JP4864985B2 - 発電機駆動装置、ハイブリッド車両、および発電機駆動装置の制御方法 - Google Patents

発電機駆動装置、ハイブリッド車両、および発電機駆動装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、電動モータを発電機として駆動する発電機駆動装置、発電機駆動装置を搭載したハイブリッド車両、および発電機駆動装置の制御方法に関する。
従来より、駆動源としてエンジンおよびモータが搭載されたハイブリッド車両のモータ駆動装置として、モータ駆動用のインバータと、このインバータを介してモータへ電源を供給する一方、モータによって発電された電力を蓄電する大容量キャパシタ等の蓄電池と、この蓄電池に並列接続されたコンデンサと、モータの発電電圧を調整する手段と、蓄電池とコンデンサとの間に直列接続されるコンタクタとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような構成を有するモータ駆動装置によれば、エンジン始動時にモータの発電電圧を調整しながらモータを発電機として使用することができるため、エンジン始動時に蓄電池の電圧が略ゼロであっても蓄電池を充電し、充電後の蓄電池を用いてモータを駆動することが可能となる。
特開２００６−３１４１７２号公報
ところで、上述した従来のモータ駆動装置に対しては、蓄電池の電圧をさらに効率よく昇圧してモータ側へ出力するために、電圧変換器等の昇圧手段を設けることが考えられる。しかしながら、従来のモータ駆動装置に昇圧手段を設ける場合、エンジン始動時にコンタクタをオンした際に大電流（突入電流）が発生するのを回避しなければならないという問題があった。このため、昇圧手段を設けた場合であっても過渡状態でコンタクタをオンした時の突入電流の発生を確実に回避することが可能な技術が待望されていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、昇圧手段を設けた場合であっても過渡状態でコンタクタをオンした時の突入電流の発生を確実に回避することができる発電機駆動装置、ハイブリッド車両、および発電機駆動装置の制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る発電機駆動装置は、発電機と、駆動軸が前記発電機の駆動軸に連結されたエンジンと、前記発電機に電力を供給する一方、前記発電機が発電した電力を蓄電する電源用キャパシタと、前記発電機に接続された発電機用インバータと、直流端子が加極性に直列接続される二つの電圧形インバータおよび前記二つの電圧形インバータの交流端子をＡＣ結合し、所定の漏れインダクタンスを有するトランスを含み、前記二つの電圧形インバータの一方が前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタのキャパシタ電圧を昇圧した直流電圧を前記インバータへ出力するＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタよりも小さい容量を有し、少なくともサージ吸収を行うサージ吸収用コンデンサと、前記電源用キャパシタと前記サージ吸収用コンデンサとの間に直列接続されたコンタクタと、前記コンタクタがオフの状態で前記発電機を動作させながら前記電源用キャパシタと並列に接続されていない前記電圧形インバータのみをチョッピング動作させることにより、前記電源用キャパシタの電圧と前記サージ吸収用コンデンサの電圧との差が所定の範囲内となるように前記サージ吸収用コンデンサの電圧を制御した後、前記コンタクタをオンする制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る発電機駆動装置は、上記発明において、前記制御手段は、前記電源用キャパシタと並列に接続されていない前記電圧形インバータに並列接続される一方、前記サージ吸収用コンデンサに直列接続され、前記サージ吸収用コンデンサよりも小さい容量を有し、少なくともサージ吸収を行う小容量サージ吸収用コンデンサをさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る発電機駆動装置は、上記発明において、前記発電機はＳＲモータであり、前記発電機用インバータを介して前記ＳＲモータに接続され、前記ＳＲモータを励磁する励磁電源と、前記発電機用インバータおよび前記ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、前記ＳＲモータの発電電圧を充電するＳＲモータ用コンデンサと、をさらに備え、前記制御手段は、前記ＳＲモータ用コンデンサの電圧が、前記ＳＲモータの発電電圧の制御を安定して行うことが可能な電圧として予め定められる値に達していない場合、前記励磁電源をオンする制御を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る発電機駆動装置は、上記発明において、前記電圧形インバータは複数のスイッチング素子を有し、前記制御手段は、前記電源用キャパシタに並列接続されていない電圧形インバータのみをチョッピング動作させる際、当該電圧形インバータが有する複数のスイッチング素子のうち、前記トランスを介してそれぞれ直列に接続された二つのスイッチング素子の組を交互にスイッチングさせることを特徴とする。
本発明に係るハイブリッド車両は、上記いずれかの発明に係る発電機駆動装置が搭載され、前記発電機および前記エンジンを駆動源とすることを特徴とする。
本発明に係る発電機駆動装置の制御方法は、発電機と、駆動軸が前記発電機の駆動軸に連結されたエンジンと、前記発電機に電力を供給する一方、前記発電機が発電した電力を蓄電する電源用キャパシタと、前記発電機に接続された発電機用インバータと、直流端子が加極性に直列接続される二つの電圧形インバータおよび前記二つの電圧形インバータの交流端子をＡＣ結合し、所定の漏れインダクタンスを有するトランスを含み、前記二つの電圧形インバータの一方が前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタのキャパシタ電圧を昇圧した直流電圧を前記インバータへ出力するＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタよりも小さい容量を有し、少なくともサージ吸収を行うサージ吸収用コンデンサと、前記電源用キャパシタと前記サージ吸収用コンデンサとの間に直列接続されたコンタクタと、を備えた発電機駆動装置の制御方法であって、前記コンタクタがオフの状態で前記発電機を動作させながら前記電源用キャパシタと並列に接続されていない前記電圧形インバータのみをチョッピング動作させることにより、前記電源用キャパシタの電圧と前記サージ吸収用コンデンサの電圧との差が所定の範囲内となるように前記サージ吸収用コンデンサの電圧を制御した後、前記コンタクタをオンすることを特徴とする。
本発明によれば、コンタクタがオフの状態で発電機を動作させながら、昇圧手段としての電圧変換器を構成するＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが有する２つの電圧形インバータのうち電源用キャパシタと並列に接続されていない電圧形インバータのみをチョッピング動作させることにより、電源用キャパシタの電圧とサージ吸収用コンデンサの電圧との差が所定の範囲内となるようにサージ吸収用コンデンサの電圧を制御しているため、サージ吸収用コンデンサの電圧が低い場合であっても安定した電圧制御を行うことができる。したがって、前述した制御を行ってからコンタクタをオンすることにより、昇圧手段を設けた場合であってもコンタクタをオンした時の突入電流の発生を確実に回避することが可能となる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る発電機駆動装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る発電機駆動装置が適用される油圧ショベルの構成を示す図である。 図３は、電圧変換器の構成を示す図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る発電機駆動装置の制御方法の処理の概要を示すフローチャートである。 図５は、ＳＲコンデンサ予充電動作の詳細な処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、ＳＲモータ電圧制御の概要を示すブロック線図である。 図７は、電源用キャパシタに電荷がない場合のコンタクタ接続動作の処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、電源用キャパシタに電荷がある場合のコンタクタ接続動作の処理の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
１ 発電機駆動装置
２ ＳＲモータ
３ エンジン
４ ＰＭモータ
５ キャパシタ（電源用キャパシタ）
６ ＳＲドライバ（発電機用インバータ）
７ ＳＲコンデンサ（ＳＲモータ用コンデンサ）
８ 電圧変換器
９ コンタクタ
１０ 励磁電源
１１ ダイオード
１２ リレー
１３ ＰＭインバータ
１４ ＰＭコンデンサ
１５，１６ 電流センサ
１７，１８，１９，８７，８８ 電圧計
２０ 絶縁センサ
２１ コントローラ
２２ 車体制御部
２３ ＳＲモータ制御部
２４ ＰＭモータ制御部
２５ 電圧変換器制御部
２６ コンタクタ制御部
８１ ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
８２ 下側インバータ
８３ 上側インバータ
８４ トランス
８４ａ，８４ｂ コイル
８５ コンデンサ（サージ吸収用コンデンサ）
８６ コンデンサ（小容量サージ吸収用コンデンサ）
１００ 油圧ショベル
１０１ａ 自走部
１０１ｂ 旋回部
８２１ａ，８２１ｂ，８２１ｃ，８２１ｄ，８３１ａ，８３１ｂ，８３１ｃ，８３１ｄ ＩＧＢＴ
８２２ａ，８２２ｂ，８２２ｃ，８２２ｄ，８３２ａ，８３２ｂ，８３２ｃ，８３２ｄ ダイオード
Ｌｖ 操作レバー
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る発電機駆動装置の構成を示す図である。同図に示す発電機駆動装置１は、ハイブリッド車両に搭載される。本実施の形態１において、発電機駆動装置１を搭載するハイブリッド車両は、図２に示す油圧ショベル１００である。油圧ショベル１００は、履帯の回転等によって自走する自走部１０１ａと、バケット、ブーム、アーム等の作業機や運転室を有し、自走部１０１ａに対して所定の方向を指向する旋回軸の周りに旋回可能な旋回部１０１ｂとを備える。このような構成を有する油圧ショベル１００に搭載される発電機駆動装置１は、駆動軸がエンジンの駆動軸に連結された発電機を備えるとともに、旋回部１０１ｂの旋回軸と一致する駆動軸を有する旋回用のモータを備える。
以下、発電機駆動装置１の詳細な構成を説明する。発電機駆動装置１は、回転子が４極で固定子が６極の３相励磁タイプのＳＲ（Switched Reluctance）モータ２を発電機として備える。ＳＲモータ２の駆動軸は、エンジン３の駆動軸に連結されている。また、発電機駆動装置１は、旋回用のモータとしてＰＭ（Permanent Magnetic）モータ４を備える。ＳＲモータ２およびＰＭモータ４には、回転数を検出する回転センサがそれぞれ設けられている（図示せず）。
ＳＲモータ２およびＰＭモータ４は、電気二重層キャパシタから成る大容量のキャパシタ５（電源用キャパシタ）から電源の供給を受ける。キャパシタ５は、ＳＲモータ２やＰＭモータ４で発電した電力を蓄電する機能も有する。
ＳＲモータ２は、発電機用インバータであるＳＲドライバ６に接続されている。ＳＲドライバ６は、波形成形やサージ吸収に適したフィルムコンデンサから成るＳＲコンデンサ７（ＳＲモータ用コンデンサ）に並列接続されている。ＳＲコンデンサ７には、キャパシタ５の電圧を昇圧して出力する電圧変換器８が並列に接続されている。
図３は、電圧変換器８の構成を示す図である。同図に示す電圧変換器８は、二つの電圧形インバータをＡＣ結合した加極性のＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８１を用いて実現される。ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８１は、二つの電圧形インバータである下側インバータ８２および上側インバータ８３を有するとともに、下側インバータ８２および上側インバータ８３の交流側をＡＣ結合するトランス８４を有する。
下側インバータ８２は、通電切り替え用のスイッチング素子として、上下アームに２個ずつの計４個のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）８２１ａ，８２１ｂ，８２１ｃ，８２１ｄがブリッジ接続されて成る。ＩＧＢＴ８２１ａ，８２１ｂ，８２１ｃ，８２１ｄには、通電切り替え時に発生する還流電流を流すダイオード８２２ａ，８２２ｂ，８２２ｃ，８２２ｄがそれぞれ並列に接続されている。他方、上側インバータ８３は、スイッチング素子として４個のＩＧＢＴ８３１ａ，８３１ｂ，８３１ｃ，８３１ｄを有する。ＩＧＢＴ８３１ａ，８３１ｂ，８３１ｃ，８３１ｄには、ダイオード８３２ａ，８３２ｂ，８３２ｃ，８３２ｄがそれぞれ並列に接続されている。
下側インバータ８２と上側インバータ８３は、下側インバータ８２の正極直流端子と上側インバータ８３の負極直流端子とが加極性に直列接続されている。ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８１に外部から印加される電圧は、下側インバータ８２と上側インバータ８３とによって分圧される。
下側インバータ８２には、サージ吸収を主な目的とするコンデンサ８５（サージ吸収用コンデンサ）が並列接続されている。このコンデンサ８５の容量は、キャパシタ５の容量と比較して顕著に小さい。上側インバータ８３にも、下側インバータ８２と同様に、サージ吸収用の小容量のコンデンサ８６（小容量サージ吸収用コンデンサ）が並列に接続されている。コンデンサ８５の容量はコンデンサ８６の容量より大きい方が好ましい。これは、電圧変換器８の外側に出る配線に接続する側のコンデンサ８５に発生するサージの量が、コンデンサ８６に発生するサージの量よりも大きいからである。また、コンデンサ８６の容量を抑えることによってコンデンサ８６の容積を必要以上に大きくしないで済むため、省スペース化を図ることができるという利点も有している。
下側インバータ８２は、トランス８４のコイル８４ａに接続される一方、上側インバータ８３は、トランス８４のコイル８４ｂに接続される。下側インバータ８２および上側インバータ８３の直流電圧の定格電圧がほぼ等しい場合には、コイル８４ａとコイル８４ｂの巻線比を１対１とするのが好ましい。このため、本実施の形態では、コイル８４ａとコイル８４ｂとの巻線比を１対１とするが、巻線比は適宜変更可能である。
トランス８４は、一定の漏れインダクタンス（Ｌとする）を有している。電圧変換器８では、漏れインダクタンスが、コイル８４ａ側にＬ／２、コイル８４ｂ側にＬ／２となるように等分割されている。トランス８４は、漏れインダクタンスに一時的に蓄積させた電力を、下側インバータ８２や上側インバータ８３の高速スイッチング制御によってキャパシタ５などへ伝送する。一般に、トランスは一次コイルと二次コイルとの間隙が広がると漏れインダクタンスが増加することが知られている。このため、トランスを形成する際には、一次コイルと二次コイルを密着させて形成することが多い。これに対して、本実施の形態においては、一次コイルと二次コイルとの間隙すなわちコイル８４ａとコイル８４ｂとの間隙を調整することにより、所望の漏れインダクタンスを積極的に作り出している。なお、トランス８４の外部にインダクタンスを付加することも可能である。
以上の構成を有する電圧変換器８のコンデンサ８５は、キャパシタ５に並列接続されており、キャパシタ５とコンデンサ８５との間には、コンタクタ９が直列に接続されている。コンタクタ９を接続すると、電圧変換器８は、キャパシタ５の電圧（一次側電圧）を昇圧し、この昇圧した電圧（二次側電圧）をＳＲモータ２やＰＭモータ４へ供給する。
電圧変換器８は、二次側でＳＲモータ２を励磁する励磁電源１０に直列接続されている。ここで、発電機駆動装置１に励磁電源１０を設ける理由を説明する。一般に、ＳＲモータ２は、電気エネルギーを供給すると大きな回生エネルギーを生成する特性を有しており、内部の回転子が単に回転駆動されただけでは発電機として動作しない。このような特性を有するＳＲモータ２を発電機として動作させるためには、ＳＲモータ２内のコイルを予め励磁する必要がある。ところが、エンジン３の始動時に、ＳＲコンデンサ７の電荷はゼロである上、エンジン３の始動時にコンタクタ９をオンしてキャパシタ５によってＳＲモータ２を励磁することはできない。そこで、本実施の形態では、エンジン３の始動時にＳＲモータ２を励磁するために励磁電源１０が設けられている。
電圧変換器８と励磁電源１０との間には、ダイオード１１およびリレー１２が直列に接続されている。ダイオード１１は、ＳＲコンデンサ７の電圧が励磁電源１０の電圧よりも大きくなったとき、励磁電源１０を遮断する。また、リレー１２は、オン・オフ動作によって励磁電源１０の投入・遮断を制御する。
ＰＭモータ４は、ＰＭインバータ１３に接続されている。ＰＭインバータ１３は、フィルムコンデンサから成るＰＭコンデンサ１４に並列接続されている。ＰＭコンデンサ１４には、電圧変換器８が並列に接続されている。
ＳＲモータ２とＳＲドライバ６との間には、電流センサ１５が直列に接続されている。また、ＰＭモータ４とＰＭインバータ１３との間には、電流センサ１６が直列に接続されている。
キャパシタ５、ＳＲコンデンサ７、ＰＭコンデンサ１４、コンデンサ８５およびコンデンサ８６には、電圧センサである電圧計１７，１８，１９，８７および８８がそれぞれ並列に接続されている。キャパシタ５には、絶縁センサ２０が接続されている。
発電機駆動装置１は、制御手段であるコントローラ２１を備える。コントローラ２１は、油圧ショベル１００の車体制御を行う車体制御部２２と、ＳＲドライバ６を制御することによってＳＲモータ２のトルク、回転数、電圧のいずれかを制御するＳＲモータ制御部２３と、ＰＭインバータ１３を制御することによってＰＭモータ４の速度を制御するＰＭモータ制御部２４と、電圧変換器８の制御を行う電圧変換器制御部２５と、コンタクタ９のオン・オフを制御するコンタクタ制御部２６と、を有する。
図４は、本発明の一実施の形態に係る発電機駆動装置の制御方法の処理の概要を示すフローチャートであり、発電機駆動装置１が起動する際の過渡状態における処理の概要を示すフローチャートである。まず、発電機駆動装置１は、ＳＲコンデンサ７の予充電動作を行う（ステップＳ１）。
図５は、ＳＲコンデンサ７の予充電動作の詳細な処理の流れを示すフローチャートである。図５において、発電機駆動装置１は、電圧変換器８の直流出力電圧（＝ＳＲコンデンサ７の電圧）Ｖ0を検出し、この検出結果を所定の閾値Ｖth11と比較する処理を継続して行う（ステップＳ１０１）。閾値Ｖth11は、ＳＲモータ２が比較的安定して電圧制御動作可能な最低電圧とする。比較処理の結果、直流出力電圧Ｖ0が不等式Ｖ0≧Ｖth11を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ1だけ継続した場合（ステップＳ１０１，Ｖ0≧Ｖth11がｔ1継続）には、ステップＳ１０５に進む。継続時間ｔ1は、ノイズ等の電圧検出誤差や制御の過渡状態による影響を受けないような値として設定される。この点は、以下で各種条件の判定基準となる時間についても同様のことがいえる。
一方、直流出力電圧Ｖ0が不等式Ｖ0＜Ｖth11を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ2だけ継続した場合（ステップＳ１０１，Ｖ0＜Ｖth11がｔ2継続）には、ＳＲコンデンサ７の電圧が低いので、リレー１２の動作によって励磁電源１０がオンし（ステップＳ１０２）、ＳＲモータ２を励磁し始める。継続時間ｔ2はｔ1と同じでよい。
ステップＳ１０１の処理を開始してから所定時間Ｔ1が経過しても直流出力電圧Ｖ0が上述した２つの条件（「Ｖ0≧Ｖth11がｔ1継続」、「Ｖ0＜Ｖth11がｔ2継続」）のいずれかを満足しない場合（ステップＳ１０１，Ｔ1経過後も条件未達）、発電機駆動装置１は所定の励磁電源異常処理を行う（ステップＳ１０３）。ここでのタイムアウト時間Ｔ1は継続時間ｔ1の１００倍程度の値をとればよい。この励磁電源異常処理には、励磁電源の異常に応じた発電機駆動装置１を初期化する処理、エラー表示や警告音などによって作業者に異常を報知する処理も含まれる。なお、以下で行う各種異常処理についても、異常内容に応じた処理と、異常の報知処理とが含まれるものとする。
発電機駆動装置１が励磁電源１０をオンした場合について説明する。この場合、発電機駆動装置１は、電圧変換器８の直流出力電圧Ｖ0と所定の二つの閾値Ｖth12，Ｖth13（＞Ｖth12）とを比較する（ステップＳ１０４）。比較の結果、直流出力電圧Ｖ0が不等式Ｖth12≦Ｖ0≦Ｖth13を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ3だけ継続した場合（ステップＳ１０４，Ｖth12≦Ｖ0≦Ｖth13がｔ3継続）、ステップＳ１０５に進む。継続時間ｔ3はｔ1とほぼ同じである。これに対して、ステップＳ１０４の処理を開始してから所定時間Ｔ2が経過しても直流出力電圧Ｖ0が上述した条件（Ｖth12≦Ｖ0≦Ｖth13がｔ3継続）を満足しない場合（ステップＳ１０４，Ｔ2経過後も条件未達）、発電機駆動装置１は励磁電源異常処理を行う（ステップＳ１０６）。ここでのタイムアウト時間Ｔ2は、継続時間ｔ3の数十倍程度である。
なお、ステップＳ１０４で直流出力電圧Ｖ0と比較される閾値のうち、閾値Ｖth12は、ＳＲモータ２が確実に発電可能な最低電圧であり、一般にはＶth11よりも小さい（Ｖth11＞Ｖth12）。また、閾値Ｖth13は、励磁電源１０を動作中に励磁電源１０を構成する素子が破損しない最大電圧である。
続いて、コントローラ２１のＳＲモータ制御部２３は、ＳＲドライバ６を制御することによってＳＲモータ２の発電電圧の制御を開始する（ステップＳ１０５）。以後、この制御のことを「ＳＲモータ電圧制御」と称する。
図６は、ＳＲモータ制御部２３によるＳＲモータ電圧制御の概要を示すブロック線図である。ＳＲモータ制御部２３は、電圧指令値（目標電圧）Ｖ0targetと、ＳＲモータ２からフィードバックした直流電圧検出値Ｖ0とを用いてＰＩ制御を行うことにより、ＳＲドライバ６に対してＳＲモータトルク指令を出力する。ＳＲドライバ６はＳＲモータ２に対して駆動指令を出力し、トルクを発生させる。なお、本実施の形態では、コイル８４ａとコイル８４ｂの巻線比が１対１であるため、電圧指令値Ｖ0targetは、キャパシタ電圧Ｖcapの２倍（２Ｖcap）である。このように、電圧指令値Ｖ0targetは、コイル８４ａとコイル８４ｂの巻線比に応じて定められる。
ＳＲモータ２は、ＳＲモータ制御部２３からＳＲモータトルク指令を受けたＳＲドライバ６の制御のもと、キャパシタ５側へ電力を供給する回正動作またはキャパシタ５側から電力の供給を受ける力行動作を行う。このうち、力行動作では直流出力電圧Ｖ0が低く変化する一方、回生動作では直流出力電圧Ｖ0が高く変化する。なお、ＳＲモータ電圧制御を行っている最中は、直流系統ラインにＳＲモータ２以外の負荷が存在していないことが前提となる。したがって、発電機駆動装置１では、ＳＲモータ電圧制御の際、ＰＭモータ４を駆動していない。
ＳＲモータ電圧制御を開始した発電機駆動装置１は、直流出力電圧Ｖ0を検出し、この検出結果を所定の閾値Ｖth11と比較する（ステップＳ１０７）。比較の結果、直流出力電圧Ｖ0が不等式Ｖ0≧Ｖth11を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ4だけ継続した場合（ステップＳ１０７，Ｖ0≧Ｖth11がｔ4継続）、ＳＲモータ２では安定した発電動作が可能となる。したがって、この場合には励磁電源１０をオフ（ステップＳ１０８）した後、電圧変換器制御部２５の制御のもと、電圧変換器８の上側インバータ８３のみがチョッピング動作を開始する（ステップＳ１０９）。上側インバータ８３のチョッピング動作は、より具体的には、ＩＧＢＴ８３１ａ，８３１ｄの組と、ＩＧＢＴ８３１ｂ，８３１ｃの組とを交互にスイッチングすることによって実現する。この結果、電圧変換器８の一次側電圧すなわちコンデンサ８５の電圧Ｖ1はＶ0／２となる。なお、継続時間ｔ4はｔ1とほぼ同じである。
ステップＳ１０７で条件（Ｖ0≧Ｖth11がｔ4継続）が満たされない場合（ステップＳ１０７，条件未達）、発電機駆動装置１はＶ0とＶth11との比較処理を継続して行う。
発電機駆動装置１は、上側インバータ８３のみをチョッピング動作させた状態で、キャパシタ５の電圧Ｖcapとコンデンサ８５の電圧（電圧変換器８の一次側電圧）Ｖ1との差の絶対値｜Ｖcap−Ｖ1｜を所定の閾値Ｖth14と比較する（ステップＳ１１０）。比較の結果、差の絶対値｜Ｖcap−Ｖ1｜が不等式｜Ｖcap−Ｖ1｜≦Ｖth14を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ5だけ継続した場合（ステップＳ１１０，｜Ｖcap−Ｖ1｜≦Ｖth14がｔ5継続）、ＳＲモータ制御部２３はＳＲモータ電圧制御を停止する（ステップＳ１１１）。継続時間ｔ5はｔ1とほぼ同じである。ステップＳ１１０で参照する閾値Ｖth14（＜Ｖcap）は、この後でコンタクタ９を接続したときにコンタクタ９が溶着しない程度の値として設定される。その後、電圧変換器制御部２５は、上側インバータ８３のチョッピング動作を停止する（ステップＳ１１２）。
ステップＳ１１０で条件（｜Ｖcap−Ｖ1｜≦Ｖth14がｔ5継続）が満たされない場合（ステップＳ１１０，条件未達）、発電機駆動装置１は｜Ｖcap−Ｖ1｜とＶth14との比較処理を継続して行う。
発電機駆動装置１は、ＳＲモータ電圧制御を開始してから所定時間Ｔ3経過しても制御が停止しない場合（ステップＳ１１３，Ｙｅｓ）、励磁電源異常処理を行う（ステップＳ１１４）。ここでのタイムアウト時間Ｔ3は、継続時間ｔ4の１００倍程度であり、Ｔ1とほぼ同じである。なお、発電機駆動装置１がＳＲモータ電圧制御を開始してから時間Ｔ3経過していない場合（ステップＳ１１３，Ｎｏ）には、ＳＲモータ制御部２３がＳＲモータ電圧制御を続行する。
電圧変換器８においては、コンデンサ８５の容量がコンデンサ８６の容量よりも小さく、コンデンサ８５の電圧Ｖ1が上昇しにくい。このため、ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８１の動作によってコンデンサ８５の電圧Ｖ1を所望の値まで上昇させる必要が生じる。ところが、上述したＳＲコンデンサ予充電処理は、電圧変換器８の一次側電圧、二次側電圧ともに極めて低く、それらの電圧の検出値が不安定であるような状態で行われる場合もあるため、二つの電圧形インバータを動作させると制御自体が不安定となってしまう可能性があった。そこで、本実施の形態では、上側インバータ８３のみを動作させることによって制御を単純化し、電圧変換器８の一次側電圧および／または二次側電圧の検出値が極めて低い場合であっても安定した制御を行うことができるようにした。
次に、図４に示す発電機駆動装置１の制御方法のうち、ステップＳ１のＳＲコンデンサ予充電処理に続いて行われるコンタクタ９の接続動作（ステップＳ２，３）について説明する。ＳＲモータ２が確実に発電可能な最低電圧をＶth01（＝Ｖth12）とするとき、キャパシタ５の電圧ＶcapがＶth01よりも小さければ（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、キャパシタ５にはほとんど電荷がないとみなすことができる。一方、キャパシタ５の電圧ＶcapがＶth01以上であれば（ステップＳ２，Ｎｏ）、キャパシタ５には電荷が蓄えられているとみなすことができる。そこで、発電機駆動装置１は、キャパシタ５が蓄える電荷の有無に応じたコンタクタ９の接続動作を行う。
まず、キャパシタ５に電荷がない場合のコンタクタ接続動作（ステップＳ３）について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。図７において、ＳＲモータ制御部２３は、ＳＲモータ電圧制御を開始する（ステップＳ３０１）。このＳＲモータ電圧制御においては、電圧指令値Ｖ0targetをキャパシタ５の充電処理に移行可能な電圧の２倍以上の値（＝Ｖth21とおく）とする。なお、ＳＲモータ電圧制御の具体的な処理の内容は、ＳＲコンデンサ予充電処理のところで説明したＳＲモータ電圧制御と同じである（図６を参照）。
続いて、電圧変換器制御部２５の制御のもと、上側インバータ８３のみがチョッピング動作を開始し（ステップＳ３０２）、ＩＧＢＴ８３１ａ，８３１ｄの組とＩＧＢＴ８３１ｂ，８３１ｃの組とを交互にスイッチングする。発電機駆動装置１は、チョッピング動作の最中に、直流電流検出値Ｖ0と所定の閾値Ｖth22との比較を行う。比較の結果、直流電圧検出値Ｖ0が不等式Ｖ0≧Ｖth22を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ6だけ継続した場合（ステップＳ３０３，Ｖ0≧Ｖth22がｔ6継続）、コンタクタ制御部２６がコンタクタ９をオンする制御信号（ＯＮ信号）を出力してコンタクタ９をオンさせる（ステップＳ３０４）。ここで、閾値Ｖth22は、制御中の電圧変動分を見込んで電圧指令値Ｖth21よりも低く設定される（Ｖth22＜Ｖth21）。なお、継続時間ｔ6はｔ1とほぼ同じである。
この後、発電機駆動装置１は、以下の三つの条件をクリアしているか否かを判定する（ステップＳ３０５〜Ｓ３０７）。
第１の条件として、発電機駆動装置１は、コンタクタ９のオン状態が実現されているか否かを所定の検出手段によって確認する（ステップＳ３０５）。発電機駆動装置１が判定を開始してから所定時間Ｔ4経過してもコンタクタ９がオン状態に達しない場合（ステップＳ３０５，Ｔ4経過しても条件未達）、発電機駆動装置１はコンタクタ開放異常処理を行う（ステップＳ３０８）。ここでのタイムアウト時間Ｔ4は、継続時間ｔ6の１００倍程度である。
第２の条件として、発電機駆動装置１は、コンタクタ９の両端電位差ΔＶcontと所定の閾値Ｖth23との比較を行い、ΔＶcontが不等式ΔＶcont≦Ｖth23を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ7だけ継続したか否かを判定する（ステップＳ３０６）。ここで、閾値Ｖth23は、電圧検出の精度を考慮した上で明らかに電圧が異なると判断できる値である。また、継続時間ｔ7はｔ6の１０倍程度である。発電機駆動装置１が判定を開始してから所定時間Ｔ5だけ経過してもΔＶcontが条件「ΔＶcont≦Ｖth23がｔ7継続」を満足しない場合（ステップＳ３０６，Ｔ5経過後も条件未達）、発電機駆動装置１はコンタクタ開放異常処理を行う（ステップＳ３０８）。ここでのタイムアウト時間Ｔ5はＴ4とほぼ同じである。
第３の条件として、発電機駆動装置１は、キャパシタ電圧Ｖcapとキャパシタ５の充電処理へ移行可能な電圧Ｖth24とを比較し、Ｖcapが不等式Ｖcap≧Ｖth24を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ8だけ継続したか否かを判定する（ステップＳ３０７）。閾値Ｖth24は、キャパシタ５の充電動作へ移行可能な電圧として設定される値である。したがって、ＳＲモータ電圧制御における電圧指令値Ｖth21の１／２以下である。なお、継続時間ｔ8はｔ7と同程度である。
ステップＳ３０７における判定の結果、電圧Ｖcapが条件「Ｖcap≧Ｖth24がｔ8だけ継続」を満足しない場合（ステップＳ３０７，Ｎｏ）、発電機駆動装置１は、キャパシタ５の電圧Ｖcapが所定の電圧Ｖth25よりも小さく（Ｖcap＜Ｖth25）、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ9だけ継続しているか否かを判定する（ステップＳ３０９）。ここでの閾値Ｖth25は、電圧Ｖcapがほとんど上昇していないと判断できる値である。ステップＳ３０９における判定の結果、電圧Ｖcapが不等式Ｖcap＜Ｖth25を満たす状態が時間ｔ9だけ継続した場合（ステップＳ３０９，Ｙｅｓ）、発電機駆動装置１はキャパシタ５が短絡したものとみなし、キャパシタ５側の短絡異常による予充電タイムアウト処理を行う（ステップＳ３１０）。他方、電圧Ｖcapが条件「Ｖcap＜Ｖth25がｔ9継続」を満足しない場合（ステップＳ３０９，Ｎｏ）、ステップＳ３０７に戻る。継続時間ｔ9はｔ8の数百倍程度である。
以上説明した第１〜第３の条件を全てクリアした場合（ステップＳ３１１，Ｙｅｓ）、発電機駆動装置１は、ＳＲモータ制御部２３の制御のもとＳＲモータ電圧制御を停止（ステップＳ３１２）した後、上側インバータ８３の動作を終了し（ステップＳ３１３）、一連のコンタクタ接続動作を終了する。これに対して、第１〜第３の条件の中でクリアしない条件がある場合（ステップＳ３１１，Ｎｏ）、発電機駆動装置１は、その条件がクリアされるまで待機状態となる。
発電機駆動装置１は、以上説明したコンタクタ接続動作（キャパシタ電荷なし）が所定時間Ｔ6経過しても完了しない場合（ステップＳ３１４，Ｙｅｓ）、予充電タイムアウト処理を行う（ステップＳ３１５）。ここでのタイムアウト時間Ｔ6は、上述したタイムアウト時間Ｔ4やＴ5の数十倍の時間である。なお、発電機駆動装置１がＳＲモータ電圧制御を開始してから時間Ｔ6が経過していない場合（ステップＳ３１４，Ｎｏ）、発電機駆動装置１はコンタクタ接続動作を続行する。
以上説明したコンタクタ接続動作（キャパシタ電荷なしの場合）では、ＳＲモータ２と電圧変換器８の上側インバータ８３のみ動作させた状態でコンタクタ９を接続しているため、コンタクタ接続時に直流出力電圧Ｖ0に一瞬の電圧低下が生じるものの、コンタクタ９の接続後にＳＲモータ２と電圧変換器８の動作を開始する場合のように、ＳＲコンデンサ７に蓄積された電荷がキャパシタ５に急激に流れ込んでしまい、ＳＲモータ２が発電不可能な電圧まで低下してしまうことはない。したがって、電圧がほぼ０（Ｖ）のキャパシタ５に対しても、ＳＲモータ２による充電動作が継続可能となる。
次に、キャパシタ５に電荷がある場合のコンタクタ接続処理（ステップＳ４）について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。この場合には、ＳＲコンデンサ予充電処理（ステップＳ１）の結果、電圧変換器８の一次側電圧Ｖ1の差の絶対値｜Ｖcap−Ｖ1｜が安定的に所定の閾値Ｖth14以下となっているので、発電機駆動装置１は、コンタクタ制御部２６の制御のもとでコンタクタ９を接続する（ステップＳ４０１）。この後、発電機駆動装置１は、以下の二つの条件をクリアしているか否かを判定する（ステップＳ４０２、Ｓ４０３）。
第１の条件として、発電機駆動装置１は、コンタクタ９のオン状態が実現されているか否かを所定の検出手段によって確認する（ステップＳ４０２）。発電機駆動装置１が判定を開始してから所定時間Ｔ７経過してもコンタクタ９がオン状態に達しない場合（ステップＳ３０５，Ｔ７経過しても条件未達）、発電機駆動装置１はコンタクタ開放異常処理を行う（ステップＳ４０５）。ここでのタイムアウト時間Ｔ7は上述したＴ4と同じである。
第２の条件として、発電機駆動装置１は、コンタクタ９の両端電位差ΔＶcontと所定の閾値Ｖth31との比較を行い、ΔＶcontが不等式ΔＶcont≦Ｖth31を満たし、かつこの不等式を満たす状態が所定時間ｔ10だけ継続したか否かを判定する（ステップＳ４０３）。ここで、閾値Ｖth31は、電圧検出の精度を考慮した上で明らかに電圧が異なると判断できる値であり、Ｖth23と等しい。発電機駆動装置１が判定を開始してから所定時間Ｔ8経過してもΔＶcontが条件「ΔＶcont≦Ｖth31がｔ10継続」を満足しない場合（ステップＳ４０３，Ｔ8経過後も条件未達）、発電機駆動装置１はコンタクタ開放異常処理を行う（ステップＳ４０５）。ここでのタイムアウト時間Ｔ8はＴ7と同じである。
以上説明した第１、第２の条件を全てクリアした場合（ステップＳ４０４，Ｙｅｓ）、発電機駆動装置１は、一連のコンタクタ接続動作を終了する。これに対して、二つの条件のうち一つでもクリアしない条件がある場合（ステップＳ４０４，Ｎｏ）、発電機駆動装置１は、その条件がクリアされるまで待機状態となる。
ステップＳ４のコンタクタ接続動作（キャパシタ電荷あり）の後の処理は、キャパシタ５の電圧Ｖcapに応じて異なる。電圧Ｖcapが所定の閾値Ｖth02よりも小さい場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）には後述するステップＳ６に進む一方、電圧Ｖcapが閾値Ｖth02以上である場合（ステップＳ５，Ｎｏ）には後述するステップＳ７に進む。ここでの閾値Ｖth02は、発電機駆動装置１が通常動作可能な電圧である。
以下、コンデンサ接続処理後の制御について説明する。まず、キャパシタ電荷なしの場合のコンタクタ接続処理（ステップＳ３）の後、発電機駆動装置１はキャパシタ予充電動作を行う（ステップＳ６）。このキャパシタ予充電動作は、従来から知られている方法を適用することができる（例えば、上記特許文献１を参照）。キャパシタ電荷ありの場合のコンタクタ接続処理（ステップＳ４）の後、電圧Ｖcapが不等式Ｖcap＜Ｖth02を満たす場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）にもキャパシタ予充電動作（ステップＳ６）を行う。
キャパシタ予充電動作の後、発電機駆動装置１は、電圧制御静定動作を行う（ステップＳ７）。ここでいう電圧制御制定動作は、キャパシタ５の予充電動作から電圧変換器８の定常動作へ移行するときに、定常動作時の二次側電圧指令値Ｖ0targetに対して電圧変換器８の電圧制御動作が安定するまでの待ち状態に対応している。
キャパシタ電荷ありの場合のコンタクタ接続処理（ステップＳ４）の後、電圧Ｖcapが不等式Ｖcap＜Ｖth02を満たさない場合（ステップＳ５，Ｎｏ）、発電機駆動装置１は通常動作可能な状態にあるため、キャパシタ予充電動作を行わずに電圧制御静定動作（ステップＳ７）へ進む。
電圧制御静定動作後、発電機駆動装置１は電圧変換器８の定常動作へ移行する（ステップＳ８）。この際、電圧変換器８では、電圧変換器制御部２５の制御のもとで下側インバータ８２と上側インバータ８３との間の位相差制御が行われる。具体的には、下側インバータ８２のスイッチング動作と上側インバータ８３のスイッチング動作を所定の位相差に相当する時間だけずらすことによってコイル８４ａ、８４ｂを流れる電流の電流パターンを形成する。このような位相差制御を行うことにより、コイル８４ａの電圧パターン、電流パターンおよびコイル８４ｂの電圧パターン、電流パターンを高速にかつ容易に制御することができる（ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた定常動作時の制御の詳細については、例えば国際公開第０７／０６０９９８号パンフレットを参照）。
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、コンタクタがオフの状態で発電機を動作させながら、昇圧手段としての電圧変換器を構成するＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが有する２つの電圧形インバータのうち電源用キャパシタと並列に接続されていない電圧形インバータのみをチョッピング動作させることにより、電源用キャパシタの電圧とサージ吸収用コンデンサの電圧との差が所定の範囲内となるようにサージ吸収用コンデンサの電圧を制御しているため、サージ吸収用コンデンサの電圧が低い場合であっても安定した電圧制御を行うことができる。したがって、前述した制御を行ってからコンタクタをオンすることにより、昇圧手段を設けた場合であってもコンタクタをオンした時の突入電流の発生を確実に回避することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、エンジン始動時にＳＲモータの発電電圧を利用してＳＲコンデンサを充電することができるので、従来のように、エンジン始動時に蓄電池でＳＲコンデンサを充電するためのサブコンタクタや抵抗を設ける必要がない。したがって、発電機駆動装置を小型化することができ、ハイブリッド車両自体の小型化も実現することが可能になる。
また、本実施の形態によれば、ＳＲモータを用いても安定した制御を実現することが可能となるため、同じサイズの他の種類のモータ（例えばＰＭモータ）と比較しても高効率、高出力のハイブリッド車両を提供することができる。
ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上記一実施の形態によって限定されるべきものではない。例えば、図４に示すフローチャートの中で、ステップＳ２における比較処理の結果、ＳＲコンデンサ予充電動作（ステップＳ１）からキャパシタ電荷なしの場合のコンタクタ接続（ステップＳ３）へ進む場合には、ＳＲモータ電圧制御と上側インバータ動作とを終了せず、これらの処理を継続して行うようにしてもよい。
また、本発明は、発電機としてＰＭモータ等の他の電動モータを適用することも可能である。
なお、本発明は、油圧ショベル以外の建設機械にも適用可能であることはもちろんのこと、建設機械以外の様々な種類のハイブリッド車両にも適用可能である。
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
以上のように、本発明は、駆動軸が互いに連結されたエンジンおよびモータを駆動源とするハイブリッド車両に有用であり、特に油圧ショベル等のハイブリッド建設機械に好適である。

Claims (6)

  1. 発電機と、
    駆動軸が前記発電機の駆動軸に連結されたエンジンと、
    前記発電機に電力を供給する一方、前記発電機が発電した電力を蓄電する電源用キャパシタと、
    前記発電機に接続された発電機用インバータと、
    直流端子が加極性に直列接続される二つの電圧形インバータおよび前記二つの電圧形インバータの交流端子をＡＣ結合し、所定の漏れインダクタンスを有するトランスを含み、前記二つの電圧形インバータの一方が前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタのキャパシタ電圧を昇圧した直流電圧を前記インバータへ出力するＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
    前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタよりも小さい容量を有し、少なくともサージ吸収を行うサージ吸収用コンデンサと、
    前記電源用キャパシタと前記サージ吸収用コンデンサとの間に直列接続されたコンタクタと、
    前記コンタクタがオフの状態で前記発電機を動作させながら前記電源用キャパシタと並列に接続されていない前記電圧形インバータのみをチョッピング動作させることにより、前記電源用キャパシタの電圧と前記サージ吸収用コンデンサの電圧との差が所定の範囲内となるように前記サージ吸収用コンデンサの電圧を制御した後、前記コンタクタをオンする制御を行う制御手段と、
    を備えたことを特徴とする発電機駆動装置。
  2. 前記制御手段は、
    前記電源用キャパシタと並列に接続されていない前記電圧形インバータに並列接続される一方、前記サージ吸収用コンデンサに直列接続され、前記サージ吸収用コンデンサよりも小さい容量を有し、少なくともサージ吸収を行う小容量サージ吸収用コンデンサをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の発電機駆動装置。
  3. 前記発電機はＳＲモータであり、
    前記発電機用インバータを介して前記ＳＲモータに接続され、前記ＳＲモータを励磁する励磁電源と、
    前記発電機用インバータおよび前記ＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、前記ＳＲモータの発電電圧を充電するＳＲモータ用コンデンサと、
    をさらに備え、
    前記制御手段は、
    前記ＳＲモータ用コンデンサの電圧が、前記ＳＲモータの発電電圧の制御を安定して行うことが可能な電圧として予め定められる値に達していない場合、前記励磁電源をオンする制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の発電機駆動装置。
  4. 前記電圧形インバータは複数のスイッチング素子を有し、
    前記制御手段は、
    前記電源用キャパシタに並列接続されていない電圧形インバータのみをチョッピング動作させる際、当該電圧形インバータが有する複数のスイッチング素子のうち、前記トランスを介してそれぞれ直列に接続された二つのスイッチング素子の組を交互にスイッチングさせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発電機駆動装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の発電機駆動装置が搭載され、前記発電機および前記エンジンを駆動源とすることを特徴とするハイブリッド車両。
  6. 発電機と、駆動軸が前記発電機の駆動軸に連結されたエンジンと、前記発電機に電力を供給する一方、前記発電機が発電した電力を蓄電する電源用キャパシタと、前記発電機に接続された発電機用インバータと、直流端子が加極性に直列接続される二つの電圧形インバータおよび前記二つの電圧形インバータの交流端子をＡＣ結合し、所定の漏れインダクタンスを有するトランスを含み、前記二つの電圧形インバータの一方が前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタのキャパシタ電圧を昇圧した直流電圧を前記インバータへ出力するＡＣ結合双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記電源用キャパシタに並列接続され、前記電源用キャパシタよりも小さい容量を有し、少なくともサージ吸収を行うサージ吸収用コンデンサと、前記電源用キャパシタと前記サージ吸収用コンデンサとの間に直列接続されたコンタクタと、を備えた発電機駆動装置の制御方法であって、
    前記コンタクタがオフの状態で前記発電機を動作させながら前記電源用キャパシタと並列に接続されていない前記電圧形インバータのみをチョッピング動作させることにより、前記電源用キャパシタの電圧と前記サージ吸収用コンデンサの電圧との差が所定の範囲内となるように前記サージ吸収用コンデンサの電圧を制御した後、前記コンタクタをオンすることを特徴とする発電機駆動装置の制御方法。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5342473B2 (ja) * 2010-02-25 2013-11-13 ナブテスコ株式会社 ハイブリッド建機の制御装置
TWI413340B (zh) * 2010-11-17 2013-10-21 財團法人工業技術研究院 延長插電式混合動力車電池壽命之裝置與方法
US8528675B2 (en) * 2011-03-02 2013-09-10 Deere & Company Electrical cabinet
CN102874088B (zh) * 2011-07-14 2015-07-08 北汽福田汽车股份有限公司 用于混合动力汽车的动力输出装置、混合动力汽车
KR101394751B1 (ko) * 2012-12-28 2014-05-15 현대자동차주식회사 Ｄｃ-ｄｃ 컨버터의 퓨즈 단선 검출 방법
WO2014167648A1 (ja) * 2013-04-09 2014-10-16 三菱電機株式会社 多軸駆動装置
JP2015089235A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 株式会社Ihi 電力変換装置
DE102014200262A1 (de) * 2014-01-10 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einer Batterie, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüssen über ein Schütz verbindbar ist, und Verfahren zum Schalten eines solchen Schützes
CN103762920B (zh) * 2014-01-20 2017-07-04 漳州科华技术有限责任公司 用于发电机的变流器及其发电供电装置
JP6160504B2 (ja) * 2014-02-20 2017-07-12 トヨタ自動車株式会社 受電装置
CN103935230A (zh) * 2014-04-11 2014-07-23 苏州紫荆清远新能源汽车技术有限公司 一种串联式混合动力电驱动系统
KR101613907B1 (ko) 2014-06-26 2016-04-21 김만익 하이브리드 발전기 및 그의 전력 제어 방법
US9287701B2 (en) 2014-07-22 2016-03-15 Richard H. Sherratt and Susan B. Sherratt Revocable Trust Fund DC energy transfer apparatus, applications, components, and methods
WO2017073144A1 (ja) * 2015-10-27 2017-05-04 三菱電機株式会社 駆動システムおよび駆動制御方法
KR101947464B1 (ko) 2018-03-20 2019-05-02 주식회사 성삼 선박용 하이브리드 발전기 및 그의 전력 제어 방법
EP4236048A3 (en) 2019-05-24 2023-10-25 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. Integrated charger and motor control system comprising a transformer and multi-level power converters

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004282827A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Honda Motor Co Ltd 発電装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3606760B2 (ja) 1999-03-24 2005-01-05 富士電機ホールディングス株式会社 ハイブリッド電気自動車の電源システム
JP2002213272A (ja) 2001-01-16 2002-07-31 Fuji Electric Co Ltd ハイブリッド電気自動車の電源システム
JP4735000B2 (ja) 2004-10-29 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 モータ駆動装置
US7327113B2 (en) 2004-11-15 2008-02-05 General Electric Company Electric starter generator system employing bidirectional buck-boost power converters, and methods therefor
JP4319613B2 (ja) 2004-11-22 2009-08-26 株式会社デンソー 車両用ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
JP4671336B2 (ja) 2005-05-09 2011-04-13 株式会社小松製作所 モータ駆動装置
US9166415B2 (en) * 2005-11-24 2015-10-20 Komatsu Ltd. AC link bidirectional DC-DC converter, hybrid power supply system using the same and hybrid vehicle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004282827A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Honda Motor Co Ltd 発電装置

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