JPH0549110A - 電気自動車用バツテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、軽量で、かつ製造コストの低い電気自
動車用バッテリ充電装置の提供を目的とする。 【構成】 車両走行用の３相交流モータ１は、６つのス
イッチング素子４ａ〜４ｆの動作状態を制御するモータ
制御装置３（インバータ５＋電子制御回路６）によっ
て、回転速度が制御される。モータ１に電力を供給する
バッテリ２の充電装置は、電力供給部９が商用の２００
Ｖの３相交流を受け、低電圧整流手段１０のダイオード
ブリッジが交流を直流に変換する。直流に変換された電
力は、スイッチング素子４ａ〜４ｄ、およびモータ制御
装置３に設けられた高周波発振手段１１によって、高周
波の擬似交流電圧に変換される。この交流電圧は、小型
の変圧器１２によって昇圧され、高電圧整流手段１３で
直流に変換されたのち、バッテリ２を充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に搭載され
るバッテリを、商用の低電圧交流電流によって充電する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車のモータを駆動するための走
行用バッテリを、商用の１００Ｖまたは２００Ｖの交流
電流を使用して充電する装置は、商用の１００Ｖまたは
２００Ｖの交流電流を高電圧に昇圧する変圧器を用いて
いた。この変圧器は、使用される周波数が低周波である
ため、大型になり、搭載スペースの確保が困難となると
ともに、重量が増加したり、製造コストが高くなるなど
の問題点を有していた。この上記の技術に対して、商用
電源を一旦直流電流に変換したのち、高周波の交流電流
に変換して昇圧することによって、変圧器が小型化でき
るスイッチングレギュレータ方式が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のスイッチングレ
ギュレータ方式の充電装置は、直流電流を高周波の交流
電流に変換するためのスイッチング素子と、このスイッ
チング素子の発生する熱を放出する放熱器とが必要とな
る。このため、充電装置にスイッチングレギュレータ方
式を採用することによって、充電装置の体格は小型化で
きるが、充電装置の製造コストが高くなってしまう問題
点を備えていた。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、軽量、小型で、かつ製
造コストの安価な電気自動車用バッテリ充電装置の提供
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電気自動車用バ
ッテリ充電装置は、次の技術的手段を採用した。電気自
動車は、車両走行用のモータと、このモータを駆動する
電力を蓄えるバッテリと、このバッテリに蓄えられた電
力を前記モータに与えるスイッチング素子を備え、この
スイッチング素子の動作状態を制御して、前記モータの
回転速度を制御するモータ制御装置とを備える。そし
て、電気自動車用バッテリ充電装置は、車外より低電圧
の交流電流を受ける電力供給部と、この電力供給部より
供給された低電圧の交流電流を、直流電流に変換する低
電圧整流手段と、前記バッテリの充電を行う際、前記低
電圧整流手段を介して供給される直流電流を、前記スイ
ッチング素子を用いて高周波の発振電圧に変換する高周
波発振手段と、この高周波発振手段によって変換された
高周波の発振電圧を、高電圧に変換する変圧器と、この
変圧器によって変圧された高電圧の交流電流を、直流に
変換して前記バッテリへ印加する高電圧整流手段とを備
える。

【０００６】本発明の電気自動車用バッテリ充電装置
は、次の技術的手段を採用しうる。高周波発振手段は、
モータ制御装置に設けられる。モータは、交流モータ
で、モータ制御装置がインバータ式モータ制御装置であ
る。モータは、直流モータで、モータ制御装置がチョッ
パ式モータ制御装置である。

【０００７】

【発明の作用】車両走行時は、モータ制御装置がスイッ
チング素子の動作状態を制御する。すると、バッテリに
蓄えられた電力が、スイッチング素子の動作状態に応じ
てモータに供給され、モータが回転駆動される。充電時
は、電力供給部の受けた低電圧の交流電流を、低電圧整
流手段によって、直流電流に変換する。この直流電流
は、モータ制御用のスイッチング素子を用いた高周波発
振手段によって、高周波の発振電圧に変換される。この
高周波の発振電圧は、変圧器に印加され、変圧器で高電
圧の交流電流に変換される。そして、この高電圧の交流
電流は、高電圧整流手段によって直流に変換されて、バ
ッテリに印加され、バッテリを充電する。

【０００８】

【発明の効果】モータ制御用のスイッチング素子は、モ
ータに印加される過大な電力に耐えうるべく、耐電力容
量が大きいとともに、放熱容量も大きく設けられてい
る。このため、モータ制御用のスイッチング素子を、充
電電流の高周波発振用に共用できる。そして、モータ制
御用のスイッチング素子を、充電電流の高周波発振用に
共用することによって、充電専用のスイッチング素子
や、そのスイッチング素子の放熱器が不要となる。ま
た、変圧器は、高周波によって電圧を変化させるため、
小型化が可能である。この結果、電気自動車用バッテリ
を充電する装置の体格を小型化し、重量を軽量化できる
とともに、充電専用のスイッチング素子や、その放熱器
が不要となることによって、充電装置の製造コストを低
く抑えることができる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の電気自動車用バッテリ充電装
置を、図に示す一実施例に基づき説明する。 〔実施例の構成〕図１ないし図７は本発明の実施例を示
すもので、図１は電気自動車用バッテリ充電装置の電気
回路図である。電気自動車は、自動車を駆動する車両走
行用の３相交流モータ１、このモータ１を駆動する電力
を蓄えるバッテリ２、このバッテリ２に蓄えられた電力
を制御してモータ１へ与え、モータ１の回転速度を制御
するインバータ式のモータ制御装置３を備える。このモ
ータ制御装置３は、バッテリ２に蓄えられた電力をモー
タ１へ与えるための６つのスイッチング素子４ａ〜４ｆ
を備えたもので、モータ１の各コイルへの通電量および
通電タイミングを制御するインバータ５と、このインバ
ータ５を制御してモータ１の回転速度を制御するマイク
ロコンピュータを用いた電子制御回路６とからなる。イ
ンバータ５は、電子制御回路６からの制御信号（Ｕ、
Ｖ、Ｗ）を受けて、６つのスイッチング素子４ａ〜４ｆ
によるトランジスタブリッジを駆動するための、３相の
計６系統の制御信号を作るための処理回路７、および使
用される各スイッチング素子４ａ〜４ｆを通電状態にす
るための前置駆動回路であるドライブ回路８を備える。
なお、トランジスタブリッジの各スイッチング素子４ａ
〜４ｆは、モータ１に印加される過大な電力に耐えうる
べく、耐電力容量が大きいとともに、放熱器を設けて放
熱容量も大きく設けられている。

【００１０】また、電気自動車は、バッテリ２を充電す
るべく、車外より商用の電力を受ける電力供給部９、供
給電力を直流電流に変換する低電圧整流手段１０、直流
電流を発振して高周波の発振電圧を作る高周波発振手段
１１、高電圧に変換する変圧器１２、直流電圧に変換し
てバッテリ２に印加する高電圧整流手段１３を備える。
電力供給部９は、商用の電力の供給を行う差込み口に接
続されるコンセントで、このコンセントを介して、３相
２００Ｖ、５０／６０Ｈｚ（低電圧、低周波の交流電
流）の電力の供給を受ける。低電圧整流手段１０は、電
力供給部９より供給される交流電流を、直流に変換する
ダイオードブリッジである。高周波発振手段１１は、モ
ータ制御装置３と共用して設けられたもので、スイッチ
ング素子４ａ〜４ｆを用いて、低電圧整流手段１０で直
流変換された電流を発振し、高周波の交流電圧に変換す
るものである。変圧器１２は、高周波発振手段１１で発
振された高周波の交流電圧を高電圧に変換するトランス
フォーマである。高電圧整流手段１３は、変圧器１２で
変圧された高電圧の交流電流を直流に変換してバッテリ
２に印加するための、ダイオード整流回路である。な
お、電気自動車の電気回路には、バッテリ２とインバー
タ５との断続、およびインバータ５とモータ１あるいは
インバータ５と変圧器１２の切替のための連動スイッチ
１４が設けられている。この連動スイッチ１４は、充電
指示を与える手動スイッチであったり、あるいは充電指
示が与えられた際に自動的に切り替わるリレースイッチ
や半導体スイッチであっても良い。

【００１１】高周波発振手段１１の機能をも果たすモー
タ制御装置３を説明する。モータ制御装置３の電子制御
回路６は、モータ１の回転速度を制御するために、アク
セル開度、モータ回転速度、モータ電流を入力するとと
もに、充電制御を行うために、充電指示、バッテリ電
圧、充電電流が入力される。そして、電子制御回路６
は、入力信号に応じて、処理回路７へ出力する３相の制
御信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を出力する。また、インバータ５
の処理回路７には、電子制御回路６からの入力信号に対
してスイッチング素子４ａ〜４ｆの駆動状態を切り換え
るための切替リレースイッチ１５が設けられている。こ
の切替リレースイッチ１５も、充電時と走行時とで切り
替わるように、電子制御回路６によって切替制御され
る。

【００１２】モータ制御装置３による、車両走行時のモ
ータ１の通電制御を説明する。車両走行時は、連動スイ
ッチ１４の一方がバッテリ２とインバータ５とを接続
し、連動スイッチ１４の他方がインバータ５とモータ１
とを接続する。これによって、バッテリ２の電力が、イ
ンバータ５を介してモータ１に供給可能な結線状態とな
る。この時、電子制御回路６の３相制御信号によってモ
ータ１が通電制御されるように、切替リレースイッチ１
５が走行側に切り換えられている。電子制御回路６は、
図２および図３に示すように、アクセル開度、およびモ
ータ１の回転速度とモータ電流のフィードバック信号よ
り、正弦波の周期および振幅を演算する演算部１６を備
える。この演算部１６で演算された演算結果は、正弦波
発振部１７に出力され、演算結果に基づく正弦波が形成
される。この正弦波発振部１７で形成された正弦波は、
移相回路に出力され、１２０°ずつずれた３相分の正弦
波を作成し、各相毎のコンパレータ１８のプラス端子に
出力する（図３の実線イ参照）。各相のコンパレータ１
８のマイナス端子には、三角波発振部１９より出力され
た三角波が入力される（図３の実線ロ参照）。そして、
各コンパレータ１８から、図３の実線Ａに示される各制
御信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が、インバータ５の処理回路７に
出力される。そして、インバータ５の処理回路７は、電
子制御回路６より出力される各制御信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）
を、６つのスイッチング素子４ａ〜４ｆを駆動するため
の６つの制御信号を作る。なお、図３の実線Ｂは、処理
回路７の反転回路で反転されてドライブ回路８に印加さ
れる制御信号を示す。そして、制御信号Ｕはスイッチン
グ素子４ａ、４ｂを駆動し、制御信号Ｖはスイッチング
素子４ｃ、４ｄを駆動し、制御信号Ｗはスイッチング素
子４ｅ、４ｆを駆動する。

【００１３】上述した車両走行時における電子制御回路
６の作動を、図４のフローチャートに示す。

【００１４】次に、モータ制御装置３による、バッテリ
２の充電を説明する。バッテリ２の充電時は、連動スイ
ッチ１４の一方がバッテリ２とインバータ５とを切離
し、連動スイッチ１４の他方がインバータ５と変圧器１
２とを接続する。これによって、電力供給部９で受けた
電力が、低電圧整流手段１０、インバータ５、変圧器１
２、高電圧整流手段１３を介してバッテリ２を充電する
結線状態となる。この時、電子制御回路６の３相制御信
号によって変圧器１２の１次コイル側に交流電圧が印加
されるように、切替リレースイッチ１５が充電側に切り
換えられる。電子制御回路６は、図５および図６に示す
ように、充電指示、バッテリ電圧、充電電流より、充電
制御用のＰＷＭ制御電圧（Ｕｃ、Ｖｃ、Ｗｃ）を演算す
る演算部１６を備える。この演算部１６で演算されたＰ
ＷＭ制御電圧（Ｕｃ、Ｖｃ、Ｗｃ）は、各相毎のコンパ
レータ１８のプラス端子に出力する。各相のコンパレー
タ１８のマイナス端子には、三角波発振部１９より出力
された高周波の三角波が入力される（図６の実線ロ参
照）。そして、制御信号Ｕを出力するコンパレータ１８
からは、図６の実線Ｃに示す波形が出力され、制御信号
Ｖを出力するコンパレータ１８からは、反転回路２０を
介して図６の実線Ｄに示す波形が出力され、制御信号Ｗ
を出力するコンパレータ１８からは、図６の実線Ｅに示
す波形が出力される。そして、インバータ５は、電子制
御回路６より出力される制御信号Ｕを受けて、スイッチ
ング素子４ａ、４ｄを駆動し、制御信号Ｖはスイッチン
グ素子４ｂ、４ｃを駆動する。なお、制御信号Ｗは、電
圧０のため、スイッチング素子４ｅ、４ｆはOFF とな
る。以上により、変圧器１２の１次コイルには、図６の
実線Ｆに示される、高周波の擬似交流電圧が印加され
る。そして、この交流電圧を変圧器１２で、バッテリ２
の充電に必要な電圧まで昇圧し、高電圧整流手段１３に
よって直流にし、バッテリ２に印加してバッテリ２の充
電を行う。なお、電子制御回路６の演算部１６は、バッ
テリ電圧および充電電流をモニターしており、バッテリ
電圧が、所定の電圧に達するまで、ＰＷＭ制御電圧（Ｕ
ｃ、Ｖｃ）の電圧レベルを変化させて、制御信号Ｕ、Ｖ
のデューティ比を変化させ、充電電流が所定の範囲内と
なるようにコントロールしている。そして、バッテリ電
圧が所定電圧に達した時点で、充電を停止するように設
けられている。

【００１５】上述した充電時における電子制御回路６の
作動を、図７のフローチャートに示す。

【００１６】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。車両走行時は、モータ制御装置３に
おいて、アクセル開度、モータ１の回転速度、モータ電
流よりモータ１の必要トルクを演算し、この演算結果の
トルクがモータ１で発生されるように、トランジスタブ
リッジの各スイッチング素子４ａ〜４ｆを制御する。す
ると、バッテリ２に充電された電力が、各スイッチング
素子４ａ〜４ｆの駆動状態に応じてモータ１に供給さ
れ、モータ１が回転駆動する。バッテリ２の充電時は、
電力供給部９を商用電源に接続し、図示しない充電スイ
ッチをONすると、バッテリ電圧および充電電流に応じた
デューティー比で、スイッチング素子４ａ〜４ｄがON-O
FFする。一方、電力供給部９より供給された２００Ｖの
３相交流が、低電圧整流手段１０で直流に変換される。
そして、低電圧整流手段１０で直流に変換された電力
は、インバータ５に印加され、スイッチング素子４ａ〜
４ｄの高速のON-OFFにより、高周波の擬似交流電圧に変
換される。この交流電圧は、高電圧整流手段１３で直流
に変換された後、バッテリ２に印加され、バッテリ２を
充電する。なお、充電電流は、所定の範囲に抑えられ、
バッテリ２の液減りや、電極の劣化を防ぐように設けら
れている。そして、バッテリ電圧が、所定の電圧に達す
ると、バッテリ２の充電を停止する。

【００１７】〔実施例の効果〕本実施例では、モータ１
の通電制御を行うスイッチング素子４ａ〜４ｆのうち、
スイッチング素子４ａ〜４ｄを、充電電流の高周波発振
用に共用することによって、充電専用のスイッチング素
子や、そのスイッチング素子の放熱器を不要とすること
ができる。また、変圧器１２は、高周波によって電圧を
変化させるため、小型化が可能となる。さらに、充電時
にスイッチング素子４ａ〜４ｆを高速でスイッチングさ
せる高周波発振手段１１を、モータ制御装置３と共用し
て設けることによって、バッテリ２を充電する装置の体
格を小型、軽量化できる。このように、充電専用のスイ
ッチング素子や、その放熱器の不要化、変圧器１２の小
型化、高周波発振手段１１とモータ制御装置３の共用化
等によって、バッテリ２を充電する装置の体格を小型、
軽量化できるとともに、充電専用のスイッチング素子
や、その放熱器が不要となることによって、充電装置の
製造コストを低く抑えることができる。

【００１８】〔第２実施例〕図８は電気自動車用バッテ
リ充電装置の第２実施例を示す電気回路図である。本実
施例は、車両走行用のモータ１に、直流ブラシモータを
用い、このモータ１の回転速度をスイッチング素子４の
高速スイッチングによって制御するチョッパ式のモータ
制御装置３によって制御するものである。モータ制御装
置３は、車両走行時に入力信号を演算し、運転条件に応
じたデューティー比のＰＷＭ信号をドライブ回路８およ
びスイッチング素子４へ出力し、モータ１に印加される
電流量を制御して、モータ１の回転を制御する。また、
モータ制御装置３は、充電指示が与えられると、バッテ
リ電圧と、充電電流とを演算し、一定の充電電流がバッ
テリ２に印加されるように、デューティー比を制御しな
がらスイッチング素子４を高速でON-OFFして、低電圧整
流手段を介して供給される低電圧の直流電流を、高周波
の発振電圧に変換し、バッテリ２に与えられる電圧を調
節する。

【００１９】本実施例は、電気回路内に連動スイッチ１
４の追加と、モータ制御装置３のコンピュータに充電用
の演算ソフトとを追加するのみで、チョッパ式モータ制
御装置３を用いた電気自動車に本発明を実施することが
できる。

【００２０】〔変形例〕上記の実施例では、充電時にス
イッチング素子を高速でスイッチングさせる高周波発振
手段を、モータ制御装置と共用して設けた例を示した
が、高周波発振手段をモータ制御装置と別体に設けても
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気自動車用バッテリ充電装置の第１実施例を
示す電気回路図である。

【図２】車両走行時に使用される電子制御回路の電気回
路図である。

【図３】車両走行時に電子制御回路の発生する信号のタ
イムチャートである。

【図４】車両走行時の電子制御回路の作動を示すフロー
チャートである。

【図５】充電時に使用される電子制御回路の電気回路図
である。

【図６】充電時に電子制御回路の発生する信号のタイム
チャートである。

【図７】充電時の電子制御回路の作動を示すフローチャ
ートである。

【図８】電気自動車用バッテリ充電装置の第２実施例を
示す電気回路図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ バッテリ ３ モータ制御装置 ４ａ〜４ｆ スイッチング素子 ９ 電力供給部 １０ 低電圧整流手段 １１ 高周波発振手段 １２ 変圧器 １３ 高電圧整流手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両走行用のモータと、 このモータを駆動する電力を蓄えるバッテリと、 このバッテリに蓄えられた電力を前記モータに与えるス
   イッチング素子を備え、このスイッチング素子の動作状
   態を制御して、前記モータの回転速度を制御するモータ
   制御装置と、 車外より低電圧の交流電流を受ける電力供給部と、 この電力供給部より供給された低電圧の交流電流を、直
   流電流に変換する低電圧整流手段と、 前記バッテリの充電を行う際、前記低電圧整流手段を介
   して供給される直流電流を、前記スイッチング素子を用
   いて高周波の発振電圧に変換する高周波発振手段と、 この高周波発振手段によって変換された高周波の発振電
   圧を、高電圧に変換する変圧器と、 この変圧器によって変圧された高電圧の交流電流を、直
   流に変換して前記バッテリへ印加する高電圧整流手段と
   を具備する電気自動車用バッテリ充電装置。
2. 【請求項２】 前記高周波発振手段は、前記モータ制御
   装置に設けられた、請求項１の電気自動車用バッテリ充
   電装置。
3. 【請求項３】 前記モータは、交流モータで、前記モー
   タ制御装置がインバータ式モータ制御装置である、請求
   項１または請求項２の電気自動車用バッテリ充電装置。
4. 【請求項４】 前記モータは、直流モータで、前記モー
   タ制御装置がチョッパ式モータ制御装置である、請求項
   １または請求項２の電気自動車用バッテリ充電装置。