JPH09233709A - 電気自動車用充電器 - Google Patents

電気自動車用充電器

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JPH09233709A
JPH09233709A JP8043134A JP4313496A JPH09233709A JP H09233709 A JPH09233709 A JP H09233709A JP 8043134 A JP8043134 A JP 8043134A JP 4313496 A JP4313496 A JP 4313496A JP H09233709 A JPH09233709 A JP H09233709A
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JP
Japan
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battery
motor
current
rectifier
circuit
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JP8043134A
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Inventor
Takeshi Yamashita
剛 山下
Original Assignee
Denso Corp
株式会社デンソー
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Publication date
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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Abstract

(57)【要約】 【課題】充電効率の低下を回避しつつ装置の小型軽量化
を実現した電気自動車用充電器を提供する。 【解決手段】整流器5の−側出力端子がバッテリ9の負
極に接続され、整流器5の+側出力端子が電気自動車の
モータ40のコイル411〜413の中性点に接続さ
れ、コイル411〜413はインバータ回路25を通じ
てバッテリ9の両端に接続されているので、整流器5か
ら出た整流電流はコイル411〜413、インバータ回
路25のハイサイドの(上アームの)フライホイールダ
イオード33、35、37を通じてバッテリ9を充電す
ることができる。また、このインバータ回路はモータの
電動動作時にバッテリ電圧を所定の交流電圧に変換して
モータを駆動する。したがって、モータ40のコイル4
11〜413が、バッテリ充電時にそのまま整流器5の
整流出力中のリップル成分を低減するリアクトル機能を
果たすので、上記リップル成分低減用のリアクトルを省
略することができ、装置の小型軽量化を実現し、バッテ
リ充電電圧の安定を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用充電
器に関する。

【0002】

【従来の技術】従来の電気自動車の充電装置の回路図を
図3に示す。商用電源1の商用周波数の交流電圧は第1
の整流器2で整流されてDC−ACコンバータ回路(充
電器1次回路)3で交直変換されてトランス4に入力さ
れ、トランス4の出力が、第2の整流器5で整流され、
第2のリアクトル6と第2の平滑コンデンサ7とからな
る平滑回路で平滑されてバッテリに給電される。8はバ
ッテリ充電電流を検出する電流センサであり、制御回路
10はコントローラ11からの充電指令信号と第2の電
流センサ8からの電流信号に基づいてDCーACコンバ
ータ回路3内のスイッチング素子を断続制御する。主バ
ッテリ充電監視コントローラ11はバッテリの充電が適
正に行われるように制御回路10に充電指令信号を送信
する。

【0003】このAC−DCコンバータ回路3の従来例
を図4に示す。このAC−DCコンバータ回路3は、昇
圧型力率改善回路100とブリッジ回路(本明細書では
H形ブリッジ回路ともいう)200とを有する。13は
第1のリアクトル、14は第1の平滑コンデンサ、20
は逆流防止ダイオ−ド、15〜19はIGBTからなる
スイッチング素子、21〜24はフライホイールダイオ
−ド、12は第1の電流センサである。

【0004】昇圧型力率改善回路100において、制御
回路10は、第1のリアクトル13に流れる電流を第1
の電流センサ12で検出して入力し、この電流波形が第
1の整流器2から出力される整流電圧と相似になるよう
に、かつ、第1の平滑コンデンサ14の電位が所定の値
となるように、IGBT15を断続制御している。ブリ
ッジ回路200において、制御回路10は、負荷9に流
れる負荷電流を第2の電流センサ8で検出して入力し、
この負荷電流が所定値となるようにIGBT16〜19
を断続制御してトランス4に必要な高周波電力を供給す
る。トランス4に供給された高周波電力は、第2の整流
器5で整流された後に、第2のリアクトル6と第2の平
滑コンデンサ7とからなる平滑回路で平滑された後、負
荷9に給電される。フライホイールダイオ−ド21〜2
4はIGBT16〜19がターンオフした直後にトラン
スの1次巻線及びもれインダクタンスから放出される磁
気エネルギを電流の形で放出する。

【0005】従来の三相交流モータ駆動装置の回路図を
図5に示す。9はバッテリ、25はインバータ回路、4
2はインバータ制御回路、43はアクセルセンサであ
る。391〜393は電流センサ、411〜413は三
相交流モータのステータコイルである。インバータ回路
25は、平滑コンデンサ26と、IGBT27〜32
と、フライホイールダイオード33〜38とからなる。

【0006】インバータ制御回路42はアクセルセンサ
43からの電流指令値に電流センサ391〜393から
の検出電流値が追従するように各IGBT27〜32を
制御する。

【0007】

【発明が解決しようとする課題】上記した電気自動車用
充電器では、第2リアクトル6からバッテリ9へ流入す
る充電電流のリップル成分が増加すると、それに合わせ
てブリッジ回路200のスイッチング電流が大きくな
り、そのスイッチング損失が増えて充電器の効率が低下
するという問題があった。

【0008】上記充電電流のリップル成分を低減するに
は、第2リアクトル6のインダクタンス値を大きくする
ことが有効であるが、その結果、第2リアクトル6の体
格、重量、価格が格段に増大してしまうため、実用的で
なかった。本発明は、上記事情に鑑みなされたものであ
り、充電効率の低下を回避しつつ装置の小型軽量化を実
現した電気自動車用充電器を提供することを目的として
いる。

【0009】

【課題を解決するための手段】請求項1記載の電気自動
車用充電器によれば、整流器の−側出力端子がバッテリ
の負極に接続され、整流器の+側出力端子が電気自動車
のモータのコイルの中性点に接続され、コイルはインバ
ータ回路を通じてバッテリの正極に接続されているの
で、整流器から出た整流電流はコイル、インバータ回路
のハイサイドの(上アームの)フライホイールダイオー
ドを通じてバッテリを充電することができる。もちろ
ん、このインバータ回路はモータの電動動作時にバッテ
リ電圧を所定の交流電圧に変換してモータを駆動する。

【0010】本構成によれば、モータのコイルが、バッ
テリ充電時にそのまま整流器の整流出力中のリップル成
分を低減するリアクトル機能を果たすので、上記リップ
ル成分低減用のリアクトルを省略することができ、装置
の小型軽量化を実現し、バッテリ充電電圧の安定を図る
ことができる。なお、インバータ回路のハイサイドスイ
ッチング素子を双方向通電素子であるMOSFETで構
成する場合、この充電時にハイサイドスイッチング素子
を常時導通させれば、フライホイールダイオードによる
電圧降下を低減して損失、発熱の低減を実現できる。

【0011】請求項2記載の電気自動車用充電器によれ
ば、整流器の+側出力端子がバッテリの正極に接続さ
れ、整流器の−側出力端子が電気自動車のモータのコイ
ルの中性点に接続され、コイルはインバータ回路を通じ
てバッテリの負極に接続されているので、整流器から出
た整流電流はコイル、インバータ回路のローサイドの
(下アームの)フライホイールダイオードを通じてバッ
テリを充電することができる。もちろん、このインバー
タ回路はモータの電動動作時にバッテリ電圧を所定の交
流電圧に変換してモータを駆動する。

【0012】本構成によれば、モータのコイルが、バッ
テリ充電時にそのまま整流器の整流出力中のリップル成
分を低減するリアクトル機能を果たすので、上記リップ
ル成分低減用のリアクトルを省略することができ、装置
の小型軽量化を実現し、バッテリ充電電圧の安定を図る
ことができる。なお、インバータ回路のローサイドスイ
ッチング素子を双方向通電素子であるMOSFETで構
成する場合、この充電時にローサイドスイッチング素子
を常時導通させれば、フライホイールダイオードによる
電圧降下を低減して損失、発熱の低減を実現できる。

【0013】なお、上記各スイッチング素子としてはI
GBT、バイポーラトランジスタの他MOSFETを採
用することができ、MOSFETを採用する場合には、
上記逆流防止ダイオ−ドやフライホイールダイオードと
してMOSFETの寄生ダイオードを採用することがで
きる。請求項3記載の構成によれば、請求項1又は2記
載の構成において更に、コイルの電流を検出する電流検
出手段を設け、この電流検出手段を、モータの電動動作
時のモータ給電電流の制御用、並びに、充電時の充電電
流制御用に用いる。このようにすれば、電流センサの兼
用により装置構成の簡素化を図ることができる。

【0014】請求項4記載の構成によれば、請求項1又
は2記載の構成において更に、バッテリに並列に平滑用
のコンデンサを設け、この電流検出手段をモータの電動
動作時のインバータ回路の断続電流によるバッテリ放電
電流変化の軽減用、並びに、充電時のバッテリ充電電流
のリップル成分の軽減用に用いる。このようにすれば、
平滑用のコンデンサの兼用により装置構成の簡素化を図
ることができる。

【0015】

【発明を実施する形態】

(実施例1)本発明の電気自動車用充電器兼モータ駆動
制御装置の一実施例を図1を参照して説明する。この電
気自動車用充電器は、第1の全波整流回路2と、DC−
ACコンバータ回路(充電器1次回路)3と、それらの
内部のトランジスタを断続制御する制御回路10と、ト
ランス4と、第2の全波整流回路(整流回路)5と、電
流センサ8、391〜393と、主バッテリ充電監視コ
ントローラ11と、モータ40と、インバータ回路25
と、インバータ制御回路42と、アクセルセンサ43と
を備えている。

【0016】第1の全波整流回路2と、DC−ACコン
バータ回路(充電器1次回路)3と、それらの内部のト
ランジスタを断続制御する制御回路10と、トランス4
と、第2の全波整流回路(整流回路)5とは、図3、図
4に示す従来の電気自動車用充電器から第2リアクトル
6と平滑コンデンサ7を省略し、電流センサ8の位置を
変更した以外は同じ構成、同じ動作となっている。同じ
く、モータ40と、インバータ回路25と、インバータ
制御回路42と、アクセルセンサ43とは、図5の三相
交流モータ駆動装置と同じ構成、同じ動作となってい
る。

【0017】図4を参照して、DC−ACコンバータ回
路(充電器1次回路)3を更に詳しく説明する。このD
C−ACコンバータ回路3は、昇圧型力率改善回路10
0とブリッジ回路(本明細書ではH形ブリッジ回路とも
いう)200とからなる。商用電源1から全波整流回路
(第1の整流器)2の交流入力端に印加された交流電圧
は全波整流されて昇圧型力率改善回路100に入力さ
れ、昇圧型力率改善回路100から出力される高電圧の
直流電圧はブリッジ回路200にて高周波電圧に変換さ
れてトランス4に入力され、トランス4の出力は、全波
整流回路(第2の整流回路)5で全波整流される。

【0018】昇圧型力率改善回路100は、第1の電流
センサ12、第1のリアクトル13、第1の平滑コンデ
ンサ14、逆流防止ダイオ−ド20、IGBT(リアク
トル電流断続用スイッチング素子)15からなる。全波
整流回路2の高位出力端子は第1のリアクトル13及び
逆流防止ダイオード20を通じて第1の平滑コンデンサ
4の高位端子(正極)を充電し、その低位端子(負極)
は接地されている。逆流防止ダイオード20のアノード
はIGBT15のコレクタに接続され、そのエミッタは
接地されている。

【0019】昇圧型力率改善回路100の動作を説明す
ると、制御回路10は、第1のリアクトル13に流れる
電流を第1の電流センサ12で検出して入力し、この電
流の波形が第1の整流器2から出力される整流電圧と相
似波形に近づくように、かつ、第1の平滑コンデンサ1
4の電位が所定の一定値となるように、IGBT15を
断続制御する。IGBT15が導通されると第1のリア
クトル13に通電されてそれに磁気エネルギが蓄積さ
れ、IGBT15が遮断されると第1のリアクトル13
に蓄積する磁気エネルギにより逆起電力が生じて電流が
逆流防止ダイオード20を通じて第1の平滑コンデンサ
14に給電される。

【0020】ブリッジ回路(H形ブリッジ回路)200
は、IGBT(ハイサイドスイッチング素子)16、1
8及びIGBT(ローサイドスイッチング素子)17、
19からなる。IGBT16、17は直列接続されてお
り、IGBT18、19は直列接続されており、IGB
T16、18はその上アーム(ハイサイドスイッチング
素子)を構成し、IGBT17、19はその下アーム
(ローサイドスイッチング素子)を構成している。IG
BT16、17の直列接続点とIGBT17、19の直
列接続点とはトランス4の一対の入力端子に個別に接続
されている。

【0021】ブリッジ回路200の動作を説明すると、
制御回路10は、負荷9に流れる負荷電流を第2の電流
センサ8で検出して入力し、この負荷電流が所定値とな
るようにIGBT16〜19をオン・オフ制御して、ト
ランス4に必要な高周波電力を供給する。ブリッジ回路
200は、よく知られているように、第1の位相期間に
おいてIGBT16、19をオンさせ、IGBT17、
18をオフさせてトランス4の一次コイルに一方向へ通
電し、次の第2の位相期間においてIGBT16、19
をオフさせ、IGBT17、18をオンさせてトランス
4の一次コイルに他方向へ通電する。制御回路10から
IGBT16〜19の各ゲートに印加されるゲート電圧
のキャリヤ周波数は所定の一定値とされ、上記負荷電流
の制御は上記通電を行う期間と、IGBT16〜19を
オフして上記通電を行わない期間の比率すなわちデュー
ティ比を制御して調節される。フライホイールダイオ−
ド21〜24はIGBT16〜19がターンオフした直
後にトランス4の1次巻線及びもれインダクタンスから
放出される磁気エネルギを電流の形で放出する。

【0022】インバータ回路25を用いたモータの電動
動作を説明する。インバータ回路25は、三相ブリッジ
回路を構成するIGBT27〜32と、これらIGBT
27〜32と個別に逆並列接続されるフライホイールダ
イオード33〜38と、平滑コンデンサ26とからな
る。三相交流モータ40に通電される三相交流電流は電
流センサ391〜393で検出され、検出した電流信号
はインバータ制御回路42に入力される。インバータ制
御回路42は、アクセルセンサ43から入力された必要
電流値と電流センサ391〜393から入力された入力
電流信号とを比較してモータ40への入力電流値が上記
必要電流値となるようにバッテリ9から印加される直流
電圧を所望周波数の三相交流電圧に変換する。

【0023】次に、本実施例の特徴をなす平滑回路(平
滑手段)の構成について以下に説明する。本実施例で
は、図1に示すように、全波整流回路5の+側出力端子
が三相交流モータ40のステータコイル411〜413
の中性点に接続され、全波整流回路5の−側出力端子が
バッテリ9の負極に接続されている。

【0024】したがって、全波整流回路5の+側出力端
子からステータコイル411〜413の中性点に流れ込
む電流はステータコイル411〜413及びフライホイ
ールダイオード33、35、37を通じてバッテリ9及
び平滑コンデンサ26の正極に流入し、バッテリ9が充
電し、平滑コンデンサ26はバッテリ充電電流のリップ
ル成分をバイパスさせる。

【0025】主バッテリ充電監視コントローラは、主バ
ッテリ9の充電状態をモニタしてそれが適正な状態とな
るように充電指令信号を制御回路10に送信し、制御回
路10は、コントローラ11からの充電指令信号と電流
センサ8が出力する電流信号とが一致するようにH型ブ
リッジ回路200の各IGBT16〜19を断続制御す
る。

【0026】したがって、全波整流回路5から出た高周
波交流電流はステータコイル411〜413がリアクト
ルとして機能するために良好に平滑される。ここで、電
流センサ8は平滑された出力電流ではなく、走行モータ
40に流れる電流を検出するため、リップル分を含んだ
電流を検出することになるが、リップル分の補正は、制
御回路10の中にロー・パス・フィルタ等の手段を設
け、電流センサ出力信号を平均化することで容易に実現
できる。

【0027】また、平滑コンデンサ26はバッテリ充電
時にもモータ駆動時にもバッテリ9の充放電電流を平均
化(平滑化)することができる。 (実施例2)モータ40のステータコイル411〜41
3の中性点を全波整流回路5の−側出力端子に接続し、
全波整流回路5の+側出力端子をバッテリ9の正極に接
続しても同じ効果が得られる。

【0028】(実施例3)本発明の他の実施例を図2を
参照して説明する。この実施例は、図1に示す実施例1
の回路において、電流センサ8を省略して電流センサ3
91〜393でバッテリ充電電流制御とモータ駆動電流
制御の両方のための電流検出を行うものである。電流セ
ンサ391〜393が検出する電流の総和は、図4に示
す電流センサ8の検出電流と等しいので、制御回路10
にて電流センサ391〜393が検出する電流の総和を
求めればよい。

【0029】このようにすれば、装置構成を一層簡素と
することができる。スイッチング素子としてIGBTの
代わりに、MOSFETやバイポーラトランジスタ等そ
の他のスイッチング素子を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の電気自動車用充電器の一実施例を示す
回路図である。

【図2】本発明の電気自動車用充電器の他実施例を示す
回路図である。

【図3】従来の電気自動車用充電器を示す回路図であ
る。

【図4】従来の電気自動車用充電器を示す回路図であ
る。

【図5】従来のモータ駆動制御装置の一例を示す回路図
である。

【符号の説明】

2は第1の全波整流回路、3はDC−ACコンバータ、
4はトランス、5は第2の全波整流回路(整流器)、4
0は三相交流モータ、411〜413はステータコイル
(コイル)、391〜393は電流センサ(電流検出手
段)、25はインバータ回路、9はバッテリ、26は平
滑コンデンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02M 7/797 9181−5H H02M 7/797

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】−側出力端子がバッテリの負極に接続され
    る整流器と、前記整流器の+側出力端子と前記バッテリ
    の正極との間を流れるバッテリ充電電流のリップル成分
    を抑制する平滑手段とを備え、 前記平滑手段は、中性点が前記整流器の前記+側出力端
    子に接続されるモータと、前記モータの電動動作時に前
    記バッテリの電圧を交流電圧に変換して前記モータの各
    相のコイルに印加するインバータ回路とを備え、前記イ
    ンバータ回路は、前記各相のコイルと前記バッテリの正
    極及び負極を個別に接続するスイッチング素子と、前記
    スイッチング素子とそれぞれ逆並列に接続されるフライ
    ホイールダイオードとを有することを特徴とする電気自
    動車用充電器。
  2. 【請求項2】+側出力端子がバッテリの正極に接続され
    る整流器と、前記整流器の−側出力端子と前記バッテリ
    の負極との間を流れるバッテリ充電電流のリップル成分
    を抑制する平滑手段とを備え、 前記平滑手段は、中性点が前記整流器の前記−側出力端
    子に接続されるモータと、前記モータの電動動作時に前
    記バッテリの電圧を交流電圧に変換して前記モータの各
    相のコイルに印加するインバータ回路とを備え、前記イ
    ンバータ回路は、前記各相のコイルと前記バッテリの正
    極及び負極を個別に接続するスイッチング素子と、前記
    スイッチング素子とそれぞれ逆並列に接続されるフライ
    ホイールダイオードとを有することを特徴とする電気自
    動車用充電器。
  3. 【請求項3】前記コイルの電流を検出する電流検出手段
    と、 前記モータの電動動作時に前記電流検出手段の出力信号
    に基づいて前記インバータ回路の前記スイッチング素子
    を断続制御する制御手段と、 前記整流器から前記モータ及び前記インバータ回路を通
    じて前記バッテリに給電される充電電流を前記電流検出
    手段の出力信号に基づいて所望レベルに制御する電流制
    御手段と、 を有する請求項1又は2記載の電気自動車用充電器。
  4. 【請求項4】前記平滑手段は、前記バッテリと並列接続
    された平滑用のコンデンサを有する請求項1乃至3のい
    ずれか記載の電気自動車用充電器。
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