JPH01270704A - 電気自動車用駆動回路の回生制動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電力変換用半導体主素子を含むインバータ
のスイッチング作用により、力行時に電池出力を交流に
変換してモータに供給し駆動すると共に回生制動時にモ
ータからの回生エネルギを電池に戻し充電するように構
成された電気自動車用駆動回路の回生制動装置、特にイ
ンバータのスイッチング時のサージ電圧抑制用スナバ回
路において力行時に失われるエネルギ損失を低減し、か
つ、回生制動時の耐サージ電圧性能を向上させるための
改良を行った電気自動車用駆動回路の回生制動装置に関
するものである。

［従来の技術］ 文献「半導体電力変換回路」　（電気学会）の３６頁に
は、電力変換用半導体のターンオフ時のサージ電圧を吸
収するためのスナバ回路が示されている。スナバ回路は
半導体デバイスに加わる過電圧とスイッチング損失の低
減を目的とする保護回路なので、通常発生する最大のサ
ージ電圧を吸収できるようにその容量を決定しておかな
ければならない。従って、電気自動車などで回生制動が
実施される場合、力行時によりもサージ電圧が高い回生
時の方に合わせてスナバ回路の容量を決定しておく必要
があった。

また、特開昭６１−６６５７１１１号には、交流電源か
ら直流入力電圧を得る手段とインバータ回路との中間に
、抵抗とトランジスタとを直列接続してなる回生電流消
費回路を並列接続した構造の回生制動回路が記載されて
いるが、この場合過電圧の発生を防止するために回生エ
ネルギを消費させてしまうだけなのでエネルギ回収効率
が低い。

［発明が解決しようとする課題］ 一般にモータの回生制動力を最大限に利用するためには
、回生制動時にモータ電圧が上昇した状態でインバータ
の半導体主素子がスイッチング動作を行ったときに生じ
るサージ電圧が、半導体主素子の破壊電圧を越えないよ
うにしておかなければならない。一方、モータ力行時に
は電池特性の関係で回生時よりも電池電圧が低いので、
スナバ回路の容量を小さくできる筈であるが、前記従来
技術の場合、モータ力行時に比べて頻度が少ないにも拘
らず、回生制動時に生じる半導体主素子のサージ電圧を
小さく抑えるために大容量のスナバ回路を設ける必要が
あり、その結果モータ力行時における半導体主素子のス
イッチング損失が大きくなってしまうという問題点があ
った。従って、−り記問題点の解消のため、「スナバ回
路の容量を、モータ力行時には電池電圧にみあった小さ
な値とし回生制動時には電池電圧上昇にみあった大きな
値となるよう、変化させなければならない」という課題
がある。

この発明は、係る課題を解決するために為されたもので
、インバータのスイッチング時のサージ電圧抑制用スナ
バ回路において力行時に失われるエネルギ損失を低減し
、かつ、回生制動時の耐サージ電圧性能を向上させるこ
とができる電気自動車用駆動回路の回生制動装置を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる電気自動車用駆動回路の回生制動装置
は、力行時のターンオフサージ電圧を吸収できる容量を
持つ第１のスナバ回路をインバータの電力変換用半導体
主素子に並列に設け、かつ、スイッチ手段と少くとも１
個の第２のスナバ回路とを直列接続してなる追加サージ
吸収回路を前記第１のスナバ回路に並列に設け、更に回
生制動時に前記スイッチ手段をＯＮにする制御回路を備
え、力行時に第１のスナバ回路だけを、また回生制動時
に第１のスナバ回路と第２のスナバ回路を同時に働かせ
ることにより回生制動時に必要なサージ電圧吸収容量を
持つように構成したことを特徴とするものである。

［作用］ 上記構成による電気自動車用駆動回路の回生制動装置に
よれば、力行時には追加スナバ回路中のスイッチ手段が
ＯＦＦとなっており、第１のスナバ回路だけでインバー
タのターンオフ時のサージ電圧を吸収することになるが
、従来例のように力行時に対して必要以上に大容量のス
ナバ回路を設けて損失電流を大きくするというような無
駄を排除できる。

また、回生制動時には前記スイッチ手段がＯＮとなり、
前記第１と第２のスナバ回路が同時に働き、回生制動時
に発生する高いサージ電圧を吸収し索子破損を防止する
ことができる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第３図は、一般に用いられている電気自動車用駆動回路
の概略構成図である。図において１は蓄電池であり、図
中Ａで示されている半導体スイッチ回路を２組直列に接
続したものを３組並列接続した構成の３相インバ一タ回
路２に接続されている。３は前記各半導体スイッチ回路
を制御し、蓄電池１の直流出力を交流電力に変換してモ
ータ４に供給するためのコントローラである。

次に、この発明の好適な実施例を第１図、第２図により
説明する。

第１図はこの発明に係る回生制動装置の詳細構成図であ
り、第３図Ａ部の詳細構成を周辺ブロックと共に示した
ものである。図においてＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴか
らなる半導体主素子１０のドレインは前記第３図の蓄電
池１の正極に接続され、またソースは図示を省略された
もう１組の構成要素である半導体主素子のドレインに接
続されている。

半導体主索子１０のゲートは、エミッタを電源（＋Ｖｌ
　）に接続されたＰＮＰトランジスタ１１とエミッタを
アースに接続されたＮＰＮ　）ランジスタ１２のコレク
タに接続されている。トランジスタ１１．１２のベース
はインバータ１３を介してフォトカブラ１４のコレクタ
に接続されている。

フォトカブラ１４の入力側は、Ｅ■コントローラ２０か
らの信号によりパルス幅及び周波数を制御するＰＷＭコ
ントローラ３０に接続されている。

ＥＶコントローラ２０にはアクセルペブル及びブレーキ
ペブル（図示せず）にそれぞれ連動したＡＣＣ（アクセ
ル）信号源２１及びＢＲＡＫＥ　（ブレーキ）信号源２
２から出力されるＡＣＣ（アクセル）信号及びＢＲＡＫ
Ｅ　（ブレーキ）信号が入力されるようになっており、
これらの入力信号に基づき、ＰＷＭコントローラ３０を
ベクトル制御すると共に、回生制動信号を発生する。回
生検出は電圧と電流の位相差比較によりなされる。

半導体主素子１０のソースとドレイン間にはスナバ回路
４０と追加スナバ回路５０が接続されている。

スナバ回路４０は抵抗４１とダイオード４２を並列接続
しかつコンデンサ４３を直列に接続して構成されている
。スナバ回路４０を構成する各素子の定数はモータ力行
時のサージ電圧を吸収するのに必要十分な範囲でなるべ
く小容量に選定され、力行時の損失をできるだけ低減す
るようになっている。

追加スナバ回路５０は、抵抗５１とダイオード５２を並
列接続しかつコンデンサ５３を直列接続した構成から成
り、このスナバ回路５０には更に前記ＥＶコントローラ
２０からの回生制動信号により開閉制御されるスイッチ
５４が直列接続され、前記追加スナバ回路５０とスイッ
チ５４とから本発明の追加サージ吸収回路が形成されて
いる。回生制動信号はアクセルペダルを離し、ブレーキ
ペダルを踏み込むことにより発せられる。ブレーキは油
圧プレーと回生ブレーキの両方が併用されるが、回生ブ
レーキの制動力は相当量の割合で制御作用を与える。な
お、アクセル戻し検出とブレーキ踏み込み検出とは単独
にトリガするようにしてもまた両者のＡＮＤを取ること
にしても良い。

次に上記実施例の動作について説明する。

第１図に示すＥＶコントローラ２０は車両のＡＣＣ（ア
クセル）信号とＢＲＡＫＥ　（ブレーキ）信号を検出し
て車速に対応して必要なトルク指令を演算し、そのトル
ク指令に見合ったＰＷＭ波形を出力するようにＰＷＭコ
ントローラ３０に指令を出す。またこのＥＶコントロー
ラ２０は、へ〇Ｃ信号とＢＲＡＫＥ信号とによりモータ
４が回生制動状態にある時に、スイッチ手段５４をＯＮ
Ｌ、カ行状態にある時にＯＦＦする指令を出す。

従って、力行時にはスイッチ手段５４がＯＦＦになって
いるので第１のスナバ回路４０だけが動作し、比較的小
容量でターンオフ時のサージ電圧を吸収する。よって力
行時の損失低減が可能である。また、回生制動時にスイ
ッチ手段５４がＯＮとなり、第１及び第２のスナバ回路
４０．５０が共同してターンオフ時のサージ電圧を吸収
するから、高レベルのサージ電圧にも対応可能である。

第２図は回生時に半導体主素子１０に生じる電圧Ｖと電
圧ｌを示す波形図であり、インバータのスイッチ回路が
ＯＮ（ターンオン）時、電圧Ｖは立下がり、電圧Ｉは立
上がるが、ＯＦＦ　（ターンオフ）時には、電圧Ｖは立
上がり、電流Ｉは立下がる。図中実線は追加スナバ回路
５０を付加しない場合を、また破線は同じく付加した場
合の線図を示しており、追加スナバ回路５０を付加しな
い場合、回生制動時のピーク電圧Ｖが主素子耐電圧Ｖ　
ＭＡＸを上回ってしまい、素子破壊を起こす結果となる
。

一方、追加スナバ回路５０を付加した場合にはピーク電
圧が主素子耐電圧以下になるので素子破壊を生じない。

即ち回生制動時に生じる電池電圧の上昇に伴う高いサー
ジ電圧を十分吸収し、主素子が破壊されるのを防止する
ことができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、力行時のターンオフサ
ージ電圧を吸収できる容量を持つ第１のスナバ回路に、
回生制動時にＯＮするスイッチ手段と第２のスナバ回路
とを直列接続してなる追加サージ吸収回路を並列接続す
る構造により力行時のサージ電圧吸収容量を小さくしエ
ネルギ損失を低減すると共に、回生制動時に必要十分な
耐サージ電圧性能を得ることを可能とし、高いエネルギ
回収率を実現する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる１実施例の構成説明図、 第２図は回生制動時の半導体主素子の電圧電流波形図、 第３図は一般的電気自動車用駆動回路の概略構成図であ
る。 １・・・蓄電池 ２・・・３相インバ一タ回路 ３・・・コントローラ ４・・・モータ １０・・・半導体主素子 ２０・・・ＥＶコントローラ ３０・・・ＰＷＭコントローラ ４０・・・第１のスナバ回路 ５０・・・追加スナバ回路 ５４・・・スイッチ手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電力変換用半導体主素子を含むインバータのスイッチン
   グ作用により、力行時に電池出力を交流に変換してモー
   タに供給し駆動するとともに回生制動時にモータからの
   回生エネルギを電池に戻し充電しつつモータに制動力を
   与えるように構成された電気自動車用駆動回路の回生制
   動装置において、力行時のターンオフサージ電圧を吸収
   できる容量を持つ第１のスナバ回路を前記インバータの
   電力変換用半導体主素子に並列に設け、かつ、スイッチ
   手段と少くとも１個の第２のスナバ回路とを直列接続し
   てなる追加サージ吸収回路を前記第１のスナバ回路に並
   列に設け、更に回生制動時に前記スイッチ手段をＯＮに
   する制御回路を備え、力行時に第１のスナバ回路だけを
   働かせ回生制動時に第１のスナバ回路と第２のスナバ回
   路を同時に働かせることにより回生制動時に必要なサー
   ジ電圧吸収容量を持つように構成したことを特徴とする
   電気自動車用駆動回路の回生制動装置。