JP2000217268A - エンジン自動車の電源システム - Google Patents

エンジン自動車の電源システム

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JP2000217268A
JP2000217268A JP11013078A JP1307899A JP2000217268A JP 2000217268 A JP2000217268 A JP 2000217268A JP 11013078 A JP11013078 A JP 11013078A JP 1307899 A JP1307899 A JP 1307899A JP 2000217268 A JP2000217268 A JP 2000217268A
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JP
Japan
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power
power storage
storage device
engine
charging
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JP11013078A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenori Kinoshita
繁則 木下
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

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  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形・軽量かつ低価格で信頼性の高い電源シ
ステムを提供する。 【解決手段】 車両駆動用の動力を発生する内燃機関エ
ンジンと、このエンジンに連結された回転機と、それぞ
れが第1及び第2の補機の電源として機能する第1及び
第2の蓄電装置と、第1の蓄電装置の電力を用いて第2
の蓄電装置を充電する充電装置とを備え、前記エンジン
を第1の蓄電装置の電力を用いて前記半導体電力変換器
及び回転機を介して始動させるようにしたエンジン自動
車の電源システムに関する。第1の蓄電装置16を、第
2の蓄電装置18とこれに直列接続される第3の蓄電装
置15とから構成し、第2及び第3の蓄電装置18,1
5の正極を第1及び第2の補機9,13並びに充電装置
17に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関エンジン
(以下、必要に応じて単にエンジンという)により駆動
されるエンジン自動車の電源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来から知られているエンジン
自動車(ここでは便宜上、1電源式エンジン自動車とい
う)のパワートレインと電源システムである。同図にお
いて、1は内燃機関エンジン、2はオルタネータ、3は
クラッチ、4は変速機、5はデフギア、6は車輪、7は
エンジンスタータ、8は第1の蓄電装置(補助電池)、
9は第1の補機である。
【0003】第1の蓄電装置8には、12V電池が主に
使用されている。また、第1の補機9には、エアコン用
コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ、照明等の
機器が含まれる。近年これらの機器容量も増大し、第1
の蓄電装置8としての12V電池にとっては大電流負荷
になることから、図6に示す新しいシステムが提案され
ている。
【0004】図6は2電源式エンジン自動車のパワート
レインと電源システムであり、図5と同一の構成要素は
同一番号を付してある。図6において、10は発電動
機、11は発電動機用半導体電力変換器、12は第2の
蓄電装置であって図5の第1の蓄電装置8と同種類のバ
ッテリが使用される。13は第2の蓄電装置12から給
電される第2の補機である。また、14は第2の蓄電装
置12から第1の蓄電装置8を充電するための充電装置
である。
【0005】図6のシステムでは一般に、第2の蓄電装
置12の電圧は第1の蓄電装置8の電圧より高く、36
V以上に選定されている。そして、エアコン用コンプレ
ッサ、パワーステアリング用ポンプ等の回転機補機であ
る第2の補機13には、上記第2の蓄電装置12から給
電されている。
【0006】次に、図6の動作について説明する。発電
動機10としては、電動機と発電機の機能を持たせた多
相交流機が使用される。発電動機用半導体電力変換器1
1には、多相交流機を駆動するために多相インバータが
用いられている。エンジン1の始動時は、第2の蓄電装
置12の電力を用いて電力変換器11により発電動機1
0を電動機運転する。すなわち、エンジン始動時は発電
動機10をエンジンスタータとして作動させる。エンジ
ン1の始動後は、発電動機10を発電機として作動さ
せ、電力変換器11を介して第2の蓄電装置12を充電
する。第2の蓄電装置12から第1の蓄電装置8を充電
するための充電装置14は直流から直流への電力変換を
行うため、直流−直流変換器として一般にチョッパが使
用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した2種類の
蓄電装置を持つ2電源式エンジン自動車においても、従
来の図5の1電源式エンジン自動車と同等の動作信頼性
が要求される。更に、図6のシステムは図5のシステム
に比べて追加機器が多いため、これらの機器が小形・軽
量、安価であることが特に求められる。そこで本発明
は、複数の蓄電装置を備えたエンジン自動車において、
単一電源式と同等の動作信頼性を備え、しかも機器の小
形・軽量化、低価格化を可能にしたエンジン自動車の電
源システムを提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、図6のシステ
ムの図5に対する追加機器の一つである蓄電装置に着目
してなされたもので、2つの蓄電装置を一体化すると共
に、必要に応じてこれら2つの蓄電装置間の充電装置を
電力双方向形とすることにより、電源システムの小形・
軽量化、価格低減並びに動作信頼性の向上を図ろうとす
るものである。
【0009】すなわち、請求項1の発明は、車両駆動用
の動力を発生する内燃機関エンジンと、このエンジンに
連結された回転機と、それぞれが第1及び第2の補機の
電源として機能する第1及び第2の蓄電装置と、第1の
蓄電装置の電力を用いて第2の蓄電装置を充電する充電
装置とを備え、前記エンジンを第1の蓄電装置の電力を
用いて前記半導体電力変換器及び回転機を介して始動さ
せるようにしたエンジン自動車の電源システムにおい
て、第1の蓄電装置を、第2の蓄電装置とこれに直列接
続される第3の蓄電装置とから構成し、第2及び第3の
蓄電装置の正極を第1及び第2の補機並びに前記充電装
置に接続したものである。
【0010】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のエンジン自動車の電源システムにおいて、前記回転
機の発電電力により、前記半導体電力変換器を介して第
1の蓄電装置を充電するものであり、この発明では前記
充電装置が第1の蓄電装置から第2の蓄電装置を充電す
る電力単方向形として作用する。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載のエンジン自動車の電源システムにおいて、前記充
電装置を絶縁形の直流−直流変換器により構成したもの
である。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項3記載のエ
ンジン自動車の電源システムにおいて、前記直流−直流
変換器を電力双方向形とし、この直流−直流変換器を介
して第1、第2の蓄電装置の相互間で充電動作を行わせ
るものである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図1は本発明の第1実施形態を示
すもので、請求項1,2に記載した発明の実施形態に対
応する。図5、図6と同一構成要素は同一番号を付して
ある。図1において、15は第3の蓄電装置であり、第
2の蓄電装置18を構成する電池を2ケ以上直列接続し
て構成されている。また、上記第2の蓄電装置18と第
3の蓄電装置15とを直列接続して第1の蓄電装置16
が構成される。17は第1の蓄電装置16の電力を用い
て第2の蓄電装置18を充電する充電装置である。な
お、第3の蓄電装置15の正極は第2の補機13及び充
電装置17に接続されているとともに、第2の蓄電装置
18の正極は第1の補機9及び充電装置17に接続され
ている。
【0014】図2は、図1における充電装置17の詳細
な構成を周辺回路と併せて示したもので、請求項3に記
載した発明の実施形態に相当する。なお、図1と同一構
成要素は同一番号を付してある。図2の充電装置17は
絶縁形の直流−直流変換器を構成しており、171は絶
縁変圧器、172は直流−交流変換器、173は交流−
直流変換器である。
【0015】図3は上記充電装置17の具体例について
示したものであり、図2と同一構成要素は同一番号を付
してある。図3の充電装置17はフライバック形と称さ
れる回路方式であり、絶縁変圧器171をフライバック
トランス171aにより、直流−交流変換器172をF
ETからなる半導体スイッチング素子172a及び逆並
列接続されたダイオード172bにより、また、交流−
直流変換器173をダイオード173aによりそれぞれ
構成してある。
【0016】図3は、充電電力の流れが単方向の場合、
すなわち第1の蓄電装置16から第2の蓄電装置18に
向かう一方向のみである場合を示している。この実施形
態における充電電力の制御は、スイッチング素子172
aのオン時間とオフ時間との比を制御して行う。フライ
バック形の制御動作については周知であるため、ここで
は説明を省略する。
【0017】次に、図4は第2実施形態であり、請求項
4に記載した発明の実施形態に対応する。ここで、図1
〜図3と同一構成要素は同一番号を付してある。図4に
おいて、17aは図2の電力単方向形充電装置17に対
応するもので、電力双方向形充電装置である。また、1
00は図2の絶縁変圧器171に対応する絶縁変圧器で
あり、100aは一次巻線、100bは二次巻線を示し
ている。101,102は一次巻線100aに直列接続
された半導体スイッチング素子、110,111は二次
巻線100bの両端に直列接続された半導体スイッチン
グ素子、103,104,112,113は各半導体ス
イッチング素子101,102,110,111にそれ
ぞれ逆並列接続されたダイオードである。
【0018】更に、105,106は絶縁変圧器100
の一次側に接続された励磁電流還流ダイオード、10
7,115は充電装置17aの各入力端に接続されて入
力フィルタを構成するコンデンサ、114は平滑リアク
トルである。また、コンデンサ107の両端は第3の蓄
電装置15の正極と接地間に接続され、コンデンサ11
5の両端は第2の蓄電装置18の正極、負極に接続され
ている。
【0019】次に、図4の制御動作について説明する。
第1の蓄電装置16から第2の蓄電装置18への充電時
には、スイッチング素子110,111をオフし、スイ
ッチング素子101,102をスイッチングする。この
時、ダイオード112,113は整流回路として動作
し、二次巻線100bに発生する交流電圧を整流して平
滑リアクトル114を介し第2の蓄電装置18に供給す
る。充電制御は、スイッチング素子101,102のオ
ン時間とオフ時間との比を制御して行う。この回路方式
は、前述のフライバック式に対して2石フォワード式と
称されている。この方式の制御動作も周知であるため、
ここでは詳述しない。
【0020】次いで、第2の蓄電装置18から第1の蓄
電装置16への充電時には、スイッチング素子101,
102をオフし、スイッチング素子111をスイッチン
グするるとともに、スイッチング素子110をダイオー
ドとして動作させ、スイッチング素子111のオフと同
時にスイッチング素子110をオンする。すなわち、ス
イッチング素子110はスイッチング素子111に対し
て同期整流回路として動作させる。このとき、ダイオー
ド103,104は整流回路として動作する。なお、ス
イッチング素子111,110及び平滑リアクトル11
4からなるスイッチング回路は周知の同期整流形昇圧チ
ョッパ回路であるため、ここではその動作の詳述を省略
する。
【0021】上記のように図4の電力双方向形充電装置
17aによれば、単一の充電装置により、第1の蓄電装
置16から第2の蓄電装置18への充電、及び、第2の
蓄電装置18から第1の蓄電装置16への充電の双方向
充電が可能である。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明においては、エンジ
ン自動車における補機用の2種類の蓄電装置を一体化す
ると共に、これらの蓄電装置間の充電装置を単一の電力
双方向形充電装置とすることにより、次のような効果が
期待される。 (1)蓄電装置の一体化により、小形・軽量で安価なエ
ンジン自動車の電源システムを実現できる。 (2)従来のように2つの蓄電装置を個別の充電装置に
より充電する方式に比べ、充電装置の制御回路等も共通
化、簡略化されるので、信頼性の高い電源システムを得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す電源システムの回
路構成図である。
【図2】図1の主要部を示す回路構成図である。
【図3】図2における充電装置の具体的な回路構成図で
ある。
【図4】本発明の第2実施形態を示す電源システムの主
要部の回路構成図である。
【図5】従来技術としての1電源式エンジン自動車のパ
ワートレインと電源システムの構成図である。
【図6】従来技術としての2電源式エンジン自動車のパ
ワートレインと電源システムの構成図である。
【符号の説明】
1 内燃機関エンジン 3 クラッチ 4 変速機 5 デフギア 6 車輪 9 第1の補機 10 発電動機 11 発電動機用半導体電力変換器 13 第2の補機 15 第3の蓄電装置 16 第1の蓄電装置 17,17a 充電装置 18 第2の蓄電装置 100,171 絶縁変圧器 100a 一次巻線 100b 二次巻線 101,102,110,111,172a 半導体ス
イッチング素子 103,104,105,106,112,113,1
72b,173a ダイオード 107,115 フィルタコンデンサ 114 電流平滑リアクトル 171a フライバックトランス 172 直流−交流変換器 173 交流−直流変換器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両駆動用の動力を発生する内燃機関エ
    ンジンと、このエンジンに連結された回転機と、それぞ
    れが第1及び第2の補機の電源として機能する第1及び
    第2の蓄電装置と、第1の蓄電装置の電力を用いて第2
    の蓄電装置を充電する充電装置とを備え、前記エンジン
    を第1の蓄電装置の電力を用いて前記半導体電力変換器
    及び回転機を介して始動させるようにしたエンジン自動
    車の電源システムにおいて、 第1の蓄電装置を、第2の蓄電装置とこれに直列接続さ
    れる第3の蓄電装置とから構成し、第2及び第3の蓄電
    装置の正極を第1及び第2の補機並びに前記充電装置に
    接続したことを特徴とするエンジン自動車の電源システ
    ム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエンジン自動車の電源シ
    ステムにおいて、 前記回転機の発電電力により、前記半導体電力変換器を
    介して第1の蓄電装置を充電することを特徴とするエン
    ジン自動車の電源システム。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のエンジン自動車
    の電源システムにおいて、 前記充電装置を絶縁形の直流−直流変換器により構成し
    たことを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のエンジン自動車の電源シ
    ステムにおいて、 前記直流−直流変換器を電力双方向形とし、この直流−
    直流変換器を介して第1、第2の蓄電装置の相互間で充
    電動作を行わせることを特徴とするエンジン自動車の電
    源システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040000041A (ko) * 2002-06-19 2004-01-03 기아자동차주식회사 차량의 이중 전원 공급 구조
JP2009213242A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Japan Aerospace Exploration Agency キャパシタ電源システム
KR101395774B1 (ko) * 2012-09-17 2014-05-16 덕원이엔티 주식회사 장애인용 전기자동차의 상호 충전 제어 장치

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