JP2011188600A - Charging system - Google Patents

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良利 渡辺
Koji Umeno
孝治 梅野
Yasushi Amano
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charging system that is configured to highly efficiently charge a battery from an external power supply by utilizing a converter for driving a motor, thereby reducing pulsation of a battery current in charging the battery. <P>SOLUTION: The charging system comprises a battery 14, a converter 34, and a control part 40. The converter 34 includes a first element 42 and a second element 44 having switching elements S1...S4 and reactors L1, L2, respectively. The control part 40 includes: a first mode control means 48 which inputs power output from the battery 14 to the converter 34, and applies a voltage output from the converter 34 to the motor 38; and a second mode control means 50 which inputs a voltage from the external AC power supply 12 to the first element 42, supplies a DC voltage output after voltage conversion by the first element 42 and voltage conversion by the second element 44 to the battery 14, and charges the battery 14. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、バッテリと、バッテリに接続されたコンバータと、コンバータに接続されたモータと、制御部とを備える充電システムに関する。   The present invention relates to a charging system including a battery, a converter connected to the battery, a motor connected to the converter, and a control unit.

従来から、車両に搭載したモータを車両の駆動源とする電気自動車や、車両に搭載したエンジン及びモータの少なくとも一方を車両の主駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が知られている。このような電動車両では、モータに電力を供給するためのバッテリを搭載している。また、電力制御装置であるモータ駆動装置を備える充電システムを構成し、車両外部の交流電源とバッテリとの間で電力を授受可能とすることが考えられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, electric vehicles such as an electric vehicle using a motor mounted on the vehicle as a drive source of the vehicle and a hybrid vehicle using at least one of an engine and a motor mounted on the vehicle as a main drive source of the vehicle are known. Such an electric vehicle is equipped with a battery for supplying electric power to the motor. Further, it is considered that a charging system including a motor drive device that is a power control device is configured so that power can be exchanged between an AC power supply outside the vehicle and a battery.

図13は、このような充電システムの1例として、特許文献1に記載された構成を利用した、従来から考えられている充電システムの1例の構成を示す図である。この充電システムは、モータ駆動装置10と、外部交流電源12とを備える。モータ駆動装置10は、バッテリ14と、バッテリ14に接続されるコンバータ16と、コンバータ16に接続されるインバータユニット18と、インバータユニット18に接続される第1モータジェネレータ(MG1)20及び第2モータジェネレータ(MG2)22と、充電付加回路24と、コネクタ26とを含む。   FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an example of a charging system that has been conventionally considered, using the configuration described in Patent Document 1 as an example of such a charging system. The charging system includes a motor driving device 10 and an external AC power source 12. The motor drive device 10 includes a battery 14, a converter 16 connected to the battery 14, an inverter unit 18 connected to the converter 16, a first motor generator (MG1) 20 and a second motor connected to the inverter unit 18. A generator (MG2) 22, a charging additional circuit 24, and a connector 26 are included.

インバータユニット18は、2つの図示しないインバータを含み、それぞれのインバータが対応するモータジェネレータ20,22に接続されている。第1モータジェネレータ20は、モータ及びジェネレータの機能を有し、主にジェネレータとして使用されるが、モータとして使用される場合もある。第2モータジェネレータ22は、モータ及びジェネレータの機能を有し、主にモータとして使用されるが、ジェネレータとして使用される場合もある。各モータジェネレータ20,22は、例えば3相モータである。バッテリ14の電圧は、コンバータ16で昇圧された後、インバータに供給される。各インバータは複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含み、図示しない制御部からの制御信号に基づいてスイッチング素子のオンオフが制御され、対応するモータジェネレータ20,22を駆動する。   Inverter unit 18 includes two inverters (not shown), and each inverter is connected to corresponding motor generators 20 and 22. The first motor generator 20 has functions of a motor and a generator and is mainly used as a generator, but may be used as a motor. The second motor generator 22 has functions of a motor and a generator, and is mainly used as a motor, but may be used as a generator. Each motor generator 20, 22 is, for example, a three-phase motor. The voltage of the battery 14 is boosted by the converter 16 and then supplied to the inverter. Each inverter includes a plurality of switching elements and a diode connected in antiparallel to each switching element. On / off of the switching element is controlled based on a control signal from a control unit (not shown), and the corresponding motor generator 20, 22 is controlled. Drive.

コンバータ16は、直列接続された2のスイッチング素子S1,S2と、スイッチング素子S1,S2に逆並列に接続されたダイオードと、2のスイッチング素子S1,S2の中点に接続されたリアクトルLとを含み、各スイッチング素子S1,S2のオンオフが図示しない制御部からの制御信号により制御される。また、コンバータ16とインバータユニット18との正極側の接続部と、バッテリ14の正極側との間に充電付加回路24を介してコネクタ26を接続している。コネクタ26が外部交流電源12側のコネクタ28と接続されると、外部交流電源12がコネクタ26を介してバッテリ14に接続される。   The converter 16 includes two switching elements S1 and S2 connected in series, a diode connected in antiparallel to the switching elements S1 and S2, and a reactor L connected to the midpoint of the two switching elements S1 and S2. In addition, on / off of each switching element S1, S2 is controlled by a control signal from a control unit (not shown). Further, a connector 26 is connected between the positive electrode side connecting portion of the converter 16 and the inverter unit 18 and the positive electrode side of the battery 14 via the charging additional circuit 24. When the connector 26 is connected to the connector 28 on the external AC power supply 12 side, the external AC power supply 12 is connected to the battery 14 via the connector 26.

充電付加回路24は、整流素子であるダイオード整流器と、フィルタとしてのコンデンサとを有し、外部交流電源12からの交流電力を整流する。また、コンバータ16の出力側正極端子とインバータユニット18の入力側正極端子との間にスイッチ30を設けている。   The charging additional circuit 24 includes a diode rectifier as a rectifying element and a capacitor as a filter, and rectifies AC power from the external AC power supply 12. Further, a switch 30 is provided between the output-side positive terminal of the converter 16 and the input-side positive terminal of the inverter unit 18.

このような充電システムでは、外部交流電源12がコネクタ26を介してバッテリ14に接続された状態で、コンバータ16のスイッチング素子をオンオフを制御することで、外部交流電源12側電流の力率を1に制御しつつ、外部交流電源12からバッテリ14への充電を行える。図14は、この充電システムを用いて充電する場合のコンバータ16の動作を示す図である。コンバータ16の正極側のスイッチング素子S1がオンされると、図14に実線矢印で示すように、リアクトルLに電流iL1が流れ、リアクトルLにエネルギが蓄積される。これに対して、正極側のスイッチング素子S1がオフされると、図14に破線矢印で示すように電流iL2が流れ、コンバータ16の負極側のダイオードを介してリアクトルLに蓄積されたエネルギがバッテリ14に移行し、バッテリ14が充電される。この際、スイッチング素子S1,S2のオンオフの通流率、すなわちスイッチング周期をTaとし、正極側のスイッチング素子S1のオン時間をTonとした場合のデューティ比Ton/Taを調整することで、充電電力を制御しつつ、外部交流電源12側の電源電流を力率1で歪みのない正弦波に制御し、高調波電流の発生を抑制することが可能になる。   In such a charging system, with the external AC power supply 12 connected to the battery 14 via the connector 26, the switching element of the converter 16 is controlled to be turned on / off, so that the power factor of the current on the external AC power supply 12 side is 1 It is possible to charge the battery 14 from the external AC power source 12 while controlling the power. FIG. 14 is a diagram illustrating the operation of the converter 16 when charging is performed using this charging system. When switching element S1 on the positive side of converter 16 is turned on, current iL1 flows through reactor L and energy is stored in reactor L, as shown by the solid line arrow in FIG. On the other hand, when the switching element S1 on the positive electrode side is turned off, a current iL2 flows as shown by a broken line arrow in FIG. 14, and the energy accumulated in the reactor L via the diode on the negative electrode side of the converter 16 is stored in the battery. 14 and the battery 14 is charged. At this time, the charging power is adjusted by adjusting the duty ratio Ton / Ta when the on / off current ratio of the switching elements S1 and S2, that is, the switching cycle is Ta, and the on-time of the positive side switching element S1 is Ton. The power supply current on the external AC power supply 12 side is controlled to a sinusoidal wave having a power factor of 1 and without distortion, thereby suppressing the generation of harmonic current.

また、図13の構成の場合、コンバータ16を用いて外部交流電源12からバッテリ14を充電するので、インバータやモータジェネレータ20,22を動作させる必要がなく、インバータやモータジェネレータ20,22での損失がないため、充電効率が向上する。また、昇降圧型のコンバータ16を利用して構成し充電するので、バッテリ14の電圧が外部交流電源12の電圧よりも高くても低くても充電可能となる。また、専用の充電器を用いることなく外部からのバッテリ14の充電が可能となる。   In the case of the configuration of FIG. 13, the battery 14 is charged from the external AC power supply 12 using the converter 16, so that it is not necessary to operate the inverter and the motor generators 20 and 22, and the loss in the inverter and the motor generators 20 and 22. As a result, charging efficiency is improved. In addition, since the step-up / step-down converter 16 is used for charging, the battery 14 can be charged regardless of whether the voltage of the battery 14 is higher or lower than the voltage of the external AC power supply 12. In addition, the battery 14 can be charged from the outside without using a dedicated charger.

なお、本発明に関する先行技術文献として、特許文献1の他に特許文献2がある。   In addition to Patent Document 1, Patent Document 2 is a prior art document related to the present invention.

特開2010−11699号公報JP 2010-11699 A 特開平10−136570号公報JP-A-10-136570

ただし、図13の構成の場合、上記の外部交流電源12側の電源電流の制御には充電電力を使用するが、充電電力の瞬時値は電源周波数の2倍で脈動する。このため、直流出力であり、バッテリ14に入力される電流、すなわち電池電流の波形が脈動する可能性がある。   However, in the case of the configuration of FIG. 13, charging power is used to control the power supply current on the external AC power supply 12 side, but the instantaneous value of the charging power pulsates at twice the power supply frequency. For this reason, it is a direct current output and the current input to the battery 14, that is, the waveform of the battery current may pulsate.

図15Aは、図13の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の実測動作波形を示す図である。図15Bは、図13の構成における充電時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の実測動作波形を示す図である。図15A,図15Bで、「交流電源側電流×20」、「電池側電流×5」とは、得られた電流値をそれぞれ20倍、5倍にして表すことを意味する(後述する図5A,図5B,図8A,図8B,図9A,図9Bにおいて、「×」の意味は同様である)。なお、バッテリ14(図13)には、リチウムイオンバッテリを使用している。   FIG. 15A is a diagram showing measured operation waveforms of the voltage and current of the external AC power supply during charging in the configuration of FIG. FIG. 15B is a diagram showing measured operation waveforms of the battery voltage (battery voltage) and the battery-side current (battery current) during charging in the configuration of FIG. 15A and 15B, “AC power supply side current × 20” and “battery side current × 5” mean that the obtained current values are expressed by 20 times and 5 times, respectively (see FIG. 5A described later). 5B, FIG. 8A, FIG. 8B, FIG. 9A, and FIG. 9B, the meaning of “x” is the same). Note that a lithium ion battery is used for the battery 14 (FIG. 13).

図15A,図15Bに示すように、外部交流電源側の実測波形において、電源電圧に対して電源電流が同相の力率1で、高調波のない正弦波形に制御されているが、バッテリ14側の電流波形は、電源周波数の2倍で脈動している。   As shown in FIGS. 15A and 15B, in the measured waveform on the external AC power supply side, the power supply current is controlled to a power factor of the same phase with respect to the power supply voltage and a sinusoidal waveform without harmonics. The current waveform pulsates at twice the power supply frequency.

このように電池電流が脈動していると、バッテリ14を満充電するために要する時間が長くなったり、バッテリ14の発熱や性能低下の原因となる可能性がある。これについて、図16を用いて説明する。図16は、図13の構成において充電時のバッテリ14の充電割合であるSOCに対する充電電流の許容値を、周囲温度が異なる2例で示す図である。充電によりバッテリ14のSOCが上昇すると、それに伴って電池電圧の平均値が高くなる。このため、脈動電流の影響があると、電池電圧が変動し、バッテリ14の許容電圧の最大値付近に達する場合には、充電電流の平均値を下げる必要が生じる。このような理由から、バッテリ14に定格充電電流で充電する場合でも、あるSOC以上では充電電流をSOCの上昇に応じて低下させる必要がある。例えば、図16に示すように、バッテリ14の周囲温度が20℃である場合、SOCが80%付近で電池電圧が許容電圧の最大値に達するため、それ以降は充電電流を低下させる必要がある。   If the battery current pulsates in this way, the time required to fully charge the battery 14 may become longer, or the battery 14 may generate heat or deteriorate performance. This will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram illustrating the allowable value of the charging current with respect to the SOC, which is the charging ratio of the battery 14 during charging, in the configuration of FIG. 13 in two examples with different ambient temperatures. As the SOC of the battery 14 increases due to charging, the average value of the battery voltage increases accordingly. For this reason, when there is an influence of the pulsating current, when the battery voltage fluctuates and reaches near the maximum value of the allowable voltage of the battery 14, it is necessary to lower the average value of the charging current. For this reason, even when the battery 14 is charged with the rated charging current, it is necessary to reduce the charging current in accordance with the increase in the SOC at a certain SOC or higher. For example, as shown in FIG. 16, when the ambient temperature of the battery 14 is 20 ° C., the battery voltage reaches the maximum allowable voltage when the SOC is around 80%. .

これに対して、バッテリ14の周囲温度が低温である0℃になる場合、バッテリ14のインピーダンスが増大して、電池電流の脈動に対する電圧変動が大きくなる。このため、SOCの60%付近で電池電圧が許容電圧の最大値に達する。このため、低温環境下では、より低いSOCの値で、充電電流の値を下げる必要があり、バッテリ14を満充電するために要する時間が長くなる。また、電池電圧が変動するため、電池が発熱したり、性能低下の原因となる可能性がある。このような理由から、バッテリ14の充電時に電池電流の脈動を抑制できる構成の実現が望まれている。   On the other hand, when the ambient temperature of the battery 14 is 0 ° C., which is a low temperature, the impedance of the battery 14 increases, and the voltage fluctuation with respect to the pulsation of the battery current increases. For this reason, the battery voltage reaches the maximum allowable voltage near 60% of the SOC. For this reason, in a low temperature environment, it is necessary to lower the value of the charging current with a lower SOC value, and the time required to fully charge the battery 14 becomes longer. In addition, since the battery voltage fluctuates, the battery may generate heat or cause performance degradation. For these reasons, it is desired to realize a configuration that can suppress battery current pulsation when the battery 14 is charged.

また、特許文献2には、昇圧コンバータを利用してバッテリを外部交流電源により充電する構成が提案されている。この構成では、バッテリとコンバータとの間に、バッテリの正極側をコンバータ用リアクトルの一端に接続するか、またはコンバータの正極出力側に接続するかを切り換えるスイッチが設けられている。また、インバータの入力側端子間に2のダイオードを直列接続し、リアクトルの一端と2のダイオードの中間点との間にコネクタを接続している。コネクタに外部交流電源が接続される。充電時には、スイッチを、バッテリの正極側をコンバータの正極出力側に接続するように切り換えて、コンバータを動作させ、電力変換してバッテリを充電している。   Patent Document 2 proposes a configuration in which a battery is charged by an external AC power source using a boost converter. In this configuration, a switch is provided between the battery and the converter for switching whether the positive electrode side of the battery is connected to one end of the converter reactor or the positive electrode output side of the converter. Further, two diodes are connected in series between the input terminals of the inverter, and a connector is connected between one end of the reactor and an intermediate point of the two diodes. An external AC power supply is connected to the connector. At the time of charging, the switch is switched so that the positive electrode side of the battery is connected to the positive electrode output side of the converter, the converter is operated, the power is converted, and the battery is charged.

ただし、特許文献2の構成の場合も、図13の構成の場合と同様に、バッテリに入力される電池電流が脈動する可能性がある。また、この構成では、バッテリ電圧が外部交流電源電圧の最大値以上でなければ外部交流電源電流を制御できない。   However, in the case of the configuration of Patent Document 2, the battery current input to the battery may pulsate as in the case of the configuration of FIG. In this configuration, the external AC power supply current cannot be controlled unless the battery voltage is equal to or greater than the maximum value of the external AC power supply voltage.

本発明の目的は、充電システムにおいて、モータ駆動のためのコンバータを利用して外部電源からバッテリに高力率で充電できる構成で、バッテリの充電時の電池電流の脈動を抑制することである。   An object of the present invention is to suppress pulsation of battery current during charging of a battery in a charging system with a configuration in which a battery for charging a battery can be charged from an external power source using a converter for driving a motor.

本発明に係る充電システムは、バッテリと、バッテリに接続されたコンバータと、コンバータに接続されたモータと、制御部とを備える充電システムであって、コンバータは、少なくとも第1要素及び第2要素を含み、第1要素は、直列に接続された2の第1スイッチング素子を有する第1アームと、第1アームの中間点に接続された第1エネルギ蓄積素子と、を有し、第2要素は、直列に接続された2の第2スイッチング素子を有する第2アームと、第2アームの中間点に接続された第2エネルギ蓄積素子と、を有し、コンバータに外部交流電源が接続されており、制御部は、バッテリから出力される電力をコンバータに入力し、コンバータから出力される電圧を直接または間接にモータに印加させる第1モード制御手段と、外部交流電源からの電圧を第1要素に入力させ、第1要素で電圧変換させた後、第2要素で電圧変換させてから出力される直流電圧をバッテリに供給し、バッテリを充電させる第2モード制御手段とを含むことを特徴とする充電システムである。   A charging system according to the present invention is a charging system including a battery, a converter connected to the battery, a motor connected to the converter, and a control unit. The converter includes at least a first element and a second element. The first element includes a first arm having two first switching elements connected in series, and a first energy storage element connected to an intermediate point of the first arm, and the second element includes A second arm having two second switching elements connected in series and a second energy storage element connected to an intermediate point of the second arm, and an external AC power source is connected to the converter The control unit inputs the power output from the battery to the converter, and applies the voltage output from the converter directly or indirectly to the motor; and the external AC power source The second mode control means for charging the battery by supplying the DC voltage output after the voltage is input to the first element, the voltage is converted by the first element, and then the voltage is converted by the second element. And a charging system characterized by comprising:

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、コネクタを介して外部交流電源に接続されている。   In the charging system according to the present invention, preferably, the converter is connected to an external AC power supply via a connector.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第2モード制御手段は、第1要素を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素を降圧コンバータとして機能させるように、第1要素及び第2要素のスイッチングを制御する。   In the charging system according to the present invention, it is preferable that the second mode control unit includes the first element and the second element so that the first element functions as a step-up converter and the second element functions as a step-down converter. Control switching.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、整流器を介して外部交流電源に接続されており、整流器の正極側が第1エネルギ蓄積素子に接続され、整流器の負極側がバッテリの負極側に接続されている。   In the charging system according to the present invention, preferably, the converter is connected to an external AC power supply via a rectifier, the positive side of the rectifier is connected to the first energy storage element, and the negative side of the rectifier is the negative side of the battery. It is connected to the.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第1スイッチ及び第2スイッチを備え、第1スイッチの片側は、バッテリの正極側と第2スイッチの片側とに接続され、第1スイッチの他側は、第1エネルギ蓄積素子と整流器の正極側との間に接続され、第2スイッチの他側は、第2エネルギ蓄積素子の第2アーム接続側とは反対側にに接続され、第2モード制御手段は、第1スイッチをオフとし、第2スイッチをオンとするとともに、第1要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させる。   The charging system according to the present invention preferably includes a first switch and a second switch, and one side of the first switch is connected to the positive side of the battery and one side of the second switch. The second side is connected between the first energy storage element and the positive side of the rectifier, and the other side of the second switch is connected to the side opposite to the second arm connection side of the second energy storage element, The mode control means turns off the first switch, turns on the second switch, and controls the switching of the first element, thereby controlling the power factor of the AC input current and controlling the switching of the second element. Thus, the battery current flowing through the battery is controlled smoothly, and the battery is charged from the external AC power supply.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、直列に接続された2のコンデンサを含み、第1アーム及び第2アームに並列に接続された直列接続コンデンサを備え、第1エネルギ蓄積素子の第1アーム接続側とは反対側と、直列接続コンデンサの中間点とに、外部交流電源に接続可能な2の端子をそれぞれ接続している。   In the charging system according to the present invention, preferably, the charging system includes two capacitors connected in series, and includes a first connection capacitor connected in parallel to the first arm and the second arm. Two terminals that can be connected to an external AC power source are connected to the side opposite to the one-arm connection side and the intermediate point of the series connection capacitor.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第1スイッチ及び第2スイッチを備え、第1スイッチの片側は、バッテリの正極側と第2スイッチの片側とに接続され、第1スイッチの他側は、第1エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、第2スイッチの他側は、第2エネルギ蓄積素子の第2アーム接続側とは反対側にに接続され、第2モード制御手段は、第1スイッチをオフとし、第2スイッチをオンとするとともに、第1要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させる。   The charging system according to the present invention preferably includes a first switch and a second switch, and one side of the first switch is connected to the positive side of the battery and one side of the second switch. The other side of the second switch is connected to the side opposite to the second arm connection side of the second energy storage element, and the second mode control is performed. The means turns off the first switch, turns on the second switch, controls the switching of the first element, controls the power factor of the AC input current, and controls the switching of the second element. The battery current flowing through the battery is controlled smoothly, and the battery is charged from the external AC power source.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、直列に接続された2の第3スイッチング素子を有する第3アームと、第3アームの中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子と、を有する第3要素をさらに含み、第3アームは、第1アームに並列に接続されており、第3エネルギ蓄積素子の第3アーム接続側とは反対側は、第1エネルギ蓄積素子の第1アーム接続側とは反対側に接続されており、第2モード制御手段は、第1要素及び第3要素を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御する。   In the charging system according to the present invention, preferably, the converter includes a third arm having two third switching elements connected in series, and a third energy storage element connected to an intermediate point of the third arm. , Wherein the third arm is connected in parallel to the first arm, and the side of the third energy storage element opposite to the third arm connection side is the first energy storage element of the first energy storage element. The second mode control means switches each element so that the first element and the third element function as a step-up converter and the second element functions as a step-down converter. To control.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、直列に接続された2の第3スイッチング素子を有する第3アームと、第3アームの中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子と、を有する第3要素をさらに含み、第3アームは、第1アームに並列に接続されており、第1エネルギ蓄積素子の第1アーム接続側と反対側と、第3エネルギ蓄積素子の第3アーム接続側とは反対側とに、外部交流電源に接続可能な2の端子をそれぞれ接続しており、第2モード制御手段は、第1要素及び第3要素を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御する。   In the charging system according to the present invention, preferably, the converter includes a third arm having two third switching elements connected in series, and a third energy storage element connected to an intermediate point of the third arm. The third arm is connected in parallel to the first arm, and is opposite to the first arm connection side of the first energy storage element, and the third arm of the third energy storage element. Two terminals connectable to the external AC power supply are connected to the opposite side of the arm connection side, respectively, and the second mode control means causes the first element and the third element to function as a boost converter, and The switching of each element is controlled so that the element functions as a step-down converter.

また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第1スイッチ、第2スイッチ及び第3スイッチを備え、第1スイッチの片側は、バッテリの正極側と第2スイッチの片側と第3スイッチの片側とに接続され、第1スイッチの他側は、第1エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、第2スイッチの他側は、第2エネルギ蓄積素子の第2アーム接続側とは反対側に接続され、第3スイッチの他側は、第3エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、第2モード制御手段は、第1スイッチ及び第3スイッチをオフとし、第2スイッチをオンとするとともに、第1要素及び第2要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させる。   Moreover, the charging system according to the present invention preferably includes a first switch, a second switch, and a third switch, wherein one side of the first switch is a positive side of the battery, one side of the second switch, and one side of the third switch. The other side of the first switch is connected to the external AC power source connection side of the first energy storage element, and the other side of the second switch is opposite to the second arm connection side of the second energy storage element. The other side of the third switch is connected to the external AC power source connection side of the third energy storage element, and the second mode control means turns off the first switch and the third switch, and turns the second switch In addition to turning on, the power factor of the AC input current is controlled by controlling the switching of the first element and the second element, and the battery power flowing through the battery is controlled by controlling the switching of the second element. The was smoothly controlled, it is charged from an external AC power source to the battery.

本発明の充電システムによれば、モータ駆動のためのコンバータを利用して外部電源からバッテリに高力率で充電できる構成で、バッテリの充電時の電池電流の脈動を抑制できる。   According to the charging system of the present invention, the pulsation of the battery current during charging of the battery can be suppressed with a configuration in which the battery can be charged from the external power source to the battery using a converter for driving the motor.

本発明の第1の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging system of the 1st Embodiment of this invention. 図1の構成を使用した充電制御方法において、第1アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a first arm switching control method in the charge control method using the configuration of FIG. 1. 図1の制御部が有する電流指令生成部の1例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an example of the electric current instruction | command production | generation part which the control part of FIG. 1 has. 図1の構成を使用した充電制御方法において、第2アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a switching control method for a second arm in the charge control method using the configuration of FIG. 1. 図1の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the operating waveform of the voltage of an external alternating current power supply at the time of charge in the structure of FIG. 1, and an electric current. 図1の構成における充電時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the operation waveform of the battery voltage (battery voltage) at the time of charge in the structure of FIG. 1, and a battery side electric current (battery current). 本発明の第2の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging system of the 2nd Embodiment of this invention. 図6の構成を使用した充電制御方法において、第1アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a first arm switching control method in the charge control method using the configuration of FIG. 6. 図6の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the operation waveform of the voltage of an external alternating current power supply at the time of charge in the structure of FIG. 6, and an electric current. 図6の構成における充電時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the operation waveform of the battery voltage (battery voltage) at the time of charge in the structure of FIG. 6, and a battery side electric current (battery current). 図6の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the operating waveform of the voltage of an external alternating current power supply at the time of the alternating current side output of the battery power in the structure of FIG. 図6の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the operation waveform of the battery voltage (battery voltage) at the time of the alternating current side output of the battery power in the structure of FIG. 6 and a battery side electric current (battery current). 本発明の第3の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging system of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging system of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging system of the 5th Embodiment of this invention. 従来から考えられている充電システムの1例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one example of the charging system considered conventionally. 図13の構成を用いて充電する場合のコンバータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the converter in the case of charging using the structure of FIG. 図13の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の実測動作波形を示す図である。It is a figure which shows the measurement operation | movement waveform of the voltage and electric current of the external alternating current power supply at the time of charge in the structure of FIG. 図13の構成における充電時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の実測動作波形を示す図である。It is a figure which shows the measurement operation | movement waveform of the battery voltage (battery voltage) at the time of charge in the structure of FIG. 13, and a battery side current (battery current). 図13の構成において充電時のバッテリの充電割合であるSOCに対する充電電流の許容値を、周囲温度が異なる2例で示す図である。It is a figure which shows the allowable value of the charging current with respect to SOC which is the charge ratio of the battery at the time of charge in the structure of FIG. 13 in two examples from which ambient temperature differs.

[第1の発明の実施の形態]
図1から図4は、本発明の第1の実施の形態を示している。本実施の形態の充電システムは、モータ駆動装置32と、外部交流電源12とを備える。モータ駆動装置32は、車載バッテリであるバッテリ14と、バッテリ14に第1スイッチR1及び第2スイッチR2を介して接続されるコンバータ34と、コンバータ34に接続されるインバータ36と、インバータ36に接続されるモータ38と、充電付加回路24と、コネクタ26と、制御部40とを含む。このようなモータ駆動装置32は、例えばバッテリを電力源とし、モータを車両の駆動源とする電気自動車や、エンジン及び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、外部交流電源12からのバッテリ14の充電を可能とする。
[First Embodiment]
1 to 4 show a first embodiment of the present invention. The charging system of the present embodiment includes a motor drive device 32 and an external AC power supply 12. The motor drive device 32 is connected to the battery 14 that is a vehicle-mounted battery, the converter 34 that is connected to the battery 14 via the first switch R1 and the second switch R2, the inverter 36 that is connected to the converter 34, and the inverter 36. The motor 38, the charging additional circuit 24, the connector 26, and the control unit 40 are included. Such a motor drive device 32 is mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle using a battery as a power source and a motor as a vehicle drive source, or a hybrid vehicle including an engine and a motor as a vehicle drive source. The battery 14 can be charged from the power supply 12.

モータ38は、例えば3相モータである。モータ38の駆動時に、バッテリ14の電圧は、コンバータ34で昇圧された後、インバータ36に出力される。インバータ36は、複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含む。   The motor 38 is, for example, a three-phase motor. When the motor 38 is driven, the voltage of the battery 14 is boosted by the converter 34 and then output to the inverter 36. Inverter 36 includes a plurality of switching elements and a diode connected in antiparallel to each switching element.

コンバータ34は、第1要素42及び第2要素44を含む。第1要素42は、直列接続された2の第1スイッチング素子S1,S2と、各第1スイッチング素子S1,S2に逆並列に接続されたダイオードとを有する第1アームA1と、第1アームA1の中間点、すなわち2の第1スイッチング素子S1,S2の中点である接続点に接続された第1エネルギ蓄積素子である、第1リアクトルL1とを有する。   Converter 34 includes a first element 42 and a second element 44. The first element 42 includes a first arm A1 having two first switching elements S1, S2 connected in series, and a diode connected in antiparallel to each first switching element S1, S2, and a first arm A1. , That is, a first reactor L1 that is a first energy storage element connected to a connection point that is a midpoint between the two first switching elements S1 and S2.

第2要素44は、直列接続された2の第2スイッチング素子S3,S4と、各第2スイッチング素子S3,S4に逆並列に接続されたダイオードとを有する第2アームA2と、第2アームA2の中間点、すなわち2の第2スイッチング素子S3,S4の中点である接続点に接続された第2エネルギ蓄積素子である、第2リアクトルL2とを有する。各スイッチング素子S1,S2,S3,S4は、例えばトランジスタ、IGBT等である。第1アームA1及び第2アームA2は、インバータ36に対し並列に接続している。また、コンバータ34の出力側端子とインバータ36の入力側端子との間に平滑化用のコンデンサCを接続している。   The second element 44 includes a second arm A2 having two second switching elements S3 and S4 connected in series, and a diode connected in antiparallel to the second switching elements S3 and S4, and a second arm A2. , That is, a second reactor L2 that is a second energy storage element connected to a connection point that is a middle point between the two second switching elements S3 and S4. Each switching element S1, S2, S3, S4 is a transistor, IGBT, etc., for example. The first arm A1 and the second arm A2 are connected in parallel to the inverter 36. Further, a smoothing capacitor C is connected between the output side terminal of the converter 34 and the input side terminal of the inverter 36.

コンバータ34は、コネクタ26と充電付加回路24とを介して外部交流電源12に接続可能としている。充電付加回路24は、ダイオード整流素子を含むダイオード整流ブリッジ等のダイオード整流器46と、ダイオード整流器46の交流側に接続された、コンデンサを有する交流フィルタとを含み、外部交流電源12からの交流電力を整流する。したがって、コンバータ34は、コネクタ26とダイオード整流器46とを介して外部交流電源12に接続可能としている。また、ダイオード整流器46の正極側が第1リアクトルL1の一端に接続され、ダイオード整流器46の負極側がバッテリ14の負極側に接続されている。コネクタ26が外部交流電源12側のコネクタ28と接続されると、外部交流電源12は、コネクタ26,28を介してバッテリ14に接続される。例えば、外部交流電源12の電圧は、実効値100Vであり、バッテリ14の電圧は140V以下である。   The converter 34 can be connected to the external AC power supply 12 via the connector 26 and the charging additional circuit 24. The charging additional circuit 24 includes a diode rectifier 46 such as a diode rectifier bridge including a diode rectifier element, and an AC filter having a capacitor connected to the AC side of the diode rectifier 46, and receives AC power from the external AC power supply 12. Rectify. Therefore, the converter 34 can be connected to the external AC power supply 12 via the connector 26 and the diode rectifier 46. The positive side of the diode rectifier 46 is connected to one end of the first reactor L 1, and the negative side of the diode rectifier 46 is connected to the negative side of the battery 14. When the connector 26 is connected to the connector 28 on the external AC power supply 12 side, the external AC power supply 12 is connected to the battery 14 via the connectors 26 and 28. For example, the voltage of the external AC power supply 12 has an effective value of 100V, and the voltage of the battery 14 is 140V or less.

また、第1スイッチR1の片側(図1の左側)は、バッテリ14の正極側と第2スイッチR2の片側(図1の左側)とに接続されている。また、第1スイッチR1の他側(図1の右側)は、第1リアクトルL1とダイオード整流器46の正極側との間、すなわち接続点に接続されている。また、第2スイッチR2の他側(図1の右側)は、第2リアクトルL2の第2アームA2接続側とは反対側に接続されている。また、第2スイッチR2と第2リアクトルL2との接続点と、バッテリ14の負極側との間に第2コンデンサCaが接続されている。   Further, one side (left side in FIG. 1) of the first switch R1 is connected to the positive side of the battery 14 and one side (left side in FIG. 1) of the second switch R2. The other side of the first switch R1 (the right side in FIG. 1) is connected between the first reactor L1 and the positive electrode side of the diode rectifier 46, that is, a connection point. Further, the other side of the second switch R2 (the right side in FIG. 1) is connected to the opposite side of the second reactor L2 to the second arm A2 connection side. A second capacitor Ca is connected between a connection point between the second switch R2 and the second reactor L2 and the negative electrode side of the battery 14.

第1要素42及び第2要素44の各スイッチング素子S1,S2,S3,S4のオンオフは、制御部40からの制御信号により制御される。すなわち、制御部40は、第1モード制御手段48と、第2モード制御手段50とを有する。制御部40は、CPU,メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。   The on / off states of the switching elements S1, S2, S3, and S4 of the first element 42 and the second element 44 are controlled by a control signal from the control unit 40. That is, the control unit 40 includes first mode control means 48 and second mode control means 50. The control unit 40 includes a microcomputer having a CPU, a memory, and the like.

第1モード制御手段48は、バッテリ14から出力される電力をコンバータ34に入力し、コンバータ34から出力される電圧をインバータ36を介してモータ38に印加させるように、各アームA1,A2のスイッチング及びインバータ36を制御する。すなわち、インバータ36は、制御部40からの制御信号に基づいてスイッチング素子のオンオフが制御され、モータ38を駆動する。この場合、第1モード制御手段48は、第1スイッチR1及び第2スイッチR2をオンにする。また、この場合、コネクタ26から外部交流電源12側のコネクタ28を取り外し、外部交流電源12をコンバータ34から切り離す。また、各アームA1,A2同士で、正極側のスイッチング素子S1,S3を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御し、各アームA1,A2同士で、負極側のスイッチング素子S2,S4を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御する。なお、正極側または負極側のスイッチング素子S1,S3(またはS2,S4)のみをオンオフ制御し、他方をオフのままとすることもできる。   The first mode control means 48 inputs the power output from the battery 14 to the converter 34 and switches the arms A1 and A2 so that the voltage output from the converter 34 is applied to the motor 38 via the inverter 36. And the inverter 36 is controlled. That is, the inverter 36 controls the on / off of the switching element based on the control signal from the control unit 40 and drives the motor 38. In this case, the first mode control means 48 turns on the first switch R1 and the second switch R2. In this case, the connector 28 on the external AC power supply 12 side is removed from the connector 26, and the external AC power supply 12 is disconnected from the converter 34. Further, the positive-side switching elements S1 and S3 are simultaneously turned on / off in the arms A1 and A2, that is, in the same phase, and the negative-side switching elements S2 and S4 are simultaneously turned on in the same phase. ON / OFF control by phase. It is also possible to control only the switching elements S1 and S3 (or S2 and S4) on the positive side or the negative side and keep the other off.

なお、各アームA1,A2の正極側スイッチング素子S1,S3同士、及び、各アームA1,A2の負極側スイッチング素子S2,S4同士を、それぞれ位相を180度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。この場合、電池電流及びインバータ36入力電流の脈動を小さくできる。   The positive-side switching elements S1 and S3 of the arms A1 and A2 and the negative-side switching elements S2 and S4 of the arms A1 and A2 are switched by shifting the phase by 180 degrees, that is, by shifting the timing. You can also In this case, the pulsation of the battery current and the inverter 36 input current can be reduced.

なお、本実施の形態とは異なる例として、コンバータ34の出力側に例えばDCモータを接続し、第1モード制御手段48は、コンバータ34から出力される電圧を直接DCモータに印加させる構成とすることもできる。   As an example different from the present embodiment, for example, a DC motor is connected to the output side of the converter 34, and the first mode control means 48 is configured to directly apply the voltage output from the converter 34 to the DC motor. You can also.

また、第2モード制御手段50は、外部交流電源12からの電圧を第1要素42に入力させ、第1要素42で電圧変換させる、すなわち昇圧させた後、第2要素44で電圧変換させる、すなわち降圧させてから出力される直流電圧をバッテリ14に供給し、バッテリ14を充電させる。このために、コネクタ26に外部交流電源12側のコネクタ28を接続し、外部交流電源12をコンバータ34に、コネクタ26,28及び充電付加回路24を介して接続した状態で、第2モード制御手段50は、第1スイッチR1をオフとし、第2スイッチR2をオンとする。これとともに、第2モード制御手段50は、第1アームA1のスイッチングのオンオフを制御することで、第1要素42を昇圧コンバータとして機能させ、交流入力電流である、外部交流電源12側電流の力率を1に制御する。   Further, the second mode control means 50 inputs the voltage from the external AC power supply 12 to the first element 42, converts the voltage by the first element 42, that is, boosts the voltage and then converts the voltage by the second element 44. That is, the DC voltage output after being stepped down is supplied to the battery 14 to charge the battery 14. For this purpose, the second mode control means is connected with the connector 28 on the external AC power supply 12 side connected to the connector 26 and the external AC power supply 12 connected to the converter 34 via the connectors 26 and 28 and the charging additional circuit 24. 50 turns off the first switch R1 and turns on the second switch R2. At the same time, the second mode control means 50 controls the ON / OFF of the switching of the first arm A1, thereby causing the first element 42 to function as a step-up converter, and the power of the external AC power supply 12 side current that is an AC input current. The rate is controlled to 1.

また、第2モード制御手段50は、第2アームA2のスイッチングのオンオフを制御することで、第2要素44を降圧コンバータとして機能させ、バッテリ14に流れるバッテリ電流である電池電流を平滑に制御して、外部交流電源12からバッテリ14に充電させる。   Further, the second mode control means 50 controls the on / off of switching of the second arm A2, thereby causing the second element 44 to function as a step-down converter, and smoothly controlling the battery current that is the battery current flowing through the battery 14. Then, the battery 14 is charged from the external AC power source 12.

次に、図2から図4を用いて、充電時の制御方法を説明する。図2は、充電時の交流電源側電流を制御する第1アームA1のスイッチング制御方法を示すブロック図である。なお、本実施の形態の以下の説明では、図1の要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。第2モード制御手段50は、正弦波の交流電流指令値の絶対値|is*|と、交流入力電流の検出値の絶対値として使用する、第1リアクトルL1の電流検出値iLとの偏差を求め、求めた偏差を比例補償器52に出力する。 Next, a control method during charging will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a block diagram showing a switching control method of the first arm A1 for controlling the AC power supply side current during charging. In the following description of the present embodiment, the same elements as those in FIG. The second mode control means 50 calculates the deviation between the absolute value | is * | of the sine wave AC current command value and the current detection value iL of the first reactor L1 used as the absolute value of the detection value of the AC input current. The obtained deviation is output to the proportional compensator 52.

ここで、交流電流指令値の絶対値|is*|は、充電電力に対応する電源力率1の、高調波のない正弦波の交流入力電流指令値の絶対値|is*|である。また、電流指令値の絶対値|is*|を使用するのは、半波整流とするためである。また、力率1の正弦波の電流指令値の絶対値|is*|を求めるために、例えば、制御部40は、図3に示すような電流指令生成部54を有し、図示しない外部制御部から受ける充放電電力指令値PR、及び、外部交流電源12の電圧Vsを検出する電圧センサ(図示せず)からの検出値に基づいて、外部交流電源12に対して力率1の正弦波の電流指令値の絶対値|is*|を生成する構成とすることができる。例えば、電流指令生成部54は、実効値演算部で、外部交流電源12の電圧Vsからピーク電圧を検出し、検出したピーク電圧に基づいて電圧Vsの実効値Vs´を算出する。また、位相検出部で、電圧Vsのゼロクロス点を算出し、検出したゼロクロス点に基づいて電圧Vsの位相θを検出する。 Here, the absolute value of the AC current command value | IS * | is the power factor of the power supply 1 which corresponds to the charging power, the absolute value of the AC input current command value without harmonic sine wave | IS * | is. The reason why the absolute value | is * | of the current command value is used is to perform half-wave rectification. Further, in order to obtain the absolute value | is * | of the sine wave current command value of power factor 1, for example, the control unit 40 has a current command generation unit 54 as shown in FIG. Sine wave having a power factor of 1 with respect to the external AC power supply 12 based on the charge / discharge power command value PR received from the unit and a detection value from a voltage sensor (not shown) that detects the voltage Vs of the external AC power supply 12 The absolute value | is * | of the current command value can be generated. For example, the current command generation unit 54 is an effective value calculation unit that detects a peak voltage from the voltage Vs of the external AC power supply 12 and calculates an effective value Vs ′ of the voltage Vs based on the detected peak voltage. Further, the phase detection unit calculates a zero cross point of the voltage Vs, and detects the phase θ of the voltage Vs based on the detected zero cross point.

また、正弦波生成部で、位相検出部によって検出された電圧Vsの位相θに基づいて、例えば、正弦波関数のテーブルを用いて、電圧Vsと同相の正弦波γを生成する。また、除算部で、実効値演算部からの電圧Vsの実効値Vs´により充放電電力指令値PRを除算し、その演算結果を乗算部へ出力し、乗算部では、除算部の演算結果に正弦波生成部からの正弦波γを乗算する。絶対値算出部56では、乗算部の演算結果の絶対値を算出し、その算出結果を電流指令の絶対値|is*|として出力する。図2に戻り、制御部40は、絶対値|is*|と第1リアクトルL1の電流検出値iLとの偏差を比例補償器52に出力する。 Further, the sine wave generation unit generates a sine wave γ having the same phase as the voltage Vs based on the phase θ of the voltage Vs detected by the phase detection unit, for example, using a table of sine wave functions. Further, the division unit divides the charge / discharge power command value PR by the effective value Vs ′ of the voltage Vs from the effective value calculation unit, and outputs the calculation result to the multiplication unit. The multiplication unit outputs the calculation result to the division unit. Multiply the sine wave γ from the sine wave generator. The absolute value calculation unit 56 calculates the absolute value of the calculation result of the multiplication unit and outputs the calculation result as the absolute value | is * | of the current command. Returning to FIG. 2, the control unit 40 outputs the deviation between the absolute value | is * | and the detected current value iL of the first reactor L <b> 1 to the proportional compensator 52.

なお、電圧Vsの実効値と位相とを利用するものであれば、電流指令生成の絶対値|is*|はこのような方法で生成するものに限らず種々の方法で生成できる。例えば、電流指令生成の絶対値を予め定めておくこともできる。 If the effective value and phase of the voltage Vs are used, the absolute value | is * | for generating the current command is not limited to that generated by such a method but can be generated by various methods. For example, the absolute value of current command generation can be determined in advance.

また、比例補償器52では、第1リアクトルL1の電流検出値が電流指令の絶対値|is*|に追従するように、比例成分を乗じて第1アームA1の制御電圧とする。この際、第1要素42の出力電圧であり、第2要素44の入力電圧であるインバータ36の直流電圧Vh(図1)と、交流側電圧Vsとの影響で、電圧(Vh−|Vs|)が外乱として作用する。このため、この外乱となる値を比例補償器52の出力の制御電圧に加えてこの外乱を補償する。このために図示しない電圧センサで、インバータ36直流電圧Vhを検出する。 Further, the proportional compensator 52 multiplies the proportional component so that the detected current value of the first reactor L1 follows the absolute value | is * | of the current command to obtain the control voltage of the first arm A1. At this time, the voltage (Vh− | Vs |) is influenced by the DC voltage Vh (FIG. 1) of the inverter 36 that is the output voltage of the first element 42 and the input voltage of the second element 44 and the AC side voltage Vs. ) Acts as a disturbance. For this reason, the disturbance value is compensated by adding the disturbance value to the control voltage of the output of the proportional compensator 52. For this purpose, the inverter 36 DC voltage Vh is detected by a voltage sensor (not shown).

また、外乱補償後の出力を変調率演算部58に入力し、インバータ36直流電圧Vhで除算してPWM変調率を算出し、PWM信号出力部60に出力する。PWM信号出力部60では、算出されたPWM変調率と、キャリア信号出力部62から出力されるキャリア信号とをコンパレータで比較し、比較で得られた算出値に応じてPWM信号P1を生成し、第1アームA1のスイッチング素子のゲートにPWM信号P1を出力する。この場合、キャリア信号が、交流入力電流指令値is*に基づくPWM変調率よりも大きいときは第1アームA1の負極側スイッチング素子S2をオフし、キャリア信号がPWM変調率よりも小さいときは第1アームA1の負極側スイッチング素子S2をオンとする。この場合、正極側スイッチング素子S1は、常にオフのままとするか、または、負極側スイッチング素子S2のオンオフ動作と逆になるようにオンオフ動作させる。正極側スイッチング素子S1をオンオフ動作させる場合、負極側スイッチング素子S2のオンオフ動作との間にデッドタイムが設けられるように設定する。 Also, the output after disturbance compensation is input to the modulation factor calculation unit 58, divided by the inverter 36 DC voltage Vh to calculate the PWM modulation factor, and output to the PWM signal output unit 60. In the PWM signal output unit 60, the calculated PWM modulation rate and the carrier signal output from the carrier signal output unit 62 are compared by a comparator, and a PWM signal P1 is generated according to the calculated value obtained by the comparison, The PWM signal P1 is output to the gate of the switching element of the first arm A1. In this case, when the carrier signal is larger than the PWM modulation rate based on the AC input current command value is * , the negative side switching element S2 of the first arm A1 is turned off, and when the carrier signal is smaller than the PWM modulation rate, the first The negative side switching element S2 of one arm A1 is turned on. In this case, the positive side switching element S1 is always kept off or is turned on / off so as to be opposite to the on / off operation of the negative side switching element S2. When the positive side switching element S1 is turned on / off, the dead time is set between the positive side switching element S2 and the on / off operation of the negative side switching element S2.

図4は、充電時の電池電流を制御する第2アームA2のスイッチング制御方法を示すブロック図である。第2モード制御手段50は、指令充電電力に対応し、一定の直流電流である、バッテリ14に流れる電流である電池電流指令値ib*と、電池電流の検出値ibとの偏差を求め、求めた偏差を比例積分補償器64に出力する。比例積分補償器64は、比例補償器と、積分補償器とを有する。 FIG. 4 is a block diagram showing a switching control method of the second arm A2 for controlling the battery current during charging. The second mode control means 50 obtains a deviation between the battery current command value ib * , which is a constant DC current, the current flowing in the battery 14, and the detected value ib of the battery current, corresponding to the command charging power. The deviation is output to the proportional-integral compensator 64. The proportional integral compensator 64 includes a proportional compensator and an integral compensator.

比例積分補償器64では、電池電流指令値ib*に電流検出値ibが追従するように、比例成分及び積分成分をそれぞれ乗じて得られた出力の加算値を、第1変調率演算部66に出力する。すなわち、比例積分補償器64では、入力された偏差をPI演算し、算出された値を第1変調率演算部66に出力する。第1変調率演算部66では、インバータ36の直流電圧Vhで除算して第1PWM変調率を算出し、指令昇圧比として、正負を反転して電池電圧指令値Vb*とインバータ36直流電圧指令値Vh*との比であるVb*/Vh*を加算して前向き補償し、昇圧比の逆数βとし、逆数βを第2変調率演算部68に出力する。第2変調率演算部68では、逆数βから通流率に対応する第2PWM変調率αを、α=1−2×βの関係から算出し、第2PWM信号出力部70に出力する。第2PWM信号出力部70では、算出された第2PWM変調率αと、キャリア信号出力部62から出力されるキャリア信号とをコンパレータで比較し、比較で得られた算出値に応じてPWM信号P2を生成し、第2アームA2のスイッチング素子のゲートにPWM信号P2を出力する。この場合、キャリア信号が、交流入力電流指令値に基づく第2PWM変調率αよりも大きいときは第2アームA2の正極側スイッチング素子S3をオンし、キャリア信号が第2PWM変調率αよりも小さいときは正極側スイッチング素子S3をオフとする。この場合、負極側スイッチング素子S4は、常にオフのままとするか、または、正極側スイッチング素子S3のオンオフ動作と逆になるようにオンオフ動作させる。負極側スイッチング素子S4をオンオフ動作させる場合、正極側スイッチング素子S3のオンオフ動作との間にデッドタイムが設けられるように設定する。 In the proportional-integral compensator 64, the output value added by multiplying each of the proportional component and the integral component so that the current detection value ib follows the battery current command value ib * is sent to the first modulation factor calculator 66. Output. That is, the proportional-integral compensator 64 performs PI calculation on the input deviation and outputs the calculated value to the first modulation factor calculation unit 66. In the first modulation factor calculation unit 66, the first PWM modulation factor is calculated by dividing by the DC voltage Vh of the inverter 36, and the battery voltage command value Vb * and the inverter 36 DC voltage command value are inverted as the command step-up ratio. by adding Vb * / Vh * is the ratio of the Vh * and forward compensation, the inverse of the step-up ratio beta, and outputs the inverse beta to the second modulation factor computation unit 68. The second modulation factor calculation unit 68 calculates the second PWM modulation factor α corresponding to the conduction rate from the inverse β, from the relationship of α = 1−2 × β, and outputs it to the second PWM signal output unit 70. In the second PWM signal output unit 70, the calculated second PWM modulation rate α and the carrier signal output from the carrier signal output unit 62 are compared by a comparator, and the PWM signal P2 is determined according to the calculated value obtained by the comparison. The PWM signal P2 is output to the gate of the switching element of the second arm A2. In this case, when the carrier signal is larger than the second PWM modulation rate α based on the AC input current command value, the positive side switching element S3 of the second arm A2 is turned on, and when the carrier signal is smaller than the second PWM modulation rate α. Turns off the positive side switching element S3. In this case, the negative side switching element S4 is always kept off or is turned on / off so as to be opposite to the on / off operation of the positive side switching element S3. When the on / off operation of the negative side switching element S4 is performed, a dead time is set between the on / off operation of the positive side switching element S3.

図5Aは、図1の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図5Bは、図1の構成における充電時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図5Aに示すように、外部交流電源12の交流電圧に対して外部交流電源12の電源電流は、同相の力率1で高調波を含まない正弦波に制御されている。また、図5Bに示すように、電池電流は、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御されている。   FIG. 5A is a diagram showing simulation results of operation waveforms of voltage and current of the external AC power supply during charging in the configuration of FIG. FIG. 5B is a diagram illustrating simulation results of operation waveforms of a battery voltage (battery voltage) and a battery-side current (battery current) during charging in the configuration of FIG. 1. As shown in FIG. 5A, the power supply current of the external AC power supply 12 is controlled to a sine wave having a power factor of 1 in phase and not including harmonics with respect to the AC voltage of the external AC power supply 12. Further, as shown in FIG. 5B, the battery current is controlled to a constant DC current with little or no pulsation.

このように、本実施の形態では、コンバータ34を用いて外部交流電源12からバッテリ14を充電する。このため、充電時にインバータ36やモータ38を動作させる必要がない。また、充電時に、第1要素42の第1アームA1を利用して第1要素42で電圧変換し、交流入力電流を制御しているため、昇圧回路の原理を利用して、交流入力電流の力率を制御することができる。また、第2要素44の第2アームA2を利用して第2要素44で電圧変換し、バッテリ14側の電流を制御しているため、バッテリ14側電流を平滑に制御できる。このように第1アームA1と第2アームA2とを独立に制御することができるため、電源力率の制御と、バッテリ14電流の平滑化制御とが同時に実現できる。このため、モータ38駆動のためのコンバータ34を利用して外部交流電源12からバッテリ14に高力率で充電できる構成で、バッテリ14の充電時の電池電流の脈動を抑制できる。したがって、バッテリ14を満充電するために要する時間を短くできるとともに、バッテリ14の発熱や性能低下を有効に防止できる。   Thus, in the present embodiment, the battery 14 is charged from the external AC power supply 12 using the converter 34. For this reason, it is not necessary to operate the inverter 36 and the motor 38 at the time of charge. Also, during charging, the first element A1 of the first element 42 is used to convert the voltage by the first element 42 and the AC input current is controlled. Power factor can be controlled. In addition, since the second element 44 converts the voltage using the second arm A2 of the second element 44 and controls the current on the battery 14 side, the battery 14 side current can be controlled smoothly. Since the first arm A1 and the second arm A2 can be controlled independently in this way, the power factor control and the smoothing control of the battery 14 current can be realized simultaneously. For this reason, it is possible to charge the battery 14 from the external AC power supply 12 with a high power factor by using the converter 34 for driving the motor 38, and to suppress the pulsation of the battery current when the battery 14 is charged. Therefore, the time required to fully charge the battery 14 can be shortened, and heat generation and performance degradation of the battery 14 can be effectively prevented.

また、バッテリ14電圧が外部交流電源12の電圧よりも高くても低くても充電可能となる。また、モータ38駆動にも使用可能なコンバータ34を利用してバッテリ14の充電を行える。また、充電システムを構成するために既存のコンバータを利用できる。このため、モータ駆動装置32を含む充電システム全体の低コスト化や、小型化に寄与できる。   Further, charging is possible regardless of whether the battery 14 voltage is higher or lower than the voltage of the external AC power supply 12. In addition, the battery 14 can be charged by using the converter 34 that can also be used to drive the motor 38. Also, existing converters can be used to configure the charging system. For this reason, it can contribute to the cost reduction of the whole charging system including the motor drive device 32, and size reduction.

なお、本実施の形態では、バッテリ14にコンバータ34及びインバータ36を介してモータ38を接続し、モータ38を駆動可能としているが、モータ38の代わりに、上記の図13に示した構成と同様のモータジェネレータを使用することもできる。また、図13に示した構成と同様に、コンバータ34の出力側に並列に2のインバータ36を接続するとともに、2のインバータ36のそれぞれにより駆動する2のモータジェネレータを設けることもできる。   In the present embodiment, a motor 38 is connected to the battery 14 via a converter 34 and an inverter 36 so that the motor 38 can be driven. However, instead of the motor 38, the configuration similar to that shown in FIG. The motor generator can also be used. Similarly to the configuration shown in FIG. 13, two inverters 36 can be connected in parallel to the output side of the converter 34, and two motor generators driven by each of the two inverters 36 can be provided.

[第2の発明の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。図7は、図6の構成を使用した充電制御方法において、第1アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the charging system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing a switching control method of the first arm in the charge control method using the configuration of FIG.

本実施の形態の充電システムは、ハーフブリッジコンバータの回路を利用して構成している。充電システムは、外部交流電源12を、コネクタ26,28を介してコンバータ34に接続している。本実施の形態では、上記の第1の実施の形態と異なり、ダイオード整流器46(図1)を設けていない。   The charging system of the present embodiment is configured using a half-bridge converter circuit. In the charging system, the external AC power supply 12 is connected to the converter 34 via connectors 26 and 28. In the present embodiment, unlike the first embodiment, the diode rectifier 46 (FIG. 1) is not provided.

すなわち、充電システムを構成するモータ駆動装置32は、上記の第1の実施の形態の構成において、コネクタ26とコンバータ34との間に、コンデンサを含む交流フィルタ72を接続しているが、ダイオード整流器は設けていない。また、モータ駆動装置32は、コンバータ34の出力側端子とインバータ36の入力側端子との間に第1アームA1及び第2アームA2に対し並列に直列接続コンデンサ74を接続している。   That is, in the motor drive device 32 constituting the charging system, the AC filter 72 including a capacitor is connected between the connector 26 and the converter 34 in the configuration of the first embodiment, but the diode rectifier Is not provided. In the motor drive device 32, a series connection capacitor 74 is connected in parallel with the first arm A <b> 1 and the second arm A <b> 2 between the output side terminal of the converter 34 and the input side terminal of the inverter 36.

直列接続コンデンサ74は、直列に接続された2のコンデンサC1,C2を含む。第1要素42を構成する第1リアクトルL1の第1アームA1接続側とは反対側の一端と、直列接続コンデンサ74の中間点である、2のコンデンサC1,C2の接続点とに、外部交流電源12に接続可能なコネクタ26の2の端子をそれぞれ接続している。したがって、コネクタ26に外部交流電源12側のコネクタ28を接続した状態で、外部交流電源12の2の端子は、第1リアクトルL1の第1アームA1接続側とは反対側の一端と、直列接続コンデンサ74の中間点とに接続される。   Series connection capacitor 74 includes two capacitors C1 and C2 connected in series. An external alternating current is connected to one end of the first reactor L1 constituting the first element 42 on the side opposite to the first arm A1 connection side and the connection point between the two capacitors C1 and C2, which is the intermediate point of the series connection capacitor 74. Two terminals of the connector 26 that can be connected to the power supply 12 are connected to each other. Therefore, in a state where the connector 28 on the external AC power supply 12 side is connected to the connector 26, the two terminals of the external AC power supply 12 are connected in series with one end of the first reactor L1 opposite to the first arm A1 connection side. Connected to the midpoint of the capacitor 74.

また、第1スイッチR1の片側(図6の左側)は、バッテリ14の正極側と第2スイッチR2の片側(図6の左側)とに接続されている。また、第1スイッチR1の他側(図6の右側)は、第1リアクトルL1の外部交流電源12接続側に接続されている。また、第2スイッチR2の他側(図6の右側)は、第2リアクトルL2の第2アームA2接続側とは反対側に接続されている。   Further, one side of the first switch R1 (left side in FIG. 6) is connected to the positive side of the battery 14 and one side (left side in FIG. 6) of the second switch R2. The other side of the first switch R1 (the right side in FIG. 6) is connected to the external AC power supply 12 connection side of the first reactor L1. Further, the other side of the second switch R2 (the right side in FIG. 6) is connected to the opposite side of the second reactor L2 to the second arm A2 connection side.

モータ38の駆動時には、上記の第1の実施の形態の場合と同様に、制御部40が有する第1モード制御手段48は、第1スイッチR1及び第2スイッチR2を同時にオンした状態で、バッテリ14から出力される電力をコンバータ34に入力し、コンバータ34から出力される電圧を直接または間接にモータ38に印加させ、モータ38を駆動する。   When the motor 38 is driven, as in the case of the first embodiment, the first mode control means 48 included in the control unit 40 is in a state where the first switch R1 and the second switch R2 are turned on at the same time. 14 is input to the converter 34, and the voltage output from the converter 34 is directly or indirectly applied to the motor 38 to drive the motor 38.

また、バッテリ14の充電時には、上記の第1の実施の形態と同様に、コネクタ26に外部交流電源12を接続した状態で、制御部40が有する第2モード制御手段50は、第1スイッチR1をオフとし、第2スイッチR2をオンとする。これとともに、第2モード制御手段50は、第1アームA1のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2アームA2のスイッチングを制御することで、バッテリ14に流れるバッテリ14電流を平滑に制御して、外部交流電源12からバッテリ14に充電させる。   Further, when the battery 14 is charged, as in the first embodiment, the second mode control means 50 included in the control unit 40 with the external AC power supply 12 connected to the connector 26 is the first switch R1. Is turned off and the second switch R2 is turned on. At the same time, the second mode control means 50 controls the switching of the first arm A1, thereby controlling the power factor of the AC input current and controlling the switching of the second arm A2, so that the battery flowing in the battery 14 is controlled. The battery 14 is charged from the external AC power supply 12 by controlling the 14 current smoothly.

図7は、充電時の交流電源側電流を制御する第1アームA1のスイッチング制御方法を示すブロック図である。なお、本実施の形態の以下の説明では、図6に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。第2モード制御手段50は、正弦波の交流電流指令値is*と、交流入力電流の検出値の絶対値として使用する、第1リアクトルL1の電流検出値iLとの偏差を求め、求めた偏差を比例補償器52と、正弦波内部モデル補償器76とに出力する。交流電流指令値is*は、例えば、上記の図3に示す第1の実施の形態で説明した電流指令生成部54で、絶対値算出部56を省略したものを使用する。 FIG. 7 is a block diagram showing a switching control method of the first arm A1 for controlling the AC power supply side current during charging. In the following description of the present embodiment, the same elements as those shown in FIG. The second mode control means 50 obtains a deviation between the sinusoidal alternating current command value is * and the detected current value iL of the first reactor L1, which is used as the absolute value of the detected value of the alternating current input. Are output to the proportional compensator 52 and the sine wave internal model compensator 76. As the alternating current command value is * , for example, the current command generating unit 54 described in the first embodiment shown in FIG. 3 and having the absolute value calculating unit 56 omitted is used.

比例補償器52で、第1リアクトルL1の電流検出値iLが電流指令値is*に追従するように、偏差に比例成分を乗じて得られた出力値と、正弦波内部モデル補償器76で、正弦波内部モデルである、ks×{s/(s2+ω0 2)}を偏差に乗じて得られた出力値とを加算し、交流電源電圧Vsを減算して、外乱となる電源電圧を補償する。外乱補償後の出力は、変調率演算部78でインバータ36直流電圧であるVh/2により除算し、PWM変調率を算出し、PWM信号出力部80に出力する。PWM信号出力部80では、算出されたPWM変調率と、キャリア信号出力部62から出力されるキャリア信号とをコンパレータで比較し、比較で得られた算出値に応じてPWM信号P1を生成し、第1アームA1のスイッチング素子のゲートにPWM信号P1を出力する。この場合、キャリア信号が、交流入力電流指令値に基づくPWM変調率よりも大きいときは第1アームA1の正極側スイッチング素子S1をオンし、キャリア信号がPWM変調率よりも小さいときは正極側スイッチング素子S1をオフとする。この場合、負極側スイッチング素子S2は、正極側スイッチング素子S1のオンオフ動作と逆になるようにオンオフ動作させる。負極側スイッチング素子S2をオンオフ動作させる場合、正極側スイッチング素子S1のオンオフ動作との間にデッドタイムが設けられるように設定する。 In the proportional compensator 52, an output value obtained by multiplying the deviation by a proportional component so that the current detection value iL of the first reactor L1 follows the current command value is * , and a sine wave internal model compensator 76, The output value obtained by multiplying the deviation by ks × {s / (s 2 + ω 0 2 )}, which is a sine wave internal model, is added, and the AC power supply voltage Vs is subtracted to obtain the power supply voltage that becomes a disturbance. To compensate. The output after the disturbance compensation is divided by the modulation factor calculation unit 78 by Vh / 2 which is the DC voltage of the inverter 36 to calculate the PWM modulation factor and output it to the PWM signal output unit 80. In the PWM signal output unit 80, the calculated PWM modulation rate and the carrier signal output from the carrier signal output unit 62 are compared by a comparator, and the PWM signal P1 is generated according to the calculated value obtained by the comparison, The PWM signal P1 is output to the gate of the switching element of the first arm A1. In this case, when the carrier signal is larger than the PWM modulation rate based on the AC input current command value, the positive side switching element S1 of the first arm A1 is turned on, and when the carrier signal is smaller than the PWM modulation rate, the positive side switching is performed. The element S1 is turned off. In this case, the negative side switching element S2 is turned on / off so as to be opposite to the on / off action of the positive side switching element S1. When the on / off operation of the negative side switching element S2 is performed, a dead time is set between the on / off operation of the positive side switching element S1.

また、充電時の電池電流を制御する第2アームA2のスイッチング制御方法を示すブロック図は、上記の第1の実施の形態で説明した図4のブロック図と同様であり、上記の第1の実施の形態と同様にして、第2アームA2のスイッチングを制御する。   The block diagram showing the switching control method of the second arm A2 for controlling the battery current at the time of charging is the same as the block diagram of FIG. 4 described in the first embodiment. Similarly to the embodiment, the switching of the second arm A2 is controlled.

図8Aは、図6の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図8Bは、図6の構成における充電時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図8Aに示すように、外部交流電源12の電源電圧に対して外部交流電源12の電源電流は、同相の力率1で高調波を含まない正弦波に制御されている。また、図8Bに示すように、電池電流は、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御されている。   FIG. 8A is a diagram showing simulation results of operation waveforms of voltage and current of the external AC power supply during charging in the configuration of FIG. FIG. 8B is a diagram illustrating simulation results of operation waveforms of a battery voltage (battery voltage) and a battery-side current (battery current) during charging in the configuration of FIG. 6. As shown in FIG. 8A, the power supply current of the external AC power supply 12 is controlled to a sine wave having a power factor of 1 in phase and not including harmonics with respect to the power supply voltage of the external AC power supply 12. Further, as shown in FIG. 8B, the battery current is controlled to a constant DC current with little or no pulsation.

このような本実施の形態の場合も、第1アームA1及び第2アームA2の独立したスイッチングの制御により、電源力率の制御と、バッテリ14電流の平滑化制御とが同時に実現できる。このため、モータ38駆動のためのコンバータ34を利用して外部電源からバッテリ14に高力率で充電できる構成で、バッテリ14の充電時の電池電流の脈動を抑制できる。   In the case of this embodiment as well, the control of the power source power factor and the smoothing control of the battery 14 current can be realized simultaneously by the independent switching control of the first arm A1 and the second arm A2. For this reason, the battery current pulsation during charging of the battery 14 can be suppressed with a configuration in which the battery 14 can be charged from the external power source with a high power factor by using the converter 34 for driving the motor 38.

また、本実施の形態では、ハーフブリッジコンバータの回路を利用して構成しているため、直流電源であるバッテリ14から外部交流電源12側への電力供給、すなわち「発電動作」と呼ばれる、バッテリ14電力の交流側出力が可能である。この場合の電池電流も、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御できる。この場合、バッテリ14を、外部の負荷または電力設備等に電力を供給するための電源として使用できる。   In the present embodiment, since the circuit of the half-bridge converter is used, power is supplied from the battery 14 that is a DC power source to the external AC power source 12 side, that is, the battery 14 called “power generation operation”. AC power output is possible. The battery current in this case can also be controlled to a constant DC current with little or no pulsation. In this case, the battery 14 can be used as a power source for supplying power to an external load or power equipment.

図9Aは、図6の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図9Bは、図6の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時のバッテリ電圧(電池電圧)及びバッテリ側電流(電池電流)の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。このようなシミュレーション結果から、外部交流電源12の電源電流が同相の力率1で高調波を含まない正弦波に制御され、電池電流が、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御されることを確認できた。なお、このシミュレーションでは、交流側電流指令値の位相を180度反転させている。その他の構成及び作用は、上記の第1の実施の形態と同様である。   FIG. 9A is a diagram illustrating simulation results of operation waveforms of voltage and current of the external AC power supply when the battery power in the configuration of FIG. 6 is output on the AC side. FIG. 9B is a diagram illustrating simulation results of operation waveforms of a battery voltage (battery voltage) and a battery side current (battery current) when the battery power is output on the AC side in the configuration of FIG. 6. From such a simulation result, the power supply current of the external AC power supply 12 is controlled to a sine wave having a power factor of 1 in phase and not including harmonics, and the battery current is controlled to a constant DC current with little or no pulsation. I was able to confirm that In this simulation, the phase of the AC side current command value is inverted by 180 degrees. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

[第3の発明の実施の形態]
図10は、本発明の第3の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。本実施の形態の充電システムは、3相のマルチフェーズ昇圧コンバータの回路を利用して構成している。すなわち、充電システムは、上記の図1から図4に示した第1の実施の形態と同様の構成において、コンバータ34は、直列に接続された2の第3スイッチング素子S5,S6を有する第3アームA3と、第3アームA3の中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子である第3リアクトルL3と、を有する第3要素82をさらに含む。第3アームA3は、第1アームA1及び第2アームA2に並列に接続されている。第3リアクトルL3の第3アームA3接続側とは反対側の端子は、第1リアクトルL1の第1アームA1接続側とは反対側の端子に接続されている。
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a charging system according to the third embodiment of the present invention. The charging system of the present embodiment is configured using a three-phase multiphase boost converter circuit. That is, the charging system has a configuration similar to that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 described above, and the converter 34 includes a third switching element S5, S6 connected in series. It further includes a third element 82 having an arm A3 and a third reactor L3 that is a third energy storage element connected to an intermediate point of the third arm A3. The third arm A3 is connected in parallel to the first arm A1 and the second arm A2. The terminal of the third reactor L3 opposite to the third arm A3 connection side is connected to the terminal of the first reactor L1 opposite to the first arm A1 connection side.

また、第2モード制御手段50(図1参照)は、第1要素42及び第3要素82を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素44を降圧コンバータとして機能させるよう、各アームA1,A2,A3のスイッチングを制御する。   Further, the second mode control means 50 (see FIG. 1) has the arms A1, A2, A3 so that the first element 42 and the third element 82 function as a step-up converter and the second element 44 functions as a step-down converter. Controls switching.

このような充電システムで、モータ38の駆動時には、第1モード制御手段48は、バッテリ14から出力される電力をコンバータ34に入力し、コンバータ34から出力される電圧をインバータ36を介してモータ38に印加させるように、第1アームA1、第2アームA2及び第3アームA3のスイッチングを制御し、モータ38を駆動する。この場合、第1モード制御手段48(図1参照)は、第1スイッチR1及び第2スイッチR2をオンにする。また、各アームA1,A2,A3同士で、正極側スイッチング素子S1,S3,S5を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御し、各アームA1,A2,A3同士で、負極側スイッチング素子S2,S4,S6を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御する。なお、正極側または負極側のスイッチング素子S1,S3,S5(またはS2,S4,S6)のみをオンオフ制御し、他方をオフのままとすることもできる。   In such a charging system, when the motor 38 is driven, the first mode control means 48 inputs the electric power output from the battery 14 to the converter 34, and the voltage output from the converter 34 is input to the motor 38 via the inverter 36. The switching of the first arm A1, the second arm A2, and the third arm A3 is controlled so that the motor 38 is driven. In this case, the first mode control means 48 (see FIG. 1) turns on the first switch R1 and the second switch R2. Further, the positive-side switching elements S1, S3, S5 are simultaneously controlled, that is, in the same phase, by the arms A1, A2, A3, and the negative-side switching elements S2, S4, S3 are controlled by the arms A1, A2, A3. S6 is turned on / off simultaneously, that is, in the same phase. It is also possible to control only the switching elements S1, S3, S5 (or S2, S4, S6) on the positive side or the negative side and leave the other off.

なお、各アームA1,A2,A3の正極側スイッチング素子S1,S3,S5同士、及び、各アームA1,A2,A3の負極側スイッチング素子S2,S4,S6同士を、それぞれ位相を例えば120度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。この構成によれば、電流リップルを低減することができる。この場合、例えば、モータ駆動装置32は、3相の昇圧コンバータとして機能する。   The phases of the positive side switching elements S1, S3, S5 of the arms A1, A2, A3 and the negative side switching elements S2, S4, S6 of the arms A1, A2, A3 are different from each other by 120 degrees, for example. In other words, the switching can be performed by shifting the timing. According to this configuration, current ripple can be reduced. In this case, for example, the motor drive device 32 functions as a three-phase boost converter.

また、バッテリ14の充電時には、第2モード制御手段50(図1参照)は、外部交流電源12からの電圧を第1要素42及び第3要素82に入力させ、第1要素42及び第3要素82で電圧変換させる、すなわち昇圧させた後、第2要素44で電圧変換させる、すなわち降圧させてから出力される直流電圧をバッテリ14に供給し、バッテリ14を充電させる。このために、第2モード制御手段50は、第1スイッチR1をオフとし、第2スイッチR2をオンとする。これとともに、第2モード制御手段50は、第1アームA1及び第3アームA3のスイッチングのオンオフを制御することで、第1要素42及び第3要素82を昇圧コンバータとして機能させ、交流入力電流である、外部交流電源12電流の力率を1に制御する。   Further, when the battery 14 is charged, the second mode control means 50 (see FIG. 1) causes the voltage from the external AC power supply 12 to be input to the first element 42 and the third element 82, and the first element 42 and the third element After the voltage is converted, ie, boosted, at 82, the second element 44 converts the voltage, ie, the voltage is lowered, and then the output DC voltage is supplied to the battery 14 to charge the battery 14. For this purpose, the second mode control means 50 turns off the first switch R1 and turns on the second switch R2. At the same time, the second mode control means 50 controls the switching on and off of the first arm A1 and the third arm A3, thereby causing the first element 42 and the third element 82 to function as a boost converter, and by using an AC input current. The power factor of a certain external AC power supply 12 current is controlled to 1.

また、第2モード制御手段50は、第2アームA2のスイッチングのオンオフを制御することで、第2要素44を降圧コンバータとして機能させ、バッテリ14に流れるバッテリ14電流である電池電流を平滑に制御して、外部交流電源12からバッテリ14に充電させる。   Further, the second mode control means 50 controls the on / off of switching of the second arm A2, thereby causing the second element 44 to function as a step-down converter, and smoothly controlling the battery current that is the battery 14 current flowing through the battery 14. Then, the battery 14 is charged from the external AC power supply 12.

この場合、第1アームA1及び第3アームA3のスイッチングを制御する際に、第1アームA1及び第3アームA3同士で、正極側スイッチング素子S1,S5を常にオフにした状態で、負極側スイッチング素子S2,S6を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御することができる。なお、第1アームA1及び第3アームA3の正極側、負極側の両方のスイッチング素子をすべてオンオフ制御する場合に、第1アームA1及び第3アームA3同士で、正極側スイッチング素子S1,S5同士を同時にオンオフするように制御し、負極側スイッチング素子S2,S6同士を同時にオンオフするよう制御することもできる。   In this case, when controlling the switching of the first arm A1 and the third arm A3, the negative side switching is performed with the positive side switching elements S1 and S5 always turned off between the first arm A1 and the third arm A3. The elements S2 and S6 can be controlled on / off simultaneously, that is, in the same phase. When all the positive and negative side switching elements of the first arm A1 and the third arm A3 are on / off controlled, the positive side switching elements S1 and S5 are the same between the first arm A1 and the third arm A3. Can be controlled so as to be turned on and off at the same time, and the negative-side switching elements S2 and S6 can be simultaneously turned on and off.

また、第1アームA1及び第3アームA3の負極側スイッチング素子S2,S6同士を、位相を180度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。また、第1アームA1及び第3アームA3の正極側スイッチング素子S1,S5同士と、負極側スイッチング素子S2,S6同士とを、それぞれ異なるアームA1,A3同士で位相を180度異ならせて、スイッチングすることもできる。   Further, the negative-side switching elements S2 and S6 of the first arm A1 and the third arm A3 can be switched with a phase difference of 180 degrees, that is, with a shifted timing. Further, the positive-side switching elements S1 and S5 of the first arm A1 and the third arm A3 and the negative-side switching elements S2 and S6 are switched by changing the phase by 180 degrees between the different arms A1 and A3, respectively. You can also

このような本実施の形態の場合、バッテリ14充電時に第1アームA1及び第3アームA3同士でスイッチングの位相をずらせることで、外部交流電源12の電源電流のリップルをより抑制でき、充電付加回路24に設けたコンデンサを含む交流フィルタの容量を小さくできる。   In the case of this embodiment, the ripple of the power supply current of the external AC power supply 12 can be further suppressed by adding the charging phase by shifting the switching phase between the first arm A1 and the third arm A3 when the battery 14 is charged. The capacity of the AC filter including the capacitor provided in the circuit 24 can be reduced.

すなわち、電源と負荷との間に複数個の基本チョッパ回路が接続され、そのスイッチングの位相をずらせるものが、「多相多重チョッパ回路」と呼ばれている。m相m重チョッパ回路のスイッチング周期Tをm等分し、T/mずつ位相をずらしてスイッチング動作させることにより、電流リップルが低減し、合成により得られる電流の周波数(合成周波数)が単相チョッパ回路の場合の相数倍となるため、フィルタとしての効果が大きくなる。本実施の形態では、3相のマルチフェーズ昇圧コンバータの、第1アームA1及び第3アームA3の2アームで降圧用のマルチフェーズコンバータを構成するのと同様になる。そして、この2アーム同士でスイッチングの位相をずらせることにより、外部交流電源12側の電流リップルを抑制でき、交流フィルタの容量を小さくできる。その他の構成及び作用は、上記の図1から図4に示した第1の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。   That is, a circuit in which a plurality of basic chopper circuits are connected between a power source and a load and their switching phases are shifted is called a “multi-phase multiple chopper circuit”. Dividing the switching period T of the m-phase m-chopper circuit into m, and switching the operation by shifting the phase by T / m, the current ripple is reduced, and the frequency of the current obtained by synthesis (synthetic frequency) is single phase. Since the number of phases is doubled in the case of the chopper circuit, the effect as a filter is increased. In the present embodiment, it is the same as that of the three-phase multi-phase boost converter, in which the step-down multi-phase converter is configured by the two arms of the first arm A1 and the third arm A3. By shifting the switching phase between the two arms, the current ripple on the external AC power supply 12 side can be suppressed, and the capacity of the AC filter can be reduced. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 described above, and thus redundant description is omitted.

[第4の発明の実施の形態]
図11は、本発明の第4の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。本実施の形態の充電システムは、上記の図6から図7に示した第2の実施の形態と同様の、ハーフブリッジコンバータの回路を利用した構成において、3相のマルチフェーズ昇圧コンバータの回路を利用して構成している。すなわち、充電システムは、上記の図6から図7に示した第2の実施の形態の構成において、コンバータ34は、直列に接続された2の第3スイッチング素子S5,S6を有する第3アームA3と、第3アームA3の中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子である第3リアクトルL3と、を有する第3要素82をさらに含む。第3アームA3は、第1アームA1及び第2アームA2に並列に接続されている。第3リアクトルL3の第3アームA3接続側とは反対側の端子は、第1リアクトルL1の第1アームA1接続側とは反対側の端子に接続されている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a charging system according to the fourth embodiment of the present invention. The charging system of the present embodiment uses a circuit of a three-phase multi-phase boost converter in a configuration using a half-bridge converter circuit similar to the second embodiment shown in FIGS. It is configured using. That is, in the charging system, in the configuration of the second embodiment shown in FIGS. 6 to 7, the converter 34 includes the third arm A3 having two third switching elements S5 and S6 connected in series. And a third element 82 having a third reactor L3 which is a third energy storage element connected to the midpoint of the third arm A3. The third arm A3 is connected in parallel to the first arm A1 and the second arm A2. The terminal of the third reactor L3 opposite to the third arm A3 connection side is connected to the terminal of the first reactor L1 opposite to the first arm A1 connection side.

第2モード制御手段50(図6参照)は、第1要素42及び第3要素82を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素44を降圧コンバータとして機能させるよう、各アームA1,A2,A3のスイッチングを制御する。   The second mode control means 50 (see FIG. 6) switches the arms A1, A2, and A3 so that the first element 42 and the third element 82 function as a step-up converter and the second element 44 functions as a step-down converter. To control.

このような充電システムの形態の場合も、上記の図10に示した第3の実施の形態と同様に、バッテリ14充電時に第1アームA1及び第3アームA3同士でスイッチングの位相をずらせることで、外部交流電源12の電源電流のリップルをより抑制でき、交流フィルタ72の容量を小さくできる。その他の構成及び作用は、上記の図6から図7に示した第2の実施の形態または上記の図10に示した第3の実施の形態と同様である。   In the case of such a charging system as well, the switching phases of the first arm A1 and the third arm A3 are shifted when the battery 14 is charged, as in the third embodiment shown in FIG. Thus, the ripple of the power supply current of the external AC power supply 12 can be further suppressed, and the capacity of the AC filter 72 can be reduced. Other configurations and operations are the same as those of the second embodiment shown in FIGS. 6 to 7 or the third embodiment shown in FIG.

[第5の発明の実施の形態]
図12は、本発明の第5の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。本実施の形態の充電システムは、フルブリッジコンバータの回路を利用した構成において、3相のマルチフェーズ昇圧コンバータの回路を利用して構成している。すなわち、充電システムは、上記の図6から図7に示した第2の実施の形態の構成において、直列接続コンデンサ74を省略している。
[Fifth Embodiment]
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a charging system according to the fifth embodiment of the present invention. The charging system of the present embodiment is configured using a three-phase multi-phase boost converter circuit in a configuration using a full-bridge converter circuit. That is, the charging system omits the series connection capacitor 74 in the configuration of the second embodiment shown in FIGS.

また、コンバータ34は、直列に接続された2の第3スイッチング素子S5,S6を有する第3アームA3と、第3アームA3の中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子である第3リアクトルL3と、を有する第3要素82をさらに含む。第3アームA3は、第1アームA1及び第2アームA2に並列に接続されている。第1リアクトルL1の第1アームA1接続側と反対側の端子と、第3リアクトルL3の第3アームA3接続側とは反対側の端子とに、外部交流電源12に接続可能なコネクタ26の2の端子をそれぞれ接続している。すなわち、第1リアクトルL1の第1アームA1接続側と反対側の端子と、第3リアクトルL3の第3アームA3接続側とは反対側の端子とに、外部交流電源12に接続可能な2の端子をそれぞれ接続している。   The converter 34 includes a third arm A3 having two third switching elements S5 and S6 connected in series, and a third reactor L3 which is a third energy storage element connected to an intermediate point of the third arm A3. And a third element 82. The third arm A3 is connected in parallel to the first arm A1 and the second arm A2. 2 of the connector 26 that can be connected to the external AC power source 12 to the terminal on the opposite side to the first arm A1 connection side of the first reactor L1 and the terminal on the opposite side to the third arm A3 connection side of the third reactor L3. Are connected to each other. That is, two terminals that can be connected to the external AC power source 12 are connected to the terminal on the opposite side of the first reactor L1 on the connection side of the first arm A1 and the terminal on the opposite side of the third reactor L3 on the connection side of the third arm A3. Each terminal is connected.

また、充電システムは、第1スイッチR1、第2スイッチR2及び第3スイッチR3を備える。第1スイッチR1の片側(図12の左側)は、バッテリ14の正極側と第2スイッチR2の片側(図12の左側)と第3スイッチR3の片側(図12の左側)とに接続されている。第1スイッチR1の他側(図12の右側)は、第1リアクトルL1の外部交流電源12接続側に接続されている。また、第2スイッチR2の他側(図12の右側)は、第2リアクトルL2の第2アームA2接続側とは反対側に接続されている。第3スイッチR3の他側(図12の右側)は、第3リアクトルL3の外部交流電源12接続側に接続されている。   The charging system includes a first switch R1, a second switch R2, and a third switch R3. One side of the first switch R1 (left side in FIG. 12) is connected to the positive side of the battery 14, one side of the second switch R2 (left side in FIG. 12), and one side of the third switch R3 (left side in FIG. 12). Yes. The other side of the first switch R1 (the right side in FIG. 12) is connected to the external AC power supply 12 connection side of the first reactor L1. The other side of the second switch R2 (the right side in FIG. 12) is connected to the side opposite to the second arm A2 connection side of the second reactor L2. The other side of the third switch R3 (the right side in FIG. 12) is connected to the external AC power supply 12 connection side of the third reactor L3.

第2モード制御手段50(図6参照)は、第1要素42及び第3要素82を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素44を降圧コンバータとして機能させるよう、各アームA1,A2,A3のスイッチングを制御する。   The second mode control means 50 (see FIG. 6) switches the arms A1, A2, and A3 so that the first element 42 and the third element 82 function as a step-up converter and the second element 44 functions as a step-down converter. To control.

このような充電システムで、モータ38の駆動時には、第1モード制御手段48は、バッテリ14から出力される電力をコンバータ34に入力し、コンバータ34から出力される電圧をインバータ36を介してモータ38に印加させるように、第1アームA1、第2アームA2及び第3アームA3のスイッチングを制御し、モータ38を駆動する。この場合、第1モード制御手段48は、第1スイッチR1、第2スイッチR2及び第3スイッチR3をすべてオンにする。また、各アームA1,A2,A3同士で、正極側スイッチング素子S1,S3,S5を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御し、各アームA1,A2,A3同士で、負極側スイッチング素子S2,S4,S6を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御する。なお、正極側または負極側のスイッチング素子S1,S3,S5(またはS2,S4,S6)のみをオンオフ制御し、他方をオフのままとすることもできる。   In such a charging system, when the motor 38 is driven, the first mode control means 48 inputs the electric power output from the battery 14 to the converter 34, and the voltage output from the converter 34 is input to the motor 38 via the inverter 36. The switching of the first arm A1, the second arm A2, and the third arm A3 is controlled so that the motor 38 is driven. In this case, the first mode control means 48 turns on all of the first switch R1, the second switch R2, and the third switch R3. Further, the positive-side switching elements S1, S3, S5 are simultaneously controlled, that is, in the same phase, by the arms A1, A2, A3, and the negative-side switching elements S2, S4, S3 are controlled by the arms A1, A2, A3. S6 is turned on / off simultaneously, that is, in the same phase. It is also possible to control only the switching elements S1, S3, S5 (or S2, S4, S6) on the positive side or the negative side and leave the other off.

なお、各アームA1,A2,A3の正極側スイッチング素子S1,S3,S5同士、及び、各アームA1,A2,A3の負極側スイッチング素子S2,S4,S6同士を、それぞれ位相を例えば120度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。この場合、例えば、モータ駆動装置32は、3相の昇圧コンバータとして機能する。   The phases of the positive side switching elements S1, S3, S5 of the arms A1, A2, A3 and the negative side switching elements S2, S4, S6 of the arms A1, A2, A3 are different from each other by 120 degrees, for example. In other words, the switching can be performed by shifting the timing. In this case, for example, the motor drive device 32 functions as a three-phase boost converter.

また、バッテリ14の充電時には、コネクタ26に外部交流電源12を接続した状態で、第2モード制御手段50は、外部交流電源12からの電圧を第1要素42及び第3要素82に入力させ、第1要素42及び第3要素82で電圧変換させる、すなわち昇圧させた後、第2要素44で電圧変換させる、すなわち降圧させてから出力される直流電圧をバッテリ14に供給し、バッテリ14を充電させる。このために、第2モード制御手段50は、第1スイッチR1及び第3スイッチR3をオフとし、第2スイッチR2をオンとする。これとともに、第2モード制御手段50は、第1アームA1及び第3アームA3のスイッチングのオンオフを制御することで、第1要素42及び第3要素82を昇圧コンバータとして機能させ、交流入力電流である、外部交流電源12側電流の力率を1に制御する。この場合、例えば、各アームA1,A3で対角にあるスイッチング素子同士を同時にオンオフ動作させることもできる。すなわち、第1アームA1の正極側スイッチング素子S1及び第3アームA3の負極側スイッチング素子S6同士の第1の対角関係の組を同じタイミングでオンオフ動作させ、第1アームA1の負極側スイッチング素子S2及び第3アームA3の正極側スイッチング素子S5同士の第2の対角関係の組を同じタイミングでオンオフ動作させる。この場合、第1の対角関係の組と第2の対角関係の組とのスイッチングのオンオフ動作を、デッドタイムを設けた状態で互いに逆にする。なお、第1要素42及び第3要素82は、フルブリッジコンバータとして機能させるもので、スイッチングの関係はこのような例に限定するものではない。   Further, when the battery 14 is charged, with the external AC power supply 12 connected to the connector 26, the second mode control means 50 causes the voltage from the external AC power supply 12 to be input to the first element 42 and the third element 82, The voltage is converted by the first element 42 and the third element 82, that is, the voltage is boosted, and then the voltage is converted by the second element 44, that is, the voltage is stepped down and supplied to the battery 14, and the battery 14 is charged. Let me. For this purpose, the second mode control means 50 turns off the first switch R1 and the third switch R3 and turns on the second switch R2. At the same time, the second mode control means 50 controls the switching on and off of the first arm A1 and the third arm A3, thereby causing the first element 42 and the third element 82 to function as a boost converter, and by using an AC input current. A certain power factor of the external AC power supply 12 side current is controlled to 1. In this case, for example, the switching elements located diagonally in the arms A1 and A3 can be simultaneously turned on and off. That is, the first diagonal pair of the positive side switching element S1 of the first arm A1 and the negative side switching element S6 of the third arm A3 is turned on and off at the same timing, and the negative side switching element of the first arm A1 The second diagonal pair of the positive side switching elements S5 of S2 and the third arm A3 is turned on / off at the same timing. In this case, the on / off operation of switching between the first diagonal relationship set and the second diagonal relationship set is reversed with a dead time provided. In addition, the 1st element 42 and the 3rd element 82 are made to function as a full bridge converter, and the relationship of switching is not limited to such an example.

また、第2モード制御手段50は、第2アームA2のスイッチングのオンオフを制御することで、第2要素44を降圧コンバータとして機能させ、バッテリ14に流れるバッテリ14電流である電池電流を平滑に制御して、外部交流電源12からバッテリ14に充電させる。   Further, the second mode control means 50 controls the on / off of switching of the second arm A2, thereby causing the second element 44 to function as a step-down converter, and smoothly controlling the battery current that is the battery 14 current flowing through the battery 14. Then, the battery 14 is charged from the external AC power supply 12.

このようにバッテリ14の充電時には、第2モード制御手段50は、第1アームA1及び第3アームA3のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2アームA2のスイッチングを制御することで、バッテリ14に流れるバッテリ14電流を平滑に制御して、外部交流電源12からバッテリ14に充電させる。   As described above, when the battery 14 is charged, the second mode control unit 50 controls the switching of the first arm A1 and the third arm A3, thereby controlling the power factor of the AC input current and switching the second arm A2. By controlling this, the battery 14 current flowing through the battery 14 is controlled smoothly, and the battery 14 is charged from the external AC power supply 12.

このような充電システムの形態の場合も、例えば、モータ38の駆動時に、各アームA1,A2,A3のスイッチングの位相を120度ずつずらせることで、電池電流及びインバータ36入力電流のリップルを低減できる。その他の構成及び作用は、上記の図6から図7に示した第2の実施の形態と同様である。   Also in the case of such a charging system, for example, when the motor 38 is driven, the ripple of the battery current and the input current of the inverter 36 is reduced by shifting the switching phases of the arms A1, A2, A3 by 120 degrees. it can. Other configurations and operations are the same as those of the second embodiment shown in FIGS.

なお、上記の図10から図12のいずれか1の構成において、コンバータ34を、それぞれのアームが直列に接続された2のスイッチング素子を有する、4以上のアームを含む構成とすることもできる。例えば上記の図10または図11の構成において、充電時に昇圧コンバータとして機能させるアームを3以上としたり、降圧コンバータとして機能させるアームを2以上とすることもできる。   Note that in any one of the configurations shown in FIGS. 10 to 12, the converter 34 may include four or more arms each having two switching elements connected in series. For example, in the configuration shown in FIG. 10 or FIG. 11, the number of arms that function as a boost converter during charging may be three or more, or the number of arms that function as a step-down converter may be two or more.

10 モータ駆動装置、12 外部交流電源、14 バッテリ、16 コンバータ、18 インバータユニット、20 第1モータジェネレータ、22 第2モータジェネレータ、24 充電付加回路、26,28 コネクタ、30 スイッチ、32 モータ駆動装置、34 コンバータ、36 インバータ、38 モータ、40 制御部、42 第1要素、44 第2要素、46 ダイオード整流器、48 第1モード制御手段、50 第2モード制御手段、52 比例補償器、54 電流指令生成部、56 絶対値算出部、58 変調率演算部、60 PWM信号出力部、62 キャリア信号出力部、64 比例積分補償器、66 第1変調率演算部、68 第2変調率演算部、70 第2PWM信号出力部、72 交流フィルタ、74 直列接続コンデンサ、76 正弦波内部モデル補償器、78 変調率演算部、80 PWM信号出力部、82 第3要素。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor drive device, 12 External AC power supply, 14 Battery, 16 Converter, 18 Inverter unit, 20 1st motor generator, 22 2nd motor generator, 24 Charging additional circuit, 26, 28 connector, 30 switch, 32 Motor drive device, 34 converter, 36 inverter, 38 motor, 40 control unit, 42 first element, 44 second element, 46 diode rectifier, 48 first mode control means, 50 second mode control means, 52 proportional compensator, 54 current command generation Unit, 56 absolute value calculation unit, 58 modulation rate calculation unit, 60 PWM signal output unit, 62 carrier signal output unit, 64 proportional integral compensator, 66 first modulation rate calculation unit, 68 second modulation rate calculation unit, 70 first 2 PWM signal output unit, 72 AC filter, 74 series connection capacitor, 76 sine wave internal model compensator, 78 modulation factor calculation unit, 80 PWM signal output unit, 82 third element.

Claims (10)

バッテリと、バッテリに接続されたコンバータと、コンバータに接続されたモータと、制御部とを備える充電システムであって、
コンバータは、
少なくとも第1要素及び第2要素を含み、
第1要素は、直列に接続された2の第1スイッチング素子を有する第1アームと、第1アームの中間点に接続された第1エネルギ蓄積素子と、を有し、
第2要素は、直列に接続された2の第2スイッチング素子を有する第2アームと、第2アームの中間点に接続された第2エネルギ蓄積素子と、を有し、
コンバータに外部交流電源が接続されており、
制御部は、
バッテリから出力される電力をコンバータに入力し、コンバータから出力される電圧を直接または間接にモータに印加させる第1モード制御手段と、
外部交流電源からの電圧を第1要素に入力させ、第1要素で電圧変換させた後、第2要素で電圧変換させてから出力される直流電圧をバッテリに供給し、バッテリを充電させる第2モード制御手段とを含むことを特徴とする充電システム。
A charging system comprising a battery, a converter connected to the battery, a motor connected to the converter, and a control unit,
Converter
Including at least a first element and a second element;
The first element includes a first arm having two first switching elements connected in series, and a first energy storage element connected to an intermediate point of the first arm,
The second element includes a second arm having two second switching elements connected in series, and a second energy storage element connected to an intermediate point of the second arm,
An external AC power supply is connected to the converter,
The control unit
First mode control means for inputting electric power output from the battery to the converter and applying the voltage output from the converter directly or indirectly to the motor;
A voltage from the external AC power source is input to the first element, the voltage is converted by the first element, the voltage is converted by the second element, and then the output is supplied to the battery to charge the battery. And a mode control means.
請求項1に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、コネクタを介して外部交流電源に接続されていることを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 1,
A charging system, wherein the converter is connected to an external AC power supply via a connector.
請求項1または請求項2に記載の充電システムにおいて、
第2モード制御手段は、第1要素を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素を降圧コンバータとして機能させるように、第1要素及び第2要素のスイッチングを制御することを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 1 or 2,
The second mode control means controls the switching of the first element and the second element so that the first element functions as a step-up converter and the second element functions as a step-down converter.
請求項3に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、整流器を介して外部交流電源に接続されており、
整流器の正極側が第1エネルギ蓄積素子に接続され、整流器の負極側がバッテリの負極側に接続されていることを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 3,
The converter is connected to an external AC power source through a rectifier,
A charging system, wherein the positive side of the rectifier is connected to the first energy storage element, and the negative side of the rectifier is connected to the negative side of the battery.
請求項4に記載の充電システムにおいて、
第1スイッチ及び第2スイッチを備え、
第1スイッチの片側は、バッテリの正極側と第2スイッチの片側とに接続され、
第1スイッチの他側は、第1エネルギ蓄積素子と整流器の正極側との間に接続され、
第2スイッチの他側は、第2エネルギ蓄積素子の第2アーム接続側とは反対側にに接続され、
第2モード制御手段は、第1スイッチをオフとし、第2スイッチをオンとするとともに、第1要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させることを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 4,
A first switch and a second switch;
One side of the first switch is connected to the positive side of the battery and one side of the second switch,
The other side of the first switch is connected between the first energy storage element and the positive side of the rectifier,
The other side of the second switch is connected to the side opposite to the second arm connection side of the second energy storage element,
The second mode control means turns off the first switch, turns on the second switch, and controls the switching of the first element, thereby controlling the power factor of the AC input current and switching the second element. A charging system characterized in that, by controlling, a battery current flowing through the battery is controlled smoothly, and the battery is charged from an external AC power source.
請求項3に記載の充電システムにおいて、
直列に接続された2のコンデンサを含み、第1アーム及び第2アームに並列に接続された直列接続コンデンサを備え、
第1エネルギ蓄積素子の第1アーム接続側とは反対側と、直列接続コンデンサの中間点とに、外部交流電源に接続可能な2の端子をそれぞれ接続していることを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 3,
Comprising two capacitors connected in series, comprising a series connected capacitor connected in parallel to the first arm and the second arm;
A charging system, wherein two terminals connectable to an external AC power source are respectively connected to a side opposite to the first arm connection side of the first energy storage element and an intermediate point of the series connection capacitor.
請求項6に記載の充電システムにおいて、
第1スイッチ及び第2スイッチを備え、
第1スイッチの片側は、バッテリの正極側と第2スイッチの片側とに接続され、
第1スイッチの他側は、第1エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、
第2スイッチの他側は、第2エネルギ蓄積素子の第2アーム接続側とは反対側にに接続され、
第2モード制御手段は、第1スイッチをオフとし、第2スイッチをオンとするとともに、第1要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させることを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 6,
A first switch and a second switch;
One side of the first switch is connected to the positive side of the battery and one side of the second switch,
The other side of the first switch is connected to the external AC power source connection side of the first energy storage element,
The other side of the second switch is connected to the side opposite to the second arm connection side of the second energy storage element,
The second mode control means turns off the first switch, turns on the second switch, and controls the switching of the first element, thereby controlling the power factor of the AC input current and switching the second element. A charging system characterized in that, by controlling, a battery current flowing through the battery is controlled smoothly, and the battery is charged from an external AC power source.
請求項1から請求項7のいずれか1に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、
直列に接続された2の第3スイッチング素子を有する第3アームと、第3アームの中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子と、を有する第3要素をさらに含み、
第3アームは、第1アームに並列に接続されており、
第3エネルギ蓄積素子の第3アーム接続側とは反対側は、第1エネルギ蓄積素子の第1アーム接続側とは反対側に接続されており、
第2モード制御手段は、第1要素及び第3要素を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御することを特徴とする充電システム。
The charging system according to any one of claims 1 to 7,
Converter
A third element having a third arm having two third switching elements connected in series and a third energy storage element connected to a midpoint of the third arm;
The third arm is connected in parallel to the first arm,
The side opposite to the third arm connection side of the third energy storage element is connected to the side opposite to the first arm connection side of the first energy storage element,
The second mode control means controls the switching of each element so that the first element and the third element function as a step-up converter and the second element functions as a step-down converter.
請求項3に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、
直列に接続された2の第3スイッチング素子を有する第3アームと、第3アームの中間点に接続された第3エネルギ蓄積素子と、を有する第3要素をさらに含み、
第3アームは、第1アームに並列に接続されており、
第1エネルギ蓄積素子の第1アーム接続側と反対側と、第3エネルギ蓄積素子の第3アーム接続側とは反対側とに、外部交流電源に接続可能な2の端子をそれぞれ接続しており、
第2モード制御手段は、第1要素及び第3要素を昇圧コンバータとして機能させ、第2要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御することを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 3,
Converter
A third element having a third arm having two third switching elements connected in series and a third energy storage element connected to a midpoint of the third arm;
The third arm is connected in parallel to the first arm,
Two terminals connectable to an external AC power source are connected to the side opposite to the first arm connection side of the first energy storage element and the side opposite to the third arm connection side of the third energy storage element, respectively. ,
The second mode control means controls the switching of each element so that the first element and the third element function as a step-up converter and the second element functions as a step-down converter.
請求項9に記載の充電システムにおいて、
第1スイッチ、第2スイッチ及び第3スイッチを備え、
第1スイッチの片側は、バッテリの正極側と第2スイッチの片側と第3スイッチの片側とに接続され、
第1スイッチの他側は、第1エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、
第2スイッチの他側は、第2エネルギ蓄積素子の第2アーム接続側とは反対側に接続され、
第3スイッチの他側は、第3エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、
第2モード制御手段は、第1スイッチ及び第3スイッチをオフとし、第2スイッチをオンとするとともに、第1要素及び第2要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第2要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させることを特徴とする充電システム。
The charging system according to claim 9, wherein
A first switch, a second switch, and a third switch;
One side of the first switch is connected to the positive side of the battery, one side of the second switch, and one side of the third switch,
The other side of the first switch is connected to the external AC power source connection side of the first energy storage element,
The other side of the second switch is connected to the side opposite to the second arm connection side of the second energy storage element,
The other side of the third switch is connected to the external AC power source connection side of the third energy storage element,
The second mode control means controls the power factor of the AC input current by turning off the first switch and the third switch, turning on the second switch, and controlling the switching of the first element and the second element. And the charging system characterized by controlling the battery current which flows into a battery smoothly by controlling switching of the 2nd element, and charging a battery from external AC power supply.
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