JP3606760B2

JP3606760B2 - Hybrid electric vehicle power supply system

Info

Publication number: JP3606760B2
Application number: JP07890999A
Authority: JP
Inventors: 繁則木下; 淳山田
Original assignee: UD Trucks Corp; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; UD Trucks Corp
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000278807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタ電池を主蓄電装置に使用したハイブリッド電気自動車の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、ハイブリッド電気自動車の主蓄電装置に電気二重層キャパシタを適用した電源システムの基本構成を示す。従来、蓄電装置には化学電池を適用していたが、化学電池は充放電サイクル寿命が短く、かつ、高出力作動時の効率が悪いため、最近では電気二重層キャパシタ電池の適用が提案されている。
【０００３】
図１２において、１はエンジン、２は交流発電機、３は整流器、４は主蓄電装置、５は車両駆動用交流電動機６を駆動するインバータであり、これらのエンジン１、発電機２、整流器３、主蓄電装置４、インバータ及び電動機６までがパワートレインである。主蓄電装置４は、複数の電気二重層キャパシタセル４１，４２，４３，……を直列接続した電気二重層キャパシタ電池から構成されている。なお、図１２では、電動機６以降の車両駆動機構とエアコン等の補機系については図示を省略してある。
【０００４】
図１２は、シリーズハイブリッド式の電気自動車であり、エンジン１及び発電機２によって発生した電力の一部または全部を主蓄電装置４に充電する。そして、エンジン１及び発電機２により発生した電力と主蓄電装置４の電力との両方を用いて、インバータ５を介し電動機６により車両を駆動している。
加速時は、発電機２の電力と主蓄電装置４の電力、または主蓄電装置４のみの電力を用い、インバータ５を介して電動機６を加速駆動する。一方、回生制動時は、電動機６に発生した制動電力をインバータ５を介して主蓄電装置４に回生する。
【０００５】
前述したように、主蓄電装置４は車両の加速時には放電、回生制動時には充電の繰り返し作動となり、その回数は数万回にも達する。ハイブリッド電気自動車用主蓄電装置は、この充放電サイクル回数に耐えるものでなくてはならない。
前述の電気二重層キャパシタ電池から構成される蓄電装置はこの性能を有しており、ハイブリッド電気自動車用として優れた蓄電装置であると言える。
図１２に示した主蓄電装置４の電気二重層キャパシタ電池は、従来の化学二次電池を多数直列接続した組電池と同じく、電気二重層キャパシタセル４１，４２，４３，……を多数直列接続した構成となっている。
【０００６】
さて、電気二重層キャパシタの蓄電エネルギはキャパシタの電圧の２乗に比例する。言い換えれば、直流電源として使用した場合、消費エネルギの増大に応じて電気二重層キャパシタの電圧は低下していく。
仮にエネルギの７５％を使用すると、電圧は１／２に低下する。過放電状態になると電圧は更に低下し、従来の化学電池の放電終止状態に相当する過放電になると、キャパシタ電池はほぼ零になってしまう。これに対し、従来の化学電池では、過放電状態に至っても電圧は満充電時の電圧の１／２以上を保っている。
【０００７】
図１３は、放電量（ＤＯＤ）に対する主蓄電装置の端子電圧について、化学電池と電気二重層キャパシタ電池とを比較して示したものである。同図においてａは化学電池、ｂは電気二重層キャパシタ電池の特性を示している。同図から、放電量が９０％以上の放電状態において、化学電池では約５０％以上の電圧であるのに対し、電気二重層キャパシタ電池では電圧がほぼ零近くになってしまう。
【０００８】
図１２に示した電気二重層キャパシタ電池はキャパシタセル４１，４２，４３，……を多数直列接続した構成で示してあるが、通常は、図１４に示すように多数のキャパシタセル（４１１〜４１３，４２１〜４２３，４３１〜４３３）を直並列接続した構成となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示したようにエンジン発電機により電気二重層キャパシタ電池を充電する場合、大きな問題は電気二重層キャパシタ電池の初期充電と予備放電である。
初期充電は電気二重層キャパシタ電池の電圧が零からの充電であり、予備充電は電気二重層キャパシタ電池の電圧が規定電圧以下からの充電である。発電機の最低電圧はエンジンのアイドリング運転時の発生電圧以下にはできない。
従来の化学電池では、車両搭載後に１回初期充電を行えば、電池電圧は満充電時の１／２以上の電圧が確保され、発電機と整流器の制御によって充電電流を規定値に制御して充電することが可能であった。
【００１０】
しかし、電気二重層キャパシタ電池の場合、過放電状態では電圧値がほぼ零状態になることがある。この場合、従来の化学電池の場合のように、エンジン発電機と整流器の制御によって充電することは不可能となる。このため、従来では図１５に示すような外部電源からの充電方式が採用されている。
【００１１】
図１５において、図１２と同一構成要素は同一の番号を付してある。同図において、１００はハイブリッド電気自動車であり、実質的に図１２と同一の構成である。７は外部電源、８は充電器、９は自動車１００と充電器８とを接続する接続部である。
主蓄電装置４である電気二重層キャパシタ電池の初期充電または予備充電時は、充電器８を自動車１００の接続部９に接続して、外部電源７から充電する。
【００１２】
この従来の充電方式では、次の大きな問題があった。
（１）初期充電または予備充電の度に外部電源からの充電を行う必要があり、電気二重層キャパシタ電池の充電作業が煩雑となる。
（２）外部電源を確保できない場所では予備充電が不可能となる。この予備充電が不可能になるとハイブリッド電気自動車は走行できなくなり、自動車としては致命的問題となる。
【００１３】
そこで本発明は、電気二重層キャパシタ電池を主蓄電装置に使用したハイブリッド電気自動車において、エンジン発電機の出力を利用して電気二重層キャパシタ電池の初期充電及び予備充電を行うようにした電源システムを提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本的に、電気二重層キャパシタ電池からなる主蓄電装置の端子電圧が零であったりほぼ零に近いような規定値以下の値であるときに、この主蓄電装置をエンジン発電機及び整流器を介して充電することを特徴とする。
また、本発明は、交流発電機の出力短絡電流は発電機自体のインピーダンスによって決まることに着目してなされたもので、主蓄電装置の端子電圧が規定値以下の状態で充電する場合に、発電機自体のインピーダンスを、充電電流が規定値以下になるような大きさとするものである。
更に、発電機と整流器との間にインピーダンスからなる限流回路を設けたり、整流器と主蓄電装置との間に抵抗を接続する等の手段により、主蓄電装置の充電電流を規定値以下に制限するものである。
【００１５】
【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実施形態の主要部を示しており、請求項１に記載した発明の実施形態に相当する。なお、図１２と同一構成要素には同一の番号を付してある。
【００１６】
図１において、交流発電機２は永久磁石形同期発電機であり、３相の場合で示してある。
整流器３は電圧形自励整流器であり、半導体スイッチアーム３１ｕ，３１ｖ，３１ｗ，３１ｘ，３１ｙ，３１ｚからなる３相ブリッジ構成である。これらのスイッチアームは、半導体スイッチング素子とダイオードとを図示のように逆並列接続して構成されている。図では、半導体スイッチアーム３１ｕ，３１ｘの半導体スイッチング素子３１０ｕ，３１０ｘ及びダイオード３１１ｕ，３１１ｘのみに番号を付し、他のスイッチアームについては省略してある。
また、整流器３の直流出力側両端には電気二重層キャパシタ電池からなる主蓄電装置４が接続されている。
【００１７】
次に、図１の実施形態の充電動作について図２を参照しつつ説明する。図２において、図１と同一構成要素は同一の番号を付してある。
図２に示す整流器３の制御方式は、公知のＰＷＭ制御（正弦波−三角波変調方式）である。この制御の場合、電気二重層キャパシタ電池（主蓄電装置４）の電圧ｖ_ｃと発電機線間電圧実効値ｖ_ｇとの間には、数式１の関係が常に保たれている。
【００１８】
【数１】
ｖ_ｇ≦（１．５）^１／２／２×ｖ_ｃ
【００１９】
しかし、ｖ_ｃが上式に示す電圧値より小さい場合、つまり零電圧等である場合には、整流器３の正常な制御が行えないので、次のようにする。
すなわち、整流器３の制御動作を停止した状態でエンジン１を始動し、アイドリング回転数で運転する。これにより、交流発電機２にはアイドリング回転に対応した電圧が発生する。
このとき、発電機線間電圧の尖頭値電圧は主蓄電装置４の電圧ｖ_ｃより大であるので、図２の矢印方向（図示の例ではＵ相からＶ相に流れる方向）に電流が流れ、主蓄電装置４を充電する。
【００２０】
図３は、図２の充電時における主要部の等価回路図である。同図において、２ａは発電機２の誘起電圧源であり、電圧ｖ_ｇを発生している。２ｂは発電機２の巻線の等価インピーダンスであり、巻線の等価リアクタンス２０ｂと巻線の等価抵抗２１ｂとを合成したものである。主蓄電装置４の充電電流ｉ_ｃは、このインピーダンス２ｂにより制限された電流となる。なお、３１１ｕ，３１１ｖはそれぞれ半導体スイッチアーム３１ｕ，３１ｙのダイオードである。
【００２１】
図４は、充電時の各部の動作波形を示したものである。同図において、ｎはエンジン１の回転数、ｖ_ｇは発電機２の誘起電圧（線間電圧実効値）、ｖ_ｃは主蓄電装置４の電圧、ｉ_ｃは主蓄電装置４の充電電流である。この例では、発電機２が永久磁石形同期発電機の場合の動作を示してある。
【００２２】
図４において、時刻ｔ＝０でエンジン１を始動する。エンジン回転数が上昇し、アイドリング回転数Ｎ_０で回転を継続する。このとき、発電機２の誘起電圧ｖ_ｇもエンジン回転数に比例して上昇する。
発電機誘起電圧ｖ_ｇの上昇に応じて、充電電流ｉ_ｃが流れるので、主蓄電装置４は充電され、その電圧ｖ_ｃは次第に上昇する。一方、発電機誘起電圧ｖ_ｇは一定であるので、主蓄電装置４の電圧ｖ_ｃの上昇に応じて、充電電流ｉ_ｃは減少する。
その後、時刻ｔ＝Ｔの時点で主蓄電装置４の電圧ｖ_ｃが充電完了電圧Ｖ_０に達したら充電を完了する。そして、エンジン１を停止することにより充電動作を終了する。
【００２３】
次に、図５は本発明の第２実施形態の主要部を示す回路構成図であり、請求項２に記載した発明の実施形態に相当する。図５において、図１と同一の構成要素は同一の番号を付してある。
この実施形態では、交流発電機２と整流器３との間に限流回路２００を接続する。図５は３相の場合で示してあり、インピーダンス２００ｕ，２００ｖ，２００ｗを各々各相に直列に接続する。また、主蓄電装置４の予備充電が完了したら各インピーダンス２００ｕ，２００ｖ，２００ｗを短絡するため、短絡スイッチ２０１ｕ，２０１ｖ，２０１ｗを各インピーダンスに図示のように並列に接続する。
【００２４】
図５の実施形態では、主蓄電装置４の充電電流を規定値以下に保つために必要な発電機２のインピーダンスの不足分として、インピーダンス２００ｕ，２００ｖ，２００ｗを発電機の外部に付加して充電電流を限流するものである。
また、これらのインピーダンスは、請求項３に示すように限流効果が等しい抵抗としても良いし、また請求項４に示すように、限流効果が等しいリアクトルとしても良い。
【００２５】
図６は、本発明の第３実施形態の主要部を示す回路構成図であり、請求項５に記載した発明の実施形態に相当する。図６において、図１２と同一構成要素は同一番号を付してある。
図６の実施形態では、整流器３と主蓄電装置４との間に抵抗３２を接続する。また、この抵抗３２には、主蓄電装置４の予備充電が完了したら短絡するスイッチ３３を並列に接続する。
【００２６】
図７は、本発明の第４実施形態の主要部を示す回路構成図であり、請求項６に記載した発明の実施形態に相当する。図７では３相の場合で示してあり、発電機２と整流器３との間の１相に交流開閉器２１が挿入されている。また、図１２と同一構成要素は同一番号を付してある。
【００２７】
この実施形態では、主蓄電装置４の初期充電または予備充電時は交流開閉器２１を開動作にして、整流器３を単相整流器動作させる。３相の場合には、整流器３の無負荷出力電圧（平均値）は発電機２の無負荷線間電圧実効値の約１．３５倍となるが、単相にすると約０．９倍となり、充電電圧が低下して充電電流が減少する。本実施形態は、特に、充電電流が大きく、電流低減が必要な場合に有効である。
【００２８】
図８は、本発明の第５実施形態の主要部を示す回路構成図であり、請求項７に記載した発明の実施形態に相当する。図８において、図１２と同一構成要素は同一番号を付してある。
図８の実施形態では、主蓄電装置４の初期充電または予備充電時はインバータ５を主蓄電装置４から切り離すためのスイッチ１０を主蓄電装置４とインバータ５との間に挿入する。主蓄電装置４の初期充電または予備充電時はスイッチ１０を作動させて、インバータ５を主蓄電装置４から切り離す。
【００２９】
図９は、本発明の第６実施形態の主要部を示す回路構成図であり、請求項８，９に記載した発明の実施形態に相当する。図９において、図８と同一構成要素は同一番号を付してある。
図９において、１ａは主蓄電装置４の充電時に、その充電電圧に応じてエンジン１のアイドリング回転数を可変制御するための回転数指令装置であり、本実施形態はこの指令装置１ａを図８の構成に付加したものである。
【００３０】
図１０は、図９における各部の動作について示したもので、この例は、主蓄電装置４の充電電流ｉ_ｃがほぼ一定になるように、エンジン１のアイドリング回転数ｎを回転数指令装置１ａにより連続制御している場合を示している。発電機誘起電圧ｖ_ｇはアイドリング回転数ｎに比例して変化し、主蓄電装置４の電圧ｖ_ｃは直線的に上昇して時刻ｔ＝Ｔの時点で充電完了電圧Ｖ_０に到達し、充電を完了する。そして、エンジン１を停止することにより充電動作を終了する。
【００３１】
図１１は、図９の実施形態の他の動作例について示したもので、主蓄電装置４の充電電圧により、エンジン１のアイドリング回転数を２段階に切替える場合である。
これらの図１０、図１１に示す充電方式の場合は、図４に示した充電方式に比べて充電時間が大幅に短縮される。
【００３２】
なお、上記実施形態では本発明をシリーズハイブリッド電気自動車に適用した場合につき説明したが、パラレルハイブリッド電気自動車を初めとする他のハイブリッド電気自動車（エンジン発電機と主蓄電装置としての電気二重層キャパシタ電池を搭載した電気自動車）に対して本発明を適用可能であることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、主蓄電装置として電気二重層キャパシタ電池を用いたエンジン発電機搭載形のハイブリッド電気自動車において、主蓄電装置の初期充電及び予備充電をエンジン発電機及び整流器を介して行なうようにした電源システムであるため、次の効果が期待される。
１）主蓄電装置（電気二重層キャパシタ電池）の初期充電及び予備充電を車載のエンジン発電機から直接行なうことができ、従来のような外部電源からの充電が不要になるため、実用性の高いハイブリッド電気自動車の電源システムを実現することができる。
２）ハイブリッド電気自動車の主蓄電装置として電気二重層キャパシタ電池の適用を推進させ、長寿命な電池の実現により実用的なハイブリッド電気自動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の主要部を示す回路構成図である。
【図２】図１の充電時の動作説明図である。
【図３】図２の主要部の等価回路図である。
【図４】図３における各部の動作波形図である。
【図５】本発明の第２実施形態の主要部を示す回路構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態の主要部を示す回路構成図である。
【図７】本発明の第４実施形態の主要部を示す回路構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態を示すハイブリッド電気自動車の電源システムの構成図である。
【図９】本発明の第６実施形態を示すハイブリッド電気自動車の電源システムの構成図である。
【図１０】図９の動作説明図である。
【図１１】図９の他の動作説明図である。
【図１２】従来のハイブリッド電気自動車の電源システムの回路構成図である。
【図１３】図１２の動作説明図である。
【図１４】主蓄電装置の構成図である。
【図１５】主蓄電装置の初期充電及び予備充電の説明図である。
【符号の説明】
１エンジン
１ａアイドリング回転数指令装置
２交流発電機
２ａ発電機誘起電圧源
２ｂ発電機巻線等価インピーダンス
３整流器
４主蓄電装置（電気二重層キャパシタ電池）
５インバータ
６車両駆動用交流電動機
７外部電源
８充電器
９接続部
１０，３３スイッチ
２０ｂ発電機巻線等価リアクタンス
２１交流開閉器
２１ｂ発電機巻線等価抵抗
３１ｕ，３１ｖ，３１ｗ，３１ｘ，３１ｙ，３１ｚ半導体スイッチアーム
３２抵抗
４１，４２，４３，４１１，４１２，４１３，４２１，４２２，４２３，４３１，４３２，４３３電気二重層キャパシタセル
１００ハイブリッド電気自動車
２００限流回路
２００ｕ，２００ｖ，２００ｗインピーダンス
２０１ｕ，２０１ｖ，２０１ｗインピーダンス短絡スイッチ
３１０ｕ，３１０ｖ，３１０ｗ，３１０ｘ，３１０ｙ，３１０ｚ半導体スイッチング素子
３１１ｕ，３１１ｖ，３１１ｗ，３１１ｘ，３１１ｙ，３１１ｚダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply system for a hybrid electric vehicle using an electric double layer capacitor battery as a main power storage device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 shows a basic configuration of a power supply system in which an electric double layer capacitor is applied to a main power storage device of a hybrid electric vehicle. Conventionally, chemical batteries have been applied to power storage devices, but since chemical batteries have a short charge / discharge cycle life and poor efficiency during high-power operation, the application of electric double layer capacitor batteries has recently been proposed. Yes.
[0003]
In FIG. 12, 1 is an engine, 2 is an AC generator, 3 is a rectifier, 4 is a main power storage device, 5 is an inverter that drives an AC motor 6 for driving a vehicle, and these engine 1, generator 2, rectifier 3. The main power storage device 4, the inverter, and the electric motor 6 are the power train. Main power storage device 4 is constituted by an electric double layer capacitor battery in which a plurality of electric double layer capacitor cells 41, 42, 43,... Are connected in series. In addition, in FIG. 12, illustration is abbreviate | omitted about auxiliary machinery systems, such as a vehicle drive mechanism after the electric motor 6, and an air conditioner.
[0004]
FIG. 12 shows a series hybrid electric vehicle, in which the main power storage device 4 is charged with part or all of the electric power generated by the engine 1 and the generator 2. The vehicle is driven by the electric motor 6 through the inverter 5 using both the electric power generated by the engine 1 and the generator 2 and the electric power of the main power storage device 4.
At the time of acceleration, the electric motor 6 is accelerated and driven through the inverter 5 using the electric power of the generator 2 and the electric power of the main power storage device 4 or the electric power of only the main power storage device 4. On the other hand, during regenerative braking, the braking power generated in the electric motor 6 is regenerated to the main power storage device 4 via the inverter 5.
[0005]
As described above, the main power storage device 4 is repeatedly discharged during the acceleration of the vehicle and charged during the regenerative braking, and the number of times reaches tens of thousands of times. The main power storage device for a hybrid electric vehicle must withstand this number of charge / discharge cycles.
The power storage device including the above-described electric double layer capacitor battery has this performance, and can be said to be an excellent power storage device for a hybrid electric vehicle.
The electric double layer capacitor battery of the main power storage device 4 shown in FIG. 12 has a large number of electric double layer capacitor cells 41, 42, 43,... Connected in series in the same manner as an assembled battery in which a large number of conventional chemical secondary batteries are connected in series. It has become the composition.
[0006]
The stored energy of the electric double layer capacitor is proportional to the square of the capacitor voltage. In other words, when used as a DC power supply, the voltage of the electric double layer capacitor decreases as the energy consumption increases.
If 75% of the energy is used, the voltage drops to ½. In the overdischarge state, the voltage further decreases, and in the case of an overdischarge corresponding to the discharge end state of the conventional chemical battery, the capacitor battery becomes almost zero. On the other hand, in the conventional chemical battery, even if it reaches an overdischarged state, the voltage is maintained at ½ or more of the fully charged voltage.
[0007]
FIG. 13 shows a comparison between the chemical battery and the electric double layer capacitor battery with respect to the terminal voltage of the main power storage device with respect to the discharge amount (DOD). In the figure, a indicates the characteristics of the chemical battery and b indicates the characteristics of the electric double layer capacitor battery. From the figure, in the discharge state where the discharge amount is 90% or more, the voltage is about 50% or more in the chemical battery, whereas in the electric double layer capacitor battery, the voltage is almost zero.
[0008]
The electric double layer capacitor battery shown in FIG. 12 is shown in a configuration in which a large number of capacitor cells 41, 42, 43,... Are connected in series, but usually a large number of capacitor cells (411 to 413) are used as shown in FIG. , 421 to 423, 431 to 433) are connected in series and parallel.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When the electric double layer capacitor battery is charged by the engine generator as shown in FIG. 12, the major problem is the initial charge and preliminary discharge of the electric double layer capacitor battery.
The initial charging is charging when the voltage of the electric double layer capacitor battery is zero, and the preliminary charging is charging when the voltage of the electric double layer capacitor battery is equal to or lower than a specified voltage. The minimum generator voltage cannot be less than the voltage generated during engine idling.
With conventional chemical batteries, if the initial charge is performed once after the vehicle is mounted, the battery voltage is secured at least half that of a fully charged battery, and the charging current is controlled to a specified value by controlling the generator and rectifier. It was possible to charge.
[0010]
However, in the case of an electric double layer capacitor battery, the voltage value may become almost zero in an overdischarged state. In this case, as in the case of a conventional chemical battery, it becomes impossible to charge by controlling the engine generator and the rectifier. For this reason, a charging method from an external power source as shown in FIG. 15 has been conventionally employed.
[0011]
15, the same components as those in FIG. 12 are given the same numbers. In the figure, reference numeral 100 denotes a hybrid electric vehicle, which has substantially the same configuration as FIG. 7 is an external power source, 8 is a charger, and 9 is a connecting portion for connecting the automobile 100 and the charger 8.
At the time of initial charging or preliminary charging of the electric double layer capacitor battery that is the main power storage device 4, the charger 8 is connected to the connection portion 9 of the automobile 100 and charged from the external power source 7.
[0012]
This conventional charging method has the following major problems.
(1) It is necessary to perform charging from an external power source every time initial charging or preliminary charging, and the charging operation of the electric double layer capacitor battery becomes complicated.
(2) Preliminary charging is impossible in places where external power cannot be secured. If this preliminary charging becomes impossible, the hybrid electric vehicle cannot run and becomes a fatal problem for the vehicle.
[0013]
Therefore, the present invention provides a power supply system that performs initial charging and preliminary charging of an electric double layer capacitor battery using an output of an engine generator in a hybrid electric vehicle using the electric double layer capacitor battery as a main power storage device. It is something to be offered.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, basically, when the terminal voltage of a main power storage device composed of an electric double layer capacitor battery is a value equal to or less than a specified value such as zero or nearly zero, the main power storage device is And charging via a rectifier.
Further, the present invention was made by paying attention to the fact that the output short-circuit current of the AC generator is determined by the impedance of the generator itself, and when the terminal voltage of the main power storage device is charged in a state below a specified value, The impedance of the machine itself is set to such a magnitude that the charging current is below a specified value.
Furthermore, the charging current of the main power storage device is limited to a specified value or less by providing a current limiting circuit consisting of impedance between the generator and the rectifier or connecting a resistor between the rectifier and the main power storage device. To do.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 shows a main part of a first embodiment of the present invention, and corresponds to an embodiment of the invention described in claim 1 . In addition, the same number is attached | subjected to the same component as FIG.
[0016]
In FIG. 1, an AC generator 2 is a permanent magnet type synchronous generator, and is shown in the case of three phases.
The rectifier 3 is a voltage-type self-excited rectifier, and has a three-phase bridge configuration including semiconductor switch arms 31u, 31v, 31w, 31x, 31y, and 31z. These switch arms are configured by connecting a semiconductor switching element and a diode in antiparallel as shown in the figure. In the figure, only the semiconductor switching elements 310u and 310x and the diodes 311u and 311x of the semiconductor switch arms 31u and 31x are numbered, and the other switch arms are omitted.
A main power storage device 4 made of an electric double layer capacitor battery is connected to both ends of the DC output side of the rectifier 3.
[0017]
Next, the charging operation of the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The control method of the rectifier 3 shown in FIG. 2 is a well-known PWM control (sine wave-triangular wave modulation method). For this control, between the voltage v _c and the generator line voltage effective value v _g of the electric double layer capacitor cell (main power storage device 4), and the relationship of Equation 1 is always maintained.
[0018]
[Expression 1]
v _g ≦ (1.5) ^1/2 / 2 × v _c
[0019]
However, if v _c is smaller than the voltage value shown in the above equation, that is, if a zero voltage or the like, since the normal control of the rectifier 3 can not be performed, is as follows.
That is, the engine 1 is started with the control operation of the rectifier 3 stopped, and is operated at idling speed. As a result, a voltage corresponding to idling rotation is generated in the AC generator 2.
At this time, since the peak value voltage of the voltage between the generator line is a larger than the voltage v _c of the main power storage device 4, the current (direction of flow in the V phase from the U-phase in the illustrated example) the direction of the arrow in FIG. 2 The main power storage device 4 is charged.
[0020]
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the main part during charging in FIG. In the figure, 2a is the induced voltage source of the generator 2, which generates a voltage v _g. Reference numeral 2b denotes an equivalent impedance of the winding of the generator 2, which is a combination of the equivalent reactance 20b of the winding and the equivalent resistance 21b of the winding. Charging current _ic of main power storage device 4 is a current limited by this impedance 2b. 311u and 311v are diodes of the semiconductor switch arms 31u and 31y, respectively.
[0021]
FIG. 4 shows an operation waveform of each part during charging. In the figure, n represents the rotational speed of the engine 1, v _g is the induced voltage (the line voltage effective value) of the generator 2, v _c is the main power storage device 4 of the voltage, i _c is the main power storage device 4 of the charging current is there. In this example, the operation when the generator 2 is a permanent magnet type synchronous generator is shown.
[0022]
In FIG. 4, the engine 1 is started at time t = 0. Engine speed is increased, it continues to rotate in the idling speed N _0. At this time, the induced voltage of the generator 2 v _g also rises in proportion to the engine speed.
In response to an increase in the generator induced voltage v _g, since charging current flows i _c, the main power storage device 4 is charged, the voltage v _c is gradually increased. On the other hand, since the generator induced voltage v _g is constant, in response to an increase in the voltage v _c of the main power storage device 4, the charging current i _c is reduced.
Thereafter, the voltage v _c of the main power storage device 4 at time t = T completes the charge reaches the fully charged voltage V _0. Then, the charging operation is terminated by stopping the engine 1.
[0023]
Next, FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing the main part of the second embodiment of the present invention, which corresponds to the embodiment of the invention described in claim 2 . In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
In this embodiment, a current limiting circuit 200 is connected between the AC generator 2 and the rectifier 3. FIG. 5 shows a case of three phases, and impedances 200u, 200v, and 200w are connected in series to each phase. Moreover, in order to short-circuit each impedance 200u, 200v, 200w when the precharge of the main power storage device 4 is completed, short-circuit switches 201u, 201v, 201w are connected in parallel to each impedance as shown in the figure.
[0024]
In the embodiment of FIG. 5, charging is performed by adding impedances 200u, 200v, and 200w to the outside of the generator as a deficiency of the impedance of the generator 2 necessary to keep the charging current of the main power storage device 4 below a specified value. The current is limited.
Further, these impedances may be resistors having the same current limiting effect as shown in claim 3 , or may be reactors having the same current limiting effect as shown in claim 4 .
[0025]
FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing the main part of the third embodiment of the present invention, and corresponds to the embodiment of the invention described in claim 5 . In FIG. 6, the same components as those in FIG.
In the embodiment of FIG. 6, a resistor 32 is connected between the rectifier 3 and the main power storage device 4. In addition, a switch 33 that is short-circuited when the precharge of the main power storage device 4 is completed is connected to the resistor 32 in parallel.
[0026]
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing the main part of the fourth embodiment of the present invention, and corresponds to the embodiment of the invention described in claim 6 . FIG. 7 shows a case of three phases, and an AC switch 21 is inserted in one phase between the generator 2 and the rectifier 3. Also, the same components as those in FIG.
[0027]
In this embodiment, when the main power storage device 4 is initially charged or preliminarily charged, the AC switch 21 is opened, and the rectifier 3 is operated as a single-phase rectifier. In the case of three phases, the no-load output voltage (average value) of the rectifier 3 is about 1.35 times the effective value of the no-load line voltage of the generator 2; The charging voltage decreases and the charging current decreases. This embodiment is particularly effective when the charging current is large and current reduction is necessary.
[0028]
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing the main part of the fifth embodiment of the present invention, which corresponds to the embodiment of the invention described in claim 7 . In FIG. 8, the same components as those in FIG.
In the embodiment of FIG. 8, a switch 10 for disconnecting the inverter 5 from the main power storage device 4 is inserted between the main power storage device 4 and the inverter 5 at the time of initial charging or preliminary charging of the main power storage device 4. During initial charging or preliminary charging of main power storage device 4, switch 10 is operated to disconnect inverter 5 from main power storage device 4.
[0029]
FIG. 9 is a circuit configuration diagram showing the main part of the sixth embodiment of the present invention, and corresponds to the embodiment of the invention described in claims 8 and 9 . In FIG. 9, the same components as those in FIG.
In FIG. 9, reference numeral 1a denotes a rotational speed command device for variably controlling the idling rotational speed of the engine 1 according to the charging voltage when the main power storage device 4 is charged. In the present embodiment, the command device 1a is shown in FIG. It is added to the configuration of
[0030]
FIG. 10 shows the operation of each part in FIG. 9. In this example, the idling rotational speed n of the engine 1 is set to the rotational speed command device 1a so that the charging current _ic of the main power storage device 4 becomes substantially constant. Shows the case of continuous control. Generator induced voltage v _g varies in proportion to the idling speed n, and the voltage v _c of the main power storage device 4 reaches the fully charged voltage V ₀ at time t = T linearly increases, charging To complete. Then, the charging operation is terminated by stopping the engine 1.
[0031]
FIG. 11 shows another operation example of the embodiment of FIG. 9, and shows a case where the idling speed of the engine 1 is switched in two stages by the charging voltage of the main power storage device 4.
In the case of the charging method shown in FIGS. 10 and 11, the charging time is significantly shortened as compared with the charging method shown in FIG.
[0032]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a series hybrid electric vehicle has been described. However, other hybrid electric vehicles such as a parallel hybrid electric vehicle (an electric generator and an electric double layer capacitor battery as a main power storage device). It goes without saying that the present invention is applicable to an electric vehicle equipped with
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the present invention performs initial charging and preliminary charging of the main power storage device via the engine generator and the rectifier in the engine generator-mounted hybrid electric vehicle using the electric double layer capacitor battery as the main power storage device. Since the power supply system is configured as described above, the following effects are expected.
1) Initial charging and preliminary charging of the main power storage device (electric double layer capacitor battery) can be performed directly from the on-board engine generator, which eliminates the need for charging from an external power source as in the past, and is highly practical. A power supply system for a hybrid electric vehicle can be realized.
2) The application of an electric double layer capacitor battery can be promoted as a main power storage device of a hybrid electric vehicle, and a practical hybrid electric vehicle can be provided by realizing a long-life battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a main part of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram at the time of charging in FIG. 1;
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the main part of FIG. 2;
4 is an operation waveform diagram of each part in FIG. 3;
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a main part of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a main part of a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a main part of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a power supply system of a hybrid electric vehicle showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a power supply system of a hybrid electric vehicle showing a sixth embodiment of the present invention.
10 is an operation explanatory diagram of FIG. 9. FIG.
11 is another explanatory diagram of the operation of FIG. 9;
FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a power supply system of a conventional hybrid electric vehicle.
13 is an operation explanatory diagram of FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram of a main power storage device.
FIG. 15 is an explanatory diagram of initial charging and preliminary charging of the main power storage device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 1a Idling rotational speed command apparatus 2 AC generator 2a Generator induced voltage source 2b Generator winding equivalent impedance 3 Rectifier 4 Main power storage device (electric double layer capacitor battery)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Inverter 6 Vehicle drive AC motor 7 External power supply 8 Charger 9 Connection part 10, 33 Switch 20b Generator winding equivalent reactance 21 AC switch 21b Generator winding equivalent resistance 31u, 31v, 31w, 31x, 31y, 31z Semiconductor switch arm 32 Resistance 41, 42, 43, 411, 412, 413, 421, 422, 423, 431, 432, 433 Electric double layer capacitor cell 100 Hybrid electric vehicle 200 Current limiting circuit 200u, 200v, 200w Impedance 201u, 201v , 201w Impedance short-circuit switches 310u, 310v, 310w, 310x, 310y, 310z Semiconductor switching elements 311u, 311v, 311w, 311x, 311y, 311z Diodes

Claims

A hybrid electric vehicle for driving an AC motor for driving a vehicle through an inverter with a DC output of a multi-phase rectifier connected to a multi-phase AC generator driven by an in-vehicle engine or power of an in-vehicle main power storage device, In a hybrid electric vehicle in which a rectifier is configured from a voltage source self-excited converter, and the main power storage device is configured from an electric double layer capacitor battery,
When the voltage of the main power storage device is below a specified value , the control operation of the rectifier is stopped, the engine is operated at idling speed, and the output current of the generator limited by the winding equivalent impedance of the generator Is supplied to the main power storage device via a diode in the rectifier to initially charge or precharge the main power storage device .

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to claim 1,
A hybrid characterized by connecting a current-limiting circuit comprising an impedance between the generator and the rectifier when charging the main power storage device, and setting the charging current of the main power storage device to a specified value or less by the impedance. Electric vehicle power system.

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to claim 2 ,
A power system for a hybrid electric vehicle, wherein the impedance is a resistance .

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to claim 2 ,
A power system for a hybrid electric vehicle, wherein the impedance is a reactor .

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to claim 1,
A power supply for a hybrid electric vehicle characterized in that a resistor is connected between the rectifier and the main power storage device when the main power storage device is charged, and a charging current of the main power storage device is made a specified value or less by the resistance. system.

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to claim 1,
At the time of charging the main power storage device, a circuit switch is connected to at least one phase between the generator and the rectifier, and the circuit switch is at least one phase so that the rectifier performs a single-phase rectification operation. power system of a hybrid electric vehicle, characterized in Rukoto to opening operation.

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to any one of claims 1 to 6 ,
A power system for a hybrid electric vehicle, wherein the inverter is disconnected from the main power storage device when the main power storage device is charged.

In the power supply system of the hybrid electric vehicle according to any one of claims 1 to 7,
A power supply system for a hybrid electric vehicle , wherein the idling speed of the engine is increased in accordance with an increase in a charging voltage of the main power storage device when the main power storage device is charged .

The power supply system for a hybrid electric vehicle according to claim 8 ,
A power supply system for a hybrid electric vehicle characterized by gradually increasing the idling speed of the engine .