JP5318238B2 - Power management apparatus, power management method, and power management system - Google Patents

Power management apparatus, power management method, and power management system Download PDF

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JP5318238B2 JP2012054112A JP2012054112A JP5318238B2 JP 5318238 B2 JP5318238 B2 JP 5318238B2 JP 2012054112 A JP2012054112 A JP 2012054112A JP 2012054112 A JP2012054112 A JP 2012054112A JP 5318238 B2 JP5318238 B2 JP 5318238B2
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Description

この発明は電源管理装置、電源管理方法、および、電源管理システムに関し、特に、複数の蓄電器と電力変換器とを備えた車両に搭載されて使用される電源管理装置、電源管理方法、および、電源管理システムに関するものである。   The present invention relates to a power management device, a power management method, and a power management system, and in particular, a power management device, a power management method, and a power source that are used by being mounted on a vehicle including a plurality of capacitors and a power converter. It relates to the management system.

地球上の温室効果ガス問題を背景に、自動車における燃料消費量を低減する技術の開発が求められている。そのような状況の中で、減速時に発生する運動エネルギを電力として回収し、減速時以外の発電量を低減することで、車両の燃料消費量を低減する技術が開発されている。このような車両において、発電機の電圧を高くすると、発電した電力をより効率良く蓄えることができる。そのため、エンジンの補機類を動作させる電圧域よりも高い電圧で発電と蓄電を行い、補機やバッテリには電力変換器を用いて降圧した電力を供給すると、効率良く電力を利用することができる。しかしながら、このようなシステムにおいて、電力変換器が故障してしまうと、高電圧回路から低電圧回路へ電力供給することができなくなるため、補機類への電力供給はバッテリからのみ行われるようになり、バッテリの充電量が低下すると、補機類が動作しなくなり、最悪の場合では走行できなくなるなどの問題点があった。   Against the backdrop of the global greenhouse gas problem, there is a need for the development of technology to reduce fuel consumption in automobiles. Under such circumstances, a technique has been developed that reduces the fuel consumption of a vehicle by collecting kinetic energy generated during deceleration as electric power and reducing the amount of power generation other than during deceleration. In such a vehicle, when the voltage of the generator is increased, the generated power can be stored more efficiently. Therefore, if power is generated and stored at a voltage higher than the voltage range for operating the engine's auxiliary equipment, and the power reduced by the power converter is supplied to the auxiliary equipment and the battery, the power can be used efficiently. it can. However, in such a system, if the power converter breaks down, it becomes impossible to supply power from the high voltage circuit to the low voltage circuit, so that power is supplied only to the auxiliary equipment from the battery. Thus, when the battery charge amount decreases, the auxiliary machines do not operate, and in the worst case, there is a problem that the vehicle cannot travel.

従来の車両の電源管理装置として、電力変換器の故障に備えて、電力変換器を2つ備えたシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional vehicle power management device, a system including two power converters has been proposed in preparation for failure of a power converter (see, for example, Patent Document 1).

また、高電圧回路と低電圧回路の間で短絡故障が発生した場合、低電圧回路と同程度の電圧となるように発電機の発電量を低下させて、低電圧回路に電力を供給するシステムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, when a short-circuit failure occurs between the high-voltage circuit and the low-voltage circuit, the system supplies power to the low-voltage circuit by reducing the power generation amount of the generator so that the voltage is the same as that of the low-voltage circuit. Has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開平11−122701号公報(第5頁、図1)JP-A-11-122701 (5th page, FIG. 1) 特許第4143267号公報(第5頁、図1)Japanese Patent No. 4143267 (5th page, FIG. 1)

特許文献1に記載の従来の電源管理装置は、電力変換器の故障に備えて、電力変換器を2つ並列に接続した構成としているので、二系統化に伴う大幅なコストアップが発生してしまうとともに、大型化してしまうなどの問題があった。   Since the conventional power management device described in Patent Document 1 has a configuration in which two power converters are connected in parallel in preparation for a failure of the power converter, a significant cost increase due to the dual system has occurred. In addition, there are problems such as an increase in size.

また、特許文献2に記載の別の従来の電源管理装置は、高電圧回路と低電圧回路の間で短絡故障が発生した場合、低電圧回路と同程度の電圧となるように発電機の発電量を低下させて、低電圧回路に電力を供給するように制御する。しかしながら、電力変換器が高電圧回路と低電圧回路を短絡しない通常の故障の場合は、低電圧回路に電力が供給されないなどの問題が解消されずに残ってしまう。   In addition, another conventional power management device described in Patent Document 2 generates power from a generator so that the voltage is the same as that of the low voltage circuit when a short circuit fault occurs between the high voltage circuit and the low voltage circuit. The amount is controlled so that power is supplied to the low voltage circuit. However, in the case of a normal failure in which the power converter does not short-circuit the high-voltage circuit and the low-voltage circuit, problems such as failure to supply power to the low-voltage circuit remain.

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、電力変換器の故障が発生した場合でも、高電圧回路から低電圧回路へ電力を供給することができ、車両の補機類を停止させることがなく、安定的に車両の走行を継続することを可能にする、電源管理装置、電源管理方法、および、電源管理システムを得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and even when a power converter failure occurs, power can be supplied from the high voltage circuit to the low voltage circuit, and the auxiliary equipment of the vehicle is stopped. It is an object of the present invention to obtain a power management device, a power management method, and a power management system that can stably continue traveling of a vehicle.

この発明は、第1の蓄電器を含む第1の回路と、第2の蓄電器を含む第2の回路と、前記第1の蓄電器の電力を変換して前記第2の蓄電器や車両の補機に供給する電力変換器と、前記第1の蓄電器に接続され外部のトルクによって発電して前記第1の蓄電器を充電する発電機とを含む車両に設けられた、電源管理装置であって、前記第1の回路と前記第2の回路との間に接続され、通常時は前記第1の回路と前記第2の回路との間を非導通状態とし、切替指令を受けたときに、前記非導通状態から導通状態へ切り替える第1のスイッチと、前記電力変換器の故障を検出した場合に、前記発電機に対し、前記第1の蓄電器を充電する通常の発電動作から、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令し、前記電圧低下動作実施後に、前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲内になったときに、前記第1のスイッチに対して、前記切替指令を出力する電源管理部とを備えたことを特徴とする電源管理装置である。   The present invention provides a first circuit including a first capacitor, a second circuit including a second capacitor, and converting the electric power of the first capacitor into the second capacitor and a vehicle auxiliary device. A power management device provided in a vehicle including a power converter to be supplied and a generator connected to the first capacitor and generating power by external torque to charge the first capacitor, 1 is connected between the first circuit and the second circuit, and is normally in a non-conductive state between the first circuit and the second circuit. A first switch that switches from a state to a conductive state; and when a failure of the power converter is detected, the generator generates electric power within the generator from a normal power generation operation that charges the first capacitor to the generator. Command to switch to a voltage drop operation that consumes the After the operation, when the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor falls within a first predetermined voltage range, the switching command is output to the first switch. And a power management unit.

この発明は、第1の蓄電器を含む第1の回路と、第2の蓄電器を含む第2の回路と、前記第1の蓄電器の電力を変換して前記第2の蓄電器や車両の補機に供給する電力変換器と、前記第1の蓄電器に接続され外部のトルクによって発電して前記第1の蓄電器を充電する発電機とを含む車両に設けられた、電源管理装置であって、前記第1の回路と前記第2の回路との間に接続され、通常時は前記第1の回路と前記第2の回路との間を非導通状態とし、切替指令を受けたときに、前記非導通状態から導通状態へ切り替える第1のスイッチと、前記電力変換器の故障を検出した場合に、前記発電機に対し、前記第1の蓄電器を充電する通常の発電動作から、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令し、前記電圧低下動作実施後に、前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲内になったときに、前記第1のスイッチに対して、前記切替指令を出力する電源管理部とを備えたことを特徴とする電源管理装置であるので、電力変換器の故障が発生した場合でも、高電圧回路から低電圧回路へ電力を供給することができ、車両の補機類を停止させることがなく、安定的に車両の走行を継続することができる。   The present invention provides a first circuit including a first capacitor, a second circuit including a second capacitor, and converting the electric power of the first capacitor into the second capacitor and a vehicle auxiliary device. A power management device provided in a vehicle including a power converter to be supplied and a generator connected to the first capacitor and generating power by external torque to charge the first capacitor, 1 is connected between the first circuit and the second circuit, and is normally in a non-conductive state between the first circuit and the second circuit. A first switch that switches from a state to a conductive state; and when a failure of the power converter is detected, the generator generates electric power within the generator from a normal power generation operation that charges the first capacitor to the generator. Command to switch to a voltage drop operation that consumes the After the operation, when the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor falls within a first predetermined voltage range, the switching command is output to the first switch. The power management device includes a power management unit that can supply power from the high-voltage circuit to the low-voltage circuit even when a power converter failure occurs. The vehicle can be stably driven without stopping the machinery.

この発明の実施の形態1に係る電源管理装置とその周辺の構成を示した構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which showed the structure of the power management apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and its periphery. この発明の実施の形態1におけるエンジン回転数と発電機の端子間電圧の関係をグラフで示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between the engine speed in Embodiment 1 of this invention, and the voltage between the terminals of a generator with the graph. この発明の実施の形態1に係る電源管理装置とその周辺の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement of the power management apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and its periphery. この発明の実施の形態1に係る電源管理装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the power supply management apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る電源管理装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the power supply management apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る電源管理装置とその周辺の構成を示した構成図である。It is a block diagram which showed the structure of the power supply management apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention, and its periphery. この発明の実施の形態2に係る電源管理装置とその周辺の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement of the power management apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention, and its periphery. この発明の実施の形態2に係る電源管理装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the power management apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係る電源管理装置の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the power management apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る電源管理装置および電源管理方法について、図1〜図4を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
A power management apparatus and a power management method according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、この発明の実施の形態1に係る電源管理装置およびその周辺の構成を示した構成図である。図1に示す構成は、すべて車両内に設けられている。図1において、1は第1の蓄電器で、2は第2の蓄電器である。第1および第2の蓄電器1,2は、それぞれに接続された電気機器によって電力の充放電が可能である。第1の蓄電器1は、高電圧系の蓄電器であり、第2の蓄電器2は低電圧系の蓄電器である。第1の蓄電器1は、後述する発電機3によって充電されて電力が蓄えられ、後述する電力変換器4を通して電力変換し、低電圧系の第2の蓄電器2と後述する車両の補機類5に電力を供給する。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a power management device and its periphery according to Embodiment 1 of the present invention. The configuration shown in FIG. 1 is all provided in the vehicle. In FIG. 1, 1 is a 1st electrical storage device, 2 is a 2nd electrical storage device. The first and second capacitors 1 and 2 can be charged and discharged with electric devices connected to each of them. The first battery 1 is a high-voltage battery, and the second battery 2 is a low-voltage battery. The first battery 1 is charged by a generator 3 (to be described later) to store electric power, and converted into electric power through a power converter 4 (to be described later). The second battery 2 (low voltage system) and the vehicle accessories 5 (to be described later). To supply power.

車両は、エンジン(図示せず)を原動力として走行し、エンジンはエンジン制御装置14によって出力を制御される。エンジン制御装置14は、ドライバーの加速要求として操作されるアクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度検出手段15と、エンジンの回転数を検出するためのエンジン回転数検出手段11と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度検出手段12とからの信号を入力することができ、また、それらの情報と各システムからの要求トルクをもとに必要なエンジン出力を計算し、インジェクタ13に対し燃料噴射を指令する。   The vehicle travels using an engine (not shown) as a driving force, and the output of the engine is controlled by the engine control device 14. The engine control unit 14 includes an accelerator opening degree detecting means 15 for detecting the opening degree of an accelerator pedal operated as a driver's acceleration request, an engine speed detecting means 11 for detecting the engine speed, and a throttle. A signal from the throttle opening detecting means 12 for detecting the opening can be input, and a necessary engine output is calculated based on the information and a required torque from each system, and the injector 13 Is commanded to inject fuel.

図1において、3は発電機であり、第1の蓄電器1に接続され、エンジンからトルクを付与されて発電し、第1の蓄電器1を充電する。また、発電機3は、界磁巻線3cと、電機子巻線3bと、界磁巻線3cに流れる電流を制御する界磁電流制御回路3dと、電機子巻線3bで発生する交流電力を直流に変換するための整流回路3aを備える。界磁電流制御回路3dは、界磁巻線3cの両端に印加する電圧を半導体素子のスイッチングによるPWM波形によって変化させることで、界磁巻線3cに流れる電流を制御することができる。整流効率を高めるため、整流回路3aには一般的に用いられるダイオードと並列に、ON/OFF可能な半導体素子を備えており、発生する交流電力の位相に応じてこの半導体素子をON/OFFして整流している。また、発電機3は、内部に温度センサとしてサーミスタ3eを備え、発電機3の温度を計測することができる。   In FIG. 1, reference numeral 3 denotes a generator, which is connected to the first battery 1, is supplied with torque from the engine, generates power, and charges the first battery 1. The generator 3 includes a field winding 3c, an armature winding 3b, a field current control circuit 3d for controlling a current flowing in the field winding 3c, and an AC power generated by the armature winding 3b. Is provided with a rectifier circuit 3a for converting the current into a direct current. The field current control circuit 3d can control the current flowing through the field winding 3c by changing the voltage applied to both ends of the field winding 3c according to the PWM waveform by switching of the semiconductor element. In order to increase the rectification efficiency, the rectifier circuit 3a includes a semiconductor element that can be turned on / off in parallel with a generally used diode. The semiconductor element is turned on / off according to the phase of the generated AC power. Rectified. Further, the generator 3 includes a thermistor 3e as a temperature sensor inside, and can measure the temperature of the generator 3.

図1において、5は車両の補機類であり、ヘッドライトやエアコン、オーディオ、エンジンやパワーウィンドウなどのコントロールユニットを含む車両の電気機器を表す。4は電力変換器であり、発電機3で発電されて第1の蓄電器1に蓄えられた電力を、第1の蓄電器1よりも低い電圧に電力変換し、第2の蓄電器2や車両の補機類5に供給する。6は第1のスイッチであり、発電機3と第1の蓄電器1とを含む高電圧回路(第1の回路)と第2の蓄電器2と車両の補機類5を含む低電圧回路(第2の回路)との間に接続され、通常時は当該高電圧回路と低電圧回路の間を非導通としており、後述する電源管理部7が所定の条件を満たしたと判定して、切替指令を出力したときに、当該切替指令を受信して、当該高電圧回路と低電圧回路の間を非導通状態から導通状態に切替えるスイッチである。7は電源管理部であり、発電機3に対して、発電を指示する指令および発電禁止の指令を出力するとともに、発電時のトルクを指令する。また、電源管理部7は、第1のスイッチ6の動作を、通常時は非導通状態とするとともに、電力変換器4の故障を検出した場合、非導通状態から導通状態に切替えるように切替指令を出力する。また、電源管理部7は、内部に、第1の蓄電器1の端子間電圧を検出するための第1の蓄電器の端子間電圧検出手段7aと第2の蓄電器2の端子間電圧を検出するための第2の蓄電器の端子間電圧検出手段7bとを備え、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧を計測することができる。さらに、電源管理部7は、電力変換器4と第2の蓄電器2との間に接続された電力変換器出力電流検出手段10からの検出信号が入力され、それにより、電力変換器4の出力電流を計測することができる。電源管理部7は、電力変換器4の出力電流の値の変化に基づいて、電力変換器4の故障を検出する。なお、電源管理部7とエンジン制御装置14とは通信機能を備えており、それぞれが制御に使用している情報を共有することができる。   In FIG. 1, reference numeral 5 denotes auxiliary equipment for the vehicle, which represents electrical equipment of the vehicle including control units such as a headlight, an air conditioner, an audio, an engine, and a power window. Reference numeral 4 denotes a power converter, which converts power generated by the generator 3 and stored in the first capacitor 1 into a voltage lower than that of the first capacitor 1 to compensate for the second capacitor 2 and the vehicle. Supply to machinery 5. Reference numeral 6 denotes a first switch, which is a high voltage circuit (first circuit) including the generator 3 and the first capacitor 1, a low voltage circuit (first circuit) including the second capacitor 2 and the vehicle accessories 5. In the normal state, the high-voltage circuit and the low-voltage circuit are non-conductive, and it is determined that the power management unit 7 described later satisfies a predetermined condition, and a switching command is issued. When output, the switch receives the switching command and switches between the high voltage circuit and the low voltage circuit from the non-conductive state to the conductive state. A power management unit 7 outputs a command for instructing power generation and a command for prohibiting power generation to the power generator 3 and commands torque during power generation. In addition, the power management unit 7 switches the operation of the first switch 6 to the non-conducting state at the normal time and switches from the non-conducting state to the conducting state when a failure of the power converter 4 is detected. Is output. Further, the power supply management unit 7 internally detects the voltage between the terminals of the first battery 1 and the voltage between the terminals of the second battery 2 for detecting the voltage between the terminals of the first battery 1. The terminal voltage detection means 7b of the second capacitor is provided, and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the second capacitor 2 can be measured. Furthermore, the power management unit 7 receives a detection signal from the power converter output current detection means 10 connected between the power converter 4 and the second battery 2, and thereby the output of the power converter 4. Current can be measured. The power management unit 7 detects a failure of the power converter 4 based on a change in the value of the output current of the power converter 4. The power management unit 7 and the engine control device 14 have a communication function, and can share information used for the control.

なお、この発明の実施の形態1に係る電源管理装置は、電源管理部7と第1のスイッチ6とから構成されている。また、この発明の実施の形態1に係る電源管理システムは、第1の蓄電器1、第2の蓄電器2、電力変換器4、発電機3、第1のスイッチ6、電源管理部7から構成されている。なお、電力変換器出力電流検出手段10も、電源管理装置の構成要素としてもよい。さらに、この発明は、当該電源管理装置または電源管理システムで実施される電源管理方法でもある。   The power management apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a power management unit 7 and a first switch 6. In addition, the power management system according to Embodiment 1 of the present invention includes a first battery 1, a second battery 2, a power converter 4, a generator 3, a first switch 6, and a power management unit 7. ing. The power converter output current detection means 10 may also be a component of the power management device. Furthermore, the present invention is also a power management method implemented by the power management apparatus or power management system.

以下、この発明の実施の形態1に係る発電機3の動作について図2を用いて説明する。   Hereinafter, the operation of the generator 3 according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

この発明の実施の形態1に係る発電機3の動作状態は、通常発電動作、通常発電を禁止する発電禁止動作(但し、後記の低効率発電動作と電機子巻線通電動作を行っていない場合)、発電禁止動作中に実行される低効率発電動作と電機子巻線通電動作、の4種類となっている。このうち、通常発電動作と発電禁止動作(但し、後記の低効率発電動作と電機子巻線通電動作を行っていない場合)は通常動作モードに発電機3が設定されているときに行われ、低効率発電動作と電機子巻線通電動作は、電圧低下動作モードに発電機3が設定されているときに行われる。一般的な発電機は、電機子巻線と鎖交する磁束を変化させることで起電力を生じさせる。巻線数が同一であるとすると、鎖交する磁束が大きければ大きいほど、磁束の変化が早ければ早いほど、起電力は大きくなる。鎖交磁束は磁性体を使ったものと、界磁巻線に通電することで磁束を発生させるものがあるが、この発明の実施の形態1に係る発電機3は、界磁巻線3cに流れる電流を制御することで、磁束の大きさを調整している。すなわち、界磁電流が小さい場合は、発電機3の出力は小さく、発電機3の端子間電圧も低くなり、一方、界磁電流が大きい場合は、発電機3の出力も大きく、発電機3の端子間電圧も高くなる。また、界磁巻線3cはプーリやベルトを介してエンジンの動力軸に接続されており、磁束の変化する速度はエンジン回転数に比例している。   The operation state of the generator 3 according to the first embodiment of the present invention is as follows: normal power generation operation, power generation prohibition operation prohibiting normal power generation (however, a low-efficiency power generation operation and armature winding energization operation described later are not performed) ), Low efficiency power generation operation executed during power generation prohibition operation and armature winding energization operation. Among these, the normal power generation operation and the power generation prohibition operation (however, when the low efficiency power generation operation and the armature winding energization operation described later are not performed) are performed when the generator 3 is set in the normal operation mode, The low-efficiency power generation operation and the armature winding energization operation are performed when the generator 3 is set in the voltage reduction operation mode. A general generator generates an electromotive force by changing a magnetic flux interlinked with an armature winding. Assuming that the number of windings is the same, the greater the interlinkage magnetic flux is, the faster the magnetic flux changes, the greater the electromotive force. The interlinkage magnetic flux includes a magnetic material and a magnetic flux generated by energizing the field winding. The generator 3 according to the first embodiment of the present invention includes a field winding 3c. The magnitude of the magnetic flux is adjusted by controlling the flowing current. That is, when the field current is small, the output of the generator 3 is small and the voltage between the terminals of the generator 3 is also low. On the other hand, when the field current is large, the output of the generator 3 is large and the generator 3 is large. The inter-terminal voltage also increases. The field winding 3c is connected to the power shaft of the engine via a pulley or a belt, and the speed at which the magnetic flux changes is proportional to the engine speed.

図2は、界磁電流とエンジン回転数とを変化させた場合の、発電機3の端子間電圧を表したグラフである。図2のグラフにおいて、横軸はエンジン回転数、縦軸は発電機3の端子間電圧である。また、If1,If2,If3は3種類の界磁電流である。界磁電流If1,If2,If3は、互いに異なる値となっており、If3>If2>If1の関係となっている。また、図2において、VBは第1の蓄電器1の端子間電圧であり、発電機3の端子間電圧が、第1の蓄電器1の端子間電圧VB以上の領域を、「通常発電動作領域」とし、発電機3の端子間電圧が、第1の蓄電器1の端子間電圧VB未満の領域を「低効率発電動作領域」と呼ぶこととする。「低効率発電動作領域」においては、発電機3の端子間電圧が所定の条件を満たすとともにエンジン回転数が所定の条件を満たすように界磁電流を制御することにより、発電機3の発電効率が、予め設定した所定の値以下の低効率となるように調整しながら、発電が行なわれる。   FIG. 2 is a graph showing the voltage between the terminals of the generator 3 when the field current and the engine speed are changed. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the voltage between the terminals of the generator 3. If1, If2, and If3 are three types of field currents. The field currents If1, If2, and If3 have different values and have a relationship of If3> If2> If1. In FIG. 2, VB is a voltage between the terminals of the first battery 1, and a region where the voltage between the terminals of the generator 3 is equal to or higher than the voltage VB between the terminals of the first battery 1 is referred to as a “normal power generation operation region”. A region where the voltage between the terminals of the generator 3 is less than the voltage VB between the terminals of the first battery 1 is referred to as a “low-efficiency power generation operation region”. In the “low efficiency power generation operation region”, the power generation efficiency of the generator 3 is controlled by controlling the field current so that the voltage between the terminals of the generator 3 satisfies the predetermined condition and the engine speed satisfies the predetermined condition. However, power generation is performed while adjusting so that the efficiency becomes lower than a predetermined value set in advance.

図2に示されるように、界磁電流がIf3であった場合は、界磁電流がIf1やIf2であった場合に比べて、発電機3の端子間電圧を高くすることができる。通常、電流は高い電位から低い電位に流れるため、第1の蓄電器1が充電状態であるためには、発電機3の端子間電圧を第1の蓄電器1の端子間電圧VBよりも高くしなければならない。界磁電流は、第1の蓄電器1の端子間電圧VBと目標電圧とに基づいたPID制御によって求められ、第1の蓄電器1の端子間電圧VBが目標電圧となるように制御される。以降、第1の蓄電器1の端子間電圧が目標電圧となるように界磁電流を制御する動作のことを「通常動作モード」における「通常発電動作」と呼ぶこととする。通常発電動作では、第1の蓄電器1から電機子巻線3bへ向かっての通電は行わず、整流回路3aの半導体素子は全てOFFとする。電機子巻線3bで発生した電力は、整流回路3aのダイオードを通って第1の蓄電器1へ出力され、第1の蓄電器1が充電される。発電機3が通常発電動作であるときは、回転エネルギを電気エネルギへ変換する動作となっており、通常発電時に発生するトルクは出力電力に応じた大きさとなっている。また、「通常動作モード」における「発電禁止動作」は、通常発電を禁止する動作と定義する。但し、通常発電が禁止された状態であっても、電圧低下動作モード(低効率発電動作と電機子巻線通電動作)のときは「発電禁止動作」に含まれない。   As shown in FIG. 2, when the field current is If3, the voltage between the terminals of the generator 3 can be made higher than when the field current is If1 or If2. Usually, since the current flows from a high potential to a low potential, the voltage between the terminals of the generator 3 must be higher than the voltage VB between the terminals of the first capacitor 1 in order for the first capacitor 1 to be charged. I must. The field current is obtained by PID control based on the inter-terminal voltage VB of the first battery 1 and the target voltage, and is controlled so that the inter-terminal voltage VB of the first battery 1 becomes the target voltage. Hereinafter, the operation of controlling the field current so that the voltage between the terminals of the first capacitor 1 becomes the target voltage is referred to as “normal power generation operation” in the “normal operation mode”. In the normal power generation operation, energization from the first capacitor 1 to the armature winding 3b is not performed, and all the semiconductor elements of the rectifier circuit 3a are turned off. The electric power generated in the armature winding 3b is output to the first battery 1 through the diode of the rectifier circuit 3a, and the first battery 1 is charged. When the generator 3 is in a normal power generation operation, the rotation energy is converted into electric energy, and the torque generated during the normal power generation has a magnitude corresponding to the output power. The “power generation prohibiting operation” in the “normal operation mode” is defined as an operation for prohibiting normal power generation. However, even in the state where normal power generation is prohibited, it is not included in the “power generation prohibition operation” in the voltage reduction operation mode (low efficiency power generation operation and armature winding energization operation).

一方、界磁電流がIf1の状態や、界磁電流がIf2の状態で且つエンジン回転数が所定のNALT未満である領域では、発電機3の端子間電圧が第1の蓄電器1の端子間電圧VBよりも低くなるため、第1の蓄電器1は放電状態となる。発電する目的で界磁巻線3cに流した界磁電流は結果的に第1の蓄電器1より電力を得て発電機3内部で消費することとなる。以降、このような状態を「低効率発電動作」とする。低効率発電動作は、エンジン回転数が高い領域では界磁電流が小さい場合であっても、発電機3の端子間電圧が上昇するため、通常発電動作となる。ゆえに、低効率発電動作時の界磁電流を最大とするためには、発電機3の端子間電圧による制限とエンジン回転数に基づいた制限を満たす値となるように界磁電流を制御する必要がある。低効率発電動作では、第1の蓄電器1から電機子巻線3bへ向かっての通電は行わず、整流回路3aの半導体素子は全てOFFとする。低効率発電動作中に入力された電気エネルギのほとんどは界磁巻線3cにおいて磁束の発生に用いられ、一部は熱として消費される。電機子巻線3bに電流は流れておらず、界磁巻線3cに発生する磁束と直交する磁束は存在しないことと、発電動作とならないことから、低効率発電動作時に発生するトルクはゼロかごく僅かなものとなっている。   On the other hand, in the state where the field current is If1 or the field current is If2 and the engine speed is less than a predetermined NALT, the voltage between the terminals of the generator 3 is the voltage between the terminals of the first battery 1. Since it becomes lower than VB, the 1st battery 1 will be in a discharge state. As a result, the field current flowing through the field winding 3c for the purpose of generating electric power is obtained from the first capacitor 1 and consumed inside the generator 3. Hereinafter, such a state is referred to as “low efficiency power generation operation”. The low-efficiency power generation operation is a normal power generation operation because the voltage between the terminals of the generator 3 increases even when the field current is small in a region where the engine speed is high. Therefore, in order to maximize the field current during the low-efficiency power generation operation, it is necessary to control the field current so as to satisfy the limit based on the voltage across the generator 3 and the limit based on the engine speed. There is. In the low-efficiency power generation operation, energization from the first capacitor 1 toward the armature winding 3b is not performed, and all the semiconductor elements of the rectifier circuit 3a are turned off. Most of the electric energy input during the low-efficiency power generation operation is used to generate magnetic flux in the field winding 3c, and a part is consumed as heat. Since no current flows through the armature winding 3b, there is no magnetic flux perpendicular to the magnetic flux generated in the field winding 3c, and no power generation operation occurs. There are very few.

次に、「電機子巻線通電動作」を以下のように定義する。電機子巻線通電動作は、発電機3の界磁巻線3cを非導通状態とし、発電機3の電機子巻線3bのみに通電させて、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる動作である。このとき、界磁巻線3cには通電しないため、界磁電流は流れない。以下、説明を分かりやすくするために、整流回路3aを構成する上アームの半導体素子をTr1,Tr2,Tr3とし、下アームの半導体素子をTr4,Tr5,Tr6として説明する。整流回路3aの半導体素子Tr1〜Tr6を上下短絡しないようにON状態とOFF状態を切替える。具体的には、上アームと下アームの対応する半導体素子の両方を同時にON状態としないことで、上下短絡とならないようにする。図1のように電機子巻線3bが三相であった場合、3つの電機子巻線が接続された中性点とは逆の巻線端3つのうち2つをプラス側へ、残りの1つをマイナス側へ接続するように、該当箇所の半導体素子をONする。例えば、Tr1:ON、Tr2:ON、Tr3:OFF、Tr4:OFF、Tr5:OFF、Tr6:ONとする。このように半導体の導通・非導通を切替えることで、電機子巻線3bに通電することができる。なお、上記半導体素子の通電・非通電の組み合わせは一例であり、上下短絡とならないように電機子巻線3bに通電できれば良く、上記の組み合わせに限ったものではない。   Next, the “armature winding energization operation” is defined as follows. In the armature winding energization operation, the field winding 3c of the generator 3 is made non-conductive, and only the armature winding 3b of the generator 3 is energized to reduce the voltage across the terminals of the first capacitor 1. Is the action. At this time, no field current flows because the field winding 3c is not energized. Hereinafter, in order to make the description easy to understand, the upper arm semiconductor elements constituting the rectifier circuit 3a will be described as Tr1, Tr2, Tr3, and the lower arm semiconductor elements will be described as Tr4, Tr5, Tr6. The ON state and the OFF state are switched so that the semiconductor elements Tr1 to Tr6 of the rectifier circuit 3a are not vertically short-circuited. Specifically, the upper and lower short circuits are prevented from being short-circuited by not simultaneously turning on both of the corresponding semiconductor elements of the upper arm and the lower arm. As shown in FIG. 1, when the armature winding 3b has three phases, two of the three winding ends opposite to the neutral point where the three armature windings are connected are moved to the plus side, and the remaining The semiconductor element at the corresponding location is turned on so that one is connected to the minus side. For example, Tr1: ON, Tr2: ON, Tr3: OFF, Tr4: OFF, Tr5: OFF, Tr6: ON. Thus, the armature winding 3b can be energized by switching between semiconductor conduction and non-conduction. Note that the combination of energization / non-energization of the semiconductor elements is merely an example, and it is sufficient that the armature winding 3b can be energized so as not to cause a vertical short circuit, and is not limited to the above combinations.

電機子巻線通電動作中は界磁電流を流さないため、発電動作とならない。また、電機子巻線3bには充電動作とは逆の方向に電流が流れるため、発電機3は外部の電力を消費する状態となる。電機子巻線通電動作中に入力された電気エネルギのほとんどは磁束の発生に用いられ、一部は熱として消費される。界磁巻線3cに電流は流れておらず、電機子巻線3bに発生する磁束と直交する磁束は存在しないことと、発電動作とならないことから、電機子巻線通電動作時に発生するトルクはゼロかごく僅かなものとなっている。   During the armature winding energization operation, no field current is passed, so no power generation operation is performed. Further, since a current flows through the armature winding 3b in the direction opposite to the charging operation, the generator 3 consumes external power. Most of the electric energy input during the armature winding energization operation is used to generate magnetic flux, and a part is consumed as heat. Since no current flows through the field winding 3c, there is no magnetic flux perpendicular to the magnetic flux generated in the armature winding 3b, and no power generation operation is performed. Therefore, the torque generated during the armature winding energization operation is Zero or very little.

以上のように、この発明の実施の形態1においては、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる方法として、発電機3が電圧低下動作モードに設定されているときに実行される低効率発電動作と電機子巻線通電動作との2種類の動作を定義している。それぞれの動作は先に述べたが、これらはそれぞれ以下のような特徴を持つ。   As described above, in the first embodiment of the present invention, as a method of reducing the voltage between the terminals of the first capacitor 1, the low efficiency executed when the generator 3 is set in the voltage reduction operation mode. Two types of operations are defined: a power generation operation and an armature winding energization operation. Each operation has been described above, and each has the following characteristics.

電機子巻線通電動作には、以下のような特徴がある。
・第1の蓄電器1に蓄えられた電力を発電機3で大きな電流を流しながら消費するため、第1の蓄電器1の端子間電圧を短時間で大きく低下させることができる。
・電機子巻線3bでの単純な電力消費となるため、低下することのできる電圧に限度はない。
・電機子巻線3bへの通電状態を切替えるのみであるため、電圧の低下度合いや流れる電流量を調節することはできない。
・発電機3はエンジンと動力的に接続されているが、電機子巻線3bによる電力消費と捉えることができ、回転数によって動作を制限されない。
・動作中は大きな電流が流れ、発電機3内部の温度が上昇するため、所定温度以上の領域では使用することができない。
The armature winding energization operation has the following characteristics.
-Since the electric power stored in the 1st electrical storage device 1 is consumed while flowing a big electric current with the generator 3, the voltage between the terminals of the 1st electrical storage device 1 can be reduced greatly in a short time.
Since there is simple power consumption at the armature winding 3b, there is no limit to the voltage that can be reduced.
-Since only the energization state to the armature winding 3b is switched, the degree of voltage drop and the amount of flowing current cannot be adjusted.
-Although the generator 3 is motively connected with the engine, it can be regarded as the electric power consumption by the armature winding 3b, and operation | movement is not restrict | limited by the rotation speed.
-A large current flows during operation, and the temperature inside the generator 3 rises, so it cannot be used in a region above a predetermined temperature.

低効率発電動作には、以下のような特徴がある。
・一般に界磁巻線3cは大きな磁束を作り出すために巻数が多くなるように設計されており、電機子巻線3bに比べて大きな抵抗を持つため流れる電流が小さくなり、第1の蓄電器1の端子間電圧を短時間に大きく低下させることはできない。
・界磁巻線3cでの電力消費となるため、低下することのできる電圧に限度はない。
・発電機3の本来の機能として、界磁巻線3cに流れる電流量を制御することができるため、低効率発電動作中であっても、電圧の低下度合いや流れる電流量を調整することができる。
・エンジンと動力的に接続されており、高回転領域では発電動作となってしまうため、エンジン回転数によっては低効率発電動作とすることができない。
・動作中は発電機内部の温度が上昇するため、所定温度以上の領域では使用することができない。
・流れる界磁電流を多くするだけで通常発電動作とすることができるため、通常発電動作への移行が容易である。
The low-efficiency power generation operation has the following characteristics.
In general, the field winding 3c is designed to have a large number of turns in order to generate a large magnetic flux, and since the resistance is larger than that of the armature winding 3b, the flowing current is reduced. The voltage between terminals cannot be greatly reduced in a short time.
Since there is power consumption in the field winding 3c, there is no limit to the voltage that can be reduced.
As an original function of the generator 3, the amount of current flowing through the field winding 3c can be controlled, so that the degree of voltage drop and the amount of flowing current can be adjusted even during low-efficiency power generation operation. it can.
-Since it is motively connected to the engine and generates power in the high speed region, it cannot be operated with low efficiency depending on the engine speed.
-Since the temperature inside the generator rises during operation, it cannot be used in the area above the specified temperature.
-The normal power generation operation can be performed only by increasing the flowing field current, so that the transition to the normal power generation operation is easy.

このように、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる方法にはそれぞれ特徴があるため、車両やエンジンおよび電力系統の状態応じた方法を選択することが望ましい。つまり、電位差が大きく、エンジン回転数が高い領域では、電機子巻線通電動作を選択し、電位差が小さく、エンジン回転数が低い領域では、低効率発電動作を選択すると、それぞれの特徴を活かした、適切な動作とすることできる。   As described above, since the methods for reducing the voltage across the terminals of the first battery 1 have characteristics, it is desirable to select a method according to the state of the vehicle, the engine, and the power system. In other words, when the potential difference is large and the engine speed is high, the armature winding energization operation is selected. When the potential difference is small and the engine speed is low, the low-efficiency power generation operation is selected. Can be an appropriate operation.

図3は、この発明の実施の形態1に係る電源管理装置およびその周辺の動作を示すタイムチャートである。グラフの横軸は時間軸であり、縦軸は、上段からそれぞれ、電源管理部7で生成されるアイドリングストップ許可/禁止信号、第1のスイッチ6の導通/非導通を切替える第1のスイッチ信号(切替信号)、インジェクタ13からの燃料噴射有無を表す燃料噴射信号、車両の走行速度を示す車両速度、エンジン回転数検出手段11で検出されたエンジン回転数、第1の蓄電器1の端子間電圧、第2の蓄電器2の端子間電圧、発電機3の界磁巻線3cに流れる電流(発電機界磁電流)、発電機3の電機子巻線3bに流れる電流(発電機電機子電流)、発電機3の電流(発電機電流)、発電機3の発電にかかるトルク(発電トルク)、エンジンの出力トルク(エンジン出力トルク)、電力変換器4の出力電流(電力変換器電流)、電源管理部7の発電機3への発電/発電禁止を示す動作指令(発電機発電指令)、発電機3の電圧低下動作モードのON/OFFを表す。なお、発電機3の電圧低下動作モードには、図3に示すように、上述した電機子巻線通電動作と低効率発電動作の2種類の動作が含まれる。また、発電機3の電圧低下動作モードがOFFの場合は、通常動作モードに設定されている。また、発電機3の電機子電流は、発電時に正の値を示すものとし、電機子巻線3bで電力を消費する場合に負の値を示すものとする。また、同様に、発電機3の電流は、発電時に正の値を示すものとし、発電機3で電力を消費する場合に負の値を示すものとする。図3の例では、説明の簡略化のため、緩やかな減速時に電力変換器4の故障が発生したものとし、その後アイドリングが継続されたときの動作を説明する。ただし、このタイムチャートは、この発明の動作原理を説明するために用いるもので、この発明の範疇はこの動作範囲に限定されるものではない。また、発電機の電流およびトルク特性は一例であり、図3に記載したタイムチャートの特性に限定されるものではない。   FIG. 3 is a time chart showing the operation of the power management apparatus and its peripherals according to Embodiment 1 of the present invention. The horizontal axis of the graph is the time axis, and the vertical axis represents the idling stop permission / prohibition signal generated by the power management unit 7 and the first switch signal for switching between conduction / non-conduction of the first switch 6 from the upper stage, respectively. (Switching signal), fuel injection signal indicating the presence or absence of fuel injection from the injector 13, vehicle speed indicating the traveling speed of the vehicle, engine speed detected by the engine speed detection means 11, and voltage across the terminals of the first battery 1 , The voltage across the second capacitor 2, the current flowing through the field winding 3c of the generator 3 (generator field current), the current flowing through the armature winding 3b of the generator 3 (generator armature current) , Current of the generator 3 (generator current), torque applied to the power generation of the generator 3 (power generation torque), engine output torque (engine output torque), power converter 4 output current (power converter current), power source Of the management unit 7 Power / generator prohibits the operation command indicating to electric 3 (generator power generation command), representing the ON / OFF of the voltage drop operation modes of the generator 3. Note that the voltage reduction operation mode of the generator 3 includes two types of operations, namely, the armature winding energization operation and the low-efficiency power generation operation described above, as shown in FIG. Further, when the voltage reduction operation mode of the generator 3 is OFF, the normal operation mode is set. Further, the armature current of the generator 3 is a positive value during power generation, and is a negative value when power is consumed by the armature winding 3b. Similarly, it is assumed that the current of the generator 3 shows a positive value during power generation, and shows a negative value when power is consumed by the generator 3. In the example of FIG. 3, for the sake of simplicity of explanation, it is assumed that a failure of the power converter 4 has occurred during slow deceleration, and the operation when idling is continued thereafter will be described. However, this time chart is used to explain the operation principle of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this operation range. Further, the current and torque characteristics of the generator are merely examples, and are not limited to the characteristics of the time chart shown in FIG.

図3に示すように、時刻t=T301より以前においては、電力変換器4の出力電流(電力変換器電流)の値から分かるように、電力変換器4は正常に動作しており、故障は発生していない。また、車両速度に示されるように、車両は緩やかに減速しており、エンジン回転数も徐々に所定のアイドリング回転数に近づいている。但し、減速時に燃料噴射を停止する制御範囲からは外れており、燃料噴射信号に示されるように、インジェクタ13により燃料が噴射されている。発電機3は、電源管理部7の動作指令(発電機発電指令)に従って発電状態であり、第1の蓄電器1の端子間電圧が一定となるように制御されている。第1の蓄電器1の電力は、電力変換器4を介して第2の蓄電器2および車両の補機類5に対して供給されているが、第1の蓄電器1および第2の蓄電器2は十分に充電された状態であり、第2の蓄電器2の端子間電圧も一定値を保っている。発電機3の電流(発電機電流)は、電力変換器4に接続された車両の補機類5を駆動させることの電力分のみ流れている。エンジンの出力トルク(エンジン出力トルク)は、エンジンそのものを回転させるために必要なトルクと発電に必要なトルク分を発生している。電力変換器4は上述したように正常動作しており、車両の補機類5の駆動に必要な電流を低電圧回路に出力している。   As shown in FIG. 3, before time t = T301, as can be seen from the value of the output current (power converter current) of the power converter 4, the power converter 4 is operating normally, and the failure is It has not occurred. Further, as indicated by the vehicle speed, the vehicle is slowly decelerating, and the engine speed is gradually approaching a predetermined idling speed. However, it is outside the control range in which fuel injection is stopped during deceleration, and fuel is injected by the injector 13 as indicated by the fuel injection signal. The generator 3 is in a power generation state in accordance with an operation command (generator power generation command) of the power management unit 7 and is controlled so that the voltage between the terminals of the first battery 1 is constant. The electric power of the first battery 1 is supplied to the second battery 2 and the vehicle accessories 5 via the power converter 4, but the first battery 1 and the second battery 2 are sufficient. The voltage between the terminals of the second battery 2 is also maintained at a constant value. The electric current of the generator 3 (generator current) flows only for the electric power for driving the auxiliary machinery 5 of the vehicle connected to the power converter 4. The engine output torque (engine output torque) generates a torque necessary for rotating the engine itself and a torque necessary for power generation. The power converter 4 is operating normally as described above, and outputs a current necessary for driving the auxiliary machinery 5 of the vehicle to the low voltage circuit.

時刻t=T301の近傍において、なんらかの原因により、電力変換器4の故障が発生する。電力変換器4の出力電流は低下し、やがてゼロとなる。高電圧回路からの電力供給がなくなるため、第2の蓄電器2から車両の補機類5に対して電力供給が行われるようになり、図3の第2の蓄電器の端子間電圧に示されるように、第2の蓄電器2の端子間電圧は徐々に低下していく。第2の蓄電器2の端子間電圧が補機類5の駆動限界電圧以下となった場合、車両の補機類5は駆動できなくなるため、車両が走行できなくなる虞があり、第2の蓄電器2および車両の補機類5に対して可及的速やかに電力供給が再開されることが望まれる。電源管理部7は、電力変換器出力電流検出手段10の出力値に基づいて、電力変換器4の電流が低下したことを検知し、電力変換器4の故障を検出する。電源管理部7は、電力変換器4の故障を検出した場合、エンジン制御装置14に対しアイドリングストップを禁止すると共に、発電機3に対して、発電禁止動作を指令する。これにより、発電機3の発電電流および発電トルクは低下し、ゼロとなる。第1の蓄電器1に蓄えられた電力は消費および蓄電されない状態となるため、第1の蓄電器1の端子間電圧は一定値を保つ。電源管理部7は故障を検出した後、所定時間(時刻T301から時刻T302の間)、この動作を保持する。これは、発電機3の電流が急に遮断されるため、行き場を失った電流によって発生した電圧変動を安定させたり、界磁巻線3cに流れる電流がゼロ付近で安定させたりするものであり、誤動作の抑制が目的である。   In the vicinity of time t = T301, a failure of the power converter 4 occurs due to some cause. The output current of the power converter 4 decreases and eventually becomes zero. Since there is no power supply from the high voltage circuit, power is supplied from the second battery 2 to the auxiliary machinery 5 of the vehicle, as shown in the voltage across the terminals of the second battery in FIG. In addition, the voltage across the terminals of the second battery 2 gradually decreases. When the voltage between the terminals of the second capacitor 2 becomes equal to or lower than the drive limit voltage of the auxiliary machinery 5, the auxiliary machinery 5 of the vehicle cannot be driven, and the vehicle may not be able to travel. It is also desirable that the power supply be resumed as quickly as possible to the auxiliary equipment 5 of the vehicle. Based on the output value of the power converter output current detection means 10, the power management unit 7 detects that the current of the power converter 4 has decreased and detects a failure of the power converter 4. When detecting a failure of the power converter 4, the power management unit 7 prohibits the engine control device 14 from idling stop and instructs the generator 3 to perform a power generation prohibiting operation. Thereby, the power generation current and power generation torque of the generator 3 are reduced to zero. Since the electric power stored in the first battery 1 is not consumed and stored, the voltage between the terminals of the first battery 1 maintains a constant value. After detecting the failure, the power management unit 7 holds this operation for a predetermined time (between time T301 and time T302). This is because the current of the generator 3 is suddenly cut off, so that the voltage fluctuation caused by the current that has lost its place of stabilization is stabilized, or the current flowing through the field winding 3c is stabilized near zero. The purpose is to suppress malfunction.

電源管理部7は、第1のスイッチ6を非導通状態から導通状態へ切替える判定値として、第2の蓄電器2の端子間電圧を基準とする第1の所定電圧範囲を設定し、当該第1の所定電圧範囲の上限値および下限値として、第1の所定閾値電圧T1HとT1Lを演算している。第1の所定閾値電圧T1Hは、第2の蓄電器2の端子間電圧より、予め設定した所定値D1だけ大きく、一方、第1の所定閾値電圧T1Lは、第2の蓄電器2の端子間電圧より、所定値D2だけ小さい。従って、第1の所定閾値電圧T1HとT1Lとの差は(D1+D2)であり、この第2の蓄電器2の端子間電圧を基準とする(D1+D2)の範囲が、上記第1の所定電圧範囲となる。D1とD2の値は同じであっても異なっていてもよい。電源管理部7は、第1の蓄電器1の端子間電圧の値と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が、当該所定範囲内になったときに、第1のスイッチ6を非導通状態から導通状態へ切替える。なお、第1の所定閾値電圧T1HおよびT1Lの値は、第1のスイッチ6を投入した際、第1の蓄電器1と第2の蓄電器2との電位差によって発生する電流によって故障が発生しない限界の電位差を、第2の蓄電器2の端子間電圧を基準に演算している。第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1Hよりも高い場合、電源管理部7は第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる処理を開始する。また、第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1Lよりも低い場合、電源管理部7は第1の蓄電器1の端子間電圧を上昇させる処理を開始する。第1の蓄電器1の端子間電圧が、第1の所定閾値電圧T1Lよりも高く、第1の所定閾値電圧T1Hよりも低い場合、すなわち、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が第1の所定電圧範囲内の場合は、第1のスイッチ6に故障を発生させるほどの大きな電流は流れないため、第1の蓄電器1の端子間電圧を調整することなく、第1のスイッチ6を投入することができる。   The power management unit 7 sets a first predetermined voltage range based on the voltage between the terminals of the second battery 2 as a determination value for switching the first switch 6 from the non-conductive state to the conductive state, and the first switch 6 The first predetermined threshold voltages T1H and T1L are calculated as the upper limit value and the lower limit value of the predetermined voltage range. The first predetermined threshold voltage T1H is larger than the voltage between the terminals of the second battery 2 by a predetermined value D1, while the first predetermined threshold voltage T1L is higher than the voltage between the terminals of the second battery 2. The value is smaller by a predetermined value D2. Therefore, the difference between the first predetermined threshold voltages T1H and T1L is (D1 + D2), and the range of (D1 + D2) with respect to the voltage across the terminals of the second battery 2 is the above-mentioned first predetermined voltage range. Become. The values of D1 and D2 may be the same or different. When the potential difference between the value of the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the second capacitor 2 falls within the predetermined range, the power management unit 7 turns off the first switch 6. Switch from state to conduction. Note that the values of the first predetermined threshold voltages T1H and T1L are the limits at which no failure occurs due to the current generated by the potential difference between the first capacitor 1 and the second capacitor 2 when the first switch 6 is turned on. The potential difference is calculated based on the voltage between the terminals of the second battery 2. When the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1H, the power management unit 7 starts a process of reducing the voltage between the terminals of the first battery 1. Further, when the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is lower than the first predetermined threshold voltage T1L, the power management unit 7 starts a process of increasing the voltage between the terminals of the first capacitor 1. When the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1L and lower than the first predetermined threshold voltage T1H, that is, the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor When the potential difference with the voltage between the two terminals is within the first predetermined voltage range, the current between the terminals of the first capacitor 1 is adjusted because a current large enough to cause a failure of the first switch 6 does not flow. The first switch 6 can be turned on without doing so.

時刻t=T302においては、第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1Hよりも高いため、電源管理部7は、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる処理を開始する。具体的には、発電機3の動作を電圧低下動作モードへ変更する。次に、電圧低下動作モードを低効率発電動作と電機子巻線通電動作のどちらに切替えるか判定する。現在のエンジン回転数は、所定エンジン回転数N1以上で、低効率発電動作に不適であるため、発電機3に対し電機子巻線通電動作を指令する。その後、電機子巻線3bへの通電が開始され、第1の蓄電器1の電力が電機子巻線3bで消費されるようになり、第1の蓄電器1の端子間電圧が低下していく。この間、発電機3の界磁電流制御回路3dには界磁巻線3cへの通電をしないように指令しており、発電トルクは発生しないことから、発電に必要なエンジン出力トルクも増加しない。ここで、所定エンジン回転数N1は、現在のエンジン回転数において、発電機3を低効率領域で運転可能、且つ、発電機3における電力消費量が所定値以上となるエンジン回転数とする。   At time t = T302, since the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1H, the power management unit 7 starts a process of reducing the voltage between the terminals of the first capacitor 1. To do. Specifically, the operation of the generator 3 is changed to the voltage reduction operation mode. Next, it is determined whether the voltage drop operation mode is switched to the low efficiency power generation operation or the armature winding energization operation. Since the current engine speed is equal to or higher than the predetermined engine speed N1 and is not suitable for the low-efficiency power generation operation, the armature winding energization operation is commanded to the generator 3. Thereafter, energization to the armature winding 3b is started, and the electric power of the first capacitor 1 is consumed by the armature winding 3b, and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is lowered. During this time, the field current control circuit 3d of the generator 3 is instructed not to energize the field winding 3c, and no power generation torque is generated, so the engine output torque necessary for power generation does not increase. Here, the predetermined engine speed N1 is an engine speed at which the generator 3 can be operated in the low efficiency region at the current engine speed, and the power consumption in the generator 3 is equal to or greater than a predetermined value.

時刻t=T303において、電源管理部7は第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1Hよりも高く、エンジン回転数が所定エンジン回転数N1未満であると判定する。電源管理部7は発電機3に対して、電機子巻線通電動作から低効率発電動作へ指令変更する。低効率発電動作では、界磁電流を徐々に上昇させていき、発電機3の内部で電力を消費させる。これにより、第1の蓄電器1の端子間電圧が低下していき、第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が小さくなるとともに、発電機3での消費電流が小さくなる。   At time t = T303, the power management unit 7 determines that the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1H and the engine speed is less than the predetermined engine speed N1. The power management unit 7 changes the command for the generator 3 from the armature winding energization operation to the low efficiency power generation operation. In the low-efficiency power generation operation, the field current is gradually increased and power is consumed inside the generator 3. As a result, the voltage between the terminals of the first battery 1 is decreased, the potential difference from the voltage between the terminals of the second battery 2 is reduced, and the current consumption in the generator 3 is reduced.

時刻t=T304において、電源管理部7は第1の蓄電器1の端子間電圧が低下し、第1の所定閾値電圧T1H以下となり、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧の電位差が第1の所定電圧範囲内となったと判定する。電源管理部7は第1のスイッチ6を非導通状態から導通状態へ切替えるように指令し、第1のスイッチ6が導通状態となる。これにより、第1の蓄電器1から第2の蓄電器2に電流が流れ、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧は等しくなる。発電機3の電流は、第1の蓄電器1と第2の蓄電器2の端子間電圧を維持するために必要な電流と車両の補機類5に供給する電流を出力する。発電機3の発電トルクは、発電機3の発電量に応じたトルクとなる。エンジン出力トルクは、発電機3の発電トルクとエンジンの回転を維持するために必要なトルクの合算値となる。発電機3の動作指令は、第1のスイッチ6が投入された後で低効率発電動作から通常発電動作に切替えられ、車両の補機類5および第2の蓄電器2に対して電力を供給する。   At time t = T304, the power management unit 7 decreases the voltage between the terminals of the first capacitor 1 to be equal to or lower than the first predetermined threshold voltage T1H, and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor 2 It is determined that the potential difference between the terminals is within the first predetermined voltage range. The power management unit 7 commands the first switch 6 to switch from the non-conducting state to the conducting state, and the first switch 6 becomes the conducting state. Thereby, a current flows from the first capacitor 1 to the second capacitor 2, and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the second capacitor 2 become equal. The current of the generator 3 outputs a current necessary for maintaining the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor 2 and a current supplied to the auxiliary machinery 5 of the vehicle. The power generation torque of the power generator 3 is a torque corresponding to the power generation amount of the power generator 3. The engine output torque is a sum of the power generation torque of the generator 3 and the torque necessary to maintain the engine rotation. The operation command of the generator 3 is switched from the low-efficiency power generation operation to the normal power generation operation after the first switch 6 is turned on, and supplies power to the auxiliary machinery 5 and the second battery 2 of the vehicle. .

図4Aおよび図4Bはこの発明の実施の形態1に係る電源管理部7の動作を表したフローチャートである。   4A and 4B are flowcharts showing the operation of the power management unit 7 according to the first embodiment of the present invention.

まず、ステップS401において、電力変換器4の故障が発生したか否かを判定する。具体的には、第1の蓄電器1の端子間電圧検出手段7aで検出された電圧が電力変換器4の駆動下限電圧以上であり、電力変換器4が駆動可能な状態であるにもかかわらず、電力変換器出力電流検出手段10によって計測された電力変換器4の出力電流が通常駆動時の最低電流以下のときに、故障と判定して、ステップS402に進み、一方、故障と判定されない場合はそのまま処理を終了する。   First, in step S401, it is determined whether or not a failure of the power converter 4 has occurred. Specifically, the voltage detected by the inter-terminal voltage detection means 7a of the first capacitor 1 is equal to or higher than the drive lower limit voltage of the power converter 4, and the power converter 4 is in a drivable state. When the output current of the power converter 4 measured by the power converter output current detection means 10 is equal to or lower than the minimum current during normal driving, it is determined that there is a failure, and the process proceeds to step S402. Ends the processing as it is.

ステップS402において、発電機3に対して発電禁止動作を指令し、ステップS403に進む。   In step S402, a power generation prohibition operation is commanded to the generator 3, and the process proceeds to step S403.

ステップS403において、アイドリングストップの禁止をエンジン制御装置14に対して指令してステップS404に進む。   In step S403, the engine control device 14 is instructed to prohibit idling stop, and the process proceeds to step S404.

ステップS404において、故障を検出した時点からの経過時間を計測し、所定時間が経過したら、ステップS405に進む。これにより、当該所定時間の間、それ以前の動作が保持される。   In step S404, an elapsed time from the time when the failure is detected is measured, and when a predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S405. Thereby, the previous operation is held for the predetermined time.

ステップS405において、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との差が、予め設定された第1の所定電圧範囲内であるか否かを判定する。すなわち、第1の蓄電器1の端子間電圧が、第1の所定閾値電圧T1H以下であり、かつ、第1の所定閾値電圧T1L以上であれば、ステップS421に進み、一方、第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が第1の所定電圧範囲外である場合は、ステップS406に進む。   In step S405, it is determined whether or not the difference between the terminal voltage of the first capacitor 1 and the terminal voltage of the second capacitor 2 is within a preset first predetermined voltage range. That is, if the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to or lower than the first predetermined threshold voltage T1H and equal to or higher than the first predetermined threshold voltage T1L, the process proceeds to step S421, while the second capacitor 2 If the potential difference from the inter-terminal voltage is outside the first predetermined voltage range, the process proceeds to step S406.

ステップS406において、第1の蓄電器1の端子間電圧検出手段7aで検出された第1の蓄電器1の端子間電圧が、第2の蓄電器2の端子間電圧検出手段7bで検出された第2の端子間電圧以下であるか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧以下である場合には、ステップS419に進み、一方、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧よりも高い場合には、ステップS407に進む。   In step S406, the voltage across the terminals of the first battery 1 detected by the voltage across the terminals 7a of the first battery 1 is detected by the voltage across the terminals 7b of the second battery 2 detected by the second battery. It is determined whether the voltage is less than the voltage between terminals. When the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to or lower than the voltage between the terminals of the second capacitor 2, the process proceeds to step S419, while the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to the terminal of the second capacitor 2. If it is higher than the inter-voltage, the process proceeds to step S407.

ステップS407において、電源管理部7は、発電機3の動作モードを、通常動作モードから電圧低下動作モードへ切替えて、ステップS408に進む。   In step S407, the power management unit 7 switches the operation mode of the generator 3 from the normal operation mode to the voltage reduction operation mode, and proceeds to step S408.

ステップS408において、エンジン回転数が所定エンジン回転数N1以上であるか否かを判定する。所定エンジン回転数N1以上である場合はステップS409に進み、所定エンジン回転数N1未満である場合は、ステップS413に進む。   In step S408, it is determined whether or not the engine speed is equal to or higher than a predetermined engine speed N1. If it is greater than or equal to the predetermined engine speed N1, the process proceeds to step S409, and if it is less than the predetermined engine speed N1, the process proceeds to step S413.

ステップS409において、電源管理部7は発電機3の動作を電機子巻線通電動作に設定して、ステップS410に進む。   In step S409, the power management unit 7 sets the operation of the generator 3 to the armature winding energization operation, and proceeds to step S410.

ステップS410において、サーミスタ3eで計測された発電機3の温度が、予め設定された第2の所定温度よりも高いか否かを判定する。第2の所定温度は、電機子巻線3bに通電した状態で発電機3が故障しない最大の温度を実験によって求めた値を設定する。第2の所定温度以下の場合はステップS411に進み、第2の所定温度よりも高い場合はステップS412に進む。   In step S410, it is determined whether the temperature of the generator 3 measured by the thermistor 3e is higher than a second predetermined temperature set in advance. The second predetermined temperature is set to a value obtained by experiment to determine the maximum temperature at which the generator 3 does not fail when the armature winding 3b is energized. If the temperature is equal to or lower than the second predetermined temperature, the process proceeds to step S411. If the temperature is higher than the second predetermined temperature, the process proceeds to step S412.

ステップS411において、電源管理部7は電機子巻線3bへの通電を行う。電機子巻線3bに通電した後、ステップS405に戻って処理を続ける。   In step S411, the power management unit 7 energizes the armature winding 3b. After energizing the armature winding 3b, the process returns to step S405 and continues.

ステップS412において、サーミスタ3eで計測された発電機3の温度が高いため、電機子巻線3bへの通電を禁止するべく、整流回路3aの半導体素子を全てOFFし、ステップS405に戻って処理を続ける。   In step S412, since the temperature of the generator 3 measured by the thermistor 3e is high, all the semiconductor elements of the rectifier circuit 3a are turned OFF to prohibit energization of the armature winding 3b, and the process returns to step S405 to perform the processing. to continue.

ステップS413において、電源管理部7は発電機3の動作を低効率発電動作に設定して、ステップS414に進む。   In step S413, the power management unit 7 sets the operation of the generator 3 to the low-efficiency power generation operation, and proceeds to step S414.

ステップS414において、発電機3の温度が第1の所定温度よりも高いか否かを判定する。第1の所定温度は、界磁巻線3bに通電した状態で発電機3が故障しない最大の温度を実験によって求めた値を設定する。第1の所定温度以下の場合はステップS415に進み、第1の所定温度よりも高い場合はステップS417に進む。   In step S414, it is determined whether or not the temperature of the generator 3 is higher than the first predetermined temperature. The first predetermined temperature is set to a value obtained by experiment to determine the maximum temperature at which the generator 3 does not fail while the field winding 3b is energized. If the temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature, the process proceeds to step S415. If the temperature is higher than the first predetermined temperature, the process proceeds to step S417.

ステップS415において、電源管理部7は低効率発電動作となるように界磁巻線3cに流す電流を制限する界磁電流制限値を演算して、ステップS416に進む。界磁電流制限値は、エンジン回転数と発電機3の端子間電圧を引数としたルックアップテーブルによって求める。テーブルの設定例を図2に示した。界磁電流にはそれぞれ、If3>If2>If1の関係がある。この設定例では、エンジン回転数が低く、発電機3の端子間電圧が高い領域では流せる界磁電流を大きくするように制限値も大きくなり、エンジン回転数が高く、発電機3の端子間電圧が低い領域では流せる界磁電流を小さくするように制限値が小さくなる。   In step S415, the power management unit 7 calculates a field current limit value that limits the current flowing through the field winding 3c so as to achieve a low-efficiency power generation operation, and the process proceeds to step S416. The field current limit value is obtained by a look-up table using the engine speed and the voltage between terminals of the generator 3 as arguments. An example of setting the table is shown in FIG. Each field current has a relationship of If3> If2> If1. In this setting example, in a region where the engine speed is low and the inter-terminal voltage of the generator 3 is high, the limit value increases so as to increase the field current that can flow, the engine speed is high, and the inter-terminal voltage of the generator 3 is increased. In a low region, the limit value becomes small so as to reduce the field current that can flow.

ステップS416において、界磁電流指令値を演算してステップS418に進む。界磁電流指令値の演算は、以下の式を用いて算出される。   In step S416, the field current command value is calculated, and the process proceeds to step S418. The calculation of the field current command value is calculated using the following equation.

界磁電流指令値=MIN(界磁電流指令値(前回値)+界磁電流増加量,界磁電流制限値)  Field current command value = MIN (field current command value (previous value) + field current increase, field current limit value)

ただし、MIN(A,B)は、AとBの最小値を返す関数を表す。また、界磁電流指令値の初期値は、0[A]とする。   However, MIN (A, B) represents a function that returns the minimum value of A and B. The initial value of the field current command value is 0 [A].

ステップS417において、界磁電流指令値を0[A]に設定してステップS418に進む。   In step S417, the field current command value is set to 0 [A], and the process proceeds to step S418.

ステップS418において、ステップS416の処理で電源管理部7で演算された界磁電流指令値を、あるいは、ステップS418の処理で電源管理部7で設定した界磁電流指令値(0[A])を、界磁電流制御回路3dに対して出力する。界磁電流制御回路3dは、指令された界磁電流となるように制御して、ステップS405に戻り、処理を継続する。   In step S418, the field current command value calculated by the power management unit 7 in the process of step S416, or the field current command value (0 [A]) set by the power management unit 7 in the process of step S418. To the field current control circuit 3d. The field current control circuit 3d performs control so that the commanded field current is obtained, returns to step S405, and continues the processing.

ステップS419において、電源管理部7は発電機3に対し通常発電動作を指令してステップS420に進む。   In step S419, the power management unit 7 instructs the generator 3 to perform a normal power generation operation, and the process proceeds to step S420.

ステップS420において、第1の蓄電器1の端子間電圧が、第1の所定電圧範囲内であるか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1H以下であり、かつ、第1の所定閾値電圧T1L以上である第1の所定電圧範囲内である場合はステップS421に進み、第1の所定電圧範囲外である場合は、ステップS419に進む。   In step S420, it is determined whether the voltage between the terminals of the first battery 1 is within the first predetermined voltage range. If the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is not more than the first predetermined threshold voltage T1H and is within the first predetermined voltage range that is not less than the first predetermined threshold voltage T1L, the process proceeds to step S421. If it is outside the predetermined voltage range of 1, the process proceeds to step S419.

ステップS421において、電源管理部7は第1のスイッチ6に対して非導通状態から導通状態へ切替えるように指令し、処理を終了する。   In step S421, the power management unit 7 instructs the first switch 6 to switch from the non-conducting state to the conducting state, and ends the process.

以上のように、この発明の実施の形態1に係る電源管理装置は、第1の蓄電器1と、第2の蓄電器2と、第1の蓄電器1の電力を変換して第2の蓄電器2や車両の補機類5に供給する電力変換器4と、第1の蓄電器1に接続され外部のトルクによって発電して第1の蓄電器1を充電する発電機3と、第1の蓄電器1を含む回路と第2の蓄電器2を含む回路の間に接続され電力変換器4の故障時は双方の回路間を非導通状態から導通状態にする第1のスイッチ6を備え、第1のスイッチ6を非導通状態から導通状態へ切替える前に、第1の蓄電器1と第2の蓄電器2の端子間電圧の差が第1の所定電圧範囲以内となるように、発電機3を発電動作モードとは別の、発電機3内部で電力を消費させる電圧低下動作モードとして動作させる構成とした。このように、この発明の実施の形態1に係る電源管理装置は、電力変換器4の故障が発生した場合には、高電圧回路と低電圧回路との間に設けられた第1のスイッチ6を導通状態に切替えるように構成されているので、電力変換器4の故障が発生した場合でも、発電機3で発電された電力を車両の補機類5に供給することができるようになるため、車両の補機類5を停止させることがなく、安定的に走行を継続することができる。また、第1のスイッチ6を設けるだけであるため、二系統化する場合に比べ安価で小型に構成することができる。さらには、高電圧回路と低電圧回路との電位差が第1の所定電圧以内となった後に第1のスイッチ6を導通状態に切替えるため、第1のスイッチ6に大電流が流れて第1のスイッチ6を焼損させてしまうようなこともなく、また、低電圧回路の電圧を上昇させることなく、車両の補機類5の耐電圧を超えて焼損に至ることを防止することができる。   As described above, the power management device according to Embodiment 1 of the present invention converts the electric power of the first battery 1, the second battery 2, and the first battery 1 to convert the second battery 2 and A power converter 4 to be supplied to the auxiliary machinery 5 of the vehicle, a generator 3 connected to the first capacitor 1 and generating power by external torque to charge the first capacitor 1, and the first capacitor 1 are included. The first switch 6 is connected between the circuit and the circuit including the second capacitor 2 and switches the circuit between the non-conducting state and the conducting state when the power converter 4 fails. Before switching from the non-conductive state to the conductive state, the generator 3 is in the power generation operation mode so that the voltage difference between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor 2 is within the first predetermined voltage range. It is configured to operate as another voltage reduction operation mode in which power is consumed inside the generator 3 . As described above, in the power management device according to the first embodiment of the present invention, when a failure occurs in the power converter 4, the first switch 6 provided between the high voltage circuit and the low voltage circuit. Is configured to be switched to a conductive state, so that even when a failure of the power converter 4 occurs, the power generated by the generator 3 can be supplied to the auxiliary machinery 5 of the vehicle. The traveling can be stably continued without stopping the auxiliary machinery 5 of the vehicle. In addition, since only the first switch 6 is provided, it is possible to reduce the cost and size as compared with the case of dual system. Further, since the first switch 6 is switched to the conductive state after the potential difference between the high voltage circuit and the low voltage circuit is within the first predetermined voltage, a large current flows through the first switch 6 and the first switch 6 is turned on. It is possible to prevent the switch 6 from being burned out, and without causing the voltage of the low-voltage circuit to rise, it is possible to prevent burning beyond the withstand voltage of the auxiliary equipment 5 of the vehicle.

また、電圧低下動作モードを、第1の蓄電器1の端子間電圧が所定閾値電圧TH1よりも高い場合で、且つ、エンジン回転数が所定エンジン回転数N1より小さい場合に、発電機3を効率の低い領域で発電させて第1の蓄電器の電圧を低下させる低効率発電動作とした。これにより、特別な機器を追加することなく、プログラムのわずかな変更で第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させることができる上、電圧を低下させる際の電流の大きさを制御することができるため、第1の蓄電器1の端子間電圧を速やかに目標電圧へ収束させることができる。   Further, when the voltage reduction operation mode is set when the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the predetermined threshold voltage TH1 and the engine speed is lower than the predetermined engine speed N1, the generator 3 is made efficient. A low-efficiency power generation operation is performed in which power is generated in a low region and the voltage of the first battery is lowered. Thereby, the voltage between the terminals of the first battery 1 can be reduced with a slight change in the program without adding special equipment, and the magnitude of the current when the voltage is reduced can be controlled. Therefore, the voltage between the terminals of the first battery 1 can be quickly converged to the target voltage.

また、サーミスタ3eで計測された発電機3の温度が第1の所定温度以上の場合、低効率発電動作を停止するようにした。これにより、発電機3を効率の低い領域で発電させた場合でも、発電機3の温度上昇による故障を未然に防止することができる。   Further, when the temperature of the generator 3 measured by the thermistor 3e is equal to or higher than the first predetermined temperature, the low efficiency power generation operation is stopped. Thereby, even when the generator 3 is caused to generate power in a low-efficiency region, a failure due to a temperature rise of the generator 3 can be prevented.

また、電圧低下動作モードを、第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1Hよりも高い場合に、発電機3の界磁巻線3cを非通電状態とし、発電機3の電機子巻線3bにのみ通電させて第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる電機子巻線通電動作とした。これにより、特別な機器を追加することなく、プログラムのわずかな変更で第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させることができる上、低効率発電動作とすることができないエンジン状態であっても、第1の蓄電器1の端子間電圧を速やかに低下させることができる。   Further, in the voltage lowering operation mode, when the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1H, the field winding 3c of the generator 3 is deenergized, and the generator 3 The armature winding energization operation in which only the armature winding 3b is energized to reduce the voltage across the terminals of the first battery 1 is performed. As a result, the voltage across the terminals of the first battery 1 can be reduced by a slight change in the program without adding special equipment, and even in an engine state where a low-efficiency power generation operation cannot be performed. The terminal voltage of the first battery 1 can be quickly reduced.

また、発電機3の温度が第2の所定温度以上の場合、電機子巻線通電動作を停止するようにした。これにより、発電機3の電機子巻線3bに通電させて、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させるようにした場合であっても、発電機3の温度上昇による故障を未然に防止することができる。   Further, when the temperature of the generator 3 is equal to or higher than the second predetermined temperature, the armature winding energization operation is stopped. As a result, even if the armature winding 3b of the generator 3 is energized to reduce the voltage across the terminals of the first capacitor 1, a failure due to the temperature rise of the generator 3 is prevented in advance. can do.

また、電圧低下動作モードは、第1の蓄電器1の端子間電圧が所定閾値電圧TH1よりも高い場合に、発電機3を効率の低い領域で発電させて、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる低効率領域での発電である低効率発電動作と、発電機3の界磁巻線3cを非通電状態とし、発電機3の電機子巻線3bにのみ通電させて、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる電機子巻線通電動作とを切替えるようにした。これにより、エンジンの運転状態に応じて最適な電圧低下動作モードを選択できるようになるため、第1の蓄電器1の端子間電圧を速やかに低下させることができる。   Further, in the voltage reduction operation mode, when the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is higher than the predetermined threshold voltage TH1, the generator 3 is caused to generate power in a low efficiency region and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is set. The low-efficiency power generation operation, which is power generation in a low-efficiency region, and the field winding 3c of the generator 3 is de-energized, and only the armature winding 3b of the generator 3 is energized, The armature winding energization operation for reducing the voltage between the terminals of the battery 1 is switched. Thereby, since it becomes possible to select an optimal voltage reduction operation mode according to the operating state of the engine, the voltage across the terminals of the first battery 1 can be quickly reduced.

また、電圧低下動作モードは、所定エンジン回転数N1によって、低効率発電動作と電機子巻線通電動作を切替えるようにした。これにより、エンジンの回転数に応じて最適な電圧低下動作モードに切替えることができるため、故障発生時において、第1の蓄電器1の端子間電圧をより確実に低下・収束させることができる。   In the voltage reduction operation mode, the low-efficiency power generation operation and the armature winding energization operation are switched according to the predetermined engine speed N1. Thereby, since it can switch to the optimal voltage reduction operation mode according to the rotation speed of the engine, the voltage between the terminals of the first battery 1 can be more reliably reduced and converged when a failure occurs.

また、電力変換器4の故障を検出した後、第1のスイッチ6を非導通状態から導通状態へ切替えるまでの間に発電機3が発生するトルクの変化が所定以下となるように制御する構成とした。これにより、故障時のトルク変動を抑制することができるため、ドライバーへの違和感を抑制することができる。   In addition, the configuration is such that after the failure of the power converter 4 is detected and before the first switch 6 is switched from the non-conducting state to the conducting state, the change in torque generated by the generator 3 is controlled to a predetermined value or less. It was. Thereby, since the torque fluctuation at the time of failure can be suppressed, the uncomfortable feeling to the driver can be suppressed.

なお、上記の実施の形態1の説明においては、電圧低下動作モードで行う動作として、電機子巻線通電動作と低効率発電動作の2種類が含まれると説明したが、その場合に限らず、いずれか一方だけが含まれる構成としてもよい。その場合には、エンジンの回転数に関係なく、電源管理部7において、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が第1の所定電圧範囲外で、かつ、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧よりも高いという所定の条件が成立したと判断した場合に、電圧低下動作モードに含まれているいずれか一方の動作(すなわち、電機子巻線通電動作、あるいは、低効率発電動作)を行うようにすればよい。   In the description of the first embodiment described above, the operation performed in the voltage reduction operation mode has been described as including two types of the armature winding energization operation and the low-efficiency power generation operation. Only one of them may be included. In that case, regardless of the engine speed, the power management unit 7 determines that the potential difference between the terminal voltage of the first battery 1 and the voltage between the terminals of the second battery 2 is outside the first predetermined voltage range. In addition, when it is determined that a predetermined condition that the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the voltage between the terminals of the second battery 2 is included, either one included in the voltage reduction operation mode (That is, the armature winding energization operation or the low-efficiency power generation operation) may be performed.

実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2に係る電源管理装置について図面を用いて説明する。なお、各図において、実施の形態1と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
Embodiment 2. FIG.
A power management apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図5は、この発明の実施の形態2に係る電源管理装置およびその周辺の構成を示した構成図である。上記の図1に示した実施の形態1と異なる点は、本実施の形態2を示した図5においては、第3の蓄電器9と、第3の蓄電器9の端子電圧検出手段7cと、第2のスイッチ8とが、追加されている点である。第3の蓄電器9の端子電圧検出手段7cは、電源管理部7の内部に設置され、第3の蓄電器9の端子間電圧を計測する。また、第3の蓄電器9は、第1の蓄電器1に並列に接続されている。第3の蓄電器9は、故障時のバックアップとして用いられるもので、故障が検出されたときに、第1の蓄電器1に接続される。第2のスイッチ8は、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9との間に接続され、通常時は、それらの間を非導通状態としておき、電源管理部7において所定の条件が成立した場合、電源管理部7から切替指令(第2の切替指令)が出力され、それによって、第2のスイッチ8がON投入され、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9とが導通状態となる。   FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the power management apparatus according to the second embodiment of the present invention and its periphery. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that in FIG. 5 showing the second embodiment, the third battery 9, the terminal voltage detection means 7c of the third battery 9, and the first The second switch 8 is added. The terminal voltage detection means 7 c of the third battery 9 is installed inside the power management unit 7 and measures the voltage across the terminals of the third battery 9. Further, the third battery 9 is connected to the first battery 1 in parallel. The third capacitor 9 is used as a backup at the time of failure, and is connected to the first capacitor 1 when a failure is detected. The second switch 8 is connected between the first capacitor 3 and the third capacitor 9, and is normally in a non-conductive state between them, and a predetermined condition is established in the power management unit 7. In this case, a switching command (second switching command) is output from the power management unit 7, whereby the second switch 8 is turned on, and the first capacitor 3 and the third capacitor 9 become conductive. .

なお、上記の実施の形態1では、発電機3の動作モードとして、通常動作モードと電圧低下動作モードの2つのモードがあることを説明したが、本実施の形態2においては、これらの2つのモードに加えて、さらに、予備蓄電器充電モードがある。   In the first embodiment, it has been described that the operation mode of the generator 3 includes two modes of the normal operation mode and the voltage reduction operation mode. In the second embodiment, these two modes are described. In addition to the mode, there is also a reserve capacitor charging mode.

「予備蓄電器充電モード」とは、第2のスイッチ8を導通状態に切り替えて、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9とを導通させ、予備蓄電器として設けられた第3の蓄電器9への充電動作(「予備蓄電器充電動作」)を行うモードである。本実施の形態2においては、電源管理部7は、実施の形態で説明した第1の所定電圧範囲よりも広い範囲に設定される第2の所定電圧範囲を判定値として用い、電力変換器4の故障を検出したときに、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との差が第2の所定電圧範囲外で、且つ、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧より高い場合に、第2のスイッチ8に対して、第2の切替指令を出力することにより、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9とを導通状態として第3の蓄電器9への充電を行う(予備蓄電器充電動作)。電源管理部7は、当該予備蓄電器充電動作を行うことにより第1の蓄電器1の端子間電圧と第3の蓄電器9の端子間電圧とが等しくなったことを検知したときに、実施の形態1で説明した電圧低下動作モードに切り替える。このように、本実施の形態2においては、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の端子間電圧との電位差が大きい場合に、第1の蓄電器1に蓄えられた電力を第3の蓄電器9へ移動させて、第1の蓄電器1の端子間電圧をある程度低下させた後に、電圧低下動作モードの電機子巻線通電動作か低効率発電動作を行う点が実施の形態1と異なる。その他の処理およびその他の構成は、実施の形態1と同じである。   “Preliminary capacitor charging mode” means that the second switch 8 is switched to the conductive state to connect the first capacitor 1 and the third capacitor 9 to the third capacitor 9 provided as a spare capacitor. This is a mode for performing a charging operation (“preliminary capacitor charging operation”). In the second embodiment, the power management unit 7 uses the second predetermined voltage range set to be wider than the first predetermined voltage range described in the embodiment as a determination value, and uses the power converter 4 When a failure is detected, the difference between the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the second capacitor 2 is outside the second predetermined voltage range and between the terminals of the first capacitor 1 When the voltage is higher than the voltage between the terminals of the second capacitor 2, the second switch 8 is output to the second switch 8, thereby connecting the first capacitor 1 and the third capacitor 9. The third battery 9 is charged as a state (preliminary battery charging operation). When the power management unit 7 detects that the inter-terminal voltage of the first battery 1 and the inter-terminal voltage of the third battery 9 are equalized by performing the reserve battery charging operation, the first embodiment Switch to the voltage drop operation mode described in. Thus, in the second embodiment, when the potential difference between the terminal voltage of the first capacitor 1 and the second terminal voltage is large, the electric power stored in the first capacitor 1 is the third The second embodiment is different from the first embodiment in that the armature winding energization operation or the low-efficiency power generation operation in the voltage lowering operation mode is performed after moving to the capacitor 9 and reducing the voltage between the terminals of the first capacitor 1 to some extent. Other processes and other configurations are the same as those in the first embodiment.

なお、この発明の実施の形態2に係る電源管理装置は、電源管理部7、第1のスイッチ6、第3の蓄電器9、第2のスイッチ8から構成されている。また、この発明の実施の形態1に係る電源管理システムは、第1の蓄電器1、第2の蓄電器2、第3の蓄電器9、電力変換器4、発電機3、第1のスイッチ6、第2のスイッチ8、電源管理部7から構成されている。なお、電力変換器出力電流検出手段10も、電源管理装置の構成要素としてもよい。さらに、この発明は、当該電源管理装置または電源管理システムで実施される電源管理方法でもある。   The power management device according to Embodiment 2 of the present invention includes a power management unit 7, a first switch 6, a third capacitor 9, and a second switch 8. Further, the power management system according to Embodiment 1 of the present invention includes a first capacitor 1, a second capacitor 2, a third capacitor 9, a power converter 4, a generator 3, a first switch 6, a first switch 2 switches 8 and a power management unit 7. The power converter output current detection means 10 may also be a component of the power management device. Furthermore, the present invention is also a power management method implemented by the power management apparatus or power management system.

図6は、この発明の実施の形態2に係る電源管理装置およびその周辺の動作を示すタイムチャートである。図6において、横軸は、図3と同様に、時間軸である。図6と図3との違いは、図6においては、縦軸に、第2のスイッチ8の導通/非導通を切替える第2のスイッチ信号(第2の切替指令)と、第3の蓄電器9の端子間電圧とが、追加されている点である。他は図3と同じである。   FIG. 6 is a time chart showing the operation of the power management apparatus according to the second embodiment of the present invention and its surroundings. In FIG. 6, the horizontal axis is the time axis as in FIG. The difference between FIG. 6 and FIG. 3 is that in FIG. 6, the second switch signal (second switching command) for switching conduction / non-conduction of the second switch 8 and the third battery 9 are plotted on the vertical axis. The voltage between terminals is added. Others are the same as FIG.

時刻t=T601より以前においては、図6の電力変換器4の電流の値から分かるように、電力変換器4は正常に動作しており、故障は発生していない。また、図6の車両速度に示されるように、車両は緩やかに減速しており、エンジン回転数も徐々に所定のアイドリング回転数に近づいている。但し、減速時に燃料噴射を停止する制御範囲から外れているため、燃料噴射信号に示されるように、インジェクタ13より燃料が噴射されている。発電機3は、発電機発電指令に従って、通常発電状態であり、第1の蓄電器1の端子間電圧が一定となるように制御されている。第1の蓄電器1の電力は、電力変換器4を介して第2の蓄電器2および車両の補機類5に対して供給されているが、第1の蓄電器1および第2の蓄電器2は十分に充電された状態であり、端子電圧はそれぞれ一定値を保っている。発電機3の電流は、電力変換器4に接続された車両の補機類5を駆動させることの電力分のみ流れている。エンジンの出力トルクは、エンジンそのものを回転させるために必要なトルクと発電に必要なトルク分を発生している。電力変換器4は正常動作しており、車両の補機類5の駆動に必要な電流を低電圧回路に出力している。   Prior to time t = T601, as can be seen from the current value of the power converter 4 in FIG. 6, the power converter 4 is operating normally and no failure has occurred. Further, as shown in the vehicle speed of FIG. 6, the vehicle is slowly decelerating, and the engine speed is gradually approaching a predetermined idling speed. However, the fuel is injected from the injector 13 as indicated by the fuel injection signal because it is outside the control range in which the fuel injection is stopped at the time of deceleration. The generator 3 is in a normal power generation state according to the generator power generation command, and is controlled so that the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is constant. The electric power of the first battery 1 is supplied to the second battery 2 and the vehicle accessories 5 via the power converter 4, but the first battery 1 and the second battery 2 are sufficient. The terminal voltage is maintained at a constant value. The electric current of the generator 3 flows only for the electric power required to drive the auxiliary machinery 5 of the vehicle connected to the power converter 4. The output torque of the engine generates a torque necessary for rotating the engine itself and a torque necessary for power generation. The power converter 4 is operating normally, and outputs a current necessary for driving the auxiliary machinery 5 of the vehicle to the low voltage circuit.

時刻t=T601の近傍において、なんらかの原因により、電力変換器4の故障が発生する。電力変換器4の出力電流は低下し、やがてゼロとなる。これにより、高電圧回路からの電力供給がなくなるため、第2の蓄電器2から車両の補機類5に対して電力供給が行われるようになり、第2の蓄電器2の端子間電圧は徐々に低下していく。第2の蓄電器2の端子間電圧が車両の補機類5の駆動限界電圧以下となった場合、車両の補機類5は駆動できなくなるため、車両が走行できなくなる虞があり、第2の蓄電器2および車両の補機類5に対して可及的速やかに電力供給が再開されることが望まれる。電源管理部7は、電力変換器4の故障を検出した場合、エンジン制御装置14に対しアイドリングストップを禁止する指令を出力すると共に、発電機3に対して発電禁止動作を指令する。これにより、発電機3の発電電流および発電トルクは低下し、ゼロとなる。第1の蓄電器1に蓄えられた電力は消費および蓄電されない状態となるため、端子間電圧は一定値を保つ。電源管理部7は故障を検出した後、所定時間(時刻T601から時刻T602の間)、動作を保持する。これは、発電機3の電流が急に遮断されるため、行き場を失った電流によって発生した電圧変動を安定させたり、界磁巻線3cに流れる電流がゼロ付近で安定させたりするものであり、誤動作の抑制が目的である。   In the vicinity of time t = T601, a failure of the power converter 4 occurs due to some cause. The output current of the power converter 4 decreases and eventually becomes zero. As a result, there is no power supply from the high voltage circuit, so that power is supplied from the second battery 2 to the auxiliary machinery 5 of the vehicle, and the voltage across the terminals of the second battery 2 gradually increases. It goes down. When the voltage between the terminals of the second battery 2 is equal to or lower than the drive limit voltage of the auxiliary machinery 5 of the vehicle, the auxiliary machinery 5 of the vehicle cannot be driven, and the vehicle may not be able to travel. It is desirable that the power supply be resumed as quickly as possible to the battery 2 and the vehicle accessories 5. When detecting a failure of the power converter 4, the power management unit 7 outputs a command for prohibiting idling stop to the engine control device 14 and commands a power generation prohibiting operation to the generator 3. Thereby, the power generation current and power generation torque of the generator 3 are reduced to zero. Since the electric power stored in the first battery 1 is not consumed or stored, the voltage between the terminals maintains a constant value. After detecting the failure, the power management unit 7 holds the operation for a predetermined time (between time T601 and time T602). This is because the current of the generator 3 is suddenly cut off, so that the voltage fluctuation caused by the current that has lost its place of stabilization is stabilized, or the current flowing through the field winding 3c is stabilized near zero. The purpose is to suppress malfunction.

電源管理部7は、第2のスイッチ8を非道通から導通へ切替える判定値として、第2の所定閾値電圧T2を演算している。第2の所定閾値電圧T2は、第2のスイッチ8を非道通状態から導通状態へ切替えて、第1の蓄電器1の端子間電圧が安定したときの電圧を現在の電圧から逆算して求めるもので、第2のスイッチ8を投入した後の第1の蓄電器1の端子間電圧が、第2の蓄電器2の端子間電圧よりも高くなるか否かを判定する値となっている。仮に、第1の蓄電器1の端子間電圧が安定したときの電圧が、第2の蓄電器2の端子間電圧に比べて極端に低い値となった場合、第1の蓄電器1の端子間電圧を第2の蓄電器2の端子間電電圧まで発電動作によって上昇させる必要があり、第2のスイッチ8を導通状態とすることなく電圧低下動作モードを実行して、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる場合に比べて時間がかかる可能性がある。第2の所定閾値電圧T2による判定はこの間の時間的なロスを防ぐ狙いがある。   The power management unit 7 calculates the second predetermined threshold voltage T2 as a determination value for switching the second switch 8 from non-passage to conduction. The second predetermined threshold voltage T2 is obtained by switching the second switch 8 from the non-passing state to the conducting state and calculating the voltage when the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is stabilized from the current voltage. Thus, the voltage between the terminals of the first battery 1 after the second switch 8 is turned on is a value for determining whether or not the voltage between the terminals of the second battery 2 is higher. If the voltage when the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is stabilized becomes an extremely low value compared to the voltage between the terminals of the second capacitor 2, the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is The voltage between the terminals of the second battery 2 needs to be increased by the power generation operation, and the voltage reduction operation mode is executed without bringing the second switch 8 into the conducting state, so that the voltage between the terminals of the first battery 1 is It may take longer than when reducing The determination based on the second predetermined threshold voltage T2 aims to prevent a time loss during this period.

以下、第2の所定閾値電圧T2の算出方法について説明する。最初に、第2のスイッチ8を非道通状態から導通状態へ切替えたときに想定される電圧降下Vdを演算する。Vdは、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の容量と、それらの端子間電圧によって求める。簡単のために第1の蓄電器1と第3の蓄電器9がともにキャパシタであるものとし、導線での電力損失は無視するものとして説明する。第1の蓄電器1に蓄えられている電荷量Q1および第3の蓄電器9に蓄えられている電荷量Q3は、次式により求められる。   Hereinafter, a method for calculating the second predetermined threshold voltage T2 will be described. First, a voltage drop Vd assumed when the second switch 8 is switched from the non-passing state to the conducting state is calculated. Vd is obtained from the capacities of the first capacitor 3 and the third capacitor 9 and the voltage between the terminals. For the sake of simplicity, it is assumed that the first capacitor 3 and the third capacitor 9 are both capacitors, and that the power loss in the conductor is ignored. The charge amount Q1 stored in the first capacitor 1 and the charge amount Q3 stored in the third capacitor 9 are obtained by the following equations.

第1の蓄電器1に蓄えられている電荷量Q1
= 第1の蓄電器1の容量C1 × 第1の蓄電器1の端子間電圧V1
Charge amount Q1 stored in first capacitor 1
= Capacitance C1 of the first capacitor 1 × terminal voltage V1 of the first capacitor 1

第3の蓄電器9に蓄えられている電荷量Q3
= 第3の蓄電器9の容量C3 × 第3の蓄電器9の端子間電圧V3
Charge amount Q3 stored in third capacitor 9
= Capacitance C3 of the third capacitor 9 × terminal voltage V3 of the third capacitor 9

従って、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9を並列接続したときの電圧V13は、以下の式で表すことができる。   Therefore, the voltage V13 when the first capacitor 3 and the third capacitor 9 are connected in parallel can be expressed by the following equation.

V13 = (Q1+Q3)/(C1+C3)
= ((C1×V1)+(C3×V3))/(C1+C3)
V13 = (Q1 + Q3) / (C1 + C3)
= ((C1 × V1) + (C3 × V3)) / (C1 + C3)

故に、Vdは、次式となる。   Therefore, Vd becomes the following equation.

Vd = 第1の蓄電器1の端子間電圧V1 − V13   Vd = terminal voltage V1−V13 of the first battery 1

以上により、第2の所定閾値電圧T2は、以下の式を用いて算出される。   As described above, the second predetermined threshold voltage T2 is calculated using the following equation.

T2 = 第2の蓄電器2の端子間電圧V2 + Vd   T2 = terminal voltage V2 + Vd of the second battery 2

このように、T2は定義される。本実施の形態においては、第1の蓄電器1の端子間電圧がT2より高い場合、すなわち、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が0からVdまでの範囲(以下、第2の所定電圧範囲とする)外で、且つ、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧よりも高い場合に、第2のスイッチ8を非導通状態から導通状態に切り替える。なお、図6にも示されるように、第2の所定電圧範囲は、第1の所定電圧範囲より、広い範囲となっている(Vd>D1)。   Thus, T2 is defined. In the present embodiment, when the terminal voltage of the first battery 1 is higher than T2, that is, the potential difference between the terminal voltage of the first battery 1 and the terminal voltage of the second battery 2 is 0 to Vd. And when the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is higher than the voltage between the terminals of the second capacitor 2, the second switch 8. Is switched from the non-conductive state to the conductive state. As shown in FIG. 6, the second predetermined voltage range is wider than the first predetermined voltage range (Vd> D1).

時刻t=T602において、電源管理部7は、第1の蓄電器1の端子間電圧が、第2の所定閾値電圧T2以上であることを検出し、第3の蓄電器9を第1の蓄電器1と導通状態とするため、第2のスイッチ8を非導通状態から導通状態に切替える。第2のスイッチ8を導通状態としたことで、第1の蓄電器1に蓄えられた電力が第3の蓄電器9に流れていくため、第1の蓄電器1の端子間電圧は低下するとともに第3の蓄電器9の電圧が上昇していき、所定時間の後に(具体的には、時刻T602から時刻T603までの時間が経過した後に)、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の電圧は等しくなり、以後、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の間に電位差は発生しない。第2のスイッチ8により、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9が導通状態となってから電位差がなくなるまでの間、発電機3は発電禁止動作であるため、発電トルクは生じない。   At time t = T602, the power supply management unit 7 detects that the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to or higher than the second predetermined threshold voltage T2, and connects the third capacitor 9 with the first capacitor 1. In order to set the conductive state, the second switch 8 is switched from the non-conductive state to the conductive state. By setting the second switch 8 to the conductive state, the electric power stored in the first capacitor 1 flows to the third capacitor 9, so that the voltage across the terminals of the first capacitor 1 decreases and the third The voltage of the first capacitor 1 and the third capacitor 9 are equal after a predetermined time (specifically, after the time from time T602 to time T603 has elapsed). Hence, no potential difference is generated between the first capacitor 3 and the third capacitor 9 thereafter. The generator 3 is in a power generation prohibition operation until the potential difference disappears after the first switch 3 and the third battery 9 are turned on by the second switch 8, so that no power generation torque is generated.

時刻t=T603において、電源管理部7は、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の電圧が等しくなったことを検出する。このとき、第1の蓄電器1の端子間電圧は第1の所定閾値電圧T1Hよりも高いため、電源管理部7は第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる処理を開始する。すなわち、発電機3の動作を電圧低下動作モードへ変更する。次に、電圧低下動作モードを低効率発電動作と電機子巻線通電動作のどちらに切替えるか判定する。現在のエンジン回転数は、所定エンジン回転数N1以上であるため、発電機3に対し電機子巻線通電動作を指令する。その後、電機子巻線3bへの通電が開始され、第1の蓄電器1および第3の蓄電器9の電力が電機子巻線3bで消費されるようになり、それらの端子間電圧が共に低下していく。この間、発電機3の界磁電流制御回路3dには界磁巻線3cへの通電をしないように指令しており、発電トルクは発生しないことから、発電に必要なエンジンの出力トルクも増加しない。ここで、所定エンジン回転数N1は、現在のエンジン回転数において、発電機3を低効率領域で運転可能かつ、発電機3における電力消費量が所定値以上となるエンジン回転数とする。   At time t = T603, the power management unit 7 detects that the voltages of the first capacitor 3 and the third capacitor 9 are equal. At this time, since the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1H, the power management unit 7 starts a process of reducing the voltage between the terminals of the first battery 1. That is, the operation of the generator 3 is changed to the voltage reduction operation mode. Next, it is determined whether the voltage drop operation mode is switched to the low efficiency power generation operation or the armature winding energization operation. Since the current engine speed is equal to or higher than the predetermined engine speed N1, the armature winding energizing operation is commanded to the generator 3. After that, energization to the armature winding 3b is started, and the electric power of the first capacitor 1 and the third capacitor 9 is consumed by the armature winding 3b, and the voltage between these terminals decreases. To go. During this time, the field current control circuit 3d of the generator 3 is instructed not to energize the field winding 3c, and no power generation torque is generated, so the engine output torque necessary for power generation does not increase. . Here, the predetermined engine speed N1 is an engine speed at which the generator 3 can be operated in a low-efficiency region at the current engine speed and the power consumption in the generator 3 is equal to or greater than a predetermined value.

時刻t=T604において、電源管理部7は、第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定閾値電圧T1Hよりも高く、エンジン回転数が所定エンジン回転数N1未満であると判定する。これにより、電源管理部7は、発電機3に対して、電機子巻線通電動作から低効率発電動作へ指令変更する。こうして、発電機3の界磁電流を徐々に上昇させていき、発電機3の内部で電力を消費させる。これにより、第1の蓄電器1の端子間電圧が低下していき、第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が小さくなるとともに、発電機3での消費電流が小さくなる。   At time t = T604, the power management unit 7 determines that the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the first predetermined threshold voltage T1H, and the engine speed is less than the predetermined engine speed N1. As a result, the power management unit 7 changes the command to the generator 3 from the armature winding energization operation to the low efficiency power generation operation. In this way, the field current of the generator 3 is gradually increased, and electric power is consumed inside the generator 3. As a result, the voltage between the terminals of the first battery 1 is decreased, the potential difference from the voltage between the terminals of the second battery 2 is reduced, and the current consumption in the generator 3 is reduced.

時刻t=T605において、電源管理部7は第1の蓄電器1の端子間電圧が低下し、第1の所定閾値電圧T1H以下となり、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧の電位差が第1の所定電圧範囲内となったと判定する。これにより、電源管理部7は、第1のスイッチ6を非導通状態から導通状態へ切替えるように指令し、第1のスイッチ6が導通状態となる。そのため、第1の蓄電器1から第2の蓄電器2に電流が流れ、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧は等しくなる。発電機3の電流は、第1の蓄電器1と第2の蓄電器2の端子間電圧を維持するために必要な電流と車両の補機類5に供給する電流を出力する。発電機3の発電トルクは、発電機3の発電量に応じたトルクとなる。エンジンの出力トルクは、発電機3の発電トルクとエンジンの回転を維持するために必要なトルクの合算値となる。発電機3の動作指令は、第1のスイッチ6が投入された後で低効率発電動作から通常発電動作に切替えられ、車両の補機類5および第2の蓄電器2に対して電力を供給する。   At time t = T605, the power management unit 7 decreases the voltage between the terminals of the first capacitor 1 to be equal to or lower than the first predetermined threshold voltage T1H, and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor 2. It is determined that the potential difference between the terminals is within the first predetermined voltage range. As a result, the power management unit 7 instructs the first switch 6 to switch from the non-conducting state to the conducting state, and the first switch 6 becomes the conducting state. Therefore, a current flows from the first capacitor 1 to the second capacitor 2, and the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the second capacitor 2 are equal. The current of the generator 3 outputs a current necessary for maintaining the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor 2 and a current supplied to the auxiliary machinery 5 of the vehicle. The power generation torque of the power generator 3 is a torque corresponding to the power generation amount of the power generator 3. The engine output torque is a sum of the power generation torque of the generator 3 and the torque necessary to maintain the engine rotation. The operation command of the generator 3 is switched from the low-efficiency power generation operation to the normal power generation operation after the first switch 6 is turned on, and supplies power to the auxiliary machinery 5 and the second battery 2 of the vehicle. .

図7Aおよび図7Bは、この発明の実施の形態2に係る電源管理部7の動作を表したフローチャートである。   7A and 7B are flowcharts showing the operation of power supply management unit 7 according to Embodiment 2 of the present invention.

ステップS701において、電力変換器4の故障が発生したか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が電力変換器4の駆動下限電圧以上であり、電力変換器4が駆動可能な状態であるにもかかわらず、電力変換器出力電流検出手段10によって計測された電力変換器4の出力電流が通常駆動時の最低電流以下のときに、故障と判定して、ステップS702に進み、一方、故障と判定されない場合は処理を終了する。   In step S701, it is determined whether or not a failure of the power converter 4 has occurred. The voltage between the terminals of the first battery 1 is not less than the drive lower limit voltage of the power converter 4 and is measured by the power converter output current detection means 10 even though the power converter 4 can be driven. When the output current of the power converter 4 is equal to or lower than the lowest current during normal driving, it is determined that there is a failure, and the process proceeds to step S702. On the other hand, if it is not determined that there is a failure, the process ends.

ステップS702において、発電機3に対して発電禁止動作を指令し、ステップS703に進む。   In step S702, a power generation prohibition operation is commanded to the generator 3, and the process proceeds to step S703.

ステップS703において、アイドリングストップの禁止をエンジン制御装置14に対して指令してステップS704に進む。   In step S703, the engine controller 14 is instructed to prohibit idling stop, and the process proceeds to step S704.

ステップS704において、故障を検出した後の所定時間動作を保持しステップS705に進む。   In step S704, the operation is held for a predetermined time after the failure is detected, and the process proceeds to step S705.

ステップS705において、第1の蓄電器1の端子間電圧が、第2の蓄電器2の端子間電圧より低いか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が、第2の蓄電器2の端子間電圧以下である場合には、ステップS721に進み、一方、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧よりも高い場合には、ステップS706に進む。   In step S <b> 705, it is determined whether the voltage between the terminals of the first battery 1 is lower than the voltage between the terminals of the second battery 2. When the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to or lower than the voltage between the terminals of the second capacitor 2, the process proceeds to step S721, while the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to that of the second capacitor 2. If it is higher than the terminal voltage, the process proceeds to step S706.

ステップS706において、第1の蓄電器1の端子間電圧が、第2の所定閾値電圧T2以上であるか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の所定閾値電圧T2以上である場合には、ステップS707に進み、一方、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の所定閾値電圧T2未満である場合には、ステップS709に進む。   In step S706, it is determined whether the voltage between the terminals of the first battery 1 is equal to or higher than a second predetermined threshold voltage T2. When the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to or higher than the second predetermined threshold voltage T2, the process proceeds to step S707, while the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is less than the second predetermined threshold voltage T2. If there is, the process proceeds to step S709.

ステップS707において、電源管理部7は、第2のスイッチ8を非導通状態から導通状態へ切替えてステップS708に進む。   In step S707, the power management unit 7 switches the second switch 8 from the non-conductive state to the conductive state, and proceeds to step S708.

ステップS708において、第1の蓄電器1の端子間電圧検出手段7aで検出された電圧と第3の蓄電器9の端子間電圧検出手段7cで検出された電圧とが等しいか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧と第3の蓄電器9の端子間電圧が等しい場合、ステップS709に進み、一方、第1の蓄電器1の端子間電圧と第3の蓄電器9の端子間電圧が等しくない場合は、ステップS708に留まり、等しくなるまで判定を繰り返す。   In step S708, it is determined whether or not the voltage detected by the inter-terminal voltage detection means 7a of the first capacitor 1 is equal to the voltage detected by the inter-terminal voltage detection means 7c of the third capacitor 9. When the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is equal to the voltage between the terminals of the third capacitor 9, the process proceeds to step S709, while the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the third capacitor 9 is If they are not equal, the process remains in step S708 and the determination is repeated until they are equal.

ステップS709において、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が、第1の所定電圧範囲内であるか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定電圧範囲内、すなわち、第1の所定閾値電圧T1H以下であり、かつ、第1の所定閾値電圧T1L以上である場合は、ステップS720に進み、一方、第1の所定電圧範囲外である場合は、ステップS710に進む。   In step S709, it is determined whether or not the potential difference between the terminal voltage of the first capacitor 1 and the terminal voltage of the second capacitor 2 is within the first predetermined voltage range. If the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is within the first predetermined voltage range, that is, not higher than the first predetermined threshold voltage T1H and not lower than the first predetermined threshold voltage T1L, the process proceeds to step S720. On the other hand, if it is outside the first predetermined voltage range, the process proceeds to step S710.

ステップS710において、電源管理部7は、発電機3の動作モードを電圧低下動作モードへ切替えて、ステップS711に進む。   In step S710, the power management unit 7 switches the operation mode of the generator 3 to the voltage reduction operation mode, and proceeds to step S711.

ステップS711において、エンジン回転数が所定エンジン回転数N1以上であるか否かを判定する。所定エンジン回転数N1以上である場合はステップS712に進み、一方、所定エンジン回転数N1未満である場合は、ステップS715に進む。   In step S711, it is determined whether or not the engine speed is equal to or higher than a predetermined engine speed N1. If it is greater than or equal to the predetermined engine speed N1, the process proceeds to step S712. If it is less than the predetermined engine speed N1, the process proceeds to step S715.

ステップS712において、サーミスタ3eで計測された発電機3の温度が、第2の所定温度よりも高いか否かを判定する。第2の所定温度は、電機子巻線3bに通電した状態で発電機3が故障しない最大の温度を実験によって求めた値を設定する。判定の結果、第2の所定温度以下の場合は、ステップS713に進み、一方、第2の所定温度よりも高い場合は、ステップS714に進む。   In step S712, it is determined whether the temperature of the generator 3 measured by the thermistor 3e is higher than a second predetermined temperature. The second predetermined temperature is set to a value obtained by experiment to determine the maximum temperature at which the generator 3 does not fail when the armature winding 3b is energized. As a result of the determination, if the temperature is equal to or lower than the second predetermined temperature, the process proceeds to step S713. If the temperature is higher than the second predetermined temperature, the process proceeds to step S714.

ステップS713において、電源管理部7は、電機子巻線3bへの通電を行う。電機子巻線3bに通電した後、ステップS709に戻って処理を続ける。   In step S713, the power management unit 7 energizes the armature winding 3b. After energizing the armature winding 3b, the process returns to step S709 to continue the processing.

ステップS714において、サーミスタ3eで計測された発電機3の温度が高いため、電機子巻線3bへの通電を禁止するべく、半導体素子を全てOFFし、ステップS709に戻って処理を続ける。   In step S714, since the temperature of the generator 3 measured by the thermistor 3e is high, all the semiconductor elements are turned OFF to prohibit energization of the armature winding 3b, and the process returns to step S709 to continue the processing.

ステップS715において、発電機3の温度が第1の所定温度よりも高いか否かを判定する。第1の所定温度は、界磁巻線3bに通電した状態で発電機3が故障しない最大の温度を実験によって求めた値を設定する。第1の所定温度以下の場合は、ステップS716に進み、一方、第1の所定温度よりも高い場合はステップS718に進む。   In step S715, it is determined whether or not the temperature of the generator 3 is higher than the first predetermined temperature. The first predetermined temperature is set to a value obtained by experiment to determine the maximum temperature at which the generator 3 does not fail while the field winding 3b is energized. If the temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature, the process proceeds to step S716. If the temperature is higher than the first predetermined temperature, the process proceeds to step S718.

ステップS716において、電源管理部7は、低効率発電動作となるように界磁巻線3cに流す電流を制限する界磁電流制限値を演算して、ステップS717に進む。界磁電流制限値は、エンジン回転数と発電機3の端子間電圧を引数としたルックアップテーブルによって求める。テーブルの設定例を図2に示した。界磁電流には、それぞれ、If3>If2>If1の関係がある。この設定例では、エンジン回転数が低く、発電機3の端子間電圧が高い領域では流せる界磁電流を大きくするように制限値も大きくなり、エンジン回転数が高く、発電機3の端子間電圧が低い領域では流せる界磁電流を小さくするように制限値が小さくなる。   In step S716, the power management unit 7 calculates a field current limit value that limits the current flowing through the field winding 3c so as to achieve a low-efficiency power generation operation, and the process proceeds to step S717. The field current limit value is obtained by a look-up table using the engine speed and the voltage between terminals of the generator 3 as arguments. An example of setting the table is shown in FIG. The field currents have a relationship of If3> If2> If1, respectively. In this setting example, in a region where the engine speed is low and the inter-terminal voltage of the generator 3 is high, the limit value increases so as to increase the field current that can flow, the engine speed is high, and the inter-terminal voltage of the generator 3 is increased. In a low region, the limit value becomes small so as to reduce the field current that can flow.

ステップS717において、界磁電流指令値を演算してステップS719に進む。界磁電流指令値の演算は、以下の式を用いて算出される。   In step S717, the field current command value is calculated, and the process proceeds to step S719. The calculation of the field current command value is calculated using the following equation.

界磁電流指令値
= MIN(界磁電流指令値(前回値)+界磁電流増加量,界磁電流制限値)
Field current command value
= MIN (field current command value (previous value) + field current increase, field current limit value)

ただし、MIN(A,B)は、AとBの最小値を返す関数を表す。また、界磁電流指令値の初期値は、0[A]とする。   However, MIN (A, B) represents a function that returns the minimum value of A and B. The initial value of the field current command value is 0 [A].

ステップS718において、界磁電流指令値を0[A]に設定してステップS719に進む。   In step S718, the field current command value is set to 0 [A], and the process proceeds to step S719.

ステップS719において、ステップS717で電源管理部7により演算された界磁電流指令値、あるいは、ステップS718で設定された0[A]を、界磁電流制御回路3dに対して指令する。界磁電流制御回路3dは、指令された界磁電流となるように制御して、ステップS709に戻り、処理を継続する。   In step S719, the field current command value calculated by the power management unit 7 in step S717 or 0 [A] set in step S718 is commanded to the field current control circuit 3d. The field current control circuit 3d performs control so that the commanded field current is obtained, returns to step S709, and continues the processing.

ステップS720において、電源管理部7は、発電機3に対し通常発電動作を指令してステップS723に進む。   In step S720, the power management unit 7 instructs the generator 3 to perform a normal power generation operation, and proceeds to step S723.

ステップS721において、電源管理部7は、発電機3に対し通常発電動作を指令してステップS722に進む。   In step S721, the power management unit 7 instructs the generator 3 to perform a normal power generation operation, and the process proceeds to step S722.

ステップS722において、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が、第1の所定電圧範囲内であるか否かを判定する。第1の蓄電器1の端子間電圧が第1の所定電圧範囲内、すなわち、第1の所定閾値電圧T1H以下であり、かつ、第1の所定閾値電圧T1L以上である場合は、ステップS723に進み、一方、第1の所定電圧範囲外である場合は、ステップS721に戻り、処理を継続する。   In step S722, it is determined whether or not the potential difference between the terminal voltage of the first capacitor 1 and the terminal voltage of the second capacitor 2 is within a first predetermined voltage range. If the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is within the first predetermined voltage range, that is, not higher than the first predetermined threshold voltage T1H and not lower than the first predetermined threshold voltage T1L, the process proceeds to step S723. On the other hand, if the voltage is outside the first predetermined voltage range, the process returns to step S721 to continue the process.

ステップS723において、電源管理部7は、第1のスイッチ6に対して非導通状態から導通状態へ切替えるように指令し、処理を終了する。   In step S723, the power management unit 7 instructs the first switch 6 to switch from the non-conductive state to the conductive state, and ends the process.

この発明の実施の形態2においては、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させる方法として、実施の形態1で述べた、発電機3の電圧低下動作モード中に行われる低効率発電動作と電機子巻線通電動作の2種類の他に、さらに、所定の条件が成立した場合に第2のスイッチ8を導通させることにより第1の蓄電器1と並列に接続された第3の蓄電器9を導通状態とする「予備蓄電器充電モード」で行われる「予備蓄電器充電動作」を追加した、のべ3種類を定義している。それぞれの動作は先に述べたが、予備蓄電器充電モードは、以下のような特徴を持つ。なお、低効率発電動作、および、電機子巻線通電動作の特徴については、実施の形態1ですでに説明したため、ここでは、説明を省略し、実施の形態1を参照することとする。   In Embodiment 2 of the present invention, as a method of reducing the voltage across the terminals of the first battery 1, the low-efficiency power generation operation performed during the voltage reduction operation mode of the generator 3 described in Embodiment 1 In addition to the two types of armature winding energization operation, the third capacitor 9 connected in parallel with the first capacitor 1 is further connected by turning on the second switch 8 when a predetermined condition is satisfied. A total of three types are defined, with the addition of “preliminary capacitor charging operation” performed in the “preliminary capacitor charging mode” to be in a conductive state. Although each operation has been described above, the standby capacitor charging mode has the following characteristics. Note that the features of the low-efficiency power generation operation and the armature winding energization operation have already been described in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted here and the first embodiment will be referred to.

予備蓄電器充電モードの予備蓄電器動作には、以下のような特徴がある。
・第1の蓄電器1と第3の蓄電器9間の電気抵抗は小さく、第2のスイッチ8を導通状態とすると、第1の蓄電器1から第3の蓄電器9に向かって電力の授受が急速に行われるため、第1の蓄電器1の端子間電圧を短時間で大きく低下させることができる。
・第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の端子間電圧が平衡状態となったタイミングで電圧の低下が止まるため、低下することのできる電圧には限度があり、その電圧は、第1の蓄電器1および第3の蓄電器9の容量とそれぞれの初期電圧によって決まる。
・制御することのできる要素は第2のスイッチ8のみであるため、電圧の低下度合いや流れる電流量を調節することはできない。
・エンジンと動力的に接続されておらず、エンジンとは独立して動作するため、回転数によって動作を制限されない。
・モード中は大きな電流が流れるが、回路内の電気抵抗は小さく、動作中の温度上昇は小さい。
The standby capacitor operation in the standby capacitor charging mode has the following characteristics.
The electrical resistance between the first capacitor 1 and the third capacitor 9 is small, and when the second switch 8 is turned on, power is rapidly transferred from the first capacitor 1 to the third capacitor 9. As a result, the voltage across the terminals of the first battery 1 can be greatly reduced in a short time.
-Since the voltage stops decreasing at the timing when the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the third capacitor 9 is in an equilibrium state, there is a limit to the voltage that can be decreased, and the voltage is It is determined by the capacities of the capacitor 1 and the third capacitor 9 and their initial voltages.
-Since only the second switch 8 can be controlled, the degree of voltage drop and the amount of flowing current cannot be adjusted.
-It is not connected to the engine dynamically and operates independently of the engine, so the operation is not limited by the rotational speed.
• A large current flows during the mode, but the electrical resistance in the circuit is small and the temperature rise during operation is small.

このように、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させるための3種類の方法にはそれぞれ特徴があるため、車両やエンジンおよび電力系統の状態応じた方法を選択することが望ましい。つまり、電位差が大きい場合は予備蓄電器充電モードとし、第3の蓄電器9を備えていないシステムや、第3の蓄電器9を備えたシステムで予備蓄電器充電モード実施後であってもまだ電位差が大きい場合は、電機子巻線通電動作を選択し、電位差が小さく、エンジン回転数が低い領域では低効率発電動作を選択すると、それぞれの特徴を活かした、適切な動作とすることできる。   As described above, each of the three types of methods for reducing the voltage across the terminals of the first battery 1 has its characteristics. Therefore, it is desirable to select a method according to the state of the vehicle, the engine, and the power system. That is, when the potential difference is large, the standby capacitor charging mode is set, and the potential difference is still large even after the standby capacitor charging mode is performed in the system not including the third capacitor 9 or the system including the third capacitor 9. If an armature winding energization operation is selected and a low-efficiency power generation operation is selected in a region where the potential difference is small and the engine speed is low, an appropriate operation utilizing each characteristic can be obtained.

以上のように、本実施の形態2においても、上記の実施の形態1と同様に、電力変換器4の故障が発生した場合には、高電圧回路と低電圧回路との間に設けられた第1のスイッチ6を導通状態に切替えるように構成されているので、電力変換器4の故障が発生した場合でも、発電機3で発電された電力を車両の補機類5に供給することができるようになるため、車両の補機類5を停止させることがなく、安定的に走行を継続することができる。また、第1のスイッチ6を設けるだけであるため、二系統化する場合に比べ安価で小型に構成することができる。さらには、高電圧回路と低電圧回路との電位差が第1の所定電圧以内となった後に第1のスイッチ6を導通状態に切替えるため、低電圧回路の電圧を上昇させることなく、車両の補機類5の耐電圧を超えて焼損に至ることを防止することができる。   As described above, also in the second embodiment, when a failure occurs in the power converter 4 as in the first embodiment, it is provided between the high voltage circuit and the low voltage circuit. Since the first switch 6 is configured to be switched to the conductive state, even when a failure of the power converter 4 occurs, the power generated by the generator 3 can be supplied to the auxiliary machinery 5 of the vehicle. Therefore, it is possible to continue traveling stably without stopping the auxiliary machinery 5 of the vehicle. In addition, since only the first switch 6 is provided, it is possible to reduce the cost and size as compared with the case of dual system. Further, since the first switch 6 is switched to the conductive state after the potential difference between the high voltage circuit and the low voltage circuit falls within the first predetermined voltage, the vehicle is compensated without increasing the voltage of the low voltage circuit. It is possible to prevent burnout beyond the withstand voltage of the machinery 5.

また、本実施の形態2においては、さらに、第1の蓄電器1に並列に接続された第3の蓄電器9を備えるとともに、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の導通状態を切替えることのできる第2のスイッチ8を備え、電源管理部7は、電力変換器4の故障を検出したときに、発電機3に対し、第1の蓄電器1を充電する通常の発電動作から、当該通常の発電動作を禁止する、発電禁止動作に切り替えるように指令し、第1の蓄電器1の端子間電圧が、第1の所定電圧範囲よりも広い第2の所定電圧T2以上高い場合は(すなわち、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との差が、第1の所定電圧範囲よりも広い第2の所定電圧範囲外で、且つ、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧より高い場合は)、第2のスイッチ8を導通状態として、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9とを導通状態として第3の蓄電器9への充電を行った後に、発電機3に対し、発電禁止動作から、発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令し、第1の蓄電器1の端子間電圧を第2の蓄電器2の端子間電圧に近づけるように制御する構成とした。これにより、第1の蓄電器1で蓄えられた電力を第3の蓄電器9の充電に用いるため、第1の蓄電器1の端子間電圧を速やかに低下させることができるため、低電圧回路に電力が供給されない時間を最小限とすることができる上、電力を蓄える場所を移動するだけであるので、第1の蓄電器1に蓄えられた電力を有効に利用することができる。また、先に述べた2つの電圧低下動作モードは、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させるために流す電流やエンジン回転数の制約を受けるため、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下させることができなかったり、第1の蓄電器1の端子間電圧の低下が緩やかであったりするが、上記のように構成することで、エンジン回転数によらず、第1の蓄電器1の端子間電圧を速やかに低下させることができる。昨今の市場調査によると、現時点で蓄電器はDC/DCコンバータよりも価格の下落が激しく、DC/DCコンバータを二系統化するよりも安価に構成することができる。加えて、第3の蓄電器9は、故障時のバックアップとしての機能に特化しているため、第1の蓄電器1に比べて小型な容量であっても効果があり、第1の蓄電器1と第3の蓄電器9の容量を適切に選定すれば、DC/DCコンバータの二系統化よりも小型化することができる。   In the second embodiment, a third battery 9 connected in parallel to the first battery 1 is further provided, and the conduction state of the first battery 3 and the third battery 9 is switched. A second switch 8 that can be used, and when the power management unit 7 detects a failure of the power converter 4, the normal power generation operation for charging the first capacitor 1 to the generator 3 is performed. Instructing to switch to the power generation prohibition operation to prohibit the power generation operation, and when the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the second predetermined voltage T2 wider than the first predetermined voltage range (that is, the first The difference between the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the voltage between the terminals of the second capacitor 2 is outside the second predetermined voltage range wider than the first predetermined voltage range, and the terminal of the first capacitor 1 When the voltage between the terminals of the second battery 2 is higher) The second switch 8 is turned on, the first capacitor 1 and the third capacitor 9 are turned on, and the third capacitor 9 is charged. An instruction is given to switch to a voltage lowering operation that consumes power inside the machine, and the voltage between the terminals of the first battery 1 is controlled to approach the voltage between the terminals of the second battery 2. As a result, since the electric power stored in the first electric storage device 1 is used for charging the third electric storage device 9, the voltage between the terminals of the first electric storage device 1 can be quickly reduced. In addition to minimizing the time during which power is not supplied, the power stored in the first battery 1 can be effectively used because the place where the power is stored is merely moved. In addition, since the two voltage reduction operation modes described above are restricted by the current flowing to reduce the voltage between the terminals of the first capacitor 1 and the engine speed, the voltage between the terminals of the first capacitor 1 is reduced. Although it cannot be reduced or the voltage drop between the terminals of the first battery 1 is gradual, the terminal of the first battery 1 is configured regardless of the engine speed by being configured as described above. The inter-voltage can be quickly reduced. According to recent market research, at present, the power storage device has a drastic price drop compared to the DC / DC converter, and can be configured at a lower cost than the two DC / DC converters. In addition, since the third capacitor 9 is specialized for the function as a backup at the time of failure, even if the capacity is smaller than that of the first capacitor 1, the third capacitor 9 is effective. If the capacity | capacitance of the 3 electrical storage device 9 is selected appropriately, it can reduce in size rather than dual system of a DC / DC converter.

なお、上記の実施の形態2の説明においては、電圧低下動作モードに、電機子巻線通電動作と低効率発電動作の2種類が含まれると説明したが、その場合に限らず、いずれか一方だけが含まれる構成としてもよい。その場合には、エンジンの回転数に関係なく、電源管理部7において、第1の蓄電器1の端子間電圧と第2の蓄電器2の端子間電圧との電位差が第1の所定電圧範囲外で、かつ、第1の蓄電器1の端子間電圧が第2の蓄電器2の端子間電圧よりも高いという所定の条件が成立したと判断した場合に、電圧低下動作モードに含まれているいずれか一方の動作(すなわち、電機子巻線通電動作、あるいは、低効率発電動作)を行うようにすればよい。   In the above description of the second embodiment, it has been described that the voltage drop operation mode includes two types of the armature winding energization operation and the low-efficiency power generation operation. It is good also as a structure including only. In that case, regardless of the engine speed, the power management unit 7 determines that the potential difference between the terminal voltage of the first battery 1 and the voltage between the terminals of the second battery 2 is outside the first predetermined voltage range. In addition, when it is determined that a predetermined condition that the voltage between the terminals of the first battery 1 is higher than the voltage between the terminals of the second battery 2 is included, either one included in the voltage reduction operation mode (That is, the armature winding energization operation or the low-efficiency power generation operation) may be performed.

なお、上記の実施の形態1および実施の形態2で説明した発電機3は、発電電動機で構成するようにしてもよい。その場合には、電力変換器4が故障した際に、発電機3を構成する発電電動機の駆動機能が使用できない場合であっても、発電電動機の発電機能を用いることで、第1の蓄電器1の端子間電圧を低下することができる。   In addition, you may make it comprise the generator 3 demonstrated in said Embodiment 1 and Embodiment 2 with a generator motor. In that case, even if the drive function of the generator motor constituting the generator 3 cannot be used when the power converter 4 fails, the first battery 1 can be obtained by using the generator function of the generator motor. The voltage between the terminals can be reduced.

また、実施の形態1,2について上記の通り説明を実施したが、第1の蓄電器1と第2の蓄電器2の端子間電位差が第1の所定電圧以内であるときに、第1の蓄電器1と第2の蓄電器2を導通状態とするように第1のスイッチ6を投入できればよく、この発明は、上記の構成に限定されるものではない。   Moreover, although Embodiment 1 and 2 were demonstrated as mentioned above, when the electrical potential difference between the terminals of the first capacitor 1 and the second capacitor 2 is within the first predetermined voltage, the first capacitor 1 As long as the first switch 6 can be turned on so as to bring the second capacitor 2 into a conductive state, the present invention is not limited to the above-described configuration.

1 第1の蓄電器、2 第2の蓄電器、3 発電機、3a 整流回路、3b 電機子巻線、3c 界磁巻線、3d 界磁電流制御回路、3e サーミスタ、4 電力変換器、5 車両の補機類、6 第1のスイッチ、7 電源管理部、7a 第1の蓄電器の端子間電圧検出手段、7b 第2の蓄電器の端子間電圧検出手段、7c 第3の蓄電器の端子間電圧検出手段、8 第2のスイッチ、9 第3の蓄電器、10 電力変換器出力電流検出手段、11 エンジン回転数検出手段、12 スロットル開度検出手段、13 インジェクタ、14 エンジン制御装置、15 アクセル開度検出手段。   1 first capacitor, 2 second capacitor, 3 generator, 3a rectifier circuit, 3b armature winding, 3c field winding, 3d field current control circuit, 3e thermistor, 4 power converter, 5 vehicle Auxiliaries, 6 first switch, 7 power management unit, 7a voltage detection means between terminals of first capacitor, 7b voltage detection means between terminals of second capacitor, 7c voltage detection means between terminals of third capacitor , 8 Second switch, 9 Third capacitor, 10 Power converter output current detecting means, 11 Engine speed detecting means, 12 Throttle opening detecting means, 13 Injector, 14 Engine control device, 15 Accelerator opening detecting means .

Claims (11)

第1の蓄電器を含む第1の回路と、第2の蓄電器を含む第2の回路と、前記第1の蓄電器の電力を変換して前記第2の蓄電器や車両の補機に供給する電力変換器と、前記第1の蓄電器に接続され外部のトルクによって発電して前記第1の蓄電器を充電する発電機とを含む車両に設けられた、電源管理装置であって、
前記第1の回路と前記第2の回路との間に接続され、通常時は前記第1の回路と前記第2の回路との間を非導通状態とし、切替指令を受けたときに、前記非導通状態から導通状態へ切り替える第1のスイッチと、
前記電力変換器の故障を検出した場合に、前記発電機に対し、前記第1の蓄電器を充電する通常の発電動作から、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令し、前記電圧低下動作実施後に、前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲内になったときに、前記第1のスイッチに対して、前記切替指令を出力する電源管理部と
を備えたことを特徴とする電源管理装置。
A first circuit including a first capacitor, a second circuit including a second capacitor, and power conversion for converting the power of the first capacitor and supplying the converted power to the second capacitor and a vehicle auxiliary device A power management device provided in a vehicle including a storage device and a generator connected to the first capacitor and generating power by external torque to charge the first capacitor,
The first circuit and the second circuit are connected between the first circuit and the second circuit in a non-conducting state in a normal state, and when a switching command is received, A first switch for switching from a non-conductive state to a conductive state;
When a failure of the power converter is detected, the generator is instructed to switch from a normal power generation operation that charges the first battery to a voltage reduction operation that consumes power inside the generator. After the voltage reduction operation, when the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is within a first predetermined voltage range, the first switch And a power management unit that outputs a switching command.
前記電圧低下動作は、
前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲外で、且つ、前記第1の蓄電器の電圧が前記第2の蓄電器の電圧より高い場合に、前記発電機の界磁巻線に流れる電流を制御することにより、発電効率を予め設定された所定の値よりも低い低効率にした状態で前記発電機に発電させて、前記第1の蓄電器の電圧を低下させる低効率発電動作
であることを特徴とする請求項1に記載の電源管理装置。
The voltage drop operation is
When the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is outside the first predetermined voltage range and the voltage of the first capacitor is higher than the voltage of the second capacitor, By controlling the current flowing in the field winding of the generator, the generator is caused to generate power in a state where the power generation efficiency is lower than a predetermined value set in advance, and the first battery The power management apparatus according to claim 1, wherein the power management apparatus is a low-efficiency power generation operation that reduces a voltage.
前記電圧低下動作は、
前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲外で、且つ、前記第1の蓄電器の電圧が前記第2の蓄電器の電圧より高い場合に、前記発電機の界磁巻線を非通電状態とし、前記発電機の電機子巻線にのみ通電させて、前記第1の蓄電器の電圧を低下させる電機子巻線通電動作
であることを特徴とする請求項1に記載の電源管理装置。
The voltage drop operation is
When the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is outside the first predetermined voltage range and the voltage of the first capacitor is higher than the voltage of the second capacitor, An armature winding energizing operation in which the field winding of the generator is de-energized and only the armature winding of the generator is energized to reduce the voltage of the first capacitor. The power management device according to claim 1.
前記電圧低下動作は、
前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲外で、且つ、前記第1の蓄電器の電圧が前記第2の蓄電器の電圧より高い場合に、前記発電機の界磁巻線に流れる電流を制御することにより、発電効率を予め設定された所定の値よりも低い低効率にした状態で前記発電機に発電させて、前記第1の蓄電器の電圧を低下させる低効率発電動作と、
前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲外で、且つ、前記第1の蓄電器の電圧が前記第2の蓄電器の電圧より高い場合に、前記発電機の界磁巻線を非通電状態とし、前記発電機の電機子巻線にのみ通電させて、前記第1の蓄電器の電圧を低下させる電機子巻線通電動作と
を含み、
前記電源管理部は、前記発電機に対し、エンジン回転数が予め設定された所定の値以上の場合に、前記電機子巻線通電動作を行い、前記エンジン回転数が前記所定の値未満の場合に、前記低効率発電動作を行うように指令する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源管理装置。
The voltage drop operation is
When the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is outside the first predetermined voltage range and the voltage of the first capacitor is higher than the voltage of the second capacitor, By controlling the current flowing in the field winding of the generator, the generator is caused to generate power in a state where the power generation efficiency is lower than a predetermined value set in advance, and the first battery Low-efficiency power generation operation to reduce the voltage,
When the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is outside the first predetermined voltage range and the voltage of the first capacitor is higher than the voltage of the second capacitor, An armature winding energization operation for deenergizing the field winding of the generator and energizing only the armature winding of the generator to reduce the voltage of the first capacitor;
The power management unit performs the armature winding energization operation when the engine speed is greater than or equal to a predetermined value set in advance for the generator, and the engine speed is less than the predetermined value. The power management apparatus according to claim 1, further comprising: instructing to perform the low-efficiency power generation operation.
前記電源管理部は、前記発電機の温度が予め設定された第1の所定温度以上の場合、前記低効率発電動作を停止することを特徴とする請求項2または4に記載の電源管理装置。   5. The power management apparatus according to claim 2, wherein the power management unit stops the low-efficiency power generation operation when a temperature of the generator is equal to or higher than a first predetermined temperature set in advance. 前記電源管理部は、前記発電機の温度が予め設定された第2の所定温度以上の場合、前記電機子巻線通電動作を停止することを特徴とする請求項3または4に記載の電源管理装置。   5. The power management according to claim 3, wherein the power management unit stops the armature winding energization operation when the temperature of the generator is equal to or higher than a second predetermined temperature set in advance. 6. apparatus. 前記電源管理部は、前記電力変換器の故障を検出した場合に、前記発電機に対し、前記第1の蓄電器を充電する通常の発電動作を禁止する指令を出力し、当該指令の出力後、所定時間経過後に、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令することにより、前記電力変換器の故障を検出した後、前記第1のスイッチを非導通状態から導通状態へ切替えるまでの間に、前記発電機が発生または吸収するトルクの変化が所定以下となるように制御する
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電源管理装置。
When the power management unit detects a failure of the power converter, the power management unit outputs a command for prohibiting a normal power generation operation for charging the first capacitor to the generator, and after outputting the command, After detecting a failure of the power converter by instructing to switch to a voltage lowering operation that consumes electric power inside the generator after a predetermined time has elapsed, the first switch is changed from a non-conductive state to a conductive state. The power management device according to any one of claims 1 to 6, wherein a change in torque generated or absorbed by the generator is controlled to be equal to or less than a predetermined value until switching.
前記第1の蓄電器と並列に接続された第3の蓄電器と、
前記第1の蓄電器と前記第3の蓄電器との間に接続され、前記第1の蓄電器と前記第3の蓄電器との間を非導通状態とし、前記電源管理部から第2の切替指令を受けたときに、前記非導通状態から導通状態へ切り替える第2のスイッチと
をさらに備え、
前記電源管理部は、前記電力変換器の故障を検出したときに、前記発電機に対し、前記第1の蓄電器を充電する通常の発電動作から、前記通常の発電動作を禁止する、発電禁止動作に切り替えるように指令し、前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が、前記第1の所定電圧範囲よりも広い第2の所定電圧範囲外で、且つ、前記第1の蓄電器の電圧が前記第2の蓄電器の電圧より高い場合に、前記第2のスイッチに対して、前記第2の切替指令を出力することにより、前記第1の蓄電器と前記第3の蓄電器とを導通状態として前記第3の蓄電器への充電を行った後に、前記発電機に対し、前記発電禁止動作から、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令し、前記第1の蓄電器の電圧を前記第2の蓄電器の電圧に近づける制御を行う
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の電源管理装置。
A third capacitor connected in parallel with the first capacitor;
Connected between the first capacitor and the third capacitor, puts the first capacitor and the third capacitor into a non-conductive state, and receives a second switching command from the power management unit. And a second switch for switching from the non-conducting state to the conducting state.
When the power management unit detects a failure of the power converter, the power generation prohibiting operation prohibits the normal power generation operation from the normal power generation operation for charging the first capacitor to the generator. The difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is outside a second predetermined voltage range wider than the first predetermined voltage range, and the first When the voltage of one capacitor is higher than the voltage of the second capacitor, the second switch command is output to the second switch, whereby the first capacitor and the third capacitor are output. And instructing the power generator to switch from the power generation prohibiting operation to a voltage lowering operation that consumes power inside the power generator, after charging the third capacitor in a conductive state, The voltage of the first capacitor is Claims 1 and performs control to close the voltage of the storage battery to 7 power management device according to any one of.
前記発電機は発電電動機から構成されることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の電源管理装置。   The power management apparatus according to claim 1, wherein the generator is configured by a generator motor. 第1の蓄電器を含む第1の回路と、第2の蓄電器を含む第2の回路と、前記第1の蓄電器の電力を変換して前記第2の蓄電器や車両の補機に供給する電力変換器と、前記第1の蓄電器に接続され外部のトルクによって発電して前記第1の蓄電器を充電する発電機とを含む車両において実施される電源管理方法であって、
前記第1の回路と前記第2の回路との間に接続された第1のスイッチを非導通状態とするステップと、
前記電力変換器が故障したときに、前記故障を検出するステップと、
前記故障が検出された場合に、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように前記発電機を制御するステップと、
前記電圧低下動作実施後に、前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲内になったときに、前記第1のスイッチを非導通状態から導通状態に切り替えるステップと
を備えたことを特徴とする電源管理方法。
A first circuit including a first capacitor, a second circuit including a second capacitor, and power conversion for converting the power of the first capacitor and supplying the converted power to the second capacitor and a vehicle auxiliary device And a power management method implemented in a vehicle including a generator and a generator connected to the first capacitor and generating power by external torque to charge the first capacitor,
Turning off a first switch connected between the first circuit and the second circuit;
Detecting the failure when the power converter fails; and
Controlling the generator to switch to a voltage drop operation that consumes power within the generator when the failure is detected;
After the voltage lowering operation, when the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor falls within the first predetermined voltage range, the first switch is turned on from the non-conductive state. And a step of switching to a state.
第1の蓄電器を含む第1の回路と、
第2の蓄電器を含む第2の回路と、
前記第1の蓄電器の電力を変換して前記第2の蓄電器や車両の補機に供給する電力変換器と、
前記第1の蓄電器に接続され外部のトルクによって発電して前記第1の蓄電器を充電する発電機と、
前記第1の回路と前記第2の回路との間に接続され、通常時は前記第1の回路と前記第2の回路との間を非導通状態とし、切替指令を受けたときに、前記非導通状態から導通状態へ切り替える第1のスイッチと、
前記電力変換器の故障を検出した場合に、前記発電機に対し、前記第1の蓄電器を充電する通常の発電動作から、前記発電機内部で電力を消費させる電圧低下動作に切り替えるように指令し、前記電圧低下動作実施後に、前記第1の蓄電器の電圧と前記第2の蓄電器の電圧との差が第1の所定電圧範囲内になったときに、前記第1のスイッチに対して、前記切替指令を出力する電源管理部と
を備えたことを特徴とする電源管理システム。
A first circuit including a first capacitor;
A second circuit including a second capacitor;
A power converter that converts the power of the first capacitor and supplies it to the second capacitor and an auxiliary device of the vehicle;
A generator connected to the first capacitor and generating power by external torque to charge the first capacitor;
The first circuit and the second circuit are connected between the first circuit and the second circuit in a non-conducting state in a normal state, and when a switching command is received, A first switch for switching from a non-conductive state to a conductive state;
When a failure of the power converter is detected, the generator is instructed to switch from a normal power generation operation that charges the first battery to a voltage reduction operation that consumes power inside the generator. After the voltage reduction operation, when the difference between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is within a first predetermined voltage range, the first switch A power management system comprising: a power management unit that outputs a switching command.
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