專利名稱：車輛用電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛用電源系統(tǒng)，特別涉及能夠實現(xiàn)車輛的制動能量的再生和在車輛的燃料消耗上得到提高的車輛用電源系統(tǒng)。
背景技術：
以往的車輛用電源系統(tǒng)構成為在車輛的減速吋，使通過被引擎驅動而對蓄電池供電的發(fā)電機的發(fā)電電壓比車輛的非減速時更高，在車輛的減速時積極地進行制動能量的再生，在車輛的非減速時使向引擎的負載降低來在燃料消耗上得到提高(例如，參照專利文獻1) O專利文獻1 日本特開2008-67504號公報

發(fā)明內容
在以往的車輛用電源系統(tǒng)中，構成為對蓄電池直接供給發(fā)電機的發(fā)電電力而對蓄電池進行充電，所以如果使發(fā)電機的發(fā)電電力大幅變化，則導致蓄電池的壽命縮短。其結果，存在無法增大提高發(fā)電機的發(fā)電電力的幅度，無法大幅増加蓄電池的充電量這樣的問題。本發(fā)明是為了解決這樣的課題而完成的，其目的在于得到一種車輛用電源系統(tǒng)， 能夠抑制第1蓄電裝置的壽命降低，使發(fā)電機的發(fā)電電力大幅變化來増加第1蓄電裝置的充電量，實現(xiàn)車輛的制動能量的再生和在車輛的燃料消耗上得到提高。本發(fā)明提供一種車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，具備發(fā)電機，被引擎驅動而產生交流電カ；整流器，將由所述發(fā)電機產生的交流電カ整流為直流電カ而輸出；第一 DC/DC轉換器，經由發(fā)電機側布線而與所述整流器的高壓側輸出端子連接，將該整流器的輸出電壓的電壓值變換為不同的直流電壓而輸出；第1蓄電裝置，經由負載側布線而與所述第一 DC/ DC轉換器連接，對車載負載供給電カ；第二 DC/DC轉換器，經由發(fā)電機側布線而與所述整流器的高壓側輸出端子連接，將該整流器的輸出電壓的電壓值變換為不同的直流電壓而輸出；第2蓄電裝置，具有比所述第1蓄電裝置小的蓄電容量，并與所述第二 DC/DC轉換器連接；調節(jié)器電路，與所述發(fā)電機側布線或者所述負載側布線連接，對發(fā)電機的勵磁繞組供給勵磁電流；以及控制電路，對所述第一 DC/DC轉換器以及所述第二 DC/DC轉換器進行驅動控制，將所述發(fā)電機的發(fā)電電力蓄電到所述第1蓄電裝置以及所述第2蓄電裝置。根據本發(fā)明，第1蓄電裝置經由第一 DC/DC轉換器而與整流器的高壓側輸出端子連接，所以發(fā)電機的發(fā)電電カ不會直接供給到第1蓄電裝置。因此，即使使發(fā)電機的發(fā)電電力大幅變化，也不會縮短第1蓄電裝置的壽命。其結果，能夠增大提高發(fā)電機的發(fā)電電力的幅度，能夠大幅増加第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置的充電量。由此，能夠高效地回收車輛的制動能量，減輕非減速時的引擎的負載來在燃料消耗上得到提高。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。圖2是本發(fā)明的實施方式2的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。圖3是示出本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的DC/DC轉換器的結構的電路圖。圖4是示出本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的DC/DC轉換器的結構的電路圖。圖5是示出本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的發(fā)電機的輸出特性的圖。圖6是示出本發(fā)明的實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中使用的DC/DC轉換器的結構的電路圖。圖7是示出本發(fā)明的實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中使用的發(fā)電機的輸出特性的圖。圖8是本發(fā)明的實施方式5的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。圖9是說明本發(fā)明的實施方式7的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的加速時的動作的圖。圖10是說明本發(fā)明的實施方式7的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的減速時的動作的圖。圖11是說明本發(fā)明的實施方式7的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的空轉時的動作的圖。圖12是說明本發(fā)明的實施方式8的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的加速時的動作的圖。圖13是說明本發(fā)明的實施方式8的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的減速時的動作的圖。圖14是本發(fā)明的實施方式9的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。圖15是說明本發(fā)明的實施方式9的車輛用電源系統(tǒng)中的系統(tǒng)保護動作的圖。圖16是本發(fā)明的實施方式10的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。圖17是說明本發(fā)明的實施方式10的車輛用電源系統(tǒng)中的系統(tǒng)保護動作的圖。
具體實施例方式實施方式1.圖1是本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。在圖1中，車輛用電源系統(tǒng)具備發(fā)電機2，通過引擎1驅動而產生交流電カ；整流器7，將由發(fā)電機2產生的交流電カ整流為直流電カ而輸出；第一 DC/DC轉換器12，將整流器7的輸出電壓變換為不同的電壓值的直流電壓而輸出；第二 DC/DC轉換器13，將整流器 7的輸出電壓變換為不同的電壓值的直流電壓而輸出；作為第1蓄電裝置的蓄電池14，通過由第一 DC/DC轉換器12變換了的直流電カ而充電，對車載負載15供給電カ；作為第2蓄電裝置的電雙層電容器16，具有比蓄電池14小的蓄電容量，積蓄由第二 DC/DC轉換器13變換了的直流電カ；調節(jié)器電路9，控制向發(fā)電機2的勵磁繞組4的通電量；和控制電路17，根據引擎1的轉速f、電雙層電容器16的端子電壓Vc、負載側布線18b的電壓Vb等，控制第一以及第二 DC/DC轉換器12、13、以及調節(jié)器電路9的驅動。發(fā)電機2是具備具有勵磁繞組4的爪極型轉子3、具有3相交流繞組6的定子5、 整流器7、以及調節(jié)器電路9的倫德爾式(Limdell)交流發(fā)電機。另外，此處，設為整流器7 和調節(jié)器電路9內置于發(fā)電機2，但也可以與發(fā)電機2獨立地構成。整流器7構成為由并聯(lián)地連接了 3個將2個ニ極管8串聯(lián)連接而成的ニ極管對的 ニ極管橋電路構成的三相全波整流電路，將3相交流繞組6中感應的交流電カ整流為直流電力。調節(jié)器電路9具有M0SFET10和ニ極管11。另外，M0SFET10的漏極端子與ニ極管 11的陽極端子連接，源極端子被接地，柵極端子與控制電路17連接。另外，ニ極管11的陰極端子與連接整流器7的高壓側輸出端子7a和第一 DC/DC轉換器12的輸入電壓端子的發(fā)電機側布線18a連接。進而，勵磁繞組4的兩端和ニ極管11的陰極端子、以及ニ極管11的陽極端子與M0SFET10的漏極端子的連接點分別連接。蓄電池14是鉛蓄電池、鎳鎘蓄電池等二次電池，構成例如14V(額定電壓)的低電壓系的車載電源。另外，蓄電池14與連接第一 DC/DC轉換器12的輸出電壓端子和車載負載15的負載側布線18b連接。車載負載15是車輛中搭載的空調裝置、音響裝置等電氣設備，由蓄電池14驅動。電雙層電容器16經由第二 DC/DC轉換器13而與連接整流器7的高壓側輸出端子 7a和第一 DC/DC轉換器12的輸入電壓端子的發(fā)電機側布線18a連接。接下來，說明這樣構成的發(fā)電機2的動作。對轉子3的勵磁繞組4供給電流而產生磁通。由此，在轉子3的外周部，在周方向上交替形成N極和S扱。于是，對轉子3的軸傳遞引擎1的旋轉轉矩，轉子3被旋轉驅動。 因此，對定子5的3相交流繞組6提供旋轉磁場，在3相交流繞組6中產生電動勢。該交流的電動勢通過整流器7被整流為直流電カ而輸出。此處，如果對勵磁繞組4供給的電流恒定，則發(fā)電機2的輸出電壓隨著轉子3的旋轉速度的上升而上升。通過該輸出電壓的上升，3相交流繞組6中流過的電流増大，3相交流繞組6中的發(fā)熱増大。根據安全性以及可靠性的觀點，優(yōu)選將3相交流繞組6中的發(fā)熱量維持為某值以下。為此，通過調節(jié)器電路9調整對勵磁繞組4供給的勵磁電流，而調整輸出電壓(輸出電流)。另外，3相交流繞組6中的發(fā)熱量依賴于3相交流繞組6中流過的電流值，所以為了得到大的電力，優(yōu)選原樣地保持輸出電流，而增大輸出電壓。或者，通過增大輸出電壓并減小電流，能夠減小3相交流繞組6中的銅損、整流器7中的整流子損，還能夠減小整體的損失并提高發(fā)電效率，而得到大的電力。在該實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)中，構成14V系的車載電源的蓄電池14經由負載側布線18b、第一 DC/DC轉換器12以及發(fā)電機側布線18a而與整流器7的高壓側輸出端子7a連接，電雙層電容器16經由第二 DC/DC轉換器13而與連接整流器7的高壓側輸出端子7a和第一 DC/DC轉換器12的輸入電壓端子的發(fā)電機側布線18a連接。因此，在車輛的減速時使發(fā)電機2發(fā)電，控制電路17對第一以及第ニ DC/DC轉換器12、13進行驅動控制，而能夠將發(fā)電機2的發(fā)電電力蓄電到蓄電池14以及電雙層電容器 16。由此，發(fā)電機2的發(fā)電電カ經由第一 DC/DC轉換器12被供給到蓄電池14，所以即使使發(fā)電機2的發(fā)電電力大幅變化，也不會降低蓄電池14的壽命。因此，在引擎1的轉速高的情況下，能夠提高發(fā)電機2的輸出電壓來増大發(fā)電電力，所以能夠縮短向蓄電池14以及電雙層電容器16的充電時間，并且能夠使充電量大幅増加。其結果，能夠高效地再生車輛的制動能量。因此，能夠減少在非減速時使發(fā)電機2發(fā)電而使蓄電池14以及電雙層電容器16充電的動作，所以非減速時的引擎1的負載降低，在車輛的燃料消耗上得到提高。此處，通過在第一以及第二 DC/DC轉換器12、13的一方中使用DC/DC轉換器(電壓型)，能夠通過決定發(fā)電機2的輸出電壓來控制輸出電力。另外，通過在第一以及第二 DC/ DC轉換器12、13的另一方中使用帶電流控制功能的DC/DC轉換器，能夠對蓄電池14和電雙層電容器16任意地分配發(fā)電機2的輸出電力。實施方式2.圖2是本發(fā)明的實施方式2的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。在圖2中，調節(jié)器電路9具有的ニ極管11的陰極端子與連接第一 DC/DC轉換器12 的輸出電壓端子和車載負載15的負載側布線18b連接。另外，該實施方式2的車輛用電源系統(tǒng)除了ニ極管11的陰極端子與負載側布線 18b連接的點以外，與上述實施方式1同樣地構成。因此，即使在該實施方式2中，也起到與上述實施方式1同樣的效果。電雙層電容器16由于易于自放電，所以如果長時間停車，則存在端子電壓Vc小于 14V的危險。在ニ極管11的陰極端子與發(fā)電機側布線18a連接的情況下，如果端子電壓Vc 小于14V，則產生即使引擎1再起動，也不會進行第二 DC/DC轉換器13的動作，而無法對發(fā)電機2供給勵磁電流的情況。蓄電池14相比于電雙層電容器16不易自放電，所以電壓的降低被長期抑制。根據該實施方式2，ニ極管11的陰極端子與負載側布線18b連接，所以即使長時間停車，蓄電池14的電壓降低也被抑制，而未然地避免產生無法對發(fā)電機2供給勵磁電流的情況。實施方式3.圖3是示出本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的DC/DC轉換器(電壓型)的結構的電路圖、圖4是示出本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的帶電流控制功能的DC/DC轉換器的結構的電路圖。在該實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中，除了將圖3所示的DC/DC轉換器100 (DC/DC 轉換器(電壓型))作為第一 DC/DC轉換器，將圖4所示的帶電流控制功能的DC/DC轉換器 101作為第二 DC/DC轉換器的點以外，與上述實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)同樣地構成。另外，帶電流控制功能的DC/DC轉換器101是在斬波式DC/DC轉換器中設置了能夠進行電流控制的功能的結構，此處，如圖4所示，使用一般的斬波式雙方向DC/DC轉換器， 所以省略關于電壓變換的說明。在圖3中，DC/DC轉換器100具備2級的電路Al、A2，該2級的電路Al、A2具有 在輸入電壓端子VaH、VaL與輸出電壓端子VbH、VbL之間串聯(lián)連接作為低壓側以及高壓側的開關元件的2個M0SFET51 M而成的2個串聯(lián)體、和與各串聯(lián)體并聯(lián)地連接的平滑電容器Csl、Cs2。另外，電路Al、A2串聯(lián)地連接，電路Al成為整流電路、電路A2成為驅動用逆變器電路。進而，能量轉移用的電容器Crl與電感器Lrl的LC串聯(lián)體LCl連接在電路Al 的2個M0SFET51、52的連接點與電路A2的2個M0SFET53J4的連接點之間。
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另外，M0SFET51 討是在源極、漏極之間形成了寄生ニ極管的功率M0SFET。另外， 從控制電路17對M0SFET51 M的柵極端子，分別輸出柵極信號feite (柵極)lH、GatelL、 Gate2H、bate2し接下來，說明DC/DC轉換器100的動作。此處，柵極信號GatelH、GatelL、Gate2H、Gate2L是占空比為50%的ON(導通)/ OFF(斷開)信號，柵極信號feitelH、Gate2H是同一信號，柵極信號feitelL、Gate2L是使柵極信號feite 1H、Gate2H反轉了的信號。首先，如果高壓側的M0SFET52J4通過柵極信號feitelH、Gate2H而成為ON狀態(tài)， 則由于存在電位差，所以平滑電容器Cs2中積蓄的能量的一部分轉移到電容器Crl。接下來，如果高壓側的M0SFET52J4通過柵極信號feitelH、Gate2H而成為OFF狀態(tài)，低壓側的M0SFET51、53通過柵極信號feitelL、Gate2L而成為ON狀態(tài)，則由于存在電位差，所以電容器Crl中積蓄的能量轉移到平滑電容器Csl。這樣，通過電容器Crl的充放電，平滑電容器Cs2中積蓄的能量轉移到平滑電容器 Csl0于是，使輸入到輸入電壓端子VaH、VaL間的電壓Vl成為被降壓為約1/2倍的電壓V2， 輸出到輸出電壓端子VbH、VbL間。另外，使輸入的電壓Vl的電カ成為被降壓為電壓V2的電カ而轉移，所以電壓Vl成為比電壓V2的2倍的電壓大的值。另外，如果使柵極信號Gate2H、Gate2L成為ON信號，使柵極信號feitelH、GatelL 成為OFF信號，則M0SFET53J4成為ON狀態(tài)，M0SFET51、52成為OFF狀態(tài)。由此，輸入電壓端子VaH和輸出電壓端子VbH成為導通狀態(tài)，使輸入到輸入電壓端子VaH、VaL間的電壓Vl 成為被降壓為約1倍的電壓V2，輸出到輸出電壓端子VbH、VbL間。這樣，DC/DC轉換器100能夠以1或者1/2的電壓變換比(V2/V1)對輸入電壓Vl 進行變換而輸出。另外，由于對電容器Crl串聯(lián)連接電感器Lrl而構成了 LC串聯(lián)體LC1，所以在能量的轉移中，利用了共振現(xiàn)象，沒有M0SFET51 M狀態(tài)變化時的過渡性的損失，能夠高效地轉移大量的能量。這樣，在效率的方面優(yōu)選，所以能夠減小用于對電路進行冷卻的散熱器。 另外，由于沒有M0SFET51 M的開關時的過渡性的損失，所以能夠將開關頻率設定得較高。能夠增大LC串聯(lián)體LCl的共振頻率，能夠將能量轉移用的電感器Lrl的電感值和電容器Crl的電容值設定得較小，實現(xiàn)電路元件的小型化。由此，能夠使DC/DC轉換器100的整體非常小型。此處，說明實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的發(fā)電機的輸出特性。圖5是示出本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中使用的發(fā)電機的輸出特性的圖，縱軸是輸出電力、橫軸是轉子的旋轉速度。另外，在圖5中，實線表示14V的輸出特性線，單點劃線表示 28V的輸出特性線。另外，在圖5中，將14V的輸出特性線與28V的輸出特性線的交點處的轉子的旋轉速度設為《。如從圖5可知，在小于旋轉速度α的區(qū)域中，在將輸出電壓設定為14V的情況下， 能夠輸出大的發(fā)電電力，在旋轉速度α以上的區(qū)域中，在將輸出電壓設定為28V的情況下， 能夠輸出大的發(fā)電電力。在汽車中，通常，引擎1的旋轉速度是IOOOrpm 3000rpm的范圍。因此，在引擎1 的旋轉速度是IOOOrpm 3000rpm的范圍內，調整引擎1與發(fā)電機2的轉子3之間的動力傳遞機構的動カ傳遞比，使得得到圖5所示的輸出特性。在該實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)中，控制電路17監(jiān)視轉子3的旋轉速度，根據發(fā)電機2的發(fā)電時的轉子3的旋轉速度，將輸出電壓設定為14V或者^V。此處，轉子3的旋轉速度既可以根據引擎1的轉速f和滑輪比(pulley ratio)(動カ傳遞比)來計算，也可以將旋轉傳感器安裝到發(fā)電機2而直接檢測。首先，如果轉子3的旋轉速度小于旋轉速度α，則輸出電壓被設定為14V。因此， 控制電路17使M0SFET53J4成為ON狀態(tài)，使M0SFET51、52成為OFF狀態(tài)，使發(fā)電機2的輸出和DC/DC轉換器100的輸出成為短路狀態(tài)。然后，通過調節(jié)器電路9調整勵磁繞組4的勵磁電流，將DC/DC轉換器100的輸出電壓(V2)調整為14V，蓄電池14被充電。在該動作狀態(tài)下，在DC/DC轉換器100內不流過高頻的電流，所以能夠實現(xiàn)電カ損失小的能量轉移。另外，如果轉子3的旋轉速度是旋轉速度α以上，則輸出電壓被設定為^V。因此，控制電路17如上所述，反復M0SFET51 M的ON/OFF動作，以使DC/DC轉換器100的輸出電壓V2與發(fā)電機2的輸出電壓Vl的關系成為Vl = 2 -V2的方式維持。接下來，通過調節(jié)器電路9調整勵磁繞組4的勵磁電流，以使DC/DC轉換器100的輸出電壓(V2)成為14V 的方式調整，蓄電池14被充電。此時，發(fā)電機2的輸出電壓成為比14V的2倍的28V稍大的值。此處，在變更DC/DC轉換器100的電壓變換比(1/n)的η時，控制電路17以使勵磁繞組4中流過的勵磁電流成為零的方式控制調節(jié)器電路9，在發(fā)電機2成為不發(fā)電的狀態(tài)之后，變更變壓變換比。另外，發(fā)電機2的發(fā)電電力被充電到蓄電池14，并且通過控制電路17對帶電流控制功能的DC/DC轉換器101的開關元件進行驅動控制，發(fā)電機2的發(fā)電電力的輸出電壓被降壓而將發(fā)電機2的發(fā)電電力蓄電到電雙層電容器16。這樣，根據該實施方式3，發(fā)電機2以能夠輸出大的發(fā)電電カ的輸出電壓進行發(fā)電，所以能夠縮短向蓄電池14以及電雙層電容器16的充電時間，并且能夠使充電量大幅增加。其結果，能夠高效地再生車輛的制動能量。因此，能夠減少在非減速時使發(fā)電機2發(fā)電而使蓄電池14以及電雙層電容器16充電的動作，所以非減速時的引擎1的負載降低，在車輛的燃料消耗上得到提高。另外，在發(fā)電機2不發(fā)電的狀態(tài)下，變更DC/DC轉換器100的電壓變換比，所以不會產生浪涌，而能夠避免內部電路損傷那樣的情況。實施方式4.圖6是示出本發(fā)明的實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中使用的DC/DC轉換器的結構的電路圖。在該實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中，除了將圖6所示的DC/DC轉換器102 (DC/DC 轉換器(電壓型))作為第一 DC/DC轉換器，將圖4所示的帶電流控制功能的DC/DC轉換器 101作為第二 DC/DC轉換器的點以外，與上述實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)同樣地構成。在圖6中，DC/DC轉換器102具備3級的電路Al、A2、A3，該3級的電路Al、A2、A3 具備在輸入電壓端子VaH、VaL與輸出電壓端子VbH、VbL之間串聯(lián)連接作為低壓側以及高壓側的開關元件的2個M0SFET51 56而成的3個串聯(lián)體、和與各串聯(lián)體并聯(lián)地連接的平滑電容器Csl、Cs2、Cs3。另外，電路Al、A2、A3被串聯(lián)連接，電路Al成為整流電路、電路A2、A3成為驅動用逆變器電路。進而，能量轉移用的電容器Cr2與電感器Lr2的LC串聯(lián)體LC2 連接于電路Al的2個M0SFET51、52的連接點與電路A2的2個M0SFET53、54的連接點之間。 進而另外，能量轉移用的電容器Cr3與電感器Lr3的LC串聯(lián)體LC3連接于電路Al的2個 M0SFET5U52的連接點與電路A3的2個M0SFET55、56的連接點之間。另外，M0SFET51 56是在源極、漏極間形成了寄生ニ極管的功率M0SFET。另外， 從控制電路17對M0SFET51 56的柵極端子，分別輸出柵極信號fettelH、GatelL、feite2H、 Gate2L、bate3H、batejL。接下來，說明DC/DC轉換器102的動作。首先，說明DC/DC轉換器102的電壓變換比是1/3倍的情況。柵極信號GatelH、GatelL、Gate2H、Gate2L、Gate3H、Gate3L 是占空比為 50% 的 ON/ OFF 信號，柵極信號 Gate 1H、Gate2H、Gate3H 是同一信號，柵極信號 Gate 1L、Gate2L、Gate3L 是使柵極信號feite 1H、Gate2H、Gate3H反轉了的信號。首先，如果高壓側的M0SFET52J4、56通過柵極信號feitelH、Gate2H、Gate3H而成為ON狀態(tài)，則由于存在電位差，所以平滑電容器Cs2、Cs3中積蓄的能量的一部分分別轉移到電容器Cr2、Cr3。接下來，如果高壓側的M0SFET52J4、56通過柵極信號feitelH、Gate2H、Gate3H而成為OFF狀態(tài)，低壓側的M0SFET51、53、55通過柵極信號fettelL、Gate2L、(}ate3L而成為ON 狀態(tài)，則由于存在電位差，所以電容器Cr2、Cr3中積蓄的能量分別轉移到平滑電容器Csl、 Cs2。這樣，通過電容器Cr2、Cr3的充放電，平滑電容器Cs2、Cs3中積蓄的能量轉移到平滑電容器Cs2、Csl。于是，使輸入到輸入電壓端子VaH、VaL間的電壓Vl成為被降壓為約1/3倍的電壓 V2，而輸出到輸出電壓端子VbH、VbL間。另外，所輸入的電壓Vl的電力作為降壓為電壓V2 的電カ而轉移，所以電壓Vl成為比電壓V2的3倍的電壓大的值。接下來，說明DC/DC轉換器102的電壓變換比是1/2倍的情況。柵極信號feitelH、(;atelL、Gate2H、(;ate2L 是占空比為 50% 的 0N/0FF 信號，柵極信號fettelL、(}ate2L是使柵極信號feitelH、feite2H反轉了的信號。首先，高壓側的M0SFET52J4通過柵極信號GatelH、2H而成為ON狀態(tài)，低壓側 M0SFET51、53通過柵極信號fettelL、2L而成為OFF狀態(tài)。因此，存在電位差，所以平滑電容器Cs2中積蓄的能量的一部分轉移到電容器Cr2。接下來，如果高壓側的M0SFET52J4通過柵極信號feitelH、2H而成為OFF狀態(tài)，低壓側的M0SFET51、53通過柵極信號fettelL、2L而成為ON狀態(tài)，則由于存在電位差，所以電容器Cr2中積蓄的能量轉移到平滑電容器Csl。這樣，通過電容器Cr2的充放電，平滑電容器Cs2中積蓄的能量轉移到平滑電容器 Csl ο于是，使輸入到輸入電壓端子VaH、VaL間的電壓Vl成為被降壓為約1/2倍的電壓 V2，而輸出到輸出電壓端子VbH、VbL間。另外，使所輸入的電壓Vl的電カ成為被降壓為電壓V2的電カ而轉移，所以電壓Vl成為比電壓V2的2倍的電壓大的值。接下來，說明DC/DC轉換器102的電壓變換比是1倍的情況。
使高壓側M0SFET54、56以及低壓側M0SFET53、55維持為ON狀態(tài)，使高壓側 M0SFET52以及低壓側M0SFET51維持為OFF狀態(tài)。由此，輸入電壓端子VaH和輸出電壓端子 VbH成為導通狀態(tài)，使輸入到輸入電壓端子VaH、VaL間的電壓Vl成為被降壓為約1倍的電壓V2，而輸出到輸出電壓端子VbH、VbL間。這樣，DC/DC轉換器102能夠以1、1/2、或者1/3的電壓變換比(V2/V1)對輸入電壓Vl進行變換而輸出。在該實施方式4中，也對電容器Cr2、Cr3串聯(lián)地連接電感器Lr2、Lr3而構成了 LC 串聯(lián)體LC2、LC3，所以在能量的轉移中，利用了共振現(xiàn)象，沒有M0SFET51 56狀態(tài)變化時的過渡性的損失，能夠高效地轉移大量的能量。這樣，在效率的方面優(yōu)良，但能夠減小用于冷卻電路的散熱器。另外，由于沒有M0SFET51 56的開關時的過渡性的損失，所以能夠將開關頻率設定得較高。能夠增大LC串聯(lián)體LC2、LC3的共振頻率，能夠將能量轉移用的電感器Lr2、Lr3的電感值和電容器Cr2、Cr3的電容值設定得較小，實現(xiàn)電路元件的小型化。由此，能夠使DC/DC轉換器102的整體非常小型。此處，說明實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中使用的發(fā)電機的輸出特性。圖7是示出本發(fā)明的實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中使用的發(fā)電機的輸出特性的圖，縱軸是輸出電力、橫軸是轉子的旋轉速度。另外，在圖7中，實線表示14V的輸出特性線，單點劃線表示 28V的輸出特性線，虛線表示42V的輸出特性線。另外，在圖7中，將14V的輸出特性線與 28V的輸出特性線的交點處的轉子的旋轉速度設為α、將28V的輸出特性線與42V的輸出特性線的交點處的轉子的旋轉速度設為β。如從圖7可知，在小于旋轉速度α的區(qū)域中，在將輸出電壓設定為14V的情況下， 能夠輸出大的發(fā)電電力，在旋轉速度α以上小于β的區(qū)域中，在將輸出電壓設定為^V的情況下，能夠輸出大的發(fā)電電力，在旋轉速度β以上的區(qū)域中，在將輸出電壓設定為42V的情況下，能夠輸出大的發(fā)電電力。在汽車中，通常使用的引擎1的旋轉速度是IOOOrpm 3000rpm的范圍。因此，在引擎1的旋轉速度是IOOOrpm 3000rpm的范圍內，調整引擎1與發(fā)電機2的轉子3之間的動カ傳遞機構的動カ傳遞比，使得得到圖7所示的輸出特性。在該實施方式4的車輛用電源系統(tǒng)中，控制電路17監(jiān)視轉子3的旋轉速度，根據發(fā)電機2的發(fā)電時的轉子3的旋轉速度，將輸出電壓設定為14V、28V或者42V。此處，也可以根據引擎1的轉速f和滑輪比(動カ傳遞比)計算轉子3的旋轉速度。首先，如果轉子3的旋轉速度小于旋轉速度α，則輸出電壓被設定為14V。因此， 控制電路17使M0SFET53 56成為ON狀態(tài)，使M0SFET51 52成為ON狀態(tài)，使發(fā)電機2 的輸出和DC/DC轉換器102的輸出成為短路狀態(tài)。然后，通過調節(jié)器電路9調整勵磁繞組 4的勵磁電流，DC/DC轉換器102的輸出電壓(V2)被調整為14V，蓄電池14被充電。此時， 發(fā)電機2的輸出電壓成為比14V稍大的值。在該動作狀態(tài)下，在DC/DC轉換器102內不流過高頻的電流，所以能夠實現(xiàn)電カ損失小的能量轉移。另外，如果轉子3的旋轉速度是旋轉速度α以上小于β，則輸出電壓被設定為 ^V。因此，控制電路17如上所述，設為M0SFET55、56的ON狀態(tài)，反復M0SFET51 54的 0N/0FF動作，以使DC/DC轉換器102的輸出電壓V2與發(fā)電機2的輸出電壓Vl的關系成為 Vl = 2 -V2的方式維持。接下來，通過調節(jié)器電路9調整勵磁繞組4的勵磁電流，以使DC/DC轉換器102的輸出電壓(V2)成為14V的方式調整，蓄電池14被充電。此時，發(fā)電機2的輸出電壓成為比14V的2倍的^V稍大的值。進而，如果轉子3的旋轉速度是旋轉速度β以上，則輸出電壓被設定為42V。因此，控制電路17如上所述，反復M0SFET51 56的0N/0FF動作，以使DC/DC轉換器102的輸出電壓V2與發(fā)電機2的輸出電壓Vl的關系成為Vl = 3 -V2的方式維持。接下來，通過調節(jié)器電路9調整勵磁繞組4的勵磁電流，以使DC/DC轉換器102的輸出電壓(V2)成為14V 的方式調整，蓄電池14被充電。此時，發(fā)電機2的輸出電壓成為比14V的3倍的42V稍大的值。此處，在變更DC/DC轉換器102的電壓變換比(1/n)的η時，控制電路17以使勵磁繞組4中流過的勵磁電流成為零的方式，控制調節(jié)器電路9，在使發(fā)電機2成為不發(fā)電的狀態(tài)之后，操作切換開關60，而變更變壓變換比。另外，發(fā)電機2的發(fā)電電力被充電到蓄電池14，并且通過控制電路17對帶電流控制功能的DC/DC轉換器101的開關元件進行驅動控制，發(fā)電機2的發(fā)電電力的輸出電壓被降壓而發(fā)電機2的發(fā)電電カ被蓄電到電雙層電容器16。這樣，根據該實施方式4，發(fā)電機2以能夠輸出大的發(fā)電電カ的輸出電壓進行發(fā)電，所以能夠縮短向蓄電池14以及電雙層電容器16的充電時間，并且能夠使充電量大幅增加。其結果，能夠高效地再生車輛的制動能量。因此，能夠減少在非減速時使發(fā)電機2發(fā)電而使蓄電池14以及電雙層電容器16充電的動作，所以非減速時的引擎1的負載降低，在車輛的燃料消耗上得到提高。另外，在發(fā)電機2不發(fā)電的狀態(tài)下，變更DC/DC轉換器102的電壓變換比，所以不產生浪涌，而能夠避免內部電路損傷那樣的情況。另外，在上述實施方式3、4中，將電壓變換比被設定為1/n (其中，η是整數)的DC/ DC轉換器100、102 (DC/DC轉換器(電壓型))用作第一 DC/DC轉換器，將一般的斬波式雙方向DC/DC轉換器(帶電流控制功能的DC/DC轉換器)用作第二 DC/DC轉換器，但也可以將 DC/DC轉換器100、102 (DC/DC轉換器(電壓型))用作第二 DC/DC轉換器，將一般的斬波式雙方向DC/DC轉換器(帶電流控制功能的DC/DC轉換器)用作第一 DC/DC轉換器。實施方式5.圖8是本發(fā)明的實施方式5的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。在圖8中，電雙層電容器16經由第二 DC/DC轉換器13而與大容量電氣負載19連接。此處，大容量電氣負載19相比于車載負載15是大電容的負載，例如是使引擎1起動的起動電動機、電動增壓器、吸塵器等外部電氣設備。另外，其他結構與上述實施方式1同樣地構成。針對大容量電氣負載19是起動電動機的情況，說明該實施方式5的車輛用電源系統(tǒng)的動作。首先，如果接通鍵開關，則控制電路17使第二 DC/DC轉換器13的開關元件成為 ON。由此，電雙層電容器16中蓄電的電カ被供給到起動電動機(大容量電氣負載19)，起動電動機被驅動?？刂齐娐?7監(jiān)視引擎1的起動，如果確認了引擎1的起動，則使第二 DC/DC 轉換器13的開關元件成為OFF。根據該實施方式5，構成為電雙層電容器16中蓄電的電カ被供給到起動電動機，所以不需要蓄電池14的大電容化，高成本化被抑制。另外，電雙層電容器16相比于鉛蓄電池等蓄電池14，放電性能更優(yōu)良，所以迅速地向起動電動機供給電力，而能夠迅速地起動引擎1。另外，不會在伴隨在引擎1的起動動作時的大電流放電而降低蓄電池14的壽命。實施方式6.在上述實施方式1中，使發(fā)電機2的發(fā)電電力蓄電到蓄電池14和電雙層電容器 16，但在該實施方式6中，使發(fā)電機2的發(fā)電電力優(yōu)先蓄電到電雙層電容器16，在發(fā)電機2 的發(fā)電電カ大的情況下特別有效。在該實施方式6中，預先使第一 DC/DC轉換器12成為OFF而切斷整流器7的高壓側輸出端子7a和蓄電池14的連接，如果電雙層電容器16的電位低于規(guī)定值，則使發(fā)電機 2發(fā)電，并且使第二 DC/DC轉換器13的開關元件成為0N，使發(fā)電機2的發(fā)電電力僅回收到電雙層電容器16。另外，也可以使第一 DC/DC轉換器12預先成為0N，通過第二 DC/DC轉換器13中的電流控制，以使發(fā)電機2的發(fā)電電力進入電雙層電容器16的方式，進行控制，使發(fā)電機2的發(fā)電電力回收到電雙層電容器16。然后，控制電路17監(jiān)視蓄電池14的電位，在蓄電池14的電位低于規(guī)定值時，對第一以及第二 DC/DC轉換器12、13進行驅動控制，而通過電雙層電容器16的蓄電電力對蓄電池14進行充電。在該實施方式6中，針對蓄電池14不進行再生時的瞬時大電流充電，所以能夠防止再生所致的蓄電池14的壽命降低。另外，第一以及第二DC/DC轉換器12、13的開關元件不進行開關動作，所以電カ損失被降低，能夠高效地回收發(fā)電機2的發(fā)電電力。另夕卜，也可以在將發(fā)電機2的發(fā)電電カ蓄電到電雙層電容器16吋，對第二 DC/DC 轉換器13進行驅動控制，使發(fā)電機2的輸出電壓降壓為規(guī)定的電壓，而蓄電到電雙層電容器16。實施方式7.圖9是說明本發(fā)明的實施方式7的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的加速時的動作的圖，圖10是說明本發(fā)明的實施方式7的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的減速時的動作的圖，圖 11是說明本發(fā)明的實施方式7的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的空轉時的動作的圖。另外，在該實施方式7中，使用圖1所示的車輛用電源系統(tǒng)來說明車輛的加速吋、 減速時、空轉時的車輛用電源系統(tǒng)的動作控制。首先，通過電壓傳感器(未圖示)檢測蓄電池14(負載側布線18b)的電壓Vb、以及電雙層電容器16的端子電壓Vc，通過旋轉傳感器(未圖示)檢測引擎1的轉速f。然后，檢測傳感器、旋轉傳感器的檢測信號被輸入到控制電路17?？刂齐娐?7根據車輛的行駛狀態(tài)、蓄電池14的電壓Vb、以及電雙層電容器16的端子電壓Vc，控制發(fā)電機2、第一 DC/ DC轉換器12、以及第二 DC/DC轉換器13的動作。另外，能夠根據E⑶信號、引擎轉速f的增減、油門踏板、剎車踏板的狀態(tài)等，判斷加速、減速、定速行駛(巡行)、停止等車輛的行駛狀態(tài)。接下來，對于第二 DC/DC轉換器13的充放電電流，以使電壓Vb恒定為規(guī)定的第1 電壓值、例如14V(控制目標值)的方式，進行反饋控制。即，如果電壓Vb低于14V，則以使來自電雙層電容器16的放電量增加的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制，進行向蓄電池14的充電和向車載負載15的電カ供給。另外，如果電壓Vb高于14V，則以使來自
13電雙層電容器16的放電量降低、或者以使電雙層電容器16充電的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。但是，僅在端子電壓Vc是規(guī)定的范圍內，經由第二 DC/DC轉換器13 進行電雙層電容器16的充放電動作，在其范圍外，第二 DC/DC轉換器13停止。例如，以在端子電壓Vc是28V 14V的范圍內，使電雙層電容器16充放電的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。另外，如果端子電壓Vc成為^V以上，則判斷為電雙層電容器16是過充電狀態(tài)，如果端子電壓Vc小于14V，則判斷為電雙層電容器16是過放電狀態(tài)，第二 DC/ DC轉換器13的動作停止。進而，發(fā)電機2在加速時、定速行駛時、以及空轉時，以使電壓Vb成為比14V(第1 電壓值)低的第2電壓值、例如13. 5V(控制目標值)的方式，在減速時，以使電壓Vb成為比14V(第1電壓值)高的第3電壓值、例如14. 5V(控制目標值)的方式，調整勵磁電流而進行驅動。即，如果電壓Vb低于控制目標值，則增加勵磁電流而増加發(fā)電機2的發(fā)電量，如果電壓Vb高于控制目標值，則減少勵磁電流而降低發(fā)電機2的發(fā)電量。此處，對于控制對象量，由于經由第一 DC/DC轉換器12進行，所以例如在第一 DC/ DC轉換器12進行著2 1電壓變換的情況下，在以使電壓Vb恒定為14V的方式進行控制意味著如下情況，即以使發(fā)電機側布線18a的電壓成為^V的方式，對第二 DC/DC轉換器 13進行動作控制。另外，在第一 DC/DC轉換器12進行著1 1電壓變換的情況下，在以使電壓Vb恒定為14V的方式進行控制意味著如下情況，即以使發(fā)電機側布線18a的電壓成為 14V的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。另外，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，以使改變低壓側與高壓側的變壓比，使得如果引擎轉速f是例如為空轉域即小于IOOOrpm，則進行1 1電壓變換，如果是 IOOOrpm以上，則進行2 1電壓變換。接下來，參照圖9，說明車輛加速時的發(fā)電機2、第一 DC/DC轉換器12、以及第二 DC/DC轉換器13的動作?？刂齐娐?7如果判斷為車輛是加速狀態(tài)，則將發(fā)電機2的控制目標值設定為 13. 5V，將第二 DC/DC轉換器13的控制目標值設定為14V。于是，在車輛的加速狀態(tài)下，引擎轉速f是IOOOrpm以上，所以以進行2 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制。然后，如果判斷為端子電壓Vc是14V以上，則以使電壓Vb成為14V的方式，對第 ニ DC/DC轉換器13進行動作控制。即，以使發(fā)電機側布線18a的電壓成為^V的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。由此，電雙層電容器16中蓄電的電カ被放電，對車載負載15供給必要的電力，或者蓄電池14被充電。因此，電壓Vb高于作為發(fā)電機2的控制目標值的13. 5V，所以不會向發(fā)電機2通電勵磁電流，發(fā)電機2成為非發(fā)電狀態(tài)。另外，電雙層電容器16中蓄電的電カ被放電，如果端子電壓Vc低于14V，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止。然后，如果電壓Vb低于13. 5V，則發(fā)電機2進行發(fā)電動作，對車載負載15供給電カ。此時，以使電壓Vb成為13. 5V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流，發(fā)電機2的輸出電壓、即發(fā)電機側布線18a的電壓成為27V。接下來，參照圖10，說明車輛減速時的發(fā)電機2、第一 DC/DC轉換器12、以及第二 DC/DC轉換器13的動作?？刂齐娐?7如果判斷為車輛是減速狀態(tài)，則將發(fā)電機2的控制目標值設定為14. 5V，將第二 DC/DC轉換器13的控制目標值設定為14V。然后，在車輛的減速狀態(tài)下，引擎轉速f是IOOOrpm以上，所以以進行2 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制。然后，以使電壓Vb成為14. 5V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流，發(fā)電機2 進行發(fā)電動作。由此，發(fā)電機2的輸出電壓、即發(fā)電機側布線18a的電壓成為^V。然后，通過第一 DC/DC轉換器12對發(fā)電機側布線18a的電壓進行2 1電壓變換，負載側布線18b 的電壓成為14. 5V。因此，電壓Vb高于作為第二 DC/DC轉換器13的控制目標值的14V。然后，如果判斷為端子電壓Vc小于^V，則對第二DC/DC轉換器13進行動作控制， 對車載負載15供給必要的電力，剩余電力被蓄電到電雙層電容器16。S卩，如果電壓Vb被維持為14V，則對車載負載15供給必要的電力，發(fā)電機2的控制目標值是14. 5V，所以超過 14V的電力成為剩余電力，被蓄電到電雙層電容器16。另外，減速狀態(tài)繼續(xù)，電雙層電容器16成為滿充電狀態(tài)，如果端子電壓Vc成為28V 以上，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止。發(fā)電機2的發(fā)電電力被供給到車載負載15以及蓄電池14。接下來，參照圖11，說明車輛空轉時的發(fā)電機2、第一 DC/DC轉換器12、以及第二 DC/DC轉換器13的動作。控制電路17如果判斷為車輛是空轉狀態(tài)，則將發(fā)電機2的控制目標值設定為 13. 5V，將第二 DC/DC轉換器13的控制目標值設定為14V。然后，在車輛的空轉狀態(tài)下，引擎轉速f小于IOOOrpm，所以以進行1 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制。然后，如果判斷為端子電壓Vc是14V以上，則以使電壓Vb成為14V的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。即，以使發(fā)電機側布線18a的電壓成為14V的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。由此，電雙層電容器16中蓄電的電力被放電，對車載負載15供給必要的電力，或者蓄電池14被充電。因此，電壓Vb高于作為發(fā)電機2的控制目標值的13. 5V，所以不會向發(fā)電機2通電勵磁電流，發(fā)電機2成為非發(fā)電狀態(tài)。另外，電雙層電容器16中蓄電的電力被放電，如果端子電壓Vc低于14V，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止。然后，如果電壓Vb低于13. 5V，則發(fā)電機2進行發(fā)電動作，對車載負載15供給電力。此時，以使電壓Vb成為13. 5V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流，發(fā)電機2的輸出電壓、即發(fā)電機側布線18a的電壓成為13. 5V。此處，在車輛是定速行駛(巡行)狀態(tài)的情況下，引擎轉速f是IOOOrpm以上，所以以進行2 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制。因此，在車輛是定速行駛狀態(tài)的情況下，在圖11中，如果端子電壓Vc是14V以上，則以使發(fā)電機側布線18a 的電壓成為的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制，發(fā)電機2成為非發(fā)電狀態(tài)。 另外，如果端子電壓Vc小于14V，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止，以使發(fā)電機側布線 18a的電壓成為27V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流。另外，在車輛停止了的情況下，在圖11中，如果端子電壓Vc小于14V，則發(fā)電機2 成為非發(fā)電狀態(tài)。另外，其他動作與空轉狀態(tài)下的動作相同。此處，在以往的電源系統(tǒng)中，需要系統(tǒng)控制用ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)，ECU判別各設備的獨立的信息而決定發(fā)電狀態(tài)。因此，ECU中的運算量、ECU與各設備之間的通信量龐大。如果采用本電源系統(tǒng)，則通過針對每個設備設定獨立的控制目標值并針對每個設備根據控制目標值進行控制，能夠被動地最佳地進行減速時的能量再生控制。由此，從ECU向各設備的控制簡化，或者變得不需要。實施方式8.圖12是說明本發(fā)明的實施方式8的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的加速時的動作的圖，圖13是說明本發(fā)明的實施方式8的車輛用電源系統(tǒng)中的車輛的減速時的動作的圖。在上述實施方式7中，以在引擎轉速f小于IOOOrpm的情況下，進行1 1電壓變換，在是IOOOrpm以上的情況下，進行2 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，但在該實施方式8中，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，使得在轉子3的旋轉速度小于旋轉速度α的情況下，進行1 1電壓變換，在是旋轉速度α以上的情況下， 進行2 1電壓變換。另外，對于其他動作條件，與上述實施方式7相同。首先，參照圖12，說明車輛加速時的發(fā)電機2、第一 DC/DC轉換器12、以及第二 DC/ DC轉換器13的動作。控制電路17如果判斷為車輛是加速狀態(tài)，則將發(fā)電機2的控制目標值設定為
13.5V，將第二 DC/DC轉換器13的控制目標值設定為14V。另外，在圖12中，以進行2 1 電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，但在轉子3的旋轉速度小于旋轉速度α的情況下，以進行1 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制。然后，如果判斷為端子電壓Vc是14V以上，則以使電壓Vb成為14V的方式，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制。由此，電雙層電容器16中蓄電的電力被放電，對車載負載15供給必要的電力，或者蓄電池14被充電。因此，電壓Vb高于作為發(fā)電機2的控制目標值的13. 5V，所以不會向發(fā)電機2通電勵磁電流，發(fā)電機2成為非發(fā)電狀態(tài)。另外，電雙層電容器16中蓄電的電力被放電，如果端子電壓Vc低于14V，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止。然后，如果電壓Vb低于13. 5V，則發(fā)電機2進行發(fā)電動作，對車載負載15供給電力。此時，以使電壓Vb成為13. 5V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流。接下來，參照圖13，說明車輛減速時的發(fā)電機2、第一 DC/DC轉換器12、以及第二 DC/DC轉換器13的動作?？刂齐娐?7如果判斷為車輛是減速狀態(tài)，則將發(fā)電機2的控制目標值設定為
14.5V，將第二 DC/DC轉換器13的控制目標值設定為14V。然后，如果判斷為端子電壓Vc是^V以上，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止， 以使電壓Vb成為14. 5V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流，發(fā)電機2進行發(fā)電動作。 此時，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，使得在轉子3的旋轉速度小于旋轉速度α的情況下，進行1 1電壓變換，在是旋轉速度α以上的情況下，進行2 1電壓變換。另外，如果判斷為端子電壓Vc小于^V，則判斷轉子3的旋轉速度是否為旋轉速度 α以上。然后，如果轉子3的旋轉速度是旋轉速度α以上，則以進行2 1電壓變換的方式，對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，以使電壓Vb成為14. 5V的方式，調整對發(fā)電機2 通電的勵磁電流，發(fā)電機2進行發(fā)電動作。進而，對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制，對車載負載15供給必要的電力，超過14V的電力被蓄電到電雙層電容器16。另外，減速狀態(tài)
16繼續(xù)，電雙層電容器16成為滿充電狀態(tài)，如果端子電壓Vc成為^V以上，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止。發(fā)電機2的發(fā)電電力被供給到車載負載15以及蓄電池14。另外，如果轉子3的旋轉速度小于旋轉速度α，則以進行1 1電壓變換的方式， 對第一 DC/DC轉換器12進行動作控制，以使電壓Vb成為14. 5V的方式，調整對發(fā)電機2通電的勵磁電流，發(fā)電機2進行發(fā)電動作。對第二 DC/DC轉換器13進行動作控制，對車載負載15供給必要的電力，超過14V 的電力被蓄電到電雙層電容器16。另外，減速狀態(tài)繼續(xù)，電雙層電容器16成為滿充電狀態(tài)，如果端子電壓Vc成為28V 以上，則第二 DC/DC轉換器13的動作停止。對車載負載15以及蓄電池14供給發(fā)電機2的發(fā)電電力。另外，空轉時、巡行時、停止時的控制與上述實施方式7相同，所以此處省略其說明。根據該實施方式8，考慮圖5所示的發(fā)電機2的輸出特性，如果轉子3的旋轉速度成為旋轉速度α以上，則以能夠按照能夠輸出大的發(fā)電電力的輸出電壓進行發(fā)電的方式， 對發(fā)電機2進行驅動控制，所以能夠縮短向蓄電池14以及電雙層電容器16的充電時間，并且能夠使充電量大幅增加。其結果，能夠高效地再生車輛的制動能量。因此，能夠減少非減速時的使發(fā)電機2發(fā)電而使蓄電池14以及電雙層電容器16充電的動作，所以非減速時的引擎1的負載降低，在車輛的燃料消耗上得到提高。實施方式9.圖14是本發(fā)明的實施方式9的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖，圖15是說明本發(fā)明的實施方式9的車輛用電源系統(tǒng)中的系統(tǒng)保護動作的圖。在圖14中，作為報告單元的警告燈20設置于例如車輛的儀表盤，由控制電路17 進行0N/0FF控制，通過點亮而對駕駛員報告電雙層電容器16的狀態(tài)異常。第二 DC/DC轉換器13由圖4所示的帶電流控制機構的DC/DC轉換器101構成。另外，其他結構與上述實施方式1同樣地構成。接下來，根據圖15，說明由控制電路17進行的車輛用電源系統(tǒng)的系統(tǒng)保護動作。 另外，在圖15中，SlOO S104表示步驟100 步驟104。首先，控制電路17判定第二 DC/DC轉換器13是否開始了放電動作(步驟100)。 然后，如果判定為第二 DC/DC轉換器13開始了放電動作，則取入第二 DC/DC轉換器13中流過的電流、即電雙層電容器16的放電電流Ic和電雙層電容器16的端子電壓Vc，計算放電初始狀態(tài)的電雙層電容器16的內部電阻值(步驟101)。接下來，判定所計算出的內部電阻值是否為判定值以上(步驟102)。在步驟103 中，如果所計算出的內部電阻值是判定值以上，則判斷為電雙層電容器16處于狀態(tài)異常 (溫度異常、或者劣化)，轉移到步驟103而使警告燈20點亮。進而，轉移到步驟104，停止利用第二 DC/DC轉換器13的放電動作，結束系統(tǒng)保護動作。另外，在判斷為電雙層電容器 16是狀態(tài)異常(溫度異常、或者劣化)的情況下，使充電動作也停止。另外，在步驟102中， 在所計算出的內部電阻值小于判定值的情況下，判斷為電雙層電容器16正常，結束系統(tǒng)保護動作。此處，判定值是成為判定電雙層電容器16的狀態(tài)異常(溫度異常、或者劣化)的指標的內部電阻值，能夠根據電阻值推測電雙層電容器的溫度，如果溫度變高，則電雙層電容器的壽命變短，并且，根據溫度以外的主要原因、例如由于電解液泄漏而電阻變高等理由，設定為電雙層電容器的初始內部電阻值的1.4倍。如果僅考慮溫度，電阻值成為1. 4倍相當于約120°C的溫度上升。溫度上升120°C 意味著，根據電雙層電容器的溫度與壽命的關系(如果溫度上升10°c，則壽命成為1/2 倍)，壽命成為約1/1000倍，成為壽命被大幅縮短的狀態(tài)。根據該實施方式9，控制電路17在第二 DC/DC轉換器13的放電開始時，根據放電開始時的內部電阻值，判定電雙層電容器16的狀態(tài)，如果判定為電雙層電容器16不正常、 即溫度異?；蛘吡踊瑒t使警告燈20點亮。因此，駕駛員能夠通過警告燈20的點亮來識別電雙層電容器16的狀態(tài)異常，知道到了電雙層電容器16的更換時期。另外，控制電路17如果判斷為電雙層電容器16處于狀態(tài)異常(溫度異常、或者劣化)，則停止第二 DC/DC轉換器13的放電動作，所以能夠未然地防止第二 DC/DC轉換器13 持續(xù)放電動作所致的系統(tǒng)故障。另外，充電動作也停止，所以能夠未然地避免持續(xù)充電所致的系統(tǒng)故障。另外，即使第二 DC/DC轉換器13的放電動作停止，仍對車載負載15供給發(fā)電機2的發(fā)電電力或者蓄電池14的電力，所以不會對車載負載15的運轉造成障礙。實施方式10.圖16是本發(fā)明的實施方式10的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖，圖17是說明本發(fā)明的實施方式10的車輛用電源系統(tǒng)中的系統(tǒng)保護動作的圖。在圖16中，作為報告單元的警告燈21設置于例如車輛的儀表盤，由控制電路17 進行0N/0FF控制，通過點亮而對駕駛員報告第一 DC/DC轉換器12的動作異常。另外，其他結構與上述實施方式1同樣地構成。接下來，根據圖17，說明由控制電路17進行的車輛用電源系統(tǒng)的系統(tǒng)保護動作。 另外，在圖17中，SllO S115表示步驟110 步驟115。首先，控制電路17判定第一 DC/DC轉換器12是否開始了動作(步驟110)。然后， 如果判定為第一 DC/DC轉換器12開始了動作，則取入發(fā)電機側布線18a的電壓Va和負載側布線18b的電壓Vb(步驟111)。接下來，求出第一 DC/DC轉換器12動作的電壓交換比 (1/n倍)，判定Vb/Va是否與1/n —致(步驟112)。例如，在第一 DC/DC轉換器12以1/2 倍的電壓交換比動作的情況下，判定Vb/Va是否與1/2 —致。另外，在第一 DC/DC轉換器12 以1倍的電壓交換比動作的情況下，判定Vb/Va是否與1 一致。接下來，在步驟112中，如果Vb/Va與1/n —致，則判斷為第一 DC/DC轉換器12 正常地動作，返回步驟111。另外，在步驟112中，如果Vb/Va與1/n不一致，則判斷為第一 DC/DC轉換器12沒有正常地動作，轉移到步驟113而使警告燈21點亮。接下來，轉移到步驟114，停止第二 DC/DC轉換器13的動作，轉移到步驟115。在步驟115中，以使勵磁繞組 4中流過的勵磁電流成為零的方式，控制調節(jié)器電路9，停止發(fā)電機2的發(fā)電，結束系統(tǒng)保護動作。另外，以使電壓交換比成為l/n(n 整數)的方式，對第一 DC/DC轉換器進行控制， 但由于內部電路中的電壓下降，有時偏離整數倍，該電壓下降是1 2V，輸入側電壓變高。 具體而言，電壓交換比在1/2動作時，成為14/Q8+2) ~ 14/(28+0), BP 0. 933X (1/2) IX (1/2)的范圍，在 1/3 動作時，成為 14/(42+2) 14/(42+0)、即 0.955X (1/3) IX (1/3)的范圍。因此，考慮上述現(xiàn)象，將步驟112中的第一 DC/DC轉換器12的動作是否正常的指標設定為0.9X (1/n) 1.0X (l/η)。即，在步驟112中，在0.9X (1/n)彡(Vb/ Va) ( 1.0X (l/η)的情況下，判定為第一 DC/DC轉換器12的動作正常。此處，第一 DC/DC轉換器12的動作異常的情況是指，不僅包括由于第一 DC/DC轉換器12自身的故障而未成為所設定的l/η倍的電壓交換比的情況，而且還包括例如發(fā)電機側布線18a的一部分脫落而成為不流過電流的狀態(tài)的情況。因此，在第一 DC/DC轉換器12 的動作異常的情況下，發(fā)電機2發(fā)電的電壓Va成為與第一 DC/DC轉換器12的l/η倍無關的高壓。然后，如果發(fā)電機2發(fā)電的電壓Va超過第二 DC/DC轉換器13的耐壓，則導致第二 DC/DC轉換器13被破壞。根據該實施方式10，控制電路17根據第一 DC/DC轉換器12的前后的電壓，判定第一 DC/DC轉換器12的動作是否正常，如果判定為第一 DC/DC轉換器12的動作異常，則使警告燈21點亮。因此，駕駛員能夠通過警告燈21的點亮識別第一 DC/DC轉換器12的動作異常，使車輛停止，而委托修理，并且能夠未然地防止第二 DC/DC轉換器13被破壞。另外，控制電路17如果判定為第一 DC/DC轉換器12的動作異常，則停止第二 DC/ DC轉換器13的動作，并且停止發(fā)電機2的發(fā)電，所以能夠可靠地防止第二 DC/DC轉換器13 被破壞。另外，控制電路17根據第一 DC/DC轉換器12的前后的電壓Va、Vb，判定第一 DC/ DC轉換器12的動作是否正常，所以能夠通過簡易的結構判定第一 DC/DC轉換器12的動作異常。此處，在上述實施方式7 10中，以圖1所示的車輛用電源系統(tǒng)進行了說明，但也可以使用圖2所示的車輛用電源系統(tǒng)。另外，在上述實施方式7型10中，使用電壓變換比是1倍和1/2倍的第一 DC/DC 轉換器12而進行了說明，但當然也可以使用電壓變換比是1倍、1/2倍、1/3倍的第一DC/DC
轉換器。另外，在上述各實施方式中，設為作為發(fā)電機使用車輛用交流發(fā)電機，但本發(fā)明不限于車輛用交流發(fā)電機，即使應用于車輛用發(fā)電電動機，也得到同樣的效果。另外，在上述各實施方式中，說明為通過1個控制電路控制第1以及第2蓄電裝置和發(fā)電機的調節(jié)器電路的驅動，但控制電路也可以被分割為控制第1以及第2蓄電裝置的驅動的控制電路、和控制發(fā)電機的調節(jié)器電路的驅動的控制電路。另外，在上述各實施方式中，將電雙層電容器用作第2蓄電裝置，但第2蓄電裝置不限于電雙層電容器，第2蓄電裝置只要具有比第1蓄電裝置小的蓄電容量即可，而能夠使用例如鋰離子電容器、鋰離子電池、鋰離子電池/電雙層電容器的復合電源。另外，在上述各實施方式中，設為整流器構成為使用了二極管橋的三相全波整流電路，但整流器也可以具有進行同步整流的M0SFET、利用寄生二極管進行整流的MOSFET等多相逆變器。另外，在上述各實施方式中，對于發(fā)電機的定子，設為使用3相交流繞組，但定子繞組不限于3相交流繞組，而也可以是使3相交流繞組多重化的結構、多相交流繞組(例如，5相、7相)。在該情況下，整流器通過與相數對應的全波整流電路，將交流電力整流為直流。
權利要求
1.一種車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，具備 發(fā)電機，被引擎驅動而產生交流電カ；整流器，將由所述發(fā)電機產生的交流電カ整流為直流電カ而輸出； 第一 DC/DC轉換器，經由發(fā)電機側布線而與所述整流器的高壓側輸出端子連接，將該整流器的輸出電壓的電壓值變換為不同的直流電壓而輸出；第1蓄電裝置，經由負載側布線而與所述第一 DC/DC轉換器連接，對車載負載供給電力；第二 DC/DC轉換器，經由發(fā)電機側布線而與所述整流器的高壓側輸出端子連接，將該整流器的輸出電壓的電壓值變換為不同的直流電壓而輸出；第2蓄電裝置，具有比所述第1蓄電裝置小的蓄電容量，并與所述第二 DC/DC轉換器連接；調節(jié)器電路，與所述發(fā)電機側布線或者所述負載側布線連接，對發(fā)電機的勵磁繞組供給勵磁電流；以及控制電路，對所述第一 DC/DC轉換器以及所述第二 DC/DC轉換器進行驅動控制，將所述發(fā)電機的發(fā)電電力蓄電到所述第1蓄電裝置以及所述第2蓄電裝置。
2.根據權利要求1所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，所述第一 DC/DC轉換器以及所述第二 DC/DC轉換器的一方由電壓變換比為大致1/n倍的DC/DC轉換器構成，其中η是整數，所述控制電路對所述DC/DC轉換器進行驅動控制而變更電壓變換比的η。
3.根據權利要求2所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，所述控制電路在變更所述DC/DC轉換器的電壓變換比的η時，控制所述調節(jié)器電路，以使停止向所述勵磁繞組供給電力，使所述發(fā)電機的發(fā)電停止。
4.根據權利要求1 3中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，能夠從所述第2蓄電裝置經由所述第二 DC/DC轉換器，對比所述車載負載大容量的大容量電氣負載進行供電。
5.根據權利要求1 4中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，所述控制電路對經由所述第二 DC/DC轉換器的所述第2蓄電裝置的充放電電流進行反饋控制，使得所述負載側布線的電壓成為第1電壓值，并且針對對所述發(fā)電機通電的勵磁電流進行反饋控制，使得在車輛的加速時以及定速行駛時，所述負載側布線的電壓成為比所述第1電壓值低的第2電壓值，并且在車輛的減速時，所述負載側布線的電壓成為比所述第1電壓值高的第3電壓值。
6.根據權利要求2或者3所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，具備旋轉傳感器，該旋轉傳感器檢測所述引擎或者所述發(fā)電機的轉子的旋轉速度， 所述控制電路根據由所述旋轉傳感器檢測出的所述旋轉速度，變更所述DC/DC轉換器的電壓變換比的η。
7.根據權利要求1 6中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，所述控制電路對所述第二 DC/DC轉換器進行動作控制，使得在車輛的加速吋，如果所述第2蓄電裝置是非過放電狀態(tài)，則使所述發(fā)電機成為非發(fā)電狀態(tài)，對所述車載負載供給所述第2蓄電裝置中蓄電的電力，在車輛的減速吋，如果所述第2蓄電裝置是非過充電狀態(tài)，則使所述發(fā)電機成為發(fā)電狀態(tài)，對所述車載負載供給該發(fā)電機的發(fā)電電カ，并且對所述第2蓄電裝置進行充電。
8.根據權利要求1 4中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干， 具有報告第2蓄電裝置的狀態(tài)異常的報告單元，所述控制電路在所述第2蓄電裝置的放電開始時判定該第2蓄電裝置的狀態(tài)，如果該第2蓄電裝置為狀態(tài)異常，則使所述報告單元動作，對駕駛員報告該第2蓄電裝置的狀態(tài)異常。
9.根據權利要求1 4以及權利要求8中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，所述控制電路在所述第2蓄電裝置的放電開始時判定該第2蓄電裝置的狀態(tài)，如果所述第2蓄電裝置為狀態(tài)異常，則停止所述第2蓄電裝置的放電動作。
10.根據權利要求1 4中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干， 具有報告所述第一 DC/DC轉換器的動作異常的報告單元，所述控制電路判定所述第一 DC/DC轉換器的動作是否正常，如果該第一 DC/DC轉換器的動作異常，則使所述報告單元動作，對駕駛員報告該第一 DC/DC轉換器的動作異常。
11.根據權利要求1 4以及權利要求10中的任意ー項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在干，所述控制電路判定所述第一 DC/DC轉換器的動作是否正常，如果所述第一 DC/DC轉換器的動作異常，則停止所述第二 DC/DC轉換器的動作，并且停止所述發(fā)電機的發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明得到一種車輛用電源系統(tǒng)，抑制第1蓄電裝置的壽命降低而使發(fā)電機的發(fā)電電力能夠大幅變化，由此增加第1蓄電裝置的充電量，能夠實現(xiàn)車輛的制動能量的再生和在車輛的燃料消耗上得到提高。第一DC/DC轉換器(12)經由發(fā)電機側布線(18a)而與整流器(7)的高壓側輸出端子(7a)連接，對車載負載(15)供給電力的蓄電池(14)與第一DC/DC轉換器(12)連接。第二DC/DC轉換器(13)經由發(fā)電機側布線(18a)而與整流器(7)的高壓側輸出端子(7a)連接，電雙層電容器(16)與第二DC/DC轉換器(12)連接。
文檔編號H02J7/00GK102549876SQ20108004311
公開日2012年7月4日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權日2009年10月16日
發(fā)明者井上正哉, 原田茂樹, 吉澤敏行, 奧田達也, 永井孝佳, 浦壁隆浩, 田中優(yōu)矢 申請人:三菱電機株式會社