JPH0221201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気自動車の制御装置に関し、特に
直流電力をチヨツパで継続制御して直流電動機に
供給することによつて電気自動車の走行状態を制
御する制御装置の改良に関する。

従来、電気自動車の走行速度を制御する装置と
しては、大容量のトランジスタやSCRを使用し
たチヨツパを用いて直流電動機への供給電力を断
続制御するものが知られている。この制御装置
は、蓄電池に対して直流電動機（以下モータ）の
電機子とリアクトルとチヨツパとを直列接続し、
チヨツパを断続的にオン−オフ動作させることに
よつてモータへの供給電力を制御するものであ
る。

ところで、電気自動車は、蓄電池に蓄えた電力
を駆動源とするので、１回の充電で走行できる距
離に制限があつた。このため、従来の電気自動車
は一定距離だけ走行するごとに蓄電池を充電する
必要があつた。したがつて、電気自動車を使用す
るユーザは、充電装置を備えておく必要があつ
た。このような充電装置は、その形状が極めて大
形化しかつ高価であるため、電気自動車の普及を
妨げる原因となつていた。

そこで、本願出願人は先に特開昭54−90708号
で電気自動車の速度制御回路に充電機能を兼ね備
えたものを提案した。先に提案した発明によれ
ば、蓄電池に対して電機子と２次巻線にセンター
タツプを含むトランスとトランジスタとを直列接
続し、２次巻線をリアクトルとして用い、トラン
スの１次巻線に交流を供給したときに２次巻線に
誘起される交流を整流して蓄電池に供給するもの
である。ところが、先に提案した発明は、リアク
トルとしてセンタータツプ付トランスの２次巻線
を利用しているため、トランスが大形化しかつ大
重量となり、極めて高価になるという問題点を含
む。また、先に提案した発明は、センタータツプ
付トランスの２次巻線に誘起された交流を整流し
ているので、効率が悪いという問題点を含む。

それゆえに、この発明の目的は、２次巻線がリ
アクトルと兼用されるトランスを小形化かつ軽量
化でき、安価に製作でき、しかも電気自動車の走
行制御機能、蓄電池の充電機能および発電電力の
回生機能の３つの機能を兼ね備えた電気自動車の
制御装置を提供することである。

この発明は要約すれば、２次巻線がリアクトル
として用いられるトランスを普通のトランス（す
なわちセンタータツプ付トランスでないもの）と
し、トランスの２次巻線に誘起される交流を全波
整流して蓄電池に与える全波整流回路を設ける。
全波整流回路は少なくとも４個の整流素子を含
む。さらに、電機子とリアクトルとの間に介挿さ
れそのアノードが電機子側にそのカソードがリア
クトル側に接続された第５の整流素子と、上記第
５の整流素子とリアクトルとチヨツパとの直列回
路に対して並列に接続されかつ電機子と蓄電池の
負極との間に介挿されそのアノードが蓄電池の負
極側にそのカソードが電機子側に接続された第６
の整流素子と、力行モード時には蓄電池の正極か
ら出力される電流を電機子の一端側に供給し回生
モード時には電機子の一端から出力される回生電
流を第５の整流素子とリアクトルとの接続点に供
給するように切換えられるスイツチ手段とが設け
られる。

以下に、図面を参照してこの発明の具体的な実
施例について説明する。

第１図はこの発明の一実施例の電気自動車の制
御装置の回路図である。構成において、蓄電池１
１には、メインスイツチ１２、モータ１４に含ま
れる電機子１４ａ、リアクトル１５２、シヤント
抵抗１３およびチヨツパの一例の大容量のトラン
ジスタ１６ａを直列接続してなる電機子電流制御
回路が接続される。なお、電機子電流制御回路
は、必要に応じてヒユーズ１７を介挿してもよ
い。リアクトル１５２はトランス１５の２次巻線
と兼用される。トランス１５はリアクトルまたは
２次巻線１５２に磁気結合された１次巻線１５１
を含む。リアクトル１５２と蓄電池１１とに関連
して、全波整流回路１８が設けられる。

全波整流回路１８は４個の整流素子の一例のダ
イオード１８１〜１８４を含む。ダイオード１８
１はメインスイツチ１２に並列接続される。ダイ
オード１８２は、シヤント抵抗１３およびトラン
ジスタ１６ａのコレクタの接続点と、蓄電池１１
の正極との間に接続される。ダイオード１８３
は、そのアノードがヒユーズ１７′を介して蓄電
池１１の負極に接続され、そのカソードがダイオ
ード１８２のアノードに接続される。ダイオード
１８４は、そのアノードがダイオード１８３のア
ノードに接続され、そのカソードがダイオード１
８１のアノードに接続される。すなわち、全波整
流回路１８は、ダイオード１８１〜１８４からな
るブリツジ整流回路として構成され、その入力側
が電機子１４ａとリアクトル１５２の直列回路の
両端に接続され、その出力側が蓄電池１１の両端
に接続されている。ここで、ダイオード１８１
は、モータ１４を発電機として作動させた場合の
発電電流すなわち回生電流を蓄電池１１へ供給す
るとともに、トランス１５の１次巻線１５１に交
流電源を接続した場合にリアクトル１５２に誘起
される交流を整流して蓄電池１１へ充電電流とし
て供給する２つの機能を有する。換言すれば、ダ
イオード１８１は開成電流および充電電流の両方
が流れる電流経路に接続される。ダイオード１８
２は充電電流およびカ行時のフリーホイリング電
流の両方が流れる電流経路に介挿されることにな
る。

なお、好ましくは、ダイオード１８３は充電電
流を制御するために、制御電極付整流素子の一例
としてサイリスタが用いられる。

ダイオード１８２のカソードと蓄電池１１の負
極との間には、サージ電圧吸収回路１９が接続さ
れる。サージ電圧吸収回路１９は、コイル１９１
およびコンデンサ１９２の直列回路からなる。な
お、必要に応じて、ダイオード１８２のカソード
とダイオード１８１のアノードとの間に、フリー
ホイル電流バス回路２１を接続してもよい。フリ
ーホイル電流バス回路２１は、スイツチ２１１お
よびダイオード２１２を直列接続したものであ
る。

さらに、メインスイツチ１２および電機子１４
ａの接続点と蓄電池１１の負極との間には、界磁
電流制御回路が接続される。界磁電流制御回路
は、抵抗２２、シヤント抵抗２３、モータ１４の
界磁巻線１４ｆ、トランジスタ１６ｆを直列接続
し、抵抗２２とシヤント抵抗２３と界磁コイル１
４ｆの直列回路に対してフリーホイリング用ダイ
オード２４１を並列接続し、トランジスタ１６ｆ
に対してダイオード２４２を並列接続して構成さ
れる。

第２図は第１図の制御回路の動作を制御するた
めの回路のブロツク図である。図において、前記
シヤント抵抗１３は、電機子電流検出回路１３１
として働くとともに、充電電流検出回路１３２と
して働く。この電機子電流検出回路１３１および
充電電流検出回路１３２の出力が制御信号発生回
路２７に与えられる。制御信号発生回路２７に
は、さらに蓄電池電圧検出回路２５およびアクセ
ル操作状態検出回路２６の出力が与えられる。

次に、第１図および第２図を参照して第１図の
実施例の動作を説明する。

まず、電気自動車を走行駆動する場合の動作、
いわゆるカ行走行モードを設明する。この場合
は、メインスイツチ１２が閉成される。そして、
アクセル（図示せず）が踏み込まれる。応じて、
アクセル操作状態検出回路２６はアクセルの操作
状態に比例した信号を制御信号発生回路２７に与
える。制御信号発生回路２７はアクセルの操作状
態に基づいて、電機子電流（または電圧）制御信
号ｃ１を導出してトランジスタ１６ａのベースに
与えるとともに、界磁電流制御信号ｃ２を導出し
てトランジスタ１６ｆのベースに与える。電機子
電流制御信号ｃ１は、アクセルの踏み込み状態が
浅いとき、正パルス期間に比べて負パルス期間を
長くした信号となり、アクセルの踏み込み状態が
深いとき正パルス期間に比べて負パルス期間を短
くした信号となる。一方、界磁電流制御信号ｃ２
は、アクセルの踏み込み状態が浅いとき負パルス
期間よりも正パルス期間を長くした信号となり、
アクセルの踏み込み状態が深いときその逆とな
る。このように、パルス状の電機子電流制御信号
ｃ２が与えられると、トランジスタ１６ａはオン
−オフ動作して電機子電流を断続制御する。トラ
ンジスタ１６ａがオン状態からオフ状態に切替わ
ると、リアクトル１５２には蓄積された磁気エネ
ルギにより、ダイオード１８２−メインスイツチ
１２−シヤント抵抗１３−電機子１４ａ−リアク
トル１５２−シヤント抵抗１３の閉ループにフリ
ーホイリング電流が流れる。また、トランジスタ
１６ａのオフ状態において発生するサージ電圧が
サージ電圧吸収回路１９によつて吸収される。こ
のようにして、トランジスタ１６ａおよび１６ｆ
がオン−オフ動作を繰り返すことによつて、電気
自動車の走行速度が制御される。

次に、下り坂や惰性走行時にモータ１４を発電
機として用いて発電電力を回生する場合、すなわ
ち回生走行モードの動作を説明する。この場合
は、たとえばアクセルペダルに連続してメインス
イツチ１２が開成される。そして、制御信号発生
回路２７は電機子電流制御信号ｃ１の導出を停止
し（すなわち信号ｃ１をローレベルとする）、充
電電流検出回路１３２および蓄電池電圧検出回路
２５の出力に基づいて界磁電流制御信号ｃ２をト
ランジスタ１６ｆに与える。このとき、界磁コイ
ル１４ｆに界磁電流が供給されているので、モー
タ１４が発電機として働く。モータ１４の発電出
力は、電機子１４ａからダイオード１８１−ヒユ
ーズ１７−蓄電池１１−ヒユーズ１７′−ダイオ
ード１８３−シヤント抵抗１３を介して蓄電池１
１に回生される。

次に、トランス１５を用いて外部交流電源によ
り蓄電池１１を充電する場合の動作を説明する。
この場合は、メインスイツチ１２が開成され、信
号ｃ１および信号ｃ２が導出されないので、トラ
ンジスタ１６ａ，１６ｆがオフ状態のままであ
る。そして、トランス１５の１次巻線１５１に
は、交流電源（AC）が接続される。電源電圧が
図示の極性においては、リアクトル１５２に誘起
された電圧により、２次電流が電機子１４ａ−ダ
イオード１８１−ヒユーズ１７−蓄電池１１−ヒ
ユーズ１７′−ダイオード１８３−シヤント抵抗
１３−リアクトル１５２を介して流れ、蓄電池１
１を充電する。一方、電源電圧が図示とは逆極性
になると、リアクトル１５２に誘起された電圧に
より、電流がシヤント抵抗１３−ダイオード１８
２−ヒユーズ１７−蓄電池１１−ヒユーズ１７′
−ダイオード１８４−電機子１４ａ−リアクトル
１５２を介して流れ、蓄電池１１を充電する。こ
のようにして、交流電源の各半サイクルごとに前
述の動作が繰り返されて、蓄電池１１が充電され
る。

なお、ダイオード１８３の位置にサイリスタを
用いた場合は、充電電流を制御することが可能で
ある。すなわち、制御信号発生回路２７はシヤン
ト抵抗１３に流れる電流、換言すれば充電電流検
出回路１３２によつて検出された充電電流と蓄電
池電圧検出回路２５によつて検出された蓄電池電
圧とに基づいて、ゲート信号ｇを発生し、サイリ
スタ１８３′のゲートに与える。このゲート信号
ｇは、充電開始時においては突入電流を制限する
ために、サイリスタ１８３′の導通角が小さくな
るような位相に選ばれる。充電開始時から一定時
間経過後は、ゲート信号ｇは通常の充電電流を流
すのに適した位相で発生される。この状態が比較
的長時間継続される。そして、蓄電池電圧検出回
路２５が満充電に近い電圧を検出すると、充電末
期の状態であるので、充電電流が制限される。

上述のように、第１図の実施例によれば、２次
巻線がリアクトルと兼用されるトランスをセンタ
ータツプ付でないもので構成できるので、トラン
スを小形化かつ軽量化できる利点がある。また、
全波整流回路１８に含まれる少なくとも１つのダ
イオードが回生電流経路の一部としても兼用さ
れ、また少なくとも他の１つのダイオードがフリ
ーホイリング電流の流れる経路の一部として兼用
されるので、構成を簡略化でき、安価に製作でき
る利点もある。さらに、この実施例によれば、共
通の回路を用いて、電気自動車の走行速度の制御
および発電電力の回生ならびに外部から供給され
る交流電力で蓄電池を充電するような３つの機能
を確実に行なうことができる利点もある。

なお、この実施例では、ダイオード２４１，２
４２が挿入されている場合は、ダイオード１８４
の作用をこれら２つのダイオードで全く等価に代
用させることができるので、ダイオード１８４を
省略することが可能である。

第３図はこの発明の他の実施例の電気自動車の
制御装置の回路図である。構成において、蓄電池
１１には、メインスイツチ３１，電機子１４ａ，
ダイオード３２１，シヤント抵抗１３ａ，リアク
トル１５２およびトランジスタ１６ａの直列回路
からなる電機子電流制御回路が接続される。リア
クトル１５２は第１図と同様にトランス１５の２
次巻線が利用される。リアクトル１５２の両端に
は、全波整流回路１８ａが接続される。全波整流
回路１８ａは４個のダイオード１８１〜１８４を
ブリツジ接続して構成される。すなわち、ダイオ
ード１８１のアノードとダイオード１８４のカソ
ードの接続点がリアクトル１５２の一方端に接続
される。ダイオード１８２のアノードとダイオー
ド１８３のカソードの接続点がリアクトル１５２
の他方端に接続される。ダイオード１８３および
１８４のアノードの接続点は、蓄電池１１の負極
に接続される。ダイオード１８１および１８２の
カソードの接続点は、シヤント抵抗１３ｂを介し
て蓄電池１１の正極に接続される。

メインスイツチ３１は可動接点３１１をａ接点
とｂ接点に切替可能な切替スイツチが用いられ
る。メインスイツチ３１のｂ接点は、ダイオード
３２２を介してダイオード３２１のカソードに接
続される。ダイオード３２１，シヤント抵抗１３
ａ，リアクトル１５２およびトランジスタ１６ａ
の直列回路には、ダイオード３２３が逆並列接続
される。ダイオード３２２および３２３は回生電
流を一定方向に流すのに利用される。

さらに、蓄電池１１の正極と負極の間には、界
磁電流制御回路が接続される。界磁電流制御回路
は、界磁電流切替用スイツチ３３とモータ１４の
界磁巻線１４ｆとトランジスタ１６ｂとを直列接
続し、界磁コイル１４ｆにフリーホイル用ダイオ
ード２４１を並列接続して構成される。

次に、第３図の動作を説明する。カ行走行モー
ドの場合は、メインスイツチ３１の可動接点３１
１がａ接点に接続され、スイツチ３３が閉成され
る。そして、第１図の実施例と同様にして、電機
子電流制御信号ｃ１がトランジスタ１６ａのベー
スに与えられ、界磁電流制御信号ｃ２がトランジ
スタ１６ｆのベースに与えられる。これによつ
て、モータ１４は回転する。

なお、トランジスタ１６ａがオン状態からオフ
状態に切替わつたときは、リアクトル１５２の両
端に磁気エネルギによる誘導電圧が生じる。この
電圧に基づくフリーホイリング電流は、ダイオー
ド１８２−シヤント抵抗１３ｂ−メインスイツチ
３１−電機子１４ａ−ダイオード３２１−シヤン
ト抵抗１３ａ−リアクトル１５２の閉回路に流れ
る。

回生走行モードにおいては、メインスイツチ３
１の可動接点３１１がｂ接点に切替えられ、スイ
ツチ３３が閉成される。この場合においては、ト
ランジスタ１６ａがオフ状態のままであり、トラ
ンジスタ１６ｆが界磁電流制御信号ｃ２によつて
オン−オフ動作する。このため、モータ１４が直
流発電機として働き、直流電力を発生する。この
発電出力がメインスイツチ３１−ダイオード３２
２−シヤント抵抗１３ａ−ダイオード１８１−シ
ヤント抵抗１３ｂ−蓄電池１１−ダイオード３２
３の閉回路に流れ、蓄電池１１を充電する。モー
タ１４の速度が低下して、その発生電圧が蓄電池
１１の電圧よりも低くなると、上記ループの回生
電流は流れなくなる。応じて、トランジスタ１６
ａがオンされ、モータ１４の発電出力は電機子１
４ａからメインスイツチ３１−ダイオード３２２
−シヤント抵抗１３ａ−リアクトル１５２−トラ
ンジスタ１６ａ−ダイオード３２３の閉回路に流
れる。このとき、リアクトル１５２に磁気エネル
ギが蓄積され、トランジスタ１６ａをオフさせた
ときに、リアクトル１５２の両端に高電圧が発生
する。この電圧と電機子１４ａの発生電圧によ
り、電機子１４ａ−メインスイツチ３１−ダイオ
ード３２２−シヤント抵抗１３ａ−リアクトル１
５２−ダイオード１８２−シヤント抵抗１３ｂ−
蓄電池１１−ダイオード３２３のループで回生電
流が流れる。以後、トランジスタ１６ａのオン−
オフを繰り返すことによつて、電気自動車の走行
速度が比較的遅く、発電電圧が低い場合であつて
も発電電力を効率よく蓄電池１１へ回生できる利
点がある。

外部電源による充電モードにおいては、メイン
スイツチ３２の可動接点３１１がｂ接点に接続さ
れるとともに、スイツチ３３が開成される。そし
て、トランス１５の１次巻線１５１が交流電源に
接続される。交流電源の電圧極性が図示の半サイ
クル期間においては、リアクトル１５２に誘起さ
れた２次電圧により、ダイオード１８１−シヤン
ト抵抗１３ｂ−蓄電池１１−ダイオード１８３−
リアクトル１５２の経路で充電電流が流れる。交
流電源の電源電圧が図示とは逆極性の半サイクル
においては、リアクトル１５２に誘起された２次
電圧により、ダイオード１８２−シヤント抵抗１
３ｂ−蓄電池１１−ダイオード１８４−リアクト
ル１５２の閉回路に充電電流が流れる。

この実施例は、第１図と同様の利点に加えて、
モータ１４の発電電圧が蓄電池１１の電圧より低
い場合であつても蓄電池を効率的に充電できる利
点がある。

なお、この実施例においても、ダイオード３２
１および３２３をダイオード１８４の作用に代用
させることができる。その場合は、外部充電時に
はダイオード１８１〜１８３およびダイオード３
２１，３２３によつてブリツジ回路が構成される
ことになる。

以上のように、この発明によれば、センタータ
ツプ付トランスを用いる必要がないので、トラン
スを軽量かつ小形化でき、安価に製作できるなど
の効果が奏される。また、この発明によれば、共
通の回路を用いて、電気自動車の走行制御および
発電電力で蓄電池を充電する回生制御ならびに外
部の交流電源で蓄電池を充電する充電制御の３つ
の機能を兼ね備えた制御装置が得られる効果もあ
る。さらに、この発明によれば、電気自動車の低
速走行時において電機子の発電電圧が蓄電池の出
力電圧よりも低下しても、蓄電池の充電および回
生制動が行なえ、電気自動車の運動エネルギを有
効に利用することができる。さらに、リアクトル
の両端電圧を整流する全波整流回路は、回生制動
における電流経路にも併用されるため、極めて簡
単な回路構成で電気自動車の走行制御、回生制御
および外部交流電源による充電制御を行なうこと
ができる。

なお、この発明は、エンジンとモータの両方を
駆動源として搭載したハイブリツド車にも適用で
きることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の電気自動車の制
御装置の回路図である。第２図は第１図の動作を
制御するための制御信号発生回路のブロツク図で
ある。第３図はこの発明の他の実施例の電気自動
車の制御装置の回路図である。 図において、１１は蓄電池、１２および３１は
メインスイツチ、１３，１３ａ，１３ｂはシヤン
ト抵抗、１４はモータ、１４ａは電機子、１４ｆ
は界磁コイル、１５はトランス、１５１は１次巻
線、１５２はリアクトル（２次巻線）、１６ａ，
１６ｆはトランジスタ（チヨツパ）、１８，１８
ａは全波整流回路、１８１〜１８４，３２１〜３
２３はダイオード、１９はサージ電圧吸収回路を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも蓄電池と直流電動機の電機子とリ
   アクトルと前記電機子への供給電力を断続制御す
   るチヨツパとを直列接続してなる電機子電流制御
   回路を含み、前記チヨツパのオン−オフ動作によ
   つて走行駆動される力行モードと、前記電機子の
   発電電圧によつて前記蓄電池を充電する回生モー
   ドと、外部交流電源によつて前記蓄電池を充電す
   る外部充電モードとを有する電気自動車におい
   て、 前記リアクトルを２次巻線として使用しかつ２
   次巻線に磁気結合された１次巻線を含むトラン
   ス、および 前記チヨツパのオフ状態において前記１次巻線
   に前記外部交流電源を接続したとき、前記リアク
   トルに誘起された交流を全波整流して充電電流と
   して前記蓄電池へ与える全波整流回路を備え、 前記全波整流回路は、前記リアクトルの両端と
   前記蓄電池の両極との間にブリツジ態様に接続さ
   れた少なくとも第１の整流素子と第２の整流素子
   と第３の整流素子と第４の整流素子とを含み、 前記第１の整流素子は、前記リアクトルの一端
   と前記蓄電池の正極との間に介挿され、 前記第２の整流素子は、前記リアクトルの他端
   と前記蓄電池の正極との間に介挿され、 前記第３の整流素子は、前記リアクトルの他端
   と前記蓄電池の負極との間に介挿され、 前記第４の整流素子は、前記リアクトルの一端
   と前記蓄電池の負極との間に介挿され、さらに 前記電機子と前記リアクトルの間に介挿され、
   そのアノードが前記電機子側にそのカソードが前
   記リアクトル側に接続された第５の整流素子、 前記第５の整流素子と前記リアクトルと前記チ
   ヨツパとの直列回路に対して並列に接続され、か
   つ前記電機子と前記蓄電池の負極との間に介挿さ
   れ、そのアノードが前記蓄電池の負極側にそのカ
   ソードが前記電機子側に接続された第６の整流素
   子、および 前記力行モード時には前記蓄電池の正極から出
   力される電流を前記電機子の一端側に供給し、前
   記回生モード時には前記電機子の一端から出力さ
   れる回生電流を前記第５の整流素子と前記リアク
   トルとの接続点に供給するように切換えられるス
   イツチ手段を備え、 前記力行モード時には、前記第５の整流素子が
   導通して前記電機子への駆動電流経路が形成され
   るとともに、前記チヨツパのオフ時に前記第２の
   整流素子と協働してフリーオイリング電流経路が
   形成され、 前記回生モード時において前記電機子の発電電
   圧が前記蓄電池の出力電圧よりも高いときは、前
   記チヨツパがオフされるとともに前記第１の整流
   素子および前記第６の整流素子が導通して前記電
   機子の発電電圧による回生電流経路が形成され、 前記回生モードにおいて前記電機子の発電電圧
   が前記蓄電池の出力電圧よりも低いときは、前記
   チヨツパがオン−オフされるとともに、当該チヨ
   ツパのオン時に前記第６の整流素子が導通して前
   記電機子と前記リアクトルと前記チヨツパを含む
   閉回路が形成されて前記リアクトルに電磁エルギ
   が蓄積され、当該チヨツパのオフ時に前記第２の
   整流素子および前記第６の整流素子が導通して前
   記電機子の発電電圧および前記リアクトルの残留
   電圧による回生電流経路が形成されることを特徴
   とする、電気自動車の制御装置。 ２ 前記第５の整流素子と前記リアクトルの接続
   点と、前記スイツチ手段との間に介挿された第７
   の整流素子をさらに備える、特許請求の範囲第１
   項記載の電気自動車の制御装置。 ３ 前記第４の整流素子は、前記第５および第６
   の整流素子で兼用される、特許請求の範囲第１項
   記載の電気自動車の制御装置。