JPWO2012098708A1 - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

エンジンで駆動される発電機（１）の出力を整流する整流器（２）と車載負荷（３）へ電力供給するバッテリ（４）との間に第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）を設け、整流器（２）と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）との間に電気二重層コンデンサ（６）およびその充放電電流制御用の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）を設け、制御回路（８）は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）の制御目標となる目標電流をバッテリ母線（Ｂ）の電圧値に基づいて設定し、充放電指令信号に基づいて電気二重層コンデンサ（６）の充電を停止する場合には、それに先立ち電気二重層コンデンサ（６）の電圧値ＶＥＤＬＣに基づいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）に対する目標電流を次第に減衰させる制御を行う。

Description

この発明は、車両用電源システムに関し、特に車両の制動エネルギーの回生と車両の燃費向上とを実現できる車両用電源システムに関するものである。

従来の車両用電源システムでは、エンジンにより駆動されてバッテリに給電する発電機の発電電圧を、車両の減速時には非減速時（加速時や順行走行時）よりも高く設定することで制動エネルギーの回生を積極的に行う一方、車両の非減速時には減速時よりも発電電圧を低く設定することにより、エンジンへの負荷を低減させて燃費の向上を図るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような従来の車両用電源システムでは、発電機の発電電力をバッテリに直接供給して充電するように構成されているので、発電機の発電電力を大きく変化させると、バッテリの寿命を縮めることにつながる。したがって、発電機の発電電力を高くする幅を大きくすることができず、車両の減速時に制動エネルギーを積極的に回生できないという問題があった。

特開２００８−６７５０４号公報

このような問題を解決するため、本願の出願人は、発電機の出力を整流する整流器と車載負荷に電力を供給するバッテリとの間に第１ＤＣ／ＤＣコンバータを設け、また、上記整流器と第１ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に、電力平準化用の電気二重層コンデンサ等の蓄電デバイス及びこの蓄電デバイスの充放電電流制御用の第２ＤＣ／ＤＣコンバータを設けた車両用電源システムを提案した。そして、この車両用電源システムでは、制御回路により上記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御することにより発電機の発電電力をバッテリおよび蓄電デバイスに蓄電するようにした（特願２００９−２３９３８０号）。

特願２００９−２３９３８０号の構成によれば、車両用電源システム各部の電圧を適正に保ちつつ、発電機の発電電力を高くする幅を大きくすることができ、車両の制動エネルギーを積極的に回生できるとともに、燃費の向上を図ることが可能となる。

しかしながら、本願の発明者らは、上記車両用電源システムについてさらに鋭意検討した結果、次の課題が残されていることを見出した。

すなわち、電気二重層コンデンサ等の蓄電デバイスは、充放電可能な範囲に自ずと制限があり、その制限を越えた過充電や過放電が繰り返されると蓄電デバイスの寿命低下や利用効率の低下につながる。したがって、蓄電デバイスの充放電可能な電圧範囲を規定する上下限値を予め設定し、上下限値を越える場合には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータによる蓄電デバイスへの充電動作または放電動作を停止する。

一方、発電機はエンジンにより駆動されるので、その発電電力や回生電力の発生を急速に停止することが難しい。そのため、上記のように蓄電デバイスに対して予め設定された上下限値を越える場合に第２ＤＣ／ＤＣコンバータによる蓄電デバイスへの充放電動作を停止しても、発電機の応答遅れによって発電電力の過不足が生じる。その結果、応答の遅い発電機を使用する場合には急激な電圧変動が発生し、ひいてはバッテリの寿命低下や第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対して過度の負担が加わるという課題があることが判明した。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、電気二重層コンデンサ等の蓄電デバイスの充電または放電を停止する場合に、発電機の応答遅れによって発電電力の過不足が生じるのを防止でき、応答の遅い発電機を使用する場合でも、急激な電圧変動の発生を有効に抑制することが可能な車両用電源システムを提供する。

この発明による車両用電源システムは、
エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して発電母線に出力する整流器と、
車載負荷にバッテリ母線を介して電力を供給するバッテリと、
上記発電母線に入力端が、上記バッテリ母線に出力端がそれぞれ接続されて電圧変換を行う第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記発電機からの発電電力を蓄積して電力変動を吸収する蓄電デバイスと、
上記発電母線に入力端が、上記蓄電デバイスに出力端がそれぞれ接続されて電圧変換を行う第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
上記第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路とを備え、
上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記蓄電デバイスに対する電流を所定の目標電流に保つ電流制御型のものであり、
上記制御回路は、上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの制御目標となる目標電流を、上記発電母線の電圧値、および上記バッテリ母線の電圧値の少なくとも一つに基づいて設定するとともに、充放電指令信号に基づいて上記蓄電デバイスの充電を停止する場合には、それに先立って上記蓄電デバイスの電圧値に基づいて上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する上記目標電流を次第に減衰させる制御を行うものである。

この発明の車両電源システムによれば、充放電指令信号に基づいて蓄電デバイスの充電を終了する場合には、それに先立って上記蓄電デバイスの電圧値に基づいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する目標電流を次第に減衰させる制御を行うようにしているので、発電機の応答遅れによって急激な電圧変動が発生するのを有効に抑制することが可能となる。これにより、電源システム各部の長寿命化とバッテリ電圧の安定化を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムに用いる発電機の出力特性を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムに用いる第１ＤＣ／ＤＣコンバータの構成の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用電源システムにおいて、蓄電デバイスを充放電する際の制御回路による第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電流制御の具体的な処理内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る車両用電源システムにおいて、蓄電デバイスを充放電する際の制御回路による第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電流制御の具体的な処理内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る車両用電源システムにおいて、蓄電デバイスを充放電する際の制御回路による第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電流制御の具体的な処理内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る車両用電源システムにおいて、蓄電デバイスを充放電する際の制御回路による第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電流制御の具体的な処理内容を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの構成を示す回路ブロック図である。

この実施の形態１の車両用電源システムは、エンジン（図示せず）により駆動されて交流電力を発生する発電機１と、この発電機１で発生された交流電力を直流電力に整流して発電母線Ａに出力する整流器２と、車載負荷３にバッテリ母線Ｂを介して電力を供給するバッテリ４と、発電機１からの発電電力や回生電力の電力変動を吸収する蓄電デバイスとしての電気二重層コンデンサ６と、発電母線Ａに入力端が接続されるとともに、バッテリ母線Ｂに出力端が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、発電母線Ａに入力端が接続されるとともに、電気二重層コンデンサ６に出力端が接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、上記発電機１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御する制御回路８と、を備えている。なお、回生電力は、車両の運動エネルギーを発電機１で電気エネルギーに変換し回収して得る電力である。

電気二重層コンデンサ６への充放電と車両の走行との関係は次の通りである。電気二重層コンデンサ６への充電は、車両の減速時に行われ、電気二重層コンデンサ６からの放電は、車両の非減速時（加速時や順行走行時）に行われる。また、車両の減速運転と非減速運転の切り替えに応じて、充放電指令信号の切り替えが行われる。

ここに、上記の発電機１は、例えば、界磁巻線を有するクローポール型回転子と、３相交流巻線を有する固定子と、レギュレータ回路とを備えたランデル型交流発電機である。また、整流器２は三相全波整流回路で構成され、発電機１の３相交流巻線に誘起される交流電力を直流電力に整流する。

バッテリ４は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池であり、定格電圧は例えば１４Ｖである。また、蓄電デバイスとしての電気二重層コンデンサ６は、発電機１からの発電電力や回生電力を蓄積したり、バッテリ４の電力不足分を補充するなどして、バッテリ４側への供給電力を平準化する役目を果たすものである。なお、蓄電デバイスとしては電気二重層コンデンサ６に限らず、リチウム・イオン蓄電池やニッケル水素蓄電池などを使用することもできる。

図２に発電母線電圧Ｖａが１４Ｖ（実線）、２８Ｖ（一点鎖線）、４２Ｖ（破線）のときの、発電機回転数と発電電力Ｐａとの関係を示す。

図２において、発電母線電圧Ｖａが一定の場合（Ｖａ＝１４Ｖ、２８Ｖ、４２Ｖ）、回転数が所定のミニマム値（Ｒｓ＝Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）以下では発電電力Ｐａはゼロであり、回転数が所定のミニマム値を超えて高くなるのに伴って次第に発電電力Ｐａが増大して一定値に収束する特性を有する。そして、同じ回転数の場合は、発電母線電圧Ｖａが高いほど、発電電力Ｐａの収束値はより高くなる。また、発電母線電圧Ｖａが高いほど、発電電力Ｐａがゼロになる回転数のミニマム値は大きい。

発電機１で発生した交流電力は、整流器２によって直流電力に変換され、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５によってバッテリ４に適合した電圧に変換してからバッテリ４に供給される。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、発電母線Ａの直流電力を用いて電気二重層コンデンサ６を充電する動作と、電気二重層コンデンサ６に蓄電した直流電力を用いて発電母線Ａに直流電力を供給する動作との双方を行う。

ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５としては、入力端を所定の目標電圧に保つ定入力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、または、入出力電圧比を所定の目標電圧比に保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される。なお、この第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることもできる。そして、この第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５の目標電圧又は目標電圧比は、発電母線電圧Ｖａが例えば１４Ｖ、２８Ｖ、４２Ｖいずれかになるように切り替えるものとする。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として定入力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを適用する場合、例えば入力端の電圧を目標電圧に保つようにフィードバック制御される降圧チョッパ回路などの一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ主回路を用いることができる。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータを適用する場合、降圧チョッパ回路のスイッチングデューティー比を所定の値に保つように制御したＤＣ／ＤＣコンバータ、あるいは、国際公開番号ＷＯ２００８／０３２４２４号公報に開示されているようなコンバータが適用される。

図３は国際公開番号ＷＯ２００８／０３２４２４号公報に記載されているＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図３のＤＣ／ＤＣコンバータは、平滑コンデンサ（Ｃｓ１）〜（Ｃｓ４）、スイッチング素子（Ｍｏｓ１Ｌ、Ｍｏｓ１Ｈ）〜（Ｍｏｓ４Ｌ、Ｍｏｓ４Ｈ）、エネルギー移行用コンデンサ（Ｃｒ１２）〜（Ｃｒ１４）、およびリアクトル（Ｌｒ１２）〜（Ｌｒ１４）を備え、上記スイッチング素子（Ｍｏｓ１Ｌ、Ｍｏｓ１Ｈ）〜（Ｍｏｓ４Ｌ、Ｍｏｓ４Ｈ）のオンオフ動作により、直列共振体（ＬＣ１２）〜（ＬＣ１４）のＬＣ共振を利用して上記コンデンサ間で電荷を移行することにより、入出力端子間の電圧比（Ｖ１：Ｖ２）を所定の整数比倍に保つ方式のものである。このコンバータは入出力端子間の電圧比が整数倍であるという制約はあるが、チョッパ型など一般的なＤＣ／ＤＣコンバータと比べ、大型のリアクトルが不要であるので、小型で非常に高い効率が得られるという特徴がある。なお、このコンバータの動作の詳細については、国際公開番号ＷＯ２００８／０３２４２４号公報に詳しく説明されているので、ここでは説明を省略する。

一方、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７としては、バッテリ母線電圧Ｖｂを所定の電圧目標値に保つようにその入力電流または出力電流を制御する電流制御型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される。しかも、この第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電気二重層コンデンサ６に対して充電と放電の両方向の動作を行う必要があるので、入出力方向が逆にし得る双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータであることが必須である。

なお、ここでは説明の便宜上、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の入出力端の一方、すなわち発電母線Ａに繋がる側を「入力」と呼び、他方すなわち電気二重層コンデンサ６に繋がる側を「出力」と呼んでおり、必ずしも電力の移行方向を表していない。例えば、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して電気二重層コンデンサ６の電荷を発電母線Ａに放電する場合には、電流は「出力」側から流れ込んで「入力」側から流れ出し、電力は「出力」側から「入力」側へ移行することになる。

制御回路８は、発電母線Ａに加わる発電母線電圧Ｖａ、バッテリ母線Ｂに加わるバッテリ母線電圧Ｖｂ、電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖ_ＥＤＬＣ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電気二重層コンデンサ６に対する充放電時の電流Ｉｃを検出して取り込むと共に、図示しないコントロールユニットから充放電指令信号１０を入力する。そして、制御回路８は、上記検出値および上記充放電指令信号に基づいて、発電機１に対して発電電力指令２０、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５に対して昇降圧比指令値３０、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して電流目標値Ｉｒｅｆを出力する。

その場合、制御回路８は、予め設定されているバッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆと検出されるバッテリ母線電圧Ｖｂとの偏差ΔＶｂ（＝Ｖｂｒｅｆ−Ｖｂ）に基づいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７が電気二重層コンデンサ６を充放電する際の電流目標値Ｉｒｅｆを決定する。この場合の上記バッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆは、バッテリ４の定格電圧に基づいて決定される。例えば、バッテリ４が定格電圧１２．６Ｖの鉛蓄電池では、バッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆは１４Ｖ程度とする。

また、制御回路８は、バッテリ母線電圧Ｖｂを発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆ＊に収束させるように発電機１の発電電力を制御する。この場合の発電機１のバッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆ＊は、電気二重層コンデンサ６を充電する際には第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の上記バッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆより高く設定し、電気二重層コンデンサ６から放電する際には第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７のバッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆよりも低く設定する。これにより、電気二重層コンデンサ６を充電する際には発電機１からの回生電力をバッテリ４および電気二重層コンデンサ６に効率良く蓄電することができ、また、電気二重層コンデンサ６から放電する際にはエンジン負荷を低減させつつ電気二重層コンデンサ６の蓄電電力をバッテリ４に蓄電することができる。

また、この実施の形態１において、制御回路８は、電気二重層コンデンサ６の充放電に伴う電圧Ｖ_ＥＤＬＣの変化をモニタし、その電圧Ｖ_ＥＤＬＣが予め定格容量や利用効率を考慮して規定されている上限値Ｖ_ＭＡＸあるいは下限値Ｖ_ＭＩＮに達したら、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の動作を停止する。その場合、制御回路８は、上記停止処理に先立って電気二重層コンデンサ６の電圧値Ｖ_ＥＤＬＣに基づいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対する前述の電流目標値Ｉｒｅｆを次第に減衰させる制御処理（以下、電流目標値減衰処理という）を行うようにプログラムされている。このように、電気二重層コンデンサ６の充電または放電を停止する際には、事前に電流目標値減衰処理を行って徐々に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７により電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃを抑制することで、発電機１の応答遅れによって発電電力の過不足が生じるのを防ぐことが可能となる。

次に、上記の電流目標値減衰処理の具体的な処理内容について説明する。
電流目標値減衰処理は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆに対して、例えば“０”から“１”の範囲の倍率を掛けることで電流目標値Ｉｒｅｆを次第に減らす処理である。

そのために、電気二重層コンデンサ６に対する上限値Ｖ_ＭＡＸよりも低い閾値Ｖｔｈ１、および下限値Ｖ_ＭＩＮよりも高い閾値Ｖｔｈ２をそれぞれ設定し、これらの各閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を境に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値減衰処理を行う。すなわち、充放電指令信号により発電機１からの回生電力で電気二重層コンデンサ６が充電される際、その電圧Ｖ_ＥＤＬＣが閾値Ｖｔｈ１よりも大きくなったとき（Ｖ_ＥＤＬＣ≧Ｖｔｈ１）に電流目標値減衰処理を行う。また、充放電指令信号により電気二重層コンデンサ６が放電される際、その電圧Ｖ_ＥＤＬＣが閾値Ｖｔｈ２より低くなったとき（Ｖ_ＥＤＬＣ≦Ｖｔｈ２）に電流目標値減衰処理を行う。

さらに具体的には、電気二重層コンデンサ６の充電時における電流目標値減衰処理は、次の式（１）に基づいて行う。
Ｉｒｅｆ（ｋ）＝｛（Ｖ_ＭＡＸ−Ｖ_ＥＤＬＣ）／（Ｖ_ＭＡＸ−Ｖｔｈ１）｝・Ｉｒｅｆ（ｋ−１） …（１）
（だだし、Ｖ_ＭＡＸ＞Ｖ_ＥＤＬＣ≧Ｖｔｈ１）
式（１）において、分母に（Ｖ_ＭＡＸ−Ｖｔｈ１）を入れることで、電流目標値減衰処理の最大倍率が１倍となり、制御系の安定性を乱すことがなくなる。

一方、電気二重層コンデンサ６の放電時における電流目標値減衰処理は、次の式（２）に基づいて行う。
Ｉｒｅｆ（ｋ）＝｛（Ｖ_ＭＩＮ−Ｖ_ＥＤＬＣ）／（Ｖ_ＭＩＮ−Ｖｔｈ２）｝・Ｉｒｅｆ（ｋ−１） …（２）
（ただし、Ｖ_ＭＩＮ＜Ｖ_ＥＤＬＣ≦Ｖｔｈ２）
式（２）において、分母に（Ｖ_ＭＩＮ−Ｖｔｈ２）を入れることで、電流目標値減衰処理の最大倍率が１倍となり、制御系の安定性を乱すことがなくなる。

なお、上記の式（１）および式（２）において、ｋは自然数であり、Ｉｒｅｆ（ｋ−１）はＩｒｅｆ（ｋ）の１サンプル前のデータを意味する。

制御回路８による第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対する電流制御は、一般的なフィードバック制御であり、電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃが電流目標値Ｉｒｅｆに一致するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御する。

このようにして、電気二重層コンデンサ６の充電時には、Ｖ_ＥＤＬＣ≧Ｖｔｈ１のときに電流目標値減衰処理を行い、電気二重層コンデンサ６の放電時には、Ｖ_ＥＤＬＣ≦Ｖｔｈ２のときに電流目標値減衰処理を行うこととなる。

しかし、充電時でＶ_ＥＤＬＣ≧Ｖｔｈ１のときには、上記式（１）に基づく電流目標値減衰処理がオン（実行中）であるが、その状態で充放電指令信号が放電指令に切り替わった場合、速やかに電流目標値減衰処理をオフ（停止）にしなければ電気二重層コンデンサ６の放電が遅れることになる。

また、放電時でＶ_ＥＤＬＣ≦Ｖｔｈ２のときには、上記式（２）に基づく電流目標値減衰処理がオン（実行中）であるが、その状態で充放電指令信号が充電指令に切り替わった場合、速やかに電流目標値減衰処理をオフ（停止）にしなければ、電気二重層コンデンサ６の充電が遅れることになる。

そして、このように充電時の電流目標値減衰処理途中に放電に切替わった場合、あるいは放電時の電流目標値減衰処理途中に充電に切替わった場合に、電気二重層コンデンサ６の充電または放電が遅れると、車両の制動エネルギーを効率的に回収することができない。

そこで、この実施の形態１では、現在の充放電指令信号が充電指令か放電指令か、また、充放電指令信号が充電指令から放電指令あるいは放電指令から充電指令に切り替わったかどうかを判定するために、制御回路８は、充放電指令信号１０を外部のコントロールユニット（図示せず）から取り込む。そして、制御回路８は、この充放電指令信号１０に基づいて電流目標値減衰処理を上記式（１）によるか式（２）によるかを決定したり、電流目標値減衰処理のオン／オフを決定する。このようにすれば、適切な電流目標値減衰処理を行えるとともに、速やかに電流目標値減衰処理のオン／オフが可能となるから、車両の制動エネルギーを効率的に回収することができる。

次に、上記説明に基づいて電気二重層コンデンサ６を充放電する際の、制御回路８による第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御の具体的な処理内容について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、符号Ｓは各処理ステップを意味する。

まず、制御回路８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆを、バッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆとバッテリ母線電圧Ｖｂとの偏差ΔＶ（＝Ｖｂｒｅｆ−Ｖｂ）に基づいて決定する（Ｓ１）。なお、前述のごとく、この場合のバッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆはバッテリ４の定格電圧に基づき決定されたものであり、また、バッテリ母線電圧Ｖｂは検出値である。

次に、制御回路８は、充放電指令信号１０を取り込み、充放電指令信号が充電指令か否かを判定する（Ｓ２）。そして、充放電指令信号が充電指令と判定した場合には、続いて、Ｖ_ＥＤＬＣ≧Ｖｔｈ１か否かを判定し（Ｓ３）、Ｖ_ＥＤＬＣ≧Ｖｔｈ１のときには、上記式（１）に基づく電流目標値減衰処理を実行する（Ｓ５）。また、充放電指令信号が放電指令と判定した場合には、続いて、Ｖ_ＥＤＬＣ≦Ｖｔｈ２か否かを判定し（Ｓ４）、Ｖ_ＥＤＬＣ≦Ｖｔｈ２のときには、上記式（２）に基づく電流目標値減衰処理を実行する（Ｓ５）。そして、これらの各電流目標値減衰処理では、電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃが電流目標値Ｉｒｅｆに一致するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対してフィードバック制御を行う。

なお、この電流目標値減衰処理でＶ_ＥＤＬＣがＶ_ＭＡＸあるいはＶ_ＭＩＮに到達したときには式（１）あるいは式（２）でＩｒｅｆ（ｋ）が”０”になるので当該処理が停止される。また、電流目標値減衰処理の途中で例えば充放電指令信号が充電指令から放電指令に切り替わった場合、Ｓ２の判定でＮＯとなり、かつＳ４の判定でもＮＯとなるので、電流目標値減衰処理はオフ（停止）になる。また、電流目標値減衰処理の途中で例えば充放電指令信号が放電指令から充電指令に切り替わった場合、Ｓ２の判定でＹＥＳとなり、かつＳ３の判定ではＮＯとなるので、電流目標値減衰処理はオフ（停止）になる。

また、制御回路８は、充放電指令信号が充電指令あるいは放電指令のいずれの場合も、電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖ_ＥＤＬＣが上下の閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２の間にあるとき（Ｖｔｈ１＞Ｖ_ＥＤＬＣ＞Ｖｔｈ２）には、電流目標値減衰処理を実行せず、電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃが電流目標値Ｉｒｅｆに一致するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対してフィードバック制御を行う（Ｓ６）。

以上のように、この実施の形態１では、予め電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖ_ＥＤＬＣに対して閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を設定し、電気二重層コンデンサ６の充電または放電を停止する場合には、それに先立って各閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を境に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値減衰処理を行うようにしたので、発電機１の応答遅れによって発電電力の過不足が生じるのを防ぐことができる。その結果、応答の遅い発電機１を使用する場合でも、急激な電圧変動の発生を有効に抑制することが可能となる。これにより、電源システム各部の長寿命化とバッテリ電圧の安定化を図ることができる。

実施の形態２．
この実施の形態２における車両用電源システムの基本的な全体構成は、図１に示した実施の形態１と同様である。

この実施の形態２において実施の形態１の場合と異なる点は、制御回路８による第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御を、図４に示したフローチャートに基づく処理に代えて、図５に示すようなフローチャートに基づく処理としていることである。

すなわち、前述のように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御により、充放電指令信号が充電指令の際には電気二重層コンデンサ６への充電処理が、放電指令の際には放電処理が実施されるので、これに伴って電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃの正負の極性が変化する。

そこで、この実施の形態２では、充電指令と放電指令を、充放電指令信号１０を外部から取り込むことで判定する代わりに、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流Ｉｃの正負を参照して充電指令と放電指令とを判定する（図５のＳ７）ようにしたものである。このようにすれば、制御回路８により第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御を行う際に、充放電指令信号１０を外部から取り込むことが不要となり、システムを簡素化できる。
なお、図５のフローチャートにおけるその他の処理は、図４に示したフローチャートの場合と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。

なお、前述のように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆは、バッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆとバッテリ母線電圧Ｖｂとの偏差ΔＶｂ（＝Ｖｂｒｅｆ−Ｖｂ）に基づいて算出され、電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃが電流目標値Ｉｒｅｆに一致するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対するフィードバック制御が行われる。したがって、電流目標値減衰処理を行う際に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流Ｉｃの正負を判定する代わりに、バッテリ母線電圧Ｖｂと電圧目標値Ｖｂｏとの偏差ΔＶｂの正負、あるいは第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆの正負で判定することも可能である。

実施の形態３．
この実施の形態３における車両用電源システムの基本的な全体構成は、図１に示した実施の形態１と同様である。

この実施の形態３において実施の形態１の場合と異なる点は、制御回路８による第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御を、図４に示したフローチャートに基づく処理に代えて、図６に示すようなフローチャートに基づく処理としていることである。つまり、図６のフローチャートでは図４のフローチャートのＳ４の判定処理を省略している。

実施の形態１では、電気二重層コンデンサ６の充電時及び放電時のいずれの場合においても電流目標値減衰処理を行うようにしているが、この実施の形態３では、放電時における電流目標値減衰処理を省略し、充電時にのみ電流目標値減衰処理を実行するようにしたものである。

充電時には、発電機１の発電電力が大きく設定されて電気二重層コンデンサ６が充電状態にあるので、電圧変動を抑える上で、電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖ_ＥＤＬＣが閾値Ｖｔｈ１を越えたときに電流目標値減衰処理を実行することの意義は大きい。これに対して、放電時には、エンジンへの負荷を低減させる上で発電機１の発電電力が小さくなるように設定されていて電気二重層コンデンサ６が放電状態にあるので、電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖ_ＥＤＬＣが予め規定されている下限値Ｖ_ＭＩＮに接近したら、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の動作を停止しても、充電時のような大きな電圧変動が発生する恐れは少ない。したがって、充電時にのみ電流目標値減衰処理を実行し、放電時には電流目標値減衰処理を省略しても、バッテリの寿命低下や第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５，７の故障につながる可能性が小さい。このため、この実施の形態３では放電時における電流目標値減衰処理を省略し、充電時にのみ電流目標値減衰処理を実行するようにしたものである。
なお、図６のフローチャートにおけるその他の処理は、図４に示したフローチャートの場合と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。

この実施の形態３によれば、充電時に電気二重層コンデンサ６の充電を停止する際に、発電機１の応答遅れによって発電電力の過不足が生じるのを防ぐことが可能であることに加えて、制御回路８による制御処理を簡易化することができる。

実施の形態４．
この実施の形態４における車両用電源システムの基本的な全体構成は、図１に示した実施の形態１と同様である。

先の実施の形態３（図６）では、充電時にのみ電流目標値減衰処理を行うようにしているが、その場合、実施の形態２で説明したように、充電指令と放電指令の判断は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７により電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃの正負の極性を判断することによって可能である。

そこで、この実施の形態４では、制御回路８による第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流制御において、充電指令を判定する際に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流Ｉｃが正か否かを判断し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流Ｉｃが正の時のみ電流目標値減衰処理を行うようにしたものである。つまり、実施の形態３（図６）のＳ３における充電指令の有無の判断に代えて、この実施の形態４ではＳ７で電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃが正か否かを判断するようしている。

この構成によれば、充電時において、電気二重層コンデンサ６の充電を停止する際に、発電機１の応答遅れによって発電電力の過不足が生じることを防ぐことができるとともに、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流の正か否かによって充電時かどうかの判定を行うため、充放電指令信号を外部から取り込むことが不要となり、システムを簡素化できる。
なお、図７のフローチャートにおけるその他の処理は、図６に示したフローチャートの場合と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。

なお、この実施の形態４においても、実施の形態２の場合と同様、電流目標値減衰処理を行う際に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流Ｉｃの正負を判定する代わりに、バッテリ母線電圧Ｖｂと電圧目標値Ｖｂｏとの偏差ΔＶｂの正負、あるいは第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電流目標値Ｉｒｅｆの正負で判定することも可能である。

実施の形態５．
この実施の形態５における車両用電源システムの基本的な全体構成は、図１に示した実施の形態１と同様である。

上記の実施の形態１では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として、入力端を所定の目標電圧に保つ定入力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、または、入出力電圧比を所定の目標電圧比に保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用されている。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７として、バッテリ母線電圧Ｖｂが所定のバッテリ母線電圧目標値Ｖｂｒｅｆに保たれるように電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃを制御する電流モード型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用されている。

これに対して、この実施の形態５の車両用電源システムでは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５として、出力端を所定の目標電圧に保つ定出力電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、または、入出力電圧比を所定の目標電圧比に保つ定昇降圧比型のＤＣ／ＤＣコンバータを適用し、また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７としては、発電母線電圧Ｖａが所定の発電母線電圧目標値Ｖａｒｅｆに保たれるように電気二重層コンデンサ６に対して入出力される電流Ｉｃを制御する電流モード型のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される。

すなわち、制御回路８は、予め設定されている発電母線電圧目標値Ｖａｒｅｆと検出される発電母線電圧Ｖａとの偏差ΔＶａ（＝Ｖａｒｅｆ−Ｖａ）に基づいて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７が電気二重層コンデンサ６を充放電する際の電流目標値Ｉｒｅｆを決定する。また、発電機１は、検出される発電母線電圧Ｖａが発電機１の発電母線電圧目標値Ｖａｒｅｆに収束させるように、発電電力を制御する。この点を除いては、上記実施の形態１による車両用電源システムと同様に構成されている。

この実施の形態５の構成によれば、発電機１は発電母線電圧Ｖａを制御することができ、発電母線電圧Ｖａを所定の電圧に維持することが可能となる。

Claims (6)

1. エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
   上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して発電母線に出力する整流器と、
   車載負荷にバッテリ母線を介して電力を供給するバッテリと、
   上記発電母線に入力端が、上記バッテリ母線に出力端がそれぞれ接続されて電圧変換を行う第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   上記発電機からの発電電力を蓄積して電力変動を吸収する蓄電デバイスと、
   上記発電母線に入力端が、上記蓄電デバイスに出力端がそれぞれ接続されて電圧変換を行う第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   上記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路とを備え、
   上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記蓄電デバイスに対する電流を所定の目標電流に保つ電流制御型のものであり、
   上記制御回路は、上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの制御目標となる目標電流を、上記発電母線の電圧値、および上記バッテリ母線の電圧値の少なくとも一つに基づいて設定するとともに、充放電指令信号に基づいて上記蓄電デバイスの充電を停止する場合には、それに先立って上記蓄電デバイスの電圧値に基づいて上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する上記目標電流を次第に減衰させる制御を行うものである車両用電源システム。
2. 上記制御回路は、上記充放電指令信号に基づいて上記蓄電デバイスの放電を停止する場合には、それに先立って上記蓄電デバイスの電圧値に基づいて上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する上記目標電流を次第に減衰させる制御を行うものである請求項１に記載の車両用電源システム。
3. 上記制御回路は、上記充放電指令信号が充電指令又は放電指令であるかの判定を、外部からの充放電指令信号に基づいて決定するものである請求項１または請求項２に記載の車両用電源システム。
4. 上記制御回路は、上記充放電指令信号が充電指令又は放電指令であるかの判定を、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの電流の正負に基づいて決定するものである請求項１または請求項２に記載の車両用電源システム。
5. 上記制御回路は、上記充放電指令信号が充電指令又は放電指令であるかの判定を、第２ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電流目標値の正負に基づいて決定するものである請求項１または請求項２に記載の車両用電源システム。
6. 上記制御回路は、上記充放電指令信号が充電指令又は放電指令であるかの判定を、上記バッテリ母線の電圧値と上記バッテリ母線の電圧目標値との偏差の正負に基づいて決定するものである請求項１または請求項２に記載の車両用電源システム。

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