JP3894044B2 - 放電回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池電圧が基準電圧に一致するまで電池に蓄積された電力を放電する放電回路および放電制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【0003】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【0004】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、複数の電池を直列に接続した直流電源から直流電圧をインバータに供給し、インバータは、供給された直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動する。そして、直流電源は、複数の電池の各々が有する電池容量(SOC:State Of Charge)を相互に等しくする均等化回路を備えている。
【0005】
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、特開2002−8732号公報に開示された直流電源を搭載している。図8を参照して、特開2002−8732号公報に開示された直流電源について説明する。
【0006】
直流電源300は、電池301A,301B,・・・,301Nと、バイパス抵抗302と、スイッチ303と、電圧検出回路304と、マイクロコンピュータ5とを備える。バイパス回路302、スイッチ303および電圧検出回路304は、電池301A,301B,・・・,301Nの各々に対して設けられる。バイパス抵抗302およびスイッチ303は、電池301A,301B,・・・,301Nの各々に対して並列に接続される。
【0007】
電圧検出回路304は、電池301A,301B,・・・,301Nの各々の電池電圧を検出し、その検出した電池電圧をマイクロコンピュータ305へ出力する。マイクロコンピュータ305は、各電圧検出回路4から受ける電池301A,301B,・・・,301Nの各電圧データ、直流電源300の充放電電流を検出する電流センサー(図示せず)から受ける電流データ、直流電源300の温度を検出する温度センサー(図示せず)から受ける温度データに基づいて、直流電源300を構成する各電池301A,301B,・・・,301NのSOCを算出し、その算出したSOCに基づいて直流電源300の充放電を制御する。
【0008】
より具体的には、マイクロコンピュータ305は、電池301A,301B,・・・,301Nにおける電池電圧の変動が小さい場合には、電池間の電圧差に基づいて電圧差が大きい電池のみスイッチ303を閉じてバイパス抵抗302を介して放電を行ない、電池301A,301B,・・・,301Nにおける電池電圧の変動が大きい場合には、電池間のSOC差に基づいてSOC差が大きい電池のみスイッチ303を閉じてバイパス抵抗302を介して放電を行なう。
【0009】
このようにして、複数の電池の各々が有する電池容量が均等化される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開2002−8732号公報に開示された直流電源においては、各電池電圧を検出する際に、電池と電圧検出回路との間の配線抵抗による電圧降下を考慮せずに電池電圧を検出しており、正確な電池電圧を検出することが困難である。その結果、複数の電池を直列に接続した場合に各電池に流れる均等化電流を大きくすることができないという問題がある。
【0011】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電池電圧を正確に測定して電池電圧が所定電圧になるまで電池に蓄積された電力を放電する放電回路を提供することである。
【0012】
また、この発明の別の目的は、電池電圧を正確に測定して電池電圧が所定電圧になるまで電池に蓄積された電力を放電する放電回路における放電動作を制御する放電制御方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、単一の電池に蓄積された電力を放電させる放電回路は、配線を介して電池の正極および負極とそれぞれ電気的に接続される第1および第2のノードと、電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出される電池電圧の配線抵抗による電圧降下を補償する電圧補償手段と、電圧検出手段により検出された電池電圧が所定電圧よりも高いとき検出された電池電圧が所定電圧に一致するまで電池に蓄積された電力を放電させる放電手段とを備える。そして、電圧検出手段および電圧補償手段は、放電回路内において放電手段と並列に、第1および第2のノード間に電気的に接続される。
【0014】
好ましくは、電圧補償手段は、放電電流に比例した電圧を補償する。
好ましくは、電圧補償手段は、定電圧源から成り、この定電圧源は単一の電池からの放電電流が配線抵抗を流れることによる電圧降下分に相当する電圧を出力する。
【0015】
この発明による放電回路においては、電圧補償手段は、電池電圧の配線抵抗による電圧降下分を補償し、電圧検出手段は、配線抵抗による電圧降下を補償された本来の電池電圧を検出する。そして、検出された電池電圧が所定電圧よりも高いとき電池電圧が所定電圧に一致するまで電池に蓄積された電力が放電される。
【0016】
したがって、この発明によれば、配線抵抗による電圧降下を除去して電池電圧を正確に検出できる。その結果、複数の電池の各々から出力される直流電流を大きくして複数の電池の電圧を均等化できる。
【0017】
また、放電電流に比例した電圧を補償することにより、実際に流れる電流に比例した電圧降下を補償できる。
【0018】
さらに、電圧補償手段として定電圧源を用いることにより放電回路を小型化できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0025】
図1を参照して、この発明の実施の形態による放電回路10は、電圧検出手段3と、放電手段7と、カレントトランス8と、放電抵抗9とを備える。電圧検出手段3は、直列に接続された抵抗1,2から成る。抵抗1,2は、それぞれ一定の抵抗値を有し、抵抗1の抵抗値と抵抗2の抵抗値との比は、たとえば、抵抗1の抵抗値:抵抗2の抵抗値=1:10に設定される。
【0026】
放電手段7は、ツェナーダイオード4と、比較器5と、スイッチ6とを含む。ツェナーダイオード4は、基準電圧E0を比較器5の他方端子へ出力する。比較器5は、ノードN4における電圧V1を一方端子に受け、ツェナーダイオード4からの基準電圧E0を他方端子に受ける。そして、比較器5は、電圧V1を基準電圧E0と比較し、電圧V1が基準電圧E0よりも高いときH(論理ハイ)レベルの信号をスイッチ6へ出力し、電圧V1が基準電圧E0以下であるときL(論理ロー)レベルの信号をスイッチ6へ出力する。スイッチ6は、比較器5からのHレベルの信号に応じてオンされ、比較器5からのLレベルの信号に応じてオフされる。
【0027】
カレントトランス8および電圧検出手段3の抵抗1,2は、ノードN1とノードN2との間に直列に接続され、カレントトランス8は、ノードN1側に配置される。そして、カレントトランス8は、電池13からの放電電流Iに比例した電圧Vcを発生する。この場合、電圧Vcは、ノードN1からノードN3に向かって高くなる極性を有し、カレントトランス8のコイルは、このような電圧Vcを発生する方向に巻かれている。
【0028】
放電回路10は、配線抵抗11,12を介して電池13と接続される。配線抵抗11は、配線抵抗12の抵抗値rと同じ抵抗値rを有する。電池13からの放電電流Iは、電池13、配線抵抗11、放電抵抗9、スイッチ6および配線抵抗12から成る経路を流れ、カレントトランス8および電圧検出手段3の抵抗1,2を介してノードN1からノードN2に到る経路には流れない。これは、電圧検出手段3は、電流が流れない状態で電圧を検出する必要があるからである。
【0029】
放電電流Iが矢印14の方向に流れると、ノードN1とノードN2との間に印加される電圧V2は、電池13の本来の電池電圧Eよりも配線抵抗11,12による電圧降下分だけ低いE−2Irになる。この発明においては、配線抵抗11,12の抵抗値rを予め測定し、カレントトランス8が発生する電圧Vcが配線抵抗11,12による電圧降下分2Irに等しくなるようにカレントトランス8のコイルの巻数を決定する。したがって、カレントトランス8は、ノードN3における電圧がノードN1における電圧よりも高くなる方向に電圧Vc=2Irを発生し、ノードN3とノードN2との間には、ノードN1とノードN2との間に印加される電圧E−2Irよりも電圧Vc=2Irだけ高い電圧V3=E−2Ir+2Ir=Eが印加される。つまり、ノードN3とノードN2との間には、電池13の本来の電池電圧Eが印加される。
【0030】
このように、カレントトランス8は、配線抵抗11,12による電圧降下を補償する機能を果たし、電圧補償手段を構成する。上述したように、カレントトランス8は、放電電流Iに比例した電圧Vcを発生するので、放電電流Iが配線抵抗11,12を流れることによる電圧降下を補償することができる。その結果、電圧検出手段3には、電池13の本来の電池電圧Eが印加される。
【0031】
抵抗1の抵抗値と抵抗2の抵抗値との比は、上述したように1:10に設定されるので、ノードN4とノードN2との間に印加される電圧V4は、V4=0.9E≒Eである。抵抗1の抵抗値に対する抵抗2の抵抗値の比をさらに大きくし、抵抗1の抵抗値:抵抗2の抵抗値=1:100に設定すれば、ノードN4とノードN2との間の電圧V4をさらに電池電圧Eに近づけることができる。したがって、電圧検出手段3は、電池13の本来の電池電圧Eを検出し、その検出した電池電圧Eを比較器5の一方端子へ出力する。
【0032】
そうすると、比較器5は、その一方端子に電圧検出手段3から電池電圧Eを受け、他方端子にツェナーダイオード4から基準電圧E0を受ける。そして、比較器5は、電池電圧Eを基準電圧E0と比較し、電池電圧Eが基準電圧E0よりも高いときHレベルの信号をスイッチ6へ出力し、電池電圧Eが基準電圧E0以下であるときLレベルの信号をスイッチ6へ出力する。
【0033】
スイッチ6は、Hレベルの信号に応じてオンされ、Lレベルの信号に応じてオフされるので、放電手段7は、電池電圧Eが基準電圧E0よりも高いとき放電電流Iを電池13、配線抵抗11、放電抵抗9、スイッチ6、および配線抵抗12から成る経路に流して電池13に蓄積された電力を放電させ、電池電圧Eが基準電圧E0に等しくなった時点で放電を停止する。
【0034】
このように、放電回路10は、電池電圧Eの配線抵抗11,12による電圧降下を正確に補償し、電池電圧Eが基準電圧E0よりも高いとき電池電圧Eが基準電圧E0に一致するまで電池13に蓄積された電力を放電させる。
【0035】
図2を参照して、放電回路10における放電方法について説明する。放電動作がスタートすると、電池13から放電回路10に流れる電流Iに比例した電圧降下を補償して電池13の電池電圧V4が検出される(ステップS1)。そして、電池電圧V4が所定電圧よりも高いか否かが判定され(ステップS2)、電池電圧V4が所定電圧よりも高いとき、電池電圧V4が所定電圧に一致するまで電池13に蓄積された電力が放電される(ステップS3)。そして、ステップS3の後、またはステップS2において電池電圧V4が所定電圧よりも高くないと判定されたとき、放電動作が終了する。
【0036】
したがって、放電回路10は、図2に示すフローチャートに従って電池13に蓄積された電力の放電動作を制御する。図2に示すフローチャートにおいては、電池13から放電回路10に流れる電流Iに比例して配線抵抗11,12による電池電圧の電圧降下が補償され、その補償された電池電圧に基づいて放電動作が制御されるので、放電回路10は、放電回路10に流れる電流量に応じて電池13に蓄積された電力の放電動作を制御する。したがって、この発明による放電制御方法は、放電回路に流れる電流量に応じて電池に蓄積された電力の放電動作を制御することを特徴とする。
【0037】
また、この発明による放電回路は、図3に示す放電回路20であってもよい。図3を参照して、放電回路20は、放電回路10のカレントトランス8を電圧補償手段17および反転器18に代えたものであり、その他は放電回路10と同じである。電圧補償手段17は、NPNトランジスタ14,15と定電圧源16とから成る。
【0038】
NPNトランジスタ14は、ノードN1とノードN4との間に接続される。NPNトランジスタ15および定電圧源16は、ノードN1とノードN4との間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタ14は、NPNトランジスタ15および定電圧源16に対して並列に接続される。
【0039】
NPNトランジスタ14は、そのベースに反転器18からの信号を受け、NPNトランジスタ15は、そのベースに比較器5からの信号を受ける。定電圧源16は、放電電流Iが配線抵抗11,12を流れることによる電圧降下分2Irに等しい電圧Vcを出力する。したがって、電圧補償手段17は、NPNトランジスタ14がオフされ、NPNトランジスタ15がオンされると、配線抵抗11,12による電圧降下を補償してノードN3とノードN2との間に電池電圧Eを印加する。反転器18は、比較器5からの信号を受け、その受けた信号を反転してNPNトランジスタ14のベースへ出力する。
【0040】
電池電圧Eが基準電圧E0よりも高いとき、比較器5は、Hレベルの信号をスイッチ6、NPNトランジスタ15のベースおよび反転器18へ出力する。そして、スイッチ6はオンされ、反転器18は、Hレベルの信号を反転してLレベルの信号をNPNトランジスタ14のベースへ出力する。
【0041】
そうすると、NPNトランジスタ14はオフされ、NPNトランジスタ15はオンされる。そして、定電圧源16は、配線抵抗11,12による電圧降下を補償し、電圧検出手段3は、電池電圧Eを検出して比較器5へ出力する。
【0042】
したがって、電池電圧Eが基準電圧E0よりも高いとき、電池13に蓄積された電力は放電抵抗9を介して放電され、この放電は、電池電圧Eが基準電圧E0に一致するまで継続される。そして、電池電圧Eが基準電圧E0に一致すると比較器5は、Lレベルの信号をスイッチ6、NPNトランジスタ15のベースおよび反転器18へ出力する。
【0043】
そうすると、スイッチ6はオフされ、放電は停止される。そして、反転器18はLレベルの信号を反転してHレベルの信号をNPNトランジスタ14のベースへ出力し、NPNトランジスタ14はオンされ、NPNトランジスタ15はオフされる。したがって、放電が停止された状態では、電池13の本来の電池電圧EがNPNトランジスタ14を介してノードN3とノードN2との間に印加される。
【0044】
このように、放電回路20は、放電回路10と同じように、電池電圧Eの配線抵抗11,12による電圧降下を正確に補償し、電池電圧Eが基準電圧E0よりも高いとき電池電圧Eが基準電圧E0に一致するまで電池13に蓄積された電力を放電させる。そして、放電回路20は、定電圧源16によって配線抵抗11,12による電圧降下を補償するので、カレントトランス8によって配線抵抗11,12による電圧降下を補償する放電回路10に比べ小型化が可能である。
【0045】
上述したように、この発明による放電回路10,20は、電池電圧Eの配線抵抗11,12による電圧降下を補償して電池電圧Eを正確に検出し、その検出した電池電圧Eが基準電圧E0に一致するまで電池13に蓄積された電力を放電するので、電池電圧Eが基準電圧E0に一致するときの放電電流を大きく設定できる。つまり、配線抵抗11,12による電圧降下を補償した場合、電圧検出手段3が検出する電圧は、電圧降下を補償しない場合に検出する電圧E−2Irよりも高い電池電圧Eであるため、放電終了時の電流を大きく設定できる。
【0046】
これにより、従来、配線抵抗11,12による電圧降下分も含めて放電することができなかった不感帯を除去することができる。
【0047】
上述した放電回路10,20は、電圧検出手段3と放電手段7とを1つの回路内に設けたことも特徴とする。つまり、この発明による放電回路は、1つの回路内に設けられた電圧検出手段3と放電手段7とを備えるものであればよい。
【0048】
このように、電圧検出手段3と放電手段7とを1つの回路内に設けることにより、電池13に蓄積された電力を迅速に放電させることができるとともに、電池13、電圧検出手段3および放電手段7の相互の配線を短くして放電回路をコンパクトにできる。
【0049】
次に、この発明による放電回路10,20をハイブリッド自動車または電気自動車のモータ駆動装置に応用した例について説明する。
【0050】
図4を参照して、この発明による放電回路10,20を備えたモータ駆動装置100は、直流電源Bと、電圧センサー21,23と、システムリレーSR1,SR2と、コンデンサC1,C2と、昇圧コンバータ22と、インバータ24と、電流センサー28と、制御装置30とを備える。
【0051】
交流モータM1は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【0052】
昇圧コンバータ22は、リアクトルL1と、NPNトランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルL1の一方端は直流電源Bの電源ラインに接続され、他方端はNPNトランジスタQ1とNPNトランジスタQ2との中間点、すなわち、NPNトランジスタQ1のエミッタとNPNトランジスタQ2のコレクタとの間に接続される。NPNトランジスタQ1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタQ1のコレクタは電源ラインに接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタはアースラインに接続される。また、各NPNトランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1,D2がそれぞれ配置されている。
【0053】
インバータ24は、U相アーム25と、V相アーム26と、W相アーム27とから成る。U相アーム25、V相アーム26、およびW相アーム27は、電源ラインとアースとの間に並列に設けられる。
【0054】
U相アーム25は、直列接続されたNPNトランジスタQ3,Q4から成り、V相アーム26は、直列接続されたNPNトランジスタQ5,Q6から成り、W相アーム27は、直列接続されたNPNトランジスタQ7,Q8から成る。また、各NPNトランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
【0055】
各相アームの中間点は、交流モータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がNPNトランジスタQ5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がNPNトランジスタQ7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。
【0056】
直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。直流電源Bの詳細については後述する。電圧センサー21は、直流電源Bから出力される電圧Vbを検出し、その検出した電圧Vbを制御装置30へ出力する。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオンされる。コンデンサC1は、直流電源Bから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ22へ供給する。
【0057】
昇圧コンバータ22は、コンデンサC1から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサC2へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ22は、制御装置30から信号PWUを受けると、信号PWUによってNPNトランジスタQ2がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサC2に供給する。この場合、NPNトランジスタQ1は、信号PWUによってオフされている。また、昇圧コンバータ22は、制御装置30から信号PWDを受けると、コンデンサC2を介してインバータ24から供給された直流電圧を降圧して直流電源Bを充電する。
【0058】
コンデンサC2は、昇圧コンバータ22からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ24へ供給する。電圧センサー23は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、インバータ24への入力電圧IVVを検出し、その検出した入力電圧IVVを制御装置30へ出力する。
【0059】
インバータ24は、コンデンサC2から直流電圧が供給されると制御装置30からの信号PWMIに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値TRによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ24は、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置30からの信号PWMCに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ22へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
【0060】
電流センサー28は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流MCRTを制御装置30へ出力する。
【0061】
制御装置30は、外部に設けられたECU(Electrical Control Unit)から入力されたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRN、電圧センサー21からの電圧Vb、電圧センサー23からの入力電圧IVV、および電流センサー28からのモータ電流MCRTに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ22を駆動するための信号PWUとインバータ24を駆動するための信号PWMIとを生成し、その生成した信号PWUおよび信号PWMIをそれぞれ昇圧コンバータ22およびインバータ24へ出力する。
【0062】
信号PWUは、昇圧コンバータ22がコンデンサC1からの直流電圧を入力電圧IVVに変換する場合に昇圧コンバータ22を駆動するための信号である。そして、制御装置30は、昇圧コンバータ22が直流電圧を入力電圧IVVに変換する場合に、入力電圧IVVをフィードバック制御し、入力電圧IVVが指令された電圧指令になるように昇圧コンバータ22を駆動するための信号PWUを生成する。信号PWUの生成方法については後述する。
【0063】
また、制御装置30は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のECUから受けると、交流モータM1で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMCを生成してインバータ24へ出力する。この場合、インバータ24のNPNトランジスタQ4,Q6,Q8は信号PWMCによってスイッチング制御される。すなわち、交流モータM1のU相で発電されるときNPNトランジスタQ6,Q8がオンされ、V相で発電されるときNPNトランジスタQ4,Q8がオンされ、W相で発電されるときNPNトランジスタQ4,Q6がオンされる。これにより、インバータ24は、交流モータM1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ22へ供給する。
【0064】
さらに、制御装置30は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のECUから受けると、インバータ24から供給された直流電圧を降圧するための信号PWDを生成し、その生成した信号PWDを昇圧コンバータ22へ出力する。これにより、交流モータM1が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。
【0065】
さらに、制御装置30は、システムリレーSR1,SR2をオンするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。
【0066】
図5を参照して、直流電源Bは、電池B1〜Bn(nは自然数)と、放電回路D1〜Dnとを含む。放電回路D1〜Dnは、電池B1〜Bnに対応して設けられる。放電回路D1〜Dnの各々は放電回路10または放電回路20から成る。放電回路D1〜Dnの各々は、それぞれ、電池B1〜Bnの電池電圧Eが基準電圧E0になるまで電池B1〜Bnに蓄積された電力を放電する。したがって、電池B1〜Bnの各々は、電池電圧Eが基準電圧E0に一致するときの直流電流を出力する。
【0067】
なお、電池B1〜Bnのうちいずれかの電池が基準電圧E0よりも低い電池電圧を出力する場合、その低い電池電圧を出力する電池の電池電圧が基準電圧E0よりも高くなるように電池B1〜Bnの全体を充電する。そうすると、放電回路D1〜Dnは、電池B1〜Bnの電池電圧Eが基準電圧E0に一致するように対応する電池B1〜Bnに蓄積された電力を放電するので、電池B1〜Bnの各々は、電池電圧Eが基準電圧E0に一致するときの直流電流を出力する。
【0068】
このように、直流電源Bは、電池B1〜Bn間で均等化された直流電流を出力する。
【0069】
図6は、制御装置30の機能ブロック図である。図6を参照して、制御装置30は、モータトルク制御手段301と、電圧変換制御手段302とを含む。モータトルク制御手段301は、トルク指令値TR、直流電源Bの出力電圧Vb、モータ電流MCRT、モータ回転数MRNおよびインバータ24の入力電圧IVVに基づいて、交流モータM1の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ22のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUと、インバータ24のNPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフするための信号PWMIとを生成し、その生成した信号PWUおよび信号PWMIをそれぞれ昇圧コンバータ22およびインバータ24へ出力する。
【0070】
電圧変換制御手段302は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部のECUから受けると、交流モータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMCを生成してインバータ24へ出力する。
【0071】
また、電圧変換制御手段302は、回生制動時、信号RGEを外部のECUから受けると、インバータ24から供給された直流電圧を降圧するための信号PWDを生成して昇圧コンバータ22へ出力する。このように、昇圧コンバータ22は、直流電圧を降圧するための信号PWDにより電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【0072】
図7は、モータトルク制御手段301の機能ブロック図である。図7を参照して、モータトルク制御手段301は、モータ制御用相電圧演算部40と、インバータ用PWM信号変換部42と、インバータ入力電圧指令演算部50と、フィードバック電圧指令演算部52と、デューティー比変換部54とを含む。
【0073】
モータ制御用相電圧演算部40は、インバータ24への入力電圧IVVを電圧センサー23から受け、交流モータM1の各相に流れるモータ電流MCRTを電流センサー28から受け、トルク指令値TRを外部ECUから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部40は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータM1の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用PWM信号変換部42へ供給する。インバータ用PWM信号変換部42は、モータ制御用相電圧演算部40から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ24の各NPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフする信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ24の各NPNトランジスタQ3〜Q8へ出力する。
【0074】
これにより、各NPNトランジスタQ3〜Q8は、スイッチング制御され、交流モータM1が指令されたトルクを出すように交流モータM1の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値TRに応じたモータトルクが出力される。
【0075】
一方、インバータ入力電圧指令演算部50は、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいてインバータ入力電圧の最適値(目標値)、すなわち、電圧指令を演算し、その演算した電圧指令をフィードバック電圧指令演算部52へ出力する。
【0076】
フィードバック電圧指令演算部52は、電圧センサー23からのインバータ24の入力電圧IVVと、インバータ入力電圧指令演算部50からの電圧指令とに基づいて、後述する方法によってフィードバック電圧指令を演算し、その演算したフィードバック電圧指令をデューティー比変換部54へ出力する。
【0077】
デューティー比変換部54は、電圧センサー21からのバッテリ電圧Vbと、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令とに基づいて、電圧センサー23からの入力電圧IVVを、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令に設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて昇圧コンバータ22のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUを生成する。そして、デューティー比変換部54は、生成した信号PWUを昇圧コンバータ22のNPNトランジスタQ1,Q2へ出力する。
【0078】
なお、昇圧コンバータ22の下側のNPNトランジスタQ2のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルL1における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のNPNトランジスタQ1のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、NPNトランジスタQ1,Q2のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Bの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【0079】
再び、図4を参照して、モータ駆動装置100における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置30は、信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力し、システムリレーSR1,SR2がオンされる。そして、直流電源Bは、直流電圧をシステムリレーSR1,SR2を介して昇圧コンバータ22へ出力する。
【0080】
電圧センサー21は、直流電源Bからの出力電圧Vbを検出し、その検出した電圧Vbを制御装置30へ出力する。また、電圧センサー23は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、インバータ24への入力電圧IVVを検出し、その検出した入力電圧IVVを制御装置30へ出力する。さらに、電流センサー28は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRTを検出して制御装置30へ出力する。そして、制御装置30は、外部ECUからトルク指令値TR、モータ回転数MRNを受ける。
【0081】
そうすると、制御装置30は、電圧Vb、入力電圧IVV、モータ電流MCRT、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいて、上述した方法により信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ24へ出力する。また、制御装置30は、インバータ24が交流モータM1を駆動するとき、電圧Vb、入力電圧IVV、モータ電流MCRT、トルク指令値TR、およびモータ回転数MRNに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ22のNPNトランジスタQ1,Q2をスイッチング制御するための信号PWUを生成し、その生成した信号PWUを昇圧コンバータ22へ出力する。
【0082】
そうすると、昇圧コンバータ22は、信号PWUに応じて、直流電源Bからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサC2に供給する。コンデンサC2は、昇圧コンバータ22からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ24に供給する。そして、インバータ24は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を制御装置30からの信号PWMIによって交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これによって、交流モータM1は、トルク指令値TRによって指定されたトルクを発生する。
【0083】
また、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置30は、外部ECUから信号RGEを受け、その受けた信号RGEに応じて信号PWMC,PWDを生成し、その生成した信号PWMCをインバータ24へ出力し、信号PWDを昇圧コンバータ22へ出力する。
【0084】
そうすると、インバータ24は、交流モータM1が発電した交流電圧を信号PWMCに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ22に供給する。昇圧コンバータ22は、インバータ24からの直流電圧を信号PWDによって降圧し、その降圧した直流電圧を直流電源Bに供給する。これにより、交流モータM1によって発電された電力が直流電源Bに充電される。
【0085】
上記においては、この発明による放電回路10,20をハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置に応用した例について説明したが、放電回路10,20は、モータ駆動装置に限らず、その他の装置にも応用できる。一般的には、放電回路10,20は、複数の電池において、各電池から出力される直流電流を均等化する場合に用いられるものである。
【0086】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態による放電回路の回路図である。
【図2】 図1に示す放電回路における放電動作を説明するためのフローチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態による放電回路の他の回路図である。
【図4】 この発明による放電回路を備えたモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図5】 図4に示す直流電源の回路ブロック図である。
【図6】 図4に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図7】 図6に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図8】 従来の直流電源の回路ブロック図である。
【符号の説明】
1,2 抵抗、3 電圧検出手段、4 ツェナーダイオード、5 比較器、6スイッチ、7 放電手段、8 カレントトランス、9 放電抵抗、10,20,D1〜Dn 放電回路、11,12 配線抵抗、16 定電圧源、17 電圧補償手段、18 反転器、21,23 電圧センサー、22 昇圧コンバータ、24 インバータ、25 U相アーム、26 V相アーム、27 W相アーム、28 電流センサー、30 制御装置、40 モータ制御用相電圧演算部、42インバータ用PWM信号変換部、50 インバータ入力電圧指令演算部、52フィードバック電圧指令演算部、54 デューティー比変換部、100 モータ駆動装置、301 モータトルク制御手段、302 電圧変換制御手段、B,300 直流電源、B1〜Bn,13 電池、SR1,SR2 システムリレー、C1,C2 コンデンサ、L1 リアクトル、Q1〜Q8,14,15 NPNトランジスタ、D1〜D8 ダイオード、M1 交流モータ。
Claims (3)
- 単一の電池に蓄積された電力を放電させる放電回路であって、
配線を介して前記単一の電池の正極および負極とそれぞれ電気的に接続される第1および第2のノードと、
前記単一の電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出される電池電圧の配線抵抗による電圧降下を補償する電圧補償手段と、
前記第1および第2のノード間に接続された、前記電圧検出手段により検出された電池電圧が所定電圧よりも高いとき前記検出された電池電圧が前記所定電圧に一致するまで前記電池に蓄積された電力を放電させる放電手段とを備え、
前記電圧検出手段および前記電圧補償手段は、前記放電回路内において前記放電手段と並列に、前記第1および第2のノード間に電気的に接続される、放電回路。 - 前記電圧補償手段は、放電電流に比例した電圧を補償する、請求項1に記載の放電回路。
- 前記電圧補償手段は、定電圧源から成り、該定電圧源は前記単一の電池からの放電電流が配線抵抗を流れることによる電圧降下分に相当する電圧を出力する、請求項1に記載の放電回路。
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