(57)【要約】  モータコントローラの放電制御回路が開示されている。モータコントローラの放電制御回路が、放電信号伝送回路、スイッチ回路及び放電回路を含み、スイッチ回路が放電信号伝送回路及び放電回路にそれぞれ接続され、放電回路が、母線正極に更に接続され、放電信号伝送回路の入力端が、モータコントローラの放電信号出力ピンに接続され、放電信号伝送回路の出力端が母線負極に接続され、放電信号伝送回路が、受信した放電信号に応じて、制御信号をスイッチ回路に出力し、スイッチ回路が、母線正極、母線負極及び放電信号伝送回路の出力端に接続され、受信した制御信号に応じてスイッチ回路をオンにしてから、放電回路を介して放電する。本例によるモータコントローラの放電制御回路は、能動で迅速な放電を実現でき、高電圧リークの危険の発生を回避し、モータコントローラの安全を保証している。【選択図】図１
2021516948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電信号伝送回路、スイッチ回路及び放電回路を含み、
前記スイッチ回路が、前記放電信号伝送回路及び前記放電回路にそれぞれ接続され、
前記放電回路が、母線正極に更に接続され、
前記放電信号伝送回路の入力端が、モータコントローラの放電信号出力ピンに接続され、前記放電信号伝送回路の出力端が、母線負極に接続され、
前記放電信号伝送回路が、受信した放電信号に応じて、制御信号を前記スイッチ回路に出力し、
前記スイッチ回路が、母線正極、母線負極及び前記放電信号伝送回路の出力端に接続され、受信した制御信号に応じて前記スイッチ回路をオンにしてから、前記放電回路を介して放電する
ことを特徴とするモータコントローラの放電制御回路。
【請求項２】
前記放電信号伝送回路が、フォトカプラ及びフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路が、第１のフィルタコンデンサ、第２のフィルタ抵抗及び第２のフィルタコンデンサを含み、
前記フォトカプラの入力正極ピンが、前記放電信号出力ピンに接続され、前記放電信号出力ピンが、前記モータコントローラに更に接続され、
前記フォトカプラの入力負極ピンが接地され、
前記フォトカプラの信号出力負極が、前記第１のフィルタコンデンサの一端及び母線負極に接続され、
前記フォトカプラの信号出力正極が、前記第１のフィルタコンデンサの他端及び前記第２のフィルタ抵抗の一端に接続され、前記第２のフィルタ抵抗の他端が、前記第２のフィルタコンデンサの一端及び前記スイッチ回路の制御端に接続され、
前記第２のフィルタコンデンサの他端が、母線負極に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のモータコントローラの放電制御回路。
【請求項３】
前記スイッチ回路が、トライオード、ＭＯＳトランジスタ、及び、順次に直列接続された第７の分圧抵抗、第８の分圧抵抗、第９の分圧抵抗、第１０の分圧抵抗、第１１の分圧抵抗、第１２の分圧抵抗、第１３の分圧抵抗、第１４の分圧抵抗、第１５の分圧抵抗、第１６の分圧抵抗及び第１７の分圧抵抗を含み、
前記トライオードのベースが、前記フォトカプラの信号出力正極に接続され、
前記トライオードのエミッタが、前記第１６の分圧抵抗の一端、前記第１７の分圧抵抗の一端及び前記ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、
前記トライオードのコレクタが、前記第１７の分圧抵抗の他端に接続されてから、母線負極に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタのソースが母線負極に接続され、前記ＭＯＳトランジスタのドレインが前記放電回路に接続される
ことを特徴とする請求項２に記載のモータコントローラの放電制御回路。
【請求項４】
前記スイッチ回路が、第３のコンデンサ及びダイオードを更に含み、
前記第３のコンデンサの一端が、前記第１７の分圧抵抗の一端及び前記トライオードのエミッタに接続され、
前記第３のコンデンサの他端が、前記第１７の分圧抵抗の他端及び前記トライオードのコレクタに接続され、
前記ダイオードの負極が、前記第１７の分圧抵抗の一端及び前記ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、
前記ダイオードの正極が、前記第１７の分圧抵抗の他端及び前記ＭＯＳトランジスタのソースに接続されてから、母線負極に接続される
ことを特徴とする請求項３に記載のモータコントローラの放電制御回路。
【請求項５】
前記放電回路が、並列接続された第３の放電抵抗、第４の放電抵抗、第５の放電抵抗及び第６の放電抵抗を含み、
前記第５の放電抵抗の一端が、前記ＭＯＳトランジスタのドレインに接続され、
前記第５の放電抵抗の他端が、母線正極に接続される
ことを特徴とする請求項４に記載のモータコントローラの放電制御回路。
【請求項６】
前記第３の放電抵抗の抵抗値、前記第４の放電抵抗の抵抗値、前記第５の放電抵抗の抵抗値、及び前記第６の放電抵抗の抵抗値はいずれも１１０オームである
ことを特徴とする請求項５に記載のモータコントローラの放電制御回路。
【請求項７】
前記フォトカプラの型番は、ＡＣＰＬ−Ｋ３０Ｔ−０００Ｅである
ことを特徴とする請求項２に記載のモータコントローラの放電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のモータコントローラの技術分野に関し、具体的に、モータコントローラの放電制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータコントローラは、主に、電気自動車の動力電池の高圧直流を三相インバータ回路によって三相交流に変換してモータに電源を提供し、更に自動車の運転に動力を供給するものである。現在のモータコントローラにおいては、コンデンサ素子の利用が不可欠であるため、コンデンサの動作過程が回路全体の性能に影響を与えている。特に、比較的大きなコンデンサを使用した場合に、もし受動放電のみを採用すると、コントローラの内部スペース及び放電抵抗電力の制限により、放電時間が長くなり、高電圧リークの危険がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、モータコントローラにおける放電時間が長く、高電圧リークの危険があるという問題を解決するための、モータコントローラの放電制御回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一つの局面によれば、モータコントローラの放電制御回路が提供されており、前記モータコントローラの放電制御回路が、放電信号伝送回路、スイッチ回路及び放電回路を含み、
前記スイッチ回路が、前記放電信号伝送回路及び前記放電回路にそれぞれ接続され、
前記放電回路が、母線正極に更に接続され、
前記放電信号伝送回路の入力端が、前記モータコントローラの放電信号出力ピンに接続され、前記放電信号伝送回路の出力端が、母線負極に接続され、
前記放電信号伝送回路が、受信した放電信号に応じて、制御信号を前記スイッチ回路に出力し、
前記スイッチ回路が、母線正極、母線負極及び前記放電信号伝送回路の出力端に接続され、受信した制御信号に応じて前記スイッチ回路をオンにしてから、前記放電回路を介して放電する。
【０００５】
また、前記放電信号伝送回路が、フォトカプラ及びフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路が、第１のフィルタコンデンサ、第２のフィルタ抵抗及び第２のフィルタコンデンサを含み、
前記フォトカプラの入力正極ピンが、前記放電信号出力ピンに接続され、前記放電信号出力ピンが、前記モータコントローラに更に接続され、
前記フォトカプラの入力負極ピンが接地され、
前記フォトカプラの信号出力負極が、前記第１のフィルタコンデンサの一端及び母線負極に接続され、
前記フォトカプラの信号出力正極が、前記第１のフィルタコンデンサの他端及び前記第２のフィルタ抵抗の一端に接続され、前記第２のフィルタ抵抗の他端が、前記第２のフィルタコンデンサの一端及び前記スイッチ回路の制御端に接続され、
前記第２のフィルタコンデンサの他端が、母線負極に接続されるようにしてもよい。
【０００６】
また、前記スイッチ回路が、トライオード、ＭＯＳトランジスタ、及び、順次に直列接続された第７の分圧抵抗、第８の分圧抵抗、第９の分圧抵抗、第１０の分圧抵抗、第１１の分圧抵抗、第１２の分圧抵抗、第１３の分圧抵抗、第１４の分圧抵抗、第１５の分圧抵抗、第１６の分圧抵抗及び第１７の分圧抵抗を含み、
前記トライオードのベースが、前記フォトカプラの信号出力正極に接続され、
前記トライオードのエミッタが、前記第１６の分圧抵抗の一端、前記第１７の分圧抵抗の一端及び前記ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、
前記トライオードのコレクタが、前記第１７の分圧抵抗の他端に接続されてから、母線負極に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタのソースが母線負極に接続され、前記ＭＯＳトランジスタのドレインが前記放電回路に接続されるようにしてもよい。
【０００７】
また、前記スイッチ回路が、第３のコンデンサ及びダイオードを更に含み、
前記第３のコンデンサの一端が、前記第１７の分圧抵抗の一端及び前記トライオードのエミッタに接続され、
前記第３のコンデンサの他端が、前記第１７の分圧抵抗の他端及び前記トライオードのコレクタに接続され、
前記ダイオードの負極が、前記第１７の分圧抵抗の一端及び前記ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、
前記ダイオードの正極が、前記第１７の分圧抵抗の他端及び前記ＭＯＳトランジスタのソースに接続されてから、母線負極に接続されるようにしてもよい。
【０００８】
また、前記放電回路が、並列接続された第３の放電抵抗、第４の放電抵抗、第５の放電抵抗及び第６の放電抵抗を含み、
前記第５の放電抵抗の一端が、前記ＭＯＳトランジスタのドレインに接続され、
前記第５の放電抵抗の他端が、母線正極に接続されるようにしてもよい。
【０００９】
また、前記第３の放電抵抗の抵抗値、前記第４の放電抵抗の抵抗値、前記第５の放電抵抗の抵抗値及び前記第６の放電抵抗の抵抗値は、いずれも１１０オームであってもよい。
【００１０】
また、前記フォトカプラの型番は、ＡＣＰＬ−Ｋ３０Ｔ−０００Ｅであってもよい。
【００１１】
本発明の有益な効果は、以下の通りになる。本発明の実施例によるモータコントローラの放電制御回路が、放電信号伝送回路、スイッチ回路及び放電回路を含み、放電信号伝送回路が、受信した放電信号に応じて、制御信号をスイッチ回路に出力し、スイッチ回路が、受信した制御信号に応じてスイッチ回路をオンにしてから、放電回路を介して放電することにより、高電圧リークのリスクの発生を回避しており、一旦緊急事態が発生すると、コンデンサが短時間で放電できるという有益な効果を奏している。また、回路が簡単で、コストが低く、大規模な普及および応用が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例によるモータコントローラの放電制御回路の模式図である。
【図２】本発明の一実施例による放電抵抗の最大電力と過負荷時間との関係の曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の設計思想としては、モータコントローラの受動放電回路において放電時間が長く、高電圧リークの危険があるという先行技術における問題について、本発明の実施例は、能動放電制御回路を提供する。モータコントローラから出力された放電信号を、放電信号伝送回路によって受信し、スイッチ回路をオンに制御してから、放電回路を介して放電することにより、高電圧リークのリスクの発生を回避することができ、一旦緊急事態が発生すると、コンデンサが短時間で放電でき、回路が簡単で、知能度が高く、モーターコントローラーの安全が保証される。
【００１４】
本実施例によるモータコントローラの放電制御回路が、放電信号伝送回路、スイッチ回路及び放電回路を含み、
前記スイッチ回路が、前記放電信号伝送回路及び前記放電回路にそれぞれ接続され、
前記放電回路が、母線正極に更に接続され、
前記放電信号伝送回路の入力端が、モータコントローラの放電信号出力ピンに接続され、前記放電信号伝送回路の出力端が、母線負極に接続され、
前記放電信号伝送回路が、受信した放電信号に応じて、制御信号を前記スイッチ回路に出力し、
前記スイッチ回路が、母線正極、母線負極及び前記放電信号伝送回路の出力端に接続され、受信した制御信号に応じて前記スイッチ回路をオンにしてから、前記放電回路を介して放電する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例によるモータコントローラの放電制御回路の模式図である。図１を元に、本実施例によるモータコントローラの放電制御回路について説明する。
【００１６】
図１を参照して、放電信号伝送回路が、フォトカプラＵ１及びフィルタ回路を含み、
フィルタ回路が、第１のフィルタコンデンサＣ１、第２のフィルタ抵抗Ｒ２及び第２のフィルタコンデンサＣ２を含み、
フォトカプラＵ１の入力正極ピン（即ち、ＡＮピン）が、前記放電信号出力ピンＰＷＭ＿ＤＩＳに接続され、前記放電信号出力ピンＰＷＭ＿ＤＩＳが、前記モータコントローラ（図１には示されない）に更に接続され、
フォトカプラＵ１の入力負極ピン（ＣＡピン）が接地され、
フォトカプラＵ１の信号出力負極（ＶＯ−）が、第１のフィルタコンデンサＣ１の一端及び母線負極ＨＶ＿ＮＥＧに接続され、
フォトカプラＵ１の信号出力正極ＶＯ＋が、第１のフィルタコンデンサＣ１の他端及び第２のフィルタ抵抗Ｒ２の一端に接続され、第２のフィルタ抵抗Ｒ２の他端が、第２のフィルタコンデンサＣ２の一端及びスイッチ回路の制御端（本実施例において、トライオードＱ２のベース）に接続され、図１を参照して、オプトカプラの二次出力ピンＧＡＢＯＴの信号線がトライオードのベースに接続されている。
【００１７】
前記第２のフィルタコンデンサＣ２の他端が、母線負極ＨＶ＿ＮＥＧに接続される。
【００１８】
図１を参照して、フォトカプラＵ１の４つの通常閉ピン（ＮＣ）は、回路内のどの箇所にも接続されていない。オプトカプラの主な役割は、回路を保護するために高電圧を低電圧から絶縁することである。本実施例において、フォトカプラの型番は、ＡＣＰＬ−Ｋ３０Ｔ−０００Ｅである。
【００１９】
オプトカプラは別途の給電電源を必要としないため、コストが節約され、回路が簡素化される。
【００２０】
図１を参照して、スイッチ回路が、トライオードＱ２、ＭＯＳトランジスタＱ１、及び、順次に直列接続された第７の分圧抵抗Ｒ７、第８の分圧抵抗Ｒ８、第９の分圧抵抗Ｒ９、第１０の分圧抵抗Ｒ１０、第１１の分圧抵抗Ｒ１１、第１２の分圧抵抗Ｒ１２、第１３の分圧抵抗Ｒ１３、第１４の分圧抵抗Ｒ１４、第１５の分圧抵抗Ｒ１５、第１６の分圧抵抗Ｒ１６及び第１７の分圧抵抗Ｒ１７を含み、
トライオードＱ２のベース（即ちピン１）が、フォトカプラＵ１の信号出力正極ＶＯ＋に接続され、
トライオードＱ２のエミッタ（即ちピン３）が、第１６の分圧抵抗Ｒ１６の一端、第１７の分圧抵抗Ｒ１７の一端及びＭＯＳトランジスタＱ１のゲート（即ちピン１）に接続され、
トライオードＱ２のコレクタ（即ちピン２）が、第１７の分圧抵抗Ｒ１７の他端に接続されてから、母線負極ＨＶ＿ＮＥＧに接続され、
ＭＯＳトランジスタＱ１のソース（即ちピン３）が母線負極ＨＶ＿ＮＥＧに接続され、前記ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン（即ちピン２）が放電回路に接続される。
【００２１】
ＭＯＳスイッチトランジスタを正常に作動するように保護するために、本実施例によるスイッチ回路が、第３のコンデンサＣ３及びダイオードＤ１を更に含み、
第３のコンデンサＣ３の一端が、第１７の分圧抵抗Ｒ１７の一端及びトライオードＱ２のエミッタに接続され、
第３のコンデンサＣ３の他端が、第１７の分圧抵抗Ｒ１７の他端及びトライオードＱ２のコレクタに接続され、
ダイオードＤ１の負極が、第１７の分圧抵抗Ｒ１７の一端及びＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに接続され、
ダイオードＤ１の正極が、第１７の分圧抵抗Ｒ１７の他端及びＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続されてから、母線負極ＨＶ＿ＮＥＧに接続される。
【００２２】
ここでいう母線とは、モータコントローラに電力を供給する電池の高電圧母線を指す。
【００２３】
図１を参照して、放電回路が、並列接続された第３の放電抵抗Ｒ３、第４の放電抵抗Ｒ４、第５の放電抵抗Ｒ５及び第６の放電抵抗Ｒ６を含み、
第５の放電抵抗Ｒ５の一端が、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインに接続され、
第５の放電抵抗Ｒ５の他端が、母線正極ＨＶ＿ＰＯＳに接続される。
【００２４】
本実施例において、第３の放電抵抗Ｒ３、第４の放電抵抗Ｒ４、第５の放電抵抗Ｒ５及び第６の放電抵抗Ｒ６の抵抗値は、いずれも１１０オームである。
【００２５】
説明すべきなのは、放電抵抗の数及び抵抗値の設計が放電回路の鍵となる。以下、本実施例による抵抗の数及び抵抗値の設計過程に重点を置いて説明する。
【００２６】
本実施例では、コントローラの体積制限及び取付方式等により、耐電圧５００Ｖ、定格電力１００Ｗ＠２５ＴＣのＬＴＯ１００自動車認定グレードシリーズの放電抵抗が選択されている。放電制御回路は、耐電圧と放熱安全性を考慮して、直列接続された少なくとも２つのＬＴＯ１００を使用する。
【００２７】
モータコントローラが１秒以内に５００Ｖから６０Ｖに放電することを実現する場合に、直流母線の容量値が１０００ｕＦであり、抵抗値と放熱についての計算式は、次の通りである。
【００２８】
【数１】
2021516948.tif 000003
【００２９】
計算により、Ｒ＝４７１．６Ωが求められる。即ち、Ｒ＜４７１．６Ωであるなら、放電時間が１秒以内に制御されることを保証できる。抵抗値シリーズ規格に従って、２００Ωの抵抗が２つ選択され、抵抗の最大放電電力は、次の通りである。
【００３０】
【数２】
2021516948.tif 000004
【００３１】
それぞれの抵抗に消費される最大電力は３１２．５Ｗの電力又はそれに対応するエネルギーであることがわかる。
【００３２】
図２を参照すると、電力が３１２．５Ｗである抵抗は、その過負荷時間が約１００ｍｓであることが分かる。安全のために、モータコントローラは、５０ｍｓ以内に直流母線電圧が一定の範囲内で低下していないことを検出すると、能動放電ＭＯＳトランジスタをオフにする。これにより、ＬＴＯ１００のピーク電力要件を満たすことができる。
【００３３】
このとき、実際の放電時間は、次の通りである。
【００３４】
【数３】
2021516948.tif 000005
【００３５】
定格電力の計算について以下に説明する。モータコントローラの筐体温度が８５℃（冷却水温が８５℃の場合、安全マージンがない）、ＬＴＯ１００のジャンクション温度が１７５℃、熱抵抗がＲｔｈ（Ｊ−Ｃ）＝１．５（Ｃ／Ｗ）であり、ＬＴＯ１００が熱伝導シリコーングリースでコーティングされてから筐体に取り付けられ、熱伝導シリコーングリースの熱抵抗がＲｔｈ（Ｃ−Ｈ）＝１（Ｃ／Ｗ）であると仮定すると、ＬＴＯ１００が耐えられる定格電力は、次の通りである。
【００３６】
【数４】
2021516948.tif 000006
【００３７】
５００Ｖから６０Ｖに放電する１０００ｕＦ直流母線コンデンサのエネルギーは、次の通りである。
【００３８】
【数５】
2021516948.tif 000007
【００３９】
実際の定格電力は、次の通りである。
【００４０】
【数６】
2021516948.tif 000008
【００４１】
それぞれの抵抗は７２．５Ｗの定格電力を消費する必要があり、最大３６Ｗの許容範囲を満たさないことが分る。従って、４つの抵抗を直列接続して使用する態様に変更する必要がある。こうした場合も、それぞれの抵抗が３６．２５Ｗを消費し、依然として３６Ｗよりも大きいため、放電時間を０．８５〜１秒に延長する必要がある。これにより、１％抵抗シリーズ規格に従って、１１０Ωの抵抗が４つ選択され、実際の放電電力は、次の通りである。
【００４２】
【数７】
2021516948.tif 000009
【００４３】
それぞれの抵抗に消費されるピーク電力が１４２Ｗであり、要件を満たしているため、１つの放電サイクル後というタイミングを選んで、直流母線電圧が６０Ｖまで低下したか又は大幅に低下したかを検出し、それほど低下していない場合に、ＭＯＳトランジスタをオフにすることが可能である。このとき、定格電力は、次の通りである。
【００４４】
【数８】
2021516948.tif 000010
【００４５】
それぞれの抵抗に消費される定格電力が３３Ｗであり、３６Ｗよりも小さくなっている。
【００４６】
従って、放電抵抗として、直列接続された１１０Ωの抵抗を４つ使用することが確定できる。対応する最大放電電流は、次の通りである。
【００４７】
【数９】
2021516948.tif 000011
【００４８】
上記から分かるように、本実施例は、直列接続された４つの抵抗を用いることにより、短時間で迅速な放電を実現し、モータコントローラの安全を保証している。
【００４９】
要約すると、本実施例によるモータコントローラの放電制御回路は、高電圧リークのリスクの発生を回避しており、一旦緊急事態が発生すると、コンデンサが短時間で放電できるという有益な効果を奏している。また、回路が簡単で、コストが低く、大規模な普及および応用が容易である。
【００５０】
上記したのは、あくまでも本発明の具体的な実施形態であり、本発明の上記教示の下で、当業者は、上記実施例に基づいて他の改良又は変形を行うことができる。当業者であれば、上記の具体的な記載は本発明の目的をより良く解釈するためのものであり、本発明の保護範囲は特許請求の範囲の保護範囲に従うことが理解されるべきである。
【図１】
2021516948.tif 000012
【図２】
2021516948.tif 000013
【国際調査報告】
2021516948.tif 000014
2021516948.tif 000015
2021516948.tif 000016
2021516948.tif 000017