JPH0946813A - 電気自動車の電気システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石形同期電動機を電圧形インバータに
より駆動する電気システムにおいて、高速運転中の異常
検出時の保護動作で交流側開閉スイッチよりも先に直流
側開閉スイッチが開動作すると、インバータ内の平滑コ
ンデンサが電動機誘起電圧の尖頭値にまで充電され、必
要以上の電圧になる。 【解決手段】 主電池１を電源とし、電圧形インバータ
４を介して車両駆動用の永久磁石形同期電動機５を駆動
する電気自動車の電気システムであって、主電池１とイ
ンバータ４との間に直流側開閉スイッチ２が接続され、
かつ、インバータ４と電動機５との間に交流側開閉スイ
ッチ６が接続された電気自動車の電気システムに関す
る。電気システムを構成するインバータ４、電動機５、
制御装置７等の異常を検出した際に、交流側開閉スイッ
チ６を開動作させ、その後、直流側開閉スイッチ２を開
動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池を電源とし、
電圧形インバータを介して駆動される永久磁石形同期電
動機を備えた電気自動車の電気システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電気システムにおいて、永久磁
石形同期電動機により高速域における弱め界磁制御を可
能にする方法が従来から提案されている。図６は、公知
の制御方法による弱め界磁領域での電圧、電流のフェー
ザ図を示したものである。

【０００３】図において、Ｅ_mはインバータ出力電圧す
なわち永久磁石形同期電動機の端子電圧、Ｅ₀は永久磁
石の磁束によって発生する電動機誘起電圧であり、その
大きさはＥ_mより大である。Ｉは電動機電流であり、
Ｉ_d，Ｉ_qの成分から構成される。Ｉ_qはＥ₀と同相のｑ軸
電流であり、トルクはこの電流に比例する。Ｉ_dはｑ軸
と直交する成分のｄ軸電流であり、永久磁石の磁束を等
価的に減少させる電流である。

【０００４】また、Ｘ_qはｑ軸で作用するｑ軸リアクタ
ンス、Ｘ_dはｄ軸で作用するｄ軸リアクタンスであり、
これらの合成リアクタンスがＸである。ここで、電動機
誘起電圧Ｅ₀がインバータ出力電圧Ｅ_mより大であって
も、Ｉ_dを流すことによってフェーザ図のように電動機
の運転が可能になる。このような弱め界磁制御技術の向
上により、弱め界磁運転の範囲が広くなる傾向にある。
つまり、より大きなＥ₀のもとで永久磁石形同期電動機
を運転するようになってきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５は永久磁石形同期
電動機駆動装置の構成例を示しており、主電池１、直流
側開閉スイッチ２、直流側開閉スイッチ２のコイル２
１、ヒューズ３、電圧形インバータ４、交流側開閉スイ
ッチ６、交流側開閉スイッチ６のコイル６１、制御装置
７’から構成される駆動装置により永久磁石形同期電動
機５が駆動される。電圧形インバータ４は、図７に示す
ごとく、スイッチング素子４１及びダイオード４２によ
りスイッチングアームを構成し、直流入力側に平滑コン
デンサ４３が接続されている。

【０００６】いま、Ｅ₀＞Ｅ_mとなる高速運転中に、イン
バータ４や電動機５、制御装置７’、主電池１等の構成
機器の異常を検出して直流側開閉スイッチ２及び交流側
開閉スイッチ６の開動作指令やインバータ４のパルスオ
フ指令を同時に発した場合、開閉スイッチ２，６の開動
作は接点を機械的に切り離すため、インバータ４のパル
スオフ動作よりも通常、遅れてしまう。また、開閉スイ
ッチ２，６の間にも動作時間に差が生じるため、例え
ば、直流側開閉スイッチ２が先に開状態となり、遅れて
交流側開閉スイッチ６が開状態となる可能性がある。

【０００７】主電池１とインバータ４間の直流側開閉ス
イッチ２が閉状態であれば、インバータ４の平滑コンデ
ンサ４３の電圧は主電池１の電圧に等しくなる。しか
し、開閉スイッチ２が先に開状態になると、平滑コンデ
ンサ４３はインバータ４のダイオード４２を介して電動
機誘起電圧Ｅ₀の尖頭値の大きさに充電され、この充電
電圧が平滑コンデンサ４３の許容電圧を超える電圧とな
って平滑コンデンサ４３を故障させるおそれがある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、高速運転時に異常
を検出して開閉スイッチにより保護動作を行った際にイ
ンバータの平滑コンデンサに必要以上の電圧が印加され
るのを防止する、実用的な電気自動車の電気システムを
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載した発明は、電池を電源とし、電圧
形インバータを介して車両駆動用の永久磁石形同期電動
機を駆動する電気自動車の電気システムであって、前記
電池とインバータとの間に直流側開閉スイッチが接続さ
れ、かつ、前記インバータと電動機との間に交流側開閉
スイッチが接続された電気自動車の電気システムにおい
て、電気システムを構成するインバータや電動機、制御
装置、電源等の異常を検出した際に、交流側開閉スイッ
チを開動作させた後に直流側開閉スイッチを開動作させ
るものである。本発明では、直流側開閉スイッチが開状
態となる前に交流側開閉スイッチが開状態となるため、
平滑コンデンサの電圧は主電池と同じ値を維持し、必要
以上の電圧になる恐れがない。

【００１０】請求項２に記載した発明は、請求項１記載
の発明において、交流側開閉スイッチの開動作指令と同
時に、インバータに対するパルスオフ指令を出力するも
のである。本発明では、直流側開閉スイッチが開状態と
なる前に交流側開閉スイッチが開状態となり、かつイン
バータの運転が停止されるため、平滑コンデンサの電圧
は主電池と同じ値を維持し、必要以上の電圧になる恐れ
がない。

【００１１】請求項３に記載した発明は、請求項１記載
の発明において、インバータの出力交流電流の過電流検
出時に、前記交流電流を減少させる電圧ベクトルに応じ
たスイッチングパターンによりインバータを制御した後
に、交流側開閉スイッチを開動作させるものである。本
発明では、インバータの交流電流の過電流状態を解消し
ながら平滑コンデンサへに必要以上の電圧が印加される
のを防ぐことができる。

【００１２】請求項４に記載した発明は、インバータの
直流電圧の過電圧検出時に交流側開閉スイッチを開動作
させ、その後、インバータをパルスオフするものであ
る。この種の電気システムでは、回生制動等の主電池充
電時に主電池電圧が上昇する特性がある。直流側開閉ス
イッチ及び交流側開閉スイッチが閉状態で高速運転時に
インバータをパルスオフすると、インバータがダイオー
ド整流回路として動作し、この整流回路を介してエネル
ギーが電動機から主電池に充電されるため、主電池の電
圧が上昇する。このため、請求項４に記載したごとく、
交流側開閉スイッチ及び直流側開閉スイッチの開動作後
にパルスオフを行うようにすれば、主電池や平滑コンデ
ンサの電圧上昇を防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、請求項１の発明の実施形態を述べ
る。図１は、この実施形態の全体的な構成を示すもの
で、図５と同一の構成要素には同一番号を付して詳述を
省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

【００１４】図１において、６２は交流側開閉スイッチ
６の補助接点、７１はインバータ４、電動機５、制御装
置７及び主電池１などの電源（以下、必要に応じてこれ
らを構成機器という）の異常を検出する異常検出器、７
２は異常検出器７１からの異常検出信号及び上記補助接
点６２の状態に基づき直流側開閉スイッチ２及び交流側
開閉スイッチ６の開閉動作を制御する開閉スイッチ制御
器である。

【００１５】次に、この実施形態の動作を説明する。ま
ず、異常検出器７１により構成機器の異常を検出する
と、開閉スイッチ制御器７２に異常検出信号が送られ
る。開閉スイッチ制御器７２では、交流側開閉スイッチ
６を開動作させ、補助接点６２の状態から開閉スイッチ
６の開状態を確認した後に、直流側開閉スイッチ２を開
動作させる。これにより、直流側開閉スイッチ２が開状
態の時には常に交流側開閉スイッチ６が開状態であるた
め、インバータ４の平滑コンデンサ４３が電動機誘起電
圧により充電される恐れはなく、高速運転中に平滑コン
デンサ４３に必要以上の電圧が印加される心配がない。

【００１６】なお、この実施形態では、補助接点６２の
状態を監視して交流側開閉スイッチ６の開状態を確認し
た後に直流側開閉スイッチ２を開動作させているが、交
流側開閉スイッチ６の開動作指令を出力し、その後、こ
の指令出力から実際に開状態となるまでの遅れ時間以上
を経過してから直流側開閉スイッチ２の開動作指令を出
力しても良い。

【００１７】図２は、請求項２に記載した発明の実施形
態を示している。この実施形態は、補助電源の電圧が低
下するような異常発生時を想定したものである。図２に
おいて、８は制御装置７Ａの電源として用いられる補助
電源、７３はインバータ４のスイッチングパルスを生成
するパルス生成器であり、他の構成要素は図１と同一で
ある。

【００１８】この動作を説明すると、異常検出器７１は
補助電源８の電圧を常時監視しており、電圧低下異常を
検出すると異常検出信号を開閉スイッチ制御器７２及び
パルス生成器７３に送る。開閉スイッチ制御器７２は交
流側開閉スイッチ６に対して開動作指令を出力し、これ
と同時にパルス生成器７３に対してインバータ４のパル
スオフ指令を出力する。更に、開閉スイッチ制御器７２
は補助接点６２の状態から交流側開閉スイッチ６の開状
態を確認した後に、直流側開閉スイッチ２を開動作させ
る。

【００１９】この実施形態において、仮りにインバータ
４のパルスオフ動作より交流側開閉スイッチ６の実際の
開動作が若干遅れたとしても、交流側開閉スイッチ６が
開動作した時点では直流側開閉スイッチ２が常に閉状態
にあるので、平滑コンデンサ４３は主電池１の電圧に維
持されており、必要以上の電圧になる心配はない。な
お、図示されている電気システムの電源が切られるよう
な場合にも、同様の手順で開閉スイッチを開動作しても
よい。

【００２０】図３は、請求項３記載の発明の実施形態を
示している。図において、９はインバータ４の交流側に
接続された変流器等の交流電流検出器、７Ｂは制御装置
であり、他の構成要素には図１、図２と同一番号を付し
てある。なお、交流電流検出器９の出力側は異常検出器
７１及びパルス生成器７３に接続されている。

【００２１】この実施形態において、交流電流検出器９
により検出されたインバータ４の交流電流が過電流状態
になると、これが異常検出器７１により検出され、異常
検出信号が開閉スイッチ制御器７２及びパルス生成器７
３に送られる。するとパルス生成器７３では、交流電流
検出器９の検出信号に基づいて交流電流の極性を判断
し、交流電流を減少させるため、交流電流と逆極性の電
圧ベクトルを発生するようなパルスをインバータ４に出
力する。

【００２２】こうして所定の電圧ベクトルをインバータ
４により出力させた後に、開閉スイッチ制御器７２は交
流側開閉スイッチ６を開動作させると共に、補助接点６
２の状態を検出して開閉スイッチ６が開状態になったこ
とを確認してから、直流側開閉スイッチ２を開動作させ
る。これにより、交流電流の増加を抑制しながら平滑コ
ンデンサ４３に必要以上の電圧が印加されるのを防止す
ることができる。また、この実施形態において、請求項
２記載の発明のように交流側開閉スイッチ６の開動作指
令と同時にインバータ４に対するパルスオフ指令を出力
しても良い。

【００２３】次いで、図４は請求項４記載の発明の実施
形態を示している。図において、１０はインバータ４の
平滑コンデンサ４３の両端に接続された直流電圧検出器
であり、その出力は制御装置７Ｃ内の異常検出器７１に
接続されている。また、開閉スイッチ制御器７２にはパ
ルス生成器７３が接続されており、開閉スイッチ制御器
７２からパルスオフ指令が送られるようになっている。

【００２４】その動作を説明すると、直流電圧検出器１
０により検出されるインバータ４の直流電圧が過電圧異
常となった場合、これが異常検出器７１により検出さ
れ、異常検出信号が開閉スイッチ制御器７２及びパルス
生成器７３に送られる。開閉スイッチ制御器７２では、
交流側開閉スイッチ６の開動作指令を出力し、補助接点
６２の状態から開閉スイッチ６が開状態であることを確
認し、その後、インバータ４のパルスオフ指令を出力す
る。

【００２５】この実施形態においては、直流電圧の過電
圧異常時に、交流側開閉スイッチ６を開動作させ、しか
る後にインバータ４をパルスオフすることにより、主電
池１及び平滑コンデンサ４３に必要以上の電圧が印加さ
れるのを解消することが可能である。

【００２６】上記各実施形態ではインバータ及び同期電
動機が三相の電気システムについて説明したが、本発明
は、これらが単相である電気システムにも適用可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように請求項１〜請求項４記載の
発明によれば、交流側開閉スイッチを開動作させ、その
後、直流側開閉スイッチを開動作させるようにしたた
め、同期電動機の誘起電圧によりインバータの平滑コン
デンサに必要以上の電圧が印加されるのを未然に防止す
ることができる。特に、請求項３記載の発明ではインバ
ータの交流電流の過電流状態を解消しながら平滑コンデ
ンサに必要以上の電圧が印加されるのを防ぎ、また、請
求項４記載の発明では平滑コンデンサ及び主電池を保護
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の実施形態を示す全体構成
図である。

【図２】請求項２記載の発明の実施形態を示す全体構成
図である。

【図３】請求項３記載の発明の実施形態を示す全体構成
図である。

【図４】請求項４記載の発明の実施形態を示す全体構成
図である。

【図５】永久磁石形同期電動機駆動装置の構成図であ
る。

【図６】公知の制御方法による弱め界磁領域での電圧、
電流のフェーザ図である。

【図７】電圧形インバータの主回路構成図である。

【符号の説明】

１ 主電池 ２ 直流側開閉スイッチ ２１ コイル ３ ヒューズ ４ 電圧形インバータ ４３ 平滑コンデンサ ５ 永久磁石形同期電動機 ６ 交流側開閉スイッチ ６１ コイル ６２ 補助接点 ７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 制御装置 ７１ 異常検出器 ７２ 開閉スイッチ制御器 ７３ パルス生成器 ８ 補助電源 ９ 交流電流検出器 １０ 直流電圧検出器

フロントページの続き (72)発明者 中山 智晴 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 芳信 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 麻生 剛 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 菊池 俊雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 北田 眞一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池を電源とし、電圧形インバータを介
   して車両駆動用の永久磁石形同期電動機を駆動する電気
   自動車の電気システムであって、前記電池とインバータ
   との間に直流側開閉スイッチが接続され、かつ、前記イ
   ンバータと電動機との間に交流側開閉スイッチが接続さ
   れた電気自動車の電気システムにおいて、 電気システムを構成する機器の異常を検出した時に、ま
   たは該電気システムを構成する機器の電源が切られた時
   に、交流側開閉スイッチを開動作させた後に直流側開閉
   スイッチを開動作させることを特徴とする電気自動車の
   電気システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気自動車の電気システ
   ムにおいて、 交流側開閉スイッチの開動作指令と同時に、インバータ
   に対するパルスオフ指令を出力することを特徴とする電
   気自動車の電気システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電気自動車の電気システ
   ムにおいて、 インバータから出力される交流電流の過電流検出時に前
   記交流電流を減少させる電圧ベクトルをインバータによ
   り出力させた後に、交流側開閉スイッチを開動作させる
   ことを特徴とする電気自動車の電気システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電気自動車の電気システ
   ムにおいて、 インバータの直流電圧の過電圧検出時に交流側開閉スイ
   ッチを開動作させ、その後、インバータをパルスオフす
   ることを特徴とする電気自動車の電気システム。