JP2019009856A - Battery charging device - Google Patents

Battery charging device Download PDF

Info

Publication number
JP2019009856A
JP2019009856A JP2017121198A JP2017121198A JP2019009856A JP 2019009856 A JP2019009856 A JP 2019009856A JP 2017121198 A JP2017121198 A JP 2017121198A JP 2017121198 A JP2017121198 A JP 2017121198A JP 2019009856 A JP2019009856 A JP 2019009856A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
transformer
battery
inverter
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017121198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
一伸 大井
Kazunobu Oi
一伸 大井
一徳 森田
Kazunori Morita
一徳 森田
裕吾 只野
Yugo Tadano
裕吾 只野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP2017121198A priority Critical patent/JP2019009856A/en
Publication of JP2019009856A publication Critical patent/JP2019009856A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Abstract

To reduce the number of components, the cost, and the device capacity of a battery charging device.SOLUTION: N (N≥3) inverters INV1, INV2 and INV3 are connected in parallel with a battery 17. The inverters INV1, INV2 and INV3 each perform an inverter operation of inverting DC power from the battery 17 to AC power and outputting the AC power, and a converter operation of converting the AC power to DC power and outputting the DC power to the battery 17. Motors M1, M2 and M3 are connected to respective three-phase AC sides of the inverters INV1, INV2 and INV3. A secondary winding of a transformer 13 is connected to any one phase of the three-phase AC sides of the three inverters INV1, INV2 and INV3 among the N inverters INV1, INV2 and INV3. A switch 12 is connected between the primary winding of the transformer 13 and a three-phase AC power source 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、バッテリ充電装置に関する。   The present invention relates to a battery charging device.

電気自動車は、走行用電力の確保のため搭載されたバッテリにあらかじめ電力を充電する必要がある。図7にトランス13と整流器18を用いた充電回路を示す。この回路ではバッテリ17に定電圧を印加して充電するため、バッテリ電圧の低い充電初期には大電流が流れ、バッテリ17に大きな負担が生じる。   An electric vehicle needs to be charged in advance with a battery mounted in order to secure traveling power. FIG. 7 shows a charging circuit using the transformer 13 and the rectifier 18. In this circuit, the battery 17 is charged by applying a constant voltage, so that a large current flows at the initial stage of charging when the battery voltage is low, and a large burden is generated on the battery 17.

バッテリ17の負担を抑える方法として、図7の整流器18をコンバータに置き換えた方法がある。このコンバータを制御することにより交流電力を直流電力に変換しバッテリ17を充電する。コンバータで電流制御を行うことにより、定電流でバッテリ17を充電することができ、バッテリ17の負担を抑え高速に充電することができる。   As a method for reducing the burden on the battery 17, there is a method in which the rectifier 18 in FIG. 7 is replaced with a converter. By controlling this converter, AC power is converted to DC power and the battery 17 is charged. By performing current control with the converter, the battery 17 can be charged with a constant current, and the burden on the battery 17 can be suppressed and charged at high speed.

しかし、別途スイッチング素子を追加する必要があると共に、追加したスイッチング素子を駆動するための回路,駆動信号を与える制御回路,制御を行うための電流検出器などが必要となる。その結果、部品点数の増加、それに伴うコスト・装置容積の増加、装置の故障率の増加が課題となる。   However, it is necessary to separately add a switching element, and a circuit for driving the added switching element, a control circuit for supplying a drive signal, a current detector for performing control, and the like are required. As a result, an increase in the number of parts, an accompanying increase in cost and device volume, and an increase in the failure rate of the device become problems.

以上の問題点を解決する方法として、特許文献1〜6が開示されている。   Patent Documents 1 to 6 are disclosed as methods for solving the above problems.

特開平8−126122号公報JP-A-8-126122 特開平8−126121号公報JP-A-8-126121 特開2011−211889号公報JP 2011-211889 A 特開2013−243868号公報JP2013-243868A 特表2014−524731号公報Special table 2014-524731 gazette 特許5979253号Japanese Patent No. 5979253

図8に示す特許文献1の構成では、図7に示す従来回路に比べてダイオード整流器を不要としている反面、スイッチングリプル除去用のフィルタ19を別途追加しなければならない。安全性確保のためには交流入力UVWとフィルタ19との間をトランスで絶縁する必要がある。また、切り離しコネクタ20をモータMとインバータINV間に挿入している。この切り離しコネクタ20で接点不良が生じるとモータMの駆動ができなくなるため、走行中の異常停止が懸念される。   In the configuration of Patent Document 1 shown in FIG. 8, a diode rectifier is not required as compared with the conventional circuit shown in FIG. 7, but a filter 19 for switching ripple removal must be added separately. In order to ensure safety, it is necessary to insulate between AC input UVW and filter 19 with a transformer. Further, the disconnect connector 20 is inserted between the motor M and the inverter INV. If a contact failure occurs in the disconnecting connector 20, the motor M cannot be driven, and there is a concern about an abnormal stop during traveling.

図9に示す特許文献2では、モータ駆動インバータINV1,INV2の2台で単相コンバータを構成している。モータM1,M2の巻線30−1〜3,31−1〜3をフィルタとして使用するため、フィルタリアクトルを追加する必要がない。モータM1,M2とインバータINV1,INV2間のコネクタも不要である。しかし、モータM1,M2がスター結線に限定され、さらに中性点端子32,33を設ける必要がある。この構成でも単相交流電源11とモータM1,M2との間をトランスで絶縁する必要がある。また、単相交流電源であるため、バッテリ充電電流に単相交流電源11の2倍の周波数の大きな脈動が重畳するという問題がある。   In Patent Document 2 shown in FIG. 9, a single-phase converter is constituted by two motor-driven inverters INV1 and INV2. Since windings 30-1 to 3 and 31-1 to 3 of motors M1 and M2 are used as a filter, it is not necessary to add a filter reactor. A connector between the motors M1, M2 and the inverters INV1, INV2 is also unnecessary. However, the motors M1 and M2 are limited to star connection, and further, neutral point terminals 32 and 33 need to be provided. Even in this configuration, it is necessary to insulate the single-phase AC power supply 11 and the motors M1 and M2 with a transformer. Moreover, since it is a single phase alternating current power supply, there exists a problem that a big pulsation of the frequency twice as high as the single phase alternating current power supply 11 is superimposed on a battery charging current.

図10に示す特許文献3の構成は、モータM1,M2がΔ結線でも適用することができる。しかし、ダイオードの整流器18が別途必要である。また、スコットトランス34という特殊な巻線のトランスを使用しているため、トランスのコストや納期の面で課題がある。   The configuration of Patent Document 3 shown in FIG. 10 can be applied even when the motors M1 and M2 are Δ-connected. However, a diode rectifier 18 is required separately. Further, since a specially wound transformer called the Scott transformer 34 is used, there are problems in terms of transformer cost and delivery time.

図11に示す特許文献4では、モータ駆動インバータINV1,INV2の2台で3相コンバータを構成している。特許文献2とは異なりモータM1,M2がスター結線でもΔ結線でも適用することができる。しかし、モータM1,M2は、3相各々の巻線の両端の端子が外部出力されているオープン巻線でなければならない。   In Patent Document 4 shown in FIG. 11, a three-phase converter is configured by two motor-driven inverters INV1 and INV2. Unlike Patent Document 2, the motors M1 and M2 can be applied to either star connection or Δ connection. However, the motors M1 and M2 must be open windings in which terminals at both ends of the windings of each of the three phases are output to the outside.

図12に示す特許文献5は、モータMがスター結線でもΔ結線でも適用することができる。しかし、モータMの1台構成で別途降圧コンバータCNVが必要となり部品点数が大幅に増加してしまう。また、モータMとインバータINV間に機械スイッチ35があり、特許文献1同様に接点不良による走行中の異常停止の恐れが生じる。   Patent Document 5 shown in FIG. 12 can be applied whether the motor M is a star connection or a Δ connection. However, a separate step-down converter CNV is required in the configuration of one motor M, and the number of parts is greatly increased. In addition, there is a mechanical switch 35 between the motor M and the inverter INV, and there is a risk of abnormal stop during traveling due to poor contact as in Patent Document 1.

以上示したようなことから、バッテリ充電装置において、部品点数、コスト、装置容積を削減することが課題となる。   As described above, it is a problem to reduce the number of parts, cost, and device volume in the battery charging device.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、バッテリと、前記バッテリに対してN(N≧3)台並列接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ動作と、交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力するコンバータ動作を行う三相のインバータと、前記各インバータの三相交流側にそれぞれ接続されたモータと、二次巻線が前記N台のインバータのうち三台のインバータの三相交流側の何れかの相に接続され、一次巻線が三相交流電源に接続されたトランスと、前記インバータと前記トランスの二次巻線との間、または、前記トランスの一次巻線と前記三相交流電源との間、または、前記インバータと前記トランスの二次巻線との間と前記トランスの一次巻線と前記三相交流電源との間に接続されたスイッチと、を備えたことを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof is a battery and N (N ≧ 3) units connected in parallel to the battery, and the DC power of the battery is converted to AC power. An inverter operation for converting to and outputting, a three-phase inverter for performing a converter operation for converting AC power to DC power and outputting to the battery, a motor connected to the three-phase AC side of each inverter, and A transformer in which a secondary winding is connected to any phase on the three-phase AC side of three inverters of the N inverters, and a primary winding is connected to a three-phase AC power source; the inverter and the transformer Or between the primary winding of the transformer and the three-phase AC power source, or between the inverter and the secondary winding of the transformer, and the primary winding of the transformer. Three-phase AC A switch connected between the source, characterized by comprising a.

また、他の態様として、バッテリと、前記バッテリに対してN(N≧2)台並列接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ動作と、交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力するコンバータ動作を行う三相のインバータと、前記各インバータの三相交流側に接続されたモータと、二次巻線が前記N台のインバータのうち二台のインバータの三相交流側の何れかの相に接続され、一次巻線が単相交流電源に接続されたトランスと、前記インバータと前記トランスの二次巻線との間、または、前記トランスの一次巻線と前記単相交流電源との間、または、前記インバータと前記トランスの二次巻線との間と前記トランスの一次巻線と前記単相交流電源との間に接続されたスイッチと、を備えたことを特徴とする。   Further, as another aspect, a battery and an inverter operation in which N (N ≧ 2) units are connected in parallel to the battery, and the DC power of the battery is converted into AC power and output, and the AC power is converted into DC power. A three-phase inverter that performs converter operation for conversion and output to the battery, a motor connected to the three-phase AC side of each inverter, and a secondary winding of two inverters out of the N inverters A transformer connected to any phase on the three-phase AC side and having a primary winding connected to a single-phase AC power source, and between the inverter and the secondary winding of the transformer, or the primary winding of the transformer And a switch connected between the inverter and the secondary winding of the transformer, and between the primary winding of the transformer and the single-phase AC power supply. Special To.

また、その一態様として、前記モータはΔ結線であることを特徴とする。   As one aspect thereof, the motor is a delta connection.

また、他の態様として、前記モータはスター結線であることを特徴とする。   As another aspect, the motor is a star connection.

また、その一態様として、前記インバータは、各相の上下アームにスイッチング素子をもつ構成であり、バッテリの充電動作時、前記トランスの二次巻線が接続された前記各インバータの充電電流制御部は、前記トランスの二次巻線が接続された相の上下アームのスイッチング素子をOFFし、コンバータ出力電流指令値と、前記トランスの二次巻線が接続されていない二相のコンバータ入力電流検出値を加算したコンバータ出力電流検出値と、の偏差と、コンバータ電圧検出値と、に基づいてコンバータ電圧指令値を算出し、前記コンバータ電圧指令値に基づいてPWM制御を行い、前記トランスの二次巻線が接続されていない二相の上下アームのスイッチング素子のゲート指令値を生成することを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the inverter has a switching element on the upper and lower arms of each phase, and the charging current control unit of each inverter to which the secondary winding of the transformer is connected during battery charging operation Turns off the switching elements of the upper and lower arms of the phase to which the secondary winding of the transformer is connected, and detects the converter output current command value and the two-phase converter input current that is not connected to the secondary winding of the transformer A converter voltage command value is calculated based on the deviation of the converter output current detection value obtained by adding the value and the converter voltage detection value, PWM control is performed based on the converter voltage command value, and the secondary of the transformer A gate command value for a switching element of a two-phase upper and lower arm to which no winding is connected is generated.

また、その一態様として、前記PWM制御は、前記トランスの二次巻線が接続されていない二相のうち、一方の相はキャリア三角波に基づいてPWM制御を行い、他方の相は前記キャリア三角波を反転した信号に基づいてPWM制御を行うことを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the PWM control is carried out by performing PWM control based on a carrier triangular wave in one of the two phases to which the secondary winding of the transformer is not connected, and the other phase being the carrier triangular wave. PWM control is performed based on a signal obtained by inverting the signal.

本発明によれば、バッテリ充電装置において、部品点数、コスト、装置容積を削減することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the number of parts, cost, and device volume in a battery charging device.

実施形態1におけるバッテリ充電装置を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a battery charging device according to the first embodiment. 実施形態1〜3における充電電流制御部を示すブロック図。The block diagram which shows the charging current control part in Embodiment 1-3. 実施形態1〜3におけるインターリーブ制御を適用した場合の並列制御部・PWM制御部を示すブロック図。The block diagram which shows the parallel control part and PWM control part at the time of applying the interleave control in Embodiment 1-3. 実施形態1,2におけるバッテリ充電動作時のバッテリ充電装置の等価回路示す図。The figure which shows the equivalent circuit of the battery charging device at the time of battery charging operation in Embodiment 1,2. 実施形態2におけるバッテリ充電装置を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a battery charging device according to a second embodiment. 実施形態3におけるバッテリ充電装置を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a battery charging device according to a third embodiment. 従来のバッテリ充電装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the conventional battery charging device. 特許文献1のバッテリ充電装置を示す図。The figure which shows the battery charging device of patent document 1. FIG. 特許文献2のバッテリ充電装置を示す図。The figure which shows the battery charging device of patent document 2. FIG. 特許文献3のバッテリ充電装置を示す図。The figure which shows the battery charging device of patent document 3. FIG. 特許文献4のバッテリ充電装置を示す図。The figure which shows the battery charging device of patent document 4. FIG. 特許文献5のバッテリ充電装置を示す図。The figure which shows the battery charging device of patent document 5. FIG.

以下、本願発明におけるバッテリ充電装置の実施形態1〜3を図1〜図6に基づいて詳述する。   Hereinafter, Embodiments 1 to 3 of the battery charger according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

[実施形態1]
図1に本実施形態1におけるバッテリ充電装置を示す。本実施形態1におけるバッテリ充電装置は、バッテリ17と、バッテリ17に対してN(N≧3)台(本実施形態1では3台)並列接続された三相のインバータINV1,INV2,INV3と、インバータINV1,INV2,INV3の三相交流側に接続されたモータM1,M2,M3と、インバータINV1,INV2,INV3のうち三台のインバータINV1,INV2,INV3の三相交流側の何れかの相(本実施形態1ではW相)に二次巻線が接続されたトランス13と、トランス13の一次巻線に一端が接続され、他端が三相交流電源11と接続されたスイッチ12と、を備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a battery charger according to the first embodiment. The battery charging device according to the first embodiment includes a battery 17, N (N ≧ 3) units (three units in the first embodiment) connected in parallel to the battery 17, and three-phase inverters INV1, INV2, INV3, The motor M1, M2, M3 connected to the three-phase AC side of the inverters INV1, INV2, INV3, and any phase on the three-phase AC side of the three inverters INV1, INV2, INV3 among the inverters INV1, INV2, INV3 A transformer 13 having a secondary winding connected to (phase W in the first embodiment), a switch 12 having one end connected to the primary winding of the transformer 13 and the other end connected to the three-phase AC power source 11, Is provided.

なお、スイッチ12は、トランス13の二次巻線側に設ける構成、または、トランス13の一次巻線側と二次巻線側の両方に設ける構成、としてもよい。また、インバータINV1,INV2,INV3は、図1に示すように各相の上下アームにスイッチング素子を1個ずつ備える構成とする。   The switch 12 may be configured to be provided on the secondary winding side of the transformer 13 or may be configured to be provided on both the primary winding side and the secondary winding side of the transformer 13. Further, the inverters INV1, INV2, and INV3 are configured to include one switching element on the upper and lower arms of each phase as shown in FIG.

本実施形態1は、図7のバッテリ充電装置に比べて以下の点が異なる。トランス13とバッテリ17間の整流器を用いない。トランス13の2次巻線は、3台のモータ駆動用のインバータINV1,INV2,INV3における三相交流側のW相に接続する。図1では、トランス13の二次巻線をW相に接続しているが、U相,V相に接続しても良い。   The first embodiment is different from the battery charger of FIG. 7 in the following points. A rectifier between the transformer 13 and the battery 17 is not used. The secondary winding of the transformer 13 is connected to the W phase on the three-phase AC side of the three inverters INV1, INV2, and INV3 for driving the motor. In FIG. 1, the secondary winding of the transformer 13 is connected to the W phase, but may be connected to the U phase and the V phase.

前記インバータINV1,INV2,INV3はバッテリ17の直流電力を交流電力に変換してモータM1,M2,M3に出力するインバータ動作と、三相交流電源11から給電される交流電力を直流電力に変換してバッテリ17に出力するコンバータ動作を行う。   The inverters INV1, INV2, and INV3 convert the DC power of the battery 17 into AC power and output it to the motors M1, M2, and M3, and convert AC power fed from the three-phase AC power source 11 into DC power. Then, a converter operation for outputting to the battery 17 is performed.

各インバータINV1,INV2,INV3の三相交流側には、電流検出器14u,14v,15u,15v,16u,16vが設けられる。この電流検出器は、トランス13の二次巻線が接続されていない相に設けられ、三相のうち二相分でよい。電流検出器14u,14v,15u,15v,16u,16vは、コンバータ入力電流検出値Iinv1U,Iinv1V,Iinv2U,Iinv2V,Iinv3U,Iinv3Vを検出する。図1ではW相に電流検出器がない構成を示しているが、トランス13の二次巻線が接続されていない相がU相であれば、U相に電流検出器がない構成となる。トランス13の二次巻線が接続されていない相がV相であれば、V相に電流検出器がない構成となる。モータM1,M2,M3の巻線はΔ結線であり、中性点はない。   Current detectors 14u, 14v, 15u, 15v, 16u, 16v are provided on the three-phase AC side of each inverter INV1, INV2, INV3. This current detector is provided in a phase to which the secondary winding of the transformer 13 is not connected, and may be two phases out of the three phases. Current detectors 14u, 14v, 15u, 15v, 16u, and 16v detect converter input current detection values Iinv1U, Iinv1V, Iinv2U, Iinv2V, Iinv3U, and Iinv3V. Although FIG. 1 shows a configuration without a current detector in the W phase, if the phase to which the secondary winding of the transformer 13 is not connected is the U phase, the U phase has no current detector. If the phase to which the secondary winding of the transformer 13 is not connected is the V phase, the V phase has no current detector. The windings of the motors M1, M2, and M3 are Δ-connected and have no neutral point.

本実施形態1では、モータM1,M2,M3の3台の駆動用のインバータINV1,INV2,INV3を用いて3相コンバータを構成する。この3相コンバータにより、交流電源11から出力された交流電力を直流電力に変換しバッテリ17を充電する。また、モータM1,M2,M3の巻線インダクタンスとトランス13の漏れインダクタンスをスイッチングリプル除去のためのフィルタとして使用する。   In the first embodiment, a three-phase converter is configured using three drive inverters INV1, INV2, and INV3 of motors M1, M2, and M3. With this three-phase converter, AC power output from the AC power supply 11 is converted into DC power, and the battery 17 is charged. The winding inductances of the motors M1, M2, and M3 and the leakage inductance of the transformer 13 are used as a filter for removing the switching ripple.

バッテリ17充電時のインバータINV1,INV2,INV3の駆動方法について説明する。インバータINV1をコンバータU相、インバータINV2をコンバータV相、インバータINV3をコンバータW相と見なすことにより、3台のインバータINV1,INV2,INV3を3相の系統連系コンバータ1台として扱うことができる。   A method of driving the inverters INV1, INV2, and INV3 when the battery 17 is charged will be described. By considering the inverter INV1 as the converter U phase, the inverter INV2 as the converter V phase, and the inverter INV3 as the converter W phase, the three inverters INV1, INV2, and INV3 can be handled as one three-phase grid-connected converter.

ただし、インバータINV1,INV2,INV3内のW相は充電動作中において上下アームのスイッチング素子を両方ともOFFし、U相・V相のみでスイッチングを行う。その結果、バッテリ充電電流はU相・V相のみを通過する。   However, the W phase in the inverters INV1, INV2, and INV3 turns off both the upper and lower arm switching elements during the charging operation and performs switching only in the U phase and the V phase. As a result, the battery charging current passes only through the U phase and the V phase.

U相コンバータ出力電流指令値(インバータINV1の直流側の電流指令値)IcnvU*としてU相コンバータ電圧検出値Vuと同位相・振幅一定の正弦波を与え、図1に示すIchargeの正の方向の有効電力を与えるように電流制御を行えば、バッテリ17を充電することができる。特許文献2の単相コンバータとは異なり、直流バス(バッテリ17の両端)に基本波の2倍の周波数の電圧脈動が生じないため、バッテリ17への負担を軽減することができる。   As a U-phase converter output current command value (current command value on the DC side of the inverter INV1) IcnvU *, a sine wave having the same phase and constant amplitude as the U-phase converter voltage detection value Vu is given, and the positive Icharge direction shown in FIG. If current control is performed so as to give active power, the battery 17 can be charged. Unlike the single-phase converter of Patent Document 2, no voltage pulsation having a frequency twice that of the fundamental wave is generated in the DC bus (both ends of the battery 17), so the burden on the battery 17 can be reduced.

図2にインバータINV1台(コンバータ1相)当たりの充電電流制御部のブロック図の例を示す。図2では、INV1(コンバータU相)のブロック図を示している。まず、加算器1において、トランス13の二次巻線が接続されていない二相の電流検出値であるU相インバータ入力電流検出値Iinv1UとV相インバータ入力電流検出値Iinv1Vを加算し、その和をU相コンバータ出力電流検出値(インバータINV1の交流側の電流検出値)IcnvUとする。フィルタ2でU相コンバータ出力電流検出値IcnvUのノイズを除去する。   FIG. 2 shows an example of a block diagram of a charging current control unit per inverter INV (converter 1 phase). FIG. 2 shows a block diagram of INV1 (converter U phase). First, the adder 1 adds a U-phase inverter input current detection value Iinv1U and a V-phase inverter input current detection value Iinv1V, which are two-phase current detection values to which the secondary winding of the transformer 13 is not connected. Is the U-phase converter output current detection value (current detection value on the AC side of the inverter INV1) IcnvU. The filter 2 removes noise from the U-phase converter output current detection value IcnvU.

減算器3において、U相コンバータ出力電流指令値IcnvU*からU相コンバータ出力電流検出値IcnvUを減算して偏差を算出する。この偏差を比例アンプPで増幅する。   In the subtracter 3, the deviation is calculated by subtracting the U-phase converter output current detection value IcnvU from the U-phase converter output current command value IcnvU *. This deviation is amplified by the proportional amplifier P.

図1に示すように、電圧検出器PTで線間電圧から相電圧に変換し、U相コンバータ電圧検出値Vu,V相コンバータ電圧Vv,W相コンバータ電圧Vwとして出力する。フィルタ4でU相コンバータ電圧検出値Vuのノイズを除去する。加算器5において、比例アンプPの出力に、フィルタ4通過後のU相コンバータ電圧検出値Vuを加算し、U相コンバータ電圧指令値Vu*とするフィードバック制御を行う。   As shown in FIG. 1, the voltage detector PT converts the line voltage into a phase voltage, and outputs it as a U-phase converter voltage detection value Vu, a V-phase converter voltage Vv, and a W-phase converter voltage Vw. The filter 4 removes noise from the U-phase converter voltage detection value Vu. In the adder 5, the U-phase converter voltage detection value Vu after passing through the filter 4 is added to the output of the proportional amplifier P to perform feedback control to obtain a U-phase converter voltage command value Vu *.

図2では、充電電流制御部の構成の一例を示したが、充電電流制御部は他の構成でも良い。例えば、本実施形態1では3相2相変換やdq変換を行わず固定座標上でアンプ処理を行う例を示したが、三相二相変換やdq変換を行っても良い。本実施形態1で三相二相変換やdq変換を行わない理由は、モータM1,M2,M3の3台間の通信負荷を低減するためである。また、本実施形態1では、積分アンプを使用しない例を示したが、積分アンプを使用しても良い。本実施形態1で積分アンプを使用しない理由は、基本波50Hzまたは60Hzに対しては積分アンプのゲインが有限であり偏差は零にならないためである。   Although FIG. 2 shows an example of the configuration of the charging current control unit, the charging current control unit may have another configuration. For example, in the first embodiment, an example in which the amplifier processing is performed on the fixed coordinates without performing the three-phase two-phase conversion or the dq conversion is shown, but the three-phase two-phase conversion or the dq conversion may be performed. The reason why the three-phase two-phase conversion and the dq conversion are not performed in the first embodiment is to reduce the communication load between the three motors M1, M2, and M3. In the first embodiment, an example in which an integration amplifier is not used is shown. However, an integration amplifier may be used. The reason why the integrating amplifier is not used in the first embodiment is that the gain of the integrating amplifier is finite and the deviation does not become zero for the fundamental wave of 50 Hz or 60 Hz.

並列制御部6は、図3に示すように、乗算器21において、U相コンバータ出力電流指令値IcnvU*に1/2を乗算する。フィルタ23a,23bはU相コンバータ入力電流検出値Iinv1U,V相コンバータ入力電流検出値Iinv1Vのノイズを除去する。減算器22a,22bは、乗算器21の出力からフィルタ23a,23b通過後のU相コンバータ入力電流検出値Iinv1U,V相コンバータ入力電流検出値Iinv1Vをそれぞれ減算する。乗算器24a,24bは、減算器22a,22bの出力にゲインGを乗算する。加算器25a,25bは、乗算器24a,24bの出力にU相コンバータ電圧指令値Vu*をそれぞれ加算する。   As shown in FIG. 3, parallel controller 6 multiplies U-phase converter output current command value IcnvU * by ½ in multiplier 21. Filters 23a and 23b remove noise from U-phase converter input current detection value Iinv1U and V-phase converter input current detection value Iinv1V. Subtractors 22a and 22b subtract U-phase converter input current detection value Iinv1U and V-phase converter input current detection value Iinv1V after passing through filters 23a and 23b, respectively, from the output of multiplier 21. The multipliers 24a and 24b multiply the outputs of the subtractors 22a and 22b by a gain G. Adders 25a and 25b add the U-phase converter voltage command value Vu * to the outputs of multipliers 24a and 24b, respectively.

PWM制御部7は、減算器26aにおいて、加算器25aの出力からキャリア三角波を減算する。乗算器27は、キャリア三角波に−1を乗算し、キャリア三角波を反転させる。減算器26bは、加算器25bの出力から反転したキャリア三角波を減算する。   In the subtractor 26a, the PWM controller 7 subtracts the carrier triangular wave from the output of the adder 25a. The multiplier 27 multiplies the carrier triangular wave by −1 and inverts the carrier triangular wave. The subtractor 26b subtracts the inverted carrier triangular wave from the output of the adder 25b.

比較器28a,28bは、減算器26a,26bの出力が0よりも大きいか否か、すなわち、加算器25aの出力とキャリア三角波の大小、加算器25bの出力と反転したキャリア三角波の大小を比較し、0よりも大きい場合は1、0以下の場合は0を出力する。デッドタイム処理器29a,29bは、比較器28a,28bの出力にデッドタイムを付加し、各スイッチング素子のゲート指令(オンオフ指令)として出力する。   The comparators 28a and 28b compare whether or not the outputs of the subtractors 26a and 26b are greater than 0, that is, the output of the adder 25a and the magnitude of the carrier triangular wave, and the output of the adder 25b and the magnitude of the inverted carrier triangular wave. 1 is output when it is greater than 0, and 0 is output when 0 or less. The dead time processors 29a and 29b add a dead time to the outputs of the comparators 28a and 28b, and output them as gate commands (on / off commands) for the respective switching elements.

これによりインバータINV1のU相電流のリプルとインバータINV1のV相電流のリプルが互いに打ち消し合い、U相のコンバータ電流のリプルを低減することができる。(なお、このコンバータ電流のリプルの低減を重要視しないのであれば、図3の乗算器27は設けなくともよい。)
コンバータ電流のリプルをより効果的に除去する必要のある場合は、トランス13とモータM1,M2,M3の間にフィルタ用コンデンサを追加する方法が考えられる。
Thereby, the ripple of the U-phase current of the inverter INV1 and the ripple of the V-phase current of the inverter INV1 cancel each other, and the ripple of the U-phase converter current can be reduced. (If the reduction in the converter current ripple is not important, the multiplier 27 in FIG. 3 may not be provided.)
When it is necessary to more effectively remove the ripple of the converter current, a method of adding a filter capacitor between the transformer 13 and the motors M1, M2, and M3 can be considered.

インバータINV1〜INV3のU相・V相アームは、モータM1,M2,M3の巻線インダクタンスを介して並列接続された構成となる。巻線インダクタンスが十分大きければ、スイッチング素子を上アーム2個と下アーム2個にグループ分けし、それぞれを同じタイミングでスイッチングさせることにより、通過電流を均等に分担することができる。そのため、大電流での充電も可能である。図3の乗算器27を省略することにより、上アーム2個と下アーム2個のスイッチング素子をそれぞれ同じタイミングでスイッチングさせることができる。巻線インダクタンスが非常に小さい場合でも、特許文献6の技術を適用すれば電流分担を均一化できる。これにより、上アーム2個および下アーム2個のスイッチング素子(合計4個)の損失を均等化させることができる。また、モータのUW間・VW間巻線に発生する損失も均等化することができる。   The U-phase / V-phase arms of the inverters INV1 to INV3 are connected in parallel via the winding inductances of the motors M1, M2, and M3. If the winding inductance is sufficiently large, the switching elements are grouped into two upper arms and two lower arms, and each is switched at the same timing, so that the passing current can be equally shared. Therefore, charging with a large current is also possible. By omitting the multiplier 27 in FIG. 3, the switching elements of the two upper arms and the two lower arms can be switched at the same timing. Even when the winding inductance is very small, the current sharing can be made uniform by applying the technique of Patent Document 6. Thereby, the loss of the switching elements (two in total) of two upper arms and two lower arms can be equalized. Moreover, the loss which generate | occur | produces in the winding between UW / VW of a motor can also be equalized.

なお、図3に示す、乗算器27によって減算器26bへ入力するキャリア三角波を反転させる構成では、U相のスイッチング素子のスイッチングのタイミングとV相のスイッチング素子のスイッチングのタイミングは、全く同一とはならない。しかし、図3の制御ブロックにより各スイッチング素子を通過する電流の1周期あたりの実効値、すなわち各スイッチング素子の損失を均等化させることはできる。   In the configuration shown in FIG. 3 where the carrier triangular wave input to the subtractor 26b is inverted by the multiplier 27, the switching timing of the U-phase switching element is exactly the same as the switching timing of the V-phase switching element. Don't be. However, the effective value per cycle of the current passing through each switching element, that is, the loss of each switching element can be equalized by the control block of FIG.

実施形態1において、バッテリ17の充電時にモータM1,M2,M3が回転しない理由を説明する。各モータM1,M2,M3のUW間・VW間巻線に同じ振幅・位相の電流が流れる。モータM1,M2,M3内では磁界が発生し、この磁界は大きさおよび符号は変化するが、位相は固定であるため、回転磁界は発生しない。そのためモータM1,M2,M3が誘導機で停止中ならば始動トルクは発生せず、モータM1,M2,M3は回転しない。そのため、モータM1,M2,M3が誘導機であれば、軸やタイヤを固定あるいは外すなどの追加の機構を用意しなくても安全に充電を行うことができる。   In the first embodiment, the reason why the motors M1, M2, M3 do not rotate when the battery 17 is charged will be described. Currents of the same amplitude and phase flow through the windings between UW and VW of the motors M1, M2, and M3. A magnetic field is generated in the motors M1, M2, and M3, and the magnitude and sign of the magnetic field change. However, since the phase is fixed, no rotating magnetic field is generated. Therefore, if the motors M1, M2, M3 are stopped by the induction machine, no starting torque is generated and the motors M1, M2, M3 do not rotate. Therefore, if the motors M1, M2, and M3 are induction machines, charging can be performed safely without preparing an additional mechanism such as fixing or removing a shaft or a tire.

本実施形態1において、バッテリ17の充電時に各インバータINV1,INV2,INV3のW相に電流が流れない理由を説明する。図4はバッテリ17充電動作時の図1を簡略化したものである。左側のリアクトルTrはトランスの漏れインダクタンス、右側のリアクトルはモータM1,M2,M3の巻線インダクタンスを表している。   In the first embodiment, the reason why no current flows in the W phase of each of the inverters INV1, INV2, and INV3 when the battery 17 is charged will be described. FIG. 4 is a simplified diagram of FIG. 1 during the battery 17 charging operation. The left reactor Tr represents the leakage inductance of the transformer, and the right reactor represents the winding inductance of the motors M1, M2, and M3.

図4に示すように、インバータINV1,INV2,INV3のW相電圧は2つのリアクトルの分圧で決定する。交流電源11の線間電圧ピークよりも直流電圧(バッテリ17の電圧)の方が大きければ、インバータINV1,INV2,INV3のW相電圧はインバータU相電圧,V相電圧、すなわち直流電圧よりも小さくなりダイオードは導通せずW相に電流は流れない。バッテリ17を定電流で充電する場合はこの条件を満たすよう交流電源11の電圧,トランス13の変圧比,バッテリ17の最小電圧(直流電圧)を設計する。以上よりインバータINV1,INV2,INV3のW相に電流は流れない。   As shown in FIG. 4, the W-phase voltages of the inverters INV1, INV2, and INV3 are determined by the partial pressures of the two reactors. If the DC voltage (battery 17 voltage) is larger than the line voltage peak of the AC power supply 11, the W-phase voltages of the inverters INV1, INV2, and INV3 are smaller than the inverter U-phase voltage and V-phase voltage, that is, the DC voltage. The diode does not conduct and no current flows in the W phase. When charging the battery 17 with a constant current, the voltage of the AC power source 11, the transformation ratio of the transformer 13, and the minimum voltage (DC voltage) of the battery 17 are designed so as to satisfy this condition. Thus, no current flows in the W phase of the inverters INV1, INV2, and INV3.

本実施形態1は、特許文献5とは異なりインバータINV1,INV2,INV3のW相を切り離すスイッチを必要としないため、部品点数を削減できる。また、スイッチ接点が接触不良を起こし走行中にモータM1,M2,M3が異常停止する恐れもない。   Unlike the patent document 5, the first embodiment does not require a switch for disconnecting the W phase of the inverters INV1, INV2, and INV3, so that the number of components can be reduced. Further, there is no possibility that the motor contacts M1, M2 and M3 will stop abnormally during running because the switch contact causes a contact failure.

本実施形態1は、モータM1,M2,M3駆動用のインバータINV1,INV2,INV3をバッテリ充電用のコンバータとして、モータ巻線をスイッチングリプル除去用フィルタリアクトルとして使用するため、図7と比較してバッテリ充電用の整流ダイオードおよびその冷却機構が不要となり、部品点数,コスト,装置容積を削減することができる。   Since the inverters INV1, INV2, and INV3 for driving the motors M1, M2, and M3 are used as a battery charging converter and the motor winding is used as a filter reactor for removing a switching ripple, the first embodiment is compared with FIG. The rectifier diode for charging the battery and its cooling mechanism are not required, and the number of parts, cost, and device volume can be reduced.

また、整流ダイオードに比べて交流電源11に流出する高調波電流が小さくなるため、バッテリ17充電時にモータM1,M2,M3やトランス13の鉄損減少、交流電源11に接続する周辺の受動素子や装置の焼損、誤動作を防ぐことができる。この効果は、図3に示すU相の減算器26aへ入力するキャリア三角波と、V相の減算器26aへ入力するキャリア三角波を反転させる構成によって、より大きく得られる。   Further, since the harmonic current flowing out to the AC power supply 11 is smaller than that of the rectifier diode, the iron loss of the motors M1, M2, M3 and the transformer 13 is reduced when the battery 17 is charged, the passive elements connected to the AC power supply 11 are Burnout and malfunction of the device can be prevented. This effect can be greatly obtained by the configuration in which the carrier triangular wave input to the U-phase subtractor 26a and the carrier triangular wave input to the V-phase subtractor 26a shown in FIG. 3 are inverted.

さらに、インバータINV1,INV2,INV3は、モータM1,M2,M3駆動動作だけでなく充電動作においても二相分の電流検出器14u,14v,15u,15v,16u,16vで動作できる。駆動動作と充電動作に用いる電流検出器を兼用できるため、電流検出器の部品点数は増加しない。充電電流は電流検出器14u,14v,15u,15v,16u,16vのある2相を流れる。   Further, the inverters INV1, INV2, and INV3 can be operated by the current detectors 14u, 14v, 15u, 15v, 16u, and 16v for two phases not only in the driving operation of the motors M1, M2, and M3 but also in the charging operation. Since the current detector used for the driving operation and the charging operation can be used together, the number of parts of the current detector does not increase. The charging current flows through two phases including current detectors 14u, 14v, 15u, 15v, 16u, and 16v.

また、特許文献6の技術を適用すれば、スイッチング素子の電流責務・熱責務を均一にでき、大電流でのバッテリ充電、素子の長寿命化、充電中のモータM1,M2,M3の鉄損の低減を図ることが可能となる。また、図3に示すように、バッテリ充電時にスイッチング素子をインターリーブ駆動させることで、交流電源11に流出するリプル電流をより小さくすることができ、交流電源11に流出する高調波電流を小さくできる。   Further, if the technology of Patent Document 6 is applied, the current duty and the heat duty of the switching element can be made uniform, battery charging with a large current, long life of the element, iron loss of the motors M1, M2, M3 during charging. Can be reduced. Further, as shown in FIG. 3, when the switching element is interleaved during battery charging, the ripple current flowing out to the AC power supply 11 can be further reduced, and the harmonic current flowing out to the AC power supply 11 can be reduced.

また、モータM1,M2,M3として誘導機を使用すれば、バッテリ17充電中にモータM1,M2,M3が回転を始めることはないため、モータ軸とタイヤを切り離す、タイヤを固定するといった機構が不要である。   If induction machines are used as the motors M1, M2, and M3, the motors M1, M2, and M3 do not start rotating while the battery 17 is being charged. Therefore, there are mechanisms such as separating the motor shaft from the tires and fixing the tires. It is unnecessary.

また、特許文献1に比べて、モータM1,M2,M3とインバータINV1,INV2,INV3間の切り離しコネクタ(図8の符号20)が不要になるため部品点数を削減でき、バッテリ充電装置の小型化,低コスト化を図ることが可能となる。また、インバータINV1,INV2,INV3とモータM1,M2,M3間に機械スイッチを接続しないため、接点不良によるモータ異常停止を防ぐことができる。   Compared with Patent Document 1, the disconnecting connector (reference numeral 20 in FIG. 8) between the motors M1, M2, and M3 and the inverters INV1, INV2, and INV3 becomes unnecessary, so that the number of parts can be reduced and the battery charging device can be downsized. , It is possible to reduce the cost. Further, since no mechanical switch is connected between the inverters INV1, INV2, and INV3 and the motors M1, M2, and M3, it is possible to prevent an abnormal motor stop due to a contact failure.

また、特許文献2に比べて、モータM1,M2,M3の巻線がΔ結線でも適用でき、中性点端子が不要であるため、一般的な誘導機を適用することができる。また、3相コンバータによるバッテリ17の充電ができるため、直流バスには基本波の2倍の電圧・電流脈動が重畳せず、バッテリ17の負担を低減できる。これにより、バッテリ17を長寿命化できる。   Further, compared to Patent Document 2, the windings of the motors M1, M2, and M3 can be applied even by Δ connection, and a neutral point terminal is unnecessary, so that a general induction machine can be applied. Further, since the battery 17 can be charged by the three-phase converter, a voltage / current pulsation twice the fundamental wave is not superimposed on the DC bus, and the burden on the battery 17 can be reduced. Thereby, the life of the battery 17 can be extended.

また、特許文献3に比べて、整流ダイオードを必要としない。また、トランス13にはスコットトランスではなく一般的な三相トランスを適用できるため、トランス13のコスト・納期の面で有利である。   Further, compared with Patent Document 3, no rectifier diode is required. Further, since a general three-phase transformer can be applied to the transformer 13 instead of a Scott transformer, it is advantageous in terms of cost and delivery date of the transformer 13.

また、特許文献4に比べて、モータM1,M2,M3がオープン巻線である必要がなく、巻線がΔ結線またはスター結線である一般的な誘導機を適用することができる。   Further, compared to Patent Document 4, the motors M1, M2, and M3 do not need to be open windings, and a general induction machine in which the windings are Δ connection or star connection can be applied.

また、特許文献5に比べて、降圧用のコンバータCNVが不要のため部品点数を削減することができる。また、インバータINV1,INV2,INV3とモータM1,M2,M3間の機械スイッチ35も不要である。よって、バッテリ充電装置の小型化,低コスト化を図ることが可能となる。   Further, compared with Patent Document 5, since the step-down converter CNV is unnecessary, the number of components can be reduced. Further, the mechanical switch 35 between the inverters INV1, INV2, INV3 and the motors M1, M2, M3 is also unnecessary. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the battery charger.

また、本実施形態1における充電電流制御部は、検出値と指令値だけ代えれば、各インバータINV1,INV2,INV3で同じハード構成とすることができる。   In addition, the charging current control unit according to the first embodiment can have the same hardware configuration in each of the inverters INV1, INV2, and INV3 if only the detection value and the command value are replaced.

また、各インバータINV1,INV2,INV3で充電時の電流責務を均等にすることが可能である。また、各インバータINV1,INV2,INV3内の、充電時に通流する上アームのスイッチング素子2個と下アームのスイッチング素子2個(合計4個)の損失を均等にすることが可能である。また、充電時に、各モータM1,M2,M3のUW間・VW間巻線に発生する損失も均等化することが可能である。その結果、各部品の熱設計も容易になる。   Further, it is possible to equalize the current duty during charging by the inverters INV1, INV2, and INV3. Further, in each inverter INV1, INV2, INV3, it is possible to equalize the losses of two switching elements of the upper arm and two switching elements of the lower arm (four in total) that flow during charging. Further, it is possible to equalize the loss generated in the windings between the UWs and the VWs of the motors M1, M2, M3 during charging. As a result, the thermal design of each component is facilitated.

また図1では、インバータとモータが3台の構成を示した。インバータとモータが4台以上の構成の場合でも、インバータとモータを3台用いてのバッテリ充電を行う。よって、インバータとモータが4台以上の構成では、4台目以降のインバータにトランス13の2次巻線を接続しない構成とすればよい。
[実施形態2]
図5に本実施形態2のバッテリ充電装置を示す。本実施形態2は、実施形態1のモータM1,M2,M3の巻線をスター結線としたものである。スター結線のためモータM1,M2,M3に中性点32は存在する。しかし、中性点32が端子出しされていない点は実施形態1と同様である。
FIG. 1 shows a configuration with three inverters and motors. Even when the number of inverters and motors is four or more, battery charging is performed using three inverters and motors. Therefore, in the configuration of four or more inverters and motors, the secondary winding of the transformer 13 may be connected to the fourth and subsequent inverters.
[Embodiment 2]
FIG. 5 shows a battery charger of the second embodiment. In the second embodiment, the windings of the motors M1, M2, and M3 of the first embodiment are star-connected. The neutral point 32 exists in the motors M1, M2, and M3 due to the star connection. However, the point that the neutral point 32 is not connected to the terminal is the same as that of the first embodiment.

本実施形態2はモータ巻線の結線が異なるだけで、実施形態1と同じ動作を行い、制御方法も全く同じものを適用できる。ただし、仮に、Δ結線のモータとスター結線のモータの1相当たりの巻線のインダクタンスが同値とした場合、インバータINV1,INV2,INV3のU相・V相間のインダクタンスは実施形態1のΔ結線に比べて大きくなる。そのため、インバータU相・V相の動作としてはスター結線の方が、全く同じタイミングでのスイッチングや、図3の制御ブロックによる出力電流リプルの低減が行いやすくなる。一方、実施形態1のΔ結線ではインバータU相・V相間インダクタンスが小さいため、特許文献6による並列制御が高い効果を発揮する。   The second embodiment performs the same operation as the first embodiment except that the motor windings are differently connected, and the same control method can be applied. However, if the inductances of the windings per phase of the Δ connection motor and the star connection motor are the same value, the inductance between the U phase and the V phase of the inverters INV1, INV2, and INV3 is the same as that of the first embodiment. Compared to larger. Therefore, as the operation of the inverter U phase / V phase, the star connection is easier to perform switching at exactly the same timing and to reduce the output current ripple by the control block of FIG. On the other hand, in the Δ connection of the first embodiment, since the inductance between the inverter U phase and the V phase is small, the parallel control according to Patent Document 6 exhibits a high effect.

本実施形態2において、バッテリ充電時にモータM1,M2,M3が回転しない理由を説明する。スター巻線では、U相巻線、V相巻線に同じ振幅・位相の電流が流れ、W相巻線には振幅2倍で符号が反転した電流が流れる。モータM1,M2,M3内の磁界はΔ結線の巻線と同じく、大きさおよび符号は変化するが、位相は固定であるため、回転磁界は発生しない。そのため、実施形態1同様、モータM1,M2,M3が誘導機で停止中ならば始動トルクは発生せず、モータM1,M2,M3は回転しない。   In the second embodiment, the reason why the motors M1, M2, M3 do not rotate during battery charging will be described. In the star winding, a current having the same amplitude and phase flows in the U-phase winding and the V-phase winding, and a current whose sign is inverted with a double amplitude flows in the W-phase winding. The magnetic field in the motors M1, M2, and M3 changes in magnitude and sign as in the case of the winding of Δ connection, but the phase is fixed, so no rotating magnetic field is generated. Therefore, as in the first embodiment, if the motors M1, M2, and M3 are stopped by the induction machine, no starting torque is generated and the motors M1, M2, and M3 do not rotate.

以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。   As described above, according to the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.

[実施形態3]
図6に本実施形態3のバッテリ充電装置を示す。本実施形態3は充電用の交流電源11が単相の場合に本願発明を適用した場合であり、以下の点が異なる。
[Embodiment 3]
FIG. 6 shows a battery charger according to the third embodiment. The third embodiment is a case where the present invention is applied when the AC power supply 11 for charging is a single phase, and the following points are different.

トランス13の二次巻線は、二台のインバータINV1,インバータINV2の電流検出器14u,14v,15u,15v,16u,16vのないW相に接続する。図6ではトランス13の二次巻線をW相に接続した構成を示しているが、U相に電流検出器がない構成であればU相にトランス13の二次巻線を接続してする。V相に電流検出器がない構成であればV相にトランス13の二次巻線を接続する。また、インバータINV3は、交流電源11に接続しない。   The secondary winding of the transformer 13 is connected to the W phase without the current detectors 14u, 14v, 15u, 15v, 16u, and 16v of the two inverters INV1 and INV2. FIG. 6 shows a configuration in which the secondary winding of the transformer 13 is connected to the W phase. However, if there is no current detector in the U phase, the secondary winding of the transformer 13 is connected to the U phase. . If there is no current detector in the V phase, the secondary winding of the transformer 13 is connected to the V phase. Further, the inverter INV3 is not connected to the AC power supply 11.

インバータINV1,インバータINV2は単相の系統連系コンバータとなり、電流制御の適用によりバッテリ17を充電することができる。充電電流制御部は、図2,図3をそのまま適用することができる。特許文献6も適用可能である。   The inverters INV1 and INV2 are single-phase grid-connected converters, and can charge the battery 17 by applying current control. 2 and 3 can be applied as they are to the charging current control unit. Patent Document 6 is also applicable.

なお、インバータINV2の充電電流制御部では、図2のIcnvU*の代わりに−IcnvU*を減算器3と並列制御部6に入力する。同様に、図2のVuの代わりに−Vuをフィルタ4に入力する。   The charging current control unit of the inverter INV2 inputs -IcnvU * to the subtractor 3 and the parallel control unit 6 instead of IcnvU * in FIG. Similarly, -Vu is input to the filter 4 instead of Vu in FIG.

以上示したように、本実施形態3によれば、交流電源11が単相交流の場合においても本願発明を適用でき、実施形態1,2と同様の作用・効果を得られる。   As described above, according to the third embodiment, the present invention can be applied even when the AC power supply 11 is a single-phase AC, and the same operations and effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

また図6では、インバータとモータが3台の構成を示した。インバータとモータが4台以上の構成の場合でも、インバータとモータを2台用いてのバッテリ充電を行う。よって、インバータとモータが3台以上の構成では、3台目以降のインバータにトランス13の2次巻線を接続しない構成とすればよい。インバータとモータが2台の構成では、2台すべてのインバータINV1,INV2がトランス13の2次巻線に接続され、インバータINV3は存在しない構成となる。   FIG. 6 shows a configuration with three inverters and motors. Even when there are four or more inverters and motors, battery charging is performed using two inverters and motors. Therefore, in the configuration of three or more inverters and motors, the secondary winding of the transformer 13 may be connected to the third and subsequent inverters. In the configuration with two inverters and motors, all the two inverters INV1 and INV2 are connected to the secondary winding of the transformer 13, and the inverter INV3 does not exist.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

11…交流電源
12…スイッチ
13…トランス
14u,14v,15u,15v,16u,16v…電流検出器
17…バッテリ
INV1,INV2,INV3…インバータ
M1,M2,M3…モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... AC power supply 12 ... Switch 13 ... Transformer 14u, 14v, 15u, 15v, 16u, 16v ... Current detector 17 ... Battery INV1, INV2, INV3 ... Inverter M1, M2, M3 ... Motor

Claims (6)

バッテリと、
前記バッテリに対してN(N≧3)台並列接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ動作と、交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力するコンバータ動作を行う三相のインバータと、
前記各インバータの三相交流側にそれぞれ接続されたモータと、
二次巻線が前記N台のインバータのうち三台のインバータの三相交流側の何れかの相に接続され、一次巻線が三相交流電源に接続されたトランスと、
前記インバータと前記トランスの二次巻線との間、または、前記トランスの一次巻線と前記三相交流電源との間、または、前記インバータと前記トランスの二次巻線との間と前記トランスの一次巻線と前記三相交流電源との間に接続されたスイッチと、
を備えたことを特徴とするバッテリ充電装置。
Battery,
N (N ≧ 3) units connected in parallel to the battery, an inverter operation for converting the DC power of the battery into AC power and outputting it, and a converter operation for converting the AC power into DC power and outputting it to the battery A three-phase inverter,
A motor connected to the three-phase AC side of each inverter;
A transformer in which a secondary winding is connected to any phase on the three-phase AC side of three inverters among the N inverters, and a primary winding is connected to a three-phase AC power source;
Between the inverter and the secondary winding of the transformer, or between the primary winding of the transformer and the three-phase AC power source, or between the inverter and the secondary winding of the transformer, and the transformer. A switch connected between the primary winding and the three-phase AC power source;
A battery charging device comprising:
バッテリと、
前記バッテリに対してN(N≧2)台並列接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ動作と、交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力するコンバータ動作を行う三相のインバータと、
前記各インバータの三相交流側に接続されたモータと、
二次巻線が前記N台のインバータのうち二台のインバータの三相交流側の何れかの相に接続され、一次巻線が単相交流電源に接続されたトランスと、
前記インバータと前記トランスの二次巻線との間、または、前記トランスの一次巻線と前記単相交流電源との間、または、前記インバータと前記トランスの二次巻線との間と前記トランスの一次巻線と前記単相交流電源との間に接続されたスイッチと、
を備えたことを特徴とするバッテリ充電装置。
Battery,
N (N ≧ 2) units connected in parallel to the battery, an inverter operation for converting the DC power of the battery into AC power and outputting it, and a converter operation for converting the AC power into DC power and outputting it to the battery A three-phase inverter,
A motor connected to the three-phase AC side of each inverter;
A transformer in which a secondary winding is connected to any phase on the three-phase AC side of two inverters of the N inverters, and a primary winding is connected to a single-phase AC power source;
Between the inverter and the secondary winding of the transformer, or between the primary winding of the transformer and the single-phase AC power source, or between the inverter and the secondary winding of the transformer, and the transformer. A switch connected between the primary winding and the single-phase AC power source;
A battery charging device comprising:
前記モータはΔ結線であることを特徴とする請求項1または2記載のバッテリ充電装置。   The battery charging device according to claim 1, wherein the motor is a Δ connection. 前記モータはスター結線であることを特徴とする請求項1または2記載のバッテリ充電装置。   The battery charging device according to claim 1, wherein the motor is a star connection. 前記インバータは、各相の上下アームにスイッチング素子をもつ構成であり、
バッテリの充電動作時、前記トランスの二次巻線が接続された前記各インバータの充電電流制御部は、
前記トランスの二次巻線が接続された相の上下アームのスイッチング素子をOFFし、
コンバータ出力電流指令値と、前記トランスの二次巻線が接続されていない二相のコンバータ入力電流検出値を加算したコンバータ出力電流検出値と、の偏差と、
コンバータ電圧検出値と、
に基づいてコンバータ電圧指令値を算出し、前記コンバータ電圧指令値に基づいてPWM制御を行い、前記トランスの二次巻線が接続されていない二相の上下アームのスイッチング素子のゲート指令値を生成することを特徴とする請求項1〜4のうち何れかに記載のバッテリ充電装置。
The inverter is configured to have a switching element on the upper and lower arms of each phase,
During the battery charging operation, the charging current control unit of each inverter connected to the secondary winding of the transformer is:
Turn off the switching elements of the upper and lower arms of the phase to which the secondary winding of the transformer is connected,
Deviation between the converter output current command value and the converter output current detection value obtained by adding the two-phase converter input current detection value to which the secondary winding of the transformer is not connected,
Converter voltage detection value,
The converter voltage command value is calculated based on the converter voltage, the PWM control is performed based on the converter voltage command value, and the gate command value of the switching element of the two-phase upper and lower arms not connected to the secondary winding of the transformer is generated. The battery charger according to any one of claims 1 to 4, wherein the battery charger is provided.
前記PWM制御は、
前記トランスの二次巻線が接続されていない二相のうち、一方の相はキャリア三角波に基づいてPWM制御を行い、他方の相は前記キャリア三角波を反転した信号に基づいてPWM制御を行うことを特徴とする請求項5記載のバッテリ充電装置。
The PWM control is
Of the two phases to which the secondary winding of the transformer is not connected, one phase performs PWM control based on a carrier triangular wave, and the other phase performs PWM control based on a signal obtained by inverting the carrier triangular wave The battery charger according to claim 5.
JP2017121198A 2017-06-21 2017-06-21 Battery charging device Pending JP2019009856A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017121198A JP2019009856A (en) 2017-06-21 2017-06-21 Battery charging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017121198A JP2019009856A (en) 2017-06-21 2017-06-21 Battery charging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019009856A true JP2019009856A (en) 2019-01-17

Family

ID=65026060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017121198A Pending JP2019009856A (en) 2017-06-21 2017-06-21 Battery charging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019009856A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112803561A (en) * 2021-01-27 2021-05-14 华南理工大学 Electric automobile integrated charging circuit based on auxiliary inductance and three-phase motor drive

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112803561A (en) * 2021-01-27 2021-05-14 华南理工大学 Electric automobile integrated charging circuit based on auxiliary inductance and three-phase motor drive
CN112803561B (en) * 2021-01-27 2022-09-20 华南理工大学 Electric automobile integrated charging circuit based on auxiliary inductance and three-phase motor drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3796538B1 (en) Capacitor size reduction and lifetime extension for cascaded h-bridge drives
US20140268970A1 (en) Matrix converter and method for controlling matrix converter
JPWO2009072359A1 (en) AC motor control device
Abdel-Khalik et al. Calculation of derating factors based on steady-state unbalanced multiphase induction machine model under open phase (s) and optimal winding currents
CN109874397B (en) Control device for power converter
JP2014204574A (en) Power converter
CA2816625A1 (en) Power supply arrangement with an inverter for producing n-phase ac current
Boby et al. Multilevel dodecagonal voltage space vector structure generation for open-end winding IM using a single DC source
WO2018078837A1 (en) Electric motor driving device
Rajeevan Load-commutated SCR-based current source inverter fed induction motor drive with open-end stator windings
Lakhimsetty et al. A four-level open-end winding induction motor drive with a nested rectifier–inverter combination with two DC power supplies
JP2012135141A (en) Motor drive system
JPH1141931A (en) Power converter
JP2017077079A (en) Power converter
JPWO2019102539A1 (en) Rotating electric machine control device and electric vehicle
JP2019009856A (en) Battery charging device
Kumar et al. DTC of open-end winding induction motor drive using space vector modulation with reduced switching frequency
Klumpner et al. Short term ride through capabilities for direct frequency converters
JP2010220332A (en) Power converting device
Elsayed et al. Open-phase fault-tolerant control approach for EV PMSM based on four-leg VSI
JP2009153297A (en) Controller of self-excited converter
JP2000308368A (en) Power conversion circuit
JP6719162B2 (en) Multi-phase motor drive
Kim et al. Torque ripple reduction method with enhanced efficiency of Multi-phase BLDC motor drive systems under open fault conditions
Song et al. Design of a fault-tolerant system for a multi-motor drive with multiple inverter leg faults