JPH02269403A - 電気自動車用電力変換器 - 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］ この発明はバッテリからの直流電力を所定の交流電力に
変換し電気自動車駆動用の誘導電動機に供給する電気自
動車用電力変換器、特に内蔵するコンデンサに蓄積され
た電荷の放電に関する。

［従来の技術］ 現在、自動車の駆動源としてガソリンエンジン、ディー
ゼルエンジン等の内燃機関が広く採用されている。しか
し、これら内燃機関を利用した場合には排気ガスの発生
やある程度の騒音発生は避けることはできない。

一方、バッテリからの電力によって電動機を駆動する電
気自動車は本質的に排気ガス発生源がなく、低騒音であ
るという特徴を持っている。そして、バッテリ性能の向
上により、走行継続距離、重量、コスト等の問題が改善
されつつあり、電気自動車の実用化が期待されている。

また、このような電気自動車の電動機としては、交流誘
導電動機が好適であり、バッテリからの直流電力をイン
バータにより交流電力に変換するとともに、このインバ
ータを所定のプログラム制御することにより高速応答性
と高電力効率を実現している。

ここで、第３図に基づいて従来の電気自動車の駆動機構
について説明する。

図において、直流電力を供給するバッテリ１０は、主コ
ンタクタ１２を介しインバータ１４の入力側に接続され
ている。そして、このインバータ１４の出力側には誘導
電動機１６が接続されている。

また、主コンタクタ１２のインバータ１４との間には電
流平滑用のコンデンサ１８が、バッテリ１０に対して並
列に接続されている。

そして、インバータ１４は複数（この例においては３相
の交流電力を生成するために６つ）のスイッチング素子
１４ｓを有しており、コントローラ２０がこのスイッチ
ング素子１４ｇのスイッチングを制御する。

なお、主コンタクタ１２は、イグニッションキー（図示
せず）の操作に応じて開閉するようになっている。

以上のような装置において、イグニッションキーをオン
すると、主コンタクタ１２がオンし、インバータ１４に
直流電力が供給される。そして、このインバータ１４に
おいて所定の交流電流に変換され、誘導電動機１６が制
御されるわけであるが、このインバータ１４における直
流／交流変換は、コントローラ２０によって制御される
すｆｋ’ｂち、コントローラ２０はアクセルの踏込み量
に対応する出力トルク指令に応じ、誘導電動機１６にお
ける出力トルクが出力トルク指令に合致するようにイン
バータ１４における動作を制御する。通常の場合、コン
トローラ２０は誘導モータ１６に供給する電流を励磁電
流とトルク電流成分に分解し、インバータ１４における
変換を制御する。

また、インバータ１４は、この例において三相交流を誘
導電動機１６に供給するため、６つのスイッチング素子
１４ｓを有している。そこで、コントローラ２０はイン
バータ１４におけるスイッチング素子１４ｓの上流側と
下流側のものを一組としてオンすることにより、誘導電
動機１６に所望の方向の電流を供給することができる。

そして、このスイッチング素子のオンオフを所定のタイ
ミングで順次切り替え、通常１２０＠位相の異なる電流
を誘導電動機１６の固定子に供給することによって誘導
電動機１６に所定の回転磁界を発生させ、駆動電動機１
６を回転駆動する。これによって駆動力が発生し、電気
自動車における所定の走行が行える。

そして、電気自動車の走行が終了し、イグニッションキ
ーをオフした場合には、これに連動して・主コンタクタ
１２がオフになる。この状態において、バッテリ１０か
らの電力供給は切断され、誘導電動機１６の駆動も停止
されるわけであるが、コンデンサ１８にはその静電容量
に応じた電荷が蓄積されている。そこで、この蓄積され
ている電荷を消費する必要がある。

これは、コンデンサ１８の電荷が残留している状態で、
コントローラ２０の電源がオフされると、通常は逆バイ
アスされているスイッチング素子１４ｓの入力がコント
ローラ２０のダウンにより過渡的に無制御状態となり、
逆バイアスがなくなってスイッチング素子１４ｓがオン
してしまい短絡電流が流れ、スイッチング素子１４ｇが
破壊されるなどの悪影響を及ぼす危険があるからである
（第４図参照）。

このコンデンサ１８に蓄積されている電荷を放電消費す
るためにζ例えばコンデンサ１８に放電用抵抗を並列接
続することが考えられる。すなわち、放電用抵抗をコン
デンサ１８と並列接続すれば、この放電用抵抗に電流が
流れ、主コンタクタ１２オフ後においてコンデンサ１８
に蓄積されている電荷が放電消費されることとなる。し
かし、このような放電用抵抗を配置すると、通常の駆動
時においても、この放電抵抗に若干の電流が流れるため
、その抵抗値を非常に大きなものとする必要があった。

そこで、コンデンサ１８の放電が速やかに行われないと
いう問題点があった。

このような、問題点を解決するため、放電用抵抗とこの
放電用抵抗に対する電流流通を制御するスイッチを設け
ることが提案されている。

放電用抵抗に電流流通をするか否かを制御するスイッチ
を設ければ、主コンタクタ１２のオフ時において、この
放電用スイッチをオンし、コンデンサ１８に残留する電
荷をこの放電用抵抗において速やかに消費することがで
きる。

また、実開昭５９−１６１３９８号公報には、誘導電動
機１６に電流を流通し、コンデンサ１８における電荷の
放電を行うことが示されている。

これについて第３図に基づいて説明すれば、インバータ
１４における特定の２つのスイッチング素子１４ｓを導
通し、スイッチング素子１４ｓ→誘導電動機１６→スイ
ッチング素子１４ｓというコンデンサ１８の放電回路を
形成する。そして、この２つのスイッチング素子１４ｓ
を所定の周期でオンすることによって、誘導電動機１６
のコイルに過大な電流が流れることを防止している。更
に、この公報の装置によれば、誘導電動機１６に流れる
電流は直流電流であるため、誘導電動機１６に制動をか
けることもできる。

更に、実開昭６３−２９３９１号公報にも、上述と同様
な誘導電動機１６に電流を流通することによってコンデ
ンサ１８に残留する電荷を放電することが示されている
。

このような従来の電力変換器によれば、特別の放電用抵
抗を必要とすることなく、コンデンサの残留電荷の放電
を行える。

［発明が解決しようとする課題〕 このように、従来の電気自動車用電力変換器においても
、誘導電動機に電流を流通することによって、コンデン
サの電荷を放出することが行われている。これによれば
、新たな放電用抵抗を設けることなく、残留電荷の放電
を行うことができる。

しかしながら、上述のような従来の方法においては、コ
ンデンサに残留する電荷を放出するために、特別のプロ
グラムを必要とした。すなわち、コンデンサの電荷放出
時においては、コントローラはそのために設けられたプ
ログラムを実行し、インバータ１４におけるスイッチン
グ素子を制御していた。

また、このようなコンデンサの電荷を放出するためのプ
ログラムを実行するため、若干の論理回路の追加を必要
とする場合もあった。そして、このような回路の追加や
プログラムの追加によるメモリ容量の増加のコストアッ
プにつながる。電気自動車の普及のためには、コスト低
減は非常に重要な課題であり、プログラムや回路の必要
のない装置が要望されている。

この発明は上述のような問題点を解決することを課題と
してなされたものであり、プログラムや電子回路の追加
を必要とすることなく、コンデンサにおける充電電荷を
効率良く放出できる電気自動車用電力変換器を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、バッテリと、
このバッテリと並列接続されたコンデンサと、バッテリ
からの直流電力をオンオフする主コンタクタと、バッテ
リからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
このインバータのスイッチングをアクセルの踏込み量に
応じた出力トルク指令に基づいて制御するコントローラ
と、を含み、誘導電動機に所定の交流電力を供給する電
力変換器において、上記コントローラは、上記主コンタ
クタをオンしている状態で、上記出力トルク指令が０の
時に、誘導電動機に回転磁界を発生せず、トルクが発生
しないように上記インバータのスイッチングを制御する
励磁プログラムを実行する手段と、上記主コンタクタを
オンしている状態で、上記出力トルク指令に基づいて上
記インバータのスイッチングを制御する走行プログラム
を実行する手段と、上記主コンタクタがオフされ、バッ
テリからの電力供給を停止した際に、上記励磁プログラ
ムを所定時間実行する手段と、を有することを特徴とす
る。

［作用コ この発明に係る電気自動車用電力変換器は、上述のよう
な構成を有しており、インバータを制御するコントロー
ラにおいて、アクセルが踏込まれておらず、出力トルク
指令が０の時に、誘導電動機における出力トルクが発生
しないようにインバータを制御する励磁プログラムを有
している。そして、走行を始める前の待機状態において
、コントローラがこの励磁プログラムを実行することに
よって、誘導電動機のステータに所定の磁界を発生する
ことができる。そこで、アクセルが踏込まれ出力トルク
指令が発せられた場合に、これに応じてインバータのス
イッチングを制御すれば、誘導電動機における速やかな
トルクの出力を達成することができる。

そして、この発明においては、上述のような励磁プログ
ラムを誘導電動機への電力供給をオフ時において実行す
る。すなわち、主コンタクタがオフされバッテリからの
電力供給を停止した時に、励磁プログラムを所定時間実
行し、バッテリと並列接続されたコンデンサに充電され
た電荷を誘導電動機に導き、ここで放電消費する。この
ため、コンデンサにおける充電電荷残留による悪影響を
排除できると共に、コントローラにおける特別のプログ
ラムや回路等のハードを必要とすることがない。

［実施例］ 以下、この発明に係る電気自動車用電力変換器の一実施
例について、図面に基づいて説明する。

第１図は、実施例における概略構成を示す回路図である
。図において、主バツテリ１０、主バツテリ１０からの
電流をオンオフする主コンタクタ１２、主バツテリ１０
から直流電力を交流電力に変換するインバータ１４、電
気自動車駆動用の誘導電動機１６、インバータ１４に供
給する直流電力の平滑用のコンデンサ１８については、
従来例と同様である。

そして、このインバータ１４におけるスイッチング素子
１４ｓのオンオフを制御するためのコントローラ２０は
、次のような構成を有している。

すなわち、アクセル等の踏込み量に応じて出力される出
力トルク指令とそのときの誘導電動機の回転周波数ωｒ
に応じて目標電流値Ｉ＊及びすべり周波数ωＳを算出し
、目標供給電流Ｉ＊と目標角周波数ωｒ＋ωＳがコント
ローラ２０に供給される。ここで、目標電流指令値Ｉ＊
と目標角周波数ω「十ωＳはコントローラ２０における
指令波発生部３２に供給される。この指令波発生部３２
は供給される目標電流指令値Ｉ＊と目標角周波数ωｒ＋
ωＳに応じて二相の電流指令値を出力する。

すなわち次の２つの位相の交流電流値を出力する。

１＊ｓｉｎ　（（ωｒ＋ω５）ｔ） １＊ｓＬｎ　（（ωｒ＋ω５）ｔ−２４０’）そして、
この指令波発生部３２からの出力信号を三相の交流電流
指令に変換するため、加算器３４及び３つの抵抗３６ａ
〜３６ｃが設けられている。すなわち、指令波発生部３
２から出力される２４０”位相の異なる２つの電流指令
値は抵抗３６ａ及び３６ｂをそれぞれ介し、加算器３４
の反転入力端子に入力される。一方、加算器３４の非反
転入力端子はアースに接続されており、加算器３４の出
力端子は抵抗３６ｃを介し反転入力端子に帰還接続され
ている。従って、２４００位相の異なる２つの電流指令
値は、抵抗３６ａまたは３６ｂと抵抗３６ｃの比に応じ
て増幅され、加算器３４から出力される。従って、この
出力は入力される２つの電力指令値の中間のそれぞれか
ら１２０″位相の異なる電力指令値となり、抵抗３６ａ
　＋　　３６　ｂ　＊　　３６　ｃを適当な値とするこ
とによって加算器３４の電流指令値は、指令は発生部３
２から出力される２つの電流指令値と同等の振幅であっ
てそれぞれ１２０°位相の異なるだけの信号とすること
ができる。

そこで、抵抗３８ａ、３８ｂ、３８ｃに同一の抵抗を選
択すれば、これらを通過した電流指令値は全て同一の振
幅を有し、位相が１２０°ずつ異なる３つの信号となる
。そして、これら３つの信号はコンパレータ４０　ａ　
、４０　ｂ　ｒ　　４０　Ｃの反転入力端子に接続され
る。一方、このコンパレータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの
非反転入力端子には三角波発生器４２からの出力が入力
されるようになっている。この三角波発生器４２は予め
ＲＯＭに書き込まれている三角波の座標値を指令波発生
部３２から出力される電流指令値の位相に応じて出力す
るものであり、コンパレータ４０ａ〜４０ｃにそれぞれ
の位相に応じた基準となる振幅値を順次供給する。

従って、コンパレータ４０ａ〜４０ｃは指令は発生部３
２から出力される信号が大きかった場合にはデユーティ
比の大きな出力信号を出力し、指令波発生部３２から出
力される信号の振幅値が小さかった場合にはデユーティ
比の小さなパルス信号を出力する。そして、この信号を
利用すればＰＷＭ　（パルス幅変調）制御を行える。

ドライブ部４４はコンパレータ４０ａ〜４０ｃからの出
力を受け、インバータ１４におけるスイッチング素子１
４ｓのオンオフを制御するものであるが、このドライブ
部４４は６つの領域４４ａ〜４４ｆに分けられており、
コンパレータ４０ａ〜４０ｃからの出力信号を直接炎は
入れる３つの領域４４ａ〜４４ｃとこれらの反転出力を
受は入れる３つの領域４４ｄ〜４４ｆから形成されてい
る。

そして、これら入力信号に応じて６つの領域が順次所定
のオン信号を出力するため、インバータ１４における６
つのスイッチング素子１４ｓの所定の２つずつをオンし
誘導電動機１６に順次回転する１２０”ずつ位相の異な
る回転磁界を発生することができる。従って、誘導電動
機１６に所定の回転、出力トルクを付与することができ
る。

このような装置において、コントローラ２０は第２図に
示すフローチャートに従って制御を行う。

すなわち、電気自動車の走行を開始するために、イグニ
ッションキーがオンされた場合には（Ｓｌ）、コントロ
ーラ２０に電力の供給を行う（Ｓ２）。

そして、主コンタクタ１２をオンする（Ｓ３）。

そして、走行を始めるわけであるがここにおいて、本発
明においては、アクセルが踏込まれる前に、コントロー
ラ２０に励磁プログラムを実行させる（Ｓ４）。

そして、この励磁プログラムの実行に従ってコントロー
ラ２０からインバータ１４に対し所定のスイッチング信
号を供給し、バッテリ１０からの電力を誘導電動機１６
に供給する。ここで、この励磁プログラムはこれにした
がったバッテリ１０からの誘導電動機１６に対する電流
供給を行っても、誘導電動機１６において出力トルクが
発生しないようにプログラムされている。従って、誘導
電動機１６においては所定の磁界（直流磁界）が発生す
るが、出力トルクは発生しない。

そして、この励磁プログラムを実行した場合において、
次にイグニッションキーがオンされているかどうかを判
定する（Ｓ５）。なお、このステップは、動作終了のた
めのものであり、走行を終了し、イグニッションキーを
オフした場合に走行プログラムの実行を終了しステップ
８に移ることができる。

そして、このイグニッションキーがオンの状態であれば
、次にアクセルがオン操作されているか否かを判定する
。すなわち、アクセルがオンされていれば、所定の出力
トルクが発生するようにインバータ１４を制御するわけ
であるが、アクセルがオンされていなかった場合には、
いまだ走行を行う意思がないとして励磁プログラムの実
行（Ｓ４）に戻る。

そして、アクセルの操作に応じて所定の走行プログラム
を実行し、インバータ１４をコントローラ２０によって
制御し、誘導電動機１６において所定のスイッチング制
御を行い、誘導電動機１６における出力トルクを制御す
る（Ｓ６）。

そして、このような走行が終わり、イグニッションキー
がオフされた場合には、イグニッションキーオン（Ｓ６
）のステップにおいてイグニツションキーがオフされた
ことの判断が行われる。そして、この場合には走行は停
止すべきであると判断し、主コンタクタ１２をオフする
（Ｓ８）。

そして、これによって主バツテリからのインバータ１４
への電流供給は停止されるわけであるが、コンデンサ１
８に残留する電荷を放出しなければならないという問題
がある。

そこで、この発明においては、この段階においてコント
ローラ２０において励磁プログラムを所定時間実行し、
インバータ１４のスイッチングを制御する（Ｓ８）。従
って、コンデンサ１８に充電されている残留電荷はこの
励磁プログラムの実行により誘導電動機１６に流通され
、ここで消費されることとなる。そこで、この励磁プロ
グラムの実行によりコンデンサ１８の残留電荷の放電消
費が達成することとなる。

そして、この励磁プログラム実行が所定時間経過したと
きには、コントローラ２０に対する電源（制御電源）も
オフしく３１０）　、制御を終了する。

このように本発明においては、走行開始時に必要な励磁
プログラムを主コンタクタ１２オフ後の所定時間実行す
ることによって、コンデンサ１８に残留する電荷を誘導
電動機１６において消費することができる。従って、コ
ンデンサ１８における残留電荷放出だめの特別のプログ
ラムやハード構成を必要とすることなくコンデンサ１８
の残留電荷の消費を行うことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明に係る電気自動車用電力
変換器によれば、主コンタクタがオンの状態にて誘導電
動機を出力トルク零の電流供給する励磁プログラムをイ
グニッションキーオフ後の所定時間実行することにより
コンデンサに残留する電荷を効率的に放出消費すること
ができ、特別のプログラムやハードを必要としない。従
って、電気自動車用電力変換器におけるコストダウンを
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気自動車用電力変換器の一実施
例に係る概略構成を示す電気回路図、第２図は同実施例
の動作を説明するためのフローチャート図、 第３図は従来の電気自動車用電力変換器の一例を示す電
気回路図、 第４図はコントローラ２０の電源オフ時におけるスイッ
チング素子１４ｓへの入力の変化を示す特性図である。 １０　・・・　バッテリ １２　・・・　主コンタクタ １４　・・・　インバータ １６　・・・　誘導電動機 １８　・・・　コンデンサ ２０　・・・　コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）バッテリと、 このバッテリと並列接続されたコンデンサと、バッテリ
   からの直流電力をオンオフする主コンタクタと、 バッテリからの直流電力を交流電力に変換するインバー
   タと、 このインバータのスイッチングをアクセルの踏込み量に
   応じた出力トルク指令に基づいて制御するコントローラ
   と、 を含み、誘導電動機に所定の交流電力を供給する電力変
   換器において、 上記コントローラは、 上記主コンタクタをオンしている状態で、上記出力トル
   ク指令が０の時に、誘導電動機に回転磁界を発生せず、
   トルクが発生しないように上記インバータのスイッチン
   グを制御する励磁プログラムを実行する手段と、 上記主コンタクタをオンしている状態で、上記出力トル
   ク指令に基づいて上記インバータのスイッチングを制御
   する走行プログラムを実行する手段と、 上記主コンタクタがオフされ、バッテリからの電力供給
   を停止した際に、上記励磁プログラムを所定時間実行す
   る手段と、 を有することを特徴とする電気自動車用電力変換器。