JP2701340B2 - 電気車の回生制動制御回路 - Google Patents

電気車の回生制動制御回路

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JP2701340B2 JP18789188A JP18789188A JP2701340B2 JP 2701340 B2 JP2701340 B2 JP 2701340B2 JP 18789188 A JP18789188 A JP 18789188A JP 18789188 A JP18789188 A JP 18789188A JP 2701340 B2 JP2701340 B2 JP 2701340B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気車の回生制動制御回路に関する。
〔従来の技術〕
回生制動は直流モータを駆動手段とする電気車の省エ
ネルギー手段の一つとして広く用いられている。これ
は、アクセルを戻したり、ブレーキを踏んだりした場合
に、減速するだけでなく、直流モータの運動エネルギー
を電気エネルギーに変換し、電源側に戻すという技術で
ある。
第6図に従来例を示す。この第6図の従来例は、直流
モータ51と、モータ電流を検出するためのシャント抵抗
器52と、このシャント抵抗器52で検出された電流値とあ
る設定値とを比較するコンパレータ53と、このコンパレ
ータ53の出力パルスにより動作するワンショットマルチ
バイブレータ54とを備えている。さらに、このワンショ
ットマルチバイブレータ54の出力を増幅するフォトカプ
ラアンプ55と、このフォトカプラアンプ55の出力により
スイッチング動作をする切換制御手段としてのパワート
ランジスタ56とが、前述したシャント抵抗器52及び直流
モータ51に直列接続されている。
この従来例では、コンパレータ53と,ワンショットマ
ルチバイブレータ54と、フォトカプラアンプ55とによっ
て切換信号出力回路70が構成されている。
一方、回生制動時に直流モータ51で発電された電気エ
ネルギーを界磁コイルに一時的に蓄えるためにパワート
ランジスタ56とダイオード58が装備されている。また、
この一時的に貯えられた電気エネルギーによって前述し
た直流モータ51に対して回生制動トルクを発生させ、こ
れによってバッテリ57を充電するためのダイオード59が
装備されている。ダイオード58,59を含む各直流モータ
回路部は、パワートランジスタ56のオンまたはオフの動
作によってそのいづれかのモードが切換選択されるよう
になっている。
次に上記従来例の動作について説明する。
電気車の走行時にアクセルを戻したり、ブレーキを踏
んだりした場合、直流モータ51は車輪の運動エネルギー
を電気エネルギーに変換、すなわち発電作用をする。そ
の時のモータ電流はシャント抵抗器52で検出され、この
検出信号はコンパレータ53の入力信号となり、ある基準
電圧VS1と比較される。検出信号が基準電圧VS1より大き
くなると、パルス信号がコンパレータ53から出力され
る。そして、このコンパレータ53のパルス信号によっ
て、ワンショットマルチバイブレータ54から一定のデュ
ーティ比をもつパルス信号が出力される。このパルス信
号はさらにフォトカプラアンプ55で第7図(a)に示さ
れるような波形に増幅され、パワートランジスタ56のゲ
ート入力となる。このゲート入力が“ハイ”レベルであ
れば、パワートランジスタ56は導通し、界磁コイルに電
気エネルギーが蓄えられる。
一方、パワートラジスタ56のゲート入力が“ロー”レ
ベルであれば、パワートランジスタ56は遮断され、蓄積
された電気エネルギーによって回生電流が流れるため直
流モータ51に制動トルクが生じ、さらにバッテリ57が充
電される。したがって、モータ電流の波形は第7図
(b)のようになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来例においては、放電末期のよ
うにバッテリ57の電圧が低い場合に、第8図(b)に示
すように、回生制動時のモータ電流の減少がゆるやかと
なり、ワンショットマルチバイブレータ54の出力パルス
の“ロー”レベル時間は一定なので、モータ電流が0に
なる前に、ワンショットマルチバイブレータ54の出力パ
ルスは“ハイ”レベルとなり、モータ電流はすぐにピー
ク値に達するため、ワンショットマルチバイブレータ54
の出力パルスは“ロー”レベルとなる。つまり、パワー
トランジスタ56のゲート電圧は第8図(a)に示すよう
に“ハイ”レベルの時間が短い高周波となり、モータ電
流の立上がりがするどく、また、パワートランジスタ56
のオン・オフ切換が頻繁となり、このため、スイッチン
グロスが増えたり、場合によっては、パワートランジス
タ56が破壊されるという不都合が生じていた。
一方、この不都合を防止するために、コンパレータ3
の基準電圧VS1の値を下げることによって第9図(a)
に示すように、パワートランジスタのゲート入力波形の
周波数を低くしている。しかしながら、この方法では第
9図(b)に示すように、モータ電流のピーク値が低い
ため、必然的に回生制動トルクが小さくなるという不都
合を有している。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善
し、とくに放電末期等のバッテリ電圧低下時にあっても
回生制動力を十分に確保し得るとともにパワートランジ
スタの破壊を有効に減少せしめることか可能な電気車の
回生制動制御回路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では、制動操作時に直流モータにて発生する電
気エネルギを蓄積する第1の回路と、蓄積された電気エ
ネルギに起因して生じる回生電流によりバッテリを充填
する第2の回路とを有している。また、直流モータに流
れる電流に対応して所定の制御信号を出力する切換信号
出力回路と、この切換信号出力回路の出力信号によって
前記第1の回路、又は第2の回路のいずれかを切換選択
する切換制御手段とを備えている。そして、バッテリの
バッテリ電圧が所定のしきい値以下の場合には、直流モ
ータの回転数が予め定めたある値以下になるまで回生制
動の開始を遅延せしめる回生制動遅延回路を切換制御手
段の入力段側に併設する、という構成を採っている。こ
れによって前述した目的を達成しようとするものであ
る。
〔作 用〕
走行時から制動に移った場合に、その時のバッテリ電
圧がある値以上であれば、通常の回生制動が行われる
が、バッテリ電圧がある値以下であれば、回生制動遅延
回路がそれを検知し、切換信号出力回路と切換制御手段
を切り離す。このため、回生制動は行われず、この間に
バッテリは外部から電力の供給を受ける。そして、バッ
テリ電圧がある一定値以上になると、回生制動遅延回路
がそれを検知し、切換信号出力回路と切換制御手段を接
続することによって回生制動を開始する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図なしい第5図に基づ
いて説明する。
ここで、前述した従来例と同一の構成要素については
同一の符号を用いるものとする。
第1図の実施例は、制動操作時に直流モータ51にて発
生する電気エネルギーを蓄積する第1の回路40と、所定
の場合に蓄積された電気エネルギーに起因して生じる回
生電流によりバッテリ57を充電する第2の回路50と、直
流モータ51のモータ電流に対応して所定の制御信号を出
力する切換信号出力回路60と、この切換信号出力回路60
の出力信号によって前記第1の回路40又は第2の回路50
のいずれかのモードを切換選択する切換制御手段として
のパワートランジスタ56とを備えている。
この内、第1の回路40は、具体的には、直流モータ51
と、この直流モータ51に直列接続されたシャント抵抗器
52と、パワートランジスタ56と、ダイオード58とにより
構成されている。
また、第2の回路50は、直流モータ51とダイオード58
とバッテリ57とダイオード59とシャント抵抗器52とが直
列接続されて構成されている。
前記シャント抵抗器52は、コンパレータ53の入力側に
も接続されており、このコンパレータ53の出力段には、
ワンショットマルチバイブレータ54が併設されている。
このワンショットマルチバイブレーダ54の出力側に
は、アナログスイッチ19を介して、フォントカプラアン
プ55が配設され、このフォトカプラアンプ55の出力側
が、前記パワートランジスタ56のゲートに接続されてい
る。
本実施例では、これらのコンパレータ53,ワンショッ
トマルチバイブレータ54,アナログスイッチ19、及びフ
ォトカプラアンプ55とによって切換信号出力回路60が構
成されている。
更に、本実施例では、バッテリ52のバッテリ電圧が所
定のしきい値以下の場合には、直流モータ51の回転数が
予め定めたある値(例えば3500rpm)以下になるまで回
生制動を遅延せしめる回生制動遅延回路30が、アナログ
スイッチ19に併設されている。
この回生制動遅延回路30は、直流モータ51のアーマチ
ュアシャフトに取付けられたリングギアを有するフライ
ホイール10と、このフライホイール10に近接して設置さ
れたパルスピックアップ11と、このパルスピックアップ
11の出力段に配設された周波数電圧変換アンプ12と、こ
の周波数電圧変換アンプ12の出力段に配設されたコンパ
レータ13と、バッテリ57の電圧を入力とするもう一つの
コンパレータ14とを有している。さらに、このコンパレ
ータ14の出力段にはフリップフロップ素子15が設けら
れ、更にこのフリップフロップ素子15の出力段にはNAND
ゲート素子16が設けられている。そして、このフリップ
フロップ素子15の出力は前記コンパレータ13の出力とと
もにNANDゲート素子16の入力となっており、NANDゲート
素子16の出力は抵抗17を介してアナログスイッチ19の制
御信号となるとともに、ダイオード18を介してフリップ
フロップ素子15の入力に帰還されている。
次に、上記実施例の動作について説明する。
直流モータ51のアーマチュアシャフトに取付けられた
フライホイール10は、直流モータ51と連動して回転す
る。また、フライホイール10にはリングギアが設けてあ
るために、パルスピックアップ11でリングギアの凹凸の
周期を測定することにより、第2図に示すように直流モ
ータ51の回転数に比例した周波数パルスが得られる。
更に、この周波数パルスは周波数電圧変換アンプ12に
より第3図に示すように周波数に比例した直流信号電圧
に変換および増幅される。
そして、この直流信号電圧は、直流モータ1の回生制
動開始の回転数(例えば3500rpm)に相当する基準電圧V
S3とコンパレータ13で比較され、第4図(e)に示すよ
うに基準電圧VS3より小さい場合(例えば、直流モータ
1の回転数が3500rpm以下)、コンパレータ13から“0"
レベル信号が出力される。
一方、もう一つのコンパレータ14では、バッテリ電圧
とある基準電圧VS2(例えば80V)とが比較され、第4図
(b)に示すようにバッテリ電圧が基準電圧VS2以下
(例えば80V以下)の場合には、第4図(c)に示すよ
うにコンパレータ14から“ロー”レベル信号が出力され
る。また、一度“ロー”レベルになると、バッテリ電圧
が基準電圧VS2よりも高いある電圧(例えば90V)以上に
ならないと、コンパレータ14の出力は“ハイ”レベルに
ならないようになっている。
しかも、このコンパレータ14の出力信号はフリップフ
ロップ素子15にラッチされるので、第4図(d)に示す
ように、いったんバッテリ電圧が基準電圧VS2以下にな
ると、フリップフロップ素子15からは、“ハイ”レベル
が出力される。したがって、第4図(f)に示すように
NANDゲート素子16の出力は、フリップフロップ素子15と
コンパレータ13の出力がどちらも“ハイ”レベルの場合
だけ“ロー”レベルとなる。しかも、アナログスイッチ
19は、入力信号が“ハイ”レベルの場合にオン、“ロ
ー”レベルの場合にオフ動作をするものなので、つま
り、第4図(g)に示すように直流モータ51の回転数が
回生制動開始の基準回転数(例えば3500rpm)以下とな
るまで、回生制動は行われず、その間にバッテリの電圧
回復が行われる。そして、直流モータ51の回転数が基準
値(例えば3500rpm)以下になると、回生制動が行われ
るが、その時には、すでにバッテリの電圧は回復してい
るので、パワートランジスタのオン時間は長くなり、制
動トルクを十分大きくとることができる。
第5図(b)に示すように、バッテリの電圧が基準電
圧(例えば80V)以下にならない場合には、第5図
(c)に示すようにコンパレータ14の出力は“ハイ”レ
ベルのままである。したがって、フリップフロップ15の
出力は第5図(d)に示すように“ロー”レベルのまま
である。また、コンパレータ13の出力は第5図(e)に
示すように直流モータ51の回転数が基準値(例えば3500
rpm)以上では“ハイ”レベルである。したがって、NAN
Dゲート素子16の出力は第5図(f)に示すように常に
“ハイ”レベルとなる。つまり、アナログスイッチ19は
オン状態のままであるので、第5図(g)(h)に示す
ように通常の回生制動が行われる。
〔発明の効果〕
本発明は、以上のように構成され機能するので、これ
によると、放電末期のようにバッテリ電圧が所定のしき
い値以下に低下した時に制動を行う場合に、回生制動遅
延回路の作用によりモータの回転数が予め定めたある値
になるまで回生制動の開始時期を遅延せしめることが出
来る。これがため、モータ電流制限値を低めに設定する
必要がないので、十分な回生制動力を確保することが出
来、パワートランジスタのオン・オフの切換の時間的間
隔を長く即ち頻度を低くすることが出来、これによりパ
ワートランジスタの破損等を有効に減少せしめることが
出来るという従来にない優れた電気車の回生制動制御回
路を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は第1
図の直流モータ回転数とパルスピックアップ出力周波数
の関係図、第3図は第1図の周波数電圧変換アンプの入
出力特性図、第4図(a)〜(h)および第5図(a)
〜(h)は第1図の直流モータ回転数、バッテリ電圧、
コンパレータの出力電圧フリップフロップ素子の出力電
圧、NANDゲート素子の出力電圧、パワートランジスタの
ゲート入力電圧、モータ電流の時間変化図、第6図は従
来例を示す構成図、第7図,第8図,第9図は第6図の
パワートランジスタゲート入力電圧およびモータ電流の
時間変化図を示す。 30……回生制動遅延回路、40……第1の回路、50……第
2の回路、51……直流モータ、56……切換制御手段とし
てのパワートランジスタ、57……バッテリ、60……切換
信号出力回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制動操作時に直流モータにて発生する電気
    エネルギを蓄積する第1の回路と、前記蓄積された電気
    エネルギに起因して生じる回生電流によりバッテリを充
    電する第2の回路とを有し、 前記直流モータに流れる電流に対応して所定の制御信号
    を出力する切換信号出力回路と、この切換信号出力回路
    の出力信号によって前記第1の回路又は第2の回路のい
    ずれかを切換選択する切換制御手段とを備えてなる電気
    車の回生制動制御回路において、 前記バッテリのバッテリ電圧が所定のしきい値以下の場
    合には、前記直流モータの回転数が予め定めたある値以
    下になるまで回生制動の開始を遅延せしめる回生制動遅
    延回路を前記切換制御手段の入力段側に併設したことを
    特徴とする電気車の回生制動制御回路。
JP18789188A 1988-07-27 1988-07-27 電気車の回生制動制御回路 Expired - Lifetime JP2701340B2 (ja)

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US9825487B2 (en) 2012-10-31 2017-11-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Apparatus and electric power control method

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