[發明專利]AC連接雙方向DC-DC轉換器、使用了該轉換器的混合電源系統及混合動力車輛

有效

• 申請號: 200680051580.0
• 申請日: 2006-11-22
• 公開（公告）號: CN101361254A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 茂木淳;飯田克二
• 申請（專利權）人: 株式會社小松制作所
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;B60L11/18;H02M7/483
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李貴亮

技術領域

本發明涉及AC連接雙方向DC-DC轉換器、使用了該轉換器的混合 電源系統及混合動力車輛。

背景技術

在電動汽車的情況下，當出發時、加速時、減速時、停止時、爬坡時 等，電動機等電動裝置的負載會大幅、劇烈且頻繁變動。因此，為了驅動 電動裝置，而搭載于電動汽車的電池比在恒定負載條件下使用時，容量減 小、且壽命縮短。

為了補償上述缺點，如后述的專利文獻1中所記載那樣，通過組合主 電源用的電池和副電源用的電池或電容器，構成電動汽車的電源裝置，并 使該副電源負擔上述電動裝置的負載的大幅、劇烈且頻繁的變動，從而能 夠盡量將主電源用電池的負載變動抑制在一定的范圍內。

在上述電源系統的情況下，可以在減速、制動時將電動裝置的運動能 量作為電力回收到副電源中，而且，能夠根據需要將回收的電力向電動裝 置側供給。將使副電源從電動裝置側回收電力的動作稱作再生模式，從副 電源側向電動裝置側供給電力的動作成為動力模式(power?mode)。進行 該動作的電源系統被稱為混合電源系統。另外，搭載了這樣的混合電源系 統的電動汽車被稱為混合動力車輛。

圖12是用于對現有技術的代表性的電動汽車用混合電源系統進行說 明的圖。

在該圖12中，混合電源系統1由主電源10、電動裝置20和副電源 30構成。

主電源10由發動機11、引擎12和逆變器13構成。電動裝置20由逆 變器21和電動機22構成。逆變器13和逆變器21經由正極線14和負極 線15連接。在正極線14與負極線15之間施加電壓V0。下面，在不會產 生誤解的情況下，則將由主電源10、電動裝置20和正負極線14、15構成 的部分簡單稱為主電源10。

副電源30由雙方向升壓斷路器31和能量蓄積裝置32(以下作為電池 32進行說明)構成。本申請發明中所說的“雙方向”是指經由正負極線 14、15從副電源30向主電源10、或從主電源10向副電源30以可逆方式 傳輸電力。

雙方向升壓斷路器31由兩個半導體開關元件S1、S2和具有電感L的 電感器35構成。半導體開關元件S1、S2由IGBT及作為內部元件或外部 元件而并聯連接的逆并聯二極管構成。為了便于后面的說明，將IGBT表 示為Tr，將逆并聯二極管表示為D。例如，Tr1是指半導體開關元件S1 的IGBT，D1是指半導體開關元件S1的逆并聯二極管。

半導體開關元件S1、S2通過連接點a串聯連接，連接點a上連接著 逆變器35的一端。半導體開關元件S1的負極端子b與負極線15連接， 半導體開關元件S2的正極端子c與正極線14連接。而且，電池32的正 極側與電感器35的另一端連接，電池32的負極側與負極線15連接。即， 電池32與主電源10按照成為同極性的方式并聯連接。

利用雙方向升壓斷路器31將電池32的電力暫時蓄積在電感器35中。 接著，不僅可以向主電源10傳輸該蓄積電力，而且可以反過來向電池32 傳輸主電源10的電力。

在電動汽車中，主電源10的電壓V0一般被維持為600V左右的高電 壓。另一方面，副電源30的電池32的電源V1為300V左右的低電壓。 而且，在雙方向升壓斷路器31中流過的最大電流為600A左右(電池電壓 為300V及傳送電力為120kW、波動率為50％時)。

通過上述構成的混合電源系統1，可以在再生模式的情況下將主電源 10的運動能量變換為低電壓電力，對副電源30的電池32進行充電。另外， 在動力模式的情況下，可以將副電源30的電池32的蓄電力變換為高電壓 電力，提供給主電源10。

即，在混合電源系統1，即使電動裝置20的負載大幅、劇烈、且頻繁 地變動時，可以從副電源30進行對主電源10的電力容量實施補充的電力 供給。由此，能夠在一定的高電壓范圍內高效驅動電動裝置20。

不過，在混合電源系統1中存在著下述4個問題。

(1)元件的額定電壓高

雙方向升壓斷路器31所使用的半導體開關元件S1、S2的額定電壓高。 如果將主電源10的電壓V0設為600V左右，則考慮到完全性，需要1200V 額定電壓的半導體開關元件S1、S2。

(2)元件的額定電流高