混合动力车辆的制作方法

专利名称：混合动力车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力车辆，尤其是涉及适宜于串联式混合动力车辆的混合动力车辆。
背景技术：
所谓串联式混合动力车辆，例如日本专利公开公报特开平11-220806号(以下称作"专 利文献l")所示，是通过内燃机驱动发电机，将该发电机所产生的电力供应给电动机，通 过该电动机驱动驱动轮的车辆。在发电机与电动机之间串联连接有转换器与逆变器，利用 转换器将发电机生成的初级电流先转换为直流电流，再利用逆变器将所转换的直流电流转 回成交流的次级电流，供应给电动机。例如日本专利公开公报特开平2005-204370号(以下称作"专利文献2")所示的串联 式混合动力车辆，通过发动机驱动发电机，从该发电机将电力供应给电动机，由该电动机 驱动驱动轮。与并联式混合动力车辆所不同的是，在串联式混合动力车辆中，发动机专用 于发电，发动机产生的动力不会机械式地传递给驱动轮。另外，在专利文献2中，为了提高混合动力车辆的效率，公开了一种使用二极管整流 器对由发动机驱动的电动发电机的发电电流进行整流，从而降低发电系统的损失，以驱动 连接于车辆驱动系统的电动机的结构。专利文献l的结构中，由于供应给电动机的电流始终由转换器和逆变器进行转换，因 此，基于二次转换所造成的损失会一定程度地发生，存在从电源装置调用的电力增大的问 题。专利文献2所公开的己往例中，通过二极管整流器整流电动发电机的输出电流时，发 电系统的损失得到降低。但是，二极管整流器只能使电动发电机输出的电流向一个方向流动，因此，无法向 电动发电机供电以使其发挥作为发动机的起动机的功能。因此，为了在发动机起动时向电 动发电机供电，可考虑利用介于二极管整流器与电动机之间的逆变器的方法。但是，若釆 用该方法，存在如下的问题，即，在发动机起动时，即使需要电动机的驱动也无法驱动电 动机。另一方面，在车辆的运转状态下，逆变器需要的容量大幅变化，因此，在以远远小于 额定值的输出功率运转的运转区域中，对应于逆变器的负载率的降低，逆变器本身的效率 也降低相应的程度，因此，还存在无法高效利用逆变器的问题。发明内容本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种能够实现逆变器的有效利用与高效运 转的混合动力车辆。为了解决上述问题，本发明的混合动力车辆的特征在于，设置有由发动机驱动而产 生交流电流，而且在车辆起动时发挥作为驱动上述发动机的起动机的功能的电动发电机； 驱动上述车辆的电动机；整流上述电动发电机产生的交流电流的二极管整流器；连接于上 述二极管整流器与上述电动机之间的供电路径，并将该供电路径的直流电流转换为交流电 流的逆变器；连接于上述二极管整流器与上述逆变器之间的电源装置；串行地经由上述二 极管整流器与上述逆变器，将电流供应给车辆驱动用的电动机的第一供电路径；至少旁通 上述二极管整流器，可导通上述电动发电机与上述电源装置的第二供电路径；设置于上述 第二供电路径的交流转换器。本发明中，通过将二极管整流器连接于由发动机驱动的电动发电机，可以提高发电系 统的效率，构成损失较少的供电系统。而且，设置有至少旁通该二极管整流器的、可导通 电源装置与电动发电机的第二供电路径，且在该第二供电路径中设置有交流转换器，因此， 例如在需要由电动发电机进行发动机的发动时，可以将来自电源装置的电力经第二供电路 径供应给电动发电机。因此，需要向电动机供电时自不待言，即使在无需向电动机供电时， 也能够实现由电动发电机进行的发动机的发动。作为"交流转换器"，可以适宜地采用半导 体开关或矩阵转换器。上述结构中，较为理想的是，包括控制向上述第一供电路径及第二供电路径通电的控 制装置，上述控制装置包括，包含判定是否需要由上述电动发电机进行上述发动机的发动 的功能的、判定上述车辆的运转状态的运转状态判定部；在判定为需要上述发动时，将上 述电源装置的电力经由上述第二供电路径供应给上述电动发电机的发动控制部。采用该结 构，在产生由电动发电机进行发动的要求时，可以将来自电源装置的电力经由第二供电路 径供应给电动发电机。上述结构中，较为理想的是，上述交流转换器为半导体开关。采用该结构，以简单的 电子元件的构成，便可以实现向电动发电机的供电。另外，上述结构中，上述交流转换器也可为与上述第一供电路径并联设置的第二逆变器。上述结构中，较为理想的是，包括，可择一性地切换为经由上述第二逆变器将上述电 源装置连接于上述电动机的电动机供电模式和经由上述第二逆变器将上述电源装置连接 于上述电动发电机的起动机供电模式中的任一模式的开关装置。该结构中，通过将二极管整流器连接于由发动机驱动的电动发电机，可以提高发电系 统的效率，构成损失较少的供电系统。并且，设有两个与连接有二极管整流器的供电路径 并联连接的逆变器，因此，例如在发动机起动时需要电动机的驱动的情况下，可以由第一 逆变器驱动电动机，同时由第二逆变器驱动电动发电机。另外，由于设置有多个逆变器， 因此，在供电所需的电流较小的情况下，也可以通过断开一个逆变器，从而提高运转中的 逆变器的负载率，提高逆变器的效率，提高供电系统整体的效率。作为"开关装置"的部件， 除继电器开关，还可以适当地使用绝缘栅双极晶体管(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)等。上述结构中，上述开关装置也可为继电器开关。采用该结构，与采用绝缘栅双极晶体 管等时相比，可以构成损失较少的电路。另外，上述结构中，较为理想的是，包括，在切换上述继电器开关之际第二逆变器为 接通时，暂时断开上述第二逆变器，然后切换上述继电器开关的控制装置。采用该结构， 由于在作为开关装置的继电器开关处于未通电的状态下执行切换动作，因此，可以抑制继 电器开关的老化，实现寿命的延长。上述结构中，较为理想的是，包括，连接于上述开关装置的负荷用供电路径，和可从 上述第二逆变器接受供电地连接于上述负荷用供电路径的电气设备。采用该结构，在仅仅 使用第一逆变器便可以提供电力的运转区域中，通过从第二逆变器向规定的电气设备供 电，可以提高各逆变器的效率和维持运转率。上述结构中，较为理想的是，上述电气设备为ioov的交流电源装置。上述结构中，上述电气设备也可为车内空调单元。如上所述，本发明中，设置有多个逆变器，其中一个逆变器连接于电动发电机，可起 动发动机，因此，即使采用二极管整流器，也可以同时进行发动机的起动和车辆的驱动， 而且通过选择在电动机驱动时运转的逆变器，可以提高逆变器本身的效率，因此，可以达 到实现逆变器的有效利用与高效运转这样的显著效果。此外，上述结构中，较为理想的是，上述发动控制部，在上述车辆停止中判定为需要上述发动时，限制自上述逆变器流向上述电动机的驱动电流，同时将上述电源装置的电力 从上述逆变器经由上述第二逆变器供应给上述电动发电机。采用该结构，使用二极管整流器将来自电动发电机的初级电流转换为直流电流，因此， 能够大幅度地降低发电系统的损失。此外，由于与包括二极管整流器、电动发电机等的第 一供电路径并联地设置有第二供电路径，从该第二供电路径将电动发电机的初级电流波形 转换为次级电流供应给电动机，因此，从这方面来看，也能够大幅度地降低发电系统的损 失。并且，在车辆停止中产生由电动发电机进行发动的要求时，可以将来自电源装置的电 力从逆变器经由第二供电路径供应给电动发电机。而且，发动控制部限制从逆变器流向电 动机的电流，因此，不会出现停止时的车辆不经意地开始行驶的情况。上述结构中，较为理想的是，上述发动控制部，通过上述交流转换器将由上述电源装 置供应的直流电流转换为交流电流，供应给上述电动发电机。采用该结构，自电源装置经 由逆变器向第二供电路径输电时，来自逆变器的一部分电流便流到电动机。但是，从逆变 器输出的电流为直流，因此，即使该电流流到电动机，电动机也不会不经意地运转。因此， 无须设置特别的装置，便可以向电动发电机供电，安全地由电动发电机进行发动机的起动 (发动)。而且，由于无需在逆变器中进行复杂的转换控制，因此，控制得以简化，可靠 性也得到提高。上述结构中，较为理想的是，上述电动发电机为多相交流器，上述发动控制部，通过 上述逆变器将由上述电源装置输出的直流电流转换为高频的单相交流电流，然后通过上述 交流转换器转换为对应于该电动发电机的相数的多相交流电流，供应给上述电动发电机。 釆用该结构，在将电流从电源装置供应给多相交流器时，通过逆变器生成高频的单相交流 电流，因此，即使该电流流到电动机，电动机也不会不经意地运转。此外，由于可以通过 交流转换器运作电动发电机，因此，在车辆停止时，可以安全地由电动发电机进行发动机 的起动(发动)。另外，上述结构中，较为理想的是，包括设置于上述逆变器与上述电动机之间的开关， 上述发动控制部，在上述车辆停止中判定为需要上述发动时，在从上述电源装置向上述电 动发电机供电之前，进行切断上述开关的控制。如上所述，本发明中，由于使用二极管整流器将来自电动发电机的初级电流转换为直 流电流，因此，能够大幅度地降低发电系统的损失。此外，由于与包括二极管整流器、电 动发电机等的第一供电路径并联地设置有第二供电路径，从该第二供电路径将电动发电机 的初级电流波形转换为次级电流，供应给电动机，因此，从这方面来看，也能够大幅度地降低发电系统的损失。并且，在车辆停止中产生由电动发电机进行发动的要求时，可以将 来自电源装置的电力从逆变器经由第二供电路径供应给电动发电机。而且，在发动控制步 骤中，限制从逆变器流向电动机的电流，因此，不会出现停止时的车辆不经意地开始行驶 的情况。因此，采用本发明，在通过二极管整流器对发电机的发电电流进行整流的串联式 混合动力车辆中，以比较简单且廉价的结构，便可达到实现由发电机进行发动的显著效果。


图1为本发明第一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。 图2为表示该混合动力车辆的主要部分的布线图。 图3为表示图1所示的混合动力车辆的方框图。 图4为表示图1的实施方式中发动机起动时的控制例的流程图。 图5为表示图1的实施方式中发动机起动时的控制例的流程图。 图6为表示在图4以及图5的控制中，从开始发动动作到结束发动动作的期间的电流 流动的状态变化图。图7为逆变器的特性图。 图8为本发明另一实施例所涉及的电路图。图9为本发明第二实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。图10为表示图9的旁通电路的半导体开关细节的电路图。图11为表示作为图9所示的混合动力车辆的控制装置的控制单元的方框图。图12为表示第二实施方式所涉及的控制例的流程图。图13表示图12的流程图中的向电动发电机供电控制子程序的具体例，其中，(A)为该子程序的流程图、(B)为执行(A)的子程序时的通电特性图。图14表示图12的流程图中的向电动发电机供电控制子程序的具体例，其中，(A)为该子程序的流程图、(B)为执行(A)的子程序时的通电特性图。图15为本发明第三实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。图16为表示第三实施方式所涉及的由控制单元的各模块所进行的控制例的流程图。图17为表示图16的流程图中的供电控制子程序的具体例的流程图。
具体实施方式
以下，参照

本发明的最佳实施方式。不过，以下各实施方式中，同等部件标注相同的符号，并省略重复的说明。图1为本发明第一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图，图2为表示该混合动力车辆的主要部分的布线图。参照图1，本实施方式所涉及的混合动力车辆为具有发动机IO和由该发动机10驱动的电动发电机(MG) 20的串联式混合动力车辆。发动机10为例如多气缸四冲程汽油机，其具有由气缸盖与气缸体构成主要部分的 主体ll;形成在该主体11中的多个气缸12;将新鲜空气导入各气缸12的进气歧管14;以及将各气缸12中的已燃气体排出的排气歧管15。在主体11中，安装有对应于各气缸 12设置的燃料喷射阀16以及火花塞17。并且，通过使设置于各气缸12中的活塞升降， 来驱动连接于该活塞的曲轴10a。另外，在进气歧管14上，设置有用于调整新鲜气体流 量的节流阀18，该节流阀18由节流阀阀身的致动器19驱动。参照图l、图2，电动发电机20为连结于发动机10的曲轴10a的例如三相的多相电 动发电机，其由发动机10驱动从而输出交流电流，而且还通过输入交流电流从而发挥作 为起动发动机10的电动机的功能。在电动发电机20上，设置有检测其的输出电流的电动 发电机输出电流传感器SW1，和检测转速的电动发电机转速传感器SW2。电动发电机20连接于二极管整流器21。 二极管整流器21具有对应于电动发电机20 的相数n的多组二极管D1 D6。 二极管整流器21的输出端子连接于作为供电路径的DC 总线22。电容器Cl连接于DC总线22。另夕卜，DC总线22上连接有检测该DC总线22的电 压的DC总线电压传感器SW3。在本实施方式中，第一、第二逆变器23、 24并联连接于该DC总线22。各逆变器 23、 24分别具有对应于作为负载的多相电动机25的相数的多组元件Q11 Q16、 Q21 Q26。各元件Q11 Q16、 Q21 Q26分别由晶体管、二极管等构成。第一逆变器23连接于电动机25。电动机25连接于混合动力车辆的差速机构26，并 通过该差速机构26驱动混合动力车辆的后轮27侧的车轴28。另外，本实施方式中的电 动机25还发挥作为蓄电池再生用发电机的功能。第二逆变器24连接于作为开关装置的继电器开关29。该继电器开关29成为将第二 逆变器24连接于电动机25的通常运转用供电路径29a和将第二逆变器24连接于电动发 电机20的起动机运转用供电路径29b的接点，其将第二逆变器24择一性地连接于路径 29a、 29b的任意一个。其结果为，第二逆变器24可以根据运转状态，或者与第一逆变器23 —起使交流电流流向电动机25，或者与电动发电机20通电从而驱动发动时的发动机 10。此外，DC总线22上连接有电源装置30。电源装置30包括DC —DC转换器31和 连接于该DC—DC转换器31的蓄电池32。DC—DC转换器31具有升压用元件Ql、降压用元件Q2以及电抗器L。各元件Ql、 Q2包含晶体管，通过在规定时机接通/断开升压用元件Ql的晶体管，并保持断开降压用 元件Q2的晶体管，从而可蓄电于电抗器L以使蓄电池32侧成为高电压，使电流从蓄电 池32流向DC总线22，而且通过在规定时机接通/断开降压用元件Q2的晶体管，并保持 断开升压用元件Q1的晶体管，从而可使DC总线22侧成为高电压，使电流从DC总线 22流向蓄电池32。在电源装置30中，设置有检测流过蓄电池32的电流以作为蓄电池电流Ib的蓄电池 电流传感器SW4，和检测蓄电池32的电压以作为蓄电池电压Vb的蓄电池电压传感器 SW5。此外，在混合动力车辆中，为了检测该车辆的运转状态，设置有车速传感器SW6、 加速踏板开度传感器SW7以及制动传感器SW8。 图3为表示图1所示的混合动力车辆的方框图。参照图3，图1所示的混合动力车辆，通过作为控制装置的控制单元(PCM: Powertrain Control Module) 100进行控制。控制单元100为具有CPU、存储器等的微处理器，其通过程序模块，读取来自输入装置的检测信号，执行规定的运算处理并将控制信号输出至输出装置。另外，在图示的例子中，将控制单元100表示为一个单元，但作为具体的实施方式，也可以是将多个单元组合而成的模块组件。作为控制单元ioo的输入装置，包含，电动发电机输出电流传感器SW1、电动发电 机转速传感器SW2、 DC总线电压传感器SW3、蓄电池电流传感器SW4、蓄电池电压传 感器SW5、车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7以及制动传感器SW8。另外，作为控制单元100的输出装置，包含，燃料喷射阀16、火花塞17、节流阀致 动器19、第一、第二逆变器23、 24、继电器开关29以及DC—DC转换器31。另夕卜，虽 未具体图示，但还连接有为了控制发动机10的燃烧，安装于发动机10的各种传感器(水 温传感器、旋转角度传感器、节流阀开度传感器等)。在图示的例子中，控制单元100逻辑性地包括运转状态判定部101;执行发动机10的运转控制的燃烧控制部110;执行由继电器开关29的控制实现的供电控制的继电器 控制部lll;控制DC — DC转换器31的蓄电池控制部112;以及逆变器控制部113。运转状态判定部101，根据各传感器SW1 SW7的检测结果判定混合动力车辆的运 转状态。在本实施方式中，运转状态判定部101还具有判定混合动力车辆有无发动机运转 要求的功能。燃烧控制部110通过控制燃烧喷射阀16、火花塞17以及节流阀致动器19等，来控 制发动机10的转速，从而可控制电动发电机20的转速。继电器控制部111根据运转状态判定部101的判定结果，通过切换继电器开关29， 在电动机供电模式与起动机供电模式之间进行切换，其中，电动机供电模式是指将第二逆 变器24从通常运转用供电路径29a连接于电动机25;起动机供电模式是指将第二逆变器 24从起动机运转用供电路径29b连接于电动发电机20，以将电动发电机20作为电动机进行驱动，从而起动发动机io。蓄电池控制部112根据蓄电池电流传感器SW4以及蓄电池电压传感器SW5的输出， 通常情况下，发挥维持电源装置30使用时的蓄电池32的输出电流稳定、或者防止蓄电池 再生时的过电流的功能。逆变器控制部113根据运转状态判定部101的判定结果，控制第一、第二逆变器23、 24的接通/断开动作，将各逆变器23、 24的相对于供电对象的负荷状态控制在最佳状态。控制单元100根据运转状态判定部101的判定结果，控制发动机10、电动发电机20、 第一、第二的逆变器23、 24、电动机25、继电器开关29以及DC—DC转换器31等。 通过该控制，在车辆起动时或低转矩时的运转区域中，通过切换继电器开关29以使第二 逆变器23连接于电动机25，使蓄电池32的电力自第一、第二逆变器23、 24供应给电动 机25，从而基于蓄电池32的供电驱动车辆。而在要求负荷为中高转矩的运转区域中，通 过由继电器控制部111根据后述的流程图将继电器开关29切换到起动机供电模式，起动 发动机IO，将电动发电机20用作为发电机，在起动发动机10以后，利用自电动发电机 20供应的电流，主要从第一逆变器23，来驱动电动机25。以下，参照图4，对本实施方式中自发动机10未起动的运转区域起动发动机10的情 况下的控制例进行说明。图4以及图5为表示图1实施方式中发动机起动时的控制例的流程图。在图4以及图5所示的控制例中，运转状态判定部101根据蓄电池电压传感器SW5、 车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7以及制动传感器SW8等的输入装置的检测信号，判定发动机10的起动要求(步骤S1、 S2)。具体而言，在制动器未被踩下、而加 速踏板被踩下的车辆中高负荷运转区域中运转的情况下，判定为存在发动机10的起动要 求。在判定为存在发动机10的起动要求的情况下，运转状态判定部101判定第二逆变器 24是否为断开(步骤S3)。假若第二逆变器24为接通，则先将第二逆变器24断丌(步 骤S4)。在第二逆变器24为断开或者将第二逆变器24切换为断开的情况下，运转状态 判定部101判定继电器开关29是否为起动机供电模式(将第二逆变器24连接于电动发电 机20的模式)(步骤S5)。假若继电器开关29并非起动机供电模式亦即为电动机供电 模式(将第二逆变器24连接于电动机25的模式)，则继电器控制部111将继电器开关 29切换为起动机供电模式，使第二逆变器24连接于电动发电机20 (步骤S6)。在继电 器开关29为起动机供电模式或者切换为起动机供电模式的情况下，逆变器控制部113将 第一、第二逆变器24均设置为接通(步骤S7)。另外，此时，如DC总线22的电压Vdc 低于蓄电池32的电压Vb，则蓄电池控制部112执行DC —DC转换器31的升压动作。由 此，电流从电源装置30经由DC总线22流入第一、第二逆变器23、 24，从第一逆变器 23流出驱动电动机25的驱动电流，同时从第二逆变器24流出驱动电动发电机20的驱动 电流。其结果为，电动发电机20发挥作为电动机的功能，通过驱动发动机10的曲轴10a， 起动发动机IO，另一方面，电动机25与该发动机起动同步地被驱动，从而驱动车辆。如 上所述，在本实施方式中，通过采用多个逆变器23、 24，可以同时地执行由电动发电机 20进行的发动机10的起动动作和由电动机25进行的车辆的驱动动作。若发动机10被驱动，便待机至电动发电机20的转速Ne (即为发动机转速)达到规 定的起动速度N1以上(步骤S8)。若电动发电机20的转速Ne达到起动速度Nl，控制单元100便控制供应电流量， 以使电动发电机20的转速Ne保持为起动速度Nl (步骤S9)。具体而言，通过由蓄电池 控制部112执行的DC—DC转换器31的开关动作或由逆变器控制部113执行的第二逆变 器24的控制，来控制供应电流量。接着，燃烧控制部110根据公知的发动机控制方法控制发动机10的进气压、燃料喷 射量、燃料喷射时机以及点燃时机，执行发动机10的燃烧控制(步骤S10)。然后，控 制单元100待机至电动发电机20的转速Ne达到规定的起动结束速度N2以上(步骤S11)。若电动发电机20的转速Ne达到起动结束速度N2以上，逆变器控制部113便暂且 断开第二逆变器24 (步骤S12)，结束发动动作。然后，如图5所示，若电流停止，则继电器控制部111将继电器开关29切换为电动机供电模式(步骤S14)，然后，过渡到通常运转模式(步骤S15)，控制两个逆变器23、 24的接通/断开动作、DC—DC转换器31的开关动作等。在本实施方式中，即使将继电器 开关29切换为电动机供电模式后，通过根据运转状况接通/断丌操作第二逆变器24，也可 以提高第一逆变器23本身的效率，提高供电系统整体的效率。图6为表示在图4以及图5的控制中，从开始发动动作到结束发动动作的期间的电流 流动的状态变化图。在本实施方式中，由于使用继电器开关29进行运转模式的切换，因此与利用绝缘栅 双极晶体管的开关装置相比，损失较少，但供电中的切换会导致老化加速，并不理想。对 此，在本实施方式中，如图6所示，在需要切换运转模式的运转状况下，首先，断开继电 器开关29的通电(图4的步骤S4、步骤S12)，断开电流后，再切换继电器开关29 (图 4的步骤S6、图5的步骤S14)，然后重新通电。由此，既可以防止继电器开关29的老 化，又可以实现损失较少的电路结构。如上所述，本实施方式中，通过将二极管整流器21连接于由发动机IO驱动的电动 发电机20，可以提高发电系统的效率，构成损失较少的供电系统。而且，设置有两个与连 接有二极管整流器21的DC总线22并联连接的逆变器23、 24，电源装置30可通过继电 器开关29，经由第二逆变器24选择性地连接于电动发电机20以及电动机25，因此，例 如发动机起动时需要驱动电动机25的情况下，可以由第一逆变器23驱动电动机25，同 时由第二逆变器24驱动电动发电机20。图7为逆变器的特性图。参照图7，通常的逆变器，如图2所示的元件Q11 Q16、 Q21 Q26那样，具有二极管。因此，在负载率(输出电流)较低的运转区域中，具有效率显著下降的特性。关于 这一点，在本实施方式中，由于设置多个逆变器23、 24，因此，在供电所需的电流较小的 情况下，通过断开一个逆变器(主要为第二逆变器24)来运转，以提高运转中的逆变器的 负载率，提高逆变器本身的效率，也可以提高供电系统整体的效率。而且，在本实施方式中，采用继电器幵关29作为开关装置。因此，在本实施方式中， 与采用绝缘栅双极晶体管时相比，可以构成损失较少的电路。而且，在本实施方式中，在切换继电器开关29之际，当第二逆变器24为接通时， 暂时断开第二逆变器24后再切换继电器开关29，然后再接通第二逆变器24。这样，由于 在本实施方式中，在继电器开关29处于未通电的状态下执行切换动作，因此，可以抑制 继电器开关29的老化，实现寿命的延长。上述实施方式仅仅表示本发明的理想具体例，但本发明并不限定于上述实施方式。 图8为本发明另 一实施例所涉及的电路图。在图8所示的实施例中，采用可将第二逆变器24切换至三条路径的继电器开关29 作为开关装置，该继电器开关29连接负荷用路径29c。在该负荷用路径29c中，连接有电 气设备50，而且在该电气设备50与继电器开关29之间，连接有接通/断开用继电器开关 51。作为电器设备50，例如可以是车载用电源装置(例如AC100V或AC220V)或车内 空调。这样的电器设备50，在第二逆变器24无需向电动机25供电的运转区域中，通过 继电器控制部(相当于图3的继电器控制部111)的切换动作，接受来自第二逆变器24 的供电。由此，可以兼顾提高各逆变器23、 24的效率与维持运转率。另外，作为"开关装置"的部件，除继电器开关，还可以适当地使用绝缘栅双极晶体管等。以下，对本发明的其他实施方式进行说明。图9为本发明第二实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。参照图9，本实施方式所涉及的混合动力车辆中，由电动发电机20、 DC总线22以 及逆变器23构成三相的第一供电路径，另一方面，在电动发电机20与电动机25之间， 与第一供电路径并联设置有构成第二供电路径的旁通电路40。旁通电路40，包括对应于电动发电机20等的各相(u相、v相、w相)设置的AC 旁路开关41 43。图10为表示图9的旁通电路40的AC旁路开关41 43细节的电路图。参照图9、图10，各AC旁路开关41 43，具体而言，是由控制从电动发电机20 流向电动机25方向的电流的顺向用晶体管41a 43a和控制从电动机25流向电动发电机 20方向的电流的逆向用晶体管41b 43b两个为一组构成的半导体开关。各晶体管41a 43a、 41b 43b的接通/断开动作由控制单元100控制。参照图11，图9所示的混合动力车辆的控制单元100，与作为输入装置，为了控制 电动机25本身的运转状态或供电方法等而设置在电动机25中的电动机电流传感器SW9 和电动机转速传感器SW10相连接。另外，作为控制单元100的输出装置，除燃料喷射阀16、火花塞17、节流阀致动器 19、电动发电机20、 二极管整流器21、逆变器23以外，还包含AC旁路开关41 43。在图9的实施方式中，控制单元IOO逻辑性地构成运转状态判定部101，关于是否需要由电动发电机20进行发动机IO的发动，也通过该运转状态判定部101进行判定。在控 制单元100的存储器中，预先存储有通过实验等所获得的判定是否需要发动的数据图，根 据车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7、制动传感器SW8、蓄电池电压传感器 SW5的输出值，来判定是否需要发动。此外，在图9的实施方式中，控制单元100逻辑性地构成发动控制部114。 发动控制部114是掌管使用电动发电机20起动发动机10的控制的逻辑性模块。在 本实施方式中，发动控制部114还掌管由电动发电机20进行发动机IO的发动动作之际向 电动发电机20供电时的电流值，逆变器23以及由AC旁路开关41 43进行的开关控制， 由此，可以通过逆变器23将自电源装置30输出的直流电流转换为单相的交流电流，或者 保持直流的状态流向AC旁路开关41 43，或者使用AC旁路开关41 43将流过旁通电 路40的电流转换为三相交流电流。图12为表示本实施方式所涉及的由控制单元100的各模块所进行的控制例的流程图。参照图12，本实施方式中的控制单元IOO在车辆停止中也监控来自各输入装置的信 号。在该状态下，读取车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7、制动传感器SW8、 蓄电池电压传感器SW5的输出值(步骤S21)，将这些输出结果与预先测量的发动条件 进行对照，从而判定是否需要由电动发电机20进行发动(步骤S22)。假若判定为不需要发动动作的情况下，执行向电动机25供电控制子程序(步骤S27)， 然后进入步骤S21。向电动机25供电控制子程序S27与公知的构成同样地，采用经过作 为第一供电路径的二极管整流器21、逆变器23等进行的初级电流Gi的转换来生成适于 电动机25的驱动的次级电流Di，并供应给电动机25的方法，但在本实施方式中，由于 设置有作为第二供电路径的旁通电路40，因此也可以根据运转状况，使用旁通电路40， 将来自电动发电机20的初级电流Gi通过AC旁路开关41 43转换为次级电流Di，并供 应给电动机25。另一方面，在步骤22中判定为需要发动动作的情况下，控制单元100进而判定车辆 是否在停止中(步骤S24)。假若车辆为停止中的情况下，执行后面详述的向电动发电机20供电控制子程序(步 骤S25)，通过该子程序执行发动机10的发动。接着判定发动是否结束(步骤S26)， 在未结束的情况下，进入步骤S24，而在结束的情况下，执行步骤S27的子程序。在本实 施方式中，步骤S24或步骤S26中的判定，是通过检测发动机10的转速是否在规定值以下来进行判定的。另一方面，在步骤S24中车辆为行驶中的情况下，控制单元IOO执行向电动发电机 20及电动机25二者供电的控制。具体而言，运算电动发电机20的驱动所需的三相交流 电流和电动机25的驱动所需的三相交流电流的合成波(步骤S28)，通过逆变器23转换 从电源装置30输出的直流电流，以输出运算出的合成波(步骤29)。由此，电动机25 通过合成波中用于驱动该电动机25的交流成分而被驱动。此外，控制单元IOO控制AC 旁路开关41 43，以将合成波转换为适于驱动电动发电机20的三相交流电流。其结果为， 电动发电机20也由适宜的电流驱动，从而发动发动机IO (歩骤S30)。然后，进入步骤 S26，重复上述处理。图13以及图14分别表示图12的流程图中的向电动发电机20供电控制子程序的具 体例，(A)为该子程序的流程图，(B)为执行(A)的子程序时的通电特性图。首先，在图13的(A)、 (B)所示的例子中，将自电源装置30输出的直流电流直接 从逆变器23流入旁通电路40的AC旁路开关41 43 (步骤S251)，并通过AC旁路开 关41 43将直流电流转换为交流电流，从而利用电动发电机20输出驱动转矩(步骤 S252)。具体而言，如图13的(B)所示，向三相中的一条线路(图示例子中为u相)供应 正电压，向其他线路(v相、w相)供应负电压，从而作为一个整体，以直流电流流动的 状态控制电源装置30。在图示的例子中，，将施加正电压的线路的电压的绝对值设定为施 加负电压的线路的电压n (V)的绝对值的两倍。另外，图13的(B)的方式仅为一例， 例如，正电压也可为多条线路。如上所述，作为发动控制步骤(步骤S25)，采用将电源装置30供应的直流电流通 过AC旁路开关41 43转换为交流电流并供应给电动发电机20的步骤的情况下，从电源 装置30经过逆变器23向旁通电路40输电时，部分电流便从逆变器23流到电动机25。 但是，从逆变器23输出的电流为直流，因此，即使该电流流到电动机25，电动机25也 不会不经意地运转。因此，无须设置特别的装置，便可以向电动发电机20供电，安全地 由电动发电机20进行发动机IO的起动(发动)。而且，由于无需在逆变器23中进行复 杂的转换控制，因此，控制得以简化，可靠性也得到提高。另一方面，在图14的(A) 、 (B)的具体例中，自电源装置30将电力供应给逆变 器23 (步骤S501)，通过逆变器23，如图14的(B)所示，例如转换为依照u相、v 相、w相的顺序流动的单相交流电流(步骤S502)，利用AC旁路开关41 43将该单相交流电流转换为适于电动发电机20的驱动的交流电流，供应给电动发电机20 (步骤 S503)。在图14的(A) 、 (B)的具体例中，自逆变器23输出的单相交流电流也供应 给电动机25，但由于电动机25为多相电动机，不会被图14的(B)所示的单相交流电流 所驱动，因此，电动机25不会不经意地运转。如上所述，电动发电机20为多相交流器，若发动控制步骤(步骤S25)为通过逆变 器23将自电源装置30输出的直流电流转换为高频的单相交流电流后，利用AC旁路开关 41 43转换为对应于该电动发电机20的相数的多相交流电流并供应给电动发电机20的 步骤的情况下，在将电流自电源装置30供应给电动发电机(多相交流器)20时，通过逆 变器23生成高频的单相交流电流，因此，即使该电流流到电动机25，电动机25也不会 不经意地运转。此外，由于可以通过AC旁路开关41 43运作电动发电机20，因此，在 车辆停止时，可以安全地由电动发电机20进行的发动机10的起动(发动)。如上所述，第二实施方式的混合动力车辆，具有内燃机10;由内燃机10驱动，可 产生交流的初级电流Gi，而且通过所供给的交流电流可输出转矩的电动发电机20;将初 级电流Gi转换为直流电流的二极管整流器21;将二极管整流器21整流后的直流电流可 转换为交流的次级电流Di的逆变器23;以及连接于二极管整流器21与逆变器23之间的 电源装置30，该混合动力车辆中，设置有:串行地经由二极管整流器21与逆变器23而 将电流供应给车辆驱动用的电动机25的第一供电路径；将初级电流Gi可导通给电动机 25，与第一供电路径并联设置的第二供电路径；设置于第二供电路径中，可转换初级电流 Gi的波形的AC旁路开关41 43;以及控制各供电路径的通电的控制单元100，其中， 控制单元100，具有包含判定是否需要由电动发电机20进行发动机10的发动的功能的、判定车辆运转状态的运转状态判定部101;在车辆停止中判定为需要发动的情况下，限制从逆变器23流向电动机25的驱动电流，并将电源装置30的电力自逆变器23经由第二供 电路径供应给电动发电机20的发动控制部114。该混合动力车辆的控制方法中，如图12 14所示，包括判定车辆的运转状态的运 转状态判定步骤(步骤S21);判定是否需要发动发动机10的是否需要发动判定步骤(步 骤S22);在车辆停止中判定为需要发动发动机10的情况下(步骤S22、 S24中的判定 均为YES时)，限制自逆变器23流向电动机25的驱动电流，同时将电源装置30的电力 自逆变器23经由第二供电路径供应给电动发电机20的发动控制步骤(步骤S5的通电控 制子程序)。因此，本实施方式中，使用二极管整流器21将来自电动发电机20的初级电 流Gi转换为直流电流，所以能够大幅度地降低发电系统的损失。此外，由于与包括二极管整流器21、电动发电机20等的第一供电路径并联设置作为第二供电路径的旁通电路40， 可从该旁通电路40将电动发电机20的初级电流Gi进行波形转换，供应给电动机25，因 此，从这方面来看，也能够大幅度地降低发电系统的损失。并且，在车辆停止中产生由电 动发电机20进行发动的要求时，可以将来自电源装置30的电力从逆变器23经由旁通电 路40供应给电动发电机20。而且，在发动控制步骤(步骤S25的通电控制子程序)中， 限制从逆变器23流向电动机25的通电，因此，不会出现停止时的车辆不经意地开始行驶 的情况。上述实施方式仅仅表示本发明的理想具体例，但本发明并不限定于上述实施方式。图15为本发明第三实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。参照图15，在该图所示的实施方式中，与图9的构成不同之处在于在逆变器23与电动机25之间设置三相的供电开关50，该供电开关50可通过控制单元100开闭控制。 图16为表示图15的实施方式所涉及的由控制单元100的各模块所进行的控制例的流程图。参照图16，在采用图15的混合动力车辆的情况下，与图12的流程图不同之处在于 当步骤S4中判定车辆为停止中时，切断供电开关50;当判定车辆为行驶中时，连接供电 开关50。在车辆停止中，由于供电开关50被切断，因此，即使自电源装置30向逆变器23供 电，电流也不会流到电动机25。因此，在步骤S5的供电控制子程序中，也能够执行简单的控制。 图17为表示图16的流程图中的供电控制子程序的具体例的流程图。 参照图17，在该控制例中，电力自电源装置30供应给逆变器23 (步骤S511)，逆 变器23将所供应的直流电流转成为适用于电动发电机20的驱动的三相的交流电流(步骤 S512)。另一方面，旁通电路40的AC旁路开关41 43变成接通，以将所供应的交流 电流直接供应给电动发电机20，因此，由逆变器23转换的交流电流从旁通电路40供应 给电动发电机20。如上所述，在图15 图16所示的实施方式中，还具有先于发动控制步骤(步骤S5 的供电控制子程序)的、切断第一供电路径与电动机25之间路径的供电切断步骤(步骤 S20)。这样，通过供电切断步骤(步骤S20)阻止向电动机25的供电，因此，在车辆停 止时，可以安全地实现由电动发电机20进行发动机10的起动(发动)。在上述实施方式中，旁通电路40可以釆用可转换初级电流Gi的波形的各种转换电路，例如，也可以由具有双向的接通/断开开关的、在输入侧配备滤波电路的矩阵转换器 (Matrix Converter)构成。此外，在图12的流程图中，也可以省略步骤S30，将电动发电机20与电动机25的 合成波直接供电给电动发电机20。综合上述，本发明的混合动力车辆，其特征在于，设置有由发动机10驱动而产生 交流电流，而且在车辆起动时发挥作为驱动发动机10的起动机的功能的电动发电机20; 驱动车辆的电动机25;整流电动发电机20产生的交流电流的二极管整流器21;连接于二 极管整流器21与电动机25之间的供电路径中，并将该供电路径的直流电流转换为交流电 流的逆变器23;连接于二极管整流器21与逆变器23之间的电源装置30;串行地经由二 极管整流器21与逆变器23，将电流供应给车辆驱动用的电动机25的第一供电路径；至 少旁通二极管整流器21，可导通电动发电机20与电源装置30的第二供电路径(图1中 的第二逆变器24、继电器开关29、起动机运转用供电路径29b等，或者图9中的旁通电 路40);设置于第二供电路径中的交流转换器(图1中的第二逆变器24，或者图9中的 AC旁路开关41 43)。因此，在上述各实施方式中，通过将二极管整流器21连接于由 发动机10驱动的电动发电机20,可以提高发电系统的效率，构成损失较少的供电系统。 而且，由于设置有至少旁通该二极管整流器21的、可导通电源装置30与电动发电机20 的第二供电路径，且在该第二供电路径中设置有交流转换器，因此，例如在需要由电动发 电机20进行发动机10的发动时，可以将来自电源装置30的电力经第二供电路径供应给 电动发电机20。因此，需要向电动机25供电时自不待言，即使在无需向电动机25供电 时，也能够实现由电动发电机20进行的发动机10的发动。作为"交流转换器"，除图l所 示的第二逆变器24或图9所示的由半导体开关构成的AC旁路开关41 43以外，还可以 适宜地采用矩阵转换器。在上述各实施方式中，配备控制向第一供电路径及第二供电路径供电的控制单元 100，控制单元IOO，具有包含判定是否需要由电动发电机20进行发动机10的发动的 功能的、判定车辆的运转状态的运转状态判定部101;在判定为需要发动的情况下，将电 源装置30的电力经由第二供电路径供应给电动发电机20的装置(例如图9中的发动控制 部114)。因此，在上述各实施方式中，当产生由电动发电机20进行发动的要求时，可 以将来自电源装置30的电力自逆变器23经由第二供电路径供应给电动发电机20。在图9所示的实施方式中，交流转换器为半导体开关。因此，在图9所示的实施方式 中，以简单的电子元件的构成，便可以实现向电动发电机20的供电。除此之外，也可以如图1的实施方式所示那样，由与第一供电路径并联设置的逆变器24构成交流转换器。 而且，旁通电路40可以采用可转换初级电流Gi的波形的各种转换电路，例如，也可以由具有双向的接通/断开开关的、在输入侧配备滤波电路的矩阵转换器构成。此外，在图12、图16的流程图中，也可以省略歩骤SIO，将电动发电机20与电动 机25的合成波直接供电给电动发电机20。另外，毋庸置疑，在本发明的专利请求范围内，可进行各种各样的变更。
权利要求
1.一种混合动力车辆，其特征在于，包括电动发电机，由发动机驱动而产生交流电流，而且在车辆起动时发挥作为驱动所述发动机的起动机的功能；电动机，驱动所述车辆；二极管整流器，整流所述电动发电机产生的交流电流；逆变器，连接于所述二极管整流器与所述电动机之间的供电路径，并将该供电路径的直流电流转换为交流电流；电源装置，连接于所述二极管整流器与所述逆变器之间；第一供电路径，串行地经由所述二极管整流器与所述逆变器，将电流供应给所述电动机；第二供电路径，至少旁通所述二极管整流器，可导通所述电动发电机与所述电源装置；交流转换器，设置于所述第二供电路径。
2. 根据权利要求l所述的混合动力车辆，其特征在于 还包括控制向所述第 一供电路径及所述第二供电路径通电的控制装置， 所述控制装置，包括，包含判定是否需要由所述电动发电机进行所述发动机的发动的功能的、判定所述车辆 的运转状态的运转状态判定部；在判定为需要所述发动时，将所述电源装置的电力经由所述第二供电路径供应给所述 电动发电机的发动控制部。
3. 根据权利要求l所述的混合动力车辆，其特征在于-所述交流转换器为半导体开关。
4. 根据权利要求l所述的混合动力车辆，其特征在于 所述交流转换器为与所述第一供电路径并联设置的第二逆变器。
5. 根据权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于还包括，可择一性地切换为经由所述第二逆变器将所述电源装置连接于所述电动机的 电动机供电模式和经由所述第二逆变器将所述电源装置连接于所述电动发电机的起动机 供电模式中的任一模式的开关装置。
6. 根据权利要求5所述的混合动力车辆，其特征在于 所述开关装置为继电器开关。
7. 根据权利要求6所述的混合动力车辆，其特征在于还包括，在切换所述继电器开关之际第二逆变器为接通时，暂时断开所述第二逆变器， 然后切换所述继电器开关的控制装置。
8. 根据权利要求5 7中任一项所述的混合动力车辆，其特征在于还包括，连接于所述开关装置的负荷用供电路径，和可从所述第二逆变器接受供电地 连接于所述负荷用供电路径的电气设备。
9. 根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于所述电气设备为ioov的交流电源装置。
10. 根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于 所述电气设备为车内空调单元。
11. 根据权利要求2所述的混合动力车辆，其特征在于所述发动控制部，在所述车辆停止中判定为需要所述发动时，限制从所述逆变器流向 所述电动机的驱动电流，同时将所述电源装置的电力从所述逆变器经由所述第二逆变器供 应给所述电动发电机。
12. 根据权利要求ll所述的混合动力车辆，其特征在于所述发动控制部，通过所述交流转换器将由所述电源装置供应的直流电流转换为交流 电流，供应给所述电动发电机。
13. 根据权利要求ll所述的混合动力车辆，其特征在于 所述电动发电机为多相交流器，所述发动控制部，通过所述逆变器将由所述电源装置输出的直流电流转换为高频的单 相交流电流，然后通过所述交流转换器转换为对应于该电动发电机的相数的多相交流电 流，供应给所述电动发电机。
14. 根据权利要求11 13中任一项所述的混合动力车辆，其特征在于 包括设置于所述逆变器与所述电动机之间的开关，所述发动控制部，在所述车辆停止中判定为需要所述发动时，在从所述电源装置向所 述电动发电机供电之前，进行切断所述开关的控制。
全文摘要
本发明的混合动力车辆，能够实现逆转器有效利用与高效运转，其包括产生交流电流或者输出转矩的电动发电机(20)；驱动车辆的电动机(25)；整流电动发电机(20)产生的交流电流的二极管整流器(21)；连接于二极管整流器(21)与电动机(25)之间的供电路径，将该供电路径中的直流电流转换为交流电流的逆变器(23)；连接于二极管整流器(21)与逆变器(23)之间的电源装置(30)；串行地经由二极管整流器(21)与逆变器(23)，将电流供应给车辆驱动用的电动机(25)的第一供电路径；至少旁通二极管整流器(21)，可导通电动发电机(20)与电源装置(30)的第二供电路径；设置于第二供电路径的交流转换器(24)。
文档编号B60L11/08GK101332776SQ20081012505
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者濑尾宣英, 米盛敬, 藤田英明, 赤木泰文, 齐藤行平 申请人:马自达汽车株式会社