JP2013208008A - 電気自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】架線から電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ及びこのモータに電力を供給するインバータに前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能な電気自動車を提供する。
【解決手段】高圧バッテリ24のバッテリ電圧Vbを架線給電電圧Vh相当まで昇圧する第1DC/DCコンバータ31の他に、架線Lに接触して前記架線Lから高電圧の架線供給電圧Vhの電力を受ける架線接触端子CTとモータ20を駆動するインバータ22の直流端子26との間に第2DC/DCコンバータ32を設けたので、たとえ架線Lから高電圧である架線給電電圧Vhが印加されても第2DC/DCコンバータ32が電気的な緩衝装置となってインバータ22への高電圧の印加が回避される。
【選択図】図1

Description

この発明は、車載の蓄電装置から供給される電力及び(又は)車載の架線接触端子を通じて架線から供給される電力を車載のインバータにより変換し車両駆動用のモータに供給する電気自動車に関する。
従来から、架線からの電力により、又は車載のバッテリの電力により駆動されるモータにより走行する電気自動車が提案されている(特許文献1)。
このような電気自動車では、前記架線と車載の集電器との接触状態において、前記架線から供給された電力により車載のバッテリが充電されると共に、車載のインバータを通じて前記電力が変換されてモータに供給されることで走行する。この電気自動車では、前記架線の存在しない道路上を走行するとき、前記バッテリから前記インバータを介して前記モータに電力が供給される(特許文献1の要約)。
特許文献2には、電鉄分野の電気車の制御装置が開示されている。
再公表WO2009/001788号 再公表WO2008/018131号
特許文献2に開示された電気車では、駆動用のモータに電力を供給するインバータに並列に、蓄電装置を入力電力源とするDC/DCコンバータが接続されている。このDC/DCコンバータは、前記蓄電装置の電圧を、リアクトルと上下アームスイッチング素子により前記インバータの入力電圧まで昇圧している。
そして、前記インバータの入力端子間にスイッチを介して集電装置が設けられ、この集電装置が架線と摺接して前記架線から電力を受電するようになっている。
このように構成される電気車は、基本的には、前記蓄電装置の電圧が前記DC/DCコンバータにより昇圧された電圧の電力又は前記架線からの電力により前記インバータを介して前記モータが駆動される。
特許文献2に係る電気車では、前記架線と車載の前記集電装置との接触時に、前記架線からの突入電流を防止するために、前記集電装置が前記架線から離隔した位置にあって、前記蓄電装置のみの電力により走行する走行モードから、車載の前記集電装置を前記架線に接触させ前記架線の電力により走行モードに遷移する際、まず、前記スイッチの開状態において、前記架線と前記集電装置とを接触させ、この接触状態において、前記蓄電装置の電力を利用し前記DC/DCコンバータにより前記インバータの入力電圧を前記架線の電圧まで徐々に昇圧し、前記インバータの入力電圧と前記架線の電圧との電圧差が十分に小さい値となったときに、前記スイッチを開状態から閉状態とすることで、電圧差により突入電流を生じたり、スイッチの接点が荒れることを回避できると開示されている(特許文献2の[0025]、[0026])。
しかしながら、上記従来技術に係る電鉄分野の電気車の制御装置は、架線電圧が600[V]〜1500[V](特許文献2の[0022])のインフラに適用可能な高耐圧用となっており、汎用の100[V]〜200[V]程度の電源で動作可能な電気自動車に、このような技術をそのまま適用することが、コスト上、寸法上きわめて困難である。
もし、適用したとすると、架線の高圧電圧が直接インバータ及びこのインバータを介してモータに印加されることとなり、インバータの電力消費が大きくなり、発熱を防止する発熱対策にもコストが増加する。また、モータも高耐圧のモータが必要となり、コストが増加し、且つモータ自体も大型化する。
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、たとえ架線から電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ及びこのモータに電力を供給するインバータに前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能となって、前記インバータの発熱の防止、並びに前記インバータ及び前記モータの小型化を図ることを可能とする電気自動車を提供することを目的とする。
この発明に係る電気自動車は、車載の蓄電装置から供給される電力及び/又は車載の架線接触端子を通じて架線から供給される電力をインバータにより変換し車両駆動用のモータに供給する電気自動車において、前記蓄電装置の端子と前記架線接触端子との間に設けられる第1DC/DCコンバータと、前記架線接触端子と前記インバータの端子との間に設けられる第2DC/DCコンバータと、前記第1及び第2DC/DCコンバータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記架線接触端子を通じて前記架線からの給電時に、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように、前記第2DC/DCコンバータを制御し、前記架線接触端子が前記架線から離隔している非給電時に、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以上の場合には、前記第1DC/DCコンバータを直結状態に制御すると共に、前記第2DC/DCコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御する一方、前記蓄電装置の電圧が前記所定電圧未満の場合には、前記第1DC/DCコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御すると共に、前記第2DC/DCコンバータを直結状態に制御することを特徴とする。
この発明によれば、架線接触端子とインバータの端子との間に第2DC/DCコンバータを設けるようにしたので、たとえ架線から高電圧が印加されても第2DC/DCコンバータが電気的な緩衝装置となり前記インバータへの高電圧の印加が回避され、結果として前記インバータの発熱を抑制できると共に、前記インバータ及びモータに対して前記第2DC/DCコンバータを介して前記架線の前記高電圧より低い適切な電圧を印加することができる。
この場合において、前記制御装置は、前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移する際、前記架線接触端子間の電圧を架線給電電圧相当の電圧となるように前記第1DC/DCコンバータを制御すると共に、前記第2DC/DCコンバータは、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように制御することで、前記電気自動車を前記モータの要求電力に対応して走行させながらの前記架線に対する前記架線接触端子の接触時に、前記架線からの前記電気自動車側への大きな突入電流の発生を防止できる。つまり、前記架線に対し前記電気自動車の前記架線接触端子が接触する際に、前記モータの要求電力を制限する必要がなく、且つ突入電流の発生を防止できる。
なお、前記制御装置は、前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移したとき、前記架線を通じ、前記第1DC/DCコンバータを介して供給される前記蓄電装置への充電電流が徐々に大きくなるように前記第1DC/DCコンバータを制御した後、前記第1DC/DCコンバータの入出力間電位差が所定値以内となったとき、前記第1DC/DCコンバータを直結状態に制御することで前記第1DC/DCコンバータのスイッチング損失を低減でき、前記蓄電装置への充電の効率を高くすることができる。
また、前記制御装置は、前記モータの回生時には、前記第1及び第2DC/DCコンバータを直結状態に制御することで、前記回生時における前記第1及び第2DC/DCコンバータの電力損失が低減でき、より効率的に回生電力を回収することができる。
この発明によれば、架線接触端子とインバータの端子との間に第2DC/DCコンバータを設けるようにしたので、たとえ架線から電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ及びこのモータに電力を供給する前記インバータに前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能となって、前記インバータの発熱が防止されると共に、前記インバータ及び前記モータの小型化を図ることができる。
この実施形態に係る電気自動車を備える車両給電交通システムの構成を示す回路ブロック図である。 電気自動車中、インバータの回路図である。 この実施形態に係る電気自動車を備える車両給電交通システムのメインフローチャートである。 この実施形態に係る電気自動車を備える車両給電交通システムの給電制御フローチャートである。 電気自動車の走行モードを説明する図表である。 電気自動車の走行モードの遷移と各物理量との関係の一例を説明するタイムチャートである。
以下、この発明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電気自動車10と、この電気自動車10に対して架線L(正極側の架線L1と負極側の架線L2)を介して直流の高電圧である架線給電電圧(単に、給電電圧ともいう。)Vhの電力を供給する外部電源装置12と、からなる車両給電交通システム14の構成を示している。
外部電源装置12は、送電のみの電源装置、あるいは蓄電装置を含む充放電可能な電源装置により構成することができる。この実施形態では、充放電可能な電源装置を採用している。
電気自動車10は、架線Lに対して接触給電乃至接触充電可能な架線接触端子CT(正極側の架線接触端子CT1と負極側の架線接触端子CT2)が一端(架線L側の端)に係合された受電アームAM(正極側の受電アームAM1と負極側の受電アームAM2)を備える。
受電アームAMは、アーム伸縮式、アーム傾動式(アームの他端が支点として車体に取り付けられ、架線接触端子CTが係合した前記一端が車体から離れる。)、又はアーム伸縮式とアーム傾動式とを併合した構成のものを用いることができる。
受電アームAMの他端(電気自動車10の本体側)は、コンタクタS(正極側のコンタクタS1と負極側のコンタクタS2)の一端側に電気的に接続される。
コンタクタSの他端側は、正極側の配線28p及び負極側の配線28nからなる配線28に接続される。
電気自動車10は、上記した架線接触端子CTが一端に係合された受電アームAM、及びコンタクタSの他、車両駆動用のモータ20と、このモータ20に3相の交流電力を供給する電力変換装置であるインバータ22と、蓄電装置としての高圧バッテリ24と、高圧バッテリ24が低圧側に接続され高圧側がコンタクタSの他端側である配線28に接続されると共に前記インバータ22の直流入力側の直流端子26(正極側の直流端子26aと負極側の直流端子26b)を通じて前記インバータ22に前記高圧バッテリ24の電圧を昇圧した電力を供給する第1DC/DCコンバータ(以下、第1コンバータともいう。)31と、インバータ22の直流端子26が低圧側に接続され高圧側が前記コンタクタSの他端側である配線28に接続される第2DC/DCコンバータ(以下、第2コンバータともいう。)32と、制御装置としてのECU(電子制御ユニット)40とを備える。ECU40は、インバータ22、第1及び第2コンバータ31、32、コンタクタS、受電アームAM、及びモータ20を制御する。
なお、図示はしないが、モータ20の回転軸はトランスミッションを通じて、あるいはインホイールモータとして駆動輪に係合される。
高圧バッテリ24は、リチウムイオン2次電池等の2次電池又はキャパシタ等が使用される。この実施形態では2次電池が使用されている。
図2は、インバータ22の公知の回路図を示す。インバータ22は、3相フルブリッジ型の構成とされ、モータ20の力行時には、直流/交流変換を行い、直流を3相の交流電力に変換してモータ20のU相コイル、V相コイル、W相コイルに供給する一方、モータ20の回生時には、交流/直流変換後の直流電力を直流端子26間から第2コンバータ32を通じて正極側配線28p及び負極側配線28n間に供給し、例えば、第1コンバータ31を通じて高圧バッテリ24を充電等する。
インバータ22は、ECU40により駆動されるMOSFET又はIGBT等のスイッチング素子であるトランジスタ51u、51v、51w、52u、52v、52wと、逆方向接続されたダイオード53u、53v、53w、54u、54v、54wとから構成される。
トランジスタ51uとダイオード53uとでU相の上アーム素子UMuを、トランジスタ52uとダイオード54uとでU相の下アーム素子LMuを構成する。トランジスタ51vとダイオード53vでV相の上アーム素子UMvを、トランジスタ52vと、ダイオード54vとでV相の下アーム素子LMvを構成する。トランジスタ51wとダイオード53wでW相の上アーム素子UMwを、トランジスタ52wと、ダイオード54wとでW相の下アーム素子LMwを構成する。
上アーム側のトランジスタ51u、51v、51wは、ECU40から供給されるPWM(パルス幅変調)信号Puu、Puv、Puwによりスイッチングされ、下アーム側のトランジスタ52u、52v、52wは、ECU40から供給されるPWM信号Plu、Plv、Plwによりスイッチングされる。
再び、図1において、電圧センサとして、インバータ22の直流端子26間の電圧(モータ電圧ともいう。)Vmを検出する電圧センサ34と、高圧バッテリ24の端子間電圧(バッテリ電圧という。)Vbを検出する電圧センサ36と、スイッチS間の直流電圧(線間電圧という。)V0を検出する電圧センサ38と、を備え、各検出電圧は、ECU40により読み取られる。
電流センサとして、インバータ22の直流端子26aに流れる電流(モータ電流という。)Imを検出する電流センサ44と、高圧バッテリ24に流れる電流(バッテリ電流という。)Ibを検出する電流センサ46と、第2コンバータ32に流れる電流(入力電流という。)I0を検出する電流センサ48と、を備え、各検出電流は、ECU40により読み取られる。
電圧センサ36と電流センサ46と図示しない温度センサとにより高圧バッテリ24のSOC(0[%]〜100[%]の充電状態又は充電量)を検出するSOCセンサ56が構成され、SOCセンサ56の出力に基づきECU40により充電量SOCが算出される。
モータ電圧Vmは、ステップダウンコンバータ(SDC)52により降圧されて公称値+12[V]の低圧バッテリ54を充電する。
低圧バッテリ54は、図示しないライト等の補機等に電力を供給すると共に、ECU40に電力を供給する。
第1コンバータ31は、公知の構成であり、それぞれダイオードD1、D2が逆方向に接続されるスイッチング素子であるトランジスタQ1、Q2と、リアクトルRaと、コンデンサC1、C2とから構成される。トランジスタQ1、Q2としては、MOSFETあるいはIGBT等の電力スイッチング素子が採用される。
トランジスタQ1は、ECU40から供給されるPWM(パルス幅変調)信号P1によりスイッチングされ、トランジスタQ2は、ECU40から供給されるPWM信号P2によりスイッチングされる。
トランジスタQ1とダイオードD1が上アーム素子UM1とされ、トランジスタQ2とダイオードD2が下アーム素子LM1とされる。
第2コンバータ32も、公知の構成であり、それぞれダイオードD3、D4が逆方向に接続されるスイッチング素子であるトランジスタQ3、Q4と、リアクトルRbと、コンデンサC3とから構成される。トランジスタQ3、Q4としては、MOSFETあるいはIGBT等の電力スイッチング素子が採用される。
トランジスタQ3は、ECU40から供給されるPWM信号P3によりスイッチングされ、トランジスタQ4は、ECU40から供給されるPWM信号P4によりスイッチングされる。
トランジスタQ3とダイオードD3が上アーム素子UM2とされ、トランジスタQ4とダイオードD4が下アーム素子LM2とされる。
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電気自動車10と、この電気自動車10に対して架線L(正極側の架線L1と負極側の架線L2)を介して直流の高電圧である架線給電電圧(単に、給電電圧ともいう。)Vhの電力を供給する外部電源装置12と、からなる車両給電交通システム14の動作について図3のメインフローチャート、図4の給電制御フローチャート、及び図5の走行モード説明図表60を参照して説明する。なお、フローチャートに係るプログラムの実行主体は電気自動車10のECU40である。
ステップS1にて、ECU40は、図示しないイグニッションスイッチ(電源スイッチ)がオン状態にあるか否かを判定し、オン状態である場合(ステップS1:YES)、ステップS2にて、電気自動車10が回生状態にあるか否かをモータ電流Imの向き等によって判定する。
回生状態にない場合には(ステップS2:NO)、力行状態であると判定し、ステップS3にて、充電量SOCが閾値SOCth以下に低下しているか否かを判定し、充電量SOCが閾値SOCthを上回っている場合には(ステップS3:NO)、ステップS4、S5にて、高圧バッテリ24のバッテリ電圧Vbが高電圧であるときの走行モードI(図5参照)の力行制御を行う。
すなわち、ステップS4にて、第1コンバータ31を第1直結状態(PWM信号P1、P2ともデューティ0[%])にして、高圧バッテリ24のバッテリ電圧Vbによる電力をダイオードD1を介して第2コンバータ32の入力側の配線28間に直接且つ連続的に供給する。ステップS5にて、ECU40は、図示しないアクセルペダル等の操作に基づくモータ20の駆動トルクを算出し、駆動トルクを発生するモータ要求電力となるように目標電力(モータ電流Imとモータ電圧Vm)を決定し、バッテリ電圧Vbを参照して第2コンバータ32のPWM信号P3、P4のデューティを決定する。
このように走行モードIでの力行制御では、高圧バッテリ24の電力が、直結状態に制御されている第1コンバータ31(ダイオードD1)を介して第2コンバータ32の入力側に供給され、第2コンバータ32は、モータ20の要求トルクに応じたモータ電圧Vmの制御を行う。第1コンバータ31をスイッチングしない分、電力損失を低減することができる。
一方、ステップS3の判定が肯定的である場合(ステップS3:YES)、ステップS6、S7にて、高圧バッテリ24のバッテリ電圧Vbが低電圧であるときの走行モードVのSOC低下時制御を行う。
このSOC低下時制御では、理解の便宜のために、ステップS7の処理について最初に説明すると、第2コンバータ32のスイッチング損失をゼロ値にするために、第2コンバータ32の上アーム素子UM2のPWM信号P3のデューティを100[%]にすると共に、下アーム素子LM2のPWM信号P4のデューティを0[%]にする。これにより第2コンバータ32は直結制御状態とされ、インバータ22の入力電圧である線間電圧V0がオン状態になっているトランジスタQ3を通じてインバータ22の直流端子26a、26b間に供給される。このとき、ステップS6において、第1コンバータ31は、高圧バッテリ24のバッテリ電圧Vbをモータ20の要求トルクに応じて昇圧してモータ電圧Vmの制御を行う。すなわち、走行モードVのSOC低下時制御では、高圧バッテリ24の電圧低下分を第1コンバータ31の昇圧動作により補償するように動作する。
上述したステップS2にて、回生状態であると判定した場合には(ステップS2:YES)、ステップS8、S9にて、走行モードVIでのモータ20の回生制御を行う。このとき、インバータ22のPWM信号Puu、Puv、Puw、Plu、Plv、Plwのデューティを、全て0[%]とし、理解の便宜のために、ステップS9の処理から先に説明すると、回生電力を高圧バッテリ24に最大限充電する(取りきる)ために、第2コンバータ32を直結状態(P3とP4のデューティ0[%])にすると共に、ステップS8にて第1コンバータ31を直結状態(P1のデューティ100[%]、P2のデューティ0[%])にすることで、モータ20から流れてくる回生電流であるモータ電流ImをリアクトルRb、ダイオードD3、トランジスタQ1、及びリアクトルRaを通じて高圧バッテリ24に流し、高圧バッテリ24を充電する。第1及び第2コンバータ31、32共に、スイッチングしていないので電力損失の発生を最小限にすることができる。
上述したステップS1〜ステップS9の処理の間で、コンタクタS1、S2は、オフ状態(開状態)になっている。
次いで、ステップS10にて、ECU40は、走行モードII、III、IVに係る給電制御処理を実行する。
この場合、図4に示すステップ10aにて、電気自動車10が架線Lから電力を給電される給電モードがオン(ON)可能な状態になっているか否かを、電気自動車10が走行している道路が、架線Lが設けられている道路であるか否か、又は電気自動車10が走行している区間が、架線Lが設けられている区間であるか否かにより判定する。
ステップS10aの判定が肯定的であるとき(ステップS10a:YES)、遅滞なく高圧バッテリ24の充電動作が開始されるものと推測されるので、ステップS10bにて、第2コンバータ32は、高圧バッテリ24の電力によりモータ20の要求トルクに応じたモータ電圧Vmの制御を行う。
次いで、ステップS10cにて、走行モードIIの「給電直前」の処理であるコンデンサC1のプリチャージ処理を行う。
電気自動車10の架線接触端子CTが架線Lとの離隔状態から接触状態に遷移するときに、静電容量の大きな平滑コンデンサであるコンデンサC1及び高圧バッテリ24に過大な突入電流が流れてコンデンサC1及び高圧バッテリ24が劣化することを防止するために、前記突入電流を制限することを目的として、配線28の線間電圧V0と架線給電電圧Vhとの電位差が所定電圧差以内となるまで、第1コンバータ31を動作させて線間電圧V0を昇圧する(実際上、線間電圧V0が架線給電電圧Vh相当の電圧となるように第1コンバータ31を昇圧制御する。)。
次いで、ステップS10dにて、受電アームAMが展開される。これにより受電アームAMが伸長乃至傾動を開始する。
次に、ステップS10eにて、受電アームAMの先端の架線接触端子CTが架線Lに接触したか否かを、図示しない近接センサ等を用いて判定する。
ステップS10eの判定が肯定的となったとき(ステップS10e:YES)、ステップ10fにて、給電用のコンタクタSをオフ状態(開状態)からオン状態(閉状態)にする。これにより、線間電圧V0が架線Lの電圧である架線給電電圧Vhになる(V0=Vh)。
次いで、ステップS10gにて、ECU40は、走行モードIIIの「給電初期」制御処理を実行する。
この「給電初期」制御では、電気自動車10の架線接触端子CTが架線Lとの離隔状態から接触状態に遷移するときに、コンデンサC1及び高圧バッテリ24の劣化を防止するために、コンデンサC1及び高圧バッテリ24に過大な突入電流が流れることをより具体的に制限する。すなわち、充電電流であるバッテリ電流Ibの増加量(時間変化量ΔIb/Δt)が所定増加量(閾値増加量)以上にならないように制限する。換言すれば、架線接触端子CTを介して架線Lから高圧バッテリ24に流れ込む充電電流であるバッテリ電流Ibが徐々に大きくなるように、いわゆるレートリミットをかけながら高圧バッテリ24の充電量SOCを、ステップS10hの判定が肯定的(線間電圧V0とバッテリ電圧Vbとの差が所定値以内)となるまで増加させる。
ステップS10hの判定において、線間電圧V0とバッテリ電圧Vbとの差が所定値以内となったとき(ステップS10h:YES)、第1コンバータ31を直結状態(P1のデューティ100[%]、P2のデューティ0[%])にしても高圧バッテリ24には、過大な突入電流が流れることがないと判定し、ステップS10iにて、第1コンバータ31を直結状態にし、スイッチングさせないことで充電効率を上げて高圧バッテリ24への充電を継続する。
ステップS10jにて、高圧バッテリ24が所定の満充電状態となったか否かを充電量SOCにより判定し、満充電状態となったとき(ステップS10j:YES)、ステップS10kにて、給電用のコンタクタS1、S2をオン状態(閉状態)からオフ状態(開状態)に遷移させる。
次いで、ステップS10lにて、受電アームAMを縮小乃至逆方向に傾動させて電気自動車10の所定位置に収納する。
このようにして走行中での給電制御を終了し、ステップS1に戻る。なお、ステップS10aの判定において、電気自動車10の給電モードがオン(ON)可能な状態になっていないときには(ステップS10a:NO)、ステップS10a〜ステップS10lまでの給電制御フローは、スキップされてステップS1に戻る。
次に、図6のタイムチャートを参照して、電気自動車10の走行モードI〜VIの遷移と各物理量との関係の一例について説明する。
なお、理解の便宜のため、モータ電力Pmは、力行時には正の一定値に制御され、回生時には負の一定値に制御されているものとし、同様に、力行時及び回生時とも電圧センサ34で検出されるモータ電圧Vmが一定値に制御されているものとして説明する。
時点t0〜t1の間での走行モードI(コンタクタS1、S2:オフ状態)の「力行」制御時には、第1コンバータ31が直結状態に制御されているので、充電量SOCの減少に応じて、バッテリ電圧Vb及び線間電圧V0が減少し、モータ電力Pmをインバータ22により一定に保持しているので、充電量SOCの減少に応じて、放電電流としてのバッテリ電流Ib及び第2コンバータ32への入力電流I0が増加する。
時点t1〜t2の間での走行モードIIの「給電直前」制御時、すなわち、電気自動車10の架線接触端子CTと架線Lとの接触直前時には、コンデンサC1に過大な突入電流が流れないように、コンデンサC1の両端電圧、すなわち線間電圧V0を徐々に架線給電電圧Vh近傍まで増加させる(コンデンサC1をプリチャージする。)。時点t1〜t2の間でもモータ電力Pmが一定の力行状態にあるので入力電流I0、充電量SOC、バッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ibも徐々に減少する。
時点t2にて、受電アームAMが展開されて、架線接触端子CTが架線Lに接触される。時点t2〜t3の間での走行モードIIIの「給電初期」制御時には、充電電流であるバッテリ電流Ibatが徐々に増加するように第1コンバータ31により制御し、バッテリ電圧Vbと架線給電電圧Vhとの差が所定値以内となるまでバッテリ電圧Vbが増加したときに、第1コンバータ31を直結状態(P1のデューティ100[%]、P2のデューティ0[%])にする(時点t3)。
時点t3〜t4の間での走行モードIVの「給電」制御時には、急速充電を行い、高圧バッテリ24の充電量SOCが満充電状態になったとき(時点t4)、コンタクタS1、S2をオン状態からオフ状態に遷移させて充電を終了し、受電アームAMも収納する。
なお、時点t2〜t4の高圧バッテリ24の外部給電による充電(bat充電)時には、外部電源装置12を定電圧としているが、外部電源装置12の定電力化を図るために架線給電電圧Vhを変動させるようにしてもよい。
以下、時点t4〜t5の間での走行モードI(第1コンバータ31:直結、第2コンバータ32:Vm制御)の「力行」制御時中の時点t5において充電量SOCが閾値SOCth以下の値となったときには、時点t5〜t6にて、走行モードV(第1コンバータ31:Vm制御、第2コンバータ32:直結)の「SOC低下時」の制御とし、モータ電力Pmを保持してトルクを維持するため線間電圧V0を第1コンバータ31により増加させて保持する。
時点t6〜t7の走行モードVIの「回生」制御時は、第1及び第2コンバータ31、32が共に直結状態にされ、バッテリ電圧Vbと充電量SOCが増加する。
[実施形態のまとめ]
以上説明したように上述した実施形態に係る電気自動車10は、車載の蓄電装置としての高圧バッテリ24から供給される電力及び(又は)車載の架線接触端子CTを通じて架線Lから供給される電力をインバータ22により変換し車両駆動用のモータ20に供給する。
この場合、高圧バッテリ24の正負端子と架線接触端子CTとの間に設けられる第1コンバータ31と、架線接触端子CTとインバータ22の直流端子26a、26bとの間に設けられる第2コンバータ31と、第1及び第2コンバータ31、32を制御するECU40と、を備え、ECU40は、架線接触端子CTを通じての架線Lからの給電時に、インバータ22への印加電圧(直流電圧V0)がモータ20の要求電力に対応するように、第2コンバータ32を制御し、架線接触端子CTが架線Lから離隔している非給電時に、高圧バッテリ24の電圧が所定電圧以上である充電量SOCが閾値充電量SOCth以上(ステップS3:NO)の場合には、第1コンバータ31を直結状態に制御する(ステップS4)と共に、第2コンバータ32を、インバータ22への印加電圧であるモータ電圧Vmがモータ20の前記要求電力に対応するように制御する(ステップS5)一方、高圧バッテリ24の電圧が前記所定電圧未満である充電量SOCが閾値充電量SOCth未満(ステップS3:YES)の場合には、第1コンバータ31を、インバータ22への印加電圧であるモータ電圧Vmが前記モータ20の前記要求電力に対応するように制御する(ステップS6)と共に、前記第2コンバータ32を直結状態に制御する(ステップS7)。
この実施形態によれば、高圧バッテリ24のバッテリ電圧Vbを架線給電電圧Vh相当まで昇圧する第1コンバータ31の他に、架線Lに接触して架線Lから高電圧の架線供給電圧Vhの電力を受ける架線接触端子CTとモータ20を駆動するインバータ22の直流端子26との間に第2コンバータ32を設けたので、たとえ架線Lから高電圧である架線給電電圧Vhが印加されても第2コンバータ32が電気的な緩衝装置となりインバータ22への高電圧の印加が回避される。
結果として、インバータ22の発熱を抑制できると共に、インバータ22及びモータ20に対して第2コンバータ32を介して前記高電圧より低い適切な電圧を印加することができる。
この場合において、ECU40は、架線Lに対し架線接触端子CTが離隔している状態から接触状態に遷移する際、架線接触端子CT間の電圧が架線給電電圧Vh相当の電圧となるように第1コンバータ31によりバッテリ電圧Vbを昇圧制御する(ステップS10c)と共に、第2コンバータ32は、インバータ22への印加電圧がモータ20の要求電力に対応するように制御する(ステップS10b)ことで、架線Lに対する架線接触端子CTの接触時に、大きな突入電流の発生を防止できる。また、架線Lに対する架線接触端子CTの接触時に、モータ20の要求電力を制限する必要がない。
なお、前記ECU40は、架線Lに対し架線接触端子CTが離隔している状態から接触状態に遷移したとき、架線Lを通じ、第1コンバータ31を介して供給される高圧バッテリ24への充電電流が徐々に大きくなるように第1コンバータ31を制御した(ステップS10g)後、第1コンバータ31の入出力間電位差が所定値以内となったとき(ステップS10h:YES)、第1コンバータ31を直結状態に制御する(ステップS10i)ことで、スイッチング損失を低減でき、外部電源装置12から架線L、受電アームAM、コンタクタS、及び第1コンバータ31を通じての高圧バッテリ24への充電の効率を高くすることができる。
また、ECU40は、モータ20の回生時(ステップS2:YES)には、第1及び第2コンバータ31、32を直結状態に制御する(ステップS8、S9)ようにしているので、回生時における電力損失が低減でき、より効率的に回生電力を回収することができる。
このように、この実施形態によれば、架線接触端子CTとインバータ22の直流端子26との間に第2コンバータ32を設けるようにしたので、たとえ架線Lから電鉄分野におけるような高電圧が印加されたとしても、モータ20及びこのモータ20に電力を供給するインバータ22に前記高電圧より低い適切な電圧を印加することが可能となって、インバータ22の発熱の防止、並びにインバータ22及びモータ20の小型化を図ることができる。
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…電気自動車 12…外部電源装置
14…車両給電交通システム 20…モータ
22…インバータ 24…高圧バッテリ
31…第1DC/DCコンバータ(第1コンバータ)
32…第2DC/DCコンバータ(第2コンバータ)
AM…受電アーム CT…架線接触端子
L…架線

Claims (4)

  1. 車載の蓄電装置から供給される電力及び/又は車載の架線接触端子を通じて架線から供給される電力をインバータにより変換し車両駆動用のモータに供給する電気自動車において、
    前記蓄電装置の端子と前記架線接触端子との間に設けられる第1DC/DCコンバータと、
    前記架線接触端子と前記インバータの端子との間に設けられる第2DC/DCコンバータと、
    前記第1及び第2DC/DCコンバータを制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記架線接触端子を通じて前記架線からの給電時に、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように、前記第2DC/DCコンバータを制御し、
    前記架線接触端子が前記架線から離隔している非給電時に、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以上の場合には、前記第1DC/DCコンバータを直結状態に制御すると共に、前記第2DC/DCコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御する一方、前記蓄電装置の電圧が前記所定電圧未満の場合には、前記第1DC/DCコンバータを、前記インバータへの印加電圧が前記モータの前記要求電力に対応するように制御すると共に、前記第2DC/DCコンバータを直結状態に制御する
    ことを特徴とする電気自動車。
  2. 請求項1記載の電気自動車において、
    前記制御装置は、
    前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移する際、
    前記架線接触端子間の電圧を架線給電電圧相当の電圧となるように前記第1DC/DCコンバータを制御すると共に、前記第2DC/DCコンバータは、前記インバータへの印加電圧が前記モータの要求電力に対応するように制御する
    ことを特徴とする電気自動車。
  3. 請求項2記載の電気自動車において、
    前記制御装置は、
    前記架線に対し前記架線接触端子が離隔している状態から接触状態に遷移したとき、前記架線を通じ、前記第1DC/DCコンバータを介して供給される前記蓄電装置への充電電流が徐々に大きくなるように前記第1DC/DCコンバータを制御した後、前記第1DC/DCコンバータの入出力間電位差が所定値以内となったとき、前記第1DC/DCコンバータを直結状態に制御する
    ことを特徴とする電気自動車。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気自動車において、
    前記制御装置は、
    前記モータの回生時には、前記第1及び第2DC/DCコンバータを直結状態に制御する
    ことを特徴とする電気自動車。
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