JP2006352971A - インバータ内部蓄電手段の放電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ内部に設けられているコンデンサの放電時間を短くする。
【解決手段】昇圧コンバータ２内に設けられているトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を制御することによって、コンデンサＣ２の蓄電電圧を降圧させて、二次電池１へチャージバックさせる。チャージバックによって、コンデンサＣ２の電圧が低下すると、トルク電流指令値を０、励磁電流指令値が所定値になるように設定して、コンデンサＣ２から交流モータ４に電流を供給し、コンデンサＣ２の放電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ内部の蓄電手段に蓄えられている電荷を放電させる装置に関する。

従来、インバータと直流電源との間がリレーによって開放されると、インバータ内部に設けられているコンデンサからモータに電流を供給するために、トルク電流成分が０に、励磁電流成分が非ゼロになるように電流指令値を設定して、コンデンサの電荷を放電させる技術が知られている（特許文献１参照）。

特開平９−７０１９６号公報

しかしながら、直流電源の電圧を昇圧させてインバータに供給するシステムでは、コンデンサの両端電圧が高くなり、コンデンサの放電が完了するまでの時間が長くなるという問題があった。

本発明によるインバータ内部蓄電手段の放電装置は、インバータの入力側に設けられている蓄電手段の電荷を直流電源にチャージバックし、チャージバック後に、蓄電手段から電気負荷に電流を供給するために、励磁電流指令値を所定値に設定するとともに、トルク電流指令値を０に設定して、蓄電手段の放電を行うことを特徴とする。

本発明によるインバータ内部蓄電手段の放電装置によれば、蓄電手段の電荷を直流電源にチャージバックさせて、蓄電手段の電圧を低下させてから、蓄電手段の電力を電気負荷に供給して、放電を行うので、放電時間を短くすることができる。

図１は、一実施の形態におけるインバータ内部蓄電手段の放電装置をハイブリッド自動車に適用した場合のシステム構成を示す図である。二次電池１の直流電圧は、昇圧コンバータ２で昇圧された後、インバータ３で交流電圧に変換されて、交流モータ（電動機）４に供給される。交流モータ４は、車両の駆動トルクを発生するための駆動モータである。

二次電池１は、複数のセルから構成される組電池である。リレー６，７，８は、後述する車両コントローラ１０からの制御信号に基づいて、オン／オフする。車両の走行時には、リレー６がオフ、リレー７，８がオンに制御されている。リレー７には、リレー６と抵抗Ｒ１とが直列に接続された回路が並列に接続されている。なお、リレー６〜８および抵抗Ｒ１によって、二次電池１とインバータ３との間を接続／遮断する安全器を構成している。

昇圧コンバータ２は、コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを備えている。ＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタ端子は、電源ライン２３に接続され、エミッタ端子は、トランジスタＴｒ２のコレクタ端子と接続されている。また、トランジスタＴｒ２のエミッタ端子は、アースライン２２に接続されている。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２には、エミッタ端子側からコレクタ端子側に電流が流れるように、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ並列に接続されている。トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のオン／オフは、それぞれ、後述する昇圧コンバータコントローラ１１によって制御される。

リアクトルＬ１は、一端が二次電池１の電源ライン２１に接続され、他端は、トランジスタＴｒ１とＴｒ２との接続点に接続されている。コンデンサＣ１は、二次電池１と並列に接続されており、二次電池１の直流電圧を平滑化し、平滑化した電圧をインバータ３に供給する。

昇圧コンバータコントローラ１１は、交流モータ４の力行／回生運転に応じて、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を制御する。すなわち、交流モータ４の力行運転時には、トランジスタＴｒ１をオフに制御するとともに、トランジスタＴｒ２をスイッチング動作させることによって、二次電池１の直流電圧を所望の電圧まで昇圧させて、インバータ３に供給する。一方、交流モータ４が発電機として機能する回生運転の場合には、トランジスタＴｒ２をオフに制御するとともに、トランジスタＴｒ１をスイッチング動作させることによって、回生発電電圧を降圧させる。降圧された電圧は、二次電池１の充電のために、二次電池１に供給される。

インバータ３は、コンデンサＣ２と、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６，Ｔｒ７，Ｔｒ８とを備えている。トランジスタＴｒ３およびＴｒ４は、Ｕ相アームを構成し、トランジスタＴｒ５およびＴｒ６は、Ｖ相アームを構成し、トランジスタＴｒ７およびＴｒ８は、Ｗ相アームを構成している。モータコントローラ１２は、トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ８のオン／オフを制御する。

各トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ８には、エミッタ端子側からコレクタ端子側に電流が流れるように、ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ並列に接続されている。コンデンサＣ２は、電源ライン２３とアースライン２２との間に設けられており、昇圧コンバータ２によって昇圧された直流電圧を平滑化する。電圧センサ５は、コンデンサＣ２の両端電圧を検出する。

車速センサ１３は、車両の速度を検出して、車両コントローラ１０に出力する。車両コントローラ１０は、車両全体の制御を行い、特に、車両のイグニッションスイッチ１４がオフされた後に、コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を放電させる処理を行う。

図２は、イグニッションスイッチ１４がオフされた後に、コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を放電させる処理の処理手順を示すフローチャートである。車両コントローラ１０は、ドライバによってイグニッションスイッチ１４がオフされると、ステップＳ１０の処理を開始する。ステップＳ１０では、車速センサ１３によって検出される車速に基づいて、車速が所定値以下であるか否かを判定する。所定値は、車両がほぼ停止していると判断できる値に設定しておく。車速が所定値より高いと判定するとステップＳ１０で待機し、所定値以下であると判定すると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、昇圧コンバータコントローラ１１およびモータコントローラ１２に対して、システムの停止要求を出す。システム停止要求指令を受信した昇圧コンバータコントローラ１１およびモータコントローラ１２はそれぞれ、指令を受信したことを示すアンサーバックを車両コントローラ１０に送信する。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０では、昇圧コンバータコントローラ１１およびモータコントローラ１２から、システム停止要求指令に対するアンサーバックを受信したか否かを判定する。アンサーバックを受信していないと判定するとステップＳ３０で待機し、受信したと判定すると、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、リレー７をオフにするとともに、リレー６をオンにする。また、コンデンサＣ２の蓄電電圧を降圧して、二次電池１にチャージバックするために、トランジスタＴｒ２をオフにするともに、トランジスタＴｒ１をスイッチング動作させる。これにより、コンデンサＣ２に蓄えられている電力は、リアクタンスＬ１、および、リレー６と直列に接続されている抵抗Ｒ１を介して、二次電池１にチャージバックされるので、コンデンサＣ２の電圧は低下する。

ステップＳ４０に続くステップＳ５０では、コンデンサＣ２から二次電池１へのチャージバックが完了したか否かを判定する。ここでは、コンデンサＣ２の電圧が二次電池１の電圧とほぼ同じ電圧まで低下すると、チャージバックが完了したものとする。具体的には、電圧センサ５によって検出されるコンデンサＣ２の電圧が、二次電池１の電圧に所定電圧Ｖ１を加算した電圧値より低ければ、チャージバックが完了したと判定する。この判定は、昇圧コンバータコントローラ１１によって行われ、判定結果は、車両コントローラ１０に送信される。コンデンサＣ２から二次電池１へのチャージバックが完了していないと判定すると、チャージバックを継続して行い、チャージバックが完了したと判定すると、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、リレー６およびリレー８をオフにする。これにより、二次電池１とインバータ３との間が遮断される。ステップＳ６０に続くステップＳ７０では、交流モータ４にトルクが発生しないように、コンデンサＣ２から交流モータ４に電流を供給することにより、コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を放電させる。

モータの電流制御では、モータに流れる電流を、磁束を発生させる電流成分である励磁電流成分と、トルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分とに分けて制御する手法が知られている。ここでは、トルク電流指令値を０に設定するとともに、励磁電流指令値を所定値に設定して、励磁電流のみが流れるように、モータ４に流れる電流を制御する。これにより、交流モータ４にトルクを発生させずに、コンデンサＣ２の蓄電電力を放電させることができる。なお、モータの電流制御は、車両コントローラ１０からの指令に基づいて、モータコントローラ１２によって行われる。

ステップＳ７０に続くステップＳ８０では、電圧センサ５によって検出されるコンデンサＣ２の電圧が所定電圧Ｖ２より低下したか否かを判定する。コンデンサＣ２の電圧が所定電圧Ｖ２より低下していないと判定すると、コンデンサＣ２の放電を継続して行い、所定電圧Ｖ２より低下したと判定すると、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、コンデンサＣ２の放電を停止させる。すなわち、トルク電流指令値、および、励磁電流指令値を共に０に設定して、コンデンサＣ２の放電処理を終了する。

一実施の形態におけるインバータ内部蓄電手段の放電装置によれば、インバータ３の入力側に設けられているコンデンサＣ２の電荷を昇圧コンバータ２を介して、二次電池１にチャージバックし、コンデンサＣ２の電圧が所定電圧より低下すると、コンデンサＣ２からモータ４に電流が流れるように、励磁電流指令値を所定値に設定するとともに、トルク電流指令値を０に設定して、コンデンサＣ２の放電を行う。コンデンサＣ２の電圧が所定電圧より低下してから、コンデンサＣ２からモータ４に電流を供給するので、放電時間を短くすることができ、また、放電電流量を小さくすることができる。また、トルク電流指令値を０に設定して、コンデンサＣ２からモータ４に電流を流すので、モータ４にトルクが発生するのを防ぐことができる。

モータ４の初期位相（回転子の位置）が確定するまでは、実際の位相と演算に使用する位相との間の誤差に起因して、トルク電流指令値を０に設定しても、トルク電流が流れてしまう可能性がある。しかし、一実施の形態におけるインバータ内部蓄電手段の放電装置によれば、コンデンサＣ２の放電時に、モータ４に流す電流量を小さくすることができるので、モータ４の初期位相が確定する前にトルク電流が流れてしまう場合でも、トルク電流を小さくすることができる。これにより、モータトルクが発生してしまう場合でも、車両挙動への影響を小さくすることができる。

一実施の形態におけるインバータ内部蓄電手段の放電装置によれば、コンデンサＣ２の電荷を二次電池１にチャージバックする際に、リレー７をオフにするとともに、リレー６をオンにして、コンデンサＣ２の電荷がリレー６と直列に接続されている抵抗Ｒ１を介して、二次電池１に供給されるようにした。これにより、コンデンサＣ２の電圧をより早く低減させることができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、リレー６の代わりに、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を設けることもできる。また、インバータ３に直流電圧を供給する直流電源の一例として、充放電可能な二次電池を挙げたが、大容量コンデンサを用いることもできる。

上述した一実施の形態では、コンデンサＣ２の電荷を二次電池１にチャージバックさせることによって、コンデンサＣ２の電圧が二次電池の電圧とほぼ同じ電圧まで低下すると、チャージバックが完了したと判定して、コンデンサＣ２からモータ４への放電を開始した。しかし、二次電池の電圧とほぼ同じ電圧まで低下しなくても、予め定めた電圧まで低下すれば、コンデンサＣ２からモータ４への放電を開始するようにしてもよい。

上述した一実施の形態では、インバータ内部蓄電手段の放電装置をハイブリッド自動車に適用した例について説明したが、電気自動車に適用することもできるし、車両以外のシステムに適用することもできる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、昇圧コンバータ２が電圧変換手段を、車両コントローラ１０、昇圧コンバータコントローラ１１および昇圧コンバータ２がチャージバック手段を、車両コントローラ１０およびモータコントローラ１２が電流制御手段を、電圧センサ５および車両コントローラ１０が電圧低下判定手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

一実施の形態におけるインバータ内部蓄電手段の放電装置をハイブリッド自動車に適用した場合のシステム構成を示す図 イグニッションスイッチがオフされた後に、車両コントローラによって行われる処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１…二次電池、２…昇圧コンバータ、３…インバータ、４…交流モータ、５…電圧センサ、６，７，８…リレー、１０…車両コントローラ、１１…昇圧コンバータコントローラ、１２…モータコントローラ、１３…車速センサ、１４…イグニッションスイッチ、Ｔｒ１〜Ｔｒ８…ＮＰＮトランジスタ、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｌ１…リアクタンス、Ｄ１〜Ｄ８…ダイオード、Ｒ１…抵抗

Claims (3)

1. 直流電源の直流電圧を出力電圧に変換して、インバータに供給する電圧変換手段と、
   インバータの入力側に設けられている蓄電手段の電荷を前記電圧変換手段を介して、前記直流電源にチャージバックするチャージバック手段と、
   前記チャージバック手段によるチャージバック後に、前記蓄電手段から電動機に電流を供給するために、前記電動機制御用の励磁電流指令値を所定値に設定するとともに、トルク電流指令値を０に設定して、前記蓄電手段の放電を行う電流制御手段とを備えることを特徴とするインバータ内部蓄電手段の放電装置。
2. 請求項１に記載のインバータ内部蓄電手段の放電装置において、
   前記チャージバック手段によるチャージバックによって、前記蓄電手段の電圧が所定電圧より低下したか否かを判定する電圧低下判定手段をさらに備え、
   前記電流制御手段は、前記電圧低下判定手段によって、前記蓄電手段の電圧が所定電圧より低下したと判定されると、前記蓄電手段から電気負荷への放電を開始することを特徴とするインバータ内部蓄電手段の放電装置。
3. 請求項１または２に記載のインバータ内部蓄電手段の放電装置において、
   前記チャージバック手段によるチャージバックが行われる際に、前記蓄電手段から前記直流電源に電流が流れる回路上に抵抗が挿入されるように、回路を切り換える回路切換手段をさらに備えることを特徴とするインバータ内部蓄電手段の放電装置。

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