JP3346910B2 - 電動車両用電源装置 - Google Patents
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Description
給される直流電源をインバータを介して交流へ変換しモ
ータを駆動して走行するようにした電動車両の電源装置
に係り、特に、インバータを介してモータへ供給する電
力を安定化するための電源平滑用コンデンサに対する電
源投入時の突入電流を電流制限抵抗を用いずに制限する
とともに、電源平滑用コンデンサの電荷を放電回路等を
設けることなく放電できるようにして回路構成の簡略化
を図った電動車両用電源装置に関する。
るようにした電源開閉回路が特開昭61−280711
号公報で提案されている。図7は従来の突入電流防止型
の電源開閉回路の回路構成図である。この電源開閉回路
201は前記公報で第1実施例として記載されているも
ので、前置スイッチ202を閉じると抵抗203を介し
てコンデンサ204が徐々に充電され、NPN型のトラ
ンジスタ205が徐々に導通状態となり、このNPN型
のトランジスタ205によってベース電流が制御される
PNP型のトランジスタ206が徐々に導通状態とな
る。これによって、直流電源207と容量性負荷等を有
する負荷回路208とを投入電流を生ずることなく接続
できるようにしている。
防止型の電源開閉回路を利用して構成した電動車両用電
源装置の回路構成図である。この電動車両用電源装置1
01は、メインスイッチ102をオンするとPNP型の
トランジスタ206が徐々に導通状態となるので、イン
バータ103内の電源平滑コンデンサ104に流れる突
入電流を抑制することができる。しかしながら、メイン
スイッチ102がオフの状態では電源平滑コンデンサ1
04の電荷を放電させることができないので、メインス
イッチ102のオフ時に導通状態となるリレーの接点1
05等を設け、この接点105等と放電抵抗106を介
して電源平滑コンデンサ104の電荷を放電させる必要
がある。また、モータ107の回生制動時に発生する回
生発電電力をバッテリ電源108側へ供給して吸収させ
るためのダイオード109をPNP型のトランジスタ2
06に並列に設ける必要がある。
路201は、コンデンサ204の電圧がNPN型トラン
ジスタ205のベース−エミッタ間しきい値電圧以上に
充電されるNPN型トランジスタ205が動作状態にな
るまでの間は、PNP型トランジスタ206が完全オフ
状態であるため、前置スイッチ202を閉じてから負荷
回路208へ直流電源207が供給されるようになるま
で、若干の時間遅れを生ずる。このため、メインスイッ
チ102をオンしてから電動車両を運転できる状態にな
るまでに時間遅れを生ずる。
なされたもので、放電用の抵抗や接点を設けることなく
電源平滑用コンデンサの電荷を放電できるようにして、
回路構成の簡略化を図った電動車両用電源装置を提供す
ることを第1の目的とする。
源側へ吸収させるための電力用ダイオードを個別に設け
ずに、電力用ダイオードを内蔵した電力用スイッチング
素子を用いることで、回路構成部品点数ならびに実測ス
ペースの削減を図ることにある。
時点から速やかに電源平滑用コンデンサの充電を行なう
ことのできる電動車両用電源装置を提供することにあ
る。
この発明に係る電動車両用電源装置は、電動車両にバッ
テリの電力を供給するメインスイッチと、走行用のバッ
テリ電源とインバータとの間に電力用半導体スイッチン
グ素子を介設し、メインスイッチのオンによりオン抵抗
を徐々に低下させながら導通状態へ移行する電力用半導
体スイッチング素子と当該電力用半導体スイッチング素
子を駆動する突入電流抑制型起動回路を前記電力用半導
体スイッチング素子の前段側に設け、インバータの運転
を制御する制御部へ安定した電源を供給するための安定
化電源回路を電力用半導体スイッチング素子の後段にイ
ンバータを電源端子と並列に接続して、メインスイッチ
がオフ状態のときはインバータ内に設けられた電源平滑
用コンデンサの電荷を安定化電源回路を介して放電させ
るよう構成したことを特徴とする。
ドレインとソース間に逆極性で並列に接続されたダイオ
ードを内蔵した電力用電界効果トランジスタを用い、こ
の電力用電界効果トランジスタに内蔵されたダイオード
を利用して回生制動時の発電電力をバッテリ電源で吸収
させる構成としてもよい。
入時に所定量の駆動電力を発生し、時間の経過とともに
駆動電力を増大させて前記電力用半導体スイッチング素
子を導通状態へ追込む構成とするのが望ましい。
半導体スイッチング素子の前段側に突入電流抑制型起動
回路を設け、メインスイッチのオンによりオン抵抗を徐
々に低下させながら導通状態へ移行する電力用半導体ス
イッチング素子と当該電力用半導体スイッチング素子を
駆動する構成としたので、メインスイッチオン時には電
力用半導体スイッチング素子のオン抵抗によって電源平
滑用コンデンサに対する充電電流が制限される。よっ
て、電源投入時に過大な突入電流が流れることはない。
さらに、電力用半導体スイッチング素子の後段側に安定
化電源回路を配設しているので、メインスイッチがオフ
状態では、インバータ内の電源平滑用コンデンサに蓄え
られた電荷は安定化電源回路を介して放電される。放電
のための回路を特別に設けなくても、電源平滑用コンデ
ンサの電荷を放電させることができるので、回路構成が
簡略化される。
ドレインとソース間に逆極性で並列に接続されたダイオ
ードを内蔵した電力用電界効果トランジスタを用いるこ
とで、この内蔵されたダイオードを利用して回生制動時
の発電電力をバッテリ電源で吸収させることができる
の。電力用ダイオードを個別に設けなくてよいので、回
路構成部品点数の削減されるとともに、実装スペースが
削減される。
入時に所定量の駆動電力を発生し、時間の経過とともに
駆動電力を増大させて電力用半導体スイッチング素子を
導通状態へ追込むので、電源投入時点から速やかに電源
平滑用コンデンサへの充電が開始される。よって、駆動
電力の上昇度合を緩やかに設定しても、電源投入時点か
ら電源平滑用コンデンサの充電が開始されるまでの時間
遅れが少なくなり、比較的短時間でモータを安定に運転
できる状態にすることができる。
説明する。図1はこの発明に係る電動車両用電源装置の
回路構成図である。この発明に係る電動車両用電源装置
1は、走行用のバッテリ電源2の正極側とインバータ3
の正極側電源入力端子3aとの間に、電力用半導体スイ
ッチング素子として電力用の電界効果トランジスタ4を
介設している。電界効果トランジスタ4はダイオード4
aを内蔵したものを用いている。内蔵のダイオード4a
はアノードがドレイン側に、カソードがソース側に接続
されている。この実施例では、エンハンスメント形nチ
ャンネル電界効果トランジスタを用いている。
スイッチ5を介して突入電流抑制型起動回路6を配置し
ている。この突入電流抑制型起動回路6は、メインスイ
ッチ5がオンされてバッテリ電源2から電源が供給され
ると、電界効果トランジスタ4のゲートへ電力を供給し
て電界効果トランジスタ4を導通状態へ制御するもので
あり、ゲートへ供給する電力を徐々に増大させることに
よって、電界効果トランジスタ4のオン抵抗を徐々に低
下させながら導通状態へ移行させるよう構成している。
電源回路7を配置している。この安定化電源回路7は、
制御部8等へ安定化された電源VCを供給するためのも
ので、降圧型の3端子レギュレータ回路等を用いて構成
している。例えばバッテリ電源2の電源電圧12〜24
ボルト(もしくはそれ以上)を入力とし、制御部8へ例
えば5V等の制御用電源を供給する。
等を用いて構成している。この制御部8は、図示しない
運転操作部から供給されるアクセル指令やブレーキ指令
等の運転指令入力8aに基づいて、PWM変調されたイ
ンバータ運転指令出力信号8bを生成し出力する。
れるインバータ運転指令出力信号8bに基づいて、イン
バータ3を構成する各電力用電界効果トランジスタQ1
〜Q6のゲートへそれぞれスイッチング駆動用の電力を
供給する。各電力用電界効果トランジスタQ1〜Q6を
導通状態にするには、制御部8の電源電圧よりも高い電
圧を各ゲートへ供給する必要がある。そこで、FET駆
動回路8には、メインスイッチ5を介してバッテリ電源
2の電圧を供給し、このバッテリ電源2の電圧に基づい
て、FET駆動回路9はゲート駆動用の電圧信号9aを
生成する構成としている。
メインスイッチ5がオフの状態ではゲート駆動用の電圧
信号9aが出力されることがないので、インバータ3内
の電源平滑用コンデンサ10に蓄えられた電荷を安定化
電源回路7ならびにその電源負荷である制御部8を介し
て放電している状態で、制御部8から不要なインバータ
運転指令信号8bが出力されることがあっても、FET
駆動回路9は非動作状態であるから、インバータ3内の
電力用電界効果トランジスタQ1〜Q6が駆動され、モ
ータ11の巻線側へ電力が供給されることはない。ま
た、インバータ3の正負の電源入力端子3a,3b間
に、安定化電源回路7が並列に接続しているので、イン
バータ3を比較的低いインピーダンスでシャントするこ
とができる。このため、静電気の飛び込み等に対して電
界効果トランジスタQ1〜Q6を保護することができ
る。
6個の電力用電界効果トランジスタQ1〜Q6と、正負
の電源入力端子3a,3b間に接続された電源平滑用コ
ンデンサ10とからなる。各電力用電界効果トランジス
タQ1〜Q6は、ドレインーソース間に逆極性で並列接
続したダイオードD1〜D6を内蔵したものを用いてい
る。
6、ならびに、バッテリ電源2の正極側とインバータ3
の正極側電源入力端子3aとの間に介設した電界効果ト
ランジスタ4に内蔵されているダイオード4aとを介し
て、回生制動時にモータ11の各巻線間に誘起された制
動発電電力をバッテリ電源2側へ供給し、バッテリ電源
2で吸収させる構成としている。この回生電流吸収経路
内にメインスイッチ5を介設していないので、メインス
イッチ5をオフにした状態で、例えば電動車両を牽引し
たような場合でも、モータ11が外力で駆動された際の
回生発電電力をバッテリ電源2で吸収することができ
る。このため、回生制動状態でインバータ3の電源入力
端子3a,3b間に発生する電圧は、バッテリ電源3の
電源電圧よりも大幅に高くならないので、電界効果トラ
ンジスタQ1〜Q6や電源平滑用コンデンサ10に比較
的低耐圧のものを採用することができる。
突入電流抑制型起動回路6を設けて、電源投入時に主電
源スイッチに当たる電界効果トランジスタ4のオン抵抗
を徐々に低下させながら導通状態へ移行させる構成とし
ているので、この電界効果トランジスタ4のオン抵抗に
よって電源平滑用コンデンサ10に対する充電電流が制
限される。よって、電源投入時に過大な充電電流が流れ
るのを防止できる。なお、電界効果トランジスタ4は、
オン抵抗と充電電流との積で定まる電力量以上の許容損
失のものを用いている。
ランジスタ4は非導通状態となるが、安定化電源回路7
を電界効果トランジスタ4の後段側で、インバータ3の
正負の電源入力端子3a,3bに対して並列に接続して
いるので、インバータ3内の電源平滑用コンデンサ10
に蓄えられた電荷は、安定化電源回路7ならびにその電
源負荷である制御部8を介して放電される。よって、放
電抵抗等を用いた放電回路を特別に設けなくても、電源
平滑用コンデンサ10の電荷を放電させることができ
る。
トランジスタ4をバッテリ電源2とインバータ3との間
に介設したので、回生制動時の発電電力をバッテリ電源
2側へ供給するために、電力用のダイオードを別途設け
る必要がなく、部品点数ならびに実装スペースの削減を
図ることができる。
を示す回路構成図である。図2に示した電流抑制型起動
回路6Aは、演算増幅器を用いた積分回路を中心に構成
したもので、電源回路部21と、積分回路部22と、出
力制限回路部23とからなる。電源回路部21は、抵
抗,定電流回路等のインピーダンス素子もしくはインピ
ーダンス回路21aを介して、例えば定電圧ダイオード
等を用いて構成した定電圧回路21bへ給電し、定電圧
回路21bで発生した電圧を積分回路部22内の演算増
幅器22aの正負の電源端子22b,22cへ供給する
構成としている。
には、抵抗22eを介して定電圧ダイオード22fへ給
電した、定電圧ダイオード22f端に発生させたバイア
ス電圧を供給している。定電圧ダイオード22fの代わ
りに抵抗を用いて抵抗分圧したバイアス電圧を非反転入
力端子22dへ供給するようにしてもよい。演算増幅器
22aの出力端子22gと反転入力端子22hとの間に
積分用コンデンサ22iを接続し、反転入力端子22h
と負側の電源との間に積分時定数設定用の抵抗22jを
接続している。
の出力端子22gと電界効果トランジスタ4のゲートと
の間に介設される抵抗23aと、ゲートへ供給する最大
電圧値を制限するための定電圧ダイオード23bとを備
える。
説明する。メインスイッチ5がオンされ、突入電流抑制
型起動回路6Aにバッテリ電源2が供給されると、電源
回路部21から安定化された電源が積分回路部22へ供
給される。演算増幅器22aの非反転入力端子22dに
は、定電圧ダイオード22fによって設定されたバイア
ス電圧が供給されるので、メインスイッチ5をオンした
直後には、このバイアス電圧に対応する初期出力電圧が
出力される。そして、積分用コンデンサ22iの容量値
と積分時定数設定用の抵抗22jの抵抗値との積で定め
る時定数で積分動作がなされるため、演算増幅器22a
の出力電圧は設定された積分時定数で上昇する。演算増
幅器22aの出力電圧が出力制限回路部23内の定電圧
ダイオード23bの降伏電圧に達すると、この定電圧ダ
イオード23bによって電界効果トランジスタ4のゲー
トへ供給する電圧が制限される。
と電界効果トランジスタの動作を示すタイムチャートで
ある。メインスイッチ5がオンされると、突入電流制限
型起動回路6Aは、図3(a)に示すように、時刻t0
で初期出力電圧VSを発生し、その後所定の時定数で出
力電圧を上昇させ、時刻t1以降は出力制限回路部23
の動作によって出力電圧が一定となる。図3(a)に示
した緩やかに上昇する電圧が電界効果トランジスタ4の
ゲートへ供給されるので、電界効果トランジスタ4のオ
ン抵抗は、図3(b)に示すように、ゲートしきい値電
圧近傍で徐々に減少する。したがって、電界効果トラン
ジスタ4のオン抵抗によって容量性負荷への突入電流が
制限され、負荷電流(ドレイン電流)IDは図3(c)
に示すようにゆるやかに変化するとともに、突入電流の
最大値は小さくなる。よって、図3(c)で仮想線で示
した突入電流を制限しない場合の従来の電流波形と比較
して、突入電流を効果的に抑制することができる。
必要がある。ここで、突入電流抑制型起動回路6の出力
を0ボルトから上昇させると、電界効果トランジスタ4
が導通状態になるまでに多大な時間遅れが生じ、電動車
両を速やかに運転できなくなる。この実施例では、時刻
t0で初期出力電圧VSを発生し、電界効果トランジス
タ4のゲートしきい値電圧よりも少し低い電圧を供給し
た後に、ゲートへ供給する電圧を緩やかに上昇させるよ
うにしているので、ゲート電圧の上昇度合が同じであっ
ても、メインスイッチ5をオンしてから電界効果トラン
ジスタ4が導通状態になるまでの時間を短縮できる。
例を示す回路構成図である。図4に示した突入電流抑制
型起動回路6Bは、NPN型トランジスタを利用した急
速充電回路と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路と
を組み合わせたものである。メインスイッチ5がオンさ
れると、電流制限抵抗31を介して定電圧ダイオード3
2へ給電し、この定電圧ダイオード32で発生した電圧
をNPN型トランジスタ33のベースへ供給し、NPN
型トランジスタ33の電流増幅作用を利用してエミッタ
に接続したコンデンサ34を急速充電させて、コンデン
サ34の両端に初期出力電圧VSを発生をさせる。充電
用抵抗35を介してコンデンサ34をさらに充電するこ
とで、コンデンサ34の両端の電圧を徐々に上昇させ
る。そして、出力制限回路23でゲートへ供給する電圧
の最大値を制限することで、図3(a)に示した出力電
圧(ゲート電圧)を発生させる。
置の回路構成図である。図5に示した電動車両用電源装
置51は、充電器52を備える。この充電器52は商用
電源を直流に変換して充電用電圧VJを出力するよう構
成している。ACプラグ53をACコンセントへ接続す
ることで走行用のバッテリ電源2を充電することができ
る。
54を介して走行用のバッテリ電源2へ供給され、この
バッテリ電源2を充電する。また、充電用電圧VJをダ
イオード55を介して安定化電源回路7へ供給し、充電
状態においても制御部8を動作状態にするとともに、N
PN型トランジスタ等を利用して構成したインタフェー
ス回路56を介して充電状態にあることを示す例えばL
レベルの信号56aを制御部8へ供給している。制御部
8は、例えばLレベルの充電状態にあることを示す信号
に基づいて充電状態にあることを判定すると、インバー
タ運転指令出力信号8bの生成ならびに出力を停止する
よう構成している。
ード57は、充電時に充電器9から供給される充電用電
圧VJがインバータ3側へ供給されるのを阻止するため
のものである。図5に示したように充電時に安定化電源
回路7に対しても充電電圧VJを供給する構成では、電
源VC系統にサブバッテリ等が接続されている場合、そ
のサブバッテリも充電することができる。
を行なわずに、例えば、インタフェース回路56内のN
PN型トランジスタを利用して電界効果トランジスタ4
のゲートを接地電位に保持すること等で、メインスイッ
チ5がオンされてもインバータ3への電源供給を阻止す
る構成としてもよい。この場合、安定化電源回路7へに
接続される逆流防止用の各ダイオード55,57は不要
である。
車両用電源装置は、電力用半導体スイッチング素子の前
段側に突入電流抑制型起動回路を設け、メインスイッチ
のオンによりオン抵抗を徐々に低下させながら導通状態
へ移行する電力用半導体スイッチング素子と当該電力用
半導体スイッチング素子を駆動する構成としたので、メ
インスイッチオン時には電力用半導体スイッチング素子
のオン抵抗によって電源平滑用コンデンサに対する充電
電流が制限される。よって、電源投入時に過大な突入電
流が流れることはない。さらに、電力用半導体スイッチ
ング素子の後段側に安定化電源回路を配設しているの
で、メインスイッチがオフ状態では、インバータ内の電
源平滑用コンデンサに蓄えられた電荷は安定化電源回路
を介して放電される。放電のための回路を特別に設けな
くても、電源平滑用コンデンサの電荷を放電させること
ができるので、回路構成が簡略化される。
ドレインとソース間に逆極性で並列に接続されたダイオ
ードを内蔵した電力用電界効果トランジスタを用いるこ
とで、この内蔵されたダイオードを利用して回生制動時
の発電電力をバッテリ電源で吸収させることができる
の。電力用ダイオードを個別に設けなくてよいので、回
路構成部品点数の削減されるとともに、実装スペースが
削減される。
入時に所定量の駆動電力を発生し、時間の経過とともに
駆動電力を増大させて電力用半導体スイッチング素子を
導通状態へ追込むので、電源投入時点から速やかに電源
平滑用コンデンサへの充電が開始される。よって、駆動
電力の上昇度合を緩やかに設定しても、電源投入時点か
ら電源平滑用コンデンサの充電が開始されるまでの時間
遅れを少なくすることができ、比較的短時間でモータを
安定に運転できる状態にすることができる。
図
構成図
トランジスタの動作を示すタイムチャート
路構成図
構成図
た電動車両用電源装置の回路構成図
成図
ランジスタ 5 メインスイッチ 6 突入電流抑制型起動回路 7 安定化電源回路 8 制御部 9 FET起動回路 10 電源平滑用コンデンサ 11 モータ
Claims (3)
- 【請求項1】 電動車両にバッテリの電力を供給するメ
インスイッチと、走行用のバッテリ電源とモータへ電力
を供給するインバータとの間に電力用半導体スイッチン
グ素子を介設し、前記メインスイッチのオンにより オン抵抗を徐々に低下
させながら導通状態へ移行する電力用半導体スイッチン
グ素子と当該電力用半導体スイッチング素子を駆動する
突入電流抑制型起動回路を前記電力用半導体スイッチン
グ素子の前段側に設け、 前記インバータの運転を制御する制御部へ安定した電源
を供給するための安定化電源回路を前記電力用半導体ス
イッチング素子の後段に前記インバータの正負の電源端
子に対して並列に接続して、前記メインスイッチがオフ
状態のときは前記インバータ内に設けられた電源平滑用
コンデンサの電荷を前記安定化電源回路を介して放電さ
せるよう構成したことを特徴とする電動車両用電源装
置。 - 【請求項2】 前記電力用半導体スイッチング素子は、
ドレインとソース間に逆極性で並列に接続されたダイオ
ードを内蔵した電力用電界効果トランジスタを用い、こ
の電力用電界効果トランジスタに内蔵されたダイオード
を利用して回生制動時の発電電力を前記バッテリ電源で
吸収させるよう構成したことを特徴とする請求項1記載
の電動車両用電源装置。 - 【請求項3】 前記突入電流抑制型起動回路は、電源投
入時に所定量の駆動電力を発生し、時間の経過とともに
駆動電力を増大させて前記電力用半導体スイッチング素
子を導通状態へ追込むよう構成したことを特徴とする請
求項1記載の電動車両用電源装置。
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