JP5801884B2 - 充電システム - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等、二次電池またはキャパシタを駆動源とする機器において、その二次電池またはキャパシタの充電を行う充電システムに関するものである。

従来、例えば電気自動車の二次電池を充電するための充電システムは、様々なものが開発されている。その中で、代表的な充電システムとして、車上に設置され、プラグを用いて電源と接続して充電を行う充電方式がある。以下、この充電方式をプラグイン充電方式という。プラグイン充電方式には、電源容量によって通常充電装置と、通常充電よりも電源容量が大きい急速充電装置に分けられる。

特許文献１では、通常充電用回路と急速充電用回路で絶縁トランスの２次側コアと巻線、整流回路を共用することで、通常充電と急速充電の両方式に対応しながら、充電装置の小型化・低コスト化を図っている。このプラグイン充電方式の場合、電源を備えた場所であればどこでも充電可能であるが、充電を行う際に、作業者がプラグと電源の接続を行う必要があるため、作業が煩雑になるという問題がある。特に、特許文献１においては、通常充電時には、着脱トランス部にダミーコアを装着し、急速充電時には、ダミーコアを取り外し、急速充電用パドル（一次側コイルと着脱用コアを備える）を装着するという作業が必要である。

これに対して近年では、充電を行う際にプラグと電源の接続が不要であり、非接触で充電を行う充電方式が提案されている。以下、この充電方式を非接触充電方式という。しかしながら、非接触充電方式は装置が複雑であり、専用の充電装置を必要とするため、プラグイン充電方式と比べて充電場所が制限されるという問題がある。

この課題を解決する充電システムとして、特許文献２が開示されている。この充電システムでは、その図１に示された実施形態１に、プラグイン充電方式と非接触充電方式の両方式に対応する充電システムが開示されている。特許文献２の図２の実施形態では、２方式ともに非接触充電であり、図３〜図５の実施形態では、２方式ともにプラグイン充電である。特許文献２の図１に示された実施形態１によれば、プラグイン充電回路と非接触充電回路とを備え、どちらの充電装置からでも充電できるよう利便性の向上を図るものである。

特開２０１０−２１３５３５号公報 特開平１１−２５２８１０号公報

特許文献１に記載の技術では、通常充電と急速充電の両充電方式に対応し、かつ充電装置の小型化、低コスト化を図っている。しかしながら、特許文献１の充電システムは、非接触充電方式には対応しておらず、充電を行う際に作業者がプラグと電源の接続を行う必要があるだけでなく、着脱トランス部の交換という煩雑な作業が必要という問題がある。

特許文献２の第１の実施形態に記載された技術では、プラグイン充電方式と非接触充電方式の両方式に対応可能ではあるが、プラグイン充電回路と非接触充電回路それぞれでトランスが必要であるほか、２方式の回路が独立して構成されており、充電装置が大型、高コストになるという問題がある。

本発明の目的は、プラグイン充電方式と非接触充電方式の両充電方式のどちらの充電方式でも充電が可能な充電システムにおいて、利用者の利便性を向上することである。

本発明の望ましい実施態様においては、２充電方式間で、電気回路の共用化を図ることにより構成を簡単化し、装置の小型化、低コスト化を図ることを目的としている。

本発明はその一面において、第１の電源からの電力を有線（プラグイン）コネクタを介して供給されるトランスの第１／第２巻線を介して充電される二次電池またはキャパシタと、第２の電源からの電力を供給され前記トランスの前記第２巻線との相対位置が可変であり前記第２巻線が接近することによって、前記第２巻線と磁気結合が可能な第３巻線とを備え、前記第１の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第１／第２巻線間の磁気結合を介して前記二次電池またはキャパシタへ充電電力を供給し、前記第２の電源から前記二次電池を充電する場合には、前記第３巻線と前記第２巻線の磁気結合を介して前記二次電池へ充電電力を供給することを特徴とする。

本発明の望ましい実施態様においては、前記第１の電源と前記トランスの第１巻線との間に接続されたＡＣ−ＡＣコンバータを備え、前記有線コネクタを、前記第１の電源と前記ＡＣ−ＡＣコンバータとの間を接続・遮断可能なように配置する。

また、本発明の具体的な実施態様においては、前記第１および第２巻線を含む前記トランスと前記二次電池またはキャパシタは、車両に搭載され、前記第１巻線に電力を供給する前記第１の電源は地上の第１の充電所に配置され、前記第２の電源と前記第３巻線は地上の第２の充電所に配置され、前記車両が前記第１の充電所の所定の位置に停止したとき前記有線コネクタを用いて前記第１の電源と前記第１巻線間を接続可能であり、前記車両が前記第２の充電所の所定の位置に停止したとき前記第３巻線と前記第２巻線とが磁気結合できるように構成される。

本発明の望ましい実施態様によれば、二次電池またはキャパシタを備えた機器を、所定の２つの位置へ移動させることによって、それぞれプラグイン充電回路と非接触充電回路を構成でき、利用者の利便性を向上した充電システムを構築することができる。

また、本発明の望ましい実施態様によれば、プラグイン充電回路と非接触充電回路でトランスの２次側以降の回路を共用することができ、充電システムの小型化、低コスト化を図ることができる。

本発明の実施例１による充電システムの概略回路構成図。 本発明に採用できる絶縁トランスの第１の実施形態の構成を説明する分解斜視図。 同じく絶縁トランスの第１の実施形態のコイル構成を説明する断面図。 本発明に採用できる絶縁トランスの第２の実施形態を説明する分解斜視図。 同じく絶縁トランスの第２の実施形態のコイル構成を説明する断面図。 本発明に採用できる絶縁トランスの第３の実施形態の構成を説明する分解斜視図。 同じく絶縁トランスの第３の実施形態のコイル構成を説明する断面図。 本発明の実施例２による充電システムの具体的回路構成図。 本発明の実施例２によるプラグイン充電動作を説明する図。 本発明の実施例２による非接触充電動作を説明する図。 本発明の実施例３による充電システムの具体的回路構成図。 本発明の実施例４による充電システムの具体的回路構成図。 本発明の実施例５による充電システムの具体的回路構成図。 本発明の実施例６による充電システムの具体的回路構成図。 本発明の実施例７による充電システムの具体的回路構成図。 本発明を電気自動車へ適用した充電システムの概略構成図。 本発明を電気掃除機へ適用した充電システムの概略構成図。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１につき、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１による充電システムの概略回路構成図である。この充電装置１は、電源２および電源３と、負荷５に接続された二次電池４との間に接続され、電源２からプラグイン充電により、また、電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。以下、電気自動車の車載二次電池の充電システムを例示しながら説明を進める。

充電装置１は、第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路６、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）、充電二次回路７、並びに、平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段９，１０、並びに、通信機１２を備えている。絶縁トランスＴｒ１２は、コアＴ１により、巻線Ｎ１とＮ２を磁気結合している。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、プラグインコネクタは、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路６と、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御手段９と制御手段１０によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、非接触充電一次回路８、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段１１、並びに、通信機１３を備えている。非接触充電一次回路８と、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２は、制御手段１１によって制御される。制御手段１０と制御手段１１は、車載の通信機１２と、第２の充電所ＣＳ２の通信機１３によって、無線で接続される。

電気自動車が、第２の充電所ＣＳ２の所定の位置に駐車すると、絶縁トランスＴｒ２３は、コアＴ１，Ｔ２により、充電所ＣＳ２の巻線Ｎ３と、車載の巻線Ｎ２を磁気結合し、非接触充電用の電力を巻線Ｎ３から巻線Ｎ２へ伝達することができる。

一般的な応用においては、電源２と電源３は同一の電源としてもよいが、電気自動車の充電システムに適用する場合には、第１の充電所ＣＳ１の電源２と、第２の電源３を含む第２の充電所ＣＳ２は、離れた場所に設置されることが多い。

また、本実施例１では、充電装置１と負荷５との間に二次電池４を接続した構成としたが、充電装置１と負荷５との間に電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどキャパシタを接続した構成としてもよい。

次に、図２，図３の構成を説明する。図２，図３は、本発明の実施例１における絶縁トランスＴｒ１２と非接触充電用トランスＴｒ２３の第１の実施形態の構成を示す分解斜視図と断面図である。

コア１４は角型のフェライトコアであり、中心部に角柱状の脚を有するとともに、周縁部にも脚を有し、開口部から見ると内側がドーナツ型に窪んだ形状をしている。巻線Ｎ１は、コア１４の中央の脚を中心とした窪みの部分にスパイラル状に巻回され、トランスＴｒ１２の１次部を形成する。巻線Ｎ２は、巻線Ｎ１に重ねてコア１４に巻回され、絶縁トランスＴｒ１２の２次部と非接触充電用トランスＴｒ２３の２次部を形成する。巻線Ｎ１と巻線Ｎ２の間には巻線間の絶縁を保つために絶縁材１５が挿入され、コア１４の中心の脚には巻線Ｎ１と巻線Ｎ２の磁気結合を高めるためにコアヘッド１６が設置される。

コア１７は、角型のフェライトコアであり、コアの周縁部にのみ脚を有した形状をしている。巻線Ｎ３は、コア１７の窪みの部分にスパイラル状に巻回され、非接触充電トランスＴｒ２３の１次部を形成する。

なお、図示していないが、巻線Ｎ１〜Ｎ３を巻回してコアに固定する際には、ボビンを用いてもよい。巻線Ｎ１〜Ｎ３にはエナメル線（単線）が用いられるが、リッツ線を用いてもよい。また、本実施例１では、コア１４，１７と、巻線Ｎ１〜Ｎ３の形状を角型としたが、円形もしくは三角形としてもよい。コア材については、アモルファスや珪素鋼板など他の磁性体を用いてもよい。また、本実施例１では、コア１４，コア１７を異なる形状としたが、同一の形状としてもよい。

（動作の説明）
以上のように構成されている充電装置１における充電動作について説明する。

本明細書では、電源２から、プラグイン充電一次回路６と、絶縁トランスＴｒ１２と、充電二次回路７とを介して二次電池４を充電する動作をプラグイン充電と呼称する。また、電源３から、非接触充電一次回路８と、非接触充電トランスＴｒ２３と、充電二次回路７を介して二次電池４を充電する動作を非接触充電と呼称する。

（プラグイン充電動作）
実施例１による充電装置１のプラグイン充電動作を説明する。

プラグイン充電時には、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２をオン状態に保ち、スイッチＳＷ３１、ＳＷ３２をオフ状態に保つ。スイッチＳＷ３１、ＳＷ３２をオフ状態とすることで、非接触充電一次回路８への影響を無くしている。

なお、電気自動車等の充電システムに適用した場合には、第１の充電所ＣＳ１の所定の位置に自動車を停車し、プラグインコネクタＰＣ１により、地上の電源２と、車載のプラグイン充電一次回路６の間を接続する。この場合、第２の充電所ＣＳ２は、近くには存在しない。

制御手段１０は、二次電池４や負荷５の状態を検出し、プラグイン充電一次回路６の指令値を決定し、指令値を制御御手段９に送信する。制御手段９は、制御手段１０から受け取った指令値により、プラグイン充電一次回路６をスイッチング動作させ、巻線Ｎ１に交流電圧を印加する。充電二次回路７は、巻線Ｎ２に生じた誘起電圧を整流し、平滑コンデンサＣ２２で平滑して二次電池４を充電する。

（非接触充電動作）
次に、実施例１による充電装置１の非接触充電動作を説明する。

電気自動車等における非接触充電時には、まず、自動車を第２の充電所である非接触充電所ＣＳ２の所定の位置に停車させることによって、絶縁トランスＴｒ１２のコアＴ１と巻線Ｎ２を、第２の充電所ＣＳ２内のコアＴ２と巻線Ｎ３に接近させ、巻線Ｎ３と巻線Ｎ２を磁気的に結合させる。

そして、非接触充電時には、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２をオフ状態に保ち、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２をオン状態とする。ＳＷ１１，ＳＷ１２をオフ状態とすることで、プラグイン充電一次回路６への影響を無くしている。

制御手段１０は、二次電池４や負荷５の状態を検出し、非接触充電一次回路８への指令値を決定し、指令値を通信機１２と通信機１３を介して制御手段１１に送信する。制御手段１１は、制御手段１０から受け取った指令値により、非接触充電一次回路８をスイッチング動作させ、絶縁トランスＴｒ２３の一次側巻線Ｎ３に交流電圧を印加する。充電二次回路７は、二次側巻線Ｎ２に生じた電圧を整流し、平滑コンデンサＣ２２を介して二次電池４を充電する。このとき、制御手段１０により、非接触充電一次回路８と、そのスイッチング動作の指令値を決定している。

この実施例１では、プラグイン充電一次回路６と巻線Ｎ１の間にスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２を備え、非接触充電一次回路８と巻線Ｎ２の間にスイッチＳＷ３１，ＳＷ３２を備えた構成としたが、これらのスイッチを省略してもよい。また、通信機１２，１３は、非接触充電用の絶縁トランスＴｒ２３の１次・２次間の位置を検出し、正常な磁気結合状態となったことを通信する機能を備えることもできる。

本実施例１によれば、二次電池４を備えた電気自動車や機器を、所定の２つの位置へ移動させることによって、それぞれ、プラグイン充電回路と非接触充電回路を構成でき、利用者の利便性を向上することができる。

また、プラグイン充電回路と非接触充電回路で、絶縁トランスの２次側以降の回路、すなわち、絶縁トランスのコアＴ１と、二次側巻線Ｎ２と、充電二次回路７と、平滑コンデンサＣ２２、および制御手段１０を共用することができ、二次電池充電システムを小型化、低コスト化できる。

次に、本発明の絶縁トランスの第２の実施形態について、図４，図５を用いて説明する。図４，図５は、本発明の絶縁トランスの第２の実施形態の構成を説明する分解斜視図およびコイル構成を説明する断面図である。

コア１１４は角型のフェライトコアであり、中央部に角柱状の脚を有するとともに、周縁部に脚を有し、開口部から見ると内側がドーナツ型に窪んだ形状をしている。中央部の脚は、中心が窪んだ形状をしている。巻線Ｎ１と巻線Ｎ２は、コア１１４の中央部の脚と周縁の脚との間の窪みの部分に重ねてスパイラル状に巻回され、巻線Ｎ１は絶縁トランスＴｒ１２の１次部を、巻線Ｎ２は絶縁トランス１の２次部と非接触充電用のトランスＴｒ２３の２次部を形成する。

コア１１７は、角型の平板フェライトコアである。巻線Ｎ３は、コア１１７の片面にスパイラル状に巻回され、非接触充電トランスＴｒ２３の１次部を形成する。

通信機１１２をコア１１４の中央部の脚の窪みに、通信機１１３をコア１１７の中心部に設置する。絶縁トランスの本実施形態によれば、コアと通信機を一体構成とすることができるため、充電装置の小型化を図ることができる。

次に、本発明に採用できる絶縁トランスの第３の実施形態について、図６，図７を用いて説明する。図６は、本発明の絶縁トランスの第３の実施形態の構成を説明する分解斜視図である。コア２１４とコア２１７はともに角型の平板フェライトコアであり、巻線Ｎ１と巻線Ｎ２は、コア２１４に束ねて巻回され、巻線Ｎ１は絶縁トランスＴｒ１２の１次部を、巻線Ｎ２は絶縁トランスＴｒ１２の２次部と、非接触充電トランスＴｒ２３の２次部を形成する。巻線Ｎ３はコア２１７に巻回され、非接触充電トランスＴｒ２３の１次部を形成する。

図７は、同じく本発明に適用できる前記第３の実施形態による絶縁トランスＴｒ１２と非接触充電トランスＴｒ２３の断面図である。巻線Ｎ１、巻線Ｎ２、および巻線Ｎ３の表面は絶縁体２１５で覆われており、絶縁トランスＴｒ１２の１次・２次間の絶縁を確保している。１次・２次間の寄生容量については、低誘電率の絶縁体を使うことにより低減できる。なお、巻線Ｎ１、巻線Ｎ２で流れる電流が大きく異なる場合には、小電流側の巻線の絶縁体２１５ａの厚さのみを厚くし、大電流側の巻線の絶縁体２１５ｂの厚さを薄くすることで、絶縁トランス１の１次・２次間の絶縁を確保しながら巻線の放熱性を高めることができる。

なお、コアＴ１とＴ２は大きさの異なる２つのコアを用いてもよい。

本実施の形態によれば、単純な構造で絶縁トランスを構成することが出来るため、充電装置の低コスト化を実現できる。

図８は、本発明の実施例２による二次電池充電システムの具体的回路構成図である。充電装置１０１は、交流電源２および交流電源３と、二次電池４の間に接続され、交流電源２からプラグイン充電により、また、交流電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。

この充電装置１０１は、基本的に図１の実施例と同じであるが、各回路についてより具体的に図示している。図１での説明と重複する部分については、説明を省略する。

充電装置１０１は、第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路１０６、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）、充電二次回路１０７、並びに平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段１０９，１１０、並びに、通信機１２を備えている。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路１０６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、実施例１と同様に、第１の充電所ＣＳ１にプラグイン充電一次回路１０６を備え、プラグインコネクタを、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路１０６と、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御手段１０９と制御手段１１０の連係によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、第２の電源３、非接触充電一次回路１０８、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段１１１、並びに、通信機１３を備えている。

プラグイン充電一次回路１０６は、プラグインコネクタＰＣ１を通して交流電源２の電力を入力し、直流のリンク電圧を出力するＡＣ−ＤＣコンバータ２１と、このリンク電圧から巻線Ｎ１へ交流電流を供給するＤＣ−ＡＣインバータ２２を備えている。

ＡＣ−ＤＣコンバータ２１では、ブリッジ接続された整流ダイオードＤ１〜Ｄ４により交流電源２の電圧を全波整流している。この全波整流された電圧は、昇圧インダクタＬ１と、昇圧スイッチング素子Ｑ１と、昇圧ダイオードＤ１０と、直流リンクコンデンサＣ１１とにより構成された昇圧チョッパに入力されている。

ＤＣ−ＡＣインバータ２２は、フルブリッジ接続されたスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４と、巻線Ｎ１と直列に接続される共振コンデンサＣｒ１と、共振インダクタＬｒ１とを備えている。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４には、それぞれ逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１４が接続される。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４とスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御手段１０９と制御手段１１０によって制御される。制御手段１０９には、入力電圧を検出する電圧センサ３１と、リンク電圧を検出する電圧センサ３２と、交流電源２からの入力電流を検出する電流センサ３３と、制御手段１１０が接続されている。

充電二次回路１０７は、巻線Ｎ２の漏れインダクタンスを補償する巻線Ｎ２と並列に接続された共振コンデンサＣｒ２と、共振コンデンサＣｒ２を切り離すスイッチＳＷ２１と、ブリッジ接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２４と、平滑コンデンサＣ２２とを備えている。そして、巻線Ｎ２に誘導された電流をブリッジ接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２４により整流し、平滑コンデンサＣ２２および二次電池４を充電する。

共振コンデンサＣｒ２は、プラグイン充電動作時にはスイッチＳＷ２１をオフすることによって巻線Ｎ２から切り離され、非接触充電時には、スイッチＳＷ２１をオンすることで巻線Ｎ２と並列接続される。

非接触充電一次回路１０８は、第２の交流電源３の電力を入力し直流のリンク電圧を出力するＡＣ―ＤＣコンバータ２３と、このリンク電圧から巻線Ｎ３へ交流電流を供給するＤＣ−ＡＣインバータ２４とを備えている。

ＡＣ−ＤＣコンバータ２３では、ブリッジ接続された整流ダイオードＤ６〜Ｄ９により交流電源３の電圧を全波整流している。この全波整流された電圧は、昇圧インダクタＬ３と、昇圧スイッチング素子Ｑ３と、昇圧ダイオードＤ３０と、直流リンクコンデンサＣ３１とにより構成された昇圧チョッパに入力されている。

ＤＣ−ＡＣインバータ２４は、フルブリッジ接続されたスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３４と、巻線Ｎ３と直列に接続され巻線Ｎ３の漏れインダクタンスを補償する共振コンデンサＣｒ３と、共振インダクタＬｒ３とを備えている。スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３４には、それぞれ逆並列ダイオードＤ３１〜Ｄ３４が接続されている。

制御手段１１０には、二次電池４の電圧、すなわち出力電圧を検出する電圧センサ３４と、二次電池４への出力電流を検出する電流センサ３５と、通信機１２が接続されている。

非接触充電一次回路１０８内のスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３４とスイッチＳＷ３１，ＳＷ３２は、制御手段１１０と制御手段１１１の連係によって制御される。制御手段１１１には、入力電圧を検出する電圧センサ３６と、リンク電圧を検出する電圧センサ３７と、交流電源３からの入力電流を検出する電流センサ３８と、通信機１３が接続されている。

なお、本実施例２では、電源２，３を交流電源としたが、直流電源としてもよい。電源２，３を直流電源とした場合には、プラグイン充電一次回路１０６のＡＣ−ＤＣコンバータ２１と、非接触充電一次回路１０８のＡＣ−ＤＣコンバータ２３を介さず、直流電源から直流リンクコンデンサＣ１１、Ｃ３１を介して、ＤＣ−ＡＣインバータ２２，２４を接続した構成としてもよい。

ＡＣ−ＤＣコンバータ２１，２３内の昇圧チョッパは、ＰＷＭ制御を用いて制御し、ＤＣ−ＡＣインバータ２２，２４は、ＰＷＭ制御，位相シフト制御，もしくは周波数制御を用いて制御する。

スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ３１〜Ｓ３４として、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合は、逆並列ダイオードとしてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを利用することができる。

（回路動作説明）
以下に、実施例２による充電装置１０１の回路動作を説明する。

（プラグイン充電動作）
図９は、実施例２による充電装置１０１のプラグイン充電動作を説明する回路図である。図９では、図８の第１の交流電源２とＡＣ−ＤＣコンバータ２１を、直流電源Ｖ１として表している。以下、この図９を参照しながら、プラグイン充電動作を詳細に説明する。ただし、図９の（ａ）〜（ｄ）は、モードａ〜ｄを示す。

（モードａ）
まず、モードａでは、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４がオン状態である。電源Ｖ１から共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１による共振電流が巻線Ｎ１に流れている。このとき、巻線Ｎ２には、ダイオードＤ２４，巻線Ｎ２，ダイオードＤ２１のループで電流が流れ、平滑コンデンサＣ２２と二次電池４を充電している。

（モードｂ）
モードａの状態で、共振コンデンサＣｒ１の充電が完了し、共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１の共振電流が流れ終わると、モードｂの状態となる。モードｂの状態では、巻線Ｎ１にはトランスの励磁電流のみ流れている。巻線Ｎ２の電圧は、平滑コンデンサＣ２２の電圧より低いため、巻線Ｎ２には電流が流れていない。

（モードｃ）
モードｂの状態で、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４をターンオフすると、モードｃの状態となる。モードｃでは、スイッチング素子を流れていた電流がダイオードを流れ、電源Ｖ１へ流れる。このとき、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３をオンしておく。巻線Ｎ２の電圧は、平滑コンデンサＣ２２の電圧より低いため、巻線Ｎ２には電流が流れていない。

（モードｄ）
巻線Ｎ１の電流が反転すると、モードｄの状態となる。このモードｄは、モードａの対称動作である。以降、モードｂ，モードｃの対称動作の後にモードａに戻る。

（非接触充電動作）
図１０は、実施例２による充電装置１０１の非接触充電動作を説明する回路図である。図１０では、図８の交流電源３とＡＣ−ＤＣコンバータ２３を、直流電源Ｖ３として表している。以下、この図１０を参照しながら非接触充電動作を詳細に説明する。ただし、図１０の（ａ）〜（ｈ）は、モードａ〜ｈを示す。

（モードａ）
まず、モードａでは、スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３４はオフ状態であり、ダイオードＤ３４、共振コンデンサＣｒ３、巻線Ｎ３、共振インダクタＬｒ３のループで電流が流れている。このとき、巻線Ｎ２に誘導された電流は、ダイオードＤ２２、Ｄ２３を介して平滑コンデンサＣ２２と二次電池４を充電している。

（モードｂ）
モードｂにおいて、巻線Ｎ３の電流はモードａと同じループで流れている。巻線Ｎ２の電流は、巻線Ｎ２のインダクタンスと共振コンデンサＣｒ２との共振現象により、巻線Ｎ２と共振コンデンサＣｒ２のループでのみ流れている。

（モードｃ）
モードｂにおいて、巻線Ｎ３に流れている共振電流が反転すると、モードｃの状態となる。モードｃでは、電源Ｖ３からスイッチング素子Ｓ３１、共振インダクタＬｒ３、巻線Ｎ３、共振コンデンサＣｒ３、スイッチング素子３４のループで電流が流れている。このとき、巻線Ｎ２の電流は、モードｃと同様に巻線Ｎ２と共振コンデンサＣｒ２のループでのみ流れている。

（モードｄ）
モードｃの状態で、共振コンデンサＣｒ２の電圧が平滑コンデンサＣ２２の電圧に達すると、モードｄへと移行する。このとき、巻線Ｎ３の電流はモードｃと同じループで流れている。巻線Ｎ２に誘導された電流は、ダイオードＤ２１、Ｄ２４を介して平滑コンデンサＣ２２と二次電池４を充電している。

（モードｅ）
モードｄの状態で、スイッチング素子Ｓ３１、Ｓ３４をターンオフすると、スイッチング素子Ｓ３１、Ｓ３４を流れていた電流は、ダイオードＤ３２、Ｄ３３を介して電源３に流れる。巻線Ｎ２に誘導された電流は、モードｄと同様に、ダイオードＤ２１、Ｄ２４を介して平滑コンデンサＣ２２と二次電池４を充電している。

（モードｆ）
モードｆでは、巻線Ｎ３の電流はモードｅと同じループで流れている。巻線Ｎ２の電流は、巻線Ｎ２のインダクタンスと共振コンデンサＣｒ２との共振現象により、巻線Ｎ２と共振コンデンサＣｒ２のループでのみ流れている。この間にスイッチング素子Ｓ３２、Ｓ３３をオン状態とする。

（モードｇ）
モードｆの状態で、巻線Ｎ３の電流が反転すると、モードｇとなる。モードｇでは、電源Ｖ３からスイッチング素子Ｓ３３、共振コンデンサＣｒ３、巻線Ｎ３、共振インダクタＬｒ３、スイッチング素子Ｓ３２のループで電流が流れる。巻線Ｎ２の電流は、モードｆと同様に巻線Ｎ２と共振コンデンサＣｒ２のループでのみ流れている。

（モードｈ）
モードｇにおいて、共振コンデンサＣｒ２１の電圧が平滑コンデンサＣ２２の電圧に達すると、モードｈへ移行する。モードｈでは、電源Ｖ３からスイッチング素子Ｓ３３、共振インダクタＬｒ３、巻線Ｎ３、共振コンデンサＣｒ３、スイッチング素子Ｓ３２のループで電流が流れる。このとき、巻線Ｎ２に誘導される電流は、ダイオードＤ３２、Ｄ３３を介して負荷へ流れている。

モードｈの状態で、スイッチング素子Ｓ３３、Ｓ３２をターンオフするとモードａへと移行する。

以上のように、本発明の実施例２の充電装置１０１におけるプラグイン充電動作と非接触充電動作の動作モードについて説明したが、スイッチング素子の動作周波数や、負荷条件によってプラグイン充電動作時と非接触充電動作時でモードが異なる場合もある。

本実施例２の充電装置１０１では、巻線Ｎ１，Ｎ３と直列に共振インダクタＬｒ１，Ｌｒ３を接続した構成としているが、巻線Ｎ１，Ｎ３の漏れインダクタンスを利用してもよい。

また、巻線Ｎ１と直列に共振コンデンサＣｒ１を接続したが、巻線Ｎ１と並列に接続してもよい。なお、共振コンデンサＣｒ１を巻線Ｎ１と並列接続する場合には、直流リンクコンデンサＣ１１と共振コンデンサＣｒ１との短絡を防ぐために、共振コンデンサＣｒ１よりもスイッチング素子側に巻線Ｎ１と直列に共振インダクタＬｒ１を接続した構成とする。

また、巻線Ｎ３の漏れインダクタンスを補償するために、巻線Ｎ３と直列に共振コンデンサＣｒ３を接続し、巻線Ｎ２の漏れインダクタンスを補償するために、巻線Ｎ２と並列に共振コンデンサＣｒ２を接続したが、巻線Ｎ３と並列に共振コンデンサＣｒ３を、巻線Ｎ２と直列に共振コンデンサＣｒ２を接続した場合であっても、同様に、漏れインダクタンスを補償する効果を有する。

本実施例２によれば、ＤＣ−ＡＣインバータ２２、２４をフルブリッジ回路、充電二次回路１０７をブリッジ整流回路とすることで、電気自動車など高電圧システムに適した回路構成とすることができる。

図１１は、本発明の実施例３による二次電池充電システムの具体的回路構成図である。充電装置２０１は、交流電源２および交流電源３と二次電池４の間に接続され、交流電源２からプラグイン充電により、また、交流電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。

この充電装置２０１は、基本的に図８の実施例２と同じであり、図８での説明と重複する部分については、説明を省略する。第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路２０６と、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４と、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）と、充電二次回路２０７と、平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段２０９，２１０、並びに、通信機１２を備えている。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路２０６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、実施例１，２と同様に、第１の充電所ＣＳ１にプラグイン充電一次回路２０６を備え、プラグインコネクタを、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路２０６と、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４は、制御手段２０９と制御手段２１０の連係によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、第２の電源３、非接触充電一次回路２０８、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段２１１、並びに、通信機１３を備えている。

この充電装置２０１は、実施例２（図８）の充電装置１０１と比べ、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２を切り替えスイッチＳＷ１３，ＳＷ１４に置き換え、巻線Ｎ１と巻線Ｎ２を並列接続可能としたことが異なる点であり、その他は、実施例２と同様である。

非接触充電動作時において、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４を切り替え、巻線Ｎ１をＤＣ−ＡＣインバータ２２から切り離し、巻線Ｎ１と巻線Ｎ２を並列接続することで、巻線Ｎ１を非接触充電トランスＴｒ２３の２次巻線として用いることができる。

これにより、充電装置２０１は、非接触充電動作時に、巻線Ｎ２に流れる電流を巻線Ｎ１と巻線Ｎ２で分割し、巻線Ｎ２の電流を低減できるため、導通損失の低減を図ることができる。

本実施例３によれば、非接触充電動作時に、巻線Ｎ１の接続を切り替えることで、充電効率の向上を図ることができる。

図１２は、本発明の実施例４による二次電池充電システムの具体的回路構成図である。充電装置３０１は、交流電源２および交流電源３と、二次電池４の間に接続され、交流電源２からプラグイン充電により、また、交流電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。

この充電装置３０１は、基本的に図８の実施例２と同じであり、図８での説明と重複する部分については、説明を省略する。第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路３０６と、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４と、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）と、スイッチＳＷ２２，ＳＷ２３と、充電二次回路３０７と、平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段３０９，３１０、並びに、通信機１２を備えている。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路３０６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、実施例１〜３と同様に、第１の充電所ＣＳ１にプラグイン充電一次回路３０６を備え、プラグインコネクタを、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路３０６と、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４は、制御手段２０９と制御手段２１０の連係によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、第２の電源３、非接触充電一次回路３０８、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段３０９〜３１１、並びに、通信機１３を備えている。

この充電装置３０１は、実施例３（図１１）の充電装置２０１と比べ、巻線Ｎ２と充電二次回路３０７の間に、新たに切り替えスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３を設けたことが異なる点である。

本実施例によれば、非接触充電動作時において、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４を切り替えて巻線Ｎ１をＤＣ−ＡＣインバータ２２から切り離し、スイッチＳＷ２２，ＳＷ２３を切り替えて、巻線Ｎ１と巻線Ｎ２を直列接続する。これにより、非接触充電トランスＴｒ２３の巻数比を可変にすることができ、非接触充電トランスの巻数比を充電状態に応じて最適化することで、充電効率の向上を図ることができる。

図１３は、本発明の実施例５による二次電池充電システムの回路構成図である。充電装置４０１は、交流電源２および交流電源３と二次電池４の間に接続され、交流電源２からプラグイン充電により、また、交流電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。

この充電装置４０１は、基本的に図８の実施例２と同じであり、図８での説明と重複する部分については、説明を省略する。第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路４０６、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）、充電二次回路４０７、並びに平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段４０９，４１０、並びに、通信機１２を備えている。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路４０６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、実施例１〜４と同様に、第１の充電所ＣＳ１にプラグイン充電一次回路４０６を備え、プラグインコネクタを、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路４０６と、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御手段４０９と制御手段４１０の連係によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、第２の電源３、非接触充電一次回路４０８、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段４１１、並びに、通信機１３を備えている。

この充電装置４０１は、実施例２（図８）の充電装置１０１と比べ、プラグイン充電一次回路４０６のＡＣ−ＤＣコンバータ２１とＤＣ−ＡＣインバータ２２との接続端子間に切り替えスイッチＳＷ１５，ＳＷ１６を設けたことが異なる点である。

本実施例５の充電装置４０１では、非接触充電時に使用していなかった巻線Ｎ１とＤＣ−ＡＣインバータ２２をも、充電二次回路として使用する急速充電動作が可能となる。以下に、この非接触充電による急速充電時の動作について説明する。

（急速充電動作）
非接触充電による急速充電動作時には、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２とスイッチＳＷ３１，ＳＷ３２をオン状態に保つ。スイッチＳＷ１５，ＳＷ１６を切り替え、巻線Ｎ１とＤＣ−ＡＣインバータ２２とをＡＣ−ＤＣコンバータ２１から切り離し、二次電池４と並列の平滑コンデンサＣ２２に並列接続する。

制御手段４１０は、制御手段４１１から受け取った情報を基に、非接触充電一次回路４０８をスイッチング動作させ、巻線Ｎ３に交流電圧を印加する。これによって、巻線Ｎ１に生じた誘導電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ２２のダイオードＤ１１〜Ｄ１４によって整流され、二次電池４に電力を供給する。同時に、巻線Ｎ２に生じた誘導電圧も、充電二次回路４０７によって整流され、二次電池４に電力を供給する。

以上、本実施例５の充電装置４０１では、非接触充電時において、充電二次回路４０７に加えて、ＤＣ−ＡＣインバータ２２をも充電二次回路として使用し、交流電源３からの電力を二次電池４へ供給することができる。

これにより、充電二次回路の変換器容量を大容量化でき、非接触充電一次回路４０８の変換器容量を大容量化することで充電時間の短縮を図ることができる。

なお、巻線Ｎ１とＮ２の巻数比α（Ｎ１／Ｎ２）がα＜１の場合では、ＤＣ−ＡＣインバータ２２のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４をスイッチングさせ、昇圧チョッパとして動作させることで、ＤＣ−ＡＣインバータ２２と充電二次回路４０７を整流回路として使用し、交流電源からの電力を二次電池４へ供給することができる。

本実施例５によれば、プラグイン充電回路を普通充電装置として使用し、非接触充電回路を急速充電装置として使用できる充電システムとすることができる。

図１４は、本発明の実施例６による二次電池充電システムの具体的回路構成図である。充電装置５０１は、実施例２（図８）の充電装置１０１と同様に、交流電源２および交流電源３と二次電池４の間に接続され、交流電源２からプラグイン充電により、また、交流電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。

この充電装置５０１は、基本的に図８の実施例２と同じであり、図８での説明と重複する部分については、説明を省略する。第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路５０６、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２と、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１、Ｎ２１，Ｎ２２）、充電二次回路５０７、並びに平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段５０９，５１０、並びに、通信機１２を備えている。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路４０６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、実施例１〜５と同様に、第１の充電所ＣＳ１にプラグイン充電一次回路５０６を備え、プラグインコネクタを、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路５０６と、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御手段５０９と制御手段５１０の連係によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、第２の電源３、非接触充電一次回路５０８と、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２と、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）と、制御手段５１１と、通信機１３とを備えている。

ＤＣ−ＡＣインバータ５２２は、実施例２（図８）のＤＣ−ＡＣインバータ２２と比べ、共振コンデンサＣｒ１を共振コンデンサＣ１２，Ｃ１３に入れ替えている。また、フルブリッジ接続されていたスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４を、１アームのスイッチング素子Ｓ１５，Ｓ１６（ダイオードＤ１５，Ｄ１６付）のみに置き代えたハーフブリッジ回路とした点が異なっている。

充電二次回路５０７では、実施例２（図８）の充電二次回路１０７と比べ、巻線Ｎ２を巻線Ｎ２１とＮ２２に置き換え、ブリッジ接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２４をダイオードＤ２５，Ｄ２６に置き換えた点が異なっている。この充電二次回路５０７を、センタータップ整流回路と称する。センタータップ整流回路では、巻線Ｎ２１の一端と巻線Ｎ２２の一端とが接続され、巻線Ｎ２１の他端はダイオードＤ２５の一端に接続され、巻線Ｎ２２の他端はダイオードＤ２６の一端に接続されている。ダイオードＤ２５の他端とダイオードＤ２６の他端とが平滑コンデンサＣ２２の一端に接続されている。巻線Ｎ２１，Ｎ２２の接続点は、平滑コンデンサＣ２２の他端に接続されている。

非接触充電一次回路５０８は、プラグイン充電一次回路５０６と同様に、ＤＣ−ＡＣインバータ５２４をハーフブリッジ構成としている。

本実施例６によれば、ＡＣ−ＡＣコンバータ一次回路５０６，５０８にハーフブリッジ回路を、充電二次回路５０７にセンタータップ整流回路を採用しており、スイッチング素子とダイオードの部品点数を削減することができる。

図１５は、本発明の実施例７による二次電池充電システムの具体的回路構成図である。充電装置６０１は、実施例４（図１２）の充電装置３０１と同様に、交流電源２からプラグイン充電により、また、交流電源３から非接触充電により、それぞれ、二次電池４を充電することができる。

この充電装置６０１は、非接触充電一次回路６０８内の回路構成を除いて、図１３の実施例５と同じであり、図１３での説明と重複する部分については説明を省略する。第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグイン充電一次回路６０６と、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）、スイッチＳＷ２４，ＳＷ２５、充電二次回路６０７、並びに平滑コンデンサＣ２２を備え、また、制御手段６０９，６１０、並びに、通信機１２を備えている。電気自動車の場合、これらの回路と二次電池４および負荷５は、車載されている。

第１の充電所ＣＳ１を構成する電源２と、プラグイン充電一次回路６０６との間は、プラグインコネクタＰＣ１によって接続・遮断が可能となっている。ただし、実施例１〜６と同様に、第１の充電所ＣＳ１にプラグイン充電一次回路６０６を備え、プラグインコネクタを、図示する符号ＰＣ２の位置に配置するものであっても良い。プラグイン充電一次回路６０６と、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御手段６０９と制御手段６１０の連係によって制御される。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、
非接触充電一次回路６０８、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段６１１、並びに、通信機１３を備えている。

この充電装置６０１では、実施例５（図１３）の非接触充電一次回路４０８内のＡＣ−ＤＣコンバータ２３を、昇圧インダクタＬ４、スイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ４４、直流リンクコンデンサＣ３２により構成されたＰＷＭコンバータ６２３に置き換えている。また、充電二次回路６０７と巻線Ｎ２の間にスイッチＳＷ２４，ＳＷ２５を設けた点が異なっている。ＰＷＭコンバータ６２３内のスイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ４４には、それぞれ逆並列ダイオードＤ４１〜Ｄ４４が接続されている。スイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ４４は、制御手段６１０と制御手段６１１の連係によって制御され、スイッチＳＷ２４，ＳＷ２５は制御手段６１０によって制御される。

制御手段６１１には、入力電圧を検出する電圧センサ４０と、リンク電圧を検出する電圧センサ４１と、交流電源からの入力電流を検出する電流センサ４２と、通信機１３が接続されている。

本実施例７では、非接触充電一次回路６０８内のＰＷＭコンバータ６２３とＤＣ−ＡＣインバータ６２４をスイッチング動作させ、充電装置６０１を双方向動作させることで、二次電池４の電力を交流電源３へ供給することが可能である。以下、この動作を逆潮流動作と称し、この逆潮流動作について説明する。

（逆潮流動作）
逆潮流動作時には、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２とスイッチＳＷ３１，ＳＷ３２をオン状態に、スイッチＳＷ２４，ＳＷ２５をオフ状態に保つ。また、スイッチＳＷ１５，ＳＷ１６を切り替え、巻線Ｎ１とＤＣ−ＡＣインバータ２２を、交流電源２とＡＣ−ＤＣコンバータ２１から切り離し、平滑コンデンサＣ２２の両端に並列に接続する。制御手段６１０と制御手段６１１によりＤＣ−ＡＣインバータ２２をスイッチング動作させ、巻線Ｎ１に交流電圧を印加する。ＤＣ−ＡＣインバータ６２４のダイオードＤ３１〜Ｄ３４は巻線Ｎ２に生じた誘導電圧を整流し、直流リンクコンデンサＣ３２へ供給する。制御手段６１１によりＰＷＭコンバータ６２３をスイッチング動作させ、直流リンクコンデンサＣ３２の電力を交流電源３へ供給する。

本実施例７では、充電装置の入力を単相としたが、ＰＷＭコンバータを三相化することで、三相入力にも適用可能である。

このように本実施例７によれば、充電システムを、二次電池４の電力を交流電源３へ逆潮流させるシステムとすることができる。

図１６は、本発明による充電システムを採用した電気自動車７００の充電システムの概要構成図である。

電気自動車７００は、二次電池７０４の電力を、インバータ７５２により、可変電圧・可変周波数の三相交流に変換し、動力用モータ７５１に供給する。この二次電池７０４を充電する必要があり、第１の電源２を備えた第１の充電所ＣＳ１でのプラグイン充電のために、プラグインコネクタＰＣ１に接続したプラグイン充電一次回路７０６、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，Ｎ２）、並びに充電二次回路７０７を備え、また、制御手段７０９，７１０、並びに、通信機１２を備えている。

一方、非接触充電のために、第２の充電所ＣＳ２があり、この第２の充電所ＣＳ２には、第２の電源３、非接触充電一次回路７０８、絶縁トランスＴｒ２３の一部（コアＴ２，巻線Ｎ３）、制御手段７１１、並びに、通信機１３を備えている。

非接触充電一次回路７０８は、制御手段７１１によって制御される。制御手段７１０と制御手段７１１は、車載の通信機１２と、第２の充電所ＣＳ２の通信機１３によって、無線で接続される。

電気自動車７００が、第２の充電所ＣＳ２の所定の位置に停車すると、絶縁トランスＴｒ２３は、コアＴ１，Ｔ２により、充電所ＣＳ２側の巻線Ｎ３と、車載側の巻線Ｎ２を磁気結合させ、非接触充電用の電力を巻線Ｎ３から巻線Ｎ２へ伝達することができる。

本実施例によれば、１つの絶縁トランスによりプラグイン充電と非接触充電とに対応でき、絶縁トランスの二次側以降を共用できるので、充電装置の小型軽量化を図ることができる。

もちろん、本発明による充電装置１は、ハイブリッド自動車に適用することもできる。

図１７は、本発明による充電システムを採用した電気掃除機８００の充電システムの概要構成図である。充電装置８０１は、動力用モータ８５１を駆動するインバータ８５２へ電力供給を行う二次電池８０４と、プラグイン充電コネクタ８５３と、交流電源８０２とに接続されている。プラグイン充電時には、プラグイン充電一次回路８０６と、絶縁トランスＴｒ１２（巻線Ｎ１，巻線Ｎ２）、充電二次回路８０７を介して、プラグイン充電コネクタ８５３に接続された交流電源８０２の電力を二次電池８０４へ供給する。

非接触充電動作時には、交流電源８０２から、非接触充電一次回路８０８と、絶縁トランスＴｒ２３（コアＴ２，巻線Ｎ３，Ｎ２）、充電二次回路８０７を介して二次電池８０４へ供給する。

本実施例によれば、１つの絶縁トランスによりプラグイン充電と非接触充電とに対応でき、絶縁トランスの二次側以降を共用できるので、充電装置の小型軽量化を図ることができる。

もちろん、本発明による充電システムは、テレビやパソコンなどの据え置き型機器や、携帯電話などの携帯機器に適用することもできる。

産業上の利用の可能性

本発明は、電気自動車に用いられる電システムや、工場の搬送装置の充電装置や、携帯機器に用いられる充電装置などに適用できる。

１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，８０１…充電装置、２，３，７０２，８０２…電源、４…二次電池、５…負荷、６，１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６、７０６、８０６…プラグイン充電一次回路、７，１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０７、７０７、８０７…充電二次回路、８，１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８、７０８、８０８…非接触充電一次回路、９，１０，１１，１０９，１１０，１１１，２０９，２１０，２１１，３０９，３１０，３１１，４０９，４１０，４１１，５０９，５１０，５１１，６０９，６１０，６１１，７０９，７１０，７１１，８０９，８１０，８１１…制御手段、１２，１３…通信機、１４，１６，１７…磁性体コア、１５…絶縁体、２１，２３，６２３…ＡＣ−ＤＣコンバータ、２２，２４，５２２，５２４…ＤＣ−ＡＣインバータ、７５１，８５１…モータ、７５２，８５２…インバータ、ＰＣ１，ＰＣ２…プラグインコネクタ、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３…絶縁トランスの巻線、Ｔ１，Ｔ２…絶縁トランスの磁性体コア、Ｔｒ１２…プラグイン充電用絶縁トランス、Ｔｒ２３…非接触充電用絶縁トランス。

Claims (22)

1. 第１の電源からの電力を有線コネクタを介して供給されるトランスの第１の巻線と、
   前記第１の巻線と磁気結合された前記トランスの第２の巻線と、
   前記第２の巻線に供給された電力により充電される二次電池またはキャパシタと、
   第２の電源からの電力を供給されるとともに、前記第２の巻線との相対位置が可変であり、前記第２の巻線が接近することによって、前記第２の巻線と磁気結合が可能な第３の巻線とを備え、
   前記第１の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第１の巻線と、前記第２の巻線の磁気結合を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給し、
   前記第２の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第３の巻線と前記第２の巻線の磁気結合を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給するとともに、
   前記第１の電源と前記第１の巻線の間に、前記第１の巻線を前記第１の電源から切り離し、前記第２の巻線と並列接続するスイッチを備え、前記第２の電源から前記二次電池を充電する場合には、前記スイッチにより前記第１の巻線と前記第２の巻線を並列接続することを特徴とする充電システム。
2. 第１の電源からの電力を有線コネクタを介して供給されるトランスの第１の巻線と、
   前記第１の巻線と磁気結合された前記トランスの第２の巻線と、
   前記第２の巻線に供給された電力により充電される二次電池またはキャパシタと、
   第２の電源からの電力を供給されるとともに、前記第２の巻線との相対位置が可変であり、前記第２の巻線が接近することによって、前記第２の巻線と磁気結合が可能な第３の巻線とを備え、
   前記第１の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第１の巻線と、前記第２の巻線の磁気結合を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給し、
   前記第２の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第３の巻線と前記第２の巻線の磁気結合を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給するとともに、
   前記第１の電源と前記第１の巻線の間に、前記第１の巻線を前記第１の電源から切り離すスイッチと、前記第２の巻線と前記第２の電源の間に前記第１の巻線と前記第２の巻線を直列に接続するスイッチとを備え、前記第２の電源から負荷へ電力を供給する場合には、前記第１の巻線と前記第２の巻線を直列接続することを特徴とする充電システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記第１の電源と前記トランスの第１の巻線との間に接続されたＡＣ―ＡＣコンバータを備え、前記有線コネクタを、前記第１の電源と前記ＡＣ―ＡＣコンバータとの間を接続・遮断可能なように配置したことを特徴とする充電システム。
4. 請求項１または請求項２において、前記第１の電源と前記トランスの第１の巻線との間に接続されたＡＣ―ＡＣコンバータを備え、前記有線コネクタを、前記ＡＣ―ＡＣコンバータと前記第１の巻線との間を接続・遮断可能なように配置したことを特徴とする充電システム。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記第２の電源と前記第３の巻線との間にＡＣ―ＡＣコンバータを接続したことを特徴とする充電システム。
6. 請求項３〜請求項５のいずれかにおいて、前記ＡＣ―ＡＣコンバータは、整流回路と、チョッパ回路と、インバータ回路を備えたことを特徴とする充電システム。
7. 請求項１または請求項２において、前記第１および第２の巻線を含む前記トランスと前記二次電池またはキャパシタは、車両に搭載され、前記第１の巻線に電力を供給する前記第１の電源は地上の第１の充電所に配置され、前記第２の電源と前記第３の巻線は地上の第２の充電所に配置され、前記車両が前記第１の充電所の所定の位置に停止したとき前記有線コネクタを用いて前記第１の電源と前記第１の巻線間を接続可能であり、前記車両が前記第２の充電所の所定の位置に停止したとき前記第３の巻線と前記第２の巻線とが磁気結合できるように構成したことを特徴とする充電システム。
8. 第１の電源に接続された第１の回路と、
   前記第１の回路に接続されたトランスの第１の巻線と、
   前記第１の巻線と磁気結合する前記トランスの第２の巻線と、
   前記第２の巻線に供給された電力を二次電池またはキャパシタを充電するために供給する第２の回路と、
   第２の電源に接続された第３の回路と、
   第２の電源から前記第３の回路を介して電力を供給されるとともに、前記第２の巻線との相対位置が可変であり、前記第２の巻線が接近することによって、前記第２の巻線との磁気結合が可能な第３の巻線とを備え、
   前記第１の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第１の回路から前記第１および前記第２の巻線ならびに前記第２の回路を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給し、
   前記第２の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第３の回路から前記第３および前記第２の巻線ならびに前記第２の回路を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給するとともに、
   前記第１の回路と前記第１の巻線の間に、前記第１の巻線を前記第１の回路から切り離し、前記第２の巻線と並列接続するスイッチを備え、前記第２の電源から前記二次電池を充電する場合には、前記スイッチにより前記第１の巻線と前記第２の巻線を並列接続することを特徴とする充電システム。
9. 第１の電源に接続された第１の回路と、
   前記第１の回路に接続されたトランスの第１の巻線と、
   前記第１の巻線と磁気結合する前記トランスの第２の巻線と、
   前記第２の巻線に供給された電力を二次電池またはキャパシタを充電するために供給する第２の回路と、
   第２の電源に接続された第３の回路と、
   第２の電源から前記第３の回路を介して電力を供給されるとともに、前記第２の巻線との相対位置が可変であり、前記第２の巻線が接近することによって、前記第２の巻線との磁気結合が可能な第３の巻線とを備え、
   前記第１の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第１の回路から前記第１および前記第２の巻線ならびに前記第２の回路を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給し、
   前記第２の電源から前記二次電池またはキャパシタを充電する場合には、前記第３の回路から前記第３および前記第２の巻線ならびに前記第２の回路を介して前記二次電池またはキャパシタヘ充電電力を供給するとともに、
   前記第１の回路と前記第１の巻線の間に、前記第１の巻線を前記第１の回路から切り離すスイッチと、前記第２の巻線と前記第２の回路の間に前記第１の巻線と前記第２の巻線を直列に接続するスイッチとを備え、前記第２の電源から負荷へ電力を供給する場合には、前記第１の巻線と前記第２の巻線を直列接続することを特徴とする充電システム。
10. 請求項８または請求項９において、前記第１の回路及び／又は第３の回路は、整流回路と、チョッパ回路と、インバータ回路を含むＡＣ―ＡＣコンパータであることを特徴とする二次電池の充電システム。
11. 請求項１０において、前記チョッパ回路は、直流端子間に接続された昇圧インダクタと昇圧スイッチング素子の直列回路と、前記昇圧スイッチング素子の両端間に接続された昇圧ダイオードと出カコンデンサの直列回路とを備えたことを特徴とする充電システム。
12. 請求項８または請求項９において、前記第１又は第３の回路は、前記第１又は第２の電源に接続された昇圧インダクタと、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子をブリッジ接続したＰＷＭコンバータ回路と、前記ＰＷＭコンバータの出力を平滑するコンデンサとを備えたことを特徴とする充電システム。
13. 請求項１０において、前記インバータ回路は、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子をブリッジ接続したフルブリッジインバータ回路、前記第２の回路は、ダイオードをブリッジ接続したブリッジ整流回路としたことを特徴とする充電システム。
14. 請求項８〜１３のいずれかにおいて、前記第２の回路は第１の通信機を備え、前記第３の回路は前記第１の通信機と通信する第２の通信機を備え、前記第１の通信機は、前記二次電池の充電状態に基づいて前記第３の回路を制御する制御指令を前記第２の通信機へ送信することを特徴とする充電システム。
15. 請求項８〜１３のいずれかにおいて、前記トランスは、中心部に柱状の脚と、周縁部に脚を有し、前記第１および第２の巻線が巻かれるとともに、開口部から見ると内側がドーナツ型に窪んだ形状をした第１の磁性体コアと、前記第３の巻線が巻かれるとともに、周縁部に脚を有する第２の磁性体コアを備えたことを特徴とする充電システム。
16. 請求項８〜１３のいずれかにおいて、前記トランスは、中心部に柱状で中心が窪んだ脚と、周縁部に脚を有し、前記第１および第２の巻線が巻かれるとともに、開口部から見ると内側がドーナツ型に窪んだ形状をした第１の磁性体コアと、前記第３の巻線が巻かれた平板状の第２の磁性体コアを備えたことを特徴とする充電システム。
17. 請求項８〜１３のいずれかにおいて、前記トランスは、前記第１および第２の巻線が巻かれた平板状の第１の磁性体コアと、前記第３の巻線が巻かれた平板状の第２の磁性体コアを備えたことを特徴とする充電システム。
18. 請求項１５〜１７のいずれかにおいて、前記第１の磁性体コアに設置された第１の通信機と、前記第２の磁性体コアに設置された第２の通信機を備え、前記第１の通信機は、前記二次電池の充電状態に基づいて前記第３の回路を制御する制御指令を前記第２の通信機へ送信することを特徴とする充電システム。
19. 請求項１５〜１７のいずれかにおいて、前記第１と第２の巻線を覆う絶縁体の厚さが、前記第１と第２の巻線で異なることを特徴とする充電システム。
20. 請求項８または請求項９における、前記トランスの前記第１の巻線と、前記第２の巻線と、前記第２の回路、並びに前記二次電池またはキャパシタを搭載したことを特徴とする自動車。
21. 請求項８または請求項９における、前記第２の電源と、前記第３の回路、並びに前記第３の巻線を設置したことを特徴とする地上非接触充電所。
22. 請求項８または請求項９における、前記第１の回路と、前記トランスの前記第１の巻線と、前記第２の巻線と、前記第２の回路、並びに前記二次電池及び／または前記キャパシタを備えたことを特徴とする電気掃除機。

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