專利名稱：具有改進的能量效率的車用電源系統和包括該電源系統的車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及車用電源系統和包括該電源系統的車輛。更具體地涉及采用執行AC(交流電)-AC轉換的矩陣轉換器的車用電源系統以及包括該電源系統的車輛。
背景技術：
在能源節約和環境問題近來日益感興趣的背景下，比較關注混合動力車輛。混合動力車輛已經實用化和商業應用了。
混合動力車輛是除了用作傳統的內燃機的發動機之外，還具有DC(直流電)電源、逆變器和由作為電源的逆變器驅動的電動機的車輛。即，混合動力車輛不僅通過驅動發動機而且還通過使用逆變器將來自DC電源的DC電壓轉換成AC電壓使得用所獲得的AC電壓使電動機旋轉而獲得機械動力源。
特開2002-374604號公報公開一種這樣混合動力車輛的配置示例。根據該配置，混合動力車輛包括發電用的電動發電機和驅動用的電動發電機。發電用的電動發電機使用由發動機產生的一部分機械動力產生電力，所產生的電力反過來用于驅動用的電動發電機中。輪子從發動機和驅動用電動發電機接收機械動力，然后旋轉。
在混合動力車輛中，需要利用由車載發電用電動發電機產生的電力作為商用電源。即，當商用電源設備在諸如宿營的附近不能夠獲得時或當發生電力故障時，利用混合動力車輛作為商用電源。
另一方面，還需要用來自外部商用電源的電力提供給混合動力車輛。即，盡管能夠通過使用來自發動機的機械動力由發電機產生電力，用作DC電源的電池由外部商用電源充電，使得能夠在不操作發電機的情況下，使用車輛中的電氣設備。
特開2002-374604號公報和特開2000-278808號公報公開了AC100V的插座。此外，下面的文件還示出
背景技術：
特開2002-534050號公報；Patrick W.Wheel等人“Matrix ConverterA Technology Review”，IEEETRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS，2002年4月，第49卷，第2號，第276頁-288頁。
圖9示出傳統的混合動力車輛的能量傳遞。
參照圖9，傳統的混合動力車輛包括發動機502、電動發電機MG1、連接到電動發電機NG1的逆變器537、電動發電機MG2和連接到電動發電機MG2的逆變器536。
混合動力車輛進一步包括電池512、使施加到電池兩端的電壓穩定的電容器C501、連接到發動機502和電動發電機MG1和MG2的行星齒輪516、由行星齒輪516驅動的輪胎520。
行星齒輪516連接到電動發電機MG1、MG2和發動機502，并且用作在這三個部件之間分割動力的分動裝置。
如在圖9中所示，在正常的行駛狀態下，盡管如箭頭P3所示，由發動機502的旋轉產生的能量部分地用于驅動輪胎，但能量大多數如用箭頭P1所示用于使電動發電機MG1旋轉，使得產生電力。
由電動發電機MG1產生的三相AC電力由逆變器轉換成DC電力一次。從逆變器537輸出的DC電力存儲在電池512或電容器C501中。同時，逆變器536從電池512和電容器C501接收DC電力，并且驅動電動發電機MG2。如用箭頭P2所示，來自電動發電機MG2的旋轉能量驅動輪胎520。
換言之，在傳統的混合動力車輛中，大多數能量從發動機傳輸到電動發電機MG1。然后，所產生的電力從AC轉換成DC，并且再次由逆變器536從DC轉換成AC，最終轉換成電動發電機MG2的機械動力。
以這方式，動力從電動發電機MG1通過逆變器537、536傳輸到電動發電機MG2的傳輸路徑通過逆變器兩次，這導致差的電力轉換效率。此外，當由電動發電機MG1產生的電力由逆變器537轉換成DC時，電力一次存儲在電池512或電容器C501，在這情況下，電池的壽命和需要較大的電容器是所關心的問題而且，特開2002-374604號公報提供一種AC100V專用的附加電力轉換器，以為了從車輛輸出AC100V。即，所存在的一個缺點是必須有專用的電力轉換器，以為了從混合動力車輛輸出AC100V商用電力。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有改進的能量效率的車用電源系統和包括該電源系統的車輛。
總之，根據本發明的車用電源系統包括能夠在從內燃機接收機械動力時產生第一m相AC電力的第一旋轉電力機械，其中m表示至少是3的自然數；在接收在相數上等于所述第一m相AC電力的第二m相AC電力時驅動輪子的第二旋轉電力機械；轉換所述第一m相AC電力，輸出作為所述第二m相AC電力的至少一部分的所得的電力的矩陣轉換器。矩陣轉換器包括在所述第一旋轉電力機械的每一個m相輸出和所述第二旋轉電力機械的每一個m相輸出之間連接的m×m開關元件。
優選地，車用電源系統進一步包括電池和轉換從所述電池獲得的DC電力并輸出作為所述第二m相AC電力的至少一部分的所得的電力的逆變器。
更優選地，車用電源系統進一步包括將所述電池電連接到所述逆變器的第一開關和控制所述矩陣轉換器的電力轉換并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述第一開關的開和關的控制單元。
優選地，車用電源系統進一步包括控制所述矩陣轉換器的電力轉換并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述逆變器的控制單元。
優選地，開關元件包括反向截止型絕緣柵二極晶體管。
優選地，車用電源系統進一步包括將所述矩陣轉換器電連接到所述第二旋轉電力機械的第二開關和在所述第二開關和所述矩陣轉換器之間連接并且輸出單相AC電力的插座。
優選地，車用電源系統進一步包括將所述矩陣轉換器電連接到所述第一旋轉電力機械的第三開關和在所述第三開關和所述矩陣轉換器之間連接并且從車輛外部接收單相AC電力的插座。
根據本發明另一方面的一種車輛包括車用電源系統，車用電源系統包括能夠在從內燃機接收機械動力時產生第一m相AC電力的第一旋轉電力機械，其中m表示至少是3的自然數；在接收在相數上等于所述第一m相AC電力的第二m相AC電力時驅動輪子的第二旋轉電力機械；轉換所述第一m相AC電力，輸出作為所述第二m相AC電力的至少一部分的所得的電力的矩陣轉換器。所述矩陣轉換器包括在所述第一旋轉電力機械的每一個m相輸出和所述第二旋轉電力機械的每一個m相輸出之間連接的m×m開關元件。
優選地，車用電源系統進一步包括電池和轉換從所述電池獲得的DC電力并輸出作為所述第二m相AC電力的至少一部分的所得的電力的逆變器。
更優選地，車用電源系統進一步包括將所述電池電連接到所述逆變器的第一開關和控制所述矩陣轉換器的電力轉換并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述第一開關的開和關的控制單元。
更優選地，車用電源系統進一步包括控制單元，所述控制單元控制所述矩陣轉換器的電力轉換并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述逆變器。
優選地，開關元件包括反向截止型絕緣柵二極晶體管。
優選地，車用電源系統進一步包括將所述矩陣轉換器電連接到所述第二旋轉電力機械的第二開關和在所述第二開關和所述矩陣轉換器之間連接并且輸出單相AC電力的插座。
優選地，車用電源系統進一步包括將所述矩陣轉換器電連接到所述第一旋轉電力機械的第三開關和在所述第三開關和所述矩陣轉換器之間連接并且從所述車輛的外部接收單相AC電力的插座。
因而，本發明的主要優點是能夠降低電力損失，這是因為兩個旋轉電力機械之間的電力傳輸和接收更直接。
此外，本發明的另外的優點是車輛能夠具有更小的尺寸，這是因為所示的電力轉換器不是必要的。
圖1是根據第一實施例的混合動力車輛1配置的示意圖；圖2是示出圖1中的車用電源系統14配置的電路圖；圖3是示出用在矩陣轉換器中的開關元件第一示例的電路圖；圖4是表示開關元件第二實施例的開關元件SWB的電路圖；圖5示出表示開關元件第三示例的開關元件SWC的配置；圖6是示出表示開關元件第四示例的開關元件SWD的配置的電路圖；圖7是示出在圖2中示出的車用電源系統的變形的電路圖；圖8是根據第二實施例的車用電源系統114的配置的電路圖；圖9示出在傳統的混合動力車輛中的能量傳輸。
具體實施例方式
以下，參照附圖，將描述本發明的實施例。相同的元件具有相同的參考符號。因而，其詳細的描述將不再重復。
第一實施例圖1是示出根據第一實施例的混合動力車輛1的配置的示意圖。
參照圖1，混合動力車輛1包括前輪20R、20L、后輪22R、22L、發動機2、行星齒輪16、車用電源系統14、差動齒輪18和齒輪4、6。
車用電源系統14包括設置在車輛后部的電池12、對來自電池12的DC電力進行升壓的升壓單元32、將DC電力傳輸到升壓單元32或從升壓單元32接收DC電力的逆變器36、在通過行星齒輪16接收到發動機2的機械動力時產生電力的電動發電機MG1、具有連接到行星齒輪16的旋轉軸的電動發電機MG2和連接到電動發電機MG1、MG2和逆變器36的并且執行AC-AC轉換的矩陣轉換器38。
行星齒輪16具有第一旋轉軸到第三旋轉軸。第一旋轉軸連接到發電機2，第二旋轉軸連接到電動發電機MG1，第三旋轉軸連接到電動發電機MG2。
齒輪4附著于第三旋轉軸，齒輪4通過驅動齒輪6將機械動力傳輸到差動齒輪18。差動齒輪18將從齒輪6接收的機械動力傳輸到前輪20R、20L，并且通過齒輪6和4將前輪20R、20L的旋轉動力傳輸到行星齒輪的第三旋轉軸。
行星齒輪16用來在發動機2和電動發電機MG1、MG2中分割機械動力。即，如果設定三個旋轉軸中的兩個旋轉軸的旋轉，其余一個旋轉軸的旋轉自動地設定。因而，當發電機2在獲得最高效率的范圍內運轉時，電動發電機MG1的發電量受到控制，電動發電機MG2受到驅動。車速因而得到控制，作為總體實現獲得高能量效率的車輛。
用作DC電源的電池12例如構造成諸如鎳金屬氫電池或鋰離子電池的二次電池。電池12用DC電力供應升壓單元32，并且用來自升壓單元32的DC電力充電。
升壓單元32對從電池12接收的DC電壓升壓，并且將升壓后的DC電壓供應到逆變器36。逆變器36將所供應的DC電壓轉換到AC電壓，并且在發動機啟動時控制電動發電機MG1的驅動。在啟動發動機之后，由電動發電機MG1產生的AC電力由逆變器36轉換成DC，然后轉換成適合于由升壓單元32對電池12充電的電壓，由此，對電池進行充電。
由MG1產生的三相AC電力通過矩陣轉換器38傳輸到電動發電機MG2。電動發電機MG2輔助發動機2驅動前輪20R、20L。
圖2是示出圖1中的車用電源系統14的配置的電路圖。
參照圖2，車用電源系統14包括升壓單元32、逆變器36、矩陣轉換器38、控制單元40、電壓傳感器42至46、控制器48、電容器C1、C2、電阻R、電源線L1、L2、L4、開關S1、接地線L3、U相線LU1、LU2、V相線LV1、LV2和W相線LW1、LW2。
電動發電機MG1用作三相AC同步電動發電機，并且連接到U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1。當啟動發動機2時，電動發電機MG1用從U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1接收的電力產生驅動力。在啟動發動機2之后，電動發電機MG1通過行星齒輪16從圖1中的發動機2接收機械動力，并且將機械動力轉換成AC電力。然后，電動發電機MG1將所獲得的AC電力輸出到U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1。
電動發電機MG2用作三相AC同步電動機，并且連接到U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1。電動發電機MG2用從U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1接收的AC電力產生驅動力。電動發電機MG2在減速時進行再生制動。即，電動發電機MG2將機械動力從輪胎轉換到電力，然后將電力輸出到U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1。
注意，電動發電機MG1和MG2包括用于分別檢測其旋轉位置的旋轉位置傳感器50和52。
升壓單元32包括IGBT元件Q11、Q12、二極管D11、D12和電抗L。
IGBT元件Q11、Q12串聯連接在電源線L2和接地線L3之間，并且在每一個柵極從控制單元40接收控制信號。二極管D11連接在IGBT元件Q11的集電極和發射極之間，使得從發射極到集電極的方向是正向。二極管D12連接在IGBT元件Q12的集電極和發射極之間，使得從發射極到集電極的方向是正向。
電源線L1連接到電池12的正極。電抗L的一端連接到電源線L1。電抗L的另一端連接到IGBT元件Q11的發射極和IGBT元件Q12的集電極。
電抗L根據IGBT元件Q12的開關操作存儲流經線圈的電流作為磁場能，使得對來自電池12的電壓進行升壓。所升壓的DC電壓通過二極管D11與IGBT元件Q12的截至時刻同步地供應到電源線L2。
以這方式，升壓單元32基于來自控制單元40的控制信號對從電池12接收的DC電壓進行升壓，然后將所升壓的電壓供應到電源線L2。另一方面，升壓單元32將從逆變器36接收的DC電壓降低到適合于充電電壓的水平，以為了對電池12進行充電。
電容器C1連接在電源線L1和接地線L3之間，減少源自電壓波動對電池12和升壓單元32的影響。
開關S1連接在電源線L4和電源線L2之間，開關S1的連接/斷開由控制單元40控制。
逆變器36包括并聯連接在電源線L4和接地線L3之間的U相臂36U、V相臂36V和W相臂36W。
U相臂36U包括串聯連接在電源線L4和接地線L3之間的IGBT元件Q31、Q32、使得從IGBT元件Q31的發射極到集電極的方向是正方向的并聯連接的二極管D31、使得從IGBT元件Q32的發射極到集電極的方向是正向的并聯連接的二極管D32。
V相臂36V包括串聯連接在電源線L4和接地線L3之間的IGBT元件Q33、Q34、使得從IGBT元件Q33的發射極到集電極的方向是正方向的并聯連接的二極管D33、使得從IGBT元件Q34的發射極到集電極的方向是正向的并聯連接的二極管D34。
W相臂36W包括串聯連接在電源線L4和接地線L3之間的IGBT元件Q35、Q36、使得從IGBT元件Q35的發射極到集電極的方向是正方向的并聯連接的二極管D35、使得從IGBT元件Q36的發射極到集電極的方向是正向的并聯連接的二極管D36。
線LU2連接在U相臂36U的IGBT元件Q31、Q32的結合點和電動發電機MG2的U相線圈的一端之間。線LV2連接在V相臂36V的IGBT元件Q33、Q34的結合點和電動發電機MG2的V相線圈的一端之間。線LW2連接在W相臂36W的IGBT元件Q35、Q36的結合點和電動發電機MG2的W相線圈的一端之間。電動發電機MG2的U相線圈、V相線圈和W相線圈其它端都耦合到中性點。
逆變器36基于來自控制單元40的控制信號將從電源線L4接收的DC電力轉換成AC電力，然后將AC電力輸出到U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1。
電容器C2連接在電源線L2和接地線L3之間，以減少源自電壓波動對電池12和升壓單元32的影響。電阻R用作連接在電源線L2和接地線L3之間的放電電阻。
矩陣轉換器38包括雙向開關元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc，和電源線LA到LC和La到Lc。
電源線LA到LC分別連接到逆變器36的U相線LU2、V相線LV2和W相線LW2。電源線La到Lc分別連接連接到電動發電機MG1的U相線LU1、V相線LV1和W相線LW1。
換言之，矩陣轉換器38包括連接在分別用作電動發電機MG1的三相輸出的電源線La到Lc和用作電動發電機MG2的三相輸出的電源線LA到LC之間的3×3開關元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc。
更具體地，九個雙向開關元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc布置成三排和三列的矩陣。雙向開關元件SAa連接在電源線LA和電源線La之間。雙向開關SBa連接在電源線LB和電源線La之間。雙向開關SCa連接在電源線LC和電源線La之間。
雙向開關元件SAb連接在電源線LA和電源線Lb之間。雙向開關SBb連接在電源線LB和電源線Lb之間。雙向開關SCb連接在電源線LC和電源線Lb之間。
雙向開關元件SAc連接在電源線LA和電源線Lc之間。雙向開關SBc連接在電源線LB和電源線Lc之間。雙向開關SCc連接在電源線LC和電源線Lc之間。
每一個雙向開關響應于來自控制單元40的操作指令進行開關操作。當雙向開關元件接通時，在兩個對應的電源線之間的雙向電流是允許的。此外，當斷開每一個雙向開關時，將兩個對應的電源線互相電隔離。
矩陣轉換器用作執行從AC直接電力轉換到其它頻率AC的電力轉換器。通過使用雙向開關施加PWM控制，能夠產生具有任意頻率的正弦AC電力。
至于采用矩陣轉換器的配置的特性，首先，諸如在DC部分中需要的諸如平滑電容器的能量存儲元件不是必需的，這是因為電力轉換不需要DC部分就可以進行。
其次，與其中AC通過逆變器轉換成DC一次，然后通過另一個逆變器將所得到的DC轉換成AC的示例相比較，單個開關元件的尺寸能夠做得更小，雖然增加開關元件的數量。作為整體，能夠獲得具有小尺寸和大容量的車用電源系統。
盡管沒有提供詳細的描述，對于3×3矩陣轉換器的PWM控制已經有各種提案。例如，PatrickW.Wheel等人的論文介紹了PWM控制。
矩陣轉換器38將從電動發電機MG1輸入的三相AC電力直接轉換成用于驅動電動發電機MG2的三相AC電力，并且輸出所得到的三相AC電力，而不對由電動發電機MG1產生的三相AC電力如在示例中使用傳統的三相全波整流逆變器的方式進行一次整流成DC。
當由電動發電機NG1產生的電力傳輸到電動發電機MG2時，控制單元40設定開關S1為斷開狀態。
當來自電池12的電力和由電動發電機MG1產生的電力都用來驅動電動發電機MG2，開關S1的ON狀態和OFF狀態以分時方式控制。
在當由電動發電機MG1產生的電力傳輸到電動發電機MG2時，控制開關S1獲得OFF狀態，控制逆變器36的操作獲得停止狀態。然后，矩陣轉換器38內的開關元件經受適合的PWM的控制，使得能夠產生用于驅動電動發電機MG2的電力。
另一方面，在電力從電池12傳輸到電動發電機時刻，控制開關S1獲得ON狀態，從電池12輸出的DC電力被升壓單元32升壓，然后由逆變器36轉換成三相AC電力，該電力反過來用于驅動電動機MG2。此處，控制所有的矩陣轉換器38中的開關元件來獲得OFF狀態。
在車用電源系統中，三相AC電力在兩個電動發電機MG1和MG2之間的傳輸和接收能夠通過矩陣轉換器38更直接進行。因而，與其中三相AC電力轉換成DC一次的傳統示例相比，能夠減少電力損失。
圖3至圖6是示出用在矩陣轉換器中的開關元件的示例的電路圖。
參照圖3，開關元件SWA包括具有連接到端子X的發射極和連接到端子Y的集電極的IGBT元件62和具有連接到端子Y的和連接到端子X的IGBT元件64。具有反向截止功能的IGBT元件具有足夠抵抗反向電壓施加的抵抗電壓，并且近來已經引起很多關注。
在圖3中示出的開關元件SWA用作圖2中的開關元件SAa到SAc、SBa到SBc和SCa到SCc。控制單元40通過激活IDBT元件62、64的柵極來控制IGBT元件62、64，使得它們獲得電連接狀態。如果端子Y獲得高于端子X的電壓，則電流流經IGBT元件62。盡管反向電壓施加到IGBT元件64，但電流不流經IGBT元件，這是因為它是反向截止型的IGBT。
另一方面，如果端子X獲得高于端子Y的電壓，則電流流過IGBT元件64。盡管反向電壓施加到IGBT元件62，但電流不流經IGBT元件62，這是因為它是反向截止型的IGBT。以這方式，開關元件SWA作為雙向開關元件操作。
圖4是表示開關元件的第二實施例的開關元件SWB的電路圖。
參照圖4，開關元件SWB包括具有連接到節點N1的發射極和連接到端子Y的集電極的IGBT元件72、連接在節點N1和端子X之間的使得從節點N1到端子X的方向是正向的二極管73、具有連接到端子X的集電極和連接到節點N1的發射極的IGBT元件74、連接在節點N1和端子Y之間使得從節點N1到端子Y的方向是正向的二極管75。
開關元件SWB能夠允許當IGBT元件72、74的柵極都被激活時，電流雙向流動。
即，如果端子Y獲得高于端子X的電壓，則電流從端子Y通過IGBT元件72和二極管73流到端子X。另一方面，如果端子X獲得高于端子Y的電壓，則電流從端子X通過IGBT元件74和二極管75流到端子Y。
由于二極管73和75包括在本配置中，IGBT元件72、74不必是如圖3所示的具有反向截止功能的IGBT元件。當不使用具有反向截止功能的IGBT元件，即使在反向電壓施加到相對端的期間柵極不被激活，反向電流也不會截止。
另一方面，如果端子X獲得高于端子Y的電壓，則正向電壓施加到IGBT元件74。因而，當IGBT元件的柵極被激活時，電流沒有流過IGBT元件74。此外，由于反向電壓施加到二極管73，電流不流過。因而，能夠截止從端子X到節點N1的電流。
如上所描述，能夠采用開關元件SWB作為雙向開關。
圖5是示出表示開關元件第三實施例的開關元件SWC的配置電路圖。
參照圖5，開關元件SWC包括具有連接到端子Y的集電極和連接到節點的發射極的IGBT元件82、連接在節點N2和端子X之間使得從節點N2到端子X的方向是正向的二極管、具有連接到節點N2A的發射極和連接到端子X的集電極的IGBT元件84、和連接在節點N2A和端子Y之間使得從節點N2A到端子Y的方向是正向的二極管85。
還能夠采用開關元件SWC作為雙向開關，以類似于在圖4中示出的開關元件的方式。
圖6是示出表示開關元件的第四實施例的開關元件SWD的配置的電路圖。
參照圖6，開關元件SWD包括連接在端子X和節點N3之間使得從端子X到節點N3的方向是正向的二極管92和連接在端子Y和節點N3之間使得從端子Y到節點N3的方向是正向的二極管93。
開關元件SWD進一步包括連接在端子X和節點N4之間使得從節點N4到端子X的方向是正向的二極管94，和連接在端子Y和節點N4之間使得從節點N4到端子Y的方向是正向的二極管95，和具有連接到節點N3的集電極和連接到節點N4的發射極的IGBT元件91。
當IGBT元件91的柵極被激活，并且端子X獲得高于端子Y的電位時，電流流過的路徑隨后由二極管92、IGBT元件91和二極管95形成。另一方面，如果端子Y獲得高于端子X的電位時，電流流過的路徑隨后由二極管93、IGBT元件91和二極管94形成。
在以上示例中，電流總是以從節點N3到節點N4的方向流動。即，在節點N3處的電位總是高于在節點N4處的電位。因而，如果此時IGBT元件91的柵極沒被激活時，端子X和端子Y互相電隔離。
根據本發明的矩陣轉換器38能夠構造成在圖3至圖6中示例性示出的任何一種開關。然而，如果使用如在圖3中示出的具有反向截止功能的IGBT元件，則二極管不在電流流過的路徑中。因而，這樣的示例獲得比其中使用另一個開關元件的示例的效率高，高出的量為流經二極管中引起的熱損失的量。因而，優選使用在圖3中示出的示例。
圖7是示出在圖2中示出的車用電源系統的變形的電路圖。
參照圖7，車用電源系統的配置14A與在圖2中示出的車用電源系統14的配置不同在于去掉了開關S1，電源線L4耦合到電源線L2。
在這配置中，控制單元40根據在電動發電機MG2中所要求的電力同時使逆變器36和矩陣轉換器38進行PWM控制。
在同時PWM控制下，由電動發電機MG1產生然后從矩陣轉換器38輸出的電力加到從電池12供應然后從逆變器36輸出的電力，它們的和能夠供應到電動發電機MG2。因而，當電動發電機MG2獲得最大輸出時，能夠減少逆變器36承受的負載。此處，例如，當車輛在高速行駛時，獲得電動發電機MG2的最大輸出。
例如，當電動發電機MG2的最大輸出設定為50kW時，在如結合圖2描述的以分時方式驅動的示例中逆變器36最大輸出50kW也是需要的。
相比之下，根據圖7中所示的配置，由電動發電機MG1產生的電力能夠加到來自逆變器36的電力，它們的和能夠供應到電動發電機MG2。因而，當電動發電機MG2獲得最大輸出時，逆變器36應當僅僅覆蓋由電動發電機MG1產生的電量的不足。因而，例如，與在圖2中的示例相比較，逆變器36的輸出能夠從50kW減少到約30kW。
第二實施例圖8是示出根據第二實施例的車用電源系統114的配置的電路圖。
參照圖8，車用電源系統的配置114與結合圖2所描述的車用電源系統14的配置不同在于開關S2設置在線LU2、LV1和線LA、LB之間，并且AC100V的輸出插座122設置在線LU1、LV1和線LA、LB之間。
此外，開關S3設置在線LU1、LV1和線La、Lb之間，并且AC100V的輸出插座124連接在開關S3和線LA和LB之間。這些是圖8的車用電源系統114和圖2的車用電源系統14的不同。在其它方面，車用電源系統114和車用電源系統14相同，其描述將不再重復。
車用電源系統114能夠使用車輛作為從插座122供應商用AC電力的發電站。此處，控制單元40設定開關S1、S2為OFF狀態，設定開關S3為ON狀態。然后，啟動發動機，由電動發電機MG1產生電力。所產生的三相AC由矩陣轉換器38轉換成單相AC100V。此處，控制單元40設定矩陣轉換器38中的開關元件SCa到SCc為斷開狀態，使開關元件SAa到Sac和SBa到SBc受到PWM控制。
此外，車用電源系統114還能夠使用AC100V的商用電源對安裝在車輛上的電池12充電，然后將電力供應到車輛的電力系統。此處，控制單元40設定開關S3為OFF狀態，設定開關S1、S2為ON狀態。
下面，矩陣轉換器38將從插座124輸入的商用電源AC100V轉換成三相AC。此處，控制單元40設定矩陣轉換器38中的開關元件SAc、SBc和SCc為斷開狀態，使開關元件SAa到SAb、SBa到SBb和SCa到SCb受PWM控制。
由矩陣轉換器38轉換的三相AC由逆變器36轉換成DC電壓，由升壓單元32轉換成適合于對電池12充電的電壓。
如以上所述，根據第二實施例，除了由第一實施例獲得的效果以外，商用電源能夠從車輛中取出，車載電池能夠通過商用電源輸入到車輛而充電。
此外，根據第二實施例，不需要輸出商用AC電壓的專用逆變器的，或者不需要已經以傳統方式包括在AC-AC轉換器中的電抗或電容器。因而，能夠減小混合動力車輛的尺寸。
盡管本發明已經詳細地描述和圖示，但是，可以清楚理解到，這種描述和圖示僅僅是通過說明和舉例的方式進行的，而不是限制性方式。本發明的要旨和范圍僅僅由權利要求的條款限制。
權利要求
1.一種車用電源系統，包括第一旋轉電力機械，能夠在從內燃機接收到機械動力時產生第一m相AC電力，其中m表示至少是3的自然數；第二旋轉電力機械，用來在接收到在相數上等于所述第一m相AC電力的第二m相AC電力時驅動輪子；矩陣轉換器，用于轉換所述第一m相AC電力，并將所得的電力作為所述第二m相AC電力的至少一部分輸出，其中，所述矩陣轉換器包括連接在所述第一旋轉電力機械的每一個m相輸出和所述第二旋轉電力機械的每一個m相輸出之間的m×m開關元件。
2.根據權利要求1所述的電源系統，進一步包括電池；逆變器，用于轉換從所述電池獲得的DC電力，并將所得的電力作為所述第二m相AC電力的至少一部分輸出。
3.根據權利要求2所述的電源系統，進一步包括第一開關，用于將所述電池電連接到所述逆變器；控制單元，用于控制所述矩陣轉換器的電力轉換，并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述第一開關的開和關。
4.根據權利要求2所述的車用電源系統，進一步包括控制單元，所述控制單元用于控制所述矩陣轉換器的電力轉換，并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述逆變器。
5.根據權利要求1所述的車用電源系統，其中，所述開關元件包括反向截止型絕緣柵二極晶體管。
6.根據權利要求1所述的車用電源系統，進一步包括第二開關，用于將所述矩陣轉換器電連接到所述第二旋轉電力機械；插座，連接在所述第二開關和所述矩陣轉換器之間并且用于輸出單相AC電力。
7.根據權利要求1所述的車用電源系統，進一步包括第三開關，用于將所述矩陣轉換器電連接到所述第一旋轉電力機械；插座，連接在所述第三開關和所述矩陣轉換器之間并且用于從所述車輛的外部接收單相AC電力。
8.一種車輛，包括車用電源系統，其中，所述車用電源系統包括第一旋轉電力機械，能夠在從內燃機接收到機械動力時產生第一m相AC電力，其中m表示至少是3的自然數；第二旋轉電力機械，用于在接收到在相數上等于所述第一m相AC電力的第二m相AC電力時驅動輪子；矩陣轉換器，用于轉換所述第一m相AC電力，并將所得的電力作為所述第二m相AC電力的至少一部分輸出，所述矩陣轉換器包括連接在所述第一旋轉電力機械的每一個m相輸出和所述第二旋轉電力機械的每一個m相輸出之間的m×m開關元件。
9.根據權利要求8所述的車輛，進一步包括電池；逆變器，用于轉換從所述電池獲得的DC電力，并將所得的電力作為所述第二m相AC電力的至少一部分輸出。
10.根據權利要求9所述的車輛，進一步包括第一開關，用于將所述電池電連接到所述逆變器；控制單元，用于控制所述矩陣轉換器的電力轉換，并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述第一開關的開和關。
11.根據權利要求9所述的車輛，進一步包括控制單元，所述控制單元用于控制所述矩陣轉換器的電力轉換，并且與所述矩陣轉換器的電力轉換的狀態相關聯地控制所述逆變器。
12.根據權利要求8所述的車輛，其中，所述開關元件包括反向截止型絕緣柵二極晶體管。
13.根據權利要求8所述的車輛，進一步包括第二開關，用于將所述矩陣轉換器電連接到所述第二旋轉電力機械；插座，連接在所述第二開關和所述矩陣轉換器之間，并且用于輸出單相AC電力。
14.根據權利要求8所述的車輛，進一步包括第三開關，用于將所述矩陣轉換器電連接到所述第一旋轉電力機械；插座，連接在所述第三開關和所述矩陣轉換器之間，并且用于從所述車輛的外部接收單相AC電力。
全文摘要
矩陣轉換器(38)將從第一電動發電機(MG1)輸入的三相AC電力直接轉換成用于驅動第二電動發電機(MG2)的三相AC電力，并且輸出所得的三相AC電力，而不需要對由第一電動發電機(MG1)產生的三相AC電力如在示例中使用傳統的三相全波整流逆變器的方式進行一次整流成DC電力。在車用的電源系統(14)中，三相AC電力在兩個電動發電機(MG1、MG2)之間更直接通過矩陣轉換器的方式傳輸和接收。因而，與其中三相AC電力一次轉換成DC電力的傳統示例相比，能夠降低電力損失。因而，具有改進的能量效率的車用電源系和包括電源該統的車輛能夠提供。
文檔編號H02M5/27GK1946587SQ20058001309
公開日2007年4月11日 申請日期2005年3月1日 優先權日2004年4月28日
發明者及部七郎齋, 石川哲浩 申請人:豐田自動車株式會社