(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、複数の相の巻線を備えたモータと、前記バッテリ及びモータに接続され、３相のアームを備え、各相のアームにそれぞれトランジスタが２個ずつ配設され、各相のアームにおける２個のトランジスタの中性点に前記モータのステータコイルの中性点と反対側の端子が接続され、かつ、各トランジスタのエミッタ・コレクタ間にダイオードが接続されたインバータブリッジと、交流電源と、該交流電源の交流の電流を整流する整流回路と、該整流回路及び前記モータのステータコイルの中性点に接続され、オン・オフに伴って、前記インバータブリッジからバッテリに直流の電流を供給するスイッチング素子と、前記バッテリの充電電流を制御する充電制御回路とを有するとともに、前記整流回路は、前記スイッチング素子を介して前記モータのステータコイルの中性点に接続されたカソード、及び前記インバータブリッジの正極側に接続されたアノードを備え、前記充電制御回路は、前記交流電源の交流の電流、及び前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定するデューティ比決定手段を備え、前記モータのステータコイルの中性点と前記スイッチング素子との間にコイルが接続され、該コイルと前記スイッチング素子との接続点とインバータブリッジの負極側との間に、電流を前記コイルに向けて流すためのダイオードが接続されることを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記充電制御回路は、前記交流電源の交流の電流を検出する第１の電流検出手段、前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流を検出する第２の電流検出手段、及び該第２の電流検出手段によって検出された直流の電流と電流指令値との偏差に基づいて目標電流を発生させる目標電流発生手段を備えるとともに、前記デューティ比決定手段は、前記第１の電流検出手段によって検出された交流の電流と前記目標電流との偏差に基づいて前記デューティ比を決定する請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項３】
３相のアームを備え、各相のアームにそれぞれトランジスタが２個ずつ配設され、各相のアームにおける２個のトランジスタの中性点にモータのステータコイルの中性点と反対側の端子が接続され、かつ、各トランジスタのエミッタ・コレクタ間にダイオードが接続されたインバータブリッジの正極側に接続されたアノード、並びにスイッチング素子及びコイルを介して前記モータのステータコイルの中性点に接続され、かつ、前記スイッチング素子、及び電流を前記コイルに向けて流すためのダイオードを介して前記インバータブリッジの負極側に接続されたカソードを備える整流回路によって、交流電源の交流の電流を整流し、前記スイッチング素子のオン・オフに伴って、前記インバータブリッジからバッテリに直流の電流を供給するとともに、前記交流電源の交流の電流、及び前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定して前記バッテリの充電電流を制御することを特徴とする充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電制御装置及び充電制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、ＤＣブラシレスモータ、リラクタンスモータ等のモータが使用されるようになっていて、該モータはステータ及びロータによって形成される。そして、前記ステータに配設されたステータコイルに電流を供給することによってロータを回転させ、前記モータが駆動されるようになっている。
【０００３】
そのために、モータ制御回路及びベースドライブ回路が配設され、前記モータ制御回路において、前記ロータの位置、すなわち、磁極の位置に対応させてＵ相、Ｖ相及びＷ相の正弦波信号が発生させられるとともに、正弦波信号、及び車両制御回路から送られた電流指令値に基づいて、該電流指令値に対応するパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号が発生させられ、該パルス幅変調信号がベースドライブ回路に送られる。
【０００４】
該ベースドライブ回路は、前記パルス幅変調信号に対応させてトランジスタ駆動信号を発生させ、該トランジスタ駆動信号をインバータブリッジに対して出力する。該インバータブリッジは、６個のトランジスタを有し、前記トランジスタ駆動信号がオンの間だけトランジスタをオンにして各相の電流を発生させ、該各相の電流を前記ステータコイルに供給する。このようにして、前記モータ駆動装置を作動させることによってモータを駆動し、電動車両を走行させることができる。
【０００５】
そのために、前記インバータブリッジにバッテリが接続され、該バッテリからの直流の電流がインバータブリッジによって各相の電流に変換されるようになっている。したがって、バッテリ残量が少なくなると前記バッテリを充電するようにしている。
ところで、前記インバータブリッジに双方向電力変換機能を持たせ、前記モータを駆動して電動車両を走行させる際に前記インバータブリッジによって直流・交流変換を行い、バッテリを充電する際に、前記各ステータコイルに商用電源を接続し、前記インバータブリッジによってチョッパ制御による直流・直流変換を行うようにした充電制御装置が提供されている（特開平５−２０７６６４号公報参照）。
【０００６】
この場合、前記チョッパ制御において、リアクトルとしてモータのステータコイルが使用され、該ステータコイルに外部から交流の電力又は直流の電力が供給される。
また、前記チョッパ制御と電力変換用のチョッパ制御とが組み合わされ、昇圧充電及び降圧充電を行うことができるようになっている。すなわち、充電用として接続される交流電源の電圧がバッテリの電圧以下である場合は昇圧チョッパ制御によって、交流電源の電圧がバッテリの電圧より高い場合は降圧チョッパ制御によってそれぞれ充電が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の充電制御装置においては、昇圧チョッパ制御と降圧チョッパ制御とを切り換えるために、交流電源の電圧及びバッテリの電圧を測定する必要があるが、交流電源の電圧及びバッテリの電圧を安全に測定するためには、交流電源及びバッテリから絶縁されたコンピュータのグランドレベルで測定を行う必要がある。したがって、制御回路が複雑になり、充電制御装置のコストが高くなってしまう。
【０００８】
また、例えば、交流電源の電圧を２２０〔Ｖ〕とし、バッテリの電圧を２８８〔Ｖ〕として充電を行う場合、交流電源の電圧のピーク値は３００〔Ｖ〕を超えることになるので、１周期中に降圧チョッパ制御と昇圧チョッパ制御とが４回切り換わることになる。したがって、制御ロジックが複雑になり、制御プログラムの容量が大きくなって、充電制御装置のコストが高くなってしまう。
【０００９】
本発明は、前記従来の充電制御装置の問題点を解決して、制御回路及び制御ロジックを簡素化することができ、制御プログラムの容量を小さくすることができ、コストを低くすることができる充電制御装置及び充電制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の充電制御装置においては、バッテリと、複数の相の巻線を備えたモータと、前記バッテリ及びモータに接続され、３相のアームを備え、各相のアームにそれぞれトランジスタが２個ずつ配設され、各相のアームにおける２個のトランジスタの中性点に前記モータのステータコイルの中性点と反対側の端子が接続され、かつ、各トランジスタのエミッタ・コレクタ間にダイオードが接続されたインバータブリッジと、交流電源と、該交流電源の交流の電流を整流する整流回路と、該整流回路及び前記モータのステータコイルの中性点に接続され、オン・オフに伴って、前記インバータブリッジからバッテリに直流の電流を供給するスイッチング素子と、前記バッテリの充電電流を制御する充電制御回路とを有する。
【００１１】
そして、前記整流回路は、前記スイッチング素子を介して前記モータのステータコイルの中性点に接続されたカソード、及び前記インバータブリッジの正極側に接続されたアノードを備える。また、前記充電制御回路は、前記交流電源の交流の電流、及び前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定するデューティ比決定手段を備える。そして、前記モータのステータコイルの中性点と前記スイッチング素子との間にコイルが接続され、該コイルと前記スイッチング素子との接続点とインバータブリッジの負極側との間に、電流を前記コイルに向けて流すためのダイオードが接続される。
【００１３】
本発明の他の充電制御装置においては、さらに、前記充電制御回路は、前記交流電源の交流の電流を検出する第１の電流検出手段、前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流を検出する第２の電流検出手段、及び該第２の電流検出手段によって検出された直流の電流と電流指令値との偏差に基づいて目標電流を発生させる目標電流発生手段を備える。
そして、前記デューティ比決定手段は、前記第１の電流検出手段によって検出された交流の電流と前記目標電流との偏差に基づいて前記デューティ比を決定する。
【００１４】
本発明の充電制御方法においては、さらに、３相のアームを備え、各相のアームにそれぞれトランジスタが２個ずつ配設され、各相のアームにおける２個のトランジスタの中性点にモータのステータコイルの中性点と反対側の端子が接続され、かつ、各トランジスタのエミッタ・コレクタ間にダイオードが接続されたインバータブリッジの正極側に接続されたアノード、並びにスイッチング素子及びコイルを介して前記モータのステータコイルの中性点に接続され、かつ、前記スイッチング素子、及び電流を前記コイルに向けて流すためのダイオードを介して前記インバータブリッジの負極側に接続されたカソードを備える整流回路によって、交流電源の交流の電流を整流し、前記スイッチング素子のオン・オフに伴って、前記インバータブリッジからバッテリに直流の電流を供給するとともに、前記交流電源の交流の電流、及び前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定して前記バッテリの充電電流を制御する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図である。
図において、３１はモータであり、該モータ３１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の巻線、すなわち、ステータコイル１５〜１７、並びに該ステータコイル１５〜１７の内側において回転自在に配設された図示しないロータを有し、該ロータは、２個の極から成る極対を少なくとも一つ備える。本実施の形態において、前記モータ３１は、ＤＣブラシレスモータによって構成され、前記ロータは２個の磁極から成る磁極対を三つ備える。また、本実施の形態において、前記ロータは、ステータコイル１５〜１７の内側において回転自在に配設されるが、ステータコイル１５〜１７の外側において回転自在に配設することもできる。
【００１６】
前記モータ３１は、インバータブリッジ４０及びバッテリ３３と接続される。そして、前記インバータブリッジ４０は、双方向電力変換機能を備え、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させる際に直流・交流変換を行い、バッテリ３３を充電する際にチョッパ制御による直流・直流変換を行う。
すなわち、モータ３１を駆動する場合は、バッテリ３３からの直流の電流がインバータブリッジ４０によって各相の電流に変換され、該各相の電流はそれぞれ各ステータコイル１５〜１７に供給される。
【００１７】
そのために、前記インバータブリッジ４０は、コンデンサ１３及び各相のアーム２１〜２３を備え、前記アーム２１にトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が、前記アーム２２にトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４が、前記アーム２３にトランジスタＴｒ５、Ｔｒ６がそれぞれ配設されるとともに、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のエミッタ・コレクタ間にそれぞれダイオードＤ１〜Ｄ６が接続される。そして、前記ステータコイル１５〜１７の中性点Ｐ１と前記トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の中性点Ｐ２とがステータコイル１５によって、前記中性点Ｐ１と前記トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の中性点Ｐ３とがステータコイル１６によって、前記中性点Ｐ１と前記トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６の中性点Ｐ４とがステータコイル１７によってそれぞれ接続される。
【００１８】
なお、前記ロータに図示しないレゾルバが連結され、該レゾルバによって磁極の位置を検出することができるようになっている。
したがって、モータ駆動時に、図示しない車両制御回路が電流指令値を発生させて図示しないモータ制御回路に送ると、該モータ制御回路は、前記電流指令値に対応するパルス幅を有する３相のパルス幅変調信号を発生させ、該パルス幅変調信号を図示しないベースドライブ回路に対して出力する。該ベースドライブ回路は、前記パルス幅変調信号を受けて、６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するためのトランジスタ駆動信号をそれぞれ発生させ、インバータブリッジ４０に対して出力する。
【００１９】
そして、該インバータブリッジ４０において直流・交流変換が行われ、各相の電流が発生させられ、該各相の電流が前記ステータコイル１５〜１７に供給されてモータ３１が駆動される。
また、前記バッテリ３３を充電するために、前記インバータブリッジ４０と並列に充電回路３４が配設される。該充電回路３４は、交流電源２５、該交流電源２５に対して直列に接続されたコイルＬｆ及びコンデンサＣｆ、整流回路３５、スイッチング素子としてのトランジスタＴｒ、リアクトルとしてのコイルＬｎ、並びに付加ダイオードＤから成る。前記整流回路３５は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４によって形成され、交流電源２５の交流の電流ｉacを整流して直流の電流にする。
【００２０】
前記コイルＬｆ及びコンデンサＣｆによってフィルタ回路が形成され、前記コンデンサＣｆの一方の端子に前記ダイオードＤ１１、Ｄ１２の中性点Ｐ５が、他方の端子に前記ダイオードＤ１３、Ｄ１４の中性点Ｐ６がそれぞれ接続される。また、前記ダイオードＤ１２、Ｄ１４の各カソードと前記中性点Ｐ１との間に、前記トランジスタＴｒ及びコイルＬｎが直列に接続されるとともに、トランジスタＴｒとコイルＬｎとの接続点Ｐ７にバッテリ３３及びインバータブリッジ４０の負極側の端子が付加ダイオードＤを介して接続される。そして、前記ダイオードＤ１１、Ｄ１３の各アノードと前記バッテリ３３及びインバータブリッジ４０の正極側の端子とが接続される。なお、前記トランジスタＴｒのオン・オフは、図示しない充電制御回路によって出力されるスイッチング信号に従って行われる。
【００２１】
すなわち、前記トランジスタＴｒがオンになると、前記整流回路３５によって発生させられた直流の電流は、ダイオードＤ１２、Ｄ１４からトランジスタＴｒ及びコイルＬｎを通ってモータ３１に供給され、該モータ３１の各ステータコイル１５〜１７及び各ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５を通ってダイオードＤ１１、Ｄ１３に供給される。このとき、前記コイルＬｎ及び各ステータコイル１５〜１７に電気エネルギーが蓄えられる。
【００２２】
続いて、前記トランジスタＴｒがオフになると、前記コイルＬｎ及び各ステータコイル１５〜１７に蓄えられていた電気エネルギーが放出され、電流ｉb が、ステータコイル１５〜１７から各ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５を通ってバッテリ３３に供給され、更にダイオードＤを通ってコイルＬｎに供給される。このとき、バッテリ３３の充電が行われる。
【００２３】
このようにして、交流電源２５の交流の電流ｉacは、前記ダイオードＤ１１〜Ｄ１４によって整流されて直流の電流になり、インバータブリッジ４０においてチョッパ制御による直流・直流変換が行われ、電圧が変換されて充電が行われる。
なお、前記充電回路３４は、バッテリ３３、インバータブリッジ４０及びモータ３１に対して着脱自在に配設され、電動車両を走行させている間は切り離され、充電を行っている間は接続される。本実施の形態においては、充電回路３４の全体を着脱自在にしているが、必要に応じて交流電源２５だけを着脱自在にすることもできる。
【００２４】
ところで、前記充電制御回路によってトランジスタＴｒをオン・オフするに当たり、デューティ比を変更すると、該デューティ比に対応する充電電流でバッテリ３３を充電することができる。
図２は本発明の実施の形態における充電制御回路のブロック図、図３は本発明の実施の形態における充電制御回路の動作を示す波形図である。なお、図３において、横軸に時間を、縦軸に電流を採ってある。
【００２５】
図において、２５は交流電源、３３はバッテリ、３５は整流回路、４０はインバータブリッジであり、前記交流電源２５と整流回路３５との間に、交流電源２５の交流の電流ｉacを検出するための第１の電流検出手段としての電流センサ５１が、前記整流回路３５とインバータブリッジ４０との間にトランジスタＴｒが、前記インバータブリッジ４０とバッテリ３３との間に、前記インバータブリッジ４０によって発生させられた直流の電流ｉb を検出するための第２の電流検出手段としての電流センサ５２がそれぞれ配設される。
【００２６】
そして、該電流センサ５２によって検出された電流ｉb の信号は演算装置５３に送られ、該演算装置５３において前記電流ｉb の平均値ｉbAV が演算される。また、該平均値ｉbAV は減算器５４に送られ、該減算器５４において電流指令値ｉb * と平均値ｉbAV との偏差Δｉb 
Δｉb ＝ｉb * −ｉbAV 
が算出される。なお、オペレータが図示しない設定器を操作し、バッテリ３３の仕様に対応する電流指令値ｉb * が設定されるようになっている。
【００２７】
また、前記偏差Δｉb はＰＩ動作要素５５に送られ、該ＰＩ動作要素５５において位相遅れ補償が行われた後、変調器５６に送られる。なお、前記ＰＩ動作要素５５及び変調器５６によって目標電流発生手段が構成される。そして、該変調器５６において、偏差Δｉb に正弦波（Ｓｉｎ波）が掛けられ、目標電流ｉac* が形成され、該目標電流ｉac* は減算器６１に送られる。該減算器６１においては、前記目標電流ｉac* と電流センサ５１によって検出された電流ｉacとの偏差Δｉac
Δｉac＝ｉac* −ｉac
が算出され、該偏差Δｉacは充電制御回路のデューティ比決定手段としてのＰ動作要素６２に送られ、該Ｐ動作要素６２において前記偏差Δｉacに対応するデューティ比γが決定され、該デューティ比γで前記トランジスタＴｒがオン・オフさせられる。その結果、充電電流が制御され、所期の充電電流でバッテリ３３を充電することができる。
【００２８】
このように、交流電源２５及びコンデンサ１３の各電圧を設定するだけで、電流指令値ｉb * が設定され、該電流指令値ｉb * に対応するデューティ比γで前記トランジスタＴｒがオン・オフさせられ、所期の充電電流でバッテリ３３を充電することができるので、昇圧チョッパ制御と降圧チョッパ制御とを切り換える必要がない。したがって、交流電源２５及びバッテリ３３の各電圧を測定する必要がないので、制御回路を簡素化することができ、充電制御装置のコストを低くすることができる。
【００２９】
また、昇圧チョッパ制御と降圧チョッパ制御との切換えがなくなるので、制御ロジックを簡素化することができるとともに、制御プログラムの容量を小さくすることができ、充電制御装置のコストを低くすることができる。
さらに、トランジスタＴｒのオン・オフのデューティ比γを一定にするだけで、交流電源２５の力率を１にした状態で制御を行うことができる。
【００３０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、充電制御装置においては、バッテリと、複数の相の巻線を備えたモータと、前記バッテリ及びモータに接続され、３相のアームを備え、各相のアームにそれぞれトランジスタが２個ずつ配設され、各相のアームにおける２個のトランジスタの中性点に前記モータのステータコイルの中性点と反対側の端子が接続され、かつ、各トランジスタのエミッタ・コレクタ間にダイオードが接続されたインバータブリッジと、交流電源と、該交流電源の交流の電流を整流する整流回路と、該整流回路及び前記モータのステータコイルの中性点に接続され、オン・オフに伴って、前記インバータブリッジからバッテリに直流の電流を供給するスイッチング素子と、前記バッテリの充電電流を制御する充電制御回路とを有する。
そして、前記整流回路は、前記スイッチング素子を介して前記モータのステータコイルの中性点に接続されたカソード、及び前記インバータブリッジの正極側に接続されたアノードを備える。また、前記充電制御回路は、前記交流電源の交流の電流、及び前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定するデューティ比決定手段を備える。そして、前記モータのステータコイルの中性点と前記スイッチング素子との間にコイルが接続され、該コイルと前記スイッチング素子との接続点とインバータブリッジの負極側との間に、電流を前記コイルに向けて流すためのダイオードが接続される。
【００３２】
この場合、バッテリの充電を行うに当たり、整流回路によって交流電源の交流の電流が整流される。そして、スイッチング素子のオン・オフに伴って、インバータブリッジにおいて、前記整流回路から送られた直流の電流に基づいて直流の電流が発生させられ、該直流の電流がバッテリに供給される。
【００３３】
また、デューティ比決定手段は、前記交流電源の交流の電流、及び前記インバータブリッジからバッテリに供給される直流の電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定する。
したがって、所期の充電電流でバッテリを充電することができるので、昇圧チョッパ制御と降圧チョッパ制御とを切り換える必要がない。その結果、交流電源及びバッテリの各電圧を測定する必要がないので、制御回路を簡素化することができ、充電制御装置のコストを低くすることができる。
【００３４】
また、昇圧チョッパ制御と降圧チョッパ制御との切換えがなくなるので、制御ロジックを簡素化することができるとともに、制御プログラムの容量を小さくすることができ、充電制御装置のコストを低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態における充電制御回路のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における充電制御回路の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
１５〜１７    ステータコイル
２５    交流電源
３１    モータ
３３    バッテリ
３４    充電回路
３５    整流回路
４０    インバータブリッジ
６２    Ｐ動作要素
ｉac、ｉb     電流
Ｔｒ    トランジスタ
γ    デューティ比
【図１】
0003729617.tif 000002
【図２】
0003729617.tif 000003
【図３】
0003729617.tif 000004