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公開番号2024027398
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022130165
出願日2022-08-17
発明の名称充電器
出願人矢崎総業株式会社,長岡パワーエレクトロニクス株式会社,国立大学法人東京海洋大学
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240222BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力の脈動を吸収することが可能な小型で高効率な充電器を提供する。
【解決手段】DC/DCコンバータ120のスイッチングS21~S28の制御は、前記DC/DCコンバータ120のスイッチS21~S28のすべてがオフである第1のモードと、前記DC/DCコンバータ120のスイッチS21~S28の少なくともいずれかがオンである複数の第2のモードと、を含み、前記第1のモードから前記複数の第2のモードのうちの1つのモードに切り替える際に、当該2つのモードの間にデッドタイムTdを設けない。
【選択図】図12
特許請求の範囲【請求項1】
交流電源に接続するための2つの入力端子とカソード端子とアノード端子を有する整流器と、
前記整流器のカソード端子に第1のラインを介して接続する第1の端子と、前記整流器のアノード端子に第2のラインを介して接続する第2の端子と、バッテリに接続するための2つの出力端子と、を有するDC/DCコンバータと、
第1のダイオードと、第2のダイオードと、第3のダイオードと、インダクタと、コンデンサと、第1のスイッチと、第2のスイッチと、を有する電力脈動吸収回路と、
前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチと前記第2のスイッチのスイッチングを制御する制御部と、を有し、
前記第1のダイオードは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記整流器の2つの入力端子の一方との間に接続され、前記第2のダイオードは、前記インダクタと前記整流器の2つの入力端子の他方との間に接続され、
前記コンデンサと前記第1のスイッチは、前記第1のラインと前記第2のラインの間に、直列に接続され、前記コンデンサは、前記第2のライン側に配置され、
前記第3のダイオードは、前記コンデンサと前記第1のスイッチを接続するラインと前記電力脈動吸収回路のインダクタとの間に接続され、
前記第2のスイッチは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記第3のダイオードを接続するラインと前記第2のラインとの間に接続され、
前記制御部による前記DC/DCコンバータのスイッチングの制御は、前記DC/DCコンバータのスイッチのすべてがオフである第1のモードと、前記DC/DCコンバータのスイッチの少なくともいずれかがオンである複数の第2のモードと、を含み、
前記制御部は、前記第1のモードから前記複数の第2のモードのうちの1つのモードに切り替える際に、当該2つのモードの間にデッドタイムを設けない、充電器。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記制御部は、前記複数の第2のモードに含まれる2つのモードのうちの一方のモードから他方のモードに切り替える際に、前記DC/DCコンバータのスイッチのいずれかがオフからオンに切り替えられるならば、当該一方のモードと当該他方のモードの間にデッドタイムを設ける、請求項1に記載の充電器。
【請求項3】
前記制御部は、
前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチを制御するための制御信号を三角波比較法で生成し、
前記三角波比較法において用いる三角波を、前記第1のモードの開始時に最大値または最小値になるように設定する、請求項1に記載の充電器。
【請求項4】
制御部は、交流電源から出力される電圧を昇圧する際に、前記交流電源から出力される電力と前記コンデンサから出力される電力との和が一定になるように、前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを制御する、請求項1に記載の充電器。
【請求項5】
前記制御部は、前記コンデンサにかかる電圧が前記整流器の出力電圧よりも大きくなるように、前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを制御する、請求項4に記載の充電器。
【請求項6】
前記制御部は、
前記交流電源から出力される瞬時電力が前記交流電源から出力される電力の平均電力よりも高い期間である充電期間において、前記交流電源から出力される電力の一部を前記コンデンサに充電するように、前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを制御し、
前記交流電源から出力される瞬時電力が前記交流電源から出力される電力の平均電力よりも低い期間である放電期間において、前記コンデンサに充電された電力を放電するように、前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを制御する、請求項5に記載の充電器。
【請求項7】
前記制御部は、前記放電期間において、前記第2のスイッチをオフの状態に保つ、請求項6に記載の充電器。
【請求項8】
前記制御部は、前記DC/DCコンバータのインダクタの動作波形が方形波形により近似可能な動作波形になるように、前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチのスイッチングを制御する、請求項7に記載の充電器。
【請求項9】
前記DC/DCコンバータは、DAB(Dual Active Bridge)コンバータである、請求項1に記載の充電器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、充電器に関する。
続きを表示(約 3,100 文字)【背景技術】
【0002】
電気自動車向け充電器として,種々の絶縁形単相AC/DCコンバータが検討されている。一般的には、電気自動車向け充電器として、力率改善(Power factor Correction(PFC))回路付きのダイオード整流器、直流リンク部の大容量コンデンサ、高周波絶縁形DC/DCコンバータからなる回路構成が用いられる。直流リンク部の大容量コンデンサは単相交流電源による電力の脈動を吸収するだけの容量が必要であり、このような回路構成では、小型化が困難であった。
【0003】
電力の脈動を吸収することが可能な小型の充電器として、非特許文献1には、Dual-Active-Bridge(DAB)コンバータに電力脈動吸収用のアクティブバッファを付加した充電回路とその制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
米田昇平,大沼喜也,「アクティブバッファを有するDual Active Bridge AC-DCコンバータの検討」,半導体電力変換研究会資料,2021, SPC-21-003, pp. 13-18
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
DABコンバータは、1次側と2次側の両方に、フルブリッジ回路を含んでいる。一般的に、フルブリッジ回路を含んだ回路では、スイッチをオフからオンに切り替える前に、切り替わるスイッチを含むレグのすべてのスイッチがオフになるデッドタイムが設けられる。しかしながら、非特許文献1に開示された充電回路の制御において、DABコンバータのスイッチをオフからオンに切り替えるタイミングのすべてにデッドタイムを設けた場合、リアクトル電流や出力電流に歪みが生じ、伝送電力の実測値が指令値に比べて小さくなり、効率が落ちてしまう。
【0006】
そこで、本発明は、電力の脈動を吸収することが可能な小型で高効率な充電器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明に係る一実施形態に係る充電器は、交流電源に接続するための2つの入力端子とカソード端子とアノード端子を有する整流器と、前記整流器のカソード端子に第1のラインを介して接続する第1の端子と、前記整流器のアノード端子に第2のラインを介して接続する第2の端子と、バッテリに接続するための2つの出力端子と、を有するDC/DCコンバータと、第1のダイオードと、第2のダイオードと、第3のダイオードと、インダクタと、コンデンサと、第1のスイッチと、第2のスイッチと、を有する電力脈動吸収回路と、前記DC/DCコンバータのスイッチと前記第1のスイッチと前記第2のスイッチのスイッチングを制御する制御部と、を有し、前記第1のダイオードは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記整流器の2つの入力端子の一方との間に接続され、前記第2のダイオードは、前記インダクタと前記整流器の2つの入力端子の他方との間に接続され、前記コンデンサと前記第1のスイッチは、前記第1のラインと前記第2のラインの間に、直列に接続され、前記コンデンサは、前記第2のライン側に配置され、前記第3のダイオードは、前記コンデンサと前記第1のスイッチを接続するラインと前記電力脈動吸収回路のインダクタとの間に接続され、前記第2のスイッチは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記第3のダイオードを接続するラインと前記第2のラインとの間に接続され、前記制御部による前記DC/DCコンバータのスイッチングの制御は、前記DC/DCコンバータのスイッチのすべてがオフである第1のモードと、前記DC/DCコンバータのスイッチの少なくともいずれかがオンである複数の第2のモードと、を含み、前記制御部は、前記第1のモードから前記複数の第2のモードのうちの1つのモードに切り替える際に、当該2つのモードの間にデッドタイムを設けない。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、電力の脈動を吸収することが可能な小型で高効率な充電器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明の一実施形態に係る充電器100を示す図である。
交流電源から出力される瞬時電力p

とバッファコンデンサCbufから出力される瞬時電力p

との関係を示す図である。
各モードにおける各スイッチの状態を示す図である。
本実施形態に係るDC/DCコンバータ120のインダクタLの動作波形i

とその等価方形波i

′を示す図である(降圧シーケンス)。
従来の制御方法による各期間のデューティー比の計算例を示す図である。
本実施形態に係るDC/DCコンバータ120のインダクタLの動作波形i

とその等価方形波i

′を示す図である(昇圧シーケンスI)。
各モードにおける各スイッチの状態を示す図である。
本実施形態に係るDC/DCコンバータ120のインダクタLの動作波形i

とその等価方形波i

′を示す図である(昇圧シーケンスII)。
降圧シーケンス、昇圧シーケンスI、昇圧シーケンスIIの3つの制御を用いて充電器100を動作させたときのデューティー比を示す図である。
DC/DCコンバータ120のインダクタLの電流i

とスイッチS21~S28のスイッチングを説明する図である。
DC/DCコンバータ120のスイッチS21~S28をオフからオンに切り替えるタイミングのすべてにデッドタイムT

を設けた場合の出力電流I

を説明する図である。
本実施形態におけるデッドタイムT

の設定を説明する図である。
本実施形態における出力電流I

を説明する図である。
DC/DCコンバータ120のスイッチS21~S28をオフからオンに切り替えるタイミングのすべてにデッドタイムT

を設けた場合の波形を得るための三角波と変調波m

~m

を説明する図である。
変調波m

~m

の変形を説明する図である。
本実施形態における三角波と変調波m

~m

を説明する図である。
図15の三角波と変調波m

~m

を用いた際の出力電流I

を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
<充電器100>
図1は、本発明の一実施形態に係る充電器100を示す図である。充電器100は、整流器110と、DC/DCコンバータ120と、電力脈動吸収回路130と、制御部140と、を有する。充電器100は、単相交流電源200から入力された単相交流電圧v

を直流電圧V
dc
に変換し、バッテリ300に出力する。
(【0011】以降は省略されています)

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