JP2011136665A - Vehicular power supply control system - Google Patents

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Ananda Senanayake Tilak
ティラク・アナンダ・セナナヤケ
Yuji Nishibe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the power capacity while using a low-voltage secondary battery in a vehicular power supply control system. <P>SOLUTION: The vehicular power supply control system 20 includes a secondary battery 24, a voltage converter 26, an inverter circuit 32, a power boost circuit 28, and a control device 70. The power boost circuit 28 includes a super-capacitor 50, a reactance 52 and switching elements 46, 48. The control device 70 includes an SC charging mode processing unit 72 charging the super-capacitor 50 by the power generated by a rotating electric machine 14, a secondary battery charging mode processing unit 74 charging the secondary battery 24 from the super-capacitor 50, a parallel discharging mode processing unit 76 supplying the drive power to the rotating electric machine 14 by the discharge from the secondary battery 24 and the super-capacitor 50, and an SC discharging mode processing unit 78 supplying the drive power to the rotating electric machine 14 by executing the discharge from the super-capacitor 50. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両用電源制御システムに係り、特に、２次電池と電圧変換器とインバータ回路とを有する車両用電源制御システムに関する。   The present invention relates to a vehicle power supply control system, and more particularly to a vehicle power supply control system having a secondary battery, a voltage converter, and an inverter circuit.

車両用電源としては、以前から１４Ｖ電源としての１４Ｖ蓄電池が用いられている。この１４Ｖ電源は、車両に搭載される電気機器・電子機器への電力供給源として広く用いられている。ところで、車両用機器が電気・電子化し、また車両が大型化するにつれて、１４Ｖ蓄電池では供給電力に限界が生じることがある。例えば、車両用ステアリングは、油圧駆動方式からモータ駆動のパワーステアリング方式に変わってきて１４Ｖ電源の必要性が増加する。また、モータ駆動の車両用パワーステアリングシステムについても、大型車両については操舵に要するトルクが大きくなり、１４Ｖ電源では供給電力の限界が生じ始めている。   As a vehicle power supply, a 14V storage battery as a 14V power supply has been used. This 14V power supply is widely used as a power supply source for electric and electronic devices mounted on vehicles. By the way, as vehicle equipment becomes electric / electronic and the size of the vehicle increases, the 14V storage battery may have a limit in power supply. For example, the steering for a vehicle has changed from a hydraulic drive system to a motor-driven power steering system, and the need for a 14V power supply increases. Also, in motor-driven vehicle power steering systems, the torque required for steering is increased for large vehicles, and the limit of power supplied by a 14V power supply is beginning to occur.

なお、本発明に関連する技術としてスーパキャパシタが知られている。スーパキャパシタとは電気二重層キャパシタで、有機電解液とアルミニウムや炭素を原料とした簡単な構造で、内部抵抗が非常に低く、繰り返し充放電寿命が非常に長い蓄電装置である。この特性から、スーパキャパシタは、スタータ等のように充放電回数が非常に多い装置、車両の減速時発電のように短時間の充放電が行われる装置に利用が可能となる。   Note that a supercapacitor is known as a technique related to the present invention. A supercapacitor is an electric double layer capacitor, which is a power storage device having a simple structure using an organic electrolyte and aluminum or carbon as raw materials, a very low internal resistance, and a very long repeated charge / discharge life. From this characteristic, the supercapacitor can be used for a device such as a starter that has a very large number of charging / discharging operations and a device that performs charging / discharging for a short time such as power generation during deceleration of a vehicle.

例えば、特許文献１には、対称型スーパキャパシタによる電池残存エネルギの回収方法について述べられている。ここでは、乾電池がその等価直列抵抗が大きいために、電池の寿命が尽きたときでも、残存エネルギが５４．３％あり、それまでの放電エネルギよりも多いことを指摘し、乾電池とスーパキャパシタとを組み合わせ併用することにより、エネルギ全体を増やすことができる構成を開示している。   For example, Patent Document 1 describes a method of recovering battery residual energy using a symmetric supercapacitor. Here, it is pointed out that the dry battery has a large equivalent series resistance, so that even when the battery is exhausted, the remaining energy is 54.3%, which is higher than the discharge energy so far. The structure which can increase the whole energy by combining and using is disclosed.

特開２００８−５４４８６号公報JP 2008-54486 A

このように、車両搭載機器の電気・電子化の進展に伴い、１４Ｖ電源では供給電力に限界が生じることがあり、また、大型車両の場合には、さらにその供給電力の限界が生じやすくなる。これらのことから、１４Ｖ蓄電池に代えて、４２Ｖ蓄電池を搭載することが検討されている。しかし、４２Ｖ蓄電池は、現在のところ、１４Ｖ蓄電池に比べ、かなりの高価格である。したがって、容易にはその変換を行うことができない。その一方で、車両用電源の高容量化の要求は高まっている。１４Ｖ以外の低電圧２次電池であっても、これを１段と高電圧の２次電池に変換したいが高価格となる場合にも同様の問題が生じ得る。   As described above, with the progress of electric / electronicization of on-vehicle equipment, the 14V power supply may have a limit on the power supply. In the case of a large vehicle, the limit of the power supply is more likely to occur. From these things, it replaces with 14V storage battery and mounting 42V storage battery is examined. However, 42V storage batteries are currently considerably more expensive than 14V storage batteries. Therefore, the conversion cannot be easily performed. On the other hand, there is an increasing demand for a high capacity vehicle power source. Even if it is a low-voltage secondary battery other than 14V, the same problem may occur when it is desired to convert it to a secondary battery having a higher voltage but is expensive.

本発明の目的は、低電圧２次電池を用いたまま、電力容量を高めることを可能とする車両用電源制御システムを提供することである。また、他の目的は、低電圧２次電池として１４Ｖ電源を用いたまま、電力容量を高めることを可能とする車両用電源制御システムを提供することである。さらに他の目的は、低電圧２次電池として１４Ｖ電源を用いたまま、電力容量を高めて、さらに高能力のパワーステアリング装置を駆動可能とする車両用電源制御システムを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。   An object of the present invention is to provide a vehicle power supply control system that can increase power capacity while using a low-voltage secondary battery. Another object is to provide a vehicle power supply control system that can increase the power capacity while using a 14 V power supply as a low-voltage secondary battery. Still another object of the present invention is to provide a vehicle power supply control system capable of driving a power steering apparatus having a higher capacity by increasing the power capacity while using a 14V power supply as a low voltage secondary battery. The following means contribute to at least one of these purposes.

本発明に係る車両用電源制御システムは、２次電池に接続され、リアクタンスとスイッチング素子とを含む電圧変換器と、一方側で電圧変換器と接続され、他方側で負荷装置に接続されるインバータ回路と、電圧変換器と並列にインバータ回路の一方側に接続され、スーパキャパシタとリアクタンスとスイッチング素子とを含む電力ブースト回路と、負荷装置の運転状態に応じ、電力ブースト回路に対する充放電を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、負荷装置側からの回生エネルギの供給によってインバータ回路からスーパキャパシタに流れ込む電流が予め定めた閾値電流以下のときには、スーパキャパシタ側に電流を供給してスーパキャパシタに接続されるリアクタンスに電磁エネルギを蓄積し、スーパキャパシタに流れ込む電流が予め定めた閾値電流を超えるときには、スーパキャパシタ側に電流を流すことを停止してスーパキャパシタに接続されるリアクタンスの電磁エネルギを放出してスーパキャパシタを充電するＳＣ充電モード処理部と、２次電池の出力電圧が予め定めた閾値電圧以下のときに、電力ブースト回路のスーパキャパシタの放電によってインバータ回路に電力を供給するＳＣ放電モード処理部と、を含むことを特徴とする。   A vehicle power supply control system according to the present invention is connected to a secondary battery, includes a voltage converter including a reactance and a switching element, an inverter connected to the voltage converter on one side, and connected to a load device on the other side A power boost circuit that is connected to one side of the inverter circuit in parallel with the circuit and the voltage converter, and controls charging / discharging of the power boost circuit according to the operating state of the load device, and a supercapacitor, a reactance, and a switching element And when the current flowing from the inverter circuit to the supercapacitor by supplying regenerative energy from the load device side is below a predetermined threshold current, the control device supplies current to the supercapacitor side. Current that flows into the supercapacitor by accumulating electromagnetic energy in the reactance connected to the An SC charging mode processing unit for charging the supercapacitor by discharging the electromagnetic energy of reactance connected to the supercapacitor and stopping the flow of the current to the supercapacitor when a predetermined threshold current is exceeded; And an SC discharge mode processing unit for supplying electric power to the inverter circuit by discharging the supercapacitor of the power boost circuit when the output voltage is equal to or lower than a predetermined threshold voltage.

また、本発明に係る車両用電源制御システムにおいて、制御装置は、２次電池の出力電圧が予め定めた閾値電圧を超えるときに、２次電池からのインバータ回路への電力供給と並列的に、電力ブースト回路のスーパキャパシタからインバータ回路に放電して電力供給を行う並列放電モード処理部を含むことが好ましい。   Further, in the vehicle power supply control system according to the present invention, when the output voltage of the secondary battery exceeds a predetermined threshold voltage, in parallel with the power supply from the secondary battery to the inverter circuit, It is preferable to include a parallel discharge mode processing unit that supplies power by discharging from the super capacitor of the power boost circuit to the inverter circuit.

また、本発明に係る車両用電源制御システムにおいて、制御装置は、スーパキャパシタから２次電池を充電する２次電池充電モード処理部を含むことが好ましい。   Moreover, in the vehicle power supply control system according to the present invention, the control device preferably includes a secondary battery charging mode processing unit that charges the secondary battery from the super capacitor.

また、本発明に係る車両用電源制御システムにおいて、２次電池は、負荷装置が必要とする最大電力量以下のフル充電電力容量を有することが好ましい。   In the vehicular power supply control system according to the present invention, the secondary battery preferably has a full charge power capacity equal to or less than the maximum power amount required by the load device.

また、本発明に係る車両用電源制御システムにおいて、インバータ回路は、負荷装置としての車両用パワーステアリング装置に接続されることが好ましい。   In the vehicle power supply control system according to the present invention, the inverter circuit is preferably connected to a vehicle power steering device as a load device.

上記構成により、車両用電源制御システムは、２次電池に接続される電圧変換器と並列にインバータ回路の一方側に接続され、スーパキャパシタとリアクタンスとスイッチング素子とを含む電力ブースト回路を備える。そして、負荷装置側からの回生エネルギの供給によってインバータ回路からスーパキャパシタに電流が供給されスーパキャパシタが充電される。また、２次電池の出力電圧が予め定めた閾値電圧以下のときに、電力ブースト回路のスーパキャパシタの放電によってインバータ回路に電力を供給する。   With the above configuration, the vehicle power supply control system includes a power boost circuit that is connected to one side of the inverter circuit in parallel with the voltage converter connected to the secondary battery and includes a super capacitor, a reactance, and a switching element. Then, by supplying regenerative energy from the load device side, current is supplied from the inverter circuit to the supercapacitor and the supercapacitor is charged. Further, when the output voltage of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined threshold voltage, power is supplied to the inverter circuit by discharging the supercapacitor of the power boost circuit.

スーパキャパシタは、上記のように構造が簡単であるため、４２Ｖ電源に比べコストが低く、また内部抵抗が格段に小さいので瞬時的充放電が可能で、繰り返し充放電寿命も十分に長い。したがって、インバータ回路側からの回生エネルギの取得が可能なときにスーパキャパシタを充電しておき、必要なときにスーパキャパシタからの放電でインバータ回路に電力を供給することができる。スーパキャパシタからの電力供給が必要なときとは、２次電池からの電力供給では負荷装置の駆動が十分できないとき、負荷装置が瞬時的に大電流の供給を必要とするが２次電池ではそれを賄えないとき等である。このために予め閾値電圧を設定しておき、２次電池の電圧がこれ以下となるときに、スーパキャパシタから電力供給を受けるものとすることができる。   Since the supercapacitor has a simple structure as described above, the cost is lower than that of a 42V power supply, and the internal resistance is remarkably small, so that instantaneous charging / discharging is possible and the repeated charge / discharge life is sufficiently long. Therefore, the supercapacitor can be charged when regenerative energy can be obtained from the inverter circuit side, and power can be supplied to the inverter circuit by discharging from the supercapacitor when necessary. When the power supply from the supercapacitor is necessary, when the power supply from the secondary battery cannot sufficiently drive the load device, the load device needs to supply a large current instantaneously. When you ca n’t afford. For this purpose, a threshold voltage is set in advance, and when the voltage of the secondary battery becomes lower than this, power can be supplied from the super capacitor.

これによって、低電圧２次電池を用いたまま、電力容量を高めることを可能となる。例えば、１４電源とスーパキャパシタとの組み合わせによって、１４Ｖ電源を用いたまま電力容量を高めることが可能となる。   This makes it possible to increase the power capacity while using the low voltage secondary battery. For example, the combination of the 14 power supply and the supercapacitor can increase the power capacity while using the 14V power supply.

また、車両用電源制御システムにおいて、２次電池の出力電圧が予め定めた閾値電圧を超えるときに、２次電池からのインバータ回路への電力供給と並列的に、電力ブースト回路のスーパキャパシタからインバータ回路に放電して電力供給を行う。このようにすることで、２次電池からの電力供給が不足な分をスーパキャパシタで補うことができる。   Further, in the vehicle power supply control system, when the output voltage of the secondary battery exceeds a predetermined threshold voltage, the inverter from the supercapacitor of the power boost circuit is connected in parallel with the power supply from the secondary battery to the inverter circuit. The circuit is discharged to supply power. In this way, the shortage of power supply from the secondary battery can be compensated by the super capacitor.

また、車両用電源制御システムにおいて、スーパキャパシタから２次電池を充電する。スーパキャパシタの充電特性は２次電池の充電特性より遥かに高速充電である。したがって、インバータ回路側から取得できる回生エネルギが短時間のものであっても、スーパキャパシタによって十分に充電できる。したがって、インバータ回路側からの回生エネルギで直接２次電池を充電するよりも、スーパキャパシタを介して充電した方が、インバータ回路側からの回生エネルギを高効率で回収できる。   In the vehicle power supply control system, the secondary battery is charged from the supercapacitor. The charging characteristics of the supercapacitor are much faster than the charging characteristics of the secondary battery. Therefore, even if the regenerative energy that can be acquired from the inverter circuit side is short, it can be sufficiently charged by the super capacitor. Therefore, the regenerative energy from the inverter circuit side can be recovered with higher efficiency when the secondary battery is charged directly by the regenerative energy from the inverter circuit side than when charged through the super capacitor.

また、車両用電源制御システムにおいて、２次電池は、負荷装置が必要とする最大電力量以下のフル充電電力容量を有する。このような場合でも、スーパキャパシタからの電力供給によって、負荷装置はその必要とする最大電力量を受けることが可能となる。   In the vehicle power supply control system, the secondary battery has a full charge power capacity equal to or less than the maximum power amount required by the load device. Even in such a case, the load device can receive the required maximum amount of power by supplying power from the supercapacitor.

また車両用電源制御システムにおいて、インバータ回路は、負荷装置としての車両用パワーステアリング装置に接続される。上記構成によれば、低電圧２次電池として１４Ｖ電源を用いたまま、電力容量を高めて、さらに高能力のパワーステアリング装置を駆動可能となる。   In the vehicle power supply control system, the inverter circuit is connected to a vehicle power steering device as a load device. According to the above-described configuration, it is possible to drive a power steering apparatus having a higher capacity by increasing the power capacity while using the 14V power source as the low voltage secondary battery.

本発明に係る実施の形態の車両用電源制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle power supply control system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態において、ＳＣ充電モードの前半の電流の流れ方を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining how the current flows in the first half of SC charge mode. 図２に引き続き、ＳＣ充電モードの後半の電流の流れ方を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining how the current flows in the second half of the SC charging mode, following FIG. 2. 本発明に係る実施の形態において、２次電池充電モードの電流の流れ方を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining how the electric current flows in a secondary battery charge mode. 本発明に係る実施の形態において、並列放電モードの電流の流れ方を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining how to flow the electric current in parallel discharge mode. 本発明に係る実施の形態において、ＳＣ放電モードの前半の電流の流れ方を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining how the current flow of the first half of SC discharge mode. 図６に引き続き、ＳＣ放電モードの後半の電流の流れ方を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining how current flows in the latter half of the SC discharge mode, following FIG. 6. 本発明に係る実施の形態において、車両用電源制御の手順を示すフローチャートである。In embodiment which concerns on this invention, it is a flowchart which shows the procedure of the power supply control for vehicles. 本発明に係る実施の形態における車両用電源システムのシミュレーションの結果を説明する図で、回転電機の電流が急増した様子を示す図である。It is a figure explaining the result of simulation of the power supply system for vehicles in an embodiment concerning the present invention, and is a figure showing signs that current of a rotating electrical machine increased rapidly. 図９の条件の下で、電力ブースト回路が設けられない従来の電源回路の場合における母線間ＤＣ電圧変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of DC voltage fluctuation between bus lines in the case of the conventional power supply circuit which does not provide a power boost circuit under the conditions of FIG. 図９の条件の下で、本発明に係る実施の形態の電力ブースト回路が設けられる電源回路の場合における母線間ＤＣ電圧変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of DC voltage fluctuation between bus lines in the case of the power supply circuit provided with the power boost circuit of the embodiment according to the present invention under the conditions of FIG. 本発明に係る実施の形態における車両用電源システムのシミュレーションの結果を説明する図で、回転電機の電流が急減した様子を示す図である。It is a figure explaining the result of simulation of the power supply system for vehicles in an embodiment concerning the present invention, and is a figure showing signs that current of a rotating electrical machine decreased rapidly. 図１２の条件の下で、電力ブースト回路が設けられない従来の電源回路の場合における母線間ＤＣ電圧変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of DC voltage fluctuation between bus lines in the case of the conventional power supply circuit in which a power boost circuit is not provided under the conditions of FIG. 図１２の条件の下で、本発明に係る実施の形態の電力ブースト回路が設けられる電源回路の場合における母線間ＤＣ電圧変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of DC voltage fluctuation between bus lines in the case of the power supply circuit in which the power boost circuit of embodiment which concerns on this invention is provided on the conditions of FIG.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。なお以下では、負荷として、車両用のパワーステアリング装置を説明するが、回転電機を含む車両搭載装置であればよく、例えば、車両用ワイパ装置、換気扇を含む空調装置、ブロワモータを含む装置等であってもよい。また、以下では、負荷である１つの回転電機に対応して１つのインバータ回路を備える電源回路の制御について説明するが、勿論２つの回転電機に対応して２つのインバータ回路を備える場合であってもよく、それ以上の数のインバータ回路を備えるものであってもよい。また、電源回路の構成として、２次電池、電圧変換器、平滑コンデンサ、インバータ回路を有するものとして説明するが、その他の要素を適宜付加するものとしてもよい。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, a power steering device for a vehicle will be described as a load. However, any vehicle mounting device including a rotating electric machine may be used, and examples thereof include a vehicle wiper device, an air conditioner including a ventilation fan, and a device including a blower motor. May be. In the following description, control of a power supply circuit including one inverter circuit corresponding to one rotating electric machine as a load will be described. Of course, this is a case where two inverter circuits are provided corresponding to two rotating electric machines. Alternatively, it may be provided with a larger number of inverter circuits. The power supply circuit is described as having a secondary battery, a voltage converter, a smoothing capacitor, and an inverter circuit, but other elements may be added as appropriate.

また、以下では、２次電池として１４Ｖバッテリを説明するが、これは、従来から車両用蓄電装置として広く用いられている例を用いたもので、１４Ｖ以外の低電圧２次電池であっても、これを１段と高電圧の２次電池に変換したいが高価格となる場合における低電圧２次電池であってもよい。   In the following, a 14V battery will be described as a secondary battery. However, this is an example that has been widely used as a power storage device for vehicles, and even a low-voltage secondary battery other than 14V can be used. However, it may be a low-voltage secondary battery in the case where it is desired to convert this to a single-stage and high-voltage secondary battery but the price is high.

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。   Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.

図１は、パワーステアリング装置１０を駆動するための電源回路に関する車両用電源制御システム２０の構成を説明する図である。この車両用電源制御システム２０は、１４Ｖ２次電池２４を用いて、例えば、４２Ｖ２次電池を備えるシステムと同等の電源機能を有するように制御を行ってパワーステアリング装置１０を駆動することができるものである。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a vehicle power supply control system 20 related to a power supply circuit for driving the power steering device 10. The vehicle power supply control system 20 can drive the power steering apparatus 10 by using the 14V secondary battery 24 to perform control so as to have a power supply function equivalent to a system including, for example, a 42V secondary battery. is there.

ここで、パワーステアリング装置１０は、操舵ハンドル１２と回転電機１４とを備え、ユーザの操舵ハンドル１２の操作によって図示されていない車両の操舵輪を左右に駆動することで、車両の運行方向を変更させることができる車両用操舵装置である。   Here, the power steering device 10 includes a steering handle 12 and a rotating electrical machine 14, and changes the driving direction of the vehicle by driving a steering wheel of the vehicle (not shown) left and right by a user's operation of the steering handle 12. This is a vehicle steering apparatus.

回転電機１４は、操舵ハンドル１２の動きに応じて、操舵輪に設けられる操舵機構を駆動することができる電動機である。従来は、例えば、操舵ハンドル１２によって油圧装置の作動を制御して操舵装置を駆動するものが用いられているが、回転電機１４を用いることで、ユーザの操作性等を向上させることができる。その一方で、回転電機１４に供給する電力のために電源回路とその制御装置が必要となる。   The rotating electrical machine 14 is an electric motor that can drive a steering mechanism provided on a steered wheel in accordance with the movement of the steering handle 12. Conventionally, for example, the steering handle 12 is used to drive the steering device by controlling the operation of the hydraulic device. However, by using the rotating electrical machine 14, user operability and the like can be improved. On the other hand, a power supply circuit and its control device are required for the electric power supplied to the rotating electrical machine 14.

かかる回転電機１４としては、三相同期型回転電機を用いることができる。回転電機１４は、電源回路２２から電力が供給されるときはパワーステアリング装置１０の操舵のための電動機として機能し、一方で、操舵のためのトルクを出力していないときは、発電機として機能する。操舵操作はこまめに行われることが多いことから、回転電機１４が発電機として機能する時間は短時間で、その回数が頻繁なものとなる。すなわち、回転電機１４による発電は、短時間のものが繰りかえし行われるものとなる。   As the rotating electric machine 14, a three-phase synchronous rotating electric machine can be used. The rotating electrical machine 14 functions as an electric motor for steering the power steering device 10 when electric power is supplied from the power supply circuit 22, and functions as a generator when it does not output torque for steering. To do. Since the steering operation is often performed frequently, the time during which the rotating electrical machine 14 functions as a generator is short and the number of times is frequent. That is, the power generation by the rotating electrical machine 14 is repeated for a short time.

図１における車両用電源制御システム２０は、電源回路２２と制御装置７０とで構成される。電源回路２２は、パワーステアリング装置１０に電力を供給する機能を有する回路で、制御装置７０は、パワーステアリング装置１０における操舵ハンドル１２の回転角等で示されるユーザの操舵指示に基づいて、電源回路２２の作動を適切に制御する機能を有する。   A vehicle power supply control system 20 in FIG. 1 includes a power supply circuit 22 and a control device 70. The power supply circuit 22 is a circuit having a function of supplying power to the power steering device 10, and the control device 70 is based on a user's steering instruction indicated by a rotation angle of the steering handle 12 in the power steering device 10. 22 has a function of appropriately controlling the operation of 22.

電源回路２２は、２次電池２４と、電圧変換器２６と、平滑コンデンサ３０と、インバータ回路３２を備える。ここまでの構成は従来技術における電源回路の構成と同様であるが、図１の電源回路２２は、さらに、電力ブースト回路２８を備える。   The power supply circuit 22 includes a secondary battery 24, a voltage converter 26, a smoothing capacitor 30, and an inverter circuit 32. The configuration so far is the same as the configuration of the power supply circuit in the prior art, but the power supply circuit 22 of FIG. 1 further includes a power boost circuit 28.

２次電池２４は、充放電可能な１４Ｖ蓄電池である。この１４Ｖ蓄電池は、車両搭載の電気機器のための低電圧直流電源として従来から用いられているもので、約１２Ｖから約１６Ｖの電圧を有する直流電力を出力することができる。かかる１４Ｖ蓄電池としては、鉛蓄電池等を用いることができる。   The secondary battery 24 is a chargeable / dischargeable 14V storage battery. This 14V storage battery is conventionally used as a low-voltage DC power supply for electric equipment mounted on a vehicle, and can output DC power having a voltage of about 12V to about 16V. As such a 14V storage battery, a lead storage battery or the like can be used.

電圧変換器２６は、２次電池２４とインバータ回路３２の間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器２６としては、リアクタンス４０と制御装置７０の制御の下で作動するスイッチング素子４２，４４等を含んで構成することができる。   The voltage converter 26 is a circuit that is disposed between the secondary battery 24 and the inverter circuit 32 and has a voltage conversion function. The voltage converter 26 can include a reactance 40 and switching elements 42 and 44 that operate under the control of the control device 70.

電圧変換器２６の２つのスイッチング素子４２，４４は直列に接続され、それぞれに逆接続のダイオードが接続される。直列に接続された２つのスイッチング素子４２，４４の正極側端子と負極側端子がそれぞれインバータ回路３２の正極側端子と負極側端子と接続され、電源回路２２の正極側母線と負極側母線になる。また、２つのスイッチング素子４２，４４が直列に接続されるその接続点がリアクタンス４０の他方側端子と接続され、リアクタンス４０の一方側端子が２次電池２４の正極側端子と接続される。なお、２次電池２４の負極側端子は、電源回路２２の負極側母線に接続される。   The two switching elements 42 and 44 of the voltage converter 26 are connected in series, and reversely connected diodes are connected to each. The positive and negative terminals of the two switching elements 42 and 44 connected in series are connected to the positive and negative terminals of the inverter circuit 32, respectively, and become the positive and negative buses of the power circuit 22. . Further, the connection point where the two switching elements 42 and 44 are connected in series is connected to the other terminal of the reactance 40, and one terminal of the reactance 40 is connected to the positive terminal of the secondary battery 24. The negative electrode side terminal of the secondary battery 24 is connected to the negative electrode side bus of the power supply circuit 22.

電圧変換機能としては、２次電池２４側の電圧をリアクタンス４０のエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ回路３２側に供給する昇圧機能と、インバータ回路３２側からの電力を２次電池２４側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。また、電力ブースト回路２８からの電力を２次電池２４側に充電電力として供給する機能も有する。   As the voltage conversion function, the voltage on the secondary battery 24 side is boosted using the energy storage action of the reactance 40 and supplied to the inverter circuit 32 side, and the electric power from the inverter circuit 32 side is supplied to the secondary battery 24 side. And a step-down function for supplying the power as charging power. In addition, it has a function of supplying power from the power boost circuit 28 to the secondary battery 24 as charging power.

電力ブースト回路２８は、電圧変換器２６と並列にインバータ回路３２の一方側に接続される回路で、パワーステアリング装置１０の回転電機１４が発電するときにインバータ回路３２を介してその発電電力で充電し、例えば、２次電池２４の供給電力が不足するとき等に負荷であるインバータ回路３２に向けて放電して電力を供給する機能を有する。電力ブースト回路２８は、スーパキャパシタ５０とリアクタンス５２とスイッチング素子４６，４８とを含んで構成される。   The power boost circuit 28 is connected to one side of the inverter circuit 32 in parallel with the voltage converter 26, and is charged with the generated power via the inverter circuit 32 when the rotating electrical machine 14 of the power steering device 10 generates power. For example, when the power supplied to the secondary battery 24 is insufficient, the power is supplied to the inverter circuit 32 that is a load by discharging. The power boost circuit 28 includes a super capacitor 50, a reactance 52, and switching elements 46 and 48.

電力ブースト回路２８の構成は、２次電池２４と電圧変換器２６の組み合わせに対し、２次電池２４をスーパキャパシタ５０に置き換えたものとなっている。すなわち、電力ブースト回路２８の２つのスイッチング素子４６，４８は直列に接続され、それぞれに逆接続のダイオードが接続される。直列に接続された２つのスイッチング素子４６，４８の正極側端子と負極側端子がそれぞれインバータ回路３２の正極側端子と負極側端子と接続され、電源回路２２の正極側母線と負極側母線になる。また、２つのスイッチング素子４６，４８が直列に接続されるその接続点がリアクタンス５２の他方側端子と接続され、リアクタンス５２の一方側端子がスーパキャパシタ５０の正極側端子と接続される。そして、スーパキャパシタ５０の負極側端子は、電源回路２２の負極側母線に接続される。   The configuration of the power boost circuit 28 is such that the secondary battery 24 is replaced with a supercapacitor 50 for the combination of the secondary battery 24 and the voltage converter 26. That is, the two switching elements 46 and 48 of the power boost circuit 28 are connected in series, and reversely connected diodes are connected to each. The positive and negative terminals of the two switching elements 46 and 48 connected in series are connected to the positive and negative terminals of the inverter circuit 32, respectively, and become the positive and negative buses of the power circuit 22. . The connection point where the two switching elements 46 and 48 are connected in series is connected to the other terminal of the reactance 52, and one terminal of the reactance 52 is connected to the positive terminal of the supercapacitor 50. The negative terminal of the super capacitor 50 is connected to the negative bus of the power circuit 22.

スーパキャパシタ５０は、上記のように、内部抵抗が非常に低く、繰り返し充放電寿命が非常に長い蓄電装置である。したがって、鉛蓄電池のような従来型の２次電池２４に比べ、短時間の充電もこまめに効率的に行うことができ、また、短時間に大電流を一気に放電することもできる。また、充放電回数が多くなっても性能低下が少ない。   As described above, the supercapacitor 50 is a power storage device having an extremely low internal resistance and a very long repeated charge / discharge life. Therefore, as compared with a conventional secondary battery 24 such as a lead storage battery, charging in a short time can be performed more efficiently and a large current can be discharged at once in a short time. Moreover, even if the number of times of charging / discharging increases, performance degradation is small.

したがって、電圧変換器２６に並列に電力ブースト回路２８を設けることで、電源回路２２は、２次電池２４と電圧変換器２６の組み合わせの第１の電源回路部と、スーパキャパシタ５０を蓄電装置として含む電力ブースト回路２８の第２の電源回路部を備えることになる。第１の電源回路部の充放電可能な電源は、１４Ｖ蓄電池である２次電池２４であり、第２の電源回路部の充放電可能な電源は、スーパキャパシタ５０である。   Therefore, by providing the power boost circuit 28 in parallel with the voltage converter 26, the power supply circuit 22 uses the first power supply circuit unit of the combination of the secondary battery 24 and the voltage converter 26, and the super capacitor 50 as the power storage device. The second power supply circuit portion of the power boost circuit 28 including the power boost circuit 28 is provided. The chargeable / dischargeable power supply of the first power supply circuit unit is a secondary battery 24 that is a 14V storage battery, and the chargeable / dischargeable power supply of the second power supply circuit unit is a supercapacitor 50.

２次電池２４は、１４Ｖ蓄電池であるので、例えば、４２Ｖ蓄電池に比べて充放電可能な電力が小さい。スーパキャパシタ５０は、充電をこまめにでき、また短時間に大電流を一気に放電できるので、パワーステアリング装置１０における短時間発電の電力をこまめに充電でき、パワーステアリング装置１０を駆動するときに２次電池２４では供給電力が不足するときに、放電をいってパワーステアリング装置１０を適切に作動させることができる。   Since the secondary battery 24 is a 14V storage battery, for example, the power that can be charged and discharged is smaller than that of a 42V storage battery. The supercapacitor 50 can be charged frequently and can discharge a large current at a stretch in a short time. Therefore, the supercapacitor 50 can be charged frequently for a short time in the power steering device 10, and when the power steering device 10 is driven, the secondary capacitor is secondary. When the supply power is insufficient in the battery 24, the power steering device 10 can be appropriately operated by discharging.

図１において、電圧変換器２６、電力ブースト回路２８と、インバータ回路３２との間に設けられる平滑コンデンサ３０は、電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する容量素子である。   In FIG. 1, a smoothing capacitor 30 provided between a voltage converter 26, a power boost circuit 28, and an inverter circuit 32 is a capacitive element having a function of suppressing and smoothing fluctuations in voltage and current.

インバータ回路３２は、パワーステアリング装置１０の回転電機１４に接続される回路で、制御装置７０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。   The inverter circuit 32 is a circuit connected to the rotating electrical machine 14 of the power steering device 10, and includes a plurality of switching elements that operate under the control of the control device 70, and power between AC power and DC power. It has a function to perform conversion.

すなわち、インバータ回路３２は、回転電機１４が発電機として機能するときは、回転電機１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、２次電池２４及びスーパキャパシタ５０の側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機１４がモータとして機能するときは、２次電池２４及びスーパキャパシタ５０の側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１４に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。   That is, when the rotating electrical machine 14 functions as a generator, the inverter circuit 32 converts AC three-phase regenerative power from the rotating electrical machine 14 into DC power, and charges the secondary battery 24 and the supercapacitor 50 as charging current. Supply AC / DC conversion function. Further, when the rotating electrical machine 14 functions as a motor, an orthogonal conversion function that converts DC power from the secondary battery 24 and the supercapacitor 50 into AC three-phase driving power and supplies the AC power to the rotating electrical machine 14 as AC driving power. Have

制御装置７０は、車両用電源制御システム２０を構成する各要素の動作を全体として制御する機能を有し、ここでは特に、１４Ｖ蓄電池である２次電池２４を含む第１の電源回路と、スーパキャパシタ５０を含む第２の電源回路を効果的に用いて、パワーステアリング装置１０を駆動可能とする制御を行う機能を有する。かかる制御装置７０は、車両の搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。   The control device 70 has a function of controlling the operation of each element constituting the vehicle power supply control system 20 as a whole, and here, in particular, the first power supply circuit including the secondary battery 24 which is a 14V storage battery, and the super The second power supply circuit including the capacitor 50 is effectively used to control the power steering device 10 so that it can be driven. The control device 70 can be configured by a computer or the like suitable for mounting on a vehicle.

制御装置７０は、電源回路２２の動作モードとして、４つの動作モードを使い分ける制御を行う。すなわち、制御装置７０は、回転電機１４の発電電力によってスーパキャパシタ５０を充電するＳＣ充電モード処理部７２と、スーパキャパシタ５０から２次電池２４を充電する２次電池充電モード処理部７４と、２次電池２４からの放電とスーパキャパシタ５０からの放電によって回転電機１４に駆動電力を供給する並列放電モード処理部７６と、スーパキャパシタ５０から短時間大電流の放電を行って回転電機１４に駆動電力を供給するＳＣ放電モード処理部７８を含んで構成される。なお、ＳＣはＳｕｐｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒを示す略号である。   The control device 70 performs control to selectively use the four operation modes as the operation modes of the power supply circuit 22. That is, the control device 70 includes an SC charging mode processing unit 72 that charges the supercapacitor 50 with the power generated by the rotating electrical machine 14, a secondary battery charging mode processing unit 74 that charges the secondary battery 24 from the supercapacitor 50, and 2 A parallel discharge mode processing unit 76 that supplies driving electric power to the rotating electrical machine 14 by discharging from the secondary battery 24 and discharging from the supercapacitor 50, and discharging electric power from the supercapacitor 50 for a short time to discharge electric power to the rotating electric machine 14. An SC discharge mode processing unit 78 is provided. Note that SC is an abbreviation for SuperCapacitor.

かかる機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、車両用電源制御制御プロを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。   Such a function can be realized by software, and specifically, can be realized by executing a vehicle power supply control control professional. Some of these functions may be realized by hardware.

かかる構成の作用、特に制御装置７０の４つの動作モード制御処理について、図２から図７を用いて詳細に説明する。図２，３は、ＳＣ充電モードの様子を示し、図４は、２次電池充電モードの様子を示し、図５は、並列放電モードの様子を示し、図６，７は、ＳＣ放電モードの様子を示す図である。   The operation of this configuration, particularly the four operation mode control processes of the control device 70, will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 show the SC charging mode, FIG. 4 shows the secondary battery charging mode, FIG. 5 shows the parallel discharge mode, and FIGS. 6 and 7 show the SC discharging mode. It is a figure which shows a mode.

ＳＣ充電モードは、パワーステアリング装置１０の回転電機１４が発電機として機能するときに用いられ、回転電機１４からの三相交流電力をインバータ回路３２が受け取って、これを直流電力に変換し、その直流電力でスーパキャパシタ５０を充電するモードである。ＳＣ発電モードは、２段階に分けることができる。   The SC charging mode is used when the rotating electrical machine 14 of the power steering device 10 functions as a generator. The inverter circuit 32 receives the three-phase AC power from the rotating electrical machine 14 and converts it into DC power. In this mode, the supercapacitor 50 is charged with DC power. The SC power generation mode can be divided into two stages.

図２は、ＳＣ発電モードの第１の段階における電流の流れを示す図である。ここでは、回転電機１４の三相交流電力をインバータ回路３２によって直流電力に変換された後の電流の流れが示されている。パワーステアリング装置１０からの適当な信号によって回転電機１４が発電状態であることを制御装置７０が検知すると、制御装置７０は、電力ブースト回路２８の正極側母線に接続される側のスイッチング素子４６をオンとし、負極側母線
に接続される側のスイッチング素子４８をオフとする。これによって、インバータ回路３２からの電流は、図２に示されるように、リアクタンス５２を経由してスーパキャパシタ５０に向かって流れる。これによってリアクタンス５２に電磁エネルギが蓄積される。 FIG. 2 is a diagram showing a current flow in the first stage of the SC power generation mode. Here, the flow of current after the three-phase AC power of the rotating electrical machine 14 is converted into DC power by the inverter circuit 32 is shown. When the control device 70 detects that the rotating electrical machine 14 is in a power generation state by an appropriate signal from the power steering device 10, the control device 70 turns on the switching element 46 on the side connected to the positive bus on the power boost circuit 28. The switching element 48 on the side connected to the negative-side bus is turned off. As a result, the current from the inverter circuit 32 flows toward the supercapacitor 50 via the reactance 52 as shown in FIG. As a result, electromagnetic energy is accumulated in the reactance 52.

スーパキャパシタ５０は入力電流に限度があり、過度に電流が流れ込むとスーパキャパシタ５０が損傷する。その限度である入力電流最大値を閾値電流値ＩSCMAXとすると、発電電流ＩGがＩSCMAXを超えるまでは、スーパキャパシタ５０に向かって電流が流れ、リアクタンス５２に電磁エネルギが蓄積される。 The supercapacitor 50 has a limit on input current, and if the current flows excessively, the supercapacitor 50 is damaged. Assuming that the maximum input current value that is the limit is the threshold current value I SCMAX , current flows toward the supercapacitor 50 until the generated current I G exceeds I SCMAX , and electromagnetic energy is accumulated in the reactance 52.

発電電流ＩGがＩSCMAXを超えると、ＳＣ充電モードの第２段階となり、制御装置７０はスイッチング素子４６をオフとし、それ以上の電流がスーパキャパシタ５０の側に流れないようにする。そのときの電流の流れの様子が図３に示される。ここでは、リアクタンス５２に蓄積された電磁エネルギがスーパキャパシタ５０に向かって放出され、これによってスーパキャパシタ５０が充電される。つまり、ＳＣ充電モードは、リアクタンス５２に電磁エネルギを蓄積する段階と、リアクタンス５２から電磁エネルギが放出されてスーパキャパシタ５０を充電する段階の２段階にわたって行われることになる。 When the generated current I G exceeds I SCMAX , the second stage of the SC charging mode is entered, and the control device 70 turns off the switching element 46 so that no more current flows to the supercapacitor 50 side. The state of current flow at that time is shown in FIG. Here, the electromagnetic energy accumulated in the reactance 52 is released toward the supercapacitor 50, thereby charging the supercapacitor 50. That is, the SC charging mode is performed in two stages, that is, a stage in which electromagnetic energy is accumulated in the reactance 52 and a stage in which the electromagnetic energy is released from the reactance 52 to charge the supercapacitor 50.

スーパキャパシタ５０の充電電圧は、リアクタンス５２に蓄積される電磁エネルギである（Ｌｉ2）／２がスーパキャパシタ５０の静電エネルギ（ＣＶ2）／２と等しくなると考えて求めることができる。したがって、リアクタンス５２のインダクタンスＬと、スーパキャパシタ５０の容量ＣとＩSCMAXによってスーパキャパシタ５０のフル充電されたときの電圧が定まる。スーパキャパシタ５０のフル充電電圧を、２次電池２４の１４Ｖより高い値、例えば２４Ｖや４２Ｖ等に設定することで、１４Ｖ蓄電池である２次電池２４を用いながら電源回路２２の電力容量を高めることができる。 The charging voltage of the supercapacitor 50 can be obtained on the assumption that (Li 2 ) / 2, which is the electromagnetic energy accumulated in the reactance 52, is equal to the electrostatic energy (CV 2 ) / 2 of the supercapacitor 50. Therefore, the voltage when the supercapacitor 50 is fully charged is determined by the inductance L of the reactance 52, the capacitance C of the supercapacitor 50, and I SCMAX . By setting the full charge voltage of the supercapacitor 50 to a value higher than 14V of the secondary battery 24, for example, 24V or 42V, the power capacity of the power supply circuit 22 is increased while using the secondary battery 24 which is a 14V storage battery. Can do.

２次電池充電モードは、２次電池２４の端子間電圧が低くなったときに、ＳＣ充電モードによって充電されたスーパキャパシタ５０から２次電池２４を充電するモードである。上記のように、パワーステアリング装置１０の回転電機１４における発電は短時間でありながら頻繁に行われることが多いので、内部抵抗の大きな２次電池２４では十分にその発電電力を回収しきれないことがある。スーパキャパシタ５０は内部抵抗が非常に小さいので、このような細切れの発電電力でも効率的に回収することが可能である。そこで、パワーステアリング装置１０の発電電力をＳＣ充電モードでスーパキャパシタ５０に一旦回収させ、スーパキャパシタ５０が十分に充電された後に、これを２次電池２４に放電することにして、２次電池２４にパワーステアリング装置１０の回転電機１４の発電電力を移すことができる。   The secondary battery charging mode is a mode in which the secondary battery 24 is charged from the supercapacitor 50 charged in the SC charging mode when the voltage between the terminals of the secondary battery 24 becomes low. As described above, the power generation in the rotating electrical machine 14 of the power steering apparatus 10 is often performed in a short time, so the secondary battery 24 having a large internal resistance cannot sufficiently recover the generated power. There is. Since the supercapacitor 50 has a very low internal resistance, it is possible to efficiently recover even such a small amount of generated power. Therefore, the power generated by the power steering device 10 is temporarily recovered by the supercapacitor 50 in the SC charging mode, and after the supercapacitor 50 is sufficiently charged, the secondary battery 24 is discharged. The generated electric power of the rotating electrical machine 14 of the power steering device 10 can be transferred to.

２次電池充電モードのときの電流の流れの様子が図４に示されている。制御装置７０は、２次電池２４からの適当な信号によって２次電池２４の端子間電圧が予め定めた閾値充電電圧を下回ったことを検出すると、電力ブースト回路２８の２つのスイッチング素子４６，４８を共にオフとし、電圧変換器２６の正極側母線に接続される側のスイッチング素子４２をオンとし、負極側母線に接続される側のスイッチング素子４４をオフにする。   FIG. 4 shows the state of current flow in the secondary battery charging mode. When the control device 70 detects that the inter-terminal voltage of the secondary battery 24 has fallen below a predetermined threshold charging voltage by an appropriate signal from the secondary battery 24, the two switching elements 46, 48 of the power boost circuit 28 are detected. Are turned off, the switching element 42 on the side connected to the positive side bus of the voltage converter 26 is turned on, and the switching element 44 on the side connected to the negative side bus is turned off.

閾値充電電圧は、２次電池２４が過放電とならない値に設定される。上記の例のように、スーパキャパシタ５０がフル充電されたときの端子間電圧を２４Ｖや４２Ｖとすると、２次電池２４の端子間電圧よりも高圧となるので、スーパキャパシタ５０からオフしているスイッチング素子４６に逆接続されるダイオードを通り、オンしているスイッチング素子４２を通って、２次電池２４に電流が流れる。このようにして２次電池２４の充電が行われる。２次電池２４の端子間電圧が所定のフル充電電圧に達すると、スイッチング素子４２がオフされて、スーパキャパシタ５０からの２次電池２４の充電が終了する。   The threshold charging voltage is set to a value at which the secondary battery 24 is not overdischarged. As in the above example, if the voltage between the terminals when the supercapacitor 50 is fully charged is 24V or 42V, the voltage is higher than the voltage between the terminals of the secondary battery 24, so that the supercapacitor 50 is turned off. The current flows through the secondary battery 24 through the diode reversely connected to the switching element 46 and the switching element 42 that is turned on. In this way, the secondary battery 24 is charged. When the voltage between the terminals of the secondary battery 24 reaches a predetermined full charge voltage, the switching element 42 is turned off and the charging of the secondary battery 24 from the super capacitor 50 is completed.

以上で、電源回路２２における充電時のモードとして、ＳＣ充電モードと２次電池充電モードを説明した。次に電源回路２２における放電時のモードとして、並列放電モードとＳＣ放電モードを説明する。   As described above, the SC charging mode and the secondary battery charging mode have been described as the charging mode in the power supply circuit 22. Next, the parallel discharge mode and the SC discharge mode will be described as modes at the time of discharging in the power supply circuit 22.

制御装置７０は、パワーステアリング装置１０からの適当な信号線によって、回転電機１４が駆動状態であることを検知すると、次に、パワーステアリング装置１０において、ステアリングにおける要求トルクと実際トルクとの間にトルク偏差ｄτが生じているか否かを判断する。トルク偏差ｄτが生じていなければ、回転電機１４にさらに電力を供給する必要がないので、２次電池２４からの放電を停止する。トルク偏差ｄτが生じていると、回転電機１４に電力供給を行う必要があるので、放電時のモードとして、並列放電モードかＳＣ放電モードかが用いられる。   When the control device 70 detects that the rotating electrical machine 14 is in a driving state by an appropriate signal line from the power steering device 10, the control device 70 next detects between the required torque and actual torque in the steering in the power steering device 10. It is determined whether or not a torque deviation dτ has occurred. If the torque deviation dτ does not occur, it is not necessary to supply power to the rotating electrical machine 14, so the discharge from the secondary battery 24 is stopped. When the torque deviation dτ occurs, it is necessary to supply power to the rotating electrical machine 14, and therefore, the parallel discharge mode or the SC discharge mode is used as the mode during discharge.

制御装置７０は、２次電池２４からの適当な信号によって２次電池２４の端子間電圧が予め定めた閾値放電電圧を超えているか否かを判断し、閾値放電電圧を超えているときは、放電時のモードとして並列放電モードを用い、閾値放電電圧以下のときには、放電時のモードとしてＳＣ放電モードを用いる。   The control device 70 determines whether or not the voltage between the terminals of the secondary battery 24 exceeds a predetermined threshold discharge voltage by an appropriate signal from the secondary battery 24, and when it exceeds the threshold discharge voltage, The parallel discharge mode is used as the discharge mode, and the SC discharge mode is used as the discharge mode when the voltage is equal to or lower than the threshold discharge voltage.

並列放電モードは、２次電池２４からの放電とスーパキャパシタ５０からの放電によって回転電機１４に駆動電力を供給するモードである。車両が大型車両である場合等でパワーステアリング装置１０が高能力仕様のときは、１４Ｖ蓄電池である２次電池２４の供給電力のみでは十分に駆動できないことが生じ得る。そのような場合に、２次電池２４の放電に加えて、スーパキャパシタ５０からも放電して、並列的に電力を供給することで、１４Ｖ蓄電池である２次電池２４を用いながら、高能力のパワーステアリング装置１０を駆動することができる。   The parallel discharge mode is a mode in which driving electric power is supplied to the rotating electrical machine 14 by discharging from the secondary battery 24 and discharging from the super capacitor 50. When the power steering device 10 is a high-capacity specification when the vehicle is a large vehicle or the like, it may not be able to be driven sufficiently only by the power supplied from the secondary battery 24 that is a 14V storage battery. In such a case, in addition to the discharge of the secondary battery 24, the supercapacitor 50 is also discharged to supply power in parallel, thereby using the secondary battery 24, which is a 14V storage battery, with high performance. The power steering device 10 can be driven.

並列放電モードのときの電流の流れの様子が図５に示されている。制御装置７０は、上記のように、２次電池２４からの適当な信号によって２次電池２４の端子間電圧ＶBが予め定めた閾値放電電圧Ｖ0を超えているか否かを判断し、閾値放電電圧Ｖ0を超えているときは、電力ブースト回路２８の正極側母線に接続される側のスイッチング素子４６をオンし、負極側母線に接続される側のスイッチング素子４８をオフする。同様に、電圧変換器２６の正極側母線に接続される側のスイッチング素子４２をオンし、負極側母線に接続される側のスイッチング素子４４をオフする。 FIG. 5 shows a state of current flow in the parallel discharge mode. As described above, the control device 70 determines whether or not the voltage V B between the terminals of the secondary battery 24 exceeds a predetermined threshold discharge voltage V 0 by an appropriate signal from the secondary battery 24, and When the discharge voltage V 0 is exceeded, the switching element 46 on the side connected to the positive side bus of the power boost circuit 28 is turned on, and the switching element 48 on the side connected to the negative side bus is turned off. Similarly, the switching element 42 on the side connected to the positive side bus of the voltage converter 26 is turned on, and the switching element 44 on the side connected to the negative side bus is turned off.

閾値放電電圧Ｖ0は、２次電池２４のフル充電電圧から予め定めた電圧だけ低い電圧で、閾値充電電圧よりも高い電圧に設定することができる。並列放電モードを用いることで、１４Ｖ蓄電池である２次電池２４の負担を軽くすることができる。また、スーパキャパシタ５０の放電の利用が部分的で済むので、スーパキャパシタ５０の充電状態を高い状態で維持しやすい。その意味で、この電源回路２２では、パワーステアリング装置１０の駆動に並列放電モードを主として用いることが好ましい。また、並列放電モードでは、スイッチング素子４２，４４，４６，４８のスイッチングの位相を適当にずらすことで、リアクタンス４０の電流リップルを低減することも可能になる。 The threshold discharge voltage V 0 can be set to a voltage lower than the full charge voltage of the secondary battery 24 by a predetermined voltage and higher than the threshold charge voltage. By using the parallel discharge mode, the burden on the secondary battery 24 which is a 14V storage battery can be reduced. Further, since the use of the discharge of the supercapacitor 50 is only partially required, it is easy to maintain the charged state of the supercapacitor 50 in a high state. In this sense, the power supply circuit 22 preferably uses the parallel discharge mode mainly for driving the power steering apparatus 10. Further, in the parallel discharge mode, the current ripple of the reactance 40 can be reduced by appropriately shifting the switching phase of the switching elements 42, 44, 46, and 48.

ＳＣ放電モードは、２次電池２４の端子間電圧ＶBが閾値放電電圧Ｖ0以下のときに、２次電池２４の供給電力を当てにせずに、スーパキャパシタ５０から短時間大電流の放電を行って回転電機１４に駆動電力を供給するモードである。ＳＣ放電モードは、２段階に分けることができる。 In the SC discharge mode, when the inter-terminal voltage V B of the secondary battery 24 is less than or equal to the threshold discharge voltage V 0 , a large current is discharged from the supercapacitor 50 for a short time without relying on the power supplied from the secondary battery 24. In this mode, driving power is supplied to the rotating electrical machine 14. The SC discharge mode can be divided into two stages.

図６は、ＳＣ放電モードの第１の段階における電流の流れを示す図である。制御装置７０は、上記のように、２次電池２４からの適当な信号によって２次電池２４の端子間電圧が予め定めた閾値放電電圧を超えているか否かを判断し、閾値放電電圧以下であるときは、電力ブースト回路２８の正極側母線に接続される側のスイッチング素子４６をオフし、負極側母線に接続される側のスイッチング素子４８をオンする。これによって、スーパキャパシタ５０からリアクタンス５２に向かって電流が流れ、リアクタンス５２に電磁エネルギが蓄積される。   FIG. 6 is a diagram showing a current flow in the first stage of the SC discharge mode. As described above, the control device 70 determines whether or not the voltage between the terminals of the secondary battery 24 exceeds a predetermined threshold discharge voltage based on an appropriate signal from the secondary battery 24, and is below the threshold discharge voltage. In some cases, the switching element 46 on the side connected to the positive side bus of the power boost circuit 28 is turned off, and the switching element 48 on the side connected to the negative side bus is turned on. As a result, a current flows from the supercapacitor 50 toward the reactance 52, and electromagnetic energy is accumulated in the reactance 52.

次に、ＳＣ放電モードの第２段階になるが、図７にそのときの電流の流れが示されている。ここでは、制御装置７０は、スイッチング素子４８をオフとする。これによって、リアクタンス５２は、インバータ回路３２の側に放電を行い、電力ブースト回路２８から短時間であるが大電流がインバータ回路３２の側に供給され、２次電池２４からの供給電力が当てにできなくても、パワーステアリング装置１０に必要とする電力を供給することができる。   Next, in the second stage of the SC discharge mode, FIG. 7 shows the current flow at that time. Here, the control device 70 turns off the switching element 48. As a result, the reactance 52 discharges to the inverter circuit 32 side, and a large current is supplied from the power boost circuit 28 to the inverter circuit 32 side for a short time, but the power supplied from the secondary battery 24 is relied on. Even if it is not possible, the power required for the power steering apparatus 10 can be supplied.

このように、制御装置７０は、ＳＣ充電モード、２次電池充電モード、並列放電モード、ＳＣ放電モードを用いて、車両用電源制御システム２０を全体として制御する。図７は、その制御の手順を示すフローチャートである。各手順は、車両用電源制御プログラムの各処理手順にそれぞれ対応する。   Thus, the control apparatus 70 controls the vehicle power supply control system 20 as a whole using the SC charge mode, the secondary battery charge mode, the parallel discharge mode, and the SC discharge mode. FIG. 7 is a flowchart showing the control procedure. Each procedure corresponds to each processing procedure of the vehicle power supply control program.

パワーステアリング装置１０を搭載する車両において、例えばイグニッションスイッチ等の操作によって車両制御システムが起動すると、車両用電源制御プラグラムが立上り、初期状態等が設定される。そして、図８に示されるように、パワーステアリング装置１０におけるステアリングパワーが算出される。ステアリングパワーＰは、回転電機１４のトルクτと回転速度ωの積で算出できる（Ｓ１０）。次に算出されたステアリングパワーＰの符号が正か否かが判断される（Ｓ１２）。ここで符号が正とは、回転電機１４が発電していることを示すものとする。したがって、Ｓ１２における判断が肯定されると、回転電機１４は発電状態であり、判断が否定されると、回転電機１４は駆動状態であることになる。   In a vehicle equipped with the power steering device 10, for example, when the vehicle control system is activated by an operation of an ignition switch or the like, the vehicle power supply control program rises and an initial state and the like are set. Then, as shown in FIG. 8, the steering power in the power steering device 10 is calculated. The steering power P can be calculated by the product of the torque τ and the rotational speed ω of the rotating electrical machine 14 (S10). Next, it is determined whether or not the sign of the calculated steering power P is positive (S12). Here, the sign being positive indicates that the rotating electrical machine 14 is generating power. Therefore, if the determination in S12 is affirmed, the rotating electrical machine 14 is in a power generation state, and if the determination is denied, the rotating electrical machine 14 is in a driving state.

Ｓ１２の判断が肯定されると、Ｓ１４以下の手順に進み、制御装置７０は充電時のモードとして、図２，３で説明したＳＣ充電モードを用いる。まず、発電電流ＩGがスーパキャパシタ５０の閾値電流値ＩSCMAX以下か否かが判断される（Ｓ１４）。判断が肯定されると、判断が否定されるまで、スーパキャパシタ５０にはさらに電流供給が続けられ（Ｓ１６）、これによってリアクタンス５２に電磁エネルギが蓄積される（Ｓ１８）。そして供給する電流が増大してＳ１４の判断が否定されると、スーパキャパシタ５０に流される電流が停止され（Ｓ２０）、リアクタンス５２に蓄積された電磁エネルギがスーパキャパシタ５０に放出され、スーパキャパシタ５０に充電が行われる（Ｓ２４）。 If the determination in S12 is affirmed, the process proceeds to S14 and subsequent steps, and the control device 70 uses the SC charging mode described in FIGS. 2 and 3 as the charging mode. First, it is determined whether or not the generated current I G is equal to or less than the threshold current value I SCMAX of the supercapacitor 50 (S14). If the determination is affirmed, the supercapacitor 50 is further supplied with current until the determination is denied (S16), whereby electromagnetic energy is accumulated in the reactance 52 (S18). When the supplied current increases and the determination in S14 is negative, the current flowing through the supercapacitor 50 is stopped (S20), the electromagnetic energy accumulated in the reactance 52 is released to the supercapacitor 50, and the supercapacitor 50 Is charged (S24).

これらのＳ１４からＳ２４までの工程は、制御装置７０のＳＣ充電モード処理部７２の機能によって実行される。具体的なスイッチング素子４６，４８のオン・オフ制御については、図２，３で説明した。   These steps S14 to S24 are executed by the function of the SC charging mode processing unit 72 of the control device 70. Specific on / off control of the switching elements 46 and 48 has been described with reference to FIGS.

このようにしてスーパキャパシタ５０に充電が行われると、次にこのスーパキャパシタ５０から２次電池２４への充電が行われる（Ｓ２６）。この工程は、制御装置７０の２次電池充電モード処理部７４の機能によって実行される。具体的なスイッチング素子４２，４４，４６，４８のオン・オフ制御については、図４で説明した。   When the supercapacitor 50 is charged in this way, the secondary battery 24 is charged from the supercapacitor 50 (S26). This step is executed by the function of the secondary battery charging mode processing unit 74 of the control device 70. Specific on / off control of the switching elements 42, 44, 46, and 48 has been described with reference to FIG.

Ｓ１２の判断が否定されると、Ｓ２８以下の工程に進み、制御装置７０は、放電時のモードとして、並列放電モードまたはＳＣ放電モードを用いることになる。Ｓ１２の判断が否定されると、パワーステアリング装置１０は発電状態ではないことになるので、次にトルク偏差ｄτが生じているか否かを判断する（Ｓ２８）。トルク偏差ｄτは、ステアリングにおける要求トルクと実際トルクとの間の差である。トルク偏差ｄτが生じていなければ、回転電機１４にさらに電力を供給する必要がないので、２次電池２４からの放電を行わない。既に放電を行っている状態のときは放電を停止する（Ｓ３０）。   If the determination in S12 is negative, the process proceeds to S28 and subsequent steps, and the control device 70 uses the parallel discharge mode or the SC discharge mode as the mode during discharge. If the determination in S12 is negative, the power steering apparatus 10 is not in the power generation state, so it is next determined whether or not a torque deviation dτ has occurred (S28). The torque deviation dτ is the difference between the required torque and actual torque in the steering. If there is no torque deviation dτ, it is not necessary to supply power to the rotating electrical machine 14, and therefore the secondary battery 24 is not discharged. When the discharge has already been performed, the discharge is stopped (S30).

トルク偏差ｄτが生じていると、回転電機１４に電力供給を行う必要があるので、次に、２次電池２４の端子間電圧ＶBが予め定めた閾値放電電圧Ｖ0を超えているか否かが判断される（Ｓ３２）。 If the torque deviation dτ has occurred, it is necessary to supply power to the rotating electrical machine 14. Next, whether or not the inter-terminal voltage V B of the secondary battery 24 exceeds a predetermined threshold discharge voltage V 0 . Is determined (S32).

Ｓ３２の判断が肯定されるときは、並列放電モードが用いられる（Ｓ３４）。この工程は、制御装置７０の並列放電モード処理部７６の機能によって実行される。具体的なスイッチング素子４２，４４，４６，４８のオン・オフ制御については、図５で説明した。   When the determination in S32 is affirmative, the parallel discharge mode is used (S34). This process is executed by the function of the parallel discharge mode processing unit 76 of the control device 70. Specific on / off control of the switching elements 42, 44, 46, and 48 has been described with reference to FIG.

Ｓ３２の判断が否定されるときは、ＳＣ放電モードが用いられる（Ｓ３６）。この工程は、制御装置７０のＳＣ放電モード処理部７８の機能によって実行される。具体的なスイッチング素子４６，４８のオン・オフ制御については、図６，７で説明した。   When the determination in S32 is negative, the SC discharge mode is used (S36). This step is executed by the function of the SC discharge mode processing unit 78 of the control device 70. Specific on / off control of the switching elements 46 and 48 has been described with reference to FIGS.

上記構成の作用の様子を、電力ブースト回路２８を設けない従来技術の電源回路と比較しながらシミュレーションした結果を図９から図１４に示す。このうち、図９から図１１は、回転電機１４の電流が急増したときの母線間ＤＣ電圧の変化の様子を従来技術と比較しながら示す図である。ここで、母線間ＤＣ電圧とは、正極側母線と負極側母線との間の直流電圧のことで、平滑コンデンサ３０の両端子間電圧に相当する。また、図１２から図１４は、回転電機１４の電流が急減したときの母線間ＤＣ電圧の変化の様子を従来技術と比較しながら示す図である。   FIGS. 9 to 14 show the results of simulation while comparing the operation of the above configuration with a conventional power supply circuit that does not include the power boost circuit 28. FIG. Among these, FIG. 9 to FIG. 11 are diagrams showing changes in the DC voltage between the buses when the current of the rotating electrical machine 14 rapidly increases while comparing with the prior art. Here, the inter-bus DC voltage is a direct-current voltage between the positive-side bus and the negative-side bus, and corresponds to the voltage between both terminals of the smoothing capacitor 30. FIGS. 12 to 14 are diagrams showing changes in the DC voltage between the buses when the current of the rotating electrical machine 14 suddenly decreases, as compared with the prior art.

図９から図１１について説明すると、図９の縦軸は回転電機１４の電流、図１０の縦軸は従来技術の電源回路における母線間ＤＣ電圧、図１１は、図１の構成における母線間ＤＣ電圧である。そして、これらの図の横軸は時間で、その原点は揃えてあり、同じ時間経過における回転電機電流変化、母線間ＤＣ電圧変化が比較できるようになっている。   9 to FIG. 11, the vertical axis in FIG. 9 is the current of the rotating electrical machine 14, the vertical axis in FIG. 10 is the DC voltage between the buses in the conventional power supply circuit, and FIG. 11 is the DC between the buses in the configuration of FIG. Voltage. In these figures, the horizontal axis is time, and the origins are aligned, so that changes in the rotating electrical machine current and changes in the DC voltage between the buses over the same time can be compared.

図９に示されるように、時間２ｓのあたりで回転電機１４の電流が急増し、パワーステアリング装置１０が駆動されたことが分かる。このとき、図１０に示されるように、従来技術の電源回路では、時間２ｓの後で、母線間ＤＣ電圧が急変している。これに対し、電力ブースト回路２８を備える図１の電源回路２２では、図１１に示されているように、時間２ｓの後の母線間ＤＣ電圧の変化がかなり少なくなっている。これは、スーパキャパシタ５０による急速放電が寄与しているものと考えることができる。   As shown in FIG. 9, it can be seen that the current of the rotating electrical machine 14 suddenly increased around time 2 s and the power steering device 10 was driven. At this time, as shown in FIG. 10, in the conventional power supply circuit, the DC voltage between the buses changes suddenly after the time 2s. On the other hand, in the power supply circuit 22 of FIG. 1 provided with the power boost circuit 28, as shown in FIG. 11, the change of the DC voltage between the buses after time 2s is considerably reduced. This can be considered that the rapid discharge by the supercapacitor 50 contributes.

次に、図１２から図１４を説明する。これらの図は、図９から図１１にそれぞれ対応する図で、図１２の縦軸は図９の縦軸と同じ、図１３，１４の縦軸は図１０，１１の縦軸と同じ、これらの図の横軸の内容は図９から図１１の横軸の内容と同じである。   Next, FIGS. 12 to 14 will be described. These figures correspond to FIGS. 9 to 11, respectively. The vertical axis of FIG. 12 is the same as the vertical axis of FIG. 9, the vertical axes of FIGS. 13 and 14 are the same as the vertical axes of FIGS. The content of the horizontal axis in the figure is the same as the content of the horizontal axis in FIGS.

図１２に示されるように、時間２ｓのあたりで回転電機１４の電流が急減している。この図はシミュレーションの様子を示すものであるので、この電流の急減のところから、回転電機１４が発電状態となっている。このとき、図１３に示されるように、従来技術の電源回路では、時間２ｓの後で、母線間ＤＣ電圧が急変している。これに対し、電力ブースト回路２８を備える図１の電源回路２２では、図１４に示されているように、時間２ｓの後の母線間ＤＣ電圧の変化がかなり少なくなっている。これは、スーパキャパシタ５０による急速充電が寄与しているものと考えることができる。   As shown in FIG. 12, the current of the rotating electrical machine 14 is rapidly decreased around time 2 s. Since this figure shows the state of the simulation, the rotating electrical machine 14 is in a power generation state from this sudden decrease in current. At this time, as shown in FIG. 13, in the conventional power supply circuit, the DC voltage between the buses suddenly changes after 2 s. On the other hand, in the power supply circuit 22 of FIG. 1 provided with the power boost circuit 28, as shown in FIG. 14, the change in the DC voltage between the buses after time 2s is considerably reduced. This can be considered that the quick charging by the supercapacitor 50 contributes.

このように、シミュレーションにおいても、電力ブースト回路２８の有用性が示されている。   Thus, the utility of the power boost circuit 28 is also shown in the simulation.

本発明に係る車両用電源制御システムは、パワーステアリング装置等、回転電機を含む車両搭載装置の電源制御に利用することができる。   The vehicle power supply control system according to the present invention can be used for power supply control of a vehicle mounting apparatus including a rotating electrical machine such as a power steering apparatus.

１０ パワーステアリング装置、１２ 操舵ハンドル、１４ 回転電機、２０ 車両用電源制御システム、２２ 電源回路、２４ ２次電池、２６ 電圧変換器、２８ 電力ブースト回路、３０ 平滑コンデンサ、３２ インバータ回路、４０，５２ リアクタンス、４２，４４，４６，４８ スイッチング素子、５０ スーパキャパシタ、７０ 制御装置、７２ ＳＣ充電モード処理部、７４ ２次電池充電モード処理部、７６ 並列放電モード処理部、７８ ＳＣ放電モード処理部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power steering apparatus, 12 Steering handle, 14 Rotating electric machine, 20 Power supply control system for vehicles, 22 Power supply circuit, 24 Secondary battery, 26 Voltage converter, 28 Power boost circuit, 30 Smoothing capacitor, 32 Inverter circuit, 40, 52 Reactance, 42, 44, 46, 48 switching element, 50 supercapacitor, 70 controller, 72 SC charge mode processing unit, 74 secondary battery charge mode processing unit, 76 parallel discharge mode processing unit, 78 SC discharge mode processing unit.

Claims (5)

２次電池に接続され、リアクタンスとスイッチング素子とを含む電圧変換器と、
一方側で電圧変換器と接続され、他方側で負荷装置に接続されるインバータ回路と、
電圧変換器と並列にインバータ回路の一方側に接続され、スーパキャパシタとリアクタンスとスイッチング素子とを含む電力ブースト回路と、
負荷装置の運転状態に応じ、電力ブースト回路に対する充放電を制御する制御装置と、を備え、
制御装置は、
負荷装置側からの回生エネルギの供給によってインバータ回路からスーパキャパシタに流れ込む電流が予め定めた閾値電流以下のときには、スーパキャパシタ側に電流を供給してスーパキャパシタに接続されるリアクタンスに電磁エネルギを蓄積し、スーパキャパシタに流れ込む電流が予め定めた閾値電流を超えるときには、スーパキャパシタ側に電流を流すことを停止してスーパキャパシタに接続されるリアクタンスの電磁エネルギを放出してスーパキャパシタを充電するＳＣ充電モード処理部と、
２次電池の出力電圧が予め定めた閾値電圧以下のときに、電力ブースト回路のスーパキャパシタの放電によってインバータ回路に電力を供給するＳＣ放電モード処理部と、
を含むことを特徴とする車両用電源制御システム。 A voltage converter connected to the secondary battery and including a reactance and a switching element;
An inverter circuit connected to the voltage converter on one side and connected to the load device on the other side;
A power boost circuit connected to one side of the inverter circuit in parallel with the voltage converter and including a supercapacitor, a reactance and a switching element;
A control device that controls charging / discharging of the power boost circuit according to the operating state of the load device, and
The control device
When the current flowing from the inverter circuit to the supercapacitor by supplying regenerative energy from the load device side is below a predetermined threshold current, the current is supplied to the supercapacitor and electromagnetic energy is accumulated in the reactance connected to the supercapacitor. When the current flowing into the supercapacitor exceeds a predetermined threshold current, the SC charging mode for charging the supercapacitor by stopping the flow of the current to the supercapacitor and releasing the reactance electromagnetic energy connected to the supercapacitor A processing unit;
An SC discharge mode processing unit for supplying power to the inverter circuit by discharging the supercapacitor of the power boost circuit when the output voltage of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined threshold voltage;
A vehicle power supply control system comprising: 請求項１に記載の車両用電源制御システムにおいて、
制御装置は、
２次電池の出力電圧が予め定めた閾値電圧を超えるときに、２次電池からのインバータ回路への電力供給と並列的に、電力ブースト回路のスーパキャパシタからインバータ回路に放電して電力供給を行う並列放電モード処理部を含むことを特徴とする車両用電源制御システム。 In the vehicle power supply control system according to claim 1,
The control device
When the output voltage of the secondary battery exceeds a predetermined threshold voltage, power is supplied by discharging from the supercapacitor of the power boost circuit to the inverter circuit in parallel with the power supply from the secondary battery to the inverter circuit. A vehicle power supply control system including a parallel discharge mode processing unit. 請求項１に記載の車両用電源制御システムにおいて、
制御装置は、
スーパキャパシタから２次電池を充電する２次電池充電モード処理部を含むことを特徴とする車両用電源制御システム。 In the vehicle power supply control system according to claim 1,
The control device
A vehicle power supply control system comprising a secondary battery charge mode processing unit for charging a secondary battery from a supercapacitor. 請求項１に記載の車両用電源制御システムにおいて、
２次電池は、負荷装置が必要とする最大電力量以下のフル充電電力容量を有することを特徴とする車両用電源制御システム。 In the vehicle power supply control system according to claim 1,
The power supply control system for vehicles, wherein the secondary battery has a full charge power capacity equal to or less than a maximum power amount required by the load device. 請求項１に記載の車両用電源制御システムにおいて、
インバータ回路は、負荷装置としての車両用パワーステアリング装置に接続されることを特徴とする車両用電源システム。 In the vehicle power supply control system according to claim 1,
The inverter circuit is connected to a vehicle power steering device as a load device.
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