JPH0795786A - 蓄電池を電源としたモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加速時においても十分な電力の供給が可能な
様な、蓄電池を電源としたモータの制御装置を提案す
る。 【構成】 蓄電池を電源としたモータの制御装置におい
て、蓄電池１に並列に設けられたコンデンサ２と、蓄電
池１からコンデンサ２に充電する充電回路４と、蓄電池
１とコンデンサ２の出力電圧を選択的に切り替えるスイ
ッチ７とを具備した蓄電池を電源としたモータの制御装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電気自動車等に
用いられる蓄電池を電源としたモータの制御装置に係わ
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車の電源には、鉛蓄電池
等の２次電池が用いられ、この２次電池を電源とし、走
行モータをインバータを介し、直接駆動している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記鉛
蓄電池等の２次電池で走行モータを駆動するものにあた
っては、 ：２次電池自体の出力密度が小さい為、従来の内燃期
間を用いた自動車に比し、充分な加速力を得る事が困難
であった。 ：また、蓄電池のエネルギーは、内部の化学反応によ
るものであるゆえに、蓄電池を低温環境下で使用する
と、取り出せるエネルギ総量は常温環境下に比して著し
く少なくなる。 ：従来のモータ制御装置におけるモータ駆動用の電力
半導体素子は、サージ電圧，サージ電流、さらには過負
荷等に対する対策は種々なされているものの、その半導
体素子の偶発不良や特性のバラツキや素子への予期不能
のストレスにより、素子に不具合が生じた場合にはモー
タの駆動を保証できることはできない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述従来の欠
点に鑑み提案されたもので、その構成は、蓄電池を電源
としたモータの制御装置において、蓄電池に並列に設け
られたコンデンサと、前記蓄電池からコンデンサに充電
する充電回路手段と、前記蓄電池とコンデンサの出力電
圧を選択的に切り替えるスイッチ手段とを具備したこと
を特徴とする。

【０００５】本発明の他の構成は、蓄電池を電源とした
モータの制御装置において、モータ及びこの制御装置か
ら発生する熱を畜熱する畜熱手段と、この蓄電池の温度
が所定の温度よりも低いときに、前記畜熱手段に蓄えら
れた熱を開放して前記蓄電池を加熱する加熱手段とを具
備したことを特徴とする。本発明のさらに他の構成は、
蓄電池を電源としたモータの制御装置において、前記モ
ータへの供給電力を制御する第１の半導体回路と、この
第１の半導体制御回路に並列に予備的に設けられ、前記
モータへの供給電力を制御することの可能な第２の半導
体回路と、前記第１の半導体制御回路から前記モータに
流れる電流を検出する手段と、電流値が異常を示すとき
には第１の半導体制御回路から第２の半導体制御回路に
切り替える手段とを具備したことを特徴とする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を適用した好適な実施例を３つ
挙げて説明する。これらの実施例では、駆動対象のモー
タを電気自動車のモータとしている。 〈第１実施例〉図１は、本発明の第１の実施例を示す回
路図であり、同図において、１は鉛蓄電池等の２次電
池、２は電気２重層キャパシタ等の高出力密度大容量コ
ンデンサ、３，４，５は逆流防止用のダイオード、６は
コンデンサに一度に大量の電流が流れないようにするた
めの電流制限用の抵抗、７はスイッチ、８は走行用モー
タ、９は走行用モータ８駆動用のインバータ、１０はイ
ンバータ９を駆動する駆動信号発生回路、１１は大容量
コンデンサ２に充電された電圧値と特殊運転指令（加速
指令）を表すデータとを入力してスイッチ７をＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御する加速制御回路である。

【０００７】通常時、走行モータ８は２次電池１を電源
する。駆動信号発生回路１０は、入力指令（即ちノーマ
ル力行指令）及び（または）制動指令に基づき駆動信号
を発生してインバータ９に出力する。インバータ９は、
ダイオード３を介して供給される直流電力のデユーティ
比を制御する。即ち、前記２つの指令に応じたデユーテ
ィ比がインバータ９において得られるように、駆動信号
発生回路１０は駆動信号を発生する。

【０００８】一方、大容量コンデンサ２は、ダイオード
４と抵抗６を介して２次電池１から充電される。大容量
コンデンサ２にどの程度充電されたかは、その端子電圧
をモニタすることによってなされる。モニタされた端子
電圧は加速制御回路１１に入力される。加速制御回路１
１はスイッチ７を制御する。

【０００９】二次電池１の容量だけでは電力が不足する
おそれのある加速が必要な場合について説明する。２次
電池１で走行モータ８を駆動する場合、走行モータ８の
駆動電力が大きくなると、２次電池よりの電荷供給量が
（化学反応である為）追いつかなくなり、２次電池１の
端子電圧が低下し（内部インピーダンスが増加して）、
結果として走行モータ８の駆動力は頭打ちとなってしま
うからである。

【００１０】加速が必要な場合は、特殊運転指令（加速
指令）が加速制御回路１１に発行される。この指令を受
けた加速制御回路１１はスイッチ７をＯＮにし、大容量
コンデンサ２の蓄積エネルギーをダイオード５を介し、
インバータ９に供給し走行モータ８を駆動する。このよ
うに、２次電池１に並列に設けた大容量コンデンサ２に
より走行モータ８を駆動する場合は、走行モータ８の駆
動電力が大きくなっても、大容量コンデンサ２の直列内
部抵抗が小さい為、大容量コンデンサ２の端子電圧の低
下は小さく、所望の駆動力を走行モータ８に供給する事
が可能で、充分な加速力を期待通りに得る事ができる。

【００１１】図２は図１に示した加速制御回路１１の具
体的構成例を示した回路図であり、１１１，１１２，１
１３，１１５は抵抗、１１４はコンパレータ、１１６は
発光ダイオード、１１７は２入力アンドゲート、１１８
はバッファ、１１９はトランジスタ、１２０は電子マグ
ネット、１２１は補強用バッテリーである。大容量コン
デンサ２の充電電位はコンパレータ１１４により基準電
位（Ｖ_ref）と比較され、充電電位が該基準電位
（Ｖ_ref）より充電電位が高くなると、コンパレータ１
１４の出力は“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、抵抗１１５を
介し、発光ダイオード１１６を点灯させる。これと同時
に、コンパレータ出力は２入力アンドゲート１１７に入
力される。ゲート１１７の他の入力は「特種運転指令」
であり、この特殊運転指令が入力される（“Ｈｉｇｈ”
レベル）となると、バッファ１１８介し、トランジスタ
１１９をオンとし、電磁マグネット１２０を駆動し、ス
イッチ７をオンにする。図２の例では、マグネット１２
０の電源はバッテリ１２１であるが、電池２から供給さ
れるようにしてもよい。

【００１２】尚、コンパレータ１１４は、帰還抵抗１１
３によりヒステリシスコンパレータを構成しており、大
容量コンデンサ２の電位が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より一
定値以下になるまでコンパレータ１１４の出力を“Ｈｉ
ｇｈ”レベルに保持しスイッチ７をオン状態にしてい
る。 〈第１実施例の変形例〉図３は、図１に示された第１の
実施例の変形例の構成を示す回路図であり、同図におい
て図１と同一番号は同一部材であり説明を省略する。

【００１３】１２はＤＣ−ＤＣコンバータ等による昇圧
回路であり、２次電池１を入力とし２次電池１の電圧を
昇圧し、大容量コンデンサ２を高電圧に充電する。高電
位に充電された大容量コンデンサ２により走行モータ８
をインバータ９を介し駆動する為、動力性能（加速力）
を飛躍的に向上させることができる。以上説明したよう
に、この第１実施例によれば、蓄電池を電源とし、イン
バータを介し、走行モータを駆動する方式の電気自動車
において、蓄電池と並列に高出力密度の大容量コンデン
サを設け、該大容量コンデンサを充電し、比較的短時間
に大きな加速力を必要とする場合、該大容量コンデンサ
よりインバータを介し走行用モータを駆動する事によ
り、充分な加速力（動力性能）を得る事ができる。

【００１４】尚、大容量コンデンサとして、電気２重層
キャパシタを用いた場合、鉛蓄電池に比し、単位重量当
り、出力密度は２倍以上、エネルギー密度は２０分の１
から１０分の１もあり、追越し加速時、高速道での合流
加速時及び発進加速時等に充分な連続加速性能（動力性
能）を得る事ができる。又、蓄電池の電圧を昇圧し、大
容量コンデンサに充電し、その充電エネルギーにて走行
モータを駆動するようにする事で、更に加速性能（動力
性能）を向上することも可能である。 〈第２実施例〉前述の第１実施例は加速時の動力不足を
補うために大容量のコンデンサを用いるものであった
が、この第２実施例は低温時のおける動力不足を補うも
のである。即ち、通常運転時には、電動機などから発生
する熱を水素吸臓合金に蓄えておき、低温時にはこの蓄
えておいた熱によって蓄電池を加熱して蓄電池を活性化
させるというものである。

【００１５】図４は第２実施例の構成を示すブロック図
である。６１は蓄電池、６２はインバータ、６３はモー
タなどの電動機であり、５１は、蓄電池６１，インバー
タ６２よりなる電動機６３を駆動する駆動回路である。
７１は水素及び水素貯蔵タンクであり、７２は水素吸蔵
合金（を内蔵するタンク）、７３はバルブであり、５２
は水素及び水素貯蔵タンク７１，水素吸蔵合金（を内蔵
するタンク）７２，バルブ７３よりなる排熱貯蔵装置で
ある。バルブ７３はタンク７１と７２の間の開閉を制御
する。

【００１６】８１は蓄電池６１の温度を検出する温度検
出素子（例えばＮＴＣサーミスタ）、８４はインバータ
６２並びに電動機６３の温度を検出する温度検出素子
（例えばＮＴＣサーミスタ）、８２は温度検出回路、８
３はバルブ駆動回路である。また、５３は、温度検出回
路８２，バルブ駆動回路８３等よりなるバルブ制御回路
である。

【００１７】電動機駆動回路５１が動作時（即ち、イン
バータ６２，電動機６３等が動作時）には、インバータ
６２，電動機６３等より発生する熱（排熱）は排熱貯蔵
装置５２内の水素吸蔵タンク７２に与えられ、この熱に
よりタンク７２内の水素吸着合金より水素が遊離され
る。換言すれば、この合金に熱が遊離熱という形で蓄積
される。検出素子８４は、インバータ６２や電動機６３
などの発熱装置の温度を検出する。即ち、検出素子が検
出した温度が所定の温度ｔ１以上のときは、バルブ制御
回路５３はバルブ７３を開いて遊離熱を水素ガスに蓄え
てタンク７１に蓄積する。また、温度がｔ２（＜ｔ１）
に下がったときには、水素ガスが吸蔵合金側に逆流しな
いように制御回路５３がバルブを閉じる。

【００１８】蓄電池６１の温度が規定値以下となるとこ
の蓄積熱が放出される。蓄電池６１の温度が規定値以下
となったか否かは、蓄電池６１の温度を、その近傍に配
した温度検出素子８１で検出することによりなされる。
温度検出回路８２が蓄電池６１の温度が規定以下（＜Ｔ
１）と判断すると、温度検出回路８２はバルブ駆動回路
８３を動作させ、バルブ７３を開き、タンク７１内の水
素ガスをタンク７２に導き、水素吸蔵合金に水素を吸蔵
させる。その時発生する熱を蓄電池６１に供給し、蓄電
池６１の温度を規定値以上にする。

【００１９】図５はバルブ制御回路５３の実施例であ
り、５４は安定化電源、３２１，３２２，３２３，３２
４，３２５，３２６は抵抗、３１１，３１２は温度検出
素子（例えばＮＴＣサーミスタ）、３２７，３２８はコ
ンパレータであり、これ等により温度検出回路８２を構
成する。尚、バルブ制御回路５３は、図５に示したよう
な回路を、検出素子８１と８４のために２系統有する。

【００２０】３３５は電磁マグネットで、前記バルブ
（電磁弁）７３の開閉制御を行う。３３３はトランジス
タで電磁マグネット３３５を駆動する。３３４はトラン
ジスタ３３３のＢ−Ｅ間のシャントトランジスタで、ト
ランジスタ３３３の制御を行う。３３１はバッファで、
トランジスタ３３３を駆動する。３３２はバッファで、
トランジスタ３３４を駆動する。電磁マグネット３３５
とトランジスタ３３３及び３３４とバッファ３３１と３
３２よりバルブ駆動回路８３を構成する。

【００２１】次に、バルブ制御回路５３の蓄積熱を放出
するときの動作を図６を用いて説明する。コンパレータ
３２７は、抵抗３２２と３２３で設定される基準値と、
抵抗３２１と温度検出素子３１１で設定される電圧とを
比較する。蓄電池６１の温度が設定値（Ｔ1 ）より低い
場合、コンパレータ３２７の出力は“Ｈｉｇｈ”レベル
となり、バッファ３３１を介しトランジスタ３３３をオ
ンにし、電磁マグネット３３５を駆動し、バルブ７３は
開状態となり、水素吸蔵され、その時の発生熱で蓄電池
６１は温められる。

【００２２】コンパレータ３２８は、抵抗３２４と３２
６で設定される基準値と、温度検出素子３１２と抵抗３
２５で規定される電圧とを比較する。蓄電池６１の温度
が上昇してやがて設定値（Ｔ2 ）に達すると、コンパレ
ータ３２８の出力は“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、バッフ
ァ３３２を介しトランジスタ３３４をオンにし、トラン
ジスタ３３３をオフとするので、バルブ７３は閉状態と
なり、水素吸蔵合金と水素の吸蔵が停止し、蓄電池６１
への熱の供給は停止する。

【００２３】尚、上記までの説明で分るように、排熱貯
蔵装置５２への熱の供給は、温度の設定値Ｔ1 〜Ｔ2 の
間でインバータ６２及び電動機６３の排熱によって供給
されるものであり、何ら新たなエネルギーの供給なしに
蓄電池６１へ熱が供給され、蓄電池６１の温度を一定範
囲内にする事ができるものである。図７はバルブ制御回
路５３の他の実施例であり、図５と同一番号は同じもの
であり説明を省略する。

【００２４】３２９は抵抗でコンパレータ３２７の出力
を抵抗３２１と温度検出素子３１１の交点に帰還し、ヒ
ステリシス機能を有したコンパレータとしたもので、こ
のような構成にする事で、図５に示す回路と同等の働き
をもたせる事ができる。すなわち、コンパレータ３２７
の出力を非反転入力に抵抗３２９を介し、帰還する事で
帰還抵抗３２９と抵抗３２１及び温度検出素子３１１の
定数を前記温度設定値Ｔ1 ，Ｔ2 となるようにヒステリ
シス特性を設定するものである。

【００２５】以上の第２実施例のモータの制御装置によ
れば、電動機などの配熱を水素貯蔵合金に畜熱し、蓄電
池が低温度環境下にあるときには、その蓄積した熱を開
放することにより、冷えた蓄電池の温度を上昇させるこ
とにより、十分な電力を得ることができるように制御す
る。 〈第３実施例〉この第３実施例のモータの制御装置は、
２つの半導体制御回路を有し、一方に故障が生じたとき
は他方に切り替えてモータ制御を継続するというもので
ある。

【００２６】図８は、本発明の第３の実施例を示すブロ
ック図であり、同図において、２１は電源としての蓄電
池、２２は走行用モータ、２３，２４は半導体電力制御
素子としてのトランジスタ、２５，２６はトランジスタ
２３，２４を駆動するバッファ、２７はＰＷＭ回路より
なる駆動信号発生回路、２８は駆動信号発生回路２７の
出力をバッファ２５，２６を介し、トランジスタ２３，
２４のいづれか一方を選択する弁別回路、２９はホール
素子等の電流検出素子、３０は電流検出回路、３１は電
流検出回路３０を入力とし、電流値の異常を判断する異
常判断回路である。

【００２７】次に動作について説明する。駆動信号発生
回路２７は、力行指令及び制動指令に応じたＰＷＭ信号
を出力し、通常、弁別回路２８を介し、バッファ２５を
経由し、トランジスタ２３を駆動する。トランジスタ２
３は、蓄電池２１を電源として、モータ２を駆動する。
トランジスタ２３のエミッタ電流は、電流検出素子２９
と電流検出回路３０で検出され、異常判断回路３１に入
力される。

【００２８】異常判断回路３１において、トランジスタ
２３のエミッタ電流が規定範囲内にあるか否かの判断を
行う。今、トランジスタ２３のエミッタ電流が規定範囲
内にない場合について説明すると、異常判断回路３１の
出力は弁別回路２８に入力され、弁別回路２８は、駆動
信号発生回路２７の駆動信号出力をバッファ２６を介し
トランジスタ２４を駆動する。従って、バッファ２５を
介したトランジスタ２３の万一の異常においても、弁別
回路２８によりバッファ２６を介しトランジスタ２４の
駆動がなされ、走行安全性が補償できる。

【００２９】図９は、図８に示した第３の実施例の第１
変形例を示すブロック図であり、モータ２２の駆動をブ
リッジ型インバータを用い正転，逆転できるようにした
ものであり、図８との相異点はこのブリッジ型インバー
タ部のみで、トランジスタ３２，３３，３４，３５はバ
ッファ２５を介し駆動され、トランジスタ３６，３７，
３８，３９はバッファ２６を介し駆動される。他は図８
と同様で、同一部は同一番号で示してあり、説明を略
す。

【００３０】図１０は第３実施例の第２変形例を示すブ
ロック図であり、図８との相異はモータ２２に交流モー
タを用い、モータ２２の駆動に３相インバータを用いた
点のみである。４０はバッファ２５により駆動される３
相インバータであり、他は図８と同様で同一部は同一番
号で示してあり、説明を略す。図１１は、第３実施例の
第３変形例を示すブロック図であり、図８との相異はト
ランジスタ２３と直列に電流遮断装置４２を新たに設置
し、トランジスタ２３の短絡モード異常にも対応するよ
うにしたものである。すなわち、電流検出素子２９と電
流検出回路３０により検出されたトランジスタ２３のエ
ミッタ電流が規定範囲内にない場合、特にトランジスタ
２３のコレクタ・エミッタ短絡破壊での異常に対して、
異常判断回路３１の出力を弁別回路２８に入力すると共
に、電流遮断装置４２にも入力し、トランジスタ２３へ
の通電を遮断する。更に、４３は異常モニタ表示であ
り、異常判断回路３１が異常と判断した場合は、その出
力を異常モニタ表示装置に送り、異常をモニタ表示す
る。この異常モニタ表示より、ドライバは異常の発生を
知る事ができる。尚、図１と同一番号は同一部材であ
り、説明を略す。

【００３１】以上説明したように本発明の第３実施例の
制御装置によれば、蓄電池を電源とし半導体制御回路で
走行モータを駆動する方式の電気自動車において、走行
モータを駆動制御する２つの半導体制御回路を並列に２
回路設け、走行モータに流れるモータ電流を検出してそ
の電流値の異常を判断する回路を設けることにより、一
方の半導体制御回路によるモータ駆動に異常が生じた場
合には、その一方の回路による駆動を停止し、他方の半
導体制御回路によってモータ駆動を行うようにしたこと
により、走行中の不具合に対して走行を停止することな
く通常運転を可能とし、走行安全性を確保することがで
きる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蓄電池を
電源としたモータの制御装置によれば、大電力を必要と
するときには、出力密度の小さい蓄電池に代わってコン
デンサからの電力に切り替えるので始動が可能となる。
また、他の構成の本発明の制御装置によれば、低温度環
境下においても、蓄電池を暖めることができるので、取
り出せるエネルギ総量は常温環境下に比して著しく少な
くなることはない。また、その加熱用のエネルギはモー
タなどから発生される熱を用いているので効率的であ
る。

【００３３】また、他の構成の本発明の制御装置によれ
ば、いずれか一方の制御回路に異常が発生しても、他方
の制御回路を使用してモータの動作を継続することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図である。

【図２】図１に示した加速制御回路１１の具体的構成例
を示した回路図である。

【図３】第１実施例の変形例を示す回路図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す回路図である。

【図５】図４に示したバルブ制御回路５３の具体的構成
例を示した回路図である。

【図６】図５の回路の動作を表す図である。

【図７】図４に示したバルブ制御回路５３の他の構成例
を示した回路図である。

【図８】本発明の第３の実施例を示す回路図である。

【図９】第３実施例の第１の変形例の回路図である。

【図１０】第３実施例の第２の変形例の回路図である。

【図１１】第３実施例の第３の変形例の回路図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電池を電源としたモータの制御装置に
   おいて、 蓄電池に並列に設けられたコンデンサと、 前記蓄電池からコンデンサに充電する充電回路手段と、 前記蓄電池とコンデンサの出力電圧を選択的に切り替え
   るスイッチ手段とを具備した蓄電池を電源としたモータ
   の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のモータの制御装置にお
   いて、前記スイッチ手段は、モータの始動タイミングを
   検出する手段を具備し、モータの始動タイミングでない
   ときには、前記充電回路手段にコンデンサに充電せし
   め、始動タイミングのときはコンデンサの出力をモータ
   の駆動電源として接続することを特徴とする蓄電池を電
   源としたモータの制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のモータの制御装置にお
   いて、前記蓄電池若しくはコンデンサの直流電力を交流
   電力に変換するインバータをさらに具備する蓄電池を電
   源としたモータの制御装置。
4. 【請求項４】 蓄電池を電源としたモータの制御装置に
   おいて、 モータ及びこの制御装置から発生する熱を畜熱する畜熱
   手段と、 この蓄電池の温度が所定の温度よりも低いときに、前記
   畜熱手段に蓄えられた熱を開放して前記蓄電池を加熱す
   る加熱手段とを具備したことを特徴とする蓄電池を電源
   としたモータの制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のモータの制御装置にお
   いて、 前記畜熱手段は、 水素吸蔵合金を内包した第１のタンクと、 水素ガスを内包した第２のタンクと、 これらのタンクを連結した連通管と、 この連通管を開閉するバルブと、 この制御装置及びモータが所定の温度以上のときに前記
   バルブを開く手段とを有し、 前記加熱手段は、 蓄電池の温度を検出する手段と、 検出された蓄電池温度が所定値以下の時に前記バルブを
   開く手段とを具備したことを特徴とする蓄電池を電源と
   したモータの制御装置。
6. 【請求項６】 蓄電池を電源としたモータの制御装置に
   おいて、 前記モータへの供給電力を制御する第１の半導体回路
   と、 この第１の半導体制御回路に並列に予備的に設けられ、
   前記モータへの供給電力を制御することの可能な第２の
   半導体回路と、 前記第１の半導体制御回路から前記モータに流れる電流
   を検出する手段と、 電流値が異常を示すときには第１の半導体制御回路から
   第２の半導体制御回路に切り替える手段とを具備したこ
   とを特徴とする蓄電池を電源としたモータの制御装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のモータの制御装置にお
   いて、さらに異常状態を表示する表示手段を具備したこ
   とを特徴とする蓄電池を電源としたモータの制御装置。