DE10252800A1

DE10252800A1 - Energiequelleneinheit

Info

Publication number: DE10252800A1
Application number: DE10252800A
Authority: DE
Inventors: Kimitoshi Tsuji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2003-06-26
Also published as: US20030090235A1; FR2832263A1; KR100471093B1; KR20030040019A; US6794846B2; JP2003153597A

Abstract

Eine Energiequelleneinheit umfasst einen Inverter (5), der mit einer Energietransfervorrichtung (2) verbunden ist, eine erste Batterie (3), die durch den Inverter aufgeladen und entladen werden kann, und eine zweite Batterie (4), die durch den Inverter aufgeladen und entladen werden kann. Die zweite Batterie weist eine Energiespannung auf, die niedriger ist als die der ersten Batterie. Die Energiequelleneinheit umfasst ferner eine mit dem Inverter verbundene Energiewandlungsvorrichtung (6), die eine Transformatorfunktion zur Verfügung stellt, und eine Schaltvorrichtung (7), die zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten und der zweiten Batterie zur Verfügung steht. Die Schaltvorrichtung (6) schaltet eine Verbindung zwischen der Energiewandlungsvorrichtung (6) und der ersten Batterie (3) und der Energiewandlungsvorrichtung (6) und der zweiten Batterie (4). Der Inverter ist über die Energiewandlungsvorrichtung mit der ersten Batterie und der zweiten Batterie verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energiequelleneinheit eines Fahrzeugs und dergleichen. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Energiequelleneinheit, bei der eine Vielzahl von aufladbaren/entladbaren Batterien zur Verfügung steht.

Als eine Energiequelleneinheit mit einer Vielzahl von aufladbaren/entladbaren Batterien ist eine Energiequelleneinheit bekannt, wie in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-50402 offenbart, die in einem Hybridfahrzeug eingebaut ist, das eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Motor aufweist. Genauer, wie in Fig. 5 gezeigt, verursacht eine eine Hauptbatterie 101 mit hoher Spannung und eine Zubehörteilbatterie bzw. Hilfsbatterie 102 mit niedriger Spannung umfassende Energiequelleneinheit einen Motorgenerator (M/G) 104, durch Antrieb einer Maschine 103 elektrische Energie zu erzeugen. Die Energiequelleneinheit lädt dann die Hauptbatterie 101 über einen Inverter 105 derart auf, dass der Motorgenerator 104 durch die elektrische Energie der Hauptbatterie 101 angetrieben wird. Zwischen der Hauptbatterie 101 und der Zubehörteilbatterie 102 steht ein Gleichspannungs-Gleichspannungswandler 106 derart zur Verfügung, um dazwischen Energie zu transferieren.

Die zuvor erwähnte Energiequelleneinheit benötigt den Gleichspannungs-Gleichspannungswandler 106 zum Zwecke eines Aufladens und Entladens der Zubehörteilbatterie 102. Dies kann eine Kostenzunahme verursachen. Genauer erfordert der Gleichspannungs-Gleichspannungswandler einen Wandler, der eine Wechselspannungs-/Gleichspannungs- Wandlungsschaltung auf einer Seite mit hoher Spannung, eine Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungsschaltung auf einer Seite mit niedriger Spannung, einen Transformator und dergleichen und eine Aufwärtsschaltschaltung aufweist, die zum Aufladen der Hauptbatterie 101 durch die Zubehörteilbatterie 104 erforderlich ist. Die resultierende Konfiguration des Gleichspannungs-Gleichspannungswandlers 106 wird folglich kompliziert, was die Kosten erhöht.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Energiequelleneinheit zur Verfügung zu stellen, die ein Aufladen und Entladen einer Vielzahl von Batterien bei niedrigen Kosten ermöglicht.

Gemäß einem als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Energiequelleneinheit einen Inverter, der an eine Energietransfervorrichtung angeschlossen ist, eine erste Batterie, die über den Inverter aufgeladen und entladen werden kann, und eine zweite Batterie, die über den Inverter aufgeladen und entladen werden kann. Eine Energiespannung der zweiten Batterie ist niedriger als die der ersten Batterie. Die Energiequelleneinheit umfasst ferner eine Energiewandlungsvorrichtung, die mit dem Inverter verbunden ist, der eine Transformatorfunktion bereitstellt und eine Schaltvorrichtung, die zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten und zweiten Batterie zur Verfügung steht. Die Schaltvorrichtung schaltet eine Verbindung zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten Batterie, und der Energiewandlungsvorrichtung und der zweiten Batterie. Der Inverter ist über die Energiewandlungsvorrichtung mit der ersten und der zweiten Batterie verbunden. Die Energiewandlungsvorrichtung umfasst einen Transformator, eine erste Brückenschaltung, die mit der Primärseite des Transformators verbunden ist, und eine zweite Brückenschaltung, die mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist.

Ferner umfasst die Schaltvorrichtung eine Schaltschaltung, die die Verbindung zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten Batterie, und der Energiewandlungsvorrichtung und der zweiten Batterie schaltet.

Noch weiter umfasst die Schaltvorrichtung eine Spule, die über die Schaltschaltung zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie angeschlossen ist. Die Energietransfervorrichtung umfasst einen Motorgenerator, und der Inverter ermöglicht eine Nachbearbeitung einer wechselnden Ausgabe des Motorgenerators derart, damit dem Motorgenerator ein wechselnder Strom zugeführt wird.

Die Energiequelleneinheit steht vorzugsweise in einem Hybridfahrzeug zur Verfügung, das von der Energietransfervorrichtung für eine Laufoperation angetrieben wird.

Gemäß dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel, das ein Schalten der Verbindung zwischen dem Energiewandler und der ersten Batterie, und dem Energiewandler und der zweiten Batterie ermöglicht, kann von der Energietransfereinheit erzeugte elektrische Energie selektiv der ersten Batterie oder der zweiten Batterie zum Aufladen zugeführt werden. Es ist also möglich in der ersten Batterie oder der zweiten Batterie gespeicherte elektrische Energie der Energietransfereinheit selektiv zuzuführen. Das als Beispiel dienende Ausführungsbeispiel der Erfindung erfordert zusätzlich zu dem Wandler keine Aufwärtsschaltung wie beispielsweise den Gleichspannungs-Gleichspannungswandler. Als ein Ergebnis können die erste Batterie und die zweite Batterie ohne den Wandler aufgeladen/entladen werden, was folglich die Kosten für Bauteile reduziert.

Außerdem ist es möglich, da der Inverter über den Wandler mit der ersten Batterie und der zweiten Batterie verbunden ist, eine Eingangs-/Ausgangsspannung auf der Batterieseite des Inverters in einen Zustand mit hoher Spannung zu bringen. Dieses Merkmal macht es möglich, Komponenten eines Typs für niedrige elektrische Ströme zum Bilden des Inverters zu verwenden, was folglich die Größe und die Kosten des Inverters reduziert. Dieses Merkmal wird besonders effektiv, wenn eine Batterie von der ersten Batterie und der zweiten Batterie auf der Seite mit hoher Spannung ein 30 bis 42 V-Typ ist.

Zudem kann die über die Schaltschaltung zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie verbundene Spule den Energiewandler und die Schalteinheit veranlassen, als der Aufwärtswechselrichter zu arbeiten, um einen Energietransfer zwischen der ersten und der zweiten Batterie zu ermöglichen.
Fig. 1 ist eine als Beispiel dienende Ansicht einer Energiequelleneinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist eine als Beispiel dienende Ansicht einer Energiequelleneinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ist eine als Beispiel dienende äquivalente Schaltungsansicht während einer Operation der Energiequelleneinheit von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine als Beispiel dienende äquivalente Schaltungsansicht während einer Operation der Energiequelleneinheit von Fig. 2; und
Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht des Standes der Technik.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlich beschrieben. In der Zeichnung weisen die gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen auf und die gleichen Erläuterungen werden ausgelassen.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 ist eine als Beispiel dienende schematische Ansiüht einer Energiequelleneinheit eines ersten Ausführungsbeispiels. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Energiequelleneinheit 1 in einem Hybridfahrzeug eingebaut, das eine Kombination aus einer Maschine und einem Motorgenerator 2 aufweist. Die Energiequelleneinheit 1 kann in einem beliebigen Typ des Hybridfahrzeugs eingebaut sein, der einen Serientyp umfasst, bei dem Räder durch einen Motorgenerator angetrieben werden, und eine Maschine dazu dient, um dem Motorgenerator 2 Energie zuzuführen, einen Paralleltyp umfasst, bei dem Räder sowohl durch eine Maschine und durch einen Motorgenerator angetrieben werden können, oder einen Parallelserientyp umfasst, bei dem Funktionen von sowohl dem Serientyp als auch dem Paralleltyp erlangt werden können.
Die Energiequelleneinheit 1 weist eine Hauptbatterie 3 und eine Zubehörteilbatterie 4 auf. Die Hauptbatterie 3 dient als die aufladbare/entladbare Sekundärbatterie hauptsächlich dazu, um dem Motorgenerator 2 elektrische Energie zuzuführen. Die Hauptbatterie 3 weist verglichen mit der Zubehörteilbatterie 4 einen höheren Spannungstyp auf, beispielsweise 36 bis 40 V Wechselspannung. Die Zubehörteilbatterie 4 stellt als die aufladbare/entladbare Sekundärbatterie, je nach Erfordernis, in dem Fahrzeug eingebauten Zubehörteilen und dem Motorgenerator 2 elektrische Energie zur Verfügung. Die Zubehörteilbatterie 4 weist verglichen mit der Hauptbatterie 3 einen niedrigeren Spannungstyp auf, beispielsweise 12 bis 14 V Wechselspannung.
Der Motorgenerator 2 ist mit einem Inverter 5 verbunden, der eine Wechselspannungsausgabe des Motorgenerators 2 nachbearbeitet, zu dem die Wechselspannungsenergie zugeführt wird. Der Inverter 5 umfasst eine Dreiphasen- Brückenschaltung, die aus sechs Transistoren 51 gebildet ist. Zwischen einem Kollektoranschluss und einem Emitteranschluss jedes der Transistoren 51 ist eine Diode 52 in einer Rückwärtsrichtung verbunden.
Von jedem der Transistoren 51 ist eine Basis mit einer (nicht abgebildeten) Steuereinheit verbunden. Der Inverter 5 ist zum Zwecke einer Stabilisierung der Gleichspannung mit einer Kapazität 53 ausgestattet. Jeder der Transistoren 51 des Inverters 5 wird gemäß einem Steuersignal von der Steuereinheit derart gesteuert, damit eine Wandlung zwischen dem Gleichstrom und dem Dreiphasen- Wechselstrom betrieben wird.
Der Inverter 5 ist über eine Energiewandlungsschaltung 6 und eine Schaltschaltung 7 an die Hauptbatterie 3 und die Zubehörteilbatterie 4 angeschlossen. Die Energiewandlungsschaltung 6 weist eine Transformatorfunktion auf, die mit einem Transformator 61, einer ersten Brückenschaltung 62 und einer zweiten Brückenschaltung 63 zur Verfügung steht. Die erste Brückenschaltung 62 ist mit der Primärseite des Transformators 61 verbunden und die zweite Brückenschaltung 63 ist mit der Sekundärseite des Transformators 61 verbunden.
Die erste Brückenschaltung 62 umfasst vier Transistoren 64, bei denen jede der Dioden 65 jeweils zwischen dem Senken-Anschluss und dem Quellen-Anschluss des Transistors 64 in einer Rückwärtsrichtung angeschlossen ist. Beispielsweise kann für den Transistor 64 ein FET (Feldeffekttransistor) verwendet werden. Jeder der Gatter-Anschlüsse der jeweiligen Transistoren 64 ist mit einer (nicht abgebildeten) Steuereinheit verbunden. Die jeweiligen Transistoren 64 werden gemäß Steuersignalen gesteuert, die von der Steuereinheit zu den Gatter- Anschlüssen der jeweiligen Transistoren 64 gesendet werden. Als ein Ergebnis wird der Wechselstrom des Transformators 61 nachbearbeitet, oder der Gleichstrom der Hauptbatterie 3 usw. wird in den Wechselstrom gewandelt.
Die zweite Brückenschaltung 63 umfasst vier Transistoren 66, bei denen jede der Dioden 67 zwischen jedem Kollektor-Anschluss und Emitter-Anschluss der jeweiligen Transistoren 66 in einer Rückwärtsrichtung angeschlossen ist. Jeder Basis-Anschluss der jeweiligen Transistoren 66 ist mit der (nicht abgebildeten) Steuereinheit verbunden. Jeder der Transistoren 66 wird gemäß Steuersignalen gesteuert, die von der Steuereinheit zu dem Basis-Anschluss des Transistors 66 gesendet werden. Als ein Ergebnis wird der Wechselstrom des Transformators 61 nachbearbeitet, oder ein Gleichstrom des Inverters 5 wird in einen Wechselstrom gewandelt.
Die Schaltschaltung 7 arbeitet, um eine Verbindung zwischen der Energiewandlungsschaltung 6 und der Hauptbatterie 3, und der Energiewandlungsschaltung 6 und der Zubehörteilbatterie 4 zu schalten. In der Schaltschaltung ist ein Transistor 71 als ein Schaltelement zwischen der ersten Brückenschaltung 62 und der Hauptbatterie 3 angeordnet. In der Schaltschaltung ist ein Transistor 72 als ein weiteres Schaltelement zwischen der ersten Brückenschaltung 62 und der Zubehörteilbatterie 4 angeordnet.
Für den Transistor 71 kann der Feldeffekttransistor verwendet werden. Ein Senken-Anschluss und ein Quellen- Anschluss des Transistors 71 sind jeweils mit der ersten Brückenschaltung 62 und dem positiven Anschluss der Hauptbatterie 3 verbunden. Der Gatter-Anschluss des Transistors 71 ist mit der (nicht abgebildeten) Steuereinheit verbunden.
Für den Transistor 72 kann der Feldeffekttransistor verwendet werden. Ein Senken-Anschluss und ein Quellen- Anschluss des Transistors 72 sind jeweils mit der ersten Brückenschaltung 62 und dem positiven Anschluss der Zubehörteilbatterie 4 verbunden. Der Gatter-Anschluss des Transistors 72 ist mit der (nicht abgebildeten) Steuereinheit verbunden.
Die Energiewandlungsschaltung 6 ist mit der Hauptbatterie 3 verbunden, indem der Transistor 71 eingeschaltet wird und der Transistor 72 ausgeschaltet wird, damit zwischen dem Inverter 5 und der Hauptbatterie 3 ein Energietransfer ermöglicht wird.
Die Energiewandlungsschaltung 6 ist mit der Zubehörteilbatterie 4 verbunden, indem der Transistor 71 ausgeschaltet wird und der Transistor 72 eingeschaltet wird, damit zwischen dem Inverter 5 und der Zubehörteilbatterie 4 ein Energietransfer ermöglicht wird.
Nun wird eine Operation der Energiequelleneinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es wird die Operation der Energiequelleneinheit 1 nach Aufladen der Batterie beschrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird von dem Motorgenerator 2 ein Dreiphasen-Wechselstrom in den Inverter 5 eingegeben. Jeder Transistor 51 des Inverters 5 wird von der (nicht abgebildeten) Steuereinheit geschaltet, um den Wechselstrom in den Gleichstrom umzuwandeln.
Dann wird der Gleichstrom von dem Inverter 5 in die Energiewandlungsschaltung 6 eingegeben, bei der der Gleichstrom von der zweiten Brückenschaltung 63 in den Wechselstrom umgewandelt wird. Der Wechselstrom wird von dem Transformator 61 in die niedrige Spannung herunter transformiert und von der ersten Brückenschaltung 62 nachbearbeitet. Der nachbearbeitete Strom wird dann von der ersten Brückenschaltung 62 in den Gleichstrom umgewandelt.
Jeder der Transistoren 66 der zweiten Brückenschaltung 63 wird von der Steuerschaltung (nicht abgebildeten) Steuereinheit geschaltet. Dieses Merkmal macht es möglich, dass der Gleichstrom synchron mit dem Schaltzyklus in den Wechselstrom gewandelt wird. Jeder der Transistoren 64 der ersten Brückenschaltung 62 wird ausgeschaltet. Die erste Brückenschaltung 62 dient als die Vollsignal-Wandlungsschaltung durch die Dioden 65, durch die der Wechselstrom in den Gleichstrom gewandelt wird. Dieses Merkmal macht es möglich, den in der Energiewandlungsschaltung 6 transformierten Strom durch Änderung der relativen Einschaltdauer nach Schalten des Transistors 66 in der zweiten Brückenschaltung 63 zu steuern. Als ein Ergebnis kann die von der ersten Brückenschaltung 62 erzeugte Gleichspannung eingestellt werden.
Der Gleichstrom wird von der Energiewandlungsschaltung 6 zu der Schaltschaltung 7 zugeführt, bei der die (nicht abgebildete) Steuereinheit den Transistor 71 oder den Transistor 72 einschaltet. Die Hauptbatterie 3 kann durch Einschalten des Transistors 71 aufgeladen werden. Die Zubehörteilbatterie 4 kann durch Einschalten des Transistors 72 aufgeladen werden. Wie zuvor erwähnt, kann die Hauptbatterie 3 oder die Zubehörteilbatterie 4 durch Schalten der Schaltschaltung 7 selektiv aufgeladen werden.
Es wird eine Operation der Energiequelleneinheit 1 nach Antrieb des Motorgenerators beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 1 wird der Transistor 71 über die Schaltschaltung 7 auf den Ein-Zustand gesetzt, indem in der Hauptbatterie 3 gespeicherte elektrische Energie an die Energiewandlungsschaltung 6 zugeführt wird. Währenddessen wird der Transistor 72 über die Schaltschaltung 7 auf den Ein-Zustand gesetzt, indem in der Zubehörteilbatterie 4 gespeicherte elektrische Energie an die Energiewandlungsschaltung 6 zugeführt wird.
In der Energiewandlungsschaltung 6 wird der von der Schaltschaltung 7 zugeführte Gleichstrom durch die erste Brückenschaltung 62 in den Wechselstrom umgewandelt. Der Wechselstrom wird dann unter Verwendung des Transformators 61 auf die hohe Spannung herauf transformiert, und wird durch die zweite Brückenschaltung 63 derart nachbearbeitet, damit er in den Gleichstrom umgewandelt wird.
Die (nicht abgebildete) Steuereinheit führt eine Steuerung zum Schalten des Transistors 64 der ersten Brückenschaltung 62 derart durch, damit der Gleichstrom synchron mit dem Schaltzyklus in den Wechselstrom umgewandelt wird. Die jeweiligen Transistoren 66 der zweiten Brückenschaltung 63 werden auf einen Aus-Zustand gesetzt. Als ein Ergebnis veranlasst die Diode 67 die zweite Brückenschaltung 63 als eine Vollsignal-Wandlungsschaltung der art zu dienen, damit der Wechselstrom in den Gleichstrom umgewandelt wird. Zu der Zeit kann die Änderung bei der in der Energiewandlungsschaltung 6 durchgeführten Transformation gesteuert werden, indem die relative Einschaltdauer nach einer Schaltoperation des Transistors 64 in der ersten Brückenschaltung 62 geändert wird. Dieses Merkmal ermöglicht es, die Gleichspannungsausgabe von der zweiten Brückenschaltung 63 einzustellen.
Von der Energiewandlungsschaltung 6 wird der Gleichstrom dem Inverter 5 zugeführt, bei dem eine Schaltsteuerung der Transistoren 51 durchgeführt wird. Der zugeführte Gleichstrom wird ferner dem Motorgenerator 2 in der Form des Dreiphasen-Wechselstroms derart zugeführt, um den Motorgenerator 2 anzusteuern.
Bei der Energiequelleneinheit 1 ermöglicht die Schaltschaltung 7 ein Schalten der Verbindung zwischen der Energiewandlungsschaltung 6 und der Hauptbatterie 3, und der Energiewandlungsschaltung 6 und der Zubehörteilbatterie 4. Die von dem Motorgenerator 2 erzeugte Energie kann selektiv der Hauptbatterie 3 oder der Zubehörteilbatterie 4 zur Aufladung zugeführt werden. Die in der Hauptbatterie 3 oder der Zubehörteilbatterie 4 gespeicherte Energie kann auch selektiv dem Motorgenerator 2 zugeführt werden. Die Energiequelleneinheit 1 ermöglicht ein Aufladen/Entladen der Hauptbatterie 3 und der Zubehörteilbatterie 4 ohne eine Verstärkerschaltung bzw. Antriebsschaltung ähnlich des Gleichspannungs-Gleichspannungswandlers, der zu der Energiewandlungsschaltung 6 hinzuzufügen ist, was folglich Kosten reduziert.
Da der Inverter 5 über die Energiewandlungsschaltung 6 sowohl mit der Hauptbatterie 3 als auch mit der Zubehörteilbatterie 4 verbunden ist, kann die Eingangs-/Ausgangsspannung des Inverters 5 auf der Batterieseite auf den hohen Spannungszustand gesetzt werden. Dieses Merkmal macht es möglich den Transistor 51 zu verwenden, der weniger Energie erfordert als eine Komponente des Inverters 5, was folglich die Größe und die Kosten des Inverters 5 reduziert.
Wenn die Hauptbatterie 3 verglichen mit der Zubehörteilbatterie 4 ein Typ mit höherer Energie ist, d. h. ein 30-42 V-Typ und der Inverter 5 direkt mit der Hauptbatterie 3 verbunden ist, ohne dass die Energiewandlungsschaltung 6 dazwischen zur Verfügung gestellt ist, wird die niedrige Energiespannung zwischen 30 und 42 V durch den Inverter 5 transformiert, was erfordert, dass der Transistor 51 von einem hohen Stromtyp ist. Die resultierenden Kosten für den Transistor 51 nehmen folglich mit zunehmender Größe des Inverters 5 zu. Die Energiequelleneinheit 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel, das eine Wandlungsschaltung 6 aufweist, über die der Inverter 5 mit der Hauptbatterie 3 verbunden ist, beseitigt dieses Problem.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 2 ist eine als Beispiel dienende schematische Ansicht einer Energiequelleneinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist eine Energiequelleneinheit 1a eine ähnliche Konfiguration wie die Konfiguration der Energiequelleneinheit 1 des ersten als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiels auf. D. h. die als Energiequelleneinheit 1a weist eine Hauptbatterie 3, eine Zubehörteilbatterie 4, einen Inverter 5, und eine Energiewandlungsschaltung 6 auf. Ähnlich wie die Schaltschaltung 7 des ersten Ausführungsbeispiels dient eine Schaltschaltung 7a der Energiequelleneinheit 1a dazu, um die Verbindung zwischen der Energiewandlungsschaltung 6 und der Hauptbatterie 3, und der Energiewandlungsschaltung 6 und der Zubehörteilbatterie 4 zu schalten. Die Schaltschaltung 7a und die zweite Brückenschaltung 62 bilden den Aufwärts-Wechselrichter derart, um einen Energietransfer zwischen der Hauptbatterie 3 und der Zubehörteilbatterie 4 zu ermöglichen.
Bei der Schaltschaltung 7a sind ein Transistor 73 und ein Transistor 74 zwischen der ersten Brückenschaltung 62 und der Hauptbatterie 3 in Serie angeschlossen. Zwischen der ersten Brückenschaltung 62 und der Zubehörteilbatterie 4 ist eine Spule 77 und der Transistor 72 in Serie angeschlossen. Die Transistoren 72, 73, 74 in der Form von beispielsweise Feldeffekttransistoren funktionieren als Schaltelemente. Die Operation zum Schalten unter diesen Transistoren 72, 73, 74 wird von einer (nicht abgebildeten) Steuereinheit gesteuert.
Zwischen einem Senken-Anschluss und einem Quellen- Anschluss des Transistors 73 steht eine Diode 75 in Vorwärtsrichtung von der ersten Brückenschaltung 62 zu der Hauptbatterie 3 zur Verfügung. Zwischen einem Senken- Anschluss und einem Quellen-Anschluss des Transistors 74 steht eine Diode 76 in Rückwärtsrichtung von der ersten Brückenschaltung 62 zu der Hauptbatterie 3 zur Verfügung.
Nun wird eine Operation der Energiequelleneinheit 1a gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Aufladen der Batterie beschrieben. Der von dem Motorgenerator 2 erzeugte elektrische Strom in der Form des Dreiphasen-Wechselstroms fließt zu dem Inverter 5. Der Wechselstrom wird durch den Inverter 5 in den Gleichstrom umgewandelt.
Der Gleichstrom fließt von dem Inverter 5 in die Energiewandlungsschaltung 6, bei der der Gleichstrom von der zweiten Brückenschaltung 63 in den Wechselstrom umgewandelt wird. Der Wechselstrom wird von dem Transformator 61 in eine niedrige Spannung herunter transformiert und der von der ersten Brückenschaltung 62 herunter transformierte Wechselstrom wird nachbearbeitet und in den Gleichstrom umgewandelt. Der Inverter 5 und die Energiewandlungsschaltung 6 werden auf die ähnliche Weise wie die Energiequelleneinheit 1 des ersten Beispiels betrieben.
Der Gleichstrom fließt von der Energiewandlungsschaltung 6 zu der Schaltschaltung 7a, bei der die (nicht abgebildete) Steuereinheit zumindest die Transistoren 73, 74 und den Transistor 72 in dem Ein-Zustand hält. Wenn die Transistoren 73, 74 in den Ein-Zustand geschaltet werden, ist die Hauptbatterie bereit, um aufgeladen zu werden. Währenddessen ist die Zubehörteilbatterie 4 bereit, um aufgeladen zu werden, wenn der Transistor 74 in den Ein- Zustand geschaltet wird. Die Hauptbatterie 3 und die Zubehörteilbatterie 4 können durch Betreiben der Schaltschaltung 7a selektiv aufgeladen werden.
Nun wird eine Operation der Energiequelleneinheit 1a nach Antrieb des Motorgenerators beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 2 werden die Transistoren 73, 74 oder der Transistor 72 der Schaltschaltung 7a. Nun wird eine Operation zur Zeit eines Antriebs des Motorgenerators in der Energiequelleneinheit 1a beschrieben. In Fig. 2 sind beide Transistoren 73, 74 oder der Transistor 72 der Schaltschaltung 7 in einen Ein-Zustand gebracht. Werden die Transistoren 73, 74 in den Ein-Zustand gesetzt, wird die in der Hauptbatterie 3 gespeicherte Energie über die Schaltschaltung 7a an die Energiewandlungsschaltung 6 zugeführt. Ist der Transistor 72 in den Ein-Zustand gesetzt, wird die in der Zubehörteilbatterie 4 gespeicherte Energie über die Schaltschaltung 7a an die Energiewandlungsschaltung 6 zugeführt.
Der Gleichstrom fließt von der Schaltschaltung 7a zu der Energiewandlungsschaltung 6, bei der der Gleichstrom durch die erste Brückenschaltung 62 in den Wechselstrom umgewandelt wird. Der Wechselstrom wird durch den Transformator 61 auf eine hohe Spannung herauf transformiert. Der herauf transformierte Wechselstrom wird durch die zweite Brückenschaltung 63 nachbearbeitet und in den Gleichstrom umgewandelt.
Bezugnehmend auf die als Beispiel dienende äquivalente Schaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist, dienen der Transistor 74 und die Spule 77 der Schaltschaltung 7a, und die Diode 65 der Energiewandlungsschaltung 6 als ein Wechselrichtteil, eine Glättungsdrossel, und eine Durchleitdiode als der Strompfad, wenn sich der Wechselrichtteil in einem Aus-Zustand befindet. Die Komponenten der Schaltschaltung 7a und der Energiewandlungsschaltung 6 bilden den Abwärts-Wechselrichtteil. Dies macht es möglich, das Aufladen der Batterie von der Hauptbatterie 3 zu der Zubehörteilbatterie 4 zu schalten.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird der Transistor 73 der Schaltschaltung 7a in einen Aus-Zustand gebracht und der Transistor 74 befindet sich in einem Ein-Zustand. Der Transistor 64 der zweiten Brückenschaltung 62 wird geschaltet.
Nachfolgend wird eine Operation zu der Zeit eines Energietransfers zwischen der Hauptbatterie 3 und der Hilfsbatterie 4 in der Energiequelleneinheit 1a beschrieben. Ein Energietransfer zwischen der Hauptbatterie 3 und der Hilfsbatterie 4 wird unter Verwendung der Schaltschaltung 7a und der Energiewandlungsschaltung 6 durchgeführt.
In Fig. 2 sind die Transistoren 72, 73 der Schaltschaltung 7a auf einen Ein-Zustand gesetzt. Der Transistor 74 ist in einen Zustand zum Schalten zwischen Ein und Aus gesetzt, und einer der Transistoren 64 der zweiten Brückenschaltung 62 ist auf einen Aus-Zustand gesetzt.
Als ein Ergebnis arbeiten, wie bei der als Beispiel dienenden äquivalenten Schaltung von Fig. 3 gezeigt, der Transistor 74 und die Spule 77 der Schaltschaltung 7a und die Diode 65 der Energiewandlungsschaltung 6 jeweils als ein Wechselrichtteil, eine Glättungsdrossel, und eine Durchleitdiode, die ein Strompfad wird, wenn sich der Wechselrichtteil in einem Aus-Zustand befindet, wobei es möglich ist einen Abwärts-Wechselrichtteil durch Komponenten der Schaltschaltung 7a und der Energiewandlungsschaltung 6 zu bilden. Daher wird durch Schalten des Transistors 74 ein Aufladen von der Hauptbatterie 3 zu der Hilfsbatterie 4 ermöglicht.
Andererseits ist in Fig. 2 der Transistor 73 der Schaltschaltung 7a auf einen Ein-Zustand gesetzt, ist der Transistor 74 auf einen Ein-Zustand gesetzt und sind die Transistoren 64 der zweiten Brückenschaltung auf einen Schalt-Zustand gesetzt.
Als ein Ergebnis arbeiten, wie bei der als Beispiel dienenden äquivalenten Schaltung von Fig. 4 gezeigt, der Transistor 64 der Energiewandlungsschaltung 6 und die Spule 77 und die Diode 75 der Schaltschaltung 7a jeweils als ein Wechselrichtteil, eine Glättungsdrossel, und eine Rücklaufdiode, wobei es möglich ist einen Aufwärts- Wechselrichtteil durch Komponenten der Schaltschaltung 7a und der Energiewandlungsschaltung 6 zu bilden. Daher wird durch Schalten der Transistoren 64 ein Aufladen von der Hilfsbatterie 4 zu der Hauptbatterie 3 ermöglicht.
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß der sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Energiequelleneinheit 1a (zusätzlich zu den selben Operationseffekten wie bei der sich auf das erste Ausführungsbeispiel beziehenden Energiequelleneinheit 1) durch Verbinden der Spule 77 zwischen der Hauptbatterie 3 und der Hilfsbatterie 4 über die Schaltschaltung 7a möglich, die Energiewandlungsschaltung 6 und die Schaltschaltung 7a zu veranlassen, als Aufwärts- und Abwärts-Wechselrichter zu arbeiten. Daher wird ohne eine Anordnung einer anderen Aufwärtsschaltung als die Energiewandlungsschaltung 6 und die Schaltschaltung 7a ein Energietransfer zwischen der Hauptbatterie 3 und der Hilfsbatterie 4 ermöglicht.
Auch wenn eine in einem Fahrzeug eingebaute Energiequelleneinheit bei den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen erläutert wird, kann die sich auf die Erfindung beziehende Energiequelleneinheit auch auf eine andere Einheit, als eine in einem Fahrzeug eingebaute Einheit ausgestaltet sein.
Wie zuvor erläutert, wird gemäß der Erfindung als ein Ergebnis eines Ermöglichens eines Schaltens einer Verbindung zwischen der Energiewandlungseinrichtung und der ersten und zweiten Batterie ein Aufladen und Entladen der ersten Batterie und der zweiten Batterie ohne Anordnen einer Aufwärtsschaltung wie beispielsweise eines Gleichspannungs-Gleichspannungswandlers ermöglicht, der von der Energiewandlungseinrichtung verschieden ist, so dass es möglich ist, die mit Bauteilen verbunden Kosten zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, da der Inverter über die Energiewandlungseinrichtung mit der ersten Batterie und der zweiten Batterie verbunden ist, eine Eingangs-/Ausgangsspannung auf der Batterieseite des Inverters in einen hohen Spannungszustand zu setzen. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine Komponente eines Typs für kleine Ströme als eine Komponente des Inverters zu verwenden, wodurch es möglich ist den Inverter zu verkleinern und die mit Bauteilen verbundenen Kosten zu reduzieren.
Ferner ist es durch Verbinden der Spule zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie über die Schaltschaltung möglich, die Energiewandlungsvorrichtung und die Schaltvorrichtung zu veranlassen, als Aufwärtswechselrichter und Abwärtswechselrichter zu arbeiten, wodurch ein Energietransfer zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie ermöglicht wird, ohne dass zusätzlich eine Aufwärtsschaltung umfasst ist.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele oder Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenteil, die Erfindung beabsichtigt mannigfaltige Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken. Da zusätzlich die mannigfaltigen Elemente der bevorzugten Ausführungsbeispiele in mannigfaltigen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt werden, die als Beispiel dienen, liegen auch andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element umfassen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung.
Eine Energiequelleneinheit umfasst einen Inverter 5, der mit einer Energietransfervorrichtung 2 verbunden ist, eine erste Batterie 3, die durch den Inverter aufgeladen und entladen werden kann, und eine zweite Batterie 4, die durch den Inverter aufgeladen und entladen werden kann. Die zweite Batterie weist eine Energiespannung auf, die niedriger ist als die der ersten Batterie. Die Energiequelleneinheit umfasst ferner eine mit dem Inverter verbundene Energiewandlungsvorrichtung 6, die eine Transformatorfunktion zur Verfügung stellt, und eine Schaltvorrichtung 7, die zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten und der zweiten Batterie zur Verfügung steht. Die Schaltvorrichtung 6 schaltet eine Verbindung zwischen der Energiewandlungsvorrichtung 6 und der ersten Batterie 3, und der Energiewandlungsvorrichtung 6 und der zweiten Batterie 4. Der Inverter ist über die Energiewandlungsvorrichtung mit der ersten Batterie und der zweiten Batterie verbunden.

Claims

1. Energiequelleneinheit (1), mit
einem Inverter (5), der mit einer Energietransfervorrichtung (2) verbunden ist;
einer ersten Batterie (3), die über den Inverter aufgeladen und entladen werden kann;
einer zweiten Batterie (4), die über den Inverter aufgeladen und entladen werden kann, wobei die zweite Batterie eine Energiespannung aufweist, die niedriger ist als eine Energiespannung der ersten Batterie;
einer Energiewandlungsvorrichtung (6), die mit dem Inverter verbunden ist, wobei die Energiewandlungsvorrichtung eine Transformatorfunktion bereitstellt; und
einer Schaltvorrichtung (7), die zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten und zweiten Batterie zur Verfügung steht, wobei die Schaltvorrichtung eine Verbindung zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten Batterie, und der Energiewandlungsvorrichtung und der zweiten Batterie schaltet,
wobei der Inverter (5) über die Energiewandlungsvorrichtung mit der ersten und der zweiten Batterie verbunden ist.

2. Energiequelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die Energiewandlungsvorrichtung (6) zudem einen Transformator (61), eine erste Brückenschaltung (62), die mit der Primärseite des Transformators verbunden ist, und eine zweite Brückenschaltung (63), die mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist, umfasst.

3. Energiequelleneinheit nach Anspruch 2, wobei die Schaltvorrichtung zudem eine Schaltschaltung umfasst, die die Verbindung zwischen der Energiewandlungsvorrichtung und der ersten Batterie, und der Energiewandlungsvorrichtung und der zweiten Batterie schaltet.

4. Energiequelleneinheit nach Anspruch 3, wobei die Schaltvorrichtung eine Spule (77) umfasst, die über die Schaltschaltung zwischen der ersten Batterie (3) und der zweiten Batterie (4) angeschlossen ist.

5. Energiequelleneinheit nach Anspruch 4, wobei die Schaltvorrichtung zudem zumindest zwei Schaltelemente (72, 73, 74) umfasst, die zwischen der ersten Brückenschaltung, und der ersten und der zweiten Batterie derart angeordnet ist, um eine Energietransferoperation zwischen der Energietransfervorrichtung und der ersten Batterie und der Energietransfervorrichtung und der zweiten Batterie zu schalten.

6. Energiequelleneinheit nach Anspruch 5, wobei die zumindest zwei Schaltelemente (72, 73, 74) zudem Feldeffekttransistoren umfassen.

7. Energiequelleneinheit nach Anspruch 5, wobei die Spule über die Schaltschaltung zwischen der ersten Batterie (3) und der zweiten Batterie (4) derart angeschlossen ist, dass die Energiewandlungsvorrichtung (6) und die Schaltvorrichtung (7) eine Funktion von einer Aufwärts-Wechselrichtfunktion und einer Abwärts-Wechselrichtfunktion zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie zum Energietransfer zwischen ihnen zur Verfügung stellen.

8. Energiequelleneinheit nach Anspruch 1, wobei:
die Energietransfereinheit (2) zudem einen Motorgenerator umfasst; und
der Inverter eine Nachbearbeitung einer wechselnden Ausgabe des Motorgenerators derart ermöglicht, um dem Motorgenerator einen wechselnden Strom zuzuführen.

9. Energiequelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die Energiequelleneinheit in einem Hybridfahrzeug zur Verfügung steht, dass von der Energietransfervorrichtung (2) für eine Laufoperation angetrieben wird.