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JPH11220812A - Electric vehicle electric system - Google Patents

Electric vehicle electric system

Info

Publication number
JPH11220812A
JPH11220812A JP2053898A JP2053898A JPH11220812A JP H11220812 A JPH11220812 A JP H11220812A JP 2053898 A JP2053898 A JP 2053898A JP 2053898 A JP2053898 A JP 2053898A JP H11220812 A JPH11220812 A JP H11220812A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power supply
electric
electric vehicle
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2053898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigenori Kinoshita
繁則 木下
Yasuto Watanabe
慶人 渡邉
Yoshiaki Yamada
良昭 山田
Atsushi Yamada
淳 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
UD Trucks Corp
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
UD Trucks Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, UD Trucks Corp filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2053898A priority Critical patent/JPH11220812A/en
Publication of JPH11220812A publication Critical patent/JPH11220812A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54Transmission for changing ratio
    • B60K6/543Transmission for changing ratio the transmission being a continuously variable transmission
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の牽引特性や最高運転速度の低下を防
ぎ、車両運転性能やシステム効率を高く維持する。 【解決手段】 直流電源の電力をインバータ等の車輪駆
動用半導体電力変換器を介して車輪駆動用電動機に供給
し、この電動機を可変速駆動して車両を駆動する電気自
動車の電気システム、または、エンジンと直流電源とを
動力源として併用する電気自動車の電気システムに関す
る。前記直流電源としての蓄電装置1または蓄電装置4
0と、インバータ2または半導体電力変換器100との
間に昇降圧チョッパ200を接続し、インバータ2等の
直流入力電圧がほぼ一定になるようにチョッパ200を
制御する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To prevent reduction in traction characteristics and maximum driving speed of a vehicle, and to maintain high vehicle driving performance and system efficiency. An electric system of an electric vehicle that supplies electric power of a DC power supply to a wheel driving motor through a wheel driving semiconductor power converter such as an inverter and drives the vehicle by driving the motor at a variable speed, or The present invention relates to an electric system of an electric vehicle using both an engine and a DC power supply as power sources. Power storage device 1 or power storage device 4 as the DC power supply
A step-up / step-down chopper 200 is connected between the inverter 0 and the inverter 2 or the semiconductor power converter 100, and the chopper 200 is controlled so that the DC input voltage of the inverter 2 or the like becomes substantially constant.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源のみを動
力源とする電気自動車、または、エンジン及び直流電源
を動力源とするハイブリッド電気自動車に適用される、
電気自動車の電気システムに関する。
The present invention is applied to an electric vehicle powered only by a DC power source or a hybrid electric vehicle powered by an engine and a DC power source.
The present invention relates to an electric system of an electric vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、蓄電装置を直流電源として走行
する代表的な電気自動車の電気システム(駆動システ
ム)である。同図において、1は蓄電装置、2は車輪駆
動用半導体電力変換器としてのインバータ、3は車輪駆
動用交流電動機、4は減速機、5はデフギア、6は車輪
をそれぞれ示す。また、7は補助電池、8は蓄電装置1
から補助電池7を充電する充電用半導体電力変換器とし
てのDC/DCコンバータ、9は照明装置、ポンプ等の
補機である。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows an electric system (drive system) of a typical electric vehicle running using a power storage device as a DC power supply. In the figure, 1 denotes a power storage device, 2 denotes an inverter as a wheel driving semiconductor power converter, 3 denotes a wheel driving AC motor, 4 denotes a speed reducer, 5 denotes a differential gear, and 6 denotes wheels. 7 is an auxiliary battery, 8 is a power storage device 1
A DC / DC converter as a charging semiconductor power converter for charging the auxiliary battery 7 from the power supply, and 9 is an auxiliary device such as a lighting device and a pump.

【0003】図6のシステムでは、蓄電装置1として化
学電池である二次電池を使用しており、蓄電装置1の直
流電力をインバータ2により可変電圧、可変周波数の交
流電圧に変換して電動機3に供給し、電動機3を可変速
駆動して車両を駆動している。ここで、直流電源として
太陽電池や燃料電池等を使用した電気システムもよく知
られている。この場合も電気システムの構成は基本的に
は図6と同じであるので、詳述を省略する。
In the system shown in FIG. 6, a secondary battery, which is a chemical battery, is used as the power storage device 1. The DC power of the power storage device 1 is converted into a variable voltage and a variable frequency AC voltage by an inverter 2 by an electric motor 3. And drives the motor 3 at a variable speed to drive the vehicle. Here, an electric system using a solar cell, a fuel cell, or the like as a DC power supply is also well known. Also in this case, the configuration of the electric system is basically the same as that of FIG.

【0004】次に、図7は代表的なシリーズハイブリッ
ド電気自動車の電気システムである。同図において、図
6と同じ構成要素には同じ番号を付してある。図7にお
いて、10はエンジン、20は発電機、30はAC/D
Cコンバータ、40は蓄電装置をそれぞれ示す。図7の
システムでは、エンジン10の機械エネルギーを発電機
20により電気エネルギーに変換し、この電気エネルギ
ーをAC/DCコンバータ30及びインバータ2を介し
て電動機3に給電することにより、再び機械エネルギー
に変換して車両を駆動する。また、発電機20はほぼ一
定の電力を出力しており、その発生電力と電動機3が必
要とする電力との差は、蓄電装置40からの充放電によ
って賄っている。図7のシステムは、車両を駆動するた
めのエネルギーの流れが直列的であることから、シリー
ズタイプと呼ばれている。
FIG. 7 shows an electric system of a typical series hybrid electric vehicle. 6, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. 7, 10 is an engine, 20 is a generator, and 30 is AC / D.
C converter and 40 indicate a power storage device, respectively. In the system of FIG. 7, the mechanical energy of the engine 10 is converted into electric energy by the generator 20, and the electric energy is supplied to the electric motor 3 via the AC / DC converter 30 and the inverter 2 to be converted into mechanical energy again. And drive the vehicle. The generator 20 outputs substantially constant power, and the difference between the generated power and the power required by the motor 3 is covered by charging and discharging from the power storage device 40. The system of FIG. 7 is called a series type because the flow of energy for driving the vehicle is serial.

【0005】更に、図8は代表的なパラレルハイブリッ
ド電気自動車の電気システムである。同図において、図
6及び図7と同じ構成要素には同じ番号を付してある。
図8において、60はクラッチ、70は発電機と電動機
の両方の機能を持つ発電動機、80は変速機、100は
蓄電装置40の直流電力を可変電圧、可変周波数の交流
電圧に変換して発電動機70に供給する半導体電力変換
器である。
FIG. 8 shows an electric system of a typical parallel hybrid electric vehicle. 6, the same components as those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals.
8, reference numeral 60 denotes a clutch; 70, a generator motor having both functions of a generator and a motor; 80, a transmission; 100, a DC power of the power storage device 40 which is converted into a variable voltage and a variable frequency AC voltage to generate power. It is a semiconductor power converter supplied to the motive 70.

【0006】図8のシステムでは、エンジン10のみに
よる車輪駆動、電動機(発電動機70)のみによる車輪
駆動、エンジン10及び電動機の両方の動力による車輪
駆動が可能である。蓄電装置40の充電は、発電動機7
0を発電機運転し、半導体電力変換器100を介して行
っている。なお、本発明はパラレルハイブリッド電気自
動車の駆動システムの提供が主目的ではないため、本シ
ステムについては詳述を省略する。
In the system shown in FIG. 8, it is possible to drive wheels only by the engine 10, drive wheels only by the electric motor (generator 70), and drive wheels by the power of both the engine 10 and the electric motor. The power storage device 40 is charged by the power generation motive 7
0 is operated as a generator and is performed via the semiconductor power converter 100. Note that the present invention does not mainly provide a drive system for a parallel hybrid electric vehicle, and thus a detailed description of the present system will be omitted.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】例えば図6のシステム
において、蓄電装置として二次電池を用い、二次電池の
電力でインバータを介して交流電動機を可変速駆動する
場合の第一の問題点は、電気自動車の中・高速域の車両
の牽引特性が電池電圧値に大きく左右されることであ
る。電池電圧をパラメータにした交流電動機の速度−ト
ルク(牽引力)特性を図9に示す。同図において、aは
電池がほぼ満充電状態の牽引力特性、bは電池がほぼ放
電終止状態(放電終止直前の状態)の牽引力特性、cは
走行抵抗特性である。この図から、インバータの直流入
力電圧(電池電圧)の高低に応じて中・高速域でのトル
ク特性が大きく変化することがわかる。
For example, in the system shown in FIG. 6, when a secondary battery is used as a power storage device and the AC motor is driven at a variable speed via an inverter using the power of the secondary battery, the first problem is that Another problem is that the traction characteristics of an electric vehicle in the middle / high-speed range are greatly affected by the battery voltage value. FIG. 9 shows speed-torque (traction force) characteristics of the AC motor using the battery voltage as a parameter. In the figure, a is the tractive force characteristic when the battery is almost fully charged, b is the tractive force characteristic when the battery is almost in the discharge end state (state immediately before discharge end), and c is the running resistance characteristic. From this figure, it can be seen that the torque characteristics in the middle / high speed range greatly change according to the level of the DC input voltage (battery voltage) of the inverter.

【0008】図9における特性aまたはbと特性cとの
差力が車両の加速性能を決めるので、電池電圧の高低に
よって車両の加速性能が大きく左右される。また、特性
aあるいはbと特性cとの交点が最高運転速度を示すの
で、同図からも、電池電圧が下がると最高運転速度が低
下することが明らかである。インバータや電動機の出力
をより大きくすれば、電池電圧が低下しても目標の特性
を確保することは可能であるが、機器の寸法、重量、コ
ストが増大する等の問題が生ずる。
Since the difference between the characteristic a or b and the characteristic c in FIG. 9 determines the acceleration performance of the vehicle, the acceleration performance of the vehicle is greatly affected by the level of the battery voltage. Also, since the intersection of the characteristic a or b and the characteristic c indicates the maximum operating speed, it is apparent from FIG. 3 that the maximum operating speed decreases as the battery voltage decreases. If the output of the inverter or the motor is further increased, the target characteristics can be ensured even if the battery voltage decreases, but problems such as an increase in the size, weight, and cost of the device occur.

【0009】更に、蓄電装置として二次電池を用い、そ
の電力でインバータを介して交流電動機を可変速駆動す
る場合の第二の問題点は、二次電池の電圧が大きく変動
することによりインバータや電動機の動作電圧が大きく
変動することである。図10は、化学電池としての二次
電池の電流−電圧特性の代表例を、ほぼ満充電状態とほ
ぼ放電終止状態のそれぞれについて、充電モード及び放
電モードにつき示したものである。同図において、aは
ほぼ満充電状態、bはほぼ放電終止状態の特性であり、
cは二次電池の定格電圧、dは充電時の許容最大電圧、
eは放電時のインバータの最大電力限界線、fは充電時
のインバータの最大電力限界線をそれぞれ示す。インバ
ータは両限界線e,fの内側で作動する。
A second problem in the case where a secondary battery is used as a power storage device and the AC motor is driven at a variable speed via the inverter by the use of the power is the second problem that the voltage of the secondary battery greatly fluctuates. That is, the operating voltage of the motor fluctuates greatly. FIG. 10 shows a typical example of the current-voltage characteristics of a secondary battery as a chemical battery in a charge mode and a discharge mode in each of a substantially fully charged state and a substantially terminated state. In the drawing, a is a characteristic in a substantially fully charged state, b is a characteristic in a substantially discharge terminated state,
c is the rated voltage of the secondary battery, d is the maximum allowable voltage during charging,
e indicates the maximum power limit line of the inverter during discharging, and f indicates the maximum power limit line of the inverter during charging. The inverter operates inside both limit lines e and f.

【0010】同図からも明らかなように、力行時(電池
から見ると放電時)に、電池が満充電であっても、電池
特性に従ってインバータの直流入力電圧(電池電圧)は
一定電圧特性線c上の動作点Aよりも低い動作点Bにな
り、更に、電池の放電に従って動作点Cまで低下する。
また、回生制動時(電池から見ると充電時)には、動作
点はDからEに移り、電池の許容最大電圧dによって制
限された電圧での作動となる。これをインバータから見
ると、その入力電圧は最大電圧動作点Eから最小電圧動
作点Cまで大きく変動することになり、図示の例では、
二次電池の定格電圧cに対して+20%から−30%の
間で変動する。
As is apparent from FIG. 1, even when the battery is fully charged during powering (discharging when viewed from the battery), the DC input voltage (battery voltage) of the inverter is constant according to the battery characteristics. The operating point B is lower than the operating point A on c, and further decreases to the operating point C as the battery is discharged.
Further, during regenerative braking (when charging as viewed from the battery), the operating point shifts from D to E, and operation is performed at a voltage limited by the allowable maximum voltage d of the battery. When this is viewed from the inverter, the input voltage greatly fluctuates from the maximum voltage operating point E to the minimum voltage operating point C. In the illustrated example,
It varies between + 20% and -30% with respect to the rated voltage c of the secondary battery.

【0011】インバータは充電時の最大電圧でも作動し
なければならず、また、ほぼ放電終止状態まで低下した
電圧(図示の例では動作点C)でも所定の車両特性を出
せなければならない。放電終止直前の電池電圧でも良好
な車両性能を確保するためには、電池が一定電圧で運転
した場合の機器に比べて、図示の例では出力が約1.7
倍大きい機器が必要になる。このため、第一の問題点と
同様に機器の寸法、重量、コストを増大させる不都合が
ある。
The inverter must operate even at the maximum voltage at the time of charging, and must be capable of exhibiting predetermined vehicle characteristics even at a voltage (operating point C in the illustrated example) which has been reduced to almost the discharge end state. In order to ensure good vehicle performance even at the battery voltage immediately before the end of discharge, in the example shown in the figure, the output is about 1.7 as compared with the case where the battery is operated at a constant voltage.
Equipment that is twice as large is required. For this reason, there is a disadvantage that the size, weight, and cost of the device are increased as in the first problem.

【0012】また、図11は、定格電圧で効率が最大に
なるように設計した場合のインバータと電動機との合成
効率を、インバータの直流入力電圧に対して示したもの
である。同図から、インバータの直流入力電圧が大きく
変動すると効率も大きく低下することがわかる。効率の
低下は電気自動車にとっては非常に大きな問題であるの
で、このように電池電圧の変動によって効率が低下する
ことが第三の問題点として挙げられる。なお、上記の各
問題点は電気自動車の蓄電装置として化学電池である二
次電池を使用した例で説明したが、蓄電装置として電気
二重層コンデンサを始めとする物理電池や他の二次電池
を用いた場合や、太陽電池や燃料電池を始めとする各種
の直流電源を使用した場合にもその直流電圧は大きく変
動するので、同様な問題がある。
FIG. 11 shows the combined efficiency of the inverter and the motor with respect to the DC input voltage of the inverter when the efficiency is designed to be maximum at the rated voltage. It can be seen from the figure that when the DC input voltage of the inverter fluctuates significantly, the efficiency also drops significantly. Since the reduction in efficiency is a very serious problem for electric vehicles, the third problem is that the efficiency is reduced due to the fluctuation of the battery voltage. Each of the above-mentioned problems has been described using an example in which a secondary battery that is a chemical battery is used as a power storage device of an electric vehicle.However, a physical battery such as an electric double layer capacitor or another secondary battery is used as a power storage device. A similar problem arises when the battery is used or when various DC power sources such as a solar cell and a fuel cell are used, since the DC voltage greatly fluctuates.

【0013】そこで本発明は、インバータ等の半導体電
力変換器の直流入力電圧をほぼ一定に保つことにより、
車両の牽引特性や最高運転速度の低下を防ぎ、車両運転
性能やシステム効率を高く維持することができる電気自
動車の電気システムを提供しようとするものである。
[0013] Therefore, the present invention is to maintain a substantially constant DC input voltage of a semiconductor power converter such as an inverter,
An object of the present invention is to provide an electric system of an electric vehicle that can prevent a decrease in traction characteristics and a maximum driving speed of a vehicle and maintain high vehicle driving performance and system efficiency.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、車載の直流電源(二次電池や電気二重層
コンデンサ、太陽電池、燃料電池等を総称する)とイン
バータ等の車輪駆動用半導体電力変換器との間に昇降圧
チョッパを挿入することにより、半導体電力変換器の直
流入力電圧をほぼ一定値に保つものである。これによ
り、電気自動車の中・高速域の車両の牽引特性や最高運
転速度の低下、機器の効率低下を防ぐことができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vehicle-mounted DC power source (generically referring to a secondary battery, an electric double layer capacitor, a solar battery, a fuel cell, etc.) and a wheel drive such as an inverter. By inserting a step-up / step-down chopper between the semiconductor power converter and the semiconductor power converter, the DC input voltage of the semiconductor power converter is maintained at a substantially constant value. As a result, it is possible to prevent the traction characteristics and the maximum driving speed of the vehicle in the middle / high speed range of the electric vehicle from being reduced and the efficiency of the device from being reduced.

【0015】すなわち、請求項1記載の発明は、直流電
源の電力を車輪駆動用半導体電力変換器を介して車輪駆
動用電動機に供給し、この電動機を可変速駆動して車両
を駆動する電気自動車の電気システムにおいて、前記直
流電源と前記車輪駆動用半導体電力変換器との間に昇降
圧チョッパを接続したものである。
That is, according to the first aspect of the present invention, an electric vehicle which supplies a power of a DC power supply to a motor for driving a wheel via a semiconductor power converter for driving a wheel and drives the motor at a variable speed to drive a vehicle. In the above electric system, a step-up / step-down chopper is connected between the DC power source and the wheel driving semiconductor power converter.

【0016】また、請求項2記載の発明は、エンジンに
連結された発電機の電力を充電用半導体電力変換器を介
して直流電源に供給すると共に、前記直流電源の電力を
車輪駆動用半導体電力変換器を介して車輪駆動用電動機
に供給し、前記発電機及び直流電源の電力により車両を
駆動する電気自動車の電気システムにおいて、前記直流
電源と前記車輪駆動用半導体電力変換器との間に昇降圧
チョッパを接続したものである。
According to a second aspect of the present invention, the power of a generator connected to an engine is supplied to a DC power supply via a charging semiconductor power converter, and the power of the DC power supply is supplied to a wheel driving semiconductor power supply. In an electric system of an electric vehicle, which supplies a power to a wheel driving motor via a converter and drives a vehicle with the power of the generator and the DC power supply, the electric power system moves up and down between the DC power supply and the wheel driving semiconductor power converter. A pressure chopper is connected.

【0017】更に、請求項3記載の発明は、エンジンの
動力により車輪を駆動し、または、直流電源の電力を半
導体電力変換器を介し車輪駆動用電動機に供給してこの
電動機を可変速駆動することにより車両を駆動すると共
に、エンジンに連結された発電機により前記直流電源を
充電する電気自動車の電気システムにおいて、前記直流
電源と前記半導体電力変換器との間に昇降圧チョッパを
接続したものである。
Further, according to the present invention, the wheels are driven by the power of the engine, or the power of the DC power supply is supplied to the motor for driving the wheels via the semiconductor power converter to drive the motor at a variable speed. An electric system of an electric vehicle that drives the vehicle by this and charges the DC power by a generator connected to an engine, wherein a buck-boost chopper is connected between the DC power and the semiconductor power converter. is there.

【0018】なお、請求項4,5に記載するように、請
求項1,2または3記載の発明における直流電源として
は、二次電池または電気二重層コンデンサを使用するこ
とができる。また、請求項6,7に記載する如く、請求
項1記載の発明における直流電源としては、太陽電池や
燃料電池を使用しても良い。
As described in claims 4 and 5, a secondary battery or an electric double layer capacitor can be used as the DC power supply in the invention described in claim 1, 2 or 3. Further, as described in claims 6 and 7, a solar cell or a fuel cell may be used as the DC power supply in the invention described in claim 1.

【0019】更に、請求項8に記載するように、請求項
1〜7に記載した発明においては、昇降圧チョッパのス
イッチング動作により、その出力側に接続された半導体
電力変換器の直流入力電圧がほぼ一定になるように制御
を行うものである。
Further, as described in claim 8, in the inventions described in claims 1 to 7, the switching operation of the step-up / step-down chopper causes the DC input voltage of the semiconductor power converter connected to the output side to be increased. The control is performed so as to be substantially constant.

【0020】[0020]

【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1,4,8に記載した発明の実施形態に相当する。
なお、図6と同じ構成要素には同一番号を付してある。
図1において、200は、蓄電装置1と車輪駆動用半導
体電力変換器であるインバータ2の直流入力側との間に
接続された昇降圧チョッパ(極性反転チョッパ)であ
り、その構成を図2に示す。図2において、201,2
02はチョッパ200の入力側、出力側に設けられたフ
ィルタコンデンサであり、電圧の極性は図示のように互
いに逆極性となっている。このうち一方のフィルタコン
デンサ201は蓄電装置1に接続され、他方のフィルタ
コンデンサ202はインバータ2の直流入力側に接続さ
れる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and corresponds to the first, fourth, and eighth aspects of the present invention.
The same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 1, reference numeral 200 denotes a step-up / step-down chopper (polarity inversion chopper) connected between a power storage device 1 and a DC input side of an inverter 2 serving as a wheel driving semiconductor power converter. Show. In FIG.
Reference numeral 02 denotes a filter capacitor provided on the input side and the output side of the chopper 200, and the polarities of the voltages are opposite to each other as shown in the figure. One of the filter capacitors 201 is connected to the power storage device 1, and the other filter capacitor 202 is connected to the DC input side of the inverter 2.

【0021】フィルタコンデンサ201の正極とフィル
タコンデンサ202の負極との間にはスイッチングトラ
ンジスタ203,204が直列に接続され、これらのト
ランジスタ203,204に対してダイオード205,
206がそれぞれ逆並列に接続されている。また、トラ
ンジスタ203,204の相互の接続点とコンデンサ2
01の負極(コンデンサ202の正極)との間にはリア
クトル207が接続されている。なお、蓄電装置1は、
例えば化学電池としての二次電池により構成されてい
る。
Switching transistors 203 and 204 are connected in series between the positive electrode of the filter capacitor 201 and the negative electrode of the filter capacitor 202, and a diode 205 and a switching transistor 203 are connected to these transistors 203 and 204.
Reference numerals 206 are connected in anti-parallel. Further, the connection point between the transistors 203 and 204 and the capacitor 2
The reactor 207 is connected between the negative electrode 01 (the positive electrode of the capacitor 202). In addition, the power storage device 1
For example, it is constituted by a secondary battery as a chemical battery.

【0022】昇降圧チョッパ200の制御動作は既に公
知であるので、ここではその概要を述べる。力行時には
トランジスタ203のみをスイッチング制御し、トラン
ジスタ204をオフしておく。トランジスタ203のオ
ンオフによりリアクトル207におけるエネルギーの蓄
積、放出を繰り返し行ない、その放出時に、インバータ
2に対して蓄電装置1の出力とは極性が反転した直流電
力を供給する。回生制動時には、逆にトランジスタ20
4のみをスイッチング制御してトランジスタ203をオ
フ状態にし、インバータ2の直流出力の極性を反転させ
て蓄電装置1に回生する。
Since the control operation of the step-up / step-down chopper 200 is already known, its outline will be described here. During power running, only the transistor 203 is subjected to switching control, and the transistor 204 is turned off. The accumulation and release of energy in the reactor 207 are repeated by turning on and off the transistor 203, and at the time of release, DC power whose polarity is inverted to that of the output of the power storage device 1 is supplied to the inverter 2. During regenerative braking, on the contrary, the transistor 20
Only the switching control of the inverter 4 is performed to turn off the transistor 203, the polarity of the DC output of the inverter 2 is inverted, and the power storage device 1 is regenerated.

【0023】力行時の昇降圧チョッパ200の動作特性
例を、図3に示す。チョッパ200の入力電圧と出力電
圧とが等しいときはトランジスタ203の通流率αが
0.5であり、入力電圧が出力電圧よりも高くなると通
流率αが0.5より小さくなり、入力電圧が出力電圧よ
りも低くなると通流率αが0.5より大きくなる。つま
り、入力電圧に応じて通流率αを調整することで、一定
の出力電圧を得ることができる。ここで、入力電圧の最
大値は図10の最大電圧d(または動作点E)に相当
し、入力電圧の最小値は図10の動作点Cに相当すると
共に、出力電圧は図10の定格電圧c(または動作点
A)に相当する。すなわち、力行運転、回生制動運転に
応じた昇降圧チョッパ200のスイッチング動作によ
り、昇降圧チョッパ200の直流入力電圧(蓄電装置1
の電圧)が変動しても出力電圧を一定に保ってインバー
タ2の直流入力電圧を一定に維持することが可能にな
る。
FIG. 3 shows an example of operating characteristics of the step-up / step-down chopper 200 during power running. When the input voltage and the output voltage of the chopper 200 are equal, the conduction ratio α of the transistor 203 is 0.5, and when the input voltage becomes higher than the output voltage, the conduction ratio α becomes smaller than 0.5, Becomes lower than the output voltage, the conduction ratio α becomes larger than 0.5. That is, a constant output voltage can be obtained by adjusting the conduction ratio α according to the input voltage. Here, the maximum value of the input voltage corresponds to the maximum voltage d (or operating point E) in FIG. 10, the minimum value of the input voltage corresponds to the operating point C in FIG. 10, and the output voltage is the rated voltage in FIG. c (or operating point A). That is, the switching operation of the buck-boost chopper 200 according to the power running operation and the regenerative braking operation causes the DC input voltage of the buck-boost chopper 200 (the power storage device 1).
) Fluctuates, the output voltage can be kept constant and the DC input voltage of the inverter 2 can be kept constant.

【0024】図4は本発明の第2実施形態であり、請求
項2,4,8に記載した発明の実施形態に相当する。こ
の実施形態は、前述した図7のシリーズハイブリッド電
気自動車に本発明を適用したものであり、インバータ2
の直流入力側と蓄電装置40との間に昇降圧チョッパ2
00を接続した点を除いて、図7の構成と同一である。
この実施形態におけるチョッパ200の動作は第1実施
形態と同様であり、蓄電装置40の電圧変動に関わらず
インバータ2の直流入力電圧を一定に保つことができ
る。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, and corresponds to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to the series hybrid electric vehicle shown in FIG.
Step-up / step-down chopper 2 between the DC input side of
The configuration is the same as that of FIG. 7 except that 00 is connected.
The operation of the chopper 200 in this embodiment is similar to that of the first embodiment, and the DC input voltage of the inverter 2 can be kept constant regardless of the voltage fluctuation of the power storage device 40.

【0025】図5は本発明の第3実施形態であり、請求
項3,4,8に記載した発明の実施形態に相当する。こ
の実施形態は、前述した図8のパラレルハイブリッド電
気自動車に本発明を適用したものであり、半導体電力変
換器100の直流側と蓄電装置40との間に昇降圧チョ
ッパ200を接続した点を除き、図8の構成と同一であ
る。チョッパ200の動作は第1、第2実施形態と同様
であり、蓄電装置40の電圧変動に関わらず半導体電力
変換器100の直流入力電圧を一定に保つことが可能で
ある。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention, and corresponds to the third embodiment of the present invention. This embodiment is an application of the present invention to the above-described parallel hybrid electric vehicle shown in FIG. 8, except that a buck-boost chopper 200 is connected between the DC side of the semiconductor power converter 100 and the power storage device 40. , And FIG. The operation of the chopper 200 is the same as in the first and second embodiments, and the DC input voltage of the semiconductor power converter 100 can be kept constant regardless of the voltage fluctuation of the power storage device 40.

【0026】なお、上記各実施形態では、直流電源とし
て化学二次電池からなる蓄電装置を使用した場合につき
説明したが、本発明は、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を使用するシステムに
も適用できることは勿論である。
In each of the above embodiments, a case has been described in which a power storage device composed of a chemical secondary battery is used as a DC power supply. However, the present invention is not limited to a physical battery such as an electric double layer capacitor. Of course, the present invention can be applied to a system using a DC power supply having a voltage fluctuation such as a power storage device, a solar cell, and a fuel cell.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように本発明は、化学二次電池、
電気二重層コンデンサ、太陽電池、燃料電池等からなる
直流電源を動力源とする電気自動車、または、この直流
電源とエンジンとを併用するハイブリッド形の電気自動
車において、直流電源と車輪駆動用半導体電力変換器と
の間に接続した昇降圧チョッパの動作により、半導体電
力変換器の直流入力電圧をほぼ一定に保つようにしたも
のである。
As described above, the present invention provides a chemical secondary battery,
In an electric vehicle powered by a DC power supply consisting of an electric double layer capacitor, a solar cell, a fuel cell, or the like, or a hybrid electric vehicle using both the DC power supply and an engine, a DC power supply and a semiconductor power converter for driving wheels. The DC input voltage of the semiconductor power converter is kept almost constant by the operation of the step-up / step-down chopper connected between the converter and the converter.

【0028】このため、次のような効果がある。 (1)インバータや電動機等の機器の動作電圧をほぼ一
定に保つことができるので、これらの動作点における最
適設計が可能になり、機器の小形・軽量化、低価格化を
図ることができる。また、これらの機器の動作点が変動
しても、牽引力特性や最高運転速度、効率等が低下する
こともなく、高いシステム効率が得られる。 (2)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直流電源
にも適用できるので、電気自動車の普及・発展に貢献す
ることができる。
Therefore, the following effects can be obtained. (1) Since the operating voltages of devices such as inverters and electric motors can be kept substantially constant, an optimal design at these operating points becomes possible, and the size, weight and cost of the devices can be reduced. Further, even if the operating points of these devices change, high system efficiency can be obtained without lowering the traction force characteristics, the maximum operation speed, the efficiency, and the like. (2) Since it can be applied to various DC power sources such as a chemical secondary battery having a large voltage fluctuation, an electric double layer capacitor, a solar cell, and a fuel cell, it can contribute to the spread and development of electric vehicles.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における昇降圧チョッパの構成を示す回路
図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up / step-down chopper in FIG. 1;

【図3】図1における昇降圧チョッパの力行時の動作説
明図である。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the step-up / step-down chopper in FIG. 1 during power running.

【図4】本発明の第2実施形態を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施形態を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の二次電池を電源とする電気自動車の電気
システムを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an electric system of an electric vehicle using a conventional secondary battery as a power source.

【図7】シリーズハイブリッド電気自動車の電気システ
ムを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an electric system of a series hybrid electric vehicle.

【図8】パラレルハイブリッド電気自動車の電気システ
ムを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an electric system of a parallel hybrid electric vehicle.

【図9】図6のシステムにおける電動機の速度−トルク
特性図である。
9 is a speed-torque characteristic diagram of an electric motor in the system of FIG.

【図10】図6のシステムにおける二次電池の電圧−電
流特性図である。
FIG. 10 is a voltage-current characteristic diagram of the secondary battery in the system of FIG.

【図11】図6のシステムにおける機器の効率を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing the efficiency of the device in the system of FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 蓄電装置 2 インバータ 3 車輪駆動用交流電動機 4 減速機 5 デフギア 6 車輪 7 補助電池 8 DC/DCコンバータ 9 補機 10 エンジン 20 発電機 30 AC/DCコンバータ 40 蓄電装置 60 クラッチ 70 発電動機 80 変速機 100 半導体電力変換器 200 昇降圧チョッパ 201,202 フィルタコンデンサ 203,204 スイッチングトランジスタ 205,206 ダイオード 207 リアクトル REFERENCE SIGNS LIST 1 power storage device 2 inverter 3 wheel drive AC motor 4 reduction gear 5 differential gear 6 wheels 7 auxiliary battery 8 DC / DC converter 9 auxiliary device 10 engine 20 generator 30 AC / DC converter 40 power storage device 60 clutch 70 generator motor 80 transmission Reference Signs List 100 semiconductor power converter 200 step-up / step-down chopper 201, 202 filter capacitor 203, 204 switching transistor 205, 206 diode 207 reactor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 良昭 埼玉県上尾市大字壱丁目一番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 (72)発明者 山田 淳 埼玉県上尾市大字壱丁目一番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshiaki Yamada Nissan Diesel Industry Co., Ltd. Inside the corporation

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電源の電力を車輪駆動用半導体電力
変換器を介して車輪駆動用電動機に供給し、この電動機
を可変速駆動して車両を駆動する電気自動車の電気シス
テムにおいて、 前記直流電源と前記車輪駆動用半導体電力変換器との間
に昇降圧チョッパを接続したことを特徴とする電気自動
車の電気システム。
An electric system for an electric vehicle that supplies power of a DC power supply to a wheel driving motor via a wheel driving semiconductor power converter and drives the motor at a variable speed to drive a vehicle. An electric system for an electric vehicle, wherein a step-up / step-down chopper is connected between the power converter and the wheel driving semiconductor power converter.
【請求項2】 エンジンに連結された発電機の電力を充
電用半導体電力変換器を介して直流電源に供給すると共
に、前記直流電源の電力を車輪駆動用半導体電力変換器
を介して車輪駆動用電動機に供給し、前記発電機及び直
流電源の電力により車両を駆動する電気自動車の電気シ
ステムにおいて、 前記直流電源と前記車輪駆動用半導体電力変換器との間
に昇降圧チョッパを接続したことを特徴とする電気自動
車の電気システム。
2. The power supply of a generator connected to an engine is supplied to a DC power supply via a semiconductor power converter for charging, and the power of the DC power supply is supplied to the DC power supply via a semiconductor power converter for driving wheels. An electric system for an electric vehicle that supplies a motor and drives a vehicle with the power of the generator and the DC power supply, wherein a step-up / step-down chopper is connected between the DC power supply and the wheel driving semiconductor power converter. And the electric system of the electric vehicle.
【請求項3】 エンジンの動力により車輪を駆動し、ま
たは、直流電源の電力を半導体電力変換器を介し車輪駆
動用電動機に供給してこの電動機を可変速駆動すること
により車両を駆動すると共に、エンジンに連結された発
電機により前記直流電源を充電する電気自動車の電気シ
ステムにおいて、 前記直流電源と前記半導体電力変換器との間に昇降圧チ
ョッパを接続したことを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。
3. The vehicle is driven by driving the wheels by the power of an engine or by supplying the power of a DC power supply to a motor for driving the wheels via a semiconductor power converter to drive the motor at a variable speed. An electric system for an electric vehicle that charges the DC power supply with a generator connected to an engine, wherein a buck-boost chopper is connected between the DC power supply and the semiconductor power converter. .
【請求項4】 請求項1,2または3記載の電気自動車
の電気システムにおいて、 直流電源が化学電池としての二次電池であることを特徴
とする電気自動車の電気システム。
4. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the DC power supply is a secondary battery as a chemical battery.
【請求項5】 請求項1,2または3記載の電気自動車
の電気システムにおいて、 直流電源が電気二重層コンデンサであることを特徴とす
る電気自動車の電気システム。
5. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the DC power supply is an electric double layer capacitor.
【請求項6】 請求項1記載の電気自動車の電気システ
ムにおいて、 直流電源が太陽電池であることを特徴とする電気自動車
の電気システム。
6. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the DC power supply is a solar cell.
【請求項7】 請求項1記載の電気自動車の電気システ
ムにおいて、 直流電源が燃料電池であることを特徴とする電気自動車
の電気システム。
7. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the DC power supply is a fuel cell.
【請求項8】 請求項1,2,3,4,5,6または7
記載の電気自動車の電気システムにおいて、 昇降圧チョッパのスイッチング動作により、その出力側
に接続された半導体電力変換器の直流入力電圧がほぼ一
定になるように制御することを特徴とする電気自動車の
電気システム。
8. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the switching operation of the step-up / step-down chopper controls the DC input voltage of the semiconductor power converter connected to the output side to be substantially constant. system.
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