Ｃにおいて要求される上述した各特性に応じて発電母線電圧Ｖａを具体的にどのように設定すれば最適であるか、発電母線電圧Ｖａをどのように制御するかについては、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【図１】
2012137343.tif 000003
【図２】
2012137343.tif 000004
【図３】
2012137343.tif 000005
【図４】
2012137343.tif 000006
【図５】
2012137343.tif 000007
【図６】
2012137343.tif 000008
【図７】
2012137343.tif 000009
【図８】
2012137343.tif 000010
【図９】
2012137343.tif 000011
【図１０】
2012137343.tif 000012
【図１１】
2012137343.tif 000013
【図１２】
2012137343.tif 000014
【図１３】
2012137343.tif 000015
【図１４】
2012137343.tif 000016
【図１５】
2012137343.tif 000017
【図１６】
2012137343.tif 000018
【図１７】
2012137343.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月9日(2013.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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生する発電機と、
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発電母線に出力する整流器と、
車載負荷に負荷給電母線を介して電力を供給する第１蓄電デバイスと、
上記発電機からの発電電力を吸収して電力変動を吸収する第２蓄電デバイスと、
上記発電母線に接続されて、上記発電母線の電圧である発電母線電圧を目標値に保つように制御される定電圧制御型の第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第２蓄電デバイスに接続されて、入力または出力電流を目標電流に保つように制御される定電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータを共に駆動制御して上記発電機の発電電力を上記第１蓄電デバイスおよび上記第２蓄電デバイスに充電するとともに、第２蓄電デバイスに充電されたエネルギを放電させる制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記第２蓄電デバイスの充放電状況に応じて分別される各モードの全部または一部に対応して、上記発電母線電圧の最適な目標値を異なるアルゴリズムに基づいて決定し、上記発電母線電圧がその決定した上記最適な目標値になるように上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する車両用電源システム。
【請求項２】
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続され、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記第２蓄電デバイスに接続される請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項３】
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記第２蓄電デバイスに接続され、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記第２蓄電デバイスに接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続される請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項４】
上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記発電母線に接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続され、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１端が上記第２蓄電デバイスに接続されると共に第２端が上記負荷給電母線に接続される請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項５】
上記制御回路は、上記発電母線電圧の最適な目標値を決定する場合の上記アルゴリズムは、上記第２蓄電デバイスの充放電状況に応じて分別される各モードの全部または一部に対応させて、上記発電母線電圧の目標値を予め登録したテーブルを参照して行う請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
【請求項６】
上記第２蓄電デバイスの充放電状況が、上記第２蓄電デバイスを充電するモードである場合、上記制御回路は、上記発電母線電圧の目標値を、エンジンまたは発電機の回転速度を参照して決定する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
【請求項７】
上記第２蓄電デバイスの充放電状況が、第２蓄電デバイスを放電するモードである場合、上記制御回路は、上記発電母線電圧の目標値を、エンジンまたは発電機の回転速度を参照しないで決定する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
【請求項８】
上記第２蓄電デバイスの充放電状況が、第２蓄電デバイスを充電も放電もしないモードである場合、上記制御回路は、上記発電母線電圧の目標値を、エンジンまたは発電機の回転速度を参照して決定する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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生する発電機と、
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発電母線に出力する整流器と、
車載負荷に負荷給電母線を介して電力を供給する第１蓄電デバイスと、
上記発電機からの発電電力を吸収して電力変動を吸収する第２蓄電デバイスと、
上記発電母線に接続されて、上記発電母線の電圧である発電母線電圧を目標値に保つように制御される定電圧制御型の第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第２蓄電デバイスに接続されて、入力または出力電流を目標電流に保つように制御される定電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータを共に駆動制御して上記発電機の発電電力を上記第１蓄電デバイスおよび上記第２蓄電デバイスに充電するとともに、第２蓄電デバイスに充電されたエネルギを放電させる制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記第２蓄電デバイスの充放電状況に応じて分別される各モードの全部または一部に対応して、上記発電母線電圧の最適な目標値を異なるアルゴリズムに基づいて決定し、上記発電母線電圧がその決定した上記最適な目標値になるように上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するものである。
【国際調査報告】
2012137343.tif 000020
2012137343.tif 000021