JP2676898B2

JP2676898B2 - 電気自動車の回生制動装置

Info

Publication number: JP2676898B2
Application number: JP1084279A
Authority: JP
Inventors: 啓辻井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH02262801A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気自動車の回生制動装置、特に回生制動時
にインバータ主素子に発生するサージ電圧を抑制する電
気自動車の回生制動装置に関する。

［従来の技術］電気自動車の制動システムとして、駆動用モータによ
る回生制動を利用するものが広く用いられている。この
ようなシステムにおいて回生制動力を最大限に利用する
ためには、スイッチング回路におけるFET等のインバー
タ主素子のスイッチング時に生じるサージ電圧を抑制す
る必要がある。すなわち、大きな回生制動力を得るとき
にはモータ電圧が上昇し、インバータ主素子のスイッチ
ングにおけるサージ電圧もそれだけ上昇することにな
る。そして、サージ電圧がインバータ主素子の耐電圧を
越えるとインバータ主素子が破壊されてしまう。

そこで、従来はこのサージ電圧を抑制するために、第
５図に示すようないわゆるスナバ回路をインバータ主素
子のソース、ドレイン間に設けていた。このスナバ回路
１は、インバータ主素子16のソース16c、ドレイン16e間
に接続された抵抗３、コンデンサ４とこの抵抗３に並列
接続されたダイオード５を有している。そして、インバ
ータ主素子16の遮断時（ターンオフ時）には、ソース16
cの電圧が上昇、いわゆるサージ電圧が発生するが、こ
のときの電荷はコンデンサ４に蓄積されるため、インバ
ータ主素子16にかかるサージ電圧は軽減されることにな
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述のようなスナバ回路を設けた電気
自動車の回生制動装置においては、幾つかの問題が生じ
ていた。即ち、回生制動力を最大限に利用するためには
インバータ主素子に発生するサージ電圧の大きさに対応
する容量のスナバ回路が必要となるが、回生制動時にお
けるサージ電圧はバッテリ電圧が高くなるために力行時
に発生するサージ電圧よりも高く、従って、スナバ回路
の容量もこの回生制動時のサージ電圧に対応して大きく
しなければならなかった。

ところが、車両の走行状態においては力行状態に比べ
制動状態ははるかに頻度が少なく、この少頻度の制動状
態のためにスナバ回路の容量を大きくするのは、取りつ
けスペースやコストの面から極めて低効率であるという
問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的はスナバ回路を必要とせず、回生制動時におけ
るインバータ主素子のオフ時の電圧立上がりをバッテリ
電圧に応じて遅らせ、インバータ主素子へのサージ電圧
を抑制できる電気自動車の回生制動装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明はコントローラか
らの信号を受け、内蔵する複数のインバータ主素子を順
次オンオフしてバッテリからの制動用直流電流を交流電
流に変換するスイッチング回路に、インバータ主素子の
ゲート電圧を変化させるゲート電圧切替手段と、コント
ローラからのバッテリ電圧検出信号に基づいて上記イン
バータ主素子のオフ時のサージ電圧を評価し、このサー
ジ電圧を抑制するに十分な切替信号を上記ゲート電圧切
替手段に送る切替信号発生器とを設けたことを特徴とす
る。

［作用］本発明に係る電気自動車の回生制動装置は上述の構成
を有し、誘導モータによる回生制動時はインバータ主素
子のゲート電圧をバッテリ電圧に応じて変化させる。即
ち、回生が進んでバッテリ電圧が上昇するにつれ、コン
トローラからのバッテリ電圧検出信号を受けた切替信号
発生器はそのバッテリ電圧の上昇に応じてサージ電圧も
上昇すると評価し、切替信号をゲート電圧切替手段に送
り、インバータ主素子のゲート電圧を低下させる。

すると、バッテリ電圧に応じてインバータ主素子の電
圧立上がりが変化し、即ち、バッテリ電圧が高くなるほ
ど電圧立上がりが遅れることとなり、大容量のスナバ回
路を設ける事なくバッテリ電圧に応じて大きくなるサー
ジ電圧を効率良く抑制することができる。

［実施例］以下、図面を用いて本発明に係る電気自動車の回生制
動装置の好適な実施例を説明する。

第２図は本実施例のシステムの全体構成図である。バ
ッテリ10からの直流電流はスイッチング回路12によって
所定の３相交流電流に変換され、誘導モータ14に供給さ
れる。そして、スイッチング回路12は６つのインバータ
主素子16を有しており、このインバータ主素子16のオン
オフは、制御回路18を介し供給されるコントローラ20か
らのスイッチング信号によって制御される。

このコントローラ20は、誘導モータ14の目標出力トル
クに応じスイッチング信号のパルス幅を変更するPWM
（パルス幅変調）制御を行い、回生制動時においては回
転磁界の速度を誘導モータ14の速度より遅らせ（すべり
ｓ＜０）、誘導モータ14を発電機として作用させる。そ
して、誘導モータ14で発生した回生電流をバッテリ10側
に供給して電力が回生される。

第１図に本発明の特徴である制御回路18内のゲート電
圧切替手段と切替信号発生器の詳細を示す。

コントローラ20からの信号はインバータ主素子16のオ
ンオフを行なう力行用トランジスタ22a、22b及び回生制
動用トランジスタ24a、24bに供給される。

力行時はトランジスタ22a、22bをオンオフしてインバ
ータ主素子16のオンオフを行ない、トランジスタ24a、2
4bは常にオフしている。一方、回生制動時にはトランジ
スタ24a、24bをオンオフしてインバータ主素子のオンオ
フを行ない、トランジスタ22a、22bは常にオフしてい
る。

そして、本実施例においてはゲート電圧切替手段とし
て４個のトランジスタ28a、28b、28c、28d及び３個の抵
抗30a、30b、30cが回生制動用トランジスタ24aのコレク
タとインバータ主素子16のベースとの間（図中AB間）に
接続されている。そして、切替信号発生器としてコント
ローラ20からバッテリ10の電圧検出信号を受け、これら
４個のトランジスタをオンオフする制御リレー32を設け
ている。

第３図に制御リレー32の動作フローチャート図を示
す。

コントローラ20からのバッテリ電圧検出信号を受ける
と、制御リレー32は内蔵した不図示のコンパレータによ
りバッテリ電圧値を所定の評価パラメータa1、a2、a3、
a4（a1＜a2＜a3＜a4）により評価する。

バッテリ電圧値Vbがa1＜Vb＜a2なるとき（ステップ4
0）、即ちバッテリ電圧が低くサージ電圧も低いときに
はトランジスタ28aのみオンし、他のトランジスタはオ
フにする（ステップ42）。

バッテリ電圧値Vbがa2＜Vb＜a3なるとき（ステップ4
4）はトランジスタ28bのみオンし、他のトランジスタは
オフにする（ステップ46）。

バッテリ電圧が上昇しa3＜Vb＜a4なるとき（ステップ
48）はトランジスタ28cのみオンし、他のトランジスタ
はオフにする（ステップ50）。

更にバッテリ電圧が上昇し、a4＜Vbとなったとき、即
ち、サージ電圧も極めて高いときにはトランジスタ28d
のみオンし、他のトランジスタはオフにする（ステップ
52）。

本実施例は上述のような構成を有し、不図示のブレー
キ信号がコントローラ20に入力され車両の走行状態が回
生制動状態に移行すると、コントローラ20は回生制動用
トランジスタ24a、24bに信号を送り、インバータ主素子
16をオンオフして励磁電流を供給すると共に回生電流が
バッテリ10に流れこみ、バッテリ電圧Vbが上昇する。

コントローラ20はこのバッテリ電圧検出信号を制御リ
レー32に送るが、このバッテリ電圧Vbが比較的小さいと
き（a1＜Vb＜a2）は前述したようにトランジスタ28aの
ゲートに通電してトランジスタ28aのみをオンする。す
ると、電源26からの電流はトランジスタ28aのみ流れ、
抵抗30a、30b、30cには流れず、従ってインバータ主素
子に印加される電圧値は高くなるのでインバータ主素子
のターンオフ時の電圧立上がりは速くなる。

バッテリ電圧Vbが上昇してa2＜Vb＜a3となったとき
は、制御リレー32はトランジスタ28bのゲートに通電し
てトランジスタ28bのみをオンにする。すると、図中AB
間には抵抗30aが接続されたこととなり、インバータ主
素子のゲート電圧が低下し、インバータ主素子のターン
オフ時の電圧立上がりがその分遅れることとなる。

更にバッテリ電圧Vbが上昇し、a3＜Vb＜a4となったと
きは、制御リレー32はトランジスタ28cのゲートに通電
し、トランジスタ28cのみをオンする。すると、図中AB
間には抵抗30a、30bが直列に接続されたこととなり、イ
ンバータ主素子のゲート電圧がより低下しターンオフ時
の電圧立上がりがより遅れることとなる。

さらにバッテリ電圧Vbがa4＜Vbとなったときには、同
様にして制御リレー32はトランジスタ28dのみをオンし
て図中AB間に抵抗30a、30b、30cが直列に接続され、イ
ンバータ主素子16の電圧立上がりを遅らせる。

このように、本実施例ではゲート電圧切替手段として
複数のトランジスタ及び抵抗を配し、切替信号発生器と
しての制御リレーにより各トランジスタをバッテリ電圧
に応じて順次オンオフしてインバータ主素子の電圧立上
がりを順次遅らせることによりバッテリ電圧に応じて抵
抗値を変化させ回生制動時におけるインバータ主素子の
ソース、ドレイン間の電圧立上がりを遅延するものであ
り、バッテリ電圧とともに大きくなるサージ電圧を効率
良く抑制することができる。

第４図はインバータ主素子16のターンオフ時の電圧特
性を示したものであり、一点鎖線はバッテリ電圧がa4＜
Vbなる時のスナバ回路を有しない回路の電圧特性、実線
は本実施例における電圧特性を示したものである。電圧
立上がりが遅れ、サージ電圧54を抑制していることがわ
かる。

なお、力行時は回生用トランジスタ24a、24bは常にオ
フであり、力行用トランジスタ22a、22bのオンオフによ
りインバータ主素子のオンオフが行われるので従来と同
様のスムーズな走行が可能である。

また、本実施例においてはゲート電圧切替手段として
トランジスタと抵抗を用いたが、もちろん必要に応じて
コンデンサを用いてもよく、あるいはアクチュエータと
可変抵抗を組み合わせることによっても構成することが
できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る電気自動車の回生
制動装置によれば、スナバ回路を付加することなく、バ
ッテリ電圧に応じて大きくなるインバータ主素子のサー
ジ電圧を抑制することができるので回路全体をコンパク
トにでき、高効率化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電気自動車の回生制動
装置における制御回路の回路図、第２図は同実施例の全体システムを示す構成図、第３図は同実施例における制御リレーの動作を示すフロ
ーチャート図、第４図は同実施例におけるインバータ主素子の電圧特性
を示す特性図、第５図は従来例におけるスナバ回路の構成を示す回路図
である。 10……バッテリ 12……スイッチング回路 14……誘導モータ 16……インバータ主素子 18……制御回路 20……コントローラ 28a〜28d……トランジスタ 30a〜30d……抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導モータの制御信号を出力するコントロ
ーラと、このコントローラからの信号を受け、内蔵する
複数のインバータ主素子を順次オンオフしバッテリから
の制動用直流電流を交流電流に交換するスイッチング回
路とを有する電気自動車の回生制動装置において、上記スイッチング回路が、上記インバータ主素子のゲート電圧を変化させるゲート
電圧切替手段と、上記コントローラからのバッテリ電圧検出信号に基づい
て上記インバータ主素子のオフ時のサージ電圧を評価
し、このサージ電圧を抑制するに十分な切替信号を上記
ゲート電圧切替手段に送る切替信号発生器と、を有することを特徴とする電気自動車の回生制動装置。