DE112011105129T5

DE112011105129T5 - Stromversorgungssystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE112011105129T5
Application number: DE112011105129.8T
Authority: DE
Inventors: Yusuke HIGAKI; Toshiyuki Yoshizawa; Masaki Yamada; Yuuya Tanaka; Shigeki Harada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: JPWO2012137315A1; WO2012137315A1; JP5543018B2; DE112011105129B4

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Stromversorgungssystem für Fahrzeuge weist folgendes auf: einen Generator (1); einen Gleichrichter (2) zum Gleichrichten von Wechselstrom des Generators (1) in Gleichstrom zur Abgabe an eine Stromerzeugungs-Busleitung (A); eine Batterie (4); eine elektrische Speichereinrichtung (6); einen ersten DC/DC-Wandler (5) zum derartigen Steuern einer Stromerzeugungs-Busleitungsspannung (Va), dass diese auf einem vorbestimmten Spannungszielwert gehalten wird; einen zweiten DC/DC-Wandler (7) vom Stromsteuer-Typ, zum derartigen Steuern des Eingangs- oder Ausgangsstroms, dass dieser auf einem vorbestimmten Stromzielwert gehalten wird; und eine Steuerschaltung (8) zum Steuern des Generators (1), des ersten DC/DC-Wandlers (5) und des zweiten DC/DC-Wandlers (7). Die Steuerschaltung (8) gibt einen Stromzielwert (Iref) des zweiten DC/DC-Wandlers (7) auf der Basis von mindestens einem Parameter der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung (Va) und einer Batterie-Busleitungsspannung (Vb) vor, steuert den Eingangs- oder Ausgangsstrom des zweiten DC/DC-Wandlers (7), so dass dieser auf dem Stromzielwert (Iref) gehalten wird, und steuert die Stromerzeugungs-Leistung des Generators (1) in Abhängigkeit von einem Spannungswert der elektrischen Speichereinrichtung (6), wenn ein Ladevorgang oder Entladevorgang der elektrischen Speichereinrichtung (6) stattfindet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Stromversorgungssysteme für Kraftfahrzeuge und befasst sich insbesondere mit einem Stromversorgungssystem für Kraftfahrzeuge, mit dem eine aktive Regenerierung von Bremsenergie eines Fahrzeugs erzielt werden kann.
STAND DER TECHNIK
Ein herkömmliches Kraftfahrzeug-Stromversorgungssystem führt eine aktive Regenerierung von Bremsenergie aus, indem eine Stromerzeugungsspannung eines Generators während einer Verzögerung oder Abbremsung eines Fahrzeugs auf einen höheren Wert eingestellt wird als während einer Nicht-Verzögerung desselben, wobei der Generator von einem Motor angetrieben wird, um eine Batterie mit Strom zu speisen. Andererseits wird eine auf den Motor wirkende Last reduziert, um eine Verbesserung beim Kraftstoffverbrauch zu erzielen, indem die Stromerzeugungsspannung während einer Nicht-Verzögerung des Fahrzeugs niedriger vorgegeben wird als während einer Verzögerung desselben (siehe z. B. Patentdokument 1).
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Das Kraftfahrzeug-Stromversorgungssystem des Patentdokuments 1 ist jedoch derart ausgebildet, dass die Stromerzeugungs-Leistung des Generators direkt der Batterie zugeführt wird, um die Batterie aufzuladen; wenn somit die Stromerzeugungs-Leistung des Generators während einer Verzögerung des Fahrzeugs erhöht wird, steigt die Spannung der Batterie an, und dies führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Batterie. Es besteht somit ein Problem dahingehend, dass Bremsenergie nicht aktiv regeneriert werden kann, indem die Stromerzeugungs-Leistung des Generators während der Verzögerung erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen des vorstehend geschilderten Problems erfolgt, und die vorliegende Erfindung bietet ein Stromversorgungssystem für Fahrzeuge, das die Stromerzeugungs-Leistung eines Generators erhöhen kann, während gleichzeitig die Spannung in jedem Bereich des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge angemessen beibehalten wird, wobei das System ferner Bremsenergie eines Fahrzeugs aktiv regenerieren kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stromversorgungssystem für Fahrzeuge angegeben, das folgendes aufweist:
einen von einem Motor angetriebenen Generator zum Erzeugen von Wechselstrom (AC);
einen Gleichrichter zum Gleichrichten des von dem Generator erzeugten Wechselstroms in Gleichstrom (DC) zur Abgabe an eine Stromerzeugungs-Busleitung;
eine Batterie zum Zuführen von Strom zu einer in einem Fahrzeug vorgesehenen bzw. bordeigenen Last über eine Batterie-Busleitung;
eine elektrische Speichereinrichtung zum Speichern von Stromerzeugungs-Leistung von dem Generator;
einen ersten DC/DC-Wandler, der an dem einen Anschluss mit der Stromerzeugungs-Busleitung verbunden ist und an dem anderen Anschluss mit der Batterie-Busleitung verbunden ist, zum derartigen Steuern der Spannung der Stromerzeugungs-Busleitung, dass diese auf einem vorbestimmten Spannungszielwert gehalten wird;
einen zweiten DC/DC-Wandler vom Stromsteuer-Typ, der an dem einen Anschluss mit der Stromerzeugungs-Busleitung verbunden ist und an dem anderen Anschluss mit der elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist, zum derartigen Steuern des Eingangs- oder Ausgangsstroms, dass dieser auf einem vorbestimmten Stromzielwert gehalten wird; und
eine Steuerschaltung zum Steuern des Generators, des ersten DC/DC-Wandlers und des zweiten DC/DC-Wandlers,
wobei die Steuerschaltung den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis von mindestens einem Parameter der Spannung der Stromerzeugungs-Busleitung und der Spannung der Batterie-Busleitung vorgibt und den Eingangs- oder Ausgangsstrom des zweiten DC/DC-Wandlers derart steuert, dass dieser auf dem Stromzielwert gehalten wird; und
wobei die Stromerzeugungs-Leistung des Generators in Abhängigkeit von einem Spannungswert der elektrischen Speichereinrichtung gesteuert wird, wenn ein Ladevorgang oder Entladevorgang der elektrischen Speichereinrichtung ausgeführt wird.
VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
Bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Stromerzeugungs-Leistung eines Generators erhöht werden, während die Spannung in jedem Bereich des Fahrzeug-Stromversorgungssystems angemessen beibehalten werden kann, und Bremsenergie eines Fahrzeugs kann aktiv regeneriert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Konfiguration eines Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels eines Generators und eines Gleichrichters zur Verwendung bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
3 eine Darstellung zur Erläuterung der Ausgangskennlinie des Generators zur Verwendung bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels eines ersten DC/DC-Wandlers zur Verwendung bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels eines zweiten DC/DC-Wandlers zur Verwendung bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Relation zwischen dem Strom und der Spannung in jedem Bereich des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
7 ein Funktionsblockschaltbild zum Vorgeben eines Stromzielwerts des zweiten DC/DC-Wandlers in einer Steuerschaltung des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
8 ein Ablaufdiagramm, bei dem der Strom des zweiten DC/DC-Wandlers in der Steuerschaltung des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
9(a) bis 9(c) Diagramme zur Erläuterung von Bedingungen bei der Entstehung von Überspannung in dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
10(a) bis 10(c) Diagramme zur Erläuterung von Bedingungen bei der Entstehung eines Spannungsabfalls in dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
11(a) bis 11(c) Diagramme zur Erläuterung von Bedingungen bei der Unterdrückung von Überspannung in dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
12(a) bis 12(c) Diagramme zur Erläuterung von Bedingungen bei der Unterdrückung eines Spannungsabfalls in dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
13 ein Ablaufdiagramm, bei dem die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators und der Betrieb des zweiten DC/DC-Wandlers in der Steuerschaltung des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung vorgegeben werden;
14 ein Ablaufdiagramm, bei dem die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung eines Generators und der Betrieb eines zweiten DC/DC-Wandlers in einer Steuerschaltung eines Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung vorgegeben werden;
15 ein Ablaufdiagramm, bei dem der Strom eines zweiten DC/DC-Wandlers in einer Steuerschaltung eines Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung gesteuert wird; und
16 ein Ablaufdiagramm, bei dem die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung eines Generators und der Betrieb des zweiten DC/DC-Wandlers in der Steuerschaltung des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung vorgegeben werden.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In 1 weist das Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel folgendes auf: einen von einem Motor (nicht gezeigt) angetriebenen Generator 1 zum Erzeugen von Wechselstrom; einen Gleichrichter 2 zum Gleichrichten des von dem Generator 1 erzeugten Wechselstroms in Gleichstrom zur Abgabe an eine Stromerzeugungs-Busleitung A; eine Batterie 4, die Strom einer bordeigenen Last 3 über eine Batterie-Busleitung B zuführt; einen ersten DC/DC-Wandler 5, der an einem Eingangsende mit der Stromerzeugungs-Busleitung A verbunden ist und an einem Ausgangsende mit der Batterie-Busleitung B verbunden ist.
Das System weist ferner folgendes auf: einen elektrischen Doppelschichtkondensator 6, der als elektrische Speichereinrichtung dient, die Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 akkumuliert; einen zweiten DC/DC-Wandler 7, der an einem Eingangsende mit der Stromerzeugungs-Busleitung A verbunden ist und an einem Ausgangsende mit dem elektrischen Doppelschichtkondensator 6 verbunden ist; sowie eine Steuerschaltung 8, die eine Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va, eine Batterie-Busleitungsspannung Vb, eine Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6, die Stromerzeugungs-Leistung Pa des Generators 1 sowie ein Beschleunigungssignal des Fahrzeugs 9 feststellt und die Befehlssignale S1, S2 und S3 an den Generator 1, den ersten DC/DC-Wandler 5 bzw. den zweiten DC/DC-Wandler 7 abgibt.
Hierbei ist das Beschleunigungssignal des Fahrzeugs 9 in 1 als Beispiel veranschaulicht; es kann jedoch auch ein anderes Signal verwendet werden, solange dieses Beschleunigungs- und Verzögerungsbedingungen des Fahrzeugs feststellen kann.
Der von dem Generator 1 erzeugte Wechselstrom wird durch den Gleichrichter 2 in Gleichstrom umgewandelt, wobei dieser durch den ersten DC/DC Wandler 5 in eine für die Batterie 4 geeignete Gleichstromspannung umgewandelt wird und die Gleichstromspannung dann der Batterie 4 zugeführt wird. Ferner führt der zweite DC/DC-Wandler 7 einen Vorgang aus, bei dem mit dem Gleichstrom der Stromerzeugungs-Busleitung A der elektrische Doppelschichtkondensator 6 geladen wird, und führt ferner einen Vorgang aus, bei dem der in dem elektrischen Doppel schichtkondensator 6 gespeicherte Gleichstrom der Stromerzeugungs-Busleitung A zugeführt wird.
Bei der Batterie 4 handelt es sich um eine Sekundärbatterie, wie z. B. einen Bleiakkumulator oder einen Nickel-Kadmium-Akkumulator, mit einem Nennstrom von z. B. 14 V.
Der als elektrische Speichereinrichtung dienende elektrische Doppelschichtkondensator 6 übernimmt dabei eine Rolle zum Ausgleichen der Stromzufuhr zur Seite der Batterie 4 durch Speichern bzw. Akkumulieren der Stromerzeugungs-Leistung von dem Generator 1 durch Wiederauffüllen bzw. Kompensieren eines Stromdefizits der Batterie 4 und dergleichen. Dabei ist die elektrische Speichereinrichtung nicht auf den elektrischen Doppelschichtkondensator 6 beschränkt, wie er bei dem vorliegenden Beispiel beschrieben wird, sondern es kann auch ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ein Nickel-Wasserstoff-Akkumulator und dergleichen verwendet werden.
2 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels des Generators und des Gleichrichters des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Dabei handelt es sich bei dem Generator 1 z. B. um einen Wechselstrom-Generator vom Lundell-Typ, der einen Klauenpolrotor 12 mit einer Feldwicklung 11, einen Stator 14 mit einer Dreiphasen-Wechselstromwicklung 13 und eine Regelschaltung 15 aufweist. Der Klauenpolrotor 12 des Generators 1 ist mit einem Motor 100 verbunden.
Die Regelschaltung 15 weist eine Schaltvorrichtung 16 (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)) und eine Diode 17 auf. Ein Drain-Anschluss der Schaltvorrichtung 16 (MOSFET) ist mit einem Anodenanschluss der Diode 17 verbunden, ein Source-Anschluss ist mit Masse verbunden, und an einem Gate-Anschluss wird ein Gate-Ansteuersignal von der Steuerschaltung 8 eingegeben.
Ein Kathodenanschluss der Diode 17 ist mit der Stromerzeugungs-Busleitung A verbunden, die einen Ausgangsanschluss 2a des Gleichrichters 2 und einen Eingangsanschluss des ersten DC/DC-Wandlers 5 verbindet. Ferner sind die beiden Enden der Feldwicklung 11 mit dem Kathodenanschluss der Diode 17 bzw. mit einem Verbindungsknotenpunkt zwischen dem Anodenanschluss der Diode 17 und dem Drain-Anschluss der Schaltvorrichtung 16 (MOSFET) verbunden.
Bei dem Gleichrichter 2 handelt es sich um eine Dreiphasen-Vollwellen-Gleichrichtschaltung, die eine Brückenschaltung besitzt, bei der drei Paare von Dioden parallel geschaltet sind, wobei jedes Diodenpaar zwei Dioden 21 aufweist, die in Reihe geschaltet sind; der Gleichrichter 2 führt eine Gleichrichtung des in der Dreiphasen-Wechselstromwicklung 13 des Generators 1 induziertem Wechselstroms in Gleichstrom aus.
3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Relation zwischen einer Rotationsrate eines Rotors des Generators 1 und der Stromerzeugungs-Leistung Pa in dem Fall, in dem die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va einen Wert von 14 V (durchgezogene Linie), einen Wert von 28 V (strichpunktierte Linie) bzw. einen Wert von 42 V (gepunktete Linie) besitzt.
Wenn in 3 die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va konstant ist (Va = 14 V, 28 V oder 42 V), beträgt die Stromerzeugungs-Leistung Pa Null, wenn die Rotationsrate gleich oder niedriger ist als ein vorbestimmter Mindestwert (Rs = R1, R2 oder R3); und bei steigender Rotationsrate über den vorbestimmten Mindestwert hinaus, stellt sich die Stromerzeugungs-Leistung Pa unter Zunahme auf einen konstanten Wert ein.
In dem Fall, in dem die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va hoch ist (z. B. VA = 42 V), ist ein Konvergenzwert der Stromerzeugungs-Leistung zum Zeitpunkt einer hohen Rotationsrate höher als im Fall einer geringeren Stromerzeugungs-Busleitungsspannung (z. B. Va = 14 V); jedoch wird die Stromerzeugungs-Leistung dann, wenn die Rotationsrate niedriger ist als der vorbestimmte Wert, zunehmend geringer. Ferner wird dann, wenn die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va hoch ist, die Stromerzeugungs-Leistung Pa bei einer höheren Rotationsrate zu dem Wert Null als in dem Fall, in dem die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va niedrig ist.
Der erste DC/DC-Wandler 5 verwendet einen DC/DC-Wandler vom Typ mit konstanter Eingangsspannung, der eine vorbestimmte Zielspannung an einem Eingangsende aufrecht erhält, oder einen DC/DC-Wandler vom Typ mit konstantem Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis, der ein Eingangs-/Ausgangs-Spannungsverhältnis auf einem vorbestimmten Zielspannungsverhältnis hält. Als erster DC/DC-Wandler 5 kann auch ein DC/DC-Wandler verwendet werden, bei dem eine bidirektionale Leistungsbewegung stattfindet.
Dabei wird die mit der Stromerzeugungs-Busleitung A verbundene Seite als ”Eingangsseite” bezeichnet und die mit der Batterie-Busleitung B verbundene Seite wird als ”Ausgangsseite” bezeichnet. Die Zielspannung und das Zielspannungsverhältnis des ersten DC/DC-Wandlers 5 werden derart geschaltet, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va entweder 14 V, 28 V oder 42 V beträgt.
Als DC/DC-Wandler vom Typ mit konstanter Eingangsspannung kann z. B. eine allgemeiner DC/DC-Wandlerhauptschaltung, wie z. B. eine Abwärts-Chopper-Schaltung verwendet werden, und ein Regelvorgang wird derart ausgeführt, dass eine Spannung an dem Eingangsende auf der Zielspannung gehalten bleibt. Ferner können ein DC/DC-Wandler, der ein Schalt-Tastverhältnis der Abwärts-Chopper-Schaltung auf einem vorbestimmten Wert hält, sowie ein DC/DC-Wandler, wie er in der ungeprüften Internationalen Patentveröffentlichung WO 2008-03424 A offenbart ist, als DC/DC-Wandler vom Typ mit konstantem Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis verwendet werden, der das Eingangs-/Ausgangs-Spannungsverhältnis auf dem vorbestimmten Zielspannungsverhältnis hält.
4 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung des DC/DC-Wandlers, wie er in der ungeprüften Internationalen Patentveröffentlichung WO2008/03 2424 A offenbart ist. Der DC/DC-Wandler besitzt Glättungskondensatoren (Cs1) bis (Cs4), Schaltvorrichtungen (Mos1L, Mos1H) bis (Mos4L, Mos4H), Kondensatoren zur Energiebewegung (Cr12) bis (Cr14) und Drosseln (Lr12) bis (Lr14); bei dem DC/DC-Wandler handelt es sich um ein System, das ein Spannungsverhältnis (V1:V2) zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen auf einem ganzzahligen Verhältnis hält, indem er elektrische Ladungen zwischen den Kondensatoren unter Verwendung von LC-Resonanz von Serien-Resonanzeinheiten (LC12) bis (LC14) durch EIN/AUS-Betätigung der Schaltvorrichtungen bewegt.
Obwohl dieser Wandler eine Einschränkung dahingehend besitzt, dass das Spannungsverhältnis zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen ein ganzzahliges Vielfaches ist, braucht dieser Wandler im Vergleich zu einem allgemeinen DC/DC-Wandler beispielsweise vom Chopper-Typ keine groß dimensionierte Drossel, und er zeichnet sich somit dadurch aus, dass eine sehr kleine Größe und eine äußerst hohe Effizienz erzielt werden können. Die Details der Arbeitsweise dieses Wandlers sind in der genannten Veröffentlichung beschrieben, so auf eine Beschreibung derselben an dieser Stelle verzichtet wird.
Wenn die (Änderung der Eingangsspannung)/(Änderung des Eingangsstroms) als Eingangsimpedanz des ersten DC/DC-Wandlers 5 betrachtet wird, hat der erste DC/DC-Wandler 5 die Tendenz, die Eingangsspannung unabhängig von dem Eingangsstrom konstant zu halten; somit kann der erste DC/DC-Wandler 5 als DC/DC-Wandler mit geringer Eingangsimpedanz betrachtet werden.
Dagegen wird als zweiter DC/DC-Wandler 7 ein DC/DC-Wandler vom Stromsteuer-Typ verwendet, der seinen Eingangsstrom oder Ausgangsstrom steuert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert der zweite DC/DC-Wandler 7 seinen Eingangsstrom oder Ausgangsstrom derart, dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb auf einem vorbestimmten Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref gehalten bleibt. Ferner muss der zweite DC/DC-Wandler 7 einen Betrieb in beiden Richtungen des Ladens und des Entladens in bezug auf den elektrischen Doppelschichtkondensator 6 ausführen.
Daher besteht ein unverzichtbares Erfordernis darin, dass ein DC/DC-Wandler vom Typ mit bidirektionalem Leistungsfluss verwendet wird. Dabei wird eines der Eingangs- und Ausgangsenden, d. h. die mit der Stromerzeugungs-Busleitung A verbundene Seite der Einfachheit halber als ”Eingangsseite” bezeichnet und die mit dem elektrischen Doppelschichtkondensator 6 verbundene Seite wird als ”Ausgangsseite” bezeichnet, wobei dies nicht immer die Bewegungsrichtung bzw. Flussrichtung der Leistung darstellt.
Wie z. B. in 5 gezeigt ist, kann eine allgemeine DC/DC-Wandlerhauptschaltung, wie z. B. eine Aufwärts-/Abwärts-Chopper-Schaltung, bei der ein Regelvorgang derart ausgeführt wird, dass der Eingangsstrom auf einem Zielstrom gehalten wird, als DC/DC-Wandler 7 vom Stromsteuer-Typ verwendet werden.
Bei dem in 5 gezeigten weiten DC/DC-Wandler 7 wird ein von einer Stromerfassungseinheit 70 erfasster Eingangsstrom I2i durch eine Subtraktionseinheit 71 mit einem Eingangsstrom-Zielwert Iref verglichen, und die Abweichung Ie davon wird an eine Proportional-Integral-Ableitungs-(PID-)Berechnungseinheit 72 abgegeben. Die PID-Berechnungseinheit 72 führt eine PID-Berechnung auf der Basis der Abweichung Ie aus und gibt ein Tastsignal als Betätigungsbetrag ab. Eine Pulsweitenmodulations-(PWM-)Erzeugungseinheit 73 erzeugt PWM-Signale in Abhängigkeit von dem Tastsignal von der PID-Berechnungseinheit 72.
Die PWM-Signale werden über Gate-Ansteuerverstärker an Gates von Schaltvorrichtungen Q1H, Q1L, Q2H und Q2L eingegeben, wie z. B. einen Feldeffekttransistor (FET), einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und dergleichen; ferner wird ein Einschaltvorgang/Ausschaltvorgang jeder Schaltvorrichtung Q1H, Q1L, Q2H und Q2L gesteuert.
Der zweite DC/DC-Wandler 7 bewirkt ein tendenzielles Konstanthalten des Eingangsstroms unabhängig von der Eingangsspannung; somit kann der zweite DC/DC-Wandler 7 als DC/DC-Wandler mit hoher Eingangsimpedanz betrachtet werden.
In diesem Fall hält der zweite DC/DC-Wandler 7 den zu dem Eingangsende fließenden Strom auf einem vorbestimmten Zielwert. Die Relation zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ist jedoch in Abhängigkeit von der Eingangs- und Ausgangsspannung sowie der Effizienz des DC/DC-Wandlers mit 1:1 vorgegeben; auf diese Weise kann eine Steuerung des Ausgangsstroms anstatt einer Steuerung des Eingangsstroms des zweiten DC/DC-Wandlers 7 erfolgen.
Wenn der Generator 1 und der Gleichrichter 2, der erste DC/DC-Wandler 5 sowie der zweite DC/DC-Wandlers 7 mit der Stromerzeugungs-Busleitung A verbunden sind, ist die interne Impedanz des Generators 1 und des Gleichrichters 2 ausreichend höher als die Eingangsimpedanz des ersten DC/DC-Wandlers 5, und der zweite DC/DC-Wandler 7 weist ebenfalls eine hohe Eingangsimpedanz auf, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va nur durch den ersten DC/DC-Wandler 5 mit der geringsten Eingangsimpedanz auf einen vorbestimmten Wert zu setzen.
Das bedeutet, der DC/DC-Wandler vom Typ mit konstanter Eingangsspannung wird als erster DC/DC-Wandler 5 verwendet, und somit wird es möglich, die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va auf der vorbestimmten Spannung zu halten; und der DC/DC-Wandler vom Typ mit konstantem Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis wird als erster DC/DC-Wandler 5 verwendet, so dass es möglich wird, die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va auf einer Spannung mit einem vorbestimmten Verhältnis mal der Batterie-Busleitungsspannung Vb zu halten.
Somit besteht der Grund dafür, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va in eindeutiger Weise bestimmt werden kann, darin, dass der erste DC/DC-Wandler 5 mit niedriger Eingangsimpedanz zur Verbindung mit der Stromerzeugungs-Busleitung A, d. h. einem einzigen Schaltungsknotenpunkt, ausgebildet ist.
Wenn dagegen die Rotationsrate des Rotors und der Feldstrom des Generators 1 mit vorbestimmten Werten vorgegeben sind, wird die Stromerzeugungs-Leistung Pa des Generators 1 in Abhängigkeit von den in 2 dargestellten Kennlinien bestimmt. Wenn die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va in der vorstehend beschriebenen Weise durch den ersten DC/DC-Wandler 5 vorgegeben wird, wird ferner auch ein an die Stromerzeugungs-Busleitung A abzugebender Stromerzeugungs-Strom Ia bestimmt.
Wenn der Eingangsstrom I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7 auf einen vorbestimmten Wert gesetzt ist, und zwar unter der Bedingung, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va durch den ersten DC/DC-Wandler 5 vorab auf den vorbestimmten Wert vorgegeben ist, und somit der an die Stromerzeugungs-Busleitung A abzugebende Stromerzeugungs-Strom Ia bestimmt wird, können im Anschluss daran ein Ausgangsstrom I2o des zweiten DC/DC-Wandlers 7, d. h. einen durch den elektrischen Doppelschicht-Kondensator 6 fließender Strom, sowie ein Eingangsstrom I1i und ein Ausgangsstrom I1o des ersten DC/DC-Wandlers 5 in vollständig eindeutiger Weise bestimmt werden. Dies wird im folgenden anhand der 6 ausführlich beschrieben.
Als erstes wird die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va in der vorstehend beschriebenen Weise durch den ersten DC/DC-Wandler 5 vorab auf dem vorbestimmten Wert festgelegt. Die Stromerzeugungs-Leistung Pa des Generators 1 zu diesem Zeitpunkt wird in Abhängigkeit von der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va, einer Rotationsrate Rs des Rotors sowie einem Feldstrom Idf des Generators 1 anhand der in 2 dargestellten Relation auf einen vorbestimmten Wert festgelegt; somit lässt sich der Ausgangsstrom Ia des Generators 1 folgendermaßen ausdrücken: Ia = Pa/Va (1).
Wenn dabei der Eingangsstrom des zweiten DC/DC-Wandlers 7 mit I2i vorgegeben ist, wird der Ausgangsstrom I2o des zweiten DC/DC-Wandlers 7 durch die Eingangsspannung Va (die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung), die Ausgangsspannung V_EDLC (die Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 6) sowie die Effizienz η2 des zweiten DC/DC-Wandlers 7 bestimmt, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Der Ausgangsstrom I2o zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Leistungsfluss von der Eingangsseite zur Ausgangsseite des zweiten DC/DC-Wandlers 7 stattfindet, d. h. zum Zeitpunkt des Aufladens des elektrischen Doppelschichtkondensators 6, wird folgendermaßen ausgedrückt: I2o = (Va × I2i × η2)/V_EDLC (2).
Umgekehrt wird der Ausgangsstrom I2o zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Leistungsfluss von der Ausgangsseite zur Eingangsseite des zweiten DC/DC-Wandlers 7 stattfindet, d. h. zum Zeitpunkt des Entladens des elektrischen Doppelschichtkondensators 6, folgendermaßen ausgedrückt: I2o = (Va×I2i)/(V_EDLC × η2) (3).
Weiterhin wird eine Ladespannung V_EDLC(t) des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 mittels der nachfolgenden Gleichung durch eine Kapazität des Kondensators C, eine Anfangsspannung V_EDLC0 sowie eine Registrierung des Ausgangsstroms I2o des zweiten DC/DC-Wandlers 7 bestimmt. V_EDLC(t) = {∫(I2o(t)/C)dt} + V_EDLC0 (4)
Dagegen wird der Eingangsstrom I1i des ersten DC/DC-Wandlers 5 folgendermaßen ausgedrückt: I1i = Ia – I2i (5).
Weiterhin wird der Ausgangsstrom I1o des ersten DC/DC-Wandlers 5 durch die Batterie-Busleitungsspannung Vb und die Effizienz η1 des ersten DC/DC-Wandlers 5 bestimmt, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Der Ausgangsstrom I1o zu dem Zeitpunkt, wenn der Leistungsfluss von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite des ersten DC/DC-Wandlers 5 stattfindet, d. h. zu dem Zeitpunkt, wenn Strom von der Stromerzeugungs-Busleitung A zu der Batterie-Busleitung B fließt, wird folgendermaßen ausgedrückt: I1o = (Va × I1i × η1)/Vb (6).
Umgekehrt wird der Ausgangsstrom I1o zu dem Zeitpunkt, wenn der Leistungsfluss von der Ausgangsseite zu der Eingangsseite des ersten DC/DC-Wandlers 5 stattfindet, d. h. zu dem Zeitpunkt, wenn Strom von der Batterie-Busleitung B zu der Stromerzeugungs-Busleitung A fließt, folgendermaßen ausgedrückt: I1o = (Va × I1i)/(Vb × η1) (7).
Wenn ferner der gesamte Strom, der durch die bordeigene Last 3 fließt, mit IL vorgegeben wird, wird ein von der Batterie 4 abgegebener Strom Ib folgendermaßen ausgedrückt: Ib = IL – I1o (8).
Dabei handelt es sich bei der Batterie-Busleitungsspannung Vb im wesentlichen um eine interne Spannung Vb0 der Batterie 4; genauer gesagt hängt die Batterie-Busleitungsspannung Vb von dem inneren Widerstand Rb der Batterie ab, wobei der Batteriestrom Ib folgendermaßen ausgedrückt wird: Vb = Vb0 – Rb × Ib (9).
Wie vorstehend beschrieben, wird der Wert des Eingangsstrom I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in der Situation gesteuert, in der die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va durch den ersten DC/DC-Wandler 5 auf den vorbestimmten Wert gesetzt ist und somit der an die Stromerzeugungs-Busleitung A abzugebende Stromerzeugungs-Strom Ia bestimmt ist; infolgedessen wird es möglich, den durch jeden Bereich des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge fließenden Strom gleichzeitig zu steuern.
Das bedeutet, der Eingangsstrom I2i wird auf einen angemessenen Wert gesetzt; und somit werden der Ausgangsstrom I2o des zweiten DC/DC-Wandlers 7, der Eingangsstrom I2i und der Ausgangsstrom I1o des ersten DC/DC-Wandlers 5 sowie der Batteriestrom Ib gesteuert.
Im Hinblick auf den Eingangsstrom I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7, wie er vorstehend beschrieben worden ist, kann dann die Leistungsverteilung durch Steuern des Stroms in jedem Bereich des Stromversorgungssystems durch Vorgeben des Werts desselben gesteuert werden. Somit wird der Eingangsstrom-Zielwert Iref in bezug auf den zweiten DC/DC-Wandler 7 durch verschiedene Faktoren in jedem Bereich des Stromversorgungssystems vorgegeben.
Dies bedeutet umgekehrt, dass bei Bestimmung der Stromverteilung auf der in bezug auf den ersten DC/DC-Wandler 5 untergeordneten Strömungsseite somit der Eingangsstrom I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7 bestimmt wird.
Infolgedessen wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 auf der Basis der zu erfassenden Batterie-Busleitungsspannung Vb, einen Wert der Ausgangsleistung Pa des Generators 1 sowie die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va in Übereinstimmung mit den nachfolgenden Vorgehensweisen (a) bis (d) festgelegt, so dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Batterie 4 sowie einer erforderlichen Eingangsspannung, bei der keine Überlastung bei der bordeigenen Last 3a entsteht, in konsistenter Weise konstant gehalten wird.

(a) Als erstes wird ein Ausgangsstrom-Zielwert I1ot des ersten DC/DC-Wandlers 5 zum Konstanthalten der Batterie-Busleitungsspannung Vb vorgegeben, um einen derartigen Regelvorgang auszuführen, dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb bei dem vorbestimmten Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Batterie 4 sowie der für die bordeigene Last 3 erforderlichen Eingangsspannung so weit wie möglich ohne Schwankung konstant gehalten wird.
(b) Als nächstes wird der in dem Vorgang (a) vorgegebene Ausgangsstrom-Zielwert I1ot des ersten DC/DC-Wandlers 5 in einen Eingangsstrom-Zielwert I1it des ersten DC/DC-Wandlers 5 umgewandelt, und zwar unter Verwendung der Relation der vorstehend genannten Gleichung (6) auf der Basis des Verhältnisses zwischen der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va und der Batterie-Busleitungsspannung Vb, wobei beide Spannungen durch Spannungserfassungseinheiten (nicht gezeigt) erfasst werden können, d. h. auf der Basis des Aufwärts-/Abwärts-Verhältnisses des ersten DC/DC-Wandlers 5.
(c) Im Anschluss daran wird der Stromerzeugungs-Strom Ia des Generators 1 auf der Basis der vorstehend genannten Gleichung (1) aus der Stromerzeugungs-Leistung Pa berechnet, die auf der Basis der Rotationsrate Rs des Rotors und des Feldstroms Idf des Generators 1 sowie der erfassten Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va ermittelt wird.
(d) Anschließend wird der Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 durch die nachfolgende Gleichung aus dem Eingangsstrom-Zielwert I1ot und dem Stromerzeugungs-Strom Ia berechnet, die in den jeweiligen Vorgängen (b) bzw. (c) ermittelt worden sind.

Iref = I1it – Ia (10)

Mit anderen Worten, die Vorgehensweisen (a) bis (d) entsprechen der Vorgehensweise, bei der der Ausgangsstrom-Zielwert I1ot des ersten DC/DC-Wandlers 5 in den Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 umgewandelt wird, so dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb in konsistenter Weise konstant gehalten wird.
7 veranschaulicht ein Beispiel eines Blockdiagramm von Steuerfunktionen, die in der Steuerschaltung 8 zum Erzielen der Vorgänge (a) bis (d) auszuführen sind.
Als erstes wird die von der Spannungserfassungseinheit (nicht gezeigt) erfasste Batterie-Busleitungsspannung Vb mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref durch eine erste Subtraktionseinheit 80 verglichen, und ihre Spannungsabweichung Ve wird in eine PID-Steuereinheit 81 zum Steuern der Spannung eingegeben. Die PID-Steuereinheit 81 zum Steuern der Spannung ermittelt den Ausgangsstrom-Zielwert I1ot des ersten DC/DC-Wandlers 5 auf der Basis der Spannungsabweichung Ve (Vorgang (a)).
Als nächstes berechnet eine Akkumulationseinheit 82 den Eingangsstrom-Zielwert I1it des ersten DC/DC-Wandlers 5 durch das Produkt aus dem Ausgangsstrom-Zielwert I1ot und Vb/(Va × η1) auf der Basis der vorstehend genannten Gleichung (6) (Vorgang (b)).
Dagegen wird die von dem Generator 1 abzugebende Stromerzeugungs-Leistung Pa auf der Basis der Rotationsrate Rs des Rotors des Generators 1, eines Werts des Feldstroms Idf des Generators 1 sowie der von der Spannungserfassungseinheit (nicht gezeigt) erfaßten Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va unter Verwendung einer Nachschlagtabelle (LUT) 83 berechnet, in der die Relation zwischen diesen Werten und die Stromerzeugungs-Leistung Pa des Generators 1 vorab vorgegeben und verzeichnet sind. Als nächstes wird der Stromerzeugungs-Strom Ia durch Dividieren der Stromerzeugungs-Leistung Pa durch die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va unter Verwendung einer Divisionseinheit 84 berechnet (Vorgang (c)).
Weiterhin wird der Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 auf der Basis der Gleichung (10) unter Verwendung einer zweiten Subtraktionseinheit 85 berechnet (Vorgang (b)).
Anschließend wird der Eingangsstrom-Zielwert Iref in einen Steuerungsblock des in 5 dargestellten, zweiten DC/DC-Wandlers 7 eingegeben und ein Regelvorgang ausgeführt, so dass ein Wert des Eingangsstroms I2i gleich dem Eingangsstrom-Zielwert Iref ist.
Auf diese Weise wird der Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 vorgegeben, und der Regelvorgang wird derart ausgeführt, dass der Eingangsstrom I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7 gleich dem Eingangsstrom-Zielwert Iref ist; infolgedessen kann die Batterie-Busleitungsspannung Vb im wesentlichen konstant gehalten werden, indem eine asymptotische Annäherung derselben an den Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref erfolgt.
8 zeigt ein Steuerungs-Ablaufdiagramm, bei dem der Strom des zweiten DC/DC-Wandlers 7 vorgegeben wird, und es handelt sich um ein Ablaufdiagramm, das zum derartigen Steuern des Stroms des zweiten DC/DC-Wandlers 7 dient, dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb auf dem vorbestimmten Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref gehalten bleibt, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Eine in 8 dargestellte Steuerroutine wird für jede konstante Periode in der Steuerschaltung 8 wiederholt ausgeführt.
Insbesondere handelt es sich bei der vorstehend genannten konstanten Periode um dieselbe wie eine Schaltperiode der Schaltvorrichtung des zweiten DC-DC-Wandlers 7, oder es handelt sich in etwa um ein Mehrfaches derselben. Die Periode der Steuerroutine der 8 sowie die Schaltperiode des zweiten DC/DC-Wandlers können synchron oder asynchron sein.
In 8 wird beim Starten der Steuerroutine ein Befehlssignal des zweiten DC/DC-Wandlers aus einem Steuerungs-Ablaufdiagramm der Stromerzeugungs-Leistung (im folgenden noch zu beschreiben) ermittelt (Schritt S101). Als nächstes erfolgt eine Bestimmung, ob das Befehlssignal des zweiten DC/DC-Wandlers ein Betriebs-Befehlssignal ist oder nicht (Schritt S102). Wenn es sich bei dem Befehlssignal um das Betriebs-Befehlssignal handelt, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S103 fort; wenn es sich bei dem Befehlssignal nicht um das Betriebs-Befehlssignal handelt, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S109 fort.
In dem Schritt S103 tastet die Steuerschaltung 8 die Batterie-Busleitungsspannung Vb mittels der Spannungserfassungseinheit (nicht gezeigt) ab. In einem Schritt S104 berechnet die Steuerschaltung 8 dann die Spannungsabweichung Ve zwischen dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref und der Batterie-Busleitungsspannung Vb. Dabei wird der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref auf der Basis der Nennspannung der Batterie 4 bestimmt. Beispielsweise beträgt im Fall einer Blei-Batterie mit einer Nennspannung von 12,6 V der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref in etwa 14 V.
Als nächstes wird in einem Schritt S105 von der Steuerschaltung 8 eine PID-Berechnung oder dergleichen an der Spannungsabweichung Ve ausgeführt, um den Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 zu berechnen. Der vorstehend genannte Rechenvorgang erfolgt derart, wie es anhand der vorstehend genannten 7 beschrieben worden ist.
Als nächstes tastet die Steuerschaltung 8 in einem Schritt S106 den Wert des Eingangsstroms I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ab. In einem Schritt S107 berechnet die Steuerschaltung 8 dann eine Stromabweichung Ie zwischen dem Eingangsstrom-Zielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 und dem Wert des Eingangsstrom I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7. Anschließend führt die Steuerschaltung 8 in einem Schritt S108 eine PID-Berechnung an der Stromabweichung Ie aus, um den Betätigungsbetrag (das Tastsignal) zu berechnen.
Dann führt die Steuerschaltung 8 eine Pulsweitenmodulation auf der Basis des Betätigungsbetrags (Tastsignal) aus (Schritt S110). Anschließend gibt die Steuerschaltung 8 Gate-Signale an die Schaltvorrichtungen des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ab (Schritt S111). Diese Vorgänge erfolgen derart, wie es anhand der 5 beschrieben worden ist.
Wenn es sich in dem Schritt S102 bei dem Befehlssignal des zweiten DC/DC-Wandlers nicht um das Betriebs-Befehlssignal, sondern um ein Stopp-Befehlssignal handelt, wird der Betätigungsbetrag (das Tastsignal) in dem Schritt S109 auf Null (0) gesetzt.
Andererseits steuert die Steuerschaltung 8 die Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 derart, dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb sich auf den Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators einstellt. Der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 wird während einer Verzögerung eines Fahrzeugs um einen Spannungswert α höher vorgegeben als der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7, und wird während einer Beschleunigung des Fahrzeugs um einen Spannungswert β niedriger vorgegeben als der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7.
Dadurch kann die Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 während der Verzögerung des Fahrzeugs in die Batterie 4 und den elektrischen Doppelschichtkondensator 6 geladen werden, und gespeicherte Leistung des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 kann während der Beschleunigung des Fahrzeugs in die Batterie 4 geladen werden. Es ist zulässig, wenn die vorstehend genannten Spannungswerte α und β einen positiven Spannungswert aufweisen, der größer ist als eine in der Detektionsfunktion der Steuerschaltung 8 enthaltene Auflösung.
Wenn in diesem Fall die Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 einen vorbestimmten oberen Grenzwert V_MAX erreicht, wird das Aufladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gestoppt, um eine Beschädigung des Kondensators zu verhindern. Wenn die Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 einen vorbestimmten unteren Grenzwert V_MIN erreicht, wird das Entladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gestoppt, um die Nutzungseffizienz zu steigern.
Wenn die Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 den oberen Grenzwert V_MAX erreicht und der zweite DC/DC-Wandler 7 zum Beenden des Ladens des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gestoppt wird, werden solche Erscheinungen, wie sie in den 9(a) bis 9(c) gezeigt sind, durch eine Ansprechverzögerung eines Rückkopplungssystems erzeugt, das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 gebildet ist.
Das heißt, es wird überschüssige Leistung P_OVER aufgrund einer Ansprechverzögerung des Generators 1 erzeugt, wie dies in 9(a) gezeigt ist; die Batterie-Busleitungsspannung Vb steigt in einer Zeitdauer T1 auf einen Überspannungs-Zustand an, wie dies in 9(b) gezeigt ist; die Lebensdauer der bordeigenen Last 3 und der Batterie 4 werden verkürzt. Dabei ist in den 9(a) bis 9(c) Pa die Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1, P_EDLC ist die Ladeleistung des elektrischen Doppelschichtkondensators 6, und P_LOAD ist die Zufuhrleistung zur Lastseite.
Wenn die Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 den unteren Grenzwert V_MIN erreicht und der zweite DC/DC-Wandler 7 zum Beenden des Entladens des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gestoppt wird, werden solche Erscheinungen, wie sie in den 10(a) bis 10(c) gezeigt sind, durch die Ansprechverzögerung des Rückkopplungssystems erzeugt, das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 besteht.
Das bedeutet, es wird Defizitleistung P_UNDER aufgrund der Ansprechverzögerung des Generators 1 erzeugt, wie dies in 10(a) gezeigt ist; die Batterie-Busleitungsspannung Vb wird niedriger und gelangt in einer Zeitdauer T2 in einen Niedrigspannungs-Zustand, wie dies in 10(b) gezeigt ist; ein stabiler Betrieb der bordeigenen Last 3 wird gestört. Dabei ist in den 10(a) bis 10(c) Pa die Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1, P_EDLC ist die Entladeleistung des elektrischen Doppelschichtkondensators 6, und P_LOAD ist die Zufuhrleistung zur Lastseite.
Somit werden bei diesem Ausführungsbeispiel ein erster Schwellenwert V_MAX-1, der niedriger ist als der obere Grenzwert V_MAX, sowie ein zweiter Schwellenwert V_MIN-1, der höher ist als der untere Grenzwert V_MIN, bei der Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 bereitgestellt.
Wenn die Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 den ersten Schwellenwert V_MAX-1 übersteigt, wird ein Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref (= V2ref + α) des Generators 1 mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht, d. h. α ist 0. Dadurch stellt sich ein Wert der Batterie-Busleitungsspannung Vb auf den Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref mit einer Zeitkonstante des Rückkopplungssystems ein, das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 besteht, wie dies in 11 dargestellt ist.
Bei dem Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 handelt es sich dann um einen Wert, bei dem eine PID-Berechnung an der Abweichung Ve zwischen der Batterie-Busleitungsspannung Vb und dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref ausgeführt wird; wenn die Abweichung Ve durch die Stromerzeugungssteuerung des Generators 1 bei 0 beibehalten wird, wird somit der Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 0. Infolgedessen wird das Aufladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gestoppt, und es wird möglich, die Entstehung eines Übermaßes an Stromerzeugungs-Leistung aufgrund der Ansprechverzögerung des Rückkopplungssystems zu verhindern, das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 gebildet ist.
Wenn die Spannung V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 unter den zweiten Schwellenwert V_MIN-1 fällt, wird in ähnlicher Weise ein Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref (= V2ref – β) des Generators 1 mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht, d. h. β ist 0. Dadurch stellt sich der Wert der Batterie-Busleitungsspannung Vb auf den Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref mit der Zeitkonstante des aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 gebildeten Rückkopplungssystems ein, wie es in 12 gezeigt ist.
Der Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ist dann der Wert, bei dem die PID-Berechnung an der Abweichung Ve zwischen der Batterie-Busleitungsspannung Vb und dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref ausgeführt wird; wenn die Abweichung Ve durch die Stromerzeugung des Generators 1 auf 0 beibehalten wird, wird somit der Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 0. Infolgedessen wird das Entladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gestoppt, und es wird möglich, die Entstehung eines Defizits der Stromerzeugungs-Leistung aufgrund der Ansprechverzögerung des aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 gebildeten Rückkopplungssystems zu verhindern.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators und der Betrieb des zweiten DC/DC-Wandlers gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgegeben werden. Eine Steuerroutine gemäß 13 wird für jede konstante Periode wiederholt ausgeführt. Insbesondere beträgt die konstante Periode ca. 1/10 der Zeitkonstante, die für das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 gebildete Rückkopplungssystem bzw. Regelungssystem erforderlich ist.
Die Zeitdauer der Steuerroutine der Stromerzeugungs-Leistung des Generators gemäß der Darstellung in 13 sowie die Zeitdauer der Steuerroutine der Stromsteuerung des zweiten DC/DC-Wandlers 7 gemäß der Darstellung in 8 müssen nicht synchronisiert sein; jedoch können die Zeitdauern synchronisiert sein. Ferner können die Steuerungs-Ablaufdiagramme der 13 und der 8 in Form von einem einzigen Steuerungs-Ablaufdiagramm in Kaskadenverbindung vorgesehen werden.
Das Ablaufdiagramm der 13 wird von der Steuerschaltung 8 ausgeführt. Bei Beginn der Steuerroutine stellt die Steuerschaltung 8 auf der Basis des Beschleunigungssignals fest, ob sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand oder in einem anderen Zustand befindet (Schritt S201). Befindet sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand, erfolgt die Feststellung, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1 ist oder nicht (Schritt S202).
Ist der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1, wird der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht (Schritt S203). Ist der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1, handelt es sich bei dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 um den Batterie-Busleitungsspannungszielwert (V2ref + α) des zweiten DC/DC-Wandlers 7 (Schritt S204).
Anschließend wird festgestellt, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist oder nicht (Schritt S205). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist, wird das Stopp-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S206). Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist, wird das Betriebs-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S207).
Als nächstes führt die Steuerschaltung 8 eine Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 aus (Schritt S208).
Wenn sich dagegen das Fahrzeug in dem Schritt S201 in einem anderen Zustand als dem Verzögerungszustand befindet, stellt die Steuerschaltung 8 fest, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder niedriger als der zweite Schwellenwert V_MIN-1 ist oder nicht (Schritt S210). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder niedriger als der zweite Schwellenwert V_MIN-1 ist, wird der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht (Schritt S211).
Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder niedriger als der zweite Schwellenwert V_MIN-1 ist, entspricht der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert (V2ref – β) des zweiten DC/DC-Wandlers 7 (Schritt S212).
Danach wird festgestellt, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist oder nicht (Schritt S213). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist, wird das Stopp-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S214). Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist, wird das Betriebs-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S215).
Anschließend führt die Steuerschaltung 8 eine Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 aus (Schritt S208).
Bei der Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung in dem Schritt S208 handelt es sich um eine derartige Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1, dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 entspricht. Wenn der Generator 1 z. B. wie der Wechselstromgenerator in 2 ausgebildet ist, wird ein Steuersignal von der Steuerschaltung 8 an den Gate-Anschluss der Schaltvorrichtung 16 der Regelschaltung 15 abgegeben, und der Feldstrom der Feldwicklung 11 wird geändert, indem eine EIN-/AUS-Steuerung der Schaltvorrichtung 16 zum Steuern der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 ausgeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Stromerzeugungs-Leistung des Generators erhöht werden, während gleichzeitig die Spannung in jedem Bereich des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge angemessen beibehalten werden kann und Bremsenergie des Fahrzeugs aktiv regeneriert werden kann.
Insbesondere kann dann, wenn das Aufladen oder Entladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 beendet ist, ein Übermaß oder ein Defizit an Stromerzeugungs-Leistung aufgrund der Ansprechverzögerung des aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 gebildeten Rückkopplungssystems verhindert werden.
Ausführungsbeispiel 2
Wenn bei einem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Verzögerungszustand ist, wird ein Batterie-Busleitungsspannungszielwert eines Generators um einen vorbestimmten Wert niedriger vorgegeben als ein Batterie-Busleitungsspannungszielwert eines zweiten DC/DC-Wandlers; und wenn es sich bei einem Spannungswert eines elektrischen Doppelschichtkondensators um einen unteren Grenzwert handelt, wird das Entladen des zweiten DC/DC-Wandlers gestoppt. Die übrige Arbeitsweise und Konfiguration sind ähnlich wie bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1, so dass auf eine Beschreibung derselben an dieser Stelle verzichtet wird.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm, bei dem die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators und der Betrieb des zweiten DC/DC-Wandlers in einer Steuerschaltung des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung vorgegeben werden.
Eine Steuerroutine gemäß 14 wird wiederholt für jede konstante Periode ausgeführt. Insbesondere handelt es sich bei der konstanten Periode um ca. 1/10 der Zeitkonstante, die für das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 bestehende Regelungssystem erforderlich ist. Die Zeitdauer der Steuerroutine der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 gemäß der Darstellung in 14 sowie die Zeitdauer der Steuerroutine der Stromsteuerung des zweiten DC/DC-Wandlers 7 gemäß der Darstellung in 8 müssen nicht synchronisiert sein; jedoch können die Zeitdauern synchronisiert sein. Ferner können die Steuerungs-Ablaufdiagramme der 14 und der 8 in Form von einem Steuerungs-Ablaufdiagramm in Kaskadenverbindung vorgesehen werden.
Das Ablaufdiagramm der 14 wird von der Steuerschaltung 8 ausgeführt. Bei Beginn der Steuerroutine stellt die Steuerschaltung 8 auf der Basis des Beschleunigungssignals fest, ob sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand oder in einem anderen Zustand befindet (Schritt S301). Befindet sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand, erfolgt die Feststellung, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1 ist oder nicht (Schritt S302).
Ist der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1, wird der Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V2ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht (Schritt S303). Ist der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1, handelt es sich bei dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 um den Spannungszielwert (V2ref + α) (Schritt S304).
Danach wird festgestellt, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist oder nicht (Schritt S305). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist, wird das Stopp-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S306). Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist, wird das Betriebs-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S307).
Danach führt die Steuerschaltung 8 eine Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 aus (Schritt S308).
Wenn dagegen das Fahrzeug in dem Schritt S301 in einem anderen Zustand als dem Verzögerungszustand ist, gibt die Steuerschaltung 8 den Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert (V2ref – β) des zweiten DC/DC-Wandlers 7 vor (Schritt S310). Danach wird festgestellt, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist oder nicht (Schritt S311).
Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist, wird das Stopp-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S312). Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist, wird das Betriebs-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S313).
Anschließend führt die Steuerschaltung 7 eine Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 aus (Schritt S308).
Die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung in dem Schritt S308 besteht in einer derartigen Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1, dass die Batterie-Busleitungsspannung Vb dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert V1ref des Generators 1 entspricht. Wenn der Generator 1 z. B. wie der Wechselstromgenerator gemäß 2 ausgebildet ist, wird ein Steuersignal von der Steuerschaltung 8 an den Gate-Anschluss der Schaltvorrichtung 16 der Regelschaltung 15 abgegeben, und der Feldstrom der Feldwicklung 11 wird geändert, indem eine EIN-/AUS-Steuerung der Schaltvorrichtung 16 zum Steuern der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 ausgeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei diesem Ausführungsbeispiel die Stromerzeugungs-Leistung des Generators gesteigert werden, während gleichzeitig die Spannung in jedem Bereich des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge angemessen beibehalten werden kann und Bremsenergie des Fahrzeugs aktiv regeneriert werden kann.
Insbesondere kann dann, wenn das Aufladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 beendet ist, ein Übermaß an Stromerzeugungs-Leistung aufgrund der Ansprechverzögerung des aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 bestehenden Rückkopplungssystems verhindert werden.
Ausführungsbeispiel 3
Die Zielspannungen des Generators und des zweiten DC/DC-Wandlers in Ausführungsbeispiel 1 werden mit den Batterie-Busleitungsspannungen 1 vorgegeben; bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden jedoch die Zielspannungen eines Generators und eines zweiten DC/DC-Wandlers als Stromerzeugungs-Busleitungsspannungen vorgeben. Die Konfiguration eines Stromversorgungssystems für Fahrzeuge gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel 1; aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung derselben verzichtet.
Bei dem Stromversorgungssystem für Fahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3 verwendet der erste DC/DC-Wandler 5 den DC/DC-Wandler vom Typ mit konstantem Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis, der ein Eingangs-/Ausgangs-Spannungsverhältnis auf einem vorbestimmten Zielspannungsverhältnis N hält. Der Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 wird auf der Basis einer Abweichung Ve zwischen der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va und einem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V5ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 vorgegeben, und die Stromerzeugungs-Leistung wird für den Generator 1 so gesteuert, dass sich die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va auf einen Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V4ref des Generators 1 einstellt.
Anschließend wird ein Wert der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va in Abhängigkeit von der Rotationsrate des Rotors des Generators 1 bestimmt. Wie in 2 gezeigt ist, kann bei der Kennlinie der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 die maximale Stromerzeugungs-Leistung geladen werden, indem die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va in Abhängigkeit von der Rotationsrate des Rotors gesteuert wird. Insbesondere hat daher gemäß der Darstellung in 2 die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va einen Wert von 14 V, wenn die Rotationsrate des Rotors des Generators 1 geringer ist als Ra; die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va beträgt 28 V, wenn die Rotationsrate gleich oder höher als Ra und geringer als Rb ist; und die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va beträgt 42 V, wenn die Rotationsrate gleich oder höher als Rb ist. Das Zielspannungsverhältnis N des ersten DC/DC-Wandlers 5 ist dabei derart vorgegeben, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannungen Va einen Wert von 14 V, von 28 V oder 42 V besitzen kann.
Die Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwerte V5ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 sind ähnlich dem ersten DC/DC-Wandler 5 mit 14 V, 28 V und 42 V vorgegeben.
Der DC/DC-Wandler vom Typ mit konstantem Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis, der das Eingangs-/Ausgangs-Spannungsverhältnis auf dem vorbestimmten Zielspannungsverhältnis N hält, wird als erster DC/DC-Wandler 5 verwendet, und somit ist die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va ein Vielfaches der Batterie-Busleitungsspannung Vb. Schwankungen in der Batterie-Busleitungsspannung Vb pflanzen sich somit in der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va fort, und Schwankungen in der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va pflanzen sich in der Batterie-Busleitungsspannung Vb fort; somit kann eine Steuerung ähnlich Ausführungsbeispiel 1 selbst dann ausgeführt werden, wenn die Zielspannungen des Generators 1 und des zweiten DC/DC-Wandlers 7 mit der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung vorgegeben sind.
Das bedeutet, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 und die Stromsteuerung des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ähnlich wie bei Ausführungsbeispiel 1 ausgeführt, indem die Zielspannung des Generators 1 auf den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V4ref gesetzt wird und die Zielspannung des zweiten DC/DC-Wandlers 7 auf den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V5ref gesetzt wird. Im folgenden werden beide Steuervorgänge ausführlich beschrieben.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem der Strom des zweiten DC/DC-Wandlers gesteuert wird; dabei handelt es sich um das Ablaufdiagramm zum Steuern des Stroms des zweiten DC/DC-Wandlers in einer derartigen Weise, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va auf dem vorbestimmten Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V5ref gehalten wird. Eine in 15 gezeigte Steuerroutine wird wiederholt für jede konstante Periode in der Steuerschaltung 8 ausgeführt.
Insbesondere handelt es sich bei der konstanten Periode um die gleiche wie die Schaltperiode der Schaltvorrichtung des zweiten DC/DC-Wandlers 7, oder sie beträgt in etwa ein Mehrfaches davon. Die Periode bzw. Zeitdauer der Steuerroutine der 15 und die Schaltperiode des zweiten DC/DC-Wandlers 7 können synchron oder asynchron sein.
In 15 wird bei Beginn der Steuerroutine ein Befehlssignal des zweiten DC/DC-Wandlers aus einem Steuerungs-Ablaufdiagramm der Stromerzeugungs-Leistung der 16 ermittelt (wobei dies im folgenden noch beschrieben wird) (Schritt S401). Als nächstes wird festgestellt, ob es sich bei dem Befehlssignal des zweiten DC/DC-Wandlers um ein Betriebs-Befehlssignal handelt oder nicht (Schritt S402).
Wenn das Befehlssignal in dem Schritt S402 das Betriebs-Befehlssignal ist, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S403 fort; handelt es sich bei dem Befehlssignal nicht um das Betriebs-Befehlssignal, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S409 fort. In dem Schritt S403 tastet die Steuerschaltung 8 die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va mittels der Spannungserfassungseinheit (nicht gezeigt) ab.
In einem Schritt S404 berechnet die Steuerschaltung 8 dann die Spannungsabweichung Ve zwischen dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V5ref und der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va. Danach führt die Steuerschaltung 8 in einem Schritt S405 eine PID-Berechnung oder dergleichen an der Spannungsabweichung Ve aus, um den Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 zu berechnen.
In einem Schritt S406 tastet die Steuerschaltung 8 dann den Wert des Stroms I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ab. Danach berechnet die Steuerschaltung 8 in einem Schritt S407 eine Stromabweichung Ie zwischen dem Stromzielwert Iref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 und dem Wert des Stroms I2i des zweiten DC/DC-Wandlers 7.
In einem Schritt S408 führt die Steuerschaltung 8 dann eine PID-Berechnung an der Stromabweichung Ie aus, um den Betätigungsbetrag (Tastsignal) zu berechnen. Die Steuerschaltung 8 führt dann eine Pulsweitenmodulation auf der Basis des Betätigungsbetrags (Tastsignal) aus, um PWM-Signale zu erzeugen (Schritt S410). Danach gibt die Steuerschaltung 8 Gate-Signale an die Schaltvorrichtungen des zweiten DC/DC-Wandlers 7 ab (Schritt S411).
Wenn in dem Schritt S402 das Befehlssignal des zweiten DC/DC-Wandlers nicht das Betriebs-Befehlssignal ist, sondern ein Stopp-Befehlssignal, wird der Betätigungsbetrag (Tastsignal) in dem Schritt S409 auf 0 gesetzt.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem die Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators und der Betrieb des zweiten DC/DC-Wandlers gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgegeben werden. Eine Steuerroutine gemäß 16 wird wiederholt für jede konstante Periode ausgeführt. Insbesondere beträgt die konstante Periode ca. 1/10 der Zeitkonstante, die für das aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 bestehende Rückkopplungssystem bzw. Regelungssystem erforderlich ist.
Die Zeitdauer der Steuerroutine der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 gemäß der Darstellung in 16 sowie die Zeitdauer der Steuerroutine der Stromsteuerung des zweiten DC/DC-Wandlers 7 gemäß der Darstellung in 8 müssen nicht synchronisiert sein; jedoch können die Zeitdauern synchronisiert sein. Ferner können die Steuerungs-Ablaufdiagramme der 16 und der 15 in Form von einem Steuerungs-Ablaufdiagramm in Kaskadenverbindung vorgesehen werden.
Das Ablaufdiagramm der 16 wird von der Steuerschaltung 8 ausgeführt. Bei Beginn der Steuerroutine stellt die Steuerschaltung 8 auf der Basis des Beschleunigungssignals fest, ob sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand oder in einem anderen Zustand befindet (Schritt S501). Befindet sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand, erfolgt die Feststellung, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1 ist oder nicht (Schritt S502).
Ist der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1, wird der Stromerzeugungs-Busleitungsspannungsziel wert V4ref des Generators 1 mit dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V5ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht (Schritt S503). Ist der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder höher als der erste Schwellenwert V_MAX-1, handelt es sich bei dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V4ref des Generators 1 um den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert (V5ref + α) des zweiten DC/DC-Wandlers 7 (Schritt S504).
Anschließend wird festgestellt, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist oder nicht (Schritt S505). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist, wird das Stopp-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S506). Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder höher als der obere Grenzwert V_MAX ist, wird das Betriebs-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S507).
Als nächstes führt die Steuerschaltung 8 eine Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 aus (Schritt S508).
Wenn sich dagegen das Fahrzeug in dem Schritt S501 in einem anderen Zustand als dem Verzögerungszustand befindet, stellt die Steuerschaltung 8 fest, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder niedriger als der zweite Schwellenwert V_MIN-1 ist oder nicht (Schritt S510). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder niedriger als der zweite Schwellenwert V_MIN-1 ist, wird der Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V4ref des Generators 1 mit dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V5ref des zweiten DC/DC-Wandlers 7 in Übereinstimmung gebracht (Schritt S511).
Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder niedriger als der zweite Schwellenwert V_MIN-1 ist, entspricht der Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V4ref des Generators 1 dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert (V5ref – β) des zweiten DC/DC-Wandlers 7 (Schritt S512).
Danach wird festgestellt, ob der Spannungswert V_EDLC des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist oder nicht (Schritt S513). Wenn der Spannungswert V_EDLC gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist, wird das Stopp-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt S514). Wenn der Spannungswert V_EDLC nicht gleich dem oder niedriger als der untere Grenzwert V_MIN ist, wird das Betriebs-Befehlssignal als Befehlssignal zu dem zweiten DC/DC-Wandler 7 geschickt (Schritt 515).
Anschließend führt die Steuerschaltung 8 eine Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 aus (Schritt S508).
Bei der Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung in dem Schritt S508 handelt es sich um eine derartige Steuerung der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung Va dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert V4ref des Generators 1 entspricht. Wenn der Generator 1 z. B. wie der Wechselstromgenerator in 2 ausgebildet ist, wird ein Steuersignal von der Steuerschaltung 8 an den Gate-Anschluss der Schaltvorrichtung 16 der Regelschaltung 15 abgegeben, und der Feldstrom der Feldwicklung 11 wird geändert, indem eine EIN-/AUS-Steuerung der Schaltvorrichtung 16 zum Steuern der Stromerzeugungs-Leistung des Generators 1 ausgeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Stromerzeugungs-Leistung des Generators erhöht werden, während gleichzeitig die Spannung in jedem Bereich des Stromversorgungssystems für Fahrzeuge angemessen beibehalten werden kann, und Bremsenergie des Fahrzeugs kann aktiv regeneriert werden.
Insbesondere kann dann, wenn das Aufladen oder Entladen des elektrischen Doppelschichtkondensators 6 beendet ist, ein Übermaß oder ein Defizit an Stromerzeugungs-Leistung aufgrund der Ansprechverzögerung des aus dem Generator 1 und der Steuerschaltung 8 bestehenden Rückkopplungssystems verhindert werden.
Darüber hinaus lässt sich die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung auf der vorbestimmten Spannung halten.

Claims

Stromversorgungssystem für Fahrzeuge, das folgendes aufweist: einen von einem Motor angetriebenen Generator zum Erzeugen von Wechselstrom; einen Gleichrichter zum Gleichrichten des von dem Generator erzeugten Wechselstroms in Gleichstrom zur Abgabe an eine Stromerzeugungs-Busleitung; eine Batterie zum Zuführen von Strom zu einer bordeigenen Last über eine Batterie-Busleitung; eine elektrische Speichereinrichtung zum Speichern von Stromerzeugungs-Leistung von dem Generator; einen ersten DC/DC-Wandler, der an dem einen Anschluss mit der Stromerzeugungs-Busleitung verbunden ist und an dem anderen Anschluss mit der Batterie-Busleitung verbunden ist, zum derartigen Steuern der Spannung der Stromerzeugungs-Busleitung, dass diese auf einem vorbestimmten Spannungszielwert gehalten wird; einen zweiten DC/DC-Wandler vom Stromsteuer-Typ, der an dem einen Anschluss mit der Stromerzeugungs-Busleitung verbunden ist und an dem anderen Anschluss mit der elektrischen Speichereinrichtung verbunden ist, zum derartigen Steuern des Eingangs- oder Ausgangsstroms, dass dieser auf einem vorbestimmten Stromzielwert gehalten wird; und eine Steuerschaltung zum Steuern des Generators, des ersten DC/DC-Wandlers und des zweiten DC/DC-Wandlers, wobei die Steuerschaltung den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis von mindestens einem Parameter der Spannung der Stromerzeugungs-Busleitung und der Spannung der Batterie-Busleitung vorgibt und den Eingangs- oder Ausgangsstrom des zweiten DC/DC-Wandlers derart steuert, dass dieser auf dem Stromzielwert gehalten wird; und wobei die Stromerzeugungs-Leistung des Generators in Abhängigkeit von einem Spannungswert der elektrischen Speichereinrichtung gesteuert wird, wenn ein Ladevorgang oder Entladevorgang der elektrischen Speichereinrichtung ausgeführt wird.
Stromversorgungssystem für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung – den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis einer Abweichung zwischen der Batterie-Busleitungsspannung und einem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers vorgibt, – einen Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators während einer Verzögerung eines Fahrzeugs höher vorgibt als den Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers, – den Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers in Übereinstimmung bringt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung gleich einem oder höher als ein erster Schwellenwert ist, – das Laden der elektrischen Speichereinrichtung stoppt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung einen oberen Grenzwert erreicht, und – die Stromerzeugungs-Leistung des Generators derart steuert, dass die Batterie-Busleitungsspannung dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators entspricht.
Stromversorgungssystem für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung – den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis einer Abweichung zwischen der Batterie-Busleitungsspannung und einem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers vorgibt, – einen Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators in anderen Situationen als bei einer Verzögerung des Fahrzeugs niedriger vorgibt als den Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers, – den Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers in Übereinstimmung bringt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung gleich einem oder niedriger als ein zweiter Schwellenwert ist, – das Entladen der elektrischen Speichereinrichtung stoppt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung einen unteren Grenzwert erreicht, und – die Stromerzeugungs-Leistung des Generators derart steuert, dass die Batterie-Busleitungsspannung dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators entspricht.
Stromversorgungssystem für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung – den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis einer Abweichung zwischen der Batterie-Busleitungsspannung und einem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers vorgibt, – einen Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators in anderen Situationen als bei einer Verzögerung des Fahrzeugs mit dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers in Übereinstimmung bringt, – das Laden der elektrischen Speichereinrichtung stoppt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung einen unteren Grenzwert erreicht, und – die Stromerzeugungs-Leistung des Generators derart steuert, dass die Batterie-Busleitungsspannung dem Batterie-Busleitungsspannungszielwert des Generators entspricht.
Stromversorgungssystem für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung – den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis einer Abweichung zwischen der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung und einem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers vorgibt, – einen Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des Generators bei einer Verzögerung des Fahrzeugs höher vorgibt als den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers, – den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des Generators mit dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers in Übereinstimmung bringt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung gleich einem oder höher als ein erster Schwellenwert ist, – das Laden der elektrischen Speichereinrichtung stoppt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung einen oberen Grenzwert erreicht, und – die Stromerzeugungs-Leistung des Generators derart steuert, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des Generators entspricht.
Stromversorgungssystem für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung – den Stromzielwert des zweiten DC/DC-Wandlers auf der Basis einer Abweichung zwischen der Stromerzeugungs-Busleitungsspannung und einem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers vorgibt, – einen Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des Generators in anderen Situationen als bei einer Verzögerung des Fahrzeugs niedriger vorgibt als den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers, – den Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des Generators mit dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des zweiten DC/DC-Wandlers in Übereinstimmung bringt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung gleich einem oder niedriger als ein zweiter Schwellenwert ist, – das Entladen der elektrischen Speichereinrichtung stoppt, wenn die Spannung der elektrischen Speichereinrichtung einen unteren Grenzwert erreicht, und – die Stromerzeugungs-Leistung des Generators derart steuert, dass die Stromerzeugungs-Busleitungsspannung dem Stromerzeugungs-Busleitungsspannungszielwert des Generators entspricht.