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JPH0630505A - 電気自動車の電気システム - Google Patents

電気自動車の電気システム

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Publication number
JPH0630505A
JPH0630505A JP4279443A JP27944392A JPH0630505A JP H0630505 A JPH0630505 A JP H0630505A JP 4279443 A JP4279443 A JP 4279443A JP 27944392 A JP27944392 A JP 27944392A JP H0630505 A JPH0630505 A JP H0630505A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charging
motor
secondary battery
power
inverter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4279443A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenori Kinoshita
繁則 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP4279443A priority Critical patent/JPH0630505A/ja
Priority to CA002088170A priority patent/CA2088170A1/en
Priority to DE69324830T priority patent/DE69324830T2/de
Priority to KR1019930001077A priority patent/KR0127288B1/ko
Priority to US08/010,349 priority patent/US5504414A/en
Priority to EP93101331A priority patent/EP0553824B1/en
Publication of JPH0630505A publication Critical patent/JPH0630505A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量かつ大形の充電装置を用いなくとも、
二次電池を簡単に充電可能とする。充電に伴う配電系統
の電力品質の低下を防ぐ。 【構成】二次電池１の充電時に車両駆動用のインバータ
４と交流電動機５との接続を切り離すスイッチ６０を備
える。電気自動車１００外部の配電系統５００などの充
電用交流電源をインバータ４の交流側に接続し、制御回
路によりインバータ４を交流−直流変換動作させてイン
バータ４を介し電池１を充電させる。また、この他に３
極開閉器の切換操作により、充電時に配電系統５００と
インバータ４との間に交流電動機５の巻線を介在させ、
交流リアクトルとして作用させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池を電源とする
電気自動車の電気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、二次電池を電源とする公知の
電気自動車の駆動システムであり、図示したものは各車
輪を個別の交流電動機により駆動する例である。同図に
おいて、１は二次電池、２は主スイッチ、３１，３２は
ヒューズ、４１，４２は回生機能を持つ電力変換器とし
ての３相のインバータ、５１，５２は交流電動機、６
１，６２はインバータ４１，４２と交流電動機５１，５
２間の接続線、７１，７２は減速機、８１，８２は車輪
を示す。交流電動機５１，５２の回転は、減速機７１，
７２により減速されて車輪８１，８２に各々伝えられ
る。
【０００３】これに対し、図１５は１台の交流電動機に
より２個の車輪を駆動する駆動システムを示している。
なお、図において３はヒューズ、４はインバータ、５は
交流電動機、６は接続線、７は減速機、９は差動装置で
あり、他の構成要素は図１４と同一である。この駆動シ
ステムでは、交流電動機５の回転を減速機７により減速
した後、差動装置９を介して車輪８１，８２に伝えてい
る。
【０００４】図１４及び図１５の駆動システムにおい
て、インバータ４１，４２，４は何れも二次電池１の直
流電力を交流電力に逆変換して交流電動機５１，５２，
５のトルクと回転数とを制御する。電気自動車の力行時
には、インバータによる直流から交流への逆変換によっ
て電力は二次電池からインバータを介して電動機に加え
られ、車輪すなわち車体を駆動する。制動時には力行時
とは逆に、インバータによる交流から直流への順変換に
より、車体の運動エネルギーは車輪、電動機、インバー
タを介して直流電力として二次電池に回生される。
【０００５】電気自動車用のインバータは、一般に図１
６に示すように３相のトランジスタインバータにより構
成されている。なお、以下では便宜上、図１５の駆動シ
ステムに用いられるインバータ４につき説明するが、図
１４の駆動システムにおけるインバータ４１，４２につ
いても同様である。図１６において、４０１はトランジ
スタ、４０２はトランジスタ４０１に対し逆並列接続さ
れたダイオードであり、これらを組み合わせた６アーム
のスイッチ素子により３相インバータの主回路が構成さ
れる。４０３は二次電池１の電流を平滑化するコンデン
サである。
【０００６】図１８、図１９は、電気自動車運転時の各
部の電圧、電流波形を示している。電気自動車駆動用イ
ンバータも一般産業用交流電動機駆動と同じＰＷＭ制御
が一般的であり、これらの図もこの方式の場合について
示してある。なお、図１７は、図１８（力行時）、図１
９（制動時）における電圧、電流を説明するためのもの
である。
【０００７】図１８、図１９から明らかなように、イン
バータ４の交流側電圧ｖMの波形は二次電池電圧ｖBのＰ
ＷＭ制御された波形となり、力行時も制動時もほぼ同じ
波形である。電圧ｖMの波形の中で破線により示した波
形は、ＰＷＭ制御波形の基本波を示している。ＰＷＭ制
御では、この基本波が正弦波になるように制御が行なわ
れる。そして、インバータ４の交流側電流ｉMは、正弦
波の基本波電流に高調波電流が重畳した波形となる。な
お、図１８、図１９の例は基本波の力率が１の場合のも
のである。図示するように、制動時（図１９）は力行時
（図１８）に対して電流位相が反転し、回生動作とな
る。直流側の電流ｉBも制動時は極性が反転する。
【０００８】さて、二次電池を電源とする電気自動車
は、電池の蓄積エネルギーが有限であるため、適宜に電
池を充電する必要がある。この電池の充電が電気自動車
を使用する上で重要なことである。すなわち、電気自動
車を使用するためには二次電池の充電動作と充電装置が
不可欠になる。
【０００９】図２０は、従来の充電システムを示してい
る。１００は電気自動車であり、内部の符号は図１５に
示したものと同じである。図２０において、３００は充
電装置であり、電気自動車１００の二次電池１に接続さ
れた充電用コネクタ２００に充電用ケーブル４００を介
して接続される。また、充電装置３００は、配電系統５
００のコネクタ６００にケーブル７００を介して接続さ
れる。充電時には、電気自動車１００の主スイッチ２を
“開”として、充電装置３００により配電系統５００か
ら二次電池１を充電する。
【００１０】図２１は、充電装置３００の従来例を示し
ている。図において、３０１は交流側開閉器、３０２は
必要に応じて設けられる降圧変圧器、３０３は交流電圧
を直流電圧に変換するダイオード整流器、３０４は充電
電流の制御を行うチョッパ、３０５は充電電流平滑用リ
アクトル、３０６はヒューズである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記充電装置３００の
場合、充電作業に十分に時間をかけても差し支えない場
合を除き、一般に二次電池１を急速充電することが要求
される。従って、充電装置の容量としては、電気自動車
の交流電動機駆動用インバータと同等か、それ以上の大
きさが必要となる。このように装置自体が大容量であ
り、かつダイオード整流器３０３等の電力変換器を内蔵
しているので、充電装置３００が必然的に大形化し、充
電作業も大がかりなものとならざるを得ない。ここで、
図２２は電気自動車１００の充電作業状況の一例を示す
図である。
【００１２】また、電気自動車を時間や場所を問わずに
運転可能とするためには、内燃自動車用ガソリンスタン
ドと同様に、図２２に示したような充電スタンドを多数
箇所に設置することが必須の要件となる。しかるに、上
述した従来の充電システムでは、充電装置３００が大形
かつ高価であることによりこれを多数箇所に設置するこ
とが難しく、電気自動車をよりひろく普及させる際の大
きな問題となっていた。更に、充電装置３００は整流負
荷を有しており、この整流負荷が配電系統５００に接続
されるため、配電系統５００に高調波を生じさせたり、
力率を低下させる等の不都合を生じて電力の品質上、問
題であった。
【００１３】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、大形かつ高価な
充電装置を用いなくても配電系統などの交流電源に簡単
な装置を接続するだけで二次電池の充電が可能であり、
また、充電に伴って配電系統の電力品質低下を招くこと
もない電気自動車の電気システムを提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１ないし第３の発明は、交流電動機駆動による電
気自動車には通常、交流電動機を駆動するための回生動
作可能な大容量インバータが搭載されており、このイン
バータはいわゆる順逆変換が可能な交流−直流電力変換
器であること、及び、従来では二次電池の充電時に上記
インバータを使用していないことに着目してなされたも
のである。
【００１５】すなわち、第１の発明は、二次電池の直流
電力を、回生機能を持つ順逆変換動作可能な電力変換器
により交流電力に変換して車輪駆動用の交流電動機に供
給する電気自動車において、二次電池の充電時に、電力
変換器と交流電動機との接続を切り離し、交流電圧を電
気自動車外部の充電用交流電源により電力変換器の交流
側に加え、電力変換器を交流−直流変換動作させて二次
電池を充電するものである。この場合、交流電圧の波高
値は二次電池の電圧よりも低いことが望ましい。
【００１６】第１の発明においては、二次電池の充電時
に、制御回路により電力変換器をＰＷＭ制御することが
電流波形改善等の観点から好ましい。充電用交流電源は
単相または３相の配電系統電源とすることを予定してお
り、その場合、配電系統電源と電力変換器の交流側との
間に、交流リアクトルや降圧変圧器、更にはヒューズを
必要に応じて挿入することが望ましい。
【００１７】第２の発明は、二次電池の直流電力を、回
生機能を持つ順逆変換動作可能な電力変換器により交流
電力に変換して車輪駆動用の交流電動機に供給する電気
自動車において、二次電池の充電時に、交流電動機の接
続を切り換えて、電気自動車外部の充電用交流電源から
の交流電圧を交流電動機の巻線を介して電力変換器の交
流側に加え、電力変換器を交流−直流変換動作させて二
次電池を充電するものである。
【００１８】第３の発明は、交流電動機の巻線の一端を
電力変換器の交流側に接続すると共に、他端を開閉器に
接続し、電動機を車輪駆動用電動機として運転する場合
には前記巻線が本来の電動機巻線として作用するように
し、二次電池の充電時には、前記巻線がリアクトルとし
て作用するように開閉器を切り換え動作させるものであ
る。この開閉器は充電時に自動的に切り換わるようにす
るとよい。
【００１９】第２または第３の発明においても、二次電
池の充電時には、制御回路により電力変換器をＰＷＭ制
御することが電流波形改善等の観点から好ましい。更
に、充電用交流電源は単相または３相の配電系統電源と
することを予定しており、その場合、配電系統電源と電
力変換器の交流側との間に必要に応じてヒューズを挿入
することが望ましい。加えて、充電用交流電源の電圧波
高値は二次電池の電圧よりも低くすることが望ましい。
また、二次電池の充電時には電気自動車が移動しないよ
うに車輪に自動的に制動がかかるような構成とすること
が好ましい。
【００２０】
【作用】第１の発明では、二次電池の充電時に、電力変
換器としてのインバータと交流電動機とを切り離し、イ
ンバータの交流側に交流電源としての配電系統を接続す
る。そして、インバータを従来の回生制動時と同様に動
作（交流−直流変換動作）させ、交流電力を直流電力に
変換して二次電池を充電する。
【００２１】第２または第３の発明では、二次電池の充
電時に、電力変換器としてのインバータの交流側を交流
電動機の巻線を介して充電用交流電源としての配電系統
に接続する。そして、インバータを従来の回生制動時と
同様に動作させ、二次電池を充電する。
【００２２】何れの発明においても、二次電池の電圧は
インバータの交流側電圧の正弦波波高値よりも高くする
ことが望ましく、仮りに前記正弦波波高値が電池電圧よ
り高く問題になる場合には、降下変圧器を用いてインバ
ータの交流側電圧を低下させる。
【００２３】第２または第３の発明において、二次電池
の充電時に電力変換器と交流電源との間に接続される交
流電動機の巻線は、電力変換器のＰＷＭ制御等により発
生する高調波電圧を大きく抑制するリアクタンスとして
作用するので、交流電源の電流波形は歪の少ない好まし
い波形となる。更に、ＰＷＭ制御によって生じる交流電
源系統への電圧波形の乱れの影響も大きく低減される。
【００２４】
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は第１の発明の第１実施例の構成を示すもの
で、図１５等と同一の構成要素には同一の符号を付して
詳述を省略する。この実施例の電気自動車１００におい
て、回生機能を持つ順逆変換動作可能な電力変換器とし
てのインバータ４の交流側接続線６２は、スイッチ６０
を介して電動機側接続線６３に接続されている。また、
前記接続線６２は、接続線６４を介して充電用交流コネ
クタまたは端子（以下では便宜上、両者を含めて交流コ
ネクタという）２１０に接続されている。
【００２５】一方、外部の交流電源としての３相配電系
統５００には配電系統用交流コネクタまたは端子（前記
交流コネクタ２１０と同様に、以下では両者を含めて交
流コネクタという）６１０が接続されており、電気自動
車１００（二次電池１）の充電時には、両コネクタ２１
０，６１０間を交流リアクトル７１０を有する充電用ケ
ーブル４１０によって接続するように構成されている。
ここで、交流リアクトル７１０は、配電系統５００に所
要のリアクタンスがある場合には省略することができ
る。
【００２６】前記スイッチ６０は、電気自動車１００の
非充電時（運転時）には“閉”状態となっていて、イン
バータ４による交流電力を交流電動機５に供給し、電動
機５を駆動している。そして、図示されていないが、二
次電池１を充電するために充電用ケーブル４１０が交流
コネクタ２１０に接続された場合、適宜な機構によって
スイッチ６０が自動的に“開”状態となり、配電系統５
００の電圧が交流電動機５に直接加わらないようになっ
ている。図示されていないが、インバータ４にはその動
作を制御する制御回路が備えられている。
【００２７】次に、この実施例による充電動作を図２を
参照しつつ説明する。前述のように充電用ケーブル４１
０を介して配電系統５００に電気自動車１００を接続
し、主スイッチ２を“閉”とする。そして、制御回路に
よりインバータ４を電動機制御モードとは別の充電制御
モードに切換え、二次電池１への充電電流や充電電圧が
設定値となるようにＰＷＭ制御を行なって交流−直流変
換動作させる。図２はインバータ４による電池充電時の
各部の電圧、電流波形であり、実質的に図１９の回生制
動時と同一である。
【００２８】充電時において、二次電池１の充電電圧は
インバータ４の交流側電圧、換言すれば配電系統５００
の交流電圧の正弦波波高値よりも高い値であることが望
ましい。二次電池１の充電電圧が交流電圧の波高値より
も僅かに低い場合には、電池の内部抵抗によって過大な
充電電流は抑制されるので許容されるが、電池電圧が更
に低くなるとインバータ４を構成するダイオードを介し
て制御できない充電電流が流れ、場合によっては、過電
流によりヒューズ３が溶断して充電回路が開放されてし
まうからである。
【００２９】この実施例によれば、従来、充電時には使
用しなかったインバータ４を交流−直流変換装置として
活用することにより、その直流出力によって二次電池１
を充電することができる。従って、充電システム全体か
ら見ると、電気自動車１００に付加するものはスイッチ
６０、接続線６４、交流コネクタ２１０及び充電制御回
路だけで済む。また、系統側については従来と同様のケ
ーブル４１０のほか、交流コネクタ６１０及び必要な場
合に交流リアクトル７１０等を付加するだけでよい。従
って、極めて低コストで設置スペースも少ない充電シス
テムを構成することができる。
【００３０】更に、インバータ４をＰＷＭ制御すること
により、充電時に電気自動車１００が配電系統５００か
らとる電流ｉsは、図２に示すごとく歪の少ないほぼ完
全な正弦波となり、力率１運転も可能になる。このた
め、配電系統５００の電力品質を低下させるおそれもな
い。
【００３１】図３は第１の発明の第２実施例を示してい
る。この実施例は、配電系統５２０が単相の場合であ
り、これに応じて交流コネクタ（前記同様に交流コネク
タ及び端子を含む）２２０，６２０、充電用ケーブル４
２０、必要な場合の交流リアクトル７２０、接続線６４
及びスイッチ６１も単相仕様のものが用いられている。
この場合、インバータ４及び交流電動機５としては３相
仕様のものを用い、インバータ４の単相／３相の制御を
切換えることにより、１台のインバータで単相または３
相の配電系統５２０または５００による充電を行なうこ
とができる。
【００３２】図４は第１の発明の第３実施例の主要部を
示しており、図１または図３の実施例の交流リアクトル
７１０，７２０に代えて降圧変圧器８００を挿入したも
のである。図４は３相の配電系統５００に適用したもの
であるが、図３に示したような単相配電系統５２０につ
いても適用可能である。この実施例によれば、降圧変圧
器８００の巻線によってインバータ４の交流側に所定の
リアクタンスが確保されると共に、二次電池１の電圧が
配電系統５００の交流電圧の正弦波波高値よりも低い場
合に、インバータ４の交流側電圧を電池電圧より低くで
きるため、有用である。
【００３３】上記各実施例において、電気自動車と配電
系統との間にインバータ４の交流側の過電流から素子を
保護するためのヒューズを挿入してもよく、このヒュー
ズは交流リアクトル７１０，７２０や降圧変圧器８００
に直列に接続して用いてもよい。また、安全のために、
電気自動車と配電系統との間に交流スイッチを接続して
もよい。
【００３４】次に、第２及び第３の発明の実施例を説明
する。これらの発明は、二次電池の充電時に、電力変換
器と充電用交流電源との間に交流電動機の巻線を介在さ
せ、この巻線をリアクトルとして作用させるようにした
ものである。なお、第３の発明は、交流電動機による車
輪駆動時と二次電池充電時とにおいて、前記巻線の接続
を切り換えるための具体的な構成を特徴としており、切
り換え用の開閉器を備えている。
【００３５】図５はこれらの発明の第１実施例の構成を
示すもので、図１等と同一の構成要素には同一の符号を
付して詳述を省略する。図５の電気自動車１００におい
て、インバータ４の交流側接続線６２は、交流電動機５
の相巻線５１，５２，５３の各一端５１ａ，５２ａ，５
３ａに接続されている。巻線５１，５２，５３の各他端
５１ｂ，５２ｂ，５３ｂは、接続線６４を介して３極開
閉器６０Ａの各一端６５ａ，６６ａ，６７ａにそれぞれ
接続され、３極開閉器６０Ａの各他端６５ｂ，６６ｂ，
６７ｂは、接続線６８を介して交流コネクタ２１０に接
続されている。３極開閉器６０Ａの残りの他端６５ｃ，
６６ｃ，６７ｃは一括して接続されている。
【００３６】一方、外部の３相配電系統５００には前記
同様に交流コネクタ６１０が接続されており、電気自動
車１００（二次電池１）の充電時には、交流コネクタ２
１０，６１０間が充電用ケーブル４１０によって接続さ
れる。この実施例において交流電動機は３相誘導電動機
であり、その巻線は星形巻線（Ｙ結線）となっている。
【００３７】次に、この実施例の動作を説明する。交流
電動機５を車輪駆動用電動機として運転する場合には、
３極開閉器６０Ａの端子６５ａ，６６ａ，６７ａと６５
ｃ，６６ｃ，６７ｃとを相互に接続して巻線５１，５
２，５３を星形結線とする。これにより、巻線５１，５
２，５３は交流コネクタ２１０側つまり配電系統５００
と切り離され、通常の交流電動機として駆動することが
可能になる。図６はこの場合の回路構成図である。上述
の如く巻線５１，５２，５３は星形結線され、交流電動
機５は力行運転時にはインバータ４から交流電力が供給
されて駆動される。また、回生制動時にはインバータ４
により力行時とは逆の電力変換動作を行なわせてインバ
ータ４を介し電力を二次電池１に回生させる。
【００３８】一方、二次電池１の充電時には、３極開閉
器６０Ａの端子６５ａ，６６ａ，６７ａと６５ｂ，６６
ｂ，６７ｂとを相互に接続して巻線５１，５２，５３を
交流コネクタ２１０，６１０を介し配電系統５００に接
続する。図７はこの場合の回路構成図であり、巻線５
１，５２，５３は、図１における交流リアクトル７１０
または図３における交流リアクトル７２０と同様に作用
する。充電電力は配電系統５００から巻線５１，５２，
５３を介してインバータ４に供給され、インバータ４は
前記回生制動時とほぼ同様の動作により、交流電力を直
流電力に変換して二次電池１を充電する。なお、図示さ
れていないが、インバータ４には充電動作を制御する制
御回路が備えられている。
【００３９】図８は第２及び第３の発明の第２実施例を
示しており、この実施例は交流電動機５の巻線５１，５
２，５３が三角結線（Δ結線）の場合である。第１実施
例と異なるのは巻線５１，５２，５３と３極開閉器６０
Ａとの間の結線状態のみであり、他の部分については実
質的に同一である。図９はこの実施例において交流電動
機５により車輪を駆動する場合、図１０は二次電池１を
充電する場合の回路構成図である。これらの動作につい
ては、車輪駆動時に交流電動機５が三角結線されること
を除いて第１実施例と同一であるため説明を省略する。
【００４０】次いで、図１１は本発明における二次電池
充電時の等価回路を示し、図１２は図１１の各部の電
流、電圧波形である。図１１において、５ｘは電動機５
の巻線５１，５２，５３のリアクタンス、４１０ｘはケ
ーブル４１０のリアクタンス、５００ｘは配電系統５０
０内のリアクタンス、６０１，６０２は配電系統５００
に接続されている他の交流負荷を示している。ＶBは二
次電池１の電圧、ｉBは充電時の二次電池１の電流、ｉS
は充電時のインバータ４の交流側電流、ｖSは同じく交
流側電圧である。
【００４１】インバータ４は、一般に数〔ＫＨｚ〕以上
の高周波によるＰＷＭ制御が行なわれるので、配電系統
５００からの電流ｉSは、図１２に示すように高周波リ
プルを若干含んだ力率がほぼ１の正弦波電流となる。イ
ンバータ４の交流側電圧は、ｖSに示すように波高値
が電池電圧ＶBに等しいＰＷＭ波形となる。リアクタン
ス５ｘはリアクタンス４１０ｘよりも非常に大きいた
め、ＰＷＭ波形はその大部分がリアクタンス５ｘにより
吸収され、電気自動車のコネクタ２１０における電圧は
ｖSに示すように正弦波にほぼ近くなる。配電系統５
００側のコネクタ６１０における電圧は、ｖSに示す
ように更に正弦波に近くなる。配電系統５００に接続さ
れる他の交流負荷６０１，６０２の電源電圧はｖSの
ようにほぼ正弦波であるため、電気自動車１００′の充
電による電源系統への影響は皆無に近い。
【００４２】前述したように、第２及び第３の発明で
は、外部の交流電源と交流電動機駆動用のインバータと
の間に交流電動機の相巻線を挿入し、この巻線のリアク
タンスを利用してインバータにより外部の交流電源から
二次電池に充電する。ここで十分に考慮する必要がある
のは、充電時に電動機にトルクが発生することにより、
電気自動車が動き出すようなことが絶対にあってはなら
ないことである。以下、この点について詳述する。
【００４３】図１３は交流電動機５として誘導電動機を
用いた場合のシステム全体の等価回路であり、このうち
交流電動機（誘導電動機）５自体の等価回路はよく知ら
れている。図において、Ｘ1，Ｒ1は固定子巻線の漏れリ
アクタンス及び巻線抵抗であり、通常、Ｘ1≫Ｒ1である
ので、巻線抵抗Ｒ1を無視できる。Ｘ2´，Ｒ2´は回転
子のリアクタンスと抵抗である。Ｓはすべり、Ｘｍは励
磁リアクタンス、Ｖは電動機５に加わる電圧、Ｖｍはそ
のうちの励磁電圧である。
【００４４】二次電池１の充電時、電気自動車は停止し
ている。すなわち、回転数は零であるため、すべりＳは
１．０である。すべりＳ＝１．０であると通常、Ｘ1＋
Ｘ2´≫Ｒ2´となり、Ｒ2´は無視することができる。
また、Ｘ1＋Ｘ2´は通常、％リアクタンスで１０〔％〕
程度である。このことは、充電時の電流ＩSが電動機５
の定格電流であるとすると、電動機電圧Ｖは定格電圧の
１０〔％〕程度であることを意味する。更に、Ｘ1，Ｘ2
´はほぼ同じ位の値であるから、励磁電圧Ｖｍは定格電
圧の５〔％〕程度となる。
【００４５】誘導電動機の発生トルクは電圧の二乗に比
例するので、充電動作時に発生するトルクは定格トルク
の（５／１００）2倍、すなわち０．２５〔％〕とな
る。以上のことから、電動機巻線を用いて充電を行なっ
ても発生するトルクは１〔％〕以下となり、非常に小さ
いため、電気自動車が動き出すようなおそれはまったく
ない。しかるに、安全のためには充電時に制動（パーキ
ングブレーキ）をかけておくことが望ましい。
【００４６】なお、図１の実施例において説明したよう
に、充電時において、二次電池１の充電電圧はインバー
タ４の交流側電圧、換言すれば配電系統５００の交流電
圧の正弦波波高値よりも高い値であることが望ましい。
しかし、二次電池１の充電電圧がインバータ４の交流側
電圧の波高値よりも僅かに低い場合には、電池の内部抵
抗により過大な充電電流は抑制されるので、許容され得
る。
【００４７】図５または図８の実施例では開閉器を３極
開閉器６０Ａにより構成し、その切り換え操作により電
動機回路と充電回路とをそれぞれ構成するようにした
が、充電時には開閉器を自動的に切り換えて電動機回路
から充電回路へ切り換えることが好ましい。これは、例
えば、充電用ケーブル４１０を交流コネクタ２１０に挿
入したら開閉器が自動的に動作するような機械的構造と
すればよい。なお、図示されていないが、配電系統５０
０とインバータ４の交流側との間には、充電時における
回路保護のためにヒューズを挿入することが望ましい。
【００４８】図５または図８の実施例においても、従
来、充電時には使用しなかったインバータ４を交流−直
流変換装置として活用することにより、二次電池１を充
電することができる。従って、極めて低コストで設置ス
ペースも少ない充電システムを構成することができる。
インバータ４をＰＷＭ制御することにより、充電時に電
気自動車１００が配電系統５００からとる電流ｉSは、
図１２に示すごとく歪の少ないほぼ完全な正弦波とな
り、力率１運転も可能になる。このため、配電系統５０
０の電力品質を低下させるおそれもない。
【００４９】上記実施例は交流電動機５が誘導電動機の
場合についてのものであるが、本発明は同期電動機につ
いても同様に適用することができる。特に、充電時に同
期電動機に発生するトルクは平均的に零となり、電気自
動車を駆動するトルクが発生することはないから、電気
自動車が動き出す心配もない。図５及び図８の実施例で
は外部交流電源が３相の配電系統５００であるが、第１
の発明のように外部交流電源が単相配電系統であっても
良い。
【００５０】
【発明の効果】以上のように第１ないし第３の発明は、
電気自動車にもともと搭載されている車両駆動用の電力
変換器を用いて二次電池を充電するものである。このた
め、ダイオード整流器やチョッパ等からなる順変換用の
電力変換器を内蔵した大容量かつ大形の充電装置が不要
となり、充電システムないし電気システムの低コスト
化、小形化、省スペース化が可能になって電気自動車の
普及に大きく寄与することができる。
【００５１】充電時において電力変換器をＰＷＭ制御す
れば、高調波や歪の低減、力率１運転が可能であり、配
電系統の電力品質を向上させることが可能である。充電
用交流電源としては単相、３相何れでもよいから、家庭
用電源や工場用電源を手軽に利用することができ、電源
の制約を受けることがない。
【００５２】特に、第２または第３の発明では、充電用
交流電源と電力変換器との間に交流電動機の巻線を介在
させて二次電池を充電するものである。従って、充電時
に交流電動機の巻線のリアクタンスを利用することがで
きるので、波形改善等のために交流リアクトルを別個に
用意する必要がなく、電気システムの一層の低価格化を
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の第１実施例を示す構成図である。
【図２】図１の実施例による充電時の電圧、電流波形を
示す図である。
【図３】第１の発明の第２実施例を示す構成図である。
【図４】第１の発明の第３実施例の主要部を示す構成図
である。
【図５】第２及び第３の発明の第１実施例を示す構成図
である。
【図６】図５の実施例において交流電動機により車輪を
駆動する場合の回路構成図である。
【図７】図５の実施例において交流電動機により二次電
池を充電する場合の回路構成図である。
【図８】第２及び第３の発明の第２実施例の主要部を示
す構成図である。
【図９】図８の実施例において交流電動機により車輪を
駆動する場合の回路構成図である。
【図１０】図８の実施例において交流電動機により二次
電池を充電する場合の回路構成図である。
【図１１】図５または図８の実施例における二次電池充
電時の等価回路図である。
【図１２】図１１における各部の電流、電圧波形であ
る。
【図１３】交流電動機として誘導電動機を用いた場合の
システム全体の等価回路図である。
【図１４】従来の電気自動車の駆動システムを示す図で
ある。
【図１５】従来の電気自動車の他の駆動システムを示す
図である。
【図１６】３相のトランジスタインバータの主回路構成
図である。
【図１７】図１５の主要部を示す図である
【図１８】電気自動車の力行運転時における電圧、電流
波形である。
【図１９】電気自動車の回生制動時における電圧、電流
波形である。
【図２０】従来の充電システムの構成図である。
【図２１】従来の充電装置の構成図である。
【図２２】従来の充電作業状況の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 二次電池 ２ 主スイッチ ３ ヒューズ ４ インバータ ５ 交流電動機 ７ 減速機 ９ 差動装置 ５１，５２，５３ 巻線 ６０，６１ スイッチ ６０Ａ ３極開閉器 ６２，６３，６４，６８ 接続線 ８１，８２ 車輪 １００ 電気自動車 ２１０，２２０，６１０，６２０ 交流コネクタ ４１０，４２０ 充電用ケーブル ５００，５２０ 配電系統 ７１０，７２０ 交流リアクトル ８００ 降圧変圧器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二次電池の直流電力を、回生機能を持つ
    順逆変換動作可能な電力変換器により交流電力に変換し
    て車輪駆動用の交流電動機に供給する電気自動車におい
    て、 二次電池の充電時に、前記電力変換器と交流電動機との
    接続を切り離し、交流電圧を電気自動車外部の充電用交
    流電源により前記電力変換器の交流側に加え、前記電力
    変換器を交流−直流変換動作させて二次電池を充電する
    ことを特徴とする電気自動車の電気システム。
  2. 【請求項２】 二次電池の直流電力を、回生機能を持つ
    順逆変換動作可能な電力変換器により交流電力に変換し
    て車輪駆動用の交流電動機に供給する電気自動車におい
    て、 二次電池の充電時に、交流電圧を電気自動車外部の充電
    用交流電源から交流電動機の巻線を介して前起電力変換
    器の交流側に加え、前記電力変換器を交流−直流変換動
    作させて二次電池を充電することを特徴とする電気自動
    車の電気システム。
  3. 【請求項３】 交流電動機の巻線の一端を電力変換器の
    交流側に接続し、前記巻線の他端を充電用交流電源に接
    続された開閉器に接続すると共に、交流電動機を車輪駆
    動用電動機として運転する時には前記巻線を電動機巻線
    とし、二次電池の充電時には前記巻線をリアクトルとし
    て動作させるように前記開閉器を切り換える請求項２記
    載の電気自動車の電気システム。
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