JP3814341B2

JP3814341B2 - 電気自動車の電源システム

Info

Publication number: JP3814341B2
Application number: JP20325096A
Authority: JP
Inventors: 信幸春日
Original assignee: Tokyo R&D Co Ltd
Current assignee: Tokyo R&D Co Ltd
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JPH1032925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池からの電力が、主負荷と、少なくとも１つの副負荷とからなる負荷システムに供給され、主負荷駆動時（電気自動車の駆動時）に、端子間が非導通状態となるオン／オフ機能付回路を有する電気自動車の電源システムに関し、主負荷駆動中においては本来使用されない主開閉器を、副負荷のオン／オフに用いることで、主開閉器の使用個数を減少させることができる電気自動車の電源システムの制御方法に関する。
【０００２】
【技術背景】
電気自動車では、電池の両端子を、負荷システムに接続し、当該負荷システムへの電力供給を行う。初期の電気自動車では、図２（Ａ）に示すように、電池１００と主負荷１１０（図２（Ａ）では、インバータ１１１およびこれに接続されたモータ１１２により示す）との間のみに、大容量の開閉器（以下、「コンタクタ」と言う）１２０が設けられている。ところが、図２（Ａ）の構成では、コンタクタ１２０がオンとなったときに、突入電流が平滑コンデンサ１３０に過大に流れ込む。このため、電池１００が過加熱となったり、コンタクタ１２０の接点が損傷する等の不都合が生じる。
【０００３】
このような不都合を解消するため、従来、図２（Ｂ）に示すように、コンタクタ１２０に並列に、突入電流低減回路１４０（コンタクタ１４１と抵抗器１４２との直列回路）を接続している。図２（Ｂ）では、主負荷１１０への電力供給の際に、コンタクタ１２０をオフ、コンタクタ１４１をオンとして、抵抗器１４２を介してコンデンサ１３０を充電し、突入電流を低減する。この後コンタクタ１２０をオンとし、インバータ１１１に通常の動作をさせる。
【０００４】
図２（Ｂ）においては、インバータ１１１の動作が終了したときには、コンタクタ１２０およびコンタクタ１４１をオフとするが、このオフの後にコンデンサ１３０が充電されたままだと、点検等の際に感電事故が発生する危険がある。このため、図２（Ｃ）に示すように、コンデンサ１３０に並列に放電回路１５０（コンタクタ１５１と抵抗器１５２との直列回路）を接続し、インバータ１１１の動作が終了後に、コンタクタ１５１をオンとして、抵抗器１５２によりコンデンサ１３０の充電エネルギーを消費させることもある。
【０００５】
電気自動車では、通常、エアーコンディショナモータ、バキュームポンプ（ブレーキ時にブレーキペダル踏力アシスト用の負圧を発生させる）、パワーステアリング等のための油圧発生用モータ等、あるいは暖房用ヒータ等の補器類が必要であり、また、電池充電用の回路も必要である。図３は、図２（Ｃ）に示したシステムに上記補器類や充電回路が付加された様子を示している。図３では、副負荷１６０（インバータ１６１とエアーコンディショナモータ１６２とからなる）および副負荷１８０（インバータ１８１とパワーステアリングモータ１８２とからなる）は、それぞれ電池１００にコンタクタ１７０および１９０を介して接続されている。また、図３では、電池１００と、充電口Ｋ１およびＫ２とは、コンタクタ２００を介して接続されている。
【０００６】
ところで、上記した各コンタクタ１２０、１４１、１５１、１７０、１９０および２００は、高圧・大電流回路の開閉を行わなくてはならないため、前述したように大容量のものを用いる必要がある。しかし、コンタクタは、リレー等の小容量の開閉器に比べて、高価格である上、重量が重く、かつ占有容積が大きい。このため、従来、上記エアーコンディショナ等の補器類の数が増えれば増える程、コンタクタの使用個数も増え、したがって
、電気自動車自体の価格も高価となり、また車両重量が増え、電源系統の占有面積も大きくなると言った問題がある。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、電気自動車の副負荷に使用される主開閉器（コンタクタ）の使用個数を極力少なくすることで、電気自動車自体の価格を低減し、車両重量を軽くし、また電源系統の占有面積を小さくすることである。本発明の他の目的は、突入電流低減用回路の主開閉器を、副負荷への電力のオン／オフ用にも用いることである。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の電気自動車の電源システムの制御方法は、電池からの電力が、主負荷と、少なくとも１つの副負荷とからなる負荷システムに供給され、かつ主負荷駆動時に、端子間が非導通状態となる、オン／オフ機能付回路を有する電気自動車の電源システムの制御方法において、
前記電源システムは、
前記オン／オフ機能付回路が、前記電池に接続された第１主開閉器と、前記第１主開閉器よりも電流容量が小さい補助開閉器との直列接続から構成され、かつ前記主開閉器の前記電池が接続されていない側の端子に、前記第１主開閉器よりも電流容量が小さい副負荷用開閉器を介して前記副負荷が接続され、
前記オン／オフ機能付回路は、前記電池と前記主負荷との間に接続されるとともに、前記オン／オフ機能付回路に並列に第２主開閉器が接続されてなり、
（Ａ）非導通状態にある前記オン／オフ機能付回路を導通状態にする場合は、
前記第１主開閉器がオフ、前記補助開閉器がオンの状態から、前記第１主開閉器をオンとし、
（Ｂ）導通状態にある前記オン／オフ機能付回路を非導通状態にする場合は、
第１主開閉器および補助開閉器をオンとした状態から、第１主開閉器をオフとし、
（Ｃ）前記副負荷に電力を供給する場合には、
前記第１主開閉器および前記補助開閉器をオフとし、かつ前記副負荷用開閉器をオンとした状態から、前記第１主開閉器をオンとし、
（Ｄ）前記副負荷を前記電池から切り離す場合は、
前記第１主開閉器および前記副負荷用開閉器をオンとし前記補助開閉器をオフとした状態から、前記第１主開閉器をオフとした後に、前記副負荷用開閉器オフとする、
ことを特徴とする電気自動車の電源システムの制御方法。
前記電源システムは、前記主負荷が、平滑コンデンサを持ち、前記オン／オフ機能付回路が前記主開閉器と、前記補助開閉器と、平滑コンデンサ突入電流低減用の抵抗器との直列接続からなることを特徴とする。
【０００９】
ここで、「主負荷」は、たとえば、インバータと車輌駆動用のモータとを含む負荷である。また、「副負荷」は、たとえば、インバータとモータ（エアーコンディショナモータ，バキュームポンプ，パワーステアリング等のための油圧発生用モータ等）とからなる負荷、コントローラとヒータとからなる負荷である。なお、副負荷は、主負荷に比べて、取り扱う電力が小さい。また、たとえば副負荷がインバータの場合では、平滑用コンデンサの容量も主負荷のコンデンサの容量に比べて小さいため、主負荷の回路に用いられる突入電流に対する追加の回路は、通常用いられない。
【００１０】
「第１主開閉器」および「第２主開閉器」は、典型的にはコンタクタと称される開閉器であり、電気自動車の主負荷への電力のオン／オフを行うに足りる容量が必要とされる。「補助開閉器」は、オン／オフ機能付回路の端子間が非導通状態となることを保証するための開閉器である。「副負荷用開閉器」は、電池から副負荷に電力を供給する際に、オンとされる開閉器である。なお、これらの開閉器は共に、機械的なものである必要はなく、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子に置き換えることができる。
【００１１】
本発明の制御方法において、前記電源システムは、前記主負荷が、平滑コンデンサを持ち、前記オン／オフ機能付回路が前記主開閉器と、前記補助開閉器と、平滑コンデンサ突入電流低減用の抵抗器との直列接続から構成することができる。
【００１２】
【００１３】
本発明では、非導通状態にあるオン／オフ機能付回路を導通状態にする場合は、予め第１主開閉器をオフ、補助開閉器をオンとしておき、この後に第１主開閉器をオンとする。
また、導通状態にあるオン／オフ機能付回路を非導通状態する場合において、オフ動作により当該オン／オフ機能付回路の端子間に大きな電位差が生じるときには、補助開閉器はオンとしたまま、第１主開閉器のみをオフとする。本発明では、オン／オフ機能付回路を
、上記のように動作させるので、補助開閉器は、オン／オフ機能付回路の両端子を流れる電流の大きさを保証できる電流容量を有していればよく、非導通状態でオン／オフ機能付回路の端子間に表れる電圧の大きさを考慮した電圧容量を必要としない。リレーのような小容量の開閉器であっても、通常、オン状態での電流容量（オン状態で流すことができる電流の大きさ）は大きい。しがたって、本発明では、補助開閉器として、リレーのような小容量の開閉器を用いることができる。
【００１４】
また、本発明では、副負荷に電力を供給する場合には、予め第１主開閉器および補助開閉器をオフとすることで、オン／オフ機能付回路を非導通状態としておくと共に、副負荷用開閉器をオンとしておく。そして、第１主開閉器をオンとすることで、副負荷に電力を
供給する。また、副負荷を電池から切り離す場合には、第１主開閉器をオフとした後に、副負荷用開閉器オフとする。
本発明では、副負荷用開閉器を、上記のように、常に第１主開閉器がオンするよりも早くオンとし、常に第１主開閉器がオフした後でオフとするので、副負荷用開閉器は、当該副負荷用開閉器を流れる電流の大きさを保証できる電流容量を有していればよく、副負荷に加えられる電圧の大きさを考慮した電圧容量を必要としない。しがたって、本発明では、副負荷用開閉器としても、リレーのような小容量の開閉器を用いることができる。
【００１５】
以上述べたように、本発明では、本来は、平滑用コンデンサの充電に使用される第１主開閉器を、その使用がされない期間（オフとなる期間）に、他の用途（すなわち、副負荷の駆動）に使用する。これにより、第１主開閉器の使用効率を高め、かつ電源システムに使用される主開閉器の個数を減少させることができる。
【００１６】
【実施例】
図１は本発明の電源システムの一実施例を示す説明図であり、突入電流低減用回路の主開閉器を、副負荷への電力のオン／オフに用いた場合を示している。図１において、電池１には、大容量の開閉器であるコンタクタ２（第２主開閉器）とオン／オフ機能付回路３との並列接続を介して主負荷４が接続されている。
オン／オフ機能付回路３は、コンタクタ３１（第１主開閉器）と、小容量の開閉器であるリレー（補助開閉器）３２と、抵抗器３３との直列接続により構成され、コンタクタ３１側の端子が電池１側に（したがって、抵抗器３３側の端子が主負荷４側に）なるように配置されている。なお、上記オン／オフ機能付回路３は、リレー３２と抵抗器３３との位置を交換することにより構成することもできる。
【００１７】
主負荷４は、インバータ４１と車両駆動用モータ４２とからなり、インバータ４１には平滑コンデンサ４３が接続されている。また、平滑コンデンサ４３には、並列に、コンタクタ５１と抵抗器５２との直列接続からなる、放電回路５が接続されている。
【００１８】
さらに、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１の、電池１が接続されていない側の端子（コンタクタ３１とリレー３２との接続点）には、リレー（副負荷用開閉器）６１を介して副負荷７１が、またリレー６２を介して副負荷７２がそれぞれ接続されている。なお、副負荷７１および７２の、リレー６１および６２が接続されていない端子は、電池１のオン／オフ機能付回路３が接続されていない側の端子に接続されている。
【００１９】
ここでは、副負荷７１は、インバータ７１１とエアーコンディショナモータ７１２とからなり、副負荷７２は、インバータ７２１とパワーステアリングモータ７２２とからなる。なお、副負荷の個数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよいことはもちろんであり、また副負荷は、インバータとモータとから構成される必要はなく、たとえばヒートコントローラとヒータとから構成することもできる。
【００２０】
以下、上記構成のシステムにおける動作を説明する。まず、インバータ４１を動作させるとき、すなわち電気自動車の駆動を開始するときは、コンタクタ２および放電回路５のコンタクタ５１をオフ、オン／オフ機能付回路３のリレー３２をオン、副負荷７１用のリレー６１および副負荷７２用のリレー６２をそれぞれオフとしたままで、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１をオンとする。これにより、平滑コンデンサ４３は、電池１か
らの電流により、オン／オフ機能付回路３を介して充電される。なお、オン／オフ機能付回路３の抵抗器３３により、平滑コンデンサ４３の充電の際に、突入電流が低減される。
【００２１】
この後（平滑コンデンサ４３が充電された後）、コンタクタ２をオンとし、主負荷４のインバータ４１を制御することによりモータ４２を駆動する。
【００２２】
一方、副負荷７１や７２のモータ７１２や７２２は、以下のようにして駆動する。すなわち、コンタクタ２をオンとした後、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１およびリレー３２をオフとする。そして、今までオフとなっていた副負荷７１用のリレー６１および副負荷７２用のリレー６２をオンとし、この後、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１をオンとする（オン／オフ機能付回路３のリレー３２はオフのままにしておく）。
【００２３】
以上のように、オン／オフ機能付回路３は、平滑コンデンサ４３が充電された後は、主負荷４のモータ４２の駆動には使用されない。したがって、上記したように、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１を、電源１と副負荷７１および７２との接続に使用することができる。また、副負荷７１および７２の駆動中においては、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１がオンとなるが、リレー３２をオフのままにしておくことで、オン／オ
フ機能付回路３の端子間の非導通状態が保証される。
【００２４】
電気自動車の運転を終了するときには、コンタクタ２をオフとし、放電回路５のコンタクタ５１をオンとして、抵抗器５２によりコンデンサ４３の充電エネルギーを消費させる。また、副負荷７１および７２の動作の終了は、オン／オフ機能付回路３のコンタクタ３１をオフとした後に、副負荷７１用のリレー６１および副負荷７２用のリレー６２をオフとする。こうすることで、リレー６１や６２の端子間に過大な電圧が加えられることはな
い。
【００２５】
【発明の効果】
電気自動車の駆動中には使用されない、大容量の開閉器（特に、突入電流低減用回路の開閉器や充電回路の開閉器）、を副負荷への電力のオン／オフ用に用いることができるので、上記開閉器の使用個数を極力少なくすることができる。これにより、電気自動車自体の価格を低減し、車両重量を軽くし、また電源系統の占有面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源システムの一実施例を示す説明図であり、突入電流低減用回路の主開閉器を、副負荷への電力オン／オフ用に用いた場合を示している。
【図２】従来の電源システムの構成を示す図（（Ａ）〜（Ｃ））である。
【図３】副負荷が接続され、かつ充電口端子を有する従来の電源システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１電池
２コンタクタ（第２主開閉器）
３オン／オフ機能付回路
３１オン／オフ機能付回路のコンタクタ（第１主開閉器）
３２オン／オフ機能付回路のリレー（補助開閉器）
３３オン／オフ機能付回路の抵抗器
４主負荷
４１インバータ
４２モータ
５放電回路
５１放電回路のコンタクタ
５２放電用の抵抗器
６１，６２副負荷用のリレー（副負荷用開閉器）
７１，７２副負荷
７１１，７２１インバータ
７１２，７２２モータ

Claims

電池からの電力が、主負荷と、少なくとも１つの副負荷とからなる負荷システムに供給され、かつ主負荷駆動時に、端子間が非導通状態となる、オン／オフ機能付回路を有する電気自動車の電源システムの制御方法において、
前記電源システムは、
前記オン／オフ機能付回路が、前記電池に接続された第１主開閉器と、前記第１主開閉器よりも電流容量が小さい補助開閉器との直列接続から構成され、かつ前記主開閉器の前記電池が接続されていない側の端子に、前記第１主開閉器よりも電流容量が小さい副負荷用開閉器を介して前記副負荷が接続され、
前記オン／オフ機能付回路は、前記電池と前記主負荷との間に接続されるとともに、前記オン／オフ機能付回路に並列に第２主開閉器が接続されてなり、
（Ａ）非導通状態にある前記オン／オス機能付回路を導通状態にする場合は、
前記第１主開閉器がオフ、前記補助開閉器がオンの状態から、前記第１主開閉器をオンとし、
（Ｂ）導通状態にある前記オン／オフ機能付回路を非導通状態にする場合は、
第１主開閉器および補助開閉器をオンとした状態から、第１主開閉器をオフとし、
（Ｃ）前記副負荷に電力を供給する場合には、
前記第１主開閉器および前記補助開閉器をオフとし、かつ前記副負荷用開閉器をオンとした状態から、前記第１主開閉器をオンとし、
（Ｄ）前記副負荷を前記電池から切り離す場合は、
前記第１主開閉器および前記副負荷用開閉器をオンとし前記補助開閉器をオフとした状態から、前記第１主開閉器をオフとした後に、前記副負荷用開閉器オフとする、
ことを特徴とする電気自動車の電源システムの制御方法。
前記電源システムは、前記主負荷が、平滑コンデンサを持ち、前記オン
／オフ機能付回路が前記主開閉器と、前記補助開閉器と、平滑コンデンサ突入電流低減用の抵抗器との直列接続からなることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電源システムの制御方法。
前記電源システムは、前記主負荷が、平滑コンデンサを持ち、前記オン／オフ機能付回路が前記主開閉器と、前記補助開閉器と、平滑コンデンサ突入電流低減用の抵抗器との直列接続からなることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電源システムの制御方法。