JP2000197206A - 電気自動車の電気システム - Google Patents
電気自動車の電気システムInfo
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気自動車の低・中速域における損失を低減
してシステム効率の向上を図る。 【解決手段】 車載直流電源に接続されたインバータに
より車両駆動用交流電動機を駆動する電気自動車に関す
る。インバータ３０の半導体スイッチアーム３０ｕを、
バイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２とモノポーラ型スイ
ッチ素子３０ｕ１とを並列接続してなるハイブリッド構
成とし、他のスイッチアーム３０ｖ〜３０ｚも同様とす
る。半導体スイッチアームの電流が規定値以下の領域で
は、モノポーラ型スイッチ素子の通流電圧をバイポーラ
型スイッチ素子の通流電圧よりも低くし、半導体スイッ
チアームの電流が前記規定値を超える領域では、バイポ
ーラ型スイッチ素子の通流電圧をモノポーラ型スイッチ
素子の通流電圧よりも低くする。
してシステム効率の向上を図る。 【解決手段】 車載直流電源に接続されたインバータに
より車両駆動用交流電動機を駆動する電気自動車に関す
る。インバータ３０の半導体スイッチアーム３０ｕを、
バイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２とモノポーラ型スイ
ッチ素子３０ｕ１とを並列接続してなるハイブリッド構
成とし、他のスイッチアーム３０ｖ〜３０ｚも同様とす
る。半導体スイッチアームの電流が規定値以下の領域で
は、モノポーラ型スイッチ素子の通流電圧をバイポーラ
型スイッチ素子の通流電圧よりも低くし、半導体スイッ
チアームの電流が前記規定値を超える領域では、バイポ
ーラ型スイッチ素子の通流電圧をモノポーラ型スイッチ
素子の通流電圧よりも低くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車載の直流電源の
電力で走行する電気自動車、ハイブリッド電気自動車等
の電気自動車の電気システムに関するものである。
電力で走行する電気自動車、ハイブリッド電気自動車等
の電気自動車の電気システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、従来の電気自動車のパワート
レインの電気システムを示している。図１０において、
１は車載の直流電源（蓄電装置）、２は車両駆動用電動
機、３は電動機２を駆動するインバータ、４は車輪駆動
軸である。駆動軸４は減速機、デフギアを介して車輪に
連結されるが、同図では図示を省略してある。
レインの電気システムを示している。図１０において、
１は車載の直流電源（蓄電装置）、２は車両駆動用電動
機、３は電動機２を駆動するインバータ、４は車輪駆動
軸である。駆動軸４は減速機、デフギアを介して車輪に
連結されるが、同図では図示を省略してある。
【０００３】図１０において、直流電源１には電池が使
用されており、その電圧はほぼ一定である。車両駆動用
電動機２は、最近では交流電動機が使用されている。ま
た、インバータ３は、直流電圧を可変電圧、可変周波数
の交流電圧に変換して電動機２を可変速駆動する。
用されており、その電圧はほぼ一定である。車両駆動用
電動機２は、最近では交流電動機が使用されている。ま
た、インバータ３は、直流電圧を可変電圧、可変周波数
の交流電圧に変換して電動機２を可変速駆動する。
【０００４】図１１は、シリーズ式ハイブリッド電気自
動車のパワートレインの電気システムを示すもので、図
１０と同一構成要素は同一番号を付してある。図１１に
おいて、５はエンジン、６は発電機、７は整流器、１０
は電池である。エンジン５及び発電機６により発電した
電力は、整流器７を介して電池１０またはインバータ３
に供給される。なお、インバータ３から車輪までのパワ
ートレインは、図１０と同じである。
動車のパワートレインの電気システムを示すもので、図
１０と同一構成要素は同一番号を付してある。図１１に
おいて、５はエンジン、６は発電機、７は整流器、１０
は電池である。エンジン５及び発電機６により発電した
電力は、整流器７を介して電池１０またはインバータ３
に供給される。なお、インバータ３から車輪までのパワ
ートレインは、図１０と同じである。
【０００５】図１２は、パラレル式ハイブリッド電気自
動車のパワートレインの電気システムであり、図１０、
図１１と同一構成要素は同一番号を付してある。図１２
において、５０はエンジン、１１は電池、３０はコンバ
ータ（インバータ）、２０は発電動機、８は軸出力分配
機である。ここで、軸出力分配機８は、エンジン５０ま
たは発電動機２０からの動力を走行状態に応じて分配、
結合し、車輪駆動軸４に伝えている。
動車のパワートレインの電気システムであり、図１０、
図１１と同一構成要素は同一番号を付してある。図１２
において、５０はエンジン、１１は電池、３０はコンバ
ータ（インバータ）、２０は発電動機、８は軸出力分配
機である。ここで、軸出力分配機８は、エンジン５０ま
たは発電動機２０からの動力を走行状態に応じて分配、
結合し、車輪駆動軸４に伝えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】電気自動車は実用に供
されて久しいが、未だにエンジン車を凌駕する程に使用
されていないのが実情である。これは．電気自動車の価
格が高いことと一充電当たりの走行距離（レンジ）が短
いこと等による。価格低減は生産台数の増加に伴って解
決できる問題であるが、レンジが短いことは技術的な問
題であり、電気自動車の大きな課題である。レンジが短
いことは、電池の蓄積エネルギが小さいことの他に、電
気システムの効率が低いことにも起因している。すなわ
ち、電気自動車での大きな課題の一つは効率向上であ
り、特に低速域での効率向上が強く求められている。
されて久しいが、未だにエンジン車を凌駕する程に使用
されていないのが実情である。これは．電気自動車の価
格が高いことと一充電当たりの走行距離（レンジ）が短
いこと等による。価格低減は生産台数の増加に伴って解
決できる問題であるが、レンジが短いことは技術的な問
題であり、電気自動車の大きな課題である。レンジが短
いことは、電池の蓄積エネルギが小さいことの他に、電
気システムの効率が低いことにも起因している。すなわ
ち、電気自動車での大きな課題の一つは効率向上であ
り、特に低速域での効率向上が強く求められている。
【０００７】図１３は、電気自動車の速度と牽引力及び
平坦路走行時の走行抵抗特性の一例を示したものであ
る。同図の最大車両牽引力特性から判るように、平坦路
を低速走行する場合の走行電力は最大電力の数分の１以
下となっている。なお、都市内走行などでは、最高速度
の１／２以下の走行速度が多い。蓄積エネルギ量が限定
された電池を使用してレンジを拡大するには、低速域で
のシステム効率をいかに高めるかが大きな課題となる。
平坦路走行時の走行抵抗特性の一例を示したものであ
る。同図の最大車両牽引力特性から判るように、平坦路
を低速走行する場合の走行電力は最大電力の数分の１以
下となっている。なお、都市内走行などでは、最高速度
の１／２以下の走行速度が多い。蓄積エネルギ量が限定
された電池を使用してレンジを拡大するには、低速域で
のシステム効率をいかに高めるかが大きな課題となる。
【０００８】そこで本発明は、主として低速域における
損失低減を図り、システム効率を向上させるようにした
電気自動車の電気システムを提供しようとするものであ
る。
損失低減を図り、システム効率を向上させるようにした
電気自動車の電気システムを提供しようとするものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】低速走行域でのパワート
レイン系のシステム効率を高めるには、低速域における
車両駆動用電動機と電動機駆動用インバータの両方の効
率を高める必要があることから、本発明では、第一に、
低速域ではインバータを１パルス運転して電動機の高調
波損失、特に鉄損低減を図るようにした。
レイン系のシステム効率を高めるには、低速域における
車両駆動用電動機と電動機駆動用インバータの両方の効
率を高める必要があることから、本発明では、第一に、
低速域ではインバータを１パルス運転して電動機の高調
波損失、特に鉄損低減を図るようにした。
【００１０】図１４は、正弦波電流を流した場合のイン
バータのスイッチ素子に発生する定常損失分に対応する
効率を、バイポーラ型スイッチ素子とモノポーラ型スイ
ッチ素子とについて示したものである。同図から、素子
電流が小さい程モノポーラ型スイッチ素子の方が効率が
良いことが判る。本発明では、このようにモノポーラ型
スイッチ素子は低出力域で通流損失がバイポーラ型スイ
ッチ素子に比べて少ないことに着目し、インバータの半
導体スイッチ素子をモノポーラ型スイッチ素子とバイポ
ーラ型スイッチ素子とのハイブリッド構成とし、低速走
行時のインバータの損失を低減して低速域における効率
向上を図るものである。
バータのスイッチ素子に発生する定常損失分に対応する
効率を、バイポーラ型スイッチ素子とモノポーラ型スイ
ッチ素子とについて示したものである。同図から、素子
電流が小さい程モノポーラ型スイッチ素子の方が効率が
良いことが判る。本発明では、このようにモノポーラ型
スイッチ素子は低出力域で通流損失がバイポーラ型スイ
ッチ素子に比べて少ないことに着目し、インバータの半
導体スイッチ素子をモノポーラ型スイッチ素子とバイポ
ーラ型スイッチ素子とのハイブリッド構成とし、低速走
行時のインバータの損失を低減して低速域における効率
向上を図るものである。
【００１１】また、本発明では、第二に、低速域でのイ
ンバータの１パルス運転を実現するため、インバータと
直流電源との間にチョッパを挿入する。
ンバータの１パルス運転を実現するため、インバータと
直流電源との間にチョッパを挿入する。
【００１２】本発明では第三に、上記チョッパの半導体
スイッチ素子をモノポーラ型スイッチ素子として、低速
域における損失低減により効率向上を図ることとした。
スイッチ素子をモノポーラ型スイッチ素子として、低速
域における損失低減により効率向上を図ることとした。
【００１３】本発明では第四に、上記チョッパの半導体
スイッチ素子をモノポーラ型スイッチ素子とバイポーラ
型スイッチ素子とのハイブリッド構成とし、低速域にお
ける損失低減により効率向上を図ることとした。
スイッチ素子をモノポーラ型スイッチ素子とバイポーラ
型スイッチ素子とのハイブリッド構成とし、低速域にお
ける損失低減により効率向上を図ることとした。
【００１４】本発明では第五に、上記チョッパを挿入し
た電気システムにおいて、中速域から高速域での効率向
上を図るために、チョッパの入出力短絡スイッチを設
け、中速域からり高速域では上記短絡スイッチによりチ
ョッパを短絡するようにした。
た電気システムにおいて、中速域から高速域での効率向
上を図るために、チョッパの入出力短絡スイッチを設
け、中速域からり高速域では上記短絡スイッチによりチ
ョッパを短絡するようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態の主
要部を示す回路図であり、請求項１，２，１２に記載し
た発明の実施形態に相当する。なお、図１において、図
１０と同一の構成要素には同一番号を付してある。
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態の主
要部を示す回路図であり、請求項１，２，１２に記載し
た発明の実施形態に相当する。なお、図１において、図
１０と同一の構成要素には同一番号を付してある。
【００１６】図１において、３０はインバータであり、
３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ，３０ｘ，３０ｙ，３０ｚはハ
イブリッド型半導体スイッチアームである。スイッチア
ーム３０ｕは、モノポーラ型スイッチ素子３０ｕ１とバ
イポーラ型スイッチ素子３０ｕ２とを並列接続し、この
並列回路にダイオード３０ｕ３を逆並列接続して構成さ
れる。
３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ，３０ｘ，３０ｙ，３０ｚはハ
イブリッド型半導体スイッチアームである。スイッチア
ーム３０ｕは、モノポーラ型スイッチ素子３０ｕ１とバ
イポーラ型スイッチ素子３０ｕ２とを並列接続し、この
並列回路にダイオード３０ｕ３を逆並列接続して構成さ
れる。
【００１７】図１では、バイポーラ型スイッチ素子３０
ｕ２としてＩＧＢＴを使用し、モノポーラ型スイッチ素
子３０ｕ１としてＭＯＳＦＥＴを使用している。ダイオ
ード３０ｕ３としては、ＭＯＳＦＥＴにある寄生ダイオ
ードを利用すれば、ダイオードの接続は不要となる。他
のスイッチアーム３０ｖ，３０ｗ，３０ｘ，３０ｙ，３
０ｚも同様の回路構成である。
ｕ２としてＩＧＢＴを使用し、モノポーラ型スイッチ素
子３０ｕ１としてＭＯＳＦＥＴを使用している。ダイオ
ード３０ｕ３としては、ＭＯＳＦＥＴにある寄生ダイオ
ードを利用すれば、ダイオードの接続は不要となる。他
のスイッチアーム３０ｖ，３０ｗ，３０ｘ，３０ｙ，３
０ｚも同様の回路構成である。
【００１８】図２は、インバータを構成する半導体スイ
ッチ素子の電圧−電流特性を示したのもである。同図に
おいて、破線はモノポーラ型スイッチ素子の特性、細線
はバイポーラ型スイッチ素子の特性、太線は本発明にお
いて使用されるハイブリッド型スイッチ素子の特性であ
る。
ッチ素子の電圧−電流特性を示したのもである。同図に
おいて、破線はモノポーラ型スイッチ素子の特性、細線
はバイポーラ型スイッチ素子の特性、太線は本発明にお
いて使用されるハイブリッド型スイッチ素子の特性であ
る。
【００１９】スイッチアーム電流がＩ0以下では、モノ
ポーラ型スイッチ素子の通流電圧（素子のオン電圧に相
当）をバイポーラ型スイッチ素子の通流電圧より低く
し、スイッチアーム電流がＩ0を超える範囲では、バイ
ポーラ型スイッチ素子の通流電圧をモノポーラ型スイッ
チ素子の通流電圧よりも低くする。この結果、スイッチ
アーム電流がＩ0以下の領域では、アーム電流は自動的
にモノポーラ型スイッチ素子に多く分流し、アーム電流
がＩ0を超える領域では、アーム電流は自動的にバイポ
ーラ型スイッチ素子に多く分流することになる。図１に
おいては、各スイッチ素子のゲートまたはベース駆動回
路を特に図示していないが、モノポーラ型スイッチ素子
３０ｕ１及びバイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２を同時
にオン、オフしてスイッチアーム電流を通流、遮断す
る。
ポーラ型スイッチ素子の通流電圧（素子のオン電圧に相
当）をバイポーラ型スイッチ素子の通流電圧より低く
し、スイッチアーム電流がＩ0を超える範囲では、バイ
ポーラ型スイッチ素子の通流電圧をモノポーラ型スイッ
チ素子の通流電圧よりも低くする。この結果、スイッチ
アーム電流がＩ0以下の領域では、アーム電流は自動的
にモノポーラ型スイッチ素子に多く分流し、アーム電流
がＩ0を超える領域では、アーム電流は自動的にバイポ
ーラ型スイッチ素子に多く分流することになる。図１に
おいては、各スイッチ素子のゲートまたはベース駆動回
路を特に図示していないが、モノポーラ型スイッチ素子
３０ｕ１及びバイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２を同時
にオン、オフしてスイッチアーム電流を通流、遮断す
る。
【００２０】図３は本発明の第２実施形態の主要部を示
す回路図であり、請求項３に記載した発明の実施形態に
相当する。図３において、図１と同一の構成要素には同
一番号を付してある。図３において、３０ｕａはモノポ
ーラ型スイッチ素子３０ｕ１のゲートまたはベース駆動
回路、３０ｕｂはバイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２の
ゲートまたはベース駆動回路である。
す回路図であり、請求項３に記載した発明の実施形態に
相当する。図３において、図１と同一の構成要素には同
一番号を付してある。図３において、３０ｕａはモノポ
ーラ型スイッチ素子３０ｕ１のゲートまたはベース駆動
回路、３０ｕｂはバイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２の
ゲートまたはベース駆動回路である。
【００２１】この実施形態では、自動車の走行電力また
はインバータの出力、あるいはインバータの出力電流等
の車両の運転状態に対応した物理量が規定値内であると
きには、モノポーラ型スイッチ素子３０ｕ１をスイッチ
ング制御し、バイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２をオフ
する。また、前記物理量が規定値外にあるときには、逆
にバイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２をスイッチング制
御し、モノポーラ型スイッチ素子３０ｕ１をオフする。
各スイッチ素子３０ｕ１，３０ｕ２のオン、オフ制御
を、図示のゲートまたはベース駆動回路３０ｕａ，３０
ｕｂにより行う。
はインバータの出力、あるいはインバータの出力電流等
の車両の運転状態に対応した物理量が規定値内であると
きには、モノポーラ型スイッチ素子３０ｕ１をスイッチ
ング制御し、バイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２をオフ
する。また、前記物理量が規定値外にあるときには、逆
にバイポーラ型スイッチ素子３０ｕ２をスイッチング制
御し、モノポーラ型スイッチ素子３０ｕ１をオフする。
各スイッチ素子３０ｕ１，３０ｕ２のオン、オフ制御
を、図示のゲートまたはベース駆動回路３０ｕａ，３０
ｕｂにより行う。
【００２２】次に、図４は本発明の第３実施形態の主要
部を示す回路図であり、請求項４または請求項５に記載
した発明の実施形態に相当する。図４において、１００
は電流２象限チョッパ、１０１，１０２はＩＧＢＴから
なるバイポーラ型スイッチ素子、１０３，１０４はこれ
らに逆並列接続されたダイオ−ド、１０５は電流平滑リ
アクトル、１０６，１０７は電圧平滑コンデンサであ
る。その他の構成要素は図１０と同様である。すなわ
ち、この実施形態では、直流電源１とインバータ３との
間に電流２象限チョッパ１００が挿入されている。
部を示す回路図であり、請求項４または請求項５に記載
した発明の実施形態に相当する。図４において、１００
は電流２象限チョッパ、１０１，１０２はＩＧＢＴから
なるバイポーラ型スイッチ素子、１０３，１０４はこれ
らに逆並列接続されたダイオ−ド、１０５は電流平滑リ
アクトル、１０６，１０７は電圧平滑コンデンサであ
る。その他の構成要素は図１０と同様である。すなわ
ち、この実施形態では、直流電源１とインバータ３との
間に電流２象限チョッパ１００が挿入されている。
【００２３】以下、チョッパ１００の動作を説明する。
インバータ３の入力電圧をチョッパ１００により制御す
る場合について述べる。車両の加速走行時、定速走行時
には、電力が直流電源１からインバータ３側に供給され
るので、スイッチ素子１０２をオフし、スイッチ素子１
０１をスイッチング制御する。この動作は、直流電源１
側から見れば通常の降圧チョッパ動作に相当する。イン
バータ３の入力電圧制御は通常の降圧チョッパ制御と同
じであるので、その説明は省略する。
インバータ３の入力電圧をチョッパ１００により制御す
る場合について述べる。車両の加速走行時、定速走行時
には、電力が直流電源１からインバータ３側に供給され
るので、スイッチ素子１０２をオフし、スイッチ素子１
０１をスイッチング制御する。この動作は、直流電源１
側から見れば通常の降圧チョッパ動作に相当する。イン
バータ３の入力電圧制御は通常の降圧チョッパ制御と同
じであるので、その説明は省略する。
【００２４】車両が回生制動する場合、電力はインバー
タ３から直流電源１に回生されるので、スイッチ素子１
０１をオフし、スイッチ素子１０２をスイッチング制御
する。この動作は、インバータ３側から見れば通常の昇
圧チョッパ動作に相当する。インバータ３の入力電圧制
御は通常の昇圧チョッパ制御と同じであるので、その説
明は省略する。
タ３から直流電源１に回生されるので、スイッチ素子１
０１をオフし、スイッチ素子１０２をスイッチング制御
する。この動作は、インバータ３側から見れば通常の昇
圧チョッパ動作に相当する。インバータ３の入力電圧制
御は通常の昇圧チョッパ制御と同じであるので、その説
明は省略する。
【００２５】次に、チョッパ１００とインバータ３の制
御動作を図５により説明する。規定運転域（図５のモー
ドＩの運転域）では、チョッパ１００を作動させてイン
バータ３の入力電圧を下げ、インバータ３を１パルス運
転する。これにより、電動機の高調波損失、特に鉄損の
低減を図ることができる。この動作は、請求項５に記載
した発明の実施形態に相当する。
御動作を図５により説明する。規定運転域（図５のモー
ドＩの運転域）では、チョッパ１００を作動させてイン
バータ３の入力電圧を下げ、インバータ３を１パルス運
転する。これにより、電動機の高調波損失、特に鉄損の
低減を図ることができる。この動作は、請求項５に記載
した発明の実施形態に相当する。
【００２６】一方、１パルス運転では、インバータ３は
可変電圧制御ができなくなるので、チョッパ１００によ
りインバータ３の入力電圧を可変制御する。規定運転域
外（図５の例では、モードIIの運転域）では、チョッパ
１００の出力電圧を最大にし（この場合、半導体スイッ
チ素子１０１をオンする）、インバータ３をＰＷＭ制御
して可変電圧制御を行う。ここで、規定運転域として
は、図５に示すモードＩのように、車両速度と牽引力
（トルク）とが規定値範囲内である領域としても良く、
また、車両速度、走行電力、インバータ３の入力、出力
あるいは入力電流、出力電流値等が規定値範囲内である
領域としても良い。
可変電圧制御ができなくなるので、チョッパ１００によ
りインバータ３の入力電圧を可変制御する。規定運転域
外（図５の例では、モードIIの運転域）では、チョッパ
１００の出力電圧を最大にし（この場合、半導体スイッ
チ素子１０１をオンする）、インバータ３をＰＷＭ制御
して可変電圧制御を行う。ここで、規定運転域として
は、図５に示すモードＩのように、車両速度と牽引力
（トルク）とが規定値範囲内である領域としても良く、
また、車両速度、走行電力、インバータ３の入力、出力
あるいは入力電流、出力電流値等が規定値範囲内である
領域としても良い。
【００２７】図６は本発明の第４実施形態の主要部を示
す回路図であり、請求項６に記載した発明の実施形態に
相当する。図６において、図４と同一の構成要素には同
一番号を付してある。図４との相違点は、直流電源１の
一端とインバータ３の一端との間に回路開閉器としての
チョッパ短絡スイッチ２００を接続した点である。すな
わち、直流電源１とインバータ３との間にチョッパ１０
０とチョッパ短絡スイッチ２００との並列回路が接続さ
れている。
す回路図であり、請求項６に記載した発明の実施形態に
相当する。図６において、図４と同一の構成要素には同
一番号を付してある。図４との相違点は、直流電源１の
一端とインバータ３の一端との間に回路開閉器としての
チョッパ短絡スイッチ２００を接続した点である。すな
わち、直流電源１とインバータ３との間にチョッパ１０
０とチョッパ短絡スイッチ２００との並列回路が接続さ
れている。
【００２８】次に、図６の動作について説明する。前述
した規定運転域内では、短絡スイッチ２００を開放した
状態で図４の場合と同様にチョッパ１００を作動させて
インバータ３の入力電圧を下げ、インバータ３を１パル
ス運転する。同時に、チョッパ１００によってインバー
タ３の入力電圧を可変制御する。また、規定運転域外
（加速時や高速時等）では、チョッパ１００の出力電圧
を最大にした（この場合、スイッチ素子１０１をオンす
る）後、短絡スイッチ２００によってチョッパ１００の
入出力端子間を短絡する。これによりインバータ３の入
力電圧は直流電源１の電圧と等しくなるので、インバー
タ３は必要なＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）制御を行
う。
した規定運転域内では、短絡スイッチ２００を開放した
状態で図４の場合と同様にチョッパ１００を作動させて
インバータ３の入力電圧を下げ、インバータ３を１パル
ス運転する。同時に、チョッパ１００によってインバー
タ３の入力電圧を可変制御する。また、規定運転域外
（加速時や高速時等）では、チョッパ１００の出力電圧
を最大にした（この場合、スイッチ素子１０１をオンす
る）後、短絡スイッチ２００によってチョッパ１００の
入出力端子間を短絡する。これによりインバータ３の入
力電圧は直流電源１の電圧と等しくなるので、インバー
タ３は必要なＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）制御を行
う。
【００２９】図７は本発明の第５実施形態の主要部を示
す回路図であり、請求項７に記載した発明の実施形態に
相当する。この実施形態は、図４におけるＩＧＢＴ等の
バイポーラ型スイッチ素子１０１，１０２をＭＯＳＦＥ
Ｔ等のモノポーラ型スイッチ素子１０１ａ，１０２ａに
置き換えたものである。図７において、１００ａは図４
の１００に相当する電流２象限チョッパであり、その他
の構成は図４と同一である。なお、この実施形態の動作
は図４の場合と同様であるため、説明は省略する。
す回路図であり、請求項７に記載した発明の実施形態に
相当する。この実施形態は、図４におけるＩＧＢＴ等の
バイポーラ型スイッチ素子１０１，１０２をＭＯＳＦＥ
Ｔ等のモノポーラ型スイッチ素子１０１ａ，１０２ａに
置き換えたものである。図７において、１００ａは図４
の１００に相当する電流２象限チョッパであり、その他
の構成は図４と同一である。なお、この実施形態の動作
は図４の場合と同様であるため、説明は省略する。
【００３０】図８は本発明の第６実施形態の主要部を示
す回路図であり、請求項８〜１２に記載した発明の実施
形態に相当する。この実施形態は、図４、図７に示した
スイッチ素子１０１，１０２，１０１ａ，１０２ａを、
図１のハイブリッド型半導体スイッチアーム３０ｕと同
様に、モノポーラ型スイッチ素子１０１ｂ，１０２ｂと
バイポーラ型スイッチ素子１０１ｃ，１０２ｃとをそれ
ぞれ並列接続してなるハイブリッド型半導体スイッチア
ームに置き換えたものである。なお、１００ｂは図４、
図７の１００，１００ａに相当する電流２象限チョッパ
であり、他の構成要素は図４、図７と同一番号を付して
ある。
す回路図であり、請求項８〜１２に記載した発明の実施
形態に相当する。この実施形態は、図４、図７に示した
スイッチ素子１０１，１０２，１０１ａ，１０２ａを、
図１のハイブリッド型半導体スイッチアーム３０ｕと同
様に、モノポーラ型スイッチ素子１０１ｂ，１０２ｂと
バイポーラ型スイッチ素子１０１ｃ，１０２ｃとをそれ
ぞれ並列接続してなるハイブリッド型半導体スイッチア
ームに置き換えたものである。なお、１００ｂは図４、
図７の１００，１００ａに相当する電流２象限チョッパ
であり、他の構成要素は図４、図７と同一番号を付して
ある。
【００３１】この実施形態において、モノポーラ型スイ
ッチ素子１０１ｂ，１０２ｂ及びバイポーラ型スイッチ
素子１０１ｃ，１０２ｃの特性は図２と同様にし、所定
のハイブリッド特性を得るものとする。但し、図２に示
した電流値Ｉ0はインバータの場合と異ならせても良
い。ハイブリッド型半導体スイッチアームの動作は図１
の場合と同様であるので、その説明は省略する。
ッチ素子１０１ｂ，１０２ｂ及びバイポーラ型スイッチ
素子１０１ｃ，１０２ｃの特性は図２と同様にし、所定
のハイブリッド特性を得るものとする。但し、図２に示
した電流値Ｉ0はインバータの場合と異ならせても良
い。ハイブリッド型半導体スイッチアームの動作は図１
の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００３２】図９は本発明の第７実施形態の主要部を示
す回路図であり、請求項８〜１２に記載した発明のうち
請求項６のように回路開閉器（チョッパ短絡スイッチ）
を備えた実施形態に相当する。つまり、本実施形態は、
図８のチョッパ１００ｂの入出力端子間にチョッパ短絡
スイッチ２００を接続し、規定運転域外において、チョ
ッパ１００ｂの出力電圧を最大にした後、短絡スイッチ
２００によってチョッパ１００ｂの入出力端子間を短絡
するものである。なお、詳細な動作は図６の実施形態と
ほぼ同様であるため、説明を省略する。
す回路図であり、請求項８〜１２に記載した発明のうち
請求項６のように回路開閉器（チョッパ短絡スイッチ）
を備えた実施形態に相当する。つまり、本実施形態は、
図８のチョッパ１００ｂの入出力端子間にチョッパ短絡
スイッチ２００を接続し、規定運転域外において、チョ
ッパ１００ｂの出力電圧を最大にした後、短絡スイッチ
２００によってチョッパ１００ｂの入出力端子間を短絡
するものである。なお、詳細な動作は図６の実施形態と
ほぼ同様であるため、説明を省略する。
【００３３】前記各実施形態において、車両の運転状態
が規定値内にあるか規定値外にあるかを判断するための
物理量としては、車両速度、車両牽引力、車両走行電
力、電動機回転数、電動機トルク、電動機出力、電動機
入力、電動機電流、インバータ入力電流、インバータの
半導体スイッチアーム電流、チョッパ入力電流、チョッ
パの半導体スイッチアーム電流、直流電源電流、直流電
源電圧のうち一以上の物理量を使用することができる。
更に、各実施形態では、電池等の直流電源により駆動さ
れる電気自動車に適用した場合を説明したが、本発明は
直流電源と他の動力源とを併用するハイブリッド電気自
動車にも適用可能である。
が規定値内にあるか規定値外にあるかを判断するための
物理量としては、車両速度、車両牽引力、車両走行電
力、電動機回転数、電動機トルク、電動機出力、電動機
入力、電動機電流、インバータ入力電流、インバータの
半導体スイッチアーム電流、チョッパ入力電流、チョッ
パの半導体スイッチアーム電流、直流電源電流、直流電
源電圧のうち一以上の物理量を使用することができる。
更に、各実施形態では、電池等の直流電源により駆動さ
れる電気自動車に適用した場合を説明したが、本発明は
直流電源と他の動力源とを併用するハイブリッド電気自
動車にも適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果がある。 （１）インバータを構成する半導体スイッチ素子を、モ
ノポーラ型スイッチ素子とバイポーラ型スイッチ素子と
を並列接続したハイブリッド構成とすることにより、車
両の中・低速走行域におけるインバータ損失が低減す
る。 （２）直流電源とインバータとの間にチョッパを挿入
し、このチョッパによりインバータの入力電圧を可変制
御するとともにインバータを１パルス運転することによ
り、車両駆動用電動機の損失及びインバータの高周波ス
イッチング損失が大幅に減少する。 （３）前記チョッパの半導体スイッチ素子を、モノポー
ラ型スイッチ素子とバイポーラ型スイッチ素子とを並列
接続したハイブリッド構成とすることにより、チョッパ
の損失が大幅に減少する。 （４）チョッパの入出力端子間に回路開閉器としてのチ
ョッパ短絡スイッチを接続し、加速時や高速時等にこの
スイッチによってチョッパを短絡することにより、中出
力以上における損失低減が可能になる。 （５）上記（１）〜（４）によって車両の中・低速域に
おけるシステム効率が向上するので、電気自動車のレン
ジ拡大を図ることができ、電気自動車の普及に大きく貢
献することができる。
な効果がある。 （１）インバータを構成する半導体スイッチ素子を、モ
ノポーラ型スイッチ素子とバイポーラ型スイッチ素子と
を並列接続したハイブリッド構成とすることにより、車
両の中・低速走行域におけるインバータ損失が低減す
る。 （２）直流電源とインバータとの間にチョッパを挿入
し、このチョッパによりインバータの入力電圧を可変制
御するとともにインバータを１パルス運転することによ
り、車両駆動用電動機の損失及びインバータの高周波ス
イッチング損失が大幅に減少する。 （３）前記チョッパの半導体スイッチ素子を、モノポー
ラ型スイッチ素子とバイポーラ型スイッチ素子とを並列
接続したハイブリッド構成とすることにより、チョッパ
の損失が大幅に減少する。 （４）チョッパの入出力端子間に回路開閉器としてのチ
ョッパ短絡スイッチを接続し、加速時や高速時等にこの
スイッチによってチョッパを短絡することにより、中出
力以上における損失低減が可能になる。 （５）上記（１）〜（４）によって車両の中・低速域に
おけるシステム効率が向上するので、電気自動車のレン
ジ拡大を図ることができ、電気自動車の普及に大きく貢
献することができる。
【図１】本発明の第１実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図２】インバータのスイッチ素子の電圧−電流特性を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図４】本発明の第３実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図５】図４におけるチョッパ及びインバータの制御動
作を示す図である。
作を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図７】本発明の第５実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図８】本発明の第６実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図９】本発明の第７実施形態の主要部を示す回路図で
ある。
ある。
【図１０】従来の電気自動車のパワートレインの電気シ
ステムを示す図である。
ステムを示す図である。
【図１１】シリーズ式ハイブリッド電気自動車のパワー
トレインの電気システムを示す図である。
トレインの電気システムを示す図である。
【図１２】パラレル式ハイブリッド電気自動車のパワー
トレインの電気システムを示す図である。
トレインの電気システムを示す図である。
【図１３】電気自動車の速度と牽引力及び走行抵抗特性
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図１４】インバータのスイッチ素子の電流−効率特性
を示す図である。
を示す図である。
１ 直流電源 ２ 車両駆動用電動機 ３０ インバータ ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ，３０ｘ，３０ｙ，３０ｚ ハ
イブリッド型半導体スイッチアーム ３０ｕ１，１０１ａ，１０２ａ，１０１ｂ，１０２ｂ
モノポーラ型スイッチ素子 ３０ｕ２，１０１，１０２，１０１ｃ，１０２ｃ バイ
ポーラ型スイッチ素子 ３０ｕ３，１０３，１０４ ダイオード ３０ｕａ，３０ｕｂ ゲートまたはベース駆動回路 １００，１００ａ，１００ｂ 電流２象限チョッパ １０５ 電流平滑リアクトル １０６，１０７ 電圧平滑コンデンサ ２００ チョッパ短絡スイッチ
イブリッド型半導体スイッチアーム ３０ｕ１，１０１ａ，１０２ａ，１０１ｂ，１０２ｂ
モノポーラ型スイッチ素子 ３０ｕ２，１０１，１０２，１０１ｃ，１０２ｃ バイ
ポーラ型スイッチ素子 ３０ｕ３，１０３，１０４ ダイオード ３０ｕａ，３０ｕｂ ゲートまたはベース駆動回路 １００，１００ａ，１００ｂ 電流２象限チョッパ １０５ 電流平滑リアクトル １０６，１０７ 電圧平滑コンデンサ ２００ チョッパ短絡スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 AA03 BB06 CA01 CA02 CB04 CB05 CC07 CC12 CC23 5H115 PA11 PC06 PG04 PI16 PI29 PU08 PU23 PU24 PU25 PU26 PV03 PV09 PV23 PV24 RB23 5H576 AA15 BB02 CC04 CC06 DD02 DD04 EE11 FF07 FF08 HA02 HA03 HB02
Claims (12)
- 【請求項１】 車載直流電源に接続されたインバータに
より車両駆動用交流電動機を駆動する電気自動車におい
て、 前記インバータの半導体スイッチアームを、バイポーラ
型スイッチ素子とモノポーラ型スイッチ素子とを並列接
続してなるハイブリッド構成とし、前記半導体スイッチ
アームの電流が規定値以下の領域では、前記モノポーラ
型スイッチ素子の通流電圧を前記バイポーラ型スイッチ
素子の通流電圧よりも低くし、前記半導体スイッチアー
ムの電流が前記規定値を超える領域では、前記バイポー
ラ型スイッチ素子の通流電圧を前記モノポーラ型スイッ
チ素子の通流電圧よりも低くすることを特徴とする電気
自動車の電気システム。 - 【請求項２】 請求項１記載の電気自動車の電気システ
ムにおいて、 前記半導体スイッチアームを通流させる時は、前記モノ
ポーラ型スイッチ素子及びバイポーラ型スイッチ素子の
両方をオンさせることを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。 - 【請求項３】 車載直流電源に接続されたインバータに
より車両駆動用交流電動機を駆動する電気自動車におい
て、 前記インバータの半導体スイッチアームを、バイポーラ
型スイッチ素子とモノポーラ型スイッチ素子とを並列接
続してなるハイブリッド構成とし、車両の運転状態を表
す物理量が規定値内にある時は、前記モノポーラ型スイ
ッチ素子をスイッチング制御して前記バイポーラ型スイ
ッチ素子をオフし、前記物理量が規定値外にある時は、
前記モノポーラ型スイッチ素子をオフして前記バイポー
ラ型スイッチ素子をスイッチング制御することを特徴と
する電気自動車の電気システム。 - 【請求項４】 請求項１，２または３記載の電気自動車
の電気システムにおいて、 前記直流電源と前記インバータとの間に半導体チョッパ
を接続し、車両の運転状態を表す物理量が規定値内にあ
る時は、前記チョッパにより前記インバータの入力電圧
を可変制御し、前記インバータを１パルスまたは規定パ
ルス数で運転することを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。 - 【請求項５】 車載直流電源に接続されたインバータに
より車両駆動用交流電動機を駆動する電気自動車におい
て、 前記直流電源と前記インバータとの間に半導体チョッパ
を接続し、車両の運転状態を表す物理量が規定値内にあ
る時は、前記チョッパにより前記インバータの入力電圧
を可変制御し、前記インバータを１パルスまたは規定パ
ルス数で運転することを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。 - 【請求項６】 車載直流電源に接続されたインバータに
より車両駆動用交流電動機を駆動する電気自動車におい
て、 前記直流電源と前記インバータとの間に半導体チョッパ
と回路開閉器との並列回路を接続し、車両の運転状態を
表す物理量が規定値外にある時は、前記回路開閉器を閉
成して前記チョッパの入出力端子間を短絡することによ
り前記チョッパを非動作状態にし、前記物理量が前記規
定値内にある時は、前記回路開閉器を開放して前記チョ
ッパを動作させ、前記インバータの入力電圧を可変制御
することを特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項７】 請求項４，５または６記載の電気自動車
の電気システムにおいて、 前記チョッパの半導体スイッチアームを、モノポーラ型
スイッチ素子により構成したことを特徴とする電気自動
車の電気システム。 - 【請求項８】 請求項４，５または６記載の電気自動車
の電気システムにおいて、 前記チョッパの半導体スイッチアームを、モノポーラ型
スイッチ素子とバイポーラ型スイッチ素子とを並列接続
してなるハイブリッド構成とし、前記半導体スイッチア
ームの電流が規定値以下の領域では、前記モノポーラ型
スイッチ素子の通流電圧を前記バイポーラ型スイッチ素
子の通流電圧よりも低くし、前記半導体スイッチアーム
の電流が前記規定値を超える領域では、前記バイポーラ
型スイッチ素子の通流電圧を前記モノポーラ型スイッチ
素子の通流電圧よりも低くすることを特徴とする電気自
動車の電気システム。 - 【請求項９】 請求項４，５または６記載の電気自動車
の電気システムにおいて、 前記チョッパの半導体スイッチアームを、モノポーラ型
スイッチ素子とバイポーラ型スイッチ素子とを並列接続
してなるハイブリッド構成とし、車両の運転状態を表す
物理量が規定値内にある時は、前記モノポーラ型スイッ
チ素子をスイッチング制御して前記バイポーラ型スイッ
チ素子をオフし、前記物理量が規定値外にある時は、前
記モノポーラ型スイッチ素子をオフして前記バイポーラ
型スイッチ素子をスイッチング制御することを特徴とす
る電気自動車の電気システム。 - 【請求項１０】 請求項８記載の電気自動車の電気シス
テムにおいて、 前記半導体スイッチアームを通流させる時は、前記モノ
ポーラ型スイッチ素子及びバイポーラ型スイッチ素子の
両方をオンさせることを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。 - 【請求項１１】 請求項３〜１０の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 前記物理量が、車両速度、車両牽引力、車両走行電力、
電動機回転数、電動機トルク、電動機出力、電動機入
力、電動機電流、インバータ入力電流、インバータの半
導体スイッチアーム電流、チョッパ入力電流、チョッパ
の半導体スイッチアーム電流、直流電源電流、直流電源
電圧のうち一以上の物理量であることを特徴とする電気
自動車の電気システム。 - 【請求項１２】 請求項１〜４、７〜１１の何れか１項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 モノポーラ型スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴとし、バイポ
ーラ型スイッチ素子をＩＧＢＴとしたことを特徴とする
電気自動車の電気システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10370216A JP2000197206A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 電気自動車の電気システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10370216A JP2000197206A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 電気自動車の電気システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000197206A true JP2000197206A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18496361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10370216A Withdrawn JP2000197206A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 電気自動車の電気システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000197206A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011120330A (ja) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | インバーター装置及びそれを備えた空気調和機 |
| JP2012205495A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | General Electric Co <Ge> | 補助駆動部から推進エネルギーを供給するためのシステムおよびその製造方法 |
| JP2015019583A (ja) * | 2014-10-30 | 2015-01-29 | 日立アプライアンス株式会社 | 系統連系インバータ装置、および、それを備えた分散型電源システム |
| JP2017200291A (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 株式会社デンソー | 電子回路 |
| JP2018117448A (ja) * | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 株式会社デンソー | 回転電機システム |
| US10218351B2 (en) | 2017-04-18 | 2019-02-26 | Denso Corporation | Parallel driving circuit of voltage-driven type semiconductor element |
| JP2019153976A (ja) * | 2018-03-05 | 2019-09-12 | 富士電機株式会社 | 直流遮断器 |
| JP2019163060A (ja) * | 2014-01-30 | 2019-09-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | マルチチャネルｄｃバスを有する車両推進システムおよび同システムを製造する方法 |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP10370216A patent/JP2000197206A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011120330A (ja) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | インバーター装置及びそれを備えた空気調和機 |
| JP2012205495A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | General Electric Co <Ge> | 補助駆動部から推進エネルギーを供給するためのシステムおよびその製造方法 |
| JP2019163060A (ja) * | 2014-01-30 | 2019-09-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | マルチチャネルｄｃバスを有する車両推進システムおよび同システムを製造する方法 |
| US10933754B2 (en) | 2014-01-30 | 2021-03-02 | General Electric Company | Vehicle propulsion system with multi-channel DC bus and method of manufacturing same |
| US11351874B2 (en) | 2014-01-30 | 2022-06-07 | General Electric Company | Vehicle propulsion system with multi-channel DC bus and method of manufacturing same |
| JP2015019583A (ja) * | 2014-10-30 | 2015-01-29 | 日立アプライアンス株式会社 | 系統連系インバータ装置、および、それを備えた分散型電源システム |
| JP2017200291A (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 株式会社デンソー | 電子回路 |
| US10447259B2 (en) | 2016-04-26 | 2019-10-15 | Denso Corporation | Electronic circuit provided with plurality of switching elements connected to bus bar |
| JP2018117448A (ja) * | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 株式会社デンソー | 回転電機システム |
| US10218351B2 (en) | 2017-04-18 | 2019-02-26 | Denso Corporation | Parallel driving circuit of voltage-driven type semiconductor element |
| JP2019153976A (ja) * | 2018-03-05 | 2019-09-12 | 富士電機株式会社 | 直流遮断器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |