(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主駆動モータ（Ｍ）と、直流／交流変換器（Ｃ１、Ｃ２）に結線された少なくとも１つの電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）とを備える電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システムであって、
少なくとも１つのモータ発電機要素（ＭＧ）と、電圧ブースター直流／直流変換器（１）、正バス（２１）と負バス（２１’）の間に要求される電圧を前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）によって送出するためのフィルタリングコンデンサ（３）、及び少なくとも１つのモータ発電機要素（ＭＧ）に結線された直流／交流変換器（Ｃ１、Ｃ２）が並列に結線された、バス回路の２つの枝路（２１、２１’）間の直流蓄積電圧を決定する少なくとも１つの蓄積要素（Ｂ）との間の、電気エネルギー交換用のシステムであって、
前記蓄積要素（Ｂ）と前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）の出力端の間の前記正バス（２１）に、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を短絡させるようにバイパス方式で結線された少なくとも１つのサイリスタ（４１）を有するバイパス回路（４）と、
前記フィルタリングコンデンサ（３）の電圧が前記直流蓄積電圧に実質上等しく、前記少なくとも１つの電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）が要求されるトルク−動作点に到達するのに十分である場合には、前記フィルタリングコンデンサ（３）から要求された電圧に応じて、少なくとも放電モードで、前記サイリスタ（４１）に電流を直接通すことで前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を短絡させることを決定する前記サイリスタ（４１）をプライミングする手段と
を備え、
前記直流／交流変換器（Ｃ１、Ｃ２）が、間にフィルタリングコンデンサ（３）と電圧ブースター直流／直流変換器（１）が並列に結線される正バス（２１）及び負バス（２１’）によって直流電圧を蓄積する要素（Ｂ）に接続されており、
前記電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）が、モータリング条件及び運転者の意思に基づく２つの動作モード、即ち、前記電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）が主エンジン（Ｍ）によって印加されるトルクの代わりに又はそれに加えて使用されるトルクを発生させるモータモードと、前記電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）が前記蓄積要素（Ｂ）及び前記フィルタリングコンデンサ（３）を充電するための電流を発生させる発電機モードとを有しており、
前記システムは、前記正バス（２１）と前記負バス（２１’）との間に要求される前記電圧を最適値に維持するように、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を調整する手段を更に備え、
前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を調整する手段が、要求される電流が実質上ゼロであるときは、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）のＩＧＢＴの動作を停止するように命令し、要求された最適電圧が前記蓄積要素（Ｂ）の電圧より実質上低いときは、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）の動作を停止させながら、前記サイリスタ（４１）に電流を直接通すように前記サイリスタ（４１）をプライミングすることを命令し、また要求された電圧が所与の閾値を超えるときは、前記サイリスタ（４１）が動作しなくなるまで、前記サイリスタ（４１）を通る電流を漸進的に低減させながら（５２ａ）、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を通る電流を漸進的に増大させること（５３）を決定することを特徴とする、
電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項２】
前記バイパス回路（４）は、前記正バス（２１）と前記蓄積要素（Ｂ）の間に並列に結線された２つの逆方向のサイリスタ（４１、４１’）を備え、前記サイリスタ（４１）のうちの一方をモータモードで、他方のサイリスタ（４１’）を発電機モードでプライミングすることによって、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を短絡させることを特徴とする、請求項１に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項３】
前記正バス（２１）と前記負バス（２１’）の間に要求される最適電圧を送出するように前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を調整する手段を備え、
前記調整手段は、要求された電圧が所与の閾値より低い場合は、前記サイリスタ（４１）をモータモードでプライミングすることを命令し、前記要求された電圧が前記閾値を超えるときは、前記サイリスタ（４１）が動作しなくなり且つ前記サイリスタ（４１）を流れる電流がゼロになるまで、前記サイリスタ（４１）内に入る電流（５２）を低減させながら、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を通る電流（５３）を漸進的に増大させることを決定し、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）によって提供される余剰電流（５３ａ）が、少なくとも設定値まで前記フィルタリングコンデンサ（３）の充電に使われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項４】
前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）が、前記蓄積要素（Ｂ）の正端子に結線された入力端（１１ａ）と中間点（１２）に結線された出力端（１１ｂ）とを有するインダクタ（１１）を備え、前記中間点（１２）が、２つの回路によってそれぞれ前記正バス（２１）と前記負バス（２１’）とに直列に接続され、第１の回路（１３’）が、前記負バス（２１’）に接続されたエミッタと前記中間点（１２）に接続されたコレクタとを有するパワートランジスタ（１５’）と逆並列に配置されたダイオード（１４’）を備え、第２の回路（１３）が、前記中間点（１２）に接続されたエミッタと前記正バス（２１）に接続されたコレクタとを有するパワートランジスタ（１５）と逆並列に配置されたダイオード（１４）を備えること、及び前記バイパス回路（４）が、前記蓄積要素（Ｂ）の前記正端子と前記正バス（２１）の間に結線された前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）を短絡させるためのサイリスタ（４１）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項５】
電気牽引下で、前記直流蓄積電圧が前記少なくとも１つの電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）が要求されるトルク−速度動作点を達成するのに十分である限り、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）が動作せず、車両が前記電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）だけによって推進され、電流が直接前記サイリスタ（４１）だけを通ることを特徴とする、請求項４に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項６】
電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）の前記トルク−速度動作点で前記直流蓄積電圧より大きいフィルタリングコンデンサの電圧が必要になると直ちに、前記調整手段が、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）内に入る電流を漸進的に増大させること（５３）を命令し、よって前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）が、前記電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）の動作点に対応する最適値で前記電圧を維持するように前記電圧の制御を再開することを特徴とする、請求項５に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項７】
前記要求される電圧が前記直流蓄積電圧より大きく且つ前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）によって制御される状態から、前記要求された電圧を低減させるために、バイパス方式で結線された前記サイリスタ（４１）がプライミングされ、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）の前記インダクタ（１１）内に電流を流すことを命令するのに必要な電圧だけを保持しながら、前記フィルタリングコンデンサの電圧を前記直流蓄積電圧に近接した値まで低減させるように、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）内に入る電流が削減され、次いで前記パワートランジスタ（１５、１５’）が動作しなくなり、前記インダクタ（１１）内の電流（５３’ｂ）が低減し、一方前記サイリスタ（４１）内の電流（５２’ａ）が、前記直流蓄積電圧に等しいフィルタリングコンデンサの電圧を提供するまで増大し、次いで前記サイリスタ（４１）のゲート電流（５１’ｂ）が抑制されることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項８】
電流が前記インダクタ（１１）内に入ることにより、前記サイリスタ（４１）内の電流の増加を前記サイリスタ（４１）のプライミングまで制限するように、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）が調整されることを特徴とする、請求項７に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのモータ発電機要素（ＭＧ）と前記少なくとも１つの蓄積要素（Ｂ）との間で交換される電力量が実質上ゼロである状態から、前記調整手段がまず、電流が前記サイリスタ（４１）を通って直接前記直流蓄積電圧へ渡るように、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）の動作を停止しながら前記サイリスタ（４１）をプライミングすること（５１）を命令し、次いで、必要なフィルタリングコンデンサの電圧が前記直流蓄積電圧を超えたとき、前記電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）の動作点（Ｐ１、Ｐ２）に応じて前記フィルタリングコンデンサの電圧を制御するために、前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）に前記電流を漸進的に通すこと（５３）を命令することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【請求項１０】
前記エネルギー交換システムは、２つのモータ発電機電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）を備えること、及び前記電圧ブースター直流／直流変換器（１）が、動作点（Ｐ１、Ｐ２）に応じて前記２つの電気機械（ＭＧ１、ＭＧ２）のうちのいずれか一方によって必要とされる最大電圧を達成するように調整されることを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の電気又はハイブリッド車両用のエネルギー交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、少なくとも１つのモータ発電機要素と、直流電圧を蓄積する少なくとも１つの要素との、電気的エネルギー交換用のシステムであり、具体的には、いわゆる「ハイブリッド」推進システムを有する車両に適用される。
【背景技術】
【０００２】
性能、消費、及び排出の間の妥協の点でますます厳しくなる制約は、提起されている問題のすべてに対する効果的な解決策をもたらすと考えられるいわゆる「ハイブリッド」車両の開発をもたらしている。
【０００３】
一般には、ハイブリッド推進車両は、機械式トランスミッションシステムを介して動輪を推進させる主エンジン、たとえば内燃エンジンと、電池などのエネルギー蓄積要素に結線されて、主エンジンによって提供されるトルクの代わりに又はそれに加えて使用されるトルクを提供するモータとして、或いは制動又は減速の場合に動輪によって提供されるトルクから電池を充電するための直流電圧を提供する発電機として、動作することが可能な少なくとも１つの電気機械を備える電力バイパスシステムとを備える。
【０００４】
様々なハイブリッド車両の種類が知られている。たとえば、国際公開第２００５／０８１３８７号は、モータ又は発電機として動作することが可能な２つの電気機械を備えるシステムを記載している。
【０００５】
いわゆる電力バイパス動作モードでは、主エンジンによって提供される機械的動力の少なくとも一部は、第１の機械を推進させる働きをし、第１の機械は、第２の機械に印加される電力を提供する発電機として動作し、第２の機械は、トランスミッションシステムによって、電気モータの回転速度に依存するトルクを有する車輪に適用されるモータとして動作する。具体的には、そのようなシステムにより、トランスミッション比の連続変化を電気的に生じさせることが可能になる。
【０００６】
図１は、電力バイパスを有するそのような車両の基本図であり、この電力バイパスは、機械式トランスミッションＴ及び随意的にディファレンシャルＤによって動輪Ｒに接続されたシャフトＡを駆動するエンジンＭと、３相電流下で動作し、且つそれぞれ直流／交流変換器Ｃ１、Ｃ２によって電池Ｂに電気的に接続された２つのモータ発電機電気機械ＭＧ１、ＭＧ２を有する電力バイパスシステムＳとを備えている。
【０００７】
実際には、国際公開第２００５／０８１３８７号に記載の既知の方式では、電池Ｂによる放電中に提供される電圧、又は充電中に電池Ｂに印加される電圧は、直流／直流変換器によって制御される。この直流／直流変換器は、電池Ｂの２つの端子、即ち正端子及び負端子のそれぞれに結線され、且つ２つの枝路、即ち正枝路２１及び負枝路２１’を有する「バス」と呼ばれる回路２によってそれぞれ２つの直流／交流変換器Ｃ１、Ｃ２に接続される。枝路はそれぞれ、節点２２、２２’から、直流／交流変換器Ｃ１の２つの直流端子、即ち３１、３１’及び変換器Ｃ２の３２、３２’にそれぞれ結線される。
【０００８】
フィルタリングコンデンサ３は、２つの正バス２１と負バス２１’の間に並列に結線される。
【０００９】
このような電気的システムの様々な回路の構造及び動作は、国際公開第２００５／０８１３８７号に詳細に記載されている。具体的には、各直流／交流変換器は、変換器の直流端子と並列に結線された、モータＭＧ１、ＭＧ２の３つの位相にそれぞれ対応する３つのアームを備え、各アームは、ダイオード逆並列方式で構成された２つのトランジスタを備える。
【００１０】
同様に、そのような配置では、直流／直流変換器１は、図２に概略的に表すように、電池Ｂの正端子に結線された入力端１１ａと中間の中性点１２に結線された出力端１１ｂとを有するインダクタ１１を備え、中性点１２は、２つの回路１３、１３’によって、それぞれ正バス２１と負バス２１’とに直列に接続され、回路１３、１３’はそれぞれ、パワートランジスタ１５、１５’と逆並列方式で構成されたダイオード１４、１４’を備える。
【００１１】
図２で示すように、ダイオード１４、１４’により、２つの枝路２１、２１’の間に電流を通すことが可能になり、インダクタ１１の出力端が結線された中性点１２の片側は、トランジスタ１５のエミッタに接続され、トランジスタ１５のコレクタは正バス２１に接続され、また中性点１２の反対側は、トランジスタ１３’のコレクタに接続され、トランジスタ１３’のエミッタは負バス２１’に接続される。
【００１２】
図２で概略的に示すように既知の方式では、許容動力を増大させるために、変換器１は、図２に破線で表すように、インタリーブ制御による１つ又は複数の他のアームを並列に備えることができる。
【００１３】
一般には、そのような直流／直流変換器により、電池Ｂの端子に送出される電圧に対して、フィルタリングコンデンサ３の端子３１、３１’の電圧を高めることができる。これにより、電池Ｂと電気機械ＭＧ１、ＭＧ２の間のエネルギー交換を、いわゆる「ブースト」モータモード又は回生制動モードで制御することが可能になり、且つ電気機械ＭＧ１、ＭＧ２のトルク及び特定の回転速度に対応する車両の前進条件を考慮して、フィルタリングコンデンサ３の電圧、すなわち正バス２１と負バス２１’の間の電圧を最適値に維持することができる。
【００１４】
電池などの蓄積要素と少なくとも１つのモータ発電機電気機械とのエネルギー交換用の、直流／直流変換器、フィルタリングコンデンサ、及び直流／交流変換器を備えるそのようなシステムは周知であり、ＥＰ１１３８５３９に記載されている。この場合、電気機械は、モータとしてエンジンを始動させる働きをし、且つ発電機として電池を充電する働きをする。したがってそのようなシステムにより、交流発電機の使用を回避することが可能になった。
【００１５】
さらに、２つのバス、正バスと負バスの間の電圧を高めること、そして前記電圧を最適値で制御することを可能にする直流／直流変換器をもたらす他の配置が可能である。たとえば、仏国特許出願公開第２８５８４８４号に記載のように、そのような変換器を、交流発電機に対する補足として使用することができる。仏国特許出願公開第２８５８４８４号には、一般に、電池の正端子に結線された入力端と中間点に結線された出力端とを有するインダクタを備え、この中間点が、２つの回路、即ちパルス電流生成回路及び昇圧回路によって負バスと正バスとに直列にそれぞれ接続される、直流／直流変換器のいくつかの例示的な実施形態が提示されている。
【００１６】
しかし、以下の説明では、基本的に、インダクタと、「絶縁ゲートバイポーラトランジスタ」（ＩＧＢＴ）と呼ばれる絶縁ゲートを有する種類の２つのパワートランジスタとを備える、国際公開第２００５／０８１３８７号に記載され、図２に概略的に表す直流／直流変換器の種類に言及する。
【００１７】
前述のように、そのような変換器により、フィルタリングコンデンサの端子間の電圧を、車両の前進条件、すなわち電気機械又は国際公開第２００５／０８１３８７号の場合は２つの機械のトルク／速度動作点に基づく最適値に維持することが可能になる。この目的のために、本明細書は、２つのモータそれぞれから要求されるトルク及びこれらのモータの回転速度を表す情報を受け取る制御ユニットが、各瞬間に、変換器の端子間に要求される最適電圧を決定し、この最適電圧を獲得して維持するように、様々な回路の切換えを命令する方式について詳細に説明する。
【００１８】
具体的には、電気機械の動作条件を決定するために、回転速度に応じたトルクを示す図３に表す種類の表を作成することが可能であることが知られており、またこの包絡線が、インバータの端子間の直流電圧に依存することが知られている。たとえば、図３には、それぞれ直流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に対応するモータモードでの包絡線を表す。ここで、
Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３
であり、電圧が高いほど、高速で到達可能なトルクは大きいが明らかである。
【００１９】
これが、機械−インバータアセンブリのコスト／性能比の最適値で安定したフィルタ電圧を有することが有益である理由である。図１に表すハイブリッド車両の場合、蓄積要素ＢとインバータＣ１、Ｃ２によって共用されるフィルタ３との間で直流／直流変換器を使用すると、国際公開第２００５／０８１３８７号に記載のように、エネルギー交換を制御すること、及びフィルタの電圧をその最適値に維持することが可能になる。
【００２０】
しかし、ハイブリッド車両の目的は、本質的に、電池又はそうでない場合動力バイパスシステム内に蓄積されたエネルギーに基づいて、各瞬間に最適の比を選択することを可能にするトランスミッション比の連続変化を電気的に生じさせることが可能なときは常に、電気的に車輪を駆動することによって、燃料消費、したがって汚染を低減させることである。
【００２１】
ここで、図１に示す従来の図では、効率チェーン内に挿入される直流／直流変換器１は、それ自体の損失によって、電気推進下における自律範囲を縮小する。
【００２２】
さらに、牽引電力すべてが直流／直流変換器を通ることによって、比較的高速の場合、たとえば５０ｋｍ／ｈを超える場合、相当大きな動力が必要となり、したがって、高価で、重く、且つかさばる変換器が必要となる。
【００２３】
これが、大型の蓄積コンデンサを想定することによって自律範囲が縮小し、且つアセンブリの質量及びコストも同様に大きくなる理由である。
【発明の概要】
【００２４】
本発明の目的は、直流／直流変換器の新しいトポロジ、及び直流／直流変換器の新しい制御モードによってこれらの欠点を是正することにより、電気推進段階（エンジン停止中）の効率を改善すること、及び変換器内に入る動力を削減することを可能にし、それによって、エンジンが動作しているときは電気的援助（ブースト）及び回生制動（ブレーキ）の動力に応じて変換器を評価することであり、よってコスト削減及び小型化を可能にすることである。
【００２５】
したがって、本発明は、一般には、少なくとも１つのモータ発電機要素と、電圧ブースター直流／直流変換器、正バスと負バスの間に要求される電圧を前記変換器によって送出するためのフィルタリングコンデンサ、及び少なくとも１つのモータ発電機要素に結線された直流／交流変換器が並列に結線された、正バスと負バスの間の直流蓄積電圧を決定する少なくとも１つの蓄積要素との間の電気エネルギー交換用のシステムに関する。
【００２６】
本発明によれば、このシステムは、前記変換器を短絡させるように、蓄積要素と電圧ブースター変換器の出力端の間の正バスにバイパス方式で結線された少なくとも１つのサイリスタと、電池の電圧に実質上等しいフィルタリングコンデンサの電圧が、電気機械が図３の包絡線に示すような要求されるトルクを提供するのに十分である限り、フィルタリングコンデンサから要求された電圧に応じて、少なくとも放電モードで、前記サイリスタに電流を直接通すことで電圧ブースター変換器を短絡させることを決定するサイリスタをプライミングする手段とを備える。
【００２７】
特に有利な方式では、このシステムは、電池と正バスの間に並列に結線された２つの逆方向のサイリスタを備え、サイリスタのうちの一方をモータモードで、他方を発電機モードでプライミングすることによって、電圧ブースター変換器を短絡させる。
【００２８】
通常、システムは、正バスと負バスの間に要求される最適電圧を送出するように電圧ブースター変換器を調整する手段を備える。特に有利な方式では、この調整手段は、要求された電圧が所与の閾値より低い場合は、サイリスタをモータモードでプライミングすることを命令し、要求された電圧が前記閾値を超えるときは、サイリスタが動作しなくなりまたバイパス電流がゼロになるまで、サイリスタ内に入る電流を低減させながら、電圧ブースター変換器を通る電流を漸進的に増大させることを決定し、変換器によって提供される余剰電流は、少なくとも設定値までフィルタリングコンデンサの充電に使われる。
【００２９】
好適な実施形態では、電圧ブースター変換器は、蓄積要素の正端子に結線された入力端と中間点に結線された出力端とを有するインダクタを備え、この中間点は、２つの回路によって正バスと負バスとに直列に接続され、それぞれ第１の回路は、エミッタが負バスに接続されまたコレクタが中間点に接続されたパワートランジスタと逆並列方式で構成されたダイオードを備え、また第２の回路は、エミッタが中間点に接続されまたコレクタが正バスに接続されたパワートランジスタと逆並列方式で構成されたダイオードを備え、バイパス回路は、蓄積要素の正端子と正バスの間に結線された変換器を短絡させるためのサイリスタを備える。
【００３０】
本発明は特に、主駆動モータと、モータリング条件及び運転者の意思に従って、２つの動作モード、それぞれ、機械が主エンジンによって印加されるトルクの代わりに又はそれに加えて使用されるトルクを発生させるモータモード、ならびに機械が蓄積要素及びフィルタリングコンデンサを充電するための電流を発生させる発電機モードを有する少なくとも１つの電気機械とを備え、システムが、フィルタリングコンデンサの２つの端子間に要求される電圧を最適値に維持するように電圧ブースター変換器を調整する手段を備える、ハイブリッド車両に適用される。
【００３１】
本発明によれば、電圧ブースター変換器を調整する手段は、続けて、要求された電流が実質上ゼロであるときは、電圧ブースター変換器のＩＧＢＴが動作しなくなるように命令し、要求された最適電圧が蓄積要素の電圧より実質上低いときは、電圧ブースター変換器が動作しなくなるようにしながら、バイパス回路に電流を直接通すようにサイリスタをプライミングすることを命令し、また要求された電圧が前記閾値を超えるときは、サイリスタが動作しなくなるまで、サイリスタを通る電流を漸進的に低減させながら、変換器を通る電流を漸進的に増大させることを決定する。
【００３２】
好適な実施形態では、電気牽引下で、蓄積電圧が要求されたトルク−速度動作点を達成するのに十分である限り、電圧ブースター変換器は動作せず、車両は電気機械のみによって推進され、電流はサイリスタだけを直接通る。
【００３３】
さらに、電気機械のトルク−速度動作点において蓄積電圧より大きいフィルタ電圧が必要になると直ちに、調整手段は、変換器内に入る電流を漸進的に増大させることを命令し、これによって変換器は、機械の動作点に対応する最適値に電圧を維持するように、電圧の制御を再開する。
【００３４】
別の優先的な特徴によれば、交換される動力が実質上ゼロである状態から、調整手段はまず、電流がサイリスタを通って直接蓄積電圧へ渡るように、変換器の動作を停止させながらサイリスタをプライミングすることを命令し、次いで、必要なフィルタ電圧が蓄積電圧を超えたとき、電気機械の動作点に応じてフィルタ電圧を制御するために、変換器に電流を漸進的に通すことを命令する。
【００３５】
同様に、前記電圧が蓄積電圧より大きく、且つ直流／直流変換器によって制御される状態から要求される電圧を低減させるために、バイパス方式で結線されたサイリスタがプライミングされ、変換器のインダクタ内に電流を流すことを命令する可能性を残すのに必要な電圧だけを保持しながら、フィルタ電圧が蓄積電圧に近接した値まで低減されるように、変換器内に入る電流の設定点が削減され、次いでパワートランジスタの動作が停止され、インダクタ内の電流が低減し、サイリスタ内の電流が、蓄積電圧に等しいフィルタ電圧を提供するまで増大し、次いでサイリスタのゲート電流が抑制される。
【００３６】
有利には、電流がインダクタ内に入ることにより、切換えのためのいかなる補助も必要とすることなく、サイリスタにおける増加をサイリスタのプライミングまで制限するように、直流／直流変換器が調整される。
【００３７】
さらに、本発明は特に、２つのモータ発電機電気機械を備えるハイブリッド車両の場合に適用される。この場合、直流／直流変換器は、動作点に応じて２つの機械のうちのいずれか一方によって必要とされる最大電圧を達成するように調整される。
【００３８】
他の有利な特徴は、単純な実施例として提示され、添付の図面によって図示される特定の実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】動力バイパスハイブリッド車両の基本図である。
【図２】従来の種類の直流／直流変換器の図である。
【図３】インバータの供給電圧に応じたトルク−速度包絡線の形を表す。
【図４】本発明による直流／直流変換器の図である。
【図５】２つの電気機械のトルク−速度動作点に応じた変換器の出力端の電圧の計算を示す。
【図６】動作モードによる回路の２つの固定状態（図６ａ及び図６ｂ）を概略的に示す。
【図７】サイリスタ−変換器の遷移の時間表である。
【図８】変換器−サイリスタの遷移の時間表である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
前述のように、エンジンと、モータモード又は発電機モードで動作することが可能な１つ又は複数の電気機械とを備え、これらの電気機械が、モータモードでは、エンジンによって提供されるトルクの代わりに又はそれに加えて使用できるトルクを付与し、或いはモータモード以外では停止中にエンジンを始動させる働きをし、発電機モードでは、電池を充電する働きをするようにエンジンによって推進することもできる、様々な種類のハイブリッド推進システムが知られている。通常、３相電流を有する各電気機械は、直流／交流変換器によって、及びフィルタリングコンデンサと並列に構成された電圧ブースター直流／直流変換器によって、電池に接続される。
【００４１】
そのような変換器は、たとえば国際公開第２００５／０３６２９７号及び同第２００５／０８１３８７号に詳細に記載されている。
【００４２】
本発明は、この種類の電気的回路を実施し、特に動力バイパスエネルギー交換システムを備えるハイブリッド車両に適用される。このシステムの原理を図１で説明する。
【００４３】
つまり、そのような車両は、出力シャフトＡが機械式トランスミッションＴによって動輪Ｒに接続された内燃エンジンＭと、３相種類であり、それぞれ直流／交流変換器に結線された２つのモータ発電機電気機械ＭＧ１及びＭＧ２を備える動力バイパスシステムＳとを備え、これらの２つの変換器Ｃ１、Ｃ２が、「バス」回路によって２つの枝路３０、３０’に接続される。
【００４４】
具体的には、このような電力バイパスシステムにより、トランスミッションシャフトＡと動輪Ｒの間でギアダウン比の連続変化が可能になる。実際には、バイパス機械的動力束により、トランスミッションＴに基づいて、第１の電気機械ＭＧ１を駆動させることが可能になり、第１の電気機械ＭＧ１は、発電機として動作することによって、第２の機械ＭＧ２に伝導される電力を提供し、次いで第２の機械ＭＧ２は、トランスミッションＴに印加される駆動トルクを提供する。この目的のために、主エンジンと２つの機械の間のエネルギー交換は、車両を駆動するのに必要であり、具体的には、走行条件、登り、下り、又は方向転換に関連する様々な情報、ならびに加速ペダル上又はブレーキ上の運転者の動きによって表される運転者の意思に関する情報の項目を受け取る制御ユニットによって調整される。この情報に基づいて、この制御ユニットは、所望のトルクを動輪に印加するようにトランスミッション比を連続して変動させるために、電気機械ＭＧ１、ＭＧ２に印加され又は電気機械ＭＧ１、ＭＧ２によって提供されなければならない最適電圧を計算することができる。
【００４５】
実際には、図３で示すように、電気機械のトルク／回転速度比は、その端子間に印加される電圧に依存し、電圧が高いほど、高速で到達可能なトルクは大きくなる。
【００４６】
したがって、図１に表す種類の動力バイパスシステムの場合、制御ユニット（図示せず）は、走行条件及び運転者の意思に応じて、２つの機械ＭＧ１、ＭＧ２それぞれの最適電圧に対応するトルク／速度動作点を決定する。
【００４７】
たとえば、図５は、電圧に従って、上は機械ＭＧ１に、下は機械ＭＧ２に対応する、２つの重なる表で達成できる動作点を示す。各表では、トルクと速度の符号が同じである領域Ａ１及びＡ３はモータモードの動作に対応し、一方トルクと速度の符号が逆である領域Ａ２及びＡ４は発電機モードの動作に対応する。
【００４８】
たとえば、図５では、点Ｐ１は、機械ＭＧ１の発電機モード動作に対応し、また点Ｐ２は、機械ＭＧ２のモータモード動作に対応する。
【００４９】
したがって、制御ユニットは、受け取った走行条件及び運転者の意思に関する情報に応じて、具体的には選択した動作点Ｐ１、Ｐ２に対するインバータＣ１、Ｃ２の損失を最小限にするように、２つの機械ＭＧ１、ＭＧ２に印加すべき最適電圧を計算することができる。
【００５０】
しかしながら、２つのインバータには、バス回路の２つの枝路３０、３０’に印加される電圧と同じ電圧がかかり、したがってこの電圧は、制御ユニットによって計算された各機械によって必要とされる電圧のうちの高い方の電圧でなければならない。
【００５１】
さらに、モータＭによって駆動される発電機ＭＧ１によって提供される電圧は、モータの速度に依存し、同様に、機械ＭＧ２によって提供される駆動トルクはこの電圧に依存する。これが、たとえば上記で引用した国際公開第２００５／０８１３８７号に記載のように、連結回路３の２つの枝路が、フィルタリングコンデンサ３と並列に構成された直流／直流変換器１によって電池Ｂの２つの極に接続される理由である。
【００５２】
そのような構成により、具体的には、機械−インバータアセンブリのコスト／性能比の最適値で、安定したフィルタ電圧を確立することが可能になる。具体的には、２つの電気機械を有するシステムの場合、この変換器は、国際公開第２００５／０８１３８７号に詳細に記載され、図２に表す種類のものであり、よって、蓄積部と車両の動力系との間のエネルギーの交換を制御すること、及びフィルタ電圧をその最適値に維持することが可能になる。
【００５３】
しかし、そのようなシステムでは、電力はすべて、直流／直流変換器１を通り、したがってそれに応じて直流／直流変換器１を評価しなければならず、さらに、その自己損失のために電気推進下の自律範囲が縮小する。
【００５４】
本発明では、図４に表す配置によってこの問題を解決することができる。
【００５５】
直流／直流変換器１は、電源線２０によって電池の正端子に接続された入力端１１ａと、直列に構成された２つの回路１３、１３’間の中間点１２に結線された出力端１１ｂとを有するインダクタ１１を備え、２つの回路１３、１３’がそれぞれ、逆並列方式で構成されたダイオード１４、１４’及びパワートランジスタ１５、１５’を備え、トランジスタ１５のコレクタが正バス２１に結線される一方、トランジスタ１５’のエミッタが負バス２１’に結線された、既知の種類のものである。
【００５６】
本発明によれば、モータ単独モードで動作する実線で表すサイリスタ４１と、随意的にモータ及び発電機モードで動作する破線で表す逆向きの第２のサイリスタ４１’とを備える、電池Ｂの正極に接続された電源線２０と正バス２１との間のバイパス連結回路４によって、変換器１を短絡させることができる。
【００５７】
２つのサイリスタ４１、４１’は、制御ユニットのコマンドでプライミングすることができる。同一のコマンドが両ゲートを動作させる。
【００５８】
一般には、速度を落とした通常動作下では、速度がかなり低いままである限り、たとえば渋滞中は、「全電気」モードで車両を駆動させることができる。電池Ｂによって提供される蓄積電圧が、２つの機械のトルク−速度動作点を達成するのに十分である限り、図６ａに表すように、破線で表す変換器１を短絡させることによって、電流をサイリスタ４１に直接通すことができ、変換器１のトランジスタ１５、１５’は、制御ユニットによって動作しなくなる。この段階中は、損失はサイリスタの伝導損に制限され、変換器１を短絡させることによって、変換器１によって生じる損失、すなわちインダクタ１１内の鉄損及びジュール損ならびにトランジスタ１５、１５’及びダイオード１４、１４’内の伝導損及び切換え損が解消される。
【００５９】
他方では、制御ユニットに提供された情報が、２つの機械ＭＧ１及びＭＧ２のうちの少なくとも１つの動作点において、電池によって提供される蓄積電圧より大きいフィルタ電圧が必要であることが示されると直ちに、制御ユニットは、電流が変換器１内に入るようにトランジスタ１５、１５’を切り換え、それにより変換器１は漸進的に電圧の制御を再開する。具体的には、変換器１は、所望のトルクを獲得するために機械に印加すべき最適電圧を決定するように、さらに機械、変換器１、及びインバータＣ１、Ｃ２内の損失を最小限にするように、制御ユニットによって調整される。
【００６０】
図５で示すように、機械の動力及び回転速度が増大するほど、変換器１の出力端の電圧は高くなければならない。２つの電気機械ＭＧ１、ＭＧ２が存在するため、変換器１の出力端の電圧は、高い方の電圧を有する動作点を達成するように計算される。
【００６１】
変換器１の動力が上昇するにつれて、サイリスタ４１内の電流は、消失するまで漸進的に低減し、その結果サイリスタが動作しなくなる。このとき回路は、図６ｂに表すように、変換器１による固定調整状態になる。
【００６２】
回路６ａから回路６ｂへの遷移は、図７の時間表に概略的に表すように、漸進的に行われる。図７は、時間に応じて、それぞれゲート（曲線５１）、サイリスタ４１（５２）、インダクタ１１（５３）、及びトランジスタ１５、１５’（５４）内に入る電流の強度の変化を示す。
【００６３】
段階１では、車両は停車しており、交換される動力は実質上ゼロである。
【００６４】
段階２は、低速のままである、たとえば渋滞中の車両の漸進的な加速に対応する。車両が前進しなければならないとき、制御ユニットは、サイリスタ４１をプライミングするようにゲートに通電し（曲線５１）、サイリスタ４１では、電流は、必要な電圧に対応する値で一定になるまで（５２）漸進的に増大する。この電圧は、低速では、電池によって提供される蓄積電圧を超えない。サイリスタ内で電流が一定になった後、この状態は安定し、もはやゲート内の電流（５１ａ）を維持する必要はなくなる。
【００６５】
段階３は、機械の動作を最適化するために、蓄積電圧を上回る電圧を必要とする加速要求に対応する。このとき制御ユニットは、傾斜５３で示すように、インダクタ１１内へ入る電流を漸進的に増大させるように、変換器１のトランジスタ１５、１５’の切換えを命令する。
【００６６】
連続バス２１、２１’上の電流に対する要求は実質上同じであり、サイリスタ４１内の電流は消失するまで低減し（部分５２ａ）、その結果サイリスタが動作しなくなる。
【００６７】
フィルタ電圧は、蓄積電圧に等しいままである。
【００６８】
段階４では、変換器１は余剰電流を提供し（部分５３ａ）、それによりフィルタリングコンデンサ３を設定値まで充電することが可能になる（部分５３ｂ）。
【００６９】
段階５では、必要な動力はすべて変換器１を通り、回路は図６ｂの状態になり、またトランジスタ１５、１５’内に入る電流は、提供すべき最適電圧に従って制御ユニットによって決定される区域５４に対応する。
【００７０】
逆に、図８は、たとえば車両を比較的低速まで減速するために、フィルタ電圧が蓄積電圧に近接した電圧まで低減することを示す時間表である。
【００７１】
段階１では、回路は図６ｂの状態であり、電流はすべて直流／直流変換器１を通る。したがってインダクタ１１は、強度５３’の電流を通す。
【００７２】
制御ユニットで受け取った情報がフィルタ電圧を下げることを必要とするとき、サイリスタ４１のゲートは、逆電圧をかけられて電流を伝導できない場合でもプライミングされる（曲線５１’）。同時に、フィルタの電圧は蓄積電圧に近接した電圧まで低減されるが、インダクタ内の電流の制御を保持するのに必要な電圧差は維持される（曲線５３’ａ）。
【００７３】
段階３では、制御ユニットによってＩＧＢＴトランジスタ１５、１５’が動作しなくなり、インダクタ１１内の電流は漸進的に減衰し（５３’ｂ）、一方では、すでにプライミングされたサイリスタ４１内に入る電流が、段階４でサイリスタがフィルタ電流をすべて提供する（５２’ｂ）まで増加する（５２’ａ）。このとき電流はすべてサイリスタ４１を通り、且つサイリスタのゲートへの動力供給を遮断することが可能である（５１’ｂ）。このとき回路は図６ａの状態になる。
【００７４】
本発明によって、完全な電気運転下では、蓄積要素から生じる動力はバイパス回路４を直接通り、したがって、もはや変換器１の動力によって制限されず、機械、電池Ｂ、又はサイリスタ４１によってのみ制限される。したがって、既知の技術と比較して、直流／直流変換器１を動力の点で過小評価することが可能であり、機械のうちの一方の動作点が電池によって提供される蓄積電圧より大きいフィルタ電圧を要求したときのみ、電流の制御が再開される。
【００７５】
一方、２つの機械の動作点により可能になると直ちに、制御ユニットは、最小損失で動作するように、変換器１のトランジスタの動作を停止させることができる。
【００７６】
さらに、インダクタ１１に印加される電圧差が小さいことを考慮すると、段階３での電流の変化は十分に小さいので、サイリスタ内の電流の増加を制限するように切換えを助けるいかなる要素（緩衝器）の追加も必要でない。
【００７７】
当然ながら、本発明は、本明細書に説明された唯一の実施形態に限定されるものではなく、他の配置又は等価な回路により、本発明の保護の範囲を逸脱することなく、請求の範囲に規定される動作が可能である。
【００７８】
具体的には、単一のサイリスタ４１を有する図６ａ及び６ｂの回路は、比較的高速で完全な電気運転が可能であることが望ましい場合、変換器１を通る動力を有意に大きくすることができるモータモードでの動作のために提供される。
【００７９】
しかし、本発明は発電機モードの利点も有し、これにより、図４に示すように、バイパス回路４は、第２の逆方向のサイリスタ４１’を備えて電流を両方向に通すことができる。
【００８０】
さらに、本発明は特に、一方は発電機として、他方はモータとして動作する２つの電気機械を使用する電力バイパスを有するハイブリッド車両の動作に適しているが、単一の電気機械を備える並列ハイブリッドにおいても利点を有する。
【００８１】
さらに、大きな動力を通すには、詳細に説明し、図面に表した種類の直流／直流変換器を使用すると特に有利であるが、本発明による変換器の短絡には、たとえば仏国特許出願公開第２８５８４８４号に記載のものなど、直流／直流変換器の他の構成に対しても利点を有すると思われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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