DE19913115A1 - Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit und elektrisches System für ein Elektrofahrzeug - Google Patents

Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit und elektrisches System für ein Elektrofahrzeug

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DE19913115A1
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Shigenori Kinoshita
Kouichi Ueki
Yasuo Kobayashi
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Abstract

Eine Schaltschaltung, die einen Halbleiterschalter und eine invers parallele Diode umfaßt, ist zwischen einer Hauptelektrizitätsspeichereinheit und einer Primärwindung eines Isolationstransformators verbunden, und eine Schaltschaltung, die einen Halbleiterschalter und eine Diode einschließt, ist invers parallel zwischen einer Sekundärwindung des Isolationstransformators 142 und einer Hilfselektrizitätsspeichereinheit verbunden. Die Schaltschaltungen werden an und aus gesteuert, wodurch Leistung von der Hauptelektrizitätsspeichereinheit zur Hilfselektrizitätsspeichereinheit oder von der Hilfselektrizitätsspeichereinheit zur Hauptelektrizitätsspeichereinheit geliefert wird, um die eine oder die andere Elektrizitätsspeichereinheit aufzuladen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Isolationstyp-DC-DC- Leistungswandlereinheit, die für eine Anwendung in einem La­ desystem für ein elektrisches Fahrzeug geeignet ist, und auf ein elektrisches System für das elektrische Fahrzeug, das die Isolations-Typ-DC-DC-Leistungswandlereinheit aufweist.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Fig. 12 zeigt ein repräsentatives Antriebssystem eines elek­ trischen Serienhybridfahrzeugs. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Motor, die Bezugszahl 2 bezeichnet einen Motor/Generator, die Bezugszahl 3 bezeichnet einen Gleich­ richter, die Bezugszahl 4 bezeichnet eine Hauptelektrizitäts­ speichereinheit für den Antrieb des Fahrzeuges, die Bezugs­ zahl 5 bezeichnet einen Inverter, die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Elektromotor für den Antrieb des Fahrzeuges, die Be­ zugszahl 7 bezeichnet ein Reduktionsgetriebe, die Bezugszahl 8 bezeichnet ein Differentialgetriebe und die Bezugszahlen 9a und 9b bezeichnen Räder.
Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Hilfselektrizitätsspeicher­ einheit, die als Leistungsversorgung einer Hilfsmaschine ver­ wendet wird, die Bezugszahl 12 bezeichnet eine Ladevorrich­ tung für das Laden der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 aus der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 und die Bezugs­ zahl 13 bezeichnet eine Ladevorrichtung für das Laden der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 von der Hilfselektrizi­ tätsspeichereinheit 10. Gewöhnlicherweise werden DC-DC-Wand­ ler in den Ladevorrichtungen 12 und 13 verwendet.
Die Spannung der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 liegt in der Größenordnung von mehreren hundert Volt, während die Spannung der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10, die einer Batterie eines Motorfahrzeuges entspricht, 12 V oder 24 V be­ trägt. Somit sind die Ladevorrichtungen 12 und 13 vom elek­ trischen Isolationstyp.
Das System in Fig. 12 wandelt mechanische Energie des Motors 1 in elektrische Energie durch den Dynamo (Motor/Generator 2) um, und es wandelt wiederum die elektrische Energie in mecha­ nische Energie durch den Elektromotor 6 durch den Gleichrich­ ter 3 und den Inverter 5 für den Antrieb des Fahrzeuges um. Dieses System wird Serientyp genannt, da der Energiefluß in Serie erfolgt.
Im System gibt der Dynamo, der durch den Motor 1 angetrieben wird, eine nahezu konstante elektrische Leistung aus, und die Differenz zwischen einer Leistung, die durch den Mo­ tor/Generator 2 erzeugt wird, und einer Leistung, die für den Elektromotor 6 erforderlich ist, wird durch das Laden und Entladen von der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 abge­ deckt.
Im System, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, wird der Mo­ tor/Generator 2 als Elektromotor durch den Gleichrichter 3 betrieben, und eine elektrische Leistung der Hauptelektrizi­ tätsspeichereinheit startet den Betrieb des Motors 1. Somit muß im System, wenn der Motor 1 gestartet wird, die elektri­ sche Leistung, die für das Starten des Motors erforderlich ist, in der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 belassen wer­ den.
Die Ladevorrichtung 13 ist für den Fall vorgesehen, wenn die elektrische Leistung der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 ungenügend für das Starten des Motors 1 ist. Das heißt, die Ladevorrichtung 13 wird für das Umwandeln der DC-Leistung der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 verwendet, um die Haupt­ elektrizitätsspeichereinheit 4 zu laden, und der Motor 1 wird durch die elektrische Leistung der Hauptelektrizitäts­ speichereinheit 4 gestartet.
Nachdem der Motor 1 gestartet wurde, wird der Motor/Generator 2 veranlaßt als Dynamo für das Laden der Hauptelektrizitäts­ speichereinheit 4 zu arbeiten.
Andererseits zeigt Fig. 13 ein repräsentatives Antriebssy­ stem eines parallelen elektrischen Hybridfahrzeugs. Komponen­ ten, die identisch sind mit denen, die vorher unter Bezug auf Fig. 12 beschrieben wurden, sind in Fig. 13 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 100 einen Motor, die Bezugszahlen 102a und 102b bezeichnen Kupplungen, die Bezugs­ zahl 103 bezeichnet einen Motor/Generator, die Bezugszahl 101 bezeichnet einen Wandler und die Bezugszahl 104 ist ein Re­ duktionsgetriebe. Die Kupplung 102a wird verwendet, um die Leistung vom Motor 100 zu trennen, und die Kupplung 102b ist für das Reduktionsgetriebe 104 vorgesehen, wie das, das für ein Motorfahrzeug verwendet wird.
Das System, das Drehkraftunterstützungssystem genannt wird, ist eine Art eines parallelen Systems. Es gestattet, daß der Motor 100 nur das Fahrzeug antreibt, und es gestattet auch, daß der Motor/Generator 103 das Fahrzeug nur elektrisch an­ treibt.
Um das Fahrzeug durch den Motor anzutreiben, wird ein Aus­ gangssignal des Motors 100 über eine Welle des Mo­ tor/Generators 103 in das Reduktionsgetriebe 104 eingegeben, um die Räder 9a und 9b anzutreiben, und der Motor/Generator 103 arbeitet als ein Dynamo für das Laden einer Hauptelektri­ zitätsspeichereinheit 4 durch den Wandler 101. Um das Fahr­ zeug elektrisch anzutreiben, wird der Motor 100 durch die Kupplung 102a getrennt, und der Wandler 101 wird in einer In­ vertierbetriebsart durch eine elektrische Leistung der Haupt­ elektrizitätsspeichereinheit 4 betrieben, um somit den Mo­ tor/Generator 103 als Elektromotor zu betreiben. Dieses Be­ triebsverfahren ist ähnlich einem Verfahren im Seriensystem.
Um den Motor 100 zu starten, wird die Kupplung 102b gelöst, die Kupplung 102a wird verbunden und der Motor/Generator 103 wird als Elektromotor betrieben. Dieses Verfahren ist eben­ falls ähnlich dem Verfahren im Seriensystem.
Fig. 14 zeigt ein Antriebssystem eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs. Komponenten, die identisch sind mit denen, die vorher unter Bezug auf die Fig. 12 und 13 bezeichnet wurden, sind in Fig. 14 mit denselben Bezugszeichen bezeich­ net.
In Fig. 14 bezeichnet die Bezugszahl 40 eine Hauptelektrizi­ tätsspeichereinheit (Hauptbatterie) für den Antrieb des Fahr­ zeugs, die Bezugszahl 50 bezeichnet einen Inverter, die Be­ zugszahl 60 bezeichnet einen Elektromotor für das Antreiben des Fahrzeuges und die Bezugszahl 70 bezeichnet ein Redukti­ onsgetriebe. Ein elektrisches Fahrzeug, das eine Batterie als Leistungsquelle aufweist, kann nicht mehr fahren, wenn die elektrische Leistung der Batterie ungenügend wird. Wenn je­ doch eine solche Situation auftritt, ist es notwendig, daß das Fahrzeug an einen sicheren Platz gefahren werden kann. Somit wird eine Ladevorrichtung 13 für das Laden einer elek­ trischen Leistung einer Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 in die Hauptelektrizitätsspeichereinheit 40 installiert, und das Fahrzeug wird durch die elektrische Leistung der Haupte­ lektrizitätsspeichereinheit 40 angetrieben und bewegt.
Fig. 15 zeigt die Schaltungskonfiguration der Ladevorrich­ tung 12 der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10, die in den Fig. 12 bis 14 gezeigt ist. Hier wird ein repräsentativer Isolationstyp-Zweirichtungs-DC-DC-Wandler als Ladevorrichtung 12 verwendet.
In Fig. 15 bezeichnet die Bezugszahl 120 einen Eingangsglät­ tungskondensator, die Bezugszahlen 121P und 121N bezeichnen Halbleiterschalter, die Bezugszahl 122 bezeichnet einen Iso­ lationstransformator, der eine primäre Seite hat, die zwi­ schen den Halbleiterschaltern 121P und 121N in Serie verbun­ den ist, die Bezugszahl 122P bezeichnet eine Primärwindung des Isolationstransformators 122, die Bezugszahl 122S be­ zeichnet eine Sekundärwindung des Isolationstransformators 122, die Bezugszahlen 123P und 123N bezeichnen Freilaufdi­ oden, die zwischen beiden Enden des Kondensators 120 und bei­ den Enden der Primärwindung 122P angeschlossen sind, die Be­ zugszahlen 124 und 125 bezeichnen Ausgangsgleichrichterdi­ oden, die mit beiden Enden der Sekundärwindung 122S verbunden sind, die Bezugszahl 126 bezeichnet eine Ausgangsglättungs­ drosselspule und die Bezugszahl 127 bezeichnet einen Aus­ gangsglättungskondensator.
Der Betrieb der Schaltung in Fig. 15 wird unter Bezug auf Fig. 16 beschrieben.
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, werden die Halbleiterschalter 121P und 121N zur selben Zeit an/aus geschaltet. In der Figur bezeichnet T eine Betriebsperiode der Schalter; Ton bezeich­ net eine Einschaltperiode und Toff bezeichnet eine Ausschalt­ periode. Das Verhältnis der Einschaltperiode Ton zur Periode T wird gesteuert, womit der Ladestrom für die Hilfselektrizi­ tätsspeichereinheit 10 gesteuert wird.
Fig. 17 zeigt die Schaltungskonfiguration der Ladevorrich­ tung 13 der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 oder 40, die in den Fig. 12 bis 14 gezeigt ist. Hier wird ein repräsen­ tativer Isolationstyp-Zweirichtungs-DC-DC-Wandler als Lade­ vorrichtung 13 verwendet.
In Fig. 17 bezeichnet die Bezugszahl 130 einen Eingangsglät­ tungskondensator, die Bezugszahlen 131P und 131N bezeichnen Halbleiterschalter, die Bezugszahl 132 bezeichnet einen Iso­ lationstransformator, der eine Primärseite aufweist, die zwi­ schen den Halbleiterschaltern 131P und 131N in Serie verbun­ den ist, die Bezugszahl 132P bezeichnet eine Primärwindung des Isolationstransformators 132, die Bezugszahl 132S be­ zeichnet eine Sekundärwindung des Isolationstransformators 132, die Bezugszahlen 133P und 133N bezeichnen Transformator­ erregerstromrückflußdioden, die zwischen beiden Enden des Kondensators 130 und beiden Enden der Primärwindung 132P ver­ bunden sind, die Bezugszahlen 134 und 135 bezeichnen Aus­ gangsgleichrichterdioden, die mit beiden Enden der Sekundär­ windung 132S verbunden sind, die Bezugszahl 136 bezeichnet eine Ausgangsdrosselspule und die Bezugszahl 137 bezeichnet einen Ausgangsglättungskondensator.
Wenn man die Schaltungskonfiguration in Fig. 17 im Gegensatz zu der in Fig. 15 betrachtet, so ergibt sich die Schaltung in Fig. 17 aus einer Invertierung des Eingangs und des Aus­ gangs der Schaltung in Fig. 15; beide Schaltungskonfigura­ tionen sind symmetrisch und im wesentlichen gleich, und somit wird der Betrieb der Schaltung in Fig. 17 nicht nochmals be­ schrieben.
Die Ladevorrichtung 13, die in Fig. 17 gezeigt ist, lädt die Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 oder 40.
Wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, wird im elektri­ schen Hybridfahrzeug, dessen Motor durch die elektrische Lei­ stung der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 gestartet wird, die Ladevorrichtung 13 im Falle eines Notfalls für das Laden der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 von der Hilfselektri­ zitätsspeichereinheit 10 neben der Betriebsladevorrichtung für das Laden der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 von der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 vorgesehen, so daß die elektrische Leistung der Hilfselektrizitätsspeicherein­ heit 10 verwendet werden kann, um den Motor zu starten.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, umfaßt das elektrische Fahrzeug, das nur mit der elektrischen Leistung der Hauptelektrizitäts­ speichereinheit 40 läuft, auch die Ladevorrichtung 13, wie oben, die für den Fall vorgesehen ist, bei dem die elektri­ sche Leistung der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 40 er­ schöpft ist, und es unmöglich wird, das Fahrzeug anzutreiben.
Somit umfaßt jedes der elektrischen Fahrzeuge, einschließlich der elektrischen Hybridfahrzeuge, die Notfall-Ladevorrichtung für die Hauptelektrizitätsspeichereinheit zusätzlich zur Be­ triebsladevorrichtung für die Hilfselektrizitätsspeicherein­ heit, was zu einer erhöhten Größe, einer Zunahme des Ge­ wichts, hohen Kosten und dergleichen in einem Fahrzeugmotor führt, wobei diese Probleme gelöst werden sollen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit zu liefern, die eine Miniaturisierung, eine Kostenreduktion und eine Lei­ stungsverbesserung durch eine Verbesserung eines Ladesystems und eines elektrischen Systems für eine Elektrofahrzeug, das die Leistungswandlungseinheit umfaßt, ermöglicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ei­ ne Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Umwan­ deln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung geliefert, wobei diese folgendes umfaßt:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung umfaßt;
eine ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die einen Halbleiterschalter und eine Diode umfaßt, die invers parallel zwischen dem er­ sten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators verbunden sind;
eine zweite Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter und eine Diode einschließt, die invers parallel zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem anderen Ende der Primär­ windung des Isolationstransformators verbunden sind;
eine dritte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter und eine Diode einschließt, die invers parallel zwischen einem Ende der Sekundärwindung des Isolationstransformator und der Drosselspule verbunden sind;
eine vierte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter und eine Diode umfaßt, die invers parallel zwischen einem Knoten der dritten Schaltschaltung und der Drosselspule und dem anderen Ende der Sekundärwindung des Isoliertransforma­ tors verbunden sind;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß des anderen Endes der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem einen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei der eine Strom in einem Halbleiterschalter der vierten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß auf den vierten Eingangsanschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität aufweisen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Um­ wandeln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung geliefert, wobei sie folgendes umfaßt:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung umfaßt;
eine ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule umfaßt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen dem ersten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators verbunden sind;
eine zweite Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule einschließt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung des Isolations­ transformators verbunden sind;
eine dritte Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule einschließt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen einem Ende der Sekundär­ windung des Isolationstransformator und der Drosselspule ver­ bunden sind;
eine vierte Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule umfaßt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen einem Knoten der dritten Schaltschaltung und der Drosselspule und dem anderen Ende der Sekundärwindung des Isoliertransformators verbunden sind;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß des anderen Endes der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem einen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei der eine Strom in einem Halbleiterschalter der vierten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität aufweisen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Um­ wandeln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung geliefert, wobei sie folgendes umfaßt:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung umfaßt;
eine ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, auf­ weist, in welcher entweder die Diode oder der Halbleiter­ schalter zwischen dem ersten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators durch den Schaltungsänderungsschalter verbunden ist;
eine zweite Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, wobei entweder die Diode oder der Halbleiterschalter zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem anderen Ende der Primär­ windung des Isolationstransformators durch den Schaltungsän­ derungsschalter verbunden ist;
eine dritte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, der Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, ein­ schließt, in welcher entweder die Diode oder der Halbleiter­ schalter zwischen einem Ende der Sekundärwindung des Isolati­ onstransformator und der Drosselspule durch den Schaltungsän­ derungsschalter verbunden ist;
eine vierte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, der Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, in welcher entweder die Diode oder der Halbleiterschalter zwischen einem Knoten der dritten Schaltschaltung und der Drosselspule und dem anderen Ende der Sekundärwindung des Isoliertransformators durch den Schaltungsänderungsschalter verbunden ist;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem einen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei der eine Strom in einem Halbleiterschalter der vierten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität aufweisen.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Um­ wandeln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung geliefert, wobei sie folgendes umfaßt:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung umfaßt;
eine ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, der Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, in welcher entweder die Diode oder die Schaltschaltung zwi­ schen dem ersten Eingangsanschluß und einem Ende der Primär­ windung des Isolationstransformators durch den Schaltungsän­ derungsschalter verbunden ist;
eine zweite Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, wobei entweder die Diode oder die Schaltschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem anderen Ende der Primär­ windung des Isolationstransformators durch den Schaltungsän­ derungsschalter verbunden ist;
eine dritte Schaltschaltung zwischen einem Ende der Se­ kundärwindung und dem anderen Ende der Sekundärwindung, die einen ersten Halbleiterschalter und einen zweiten Halbleiter­ schalter, die miteinander in Serie verbunden sind, eine drit­ te Diode und eine vierte Diode, die miteinander in Serie ver­ bunden sind, und einen Schaltungsänderungsschalter, der die Drosselspule entweder mit einem Knoten zwischen den beiden Halbleiterschaltern oder einem Knoten zwischen den beiden Di­ oden verbindet, umfaßt;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem eine Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im ersten Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei ein Strom in dem zweiten Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt;
wobei ein Strom in die dritte Diode der dritten Schalt­ schaltung von der Sekundärwindung zum dritten Eingangsan­ schluß fließt;
wobei ein Strom in der zweiten Diode der dritten Schalt­ schaltung vom vierten Eingangsanschluß zum dritten Eingangs­ anschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität aufweisen.
Gemäß den Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheiten der vorliegenden Erfindung können die ersten und zweiten Schalt­ schaltungen für das Steuern einer elektrischen Leistung, die von den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen zu den dritten und vierten Eingangsanschlüssen fließt, gesteuert werden.
Gemäß dem Isolations-Typ-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheiten der vorliegenden Erfindung können die dritten und vierten Schaltschaltungen für das Steuern einer elektrischen Lei­ stung, die von dritten und vierten Eingangsanschlüssen zu den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen fließt, gesteuert wer­ den.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches System für ein Elektrofahrzeug geliefert, das folgendes umfaßt:
einen Hauptelektrizitätsspeichereinheit für das Antrei­ ben eines Fahrzeuges;
eine Hilfselektrizitätsspeichereinheit für eine Hilfsma­ schine; und
eine Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit wie oben erwähnt, die zwischen der Hauptelektrizitätsspeicherein­ heit und der Hilfselektrizitätsspeichereinheit verbunden ist.
Gemäß dem elektrischen System für das Elektrofahrzeug der vorliegenden Erfindung kann die Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit eine chemische Sekundärbatterie sein.
Gemäß dem elektrischen System für das Elektrofahrzeug der vorliegenden Erfindung kann die Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit eine elektrische Doppelschicht-Kondensatorbatterie sein.
Gemäß dem elektrischen System für das Elektrofahrzeug der vorliegenden Erfindung kann die Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit eine Solarbatterie sein.
Gemäß dem elektrischen System für das Elektrofahrzeug der vorliegenden Erfindung kann die Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit eine Brennstoffbatterie sein.
Gemäß dem elektrischen System für das Elektrofahrzeug der vorliegenden Erfindung kann die Hilfselektrizitätsspeicher­ einheit eine elektrische Doppelschicht-Kondensatorbatterie sein.
Für eine konventionelle Ladevorrichtung existiert keine Lei­ stungssteuerung in einer Ausgangsschaltung und der Betrieb ist ein Einquadranten-Betrieb, wobei die Leistungsrichtung einseitig gerichtet ist. Somit wird eine Isolations-Typ-DC- DC-Leistungswandlereinheit der Erfindung unter Berücksichti­ gung der Tatsache gestaltet, daß die Ausgangsseite der kon­ ventionellen Ladevorrichtung mit einer Leistungssteuerfunkti­ on versehen ist, wobei eine Ladevorrichtung, die den Zweiqua­ drantenbetrieb durchführt, vorgesehen werden kann.
Das heißt, die Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit der Erfindung, ein Halbleiterschalter, wird parallel zur Gleichrichterdiode einer Ausgangsschaltung der konventionel­ len Ladevorrichtung geschaltet, und eine Diode wird parallel zu einem Halbleiterschalter einer Eingangsschaltung der kon­ ventionellen Ladevorrichtung für das Bereitstellen einer Gleichrichtungsfunktion verbunden, wobei jede der Primär- und Sekundärseiten eines Isolationstransformators mit einer Lei­ stungssteuerfunktion verbunden ist, wobei ein zweiseitig ge­ richteter Strom einer Zweiquadranten-Ladevorrichtung verwirk­ licht wird.
Somit kann eine einzige Isolations-Typ-DC-DC-Leistungsumwand­ lungseinheit sowohl als Betriebs- als auch Notfalladevorrich­ tung dienen.
Die Leistungsumwandlungseinheit wird im Elektrofahrzeug in­ stalliert, womit eine Verkleinerung, eine Gewichtseinsparung, eine Kostenreduktion etc. der sich innerhalb des Fahrzeugs befindlichen Maschinen ermöglicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration der Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit gemäß ei­ ner ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der Um­ wandlungseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Schaltungskonfiguration ei­ ner Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 4A ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm, das die Schaltschaltung in Fig. 3 zeigt;
Fig. 4B und 4C sind Wellenformdiagramme, die den Betrieb der Schaltschaltung in Fig. 3 zeigen;
Fig. 5 ist eine Ansicht, die eine Schaltungskonfiguration zur Notfalladungszeit in der zweiten Ausführungsform der Er­ findung zeigt;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Betriebs der Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit in Fig. 3.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Schaltungskonfiguration ei­ ner Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Schaltungskonfiguration ei­ ner Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines elek­ trischen Serienhybridfahrzeuges der Erfindung zeigt.
Fig. 10 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines elek­ trischen Parallelhybridfahrzeuges als eine dritte Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 11 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines bat­ teriebetriebenen Elektrofahrzeuges als eine vierte Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 12 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines elek­ trischen Serienhybridfahrzeuges als verwandten Stand der Technik zeigt.
Fig. 13 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines elek­ trischen Parallelhybridfahrzeuges als verwandten Stand der Technik zeigt.
Fig. 14 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines bat­ teriebetriebenen Elektrofahrzeuges als verwandten Stand der Technik zeigt.
Fig. 15 ist eine Ansicht die die Schaltungskonfiguration ei­ ner Ladevorrichtung einer Hilfsspeicherbatterieeinheit in den Fig. 12 bis 14 zeigt.
Fig. 16 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der La­ devorrichtung in Fig. 15 zeigt.
Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Schaltungskonfiguration einer Ladevorrichtung einer Hauptspeicherbatterieeinheit in den Fig. 12 bis 14 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die begleiten­ den Zeichnungen beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Fig. 1 zeigt eine erste Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwand­ lungseinheit der Erfindung. Komponenten, die identisch zu den vorher unter Bezug auf Fig. 15 beschriebenen Komponenten sind, werden in Fig. 1 durch die gleichen Bezugszeichen be­ zeichnet.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 14 eine Isolationstyp- DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit der Erfindung, die Bezugs­ zahl 14a bezeichnet einen ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode einer Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit 4 als erste DC-Leistungsversorgung verbunden ist, die Bezugszahl 14b bezeichnet einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit 4 verbunden ist, die Bezugszahl 14c bezeichnet einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode einer Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 als einer zweite DC-Leistungsversorgung verbunden ist, und die Bezugszahl 14d bezeichnet einen vierten Eingangsanschluß, der mit einer ne­ gativen Elektrode der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 verbunden ist.
Die Bezugszahl 140 bezeichnet einen Glättungskondensator, der zwischen den Eingangsanschlüssen 14a und 14b verbunden ist. Die Bezugszahl 142 bezeichnet einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung 142P und eine Sekundärwindung 142S hat, und Halbleiterschalter 121P und 121N sind zwischen den Eingangsanschlüssen 14a und 14b und beiden Enden der Primär­ windung 142P verbunden. Weiterhin sind Gleichrichterdioden 141P und 141N mit den Halbleiterschaltern 121P beziehungswei­ se 121N invers parallel verbunden, und diese invers paralle­ len Schaltungen bilden erste und zweite Schaltschaltungen.
Gleichrichterdioden 124 und 125 sind mit beiden Enden der Se­ kundärwindung 142S des Isolationstransformators 142 wie in Fig. 15 verbunden. In der Ausführungsform sind Halbleiter­ schalter 143 und 144 mit den Dioden 124 beziehungsweise 125 invers parallel verbunden, und diese invers parallelen Schal­ tungen bilden dritte und vierte Schaltschaltungen.
Die Bezugszahl 146 bezeichnet eine Glättungsdrosselspule der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 und die Bezugszahl 147 bezeichnet einen Glättungskondensator.
Die Windungen 142P und 142S des Isolationstransformators 142 sind an einem Ende mit einem Punkt von derselben Polarität.
In der Ausführungsform sind der Halbleiterschalter 121P und die Diode 141P, der Halbleiterschalter 121N und die Diode 141N, der Halbleiterschalter 143 und die Diode 121 und der Halbleiterschalter 144 und die Diode 126, die die ersten bis vierten Schaltschaltungen bilden, getrennt dargestellt; eine Diode ist mit einem normalen Halbleiterschalter, wie einem Transistor, invers parallel verbunden. Somit werden in der Erfindung solche Schaltschaltungen verwendet, wobei die Zahl der Schaltschaltungen (Halbleiterschalter) in der Schaltung der Zahl entspricht, wenn die Ladevorrichtung 12 in Fig. 15 und die Ladevorrichtung 13 in Fig. 17 in Kombination verwen­ det werden.
Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung in Fig. 1 be­ schrieben. Zuerst werden bei der normalen Betriebsladungs­ zeit, während der die Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 von der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 geladen wird, die Halbleiterschalter 143 und 144 abgeschaltet und ein Halblei­ terschalter 121P und 121N gesteuert an und aus geschaltet. In diesem Fall sind die Halbleiterschalter 143 und 144 ausge­ schaltet, so daß die Schaltung im wesentlichen dieselbe wie die in Fig. 15 ist, und die Steuerung und der Betrieb der Halbleiterschalter 121P und 121N ebenso gleich wie in Fig. 15 wird. Somit ist der Betrieb der gesamten Schaltung ähnlich dem in Fig. 16 und er wird nicht nochmals beschrieben.
Als nächstes werden während der Notfalladungszeit, während der die Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 von der Hilfse­ lektrizitätsspeichereinheit 10 geladen wird, die Halbleiter­ schalter 121P und 121N abgeschaltet und die Halbleiterschal­ ter 143 und 144 werden gesteuert an und aus geschaltet. Fig. 2 zeigt den Betrieb zu dieser Zeit.
Im Betrieb, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, wird der Halblei­ terschalter 144 zur selben Zeit angeschaltet, zu der der Halbleiterschalter 143 abgeschaltet wird, und der Halbleiter­ schalter 144 wird zur selben Zeit ausgeschaltet, zu der der Halbleiterschalter 143 angeschaltet wird. In Fig. 2 bezeich­ net T eine An/Aus-Betriebsperiode der Schalter; Ton bezeich­ net eine Anschaltperiode des Halbleiterschalters 144 und Toff bezeichnet eine Ausschaltperiode des Halbleiterschalters 144. Das Verhältnis der Periode Ton zur Periode T wird gesteuert, wodurch der Ladestrom gesteuert wird.
Während Ton ist der Halbleiterschalter 143 abgeschaltet, und der Halbleiterschalter 144 ist angeschaltet, was dazu führt, daß ein Strom, der in die Drosselspule 146 fließt, zunimmt. Da der Halbleiterschalter 143 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom, der in der Sekundärspule 142S des Isolationstransfor­ mators 142 erregt wird, durch die Primärspule des Isolations­ transformators 142. Danach wird der erregte Strom so weit vermindert, bis er zur Zeit T0 den Wert 0 (A) hat. Der erreg­ te Strom fließt durch die Dioden 123P und 123N. Eine Strom­ differenz zwischen dem erregten Strom und der Hauptelektrizi­ tätsspeichereinheit 4 fließt in den Glättungskondensator 140. In diesem Fall ist ein Strom von der Hauptelektrizitätsspei­ chereinheit 4 konstant.
Während Toff wird der Halbleiterschalter 144 abgeschaltet, und der Halbleiterschalter 143 wird angeschaltet, was dazu führt, daß der Strom, der in die Drosselspule 146 fließt, durch die Sekundärspule des Isolationstransformators 142 fließt, so daß der Strom abnimmt. Der Strom fließt in die Primärspule durch den Isolationstransformator, bevor der Strom zum Glättungs­ kondensator 140 und der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 durch die Dioden 141P und 141N fließt. Eine Stromdifferenz zwischen der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 und der Strom, der in die Dioden 141P und 141N fließt, fließen in den Glättungskondensator 140. In diesem Fall ist ein Strom von der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 auch konstant.
Somit werden in der Ausführungsform die Funktionen der Be­ triebsladevorrichtung 12 und der Notfalladevorrichtung 13, die im verwandten Stand der Technik, der vorher unter Bezug auf die Fig. 15 und 17 beschrieben wurde, durch die Isola­ tionstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit 14 in Fig. 1, die den Zweiquadrantenbetrieb mit zweiseitig gerichteten Strömen durchführt, geliefert. Die Zahl der Halbleiterschalter der Isolationstyp-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit 14 ist gleich der Gesamtzahl der Halbleiterschalter der Betriebsladevor­ richtung 12 und der Notfalladevorrichtung 13 in den Fig. 15 und 17, nämlich vier, und weiter wird die Zahl der Isola­ tionstransformatoren auf die Hälfte vermindert. Somit können, wenn die Leistungsumwandlungseinheit 14 als Ladevorrichtung betrachtet wird, eine Miniaturisierung, eine Kostenreduktion und eine höhere Leistung der Einheit verwirklicht werden.
Fig. 3 zeigt eine zweite Isolationstyp-DC-DC-Leistungsum­ wandlungseinheit der Erfindung.
In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 14 eine Isolationstyp- DC-DC-leistungsumwandlungseinheit der Erfindung, die Bezugs­ zahl 1400a bezeichnet einen ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode einer Hauptelektrizitätsspeicher­ einheit 4 als erste DC-Leistungsversorgung verbunden ist, die Bezugszahl 1400b bezeichnet einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der Hauptelektrizitätsspei­ chereinheit 4 verbunden ist, die Bezugszahl 1400c bezeichnet einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elek­ trode einer Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 als zweite DC-Leistungsversorgung verbunden ist, und die Bezugszahl 1400d bezeichnet einen vierten Eingangsanschluß, der mit ei­ ner negativen Elektrode der Hilfselektrizitätsspeichereinheit verbunden ist.
Die Bezugszahl 1400 bezeichnet einen Glättungskondensator, der zwischen den Eingangsanschlüssen 1400a und 1400b verbun­ den ist. Die Bezugszahl 1430 bezeichnet einen Isolations­ transformator, der eine Primärwindung 1430P und eine Sekun­ därwindung 1430S aufweist. Eine Serienschaltung eines Halb­ leiterschalters 1210P und einer sättigbaren Drosselspule 1420RP und eine Serienschaltung eines Halbleiterschalters 1210N und einer sättigbaren Drosselspule 1420RN sind zwischen den Eingangsanschlüssen 1400a und 1400b und beiden Enden der Primärwindung 1430P verbunden. Weiterhin sind Gleichrichter­ dioden 1410P und 1410N mit den Serienschaltungen invers par­ allel verbunden, und diese invers parallelen Schaltungen bil­ den ersten und zweite Schaltschaltungen.
Gleichrichterdioden 1240 und 1250 sind mit beiden Enden der Sekundärwindung 1430S des Isolationstransformators 1430 ver­ bunden, wie in Fig. 15. In der Ausführungsform sind eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalter 1440P und einer sät­ tigbaren Drosselspule 1450RP und eine Serienschaltung eines Halbleiterschalter 1440N und einer sättigbaren Drosselspule 1450RN mit den Dioden 1240 beziehungsweise 1250 invers paral­ lel verbunden, und diese invers parallelen Schaltungen bilden dritte und vierte Schaltschaltungen.
Die Bezugszahl 1460 bezeichnet eine Glättungsdrosselspule der Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 und die Bezugszahl 1470 bezeichnet einen Glättungskondensator.
Die Windungen 1430P und 1430S der Isolationstransformatoren 1430 sind an einem Ende mit einem Punkt von derselben Polari­ tät.
In der Ausführungsform existieren, wenn die Halbleiterschal­ ter 1210P, 1210N, 1440P und 1440N, die die ersten bis vierten Schaltschaltungen bilden, aus FETs (Feldeffekttransistoren) ausgebildet sind, wie das in Fig. 3 gezeigt ist, parasitäre Dioden in den FETs. Die parasitären Dioden, die in den Halb­ leiterschaltern existieren, haben dieselbe Polarität wie die invers parallelen Dioden. Das heißt, die parasitären Dioden sind parallel mit den Dioden 1410P, 1410N, 1240 und 1250, die invers parallel verbunden sind, verbunden.
Andererseits werden die Dioden 1410P, 1410N, 1240 und 1250, die invers parallel verbunden sind, ausgewählt, basierend auf den Frequenzeigenschaften, indem man die Schaltfrequenzen der Halbleiterschaltschaltungen berücksichtigt.
Im allgemeinen sind die Frequenzeigenschaften der parasitären Dioden in den FETs schlecht, wenn man sie mit denen der Di­ oden 1410P, 1410N, 1240 und 1250, die invers parallel verbun­ den sind, vergleicht. Die Schaltleistung der Schaltschaltun­ gen mit den parasitären Dioden, die parallel zu den Dioden verbunden sind, die invers parallel verbunden sind, wird durch die Frequenzeigenschaften der parasitären Dioden be­ grenzt. Das heißt, eine Begrenzung auf hohe Frequenzen, eine Erhöhung des Schaltverlustes und eine Erhöhung des elektroma­ gnetischen Rauschens sind damit verbunden, so daß das Problem der parasitären Dioden elektrisch gelöst werden muß. Die sät­ tigbaren Drosselspulen 1420RP, 1420RN, 1450RP und 1450RN, die in Fig. 3 gezeigt sind, sind Elemente, die eingeschoben wur­ den, um das obige Problem zu lösen.
Als nächstes wird der Betrieb der Halbleiterschaltschaltungen in Fig. 3 unter Bezug auf die Fig. 4A, 4B und 4C be­ schrieben.
Fig. 4A zeigt den Halbleiterschalter 1210P und seine peri­ phere Schaltung in Fig. 3. In Fig. 4A bezeichnet die Be­ zugszahl 1210Pd, die durch gestrichelte Linien angedeutet ist, eine parasitäre Diode, die im Halbleiterschalter 1210P enthalten ist.
Fig. 4B zeigt den Betrieb, der durchgeführt wird, wenn der Halbleiterschalter 1210P angeschaltet wird (der Halbleiter­ schalter 1210N wird auch angeschaltet, obwohl das nicht ge­ zeigt ist) . Wenn der Halbleiterschalter 1210P (und 1210N) zu einer Zeit T1 angeschaltet wird (werden), versucht ein Strom in der Richtung des dünnen Pfeils in Fig. 4A zu fließen, und es wird eine Spannung zur sättigbaren Drosselspule 1420RP in der Punktrichtung in Fig. 4A hinzugefügt. Zur selben Zeit wird die Spannung auch zur (nicht gezeigten) sättigbaren Drosselspule 1420RN addiert.
Die Größe der Spannung, die zur sättigbaren Drosselspule 1420RP (1420RN) addiert wird, nimmt die Hälfte einer Spannung Vb der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 an, und ist zur Zeit T2 gesättigt. Wenn die sättigbare Drosselspule 1420RP (1420RN) gesättigt ist, so fließt ein Ladestrom I in den Halbleiterschalter 1210P (1210N) bis zur Ausschaltzeit T3. Die Zeit T1 bis T3 in Fig. 4B entspricht Ton, die in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 4C zeigt den durchgeführten Betrieb, wenn ein Strom in Richtung des durchgezogenen Pfeils in Fig. 4A fließt. Wenn ein Strom in die Diode 1410P zur Zeit T4 fließt, so tritt über der Diode 1410P ein Spannungsabfall Vd auf. Diese Span­ nung Vd wird zu einer Serienschaltung der parasitären Diode 1210Pd und der sättigbaren Drosselspule 1420RP addiert. Somit ist die Spannung der sättigbaren Drosselspule 1420RP gleich einem Spannungsabfall der parasitären Diode 1210Pd, subtra­ hiert von der Spannung Vd. Da der Spannungsabfall der parasi­ tären Diode 1210Pd nahezu die gleiche Größe wie der Span­ nungsabfall Vd der Diode 1410P annimmt, so wird die Spannung der sättigbaren Drosselspule 1420RP nahezu null.
Somit ist in der Periode Toff zwischen den Zeiten T4 und T5, die in Fig. 4C gezeigt ist, die sättigbare Drosselspule 1420RP dicht gesättigt und hat eine hohe Impedanz. Somit wird der Strom der sättigbaren Drosselspule 1420RP, nämlich der Strom des Halbleiterschalters 1210P nahezu null, und ein La­ destrom fließt in die Diode 1410P.
Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung in Fig. 3 be­ schrieben. Zuerst werden zur normalen Betriebsladezeit, wäh­ rend die Hilfselektrizitätsspeichereinheit 10 von der Haupte­ lektrizitätsspeichereinheit 4 geladen wird, die Halbleiter­ schalter 1440P und 1440N abgeschaltet, und die Halbleiter­ schalter 1210P und 1210N werden gesteuerten an und aus ge­ schaltet. In diesem Fall sind die Halbleiterschalter 1440P und 1440N ausgeschaltet, und die sättigbaren Drosselspulen 1420RP, 1420RN, 1450RP und 1450RN beeinflussen den Schal­ tungsbetrieb nur wenig, so daß die Schaltung im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 15 wird, und auch die Steuerung und der Betrieb der Halbleiterschalter 12109P und 1210N werden ebenso gleich wie die in Fig. 15. Somit ist der Betrieb der gesamten Schaltung ähnlich dem in Fig. 16 und wird nicht nochmals diskutiert.
Als nächstes werden während der Notfalladezeit, während der die Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 von der Hilfselektri­ zitätsspeichereinheit 10 geladen wird, die Halbleiterschalter 1210P und 1210N ausgeschaltet, und die Halbleiterschalter 1440P und 1440N werden gesteuert an und aus geschaltet. In diesem Fall wird die Schaltungskonfiguration die eines Isola­ tionstyp-Aufwärtsschritt-DC-DC-Wandlers
Fig. 5 zeigt die Schaltungskonfiguration in diesem Fall. Komponenten, die identisch zu solchen sind, die vorher unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurden, sind in Fig. 5 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Der Halbleiterschalter 1440P, der als eine Diode verwendet wird, ist in Fig. 5 als Diodensymbol bezeichnet. Der Halbleiterschalter 1440N wird gesteuert an und aus geschaltet, und die Hauptelektrizitäts­ speichereinheit 4 der Hochdruckseite wird durch den Isolati­ onstransformator 1430 von der Hilfselektrizitätsspeicherein­ heit 10 auf der Niederdruckseite geladen.
Fig. 6 zeigt den Betrieb in diesem Fall. Im Betrieb, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, wird der Halbleiterschalter 1440N zur selben Zeit angeschaltet, zu der der Halbleiterschalter 1440P ausgeschaltet wird, und der Halbleiterschalter 1440N wird zur selben Zeit ausgeschaltet, zu der der Halbleiterschalter 1440P angeschaltet wird. In Fig. 6 bezeichnet T die An/Aus- Betriebsperiode der Schalter; Ton bezeichnet eine Anschaltpe­ riode des Halbleiterschalter 1440N und Toff bezeichnet eine Ausschaltdauer des Halbleiterschalters 1440N. Das Verhältnis der Anschaltperiode Ton zur Periode T wird gesteuert, wodurch der Ladestrom gesteuert wird.
Somit können in der Ausführungsform die Funktionen sowohl der Betriebsladevorrichtung 12 als auch der Notfalladevorrichtung 13 des Standes der Technik, die vorher unter Bezug auf die Fig. 15 und 17 beschrieben wurden, durch die Isolations- Typ-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit 14 in Fig. 3 geliefert werden, die die Zweiquadranten-Operation mit zweiseitig ge­ richteten Strömen durchführt. Die Zahl der Halbleiterschalter der Isolations-Typ-DC-DC-Leistungsumwandlungseinheit 14 ist dieselbe, wie die Gesamtzahl der Halbleiterschalter der Be­ triebsladevorrichtung 12 als auch der Notfalladevorrichtung 13 in den Fig. 15 und 17, nämlich vier, und weiter wird die Zahl der Isolationstransformatoren auf die Hälfte vermin­ dert. Somit können, wenn die Leistungsumwandlungseinheit 14 als eine Ladevorrichtung betrachtet wird, eine Miniaturisie­ rung, eine Kostenverminderung und eine hohe Leistung der Ein­ heit verwirklicht werden.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Kom­ ponenten, die identisch denen sind, die vorher unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurden, werden in Fig. 7 durch die­ selben Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 7 sind die Bezugszahlen 1420SP, 1420SN, 1450SP und 1450SN Schaltungsänderungsschalter.
Zur Zeit der normalen Betriebsladung sind die Schaltungsände­ rungsschalter 1420SP, 1420SN, 1450SP und 1450SN alle mit den Kontakten (a) verbunden, wobei die Dioden 1410P und 1410N und die Halbleiterschalter 1440P und 1440N von der Schaltung ge­ trennt sind, und die Schaltungskonfiguration ähnlich der Kon­ figuration in Fig. 15 wird. Zur Steuerung werden die Halb­ leiterschalter 1210P und 1210N an und aus gesteuert, wie in Fig. 16.
Da die Halbleiterschalter 1440P und 1440N von der Schaltung gelöst sind, tritt das oben beschriebene Problem, das durch parasitäre Dioden, die in den Halbleiterschaltern 1440P und 1440N enthalten sind, nicht auf.
In Fig. 7 sind zur Zeit der Notfalladung die Schaltungsände­ rungsschalter 1420SP, 1420SN, 1450SP und 1450SN alle mit den Kontakten (b) verbunden, wobei die Halbleiterschalter 1210P und 1210N und die Dioden 1240P und 1250N von der Schaltung getrennt werden, und die Schaltungskonfiguration wird zu ei­ nem Isolations-Typ-Aufwärtsschritt-DC-DC-Wandler, wie die Schaltungskonfiguration (Fig. 5) zur Zeit der Notfalladung in Fig. 3. Somit wird eine Hauptelektrizitätsspeichereinheit 4 durch das An- und Abschalten der Halbleiterschalter 1440P und 1440N geladen.
Zu dieser Zeit werden die Halbleiterschalter 1210P und 1210N von der Schaltung gelöst, so daß das oben beschriebene Pro­ blem, das durch die parasitären Dioden, die in den Halblei­ terschaltern 1210P und 1210N enthalten sind, entsteht, nicht auftritt.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Fig. 8 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Sie zeigt nur eine sekundäre Seite eines Isolationstransformators 1430, da die dessen primäre Seite ähnlich der in Fig. 7 ist.
In Fig. 8 bezeichnet die Bezugszahl 1480 einen Schaltungsän­ derungsschalter, und die Schaltungsänderungsschalter 1450SP und 1450SN in Fig. 7 werden geteilt.
Halbleiterschalter 1440P und 1440N, die in Serie verbunden sind, bilden die dritten und vierten Schaltschaltungen.
In Fig. 8 ist zur Zeit der normalen Betriebsladung ein Schaltungsänderungsschalter 1480 mit dem Kontakt (a) verbun­ den, wobei die Halbleiterschalter 1440P und 1440N von der Schaltung gelöst sind, und die Schaltungskonfiguration die gleiche wird wie die Konfiguration zur Zeit der normalen Be­ triebsladung in Fig. 7.
Zur Zeit der Notfalladung ist der Schaltungsänderungsschalter 1480 mit dem Kontakt (b) verbunden, wobei die Dioden 1240 und 1250 von der Schaltung gelöst sind, und die Schaltungskonfi­ guration die gleiche wird, wie die Konfiguration zur Zeit der Notfalladung in Fig. 7.
In der Ausführungsform werden die Halbleiterschalter 1440P und 1440N von der Schaltung gelöst, so daß das oben beschrie­ bene Problem, das durch parasitäre Dioden, die in den Halb­ leiterschaltern 1440P und 1440N enthalten sind, verursacht wird, nicht auftritt.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die die DC- DC-Leistungswandlereinheiten der Erfindung verwendet, in wel­ cher eine der Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheiten, die oben beschrieben wurden, auf ein serielles elektrisches Hybridfahrzeug angewandt wird.
Komponenten, die mit denen identisch sind, die vorher unter Bezug auf Fig. 12 beschrieben wurden, sind in Fig. 9 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In der Konfiguration wer­ den die Betriebsladevorrichtung 12 und die Notfalladevorrich­ tung 13 in Fig. 12 durch die DC-DC-Leistungswandlereinheit 14, die in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschrie­ ben wurde, ersetzt.
SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Fig. 10 zeigt auch eine Ausführungsform der Erfindung, die die DC-DC-Leistungswandlereinheiten der Erfindung verwendet, in welcher einer der Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlerein­ heiten, die oben beschrieben wurden, auf ein paralleles elek­ trisches Hybridfahrzeug angewendet wird.
Das heißt, in der Konfiguration werden die Betriebsladevor­ richtung 12 und die Notfalladevorrichtung 13 in Fig. 13 durch die DC-DC-Leistungswandlereinheit 14, die in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben ist, ersetzt.
SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM
Fig. 11 zeigt ebenfalls eine Ausführungsform der Erfindung, die die DC-DC-Leistungswandlereinheit der Erfindung verwen­ det, in welcher die Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlerein­ heiten, die oben beschrieben wurden, auf ein elektrisches Fahrzeug angewandt werden, das nur mit der elektrischen Lei­ stung der Hauptelektrizitätsspeichereinheit 40 läuft.
Das heißt, in der Konfiguration werden die Betriebsladevor­ richtung 12 und die Notfalladevorrichtung 13 in Fig. 14 durch die DC-DC-Leistungswandlereinheit 14, die in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben ist, ersetzt.
Der Betrieb der DC-DC-Leistungswandlereinheiten 14 in den Fig. 9 bis 11 wurde vorher in den ersten bis vierten Ausfüh­ rungsformen beschrieben und wird nicht nochmals diskutiert.
In den Ausführungsformen sind die Elektrizitätsspeicherein­ heiten chemische Sekundärbatterien, aber die Erfindung kann natürlich auch auf irgendwelche andere Elektrizitätsspeicher­ einheiten, einschließlich einer physikalischen Batterie, wie einem elektrischen Doppelschicht-Kondensator und einer DC- Leistungsversorgungseinheit mit einer Spannungsschwankung, wie einer Solarbatterie oder einer Flüssigkeitsbatterie ange­ wandt werden.
Eine andere Filterschaltung als der Glättungskondensator auf der Eingangsseite der Hauptelektrizitätsspeichereinheit wird nicht diskutiert, aber eine passende Filterschaltung kann, sofern erforderlich, verbunden werden.
Weiterhin kann die Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlerein­ heit gemäß der Erfindung natürlich nicht nur auf ein Ladesy­ stem in einem elektrischen Fahrzeug angewandt werden, sondern auch auf ein DC-DC-Leistungswandlersystem mit zweiseitig ge­ richtetem Strom zwischen elektrischen Speichereinheiten oder zwischen DC-Leistungsversorgungsvorrichtungen.
Wie oben beschrieben wurde, werden in der Erfindung zweisei­ tig gerichtete Ladesysteme zwischen ersten und zweiten DC- Leistungsversorgungen, wie zwei Elektrizitätsspeichereinhei­ ten in einem Stück als ein einzelne elektrische Isoliation­ styp-DC-DC-Leistungswandlereinheit ausgebildet, so daß die folgenden Vorteile erzielt werden:
  • (1) Es kann eine Miniaturisierung und eine Gewichtsverminde­ rung einer Ladevorrichtung verwirklicht werden; und
  • (2) die Leistungswandlereinheit ist auf verschiedene Ladesy­ steme, die auch ein elektrisches Fahrzeug einschließen, an­ wendbar.
Weiterhin können, wenn die Isolationstyp-DC-DC-Leistungswand­ lereinheit der Erfindung auf ein elektrisches Fahrzeug ange­ wandt wird, die folgenden Vorteile erwartet werden:
  • (1) Es werden eine Miniaturisierung und eine Kostenverminde­ rung der Ladevorrichtung ermöglicht;
  • (2) wenn die Hauptelektrizitätsspeichereinheit ungenügend Leistung aufweist, so kann in einer Notfallbetriebsart durch die Leistung der Hilfselektrizitätsspeichereinheit die Ma­ schine gestartet oder das Fahrzeug betrieben werden, so daß ein sehr zuverlässiges elektrisches Fahrzeug verwirklicht werden kann;
  • (3) die Leistungswandlereinheit ist auf verschiedene Elektri­ zitätsspeichereinheiten und DC-Leistungsversorgungseinheiten, wie elektrische Doppelschicht-Kondensatoren, Solarbatterien, und Flüssigkeitsbatterien, einschließlich chemische Sekundär­ batterien mit großer Spannungsfluktuation anwendbar; und
  • (4) Die Leistungswandlereinheit kann stark zu einer weitver­ breiteten Nutzung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen bei­ tragen.

Claims (13)

1. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Umwan­ deln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung (Gleichspannungsversorgung) und einer zweiten DC- Versorgung, umfassend:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung aufweist;
einen ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
eigen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die einen Halbleiterschalter und eine Diode umfaßt, die invers parallel zwischen dem er­ sten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators verbunden sind;
eine zweite Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter und eine Diode einschließt, die invers parallel zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem anderen Ende der Primär­ windung des Isolationstransformators verbunden sind;
eine dritte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter und eine Diode einschließt, die invers parallel zwischen einem Ende der Sekundärwindung des Isolationstransformators und der Drosselspule verbunden sind;
eine vierte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter und eine Diode einschließt, die invers parallel zwischen einem Knoten der dritten Schaltschaltung und der Drosselspule und dem anderen Ende der Sekundärwindung des Isolationstrans­ formators verbunden sind;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem eine Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur zweiten Se­ kundärwindung fließt;
wobei der eine Strom in den Halbleiterschalter der vier­ ten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität haben.
2. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Umwan­ deln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung umfassend:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung aufweist;
einen ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule umfaßt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen dem ersten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators verbunden sind;
eine zweite Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule einschließt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung des Isolations­ transformators verbunden sind;
eine dritte Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung eines Halbleiterschalters und einer sättigbaren Drosselspule einschließt, in welcher die Serienschaltung und die Diode invers parallel zwischen einem Ende der Sekundär­ windung des Isolationstransformators und der Drosselspule verbunden sind;
eine vierte Schaltschaltung, die eine Diode und eine Se­ rienschaltung aus einem Halbleiterschalter und einer sättig­ baren Drosselspule einschließt, in welcher die Serienschal­ tung und die Diode invers parallel zwischen einem Knoten der dritten Schaltschaltung und der Drosselspule und dem anderen Ende der Sekundärwindung des Isolationstransformators verbun­ den sind;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem eine Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei der eine Strom in den Halbleiterschalter der vier­ ten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität haben.
3. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Umwan­ deln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung umfassend:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung aufweist;
einen ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Schaltungsschalter ist, umfaßt, in wel­ cher entweder die Diode oder der Halbleiterschalter zwischen dem ersten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators durch den Schaltungsänderungs­ schalter verbunden ist;
eine zweite Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, in welcher entweder die Diode oder der Halbleiterschalter zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem anderen Ende der Primärwindung des Isolationstransformators durch den Schaltungsänderungsschalter verbunden ist;
eine dritte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt dem Halbleiterschalter ist, umfaßt, in der entweder die Diode oder der Halbleiterschalter zwi­ schen einem Ende der Sekundärwindung des Isolationstransfor­ mators und der Drosselspule durch den Schaltungsänderungs­ schalter verbunden ist;
eine vierte Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, in welcher entweder die Diode oder der Halbleiterschalter zwischen einem Knoten der dritten Schaltschaltung und der Drosselspule und dem anderen Ende der Sekundärwindung des Is­ olationstransformators durch den Schaltungsänderungsschalter verbunden ist;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem eine Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei der eine Strom in den Halbleiterschalter der vier­ ten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität haben.
4. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit für das Umwan­ deln einer elektrischen Leistung zwischen einer ersten DC- Versorgung und einer zweiten DC-Versorgung umfassend:
einen Isolationstransformator, der eine Primärwindung und eine Sekundärwindung aufweist;
einen ersten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen zweiten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der ersten DC-Versorgung verbunden ist;
einen dritten Eingangsanschluß, der mit einer positiven Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
einen vierten Eingangsanschluß, der mit einer negativen Elektrode der zweiten DC-Versorgung verbunden ist;
eine Drosselspule, die mit dem dritten Eingangsanschluß verbunden ist;
eine erste Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Schaltungsschalter ist, umfaßt, in wel­ cher entweder die Diode oder die Schaltschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und einem Ende der Primärwindung des Isolationstransformators durch den Schaltungsänderungsschal­ ter verbunden ist;
eine zweite Schaltschaltung, die einen Halbleiterschal­ ter, einen Schaltungsänderungsschalter und eine Diode, deren Polarität entgegengesetzt zum Halbleiterschalter ist, umfaßt, in welcher entweder die Diode oder die Schaltschaltung zwi­ schen dem zweiten Eingangsanschluß und dem anderen Ende der Primärwindung des Isolationstransformators durch den Schal­ tungsänderungsschalter verbunden ist;
eine dritte Schaltschaltung zwischen einem Ende der Se­ kundärwindung und dem anderen Ende der Sekundärwindung, die einen ersten Halbleiterschalter und einem zweiten Halbleiter­ schalter, die miteinander in Serie verbunden sind, eine drit­ te Diode und eine vierte Diode, die zueinander in Serie ver­ bunden sind, und einen Schaltungsänderungsschalter, der die Drosselspule entweder mit einem Knoten zwischen den beiden Halbleiterschalter oder einem Knoten zwischen den beiden Di­ oden verbindet, umfaßt;
eine erste Diode, die zwischen dem ersten Eingangsan­ schluß und dem anderen Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsanschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt; und
eine zweite Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsan­ schluß und dem eine Ende der Primärwindung verbunden ist, in welcher ein Strom vom zweiten Eingangsschluß zum ersten Eingangsanschluß fließt;
wobei Ströme in den Halbleiterschaltern der ersten und zweiten Schaltschaltungen vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließen;
wobei das andere Ende der Sekundärwindung mit dem vier­ ten Eingangsanschluß verbunden ist;
wobei ein Strom im ersten Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zur Sekundärwin­ dung fließt;
wobei ein Strom in den zweiten Halbleiterschalter der dritten Schaltschaltung vom dritten Eingangsanschluß zum vierten Eingangsanschluß fließt;
wobei ein Strom in der dritten Diode der dritten Schalt­ schaltung von der Sekundärwindung zum dritten Eingangsan­ schluß fließt;
wobei ein Strom in der zweiten Diode der dritten Schalt­ schaltung vom vierten Eingangsanschluß zum dritten Eingangs­ anschluß fließt; und
wobei das eine Ende der Primärwindung und das eine Ende der Sekundärwindung dieselbe Polarität haben.
5. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die ersten und zweiten Schaltschaltun­ gen für das Steuern einer elektrischen Leistung, die von den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen zu den dritten und vierten Eingangsanschlüssen gesendet wird, gesteuert wird.
6. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die dritten und vierten Schaltschaltungen für das Steuern einer elektrischen Leistung, die von den dritten und vierten Eingangsanschlüssen zu den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen gesendet wird, gesteuert wird.
7. Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit nach Anspruch 4, wobei die dritten Schaltschaltungen für das Steuern einer elektrischen Leistung, die von den dritten Eingangsanschlüs­ sen zu den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen gesendet wird, gesteuert wird.
8. Elektrisches System für ein Elektrofahrzeug, umfassend:
eine Hauptelektrizitätsspeichereinheit für das Antreiben eines Fahrzeuges;
eine Hilfselektrizitätsspeichereinheit für eine Hilfsma­ schine; und
die Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit nach An­ spruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, die zwischen der Hauptelek­ trizitätsspeichereinheit und der Hilfselektrizitätsspeicher­ einheit verbunden ist.
9. Elektrisches System für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Hauptelektrizitätsspeichereinheit eine chemische Sekundärbatterie ist.
10. Elektrisches System für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Hauptelektrizitätsspeichereinheit eine elektri­ sche Doppellagenkondensatorbatterie ist.
11. Elektrisches System für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Hauptelektrizitätsspeichereinheit eine Solarbat­ terie ist.
12. Elektrisches System für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Hauptelektrizitätsspeichereinheit eine Brenn­ stoffbatterie ist.
13. Elektrisches System für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, wobei die Hilfselektrizitätsspeicherein­ heit eine elektrische Doppelschichtkondensatorbatterie ist.
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