JP2013132197A - 電力変換装置及び充電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの大型化を防ぐことができる電力変換装置及び充電システムを提供する。
【解決手段】外部電源から供給される直流電力を変換してバッテリ1に供給する電力変換装置において、多重巻線を有するモータ5と、多重巻線のうち一方の巻線51に接続され、モータの一方の巻線51から出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリに供給する第1インバータと、多重巻線のうち他方の巻線52に接続され、外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ5の他方の巻線52に供給する第2インバータとを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】外部電源から供給される直流電力を変換してバッテリ1に供給する電力変換装置において、多重巻線を有するモータ5と、多重巻線のうち一方の巻線51に接続され、モータの一方の巻線51から出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリに供給する第1インバータと、多重巻線のうち他方の巻線52に接続され、外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ5の他方の巻線52に供給する第2インバータとを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電力変換装置及び充電システムに関するものである。
機械駆動系に接続されそのステータが第1巻線と第2巻線の2重巻線を有する多相誘導モータと、第1巻線に接続された第1インバータと、第1インバータに接続されたバッテリと、を備え、多相誘導モータを電動機又は発電機として機能させるリターダ装置において、外部電源からの交流電流を第2巻線に通電する通電手段と、この通電手段による通電期間中は多相誘導モータのロータを静止状態に維持する静止手段と、を有し、外部電源から第2巻線に交流電流を通電することにより第1巻線に誘導電流を生ぜしめ、第1インバータを介してバッテリを充電するリターダ装置が知られている(特許文献1)。
しかしながら、低周波の交流電源でバッテリを充電する場合に、外部電源の交流電流が直接、モータに通電されるため、トランスとして作用するモータには低周波数の交流電流が流れ、モータのインダクタンスを大きくする必要があり、モータが大きくなるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、モータの大型化を防ぐことができる電力変換装置及び充電システムを提供することである。
本発明は、モータの多重巻線のうち一方の巻線に接続され、モータから出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリに供給する第1インバータと、多重巻線のうち他方の巻線に接続され、外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給する第2インバータとを備えることによって上記課題を解決する。
本発明によれば、外部電源によりバッテリを充電する場合に、モータに供給される電力の周波数が第2インバータの制御によって設定されるため、前記モータに供給される電力の周波数を高くすることでき、その結果として、モータの大型化を防ぐことができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第1実施形態》
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む充電システムのブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ5を走行駆動源として走行する車両であり、モータ5は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車(HEV)にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置にも本発明を適用可能である。また電力変換装置は車両に搭載されている。
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む充電システムのブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ5を走行駆動源として走行する車両であり、モータ5は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車(HEV)にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置にも本発明を適用可能である。また電力変換装置は車両に搭載されている。
本例の充電システムは、バッテリ1と、リレースイッチ11、12と、電圧センサ21、22と、インバータ31、32と、電流センサ41、42と、モータ5と、リレースイッチ6と、充電器7とを備えている。
バッテリ1は、リレースイッチ11、12を介してインバータ31、32にそれぞれ接続されている。バッテリ1は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池により構成され、モータ5の駆動源となる。バッテリ1は、モータ5の回生制御による電力、及び、外部の商用電源等の交流電源8からの電力により充電される。
リレースイッチ11はバッテリ1とインバータ31との間に接続されている。リレースイッチ11は、コントローラ100の制御に基づいてオン及びオフを切り替え、バッテリ1とインバータ31との間を電気的に導通し、遮断する。リレー12はバッテリ1とインバータ32との間に接続されている。リレー12は、コントローラ100の制御に基づいてオン及びオフを切り替え、バッテリ1とインバータ32との間を電気的に導通し、遮断する。
電圧センサ21はインバータ31の入力電圧を検出するセンサである。電圧センサ21は、バッテリ1の両端子に接続される給電母線の間に接続され、インバータ31のDCラインに接続されている。電圧センサ22はインバータ32の入力電圧を検出するセンサである。電圧センサ22は、バッテリ1の両端子に接続される給電母線の間に接続され、インバータ32のDCラインに接続されている。
インバータ31は、バッテリ1から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ5に供給するDC/ACインバータであり、バッテリ1とモータ5との間に接続されている。インバータ31は、直流側に平滑用のコンデンサ311と、複数のスイッチング素子(絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBT)Q1〜Q6と、各スイッチング素子Q1〜Q6に並列に接続され、スイッチング素子Q1〜Q6の電流方向とは逆方向に電流が流れる整流素子(還流ダイオード)D1〜D6とを有している。また、2つのスイッチング素子を直列に接続した3対の回路がバッテリ1に並列に接続され、各対のスイッチング素子間とモータ5の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング素子Q1〜Q6は、コントローラ100から送信される駆動信号に基づきオン及びオフを切り替え、電力を変換する。
インバータ32は、バッテリ1から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ5に供給するDC/ACインバータであり、バッテリ1とモータ5との間に接続されている。またインバータ32は、充電器7から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ5に供給するインバータであり、充電器7とモータ5との間に接続されている。インバータ32は、直流側に平滑用のコンデンサ321と、スイッチング素子Q1〜Q6と、整流素子D1〜D6を有している。インバータ32の構成は、インバータ31の構成と同様であるため説明を省略する。
電流センサ41はインバータ31とモータ5との際の相電流を検出するセンサであって、インバータ31のU相の配線及びV相の配線に接続されている。なお、インバータ31のW相の電流は、U相の電流センサの検出電流及びV相の電流センサの検出電流から算出すればよい。電流センサ42はインバータ32とモータ5との間の相電流(すなわち、インバータ32からモータ5の各相に供給される電流)を検出するセンサであって、インバータ32のU相の配線及びV相の配線に接続されている。なお、インバータ32のW相の電流は、U相の電流センサの検出電流及びV相の電流センサの検出電流から算出すればよい。
モータ5は、例えば多重巻線を有する同期モータであって、インバータ31、32の交流側に接続されている。モータ5はバッテリ1からの電力で駆動する。モータ5は、インバータ31に接続された巻線51(第1巻線)と、インバータ32に接続された巻線52(第2巻線)とを備えている。第1巻線51と第2巻線52との間は、電気的には導通していないが、磁気的に結合されている。そのため、交流電流が第2巻線に流れると、第1巻線51に誘導電流が発生し、誘導電流がインバータ31の交流側に流れる。すなわち、モータ5はトランスとして作用し、インバータ31、32は第1巻線51及び第2巻線52に対して独立したインバータになっている。モータ5は発電機としても駆動し、モータ5の回生により発生する電力で、バッテリ1を充電することも可能である。なお、モータ5は、多重巻線を有したモータであれば、誘導モータ等の他の種類のモータであってもよい。
リレースイッチ6は、バッテリ1及びインバータ32と、充電器7との間に接続され、インバータ32のDCラインに接続されている。リレースイッチ6は、コントローラ100の制御に基づいてオン及びオフを切り替え、充電器7とインバータ32との間を電気的に導通し、遮断する。
充電器7は、整流器71と、フィルタ72と、差込口73とを備えている。充電器7は、リレースイッチ7を介してインバータ32のDCラインに接続され、インバータ32の直流側に接続されている。充電器7は外部の電源である交流電源8の電力を変換して、インバータ31、32及びモータ5を介してバッテリ1を充電する充電装置である。
整流器71は、例えば複数のダイオードのブリッジ回路により構成され、入力される交流電力を直流電力に整流して出力する。フィルタ72は、交流電源8の出力に含まれるノイズを除去するためのノイズフィルタであって、絶縁性のトランス及びLCフィルタにより構成されている。フィルタ72は整流器71と差込口73との間に接続されている。差込口73は、交流電源8に差し込まれ、交流電源8と電気的な導通をとるための充電ポートである。差込口73が交流電源8に差し込まれると、交流電源8からの交流電力が充電器7に供給される。そして、フィルタ73でノイズ除去された交流電力が整流器71で直流電力に整流されて、リレースイッチ6を介して、インバータ32の直流側に供給される。
交流電源8は、車両の外側に設けられた商用電源等の交流電力を供給する電源であって、外部の電源となる。交流電源8は、バッテリ1を充電する際の電力源となる。
コントローラ100は、モータ5の駆動制御及びバッテリ1の充電制御を行う制御部である。コントローラ100はリレースイッチ6、11、12のオン及びオフを切り替える。コントローラ100は、電圧センサからの信号及び電流センサからの信号を読み込んで、インバータ31、32を制御する。
次に、コントローラ100の制御について、図1を用いて説明する。まずモータ5の駆動制御について説明する。
コントローラ100は、バッテリ1からの電力でモータ5を駆動する場合には、リレースイッチ11及びリレースイッチ12をオンに、リレースイッチ6をオフにして、バッテリ1とインバータ31、32との間を導通させ、インバータ32と充電器7との間を電気的に遮断する。
コントローラ100は、図示しない運転者によって操作されるアクセルの開度を検出するアクセルセンサの検出値等の車両情報に基づくトルク指令値、電圧センサ21、22の検出電圧、及び、モータ5の回転速度を検出するセンサ(図示しない)の検出値から電流指令値を算出する。そしてコントローラ100は、電流センサ41、42からの信号を読み込み、相電流の検出値を電流指令値と一致させる指令値を算出し、当該指令値からインバータ31、32のスイッチング素子Q1〜Q6を駆動させるPWM信号を生成して、各スイッチング素子Q1〜Q6に出力する。これにより、インバータ31、32の各スイッチング素子Q1〜Q6において、スイッチング動作が行われバッテリ1の電力でモータ5が駆動する。
次に、交流電源8の電力によるバッテリ1の充電制御について説明する。コントローラ100は、充電操作者の操作に基づく充電開始命令(例えば車両に設けられた、充電開始時に運転者によって操作される充電スイッチがオンされることによって発生する充電開始命令)を示す信号を受信すると、差込口73と交流電源8との間が導通していることを確認した上で、リレースイッチ11及びリレースイッチ6をオンに、リレースイッチ12をオフにする。これにより、バッテリ1とインバータ31との間、及び、インバータ32と充電器7との間が導通され、インバータ32とバッテリ1との間は遮断される。
リレースイッチ6がオンになると、充電器7から出力される直流電力がインバータ32の直流側に供給される。リレースイッチ12はオフになっているため、充電器7から出力される直流電力が直接バッテリ1に流れることはない。コントローラ100は、電流センサ42の検出電流が充電制御に適した電流値になるようにインバータ32を制御することで、インバータ32を電流制御で制御し、充電器7の直流電力を交流電力に変換して第2巻線52に供給する。
コントローラ100は、インバータ32に含まれるスイッチング素子Q1〜Q6のスイッチングのタイミングを制御することで、インバータ32から出力される交流電流の周波数を任意に設定することができる。そのため、本例では、交流電源8を用いてバッテリ1を充電する際には、インバータ32から出力される交流電流の周波数が交流電源8の周波数より高くなるように、コントローラ100はインバータ32を制御する。例えば、交流電源8に家庭用電源を用いた場合には、交流電源の周波数は50〜60Hzになるため、インバータ32から出力される交流電流の周波数は、50〜60Hzより高い周波数に設定される。
第2巻線52に電流が流れると、モータ5がトランスとして作用し、第1巻線51に誘導電流が流れる。第1巻線51の誘導交流電流は、モータ5からインバータ31に出力される。コントローラ100は、電圧センサ21の検出電圧が充電制御に適した電圧値になるようにインバータ31を制御することで、インバータ31を電圧制御で制御し、モータ5から出力される交流電力を直流電力に変換してバッテリ1に供給する。そして、バッテリ1に電力が供給されることで、バッテリ1が充電される。バッテリ1の容量が満充電に達すると、コントローラ100はインバータ31、32の制御を停止し、リレースイッチ6、11をオフにして、充電を終了させる。なお、バッテリ1の充電容量は、コントローラ100で管理されている。
ここで、インバータ31の電圧制御とインバータ32の電流制御について説明する。モータ5をトランスとして作用させた場合に、インバータ32からモータ5に入力される電力は、電流センサ42の検出値である三相の電流値と電圧センサ22の電圧値により決定する。またインバータ31からバッテリ1に入力される電力も、電流センサ41の電流値と電圧センサ21の電圧値により決定する。
仮に電流センサ41の検出値及び電流センサ42の検出値を用いて、インバータ31、32を共に電流制御を行った場合について説明する。電流センサ41と電流センサ42との間の公差によって、センサの検出誤差の大きさが異なる場合がある。そのため、電流センサ42の検出値に基づいてインバータ32を電流制御で制御して、所望の交流電流をインバータ31に出力した際に、当該所望の交流電流と、電流センサ41の検出値は異なる値となる。にもかかわらず、電流センサ41の電流値を用いてインバータ31を電流制御した場合には、インバータ31は、実際に流れる電流の値と異なる電流値に基づいて制御されることなる。すなわち、インバータ31とインバータ32とを同時に電流値を用いて制御することは好ましくない。なお、電圧値についても同様に、インバータ31とインバータ32とを同時に電圧値を用いて制御することは好ましくない。
一方、本例はインバータ31を電圧制御でインバータ32を電流制御で制御している。例えば、インバータ32の交流電流が一定になるよう制御すると、第1巻線51には電圧が発生する。そしてコントローラ100がインバータ31を制御して電圧センサ21の電圧値を設定すると、電圧差による電流がインバータ31に流れる。インバータ32では、インバータ31に流れた電流に応じて電圧変化が生じるが、インバータ32は電流制御で制御しているため、電流制御に当該電圧変化が影響することはない。
上記のように、本例に係る電力変換装置及び充電システムは、第1巻線51及び第2巻線52を有するモータ5と、第1巻線51に接続され、モータ5から出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリ1に供給するインバータ31と、第2巻線52に接続され、充電器7から供給される直流電力を交流電力に変換しモータ5に供給するインバータ32とを備えている。これにより、バッテリ1を充電する際に、第2巻線52に供給される電力の周波数がインバータ32の制御により設定されるため、第2巻線52に供給される電力の周波数を高くすることができる。その結果として、モータ5のインダクタンスを抑制し、モータ5の小型化を図ることができる。
特に、本例の電力変換装置を、電気自動車などの車両に搭載した場合には、モータ5の搭載スペースが限られる一方で、電力源となるバッテリ1には高電圧が要求される。本例は、充電器7から供給される電力をインバータ32を介して第2巻線52に供給し、第2巻線52に供給される電力の周波数を高い周波数に設定しているため、モータ5の小型化を図ることができる。またバッテリ1の充電の際に、トランスとして作用するモータ5の1次側(第2巻線52)に高周波の電流が入力されるため、2次側(第1巻線51)の出力電圧を高電圧にすることができ、その結果として、バッテリ1に十分な電力を供給することができる。
また本例において、インバータ31、32はバッテリ1から供給される直流電力を変換してモータ5に供給し、モータ5を駆動させる。これにより、本例は車両の駆動システムに含まれる電力変換に係る構成及びモータ5を利用して、外部の電源からバッテリ1を充電することができ、充電専用のインバータを設けなくてもよい。
また本例は、交流電源8の電力でバッテリ1を充電する場合には、リレースイッチ6、11をオンに、かつ、リレースイッチ12をオフにし、バッテリ1の電力でモータ5を駆動する場合には、リレースイッチ11、12をオンにリレースイッチ6をオフにする。これにより、本例は、リレースイッチ6、11、12のオン及びオフを制御することで、バッテリ1の充電制御及びモータ5の駆動制御を切り替えることができる。
なお、本例の充電システムに含まれる電力変換装置は、リレースイッチ11、12と、電圧センサ21、22と、インバータ31、32と、電流センサ41、42と、モータ5を備えており、リレースイッチ6及びバッテリ7は、電力変換装置に設けてもよく、電力変換装置の外部に設けてもよい。また電力変換装置を車両側に設けた場合には、充電器7及び交流電源8が外部電源に相当する。
また、充電器7を車両の外側に設けた場合には、リレースイッチ6及びリレースイッチ6を制御する制御部を車両外に設けてもよく、車両内に設けてもよい。
なお、インバータ31のスイッチング素子Q1〜Q6及びインバータ32のスイッチング素子Q1〜Q6はそれぞれ並列接続してもよい。例えばU相の上アームに対して、インバータ31のスイッチング素子Q1及びインバータ32のスイッチング素子Q1を並列に接続する。これにより、インバータ31、32の耐電流を大きくすることでき、インバータ31、32の容量を大きくすることができる。
また、本例はモータ5を二重の巻線より構成したが、三重以上の多重巻線により構成してもよい。
なお、本例において、コントローラ100はインバータ31を電圧制御で制御し、インバータ32を電流制御で制御しているが、インバータ31を電流制御で制御し、インバータ32を電圧制御で制御してもよい。例えば、インバータ32の電圧値が一定になるよう制御すると、第2巻線52に電流が流れることにより磁束が発生し、第1巻線51に起電力が生じる。インバータ31を電流制御で制御した場合には、電流制御に応じた電流が第1巻線51に流れ、第2巻線52にも誘導電流として流れるため、インバータ32の電流が変動する。しかし、本例では、インバータ32を電圧制御で制御しているため、当該電流変化によりインバータ32の電圧制御に影響を与えることはない。このように、本例はインバータ31又はインバータ32のいずれか一方のインバータを電流制御し、他方のインバータを電圧制御する。
上記インバータ31が本発明の「第1インバータ」に相当し、インバータ32が「第2インバータ」に、リレースイッチ11が「第1リレースイッチ」に、リレースイッチ12が「第2リレースイッチ」に、リレースイッチ6が「第3リレースイッチ」に、コントローラ100が「制御手段」に、充電器7が「充電部」に相当する。
《第2実施形態》
図2は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、力率改善回路74を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
図2は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、力率改善回路74を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
図2に示すように、充電器7は力率改善回路74を有している。力率改善回路74は、整流器71とインバータ32との間に接続され、整流器71の出力側に接続されている。インバータ32のDCラインには、力率改善回路74の出力電力が供給される。
力率改善回路74は、交流電源8の電力でバッテリ1を充電する際に、充電器7からの出力電力をバッテリ1の充電に適した電力に調整するための回路である。力率改善回路74は、例えば昇圧チョッパにより構成される。力率改善回路74は、交流電源8から入力される電力の力率を1に近づけるための回路であって、充電器1への入力電圧波形を、電流波形に近似した波形になるよう制御することで力率を改善する。
上記のように、本例は、整流器71とインバータ32との間に力率改善回路74を接続する。これにより、バッテリ1の充電の際に、差込口73にから入力された電力を有効に用いることができるため、その結果として、充電効率が上がり、充電時間を短縮化することができる。
《第3実施形態》
図3は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、DCDCコンバータ75を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1実施形態及び第2実施形態の記載を適宜、援用する。
図3は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、DCDCコンバータ75を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1実施形態及び第2実施形態の記載を適宜、援用する。
DCDCコンバータ75は、充電器7の出力端子と整流器71との間に設けられ、整流器71により整流された直流電力を昇圧した直流電力に変換するための回路であり、双方向のコンバータである。DCDCコンバータ75は、コイルやスイッチング素子等により構成される。DCDCコンバータ75は、力率を改善する回路としても作用する。
また本例は、充電器7にDCDCコンバータ75を設けることで、バッテリ1の電力で、家電製品などの外部機器を起動させたり、バッテリ1とは異なるバッテリを充電したりすることができる。
まず、差込口73を、外部機器やバッテリ等に差し込む。そして、コントローラ100は、リレースイッチ6、12をオンに、リレースイッチ11をオフにして、バッテリ1からリレースイッチ6、11を介してDCDCコンバータ75までを導通させる。コントローラ100はDCDCコンバータ75を制御し、差込口73に接続された負荷に適した電力に変換することで、バッテリ1から出力される電力を、当該負荷に供給する。これにより、本例は車載用のバッテリ1を利用して、外部機器を起動し、または、バッテリを充電することができる。
上記のように、本例は、充電器1にDCDCコンバータ75を設ける。これにより、バッテリ1を充電する際には、差込口73にから入力された電力を有効に用いることができる。また本例は、バッテリ1の電力を、外部機器や他のバッテリに電力を供給することができる。
《第4実施形態》
図4は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、DCDCコンバータ9を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1〜第3実施形態の記載を援用する。
図4は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、DCDCコンバータ9を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1〜第3実施形態の記載を援用する。
DCDCコンバータ9は、インバータ32の直流側に接続され、インバータ32のDCラインに接続されている。またDCDCコンバータ9はリレースイッチ12とインバータ32の直流側との間に接続されている。DCDCコンバータ9は、バッテリ1の出力電力を昇圧してインバータ32に供給するための回路であり、双方向のコンバータである。
コントローラ100は、電圧センサ21、22の検出電圧に基づき、バッテリ1の充電状態(SOC:State of Charge)を管理している。そして、コントローラ100は、モータ5の駆動制御を行っている場合に、バッテリ1の充電状態に応じて、DCDCコンバータ9を制御する。
バッテリ1のSOCが低下すると、バッテリ1からの出力電圧も低下するため、インバータ32への入力電圧が低下する。そのため本例において、コントローラ100は、電圧センサ21、22の検出電圧からバッテリ1のSOCの低下を検出した場合には、DCDCコンバータ9を用いて昇圧した電圧をインバータ32に入力させる。
コントローラ100には、モータ駆動制御時に、DCDCコンバータ9で電圧を昇圧させるための判断の閾値となる電圧閾値が予め設定されている。そして、コントローラ100は、電圧センサ21、22の検出電圧と当該電圧閾値とを比較して、検出電圧が電圧閾値より低くなった場合には、DCDCコンバータ9で電圧を昇圧するよう、DCDCコンバータ9を制御する。
上記のように、本例は、インバータ32の直流側にDCDCコンバータ9を設ける。これにより、バッテリ1から供給される電圧を昇圧しインバータ32に供給することができるため、バッテリ1の出力電流を低減させることができ、その結果として、バッテリ1とインバータ32との間の配線やインバータ32の小型化を図ることができる。
また本例は、バッテリ1の充電状態に応じてDCDCコンバータ9を制御する。これにより、バッテリ1のSOCが低下しても、モータ5を駆動させるためのトルクを確保することができる。
なお、本例において、コントローラ100は、モータ駆動制御時に、電圧センサ21、22の検出電圧が低下するほど、DCDCコンバータ9における電圧の上昇度が高くなるように、DCDCコンバータ9を制御してもよい。
《第5実施形態》
本例では上述した第1実施形態に対して、コントローラ100における制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1〜第4実施形態の記載を適宜、援用する。以下、第5実施形態に係る充電システムを図1を用いて説明する。
本例では上述した第1実施形態に対して、コントローラ100における制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1〜第4実施形態の記載を適宜、援用する。以下、第5実施形態に係る充電システムを図1を用いて説明する。
コントローラ100は、電流センサ41、42の検出電流に基づいて、インバータ31、32のスイッチング素子Q1〜Q6の故障を検出する機能を有している。例えば、インバータ31のスイッチング素子Q1が故障しているか否かを検出する場合に、コントローラ100は、リレースイッチ11がオンになっている状態で、スイッチング素子Q1をターンオンさせる信号をスイッチング素子Q1に送信し、スイッチング素子Q2をターンオフさせる信号をスイッチング素子Q2に送信する。スイッチング素子Q1が故障していない場合には、U相に電流が流れるため電流センサ41は電流を検出する。一方、スイッチング素子Q1が故障している場合には、U相に電流が流れないため、電流センサ41の電流値はゼロになる。他のスイッチング素子Q2〜Q6の故障、及び、インバータ32のスイッチング素子Q1〜Q6の故障についても、電流センサ41、42の検出電流を用いて、同様に検出することができる。なお、スイッチング素子Q1〜Q6の故障を検出する方法は、他の方法であってもよい。
そして、コントローラ100は、スイッチング素子Q1〜Q6が故障した場合には、故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相とは異なる他の相のスイッチング素子Q1〜Q6を制御して、交流電源64の電力でバッテリ1を充電する。
例えば、インバータ32のスイッチング素子Q1が故障した場合には、スイッチング素子Q1を含むU相以外の相であるV相及びW相に含まれるスイッチング素子Q3〜Q6を制御して、インバータ32で電力変換を行う。これにより、本例は、インバータ31、32のスイッチング素子Q1〜Q6が故障した場合において、故障していない相のスイッチング素子Q1〜Q6を用いて電力変換を行うことで、交流電源64の電力でバッテリ1を充電することができる。
また、コントローラ100は、スイッチング素子Q1〜Q6が故障した場合には、インバータ31、32のうちの故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含むインバータとは異なるインバータ(インバータ31、32のうちの故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含まないインバータ)を制御してバッテリ1の電力でモータ5を駆動させる。
例えば、インバータ32のスイッチング素子Q1が故障した場合には、コントローラ100は、リレースイッチ11をオンに、リレースイッチ12をオフにし、インバータ31のスイッチング素子Q1〜Q6を制御する。これにより、本例は、インバータ31、32のスイッチング素子Q1〜Q6が故障した場合において、故障していない方のインバータ31、32を用いて電力変換を行うことで、バッテリ1の電力でモータ5を駆動させることができる。
上記のように、本例はスイッチング素子Q1〜Q6のうち一のスイッチング素子Q1〜Q6が故障した場合には、当該一のスイッチング素子を含む相以外の相のスイッチング素子Q1〜Q6を用いて、交流電源8から供給される電力をバッテリ1に供給する。これにより、本例は、スイッチング素子Q1〜Q6が故障した場合でも、外部の電源を用いてバッテリ1を充電することができる。
1…バッテリ
5…モータ
51…第1巻線
52…第2巻線
6…リレースイッチ
7…充電器
71…整流器
72…フィルタ
73…差込口
74…力率改善回路
75…DCDCコンバータ
8…交流電源
9…DCDCコンバータ
11、12…リレースイッチ
21、22…電圧センサ
31、32…インバータ
Q1〜Q6…スイッチング素子
D1〜D6…整流素子
311、321…平滑用コンデンサ
41、42…電流センサ
5…モータ
51…第1巻線
52…第2巻線
6…リレースイッチ
7…充電器
71…整流器
72…フィルタ
73…差込口
74…力率改善回路
75…DCDCコンバータ
8…交流電源
9…DCDCコンバータ
11、12…リレースイッチ
21、22…電圧センサ
31、32…インバータ
Q1〜Q6…スイッチング素子
D1〜D6…整流素子
311、321…平滑用コンデンサ
41、42…電流センサ
Claims (12)
- 外部電源から供給される直流電力を変換してバッテリに供給する電力変換装置において、
多重巻線を有するモータと、
前記多重巻線のうち一方の巻線に接続され、前記モータの一方の巻線から出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給する第1インバータと、
前記多重巻線のうち他方の巻線に接続され、前記外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータの他方の巻線に供給する第2インバータとを備える
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1インバータ及び前記第2インバータは、
前記バッテリから供給される直流電力を変換して前記モータの多重巻線に供給し、前記モータを駆動させる
ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記第2インバータの直流側に接続されたDCDCコンバータをさらに備える
ことを特徴とする請求項1又は2記載の電力変換装置。 - 前記バッテリの充電状態を管理する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は前記充電状態に応じて前記DCDCコンバータを制御する
ことを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。 - 前記第1インバータと前記バッテリとの間に接続された第1リレースイッチと、
前記第2インバータと前記バッテリとの間に接続された第2リレースイッチと
前記バッテリ及び前記第2インバータと前記外部電源との間に接続された第3リレースイッチとをさらに備え、
前記外部電源から供給される電力で前記バッテリを充電する場合には、前記第1リレースイッチ及び前記第3リレースイッチはオンに、かつ、前記第2リレースイッチはオフになり、
前記バッテリから供給される電力で前記モータを駆動する場合には、前記第1リレースイッチ及び前記第2リレースイッチはオンに、かつ、前記第3リレースイッチはオフになる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記第1インバータ及び前記第2インバータを制御する制御手段をさらに備え、
前記第1インバータ及び前記第2インバータは、
前記バッテリの両端子にそれぞれ電気的に接続された複数対のスイッチング素子をそれぞれ有し、
前記制御手段は、
前記複数対のスイッチング素子のうち一のスイッチング素子が故障した場合には、前記一のスイッチング素子を含む相以外の相のスイッチング素子を用いて、前記外部電源から供給される電力により前記バッテリを充電する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 多重巻線を有するモータと、
前記モータの駆動源であるバッテリと、
前記多重巻線のうち一方の巻線に接続され、前記モータの一方の巻線から出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給する第1インバータと、
前記多重巻線のうち他方の巻線に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの他方の巻線に供給する第2インバータと、
前記第2インバータの直流側に接続され、前記モータを介して前記バッテリを充電する充電部とを備えることを特徴とする充電システム。 - 前記充電部は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に整流する整流器を有する
ことを特徴とする請求項7記載の充電システム。 - 前記充電部は、前記整流器と前記第2インバータの直流側との間に、電力の力率を調整する力率改善回路を有する
ことを特徴とする請求項8記載の充電システム。 - 前記充電部は、DCDCコンバータを有する
ことを特徴とする請求項8または9記載の充電システム。 - 前記第1インバータと前記バッテリとの間に接続された第1リレースイッチと、
前記第2インバータと前記バッテリとの間に接続された第2リレースイッチと
前記バッテリ及び前記第2インバータと前記充電器との間に接続された第3リレースイッチとをさらに備え、
前記充電部で前記バッテリを充電する場合には、前記第1リレースイッチ及び前記第3リレースイッチはオンに、かつ、前記第2リレースイッチはオフになり、
前記バッテリから供給される電力で前記モータを駆動する場合には、前記第1リレースイッチ及び前記第2リレースイッチはオンに、かつ、前記第3リレースイッチはオフになる
ことを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項に記載の充電システム。 - 前記第1インバータ及び前記第2インバータを制御する制御手段をさらに備え、
前記第1インバータ及び前記第2インバータは、
前記バッテリの両端子にそれぞれ電気的に接続された複数対のスイッチング素子をそれぞれ有し、
前記制御手段は、
前記複数対のスイッチング素子のうち一のスイッチング素子が故障した場合には、前記一のスイッチング素子を含む相以外の相のスイッチング素子を用いて、前記充電部から供給される電力を前記バッテリに供給する
ことを特徴とする請求項7〜11のいずれか一項に記載の充電システム。
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