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公開番号2024058666
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2023178468
出願日2023-10-16
発明の名称自動車のバッテリーのDC電圧変換および充電のための電気システム
出願人ヴァレオ、イーオートモーティブ、フランス、エスアーエス,Valeo eAutomotive France SAS
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240418BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】自動車の高電圧バッテリーおよび低電圧バッテリーを充電および放電する電気自動車またはハイブリッド電気自動車の電気システムを提供する。
【解決手段】電気システム(1)は、三つの一次巻線、三つの第1の二次巻線および六つ三次巻線を備える多相変圧器(20)と、PFCコンバータ(10)に接続される三つの一次巻線を制御する第1の多相Hブリッジ(B1)を備えるLLC一次回路(12)と、第2の多相Hブリッジ(B2)を備え、第1のバッテリー(34)とのエネルギー交換を可能にするHVDC部(30)と、第2のバッテリー(44)とのエネルギー交換を可能にし、変圧器(20)の三次巻線を制御する整流器(41)を備えるLVDC部(40)と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気自動車またはハイブリッド電気自動車の電気システム（１）であって、前記電気システム（１）は、力率改善（ＰＦＣ）コンバータ（１０）に接続され、前記自動車の第１のバッテリー（３４）および第２のバッテリー（４４）を充電および放電するように構成され、前記第１のバッテリー（３４）は、前記第２のバッテリー（４４）よりも高い定格電圧を有し、前記電気システム（１）は、
一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）、第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、および三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ、またはＴ１、Ｔ２、Ｔ３）を備える変圧器（２０）であって、多相変圧器である変圧器（２０）と、
前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を制御する第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）を備えるＬＬＣ一次回路（１２）であって、前記ＬＬＣ一次回路（１２）は、前記ＰＦＣコンバータに接続されるＬＬＣ一次回路（１２）と、
前記第１のバッテリー（３４）とのエネルギー交換を可能にするように、前記ＬＬＣ一次回路（１２）、前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、および前記第１のバッテリー（３４）に結合されたＨＶＤＣ部（３０）であって、前記ＨＶＤＣ部（３０）は、前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を制御するように構成された第２の多相Ｈブリッジ（Ｂ２）を備えるＨＶＤＣ部（３０）と、
前記第２のバッテリー（４４）とのエネルギー交換を可能にするように、前記変圧器（２０）の前記三次巻線および前記第２のバッテリー（４４）に結合されたＬＶＤＣ部（４０）であって、前記ＬＶＤＣ部（４０）は、前記変圧器（２０）の前記三次巻線を制御するように構成された整流器（４１）を備えるＬＶＤＣ部（４０）と
を備える、電気システム（１）。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）と、第１の磁化インダクタ（Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３）と、前記変圧器（２０）の前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に結合された第１の共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）とを備える第１の共振回路を備え、前記共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）は、前記第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）と前記共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）との間に接続され、前記共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）および前記共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）は、前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と直列であり、前記第１の共振回路は、多相共振回路であり、前記ＬＬＣ一次回路（１２）は、前記第１の共振回路の前記共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）および前記第１の共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）を備える、請求項１に記載の電気システム（１）。
【請求項３】
前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のうちの１つとそれぞれ直列の二次コンデンサ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３）、第２の磁化インダクタ、および第２の共振インダクタ（Ｌｌｋｓ１、Ｌｌｋｓ２、Ｌｌｋｓ３）を備える第２の共振回路を備え、前記二次コンデンサ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３）は、前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と前記第２の多相Ｈブリッジ（Ｂ２）との間に接続され、前記第２の共振回路は、多相共振回路であり、前記ＨＶＤＣ部（３０）は、前記二次コンデンサ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３）と、前記第２の共振インダクタ（Ｌｌｋｓ１、Ｌｌｋｓ２、Ｌｌｋｓ３）とを備え、前記第２の共振回路は、前記第１のバッテリー（３４）を放電して前記ＰＦＣコンバータ（１０）を充電するために利用される、請求項１または請求項２に記載の電気システム（１）。
【請求項４】
前記ＬＶＤＣ部（４０）は、前記整流器（４１）の出力に接続され、その入力からその出力まで電圧を降圧するように構成されたバックコンバータ（４２）を備え、前記バックコンバータ（４２）は、多相インターリーブ型バックコンバータであり、複数のスイッチ（ＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６）と、インダクタ（Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３）とを備え、前記インダクタ（Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３）は、前記バックコンバータ（４２）の前記スイッチと前記バックコンバータ（４２）の出力との間に接続される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気システム（１）。
【請求項５】
前記整流器（４１）は、前記変圧器（２０）の前記三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ）のうちの１つにそれぞれ対応する複数の組のスイッチを形成する複数のスイッチ（ＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６）を備え、前記三次巻線の各々は、２つの補助巻線で構成され、前記組のスイッチの各々は、２つのスイッチを備え、前記２つのスイッチの一方は、前記対応する三次巻線の第１の端子と前記整流器（４１）のノードとの間に接続され、前記２つのスイッチの他方は、前記対応する三次巻線の第２の端子と前記整流器（４１）の前記ノードとの間に接続され、前記三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ）の各々は、中点を有し、すべての前記中点は、前記整流器（４１）の第２の出力端子に接続され、前記整流器（４１）の第１の出力端子は、前記整流器（４１）の前記ノードに接続される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気システム（１）。
【請求項６】
前記整流器（４１）は、前記変圧器（２０）の前記三次巻線（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）のうちの１つにそれぞれ接続された複数の組のスイッチを形成する複数のスイッチ（ＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６）を備え、前記三次巻線の各々は、単一の巻線である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気システム（１）。
【請求項７】
第１の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記ＰＦＣコンバータ（１０）から前記第１のバッテリー（３４）を充電するための車載充電器（ＯＢＣ）として利用されるように構成され、前記バックコンバータ（４２）は、停止される、請求項４から請求項６のいずれかに記載の電気システム（１）。
【請求項８】
第２の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第１のバッテリー（３４）を充電するためのＯＢＣとして利用されると同時に、前記第２のバッテリー（４４）を充電するためのＤＣ－ＤＣコンバータとして利用されるように構成され、前記第１および前記第２のバッテリー（３４、４４）は、両方とも前記ＰＦＣコンバータ（１０）から充電される、請求項４から請求項７のいずれかに記載の電気システム（１）。
【請求項９】
第３の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第１のバッテリー（３４）を放電して前記第２のバッテリー（４４）および前記ＰＦＣコンバータ（１０）を同時に充電するために利用されるように構成され、前記バックコンバータ（４２）は、停止される、請求項４から請求項８のいずれかに記載の電気システム（１）。
【請求項１０】
第４の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第１のバッテリー（３４）を放電して前記第２のバッテリー（４４）を自律的に充電するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータとして利用されるように構成され、前記ＰＦＣコンバータから電流が流れず、前記第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）は、停止される、請求項４から請求項９のいずれかに記載の電気システム（１）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に利用される電気システムの分野に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
本発明は、特に、自動車の２つのバッテリーを充電および放電するように構成された電気システムに関し、バッテリーの一方は、他方よりも高い定格電圧を有する。
【背景技術】
【０００３】
既知のように、電気自動車またはハイブリッド自動車両は、車載高電圧電気ネットワークを介して高電圧（ＨＶ）電源バッテリーによって給電される電気駆動システムと、車載低電圧電気ネットワークを介して低電圧（ＬＶ）電源バッテリーによって給電される複数の補助電気機器とを備える。したがって、高電圧バッテリーは、自動車の推進を可能にする電動システムへの電力供給を保証する。低電圧バッテリーは、車載電子制御ユニット（ＥＣＵ）、窓リフトモータ、マルチメディアシステムなどの補助電気機器に給電する。高電圧バッテリーは、典型的には、１００Ｖ～９００Ｖ、好ましくは４００Ｖ～６００Ｖの電圧を送達し、低電圧バッテリーは、典型的には、約１２Ｖ、２４Ｖ、または４８Ｖの電圧を送達する。
【０００４】
一般に、電気／ハイブリッド自動車の電気システムは、異なる電源間のインターフェースとして作用し、高電圧および低電圧バッテリーを充電する２つの電力コンバータを備える。２つの電力コンバータは、車載電気充電器（ＯＢＣ）と、ＤＣ－ＤＣコンバータとを備える。ＯＢＣは、外部電力網（例えば家庭用ＡＣグリッド）から交流（ＡＣ）電圧を収集し、ＡＣ電圧を高直流（ＤＣ）電圧に変換して高電圧バッテリーを充電するために利用される。一方、補助電源（ＡＰＭ）ともみなされるＤＣ－ＤＣコンバータは、高電圧バッテリーからの高電圧を低電圧に変換し、自動車の低電力アクセサリおよび低電圧バッテリーに供給を行うように構成される。
【０００５】
一般に、電気システムのＯＢＣおよびＤＣ－ＤＣコンバータは、２つの完全に独立した装置として自動車に搭載され、各々が個々のケーシングおよび個々の冷却システムを有する。それにもかかわらず、電気システムのコンパクトな設計、例えば自動車に搭載される電気システムの体積および重量の低減、電気システムの構成要素の数の低減に対する要求が高まっている。この目的のために、最近の市場ではいくつかの解決策が提案されている。
【０００６】
解決策の１つは、同じケーシング内に独立したＯＢＣおよびＤＣ－ＤＣコンバータを設置することであり、これによりそれらの両方が同じ冷却システムさらには同じ電磁両立性（ＥＭＣ）フィルタを使用することが可能になる。しかし、そのような電気システムの体積および重量、ならびに構成要素（例えば、半導体、磁気回路、相互接続、およびプリント回路基板（ＰＣＢ））の数は、依然として低減される必要がある。
【０００７】
他の既知の解決策は、電気システムがより少ない構成要素を有することを可能にし得る。しかし、そのような電気システムは、バッテリーに供給される電流中のリップル、電力散逸、電気システムの特定の構成要素間のガルバニック絶縁の欠如、電気システムの構造設計に関するモジュール性の欠如などの重要な欠点を呈する。
【０００８】
これに関連して、本発明の主な目的は、上述の欠点の少なくとも一部を克服しながら、自動車の高電圧バッテリーおよび低電圧バッテリーを充電および放電するように構成された電気システムを提供することである。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の電気システムであって、電気システムは、力率改善（ＰＦＣ）コンバータに接続され、自動車の第１のバッテリーおよび第２のバッテリーを充電および放電するように構成され、第１のバッテリーは、第２のバッテリーよりも高い定格電圧を有し、電気システムは、
【００１０】
一次巻線、第１の二次巻線、および三次巻線を備える変圧器であって、変圧器は、多相変圧器である変圧器と、
（【００１１】以降は省略されています）

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