DE19813146A1

DE19813146A1 - Spannungsversorgungssystem für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE19813146A1
Application number: DE19813146A
Authority: DE
Inventors: Jun Yamada; Shigenori Kinoshita
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1998-10-15
Also published as: US5998960A; CN1195617A; CN1070785C; JPH10271611A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofahrzeug, dessen Räder von einer Gleichstromspannungsversorgung mit einer wiederaufladbaren Hochenergie batterie und einer wiederaufladbaren Hochleistungsbatterie angetrieben werden (ein Elektrofahrzeug, das nur über Batterien angetrieben wird, wird hiernach einfach "Elek trofahrzeug" genannt), und auf ein Spannungsversorgungssystem für ein hybrides Elek trofahrzeug, das mittels einer Kombination einer Gleichspannungsversorgung und eines internen Verbrennungsmotors angetrieben wird.

Fig. 5 zeigt den Antriebstrakt eines allgemein bekannten, serienmäßigen hybrid en Elektrofahrzeugs. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motor, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Generator (der Motor und der Generator können auch zusammen als "Motorgenerator" bezeichnet werden), das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Gleichrichter, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine primäre Batterie, das Bezugs zeichen 5 bezeichnet einen Inverter, das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Fahrzeug antriebsmotor, das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Übersetzungsgetriebe, das Bezugs zeichen 8 bezeichnet ein Differentialgetriebe, das Bezugszeichen 91 bezeichnet ein rech tes Rad, das Bezugszeichen 92 bezeichnet ein linkes Rad, das Bezugszeichen 10 bezeich net eine Hilfsbatterie, das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Gleichstromwandler zum Laden der Hilfsbatterie 10, das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Batterie für Zusatzge räte, und das Bezugszeichen 13 bezeichnet zusammen angeordnete Zusatzaggregate, wie zum Beispiel eine Klimaanlage.

Im Hinblick auf den Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung und auf eine Redu zierung der Abgase wird ein Motorgenerator üblicherweise immer bei einer optimalen Motordrehzahl unter Last betrieben. Insbesondere wird der Motorgenerator unter spe ziellen Betriebsbedingungen unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit betrieben, um die Hauptbatterie 4 über den Gleichrichter 3 zu laden.

Es wurden Anstrengungen unternommen, eine weitere Verbesserung der Effi zienz und eine weitere Verringerung der Umweltverschmutzung zu erreichen, indem der Generator 2 deaktiviert wird, wenn die Hauptbatterie 4 bis zu einem bestimmten Maß oder mehr aufgeladen ist.

In einem solchen System wird die Leistung des Motors 1 auf einen Leistungs pegel reduziert, der kleiner ist als die maximale Leistung, die erforderlich ist, um das Fahrzeug zu beschleunigen, und die Leistung, die zum Beschleunigen des Fahrzeugs notwendig ist, wird von der Hauptbatterie 4 geliefert. Wenn die Leistung des Motors 1 größer als die Antriebskraft bei konstanter Fahrzeugfahrt ist, wird die Hauptbatterie über den Generator 2 und den Gleichrichter 3 durch die überschüssige Leistung des Motors aufgeladen.

Wenn das Fahrzeug abgebremst wird, wird ein Teil der kinetischen Energie durch eine Regeneration durch den Motor 6 und den Inverter 5 in der Hauptbatterie 4 gespeichert. Gleichzeitig wird der Gleichrichter 3 im Invertermodus betrieben, und der Generator 2 wird im Motormodus betrieben. Als Ergebnis wird wie bei einem motor betriebenen Fahrzeug eine Motorbremsung bei dem Fahrzeug durchgeführt. Wenn die elektrische Bremskraft nicht ausreicht, wird das Fahrzeug mechanisch abgebremst, wie in dem Fall eines nicht gezeigten, motorbetriebenen Fahrzeugs.

Wenn der Motor 1 ausgeschaltet wird, erzeugt der Generator 2 überhaupt keine Spannung. In einem solchen Zustand wird die Energie zum Fahren und die Energie für die Zusatzaggregate von der Hauptbatterie 4 geliefert.

Der Antriebstrakt eines Elektrofahrzeugs ist der gleiche wie der in Fig. 5 ge zeigte, außer daß das Fahrzeug keinen Motor 1, keinen Generator 2 und keinen Gleich richter 3 besitzt. Die gesamte, von dem Fahrzeug benötigte Leistung wird von der Hauptbatterie 4 geliefert. Die Hauptbatterie 4 wird über eine nicht gezeigte, externe Spannungsversorgung aufgeladen.

Dieses Elektrofahrzeug erzeugt überhaupt keine Abgase, die sonst durch das Betreiben eines Motors entstehen, und ist somit ein Null-Emissionsfahrzeug.

Wie zuvor erwähnt, wird das allgemein bekannte, serienmäßige hybride Elek trofahrzeug bei konstanter Fahrt von dem Motorgenerator angetrieben, und ein Mangel an für die Beschleunigung des Fahrzeugs benötigter Leistung wird von der Hauptbatterie 4 geliefert. In einem Fall, in dem Fahrleistung benötigt wird, wenn sich der Motor in einem inaktiven Zustand befindet, oder in dem die von den Zusatzaggregaten benötigte Leistung größer ist all die von Motorgenerator erzeugte Leistung, oder wenn die selbst bei konstanter Fahrt erforderliche Fahrleistung größer als die von dem Motorgenerator erzeugte Leistung ist, muß der Mangel an Leistung durch von der Hauptbatterie 4 gelie ferte Leistung ausgeglichen werden. Aus diesen Gründen muß die Hauptbatterie 4 eine Batterie sein, die eine hohe Leistung abgeben kann, also eine wiederaufladbare Hochlei stungsbatterie (oder eine Batterie mit hoher Leistungsdichte) sein.

Der zur Zeit dominante Hauptbatterietyp zur Verwendung in schon bekannten Elektrofahrzeugen ist eine chemische Batterie, die auf einer chemischen Reaktion ba siert, wie etwa eine Bleibatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder eine Lithiumio nenbatterie. Natürlich ist die Hauptbatterie vom Typ her dieselbe wie die Hauptbatterie für ein hybride Elektrofahrzeug und ist somit auch vom Hochleistungstyp. Es gibt also eine Bedarf für Batterien, die eine höhere Leistung erzeugen.

Als nächstes wird das Merkmal des regenerativen Bremsens des hybriden Elek trofahrzeugs oder des normalen Elektrofahrzeugs beschrieben. Wie zuvor erwähnt, wird, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, kinetische Energie des Fahrzeugs durch Regeneration über den Motor 6 und den Inverter 5 in der Hauptbatterie 4 gespeichert.

Ein Hauptmerkmal eines Elektrofahrzeugs dieses Typs ist, daß ein Teil der während des Beschleunigungsvorgangs aufgewendeten Energie wiedergewonnen werden kann, wenn das Fahrzeug abgebremst wird.

Die gleiche Leistungsmenge wie bei der Beschleunigung wird beim Bremsen üblicherweise in einem kürzeren Zeitraum erzeugt. Das bedeutet, daß die Bremsleistung größer ist als die Beschleunigungsleistung. Weiterhin erleiden chemische Batterien übli cherweise größere Verluste beim Aufladen als beim Entladen.

Aus diesen Gründen ist es bei einem hybriden Elektrofahrzeug oder bei einem normalen Elektrofahrzeug unmöglich, die gesamte, während des Bremsens erzeugte Leistung wiederzugewinnen. Die Lage der Dinge ist so, daß der Großteil der während des Bremsens erzeugten Energie durch mechanisches Bremsen in Wärme umgewandelt wird.

Das bedeutet, daß der Großteil der erzeugten Leistung in der Form von Wärme verlorengeht. Die Verbesserung der Effizienz der Energieverwendung durch eine mög lichst große Wiedergewinnung von Energie beim Bremsvorgang stellt ein wichtiges Problem dar.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Lösung des vorstehenden Problems gemacht, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Span nungsversorgungssystem für ein Elektrofahrzeug zu schaffen, das in der Lage ist, die Effizienz der Energieverwendung durch eine möglichst große Wiedergewinnung von Energie beim Bremsvorgang zu verbessern, um eine Verbesserung beim Kraftstoffver brauch bei einem hybriden Elektrofahrzeug und eine entsprechende Verringerung der Abgase zu erreichen und um eine leichtgewichtige, kompakte und billigere Batterie zu erhalten, indem die Größe der in dem Fahrzeug verwendeten, wiederaufladbaren Hoch energiebatterie verringert wird.

Diese und weitere Aufgaben werden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch das in den beigefügten Patentansprüchen definierte Spannungsversorgungssystem für Elektrofahrzeuge gelöst.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Überlegung gemacht, daß ein Kondensator, der als solcher keine chemische Batterie sondern ein gewisse Art von physikalischer Batterie ist, in der Lage ist, ein schnelles Aufladen oder Entladen zu verkraften oder eine hohe Leistung zu erzeugen und auch in einem Bereich von einer praktisch verschwindenden Spannung bis zu einer maximalen Spannung zu arbeiten.

Im Prinzip schafft die vorliegende Erfindung ein Spannungsversorgungssystem, in dem ein elektrischer Zweiquadrantengleichstromsteller, der in Reihe mit einem Kon densator geschaltet ist, als wiederaufladbare Hochleistungsbatterie verwendet wird, wodurch eine Hochleistungs-Gleichspannungsversorgung geschaffen wird, die eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung erzeugt. Eine aus einer wiederaufladbaren Hochenergiebatterie bestehende Hauptbatterie ist mit der Gleichspannungsversorgung in Parallelanordnung geschaltet, wodurch eine Gleichspannungsversorgung zur Verwen dung in einem hybriden Elektrofahrzeug oder in einem normalen Elektrofahrzeug ent steht.

Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein Elektrofahrzeug, dessen Räder von einer Gleichspannungsversorgung angetrieben werden, welche eine Kombina tion aus einer wiederaufladbaren Hochenergiebatterie und einer Hochleistungsbatterie umfaßt, wobei das Fahrzeug umfaßt:
einen Gleichspannungsversorgungsschaltkreis, der aus der Hochleistungsbatterie und einem elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller besteht und der in Parallel anordnung mit der Hochenergiebatterie angeordnet ist, die als Hauptbatterie verwendet wird, um eine Gleichspannungsversorgung zu bilden, wobei,
wenn der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf einen Wert größer als ein festgelegter Wert zunimmt, der Gleichstromsteller in Betrieb gesetzt wird, um die Hochleistungsbatterie auf solche Weise zu laden oder zu entladen, daß der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf den festgelegten Wert oder weniger abnimmt.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Elektrofahrzeug, dessen Räder von einem internen Verbrennungsmotor und einer Gleichspannungsversorgung angetrie ben werden, welche eine Kombination aus einer wiederaufladbaren Hochenergiebatterie und einer Hochleistungsbatterie umfaßt, wobei das Fahrzeug umfaßt:
einen Gleichspannungsversorgungsschaltkreis, der aus der Hochleistungsbatterie und einem elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller besteht und der in Parallel anordnung mit der Hochenergiebatterie angeordnet ist, die als Hauptbatterie verwendet wird, um eine Gleichspannungsversorgung zu bilden, wobei,
wenn der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf einen Wert größer als ein festgelegter Wert zunimmt, der Gleichstromsteller in Betrieb gesetzt wird, um die Hochleistungsbatterie auf solche Weise zu laden oder zu entladen, daß der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf den festgelegten Wert oder weniger abnimmt.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, daß die wiederaufladbare Hoch energiebatterie und die Hochleistungsbatterie von einem Motorgenerator aufgeladen werden.

In der Erfindung kann ein doppelschichtiger elektrischer Kondensator als Hoch leistungsbatterie verwendet werden.

In der Erfindung ist es wünschenswert, eine chemische Batterie als Hochenergie batterie zu verwenden. In einem solchen Fall kann eine Brennzelle als chemische Batte rie verwendet werden.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Hauptelemente eines Spannungs versorgungssystems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Ströme und Spannungen in den Hauptelementen des Systems nach der vorliegenden Erfindung bei der Beschleunigung eines Fahrzeuges zeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Ströme und Spannungen in den Hauptelementen des Systems nach der vorliegenden Erfindung beim Bremsen eines Fahrzeuges zeigt.

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Gleichstromstellers und seines Steuerungsschaltkreises nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, das den Antriebstrakt eines allgemeinen bekannten, serienmäßigen hybriden Elektrofahrzeugs zeigt.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Hauptelemente eines Spannungsversorgungssystems nach der vorliegenden Erfin dung zeigt. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie in Fig. 5.

In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 41 eine Hauptbatterie, die als wiederaufladbare Hochenergiebatterie verwendet wird, wobei die Hauptbatterie eine chemische Batterie, die eine chemische Reaktion verwendet, wie etwa eine Bleibatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder eine Lithiumionenbatterie, oder eine Brennstoff zelle umfaßt, die ebenfalls eine Art von chemischer Batterie ist (und eine wiederauflad bare Brennstoffzelle umfaßt). Die positive Elektrode der Hauptbatterie 41 ist mit einem Knoten zwischen dem Gleichrichter 3 und dem Inverter 5 verbunden.

Das Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Kondensator, der als wiederaufladbare Hochleistungsbatterie verwendet wird, wobei der Kondensator ein doppelschichtiger, elektrischer Kondensator ist und leitfähige Makromoleküle umfaßt. Der Kondensator 42 ist mit einem Ende über einen elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller 43 mit dem Knoten zwischen dem Gleichrichter 3 und dem Inverter 5 verbunden. Zusammen gefaßt ist der Gleichstromschaltkreis, der den Kondensator 42 und den Gleichstromstel ler 43 umfaßt, mit der Hauptbatterie 41 in Parallelanordnung verbunden.

Das Bezugszeichen 410 bezeichnet einen Stromdetektor zum Detektieren des elektrischen Stroms der Hauptbatterie 41, und die Ausgabe des Stromdetektors 410 liegt an einem Steuerungsschaltkreis des Gleichstromstellers 43 an (der in Fig. 2 gezeigte Gleichstromsteller 43 umfaßt diesen Steuerungsschaltkreis).

Die Polarität der Spannung über den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Gleichstromstellers bleibt unabhängig vom Betriebsmodus unverändert, während sich die Polarität des Stroms, der in den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen desselben auftritt, in Abhängigkeit vom Betriebsmodus ändert. Aus diesem Grund wird der Gleichstrom steller als "Zweiquadrantengleichstromsteller" bezeichnet.

Wenn das Fahrzeug losfährt, ist der Kondensator 42 normalerweise zuvor durch den Betrieb des Gleichstromstellers 43 auf eine Spannung aufgeladen worden, die im wesentlichen gleich der Spannung der Hauptbatterie 41 ist. Das Fahrzeug wird mittels der in dem Kondensator 42 gespeicherten Energie beschleunigt. Zusammengefaßt wird die Beschleunigungsenergie aus dem Kondensator 42 genommen.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das die elektrischen Ströme und Spannungen der Hauptelemente des Spannungsversorgungssystems zeigt, die auftreten, wenn das Fahr zeug beschleunigt wird. Die zum Beschleunigen des Fahrzeugs benötigte Leistung wird durch eine Entladung des Kondensators 42 und der Hauptbatterie 41 erhalten. Die Hauptmenge der Beschleunigungsleistung wird von dem Kondensator 42 unter der Steuerung des Gleichstromstellers 43 erhalten.

Die Spannung des Kondensators 42 nimmt mit verstreichender Beschleunigungs zeit langsam auf einen Wert ab, der kleiner ist als die Klemmenspannung der Hauptbat terie 41. In einem solchen Fall wird der Gleichstromsteller 43 aktiviert, so daß er als Spannungserhöhungsgleichstromsteller für den Kondensator 42 arbeitet. Der Gleich stromsteller 43 wird so gesteuert, daß die Spannung des Anschlusses des Gleichstrom stellers 43, der mit der Hauptbatterie verbunden ist, gleich der Anschlußspannung der Hauptbatterie 41 wird.

Fig. 3 zeigt die elektrischen Ströme und Spannungen in den Hauptelementen des Spannungsversorgungssystems, die auftreten, wenn das Fahrzeug abgebremst wird. Die in dem Fahrzeug vorhandene kinetische Energie wird während des Abbremsens durch den Motor 6 und den Inverter 5 in elektrische Energie umgewandelt, und die solcher Art umgewandelte Energie wird sowohl in der Hauptbatterie 41 als auch über den Gleich stromsteller 43 in dem Kondensator 42 gespeichert. Der Hauptteil der zum Zeitpunkt des Bremsvorgangs wieder erhaltenen Energie wird wie im Falle der Beschleunigung unter der Steuerung des Gleichstromstellers 43 in dem Kondensator 42 gespeichert.

Die Spannung des Kondensators 42 nimmt mit zunehmender Bremsdauer zu. Da die Spannung des Kondensators 42 niedriger als die Klemmenspannung der Hauptbatte rie 41 ist, arbeitet der Gleichstromsteller 43 als Spannungserniedrigungsgleichstrom steller für die Hauptbatterie, so daß die Spannung der Hauptbatterie konstant gehalten wird. Der in Fig. 3 gezeigte, elektrische Strom besitzt eine im Vergleich mit dem in Fig. 2 gezeigten, elektrischen Strom umgekehrte Polarität.

Als nächstes wird die Gleichstromstellersteuerung des Gleichstromstellers 43 unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt der Gleichstromsteller 43 Halbleiterschalter (übli cherweise werden Transistoren für Schalter dieser Art verwendet) 430, 431, Dioden 432, 433, die umgekehrt in Parallelanordnung mit den Schaltern angeordnet sind, Glät tungskondensatoren 434, 435, die zwischen dem Anschluß des Gleichstromstellers 43, der mit der Hauptbatterie 41 verbunden ist, und dem Anschluß des Gleichstromstellers 43, der mit dem Kondensator 42 verbunden ist, angeordnet sind und eine Stromglät tungsspule 436.

Der Gleichstromstellersteuerungsschaltkreis 44 umfaßt einen Stromregier 440. der ein Ausgangssignal von einem Stromdetektor 437, der in dem Gleichstromsteller 43 angeordnet ist, und ein Ausgangssignal von einem Stromdetektor 410 erhält, der in der Hauptbatterie 41 angeordnet ist; und Gatetreiberschaltkreise 441, 442, die Gatetreiber signale für die Halbleiterschalter 430, 431 auf der Basis der von dem Stromregler erhal tenen Ausgangssignale ausgeben.

Als erstes wird der Betrieb des Spannungsversorgungssystems bei einer Be schleunigung des Fahrzeugs beschrieben. Vor einer Beschleunigung des Fahrzeugs wird der Kondensator auf einen Spannungswert aufgeladen, der im wesentlichen der gleiche wie der der Hauptbatterie 41 ist. Da der Gleichstromsteller 43 unmittelbar nach dem Beginn der Beschleunigung des Fahrzeugs in einem betriebsfreien Zustand ist, gibt es keine Entladung von dem Kondensator 42. Folglich wird der elektrische Strom von der Hauptbatterie 41 an den Inverter 5 angelegt.

Der Stromdetektor 410 stellt den von der Hauptbatterie 41 ausgegebenen elek trischen Strom fest und aktiviert den Gleichstromsteller 43, wenn der ausgegebene Strom einen vorgegebenen Wert erreicht. Als Ergebnis wird elektrischer Strom von dem Kondensator 42 entladen, und die Entladung des Kondensators 42 wird auf solche Weise gesteuert, daß der von der Hauptbatterie 4 ausgegebene Strom auf einen Wert zurück geht, der kleiner als der vorgegebene Wert ist. Der vorgegebene Wert für den Entlade strom der Hauptbatterie 41 wird durch den zulässigen Entladestrom oder den La de/Entladezyklus der Hauptbatterie 41 bestimmt. Der vorgegebene Wert ist üblicher weise kleiner als der zum Beschleunigen des Fahrzeugs benötigte Wert.

Wenn der von dem Inverter 5 angeforderte elektrische Strom auf einen Wert ansteigt, der größer ist als der vorgegebene Wert für den Strom von der Hauptbatterie 41, wird der den vorgegebenen Wert übersteigende Strom vollständig von dem Konden sator 42 geliefert. Als Ergebnis wird der Entladestrom der Hauptbatterie 41 auf einem Wert gehalten, der kleiner als der vorgegebene Wert ist. Im folgenden nimmt die Span nung des Kondensators 42 als Ergebnis der Entladung des Kondensators 42 ab.

Nachfolgend wird die Gleichstromstellersteuerung des Gleichstromstellers 43 beschrieben. Der in Fig. 4 gezeigte Stromregler 440 steuert den Anteil der Einschalt vorgänge der Halbleiterschalter 430, 431 auf solche Weise, daß der Strom der Hauptbat terie den vorgegebenen Wert erreicht. In Abhängigkeit davon, ob der Betriebsmodus der Beschleunigungs- oder Bremsmodus ist, kann entschieden werden, welcher der Halblei terschalter 430, 431 betrieben wird. Die Entscheidung kann durch Eingabe eines nicht gezeigten Betriebsmodussignals in den Stromregler 440 durchgeführt werden.

Als nächstes folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise des Gleichstromstellers, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst wird. Bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs wird, während der Halbleiterschalter 431 im ausgeschalteten Zustand gehal ten wird, der Halbleiterschalter 430 geschaltet. Da der Schaltvorgang des Halbleiter schalters 430 der gleiche ist wie der Betrieb eines normalen Spannungserhöhungs- Gleichstromstellers, wird hier der Kürze halber keine detaillierte Beschreibung gegeben. Da der Strom des Kondensators 42 mit einer Zunahme des Anteils der Einschaltvorgän ge des Halbleiterschalters 430 zunimmt, wird der Strom der Hauptbatterie 41 auf einem Wert gehalten, der kleiner als der vorgegebene Wert ist, indem der Anteil der Anschalt vorgänge derart geändert wird, daß er der Spannung des Kondensators 42 entspricht.

Bei einem Abbremsen des Fahrzeugs wird der Halbleiterschalter 431 geschaltet, während der Halbleiterschalter 430 im ausgeschalteten Zustand gehalten wird. Da die Schaltvorgänge des Halbleiterschalters 431 die gleichen sind wie bei einem Gleichstrom stellerbetrieb eines normalen Spannungserniedrigungs-Gleichstromstellers, wird hier der Kürze halber keine detaillierte Beschreibung gegeben. Da der Strom des Kondensators 42 entsprechend einer Zunahme des Einschaltvorgänge des Halbleiterschalters 430 zu nimmt, wird der Strom der Hauptbatterie 41 auf einem Wert gehalten, der kleiner als der vorgegebene Wert ist, indem der Anteil der Einschaltvorgänge so geändert wird, daß er der Spannung des Kondensators 42 entspricht.

Wie zuvor erwähnt, richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Spannungs versorgungssystem, in dem eine physikalische Batterie, wie etwa ein Kondensator, die als wiederaufladbare Hochleistungsbatterie mit einer schnellen Lade/Entladefunktion oder einer hohen Leistungsdichte verwendet wird, in Reihe mit einem elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller verbunden ist. Außerdem ist eine Hauptbatterie, die eine wiederaufladbare Hochenergiebatterie ist und die nicht über die schnelle La de/Entladefunktion verfügt aber eine hohe Energiedichte besitzt, wie etwa eine che mische Batterie, in Parallelanordnung mit der vorstehenden, wiederaufladbaren Hochlei stungsbatterie angeordnet, um eine Gleichspannungsversorgung in einem hybriden Elek trofahrzeug oder einem normalen Elektrofahrzeug zu bilden.

Beim Beschleunigen des Fahrzeugs, wenn eine höhere Leistung erforderlich ist, wird Leistung im wesentlichen von der wiederaufladbaren Hochleistungsbatterie zu geführt. Beim Bremsen des Fahrzeugs gewinnt die wiederaufladbare Hochleistungs batterie den Hauptanteil der Energie wieder, die das Fahrzeugs beim Bremsvorgang erzeugt. Weiterhin wird die Anschlußspannung der wiederaufladbaren Hochleistungs batterie durch die Steuerung des Gleichstromstellers vom Maximalwert bis auf praktisch Null variiert.

Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:

(1) Sie ist in der Lage, die Effizienz der Energieverwendung in einem Elektro fahrzeug oder einem hybriden Elektrofahrzeug deutlich zu verbessern, indem die beim Bremsvorgang wiedergewonnene Leistung erhöht wird.
(2) Sie ist in der Lage, die Abgase durch eine deutliche Verbesserung des Kraft stoffverbrauchs in einem hybriden Elektrofahrzeug deutlich zu verringern.
(3) Sie ist in der Lage, eine Verringerung in Gewicht, Größe und Kosten der Batterie oder des Fahrzeugs zu erreichen, da die Größe der als wiederaufladbare Hoch energiebatterie verwendeten Hauptbatterie deutlich verringert werden kann.
(4) Sie ist in der Lage, die Kosten des Spannungsversorgungssystems deutlich zu verringern.
(5) Sie ist in der Lage, ein Elektrofahrzeug oder ein hybrides Elektrofahrzeug mit einem hohen Maß praktischer Verwendbarkeit zu schaffen.

Claims

1. Spannungsversorgungssystem zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug, dessen Räder von einer Gleichspannungsversorgung angetrieben werden, welche eine Kombination aus einer wiederaufladbaren Hochenergiebatterie (41) und einer Hochlei stungsbatterie (42) umfaßt, wobei das Fahrzeug umfaßt:
einen Gleichspannungsversorgungsschaltkreis, der aus der Hochleistungsbatterie (42) und einem elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller (43) besteht und der in Parallelanordnung mit der Hochenergiebatterie angeordnet ist, die als Hauptbatterie verwendet wird, um eine Gleichspannungsversorgung zu bilden, wobei,
wenn der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf einen Wert größer als ein festgelegter Wert zunimmt, der Gleichstromsteller in Betrieb gesetzt wird, um die Hochleistungsbatterie auf solche Weise zu laden oder zu entladen, daß der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf den festgelegten Wert oder weniger abnimmt.

2. Spannungsversorgungssystem zur Verwendung in einem hybriden Elektrofahr zeug, dessen Räder von einem internen Verbrennungsmotor und einer Gleichspannungs versorgung angetrieben werden, welche eine Kombination aus einer wiederaufladbaren Hochenergiebatterie (41) und einer Hochleistungsbatterie (42) umfaßt, wobei das Fahr zeug umfaßt:
einen Gleichspannungsversorgungsschaltkreis, der aus der Hochleistungsbatterie (42) und einem elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller (43) besteht und der in Nebenschluß mit der Hochenergiebatterie angeordnet ist, die als Hauptbatterie verwen det wird, um eine Gleichspannungsversorgung zu bilden, wobei,
wenn der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf einen Wert größer als ein festgelegter Wert zunimmt, der Gleichstromsteller in, Betrieb gesetzt wird, um die Hochleistungsbatterie auf solche Weise zu laden oder zu entladen, daß der elektrische Strom der Hochenergiebatterie auf den festgelegten Wert oder weniger abnimmt.

3. Spannungsversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochenergiebatterie und die Hochleistungsbatterie durch einen Motorgenerator (1, 2) wieder aufgeladen werden können.

4. Spannungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsbatterie einem doppelschichtigen elektrischen Kondensator entspricht.

5. Spannungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochenergiebatterie einer chemischen Batterie entspricht.

6. Spannungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochenergiebatterie einer Brennstoffzelle entspricht.