JPH03251084A

JPH03251084A - 電気自動車用電力変換器

Info

Publication number: JPH03251084A
Application number: JP2046955A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kuno; 裕道久野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1991-11-08

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］本発明は電気自動用電力変換器、特に誘導電動機に交流
電力を供給するインバータに接続された平滑用コンデン
サを低温時において安定に機能させる手段に関する。

［従来の技術］低騒音、無排気ガスである電気自動車は、現代の自動車
問題を解決する有益な存在として社会的にその普及が期
待されている。

しかし、周知のように電気自動車は、その駆動力源を車
載バッテリ等の電気エネルギーに依存しているため、物
理的、化学的制約から生ずる種々の要望があることも事
実であり、その１つとして雪国や寒冷地での誘導電動機
の確実な始動の要請がある。

ところで、従来の電気自動車用電力変換器としては、イ
ンバータ回路を用いたものが周知である（例えば特開昭
５６−５８７７４号公報参照）。

このインバータ回路を用いた電力変換器は、誘導電動機
の駆動力源である主バツテリと、この主バッテリからの
直流電力を交流電力に変換して誘導電動機に供給するイ
ンバータとを主要構成としている。

そして、インバータには、インバータへの供給電力を安
定させるために、及びインバータ内のスイッチング素子
の動作により生ずるサージ電圧を抑制するために平滑コ
ンデンサが並列的に接続されている。すなわち、この平
滑コンデンサにより、インバータの安定動作が保証され
るのである。

従って、平滑コンデンサはある程度の容量を有するもの
が必要であり、−射的には大容量の電解コンデンサが用
いられている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の電気自動車用電力変換器において
は、上記平滑コンデンサ（電解コンデンサ）がその化学
的特性から温度に左右され易く、寒冷地等の低温下では
その本来の機能をなし得ないという問題を有していた。

すなわち、電解コンデンサは、その電荷蓄積を化学的な
酸化還元作用を用いて行っているため、低温下では化学
反応が進行せず、これによりコンデンサの容量が低下し
てしまうのである。そして、これによりインバータの動
作が不安定になると共に、回路内にサージ電圧等が発生
し、各素子を破損させるという問題もあった。

発明の目的本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、低温下においても安定確実に誘導電動機へ
電力供給を行う電気自動車用電力変換器を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は、電気自動車駆動
用バッテリと、このバッテリの直流電力を交流に変換し
て誘導電動機へ供給するインバータと、このインバータ
に並列接続された平滑用コンデンサと、を含む電気自動
車用電力変換器において、前記コンデンサの近傍に設け
られた温度センサと、前記コンデンサに隣接配置され、
コンデンサを暖める加温手段と、前記温度センサからの
温度情報に基づき、前記コンデンサの温度が所定値以下
の場合に前記加温手段に加温動作を行わせるコントロー
ラと、を有することを特徴とする。

［作用〕上記構成によれば、平滑コンデンサの温度は、コンデン
サ近傍に設けられた温度センサにて検出される。そして
、コントローラはセンサからの温度情報を入力しその温
度が所定値以下の場合には加温手段を動作させ平滑コン
デンサの機能を回復させる。従って、電気自動車始動時
における電力変換器の安定起動を確保できる。

［実施例］以下本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には、電気自動車における本発明に係る電力変換
器の好適な実施例が示されている。

主バツテリＥは、誘導電動機の駆動用電気エネルギーを
発生するものであり、本実施例においては亜鉛−臭素電
池が用いられている。この主バツテリＥからの直流電力
は、インバータ１０にて交流電力に変換されモータ１２
に供給されている。

ここで、インバータ１０内には複数のスイッチング素子
１０ａが設けられており、この複数のスイッチング素子
１０ａの切替動作により三相交流電力が得られ、モータ
１２に供給されている。

インバータ１０には、インバータに供給する電流を安定
させるために、及びインバータでのスイッチング動作時
に生ずるサージ電圧を抑制するために平滑コンデンサＣ
がインバータに並列的に接続されている。この平滑コン
デンサＣは、本実施例では容量の大きい電解コンデンサ
が用いられている。

すなわち、この平滑コンデンサＣがインバータ１０に並
列接続されることにより、インバータ１０のモータ１２
への安定した電力供給、及び電力変換器内の各素子の保
護等が図られている。

主バツテリＥと平滑コンデンサＣとの間には平滑コンデ
ンサＣの充電用抵抗１４が設けられている。すなわち、
インバータ１０起動前に必要とされる平滑コンデンサＣ
の初期充電の際に、主バツテリＥから平滑コンデンサＣ
へ過渡的な過大電流が流れ回路内を損傷させることを防
止するためにこの充電用抵抗１４は設けられている。

そして、充電用抵抗１４の入力側には、リレーＡが設け
られている。また、充電用抵抗１４と並列的にリレーＢ
が設けられている。ここで、リレーＡ及びリレーＢは、
平滑コンデンサＣ充電時には充電用抵抗１４を介在させ
、一方、充電後のインバータ１０動作時には、充電用抵
抗１４を介さずに主バツテリＥからインバータ１０へ直
接電力を供給するためにそれぞれ設けられている。つま
り、平滑コンデンサＣの充電時にはリレーＡのみがオン
動作し、一方充電後はリレーＢのみがオン動作する。

以上説明したインバータ１０、リレーＡ及びリレーＢは
コントローラ１６にて制御されている。

ここでその動作を説明すると、まず、イグニッションキ
ー８１のオン動作により補機バッテリ１８からコントロ
ーラ１６へ直流電力が供給され、コントローラ１６がそ
の動作を開始する。次に、コントローラ１６は、リレー
Ａをオンにし平滑コンデンサＣを初期充電させる。そし
て、平滑コンデンサＣの充電が完了した後にリレーＡを
オフ及びリレーＢをオンにして主バツテリＥとインバー
タ１０を直結させる。次にコントローラ】６は、インバ
ータ１０内の各スイッチング素子１０ａに信号を与えイ
ンバータ１０の電力変換動作を制御し、これにより得ら
れる三相交流電力がモータ１２に供給されることにより
モータ１２にて回転トルクが生ずる。

しかし、上述の電力変換器における平滑コンデンサＣは
、その電解コンデンサという特性から気温に左右され易
く、特に低温下（例えば−３０℃）においてはその容量
が極端に減少するという不具合がある。そこで、本発明
に係る電力変換器は、以下に述べる加温手段を配置して
いる。

平滑コンデンサＣの近傍にはヒータ２０が配置されてい
る。このヒータ２０は電熱線からなり、平滑コンデンサ
Ｃの近傍に配置され、電熱線で発生するジュール熱を平
滑コンデンサＣに供給するものである。なお、本実施例
では、このヒータ２０はコンデンサを包み込む中空円筒
からなり、コンデンサの素子毎に設けられている。

また、ヒータ２０の電流経路には、コントローラ１６に
制御されるリレーＣが設けられている。

そして、このリレーＣがオンになることによりヒータ２
０に電流が供給され平滑コンデンサＣへの加温が行われ
る。

このように、平滑コンデンサＣはヒータ２０により暖め
られるのであるが、そのヒータ２０の動作条件を判断す
るために、平滑コンデンサＣには温度センサ２２が設け
られている。この温度センサ２２は、本実施例では極低
温から動作が保証されているチップ型のサーミスタが用
いられている。

そして、この温度センサ２２の出力はコントローラ１６
に入力されている。

従って、温度センサ２２にて検出される平滑コンデンサ
Ｃの温度Ｔ　がコントローラ１６に設定されている設定
温度αより小さい場合には、コントローラ１６からリレ
ーＣに信号が与えられ、ヒータ２０にて平滑コンデンサ
Ｃへの加温が行われる。なお、本実施例では、図示され
ていないがコントローラに接続された可変抵抗にて設定
温度αを可変できる。

以上説明したように、加温手段にて平滑コンデンサＣは
その機能が補償される温度まで加温されるのであるが、
一方、このような低温下においては主バツテリＥｌの温
度にも留意する必要がある。

つまり、主バツテリＥにおいても、その出力電圧を得る
ために内部で化学反応が行われており、低温下において
、特に電動機起動時には所望の出力電圧が得られないこ
とが想定される。

そこで、本実施例では、上記問題を解決するべく誘導電
動機起動前に主バツテリＥに予備放電を行わせており、
以下にその説明をする。

主バツテリＥの近傍には、主バツテリＥの温度を検出す
る温度センサ２４が配置され、その出力がコントローラ
１６に入力されている。なお、この温度センサ２４は、
前記温度センサ２２と同様のサーミスタが用いられてい
る。

温度センサ２４で検出される主バツテリＥの温度ＴＥが
コントローラ１６に設定されている設定温度βより低い
場合には、コントローラ１６からインバータ１０ヘチヨ
ツパ信号が供給される。

このチョッパ信号は、例えばスイッチング素子１０ａ−
１をオンにして同時にスイッチング素子１０ａ−２を断
続的にオン・オフ動作させるものである。

第２図には、スイッチング素子１０ａ−２へのオン動作
制御信号（チョッパ信号）が上段に示され、下段にはこ
のスイッチング素子１０ａ−２のオン動作により回路内
を流れる電流の波形が示されている。

つまり、このようにインバータ１０をチョッパ動作させ
、主バツテリから回路内に電流を供給させることにより
、主バッテリＥ内部の化学反応を予備的に促進させるこ
とができる。そして、この制御により主バツテリＥは電
流を発生した結果、化学反応に伴う発熱により暖められ
る。

従って、このインバータ１０のチョッパ動作により、主
バツテリＥは、モータ１２への電力供給待機状態になり
、モーター２起動の際、安定した電力を供給することが
可能となる。

次に、この電力変換器の起動時におけるコントローラー
６の制御を第３図のフローチャート図に基づいて説明す
る。

まず、イグニッションキー８１がオンにされるとコント
ローラ１６の制御が開始され（Ｓ　１０１）、このコン
トローラー６はリレーＡをオンにして平滑コンデンサＣ
の初期充電を行う（Ｓ　１０２）。

次に、温度センサ２２からの信号に基づき、平滑コンデ
ンサＣの温度Ｔ　が所定値αより大きいか否かが判断さ
れる（Ｓ　１０３）。この時、Ｔ　がαより小さい場合
にはリレーＣがオンになり平滑コンデンサＣの加温が行
われる（Ｓ　１０４）。そして、温度Ｔ　が所定値αよ
り大きくなった場合には、リレーＣがオフにされ（Ｓ１
０５）、次に温度センサ２４の信号に基づき主バツテリ
Ｅの温度ＴＥが所定値βより大きいか否かが判断される
（３１０６）。この時、温度ＴＥが所定値βより小さい
場合には、前述したチョッパ制御にて主バツテリの予備
放電が行われる（Ｓ　１０７）。そして、温度ＴＥが所
定値βより大きい場合には、リレーＡがオフとなり、同
時にリレーＢがオンになり、主バツテリＥとインバータ
１０が直接接続され、この後コントローラ１６がインバ
ータ１０内の各スイッチング素子１０ａを制御すること
により三相交流電力が発生しモータ１２にて回転トルク
が発生する（Ｓ　１０８）。

従って、このような動作によれば、寒冷地等の低温下に
おいても、平滑コンデンサＣ及び主バツテリＥの安定動
作は確保され確実なるモータ１２の起動が保証される。

上記の主バツテリ予備放電は前述のインバータ１０のチ
ョッパ制御にて行われているが、この他にインバータ１
０を励磁作動させても好適である。

この励磁作動は、モータ１２に回転磁界を生じない励磁
電流の供給により行われる。従って、この励磁作動によ
り主バツテリＥからインバータに電流が流れ、この結果
、主バツテリＥは活性化され、またインバータ１０及び
モータ１２も通電により熱的に安定となる。

なお、極低温時には、上述した２つの条件、すなわちＴ
　くα（Ｓ　１０３）及びＴＥくβ（ＳｉＣ０６）の条件が満たされず、いつまでも電力変換器の暖
気状態が続行されモーター２の起動が行われないことが
考えられるので、その対策として本実施例では、コント
ローラ−６内部にタイマ機能をもたせ、コンデンサ加温
時間並びに主バツテリ予備放電時間の各上限時間を設け
ている。

従って、以上説明したように、本実施例の電力変換器は
、平滑コンデンサＣに加温手段が設けられ、また主バツ
テリＥの予備放電制御を行ったため、雪国や寒冷地等の
低温下においても確実かつ安全なモータの始動を行うこ
とができる。

なお、本実施例におけるヒータ２０は主バツテリＥから
電力供給を受けていたが、このヒータ２０の電源は補機
バッテリー８でも良い。また、ヒータ２０は、本実施例
の電熱線には限られず、例えばセラミックヒータ等の発
熱体であれば用いることができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る電力変換器によれば
、平滑コンデンサに加温手段が隣接配置されているため
、低温下においてもこの加温手段にて平滑コンデンサを
暖めることができ、これにより安定かつ確実な電力変換
を行うことができる。

そして、電気自動車にこの電力変換器を用いれば、寒冷
地等における確実なる始動及び運行を保証でき、電気自
動車の用途拡大及びその普及に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電力変換器の回路図、第２図は主
バツテリ予備放電時におけるインバータ１０へ供給され
るチョッパ信号及び回路内を流れる電流の波形を示す波
形図、第３図は電力変換器起動時の動作を示すフローチャート
図である。１０　・・・　インバータ１２　・・・　モータ１６　・・・　コントローラ０　・・・　ヒータ２．２４　・・・　温度センサ・・・　主バツテリ・・・　平滑コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】電気自動車駆動用バッテリと、このバッテリの直流電力を交流に変換して誘導電動機へ
供給するインバータと、このインバータに並列接続された平滑用コンデンサと、を含む電気自動車用電力変換器において、前記コンデンサの近傍に設けられた温度センサと、前記コンデンサに隣接配置され、コンデンサを暖める加
温手段と、前記温度センサからの温度情報に基づき、前記コンデン
サの温度が所定値以下の場合に前記加温手段に加温動作
を行わせるコントローラと、を有することを特徴とする
電気自動車用電力変換器。