JP2005033954A - Battery charger - Google Patents

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顕二 片岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery charger at low cost capable of charging the battery of an own vehicle different in voltage by using a battery mounted in a wrecking car without the need for mounting an exclusive charger. <P>SOLUTION: The battery charger 1 comprises the high-voltage battery 10 that stores power; an inverter 12 that converts the power stored in the high-voltage battery 10 to an AC from a DC and outputs it; a motor generator 14 that is driven by AC power outputted from the inverter 12; a reactor 16 that temporarily stores electric energy fed from an external battery 24 when charging the high-voltage battery 10 by the external battery 24, and outputs the stored electric energy to the high-voltage battery 10 via the motor generator 14 and the inverter 12; and an ECU 30 that operates the inverter 12 so that an output voltage of the reactor 16 reaches a voltage necessary for charging the high-voltage 10 when charging. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、車両のバッテリ充電装置に関するものである。   The present invention relates to a battery charging device for a vehicle.

エンジンと電動モータとを併用するハイブリッド車において、エンジン始動が電動モータにより行われる場合、電動モータに電力を供給する高電圧バッテリが放電してしまうとエンジン始動を行うことができないため、走行不能となる可能性がある。したがって、通常の充電システムとは別に、高電圧バッテリを充電することのできる手段を備える必要がある。   In a hybrid vehicle using both an engine and an electric motor, if the engine is started by an electric motor, the engine cannot be started if the high-voltage battery that supplies power to the electric motor is discharged. There is a possibility. Therefore, it is necessary to provide means capable of charging the high voltage battery separately from the normal charging system.

下記特許文献1には、他の車両(以下「救援車」という)に搭載された12V系のバッテリを用いて高電圧バッテリを充電するバッテリ充電装置が記載されている。   Patent Document 1 below describes a battery charging device that charges a high-voltage battery using a 12V battery mounted in another vehicle (hereinafter referred to as “rescue vehicle”).

このバッテリ充電装置は次のように動作する。すなわち、ブースターケーブル等を用いて自車の12V系低電圧バッテリと救援車の12V系バッテリとを互いに同極同士で接続し、充電スイッチをONにする。すると、入力フィルタを介して入力される救援車の12V系バッテリからの直流電圧がトランジスタによるブリッジ回路によって交流に変換され、トランスによって昇圧される。トランスの二次側の交流出力は、ダイオードとコンデンサとによって倍電圧整流され直流の高電圧となる。したがって、倍電圧整流回路部からの直流出力により、高電圧バッテリを充電することができる。
特開2000−299902号公報(第3−6頁、第1図)
This battery charger operates as follows. That is, a booster cable or the like is used to connect the 12V system low voltage battery of the own vehicle and the 12V system battery of the rescue vehicle with the same polarity, and the charging switch is turned ON. Then, the DC voltage from the 12V system battery of the rescue vehicle input through the input filter is converted into AC by a bridge circuit using a transistor and boosted by a transformer. The AC output on the secondary side of the transformer is double-voltage rectified by a diode and a capacitor to become a DC high voltage. Therefore, the high voltage battery can be charged by the DC output from the voltage doubler rectifier circuit unit.
JP 2000-299902 A (page 3-6, FIG. 1)

従来、救援車に搭載されているバッテリから自車両の高電圧バッテリに充電を行う場合、上記のように専用の充電装置を設けることが必要であり、コストが増大するという問題点があった。   Conventionally, when charging a high-voltage battery of a host vehicle from a battery mounted on a rescue vehicle, it is necessary to provide a dedicated charging device as described above, and there is a problem that costs increase.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、専用の充電装置を設けることなく、救援車に搭載されたバッテリを用いて、電圧の異なる自車両のバッテリを充電することが可能なバッテリ充電装置を低コストで提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can charge a battery of a host vehicle having a different voltage using a battery mounted in a rescue vehicle without providing a dedicated charging device. An object of the present invention is to provide a possible battery charger at a low cost.

本発明に係るバッテリ充電装置は、電力を蓄えるバッテリと、バッテリに蓄えられた電力を直流から交流に変換して出力するインバータと、インバータから出力される交流電力により駆動される電動モータと、外部電源によりバッテリを充電する場合に、外部電源から供給される電気エネルギーを一時的に蓄積し、蓄積した電気エネルギーを電動モータ及びインバータを介してバッテリへ出力するリアクトルと、充電時には、リアクトルの出力電圧がバッテリの充電に必要な電圧となるようにインバータを動作させる制御手段とを備えることを特徴とする。   A battery charging apparatus according to the present invention includes a battery for storing electric power, an inverter for converting electric power stored in the battery from direct current to alternating current, an electric motor driven by alternating current power output from the inverter, an external When the battery is charged by the power source, the electric energy supplied from the external power source is temporarily stored, the reactor that outputs the stored electric energy to the battery via the electric motor and the inverter, and the output voltage of the reactor at the time of charging And a control means for operating the inverter so as to obtain a voltage necessary for charging the battery.

本発明に係るバッテリ充電装置によれば、インバータの動作によりリアクトルに蓄積された電気エネルギーが逆起電力という形で放出されるので、外部電源の電圧からバッテリの充電に必要な電圧に変圧することができる。これにより、バッテリを充電することが可能となる。   According to the battery charging device of the present invention, since the electric energy accumulated in the reactor is released in the form of back electromotive force by the operation of the inverter, the voltage from the external power source is transformed to the voltage necessary for charging the battery. Can do. This makes it possible to charge the battery.

本発明に係るバッテリ充電装置は、電動モータが三相交流モータであり、制御手段がバッテリの充電に必要な電圧に応じて、各相の巻線及びリアクトルに電気エネルギーを蓄積する時間を算出し、この時間に基づいてインバータを動作させることが好ましい。   In the battery charging apparatus according to the present invention, the electric motor is a three-phase AC motor, and the control means calculates the time for storing electric energy in the windings and reactors of each phase according to the voltage required for charging the battery. It is preferable to operate the inverter based on this time.

電圧の変圧幅は、三相巻線の各巻線及びリアクトルに蓄積される電気エネルギー量に応じて変化する。この場合、バッテリの充電電圧に応じて各巻線及びリアクトルに蓄積される電気エネルギー量が調節されるので、リアクトルの出力電圧をバッテリの充電に必要とされる電圧に調節することが可能となる。   The voltage transformation width changes in accordance with the amount of electrical energy accumulated in each winding and reactor of the three-phase winding. In this case, since the amount of electrical energy accumulated in each winding and reactor is adjusted according to the charging voltage of the battery, it is possible to adjust the output voltage of the reactor to a voltage required for charging the battery.

本発明に係るバッテリ充電装置は、バッテリの電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、バッテリの充電に必要な電圧が、電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧に応じて設定されることが好ましい。   The battery charging device according to the present invention preferably further comprises voltage detection means for detecting the voltage of the battery, and the voltage required for charging the battery is preferably set according to the battery voltage detected by the voltage detection means.

このようにすれば、バッテリ電圧に応じて充電電圧を適切に調節することができる。   In this way, the charging voltage can be adjusted appropriately according to the battery voltage.

また、制御手段は、電気エネルギーを蓄積するタイミングが各相間で120度ずつずれるようにインバータを動作させることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the control means operates the inverter so that the timing for storing electric energy is shifted by 120 degrees between the phases.

この場合、電気エネルギーを蓄積するタイミングを120度ずつずらすことにより、お互いに電流の増減を打ち消し合うので、充電電流のリップルを低減することができる。   In this case, the timing of accumulating electric energy is shifted by 120 degrees, so that the increase and decrease in current cancel each other, so that the charging current ripple can be reduced.

本発明に係るバッテリ充電装置は、充電電流を検出する電流検出手段をさらに備え、制御手段が、電流検出手段により検出される電流値が所定値以下となるように、各巻線及びリアクトルに電気エネルギーを蓄積する時間を算出し、前記時間に基づいて前記インバータを動作させることが好ましい。   The battery charging device according to the present invention further includes a current detection means for detecting a charging current, and the control means supplies electric energy to each winding and the reactor so that the current value detected by the current detection means is a predetermined value or less. It is preferable to calculate a time for accumulating and to operate the inverter based on the time.

この場合、充電電流を所定値以下に制限することができるので、リアクトルを小型化することが可能となる。   In this case, since the charging current can be limited to a predetermined value or less, the reactor can be miniaturized.

本発明によれば、外部電源から供給される電気エネルギーを一時的に蓄積し、蓄積した電気エネルギーをバッテリへ出力するリアクトルと、充電時には、リアクトルの出力電圧がバッテリの充電に必要な電圧となるようにインバータを動作させる制御手段とを備えた構成とすることにより、専用の充電装置を設けることなく、救援車に搭載されたバッテリを用いて、自車両のバッテリを充電することができる。   According to the present invention, the electric energy supplied from the external power source is temporarily stored, the reactor that outputs the stored electric energy to the battery, and the output voltage of the reactor becomes the voltage necessary for charging the battery during charging. In this way, by including the control means for operating the inverter, the battery of the host vehicle can be charged using the battery mounted on the rescue vehicle without providing a dedicated charging device.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figure, the same reference numerals are used for the same or corresponding parts.

(第1実施形態)
まず、図1を用いて、第1実施形態に係るバッテリ充電装置1の構成について説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the battery charger 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

高電圧(例えば36V)バッテリ10の正極は、インバータ12に接続されている。一方、高電圧バッテリ10の負極は、インバータ12に接続されると共に、車両ボディ等のパワーグランドに接地されている。ここで、高電圧バッテリ10としては、密閉型鉛電池やニッケル水素等の2次電池が利用される。   The positive electrode of the high voltage (for example, 36 V) battery 10 is connected to the inverter 12. On the other hand, the negative electrode of the high-voltage battery 10 is connected to the inverter 12 and grounded to a power ground such as a vehicle body. Here, a secondary battery such as a sealed lead battery or nickel hydride is used as the high voltage battery 10.

インバータ12は、6つのスイッチング素子(例えば、パワーMOS FET)から構成されている。より詳細には、電源ラインとパワーグランドとの間には、パワーMOS FETQ1,Q2の直列接続からなるU相アームと、パワーMOS FETQ3,Q4の直列接続からなるV相アームと、パワーMOS FETQ5,Q6の直列接続からなるW相アームとが配置されている。   The inverter 12 is composed of six switching elements (for example, power MOS FETs). More specifically, between the power supply line and the power ground, a U-phase arm composed of a series connection of power MOS FETs Q1, Q2, a V-phase arm composed of a series connection of power MOS FETs Q3, Q4, and a power MOS FET Q5, A W-phase arm composed of Q6 connected in series is arranged.

インバータ12の各相アームの中間点は、3相交流モータであるモータジェネレータ14の各相コイルの各端に接続されている。すなわち、モータジェネレータ14のU、V、W相の3つのコイルの一端が中性点14nで共通接続されており、U相コイル14aの他端がパワーMOS FETQ1,Q2の中間点に、V相コイル14bの他端がパワーMOS FETQ3,Q4の中間点に、W相コイル14cの他端がパワーMOS FETQ5,Q6の中間点に接続されている。   An intermediate point of each phase arm of inverter 12 is connected to each end of each phase coil of motor generator 14 which is a three-phase AC motor. That is, one end of the three U, V, and W coils of the motor generator 14 is commonly connected at a neutral point 14n, and the other end of the U phase coil 14a is at the intermediate point between the power MOS FETs Q1 and Q2, and the V phase The other end of the coil 14b is connected to an intermediate point between the power MOS FETs Q3 and Q4, and the other end of the W-phase coil 14c is connected to an intermediate point between the power MOS FETs Q5 and Q6.

なお、通常走行時等においてモータジェネレータ14は、インバータ12から出力される交流電力によって駆動される。また、モータジェネレータ14は、エンジン等の回転を利用して発電することもできる。一方、通常走行時等においてインバータ12は、高電圧バッテリ10に蓄えられた電力を直流から交流に変換して、モータジェネレータ14に供給すると共に、モータジェネレータ14により発電された電力を、交流から直流に変換して高電圧バッテリ10に蓄える。   Note that the motor generator 14 is driven by AC power output from the inverter 12 during normal traveling or the like. The motor generator 14 can also generate electric power by utilizing rotation of the engine or the like. On the other hand, the inverter 12 converts the electric power stored in the high-voltage battery 10 from direct current to alternating current and supplies the electric power generated by the motor generator 14 to the direct current from the alternating current during direct running or the like. And stored in the high-voltage battery 10.

モータジェネレータ14の中性点14nには、リアクトル16の一端が接続されている。このリアクトル16の他端は、充電コネクタ18の端子に接続されている。この充電コネクタ18は、高電圧バッテリ10が放電してしまった場合などの緊急時に、救援車のバッテリ(外部電源、以下「外部バッテリ」という)24を接続するためのものである。また、外部バッテリ24の電圧を検出するための電圧センサ20Aが、充電コネクタ18と並列に接続されている。この電圧センサ20Aからの出力信号は、電子制御装置(以下「ECU」という)30に入力されている。   One end of a reactor 16 is connected to the neutral point 14 n of the motor generator 14. The other end of the reactor 16 is connected to a terminal of the charging connector 18. This charging connector 18 is for connecting a battery (external power source, hereinafter referred to as “external battery”) 24 of a rescue vehicle in an emergency such as when the high voltage battery 10 is discharged. A voltage sensor 20 </ b> A for detecting the voltage of the external battery 24 is connected in parallel with the charging connector 18. An output signal from the voltage sensor 20 </ b> A is input to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 30.

ECU30には、電圧センサ20Aの他に、高電圧バッテリ10の電圧を検出する電圧センサ20Bや、救援車から充電を行いたいときにECU30に対して充電指令を与える図示しない充電スイッチなどが接続されている。また、ECU30は、インバータ12のパワーMOS FETQ1〜Q6を駆動するためのスイッチング信号を出力する出力回路などを備えている。   In addition to the voltage sensor 20A, the ECU 30 is connected to a voltage sensor 20B that detects the voltage of the high-voltage battery 10, a charge switch (not shown) that gives a charge command to the ECU 30 when charging from a rescue vehicle, and the like. ing. Further, the ECU 30 includes an output circuit that outputs a switching signal for driving the power MOS FETs Q1 to Q6 of the inverter 12.

ECU30は、その内部に演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを記憶するRAM及び高電圧バッテリ10によってその記憶内容が保持されるバックアップRAM等を有している。   The ECU 30 includes a microprocessor that performs calculations therein, a ROM that stores programs for causing the microprocessor to execute each process, a RAM that stores various data such as calculation results, and the high-voltage battery 10. A backup RAM or the like is held.

そして、これらによって、ECU30の内部には、外部バッテリ24からの充電時にリアクトル16の出力電圧が高電圧バッテリ10の充電に必要な電圧(例えば42V)となるように、インバータ12を構成するパワーMOS FETQ1〜Q6の駆動を制御する制御部30aなどが構築されている。即ち、ECU30は、制御手段として機能する。   As a result, the ECU 30 includes a power MOS that configures the inverter 12 so that the output voltage of the reactor 16 becomes a voltage necessary for charging the high-voltage battery 10 (for example, 42 V) when charging from the external battery 24. A control unit 30a for controlling the driving of the FETs Q1 to Q6 is constructed. That is, the ECU 30 functions as a control unit.

次に、図2を用いて、外部バッテリ24から高電圧バッテリ10の充電を行う場合におけるバッテリ充電装置1の動作について説明する。図2は、バッテリ充電装置1による外部バッテリ24を用いた充電処理の処理手順を示すフローチャートである。   Next, the operation of the battery charger 1 when the high voltage battery 10 is charged from the external battery 24 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of a charging process using the external battery 24 by the battery charging device 1.

ステップS100では、充電スイッチがオンされたか否かの判断が行われる。ここで、充電スイッチがオフの場合には、充電要求が無いと判断され、充電処理が行われることなく処理が終了する。一方、充電スイッチがオンされている場合には、ステップS102に処理が移行する。   In step S100, it is determined whether or not the charging switch is turned on. If the charge switch is off, it is determined that there is no charge request, and the process ends without performing the charge process. On the other hand, if the charge switch is on, the process proceeds to step S102.

ステップS102では、充電コネクタ18に外部バッテリ24が確実に接続されているか否かが判断される。具体的には、充電コネクタ18から所定値以上の電圧が検出されているか否かの判断が行われる。ここで、所定値以上の電圧が検出されていない場合には、外部バッテリ24が確実に接続されていないと判断されて、充電コネクタ18から所定値以上の電圧が検出されるまで本ステップを繰り返し実行する。一方、所定値以上の電圧が充電コネクタ18から検出されている場合には、外部バッテリ24が確実に接続されていると判断されて、ステップS104に処理が移行する。   In step S102, it is determined whether or not the external battery 24 is securely connected to the charging connector 18. Specifically, it is determined whether or not a voltage equal to or higher than a predetermined value is detected from the charging connector 18. Here, when the voltage exceeding the predetermined value is not detected, it is determined that the external battery 24 is not securely connected, and this step is repeated until the voltage exceeding the predetermined value is detected from the charging connector 18. Execute. On the other hand, when a voltage of a predetermined value or more is detected from the charging connector 18, it is determined that the external battery 24 is securely connected, and the process proceeds to step S104.

ステップS104では、バッテリ充電装置1による充電処理が実行される。ここで、図3を参照して、バッテリ充電装置1の充電制御について詳細に説明する。図3は、バッテリ充電装置1における、インバータ12のスイッチング制御を説明するための図である。   In step S104, the charging process by the battery charging device 1 is executed. Here, with reference to FIG. 3, the charge control of the battery charger 1 will be described in detail. FIG. 3 is a diagram for explaining switching control of the inverter 12 in the battery charging device 1.

図3に示されるように、電圧センサ20Bにより検出される高電圧バッテリ10のバッテリ電圧Vb36と、高電圧バッテリ10の目標充電電圧Vb36*とが減算器30bに入力され、その差が演算される。得られた、目標充電電圧Vb36*と実際のバッテリ電圧Vb36との偏差ΔVb36は、制御部30aに出力される。制御部30aは、入力された偏差ΔVb36に基づいて、所謂PID制御におけるP項(比例項)、I項(積分項)、D項(微分項)それぞれのフィードバック係数を算出する。そして、各フィードバック係数に基づいて高電圧バッテリ10のバッテリ電圧Vb36が目標充電電圧Vb36*となるように指令値Vnを決定する。なお、PID制御に代えて、P制御やPI制御等を用いてもよい。   As shown in FIG. 3, the battery voltage Vb36 of the high voltage battery 10 detected by the voltage sensor 20B and the target charging voltage Vb36 * of the high voltage battery 10 are input to the subtractor 30b, and the difference between them is calculated. . The obtained deviation ΔVb36 between the target charging voltage Vb36 * and the actual battery voltage Vb36 is output to the control unit 30a. Based on the input deviation ΔVb36, the control unit 30a calculates feedback coefficients for the P term (proportional term), I term (integral term), and D term (differential term) in so-called PID control. Based on each feedback coefficient, the command value Vn is determined so that the battery voltage Vb36 of the high voltage battery 10 becomes the target charging voltage Vb36 *. In place of PID control, P control, PI control, or the like may be used.

さらに、指令値Vnから、モータジェネレータ14の各相に対する指令値Vu,Vv,Vwが求められる。ただし、本実施形態では、Vn=Vu=Vv=Vwとした。   Further, command values Vu, Vv, Vw for each phase of motor generator 14 are obtained from command value Vn. However, in this embodiment, Vn = Vu = Vv = Vw.

次に、比較器30cにおいて、各アームの上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5のスイッチング信号Su,Sv,Swと、下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のスイッチング信号−Su,−Sv,−Swとが生成される。なお、スイッチング信号−Su,−Sv,−Swは、スイッチング信号Su,Sv,Swを反転させたものである。   Next, in the comparator 30c, the switching signals Su, Sv, Sw of the upper power MOS FETs Q1, Q3, Q5 of each arm and the switching signals -Su, -Sv, -Sw of the lower power MOS FETs Q2, Q4, Q6 Is generated. The switching signals -Su, -Sv, -Sw are obtained by inverting the switching signals Su, Sv, Sw.

ここで、U相を例にしてスイッチング信号Suの生成方法について説明する。のこぎり波状のキャリア信号Cuと指令値Vuとが比較器30cに入力され、「指令値Vu≦キャリア信号Cu」の場合には、上側パワーMOS FETQ1がオンするようにスイッチング信号Su(例えば5V)が出力される。一方、「指令値Vu>キャリア信号Cu」の場合には、上側パワーMOS FETQ1がオフするようにスイッチング信号Su(例えば0V)が出力される。また、上述したように、下側パワーMOS FETQ2のスイッチング信号−Suが、スイッチング信号Suを反転させることにより生成される。   Here, a method for generating the switching signal Su will be described using the U phase as an example. A sawtooth carrier signal Cu and a command value Vu are input to the comparator 30c. When “command value Vu ≦ carrier signal Cu”, the switching signal Su (for example, 5V) is set so that the upper power MOS FET Q1 is turned on. Is output. On the other hand, when “command value Vu> carrier signal Cu”, the switching signal Su (for example, 0 V) is output so that the upper power MOS FET Q1 is turned off. Further, as described above, the switching signal -Su of the lower power MOS FET Q2 is generated by inverting the switching signal Su.

即ち、上側パワーMOS FETQ1がオンしているときには、下側パワーMOS FETQ2がオフし、上側パワーMOS FETQ1がオフしているときには、下側パワーMOS FETQ2がオンするようにスイッチング制御が行われる。なお、V相及びW相におけるスイッチング信号Sv,Swの生成方法については、U相における場合と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。   That is, switching control is performed so that when the upper power MOS FET Q1 is turned on, the lower power MOS FET Q2 is turned off, and when the upper power MOS FET Q1 is turned off, the lower power MOS FET Q2 is turned on. Note that the method for generating the switching signals Sv and Sw in the V-phase and the W-phase is the same as or similar to that in the U-phase, and the description thereof is omitted here.

本実施形態では、インバータ12の上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5のオン時間と、下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のオン時間との比率を異ならせることで、中性点電圧と指令値Vnとが一致するように制御する。その理由を次に説明する。   In the present embodiment, the neutral point voltage and the command value Vn are made different by changing the ratio of the ON time of the upper power MOSFETs Q1, Q3, Q5 of the inverter 12 and the ON time of the lower power MOSFETs Q2, Q4, Q6. Is controlled to match. The reason will be described next.

上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5をオフし、下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6をオンすると、リアクトル16及びモータジェネレータ14の各相コイル14a,14b,14cに電流が流れエネルギーが蓄積される。次に、上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5をオンし、下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6をオフすると、リアクトル16及びモータジェネレータ14の各相コイル14a,14b,14cに蓄積されたエネルギーが逆起電力として放出される。この際に、高電圧バッテリ10に印加される電圧は、外部バッテリ24のバッテリ電圧に逆起電力が加算されたものになる。このようにして、外部バッテリ24の電圧が昇圧される。   When the upper power MOSFETs Q1, Q3, and Q5 are turned off and the lower power MOSFETs Q2, Q4, and Q6 are turned on, current flows in the phase coils 14a, 14b, and 14c of the reactor 16 and the motor generator 14, and energy is accumulated. Next, when the upper power MOSFETs Q1, Q3, Q5 are turned on and the lower power MOSFETs Q2, Q4, Q6 are turned off, the energy accumulated in the phase coils 14a, 14b, 14c of the reactor 16 and the motor generator 14 is reversed. Released as electromotive force. At this time, the voltage applied to the high voltage battery 10 is obtained by adding the back electromotive force to the battery voltage of the external battery 24. In this way, the voltage of the external battery 24 is boosted.

ここで、上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5のオン時間即ち、エネルギー放出時間と、下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のオン時間即ち、エネルギー蓄積時間との比率を調節することにより、電圧の昇圧幅を調節することができる。すなわち、上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5のオン時間と下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のオン時間との比率を1:1とした場合には、外部バッテリ24の電圧は約2倍に昇圧される。また、比率を1:2とした場合には約3倍に昇圧され、比率を1:3としたときには約4倍に昇圧される。したがって、例えば、外部バッテリ24が12Vバッテリ(充電電圧14V)であり、高電圧バッテリ10が36Vバッテリ(充電電圧42V)である場合には、上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5のオン時間と下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のオン時間との比率が約1:2.5に設定される。   Here, the voltage is boosted by adjusting the ratio between the on-time of the upper power MOSFETs Q1, Q3, and Q5, that is, the energy release time, and the on-time of the lower power MOSFETs Q2, Q4, and Q6, that is, the energy storage time. The width can be adjusted. That is, when the ratio of the on-time of the upper power MOSFETs Q1, Q3, Q5 and the on-time of the lower power MOSFETs Q2, Q4, Q6 is 1: 1, the voltage of the external battery 24 is boosted approximately twice. Is done. Further, when the ratio is 1: 2, the voltage is boosted about three times, and when the ratio is 1: 3, the voltage is boosted about four times. Therefore, for example, when the external battery 24 is a 12V battery (charging voltage 14V) and the high-voltage battery 10 is a 36V battery (charging voltage 42V), the ON time and lower side of the upper power MOS FETs Q1, Q3, Q5 The ratio of the power MOS FETs Q2, Q4 and Q6 to the on time is set to about 1: 2.5.

さらに、本実施形態では、キャリア信号Cu、キャリア信号Cv及びキャリア信号Cwそれぞれの位相が相互に120度ずつ異なるように設定されている。次に、図4を参照して、各相におけるキャリア信号Cu,Cv,Cwと指令値Vu,Vv,Vwとから生成されるスイッチング信号Su,Sv,Swと、中性点14nに流れる充電電流(以下「中性点電流」という)Inとの関係について説明する。図4は、各相のキャリア信号Cu,Cv,Cwの位相を120度ずつずらした場合における、キャリア信号Cu,Cv,Cwと制御信号Vu,Vv,Vwとから生成されるスイッチング信号Su,Sv,Swと、中性点電流Inとの関係を示す図である。   Further, in the present embodiment, the phases of the carrier signal Cu, the carrier signal Cv, and the carrier signal Cw are set to be different from each other by 120 degrees. Next, referring to FIG. 4, switching signals Su, Sv, Sw generated from carrier signals Cu, Cv, Cw and command values Vu, Vv, Vw in each phase, and a charging current flowing through neutral point 14n The relationship with In (hereinafter referred to as “neutral point current”) will be described. FIG. 4 shows switching signals Su, Sv generated from carrier signals Cu, Cv, Cw and control signals Vu, Vv, Vw when the phases of carrier signals Cu, Cv, Cw of each phase are shifted by 120 degrees. , Sw and the neutral point current In.

図4(a),(b)には、U相におけるキャリア信号Cuと指令値Vuとから生成されるスイッチング信号Suの関係が示されている。図4(a)に示されるように、キャリア信号Cuは、所定の三角波が所定周期で繰り返されるのこぎり波状の信号である。また、上述したとおり、指令値Vuがキャリア信号Cu以下の場合には、アーム上側のパワーMOS FETQ1をオンさせるようなスイッチング信号Su(オン信号)が出力される。一方、指令値Vuがキャリア信号Cuより大きい場合には、アーム上側のパワーMOS FETQ1をオフさせるようなスイッチング信号Su(オフ信号)が出力される。   4A and 4B show the relationship between the switching signal Su generated from the carrier signal Cu and the command value Vu in the U phase. As shown in FIG. 4A, the carrier signal Cu is a sawtooth wave signal in which a predetermined triangular wave is repeated at a predetermined period. Further, as described above, when the command value Vu is equal to or lower than the carrier signal Cu, a switching signal Su (ON signal) that turns on the power MOS FET Q1 on the upper side of the arm is output. On the other hand, when the command value Vu is larger than the carrier signal Cu, a switching signal Su (off signal) that turns off the power MOS FET Q1 on the upper side of the arm is output.

同様に、図4(c),(d)に、V相おけるキャリア信号Cvと指令値Vvとから生成されるスイッチング信号Svの関係を示す。また、図4(e),(f)に、W相おけるキャリア信号Cwと指令値Vwとから生成されるスイッチング信号Swの関係を示す。なお、V相及びW相における各信号の詳細はU相と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。   Similarly, FIGS. 4C and 4D show the relationship between the switching signal Sv generated from the carrier signal Cv and the command value Vv in the V phase. FIGS. 4E and 4F show the relationship between the switching signal Sw generated from the carrier signal Cw and the command value Vw in the W phase. Note that details of each signal in the V phase and the W phase are the same as or similar to those in the U phase, and thus the description thereof is omitted here.

ここで、図4(a)、(c)及び(e)に示されるように、キャリア信号Cu、Cv、Cwは、それぞれの位相が120度ずつずれている。これにより、各相におけるスイッチング信号Su、Sv、Swの位相も120度ずつずれる(図4(b),(d),(f)参照)。   Here, as shown in FIGS. 4A, 4C, and 4E, the phases of the carrier signals Cu, Cv, and Cw are shifted by 120 degrees. As a result, the phases of the switching signals Su, Sv, Sw in each phase are also shifted by 120 degrees (see FIGS. 4B, 4D, and 4F).

一方、中性点電流Inは、アーム上側のパワーMOS FETQ1,Q3,Q5がオンしているときに減少し、アーム上側のパワーMOS FETQ1,Q3,Q5がオフしているとき、即ちアーム下側のパワーMOS FETQ2,Q4,Q6がオンしているときに増加する。なお、中性点の電圧も中性点電流Inと同様の動きとなる。ここで、キャリア信号Cu、Cv、Cwの位相を互いに120度ずらすことにより、スイッチング信号Su、Sv、Swの位相を120度ずらした場合、各相における電流が相互に充電電流の増加又は減少を打ち消し合うので、充電電流のリップルを低減することができる(図4(g)参照)。   On the other hand, the neutral point current In decreases when the power MOSFETs Q1, Q3, and Q5 on the upper side of the arm are turned on, and is lower when the power MOSFETs Q1, Q3, and Q5 on the upper side of the arm are turned off. Increases when the power MOS FETs Q2, Q4, and Q6 are turned on. Note that the neutral point voltage also moves in the same manner as the neutral point current In. Here, when the phases of the carrier signals Cu, Cv, and Cw are shifted by 120 degrees from each other and the phases of the switching signals Su, Sv, and Sw are shifted by 120 degrees, the currents in the respective phases increase or decrease the charging current. Since they cancel each other, the ripple of the charging current can be reduced (see FIG. 4G).

これに対し、キャリア信号Cu、Cv、Cwの位相を同位相とした場合における、キャリア信号Cu、Cv、Cwと制御信号Vu,Vv,Vwとから生成されるスイッチング信号Su、Sv、Swと、中性点電流Inとの関係を、図5を参照して説明する。   On the other hand, when the phases of the carrier signals Cu, Cv, Cw are the same, the switching signals Su, Sv, Sw generated from the carrier signals Cu, Cv, Cw and the control signals Vu, Vv, Vw, The relationship with the neutral point current In will be described with reference to FIG.

図5(a),(b)には、U相におけるキャリア信号Cuと指令値Vuとから生成されるスイッチング信号Suの関係が示されている。詳細は、上記図4(a),(b)の場合と同一であるので、ここでは説明を省略する。同様に、図5(c),(d)に、V相おけるキャリア信号Cvと指令値Vvとから生成されるスイッチング信号Svの関係を示す。また、図5(e),(f)に、W相おけるキャリア信号Cwと指令値Vwとから生成されるスイッチング信号Swの関係を示す。なお、V相及びW相における各信号の詳細はU相と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。   5A and 5B show the relationship between the switching signal Su generated from the carrier signal Cu and the command value Vu in the U phase. Details are the same as those in FIGS. 4 (a) and 4 (b), and a description thereof will be omitted here. Similarly, FIGS. 5C and 5D show the relationship between the switching signal Sv generated from the carrier signal Cv and the command value Vv in the V phase. 5E and 5F show the relationship between the switching signal Sw generated from the carrier signal Cw and the command value Vw in the W phase. Note that details of each signal in the V phase and the W phase are the same as or similar to those in the U phase, and thus the description thereof is omitted here.

ここで、図5(a)、(c)及び(e)に示されるように、キャリア信号Cu、Cv、Cwの位相は、同一に設定されている。これにより、各相におけるスイッチング信号Su、Sv、Swの位相も同一となる(図5(b),(d),(f)参照)。   Here, as shown in FIGS. 5A, 5C, and 5E, the phases of the carrier signals Cu, Cv, and Cw are set to be the same. Thereby, the phases of the switching signals Su, Sv, Sw in each phase are also the same (see FIGS. 5B, 5D, 5F).

一方、高電圧バッテリ10の充電電流は、アーム上側のパワーMOS FETQ1,Q3,Q5がオンしているときに減少し、アーム上側のパワーMOS FETQ1,Q3,Q5がオフしているとき、即ちアーム下側のパワーMOS FETQ2,Q4,Q6がオンしているときに増加する。ここで、各相におけるキャリア信号Cu、Cv、Cwの位相が同一であるので、スイッチング信号Su、Sv、Swそれぞれの位相も同一となる。この場合には、各相における電流が相互に充電電流の増加又は減少を打ち消し合うことがないので、充電電流のリップルは、位相を120度ずらした場合に比べて増加する(図5(g)参照)。   On the other hand, the charging current of the high voltage battery 10 decreases when the power MOS FETs Q1, Q3, and Q5 on the upper side of the arm are turned on, and the power MOS FETs Q1, Q3, and Q5 on the upper side of the arm are turned off, that is, the arm. It increases when the lower power MOSFETs Q2, Q4, Q6 are on. Here, since the phases of the carrier signals Cu, Cv and Cw in each phase are the same, the phases of the switching signals Su, Sv and Sw are also the same. In this case, since the current in each phase does not cancel out the increase or decrease in the charging current, the ripple of the charging current increases compared to the case where the phase is shifted by 120 degrees (FIG. 5 (g)). reference).

図2に戻り説明を続けると、ステップS106では、例えば、充電電流値や高電圧バッテリ10の電圧値等に基づいて、充電が完了したか否かの判断が行われる。ここで、充電が完了していないと判断された場合には、ステップS104に処理が戻り、充電が完了するまで充電処理が継続して実行される。一方、充電が完了したと判断された場合には処理が終了される。   Returning to FIG. 2 and continuing the description, in step S106, it is determined whether or not the charging is completed based on the charging current value, the voltage value of the high voltage battery 10, or the like. If it is determined that charging has not been completed, the process returns to step S104, and the charging process is continued until charging is completed. On the other hand, if it is determined that charging is complete, the process is terminated.

バッテリ充電装置1によれば、アーム下側のパワーMOS FETQ2,Q4,Q6がオンしているときにリアクトル16等にエネルギー蓄積され、アーム上側のパワーMOS FETQ1,Q3,Q5がオンしているときに、蓄積されたエネルギーが逆起電力という形で放出されるので、外部バッテリ24の電圧を昇圧することができる。また、パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のオン時間とパワーMOS FETQ1,Q3,Q5のオン時間との比率を調節することにより昇圧幅を高電圧バッテリ10の充電電圧に応じて調節することができる。これにより、外部バッテリ24の電圧と異なる高電圧バッテリ10を充電することが可能となる。   According to the battery charger 1, energy is stored in the reactor 16 or the like when the lower power MOS FETs Q2, Q4, and Q6 are turned on, and when the upper power MOS FETs Q1, Q3, and Q5 are turned on. In addition, since the stored energy is released in the form of back electromotive force, the voltage of the external battery 24 can be boosted. Further, the boost width can be adjusted in accordance with the charging voltage of the high voltage battery 10 by adjusting the ratio of the on time of the power MOS FETs Q2, Q4, Q6 and the on time of the power MOS FETs Q1, Q3, Q5. Thereby, it becomes possible to charge the high voltage battery 10 different from the voltage of the external battery 24.

また、エネルギーを蓄積・放出するタイミング即ち、各相に対応したパワーMOS FETのスイッチングタイミングを120度ずつずらすことにより、各相に流れる電流がお互いに増減を打ち消し合うので、充電電流のリップルを低減することができる。   In addition, by shifting the timing for storing and releasing energy, that is, the switching timing of the power MOS FET corresponding to each phase by 120 degrees, the currents flowing in each phase cancel each other, reducing the ripple of the charging current can do.

(第2実施形態)
次に、図6を用いて、第2実施形態に係るバッテリ充電装置2の構成について説明する。バッテリ充電装置2がバッテリ充電装置1と異なるのは、リアクトル16とモータジェネレータ14の中性点14nとの間に、中性点電流を検出する電流センサ40を備えている点である。なお、モータジェネレータ14の各相電流を検出し、検出された各相電流値に基づいて中性点電流を求めてもよい。その他の構成については、バッテリ充電装置1と同一であるので、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the battery charger 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The battery charging device 2 is different from the battery charging device 1 in that a current sensor 40 that detects a neutral point current is provided between the reactor 16 and the neutral point 14 n of the motor generator 14. Alternatively, each phase current of motor generator 14 may be detected, and the neutral point current may be obtained based on the detected phase current value. Since other configurations are the same as those of the battery charging device 1, the description thereof is omitted here.

次に、図7を参照して、バッテリ充電装置2の動作について説明する。図7は、バッテリ充電装置2における、インバータ12のスイッチング制御を説明するための図である。   Next, the operation of the battery charging device 2 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining switching control of the inverter 12 in the battery charging device 2.

図7に示されるように、電流センサ40により検出された中性点電流Inと、目標電流値In*とが減算器30bに入力され、その差ΔInが演算される。得られた、目標電流値In*と実際の中性点電流Inとの偏差ΔInは、制御部30aに出力される。制御部30aは、入力された偏差ΔInに基づいて、所謂PID制御におけるP項(比例項)、I項(積分項)、D項(微分項)それぞれのフィードバック係数を算出する。そして、各フィードバック係数に基づいて中性点電流Inが目標電流値In*となるように指令値Vnが決定される。なお、PID制御に代えて、P制御やPI制御等を用いてもよい。   As shown in FIG. 7, the neutral point current In detected by the current sensor 40 and the target current value In * are input to the subtractor 30b, and the difference ΔIn is calculated. The obtained deviation ΔIn between the target current value In * and the actual neutral point current In is output to the control unit 30a. Based on the input deviation ΔIn, the control unit 30a calculates feedback coefficients for the P term (proportional term), I term (integral term), and D term (differential term) in so-called PID control. Based on each feedback coefficient, the command value Vn is determined so that the neutral point current In becomes the target current value In *. In place of PID control, P control, PI control, or the like may be used.

さらに、指令値Vnから、モータジェネレータ14の各相に対する指令値Vu,Vv,Vwが求められる。ただし、本実施形態では、Vn=Vu=Vv=Vwとした。   Further, command values Vu, Vv, Vw for each phase of motor generator 14 are obtained from command value Vn. However, in this embodiment, Vn = Vu = Vv = Vw.

次に、比較器30cにおいて、各アームの上側パワーMOS FETQ1,Q3,Q5のスイッチング信号Su,Sv,Swと、下側パワーMOS FETQ2,Q4,Q6のスイッチング信号−Su,−Sv,−Swとが生成される。なお、スイッチング信号−Su,−Sv,−Swは、スイッチング信号Su,Sv,Swを反転させたものである。なお、スイッチング信号Su,Sv,Swの生成方法に関しては、上記第1実施形態の場合と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Next, in the comparator 30c, the switching signals Su, Sv, Sw of the upper power MOS FETs Q1, Q3, Q5 of each arm and the switching signals -Su, -Sv, -Sw of the lower power MOS FETs Q2, Q4, Q6 Is generated. The switching signals -Su, -Sv, -Sw are obtained by inverting the switching signals Su, Sv, Sw. Note that the method of generating the switching signals Su, Sv, Sw is the same as or similar to that in the first embodiment, and therefore detailed description thereof is omitted here.

バッテリ充電装置2によれば、中性点電流In即ち充電電流を目標電流値In*に調節することができるので、リアクトル16に過大な電流が流れることを防止することができる。そのため、リアクトル16を小型化することが可能となる。   According to the battery charger 2, the neutral point current In, that is, the charging current can be adjusted to the target current value In *, so that an excessive current can be prevented from flowing through the reactor 16. Therefore, the reactor 16 can be reduced in size.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、キャリア信号Cu、Cv、Cwの位相を互いに120度ずらしたが、同位相としてもよい。また、U相、V相、W相の3相のうち、いずれか1相のみを用いて昇圧を行ってもよい。さらに、高電圧バッテリ10に代えて大容量キャパシタを用いてもよい。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the phases of the carrier signals Cu, Cv, and Cw are shifted from each other by 120 degrees, but may be the same phase. Further, boosting may be performed using only one of the three phases of the U phase, the V phase, and the W phase. Further, a large capacity capacitor may be used instead of the high voltage battery 10.

第1実施形態に係るバッテリ充電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the battery charging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るバッテリ充電装置による充電処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the charging process by the battery charging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るバッテリ充電装置における、インバータのスイッチング制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating switching control of the inverter in the battery charging device which concerns on 1st Embodiment. 各相のキャリア信号の位相を120度ずらした場合における、キャリア信号と制御信号とから生成されるスイッチング信号と、充電電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the switching signal produced | generated from a carrier signal and a control signal, and a charging current when the phase of the carrier signal of each phase is shifted 120 degree | times. 各相のキャリア信号の位相を同位相とした場合における、キャリア信号と制御信号とから生成されるスイッチング信号と、充電電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the switching signal produced | generated from a carrier signal and a control signal, and a charging current when the phase of the carrier signal of each phase is made into the same phase. 第2実施形態に係るバッテリ充電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the battery charging device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るバッテリ充電装置における、インバータのスイッチング制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating switching control of the inverter in the battery charging device which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…バッテリ充電装置、10…高電圧バッテリ、12…インバータ、14…モータジェネレータ、14n…中性点、14a…U相コイル、14b…V相コイル、14c…W相コイル、16…リアクトル、18…充電コネクタ、20A,20B…電圧センサ、24…外部バッテリ、30…ECU、30a…制御部、40…電流センサ、Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6…パワーMOS FET。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery charging device, 10 ... High voltage battery, 12 ... Inverter, 14 ... Motor generator, 14n ... Neutral point, 14a ... U-phase coil, 14b ... V-phase coil, 14c ... W-phase coil, 16 ... Reactor, 18 ... charging connector, 20A, 20B ... voltage sensor, 24 ... external battery, 30 ... ECU, 30a ... control unit, 40 ... current sensor, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 ... power MOS FET.

Claims (5)

電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリに蓄えられた電力を直流から交流に変換して出力するインバータと、
前記インバータから出力される交流電力により駆動される電動モータと、
外部電源により前記バッテリを充電する場合に、前記外部電源から供給される電気エネルギーを一時的に蓄積し、蓄積した電気エネルギーを前記電動モータ及び前記インバータを介して前記バッテリへ出力するリアクトルと、
充電時には、前記リアクトルの出力電圧が前記バッテリの充電に必要な電圧となるように前記インバータを動作させる制御手段と、を備えることを特徴とするバッテリ充電装置。
A battery for storing power,
An inverter that converts the power stored in the battery from direct current to alternating current and outputs, and
An electric motor driven by AC power output from the inverter;
A reactor for temporarily storing electric energy supplied from the external power source when the battery is charged by an external power source, and outputting the stored electric energy to the battery via the electric motor and the inverter;
And a control means for operating the inverter so that an output voltage of the reactor becomes a voltage necessary for charging the battery during charging.
前記電動モータは、三相交流モータであり、
前記制御手段は、前記バッテリの充電に必要な電圧に応じて、各相の巻線及び前記リアクトルに電気エネルギーを蓄積する時間を算出し、前記時間に基づいて前記インバータを動作させる、ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ充電装置。
The electric motor is a three-phase AC motor,
The control means calculates a time for accumulating electrical energy in each phase winding and the reactor according to a voltage required for charging the battery, and operates the inverter based on the time. The battery charger according to claim 1.
前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記バッテリの充電に必要な電圧は、前記電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧に応じて設定される、ことを特徴とする請求項2に記載のバッテリ充電装置。
Voltage detection means for detecting the voltage of the battery,
The battery charging apparatus according to claim 2, wherein a voltage necessary for charging the battery is set according to a battery voltage detected by the voltage detection unit.
前記制御手段は、電気エネルギーを蓄積するタイミングが、前記各相間で120度ずつずれるように前記インバータを動作させる、ことを特徴とする請求項2又は3に記載のバッテリ充電装置。 4. The battery charging device according to claim 2, wherein the control unit operates the inverter so that the timing of storing electric energy is shifted by 120 degrees between the phases. 5. 充電電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段により検出される電流値が所定値以下となるように、前記各巻線及び前記リアクトルに電気エネルギーを蓄積する時間を算出し、前記時間に基づいて前記インバータを動作させる、ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のバッテリ充電装置。

It further comprises current detection means for detecting the charging current,
The control means calculates a time for accumulating electric energy in the windings and the reactor so that a current value detected by the current detection means is a predetermined value or less, and operates the inverter based on the time. The battery charger according to any one of claims 2 to 4, wherein the battery charger is provided.

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