JP2010045961A - 電力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力制御装置は、車載バッテリ10とインバータ14とモータ16とを有し、車載バッテリ10の正極がモータ16の固定子巻線の中性点に接続され、負極がインバータ14の直流側負極に接続される。インバータ14の直流側正極と車載バッテリ10の正極との間に接続されたダイオード整流器を含む充電付加回路18を備え、外部交流電源22は充電付加回路18を介してインバータ14に接続される。インバータ14の正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで車載バッテリ10を充電する。
【選択図】図1
Description
図1に、本実施形態の構成を示す。基本構成は従来技術と同様であり、車載バッテリ(直流電源)10の一端(正極側)はモータ(三相モータ)16のスター結線された固定子巻線の中性点に接続され、バッテリ10の他端(負極側)はインバータ14の直流側に並列接続された平滑コンデンサ12とインバータ14との接続点の一方に接続され、バッテリ10の電圧及び電流がインバータ14の交流出力側からモータ16を介して見たときに零相となるように構成する。そして、時間分割により、インバータ14がモータ16との間で電力を授受し、かつ、インバータ14による零電圧ベクトルの出力時にバッテリ10との間で零相電力を授受する。インバータ14は、3相(u相、v相、w相)の各相(各アーム)毎に直列接続される一対のスイッチングトランジスタ(スイッチング素子)、各スイッチングトランジスタに逆並列接続されるダイオードを有する。3相電圧形インバータ14の3アームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作する1つのアームとみなされ、コンバータ(チョッパ)として作用するので、インバータ14により零相電圧を制御することでコンバータを代用することができる。さらに、モータ16は漏れインダクタンスの値をもつリアクトルと考えることができるので、バッテリ10とコンデンサ12との間で零相電力を送受することになる。
図2に、本実施形態の構成を示す。基本構成は従来技術と同様であり、バッテリ10の一端(正極側)はモータ16のスター結線された固定子巻線の中性点に接続され、バッテリ10の他端(負極側)はインバータ14の直流側に並列接続された平滑コンデンサ12とインバータ14との接続点の一方に接続され、バッテリ10の電圧及び電流がインバータ14の交流出力側からモータ16を介して見たときに零相となるように構成する。そして、時間分割により、インバータ14がモータ16との間で電力を授受し、かつ、インバータ14による零電圧ベクトルの出力時にバッテリ10との間で零相電力を授受する。インバータ14は、3相の各相(各アーム)毎に直列接続される一対のスイッチングトランジスタ、各スイッチングトランジスタに逆並列接続されるダイオードを有する。3相電圧形インバータ14の3アームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作する1つのアームとみなされ、コンバータとして作用するので、インバータ14により零相電圧を制御することでコンバータを代用することができる。さらに、モータ16は漏れインダクタンスの値をもつリアクトルと考えることができるので、バッテリ10とコンデンサ12との間で零相電力を送受する。
図3に、本実施形態の構成を示す。バッテリ10の正極側はスイッチ26を介してインバータ14の直流側に並列接続された平滑コンデンサ12とインバータ14との接続点の一方(インバータ14の直流側正極)に接続され、バッテリ10の他端(負極側)は平滑コンデンサ12とインバータ14との接続点の他方(インバータ直流側負極)に接続される。スイッチ26は接点a、bを有し、スイッチ26を接点a側に切り替えると、バッテリ10の正極側はモータ16のスター結線された固定子巻線の中性点に接続され、バッテリ10の電圧及び電流がインバータ14の交流出力側からモータ16を介して見たときに零相となるように構成される。インバータ14は、3相の各相(各アーム)毎に直列接続される一対のスイッチングトランジスタ、各スイッチングトランジスタに逆並列接続されるダイオードを有する。3相電圧形インバータ14の3アームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作する1つのアームとみなされ、コンバータとして作用するので、インバータ14により零相電圧を制御することでコンバータを代用することができる。さらに、モータ16は漏れインダクタンスの値をもつリアクトルと考えることができるので、バッテリ10とコンデンサ12との間で零相電力を送受する。
図4に、本実施形態の構成を示す。基本構成は従来技術と同様であり、バッテリ10の一端(正極側)はモータ16のスター結線された固定子巻線の中性点に接続され、バッテリ10の他端(負極側)はインバータ14の直流側に並列接続された平滑コンデンサ12とインバータ14との接続点の一方(インバータ14の直流側負極)に接続され、バッテリ10の電圧及び電流がインバータ14の交流出力側からモータ16を介して見たときに零相となるように構成する。そして、時間分割により、インバータ14がモータ16との間で電力を授受し、かつ、インバータ14による零電圧ベクトルの出力時にバッテリ10との間で零相電力を授受する。インバータ14は、3相の各相(各アーム)毎に直列接続される一対のスイッチングトランジスタ、各スイッチングトランジスタに逆並列接続されるダイオードを有する。3相電圧形インバータ14の3アームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作する1つのアームとみなされ、コンバータとして作用するので、インバータ14により零相電圧を制御することでコンバータを代用することができる。さらに、モータ16は漏れインダクタンスの値をもつリアクトルと考えることができるので、バッテリ10とコンデンサ12との間で零相電力を送受する。
図5に、本実施形態の構成を示す。図2の構成と同様に外部直流電源24によりバッテリ10を充電する構成である。外部直流電源24の正極は平滑コンデンサ12とインバータ14との接続点の一方、すなわちインバータ14の直流側正極に接続され、外部直流電源24の負極はバッテリ10の負極に接続される。
図6に、本実施形態の構成を示す。バッテリ10の正極はスイッチ30を介してインバータ14の直流側正極に接続され、バッテリ10の負極はインバータ14の直流側負極に接続される。また、バッテリ10の正極は、スイッチ32を介してモータ16の中性点に接続される。充電付加回路18は、ダイオード整流器を有し、ダイオード整流器の直流側正極はスイッチ34を介してインバータ14の直流側正極に接続され、ダイオード整流器の負極はインバータ14の直流側負極に接続される。充電付加回路18にはコネクタ20が接続され、コネクタ20を介して外部交流電源22が接続される。
図7、図8に、本実施形態の構成を示す。図7に示すように、バッテリ10の正極は第1スイッチであるスイッチ36を介してインバータ14の直流側正極に接続され、バッテリ10の負極はインバータ14の直流側負極に接続される。また、バッテリ10の正極は、第2スイッチであるスイッチ38、及び第3スイッチであるスイッチ40を介してモータ16の固定子巻線の中性点に接続される。充電付加回路18は、ダイオード整流器を有し、ダイオード整流器の直流側正極はインバータ14の直流側正極に接続され、ダイオード整流器の直流側負極はスイッチ40を介して、モータ16の固定子巻線の中性点に接続されるとともに、スイッチ38を介して、バッテリ10の正極に接続される。すなわち、インバータ14の直流側正極とモータ16の固定子巻線の中性点との間にスイッチ40を介して充電付加回路18が接続されている。充電付加回路18にはコネクタ20が接続され、コネクタ20を介して外部交流電源22が接続される。ダイオード整流器は、例えばダイオード整流ブリッジを含む。
図9、図10に、本実施形態の構成を示す。図9に示すように、本実施の形態では、図7に示した第7実施形態で、コンデンサとダイオード整流器とを含む充電付加回路18と、コネクタ20との代わりに、EMIフィルタ42とダイオード整流器44とを含む充電付加回路19を設けている。なお、充電付加回路19と外部交流電源22との間にコネクタ20(図7参照)を設けることもできる。EMIフィルタ42は、交流フィルタであり、コンデンサを含む。EMIフィルタ42は、インバータ14のスイッチングに起因する交流入力電流のリップルを除去する機能を有する。ダイオード整流器44は、例えばダイオード整流ブリッジを含む。
図11Aに、本実施形態の構成を示す。本実施の形態の電力制御装置の電気回路は、ハーフブリッジ形と呼ばれるもので、電力制御装置は、バッテリとして、それぞれ片側蓄電部、他側蓄電部である、片側バッテリ74と他側バッテリ76とを直列接続した直列接続バッテリ(直列接続蓄電部)78を使用している。また、片側バッテリ74の正極をインバータ14の直流側正極に接続し、他側バッテリ76の負極をインバータ14の直流側負極に接続している。また、コンデンサを含み、ダイオード整流器が省略された充電付加回路である、EMIフィルタ42は、直列接続バッテリ78の中点である、片側バッテリ74の負極及び他側バッテリ76の正極の間と、モータ16の固定子巻線の中性点との間にスイッチ80を介して接続している。また、外部交流電源22は、EMIフィルタ42を介して、モータ16の固定子巻線の中性点と、片側バッテリ74の負極及び他側バッテリ76の正極の間とに接続している。
図11Bに、本実施形態の構成を示す。本実施の形態の電力制御装置の電気回路も、ハーフブリッジ形と呼ばれるもので、電力制御装置は、バッテリ10とインバータ14との間に、インバータ14に対し並列に直列接続コンデンサ92を接続している。直列接続コンデンサ92は、片側コンデンサ94と他側コンデンサ96とを2個直列に接続している。また、コンデンサを含み、ダイオード整流器が省略された充電付加回路である、EMIフィルタ42は、直列接続コンデンサ92の中点である、2個のコンデンサ94,96の間と、モータ16の固定子巻線の中性点との間にスイッチ80を介して接続している。また、外部交流電源22は、EMIフィルタ42を介して、モータ16の固定子巻線の中性点と、2個のコンデンサ94,96の間とに接続している。このような直列接続コンデンサ92として、バッテリ10に並列に接続されるフィルタコンデンサを使用でき、上記の図11Aの第9実施の形態の場合と異なり、バッテリ10の中性点を使えないまたは使いにくい場合に、フィルタコンデンサの中性点を使用して回路を構成することができる。
図12は、本実施形態の電力制御装置を、電動車両であるハイブリッド車両を構成するモータ駆動装置と組み合わせた様子を示す回路図である。本実施形態の電力制御装置は、発電機である第1モータジェネレータ82と、走行用モータである第2モータジェネレータ84と、図示しないエンジンとを備えるハイブリッド車両に搭載して使用する。エンジン及び第2モータジェネレータ84は、ハイブリッド車両の駆動源として使用する。第1モータジェネレータ82は、主として発電機として使用するが、モータとしての機能も有する。第2モータジェネレータ84は、主としてモータとして使用するが、発電機としての機能も有する。
Claims (10)
- バッテリと、
前記バッテリに接続されたインバータと、
前記インバータに接続されたモータと、
を有し、
外部交流電源は、ダイオード整流器を含む充電付加回路を介して前記インバータに接続され、前記インバータの正極側または負極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項1に記載の電力制御装置において、
前記インバータの正極側または負極側のスイッチング素子の1相のみをオンオフ制御する、または全相を同位相でオンオフ制御する、または全相を位相が120度ずつ異なるキャリア信号を使用してオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電力制御装置において、
前記バッテリの正極が前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、負極が前記インバータの直流側負極に接続され、
前記充電付加回路は、前記インバータの直流側正極と前記バッテリの正極との間に接続され、
前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電力制御装置において、
前記バッテリの正極が前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、負極が前記インバータの直流側負極に接続され、
前記充電付加回路は、前記モータの固定子巻線の中性点と前記インバータの直流側負極との間に第1スイッチを介して接続され、
前記バッテリの正極は第2スイッチを介して前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、
前記バッテリの充電時には前記第1スイッチをオンするとともに前記第2スイッチを切り替えて前記バッテリの正極は前記インバータの直流側正極に接続され、
前記インバータの負極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電力制御装置において、
前記バッテリの正極が前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、負極が前記インバータの直流側負極に接続され、
前記充電付加回路は、前記インバータの直流側正極と前記バッテリの負極との間に接続され、
前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電力制御装置において、
前記バッテリの正極と前記インバータの直流側正極とは第1スイッチを介して接続され、
前記バッテリの正極と前記モータの固定子巻線の中性点とは第2スイッチを介して接続され、
前記充電付加回路は、前記インバータの直流側正極と前記インバータの直流側負極との間に第3スイッチを介して接続され、
前記バッテリの充電時には前記第1スイッチをオフにするとともに前記第2スイッチ及び第3スイッチをオンにして、前記バッテリの正極と前記モータの固定子巻線の中性点とが接続されるとともに前記インバータの直流側正極と前記インバータの直流側負極との間に前記充電付加回路が接続され、
前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電力制御装置において、
前記バッテリの正極と前記インバータの直流側正極とは第1スイッチを介して接続され、
前記バッテリの正極と前記モータの固定子巻線の中性点とは、第2スイッチ、または第2スイッチ及び第3スイッチを介して接続され、
前記充電付加回路は、前記インバータの直流側正極と前記モータの固定子巻線の中性点との間に第3スイッチを介して接続され、
前記バッテリの充電時には前記第1スイッチをオフにするとともに前記第2スイッチ及び第3スイッチをオンにして、前記バッテリの正極と前記モータの固定子巻線の中性点とが接続されるとともに前記インバータの直流側正極と前記モータの固定子巻線の中性点との間に前記充電付加回路が接続され、
前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - バッテリと、
前記バッテリに接続されたインバータと、
前記インバータに接続されたモータと、
を有し、前記バッテリの正極が前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、負極が前記インバータの直流側負極に接続され、
前記インバータの直流側正極と前記バッテリの正極または負極との間に外部直流電源を接続するためのコネクタを備え、
前記外部直流電源は、前記コネクタを介して前記インバータに接続され、前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部直流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - 互いに直列に接続された片側バッテリ及び他側バッテリにより構成する直列接続バッテリと、
前記直列接続バッテリに接続されたインバータと、
前記インバータに接続されたモータと、
を有し、
前記片側バッテリの正極側は前記インバータの直流側正極に接続され、
前記他側バッテリの負極側は前記インバータの直流側負極に接続され、
前記片側バッテリ及び前記他側バッテリの間と前記モータの固定子巻線の中性点との間にスイッチを介してコンデンサを含むフィルタが接続され、
前記各バッテリの充電時には前記スイッチをオンにして、前記片側バッテリ及び前記他側バッテリの間と前記モータの固定子巻線の中性点とが前記フィルタを介して接続され、
外部交流電源は前記フィルタを介して前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、
前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記直列接続バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。 - バッテリと、
前記バッテリに接続されたインバータと、
前記インバータに接続されたモータと、
前記バッテリと前記インバータとの間に、前記インバータに対し並列に接続され、互いに直列に接続された片側コンデンサ及び他側コンデンサにより構成する直列接続コンデンサと、を有し、
前記片側コンデンサ及び前記他側コンデンサの間と前記モータの固定子巻線の中性点との間にスイッチを介してコンデンサを含むフィルタが接続され、
前記バッテリの充電時には前記スイッチをオンにして、前記片側コンデンサ及び前記他側コンデンサの間と前記モータの固定子巻線の中性点とが前記フィルタを介して接続され、
外部交流電源は前記フィルタを介して前記モータの固定子巻線の中性点に接続され、
前記インバータの正極側のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記外部交流電源から前記バッテリに充電することを特徴とする電力制御装置。
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