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公開番号2025138223
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2024037187
出願日2024-03-11
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人サトー
主分類H02J 7/00 20060101AFI20250917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】直流による急速充電、及び交流による普通充電の機能を備え、且つ、MG損失の少ない小型な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置20は、EVに搭載されるバッテリ2を駆動用電源として、EVを走行駆動させる三相のMG1を駆動する。電力変換部4は、三相のコンバータ回路7U～7Wを備える。第1リレーS21～S23は、コンバータ回路7U～7Wの出力端子とMG1の各相巻線端子との間に接続される。バッテリ2を充電するため、商用交流電源14と前記出力端子とを接続する配線12U～12Wと、車外の直流急速充電器17と、コンバータ回路7Uの出力端子、及びコンバータ回路7のグランドとの間に接続される第2リレーS31及びS32とを備える。制御部19は、電力変換部4の動作モードを、インバータモード、昇圧コンバータモード、及び三相PFCモードに切り替える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
車両に搭載されるバッテリ（２）を駆動用電源として、前記車両を走行駆動させる三相のモータ（１）を駆動するもので、
各相について、上下アームスイッチ（８，９）と、前記下アームスイッチに並列に接続されるインダクタ（１０）及びコンデンサ（１１）の直列回路とを有し、前記インダクタ及びコンデンサの共通接続点を各相の出力端子とする三相のコンバータ回路（７Ｕ～７Ｗ，２３Ｕ～２３Ｗ）を備える電力変換部（４，２２）と、
前記出力端子と前記モータの各相巻線端子との間に接続される第１リレー（Ｓ２１～Ｓ２３）と、
前記バッテリを充電するため、商用交流電源（１４）と前記出力端子とを接続する交流充電用配線（１２Ｕ～１２Ｗ）と、
前記バッテリを充電するため、車外の直流急速充電器（１７）と、前記出力端子の何れか一相、及び前記コンバータ回路のグランドとの間に接続される第２リレー（Ｓ３１，Ｓ３２）と、
前記電力変換部の動作モードを、インバータモード、昇圧コンバータモード、及び三相力率改善モードに切り替える制御部（１９，２４）と、を備える電力変換装置。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
前記電力変換部（２２）は、各相毎に前記コンバータ回路をｎ並列備え、
前記制御部（２４）は、前記インバータモードで動作させる場合は、前記ｎ並列のコンバータ回路をスイッチング制御し、
前記昇圧コンバータモードで動作させる場合は、１つ又はｉ（ｉ＜ｎ）並列のコンバータ回路をスイッチング制御し、
前記三相力率改善モードで動作させる場合は、１つ又はｊ（ｊ＜ｎ）並列のコンバータ回路をスイッチング制御し、
前記第１リレーは、前記三相力率改善モードで動作させるコンバータ回路に対応して接続されている請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記インバータモードで動作させる場合は、前記ｎ並列のコンバータ回路を、それぞれに位相差を付与してスイッチング制御する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電力変換部を前記インバータモードで動作させる際に、前記昇圧コンバータモードで動作させるｉ個のコンバータ回路、前記三相力率改善モードで動作させるｊ｛ｊ＜ｎ、且つ（ｉ＋ｊ）＜ｎ｝個のコンバータ回路、前記インバータモードのみで動作させる｛ｎ－（ｉ＋ｊ）｝個のコンバータ回路のそれぞれについて、出力電流、スイッチング周波数、及び電流制御方式の何れか１つ以上が異なるように制御する請求項２又は３記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるバッテリを駆動用電源として、前記車両を走行駆動させる三相のモータを駆動する電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
バッテリを要する電気自動車については、充電時間を短縮するため、バッテリの高電圧化が進んでいる一方で、高電圧に対応した直流による急速充電器の普及が遅れている、という現状がある。（１）既存の急速充電器で高電圧のバッテリを充電するためには、昇圧コンバータを備える必要があるが、昇圧コンバータは体格が大きくコストが高いという問題がある。
【０００３】
（２）また、交流による普通充電器についても、やはり充電時間を短縮するために高出力が求められ、単相から三相化が進んでいるが、三相ＰＦＣコンバータにも同様に、体格が大きくコストが高いという問題がある。（３）さらに、バッテリの電圧が高くなると、モータ／ジェネレータ（以下、ＭＧと記載する）への入力電流リップルが大きくなるため、ＭＧでの損失が増加する。
【０００４】
特許文献１～３には、上記の問題（１）、（２）に対して、電気自動車は充電時は停止しており、ＭＧやインバータは使用しないことに着眼して、インバータのパワー素子や、ＭＧの巻線、リアクトルを利用して充電用の電力変換器として共用することで、体格、コストを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１７５３６３号公報
特許第５６０１２７４号
特許第６１４７４２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ＭＧの巻線を利用するため、昇圧コンバータの効率が悪く性能が制限されるおそれがある。また、ＭＧの中性点を外部に引き出す必要がある。ＭＧでの損失を低減する必要については、言及されていない。特許文献２については、特許文献１と同様にＭＧの巻線を利用することに加えて、充電中にＭＧが回転しないように別のインバータを使って制御する必要がある。特許文献３についても充電中にＭＧが回転しないように、インバータ－ＭＧ間に大型のリレーを配置する必要がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流による急速充電、及び交流による普通充電の機能を備え、且つ、ＭＧ損失の少ない小型な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の電力変換装置によれば、車両に搭載されるバッテリ（２）を駆動用電源として、前記車両を走行駆動させる三相のモータ（１）を駆動する。電力変換部（４，２２）は、上下アームスイッチ（８，９）及び下アームスイッチ（９）に並列に接続されるインダクタ（１０）及びコンデンサ（１１）の直列回路を有してなる三相のコンバータ回路（７Ｕ～７Ｗ，２３Ｕ～２３Ｗ）を備える。第１リレー（Ｓ２１～Ｓ２３）は、コンバータ回路の出力端子とモータの各相巻線端子との間に接続される。バッテリを充電するため、商用交流電源（１４）と前記出力端子とを接続する交流充電用配線（１２Ｕ～１２Ｗ）と、車外の直流急速充電器（１７）と前記出力端子の何れか一相、及びコンバータ回路のグランドとの間に接続される第２リレー（Ｓ３１，Ｓ３２）とを備える。制御部（１９，２４）は、電力変換部の動作モードを、インバータモード、昇圧コンバータモード、及び三相力率改善モードに切り替える。
【０００９】
上下アームスイッチの共通接続点に、インダクタ及びコンデンサの直列回路、すなわちＬＣ直列回路を備えたので、電力変換部をインバータモードで動作させる際に、モータに入力される電流のリップルを抑制して損失を低減できる。また、バッテリを車外の直流急速充電器により充電する際には昇圧コンバータモードで動作させ、商用交流電源により充電する際には三相力率改善モードで動作させることで、装置を小型にできる。また、バッテリを充電する際にモータの巻線を使用しないので、モータの回転を防止するために行う制御が不要になる。
【００１０】
請求項２記載の電力変換装置によれば、電力変換部（２２）は、各相毎にコンバータ回路をｎ並列備える。制御部（２４）は、インバータモードで動作させる場合は、ｎ並列のコンバータ回路をスイッチング制御し、昇圧コンバータモードで動作させる場合は、１つ又はｉ並列のコンバータ回路をスイッチング制御し、三相力率改善モードで動作させる場合は、１つ又はｊ並列のコンバータ回路をスイッチング制御する。第１リレーは、三相力率改善モードで動作させるコンバータ回路に対応して接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

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