JPH11122826A - 電気自動車用充電装置 - Google Patents

電気自動車用充電装置

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JPH11122826A JP9280442A JP28044297A JPH11122826A JP H11122826 A JPH11122826 A JP H11122826A JP 9280442 A JP9280442 A JP 9280442A JP 28044297 A JP28044297 A JP 28044297A JP H11122826 A JPH11122826 A JP H11122826A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】４トランジスタ直列接続型スイッチング回路を
有する電気自動車用充電装置で、このスイッチング回路
の動作不良による動作不具合を速やかに検知し充電機能
を制限せずに、報知可能な電気自動車用充電装置を提供
する。 【解決手段】４トランジスタ直列接続型スイッチング回
路を有する電気自動車用充電装置でスイッチング回路３
の各スイッチングトランジスタ３ａ〜３ｄの全波スイッ
チング給電状態、半波スイッチング給電状態および非給
電状態を個別に判別し、バッテリ充電時にスイッチング
回路に半波スイッチング給電状態および／または非給電
状態が生じた場合にそれを警告する。

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
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電気自動車用充電装置において、
バッテリから三相インバ−タ回路を通じて給電される三
相交流モ−タの一対の相入力端と単相商用電源の両端と
の間に介設されて単相商用電源から三相交流モ−タへの
給電電流を高周波スイッチング制御するスイッチング回
路を有するものが知られている。
【０００３】この形式の電気自動車用充電装置では、ス
イッチング回路を高周波スイッチングしてリアクタンス
素子をなす三相交流モ−タの固定子コイルへの通電電流
を断続し、それにより固定子コイルの両端に生じる高周
波大電圧を三相インバ−タ回路に付属するダイオ−ドか
らなる全波整流回路で整流してバッテリを充電してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電気自
動車用充電装置のスイッチング回路の一例として、互い
に直列接続されて単相商用電源の一端と三相交流モ−タ
の一つの相入力端との間に介設される一対のスイッチン
グトランジスタと、一対のスイッチングトランジスタと
個別に並列接続されるとともに互いに逆向きに直列接続
される一対のダイオ−ドと、互いに直列接続されて単相
商用電源の他端と三相交流モ−タの他の一つの相入力端
との間に介設される他の一対のスイッチングトランジス
タと、他の一対のスイッチングトランジスタと個別に並
列接続されるとともに互いに逆向きに直列接続される他
の一対のダイオ−ドとを備えるものが、たとえば本出願
人の出願になる電気自動車用充電装置において、提案さ
れている。
【０００５】このスイッチング回路（以下、４トランジ
スタ直列接続型スイッチング回路ともいう）によれば、
バッテリから三相交流モ−タへ給電されている場合に
は、スイッチング回路を構成する４つのスイッチングト
ランジスタを遮断することにより、単相商用電源側のコ
ネクタ端子はバッテリ充電時以外は高電圧（電気自動車
用バッテリは通常、３００Ｖ程度の高圧とされることが
多い）となることがなく、感電や漏電に対する安全性が
向上するという効果を生じる。
【０００６】ところが、この４トランジスタ直列接続型
スイッチング回路では、以下の問題が生じることがわか
った。まず第一の問題は、このスイッチング回路のどれ
か１個のスイッチングトランジスタがオープン故障した
場合、それにもかかわらずこの故障トランジスタと並列
に接続されるダイオ−ドを通じて、半波電流が流れ得る
ので、半波モ−ドでスイッチング回路が動作し、充電能
力が半減するので、充電終了まで長時間を要することで
ある。
【０００７】次に、このスイッチング回路の同方向の２
個のスイッチングトランジスタがオープン故障した場
合、それにもかかわらずこれらの故障トランジスタと並
列に接続されるダイオ−ドを通じて、半波電流が流れ得
るので、上記と同様に半波モ−ドでスイッチング回路が
動作し、充電終了まで長時間を要することである。次
に、このスイッチング回路の反対方向の２個のスイッチ
ングトランジスタがオープン故障した場合、電流が流れ
得ないので、ドライブ回路から制御を行っているにもか
かわらず、いつまでたっても充電が終了しないという不
具合が生じてしまう。
【０００８】このような状態を放置することは、充電不
良又は充電の長時間化の原因が不明であることも含め、
明らかに電気自動車運行制御上、各種不具合を派生させ
る。本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、４ト
ランジスタ直列接続型スイッチング回路を有する電気自
動車用充電装置において、このスイッチング回路の動作
不良による動作不具合を速やかに発見してできるだけ充
電機能を制限することなく、それを報知可能な電気自動
車用充電装置を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の電気自動
車用充電装置によれば、バッテリから三相インバ−タ回
路を通じて給電される三相交流モ−タの一対の相入力端
と単相商用電源の両端との間に介設されるスイッチング
回路を有し、このスイッチング回路が、互いに直列接続
されて単相商用電源の一端と三相交流モ−タの一つの相
入力端との間に介設される一対のスイッチングトランジ
スタと、一対のスイッチングトランジスタと個別に並列
接続されるとともに互いに逆向きに直列接続される一対
のダイオ−ドと、互いに直列接続されて単相商用電源の
他端と三相交流モ−タの他の一つの相入力端との間に介
設される他の一対のスイッチングトランジスタと、他の
一対のスイッチングトランジスタと個別に並列接続され
るとともに互いに逆向きに直列接続される他の一対のダ
イオ−ドとを備える電気自動車用充電装置（以下、４ト
ランジスタ直列接続型スイッチング回路を有する電気自
動車用充電装置ともいう）において、スイッチング回路
の各スイッチングトランジスタの全波スイッチング給電
状態、半波スイッチング給電状態および非給電状態を個
別に判別するスイッチング回路監視手段を設け、バッテ
リ充電時にスイッチング回路に半波スイッチング給電状
態および／または非給電状態が生じた場合にそれを警告
する。
【００１０】このようにすれば、このスイッチング回路
の動作不良による充電必要時間の長大化や充電不能状態
の発生など、電気自動車運行上、死活的な問題およびそ
の原因であるスイッチング回路の特定のスイッチングト
ランジスタのオープン故障を速やかに発見してそれをド
ライバに報知し、電気自動車の走行不能又は走行距離の
短縮といった不具合が発生するのを未然に防ぐことがで
きる。
【００１１】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の電気自動車用充電装置において更に、ドライブ回路か
らスイッチング回路の各スイッチングトランジスタへ給
電される制御電流の大きさで、スイッチングトランジス
タの全波スイッチング給電状態、半波スイッチング給電
状態および非給電状態を判定しているので、正確に判定
できるとともに、オープン故障を生じているスイッチン
グトランジスタの特定もできるので、故障修理も容易と
なる。
【００１２】請求項３記載の構成によれば請求項１又は
２記載の電気自動車用充電装置において更に、スイッチ
ングトランジスタの全波スイッチング給電状態、半波ス
イッチング給電状態において、ドライブ回路によるスイ
ッチング回路の駆動を許可し、非給電状態においてだけ
ドライブ回路によるスイッチング回路の駆動を禁止する
ので、半波スイッチング給電状態でも大電流充電機能が
低下するもののスイッチングトランジスタの故障にもか
かわらずバッテリ充電を続行することができ、更に非給
電状態ではドライブ回路によるスイッチング回路のスイ
ッチングトランジスタの駆動を遮断するので、無駄な電
力消費を防ぎ、ドライブ回路の過熱を防ぐことができ
る。
【００１３】
【発明を実施するための形態】本発明の交直変換装置の
好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。 （実施例１）実施例１の交直変換装置を採用した電気自
動車用バッテリ充電装置を図１を参照して説明する。
【００１４】構成 図１において、１は入力となる単相商用交流電源、２は
ロ−パスフィルタまたは平滑回路として知られる入力側
のフィルタ回路、３はスイッチング回路、４は走行モ−
タとして機能する三相交流モ−タ、５は三相インバ−タ
回路、６は平滑コンデンサ、７はスイッチ回路、８ａ〜
８ｃは充電用リレ−の接点、９はロ−パスフィルタまた
は平滑回路として知られる出力側のフィルタ回路、１０
は車載主電池をなす高圧のバッテリ、１１はマイコン構
成のコントロ−ラ、１２はスイッチング回路３の駆動制
御用かつゲ−ト電流検出用のドライブ回路、１３は三相
交流モ−タ４の回動角度検出用のロ−タリ−エンコ−
ダ、１４はロ−タリ−エンコ−ダ１３の出力信号をＡ／
Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、１５はコントローラ１１の判
断結果を表示、警告する表示警告装置である。
【００１５】スイッチング回路３は、互いに直列接続さ
れて単相商用交流電源１の一端と三相交流モ−タ４の一
つの相入力端４１との間に介設される一対のＩＧＢＴ３
ａ〜３ｂと、一対のＩＧＢＴ３ａ〜３ｂと個別に並列接
続されるとともに互いに逆向きに直列接続される一対の
ダイオ−ド３３ａ〜３３ｂと、互いに直列接続されて単
相商用交流電源１の他端と三相交流モ−タ４の他の一つ
の相入力端４２との間に介設される他の一対のＩＧＢＴ
３ｃ〜３ｄと、他の一対のＩＧＢＴ３ｃ〜３ｄと個別に
並列接続されるとともに互いに逆向きに直列接続される
他の一対のダイオ−ド３３ｃ〜３３ｄとにより構成され
ている。
【００１６】三相インバ−タ回路５は、ハイサイド側Ｉ
ＧＢＴ５ａ〜５ｃの各一つと、ローサイド側ＩＧＢＴ５
ｄ〜５ｆとが個別に直列接続され、更に、各ＩＧＢＴ５
ａ〜５ｆとそれぞれ個別に逆並列接続された６個のダイ
オ−ドとからなる周知の回路であり、本実施例では特に
バッテリ充電時に単相全波整流器として機能し、モ−タ
駆動時にはコントローラ１１によりスイッチング制御さ
れて三相交流電圧を発生して三相交流モ−タ４に給電し
ている。
【００１７】スイッチ回路７は、三相インバ−タ回路５
の一対の直流端とフィルタ回路９の一対の入力端との間
に介設されるＩＧＢＴ７ａ〜７ｂからなり、７ａは上記
両者の高位側を接続し、７ｂは上記両者の低位側を接続
しており、ＩＧＢＴ７ａ〜７ｂはコントロ−ラ１１によ
り充電時に導通され、モ−タ駆動時に遮断される。フィ
ルタ回路９は、スイッチ回路７の出力側の両端とバッテ
リ１０との間に介設される平滑回路であって、リアクト
ル素子９１と平滑コンデンサ９２とからなる周知の回路
構成にダイオ−ド９３を付加して構成している。
【００１８】８ａ〜８ｂは充電用リレ−の常閉接点、８
ｃはこの充電用リレ−の常開接点であり、コントローラ
１１は充電時に常閉接点８ａ〜８ｂを開き、常開接点８
ｃを閉じ、モ−タ駆動時にこれら各接点８ａ〜８ｃに逆
の動作を行わせる。 基本動作 以下、この電気自動車用充電装置の動作を説明する。
【００１９】（モ−タ駆動時）バッテリ１０により三相
交流モ−タ４を駆動して走行する場合には、充電用リレ
−を導通させて接点８ａ、８ｂを開き、接点８ｃを閉
じ、スイッチ回路７のＩＧＢＴ７ａ、７ｂを遮断させ、
スイッチング回路３を構成する各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄを
遮断し、バッテリ１０から充電用リレ−の常閉接点８ａ
〜８ｂを通じて三相インバ−タ回路５の一対の直流端間
にバッテリ電圧を印加し、コントローラ１１から必要な
周波数で三相インバ−タ回路５の各ＩＧＢＴ５ａ〜５ｆ
をＰＷＭ制御して擬似三相交流電圧を形成し、三相交流
モ−タ４を所定回転数で駆動させる。
【００２０】（バッテリ充電時）バッテリ充電時には、
フィルタ回路２の入力端に商用交流電源１を接続し、充
電用リレ−を遮断して接点８ａ、８ｂを閉じ、接点８ｃ
を開く。また、スイッチ回路７のＩＧＢＴ７ａ、７ｂを
導通させ、三相インバ−タ回路５のＩＧＢＴ５ａ〜５ｆ
は遮断する。
【００２１】次に、コントローラ１１からドライブ回路
１２に指令し、ドライブ回路１２がスイッチング回路３
のＩＧＢＴ３ａ〜３ｄを所定周期で断続制御する。更に
具体的に説明すれば、ＩＧＢＴ３ａ、３ｄのペアとＩＧ
ＢＴ３ｂ、３ｃのペアとを所定周期で交互に断続させ
る。すると、商用交流電源１の正の半波期間では商用交
流電源１からＩＧＢＴ３ａ、ダイオ−ド３３ｂ、三相交
流モ−タ４、ＩＧＢＴ３ｄ、ダイオ−ド３３ｃの順に流
れる電流が高周波スイッチングされ、商用交流電源１の
負の半波期間では商用交流電源１からＩＧＢＴ３ｃ、ダ
イオ−ド３３ｄ、三相交流モ−タ４、ＩＧＢＴ３ｂ、ダ
イオ−ド３３ａの順に流れる電流が高周波スイッチング
され、それにより三相交流モ−タ４の相入力端４１、４
２間に高電圧高周波電圧が発生する。この高電圧高周波
電圧は、三相インバ−タ回路５のダイオ−ドにより全波
整流され、スイッチ回路７を通じ、フィルタ回路９で平
滑化させて、バッテリ１０を充電する。
【００２２】スイッチング回路３のＩＧＢＴ３ａ〜３ｄ
のデューティ比は、バッテリ１０の電圧をモニタしなが
ら制御し、バッテリ充電電流又は電圧が適正となるよう
に制御を行う。 （スイッチング回路３のオープン故障検出）この実施例
では、ドライブ回路１２は、内部に図２に示すゲ−ト電
流検出回路を内蔵している。ただし、図２はＩＧＢＴ３
ａのゲ−ト電流検出回路であるが、他のＩＧＢＴ３ｂ〜
３ｄのそれらも同じであるので、記載を省略する。
【００２３】１２１〜１２４はドライブ回路１２の出力
端とＩＧＢＴ３ａ〜３ｄのゲ−ト電極とを個別に接続す
る出力線であって、１２５は、ドライブ回路１２のＩＧ
ＢＴ３ａ駆動用の出力ドライバ回路（図示せず）とＩＧ
ＢＴ３ａ〜３ｄのゲ−ト電極との間に介設される電流検
出抵抗兼ゲ−ト保護抵抗である。抵抗１２５の両端の電
圧降下はダイオ−ド１２６で半波整流され、抵抗１２７
とコンデンサ１２８とからなる平滑回路で直流化され、
Ａ／Ｄコンバ−タ１２９でデジタル信号に変換されてコ
ントローラ１１に送信される。
【００２４】次に、コントローラ１１によるスイッチン
グ回路３のオープン故障検出ルーチンを図３のフロ−チ
ャ−トを参照して以下に説明する。まず、コントローラ
１１による充電開始指令とともにこのル−チンが起動さ
れ、まず各出力線１２１〜１２４のゲ−ト電流Ｉａ〜Ｉ
ｄを読み込み（１００）、読み込んだゲ−ト電流Ｉａ〜
Ｉｄが正常かどうか、すなわち所定値以上であるかどう
かを調べ（１０２）、過小であれば異常すなわちオープ
ン故障であると判定し、その故障モ−ド（図４参照）に
応じて、故障モ−ドが充電可能なものか、充電不能なも
のかを判定し、充電不能な場合にはドライブ回路１２に
スイッチング回路３の駆動を中止するように指令すると
ともに、表示警告装置１５にそれを表示する。
【００２５】次に、図４を参照して、上記各故障モ−ド
を説明する。故障モ−ド１は、ＩＧＢＴ３ａがオープン
故障して常開となった場合であり、この場合には商用交
流電源１の負の半波期間にだけ正常な動作が行える。Ｉ
ＧＢＴ３ｄのオープン故障の場合も同じであり、ＩＧＢ
Ｔ３ｂ、３ｃのオープン故障の場合には反対に正の半波
期間にだけ正常な動作が行える。したがって、この場合
には、充電能力が半減するにもかかわらず、そのまま充
電を続行して構わない。
【００２６】故障モ−ド２、３、６、７のモ−ドでは、
充電が不能であるので、この場合にはいたずらに充電を
持続してもなんら効果が無い。したがって、速やかにそ
れを表示警告するとともに、無駄な電力消費を防止する
ためにドライブ回路１２の駆動を停止する。故障モ−ド
４、５のモ−ドでは、半波充電が可能であるので、この
まま充電を続行する。
【００２７】故障モ−ド８のモ−ド、すなわち、ＩＧＢ
Ｔ３ａ〜３ｄのうちの３つが故障した場合には、完全に
充電が不能となるので、この場合にはいたずらに充電を
持続してもなんら効果が無い。したがって、速やかにそ
れを表示警告するとともに、無駄な電力消費を防止する
ためにドライブ回路１２の駆動を停止する。すなわち、
各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄのゲ−ト電流をモニタすることに
より、充電可能なモ−ドおよび充電不能なモ−ドを判別
できるとともに、オープン故障を生じたＩＧＢＴを特定
することもでき、修理時にスイッチング回路３全体を交
換するのではなく、オープン故障したＩＧＢＴだけを取
り替えればよく、経済的となる。
【００２８】（変形態様）上記実施例では、ＩＧＢＴ３
ａ〜３ｄのゲ−ト電流をモニタしてオープン故障を検出
したが、スイッチング回路３の出力端からバッテリ１０
に至る回路中のどこかの電流を検出し、ＩＧＢＴ３ａ〜
３ｄが正常な場合におけるこれら電流値とＩＧＢＴ３ａ
〜３ｄの指令デューティ比との関係を予めマップに記憶
しておき、このマップと検出電流値に基づいてオープン
故障を判別することもできる。なお、この場合には、Ｉ
ＧＢＴ３ａ〜３ｄのオープン故障だけでなく、その他の
素子などのオープン故障も検出できる利点および電流検
出回路が１回路でよいという利点がある。
【００２９】（変形態様）上記実施例では、充電時にの
み、上記オープン故障検出動作を行ったが、充電時以外
であっても、たとえば非走行期間に定期的に実施するこ
ともでき、このようにすれば、いざ充電という場合にオ
ープン故障を発見して慌てるという事態を回避すること
ができ、有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気自動車用充電装置の実施例を示す
回路図である。
【図２】図１のゲ−ト電流検出回路を示す回路図であ
る。
【図３】図１のコントロ−ラ１１によるオープン故障検
出動作を示すフロ−チャ−トである。
【図４】ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄのオープン故障モ−ドと、
充電可能性との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１は商用交流電源、３はスイッチング回路、４は三相交
流モ−タ、５は三相インバ−タ回路、１０はバッテリ、
３ａ〜３ｄはＩＧＢＴ（スイッチングトランジスタ）、
３３ａ〜３３ｄはダイオ−ド、１１はコントローラ（ス
イッチング回路監視手段（１０２）、オープン故障警告
手段およびスイッチング回路遮断手段（１０４））。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｌ 11/18 Ｂ６０Ｌ 11/18 Ｃ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】バッテリから三相インバ−タ回路を通じて
    給電される三相交流モ−タの一対の相入力端と単相商用
    電源の両端との間に介設されて前記単相商用電源から前
    記三相交流モ−タへの給電電流を高周波スイッチング制
    御するスイッチング回路と、前記スイッチング回路を構
    成するスイッチングトランジスタを駆動制御するドライ
    ブ回路とを有し、 前記スイッチング回路は、互いに直列接続されて前記単
    相商用電源の一端と前記三相交流モ−タの一つの相入力
    端との間に介設される一対のスイッチングトランジスタ
    と、前記一対のスイッチングトランジスタと個別に並列
    接続されるとともに互いに逆向きに直列接続される一対
    のダイオ−ドと、互いに直列接続されて前記単相商用電
    源の他端と前記三相交流モ−タの他の一つの相入力端と
    の間に介設される他の一対のスイッチングトランジスタ
    と、前記他の一対のスイッチングトランジスタと個別に
    並列接続されるとともに互いに逆向きに直列接続される
    他の一対のダイオ−ドとを備える電気自動車用充電装置
    であって、 前記スイッチングトランジスタの全波スイッチング給電
    状態、半波スイッチング給電状態および非給電状態を判
    別するスイッチング回路監視手段と、 前記ドライブ回路の運転モ−ドにおいて前記半波スイッ
    チング給電状態および／または非給電状態が生じた場合
    にそれを警告するオープン故障警告手段と、 を備えることを特徴とする電気自動車用充電装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の電気自動車用充電装置にお
    いて、 前記スイッチング回路監視手段は、前記ドライブ回路か
    ら前記スイッチング回路のスイッチングトランジスタへ
    給電される制御電流の大きさに基づいて前記スイッチン
    グトランジスタの各前記状態を判別するものであること
    を特徴とする電気自動車用充電装置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２記載の電気自動車用充電装
    置において、 前記スイッチングトランジスタの全波スイッチング給電
    状態、半波スイッチング給電状態において前記ドライブ
    回路による前記スイッチング回路の駆動を許可し、前記
    非給電状態において前記ドライブ回路による前記スイッ
    チング回路の駆動を禁止するスイッチング回路遮断手段
    を有することを特徴とする電気自動車用充電装置。
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KR101369052B1 (ko) * 2012-05-21 2014-03-04 엘에스산전 주식회사 전기자동차용 인버터-충전기 통합장치

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KR101369052B1 (ko) * 2012-05-21 2014-03-04 엘에스산전 주식회사 전기자동차용 인버터-충전기 통합장치

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