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公開番号2025015336
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2023118685
出願日2023-07-20
発明の名称充電装置、電力変換装置
出願人日立Astemo株式会社
代理人弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02J 7/00 20060101AFI20250123BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】充電電力の昇圧機能を低コストで実現する。
【解決手段】充電装置2において、インバータ20は、スイッチング素子21a～23bのうち、巻線32,33との間に接続部が設けられていないV相のスイッチング素子22a,22bおよび/またはW相のスイッチング素子23a,23bを、昇圧スイッチング素子として選択し、当該昇圧スイッチング素子をスイッチングさせることにより、回転電機30の巻線31～33を用いて直流電源4の直流電力の電圧を昇圧して蓄電装置11に供給する昇圧動作を行うことが可能である。昇圧スイッチング素子以外のスイッチング素子21a,21bと接続部41uを介して接続されているリレー42uは、インバータ20が昇圧動作を行うときにはON状態に切り替えられている。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
蓄電装置に接続される複数のスイッチング素子を有するインバータと、
前記インバータから出力される交流電力の異なる相にそれぞれ対応する複数の巻線を有し、各巻線の一端が前記スイッチング素子にそれぞれ接続されるとともに、各巻線の他端が相互に接続される回転電機と、
前記交流電力の少なくとも１つの相に対応する前記スイッチング素子と前記巻線との間に設けられた接続部に一端が接続され、前記蓄電装置を充電するための直流電力を供給する外部の直流電源との接続点に他端が接続されており、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えられることで前記接続部と前記直流電源とを導通または遮断する、少なくとも１つのリレーと、
前記リレーと前記接続点の間に一端が接続され、前記蓄電装置の負極に他端が接続されるコンデンサと、を有し、
前記インバータは、前記複数のスイッチング素子のうち、前記巻線との間に前記接続部が設けられていないか、または前記ＯＦＦ状態に切り替えられている前記リレーと前記接続部を介して接続されているスイッチング素子を、昇圧スイッチング素子として選択し、当該昇圧スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記巻線を用いて前記直流電力の電圧を昇圧して前記蓄電装置に供給する昇圧動作を行うことが可能であり、
前記昇圧スイッチング素子以外のスイッチング素子と前記接続部を介して接続されている前記リレーは、前記インバータが前記昇圧動作を行うときには前記ＯＮ状態に切り替えられている、
充電装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記インバータは、前記交流電力の２つの相にそれぞれ対応する前記スイッチング素子を前記昇圧スイッチング素子として、前記２つの相のうち一方の相および他方の相の前記昇圧スイッチング素子をそれぞれスイッチングさせることにより、前記昇圧動作を行う、
請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記インバータは、前記一方の相の前記昇圧スイッチング素子をスイッチングさせる期間と、前記他方の相の前記昇圧スイッチング素子をスイッチングさせる期間との少なくとも一部が互いに重ならないように、前記昇圧動作において各昇圧スイッチング素子をスイッチングさせる、
請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
前記リレーを複数有し、
各前記リレーの前記一端は、前記交流電力の異なる相に設けられた前記接続部にそれぞれ接続されており、
複数の前記リレーの少なくとも１つは、前記インバータが前記昇圧動作を行うときには前記ＯＮ状態に切り替えられており、
前記インバータは、前記ＯＮ状態に切り替えられている前記リレーと前記接続部を介して接続されているスイッチング素子を除く各スイッチング素子を前記昇圧スイッチング素子として、当該昇圧スイッチング素子をスイッチングさせることにより前記昇圧動作を行う、
請求項１に記載の充電装置。
【請求項５】
複数の前記リレーが前記ＯＮ状態または前記ＯＦＦ状態にそれぞれ切り替えられる、
請求項４に記載の充電装置。
【請求項６】
前記回転電機の回転子の位置を固定可能な固定機構を有し、
前記固定機構は、前記インバータが前記昇圧動作を行う際に、複数の前記巻線のうち前記昇圧スイッチング素子のスイッチングに応じて通電される巻線のインダクタンスが最小となる位置以外の位置に前記回転子を固定する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項７】
前記インバータは、前記交流電力の複数の相のうち、前記回転電機の回転子の位置に応じて線間インダクタンスが相対的に大となる相を選択し、当該相に対応する前記スイッチング素子を前記昇圧スイッチング素子として前記昇圧動作を行う、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項８】
蓄電装置から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して回転電機に出力するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子と、
前記交流電力の少なくとも１つの相に対応する前記スイッチング素子と前記回転電機の巻線との間に設けられた接続部に一端が接続され、前記蓄電装置を充電するための第２の直流電力を供給する外部の直流電源との接続点に他端が接続されており、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えられることで前記接続部と前記直流電源とを導通または遮断する、少なくとも１つのリレーと、
前記リレーと前記接続点の間に一端が接続され、前記蓄電装置の負極に他端が接続されるコンデンサと、を有し、
前記複数のスイッチング素子のうち、前記巻線との間に前記接続部が設けられていないか、または前記ＯＦＦ状態に切り替えられている前記リレーと前記接続部を介して接続されているスイッチング素子を、昇圧スイッチング素子として選択し、当該昇圧スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記巻線を用いて前記第２の直流電力の電圧を昇圧して前記蓄電装置に供給する昇圧動作を行うことが可能であり、
前記昇圧スイッチング素子以外のスイッチング素子と前記接続部を介して接続されている前記リレーは、前記昇圧動作を行うときには前記ＯＮ状態に切り替えられている、
電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電装置および電力変換装置に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護や地球温暖化対策の一環として、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などの電動車両の普及が進んでいる。これらの電動車両では、外部の充電設備から提供される電力を受けて車載バッテリを充電し、この車載バッテリに貯蔵された電気エネルギーを用いて電気モータを駆動することにより、電動車両を走行させることができるようになっている。一般的に、電動車両における車載バッテリの充電には、一般家庭用の商用電源を直流電力に変換して充電を行う通常充電と、専用の充電設備から供給される大電力の直流電力を用いて急速に充電を行う急速充電との２種類が存在する。
【０００３】
近年では電動車両の走行性能の向上や電力変換時の効率向上を目的に、車載バッテリの高電圧化が進んでいる。これに伴って、急速充電用の充電設備が供給可能な直流電力の電圧（例えば４００Ｖ）が、車載バッテリの充電電圧（例えば８００Ｖ）よりも低い場合がある。このような場合でも車載バッテリを充電可能とする方法として、充電設備から供給される直流電力の電圧を昇圧するための昇圧回路を車両に搭載することが考えられる。しかしながら、これを実現し得る大容量の昇圧回路は大型化、重量化する傾向があり、車両に搭載するのには適さない。また、車両のコストアップの要因にもなる。
【０００４】
上記課題を解決するための技術として、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。特許文献１には、一端が直流連結端に接続され、他端が充電電力入力端に連結された第１リレーと、一端がモータの中性点に連結され、他端が充電電力入力端に接続された第２リレーとを有し、これらのリレーの状態を制御するとともにインバータの各スイッチング素子のオンオフ状態を制御することで、充電設備から提供される充電電力をモータのコイルにより昇圧してバッテリに提供可能とした充電システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１７５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の充電システムでは、モータの中性点を第２リレーの一端と連結し、この第２リレーを介して充電電力入力端と接続可能とするために、モータの中性点をモータ外部に引き出す構造を採用する必要がある。すなわち、特許文献１の充電システムを適用するためには、モータにおいて通常とは異なる特殊な構造を採用する必要があり、依然としてコストアップの要因となっている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主な目的は、充電電力の昇圧機能を低コストで実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による充電装置は、蓄電装置に接続される複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータから出力される交流電力の異なる相にそれぞれ対応する複数の巻線を有し、各巻線の一端が前記スイッチング素子にそれぞれ接続されるとともに、各巻線の他端が相互に接続される回転電機と、前記交流電力の少なくとも１つの相に対応する前記スイッチング素子と前記巻線との間に設けられた接続部に一端が接続され、前記蓄電装置を充電するための直流電力を供給する外部の直流電源との接続点に他端が接続されており、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えられることで前記接続部と前記直流電源とを導通または遮断する、少なくとも１つのリレーと、前記リレーと前記接続点の間に一端が接続され、前記蓄電装置の負極に他端が接続されるコンデンサと、を有し、前記インバータは、前記複数のスイッチング素子のうち、前記巻線との間に前記接続部が設けられていないか、または前記ＯＦＦ状態に切り替えられている前記リレーと前記接続部を介して接続されているスイッチング素子を、昇圧スイッチング素子として選択し、当該昇圧スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記巻線を用いて前記直流電力の電圧を昇圧して前記蓄電装置に供給する昇圧動作を行うことが可能であり、前記昇圧スイッチング素子以外のスイッチング素子と前記接続部を介して接続されている前記リレーは、前記インバータが前記昇圧動作を行うときには前記ＯＮ状態に切り替えられている。
本発明による電力変換装置は、蓄電装置から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して回転電機に出力するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子と、前記交流電力の少なくとも１つの相に対応する前記スイッチング素子と前記回転電機の巻線との間に設けられた接続部に一端が接続され、前記蓄電装置を充電するための第２の直流電力を供給する外部の直流電源との接続点に他端が接続されており、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えられることで前記接続部と前記直流電源とを導通または遮断する、少なくとも１つのリレーと、前記リレーと前記接続点の間に一端が接続され、前記蓄電装置の負極に他端が接続されるコンデンサと、を有し、前記複数のスイッチング素子のうち、前記巻線との間に前記接続部が設けられていないか、または前記ＯＦＦ状態に切り替えられている前記リレーと前記接続部を介して接続されているスイッチング素子を、昇圧スイッチング素子として選択し、当該昇圧スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記巻線を用いて前記第２の直流電力の電圧を昇圧して前記蓄電装置に供給する昇圧動作を行うことが可能であり、前記昇圧スイッチング素子以外のスイッチング素子と前記接続部を介して接続されている前記リレーは、前記昇圧動作を行うときには前記ＯＮ状態に切り替えられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、充電電力の昇圧機能を低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１の実施形態に係る充電装置の構成を示す図である。
Ｖ相のスイッチング素子をスイッチング動作させ、Ｗ相のスイッチング素子をＯＦＦ状態のままとして昇圧動作を行ったときに、Ｖ相巻線とＷ相巻線にそれぞれ流れる電流Ｉｖ，Ｉｗの時間変化の様子を示した図である。
Ｖ相のスイッチング素子をスイッチング動作させるとともに、Ｗ相のスイッチング素子もスイッチング動作させて昇圧動作を行ったときに、Ｖ相巻線とＷ相巻線にそれぞれ流れる電流Ｉｖ，Ｉｗの時間変化の様子を示した図である。
Ｖ相のスイッチング素子のスイッチング期間とＷ相のスイッチング素子のスイッチング期間とを一部ずらした場合の例を示す図である。
Ｖ相のスイッチング素子のスイッチング期間とＷ相のスイッチング素子のスイッチング期間とを全部ずらした場合の例を示す図である。
本発明の第２の実施形態に係る充電装置の構成を示す図である。
本発明の第２の実施形態におけるリレーの切替タイミングの例を示す図である。
回転子の位置に応じた線間インダクタンスの変化の様子を示す図である。
Ｖ相スイッチング素子を昇圧スイッチング素子としてスイッチングさせる場合の回転子の固定位置の例を示す図である。
Ｖ相スイッチング素子とＷ相スイッチング素子をそれぞれを昇圧スイッチング素子としてスイッチングさせる場合の回転子の固定位置の例を示す図である。
昇圧動作の開始時に回転子が５０°の位置で固定されている場合の線間インダクタンスの例を示す図である。
昇圧動作の開始時に回転子が１２０°の位置で固定されている場合の線間インダクタンスの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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