JPH0965666A - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電の際に昇圧チョッパ及び降圧チョッパを
共に実行可能なバッテリ充電装置を簡素な構成で実現す
る。 【解決手段】 充電用アームIVにスイッチング素子たる
トランジスタＱ７及びＱ８を設ける。バッテリ１２の出
力にてモータ１０を駆動する際にはサイリスタＱ９及び
Ｑ１０をオンさせ、電力変換用アームＩ〜III を用いて
電力変換を行う。充電用電源１８にてバッテリ１２を充
電する際には、トランジスタＱ１〜Ｑ４及びサイリスタ
Ｑ９及びＱ１０をオフさせる。充電時に昇圧が必要な場
合には、トランジスタＱ７及びＱ８をオフさせトランジ
スタＱ５及びＱ６にて昇圧チョッピングを実行する。降
圧が必要な場合には、トランジスタＱ５〜Ｑ８にて降圧
チョッピングを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ巻線をエネ
ルギ蓄積用インダクタとして、またインバータ回路をチ
ョッパ回路として、それぞれ利用することにより、バッ
テリを充電するバッテリ充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走行用モータとして交流モータを使用す
る電気自動車では、バッテリの放電出力を直流から交流
に変換して走行用モータに供給し、また、走行用モータ
により回生された制動エネルギを交流から直流に変換し
てバッテリに供給すべく、一般にインバータ回路が用い
られている。他方で、電気自動車では、走行に伴い放電
する車載のバッテリを所定の頻度で充電する必要があ
り、そのためバッテリ充電装置を車両に搭載する必要も
ある。特開平６−１３３５６４号公報に示される電気自
動車用バッテリ充電装置では、インバータ回路に電力変
換用アームの他新たに充電用アームを付加している。す
なわち、充電用電源にてバッテリを充電する際には、電
力変換用アームを構成するスイッチング素子を選択的に
オフさせることにより、充電用アームを含みかつモータ
巻線をエネルギ蓄積用インダクタとして用いているチョ
ッパ回路を、インバータ回路を利用して形成する。特開
平６−１３３５６４号公報では、これにより、バッテリ
充電装置とインバータ回路の兼用化、ひいてはシステム
の小型化を達成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−１
３３５６４号公報において追加された充電用アームはダ
イオードのみから構成されている。従って、１本の充電
用アームを追加するのみでは昇圧チョッパ回路しか実現
できない（当該公報の図１参照）。降圧チョッパ回路を
実現するためには、全波整流回路を構成すべく、複数本
の充電用アームを追加すると共にチョッパブリッジの直
流母線を切断するためのコンタクタを設けねばならない
（当該公報の図５（ａ）参照）。これらは回路構成の複
雑化・大型化・効率低下、部品点数増加による高価格化
・低信頼化を招く。特に、電気自動車のように電気回路
に振動や衝撃が加わることのある用途では、コンタクタ
の信頼性や耐久性が問題となる。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、充電用アームの改
良により、複数本の充電用アームやバッテリ配線切離し
用のコンタクタを設ける必要を無くし、ひいては回路構
成の簡素化、小型化、効率改善、低価格化、高信頼化を
実現することを目的とする。本発明は、また、この目的
の達成を通じ、電気自動車のように電気回路に振動や衝
撃が加わることのある用途に適したバッテリ充電装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第１の構成は、指令に応じオンオフ
するスイッチング素子を含み対応する相のモータ巻線と
バッテリとの間に介在する複数の電力変換用アームと、
バッテリと充電用電源の間に介在する充電用アームと、
を備え、充電用電源にてバッテリを充電する際に、いず
れかの電力変換用アームと当該いずれか電力変換用アー
ムに対応する相のモータ巻線との接続点に充電用電源の
一端が、また充電用アームに充電用電源の他端が、それ
ぞれ接続されるバッテリ充電装置において、充電用アー
ムが、指令に応じオンオフするスイッチング素子を含
み、電力変換用アームのスイッチング素子と充電用アー
ムのスイッチング素子が、昇圧チョッパ回路及び降圧チ
ョッパ回路のいずれをも構成し得るよう互いに接続され
たことを特徴とする。このように、本構成においては、
充電用アームが、指令に応じオンオフするスイッチング
素子を含んでいる。従って、電力変換用アーム及び充電
用アームを用いて昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回
路のいずれも実現可能になる。その際、充電用アームを
複数本設けたりあるいはコンタクタを設けたりする必要
はない。

【０００６】本発明の第２の構成に係るバッテリ充電装
置は、第１の構成において、バッテリからモータへ又は
モータからバッテリへ電力を供給する際、電力変換用ア
ームのスイッチング素子を制御することにより供給に係
る電力を直流から交流へ又は交流から直流へと変換させ
る手段と、充電用電源の出力にてバッテリを充電する際
に、上記いずれかの電力変換用アームのスイッチング素
子をオフさせることにより充電用電源とインバータ回路
との間にモータ巻線を挿入させると共に、少なくとも他
の電力変換用アームのスイッチング素子をオンオフさ
せ、以てインバータ回路をチョッパ回路として機能させ
る手段と、充電用電源の出力にてバッテリを充電する際
に、昇圧の必要がある場合には上記他の電力変換用アー
ムのスイッチング素子を、降圧の必要がある場合には当
該他の電力変換用アーム及び充電用アームのスイッチン
グ素子を、それぞれオンオフさせることにより、上記チ
ョッパ回路の機能を昇圧チョッパ及び降圧チョッパのい
ずれかに選択的に切り替える手段と、を備えることを特
徴とする。このように、本構成においては、電力変換用
アーム及び充電用アームを用いて昇圧チョッパ回路及び
降圧チョッパ回路が選択的に実現される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【０００８】図１には、本発明の一実施形態に係る電気
自動車の構成が示されている。この実施形態では走行用
モータ１０として三相交流モータを使用しており、その
駆動電力源としてはバッテリ１２を搭載している。イン
バータ回路１４は、モータ１０の駆動に際してバッテリ
１２の出力を直流から三相交流に変換する回路であり、
また、モータ１０により回生された制動エネルギを三相
交流から直流に変換するためにも用いられる。充電用コ
ネクタ１６は車両外部の充電用電源（ここでは単相交流
電源）１８の出力によりバッテリ１２を充電する際に接
続されるコネクタである。図中Ｃは充電時にバッテリ１
２に入力される電圧を平滑化するためのコンデンサであ
る。

【０００９】インバータ回路１４は、いずれもバッテリ
１２の正負両端間に接続された電力変換用アームＩ〜II
I 及び充電用アームIVを有している。電力変換用アーム
Ｉ〜III はそれぞれモータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相巻線に接
続されており、協働にて三相インバータを構成してい
る。他方、充電用アームIVは充電用コネクタ１６に接続
されており、従って充電用コネクタ１６が接続されると
充電用電源１８の一端は充電用アームIVに接続される。
充電用コネクタ１６が接続されると充電用電源１８の他
端はモータ１０のＷ相巻線の一端に接続される。さら
に、インバータ回路１４の各アームはいずれも２個のト
ランジスタ（例えばＩＧＢＴ）を直列接続し、さらに各
トランジスタのコレクタエミッタ間にダイオードを逆方
向接続した構成を有している。但し、アームＩにおいて
はダイオードに代えサイリスタが用いられている。これ
は、後述の降圧チョッピングの際にアームＩに大電流が
流れるのを防ぐためである。

【００１０】コントローラ２０は、インバータ回路１４
の動作を制御する手段である。図２に示されるように、
コントローラ２０はまず充電用コネクタ１６の接続状態
を例えば充電用コネクタ１６の電位等に基づき検出して
いる（１００）。充電用コネクタ１６が開放している場
合、コントローラ２０はトランジスタＱ７及びＱ８をオ
フさせると共にサイリスタＱ９及びＱ１０をオンさせる
（１０２）。サイリスタＱ９及びＱ１０をオンさせるこ
とにより電力変換用アームＩは他の電力変換用アームII
及びIII と等価な回路となり、従って電力変換用アーム
Ｉ〜III により通常のインバータと同様の回路が等価的
に形成される。また、トランジスタＱ７及びＱ８をオフ
させることにより充電用アームIVへの導通を遮断でき
る。コントローラ２０は、この状態でトランジスタＱ１
〜Ｑ６をスイッチングさせることにより、インバータ回
路１４によりインバータ機能を発揮させる（１０４）。
より詳細には、コントローラ２０は、アクセルの踏込状
態等に応じてトランジスタＱ１〜Ｑ６をスイッチングさ
せることによりモータ１０に必要な駆動電流を供給し、
またブレーキの踏込状態等に応じてトランジスタＱ１〜
Ｑ６をスイッチングさせることによりモータ１０にて車
両を回生制動する。

【００１１】充電用コネクタ１６が接続されている場合
（１００）、コントローラ２０はトランジスタＱ１〜Ｑ
４をオフさせると共にサイリスタＱ９及びＱ１０をオフ
させる（１０６）。これにより、電力変換用アームＩ及
びIIにおける導通は遮断される。コントローラ２０は、
次に、バッテリ１２の充電に必要な電圧と、規格又は仕
様により定められている充電用電源１８の電圧とを比較
する（１０８）。その結果充電用電源１８の電圧のほう
が低いとされた場合には、コントローラ２０は、トラン
ジスタＱ７及びＱ８をオフさせた上で（１１０）トラン
ジスタＱ５及びＱ６のスイッチング制御を実行し（１１
２）、逆に充電用電源１８の電圧のほうが高いとされた
場合には、トランジスタＱ５〜Ｑ８のスイッチング制御
を実行する（１１４）。ステップ１１０及び１１２にお
けるインバータ回路１４の等価回路は図３に示されるよ
うな回路になるから、充電用電源１８の出力の全波整
流、並びにＵ相及びＷ相巻線をエネルギ蓄積用のインダ
クタとして用いた昇圧チョッピングを実行できる。ステ
ップ１１４におけるインバータ回路１４の等価回路は図
４に示されるような回路になるから、充電用電源１８の
出力の全波整流、並びにＵ相及びＷ相巻線をエネルギ蓄
積用のインダクタとして用いた降圧チョッピングを実行
できる。

【００１２】このように、本実施形態によれば、電力変
換用アームＩ〜III 及び充電用アームIVを用いて、かつ
簡素で信頼性の高い構成にて、昇圧チョッパ回路及び降
圧チョッパ回路のいずれも実現できる。なお、以上の説
明は電気自動車への応用に関するものであったが、本発
明は他の用途にも応用できる。トランジスタＱ１〜Ｑ８
に代え他の種類のスイッチング素子を用いてもよく、サ
イリスタＱ９及びＱ１０に代え他の種類の順方向導通ス
イッチ素子を用いてもよい。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の構
成によれば、充電用アームを、指令に応じオンオフする
スイッチング素子を含む構成としたため、昇圧チョッパ
回路及び降圧チョッパ回路のいずれも実現可能な回路を
提供できる。

【００１４】本発明の第２の構成によれば、さらに、電
力変換用アームを用いてインバータ回路を形成させる手
段、少くとも電力変換用アームを用いてチョッパ回路を
形成させる手段、並びに昇圧／降圧の必要に応じ電力変
換用アーム又はこれと充電用アームを用いてチョッパ回
路の機能を昇圧チョッパ及び降圧チョッパのいずれかに
選択的に切り替える手段を設けるようにしたため、電力
変換用アーム及び充電用アームを用いて昇圧チョッパ回
路及び降圧チョッパ回路のいずれも実現可能になる。そ
の際、充電用アームを複数本設けたりあるいはコンタク
タを設けたりする必要はない。従って、回路構成の簡素
化、小型化、効率改善、低価格化、高信頼化を実現で
き、また、電気自動車のように電気回路に振動や衝撃が
加わることのある用途に適したバッテリ充電装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る電気自動車のシス
テム構成及びインバータ回路の回路構成を示す図であ
る。

【図２】 この実施形態におけるコントローラの動作の
流れを示すフローチャートである。

【図３】 昇圧チョッピング時の等価回路を示す回路図
である。

【図４】 降圧チョッピング時の等価回路を示す回路図
である。

【符号の説明】

１０ モータ、１２ バッテリ、１４ インバータ回
路、１６ 充電用コネクタ、１８ 充電用電源、２０
コントローラ、Ｑ１〜Ｑ８ トランジスタ、Ｑ９，Ｑ１
０ サイリスタ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、Ｉ〜III
電力変換用アーム、IV 充電用アーム。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指令に応じオンオフするスイッチング素
   子を含み対応する相のモータ巻線とバッテリとの間に介
   在する複数の電力変換用アームと、バッテリと充電用電
   源の間に介在する充電用アームと、を備え、充電用電源
   にてバッテリを充電する際に、いずれかの電力変換用ア
   ームと当該いずれか電力変換用アームに対応する相のモ
   ータ巻線との接続点に充電用電源の一端が、また充電用
   アームに充電用電源の他端が、それぞれ接続されるバッ
   テリ充電装置において、 充電用アームが、指令に応じオンオフするスイッチング
   素子を含み、 電力変換用アームのスイッチング素子と充電用アームの
   スイッチング素子が、昇圧チョッパ回路及び降圧チョッ
   パ回路のいずれをも構成し得るよう互いに接続されたこ
   とを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバッテリ充電装置におい
   て、 バッテリからモータへ又はモータからバッテリへ電力を
   供給する際、電力変換用アームのスイッチング素子を制
   御することにより供給に係る電力を直流から交流へ又は
   交流から直流へと変換させる手段と、 充電用電源の出力にてバッテリを充電する際に、上記い
   ずれかの電力変換用アームのスイッチング素子をオフさ
   せることにより充電用電源とインバータ回路との間にモ
   ータ巻線を挿入させると共に、少なくとも他の電力変換
   用アームのスイッチング素子をオンオフさせ、以てイン
   バータ回路をチョッパ回路として機能させる手段と、 充電用電源の出力にてバッテリを充電する際に、昇圧の
   必要がある場合には上記他の電力変換用アームのスイッ
   チング素子を、降圧の必要がある場合には当該他の電力
   変換用アーム及び充電用アームのスイッチング素子を、
   それぞれオンオフさせることにより、上記チョッパ回路
   の機能を昇圧チョッパ及び降圧チョッパのいずれかに選
   択的に切り替える手段と、 を備えることを特徴とするバッテリ充電装置。