JPH06209527A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カ行・回生運転を繰返すドライブ装置を構成
する電力変換装置の直流回路に設けられるバッテリを含
む直流電源装置のエネルギ回収容量を増大する。 【構成】 バッテリに直列接続されるコンデンサと、該
コンデンサに直列に前記バッテリからの放電電流を流す
極性で接続される第１のスイッング素子と、該第１のス
イッング素子に並列に前記バッテリへ充電電流を流す極
性で接続される第１のダイオ―ドと、前記第１のスイッ
チング素子と第１のダイオ―ドの並列回路と前記コンデ
ンサの直列回路に並列に前記バッテリへ充電電流を流す
極性で接続される第２のスイッチング素子と、該第２の
スイッチング素子に並列に前記バッテリからの放電電流
を流す極性で接続される第２のダイオ―ドと、前記第１
のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン
・オフ制御する手段を具備して成る直流電源装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車やディ―ゼ
ル電気ハイブリッドシステムなどの従来バッテリを用い
ていた駆動システムにおいて、バッテリに置換すること
により駆動シテムの性能を向上させることの出来る直流
電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステム
については「大型自動車用ディ―ゼル電気ハイブリッド
エンジンの開発」（小幡篤臣ほか，東芝レビュ―1991 V
OL.46NNO.8）で紹介されている。誘導機をインバ―タ制
御して、これまでのティ―ゼルエンジンでは熱として捨
てられていたブレ―キエネルギを電力変換して直流電源
に蓄え、駆動時に再利用して燃費を低減する、発進・加
速時にディ―ゼルエンジンと誘導機とでトルクを分担す
ることで、ト―タルの出力は保ちながらエンジン単体の
出力を下げて、排気ガス中のＮＯx ・黒煙を低減する、
などの性能を得て大型自動車の低公害化・省エネルギ化
を可能とするものである。都市の路線バスは頻繁に発進
・停止を繰り返し行うので、ディ―ゼル・電気ハイブリ
ッドシステムによる効果が大きい。従来はこのシステム
の制動エネルギを蓄える直流電源としてバッテリを用い
ていた。図４に、直流電源装置としてバッテリを使用し
ている従来のディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムの
構成を示す。

【０００３】図４において、１はバッテリ、２はディ―
ゼルエンジン、３はディ―ゼルエンジン２に直結された
誘導機、４は誘導機３を可変速制御するインバ―タ、５
は平滑コンデンサ、６はインバ―タ４の直流電圧を車載
機器７に適合した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバ―タ
である。８は制動エネルギをバッテリ１に受け入れるこ
とができない場合に抵抗に流して消費させるための放電
回路であり、抵抗９、自己消弧素子１０、ダイオ―ド１
１，１２からなる。１３〜１６はバッテリ２に流れる電
流を検出する電流検出器である。１３，１４は誘導機３
の相電流ｉ１u、ｉ１w を検出し、１５はインバ―タ４
の直流部電流Ｉdcを検出する。１６はバッテリ車載機器
とに流れる電流の和を検出する。１７はアクセルセンサ
の出力信号、１８はリタ―ダ（ディ―ゼル電気ハイブリ
ッドシステムの電気式補助ブレ―キ、以下リタ―ダとい
う）による制動力を運転手が制御するためのリタ―ダレ
バ―の出力信号、１９はアクセルセンサ出力信号１７
と、リタ―ダレバ―出力信号１８とから誘導機３をどの
ように制御するかを定める機能制御回路である。自動車
では、エンジンの回転速度によって同一のアクセル踏み
込み量でも駆動力が変わる。更に、ディ―ゼル・電気ハ
イブリッドシステムではエンジンは駆動していても誘導
機は発電側に制御する場合もあり、これもエンジン回転
数の関数となっている。このため機能制御回路１９には
ディ―ゼルエンジン２の回転速度を検出する速度検出器
２０の出力信号が入力されている。機能制御回路１９は
入力されるアクセルセンサ出力信号１７、リタ―ダレバ
―出力信号１８、速度検出器２０の出力する速度信号か
ら、ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムのもつ補助
駆動、リタ―ダ、発電の３つのモ―ドのうちのどのモ―
ドで誘導機３を動作させるかを決定し、そのモ―ド選択
信号をそのモ―ドにおける基準信号とともにインバ―タ
制御回路２１に出力する。機能制御回路１９から出力さ
れる基準値は、補助駆動モ―ドでは正のトルク基準値、
リタ―ダモ―ドでは制動電力基準値、発電モ―ドでは充
電電流最大値である。インバ―タ制御回路２１は補助駆
動モ―ドでは、機能制御回路１９から与えられるトルク
指令値に等しいトルクを誘導機３が出力するようにイン
バ―タ４を制御する。リタ―ダモ―ドでは、制動電力基
準値に等しい電力を誘導機３が発電するように、電圧検
出器２２で検出するインバ―タ直流電圧即ちバッテリ電
圧と、電流検出器１５で検出するインバ―タ直流電流と
から発電電力を計算して、閉ル―プ制御をおこなってい
る。このときバッテリ電流を電流検出器１６で検出して
おり、インバ―タ直流電流とバッテリ電流の差分を、抵
抗９で消費させて、バッテリ１の充電率のいかんにかか
わらず、所定の制動電力を誘導機３が発電できるように
している。発電モ―ドでは予め設定されたバッテリの充
電電圧指令値に電圧検出器２２にて検出されるバッテリ
電圧が等しくなる用に誘導機３を制御する。バッテリ電
圧が充電電圧指令値に満たない場合は、機能制御回路１
９から与えられる充電電流最大値に電流検出器１６で検
出するバッテリ電流が等しくなるように定電流制御す
る。正確には、電流検出器１６で検出されるのはバッテ
リ電流とＤＣ／ＤＣコンバ―タ入力電流との和であり、
バッテリ電流そのものではないが、ＤＣ／ＤＣコンバ―
タ入力電流は補助駆動時、リタ―ダ時のバッテリ電流に
比べて無視してよいほど小さい。

【０００４】自動車の走行モ―ド（発進、加速、定常走
行、減速、停止と従来のディ―ゼル・電気ハイブリッド
システムの動作との関係を図５に示す。簡単のためギヤ
チェンジはないものとし描いている。車両の停止状態か
らアクセルがいっぱいに踏込まれると、機能制御回路１
９はインバ―タ制御回路２１にモ―ド選択信号で補助駆
動モ―ドであることを知らせると共に、加速トルク基準
値を出力する。

【０００５】インバ―タ制御回路２１は与えられたトル
ク基準値に見合った加速トルクを誘導機３が出力するよ
うインバ―タ４を制御する。エンジンは低回転数では排
気ガス特性が良くないので補助駆動トルクを大きくして
エンジンの負担を小さくしているが回転数が上がると補
助駆動トルクは極僅かでよい。この為、発進・加速時の
バッテリの放電電力は図５のように回転数と共に小さく
なる。

【０００６】アクセル踏込み量が所定の値以下になると
機能制御回路１９はモ―ド選択信号で発電モ―ドに変っ
たことをインバ―タ制御回路２１知らせると共に充電電
流最大値と発電電圧指令を出力する。インバ―タ制御回
路２１には電流検出器１６によってバッテリ電流の検出
値が、電圧検出器２２によって直流電圧の検出値がフィ
―ドバックされておみり、充電電圧指令値に基づいて誘
導機３が発電機として動作するようインバ―タ４を制御
する。自動車側の制御によりエンジン２の出力も落ちて
おり自動車は定常走行に移る。

【０００７】リタ―ダレバ―が入ったことがリタ―ダレ
バ―出力信号で与えられると、機能制御回路１９はイン
バ―タ制御回路２１にモ―ド選択信号でリタ―ダモ―ド
に変ったことが知らせると共に、制動電力基準を出力す
る。インバ―タ制御回路２１は制動電力基準に見合った
電力を誘導機３が発電するようインバ―タ４を制御す
る。自動車側の制御によりエンジンのトルクは零で、誘
導機３の発電によって制動トルクを得、自動車は減速す
る。

【０００８】自動車が停止し、アクセルセンサ出力信号
１７、リダ―ダレバ―出力信号１８のいずれもないとき
には機能制御回路１９は定常走行と同様に発電モ―ドと
して、インバ―タ制御回路２１に発電電圧指令値を出力
する。バッテリ１の電圧が落ちていて発電が必要であれ
ば、停止時にもエンジンを動かし、誘導機３で発電す
る。 定常走行時、停止時の発電は常に行われるもので
はない。補助駆動分と車載機器で消費する電力とで直流
電源が放電して電圧検出器２２で検出するバッテリ電圧
が下って、所定の放電率を超えたとみなせるときのみ、
充電のために発電が行われる。直流電源に十分なエネル
ギがある場合は、誘導機３は停止している。

【０００９】バッテリ電圧波形では、発電による充電制
御の電圧基準値を点線で示している。バッテリ電流波形
では点線が電流値零である。れ発進加速時のバッテリ電
圧は補助駆動による放電で下降する。バッテリ電流は、
回転数が高くなると補助駆動電力が小さくてよくなるた
め、回転数上昇と共に減少する。定常走行時の発電では
電圧が基準値よりも低い間、発電時の最大電流として定
められた値での定電流制御がおこなわれ、電圧が基準値
に達すると、基準電圧での定電圧制御がおこなわれて電
流は小さくなる。減速時は電圧基準値、最大電流とも発
電時よりも大きな値とされているので、制動に必要なだ
けのトルクを得ると共にバッテリ１への大電力での充電
が行われる。バッテリ電圧が許容充電電圧最大値に達す
るとバッテリ電流を減らさなければならないが、制動ト
ルクが減少すると運転に支障を生じるので、放電回路に
より、抵抗９にバッテリ電流の減少分の電流を流して、
制動トルクは一定としている。図５で太い実線で示すよ
うにバッテリ電流は減少するが、抵抗消費分（縦線で塗
りつぶした部分）との和は一定である。抵抗を全てオン
にしてもバッテリ電圧が上昇しようとするとき、始めて
定電圧制御がきいて直流電流が絞られる。バッテリ１の
充電率が低い場合には、バッテリ電圧の上昇に時間がか
かるので、減速に要する時間がそれより短ければ、抵抗
９に電流を流す必要がなく、制動エネルギを全て充電で
きる。この場合バッテリ電流は直流電流に等しい一定電
流となる。

【００１０】

【発明が解決しようする課題】バッテリ１は、充電電
流、充電電圧がその寿命に大きく影響するので、充電電
流、充電電圧が許容値を超えないように用いなければな
らない。

【００１１】デッイ―ゼルエンジンハイブリッドシステ
ムでは、大型車両の運動エネルギを電気エネルギに変え
ることにより制動力を得ているので、急減速時には電流
検出器１５で検出される直流電流がバッテリ１の許容充
電電流値を超えてしまうことがある。バッテリ１が放電
しており、エネルギとしてバッテリ１が受け入れ可能な
量、つまり微小電流で長時間をかけてやれば充電可能な
エネルギ量であっても、急制動の大電力で許容電流を超
えてしまう場合がある。許容電流を超えた分については
抵抗９で消費しなければならない。又、バッテリ１の充
電率が高くなると、僅かなバッテリ電流でも電圧が急激
に上昇するようになるので、バッテリ電圧が充電許容電
圧を超えず、しかも所定の制動力を保つように、この場
合も抵抗９で制動エネルギを消費させなければならな
い。更に、減速時の回収エネルギより発進加速時の必要
エネルギの方が大きい場合には、その分は定常走行時に
発電せねばならない。又、図５のように補助制動が必ず
減速の後でおこなわれるとは限らず、例えば、発進加速
で補助制動した後、登り坂にかかると再び補助制動が必
要になる。そのためにも定常走行時に発電して十分なエ
ネルギをバッテリに充電しておかなければならない。こ
れらのため減速時の制動エネルギをますます回収しにく
くなってしまう。定常走行時の充電電圧指令値が再度の
補助制動に必要なエネルギを早急に回復するように定め
られるため、定常走行時の時間が長くなると充電率が高
くなりすぎで、制動エネルギを十分に回収できなくなっ
てしまう。

【００１２】ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムは
回収した制動エネルギを車載機器への電力供給、補助制
動にまわすことにより、低燃費化、低公害化を図るもの
であるが、バッテリの充電能力で、制動時の電力の回収
量が制約されている。又、バッテリには、放電電流が大
きい使い方をすると寿命に影響し、短時間でバッテリを
交換せねばならないという問題点もある。

【００１３】本発明は、以上述べた従来のバッテリによ
る制約以上の制動エネルギを回収でき、しかもバッテリ
の寿命を延ばすことのできる直流電源装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、バッテリに直列接続されるコンデンサと、該コンデ
ンサに直列に前記バッテリからの放電電流を流すことが
できる極性で接続される第１のスイッング素子と、該第
１のスイッング素子に並列に前記バッテリへ充電電流を
流すことができる極性で接続される第１のダイオ―ド
と、前記第１のスイッチング素子と第１のダイオ―ドの
並列回路と前記コンデンサの直列回路に並列に前記バッ
テリへ充電電流を流すことができる極性で接続される第
２のスイッチング素子と、該第２のスイッチング素子に
並列に前記バッテリからの放電電流を流すことができる
極性で接続される第２のダイオ―ドと前記第１のスイッ
チング素子及び第２のスイッチング素子をオン・オフ制
御する手段を具備することによって達成でき。

【００１５】

【作用】前述のように構成された直流電源装置は、力
行、回生を繰り返すドライブ装置の電源として使用され
るものであって、回生電力によって、コンデンサ５０と
バッテリ１の直列回路を充電する場合には、第１のスイ
ッチング素子５１及び第２のスイッチング素子５３をオ
フすることによって、「端子Ｐ→第１のダイオ―ド５２
→コンデンサ５０→バッテリ１→端子Ｎ」の経路で充電
電流が流れ、コンデンサ５０とバッテリ１の直列回路に
充電すことができる。

【００１６】又、バッテリ１のみに充電する場合は、第
１のスイッチング素子５１をオフし、第２のスイッチン
グ素子５２をオンする。この状態で充電すると、「端子
Ｐ→第２スイッチング素子５３→バッテリ１→端子Ｎ」
の経路で充電電流が流れる。第１のスイッチング素子５
１をオフすることによって、コンデンサ５０が端子Ｐか
ら切離されるので、コンデンサ５０が既に充電され電圧
が上昇していても、バッテリ１のみに充電できる。

【００１７】更に、直流電源装置から力行電力を取りだ
す場合は、第２のスイッチング素子５３をオフし第１の
スイッング素子５１をオンにする。この状態でコンデン
サ５０が充電されていれば、「端子Ｎ→バッテリ１→コ
ンデンサ５０→第１のスイッチング素子５１→端子Ｐ」
の経路で放電電流が流れる。コンデンサ５０のエネルギ
を使い切ると「端子Ｎ→バッテリ１→第２のダイオ―ド
５４→端子Ｐ」の経路で放電電流が流れるようになる。

【００１８】次に、バッテリ１のみから放電させる場合
には、第１のスイッチング素子５１及び第２のスイッチ
ング素子５３をオフする。この状態では、「端子Ｎ→第
２のダイオ―ド５４→端子Ｐ」の経路で放電電流が流
れ、コンデンサ５０が充電されていても、第１のダイオ
―ド５２によってコンデンサ５０の放電は阻止され、バ
ッテリ１のみから放電される。

【００１９】このように、第１のスイッチング素子５１
及び第２のスイッチング素子５３の制御により、バッテ
リ１のみの充放電、バッテリ１とコンデンサ５０の直列
回路での充放電を制御できる。

【００２０】従って、リタ―ダのように大電力の充電が
必要な場合には、直列回路に充電し、定常走行・停車中
のバッテリの充放電収支を合わせるための発電時にはバ
ッテリのみに充電する。又、補助駆動も、コンデンサ電
圧が所定電圧以下のときにはバッテリのみ、所定電圧以
上の時にはバッテリとコンデンサの直列回路から放電す
る等、ハイブリッドシステムのモ―ド及び、直流電源装
置の状態によってバッテリのみと、バッテリとコンデン
サの直列回路の充放電を制御することができる。

【００２１】

【実施例】本発明の直流電源装置の構成図を図１に示
す、図１に示す直流電源装置は、バッテリ１に直列接続
されるコンデンサ５０と、該コンデンサ５０に直列に前
記バッテリ１からの放電電流を流すことができる極性で
接続される第１のスイッング素子５１と、該第１のスイ
ッング素子５１に並列に前記バッテリ１へ充電電流を流
すことができる極性で接続される第１のダイオ―ド５２
と、前記第１のスイッチング素子５１と第１のダイオ―
ド５２の並列回路と前記コンデンサ５０の直列回路に並
列に前記バッテリ１へ充電電流を流すことができる極性
で接続される第２のスイッチング素子５３と、該第２の
スイッチング素子５３に並列に前記バッテリ１からの放
電電流を流すことができる極性で接続される第２のダイ
オ―ド５４から構成されている。図２に、本発明の直流
電源装置６０をディ―ゼルエンジンなどの原動機と誘導
機とのハイブリッドシステムに適用した場合の一実施例
の構成図を示す。

【００２２】図２において、６０は本発明の直流電源装
置、６１はバッテリ電圧を検出する電圧検出器、６２は
コンデンサ５０のプラス側の電圧を検出する電圧検出
器、６３は電圧検出器６１の出力信号から電圧検出器６
４の出力信号を減算してコンデンサ５０の両端にかかる
電圧、即ち、コンデンサ電圧の検出信号を出力する減算
器である。６４は比較器、減算器６３の出力信号と定数
設定器６５の設定値とを比較して、その結果を論理値で
出力する。コンデンサ電圧が定数設定器６５の設定値を
超えていたら論理値「１」さもなければ「０」である。
比較器６４の出力はオンディレイ回路６６とアンド回路
６７に入力される。オンディレイ回路６６の出力は否定
論理回路６８に入力され、否定論理回路６８の出力はオ
ア回路６９とアンド回路６７に入力される。アンド回路
６７の出力は機能制御回路１９にに入力される。オア回
路６９の出力は電源制御回路７０に入力される。電源制
御回路７０には機能制御回路１９から補助駆動モ―ド選
択信号７１が入力される。同じく機能制御回路１９から
出力されるリタ―ダモ―ド選択信号７２はオア回路６９
に入力される。電源制御回路７０は否定論理回路７３，
７４，オンディレイ回路７５，７６、アンド回路７７，
７８からなっている。機能制御回路１９は従来と同様に
インバ―タ制御回路２１へモ―ド選択信号とそのモ―ド
における基準信号を出力する他に、電源制御回路７０を
制御するため補助駆動モ―ド選択信号とリタ―ダモ―ド
選択信号を論理値で出力する。補助駆動モ―ド選択信
号、リタ―ダモ―ド選択信号がいずれも「０」であれば
発電モ―ドである。また、機能制御回路１９にはアンド
回路６７の出力信号も入っている。この信号が「１」で
あり、かつアクセルペタル・リタ―ダレバ―により発電
モ―ドが選択されているときには機能制御回路１９はイ
ンバ―タ制御回路２１にのみ補助駆動モ―ドとしてのモ
―ド選択信号と基準値を出力する。このとき電源制御回
路７０の動作を制御するため出力する補助駆動モ―ド選
択信号７１、リダ―ダモ―ド選択信号７２はいずれも論
理値「０」である。

【００２３】オンディレイ回路７５，７６はスイッチン
グ素子５１，５３が素子の動作時間の関係で同時にオン
してしまうことを防ぐインタロック回路である。これに
よりコンデンサ５０に電圧がかかっているときスイッチ
ング素子５１，５３のオン・オフを制御する補助駆動モ
―ド信号が変化しても短絡ル―プはできない。次に、前
述の構成から成る本発明の動作を説明する。

【００２４】アクセルが補助駆動をおこなうレベルまで
踏み込まれると、機能制御回路１９は補助駆動モ―ド選
択信号７１として論理値「１」を出力する。このとき、
リダ―ダモ―ド選択信号７２は「０」である。コンデン
サ５０にすでに十分にエネルギが蓄積されていると比較
器６４の出力が「１」なのでオンディレイ回路６６の出
力も「１」となる。否定論理回路６８により論理反転し
た後オア回路６９でリタ―ダモ―ド選択信号７２とのオ
アをとるのでオア回路６９の出力信号は「０」である。
否定論理回路７７、７８はいずれもオンディレイ回路７
５，７６の出力をそのまま出力する。補助駆動モ―ド選
択信号７１が「１」であるからオンディレイ回路７５，
７６、アンド回路７７，７８を介してスイッチンク素子
５１はオンされ、５３はオフされる。一方、インバ―タ
制御回路２１により誘導機３は力行側に制御されるの
で、インバ―タ直流電流は直流電源装置６０の放電方向
となり、端子Ｎ→バッテリ１→コンデンサ５０→自己消
弧素子５１→端子Ｐの経路で流れる。コンデンサ５０の
エネルギが放電され比較器６４の出力が「０」に変ると
オンディレイ回路６６の出力も直ちに零になり、オア回
路６９の出力は「１」となる。否定論理回路７４を介し
てアンド回路７７，７８のいずれも閉じられスイッチン
グ素子５１，５３はどちらもオフとなる。このため補助
駆動のエネルギは、まず直流部の平滑コンデンサ５から
供給されインバ―タ直流電圧は急激に低下する。インバ
―タ直流電圧がバッテリ電圧より低くなるとダイオ―ド
５４が導通し、放電電流は、端子Ｎ→バッテリ１→ダイ
オ―ド５４→端子Ｐの経路で流れるようになる。補助駆
動時にスイッチング素子５１を常にオンしていると、コ
ンデンサ電圧が零になって始めて放電電流はダイオ―ド
５４を介して流れるようになるが、コンデンサ電圧が所
定レベル以下になるとスイッチング素子５１をオフする
ことにより、コンデンサ５０にエネルギを残したままダ
イオ―ド５４を介してバッテリのみから放電できるよう
になる。アクセルが僅かに踏み込まれており、補助駆動
をおこなうレベルまで達していない、あるいはアクセル
が踏み込まれていず、リタ―ダレバ―も入っていない場
合には、機能制御回路１９は発電モ―ドを選択する。即
ち、補助駆動モ―ド選択信号７１、リタ―ダモ―ド選択
信号７２のいずれも「０」である。もしコンデンサ電圧
が低く、比較器６４の出力が「０」であると、オンディ
レイ回路６６、否定論理回路６８、オア回路６９を介し
て否定論理回路７４の出力が「０」となりスイッチング
素子５１、５３のいずれもオフされるので、充電電流は
端子Ｐ→ダイオ―ド５２→コンデンサ５０→バッテリ１
→端子Ｎの経路で流れる。この経路でコンデンサ５０が
充電され、コンデンサ電圧が定数設定器６５の設定電圧
よりも高くなると、比較器６４の出力が「１」となって
スイッチング素子５３がオンされ、端子Ｐ→自己消弧素
子５３→バッテリ１→端子Ｎの経路でバッテリ１のみに
充電するようになる。これだけではスイッチング素子５
３がオンした瞬間に、平滑コンデンサ５→端子Ｐ→スイ
ッチング素子５３→バッテリ１→端子Ｎ→平滑コンデン
サ５のル―プができスイッチング素子５３に過大な電流
が流れてしまう。このためスイッチング素子５３をオン
する前に平滑コンデンサ５に蓄積された電荷を放電して
バッテリ電圧以下にする必要がある。アンド回路６７の
出力は比較器６４の出力が「１」になってからオンディ
レイ回路６６の出力「１」に変るまでの時間「１」とな
る。この間、機能制御回路１９はインバ―タ制御回路２
１に補助駆動としてのモ―ド選択信号を出力する。スイ
ッチング素子５１，５３はいずれもオフしているので誘
導機３が力行側に制御されるとインバ―タ直流電圧は急
速に低下する。オンディレイ回路６６のディレイタイム
と、この間の補助駆動のトルク基準の値を適切に選ぶこ
とにより、ディレイタイム後にスイッチング素子５３が
オンするときには直流電圧をバッテリ電圧まで低下させ
ておくことができる。ダイオ―ド５４があるので直流電
圧はバッテリ電圧よりダイオ―ドのインピ―ダンスドロ
ップ分以上は低下しない。以降は、端子Ｐ→自己消弧素
子５３→バッテリ１→端子Ｎの経路でバッテリ１のみに
充電するようになる。

【００２５】リタ―ダ調整レバ―が入り、アクセルが踏
み込まれていないと、機能制御回路１９はリタ―ダモ―
ドを選択し、リタ―ダモ―ド選択信号７２を出力する。
これによりオア回路６９はリタ―ダモ―ドを選択し、リ
ダ―ダモ―ド選択信号７２を出力する。これによりオア
回路６９否定論理回路７４を介しアンド回路７７，７８
がいずれも閉じられるので、コンデンサ５０の電圧に拘
らず自己消弧素子５１，５３はいずれもオフされる。自
動車を減速するための大電力を発電するようインバ―タ
制御回路２１により誘導機３が制御される。自己消弧素
子５１，５３がいずれもオフしているので充電電流は端
子端子Ｐ→ダイオ―ド５２→コンデンサ５０→バッテリ
１→端子Ｎの経路で流れる。車両の運動エネルギは誘導
電動機３により電力に変換されバッテリ１とコンデンサ
５０の直列回路に充電される。

【００２６】以上のように補助駆動時はコンデンサ電圧
が設定レベルより高ければ、コンデンサ５０とバッテリ
１の直列回路から、設定レベルより低ければバッテリ１
のみから放電して、コンデンサ電圧が所定電圧以下に下
らないように制御する。減速時（リタ―ダモ―ド時）に
は、バッテリ１とコンデンサ５０との直列回路に充電す
るので、直流電圧はコンデンサ電圧分だけバッテリ電圧
よりも高くなる。これによりバッテリ１のみによるリダ
―ダ時よりも制動力を増やすことができ、車両の運動エ
ネルギの電源装置への回収量を増やし燃費を改善でき
る。又、電圧が高くなった分だけ同一パワ―でのバッテ
リ電流が減少するので、バッテリ１へのストレスも小さ
くなる。

【００２７】定常走行時の発電では、コンデンサ電圧が
所定レベル以上であればバッテリのみに充電するので、
リタ―ダ時のエネルギを充電するための余地をコンデン
サに残すことができる。

【００２８】図３は、本発明の直流電源装置を使用した
ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムの動作説明図で
ある。速度及びディ―ゼル・電気ハイブリッドシステム
としての電力は図５と同じ波形としている。電圧につい
ては、直流電源装置１の構成要素であるコンデンサ，バ
ッテリそれぞれの電圧波形と、それらの和として得られ
る直流電源装置１の直流電圧波形を描いている。電圧波
形の点線は、コンデンサ電圧波形の場合は零ボルトを、
バッテリ電圧波形及び直流電源装置電圧波形の場合は発
電時の充電電圧基準を意味している。直流電源装置１の
電流はかならずバッテリをも流れるのでバッテリ電流で
示している。

【００２９】車両が、最初に走行を開始するときには、
コンデンサ５０にエネルギが蓄積されていない。図３の
時刻ｔ0 からの最初発進加速はこの場合を示している。
コンデンサ電圧が零なのでスイッチング素子５１，５３
はいずれもオフであり、発進・加速のエネギは端子Ｎ、
バッテリ１、ダイオ―ド５４、端子Ｐの経路でバッテリ
１から供給される。時刻ｔ1 にて定常走行となり発電モ
―ドとなる。発電モ―ドでは直流電圧が充電電圧指令値
に等しくなるよう発電電力を制御する。コンデンサ電圧
が最初は零なのでスイッチング素子５１，５３はいずれ
もオフしており、発電電力は端子Ｐ、ダイオ―ド５２、
コンデンサ５０、バッテリ１、端子Ｎの経路で流れ、コ
ンデンサ５０、バッテリ１の双方が充電される。時刻ｔ
2 にてコンデンサ電圧が定数設定器６５にて設定された
電圧Ｖcminに達すると機能制御回路１９はインバ―タ制
御回路２１に補助駆動モ―ド選択信号を出力する。この
時のトルク指令値は極小さな値である。スイッチング素
子５１，５３はいずれもオフしている。バッテリ電圧よ
りもインバ―タ直流電圧が低いのでダイオ―ド５４も逆
電圧がかかってオフしている。このため補助駆動のエネ
ルギはインバ―タの平滑コンデンサ５は静電容量が数千
マイクロファラッドと極小さいから、僅かなエネルギの
放出で電圧は大きく低下する。直流電圧がバッテリ電圧
より下がろうとするとダイオ―ド５４を介してバッテリ
１から補助駆動のエネルギが供給される。時刻ｔ3 にて
機能制御回路１９は再び発電モ―ドを選択しインバ―タ
制御回路２１、に出力する。コンデンサ電圧がＶcmin以
上であるのでスイッチング素子５３をオンして、直流電
圧が充電電圧指令値に等しくなるよう制御される。これ
によりバッテリ１のみに充電される。時刻ｔ4 にて減速
を開始すると、誘導機３はリタ―ダトルクを得るための
大電力発電を行うよう制御される。リタ―ダモ―ドでは
スイッチング素子５１，５３のいずれもオフしているの
で直流電圧の平滑コンデンサ５にまず充電され、直流電
圧が急速に上昇して、バッテリ電圧とコンデンサ電圧の
和を超えようとすると、ダイオ９ド５２を介してコンデ
ンサ５０とバッテリ１の直列回路に充電するようにな
る。回収したエネルギはコンデンサ５０とバッテリ１の
直列回路に充電される。図３に示すように一定のリタ―
ダパワ―であれば、コンデンサ電圧の上昇と共にバッテ
リ電流が減少する。又、直流電圧が従来のバッテリのみ
のシステムより高くできるので、制動パワ―自体を従来
よりも大きくすることができる。時刻ｔ5 で自動車は停
止し、時刻ｔ6 で再発進する。このときにはコンデンサ
５０に減速エネルギがチャ―ジされてコンデンサ電圧が
十分に高くなっているのでスイッチング素子５１がオン
されてコンデンサ５０とバッテリ１との直列回路から補
助駆動のエネルギが供給される。直流電圧が高いので、
バッテリ電流は時刻ｔ0 におけるバッテリ電流よりも小
さくなる。エネルギを放出してコンデンサ電圧がＶcmin
まで下った時刻ｔ7 でスイッチング素子５１がオフされ
る。直流電圧がバッテリ電圧よりも高いので直流部の平
滑コンデンサ５から補助駆動のエネルギが供給され直流
電圧は急速に低下する。時刻ｔ8 で直流電圧がバッテリ
電圧よりも低くなり、放電電流はダイオ―ド５４を介し
てバッテリ１から供給されるようになる。これによりコ
ンデンサ５０の電圧はＶcminに保たれる。時刻ｔ9 で定
常走行に移行し、誘導機３は発電モ―ドで制御される。
コンデンサ５０の電圧がＶcminを保っているのでスイッ
チング素子５１はオフされており、バッテリ１へ充電さ
れる。時刻ｔ6 ，ｔ7 間の補助駆動がコンデンサ５０と
バッテリ１との直列回路で行われていることからバッテ
リ１の放電電力も従来よりも小さく、定常走行時の発電
量も少くて済む。時刻ｔ10でバッテリ電圧が充電電圧指
令値に達して発電制御を終了しインバ―タはオフする。
時刻ｔ11で再び減速となり、以降は時刻ｔ3 〜ｔ11と同
様な動作となる。

【００３０】停車中は前回の減速時に回収したエネルギ
がバッテリ１にも充電されているので短時間であればバ
ッテリ１へ充電する必要はない。エアコンを動作させた
ままで、長時間停車するような場合には、バッテリ１が
放電してしまう。このような場合にもスイッチング素子
５３をオンしてバッテリのみへの充電制御が可能であ
る。

【００３１】尚、前述説明は、本発明の直流電源装置を
ディ―ゼルエンジンなどの原動機と誘導機とのディ―ゼ
ル電気ハイブリッドシステムに適用例であるが、本発明
はこのシステムに限定されるものではなく、力行、回生
を繰り返すドライブ装置の電源として使用することが出
来る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、直
流電源装置として充電できるエネルギの総量を増やすと
共に、バッテリに充電すべきエネルギの総量は減少させ
るさせることができる。従って、定常走行時、停止時の
充電電圧指令値を下げることができる。これにより、減
速開始時のバッテリの充電率が従来より低く、又、コン
デンサとの直列回路の電圧が高くなり充電電流が減少す
るので、バッテリ電圧が充電許容最大電圧まで上昇する
までの時間が長くなる。通常の減速においては抵抗に電
流を流す必要がなく、制動エネルギを全て直流電源装置
に回収できるようになる。従って、長い坂のない都市の
路線バス用のシステムなどでは、従来例の放電回路を省
略できる。制動エネルギの回収量が増えたこと及び、抵
抗で消費するかも知れない分を定常走行に発電していた
ことからまぬがれることから燃費を各段に改善できる。
回収量が増えた分を補助駆動にまわせば、低公害化をよ
り進めることもできる。又、再発進の開始時には直流電
源電圧が高くなった分だけ電流値が小さくなり、制動時
にも直流電圧が高くなると共に電流値が減少して、従来
に比べてバッテリの充電電流が小さくなるので、バッテ
リの寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流電源装置の一実施例を示す構成
図。

【図２】本発明の直流電源装置を応用したドライブシス
テムの第１の実施例の構成図。

【図３】［図２］に示すドライブシステムの動作を説明
するための波形図。

【図４】従来の直流電源装置を用いたドライブシステム
の構成図。

【図５】［図４］の従来のドライブシステムの動作を説
明するための波形図。

【符号の説明】

１ ……バッテリ ２ ……
エンジン ３ ……誘導機 ４ ……
インバ―タ ５ ……平滑コンデンサ ６ ……
DC／DCコンバ―タ ７ ……車搭機器 ８ ……
放電回路 ９ ……抵抗 １０ ……
自己消弧素子 １１〜１６ ……ダイオ―ド １９ ……
機能制御回路 ２０ ……速度検出器 ２１ ……
インバ―タ制御回路 ２２ ……電圧検出器 ５０ ……
コンデンサ ５１，５３ ……スイッチング素子 ５２，５４ ……
ダイオ―ド ６０ ……直流電源装置 ６１，６２ ……
電圧検出器 ６３ ……減算器 ６４ ……
比較器 ６５ ……定数設定器 ６６ ……
オンディレイ回路 ６７ ……アンド回路 ６８ ……
否定論理回路 ６９ ……オア回路 ７０ ……
電源制御回路 ７３，７４ ……否定論理回路 ７５，７６ ……
オンディレイ回路 ７７，７８ ……アンド回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリに直列接続されるコンデンサ
   と、該コンデンサに直列に前記バッテリからの放電電流
   を流す極性で接続される第１のスイッング素子と、該第
   １のスイッング素子に並列に前記バッテリへ充電電流を
   流す極性で接続される第１のダイオ―ドと、前記第１の
   スイッチング素子と第１のダイオ―ドの並列回路と前記
   コンデンサの直列回路に並列に前記バッテリへ充電電流
   を流す極性で接続される第２のスイッチング素子と、該
   第２のスイッチング素子に並列に前記バッテリからの放
   電電流を流す極性で接続される第２のダイオ―ドと、前
   記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子
   をオン・オフ制御する手段を具備して成る直流電源装
   置。
2. 【請求項２】 バッテリに直列接続されるコンデンサ
   と、該コンデンサに直列に前記バッテリからの放電電流
   を流す極性で接続される第１のスイッング素子と、該第
   １のスイッング素子に並列に前記バッテリへ充電電流を
   流す極性で接続される第１のダイオ―ドと、前記第１の
   スイッチング素子と第１のダイオ―ドの並列回路と前記
   コンデンサの直列回路に並列に前記バッテリへ充電電流
   を流す極性で接続される第２のスイッチング素子と、該
   第２のスイッチング素子に並列に前記バッテリからの放
   電電流を流す極性で接続される第２のダイオ―ドと、前
   記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、この電圧
   検出器の検出信号に応じて前記第１のスイッチング素子
   及び第２のスイッチング素子をオン・オフ制御する手段
   を具備して成る直流電源装置。
3. 【請求項３】 バッテリに直列接続されるコンデンサ
   と、該コンデンサに直列に前記バッテリからの放電電流
   を流す極性で接続される第１のスイッング素子と、該第
   １のスイッング素子に並列に前記バッテリへ充電電流を
   流す極性で接続される第１のダイオ―ドと、前記第１の
   スイッチング素子と第１のダイオ―ドの並列回路と前記
   コンデンサの直列回路に並列に前記バッテリへ充電電流
   を流す極性で接続される第２のスイッチング素子と、該
   第２のスイッチング素子に並列に前記バッテリからの放
   電電流を流す極性で接続される第２のダイオ―ドと、前
   記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子
   をオン・オフ制御する手段と、前記第１のスイッチング
   素子と第２のスイッチング素子が同時にオンすることを
   禁止するインタロック手段を具備して成る直流電源装
   置。