JP5675893B2 - 電気自動車用インバータ−充電器統合装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車用インバータ−充電器統合装置及び制御方法に関するものである。

一般に、電気自動車は、例えば、約７２Ｖの高圧が充電されている高圧バッテリと、前記高圧バッテリに充電されている電力で駆動され電気自動車を走行させる三相電動機と、三相電動機を駆動させるためのインバータとが備えられている。前記高圧バッテリに充電された電力で前記三相電動機を駆動させることは、高圧バッテリの容量により制限がある。

電気自動車の高圧バッテリに残っている電力が所定量以下に落ちる場合、それ以上三相電動機を駆動することができなくなる。従って、電気自動車は高圧充電器を備えて、前記高圧バッテリを充電させることができる。このような高圧充電器は、大きく、家庭用の単相交流電源を用いた緩速充電器と、送電用及び配電用の３相交流電源を用いた急速充電器とに分類できる。

一方、前記インバータ、高圧充電器及び低圧充電器の各々は、互いに分離した状態で備えられており、インバータ、高圧充電器及び低圧充電器の各々を電気自動車に取り付けられるように設計するために多くの時間と人手がかかる。従って、前記各々の構成を一つの装置に統合した電気自動車用インバータ−充電器統合装置が開発されている。

しかし、このようなインバータ−充電器統合装置のスイッチング素子に印加される電源部が共通電源で構成され、このような電源部が故障した場合には対処が不十分であった。

本発明が解決しようとする技術的課題は、インバータ−充電器統合装置のスイッチング素子に印加される電源部を個別に備えることによって、一部の電源部の故障時にも安定した運転が行えるインバータ−充電器統合装置及び制御方法を提供することである。

上記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態により、充電モードである場合高圧バッテリを充電し、運転モードである場合前記高圧バッテリの電力をスイッチングして三相電動機を駆動するように構成されたインバータ−充電器統合装置であって、入力される交流電源を整流して、前記高圧バッテリを充電するための電力を提供する整流器、充電モードである場合、前記整流器によって整流された交流電力を前記三相電動機から入力を受けて直流電力に整流し、運転モードである場合、前記高圧バッテリに充電された直流電力を３相交流電力に変換して前記三相電動機を駆動するインバータ、及び前記整流器及び前記インバータを駆動するための電源を供給する電源部で構成してもよい。

本発明の一実施形態により、制御器を含む負荷に低圧直流電源を供給するための低圧整流器、及び、前記整流器、前記インバータ及び前記低圧整流器を制御するための制御器をさらに含むように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、前記電源部は、前記整流器のスイッチング部を駆動するための電源を供給するための第１電源部、及び前記インバータのスイッチング部を駆動するための電源を供給するための第２電源部を含むように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、前記第１電源部及び前記第２電源部は、互いに独立して電源を供給するように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、前記整流器のスイッチング部に駆動電源の供給のために前記第１電源部または前記第２電源部を選択するための第１スイッチング部、及び前記インバータのスイッチング部に駆動電源の供給のために前記第１電源部または前記第２電源部を選択するための第２スイッチング部をさらに含むように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、前記第１スイッチング部は前記第１電源部に組み込まれ、前記第２スイッチング部は前記第２電源部に組み込まれるように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、前記第１スイッチング部及び前記第２スイッチング部は、前記第１電源部または前記第２電源部の動作状態に応じて前記第１電源部または前記第２電源部を選択するように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、前記第１スイッチング部及び前記第２スイッチング部は、前記第１電源部が故障状態であると、前記第２電源部を選択して、前記第２電源部から前記整流器のスイッチング部及び前記インバータのスイッチング部に電源を供給し、前記第２電源部が故障状態であると、前記第１電源部を選択して、前記第１電源部から前記整流器のスイッチング部及び前記インバータのスイッチング部に電源を供給するように構成してもよい。

本発明の一実施形態により、充電モードである場合高圧バッテリを充電し、運転モードである場合前記高圧バッテリの電力をスイッチングして三相電動機を駆動させるインバータ−充電器の制御方法であって、充電モードである場合、高圧バッテリを充電するための電力を提供するために入力される交流電源を整流する整流器のスイッチを選択するステップ、入力される交流電力を整流するための整流器のスイッチに駆動電源を供給するステップ、前記整流器によって整流された交流電力を前記三相電動機に供給するステップ、及び前記三相電動機から整流された交流電力の入力を受けて直流電力に整流して、前記高圧バッテリを充電するステップで構成してもよい。

本発明の一実施形態により、充電モードである場合高圧バッテリを充電し、運転モードである場合前記高圧バッテリの電力をスイッチングして三相電動機を駆動させるインバータ−充電器の制御方法であって、運転モードである場合、前記充電された高圧バッテリから前記三相電動機を駆動させる電源を供給するインバータのスイッチを選択するステップ、前記インバータのスイッチに前記高圧バッテリに充電された直流電力を供給するステップ、及び前記直流電源を三相交流電力に変換して前記三相電動機を駆動するステップで構成してもよい。

本発明によると、インバータ−充電器統合装置を実現するに当たり、整流器とインバータに対する電源部を共用で使用して、このような電源部が故障すると全機能が動作しなくなるが、これを防止するために、前記電源部を分離して構成することによって、一つの電源部が故障しても他の電源部を用いて前記インバータ−充電器統合装置を正常に動作させることができる。

本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置の構成を示す図である。 図１ａに示した構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置の電源部の構成を詳細に例示したブロック図である。

本発明は、多様な変更を加えることができ、種々の実施形態を有することができるが、特定の実施形態を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明する。しかしながら、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解すべきである。

以下、添付図面を参照し、本発明に係る好ましい一実施形態について詳細に説明する。

図１ａは、本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置の構成を示す図である。

統合装置１００は、交流電源１１０を整流するための整流器１２０、制御器を含む負荷に低圧直流電力を供給するための低圧整流器１７０、電気自動車の駆動のための電動機１３０、電動機を駆動し高圧バッテリ１６０に充電電力を供給するインバータ１４０、及び、前記整流器、低圧整流器及びインバータを制御するための制御器１８０を含む。

整流器１２０は、単相交流電源１１０を整流して高圧バッテリ１６０を充電するための電力を提供することができる。整流器１２０は、一般に、家庭用の２２０Ｖ単相交流電力が入力される。

低圧直流電力を供給するための低圧整流器１７０は、インバータ１４０により整流された直流電力（ＬＤＣ＋、ＬＤＣ−）の入力を受けて、電圧降下し、装置１００内の低電圧（例えば、１２Ｖ）直流電力を必要とするデバイスまたはエレメントに提供することができる。また、低圧整流器１７０は、変圧器を介して低圧バッテリ１５１を充電することができる。低圧整流器１７０は、従来の一般自動車に備えられたものと類似してもよい。

電動機１３０は、電気自動車の駆動のためのものであり、充電モードでは、単相整流器によって整流された交流電力をインバータ側に伝達する役割を果たす。また、電動機１３０は、運転モードでは、バッテリに充電された電力をインバータによってスイッチングして、生成された交流電力の供給を受けて駆動することができる。インバータ１４０は、充電モードでは、単相整流器によって整流された交流電力を三相電動機から入力を受けて直流電力に整流する役割を果たす。インバータ１４０は、運転モードでは、バッテリに充電された直流電力を三相交流電力に変換して三相電動機を駆動する役割を果たす。

制御器１８０は、装置１００に含まれた複数のエレメントの一般的な制御を担う。制御器１８０は、運転モードでは、整流器１２０と電動機１３０との間の連結を解除できるスイッチング素子を制御することができる。例えば、このようなスイッチング素子は、整流器１２０内のスイッチング部（ＳＷ）であってもよい。

制御器１８０は、整流器１２０、低圧整流器１７０及びインバータ１４０の動作を制御することができる。また、制御器１８０は、電気自動車（ＥＶ、ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）の付加機能を制御することができる。

一方、このような電気自動車用インバータ−充電器統合装置１００が運転モードまたは充電モードで運転する場合、インバータ１４０の各スイッチング部（Ｓ１〜Ｓ６）と整流気１２０のスイッチング部（ＳＷ）とにこれらのための駆動電源が入力されなければならない。これについては、図１ｂで詳しく説明する。

図１ｂは、図１ａに示した構成を簡略に示すブロック図である。図１ａの下段の低圧整流器１７０及び制御器１８０は、説明を明確にするため、また理解を助けるために省略した。

図１ｂに示したように、整流器１２０とインバータ１４０には、その内部に備えられたスイッチング部を制御及び駆動するための電源を供給するための電源部１９０が開示される。前記電源部１９０は、前記整流器１２０、及び前記インバータ１４０のスイッチング部に駆動のための電源を提供することができる。

しかし、上記で言及したように、図１ｂの電源部１９０は、前記整流器１２０と前記インバータ１４０に共通するため、前記電源部１９０が正常に動作しない場合、即ち、故障すると、前記インバータ−充電器統合装置１００を正常に動作できなくなる問題がある。このような問題を解決するための方案を後述する。

図２ａは、本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置のブロック図である。図２ａに示したように、本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置は、二つの電源部、即ち、第１電源部１９１及び第２電源部１９２を含んでもよい。前記第１電源部１９１は、前記整流器１２０のスイッチング部の駆動電源を提供するためのものであり、前記第２電源部１９２は、前記インバータ１４０のスイッチング部の駆動電源を提供するためのものである。

前記第１電源部１９１及び前記第２電源部１９２は、互いに独立して動作され、互いに独立して前記整流器１２０のスイッチング部及び前記インバータ１４０のスイッチング部に電源を提供することができる。換言すると、前記第１電源部１９１または前記第２電源部１９２のうちいずれか一つが故障しても、残りの一つの動作には何ら影響を及ぼさない。

また、前記第１電源部１９１と前記整流器１２０のスイッチング部との間、または前記第２電源部１９２と前記インバータ１４０のスイッチング部との間には、電源部の選択のためのスイッチング部が存在してもよい。このような電源部の選択のためのスイッチング部は、前記第１電源部１９１または前記第２電源部１９２の動作状態に応じて前記第１電源部１９１または前記第２電源部１９２を選択することができ、または、前記整流器１２０のスイッチング部または前記インバータ１４０のスイッチング部に連結することができる。

このようなスイッチング部の動作制御は、上記で説明した制御器１８０等によって行われてもよく、または、前記第１電源部１９１または前記第２電源部１９２内に前記スイッチング部の動作制御のための別途の制御手段（図示せず）が備えられてもよい。このようなスイッチング部の動作は、下記でさらに詳細に説明する。

図２ｂは、本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置の電源部の構成を詳細に例示したブロック図である。

図２ａで説明したように、本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置は、二つの電源部、即ち、第１電源部１９１及び第２電源部１９２を含んでもよい。また、これらは、各々、整流器のスイッチング部１２１とインバータのスイッチング部１４１とに連結されて、それらのための駆動電源を提供することができる。もちろん、前記連結関係と駆動電源の提供は、デフォルト（ｄｅｆａｕｌｔ）状態での連結関係及び電源の提供を意味し、電源部１９１，１９２が故障した場合には、その連結関係及び電源の提供はこれとは異なってもよい。

基本的に、本発明の一実施形態に係るインバータ−充電器統合装置は、整流器１２０のスイッチング部１２１とインバータ１４０のスイッチング部１４１とに互いに異なる電源部を介して駆動電源を提供するように構成される。換言すると、上記で説明したように、デフォルト状態では、前記第１電源部１９１は、前記整流器のスイッチング部１２１に駆動電源を提供し、前記第２電源部１９２は、前記インバータのスイッチング部１４１に駆動電源を提供することができる。

しかし、前記第１電源部１９１が正常に動作しなくて、整流器１２０のスイッチング部１２１（ＳＷ）に適正な電源を提供できない場合、図１に示した統合装置１００は、高圧バッテリ１５０の充電動作（または、充電モード）を行えず、高圧バッテリ１５０に充電された電力により電動機１３０の駆動（または、運転モード）のみを行う。従って、この場合、もし、ユーザまたは制御器１８０が、前記統合装置が充電モードで動作すべきであると決定すると、前記統合装置は、動作不能状態となる。

また、前記第２電源部１９２が正常に動作しなくて、インバータ１４０のスイッチング部１４１（Ｓ１〜Ｓ６）に適正な電源を提供できない場合、前記インバータ１４０が正常に動作しないため、図１に示した統合装置１００は、高圧バッテリ１５０の充電動作、及び高圧バッテリ１５０に充電された電力により電動機１３０を駆動することができない。

このような問題を解消するために、本発明の一実施形態に係る統合装置は、第１スイッチング部１９３及び第２スイッチング部１９４を用いることができる。

図２ｂにおいては、前記第１スイッチング部１９３及び前記第２スイッチング部１９４が、各々、第１電源部１９１及び第２電源部１９２とは別に存在するものと示したが、前記第１スイッチング部１９３及び前記第２スイッチング部１９４は、各々、第１電源部１９１及び第２電源部１９２に組み込まれてもよい。

前記第１スイッチング部１９３及び前記第２スイッチング部１９４は、各々、矢印のようにスイッチングすることにより、整流器のスイッチング部１２１とインバータのスイッチング部１４１を前記第１電源部１９１または前記第２電源部１９２に連結することができる。

もし、第１電源部１９１が故障したとすれば、前記整流器のスイッチング部１２１に正常に駆動電源が供給できないため、前記第１スイッチング部１９３は、第２電源部１９２を選択することができる。また、もし、第２電源部１９２が故障したとすれば、前記インバータのスイッチング部１４１に正常に駆動電源が供給できないため、前記第２スイッチング部１９４は、第１電源部１９１を選択することができる。

また、上記で説明したように、前記第１スイッチング部１９３と前記第２スイッチング部１９４のスイッチング動作の制御は、電源部１９１，１９２の内部に備えられた制御手段または前記制御器１８０により行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、上述した実施形態は、発明を限定するためのものではなく、単に例示的なものであることを認識することができ、本発明の範囲または思想を逸脱しないで変形、修正等が可能であることを理解することができる。

１００ インバータ−充電器統合装置
１１０ 交流電源
１２０ 整流機
１２１ 整流器スイッチング
１３０ 電動機
１４０ インバータ
１４１ インバータスイッチング
１５０ 高圧バッテリ
１５１ 低圧バッテリ
１７０ 低圧整流器
１８０ 制御器
１９０ 電源部
１９１ 第１電源部
１９２ 第２電源部

Claims (8)

1. 充電モードである場合高圧バッテリを充電し、運転モードである場合前記高圧バッテリの電力をスイッチングして三相電動機を駆動するように構成されたインバータ−充電器統合装置であって、
   入力される交流電源を整流して、前記高圧バッテリを充電するための電力を提供する整流器と、
   充電モードである場合、前記整流器によって整流された交流電力を前記三相電動機から入力を受けて直流電力に整流し、運転モードである場合、前記高圧バッテリに充電された直流電力を３相交流電力に変換して前記三相電動機を駆動するインバータと、及び
   前記整流器のスイッチング部を駆動するための電源を供給するための第１電源部と、前記インバータのスイッチング部を駆動するための電源を供給するための第２電源部と、を含む電源部と、
   前記整流器のスイッチング部に駆動電源の供給のために前記第１電源部または前記第２電源部を選択するための第１スイッチング部と、
   前記インバータのスイッチング部に駆動電源の供給のために前記第１電源部または前記第２電源部を選択するための第２スイッチング部と、
   で構成されることを特徴とする、インバータ−充電器統合装置。
2. 制御器を含む負荷に低圧直流電源を供給するための低圧整流器と、
   前記整流器、前記インバータ及び前記低圧整流器を制御するための制御器と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のインバータ−充電器統合装置。
3. 前記第１電源部及び前記第２電源部は、互いに独立して電源を供給するように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のインバータ−充電器統合装置。
4. 前記第１スイッチング部は、前記第１電源部に組み込まれ、前記第２スイッチング部は、前記第２電源部に組み込まれることを特徴とする、請求項１に記載のインバータ−充電器統合装置。
5. 前記第１スイッチング部及び前記第２スイッチング部は、前記第１電源部または前記第２電源部の動作状態に応じて前記第１電源部または前記第２電源部を選択するように構成されることを特徴とする、請求項１または４に記載のインバータ−充電器統合装置。
6. 前記第１スイッチング部及び前記第２スイッチング部は、
   前記第１電源部が故障状態であると、前記第２電源部を選択して、前記第２電源部から前記整流器のスイッチング部及び前記インバータのスイッチング部に電源を供給し、
   前記第２電源部が故障状態であると、前記第１電源部を選択して、前記第１電源部から前記整流器のスイッチング部及び前記インバータのスイッチング部に電源を供給するように構成されることを特徴とする、請求項１、４または５のいずれか一項に記載のインバータ−充電器統合装置。
7. 充電モードである場合高圧バッテリを充電し、運転モードである場合前記高圧バッテリの電力をスイッチングして三相電動機を駆動させるインバータ−充電器の制御方法であって、
   充電モードである場合、高圧バッテリを充電するための電力を提供するために入力される交流電源を整流する整流器のスイッチを選択するステップと、
   入力される交流電力を整流するための整流器のスイッチに第１電源部から供給される駆動電源を供給するステップと、
   前記整流器によって整流された交流電力を前記三相電動機に供給するステップと、
   第２電源部から駆動電源の供給を受けるスイッチを備えるインバータが前記三相電動機から整流された交流電力の入力を受けて直流電力に整流し、前記高圧バッテリを充電するステップと、で構成され、
   前記第１電源部が故障状態である場合、前記整流器のスイッチ及び前記インバータのスイッチに第２電源部の電源を供給し、前記第２電源部が故障状態である場合、前記インバータのスイッチ及び前記整流器のスイッチに前記第１電源部の電源を供給することを特徴とする、インバータ−充電器の制御方法。
8. 充電モードである場合高圧バッテリを充電し、運転モードである場合前記高圧バッテリの電力をスイッチングして三相電動機を駆動させるインバータ−充電器の制御方法であって、
   運転モードである場合、前記三相電動機に整流された交流電力を供給する整流器に備えられ、第１電源部から駆動電圧の供給を受けるスイッチを制御して前記整流器と前記三相電動機との連結を解除するステップと、
   前記充電された高圧バッテリから前記三相電動機を駆動させる電源を供給するインバータに備えられ、第２電源部から駆動電圧の供給を受けるスイッチを選択するステップと、
   前記インバータのスイッチに前記高圧バッテリに充電された直流電力を供給するステップと、
   前記直流電源を三相交流電力に変換して前記三相電動機を駆動するステップと、で構成され、
   前記第１電源部が故障状態である場合、前記整流器のスイッチ及び前記インバータのスイッチに前記第２電源部の電源を供給し、前記第２電源部が故障状態である場合、前記インバータのスイッチ及び前記整流器のスイッチに前記第１電源部の電源を供給することを特徴とする、インバータ−充電器の制御方法。

Images