JP2014155308A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性を確保するための重量の増加及び高コスト化を防ぐ充電装置を提供する。
【解決手段】交流電力供給源からの電力でバッテリ１を充電する充電装置において、多重巻線５１，５２を有するモータ５０と、多重巻線のうち一方の巻線とバッテリとの間に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換しモータに出力する第１インバータ３１と、多重巻線のうち他方の巻線とバッテリとの間に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換しモータに出力する第２インバータ３２と、交流電力供給源から入力される交流電力の力率を改善する回路部４０と、第１インバータ、第２インバータ及び回路部を制御する制御部１００とを有し、制御部は、交流電力供給源を用いて第１インバータからの出力電力でバッテリを充電する場合には、回路部を用いて交流電力供給源から供給される電力を平滑して、回路部から前記第２インバータに電力を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電装置に関するものである。

二次電池の電力をインバータにより三相交流に変換し、モータを駆動する回路において、商用電源の一方の端子をモータ中性点に、他方の端子を、放電回路を構成する複数のダイオード及び複数のトランジスタを介して、バッテリの正極、負極に接続し、当該トランジスタと前記インバータのトランジスタをオン、オフ制御して、二次電池の電力を商用電源に変換する充電装置が開示されている（特許文献１）。

特開平１０−１１７４４５号公報

しかしながら、上記の充電装置では、商用電源とバッテリとが直流的に接続されており、安全性を確保するためには、バッテリ、モータ、インバータ、及びコネクタの要素を、絶縁性の高いものにする必要がある。そのため、絶縁性を高くすることによる重量の増加及び高コストが問題となっていた。

本発明が解決しようとする課題は、絶縁性を確保するための重量の増加及び高コスト化を防ぐ充電装置を提供することである。

本発明は、交流電力供給源を用いて第１インバータからの出力電力でバッテリを充電する場合には、交流電力の力率を改善する回路部を用いて交流電力源から供給される電力を平滑して、回路部から第２インバータに電力を出力させて、第２インバータの複数のアーム回路のうち一のアーム回路を含む回路により回路部を構成する、ことによって上記課題を解決する。

本発明は、交流電源供給源を用いてバッテリを充電する場合に、モータ及びインバータを絶縁型ＤＣＤＣコンバータとして動作させることにより、絶縁性を高めているので、絶縁性を確保するための重量の増加及び高コスト化を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る充電システムのブロック図である。 バッテリ充電時における、図１の等価回路である。 本発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。 バッテリ充電時における、図３の等価回路である。 本発明の他の実施形態に係る充電システムにおいて、バッテリ充電時における等価回路である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る充電装置を含む充電システムのブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ５を走行駆動源として走行する車両であり、モータ５０は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置にも本発明を適用可能である。また充電装置は車両に搭載されている。

本例の充電システムは、バッテリ１と、電圧センサ２と、インバータ３１、３２と、力率改善回路（ＰＦＣ）４０と、モータ５０と、充電ポート７と、コントローラ１００を備えている。

バッテリ１は、図示しないリレースイッチを介してインバータ３１、３２にそれぞれ接続されている。バッテリ１は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池により構成され、モータ５０の電力源となる。バッテリ１は、モータ５０の回生制御による電力、及び、外部の商用電源等の交流電源８（図２を参照）からの電力により充電される。

電圧センサ２は、バッテリ１の端子間の電圧を検出するセンサであり、バッテリ１に接続されている。

インバータ３１は、バッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０に供給するＤＣ／ＡＣインバータであり、バッテリ１とモータ５０との間に接続されている。インバータ３１は、直流側に平滑用のコンデンサ３１１と、複数のスイッチング素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６と、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に並列に接続され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の電流方向とは逆方向に電流が流れる整流素子（還流ダイオード）Ｄ１〜Ｄ６とを有している。また、スイッチング素子とダイオードとの並列回路を、一対に直列に接続することでアーム回路が形成され、３つのアーム回路が、電源線Ｐ，Ｎ間で並列に接続されている。そして、各相のアーム回路の２つのスイッチング素子の接続点（Ｕ相の例では、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子との接続点）が、モータ５０の三相入力部にそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、コントローラ１００から送信される駆動信号に基づきオン及びオフを切り替え、電力を変換する。

インバータ３２は、バッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０に供給するＤＣ／ＡＣインバータであり、バッテリ１とモータ５０との間に接続されている。またインバータ３２は、力率改善回路４０から入力される電力を交流電力に変換して、モータ５０に供給するインバータである。インバータ３２は、直流側に平滑用のコンデンサ３２１、３２２と、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２と、整流素子Ｄ７〜Ｄ１２を有している。

平滑コンデンサ３２１、３２２は直列に接続され、バッテリ１の両端に接続された電源線Ｐ、Ｎの間に接続され、インバータ３２の複数のアーム回路（スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２及びダイオードＤ７〜Ｄ１２）に対して並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２及びダイオードＤ７〜Ｄ１２の接続回路は、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の接続回路と同様であるため、説明を省略する。

モータ５０は、例えば多重巻線を有する同期モータ或いは誘導モータであって、インバータ３１、３２の交流側に接続されている。モータ５０はバッテリ１からの電力で駆動する。モータ５０は、インバータ３１に接続された巻線５１（第１巻線）と、インバータ３２に接続された巻線５２（第２巻線）とを備えている。

第１巻線５１はスター状に結線した３つのコイル５１ｕ、５１ｖ、５１ｗで構成され、第２巻線５２はスター状に結線した３つのコイル５２ｕ、５２ｖ、５２ｗで構成されている。３つのコイル５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ及び３つのコイル５２ｕ、５２ｖ、５２ｗは、インバータ３１、３２のｕ、ｖ、ｗ相のアーム回路と対応している。

第１巻線５１と第２巻線５２との間は、直流的には導通していないが、各相のコイル間で、磁気的に結合されている。そのため、交流電流が第２巻線に流れると、第１巻線５１に誘導電流が発生し、誘導電流がインバータ３１の交流側に流れる。すなわち、モータ５０はトランスとして作用し、インバータ３１、３２は第１巻線５１及び第２巻線５２に対して独立したインバータになっている。これにより、本例は、第１巻線５１と第２巻線５２との間で、直流的な絶縁を確保している。

モータ５０は発電機としても駆動し、モータ５０の回生により発生する電力で、バッテリ１を充電することも可能である。なお、モータ５０は、多重巻線を有したモータであれば、誘導モータ等の他の種類のモータであってもよい。

力率改善回路４０は、交流電源８から供給される交流電力の力率を改善しつつ、当該交流電力を平滑して、インバータ３２に直流電力を出力する回路である。力率改善回路４０は、インバータ３２とモータ５０との間に接続されている。力率回線回路４０は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８とダイオードＤ７、Ｄ８と、平滑コンデンサ３２１、３２２と、リレースイッチ４１と、平滑リアクトル４２とを有している。

スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８及びダイオードＤ７、Ｄ８は、インバータ３２を構成する三相アーム回路のうち、ｕ相のアーム回路である。また、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８及びダイオードＤ７、Ｄ８は、力率改善回路４０の回路素子の一部にもなっている。すなわち、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８及びダイオードＤ７、Ｄ８は、インバータ３２及び力率改善回路４０の共通の回路素子である。

また、平滑コンデンサ３２１、３２２は、インバータ３２の平滑用のコンデンサであり、力率改善回路４０の回路素子の一部にもなっている。すなわち、平滑コンデンサ３２１、３２２も同様に、インバータ３２及び力率改善回路４０の共通の回路素子である。

リレースイッチ４１は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点とコイル５１ｕとの間の電流経路、及び、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点と平滑コイル４２との間の電流経路を切り替え可能とするスイッチである。リレースイッチ４１はａ接点とｂ接点を有している。ａ接点は配線でコイル５２ｕに接続され、ｂ接点は配線
で平滑リアクトル４２の一端に接続されている。

リレースイッチ４１のａ接点が閉じることで、インバータ３２の三相のアーム回路とモータ５０の三相のコイル５２ｕ、５２ｖ、５２ｗとの間が導通する。一方、リレースイッチ４１のｂ接点が閉じることで、インバータ３２のＵ相のアーム回路と充電ポート７との間が導通し、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点からモータ５０のＵ相の入力部への出力線は遮断する。

平滑リアクトル４２は、リレースイッチ４１と充電ポート７との間に接続されている。

充電ポート７は、外部充電施設の充電ケーブルを接続するためのコネクタである。充電ポート７は、リレースイッチ４１及び平滑リアクトル４２を介して配線によりスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点に接続され、配線により平滑コンデンサ３２１、３２２の接続点（中点）にそれぞれ接続されている。これにより、充電ポート７は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点とインバータ３２との間に接続されている。

充電ポート７に接続される交流電源８（図２を参照）は、車両の外側に設けられた商用電源等の交流電力を供給する電源（交流電力供給源）であって、外部の電源となる。交流電源８は、バッテリ１を充電する際の電力源となる。

コントローラ１００は、モータ５の駆動制御及びバッテリ１の充電制御を行う制御部である。コントローラ１００はリレースイッチ４１の接点を切り替える。コントローラ１００は、電圧センサからの信号及び電流センサからの信号を読み込んで、インバータ３１、３２を制御する。

次に、バッテリ１の電力によるモータ５０の駆動制御について、図１を用いて説明する。

車両を走行可能な状態にするためのメインスイッチがオンになると、コントローラ１００は、バッテリ１とインバータ３１、３２との間のリレースイッチ（図示しない）をオンにし、リレースイッチ４１のａ接点を閉じる。バッテリ１の電力は、インバータ３１を介してモータ５０の第１巻線５１に供給され、インバータ３２を介してモータ５０の第２巻線５２に供給される。

コントローラ１００は、バッテリ１からインバータ３１、３２に入力される電力に対して、モータ５０から要求トルクを出力させるように、インバータ３１、３２のＰＷＭ制御を行う。

コントローラ１００は、図示しない運転者によって操作されるアクセルの開度を検出するアクセルセンサの検出値等の車両情報に基づくトルク指令値、電圧センサ２１、２２の検出電圧、及び、モータ５０の回転速度を検出するセンサ（図示しない）の検出値から電流指令値を算出する。そして、コントローラ１００は、電流センサ（図示しない）からの信号を読み込み、相電流の検出値を電流指令値と一致させる指令値を算出し、当該指令値からインバータ３１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びインバータ３１のスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２を駆動させるＰＷＭ信号を生成して、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２に出力する。これにより、インバータ３１、３２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２において、スイッチング動作が行われバッテリ１の電力でモータ５０が駆動する。

次に、交流電源８の電力によるバッテリ１の充電について、図２を用いて説明する。図２は、交流電源８を用いて、バッテリ１を充電している場合の図１の等価回路である。

まず、交流電源８の電力でバッテリ１を充電する際の回路構成について、説明する。交流電源８の電力でバッテリ１を充電する場合には、リレースイッチ４１のｂ接点は閉じた状態であり、ａ接点は開いた状態である。

リレースイッチ４１のｂ接点が閉じられることで、リレースイッチ４１の接点ｂ、平滑リアクトル４２、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点及び平滑コンデンサ３２１、３２２の接続点を含む閉回路が形成される。力率改善回路４０内には、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８及びダイオードＤ７、Ｄ８のハーフブリッジ回路（インバータ３１の１レグ）が形成され、当該ハーブブリッジ回路は、平滑コンデンサ３２１、３２２を介して、平滑コンデンサ３２１、３２２の接続点に接続されている。

すなわち、力率改善回路４０は、インバータ３２のスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８、ダイオードＤ７、Ｄ８、及び平滑コンデンサ３２１、３２２を含む回路により構成されている。言い換えると、力率改善回路４０は、インバータ３２の回路構成であるスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８、ダイオードＤ７、Ｄ８、及び平滑コンデンサ３２１、３２２を利用して、構成されている。そのため、本例は、力率改善回路４０用に、別途スイッチング素子又はダイオードを設けていない。

リレースイッチ６３のａ接点は開いているため、インバータ３１のＵ相のアーム回路と、インバータ３２のＵ相のアーム回路の間は、コイル５１ｕ、５２ｕを介して、電気的に導通していない。一方、インバータ３１のｖ、ｗ相のアーム回路と、インバータ３２のｖ、ｗ相のアーム回路の間は、コイル５１ｖ、５２ｖ及びコイル５１ｗ、５２ｗを介して、電気的に導通している。そのため、インバータ３１、３２及びモータ５０は、１次側の２相分アーム、２つのトランス、及び２次側の２相アームの順を電力フローとする、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００を構成している。

交流電源８の電力によるバッテリ１の充電時のコントローラ１００の制御について説明する。充電ケーブルが充電ポート７に接続されることで、交流電源８によりバッテリ１の充電が可能な状態になると、コントローラ１００は、リレースイッチ４１のｂ接点を閉じる。

コントローラ１００は、スイッチング素子Ｑ７を常時オフにしつつ、スイッチング素子Ｑ８のオン、オフを切り替えるスイッチング動作、及び、スイッチング素子Ｑ８を常時オフにしつつ、スイッチング素子Ｑ７のオン、オフを切り替えるスイッチング動作を、交流電源８の交流電圧の極性に応じて、交互に行う。そして、電圧が、平滑リアクトル４２及びダイオードＤ７、Ｄ８により平滑される。

また、コントローラ１００は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周期を制御することで、交流電源８から力率改善回路４０に入力される交流電力の力率を改善している。これにより、力率改善回路５０は、力率の改善作用を有しつつ、整流作用も有している。

コントローラ１００は、スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２のオン、オフを切り替える。インバータ３２のｖ、ｗ相は、スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２及びダイオードＤ９〜Ｄ１２のフルブリッジ回路で構成されている。そして、当該フルブリッジ回路は、スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２のスイッチング動作により、力率改善回路から入力される直流電力を交流電力に変換して、コイル５２ｖ、５２ｗに出力する。

コイル５２ｖ、５２ｗに交流電流が流れると、コイル５１ｖ、５１ｗ、５２ｖ、５２ｗがトランスとして作用し、コイル５１ｖ、５１ｗに誘導電流が流れる。第１巻線５１の誘導電流は、モータ５０からインバータ３１に流れる。

コントローラ１００は、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン及びオフを切り替え、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を常時オフとする。インバータ３１のうちｖ、ｗ相に相当するフルブリッジ回路は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のスイッチング動作により、モータ５０から入力される交流電力を直流電力に変換して、出力する。そして、インバータ３１から出力される直流電力は、バッテリ１に供給される。これにより、バッテリ１が充電される。

また、コントローラ１００は、電圧センサ２の検出電圧を用いて、バッテリ１の電圧と、交流電源８の交流電圧の波高値とを比較している。なお、交流電源８の交流電圧は、電圧センサを用いて検出すればよい。

そして、バッテリ１の電圧が、交流電源８の交流電圧の波高値の２倍以下である場合には、コントローラ１００は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６、Ｑ９〜Ｑ１２のスイッチング動作を制御して、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００の入力電圧を降圧することで、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００の出力電圧をバッテリ１の電圧まで抑える。これにより、バッテリ１には、寿命を低下させるような高電圧が印加されない。

上記ように、本例は、多重巻線を有するモータ５０の第１巻線５１にインバータ３１を、第２巻線５２にインバータ３２を接続し、交流電源８を用いてインバータ３１からの出力電力でバッテリ１を充電する場合には、力率改善回路４０を用いて交流電源８から供給される電力を平滑して、インバータ３１に出力する。

これにより、交流電源８を用いてバッテリ１を充電する場合には、モータ５０及びインバータ３１、３２が絶縁型ＤＣＤＣコンバータとして動作するため、絶縁性を高めることができ、絶縁性を確保するための重量の増加及び高コスト化を防ぐことができる。

ところで、本例とは異なり、バッテリ１と交流電源８が直流的に絶縁されていない場合には、バッテリ１、インバータ３１、３２、モータ５０等を含んだ電動駆動要素と、これら電動駆動要素を収容する筐体との間で、絶縁性を強化した設計が必要となる。そして、車両用のバッテリ１は高出力であって、さらに絶縁性を確保するには、バッテリ１のサイズが大きくなってしまう、という問題もある。

しかしながら、本例は、上記のように、絶縁性の高いシステムであるため、バッテリ１を基礎絶縁相当の設計とすることができ、その結果として、バッテリ１のサイズを小さくすることができる。

また、本例において、力率改善回路４０は、インバータ３１の複数のアーム回路のうち、Ｕ相に相当する一のアーム回路を含む回路により構成されている。これにより、本例は、バッテリ１の充電に係る付帯部品数を削減することができる。

また本例において、力率改善回路４０は、直列接続された複数のコンデンサを含む回路により構成されている。これにより、本例は、バッテリ１の充電に係る付帯部品数を削減することができ、充電装置のコストを抑制することができる。

また本例は、バッテリ１の電圧が交流電源８の交流電圧の波高値の２倍以下である場合には、インバータ３１、３２及び第１、第２巻線５１、５２で構成される絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００を用いて、インバータ３２に入力される交流電圧を降圧している。すなわち、本例は、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００をフォワードコンバータとして動作させることで、バッテリ１の負荷を低減しつつ、充電を行うことができる。その結果として、充電に伴うバッテリ１の寿命の低下を抑制することができる。

また、本例は、充電ポート７を、インバータ３２のＵ相に相当するスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点と、インバータ３２との間に、接続する。これにより、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング動作によって、交流電源８の交流電力を平滑する際に、電流をダイオードＤ７、Ｄ８に流すことができる。その結果として、インバータ３１の回路素子の一部であるダイオードＤ７、Ｄ８を、力率改善回路４０の平滑回路に利用することができるため、付帯部品数を、削減することができる。

上記のインバータ３１が本発明の「第１インバータ」に相当し、インバータ３２が本発明の「第２インバータ」に相当し、力率改善回路４０が本発明の「回路部」に相当し、コントローラ１００が本発明の「制御部」に相当する。

《第２実施形態》
図３は、本発明の他の実施形態に係る充電装置を含む充電システムのブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、平滑リアクトル４２を設けていない点、及び力率改善回路４０とモータ５０との間の結線が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

本例の充電システムは、第１実施形態に係る力率改善回路４０の平滑リアクトル４２を、モータ５０の第２巻線５２のｕ相のコイル５２ｕで代用している。

リレースイッチ４１は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点とコイル５２ｕとの間の電流経路、及び、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点と充電ポート７の一方の端子との間の電流経路を切り替え可能とするスイッチである。リレースイッチ４１のａ接点は配線でコイル５２ｕに接続され、ｂ接点は配線で充電ポート７の一方の端子に接続されている。

また、第１巻線５２を構成するコイル５２ｕ〜５２ｖの接続点と、平滑コンデンサ３２１、３２２の接続点とが、配線により接続されている。

充電ポート７は、リレースイッチ４１を介してスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点と第２巻線５２のコイル５２ｕとの間に接続されている。

次に、交流電源８の電力によるバッテリ１の充電について、図４を用いて説明する。図４は、交流電源８を用いて、バッテリ１を充電している場合の図３の等価回路である。

リレースイッチ４１のｂ接点が閉じられることで、リレースイッチ４１の接点ｂ、コイル５２ｕ、コイル５２ｕ、５２ｖ、５２ｗの接続点、平滑コンデンサ３２１、３２２の接続点、及びスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点を含む閉回路が形成される。力率改善回路４０内には、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８及びダイオードＤ７、Ｄ８のハーフブリッジ回路（インバータ３２の１レグ）が形成され、当該ハーブブリッジ回路は、平滑コンデンサ３２１、３２２を介して、平滑コンデンサ３２１、３２２の接続点に接続されている。

すなわち、力率改善回路４０は、インバータ３２のスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８、ダイオードＤ７、Ｄ８、及びコイル５２ｕを含む回路により構成されている。言い換えると、力率改善回路４０は、インバータ３２の回路構成であるスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８、ダイオードＤ７、Ｄ８、及びモータ５０の構成であるコイル５２ｕを利用して、構成されている。そのため、本例は、力率改善回路４０用に、別途スイッチング素子又はダイオードを設けておらず、平滑リアクトルも設けていない。

そして、第１実施形態と同様に、インバータ３２の回路構成のうち、力率改善回路４０を構成しないスイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２及びダイオードＤ９〜Ｄ１２と、コイル５１ｖ、５１ｗ、５２ｖ、５２ｗと、インバータ４０のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６及びダイオードＤ３〜Ｄ６が、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００を構成している。

上記のように、本例において、力率改善回路４０は、ｕ相に相当するアーム回路と、第２巻線５２の複数のコイル（巻線）のうちｕ相に相当するアーム回路に接続されたコイル５２ｕとを含む回路により構成されている。これにより、本例は、バッテリ１の充電に係る付帯部品数を削減することができ、充電装置のコストを抑制することができる。

また本例は、充電ポート７を、インバータ３２のＵ相に相当するスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点と、モータ５０の第２巻線５２との間に、接続する。これにより、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング動作によって、交流電源８の交流電力を平滑する際に、電流をダイオードＤ７、Ｄ８に流すことができる。その結果として、インバータ３１の回路素子の一部であるダイオードＤ７、Ｄ８を、力率改善回路４０の平滑回路に利用することができるため、付帯部品数を、削減することができる。

《第３実施形態》
図５は、本発明の他の実施形態に係る充電装置を含む充電システムにおいて、交流電源８を用いて、バッテリ１を充電している場合の等価回路である。本例では上述した第２実施形態に対して、降圧コンバータを設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第２実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

降圧コンバータ６０は、双方向の降圧コンバータであって、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６及びダイオードＤ３〜Ｄ６と、バッテリ１との間に接続されている。降圧コンバータ４０は、リレースイッチ６１と、平滑リアクトル６２と、平滑コンデンサ６３とを有している。

リレースイッチ６１は、ａ接点とｂ接点とを有している。ａ接点は、配線でコイル５１ｕに接続され、ｂ接点は、平滑リアクトル６２を介して、バッテリ１の入力側に接続されている。

リレースイッチ６１のａ接点が閉じることで、インバータ３１のｕ相のアーム回路とコイル５１ｕとの間が導通する。一方、リレースイッチ６１のｂ接点が閉じることで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とバッテリ１とが導通し、インバータ３１のｕ相のアーム回路とコイル５１ｕとの間が遮断する。

平滑リアクトル６２は、リレースイッチ６１のｂ接点と電源線Ｐとを接続する配線に設けられている。平滑コンデンサ６３は、バッテリ１とリレースイッチ９との間で、電源線Ｐ，Ｎ間に接続されている。

リレースイッチ９は、バッテリ１とインバータ３１との間を、導通、遮断するためのスイッチである。バッテリ１の電力でモータ５０を駆動させる場合には、リレースイッチ９はオンとなる。一方、交流電源８でバッテリ１を充電する場合には、リレースイッチ９はオフになる。

次に、交流電源８の電力によるバッテリ１の充電について、説明する。力率改善回路４０及び絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００と、コントローラ１００による力率改善回路４０及び絶縁ＤＣＤＣコンバータの制御は、第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。

コントローラ１００は、交流電源８でバッテリ１を充電する際に、リレースイッチ６１のｂ接点を閉じる。リレースイッチｂ接点が閉じられることで、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ２、平滑リアクトル６２及び平滑コンデンサ６３の閉回路が形成される。そして、この閉回路は、降圧チョッパ回路となり、絶縁ＤＣＤＣコンバータ６０からの入力電圧を降圧して、バッテリ１へ出力することが可能となる。

コントローラ１００は、電圧センサ２の検出電圧を用いて、バッテリ１の電圧と、交流電源８の交流電圧の波高値とを比較し、バッテリ１の電圧が交流電源８の交流電圧の波高値の２倍以下である場合には、スイッチング素子Ｑ２を常時オフとし、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフを切り替えることで、降圧コンバータ６０を動作させる。

これにより、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００の出力電圧をバッテリ１の電圧まで抑える。また、インバータ３１のｕ相のアーム回路を利用して、降圧コンバータを構成することができる。

上記のように、本例は、インバータ３１のｕ相のアーム回路を含む回路で降圧コンバータ６０を構成し、バッテリ１の電圧が交流電源８の交流電圧の波高値の２倍以下である場合には、降圧コンバータ６０に入力電圧を降圧してバッテリ１に出力する。これにより、降圧コンバータを用いてバッテリ１の充電装置を構築する際に、付帯部品数を削減することができ、充電装置のコストを抑制することができる。

また、本例は、バッテリ１の充電時に２次側として作用するインバータ３１のｕ相のアーム回路を利用して、双方降圧コンバータを構成することで、絶縁ＤＣＤＣコンバータ２００の出力電圧を降圧して、バッテリ１に供給することができる。さらに、バッテリ１の負荷を低減しつつ、充電を行うことができる。その結果として、充電に伴うバッテリ１の寿命の低下を抑制することができる。

１…バッテリ
２…電圧センサ
７…充電ポート
８…交流電源
９…リレースイッチ
３１、３２…インバータ
３１１、３２１、３２２…平滑コンデンサ
４０…力率改善回路
４１…リレースイッチ
４２…平滑リアクトル
５０…モータ
５１、５２…巻線
６０…降圧コンバータ
６１…リレースイッチ
６２…平滑リアクトル
６３…平滑コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ１２…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ１２…ダイオード
Ｐ、Ｎ…電源線

Claims (6)

1. 交流電力供給源からの電力でバッテリを充電する充電装置において、
   多重巻線を有するモータと、
   前記多重巻線のうち一方の巻線と前記バッテリとの間に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換し前記モータに出力する第１インバータと、
   前記多重巻線のうち他方の巻線と前記バッテリとの間に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換し前記モータに出力する第２インバータと、
   前記交流電力供給源から入力される交流電力の力率を改善する回路部と、
   前記第１インバータ、前記第２インバータ及び前記回路部を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、
   前記交流電力供給源を用いて前記第１インバータからの出力電力で前記バッテリを充電する場合には、前記回路部を用いて前記交流電力供給源から供給される電力を平滑して、前記回路部から前記第２インバータに電力を出力し、
   前記第２インバータは、
   スイッチング素子及びダイオードの並列回路を、一対に直列接続したアーム回路を複数有し、
   前記回路部は、
   前記複数のアーム回路のうち一のアーム回路を含む回路により構成されている
   ことを特徴とする充電装置。
2. 請求項１記載の充電装置であって、
   前記第２インバータは、
   前記複数のアーム回路に対して並列で、直列接続された複数のコンデンサを有し、
   前記回路部は、
   前記複数のコンデンサを含む回路により構成されている
   ことを特徴とする充電装置。
3. 請求項１又は２に記載の充電装置であって、
   前記他方の巻線は、
   前記複数のアーム回路に対応して、それぞれ接続された複数の巻線により構成され、
   前記回路部は、
   前記複数の巻線のうち、前記一のアーム回路に接続された巻線を含む回路により構成されている
   ことを特徴とする充電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電装置であって、
   前記制御部は、
   前記バッテリの電圧が前記交流電力供給源の交流電圧の波高値の２倍以下である場合には、前記第１インバータ、前記多重巻線、及び前記第２インバータで構成されるコンバータを用いて、前記第２インバータに入力される交流電圧を降圧する
   ことを特徴とする充電装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の充電装置であって、
   前記バッテリと前記第１インバータとの間に接続され、電圧を降圧する降圧コンバータをさらに備え、
   前記第１インバータは、
   スイッチング素子及びダイオードの並列回路を、一対に直列接続したアーム回路を複数有し、
   前記降圧コンバータは、
   前記第１インバータの前記複数のアーム回路のうち一のアーム回路を含む回路により構成され、
   前記制御部は、
   前記バッテリの電圧が前記交流電力供給源の交流電圧の波高値の２倍以下である場合には、前記降圧コンバータへの入力電圧を降圧して前記バッテリに出力する
   ことを特徴とする充電装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の充電装置であって、
   前記交流電力供給源と電気的に接続されるコネクタをさらに備え、
   前記コネクタは、
   前記一のアーム回路に含まれる前記複数のスイッチング素子の接続点と前記第２インバータとの間、又は、前記接続点と前記他方の巻線との間に、接続されている
   ことを特徴とする充電装置。

Images