特許ウォッチ

公開番号2025018350
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121967
出願日2023-07-26
発明の名称車載充電装置
出願人株式会社アイシン
代理人弁理士法人R&C
主分類H02J 7/00 20060101AFI20250130BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】車載の回転電機のコイル及びインバータを利用して、外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、より高い安全性を備えると共にシステムコストの増加を抑制して構成する。
【解決手段】車載充電装置10は、交流電力と第1の直流電力との間で電力を変換する第1回路1と、第1の直流電力から第2の直流電力を生成する第2回路2とを備え、第2回路2は、インバータ5を用いて構成されたスイッチング回路と、コイル7を用いて構成されたチョークコイルと、中性点7Nに接続された出力キャパシタCsとを備えて構成されたチョッパ回路であり、第1回路1は、トランスTと、一次側ブリッジ回路111と、二次側ブリッジ回路112とを備えて構成されたデュアル・アクティブ・ブリッジ回路であり、一次側ブリッジ回路111は、双方向型スイッチング素子により構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
中性点で互いに接続された複数相のコイルを備えた回転電機と、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータと、前記インバータを介して前記回転電機に接続される直流電源と、を備えた車両に搭載され、外部交流電源から供給される電力によって前記直流電源を充電する車載充電装置であって、
前記外部交流電源の側の交流電力と第１の直流電力との間で電力を変換する第１回路と、
前記第１の直流電力から前記直流電源を充電する第２の直流電力を生成する第２回路と、を備え、
前記第２回路は、
前記インバータを用いて構成されたスイッチング回路と、
複数相の前記コイルを用いて構成されたチョークコイルと、
複数相の前記コイルの前記中性点に接続された出力キャパシタと、
を備えて構成されたチョッパ回路であり、
前記第１回路は、
一次側コイルと二次側コイルとを備えたトランスと、
前記一次側コイルに接続された一次側ブリッジ回路と、
前記二次側コイルに接続された二次側ブリッジ回路と、
を備えて構成されたデュアル・アクティブ・ブリッジ回路であり、
前記一次側ブリッジ回路は、双方向型スイッチング素子により構成されている、車載充電装置。
続きを表示（約 260 文字）【請求項２】
前記一次側ブリッジ回路は、フルブリッジ回路である、請求項１に記載の車載充電装置。
【請求項３】
前記回転電機は、車輪の駆動力源である、請求項１又は２に記載の車載充電装置。
【請求項４】
前記車両は、車輪の駆動力源となる第１回転電機と、前記車両に搭載される補機の駆動力源となる第２回転電機と、を備え、
前記第１回転電機及び前記第２回転電機は、共に前記直流電源に接続され、
前記回転電機は、前記第２回転電機である、請求項１又は２に記載の車載充電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載充電装置に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特表２０２２－５０３７１３号公報には、電気自動車やハイブリッド自動車などの車輪の駆動力源として回転電機を備えた車両に搭載された直流電源を、車両に搭載された状態で充電する車載充電装置（Onboard Charger）が開示されている（背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。この文献の図３には、外部交流電源（３１０）がＹ字接続された３相のコイルの中性点に接続され、当該３相のコイルのそれぞれにインバータ（２２０）の交流側のそれぞれのアームが接続され、インバータ（２２０）の直流側端子に直流直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の入力側端子が接続され、直流直流変換器の出力側端子に直流電源が接続された車載充電装置が例示されている。３相のコイル及びインバータ（２２０）は、外部交流電源（３１０）からの正弦波のグリッド電流を直流に変換する交流直流変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）を形成している。インバータ（２２０）がスイッチング制御されることにより、この交流直流変換器は交流電力から変換される直流電力の力率を改善する力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路としても機能する。交流直流変換後の電流には、外部交流電源（３１０）の周波数（系統周波数）の２倍の周波数のリップルが生じる。直流直流変換器は、このリップルを低減して直流電源を充電するためのバッテリ電流を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０２２－５０３７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば電気自動車やハイブリッド自動車における車載充電装置では、３相のコイルとして、当該車両に搭載された回転電機のステータに備えられたコイル（ステータコイル）を用いることができる。しかし、例えば車輪の駆動力源となる回転電機は、高電力密度となるように設計されており、コイルは、交流直流変換器のインダクタとしてはインダクタンスが小さい。上記文献の図３にも例示されているように、コイルの中性点に外部交流電源が接続されて交流直流変換器が形成された場合、交流直流変換の際に、外部交流電源の系統電流の高調波電流のピーク値が大きくなる傾向がある。
【０００５】
これを抑制するための１つの方法として、交流直流変換器を構成するインバータの制御周波数を高くすることが考えられる。或いは、直流直流変換器の側でリップルを軽減するべく、直流直流変換器の制御周波数を高くことが考えられる。但し、制御周波数を高くする場合には、インバータや直流直流変換器を制御する制御装置の制御周期（動作周波数）も短くする必要がある。また、早い制御周期に伴う高い周波数でのスイッチングは、インバータ及び直流直流変換器が備えるスイッチング素子における損失を増大させ、車載充電装置の効率の低下に繋がる。また、制御装置として、高速動作が可能なマイクロコンピュータ等を用いる必要が生じ、車載充電装置のコストの上昇に繋がる。あるいは別の方法として、外部交流電源と複数相のコイルの中性点との間に、インダクタを追加することも考えられる。しかし、この場合も、インダクタの追加は車載充電装置のコストの上昇に繋がる。
【０００６】
また、外部交流電源と直流電源とがそれぞれ電気的に独立していない構成では、共通のグラウンドに、外部交流電源からの比較的高い漏れ電流が流れる場合がある。直流電源の充電中には、車両の近傍にユーザー等が存在する可能性があるため、このような漏れ電流についても考慮されていることが好ましい。また、外部交流電源と直流電源とがそれぞれ電気的に独立していない構成では、外部交流電源の短絡故障等が生じた場合に、直流電源、及び直流電源に接続された車載装置に大きな短絡電流が流れるおそれもある。
【０００７】
上記背景に鑑みて、車載の回転電機のコイル及びインバータを利用して、外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、より高い安全性を備えると共にシステムコストの増加を抑制して構成することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記に鑑みた車載充電装置は、中性点で互いに接続された複数相のコイルを備えた回転電機と、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータと、前記インバータを介して前記回転電機に接続される直流電源と、を備えた車両に搭載され、外部交流電源から供給される電力によって前記直流電源を充電する車載充電装置であって、前記外部交流電源の側の交流電力と第１の直流電力との間で電力を変換する第１回路と、前記第１の直流電力から前記直流電源を充電する第２の直流電力を生成する第２回路と、を備え、前記第２回路は、前記インバータを用いて構成されたスイッチング回路と、複数相の前記コイルを用いて構成されたチョークコイルと、複数相の前記コイルの前記中性点に接続された出力キャパシタと、を備えて構成されたチョッパ回路であり、前記第１回路は、一次側コイルと二次側コイルとを備えたトランスと、前記一次側コイルに接続された一次側ブリッジ回路と、前記二次側コイルに接続された二次側ブリッジ回路と、を備えて構成されたデュアル・アクティブ・ブリッジ回路であり、前記一次側ブリッジ回路は、双方向型スイッチング素子により構成されている。
【０００９】
この構成によれば、交流電力と第１の直流電力との間で電力を変換する第１回路ではなく、第１の直流電力と第２の直流電力との間で電力を変換する第２回路に、インバータ及びコイルが用いられる。回転電機のコイルに比べて大きなインダクタンスが必要な第１回路ではなく、第１回路よりも低いインダクタンスで足りる第２回路のチョークコイルにコイルが用いられる。従って、回転電機のコイルでは不足するインダクタンスに起因して、インダクタを追加したり、車載充電装置の制御周波数を高くしたりするなどの対処を行う必要性が低くなり、システムコストの上昇が抑制できる。また、第１回路の一次側ブリッジ回路が双方向型スイッチング素子により構成されているため、キャパシタを用いた電圧制御ではなく、インダクタを用いた電流制御によって一次側ブリッジ回路をスイッチング制御することができる。大きな容量のキャパシタは体格も大きくなる傾向があるため、車載充電装置の大型化を抑制し易い。また、双方向型スイッチング素子は、スイッチングの際にスイッチング素子を流れる電流をゼロにするゼロ電流スイッチング（Zero Current Switching）を伴うソフトスイッチングを実現し易い。従って、車載充電装置の損失を低減させ易く、システムコストの低減が図り易い。また、第１回路にトランスを備えることにより、直流電源と外部交流電源とが絶縁される。従って、外部交流電源からの漏れ電流に対してユーザーの安全を確保し易い。また、外部交流電源に短絡故障等が生じた場合に、直流電源、及び直流電源に接続された車載装置に大きな短絡電流が流れる可能性も低減させることができる。このように、本構成によれば、車載の回転電機のコイル及びインバータを利用して、外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、より高い安全性を備えると共にシステムコストの増加を抑制して構成することができる。
【００１０】
車載充電装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する例示的且つ非限定的な実施形態についての以下の記載から明確となる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許