(57)【要約】【課題】オープン巻線に接続された２つの電圧源を適切に充電可能な充電システムを提供する。【解決手段】充電システム１は、複数相のコイル１１〜１３を有するＭＧ１０に電力を供給する第１電圧源２１および第２電圧源２２を、急速充電器１００により充電するものである。第１インバータ３０は、コイル１１〜１３の一端１１１、１２１、１３１および第１電圧源２１に接続される。第２インバータ４０は、コイル１１〜１３の他端１１２、１２２、１３２および第２電圧源２２に接続される。高電位側開閉器５１は、急速充電器１００の高電位側と接続可能な高電位側外部接続端子６と第１電圧源２１の高電位側とを接続する高電位側給電線６１に設けられる。低電位側開閉器５２は、急速充電器１００の低電位側と接続可能な低電位側外部接続端子７と第２電圧源２２の低電位側とを接続する低電位側給電線６２に設けられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のコイル（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）に電力を供給する２つの電圧源である第１電圧源（２１）および第２電圧源（２２）を、外部充電器（１００）により充電する充電システムであって、
第１スイッチング素子（３１〜３６）を有し、前記コイルの一端（１１１、１２１、１３１）および前記第１電圧源に接続される第１インバータ（３０）と、
第２スイッチング素子（４１〜４６）を有し、前記コイルの他端（１１２、１２２、１３２）および前記第２電圧源に接続される第２インバータ（４０）と、
前記外部充電器の高電位側と接続可能な高電位側外部接続端子（６）と前記第１電圧源の高電位側とを接続する高電位側給電線（６１）に設けられる高電位側開閉器（５１）と、
前記外部充電器の低電位側と接続可能な低電位側外部接続端子（７）と前記第２電圧源の低電位側とを接続する低電位側給電線（６２）に設けられる低電位側開閉器（５２）と、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のオンオフ作動を制御する制御部（７０）と、
を備える充電システム。
【請求項２】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、それぞれ、前記制御部からの指令により電流の導通および遮断を切替可能であるスイッチ部、および、低電位側から高電位側への通電を許容する還流部を有し、
前記第１スイッチング素子は、高電位側に接続される第１上アーム素子（３１〜３３）、および、前記第１上アーム素子の低電位側に接続される第１下アーム素子（３４〜３６）を含み、
前記第２スイッチング素子は、高電位側に接続される第２上アーム素子（４１〜４３）、および、前記第２上アーム素子の低電位側に接続される第２下アーム素子（４４〜４６）を含み、
前記制御部は、
前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器が閉の状態にて、前記第１上アーム素子の少なくとも１相をオンにし、前記第１上アーム素子がオンされる相とは異なる少なくとも１相の前記第２下アーム素子をオンにすることで、前記第１電圧源と前記第２電圧源とを並列充電する請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記制御部は、充電開始後、
前記第１上アーム素子がオンされる相と同じ相の前記第２上アーム素子をオンにし、
前記第２下アーム素子がオンされる相と同じ相の前記第１下アーム素子をオンにする請求項２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器が閉の状態にて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子をオフにすることで、前記第１電圧源と前記第２電圧源とを直列充電する請求項２または３に記載の充電システム。
【請求項５】
前記制御部は、充電開始後、
前記第１下アーム素子の全相、および、前記第２上アーム素子の全相をオンにする請求項４に記載の充電システム。
【請求項６】
前記制御部は、
前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器が閉の状態にて、前記第２下アーム素子の少なくとも１相をオンにすることで前記第１電圧源を単独充電し、
前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器が閉の状態にて、前記第１上アーム素子の少なくとも１相をオンにすることで前記第２電圧源を単独充電する請求項２〜５のいずれか一項に記載の充電システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１電圧源および前記第２電圧源の充電状態に応じ、前記第１電圧源または前記第２電圧源の単独充電と、前記第１電圧源および前記第２電圧源の同時充電とを切替可能である請求項１〜６のいずれか一項に記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中性点が分離された多相のオープン巻線を有する交流電動機駆動システムが知られている。例えば特許文献１では、交流電動機駆動システムは、巻線の一端に接続される第１のスイッチを有する第１のインバータと、巻線の他端に接続される第２のスイッチを有する第２インバータと、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、第１のスイッチと接続される第１のバッテリ、および、第２のスイッチと接続される第２のバッテリを、単相交流電源にて充電する。しかしながら、特許文献１では、例えばＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やＣＣＳ（コンバインド・チャージング・システム）のような直流の急速充電器には対応してない。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オープン巻線に接続された２つの電圧源を適切に充電可能な充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の充電システムは、複数相のコイル（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）に電力を供給する２つの電圧源である第１電圧源（２１）および第２電圧源（２２）を、外部充電器（１００）により充電するものであって、第１インバータ（３０）と、第２インバータ（４０）と、高電位側開閉器（５１）と、低電位側開閉器（５２）と、制御部（７０）と、を備える。
【０００６】
第１インバータは、第１スイッチング素子（３１〜３６）を有し、コイルの一端（１１１、１２１、１３１）および第１電圧源に接続される。第２インバータは、第２スイッチング素子（４１〜４６）を有し、コイルの他端（１１２、１２２、１３２）および第２電圧源に接続される。
【０００７】
高電位側開閉器は、外部充電器の高電位側と接続可能な高電位側外部接続端子（６）と第１電圧源の高電位側とを接続する高電位側給電線（６１）に設けられる。低電位側開閉器は、外部充電器の低電位側と接続可能な低電位側外部接続端子（７）と第２電圧源の低電位側とを接続する低電位側給電線（６２）に設けられる。制御部は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。
【０００８】
オープン巻線であるコイルの両側にインバータおよび電圧源が設けられる構成において、高電位側給電線および低電位側給電線を設け、回転電機およびインバータを電力パスとして用いることで、２つの電圧源を同時に充電することができる。また、単独充電、並列充電および直列充電を切替可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による充電システムを示す回路図である。
【図２】一実施形態による電池パックを示す回路図である。
【図３】一実施形態による並列充電を説明する説明図である。
【図４】一実施形態による直列充電を説明する説明図である。
【図５】一実施形態による第１電圧源の単独充電を説明する説明図である。
【図６】一実施形態による第２電圧源の単独充電を説明する説明図である。
【図７】一実施形態による充電制御処理を説明するフローチャートである。
【図８】一実施形態による単独充電モードを説明するフローチャートである。
【図９】一実施形態による並列充電モードを説明するフローチャートである。
【図１０】一実施形態による直列充電モードを説明するフローチャートである。
【図１１】一実施形態による通電素子選定を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（一実施形態）
以下、本発明による充電システムを図面に基づいて説明する。一実施形態による充電システムを図１〜図１１に示す。図１に示すように、充電システム１は、車両９８に搭載される。車両９８には、インレット５が設けられる。充電システム１は、インレット５を経由して外部充電器としての急速充電器１００と接続可能に設けられる。インレット５には、高電位側外部接続端子６、および、低電位側外部接続端子７が設けられる。急速充電器１００は、商用電源と比較して高電圧の直流充電器であって、車両９８の制御部７０と通信可能な外部制御部１０５を備える。
【００１１】
充電システム１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、第１電圧源２１、第２電圧源２２、第１インバータ３０、第２インバータ４０、高電位側開閉器５１、低電位側開閉器５２、高電位側給電線６１、低電位側給電線６２、および、制御部７０等を備える。
【００１２】
モータジェネレータ１０は、例えば永久磁石式同期型の３相交流モータであって、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、および、Ｗ相コイル１３を有する。モータジェネレータ１０は、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、いわゆる主機モータであり、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。以下適宜、モータジェネレータを「ＭＧ」と記載する。
【００１３】
ＭＧ１０には、第１電圧源２１および第２電圧源２２から電力が供給される。第１電圧源２１および第２電圧源２２は、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な蓄電装置である。二次電池に替えて、電気二重層キャパシタ等を用いてもよい。本実施形態では、第１電圧源２１および第２電圧源２２は、例えば定格電圧が３００［Ｖ］の同等の性能のものを用いるが、例えば一方に出力型のものを用い、他方に容量型のものを用いる、といった具合に、電池性能や種類が異なっていてもよい。図中等適宜、第１電圧源２１を「電圧源１」、第２電圧源２２を「電圧源２」とする。
【００１４】
図２に示すように、第１電圧源２１と第２第２電圧源２２とは、絶縁された状態にて、１つの電池パック２９に設けられる。電池パック２９は、外部接続端子６、７を経由して急速充電器１００と接続可能である。また、電池パック２９は、車載充電器１５０を経由して、商用電源等の交流電源に接続可能である。図２中、急速充電器１００を「ＤＣ急速」、車載充電器１５０を経由して接続される電源を「ＡＣ普通」と記載した。
【００１５】
第１電圧源２１は、電池セルモジュール２１０、高電位側メインリレー部２１２、および、低電位側メインリレー部２１５を有する。電池セルモジュール２１０は、複数の電池セル２１１が並列に接続される。
【００１６】
高電位側メインリレー部２１２は、１つのリレー部２１３を有し、電池セルモジュール２１０の高電位側に接続される。低電位側メインリレー部２１５は、並列に接続されるリレー部２１６、２１７、および、リレー部２１７に直列に接続されるプリチャージ抵抗２１８を有し、電池セルモジュール２１０の低電位側に接続される。低電位側メインリレー部２１５をオンにするとき、プリチャージ抵抗２１８に接続されたリレー部２１７をオンにした後に、オンされるリレーを、リレー部２１７からリレー部２１６に切り替えることで、コンデンサ３９への突入電流を防ぐことができる。
【００１７】
第２電圧源２２は、電池セルモジュール２２０、高電位側メインリレー部２２２、および、低電位側メインリレー部２２５を有する。電池セルモジュール２２０は、複数の電池セル２２１が並列に接続される。図２では、電池セルモジュール２１１、２２１は、いずれも２つの電池セルが並列に接続されているが、電池セルの個数は１または３以上であってもよい。
【００１８】
高電位側メインリレー部２２２は、１つのリレー部２２３を有し、電池セルモジュール２２０の高電位側に接続される。低電位側メインリレー部２２５は、並列に接続されるリレー部２２６、２２７、および、リレー部２２７に直列に接続されるプリチャージ抵抗２２８を有し、電池セルモジュール２２０の低電位側に接続される。低電位側メインリレー部２２５をオンにするとき、プリチャージ抵抗２２８が接続されたリレー部２２７をオンにした後、オンされるリレーを、リレー部２２７からリレー部２２６に切り替えることで、コンデンサ４９への突入電流を防ぐことができる。
【００１９】
電池パック２９には、第１電圧源２１と接続される第１高電位側端子２９１および第１低電位側端子２９２、ならびに、第２電圧源２２と接続される第２高電位側端子２９３および第２低電位側端子２９４が設けられる。
【００２０】
高電位側給電線６１は、第１高電位側端子２９１と高電位側外部接続端子６とを接続する。高電位側給電線６１には、高電位側開閉器５１が設けられる。第２高電位側端子２９３は、第２インバータ４０、ＭＧ１０、第１インバータ３０および高電位側給電線６１を経由して、高電位側外部接続端子６と接続される。
【００２１】
低電位側給電線６２は、第２低電位側端子２９４と低電位側外部接続端子７とを接続する。低電位側給電線６２には、低電位側開閉器５２が設けられる。第１低電位側端子２９２は、第１インバータ３０、ＭＧ１０、第２インバータ４０および低電位側給電線６２を経由して、低電位側外部接続端子７と接続される。開閉器５１、５２は、電流の導通および遮断を切替可能であれば、どのようなものを用いてもよく、例えば半導体リレーやメカリレー等が用いられる。
【００２２】
図中、メインリレー部を「ＳＭＲ」と記載し、ＳＭＲが導通可能な状態を「メインリレー部オン」、ＳＭＲが導通不能の状態を「メインリレー部オフ」とする。また、第１電圧源２１のメインリレー部２１２、２１５を「ＳＭＲ１」、第２電圧源２２のメインリレー部２２２、２２５を「ＳＭＲ２」とする。図２では、記載の都合上、ＭＧ１０およびインバータ３０、４０を２つに分けて記載した。
【００２３】
図１に示すように、第１インバータ３０は、コイル１１〜１３の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子３１〜３６を有し、ＭＧ１０および第１電圧源２１に接続される。第２インバータ４０は、コイル１１〜１３の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子４１〜４６を有し、ＭＧ１０および第２電圧源２２に接続される。図中等適宜、第１インバータ３０を「ＩＮＶ１」、第２インバータ４０を「ＩＮＶ２」と記載する。
【００２４】
スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６は、それぞれ、スイッチ部および還流ダイオードを有する。スイッチ部は、制御部７０によりオンオフ作動が制御される。本実施形態のスイッチ部はＩＧＢＴであるが、ＭＯＳＦＥＴ等、他の素子を用いてもよい。また、スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６で用いる素子が異なっていてもよい。
【００２５】
還流ダイオードは、各スイッチ部と並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。還流ダイオードは、例えばＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードのように内蔵されていてもよいし、外付けされたものであってもよい。また、還流できるように接続されたＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチであってもよい。
【００２６】
第１インバータ３０において、高電位側にスイッチング素子３１〜３３が接続され、低電位側にスイッチング素子３４〜３６が接続される。以下適宜、高電位側のスイッチング素子３１〜３３を「第１上アーム素子」、低電位側のスイッチング素子３４〜３６を「第１下アーム素子」とする。第１上アーム素子３１〜３３の高電位側を接続する第１高電位側配線３７が第１電圧源２１の高電位側と接続され、第１下アーム素子３４〜３６の低電位側を接続する第１低電位側配線３８が第１電圧源２１の低電位側と接続される。
【００２７】
Ｕ相のスイッチング素子３１、３４の接続点にはＵ相コイル１１の一端１１１が接続され、Ｖ相のスイッチング素子３２、３５の接続点にはＶ相コイル１２の一端１２１が接続され、Ｗ相のスイッチング素子３３、３６の接続点にはＷ相コイル１３の一端１３１が接続される。
【００２８】
第２インバータ４０において、高電位側にスイッチング素子４１〜４３が接続され、低電位側にスイッチング素子４４〜４６が接続される。以下適宜、高電位側のスイッチング素子４１〜４３を「第２上アーム素子」、低電位側のスイッチング素子４４〜４６を「第２下アーム素子」とする。第２上アーム素子４１〜４３の高電位側を接続する第２高電位側配線４７が第２電圧源２２の高電位側と接続され、第２下アーム素子４４〜４６の低電位側を接続する第２低電位側配線４８が第２電圧源２２の低電位側と接続される。
【００２９】
Ｕ相のスイッチング素子４１、４４の接続点にはＵ相コイル１１の他端１１２が接続され、Ｖ相のスイッチング素子４２、４５の接続点にはＶ相コイル１２の他端１２２が接続され、Ｗ相のスイッチング素子４３、４６の接続点にはＷ相コイル１３の他端１３２が接続される。
【００３０】
このように、本実施形態では、ＭＧ１０のコイル１１〜１３がオープン巻線化されており、第１インバータ３０および第２インバータ４０がコイル１１〜１３の両端に接続されている「２電源２インバータ」の電動機駆動システムとなっている。
【００３１】
第１コンデンサ３９は、高電位側配線３７と低電位側配線３８とに接続され、第１インバータ３０と並列に設けられる。第２コンデンサ４９は、高電位側配線４７と低電位側配線４８とに接続され、第２インバータ４０と並列に設けられる。コンデンサ３９、４９は、平滑コンデンサであり、インバータ３０、４０に印加される電圧を平滑化する。
【００３２】
高電位側開閉器５１が設けられる高電位側給電線６１は、ＭＧ１０およびインバータ３０、４０を経由せず、第１電圧源２１の高電位側と高電位側外部接続端子６とを直接的に接続する。また、低電位側開閉器５２が設けられる低電位側給電線６２は、ＭＧ１０およびインバータ３０、４０を経由せず、第２電圧源２２の低電位側と低電位側外部接続端子７とを直接的に接続する。
【００３３】
制御部７０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部７０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、例えばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）のような電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
【００３４】
制御部７０は、インバータ制御部７１、リレー制御部７２、および、充電制御部７５を有する。インバータ制御部７１は、スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６のオンオフ作動を制御する。第１インバータ３０の駆動制御に係る制御信号は、第１ドライブ回路７６を経由して第１インバータ３０に出力される。第２インバータ４０の駆動制御に係る制御信号は、第２ドライブ回路７７を経由して第２インバータ４０に出力される。インバータ３０、４０を制御するマイコンは、１つであってもよいし、インバータ３０、４０ごとに設けられていてもよい。
【００３５】
ここで、ＭＧ１０の駆動モードを説明する。駆動モードには、第１電圧源２１または第２電圧源２２の電力を用いる「片側駆動モード」、第１電圧源２１および第２電圧源２２の電力を用いる「両側駆動モード」が含まれ、動作点や運転条件等に応じ、片側駆動モードと両側駆動モードとを切り替える。その他の駆動モードを含んでもよい。
【００３６】
片側駆動モードでは、一方のインバータの上アーム素子の全相または下アーム素子の全相をオンにして中性点化し、他方のインバータを駆動要求に応じて、ＰＷＭ制御や矩形波制御等により制御する。
【００３７】
両側駆動モードでは、ＰＷＭ制御における基本波の位相を第１インバータ３０と第２インバータ４０とで反転させる。変調率は、第１インバータ３０と第２インバータ４０とで異なっていてもよい。また、変調率を無限大と見なせば、矩形波制御であってもよい。これにより、電圧源２１、２２が直列接続されている状態とみなすことができ、電圧源２１、２２の電圧和に相当する電圧をＭＧ１０に印加することが可能であり、出力を高めることができる。
【００３８】
リレー制御部７２は、急速充電器１００を制御する外部制御部１０５からの指令に基づき、高電位側開閉器５１および低電位側開閉器５２を制御する。開閉器５１、５２は、充電開始タイミングで閉となり、充電終了タイミングで開となる。すなわち、外部接続端子６、７と直接的に接続される開閉器５１、５２は、急速充電器１００側からの指令で制御され、充電中は閉の状態が継続される。
【００３９】
充電制御部７５は、第１電圧源２１および第２電圧源２２のＳＯＣ（State Of Charge）等の充電状態に係る情報を取得し、電圧源２１、２２の充電状態を制御する。以下適宜、第１電圧源２１のＳＯＣをＳＯＣ１、第２電圧源２２のＳＯＣをＳＯＣ２とする。充電制御部７５は、別途のＥＣＵとして設けられていてもよい。
【００４０】
ところで、急速充電器１００には、例えば５００Ｖ規格のＣＨＡｄｅＭＯや、１０００Ｖ規格のＣＣＳのように、複数の規格が存在する。また、電圧源２１、２２の定格電圧を例えば３００Ｖとすると、急速充電器１００が５００Ｖ規格の場合、２電源の定格電圧の和が５００Ｖより大きく、２電源を直列で充電することができないため、並列で充電する必要がある。一方、急速充電器１００が１０００Ｖ規格であれば、２電源を直列充電可能である。また、ＳＯＣ差が大きい場合や一方の電圧源２１、２２の充電が不要の場合、１つの電圧源２１、２２の単独充電が必要である。本実施形態では、両側駆動モードによる高出力を実現すべく、一方の電圧源２１、２２が枯渇するのを避け、両方の電圧源２１、２２のＳＯＣが両側駆動可能な程度に維持されていることが望ましい。
【００４１】
そこで本実施形態では、ＭＧ１０およびインバータ３０、４０を充電電力の電力パスとして用いることで、別途の充電器等を設けることなく、単独充電、並列充電および直列充電を切り替える。これにより、電圧源２１、２２を適切に充電可能である。なお本実施形態のＭＧ１０は主機モータであって、ＭＧ１０およびインバータ３０、４０は大出力に設計されており、輸送電力の大きい急速充電器１００による充電にも十分耐えられる。
【００４２】
並列充電を図３、直列充電を図４、単独充電を図５に基づいて説明する。図３〜図５では、電圧源２１、２２を１つの電池記号にて記載し、制御部７０等の一部の構成や符号の記載を省略した。充電中、開閉器５１、５２は閉であり、メインリレー部２１２、２１５、２２２、２２５がオンされているものとする。
【００４３】
図３に示すように、並列充電を行う場合、少なくとも１相の第１上アーム素子をオン、第１上アーム素子をオンした相とは異なる少なくとも１相の第２下アーム素子をオンにする。図３の例では、Ｖ相とＷ相の第１上アーム素子３２、３３、および、Ｕ相の第２下アーム素子４４がオンされる。
【００４４】
破線の矢印で示すように、Ｕ相の第１下アーム素子３４の還流ダイオード、Ｕ相コイル１１、および、Ｕ相の第２下アーム素子４４のスイッチ部を電流が流れることで、第１電圧源２１が充電される。また、一点鎖線の矢印で示すように、Ｖ相およびＷ相の第１上アーム素子３２、３３のスイッチ部、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３、ならびに、Ｖ相およびＷ相の第２上アーム素子４２、４３の還流ダイオードを電流が流れることで、第２電圧源２２が充電される。これにより、電圧源２１、２２を並列にて同時に充電可能である。
【００４５】
第２電圧源２２の方が第１電圧源２１より電位が低い場合、図３のように、第２電圧源２２をＶ相およびＷ相の２相で充電し、第１電圧源２１をＵ相の１相充電する。なお、第１電圧源２１の方が第２電圧源２２より電位が低い場合、第１電圧源２１を２相、第２電圧源２２を１相で充電する。通電相は、任意に選択可能であるが、例えば前回充電時にオンした素子とは別の素子をオンする。
【００４６】
また、スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６がＭＯＳＦＥＴの場合、充電開始が確認された後、低電位側から高電位側への通電経路にあるＵ相の第１下アーム素子３４、Ｖ相の第２上アーム素子４２およびＷ相の第２上アーム素子４３をオンにして同期整流してもよい。直列充電および単独充電の場合も同様に、還流ダイオードが通電経路となるスイッチ部をオンにしてもよい。これにより、導通損を低減可能である。
【００４７】
図４に示すように、直列充電を行う場合、全素子３１〜３６、４１〜４６がオフの状態で、開閉器５１、５２を閉、メインリレー部２１２、２１５、２２２、２２５をオンにすると、破線の矢印で示すように、第１下アーム素子３４〜３６の還流ダイオード、コイル１１〜１３、および、第２上アーム素子４１〜４３の還流ダイオードを電流が流れる。これにより、電圧源２１、２２を直列にて同時に充電可能である。
【００４８】
図５に示すように、第１電圧源２１の単独充電を行う場合、第２下アーム素子４４〜４６をオンにすると、破線の矢印で示すように、第１下アーム素子３４〜３６の還流ダイオード、コイル１１〜１３、第２下アーム素子４４〜４６のスイッチ部を電流が流れる。これにより、第１電圧源２１を単独充電することができる。
【００４９】
図６に示すように、第２電圧源２２の単独充電を行う場合、第１上アーム素子３１〜３３をオンにすると、破線の矢印で示すように、第１上アーム素子３１〜３３のスイッチ部、コイル１１〜１３、および、第２上アーム素子４１〜４３の還流ダイオードを電流が流れる。これにより、第２電圧源２２を単独充電することができる。電圧源２１、２２の単独充電を行う場合、高電位側から低電位側への通電となる３相のスイッチング素子をオンしているが、オンする相数は、１相または２相でもよい。
【００５０】
本実施形態の充電制御処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両が停止しているとき、制御部７０にて実行可能である。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。
【００５１】
Ｓ１０１にて、急速充電器１００の充電コネクタがインレット５に接続されると、Ｓ１０２にて、リレー制御部７２は、外部制御部１０５からの指令により、開閉器５１、５２を閉とする。このとき、急速充電器１００からの出力は０とする。Ｓ１０３では、充電制御部７５は、電圧源２１、２２の電位やＳＯＣ等の電池状態を取得する。
【００５２】
Ｓ１０４では、充電制御部７５は、電圧源２１、２２の両方の充電が必要か否かを判断する。ここでは、ＳＯＣが完了判定閾値Ｆｔｈ（例えば８０％）以上であれば、充電が完了しており、充電不要と判定する。電圧源２１、２２の一方の充電が不要であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１１０へ移行する。電圧源２１、２２が共に充電必要であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。
【００５３】
Ｓ１０５では、充電制御部７５は、第１電圧源２１と第２電圧源２２との電位差ΔＶが電位差判定閾値Ｖｔｈより大きいか否かを判断する。電位差判定閾値Ｖｔｈは、電圧源２１、２２を並列または直列にて同時充電可能な程度の値に設定される。電位差ΔＶが電位差判定閾値Ｖｔｈより大きいと判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行し、単独充電モードとする。電位差ΔＶが電位差判定閾値Ｖｔｈ以下になったら、単独充電を終了し、Ｓ１０７へ移行する。電位差Ｖｔｈが電位差判定閾値Ｖｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。なお、各充電モードの詳細は後述する。
【００５４】
Ｓ１０７では、充電制御部７５は、直列充電が可能か否かを判断する。ここでは、急速充電器１００により印加可能な電圧が、電圧源２１、２２の定格電圧の和より大きい場合、直列充電可能と判断する。或いは、例えば接続されている急速充電器１００がＣＣＳであれば直列充電可能、ＣＨＡｄｅＭＯであれば直列充電不可、といった具合に、接続されている充電器の規格等に基づいて判定してもよい。直列充電が可能であると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行し、直列充電モードとする。直列充電が不可であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０９へ移行し、並列充電モードとする。電圧源２１、２２の少なくとも一方の充電が完了した場合、直列充電または並列充電を終了し、Ｓ１１０へ移行する。
【００５５】
Ｓ１１０では、充電制御部７５は、電圧源２１、２２が共に充電完了したか否かを判断する。一方の電圧源の充電が完了していないと判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１１１へ移行し、充電が完了していない側の電圧源の単独充電モードとする。充電が完了した場合、単独充電を終了し、Ｓ１１２へ移行する。両方の電圧源２１、２２の充電が完了したと判断された場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行する。
【００５６】
Ｓ１１２では、制御部７０は、充電が完了した旨の情報を外部制御部１０５へ通知し、外部制御部１０５からの指令に基づき、リレー制御部７２が開閉器５１、５２を開とする。
【００５７】
ここで、充電コネクタが充電途中で抜かれ、充電が中止されることがある。本実施形態では、電位差ΔＶが大きい場合、電位が低い側の電圧源を優先的に充電することで、できるだけ両側駆動が可能な状態を確保するようにしている。
【００５８】
単独充電モードでの充電処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ２０１では、充電制御部７５は、充電を要する電圧源が第１電圧源２１か否かを判断する。Ｓ１０６における単独充電モードでは、充電を要する電圧源として、電圧が低い方の電圧源を選択する。また、Ｓ１１１における単独充電モードでは、充電を要する電圧源として、充電が完了していない電圧源を選択する。充電を要する電圧源が第１電圧源２１ではないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、すなわち充電を要する電圧源が第２電圧源２２である場合、Ｓ２０６へ移行する。充電を要する電圧源が第１電圧源２１であると判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。
【００５９】
Ｓ２０２では、インバータ制御部７１は、第１インバータ３０の全素子、および、第２上アーム素子４１〜４３をオフ、第２下アーム素子４４〜４６をオンとする。Ｓ２０３では、制御部７０は、受電準備が完了した旨の情報を外部制御部１０５に通知する。外部制御部１０５は、受電準備完了通知を受け取ると、給電を開始する。給電が開始されると、Ｓ２０４にて、第１電圧源２１が単独充電される。
【００６０】
Ｓ２０４ｍでは、スイッチング素子がＭＯＳＥＦＴ等、オンすることで低電位側から高電位側への通電がスイッチ部にて可能である場合、通電確認後、第１インバータ３０の下アーム素子３４〜３６をオンにする。また、当該素子がオンされている状態であれば、オンの状態を継続する。なお、スイッチング素子がＩＧＢＴ等、低電位側から高電位側への通電がスイッチ部にて不能の場合、当該ステップは省略される。また、スイッチ部と還流ダイオードとの導通損によっては、当該ステップは省略可能である。Ｓ２０８ｍ等、ステップ番号の末尾に「ｍ」を付した後述の各ステップにおいても同様である。
【００６１】
Ｓ２０５では、充電制御部７５は、第１電圧源２１の充電状態が目標に到達したか否かを判断する。Ｓ１０６における単独充電モードでは、電位差ΔＶが電位差判定閾値Ｖｔｈ以下となった場合、目標に到達したと判定する。また、Ｓ１１１における単独充電モードでは、第１電圧源２１のＳＯＣが完了判定閾値Ｆｔｈ以上となった場合、目標に到達したと判定する。第１電圧源２１の充電状態が目標に到達していないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２０４に戻り、第１電圧源２１の単独充電を継続する。第１電圧源２１の充電状態が目標に到達したと判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２１０へ移行する。
【００６２】
Ｓ２０１にて否定判断された場合に移行するＳ２０６では、インバータ制御部７１は、第１上アーム素子３１〜３３をオン、第１下アーム素子３４〜３６および第２インバータ４０の全素子をオフにする。Ｓ２０７では、Ｓ２０３と同様、制御部７０は、受電準備が完了した旨の情報を外部制御部１０５に通知する。外部制御部１０５は、受電準備完了通知を受け取ると、給電を開始する。給電が開始されると、Ｓ２０８にて、第２電圧源２２が単独充電される。
【００６３】
Ｓ２０８ｍは、スイッチング素子がＭＯＳＥＦＴ等、オンすることで低電位側から高電位側への通電がスイッチ部にて可能である場合、通電確認後、第２インバータ４０の上アーム素子４１〜４３をオンとする。また、当該素子がオンされている状態であれば、オンの状態を継続する。
【００６４】
Ｓ２０９では、充電制御部７５は、第２電圧源２２の充電状態が目標に到達したか否かを判断する。ここでは、Ｓ２０５と同様、Ｓ１０６における単独充電モードでは、電位差ΔＶが電位差判定閾値Ｖｔｈ以下となった場合、目標に到達したと判定する。また、Ｓ１１１における単独充電モードでは、第２電圧源２２のＳＯＣが完了判定閾値Ｆｔｈ以上となった場合、目標に到達したと判定する。第２電圧源２２の充電状態が目標に到達していないと判断された場合（Ｓ２０９：ＮＯ）、Ｓ２０８に戻り、第２電圧源の単独充電を継続する。第２電圧源２２の充電状態が目標に到達したと判断された場合（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、Ｓ２１０へ移行する。
【００６５】
Ｓ２１０では、制御部７０は、給電停止指令を外部制御部１０５に送信する。外部制御部１０５は、給電停止指令を受け取ると、急速充電器１００からの給電を停止する。Ｓ２１１では、インバータ制御部７１は、インバータ３０、４０の全素子をオフにし、単独充電モードを終了する。
【００６６】
並列充電モードでの充電処理を図９のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ３０１では、充電制御部７５は、通電経路となる通電素子を選定する。本実施形態では、充電制御部７５は、前回の充電時に通電していない素子が優先して通電素子となるように、通電素子を選定する。これにより、素子劣化の偏りを低減することができる。
【００６７】
例えば図１１（ａ）に示すように、前回の充電時に、Ｕ相およびＶ相の上アーム素子３１、３２、４１、４２およびＷ相の下アーム素子３６、４６を通電素子として並列充電を行った場合、図１１（ｂ）に示すように、今回の充電時には、Ｕ相およびＶ相の下アーム素子３４、３５、４４、４５およびＷ相の上アーム素子３３、４３を通電素子として選定する。また、前回の充電が単独充電または直列充電であって、並列充電を行っておらず、前々回に並列充電を行っていた場合、前々回の並列充電時に通電していない素子を通電素子として選定する、といった具合に、直近の並列充電時の通電素子に基づいて、今回の通電素子を選定してもよい。また、素子劣化状態に偏りがなければ、任意の素子を通電素子として選定してもよい。
【００６８】
図９に戻り、Ｓ３０２では、インバータ制御部７１は、選定された通電素子をオンにする。Ｓ３０３では、制御部７０は、受電準備が完了した旨の情報を外部制御部１０５に通知する。外部制御部１０５は、受電準備完了通知を受け取ると、給電を開始する。給電が開始されると、Ｓ３０４にて、電圧源２１、２２が並列に接続されていると見なせる状態にて、電圧源２１、２２が同時に充電される。
【００６９】
Ｓ３０４ｍは、スイッチング素子がＭＯＳＥＦＴ等、オンすることで低電位側から高電位側への通電がスイッチ部にて可能である場合、通電確認後、還流ダイオードが通電経路となっている素子をオンにする。例えば図１１（ａ）の例であれば、第１下アーム素子３６、および、第２上アーム素子４１、４２をオンにする。また例えば図１１（ｂ）の例であれば、第１下アーム素子３４、３５、および、第２上アーム素子４３をオンにする。また、当該素子がオンされている状態であれば、オンの状態を継続する。
【００７０】
Ｓ３０５では、充電制御部７５は、電圧源２１、２２の充電状態が目標に到達したか否かを判断する。本実施形態では、ＳＯＣ１、ＳＯＣ２の少なくとも一方が完了判定閾値Ｆｔｈ以上となった場合、目標に到達したと判定する。電圧源２１、２２の充電状態が目標に到達していないと判断された場合（Ｓ３０５：ＮＯ）、すなわちＳＯＣ１、ＳＯＣ２がともに完了判定閾値Ｆｔｈ未満の場合、Ｓ３０４に戻り、電圧源２１、２２の並列充電を継続する。電圧源２１、２２の充電状態が目標に到達したと判断された場合（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、すなわちＳＯＣ１、ＳＯＣ２の少なくとも一方が完了判定閾値Ｆｔｈ以上の場合、Ｓ３０６へ移行する。
【００７１】
Ｓ３０６では、制御部７０は、給電停止指令を外部制御部１０５に送信する。外部制御部１０５は、給電停止指令を受け取ると、急速充電器１００からの給電を停止する。Ｓ３０７では、インバータ制御部７１は、インバータ３０、４０の全素子をオフにする。Ｓ３０８では、充電制御部７５は、今回の通電素子を図示しない記憶部等に記憶させ、並列充電モードを終了する。
【００７２】
直列充電モードでの充電処理を図１０のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ４０１では、インバータ制御部７１は、インバータ３０、４０の全素子３１〜３６、４１〜４６をオフにする。
【００７３】
Ｓ４０２では、制御部７０は、受電準備が完了した旨の情報を外部制御部１０５に通知する。外部制御部１０５は、受電準備完了通知を受け取ると、給電を開始する。給電が開始されると、Ｓ４０３にて、電圧源２１、２２が直列に接続されていると見なせる状態にて、電圧源２１、２２が同時に充電される。
【００７４】
Ｓ４０３ｍは、スイッチング素子がＭＯＳＥＦＴ等、オンすることで低電位側から高電位側への通電がスイッチ部にて可能である場合、通電確認後、第１下アーム素子３４〜３６、および、第２上アーム素子４１〜４３をオンにする。また、当該素子がオンされている状態であれば、オンの状態を継続する。なお、スイッチング素子がＩＧＢＴ等、低電位側から高電位側への通電不能の場合、当該ステップは省略される。
【００７５】
Ｓ４０４では、図９中のＳ３０５と同様、充電制御部７５は、電圧源２１、２２の充電状態が目標に到達したか否かを判断する。電圧源２１、２２の充電状態が目標に到達していないと判断された場合（Ｓ４０４：ＮＯ）、Ｓ４０３に戻り、電圧源２１、２２の直列充電を継続する。電圧源２１、２２の充電状態が目標に到達したと判断された場合（Ｓ４０４：ＹＥＳ）、Ｓ４０５へ移行する。
【００７６】
Ｓ４０５では、制御部７０は、給電停止指令を外部制御部１０５に送信する。外部制御部１０５は、給電停止指令を受け取ると、急速充電器１００からの給電を停止する。Ｓ４０６では、インバータ制御部７１は、インバータ３０、４０の全素子をオフにする。全素子がオフであれば、オフの状態を継続する。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態の充電システム１は、複数相のコイル１１〜１３を有するＭＧ１０に電力を供給する２つの電圧源である第１電圧源２１および第２電圧源２２を、急速充電器１００により充電するものであって、第１インバータ３０と、第２インバータ４０と、高電位側開閉器５１と、低電位側開閉器５２と、制御部７０と、を備える。
【００７８】
第１インバータ３０は、第１スイッチング素子３１〜３６を有し、コイル１１〜１３の一端１１１、１２１、１３１および第１電圧源２１に接続される。第２インバータ４０は、第２スイッチング素子４１〜４６を有し、コイル１１〜１３の他端１１２、１２２、１３２および第２電圧源２２に接続される。
【００７９】
高電位側開閉器５１は、急速充電器１００の高電位側と接続可能な高電位側外部接続端子６と第１電圧源２１の高電位側とを接続する高電位側給電線６１に設けられる。低電位側開閉器５２は、急速充電器１００の低電位側と接続可能な低電位側外部接続端子７と第２電圧源２２の低電位側とを接続する低電位側給電線６２に設けられる。制御部７０は、第１スイッチング素子３１〜３６および第２スイッチング素子４１〜４６のオンオフ作動を制御する。
【００８０】
本実施形態では、オープン巻線であるコイル１１〜１３の両側に、インバータ３０、４０および電圧源２１、２２が設けられる２電源２インバータの構成において、高電位側給電線６１および低電位側給電線６２を設け、インバータ３０、４０およびコイル１１〜１３を電力パスとして用いることで、絶縁された２つの電圧源を同時に充電することができる。また、インバータ３０、４０および開閉器５１、５２を制御することで、単独充電、並列充電および直列充電を切替可能である。特に、ＭＧ１０およびインバータ３０、４０が大出力のものであれば、輸送電力が大きい急速充電にも対応可能である。
【００８１】
スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６は、それぞれ、制御部７０からの指令により電流の導通および遮断を切替可能であるスイッチ部、および、低電位側から高電位側への通電を許容する還流ダイオードを有する。第１スイッチング素子３１〜３６は、高電位側に接続される第１上アーム素子３１〜３３、および、第１上アーム素子３１〜３３の低電位側に接続される第１下アーム素子３４〜３６を含む。
【００８２】
制御部７０は、高電位側開閉器５１および低電位側開閉器５２が閉の状態にて、第１上アーム素子３１〜３３の少なくとも１相をオンにし、第１上アーム素子３１〜３３がオンされる相とは異なる少なくとも１相の第２下アーム素子４４〜４６をオンにすることで、第１電圧源２１と第２電圧源２２とを並列充電する。これにより、電圧源２１、２２を並列充電可能であって、電圧源２１、２２の定格電圧の和よりも電圧が低い規格の急速充電器１００により、適切に充電を行うことができる。
【００８３】
制御部７０は、充電開始後、第１上アーム素子３１〜３３がオンされる相を同じ相の第２上アーム素子４１〜４３をオンにし、第２下アーム素子４４〜４６がオンされる相と同じ相の第１下アーム素子３４〜３６をオンにする。これにより、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ等の低電位側から高電位側への通電が可能な素子である場合、導通損を低減可能であり、充電時間を短縮可能である。
【００８４】
制御部７０は、高電位側開閉器５１および低電位側開閉器５２が閉の状態にて、第１スイッチング素子３１〜３６および第２スイッチング素子４１〜４６をオフにすることで、第１電圧源２１と第２電圧源２２とを直列充電する。これにより、電圧源２１、２２を直列充電可能であって、電圧源２１、２２の定格電圧の和よりも電圧が高い規格の急速充電器１００により、高効率に充電を行うことができる。
【００８５】
制御部７０は、充電開始後、第１下アーム素子３４〜３６の全相、よおび、第２上アーム素子４１〜４３の全相をオンにする。これにより、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ等の低電位側から高電位側への通電が可能な素子である場合、導通損を低減可能であり、充電時間を短縮可能である。
【００８６】
制御部７０は、高電位側開閉器５１および低電位側開閉器５２が閉の状態にて、第２下アーム素子４４〜４６の少なくとも１相をオンにすることで、第１電圧源２１を単独充電する。また、制御部７０は、高電位側開閉器５１および低電位側開閉器５２が閉の状態にて、第１上アーム素子３１〜３３の少なくとも１相をオンにすることで、第２電圧源２２を単独充電する。これにより、電圧源２１、２２を単独充電可能であるので、電圧源２１、２２を適切に充電することができる。
【００８７】
制御部７０は、第１電圧源２１および第２電圧源２２の充電状態に応じ、第１電圧源２１または第２電圧源２２の単独充電と、第１電圧源２１および第２電圧源２２の同時充電とを切替可能である。これにより、電圧源２１、２２を適切に充電することができる。
【００８８】
本実施形態では、ＭＧ１０が「回転電機」、スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６の還流ダイオードが「還流部」、急速充電器１００が「外部充電器」に対応する。
【００８９】
（他の実施形態）
上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は４相以上としてもよい。上記実施形態では、回転電機は電動車両の主機モータとして用いられている。他の実施形態では、回転電機は、主機モータに限らず、例えばスタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電源システムを車両以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・充電システム
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
３０・・・第１インバータ
４０・・・第２インバータ
５１・・・高電位側開閉器
５２・・・低電位側開閉器
６１・・・高電位側給電線
６２・・・低電位側給電線
７０・・・制御部
１００・・・急速充電器（外部充電器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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