專利名稱：車輛用電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及搭載了例如鉛蓄電池等低壓主電池和應對瞬時大負載的電氣雙層電容器的二電源車輛用電源系統(tǒng)。
背景技術：
以往的車輛用電源系統(tǒng)具備發(fā)電機，安裝于傳遞車輛的行駛驅動力的路徑上，從車輛的主電源向激磁線圈流過勵磁電流而進行發(fā)電；電容器，積蓄由發(fā)電機發(fā)電了的電力； DC/DC轉換器，將由發(fā)電機產生的高壓電壓變換為主電源的電壓；以及發(fā)電控制單元，在車輛減速時，根據車輛的運動狀態(tài)和電容器的充電狀態(tài)使發(fā)電機動作。另外，在以往的車輛用電源系統(tǒng)中，在車輛減速時，根據車輛的運動狀態(tài)和電容器的充電狀態(tài)使發(fā)電機動作而發(fā)電比主電源高的電壓，并將所發(fā)電的電力積蓄到電容器，從而將減速能量回收為電力，將所發(fā)電的高電壓通過DC/DC轉換器變換為主電源的電壓而利用(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開平07-264708號公報

發(fā)明內容
但是，在以往的車輛用電源系統(tǒng)中，低電壓的主電源和高電壓的電容器經由DC/DC 轉換器連接，所以如果車輛由于停車等而長時間放置，則電容器經由內部電阻逐漸開始自然放電，而最終成為比主電源低的電壓。于是，在非絕緣性的DC/DC轉換器中，存在暗電流經由內部電路流出，主電源也逐漸開始放電，而電源容量降低這樣的問題。為了避免該問題，考慮在從電容器到主電源的路徑中設置開關。即，預先斷開開關而將電容器從主電源切離，避免由于電容器的自然放電引起的主電源的放電。但是，如果在電容器被完全放電了的狀態(tài)下接通開關，則最初，主電源和電容器成為短路狀態(tài)，從主電源向電容器流過大電流。因此，需要對DC/DC轉換器進行電路設計，以容許該大電流，而產生導致DC/DC轉換器的大型化以及復雜化這樣的新問題。為了避免該新的問題，考慮在使開關接通之前，對電容器進行預充電，而使電容器的電壓高于主電源的電壓。即，在電容器的電壓成為高于主電源的電壓的狀態(tài)下接通開關， 所以避免了從主電源向電容器流過大電流。但是，為了對電容器進行預充電，需要開始發(fā)電機的發(fā)電動作，需要從主電源經由激磁電流控制電路向發(fā)電機供給激磁電流。因此，對激磁電流控制電路接通的電源電壓成為主電源的電壓，產生得不到高磁通高輸出的發(fā)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)， 經由DC/DC轉換器連接低電壓的主電源和高電壓的電容器，在從電容器到主電源的路徑中設置開關，并且使調節(jié)器電路連接到DC/DC轉換器的高壓側，在引擎的停止狀態(tài)下斷開開關，在引擎起動后，使發(fā)電機發(fā)電而對電容器進行了預充電之后，使開關成為連接狀態(tài)，而能夠避免由于主電源的放電引起的電源容量降低，能夠避免在開關接通時從主電源向電容器流過大電流，并且得到高磁通高輸出的發(fā)電量。
本發(fā)明提供一種車輛用電源系統(tǒng)，其特征在于，具備非絕緣型的DC/DC轉換器， 能夠在高壓側輸入輸出端子與低壓側輸入輸出端子之間雙向變換電壓；車輛的主電源，經由第1開關與所述DC/DC轉換器的所述低壓側輸入輸出端子連接；電容器，與所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子連接，電壓的額定最大值大于所述主電源的額定電壓；發(fā)電機，與所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子連接，通過引擎被旋轉驅動而發(fā)電， 并且具有安裝了激磁線圈的倫德爾型(Limdell)轉子；永久磁鐵，配設于所述轉子，在該轉子的爪狀磁極部內產生與通過所述激磁線圈進行的勵磁相逆的朝向的磁場；調節(jié)器電路， 與所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子連接，對所述激磁線圈供給電力；起動電動機，使所述引擎起動；以及電源控制電路，對所述第1開關進行開閉控制，以使在所述引擎的停止狀態(tài)下，成為斷開狀態(tài)，在該引擎的起動之后，使所述調節(jié)器電路動作而使所述發(fā)電機發(fā)電，在對所述電容器進行了預充電之后，成為連接狀態(tài)。根據本發(fā)明，第1開關在引擎的停止狀態(tài)下成為斷開狀態(tài)，主電源與DC/DC轉換器切離，所以即使車輛長時間停車而電容器被放電，主電源被放電那樣的事態(tài)也被避免。另外，在引擎起動之后，使調節(jié)器電路動作而使發(fā)電機發(fā)電，所以最初，發(fā)電機通過永久磁鐵的泄漏磁通逐次稍微發(fā)電，并將該發(fā)電電力積蓄到電容器。由于調節(jié)器電路連接到DC/DC轉換器的高壓側，所以通過電容器中積蓄的電力，在激磁線圈中流過勵磁電流， 發(fā)電機的發(fā)電量提高，電容器的蓄電量增大。進而，在電容器的蓄電量增大之后，第1開關成為連接狀態(tài)，所以避免從主電源向電容器流過大電流。另外，將主電源的電壓通過DC/DC轉換器升壓后供給到激磁線圈，所以得到高磁通高輸出的發(fā)電量。


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是示出本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)中應用的旋轉電機的剖面圖。圖3是說明本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)進行的基本動作的圖。圖4是說明本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)進行的能量再生動作的圖。圖5是說明本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)進行的主電源的充電動作的圖。圖6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7是本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。圖8是說明本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)進行的引擎的起動動作的圖。
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，圖2是示出本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)中應用的旋轉電機的剖面圖。在圖1中，車輛用電源系統(tǒng)具備車輛的主電源1 ；車載負載2，通過主電源1的電力驅動；起動電動機4，通過主電源1的電力驅動而使車輛的引擎3起動；發(fā)電機20，安裝于傳遞車輛的行駛驅動力的路徑上，發(fā)電比車輛的主電源1高的電壓；AC/DC變換電路5，將由發(fā)電機20發(fā)電的交流電力變換為直流電力；作為電容器的非絕緣型的電氣雙層電容器6， 積蓄由AC/DC變換電路5變換了的直流電力；非絕緣型的DC/DC轉換器7，構成為能夠在低壓側輸入輸出端子7a與高壓側輸入輸出端子7b之間雙向變換電壓；調節(jié)器電路8，控制向發(fā)電機20的激磁線圈的通電量；以及電源控制電路19，控制調節(jié)器電路8的驅動和第1及第2開關9、10的開閉動作。另外，在車輛用電源系統(tǒng)中，低壓側布線50與DC/DC轉換器7的低壓側輸入輸出端子7a連接，高壓側布線51與DC/DC轉換器7的高壓側輸入輸出端子7b連接。另外，主電源1、車載負載2、以及起動電動機4與低壓側布線50連接，AC/DC變換電路5、電氣雙層電容器6、以及調節(jié)器電路8與高壓側布線51連接。另外，第1開關9插入在主電源1與 DC/DC轉換器7之間的低壓側布線50的路徑上，切換主電源1與DC/DC轉換器7的連接和非連接。進而，第2開關10安裝于主電源1與起動電動機4之間的低壓側布線50的路徑上，切換主電源1與起動電動機4的連接和非連接。主電源1使用鉛蓄電池等，例如構成14V(額定電壓)的低電壓系統(tǒng)的車載電源。 車載負載2是空調裝置、音響裝置等，通過主電源1驅動。AC/DC變換電路5使用二極管橋構成為三相全波整流電路。電氣雙層電容器6的額定最大值是例如^V。DC/DC轉換器7構成為并聯連接的二極管11與MOSFET等半導體開關元件14的對和二極管12與半導體開關元件15的對串聯地連接，連接于串聯連接了電抗器17的二極管 11、12與半導體開關元件14、15對之間，和串聯地連接了蓄電器18的二極管11、12與半導體開關元件14、15的2對并聯地連接。這樣構成的DC/DC轉換器7通過使半導體開關元件15成為OFF(斷開)狀態(tài)，并使半導體開關元件14成為ON (導通)/OFF,而使低壓側輸入輸出端子7a的輸入電壓升壓并輸出到高壓側輸入輸出端子7b。即，從低壓側輸入輸出端子7a對高壓側輸入輸出端子7b 得到升壓作用。另外，通過使半導體開關元件14成為ON狀態(tài)，并使半導體開關元件15成為0N/0FF，而使高壓側輸入輸出端子7b的輸入電壓降壓并輸出到低壓側輸入輸出端子7a。 艮口，從高壓側輸入輸出端子7b對低壓側輸入輸出端子7a得到降壓作用。調節(jié)器電路8具有二極管13和半導體開關元件16，具有對激磁線圈34進行一個方向電流的控制的斬波器降壓電路，實現使用元件數的削減以及電路的簡化。電源控制電路19是具有CPU、存儲器、輸入輸出電路等的微型計算機，雖然未圖示，但監(jiān)視來自車速傳感器、轉速傳感器等的信號、以及主電源1的電壓Vb、電氣雙層電容器6的電壓Vc等信號，根據車輛的運動狀態(tài)和主電源1以及電氣雙層電容器6的充電狀態(tài)， 進行第1及第2開關9、10的開閉控制、DC/DC轉換器7的動作控制、調節(jié)器電路8的驅動控制等。接下來，參照圖2，說明發(fā)電機20的結構。發(fā)電機20具備殼體21，具有分別大致碗形狀的鋁制的前支架22和后支架23 ；倫德爾(Lundell)型轉子33，將軸36經由軸承25支撐于殼體21，在殼體21內旋轉自如地配設；滑輪26，固定于向殼體21的前側延出的軸36的端部；風扇27，固定于轉子33的軸向的兩端面；定子30，相對轉子33具有一定的空氣間隙24，圍繞轉子33的外周而固定于殼體 21 ；一對滑環(huán)28，固定于軸36的后側，對轉子33供給電流；以及一對刷29，以在各滑環(huán)觀上滑動的方式配設于殼體21內。
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定子30具備圓筒狀的定子鐵芯31 ；以及定子線圈32，卷繞安裝于定子鐵芯31， 伴隨轉子33的旋轉，通過來自后述激磁線圈34的磁通的變化而產生交流。轉子33具備激磁線圈34，流過勵磁電流而產生磁通；磁極鐵心35，以覆蓋激磁線圈34的方式設置，并通過其磁通形成磁極；以及軸36，貫穿設置于磁極鐵心35的軸心位置。磁極鐵心35是分割為分別用例如SlOC等低碳鋼制作的第1及第2磁極鐵心體 37,41而構成的。第1磁極鐵心體37具有第1凸起部38，使外周面成為圓筒形狀，軸插通孔38a貫通軸心位置而形成；厚壁環(huán)狀的第1磁軛部39，從第1凸起部38的一端緣部向徑向外側延伸設置；以及第1爪狀磁極部40，從第1磁軛部39的外周部向軸向另一端側延伸設置。第 1爪狀磁極部40形成為使其最外徑面形狀成為大致梯形形狀，周方向寬度朝向前端側逐漸變窄并且徑向厚度朝向前端側逐漸變薄的錐形形狀，在第1磁軛部39的外周部在周方向上以等角節(jié)距排列了例如8個。第2磁極鐵心體41具有第2凸起部42，使外周面成為圓筒形狀，軸插通孔4 貫通軸心位置而形成；厚壁環(huán)狀的第2磁軛部43，從第2凸起部42的另一端緣部向徑向外側延伸設置；以及第2爪狀磁極部44，從第2磁軛部43的外周部向軸向一端側延伸設置。第 2爪狀磁極部44形成為使其最外徑面形狀成為大致梯形形狀，周方向寬度朝向前端側逐漸變窄并且徑向厚度朝向前端側逐漸變薄的錐形形狀，在第2磁軛部43的外周部在周方向上以等角節(jié)距排列了例如8個。這樣，第1及第2磁極鐵心體37、41被制作成同一形狀，使第1及第2爪狀磁極部 40,44交替咬合，并且，使第1凸起部38的另一端面對接到第2凸起部42的一端面，固定到貫穿設置于軸插通孔38a、42a的軸36。然后，將線軸(未圖示)上卷繞安裝的激磁線圈 34安裝到由第1及第2凸起部38、42、第1及第2磁軛部39、43以及第1及第2爪狀磁極部40、44包圍的空間。此處，第1及第2凸起部38、42以及第1及第2磁軛部39、43分別相當于磁極鐵心35的凸起部以及一對磁軛部。另外，在軸向上，第1及第2爪狀磁極部40、 44的前端側分別與第2以及第1磁軛部43、39重疊。另外，永久磁鐵45是例如稀土燒結磁鐵，以與第2爪狀磁極部44的前端側內周面相對的方式配設于第1磁軛部39，以與第1爪狀磁極部40的前端側內周面相對的方式配設于第2磁軛部43。另外，永久磁鐵45被磁化取向為，磁化方向46與在激磁線圈34中流過的激磁電流在與轉子33的軸心正交的平面中制作的磁場47的朝向相反。激磁線圈34經由滑環(huán)28以及刷四與調節(jié)器電路8連接，定子線圈32與AC/DC 變換電路5連接。此處，調節(jié)器電路8以及AC/DC變換電路5配置于發(fā)電機20的外部，但調節(jié)器電路8以及AC/DC變換電路5也可以配置于殼體21內，而與發(fā)電機20 —體構成。接下來，說明這樣構成的發(fā)電機20的動作。首先，將電流經由刷四以及滑環(huán)28供給到轉子33的激磁線圈34，而產生磁通。 通過該磁通，第1磁極鐵心體37的第1爪狀磁極部40被磁化為N極，第2磁極鐵心體41 的第2爪狀磁極部44被磁化為S極。另一方面，將引擎3的旋轉扭矩經由帶(未圖示)以及滑輪沈傳遞到軸36，轉子33旋轉。因此，將旋轉磁場提供給定子30的定子線圈32，在定子線圈32中產生電動勢。將該交流的電動勢通過AC/DC變換電路5整流為直流電流，電氣雙層電容器6被充電。接下來，說明通過搭載永久磁鐵45而得到的效果。首先，對激磁線圈34通電而產生的磁通從第1爪狀磁極部40通過空氣間隙M進入到定子鐵芯31的齒部。然后，磁通從定子鐵芯31的齒部通過芯背部在周方向上移動，從與相鄰的第2爪狀磁極部44對向的齒部通過空氣間隙M進入到該第2爪狀磁極部44。接下來，進入到第2爪狀磁極部44的磁通通過第2磁軛部43、第2凸起部42、第1凸起部38、 第1磁軛部39到達第1爪狀磁極部40。此處，在以往的倫德爾型轉子中，第1及第2磁極鐵心體的設計存在界限，所以通過激磁線圈產生的磁場而磁飽和，在轉子中產生的磁通減少。另一方面，為了使從永久磁鐵45產生的磁通與定子鐵芯41交鏈，需要在具有大的磁阻的空氣間隙M中往復。另外，永久磁鐵45配設于第2以及第1爪狀磁極部44、40的內徑側，配設成相對第1及第2爪狀磁極部40、44的內周面?zhèn)纫愿痰拇怕烽L環(huán)繞。因此， 從永久磁鐵45產生的磁通的大部分不會迂回定子鐵芯41，而在轉子33內部形成閉合的磁回路。另外，從永久磁鐵45產生的磁通的剩余的微少的部分成為泄漏磁通而與定子鐵芯41 交鏈。此處，永久磁鐵45被磁化取向成與激磁線圈34產生的磁場47的朝向相反。因此， 永久磁鐵45產生的磁通成為與激磁線圈34產生的磁通相逆的朝向，能夠大幅降低構成第 1及第2磁極鐵心體37、41的磁性體的磁通密度，能夠消除磁飽和。由此，能夠使與定子30 交鏈的磁通量增大，而得到大的發(fā)電量。另外，由于從永久磁鐵45產生的磁通中的微少的磁通與定子鐵芯41交鏈，所以即使在激磁線圈34中沒有流過激磁電流的狀態(tài)下，轉子33的磁極鐵心35也被勵磁。另外， 發(fā)電機20的使用狀態(tài)下的最高轉速下的無負載無勵磁的感應電壓值被設計成低于AC/DC 變換電路5、以及電氣雙層電容器6的耐電壓這雙方。由此，即使在引擎3剛剛起動之后，調節(jié)器電路8的控制狀態(tài)確立之前，引擎3的轉速急速上升了的情況下，也不會對AC/DC變換電路5、以及電氣雙層電容器6施加超過耐電壓的電壓，而能夠去掉保護電路等。接下來，根據圖3的動作流程，說明這樣構成的車輛用電源系統(tǒng)的基本動作。圖3 是說明本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)進行的基本動作的圖。另外，將車輛的初始狀態(tài)設為引擎3是停止狀態(tài)，且第1開關9成為OFF。另外，將第1設定電壓設為電氣雙層電容器6的額定最大值(例如，28V)。首先，如果鍵開關(未圖示)被接通，則電源控制電路19使第2開關10成為ON (步驟1)。由此，將主電源1的電力供給到起動電動機4，起動電動機4被驅動。電源控制電路 19監(jiān)視引擎3的起動(步驟2)，如果引擎3起動，則使第2開關10成為OFF (步驟3)。接下來，電源控制電路19使調節(jié)器電路8 (半導體開關元件16)成為ON (步驟4)。 此時，最初，通過永久磁鐵45的泄漏磁通對磁極鐵心35進行勵磁，發(fā)電輸出被逐次少量輸出，通過AC/DC變換電路5整流為直流電流，電氣雙層電容器6被充電。伴隨該電氣雙層電容器6的充電，激磁電流流過激磁線圈34，發(fā)電輸出增加，通過AC/DC變換電路5整流為直流電流，電氣雙層電容器6被充電。 電源控制電路19監(jiān)視電氣雙層電容器6的電壓Vc與第1主電源1的電壓Vb的大小關系(步驟5)，如果電壓Vc大于電壓Vb，則使第1開關9成為ON (步驟6)。接下來， 電源控制電路19使DC/DC轉換器7成為0N(步驟7)。具體而言，通過使半導體開關元件 15成為OFF，并使半導體開關元件14成為0N/0FF，而使主電源1的電壓Vb升壓至電氣雙層電容器6的額定最大值Q8V)。由此，高壓側布線51的電壓提高至^V，激磁線圈34中流過的激磁電流值增大，發(fā)電量增加。然后，電源控制電路19監(jiān)視電氣雙層電容器6的電壓Vc，如果電壓Vc成為第1設定電壓Q8V)以上(步驟8)，則使DC/DC轉換器7成為OFF(步驟9)，使調節(jié)器電路8成為 OFF (步驟 10)。然后，如果引擎3停止(步驟11)，則電源控制電路19使第1開關9成為OFF(步驟 12)。此處，如果引擎3停止，則電氣雙層電容器6中蓄電的電力被逐漸放電。另外，在省略了第1開關9的情況下，如果電氣雙層電容器6的電壓Vc降低而低于主電源1的電壓 Vb，則將暗電流從主電源1經由DC/DC轉換器7的二極管11連續(xù)供給到電氣雙層電容器6， 主電源1的電源容量降低。在該實施方式1中，如果引擎3停止，則第1開關9成為OFF，主電源1從電氣雙層電容器6切離。因此，即使在車輛以引擎停止狀態(tài)長時間停車的情況下，電氣雙層電容器6 自然放電而電氣雙層電容器6的電壓Vc低于主電源1的電壓Vb，也被未然地避免主電源1 放電而使電源容量降低那樣的事態(tài)。另外，在引擎3起動了之后，直至電氣雙層電容器6的電壓Vc大于主電源1的電壓Vb，使第1開關9成為OFF。即，在電氣雙層電容器6被預充電之后，第1開關9成為0N。 因此，車輛以引擎停止狀態(tài)長時間停車而以電氣雙層電容器6枯竭的狀態(tài)連接到主電源1 那樣的事態(tài)被未然地避免。由此，無需增大DC/DC轉換器7的容許電流，而實現DC/DC轉換器7的小型化以及電路結構的簡化。進而，防止產生第1開關9的溶敷等。接下來，根據圖4的動作流程，說明能量的再生動作。圖4是說明本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)進行的能量再生動作的圖。另外，設為車輛是行駛狀態(tài)，且第1開關 9成為0N。電源控制電路19監(jiān)視電氣雙層電容器6的電壓Vc (步驟20)，如果電氣雙層電容器6的電壓Vc成為主電源1的電壓Vb以下，則使DC/DC轉換器7成為ON(步驟21)，使調節(jié)器電路8成為ON(步驟22)。具體而言，通過使半導體開關元件15成為0FF，并使半導體開關元件14成為0N/0FF，而使主電源1的電壓Vb升壓至電氣雙層電容器6的額定最大值 (28V)。由此，高壓側布線51的電壓提高至^V，激磁線圈34中流過的激磁電流值增大，發(fā)電量增加，電氣雙層電容器6被充電。然后，如果電壓Vc成為第1設定電壓Q8V)以上(步驟23)，則使DC/DC轉換器7成為OFF (步驟24)，使調節(jié)器電路8成為OFF (步驟25)，返回到步驟20。這樣，調節(jié)器電路8與DC/DC轉換器7的高壓側連接，所以能夠通過提高電壓而使發(fā)電機20的發(fā)電量成為高輸出。即，由于發(fā)電機20具備倫德爾型的轉子33，所以在發(fā)電時的阻抗中，定子30的線圈阻抗成為支配性地位，在某種程度的轉速以上時，電流量不依賴于外部負載，而電流量成為恒定的區(qū)域占據大半。因此，通過提高發(fā)電電壓，作為電流與電壓之積的輸出提高。
另外，在減速時，以通過DC/DC轉換器7使主電源1的電壓Vb升壓，而成為電氣雙層電容器6的額定最大值的電壓Q8V)方式，增加調節(jié)器電路8的電流值，所以能夠增加激磁電流。通過該發(fā)電電壓的高電壓化和激磁電流的增加，相比于在14V系統(tǒng)中通過再生時的發(fā)電輸出對主電源1進行直接充電的再生充電，能夠在減速動作的定時，更大量地再生。 例如，相對于在對14V系統(tǒng)的主電源1進行直接充電的再生充電中實現2kW左右的再生，在本實施方式1中，能夠實現4kW以上的再生。另外，在電氣雙層電容器6被充填至額定最大值的電壓之后，使DC/DC轉換器7以及調節(jié)器電路8成為OFF，所以引擎3要求的發(fā)電用電力被削減，能夠提高引擎3的燃料效率。接下來，根據圖5的動作流程，說明主電源1的充電動作。圖5是說明本發(fā)明的實施方式1的車輛用電源系統(tǒng)進行的主電源的充電動作的圖。另外，設為車輛是行駛狀態(tài)，且第1開關9成為ON。電源控制電路19監(jiān)視主電源1的電壓Vb (步驟30)，如果主電源1的電壓Vb小于主電源1的充電電壓(例如，10V)，則使DC/DC轉換器7成為ON (步驟31)。具體而言，通過使半導體開關元件14成為0N，并使半導體開關元件15成為0N/0FF，而使電氣雙層電容器6 的電壓Vc降壓為主電源1的額定電壓(例如，14V)。由此，主電源1被充電。然后，如果電壓Vb成為主電源1的額定電壓以上(步驟32)，則使DC/DC轉換器7成為OFF (步驟33)， 返回到步驟30。這樣，針對主電源1不進行再生時的瞬時大電流充電，所以能夠防止由于再生引起的主電源1的壽命降低。另外，車載負載2是幾百W左右的負載，所以也可以將電氣雙層電容器6中蓄電的電力經由DC/DC轉換器7變換為小電力而供給到車載負載2。實施方式2.圖6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6中，連接線52連接于高壓側布線51與低壓側布線50之間，二極管53和電阻體M與連接線52串聯地安裝。另外，電源控制電路19構成為檢測連接線52中流過的電流I。。另外，其他結構與上述實施方式1同樣地構成。在該實施方式2中，通過電源控制電路19檢測連接線52中流過的電流Itl,判定電氣雙層電容器6的電壓Vc與主電源1的電壓Vb的大小關系。S卩，在步驟5、20中，根據有無電流I。，判定電壓Vc >電壓Vb、或者電壓Vc <電壓Vb。即使在該實施方式2中，也得到與上述實施方式1同樣的效果。此處，電流Itl相比于電壓，時間常數更長，所以如果使用低通濾波器濾除高頻分量，則能夠抑制外部噪聲的影響。另外，在上述實施方式2中，設為檢測連接線52中流過的電流Itl，但也可以檢測在電阻體M的兩端產生的電壓。實施方式3.圖7是本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)的電路結構圖。
在圖7中，第2開關55配設成將起動電動機4的電源切換到主電源1或者電氣雙層電容器6。另外，其他結構與上述實施方式1同樣地構成。根據圖8的動作流程，說明該實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)進行的引擎3的起動動作。圖8是說明本發(fā)明的實施方式3的車輛用電源系統(tǒng)進行的引擎的起動動作的圖。另夕卜，將車輛的初始狀態(tài)設為引擎3是停止狀態(tài)，且第1開關9成為OFF。首先，如果鍵開關(未圖示)接通，則電源控制電路19判定電氣雙層電容器6的電壓Vc與主電源1的電壓Vb的大小關系(步驟50)。然后，如果判定為電壓Vc >電壓Vb， 則轉移到步驟51，第2開關55連接到高壓側，電氣雙層電容器6的電力被供給到起動電動機4。另外，如果判定為并非電壓Vc >電壓Vb，則轉移到步驟52，第2開關55連接到低壓側，主電源1的電力被供給到起動電動機4。由此，起動電動機4被驅動，引擎3起動。然后，電源控制電路19監(jiān)視引擎3的起動(步驟53)，如果引擎3起動，則使第2開關55成為 OFF (步驟54)，轉移到圖3中的步驟4。這樣，根據實施方式3，如果是電壓Vc > Vb，則利用電氣雙層電容器6中蓄電的電力而使引擎3起動。因此，電氣雙層電容器6相比于由鉛蓄電池等構成的主電源1，放電性能更佳，所以能夠迅速向起動電動機4供給電力，迅速進行扭矩助力。另外，由于利用主電源1的電力來減少引擎3的起動動作，所以抑制與起動動作時的大電流放電相伴的主電源 1的壽命降低。此處，考慮在電壓Vc彡Vb時，將主電源1中積蓄的電力通過DC/DC轉換器7升壓而供給到起動電動機4。在該情況下，由于在DC/DC轉換器7中流過過電流，所以在DC/DC 轉換器7中需要過電流保護電路。但是，根據該實施方式3，在電壓Vc ^ Vb時，使第1開關 9成為OFF，將主電源1中積蓄的電力直接供給到起動電動機4，所以無需在DC/DC轉換器7 中設置過電流保護電路。另外，在上述各實施方式中，AC/DC變換電路構成為使用了二極管橋的三相全波整流電路，所以AC/DC變換電路也可以使用進行同步整流的M0SFET、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，調節(jié)器電路構成為通過斬波式的降壓電路以單極動作，但調節(jié)器電路也可以由H橋構成而成為兩極。另外，在上述各實施方式中，以與爪狀磁極部的前端側內周面相對的方式在磁軛部中配設了永久磁鐵，但永久磁鐵也可以配設于在周方向上相鄰的爪狀磁極部之間。
權利要求
1.一種車輛用電源系統(tǒng)，其特征在于，具備非絕緣型的DC/DC轉換器，能夠在高壓側輸入輸出端子與低壓側輸入輸出端子之間雙向變換電壓；車輛的主電源，經由第1開關與所述DC/DC轉換器的所述低壓側輸入輸出端子連接；電容器，與所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子連接，電壓的額定最大值大于所述主電源的額定電壓；發(fā)電機，與所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子連接，通過引擎被旋轉驅動而發(fā)電，并且具有安裝了激磁線圈的倫德爾型轉子；永久磁鐵，配設于所述轉子，在該轉子的爪狀磁極部內產生與通過所述激磁線圈進行的勵磁相逆的朝向的磁場；調節(jié)器電路，與所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子連接，對所述激磁線圈供給電力；起動電動機，使所述引擎起動；以及電源控制電路，對所述第1開關進行開閉控制，以使在所述引擎的停止狀態(tài)下，成為斷開狀態(tài)，在該引擎的起動之后，使所述調節(jié)器電路動作而使所述發(fā)電機發(fā)電，在對所述電容器進行了預充電之后，成為連接狀態(tài)。
2.根據權利要求1所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電源控制電路在探測到預充電了的所述電容器的電壓高于所述主電源的電壓時， 使所述第1開關成為連接狀態(tài)。
3.根據權利要求2所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在于，還具備連接線，連接所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子和所述主電源的高壓側；以及二極管，安裝于所述連接線，使從所述DC/DC轉換器的所述高壓側輸入輸出端子朝向所述主電源的高壓側的電流成為正向，所述電源控制電路監(jiān)視有無通過所述二極管的電流值，在有該電流值的情況下，作為探測到所述電容器的電壓高于所述主電源的電壓。
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)，其特征在于，所述電源控制電路在使所述第1開關成為連接狀態(tài)之后，使所述DC/DC轉換器動作，而使該主電源的電壓升壓至該電容器的額定最大值，并且使所述調節(jié)器電路動作而使所述發(fā)電機發(fā)電，將該發(fā)電機的發(fā)電電力充電到該電容器。
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)，其特征在于，所述電源控制電路在所述引擎的動作時、并且所述電容器的電壓成為所述主電源的電壓以下時，使所述DC/DC轉換器動作，而使該主電源的電壓升壓至該電容器的額定最大值， 并且使所述調節(jié)器電路動作而使所述發(fā)電機發(fā)電，將該發(fā)電機的發(fā)電電力充電到該電容ο
6.根據權利要求1 5中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電源控制電路在所述引擎的動作時、并且所述主電源的電壓小于所述主電源的充電電壓時，使所述DC/DC轉換器動作，而使所述電容器的電壓降壓至該主電源的額定電壓， 對該主電源充電。
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)，其特征在于，所述電源控制電路在所述引擎的起動時、并且所述電容器的電壓大于所述主電源的電壓的情況下，將該電容器的電力供給到所述起動電動機，在該電容器的電壓是該主電源的電壓以下的情況下，將該主電源的電力供給到該起動電動機。
8.根據權利要求1 7中的任意一項所述的車輛用電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述調節(jié)器電路具有對所述激磁線圈進行一個方向電流的控制的斬波器降壓電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠避免由于主電源的放電引起的電源容量降低，能夠避免在開關接通時從主電源向電容器流過大電流，并且得到高磁通高輸出的發(fā)電量的車輛用電源系統(tǒng)。主電源(1)經由第1開關(9)連接到DC/DC轉換器(7)的低壓側，電氣雙層電容器(6)以及調節(jié)器電路(8)連接到DC/DC轉換器(7)的高壓側。進而，以在轉子的爪狀磁極部內產生與通過激磁線圈(34)得到的勵磁相逆的朝向的磁場的方式，在發(fā)電機(20)的轉子中配設永久磁鐵。另外，電源控制電路(19)以在引擎(3)的停止狀態(tài)下成為斷開狀態(tài)，在引擎(3)起動之后，使調節(jié)器電路(8)動作而使發(fā)電機(20)發(fā)電，對電氣雙層電容器(6)進行了預充電之后，成為連接狀態(tài)的方式，對第1開關(9)進行開閉控制。
文檔編號B60R16/033GK102470812SQ20108003255
公開日2012年5月23日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者井上正哉, 杉田英樹, 浦壁隆浩, 矢野拓人, 高田淳年 申請人:三菱電機株式會社