CN111903032A - 混合式发动机发电机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合式发动机发电机的控制装置，具备由发动机(10)驱动的发动机发电部，并指示用户对要使用的负载进行确定(S10)、根据按照指示由用户所确定的负载从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个电池中选择至少一个并与发动机发电部连接(S12～S22)、基于所确定的负载所要求的负载要求输出对所选择的电池的充放电和发动机发电部的动作进行控制(S24)。

Description

混合式发动机发电机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种具备电池和由发动机驱动的发动机发电部的混合式发动机发电机的控制装置。
背景技术
作为具备电池和由发动机驱动的发动机发电部的混合式发动机发电机的控制装置，已知有例如专利文献1中记载的技术。专利文献1中记载的技术构成为，电池输出为规定值以上时将发动机转速固定，不足的部分由电池输出来填补，另一方面，电池输出下降到低于规定值时使发动机转速上升而使发电输出增加，由此抑制发动机转速的上升，从而避免噪音的增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-234458号公报。
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1通过如上所述构成来抑制发动机转速的上升，避免噪音的增加，但仅是限于具备电池，因此除了电池与发动机发电机的协调控制外，在燃料消耗方面也有改善的余地。
因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供改善电池与发动机发电机的协调控制并改善燃料消耗的混合式发动机发电机的控制装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的具备由发动机驱动的发动机发电部的混合式发动机发电机的控制装置构成为，具备：用户负载确定指示部，其指示用户对要使用的负载进行确定；电池连接部，其根据按照所述指示由用户所确定的负载从在每单位时间的放电容量上互不相同的多个电池中选择至少一个并与所述发动机发电部连接；以及控制部，其基于所述所确定的负载所要求的负载要求输出对所述连接的电池的充放电和所述发动机发电部的动作进行控制。
附图说明
图1是整体地示出本发明的实施方式的混合式发动机发电机的控制装置的概略图。
图2是详细地示出图1的发动机发电部等构成的电路图。
图3是示出图1的混合式发动机发电机的控制装置的动作的流程图。
图4是示出在图3流程图的处理中预定的负载的类别的说明图。
图5A是用于说明图3流程图的处理的时序图。
图5B是用于说明图3流程图的处理的时序图。
图5C是用于说明图3流程图的处理的时序图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式的混合式发动机发电机的控制装置进行说明。
图1是整体地示出本发明的实施方式的混合式发动机发电机的控制装置的概略图，图2是详细地示出图1的发动机发电部等构成的电路图。
如图1所示，混合式发动机发电机(以下称为“发电机”)1具备发动机10、由发动机10驱动的发动机发电部12、电池14以及对它们的动作进行控制的电子控制单元(Electronic Control Unit，以下称为“ECU”)16。
电池14由14a、14b、14c、14d这个四个构成。四个电池14由在每单位时间的发电容量上互不相同的电池构成，具体而言，电池14a、14b具有通常的放电特性(第1特性)，电池14c、14d具有发电容量比第1特性大的特性(第2特性，换言之是能够急速放电的特性)。四个电池14除了放电特性外，其余的构成相同，因此以下仅作为电池14进行说明。
ECU16由至少具有处理器(CPU)16a和与所述处理器16a连接的至少一个存储器(ROM、RAM)16b等的微型计算机构成，并具备由键盘和显示器等构成的能够供用户使用的输入部16c。
发动机发电部12具备交流发电机20和电力转换部22。发动机10由以例如汽油作为燃料的点火式的空冷发动机构成，具有在气缸内往复运动的活塞(未图示)和与活塞同步旋转的曲轴(输出轴，未图示)。发动机10的旋转由用执行器驱动的节气门阀10a来调节。
发动机10的动力经由曲轴对发动机发电部12的交流发电机20进行驱动。交流发电机20由多极型构成，具有：转子(未图示)，其与曲轴连结并与曲轴一体旋转，并在周围配置有永磁体；和定子(未图示)，其与转子的周面相向，与转子呈同心状配置，并如图2所示，设有以互差120度的相位角配置的UVW相的绕组20a。
如图2所示，电力转换部22由整流部22a、直流部22b、逆变部22c以及波形成形电路22d构成。
整流部22a由具有桥接的晶闸管SCR1、SCR2、SCR3和二极管D1、D2、D3的混合桥式整流电路构成。
交流发电机20的三相绕组20a中的U相20a1与SCR1和D1的结合部连接，V相20a2与SCR2和D2的结合部连接，W相20a3与SCR3和D3的结合部连接。
整流部22a对交流发电机20的输出进行整流并输出到直流部22b，并且在晶闸管SCR1～SCR3通过ECU16而导通/关断时，还作为将从电池14输出的直流输出电压转换为三相交流电压施加到交流发电机20的驱动装置发挥功能。直流部22b由电容器C1构成。
逆变部22c具备桥接并并联连接有二极管的开关元件Q1、Q2、Q3、Q4。逆变部22c的输出被输入到由线圈L1、L2和电容器C2构成的波形成形电路22d。在波形成形电路22d的后段连接有负载(电气负载)24。
电池14经由绝缘型的DC-DC转换器26与电力转换部22连接。
DC-DC转换器26在电池14与直流部22b之间双向地供给电力。DC-DC转换器26在图1中相当于充电用电力转换部和输出用电力转换部。
DC-DC转换器26具备：变压器30初级侧的低压侧绕组30a和次级侧的高压侧绕组30b以及与低压侧绕组30a连接的低压侧开关部30c和与高压侧绕组30b连接的整流部30d。
低压侧开关部30c由并联连接有二极管并桥接的开关元件Q5、Q6、Q7、Q8构成。整流部30d由桥接的二极管D4、D5、D6、D7构成。
在高压侧绕组30b插入LC振荡电路30f，并在低压侧开关部30c和整流部30d连接平滑用电容器C3、C4。低压侧开关部30c的开关元件Q5～Q8由ECU16控制断接。
在第2变压器32的输入输出侧形成充电电路。充电电路由设置在第2变压器32的输入侧的开关元件Q9以及设置在输出侧的电容器C5和开关元件Q10构成，由ECU16对开关元件Q9进行断接控制，在电容器C5储存直流电压，通过对开关元件Q10进行断接控制调节成适合电池14充电的电压。
ECU16以电池14具体而言是电池14a、14b、14c、14d各自的DC-DC转换器26双向地进行电力转换的方式对那些开关元件进行驱动使它们同步。
由此，在图示的构成中，只要电池14的剩余容量比规定值少，发动机发电部12的发电输出充足，则直流部22b的输出电压在DC-DC转换器26降压并输入到电池14(对电池14进行充电)，并且在电池14的剩余容量较多时补充(辅助)发动机发电部12的输出电压，因此从电池14经由DC-DC转换器26、逆变部22c、波形成形电路22d向负载24供给。
在电力转换部22中，整流部22a的输出电压在直流部22b被平滑调整，如后所述在逆变部22c转换成规定频率的交流电，经由波形成形电路22d向负载24供给。
在发动机10更具体而言是在交流发电机20的定子的附近设置由磁拾取器等构成的发动机转速检测部34，对与转子的转速相对应的发动机10的转速进行检测，并且在电力转换部22设置由电压电流传感器等构成的电力转换部输出检测部36，对直流部22b的电容器C1的两端电压和发动机发电部12的发电输出等进行检测。
在负载24的上游设置由电压电流传感器等构成的负载输出检测部40，对负载24的要求输出进行检测。
在DC-DC转换器(输出用电力转换部)26的下游设置由电压电流传感器等构成的电池输出检测部42，对从电池14输出(放电)的电力进行检测，并且在电池14的合适位置设置由电压电流传感器等构成的电池剩余量检测部44，对电池14的剩余量(SOC)进行检测。
还有，在DC-DC转换器(输出用电力转换部)26设置指示电池14输出(放电)的电池输出指示部46。
发动机10的节气门阀10a的执行器与节气门开度指示部50连接，通过执行器根据节气门开度指示部50的输出进行驱动来调节节气门阀10a的开闭并校正节气门开度。
上述的各检测部的输出输入到ECU16。ECU16以在发动机发电部12检测出的电容器C1的端子间电压无论负载24的增减都为恒定的方式进行控制，并以从逆变部22c输出的交流电压在所希望的频率成为负载24所要求的负载要求输出的方式对开关元件Q5～Q8的断接进行控制。
还有，ECU16基于所输入的传感器输出通过电池输出指示部46指示电池14的输出(放电)，并通过节气门开度指示部50调节节气门开度，从而控制发动机转速。
还有，在ECU16，处理器16a按照存储于存储器16b的程序，如后所述作为指示用户对要使用的负载24(更详细而言是其类别)进行确定的用户负载确定指示部16a1、根据按照指示由用户所确定的负载24(其类别从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个(四个)电池中选择至少一个并与所述发动机发电部12连接的电池连接部16a2、基于所确定的负载所要求的负载要求输出对所连接的电池14的充放电和发动机发电部12的动作进行控制的控制部16a3发挥功能，换言之，构成为指示用户对要使用的负载24进行确定，根据按照指示由用户所确定的负载24从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个电池中选择至少一个，基于所确定的负载所要求的负载要求输出对所选择的电池14的充放电和发动机发电部12的动作进行控制。
如图2所示，电池14a、14b、14c、14d经由电池选择机构52与DC-DC转换器26并联连接。电池选择机构52构成为，设置于DC-DC转换器26的输出端，并具备能够由ECU16更具体而言由电池选择部16a2进行开闭的开关(未图示)，能够根据电池选择部16a2的动作选择电池14a、14b、14c、14d中的一个至四个。
图3是示出实施方式的发动机发电机1的控制装置的动作，更具体而言是ECU16的动作的流程图，图4是示出在图3的处理中所预定的负载的类别的说明图，图5A～图5C是用于说明图3的处理的时序图。
以下参照图3说明，在S10中，通过输入部16c指示用户对要使用(预定)的负载24(更详细而言是其类别)进行确定(S：处理步骤)。
参照图4说明负载24的类别，在本实施方式中，预定普通型负载、过渡型负载、稳定型负载三种作为负载。普通型负载是指市面上销售的家电等负载要求输出的变化为通常的(电池辅助量中等程度的)负载，过渡型负载是指电钻、压缩机等负载要求输出的变化急剧的(电池辅助量大)负载，稳定型负载是指照明等负载要求输出的变化小的(电池辅助量小)负载。
而且，电池14由包含如所述的具有通常的放电特性(第1特性)的电池(以下称为“通常”)14a、14b、以及具有发电容量比第1特性大的特性(第2特性)的电池(以下称为“急速”)14c、14d的四个电池构成。
返回到图3流程图的说明，接下来进入S12，判别由用户通过输入部16c的操作所确定的负载24的上述类别，进入S14，判断所判别出的负载24是否为普通型负载，为肯定(S14：是)时进入S16，作为电池14选择通常14a和急速14c这两个并与发动机发电部12连接。
另一方面，在S14为否定(S14：否)时进入S18，判断所判别出的负载24是否为过渡型负载，为肯定(S18：是)时进入S20，作为电池14选择急速14c、14d这两个并与发动机发电部12连接。
还有，在S18为否定(S18：否)时所判别的负载24为稳定型负载，因此进入S22，作为电池14选择通常14a、14b这两个并与发动机发电部12连接。
另外，在本实施方式中，预先准备四个电池14a、14b、14c、14d，根据由用户所确定的负载对它们进行选择/连接，但本发明并不局限于此，还可以根据由用户确定的负载从仓库等保管场所入手或从市场购入，将它们经由电池选择机构52与DC-DC转换器26连接。
接下来，进入S24，基于所判别出的负载24所要求的负载要求输出，对从14a、14b、14c、14d中所选择的电池各自的DC-DC转换器26进行控制，并对发动机发电部12的动作进行控制。
以下参照图5A～图5C说明S24的处理。
图5A的情况是使用通常电池14a和急速电池14c对普通型的负载24进行控制的情况。
在图5A的情况下，从时刻t0到t1为止，负载24所要求的要求负载输出为零，因此ECU16对电池14a、14c各自的DC-DC转换器26进行控制，用发动机发电部12的发电输出对电池14a、14c进行充电。
接下来，在时刻t1，负载要求输出从零大幅上升到了最大负载状态，因此使发动机发电部12的发电输出为最大，控制各自的DC-DC转换器26使电池14a、4c放电来辅助不足的部分，并在之后逐渐减少，在时刻t2根据负载要求输出的减少而使放电停止，仅进行发动机10的发电输出。
从时刻t2到t3为止使发电输出逐渐减少，在时刻t3根据负载要求输出设为中等程度，使剩余部分充电。在时刻t4将发电机1停止(怠速停止)，使电池14a、14c放电，使之持续至时刻t5。
在时刻t5，负载要求输出变为零之后，在时刻t6大幅上升了，因此继续保持发电机1的停止，根据负载要求输出使电池14a、14c放电。接下来，在时刻7再次启动发电机1使发动机发电部12发电。
由此，如图2和图5A所示，能够使发动机发电部12的发电输出和电池14的充放电平滑化。而且，即使在负载要求输出急剧增加时，也能够用两个电池14a、14c来辅助，能够很好地协调控制发电机1和电池14，并能够改善发电机1的燃料消耗。
图5B的情况是使用两个急速电池14c、14d对过渡型的负载24进行控制的情况。
在该图的情况下，从时刻t0到t1为止负载24所要求的要求负载输出为零，因此ECU16对两个电池14c、14d各自的DC-DC转换器26进行控制，用发电输出对两个电池14c、14d进行充电。
接下来，在时刻t1负载要求输出大幅上升了，因此使发动机发电部12的发电输出为最大，对各自的DC-DC转换器26进行控制使两个电池14c、14d放电来辅助不足的部分，并根据要求负载输出的增减间歇地进行电池辅助。
在时刻t2负载要求输出变为零，因此用发动机发电部12的发电输出对电池14c、14d进行充电，在时刻t3到t4之间，通过放电来辅助与要求负载输出的不足的部分，从时刻t4起负载要求输出变为零，因此用发电输出对电池14c、14d进行充电。
由此如图4和图5B所示，虽然通过增加电池辅助量，发动机发电部12的发电输出和电池14的充放电与图5A相比较，平滑化的程度降低，但能够使电压下降减少而能够很好地进行协调控制，并能够多少改善燃料消耗。
图5C的情况是使用两个通常电池14a、14b对稳定型的负载24进行控制的情况。
在该图的情况下，从时刻t0到t1为止，负载24所要求的要求负载输出为零，因此ECU16对两个电池14a、14b各自的DC-DC转换器26进行控制，用发电输出对两个电池14a、14b进行充电。
接下来，在时刻t1负载要求输出上升了，因此用发动机发电部12的发电输出进行对应，并用剩余部分对各自的DC-DC转换器26进行控制对两个电池14a、14b进行充电。
接下来在时刻t2进行电池放电，在时刻t3进行发动机发电部12发电，在时刻t4再进行电池发电等，二者交替重复进行。
由此，如图4和图5c所示，发动机发电部12的发电输出和电池14的充放电能够很好地平滑化，能够很好地协调控制，通过增加电池发电量实现生态运转也能够大幅改善燃料消耗。
另外，在图3～图5所示的实施方式中，根据负载所选择/连接的电池14的个数设为两个，但并不局限于此，还可以是一个或三个以上。即，本实施方式的特征在于，根据负载从在每单位时间的放电量上互不相同的多个电池中选择至少一个并与发动机发电部12连接，因此只要所选择/连接的电池14的个数至少是一个就足够了。
如上所述，在本实施方式中，具备由发动机10驱动的发动机发电部12的混合式发动机发电机1的控制装置构成为，具备：用户指示部(16a1、16c、S10)，其指示用户对要使用的负载24进行确定；电池连接部(16a2、50、S12～S22)，其根据按照所述指示由用户所确定的负载24从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个电池14(14a、14b、14c、14d)中选择至少一个并与所述发动机发电部12连接；以及控制部(16a3、S24)，其基于所述所确定的负载24所要求的负载要求输出对所述连接的电池14的充放电和所述发动机发电部12的动作进行控制，因此能够改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够改善燃料消耗。
还有，所述多个电池14构成为，由每单位时间的发电容量具有第1特性(通常特性)的电池14a、14b和发电容量比所述第1特性大的第2特性(急速特性)的电池14c、14d构成，因此能够容易地改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够容易地改善燃料消耗。
还有，所述电池连接部构成为，按照用户根据所述指示所确定的负载从预先准备的所述多个电池中至少选择两个电池并将它们与所述发动机发电部连接，因此能够可靠地改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够确实地改善燃料消耗。
如上所述，在本实施方式中，具备由发动机10驱动的发动机发电部12混合式发动机发电机1的控制方法构成为，包括：指示用户对要使用的负载24进行确定的用户指示步骤(S10)；按照由用户根据所述指示所确定的负载24从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个电池14(14a、14b、14c、14d)中选择至少一个并与所述发动机发电部12连接的电池连接步骤(S12～S22)；基于所述所确定的负载24所要求的负载要求输出对所述连接的电池14的充放电和所述发动机发电部12的动作进行控制的控制步骤(S24)，因此能够改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并改善燃料消耗。
还有，所述多个电池14构成为，由每单位时间的发电容量具有第1特性(通常特性)的电池14a、14b和发电容量比所述第1特性大的第2特性(急速特性)的电池14c、14d构成，因此能够容易地改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够容易地改善燃料消耗。
还有，所述电池连接步骤构成为，按照由用户根据所述指示所确定的负载从预先准备的所述多个电池中选择至少两个电池并与所述发动机发电部12连接，因此能够可靠地改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够确实地改善燃料消耗。
如上所述，在本实施方式中，具备由发动机10驱动的发动机发电部12的混合式发动机发电机1的控制装置构成为，具备：至少具备处理器16a和至少与所述处理器16a连接的一个存储器16b的ECU16，所述处理器16a按照存储于所述存储器16b的程序，指示用户对要使用的负载24进行确定(S10)、根据按照所述指示由用户所确定的负载24从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个电池14(14a、14b、14c、14d)中选择至少一个并与所述发动机发电部12连接(S12～S22)、基于由所述所确定的负载24所要求的负载要求输出对所述连接的电池14的充放电和所述发动机发电部12的动作进行控制(S24)，因此能够改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够改善燃料消耗。
还有，所述多个电池14构成为，由每单位时间的发电容量具有第1特性(通常特性)的电池14a、14b和发电容量比所述第1特性大的第2特性(急速特性)的电池14c、14d构成，因此能够容易地改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够容易地改善燃料消耗。
还有，所述处理器16a构成为，根据按照所述由用户所确定的负载从预先准备的所述多个电池中选择至少两个电池并与所述发动机发电部12连接(S12～S22)，因此能够可靠地改善发动机发电机1(发动机发电部12)和电池14的协调控制，并能够确实地改善燃料消耗。
产业上的实用性
本发明的混合式发动机发电机的控制装置能够很好地应用于由发动机驱动的发电机。
附图标记说明
1：发动机发电机；10：发动机；12：发动机发电部；14：电池；16：电子控制单元(ECU)；16a：处理器；16a1：用户指示部；16a2：电池选择部；16a3：控制部；16b：存储器；16c：输入部；20：交流发电机；22：电力转换部；22a：整流部；22b：直流部；22c：逆变部；22d：波形成形电路；24：负载；26：DC-DC转换器；30：变压器；32：第2变压器；34：发动机转速检测部；36：电力转换部输出检测部；40：负载输出检测部；42：电池输出检测部；44：电池剩余量检测部；46：电池输出指示部；50：节气门开度指示部；52：电池选择机构。

Claims (3)

1.一种混合式发动机发电机的控制装置，为具备由发动机驱动的发动机发电部的混合式发动机发电机的控制装置，其特征在于，具备：
用户负载确定指示部，其指示用户对要使用的负载进行确定；
电池连接部，其根据按照所述指示由用户所确定的负载从在每单位时间的发电容量上互不相同的多个电池中选择至少一个并与所述发动机发电部连接；以及
控制部，其基于所述所确定的负载所要求的负载要求输出对所述连接的电池的充放电和所述发动机发电部的动作进行控制。
2.根据权利要求1所述的混合式发动机发电机的控制装置，其特征在于，
所述多个电池包含每单位时间的发电容量具有第1特性的电池和具有发电容量比所述第1特性大的第2特性的电池。
3.根据权利要求1或2所述的混合式发动机发电机的控制装置，其特征在于，
所述电池连接部根据按照所述指示由用户所确定的负载从预先准备的所述多个电池中选择至少两个电池并与所述发动机发电部连接。
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