JP3231870B2 - DC power supply - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車やディ―ゼ
ル電気ハイブリッドシステムなどの従来バッテリを用い
ていた駆動システムにおいて、バッテリに置換すること
により駆動シテムの性能を向上させることの出来る直流
電源装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC power supply capable of improving the performance of a drive system by replacing a battery in a drive system using a battery such as an electric vehicle or a diesel electric hybrid system. Related to the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステム
については「大型自動車用ディ―ゼル電気ハイブリッド
エンジンの開発」(小幡篤臣ほか,東芝レビュ―1991 V
OL.46NNO.8)で紹介されている。誘導機をインバ―タ制
御して、これまでのティ―ゼルエンジンでは熱として捨
てられていたブレ―キエネルギを電力変換して直流電源
に蓄え、駆動時に再利用して燃費を低減する、発進・加
速時にディ―ゼルエンジンと誘導機とでトルクを分担す
ることで、ト―タルの出力は保ちながらエンジン単体の
出力を下げて、排気ガス中のNOx ・黒煙を低減する、
などの性能を得て大型自動車の低公害化・省エネルギ化
を可能とするものである。都市の路線バスは頻繁に発進
・停止を繰り返し行うので、ディ―ゼル・電気ハイブリ
ッドシステムによる効果が大きい。従来はこのシステム
の制動エネルギを蓄える直流電源としてバッテリを用い
ていた。図5に、直流電源装置としてバッテリを使用し
ている従来のディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムの
構成を示す。2. Description of the Related Art Regarding diesel-electric hybrid systems, see "Development of diesel-electric hybrid engines for large vehicles" (Atsuomi Obata et al., Toshiba Review-1991 V
OL.46NNO.8). Induction motors are controlled by inverters, and the brake energy, which was previously discarded as heat in diesel engines, is converted into electric power and stored in a DC power source, which is reused during operation to reduce fuel consumption. By sharing torque between the diesel engine and the induction machine during acceleration, the output of the engine alone is reduced while maintaining the total output, reducing NOx and black smoke in exhaust gas.
With such performance, it is possible to reduce pollution and save energy of large vehicles. Because city buses frequently start and stop repeatedly, the diesel-electric hybrid system is highly effective. Conventionally, a battery was used as a DC power supply for storing braking energy of this system. FIG. 5 shows a configuration of a conventional diesel-electric hybrid system using a battery as a DC power supply.
【0003】図5において、1はバッテリ、2はディ―
ゼルエンジン、3はディ―ゼルエンジン2に直結された
誘導機、4は誘導機3を可変速制御するインバ―タ、5
は平滑コンデンサ、6はインバ―タ4の直流電圧を車載
機器7に適合した電圧に変換するDC/DCコンバ―タ
である。8は制動エネルギをバッテリ1に受け入れるこ
とができない場合に抵抗に流して消費させるための放電
回路であり、抵抗9、自己消弧素子10、ダイオ―ド1
1,12からなる。13〜16はバッテリ2に流れる電
流を検出する電流検出器である。13,14は誘導機3
の相電流i1u、i1w を検出し、15はインバ―タ4
の直流部電流Idcを検出する。16はバッテリ1と車載
機器7とに流れる電流の和を検出する。17はアクセル
センサの出力信号、18はリタ―ダ(ディ―ゼル電気ハ
イブリッドシステムの電気式補助ブレ―キ、以下リタ―
ダという)による制動力を運転手が制御するためのリタ
―ダレバ―の出力信号、19はアクセルセンサ出力信号
17と、リタ―ダレバ―出力信号18とから誘導機3を
どのように制御するかを定める機能制御回路である。自
動車では、エンジンの回転速度によって同一のアクセル
踏み込み量でも駆動力が変わる。更に、ディ―ゼル・電
気ハイブリッドシステムではエンジンは駆動していても
誘導機3は発電側に制御する場合もあり、これもエンジ
ン回転数の関数となっている。このため機能制御回路1
9にはディ―ゼルエンジン2の回転速度を検出する速度
検出器20の出力信号が入力されている。機能制御回路
19は入力されるアクセルセンサ出力信号17、リタ―
ダレバ―出力信号18、速度検出器20の出力する速度
信号から、ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムのも
つ補助駆動、リタ―ダ、発電の3つのモ―ドのうちのど
のモ―ドで誘導機3を動作させるかを決定し、そのモ―
ド選択信号をそのモ―ドにおける基準信号とともにイン
バ―タ制御回路21に出力する。機能制御回路19から
出力される基準値は、補助駆動モ―ドでは正のトルク基
準値、リタ―ダモ―ドでは制動電力基準値、発電モ―ド
では充電電流最大値である。インバ―タ制御回路21は
補助駆動モ―ドでは、機能制御回路19から与えられる
トルク指令値に等しいトルクを誘導機3が出力するよう
にインバ―タ4を制御する。リタ―ダモ―ドでは、制動
電力基準値に等しい電力を誘導機3が発電するように、
電圧検出器22で検出するインバ―タ直流電圧即ちバッ
テリ電圧と、電流検出器15で検出するインバ―タ直流
電流とから発電電力を計算して、閉ル―プ制御をおこな
っている。このときバッテリ電流を電流検出器16で検
出しており、インバ―タ直流電流とバッテリ電流の差分
を、抵抗9で消費させて、バッテリ1の充電率のいかん
にかかわらず、所定の制動電力を誘導機3が発電できる
ようにしている。発電モ―ドでは予め設定されたバッテ
リの充電電圧指令値に電圧検出器22にて検出されるバ
ッテリ電圧が等しくなるように誘導機3を制御する。バ
ッテリ電圧が充電電圧指令値に満たない場合は、機能制
御回路19から与えられる充電電流最大値に電流検出器
16で検出するバッテリ電流が等しくなるように定電流
制御する。正確には、電流検出器16で検出されるのは
バッテリ電流とDC/DCコンバ―タ6の入力電流との
和であり、バッテリ電流そのものではないが、DC/D
Cコンバ―タ6の入力電流は補助駆動時、リタ―ダ時の
バッテリ電流に比べて無視してよいほど小さい。 自動
車の走行モ―ド(発進、加速、定常走行、減速、停止)
と従来のディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムの動作
との関係を図6に示す。簡単のためギヤチェンジはない
ものとし描いている。車両の停止状態からアクセルがい
っぱいに踏込まれると、機能制御回路19はインバ―タ
制御回路21にモ―ド選択信号で補助駆動モ―ドである
ことを知らせると共に、加速トルク基準値を出力する。[0005] In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a battery;
A diesel engine, 3 is an induction machine directly connected to the diesel engine 2, and 4 is an inverter for controlling the induction machine 3 at a variable speed.
Reference numeral 6 denotes a smoothing capacitor, and reference numeral 6 denotes a DC / DC converter for converting a DC voltage of the inverter 4 into a voltage suitable for the vehicle-mounted device 7. Numeral 8 denotes a discharge circuit for flowing the current through a resistor when the braking energy cannot be received by the battery 1. The resistor 9 includes a resistor 9, a self-extinguishing element 10, and a diode 1.
1 and 12. 13 to 16 are current detectors for detecting a current flowing through the battery 2. 13 and 14 are induction machines 3
, The phase currents i1u and i1w of the inverter 4 are detected.
Is detected. Reference numeral 16 detects the sum of currents flowing through the battery 1 and the vehicle-mounted device 7. 17 is an output signal of an accelerator sensor, 18 is a retarder (electric auxiliary brake of a diesel electric hybrid system, hereinafter referred to as a retarder).
The output signal of the retarder lever for the driver to control the braking force of the induction motor 3 is controlled by the accelerator sensor output signal 17 and the retarder lever output signal 18. Is a function control circuit that determines In an automobile, the driving force changes depending on the rotation speed of the engine even with the same accelerator depression amount. Further, in the diesel-electric hybrid system, the induction machine 3 may be controlled to the power generation side even when the engine is driven, which is also a function of the engine speed. Therefore, the function control circuit 1
An output signal of a speed detector 20 for detecting the rotational speed of the diesel engine 2 is input to 9. The function control circuit 19 receives the input accelerator sensor output signal 17,
From the Dalebar output signal 18 and the speed signal output from the speed detector 20, the induction motor can be selected from the three modes of auxiliary driving, retarder, and power generation of the diesel-electric hybrid system. 3 to operate, and the mode
The mode selection signal is output to the inverter control circuit 21 together with the reference signal in that mode. The reference value output from the function control circuit 19 is a positive torque reference value in the auxiliary drive mode, a braking power reference value in the retarder mode, and a charging current maximum value in the power generation mode. In the auxiliary drive mode, the inverter control circuit 21 controls the inverter 4 so that the induction machine 3 outputs a torque equal to the torque command value given from the function control circuit 19. In the retarder mode, the induction machine 3 generates electric power equal to the braking electric power reference value.
The generated power is calculated from the inverter DC voltage, that is, the battery voltage detected by the voltage detector 22, and the inverter DC current detected by the current detector 15, and the closed loop control is performed. At this time, the battery current is detected by the current detector 16, and the difference between the inverter DC current and the battery current is consumed by the resistor 9, so that the predetermined braking power is obtained regardless of the charging rate of the battery 1. The induction machine 3 can generate power. In the power generation mode, the induction machine 3 is controlled so that the battery voltage detected by the voltage detector 22 becomes equal to the preset battery charge voltage command value. When the battery voltage is less than the charge voltage command value, constant current control is performed so that the battery current detected by the current detector 16 becomes equal to the maximum charge current supplied from the function control circuit 19. To be precise, what is detected by the current detector 16 is the sum of the battery current and the input current of the DC / DC converter 6, and not the battery current itself, but the DC / D
The input current of the C converter 6 is so small that it can be neglected as compared with the battery current at the time of auxiliary driving and at the time of retarding. Car driving mode (start, acceleration, steady running, deceleration, stop)
FIG. 6 shows the relationship between the operation of the conventional diesel-electric hybrid system. There are no gear changes for simplicity. When the accelerator is fully depressed from the stop state of the vehicle, the function control circuit 19 notifies the inverter control circuit 21 of the auxiliary drive mode by the mode selection signal and outputs the acceleration torque reference value. I do.
【0004】インバ―タ制御回路21は与えられたトル
ク基準値に見合った加速トルクを誘導機3が出力するよ
うインバ―タ4を制御する。エンジンは低回転数では排
気ガス特性が良くないので補助駆動トルクを大きくして
エンジンの負担を小さくしているが、回転数が上がると
補助駆動トルクは極僅かでよい。この為、発進・加速時
のバッテリ1の放電電力は図6のように回転数と共に小
さくなる。[0004] An inverter control circuit 21 controls the inverter 4 so that the induction machine 3 outputs an acceleration torque corresponding to a given torque reference value. Since the engine has poor exhaust gas characteristics at low rotational speeds, the auxiliary drive torque is increased to reduce the load on the engine. However, as the rotational speed increases, the auxiliary drive torque may be very small. For this reason, the discharge power of the battery 1 at the time of start / acceleration decreases with the rotation speed as shown in FIG.
【0005】アクセル踏込み量が所定の値以下になると
機能制御回路19はモ―ド選択信号で発電モ―ドに変っ
たことをインバ―タ制御回路21知らせると共に充電電
流最大値と発電電圧指令値を出力する。インバ―タ制御
回路21には電流検出器16によってバッテリ電流の検
出値が、電圧検出器22によって直流電圧の検出値がフ
ィ―ドバックされており、充電電圧指令値に基づいて誘
導機3が発電機として動作するようインバ―タ4を制御
する。自動車側の制御によりエンジン2の出力も落ちて
おり自動車は定常走行に移る。When the accelerator pedal depression amount becomes equal to or less than a predetermined value, the function control circuit 19 notifies the inverter control circuit 21 of the change to the power generation mode by the mode selection signal, and the charging current maximum value and the generation voltage command value. Is output. The detected value of the battery current is fed back to the inverter control circuit 21 by the current detector 16 and the detected value of the DC voltage is fed back by the voltage detector 22. The induction machine 3 generates electric power based on the charging voltage command value. The inverter 4 is controlled to operate as a machine. The output of the engine 2 is also reduced by the control of the automobile, and the automobile shifts to a steady running.
【0006】リタ―ダレバ―が入ったことがリタ―ダレ
バ―出力信号18で与えられると、機能制御回路19は
インバ―タ制御回路21にモ―ド選択信号でリタ―ダモ
―ドに変ったことを知らせると共に、制動電力基準を出
力する。インバ―タ制御回路21は制動電力基準値に見
合った電力を誘導機3が発電するようインバ―タ4を制
御する。自動車側の制御によりエンジン2のトルクは零
で、誘導機3の発電によって制動トルクを得、自動車は
減速する。When the input of the retard lever is given by the retard lever output signal 18, the function control circuit 19 changes to the inverter control circuit 21 to be in the retard mode by the mode selection signal. And a braking power reference is output. The inverter control circuit 21 controls the inverter 4 so that the induction machine 3 generates electric power corresponding to the braking electric power reference value. Under the control of the vehicle, the torque of the engine 2 is zero, the braking torque is obtained by the power generation of the induction machine 3, and the vehicle decelerates.
【0007】自動車が停止し、アクセルセンサ出力信号
17、リダ―ダレバ―出力信号18のいずれもないとき
には機能制御回路19は定常走行と同様に発電モ―ドと
して、インバ―タ制御回路21に発電電圧指令値を出力
する。バッテリ1の電圧が落ちていて発電が必要であれ
ば、停止時にもエンジンを動かし誘導機3で発電する。
定常走行時、停止時の発電は常に行われるものではな
い。補助駆動分と車載機器7で消費する電力とで直流電
源が放電して電圧検出器22で検出するバッテリ電圧が
下って、所定の放電率を超えたとみなせるときのみ充電
のために発電が行われる。直流電源に十分なエネルギが
ある場合は、誘導機3は停止している。When the vehicle is stopped and neither the accelerator sensor output signal 17 nor the reducer lever output signal 18 is present, the function control circuit 19 sets the power generation mode to the inverter control circuit 21 as in the case of steady running. Outputs the voltage command value. If the voltage of the battery 1 is low and power generation is required, the engine is operated even when the battery 1 is stopped, and power is generated by the induction machine 3.
During steady-state running and when stopped, power generation is not always performed. The DC power is discharged by the auxiliary drive and the power consumed by the on-vehicle equipment 7, and the battery voltage detected by the voltage detector 22 decreases, and power generation is performed for charging only when it can be considered that the predetermined discharge rate is exceeded. . If the DC power supply has sufficient energy, the induction machine 3 has stopped.
【0008】バッテリ電圧波形では発電による充電制御
の電圧基準値を点線で示している。バッテリ電流波形で
は点線が電流値零である。発進加速時のバッテリ電圧は
補助駆動による放電で下降する。バッテリ電流は、回転
数が高くなると補助駆動電力が小さくてよくなるため、
回転数上昇と共に減少する。定常走行時の発電では電圧
が基準値よりも低い間、発電時の最大電流として定めら
れた値での定電流制御がおこなわれ、電圧が基準値に達
すると、基準電圧での定電圧制御がおこなわれて電流は
小さくなる。減速時は電圧基準値、最大電流とも発電時
よりも大きな値とされているので、制動に必要なだけの
トルクを得ると共にバッテリ1の大電力での充電が行わ
れる。バッテリ電圧が許容充電電圧最大値に達するとバ
ッテリ電流を減らさなければならないが、制動トルクが
減少すると運転に支障を生じるので、放電回路8によ
り、抵抗9にバッテリ電流の減少分の電流を流して、制
動トルクは一定としている。図6で太い実線で示すよう
にバッテリ電流は減少するが、抵抗9の消費分(縦線で
塗りつぶした部分)との和は一定である。抵抗を全てオ
ンにしてもバッテリ電圧が上昇しようとするとき、始め
て定電圧制御がきいて直流電流が絞られる。バッテリ1
の充電率が低い場合には、バッテリ電圧の上昇に時間が
かかるので、減速に要する時間がそれより短ければ、抵
抗9に電流を流す必要がなく、制動エネルギを全て充電
できる。この場合バッテリ電流は直流電流に等しい一定
電流となる。[0008] In the battery voltage waveform, a dotted line indicates a voltage reference value for charge control by power generation. In the battery current waveform, the dotted line has a current value of zero. The battery voltage at the time of starting acceleration decreases due to the discharge by the auxiliary drive. As the battery current becomes higher, the auxiliary driving power becomes smaller as the rotation speed becomes higher.
Decreases with increasing rotation speed. In power generation during steady running, constant voltage control is performed at the value determined as the maximum current during power generation while the voltage is lower than the reference value, and when the voltage reaches the reference value, constant voltage control at the reference voltage is performed. As a result, the current is reduced. At the time of deceleration, both the voltage reference value and the maximum current are set to values larger than those at the time of power generation, so that the torque required for braking is obtained and the battery 1 is charged with high power. When the battery voltage reaches the maximum allowable charging voltage, the battery current must be reduced. However, when the braking torque is reduced, the operation is hindered. Therefore, the discharging circuit 8 supplies the resistor 9 with a current corresponding to the reduced battery current. The braking torque is constant. As shown by the thick solid line in FIG. 6, the battery current decreases, but the sum with the consumption of the resistor 9 (the portion shaded by a vertical line) is constant. When the battery voltage is going to rise even when all the resistors are turned on, the constant voltage control is performed for the first time, and the direct current is reduced. Battery 1
When the charging rate of the battery is low, it takes time to increase the battery voltage. If the time required for deceleration is shorter than that, there is no need to supply a current to the resistor 9 and the entire braking energy can be charged. In this case, the battery current is a constant current equal to the DC current.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】バッテリ1は、充電電
流、充電電圧がその寿命に大きく影響するので、充電電
流、充電電圧が許容値を超えないように用いなければな
らない。Since the charging current and the charging voltage greatly affect the life of the battery 1, the battery 1 must be used so that the charging current and the charging voltage do not exceed allowable values.
【0010】デッイ―ゼルエンジンハイブリッドシステ
ムでは、大型車両の運動エネルギを電気エネルギに変え
ることにより制動力を得ているので、急減速時には電流
検出器15で検出される直流電流がバッテリ1の許容充
電電流値を超えてしまうことがある。バッテリ1が放電
しており、微小電流で長時間をかけて充電すれば充電可
能であっても、急制動時は短時間大電力となるので、充
電電流が許容値を超えてしまう場合がある。許容電流を
超えた分については抵抗9で消費しなければならない。
又、バッテリ1の充電率が高くなると、僅かなバッテリ
電流でも電圧が急激に上昇するようになるので、バッテ
リ電圧が充電許容電圧を超えず、しかも所定の制動力を
保つように、この場合も抵抗9で制動エネルギを消費さ
せなければならない。更に、減速時の回収エネルギより
発進加速時の必要エネルギの方が大きい場合には、その
分は定常走行時に発電せねばならない。又、図6のよう
に補助制動が必ず減速の後でおこなわれるとは限らず、
例えば、発進加速で補助駆動した後、登り坂にかかると
再び補助駆動が必要になる。そのためにも定常走行時の
充電電圧指令は再度の補助駆動に必要なエネルギを早急
に回復するように定められるため、定常走行時の時間が
長くなると充電率が高くなりすぎで、制動エネルギを十
分に回収できなくなってしまう。In the diesel-engine hybrid system, the braking force is obtained by converting the kinetic energy of a large vehicle into electric energy. The current value may be exceeded. Even if the battery 1 is discharged and can be charged by charging over a long period of time with a small current, the charging current may exceed an allowable value because a large amount of power is used for a short time during rapid braking. . The excess current must be consumed by the resistor 9.
Further, when the charging rate of the battery 1 increases, the voltage rapidly rises even with a small battery current. Therefore, in this case, the battery voltage does not exceed the charging allowable voltage and the predetermined braking force is maintained. The braking energy must be consumed by the resistor 9. Further, when the required energy at the time of starting acceleration is larger than the recovered energy at the time of deceleration, the power must be generated during steady running. In addition, as shown in FIG. 6, the auxiliary braking is not always performed after deceleration.
For example, after the auxiliary drive is performed by starting acceleration, when the vehicle goes uphill, the auxiliary drive is required again. For this reason, the charging voltage command at the time of steady driving is determined so as to quickly recover the energy required for the auxiliary driving again. Cannot be recovered.
【0011】ディ―ゼル・電気ハイブリッドシステムは
回収した制動エネルギを車載機器7への電力供給、補助
駆動にまわすことにより、低燃費化、低公害化を図るも
のであるが、バッテリの充電能力で、制動時の電力の回
収量が制約されている。又、バッテリには、充放電電流
が大きい使い方をすると寿命に影響し、短時間でバッテ
リを交換せねばならないという問題点もある。The diesel-electric hybrid system aims to reduce fuel consumption and pollution by supplying the recovered braking energy to power supply to the vehicle-mounted device 7 and auxiliary driving. In addition, the amount of power recovered during braking is restricted. In addition, there is also a problem that the use of a battery having a large charge / discharge current affects its life, and the battery must be replaced in a short time.
【0012】本発明は、以上述べた従来のバッテリによ
る制約以上の制動エネルギを回収でき、しかもバッテリ
の寿命を延ばすことのできる直流電源装置を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a DC power supply capable of recovering braking energy exceeding the above-described conventional battery limitation and extending the life of the battery.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明の直流電源装置は、バッテリの正極側に該
バッテリの放電を可能とさせる極性で直列接続される第
1のスイッチング素子と第1のダイオ―ドの直列回路
と、該直列回路に並列に且つ前記バッテリの充電を可能
とする極性で接続される第2のスイッチング素子と第2
のダイオ―ドの直列回路と、前記第1のダイオ―ドに並
列接続されるコンデンサと、前記バッテリと第1のスイ
ッチング素子の直列回路に並列に且つ前記コンデンサの
充電を可能とする極性で接続される第3のスイッチング
素子と、放電を可能とする極性で接続される第3のダイ
オ―ドと、前記第1のスイッチング素子に逆並列接続さ
れる第4のダイオ―ドによって構成したことを特徴とす
るものである。In order to achieve the above object, a DC power supply according to the present invention comprises a first switching element connected in series to a positive electrode of a battery with a polarity enabling discharge of the battery. And a second switching element connected in parallel to the series circuit and with a polarity enabling charging of the battery.
, A capacitor connected in parallel with the first diode, and a capacitor connected in parallel with the series circuit of the battery and the first switching element and with a polarity enabling charging of the capacitor. A third switching element, a third diode connected with a polarity enabling discharge, and a fourth diode connected in anti-parallel to the first switching element. It is a feature.
【0014】[0014]
【作用】図1に示す本発明の電源装置50は、カ行、回
生を繰り返すドライブ装置の電源に最適なものであっ
て、スイッチング素子の制御によってコンデンサ52と
バッテリ1の直列回路、コンデンサ52のみ、バッテリ
1のみのいずれかによる充放電を可能とするものであ
る。The power supply device 50 of the present invention shown in FIG. 1 is most suitable for a power supply of a drive device that repeats power generation and regeneration. By controlling switching elements, a series circuit of a capacitor 52 and a battery 1 and only a capacitor 52 are provided. And the battery 1 alone.
【0015】バッテリ1とコンデンサ52の直列回路に
充電するときには、スイッチング素子51、54、56
の全てをオフする。スイッチング素子が全てをオフされ
ていると、充電電流は端子P→コンデンサ52→ダイオ
―ド53→バッテリ1→端子Nの経路で流れ、コンデン
サ52とバッテリ1の双方に充電される。勿論、充電す
るためには端子P、端子N間の印加電圧がコンデンサ5
2とバッテリ1の電圧の和よりも高くなければならな
い。印加電圧が低い場合には、ダイオ―ド53により直
流電源装置50は負荷から遮断される。When charging the series circuit of the battery 1 and the capacitor 52, the switching elements 51, 54, 56
Turn off all of. When all the switching elements are turned off, the charging current flows through the path of the terminal P → the capacitor 52 → the diode 53 → the battery 1 → the terminal N, and both the capacitor 52 and the battery 1 are charged. Of course, for charging, the voltage applied between the terminals P and N
2 and the voltage of the battery 1. When the applied voltage is low, the DC power supply 50 is cut off from the load by the diode 53.
【0016】バッテリ1とコンデンサ52の直列回路か
ら放電するときには、スイッチング素子51のみをオン
する。放電電流は端子N→スイッチング素子51→(コ
ンデンサ52またはダイオ―ド58)→端子Pの経路で
流れる。コンデンサ52にエネルギが蓄積されていて、
ダイオ―ド58が逆バイアスされている間、放電電流は
コンデンサ52を介して流れる。即ちバッテリ1とコン
デンサ52の直列回路から放電される。コンデンサ52
の電荷を全て放電すると、ダイオ―ド58を介してバッ
テリ1のみから放電するようになる。When discharging from the series circuit of the battery 1 and the capacitor 52, only the switching element 51 is turned on. The discharge current flows through the path of the terminal N → the switching element 51 → (the capacitor 52 or the diode 58) → the terminal P. Energy is stored in the capacitor 52,
Discharge current flows through capacitor 52 while diode 58 is reverse biased. That is, it is discharged from the series circuit of the battery 1 and the capacitor 52. Capacitor 52
Is discharged, only the battery 1 is discharged via the diode 58.
【0017】コンデンサ52のみに充電するときには、
スイッチング素子56のみオンし、スイッチング素子5
1、54はオフしておく。充電電流は端子P→コンデン
サ52→スイッチング素子56→端子Nの経路で流れ、
コンデンサ52のみを充電できる。この場合、コンデン
サ電圧がバッテリ電圧より高くなっていても、スイッチ
ング素子54をオフすることによってバッテリ1を端子
Pから切離し、スイッチング素子56をオンすることに
よって、コデンサ52の負側を端子Nと接続して、ダイ
オ―ド53の逆バイアスによりバッテリ1をコンデンサ
52の負側からも切離すので、コンデンサ52のみに充
電できる。When charging only the capacitor 52,
Only the switching element 56 is turned on, and the switching element 5
1, 54 are turned off. The charging current flows through the path of the terminal P → the capacitor 52 → the switching element 56 → the terminal N,
Only the capacitor 52 can be charged. In this case, even if the capacitor voltage is higher than the battery voltage, the battery 1 is disconnected from the terminal P by turning off the switching element 54, and the negative side of the capacitor 52 is connected to the terminal N by turning on the switching element 56. Then, the battery 1 is disconnected from the negative side of the capacitor 52 by the reverse bias of the diode 53, so that only the capacitor 52 can be charged.
【0018】コンデンサ52のみから放電するときに
も、スイッチング素子51、54はオフしておく。スイ
ッチング素子56はオン/オフのいずれでもよい。端子
N→ダイオ―ド57→コンデンサ52→端子Pの経路で
放電電流が流れ、コンデンサ52のみから放電できる。
ダイオ―ド53、55の逆バイアスにより、端子Pの電
圧がバッテリ電圧より低くなってもバッテリ1は放電経
路から切離される。When discharging only from the capacitor 52, the switching elements 51 and 54 are turned off. The switching element 56 may be either on / off. A discharge current flows through the path from the terminal N → the diode 57 → the capacitor 52 → the terminal P, and the discharge can be performed only from the capacitor 52.
Due to the reverse bias of the diodes 53 and 55, the battery 1 is disconnected from the discharge path even if the voltage of the terminal P becomes lower than the battery voltage.
【0019】バッテリ1のみへの充電を行うときには、
スイッチング素子54をオンし、スイッチング素子5
1、56はオフしておく。端子P→スイッチング素子5
4→ダイオ―ド55→バッテリ1→端子Nの経路で充電
電流が流れ、コンデンサ52に蓄積されたエネルギの有
無に拘らず、バッテリ1のみへ充電できる。When charging only the battery 1,
The switching element 54 is turned on, and the switching element 5
1, 56 are turned off. Terminal P → Switching element 5
The charging current flows through the path of 4 → diode 55 → battery 1 → terminal N, and only the battery 1 can be charged regardless of the presence or absence of energy stored in the capacitor 52.
【0020】バッテリ1のみからの放電については、既
に述べたように、コンデンサ52とバッテリ1の直列回
路からの放電の場合と、スイッチング素子の制御は同じ
である。即ち、コンデンサ52に回生エネルギが蓄積さ
れているときに、コンデンサ52にエネルギを残したま
ま、バッテリ1のみから放電することはできない。まず
コンデンサ52とバッテリ1の直列回路から放電し、コ
ンデンサ52のエネルギを使い切ったら、バッテリ1の
みから放電するようになる。実際問題として、コンデン
サ52にエネルギを残したままバッテリ1のみから放電
せねばならない必要性はない。As described above, the control of the switching element is the same as that of the discharge from the series circuit of the capacitor 52 and the battery 1 as described above. That is, when the regenerative energy is stored in the capacitor 52, it is not possible to discharge only from the battery 1 while leaving the energy in the capacitor 52. First, the battery is discharged from the series circuit of the capacitor 52 and the battery 1. When the energy of the capacitor 52 is used up, the battery 1 is discharged. As a practical matter, there is no need to discharge only from the battery 1 while leaving energy in the capacitor 52.
【0021】[0021]
【実施例】本発明の直流電源装置50の構成図を図1に
示す、図1に示す直流電源装置50は、バッテリ1の正
極側に該バッテリ1の放電を可能とさせる極性で直列接
続される第1のスイッチング素子51と第1のダイオ―
ド58の直列回路と、該直列回路に並列に且つ前記バッ
テリ1の充電を可能とする極性で接続される第2のスイ
ッチング素子54と第2のダイオ―ド55の直列回路
と、前記第1のダイオ―ド58に並列接続されるコンデ
ンサ53と、前記バッテリ1と第1のスイッチング素子
51の直列回路に並列に且つ前記コンデンサ52の充電
を可能とする極性で接続される第3のスイッチング素子
56と、放電を可能とする極性で接続される第3のダイ
オ―ド57と、前記第1のスイッチング素子51に逆並
列接続される第4のダイオ―ド53から構成されるて
る。図2に、本発明の直流電源装置50をディ―ゼルエ
ンジンなどの原動機2と誘導機3とのハイブリッドシス
テムに適用した場合の一実施例の構成図を示す。1 is a block diagram of a DC power supply device 50 according to the present invention. The DC power supply device 50 shown in FIG. 1 is connected in series to the positive electrode side of a battery 1 with a polarity enabling discharge of the battery 1. The first switching element 51 and the first diode
A series circuit of a second switching element 54 and a second diode 55 connected in parallel with the series circuit and with a polarity enabling charging of the battery 1; And a third switching element connected in parallel with the series circuit of the battery 1 and the first switching element 51 and with a polarity enabling charging of the capacitor 52. 56, a third diode 57 connected with a polarity enabling discharge, and a fourth diode 53 connected in anti-parallel to the first switching element 51. FIG. 2 shows a configuration diagram of an embodiment in which the DC power supply device 50 of the present invention is applied to a hybrid system of a prime mover 2 such as a diesel engine and an induction machine 3.
【0022】ハイブリッドシステムに適用する場合は直
流電源装置に用いるコンデンサには大形自動車の制動エ
ネルギを回収できるだけの静電容量(数百ボルト、数フ
ァラッド〜数十ファラッド)が要求されることから、例
えば最近用いられるようになった超大容量で、急速充放
電可能な二重層コンデンサを用いれば、車載可能なサイ
ズで本発明の直流電源装置50を構成できる。When applied to a hybrid system, a capacitor (several hundred volts, several farads to several tens of farads) required for a capacitor used in a DC power supply is required to recover braking energy of a large vehicle. For example, if a double-layer capacitor that has recently been used and has a very large capacity and can be rapidly charged and discharged is used, the DC power supply device 50 of the present invention can be configured in a size that can be mounted on a vehicle.
【0023】図2において、50は本発明の直流電源装
置、61はバッテリ電圧を検出する電圧検出器、62は
コンデンサ52のプラス側の電圧を検出する電圧検出
器、63は電圧検出器61の出力信号から電圧検出器6
4の出力信号を減算してコンデンサ52の両端にかかる
電圧、即ち、コンデンサ電圧の検出信号を出力する減算
器である。64は比較器で、減算器63の出力信号と定
数設定器65の設定値とを比較して、その結果を論理値
で出力する。コンデンサ電圧が定数設定器65の設定値
を超えていたら論理値「1」さもなければ「0」であ
る。比較器64の出力は電源制御回路66に入力され
る。電源制御回路66には、インバ―タ直流電圧とバッ
テリ電圧との大小関係から電源を制御するために減算器
63の出力も入力されている。また、電源制御回路66
には、機能制御回路19から従来例では直接インバ―タ
制御回路21に送られていたモ―ド選択信号と、各モ―
ドでの基準信号も入力される。電源制御回路66は、比
較器64の出力信号からわかるコンデンサ52の充電状
態に応じて、スイッチング素子51,54,56のオン
オフを指示するスイッチング信号をオンディレイ回路6
7,68,69に出力するとともに、スイッチング素子
のオンオフ状態の切換時に必要であれば、機能制御回路
19から与えられたインバ―タ制御回路21へモ―ド選
択信号と各モ―ドにおける基準信号を、変更してインバ
―タ制御回路21へ出力する。オンディレイ回路67の
出力信号でスイッチング素子54,オンディレイ回路6
8の出力信号でスイッチング素子51,オンディレイ回
路69の出力信号でスイッチング素子56のオンオフが
決定される。オンディレイ回路67,68,69は電源
制御回路66の出力するスイッチング信号が論理値
「1」から「0」に変化したときは、それを直ちに出力
するが、スイッチング信号が「0」から「1」に変化し
たときは、所定の遅延時間後、出力を「0」から「1」
に変える回路である。次に、前述の構成から成る図2の
動作を説明する。In FIG. 2, reference numeral 50 denotes a DC power supply of the present invention; 61, a voltage detector for detecting a battery voltage; 62, a voltage detector for detecting the positive voltage of the capacitor 52; From output signal to voltage detector 6
4 is a subtractor that subtracts the output signal of No. 4 and outputs a voltage applied across the capacitor 52, that is, a detection signal of the capacitor voltage. A comparator 64 compares the output signal of the subtractor 63 with the set value of the constant setter 65, and outputs the result as a logical value. If the capacitor voltage exceeds the set value of the constant setter 65, the logical value is "1", otherwise it is "0". The output of the comparator 64 is input to the power supply control circuit 66. The output of the subtractor 63 is also input to the power supply control circuit 66 in order to control the power supply based on the magnitude relationship between the inverter DC voltage and the battery voltage. The power control circuit 66
The mode selection signal, which is sent directly from the function control circuit 19 to the inverter control circuit 21 in the conventional example, and each mode
The reference signal at the input is also input. The power supply control circuit 66 supplies a switching signal for instructing on / off of the switching elements 51, 54, 56 to an on-delay circuit 6 in accordance with the state of charge of the capacitor 52, which can be determined from the output signal of the comparator 64.
7, 68, and 69, and if necessary at the time of switching the on / off state of the switching element, a mode selection signal and a reference in each mode are sent to an inverter control circuit 21 provided from a function control circuit 19. The signal is changed and output to the inverter control circuit 21. The switching element 54 and the on-delay circuit 6 are output by the output signal of the on-delay circuit 67.
The on / off state of the switching element 56 is determined by the output signal of the switching element 51 and the output signal of the on-delay circuit 69 by the output signal 8. When the switching signal output from the power supply control circuit 66 changes from the logical value “1” to “0”, the on-delay circuits 67, 68, and 69 immediately output the switching signal, but the switching signal changes from “0” to “1”. Changes from "0" to "1" after a predetermined delay time.
It is a circuit to change to. Next, the operation of FIG. 2 configured as described above will be described.
【0024】図3、図4は本発明の直流電源装置50を
使用したディ―ゼル電気ハイブリッドシステムの動作説
明図である。速度、誘導機のパワ―、インバ―タ直流電
圧、バッテリ電圧、コンデンサ電圧、バッテリ電流、コ
ンデンサ電流を描いている。電圧波形の点線はゼロボル
トを示している。車両が、最初に走行を開始するときに
は、コンデンサ52にエネルギが蓄積されていない。FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams of the operation of the diesel electric hybrid system using the DC power supply device 50 of the present invention. It shows speed, induction motor power, inverter DC voltage, battery voltage, capacitor voltage, battery current, and capacitor current. The dotted line of the voltage waveform indicates zero volt. When the vehicle starts running for the first time, no energy is stored in the condenser 52.
【0025】図3の時刻t0 からの最初の発進加速はこ
の場合を示している。コンデンサ電圧が零なので比較器
64の出力は零である。電源制御回路66は、機能制御
回路19からモ―ド選択信号として補助駆動モ―ドを与
えられたとき、比較器64の出力が零であると、スイッ
チング素子51をオン、54、56をオフとするスイッ
チング信号を出力する。オンディレイ回路67,68,
69を介してスイッチング素子51,54,56はスイ
ッチング信号にしたがってオンオフする。発進・加速の
エネルギは、端子N→バッテリ1→スイッチング素子5
1→ダイオ―ド58→端子Pの経路でバッテリ1から供
給される。従って、このときインバ―タ直流電圧はバッ
テリ電圧に等しい。The first starting acceleration from time t0 in FIG. 3 shows this case. Since the capacitor voltage is zero, the output of the comparator 64 is zero. When the auxiliary control mode is given as the mode selection signal from the function control circuit 19 and the output of the comparator 64 is zero, the power supply control circuit 66 turns on the switching element 51 and turns off the switching elements 54 and 56. Is output. On delay circuits 67, 68,
The switching elements 51, 54, 56 are turned on and off via 69 in accordance with the switching signal. The start / acceleration energy is calculated from terminal N → battery 1 → switching element 5
It is supplied from the battery 1 through a path of 1 → diode 58 → terminal P. Therefore, at this time, the inverter DC voltage is equal to the battery voltage.
【0026】時刻t1 にてアクセルの踏込み量が減る
と、機能制御回路19は発電モ―ドを選択する。自動車
としては定常走行となる。電源制御回路66は、発電モ
―ドにおいて比較器64の出力信号が零であると、スイ
ッチング素子51,56がオフ、スイッチング素子54
がオンとなるようにスイッチング信号を出力する。イン
バ―タ制御回路21により、誘導機3が発電電力制御さ
れるので、発電電力は、端子P→スイッチング素子54
→ダイオ―ド55→バッテリ1→端子Nの経路で流れ、
バッテリ1のみへ充電される。従って、このときもイン
バ―タ直流電圧はバッテリ電圧に等しい。時刻t2 にて
直流電圧が充電電圧指令値に達し、発電電力は零とな
る。When the accelerator depression amount decreases at time t1, the function control circuit 19 selects the power generation mode. The vehicle runs normally. When the output signal of the comparator 64 is zero in the power generation mode, the power supply control circuit 66 turns off the switching elements 51 and 56 and turns off the switching element 54.
Output a switching signal so that is turned on. Since the power generated by the induction machine 3 is controlled by the inverter control circuit 21, the generated power is supplied from the terminal P to the switching element 54.
→ flow through diode 55 → battery 1 → terminal N,
Only the battery 1 is charged. Therefore, also at this time, the inverter DC voltage is equal to the battery voltage. At time t2, the DC voltage reaches the charging voltage command value, and the generated power becomes zero.
【0027】時刻t3 にて減速指令が与えられ、機能制
御回路19はリタ―ダモ―ドを選択する。電源制御回路
66は、リタ―ダモ―ドで比較器64の出力が零であれ
ば、スイッチング素子51,54,56すべてがオフと
なるようなスイッチング信号を出力する。誘導機3をリ
タ―ダトルクを得るための大電力発電を行うよう制御す
ることにより、制動電力はインバ―タ直流部の平滑コン
デンサ5に充電され、直流電圧が急速に上昇して、バッ
テリ1とコンデンサ52の電圧の和を超えようとする
と、直流電源装置50には端子P→コンデンサ52→ダ
イオ―ド53→バッテリ1→端子Nの経路で充電電流が
流れ、コンデンサ52とバッテリ1の直列回路に充電さ
れるようになる。At time t3, a deceleration command is given, and the function control circuit 19 selects the retard mode. If the output of the comparator 64 is zero in the retard mode, the power supply control circuit 66 outputs a switching signal that turns off all of the switching elements 51, 54, and 56. By controlling the induction machine 3 to generate large electric power for obtaining a retarder torque, the braking electric power is charged in the smoothing capacitor 5 of the inverter DC part, and the DC voltage rises rapidly, and the braking electric power is increased. If the sum of the voltages of the capacitors 52 is to be exceeded, a charging current flows through the DC power supply device 50 in a path of terminal P → capacitor 52 → diode 53 → battery 1 → terminal N, and a series circuit of the capacitor 52 and battery 1 Will be charged.
【0028】図3に示すように、一定のリタ―ダパワ―
であれば、コンデンサ52の電圧の上昇と共にバッテリ
電流が減少する。又、直流電圧を従来のバッテリのみの
システムより高くできるので制動パワ―自体を従来より
も大きくすることができる。時刻t4 で自動車は停車
し、時刻t5 で再発進する。このときにはコンデンサ5
2に減速エネルギがチャ―ジされてコンデンサ電圧が上
昇しているが、この電圧が設定電圧65より低ければ比
較器64の出力は零であり、スイッチング素子51をオ
ン、54、56をオフとするようスイッチング信号を出
力する。スイッチング信号は、時刻t0 〜t1 間と同じ
であるが、コンデンサ52にネルギが蓄積されているの
で、直流電源装置50からの放電電流は、端子N→バッ
テリ1→スイッチング素子51→コンデンサ52→端子
Pの経路で流れ、補助駆動のエネルギはコンデンサ52
とバッテリ1の直列回路から供給される。時刻t0 にお
け補助駆動の場合より直流電圧が上昇した分だけ、バッ
テリ電流が小さくなる。As shown in FIG. 3, a certain retarder power
If so, the battery current decreases as the voltage of the capacitor 52 increases. Further, since the DC voltage can be made higher than that of the conventional system using only the battery, the braking power itself can be made larger than that of the conventional system. The car stops at time t4 and restarts at time t5. At this time, the capacitor 5
2, the deceleration energy is charged and the capacitor voltage rises. If this voltage is lower than the set voltage 65, the output of the comparator 64 is zero, and the switching element 51 is turned on and the switching elements 54 and 56 are turned off. Output a switching signal to The switching signal is the same as that between the times t0 and t1, but since energy is accumulated in the capacitor 52, the discharge current from the DC power supply 50 is changed from the terminal N → the battery 1 → the switching element 51 → the capacitor 52 → the terminal P flows in the path of P, and the energy of the auxiliary drive is
And a battery 1 from a series circuit. At time t0, the battery current is reduced by the amount corresponding to the increase in the DC voltage as compared with the case of the auxiliary drive.
【0029】時刻t6 にてアクセルの踏込み量が小さく
なり、機能制御回路19は補助駆動から発電にモ―ドを
切換える。加速終了時点でコンテンサ52にエネルギが
残っているか否かは運転ハタ―ン次第であるが、図3で
はコンデンサ52にエネギが残っているものとして描い
ている。コンデンサ52のエネルギの全て放出された場
合には、時刻t1 〜t3 間の動作と同じとなる。時刻t
5 〜t6 間の補助駆動でバッテリ1から放電して充電率
が下っているので、定常走行時に充電率か所定値以下で
あれば、バッテリ1へ充電せねばならない。この時バッ
テリ1とコンデンサ52の直列回路に充電すると、コン
デンサ電圧が上昇し、リタ―ダエネルギを回収する余地
が少くなるのでバッテリ1のみに充電する。このために
はスイッチング素子54をオン、51、56をオフとし
なければならない。しかし、補助駆動終了時にコンデン
サ52にエネルギが残っていると、スイッチング素子5
1をオフしたあとも、インバ―タ直流部の平滑コンデン
サ5に蓄積された電荷によりインバ―タ直流電圧がバッ
テリ電圧より高くなっている。このため、スイッチング
素子54をオンした瞬間に、インバ―タ直流部の平滑コ
ンデンサ5→端子P→スイッチング素子54→ダイオ―
ド55→バッテリ1→端子N→平滑コンデンサ5、の経
路で平滑コンデンサ5に蓄積された電荷が放電し、過電
流によりスイッチング素子54を破壊する危険ががあ
る。これを避けるため、直流電圧をバッテリ電圧まで下
げてから補助駆動を終了して、発電モ―ドに移行しなけ
ればならない。従来、機能制御回路19からインバ―タ
制御回路21に直接出力していたインバ―タ制御回路2
1へのモ―ド選択信号や各モ―ドにおける基準信号を、
電源制御回路66を介してインバ―タ制御回路21へ与
えることにより、機能制御回路19の出力するモ―ド選
択信号が時刻t6 に補助駆動から発電に変っても、電源
制御回路669からインバ―タ制御回路21へすぐには
出力せず、補助駆動のままとしておき、スイッチング素
子51をオフするだけとする。これによりバッテリ1、
コンデンサ52のいずれからも放電することができなく
なり、補助駆動のエネルギは、インバ―タ直流部の平滑
コンデンサ5から供給される。平滑コンデンサ5の容量
は小さいので、インバ―タ直流電圧は急速に低下し、時
刻t7にてインバ―タ直流電圧がバッテリ電圧より低く
なる。インバ―タ直流電圧がバッテリ電圧より低くなる
とスイッチング素子54をオンしてよい。時刻t7 にて
電源制御回路66はこれまで保留していた発電モ―ド選
択信号と、発電モ―ドにおける基準値をインバ―タ制御
回路21に出力する。又、スイッチング素子54をオン
する。誘導機3の発電運転の開始には、直流電圧がバッ
テリ電圧より低いので、ダイオ―ド55により端子Pと
バッテリ1の間に逆電圧がかかって、直流電源装置50
はインバ―タ4から切離されている。発電の負荷がイン
バ―タ直流部の平滑コンデンサ5のみなので、インバ―
タ直流電圧は急速に上昇する。直流電圧がバッテリ電圧
よりも高くなると、ダイオ―ド55が導通し、端子P→
スイッチング素子54→ダイオ―ド55→バッテリ1→
端子Nの経路でバッテリ1のみに充電するようになる。
時刻t5 、t6 間の補助駆動がコンデンサ52とバッテ
リ1との直列回路で行われていることからバッテリ1の
放電電力は従来より小さく、定常走行時の発電量も従来
より少くて済む。このためバッテリ電圧が充電電圧指令
値に達するまでの時間t7 〜t8 は時間t2 t3 よりも
短くなる。At time t6, the accelerator depression amount decreases, and the function control circuit 19 switches the mode from auxiliary driving to power generation. Whether or not energy remains in the capacitor 52 at the end of the acceleration depends on the driving pattern, but FIG. 3 illustrates that energy is left in the capacitor 52. When all the energy of the capacitor 52 is released, the operation is the same as that between the times t1 and t3. Time t
Since the battery is discharged from the battery 1 during the auxiliary drive between 5 and t6 and the charging rate is lowered, the battery 1 must be charged if the charging rate is lower than a predetermined value during steady running. At this time, when the series circuit of the battery 1 and the capacitor 52 is charged, the capacitor voltage rises, and there is less room for recovering the retarder energy, so that only the battery 1 is charged. For this purpose, the switching element 54 must be turned on, and the switches 51 and 56 must be turned off. However, if energy remains in the capacitor 52 at the end of the auxiliary driving, the switching element 5
Even after 1 is turned off, the inverter DC voltage is higher than the battery voltage due to the electric charge accumulated in the smoothing capacitor 5 in the inverter DC section. Therefore, at the moment when the switching element 54 is turned on, the smoothing capacitor 5 of the inverter DC section → the terminal P → the switching element 54 → the diode
There is a danger that the charge accumulated in the smoothing capacitor 5 is discharged through the path of the capacitor 55 → the battery 1 → the terminal N → the smoothing capacitor 5 and the switching element 54 is destroyed by an overcurrent. To avoid this, it is necessary to lower the DC voltage to the battery voltage, then end the auxiliary drive, and shift to the power generation mode. Conventionally, the inverter control circuit 2 which directly outputs from the function control circuit 19 to the inverter control circuit 21
The mode selection signal to 1 and the reference signal in each mode are
By giving the signal to the inverter control circuit 21 through the power supply control circuit 66, even if the mode selection signal output from the function control circuit 19 changes from auxiliary drive to power generation at time t6, the power supply control circuit 669 sends the signal to the inverter. It is not output to the data control circuit 21 immediately, but is left in the auxiliary drive state, and only the switching element 51 is turned off. Thereby, the battery 1,
It becomes impossible to discharge from any of the capacitors 52, and the energy of the auxiliary drive is supplied from the smoothing capacitor 5 of the inverter DC section. Since the capacity of the smoothing capacitor 5 is small, the inverter DC voltage drops rapidly, and at time t7, the inverter DC voltage becomes lower than the battery voltage. When the inverter DC voltage becomes lower than the battery voltage, the switching element 54 may be turned on. At time t7, the power supply control circuit 66 outputs to the inverter control circuit 21 the power generation mode selection signal and the reference value in the power generation mode which have been held. Further, the switching element 54 is turned on. At the start of the power generation operation of the induction machine 3, since the DC voltage is lower than the battery voltage, a reverse voltage is applied between the terminal P and the battery 1 by the diode 55, and the DC power supply 50
Is separated from the inverter 4. Since the load of power generation is only the smoothing capacitor 5 in the inverter DC section, the inverter
The DC voltage rises rapidly. When the DC voltage becomes higher than the battery voltage, the diode 55 conducts and the terminal P →
Switching element 54 → diode 55 → battery 1 →
Only the battery 1 is charged through the path of the terminal N.
Since the auxiliary driving between the times t5 and t6 is performed by the series circuit of the capacitor 52 and the battery 1, the discharged power of the battery 1 is smaller than in the conventional case, and the amount of power generation during steady running is smaller than in the conventional case. Therefore, the time t7 to t8 until the battery voltage reaches the charge voltage command value becomes shorter than the time t2 t3.
【0030】以後同様に繰返す。長時間に渡る運転で
は、減速時に回収するエネルギよりも、補助駆動時に放
出するエネルギの方が多くなり、その差分を定常走行
時、停止時の発電量で補うことにより、バッテリ1の充
放電収支を合せることになる。しかし道路状況等から、
その内の或期間だけをとると、減速時に回収するエネル
ギが多くなることがある。下り坂をおりる時などであ
る。これにより、コンデンサ電圧が十分に高くなるとバ
ッテリ1をインバ―タ4から切離し、コンデンサ52の
みで運転することが可能となる。図4の時刻t11でそれ
までいっぱいに踏込まれていたアクセルの踏込み量が小
さくなる。このとき、コンデンサ52にはリタ―ダエネ
ルギを誘導機3から回収するに十分な電圧となるだけの
エネルギが回収されている。即ち、比較器64の出力が
「1」になっている。The same is repeated hereafter. In operation for a long time, the amount of energy released during auxiliary driving is larger than the amount of energy recovered during deceleration. Will be combined. However, due to road conditions,
If only a certain period is taken, the energy recovered during deceleration may increase. Such as when going downhill. Thus, when the capacitor voltage becomes sufficiently high, the battery 1 can be disconnected from the inverter 4 and can be operated with only the capacitor 52. At time t11 in FIG. 4, the amount of depression of the accelerator that has been fully depressed until then becomes small. At this time, the capacitor 52 has recovered enough energy to have a voltage sufficient to recover the retarder energy from the induction machine 3. That is, the output of the comparator 64 is “1”.
【0031】時刻t11にて、機能制御回路19にて発電
モ―ドが選択される。電源制御回路66では、比較器6
4の出力が「1」になっているので、スイッチング素子
51をオフするがインバ―タ制御回路21には、引続き
これまでの補助駆動の間オフであったから、これで直流
電源装置50の全てのスイッチング素子がオフとなる。
このため、インバ―タ直流電圧は急速に低下して、時刻
t12にてインバ―タ直流電圧がコンデンサ電圧よりも低
くなるとダイオ―ド57が導通し、直流電源装置50の
端子N→ダイオ―ド57→コンデンサ52→端子Pの経
路で、コンデンサ52から放電するようになり、インバ
―直流電圧はコンデンサ52の電圧と等しくなる。この
時刻t12以降、スイッチング素子56のみオンすれば、
コンデンサ52のみでの充放電が可能となる。At time t11, the power generation mode is selected by the function control circuit 19. In the power supply control circuit 66, the comparator 6
4 is "1", the switching element 51 is turned off. However, the inverter control circuit 21 continues to be off during the conventional auxiliary driving. Are turned off.
As a result, the inverter DC voltage drops rapidly, and when the inverter DC voltage becomes lower than the capacitor voltage at time t12, the diode 57 conducts, and the terminal N of the DC power supply device 50 switches from the terminal N to the diode. In the path from 57 to the capacitor 52 to the terminal P, the capacitor 52 discharges, and the invert DC voltage becomes equal to the voltage of the capacitor 52. If only the switching element 56 is turned on after this time t12,
Charge and discharge can be performed only by the capacitor 52.
【0032】又、定常走行時のバッテリ1の充電は不要
となる。なぜなら、コンデンサ52に十分にエネルギが
蓄積されたということはこれまで直列回路で充電されて
いたバッリ1に十分に充電されているし、補助駆動をコ
ンデンサ52のエネルギだけでおこなうとバッテリ1の
負荷は車載機器7だけとなるからである。バッテリ1の
容量は補助駆動、リタ―ダ時の充放電を考えて選ばれて
いるから、負荷が車載機器7だけであれば、補充電をし
なくてもバッテリ1はかなりの時間持つ。バッテリ1の
充電が不要であれば、この後、コンデンサ52を電源と
して、カ行・回生を自由におこなえる。回生時は端子P
→コンデンサ52→スイッチング素子56→端子Nの経
路で充電される。Further, the battery 1 does not need to be charged during steady running. This is because the fact that sufficient energy has been stored in the capacitor 52 means that the battery 1 that has been charged in the series circuit has been sufficiently charged. If the auxiliary drive is performed only with the energy of the capacitor 52, the load of the battery 1 is reduced. Is only the in-vehicle device 7. Since the capacity of the battery 1 is selected in consideration of auxiliary driving and charging / discharging at the time of the retarder, if the load is only the vehicle-mounted device 7, the battery 1 has a considerable time without supplementary charging. If charging of the battery 1 is unnecessary, power and regeneration can be freely performed using the capacitor 52 as a power source thereafter. Terminal P during regeneration
It is charged through the path of → the capacitor 52 → the switching element 56 → the terminal N.
【0033】コンデンサ52のみを電源としてパタ―ン
運転を繰返して、コンデンサ52の電圧が下ってきて、
比較器64の出力が零になったら、定常走行から減速に
移る時点でスイッチング素子56をオフすれば、再びコ
ンデンサ52とバッテリ1の直列回路に減速エネルギを
回収することになる。By repeating the pattern operation using only the capacitor 52 as a power source, the voltage of the capacitor 52 falls,
When the output of the comparator 64 becomes zero, the switching element 56 is turned off at the time of shifting from steady running to deceleration, so that the deceleration energy is recovered to the series circuit of the capacitor 52 and the battery 1 again.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、コ
ンデンサ52にエネルギが蓄積されててない状態では、
駆動エネルギをバッテリのみから供給できる。減速時の
回収エネルギをバッテリとコンデンサ52との直列回路
に充電することにより、従来バッテリの充電電流・充電
電圧の許容値から制限されていた以上のエネルギを回収
でき、次回の補助駆動からはバッテリとコンデンサ52
の直列回路から補助駆動のエネルギを供給することによ
り、従来もっともバッテリ電流の大きかった、再発進時
のバッテリ電流を小さくできる。更に、運転中に回収さ
れるエネギが多く、コンデンサ52に十分にエネルギが
回収されたら、バッテリをインバ―タから切離して、コ
ンデンサ52のみを直流電源としての運転が可能であ
る。これにより、バッテリのストレスが従来に比して格
段に小さくなり、バッテリの長寿命化が可能となる。As described above, according to the present invention, when no energy is stored in the capacitor 52,
The driving energy can be supplied only from the battery. By charging the recovered energy at the time of deceleration to the series circuit of the battery and the capacitor 52, it is possible to recover more energy than was previously restricted from the allowable values of the charging current and the charging voltage of the battery, and the battery was charged from the next auxiliary drive And capacitor 52
By supplying auxiliary driving energy from the series circuit of the above, the battery current at the time of restarting, which was conventionally the largest in the battery current, can be reduced. Furthermore, when a large amount of energy is recovered during operation and sufficient energy is recovered in the capacitor 52, the battery can be disconnected from the inverter, and the operation using only the capacitor 52 as a DC power supply is possible. Thereby, the stress of the battery is remarkably reduced as compared with the related art, and the life of the battery can be extended.
【図1】本発明の直流電源装置の一実施例を示す構成
図。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a DC power supply device of the present invention.
【図2】本発明の直流電源装置を応用したドライブシス
テムの第1の実施例の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a first embodiment of a drive system to which the DC power supply device of the present invention is applied.
【図3】[図2]に示すドライブシステムの動作を説明
するための波形図。FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the drive system shown in FIG. 2;
【図4】[図2]に示すドライブシステムの動作を説明
するための波形図。FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of the drive system shown in FIG. 2;
【図5】従来の直流電源装置を用いたドライブシステム
の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a drive system using a conventional DC power supply device.
【図6】[図5]の従来のドライブシステムの動作を説
明するための波形図。FIG. 6 is a waveform chart for explaining the operation of the conventional drive system of FIG. 5;
【符号の説明】 1 ……バッテリ 2 ……エンジン 3 ……誘導機 4 ……インバ―タ 5 ……平滑コンデンサ 6 ……DC/DCコンバ―タ 7 ……車搭機器 8 ……放電回路 9 ……抵抗 10 ……自己消弧素子 11,12 ……ダイオ―ド 13〜16 ……電流検出器 17 ……アクセルセンサ 18 ……リタ―ダレバ― 出力信号 出力信号 19 ……機能制御回路 20 ……速度検出器 21 ……インバ―タ制御回路 22 ……電圧検出器 50 ……直流電源装置 51,54 ……スイッチング素子 56 ……スイッチング素子 52 ……コンデテンサ 53,55 ……ダイオ―ド 57,58 ……ダイオ―ド 61,62 ……電圧検出器 63 ……減算器 64 ……比較器 65 ……定数設定器 66 ……電源制御回路 67〜69 ……オンディレイ回路[Description of Signs] 1... Battery 2... Engine 3... Induction machine 4... Inverter 5... ... Resistance 10 ... Self-extinguishing element 11,12 ... Diode 13-16 ... Current detector 17 ... Accelerator sensor 18 ... Retarder lever Output signal Output signal 19 ... Function control circuit 20 ... ... speed detector 21 ... inverter control circuit 22 ... voltage detector 50 ... DC power supply device 51, 54 ... switching element 56 ... switching element 52 ... condensers 53, 55 ... diode 57, 58 Diodes 61, 62 Voltage detector 63 Subtractor 64 Comparator 65 Constant setting device 66 Power supply control circuit 67-69 On-delay circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 1/00 - 1/16 H02J 7/00 - 7/36 B60L 11/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02J 1/00-1/16 H02J 7 /00-7/36 B60L 11/18
Claims (1)
を可能とさせる極性で直列接続される第1のスイッチン
グ素子と第1のダイオ―ドの直列回路と、該直列回路に
並列に且つ前記バッテリの充電を可能とする極性で接続
される第2のスイッチング素子と第2のダイオ―ドの直
列回路と、前記第1のダイオ―ドに並列接続されるコン
デンサと、前記バッテリと第1のスイッチング素子の直
列回路に並列に且つ前記コンデンサの充電を可能とする
極性で接続される第3のスイッチング素子と、放電を可
能とする極性で接続される第3のダイオ―ドと、前記第
1のスイッチング素子に逆並列接続される第4のダイオ
―ドから成る直流電源装置。A first switching element and a first diode connected in series to a positive electrode of the battery with a polarity enabling discharge of the battery; a series circuit of the first switching element and the first diode; A series circuit of a second switching element and a second diode connected with a polarity enabling charging of the battery, a capacitor connected in parallel to the first diode, and a first switching element connected to the battery. A third switching element connected in parallel to a series circuit of elements and with a polarity enabling the charging of the capacitor, a third diode connected with a polarity enabling the discharging, and A DC power supply device comprising a fourth diode connected in anti-parallel to the switching element.
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