[go: up one dir, main page]

JP5638465B2 - Vehicle power supply system - Google Patents

Vehicle power supply system Download PDF

Info

Publication number
JP5638465B2
JP5638465B2 JP2011117911A JP2011117911A JP5638465B2 JP 5638465 B2 JP5638465 B2 JP 5638465B2 JP 2011117911 A JP2011117911 A JP 2011117911A JP 2011117911 A JP2011117911 A JP 2011117911A JP 5638465 B2 JP5638465 B2 JP 5638465B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
generator
voltage
field
storage device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011117911A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012249381A (en
Inventor
吉澤 敏行
敏行 吉澤
原田 茂樹
茂樹 原田
山田 正樹
正樹 山田
堀 保義
保義 堀
優介 檜垣
優介 檜垣
守田 正夫
正夫 守田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2011117911A priority Critical patent/JP5638465B2/en
Publication of JP2012249381A publication Critical patent/JP2012249381A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5638465B2 publication Critical patent/JP5638465B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

この発明は、車両用電源システムに関し、特に界磁電流の制御を簡素化して、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。   The present invention relates to a vehicular power supply system, and more particularly to a vehicular power supply system capable of simplifying control of a field current and realizing regeneration of braking energy of the vehicle and improvement of fuel consumption of the vehicle.

従来の車両用発電電動機システムでは、三相の電機子巻線を有する固定子、および複数の界磁磁極を磁化する界磁コイルを備えた回転子からなる回転電機と、回転電機が発電機として機能するときには整流手段として機能し、回転電機が電動機として機能するときにはインバータとして機能する電力変換器と、電力変換器を制御する制御手段と、を備えている(例えば、特許文献1参照)。   In a conventional vehicular generator motor system, a rotating electric machine including a stator having a three-phase armature winding, and a rotor having a field coil for magnetizing a plurality of field magnetic poles, and the rotating electric machine as a generator A power converter that functions as a rectifying unit when functioning and a power converter that functions as an inverter when the rotating electrical machine functions as an electric motor and a control unit that controls the power converter are provided (for example, see Patent Document 1).

特開2004−187346号公報JP 2004-187346 A

従来の車両用発電電動機システムでは、回転電機が発電機として機能するときに、回転電機の発電電力が電力変換器により直流電力に変換されてバッテリに直接供給されるように構成されているので、回転電機の発電電力を大きく変化させると、バッテリの寿命を低下させることになる。その結果、回転電機の発電電力、すなわち発電電圧を高くする幅を大きくすることができず、バッテリの充電量を大きく増加できないという問題があった。
また、従来の車両用発電電動機システムでは、回転電機が発電機として機能するときに、発電電圧に応じて、スイッチング素子がon/offしてそのデユーティ比で界磁電流を制御しているので、制御手段による界磁電流の制御が煩雑となる。
In the conventional vehicular generator motor system, when the rotating electrical machine functions as a generator, the power generated by the rotating electrical machine is converted into DC power by the power converter and directly supplied to the battery. If the electric power generated by the rotating electrical machine is changed greatly, the life of the battery is reduced. As a result, there is a problem that the generated power of the rotating electrical machine, that is, the range for increasing the generated voltage cannot be increased, and the amount of charge of the battery cannot be increased greatly.
In the conventional vehicular generator motor system, when the rotating electrical machine functions as a generator, the switching element is turned on / off according to the generated voltage, and the field current is controlled by the duty ratio. Control of the field current by the control means becomes complicated.

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、蓄電装置の寿命低下を抑えつつ発電機の発電電力を大きく変化できるようにして蓄電装置の充電量の増加を図り、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とともに、界磁電流の制御を簡素化できる車両用電源システムを得ることを目的とする。   The present invention was made to solve such a problem, and is intended to increase the amount of charge of the power storage device so that the generated power of the generator can be greatly changed while suppressing a reduction in the life of the power storage device. An object of the present invention is to provide a vehicle power supply system that can realize regeneration of braking energy of a vehicle and improvement of fuel efficiency of the vehicle, and can simplify control of a field current.

この発明による車両用電源システムは、界磁巻線を有し、エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、上記整流器の正極側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値に変換して出力する電力変換回路と、上記電力変換回路に負荷側配線を介して接続された車載負荷と、上記電力変換回路に上記負荷側配線を介して接続され、上記車載負荷に電力を供給する蓄電装置と、上記界磁巻線に上記蓄電装置の電圧と上記界磁巻線の抵抗値から決まる界磁電流を供給する界磁通電回路と、上記電力変換回路および上記界磁通電回路を駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記蓄電装置および上記車載負荷に給電させる制御回路と、を備えている。そして、上記電力変換回路は、定電圧制御型のDC/DCコンバータにより構成され、上記制御回路は、負荷側の電力要求に対して、上記界磁通電回路をonとして上記発電機を発電状態とし、発電終了まで上記界磁通電回路をonに保つとともに、上記発電機の回転数に応じて最大発電電力が得られる目標電圧を設定し、上記発電機側配線の電圧が該目標電圧となるように上記電力変換回路を駆動制御するように構成されている。 A power supply system for a vehicle according to the present invention includes a field winding, a generator that is driven by an engine to generate AC power, and a rectifier that rectifies and outputs the AC power generated by the generator to DC power And a power conversion circuit that is connected to the positive output terminal of the rectifier via a generator side wiring, converts the output voltage of the rectifier to a different voltage value, and outputs the power conversion circuit via a load side wiring. a vehicle load connected Te, is connected via the load side wirings to the power conversion circuit, the voltage and the magnetic field of said vehicle a power storage device for supplying electric power to a load, the power storage device to the field winding A field energization circuit that supplies a field current determined from the resistance value of the winding, and the drive control of the power conversion circuit and the field energization circuit, and the generated power of the generator to the power storage device and the vehicle load Control times to supply power It has a, and. The power conversion circuit is configured by a constant voltage control type DC / DC converter, and the control circuit turns on the field energization circuit and sets the generator in a power generation state in response to a load-side power request. The field energization circuit is kept on until the end of power generation, and a target voltage for obtaining the maximum generated power is set according to the rotation speed of the generator, and the voltage of the generator-side wiring becomes the target voltage. Thus, the power conversion circuit is configured to be driven and controlled.

この発明によれば、蓄電装置が電力変換回路を介して整流器の正極側出力端子に接続されているので、発電機の発電電力の変動が蓄電装置の寿命に影響しない。そこで、発電機の発電電力を大きく変化でき、車両の制動エネルギーを効率よく回収することができる。その結果、非減速時に発電機を発電させて蓄電装置を充電させる動作を少なくでき、非減速時のエンジンの負荷が軽減され、車両の燃費を向上できる。
また、電力変換回路が、定電圧制御型のDC/DCコンバータにより構成され、発電機の発電電圧が目標電圧となるように駆動制御されるので、界磁通電回路をon/offするデユーティ比で界磁電流を制御する必要がなく、界磁電流の制御が簡素化される。
According to this invention, since the power storage device is connected to the positive output terminal of the rectifier via the power conversion circuit, fluctuations in the generated power of the generator do not affect the life of the power storage device. Therefore, the power generated by the generator can be greatly changed, and the braking energy of the vehicle can be efficiently recovered. As a result, it is possible to reduce the operation of causing the generator to generate power during non-deceleration and charging the power storage device, reducing the engine load during non-deceleration and improving the fuel efficiency of the vehicle.
In addition, the power conversion circuit is configured by a constant voltage control type DC / DC converter, and is driven and controlled so that the power generation voltage of the generator becomes a target voltage. Therefore, the duty ratio for turning on / off the field energization circuit is high. There is no need to control the field current, and the control of the field current is simplified.

この発明の実施の形態1に係る車両用電源システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a vehicle power supply system according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1に係る車両用電源システムにおける電力変換装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power converter device in the vehicle power supply system according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1に係る車両用電源システムに用いられる発電機の発電特性を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation characteristic of the generator used for the vehicle power supply system which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る車両用電源システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the vehicle power supply system which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明の車両用電源システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a vehicle power supply system of the present invention will be described with reference to the drawings.

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概略構成図、図2はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムにおける電力変換装置の回路構成図、図3はこの発明の実施の形態1に係る車両用電源システムに用いられる発電機の発電特性を示す図である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a schematic configuration diagram of a vehicle power supply system according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a power conversion device in the vehicle power supply system according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the electric power generation characteristic of the generator used for the power supply system for vehicles which concerns on Embodiment 1 of invention.

図1および図2において、車両用電源システムは、エンジン1の回転トルクにより駆動されて交流電力を発生する発電機2と、発電機2で発生された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器7と、整流器7の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する電力変換装置20と、電力変換装置20により変換された直流電力により充電され、車載負荷10に電力を供給する蓄電装置9と、発電機2の回転数n、発電機側配線12の電圧Va、負荷側配線13の電圧Vbなどに基づいて電力変換装置20の動作を制御する制御回路11と、を備えている。発電機2の回転数nは、例えば回転センサ(図示せず)を発電機2に取り付け、回転子3のシャフトの回転数を検出することで得る。また、制御回路11は、ECU(electronic control unit)と別体に構成してもよいし、ECUに一体に組み込まれてもよい。   1 and 2, the vehicular power supply system is driven by the rotational torque of the engine 1 to generate AC power, and the AC power generated by the generator 2 is rectified to DC power and output. The rectifier 7, the power conversion device 20 that converts the output voltage of the rectifier 7 into a DC voltage having a different voltage value, and the DC power converted by the power conversion device 20 are charged and supplied to the in-vehicle load 10. A power storage device 9; and a control circuit 11 that controls the operation of the power converter 20 based on the rotational speed n of the generator 2, the voltage Va of the generator-side wiring 12, the voltage Vb of the load-side wiring 13, and the like. Yes. The rotation speed n of the generator 2 is obtained, for example, by attaching a rotation sensor (not shown) to the generator 2 and detecting the rotation speed of the shaft of the rotor 3. The control circuit 11 may be configured separately from an ECU (electronic control unit) or may be integrated into the ECU.

発電機2は、界磁巻線4を有するクローポール型回転子3と、3相の巻線をY結線して構成された3相交流巻線6を有する固定子5と、整流器7と、を備えたランデル型車両用交流発電機である。発電機2は、図示していないが、回転子3の回転軸に固着されたプーリがエンジン1のクランクシャフトに固着されたプーリにベルトを介して連結され、エンジン1の回転トルクにより駆動される。
整流器7は、2つのダイオード8を直列に接続してなるダイオード対を並列に3つ接続したダイオードブリッジ回路からなる三相全波整流回路に構成される。
The generator 2 includes a claw pole type rotor 3 having a field winding 4, a stator 5 having a three-phase AC winding 6 formed by Y-connecting three-phase windings, a rectifier 7, This is an AC generator for a Landell vehicle equipped with Although not shown, the generator 2 is connected to a pulley fixed to the rotation shaft of the rotor 3 via a belt, and is driven by the rotational torque of the engine 1. .
The rectifier 7 is configured as a three-phase full-wave rectifier circuit including a diode bridge circuit in which three diode pairs formed by connecting two diodes 8 in series are connected in parallel.

蓄電装置9は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池であり、例えば14V(定格電圧)の低電圧系の車載電源を構成する。そして、蓄電装置9は、電力変換装置20の出力端子20bに接続された負荷側配線13に接続されている。また、蓄電装置9は、電力変換装置20および発電機側配線12を介して整流器7の正極側出力端子7aに接続されている。車載負荷10は、車両に搭載される空調装置やオーディオ装置等の電気機器であり、負荷側配線13に接続され、蓄電装置9により駆動される。   The power storage device 9 is a secondary battery such as a lead storage battery or a nickel / cadmium storage battery, and constitutes a low-voltage in-vehicle power source of, for example, 14 V (rated voltage). And the electrical storage apparatus 9 is connected to the load side wiring 13 connected to the output terminal 20b of the power converter device 20. FIG. In addition, the power storage device 9 is connected to the positive output terminal 7 a of the rectifier 7 via the power conversion device 20 and the generator wiring 12. The in-vehicle load 10 is an electric device such as an air conditioner or an audio device mounted on the vehicle, and is connected to the load side wiring 13 and driven by the power storage device 9.

電力変換装置20では、入力端子20aが発電機側配線12を介して整流器7の正極側出力端子7aに接続され、出力端子20bが負荷側配線13を介して蓄電装置9に接続され、出力端子20cが配線14を介して回転子3の界磁巻線4に接続されている。電力変換装置20は、入力端子20aから入力される発電機2の発電電圧を異なる電圧値に変換して出力端子20bから出力する電圧変換回路20Xと、界磁巻線4への通電を制御する界磁通電回路20Yと、を備えている。   In the power converter 20, the input terminal 20a is connected to the positive output terminal 7a of the rectifier 7 via the generator side wiring 12, the output terminal 20b is connected to the power storage device 9 via the load side wiring 13, and the output terminal 20 c is connected to the field winding 4 of the rotor 3 through the wiring 14. The power conversion device 20 controls the energization of the field winding 4 and the voltage conversion circuit 20X that converts the power generation voltage of the generator 2 input from the input terminal 20a into a different voltage value and outputs it from the output terminal 20b. A field energizing circuit 20Y.

電圧変換回路20Xには、入力端子20a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定電圧制御型のDC/DCコンバータが用いられる。このDC/DCコンバータは、例えばMOSFETなどのスイッチング素子Q1〜Q4、環流ダイオード、インダクターL、およびコンデンサC1,C2で構成された、一般的な昇降圧チョッパ回路である。界磁通電回路20Yは、界磁巻線4への通電をon/offできればよく、例えばMOSFETなどのスイッチング素子Q5を出力端子20bと出力端子20cとを接続する配線15に介装して構成される。これらのスイッチング素子Q1〜Q5の動作は、発電機2の回転数n、発電機側配線12の電圧Va、負荷側配線13の電圧Vbなどに基づいて制御回路11により制御される。   As the voltage conversion circuit 20X, a constant voltage control type DC / DC converter that is feedback-controlled so as to keep the voltage of the input terminal 20a at the target voltage is used. This DC / DC converter is a general step-up / step-down chopper circuit composed of switching elements Q1 to Q4 such as MOSFETs, a free-wheeling diode, an inductor L, and capacitors C1 and C2. The field energizing circuit 20Y only needs to be able to turn on / off the energization of the field winding 4, and is configured by interposing a switching element Q5 such as a MOSFET in the wiring 15 that connects the output terminal 20b and the output terminal 20c. The The operations of the switching elements Q1 to Q5 are controlled by the control circuit 11 based on the rotation speed n of the generator 2, the voltage Va of the generator side wiring 12, the voltage Vb of the load side wiring 13, and the like.

つぎに、発電機2の動作について説明する。
界磁電流が回転子3の界磁巻線4に供給され、磁束が発生される。これにより、N極とS極とが、回転子3の外周部に、周方向に交互に形成される。そして、エンジン1の回転トルクが回転子3の回転軸に伝達され、回転子3が回転駆動される。そこで、回転磁界が固定子5の3相交流巻線6に与えられ、起電力が3相交流巻線6に誘起される。この交流の起電力により発生する交流電流が、整流器7により整流されて出力される。
Next, the operation of the generator 2 will be described.
A field current is supplied to the field winding 4 of the rotor 3 to generate a magnetic flux. Thereby, the N pole and the S pole are alternately formed on the outer peripheral portion of the rotor 3 in the circumferential direction. Then, the rotational torque of the engine 1 is transmitted to the rotating shaft of the rotor 3, and the rotor 3 is rotationally driven. Therefore, a rotating magnetic field is applied to the three-phase AC winding 6 of the stator 5, and an electromotive force is induced in the three-phase AC winding 6. The alternating current generated by the alternating electromotive force is rectified by the rectifier 7 and output.

ここで、界磁巻線4に供給される界磁電流が一定であると、発電機2の発電電力は回転子3の回転速度の上昇とともに上昇する。この発電電力の上昇により、3相交流巻線6に流れる電流が増大し、3相交流巻線6での発熱が増大する。また、界磁巻線4には、界磁通電回路20Yにより界磁通電回路をonにすることで、蓄電装置9の電圧が印加され、当該電圧と界磁巻線4の抵抗値とから決まる直流電流(界磁電流)が通電される。
3相交流巻線6での発熱量は、3相交流巻線6を流れる電流値に依存することから、3相交流巻線6での発電量を抑えて大きな電力を得るには、出力電流をそのままとし、発電電圧を大きくすることが望ましい。また、発電電圧を大きくして出力電流を小さくすることで、3相交流巻線6での銅損、および整流器7での整流子損を小さくすることができ、全体の損失を小さくして発電効率を向上でき、大きな電力を得ることができる。
Here, if the field current supplied to the field winding 4 is constant, the power generated by the generator 2 increases as the rotational speed of the rotor 3 increases. As the generated power rises, the current flowing through the three-phase AC winding 6 increases, and heat generation at the three-phase AC winding 6 increases. Further, the field energization circuit 20Y is turned on by the field energization circuit 20Y, so that the voltage of the power storage device 9 is applied to the field winding 4 and is determined from the voltage and the resistance value of the field winding 4. A direct current (field current) is applied.
Since the amount of heat generated in the three-phase AC winding 6 depends on the current value flowing through the three-phase AC winding 6, in order to obtain a large amount of power while suppressing the amount of power generated in the three-phase AC winding 6, output current It is desirable to increase the generated voltage while leaving Further, by increasing the generated voltage and reducing the output current, the copper loss in the three-phase AC winding 6 and the commutator loss in the rectifier 7 can be reduced, and the overall loss is reduced to generate power. Efficiency can be improved and large electric power can be obtained.

ここで、界磁巻線4に通電する界磁電流を一定として、発電機2の回転数(回転子3の回転数)を変えて、発電電圧を所定の電圧(6V〜29V)に設定したときの発電電力を測定した結果を図3に示す。なお、図3中、縦軸は発電電力、横軸は発電機の回転数である。また、発電電圧は整流器7の正極側出力端子7aにおける出力電圧である。   Here, the field current applied to the field winding 4 is constant, the number of revolutions of the generator 2 (number of revolutions of the rotor 3) is changed, and the generated voltage is set to a predetermined voltage (6V to 29V). The results of measuring the generated power at that time are shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis represents the generated power, and the horizontal axis represents the number of rotations of the generator. The generated voltage is an output voltage at the positive output terminal 7 a of the rectifier 7.

図3から分かるように、発電電圧が高電圧になるほど、高回転域での発電電力が大きくなる。また、発電電圧が低電圧、例えば6Vになると、従来発電できなかった低回転域でも発電できることが分る。
この図3に示される発電電圧、発電電力、および回転数のマップはメモリー(図示せず)に格納される。そして、制御回路11は、メモリーに格納されているマップを参照して電圧変換回路20Xのスイッチング素子Q1〜Q4の動作を制御する。
As can be seen from FIG. 3, the higher the generated voltage, the greater the generated power in the high rotation range. It can also be seen that when the power generation voltage is a low voltage, for example, 6 V, it is possible to generate power even in a low rotation region that could not be generated.
The map of the generated voltage, generated power, and rotation speed shown in FIG. 3 is stored in a memory (not shown). The control circuit 11 controls the operation of the switching elements Q1 to Q4 of the voltage conversion circuit 20X with reference to the map stored in the memory.

つぎに、車両用電源システムの動作について説明する。
制御回路11は、負荷側配線13の電圧Vbをモニターし、電圧Vbから蓄電装置9の充電の要否を判断する。そして、電圧Vbが低下し、蓄電装置9の充電が必要と判断すると、制御回路11は、発電機2の回転数nを取り込み、メモリーに格納されているマップに基づいて、発電電力が最大となる発電電圧を目標電圧として設定する。ついで、制御回路11は、界磁通電回路20Yのスイッチング素子Q5をonとして界磁巻線4に界磁電流を給電し、発電機2による発電を開始する。同時に、制御回路11は、発電機側配線12の電圧Vaが設定された目標電圧となるようにスイッチング素子Q1〜Q4をon/offする、つまり電圧変換回路20Xをフィードバック制御する。そして、蓄電装置9が十分に充電されると、スイッチング素子Q1〜Q5をoffとし、発電機2による発電を終了する。
Next, the operation of the vehicle power supply system will be described.
The control circuit 11 monitors the voltage Vb of the load side wiring 13 and determines whether or not the power storage device 9 needs to be charged from the voltage Vb. When the voltage Vb decreases and it is determined that the power storage device 9 needs to be charged, the control circuit 11 takes in the rotational speed n of the generator 2 and determines that the generated power is maximum based on the map stored in the memory. Is set as the target voltage. Next, the control circuit 11 turns on the switching element Q5 of the field energization circuit 20Y to supply a field current to the field winding 4, and starts power generation by the generator 2. At the same time, the control circuit 11 turns on / off the switching elements Q1 to Q4 so that the voltage Va of the generator-side wiring 12 becomes the set target voltage, that is, feedback-controls the voltage conversion circuit 20X. And if the electrical storage apparatus 9 is fully charged, the switching elements Q1-Q5 will be turned off and the electric power generation by the generator 2 will be complete | finished.

ここで、発電機2、整流器7および電圧変換回路20Xが発電機側配線12に接続されている。電圧変換回路20Xは、入力端子20aの電圧を目標電圧に保つことができる定電圧制御型のDC/DCコンバータである。(入力電圧の変化)/(入力電流の変換)をDC/DCコンバータの入力インピーダンスと考えると、この電圧変換回路20Xは、電流に拘らず入力インピーダンスを一定に保とうとするので、低インピーダンスのDC/DCコンバータとみなされる。つまり、発電機2および整流器7の内部インピーダンスは電圧変換回路20Xより十分に高い。そこで、発電機側配線12の電圧Va、すなわち発電機2の発電電圧は、最も入力インピーダンスの低い電圧変換回路20Xの制御のみによって所定の値に設定することができる。すなわち、制御回路11により電圧変換回路20Xを制御することにより、発電機側配線12の電圧Vaを目標電圧に保つことができる。   Here, the generator 2, the rectifier 7, and the voltage conversion circuit 20 </ b> X are connected to the generator-side wiring 12. The voltage conversion circuit 20X is a constant voltage control type DC / DC converter capable of maintaining the voltage of the input terminal 20a at a target voltage. Considering (change in input voltage) / (conversion of input current) as the input impedance of the DC / DC converter, the voltage conversion circuit 20X tries to keep the input impedance constant regardless of the current. / DC converter. That is, the internal impedance of the generator 2 and the rectifier 7 is sufficiently higher than that of the voltage conversion circuit 20X. Therefore, the voltage Va of the generator-side wiring 12, that is, the generated voltage of the generator 2, can be set to a predetermined value only by controlling the voltage conversion circuit 20X having the lowest input impedance. That is, the voltage Va of the generator side wiring 12 can be maintained at the target voltage by controlling the voltage conversion circuit 20X by the control circuit 11.

この実施の形態1によれば、蓄電装置9が発電機2の出力電流を整流する整流器7の正極側出力端子7aに電圧変換回路20Xを介して接続されているので、発電機2の発電電力を大きく変化させても、蓄電装置9の寿命を低下させることがない。そこで、発電機2の回転数が大きい場合には、発電機2の発電電圧を高くして発電電力を大きくできるので、蓄電装置9の充電時間を短縮できるとともに、充電量を大きく増加することができる。また、発電機2の回転数が小さい場合には、発電機2の発電電圧を低くして発電させ、蓄電装置9を充電できる。このように、車両の制動エネルギーを効率よく回収することができる。その結果、非減速時に発電機2を発電させて蓄電装置9を充電させる動作を少なくでき、非減速時のエンジン1の負荷が軽減され、車両の燃費を向上できる。   According to the first embodiment, the power storage device 9 is connected to the positive output terminal 7a of the rectifier 7 that rectifies the output current of the generator 2 via the voltage conversion circuit 20X. The life of the power storage device 9 is not reduced even if the power supply is greatly changed. Therefore, when the number of revolutions of the generator 2 is large, the generated power can be increased by increasing the generated voltage of the generator 2, so that the charging time of the power storage device 9 can be shortened and the amount of charge can be greatly increased. it can. Further, when the rotational speed of the generator 2 is small, the power storage device 9 can be charged by generating power by lowering the generated voltage of the generator 2. In this way, the braking energy of the vehicle can be recovered efficiently. As a result, the operation of causing the generator 2 to generate power during non-deceleration and charging the power storage device 9 can be reduced, the load on the engine 1 during non-deceleration can be reduced, and the fuel consumption of the vehicle can be improved.

また、制御回路11が発電機2の発電電圧が設定された目標電圧となるように電圧変換回路20Xをフィードバック制御しているので、スイッチング素子Q5をon/offするデユーティ比で界磁電流を制御する必要がない。すなわち、発電機2の発電動作中、界磁通電回路20Yのスイッチング素子Q5をon状態とすればよく、界磁電流の制御が簡素化され、制御回路11の構成が簡素化される。   Further, since the control circuit 11 feedback-controls the voltage conversion circuit 20X so that the power generation voltage of the generator 2 becomes the set target voltage, the field current is controlled by the duty ratio that turns on / off the switching element Q5. There is no need to do. That is, during the power generation operation of the generator 2, the switching element Q5 of the field energization circuit 20Y may be turned on, the control of the field current is simplified, and the configuration of the control circuit 11 is simplified.

また、蓄電装置9の電力が界磁通電回路20Yを介して界磁巻線4に供給されるので、発電機2の発電電圧(目標電圧)の変更の影響を受けることなく界磁巻線4に電力を供給できる。
また、界磁通電回路20Yが電圧変換回路20Xとともに電力変換装置20に組み込まれているので、発電機2の発電電力量の制御が電力変換装置20に一元化できる。さらに、電圧変換回路20Xおよび界磁通電回路20Yが発電機2に内蔵されていないので、発電機2内の整流器7の設置スペースが増大し、整流器7の冷却部を大きくでき、整流器7の冷却性が向上される。
Further, since the electric power of the power storage device 9 is supplied to the field winding 4 via the field energization circuit 20Y, the field winding 4 is not affected by the change in the power generation voltage (target voltage) of the generator 2. Can supply power.
In addition, since the field energization circuit 20Y is incorporated in the power conversion device 20 together with the voltage conversion circuit 20X, the control of the amount of power generated by the generator 2 can be centralized in the power conversion device 20. Further, since the voltage conversion circuit 20X and the field energization circuit 20Y are not built in the generator 2, the installation space for the rectifier 7 in the generator 2 is increased, the cooling section of the rectifier 7 can be enlarged, and the rectifier 7 is cooled. Is improved.

なお、上記実施の形態1では、蓄電装置9への充電要求に対して、発電機2の回転数に基づいて発電機2の発電電圧の目標電圧を設定するものとしているが、負荷側の電力要求は、蓄電装置9への充電要求に限定されず、車載負荷10に給電する負荷電力要求でもよい。
また、上記実施の形態1では、回転センサを発電機2に取り付けて回転子3の回転数nを直接検出するものとしているが、回転子3の回転数はエンジン1の回転数とプーリ比(動力伝達比)とから算出してもよい。
In the first embodiment, the target voltage of the power generation voltage of the generator 2 is set based on the number of rotations of the power generator 2 in response to the charge request to the power storage device 9. The request is not limited to a charge request to the power storage device 9 but may be a load power request for supplying power to the in-vehicle load 10.
In the first embodiment, the rotation sensor is attached to the generator 2 and the rotation speed n of the rotor 3 is directly detected. However, the rotation speed of the rotor 3 depends on the rotation speed of the engine 1 and the pulley ratio ( (Power transmission ratio).

実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2に係る車両用電源システムの概略構成図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a vehicle power supply system according to Embodiment 2 of the present invention.

図4において、DC/DCコンバータ21と補助蓄電装置22が正極側出力端子7aと電圧変換装置20の入力端子20aとを接続する発電機側配線12とアースとの間に直列に接続されている。そして、DC/DCコンバータ21は、電力変換装置20とともに、制御回路11により制御され、発電機側配線12の電圧を異なる電圧値に変換して出力する。   4, the DC / DC converter 21 and the auxiliary power storage device 22 are connected in series between the generator-side wiring 12 that connects the positive-side output terminal 7a and the input terminal 20a of the voltage conversion device 20 and the ground. . Then, the DC / DC converter 21 is controlled by the control circuit 11 together with the power converter 20, and converts the voltage of the generator-side wiring 12 into a different voltage value and outputs it.

DC/DCコンバータ21は、補助蓄電装置22に流す電流を所定の目標電流に保つ定電流制御型のDC/DCコンバータが用いられる。また、DC/DCコンバータ21は、補助蓄電装置22に対して充電と放電の両方の動作を行う必要があるので、入出力方向を逆にし得る双方向のDC/DCコンバータが用いられる。このような双方向の定電流制御型のDC/DCコンバータとしては、補助蓄電装置22の電流を目標電流に保つようにフィードバック制御される昇降圧チョッパ回路などが用いられる。補助蓄電装置22は、蓄電装置9より放電特性がよいものであり、例えば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタが用いられる。
なお、実施の形態2による車両用電源システムは、DC/DCコンバータ21および補助蓄電装置22を備えている点を除いて、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。
As the DC / DC converter 21, a constant current control type DC / DC converter is used that maintains a current flowing through the auxiliary power storage device 22 at a predetermined target current. Further, since DC / DC converter 21 needs to perform both charging and discharging operations on auxiliary power storage device 22, a bidirectional DC / DC converter that can reverse the input / output direction is used. As such a bidirectional constant current control type DC / DC converter, a step-up / step-down chopper circuit that is feedback-controlled so as to keep the current of the auxiliary power storage device 22 at a target current is used. The auxiliary power storage device 22 has better discharge characteristics than the power storage device 9, and for example, an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor is used.
The vehicle power supply system according to the second embodiment is configured in the same manner as the vehicle power supply system according to the first embodiment, except that a DC / DC converter 21 and an auxiliary power storage device 22 are provided.

このように構成された車両用電源システムでは、制御回路11が、車両の減速時に、発電機2の発電電力を大きくして、電圧変換回路20Xを介して蓄電装置9に充電させるとともに、DC/DCコンバータ21を介して補助蓄電装置22に蓄電させる。これにより、蓄電装置9が十分に充電されているときや発電機2の発電量を大きくし過ぎたときに、発電機2の発電電力を補助蓄電装置22に蓄電させておくことができる。そこで、車両の非減速時(加速、巡行時)に、補助蓄電装置22に蓄電された電力を放電することで、非減速時の発電機2の発電を停止させる時間を長くすることができるので、非減速時のエンジン1の負荷が軽減され、車両の燃費をさらに向上できる。   In the vehicle power supply system configured as described above, the control circuit 11 increases the generated power of the generator 2 when the vehicle is decelerated, and charges the power storage device 9 via the voltage conversion circuit 20X. Power is stored in the auxiliary power storage device 22 via the DC converter 21. Thereby, when the power storage device 9 is sufficiently charged or when the power generation amount of the generator 2 is excessively increased, the generated power of the generator 2 can be stored in the auxiliary power storage device 22. Therefore, when the vehicle is not decelerated (acceleration and cruise), the power stored in the auxiliary power storage device 22 is discharged, so that the time for stopping the power generation of the generator 2 during non-deceleration can be extended. The load on the engine 1 during non-deceleration is reduced, and the fuel consumption of the vehicle can be further improved.

DC/DCコンバータ21は、電圧に拘らず入力電流を一定に保とうと作用するので、高い入力インピーダンスのDC/DCコンバータとみなすことができる。そこで、DC/DCコンバータ21は、発電機側配線12の電圧Vaを目標電圧に保とうとする電圧変換回路20Xの動作に影響を及ぼさない。
また、制御回路11は、補助蓄電装置22の端子電圧Vcをモニターし、補助蓄電装置22が過充電とならないようにDC/DCコンバータ21の動作を制御している。
Since the DC / DC converter 21 acts to keep the input current constant regardless of the voltage, it can be regarded as a DC / DC converter having a high input impedance. Therefore, the DC / DC converter 21 does not affect the operation of the voltage conversion circuit 20X that attempts to keep the voltage Va of the generator-side wiring 12 at the target voltage.
The control circuit 11 monitors the terminal voltage Vc of the auxiliary power storage device 22 and controls the operation of the DC / DC converter 21 so that the auxiliary power storage device 22 is not overcharged.

なお、上記各実施の形態では、発電機として車両用交流発電機を用いるものとしているが、発電機は、車両用交流発電機に限定されず、車両用発電電動機を用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、整流器がダイオードブリッジを用いた三相全波整流回路に構成されているものとしているが、整流器は、同期整流を行うMOSFETや寄生ダイオードで整流を行うMOSFETなどの多相インバータで構成してもよい。
また、上記各実施の形態では、整流器が発電機に内蔵されているものとしているが、整流器は発電機と別体に構成されてもよい。
In each of the above embodiments, a vehicle AC generator is used as the generator. However, the generator is not limited to the vehicle AC generator, and a vehicle generator motor may be used.
In each of the above embodiments, the rectifier is configured as a three-phase full-wave rectifier circuit using a diode bridge. However, the rectifier may be a MOSFET that performs synchronous rectification or a MOSFET that performs rectification using a parasitic diode. You may comprise with a polyphase inverter.
Moreover, in each said embodiment, although the rectifier shall be incorporated in the generator, a rectifier may be comprised separately from a generator.

また、上記各実施の形態では、発電機の固定子の固定子巻線は3相交流巻線に構成されているものとしているが、固定子巻線は3相交流巻線に限定されるものでなく、3相交流巻線を多重化したものや、多相交流巻線(例えば、5相、7相)でもよい。その場合、整流器は、相数に応じた全波整流回路で、交流電力を直流に整流する。
また、上記各実施の形態では、3相交流巻線が3相の巻線をY結線して構成されているものとしているが、3相交流巻線は3相の巻線をΔ結線して構成されてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the stator winding of the stator of the generator is configured as a three-phase AC winding, but the stator winding is limited to a three-phase AC winding. Instead, a multi-phase AC winding or a multi-phase AC winding (for example, 5-phase, 7-phase) may be used. In that case, the rectifier rectifies AC power into DC with a full-wave rectifier circuit according to the number of phases.
In each of the above embodiments, the three-phase AC winding is configured by Y-connecting the three-phase winding, but the three-phase AC winding is Δ-connected to the three-phase winding. It may be configured.

また、上記各実施の形態では、発電機の回転子として、界磁手段としての界磁巻線のみを有するクローポール型回転子を用いるものとしているが、回転子は、界磁巻線に加えて、界磁手段としての永久磁石を有するクローポール型回転子を用いてもよい。この場合、界磁巻線に通電せず、発電機の回転数に応じて最大発電電力となる発電電圧の目標電圧を設定して永久磁石の回転子磁束のみで発電させることで、高効率で発電できる。さらに、界磁巻線に通電すれば、界磁手段として界磁巻線と永久磁石が併用され、界磁手段が界磁巻線のみ場合に比べ、発電量を増やすことができる。   In each of the above embodiments, a claw pole type rotor having only field windings as field means is used as the generator rotor. However, the rotor is not limited to the field windings. Thus, a claw pole type rotor having a permanent magnet as a field means may be used. In this case, the field winding is not energized, and the target voltage of the generated voltage that is the maximum generated power is set according to the number of revolutions of the generator, and power is generated only with the rotor magnetic flux of the permanent magnet. Can generate electricity. Further, if the field winding is energized, the field winding and the permanent magnet are used together as the field means, and the amount of power generation can be increased as compared with the case where the field means is only the field winding.

1 エンジン、2 発電機、4 界磁巻線、7 整流器、7a 正極側出力端子、9 蓄電装置、10 車載負荷、11 制御回路、12 発電機側配線、13 負荷側配線、20X 電力変換回路、20Y 界磁通電回路、21 双方向の定電流制御型のDC/DCコンバータ、22 補助蓄電装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine, 2 Generator, 4 Field winding, 7 Rectifier, 7a Positive side output terminal, 9 Power storage device, 10 Car load, 11 Control circuit, 12 Generator side wiring, 13 Load side wiring, 20X Power conversion circuit, 20Y Field energization circuit, 21 Bidirectional constant current control type DC / DC converter, 22 Auxiliary power storage device.

Claims (4)

界磁巻線を有し、エンジンにより駆動されて交流電力を発電する発電機と、
上記発電機で発電された交流電力を直流電力に整流して出力する整流器と、
上記整流器の正極側出力端子に発電機側配線を介して接続され、該整流器の出力電圧を異なる電圧値に変換して出力する電力変換回路と、
上記電力変換回路に負荷側配線を介して接続された車載負荷と、
上記電力変換回路に上記負荷側配線を介して接続され、上記車載負荷に電力を供給する蓄電装置と、
上記界磁巻線に上記蓄電装置の電圧と上記界磁巻線の抵抗値から決まる界磁電流を供給する界磁通電回路と、
上記電力変換回路および上記界磁通電回路を駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記蓄電装置および上記車載負荷に給電させる制御回路と、を備え、
上記電力変換回路は、定電圧制御型のDC/DCコンバータにより構成され、
上記制御回路は、負荷側の電力要求に対して、上記界磁通電回路をonとして上記発電機を発電状態とし、発電終了まで上記界磁通電回路をonに保つとともに、上記発電機の回転数に応じて最大発電電力が得られる目標電圧を設定し、上記発電機側配線の電圧が該目標電圧となるように上記電力変換回路を駆動制御するように構成されていることを特徴とする車両用電源システム。
A generator having a field winding and driven by an engine to generate AC power;
A rectifier that rectifies and outputs AC power generated by the generator to DC power;
A power conversion circuit that is connected to the positive output terminal of the rectifier via a generator-side wiring, converts the output voltage of the rectifier to a different voltage value, and outputs it;
An in-vehicle load connected to the power conversion circuit via a load-side wiring;
A power storage device connected to the power conversion circuit via the load-side wiring and supplying power to the in-vehicle load;
A field energization circuit for supplying a field current determined by a voltage of the power storage device and a resistance value of the field winding to the field winding ;
A drive circuit that controls driving of the power conversion circuit and the field energization circuit, and feeds power generated by the generator to the power storage device and the on-vehicle load.
The power conversion circuit includes a constant voltage control type DC / DC converter,
In response to the power demand on the load side, the control circuit turns on the field energizing circuit to place the generator in a power generation state , keeps the field energizing circuit on until the end of power generation, and rotates the generator A target voltage for obtaining the maximum generated power is set according to the number, and the power conversion circuit is driven and controlled so that the voltage of the generator-side wiring becomes the target voltage. Power supply system for vehicles.
上記電力変換回路および上記界磁通電回路は、上記発電機の外部に設置されていることを特徴とすることを特徴とする請求項1記載の車両用電源システム。 The vehicle power supply system according to claim 1, wherein the power conversion circuit and the field energization circuit are installed outside the generator. 上記発電機側配線に接続された双方向の定電流制御型のDC/DCコンバータと、
上記双方向の定電流制御型のDC/DCコンバータを介して上記発電機側配線に接続された補助蓄電装置と、を備え、
上記制御回路は、上記双方向の定電流制御型のDC/DCコンバータを駆動制御して、上記発電機の発電電力を上記補助蓄電装置に蓄電させるとともに、該補助蓄電装置に蓄電された電力を放電させるように構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車両用電源システム。
A bidirectional constant current control type DC / DC converter connected to the generator-side wiring;
An auxiliary power storage device connected to the generator-side wiring via the bidirectional constant current control type DC / DC converter,
The control circuit drives and controls the bidirectional constant current control type DC / DC converter so that the power generated by the generator is stored in the auxiliary power storage device, and the power stored in the auxiliary power storage device is stored. 3. The vehicle power supply system according to claim 1, wherein the vehicle power supply system is configured to be discharged.
上記発電機は、上記界磁巻線に加えて、永久磁石を界磁手段として備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の車両用電源システム。 The generator, in addition to the above field winding, a power supply system for a vehicle according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a permanent magnet as a field means.
JP2011117911A 2011-05-26 2011-05-26 Vehicle power supply system Expired - Fee Related JP5638465B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011117911A JP5638465B2 (en) 2011-05-26 2011-05-26 Vehicle power supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011117911A JP5638465B2 (en) 2011-05-26 2011-05-26 Vehicle power supply system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012249381A JP2012249381A (en) 2012-12-13
JP5638465B2 true JP5638465B2 (en) 2014-12-10

Family

ID=47469299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011117911A Expired - Fee Related JP5638465B2 (en) 2011-05-26 2011-05-26 Vehicle power supply system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5638465B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6191575B2 (en) 2014-08-06 2017-09-06 トヨタ自動車株式会社 Power supply
CN109450221A (en) * 2018-12-27 2019-03-08 杨胜林 Electricity generation system and power generator
CN113991818A (en) * 2021-11-18 2022-01-28 重庆隆鑫通航发动机制造有限公司 Management method for charging lithium battery by three-phase alternating current motor and related components
CN115473320A (en) * 2022-08-19 2022-12-13 西安中车永电电气有限公司 A Hybrid Power Supply System Using Axle of Railway Freight Cars to Generate Power

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19733221A1 (en) * 1997-08-01 1999-02-04 Bosch Gmbh Robert Process for regulating a generator
JP3797972B2 (en) * 2002-11-29 2006-07-19 三菱電機株式会社 Generator motor system for vehicles
EP2472702B1 (en) * 2009-10-16 2017-08-02 Mitsubishi Electric Corporation Power supply system for vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012249381A (en) 2012-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102549876B (en) Power supply system for vehicle
EP1219493B1 (en) Dynamotor of hybrid vehicle, and method of control thereof
US7816805B2 (en) Power supply system with multiphase motor and multiphase inverter
JP5289572B2 (en) Vehicle power supply system
JP5307814B2 (en) Power supply
JP5206130B2 (en) Coil field type synchronous motor regeneration system and control method thereof
JP4339757B2 (en) Vehicle drive power generation system
US8975886B2 (en) Charging and distribution control
EP1947759A2 (en) An starting and generating multiplying control system, and a method for using the system, and an electromotion mixed dynamic vehicle which uses the system and the method
JPS6387137A (en) Electric source
JP2006025488A (en) Vehicle starter generator
JP5638465B2 (en) Vehicle power supply system
JP4655431B2 (en) Generator motor device for vehicle
JP4950162B2 (en) Vehicle power supply
JP6583172B2 (en) In-vehicle charger
JP6305364B2 (en) Rotating electrical machine system
JP2017204953A (en) Dynamo-electric machine unit
JP5409579B2 (en) Vehicle power supply system
JP5241761B2 (en) Vehicle power supply system
JP2943319B2 (en) Starting charging device for vehicles
JP2586516B2 (en) Voltage regulator for vehicle charging generator
JP2008092785A (en) Alternating current generator for vehicle
JP2018088734A (en) Rotating electrical machine control device, rotating electrical machine unit
JPH0254020B2 (en)
JP2002291169A (en) On-board double-power-supply circuit with motor- generator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130926

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140624

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140822

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140924

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141022

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5638465

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees