(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流リンクを介して負荷に電力を供給するように結合された混成蓄電池、及び前記負荷に対する電力の印加を制御する制御装置を含んでいて、蓄電池負荷が間欠的に大電力負荷になることがある被給電装置に対する混成蓄電池装置に於て、
前記直流リンクに結合された第１の蓄電池と、
前記直流リンクに結合された第２の蓄電池であって、前記第１の蓄電池が前記第２の蓄電池よりも高いエネルギを有し、前記第２の蓄電池よりも低い電力密度を有している、前記第２の蓄電池と、
一方向性導体を含んでいて、前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池の間に回路結合され、前記第１の蓄電池からの電圧を、前記一方向性導体を介して前記第２の蓄電池に強制的に電流を通すのに十分なレベルまで選択的に昇圧する昇圧変換器と、
前記第１の蓄電池及び前記昇圧変換器の間に直列に接続されたダイオードを有し、該ダイオードは前記昇圧変換器から前記第１の蓄電池への電流を阻止する極性に接続されている、混成蓄電池装置。
【請求項２】
前記第１の蓄電池が、第１の蓄電池の集成体を含み、前記昇圧変換器が複数個の昇圧変換器を含み、各々の昇圧変換器が夫々１つの第１の蓄電池及び第２の蓄電池の間に結合されている請求項１記載の混成蓄電池装置。
【請求項３】
更に、前記第２の蓄電池及び前記第１の蓄電池の間に回路結合されていて、前記直流リンクの電圧を、前記第２の蓄電池の公称動作電圧の選ばれたレベルの範囲内に制御する発電制動器を有する請求項１記載の混成蓄電池装置。
【請求項４】
前記第１の蓄電池が少なくとも１つの機械的に再充電可能な蓄電池を有し、前記一方向性導体が前記第２の蓄電池から前記第１の蓄電池へ電流が流れるのを防止する請求項３記載の混成蓄電池装置。
【請求項５】
前記昇圧変換器が、前記第１の蓄電池及び前記一方向性導体の間に結合された誘導子と、該誘導子及び前記一方向性導体の接続点に結合された第１のスイッチと、前記第１のスイッチを選択的に導電状態にゲート駆動して前記誘導子を通る電流を設定すると共に、前記第１のスイッチを導電しなくなるようにゲート駆動することにより、誘導子電流が強制的に前記一方向性導体に通されるようにする制御装置とで構成されている請求項３記載の混成蓄電池装置。
【請求項６】
前記発電制動器が、電力散逸抵抗及び第２のスイッチの直列の組合せで構成されていて、前記制御装置は、前記第２の蓄電池の両端の電圧を制御する形で、前記第２のスイッチを選択的に導電させるように並びに導電しなくなるようにゲート駆動するように作用し得る請求項３記載の混成蓄電池装置。
【請求項７】
前記第１の蓄電池が電気的に再充電可能な蓄電池で構成されている請求項１記載の混成蓄電池装置。
【請求項８】
前記第１の蓄電池が、ナトリウム・ニッケル・塩化物蓄電池、リチウム・イオン蓄電池又はニッケル・金属・水素化物蓄電池で構成されている請求項７記載の混成蓄電池装置。
【請求項９】
前記一方向性導体と並列に接続されていて、選択的に電流を前記第１の蓄電池に伝達することが出来るようにするスイッチを有する請求項７記載の混成蓄電池装置。
【請求項１０】
前記第１の蓄電池が機械的に再充電可能な蓄電池の集成体で構成されており、前記ダイオードが複数個のダイオードを含み、前記昇圧変換器が複数個の昇圧変換器を含み、前記機械的に再充電可能な蓄電池の各々は対応する１つのダイオードによって他の機械的に再充電可能な蓄電池から隔離されており、各々のダイオードは関連する１つの機械的に再充電可能な蓄電池を夫々１つの昇圧変換器に接続し、夫々１つの昇圧変換器が前記第２の蓄電池に結合されている請求項１記載の混成蓄電池装置。
【請求項１１】
前記一方向性導体と並列に接続されていて、前記昇圧変換器に逆方向に電流を選択的に通すスイッチを含み、前記装置が、前記逆電流を利用する為に、前記ダイオード及び前記昇圧変換器の間に回路接続された補助負荷装置を含んでいる請求項１記載の混成蓄電池装置。
【請求項１２】
交流電動機に対する混成蓄電池電力装置に於て、
直流（ＤＣ）リンクと、
該直流リンク及び少なくとも１つの交流電動機の間に結合されたインバータと、
第１の蓄電池及び第２の蓄電池と、
一方向性導体を含んでいて、前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池の間に回路結合され、前記第１の蓄電池からの電圧を、前記一方向性導体を介して前記第２の蓄電池に強制的に電流を通すのに十分なレベルまで選択的に昇圧する昇圧変換器と、
前記第１の蓄電池及び前記昇圧変換器の間に直列に接続されたダイオードを有し、該ダイオードは前記昇圧変換器から前記第１の蓄電池への電流を阻止する極性に接続されている、
前記第１の蓄電池が前記第２の蓄電池よりも高いエネルギを有し、前記第２の蓄電池よりも低い電力密度を有しており、
各々の蓄電池は、前記直流リンクと回路結合されていて、該蓄電池から一緒になって前記インバータに電力を供給することが出来るようになっており、前記直流リンクは、回生エネルギが前記第２の蓄電池に供給されると共に前記第１の蓄電池からは隔離されるように構成されている混成蓄電池電力装置。
【請求項１３】
前記昇圧回路が誘導子及び制御可能な電子スイッチの直列の組合せで構成され、前記誘導子は前記第１の蓄電池及び前記一方向性導体の間に直列に接続され、前記スイッチは前記誘導子及び前記一方向性導体の中間の接続点に接続されると共に、前記誘導子を前記第１の蓄電池の間を短絡する位置にして、前記スイッチが導電するときに、その中に電流を通すように配置されており、更に、前記スイッチに結合されていて、該スイッチを選択的に導電するように並びに導電しなくなるようにゲート駆動して、前記一方向性導体を介して前記第２の蓄電池に送られる電流を強める制御装置を有する請求項１２記載の混成蓄電池電力装置。
【請求項１４】
前記第２の蓄電池のところで前記直流リンクに結合されていて、該直流リンクの電圧を制御する発電制動器を有する請求項１３記載の混成蓄電池電力装置。
【請求項１５】
前記発電制動器が電力抵抗及び第２の電子的に制御可能なスイッチの直列の組合せで構成され、該第２のスイッチは選択的に導電するように並びに導電しなくなるようにゲート駆動されて、前記直流リンクに現われる実効抵抗を変えて、該リンク上の電圧の大きさを制御する請求項１４記載の混成蓄電池電力装置。
【請求項１６】
前記直流リンクに結合されていて、回生電力を捕捉する少なくとも１つの被給電付属装置を含む請求項１４記載の混成蓄電池電力装置。
【請求項１７】
前記第１の蓄電池が、亜鉛−空気蓄電池で構成され、前記第２の蓄電池が、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池で構成されている請求項１乃至１６のいずれかに記載の混成蓄電池装置。
【請求項１８】
前記第１の蓄電池が機械的に再充電可能な蓄電池であり、
前記第２の蓄電池が電気的に再充電可能な蓄電池である、請求項１乃至１７のいずれかに記載の混成蓄電池電力装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１７のいずれかに記載の混成蓄電池電力装置と、
車輪と、
前記車輪を駆動する電動機と、
前記第２の蓄電池の電力を補う為の車上発電機と
前記車上発電機を駆動する内燃機関と、
を含む混成車輌。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景】
この発明は蓄電池電力制御装置、更に具体的に言えば、電気推進車輌に使われるような電気又は混成電動機駆動装置に使われる、高エネルギ密度及び高電力密度の両方を達成する混成蓄電池装置に対するコストの安い形式並びに制御方法に関する。
【０００２】
電動機推進車輌（「電気車輌」又はＥＶ）に対する推進装置は、一般的に、車輌の車輪と駆動関係を持つように結合された電動機を駆動する為の電力を供給する為に、再充電可能な牽引用蓄電池を使う。例えば、米国特許第５，３７３，１９５号には、牽引用蓄電池が直流（ＤＣ）リンクに接続され、このリンクが直流電動機に対する電力を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）回路又は交流（ＡＣ）電動機に対する電力を制御する周波数制御インバータのような電力制御回路に接続される装置を例示している。混成電気車輌（ＨＥＶ）推進装置は、ＥＶ推進装置と同様に構成されているが、蓄電池電力を補う為の車上発電機を駆動する内燃機関をも含んでいる。
【０００３】
一般的に、電気車輌及び混成電気車輌に対する牽引用蓄電池は、電力密度とエネルギ密度の兼合いである。
【０００４】
【発明の要約】
この発明は、高電力密度蓄電池と高エネルギ密度電池の組合せを使うことによって、電気推進車輌に対する電力装置を最適にしようとする。例えば、非常にエネルギ密度の高い蓄電池技術が、例えば亜鉛−空気の機械的に再充電可能な蓄電池の形で存在しており、これは２００  Ｗ−ｈｒ／ｋｇのエネルギ密度を達成することが実証されており、これに対して鉛−酸蓄電池で達成されるのは、典型的には、わずか３０−４０  Ｗ−ｈｒ／ｋｇである。しかし、このような亜鉛−空気蓄電池の電力密度は約８０−１００  Ｗ／ｋｇであると報告されている。これに比べて、エネルギ密度が４５−５０  Ｗ−ｈｒ／ｋｇで、３５０  Ｗ／ｋｇの電力密度を達成するニッケル・カドニウム（Ｎｉ−Ｃｄ）蓄電池が開発されている。従って、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池と組合わせて亜鉛−空気蓄電池を使う混成蓄電池装置は、高エネルギ及び大電力の最適の組合せを提供するであろう。
【０００５】
ＥＶの用途に高エネルギ密度蓄電池を使うことに伴う１つの問題は、このような蓄電池が電気的に再充電可能でないことである。即ち、亜鉛−空気蓄電池のような蓄電池は、機械的／電気化学的な再充電を必要とする。それでも、高エネルギ密度蓄電池及び高電力密度エネルギの両方を含んでいて、機械的に再充電可能であると共に電気的に再充電可能であり、電気的な再充電エネルギが、電池の内の機械的に再充電可能な部分に印加されないようになっている装置は、動作容量の点で可成りの利点を持つことになろう。更に、このような混成蓄電池装置は、混成蓄電池形式で回生エネルギを捕捉する方法を持つことになり、これは所定の蓄積エネルギ量に対するＥＶ又はＨＥＶの距離を高める。
【０００６】
上に述べたように、電気又は混成車輌推進装置で高エネルギ密度及び高電力密度の両方を達成することが出来る、混成蓄電池装置に対するコストの安い形式及び制御方法を提供することが望ましい。この目的の為、この発明は、機械的に再充電可能な蓄電池のような高エネルギ密度蓄電池と高電力密度蓄電池の両方を含む混成蓄電池の再充電を制御する方法と装置を提供する。
【０００７】
この発明の１形式では、混成蓄電池装置が、所定の蓄積エネルギ量に対する電気車輌の距離を長くするように、回生エネルギを捕捉して、高電力密度蓄電池に印加することが出来るようにしながら、電気的な再充電エネルギが高エネルギ密度蓄電池に印加されるのを防止する部品を含んでいる。車輌の可成りの減速の間、下り坂での速度を保ちながら、電気的な回生エネルギを吸収する発電制動機能を使って、機械的なブレーキの疲労を最小限に抑えると共に、蓄電池及び電力の電子式制御装置に対する過大の電圧を制限する。
【０００８】
実施例では、この発明は、昇圧変換器と回路結合された高エネルギ密度蓄電池、高電力密度蓄電池、発電制動器及び交流電動機駆動部を含む混成蓄電池装置を提供する。混成蓄電池装置が、車輌システム制御装置からの信号を受取りる混成電力源制御装置によって制御される。混成電力源制御装置が、電流及び電圧センサを使って、閉ループの混成蓄電池制御機能に対するフィードバック・パラメータを提供する。高電力密度蓄電池の再充電は、電動機駆動部からの回生エネルギを捕捉することと、高エネルギ密度蓄電池からの再充電の組合せによって行われる。
【０００９】
この発明は以下図面について説明するところを読めば、更によく理解されよう。
【００１０】
【発明の詳しい説明】
図１は、牽引電動機の用途に使われる鉛−酸又はその他の高電力密度蓄電池のような電気的に再充電可能な蓄電池１２から給電される従来の交流電動機牽引駆動装置１０を図式的に示す。牽引用蓄電池１２が直流リンク１４に結合され、このリンクが、図１ではインバータ１８として示した牽引駆動変換器１８によって直流リンク１４に結合された電気的な牽引負荷又は電動機１６に電力を結合したり、或いはそれから回生電力を受取る。
【００１１】
電動機１６が、インバータ１８によって直流リンク１４から得られる可変周波数励振を必要とする交流（ＡＣ）電動機として示されているが、パルス幅変調（ＰＷＭ）変換器のような直流制御回路によって、リンク１４に結合された直流（ＤＣ）電動機であってもよい。交流電動機１６は、例えば、誘導機、永久磁石同期機、電子転流式電動機又は切換え磁気抵抗式電動機を含む任意の適当な形式の交流機で構成されていてよい。インバータ１８の入力フィルタ・キャパシタ２０が直流リンク１４の間に結合されていて、直流リンク１４の電圧（Ｖｄｃ）に対するフィルタ作用をする。電動機１６は３相機であることが好ましいので、インバータ１４は、１相の枝路に２つの直流接続のスイッチング装置、即ち、第１相枝路の装置Ｔ１及びＴ２、第２相枝路の装置Ｔ３及びＴ４、第３相枝路の装置Ｔ５及びＴ６を持つ３相インバータである。装置Ｔ１−Ｔ６は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ、ＳＣＲ又はＩＧＣＴ形装置のような普通の半導体スイッチング装置である。ダイオードＤ１−Ｄ６が夫々のスイッチング装置Ｔ１−Ｔ６と逆並列に結合されている。
【００１２】
例に示したＥＶ駆動部にある牽引用蓄電池１２が、典型的には、３００  Ｖｄｃを越える端子電圧を持っており、短期間の間、数百アンペアの電流を発生することがある。更に具体的に言うと、電気車輌に対する牽引用蓄電池１２は、車輌の加速及び登り坂走行能力に合う十分な電力密度を有する寸法にするのが典型的である。しかし、このような蓄電池のエネルギ密度は、限界的な距離しか得られず、それが電気車輌が広く受容れられていない主な理由である。
【００１３】
図２は、発電制動器２２を取入れた図１の交流牽引駆動部の変形であるこの発明の１実施例を図式的に示しており、この発電制動器を取入れたことによって、高エネルギ密度蓄電池２４を使うことが出来るようになり、図２の実施例では、この蓄電池は機械的に再充電可能な蓄電池である。蓄電池２４が、高電力密度の電気的に再充電可能な蓄電池１２の代りに、直流リンク１４に結合される。亜鉛−空気蓄電池のような機械的に再充電可能な蓄電池２４は、２００  Ｗ−ｈｒ／ｋｇのエネルギ密度を持つことが出来る。しかし、このような蓄電池は負荷に電力を供給することが出来るだけであって、車輌の減速の際、回生エネルギを受取ることは出来ない。この理由で、例えばダイオード２６で示した一方向性導体が、機械的に再充電可能な蓄電池とインバータ１８の間で直流リンク１４の正の母線に接続され、機械的に再充電可能な蓄電池への電力の流れを妨げる。発電制動器２２が、このインバータ１８側の端で直流リンク１４の間に結合されている。
【００１４】
発電制動器２２は、大電力散逸格子抵抗２８と直列接続のスイッチング装置３０とで構成されている。フライバック・ダイオード３２が装置３０と逆並列に接続されている。装置３０がパルス幅変調（ＰＷＭ）モードで動作させられ、抵抗２８が直流リンク２４に対して持つ実効抵抗を制御自在に変えて、こうして電動機１６が回生モードで運転されて、インバータ１８を介してリンクに電力を戻すとき、リンク１４に発生される直流電圧を制限する。電動機１６は、装置Ｔ１−Ｔ６の導電位相角を制御することによって、回生モードで動作させることが出来る。回生モードにより、電動機１６が負荷として作用して、車輌を減速させ、車輌の機械的なブレーキの疲労並びに損耗を最小限に抑えることが出来る。更に、灯、空気調和装置及び動力舵取ポンプのような付属機器を直流リンクに接続し、それらを使って回生エネルギを吸収することが出来る。
【００１５】
図３には、機械的に再充電可能な高エネルギ蓄電池２４から利用し得る電圧を昇圧する為の昇圧変換器回路３４を取入れて、図２の駆動回路を更に変更したものとしてのこの発明の別の実施例が示されている。昇圧変換器回路３４は、米国特許第５，７１０，６９９号に示されているものを簡単にしたものであり、本質的には、直流リンクの正の電圧母線に接続された誘導子３８と、直流リンクの間に接続された半導体スイッチング装置４０とで構成されている。この明細書では、直流リンク１４という言葉は、昇圧変換器３４の為（並びに図４の蓄電池４８の為）に異なる電圧レベルの部分を持つ正及び負の直流母線を指す。各々の部分が直流リンク１４の中に包括的に含まれている。
【００１６】
逆電流ダイオード４２が、スイッチング装置４０と並列に逆の極性で接続されている。昇圧変換器３４は、スイッチング装置４０を導電状態にゲート駆動して、実効的に誘導子３８を直接的に蓄電池２４の端子の間に接続することによって作用する。この作用により、誘導子に急速に電流が増加する。その後、スイッチング装置４０が導電しなくなるようにゲート駆動すると、誘導子３８の誘導リアクタンスによって、電流が誘導子の中を引き続いて同じ方向に流れるように強制され、この為、誘導子が電流源として作用し、蓄電池２４及び誘導子３８の組合せの両端に、蓄電池電圧より高い電圧を作り出す。これによって、電流が直列ダイオード２６に流れるように強制されて、直流リンク１４の実効電圧を高める。逆電流ダイオード４２は、装置４０が導電しなくなるようにゲート駆動されたときに、装置４０を保護するように、過渡電圧に対する電流通路を作る。この実施例は、リンクの過渡電圧を制限する為に、直流リンクの間に接続されたスナッバ回路３６をも含む。スナッバ回路は、抵抗４４及びキャパシタ４６の直列の組合せで構成することが出来る、図３の駆動回路の他の部分は、図２に示すのと略同じである。
【００１７】
図３の実施例では、阻止ダイオード２６が昇圧変換器回路３４の中に取入れてあることが認められよう。用途によっては、回路３４と機械的に再充電可能な蓄電池２４との間に直列に第２のダイオードを使うことが望ましいことがある。例えば図７には、２つの阻止ダイオード２６及び２７を使う図３の装置の一部分が示されており、ダイオード２７は別個のダイオードであって、蓄電池２４を回路３４から隔離している。ダイオード２６は昇圧変換器回路３４内に残っているが、制御可能な電子スイッチ２９（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はその他のスイッチング装置等）がダイオード２６と並列に接続されていて、ダイオード２６を迂回して逆並列方向に電流を通すようになっている。この実施例では、昇圧変換器３４が、インバータ１８からの回生電力の流れに対する突合せ変換器として作用することが出来るようにしていて、回生電力が、発電制動器２２内で熱として散逸される代りに、車輌の付属機器の電力（ＡＵＸ  ＬＯＡＤ  ３１）として利用することが出来るようになっている。
【００１８】
蓄電池２４は１個の蓄電池でも、或いは複数個の並列に結合した蓄電池であってもよい。更に、多数の蓄電池を電気的に分離し、この各々の蓄電池を別々の昇圧変換器／ダイオード回路によって直流リンクに接続することが望ましいことがある。即ち、各々の並列の機械的に再充電可能な蓄電池が、複数個の昇圧変換器回路３４の内の対応する１つによって直流リンクに接続される。図９について簡単に説明すると、蓄電池２４ａ、２４ｂ、２４ｃが、夫々ダイオード２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して対応する変換器回路３４ａ、３４ｂ、３４ｃに接続される１形式の多重蓄電池装置が示されている。各々の変換器回路の出力端子が直流リンク１４に接続される。この実施例では、ダイオード２７ａ、２７ｂ、２７ｃの使い方は随意選択である。多数の蓄電池及び昇圧変換器回路は、故障に対する許容度を持つ。１つの蓄電池が誤動作をしても、昇圧変換器を不作動にすることによって、不良の蓄電池を集成体から有効に切り離すことが出来る。
【００１９】
図４は図３の実施例を更に変形し、阻止ダイオード２６のインバータ側で直流リンクの間に高電力密度蓄電池４８を追加した点で、この実施例と異なっている。図４の実施例は、蓄電池４８を使って、加速又は重い負荷状態に対する大電力応答を持つことが出来ると同時に、高エネルギ密度蓄電池２４を使って、車輌の運転範囲を拡げる混成蓄電池形式を作り出している。この実施例では、電動機を使って車輌の電気制動を行うとき、電動機によって発生された回生エネルギを高電力密度蓄電池４８に転送して、実効的にこの蓄電池を再充電し、車輌の動作範囲を拡げることが出来る。高エネルギ密度電池２４の端子電圧が、高電力密度電池４８の端子電圧より低くて、昇圧変換器３４が無ければ、蓄電池２４から蓄電池４８への電力の流れが生じないようにすることが好ましい。これによって、昇圧変換器３４を、蓄電池２４から取出すエネルギ量を調整する形で制御することが出来る。蓄電池４８から供給出来るよりも、負荷の電力需要の方が大きいとき、又は蓄電池２４から蓄電池４８を再充電することが必要なときに、蓄電池２４からエネルギが取出される。
【００２０】
図４の混成蓄電池形式の特定の利点は、直流リンクの間に接続された電力蓄電池４８が一層低い実効直流抵抗を持ち、電動機１６によって発生された回生電力の多くを吸収することが出来るので、直流リンク電圧を狭い制御された電圧範囲内に保つことが出来るような、昇圧変換器３４及び発電制動器２２に対する制御方式を取ることが出来ることである。前に述べたように、発電制動器回路２２を使って、高電力密度蓄電池４８の公称動作電圧より高い許容し得るレベル内に直流リンク電圧を制御することが出来る。しかし、こういう形式の電圧制御は、発電制動器２２を使わずに、直流リンクから補助電力を取出すような用途でも有効であることがある。例えば、灯、空気圧縮機、空気調和装置、動力舵取ポンプ及び車輌のその他の付属機器（図に示していない）を運転するように直流リンク電力を接続した装置では、こういう付属機器の負荷と再充電可能な蓄電池４８との組合せによって、発電制動器を使わずに、任意の回生エネルギを吸収する十分な容量を持たせることが出来る。
【００２１】
図５及び図６には、図４の混成蓄電池牽引駆動回路の動作を制御することが出来るような制御装置５０の機能的なブロック図が示されている。制御装置は、車輌システム制御装置５２と、混成蓄電池電力源制御装置５４の２つの部分に分かれている。システム制御装置５２が、実質的に線５６のトルク・フィードバック及び線５８の速度基準フィードバックのような変数から電動機の性能を監視する。単にアクセル位置であってよいトルク指令を制御装置５２に印加し、適正な操作により、牽引駆動装置に対するトルク制御指令として出力し、インバータ１８にある個別のスイッチング装置及び発電制動器２２にあるスイッチング装置を制御する信号を供給する。スイッチング装置の信号を発生することは、この発明の一部分ではなく、周知である。
【００２２】
混成電力源制御装置５４が、高電力密度蓄電池４８の電圧及び高エネルギ密度蓄電池２４の電圧を監視し、これらの変数を使って、昇圧変換器３４を制御して、蓄電池２４から直流リンク１４に送り出される電力量を調整する。混成電力源制御装置５２は、米国特許第５，６５９，２４０号に記載されているある方式を利用する。その本質的な動作として、システム制御装置にある掛算器６０が、トルク・フィードバック及び速度フィードバック信号を組合わせて、電力フィードバック信号を作り、それがフィルタ回路６２を介して結合され、電力制限回路６４に印加される。電力制限回路６４の出力が別の掛算器６６に印加され、そこで高エネルギ密度蓄電池２４の端子電圧を表す信号と組合わされる。この信号は単に監視される蓄電池電圧信号であって、掛算器利得計画回路６８に印加され、それが駆動回路によって要求される蓄電池電圧を表す調節済み掛算器ＶＡＣを発生する。この値が接続点７０で、その蓄電池に対する電流並びにその両端の電圧を監視することによって、高電力密度蓄電池４８に送出される実際の電力を表す別のフィードバック信号と加算される。掛算器７２で得られるこれらの値の積が加算点７０に印加される。そのとき、差信号を使って、昇圧変換器の動作を制御する。しかし、最初に加算点７４で、蓄電池４８から供給されている平均電圧を表す信号によって修正される。その結果得られた信号が次に調整器７６に印加され、蓄電池２４からの所望の電流を表す指令を発生する。電流フィードバック信号がこの信号と加算点７８で組合わされ、その後、差信号が、調整器８０に印加され、この調整器がパルス幅変調信号発生回路８２に対する信号を供給する。回路８２が、昇圧変換器回路３４にあるスイッチング装置４０に対する制御信号を供給する。こうして、回路は蓄電池２４から直流リンク２４に転送されるエネルギ量を制御するのに役立つ。
【００２３】
蓄電池４８によって発生される平均電力は、センサ８６で蓄電池４８の端子電圧と蓄電池４８の電流出力を監視することによって求められる。これらの信号が掛算器８８に印加されて、電力信号となり、それがブロック９０でフィルタ作用にかけられて加算点９２に印加される。加算点９２で、蓄電池４８からの平均電力が、ボックス９４及び９６の蓄電池充電状態アルゴリズムを用いることによって得られた信号と加算される。充電状態アルゴリズムは、直流リンク電圧及び蓄電池４８からの電流を使って、蓄電池４８によって発生されている正味のアンペア数を計算する。このアルゴリズムを利用して、蓄電池の寿命を最大にするように、蓄電池４８に対する充電サイクルを制御する。蓄電池充電状態アルゴリズムについて更に詳しいことは、米国特許第５，６５９，２４０号に記載されている。
【００２４】
図８は、電気的に再充電可能な高エネルギ密度蓄電池を含むこの発明の更に別の実施例による混成蓄電池制御装置を図式的に示す。
【００２５】
図８の実施例は、蓄電池２４の変更と、蓄電池２４が再充電電力を受け取ることが出来る為に最早いらなくなった阻止ダイオード２７が削除されていることを別とすると、図７の実施例と略同じである。
【００２６】
この実施例では、蓄電池２４は、機械的に再充電可能な蓄電池ではなく、電気的に再充電可能な蓄電池である。従来の電気的に再充電可能な蓄電池は、従来の機械的に再充電可能な蓄電池程のエネルギ蓄積量がないが、電気的に再充電可能な蓄電池の利点は、再充電の為にＥＶから取外さなければならない機械的に再充電可能な蓄電池と異なり、所定位置にある状態で再充電が出来ることである。適当な電気的に再充電可能な高エネルギ密度蓄電池は、例えば、リチウム・イオン蓄電池、ニッケル・金属・水素化物蓄電池又はナトリウム・ニッケル・塩化物蓄電池がある。
【００２７】
この発明の現在好ましい実施例と考えられるものを説明したが、当業者には種々の変更が考えられよう。従って、この発明はここに開示した特定の実施例に制限されるものではなく、特許請求の範囲全体から解釈されるべきであることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】直流−交流インバータ及び牽引用蓄電池を持つ従来の交流牽引駆動部を図式的に示す図。
【図２】発電制動器及び機械的に再充電可能な蓄電池を用いたこの発明の１実施例による交流牽引駆動部を図式的に示す図。
【図３】昇圧変換器制御装置、発電制動器及び機械的に再充電可能な蓄電池を用いたこの発明の別の実施例による交流牽引駆動部を図式的に示す図。
【図４】昇圧変換器制御装置、発電制動器及び２つの蓄電池を持つ交流牽引駆動部を含むこの発明の更に別の実施例による混成蓄電池形式を図式的に示す図。
【図５】この発明の別の実施例による混成蓄電池制御装置を図６と併せて図式的に示す図。
【図６】この発明の別の実施例による混成蓄電池制御装置を図５と併せて図式的に示す図。
【図７】図３の駆動回路の一部分の変形を示す回路図。
【図８】この発明の別の実施例を図式的に示す図。
【図９】多数の蓄電池及び昇圧変換器の回路図。
【符号の説明】
１４  直流リンク、１６  負荷、２４  高エネルギ密度蓄電池、２６  一方向性導体、３４  昇圧変換器、４８  高電力密度蓄電池、
【図１】
0004650911.tif 000002
【図２】
0004650911.tif 000003
【図３】
0004650911.tif 000004
【図４】
0004650911.tif 000005
【図５】
0004650911.tif 000006
【図６】
0004650911.tif 000007
【図７】
0004650911.tif 000008
【図８】
0004650911.tif 000009
【図９】
0004650911.tif 000010