特許ウォッチ

公開番号2025053966
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-07
出願番号2023163109
出願日2023-09-26
発明の名称車載充電装置
出願人株式会社アイシン,国立大学法人名古屋工業大学
代理人弁理士法人R&C
主分類B60L 53/24 20190101AFI20250331BHJP(車両一般)
要約【課題】回転電機とインバータと直流電源とを備えた車両用駆動装置の当該直流電源を、当該回転電機のコイル及び当該インバータを利用して、外部交流電源からの電力により、高い効率で充電することができる車載充電装置を実現する。
【解決手段】交流直流変換器を備えた第1回路と、アクティブデカップリング回路を備えた第2回路と、制御装置とを備え、制御装置は、直流電源の端子電圧が満充電状態の場合の直流電源の端子電圧よりも低い第2電圧に達するまでは、充電電力が一定となるように定電力充電制御を実行し、定電力充電制御においては、グリッド電流Igridが、バッテリ電圧の指令値V^*batとバッテリ電圧Vbatとの偏差、及び、グリッド電圧Vgridに基づくフィードバック制御、及び、グリッド電圧Vgridと、バッテリ電圧Vbatと、バッテリ電力指令Pb^*とに基づくフィードフォワード制御により可変制御される。
【選択図】図6
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、車輪の駆動力源となる回転電機と、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、前記インバータに接続された直流電源と、を備えた車両用駆動装置の前記直流電源を、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第１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た第１回路と、
前記インバータ、複数相の前記コイル、及びアクティブフィルタキャパシタを含んで構成され、前記第１の直流電力から脈動成分を減衰させて前記直流電源を充電する第２の直流電力を生成するアクティブデカップリング回路を備えた第２回路と、
前記第１回路及び前記第２回路を制御する制御装置と、を備え、
前記第１回路の直流側端子と前記インバータの直流側端子とが他の受動部品を介することなく接続され、
前記アクティブフィルタキャパシタが、前記コイルの前記中性点と直流の負極との間に接続され、
前記制御装置は、
前記直流電源が満充電状態の場合の前記直流電源の端子電圧を第１電圧とし、前記第１電圧よりも低く予め設定された電圧を第２電圧として、
前記直流電源の端子電圧であるバッテリ電圧が、前記第２電圧よりも低い状態から前記第２電圧に達するまでは、充電制御として、前記直流電源に流れる電流であるバッテリ電流と前記バッテリ電圧に基づく充電電力が一定となるように定電力充電制御を実行し、
前記定電力充電制御においては、前記外部交流電源の側から前記直流電源に供給されるグリッド電流が、
前記バッテリ電圧の指令値と前記バッテリ電圧との偏差、及び、前記外部交流電源から供給される交流電力の電圧値であるグリッド電圧に基づくフィードバック制御、及び、
前記グリッド電圧と、前記バッテリ電圧と、前記直流電源を充電するためのバッテリ電力指令とに基づくフィードフォワード制御により可変制御される、車載充電装置。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
前記アクティブフィルタキャパシタの端子間電圧であるキャパシタ電圧のピーク値は、前記バッテリ電圧よりも小さく、
前記キャパシタ電圧は、前記キャパシタ電圧の直流成分と前記バッテリ電圧の直流成分との差が予め設定された差電圧となるように、可変制御される、請求項１に記載の車載充電装置。
【請求項３】
前記インバータは、前記グリッド電流の偶数次の高調波成分の脈動に応じた交流電流が前記アクティブフィルタキャパシタ及び前記コイルを流れるキャパシタ電流となるように、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】
前記偶数次の高調波成分は、二次高調波成分及び四次高調波成分であり、
前記キャパシタ電流の二次高調波成分の位相は前記グリッド電圧と同位相であり、
前記キャパシタ電流の四次高調波成分の位相は二次高調波成分の位相よりもπ／２進んだ位相であり、
前記キャパシタ電流の二次高調波成分のピーク値と前記キャパシタ電流の四次高調波成分のピーク値とは、前記バッテリ電力指令と前記バッテリ電圧とに基づいて算出される、請求項３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 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０１５－２０１３８２号公報には、直流電源（二次電池）を外部電源から供給される電力により充電する際の充電制御方法として、定電流定電圧充電制御が開示されている。具体的には、直流電源の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）が低い場合には、直流電源に一定の電流を供給する定電流充電制御によって直流電源が充電される。定電流充電制御による充電が進むに従って、ＳＯＣの値は上昇し、直流電源の端子電圧（バッテリ電圧）も上昇する。ＳＯＣが予め設定された値まで上昇すると、或いはバッテリ電圧が予め設定された値まで上昇すると、定電流充電制御から定電圧充電制御に制御方法が切り替えられる。定電圧充電制御では、直流電源に印加される電圧を一定に保ちながら充電を継続する。直流電源への印加電圧が一定に保持されるため、充電電流は次第に低下し、充電電流が予め設定された電流値まで減少すると充電が終了される。定電流定電圧充電制御では、直流電源の過充電（過電圧）を抑制しつつ、比較的短い時間で直流電源を充電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－２０１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば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は、車両に搭載された状態で直流電源を充電する車載充電装置（オンボードチャージャ）が備えられている場合がある。そして、この場合には、車載充電装置を構成する回路の一部が、回転電機のコイル（ステータコイル）を含む回転電機の駆動系回路を利用して構成されることがある。多くの場合、回転電機と直流電源との間には、直流と交流との間で電力を変換するインバータが配置され、インバータと直流電源との間には直流電圧を平滑するデカップリングキャパシタが配置される。インバータ及びデカップリングキャパシタが車載充電装置に利用される回転電機の駆動系回路に含まれる場合、定電流定電圧充電においてデカップリングキャパシタの端子間電圧（直流リンク電圧）は一定の電圧値に保持されることが多い。一方、直流電源の端子間電圧（バッテリ電圧）は、ＳＯＣが低い充電制御の開始時には低く、定電流充電制御の進行に伴って上昇する。従って、充電制御の開始時には、直流リンク電圧とバッテリ電圧との電圧差が大きく、車載充電装置におけるスイッチング損失などの損失が大きくなる傾向がある。即ち、従来の定電流定電圧充電制御では、車載充電装置における損失が大きくなる傾向がある。
【０００５】
また、定電流充電制御では、制御の経過に伴ってバッテリ電圧が上昇する。このため直流電源に流れる電流とバッテリ電圧とに基づく充電電力は一定ではなく、制御の経過に伴って上昇する。充電制御の初期には充電電力は小さく、定電流充電制御の経過に伴って充電電力が大きくなる。つまり、直流電源は、許容される最大充電電力で充電されないため、充電時間が長くなる傾向がある。従って、従来の定電流定電圧制御では、充電効率及び上述したスイッチング素子の損失を含めた車載充電装置のシステム効率に向上の余地がある。
【０００６】
上記に鑑みて、回転電機とインバータと直流電源とを備えた車両用駆動装置の当該直流電源を、当該回転電機のコイル及び当該インバータを利用して、外部交流電源からの電力により、高い効率で充電することができる車載充電装置の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、車輪の駆動力源となる回転電機と、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、前記インバータに接続された直流電源と、を備えた車両用駆動装置の前記直流電源を、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第１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た第１回路と、前記インバータ、複数相の前記コイル、及びアクティブフィルタキャパシタを含んで構成され、前記第１の直流電力から脈動成分を減衰させて前記直流電源を充電する第２の直流電力を生成するアクティブデカップリング回路を備えた第２回路と、前記第１回路及び前記第２回路を制御する制御装置と、を備え、前記第１回路の直流側端子と前記インバータの直流側端子とが他の受動部品を介することなく接続され、前記アクティブフィルタキャパシタが、前記コイルの前記中性点と直流の負極との間に接続され、前記制御装置は、前記直流電源が満充電状態の場合の前記直流電源の端子電圧を第１電圧とし、前記第１電圧よりも低く予め設定された電圧を第２電圧として、前記直流電源の端子電圧であるバッテリ電圧が、前記第２電圧よりも低い状態から前記第２電圧に達するまでは、充電制御として、前記直流電源に流れる電流であるバッテリ電流と前記バッテリ電圧に基づく充電電力が一定となるように定電力充電制御を実行し、前記定電力充電制御においては、前記外部交流電源の側から前記直流電源に供給されるグリッド電流が、前記バッテリ電圧の指令値と前記バッテリ電圧との偏差、及び、前記外部交流電源から供給される交流電力の電圧値であるグリッド電圧に基づくフィードバック制御、及び、前記グリッド電圧と、前記バッテリ電圧と、前記直流電源を充電するためのバッテリ電力指令とに基づくフィードフォワード制御により可変制御される。
【０００８】
交流直流変換器を備えた第１回路から出力される直流電力には、外部交流電源の周波数の高調波の脈動成分が重畳される。当該脈動成分が除去された直流電力を生成するべく、多くの場合、第１回路に続いて直流直流変換器が備えられ、当該直流直流変換器で変換された直流電力により直流電源が充電される。また、この際には、交流直流変換器と直流直流変換器との間に、デカップリングキャパシタが備えられることが多い。このデカップリングキャパシタには、比較的大きな静電容量のキャパシタが用いられるため、車載充電装置の体格が大きくなる傾向がある。本実施形態では、交流直流変換器を備えた第１回路と、脈動成分を減衰させるアクティブデカップリング回路を備えた第２回路とが、そのようなデカップリングキャパシタを含む受動部品を介することなく接続される。従って、車載充電装置の体格を小さく抑え易い。さらに、本構成によれば、アクティブデカップリング回路を構成するスイッチング素子やインダクタとして、回転電機を駆動するためのインバータ及び回転電機のコイルが兼用されており、車載装置の全体としての規模の増大を抑制し易い。
【０００９】
また、本構成によれば、直流電源の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）が低く、直流電源の端子電圧が第２電圧未満の状態から、端子電圧が第２電圧に達するまでは、充電制御として充電電力が一定となるように定電力充電制御が実行される。従って、直流電源は、許容される最大充電電力で充電されることも可能となるため、充電時間の短縮が可能となる。また、定電力充電制御では、外部交流電源から供給されるグリッド電流が、バッテリ電圧、バッテリ電圧の指令値、グリッド電圧、バッテリ電力指令に基づく、フィードフォワード制御並びにフィードバック制御によって可変制御される。従って、定電流充電制御のように一律の電流ではなく、条件に応じた適切な電流により効率よく直流電源を充電することができる。即ち、本構成によれば、回転電機とインバータと直流電源とを備えた車両用駆動装置の当該直流電源を、当該回転電機のコイル及び当該インバータを利用して、外部交流電源からの電力により、高い効率で充電することができる車載充電装置を実現することができる。
【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