JP2011030355A - Electric drive unit and battery pack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric drive unit which increases a regeneration brake amount at low speed. <P>SOLUTION: In the electric drive unit which drives a motor M by using an inverter I with a secondary battery E as a power supply, the electric drive unit comprises a first switching element FET1 arranged between the inverter I and a positive electrode of the secondary battery E, a transformer T connected to wiring for connecting the first switching element FET1 and the inverter I at one ends of a primary winding n1 and a secondary winding n2, a second switching element FET2 connected between the other end of the primary winding n1 of the transformer T and a negative electrode of the secondary battery E, a diode D1 connected to a wiring for connecting the first switching element FET1 and the secondary battery E from the other end of the secondary winding n2 of the transformer T so that a current in a direction for charging the secondary battery flows, and a control circuit 22 which controls the first switching element FET1 and the second switching element FET2 so that a regeneration voltage from the inverter I is boosted. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、バッテリを電源とするモータによって車両を駆動する電動駆動装置および電池パックに関する。   The present invention relates to an electric drive device and a battery pack that drive a vehicle by a motor that uses a battery as a power source.

従来、2次電池を電源としてモータにより車両を駆動あるいは駆動力を補助するする電動バイクや電動アシスト自転車が知られている。このような電動バイクや電動アシスト自転車では、回生制動を行うことによりエネルギーの有効活用が図られている。この回生制動時においては、モータからの回生電圧は、モータの回転数に比例するため、低速での回生制動時には、回生電圧がバッテリの電圧より低くなって2次電池に蓄電することができない。   2. Description of the Related Art Conventionally, there are known electric motorcycles and electric assist bicycles that use a secondary battery as a power source to drive a vehicle or assist driving force by a motor. In such electric motorcycles and electric assist bicycles, energy is effectively utilized by performing regenerative braking. At the time of this regenerative braking, the regenerative voltage from the motor is proportional to the number of revolutions of the motor. Therefore, at the time of regenerative braking at low speed, the regenerative voltage is lower than the battery voltage and cannot be stored in the secondary battery.

このような問題を解消するために、特許文献1は、インバータのスイッチング素子とモータの巻線により昇圧チョッパ回路を構成し、モータからの回生電圧を昇圧してバッテリを充電する技術を開示している。   In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a technology in which a boost chopper circuit is configured by a switching element of an inverter and a winding of a motor, and a battery is charged by boosting a regenerative voltage from the motor. Yes.

より詳しくは、特許文献1は、従来よりも高い回生効率を得るように電動モータの回生制動を制御できるモータ制御装置を開示している。このモータ制御装置は、電動モータから発生された電力を該電動モータの電源となるバッテリに供給するインバータと、インバータをPWM(Pulse Wide Modulation)制御する制御回路と、電動モータの回転数を検出する回転数/回転位置検出回路とを備えている。制御回路は、回転数/回転位置検出回路の出力値に基づいて、PWMデューティをバッテリに供給される回生電力がピークとなる点での値またはその近傍値以下に制限する。   More specifically, Patent Document 1 discloses a motor control device that can control regenerative braking of an electric motor so as to obtain higher regenerative efficiency than before. This motor control device detects the rotational speed of an electric motor, an inverter that supplies electric power generated from the electric motor to a battery that is a power source of the electric motor, a control circuit that performs PWM (Pulse Wide Modulation) control on the inverter, and And a rotational speed / rotational position detection circuit. The control circuit limits the PWM duty to a value at a point where the regenerative power supplied to the battery reaches a peak or a value close to or below the PWM duty based on the output value of the rotation speed / rotation position detection circuit.

この昇圧チョッパ回路による回生制動では、モータの回転数が小さくなり昇圧比が大きくなるとバッテリへの充電時間が減少し、バッテリへの充電電流およびモータ電流が減少する(特許文献1の図5、非特許文献1の図16参照)。モータの制動トルクは、モータ電流に比例するため、減速するに従って制動トルクが小さくなる。   In the regenerative braking by the step-up chopper circuit, when the rotation speed of the motor decreases and the step-up ratio increases, the charging time for the battery decreases, and the charging current and the motor current for the battery decrease (see FIG. (Refer FIG. 16 of patent document 1). Since the braking torque of the motor is proportional to the motor current, the braking torque becomes smaller as the motor is decelerated.

特開2004−173444号公報JP 2004-173444 A

SANYO TECHNICAL REVIEW Vol.35 No.1 pp106-123SANYO TECHNICAL REVIEW Vol.35 No.1 pp106-123

上述したように、昇圧チョッパ回路による回生制動においては、低速時の回生制動力が小さいという問題がある。   As described above, the regenerative braking by the boost chopper circuit has a problem that the regenerative braking force at low speed is small.

本発明の課題は、低速での回生制動量を増加できる電動駆動装置および電池パックを提供することにある。   The subject of this invention is providing the electric drive device and battery pack which can increase the amount of regenerative braking at low speed.

上記課題を解決するために、本発明の電動駆動装置は、二次電池を電源としてインバータによりモータを駆動する電動駆動装置において、インバータと二次電池の一方の端子との間に設けられた第1スイッチング素子と、一次巻線および二次巻線の各々の一端が第1スイッチング素子とインバータとを結ぶ配線に接続されたトランスと、トランスの一次巻線の他端と二次電池の他方の端子との間に接続された第2スイッチング素子と、トランスの二次巻線の他端から第1スイッチング素子と二次電池とを結ぶ配線に二次電池を充電する方向の電流が流れるように接続されたダイオードと、インバータからの回生電圧を昇圧させるように第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を制御する制御回路とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an electric drive device according to the present invention is an electric drive device that drives a motor by an inverter using a secondary battery as a power source, and is provided between an inverter and one terminal of the secondary battery. One switching element, a transformer having one end of each of the primary winding and the secondary winding connected to the wiring connecting the first switching element and the inverter, the other end of the primary winding of the transformer, and the other end of the secondary battery. A current in the direction of charging the secondary battery flows from the second switching element connected between the terminals and the wiring connecting the first switching element and the secondary battery from the other end of the secondary winding of the transformer. It is characterized by comprising a connected diode and a control circuit for controlling the first switching element and the second switching element so as to boost the regenerative voltage from the inverter.

また、本発明の電池パックは、二次電池と、インバータに接続するための接続端子と二次電池の一方の端子との間に設けられた第1スイッチング素子と、一次巻線および二次巻線の各々の一端が第1スイッチング素子と接続端子とを結ぶ配線に接続されたトランスと、トランスの一次巻線の他端と二次電池の他方の端子との間に接続された第2スイッチング素子と、トランスの二次巻線の他端から第1スイッチング素子と二次電池とを結ぶ配線に二次電池を充電する方向の電流が流れるように接続されたダイオードと、インバータからの回生電圧を昇圧させるように第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を制御する制御回路を備えることを特徴とする。   The battery pack of the present invention includes a secondary battery, a first switching element provided between a connection terminal for connection to the inverter and one terminal of the secondary battery, a primary winding and a secondary winding. A transformer having one end of each line connected to a wiring connecting the first switching element and the connection terminal, and a second switching connected between the other end of the primary winding of the transformer and the other terminal of the secondary battery. A regenerative voltage from the inverter, and a diode connected so that a current in the direction of charging the secondary battery flows from the other end of the secondary winding of the transformer to the wiring connecting the first switching element and the secondary battery And a control circuit for controlling the first switching element and the second switching element so as to boost the voltage.

本発明によれば、回生電流が予め定めた電流以上の場合に、第2スイッチング素子をオン/オフ動作させることにより、第2スイッチング素子、トランス、第1スイッチング素子FET1およびダイオードをフォワード型昇圧回路として機能させるので、低速での回生制動量を増加できる電動駆動装置および電池パックを提供できる。   According to the present invention, when the regenerative current is equal to or higher than a predetermined current, the second switching element, the transformer, the first switching element FET1, and the diode are connected to each other by turning on / off the second switching element. Therefore, it is possible to provide an electric drive device and a battery pack that can increase the amount of regenerative braking at a low speed.

本発明の実施例1に係る電動駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the electric drive device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る電動駆動装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electric drive device which concerns on Example 1 of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係る電動駆動装置の構成を示す回路図である。なお、以下においては、この電動駆動装置が電動アシスト自転車に適用された場合を例に挙げて説明する。   FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of an electric drive device according to a first embodiment of the present invention. In the following, a case where the electric drive device is applied to an electric assist bicycle will be described as an example.

この電動駆動装置は、電動アシスト自転車の本体に組み込まれて該電動アシスト自転車を駆動するための駆動部1と、電動アシスト自転車に着脱可能に取り付けられて駆動部1に電源を供給する電池パック2とを備えている。駆動部1と電池パック2との間は、接続端子3aおよび3bによって接続されている。   The electric drive device includes a drive unit 1 that is incorporated in a main body of the electric assist bicycle and drives the electric assist bicycle, and a battery pack 2 that is detachably attached to the electric assist bicycle and supplies power to the drive unit 1. And. The drive unit 1 and the battery pack 2 are connected by connection terminals 3a and 3b.

駆動部1は、インバータI、モータM、トルクセンサ11、ブレーキレバー12、検出回路13および駆動部制御回路14を備えている。   The drive unit 1 includes an inverter I, a motor M, a torque sensor 11, a brake lever 12, a detection circuit 13, and a drive unit control circuit 14.

トルクセンサ11は、人がペダルを踏むことにより発生するトルクを検出し、トルク信号として駆動部制御回路14に送る。ブレーキレバー12は、電動アシスト自転車にブレーキをかけるために使用され、このブレーキレバーが操作されたことを示すブレーキ信号は、駆動部制御回路14に送られる。検出回路13は、モータMの回転数および回転位置を検出し、検出信号として駆動部制御回路14に送る。   The torque sensor 11 detects the torque generated when a person steps on the pedal, and sends it to the drive unit control circuit 14 as a torque signal. The brake lever 12 is used to brake the electrically assisted bicycle, and a brake signal indicating that the brake lever has been operated is sent to the drive unit control circuit 14. The detection circuit 13 detects the rotation speed and rotation position of the motor M, and sends it to the drive unit control circuit 14 as a detection signal.

駆動部制御回路14は、トルクセンサ11からのトルク信号、ブレーキレバー12からのブレーキ信号および検出回路13からの検出信号に基づき制御信号を生成し、インバータIを構成する複数のスイッチング素子Q1〜Q6に送る。また、駆動部制御回路14は、電池パック2の制御回路22との間で制御に必要な信号を送受する。   The drive unit control circuit 14 generates a control signal based on the torque signal from the torque sensor 11, the brake signal from the brake lever 12, and the detection signal from the detection circuit 13, and a plurality of switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 constituting the inverter I. Send to. The drive unit control circuit 14 transmits and receives signals necessary for control to and from the control circuit 22 of the battery pack 2.

インバータIは、駆動部制御回路14からの制御信号に応じて動作する。すなわち、駆動部制御回路14は、トルクセンサ11からのトルク信号に基づき、電動アシスト自転車の走行を補助するアシスト走行モードであるかどうかを判断し、アシスト走行モードであれば、インバータ動作を行わせるための制御信号を生成してインバータIに送る。これにより、インバータIは、電池パック2から接続端子3aおよび3bを経由して供給される直流電力を、例えば3相の交流電力に変換し、モータMに送る。モータMは、インバータIからの交流電力によって回転駆動される。   The inverter I operates in response to a control signal from the drive unit control circuit 14. That is, based on the torque signal from the torque sensor 11, the drive unit control circuit 14 determines whether or not the assist travel mode assists the travel of the electrically assisted bicycle, and if it is the assist travel mode, causes the inverter operation to be performed. Control signal is generated and sent to the inverter I. As a result, the inverter I converts the DC power supplied from the battery pack 2 via the connection terminals 3 a and 3 b into, for example, three-phase AC power and sends it to the motor M. The motor M is rotationally driven by AC power from the inverter I.

一方、駆動部制御回路14は、ブレーキレバー12からのブレーキ信号に基づき、回生制動を行う回生走行モードであるかどうかを判断し、回生走行モードであれば、昇圧チョッパ動作を行わせるための制御信号を生成してインバータIに送る。モータMは、回生走行モードでは、発電機として動作する。   On the other hand, based on the brake signal from the brake lever 12, the drive unit control circuit 14 determines whether or not it is a regenerative travel mode in which regenerative braking is performed, and if it is in the regenerative travel mode, a control for performing a boost chopper operation. A signal is generated and sent to inverter I. The motor M operates as a generator in the regenerative travel mode.

この場合、駆動部制御回路14からの制御信号によって、インバータIのスイッチング素子とモータMの巻線により昇圧チョッパ回路が構成され、モータMからの回生電圧が昇圧されて、接続端子3aおよび3bを経由して電池パック2に供給される。   In this case, the control signal from the drive unit control circuit 14 forms a boost chopper circuit by the switching element of the inverter I and the winding of the motor M, and the regenerative voltage from the motor M is boosted to connect the connection terminals 3a and 3b. Via the battery pack 2 is supplied.

電池パック2は、二次電池E、第1スイッチング素子FET1、第2スイッチング素子FET2、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2、トランスT、電流計測器21および制御回路22を備えている。第1スイッチング素子FET1および第2スイッチング素子FET2は、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)から構成されている。なお、第1ダイオードD1は、本発明の「ダイオード」に対応する。   The battery pack 2 includes a secondary battery E, a first switching element FET1, a second switching element FET2, a first diode D1, a second diode D2, a transformer T, a current measuring instrument 21, and a control circuit 22. The first switching element FET1 and the second switching element FET2 are configured by field effect transistors (FETs). The first diode D1 corresponds to the “diode” of the present invention.

二次電池Eの正極(一方の端子)は、この二次電池Eの過放電を保護するための第1スイッチング素子FET1および接続端子3aを介して、モータMを駆動するインバータIの一方の端子に接続されている。   The positive electrode (one terminal) of the secondary battery E is one terminal of an inverter I that drives the motor M via the first switching element FET1 for protecting the secondary battery E from overdischarge and the connection terminal 3a. It is connected to the.

二次電池Eの負極(他方の端子)は、電流計測器21および接続端子3bを介して、インバータIの他方の端子に接続されている。第1スイッチング素子FET1と、インバータIが接続される接続端子3aとを結ぶ配線に、トランスTの一次巻線n1の一端および二次巻線n2の一端が接続されている。なお、トランスTの一次巻線n1と二次巻線n2の極性は逆になるように、配線に接続されている。   The negative electrode (the other terminal) of the secondary battery E is connected to the other terminal of the inverter I through the current measuring device 21 and the connection terminal 3b. One end of the primary winding n1 of the transformer T and one end of the secondary winding n2 are connected to the wiring connecting the first switching element FET1 and the connection terminal 3a to which the inverter I is connected. The primary winding n1 and the secondary winding n2 of the transformer T are connected to the wiring so that the polarities are reversed.

トランスTの一次巻線n1の他端は、第1スイッチング素子FET2を介して、二次電池Eの負極に接続されている。また、トランスTの二次巻線n2の他端は第1ダイオードD1を介して二次電池Eの正極に接続されている。また、トランスTの励磁電流を二次電池Eに回収するための巻線n3の一端は、第2ダイオードD2を介して二次電池Eの正極に接続され、他端は二次電池Eの負極に接続されている。   The other end of the primary winding n1 of the transformer T is connected to the negative electrode of the secondary battery E via the first switching element FET2. The other end of the secondary winding n2 of the transformer T is connected to the positive electrode of the secondary battery E via the first diode D1. Further, one end of the winding n3 for collecting the exciting current of the transformer T in the secondary battery E is connected to the positive electrode of the secondary battery E through the second diode D2, and the other end is the negative electrode of the secondary battery E. It is connected to the.

二次電池Eの正極の電圧、電流計測器21で計測された電流および接続端子3aに現れる回生電圧は、制御回路22に送られる。制御回路22は、入力された二次電池Eの正極の電圧、電流計測器21で計測された電流および接続端子3aに現れる回生電圧に基づき制御信号を生成し、第1スイッチング素子FET1および第2スイッチング素子FET2に送る。制御回路22は、駆動部1の駆動部制御回路14との間で制御に必要な信号を送受する。   The voltage of the positive electrode of the secondary battery E, the current measured by the current measuring instrument 21, and the regenerative voltage appearing at the connection terminal 3 a are sent to the control circuit 22. The control circuit 22 generates a control signal based on the input voltage of the positive electrode of the secondary battery E, the current measured by the current measuring device 21 and the regenerative voltage appearing at the connection terminal 3a, and generates the first switching element FET1 and the second switching element FET1. This is sent to the switching element FET2. The control circuit 22 transmits and receives signals necessary for control to and from the drive unit control circuit 14 of the drive unit 1.

以上のように構成された実施例1に係る電動駆動装置において、モータMを駆動する場合には、つまりアシスト走行モードの場合には、図2の「モータ駆動時」に示すように、制御回路22は、第1スイッチング素子FET1をオンし、第2スイッチング素子FET2をオフする。これにより、二次電池EからインバータIに直流電力が供給されてインバータIはインバータ動作をするので、従来と同様に、インバータIによってモータMを駆動することができる。   In the electric drive device according to the first embodiment configured as described above, when the motor M is driven, that is, in the assist travel mode, as shown in “during motor drive” in FIG. 22 turns on the first switching element FET1 and turns off the second switching element FET2. As a result, DC power is supplied from the secondary battery E to the inverter I, and the inverter I performs an inverter operation, so that the motor M can be driven by the inverter I as in the prior art.

次に、回生走行モードにおいて行われる回生制動について説明する。回生制動力は、回生電流に応じて変化するため、必要な回生制動量を得るための回生電流Irが演算される。回生電流Irが小さい場合には、従来のように、インバータIを昇圧チョッパ動作させることによって回生制動を行い、第1スイッチング素子FET1の寄生ダイオードを介して二次電池Eが充電される。   Next, regenerative braking performed in the regenerative travel mode will be described. Since the regenerative braking force changes according to the regenerative current, a regenerative current Ir for obtaining a necessary regenerative braking amount is calculated. When the regenerative current Ir is small, regenerative braking is performed by causing the inverter I to operate as a boost chopper as in the prior art, and the secondary battery E is charged via the parasitic diode of the first switching element FET1.

しかし、回生電流Irが大きい場合には、インバータIの昇圧チョッパ動作による回生制動では制動が困難になるので、第1スイッチング素子FET1をオフ動作させ、第2スイッチング素子FET2をオン/オフ動作させ、第1スイッチング素子FET1、トランスT、第2スイッチング素子FET2、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2からなるフライバック型昇圧回路を機能させる。   However, when the regenerative current Ir is large, braking is difficult by regenerative braking by the boost chopper operation of the inverter I. Therefore, the first switching element FET1 is turned off and the second switching element FET2 is turned on / off. A flyback booster circuit including the first switching element FET1, the transformer T, the second switching element FET2, the first diode D1, and the second diode D2 is caused to function.

このために、回生電流Irが予め定めておいた切替電流Isより小さい場合にはインバータIに昇圧チョッパ動作を行わせ、回生電流Irが予め定めておいた切替電流Isより大きい場合には、フライバック型昇圧回路に昇圧動作を行わせて、エネルギーを二次電池Eに回生する。   Therefore, when the regenerative current Ir is smaller than the predetermined switching current Is, the inverter I performs a boost chopper operation. When the regenerative current Ir is larger than the predetermined switching current Is, the fly Energy is regenerated in the secondary battery E by causing the buck type booster circuit to perform a boosting operation.

なお、切替電流Isは、モータMが発生するモータ電圧と電池電圧との比によって変わる。したがって、切替電流Isは、モータ電圧と電池電圧の比の関数として定めておく。電池電圧の変動は少ないので、切替電流Isを回生電圧の関数として定めておくように構成することもできる。また、モータ電圧は、モータMの回転数によって変化するため、モータMの回転数の関数として定めておくように構成することもできる。   The switching current Is varies depending on the ratio between the motor voltage generated by the motor M and the battery voltage. Therefore, the switching current Is is determined as a function of the ratio between the motor voltage and the battery voltage. Since the fluctuation of the battery voltage is small, the switching current Is can be determined as a function of the regenerative voltage. Further, since the motor voltage varies depending on the rotation speed of the motor M, the motor voltage may be determined as a function of the rotation speed of the motor M.

Ir≧Isの場合は、制御回路22は、第2スイッチング素子FET2を回生制動量に応じてオン/オフ動作させることにより、第2スイッチング素子FET2、トランスT、第1スイッチング素子FET1、第1ダイオードD1および第2ダイオードD2をフォワード型昇圧回路として機能させる。   When Ir ≧ Is, the control circuit 22 causes the second switching element FET2, the transformer T, the first switching element FET1, and the first diode by turning on / off the second switching element FET2 in accordance with the regenerative braking amount. D1 and the second diode D2 are caused to function as a forward type booster circuit.

この時、回生電圧から電池電圧への昇圧比は、

Figure 2011030355
At this time, the boost ratio from the regenerative voltage to the battery voltage is
Figure 2011030355

で表される。 It is represented by

ここで、n1はトランスTの一次巻数、n2は二次巻数、Tonは、第2スイッチング素子FET2のオン時間、Toffは、第2スイッチング素子FET2のオフ時間である。   Here, n1 is the primary winding number of the transformer T, n2 is the secondary winding number, Ton is the ON time of the second switching element FET2, and Toff is the OFF time of the second switching element FET2.

第2スイッチング素子FET2がオンされ、第1スイッチング素子FET1はオフされているとき、インバータIの一端→一次巻線n1→第2スイッチング素子FET2→インバータIの他端の経路に電流が流れるとともに、インバータIの一端→一次巻線n1の一端→二次巻線n2の一端→二次巻線n2→第1ダイオードD1→二次電池E→インバータIの他端の経路に電流が流れて、二次電池Eが充電される。   When the second switching element FET2 is turned on and the first switching element FET1 is turned off, a current flows through the path of one end of the inverter I → the primary winding n1 → the second switching element FET2 → the other end of the inverter I, Current flows through the path of one end of the inverter I → one end of the primary winding n1 → one end of the secondary winding n2 → secondary winding n2 → first diode D1 → secondary battery E → the other end of the inverter I. The next battery E is charged.

つまり、モータMの回生電圧に二次巻線n2の昇圧電圧が加算された電圧が第1ダイオードD1を介して二次電池Eに印加され、モータ電流は、第2スイッチング素子FET2に流れるとともに第1ダイオードD1を流れて二次電池Eを充電する。   That is, a voltage obtained by adding the boosted voltage of the secondary winding n2 to the regenerative voltage of the motor M is applied to the secondary battery E via the first diode D1, and the motor current flows to the second switching element FET2 and the second The secondary battery E is charged through the 1 diode D1.

また、第2スイッチング素子FET2がオフされ、第1スイッチング素子FET1はオフされているとき、巻線n3の一端→第2ダイオードD2→二次電池E→巻線n3の他端の経路に電流が流れて、二次電池Eが充電される。   Further, when the second switching element FET2 is turned off and the first switching element FET1 is turned off, a current is passed through the path of one end of the winding n3 → the second diode D2 → the secondary battery E → the other end of the winding n3. Then, the secondary battery E is charged.

このように、実施例1に係る電動駆動装置によれば、モータMの回転数が減少し、回生電圧から二次電池電圧への昇圧比が大きくなる時に、二次電池Eを充電するTon時間が長くなるので、モータ電流が小さくなることがなく、また、モータ電流を有効に二次電池Eの充電電流とすることができる。   Thus, according to the electric drive device according to the first embodiment, the Ton time for charging the secondary battery E when the rotation speed of the motor M decreases and the step-up ratio from the regenerative voltage to the secondary battery voltage increases. Therefore, the motor current is not reduced, and the motor current can be effectively used as the charging current of the secondary battery E.

なお、モータMの制動トルクは、モータ電流に略比例し、回転数による変化は大きくないため、制動量を一定とした場合は、モータ電流は略一定となり、減速により昇圧比が大きくなる分、二次電池Eの充電電流は小さくなる。これは、運動エネルギーが速度の二乗に比例することから、一定の加速度で減速した時に回生エネルギーが速度に比例し、二次電池電圧が略一定のため、回生電流が速度に応じて減少することに起因する。   Note that the braking torque of the motor M is approximately proportional to the motor current and does not vary greatly with the rotational speed. Therefore, when the braking amount is constant, the motor current becomes substantially constant, and the step-up ratio increases due to deceleration. The charging current of the secondary battery E becomes small. This is because the kinetic energy is proportional to the square of the speed, so the regenerative energy is proportional to the speed when decelerating at a constant acceleration, and the regenerative current decreases according to the speed because the secondary battery voltage is substantially constant. caused by.

実施例1に係る電動駆動装置は、フォワード型昇圧回路を機能させていない状態(第2スイッチング素子FET2のオフが継続されている状態)では、トランスT、第2スイッチング素子FET2、第2ダイオードD2および第1ダイオードD1には電流が流れず、インバータIに対して、第1スイッチング素子FET1を介して二次電池Eの直流電力が供給され、または、インバータIからの回生エネルギーにより二次電池Eが充電される構成となっている。   In the electric drive device according to the first embodiment, the transformer T, the second switching element FET2, and the second diode D2 are in a state where the forward boost circuit is not functioning (the second switching element FET2 is kept off). In addition, no current flows through the first diode D1, and the DC power of the secondary battery E is supplied to the inverter I via the first switching element FET1, or the secondary battery E is generated by regenerative energy from the inverter I. Is configured to be charged.

なお、モータMの制御トルクは、モータ電流に略比例し、回転数による変化は大きくないため、制動量を一定とした場合は、モータ電流は略一定となり、減速により昇圧比が大きくなる分、二次電池Eの充電電流は小さくなる。これは、運動エネルギーが加速度の二乗に比例することから、一定の加速度で減速したときに回生エネルギーが速度に比例し、二次電池電圧が略一定のため、回生電流が速度に応じて減少することに起因する。   Note that the control torque of the motor M is approximately proportional to the motor current and does not vary greatly with the rotational speed. Therefore, when the braking amount is constant, the motor current is substantially constant, and the boost ratio is increased by deceleration. The charging current of the secondary battery E becomes small. This is because the kinetic energy is proportional to the square of the acceleration, so the regenerative energy is proportional to the speed when decelerating at a constant acceleration, and the regenerative current decreases according to the speed because the secondary battery voltage is substantially constant. Due to that.

電動アシスト自転車の下り坂での制動においては、速度が上昇しないように回生制動を行えばよいので制動量は小さい。また、モータ回転数も高い状態、すなわち、モータ電圧が高い状態となるため、モータ電圧から電池電圧への昇圧比は小さい。そこで、一般にはIr<IsとなりインバータIによる昇圧チョッパで昇圧することができる。   In braking on a downhill of an electrically assisted bicycle, the amount of braking is small because regenerative braking may be performed so that the speed does not increase. Further, since the motor speed is high, that is, the motor voltage is high, the step-up ratio from the motor voltage to the battery voltage is small. Therefore, generally, Ir <Is is satisfied, and the voltage can be boosted by the boosting chopper by the inverter I.

一方、電動アシスト自転車を停止するような場合には、大きな制動量が要求され、Ir≧Isとなり、フォワード型昇圧回路による昇圧を行う必要があるが、一般に停止するときの制動時間は数秒であるので、フォワード型昇圧回路の動作時間は短時間である。   On the other hand, when stopping an electrically assisted bicycle, a large braking amount is required, and Ir ≧ Is, and it is necessary to perform boosting by a forward boosting circuit, but generally the braking time when stopping is several seconds. Therefore, the operation time of the forward type booster circuit is short.

したがって、第2スイッチング素子FET2、トランスT、第1ダイオードD1および第2ダイオードD2に通電を行うのは、低速時の回生制動に限られている。このような状態は、通常の使用では、短い時間であるため、第2スイッチング素子FET2、トランスT、第1ダイオードD1および第2ダイオードD2は、短時間定格の素子を採用することができる。したがって、第1ダイオードD1としては、その定常電流容量が、第1スイッチング素子FET1の定常電流容量より小さいものを使用できるので、安価な電池パック2を実現できる。   Therefore, energization of the second switching element FET2, the transformer T, the first diode D1, and the second diode D2 is limited to regenerative braking at a low speed. Since such a state is a short time in normal use, the second switching element FET2, the transformer T, the first diode D1, and the second diode D2 can adopt elements rated for a short time. Therefore, as the first diode D1, one having a steady current capacity smaller than the steady current capacity of the first switching element FET1 can be used, so that an inexpensive battery pack 2 can be realized.

また、フォワード型昇圧回路の一部を構成する第1スイッチング素子FET1を、過放電保護スイッチとして機能させているため、大容量のダイオード素子を削減することができる。   Further, since the first switching element FET1 that constitutes a part of the forward type booster circuit functions as an overdischarge protection switch, a large-capacity diode element can be reduced.

実施例1に係る電動駆動装置においては、電池パック2の内部に第1スイッチング素子FET1、トランスTおよび第2スイッチング素子FET2が内蔵されているので、二次電池Eを充電するために、電池パック2とインバータIとの接続を外した場合、電池パック2の接続端子3aと3bとが誤って短絡されても、第1スイッチング素子FET1により、短絡電流を遮断することができる。   In the electric drive device according to the first embodiment, since the first switching element FET1, the transformer T, and the second switching element FET2 are built in the battery pack 2, in order to charge the secondary battery E, the battery pack 2 and the inverter I are disconnected, even if the connection terminals 3a and 3b of the battery pack 2 are accidentally short-circuited, the first switching element FET1 can cut off the short-circuit current.

このように、電池パック2の内部に第2スイッチング素子FET2を内蔵した場合は、一般に、その第2スイッチング素子FET2を制御するための制御回路22も電池パック2に内蔵される。このとき、第2スイッチング素子FET2の制御によって回生電流量が変化し、モータMの制動量が変わることから、制御回路22に対して制動量を表す制動信号が送られる。   As described above, when the second switching element FET2 is built in the battery pack 2, in general, the control circuit 22 for controlling the second switching element FET2 is also built in the battery pack 2. At this time, since the amount of regenerative current is changed by the control of the second switching element FET2 and the braking amount of the motor M is changed, a braking signal indicating the braking amount is sent to the control circuit 22.

制御回路22は、受け取った制動信号によって示される制動量に対応する入力電流値になるように制御を行う。この入力電流値は、電池パック2に入出力する電流が計測できる位置に設けられた電流計測器21によって計測される。   The control circuit 22 performs control so that the input current value corresponds to the braking amount indicated by the received braking signal. This input current value is measured by a current measuring instrument 21 provided at a position where the current input to and output from the battery pack 2 can be measured.

以上説明したように、本発明の実施例1に係る電動駆動装置によれば、上述した制御方法を採用したので、要求される制動量に対応する回生制動を行うことができる。   As described above, according to the electric drive device according to the first embodiment of the present invention, since the above-described control method is employed, regenerative braking corresponding to the required braking amount can be performed.

本発明は、バッテリを電源とするモータにより駆動される電動バイクや電動アシスト自転車に利用することができる。   The present invention can be used for an electric motorcycle or an electric assist bicycle driven by a motor using a battery as a power source.

1‥駆動部、2‥電池パック、3a、3b‥接続端子、11‥トルクセンサ、12‥ブレーキレバー、13‥検出回路、14‥駆動部制御回路、M‥モータ、I‥インバータ、21‥電流計測器、22‥制御回路、T‥トランス、n1‥一次巻線、n2‥二次巻線、n3‥巻線、FET1‥第1スイッチング素子、FET2‥第2スイッチング素子、D1‥第1ダイオード、D2‥第2ダイオード、E‥二次電池。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drive part, 2 ... Battery pack, 3a, 3b ... Connection terminal, 11 ... Torque sensor, 12 ... Brake lever, 13 ... Detection circuit, 14 ... Drive part control circuit, M ... Motor, I ... Inverter, 21 ... Current Measuring instrument, 22 ... control circuit, T ... transformer, n1 ... primary winding, n2 ... secondary winding, n3 ... winding, FET1 ... first switching element, FET2 ... second switching element, D1 ... first diode, D2 is a second diode, E is a secondary battery.

Claims (5)

二次電池を電源としてインバータによりモータを駆動する電動駆動装置において、
前記インバータと前記二次電池の一方の端子との間に設けられた第1スイッチング素子と、
一次巻線および二次巻線の各々の一端が前記第1スイッチング素子と前記インバータとを結ぶ配線に接続されたトランスと、
前記トランスの一次巻線の他端と前記二次電池の他方の端子との間に接続された第2スイッチング素子と、
前記トランスの二次巻線の他端から前記第1スイッチング素子と前記二次電池とを結ぶ配線に前記二次電池を充電する方向の電流が流れるように接続されたダイオードと、
前記インバータからの回生電圧を昇圧させるように前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする電動駆動装置。
In an electric drive device that drives a motor by an inverter using a secondary battery as a power source,
A first switching element provided between the inverter and one terminal of the secondary battery;
A transformer in which one end of each of the primary winding and the secondary winding is connected to a wiring connecting the first switching element and the inverter;
A second switching element connected between the other end of the primary winding of the transformer and the other terminal of the secondary battery;
A diode connected so that a current in a direction of charging the secondary battery flows from the other end of the secondary winding of the transformer to a wiring connecting the first switching element and the secondary battery;
A control circuit for controlling the first switching element and the second switching element to boost the regenerative voltage from the inverter;
An electric drive device comprising:
前記制御回路は、前記モータの回生制動時に、前記第1スイッチング素子をオフさせることを特徴とする請求項1記載の電動駆動装置。   The electric drive device according to claim 1, wherein the control circuit turns off the first switching element during regenerative braking of the motor. 前記制御回路は、回生制動量に応じて前記第2スイッチング素子をオン/オフ制御することを特徴とする請求項1または請求項2記載の電動駆動装置。   The electric drive device according to claim 1, wherein the control circuit performs on / off control of the second switching element according to a regenerative braking amount. 前記ダイオードの定常電流容量は、前記第1スイッチング素子の定常電流容量より小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の電動駆動装置。   4. The electric drive device according to claim 1, wherein a steady current capacity of the diode is smaller than a steady current capacity of the first switching element. 5. 二次電池と、
インバータに接続するための接続端子と前記二次電池の一方の端子との間に設けられた第1スイッチング素子と、
一次巻線および二次巻線の各々の一端が前記第1スイッチング素子と前記接続端子とを結ぶ配線に接続されたトランスと、
前記トランスの一次巻線の他端と前記二次電池の他方の端子との間に接続された第2スイッチング素子と、
前記トランスの二次巻線の他端から前記第1スイッチング素子と前記二次電池とを結ぶ配線に前記二次電池を充電する方向の電流が流れるように接続されたダイオードと、
前記インバータからの回生電圧を昇圧させるように前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする電池パック。
A secondary battery,
A first switching element provided between a connection terminal for connecting to an inverter and one terminal of the secondary battery;
A transformer in which one end of each of the primary winding and the secondary winding is connected to a wiring connecting the first switching element and the connection terminal;
A second switching element connected between the other end of the primary winding of the transformer and the other terminal of the secondary battery;
A diode connected so that a current in a direction of charging the secondary battery flows from the other end of the secondary winding of the transformer to a wiring connecting the first switching element and the secondary battery;
A control circuit for controlling the first switching element and the second switching element to boost the regenerative voltage from the inverter;
A battery pack comprising:
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