(57)【要約】発電機（１）と、発電機（１）の交流電力を整流して発電母線（Ａ）に出力する整流器（２）と、バッテリ（４）と、蓄電デバイス（６）と、発電母線電圧（Ｖａ）を所定の電圧目標値に保つように制御する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）と、入力又は出力電流を所定の電流目標値に保つように制御する電流制御型の第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）を備え、制御回路（８）は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）の電流目標値（Ｉｒｅｆ）を発電母線電圧（Ｖａ）又はバッテリ母線電圧（Ｖｂ）の少なくとも一つに基づいて定めて、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）の入力又は出力電流を電流目標値（Ｉｒｅｆ）に保つように制御するとともに、蓄電デバイス（６）の充電または放電を行う際に、蓄電デバイス（６）の電圧値に応じて発電機（１）の発電電力を制御する。
2012137315.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電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して発電母線に出力する整流器と、
車載負荷にバッテリ母線を介して電力を供給するバッテリと、
上記発電機からの発電電力を蓄電する蓄電デバイスと、
上記発電母線に一方の端子が、上記バッテリ母線に他方の端子が接続され、上記発電母線の電圧を所定の電圧目標値に保つように制御される第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電母線に一方の端子が、上記蓄電デバイスに他方の端子が接続され、入力又は出力電流を所定の電流目標値に保つように制御される電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記電流目標値を上記発電母線の電圧及び上記バッテリ母線の電圧の少なくとも一つに基づいて定めて、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの入力又は出力電流を上記電流目標値に保つように制御するとともに、
上記蓄電デバイスの充電または放電を行う際に、上記蓄電デバイスの電圧値に応じて上記発電機の発電電力を制御するようにした車両用電源システム。
【請求項２】
上記制御回路は、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記電流目標値を、上記バッテリ母線電圧と上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのバッテリ母線電圧目標値の偏差に基づいて定め、
車両の減速時には、上記発電機のバッテリ母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記バッテリ母線電圧目標値より高く設定し、
上記蓄電デバイスの電圧が第１閾値以上となった場合、上記発電機の上記バッテリ母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記バッテリ母線電圧目標値と一致させ、
上記蓄電デバイスの電圧が上限値に達したら、上記蓄電デバイスの充電を停止させ、
上記バッテリ母線電圧が上記発電機の上記バッテリ母線電圧目標値となるように上記発電機の発電電力を制御する請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項３】
上記制御回路は、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記電流目標値を、上記バッテリ母線電圧と上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのバッテリ母線電圧目標値の偏差に基づいて定め、
車両の減速以外の時には、上記発電機のバッテリ母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記バッテリ母線電圧目標値より低く設定し、
上記蓄電デバイスの電圧が第２閾値以下となった場合、上記発電機の上記バッテリ母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記バッテリ母線電圧目標値と一致させ、
上記蓄電デバイスの電圧が下限値に達したら、上記蓄電デバイスの放電を停止させ、
上記バッテリ母線電圧が上記発電機の上記バッテリ母線電圧目標値となるように上記発電機の発電電力を制御する請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項４】
上記制御回路は、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記電流目標値を、上記バッテリ母線電圧と上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのバッテリ母線電圧目標値の偏差に基づいて定め、
車両の減速以外の時には、上記発電機のバッテリ母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記バッテリ母線電圧目標値と一致させ、
上記蓄電デバイスの電圧が下限値に達したら、上記蓄電デバイスの放電を停止させ、
上記バッテリ母線電圧が上記発電機の上記バッテリ母線電圧目標値となるように上記発電機の発電電力を制御する請求項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、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記電流目標値を、上記発電母線電圧と上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの発電母線電圧目標値の偏差に基づいて定め、
車両の減速時には、上記発電機の発電母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記発電母線電圧目標値より高く設定し、
上記蓄電デバイスの電圧が第１閾値以上となった場合、上記発電機の上記発電母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記発電母線電圧目標値と一致させ、
上記蓄電デバイスの電圧が上限値に達したら、上記蓄電デバイスの充電を停止させ、
上記発電母線電圧が上記発電機の上記発電母線電圧目標値となるように上記発電機の発電電力を制御する請求項１に記載の車両用電源システム。
【請求項６】
上記制御回路は、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を、上記発電母線電圧と上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの発電母線電圧目標値の偏差に基づいて定め、
車両の減速以外の時には、上記発電機の発電母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記発電母線電圧目標値より低く設定し、
上記蓄電デバイスの電圧が第２閾値以下となった場合、上記発電機の上記発電母線電圧目標値を上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記発電母線電圧目標値と一致させ、
上記蓄電デバイスの電圧が下限値に達したら、上記蓄電デバイスの放電を停止させ、
上記発電母線電圧が上記発電機の上記発電母線電圧目標値となるように上記発電機の発電電力を制御する請求項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ーの積極的な回生を実現できる車両用電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用電源システムは、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するように設定することにより、制動エネルギーの回生を積極的に行っている。一方、発電機の発電電圧を車両の非減速時には減速時よりも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なっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開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、上記の特許文献１の車両用電源システムでは、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力を大きくするとバッテリの電圧が上昇して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ないという問題があった。【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであって、車両用電源システムの各部の電圧を適正に保ちつつ、発電機の発電電力を大きくすることができ、車両の制動エネルギーを積極的に回生することができる車両用電源システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による車両用電源システムは、
エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して発電母線に出力する整流器と、
車載負荷にバッテリ母線を介して電力を供給するバッテリと、
上記発電機からの発電電力を蓄電する蓄電デバイスと、
上記発電母線に一方の端子が、上記バッテリ母線に他方の端子が接続され、上記発電母線の電圧を所定の電圧目標値に保つように制御される第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電母線に一方の端子が、上記蓄電デバイスに他方の端子が接続され、入力又は出力電流を所定の電流目標値に保つように制御される電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの上記電流目標値を上記発電母線の電圧及び上記バッテリ母線の電圧の少なくとも一つに基づいて定めて、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの入力又は出力電流を上記電流目標値に保つように制御するとともに、
上記蓄電デバイスの充電または放電を行う際に、上記蓄電デバイスの電圧値に応じて上記発電機の発電電力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、車両用電源システム各部の電圧を適正に保ちつつ、発電機の発電電力を大きくすることができ、車両の制動エネルギーを積極的に回生することができる。
【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を示す回路ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムに用いる発電機及び整流器の例を示す回路ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムに用いる発電機の出力特性を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムに用いる第１ＤＣ／ＤＣコンバータの例を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムに用いる第２ＤＣ／ＤＣコンバータの例を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの各部の電流及び電圧の関係を説明するための回路ブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの制御回路において、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を定めるための機能ブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの制御回路において、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流を制御するフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムにおいて、過電圧発生の様子を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムにおいて、電圧低下発生の様子を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムにおいて、過電圧抑制の様子を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムにおいて、電圧低下抑制の様子を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの制御回路において、発電機の発電電力制御と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を定める、フローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る車両用電源システムの制御回路において、発電機の発電電力制御と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を定める、フローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る車両用電源システムの制御回路において、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流を制御するフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る車両用電源システムの制御回路において、発電機の発電電力制御と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を定める、フローチャートである。
【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を示す回路ブロック図である。図１において、本実施の形態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、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にバッテリ母線Ｂを介して電力を供給するバッテリ４と、発電母線Ａに入力端が接続されるとともにバッテリ母線Ｂに出力端が接続される第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、発電機１の発電電力を蓄積する蓄電デバイスとしての電気二重層コンデンサ６と、発電母線Ａに入力端が接続されるとともに電気二重層コンデンサ６に出力端が接続される第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、発電母線電圧Ｖａ、バッテリ母線電圧Ｖｂ、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣ、発電機１の発電電力Ｐａ、車両の加速度信号９を検出し、発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７にそれぞれ指令信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を出力する制御回路８とを備えている。なお、図１の例では、車両の加速度信号９としたが、車両の加速・減速状態を検出できる信号であれば良い。
【００１０】
発電機１で発生した交流電力は、整流器２によって直流電力に変換され、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５によってバッテリ４に適した直流電圧に変換してから、バッテリ４に直流電力を供給する。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、発電母線Ａの直流電力を電気二重層コンデンサ６を充電する動作と、電気二重層コンデンサ６に蓄電した直流電力を発電母線Ａに供給する動作とを行う。
【００１１】
バッテリ４は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池であり、定格電圧は例えば１４Ｖである。
【００１２】
蓄電デバイスとしての電気二重層コンデンサ６は、発電機１からの発電電力を蓄積したり、バッテリ４の電力不足分を補充するなどして、バッテリ４側への供給電力を平準化する役割を果たす。なお、蓄電デバイスとしては、本例のような電気二重層コンデンサ６に限らず、リチウムイオン電池やニッケル水素蓄電池などを使用することもできる。
【００１３】
図２は本実施の形態の発電機及び整流器の例を示す回路ブロック図である。
発電機１は、例えば、界磁巻線１１を有するクローポール型回転子１２と、３相交流巻線１３を有する固定子１４と、レギュレータ回路１５とを備えたランデル型交流発電機である。発電機１のクローポール型回転子１２は、エンジン１００に連結されている。
レギュレータ回路１５は、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１６と、ダイオード１７を有している。スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１６のドレイン端子はダイオード１７のアノード端子に接続され、ソース端子は接地され、ゲート端子は制御回路８からのゲートドライブ信号が入力される。ダイオード１７のカソード端子が整流器２の出力端子２ａと第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力端子とを接続する発電母線Ａに接続されている。さらに、界磁巻線１１の両端が、ダイオード１７のカソード端子と、ダイオード１７のアノード端子とスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１６のドレイン端子との接続点と、にそれぞれ接続されている。
整流器２は、２個のダイオード２１を直列に接続してなるダイオード対を並列に３つ接続したブリッジ回路からなる三相全波整流回路であり、発電機１の３相交流巻線１３に誘起される交流電力を直流電力に整流する。
【００１４】
図３は、発電母線電圧Ｖａが１４Ｖ（実線）、２８Ｖ（一点鎖線）、４２Ｖ（点線）の場合の、発電機１の回転子の回転速度と発電電力Ｐａとの関係を示す図である。
図３において、発電母線電圧Ｖａが一定のとき（Ｖａ＝１４Ｖ、２８Ｖ、４２Ｖ）、回転速度が所定のミニマム値（Ｒｓ＝Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）以下では発電電力Ｐａはゼロであり、回転速度が所定のミニマム値を超えて上昇すると発電電力Ｐａは増大しつつ一定値に収束する。発電母線電圧Ｖａが高い場合（例えばＶａ＝４２Ｖ）は、低い場合（例えばＶａ＝１４Ｖ）より、回転速度が高いときの発電電力の収束値はより高くなるが、回転速度が所定値より低いときの発電電力Ｐａはより低くなる。また、発電母線電圧Ｖａが高い場合は、発電母線電圧Ｖａが低い場合より、より高い回転速度で発電電力Ｐａがゼロとなる。
【００１５】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５には、入力端を所定の目標電圧に保つ定入力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、または、入出力電圧比を所定の目標電圧比に保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。なお、この第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、電力移行が双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることもできる。ここでは、発電母線Ａに繋がる側を「入力側」と呼び、バッテリ母線Ｂに繋がる側を「出力側」と呼んでいる。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の目標電圧および目標電圧比は、発電母線電圧Ｖａが例えば１４Ｖ、２８Ｖ、４２Ｖのいずれかになるように切り替えるものとする。
【００１６】
定入力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとしては、降圧チョッパ回路など一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ主回路を使用することができ、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するようにする。また、入出力電圧比を所定の目標電圧比に保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータとしては、降圧チョッパ回路のスイッチングデューティ比を所定の値に保つように制御したＤＣ／ＤＣコンバータや、あるいは、国際公開番号ＷＯ２００８−０３２４２４号公報に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータを使用することができる。
【００１７】
図４は国際公開番号ＷＯ２００８−０３２４２４号公報に記載されているＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。このＤＣ／ＤＣコンバータは、平滑コンデンサ（Ｃｓ１）〜（Ｃｓ４）、スイッチング素子（Ｍｏｓ１Ｌ、Ｍｏｓ１Ｈ）〜（Ｍｏｓ４Ｌ、Ｍｏｓ４Ｈ）、エネルギ移行用のコンデンサ（Ｃｒ１２）〜（Ｃｒ１４）及びリアクトル（Ｌｒ１２）〜（Ｌｒ１４）を備え、上記スイッチング素子のオン・オフ動作により、直列共振体（ＬＣ１２）〜（ＬＣ１４）のＬＣ共振を利用して上記コンデンサ間で電荷を移行することにより、入出力端子間の電圧比（Ｖ１：Ｖ２）を整数比に保つ方式のものである。このコンバータは入出力端子間の電圧比が整数比という制約はあるが、チョッパ型など一般的なＤＣ／ＤＣコンバータと比べ、大型のリアクトルが不要であるので、小型で非常に高い効率が得られるという特徴がある。このコンバータの動作の詳細については、上記公報に詳しく説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００１８】
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、入力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コンバータとみなすことができる。
【００１９】
一方、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７には、その入力電流または出力電流を制御する電流制御型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。そして、本実施の形態では、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、バッテリ母線電圧Ｖｂを所定のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆに保つように、その入力電流または出力電流を制御する。この第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電気二重層コンデンサ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、電力移行が双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータが必須要件である。ここでは、入出力端の一方、すなわち発電母線Ａに繋がる側を便宜上「入力側」と呼び、電気二重層コンデンサ６に繋がる側を「出力側」と呼んでおり、必ずしも電力の移行方向を表していない。
【００２０】
電流制御型の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７としては、例えば、図５に示すように、入力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コンバータ主回路を適用することができる。
図５に示す第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７において、電流検出器７０で検出された入力電流Ｉ２ｉは、減算器７１により入力電流目標値Ｉｒｅｆと比較され、その偏差ＩｅをＰＩＤ演算器７２に出力する。ＰＩＤ演算器７２は上記偏差Ｉｅに基づきＰＩＤ演算を行い操作量としてデューティ信号を出力する。ＰＷＭ発生器７３はＰＩＤ演算器７２からのデューティ信号に従いＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ信号はゲートドライブアンプを介して、ＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ２Ｌのゲートに入力され、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ２Ｌのオンオフを制御する。
【００２１】
この第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、入力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コンバータとみなすことができる。
なお、ここでは第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７として、入力端に流れる電流を所定の目標値に保つものとしているが、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流と出力電流との関係は、入出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの効率とによって１対１に定まるので、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流を制御する代わりに出力電流を制御しても良い。
【００２２】
さて、発電母線Ａに、発電機１および整流器２と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７とを接続すると、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の入力インピーダンスより十分高く、また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７も前述のように高い入力インピーダンスを有している。そのために、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のみによって所定の値に設定することが可能となる。
【００２３】
すなわち、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として定入力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることにより、発電母線電圧Ｖａを所定の電圧に保つことが可能となる、また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることにより、発電母線電圧Ｖａを、バッテリ母線電圧Ｖｂの所定比倍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、低い入力インピーダンスの第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５を接続する構成としたためである。
【００２４】
一方、発電機１の回転子の回転速度と界磁電流が所定の値に決まると、図２に示した特性に従って発電機１の発電電力Ｐａが決まる。さらに、上記のように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって発電母線電圧Ｖａが設定されると、発電母線Ａに出力される発電電流Ｉａも決まることになる。
【００２５】
このように、予め第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって発電母線電圧Ｖａを所定の値に設定し、これに伴って発電母線Ａに出力される発電電流Ｉａが決まった状態で、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流Ｉ２ｉを所定の値に定めると、以降、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電流Ｉ２ｏつまり電気二重層コンデンサ６に流れる電流、および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力電流Ｉ１ｉと出力電流Ｉ１ｏを、全て一意に決めることができる。このことを、図６を用いてさらに詳しく説明する。
【００２６】
まず、発電母線電圧Ｖａは、上述の通り第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって予め所定の値に決まっているとする。このときの発電機１の発電電力Ｐａは、図２に示した関係から、発電母線電圧Ｖａと、発電機１の回転子の回転速度Ｒｓ及び界磁電流Ｉｄｆに応じて所定の値に決まるので、発電機１の出力電流Ｉａは、
Ｉａ＝Ｐａ／Ｖａ・・・（１）
となる。
【００２７】
ここで、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流をＩ２ｉに設定したとする。そうすると、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電流Ｉ２ｏは、入力電圧（発電母線電圧）Ｖａと、出力電圧（電気二重層コンデンサ６の充電電圧）ＶＥＤＬＣと、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の効率η２とから次のように決まる。
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力側から出力側に電力が移行するとき、つまり電気二重層コンデンサ６に充電するときの出力電流Ｉ２ｏは、
Ｉ２ｏ＝（Ｖａ×Ｉ２ｉ×η２）／ＶＥＤＬＣ・・・（２）
となる。
逆に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側から入力側に電力が移行するとき、つまり、電気二重層コンデンサ６から放電するときの出力電流Ｉ２ｏは、
Ｉ２ｏ＝（Ｖａ×Ｉ２ｉ）／（ＶＥＤＬＣ×η２）・・・（３）
となる。
また、電気二重層コンデンサ６の充電電圧ＶＥＤＬＣ（ｔ）は、コンデンサ容量Ｃと、初期電圧ＶＥＤＬＣ０と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電流Ｉ２ｏとの履歴より、次式で決まる。
ＶＥＤＬＣ（ｔ）＝｛∫（Ｉ２ｏ（ｔ）／Ｃ）ｄｔ｝＋ＶＥＤＬＣ０・・・（４）
【００２８】
一方、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力電流Ｉ１ｉは、
Ｉ１ｉ＝Ｉａ−Ｉ２ｉ・・・（５）
となる。
また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電流Ｉ１ｏは、バッテリ母線電圧Ｖｂと、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の効率η１とにより次のように決まる。
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力側から出力側に電力が移行するとき、つまり、発電母線Ａからバッテリ母線Ｂに電流を流すときの出力電流Ｉ１ｏは、
Ｉ１ｏ＝（Ｖａ×Ｉ１ｉ×η１）／Ｖｂ・・・（６）
となる。
逆に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側から入力側に電力が移行するとき、つまり、バッテリ母線Ｂから発電母線Ａに電流を流すときの出力電流Ｉ１ｏは、
Ｉ１ｏ＝（Ｖａ×Ｉ１ｉ）／（Ｖｂ×η１）・・・（７）
となる。
【００２９】
さらに、車載負荷３に流れる総電流をＩＬとすると、バッテリ４から流れ出す電流Ｉｂは、
Ｉｂ＝ＩＬ−Ｉ１ｏ・・・（８）
となる。
なお、バッテリ母線電圧Ｖｂは、ほぼバッテリ４の内部電圧Ｖｂ０であるが、正確にはバッテリ４の内部抵抗Ｒｂとバッテリ電流Ｉｂに依存し、
Ｖｂ＝Ｖｂ０−Ｒｂ×Ｉｂ・・・（９）
となる。
【００３０】
以上のように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって発電母線電圧Ｖａが所定の値になるように設定し、これに伴って発電母線Ａに出力される発電電流Ｉａが決まった状態で、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流Ｉ２ｉの値を制御することにより、車両用電源システムの各部に流れる電流を同時に制御することが可能となる。すなわち、入力電流Ｉ２ｉを適切な値に設定することにより、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電流Ｉ２ｏ、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力電流Ｉ１ｉ及び出力電流Ｉ１ｏ、バッテリ電流Ｉｂが制御される。
【００３１】
そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流Ｉ２ｉについて、前述のように、その設定値により電源システム各部の電流を制御して電力の配分を制御することが可能であるので、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対する入力電流目標値Ｉｒｅｆは、電源システム各部の様々な要因により定めることになる。このことは逆に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５よりも下流側の電力配分を決めれば、これに伴って第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流Ｉ２ｉは自ずと決まることになる。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、バッテリ４の寿命や車載負荷３に過負荷が生じないような必要な入力電圧を考慮し、バッテリ母線電圧Ｖｂが常に一定に保たれるように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆを、検出されるバッテリ母線電圧Ｖｂ、発電機１の出力電力値Ｐａ、および発電母線電圧Ｖａに基づいて、以下の（ａ）〜（ｄ）の手順に沿って決定する。
【００３３】
（ａ）バッテリ４の寿命や車載負荷３に必要な入力電圧を考慮して、バッテリ母線電圧Ｖｂができるだけ変動せずに所定のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆに一定に保たれるようにフィードバック制御するために、まず、バッテリ母線電圧Ｖｂを一定に保つ上での第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電流目標値Ｉ１ｏｔを定める。
（ｂ）次に、電圧検出器（図示せず）で検出される発電母線電圧Ｖａとバッテリ母線電圧Ｖｂとの比、すなわち第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の昇降圧比に基づき、前述の（６）式の関係を用いて、上記の手順（ａ）で定めた第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電流目標値Ｉ１ｏｔを、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力電流目標値Ｉ１ｉｔに換算する。
（ｃ）続いて、発電機１の回転子の回転速度Ｒｓと界磁電流Ｉｄｆに基づいて得られる発電電力Ｐａと、検出された発電母線電圧Ｖａとから、前述の（１）式に基づいて発電機１の発電電流Ｉａを求める。
（ｄ）そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆを、上記の（ｂ）、（ｃ）の各手順でそれぞれ得られた入力電流目標値Ｉ１ｉｔと発電電流Ｉａとから、次式によって求める。
Ｉｒｅｆ＝Ｉ１ｉｔ−Ｉａ・・・（１０）
要するに、上記の（ａ）〜（ｄ）の手順は、バッテリ母線電圧Ｖｂが常に一定に保たれるように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電流目標値Ｉ１ｏｔを、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆに換算したことに相当する。
【００３４】
図７は、上記（ａ）〜（ｄ）の手順を実現するために、制御回路８内で実行される制御機能のブロック図の例である。
まず、電圧検出器（図示せず）で検出されたバッテリ母線電圧Ｖｂは第１減算器８０によりバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆと比較され、その電圧偏差Ｖｅを電圧制御用ＰＩＤ制御器８１に入力する。電圧制御用ＰＩＤ制御器８１は、上記電圧偏差Ｖｅに基づいて第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電流目標値Ｉ１ｏｔを得る（上記の手順（ａ））。
次に、積算器８２は、前述の（６）式に基づき、出力電流目標値Ｉ１ｏｔとＶｂ／（Ｖａ×η１）の積より第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力電流目標値Ｉ１ｉｔを求める（上記の手順（ｂ））。
一方、発電機１の回転子の回転速度Ｒｓ、発電機１の界磁電流値Ｉｆｄ、および電圧検出器（図示せず）で検出された発電母線電圧Ｖａに基づき、これらの値と発電機１の発電電力Ｐａとの関係が予め設定登録されているＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）８３を用いて、発電機１から出力される発電電力Ｐａを求める。次いで、この発電電力Ｐａを除算器８４を用い発電母線電圧Ｖａで除することにより発電電流Ｉａを求める（上記の手順（ｃ））。
さらに、第２減算器８５を用い、（１０）式に基づいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆを導出する（上記の手順（ｄ））。
そして、この入力電流目標値Ｉｒｅｆを、図５に示す第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の制御ブロックに入力し、入力電流値Ｉ２ｉが入力電流目標値Ｉｒｅｆとなるようにフィードバック制御する。
このようにして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆを定め、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流Ｉ２ｉがこの入力電流目標値Ｉｒｅｆになるようにフィードバック制御することにより、バッテリ母線電圧Ｖｂをバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆに漸近させて略一定に保つことができる。
【００３５】
図８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流を定める制御フローチャートであり、上記で説明した様に、バッテリ母線電圧Ｖｂを所定のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆに保つように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流を制御するためのフローチャートである。図８に示す制御ルーチンは、制御回路８内において一定の周期毎に繰り返し実施される。上記一定の周期は、具体的には第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子のスイッチング周期と同じか、またはその数倍程度とする。図８の制御ルーチンの周期と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング周期は同期でも非同期でも構わない。
【００３６】
図８において、制御ルーチンが開始されると、後述する発電電力制御フローチャートから第２ＤＣ／ＤＣコンバータ指示信号を取得する（Ｓ１０１）。次に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ指示信号が動作指示信号か否かを判断する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２において指示信号が動作指示信号である場合はＳ１０３に進み、動作指示信号でない場合はＳ１０９に進む。Ｓ１０３では、制御回路８は図示しない電圧検出器によりバッテリ母線電圧Ｖｂをサンプリングする。そして、Ｓ１０４では、制御回路８はバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆとバッテリ母線電圧Ｖｂの電圧偏差Ｖｅを求める。ここで、バッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆはバッテリ４の定格電圧に基づいて決定する。例えば定格電圧１２．６Ｖの鉛蓄電池の場合は、バッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆは１４Ｖ程度とする。次に、Ｓ１０５において、制御回路８は上記電圧偏差ＶｅにＰＩＤ演算等を行い、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆを算出する。以上の算出過程は、前述の図７に基づいて説明した通りである。
【００３７】
次に、Ｓ１０６において、制御回路８は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流値Ｉ２ｉをサンプリングする。そして、Ｓ１０７において、制御回路８は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流目標値Ｉｒｅｆと第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電流値Ｉ２ｉの電流偏差Ｉｅを求める。次に、Ｓ１０８において、制御回路８は上記電流偏差ＩｅにＰＩＤ演算を行い、操作量（デューティ信号）を算出する。そして、制御回路８は、上記操作量（デューティ信号）に基づきパルス幅変調を行う（Ｓ１１０）。そして、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子に対してゲート信号を出力する（Ｓ１１１）。これらの動作は図５に基づいて説明した通りである。
なお、Ｓ１０２において、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ指示信号が動作指示信号でなく停止指示信号である場合、Ｓ１０９において、上記操作量（デューティ信号）を０に設定する。
【００３８】
一方、制御回路８は、バッテリ母線電圧Ｖｂを発電機のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆに収束させるように、発電機１の発電電力を制御する。発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆは、車両の減速時には第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆより電圧値αだけ高く設定し、車両の加速時は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆより電圧値βだけ低く設定する。これにより、車両の減速時に発電機１の発電電力をバッテリ４および電気二重層コンデンサ６に充電することができ、車両の加速時に電気二重層コンデンサ６の蓄電電力をバッテリ４に充電することができる。上述の電圧値αおよびβは制御回路８の検出機能が有する分解能より大きい正の電圧値であればよい。
【００３９】
ここで、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣが所定の上限値ＶＭＡＸに達したら、コンデンサの劣化を防止するために電気二重層コンデンサ６の充電を停止する。また、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣが所定の下限値ＶＭＩＮに達したら、利用効率を高めるために電気二重層コンデンサ６の放電を停止する。
【００４０】
電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸに達し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を停止して電気二重層コンデンサ６の充電を停止した場合、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによって、図９に示すような現象が発生する。すなわち、図９（ａ）のように発電機１の応答遅れによる余剰電力ＰＯＶＥＲが発生し、図９（ｂ）のように期間Ｔ１においてバッテリ母線電圧Ｖｂが上昇して過電圧状態になり、車載負荷３やバッテリ４の寿命を縮める。なお、図９において、Ｐａは発電機１の発電電力、ＰＥＤＬＣは電気二重層コンデンサ６の充電電力、ＰＬＯＡＤは負荷側への供給電力である。
【００４１】
また、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮに達し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を停止して電気二重層コンデンサ６の放電を停止した場合、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによって、図１０に示すような現象が発生する。すなわち、図１０（ａ）のように発電機１の応答遅れによる不足電力ＰＵＮＤＥＲが発生し、図１０（ｂ）のように期間Ｔ２においてバッテリ母線電圧Ｖｂが低下して低電圧状態になり、車載負荷３の安定動作を妨げる。なお、図１０において、Ｐａは発電機１の発電電力、ＰＥＤＬＣは電気二重層コンデンサ６の放電電力、ＰＬＯＡＤは負荷側への供給電力である。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣにおいて、上限値ＶＭＡＸより低い第１閾値ＶＭＡＸ-1と、下限値ＶＭＩＮより高い第２閾値ＶＭＩＮ-1とを用意する。
そして、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ-1を上回ったら、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆ（＝Ｖ２ｒｅｆ＋α）を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆと一致させることとする。つまりαを０とする。これにより、バッテリ母線電圧値Ｖｂは、図１１に示すように発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の時定数でバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆに収束する。そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆは、バッテリ母線電圧Ｖｂとバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆとの偏差ＶｅにＰＩＤ演算を施した値であるから、発電機１の発電制御によって偏差Ｖｅが０に維持されると、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆは０となる。その結果、電気二重層コンデンサ６の充電が停止し、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによる発電電力の超過の発生を防ぐことが可能となる。
【００４３】
同様にして、電気二重層コンデンサ６の電圧ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ-1を下回ったら、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆ（＝Ｖ２ｒｅｆ−β）を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆと一致させることとする。つまりβを０とする。これにより、バッテリ母線電圧値Ｖｂは、図１２に示すように発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の時定数でバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆに収束する。そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆは、バッテリ母線電圧Ｖｂとバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆとの偏差ＶｅにＰＩＤ演算を施した値であるから、発電機１の発電によって偏差Ｖｅが０に維持されると、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆは０となる。その結果、電気二重層コンデンサ６の放電が停止し、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによる発電電力の不足が生じることを防ぐことが可能となる。
【００４４】
図１３は本実施の形態による発電機の発電電力制御と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を定めるフローチャートである。図１３の制御ルーチンは一定の周期ごとに繰り返し実施される。上記一定の周期は具体的には、発電機１と制御回路８で構成するフィードバック制御系に必要な時定数の１／１０程度とする。図１３に示す発電機１の発電電力の制御ルーチンの周期と、図８に示す第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御の制御ルーチンの周期は同期する必要はないが同期しても構わない。また、図１３と図８の制御フローチャートを一つの制御フローチャートとして縦続接続しても構わない。
【００４５】
図１３のフローチャートは制御回路８により実行される。制御ルーチンが開始されると、制御回路８は加速度信号に基づいて車両が減速か減速以外かを判定する（Ｓ２０１）。車両が減速ならば電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上であるかの判定を行う（Ｓ２０２）。電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上の場合、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆと一致させる（Ｓ２０３）。電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上でない場合は、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆ＋αとする（Ｓ２０４）。
続いて、電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上となっているかの判定を行う（Ｓ２０５）。電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上の場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として停止指示信号を送る（Ｓ２０６）。電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上でない場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として動作指示信号を送る（Ｓ２０７）。
次に、制御回路８は、発電機１の発電電力制御を実施する（Ｓ２０８）。
【００４６】
一方、Ｓ２０１で車両が減速以外ならば、制御回路８は電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ−１以下であるかの判定を行う（Ｓ２１０）。電圧値ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ−１以下の場合、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆと一致させる（Ｓ２１１）。電圧値ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ−１以下でない場合、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆ−βとする（Ｓ２１２）。
続いて、電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下となっているかの判定を行う（Ｓ２１３）。電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下の場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として停止指示信号を送る（Ｓ２１４）。電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下でない場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として動作指示信号を送る（Ｓ２１５）。
次に、制御回路８は、発電機１の発電電力制御を実施する（Ｓ２０８）。
【００４７】
Ｓ２０８の発電電力制御は、バッテリ母線電圧Ｖｂが、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆとなるように、発電機１の発電電力を制御するものである。発電機１が例えば図２に示すような交流発電機の場合は、制御回路８からレギュレータ回路１５のスイッチング素子１６のゲート端子に制御信号を出力し、スイッチング素子１６のオンオフ制御を行うことで界磁巻線１１の界磁電流を変化させて、発電機１の発電電力を制御する。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、車両用電源システム各部の電圧を適正に保ちつつ、発電機の発電電力を大きくすることができ、車両の制動エネルギーを積極的に回生することができる。
【００４９】
特に、電気二重層コンデンサ６の充電または放電を終了する際に、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによる発電電力の過多または不足を防止することができる。
【００５０】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による車両用電源システムは、車両が減速以外の場合、発電機のバッテリ母線電圧目標値を、第２ＤＣ／ＤＣコンバータのバッテリ母線電圧目標値から所定値低い値とし、電気二重層コンデンサの電圧値が下限値となった場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの放電を停止するようにする。上記以外の動作及び構成は、上記実施の形態１による車両用電源システムと同様であるので説明を省略する。
【００５１】
図１４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制御回路において、発電機の発電電力制御と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を定めるフローチャートである。
図１４の制御ルーチンは一定の周期ごとに繰り返し実施される。上記一定の周期は具体的には、発電機１と制御回路８で構成するフィードバック制御系に必要な時定数の１／１０程度とする。図１４に示す発電機１の発電電力の制御ルーチンの周期と、図８に示す第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御の制御ルーチンの周期は同期する必要はないが同期していても構わない。また、図１４と図８の制御フローチャートを一つの制御フローチャートとして縦続接続しても構わない。
【００５２】
図１４のフローチャートは制御回路８により実行される。制御ルーチンが開始されると、制御回路８は加速度信号に基づいて車両が減速か減速以外かを判定する（Ｓ３０１）。車両が減速ならば電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上であるかの判定を行う（Ｓ３０２）。電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上の場合、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆと一致させる（Ｓ３０３）。電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上でない場合は、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを上記電圧目標値Ｖ２ｒｅｆ＋αとする（Ｓ３０４）。
続いて、電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上となっているかの判定を行う（Ｓ３０５）。電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上の場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として停止指示信号を送る（Ｓ３０６）。電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上でない場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として動作指示信号を送る（Ｓ３０７）。
次に、制御回路８は、発電機１の発電電力制御を実施する（Ｓ２０８）。
【００５３】
一方、Ｓ３０１で車両が減速以外ならば、制御回路８は、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆを、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖ２ｒｅｆ−βとする（Ｓ３１０）。次に、電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下となっているかの判定を行う（Ｓ３１１）。電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下の場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として停止指示信号を送る（Ｓ３１２）。電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下でない場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として動作指示信号を送る（Ｓ３１３）。
次に、制御回路８は、発電機１の発電電力制御を実施する（Ｓ３０８）。
【００５４】
Ｓ３０８の発電電力制御は、バッテリ母線電圧Ｖｂが、発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖ１ｒｅｆとなるように、発電機１の発電電力を制御するものである。発電機１が例えば図２に示すような交流発電機の場合は、制御回路８からレギュレータ回路１５のスイッチング素子１６のゲート端子に制御信号を出力し、スイッチング素子１６のオンオフ制御を行うことで界磁巻線１１の界磁電流を変化させて、発電機１の発電電力を制御する。
【００５５】
以上のように本実施の形態によれば、車両用電源システム各部の電圧を適正に保ちつつ、発電機の発電電力を大きくすることができ、車両の制動エネルギーを積極的に回生することができる。
【００５６】
特に、電気二重層コンデンサ６の充電を終了する際に、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによる発電電力の過多を防止することができる。
【００５７】
実施の形態３
実施の形態１では、発電機及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータの目標電圧をバッテリ母線電圧に設定したが、本実施の形態では、発電機及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータの目標電圧を発電母線電圧に設定する。本実施の形態による車両用電源システムの構成は、実施の形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【００５８】
実施の形態３による車両用電源システムにおいて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、入出力電圧比を所定の目標電圧比Ｎに保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆは、発電母線電圧Ｖａと第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆとの偏差Ｖｅに基づいて定めるとともに、発電機１に対しては、発電母線電圧Ｖａを発電機１の発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆに収束させるように、発電電力を制御することとする。
【００５９】
そして、発電母線電圧値Ｖａは発電機１の回転子の回転速度に応じて決めることとする。図２に示したように、発電機１の発電電力特性は、回転子の回転速度に応じて発電母線電圧Ｖａを変えることで最大発電電力を変化させることができる。そのため、具体的には、図２に示すように、発電機１の回転子の回転速度がＲａ未満では発電母線電圧Ｖａを１４Ｖとし、回転速度がＲａ以上Ｒｂ未満では発電母線電圧Ｖａを２８Ｖとし、回転速度がＲｂ以上では発電母線電圧Ｖａを４２Ｖとなるようにする。この場合、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の目標電圧比Ｎは、発電母線電圧Ｖａが上記の１４Ｖ、２８Ｖ、４２Ｖになるように設定する。
【００６０】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆは、上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と同様に、１４Ｖ、２８Ｖ、４２Ｖになるように設定する。
【００６１】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として、入出力電圧比を所定の目標電圧比Ｎに保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることで、発電母線電圧Ｖａはバッテリ母線電圧Ｖｂの逓倍となる。そのため、バッテリ母線電圧Ｖｂの変動は発電母線電圧Ｖａに伝搬し、また、発電母線電圧Ｖａの変動はバッテリ母線電圧Ｖｂに伝搬するため、発電機１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の目標電圧を発電母線電圧に設定しても、実施の形態１と同様の制御を行うことができる。
【００６２】
すなわち、本実施の形態では、発電機１の目標電圧を発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆとし、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の目標電圧を発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆと設定して、実施の形態１と同様に発電機１の発電電力制御および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御を実施する。以下、両方の制御を具体的に説明する。
【００６３】
図１５は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流を制御するフローチャートであり、発電母線電圧Ｖａを所定の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆに保つように第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流を制御するためのフローチャートである。図１５に示す制御ルーチンは、制御回路８内において一定の周期毎に繰り返し実施される。上記一定の周期は、具体的には第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子のスイッチング周期と同じか、またはその数倍程度とする。図１５の制御ルーチンの周期と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング周期は同期でも非同期でも構わない。
【００６４】
図１５において、制御ルーチンが開始されると、後述する図１６の発電電力制御フローチャートから第２ＤＣ／ＤＣコンバータ指示信号を取得する（Ｓ４０１）。次に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ指示信号が動作指示信号か否かを判断する（Ｓ４０２）。Ｓ４０２において指示信号が動作指示信号である場合はＳ４０３に進み、動作指示信号でない場合はＳ４０９に進む。Ｓ４０３では、制御回路８は図示しない電圧検出器により発電母線電圧Ｖａをサンプリングする。そして、Ｓ４０４では、制御回路８は発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆと発電母線電圧Ｖａの電圧偏差Ｖｅを求める。次に、Ｓ４０５において、制御回路８は上記電圧偏差ＶｅにＰＩＤ演算等を行い、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆを算出する。
次に、Ｓ４０６において、制御回路８は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流値Ｉ２ｉをサンプリングする。そして、Ｓ４０７において、制御回路８は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆと第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流値Ｉ２ｉの電流偏差Ｉｅを求める。次に、Ｓ４０８において、制御回路８は上記電流偏差ＩｅにＰＩＤ演算を行い、操作量（デューティ信号）を算出する。そして、制御回路８は、上記操作量（デューティ信号）に基づきパルス幅変調を行いＰＷＭ信号を生成する（Ｓ４１０）。そして、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子に対してゲート信号を出力する（Ｓ４１１）。
なお、Ｓ４０２において、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ指示信号が動作指示信号でなく停止指示信号である場合、Ｓ４０９において、上記操作量（デューティ信号）を０に設定する。
【００６５】
図１６は本実施の形態による発電機の発電電力制御と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を定めるフローチャートである。図１６の制御ルーチンは一定の周期ごとに繰り返し実施される。上記一定の周期は具体的には、発電機１と制御回路８で構成するフィードバック制御系に必要な時定数の１／１０程度とする。図１６に示す発電機１の発電電力の制御ルーチンの周期と、図１５に示す第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御の制御ルーチンの周期は同期する必要はないが同期していても構わない。また、図１６と図１５の制御フローチャートを一つの制御フローチャートとして縦続接続しても構わない。
【００６６】
図１６のフローチャートは制御回路８により実行される。制御ルーチンが開始されると、制御回路８は加速度信号に基づいて車両が減速か減速以外かを判定する（Ｓ５０１）。車両が減速ならば電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上であるかの判定を行う（Ｓ５０２）。電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上の場合、発電機１の発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆと一致させる（Ｓ５０３）。電圧値ＶＥＤＬＣが第１閾値ＶＭＡＸ−１以上でない場合は、発電機１の発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆ＋αとする（Ｓ５０４）。
続いて、電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上となっているかの判定を行う（Ｓ５０５）。電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上の場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として停止指示信号を送る（Ｓ５０６）。電圧値ＶＥＤＬＣが上限値ＶＭＡＸ以上でない場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として動作指示信号を送る（Ｓ５０７）。
次に、制御回路８は、発電機１の発電電力制御を実施する（Ｓ５０８）。
【００６７】
一方、Ｓ５０１で車両が減速以外ならば、制御回路８は電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ−１以下であるかの判定を行う（Ｓ５１０）。電圧値ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ−１以下の場合、発電機１の発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆと一致させる（Ｓ５１１）。電圧値ＶＥＤＬＣが第２閾値ＶＭＩＮ−１以下でない場合、発電機１の発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆを第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の発電母線電圧目標値Ｖ５ｒｅｆ−βとする（Ｓ５１２）。
続いて、電気二重層コンデンサ６の電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下となっているかの判定を行う（Ｓ５１３）。電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下の場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として停止指示信号を送る（Ｓ５１４）。電圧値ＶＥＤＬＣが下限値ＶＭＩＮ以下でない場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に指示信号として動作指示信号を送る（Ｓ５１５）。
次に、制御回路８は、発電機１の発電電力制御を実施する（Ｓ５０８）。
【００６８】
Ｓ５０８の発電電力制御は、発電母線電圧Ｖａが、発電機１の発電母線電圧目標値Ｖ４ｒｅｆとなるように、発電機１の発電電力を制御するものである。発電機１が例えば図２に示すような交流発電機の場合は、制御回路８からレギュレータ回路１５のスイッチング素子１６のゲート端子に制御信号を出力し、スイッチング素子１６のオンオフ制御を行うことで界磁巻線１１の界磁電流を変化させて、発電機１の発電電力を制御する。
【００６９】
以上のように本実施の形態によれば、車両用電源システム各部の電圧を適正に保ちつつ、発電機の発電電力を大きくすることができ、車両の制動エネルギーを積極的に回生することができる。
【００７０】
特に、電気二重層コンデンサ６の充電または放電を終了する際に、発電機１と制御回路８で構成されるフィードバック系の応答遅れによる発電電力の過多または不足を防止することができる。
【００７１】
また、発電母線電圧を所定の電圧に維持することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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