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【発明の名称】 複数バッテリ型電気自動車用駆動装置
【発明者】 【氏名】北峯 康多

【氏名】兒玉 悟
【要約】 【課題】低圧バッテリの充電不足による走行不能状態が発生しにくく、しかも補機バッテリ側の低圧側電源線に重畳するスイッチングノイズ電圧を従来より格段に低減可能な複数バッテリ型電気自動車用駆動装置を実現すること。

【解決手段】走行モ−タ給電用の高圧バッテリ１と、補機給電用の低圧バッテリ２と、高圧バッテリ１からシ−ルドされた高圧側電源線５を通じて給電されて走行モ−タ４を駆動制御する三相インバータ回路３１と、三相インバータ回路３１を断続制御するドライバ回路３２とが設けられ、特に本構成ではドライバ回路３２はシ−ルドされた高圧側電源線を通じて高圧バッテリ１から給電される。このようにすれば、ラジオなどの電子機器を含む補機へ給電する低圧側電源線７に三相インバータ回路３１の大きなスイッチングノイズ電圧が流れ込むことを回避することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】走行モ−タ給電用の高圧バッテリと、補機給電用の低圧バッテリと、シ−ルドされた一対の高圧側給電線を通じて走行モ−タ給電用の前記高圧バッテリから給電されて給電線を通じて前記モ−タへ三相交流電圧を印加する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の各スイッチング素子を断続制御するドライバ回路と、前記ドライバ回路を制御する制御回路と、を有する複数バッテリ型電気自動車用駆動装置において、前記ドライバ回路は、前記高圧バッテリから給電されることを特徴とする複数バッテリ型電気自動車用駆動装置。
【請求項２】請求項１記載の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置において、前記低圧バッテリは、電磁シ−ルドされない低圧側給電線を通じてその負荷に給電することを特徴とする複数バッテリ型電気自動車用駆動装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置において、前記高圧バッテリから給電されて前記ドライバ回路に低圧の制御電源電圧を印加するスイッチング式降圧DC−DCコンバータを備えることを特徴とする複数バッテリ型電気自動車用駆動装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用駆動装置に関し、特に複数バッテリをもつ電気自動車用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関により駆動される発電機から高圧（たとえば３００Ｖ）の主バッテリや走行モ−タへ給電する従来のハイブリッド電気自動車では、主バッテリ（高圧バッテリともいう）から給電されるエンジン始動用モ−タにより内燃機関が始動され、この始動用のモ−タとして上記発電機などを用いることができる。
【０００３】特公昭５４ー９７６３号公報では、走行モ−タ駆動用の三相インバータ回路を制御するマイコンやロジック・インタフェース等を含む制御回路は補機バッテリ（低圧バッテリともいう）から給電されている。このように補機バッテリを設けた電気自動車用駆動装置（以下、複数バッテリ型電気自動車用駆動装置ともいう）によれば、通常、低圧で給電される補機に比較して走行モ−タへ高圧給電できるので、損失低減、機器の小形化などの効果を実現でき、一方、補機へは電圧変動が少ない電源電圧を印加できるという利益が生じる。
【０００４】上述した従来の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置では、走行モ−タ駆動制御用の三相インバータ回路のスイッチング素子も、補機バッテリから給電されるドライバ回路により断続制御される。このため、補機バッテリとドライバ回路の電源端子との間に、入出力絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用い、更に、制御回路とドライバ回路のスイッチング素子の制御端子間にフォトカプラを用いることが提案されている。
【０００５】図３に、上述した補機バッテリ式電気自動車用駆動装置の従来例を示す。１は主バッテリ、２は補機バッテリ、３は駆動回路装置、４は走行モ−タである。駆動回路装置３は、三相インバータ回路３１、フォトカプラ回路３２、制御回路３３、ドライバ回路電源３４、リレ−３５からなる。三相インバータ回路３１は、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆ及びそれと逆並列に接続されたダイオ−ド（図示せず）と、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆを駆動制御するゲ−ト制御回路（図示せず）とからなり、このゲ−ト制御回路（図示せず）はフォトカプラ回路３２とともに、ドライバ回路すなわち三相インバータ回路用の駆動制御回路を構成している。
【０００６】フォトカプラ回路３２は、ハイサイドスイッチであるＩＧＢＴ３ａ〜３ｃを個別に断続制御するためのフォトカプラ３２ａ〜３２ｃと、ロ−サイドスイッチであるＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆを個別に断続制御するためのフォトカプラ３２ｄ〜３２ｆとを有している。ドライバ回路電源３４は、トランス３４０と整流回路３４ａ〜３４ｃとからなるトランス付きスイッチング式降圧DC−DCコンバータであって、フォトカプラ３２ａ〜３２ｃを通じてＩＧＢＴ３ａ〜３ｃのゲ−トに個別に給電するための整流回路３４ａ〜３４ｃと、フォトカプラ３２ｄ〜３２ｆを通じてＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆのゲ−トに給電するための整流回路３４ｄとを有している。
【０００７】３６は、制御回路３３により一定周期で断続制御されるスイッチングトランジスタであり、このスイッチングによりトランス３４０の一次コイルに交流電圧が入力される。この種の回路は公知であるので、作動説明は省略する。５は、主バッテリ１から駆動回路装置３へ給電する一対の高圧側電源線であり、６は駆動回路装置３から走行モ−タ４へ給電する３本の駆動ラインであり、７は補機バッテリ２から駆動回路装置３へ給電する一対の低圧側電源線である。高圧側電源線５及び駆動ライン６はラジオノイズ低減のためにシールドケーブルで構成されるのが普通である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置では、以下に説明する問題があった。まず第一に、走行モ−タ４が大きなリアクタンスをもつので三相インバータ回路３の各スイッチング素子すなわちＩＧＢＴ３ａ〜３ｆのスイッチングにより、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｄの制御端子からドライバ回路電源３４を通じて補機バッテリ２側の低圧側電源線７へ大きなスイッチングノイズ電圧が重畳してしまう。
【０００９】第二に、ドライバ回路電源３４からの電力によりフォトカプラ３２の信号を電力増幅してＩＧＢＴ３ａ〜３ｆを駆動するためのドライバ回路のスイッチングにより、ドライバ回路電源３４を通じて補機バッテリ２側の低圧側電源線７へ大きなスイッチングノイズ電圧が重畳してしまう。第三に、スイッチング式降圧DC−DCコンバータであるドライバ回路電源３４はスイッチングトランジスタ３６の周期スイッチングを必要とし、更にドライバ回路電源３４の出力電圧にはかなりのリップルがどうしても発生してしまう。その結果、このドライバ回路電源３４に給電する低圧電源線７の電位が周期的に変動し、三相インバータ回路３１のＩＧＢＴ３ａ〜３ｆのスイッチングノイズと同様のノイズが低圧電源線７に重畳してしまう。
【００１０】第四に、制御回路３３の内部スイッチング、特に、その出力インタ−フェィス回路を構成する大電力駆動トランジスタの断続により、この制御回路３３に給電する低圧電源線７の電位が変動し、これにより、上記第一、第二と同様の問題が発生してしまう。これらの結果、低圧側電源線７に重畳したこのスイッチングノイズ電圧が、低圧側電源線７に接続される制御回路や電子機器の誤動作を生じさせたり、低圧側電源線７の電圧変動が補機バッテリ２の寿命を短縮する可能性が生じる。更に、低圧側電源線７がラジオノイズを発生するのを防止するために、低圧側電源線７を電磁シ−ルドする必要性も生じる。
【００１１】第五に、長期の運転休止などで補機バッテリが上がった場合に、制御回路３３、ドライバ回路電源（スイッチング式降圧DC−DCコンバータ）３４及びドライバ回路への給電が停止されるために、大容量の主バッテリ１に走行用電力が残っているにもかかわらず走行が中断するという事態も想定される。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、主バッテリの他に補機バッテリを備える複数バッテリ型電気自動車用駆動装置において、低圧バッテリの充電不足による走行不能状態が発生しにくく、しかも補機バッテリ側の低圧側電源線に重畳するスイッチングノイズ電圧を従来より格段に低減可能な複数バッテリ型電気自動車用駆動装置を実現することをその解決すべき課題としている。
【００１２】
【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インバ−タ装置の構成によれば、走行モ−タ給電用の高圧バッテリと、補機給電用の低圧バッテリと、高圧バッテリからシ−ルドされた高圧側電源線を通じて給電されてモ−タを駆動制御する三相インバータ回路と、三相インバータ回路を断続制御するドライバ回路とが設けられ、特に本構成ではドライバ回路はシ−ルドされた高圧側電源線を通じて高圧バッテリから給電される。
【００１３】このようにすれば、上述した経路でラジオなどの電子機器を含む補機へ給電する低圧側電源線に大きなスイッチングノイズ電圧が流れ込むことを回避することができ、これにより低圧側電源線に接続される制御回路や電子機器の誤動作を防止でき、低圧側電源線の電圧変動が補機バッテリの寿命を短縮するのを防止でき、低圧側電源線の電磁シ−ルドなしに低圧側電源線からのラジオノイズの放射を回避することができるという優れた効果を奏することができる。
【００１４】更に、本構成によれば、故障や長期の運転休止などで低圧バッテリが上がった場合でも、モ−タ駆動制御用の三相インバータ回路の駆動に必要な制御回路、ドライバ回路、更には、このドライバ回路給電用のドライバ回路電源などを高圧バッテリからのみ給電することができ、この場合には低圧バッテリがたとえ上がったとしても、支障なく車両を走行させることができる。
【００１５】請求項２記載の構成によれば請求項１記載の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置において更に、ラジオノイズの増大なしに低圧バッテリは電磁シ−ルドされない低圧側電源線を通じてその負荷に給電できるので、配線費用の格段の節減を実現することができる。請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置において更に、高圧バッテリから給電されるスイッチング式降圧DC−DCコンバータを用いててドライバ回路に低圧の制御電源電圧を給電する。ここでいうスイッチング式降圧DC−DCコンバータとは、スイッチング素子を周期的に断続することにより降圧を行うDC−DCコンバータを意味する。
【００１６】このようにすれば、このスイッチング式降圧DC−DCコンバータが発生するスイッチングノイズが、上述した三相インバータ回路のスイッチングノイズと同様に、低圧電源線に重畳するのを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】シ−ルドケ−ブルとしては、ケ−ブル自体が電磁波シ−ルド可撓性層を具備していてもよく、または、なんらかの金属外套部材材に収容してもよい。本発明の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置は、ハイブリッド電気自動車にも適用できることは当然である。本発明の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１８】
【実施例１】本発明の複数バッテリ型電気自動車用駆動装置の一実施例を図１に示すブロック回路を参照して説明する。ただし、理解を容易とするために、図４中の構成要素と主要機能が共通する構成要素には同じ符号を付す。
（構成）図１において、１は主バッテリ、２は補機バッテリ、３は駆動回路装置、４は走行モ−タである。駆動回路装置３は、三相インバータ回路３１、フォトカプラ回路３２、制御回路３３、ドライバ回路電源３４、リレ−３５、インタ−フェィス回路３６からなる。
【００１９】三相インバータ回路３１は、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆ及びそれと逆並列に接続されたダイオ−ド（図示せず）と、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆを駆動制御するゲ−ト制御回路（図１では図示せず、図２に３１ａとして図示）とからなり、このゲ−ト制御回路はフォトカプラ回路３２とともに本発明でいうドライバ回路すなわち三相インバータ回路用の駆動制御のための回路を構成している。
【００２０】フォトカプラ回路３２は、ハイサイドスイッチであるＩＧＢＴ３ａ〜３ｃを個別に断続制御するためのフォトカプラ３２ａ〜３２ｃと、ロ−サイドスイッチであるＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆを個別に断続制御するためのインバ−タ回路３２ｄ〜３２ｆとを有している。制御回路３３は、各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆの駆動タイミングの演算、走行モ−タ４のトルクもしくは回転数制御やシーケンス処理を実施する。
【００２１】ドライバ回路電源３４は、主バッテリ１の電圧を降圧するスイッチング式降圧DC−DCコンバータであって、スイッチングトランジスタ３４ａ、リアクトル３４ｂ、大容量のコンデンサ３４ｃを直列接続し、リアクトル３４ｂ及び大容量のコンデンサ３４ｃに対して還流ダイオ−ド３４ｄを並列接続したものである。スイッチングトランジスタ３４ａは内蔵のマルチバイブレ−タ（図示せず）により一定周期で断続制御されている。
【００２２】３６は、入出力を電気絶縁したインタ−フェィス回路であって、補機バッテリ２から給電される外部コントロ−ラ８からの出力指令信号を電気絶縁可能に制御回路３３に伝送する一対のフォトカプラ３６ａ、３６ｂからなる。５は、主バッテリ１から駆動回路装置３へ給電する一対の高圧側電源線であり、６は駆動回路装置３から走行モ−タ４へ給電する３本の駆動ラインであり、７は補機バッテリ２から駆動回路装置３へ給電する一対の低圧側電源線であり、８は外部コントロ−ラである。高圧側電源線５及び駆動ライン６は、ラジオノイズの低減のためにシールドケーブルで構成されている。
（動作）リレー３５が導通すると、ドライバ回路電源３４及び三相インバータ回路３１に主バッテリ１から給電される。
【００２３】ドライバ回路電源３４は、そのスイッチングトランジスタ３４ａの断続によりコンデンサ３４ｃの両端に低電圧の制御用電源電圧を発生する。この制御用電源電圧は制御回路に適した値である１２〜１５Ｖに制御されるものとする。このとき、高圧側電源線５には交流電圧が重畳するが、高圧側電源線５は電磁シールドされているために電磁波ノイズは外部に放射されることがない。
【００２４】ドライバ回路電源３４から制御回路３３に電源電圧が給電されると、外部コントロ−ラ８からインタフェース回路３６を通じて起動信号が入力されると、制御回路３３からは３相上下の計６種類のタイミング信号が出力され、フォトカプラ回路３２及び三相インバータ回路３１内のゲ−ト制御回路からなるドライバ回路により、三相インバータ回路３１の各ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆが断続制御される。これにより、駆動ライン６に三相交流電圧が印加され、走行モ−タ４が回転する。
【００２５】ローサイドスイッチであるＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆのエミッタは主バッテリ１の低位側の電位となっているので、ＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆを駆動するドライバ回路にはフォトカプラ回路は必要ではない。すなわち、ＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆは、制御回路３３から出力される駆動電圧を電力増幅回路３２ｄ〜３２ｆで個別に電力増幅して各ＩＧＢＴ３ｄ〜３ｆのゲ−トに印加するだけでよい。
【００２６】上記ドライバ回路のうち、三相インバータ回路３１に内蔵されて、ハイサイドスイッチであるＩＧＢＴ３ａを駆動制御するゲ−ト制御回路３１ａを図２を参照して説明する。ドライバ回路電源３４はダイオ−ド３７ａを通じてコンデンサ３７ｄを充電する。コンデンサ３７ｄの高位端は、エミッタ接地のｐｎｐトランジスタ３１１と、その負荷抵抗３１２とを直列接続してなるインバ−タ回路とに給電し、このインバ−タ回路は相補エミッタホロワバッファ回路３１３及びゲ−ト抵抗３１４を通じてＩＧＢＴ３ａのゲ−トを駆動制御している。
【００２７】この回路の動作を以下に説明する。フォトカプラ３２ａに信号を送ってトランジスタ３１１をオンすると、ＩＧＢＴ３ａのゲ−ト電位が上昇してＩＧＢＴ３ａが導通する。フォトカプラ３２ａに送る信号を遮断してトランジスタ３１１をオフすると、ＩＧＢＴ３ａのゲ−ト電位が低下してＩＧＢＴ３ａがオフする。コンデンサ３７ｄの高位端電位はＩＧＢＴ３ａのエミッタ電位の変動に応じてレベルシフトするので、このフォトカプラ３２ａとゲ−ト制御回路３１ａとからなるドライバ回路は安定してハイサイドのＩＧＢＴ３ａを駆動制御することができる。ＩＧＢＴ３ｂ、３ｃを駆動するためのドライバ回路の構成もこれと同じであるので、説明を省略する。
【００２８】この実施例の電気自動車用インバ−タ装置によれば、以下の作用効果を奏することができる。ドライバ回路が主バッテリ１から給電されるので、ＩＧＢＴ３ａ〜３ｆのスイッチングノイズが低圧電源線７へ流れることがない。ドライバ回路のスイッチングに伴うスイッチングノイズがドライバ回路電源３４を通じて低圧電源線７へ流れることがない。
【００２９】ドライバ回路電源３４が主バッテリ１から給電されるので、そのスイッチングノイズが低圧電源線７に重畳することがない。制御回路３３も主バッテリ１から給電されるので、そのスイッチングノイズが低圧電源線７に重畳することがない。ラジオノイズの増大なしに補機バッテリ２は電磁シ−ルドされない低圧側電源線７を通じてその負荷に給電できるので、配線費用の格段の節減を実現することができる。
【００３０】故障や長期の運転休止などで補機バッテリ２が上がった場合でも、走行モ−タ駆動制御用の三相インバータ回路３１の駆動に必要な制御回路３３、ドライバ回路、ドライバ回路電源３４などを主バッテリ１からの給電で駆動することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】 平成９年（１９９７）１０月２４日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
【公開番号】 特開平１１−１３６８０１
【公開日】 平成１１年（１９９９）５月２１日
【出願番号】 特願平９−２９２８５９