专利名称：具有改进的能量效率的车用电源系统和包括该电源系统的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及车用电源系统和包括该电源系统的车辆。更具体地涉及采用执行AC(交流电)-AC转换的矩阵转换器的车用电源系统以及包括该电源系统的车辆。
背景技术：
在能源节约和环境问题近来日益感兴趣的背景下，比较关注混合动力车辆。混合动力车辆已经实用化和商业应用了。
混合动力车辆是除了用作传统的内燃机的发动机之外，还具有DC(直流电)电源、逆变器和由作为电源的逆变器驱动的电动机的车辆。即，混合动力车辆不仅通过驱动发动机而且还通过使用逆变器将来自DC电源的DC电压转换成AC电压使得用所获得的AC电压使电动机旋转而获得机械动力源。
特开2002-374604号公报公开一种这样混合动力车辆的配置示例。根据该配置，混合动力车辆包括发电用的电动发电机和驱动用的电动发电机。发电用的电动发电机使用由发动机产生的一部分机械动力产生电力，所产生的电力反过来用于驱动用的电动发电机中。轮子从发动机和驱动用电动发电机接收机械动力，然后旋转。
在混合动力车辆中，需要利用由车载发电用电动发电机产生的电力作为商用电源。即，当商用电源设备在诸如宿营的附近不能够获得时或当发生电力故障时，利用混合动力车辆作为商用电源。
另一方面，还需要用来自外部商用电源的电力提供给混合动力车辆。即，尽管能够通过使用来自发动机的机械动力由发电机产生电力，用作DC电源的电池由外部商用电源充电，使得能够在不操作发电机的情况下，使用车辆中的电气设备。
特开2002-374604号公报和特开2000-278808号公报公开了AC100V的插座。此外，下面的文件还示出
背景技术：
特开2002-534050号公报；Patrick W.Wheel等人“Matrix ConverterA Technology Review”，IEEETRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS，2002年4月，第49卷，第2号，第276页-288页。
图9示出传统的混合动力车辆的能量传递。
参照图9，传统的混合动力车辆包括发动机502、电动发电机MG1、连接到电动发电机NG1的逆变器537、电动发电机MG2和连接到电动发电机MG2的逆变器536。
混合动力车辆进一步包括电池512、使施加到电池两端的电压稳定的电容器C501、连接到发动机502和电动发电机MG1和MG2的行星齿轮516、由行星齿轮516驱动的轮胎520。
行星齿轮516连接到电动发电机MG1、MG2和发动机502，并且用作在这三个部件之间分割动力的分动装置。
如在图9中所示，在正常的行驶状态下，尽管如箭头P3所示，由发动机502的旋转产生的能量部分地用于驱动轮胎，但能量大多数如用箭头P1所示用于使电动发电机MG1旋转，使得产生电力。
由电动发电机MG1产生的三相AC电力由逆变器转换成DC电力一次。从逆变器537输出的DC电力存储在电池512或电容器C501中。同时，逆变器536从电池512和电容器C501接收DC电力，并且驱动电动发电机MG2。如用箭头P2所示，来自电动发电机MG2的旋转能量驱动轮胎520。
换言之，在传统的混合动力车辆中，大多数能量从发动机传输到电动发电机MG1。然后，所产生的电力从AC转换成DC，并且再次由逆变器536从DC转换成AC，最终转换成电动发电机MG2的机械动力。
以这方式，动力从电动发电机MG1通过逆变器537、536传输到电动发电机MG2的传输路径通过逆变器两次，这导致差的电力转换效率。此外，当由电动发电机MG1产生的电力由逆变器537转换成DC时，电力一次存储在电池512或电容器C501，在这情况下，电池的寿命和需要较大的电容器是所关心的问题而且，特开2002-374604号公报提供一种AC100V专用的附加电力转换器，以为了从车辆输出AC100V。即，所存在的一个缺点是必须有专用的电力转换器，以为了从混合动力车辆输出AC100V商用电力。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改进的能量效率的车用电源系统和包括该电源系统的车辆。
总之，根据本发明的车用电源系统包括能够在从内燃机接收机械动力时产生第一m相AC电力的第一旋转电力机械，其中m表示至少是3的自然数；在接收在相数上等于所述第一m相AC电力的第二m相AC电力时驱动轮子的第二旋转电力机械；转换所述第一m相AC电力，输出作为所述第二m相AC电力的至少一部分的所得的电力的矩阵转换器。矩阵转换器包括在所述第一旋转电力机械的每一个m相输出和所述第二旋转电力机械的每一个m相输出之间连接的m×m开关元件。
优选地，车用电源系统进一步包括电池和转换从所述电池获得的DC电力并输出作为所述第二m相AC电力的至少一部分的所得的电力的逆变器。
更优选地，车用电源系统进一步包括将所述电池电连接到所述逆变器的第一开关和控制所述矩阵转换器的电力转换并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述第一开关的开和关的控制单元。
优选地，车用电源系统进一步包括控制所述矩阵转换器的电力转换并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述逆变器的控制单元。
优选地，开关元件包括反向截止型绝缘栅二极晶体管。
优选地，车用电源系统进一步包括将所述矩阵转换器电连接到所述第二旋转电力机械的第二开关和在所述第二开关和所述矩阵转换器之间连接并且输出单相AC电力的插座。
优选地，车用电源系统进一步包括将所述矩阵转换器电连接到所述第一旋转电力机械的第三开关和在所述第三开关和所述矩阵转换器之间连接并且从车辆外部接收单相AC电力的插座。
根据本发明另一方面的一种车辆包括车用电源系统，车用电源系统包括能够在从内燃机接收机械动力时产生第一m相AC电力的第一旋转电力机械，其中m表示至少是3的自然数；在接收在相数上等于所述第一m相AC电力的第二m相AC电力时驱动轮子的第二旋转电力机械；转换所述第一m相AC电力，输出作为所述第二m相AC电力的至少一部分的所得的电力的矩阵转换器。所述矩阵转换器包括在所述第一旋转电力机械的每一个m相输出和所述第二旋转电力机械的每一个m相输出之间连接的m×m开关元件。
优选地，车用电源系统进一步包括电池和转换从所述电池获得的DC电力并输出作为所述第二m相AC电力的至少一部分的所得的电力的逆变器。
更优选地，车用电源系统进一步包括将所述电池电连接到所述逆变器的第一开关和控制所述矩阵转换器的电力转换并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述第一开关的开和关的控制单元。
更优选地，车用电源系统进一步包括控制单元，所述控制单元控制所述矩阵转换器的电力转换并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述逆变器。
优选地，开关元件包括反向截止型绝缘栅二极晶体管。
优选地，车用电源系统进一步包括将所述矩阵转换器电连接到所述第二旋转电力机械的第二开关和在所述第二开关和所述矩阵转换器之间连接并且输出单相AC电力的插座。
优选地，车用电源系统进一步包括将所述矩阵转换器电连接到所述第一旋转电力机械的第三开关和在所述第三开关和所述矩阵转换器之间连接并且从所述车辆的外部接收单相AC电力的插座。
因而，本发明的主要优点是能够降低电力损失，这是因为两个旋转电力机械之间的电力传输和接收更直接。
此外，本发明的另外的优点是车辆能够具有更小的尺寸，这是因为所示的电力转换器不是必要的。
图1是根据第一实施例的混合动力车辆1配置的示意图；图2是示出图1中的车用电源系统14配置的电路图；图3是示出用在矩阵转换器中的开关元件第一示例的电路图；图4是表示开关元件第二实施例的开关元件SWB的电路图；图5示出表示开关元件第三示例的开关元件SWC的配置；图6是示出表示开关元件第四示例的开关元件SWD的配置的电路图；图7是示出在图2中示出的车用电源系统的变形的电路图；图8是根据第二实施例的车用电源系统114的配置的电路图；图9示出在传统的混合动力车辆中的能量传输。
具体实施例方式
以下，参照附图，将描述本发明的实施例。相同的元件具有相同的参考符号。因而，其详细的描述将不再重复。
第一实施例图1是示出根据第一实施例的混合动力车辆1的配置的示意图。
参照图1，混合动力车辆1包括前轮20R、20L、后轮22R、22L、发动机2、行星齿轮16、车用电源系统14、差动齿轮18和齿轮4、6。
车用电源系统14包括设置在车辆后部的电池12、对来自电池12的DC电力进行升压的升压单元32、将DC电力传输到升压单元32或从升压单元32接收DC电力的逆变器36、在通过行星齿轮16接收到发动机2的机械动力时产生电力的电动发电机MG1、具有连接到行星齿轮16的旋转轴的电动发电机MG2和连接到电动发电机MG1、MG2和逆变器36的并且执行AC-AC转换的矩阵转换器38。
行星齿轮16具有第一旋转轴到第三旋转轴。第一旋转轴连接到发电机2，第二旋转轴连接到电动发电机MG1，第三旋转轴连接到电动发电机MG2。
齿轮4附着于第三旋转轴，齿轮4通过驱动齿轮6将机械动力传输到差动齿轮18。差动齿轮18将从齿轮6接收的机械动力传输到前轮20R、20L，并且通过齿轮6和4将前轮20R、20L的旋转动力传输到行星齿轮的第三旋转轴。
行星齿轮16用来在发动机2和电动发电机MG1、MG2中分割机械动力。即，如果设定三个旋转轴中的两个旋转轴的旋转，其余一个旋转轴的旋转自动地设定。因而，当发电机2在获得最高效率的范围内运转时，电动发电机MG1的发电量受到控制，电动发电机MG2受到驱动。车速因而得到控制，作为总体实现获得高能量效率的车辆。
用作DC电源的电池12例如构造成诸如镍金属氢电池或锂离子电池的二次电池。电池12用DC电力供应升压单元32，并且用来自升压单元32的DC电力充电。
升压单元32对从电池12接收的DC电压升压，并且将升压后的DC电压供应到逆变器36。逆变器36将所供应的DC电压转换到AC电压，并且在发动机启动时控制电动发电机MG1的驱动。在启动发动机之后，由电动发电机MG1产生的AC电力由逆变器36转换成DC，然后转换成适合于由升压单元32对电池12充电的电压，由此，对电池进行充电。
由MG1产生的三相AC电力通过矩阵转换器38传输到电动发电机MG2。电动发电机MG2辅助发动机2驱动前轮20R、20L。
图2是示出图1中的车用电源系统14的配置的电路图。
参照图2，车用电源系统14包括升压单元32、逆变器36、矩阵转换器38、控制单元40、电压传感器42至46、控制器48、电容器C1、C2、电阻R、电源线L1、L2、L4、开关S1、接地线L3、U相线LU1、LU2、V相线LV1、LV2和W相线LW1、LW2。
电动发电机MG1用作三相AC同步电动发电机，并且连接到U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1。当启动发动机2时，电动发电机MG1用从U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1接收的电力产生驱动力。在启动发动机2之后，电动发电机MG1通过行星齿轮16从图1中的发动机2接收机械动力，并且将机械动力转换成AC电力。然后，电动发电机MG1将所获得的AC电力输出到U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1。
电动发电机MG2用作三相AC同步电动机，并且连接到U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1。电动发电机MG2用从U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1接收的AC电力产生驱动力。电动发电机MG2在减速时进行再生制动。即，电动发电机MG2将机械动力从轮胎转换到电力，然后将电力输出到U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1。
注意，电动发电机MG1和MG2包括用于分别检测其旋转位置的旋转位置传感器50和52。
升压单元32包括IGBT元件Q11、Q12、二极管D11、D12和电抗L。
IGBT元件Q11、Q12串联连接在电源线L2和接地线L3之间，并且在每一个栅极从控制单元40接收控制信号。二极管D11连接在IGBT元件Q11的集电极和发射极之间，使得从发射极到集电极的方向是正向。二极管D12连接在IGBT元件Q12的集电极和发射极之间，使得从发射极到集电极的方向是正向。
电源线L1连接到电池12的正极。电抗L的一端连接到电源线L1。电抗L的另一端连接到IGBT元件Q11的发射极和IGBT元件Q12的集电极。
电抗L根据IGBT元件Q12的开关操作存储流经线圈的电流作为磁场能，使得对来自电池12的电压进行升压。所升压的DC电压通过二极管D11与IGBT元件Q12的截至时刻同步地供应到电源线L2。
以这方式，升压单元32基于来自控制单元40的控制信号对从电池12接收的DC电压进行升压，然后将所升压的电压供应到电源线L2。另一方面，升压单元32将从逆变器36接收的DC电压降低到适合于充电电压的水平，以为了对电池12进行充电。
电容器C1连接在电源线L1和接地线L3之间，减少源自电压波动对电池12和升压单元32的影响。
开关S1连接在电源线L4和电源线L2之间，开关S1的连接/断开由控制单元40控制。
逆变器36包括并联连接在电源线L4和接地线L3之间的U相臂36U、V相臂36V和W相臂36W。
U相臂36U包括串联连接在电源线L4和接地线L3之间的IGBT元件Q31、Q32、使得从IGBT元件Q31的发射极到集电极的方向是正方向的并联连接的二极管D31、使得从IGBT元件Q32的发射极到集电极的方向是正向的并联连接的二极管D32。
V相臂36V包括串联连接在电源线L4和接地线L3之间的IGBT元件Q33、Q34、使得从IGBT元件Q33的发射极到集电极的方向是正方向的并联连接的二极管D33、使得从IGBT元件Q34的发射极到集电极的方向是正向的并联连接的二极管D34。
W相臂36W包括串联连接在电源线L4和接地线L3之间的IGBT元件Q35、Q36、使得从IGBT元件Q35的发射极到集电极的方向是正方向的并联连接的二极管D35、使得从IGBT元件Q36的发射极到集电极的方向是正向的并联连接的二极管D36。
线LU2连接在U相臂36U的IGBT元件Q31、Q32的结合点和电动发电机MG2的U相线圈的一端之间。线LV2连接在V相臂36V的IGBT元件Q33、Q34的结合点和电动发电机MG2的V相线圈的一端之间。线LW2连接在W相臂36W的IGBT元件Q35、Q36的结合点和电动发电机MG2的W相线圈的一端之间。电动发电机MG2的U相线圈、V相线圈和W相线圈其它端都耦合到中性点。
逆变器36基于来自控制单元40的控制信号将从电源线L4接收的DC电力转换成AC电力，然后将AC电力输出到U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1。
电容器C2连接在电源线L2和接地线L3之间，以减少源自电压波动对电池12和升压单元32的影响。电阻R用作连接在电源线L2和接地线L3之间的放电电阻。
矩阵转换器38包括双向开关元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc，和电源线LA到LC和La到Lc。
电源线LA到LC分别连接到逆变器36的U相线LU2、V相线LV2和W相线LW2。电源线La到Lc分别连接连接到电动发电机MG1的U相线LU1、V相线LV1和W相线LW1。
换言之，矩阵转换器38包括连接在分别用作电动发电机MG1的三相输出的电源线La到Lc和用作电动发电机MG2的三相输出的电源线LA到LC之间的3×3开关元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc。
更具体地，九个双向开关元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc布置成三排和三列的矩阵。双向开关元件SAa连接在电源线LA和电源线La之间。双向开关SBa连接在电源线LB和电源线La之间。双向开关SCa连接在电源线LC和电源线La之间。
双向开关元件SAb连接在电源线LA和电源线Lb之间。双向开关SBb连接在电源线LB和电源线Lb之间。双向开关SCb连接在电源线LC和电源线Lb之间。
双向开关元件SAc连接在电源线LA和电源线Lc之间。双向开关SBc连接在电源线LB和电源线Lc之间。双向开关SCc连接在电源线LC和电源线Lc之间。
每一个双向开关响应于来自控制单元40的操作指令进行开关操作。当双向开关元件接通时，在两个对应的电源线之间的双向电流是允许的。此外，当断开每一个双向开关时，将两个对应的电源线互相电隔离。
矩阵转换器用作执行从AC直接电力转换到其它频率AC的电力转换器。通过使用双向开关施加PWM控制，能够产生具有任意频率的正弦AC电力。
至于采用矩阵转换器的配置的特性，首先，诸如在DC部分中需要的诸如平滑电容器的能量存储元件不是必需的，这是因为电力转换不需要DC部分就可以进行。
其次，与其中AC通过逆变器转换成DC一次，然后通过另一个逆变器将所得到的DC转换成AC的示例相比较，单个开关元件的尺寸能够做得更小，虽然增加开关元件的数量。作为整体，能够获得具有小尺寸和大容量的车用电源系统。
尽管没有提供详细的描述，对于3×3矩阵转换器的PWM控制已经有各种提案。例如，PatrickW.Wheel等人的论文介绍了PWM控制。
矩阵转换器38将从电动发电机MG1输入的三相AC电力直接转换成用于驱动电动发电机MG2的三相AC电力，并且输出所得到的三相AC电力，而不对由电动发电机MG1产生的三相AC电力如在示例中使用传统的三相全波整流逆变器的方式进行一次整流成DC。
当由电动发电机NG1产生的电力传输到电动发电机MG2时，控制单元40设定开关S1为断开状态。
当来自电池12的电力和由电动发电机MG1产生的电力都用来驱动电动发电机MG2，开关S1的ON状态和OFF状态以分时方式控制。
在当由电动发电机MG1产生的电力传输到电动发电机MG2时，控制开关S1获得OFF状态，控制逆变器36的操作获得停止状态。然后，矩阵转换器38内的开关元件经受适合的PWM的控制，使得能够产生用于驱动电动发电机MG2的电力。
另一方面，在电力从电池12传输到电动发电机时刻，控制开关S1获得ON状态，从电池12输出的DC电力被升压单元32升压，然后由逆变器36转换成三相AC电力，该电力反过来用于驱动电动机MG2。此处，控制所有的矩阵转换器38中的开关元件来获得OFF状态。
在车用电源系统中，三相AC电力在两个电动发电机MG1和MG2之间的传输和接收能够通过矩阵转换器38更直接进行。因而，与其中三相AC电力转换成DC一次的传统示例相比，能够减少电力损失。
图3至图6是示出用在矩阵转换器中的开关元件的示例的电路图。
参照图3，开关元件SWA包括具有连接到端子X的发射极和连接到端子Y的集电极的IGBT元件62和具有连接到端子Y的和连接到端子X的IGBT元件64。具有反向截止功能的IGBT元件具有足够抵抗反向电压施加的抵抗电压，并且近来已经引起很多关注。
在图3中示出的开关元件SWA用作图2中的开关元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc。控制单元40通过激活IDBT元件62、64的栅极来控制IGBT元件62、64，使得它们获得电连接状态。如果端子Y获得高于端子X的电压，则电流流经IGBT元件62。尽管反向电压施加到IGBT元件64，但电流不流经IGBT元件，这是因为它是反向截止型的IGBT。
另一方面，如果端子X获得高于端子Y的电压，则电流流过IGBT元件64。尽管反向电压施加到IGBT元件62，但电流不流经IGBT元件62，这是因为它是反向截止型的IGBT。以这方式，开关元件SWA作为双向开关元件操作。
图4是表示开关元件的第二实施例的开关元件SWB的电路图。
参照图4，开关元件SWB包括具有连接到节点N1的发射极和连接到端子Y的集电极的IGBT元件72、连接在节点N1和端子X之间的使得从节点N1到端子X的方向是正向的二极管73、具有连接到端子X的集电极和连接到节点N1的发射极的IGBT元件74、连接在节点N1和端子Y之间使得从节点N1到端子Y的方向是正向的二极管75。
开关元件SWB能够允许当IGBT元件72、74的栅极都被激活时，电流双向流动。
即，如果端子Y获得高于端子X的电压，则电流从端子Y通过IGBT元件72和二极管73流到端子X。另一方面，如果端子X获得高于端子Y的电压，则电流从端子X通过IGBT元件74和二极管75流到端子Y。
由于二极管73和75包括在本配置中，IGBT元件72、74不必是如图3所示的具有反向截止功能的IGBT元件。当不使用具有反向截止功能的IGBT元件，即使在反向电压施加到相对端的期间栅极不被激活，反向电流也不会截止。
另一方面，如果端子X获得高于端子Y的电压，则正向电压施加到IGBT元件74。因而，当IGBT元件的栅极被激活时，电流没有流过IGBT元件74。此外，由于反向电压施加到二极管73，电流不流过。因而，能够截止从端子X到节点N1的电流。
如上所描述，能够采用开关元件SWB作为双向开关。
图5是示出表示开关元件第三实施例的开关元件SWC的配置电路图。
参照图5，开关元件SWC包括具有连接到端子Y的集电极和连接到节点的发射极的IGBT元件82、连接在节点N2和端子X之间使得从节点N2到端子X的方向是正向的二极管、具有连接到节点N2A的发射极和连接到端子X的集电极的IGBT元件84、和连接在节点N2A和端子Y之间使得从节点N2A到端子Y的方向是正向的二极管85。
还能够采用开关元件SWC作为双向开关，以类似于在图4中示出的开关元件的方式。
图6是示出表示开关元件的第四实施例的开关元件SWD的配置的电路图。
参照图6，开关元件SWD包括连接在端子X和节点N3之间使得从端子X到节点N3的方向是正向的二极管92和连接在端子Y和节点N3之间使得从端子Y到节点N3的方向是正向的二极管93。
开关元件SWD进一步包括连接在端子X和节点N4之间使得从节点N4到端子X的方向是正向的二极管94，和连接在端子Y和节点N4之间使得从节点N4到端子Y的方向是正向的二极管95，和具有连接到节点N3的集电极和连接到节点N4的发射极的IGBT元件91。
当IGBT元件91的栅极被激活，并且端子X获得高于端子Y的电位时，电流流过的路径随后由二极管92、IGBT元件91和二极管95形成。另一方面，如果端子Y获得高于端子X的电位时，电流流过的路径随后由二极管93、IGBT元件91和二极管94形成。
在以上示例中，电流总是以从节点N3到节点N4的方向流动。即，在节点N3处的电位总是高于在节点N4处的电位。因而，如果此时IGBT元件91的栅极没被激活时，端子X和端子Y互相电隔离。
根据本发明的矩阵转换器38能够构造成在图3至图6中示例性示出的任何一种开关。然而，如果使用如在图3中示出的具有反向截止功能的IGBT元件，则二极管不在电流流过的路径中。因而，这样的示例获得比其中使用另一个开关元件的示例的效率高，高出的量为流经二极管中引起的热损失的量。因而，优选使用在图3中示出的示例。
图7是示出在图2中示出的车用电源系统的变形的电路图。
参照图7，车用电源系统的配置14A与在图2中示出的车用电源系统14的配置不同在于去掉了开关S1，电源线L4耦合到电源线L2。
在这配置中，控制单元40根据在电动发电机MG2中所要求的电力同时使逆变器36和矩阵转换器38进行PWM控制。
在同时PWM控制下，由电动发电机MG1产生然后从矩阵转换器38输出的电力加到从电池12供应然后从逆变器36输出的电力，它们的和能够供应到电动发电机MG2。因而，当电动发电机MG2获得最大输出时，能够减少逆变器36承受的负载。此处，例如，当车辆在高速行驶时，获得电动发电机MG2的最大输出。
例如，当电动发电机MG2的最大输出设定为50kW时，在如结合图2描述的以分时方式驱动的示例中逆变器36最大输出50kW也是需要的。
相比之下，根据图7中所示的配置，由电动发电机MG1产生的电力能够加到来自逆变器36的电力，它们的和能够供应到电动发电机MG2。因而，当电动发电机MG2获得最大输出时，逆变器36应当仅仅覆盖由电动发电机MG1产生的电量的不足。因而，例如，与在图2中的示例相比较，逆变器36的输出能够从50kW减少到约30kW。
第二实施例图8是示出根据第二实施例的车用电源系统114的配置的电路图。
参照图8，车用电源系统的配置114与结合图2所描述的车用电源系统14的配置不同在于开关S2设置在线LU2、LV1和线LA、LB之间，并且AC100V的输出插座122设置在线LU1、LV1和线LA、LB之间。
此外，开关S3设置在线LU1、LV1和线La、Lb之间，并且AC100V的输出插座124连接在开关S3和线LA和LB之间。这些是图8的车用电源系统114和图2的车用电源系统14的不同。在其它方面，车用电源系统114和车用电源系统14相同，其描述将不再重复。
车用电源系统114能够使用车辆作为从插座122供应商用AC电力的发电站。此处，控制单元40设定开关S1、S2为OFF状态，设定开关S3为ON状态。然后，启动发动机，由电动发电机MG1产生电力。所产生的三相AC由矩阵转换器38转换成单相AC100V。此处，控制单元40设定矩阵转换器38中的开关元件SCa到SCc为断开状态，使开关元件SAa到Sac和SBa到SBc受到PWM控制。
此外，车用电源系统114还能够使用AC100V的商用电源对安装在车辆上的电池12充电，然后将电力供应到车辆的电力系统。此处，控制单元40设定开关S3为OFF状态，设定开关S1、S2为ON状态。
下面，矩阵转换器38将从插座124输入的商用电源AC100V转换成三相AC。此处，控制单元40设定矩阵转换器38中的开关元件SAc、SBc和SCc为断开状态，使开关元件SAa到SAb、SBa到SBb和SCa到SCb受PWM控制。
由矩阵转换器38转换的三相AC由逆变器36转换成DC电压，由升压单元32转换成适合于对电池12充电的电压。
如以上所述，根据第二实施例，除了由第一实施例获得的效果以外，商用电源能够从车辆中取出，车载电池能够通过商用电源输入到车辆而充电。
此外，根据第二实施例，不需要输出商用AC电压的专用逆变器的，或者不需要已经以传统方式包括在AC-AC转换器中的电抗或电容器。因而，能够减小混合动力车辆的尺寸。
尽管本发明已经详细地描述和图示，但是，可以清楚理解到，这种描述和图示仅仅是通过说明和举例的方式进行的，而不是限制性方式。本发明的要旨和范围仅仅由权利要求的条款限制。
权利要求
1.一种车用电源系统，包括第一旋转电力机械，能够在从内燃机接收到机械动力时产生第一m相AC电力，其中m表示至少是3的自然数；第二旋转电力机械，用来在接收到在相数上等于所述第一m相AC电力的第二m相AC电力时驱动轮子；矩阵转换器，用于转换所述第一m相AC电力，并将所得的电力作为所述第二m相AC电力的至少一部分输出，其中，所述矩阵转换器包括连接在所述第一旋转电力机械的每一个m相输出和所述第二旋转电力机械的每一个m相输出之间的m×m开关元件。
2.根据权利要求1所述的电源系统，进一步包括电池；逆变器，用于转换从所述电池获得的DC电力，并将所得的电力作为所述第二m相AC电力的至少一部分输出。
3.根据权利要求2所述的电源系统，进一步包括第一开关，用于将所述电池电连接到所述逆变器；控制单元，用于控制所述矩阵转换器的电力转换，并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述第一开关的开和关。
4.根据权利要求2所述的车用电源系统，进一步包括控制单元，所述控制单元用于控制所述矩阵转换器的电力转换，并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述逆变器。
5.根据权利要求1所述的车用电源系统，其中，所述开关元件包括反向截止型绝缘栅二极晶体管。
6.根据权利要求1所述的车用电源系统，进一步包括第二开关，用于将所述矩阵转换器电连接到所述第二旋转电力机械；插座，连接在所述第二开关和所述矩阵转换器之间并且用于输出单相AC电力。
7.根据权利要求1所述的车用电源系统，进一步包括第三开关，用于将所述矩阵转换器电连接到所述第一旋转电力机械；插座，连接在所述第三开关和所述矩阵转换器之间并且用于从所述车辆的外部接收单相AC电力。
8.一种车辆，包括车用电源系统，其中，所述车用电源系统包括第一旋转电力机械，能够在从内燃机接收到机械动力时产生第一m相AC电力，其中m表示至少是3的自然数；第二旋转电力机械，用于在接收到在相数上等于所述第一m相AC电力的第二m相AC电力时驱动轮子；矩阵转换器，用于转换所述第一m相AC电力，并将所得的电力作为所述第二m相AC电力的至少一部分输出，所述矩阵转换器包括连接在所述第一旋转电力机械的每一个m相输出和所述第二旋转电力机械的每一个m相输出之间的m×m开关元件。
9.根据权利要求8所述的车辆，进一步包括电池；逆变器，用于转换从所述电池获得的DC电力，并将所得的电力作为所述第二m相AC电力的至少一部分输出。
10.根据权利要求9所述的车辆，进一步包括第一开关，用于将所述电池电连接到所述逆变器；控制单元，用于控制所述矩阵转换器的电力转换，并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述第一开关的开和关。
11.根据权利要求9所述的车辆，进一步包括控制单元，所述控制单元用于控制所述矩阵转换器的电力转换，并且与所述矩阵转换器的电力转换的状态相关联地控制所述逆变器。
12.根据权利要求8所述的车辆，其中，所述开关元件包括反向截止型绝缘栅二极晶体管。
13.根据权利要求8所述的车辆，进一步包括第二开关，用于将所述矩阵转换器电连接到所述第二旋转电力机械；插座，连接在所述第二开关和所述矩阵转换器之间，并且用于输出单相AC电力。
14.根据权利要求8所述的车辆，进一步包括第三开关，用于将所述矩阵转换器电连接到所述第一旋转电力机械；插座，连接在所述第三开关和所述矩阵转换器之间，并且用于从所述车辆的外部接收单相AC电力。
全文摘要
矩阵转换器(38)将从第一电动发电机(MG1)输入的三相AC电力直接转换成用于驱动第二电动发电机(MG2)的三相AC电力，并且输出所得的三相AC电力，而不需要对由第一电动发电机(MG1)产生的三相AC电力如在示例中使用传统的三相全波整流逆变器的方式进行一次整流成DC电力。在车用的电源系统(14)中，三相AC电力在两个电动发电机(MG1、MG2)之间更直接通过矩阵转换器的方式传输和接收。因而，与其中三相AC电力一次转换成DC电力的传统示例相比，能够降低电力损失。因而，具有改进的能量效率的车用电源系和包括电源该统的车辆能够提供。
文档编号H02M5/27GK1946587SQ20058001309
公开日2007年4月11日 申请日期2005年3月1日 优先权日2004年4月28日
发明者及部七郎斋, 石川哲浩 申请人:丰田自动车株式会社