JP2014176164A - 車載充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリを充電することにより、小型化すること。
【解決手段】車載充電装置１００は、駆動インバータ１５０の３相ブリッジ回路１０８を用いて車載バッテリ１７０に蓄積された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を駆動モータ１８０に供給して走行する車輌に搭載される。一次コイル１０４は、外部電源１６０から交流電力の供給を受ける。二次コイル１０５は、３相ブリッジ回路１０８と電気的に接続し、一次コイル１０４と電磁結合することにより、一次コイル１０４に供給される交流電力の電圧を変圧し、３相ブリッジ回路１０８を介して車載バッテリ１７０を充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリに蓄積された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力の供給を受けて走行する車輌に搭載される車載充電装置に関する。

従来、外部電源に接続して車輌に搭載される車載バッテリを充電する車載充電装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の車載充電装置は、入力電流を半サイクル毎に交流電源の入力電圧と相似形の正弦波にすることで力率を改善する力率改善回路と、１００ｋＨｚ乃至１４０ｋＨｚの周波数でスイッチングされてトランスパルスを生成するスイッチング回路と、トランスパルスをトランスによって変圧するとともに平滑化することで２００Ｖ乃至４００Ｖの直流電圧を車載バッテリに供給する整流回路とを備えている。

特開２０１０−１５１５９５号公報

しかしながら、特許文献１においては、力率改善回路、スイッチング回路及び整流回路の各回路が車載充電装置専用の回路であり、車載充電装置が他の装置から独立した回路構成を有するため、車載充電装置の小型化に限界があるという問題がある。

本発明の目的は、駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリを充電することにより、小型化することができる車載充電装置を提供することである。

本発明に係る車載充電装置は、駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリに蓄積された直流電力を交流電力に変換し、前記変換した交流電力を駆動モータに供給して走行する車輌に搭載される車載充電装置であって、外部電源から交流電力の供給を受ける一次コイルと、前記３相ブリッジ回路と電気的に接続し、前記一次コイルと電磁結合することにより、前記一次コイルに供給される交流電力の電圧を変圧し、前記３相ブリッジ回路を介して前記車載バッテリを充電する二次コイルと、を有する。

本発明によれば、駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリを充電することにより、小型化することができる。

本発明の実施の形態１に係る車載充電装置及び駆動インバータの構成を示す図 本発明の実施の形態１における外部電源及び一次コイルの電圧変化及び電流変化を示す図 本発明の実施の形態１における車載バッテリの充電方法を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態１に係る車載充電装置のＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すスッチ回路におけるＯＮの期間と充電電流との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る車載充電装置及び駆動インバータの構成を示す図 本発明の実施の形態２における外部電源及び一次コイルの電圧変化及び電流変化を示す図 本発明の実施の形態２における車載バッテリの充電方法を示すタイミングチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
＜車載充電装置の構成＞
本発明の実施の形態１に係る車載充電装置１００の構成について、図１を用いて説明する。

車載充電装置１００は、コモンモード（以下「ＣＭ」と記載する）フィルタ１０１と、スイッチ回路１０２と、スイッチ回路１０３と、一次コイル１０４と、二次コイル１０５と、リレー１０６と、リレー１０７と、制御部１１０と、減磁回路１１１と、リレー１５１と、リレー１５２とから主に構成されている。車載充電装置１００は、駆動インバータ１５０の一部である３相ブリッジ回路１０８及び平滑コンデンサ１０９を用いて車載バッテリ１７０を充電する。一次コイル１０４及び二次コイル１０５は、絶縁トランスを構成している。

ＣＭフィルタ１０１は、外部電源１６０から供給される交流電力に含まれるコモン・モードノイズを除去する。

スイッチ回路１０２は、ＣＭフィルタ１０１と一次コイル１０４の一端側との間に設けられている。スイッチ回路１０２は、制御部１１０の制御に従って、外部電源１６０と一次コイル１０４の一端側及び減磁回路１１１との接続を開閉する。

スイッチ回路１０３は、ＣＭフィルタ１０１と一次コイル１０４の他端側との間に設けられている。スイッチ回路１０３は、制御部１１０の制御に従って、外部電源１６０と一次コイル１０４の他端側及び減磁回路１１１との接続を開閉する。

一次コイル１０４は、ＣＭフィルタ１０１からスイッチ回路１０２及びスイッチ回路１０３を介して交流電力の供給を受けることにより磁界を発生し、二次コイル１０５と電磁結合する。

二次コイル１０５は、一次コイル１０４と電磁結合し、所定の電圧の交流電力を発生する。一次コイル１０４と二次コイル１０５とは、互いに電磁結合して、外部電源１６０から供給される交流電力の電圧を変換する。

リレー１０６は、制御部１１０の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時（車輌の走行時）において、二次コイル１０５の一端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５２との接続を開放する（ＯＦＦにする）。リレー１０６は、制御部１１０の制御に従って、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル１０５の一端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５２との接続を閉じる（ＯＮにする）。

リレー１０７は、制御部１１０の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時において、二次コイル１０５の他端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５１との接続を開放する（ＯＦＦにする）。リレー１０７は、制御部１１０の制御に従って、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル１０５の他端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５１との接続を閉じる（ＯＮにする）。

制御部１１０は、外部から入力する充電開始指示信号、充電停止信号またはイグニション信号に基づいて、スイッチ回路１０２、スイッチ回路１０３、リレー１０６、リレー１０７、３相ブリッジ回路１０８のスイッチング素子２１１〜２１６を開閉する。制御部１１０は、外部から入力する充電開始指示信号、充電停止信号またはイグニション信号に基づいて、減磁回路１１１のＦＥＴ２０１及びＦＥＴ２０２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える。制御部１１０は、電流センサ１２０、１２１により検出した充電電流が所定量になるように、ＯＮとＯＦＦとを交互に切り替えるスイッチ回路１０２またはスイッチ回路１０３におけるＯＮの期間を可変に設定する。

減磁回路１１１は、制御部１１０の制御に従って、外部電源１６０と車載充電装置１００との接続を開放した（ＯＦＦした）後に一次コイル１０４に残存している励磁電流を外部電源１６０に戻す。

リレー１５１及びリレー１５２は、３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との間に設けられている。リレー１５１及びリレー１５２は、制御部１１０の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時において３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との接続をＯＮにし、車載バッテリ１７０の充電時において３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との接続をＯＦＦにする。

＜減磁回路の構成＞
本発明の実施の形態１における減磁回路１１１の構成について、図１を用いて説明する。

減磁回路１１１は、ＦＥＴ２０１及びＦＥＴ２０２を有している。

ＦＥＴ２０１は、ソースがＦＥＴ２０２のソースに接続され、ドレインが一次コイル１０４の一端とスイッチ回路１０２とに接続されている。ＦＥＴ２０１は、制御部１１０の制御に従って、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態になる。

ＦＥＴ２０２は、ソースがＦＥＴ２０１のソースに接続され、ドレインが一次コイル１０４の他端とスイッチ回路１０３とに接続されている。ＦＥＴ２０２は、制御部１１０の制御に従って、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態になる。

＜駆動インバータの構成＞
本発明の実施の形態１における駆動インバータ１５０の構成について、図１を用いて説明する。

駆動インバータ１５０は、３相ブリッジ回路１０８と、平滑コンデンサ１０９と、電流センサ１２０、１２１、１２２とを有している。

駆動インバータ１５０は、車載バッテリ１７０に蓄積されている直流電力を交流電力に変換して、車輌の駆動部である駆動モータ１８０に供給する。

３相ブリッジ回路１０８は、車載バッテリ１７０に蓄積されている電力を整流して駆動モータ１８０に供給する。なお、３相ブリッジ回路１０８の構成の詳細については後述する。

平滑コンデンサ１０９は、車載バッテリ１７０に蓄積されている電力を３相ブリッジ回路１０８に供給する際に電流を平滑化する。

電流センサ１２０、１２１、１２２は、駆動モータ１８０の駆動時において、３相ブリッジ回路１０８の各相と駆動モータ１８０との間に流れる駆動電流を検出する。電流センサ１２０、１２１は、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル１０５から３相ブリッジ回路１０８を介して車載バッテリ１７０に供給される充電電流を検出する。

＜３相ブリッジ回路の構成＞
本発明の実施の形態１における３相ブリッジ回路１０８の構成について、図１を用いて説明する。

３相ブリッジ回路１０８は、二次コイル１０５と車載バッテリ１７０との間に設けられるとともに二次コイル１０５と車載バッテリ１７０との接続を開閉するスイッチング素子２１１〜２１６と、スイッチング素子２１１〜２１６の各々に対して各々逆接続された還流ダイオード２１７〜２２２とを有している。スイッチング素子２１１〜２１６は、スイッチ回路１０２及びスイッチ回路１０３と連携して開閉する。

スイッチング素子２１１及びスイッチング素子２１２は、車載バッテリ１７０の低電位側（−側）と高電位側（＋側）とを接続しているとともに、互いに直列に接続されている。一対のスイッチング素子２１１及びスイッチング素子２１２は、第３相のスイッチング素子を構成している。

スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１４は、車載バッテリ１７０の低電位側と高電位側とを接続しているとともに、互いに直列に接続されている。一対のスイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１４は、第２相のスイッチング素子を構成している。

スイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１６は、車載バッテリ１７０の低電位側と高電位側とを接続しているとともに、互いに直列に接続されている。一対のスイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１６は、第１相のスイッチング素子を構成している。

二次コイル１０５の一端は、スイッチング素子２１３とスイッチング素子２１４との間に接続されている。二次コイル１０５の他端は、スイッチング素子２１５とスイッチング素子２１６との間に接続されている。

３相ブリッジ回路１０８は、充電動作時において、制御部１１０の制御に従って、スイッチング素子２１１〜２１６を開閉して、二次コイル１０５から供給される交流電力を直流電力に変換して車載バッテリ１７０に蓄積させる。３相ブリッジ回路１０８は、駆動モータ１８０の駆動動作時において、制御部１１０の制御に従って、スイッチング素子２１１〜２１６を開閉して、車載バッテリ１７０に蓄積している直流電力を交流電力に変換して駆動モータ１８０に供給する。３相ブリッジ回路１０８は、外部電源１６０を用いて車載バッテリ１７０を充電する際の充電動作と、車載バッテリ１７０を用いて駆動モータ１８０を駆動させる駆動動作との両方に用いられる。即ち、３相ブリッジ回路１０８は、車載充電装置１００と駆動インバータ１５０との両方で兼用される。

＜車載バッテリの充電方法＞
本発明の実施の形態１における車載バッテリ１７０の充電方法について、図１〜図３を用いて説明する。なお、図２では、交流電圧Ｖ_ｍ、Ｖ_ｐ及び励磁電流ｉ_ｔの波形に加えて、スイッチ回路１０２及びスイッチ回路１０３の波形も記載する。また、図２において、交流電圧Ｖ_ｍ、Ｖ_ｐ及び励磁電流ｉ_ｔの波形のタイミングと、スイッチ回路１０２及びスイッチ回路１０３の波形のタイミングとは対応している。

まず、車載充電装置１００は、車載バッテリ１７０を充電する充電動作時において、外部電源１６０が接続部Ｅに接続されることにより、外部電源１６０より図２に実線で示すＶ_ｍの電圧変化を生じる交流電力の供給を受ける。

車載充電装置１００の制御部１１０は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、リレー１０６及びリレー１０７をＯＮにするとともに、リレー１５１及びリレー１５２をＯＦＦにする。

また、制御部１１０は、図３に示すように、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、一定の周波数でＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すようにスイッチ回路１０２を切り替えるとともに、スイッチ回路１０３をＯＮにする。これにより、一次コイル１０４には、図２に実線で示すように、交流電圧Ｖ_ｍよりも高い周波数の交流電圧Ｖ_ｐが供給される。

また、制御部１１０は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、減磁回路１１１のＦＥＴ２０２をＯＮするとともに、ＦＥＴ２０１をＯＦＦにする。

１次コイル１０４には、スイッチ回路１０２がＯＮの時に励磁電流ｉ_ｔが流れる。また、１次コイル１０４の励磁電流ｉ_ｔは、スイッチ回路１０２がＯＦＦの時に、ＦＥＴ２０２とＦＥＴ２０１とのボディーダイオードを介し、外部電源１６０へ流れる。そして、励磁電流ｉ_ｔの流れは、１次コイル１０４の磁界の減衰により減衰して停止する。なお、図２に示すように、交流電圧Ｖ_ｍ、Ｖ_ｐと励磁電流ｉ_ｔとは、位相のズレがない。また、図２において、励磁電流ｉ_ｔは、破線で示す。

さらに、制御部１１０は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、スイッチ回路１０２をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１４をＯＮにするとともに、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１６をＯＦＦにする。

そして、制御部１１０は、スイッチ回路１０２をＯＮした直後に、スイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１４をＯＦＦする。なお、制御部１１０は、時刻ｔ０〜ｔ１において、スイッチング素子２１１及びスイッチング素子２１２をＯＦＦにする。

車載充電装置１００及び駆動インバータ１５０では、時刻ｔ０〜ｔ１において、上記動作により以下のような電流の流れが生じる。

スイッチ回路１０２がＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すことにより、一次コイル１０４には、Ｓ１方向の励磁電流ｉ_ｔが流れる。また、スイッチ回路１０２がＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１４がＯＮすることにより、一次コイル１０４と電磁結合した二次コイル１０５には、車載バッテリ１７０の電圧よりも高電圧の誘導起電力が生じて、誘導電流が発生する。また、この誘導電流は、二次コイル１０５からリレー１０６に向かうＳ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１４及びスイッチング素子２１５を介して二次コイル１０５に戻る。

続いて、スイッチ回路１０２がＯＮした直後に、スイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１４がＯＦＦすることにより、二次コイル１０５の誘導電流は、二次コイル１０５からＳ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１４がＯＦＦであるため、還流ダイオード２１９をＳ３方向に流れる。さらに、Ｓ３方向に流れた電流は、Ｓ４方向より車載バッテリ１７０に供給される。即ち、車載充電装置１００には、Ｓ１〜Ｓ４の向きに充電電流が流れる。

また、制御部１１０は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、スイッチ回路１０２をＯＮにするとともに、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すようにスイッチ回路１０３を切り替える。これにより、一次コイル１０４には、図２に示すように、交流電圧Ｖ_ｍよりも高い周波数の交流電圧Ｖｐが供給される。

また、制御部１１０は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、減磁回路１１１のＦＥＴ２０１をＯＮするとともに、ＦＥＴ２０２をＯＦＦにする。この際、制御部１１０は、図２及び図３に示すように、スイッチ回路１０３を一定の周波数でＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すよう切り替える。

１次コイル１０４には、スイッチ回路１０３がＯＮの時に励磁電流ｉ_ｔが流れる。また、１次コイル１０４の励磁電流は、スイッチ回路１０３がＯＦＦの時、ＦＥＴ２０１とＦＥＴ２０２とのボディーダイオードを介し、外部電源１６０へ流れる。そして、励磁電流ｉ_ｔの流れは、１次コイルの磁界の減衰により減衰して停止する。

さらに、制御部１１０は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、スイッチ回路１０３をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１６及びスイッチング素子２１３をＯＮにするとともに、スイッチング素子２１５及びスイッチング素子２１４をＯＦＦにする。

そして、制御部１１０は、スイッチ回路１０２をＯＮした直後に、スイッチング素子２１６及びスイッチング素子２１３をＯＦＦする。なお、制御部１１０は、時刻ｔ１〜ｔ２において、スイッチング素子２１１及びスイッチング素子２１２をＯＦＦにする。

車載充電装置１００及び駆動インバータ１５０では、時刻ｔ１〜ｔ２において、上記動作により以下のような電流の流れが生じる。

スイッチ回路１０３がＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すことにより、一次コイル１０４には、Ｒ１方向の励磁電流ｉ_ｔが流れる。また、スイッチ回路１０２をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１６及びスイッチング素子２１３がＯＮすることにより、一次コイル１０４と電磁結合した二次コイル１０５には、車載バッテリ１７０の電圧よりも高電圧の誘導起電力が生じて、誘導電流が発生する。また、この誘導電流は、二次コイル１０５からリレー１０７に向かうＲ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１６を介して二次コイル１０５に戻る。

続いて、スイッチ回路１０２をＯＮした直後に、スイッチング素子２１６及びスイッチング素子２１３をＯＦＦすることにより、二次コイル１０５の誘導電流は、二次コイル１０５からＲ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１６がＯＦＦであるため、還流ダイオード２２１をＲ３方向に流れる。さらに、Ｒ３方向に流れた電流は、Ｒ４方向より車載バッテリ１７０に供給される。即ち、車載充電装置１００には、Ｒ１〜Ｒ４の向きに充電電流が流れる。

＜車載充電装置及び駆動インバータの動作＞
本発明の実施の形態１における車載充電装置１００及び駆動インバータ１５０の動作について、図１〜図３を用いて説明する。

駆動インバータ１５０は、車載充電装置１００が動作していない場合かつ駆動モータ１８０の駆動動作時において、以下の動作を行う。

即ち、制御部１１０は、リレー１０６及びリレー１０７をＯＦＦにするとともに、リレー１５１及びリレー１５２をＯＮにする。そして、３相ブリッジ回路１０８は、制御部１１０の制御に従って、車載バッテリ１７０に蓄積されている直流電力を交流電力に変換して、リレー１５１及びリレー１５２を介して駆動モータ１８０に供給する。

また、駆動インバータ１５０は、車載充電装置１００が動作していない場合かつ駆動モータ１８０の駆動動作時において、以下の動作を行う。

即ち、制御部１１０は、駆動モータ１８０の各相に流れる駆動電流を、電流センサ１２０、電流センサ１２１及び電流センサ１２２によって検出し、各相の駆動電流が所定の電流値になるよう、３相ブリッジ回路１０８の各相のスイッチング素子２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６のＯＮ及びＯＦＦの制御を行い、駆動モータ１８０に所定の駆動トルクを発生させる。

一方、車載充電装置１００は、駆動インバータ１５０が動作していない場合かつ、車載バッテリ充電１７０の充電時において、以下の動作を行う。

即ち、制御部１１０は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間に流れる充電電流Ｓ３、及び時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間に流れる充電電流Ｒ３を、それぞれ電流センサ１２１及び電流センサ１２０によって検出する。そして、制御部１１０は、所定の充電電流量になるように、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すスイッチ回路１０２またはスイッチ回路１０３のＯＮの期間を制御する。

＜充電電流量の制御方法＞
本発明の実施の形態１における充電電流量の制御方法について、図４を用いて説明する。

図４は、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すスイッチ回路１０２またはスイッチ回路１０３のＯＮの時間と、１次コイル１０４の励磁電流ｉｔの動作を示す図である。図４において、１次コイル１０４の励磁電流ｉｔ０、ｉｔ１は、それぞれ制御部１１０によってスイッチ回路１０２のＯＮの時間をＰｔ０及びＰｔ１（Ｐｔ０＞Ｐｔ１）に設定した場合の波形を示す。また、励磁電流ｉｔ０は、最大電流である。

制御部１１０は、図４に示すように、スイッチ回路１０２、１０３のＯＮの期間を任意に設定することにより、１次コイル１０４に流れる励磁電流ｉｔを可変にして、２次コイル１０５に発生する充電電流量を制御する。

＜実施の形態１の効果＞
本実施の形態によれば、駆動インバータ１５０の一部である３相ブリッジ回路１０８及び平滑コンデンサ１０９を用いて車載バッテリ１７０を充電することにより、従来の充電装置の整流回路を無くすることができるので、車載充電装置１００を小型化することができる。

また、本実施の形態によれば、スイッチ回路１０２及びスイッチ回路１０３において断続的にＯＮとＯＦＦとを切り替えるので、外部電源１６０から一次コイル１０４に対して供給される交流電流を外部電源の周波数より高い周波数にすることができ、絶縁トランスを小型化することができる。

また、本実施の形態では、交流電源を直接スイッチングするため、外部電源１６０から供給される交流電圧の位相に対して、負荷電流の位相が大きくずれない。これにより、本実施の形態によれば、従来の充電装置の力率改善回路を無くすることができるので、車載充電装置１００を小型化することができる。

また、本実施の形態では、車載充電装置１００の外部電源１６０との接続部Ｅと、車載バッテリ１７０との間に絶縁トランスを設けた。これにより、本実施の形態によれば、３相ブリッジ回路１０８が故障した場合であっても、車載バッテリ１７０の高電圧が外部電源１６０との接続部Ｅに印加されることを防ぐことができ、安全性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、車載バッテリ１７０の充電時には３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との接続をＯＦＦにする。これにより、本実施の形態によれば、外部電源１６０から供給される交流電力が駆動モータ１８０に供給されることを防ぐことができ、車載バッテリ１７０の充電効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、車載バッテリ１７０の充電時と駆動モータ１８０を駆動する
走行時とで電流センサ１２０、１２１、１２２を共用する構成とした。これにより、本実施の形態によれば、車載充電装置１００を小型化することができる。

また、本実施の形態では、車載バッテリ１７０の充電時において、外部電源１６０からの交流電力を直接スイッチングするスイッチング時間を可変とすることにより、充電電流量を任意に設定できる構成とした。これにより、本実施の形態によれば、充電電流量に応じて、外部電源１６０からの入力を制限することができ、車載充電装置１００の充電効率を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、充電電流量を車載バッテリ１７０の充電状態に応じて制御することができ、車載バッテリ１７０の安全性を確保することができる。

（実施の形態２）
＜車載充電装置の構成＞
本発明の実施の形態２に係る車載充電装置４００の構成について、図５を用いて説明する。

図５に示す車載充電装置４００は、図１に示す実施の形態１に係る車載充電装置１００と比較して、スイッチ回路４０１と、スイッチ回路４０２と、一次コイル４０３と、二次コイル４０４と、リレー４０５と、リレー４０６と、減磁回路４０７と、リレー４５１を追加し、制御部１１０の代わりに制御部４０８を有している。なお、図５において、図１と同一構成である部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

車載充電装置４００は、ＣＭフィルタ１０１と、スイッチ回路１０２と、スイッチ回路１０３と、一次コイル１０４と、二次コイル１０５と、リレー１０６と、リレー１０７と、減磁回路１１１と、リレー１５１と、リレー１５２と、スイッチ回路４０１と、スイッチ回路４０２と、一次コイル４０３と、二次コイル４０４と、リレー４０５と、リレー４０６と、減磁回路４０７と、制御部４０８と、リレー４５１とから主に構成されている。車載充電装置４００は、駆動インバータ１５０の一部である３相ブリッジ回路１０８及び平滑コンデンサ１０９を用いて車載バッテリ１７０を充電する。一次コイル４０３及び二次コイル４０４は、絶縁トランスを構成している。

スイッチ回路１０２は、ＣＭフィルタ１０１と一次コイル１０４の一端側との間に設けられている。スイッチ回路１０２は、制御部４０８の制御に従って、外部電源１６０と一次コイル１０４の一端側及び減磁回路１１１との接続を開閉する。

スイッチ回路１０３は、ＣＭフィルタ１０１と一次コイル１０４の他端側との間に設けられている。スイッチ回路１０３は、制御部４０８の制御に従って、外部電源１６０と一次コイル１０４の他端側及び減磁回路１１１との接続を開閉する。

スイッチ回路４０１は、ＣＭフィルタ１０１と一次コイル４０３の一端側との間に設けられている。スイッチ回路４０１は、制御部４０８の制御に従って、外部電源１６０と一次コイル４０３の一端側及び減磁回路４０７との接続を開閉する。

スイッチ回路４０２は、ＣＭフィルタ１０１と一次コイル４０３の他端側との間に設けられている。スイッチ回路４０２は、制御部４０８の制御に従って、外部電源１６０と一次コイル４０３の他端側及び減磁回路４０７との接続を開閉する。

一次コイル４０３は、ＣＭフィルタ１０１からスイッチ回路４０１及びスイッチ回路４０２を介して交流電力の供給を受けることにより磁界を発生し、二次コイル４０４と電磁結合する。

二次コイル４０４は、一次コイル４０３と電磁結合し、所定の電圧の交流電力を発生する。一次コイル４０３と二次コイル４０４とは、互いに電磁結合して、外部電源１６０から供給される交流電力の電圧を変換する。

リレー１０６は、制御部４０８の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時において、二次コイル１０５の一端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５２との接続を開放する（ＯＦＦにする）。リレー１０６は、制御部４０８の制御に従って、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル１０５の一端と３相ブリッジ回路１０８との接続を閉じる（ＯＮにする）。

リレー１０７は、制御部４０８の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時において、二次コイル１０５の他端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５１との接続を開放する（ＯＦＦにする）。リレー１０７は、制御部４０８の制御に従って、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル１０５の他端と３相ブリッジ回路１０８との接続を閉じる（ＯＮにする）。

リレー４０５は、制御部４０８の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時において、二次コイル４０４の一端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー１５２との接続を開放する（ＯＦＦにする）。リレー４０５は、制御部４０８の制御に従って、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル４０４の一端と３相ブリッジ回路１０８との接続を閉じる（ＯＮにする）。

リレー４０６は、制御部４０８の制御に従って、駆動モータ１８０の駆動時において、二次コイル４０４の他端と３相ブリッジ回路１０８及びリレー４５１との接続を開放する（ＯＦＦにする）。リレー４０６は、制御部４０８の制御に従って、車載バッテリ１７０の充電時において、二次コイル４０４の他端と３相ブリッジ回路１０８との接続を閉じる（ＯＮにする）。

減磁回路１１１は、制御部４０８の制御に従って、外部電源１６０と車載充電装置１００との接続を開放した（ＯＦＦした）後に一次コイル１０４に残存している励磁電流を外部電源１６０に戻す。

減磁回路４０７は、制御部４０８の制御に従って、外部電源１６０と車載充電装置４００との接続を開放した（ＯＦＦした）後に一次コイル４０３に残存している励磁電流を外部電源１６０に戻す。なお、減磁回路４０７の構成は図１に示す減磁回路１１１と同一構成であるので、その説明を省略する。

制御部４０８は、外部から入力する充電開始指示信号、充電停止信号またはイグニション信号に基づいて、スイッチ回路１０２、スイッチ回路１０３、リレー１０６、リレー１０７、３相ブリッジ回路１０８のスイッチング素子２１１〜２１６、スイッチ回路４０１、スイッチ回路４０２、リレー４０５、リレー４０６及びリレー４５１を開閉する。制御部４０８は、外部から入力する充電開始指示信号、充電停止信号またはイグニション信号に基づいて、減磁回路１１１のＦＥＴ２０１及びＦＥＴ２０２と、減磁回路４０７の図示しないＦＥＴとにおけるＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える。

リレー１５１、リレー１５２及びリレー４５１は、３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との間に設けられている。リレー１５１、リレー１５２及びリレー４５１は、制御部４０８の制御に従って、車輌の走行時において３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との接続をＯＮにし、車載バッテリ１７０の充電時において３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との接続をＯＦＦにする。

＜３相ブリッジ回路の構成＞
本発明の実施の形態２における３相ブリッジ回路１０８の構成について、図５を用いて説明する。

３相ブリッジ回路１０８は、二次コイル１０５及び二次コイル４０４と車載バッテリ１７０との間に設けられる。３相ブリッジ回路１０８は、二次コイル１０５及び二次コイル４０４と車載バッテリ１７０との接続を開閉するスイッチング素子２１１〜２１６を有している。

３相ブリッジ回路１０８は、充電動作時において、制御部４０８の制御に従って、スイッチング素子２１１〜２１６を開閉して、二次コイル１０５及び二次コイル４０４から供給される交流電力を直流電力に変換して車載バッテリ１７０に蓄積させる。３相ブリッジ回路１０８は、外部電源１６０を用いて車載バッテリ１７０を充電する際の充電動作と、車載バッテリ１７０を用いて駆動モータ１８０を駆動させる駆動動作との両方に用いられている。即ち、３相ブリッジ回路１０８は、車載充電装置４００と駆動インバータ１５０との両方で兼用される。

なお、３相ブリッジ回路１０８における上記以外の構成は上記実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。

＜車載バッテリの充電方法＞
本発明の実施の形態２における車載バッテリ１７０の充電方法について、図５〜図７を用いて説明する。図６において、図６（ａ）は、外部電源１６０及び一次コイル１０４の電圧変化及び電流変化を示し、図６（ｂ）は、外部電源１６０及び一次コイル４０３の電圧変化及び電流変化を示す。

なお、図５において、スイッチ回路１０２、スイッチ回路１０３、スイッチング素子２１５、２１６、ＦＥＴ２０１及びＦＥＴ２０２のＯＮ及びＯＦＦのタイミングは図３と同一であるので、その説明を省略する。また、図５において、スイッチ回路４０１及びスイッチ回路４０２に対する減磁回路４０７の動作は、スイッチ回路１０２及びスイッチ回路１０３に対する減磁回路１１１の動作と同一であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、Ｓ１〜Ｓ４及びＲ１〜Ｒ４の電流の流れは上記実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。

まず、車載充電装置４００は、車載バッテリ１７０を充電する充電動作時において、外部電源１６０が接続部Ｅに接続されることにより、外部電源１６０より図６にＶ_ｍで示す電圧変化を生じる交流電力の供給を受ける。

車載充電装置４００の制御部４０８は、時刻ｔ０〜ｔ１において、リレー１０６、リレー１０７、リレー４０５及びリレー４０６をＯＮにするとともに、リレー１５１、リレー１５２及びリレー４５１をＯＦＦにする。

また、制御部４０８は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、図７に示すように、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すようにスイッチ回路１０２を切り替えるとともに、スイッチ回路１０３をＯＮにする。これにより、一次コイル１０４には、図６に示すように、交流電圧Ｖ_ｍよりも高い周波数の交流電圧Ｖ_ｐが供給される。

また、車載充電装置４００の制御部４０８は、時刻ｔ０〜ｔ１において、図７に示すように、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すようにスイッチ回路４０１を切り替えるとともに、スイッチ回路４０２をＯＮにする。これにより、一次コイル４０３には、図６に示すように、交流電圧Ｖ_ｍよりも高い周波数の交流電圧Ｖ_ｑが供給される。

また、制御部４０８は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、減磁回路１１１及び減磁回路４０７の図示しないＦＥＴを、実施の形態１と同様に制御する。これにより、１次コイル１０４には、励磁電流ｉ_ｔ３が流れる、また、１次コイル４０３には、励磁電流ｉ_ｔ４が流れる。励磁電流ｉ_ｔ３、ｉ_ｔ４は、スイッチ回路１０２及びスイッチ回路４０１のＯＮとＯＦＦとを繰り返す周波数の交流電流となる。

スイッチ回路１０２及びスイッチ回路４０１のＯＮとＯＦＦとの周期は、制御部４０８の制御により、１８０度の位相差を有する。従って、励磁電流ｉ_ｔ３と励磁電流ｉ_ｔ４とは、１８０度の位相差を有する。

さらに、制御部４０８は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、スイッチ回路４０１をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１４及びスイッチング素子２１１をＯＮにするとともに、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１２をＯＦＦにする。次にスイッチ回路４０１をＯＮした直後に、スイッチング素子２１４及びスイッチング素子２１１をＯＦＦする。

車載充電装置４００及び駆動インバータ１５０では、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、上記動作により以下のような電流の流れが生じる。

スイッチ回路４０１がＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すことにより、一次コイル４０３にはＴ１方向の励磁電流ｉ_ｔ４が流れる。また、スイッチ回路４０１をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１４及びスイッチング素子２１１をＯＮすることにより、一次コイル４０３と電磁結合した二次コイル４０４には、車載バッテリ１７０の電圧よりも高電圧の誘導起電力が生じて、誘導電流が発生する。また、この誘導電流は、二次コイル４０４からリレー４０５に向かうＴ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１１及びスイッチング素子２１４を介して二次コイル４０４に戻る。

続いて、スイッチ回路４０１をＯＮした直後に、スイッチング素子２１４及びスイッチング素子２１１がＯＦＦすることにより、二次コイル４０４の誘導電流は、Ｔ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１４がＯＦＦであるため、還流ダイオード２１９をＴ３方向に流れる。さらに、Ｔ３方向に流れた電流は、Ｔ４方向より車載バッテリ１７０に供給される。即ち、車載充電装置１００には、Ｔ１〜Ｔ４の向きに充電電流が流れる。

制御部４０８は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、図７に示すように、スイッチ回路４０１をＯＮにするとともに、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すようにスイッチ回路４０２を切り替える。これにより、一次コイル４０３には、図６に示すように、交流電圧Ｖ_ｍよりも高い周波数の交流電圧Ｖ_ｑが供給される。

さらに、制御部４０８は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、スイッチ回路４０２をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１２をＯＮにするとともに、スイッチング素子２１４及びスイッチング素子２１１をＯＦＦにする。次にスイッチ回路４０１をＯＮした直後に、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１２をＯＦＦする。

車載充電装置４００及び駆動インバータ１５０では、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、上記動作により以下のような電流の流れが生じる。

スイッチ回路４０２がＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すことにより、一次コイル４０３にはＵ１方向の励磁電流ｉ_ｔ４が流れる。また、スイッチ回路４０２をＯＮするタイミングに同期して、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１２をＯＮすることにより、一次コイル４０３と電磁結合した二次コイル４０４には、車載バッテリ１７０の電圧よりも高電圧の誘導起電力が生じて、誘導電流が発生する。また、この誘導電流は、二次コイル４０４からリレー４０６に向かうＵ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１２及びスイッチング素子２１３を介して二次コイル４０４に戻る。

続いて、スイッチ回路４０２をＯＮにした直後に、スイッチング素子２１３及びスイッチング素子２１２がＯＦＦすることにより、二次コイル４０４の誘導電流は、Ｕ２方向に流れるとともに、スイッチング素子２１２及びスイッチング素子２１３がＯＦＦであるため、還流ダイオード２１７をＵ３方向に流れる。さらに、Ｕ３方向に流れた電流は、Ｕ４方向より車載バッテリ１７０に供給される。即ち、車載充電装置１００には、Ｕ１〜Ｕ４の向きに充電電流が流れる。

＜車載充電装置及び駆動インバータの動作＞
本発明の実施の形態２における車載充電装置４００及び駆動インバータ１５０の動作について、図５〜図７を用いて説明する。

駆動インバータ１５０は、車載充電装置４００が動作していない場合かつ駆動モータ１８０の駆動動作時において、以下の動作を行う。

即ち、制御部４０８は、リレー１０６、リレー１０７、リレー４０５及びリレー４０６をＯＦＦにするとともに、リレー１５１、リレー１５２及びリレー４５１をＯＮにする。そして、３相ブリッジ回路１０８は、制御部４０８の制御に従って、車載バッテリ１７０に蓄積されている直流電力を交流電力に変換して、リレー１５１、リレー１５２及びリレー４５１を介して駆動モータ１８０に供給する。

また、駆動インバータ１５０は、車載充電装置４００が動作していない場合かつ駆動モータ１８０の駆動動作時において、以下の動作を行う。

即ち、制御部４０８は、駆動モータ１８０の各相に流れる駆動電流を、電流センサ１２０、電流センサ１２１及び電流センサ１２２によって検出し、各相の駆動電流が所定の電流値になるよう、３相ブリッジ回路１０８の各相のスイッチング素子２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６のＯＮ及びＯＦＦの制御を行い、駆動モータ１８０に所定の駆動トルクを発生させる。

一方、車載充電装置４００は、駆動インバータ１５０が動作していない場合かつ、車載バッテリ充電１７０への充電時において、以下の動作を行う。

即ち、制御部４０８は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間に流れる充電電流Ｓ３及び充電電流Ｔ３と、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間に流れる充電電流Ｒ３及び充電電流Ｕ３とを、それぞれ電流センサ１２１、電流センサ１２０及び電流センサ１２２によって検出し、所定の充電量になるように、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すスイッチ回路１０２、スイッチ回路１０３、スイッチ回路４０１またはスイッチ回路４０２のＯＮの時間を制御する。

なお、本実施の形態における充電電流量の制御方法は図４と同一であるので、その説明を省略する。

＜実施の形態２の効果＞
本実施の形態によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、絶縁トランスを複数かつ並列に設けたので、実施の形態１に比べて、車載バッテリに供給する充電電流を大きくすることができ、車載バッテリの充電時間を短縮することができる。

また、本実施の形態によれば、互いに並列に接続される絶縁トランスの１次コイル１０４、４０３の励磁電流を１８０度の位相差を有するように制御することにより、負荷電流を分散することができ、力率の向上を図ることができる。

＜全ての実施の形態に共通の変形例＞
上記実施の形態１及び実施の形態２において、駆動インバータは、駆動モータに対して交流電力を供給したが、電力を必要とする駆動モータ以外の部分に交流電力を供給してもよい。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２において、３相ブリッジ回路１０８と駆動モータ１８０との接続及び開放、並びに、３相ブリッジ回路１０８と絶縁トランスとの接続及び開放にリレーを用いたが、大電力半導体スイッチでも同様な効果を得られる。

本発明に係る車載充電装置は、駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリに蓄積された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力の供給を受けて走行する車輌に搭載するのに好適である。

１００ 車載充電装置
１０１ ＣＭフィルタ
１０２、１０３ スイッチ回路
１０４ 一次コイル
１０５ 二次コイル
１０６、１０７、１５１、１５２ リレー
１０８ ３相ブリッジ回路
１０９ 平滑コンデンサ
１１０ 制御部
１１１ 減磁回路
１２０，１２１，１２２ 電流センサ
１５０ 駆動インバータ
１６０ 外部電源
１７０ 車載バッテリ
１８０ 駆動モータ
２０１、２０２ ＦＥＴ
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６ スイッチング素子
２１７、２１８、２１９、２２０、２２１、２２２ 還流ダイオード

Claims (6)

1. 駆動インバータの３相ブリッジ回路を用いて車載バッテリに蓄積された直流電力を交流電力に変換し、前記変換した交流電力を駆動モータに供給して走行する車輌に搭載される車載充電装置であって、
   外部電源から交流電力の供給を受ける一次コイルと、
   前記３相ブリッジ回路と電気的に接続し、前記一次コイルと電磁結合することにより、前記一次コイルに供給される交流電力の電圧を変圧し、前記３相ブリッジ回路を介して前記車載バッテリを充電する二次コイルと、
   を有する車載充電装置。
2. 前記車輌の走行時において前記３相ブリッジ回路と前記駆動モータとの接続をＯＮにし、前記車載バッテリの充電時において前記３相ブリッジ回路と前記駆動モータとの接続をＯＦＦにする切替部をさらに有する、
   請求項１記載の車載充電装置。
3. 前記外部電源と前記一次コイルの一端側との接続を開閉する第１切替部と、
   前記外部電源と前記一次コイルの他端側との接続を開閉する第２切替部と、
   前記第１切替部及び前記第２切替部の何れか一方をＯＮさせるとともに何れか他方をＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すように切り替え制御し、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返す前記第１切替部または前記第２切替部に同期させて、前記３相ブリッジ回路の前記二次コイル及び前記車載バッテリの低電位側に接続されたスイッチング素子を一時的にＯＮさせた後にＯＦＦさせる制御部と、
   をさらに有し、
   前記二次コイルは、
   前記切り替え制御により前記一次コイルと電磁結合するとともに、前記スイッチング素子が前記一時的にＯＮした際に誘導電流を発生し、続けて前記スイッチング素子がＯＦＦした際に、前記３相ブリッジ回路の前記スイッチング素子と対を成す同相のスイッチング素子に逆接続された還流ダイオードを介して前記車載バッテリを充電する、
   請求項１記載の車載充電装置。
4. 前記外部電源と前記一次コイルの一端側との接続を開閉する第１切替部と、
   前記外部電源と前記一次コイルの他端側との接続を開閉する第２切替部と、
   前記第１切替部及び前記第２切替部の何れか一方をＯＮさせるとともに何れか他方をＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すように切り替え制御し、前記何れか他方におけるＯＮの期間を可変に設定する制御部と、
   をさらに有し、
   前記二次コイルは、
   前記切り替え制御により前記一次コイルと電磁結合するとともに、前記ＯＮの期間に応じた充電電流で前記車載バッテリを充電する、
   請求項１記載の車載充電装置。
5. 前記制御部は、
   前記車載バッテリの充電時において、前記駆動モータの駆動電流を検出するための前記３相ブリッジ回路の電流センサにより検出した前記充電電流が所定量になるように前記ＯＮの期間を設定する、
   請求項４記載の車載充電装置。
6. 前記一次コイルと前記二次コイルとから構成される絶縁トランスは、
   複数設けられ、
   前記絶縁トランスの各々は、
   前記外部電源と前記３相ブリッジ回路との間において互いに並列に接続される、
   請求項１記載の車載充電装置。

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