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JP4157270B2 - Inverter system for hybrid vehicles - Google Patents

Inverter system for hybrid vehicles Download PDF

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JP4157270B2
JP4157270B2 JP2000361636A JP2000361636A JP4157270B2 JP 4157270 B2 JP4157270 B2 JP 4157270B2 JP 2000361636 A JP2000361636 A JP 2000361636A JP 2000361636 A JP2000361636 A JP 2000361636A JP 4157270 B2 JP4157270 B2 JP 4157270B2
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禎人 土方
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Hino Motors Ltd
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Toshiba Corp
Hino Motors Ltd
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  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関と、蓄電池等の二次電池をエネルギー源とした電気駆動とを併用したハイブリッド車に用いられるインバータシステムに係り、特にインバータの効率向上ならびに三相交流機の騒音低減を実現するようにしたハイブリッド車用インバータシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた自動車の排ガスによる大気汚染を改善する対策として、内燃機関の代わりに、蓄電池等の二次電池をエネルギー源として三相交流機により自動車を駆動する、いわゆる電気自動車の普及が世界的に呼びかけられてきている。
【0003】
しかしながら、この電気自動車は、1回の燃料充填での走行距離が短く、また燃料供給設備の普及が必要である等の問題を有している。
【0004】
そこで、最近では、このような問題を解消するために、電気駆動を併用したハイブリッド自動車が注目されてきている。
【0005】
この種の電気駆動を併用したハイブリッド自動車では、駆動部が、内燃機関に三相交流機を直結して構成され、トランスミッションを介して車輪を駆動するようにしている。
【0006】
また、三相交流機をインバータにより制御して、トルクアシスト、エネルギー回生、内燃機関の始動、電気制動を行ない、電源およびエネルギー源として、二次電池を使用するようにしている。
【0007】
すなわち、発進加速時には、二次電池の蓄電エネルギーで内燃機関をトルクアシストするように、インバータにより三相交流機を制御して、内燃機関の排ガス低減を行なう。
【0008】
また、停止制動時には、三相交流機をインバータの制御により回生運転させて、車両の慣性エネルギーを二次電池に蓄電する。
【0009】
これにより、省エネルギーと共にエネルギー収支を保ち、排ガスの低公害化と燃費改善を実現するようにしている。
【0010】
図8は、この種のハイブリッド自動車の駆動部の基本的な構成例を示す概要図である。
【0011】
図8において、ハイブリッド自動車の駆動部は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関1と、この内燃機関1に直結した三相交流機2とにより構成され、トランスミッション3を介して車輪を駆動するようにしている。
【0012】
また、三相交流機2はインバータ4により制御し、トルクアシスト、エネルギー回生、内燃機関1の始動、電気制動を行ない、電源およびエネルギー源として、蓄電池等の二次電池5を使用している。
【0013】
図9は、この種のハイブリッド車に用いられている従来のインバータシステムの構成例を示す回路図であり、図8と同一要素には同一符号を付して示している。
【0014】
図9において、ハイブリッド車用インバータシステムは、上記内燃機関1に結合した三相交流機2と、充放電可能な蓄電池等の二次電池5と、この二次電池5の出力電圧を開閉器6を介して交流に変換し、この交流電圧を三相交流機2へ供給して駆動するインバータ4とから構成されている。
【0015】
また、インバータ4は、複数個の半導体素子41〜46をブリッジ接続したインバータ回路40と、平滑用の直流コンデンサ47と、インバータ回路40を制御する制御回路48とからなっている。
【0016】
そして、ハイブリッド車の発進加速時に、二次電池5の蓄電エネルギーで内燃機関1をトルクアシストするように、インバータ回路40により三相交流機2を制御するようになっている。
【0017】
ところで近年、このようなハイブリッド車用インバータシステムにおいては、システムの容量アップのニーズがあり、三相交流機2の駆動パワーの向上と回生パワーの向上とが必要になってきている。
【0018】
従来の三相交流機2は、定格電圧がAC200V系の三相交流機であるが、容量増大に伴なって電流が増加して、三相交流機2の外形が大きくなるため、電流を増やさず容量を上げるために、電圧をAC400V系にする方法が採用されている。
【0019】
一般に、インバータをPWM制御動作させて、三相交流機2の電流制御を行なうことが行なわれているが、AC400Vを出力するためには、直流電圧を600V程度にする必要がある。
【0020】
しかしながら、二次電池5により600Vの直流電圧を得るためには、12Vバッテリを約50個直列に接続する必要があり、車両に搭載する場合のスペースと重量が問題となる。
【0021】
そこで、最近提案されてきている方法が、例えば“特開平6−245332号公報”に開示されているような昇圧チョッパ回路を設ける方法である。
【0022】
かかる方法により、二次電池5電圧、すなわちバッテリの個数を増やさずに希望の直流電圧を得ることができる。
【0023】
そして、三相交流機2の駆動パワー、回生パワーを大きくとるために、具体的には、二次電池5電圧を昇圧する機能と、直流電圧を二次電池5電圧に降圧する機能とを有する昇降圧チョッパ回路を設ける方法が有効である。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、昇降圧チョッパ回路を設けることにより、三相交流機2の駆動パワーの向上と回生パワーの向上の目的は達成することができるが、内燃機関1の最低待機運転状態、すなわちアイドリング状態時においても、昇降圧チョッパ回路の昇圧チョッパを動作させていることから、昇降圧チョッパ回路の半導体素子の損失が大きく、また直流電圧が高くなっていると、インバータ回路40のスイッチング損失も大きく、インバータ全体の効率の低下を招いてしまうことになる。
【0025】
また、高い電圧でインバータ回路40をPWM制御動作させると、低い電圧でPWM制御動作させた場合に比ベて、三相交流機2損失も大きくなる。
【0026】
さらに、インバータ回路40のPWM制御周波数に相当する三相交流機2の磁気騒音が大きくなり、車両のエンジン音と異質な磁気音が耳障りになるという問題が発生する。
【0027】
本発明の目的は、インバータの効率向上ならびに三相交流機の騒音低減を図ることが可能な高信頼性のハイブリッド車用インバータシステムを提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に対応するハイブリッド車用インバータシステムは、内燃機関に結合した三相交流機と、二次電池と、前記二次電池からの出力電圧をエネルギー吸収用のリアクトルを介して所望の直流電圧へ昇圧、または直流電圧を前記二次電池電圧へ降圧する昇降圧チョッパ回路と、半導体素子をブリッジ接続してなり、前記昇降圧チョッパ回路からの出力電圧を交流に変換し、当該交流電圧を前記三相交流機へ供給して駆動するインバータ回路と、前記昇降圧チョッパ回路および前記インバータ回路を制御する制御回路とを備えて構成され、前記制御回路は、発進加速時に、前記二次電池の蓄電エネルギーで前記内燃機関をトルクアシストするように前記インバータ回路により前記三相交流機を制御し、前記三相交流機が所定の速度以下の場合に、前記昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止し、直流電圧を前記二次電池電圧とほぼ等しくして前記インバータ回路をPWM制御動作させるように制御し、前記インバータ回路のPWM制御周波数を、所定の周波数範囲で所定の周期で正弦波状に変調させるようにしている。
【0046】
以上により、インバータの効率向上ならびに三相交流機の騒音低減を図ることが可能となり、高信頼性のハイブリッド車用インバータシステムを得ることができる。
【0047】
【発明の実施の形態】
本発明は、三相交流機が所定の速度以下の場合に、昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止し、直流電圧を二次電池電圧とほぼ等しくしてインバータ回路をPWM制御動作させるように制御するか、
または、内燃機関が最低速度のアイドリング運転状態で三相交流機が運転されている場合に、昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止し、直流電圧を二次電池電圧とほぼ等しくしてインバータ回路をPWM制御動作させるように制御するか、もしくは、内燃機関が最低速度のアイドリング運転状態の場合に、昇降圧チョッパの昇圧動作を停止し、インバータ回路のPWM制御周波数をアイドリング運転速度に見合った周波数に下げてPWM動作させるように制御する
ことにより、インバータの効率向上と、三相交流機の騒音低減を図ろうとするものである。
【0048】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0049】
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの構成例を示す回路図であり、図9と同一要素には同一符号を付して示している。
【0050】
図1において、本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関1に結合した三相交流機2と、充放電可能な蓄電池等の二次電池5と、この二次電池5からの出力電圧を開閉器6およびエネルギー吸収用の昇降圧リアクトル7を介して所望の直流電圧へ昇圧、また直流電圧を二次電池5電圧へ降圧する昇降圧チョッパ回路49と、昇降圧チョッパ回路49からの出力電圧を平滑する直流コンデンサ47と、直流コンデンサ47により平滑された電圧を交流に変換し、この交流電圧を三相交流機2へ供給して駆動するインバータ回路40と、昇降圧チョッパ回路49およびインバータ回路40を制御する制御回路48とから構成している。
【0051】
なお、インバータ回路40と、直流コンデンサ47と、制御回路48と、昇降圧チョッパ回路49とから、インバータ4を構成している。
【0052】
ここで、昇降圧チョッパ回路49は、上側,下側の複数個の半導体素子49a,49bを直列接続してなっている。
【0053】
また、インバータ回路40は、複数個の半導体素子41〜46をブリッジ接続してなっている。
【0054】
さらに、制御回路48は、
ハイブリッド車の発進加速時に、二次電池5の蓄電エネルギーで内燃機関1をトルクアシストするように、インバータ回路40により三相交流機2を制御するように制御する機能と、
三相交流機2が所定の速度以下の場合に、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止し、すなわちチョッピング動作を止めて上アームの半導体素子だけを連続的に導通させることで、直流電圧を二次電池5電圧とほぼ等しくしてインバータ回路40をPWM制御動作させるように制御する機能とを有している。
【0055】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について、図2に示すタイムチャート図を用いて説明する。
【0056】
いま、図2の時刻toにおいて、起動指令が入力されると、開閉器6をオンし、速度基準信号にしたがって制御回路48からインバータ回路40の各半導体素子41〜46ヘゲート信号が出力され、インバータ4は、所定の出力周波数(f−INV)で、負荷である三相交流機2を駆動する。
【0057】
この段階では、昇降圧チョッパ回路49は、上側の半導体素子49aのみオンして、二次電池5から電力を負荷である三相交流機2へ供給する。
【0058】
したがって、直流電圧としては、二次電池5電圧とほぼ等しい電圧がインバータ回路40に供給される。
【0059】
次に、図2の時刻t1において、速度基準信号の大きさが所定のレベル(図2のL1)以上になった時に、昇降圧チョッパ回路49の上側,下側の半導体素子49a,49bをスイッチング動作させて、直流電圧を昇圧させるようにインバータ回路40を制御する。
【0060】
例えば、三相交流機2の定格電圧をAC400Vとすると、直流電圧600V程度でPWM制御する必要があるが、二次電池5電圧が300Vの場合でも昇圧せずに、約50%のAC200Vまで出力することができる。
【0061】
したがって、50%程度の速度まで昇降圧チョッパ回路49を動作させないですむので、インバータ4の損失を低減することができる。
【0062】
さらに、PWM電圧波形のピーク値は50%となるので、三相交流機2の磁気音も低減することができる。
【0063】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、三相交流機2が所定の速度以下の場合には、昇降圧チョッパ回路49の昇圧チョッパ動作を停止しておくようにしているので、インバータ4の損失を低減して効率を向上することができると同時に、三相交流機2の騒音(磁気音)も低減することが可能となる。
【0064】
(第2の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、制御回路48の有する機能が一部異なっている。
【0065】
すなわち、制御回路48は、
前述した三相交流機2が所定の速度以下の場合に、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止し、直流電圧を二次電池5電圧とほぼ等しくしてインバータ回路40をPWM制御動作させるように制御する機能の代りに、
内燃機関1が最低速度のアイドリング運転状態で三相交流機2が運転されている場合に、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止し、すなわちチョッピング動作を止めて上アームの半導体素子だけを連続的に導通させることで、直流電圧を二次電池5電圧とほぼ等しくしてインバータ回路40をPWM制御動作させるように制御する機能を有するものとしている。
【0066】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について、図3に示すタイムチャート図を用いて説明する。
【0067】
なお、前記第1の実施の形態の作用と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0068】
すなわち、図3に示すように、内燃機関1が最低速度の状態、内燃機関1のアイドリング運転状態時のみの間、昇圧チョッパ動作を停止しておくように制御することにより、車両が停止中のアイドリング状態時のインバータ4の損失を低減することができる。
【0069】
さらに、PWM制御動作するインバータ4固有の高周波磁気音も低減することができる。
【0070】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、内燃機関1が最低速度のアイドリング運転状態で三相交流機2が運転されている場合には、昇降圧チョッパ回路49の昇圧チョッパ動作を停止しておくようにしているので、車両が停止中のアイドリング状態時のインバータ4の損失を低減して効率を向上することができると同時に、インバータ4固有の高周波磁気音も低減することが可能となる。
【0071】
(第3の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、制御回路48の有する機能が一部異なっている。
【0072】
すなわち、制御回路48は、
前述した三相交流機2が所定の速度以下の場合に、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止し、直流電圧を二次電池5電圧とほぼ等しくしてインバータ回路40をPWM制御動作させるように制御する機能の代りに、
内燃機関が最低速度のアイドリング運転状態の場合に、昇降圧チョッパの昇圧動作を停止し、インバータ回路のPWM制御周波数をアイドリング運転速度に見合った周波数に下げてPWM動作させるように制御する機能を有するものとしている。
【0073】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について、図4に示すタイムチャート図を用いて説明する。
【0074】
なお、前記第1の実施の形態の作用と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0075】
すなわち、図4に示すように、インバータ4のスイッチング周波数(p−INV)を、アイドル運転状態以下の速度では一定周波数に下げておき、アイドル運転状態以上の速度になった場合には、スイッチング周波数を増加させるように制御することにより、アイドリング運転状態以下の速度でのインバータ4の損失を低減して効率を向上することができる。
【0076】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、内燃機関1が最低速度のアイドリング運転状態の場合には、昇降圧チョッパ回路49の昇降圧チョッパの昇圧動作を停止し、インバータ回路40のPWM制御周波数をアイドリング運転速度に見合った周波数に下げてPWM動作させるようにしているので、アイドリング運転状態以下の速度でのインバータ4の損失を低減して効率を向上することが可能となる。
【0077】
(第4の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、制御回路48の有する機能が一部異なっている。
【0078】
すなわち、制御回路48は、
前記第1の実施の形態の機能に加えて、
インバータ回路40のPWM制御周波数を、所定の周波数範囲で所定の周期で正弦波状に変調させる機能を有するものとしている。
【0079】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について、図5に示すタイムチャート図を用いて説明する。
【0080】
なお、前記第1の実施の形態の作用と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0081】
すなわち、図5に示すように、インバータ4のスイッチング周波数(p−INV)を、ある一定周期の正弦波で可変することにより、スイッチング周波数を変化させて、三相交流機2の電磁騒音を低減することができる。
【0082】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、インバータ回路40のPWM制御周波数を、所定の周波数範囲で所定の周期で正弦波状に変調させるようにしているので、スイッチング周波数を変化させて、三相交流機2の電磁騒音を低減することが可能となる。
【0083】
(第5の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、制御回路48の有する機能が一部異なっている。
【0084】
すなわち、制御回路48は、
前記第1の実施の形態の機能に加えて、
インバータ回路40のPWM制御周波数を、所定の周波数範囲で乱数的に変調させる機能を有するものとしている。
【0085】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について、図6に示すタイムチャート図を用いて説明する。
【0086】
なお、前記第1の実施の形態の作用と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0087】
すなわち、図6に示すように、インバータ4のスイッチング周波数(p−INV)を、乱数により(規則性を持たせないで)可変することにより、三相交流機2の電磁騒音を低減することができる。
【0088】
この場合、特に乱数とすることにより、前記第4の実施の形態のように一定周期で変化する場合よりも、スイッチングの変化の割合が大きくなり、より一層三相交流機2の電磁騒音を低減することができる。
【0089】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、インバータ回路40のPWM制御周波数を、所定の周波数範囲で乱数的に変調させるようにしているので、スイッチング周波数を変化させて、三相交流機2の電磁騒音をより一層低減することが可能となる。
【0090】
(第6の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記第1乃至第5のいずれかの実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおいて、内燃機関1の回転数を検出する回転数検出器を付加し、
さらに制御回路48は、
前記第1乃至第5のいずれかの実施の形態の機能に加えて、
回転数検出器からの出力信号に基づいて、三相交流機2が所定の速度以下またはアイドリング運転状態であることを判別した場合に、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止させるように制御する機能を有するものとしている。
【0091】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について説明する。
【0092】
なお、前記第1の実施の形態の作用と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0093】
すなわち、内燃機関1の回転数を検出する検出器からの出力信号を制御回路48に取り込み、三相交流機2が所定の速度以下またはアイドリング運転状態にあることを判別して、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止するように制御することにより、内燃機関1との精度の高いマッチングを行なうことができる。
【0094】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、内燃機関1の回転数を検出し、この回転数を基に三相交流機2が所定の速度以下またはアイドリング運転状態であることを判別した場合には、昇降圧チョッパ回路49の昇圧動作を停止させるようにしているので、内燃機関1との精度の高いマッチングを行なうことが可能となる。
【0095】
(第7の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、制御回路48の有する機能が一部異なっている。
【0096】
すなわち、制御回路48は、前記第4の実施の形態の機能に加えて、インバータ回路40のPWM制御周波数を所定の周波数範囲で所定の周期で変調させる場合に、三相交流機2の速度増加に伴なって周波数範囲の幅を狭くしていくように変調する機能を有するものとしている。
【0097】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムの作用について、図7に示すタイムチャートを用いて説明する。
【0098】
なお、前記第4の実施の形態の作用と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0099】
すなわち、図7に示すように、内燃機関1の回転数が高くなるにしたがって、スイッチング周波数の幅(PH−PL)を狭くしていくことにより、高速回転域でのスイッチング周波数を高くして、制御の安定性を向上させることができる。
【0100】
この場合、高速回転域では、内燃機関1音も大きいために、三相交流機2の騒音が小さくなるため、スイッチング周波数の変動幅を小さくしても特に問題はない。
【0101】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、インバータ回路40のPWM制御周波数を所定の周波数範囲で所定の周期で変調させる場合に、三相交流機2の速度増加に伴なって周波数範囲の幅を狭くしていくようにしているので、変調する高速回転域でのスイッチング周波数を高くして、制御の安定性を向上させることが可能となる。
【0102】
(第8の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、前記内燃機関1と結合する三相交流機2として、誘導電動機、または同期電動機を用いるようにしている。
【0103】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムにおいては、内燃機関1と結合する三相交流機2として、誘導電動機、または同期電動機を用いていることにより、三相交流機2に、誘導電動機または同期電動機を使用した場合のどちらにも対応して、前述した各実施の形態の場合と同様の作用を奏することができる。
【0104】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、内燃機関1と結合する三相交流機2として、誘導電動機、または同期電動機を用いるようにしているので、三相交流機2に、誘導電動機または同期電動機を使用した場合のどちらにもスムーズに対応して、前述の効果を奏することが可能となる。
【0105】
(第9の実施の形態)
本実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムの回路構成は、前記図1と同様であり、制御回路48の有する機能が一部異なっている。
【0106】
すなわち、制御回路48は、
前記第1の実施の形態の機能に加えて、
インバータ回路40をPWM制御動作させて三相交流機2へ給電する場合に、インバータ回路40が、力行運転、回生運転、または励磁運転のいずれかの制御を行なうように制御する機能を有するものとしている。
【0107】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムにおいては、インバータ回路40をPWM制御動作させて三相交流機2へ給電する場合に、インバータ回路40は、力行運転、回生運転、または励磁運転のいずれかの制御を行なうようにしていることにより、インバータ回路40は、力行運転、回生運転、または励磁運転のいずれかの運転モードとなり、力行運転モードではトルクアシストすることができ、回生運転モードでは充電することができ、励磁運転モードでは予備励磁によりレスポンス(応答)をよくすることができる。
【0108】
これにより、システム全体の運転性能を向上できるため、結果としてシステム全体の効率をより一層高めることができる。
【0109】
上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車用インバータシステムでは、インバータ回路40をPWM制御動作させて三相交流機2へ給電する場合に、インバータ回路40は、力行運転、回生運転、または励磁運転のいずれかの制御を行なうようにしているので、インバータ回路40は、力行運転、回生運転、または励磁運転のいずれかの運転モードとなり、システム全体の運転性能を向上できるため、結果としてシステム全体の効率をより一層高めることが可能となる。
【0110】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハイブリッド車用インバータシステムによれば、三相交流機が所定の速度以下の場合に、昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止し、直流電圧を二次電池電圧とほぼ等しくしてインバータ回路をPWM制御動作させるように制御するか、または内燃機関が最低速度のアイドリング運転状態で三相交流機が運転されている場合に、昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止し、直流電圧を二次電池電圧とほぼ等しくしてインバータ回路をPWM制御動作させるように制御するか、もしくは内燃機関が最低速度のアイドリング運転状態の場合に、昇降圧チョッパの昇圧動作を停止し、インバータ回路のPWM制御周波数をアイドリング運転速度に見合った周波数に下げてPWM動作させるように制御するようにしているので、インバータの効率向上ならびに三相交流機の騒音低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるハイブリッド車用インバータシステムの第1乃至第9の実施の形態を示す回路図。
【図2】本発明による第1の実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおける作用を説明するためのタイムチャート図。
【図3】本発明による第2の実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおける作用を説明するためのタイムチャート図。
【図4】本発明による第3の実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおける作用を説明するためのタイムチャート図。
【図5】本発明による第4の実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおける作用を説明するためのタイムチャート図。
【図6】本発明による第5の実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおける作用を説明するためのタイムチャート図。
【図7】本発明による第7の実施の形態のハイブリッド車用インバータシステムにおける作用を説明するためのタイムチャート図。
【図8】ハイブリッド自動車の駆動部の構成例を示す概要図。
【図9】従来のハイブリッド車用インバータシステムの構成例を示す回路図。
【符号の説明】
1…内燃機関、
2…三相交流機、
3…トランスミッション、
4…インバータ、
40…インバータ回路、
41…半導体素子、
42…半導体素子、
43…半導体素子、
44…半導体素子、
45…半導体素子、
46…半導体素子、
47…直流コンデンサ、
48…制御回路、
49…昇降圧チョッパ回路、
49a…半導体素子、
49b…半導体素子、
5…二次電池、
6…開閉器、
7…昇降圧リアクトル。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter system used in a hybrid vehicle that uses an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine and an electric drive using a secondary battery such as a storage battery as an energy source. The present invention relates to an inverter system for a hybrid vehicle that realizes noise reduction of an AC machine.
[0002]
[Prior art]
Recently, as a measure to improve air pollution caused by exhaust gas from automobiles using internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines, vehicles are driven by three-phase alternators using secondary batteries such as storage batteries as energy sources instead of internal combustion engines. The popularization of so-called electric vehicles has been called worldwide.
[0003]
However, this electric vehicle has problems such as a short mileage in one fuel filling and the need to spread fuel supply facilities.
[0004]
Therefore, recently, in order to solve such a problem, a hybrid vehicle using electric drive has been attracting attention.
[0005]
In a hybrid vehicle using this type of electric drive together, the drive unit is configured by directly connecting a three-phase AC machine to the internal combustion engine, and drives the wheels via a transmission.
[0006]
In addition, a three-phase AC machine is controlled by an inverter to perform torque assist, energy regeneration, start of an internal combustion engine, electric braking, and use a secondary battery as a power source and an energy source.
[0007]
That is, at the time of start acceleration, the exhaust gas of the internal combustion engine is reduced by controlling the three-phase AC machine by the inverter so that the internal combustion engine is torque-assisted by the stored energy of the secondary battery.
[0008]
Further, at the time of stop braking, the three-phase AC machine is regeneratively operated under the control of the inverter, and the inertial energy of the vehicle is stored in the secondary battery.
[0009]
As a result, energy saving and energy balance are maintained, and emission pollution is reduced and fuel consumption is improved.
[0010]
FIG. 8 is a schematic diagram showing a basic configuration example of a drive unit of this type of hybrid vehicle.
[0011]
In FIG. 8, the drive unit of the hybrid vehicle is composed of an internal combustion engine 1 such as a gasoline engine or a diesel engine, and a three-phase AC machine 2 directly connected to the internal combustion engine 1 so as to drive wheels via the transmission 3. I have to.
[0012]
The three-phase AC machine 2 is controlled by an inverter 4 to perform torque assist, energy regeneration, start of the internal combustion engine 1 and electric braking, and use a secondary battery 5 such as a storage battery as a power source and an energy source.
[0013]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional inverter system used in this type of hybrid vehicle, and the same elements as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
[0014]
9, the hybrid vehicle inverter system includes a three-phase AC machine 2 coupled to the internal combustion engine 1, a secondary battery 5 such as a chargeable / dischargeable storage battery, and an output voltage of the secondary battery 5 as a switch 6. And an inverter 4 that is driven by supplying this AC voltage to the three-phase AC machine 2.
[0015]
The inverter 4 includes an inverter circuit 40 in which a plurality of semiconductor elements 41 to 46 are bridge-connected, a smoothing DC capacitor 47, and a control circuit 48 that controls the inverter circuit 40.
[0016]
Then, the three-phase AC machine 2 is controlled by the inverter circuit 40 so that the internal combustion engine 1 is torque-assisted with the stored energy of the secondary battery 5 when the hybrid vehicle starts.
[0017]
By the way, in recent years, in such an inverter system for a hybrid vehicle, there is a need to increase the capacity of the system, and it is necessary to improve the driving power and the regenerative power of the three-phase AC machine 2.
[0018]
The conventional three-phase alternator 2 is a three-phase alternator having a rated voltage of 200 VAC. However, the current increases as the capacity increases, and the outer shape of the three-phase alternator 2 increases, so the current is increased. In order to increase the capacity, a method of using a voltage of AC400V system is adopted.
[0019]
In general, the inverter is PWM controlled to control the current of the three-phase AC machine 2, but in order to output AC 400V, the DC voltage needs to be about 600V.
[0020]
However, in order to obtain a DC voltage of 600V by the secondary battery 5, it is necessary to connect about 50 12V batteries in series, and space and weight when mounted on a vehicle are problematic.
[0021]
Therefore, a method which has been recently proposed is a method of providing a boost chopper circuit as disclosed in, for example, “JP-A-6-245332”.
[0022]
By such a method, the secondary battery 5 voltage, that is, a desired DC voltage can be obtained without increasing the number of batteries.
[0023]
In order to increase the driving power and regenerative power of the three-phase AC machine 2, specifically, it has a function of boosting the voltage of the secondary battery 5 and a function of stepping down the DC voltage to the voltage of the secondary battery 5. A method of providing a step-up / down chopper circuit is effective.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, the provision of the step-up / step-down chopper circuit can achieve the purpose of improving the driving power and regenerative power of the three-phase AC machine 2, but in the minimum standby operation state of the internal combustion engine 1, that is, in the idling state. However, since the boost chopper of the step-up / step-down chopper circuit is operated, the loss of the semiconductor element of the step-up / step-down chopper circuit is large, and when the DC voltage is high, the switching loss of the inverter circuit 40 is large, and the entire inverter This will cause a decrease in efficiency.
[0025]
In addition, when the inverter circuit 40 is PWM-controlled with a high voltage, the loss of the three-phase AC machine 2 is also larger than when the PWM control is operated with a low voltage.
[0026]
Further, the magnetic noise of the three-phase AC machine 2 corresponding to the PWM control frequency of the inverter circuit 40 becomes large, and there arises a problem that the magnetic noise that is different from the engine sound of the vehicle becomes annoying.
[0027]
An object of the present invention is to provide a highly reliable inverter system for a hybrid vehicle capable of improving the efficiency of an inverter and reducing the noise of a three-phase AC machine.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objective,An inverter system for a hybrid vehicle corresponding to the present invention includes a three-phase AC machine coupled to an internal combustion engine, a secondary battery, and an output voltage from the secondary battery to a desired DC voltage via an energy absorption reactor. A step-up / step-down chopper circuit for stepping up or stepping down a DC voltage to the secondary battery voltage and a semiconductor element are bridge-connected, and an output voltage from the step-up / step-down chopper circuit is converted to alternating current, and the alternating voltage is converted to the three-way voltage. An inverter circuit that is supplied to and driven by the phase alternator, and a control circuit that controls the step-up / step-down chopper circuit and the inverter circuit, and the control circuit stores the energy stored in the secondary battery during acceleration When the three-phase AC machine is controlled by the inverter circuit so as to assist the internal combustion engine with torque, and the three-phase AC machine is below a predetermined speed, The boosting operation of the step-up / down chopper circuit is stopped, the DC voltage is made substantially equal to the secondary battery voltage and the inverter circuit is controlled to perform PWM control operation, and the PWM control frequency of the inverter circuit is set to a predetermined frequency. The range is modulated in a sine wave shape with a predetermined period.
[0046]
As described above, it is possible to improve the efficiency of the inverter and reduce the noise of the three-phase AC machine, and to obtain a highly reliable inverter system for a hybrid vehicle.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention controls the step-up / step-down chopper circuit to stop the boost operation when the three-phase AC machine is below a predetermined speed, and control the inverter circuit to perform PWM control operation with the DC voltage substantially equal to the secondary battery voltage. Or,
Alternatively, when the internal combustion engine is operating at the lowest speed idling operation, the boosting operation of the step-up / down chopper circuit is stopped, the DC voltage is made substantially equal to the secondary battery voltage, and the inverter circuit is When the control is performed so that the PWM control operation is performed, or when the internal combustion engine is in the idling operation state at the minimum speed, the boosting operation of the step-up / step-down chopper is stopped, and the PWM control frequency of the inverter circuit is set to a frequency corresponding to the idling operation speed. Control to lower and operate PWM
In this way, the efficiency of the inverter is improved and the noise of the three-phase AC machine is reduced.
[0048]
Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above-described concept will be described in detail with reference to the drawings.
[0049]
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment, in which the same elements as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
[0050]
In FIG. 1, an inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment includes a three-phase AC machine 2 coupled to an internal combustion engine 1 such as a gasoline engine or a diesel engine, a secondary battery 5 such as a chargeable / dischargeable storage battery, A step-up / step-down chopper circuit 49 for stepping up the output voltage from the secondary battery 5 to a desired DC voltage via the switch 6 and the energy absorption step-up / down reactor 7, and stepping down the DC voltage to the secondary battery 5 voltage; A DC capacitor 47 for smoothing the output voltage from the step-up / step-down chopper circuit 49; an inverter circuit 40 for converting the voltage smoothed by the DC capacitor 47 into AC and supplying the AC voltage to the three-phase AC machine 2 for driving; The step-up / step-down chopper circuit 49 and the control circuit 48 for controlling the inverter circuit 40 are included.
[0051]
The inverter 4 is composed of the inverter circuit 40, the DC capacitor 47, the control circuit 48, and the step-up / step-down chopper circuit 49.
[0052]
Here, the step-up / step-down chopper circuit 49 is formed by connecting a plurality of upper and lower semiconductor elements 49a and 49b in series.
[0053]
Further, the inverter circuit 40 is formed by bridge-connecting a plurality of semiconductor elements 41 to 46.
[0054]
Further, the control circuit 48
A function of controlling the inverter circuit 40 to control the three-phase alternator 2 so that the internal combustion engine 1 is torque-assisted with the stored energy of the secondary battery 5 at the time of starting acceleration of the hybrid vehicle;
When the three-phase AC machine 2 is below a predetermined speed, the step-up / step-down chopper circuit 49 stops the boosting operation, that is, the chopping operation is stopped and only the upper arm semiconductor element is continuously conducted, so that the DC voltage is reduced. The inverter circuit 40 has a function of controlling the inverter circuit 40 to perform a PWM control operation substantially equal to the voltage of the secondary battery 5.
[0055]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
[0056]
Now, when a start command is input at time to in FIG. 2, the switch 6 is turned on, and gate signals are output from the control circuit 48 to the semiconductor elements 41 to 46 of the inverter circuit 40 in accordance with the speed reference signal. 4 drives the three-phase AC machine 2 as a load at a predetermined output frequency (f-INV).
[0057]
At this stage, the step-up / step-down chopper circuit 49 turns on only the upper semiconductor element 49a and supplies power from the secondary battery 5 to the three-phase AC machine 2 that is a load.
[0058]
Therefore, a voltage substantially equal to the secondary battery 5 voltage is supplied to the inverter circuit 40 as the DC voltage.
[0059]
Next, at time t1 in FIG. 2, when the magnitude of the speed reference signal becomes equal to or higher than a predetermined level (L1 in FIG. 2), the upper and lower semiconductor elements 49a and 49b of the buck-boost chopper circuit 49 are switched. The inverter circuit 40 is controlled to operate and boost the DC voltage.
[0060]
For example, assuming that the rated voltage of the three-phase AC machine 2 is AC400V, it is necessary to perform PWM control with a DC voltage of about 600V, but even when the secondary battery 5 voltage is 300V, the voltage is not boosted and the output is about 50% AC200V can do.
[0061]
Therefore, it is not necessary to operate the step-up / step-down chopper circuit 49 to a speed of about 50%, so that the loss of the inverter 4 can be reduced.
[0062]
Furthermore, since the peak value of the PWM voltage waveform is 50%, the magnetic sound of the three-phase AC machine 2 can also be reduced.
[0063]
As described above, in the inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment, when the three-phase AC machine 2 is below a predetermined speed, the boost chopper operation of the step-up / down chopper circuit 49 is stopped. Therefore, the loss of the inverter 4 can be reduced and the efficiency can be improved, and at the same time, the noise (magnetic sound) of the three-phase AC machine 2 can be reduced.
[0064]
(Second Embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, and the functions of the control circuit 48 are partially different.
[0065]
That is, the control circuit 48
When the above-described three-phase AC machine 2 is at a predetermined speed or less, the step-up / step-down chopper circuit 49 stops the boosting operation, and the inverter circuit 40 is PWM-controlled by making the DC voltage substantially equal to the secondary battery 5 voltage. Instead of the ability to control
When the internal combustion engine 1 is in the idling operation state at the lowest speed and the three-phase AC machine 2 is operated, the boosting operation of the step-up / step-down chopper circuit 49 is stopped, that is, the chopping operation is stopped and only the upper arm semiconductor element is continuously operated. Therefore, the inverter circuit 40 is controlled to perform a PWM control operation by making the DC voltage substantially equal to the secondary battery 5 voltage.
[0066]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
[0067]
Note that the description of the operation of the same portion as the operation of the first embodiment is omitted, and only the operation of the different portion will be described here.
[0068]
That is, as shown in FIG. 3, by controlling so that the boost chopper operation is stopped only when the internal combustion engine 1 is in the minimum speed state and the idling operation state of the internal combustion engine 1, the vehicle is stopped. Loss of the inverter 4 in the idling state can be reduced.
[0069]
Further, high-frequency magnetic sound unique to the inverter 4 that performs PWM control operation can also be reduced.
[0070]
As described above, in the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment, the boost chopper of the step-up / down chopper circuit 49 is used when the internal combustion engine 1 is operated in the idling operation state at the lowest speed. Since the operation is stopped, it is possible to improve the efficiency by reducing the loss of the inverter 4 when the vehicle is in an idling state while the vehicle is stopped, and at the same time, reduce the high-frequency magnetic sound unique to the inverter 4. Is possible.
[0071]
(Third embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, and the functions of the control circuit 48 are partially different.
[0072]
That is, the control circuit 48
When the above-described three-phase AC machine 2 is at a predetermined speed or less, the step-up / step-down chopper circuit 49 stops the boosting operation, and the inverter circuit 40 is PWM-controlled by making the DC voltage substantially equal to the secondary battery 5 voltage. Instead of the ability to control
When the internal combustion engine is in the idling operation state at the lowest speed, the boosting operation of the step-up / step-down chopper is stopped, and the PWM control frequency of the inverter circuit is lowered to a frequency corresponding to the idling operation speed to perform the PWM operation. It is supposed to be.
[0073]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
[0074]
Note that the description of the operation of the same portion as the operation of the first embodiment is omitted, and only the operation of the different portion will be described here.
[0075]
That is, as shown in FIG. 4, the switching frequency (p-INV) of the inverter 4 is lowered to a constant frequency at a speed equal to or lower than the idle operation state, and when the speed is equal to or higher than the idle operation state, By controlling so as to increase the efficiency, it is possible to reduce the loss of the inverter 4 at a speed equal to or lower than the idling operation state and improve the efficiency.
[0076]
As described above, in the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment, when the internal combustion engine 1 is in the idling operation state at the lowest speed, the step-up / step-down chopper boosting operation of the step-up / step-down chopper circuit 49 is stopped, and the inverter circuit Since the PWM operation is performed by lowering the PWM control frequency of 40 to a frequency corresponding to the idling operation speed, it is possible to reduce the loss of the inverter 4 at the speed below the idling operation state and improve the efficiency. .
[0077]
(Fourth embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, and the functions of the control circuit 48 are partially different.
[0078]
That is, the control circuit 48
In addition to the functions of the first embodiment,
The inverter circuit 40 has a function of modulating the PWM control frequency in a predetermined frequency range in a sine wave shape with a predetermined period.
[0079]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
[0080]
Note that the description of the operation of the same portion as the operation of the first embodiment is omitted, and only the operation of the different portion will be described here.
[0081]
That is, as shown in FIG. 5, by changing the switching frequency (p-INV) of the inverter 4 with a sine wave having a certain period, the switching frequency is changed and the electromagnetic noise of the three-phase AC machine 2 is reduced. can do.
[0082]
As described above, in the inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment, the PWM control frequency of the inverter circuit 40 is modulated in a sine wave shape with a predetermined period within a predetermined frequency range, so that the switching frequency is changed. Thus, electromagnetic noise of the three-phase AC machine 2 can be reduced.
[0083]
(Fifth embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, and the functions of the control circuit 48 are partially different.
[0084]
That is, the control circuit 48
In addition to the functions of the first embodiment,
The inverter circuit 40 has a function of randomly modulating the PWM control frequency in a predetermined frequency range.
[0085]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
[0086]
Note that the description of the operation of the same portion as the operation of the first embodiment is omitted, and only the operation of the different portion will be described here.
[0087]
That is, as shown in FIG. 6, the electromagnetic noise of the three-phase AC machine 2 can be reduced by changing the switching frequency (p-INV) of the inverter 4 with a random number (without regularity). it can.
[0088]
In this case, especially by using random numbers, the rate of change of switching becomes larger than that in the case of changing at a constant cycle as in the fourth embodiment, and the electromagnetic noise of the three-phase AC machine 2 is further reduced. can do.
[0089]
As described above, in the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment, the PWM control frequency of the inverter circuit 40 is randomly modulated in a predetermined frequency range. The electromagnetic noise of the phase alternator 2 can be further reduced.
[0090]
(Sixth embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment is a hybrid vehicle inverter system according to any one of the first to fifth embodiments, in which a rotational speed detector that detects the rotational speed of the internal combustion engine 1 is provided. Add
Furthermore, the control circuit 48
In addition to the functions of any of the first to fifth embodiments,
Based on the output signal from the rotation speed detector, when it is determined that the three-phase AC machine 2 is below a predetermined speed or is in an idling operation state, control is performed so that the step-up / step-down chopper circuit 49 stops the step-up operation. It has functions.
[0091]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0092]
Note that the description of the operation of the same portion as the operation of the first embodiment is omitted, and only the operation of the different portion will be described here.
[0093]
That is, an output signal from a detector that detects the number of revolutions of the internal combustion engine 1 is taken into the control circuit 48, and it is determined that the three-phase AC machine 2 is below a predetermined speed or in an idling operation state. By performing control so as to stop the step-up operation of 49, highly accurate matching with the internal combustion engine 1 can be performed.
[0094]
As described above, in the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment, the rotational speed of the internal combustion engine 1 is detected, and based on this rotational speed, the three-phase AC machine 2 is below a predetermined speed or in an idling operation state. Is determined, the boosting operation of the step-up / step-down chopper circuit 49 is stopped, so that highly accurate matching with the internal combustion engine 1 can be performed.
[0095]
(Seventh embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, and the functions of the control circuit 48 are partially different.
[0096]
  That is, in addition to the function of the fourth embodiment, the control circuit 48 increases the speed of the three-phase AC machine 2 when modulating the PWM control frequency of the inverter circuit 40 in a predetermined frequency range with a predetermined period. WithFrequency rangeIt has a function of modulating so that the width is narrowed.
[0097]
Next, the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG.
[0098]
Note that the description of the operation of the same part as that of the fourth embodiment is omitted, and only the operation of the different part will be described here.
[0099]
  That is, as shown in FIG. 7, as the rotational speed of the internal combustion engine 1 increases, the switching frequencyWidth of(PH-PL)By making it narrow, the switching frequency in the high-speed rotation region can be increased, and the control stability can be improved.
[0100]
In this case, since the noise of the internal combustion engine is loud in the high-speed rotation region, the noise of the three-phase AC machine 2 is small, so there is no particular problem even if the fluctuation range of the switching frequency is small.
[0101]
  As described above, in the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment, when the PWM control frequency of the inverter circuit 40 is modulated in a predetermined frequency range with a predetermined period, the speed of the three-phase AC machine 2 increases. TheFrequency rangeSince the width is narrowed, it is possible to increase the switching frequency in the high-speed rotation region to be modulated and improve the control stability.
[0102]
(Eighth embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1, and an induction motor or a synchronous motor is used as the three-phase AC machine 2 coupled to the internal combustion engine 1.
[0103]
Next, in the inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment configured as described above, an induction motor or a synchronous motor is used as the three-phase AC machine 2 coupled to the internal combustion engine 1, so that a three-phase Corresponding to the case where an induction motor or a synchronous motor is used for the AC machine 2, the same operation as in the above-described embodiments can be achieved.
[0104]
As described above, in the hybrid vehicle inverter system according to the present embodiment, the induction motor or the synchronous motor is used as the three-phase AC machine 2 coupled to the internal combustion engine 1. The above-described effects can be achieved by smoothly responding to either the induction motor or the synchronous motor.
[0105]
(Ninth embodiment)
The circuit configuration of the hybrid vehicle inverter system of the present embodiment is the same as that of FIG. 1, and the functions of the control circuit 48 are partially different.
[0106]
That is, the control circuit 48
In addition to the functions of the first embodiment,
Assuming that the inverter circuit 40 has a function of controlling the inverter circuit 40 to perform any one of the power running operation, the regenerative operation, and the excitation operation when the inverter circuit 40 is PWM-controlled to supply power to the three-phase AC machine 2. Yes.
[0107]
Next, in the inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment configured as described above, when the inverter circuit 40 is PWM-controlled to supply power to the three-phase AC machine 2, the inverter circuit 40 is operated by power running, By controlling either the regenerative operation or the excitation operation, the inverter circuit 40 becomes one of the operation modes of the power running operation, the regenerative operation, or the excitation operation, and torque assist is performed in the power running operation mode. In the regenerative operation mode, charging can be performed, and in the excitation operation mode, the response can be improved by preliminary excitation.
[0108]
Thereby, since the operation performance of the whole system can be improved, the efficiency of the whole system can be further improved as a result.
[0109]
As described above, in the inverter system for a hybrid vehicle according to the present embodiment, when the inverter circuit 40 is PWM-controlled to supply power to the three-phase AC machine 2, the inverter circuit 40 is operated by power running, regenerative operation, or excitation. Since any one of the operations is controlled, the inverter circuit 40 is in any one of the power running operation mode, the regenerative operation mode, and the excitation mode mode, and the overall system performance can be improved. It is possible to further increase the efficiency of the.
[0110]
【The invention's effect】
As described above, according to the hybrid vehicle inverter system of the present invention, when the three-phase AC machine is at a predetermined speed or less, the boosting operation of the step-up / down chopper circuit is stopped, and the DC voltage is changed to the secondary battery voltage. The inverter circuit is controlled so as to perform PWM control operation at approximately the same level, or when the internal combustion engine is operating at the lowest speed idling operation state, the step-up / step-down chopper circuit boost operation is stopped. , The DC voltage is made substantially equal to the secondary battery voltage and the inverter circuit is controlled to perform PWM control operation, or when the internal combustion engine is in the idling operation state at the lowest speed, the boosting operation of the step-up / down chopper is stopped, The PWM control frequency of the inverter circuit is lowered to a frequency commensurate with the idling operation speed so that the PWM operation is performed. , It is possible to achieve a noise reduction of efficiency and the three-phase alternator of the inverter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing first to ninth embodiments of an inverter system for a hybrid vehicle according to the present invention.
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation in the hybrid vehicle inverter system of the third embodiment according to the present invention;
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation in the hybrid vehicle inverter system of the fourth embodiment according to the present invention;
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the hybrid vehicle inverter system according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the inverter system for a hybrid vehicle according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a drive unit of a hybrid vehicle.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional inverter system for a hybrid vehicle.
[Explanation of symbols]
1 ... an internal combustion engine,
2. Three-phase AC machine,
3 ... Transmission,
4 ... Inverter,
40: Inverter circuit,
41 ... Semiconductor element,
42 ... Semiconductor element,
43. Semiconductor element,
44. Semiconductor element,
45. Semiconductor element,
46: Semiconductor element,
47 ... DC capacitor,
48 ... control circuit,
49. Buck-boost chopper circuit,
49a ... Semiconductor element,
49b ... semiconductor element,
5 ... Secondary battery,
6 ... switch,
7: A step-up / down reactor.

Claims (5)

内燃機関に結合した三相交流機と、
二次電池と、
前記二次電池からの出力電圧をエネルギー吸収用のリアクトルを介して所望の直流電圧へ昇圧、または直流電圧を前記二次電池電圧へ降圧する昇降圧チョッパ回路と、
半導体素子をブリッジ接続してなり、前記昇降圧チョッパ回路からの出力電圧を交流に変換し、当該交流電圧を前記三相交流機へ供給して駆動するインバータ回路と、
前記昇降圧チョッパ回路および前記インバータ回路を制御する制御回路とを備えて構成され、
前記制御回路は、
発進加速時に、前記二次電池の蓄電エネルギーで前記内燃機関をトルクアシストするように前記インバータ回路により前記三相交流機を制御し、
前記三相交流機が所定の速度以下の場合に、前記昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止し、直流電圧を前記二次電池電圧とほぼ等しくして前記インバータ回路をPWM制御動作させるように制御し、
前記インバータ回路のPWM制御周波数を、所定の周波数範囲で所定の周期で正弦波状に変調させるようにしたことを特徴とするハイブリッド車用インバータシステム。
A three-phase alternator coupled to an internal combustion engine;
A secondary battery,
A step-up / step-down chopper circuit that boosts the output voltage from the secondary battery to a desired DC voltage via an energy absorption reactor, or steps down the DC voltage to the secondary battery voltage;
An inverter circuit that bridges semiconductor elements, converts the output voltage from the step-up / step-down chopper circuit to alternating current, and supplies the alternating voltage to the three-phase alternating current machine for driving;
A control circuit that controls the step-up / down chopper circuit and the inverter circuit;
The control circuit includes:
At the time of starting acceleration, the inverter circuit controls the three-phase AC machine so as to torque assist the internal combustion engine with the energy stored in the secondary battery,
When the three-phase AC machine is below a predetermined speed, the boosting operation of the step-up / step-down chopper circuit is stopped, and the inverter circuit is controlled to perform PWM control operation with the DC voltage substantially equal to the secondary battery voltage. And
A hybrid vehicle inverter system, wherein the PWM control frequency of the inverter circuit is modulated in a sine wave shape with a predetermined period within a predetermined frequency range.
前記請求項1に記載のハイブリッド車用インバータシステムにおいて、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を付加し、
前記制御回路は、前記回転数検出手段からの出力信号に基づいて、前記三相交流機が所定の速度以下またはアイドリング運転状態であることを判別した場合に、前記昇降圧チョッパ回路の昇圧動作を停止させるようにしたことを特徴とするハイブリッド車用インバータシステム。
The hybrid vehicle inverter system according to claim 1,
Adding a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the internal combustion engine;
When the control circuit determines that the three-phase AC machine is below a predetermined speed or in an idling operation state based on an output signal from the rotation speed detection means, the control circuit performs a boosting operation of the step-up / down chopper circuit. A hybrid vehicle inverter system characterized by being stopped .
前記請求項1に記載のハイブリッド車用インバータシステムにおいて、
前記インバータ回路のPWM制御周波数を所定の周波数範囲で変調させる場合に、前記三相交流機の速度増加に伴なって前記周波数範囲の幅を狭くしていくように変調することを特徴とするハイブリッド車用インバータシステム。
The hybrid vehicle inverter system according to claim 1 ,
When the PWM control frequency of the inverter circuit is modulated in a predetermined frequency range, the hybrid is modulated so that the width of the frequency range is narrowed as the speed of the three-phase AC machine increases. Inverter system for cars.
前記請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のハイブリッド車用インバータシステムにおいて、
前記三相交流機は、誘導電動機、または同期電動機を用いたことを特徴とするハイブリッド車用インバータシステム。
In the hybrid vehicle inverter system according to any one of claims 1 to 3 ,
The three-phase AC machine uses an induction motor or a synchronous motor, and is an inverter system for a hybrid vehicle.
前記請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のハイブリッド車用インバータシステムにおいて、
前記制御回路は、前記インバータ回路をPWM制御動作させて前記三相交流機へ給電する場合に、前記インバータ回路が、力行運転、回生運転、または励磁運転のいずれかの制御を行なうように制御することを特徴とするハイブリッド車用インバータシステム。
In the hybrid vehicle inverter system according to any one of claims 1 to 4,
The control circuit controls the inverter circuit to perform any one of a power running operation, a regenerative operation, and an excitation operation when the inverter circuit is PWM-controlled to supply power to the three-phase AC machine. This is an inverter system for hybrid vehicles.
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