JPH09233831A

JPH09233831A - インバータ用の充電制御装置

Info

Publication number: JPH09233831A
Application number: JP8067170A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kawashima; 由浩川島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】平滑用コンデンサに充電を行なう際に、リレ
ーや制限抵抗を用いることなく突入電流を防止できるイ
ンバータ用の充電制御装置を提供する。【解決手段】直流電流を交流電流に変換して電動手段
を制御するインバータと、インバータの入力側に接続さ
れた平滑用コンデンサとが備えられ、交流電源または直
流電源の少なくとも一方から出力された電流をインバー
タに入力するように構成されたインバータ用の充電制御
装置において、交流電源による平滑用コンデンサの充電
を開始した後に直流電源をインバータに接続するステッ
プ５３ないしステップ５７が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電気自動
車、空調機器、照明器具などに用いられるインバータ用
の充電制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、インバータ用の充電制御装置
は、インバータの入力側に接続された電源と、インバー
タと電源との間に設けられ、かつ、インバータと並列に
接続された平滑用コンデンサと、電源と平滑用コンデン
サとの間に設けられたスイッチとを備えている。

【０００３】上記構成のインバータの充電制御装置は、
スイッチが閉じられて電源から出力される電流が平滑用
コンデンサに流れて充電が行われた後、電流がインバー
タに供給されてインバータが起動可能な状態となる。こ
こで、平滑用コンデンサに充電が行われる場合には、突
入電流により平滑用コンデンサが焼損する可能性がある
ため、通常は給電の初期段階において、電源から給電さ
れる電流を制限抵抗により抑制した状態で平滑用コンデ
ンサに充電する制御が行われている。

【０００４】このように、制限抵抗により平滑用コンデ
ンサの突入電流を防止する公知技術としては、特開平４
−３５５６７３号公報に記載されたインバータの制御装
置があげられる。上記公報に記載されたインバータの制
御装置は、インバータの入力側に接続された電源と、イ
ンバータと電源との間の回路に設けられ、かつ、インバ
ータと並列に接続された平滑用コンデンサと、平滑用コ
ンデンサと電源との間に設けられた第１スイッチと、第
１スイッチと並列に接続された制御部とを備えている。
この制御部には、直列に接続された制限抵抗と第２スイ
ッチとが設けられている。

【０００５】上記構成の制御装置によれば、まず、第１
スイッチが開かれる一方、第２スイッチが閉じられて電
源の電流が制御部に給電され、制限抵抗により電流が抑
制された状態で平滑用コンデンサに充電されて突入電流
が防止される。その後、第２スイッチが開かれるととも
に、第１スイッチが閉じられて電源の電流がインバータ
に給電され、インバータが起動可能な状態となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例におい
ては、突入電流を防止するために第２スイッチや制限抵
抗を設けなければならなかったため、部品点数の増加に
よる構造の複雑化、重量化、大型化を招くとともに、製
造コストが上昇するという問題があった。

【０００７】この発明は上記事情を背景としてなされた
もので、平滑用コンデンサに充電を行なう際に、格別の
電気部品、例えばリレーや制限抵抗を用いることなくイ
ンバータ側の電気回路や平滑用コンデンサの突入電流を
防止することのできるインバータ用の充電制御装置を提
供することを目的としている。この目的は、交流電源に
よる平滑用コンデンサの充電を開始した後に直流電源を
インバータに接続することで達成される。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記目的
を達成するため請求項１に記載された発明は、直流電流
を交流電流に変換して電動手段を制御するインバータ
と、このインバータの入力側に接続された平滑用コンデ
ンサとが備えられ、前記インバータに交流電源または直
流電源の少なくとも一方から電流を入力するように構成
されたインバータ用の充電制御装置において、前記交流
電源による前記平滑用コンデンサの充電を開始した後に
前記直流電源を前記インバータに接続する制御手段が設
けられていることを特徴とする。

【０００９】したがって、請求項１に記載された発明に
よれば、まず、交流電源から出力された電流がインバー
タに供給されて平滑用コンデンサに充電され、その後、
直流電源から出力される電流がインバータに供給される
から、インバータ側の平滑用コンデンサや電気回路を突
入電流から保護するための電気部品、例えばリレーや制
限抵抗が不要となる。このため、部品点数が抑制されて
構造の簡略化、軽量化、小型化を図ることができるう
え、製造コストを抑制できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、この発明の添付図面に基づ
いて詳細に説明する。図１はこの発明のインバータ用の
充電制御装置を電気自動車に用いた第１実施例を示す概
念的な回路図である。

【００１１】インバータ用の充電制御装置は、発電機
（交流電源）１と、モータ２と、電力変換器３と、ジャ
ンクションボックス８０と、バッテリ（直流電源）５と
を備えている。発電機１は永久磁石３８と、巻線６，
７，８とを備えた３相同期発電機である。

【００１２】電力変換器３には整流回路４とインバータ
５とが設けられている。整流回路４には、直列に接続し
たスイッチングトランジスタ９，１０と、直列に接続し
たスイッチングトランジスタ１１，１２と、直列に接続
したスイッチングトランジスタ１３，１４とが設けられ
ている。これら、スイッチングトランジスタ９，１０
と、スイッチングトランジスタ１１，１２と、スイッチ
ングトランジスタ１３，１４とは互いに並列に接続され
ているとともに、コントローラ（図示せず）により開閉
動作が制御される。

【００１３】また、スイッチングトランジスタ９の両端
にはダイオード１５が接続され、スイッチングトランジ
スタ１０の両端にはダイオード１６が接続され、スイッ
チングトランジスタ１１の両端にはダイオード１７が接
続され、スイッチングトランジスタ１２の両端にはダイ
オード１８が接続され、スイッチングトランジスタ１３
の両端にはダイオード１９が接続され、スイッチングト
ランジスタ１４の両端にはダイオード２０が接続されて
いる。

【００１４】そして、スイッチングトランジスタ９，１
０が前記発電機１の巻線６に接続され、スイッチングト
ランジスタ１１，１２が巻線７に接続され、スイッチン
グトランジスタ１３，１４が巻線８に接続されている。
このように構成された整流回路４は、発電機１から供給
される交流電流を直流電流に変換する機能と、その周波
数および電圧を調整する機能とを備えている。

【００１５】インバータ５には、直列に接続したスイッ
チングトランジスタ２１，２２と、直列に接続したスイ
ッチングトランジスタ２３，２４と、直列に接続したス
イッチングトランジスタ２５，２６とが設けられてい
る。これら、スイッチングトランジスタ２１，２２と、
スイッチングトランジスタ２３，２４と、スイッチング
トランジスタ２５，２６とは互いに並列に接続され、コ
ントローラ（図示せず）により開閉動作が制御される。

【００１６】また、スイッチングトランジスタ２１の両
端にはダイオード２７が接続され、スイッチングトラン
ジスタ２２の両端にはダイオード２８が接続され、スイ
ッチングトランジスタ２３の両端にはダイオード２９が
接続され、スイッチングトランジスタ２４の両端にはダ
イオード３０が接続され、スイッチングトランジスタ２
５の両端にはダイオード３１が接続され、スイッチング
トランジスタ２６の両端にはダイオード３２が接続され
ている。このように構成されたインバータ５は、入力さ
れる直流電流を交流電流に変換する機能と、その周波数
および電圧の調整を行なう機能とを備えている。

【００１７】前記モータ２は巻線３３，３４，３５を備
えた３相同期モータであり、発電機として機能すること
も可能である。そして、モータ２の巻線３３がスイッチ
ングトランジスタ２１，２２に接続され、巻線３４がス
イッチングトランジスタ２３，２４に接続され、巻線３
５がスイッチングトランジスタ２５，２６に接続されて
いる。なお、整流回路４とインバータ５との間には平滑
用コンデンサ３６が配置されている。

【００１８】前記ジャンクションボックス８０には直列
に接続したリレー３７とヒューズ３８とが設けられてお
り、ヒューズ３８の一端側がバッテリ５の陽極に接続さ
れているとともに、リレー３７の一端側が平滑用コンデ
ンサ３６の一端側に接続されている。なお、バッテリ５
の陰極は平滑用コンデンサ３６の他端側に接続されてい
る。

【００１９】また、９０は内燃機関であり、内燃機関９
０はスターティングモータ（図示せず）により始動さ
れ、その出力トルクにより発電機１の永久磁石３８が回
転して電磁誘導作用により発電される構成となってい
る。

【００２０】一方、３９はマイクロコンピュータなどに
より構成された発電コントローラであり、発電コントロ
ーラ３９にはイグニッションキー（図示せず）の操作信
号が入力される。発電コントローラ３９はスロットルア
クチュエータ４０に接続されており、スロットルアクチ
ュエータ４０は発電コントローラ３９から出力される制
御信号（ＳＬＴ）により動作され、内燃機関９０の吸気
管４１に設けられたスロットルバルブ４２の開閉度を調
整する。

【００２１】また、発電コントローラ３９には、ジャン
クションボックス８０から出力されるバッテリ５の電圧
（Ｖ_B ）信号と、平滑用コンデンサ３６の両端の電圧
（Ｖ_G）信号とが入力されるとともに、電圧（Ｖ_B ）と
電圧（Ｖ_G ）とを比較し、その比較結果に基づいてリレ
ー３７を開閉させる制御信号を出力する。

【００２２】次に、第１実施例の充電制御装置により平
滑用コンデンサ３６に充電を行う場合の制御を図２のフ
ローチャートに基づいて説明する。まず、イグニッショ
ンキーがオン操作されると、その操作信号が発電コント
ローラ３９に入力される（ステップ５１）。すると、発
電コントローラ３９によりリレー３７が開かれ、発電コ
ントローラ３９から出力されたスロットル開度信号（Ｓ
ＬＴ＝０［％］）がスロットルアクチュエータ４０に入
力される（ステップ５２）。このため、スロットルバル
ブ４２は閉じた状態に維持される。

【００２３】一方、前記イグニッションキーのオン操作
によりスターティングモータが動作して内燃機関９０が
始動されるとともに、発電機１による発電動作が行わ
れ、交流電流が出力される（ステップ５３）。発電機１
から出力された交流電流は、整流回路４により直流電流
に変換されてから平滑用コンデンサ３６に充電される
（ステップ５４）。

【００２４】平滑用コンデンサ３６に充電が開始される
と、発電コントローラ３９は平滑用コンデンサ３６の電
圧（Ｖ_G ）の値と、バッテリ５の電圧（Ｖ_B ）×係数Ｋ
（例えば0.98）の値とを比較し、平滑用コンデンサ３６
の電圧（Ｖ_G ）の値がバッテリ５の電圧（Ｖ_B ）×係数
Ｋの値以上になったか否かを判断する（ステップ５
５）。

【００２５】発電コントローラ３９は、平滑用コンデン
サ３６の電圧（Ｖ_G ）の値がバッテリ５の電圧（Ｖ_B ）
×係数Ｋの値以上になっていないと判断した場合は、ス
ロットルバルブ４２の開度を少し増加させるような制御
信号を出力する。すると、内燃機関９０の出力軸８１の
駆動力が徐々に増加されて発電機１から出力される交流
電流の電圧が徐々に高められる（ステップ５６）。

【００２６】このスロットルバルブ４２の開度を増加さ
せる制御は、平滑用コンデンサ３６の電圧（Ｖ_G ）の値
がバッテリ５の電圧（Ｖ_B ）×係数Ｋの値以上になるま
で続行される。また、発電機１から出力される交流電流
の電圧は、平滑用コンデンサ３６の電気容量に応じて設
定すればよい。

【００２７】一方、ステップ５５において、発電コント
ローラ３６が平滑用コンデンサ３６の電圧（Ｖ_G ）の値
がバッテリ５の電圧（Ｖ_B ）×係数Ｋの値以上になった
と判断した場合は、発電コントローラ３６から出力され
る制御信号によりリレー３７が閉じられてバッテリ５か
ら出力される直流電流が電力変換器３に供給される（ス
テップ５７）。

【００２８】この直流電流はインバータ５で交流電流に
変換された後、モータ２に供給されてモータ２が駆動す
る（ステップ５８）一方、発電コントローラ３９からス
ロットルアクチュエータ４０に制御信号が出力され、ス
ロットルバルブ４２の開度が０［％］に戻される（ステ
ップ５９）。その後は内燃機関９０の駆動力により動作
される発電機１の電流、またはバッテリ５の電流の少な
くとも一方がモータ２に給電されて電気自動車が走行す
る。上記ステップ５７がこの発明の制御手段に相当し、
ステップ５８がこの発明の電動手段に相当する。

【００２９】このように、第１実施例においては、ま
ず、発電機１から出力される電流の電圧を、スロットル
バルブ４２の開度を調整することで低電圧に維持しなが
ら平滑用コンデンサ３６に充電し、その後、バッテリ５
と電力変換器３とを接続する制御が行われる。したがっ
て、格別の電気部品、例えばリレーや制限抵抗を用いる
ことなく電力変換器３側の平滑用コンデンサ３６や電気
回路での突入電流が発生が防止され、部品点数の抑制に
よる構造の簡略化、小型化、軽量化を図ることができる
うえ、製造コストを低減できる。

【００３０】図３はこの発明の第２実施例を示す回路図
である。図３において、６０は発電機（交流電源）８で
あり、発電機６０は巻線６１，６２，６３と、巻線６４
とを有する巻線励磁型の発電機である。つまり、巻線６
４の励磁電流により交流電流を発生する。

【００３１】電力変換器３は整流回路６５を備えてお
り、整流回路６５は直列に接続したダイオード６６，６
７と、直列に接続したダイオード６８，６９と、直列に
接続したダイオード７０，７１とを備えている。これ
ら、ダイオード６６，６７と、ダイオード６８，６９
と、ダイオード７０，７１とは並列に接続されている。
そして、ダイオード６６，６７が巻線６１に接続され、
ダイオード６８，６９が巻線６２に接続され、ダイオー
ド７０，７１が巻線６３に接続されている。

【００３２】一方、発電コントローラ３９にはトランジ
スタ７２が設けられており、トランジスタ７２のエミッ
タが補機バッテリ７３の陰極に接続されている一方、ト
ランジスタ７２のコレクタが巻線６４の一端側に接続さ
れている。また、巻線６４の他端側は補機バッテリ７３
の陽極に接続されている。その他の構成は第１実施例と
同様であるが、この第２実施例では内燃機関が設けられ
ていない。

【００３３】次に、第２実施例の充電制御装置により平
滑用コンデンサ３６に充電する制御内容を図４に示すフ
ローチャートに基づいて説明する。まず、イグニッショ
ンキーがオンされると、イグニッション信号が発電コン
トローラ３９に入力される（ステップ８１）。すると、
補機バッテリ７３から巻線６４に供給される励磁電流
（Ｉｆ）のデューティ比（ＩＦＰＷ）がトランジスタ７
２により０［％］に制御され（ステップ８２）、発電機
６０の電磁誘導作用により発電される（ステップ８
３）。発電された交流電流が整流回路６５により直流電
流に変換され、平滑用コンデンサ３６に充電される（ス
テップ８４）。

【００３４】そして、発電コントローラ３９により平滑
用コンデンサ３６の電圧（Ｖ_G ）の値がバッテリ５の電
圧（Ｖ_B ）×係数Ｋの値以上になったか否かが判断され
る（ステップ８５）。発電コントローラ３９により平滑
用コンデンサ３６の電圧（Ｖ_G ）の値がバッテリ５の電
圧（Ｖ_B ）×係数Ｋの値以上になっていないと判断され
た場合は、発電コントローラ３９がトランジスタ７２を
制御することで巻線６４に供給される励磁電流のデュー
ティ比が増加され、発電機６０の出力電圧が徐々に高め
られる（ステップ８６）。

【００３５】ステップ８６の制御は、平滑用コンデンサ
３６の電圧（Ｖ_G ）の値がバッテリ５の電圧（Ｖ_B ）×
係数Ｋの値以上になるまで続行される。上記発電機６０
から出力される交流電流の電圧は、平滑用コンデンサ３
６の電気容量に応じて設定される。

【００３６】一方、ステップ８５において平滑用コンデ
ンサ３６の電圧（Ｖ_G ）の値がバッテリ５の電圧（Ｖ
_B ）×係数Ｋの値以上になったと判断された場合は、発
電コントローラ３６の制御信号によりリレー３７が閉じ
られ、バッテリ５から出力される直流電流が電力変換器
３に供給される（ステップ８７）。

【００３７】電力変換器３に供給された直流電流はイン
バータ５で交流電流に変換された後、モータ２に出力さ
れ、モータ２が駆動される（ステップ８８）とともに、
発電コントローラ３６によりデューティ比を０に戻す制
御が行われる（ステップ８９）。上記ステップ８３ない
しステップ８７がこの発明の制御手段に相当し、ステッ
プ８８がこの発明の電動手段に相当する。

【００３８】このように、第２実施例では励磁電流のデ
ューティ比を制御することで発電機６０から出力される
交流電流の電圧を徐々に高め、この交流電流を直流電流
に変換して平滑用コンデンサ３６に充電し、その後、バ
ッテリ５と電力変換器３とを接続する制御を行うから、
格別の電気部品、例えばリレーや制限抵抗を用いること
なく、電力変換器３側の電気回路や平滑用コンデンサ３
６に突入電流が発生することを防止できる。したがっ
て、部品点数を抑制して構造の簡略化、小型化、軽量化
を図ることができるうえ、製造コストを低減できる。

【００３９】上記第１実施例または第２実施例において
は、発電機により平滑用コンデンサに所定の充電が行わ
れ、平滑用コンデンサの電圧とバッテリの電圧との差が
ある程度減少されれば、バッテリからの直流電圧の供給
を開始しても突入電流を抑制することが可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載された発
明によれば、まず、交流電源から出力された電流がイン
バータに供給されて平滑用コンデンサに充電され、その
後、直流電源から出力された直流電流がインバータに供
給されるから、インバータ側の平滑用コンデンサや電気
回路を突入電流から保護するための電気部品、例えばリ
レーや制限抵抗が不要となる。このため、部品点数が抑
制されて構造の簡略化、軽量化、小型化を図ることがで
きるうえ、製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のインバータ用の充電制御装置の第１
実施例を示す概念図である。

【図２】第１実施例において平滑用コンデンサに充電す
る制御内容を示すフローチャートである。

【図３】この発明のインバータ用の充電制御装置の第２
実施例を示す概念図である。

【図４】第２実施例において平滑用コンデンサに充電す
る制御内容を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１，６０発電機（交流電源）２モータ３インバータ５バッテリ（直流電源）３６平滑用コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電流を交流電流に変換して電動手段
を制御するインバータと、このインバータの入力側に接
続された平滑用コンデンサとが備えられ、交流電源また
は直流電源の少なくとも一方から出力された電流を前記
インバータに入力するように構成されたインバータ用の
充電制御装置において、前記交流電源による前記平滑用コンデンサの充電を開始
した後に前記直流電源を前記インバータに接続する制御
手段が設けられていることを特徴とするインバータ用の
充電制御装置。