JP2013183520A - 外部給電・充電可能な電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成することを可能とすると共に、必要に応じて外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行えるようにし、単相交流電圧の生成時及び外部充電用交流電源による充電時における損失を低減可能な外部給電・充電可能な電動車両を提供する。
【解決手段】制御装置60が、ACコンセント50に接続される外部負荷の必要電力の大きさ又はACコンセント50に接続される外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、第1インバータ20の3相アームの駆動相数と、第2インバータ30の3相アームの駆動相数とを変更するようにしたので、外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成でき、又外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行うことができる。
【選択図】図1
【解決手段】制御装置60が、ACコンセント50に接続される外部負荷の必要電力の大きさ又はACコンセント50に接続される外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、第1インバータ20の3相アームの駆動相数と、第2インバータ30の3相アームの駆動相数とを変更するようにしたので、外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成でき、又外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行うことができる。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両に設けられたACコンセントを使用して外部負荷に単相交流の電力の供給、いわゆる外部給電が可能であり、又、外部交流電源を前記ACコンセントに接続して前記車両に搭載された蓄電装置を充電することが可能な外部給電・充電可能な電動車両に関し、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド車両、又は燃料電池車両等に適用して好適な外部給電・充電可能な電動車両に関する。
従来から、車内にACコンセント(ACアウトレット)を設け、単相交流を出力できるようにした電動車両が種々提案されている(特許文献1〜4)。
特許文献1の図8には、バッテリと、前記バッテリの電圧を昇圧し高電圧にする昇圧コンバータと、前記高電圧をUVWの3相の駆動電圧に変換する第1の3相アームからなる第1インバータと、回転エネルギにより3相交流電力を発電する発電機と、前記3相交流電力を前記高電圧に変換するUVWの第2の3相アームからなる第2インバータと、を備え、前記第1の3相アームの各相アームの各中点と、前記第2の3相アームの各相アームの各中点との間に、各単相トランスの1次コイルを接続し、前記各単相トランスの2次コイルを直列に接続した後、整流して、整流電圧をインバータにより単相交流に変換してACコンセントに接続し、前記ACコンセントから単相交流を出力可能としたハイブリッド自動車に搭載可能な交流電圧出力装置が開示されている。
特許文献2の図1には、バッテリと、前記バッテリの電圧をUVWの3相の第1駆動電圧に変換する第1の3相アームからなる第1インバータと、前記バッテリの電圧をUVWの3相の第2駆動電圧に変換する第2の3相アームからなる第2インバータと、前記第1駆動電圧により駆動される第1電動機と、前記第2駆動電圧により駆動される第2電動機と、を備え、前記第1及び第2電動機の各中性点にACコンセントを接続し、前記ACコンセントから単相交流を出力可能にすると共に、外部交流電源により前記バッテリを充電可能としたとした電気動力駆動の車両に搭載可能な電動機駆動及び動力処理装置が開示されている。
特許文献3の図1には、特許文献2と同様な構成を有する電力制御装置を備えた車両において、前記各中性点と前記ACコンセントとの間に、コモンモードチョークコイルとラインバイパスコンデンサとを備え、前記単相交流中の雑音を除去する構成が開示されている。
特許文献4の図2には、第1及び第2の多相交流回転電機と、前記第1及び第2の多相交流回転電機をそれぞれ通電制御する第1及び第2インバータと、前記第1及び第2インバータに直流電力を供給する直流電源と、前記第1の多相交流回転電機における各相コイルの中性点及び前記第2の多相交流回転電機におけるいずれかのコイルの反中性点側にそれぞれ接続され、外部と電力のやり取りを行う第1及び第2の電力線と、前記第1の多相交流回転電機における中性点が第1の電圧となるように前記第1インバータを制御し、前記第2の多相交流回転電機におけるいずれかのコイルの反中性点側が第2の電圧となるように前記第2のインバータを制御すると共に、前記第1及び第2の電圧差が商用交流電圧となるようにする制御装置と、を備えるハイブリッド自動車が開示されている。
ところで、特許文献2〜4に係る上記の技術では、電動機及び/又は発電機の中性点を通じて外部給電・充電を行うようにしているので、外部給電・充電処理中に、電動機等の巻線(コイル)の抵抗損失が大きいという課題がある。
一方、特許文献1に係る上記の技術では前記中性点を通じて外部給電を行わないようにしているので、抵抗損失が大きいという課題は解決されるが、特許文献1の図9に示されるように、第1インバータの第1の3相アーム及び第2インバータの第2の3相アームの合計6相アーム全てを使用して単相交流を生成するようにしているので、外部負荷の定格電力に適した生成状態とはなっていない場合が多くなり、又全相アームを使用するので前記第1及び第2インバータ自体の損失が大きく改良の余地がある。
つまり、ACコンセントに接続される外部負荷は、その定格電力が様々であり、又、ACコンセントに接続される外部交流電源の定格電力も様々である。
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成することを可能とすると共に、必要に応じて外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行えるようにし、単相交流電圧の生成時における損失及び外部充電用交流電源による充電時における損失を低減可能な外部給電・充電可能な電動車両を提供することを目的とする。
この発明に係る外部給電・充電可能な電動車両は、蓄電装置の直流電圧を3相交流の駆動電圧に変換する第1の3相アームからなる第1インバータと、回転エネルギにより3相交流電力を発電する発電機と、前記3相交流電力を前記直流電圧に変換する第2の3相アームからなる第2インバータと、を備え、前記第1の3相アームの上アームと下アームの中点と、前記第2の3相アームの上アームと下アームの中点とが、ACコンセントに電気的に接続可能に構成され、前記ACコンセントから外部給電用の単相交流が出力可能な、又は前記ACコンセントに外部交流電源を接続して前記蓄電装置を充電可能な外部給電・充電可能な電動車両であって、前記第1インバータ及び前記第2インバータのうち少なくとも一方は前記ACコンセントに接続される前記中点が複数設けられており、前記ACコンセントに接続される外部負荷の必要電力の大きさに基づき、又は前記ACコンセントに接続される前記外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、前記第1の3相アームからなる前記第1インバータの駆動相数と、前記第2の3相アームからなる前記第2インバータの駆動相数の少なくとも一方を変更する制御装置を備えることを特徴とする。
この発明によれば、制御装置が、ACコンセント(ACアウトレット)に接続される外部負荷の必要電力の大きさ又は前記ACコンセント(ACインレット)に接続される外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、第1の3相アームの駆動相数及び第2の3相アームの駆動相数の少なくとも一方を変更するようにしたので、外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成でき、又外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行うことができる。結果として、単相交流電圧の生成時及び外部充電用交流電源による充電時における損失を低減することができる。換言すれば、外部負荷の消費電力又は外部充電用交流電源の供給電力に応じて駆動相数(駆動相アーム数)を最適化することができる。
この場合、前記制御装置が、前記第1の3相アームの各相アーム当たりの定格電流値、及び前記第2の3相アームの各相アーム当たりの定格電流値を上回らない範囲に各前記駆動相数を設定することが好ましい。
さらに、前記蓄電装置よりも低電圧の蓄電装置の直流電圧を、前記直流電圧に昇圧するDC/DCコンバータをさらに有し、前記ACコンセントを使用して外部給電、又は充電を行うときには、前記DC/DCコンバータを直結状態にすることで、外部給電時におけるサージ電圧を低減することができる。
また、前記ACコンセントを使用して外部給電、又は充電を行うときには、前記発電機に前記回転エネルギを付与しないようにすることで、回転エネルギの発生源と発電機とを分離することができる。
この発明によれば、制御装置が、ACコンセントに接続される外部負荷の必要電力の大きさ又は前記ACコンセントに接続される外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、第1の3相アームの駆動相数及び第2の3相アームの駆動相数の少なくとも一方を変更するようにしたので、外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成でき、又は外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行うことができる。結果として、単相交流電圧の生成時、及び外部充電用交流電源による充電時における損失を低減することができるという効果が達成される。
以下、この発明に係る外部給電・充電可能な電動車両の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、この実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100の要部のシステム構成図、図2は、この実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100の要部の回路図である。
図1及び図2において、電動車両100は、蓄電装置(BAT)102と、DC/DCコンバータ10と、第1インバータ20と、第2インバータ30と、発電機(GEN)11と、電動機(MOT)12と、エンジン40と、トランスシステム51と、電力計56と、ACコンセント50と、クラッチ57と、制御装置60と、コンデンサC1、C2と、電源ラインPL1、PL2と、接地ラインGLと、U相ラインUL1、UL2と、V相ラインVL1、VL2と、W相ラインWL1、WL2と、AC出力ラインACL1、ACL2と、電圧センサ70、72と、電流センサ80、82と、を備える。
この実施形態に係る電動車両100は、プラグインハイブリッド自動車である。
発電機11は、発電機11を駆動するエンジン40に対してクラッチ57を介して連結され、エンジン40の始動を行い得る電動機として動作し、且つ、エンジン40によって駆動される発電機として動作する。
電動機12は、走行用の駆動輪94に連結され、駆動輪94を駆動するとともに、回生電力を発生する発電機として動作する。
蓄電装置102の正極は、電源ラインPL1に接続され、蓄電装置102の負極は、接地ラインGLに接続される。コンデンサC1は、電源ラインPL1と接地ラインGLとの間に接続される。
DC/DCコンバータ10は、リアクトルLと、トランジスタQ1、Q2と、ダイオードD1、D2とを含む。トランジスタQ1、Q2は、電源ラインPL2と接地ラインGLとの間に直列に接続される。各トランジスタQ1、Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードD1、D2がそれぞれ接続される。そして、リアクトルLの一端は、トランジスタQ1、Q2の接続点に接続され、リアクトルLの他端は、電源ラインPL1に接続される。トランジスタQ1は、ハイサイド側(上アーム側)のトランジスタ(電力素子)であり、トランジスタQ2は、ローサイド(下アーム側)のトランジスタ(電力素子)である。
コンデンサC2は、電源ラインPL2と接地ラインGLとの間に接続される。
第1インバータ20は、第1の3相アームである、U相アーム22、V相アーム24及びW相アーム26を含む。U相アーム22、V相アーム24及びW相アーム26は、電源ラインPL2と接地ラインGLとの間に並列に接続される。U相アーム22は、直列に接続された電力用のトランジスタQ11、Q12からなり、V相アーム24は、直列に接続されたトランジスタQ13、Q14からなり、W相アーム26は、直列に接続されたトランジスタQ15、Q16からなる。
トランジスタQ11とトランジスタQ12の接続点、トランジスタQ13とトランジスタQ14の接続点、及びトランジスタQ15とトランジスタQ16の接続点をそれぞれ中点という。
各トランジスタ(電力素子)Q11〜Q16のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD11〜D16がそれぞれ接続される。トランジスタQ11、Q13、Q15は、ハイサイド側(上アーム側)のトランジスタであり、トランジスタQ12、Q14、Q16は、ローサイド側(下アーム側)のトランジスタである。上アーム側にダイオードD11、D13、D15が介装され、下アーム側にダイオードD12、D14、D16が介装される。
第2インバータ30は、U相アーム32、V相アーム34及びW相アーム36を含む。U相アーム32、V相アーム34及びW相アーム36は、電源ラインPL2と接地ラインGLとの間に並列に接続される。U相アーム32は、直列に接続されたトランジスタQ21、Q22からなり、V相アーム34は、直列に接続されたトランジスタQ23、Q24からなり、W相アーム36は、直列に接続されたトランジスタQ25、Q26からなる。
トランジスタQ21とトランジスタQ22の接続点、トランジスタQ23とトランジスタQ24の接続点、及びトランジスタQ25とトランジスタQ26の接続点をそれぞれ中点という。
各トランジスタ(電力素子)Q21〜Q26のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD21〜D26がそれぞれ接続される。トランジスタQ21、Q23、Q25は、ハイサイド側(上アーム側)のトランジスタであり、トランジスタQ22、Q24、Q26は、ローサイド側(下アーム側)のトランジスタである。上アーム側にダイオードD21、D23、D25が介装され、下アーム側にダイオードD22、D24、D26が介装される。
この実施形態では、電動機12の定格容量は、発電機11の約2倍となっており、そのため、第2インバータ30を構成する各トランジスタQ21〜Q26の各定格電流値が、第1インバータ20を構成する各トランジスタQ11〜Q16の各定格電流値に比較して、約2倍の定格電流値の素子が選択されている。以下の理解の便宜のために、この実施形態では、発電機11に接続された第1インバータ20を構成する各トランジスタQ11〜Q16の各定格電流値、すなわち連続して流せる最大電流値を定格電流値(最大許容電流値、又は最大電流値ともいう。)Ir[Arms]とする。
発電機11と電動機12は、それぞれ3相コイル13、14をステータコイルとして含む。
発電機11の3相コイル13を形成するU、V、W各相コイルの一端は、互いに接続されて中性点N1を形成し、そのU、V、W各相コイルの他端は、第1インバータ20のU、V、W各相アームにおける各トランジスタの接続点(中点:トランジスタQ11、Q12の接続点、トランジスタQ13、Q14の接続点、トランジスタQ15、Q16の接続点)にそれぞれ接続される。
また、電動機12の3相コイル14を形成するU、V、W各相コイルの一端は、互いに接続されて中性点N2を形成し、そのU、V、W各相コイルの他端は、第2インバータ30のU、V、W各相アームにおける各トランジスタの接続点(中点:トランジスタQ21、Q22の接続点、トランジスタQ23、Q24の接続点、トランジスタQ25、Q26の接続点)にそれぞれ接続される。
トランスシステム51は、単相トランス101を形成する1次コイル52aと2次コイル55bとを含む。1次コイル52aの一方の極は、スイッチSW1、SW2、SW3の各可動接点に接続され、スイッチSW1、SW2、SW3の各固定接点は、発電機11のそれぞれU相ラインUL1、V相ラインVL1、W相ラインWL1に接続される。1次コイル52aの他方の極は、スイッチSW4、SW5、SW6の各可動接点に接続され、スイッチSW4、SW5、SW6の各固定接点は、電動機12のそれぞれU相ラインUL2、V相ラインVL2、W相ラインWL2に接続される。
2次コイル55bは、AC出力ラインALC1、ALC2、及び電力計56を通じてACコンセント50に接続される。
ACコンセント50には、図1に示すように、外部負荷のACプラグ150、又は外部交流電源のACプラグ150が接続される。
蓄電装置102は、直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。キャパシタでもよい。蓄電装置102は、直流電圧を発生し、その発生した直流電圧を、昇降圧コンバータであるDC/DCコンバータ10へ出力する。蓄電装置102は、また、DC/DCコンバータ10から蓄電装置102側へ出力される直流電圧によって充電される。
コンデンサC1は、電源ラインPL1と接地ラインGLとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ70は、蓄電装置102から出力される電圧Vbを検出し、その検出した電圧Vbを制御装置60へ出力する。
制御装置60は、ECU(Electronic Control Unit)を含む。ECUは、マイクロコンピュータを含む計算機であり、CPU(中央処理装置)、メモリであるROM(EEPROMも含む。)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、その他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、前記CPUが前記ROMに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部(機能実現手段)、たとえば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。
この実施形態において、制御装置60は、ACコンセント50に接続されたACプラグ150に係る機器の情報や電力計56で検出された電圧値Vac、電流値、及び電力値の情報を信号ACとして検出して、充放電動作(ACコンセント50を使用する非走行時動作)と通常運転動作(走行時動作)とを切り替えるための動作切替検出部161(図1参照)等として機能する。
動作切替検出部161は、ACコンセント50にACプラグ150を通じて外部負荷又は外部交流電源が接続されたとき、プラグイン情報を出力し、ACコンセント50にACプラグ150を通じて外部負荷又は外部交流電源が接続されていないとき(切断されているとき)、プラグアウト情報を出力する。
制御装置60は、さらに、充放電動作制御部162と通常運転動作制御部160とを有し、充放電動作制御部162は、前記プラグイン情報を受領したとき、エンジン40にプラグイン情報を出力する。このプラグイン情報に基づき、エンジン40と発電機11とを接続するクラッチ(接続・遮断機)57が遮断状態とされ、エンジン40と発電機11とが切り離される。なお、エンジン40と発電機11との間にクラッチ57が存在しない電動車両も存在するので、充放電動作制御部162は、プラグイン情報を受領したときには、併せてエンジン40の停止指令を出力する。
また、通常運転動作制御部160は、前記プラグアウト情報を受領したとき、DC電圧調整部170を通じ、ゲートドライブ174を介して、DC/DCコンバータ10をスイッチングさせ昇降圧動作を行うと共に、3相交流発生部171、172を通じ、ゲートドライブ176、178を介して第1インバータ20及び第2インバータ30を3相通電する。3相通電された第2インバータ30を通じて電動機12が駆動され、駆動輪94が駆動される。また、第1インバータ20を通じて発電機11が駆動され、クラッチ57を通じてエンジン40が始動される。エンジン40が始動すると、逆に、エンジン40によりクラッチ57を通じて発電機11が回転され、発電機11の発電電力が第2インバータ30、DC/DCコンバータ10を通じて蓄電装置102に充電される。
なお、通常運転動作制御部160は、蓄電装置102の出力により第2インバータ30を通じて電動機12を駆動しているときに、電動機12の必要出力が蓄電装置102の出力だけでは不足すると判断した場合、エンジン40によりクラッチ57を通じて発電機11を回転し、蓄電装置102の出力に併せて第1インバータ20側からも第2インバータ30を通じて電動機12に対して電力供給を行う。
通常運転動作制御部160は、動作切替検出部161から前記プラグアウト情報を受領しなくなったとき、通常運転動作制御を停止する。
一方、前記の充放電動作制御部162は、前記プラグイン情報を受領したとき、駆動相数選択表(駆動相選択表)166を参照して、ACコンセント50に接続される前記外部負荷の必要電力の大きさに基づき、又はACコンセント50に接続される前記外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、前記第1の3相アームからなる第1インバータ20の駆動相数と、前記第2の3相アームからなる第2のインバータ30の駆動相数とを変更乃至設定する。実際上、駆動相数、例えば「2」と、駆動相、例えば「U相とV相」とが選択される。このとき、同時に、トランスシステム51を構成するスイッチSW1〜SW6中、対応するスイッチを閉状態にする。なお、スイッチSW1〜SW6は、通常運転動作中(主に電動車両100の走行中)は、全て開状態にされる。
第1及び第2インバータ20、30の各駆動相数の変更乃至設定は、制御装置60を構成する単相交流発生部163、164、165及びゲートドライブ176、178を通じて信号PWM1、PWM2により遂行される。
なお、ゲートドライブ176、178は、制御装置60又は電力変換ユニット200内に設けられる。
充放電動作制御部162は、また、前記プラグイン情報を受領したとき、昇圧停止指令をスイッチング停止部168に出力する。スイッチング停止部168は、前記昇圧停止指令を受領したとき、ゲートドライブ174を通じてDC/DCコンバータ10を構成するトランジスタQ1のデューティを100%固定に制御すると共に、トランジスタQ2のデューティを0%固定に制御する。これにより、DC/DCコンバータ10は、いわゆる直結状態とされ、ACコンセント50から前記外部負荷への単相交流の外部給電時には、DC/DCコンバータ10の昇圧動作時における電圧サージを発生させずに、蓄電装置102の電力がリアクトルL、ダイオードD1、及び単相交流を出力するようにスイッチングされる第1及び第2インバータ20、30を通じ、閉じられたスイッチSW1〜SW6を介し、さらに、単相トランス101及び電力計56、並びにACコンセント50、ACプラグ150を通じて前記外部負荷に単相交流が供給される。
また、ACコンセント50にACプラグ150を通じて接続された外部交流電源からの外部充電時にも、同様にDC/DCコンバータ10は直結状態とされ、ACコンセント50から電力計56、単相トランス101、閉じられたスイッチSW1〜SW6、単相交流を入力するようにスイッチングされる第1及び第2インバータ20、30を通じ、オン状態となっているトランジスタQ1及びリアクトルLを介して蓄電装置102が充電される。
通常運転動作時の電動機12の駆動時に、上述したように、DC/DCコンバータ10は、制御装置60からの信号VCU(トランジスタQ1に供給されるVCUHとトランジスタQ2に供給されるVCUL)に基づいて、トランジスタQ1、Q2をスイッチングし、蓄電装置102から受ける直流電圧を、リアクトルLを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインPL2に供給する。なお、前記電動機12の回生時には、DC/DCコンバータ10は、リアクトルLを用いて降圧し、降圧した降圧電圧により電源ラインPL1を通じて蓄電装置102を充電する。
コンデンサC2は、電源ラインPL2と接地ラインGLとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ72は、コンデンサC2の端子間電圧、すなわちDC/DCコンバータ10の出力電圧Vdc(第1及び第2インバータ20、30の入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した電圧Vdcを制御装置60へ出力する。
第1インバータ20は、通常運転の始動時に、制御装置60からの信号PWM1に基づいて、電源ラインPL2から受ける直流電圧を3相交流電圧に変換し、その変換した3相交流電圧を発電機11へ出力する。これにより、発電機11は、トルク指令値TR1によって指定されたトルクを発生するように駆動(始動)される。また、第1インバータ20は、始動後のエンジン40からの出力を受けて発電機11が発電した3相交流電圧を制御装置60からの信号PWM1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインPL2へ出力する。電源ラインPL2に出力された直流電圧は、DC/DCコンバータ10によって降圧され、蓄電装置102を充電する。さらに、電動機12の必要出力が蓄電装置102だけでは不足している場合、発電機11にて電力供給を行う。具体的には、第1インバータ20は、始動後のエンジン40からの出力を受けて発電機11が発電した3相交流電圧を制御装置60からの信号PWM1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインPL2へ出力し、第2インバータ30へ電力を供給させる。
第2インバータ30は、通常運転動作時に、制御装置60からの信号PWM2に基づいて、電源ラインPL2から受ける直流電圧を3相交流電圧に変換し、その変換した3相交流電圧を電動機12へ出力する。これにより、電動機12は、トルク指令値TR2によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、第2インバータ30は、車両の回生制動時、駆動輪94からの回転力を受けて電動機12が発電した3相交流電圧を制御装置60からの信号PWM2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインPL2へ出力する。電源ラインPL2に出力された直流電圧は、上述したように、DC/DCコンバータ10によって降圧され、蓄電装置102を充電等する。なお、ここで言う回生制動とは、車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
ACコンセント50は、AC出力ラインACL1、ACL2間に生じる交流電圧Vacを外部負荷へ出力するための出力端子であり、電気機器の電源用コンセントや家庭の非常用電源のコンセント等がACプラグ150を通じて接続される。
ACコンセント50は、また、外部交流電源から交流電圧VacをACプラグ150を通じてAC出力ライン(この場合、AC入力ラインとして機能する)ACL1、ACL2に取り込む、入力端子としても機能する。
上述したように、外部給電用の単相交流電力の出力電力及び、蓄電装置102の充電用の外部交流電源の入力電力は、電力計56により検出され、検出された電力は、動作切替検出部161等を備える制御装置60へ信号ACの一部として出力される。
電流センサ80は、発電機11に流れるモータ電流Im1を検出し、その検出したモータ電流Im1を制御装置60へ出力する。電流センサ82は、電動機12に流れるモータ電流Im2を検出し、その検出したモータ電流Im2を制御装置60へ出力する。
制御装置60は、他の制御装置(不図示)から出力される発電機11、電動機12のトルク指令値TR1、TR2及びモータ回転数MN1、MN2、電圧センサ70からの電圧Vb、並びに電圧センサ72からの電圧Vdcに基づいて、DC/DCコンバータ10を駆動するための信号VCUを生成し、その生成した信号VCUをDC/DCコンバータ10へ出力する。
また、制御装置60は、電源ラインPL2と接地ラインGL間の電圧Vdc、発電機11のトルク指令値TR1及び電流センサ80からのモータ電流Im1に基づいて、発電機11を駆動するための信号PWM1を生成し、その生成した信号PWM1を第1インバータ20へ出力する。さらに、制御装置60は、電圧Vdc、電動機12のトルク指令値TR2及び電流センサ82からのモータ電流Im2に基づいて、電動機12を駆動するための信号PWM2を生成し、その生成した信号PWM2を第2インバータ30へ出力する。さらにまた、制御装置60は、信号ACに基づき、上述した通常運転動作と充放電動作とを切り替える。
制御装置60は、また、イグニッションスイッチ(またはイグニッションキー、以下同じ。)からの信号IG及び前記信号ACに基づいて、上述したように、ACコンセント50に接続される外部負荷に商用交流周波数からなる交流電流を流すように、第1及び第2インバータ20、30を制御するための信号PWM1、PWM2を、単相交流発生部163、164、165を通じて生成する。
図3に示すように、駆動相数選択表166には、この実施形態では、ACコンセント50から外部給電される単相交流の低出力時には、第1インバータ20を1相アーム分及び第2インバータ30を1相アーム分駆動し、単相交流の中出力時には、第1インバータ20を2相アーム分及び第2インバータ30を1相アーム分、単相交流の高出力時には、第1インバータ20の3相アーム全部及び第2インバータ30を1相アーム分利用することが規定(設定)されている。
このように設定制御することにより、例えば、図4の給電電力と第1インバータ20の駆動相数の対応表302に示すように、ACコンセント50から外部給電する単相交流AC100[Vrms]出力時に、給電電力[W]が、出力電流[Arms]に対して比例するように直線的に得られ、且つ第1インバータ20の駆動相数1、2、3に比例して前記低出力、中出力、及び高出力の傾斜に示すように得られる。
[外部給電動作の説明]
基本的には以上のように構成されるこの実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100の外部給電動作について、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。
基本的には以上のように構成されるこの実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100の外部給電動作について、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ステップS1にて、動作切替検出部161は、信号ACに基づき、ACコンセント50に外部負荷のACプラグ150が接続されているか否かを検出する。
外部負荷のACプラグ150が接続されているとき(ステップS1:YES)、ステップS2にて、動作切替検出部161は、外部充放電モード中、外部給電モードであると判定する。
次いで、ステップS3にて、充放電動作制御部162は、信号ACに基づく動作切替検出部161からのプラグイン情報に基づきエンジン40を通じてクラッチ57を切り離す指令(クラッチ切断指令)を出力する。
次に、ステップS4にて、充放電動作制御部162は、信号ACに基づく動作切替検出部161からのプラグイン情報に基づき昇圧停止指令をスイッチング停止部168に出力する。これによりスイッチング停止部168を通じてゲートドライブ174がオフ状態とされ、トランジスタQ1のデューティが100%固定、Q2のデューティが0%固定にされる。
次いで、ステップS5にて、充放電動作制御部162は、プラグイン情報からACコンセント50に接続された外部給電用の外部負荷から電圧値と電流値を読み取り、ステップS6にて、読み取った電圧値と電流値とから充放電動作制御部162は、信号ACに基づく動作切替検出部161からのプラグイン情報に基づきACコンセント50に接続された外部給電用のACプラグ150、すなわち外部負荷の電力容量を算出(取得)する。
次いで、ステップS7にて、算出した電力容量[W]と電流値[Arms]とから図4の給電電力と第1インバータ20の駆動相数の対応表302を参照して、第1インバータ20の駆動相数を決定し、すなわち、出力が低出力であるのか、中出力であるのか、高出力であるのかを決定し、決定した出力に基づき、図3の駆動相数選択表166を参照して、第2インバータ30の駆動相数を決定する。なお、駆動相数選択表166には、相数とともに、駆動相アームを規定することもできる。
なお、相数を決定する際、基本動作としては、第1及び第2インバータ20、30の各1相ずつ固定した通電を行い、出力が不足すると判断したときに、相数を増加する。但し、第1及び第2インバータ20、30の各1相ずつ固定した通電の選択時に、当該通電している1相の相アームのトランジスタあるいはダイオードに電流が集中する結果、インバータ搭載部の温度が上昇すると、第1及び第2インバータ20、30が温度保護動作、すなわち、第1及び第2インバータ20、30を停止する動作に入ってしまうことを防止するために、温度上昇時(温度が閾値を上回る可能性があるとき)には、通電する相数を増加して素子温度を低下するように制御するモードも選択できるようにしておくことが好ましい。
[低出力時の動作]
[低出力時の動作]
ステップS7で、低出力であると判定した場合には、図3の駆動相数選択表166の出力「低」が参照され、図6に示すように、充放電動作制御部162は、第1インバータ20側のスイッチSW1と第2インバータ30側のスイッチSW4のみを閉状態とし、他のスイッチSW2、SW3、SW5、SW6は、開状態とする。
この場合、第1インバータ20のトランジスタQ11、Q12(それぞれ定格電流値Ir[Arms])が、それぞれゲートドライブ176のゲートドライブ回路T3、T4により単相交流となるよう前記定格電流値Ir[Arms]を上限として駆動される。
また、第2インバータ30のトランジスタQ21、Q22は、それぞれゲートドライブ178のゲートドライブ回路T1、T2により前記定格電流値Ir[Arms]まで、単相交流となるように駆動される。
単相交流となるように駆動する際には、周知のように、例えば、U相の単相交流発生部163において、図示しない正弦波と三角波が比較されて、ゲートドライブ178のゲートドライブ回路T1、T2の信号PWM2が決定されると共に、図示しない余弦波と前記三角波が比較されて、ゲートドライブ176のゲートドライブ回路T3、T4の信号PWM1が決定される。
このとき、周期2π(1周期に相当する。)中、最初の半周期(π)で、蓄電装置102の正極側から流れ出した電流がリアクトルL、ダイオードD1、電源ラインPL2、トランジスタQ21、スイッチSW4、単相トランス101の1次コイル52a、スイッチSW1、トランジスタQ12、接地ラインGLを通じて蓄電装置102の負極側に流れる。そして、単相交流出力のゼロクロス点側でパルス幅が最小となり単相交流出力の正の最大値でパルス幅が最大となる。
残りの半周期(π)で、蓄電装置102の正極側から電流がリアクトルL、ダイオードD1、電源ラインPL2、トランジスタQ11、スイッチSW1、単相トランス101の1次コイル52a、スイッチSW4、トランジスタQ22、接地ラインGLを通じて蓄電装置102の負極側に流れる。そして、単相交流出力のゼロクロス点側でパルス幅が最小となり単相交流出力の負の最大値でパルス幅が最大となる。
これにより、単相トランス101の1次コイル52aには、最大で定格電流値Ir[Arms]相当の電流を流すことができる。電流値は、制御装置60により電流センサ80、82の検出電流値Im1、Im2を利用したフィードバック制御により合わせる(制御する、制限する)ことができる。
単相トランス101の1次コイル52aで発生した電力は、図1及び図2に示すように、単相トランス101の2次コイル55b、電力計56、及びACコンセント50、ACプラグ150を通じて外部負荷に供給(給電)される。電流値は、制御装置60により電流センサ80、82の検出モータ電流(電流検出値)Im1、Im2を利用したフィードバック制御により合わせることができる。
このように、単相交流の低出力時には、第1及び第2インバータ20、30の駆動相数が各1相アームとされ、第1インバータ20のトランジスタQ11、Q12の電流定格値Ir[Arms]で出力可能な最大電流が規定される。必要な低出力時の電力容量に対応して、各1相のみ使っているので損失が小さい。
また、DC/DCコンバータ10を直結としているので、蓄電装置102の直流電圧をスイッチングすることとなり、スイッチングノイズ(サージ)を小さくすることができる。
[中出力時の動作]
ステップS7で、中出力であると判定した場合には、図3の駆動相数選択表166の出力「中」が参照され、図7に示すように、充放電動作制御部162は、第1インバータ20側のスイッチSW1、SW2と第2インバータ30のスイッチSW4を閉状態とし、他のスイッチSW3、SW5、SW6は、開状態とする。
ステップS7で、中出力であると判定した場合には、図3の駆動相数選択表166の出力「中」が参照され、図7に示すように、充放電動作制御部162は、第1インバータ20側のスイッチSW1、SW2と第2インバータ30のスイッチSW4を閉状態とし、他のスイッチSW3、SW5、SW6は、開状態とする。
この場合、第1インバータ20のトランジスタQ11、Q12、Q13、Q14(それぞれ定格電流値Ir[Arms])がそれぞれゲートドライブ176のゲートドライブ回路T3、T4により2相並列駆動され、2相並列駆動で最大2×Ir[Arms]まで単相交流となるよう駆動される。
また、第2インバータ30のトランジスタQ21、Q22がそれぞれゲートドライブ178のゲートドライブ回路T1、T2により最大2×Ir[Arms]まで単相交流となるように駆動される。
この場合にも、U相の単相交流発生部163において、図示しない正弦波と三角波が比較されて、ゲートドライブ178のゲートドライブ回路T1、T2の信号PWM2が決定されると共に、U相の単相交流発生部163及びV相の単相交流発生部164で図示しない余弦波と前記三角波が比較されて、ゲートドライブ176のゲートドライブ回路T3、T4の信号PWM1が決定される。
このとき、周期2π(1周期に相当する。)中、最初の半周期(π)で、蓄電装置102の正極側から流れ出した電流がリアクトルL、ダイオードD1、電源ラインPL2、トランジスタQ21、スイッチSW4、単相トランス101の1次コイル52a、スイッチSW1、SW2、トランジスタQ12、Q14、接地ラインGLを通じて蓄電装置102の負極側に流れる。そして、単相交流出力のゼロクロス点側でパルス幅が最小となり単相交流の正の最大値でパルス幅が最大となる。
残りの半周期(π)で、蓄電装置102の正極側から電流がリアクトルL、ダイオードD1、電源ラインPL2、トランジスタQ11、Q13、スイッチSW1、SW2、単相トランス101の1次コイル52a、スイッチSW4、トランジスタQ22、接地ラインGLを通じて蓄電装置102の負極側に流れる。そして、単相交流出力のゼロクロス点でパルス幅が最小となり単相交流の負の最大値でパルス幅が最大となる。
これにより、単相トランス101の1次コイル52aには、最大で2×Ir[Arms]相当の電流を流すことができる。
単相トランス101の1次コイル52aで発生した電力は、2次コイル55b、電力計56、及びACコンセント50、ACプラグ150を通じて外部負荷に供給(給電)される。電流値は、制御装置60により電流センサ80、82の検出モータ電流(電流検出値)Im1、Im2を利用したフィードバック制御により合わせることができる。
このように、中出力時には、第1インバータ20の駆動相数が2相アームとされ、第2インバータ30の駆動相数が1相アームとされ、第1インバータ20のトランジスタQ11、Q12、Q13、Q14の電流定格値Irの並列で最大電流値2×Ir[Arms]が規定される。必要な中出力時の電力容量に対応して、相数を設定しているので損失が小さくなる。
この場合にも、DC/DCコンバータ10を直結としているので、蓄電装置102の直流電圧をスイッチングすることとなり、スイッチングノイズ(サージ)を小さくすることができる。
[高出力時の動作]
ステップS7で、高出力であると判定した場合には、図3の駆動相数選択表166の出力「高」が参照され、図8に示すように、充放電動作制御部162は、第1インバータ20側のスイッチSW1、SW2、SW3と第2インバータ30のスイッチSW4、SW5を閉状態とし、他のスイッチSW6のみを、開状態とする。
ステップS7で、高出力であると判定した場合には、図3の駆動相数選択表166の出力「高」が参照され、図8に示すように、充放電動作制御部162は、第1インバータ20側のスイッチSW1、SW2、SW3と第2インバータ30のスイッチSW4、SW5を閉状態とし、他のスイッチSW6のみを、開状態とする。
この場合、第1インバータ20のトランジスタQ11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16(それぞれ定格電流値Ir[Arms])がそれぞれゲートドライブ176のゲートドライブ回路T3、T4により3相並列駆動され、3相並列駆動で最大電流3×Ir[Arms]まで単相交流となるよう駆動される。
また、第2インバータ30のトランジスタQ21、Q22、Q23、Q24がそれぞれゲートドライブ178のゲートドライブ回路T1、T2により2相並列駆動され、2相並列駆動で電流(3/2)Ir×2[Arms]=最大電流3×Ir[Arms]まで単相交流となるように駆動される。
この場合にも、UV相の単相交流発生部163、164において、図示しない正弦波と三角波が比較されて、ゲートドライブ178のゲートドライブ回路T1、T2の信号PWM2が決定されると共に、UVW相の単相交流発生部163〜165において、図示しない余弦波と前記三角波が比較されて、ゲートドライブ176のゲートドライブ回路T3、T4の信号PWM1が決定される。
このとき、周期2π(1周期)中、最初の半周期(π)で、蓄電装置102の正極側から流れ出した電流がリアクトルL、ダイオードD1、電源ラインPL2、トランジスタQ21、Q23、スイッチSW4、SW5、単相トランス101の1次コイル52a、スイッチSW1、SW2、SW3、トランジスタQ12、Q14、Q16、接地ラインGLを通じて蓄電装置102の負極側に流れる。そして、単相交流出力のゼロクロス点でパルス幅が最小となり単相交流の正の最大値でパルス幅が最大となる。
残りの半周期(π)で、蓄電装置102の正極側から電流がリアクトルL、ダイオードD1、電源ラインPL2、トランジスタQ11、Q13、Q15、スイッチSW1、SW2、SW3、単相トランス101の1次コイル52a、スイッチSW4、SW5、トランジスタQ22、Q24、接地ラインGLを通じて蓄電装置102の負極側に流れる。そして単相交流出力のゼロクロス点でパルス幅が最小となり単相交流の負の最大値でパルス幅が最大となる。
これにより、単相トランス101の1次コイル52aには、最大で3×Ir[Arms]相当の電流を流すことができる。
単相トランス101の1次コイル52aで発生した電力は、2次コイル55b、電力計56、及びACコンセント50、ACプラグ150を通じて外部負荷に供給(給電)される。電流値は、制御装置60により電流センサ80、82の検出モータ電流(電流検出値)Im1、Im2を利用したフィードバック制御により合わせることができる。
このように、高出力時には、第1インバータ20の駆動相数が3相アームとされ、第2インバータ30の駆動相数が2相アームとされ、第1インバータ20のトランジスタQ11〜Q16の最大電流定格値Irの三並列で最大電流3×Ir[Arms]が規定される。必要な高出力時の電力容量に対応して、相数を設定しているので損失が小さくなる。
この場合にも、DC/DCコンバータ10を直結としているので、蓄電装置102の直流電圧をスイッチングすることとなり、スイッチングノイズ(サージ)を小さくすることができる。
なお、上述したステップS1にて、ACコンセント50にACプラグ150が差し込まれていない場合には、プラグアウト情報により通常運転動作制御部160を通じて通常運転動作とされる。
以上の説明が、外部給電・充電可能な電動車両100の外部給電動作の説明である。
[充電動作の説明]
次に、外部給電・充電可能な電動車両100の充電動作(外部充電動作)について、図9に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図5のフローチャートを参照して説明した内容と同様な内容については、その詳細な説明は省略する。
次に、外部給電・充電可能な電動車両100の充電動作(外部充電動作)について、図9に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図5のフローチャートを参照して説明した内容と同様な内容については、その詳細な説明は省略する。
ステップS11にて、ステップS1と同様に、動作切替検出部161は、信号ACに基づき、ACコンセント50にACプラグ150が接続されているか否かを検出する。
外部交流電源のACプラグ150が接続されているとき(ステップS11:YES)、ステップS12にて、動作切替検出部161は、外部充放電モード中、外部充電モードであると判定する。
次いで、ステップS13にて、ステップS3と同様に、充放電動作制御部162は、信号ACに基づく動作切替検出部161からのプラグイン情報に基づきエンジン40を通じてクラッチ57を切り離す指令(クラッチ切断指令)を出力する。
次いで、ステップS14にて、ステップS4と同様に、DC/DCコンバータ10に供給される信号VCUによりトランジスタQ1のデューティが100%固定に設定され、トランジスタQ2のデューティが0%固定に設定される。これにより、トランジスタQ1は、オン状態とされ、トランジスタQ2は、オフ状態とされる。すなわち、充放電電流が電源ラインPL2側からトランジスタQ1を通じて蓄電装置102の電源ラインPL1側に流れるように設定される。
次いで、ステップS15にて、ステップS5と同様に、ACコンセント50に接続された外部交流電源のACプラグ150を通じて電圧値と電流値を読み取り、ステップS16にて、ステップS6と同様に、読み取った電圧値と電流値とから充放電動作制御部162は、信号ACに基づく動作切替検出部161からのプラグイン情報に基づきACコンセント50に接続された外部充電用のACプラグ150、すなわち外部交流電源の電力容量を算出(取得)する。
次いで、ステップS17にて、電力容量が正であるか否かを判定する。
正である場合には(ステップS17:YES)、ステップS18にて単相外部給電モードに設定され、上述したステップS7で説明した外部給電モードでの単相インバータ動作(単相交流出力動作)を実行する。
ステップS17の判定において、電力容量が負である場合には(ステップS17:NO)、ステップS19にて単相充電モードであることを決定する。
次いで、ステップS20にて、単相インバータ(充電モード)が実行されるが、この動作は、上述したステップS7の単相インバータ(外部給電動作)と同様の動作であるので、その詳細な説明は省略する。
例えば、充電電力容量が中出力相当である場合、図7を参照して説明したように、単相交流の1周期(2π)中、最初の半周期(π)では、2次コイルとして機能する1次コイル52aの一極側からスイッチSW1、SW2、ダイオードD11、D13(2相並列)、トランジスタQ1、リアクトルL、蓄電装置102の正極側、蓄電装置102の負極側からダイオードD22、スイッチSW4を通じて1次コイル52aの他極側に流れる。残りの半周期(π)では、2次コイルとして機能する1次コイル52aの前記他極側からスイッチSW4、ダイオードD21、トランジスタQ1、リアクトルL、蓄電装置102の正極側、蓄電装置102の負極側からダイオードD12、D14、スイッチSW1、SW2を通じて1次コイル52aの前記一極側に流れる。この場合にも、スイッチSW1、SW2、SW4をPWM制御しながら電流制御を行う。つまり、蓄電装置102の残存容量であるSOCを監視しながら、電力制御を行う。
これにより、蓄電装置102には、ACプラグ150を通じてACコンセント50に接続された外部単相交流電源の出力容量に対応した最大で2×Ir[Arms]相当の充電電流を流すことができる。
なお、ステップS11において、ACコンセント50にACプラグ150が接続されていない場合には、上記と同様にステップS8にて通常運転動作モードが実行される。
[他の実施形態]
図10は、他の実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100Aの要部の回路図である。図1に示した要部のシステム構成図は、この外部給電・充電可能な電動車両100Aにも適用される。この外部給電・充電可能な電動車両100Aは、図2に示した外部給電・充電可能な電動車両100に比較して下記の点が異なる。
図10は、他の実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100Aの要部の回路図である。図1に示した要部のシステム構成図は、この外部給電・充電可能な電動車両100Aにも適用される。この外部給電・充電可能な電動車両100Aは、図2に示した外部給電・充電可能な電動車両100に比較して下記の点が異なる。
第1に、スイッチSW1〜SW6を有するトランスシステム51が、スイッチSW1〜SW6の不要な単相トランス101Aに代替される。この単相トランス101Aでは、第1インバータ20のU相ラインUL1と第2インバータ30のU相ラインUL2間に1次コイル52が、第1インバータ20のV相ラインVL1と第2インバータ30のV相ラインVL2間に1次コイル53が、第1インバータ20のW相ラインWL1と第2インバータ30のW相ラインWL2間に1次コイル54が、それぞれ接続される。単相トランス101Aの2次コイル55bは、単相トランス101の2次コイル55bと同等である。
第2に、駆動相数選択表166が、図11に示す駆動相数選択表(駆動相選択表)166Aに代替される。これに伴い、制御装置60が制御装置60Aに代替される。
図10に示す他の実施形態に係る外部給電・充電可能な電動車両100Aでは、その駆動相数選択表166Aに示すように、ACコンセント50に接続されるACプラグ150の電力容量に応じて、出力「低」(低出力)の場合には、第1インバータ20及び第2インバータ30共に各1相駆動とされ、出力「中」(中出力)の場合には、第1インバータ20及び第2インバータ30共に各2相駆動とされ、出力「高」(高出力)の場合には、第1インバータ20及び第2インバータ30共に各3相駆動とされるように設定される。
例えば、2相駆動の外部給電動作について、図10を参照して、簡単に説明すると、DC/DCコンバータ10が直結状態とされ、単相交流の1周期(2π)中の、最初の半周期(π)において、蓄電装置102の正極からの電流が、インダクタL、ダイオードD1、トランジスタQ11、Q13、1次コイル52、53、トランジスタQ22、Q24、接地ラインGL、蓄電装置102の負極に流れる。残りの半周期(π)において、蓄電装置102の正極からの電流が、インダクタL、ダイオードD1、トランジスタQ21、Q23、1次コイル52、53、トランジスタQ12、Q14、接地ラインGL、蓄電装置102の負極に流れる。
以上説明したように、上述した外部給電・充電可能な電動車両100(図1、図2)及び外部給電・充電可能な電動車両100A(図1、図10)によれば、蓄電装置(前記蓄電装置102よりも高圧の直流電圧Vdcを発生する図示しない蓄電装置)の直流電圧VdcをUVWの3相の駆動電圧に変換する第1の3相アーム(U相アーム22、V相アーム24、W相アーム26)からなる第1インバータ20と、エンジン40の回転エネルギにより3相交流電力を発電する発電機11と、前記3相交流電力を前記直流電圧に変換するUVWの第2の3相アーム(U相アーム32、V相アーム34、W相アーム36)からなる第2インバータ30と、を備え、前記第1の3相アーム(U相アーム22、V相アーム24、W相アーム26)の中点(トランジスタQ11、Q12の接続点、トランジスタQ13、Q14の接続点、トランジスタQ15、Q16の接続点)と、前記第2の3相アーム(U相アーム32、V相アーム34、W相アーム36)の中点(トランジスタQ21、Q22の接続点、トランジスタQ23、Q24の接続点、トランジスタQ25、Q26の接続点)とが、ACコンセント50に電気的に接続可能に構成され、前記ACコンセント50から外部給電用の単相交流が出力可能な、又は前記ACコンセント50に外部交流電源を接続して前記蓄電装置102を充電可能な外部給電・充電可能な電動車両100(100A)であって、前記第1インバータ20及び前記第2インバータ30のうち少なくとも一方は前記ACコンセント50に接続される前記中点が複数設けられており(中点は、例えば、図7例の結線では、第2インバータ30側が、トランジスタQ21、Q22の共通接続点の1個所、第1インバータ20側が、トランジスタQ11、Q12及びトランジスタQ13、Q14の各共通接続点の2個所)、前記ACコンセント50に接続される外部負荷の必要電力の大きさに基づき、又は前記ACコンセント50に接続される前記外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、前記第1の3相アームからなる前記第1インバータ20の駆動相数と、前記第2の3相アームからなる前記第2インバータ30の駆動相数の少なくとも一方を変更する{上記図7例の結線(第2インバータ30側が、トランジスタQ21、Q22の共通接続点の1個所、第1インバータ20側が、トランジスタQ11、Q12及びトランジスタQ13、Q14の各共通接続点の2個所)では、図6例の結線に示すように、第1インバータ20の駆動相数を2相(スイッチSW1、SW2)から1相(スイッチSW1)に変更している。}制御装置60(60A)を備える。
より具体的には、上述した外部給電・充電可能な電動車両100(図1、図2)及び外部給電・充電可能な電動車両100A(図1、図10)によれば、蓄電装置(前記蓄電装置102よりも高圧の直流電圧Vdcを発生する図示しない蓄電装置)の直流電圧VdcをUVWの3相の駆動電圧に変換する第1の3相アーム(U相アーム22、V相アーム24、W相アーム26)からなる第1インバータ20と、エンジン40の回転エネルギにより3相交流電力を発電する発電機11と、前記3相交流電力を前記直流電圧に変換するUVWの第2の3相アーム(U相アーム32、V相アーム34、W相アーム36)からなる第2インバータ30と、を備え、前記第1の3相アーム(U相アーム22、V相アーム24、W相アーム26)の各相アームの各中点(トランジスタQ11、Q12の接続点、トランジスタQ13、Q14の接続点、トランジスタQ15、Q16の接続点)と、前記第2の3相アーム(U相アーム32、V相アーム34、W相アーム36)の各相アームの各中点(トランジスタQ21、Q22の接続点、トランジスタQ23、Q24の接続点、トランジスタQ25、Q26の接続点)との間に、単相トランス101(101A)の1次コイル52a(52、53、54)を接続し、前記単相トランス101(101A)の2次コイル55bをACコンセント50に接続し、前記ACコンセント50から外部給電用の単相交流が出力可能な、又は前記ACコンセント50に外部交流電源を接続して前記蓄電装置102を充電可能な外部給電・充電可能な電動車両100(100A)であって、前記ACコンセント50に接続される外部負荷の必要電力の大きさに基づき、又は前記ACコンセント50に接続される前記外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、前記第1の3相アームからなる前記第1インバータ20の駆動相数と、前記第2の3相アームからなる前記第2のインバータ30の駆動相数とを変更して設定する制御装置60(60A)を備える。
このように、制御装置60(60A)が、ACコンセント50(ACアウトレット)に接続される外部負荷の必要電力の大きさ又は前記ACコンセント50(ACインレット)に接続される外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、第1の3相アーム(U相アーム22、V相アーム24、W相アーム26)の駆動相数及び第2の3相アーム(U相アーム32、V相アーム34、W相アーム36)の駆動相数の少なくとも一方を変更乃至設定するようにしたので、外部負荷の消費電力に適した単相交流電圧を生成でき、又外部充電用交流電源の供給電力に適した充電を行うことができる。
結果として、単相交流電圧の生成時及び外部充電用交流電源による充電時における損失を低減することができる。また、外部負荷の消費電力又は外部充電用交流電源の供給電力に応じて駆動相数(駆動相アーム数)を最適化することができる。
なお、単相交流(商用交流)を生成する際、上述したように、単相交流(正弦波)の1周期(2π)のうち、最初の半周期(π)にて、第1インバータ20中、選択された相アーム(例えば、U相アーム22とV相アーム24)の上アーム(トランジスタQ11、Q13)と、第2インバータ30の選択された相アーム(例えば、U相アーム32)の下アーム(トランジスタQ22)とが、PWM駆動されて前記単相交流の正弦波の正側の半波が形成され、残りの半周期(π)にて、第2インバータ30中、選択された相アーム(前記U相アーム32)の上アーム(トランジスタQ21)と、第1インバータ20の選択された相アーム(前記U相アーム22とV相アーム24)の下アーム(トランジスタQ12、Q14)とが、PWM駆動されて前記単相交流の正弦波の負側の半波が形成される。また、同一の相アームの上アームと下アームの切替時には、当該上アームと当該下アームとが短絡しないように、デッドタイムが設けられる。
この場合、制御装置60(60A)が、前記第1の3相アーム(U相アーム22、V相アーム24、W相アーム26)の各相アーム当たりの定格電流値、及び前記第2の3相アーム(U相アーム32、V相アーム34、W相アーム36)の各相アーム当たりの定格電流値を上回らない範囲に各前記駆動相数を設定するようにしたので、必要最小限の相アーム数の駆動で外部給電及び充電を行うことができる。換言すれば、第1インバータ20及び第2インバータ30の定格容量の相違を考慮して、第1インバータ20及び第2インバータ30の駆動相アーム数を決定しているので、駆動相アーム数(トランジスタの数、スイッチング素子の数、スイッチング素子の駆動素子数)の最適化が図れる。
この場合において、前記図示しない高電圧の蓄電装置に代替して、低電圧の蓄電装置102の直流電圧Vbを、前記直流電圧Vdcに昇圧するDC/DCコンバータ10をさらに有し、前記ACコンセント50を使用して外部給電、又は充電を行うときには、前記DC/DCコンバータ10を直結状態(外部給電時は、トランジスタQ1、Q2とも、デューティ0%、すなわちオフ状態として、充電時は、トランジスタQ1のデューティ100%、トランジスタQ2のデューティ0%)にすることで、外部給電時におけるACコンセント50に現れる単相交流に含まれるサージ電圧を低減することができる。
また、前記ACコンセント50を使用して外部給電、又は充電を行うときには、クラッチ57を切断して発電機11にエンジン40から回転エネルギを付与しないようにしているので、回転エネルギの発生源であるエンジン40と発電機11とを分離することができる。
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10…DC/DCコンバータ 11…発電機
12…電動機 20…第1インバータ
30…第2インバータ 22、32…U相アーム
24、34…V相アーム 26、36…W相アーム
40…エンジン 50…ACコンセント
52、52a、53、54…1次コイル 55b…2次コイル
57…クラッチ 60、60A…制御装置
94…駆動輪 100、100A…電動車両
101、101A…単相トランス 102…蓄電装置
150…ACプラグ 166、166A…駆動相数選択表
12…電動機 20…第1インバータ
30…第2インバータ 22、32…U相アーム
24、34…V相アーム 26、36…W相アーム
40…エンジン 50…ACコンセント
52、52a、53、54…1次コイル 55b…2次コイル
57…クラッチ 60、60A…制御装置
94…駆動輪 100、100A…電動車両
101、101A…単相トランス 102…蓄電装置
150…ACプラグ 166、166A…駆動相数選択表
Claims (4)
- 蓄電装置の直流電圧を3相交流の駆動電圧に変換する第1の3相アームからなる第1インバータと、回転エネルギにより3相交流電力を発電する発電機と、前記3相交流電力を前記直流電圧に変換する第2の3相アームからなる第2インバータと、を備え、
前記第1の3相アームの上アームと下アームの中点と、前記第2の3相アームの上アームと下アームの中点とが、ACコンセントに電気的に接続可能に構成され、前記ACコンセントから外部給電用の単相交流が出力可能な、又は前記ACコンセントに外部交流電源を接続して前記蓄電装置を充電可能な外部給電・充電可能な電動車両であって、
前記第1インバータ及び前記第2インバータのうち少なくとも一方は前記ACコンセントに接続される前記中点が複数設けられており、
前記ACコンセントに接続される外部負荷の必要電力の大きさに基づき、又は前記ACコンセントに接続される前記外部交流電源の供給電力の大きさに基づき、前記第1の3相アームからなる前記第1インバータの駆動相数と、前記第2の3相アームからなる前記第2インバータの駆動相数の少なくとも一方を変更する制御装置を備える
ことを特徴とする外部給電・充電可能な電動車両。 - 請求項1記載の外部給電・充電可能な電動車両において、
前記制御装置は、
前記第1の3相アームの各相アーム当たりの定格電流値、及び前記第2の3相アームの各相アーム当たりの定格電流値を上回らない範囲に各前記駆動相数を設定する
ことを特徴とする外部給電・充電可能な電動車両。 - 請求項1又は2記載の外部給電・充電可能な電動車両において、
前記蓄電装置よりも低電圧の蓄電装置の直流電圧を、前記直流電圧に昇圧するDC/DCコンバータをさらに有し、
前記ACコンセントを使用して前記外部給電、又は前記充電を行うときには、前記DC/DCコンバータを直結状態にする
ことを特徴とする外部給電・充電可能な電動車両。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の外部給電・充電可能な電動車両において、
前記ACコンセントを使用して前記外部給電、又は前記充電を行うときには、前記発電機に前記回転エネルギを付与しない
ことを特徴とする外部給電・充電可能な電動車両。
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- 2012-03-01 JP JP2012045265A patent/JP2013183520A/ja active Pending
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