[发明专利]AC连接双方向DC-DC转换器、使用了该转换器的混合电源系统及混合动力车辆

说明书

技术领域

本发明涉及AC连接双方向DC-DC转换器、使用了该转换器的混合 电源系统及混合动力车辆。

背景技术

在电动汽车的情况下，当出发时、加速时、减速时、停止时、爬坡时 等，电动机等电动装置的负载会大幅、剧烈且频繁变动。因此，为了驱动 电动装置，而搭载于电动汽车的电池比在恒定负载条件下使用时，容量减 小、且寿命缩短。

为了补偿上述缺点，如后述的专利文献1中所记载那样，通过组合主 电源用的电池和副电源用的电池或电容器，构成电动汽车的电源装置，并 使该副电源负担上述电动装置的负载的大幅、剧烈且频繁的变动，从而能 够尽量将主电源用电池的负载变动抑制在一定的范围内。

在上述电源系统的情况下，可以在减速、制动时将电动装置的运动能 量作为电力回收到副电源中，而且，能够根据需要将回收的电力向电动装 置侧供给。将使副电源从电动装置侧回收电力的动作称作再生模式，从副 电源侧向电动装置侧供给电力的动作成为动力模式(power mode)。进行 该动作的电源系统被称为混合电源系统。另外，搭载了这样的混合电源系 统的电动汽车被称为混合动力车辆。

图12是用于对现有技术的代表性的电动汽车用混合电源系统进行说 明的图。

在该图12中，混合电源系统1由主电源10、电动装置20和副电源 30构成。

主电源10由发动机11、引擎12和逆变器13构成。电动装置20由逆 变器21和电动机22构成。逆变器13和逆变器21经由正极线14和负极 线15连接。在正极线14与负极线15之间施加电压V0。下面，在不会产 生误解的情况下，则将由主电源10、电动装置20和正负极线14、15构成 的部分简单称为主电源10。

副电源30由双方向升压断路器31和能量蓄积装置32(以下作为电池 32进行说明)构成。本申请发明中所说的“双方向”是指经由正负极线 14、15从副电源30向主电源10、或从主电源10向副电源30以可逆方式 传输电力。

双方向升压断路器31由两个半导体开关元件S1、S2和具有电感L的 电感器35构成。半导体开关元件S1、S2由IGBT及作为内部元件或外部 元件而并联连接的逆并联二极管构成。为了便于后面的说明，将IGBT表 示为Tr，将逆并联二极管表示为D。例如，Tr1是指半导体开关元件S1 的IGBT，D1是指半导体开关元件S1的逆并联二极管。

半导体开关元件S1、S2通过连接点a串联连接，连接点a上连接着 逆变器35的一端。半导体开关元件S1的负极端子b与负极线15连接， 半导体开关元件S2的正极端子c与正极线14连接。而且，电池32的正 极侧与电感器35的另一端连接，电池32的负极侧与负极线15连接。即， 电池32与主电源10按照成为同极性的方式并联连接。

利用双方向升压断路器31将电池32的电力暂时蓄积在电感器35中。 接着，不仅可以向主电源10传输该蓄积电力，而且可以反过来向电池32 传输主电源10的电力。

在电动汽车中，主电源10的电压V0一般被维持为600V左右的高电 压。另一方面，副电源30的电池32的电源V1为300V左右的低电压。 而且，在双方向升压断路器31中流过的最大电流为600A左右(电池电压 为300V及传送电力为120kW、波动率为50％时)。

通过上述构成的混合电源系统1，可以在再生模式的情况下将主电源 10的运动能量变换为低电压电力，对副电源30的电池32进行充电。另外， 在动力模式的情况下，可以将副电源30的电池32的蓄电力变换为高电压 电力，提供给主电源10。

即，在混合电源系统1，即使电动装置20的负载大幅、剧烈、且频繁 地变动时，可以从副电源30进行对主电源10的电力容量实施补充的电力 供给。由此，能够在一定的高电压范围内高效驱动电动装置20。

不过，在混合电源系统1中存在着下述4个问题。

(1)元件的额定电压高

双方向升压断路器31所使用的半导体开关元件S1、S2的额定电压高。 如果将主电源10的电压V0设为600V左右，则考虑到完全性，需要1200V 额定电压的半导体开关元件S1、S2。

(2)元件的额定电流高