(57)【要約】【課題】商用交流電源から受ける供給電力の増大を防止させ、且つ、充電時間の長時間化を防止させ得る車載用充電器を提供する。【解決手段】車載用充電器１１０は、商用交流電源２０から電力が供給されると、整流回路１１１では、かかる電力の電圧成分を全波化して、これによって得られた入力電圧Ｖｉｎを出力させる。その後、ＰＦＣ回路１１２では、当該入力電圧Ｖｉｎを昇圧させ、且つ、整流回路１１１を介して供給された電力の力率を１に近づけさせ、これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１を得る。かかる後、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１３では、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧値を適宜に調整させ、車載バッテリー１２０は、適切に制御された出力電圧Ｖｏｕｔ２によって電力量が蓄積される。【選択図】図２
2010172093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、且つ、車外の商用交流電源から供給された供給電力を変換し車載バッテリーを充電させる車載用充電器において、
ダイオードブリッジを具備する整流回路と、力率を改善させるＰＦＣ回路とを少なくとも備えることを特徴とする車載用充電器。
【請求項２】
前記ＰＦＣ回路は、リアクトル及びスイッチング素子及び前記スイッチング素子を駆動させる信号制御回路及び整流素子及び平滑コンデンサを少なくとも備えることを特徴とする請求項１に記載の車載用充電器。
【請求項３】
車両に搭載され、且つ、車外の商用交流電源から供給された供給電力を変換し車載バッテリーを充電させる車載用充電器において、
リアクトル及び第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子及び双方のスイッチング素子を駆動させる信号制御回路及び整流素子及び平滑コンデンサを具備するＰＦＣ回路を少なくとも備え、
前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子は、商用交流電源の力率を改善させるように各々が駆動され、且つ、前記商用交流電源を整流化させることを特徴とする車載用充電器。
【請求項４】
前記車載バッテリーの充電状態に基づいて前記ＰＦＣ回路の出力電圧を昇圧及び／又は降圧させるＤＣ−ＤＣ変換回路を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の車載用充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された車載用充電器に関し、特に、家庭用の商用交流電源から車載バッテリーへ充電させる際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車の普及に伴い、車載バッテリーを充電させる充電器の検討が種々行われている。かかる充電器には、例えば、所定の場所に設置され急速充電を実現させるスタンド式充電器、又は、車両に搭載されるように小型に設計された車載用充電器等が挙げられる。
【０００３】
特に、車載用充電器にあっては、家庭用の商用交流電源を用いて車載バッテリーの充電を行い得るようにすると、車載充電器を搭載させた電気自動車のユーザーは、スタンド式充電器のような設備費用を投じることから免れる。また、今日の電気自動車にあっては、スタンド式充電器に接続するプラグと、車載用充電器に接続するプラグとの双方のプラグを具備する車両も開発されている。
【０００４】
例えば、特開２００１−０３７０９７号公報（特許文献１）では、上述した車載用充電器の一例が電気自動車用バッテリパック充電装置として紹介されている。かかる電気自動車用バッテリパック充電装置は、入力電圧を変圧させ整流化させる充電部と、バッテリパック（特許請求の範囲における車載バッテリー）に接続される電源ラインに設けられたスイッチと、バッテリパックの充電状態を検出しこれに基づいて充電部を制御させるバッテリ充電制御部とから構成される。そして、かかる構成を具備する電気自動車バッテリパック充電装置では、バッテリパックの検出状態に基づいて定電力充電、定電流充電、定電圧充電を適宜に選択させ、これにより、バッテリパックが満充電となるよう電力等の供給を制御させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０３７０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、力率に関する検討が成されていないので、商用交流電源から供給させる供給電力を不要に大きくしなければならないとの問題が生じる。また、当該商用交流電源には各家庭に配電される電源が用いられると、家庭用分電盤のブレーカー上がりが頻発する惧れがある。
【０００７】
また、力率の低い車載用充電器では、車載バッテリーに蓄電される際の有効電力が低下するので、車載バッテリーの充電時間を長時間化させてしまうとの問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、商用交流電源から受ける供給電力の増大を防止させ、且つ、充電時間の長時間化を防止させ得る車載用充電器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では次のような車載用充電器の構成とする。即ち、車両に搭載され、且つ、車外の商用交流電源から供給された供給電力を変換し車載バッテリーを充電させる車載用充電器において、ダイオードブリッジを具備する整流回路と、力率を改善させるＰＦＣ回路とを少なくとも備えることとする。
【００１０】
このとき、前記ＰＦＣ回路は、リアクトル及びスイッチング素子及び前記スイッチング素子を駆動させる信号制御回路及び整流素子及び平滑コンデンサを少なくとも備えることとするのが好ましい。
【００１１】
また、本発明では次のような車載用充電器の構成としても良い。即ち、車両に搭載され、且つ、車両外から供給された商用交流電源を変換し車載バッテリーを充電させる車載用充電器において、リアクトル及び第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子及び双方のスイッチング素子を駆動させる信号制御回路及び整流素子及び平滑コンデンサを具備するＰＦＣ回路を少なくとも備え、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子は、商用交流電源の力率を改善させるように各々が駆動され、且つ、前記商用交流電源を整流化させることを特徴とする車載用充電器。
【００１２】
更に、上述した各々の発明は、前記車載バッテリーの充電状態に基づいて前記ＰＦＣ回路の出力電圧を昇圧及び／又は降圧させるＤＣ−ＤＣ変換回路を備えることとするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る車載用充電器によると、ＰＦＣ回路が新たに設けられたので、力率の改善が為され、商用交流電源から受ける供給電力を最低限度に抑えることが可能となる。
【００１４】
また、かかる車載用充電器では、ＰＦＣ回路の設置によって力率の改善が行われるため、車載バッテリーに蓄電される際の有効電力が向上し、車載バッテリーの充電が短時間で完了する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る電気自動車の構成を示す図
【図２】実施例に係る充電器の回路構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１には、本実施の形態に係る電気自動車（特許請求の範囲における車両）の回路構成が示されている。尚、特許請求の範囲における車両の意は、当該電気自動車に限定されるものでなく、後述するプラグインタイプのハイブリッド電気自動車（Ｐ−ＨＥＶ）であっても良い。
【００１７】
図示の如く、電気自動車１００は、車載用充電器１１０と車載バッテリー１２０とインバータ装置１３０と制御モータ１４０とから構成されている。尚、同図には、電気自動車１００の構成に含まれない商用交流電源２０が便宜的に示されている。当該商用交流電源２０は、電源ケーブルを介して設けられた接続端子２０ａを備えている。かかる商用交流電源２０は、各家庭に配電される電力（例えば、１００Ｖ−１５Ａ）のうち車載用充電器に与える供給電力を接続端子２０ａから供給させる。
【００１８】
車載用充電器１１０は、図示の如く、車両の適宜な位置に搭載される。また、当該車載用充電器１１０は、車外の商用交流電源２０から供給された供給電力を変換し車載バッテリーを充電させる。尚、車載用充電器１１０の構成及び作用については、実施例にて詳述することとする。
【００１９】
車載バッテリー１２０は、複数のバッテリーセルから成るモジュールによって構成されると共に、当該モジュールが複数接続され、これにより、所定の直流電力を供給させる。バッテリーセルでは、供給された電力の電気エネルギーを化学エネルギーへと変換させ、商用交流電源２０の供給電力量の一部が有効電力量として蓄電される。ここで、単位時間当たりの有効電力量とされる有効電力は、ＰＦＣ回路を搭載させた車載用充電器１１０を用いることによって飛躍的に向上することになる。尚、バッテリーセルとしては、リチウムイオン電池を用いるのが好ましい。かかるリチウムイオン電池は、エネルギー密度が極めて高いので、長距離走行に耐えうる高電力量の蓄電能力を発揮する。但し、本実施の形態にあっては、リチウムイオン電池以外の充電電池の使用を妨げるものでなく、適宜に選択され得るものである。
【００２０】
インバータ装置１３０は、複数のパワースイッチング素子によって構成され、入力された直流を複数相の交流へと変換させる。当該インバータ装置１３０は、インバータ制御装置によって交流電流の周波数を制御させる。
【００２１】
更に、インバータ装置１３０には、複数のパワースイッチング素子を適宜に駆動させるインバータ制御装置が設けられている。かかるインバータ制御装置は、信号ラインを介してアクセルセンサー１３０ａに接続されている。当該インバータ制御装置では、ドライバーがアクセルペダルを操作すると、かかる操作に応じてアクセルセンサー１３０ａから操作信号を受信する。その後、かかるインバータ制御装置では、操作信号に基づいて演算処理を実施させ、インバータ装置１３０のパワースイッチング素子を駆動させる駆動信号を各々出力させ、これにより、インバータ装置１３０から供給される電流の周波数成分を適宜に調整させる。
【００２２】
制御モータ１４０は、固定子と駆動軸を具備する回転子とが同軸的に配備され、当該回転子は、固定子に対して回動自在に軸支されている。固定子は、複数のコイルを連続的且つ円環状に形成させ、複数の相電流が制御されることにより回転磁界を形成させる。一方、回転子は、回転磁界によってトルクを受け、駆動軸を介して車輪にトルクを伝達させる。かかる制御モータ１４０は、入力される電流の周波数成分の調整によって、角速度が制御される。
【００２３】
かかる構成を具備する電気自動車１００は、接続端子１１０ａを商用交流電源２０から取り外した後、ドライバーの操作に従って以下の如く走行する。即ち、ドライバーがアクセルペダルを踏み込むと、インバータ制御装置では、アクセルセンサー１３０ａの操作信号を受信し、これに応じて、パワースイッチング素子の駆動信号を出力させる。その後、インバータ装置では、当該駆動信号に応じて交流電流の周波数を制御させ、制御モータ１４０では、かかる交流電流に応じたトルクを車輪へと伝達させ、これにより、電気自動車１００の走行及び制御が行われる。
【００２４】
また、当該電気自動車１００は、商用交流電源２０の接続端子２０ａと車載用充電器１１０の接続端子１１０ａとを接続させると、商用交流電源２０の供給電力が車載用充電器１１０に印加され、その後、車載用充電器１１０によって車載バッテリー１２０が蓄電させる。
【実施例】
【００２５】
図２には本実施例に係る車載充電器の回路構成が示されている。図示の如く、車載用充電器１１０は、整流回路１１１とＰＦＣ回路１１２とＤＣ−ＤＣ変換回路１１３とから構成されている。尚、同図には、車載用充電器１１０の構成に含まれない商用交流電源２０及びフィルター回路３０及び車載バッテリー１２０が便宜的に示されている。ここで、フィルター回路３０は、コンデンサ及びコイル等から構成され、ノイズ成分の除去を行う。
【００２６】
整流回路１１１は、ダイオードブリッジを具備している。当該整流回路１１１は、入力側に商用交流電源２０が接続され、出力側にハイサイドラインＬＨ及びローサイドラインＬＬが接続される。そして、整流回路１１１では、入力された交流電力の電圧波形を全波化させ、これらの電源ラインによって出力させる。ここで、全波化された入力電圧を、以下Ｖｉｎと表記することとする。
【００２７】
ＰＦＣ回路１１２は、リアクトルＬ及びスイッチング素子Ｑ及び信号制御回路１１２ａ及び整流素子Ｄ及び平滑コンデンサＣを具備している。図示の如く、ＰＦＣ回路１１２は、ハイサイドラインＬＨ及びローサイドラインＬＬを具備し、ハイサイドラインＬＨには、リアクトルＬ及び整流素子Ｄが直列に設けられている。スイッチング素子Ｑは、一端がリアクトルＬと整流素子Ｄのアノードとの接点に接続され、他端がローサイドラインＬＬに接続される。また、スイッチング素子Ｑの信号端子には、信号ラインＬｓを介して信号制御回路１１２ａが接続されている。当該信号制御回路１１２ａは、更に、信号ラインＬｃ及びＬｏが接続され、検知電流Ｉｓ及び出力電圧Ｖｏｕｔ１の情報に基づいてスイッチング素子Ｑを駆動させる。ここで、検知電流Ｉｓとは、ローサイドラインＬＬを介して商用交流電源２０に戻る電流をいい、信号ラインＬｃは、検出回路Ｒに接続され、検知電流Ｉｓの検出値を信号制御回路１１２ａへ伝送させる。また、信号制御回路１１２ａでは、信号ラインＬｉを介して入力電圧Ｖｉｎに関する情報を受信し、当該入力電圧Ｖｉｎ及び検知電流Ｉｓ及び出力電圧Ｖｏｕｔの情報に基づいて制御を実施させるようにしても良い。更に、ＰＦＣ回路１１２は、整流素子Ｄのカソード側へ平滑コンデンサＣが並列接続される。そして、これらの構成を具備するＰＦＣ回路１１２では、スイッチング素子Ｑが適宜に駆動されることにより、入力電圧Ｖｉｎにおける全波整流波形の位相とこれによって流れる電流の位相とが略一致され、且つ、当該入力電圧Ｖｉｎを昇圧させた状態で平滑化させ、これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１を得る。
【００２８】
ＤＣ−ＤＣ変換回路１１３は、一端がＰＦＣ回路１１２に接続され、他端が車載バッテリー１２０に接続されている。当該ＤＣ−ＤＣ変換回路１１３は、車載バッテリー１２０の充電状態に基づいてＰＦＣ回路の出力電圧Ｖｏｕｔ１を昇降圧させ、車載バッテリー１２０を満充電するように適宜に調整された出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力させる。かかる出力電圧Ｖｏｕ２は、車載バッテリー１２０の充電状態に応じて、定電流制御又は定電圧制御又は定電力制御される。尚、車載バッテリー１２０の充電状態とは、車載バッテリー１２０の電圧値に関する情報、又は、これに類する情報をいう。かかる充電状態は、電源ラインＬａ及びＬｂの両端電圧によって検出しても良く、車載バッテリー１２０の電圧値を直接検出するようにしても良い。
【００２９】
かかる構成を具備する車載用充電器１１０は、以下の如く作用する。即ち、商用交流電源２０から電力が供給されると、整流回路１１１では、かかる電力の電圧成分を全波化して、これによって得られた入力電圧Ｖｉｎを出力させる。その後、ＰＦＣ回路１１２では、当該入力電圧Ｖｉｎを昇圧させ、且つ、整流回路１１１を介して供給された電力の力率を１に近づけさせ、これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１を得る。かかる後、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１３では、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧値を適宜に調整させ、車載バッテリー１２０は、適切に制御された出力電圧Ｖｏｕｔ２によって電力量が蓄積される。
【００３０】
上述の如く、本実施例に係る車載用充電器１１０によると、ＰＦＣ回路１１２が新たに設けられたので、力率の改善が為され、商用交流電源２０から受ける供給電力を最低限に抑えることが可能となる。従って、家庭用の電源を用いたとしても、分電盤のブレーカー上がりを頻発させることは無くなる。また、かかる車載充電器１１０では、高調波電流の発生が抑制される。
【００３１】
また、かかる車載用充電器１１０では、ＰＦＣ回路１１２の設置によって力率の改善が行われるため、車載バッテリー１２０に蓄電される際の有効電力が向上し、これにより、車載バッテリーの充電が短時間で完了する。
【００３２】
尚、特許請求の範囲に記載される発明は、当然の如く、上述した実施例に限定されるものでなく、種々の改変を加えることが可能である。
【００３３】
例えば、ＰＦＣ回路１１２の出力電圧Ｖｏｕｔ１が所定の変動範囲で制御され、且つ、当該変動範囲で制御された出力電圧Ｖｏｕｔ１によって充電され得る車載バッテリー１２０が用いられる場合、本発明では、実施例で説明したＤＣ−ＤＣ変換回路１１３を省略させることが可能である。かかる場合、信号制御回路１１２ａは、定電力制御又は定電圧制御又は定電流制御等を適宜に選択し、車載バッテリー１２０を適宜に充電させる役割も担う。
【００３４】
また、本発明に係る車載充電器では、整流回路１１１を省略させることも可能である。かかる車載充電器の一例を説明すると、ＰＦＣ回路の構成は、リアクトル及び第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子及び双方のスイッチング素子を駆動させる信号制御回路及び整流素子及び平滑コンデンサを具備するＰＦＣ回路から成ることとし、双方のスイッチング素子は、互いのスイッチング素子の通過電流が逆向きとなるように、ハイサイドライン及びローサイドラインの間に並列に接続される。また、双方のスイッチング素子の信号端子は、信号ラインを介して各々信号制御回路に接続される。そして、信号制御回路では、双方のスイッチング素子を独立して制御させ、これにより、双方のスイッチング素子は、商用交流電源の力率を改善させるように各々が駆動され、且つ、商用交流電源を整流化させるように駆動される。従って、かかる構成とされた車載用充電器では、装置の簡素化が図られ、小型化及び低コスト化が図られる。
【００３５】
また、図２に示した実施例では、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１３によって制御される出力電圧Ｖｏｕｔ２が昇圧制御及び降圧制御の双方を実施するものとして説明されている。しかし、本発明では、これに限定することなく、昇圧制御のみ実施させるＤＣ−ＤＣ変換回路を用いることも可能であり、降圧制御のみ実施させるＤＣ−ＤＣ変換回路を用いることも可能である。この場合、これらのＤＣ−ＤＣ変換回路による出力電圧の変動範囲に合致した車載バッテリーを選択させる必要がある。
【００３６】
尚、本発明は、充電器及びバッテリーを搭載させ当該バッテリーの電力によって駆動力を得る車両全般に用いられるものであって、特に、電気自動車（ＥＶ）、又は、プラグインハイブリッド車（Ｐ−ＨＥＶ）に適用されるものである。ここで、プラグインハイブリッド車（Ｐ−ＨＥＶ）とは、内燃機関と長距離走行可能な車載バッテリーとの双方を搭載させ、当該車載バッテリーの容量が多いとき、電気モータによって駆動力を発生させ、当該車載バッテリーの容量が低下すると、内燃機関によって駆動力を発生させるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１００    電気自動車
１１０    車載用充電器
１１１    整流回路
１１２    ＰＦＣ回路
１１３    ＤＣ−ＤＣ変換回路
１２０    車載バッテリー
【図１】
2010172093.tif 000003
【図２】
2010172093.tif 000004