JP5241761B2 - Vehicle power supply system - Google Patents
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Description
この発明は、車両用電源システムに関し、特にドライバーが車両の加速感を実感できる車両用電源システムに関するものである。 The present invention relates to a vehicle power supply system, and more particularly to a vehicle power supply system that allows a driver to feel the acceleration feeling of the vehicle.
従来の車両用電源システムは、バッテリとDC/DCコンバータとを備え、DC/DCコンバータが、バッテリの端子電圧を昇圧する昇圧回路と、バッテリの端子と昇圧回路の出力端子との間に接続されたキャパシタとを備えている。そして、バッテリの端子電圧が所定の範囲を超えて低下した場合でも動作可能な電気機器をDC/DCコンバータの入力側に接続し、電源電圧の低下を許容できない電圧変動に敏感な電気機器をDC/DCコンバータの出力側に接続している。また、バッテリは、発電機の発電電力を蓄電し、電力をターボチャージャの回転機に供給する(例えば、特許文献1参照)。 A conventional vehicle power supply system includes a battery and a DC / DC converter, and the DC / DC converter is connected between a booster circuit that boosts the terminal voltage of the battery, and a terminal of the battery and an output terminal of the booster circuit. And a capacitor. An electric device that can operate even when the terminal voltage of the battery drops beyond a predetermined range is connected to the input side of the DC / DC converter. / It is connected to the output side of the DC converter. Further, the battery stores the generated power of the generator and supplies the electric power to the rotating machine of the turbocharger (see, for example, Patent Document 1).
従来の車両用電源システムでは、バッテリの電力がターボチャージャの回転機に供給されるので、大電流、あるいは高電圧を回転機の界磁巻線に供給できない。そこで、ドライバーがアクセルを踏み込んで加速しようとした場合、加速要求タイミングからターボチャージャを駆動するまでに界磁巻線の時定数に起因する応答遅れが発生し、ドライバーが望むタイミングで加速できなかった。 In the conventional vehicle power supply system, since the electric power of the battery is supplied to the rotating machine of the turbocharger, a large current or a high voltage cannot be supplied to the field winding of the rotating machine. Therefore, when the driver tried to accelerate by depressing the accelerator, a response delay due to the time constant of the field winding occurred from the acceleration request timing to driving the turbocharger, and the driver could not accelerate at the timing desired by the driver .
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、低速域において、電気二重層コンデンサと発電機とをターボチャージャの回転機に対する電力供給電源とし、かつ回転機の界磁巻線および発電機の界磁巻線への界磁電流の通電を維持し、加速指令からターボチャージャを駆動するまでの応答遅れを抑えて、ドライバーが加速感を実感できるとともに、電気二重層コンデンサの小型化を実現できる車両用電源システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such problems, and in a low speed range, an electric double layer capacitor and a generator serve as a power supply power source for a turbocharger rotating machine, and the field of the rotating machine Electric current is applied to the windings and the field windings of the generator, the response delay from the acceleration command to driving the turbocharger is suppressed, and the driver can feel the acceleration and the electric double layer capacitor An object of the present invention is to obtain a vehicle power supply system that can realize downsizing.
この発明による車両用電源システムは、エンジンの吸気系統に配設されて吸気ガスを圧縮するコンプレッサ、該コンプレッサの回転軸に同軸に取り付けられ、上記エンジンの排気系統に配設されて排気ガスにより駆動されるタービン、および上記回転軸に同軸に取り付けられた回転機を有するターボチャージャと、直流電力を交流電力に変換して上記回転機に供給するインバータと、上記エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第1DC/DCコンバータと、上記第1DC/DCコンバータに低圧側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給するバッテリと、上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第2DC/DCコンバータと、上記第2DC/DCコンバータに接続される電気二重層コンデンサと、上記第1DC/DCコンバータおよび上記第2DC/DCコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記バッテリおよび上記電気二重層コンデンサに蓄電させるとともに、上記インバータを駆動制御して上記回転機を駆動させる制御回路と、を備えている。そして、上記インバータ、上記回転機の界磁巻線、および上記発電機の界磁巻線が、上記高圧側配線に接続され、上記制御回路は、減速してエンジン回転数が所定回転数まで低下すると、上記高圧側配線の電圧が上記バッテリの定格電圧より高い第1の電圧となるように上記第2DC/DCコンバータを駆動制御し、かつ上記発電機の界磁巻線、および上記回転機の界磁巻線に通電させ、該状態を再加速まで維持するように構成されている。 A vehicle power supply system according to the present invention includes a compressor that is disposed in an intake system of an engine and compresses intake gas, is coaxially attached to a rotation shaft of the compressor, is disposed in an exhaust system of the engine, and is driven by exhaust gas. And a turbocharger having a rotating machine coaxially mounted on the rotating shaft, an inverter for converting DC power into AC power and supplying the AC to the rotating machine, and driven by the engine to generate AC power Connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring, and the output voltage of the rectifier differs. A first DC / DC converter that converts the voltage value into a DC voltage and outputs the voltage, and is connected to the first DC / DC converter via a low-voltage side wiring. A battery for supplying electric power to the vehicle-mounted load, and a second DC / DC connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier into a DC voltage of a different voltage value A converter, an electric double layer capacitor connected to the second DC / DC converter, the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are driven and controlled, and the electric power generated by the generator is supplied to the battery and the electric And a control circuit for driving the rotating machine by driving the inverter and controlling the inverter. The inverter, the field winding of the rotating machine, and the field winding of the generator are connected to the high-voltage side wiring, and the control circuit decelerates to reduce the engine speed to a predetermined speed. Then, the second DC / DC converter is driven and controlled so that the voltage of the high-voltage side wiring becomes a first voltage higher than the rated voltage of the battery, and the field winding of the generator, and the rotating machine The field winding is energized, and the state is maintained until re-acceleration.
この発明によれば、制御回路が加速指令を受けた時点では、界磁電流が回転機の界磁巻線に通電されており、誘起起電力が発生されている。そこで、界磁巻線の時定数に起因する応答遅れはなく、交流電力がインバータを介して回転機に供給されると、回転機が速やかに駆動される。これにより、ドライバーのアクセル操作に合わせて車体が急加速され、ドライバーが加速感を実感できる。 According to this invention, when the control circuit receives the acceleration command, the field current is applied to the field winding of the rotating machine, and an induced electromotive force is generated. Therefore, there is no response delay due to the time constant of the field winding, and when AC power is supplied to the rotating machine via the inverter, the rotating machine is driven quickly. As a result, the vehicle body is accelerated rapidly in accordance with the driver's accelerator operation, and the driver can feel a sense of acceleration.
高圧側配線がバッテリの定格電圧より高い第1の電圧に保持され、界磁電流が発電機の界磁巻線に通電されている。そして、エンジンの回転数が高くなり、発電機の発電可能回転数に達すると、発電機が瞬時に発電し、発電機の出力と電気二重層コンデンサの出力との合成出力がインバータに供給される。これにより、回転機に供給される大電流の一部が発電機の発電電力により賄われ、電気二重層コンデンサおよび第2DC/DCコンバータの小型化が可能となる。 The high-voltage side wiring is held at a first voltage higher than the rated voltage of the battery, and the field current is applied to the field winding of the generator. When the engine speed increases and the generator's power generation speed is reached, the generator instantaneously generates power, and the combined output of the generator output and the electric double layer capacitor output is supplied to the inverter. . As a result, part of the large current supplied to the rotating machine is covered by the power generated by the generator, and the electric double layer capacitor and the second DC / DC converter can be downsized.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムの構成を示す概略構成図、図2はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムの回路構成図である。
1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a vehicle power supply system according to
図1および図2において、車両用電源システムは、内燃機関であるエンジン1の吸排気システムに接続されたターボチャージャ5と、エンジン1の回転トルクにより駆動されて交流電力を発生する発電機17と、発電機17で発生された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器22と、整流器22の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第1DC/DCコンバータ24と、整流器22の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第2DC/DCコンバータ25と、第1DC/DCコンバータ24により変換された直流電力により充電され、車載負荷30に電力を供給するバッテリ26と、第2DC/DCコンバータ25により変換された直流電力を蓄える電気二重層コンデンサ27と、直流電力を交流電力に変換してターボチャージャ5に搭載された回転機9の電機子巻線13に供給するインバータ28と、エンジン1の回転数f、電気二重層コンデンサ27の端子電圧Vcなどに基づいて第1および第2DC/DCコンバータ24,25、インバータ28などの駆動を制御する制御回路31と、を備えている。
1 and 2, a vehicle power supply system includes a
ターボチャージャ5は、エンジン1の排気系統15に配設されたタービン6と、タービン6の回転軸7に固着され、エンジン1の吸気系統16に配設されたコンプレッサ8と、回転軸7に同軸に取り付けられた回転機9と、を有する。
回転機9は、界磁制御式の回転機であり、回転軸7に同軸に固着された回転子10と、回転子10を囲繞するように配設された固定子鉄心12、および固定子鉄心12に巻装され、回転子10にトルクを発生させる電機子巻線13からなる固定子11と、界磁起磁力を発生する界磁巻線14と、を備えている。
The
The rotating
発電機17は、プーリ3bをエンジン1のクランクシャフト2に固着されたプーリ3aにベルト4を介して連結され、ベルト4を介して伝達されたエンジン1の駆動力を交流電力に変換する。発電機17は、界磁巻線19を有するクローポール型回転子18と、3相交流巻線21を有する固定子20と、を備えたランデル型交流発電機である。
整流器22は、2つのダイオード23を直列に接続してなるダイオード対を並列に3つ接続したダイオードブリッジ回路からなる三相全波整流回路に構成され、3相交流巻線21に誘起される交流電力を直流電力に整流する。なお、整流器22は、発電機17と別体に構成されているが、発電機17に内蔵されてもよい。
The
The
バッテリ26は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池であり、例えば14V(定格電圧)の低電圧系の車載電源を構成する。そして、バッテリ26は、第1DC/DCコンバータ24の出力電圧端子と車載負荷30とを接続する低圧側配線35に接続されている。車載負荷30は、車両に搭載される空調装置やオーディオ装置等の電気機器であり、バッテリ26により駆動される。
電気二重層コンデンサ27は、第2DC/DCコンバータ25を介して整流器22の高圧側出力端子22aと第1DC/DCコンバータ24の入力電圧端子とを接続する高圧側配線34に接続されている。
The
The electric
インバータ28は、例えば、MOSFET,IGBTなどの半導体スイッチング素子29を直列に接続してなる素子対を並列に3つ接続して構成され、高圧側配線34に供給された直流電力を交流電力に変換する。
発電機17の界磁巻線19および回転機9の界磁巻線14の一端が、高圧側配線34に接続されている。
The
One end of the field winding 19 of the
つぎに、ターボチャージャ5の動作について説明する。
吸気ガスAが、吸気系統16を介してエンジン1に供給され、エンジン1の内部で燃焼される。燃焼後の排気ガスBが、排気系統15を介して外部に排気され、タービン6が、排気系統15を流通する排気ガスBにより駆動される。これにより、タービン6の回転軸7に固着されたコンプレッサ8が回転駆動され、吸気ガスAが大気圧以上に過給される。
低速域において、ドライバーがアクセル操作によって加速しようとした場合、エンジン1が所定の回転数以上となり、かつ排気ガスBが十分な流体パワーを得るまでの間の1〜2秒程度は、十分な動力をタービン6に与えることができず、コンプレッサ8の反応が遅れ、いわゆるターボラグという現象を生じる。
Next, the operation of the
The intake gas A is supplied to the
When the driver tries to accelerate by operating the accelerator in the low speed range, sufficient power is required for about 1 to 2 seconds until the
そこで、インバータ28により変換された交流電力が、回転機9に供給され、回転機9が駆動される。これにより、ターボラグが生じる低速で、排気ガスBの流体パワーが十分に得られない場合でも、駆動力が回転軸7に印加され、コンプレッサ8を迅速に駆動でき、ターボラグの発生が抑制される。
Therefore, the AC power converted by the
ここで、回転機9は、界磁起磁力を発生する界磁巻線14を有するので、界磁巻線14の時定数に起因する応答遅れがある。そこで、ドライバーがアクセルを踏み込んで加速しようとした場合、加速要求タイミングから回転機9を駆動するまでに応答遅れが発生し、その分、コンプレッサ8の駆動が遅れ、ドライバーが望むタイミングで加速できない。
本発明は、この界磁巻線14の時定数に起因する応答遅れを抑えて、低速域でのドライバーが望むタイミングでの加速を実現するものである。低速域とは、エンジン1の回転数が1000rpm付近の回転数域である。
Here, since the rotating
The present invention suppresses a response delay due to the time constant of the field winding 14 and realizes acceleration at a timing desired by the driver in a low speed region. The low speed region is a rotational speed region where the rotational speed of the
つぎに、発電機17の動作について説明する。
電流が回転子18の界磁巻線19に供給され、磁束が発生される。これにより、N極とS極とが、回転子18の外周部に、周方向に交互に形成される。そして、エンジン1の回転トルクが回転子18のシャフトに伝達され、回転子18が回転駆動される。そこで、回転磁界が固定子20の3相交流巻線21に与えられ、起電力が3相交流巻線21に発生する。この交流の起電力が、整流器22により直流電力に整流され、出力される。
Next, the operation of the
Current is supplied to the field winding 19 of the
ここで、発電機17の出力特性について説明する。図3はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムに用いられる発電機の出力特性を示す図であり、縦軸は発電電力(出力電力)、横軸はエンジン1の回転数fである。なお、バッテリ26の定格電圧が14Vであり、後述するように第1および第2DC/DCコンバータ24,25の電圧交換比Nが1と1/2であるので、発電機17の出力電圧は、14Vと28Vに設定される。
Here, the output characteristics of the
図3から分かるように、発電機17は、出力電圧を14Vに設定した場合には、回転数fがα以上の領域で発電でき、出力電圧を28Vに設定した場合には、回転数fがアイドリング域より高いβ以上の領域で発電できる。そして、発電機17は、回転数fがβ未満の領域では、出力電圧を14Vに設定した場合に大きな発電電力を出力することができ、回転数fがβ以上の領域では、出力電圧を28Vに設定した場合に大きな発電電力を出力することができる。
As can be seen from FIG. 3, when the output voltage is set to 14V, the
自動車においては、通常、エンジン1の回転数fは1000rpm〜3000rpmの範囲がよく使用される。そこで、エンジン1の回転数fが1000rpm〜3000rpmの範囲において、図3に示される出力特性が得られるように、エンジン1と発電機17の回転子18との間の動力伝達機構の動力伝達比を調整している。
In an automobile, usually, the rotation speed f of the
つぎに、第2DC/DCコンバータ25の具体的な構成について図4を参照しつつ説明する。図4はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムに用いられる第2DC/DCコンバータの構成を示す回路図である。なお、第1DC/DCコンバータ24も、第2DC/DCコンバータ25と同様に構成されているので、ここでは、その説明を省略する。
Next, a specific configuration of the second DC /
第2DC/DCコンバータ25は、入力電圧端子VaH,VaLと出力電圧端子VbH,VbLとの間に、低圧側および高圧側のスイッチング素子としての2つのMOSFET51〜54を直列接続してなる2つの直列体と、各直列体に並列に接続された平滑コンデンサCs1,Cs2と、からなる2段の回路A1,A2を備える。そして、回路A1,A2は直列に接続され、回路A1が整流回路、回路A2が駆動用インバータ回路となる。さらに、エネルギー移行用のコンデンサCr1とインダクタLr1とのLC直列体LC1が、回路A1の2つのMOSFET51,52の接続点と回路A2の2つのMOSFET53,54の接続点との間に接続されている。
The second DC /
なお、MOSFET51〜54は、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。また、MOSFET51〜54のゲート端子には、制御回路31からゲート信号Gate1H,Gate1L,Gate2H,Gate2Lがそれぞれ出力される。
The
つぎに、第2DC/DCコンバータ25の動作について説明する。
ここで、ゲート信号Gate1H,Gate1L,Gate2H,Gate2Lはデューティ比が50%のON/OFF信号であり、ゲート信号Gate1H,Gate2Hが同一の信号であり、ゲート信号Gate1L,Gate2Lがゲート信号Gate1H,Gate2Hを反転した信号である。
Next, the operation of the second DC /
Here, the gate signals Gate1H, Gate1L, Gate2H, and Gate2L are ON / OFF signals having a duty ratio of 50%, the gate signals Gate1H and Gate2H are the same signal, and the gate signals Gate1L and Gate2L are the gate signals Gate1H and Gate2H. This is an inverted signal.
まず、高圧側のMOSFET52,54が、ゲート信号Gate1H,Gate2HによりON状態となると、電位差があるため、平滑コンデンサCs2に蓄えられたエネルギーの一部がコンデンサCr1に移行する。
ついで、高圧側のMOSFET52,54が、ゲート信号Gate1H,Gate2HによりOFF状態となり、低圧側のMOSFET51,53が、ゲート信号Gate1L,Gate2LによりON状態となると、電位差があるため、コンデンサCr1に蓄えられたエネルギーが平滑コンデンサCs1に移行する。
First, when the high-voltage side MOSFETs 52 and 54 are turned on by the gate signals Gate1H and Gate2H, a part of the energy stored in the smoothing capacitor Cs2 is transferred to the capacitor Cr1 because of a potential difference.
Next, when the high-voltage side MOSFETs 52 and 54 are turned off by the gate signals Gate1H and Gate2H and the low-
このように、コンデンサCr1の充放電により、平滑コンデンサCs2に蓄えられているエネルギーが平滑コンデンサCs1に移行される。そして、入力電圧端子VaH,VaL間に入力された電圧V1が、約1/2倍に降圧された電圧V2として、出力電圧端子VbH,VbL間に出力される。なお、入力された電圧V1の電力は、電圧V2に降圧した電力として移行されることから、電圧V1は電圧V2の2倍の電圧よりも大きな値となっている。 Thus, the energy stored in the smoothing capacitor Cs2 is transferred to the smoothing capacitor Cs1 by charging and discharging the capacitor Cr1. The voltage V1 input between the input voltage terminals VaH and VaL is output between the output voltage terminals VbH and VbL as a voltage V2 that has been stepped down by about 1/2. Since the input power of the voltage V1 is transferred as the power reduced to the voltage V2, the voltage V1 has a value larger than twice the voltage V2.
また、ゲート信号Gate2H,Gate2LをON信号とし,ゲート信号Gate1H,Gate1LをOFF信号とすれば、MOSFET53,54がON状態となり、MOSFET51,52がOFF状態となる。これにより、入力電圧端子VaHと出力電圧端子VbHとが導通状態となり、入力電圧端子VaH,VaL間に入力された電圧V1が、約1倍に降圧された電圧V2として、出力電圧端子VbH,VbL間に出力される。
If the gate signals Gate2H and Gate2L are turned on and the gate signals Gate1H and Gate1L are turned off, the
このように、第2DC/DCコンバータ25は、入力電圧V1を1又は1/2の電圧交換比N(V2/V1)で変換して出力することができる。
Thus, the second DC /
また、コンデンサCr1にはインダクタLr1が直列に接続されてLC直列体LC1を構成しているので、エネルギーの移行は共振現象を利用したものとなり、MOSFET51〜54が状態変化する時の過渡的な損失がなく、大きなエネルギー量を効率よく移行することができる。このように、効率の点で優れているので、回路を冷却するための放熱器を小さくできる。また、MOSFET51〜54のスイッチング時の過渡的な損失がないので、スイッチング周波数を高く設定することができる。LC直列体LC1の共振周波数を大きくでき、エネルギー移行用のインダクタLr1のインダクタンス値とコンデンサCr1の容量値とを小さく設定でき、回路素子の小型化が図られる。これらのことから、第2DC/DCコンバータ25は全体を非常に小型にすることができる。
In addition, since the inductor Lr1 is connected in series to the capacitor Cr1 to form the LC series body LC1, the energy transfer uses the resonance phenomenon, and the transient loss when the state of the
つぎに、低速域における第2DC/DCコンバータ25の制御方法について図5を参照しつつ説明する。図5はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムにおける低回域での第2DC/DCコンバータ25の制御方法を説明する図である。
Next, a control method of the second DC /
まず、ステップ100において、制御回路31は、エンジン1の回転数fを監視し、回転数fが所定の回転数(ThR)未満であるか否かを判断する。ここで、所定の回転数(ThR)は、1000rpm付近の回転数であり、例えばアイドリング域の回転数に相当する。
First, at
ステップ100において、回転数fが所定の回転数(ThR)未満であると、ステップ101に移行し、電気二重層コンデンサ27の端子電圧に基づいて、電気二重層コンデンサ27の残量が十分であるか否かを判断する。
そして、ステップ101において、電気二重層コンデンサ27の端子電圧が所定の電圧(ThC)以下であると、ステップ102に移行し、第2DC/DCコンバータ25の出力電圧指令値を14V(バッテリ26の定格電圧)に設定する。そこで、制御回路31が第2DC/DCコンバータ25を駆動し、高圧側配線34の電圧が14Vとなる。
If the rotational speed f is less than the predetermined rotational speed (ThR) in
In
ステップ101において、電気二重層コンデンサ27の端子電圧が所定の電圧(ThC)より大きい場合、インバータ28を介して回転機9に給電できる電力が残っていると判断し、ステップ103に移行する。ステップ103では、第2DC/DCコンバータ25の出力電圧指令値を28Vに設定し、ステップ101に戻る。そこで、制御回路31が第2DC/DCコンバータ25を駆動し、高圧側配線34の電圧が28Vとなる。ここで、所定の電圧(ThC)は、インバータ28を介して回転機9に給電できることを判断できればよく、例えばバッテリ26の定格電圧(14V)に設定される。
If the terminal voltage of the electric
つぎに、本車両用電源システムの低速域での動作について図6を参照しつつ説明する。図6はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムの低速域での動作を説明する図である。
Next, the operation of the vehicle power supply system in the low speed region will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the operation in the low speed region of the vehicle power supply system according to
この実施の形態1では、制御回路31が、エンジン1の回転数fを監視し、減速状態で低速域に至り、かつ電気二重層コンデンサ27の残量が十分であると判断すると、加速状態まで、第2DC/DCコンバータ25の出力電圧指令値を28Vに維持する。つまり、アイドリング域でも、第2DC/DCコンバータ25の電圧交換比Nを1/2とし、高圧側配線34の電圧を28Vに保持する。そして、制御回路31は、スイッチング素子32,33をON状態に保持し、界磁電流が界磁巻線14,19に通電されている状態を維持する。
In the first embodiment, when the
そして、図6の(b)に示されるように、車体が減速し、アイドリング域に達しても、高圧側配線34の電圧は28Vに維持される。高圧側配線34に接続されている界磁巻線14,19に流れる界磁電流は、図6の(c)に示されるように、最大値に維持される。そこで、制御回路31が、アイドリング状態中に加速指令を受けると、インバータ28を駆動し、交流電力を電機子巻線13に供給し、回転機9を駆動する。このとき、界磁巻線14には最大値の界磁電流が流れているので、時定数に起因する応答遅れはない。回転機9は、図6の(d)に示されるように、回転機9固有の応答遅れのみとなり、速やかに駆動される。これにより、ターボチャージャ5のコンプレッサ8は速やかに十分な回転数に達し、エンジン1の回転数fは、図6の(a)に示されるように、加速指令とほぼ同時に立ち上がる。そこで、ドライバーのアクセル操作に合わせて車体が急加速され、ドライバーが加速感を実感できる。
Then, as shown in FIG. 6B, even when the vehicle body decelerates and reaches the idling range, the voltage of the high-
そして、ターボチャージャ5が動作し、エンジン1の回転数fが急峻に立ち上がり、発電機17の発電可能回転数であるβに達すると、発電機17が発電する。このとき、界磁巻線19には最大値の界磁電流が流れているので、時定数に起因する応答遅れはなく、回転数fがβに達すると、発電機17は瞬時に出力電圧28Vで発電する。これにより、発電機17の出力と電気二重層コンデンサ27の第2DC/DCコンバータ25を介しての出力との合成出力がインバータ28で交流電力に変換され、回転機9に供給される。
Then, when the
ここで、車体の減速状態で低速域に至る過程では、制御回路31は、バッテリ26および電気二重層コンデンサ27の端子電圧を監視し、必要に応じて、エネルギーの回生を行う。つまり、バッテリ26および電気二重層コンデンサ27の端子電圧から容量低下を検出すると、発電機17を駆動して発電する。そして、第1および第2DC/DCコンバータ24,25を駆動して、発電機17の発電電力をバッテリ26および電気二重層コンデンサ27に蓄電させる。
Here, in the process of reaching the low speed range in the deceleration state of the vehicle body, the
つぎに、エンジン1の回転数fがアイドリング域の時に、第2DC/DCコンバータ25の出力電圧指令値を14Vに切り換える比較例の動作についてに図7を参照しつつ説明する。図7は比較例の車両用電源システムの低速域での動作を説明する図である。
Next, the operation of the comparative example for switching the output voltage command value of the second DC /
この比較例では、車体が減速し、アイドリング域に達すると、高圧側配線34の電圧は、図7の(b)に示されるように、28Vから14V(バッテリ26の定格電圧)に下がる。そして、高圧側配線34に接続されている界磁巻線14,19に流れる界磁電流は、図7の(c)に示されるように、回転数fが減少するとともに減少し、アイドリング域で、低い値に維持される。そこで、制御回路31が、アイドリング状態中に加速指令を受けると、第2DC/DCコンバータ25を制御し、高圧側配線34の電圧を28Vに昇圧するとともに、インバータ28を駆動し、交流電力を電機子巻線13に供給し、回転機9を駆動する。このとき、界磁巻線14に流れる界磁電流は、図7の(c)に示されるように、時定数に起因する応答遅れを有する。回転機9は、図7の(d)に示されるように、時定数により応答が遅れて駆動される。これにより、ターボチャージャ5のコンプレッサ8が十分な回転数に至るまでに時間を要し、エンジン1の回転数fは、図7の(a)に示されるように、加速指令から遅れて立ち上がる。
In this comparative example, when the vehicle body decelerates and reaches the idling range, the voltage of the high-
そして、ターボチャージャ5が動作し、エンジン1の回転数fが急峻に立ち上がり、発電機17の発電可能回転数であるβに達すると、発電機17が瞬時に出力電圧28Vで発電する。
Then, when the
この比較例においては、加速指令時に、高圧側配線34の電圧が14Vに維持されている場合に比べ、界磁巻線14に印加される電圧の絶対値が大きいので、時定数に起因する応答遅れを抑えることができる。
In this comparative example, the absolute value of the voltage applied to the field winding 14 is larger than the case where the voltage of the high-
この実施の形態1では、制御回路31は、界磁巻線14,19の端子間電圧を監視し、界磁巻線14,19の端子間電圧が閾値を超えると、スイッチング素子32,33をOFFとし、界磁巻線14,19への界磁電流の通電を停止する。これにより、界磁巻線14,19の温度を所定の温度以下に保持することができ、界磁巻線14,19の焼損事故を未然に回避することができる。
In the first embodiment, the
つまり、第2DC/DCコンバータ25の出力電圧指令値が28Vに設定されているので、最大値の界磁電流が界磁巻線14,19に流れる。そして、界磁電流の界磁巻線14,19への通電が続くと、界磁巻線14,19が発熱し、温度上昇する。そして、最悪の場合、界磁巻線14,19が焼ける事態に至る。界磁巻線14,19は温度上昇とともに、抵抗値が上昇する。また、界磁巻線14,19への通電は、定電流制御が行われるので、通電電流は一定値となる。このことから、界磁巻線14,19の端子間電圧から界磁巻線14,19の温度を推定できる。そこで、界磁巻線14,19の端子間電圧の閾値を設定し、界磁巻線14,19の端子間電圧が閾値を超えないように界磁巻線14,19への界磁電流の通電を制御することで、界磁巻線14,19の温度を所定の温度以下に保持することができる。
That is, since the output voltage command value of the second DC /
この実施の形態1によれば、発電機17の界磁巻線19の一端、およびターボチャージャ5の回転機9の界磁巻線14の一端が高圧側配線34に接続され、インバータ28の入力端子が高圧側配線34に接続されている。そして、車体が減速し、エンジン1の回転数fが低速域まで低下すると、制御回路31が第2DC/DCコンバータ25を駆動制御し、出力電圧を28Vとする。さらに、制御回路31は、スイッチング素子32,33をONとし、界磁電流を界磁巻線14,19に通電する。
According to the first embodiment, one end of the field winding 19 of the
そこで、加速指令を受け、交流電力がインバータ28を介して電機子巻線13に供給された時点では、界磁巻線14による誘導起電力は発生しており、界磁巻線14の時定数に起因する応答遅れはない。また、電気二重層コンデンサ27は大電流を応答性よく放電できるので、加速指令に対応して、大電流が電気二重層コンデンサ27から高圧側配線34を介してインバータ28に供給される。それらの結果、加速指令に対して、回転機9が速やかに駆動され、ターボチャージャ5のコンプレッサ8が速やかに十分な回転数に至る。これにより、ドライバーのアクセル操作に合わせて車体が急加速され、ドライバーが加速感を実感できる。
Therefore, when an acceleration command is received and AC power is supplied to the armature winding 13 via the
また、ターボチャージャ5が動作し、エンジン1の回転数fが急峻に立ち上がり、発電機17の発電可能回転数であるβに達すると、発電機17が発電する。このとき、界磁巻線19には最大値の界磁電流が流れているので、時定数に起因する応答遅れはなく、回転数fがβに達すると、発電機17は瞬時に出力電圧28Vで発電する。これにより、発電機17の出力と電気二重層コンデンサ27の第2DC/DCコンバータ25を介しての出力との合成出力がインバータ28で交流電力に変換され、回転機9の電機子巻線13に供給される。電機子巻線13に供給される大電流の一部が発電機17の発電電力により賄われるので、電気二重層コンデンサ27および第2DC/DCコンバータ25の給電負荷が軽減され、電気二重層コンデンサ27および第2DC/DCコンバータ25の小型化が可能となる。
Further, when the
なお、上記実施の形態1では、バッテリの定格電圧が14Vであり、電圧交換比Nが1又は1/2に構成された第1および第2DC/DCコンバータを用いているので、低速域での高圧側配線は28Vに保持され、発電機および回転機の界磁巻線に通電される界磁電流は最大値となる。しかし、電圧交換比Nを任意に制御できる第1および第2DC/DCコンバータを用い、低速域での高圧側配線の電圧をバッテリの定格電圧より大きな第1の電圧に保持し、界磁電流の電流値を下げてもよい。この場合、第1の電圧は、第1の電圧を出力電圧とする発電機の発電開始回転数がアイドリング域より高くなるように設定すればよい。 In the first embodiment, the rated voltage of the battery is 14V, and the first and second DC / DC converters having a voltage exchange ratio N of 1 or 1/2 are used. The high-voltage side wiring is held at 28 V, and the field current supplied to the field windings of the generator and the rotating machine becomes the maximum value. However, using the first and second DC / DC converters that can arbitrarily control the voltage exchange ratio N, the voltage of the high-voltage side wiring in the low speed region is held at the first voltage that is higher than the rated voltage of the battery, and the field current The current value may be lowered. In this case, the first voltage may be set so that the power generation start rotational speed of the generator using the first voltage as the output voltage is higher than the idling range.
また、上記実施の形態1では、電圧交換比Nが1又は1/2に構成された第1および第2DC/DCコンバータを用いているが、第1および第2DC/DCコンバータの電圧交換比Nはこれに限定されるものではなく、例えば電圧交換比Nを1、1/2、1/3とする第1および第2DC/DCコンバータを用いてもよい。 In the first embodiment, the first and second DC / DC converters having the voltage exchange ratio N of 1 or 1/2 are used. However, the voltage exchange ratio N of the first and second DC / DC converters is used. However, the first and second DC / DC converters having a voltage exchange ratio N of 1, 1/2, 1/3 may be used.
実施の形態2.
図8はこの発明の実施の形態2に係る車両用電源システムの回路構成図である。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a vehicle power supply system according to
図8において、インバータ28の入力端子が電気二重層コンデンサ27の高圧側端子、即ち電気二重層コンデンサ27と第2DC/DCコンバータ25の出力電圧端子と間の配線に接続されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
In FIG. 8, the input terminal of the
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
この実施の形態2では、加速指令に先立って、界磁電流が界磁巻線14に通電されている。制御回路31は、加速指令を受けると、インバータ28を駆動し、電気二重層コンデンサ27の出力電力が交流電力に変換されて電機子巻線13に供給される。電気二重層コンデンサ27は大電流を応答性よく放電できるので、加速指令に対応して、大電流がインバータ28に供給され、回転機9が速やかに駆動される。
したがって、この実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様に、ドライバーが加速感を実感できる。
In the second embodiment, a field current is applied to the field winding 14 prior to the acceleration command. When receiving an acceleration command, the
Therefore, also in the second embodiment, the driver can feel a sense of acceleration as in the first embodiment.
また、この実施の形態2では、高圧側配線34が28Vに保持され、界磁電流が界磁巻線19に通電されている。そして、発電機17の発電可能回転数であるβに達すると、発電機17が瞬時に発電し、発電機17の出力と電気二重層コンデンサ27の出力との合成出力がインバータ28に供給される。
したがって、この実施の形態2においても、電機子巻線13に供給される大電流の一部が発電機17の発電電力により賄われるので、電気二重層コンデンサ27および第2DC/DCコンバータ25の小型化が可能となる。
In the second embodiment, the high-
Therefore, also in the second embodiment, since a part of the large current supplied to the armature winding 13 is covered by the generated power of the
実施の形態3.
図9はこの発明の実施の形態3に係る車両用電源システムの回路構成図である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a vehicle power supply system according to Embodiment 3 of the present invention.
図9において、界磁巻線14の一端およびインバータ28の入力端子が電気二重層コンデンサ27の高圧側端子、即ち電気二重層コンデンサ27と第2DC/DCコンバータ25の出力電圧端子と間の配線に接続されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
In FIG. 9, one end of the field winding 14 and the input terminal of the
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
この実施の形態3では、加速指令に先立って、界磁電流が界磁巻線14に通電されている。制御回路31は、加速指令を受けると、インバータ28を駆動し、電気二重層コンデンサ27の出力電力が交流電力に変換されて電機子巻線13に供給される。電気二重層コンデンサ27は大電流を応答性よく放電できるので、加速指令に対応して、大電流がインバータ28に供給され、回転機9が速やかに駆動される。
したがって、この実施の形態3においても、上記実施の形態1と同様に、ドライバーが加速感を実感できる。
In the third embodiment, a field current is applied to the field winding 14 prior to the acceleration command. When receiving an acceleration command, the
Therefore, also in the third embodiment, the driver can feel a sense of acceleration as in the first embodiment.
また、この実施の形態3では、高圧側配線34が28Vに保持され、界磁電流が界磁巻線19に通電されている。そして、発電機17の発電可能回転数であるβに達すると、発電機17が瞬時に発電し、発電機17の出力と電気二重層コンデンサ27の出力との合成出力がインバータ28に供給される。
したがって、この実施の形態3においても、電機子巻線13に供給される大電流の一部が発電機17の発電電力により賄われるので、電気二重層コンデンサ27および第2DC/DCコンバータ25の小型化が可能となる。
In the third embodiment, the high-
Therefore, also in the third embodiment, part of the large current supplied to the armature winding 13 is covered by the generated power of the
なお、上記各実施の形態では、整流器がダイオードブリッジを用いた三相全波整流回路に構成されているものとしているが、整流器は、同期整流を行うMOSFETや寄生ダイオードで整流を行うMOSFETなどの多相インバータで構成してもよい。
また、上記各実施の形態では、発電機の固定子は3相交流巻線を用いるものとしているが、固定子巻線は3相交流巻線に限定されるものでなく、3相交流巻線を多重化したものや、多相交流巻線(例えば、5相、7相)でもよい。その場合、整流器は、相数に応じた全波整流回路で、交流電力を直流に整流する。
In each of the above embodiments, the rectifier is configured as a three-phase full-wave rectifier circuit using a diode bridge. However, the rectifier may be a MOSFET that performs synchronous rectification or a MOSFET that performs rectification using a parasitic diode. You may comprise with a polyphase inverter.
In each of the above embodiments, the stator of the generator uses a three-phase AC winding. However, the stator winding is not limited to a three-phase AC winding, but a three-phase AC winding. Or a multiphase AC winding (for example, 5 phase, 7 phase). In that case, the rectifier rectifies AC power into DC with a full-wave rectifier circuit according to the number of phases.
1 エンジン、5 ターボチャージャ、6 タービン、7 回転軸、8 コンプレッサ、9 回転機、14 界磁巻線、15 排気系統、16 吸気系統、17 発電機、19 界磁巻線、22 整流器、22a 高圧側出力端子、24 第1DC/DCコンバータ、25 第2DC/DCコンバータ、26 バッテリ、27 電気二重層コンデンサ、28 インバータ、31 制御回路、34 高圧側配線、35 低圧側配線。 1 Engine, 5 Turbocharger, 6 Turbine, 7 Rotating shaft, 8 Compressor, 9 Rotating machine, 14 Field winding, 15 Exhaust system, 16 Intake system, 17 Generator, 19 Field winding, 22 Rectifier, 22a High pressure Side output terminal, 24 1st DC / DC converter, 25 2nd DC / DC converter, 26 battery, 27 electric double layer capacitor, 28 inverter, 31 control circuit, 34 high voltage side wiring, 35 low voltage side wiring.
Claims (7)
直流電力を交流電力に変換して上記回転機に供給するインバータと、
上記エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、
上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第1DC/DCコンバータと、
上記第1DC/DCコンバータに低圧側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給するバッテリと、
上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第2DC/DCコンバータと、
上記第2DC/DCコンバータに接続される電気二重層コンデンサと、
上記第1DC/DCコンバータおよび上記第2DC/DCコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記バッテリおよび上記電気二重層コンデンサに蓄電させるとともに、上記インバータを駆動制御して上記回転機を駆動させる制御回路と、を備え、
上記インバータ、上記回転機の界磁巻線、および上記発電機の界磁巻線が、上記高圧側配線に接続され、
上記制御回路は、減速してエンジン回転数が所定回転数まで低下すると、上記高圧側配線の電圧が上記バッテリの定格電圧より高い第1の電圧となるように上記第2DC/DCコンバータを駆動制御し、かつ上記発電機の界磁巻線、および上記回転機の界磁巻線に通電させ、該状態を再加速まで維持するように構成されていることを特徴とする車両用電源システム。 A compressor disposed in the intake system of the engine for compressing the intake gas, a turbine attached coaxially to the rotation shaft of the compressor, disposed in the exhaust system of the engine and driven by the exhaust gas, and the rotation shaft A turbocharger having a rotating machine mounted coaxially;
An inverter that converts DC power into AC power and supplies the rotating machine;
A generator that is driven by the engine to generate AC power;
A rectifier that rectifies and outputs AC power generated by the generator to DC power;
A first DC / DC converter connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier into a DC voltage of a different voltage value;
A battery connected to the first DC / DC converter via a low-voltage side wiring and supplying electric power to the vehicle-mounted load;
A second DC / DC converter connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier to a DC voltage of a different voltage value;
An electric double layer capacitor connected to the second DC / DC converter;
The first DC / DC converter and the second DC / DC converter are drive-controlled to store the generated power of the generator in the battery and the electric double layer capacitor, and the inverter is driven to control the rotating machine. A control circuit for driving,
The inverter, the field winding of the rotating machine, and the field winding of the generator are connected to the high-voltage side wiring,
The control circuit drives and controls the second DC / DC converter so that the voltage of the high-voltage side wiring becomes a first voltage higher than the rated voltage of the battery when the engine speed is reduced to a predetermined speed by decelerating. And a power supply system for a vehicle, wherein the field winding of the generator and the field winding of the rotating machine are energized to maintain the state until reacceleration.
直流電力を交流電力に変換して上記回転機に供給するインバータと、
上記エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、
上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第1DC/DCコンバータと、
上記第1DC/DCコンバータに低圧側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給するバッテリと、
上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第2DC/DCコンバータと、
上記第2DC/DCコンバータに接続される電気二重層コンデンサと、
上記第1DC/DCコンバータおよび上記第2DC/DCコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記バッテリおよび上記電気二重層コンデンサに蓄電させるとともに、上記インバータを駆動制御して上記回転機を駆動させる制御回路と、を備え、
上記インバータが、上記電気二重層コンデンサの高圧側端子に接続され、
上記回転機の界磁巻線、および上記発電機の界磁巻線が、上記高圧側配線に接続され、
上記制御回路は、減速してエンジン回転数が所定回転数まで低下すると、上記高圧側配線の電圧が上記バッテリの定格電圧より高い第1の電圧となるように上記第2DC/DCコンバータを駆動制御し、かつ上記発電機の界磁巻線、および上記回転機の界磁巻線に通電させ、該状態を再加速まで維持するように構成されていることを特徴とする車両用電源システム。 A compressor disposed in the intake system of the engine for compressing the intake gas, a turbine attached coaxially to the rotation shaft of the compressor, disposed in the exhaust system of the engine and driven by the exhaust gas, and the rotation shaft A turbocharger having a rotating machine mounted coaxially;
An inverter that converts DC power into AC power and supplies the rotating machine;
A generator that is driven by the engine to generate AC power;
A rectifier that rectifies and outputs AC power generated by the generator to DC power;
A first DC / DC converter connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier into a DC voltage of a different voltage value;
A battery connected to the first DC / DC converter via a low-voltage side wiring and supplying electric power to the vehicle-mounted load;
A second DC / DC converter connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier to a DC voltage of a different voltage value;
An electric double layer capacitor connected to the second DC / DC converter;
The first DC / DC converter and the second DC / DC converter are drive-controlled to store the generated power of the generator in the battery and the electric double layer capacitor, and the inverter is driven to control the rotating machine. A control circuit for driving,
The inverter is connected to the high voltage side terminal of the electric double layer capacitor;
The field winding of the rotating machine and the field winding of the generator are connected to the high-voltage side wiring,
The control circuit drives and controls the second DC / DC converter so that the voltage of the high-voltage side wiring becomes a first voltage higher than the rated voltage of the battery when the engine speed is reduced to a predetermined speed by decelerating. And a power supply system for a vehicle, wherein the field winding of the generator and the field winding of the rotating machine are energized to maintain the state until reacceleration.
直流電力を交流電力に変換して上記回転機に供給するインバータと、
上記エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、
上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第1DC/DCコンバータと、
上記第1DC/DCコンバータに低圧側配線を介して接続され、車載負荷に電力を供給するバッテリと、
上記整流器の高圧側出力端子に高圧側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する第2DC/DCコンバータと、
上記第2DC/DCコンバータに接続される電気二重層コンデンサと、
上記第1DC/DCコンバータおよび上記第2DC/DCコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記バッテリおよび上記電気二重層コンデンサに蓄電させるとともに、上記インバータを駆動制御して上記回転機を駆動させる制御回路と、を備え、
上記インバータ、および上記回転機の界磁巻線が、上記電気二重層コンデンサの高圧側端子に接続され、
上記発電機の界磁巻線が、上記高圧側配線に接続され、
上記制御回路は、減速してエンジン回転数が所定回転数まで低下すると、上記高圧側配線の電圧が上記バッテリの定格電圧より高い第1の電圧となるように上記第2DC/DCコンバータを駆動制御し、かつ上記発電機の界磁巻線、および上記回転機の界磁巻線に通電させ、該状態を再加速まで維持するように構成されていることを特徴とする車両用電源システム。 A compressor disposed in the intake system of the engine for compressing the intake gas, a turbine attached coaxially to the rotation shaft of the compressor, disposed in the exhaust system of the engine and driven by the exhaust gas, and the rotation shaft A turbocharger having a rotating machine mounted coaxially;
An inverter that converts DC power into AC power and supplies the rotating machine;
A generator that is driven by the engine to generate AC power;
A rectifier that rectifies and outputs AC power generated by the generator to DC power;
A first DC / DC converter connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier into a DC voltage of a different voltage value;
A battery connected to the first DC / DC converter via a low-voltage side wiring and supplying electric power to the vehicle-mounted load;
A second DC / DC converter connected to the high-voltage side output terminal of the rectifier via a high-voltage side wiring and converting the output voltage of the rectifier to a DC voltage of a different voltage value;
An electric double layer capacitor connected to the second DC / DC converter;
The first DC / DC converter and the second DC / DC converter are drive-controlled to store the generated power of the generator in the battery and the electric double layer capacitor, and the inverter is driven to control the rotating machine. A control circuit for driving,
The inverter and the field winding of the rotating machine are connected to the high voltage side terminal of the electric double layer capacitor,
The field winding of the generator is connected to the high-voltage side wiring,
The control circuit drives and controls the second DC / DC converter so that the voltage of the high-voltage side wiring becomes a first voltage higher than the rated voltage of the battery when the engine speed is reduced to a predetermined speed by decelerating. And a power supply system for a vehicle, wherein the field winding of the generator and the field winding of the rotating machine are energized to maintain the state until reacceleration.
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