JP2002165370A - 充電装置および電動車輌 - Google Patents
充電装置および電動車輌Info
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- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二次電池用の簡易な充電装置を提供する。
【解決手段】 インバータの入力側にコンデンサＣ１を
介装し、充電用の電源とは、ダイオードブリッジＤ１を
介して接続する。また、充電時には、三相モータ５０の
星形結線の交点と、バッテリ２０の一方の端子とを接続
する。この状態で、インバータのソース側のスイッチン
グ素子をオン・オフすると、ダイオードブリッジＤ１に
より整流されてコンデンサＣ１に蓄積された電荷が、ス
イッチング素子および三相モータ５０の各相コイルを介
してバッテリ２０に流れ込み、これを充電でする。ダイ
オードブリッジＤ１を用いているので、充電用の電源と
して、商用交流などの交流電源でも、燃料電池のような
直流電源でも用いることができる。
介装し、充電用の電源とは、ダイオードブリッジＤ１を
介して接続する。また、充電時には、三相モータ５０の
星形結線の交点と、バッテリ２０の一方の端子とを接続
する。この状態で、インバータのソース側のスイッチン
グ素子をオン・オフすると、ダイオードブリッジＤ１に
より整流されてコンデンサＣ１に蓄積された電荷が、ス
イッチング素子および三相モータ５０の各相コイルを介
してバッテリ２０に流れ込み、これを充電でする。ダイ
オードブリッジＤ１を用いているので、充電用の電源と
して、商用交流などの交流電源でも、燃料電池のような
直流電源でも用いることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、充電装置に関し、
詳しくはスイッチング素子のスイッチングにより電源か
らの電力を多相モータに供給する電力制御回路を備えた
充電装置、およびこれを搭載した電動車輌に関する。
詳しくはスイッチング素子のスイッチングにより電源か
らの電力を多相モータに供給する電力制御回路を備えた
充電装置、およびこれを搭載した電動車輌に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、二次電池を電源とし、インバータ
を用いて多相モータを回転するモータ駆動回路が、電動
自動車を初め、様々な機器で用いられている。こうした
機器において、二次電池を充電したいという要求は当然
存在するため、専用の充電器を用意していた（例えば、
特開平５−２０７６６４号公報参照）。
を用いて多相モータを回転するモータ駆動回路が、電動
自動車を初め、様々な機器で用いられている。こうした
機器において、二次電池を充電したいという要求は当然
存在するため、専用の充電器を用意していた（例えば、
特開平５−２０７６６４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
充電装置では、交流の位相に応じてスイッチング素子を
オンオフする必要があり、制御が煩雑になるという問題
があった。また、充電電流の制御に使用する大型のリア
クトルを設けなければならないという問題もあった。こ
のリアクトルとして多相モータの界磁コイルを利用する
提案もなされているが、シンク側のスイッチング素子を
ターンオンして界磁コイルに短絡電流を流した後、スイ
ッチング素子をオフしてこの電流を充電電流として取り
出すという構成になっており（上記公報図５参照）、例
えばスイッチング素子がオン故障すると、短絡電流が流
れたままになるといった不具合が指摘されていた。
充電装置では、交流の位相に応じてスイッチング素子を
オンオフする必要があり、制御が煩雑になるという問題
があった。また、充電電流の制御に使用する大型のリア
クトルを設けなければならないという問題もあった。こ
のリアクトルとして多相モータの界磁コイルを利用する
提案もなされているが、シンク側のスイッチング素子を
ターンオンして界磁コイルに短絡電流を流した後、スイ
ッチング素子をオフしてこの電流を充電電流として取り
出すという構成になっており（上記公報図５参照）、例
えばスイッチング素子がオン故障すると、短絡電流が流
れたままになるといった不具合が指摘されていた。
【０００４】本発明は上記課題を解決するためになさ
れ、多相モータを駆動する電力制御回路を利用した充電
装置の構成を簡略にすることを目的としてなされた。ま
た、この電源装置を組み込んだ電動車輌の成を簡明なも
のすることも目的の一つとしている。
れ、多相モータを駆動する電力制御回路を利用した充電
装置の構成を簡略にすることを目的としてなされた。ま
た、この電源装置を組み込んだ電動車輌の成を簡明なも
のすることも目的の一つとしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するためになされた本発明の充電装置は、
二次電池への充電を行なう充電装置であって、充電用の
電源にダイオードブリッジを接続し、該ダイオードブリ
ッジの順方向出力である電源ライン間にコンデンサを接
続し、界磁コイルが星形結線された多相モータと該電源
ラインとの間に、該多相モータの相数に対応してスイッ
チング素子を介装すると共に、該スイッチング素子のス
イッチングにより前記電源からの電力を前記多相モータ
に多相交流として供給する電力制御回路を形成し、充電
しようとする前記二次電池の一方の端子を、前記多相モ
ータの前記星形結線の交点に接続し、該二次電池の他方
の端子を、前記電源ラインの一方に接続したことを要旨
としている。
記課題を解決するためになされた本発明の充電装置は、
二次電池への充電を行なう充電装置であって、充電用の
電源にダイオードブリッジを接続し、該ダイオードブリ
ッジの順方向出力である電源ライン間にコンデンサを接
続し、界磁コイルが星形結線された多相モータと該電源
ラインとの間に、該多相モータの相数に対応してスイッ
チング素子を介装すると共に、該スイッチング素子のス
イッチングにより前記電源からの電力を前記多相モータ
に多相交流として供給する電力制御回路を形成し、充電
しようとする前記二次電池の一方の端子を、前記多相モ
ータの前記星形結線の交点に接続し、該二次電池の他方
の端子を、前記電源ラインの一方に接続したことを要旨
としている。
【０００６】かかる充電装置では、電源として交流また
は直流電源を用意すると、この電源からダイオードブリ
ッジを介して得られる直流電圧により、電源ライン間に
接続されたコンデンサの充電が行なわれる。この状態
で、スイッチング素子をオンオフすると、コンデンサに
蓄積された電荷は、電源ライン−ターンオンされたスイ
ッチング素子−多相モータの界磁コイル−星形結線の交
点−二次電池−電源ラインという回路を流れて、二次電
池を充電する。
は直流電源を用意すると、この電源からダイオードブリ
ッジを介して得られる直流電圧により、電源ライン間に
接続されたコンデンサの充電が行なわれる。この状態
で、スイッチング素子をオンオフすると、コンデンサに
蓄積された電荷は、電源ライン−ターンオンされたスイ
ッチング素子−多相モータの界磁コイル−星形結線の交
点−二次電池−電源ラインという回路を流れて、二次電
池を充電する。
【０００７】また、こうした充電装置において、電力制
御回路は、直列接続された二つのスイッチング素子を一
組として、前記相数に対応した組数だけ、前記電源ライ
ン間に介装し、前記二次電池への充電時に、前記各組の
スイッチング素子のうち、前記二次電池の他方の端子が
接続された側の電源ラインとは反対側の電源ラインに接
続されたスイッチング素子を、導通状態とする構成とす
ることも可能である。かかる構成を採用すれば、多相モ
ータの駆動回路をそのまま充電用の電力制御回路として
利用可能である。
御回路は、直列接続された二つのスイッチング素子を一
組として、前記相数に対応した組数だけ、前記電源ライ
ン間に介装し、前記二次電池への充電時に、前記各組の
スイッチング素子のうち、前記二次電池の他方の端子が
接続された側の電源ラインとは反対側の電源ラインに接
続されたスイッチング素子を、導通状態とする構成とす
ることも可能である。かかる構成を採用すれば、多相モ
ータの駆動回路をそのまま充電用の電力制御回路として
利用可能である。
【０００８】かかる回路構成において、スイッチング素
子の各々に、保護用のダイオードを併設することも、電
力制御回路では、しばしば行なわれている。この場合に
は、スイッチング素子をターンオフした際、多相モータ
の界磁コイルに流れていた電流は、シンク側のスイッチ
ング素子に併設された保護用のダイオードを介して流れ
続け、二次電池を充電する。
子の各々に、保護用のダイオードを併設することも、電
力制御回路では、しばしば行なわれている。この場合に
は、スイッチング素子をターンオフした際、多相モータ
の界磁コイルに流れていた電流は、シンク側のスイッチ
ング素子に併設された保護用のダイオードを介して流れ
続け、二次電池を充電する。
【０００９】こうした充電装置は、電動車両に備えるこ
とができる。電動車両であって、動力源としての二次電
池の充電が必要なものが存在するが、こうした電動車両
の二次電池を充電する装置として、簡便なものを提供す
ることができる。かかる装置は、ダイオードブリッジを
備えるので、商用交流用のような交流電源も、燃料電池
や太陽電池と言った直流電源でも接続することができ、
汎用性に富むという利点が得られる。また、こうした充
電装置は、車両に搭載して、電動車両として一体化して
も良いし、別体にも受けても良い。また、車両に限ら
ず、星形結線を有する多相モータと二次電池とを有する
機器の充電装置として用いることができる。なお、充電
用の電源としては、商用交流や燃料電池、太陽電池の
他、直流電源として、他のバッテリまたは大容量キャパ
シタを用いることもできる。
とができる。電動車両であって、動力源としての二次電
池の充電が必要なものが存在するが、こうした電動車両
の二次電池を充電する装置として、簡便なものを提供す
ることができる。かかる装置は、ダイオードブリッジを
備えるので、商用交流用のような交流電源も、燃料電池
や太陽電池と言った直流電源でも接続することができ、
汎用性に富むという利点が得られる。また、こうした充
電装置は、車両に搭載して、電動車両として一体化して
も良いし、別体にも受けても良い。また、車両に限ら
ず、星形結線を有する多相モータと二次電池とを有する
機器の充電装置として用いることができる。なお、充電
用の電源としては、商用交流や燃料電池、太陽電池の
他、直流電源として、他のバッテリまたは大容量キャパ
シタを用いることもできる。
【００１０】充電される二次電池は、化学変化を利用し
て電気エネルギを蓄積するものであり、鉛蓄電池、ニッ
ケル水素バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、リチ
ウムイオンバッテリ、リチウムポリマバッテリなど、従
来から用いられている各種の二次電池を採用可能であ
る。
て電気エネルギを蓄積するものであり、鉛蓄電池、ニッ
ケル水素バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、リチ
ウムイオンバッテリ、リチウムポリマバッテリなど、従
来から用いられている各種の二次電池を採用可能であ
る。
【００１１】
【発明の他の態様】本発明の電源装置は上記態様に限ら
れるものではなく、次の様な態様も包含するものであ
る。まず充電される二次電池は、２以上であっても差し
支えない。この場合、二つのバッテリを並列または直列
に接続して一度に充電を行なっても良いし、切り換え用
の接点を設けて一つずつ、充電するものとしても良い。
また、星形結線の交点に接続される二つの二次電池の極
性を逆にし、各二次電池の反対側の端子を、正負の電源
ラインのそれぞれに接続して、一つの二次電池を、ソー
ス側のスイッチング素子のオンオフで充電し、他方の二
次電池を、シンク側のスイッチング素子のオンオフで充
電する構成も可能である。
れるものではなく、次の様な態様も包含するものであ
る。まず充電される二次電池は、２以上であっても差し
支えない。この場合、二つのバッテリを並列または直列
に接続して一度に充電を行なっても良いし、切り換え用
の接点を設けて一つずつ、充電するものとしても良い。
また、星形結線の交点に接続される二つの二次電池の極
性を逆にし、各二次電池の反対側の端子を、正負の電源
ラインのそれぞれに接続して、一つの二次電池を、ソー
ス側のスイッチング素子のオンオフで充電し、他方の二
次電池を、シンク側のスイッチング素子のオンオフで充
電する構成も可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図１は、本発明の実施例としての
充電装置を組み込んだ電気自動車の概略構成図である。
この充電装置は、電気自動車１０に一体に組み込まれて
いることから、まず電気自動車１０としての構成につい
て説明する。
例に基づき説明する。図１は、本発明の実施例としての
充電装置を組み込んだ電気自動車の概略構成図である。
この充電装置は、電気自動車１０に一体に組み込まれて
いることから、まず電気自動車１０としての構成につい
て説明する。
【００１３】図１に示したように、この電気自動車１０
は、電源としてのリチウムイオンタイプの二次電池であ
るバッテリ２０を搭載し、この直流電源をインバータ４
０により、三相交流に変換して、三相モータ５０に出力
する構成を採用している。三相モータ５０は、回転子に
永久磁石を備える永久磁石型（ＰＭ型）同期電動機であ
る。インバータ４０は、コントローラ３０により制御さ
れる。このコントローラ３０は、アクセルペダル３２や
車速センサ３４、あるいはバッテリ２０の電圧を監視す
る電圧センサ３６などのセンサからの入力を監視し、イ
ンバータ４０を構成するスイッチング素子をオン・オフ
制御する。スイッチング素子のオン・オフのデューティ
と周波数を制御することにより、モータ５０の各相に流
れる電流、ひいてはモータ５０のトルクと回転数を制御
することができる。モータ５０の回転軸の回転は、ディ
ファレンシャルギヤ５５を介して、左右の車輪５１，５
２に伝達され、車両を走行させる。
は、電源としてのリチウムイオンタイプの二次電池であ
るバッテリ２０を搭載し、この直流電源をインバータ４
０により、三相交流に変換して、三相モータ５０に出力
する構成を採用している。三相モータ５０は、回転子に
永久磁石を備える永久磁石型（ＰＭ型）同期電動機であ
る。インバータ４０は、コントローラ３０により制御さ
れる。このコントローラ３０は、アクセルペダル３２や
車速センサ３４、あるいはバッテリ２０の電圧を監視す
る電圧センサ３６などのセンサからの入力を監視し、イ
ンバータ４０を構成するスイッチング素子をオン・オフ
制御する。スイッチング素子のオン・オフのデューティ
と周波数を制御することにより、モータ５０の各相に流
れる電流、ひいてはモータ５０のトルクと回転数を制御
することができる。モータ５０の回転軸の回転は、ディ
ファレンシャルギヤ５５を介して、左右の車輪５１，５
２に伝達され、車両を走行させる。
【００１４】通常の電気自動車の基本的な構成と比べる
と、本実施例の電気自動車１０では、バッテリ２０とイ
ンバータ４０との間が直接接続されておらず、コネクタ
ＣＮ１，ダイオードブリッジＤ１，コンデンサＣ１等が
介装されている。これらの接続関係を図１を参照しつ
つ、詳しく説明する。バッテリ２０の負側電源ライン
は、ダイオードブリッジＤ１の入力側の一端子と、コネ
クタＣＮ１の１番端子に接続されている。また、バッテ
リ２０の正側電源ラインは、コネクタＣＮ１の２番端子
に接続されている。このコネクタＣＮ１の３番端子は、
ダイオードブリッジＤ１の入力側のもう一方の端子に接
続されており、コネクタＣＮ１の４番端子は、ダイオー
ドブリッジＤ１の出力側（インバータ４０の正側電源ラ
イン）に接続されている。更に、コネクタＣＮ１の５番
端子は、三相モータ５０のＵＶＷのコイルが星形結線さ
れているその交点に接続されている。コネクタＣＮ１の
０番端子は、ダイオードブリッジＤ１の出力側（インバ
ータ４０の正側電源ライン）に接続されている。また、
コンデンサＣ１は、ダイオードブリッジＤ１の出力端子
とインバータ４０とをつなぐ電源ライン間に介装されて
いる。
と、本実施例の電気自動車１０では、バッテリ２０とイ
ンバータ４０との間が直接接続されておらず、コネクタ
ＣＮ１，ダイオードブリッジＤ１，コンデンサＣ１等が
介装されている。これらの接続関係を図１を参照しつ
つ、詳しく説明する。バッテリ２０の負側電源ライン
は、ダイオードブリッジＤ１の入力側の一端子と、コネ
クタＣＮ１の１番端子に接続されている。また、バッテ
リ２０の正側電源ラインは、コネクタＣＮ１の２番端子
に接続されている。このコネクタＣＮ１の３番端子は、
ダイオードブリッジＤ１の入力側のもう一方の端子に接
続されており、コネクタＣＮ１の４番端子は、ダイオー
ドブリッジＤ１の出力側（インバータ４０の正側電源ラ
イン）に接続されている。更に、コネクタＣＮ１の５番
端子は、三相モータ５０のＵＶＷのコイルが星形結線さ
れているその交点に接続されている。コネクタＣＮ１の
０番端子は、ダイオードブリッジＤ１の出力側（インバ
ータ４０の正側電源ライン）に接続されている。また、
コンデンサＣ１は、ダイオードブリッジＤ１の出力端子
とインバータ４０とをつなぐ電源ライン間に介装されて
いる。
【００１５】このコネクタＣＮ１には、車両走行時に
は、走行用コネクタＣＮ２が装着されている。走行用コ
ネクタＣＮ２の０番端子と１番端子、および２番端子と
４番端子は、それぞれ短絡されている。この結果、図１
に示すように、走行用コネクタＣＮ２が、コネクタＣＮ
１に正しく装着されていれば、バッテリ２０の正負の端
子は、ダイオードブリッジＤ１を介することなく、イン
バータ４０の電源ラインに接続された状態となる。この
結果、走行時においては、バッテリ２０とインバータ４
０とは直接接続されて状態となり、バッテリ２０の電力
によりモータ５０を駆動して、車両を走行させたり、制
動時などにモータ５０により電力を回生し、これをバッ
テリ２０に充電するといった処理が可能となる。
は、走行用コネクタＣＮ２が装着されている。走行用コ
ネクタＣＮ２の０番端子と１番端子、および２番端子と
４番端子は、それぞれ短絡されている。この結果、図１
に示すように、走行用コネクタＣＮ２が、コネクタＣＮ
１に正しく装着されていれば、バッテリ２０の正負の端
子は、ダイオードブリッジＤ１を介することなく、イン
バータ４０の電源ラインに接続された状態となる。この
結果、走行時においては、バッテリ２０とインバータ４
０とは直接接続されて状態となり、バッテリ２０の電力
によりモータ５０を駆動して、車両を走行させたり、制
動時などにモータ５０により電力を回生し、これをバッ
テリ２０に充電するといった処理が可能となる。
【００１６】この場合のバッテリ２０から三相モータ５
０までの接続を等価回路で表わしたものが図２である。
インバータ４０内のスイッチング素子は、図２では、ソ
ース側のスイッチＳＷ１ないし３およびシンク側のスイ
ッチＳＷ１１ないし１３として表わしている。ダイオー
ドブリッジＤ１は、回路には介装されていない状態とな
っており、何らの作用もきたしていない。コンデンサＣ
１は、電荷を蓄えており、電源ラインの見かけのインピ
ーダンスを下げる働きをしている。
０までの接続を等価回路で表わしたものが図２である。
インバータ４０内のスイッチング素子は、図２では、ソ
ース側のスイッチＳＷ１ないし３およびシンク側のスイ
ッチＳＷ１１ないし１３として表わしている。ダイオー
ドブリッジＤ１は、回路には介装されていない状態とな
っており、何らの作用もきたしていない。コンデンサＣ
１は、電荷を蓄えており、電源ラインの見かけのインピ
ーダンスを下げる働きをしている。
【００１７】この状態で、コントローラ３０からの制御
信号により、スイッチング素子を順次ターンオンして、
Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに順次電流を流す
と、各相コイルを順次流れる電流により回転磁界が形成
され、回転子に設けられた永久磁石による磁界との相互
作用により、三相モータ５０は回転する。なお、三相モ
ータ５０により回生が行なわれる場合は、これとは逆に
各相コイルに回生電流が流れ、インバータ４０を介し
て、バッテリ２０が充電されることになる。
信号により、スイッチング素子を順次ターンオンして、
Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに順次電流を流す
と、各相コイルを順次流れる電流により回転磁界が形成
され、回転子に設けられた永久磁石による磁界との相互
作用により、三相モータ５０は回転する。なお、三相モ
ータ５０により回生が行なわれる場合は、これとは逆に
各相コイルに回生電流が流れ、インバータ４０を介し
て、バッテリ２０が充電されることになる。
【００１８】なお、図１の回路では、コネクタＣＮ１の
０番端子と４番端子を利用して、ダイオードブリッジＤ
１を介装しない回路を構成して、三相モータ５０による
回生を可能としたが、図３に示すように、三相モータ５
０の星形結線の交点（中性点）からバッテリ２０の正側
端子に戻るラインを形成し、三相モータ５０の中性点を
通って各相コイルに電流を流して、三相モータ５０を駆
動する回路構成でも、バッテリ２０による三相モータ５
０の駆動と、三相モータ５０からの回生によるバッテリ
２０の充電とが可能である。この場合には、端子２と端
子５を接続して用いるが、その動作を以下に説明する。
図３に示した回路構成を用いた場合には、スイッチング
素子ＳＷ１１をまずターンオンして、一つのコイル（例
えばコイルＵ）に電流ｉｕを流す。このときの電流ｉｕ
は、バッテリ２０を電源として、バッテリ２０→三相モ
ータの中性点→Ｕ相コイル→スイッチング素子ＳＷ１１
→ダイオードブリッジＤ１の一つのダイオード（省略可
能）→バッテリ２０、というように流れ、三相モータ５
０のコイルにエネルギを蓄える。
０番端子と４番端子を利用して、ダイオードブリッジＤ
１を介装しない回路を構成して、三相モータ５０による
回生を可能としたが、図３に示すように、三相モータ５
０の星形結線の交点（中性点）からバッテリ２０の正側
端子に戻るラインを形成し、三相モータ５０の中性点を
通って各相コイルに電流を流して、三相モータ５０を駆
動する回路構成でも、バッテリ２０による三相モータ５
０の駆動と、三相モータ５０からの回生によるバッテリ
２０の充電とが可能である。この場合には、端子２と端
子５を接続して用いるが、その動作を以下に説明する。
図３に示した回路構成を用いた場合には、スイッチング
素子ＳＷ１１をまずターンオンして、一つのコイル（例
えばコイルＵ）に電流ｉｕを流す。このときの電流ｉｕ
は、バッテリ２０を電源として、バッテリ２０→三相モ
ータの中性点→Ｕ相コイル→スイッチング素子ＳＷ１１
→ダイオードブリッジＤ１の一つのダイオード（省略可
能）→バッテリ２０、というように流れ、三相モータ５
０のコイルにエネルギを蓄える。
【００１９】次に、スイッチング素子ＳＷ１１をターン
オフすると、スイッチング素子ＳＷ１１とＳＷ１との接
続点の電位ＶＬは上昇し、保護用のダイオードＤＰ１を
介して、コイルに蓄えられた電荷により、電流が流れる
（図３、破線矢印）。この電流は、ダイオードＤＰ１→
他の相のスイッチング素子ＳＷ２（ＳＷ３）→Ｖ（Ｗ）
相コイル→三相モータ５０の中性点、というように流れ
る。この結果、かかる回路構成を採用すると、スイッチ
ング素子ＳＷ１１（ＳＷ１２，ＳＷ１３でも可）を制御
することにより、インバータの電圧Ｖｃを調整すること
ができる。即ち、バッテリ２０の電圧が低下している場
合でも、これを用いてインバータ４０に対して十分な動
作電圧を確保することができる。かかる回路構成を採用
した場合でも、後述する充電回路により、バッテリ２０
の充電を行なうことができる。
オフすると、スイッチング素子ＳＷ１１とＳＷ１との接
続点の電位ＶＬは上昇し、保護用のダイオードＤＰ１を
介して、コイルに蓄えられた電荷により、電流が流れる
（図３、破線矢印）。この電流は、ダイオードＤＰ１→
他の相のスイッチング素子ＳＷ２（ＳＷ３）→Ｖ（Ｗ）
相コイル→三相モータ５０の中性点、というように流れ
る。この結果、かかる回路構成を採用すると、スイッチ
ング素子ＳＷ１１（ＳＷ１２，ＳＷ１３でも可）を制御
することにより、インバータの電圧Ｖｃを調整すること
ができる。即ち、バッテリ２０の電圧が低下している場
合でも、これを用いてインバータ４０に対して十分な動
作電圧を確保することができる。かかる回路構成を採用
した場合でも、後述する充電回路により、バッテリ２０
の充電を行なうことができる。
【００２０】そこで、次に、電気自動車１０のバッテリ
２０に充電を行なう場合の接続と制御について説明す
る。図４は、充電時の接続関係を示す回路図である。商
用交流を用いて充電を行なう場合には、走行用コネクタ
ＣＮ２を外して、電源ケーブルが接続された充電用コネ
クタＣＮ３を、コネクタＣＮ１に装着する。この充電用
コネクタＣＮ３は、図示するように、商用交流に接続す
るコンセント６０からの電源ラインが１番と３番の端子
にそれぞれ接続されており、２番端子と５番端子とが短
絡されている。この結果、等価回路である図５に示した
ように、商用交流であるＡＣ１００ボルトがダイオード
ブリッジＤ１を介してインバータ４０に接続され、バッ
テリ２０は、三相モータ５０の星形結線された交点（中
性点）と負側の電源ライン間に接続された状態となる。
２０に充電を行なう場合の接続と制御について説明す
る。図４は、充電時の接続関係を示す回路図である。商
用交流を用いて充電を行なう場合には、走行用コネクタ
ＣＮ２を外して、電源ケーブルが接続された充電用コネ
クタＣＮ３を、コネクタＣＮ１に装着する。この充電用
コネクタＣＮ３は、図示するように、商用交流に接続す
るコンセント６０からの電源ラインが１番と３番の端子
にそれぞれ接続されており、２番端子と５番端子とが短
絡されている。この結果、等価回路である図５に示した
ように、商用交流であるＡＣ１００ボルトがダイオード
ブリッジＤ１を介してインバータ４０に接続され、バッ
テリ２０は、三相モータ５０の星形結線された交点（中
性点）と負側の電源ライン間に接続された状態となる。
【００２１】ダイオードブリッジＤ１により、交流は全
波整流され、コンデンサＣ１に蓄えられる。全波整流に
より、コンデンサＣ１の両端の電圧ＶＣは、商用交流で
あれば１４１ボルト、即ち交流の実効電圧Ｖｒｍｓに対
して、ＶＣ＝Ｖｒｍｓ・√２となる。コントローラ３０
は、充電時には、スイッチング素子のうち、シンク側の
全素子（等価回路ではスイッチＳＷ１ないしＳＷ３）を
同時にオン・オフする。シンク側のスイッチング素子が
オン状態になると、図５に示したように、コンデンサＣ
１に蓄積されていた電荷は、シンク側のスイッチング素
子を介してＵＶＷの各相コイルに流れ、星形結線された
交点で合流して、バッテリ２０に流れ込み、バッテリ２
０を充電する。バッテリ２０の充電電流ｉを得るために
は、各相コイルに流れる電流は、それぞれｉ／３とな
る。そこで、コントローラ３０は、平均電流がｉ／３と
なるよう、スイッチング素子のオン時間（デューティ）
を制御する。なお、かかる充電制御において、三相モー
タ５０の各相コイルには等しい電流が同時に流れること
から、モータ５０が回転することはない。
波整流され、コンデンサＣ１に蓄えられる。全波整流に
より、コンデンサＣ１の両端の電圧ＶＣは、商用交流で
あれば１４１ボルト、即ち交流の実効電圧Ｖｒｍｓに対
して、ＶＣ＝Ｖｒｍｓ・√２となる。コントローラ３０
は、充電時には、スイッチング素子のうち、シンク側の
全素子（等価回路ではスイッチＳＷ１ないしＳＷ３）を
同時にオン・オフする。シンク側のスイッチング素子が
オン状態になると、図５に示したように、コンデンサＣ
１に蓄積されていた電荷は、シンク側のスイッチング素
子を介してＵＶＷの各相コイルに流れ、星形結線された
交点で合流して、バッテリ２０に流れ込み、バッテリ２
０を充電する。バッテリ２０の充電電流ｉを得るために
は、各相コイルに流れる電流は、それぞれｉ／３とな
る。そこで、コントローラ３０は、平均電流がｉ／３と
なるよう、スイッチング素子のオン時間（デューティ）
を制御する。なお、かかる充電制御において、三相モー
タ５０の各相コイルには等しい電流が同時に流れること
から、モータ５０が回転することはない。
【００２２】図６に、コントローラ３０が行なう充電制
御のフローチャートを示す。図示するように、コントロ
ーラ３０は、充電制御を開始すると、まずバッテリ２０
の電圧を計測し（ステップＳ１００）、計測した電圧に
応じて、充電電流ｉを決定する処理を行なう（ステップ
Ｓ１１０）。次にこの充電電流ｉに応じて、スイッチン
グ素子のオンデューティを決定し（ステップＳ１２
０）、そのデューティでインバータ４０のソース側の全
スイッチング素子をオン・オフ制御する（ステップＳ１
３０）。その後、バッテリ２０が満充電状態になったか
を判断し（ステップＳ１４０）、満充電状態となるまで
は、ステップＳ１００に戻って、上記の処理を繰り返
す。
御のフローチャートを示す。図示するように、コントロ
ーラ３０は、充電制御を開始すると、まずバッテリ２０
の電圧を計測し（ステップＳ１００）、計測した電圧に
応じて、充電電流ｉを決定する処理を行なう（ステップ
Ｓ１１０）。次にこの充電電流ｉに応じて、スイッチン
グ素子のオンデューティを決定し（ステップＳ１２
０）、そのデューティでインバータ４０のソース側の全
スイッチング素子をオン・オフ制御する（ステップＳ１
３０）。その後、バッテリ２０が満充電状態になったか
を判断し（ステップＳ１４０）、満充電状態となるまで
は、ステップＳ１００に戻って、上記の処理を繰り返
す。
【００２３】なお、通常の半導体型インバータ４０で
は、図７に示したように、スイッチング素子Ｔｒ１ない
しＴｒ３およびＴｒ１１ないしＴｒ１３のコレクタ−エ
ミッタ間には、保護用のダイオードＤｐ１ないしＤｐ３
およびＤｐ１１ないしＤｐ１３が設けられている。この
場合、ソース側のスイッチング素子Ｔｒ１ないＴｒ３
を、オフにすると、三相コイルを介して流れていた電流
は、そのまま流れ続けようとすることから、シンク側の
スイッチング素子Ｔｒ１１ないしＴｒ１３に併設された
保護用のダイオードＤｐ１１ないしＤｐ１３を介して電
流が還流することになる。従って、スイッチング素子に
保護用のダイオードが併設されている場合には、スイッ
チング素子をオフにした場合の電力損失は殆ど生じな
い。図７では、理解の便を図って、Ｗ相コイルに流れる
電流のみを示したが、他の相の電流についても同様であ
る。
は、図７に示したように、スイッチング素子Ｔｒ１ない
しＴｒ３およびＴｒ１１ないしＴｒ１３のコレクタ−エ
ミッタ間には、保護用のダイオードＤｐ１ないしＤｐ３
およびＤｐ１１ないしＤｐ１３が設けられている。この
場合、ソース側のスイッチング素子Ｔｒ１ないＴｒ３
を、オフにすると、三相コイルを介して流れていた電流
は、そのまま流れ続けようとすることから、シンク側の
スイッチング素子Ｔｒ１１ないしＴｒ１３に併設された
保護用のダイオードＤｐ１１ないしＤｐ１３を介して電
流が還流することになる。従って、スイッチング素子に
保護用のダイオードが併設されている場合には、スイッ
チング素子をオフにした場合の電力損失は殆ど生じな
い。図７では、理解の便を図って、Ｗ相コイルに流れる
電流のみを示したが、他の相の電流についても同様であ
る。
【００２４】以上説明した本実施例によれば、電気自動
車の基本的な構成であるバッテリ２０−インバータ４０
−三相モータ５０という回路に、ダイオードブリッジＤ
１とコンデンサＣ１を追加しただけで、容易に、外部の
交流電源または直流電源を用いてバッテリ２０を充電す
る充電装置を構成することができる。走行状態と充電状
態とでは、バッテリ２０の端子の接続を切り換えている
だけであり、しかもその切換は、走行用コネクタＣＮ２
を、充電用コネクタＣＮ３に取り替えることにより自動
的に行なわれる。この結果、電気自動車１０を充電スタ
ンドまで走行させ、走行用コネクタＣＮ２を外し、商用
交流などの電源に接続した充電用コネクタＣＮ３に取り
替えるだけで、直ちに充電可能な状態となる。ダイオー
ドブリッジＤ１を採用していることから、潮流電源でも
交流電源でも区別することなく接続でき、例えば通常は
充電スタンドで商用交流を用いて充電を行なっており、
自宅に太陽電池式の発電装置と二次電源装置があれば、
これに接続して充電を行なうといったことも可能であ
る。また、燃料電池に接続して充電するものとすること
もできる。
車の基本的な構成であるバッテリ２０−インバータ４０
−三相モータ５０という回路に、ダイオードブリッジＤ
１とコンデンサＣ１を追加しただけで、容易に、外部の
交流電源または直流電源を用いてバッテリ２０を充電す
る充電装置を構成することができる。走行状態と充電状
態とでは、バッテリ２０の端子の接続を切り換えている
だけであり、しかもその切換は、走行用コネクタＣＮ２
を、充電用コネクタＣＮ３に取り替えることにより自動
的に行なわれる。この結果、電気自動車１０を充電スタ
ンドまで走行させ、走行用コネクタＣＮ２を外し、商用
交流などの電源に接続した充電用コネクタＣＮ３に取り
替えるだけで、直ちに充電可能な状態となる。ダイオー
ドブリッジＤ１を採用していることから、潮流電源でも
交流電源でも区別することなく接続でき、例えば通常は
充電スタンドで商用交流を用いて充電を行なっており、
自宅に太陽電池式の発電装置と二次電源装置があれば、
これに接続して充電を行なうといったことも可能であ
る。また、燃料電池に接続して充電するものとすること
もできる。
【００２５】上記実施例では、バッテリ２０は、そのま
ま三相交流の星形結線の交点とマイナス側電源ラインと
の間に接続して充電を行なうものとしたが、例えば二次
電池の仕様が２００ボルトのように商用交流の電圧を超
えている場合には、二次電池を複数の組に予め分割して
おき、車両走行時には、これらを全て直列に接続して走
行用の電源とし、充電時には、複数の二次電池を並列に
接続して充電するものとしても良い。この場合、一度に
複数の二次電池を充電しても良いし、接点などで切り換
えることにより、一つずつ充電を行なうものとしても良
い。
ま三相交流の星形結線の交点とマイナス側電源ラインと
の間に接続して充電を行なうものとしたが、例えば二次
電池の仕様が２００ボルトのように商用交流の電圧を超
えている場合には、二次電池を複数の組に予め分割して
おき、車両走行時には、これらを全て直列に接続して走
行用の電源とし、充電時には、複数の二次電池を並列に
接続して充電するものとしても良い。この場合、一度に
複数の二次電池を充電しても良いし、接点などで切り換
えることにより、一つずつ充電を行なうものとしても良
い。
【００２６】また、例えばバッテリ２０を等分に分割し
て、第１のバッテリ２０Ａと第２のバッテリ２０Ｂから
構成し、走行時には両者２０Ａ，２０Ｂを直列に接続し
て走行用の電源とし、充電時には、図８に示すように、
両バッテリ２０Ａ，２０Ｂの中点と三相モータ５０の星
形結線の交点とを接続し、インバータ４０のソース側ス
イッチング素子のオン・オフにより第１のバッテリ２０
Ａを、シンク側スイッチング素子のオン・オフにより第
２のバッテリ２０Ｂを、それぞれ独立して充電するもの
としても良い。この場合には、図９に示したように、ソ
ース側のスイッチング素子とシンク側のスイッチング素
子が一度に導通状態とならないよう、ターンオンのタイ
ミングを調整する。
て、第１のバッテリ２０Ａと第２のバッテリ２０Ｂから
構成し、走行時には両者２０Ａ，２０Ｂを直列に接続し
て走行用の電源とし、充電時には、図８に示すように、
両バッテリ２０Ａ，２０Ｂの中点と三相モータ５０の星
形結線の交点とを接続し、インバータ４０のソース側ス
イッチング素子のオン・オフにより第１のバッテリ２０
Ａを、シンク側スイッチング素子のオン・オフにより第
２のバッテリ２０Ｂを、それぞれ独立して充電するもの
としても良い。この場合には、図９に示したように、ソ
ース側のスイッチング素子とシンク側のスイッチング素
子が一度に導通状態とならないよう、ターンオンのタイ
ミングを調整する。
【００２７】なお、三相モータ５０に温度上昇を測定す
るセンサが設けられている場合には、温度上昇が所定の
許容温度以下となるように、充電を制御することも容易
である。充電は、通常連続して行なわれることから、各
相コイルに流れる電流自体は走行時の最大電流より小さ
くても、連続通電により三相モータ５０の温度は相当に
上昇することがあり得るが、コイルの温度上昇をモニタ
しつつ充電を行なえば、充電処理の信頼性を更に高くす
ることができる。
るセンサが設けられている場合には、温度上昇が所定の
許容温度以下となるように、充電を制御することも容易
である。充電は、通常連続して行なわれることから、各
相コイルに流れる電流自体は走行時の最大電流より小さ
くても、連続通電により三相モータ５０の温度は相当に
上昇することがあり得るが、コイルの温度上昇をモニタ
しつつ充電を行なえば、充電処理の信頼性を更に高くす
ることができる。
【００２８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるも
のではなく、例えば、実施例の充電装置を電気自動車と
は完全に別体に構成しても良いし、電気自動車以外の機
器、例えば船舶，航空機などの交通手段やその他各種産
業機械などに組み込んだ態様など、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ること
は勿論である。また、実施例では、全波整流用のダイオ
ードブリッジを用いたが、充電用の電源電圧とバッテリ
の電圧との関係によっては、半波整流用のダイオードブ
リッジを用いることも可能である。半波整流用のダイオ
ードブリッジを用いた場合には、コネクタＣＮ１の端子
０からインバータのマイナス側電源ラインへの結線を省
略することができる。
たが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるも
のではなく、例えば、実施例の充電装置を電気自動車と
は完全に別体に構成しても良いし、電気自動車以外の機
器、例えば船舶，航空機などの交通手段やその他各種産
業機械などに組み込んだ態様など、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ること
は勿論である。また、実施例では、全波整流用のダイオ
ードブリッジを用いたが、充電用の電源電圧とバッテリ
の電圧との関係によっては、半波整流用のダイオードブ
リッジを用いることも可能である。半波整流用のダイオ
ードブリッジを用いた場合には、コネクタＣＮ１の端子
０からインバータのマイナス側電源ラインへの結線を省
略することができる。
【図１】本発明の実施例としての電気自動車１０に組み
込んだ充電装置の構成を示す回路図である。
込んだ充電装置の構成を示す回路図である。
【図２】実施例における等価回路図である。
【図３】実施例の充電回路を適用可能な他の駆動回路例
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図４】実施例の充電時の接続関係を示す回路図であ
る。
る。
【図５】充電時の等価回路図である。
【図６】コントローラ３０が行なう処理の概要を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図７】インバータ４０の実際の構成と還流の様子を例
示する説明図である。
示する説明図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図９】他の実施例におけるスイッチング素子のオンタ
イミングを示すタイミングチャートである。
イミングを示すタイミングチャートである。
１０…電気自動車 ２０…バッテリ ２０Ａ…第１のバッテリ ２０Ｂ…第２のバッテリ ３０…コントローラ ３２…アクセルペダル ３４…車速センサ ３６…電圧センサ ４０…インバータ ５０…三相モータ ５１，５２…車輪 ５５…ディファレンシャルギヤ ６０…コンセント Ｃ１…コンデンサ ＣＮ１…コネクタ ＣＮ２…走行用コネクタ ＣＮ３…充電用コネクタ Ｄ１…ダイオードブリッジ Ｄｐ１〜Ｄｐ１１…ダイオード ＳＷ１〜ＳＷ１１…スイッチ Ｔｒ１〜Ｔｒ１１…スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA01 AA07 BA01 DA07 FA06 GB06 5H030 AA09 AS08 BB07 BB08 BB09 DD20 5H115 PC06 PG04 PI16 PI21 PO17 PU10 PV09 PV23 QN06 RB08 SE04 SE06 TB01 TI05 TO21 5H570 AA01 BB20 CC04 DD01 DD04 GG02 HA07 HA15 HB07 LL03
Claims (4)
- 【請求項１】 二次電池への充電を行なう充電装置であ
って、 充電用の電源にダイオードブリッジを接続し、 該ダイオードブリッジの順方向出力である電源ライン間
にコンデンサを接続し、 界磁コイルが星形結線された多相モータと該電源ライン
との間に、該多相モータの相数に対応してスイッチング
素子を介装すると共に、該スイッチング素子のスイッチ
ングにより前記電源からの電力を前記多相モータに多相
交流として供給する電力制御回路を形成し、 充電しようとする前記二次電池の一方の端子を、前記多
相モータの前記星形結線の交点に接続し、 該二次電池の他方の端子を、前記電源ラインの一方に接
続した充電装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の充電装置であって、 前記電力制御回路は、直列接続された二つのスイッチン
グ素子を一組として、前記相数に対応した組数だけ、前
記電源ライン間に介装し、前記二次電池への充電時に、
前記各組のスイッチング素子のうち、前記二次電池の他
方の端子が接続された側の電源ラインとは反対側の電源
ラインに接続されたスイッチング素子を、導通状態とす
る充電装置。 - 【請求項３】 前記スイッチング素子の各々には、保護
用のダイオードが併設されている請求項２記載の充電装
置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか記載の充電
装置を備えた電動車両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359439A JP4134509B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 充電装置および電動車輌 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359439A JP4134509B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 充電装置および電動車輌 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002165370A true JP2002165370A (ja) | 2002-06-07 |
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|---|---|---|---|
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