JPH11275766A - 絶縁形直流−直流電力変換装置及び電気自動車用電気システム - Google Patents
絶縁形直流−直流電力変換装置及び電気自動車用電気システムInfo
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- JPH11275766A JPH11275766A JP10073619A JP7361998A JPH11275766A JP H11275766 A JPH11275766 A JP H11275766A JP 10073619 A JP10073619 A JP 10073619A JP 7361998 A JP7361998 A JP 7361998A JP H11275766 A JPH11275766 A JP H11275766A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 常用、非常用の充電器を単一の電流双方向絶
縁形直流−直流電力変換装置により構成し、電気自動車
の車載機器の小形軽量化、低価格化、高効率化を図る。 【解決手段】 主蓄電装置４と絶縁変圧器１４２の一次
巻線１４２Ｐとの間、及び、絶縁変圧器１４２の二次巻
線１４２Ｓと補助蓄電装置１０との間に、半導体スイッ
チと逆並列ダイオードからなるスイッチ回路をそれぞれ
接続する。これらのスイッチ回路のオンオフ制御によ
り、主蓄電装置４から補助蓄電装置１０側、または、補
助蓄電装置１０から主蓄電装置４側へ電力を供給して各
蓄電装置１０，４を充電する。
縁形直流−直流電力変換装置により構成し、電気自動車
の車載機器の小形軽量化、低価格化、高効率化を図る。 【解決手段】 主蓄電装置４と絶縁変圧器１４２の一次
巻線１４２Ｐとの間、及び、絶縁変圧器１４２の二次巻
線１４２Ｓと補助蓄電装置１０との間に、半導体スイッ
チと逆並列ダイオードからなるスイッチ回路をそれぞれ
接続する。これらのスイッチ回路のオンオフ制御によ
り、主蓄電装置４から補助蓄電装置１０側、または、補
助蓄電装置１０から主蓄電装置４側へ電力を供給して各
蓄電装置１０，４を充電する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用の充
電システムに適用して好適な絶縁形直流−直流電力変換
装置、及び、この電力変換装置を備えた電気自動車用電
気システムに関するものである。
電システムに適用して好適な絶縁形直流−直流電力変換
装置、及び、この電力変換装置を備えた電気自動車用電
気システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、代表的なシリーズハイブリッド
電気自動車の駆動システムを示している。図において、
１はエンジン、２は発電動機、３はコンバータ、４は車
両駆動用の主蓄電装置、５はインバータ、６は車両駆動
用電動機、７は減速機、８はデフギア、９ａ，９ｂは車
輪である。また、１０は補機１１の電源となる補助蓄電
装置、１２は主蓄電装置４から補助蓄電装置１０を充電
するための充電器、１３は補助蓄電装置１０から主蓄電
装置４を充電するための充電器である。ここで、充電器
１２，１３には通常、ＤＣ−ＤＣコンバータが使用され
ている。主蓄電装置４の電圧は数百Ｖ程度であるのに対
して、補助蓄電装置１０はエンジン自動車のバッテリー
に相当し、１２Ｖや２４Ｖとなっている。このため、充
電器１２，１３は電気絶縁形となっている。
電気自動車の駆動システムを示している。図において、
１はエンジン、２は発電動機、３はコンバータ、４は車
両駆動用の主蓄電装置、５はインバータ、６は車両駆動
用電動機、７は減速機、８はデフギア、９ａ，９ｂは車
輪である。また、１０は補機１１の電源となる補助蓄電
装置、１２は主蓄電装置４から補助蓄電装置１０を充電
するための充電器、１３は補助蓄電装置１０から主蓄電
装置４を充電するための充電器である。ここで、充電器
１２，１３には通常、ＤＣ−ＤＣコンバータが使用され
ている。主蓄電装置４の電圧は数百Ｖ程度であるのに対
して、補助蓄電装置１０はエンジン自動車のバッテリー
に相当し、１２Ｖや２４Ｖとなっている。このため、充
電器１２，１３は電気絶縁形となっている。
【０００３】図６のシステムでは、エンジン１の機械エ
ネルギーを発電機（発電動機２）により電気エネルギー
に変換し、この電気エネルギーをコンバータ３、インバ
ータ５を介して電動機６により再び機械エネルギーに変
換して車両を駆動する。エネルギーの流れが直列である
ことから、この方式はシリーズタイプと呼ばれている。
また、このシステムにおいて、エンジン１により駆動さ
れる発電機はほぼ一定の電力を出力すると共に、その発
生電力と電動機６が必要とする電力との差は、主蓄電装
置４からの充放電によって賄っている。
ネルギーを発電機（発電動機２）により電気エネルギー
に変換し、この電気エネルギーをコンバータ３、インバ
ータ５を介して電動機６により再び機械エネルギーに変
換して車両を駆動する。エネルギーの流れが直列である
ことから、この方式はシリーズタイプと呼ばれている。
また、このシステムにおいて、エンジン１により駆動さ
れる発電機はほぼ一定の電力を出力すると共に、その発
生電力と電動機６が必要とする電力との差は、主蓄電装
置４からの充放電によって賄っている。
【０００４】図６のシステムでは、発電動機２とコンバ
ータ３とにより発電動機２を電動機動作させ、主蓄電装
置４の電力でエンジン１を始動している。従って、この
システムでは、エンジン１の始動時において、始動に必
要な電力が主蓄電装置４に残っていなければならない。
主蓄電装置４の電力がエンジン１の始動に不十分である
場合に備えて、充電器１３が備えられている。すなわ
ち、充電器１３を動作させ、補助蓄電装置１０の直流電
力を変換して主蓄電装置４を充電し、この電力でエンジ
ン１を始動している。そして、エンジン１が始動した後
は、発電動機２を発電機動作させて主蓄電装置４を充電
する。
ータ３とにより発電動機２を電動機動作させ、主蓄電装
置４の電力でエンジン１を始動している。従って、この
システムでは、エンジン１の始動時において、始動に必
要な電力が主蓄電装置４に残っていなければならない。
主蓄電装置４の電力がエンジン１の始動に不十分である
場合に備えて、充電器１３が備えられている。すなわ
ち、充電器１３を動作させ、補助蓄電装置１０の直流電
力を変換して主蓄電装置４を充電し、この電力でエンジ
ン１を始動している。そして、エンジン１が始動した後
は、発電動機２を発電機動作させて主蓄電装置４を充電
する。
【０００５】一方，図７は代表的なパラレルハイブリッ
ド電気自動車の駆動システムを示している。なお、図６
と同一の構成要素には同一番号を付してある。図７にお
いて、１００はエンジン、１０２ａ，１０２ｂはクラッ
チ、１０３は発電動機、１０１はコンバータ、１０４は
変速機である。クラッチ１０２ａはエンジン１００の動
力の切り離し用、クラッチ１０２ｂはエンジン自動車と
同様に変速機１０４用である。このシステムはトルクア
シスト方式と呼ばれており、パラレル方式の一種であ
る。また、本システムは、エンジン１００が単独で車両
を駆動することができると共に、発電動機１０３が単独
で車両を電気的に駆動することも可能なシステムであ
る。
ド電気自動車の駆動システムを示している。なお、図６
と同一の構成要素には同一番号を付してある。図７にお
いて、１００はエンジン、１０２ａ，１０２ｂはクラッ
チ、１０３は発電動機、１０１はコンバータ、１０４は
変速機である。クラッチ１０２ａはエンジン１００の動
力の切り離し用、クラッチ１０２ｂはエンジン自動車と
同様に変速機１０４用である。このシステムはトルクア
シスト方式と呼ばれており、パラレル方式の一種であ
る。また、本システムは、エンジン１００が単独で車両
を駆動することができると共に、発電動機１０３が単独
で車両を電気的に駆動することも可能なシステムであ
る。
【０００６】エンジン駆動の場合は、エンジン１００の
出力を発電動機１０３の軸を介し変速機１０４に入力し
て車輪９ａ，９ｂを駆動すると共に、発電動機１０３は
発電機運転してコンバータ１０１を介し主蓄電装置４を
充電する。電気駆動の場合は、クラッチ１０２ａにより
エンジン１００を切り離し、主蓄電装置４の電力でコン
バータ１０１をインバータ運転することにより発電動機
１０３を電動機運転する。この運転方法はシリーズ方式
と同様となる。エンジン１００の始動は、クラッチ１０
２ｂを切り離し、クラッチ１０２ａを繋いで発電動機１
０３を電動機運転することにより行う。この方式も、シ
リーズ方式と同様である。
出力を発電動機１０３の軸を介し変速機１０４に入力し
て車輪９ａ，９ｂを駆動すると共に、発電動機１０３は
発電機運転してコンバータ１０１を介し主蓄電装置４を
充電する。電気駆動の場合は、クラッチ１０２ａにより
エンジン１００を切り離し、主蓄電装置４の電力でコン
バータ１０１をインバータ運転することにより発電動機
１０３を電動機運転する。この運転方法はシリーズ方式
と同様となる。エンジン１００の始動は、クラッチ１０
２ｂを切り離し、クラッチ１０２ａを繋いで発電動機１
０３を電動機運転することにより行う。この方式も、シ
リーズ方式と同様である。
【０００７】図８は、電池駆動の電気自動車の駆動シス
テムを示している。なお、図６、図７と同一の構成要素
には同一番号を付してある。図８において、４０は車両
駆動用の主蓄電装置（主電池）、５０はインバータ、６
０は車両駆動用電動機、７０は減速機である。電池を電
源とする電気自動車では、電池の電力が不足すると走行
を継続することができなくなる。しかし、このような事
態に至った場合でも、車両を安全な場所まで移動できる
ことが必要である。このために充電器１３を搭載し、補
助蓄電装置１０の電力により主蓄電装置４０を充電して
その電力で車両を走行、移動させるようにしている。
テムを示している。なお、図６、図７と同一の構成要素
には同一番号を付してある。図８において、４０は車両
駆動用の主蓄電装置（主電池）、５０はインバータ、６
０は車両駆動用電動機、７０は減速機である。電池を電
源とする電気自動車では、電池の電力が不足すると走行
を継続することができなくなる。しかし、このような事
態に至った場合でも、車両を安全な場所まで移動できる
ことが必要である。このために充電器１３を搭載し、補
助蓄電装置１０の電力により主蓄電装置４０を充電して
その電力で車両を走行、移動させるようにしている。
【０００８】図９は、図６〜図８に示した補助蓄電装置
１０の充電器１２の回路構成を示したものである。ここ
では、充電器１２を代表的な絶縁形２石式ＤＣ−ＤＣコ
ンバータにより構成してある。図９において、１２０は
入力平滑コンデンサ、１２１Ｐ，１２１Ｎは半導体スイ
ッチ、１２２は一次側が半導体スイッチ１２１Ｐ，１２
１Ｎの間に直列接続された絶縁変圧器、１２２Ｐはその
一次巻線、１２２Ｓはその二次巻線、１２３Ｐ，１２３
Ｎはコンデンサ１２０の両端と一次巻線１２２Ｐの両端
との間に接続された変圧器励磁電流還流ダイオード、１
２４，１２５は二次巻線１２２Ｓの両端に接続された出
力整流ダイオード、１２６は出力平滑リアクトル、１２
７は出力平滑コンデンサである。
１０の充電器１２の回路構成を示したものである。ここ
では、充電器１２を代表的な絶縁形２石式ＤＣ−ＤＣコ
ンバータにより構成してある。図９において、１２０は
入力平滑コンデンサ、１２１Ｐ，１２１Ｎは半導体スイ
ッチ、１２２は一次側が半導体スイッチ１２１Ｐ，１２
１Ｎの間に直列接続された絶縁変圧器、１２２Ｐはその
一次巻線、１２２Ｓはその二次巻線、１２３Ｐ，１２３
Ｎはコンデンサ１２０の両端と一次巻線１２２Ｐの両端
との間に接続された変圧器励磁電流還流ダイオード、１
２４，１２５は二次巻線１２２Ｓの両端に接続された出
力整流ダイオード、１２６は出力平滑リアクトル、１２
７は出力平滑コンデンサである。
【０００９】図９の回路の動作を、図１０を参照しつつ
説明する。半導体スイッチ１２１Ｐ，１２１Ｎは、図１
０に示すように同時にオン、オフする。図中、Ｔがオ
ン、オフの一周期であり、Ｔonがオン期間、Ｔoffがオ
フ期間を示す。周期Ｔに対するオン期間Ｔonの比率を制
御することにより、補助蓄電装置１０に対する充電電流
を制御している。
説明する。半導体スイッチ１２１Ｐ，１２１Ｎは、図１
０に示すように同時にオン、オフする。図中、Ｔがオ
ン、オフの一周期であり、Ｔonがオン期間、Ｔoffがオ
フ期間を示す。周期Ｔに対するオン期間Ｔonの比率を制
御することにより、補助蓄電装置１０に対する充電電流
を制御している。
【００１０】図１１は、図６〜図８に示した主蓄電装置
４または４０の充電器１３の回路構成を示したものであ
る。ここでも、充電器１３を代表的な絶縁形２石式ＤＣ
−ＤＣコンバータにより構成してある。図１１におい
て、１３０は入力平滑コンデンサ、１３１Ｐ，１３１Ｎ
は半導体スイッチ、１３２は一次側が半導体スイッチ１
３１Ｐ，１３１Ｎの間に直列接続された絶縁変圧器、１
３２Ｐはその一次巻線、１３２Ｓはその二次巻線、１３
３Ｐ，１３３Ｎはコンデンサ１３０の両端と一次巻線１
３２Ｐの両端との間に接続された変圧器励磁電流還流ダ
イオード、１３４，１３５は二次巻線１３２Ｓの両端に
接続された出力整流ダイオード、１３６は出力平滑リア
クトル、１３７は出力平滑コンデンサである。
４または４０の充電器１３の回路構成を示したものであ
る。ここでも、充電器１３を代表的な絶縁形２石式ＤＣ
−ＤＣコンバータにより構成してある。図１１におい
て、１３０は入力平滑コンデンサ、１３１Ｐ，１３１Ｎ
は半導体スイッチ、１３２は一次側が半導体スイッチ１
３１Ｐ，１３１Ｎの間に直列接続された絶縁変圧器、１
３２Ｐはその一次巻線、１３２Ｓはその二次巻線、１３
３Ｐ，１３３Ｎはコンデンサ１３０の両端と一次巻線１
３２Ｐの両端との間に接続された変圧器励磁電流還流ダ
イオード、１３４，１３５は二次巻線１３２Ｓの両端に
接続された出力整流ダイオード、１３６は出力平滑リア
クトル、１３７は出力平滑コンデンサである。
【００１１】この図１１の回路構成を図９と対比する
と、図９の入出力側を逆転させれば図１１の回路とな
り、両回路構成はいわば対称であって実質的に同一であ
るため、その動作説明は省略する。この図１１に示す充
電器１３により、主蓄電装置４または４０が充電され
る。
と、図９の入出力側を逆転させれば図１１の回路とな
り、両回路構成はいわば対称であって実質的に同一であ
るため、その動作説明は省略する。この図１１に示す充
電器１３により、主蓄電装置４または４０が充電され
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする問題点】図６、図７に示した
ように、主蓄電装置４の電力でエンジンを始動するハイ
ブリッド電気自動車では、補助蓄電装置１０の電力を用
いてエンジンを始動できるように、補助蓄電装置１０か
ら主蓄電装置を充電する非常用の充電器１３を、主蓄電
装置４から補助蓄電装置１０を充電する常用の充電器１
２とは別個に設けている。また、図８に示したように主
蓄電装置４０の電力のみで走行する電気自動車の場合で
も、主蓄電装置４０の電力が消耗して走行不能になった
場合に備えて、上記と同様の非常用の充電器１３を備え
ている。
ように、主蓄電装置４の電力でエンジンを始動するハイ
ブリッド電気自動車では、補助蓄電装置１０の電力を用
いてエンジンを始動できるように、補助蓄電装置１０か
ら主蓄電装置を充電する非常用の充電器１３を、主蓄電
装置４から補助蓄電装置１０を充電する常用の充電器１
２とは別個に設けている。また、図８に示したように主
蓄電装置４０の電力のみで走行する電気自動車の場合で
も、主蓄電装置４０の電力が消耗して走行不能になった
場合に備えて、上記と同様の非常用の充電器１３を備え
ている。
【００１３】このように、ハイブリッド電気自動車を含
む電気自動車においては、補助蓄電装置用の常用の充電
器以外に、主蓄電装置用の非常用の充電器を備えている
ため、車載機器の大型化、重量化、高価格化等が問題に
なっており、その解決が望まれている。そこで本発明
は、充電システムを改良して小型・軽量化、低価格化、
効率向上を可能にした絶縁形直流−直流電力変換装置、
及びこの変換装置を有する電気自動車用電気システムを
提供しようとするものである。
む電気自動車においては、補助蓄電装置用の常用の充電
器以外に、主蓄電装置用の非常用の充電器を備えている
ため、車載機器の大型化、重量化、高価格化等が問題に
なっており、その解決が望まれている。そこで本発明
は、充電システムを改良して小型・軽量化、低価格化、
効率向上を可能にした絶縁形直流−直流電力変換装置、
及びこの変換装置を有する電気自動車用電気システムを
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】従来の充電器は、出力側
回路には電力制御器がなく、動作は電力の方向が単方向
である一象限動作となっている。このため、本発明の絶
縁形直流ー直流電力変換装置は、従来の充電器の出力側
に電力制御機能を持たせることにより、二象限動作の充
電器を実現できることに着目してなされたものである。
すなわち本発明の絶縁形直流ー直流電力変換装置では、
従来の充電器の出力回路の整流ダイオードと並列に半導
体スイッチを接続すると共に、従来の充電器の入力回路
の半導体スイッチに並列にダイオードを接続して整流機
能を持たせることにより、絶縁変圧器の一次側及び二次
側にそれぞれ電力制御機能を持たせ、これによって電流
双方向の二象限動作形充電器を実現するようにした。こ
れにより、単一の絶縁形直流ー直流電力変換装置によっ
て常用、非常用の充電器を実現することが可能になる。
この電力変換装置を電気自動車に搭載することにより、
車載機器の小型化、軽量化、低価格化等を図ることがで
きる。
回路には電力制御器がなく、動作は電力の方向が単方向
である一象限動作となっている。このため、本発明の絶
縁形直流ー直流電力変換装置は、従来の充電器の出力側
に電力制御機能を持たせることにより、二象限動作の充
電器を実現できることに着目してなされたものである。
すなわち本発明の絶縁形直流ー直流電力変換装置では、
従来の充電器の出力回路の整流ダイオードと並列に半導
体スイッチを接続すると共に、従来の充電器の入力回路
の半導体スイッチに並列にダイオードを接続して整流機
能を持たせることにより、絶縁変圧器の一次側及び二次
側にそれぞれ電力制御機能を持たせ、これによって電流
双方向の二象限動作形充電器を実現するようにした。こ
れにより、単一の絶縁形直流ー直流電力変換装置によっ
て常用、非常用の充電器を実現することが可能になる。
この電力変換装置を電気自動車に搭載することにより、
車載機器の小型化、軽量化、低価格化等を図ることがで
きる。
【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。図１は、本発明の第１実施形態であり、
請求項１〜３に記載した発明の実施形態に相当する。な
お、図９と同一の構成要素には同一番号を付してある。
図１において、１４は本発明の絶縁形直流−直流電力変
換装置であり、１４ａは第１の直流電源としての主蓄電
装置４の正極に接続される第１の入力端子、１４ｂは主
蓄電装置４の負極に接続される第２の入力端子、１４ｃ
は第２の直流電源としての補助蓄電装置１０の正極に接
続される第３の入力端子、１４ｄは補助蓄電装置１０の
負極に接続される第４の入力端子である。
態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態であり、
請求項１〜３に記載した発明の実施形態に相当する。な
お、図９と同一の構成要素には同一番号を付してある。
図１において、１４は本発明の絶縁形直流−直流電力変
換装置であり、１４ａは第１の直流電源としての主蓄電
装置４の正極に接続される第１の入力端子、１４ｂは主
蓄電装置４の負極に接続される第２の入力端子、１４ｃ
は第２の直流電源としての補助蓄電装置１０の正極に接
続される第３の入力端子、１４ｄは補助蓄電装置１０の
負極に接続される第４の入力端子である。
【００１６】１４０は入力端子１４ａ，１４ｂ間に接続
された平滑コンデンサである。また、１４２は一次巻線
１４２Ｐ及び二次巻線１４２Ｓを有する絶縁変圧器であ
り、入力端子１４ａ，１４ｂと一次巻線１４２Ｐの両端
との間には、図９と同様に半導体スイッチ１２１Ｐ，１
２１Ｎが接続されている。更に、これらの半導体スイッ
チ１２１Ｐ，１２１Ｎには各々逆並列に整流ダイオード
１４１Ｐ，１４１Ｎが接続されており、これらの逆並列
回路によって第１、第２のスイッチ回路が構成されてい
る。
された平滑コンデンサである。また、１４２は一次巻線
１４２Ｐ及び二次巻線１４２Ｓを有する絶縁変圧器であ
り、入力端子１４ａ，１４ｂと一次巻線１４２Ｐの両端
との間には、図９と同様に半導体スイッチ１２１Ｐ，１
２１Ｎが接続されている。更に、これらの半導体スイッ
チ１２１Ｐ，１２１Ｎには各々逆並列に整流ダイオード
１４１Ｐ，１４１Ｎが接続されており、これらの逆並列
回路によって第１、第２のスイッチ回路が構成されてい
る。
【００１７】絶縁変圧器１４２の二次巻線１４２Ｓの両
端には、図９と同様に整流ダイオード１２４，１２５が
接続されている。そして、この実施形態では、各ダイオ
ード１２４，１２５に対して各々逆並列に半導体スイッ
チ１４３，１４４が接続されており、これらの逆並列回
路によって第３、第４のスイッチ回路が構成されてい
る。なお、１４６は補助蓄電装置１０側の平滑リアクト
ル、１４７は平滑コンデンサである。ここで、絶縁変圧
器１４２の巻線１４２Ｐ，１４２Ｓの極性は、ドットを
付した各一端を同極性とする。
端には、図９と同様に整流ダイオード１２４，１２５が
接続されている。そして、この実施形態では、各ダイオ
ード１２４，１２５に対して各々逆並列に半導体スイッ
チ１４３，１４４が接続されており、これらの逆並列回
路によって第３、第４のスイッチ回路が構成されてい
る。なお、１４６は補助蓄電装置１０側の平滑リアクト
ル、１４７は平滑コンデンサである。ここで、絶縁変圧
器１４２の巻線１４２Ｐ，１４２Ｓの極性は、ドットを
付した各一端を同極性とする。
【００１８】この実施形態において、第１〜第４のスイ
ッチ回路を構成する半導体スイッチ１２１Ｐとダイオー
ド１４１Ｐ、同じく１２１Ｎと１４１Ｎ、同じく１４３
と１２４、同じく１４４と１２６とは別々に図示してあ
るが、トランジスタのような通常の半導体スイッチは逆
並列にダイオードが接続されているので、本発明では、
このようなスイッチ回路を使用することにより、図９の
充電器１２と図１１の充電器１３とを組み合わせた場合
と同数のスイッチ回路（半導体スイッチ）によって構成
することができる。
ッチ回路を構成する半導体スイッチ１２１Ｐとダイオー
ド１４１Ｐ、同じく１２１Ｎと１４１Ｎ、同じく１４３
と１２４、同じく１４４と１２６とは別々に図示してあ
るが、トランジスタのような通常の半導体スイッチは逆
並列にダイオードが接続されているので、本発明では、
このようなスイッチ回路を使用することにより、図９の
充電器１２と図１１の充電器１３とを組み合わせた場合
と同数のスイッチ回路（半導体スイッチ）によって構成
することができる。
【００１９】次に図１の回路動作について説明する。ま
ず、主蓄電装置４から補助蓄電装置１０を充電する常用
充電時には、半導体スイッチ１４３，１４４をオフし、
半導体スイッチ１２１Ｐ，１２１Ｎをオンオフ制御す
る。この場合、半導体スイッチ１４３，１４４はオフで
あるため、実質的に図９と同じ回路になり、半導体スイ
ッチ１２１Ｐ，１２１Ｎの制御及び動作も同じになる。
従って、回路全体の動作も図１０と同様であるため、説
明を省略する。
ず、主蓄電装置４から補助蓄電装置１０を充電する常用
充電時には、半導体スイッチ１４３，１４４をオフし、
半導体スイッチ１２１Ｐ，１２１Ｎをオンオフ制御す
る。この場合、半導体スイッチ１４３，１４４はオフで
あるため、実質的に図９と同じ回路になり、半導体スイ
ッチ１２１Ｐ，１２１Ｎの制御及び動作も同じになる。
従って、回路全体の動作も図１０と同様であるため、説
明を省略する。
【００２０】次いで、補助蓄電装置１０から主蓄電装置
４を充電する非常用充電時には、半導体スイッチ１２１
Ｐ，１２１Ｎをオフし、半導体スイッチ１４３，１４４
をオンオフ制御する。この時の動作を、図２に示す。こ
の動作では、図２に示すように半導体スイッチ１４３を
オフすると同時に半導体スイッチ１４４をオンし、半導
体スイッチ１４３をオンすると同時に半導体スイッチ１
４４をオフする。図２において、Ｔがオン、オフの一周
期であり、Ｔonが半導体スイッチ１４４のオン期間、Ｔ
offが半導体スイッチ１４４のオフ期間を示す。周期Ｔ
に対するオン期間Ｔonの比率を制御することにより、充
電電流を制御する。
４を充電する非常用充電時には、半導体スイッチ１２１
Ｐ，１２１Ｎをオフし、半導体スイッチ１４３，１４４
をオンオフ制御する。この時の動作を、図２に示す。こ
の動作では、図２に示すように半導体スイッチ１４３を
オフすると同時に半導体スイッチ１４４をオンし、半導
体スイッチ１４３をオンすると同時に半導体スイッチ１
４４をオフする。図２において、Ｔがオン、オフの一周
期であり、Ｔonが半導体スイッチ１４４のオン期間、Ｔ
offが半導体スイッチ１４４のオフ期間を示す。周期Ｔ
に対するオン期間Ｔonの比率を制御することにより、充
電電流を制御する。
【００２１】このように本実施形態では、従来の図９、
図１１に示した常用、非常用の充電器１２，１３の両方
の機能を、図１の絶縁形直流−直流電力変換装置１４に
よる電流双方向の二象限動作によって実現することがで
きる。その場合の半導体スイッチの数を比較すると、前
述したように図９、図１１の両者を合わせた数すなわち
４個のまま変わらず、更に絶縁変圧器の数は半減するの
で、この電力変換装置１４を充電器として見た場合に装
置の小型・軽量化、低価格化、高効率化が可能になる。
図１１に示した常用、非常用の充電器１２，１３の両方
の機能を、図１の絶縁形直流−直流電力変換装置１４に
よる電流双方向の二象限動作によって実現することがで
きる。その場合の半導体スイッチの数を比較すると、前
述したように図９、図１１の両者を合わせた数すなわち
４個のまま変わらず、更に絶縁変圧器の数は半減するの
で、この電力変換装置１４を充電器として見た場合に装
置の小型・軽量化、低価格化、高効率化が可能になる。
【００２２】図３は請求項４に記載した発明の実施形態
であり、請求項１〜３に記載した絶縁形直流―直流電力
変換装置をシリーズハイブリッド電気自動車に適用した
ものである。なお、図６と同一の構成要素は同一番号を
付してあり、図６における常用、非常用の充電器１２，
１３を図１の直流−直流電力変換装置１４によって置き
換えた構成である。
であり、請求項１〜３に記載した絶縁形直流―直流電力
変換装置をシリーズハイブリッド電気自動車に適用した
ものである。なお、図６と同一の構成要素は同一番号を
付してあり、図６における常用、非常用の充電器１２，
１３を図１の直流−直流電力変換装置１４によって置き
換えた構成である。
【００２３】図４も請求項４に記載した発明の実施形態
であり、請求項１〜３に記載した絶縁形直流―直流電力
変換装置をパラレルハイブリッド電気自動車に適用した
ものである。すなわち、図７における常用、非常用の充
電器１２，１３を図１の直流−直流電力変換装置１４に
よって置き換えた構成である。
であり、請求項１〜３に記載した絶縁形直流―直流電力
変換装置をパラレルハイブリッド電気自動車に適用した
ものである。すなわち、図７における常用、非常用の充
電器１２，１３を図１の直流−直流電力変換装置１４に
よって置き換えた構成である。
【００２４】更に、図５も請求項４に記載した発明の実
施形態であり、請求項１〜３に記載した絶縁形直流―直
流電力変換装置を主蓄電装置４０の電力のみで走行する
電気自動車に適用したものである。すなわち、図８にお
ける常用、非常用の充電器１２，１３を図１の直流−直
流電力変換装置１４によって置き換えた構成である。
施形態であり、請求項１〜３に記載した絶縁形直流―直
流電力変換装置を主蓄電装置４０の電力のみで走行する
電気自動車に適用したものである。すなわち、図８にお
ける常用、非常用の充電器１２，１３を図１の直流−直
流電力変換装置１４によって置き換えた構成である。
【００２５】上記の図３〜図５の実施形態における直流
−直流電力変換装置１４の動作は図１、図２において説
明したため、ここでは説明を省略する。
−直流電力変換装置１４の動作は図１、図２において説
明したため、ここでは説明を省略する。
【００２６】なお、上記各実施形態では、蓄電装置が化
学二次電池である場合を説明したが、電気二重層コンデ
ンサのような物理電池を始めとする他の蓄電装置や太陽
電池、燃料電池など電圧変動のある直流電源装置にも適
用できることは勿論である。また、主蓄電装置側の入力
側において平滑コンデンサ以外のフィルタ回路の説明は
省略したが、必要に応じて適当なフィルタ回路を更に接
続しても良い。更に、本発明に係る絶縁形直流−直流電
力変換装置は、電気自動車における充電システムばかり
でなく、２つの蓄電装置間または直流電源間の電流双方
向直流−直流電力変換システムに適用できることは言う
までもない。
学二次電池である場合を説明したが、電気二重層コンデ
ンサのような物理電池を始めとする他の蓄電装置や太陽
電池、燃料電池など電圧変動のある直流電源装置にも適
用できることは勿論である。また、主蓄電装置側の入力
側において平滑コンデンサ以外のフィルタ回路の説明は
省略したが、必要に応じて適当なフィルタ回路を更に接
続しても良い。更に、本発明に係る絶縁形直流−直流電
力変換装置は、電気自動車における充電システムばかり
でなく、２つの蓄電装置間または直流電源間の電流双方
向直流−直流電力変換システムに適用できることは言う
までもない。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明では、２つの蓄電装
置等、第１、第２の直流電源間の双方向の充電システム
を一体化し、電気絶縁形の直流−直流電力変換装置とし
て構成したので、次の効果がある。 （１）充電器の小形・軽量化、低価格化が実現できる。 （２）電気自動車を始めとして、各種の充電システムへ
の適用が可能である。
置等、第１、第２の直流電源間の双方向の充電システム
を一体化し、電気絶縁形の直流−直流電力変換装置とし
て構成したので、次の効果がある。 （１）充電器の小形・軽量化、低価格化が実現できる。 （２）電気自動車を始めとして、各種の充電システムへ
の適用が可能である。
【００２８】更に、本発明の絶縁形直流―直流電力変換
装置を電気自動車に適用すると、次の効果が期待され
る。 （１）充電器の小形・軽量化、低価格化が図れる。 （２）主蓄電装置の電力が不足しても補助蓄電装置の電
力によってエンジン始動や非常走行が可能であるため、
走行信頼性の高い電気自動車を実現することができる。 （３）電圧変動の大きい化学二次電池を始め、電気二重
層コンデンサ、太陽電池、燃料電池など多様な蓄電装置
や直流電源装置にも適用することができる。 （４）電気自動車の普及・発展に大きく貢献することが
できる。
装置を電気自動車に適用すると、次の効果が期待され
る。 （１）充電器の小形・軽量化、低価格化が図れる。 （２）主蓄電装置の電力が不足しても補助蓄電装置の電
力によってエンジン始動や非常走行が可能であるため、
走行信頼性の高い電気自動車を実現することができる。 （３）電圧変動の大きい化学二次電池を始め、電気二重
層コンデンサ、太陽電池、燃料電池など多様な蓄電装置
や直流電源装置にも適用することができる。 （４）電気自動車の普及・発展に大きく貢献することが
できる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す絶縁形直流−直流
電力変換装置の回路構成図である。
電力変換装置の回路構成図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態としてのシリーズハイブ
リッド電気自動車の駆動システムを示す図である。
リッド電気自動車の駆動システムを示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態としてのパラレルハイブ
リッド電気自動車の駆動システムを示す図である。
リッド電気自動車の駆動システムを示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態としての電池駆動の電気
自動車の駆動システムを示す図である。
自動車の駆動システムを示す図である。
【図６】従来技術としてのシリーズハイブリッド電気自
動車の駆動システムを示す図である。
動車の駆動システムを示す図である。
【図７】従来技術としてのパラレルハイブリッド電気自
動車の駆動システムを示す図である。
動車の駆動システムを示す図である。
【図８】従来技術としての電池駆動の電気自動車の駆動
システムを示す図である。
システムを示す図である。
【図９】図６〜図８における補助蓄電装置の充電器の回
路構成図である。
路構成図である。
【図１０】図９の動作説明図である。
【図１１】図６〜図８における主蓄電装置の充電器の回
路構成図である。
路構成図である。
１，１００ エンジン ２，１０３ 発電動機 ３ コンバータ ４ 主蓄電装置 ５ インバータ ６ 車両駆動用電動機 ７ 減速機 ８ デフギア ９ａ，９ｂ 車輪 １０ 補助蓄電装置 １１ 補機 １４ 絶縁形直流−直流電力変換装置 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 入力端子 １０２ａ，１０２ｂ クラッチ １０４ 減速機 １２１Ｐ，１２１Ｎ，１４３，１４４ 半導体スイッチ １２３Ｐ，１２３Ｎ，１２４，１２５ ダイオード １４０，１４７ 平滑コンデンサ １４２ 絶縁変圧器 １４２Ｐ 一次巻線 １４２Ｓ 二次巻線 １４６ 平滑リアクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｈ０２Ｍ 3/335 Ｆ 3/335 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｚ
Claims (9)
- 【請求項１】 第１、第２の入力端子に接続される第１
の直流電源と、第２、第３の入力端子に接続される第２
の直流電源との間で、絶縁変圧器を介して電力変換を行
う絶縁形直流−直流電力変換装置において、 第１の直流電源の正極に接続される第１の入力端子と、
前記絶縁変圧器の一次巻線の一端との間に、半導体スイ
ッチとダイオードとの逆並列回路からなる第１のスイッ
チ回路を接続すると共に、 第１の直流電源の負極に接続される第２の入力端子と、
前記一次巻線の他端との間に、半導体スイッチとダイオ
ードとの逆並列回路からなる第２のスイッチ回路を接続
し、 第１及び第２のスイッチ回路の半導体スイッチは第１の
入力端子から第２の入力端子に向かう通流方向とし、 第１の入力端子と前記一次巻線の他端との間、及び、第
２の入力端子と前記一次巻線の一端との間に、第２の入
力端子から第１の入力端子に向かう極性でそれぞれダイ
オードを接続し、 前記絶縁変圧器の二次巻線の一端と、第２の直流電源の
正極に接続される第３の入力端子との間に、半導体スイ
ッチとダイオードとの逆並列回路からなる第３のスイッ
チ回路とリアクトルとを直列に接続すると共に、 第３のスイッチ回路と前記リアクトルとの接続点と、前
記二次巻線の他端との間に、半導体スイッチとダイオー
ドとの逆並列回路からなる第４のスイッチ回路を接続
し、 前記二次巻線の他端を、第２の直流電源の負極に接続さ
れる第４の入力端子に接続し、 第３のスイッチ回路の半導体スイッチは第３の入力端子
から前記二次巻線に向かう通流方向とすると共に、第４
のスイッチ回路の半導体スイッチは第３の入力端子から
第４の入力端子に向かう通流方向とし、 前記絶縁変圧器の一次巻線の一端及び二次巻線の一端を
同極性としたことを特徴とする絶縁形直流−直流電力変
換装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の絶縁形直流−直流電力変
換装置において、 第１、第２のスイッチ回路を制御して第１、第２の入力
端子側から第３、第４の入力端子側への通電電力を制御
することを特徴とする絶縁形直流−直流電力変換装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の絶縁形直流−直流電力変
換装置において、 第３、第４のスイッチ回路を制御して第３、第４の入力
端子側から第１、第２の入力端子側への通電電力を制御
することを特徴とする絶縁形直流−直流電力変換装置。 - 【請求項４】 車両駆動用の主蓄電装置と補機用の補助
蓄電装置とを備えた電気自動車において、 主蓄電装置と補助蓄電装置との間に、請求項１，２また
は３記載の絶縁形直流−直流電力変換装置を接続したこ
とを特徴とする電気自動車用電気システム。 - 【請求項５】 請求項４記載の電気自動車用電気システ
ムにおいて、 主蓄電装置が化学二次電池であることを特徴とする電気
自動車用電気システム。 - 【請求項６】 請求項４記載の電気自動車用電気システ
ムにおいて、 主蓄電装置が電気二重層キャパシタ電池であることを特
徴とする電気自動車用電気システム。 - 【請求項７】 請求項４記載の電気自動車用電気システ
ムにおいて、 主蓄電装置が太陽電池であることを特徴とする電気自動
車用電気システム。 - 【請求項８】 請求項４記載の電気自動車用電気システ
ムにおいて、 主蓄電装置が燃料電池であることを特徴とする電気自動
車用電気システム。 - 【請求項９】 請求項５，６，７または８記載の電気自
動車用電気システムにおいて、 補助蓄電装置が電気二重層キャパシタ電池であることを
特徴とする電気自動車用電気システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10073619A JPH11275766A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 絶縁形直流−直流電力変換装置及び電気自動車用電気システム |
| US09/273,437 US6081434A (en) | 1998-03-23 | 1999-03-22 | Insulation-type DC-DC power conversion unit and electric system for electric vehicle |
| DE19913115A DE19913115A1 (de) | 1998-03-23 | 1999-03-23 | Isolationstyp-DC-DC-Leistungswandlereinheit und elektrisches System für ein Elektrofahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10073619A JPH11275766A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 絶縁形直流−直流電力変換装置及び電気自動車用電気システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11275766A true JPH11275766A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13523537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10073619A Pending JPH11275766A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 絶縁形直流−直流電力変換装置及び電気自動車用電気システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11275766A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007288876A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータおよびそれを用いた電源装置 |
| CN103754124A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-30 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种电电混合纯电动城市客车控制系统 |
| JP2015228788A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-17 | 株式会社豊田自動織機 | 電源装置 |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP10073619A patent/JPH11275766A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007288876A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータおよびそれを用いた電源装置 |
| CN103754124A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-30 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种电电混合纯电动城市客车控制系统 |
| CN103754124B (zh) * | 2014-01-24 | 2016-03-30 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种电电混合纯电动城市客车控制系统 |
| JP2015228788A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-17 | 株式会社豊田自動織機 | 電源装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041101 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041110 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050302 |