JP2011015495A - 電力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力制御装置は、インバータ14に接続されたモータ12の固定子巻線の中性点電流を検出する電流センサ40と、演算部46と、3相PWM信号出力部50とを備える。演算部46は、外部交流電源28に対し、力率1の正弦波の交流電流指令値の絶対値と、モータ12の固定子巻線の中性点電流の検出値との偏差が0になるようにインバータ14駆動用の制御電圧指令値を演算し、3相PWM信号出力部は、制御電圧指令値と、位相が120度ずつ異なる3相のキャリア信号とを比較し、位相が120度ずつ異なる各相用のPWM信号を生成する。
【選択図】図1
Description
これに対して、本発明者らは、先に次のような先発明の電力制御装置を発明した。図20は、この先発明の電力制御装置の回路図である。電力制御装置は、車載バッテリを電力源とし、走行用モータを駆動する電気自動車や、エンジン及び走行用モータを車両の駆動源として備えるハイブリッド車両等の電動車両に搭載し、車載用バッテリの外部交流電源からの充電を可能とする。電力制御装置は、昇降圧形と呼ばれるもので、車載のバッテリ(直流電源)18の正極を、第1充電時接続スイッチ20及び第2充電時接続スイッチ22を介して、走行用モータであるモータ(三相モータ)12のスター結線された固定子巻線の中性点に接続している。各充電時接続スイッチ20,22は、車両走行時にはオフされ、車両停止時の充電時にはオンされる。
直列接続ダイオードの中点と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接続され、コンデンサを含む充電付加回路とを備える。
図1は、本発明の第1の実施の形態の電力制御装置の回路図である。図2は、図1の電力制御装置において、充電時にインバータ及びモータを利用して電圧変換を行う様子を説明するための回路図である。
図4は、本発明の第2の実施の形態の電力制御装置の一部の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図1〜3に示した第1の実施の形態の要素と同等部分の要素には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略もしくは簡略化する。本実施の形態では、バッテリ18への充電電力の制御と同時に、入力電源である外部交流電源28の電流の力率改善と、高調波電流低減の制御とを行う。このために、外部交流電源28の電圧から、その振幅と位相とを検出し、外部交流電源28の電圧と電池電圧であるバッテリ18電圧との検出値に基づいて、外部交流電源28の電流が、充電電力に相当する力率1で高調波がない正弦波になるような中性点電流指令値を生成する。また、モータ12の中性点電流を検出して、中性点電流指令値に追従するように、制御部42でインバータ14を用いてモータ12の電流を制御する。このような本実施の形態によれば、上記の第1の実施の形態の場合と異なり、ゲインを高くしなくても外部交流電源28の電流波形を高調波のない正弦波とすることができ、より安定した制御を実現できる。
(動作状態2) −Vb=L・d(iL2)/dt・・・(2)
図12は、本発明の第2の実施の形態の電力制御装置を示す回路図である。本実施の形態の電力制御装置の電気回路は、混合ブリッジ形と呼ばれるもので、電力制御装置は、バッテリ18の正極を接続したインバータ14の正極母線34と、バッテリ18の負極を接続したインバータ14の負極母線35との間に、2個直列に接続されたダイオード58からなる直列接続ダイオード60を備える。また、ダイオード整流器30(図1参照)が省略された充電付加回路である、EMIフィルタ38は、直列接続ダイオード60の中点とモータ12の固定子巻線の中性点との間に充電時接続スイッチ62を介して接続されている。また、このような構成の場合も、上記の第1の実施の形態と同様に、モータ12の固定子巻線の中性点を流れる電流を検出する電流センサ40を設け、検出した電流を制御部42(図1参照)の減算器44(図1参照)に出力している。そして、3相PWM信号出力部50(図1参照)からインバータ14の3相の正極側のスイッチング素子のゲートに各相用のPWM信号を出力し、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外部交流電源28からバッテリ18への充電を可能としている。
図13Aは、本発明の第4の実施の形態の電力制御装置を示す回路図である。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、バッテリ18を2個直列に接続した直列接続バッテリ64を使用し、直列接続バッテリ64の正極をインバータ14の正極母線34に接続し、直列接続バッテリ64の負極をインバータ14の負極母線35に接続している。また、ダイオード整流器30(図1参照)が省略された充電付加回路である、EMIフィルタ38は、直列接続バッテリ64の中点とモータ12の固定子巻線の中性点との間に充電時接続スイッチ62を介して接続されている。
図14は、本発明の第5の実施の形態の電力制御装置を示す回路図である。本実施の形態の電力制御装置の電気回路は、昇圧形と呼ばれるもので、バッテリ18の負極を接続したインバータ14の負極母線35と、モータ12の固定子巻線の中性点との間に、充電時接続スイッチ62を介して、図1に示した第1の実施の形態の場合と同様の充電付加回路24aを接続している。
図15は、本発明の第6の実施の形態の電力制御装置を示す回路図である。本実施の形態の電力制御装置の電気回路は、降圧形と呼ばれるもので、上記の図1〜図3に示した第1の実施の形態において、第1充電時接続スイッチ20は、インバータ14の正極母線34と充電付加回路24aを構成するダイオード整流器30の正極側との間に設けている。また、バッテリ18の正極を、第2充電時接続スイッチ22を介してモータ12の固定子巻線の中性点に接続している。一方、ダイオード整流器30の負極側は、インバータ14の負極母線35に接続している。このような構成の場合、インバータ14及びモータ12は、充電する場合に降圧装置としての機能を有する。その他の構成及び作用は、上記の図1〜図3に示した第1の実施の形態と同様であり、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
図16は、本発明の第7の実施の形態の電力制御装置を、補機モータ駆動用として使用し、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。本実施の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66と、走行用モータである第2モータジェネレータ68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68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66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68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。
図17は、本発明の第9の実施の形態の電力制御装置を示す回路図である。本実施の形態は、外部交流電源28の交流電圧を、ダイオード整流素子を含むダイオード整流器30で直流電圧に変換し、所定の電圧に昇圧または降圧させてから直流電源である、バッテリ18に供給し、バッテリ18を充電する充電器84を備える電力制御装置に、本発明を適用している。このような電力制御装置は、昇降圧形として機能する。
Claims (9)
- 外部交流電源の単相交流電源電圧をダイオード整流素子で直流に変換し、電力変換器を用いて、バッテリを充電するための直流出力電圧を制御する電力制御装置であって、
電力変換器または電力変換器に接続されたモータが有するリアクトル成分の電流を検出する電流検出部と、
正弦波の交流電流指令値の絶対値に対応する値とリアクトル成分の検出電流との偏差に基づいて制御電圧指令値またはPWM変調率である偏差対応値を演算する演算部と、
位相が120度ずつ異なる3相のキャリア信号を出力する3相キャリア信号出力部と、
演算部で演算した偏差対応値と、3相のキャリア信号とを比較し、位相が120度ずつ異なる各相用のPWM信号を生成し、各相用のPWM信号を、電力変換器の3相のスイッチング素子のゲートに出力する3相PWM信号出力部と、を備え、
3相PWM信号出力部から電力変換器の3相のスイッチング素子のゲートに各相用のPWM信号を出力し、電力変換器のスイッチング素子をオンオフ制御することで外部交流電源からバッテリへの充電を可能と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、
電力変換器は、バッテリに接続されたインバータであり、
電流検出部は、インバータに接続されたモータが有するリアクトル成分の電流であって、モータの固定子巻線の中性点電流を検出し、
モータは、インバータの出力側に接続され、インバータにより駆動され、
演算部は、外部交流電源に対し、力率1の正弦波の交流電流指令値の絶対値と、検出した中性点電流との偏差が0になるように、制御電圧指令値を演算し、
3相PWM信号出力部は、演算部で演算した制御電圧指令値と、3相のキャリア信号とを比較し、位相が120度ずつ異なる各相用のPWM信号を生成し、各相用のPWM信号を、インバータの3相の正極側または負極側のスイッチング素子のゲートに出力することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項2に記載の電力制御装置において、
インバータの正極側とバッテリの正極との間に充電時接続スイッチを介して接続され、ダイオード整流素子及びコンデンサを含む充電付加回路を備え、
外部交流電源からバッテリを充電する際に、バッテリの正極とインバータの正極側とが走行時接続スイッチで切り離され、蓄電部の負極とインバータの負極側とが接続された状態で、ダイオード整流素子の正極側がインバータの正極側に接続され、ダイオード整流素子の負極側がモータの固定子巻線の中性点とバッテリの正極とに接続され、ダイオード整流素子の交流側にコンデンサを介して外部交流電源が接続されることを特徴とする電力制御装置。 - 請求項2に記載の電力制御装置において、
バッテリの正極が接続されるインバータの正極側とバッテリの負極が接続されるインバータの負極側との間に2個直列に接続されたダイオード整流素子からなる直列接続ダイオードと、
直列接続ダイオードの中点と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接続され、コンデンサを含む充電付加回路とを備えることを特徴とする電力制御装置。 - 請求項2に記載の電力制御装置において、
バッテリは、2個のバッテリが直列に接続された直列接続バッテリであり、
直列接続バッテリの中点と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接続され、コンデンサを含む充電付加回路を備えることを特徴とする電力制御装置。 - 請求項2に記載の電力制御装置において、
バッテリと、インバータとの間に、インバータに対し並列に接続された直列接続コンデンサを備え、
直列接続コンデンサは、2個の第1コンデンサが直列に接続され、
直列接続コンデンサの中点と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接続され、第2コンデンサを含む充電付加回路を備えることを特徴とする電力制御装置。 - 請求項2に記載の電力制御装置において、
モータの固定子巻線の中性点と、バッテリの負極を接続したインバータの負極側との間に充電時接続スイッチを介して接続され、ダイオード整流器及びコンデンサを含む充電付加回路を備え、
外部交流電源からバッテリを充電する際に、バッテリの負極とインバータの負極側とが接続された状態で、ダイオード整流素子の正極側がモータの固定子巻線の中性点に接続され、ダイオード整流素子の負極側がインバータの負極側に接続され、ダイオード整流素子の交流側にコンデンサを介して外部交流電源が接続されることを特徴とする電力制御装置。 - 請求項2に記載の電力制御装置において、
モータは、補機用モータであり、
インバータは、補機用モータを駆動する補機用インバータであり、
バッテリは、電動車両走行用モータと補機用モータとの共通する電力源として使用され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、
演算部は、正弦波の交流電流指令値の絶対値に交流電源電圧とバッテリ電圧とから定められる分流比を乗じて得られる値と、リアクトル成分の検出電流との偏差に補償器を乗じて得られる値にバッテリ電圧を加算し、交流電源電圧の絶対値にバッテリ電圧を加算した値で除算して偏差対応値であるPWM変調率を演算し、
3相PWM信号出力部は、演算されたPWM変調率と、位相が120度ずつ異なる3相のキャリア信号とを比較し、PWM指令電圧であり、位相が120度ずつ異なる各相用のPWM信号を生成し、各相用のPWM信号を、電力変換器の3相の正極側または負極側のスイッチング素子のゲートに出力することを特徴とする電力制御装置。
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JP5471079B2 (ja) | 2014-04-16 |
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