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公開番号2025037821
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2024141964
出願日2024-08-23
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H02M 7/12 20060101AFI20250311BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】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、システムコストを抑制して構成する。
【解決手段】トリプル・アクティブ・ブリッジ回路を備えた交流直流変換器1の一次側ブリッジ回路111は、それぞれ2つのスイッチング素子11Sが直列接続された第1レッグ及び第2レッグと、2つのスイッチング素子11Sが直列接続された、又は、2つのキャパシタCdc1,Cdc2が直列接続された第3レッグとを備え、第1レッグの中点aが一次側コイルT1の一端側に、第2レッグの中点bが一次側コイルT1の他端側に、第3レッグの中点Nが外部交流電源4の第1端に接続され、外部交流電源4の第2端が、フィルタインダクタLfを介して第1レッグの中点a及び第2レッグの中点bの少なくとも一方に接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１直流電源と、前記第１直流電源とは電気的に絶縁された第２直流電源とを、外部交流電源から供給される電力によって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前記第１直流電源の側の第１の直流電力との間で電力を変換すると共に、前記外部交流電源の側の交流電力と前記第２直流電源の側の第２の直流電力との間で電力を変換する交流直流変換器を備え、
前記交流直流変換器は、
一次側コイルと二次側第１コイルと二次側第２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、
前記二次側第１コイルに接続された二次側第１ブリッジ回路と、
前記二次側第２コイルに接続された二次側第２ブリッジ回路と、を備えたトリプル・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、
２つのスイッチング素子が直列接続された第１レッグと、
２つのスイッチング素子が直列接続された第２レッグと、
２つのスイッチング素子が直列接続されたレッグ、又は、２つのキャパシタが直列接続されたレッグである第３レッグと、を備え、
前記第１レッグの中点が前記一次側コイルの一端側に接続され、
前記第２レッグの中点が前記一次側コイルの他端側に接続され、
前記第３レッグの中点が前記外部交流電源の一端側である第１端に接続され、
前記外部交流電源の他端側である第２端が、フィルタインダクタを介して前記第１レッグの中点及び前記第２レッグの中点の少なくとも一方に接続された、フルブリッジ電力変換器として構成され、
前記トリプル・アクティブ・ブリッジ回路は、
全高調波歪が最小となる単一力率入力グリッド電流を生成すると共に、
前記第１直流電源に流れる第１バッテリ電流及び前記第２直流電源に流れる第２バッテリ電流における脈動成分が最小となる第１バッテリ電圧及び第２バッテリ電圧を生成するように、スイッチング制御される、車載充電装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記フィルタインダクタは、前記外部交流電源の前記第２端に対して並列接続された第１フィルタインダクタと第２フィルタインダクタとを備え、
前記外部交流電源の前記第２端が、前記第１フィルタインダクタを介して前記第１レッグの中点に接続されると共に前記第２フィルタインダクタを介して前記第２レッグの中点に接続されている、請求項１に記載の車載充電装置。
【請求項３】
第１スイッチング回路と第１チョークコイルと第１出力キャパシタとを備え、前記第１の直流電力を第３の直流電力に変換する第１チョッパ回路と、
第２スイッチング回路と第２チョークコイルと第２出力キャパシタとを備え、前記第２の直流電力を第４の直流電力に変換する第２チョッパ回路と、を備え、
前記第１直流電源を前記第３の直流電力により充電し、
前記第２直流電源を前記第４の直流電力により充電し、
前記第１スイッチング回路及び前記第２スイッチング回路は、前記第１バッテリ電流及び前記第２バッテリ電流における脈動成分が最小となる前記第１バッテリ電圧及び前記第２バッテリ電圧を生成するように、スイッチング制御される、請求項１又は２に記載の車載充電装置。
【請求項４】
中性点で互いに接続された複数相の第１ステータコイルを備えた第１回転電機に、直流と交流との間で電力を変換する第１インバータを介して前記第１直流電源が接続され、
中性点で互いに接続された複数相の第２ステータコイルを備えた第２回転電機に、直流と交流との間で電力を変換する第２インバータを介して前記第２直流電源が接続され、
前記第１チョッパ回路は、
前記第１インバータを用いて構成された前記第１スイッチング回路と、
複数相の前記第１ステータコイルを用いて構成された前記第１チョークコイルと、
複数相の前記第１ステータコイルの中性点に接続された前記第１出力キャパシタと、を備えて構成され、
前記第２チョッパ回路は、
前記第２インバータを用いて構成された前記第２スイッチング回路と、
複数相の前記第２ステータコイルを用いて構成された前記第２チョークコイルと、
複数相の前記第２ステータコイルの中性点に接続された前記第２出力キャパシタと、を備えて構成されている、請求項３に記載の車載充電装置。
【請求項５】
スイッチング回路とチョークコイルと出力キャパシタとを備え、前記第１の直流電力を第３の直流電力に変換する、又は、前記第２の直流電力を第４の直流電力に変換するチョッパ回路を備え、
前記チョッパ回路が前記第１の直流電力を前記第３の直流電力に変換する場合は、
前記第１直流電源を前記第３の直流電力により充電し、
前記第２直流電源を前記第２の直流電力により充電し、
前記チョッパ回路が前記第２の直流電力を前記第４の直流電力に変換する場合は、
前記第１直流電源を前記第１の直流電力により充電し、
前記第２直流電源を前記第４の直流電力により充電し、
前記スイッチング回路は、前記第１バッテリ電流及び前記第２バッテリ電流における脈動成分が最小となる前記第１バッテリ電圧及び前記第２バッテリ電圧を生成するように、スイッチング制御される、請求項１又は２に記載の車載充電装置。
【請求項６】
中性点で互いに接続された複数相のステータコイルを備えた回転電機に、直流と交流との間で電力を変換するインバータを介して、前記第１直流電源及び前記第２直流電源の内、前記チョッパ回路を介して充電される直流電源が接続され、
前記チョッパ回路は、
前記インバータを用いて構成された前記スイッチング回路と、
複数相の前記ステータコイルを用いて構成された前記チョークコイルと、
複数相の前記ステータコイルの中性点に接続された前記出力キャパシタと、を備えて構成されている、請求項５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 2,800 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（オンボードチャージャー、Onboard Charger）が開示されている。この文献の図１には、外部交流電源（１１０）から電力の供給を受けて、車載の直流電源（１４０）を充電する車載充電装置の模式的なブロック図が示されている。この車載充電装置は、外部交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する交流直流変換器（１２０）と、変換された直流電力に含まれる脈動成分を低減させつつ変圧して直流電源に供給する直流直流変換器（１３０）とを備えている。
【０００３】
図１４は、そのような車載充電装置の１つの形態を例示している。交流直流変換器（１）は、入力インダクタ（Ｌｉ）と、フルブリッジ回路（１１１）とを備えて構成することができる。また、直流直流変換器（２）は、トランス（Ｔ）と、トランス（Ｔ）の一次側に配置されたフルブリッジ回路（２１１）と、トランス（Ｔ）の二次側に配置されたフルブリッジ回路（２１２）とを備えたデュアル・アクティブ・ブリッジ（ＤＡＢ：Dual Active Bridge）回路として構成することができる。フルブリッジ回路（１１１）を備えた交流直流変換器（１）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。また、フルブリッジ回路（１１１）は、交流電力の周波数の２倍高調波の脈動を抑制するようにもスイッチング制御される。直流直流変換器（２）は、デュアル・アクティブ・ブリッジ回路により直流電力の脈動成分をさらに低減させて充電電流を直流電源（３）に提供する。
【０００４】
また、近年普及が著しい電気自動車では、車輪の駆動力源となる回転電機（トラクションモータ（Traction Motor））以外にも、比較的高い出力（仕事量）が要求されるモータが搭載される場合がある。例えば、車室内の冷房及び暖房を行うエアコンディショナを構成する装置（コンプレッサ等）を駆動するモータ、車輪の駆動装置（トラクションモータ、ギヤ機構等）の潤滑、冷却を行うための流体（例えば油）を循環させるポンプを駆動するモータなどである。そして、これらのモータに電力を供給するために、トラクションモータに接続される直流電源（第１直流電源）の他に、第２直流電源が備えられる場合もある。図１５に例示するように、第１直流電源（３）だけでなく、第２直流電源（３０）も外部交流電源（４）から充電可能であることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
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】
【０００６】
図１４に例示した形態では、車載充電装置として３つのフルブリッジ回路を備えており、車載充電装置の全体として多くのスイッチング素子を必要とする。図１５に例示した形態のように、複数の直流電源を充電する場合には、さらにスイッチング素子の数が増加する。また、近年、充電可能な二次電池の性能の向上も著しく、充電の際にも従来よりも振幅の大きい脈動を有する充電電流が許容可能となる可能性がある。従って、交流から直流への電力変換の際に生じる脈動を抑制する必要性が現在よりも低下する可能性もある。
【０００７】
上記背景に鑑みて、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、システムコスト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、第１直流電源と、前記第１直流電源とは電気的に絶縁された第２直流電源とを、外部交流電源から供給される電力によって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前記第１直流電源の側の第１の直流電力との間で電力を変換すると共に、前記外部交流電源の側の交流電力と前記第２直流電源の側の第２の直流電力との間で電力を変換する交流直流変換器を備え、前記交流直流変換器は、一次側コイルと二次側第１コイルと二次側第２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、前記二次側第１コイルに接続された二次側第１ブリッジ回路と、前記二次側第２コイルに接続された二次側第２ブリッジ回路と、を備えたトリプル・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、２つのスイッチング素子が直列接続された第１レッグと、２つのスイッチング素子が直列接続された第２レッグと、２つのスイッチング素子が直列接続されたレッグ、又は、２つのキャパシタが直列接続されたレッグである第３レッグと、を備え、前記第１レッグの中点が前記一次側コイルの一端側に接続され、前記第２レッグの中点が前記一次側コイルの他端側に接続され、前記第３レッグの中点が前記外部交流電源の一端側である第１端に接続され、前記外部交流電源の他端側である第２端が、フィルタインダクタを介して前記第１レッグの中点及び前記第２レッグの中点の少なくとも一方に接続された、フルブリッジ電力変換器として構成され、前記トリプル・アクティブ・ブリッジ回路は、全高調波歪が最小となる単一力率入力グリッド電流を生成すると共に、前記第１直流電源に流れる第１バッテリ電流及び前記第２直流電源に流れる第２バッテリ電流における脈動成分が最小となる第１バッテリ電圧及び第２バッテリ電圧を生成するように、スイッチング制御される。
【０００９】
この構成によれば、トランスを備えて交流直流変換器が構成されるので、外部交流電源と第１直流電源との間、外部交流電源と第２直流電源との間、第１直流電源と第２直流電源との間、それぞれの絶縁を確保することができる。このように絶縁が確保された状態で、別途直流と直流との間で電力を変換する変換器を備えることなく、交流直流変換器により変換された第１の直流電力及び第２の直流電力によって、それぞれ第１直流電源及び第２直流電源が充電されるので車載充電装置を小規模に構成することができる。従って、本構成によれば、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、システムコスト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）

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