JPH06292304A - 電気自動車ドライブシステムにおける電力変換装置 - Google Patents

電気自動車ドライブシステムにおける電力変換装置

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JPH06292304A
JPH06292304A JP5103613A JP10361393A JPH06292304A JP H06292304 A JPH06292304 A JP H06292304A JP 5103613 A JP5103613 A JP 5103613A JP 10361393 A JP10361393 A JP 10361393A JP H06292304 A JPH06292304 A JP H06292304A
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converter
motor
reactor
electric vehicle
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Tsuneo Kume
常生 久米
Takanobu Iwagane
孝信 岩金
Sumitoshi Sonoda
澄利 園田
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 専用の充電器と電力用リアクトルをなくすこ
とおよび蓄電池に蓄えられたエネルギーを商用周波数の
非常用電源として使うこと。 【構成】 順変換と逆変換のできる電圧形PWM方式の
電力変換部により交流電動機を可変速駆動する電気自動
車の蓄電池を充電する装置において、前記電力変換部を
交流電動機または商用電源に接続されたコネクタのどち
らか一方に接続された切り変えスイッチと、前記切り換
えスイッチに接続された電力用リアクトルと、前記電力
用リアクトルに接続された商用電源のコネクタと前記電
力変換部を順変換器として動作させる制御器からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄電池に蓄えたエネル
ギで電動機を駆動する電気自動車ドライブシステムと、
蓄電池の直流電力と商用周波数の交流電力との可逆変換
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気自動車の蓄電池を充電する装
置は図3に示すようになっている。図において、1は蓄
電池、2は蓄電池1の直流電圧を可変周波数の可変交流
電圧に変換するPWM電力変換部、3は交流電動機4の
各相に流れる電流を検出する電流検出器、5は交流電動
機4に連結された速度/回転角検出器である。インバー
タ制御器6は、電流検出器3から得られる電流信号と速
度/回転角検出器5から得られる速度または回転角信号
の演算により、トルク指令Tref に基づいて制御を行
う。蓄電池1は、コネクタ10を介して単相又は3相の
商用電源11に接続された充電器13によって充電され
る。充電器が地上設置形の場合は、コネクタ10と充電
器13が入れ替わる。蓄電池1から供給される直流電力
は電力変換部で可変周波数の交流に変換され、交流電動
機4を駆動する。交流電動機で高性能のトルク制御特性
を得るには、誘導機では速度信号が、同期機では回転角
信号があることが望ましいので、電動機には速度/回転
角検出機5を連結している。従来の電力変換部は、イン
バ−タとしてのみ動作するようになっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、蓄電池を充電するためにダイオード整流回路からな
る専用の充電器を備える必要があった。この充電器に
は、電圧波形を平滑するため、重量の大きい電力用リア
クトルに備えているため、充電器を車載すれば重量、体
積の増加となる。一方充電器を地上に設置すれば、充電
できる場所が限定されるという問題があった。また、蓄
電池に蓄えられたエネルギーは自動車用に限定されてい
た。そこで、本発明は、専用の充電器と電力用リアクト
ルをなくすことを目的とする。また蓄電池に蓄えられた
エネルギーを商用周波数の非常用電源として使うことを
目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】順変換と逆変換のできる
電圧形PWM方式の電力変換部により交流電動機を可変
速駆動する電気自動車の蓄電池を充電する装置におい
て、前記電力変換部を交流電動機または商用電源に接続
されたコネクタのどちらか一方に接続された切り換えス
イッチと、前記切り換えスイッチに接続された電力用リ
アクトルと、前記電力用リアクトルに接続された商用電
源のコネクタと前記電力変換部を順変換器として動作さ
せる制御器からなる。また、前記交流電動機をスター結
線をしておき、充電時に前記交流電動機の中性点を開放
して前記交流電動機リード線端子を前記商用電源に接続
する。また、前記蓄電池の充時モードでの前記制御器の
電流指令Iref の極性を反転し、前記電力変換部を逆変
換器として動作させ、前記蓄電池に蓄えた直流電力を一
時的に前記商用電源に供給する。また、前記商用電源に
停電が発生したときに、前記電力変換部を電圧指令Vre
f と周波数指令Fref に基づいて自制運転し、前記電力
変換部出力を負荷に接続し、非常用電源とする。
【0005】
【作用】電気自動車を運転する場合は車載された電力変
換部をトルク指令Tref に基づいてトルク制御し、蓄電
池を充電する場合は、電流指令Iref に基づいて電流制
御し、蓄電池の直流電力を商用周波、商用電圧の交流電
力に変換する場合は、電圧指令Vref と周波数指令F
ref に基づき制御するため、電力変換部を順・逆変換器
として機能させることができる。また、交流電動機の固
定子巻線は電気自動車を運転しない場合は、電力用リア
クトルとして機能する。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図1は本発明の実施例を示すブロック図である。電
圧形PWM方式の電力変換部2は、制御器12からの指
令に応じインバータあるいはコンバータとして動作す
る。切り換えスイッチ7は電力変換部2を交流電動機4
又は商用電源11のどちらか一方に接続するためのスイ
ッチである。電力用リアクトル8は切り換えスイッチ7
と電圧形PWM方式の電力変換部2のAC側の線間電圧
を検出するための電圧検出器9との間に接続される。電
流検出器3、交流電動機4、速度/回転角検出器5、コ
ネクタ10、商用電源11は従来技術の図3で説明した
ものと同じである。次に動作を説明する。電気自動車ド
ライブシステムは次の3つの動作モードを持っている。 モード(a)…電気自動車を運転する場合。 モード(b)…蓄電池を充電する場合。 モード(c)…蓄電池の直流電力を商用の周波数、商用
電圧の交流電力に変換する場合。 制御器12はモード(a)が選択されると切り換えスイ
ッチ7をA側に入れ電流検出器3からの電流信号と速度
回転角検出器5から得られる速度または回転角信号から
トルクを演算し、アクセルペダルから来るトルク指令T
ref に基づいて制御を行う。これは従来技術と同様にト
ルク制御で運転を行う。次にモード(b)が選択される
と、切り換えスイッチ7をB側に入れ、コンバータとし
て動作させるPWM電力変換部2を電力用リアクトル
8、コネクタ10を介して商用電源11に接続する。こ
の際、商用電源11からPWM電力変換部2の還流ダイ
オードを通して制御不能の電流が蓄電池に流れ込むのを
防ぐため、電源電圧のピーク値がコンバータとして動作
するPWM電力変換部の直流回路電圧よりも小さくなる
ように設定しておく。制御器12を電流制御にし、電流
の波形が電圧検出器9で検出した電源電圧波形と同じに
なり、かつ振幅が電流指令Iref になるように制御すれ
ば、蓄電池を充電することができるとともに、電源の力
率を1にすることができる。電力用リアクトルは、電流
リップルを抑制するとともに、電流制御精度を向上させ
る役割を果たす。また、瞬時電流制御機能を利用して、
力率や電流波形を任意に制御することができる。これま
での説明は3相電源の場合を示しているが、PWM電力
変換部2の一相を開放し、遊ばせて、単相電源で充電す
ることもできる。モード(c)が選択された場合につい
て説明する。切り換えスイッチ7はB側に入れ、インバ
ータとして動作させるPWM電力変換部2を電力用リア
クトル8、コネクタ10を介して商用電源11に接続す
る。電圧検出器9および電流検出器3で各々、出力電
圧、電流を検出し、インバータの出力電圧に対する電流
の振幅と位相とを制御器12により制御することによ
り、電力を屋内商用電源11に接続している負荷に供給
することができる。以下、本発明の第2の実施例を図に
基づいて説明する。図2は、重量と体積の大きな電力用
リアクトルを使うことなしに前述した3つの動作モード
を持つ実施例を示すブロック図である。図において示し
た符号は、図1において示され符号に対応するためで重
複する符号の説明は省略する。3相交流電動機4の各相
の巻線端6本をそれぞれ外部に出し、一方を電力変換部
2に接続し、他方を切り変えスイッチ7に接続する。切
り換えスイッチ7をA側に入れると3相単絡となってス
ター結線が形成され、モード(a)として動作できる。
切り換えスイッチ7をB側に入れるとコネクタ10を通
じて商用電源11に接続され、第1の実施例の場合と同
様にモード(b)をして動作させることができる。この
場合、交流電動機4の巻線が電力用リアクトルの機能を
持つことになる。このモード(b)において、交流電動
機4はトルクを発生するので、ブレーキで電気自動車を
ロックしておくことが必要である。図1、図2どちらの
場合でも、蓄電池が充電された状態において、電流指令
信号Iref の極性を反転させると、蓄電池に蓄えられた
エネルギーを逆に商用電源に供給することができる。自
動車としての利用の予定がない場合に、ピーク電力対策
に活用することが可能であり、また、安価な夜間電力で
の充電したエネルギーを昼間に再利用することが可能に
なる。さらに、台風等の災害時に停電が発生したような
場合に、独立電源として動作させれば、貴重な非常電源
となる。この場合は、停電復帰時のトラブルを防ぐた
め、配電線と負荷機群を切り離しておくことが重要であ
る。また、基準となる電圧の信号がないので、制御器は
電圧指令Vref 、周波数指令Fref により自制運転をさ
せることになる。
【0007】
【発明の効果】最近の電気自動車では、高速化、軽量化
が容易で保守が簡単な交流電動機による駆動が主流にな
りつつある。この場合、電動機はインバータにより可変
速駆動される。インバータの役割は蓄電池の直流電力を
可変周波数の交流に変換することであるが、制動時は電
動機が発電機として動作し、発電された交流電力をイン
バータが直流に変換し、蓄電池に回生する機能を果たす
ことができる。このようなインバータの交流−直流変換
機能を利用して、商用電源の交流電力を制御しながら直
流に変換して蓄電池を充電する。また、もっとも一般的
に使われている電圧形PWMインバータでは、電流リッ
プルを抑制し、制御性能を向上させるためにインバータ
と電源との間にリアクトルを挿入することが望ましい。
このリアクトルの代わりに電動機の一次インダクタンス
を用いる。これにより、重量と体積の大きい電力用リア
クトルの追加が不要になる。さらに、本システムでは、
充電モードで電流指令信号を反転すれば、蓄電池に蓄え
たエネルギを商用電源に供給することができ、電気エネ
ルギーの一時的貯蔵装置として利用できるばかりでな
く、瞬時電流制御機能を利用して、他の負荷機に起因す
る力率低下や歪電流を補償することができる。また、商
用電源に停電が発生したときに、インバータ単独で商用
周波数での自制運転をさせて、非常用電源として電気機
器に電力を供給することができる。したがって、次の効
果がある。 (1)充電器を別途設けることなく、電力変換部を順変
換器として動作させるこことにより、電気自動車の蓄電
池を充電することができる。 (2)ダイオードで整流する一般の充電器に比べて、電
流波形をほぼ正弦波にし、力率を制御することができ
る。 (3)電動機巻線を利用することにより、電力用リアク
トルを省略できる。 (4)自動車として利用する予定がない場合に、電力貯
蔵機能として利用できる。また、力率、波形の改善に利
用できる。 (5)緊急時の非常電源として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示すブロック図
【図2】本発明の第二の実施例を示すブロック図
【図3】従来例を示すブロック図
【符号の説明】
1 蓄電池 2 電力変換部 3 電流検出器 4 交流電動機 5 速度/回転角検出器 6 制御器 7 切り変えスイッチ 8 電力用リアクトル 9 電圧検出器 10 コネクタ 11 商用電源 12 制御器 13 充電器 Tref トルク指令信号 Iref 電流指令信号 Vref 電圧指令信号 Fref 周波数指令信号

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 順変換と逆変換のできる電圧形PWM方
    式の電力変換部により交流電動機を可変速駆動する電気
    自動車の蓄電池を充電する装置において、 前記電力変換部を交流電動機または商用電源に接続され
    たコネクタのどちらか一方に接続された切り換えスイッ
    チと、 前記切り換えスイッチに接続された電力用リアクトル
    と、 前記電力用リアクトルに接続された商用電源のコネクタ
    と、 前記電力変換部を順変換器として動作させる制御器から
    なることを特徴とする電気自動車ドライブシステムにお
    ける電力変換装置。
  2. 【請求項2】 前記電力用リアクトルを取りはずし、前
    記交流電動機をスター結線しておき、充電時に前記交流
    電動機の中性点を開放して前記交流電動機リード線端子
    を前記商用電源に接続することを特徴とする請求項1記
    載の電気自動車ドライブシステムにおける電力変換装
    置。
  3. 【請求項3】 前記蓄電池の充時モードでの前記制御器
    の電流指令Iref の極性を反転し、前記電力変換部を逆
    変換器として動作させ、前記蓄電池に蓄えた直流電力を
    一時的に前記商用電源に供給することを特徴とする請求
    項1または請求項2記載の電気自動車ドライブシステム
    における電力変換装置。
  4. 【請求項4】 前記商用電源に停電が発生したときに、
    前記電力変換部を電圧指令Vref と周波数指令Fref
    基づいて自制運転し、前記電力変換部出力を負荷に接続
    し、非常用電源とすることを特徴とする請求項3記載の
    電気自動車ドライブシステムにおける電力変換装置。
JP5103613A 1993-04-05 1993-04-05 電気自動車ドライブシステムにおける電力変換装置 Pending JPH06292304A (ja)

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