JP2013099145A - Power supply system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To charge a battery effectively from various external power supplies.SOLUTION: An inverter 12 has a plurality of legs formed by a series connection of switching elements 16 arranged between positive and negative buses. The inverter 12 receives DC power from a DC power supply on the positive and negative buses, inverts the DC power from the neutrals of the legs into AC power by switching of the switching elements and supplies the AC power to a motor 18. A diode bridge 22 has a plurality of legs each formed by a series connection of diodes 24, receives power from an external power supply 20 at the neutrals of the legs, and rectifies that power to obtain a DC output. One ends of the diode bridge 22 are connected commonly with one bus of the inverter, and the other ends are connected, respectively, with the neutrals of phases of the inverter 22.

Description

外部電源からの電力を整流するダイオードブリッジと、直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータとを有する電源システムに関する。   The present invention relates to a power supply system including a diode bridge that rectifies power from an external power supply and an inverter that converts DC power into AC power and supplies the AC power to a motor.

電気自動車は、駆動用のモータを搭載し、車載バッテリからの電力で、モータを駆動して走行する。従って、外部電源からの電力でバッテリ(二次電池)を充電する必要があり、外部電源として専用の充電設備だけでなく、商用の100V、200V電源などが利用可能なものも増えてきている。   An electric vehicle is equipped with a driving motor, and travels by driving the motor with electric power from an on-vehicle battery. Therefore, it is necessary to charge a battery (secondary battery) with electric power from an external power source, and not only a dedicated charging facility but also a commercial 100V or 200V power source can be used as an external power source.

なお、モータとエンジンを搭載するハイブリッド自動車においても、電気自動車として走行するモードを有しており、外部電源を利用して充電可能となっているものも提案されている。   It has been proposed that a hybrid vehicle equipped with a motor and an engine also has a mode of running as an electric vehicle and can be charged using an external power source.

特開平6−245322号公報JP-A-6-245322

ここで、外部電源には、各種のものがあり、いずれを用いた場合にも、電気自動車、ハイブリッド自動車のバッテリに効果的に充電したいという要求がある。   Here, there are various types of external power sources, and there is a demand for effectively charging a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle, regardless of which one is used.

本発明は、正負母線間に配置されたスイッチング素子の直列接続により構成されるレグを複数有し、直流電源からの直流電力を正負母線に受け、スイッチング素子のスイッチングによってレグの中点から前記直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータと、ダイオードの直列接続により構成されるレグを複数有し、外部から供給される外部電源をレグの中点に受け入れ、これを整流して直流出力を得るダイオードブリッジと、を含み、前記ダイオードブリッジの一端を、インバータの一方の母線に共通接続し、前記ダイオードブリッジの他端を、それぞれ別々にインバータの各相の中点に接続することを特徴とする。   The present invention has a plurality of legs configured by serial connection of switching elements arranged between positive and negative buses, receives DC power from a DC power source on the positive and negative buses, and switches the DC from the midpoint of the legs by switching of the switching elements. It has multiple legs consisting of an inverter that converts power into AC power and supplies it to the motor, and diodes connected in series, accepts external power supplied from the outside at the midpoint of the leg, and rectifies this to direct current A diode bridge for obtaining an output, wherein one end of the diode bridge is commonly connected to one bus of the inverter, and the other end of the diode bridge is separately connected to the midpoint of each phase of the inverter. Features.

また、前記ダイオードブリッジの複数のレグの中点にそれぞれ接続されるリアクトルを有し、前記外部電源からの電力は、リアクトルを介しダイオードブリッジに入力されることが好適である。   In addition, it is preferable that a reactor is connected to each of midpoints of the plurality of legs of the diode bridge, and the electric power from the external power supply is input to the diode bridge via the reactor.

また、前記インバータにおける各レグにおける上側スイッチング素子と、下側スイッチング素子のオン期間の比を制御することで、ダイオードブリッジからの直流出力の電圧を制御することが好適である。   Further, it is preferable to control the voltage of the DC output from the diode bridge by controlling the ratio of the ON period of the upper switching element to the lower switching element in each leg of the inverter.

また、前記外部電源に対する要求充電電力に応じて前記直流出力の電圧を制御することが好適である。   In addition, it is preferable to control the voltage of the DC output according to the required charging power for the external power source.

また、前記ダイオードブリッジの一端を、インバータの負母線に共通接続することが好適である。   Further, it is preferable that one end of the diode bridge is commonly connected to the negative bus of the inverter.

本発明によれば、インバータの上側スイッチング素子と下側スイッチング素子のオン期間の比を制御することで、ダイオードブリッジの整流後出力電圧を制御することができ、外部電源からの電力を制御することができる。従って、各種の外部電源からの電力を利用して効果的な充電が可能となる。   According to the present invention, the output voltage after rectification of the diode bridge can be controlled by controlling the ratio of the ON period of the upper switching element and the lower switching element of the inverter, and the power from the external power supply can be controlled. Can do. Therefore, effective charging is possible using power from various external power sources.

実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply system which concerns on embodiment. モータ駆動の電圧指令の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the voltage command of a motor drive. 実施形態の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of embodiment. 外部電源の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an external power supply. 単相100Vでのバッテリ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the battery current in single phase 100V. 単相100Vでのバッテリ電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the battery current in single phase 100V. 単相100Vでのモータ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the motor current in single phase 100V. 単相100Vでの電源電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the power supply current in single phase 100V. 単相100Vでの電源電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the power supply current in single phase 100V. 単相200Vでのバッテリ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the battery current in single phase 200V. 単相200Vでのバッテリ電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the battery current in single phase 200V. 単相200Vでのモータ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the motor current in single phase 200V. 単相200Vでの電源電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the power supply current in single phase 200V. 単相200Vでの電源電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the power supply current in single phase 200V. 単三100Vでのバッテリ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the battery current in AA 100V. 単三100Vでのバッテリ電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the battery current in AA 100V. 単三100Vでのモータ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the motor current in AA 100V. 単三100Vでの電源電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the power supply current in AA 100V. 単三100Vでの電源電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the power supply current in AA 100V. 直流400Vでのバッテリ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the battery current in DC400V. 直流400Vでのバッテリ電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the expansion waveform of the battery current in DC400V. 直流400Vでのモータ電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the motor current in direct current | flow 400V. 直流400Vでの電源電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the power supply current in DC400V. 直流400Vでの電源電流の拡大波形を示す図である。It is a figure which shows the enlarged waveform of the power supply current in DC400V. 他の実施形態に係る発電制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric power generation control system which concerns on other embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、電気自動車に搭載された電源システムの構成を示す図である。バッテリ10は、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池などの二次電池であり、多数の電池セルの直列接続によって数100Vの直流電圧を出力する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power supply system mounted on an electric vehicle. The battery 10 is a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, and outputs a DC voltage of several hundred volts by connecting a large number of battery cells in series.

このバッテリ10には、インバータ12の正負母線が接続されている。また、インバータ正負母線間にはコンデンサ14が接続され、インバータ12の正負母線間電圧を平滑化している。   The battery 10 is connected to the positive and negative buses of the inverter 12. A capacitor 14 is connected between the positive and negative buses of the inverter to smooth the voltage between the positive and negative buses of the inverter 12.

インバータ12は、6つのスイッチング素子16(16−1u,16−2u,16−1v,16−2v,16−1w,16−2w)からなっており、正負母線間に直列接続された、スイッチング素子16−1u,16−2uがu相レグ、スイッチング素子16−1v,16−2vがv相レグ、スイッチング素子16−1w,16−2wがw相レグを構成している。   The inverter 12 includes six switching elements 16 (16-1u, 16-2u, 16-1v, 16-2v, 16-1w, 16-2w), and the switching elements connected in series between the positive and negative buses. 16-1u and 16-2u constitute a u-phase leg, switching elements 16-1v and 16-2v constitute a v-phase leg, and switching elements 16-1w and 16-2w constitute a w-phase leg.

なお、全てのスイッチング素子16は、IGBTなどのスイッチング素子と、これに並列接続され、逆方向電流を流すダイオードからなっており、IGBTはnpn型でコレクタが上側(正母線側)に配置されている。   All the switching elements 16 are composed of a switching element such as an IGBT and a diode that is connected in parallel to the reverse current, and the IGBT is an npn type, and the collector is disposed on the upper side (positive bus side). Yes.

各相レグの中点は、モータ18の各相コイルに接続されている。そこで、インバータ12のスイッチング素子16のオンオフを適切に制御することで、モータ18に三相の交流電流が流れ、モータ18が駆動される。   The midpoint of each phase leg is connected to each phase coil of the motor 18. Therefore, by appropriately controlling on / off of the switching element 16 of the inverter 12, a three-phase alternating current flows through the motor 18 and the motor 18 is driven.

ここで、走行時は、車両のアクセル踏み込み量などから決定される目標出力トルクに応じて決定される、モータ18への各相電圧指令に基づき、インバータ12をPWM(パルス幅変調)制御することによって、モータ18の駆動が制御される。なお、PWM制御によって各相のモータ印加電圧の一次成分、モータ電流は正弦波となり、モータ18は正弦波駆動される。   Here, during traveling, PWM (pulse width modulation) control of the inverter 12 is performed based on each phase voltage command to the motor 18 determined according to the target output torque determined from the accelerator depression amount of the vehicle. Thus, the drive of the motor 18 is controlled. The primary component of the motor applied voltage of each phase, the motor current, becomes a sine wave by PWM control, and the motor 18 is driven in a sine wave.

また、車両には、RSTの3つの端子を有するコネクタ28が設けられており、このコネクタ28を介し外部電源20が接続される。なお、コネクタ28は、一対の接続部を連結することで接続される。   Further, the vehicle is provided with a connector 28 having three RST terminals, and an external power source 20 is connected through the connector 28. The connector 28 is connected by connecting a pair of connection portions.

コネクタ28の3端子RSTは、平滑リアクトル26を介し、ダイオードブリッジ22に接続されている。このダイオードブリッジ22は、カソードを上側(正側)に向けた6つのダイオード24(24−1u,24−2u,24−1v,24−2v,24−1w,24−2w)からなっており、ダイオード24−1u,24−2uがu相レグ、ダイオード24−1v,24−2vがv相レグ、ダイオード24−1w,24−2wがw相レグを構成しており、各レグの中点に外部電源20からの電力がコネクタ28、平滑リアクトル26を介し供給される。従って、外部電源20からの電力がダイオードブリッジ22に供給され、整流された三相の出力がダイオードブリッジ22の各レグの正側(上側)に得られる。   Three terminals RST of the connector 28 are connected to the diode bridge 22 through the smoothing reactor 26. The diode bridge 22 includes six diodes 24 (24-1u, 24-2u, 24-1v, 24-2v, 24-1w, 24-2w) with the cathode facing upward (positive side). The diodes 24-1u and 24-2u constitute a u-phase leg, the diodes 24-1v and 24-2v constitute a v-phase leg, and the diodes 24-1w and 24-2w constitute a w-phase leg. Electric power from the external power source 20 is supplied via the connector 28 and the smoothing reactor 26. Therefore, power from the external power supply 20 is supplied to the diode bridge 22, and a rectified three-phase output is obtained on the positive side (upper side) of each leg of the diode bridge 22.

ダイオードブリッジ22の負側は、共通接続され、インバータ12の負母線に接続され、正側は、各相が独立して、モータ18の各相のコイル端に接続されている。すなわち、ダイオードブリッジ22の各レグの上側ダイオードのカソードがそれぞれ独立してモータ18の各相のコイル端に接続されている。   The negative side of the diode bridge 22 is connected in common and connected to the negative bus of the inverter 12, and the positive side is independently connected to the coil ends of the respective phases of the motor 18. That is, the cathode of the upper diode of each leg of the diode bridge 22 is independently connected to the coil end of each phase of the motor 18.

車両の停止時において、コネクタ28を介し外部電源20を接続し、バッテリ10を充電する場合(充電時)には、コントローラ30は、インバータ12における上側スイッチング素子16−1と、下側スイッチング素子16−2のオン期間の比(デューティー比)を変更することで、インバータ12の平均出力電圧を制御する。すなわち、インバータ12は、PWM制御によって電圧指令に応じた電圧出力を得るが、この際の上側スイッチング素子16−1と、下側スイッチング素子16−2のオン期間の比を1:1ではなくすることによって、インバータ12の平均出力電圧が変化する。これは、PWM指令電圧に対し三相ともに均等な直流分を加えることで実現できる。なお、バッテリ10からインバータ12に至る経路には、電流計32が設けられており、バッテリ10の充放電電流をコントローラ30に供給する。   When the vehicle is stopped and the external power source 20 is connected via the connector 28 and the battery 10 is charged (during charging), the controller 30 includes the upper switching element 16-1 and the lower switching element 16 in the inverter 12. The average output voltage of the inverter 12 is controlled by changing the ON period ratio (duty ratio) of −2. That is, the inverter 12 obtains a voltage output corresponding to the voltage command by PWM control, but the ratio of the ON period of the upper switching element 16-1 and the lower switching element 16-2 at this time is not 1: 1. As a result, the average output voltage of the inverter 12 changes. This can be realized by applying an equal direct current component for all three phases to the PWM command voltage. Note that an ammeter 32 is provided in a path from the battery 10 to the inverter 12, and supplies a charge / discharge current of the battery 10 to the controller 30.

ここで、充電時において、モータ18の出力トルクは0であり、モータ18の出力トルクが0になるようにインバータ12の出力を制御する。すなわち、モータ18の電流は0であり、PWM制御指令電圧の振幅も0である。図2においては、三相ともに交流振幅0、直流分V1の指令値を与えた場合を示している。振幅が0なので各相の指令値は重なっており区別できない。   Here, at the time of charging, the output torque of the motor 18 is 0, and the output of the inverter 12 is controlled so that the output torque of the motor 18 becomes 0. That is, the current of the motor 18 is 0, and the amplitude of the PWM control command voltage is also 0. In FIG. 2, the case where the command value of AC amplitude 0 and DC component V1 is given for the three phases is shown. Since the amplitude is 0, the command values of each phase overlap and cannot be distinguished.

通常、PWM制御には、三角波キャリア比較法を用いる。この時、各相でキャリアは共通であるが、本構成では、各相に位相を均等にずらしたキャリア(三相ならば120°ずつ)を用いることができる。この場合、電源電流のリプルが抑制される効果がある。   Usually, a triangular wave carrier comparison method is used for PWM control. At this time, the carrier is common to each phase, but in this configuration, a carrier having a phase shifted equally for each phase (120 ° for three phases) can be used. In this case, there is an effect that ripple of the power supply current is suppressed.

そして、本実施形態では、ダイオードブリッジ22の3相の整流出力端がモータ18の各相コイル端に接続されている。従って、ダイオードブリッジ22の3相の整流出力端の平均電圧(以下、制御電圧という)も、インバータ12の平均出力電圧に等しくなり、全体としてダイオードブリッジ22の出力端が制御電圧に維持されたものとして、外部電源20からの充電が制御されることになる。   In the present embodiment, the three-phase rectification output terminal of the diode bridge 22 is connected to each phase coil terminal of the motor 18. Therefore, the average voltage (hereinafter referred to as control voltage) of the three-phase rectified output terminals of the diode bridge 22 is also equal to the average output voltage of the inverter 12, and the output terminal of the diode bridge 22 is maintained at the control voltage as a whole. As a result, charging from the external power source 20 is controlled.

図3には、本実施形態の原理を示してある。実際の回路では、図1に示すように、ダイオードブリッジ22の3つの出力は、それぞれ別々にモータの三相コイル端に接続されている。しかし、その動作においては、ダイオードブリッジ22の3つの出力はそれぞれ平均化され、結局は図3に示すような単相昇圧チョッパ(スイッチング素子16−1,16−2)を三相に拡張したものと同じことになる。   FIG. 3 shows the principle of this embodiment. In the actual circuit, as shown in FIG. 1, the three outputs of the diode bridge 22 are separately connected to the three-phase coil ends of the motor. However, in the operation, the three outputs of the diode bridge 22 are averaged, and the single-phase boost chopper (switching elements 16-1 and 16-2) as shown in FIG. Will be the same.

このようにして、本実施形態では、ダイオードブリッジ22の出力電圧がインバータ12の平均出力電圧と同等である制御電圧に制御される。従って、インバータ12を制御することで、外部電源20からの受け入れ電力を制御することが可能になる。   Thus, in this embodiment, the output voltage of the diode bridge 22 is controlled to a control voltage that is equivalent to the average output voltage of the inverter 12. Therefore, it is possible to control the power received from the external power supply 20 by controlling the inverter 12.

例えば、制御電圧を低くすると、より多くの電流がバッテリ10に向けて流れることになり、外部電源20からの受け入れ電流量が増加する。反対に制御電圧を高くすると、バッテリ10に向けて流れる電流が減少し、外部電源からの受け入れ電流量が減少する。   For example, when the control voltage is lowered, more current flows toward the battery 10 and the amount of current received from the external power supply 20 increases. On the other hand, when the control voltage is increased, the current flowing toward the battery 10 is reduced, and the amount of current received from the external power source is reduced.

図4には、各種の外部電源20を示してある。(A)は、例えば充電スタンドなどで電気自動車用に提供される直流400V電源、(B)は、例えば通常の家庭などのコンセントから提供される単相の交流100V、200V電源、(C)は、単相3線式の交流100V電源、(D)は、三相交流電源を示している。   FIG. 4 shows various external power sources 20. (A) is a DC 400V power supply provided for an electric vehicle, for example, at a charging station, etc., (B) is a single-phase AC 100V, 200V power supply provided, for example, from an outlet of a normal home, etc. , Single-phase three-wire AC 100V power source, (D) indicates a three-phase AC power source.

このような各種電源では、その能力に大きな差がある。本実施形態では、接続される外部電源20の種類に応じて、充電電流を各外部電源に応じたものに制御する。例えば、コントローラ30が内部に各種電源と、適切な制御電圧のテーブルを有しており、ユーザの入力に応じて、制御電圧を制御する。この場合、車両に設けられているディスプレイ、タッチパネルなどを利用して、ユーザが選択できるようにすることが好適である。また、コネクタの近くに専用のディスプレイ、タッチパネルなどを設けることも好ましい。   Such various power supplies have a large difference in their capabilities. In the present embodiment, the charging current is controlled according to each external power source according to the type of external power source 20 to be connected. For example, the controller 30 has various power sources and an appropriate control voltage table inside, and controls the control voltage in accordance with a user input. In this case, it is preferable that the user can select a display using a display, a touch panel, or the like provided in the vehicle. It is also preferable to provide a dedicated display, touch panel or the like near the connector.

さらに、コントローラ30が、接続された外部電源を自動判定してもよい。すなわち、コネクタ28の3端子の電圧を計測する電圧計を設け、これらの電圧値に応じて、接続された外部電源20がどの電源であるかをコントローラ30が判定する。例えば、電源の種別をゼロクロスの周期、ピーク電圧などから判定することができる。   Further, the controller 30 may automatically determine the connected external power source. That is, a voltmeter that measures the voltage at the three terminals of the connector 28 is provided, and the controller 30 determines which power source the connected external power source 20 is based on these voltage values. For example, the type of power supply can be determined from the zero-cross cycle, peak voltage, and the like.

そして、判定した場合に、制御電圧を決定し、インバータ12のスイッチングを制御するとよい。この場合、ディスプレイに検出した電源種別を表示して、ユーザの確認を得てもよい。この場合、所定時間内に異なる電源種別についての入力がない場合には、検出した電源種別に適切な制御電圧に制御するとよい。   And when it determines, it is good to determine a control voltage and control switching of the inverter 12. FIG. In this case, the detected power source type may be displayed on the display to obtain user confirmation. In this case, if there is no input for a different power supply type within a predetermined time, the control voltage may be controlled to be appropriate for the detected power supply type.

充電を開始するときには、制御電圧を十分高くして、充電電流を0に設定し、その後徐々に制御電圧を下げて、所定の充電電流となるように制御することが好ましい。   When starting charging, it is preferable that the control voltage is set sufficiently high, the charging current is set to 0, and then the control voltage is gradually lowered to control to a predetermined charging current.

ここで、本実施形態では、コネクタ28とダイオードブリッジ22の間に平滑リアクトル26が配置されている。従って、外部電源20の内部インピーダンスが小さくても、過大な電流が外部電源からバッテリ10へ流れることを防止する。   Here, in the present embodiment, the smoothing reactor 26 is disposed between the connector 28 and the diode bridge 22. Therefore, even if the internal impedance of the external power supply 20 is small, an excessive current is prevented from flowing from the external power supply to the battery 10.

なお、外部電源がトランスを含んでいる場合には、このトランスが平滑リアクトル26として機能するので、平滑リアクトル26を省略することができる。   When the external power supply includes a transformer, the transformer functions as the smoothing reactor 26, and thus the smoothing reactor 26 can be omitted.

このようなシステムにおいて、モータ18の電流は0に維持しつつ、バッテリ10への充電電流を変更した場合の各種電流の変化についてのシミュレーション結果を図5〜図24に示す。   In such a system, simulation results of changes in various currents when the charging current to the battery 10 is changed while maintaining the current of the motor 18 at 0 are shown in FIGS.

図5〜図9は単相100V、図10〜図14は単相200V、図15〜図19は単相3線式の交流100V(単三100V)、図20〜図24は直流400Vの場合を示している。
それぞれ、バッテリ、モータ、電源の電流波形を示している。いずれの場合も、充電指令は、0〜0.10の区間で0、0.1〜0.45の区間で100、0.4〜0.55区間で200(電流ベクトルの大きさ)とした。モータ電流は0近くに抑えつつ、充電電流を制御できていることがわかる。
5 to 9 are single-phase 100 V, FIGS. 10 to 14 are single-phase 200 V, FIGS. 15 to 19 are single-phase three-wire AC 100 V (AA 100 V), and FIGS. 20 to 24 are DC 400 V. Is shown.
The current waveforms of the battery, motor, and power supply are shown, respectively. In any case, the charging command is 0 in the section from 0 to 0.10, 100 in the section from 0.1 to 0.45, and 200 (the magnitude of the current vector) in the section from 0.4 to 0.55. . It can be seen that the charging current can be controlled while the motor current is kept close to zero.

図25には、レンジエクステンダ40、外部給電オプション50、車内給電オプション60、非接触充電オプション70を追加した他の実施形態が示してある。   FIG. 25 shows another embodiment in which a range extender 40, an external power supply option 50, an in-vehicle power supply option 60, and a non-contact charging option 70 are added.

レンジエクステンダ40は、車載される発電装置であり、平滑リアクトル26とダイオードブリッジ22の3相の接続ラインに接続されるリレー42と、リレー42に接続される発電機44と、発電機44を駆動するエンジン46と有している。レンジエクステンダ40を利用する場合には、リレー42をオンにする。そして、エンジン46の駆動力で発電機44のロータを回転させ、発電機44の3相のコイルに3相の交流電流を発生する。発生した交流電流を、リレー42を介しダイオードブリッジ22に供給することで、ダイオードブリッジ22の上側に整流された出力が得られる。従って、このレンジエクステンダ40は、直流電源20として三相交流電源を用いた場合と同様の構成となる。   The range extender 40 is a vehicle-mounted power generation device, and drives a relay 42 connected to a three-phase connection line of the smoothing reactor 26 and the diode bridge 22, a generator 44 connected to the relay 42, and the generator 44. And an engine 46 to be used. When the range extender 40 is used, the relay 42 is turned on. Then, the rotor of the generator 44 is rotated by the driving force of the engine 46, and a three-phase alternating current is generated in the three-phase coil of the generator 44. By supplying the generated alternating current to the diode bridge 22 via the relay 42, an output rectified on the upper side of the diode bridge 22 is obtained. Accordingly, the range extender 40 has the same configuration as that when a three-phase AC power source is used as the DC power source 20.

そして、インバータ12により、モータ18の三相平均電圧(制御電圧)を制御することで、発電機44の発電量を制御することができる。発電量の制御とモータ18の走行制御は同時に行うことができ、この場合、図2で示した直流分V1に交流指令分を重畳することで、充電制御と独立にモータ駆動制御ができる。   Then, the power generation amount of the generator 44 can be controlled by controlling the three-phase average voltage (control voltage) of the motor 18 by the inverter 12. The power generation amount control and the traveling control of the motor 18 can be performed simultaneously. In this case, the motor drive control can be performed independently of the charge control by superimposing the AC command component on the DC component V1 shown in FIG.

発電出力電力制御においては、エンジン出力を制御するのにスロットルを調節する。スロットル開度が一定の時、制御電圧を低くすると負荷が増加し、回転数が下がるので出力も下がる。反対に、制御電圧を高くすると負荷が減少し、回転数が上がるので出力は上がる。このように、制御電圧とスロットルを制御することで、自然にエンジントルクと発電機トルクとがバランスする点に落ち着く。   In the generated output power control, the throttle is adjusted to control the engine output. When the throttle opening is constant, if the control voltage is lowered, the load increases and the output decreases because the rotational speed decreases. On the other hand, when the control voltage is increased, the load decreases and the rotation speed increases, so the output increases. Thus, by controlling the control voltage and the throttle, the engine torque and the generator torque are naturally balanced.

外部給電オプション50は、インバータ12の三相出力とモータ18のコイル端の間に配置された切り替えリレー52と、コネクタ54を有している。従って、給電が必要な場合に、切り替えリレー52により、モータ18を切り離し、インバータ12をコネクタ54に接続する。そして、このコネクタ54を介し、各種の負荷に交流電力を供給することができる。すなわち、インバータ12の制御によって、直流、単相、三相、100V、200Vなどの出力をコネクタ54に得ることができる。この場合、図2で示した直流分V1に交流指令分を重畳することで、充電制御と独立に給電電力を制御できる。   The external power supply option 50 includes a switching relay 52 disposed between the three-phase output of the inverter 12 and the coil end of the motor 18, and a connector 54. Accordingly, when power supply is necessary, the motor 18 is disconnected by the switching relay 52 and the inverter 12 is connected to the connector 54. Then, AC power can be supplied to various loads via the connector 54. That is, output of direct current, single phase, three phase, 100 V, 200 V or the like can be obtained at the connector 54 by the control of the inverter 12. In this case, the feed power can be controlled independently of the charge control by superimposing the AC command component on the DC component V1 shown in FIG.

車内給電オプション60は、正負母線間に配置されるスイッチング素子の直列接続からなるレグを2本からなるインバータ62と、このインバータ62の出力(2つのレグの中点)が接続されるコネクタ64を有する。従って、バッテリ10の出力を任意の電圧の単相交流電力に変換して出力することができる。例えば、単相100Vの出力が得られる。従って、走行中においても、車載される単相100Vの機器をコネクタ64に接続して駆動することができる。
非接触充電オプション70は、地上に設置した送電コイル(図示せず)より、受電コイル72へ電力を送電するものであり、受電コイル72と、受電コイル72とダイオードブリッジ22の3相の接続ラインの接続を制御するリレー74を備える。送電コイルと受電コイル72間は空間を伝播し電力が授受される。受電コイル72に現れる電圧は単相交流であり、図4(B)で説明したものと同じである。この非接触充電オプション70によれば、送電コイルを備えた場所であれば、停車中あるいは走行中に電力を受け取り、バッテリ10を充電することができる。
The in-vehicle power supply option 60 includes an inverter 62 composed of two legs connected in series between switching elements arranged between the positive and negative buses, and a connector 64 to which the output (the middle point of the two legs) of the inverter 62 is connected. Have. Therefore, the output of the battery 10 can be converted into single-phase AC power having an arbitrary voltage and output. For example, a single-phase 100V output can be obtained. Therefore, a single-phase 100V device mounted on the vehicle can be connected to the connector 64 and driven even during traveling.
The non-contact charging option 70 transmits power to a power receiving coil 72 from a power transmitting coil (not shown) installed on the ground. The power receiving coil 72 and a three-phase connection line of the power receiving coil 72 and the diode bridge 22 are used. A relay 74 for controlling the connection. Electric power is transferred between the power transmission coil and the power reception coil 72 through the space. The voltage appearing in the power receiving coil 72 is a single-phase alternating current, which is the same as that described with reference to FIG. According to this non-contact charging option 70, the battery 10 can be charged by receiving electric power while the vehicle is stopped or traveling if the place is provided with a power transmission coil.

10 バッテリ、12 インバータ、14 コンデンサ、16 スイッチング素子、18 モータ、20 外部電源、22 ダイオードブリッジ、24 ダイオード、26 平滑リアクトル、28 コネクタ、30 コントローラ。   10 battery, 12 inverter, 14 capacitor, 16 switching element, 18 motor, 20 external power supply, 22 diode bridge, 24 diode, 26 smoothing reactor, 28 connector, 30 controller.

Claims (5)

正負母線間に配置されたスイッチング素子の直列接続により構成されるレグを複数有し、直流電源からの直流電力を正負母線に受け、スイッチング素子のスイッチングによってレグの中点から前記直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータと、
ダイオードの直列接続により構成されるレグを複数有し、外部から供給される外部電源をレグの中点に受け入れ、これを整流して直流出力を得るダイオードブリッジと、
を含み、
前記ダイオードブリッジの一端を、インバータの一方の母線に共通接続し、
前記ダイオードブリッジの他端を、それぞれ別々にインバータの各相の中点に接続することを特徴とする電源システム。
It has a plurality of legs composed of series connection of switching elements arranged between the positive and negative buses, receives DC power from the DC power source on the positive and negative buses, and switches the DC power from the midpoint of the legs by switching of the switching elements An inverter that converts it into a motor and supplies it to the motor;
A diode bridge having a plurality of legs configured by series connection of diodes, receiving an external power supply supplied from the outside at the midpoint of the legs, and rectifying this to obtain a DC output
Including
One end of the diode bridge is commonly connected to one bus of the inverter,
A power supply system, wherein the other end of the diode bridge is separately connected to the midpoint of each phase of the inverter.
請求項1に記載の電源システムであって、
前記ダイオードブリッジの複数のレグの中点にそれぞれ接続されるリアクトルを有し、
前記外部電源は、リアクトルを介しダイオードブリッジに入力されることを特徴とする電源システム。
The power supply system according to claim 1,
Having a reactor respectively connected to the midpoints of the plurality of legs of the diode bridge;
The external power supply is input to a diode bridge via a reactor.
請求項1または2に記載の電源システムであって、
前記インバータにおける各レグにおける上側スイッチング素子と、下側スイッチング素子のオン期間の比を制御することで、ダイオードブリッジからの直流出力の電圧を制御することを特徴とする電源システム。
The power supply system according to claim 1 or 2,
A power supply system, wherein a voltage of a DC output from a diode bridge is controlled by controlling a ratio of an ON period of an upper switching element and a lower switching element in each leg of the inverter.
請求項1または2に記載の電源システムであって、
前記外部電源に対する要求充電電力に応じて前記直流出力の電圧を制御することを特徴とする電源システム。
The power supply system according to claim 1 or 2,
A power supply system that controls the voltage of the DC output in accordance with required charging power for the external power supply.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の電源システムであって、
前記ダイオードブリッジの一端を、インバータの負母線に共通接続することを特徴とする電源システム。
The power supply system according to any one of claims 1 to 3,
One end of the diode bridge is commonly connected to the negative bus of the inverter.
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