JP3490178B2 - バッテリの充電装置，バッテリのリフレッシュ装置及びモータ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源からバッテリに充
電させるようにしたバッテリの充電装置，その充電装置
を備えてなるバッテリのリフレッシュ装置及びモータ駆
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、電気自動車の駆動装置に組込ま
れた従来のバッテリの充電装置の一例を示すものであ
る。バッテリ１は、モータ２の例えばインバータからな
る駆動回路３に主回路電圧を供給し、その駆動回路３
は、制御回路４によってＰＷＭ制御されモータ２を駆動
するように構成されている。また、バッテリ１には、バ
ッテリ１の電圧電流特性からその残存容量を算出する残
存容量計５が設けられており、運転者は、その残存容量
計５の表示を見てバッテリ１の残存容量がある程度低下
したことを認知すると、バッテリ１に、商用交流電源６
から充電装置７を介して充電を行うものである。

【０００３】また、例えば、電気自動車に用いられてい
るニッケル系電池（ニッケル水素電池，ニッケルカドミ
電池）からなるバッテリ１は、メモリ効果のため、実際
に利用できる充電容量が低下する。このため、従来で
は、リフレッシュスイッチの操作により、バッテリ１に
その残存エネルギを下限値まで放電させた後充電させる
リフレッシュ動作を行わせるようにしており、そのバッ
テリ１の残存エネルギは、放電用抵抗器によりジュール
熱として消費するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、残存
容量計５によるバッテリ１の残存容量は、バッテリ１の
充電時に積算した電流値から、電気自動車を運転するこ
とによりバッテリ１から放電した電流の積算値を差引い
て算出された値が表示されていた。この場合、電流の検
出誤差，積算誤差及び算出誤差等により、実際の残存容
量と残存容量計５の表示との間には多少なりとも誤差を
生ずるものである。

【０００５】そのため、バッテリ１の充放電を繰返すこ
とにより、その実際の残存容量と残存容量計５の表示と
の誤差が次第に累積されることになる。従って、運転者
が残存容量計５の誤差を含んだ表示に基づいてバッテリ
１の充電を行うと、残存容量計５の表示が満充電になっ
たときに、実際には、バッテリ１が不足充電や過充電に
なるという不具合があった。

【０００６】また、従来の構成では、バッテリ１の残存
エネルギを放電用抵抗器によりジュール熱として放散さ
せるので、エネルギ効率が悪く、特に、電気自動車のよ
うな大形のバッテリ１の場合には、放電用抵抗器も大形
になるので、広い設置スペースが必要となる不具合があ
る。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、その
目的は、バッテリのリフレッシュを行うと同時にバッテ
リの残存容量を記憶させる残存容量記憶部をゼロクリア
することにより、残存容量の誤差の累積を防止すること
ができ、また、バッテリの残存エネルギを電源側に回生
させることにより、エネルギ効率を良くすることがで
き、放電用抵抗器が不要となるバッテリの充電装置，そ
の充電装置を備えてなるバッテリのリフレッシュ装置及
びモータ駆動装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載のバッテリの充電装置は、電
源からバッテリに充電させるようにしたものにおいて、
バッテリの残存容量を検出して残存容量記憶部に記憶さ
せ、充電に先立ってバッテリの残存容量を下限値になる
まで放電させて電源側に回生させてリフレッシュすると
共に、検出した残存容量が下限値に達した時に残存容量
記憶部をゼロクリアするように制御する制御手段と、こ
の制御手段の残存容量記憶部の内容を表示する残存容量
表示手段とを具備し、バッテリから負荷に電源を供給す
るための２個のスイッチング素子を直列に接続してなる
アームを１つ以上有する駆動回路に２個のスイッチング
素子を直列に接続してなるアームを付加し、制御手段
を、駆動回路の少なくとも１つのアームのスイッチング
素子と付加したアームのスイッチング素子に制御信号を
与えてスイッチング制御することにより、バッテリから
交流電源への回生を行わせるように構成することを特徴
とする。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】 請求項２記載のバッテリの充電装置は、
バッテリ電圧の下限値が、商用交流電源電圧のピークよ
りも高く設定されていることを特徴とする。請求項３記
載のバッテリの充電装置は、制御手段を、バッテリから
電源への回生が終了した時点で自動的にバッテリの充電
を開始するように構成することを特徴とする。

【００１５】 請求項４記載のバッテリの充電装置は、
制御手段はＣＰＵを備え、そのＣＰＵによりバッテリの
残存容量の検出及び残存容量の電源への回生並びにバッ
テリの充電の制御を行うことを特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１記載のバッテリの充電装置によれば、
制御手段は、バッテリの充電を行う前に、バッテリの残
存容量を下限値になるまで放電させて電源側に回生させ
てリフレッシュすると共に、検出した残存容量が下限値
に達した時に残存容量記憶部をゼロクリアするように制
御するので、バッテリの充放電を繰返しても残存容量の
誤差が累算されることを極力防止することができると共
に、エネルギ効率を良くすることができる。そして、制
御手段は、駆動回路の少なくとも１つのアームのスイッ
チング素子を付加したアームのスイッチング素子に制御
信号を与えてスイッチング制御することにより、バッテ
リから交流電源への回生を行わせるので、回生時の回路
構成が簡単になる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】 請求項２記載のバッテリの充電装置によ
れば、バッテリ電圧の下限値が、商用交流電源電圧のピ
ークよりも高く設定されるので、回生制御を容易に行う
ことができる。

【００２３】 請求項３記載のバッテリの充電装置によ
れば、制御手段は、バッテリから電源への回生が終了し
た時点で自動的にバッテリの充電を開始するので、作業
上極めて便利である。

【００２４】 請求項４記載のバッテリの充電装置によ
れば、制御手段はＣＰＵを備え、そのＣＰＵによりバッ
テリの残存容量の検出及び残存容量の電源への回生並び
にバッテリの充電の制御を行うので、充電装置の回路素
子数を削減できる。

【００２５】

【実施例】以下本発明を電気自動車に適用した第１実施
例について図１乃至図４を参照しながら説明する。全体
の電気的構成を示す図１において、電気自動車には、走
行用のモータとしてインダクションモータ（負荷）１０
が搭載されており、これは、複数相例えば３相のステー
タコイル１１Ｕ，１１Ｖ及び１１Ｗを有するステータ１
１と、図示しないロータとを備えている。また、電気自
動車には、ニッケル系電池からなる充電可能な１６０〜
３２０ボルト定格のバッテリ１２が搭載されており、こ
のバッテリ１２からの直流電源がモータ駆動装置及びバ
ッテリリフレッシュ装置兼用バッテリ充電装置１３に与
えられ、交流電源に変換されて前記インダクションモー
タ１０に供給されるようになっている。

【００２６】さて、モータ駆動装置及びバッテリリフレ
ッシュ装置兼用バッテリ充電装置１３の具体的構成につ
き、述べる。駆動回路としてのインバータ回路１４は、
６個のスイッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ１
５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ及び１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗを３
相ブリッジ接続して構成されたもので、夫々のコレク
タ，エミッタ間には、フライホイールダイオード１７
Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ及び１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗが接続
され、以て、３つのアーム１９Ｕ，１９Ｖ及び１９Ｗを
有する。そして、このインバータ回路１４の入力端子２
０ａ，２０ｂは、線間にコンデンサ２１が接続された直
流母線２２，２３に接続され、出力端子２４Ｕ，２４Ｖ
及び２４Ｗは、インダクションモータ１０のステータコ
イル１１Ｕ，１１Ｖ及び１１Ｗの各一端子に接続されて
いる。尚、ステータコイル１１Ｕ，１１Ｖ及び１１Ｗの
各他端子は共通に接続されている。

【００２７】インバータ回路１４に付加されるアーム２
５は、スイッチング素子としてのＮＰＮ形のトランジス
タ２６，２７及びフライホイールダイオード２８，２９
を有するトランジスタモジュールにて構成されたもの
で、そのトランジスタ２６において、コレクタは直流母
線２２に接続され、エミッタはトランジスタ２７のコレ
クタに接続されており、そのトランジスタ２７のエミッ
タは直流母線２３に接続されており、トランジスタ２６
及び２７の各コレクタ，エミッタ間にはフライホイール
ダイオード２８及び２９が接続されている。そして、バ
ッテリ１２の正端子及び負端子は、直流母線２２及び２
３に接続されている。

【００２８】インバータ回路１４の１つのアーム１９Ｕ
の中性点たる出力端子２４Ｕは、交流電源ライン３０を
介して差込みプラグ３１に接続され、アーム２５の中性
点たる交流電源端子３２は、リアクトル３３及び交流電
源ライン３４を介して差込みプラグ３１に接続されてい
る。

【００２９】直流電圧検出器３５は、バッテリ１２の
正，負端子間に接続されていて、バッテリ１２の端子間
電圧を検出するようになっている。電流検出手段たる交
流電流検出器３６は、交流電源ライン３４に配設されて
いて、交流電源ライン３４に流れる電流（後述するよう
にリアクトル３３に流れる電流）を検出するようになっ
ている。直流電流検出器３７は、直流母線２３に配設さ
れていて、バッテリ１２に流れる充電電流とバッテリ１
２から流れる放電電流及び回生電流とを検出するように
なっている。尚、交流電流検出器３６及び直流電流検出
器３７は、交流電流及び直流電流のいずれも検出し得る
ホール素子形変流器によって構成されている。フォトカ
プラからなるゼロクロス点センサ３８は、交流電源ライ
ン３０，３４間に設けられている。

【００３０】図２は、制御手段たる制御回路３９の電気
的構成を示すものである。制御回路３９は、ＣＰＵ４０
を主体として構成されたもので、ＣＰＵ４０の入力端子
には、直流電圧検出器３５及び直流電流検出器３７の出
力端子がＡ／Ｄ変換器４１を介して接続されている。ま
た、ＣＰＵ４０は、制御プログラムが記憶されたＲＯＭ
４２及び作業領域のＲＡＭ４３並びに残存容量記憶部及
び記憶手段たるＥＥＰＲＯＭ４４とアドレス及びデータ
バスライン並びに制御信号ラインによって、それぞれ読
出し若しくは書込み可能となるように接続されている。
更に、ＣＰＵ４０は、Ｄ／Ａ変換器４５とデータバスラ
インによって接続されている。

【００３１】そのＤ／Ａ変換器４５のアナログ出力端子
は、コンパレータ４６の一方の入力端子に接続され、コ
ンパレータ４６の他方の入力端子には、交流電流検出器
３６の出力端子に接続されている。また、コンパレータ
４６の出力端子は、ＡＮＤ回路４７及び４８の各一方の
入力端子に接続され、コンパレータ４６の制御端子は、
ゼロクロス点センサ３８の出力端子に接続されている。
そして、ＡＮＤ回路４７の負論理入力である他方の入力
端子及びＡＮＤ回路４８の他方の入力端子は、ゼロクロ
ス点センサ３８の出力端子に接続されており、ＡＮＤ回
路４７及び４８の出力端子は、ベースドライブ回路４９
の入力端子に接続されている。加えて、ゼロクロス点セ
ンサ３８の出力端子は、ＣＰＵ４０の入力端子にも接続
されている。

【００３２】ＣＰＵ４０の各出力端子は、ベースドライ
ブ回路４９の各入力端子に接続され、ベースドライブ回
路４９の各出力端子は、インバータ回路１４のトランジ
スタ１５Ｕ乃至１５Ｗ，１６Ｕ乃至１６Ｗ及びアーム２
５のトランジスタ２６，２７のベース（ゲート）に夫々
接続されている。更に、ＣＰＵ４０は、図示しないイン
ターフェイス回路を介して残存容量表示手段たる表示メ
ータ５０に表示用の制御信号を与えるようになってい
る。

【００３３】次に、本実施例の作用につき、図３及び図
４をも参照して説明する。 （１）インダクションモータ１０の駆動 先ず、電気自動車の走行時の動作を述べる。即ち、ＣＰ
Ｕ４０は、インバータ回路１４のトランジスタ１５Ｕ乃
至１５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６Ｗに対する通電タイミング
信号を作成し、その通電タイミング信号に応じてトラン
ジスタ１５Ｕ乃至１５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６Ｗにベース
信号（ゲート信号）Ｐ１乃至Ｐ３及びＮ１乃至Ｎ３を所
定の順序で与えて、そのトランジスタ１５Ｕ乃至１５Ｗ
及び１６Ｕ乃至１６Ｗをオンオフ制御する。これによ
り、インバータ回路１４は、バッテリ１２の直流電圧か
ら交流電圧を作成してインダクションモータ１０に与え
るようになり、インダクションモータ１０が回転し、電
気自動車が走行する。この場合、ＣＰＵ４０は、図示し
ないアクセルの開度に応じてトランジスタ１５Ｕ乃至１
５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６ＷをＰＷＭ制御し、以て、イン
ダクションモータ１０の回転数を制御する。

【００３４】また、ＣＰＵ４０は、電気自動車の走行時
において上記のようにインバータ回路１４のＰＷＭ制御
を行うと同時に、インバータ回路１４を駆動することに
よってバッテリ１２が放電する電流の時間積分（積算）
値を計算する。即ち、ＣＰＵ４０は、例えば一定時間毎
に入るタイマ割込みルーチンにおいて、バッテリ１２の
放電電流Ｉｄの瞬時値を、直流電流検出器３７からＡ／
Ｄ変換器４１を介して読込んでＲＡＭ４３に記憶させ
る。そして、所定時間が経過すると、その間で得た複数
の放電電流の瞬時値から、例えばシンプソンの公式など
によりその所定時間範囲における放電電流の積分値を求
める。この場合、この積分値は、その間において直流電
圧検出器３５が検出するバッテリ１２の直流電圧と及び
温度検出器（図示せず）が検出するバッテリ１２の温度
によって適正に補正される。

【００３５】而して、ＣＰＵ４０は、電気自動車の走行
開始前に行われたバッテリ１２の充電終了時の残存容量
をＥＥＰＲＯＭ４４の記憶領域から読出すと、その値か
ら前記放電電流の積分値を減算してバッテリ１２の最新
の残存容量を算出する。そして、その最新の残存容量値
に応じた表示用の制御信号を表示メータ５０に与えて運
転者に報知すると共に、最新の残存容量値をＥＥＰＲＯ
Ｍ４４の記憶領域に上書きして記憶させる。

【００３６】以上のようにして、ＣＰＵ４０は、電気自
動車の走行中は、所定時間毎にバッテリの残存容量を算
出すると表示メータ５０に表示させ、且つ、ＥＥＰＲＯ
Ｍ４４に記憶させる。そして、表示メータ５０の表示が
ある程度低下して、運転者がバッテリ１２に充電が必要
と判断すると、差込みプラグ３１を商用交流電源コンセ
ントに差込むことにより充電を行うが、ＣＰＵ４０は、
それに先立って複数回の充電で１回の割合（例えば１０
回に１回）で定期的にバッテリ１２のリフレッシュ動作
を行う。

【００３７】（２）バッテリ１２のリフレッシュ動作及
び残存容量記憶のゼロクリア動作 差込みプラグ３１が例えば１００ボルトの商用交流電源
コンセントに差込まれると、ゼロクロス点センサ３８
は、交流電源電圧Ｖａｃの正半波でローレベル，負半波
でハイレベルとなる矩形波信号Ｓを出力する（図３
（ａ）及び（ｂ）参照）。ＣＰＵ４０は、その矩形波信
号Ｓを検出すると、バッテリ１２のリフレッシュモード
に入る。

【００３８】ＣＰＵ４０は、矩形波信号Ｓの立上がり及
び立下がりエッジから交流電源電圧Ｖａｃのゼロクロス
点を検出すると、このゼロクロス点に基づいて交流電源
の周波数を計測して、演算により交流電源電圧Ｖａｃに
同期した正弦波の基準信号ＶＲ（電流制御を行うための
基準電圧信号，図３（ｃ）参照）の１周期分の振幅値を
デジタルデータとして作成する（ＰＬＬ制御）と、図４
に示すように、ＥＥＰＲＯＭ４４の例えば２５６バイト
の記憶領域に８ビットデータとして記憶させる。そし
て、リフレッシュ動作を行う場合は、例えば矩形波信号
Ｓの立上がりを基準タイミングとして、そのデジタルデ
ータをＥＥＰＲＯＭ４４から順次読出すとＤ／Ａ変換器
４５に出力する。Ｄ／Ａ変換器４５に出力されたデジタ
ルデータは、Ｄ／Ａ変換されて図３（ｃ）に示すような
アナログ信号となり、コンパレータ４６に出力される。

【００３９】そして、交流電流検出器３６は交流電源ラ
イン３４に流れる電流Ｉａｃを検出し電圧変換した電圧
変換信号Ｖｔを出力する。コンパレータ４６は、基準信
号ＶＲと電圧変換信号Ｖｔとを比較し、基準信号ＶＲよ
り電圧変換信号Ｖｔが小さい場合は、コンパレータ４６
の出力はハイレベルとなり、交流電圧Ｖａｃが正半波で
あれば、矩形波信号ＳがローレベルであるからＡＮＤ回
路４７の出力がハイレベルとなる。

【００４０】ＡＮＤ回路４７の出力がハイレベルとなっ
てこれがベースドライブ回路４９に与えられると、ベー
スドライブ回路４９は、１つのアーム１９Ｕのトランジ
スタ１５Ｕにゲート信号Ｐ１を与えてオンさせると共
に、アーム２５のトランジスタ２７にゲート信号Ｎ０を
与えてオンさせる。尚、他のトランジスタはオフのまま
である。これにより、バッテリ１２の正端子，トランジ
スタ１５Ｕ，差込みプラグ３１（交流電源），リアクト
ル３３，トランジスタ２７及びバッテリ１２の負端子の
経路で電流Ｉａｃが流れ、これは交流電流検出器３６に
より検出されて、電圧変換信号Ｖｔとしてコンパレータ
４６に与えられる。

【００４１】トランジスタ１５Ｕ及びトランジスタ２７
のオン状態の継続により電圧変換信号Ｖｔが増加してこ
れが基準信号ＶＲよりも大となると、コンパレータ４６
及びＡＮＤ回路４７の出力はローレベルになり、トラン
ジスタ１５Ｕ及び２７はオフとなる。その後、電流Ｉａ
ｃが減少して電圧変換信号Ｖｔが基準信号ＶＲより大と
なると、再びコンパレータ４６の出力はハイレベルとな
り、トランジスタ１５Ｕ及び２７も再度オンされる。以
下、同様の動作を繰返すので、交流電圧Ｖａｃが正半波
の場合にベースドライブ回路４９が出力するゲート信号
Ｐ１，Ｎ０は、図３（ｄ）のような波形のゲート信号Ｓ
ｙになる。

【００４２】また、交流電圧Ｖａｃが負半波の場合は、
矩形波信号Ｓがハイレベルであるからコンパレータ４６
の出力がハイレベルになるとＡＮＤ回路４８の出力がハ
イレベルとなってベースドライブ回路４９に与えられ、
ベースドライブ回路４９は、アーム２５のトランジスタ
２６にゲート信号Ｐ０を与えてをオンさせると共に、１
つのアーム１９Ｕのトランジスタ１６Ｕにゲート信号Ｎ
１を与えてオンさせる。この場合のトランジスタ２６及
び１６Ｕの動作は、前述のトランジスタ１５Ｕ及び２７
の動作と同様である。従って、交流電圧Ｖａｃが負半波
の場合にベースドライブ回路４９が出力するゲート信号
Ｐ０，Ｎ１は、図３（ｅ）のような波形のゲート信号Ｓ
ｚになる。

【００４３】即ち、ＣＰＵ４０は、図３（ｆ）に示すよ
うに電圧変換信号Ｖｔが基準信号ＶＲに追従するように
トランジスタ１５Ｕ，２７及びトランジスタ２６，１６
Ｕをオンオフ制御するものであり、これにより、交流電
流検出器３６の検出電流は交流電源電圧Ｖａｃと同相の
正弦波状の波形に制御され、回生電流として流れる電流
Ｉａｃは図３（ｇ）に示すような交流電流の波形にな
る。尚、リアクトル３３は電流平滑作用をなす。一般
に、電気自動車に用いられるバッテリ１２の端子電圧
は、商用交流電源電圧である１００ボルトよりは高圧の
１６０〜３２０ボルト程度に設定されるので、この場合
の基準信号ＶＲの振幅値は、バッテリ１２の電圧を降圧
して、回生時の電圧が１００ボルトに制御されるように
設定されるものである。

【００４４】而して、バッテリ１２の端子間電圧は直流
電圧検出器３５によって検出されて、Ａ／Ｄ変換器４１
を介してＣＰＵ４０に与えられるようになっている。Ｃ
ＰＵ４０は、バッテリ１２の端子間電圧が予め設定され
た下限値に達すると、リフレッシュ完了と判断してトラ
ンジスタ１５Ｕ，１６Ｕ，２６及び２７をオフさせる。
この場合、この下限値は、バッテリ１２の回生制御を容
易にするため及び過放電を防ぐために、１００ボルトの
交流電源電圧のピーク値を若干上回る程度に設定する。
また、以上のようにしてリフレッシュ動作が完了する
と、ＣＰＵ４０は、ＥＥＰＲＯＭ４４のバッテリ１２の
残存容量の記憶領域をゼロクリアする。その後、自動的
に充電モードに移行して、バッテリ１２の充電動作を開
始する。

【００４５】（３）バッテリ１２の充電 この充電モードでは、インバータ回路１４の１つのアー
ム１９Ｕ，アーム２５を用いる。ＣＰＵ４０は、前述し
たリフレッシュ動作の場合と同様に、矩形波信号Ｓの立
上がりを基準タイミングとして、基準信号ＶＲ´のデジ
タルデータ（バッテリ１２の電圧に合わせて振幅を変更
したもの）をＥＥＰＲＯＭ４４から順次読出すとＤ／Ａ
変換器４５に出力する。

【００４６】Ｄ／Ａ変換器４５に出力されたデジタルデ
ータは、Ｄ／Ａ変換されて図３（ｃ）に示すようなアナ
ログ信号となり、コンパレータ４６に出力される。コン
パレータ４６は、基準信号ＶＲ´と電圧変換信号Ｖｔ´
とのレベルを比較する。基準信号ＶＲ´より電圧変換信
号Ｖｔ´が小さい場合は、コンパレータ４６の出力はハ
イレベルとなり、交流電圧Ｖａｃが正半波であれば、矩
形波信号ＳがローレベルであるからＡＮＤ回路４７の出
力がハイレベルとなる。

【００４７】ベースドライブ回路４９は、充電モードに
おいてはＡＮＤ回路４７及び４８の出力信号を、図示し
ないマルチプレクサなどによって切替えるように構成さ
れている。そして、ＡＮＤ回路４７の出力がハイレベル
となりベースドライブ回路４９に与えられると、ベース
ドライブ回路４９は、１つのアーム１９Ｕのトランジス
タ１６Ｕのみをオンさせる。これにより、差込みプラグ
３１，トランジスタ１６Ｕ，ダイオード２９，リアクト
ル３３の経路で交流電流Ｉａｃ´が流れ、リアクトル３
３に電磁エネルギが蓄積される。この交流電流Ｉａｃ´
は交流電流検出器３６により検出されて、電圧変換信号
Ｖｔ´としてコンパレータ４６に与えられる。

【００４８】トランジスタ１６Ｕのオン状態の継続によ
り交流電流Ｉａｃ´が増加して、その電圧変換信号Ｖｔ
´が基準信号ＶＲ´よりも大となると、コンパレータ４
６及びＡＮＤ回路４７の出力はローレベルになりトラン
ジスタ１６Ｕはオフとなる。すると、ダイオード１７
Ｕ，バッテリ１２，ダイオード２９，リアクトル３３及
び差込みプラグ３１の経路で、リアクトル３３に蓄積さ
れた電磁エネルギが充電電流としてバッテリ１２に流れ
る。その後、交流電流検出器３６の検出する交流電流Ｉ
ａｃ´が減少して電圧変換信号Ｖｔ´が基準信号ＶＲ´
より小となると、再びコンパレータ４６の出力はハイレ
ベルとなり、トランジスタ１６Ｕも再度オンされる。以
下、同様の動作を繰返す。この場合、トランジスタ１６
Ｕに与えられるゲート信号Ｎ１は、図３（ｄ）に示すゲ
ート信号Ｓｙと同様になる。

【００４９】また、交流電圧Ｖａｃが負半波の場合は、
矩形波信号Ｓがハイレベルであるからコンパレータ４６
の出力がハイレベルのときにはＡＮＤ回路４８の出力が
ハイレベルとなってベースドライブ回路４９に与えら
れ、ベースドライブ回路４９は、アーム２５のトランジ
スタ２７のみをオンさせる。

【００５０】すると、リアクトル３３，トランジスタ２
７，ダイオード１８Ｕ及び差込みプラグ３１を介して交
流電流が流れ、正半波の場合と同様にリアクトル３３に
電磁エネルギが蓄積される。そして、交流電流Ｉａｃ´
が増加して、電圧変換信号Ｖｔ´が基準信号ＶＲ´より
も大となると、コンパレータ４６及びＡＮＤ回路４８の
出力はローレベルになってトランジスタ２７はオフとな
り、リアクトル３３，ダイオード２８，バッテリ１２，
ダイオード１８Ｕ及び差込みプラグ３１の経路で、リア
クトル３３に蓄積された電磁エネルギが充電電流として
バッテリ１２に流れる。そして、トランジスタ２７に与
えられるゲート信号Ｎ０は、図３（ｅ）に示すゲート信
号Ｓｚと同様になる。尚、この場合、上記の基準信号Ｖ
Ｒ´に基づく制御は、交流電源電圧１００ボルトをバッ
テリ１２の端子電圧１６０〜３２０Ｖに合わせて昇圧す
るように行われるものである。

【００５１】而して、以上のようにしてバッテリ１２に
は充電電流Ｉｄ´が流れ、その充電電流の瞬時値は、Ｃ
ＰＵ４０により直流電流検出器３６を介して離散的に検
出されるとバッテリ１２の放電時と同様に積算され、Ｅ
ＥＰＲＯＭ４４に記憶される。そして、直流電圧検出器
３５により検出されるバッテリ１２の端子電圧が下限値
に達すると、ＣＰＵ４０は、充電完了と判断して、トラ
ンジスタ１６Ｕ及び２７をオフさせ、図示しない報知器
を動作させて充電完了を報知する。

【００５２】このように、本実施例によれば、制御回路
３９を、バッテリ１２を商用交流電源より充電させる場
合には、その充電に先立ってバッテリ１２の残存容量が
下限値になるまで放電させて商用交流電源に回生させる
リフレッシュ動作を行うようにしたので、従来とは異な
り、放電用抵抗器を用いてジュール熱として放散させる
必要はなくなり、それだけ、エネルギ効率の改善を図る
ことができ、また、放電用抵抗器が不要であるので、電
気自動車内にその設置スペースを確保する必要がなく、
設置スペースの狭い電気自動車には最適である。

【００５３】更に、ＣＰＵ４０は、バッテリ１２の残存
容量を検出してＥＥＰＲＯＭ４４に記憶させ、残存容量
が下限値に達したときにＥＥＰＲＯＭ４４の残存容量記
憶領域をゼロクリアするように構成したので、バッテリ
１２の実際の残存容量と放電時に残存容量記憶領域の内
容を表示させる表示メータ５０の表示との誤差が累積さ
れることは極力防止されて、表示メータ５０の表示は正
しく行われるようになる。

【００５４】この場合、バッテリ１２の残存容量の下限
値を商用交流電源電圧のピークよりも高く設定したの
で、バッテリ１２の回生制御を確実に行うことができ、
また、バッテリ１２が複数個のバッテリを直列に接続し
て構成されている場合でも、その一部が過放電状態にな
ることがない。また、バッテリ１２のリフレッシュ動作
及びＥＥＰＲＯＭ４４の残存容量記憶領域のゼロクリア
動作を定期的に自動的に行うと共に、リフレッシュ動作
の終了時には自動的にバッテリ１２の充電を開始するよ
うに構成したので、運転者がリフレッシュ動作，ゼロク
リア動作及び充電動作を意識して行う必要がなく、使用
上便利である。

【００５５】更に、本実施例によれば、バッテリ１２の
充電時において、制御回路３９を、ゼロクロス点センサ
３８の出力信号に基づいて交流電源電圧Ｖａｃのゼロク
ロス点を検出して、演算により基準信号ＶＲを生成する
ＰＬＬ制御を行うと共に、その基準信号のデータをＥＥ
ＰＲＯＭ４４に記憶させるように構成したので、ＰＬＬ
制御回路を外部回路として構成する必要がなく、回路素
子数を削減し得て、充電装置１３を小形に構成すること
ができる。

【００５６】また、本実施例によれば、インバータ回路
１４にＮＰＮ形のトランジスタ２６及び２７を直列に接
続してなるアーム２５を付加したので、これと１つのア
ーム１９Ｕとを用いて、バッテリ１２のリフレッシュ動
作を行う場合にバッテリ１２の電圧を降圧し、商用交流
電源からバッテリ１２に充電する場合は、リアクトル３
３をスイッチング制御して交流電圧を昇圧するように構
成したので、両者の電位差が異なる場合でも充電若しく
はリフレッシュを行うことができ、使用者にとって極め
て有利である。

【００５７】加えて、制御回路３９を、バッテリ１２の
リフレッシュ動作を行う場合には、前記データをＥＥＰ
ＲＯＭ４４から所定のタイミングで順次読出して、Ｄ／
Ａ変換器４５を介してコンパレータ４６に出力し、コン
パレータ４６は、基準信号ＶＲと交流電流検出器３６が
出力する回生電流Ｉａｃの電圧変換信号Ｖｔとを比較し
て回生電流を基準信号に追従させる制御を行うように構
成したので、リアクトル３３を用いても交流電源の力率
改善の制御を行なうことができる。また、制御回路３９
のＣＰＵ４０においてソフトウエアで処理するには負担
の重い比較判断処理を、外部回路で実行できるので、制
御プログラムの構成が簡単になる。

【００５８】更に又、制御回路３９を、ＣＰＵ４０を備
え、バッテリ１２の残存容量の検出及び残存容量の電源
への回生並びにバッテリ１２の充電の制御を行うように
構成したので、回路素子数を削減でき、制御回路３９を
小形に構成できる。

【００５９】尚、上記実施例では、バッテリ１２のリフ
レッシュ動作及び残存容量記憶のゼロクリア動作を定期
的に自動的に行うように構成したが、充電の都度毎回行
わせるようにしても良い。

【００６０】また、図１に点線で示す手動操作手段たる
ゼロクリアスイッチ５１を加えて、ゼロクリアスイッチ
５１が操作者によりオン操作されたことをＣＰＵ４０が
認識した時点で、リフレッシュ動作及びゼロクリア動作
を実行させるように構成しても良い。更に、記憶手段は
ＥＥＰＲＯＭ４４に限らず、ＲＡＭ４３にしても良い。

【００６１】また、上記実施例では、モータとしてイン
ダクションモータ１０を用いるようにしたが、代わり
に、２相モータ，ブラシレスモータ，ブラシ付直流モー
タ，或いはリラクタンスモータを用いてもよく、この場
合には、駆動回路としてはフライホイールダイオードを
有するスイッチング素子たるトランジスタを２個直列に
接続してなる１つのアームしか有しないもの（例えばブ
ラシ付直流モータ）もあり、従って、駆動回路としては
１つ以上のアームを有するものが対象となる。更に、電
源は商用交流電源に限ることなく、直流電源であっても
良い。

【００６２】その他、本発明は上記した実施例にのみ限
定されるものではなく、例えば、電気自動車に限らずバ
ッテリを電源として負荷を駆動する装置全般に適用する
ことができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形し
て実施し得ることは勿論である。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りであるの
で、次のような効果を奏する。請求項１記載のバッテリ
の充電装置によれば、制御手段を、バッテリの充電を行
う前に、バッテリの残存容量を下限値になるまで放電さ
せて電源側に回生させてリフレッシュすると共に、検出
した残存容量が下限値に達した時に残存容量記憶部をゼ
ロクリアするように制御するように構成したので、バッ
テリの充放電を繰返しても残存容量の誤差が累算される
ことを極力防止することができると共に、エネルギ効率
を良くすることができ、また、残存容量表示手段の表示
はより正確に行われる。そして、制御手段を、駆動回路
の少なくとも１つのアームのスイッチング素子を付加し
たアームのスイッチング素子に制御信号を与えてスイッ
チング制御することにより、バッテリから交流電源への
回生を行わせるように構成したので、回生時の回路構成
が簡単になる。

【００６４】

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】 請求項２記載のバッテリの充電装置によ
れば、バッテリ電圧の下限値を、商用交流電源電圧のピ
ークよりも高く設定したので、回生制御が容易となる。

【００６９】 請求項３記載のバッテリの充電装置によ
れば、制御手段を、バッテリから電源への回生が終了し
た時点で自動的にバッテリの充電を開始するように構成
したので、作業上極めて便利である。

【００７０】 請求項４記載のバッテリの充電装置によ
れば、制御手段を、ＣＰＵを備え、そのＣＰＵによりバ
ッテリの残存容量の検出及び残存容量の電源への回生並
びにバッテリの充電の制御を行うように構成したので、
回路素子数を削減でき、充電装置を小形に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の電気的構成図

【図２】制御回路の電気的構成図

【図３】動作波形図

【図４】ＥＥＰＲＯＭの記憶内容の概念図

【図５】従来技術の図１相当図

【符号の説明】

図面中、１０はインダクションモータ（負荷）、１２は
バッテリ、１３は充電装置、１４はインバータ回路（駆
動回路）、１５Ｕ乃至１５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６Ｗはト
ランジスタ（スイッチング素子）、１９Ｕ乃至１９Ｗは
アーム、２５はアーム、２６及び２７はトランジスタ
（スイッチング素子）、３３はリアクトル、３６は交流
電流検出器（電流検出手段）、３８はゼロクロス点セン
サ、３９は制御手段、４０はＣＰＵ、４４はＥＥＰＲＯ
Ｍ（残存容量記憶部，記憶手段）、４５はＤ／Ａ変換
器、４６はコンパレータ、５０は表示メータ（残存容量
表示手段）、５１はゼロクリアスイッチ（手動操作手
段）を示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 7/797 Ｈ０２Ｍ 7/797 (56)参考文献 特開 平４−331427（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−222628（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−233475（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−258410（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−363678（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−193071（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−163787（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−335263（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−336812（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−193911（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−87616（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/36 B60L 3/00 G01R 31/36 H02M 7/48 H02M 7/797

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源からバッテリに充電させるようにし
   たバッテリの充電装置において、 前記バッテリの残存容量を検出して残存容量記憶部に記
   憶させ、前記充電に先立ってバッテリの残存容量を下限
   値になるまで放電させて電源側に回生させてリフレッシ
   ュすると共に、検出した残存容量が下限値に達した時に
   前記残存容量記憶部をゼロクリアするように制御する制
   御手段と、 この制御手段の残存容量記憶部の内容を表示する残存容
   量表示手段とを具備し、 前記バッテリから負荷に電源を供給するための２個のス
   イッチング素子を直列に接続してなるアームを１つ以上
   有する駆動回路に２個のスイッチング素子を直列に接続
   してなるアームを付加し、 前記制御手段は、前記駆動回路の少なくとも１つのアー
   ムのスイッチング素子を付加したアームのスイッチング
   素子に制御信号を与えてスイッチング制御することによ
   り、バッテリから交流電源への回生を行わせるように制
   御する ことを特徴とするバッテリの充電装置。
2. 【請求項２】 バッテリ電圧の下限値が、商用交流電源
   電圧のピークよりも高く設定されていることを特徴とす
   る請求項１記載のバッテリの充電装置。
3. 【請求項３】 制御手段は、バッテリから電源への回生
   が終了した時点で自動的にバッテリの充電を開始するよ
   うに制御することを特徴とする請求項１又は２記載のバ
   ッテリの充電装置。
4. 【請求項４】 制御手段はＣＰＵを備え、そのＣＰＵに
   よりバッテリの残存容量の検出及び残存容量の電源への
   回生並びにバッテリの充電の制御を行うことを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれかに記載のバッテリの充電装
   置。
5. 【請求項５】 バッテリは、自動車用モータに電圧を供
   給するものであり、 電源は、商用交流電源であり、 前記商用交流電源コンセントに差込みプラグを差し込む
   ことにより前記バッテリに充電させるようにした ことを
   特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のバッテリの
   充電装置。
6. 【請求項６】 自動車用モータと、 この自動車用モータに電圧を供給するためのバッテリ
   と、 請求項１乃至５の何れかに記載のバッテリの充電装置と
   を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。