(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な回路構成にて、各種の外部電源を用いて蓄電池を充電可能にした充電装置を提供する。【解決手段】交流／直流変換回路及び直流／直流変換回路を備え、その出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、直流電源端子２1と交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続されるスイッチング素子Ｑ４とを備えると共に、交流／直流変換回路はスイッチング素子Ｑ１を有する昇圧手段を備え、降圧時には、スイッチング素子Ｑ１をオフしてスイッチング素子Ｑ４をオン・オフ制御することにより、蓄電池３の直流電圧をスイッチング素子Ｑ４及びダイオーＤ１を介して降圧しつつ直流／直流変換回路４に入力し、昇圧時には、スイッチング素子Ｑ４をオンさせた状態でスイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御することにより、蓄電池３の直流電圧を昇圧しつつ直流／直流変換回路４に入力して蓄電池２を充電する。【選択図】図１
2014082871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流／直流変換回路と、この交流／直流変換回路の出力電圧を所望の大きさの直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、を備え、前記直流／直流変換回路の出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、
外部直流電源が接続される一対の直流電源端子と、
前記外部直流電源の正極が接続される一方の前記直流電源端子と前記交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続されるスイッチング素子と、を備えると共に、前記交流／直流変換回路は昇圧手段を備え、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より高い時には、前記昇圧手段の動作を停止して前記スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を前記スイッチング素子、及び前記交流／直流変換回路内のダイオードを介して降圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力し、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より低い時には、前記スイッチング素子をオンさせた状態で前記昇圧手段を動作させることにより、前記外部直流電源の直流電圧を昇圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
交流／直流変換回路と、この交流／直流変換回路の出力電圧を所望の大きさの直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、を備え、前記直流／直流変換回路の出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、
外部直流電源が接続される一対の直流電源端子と、
前記外部直流電源の正極が接続される一方の前記直流電源端子と前記交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続される第１のスイッチング素子と、を備え、かつ、前記交流／直流変換回路は、第１のスイッチング素子に接続されたダイオードと、直流電圧を昇圧するための第２のスイッチング素子と、を有し、
降圧時には、第２のスイッチング素子をオフ状態として第１のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を第１のスイッチング素子及び前記ダイオードを介して降圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力し、
昇圧時には、第１のスイッチング素子をオンさせた状態で第２のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を昇圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力することを特徴とする充電装置。
【請求項３】
請求項２に記載した充電装置において、
前記交流／直流変換回路は、前記第２のスイッチング素子と、このスイッチング素子と前記ダイオードとの間に接続されるリアクトルと、を備えた１石式の力率改善回路を有し、
前記力率改善回路の負側直流端子を、他方の前記直流電源端子を介して前記外部直流電源の負極に接続したことを特徴とする充電装置。
【請求項４】
交流／直流変換回路と、この交流／直流変換回路の出力電圧を所望の大きさの直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、を備え、前記直流／直流変換回路の出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、
外部直流電源が接続される一対の直流電源端子と、
前記外部直流電源の正極が接続される一方の前記直流電源端子と前記交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続される第１のスイッチング素子と、を備え、かつ、前記交流／直流変換回路は、直流電圧を昇圧するための第２，第３のスイッチング素子とこれら第２，第３のスイッチング素子にそれぞれ直列接続されるダイオードと、を有し、
降圧時には、第２または第３のスイッチング素子をオフ状態として第１のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を、第１のスイッチング素子、及び、オフ状態の第２または第３のスイッチング素子に直列接続された前記ダイオードを介して降圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力し、
昇圧時には、第１のスイッチング素子をオンさせた状態で第２または第３のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を昇圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力することを特徴とする充電装置。
【請求項５】
請求項４に記載した充電装置において、
前記交流／直流変換回路は、前記第２，第３のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子と前記第１のスイッチング素子との間にそれぞれ接続されたリアクトルと、を備えた２石式の力率改善回路を有し、
前記力率改善回路の負側直流端子を、他方の前記直流電源端子を介して前記外部直流電源の負極に接続し、かつ、前記第１のスイッチング素子と他方の前記直流電源端子との間に、前記第１のスイッチング素子に対して逆方向に別のダイオードを接続したことを特徴とする充電装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載した充電装置において、
前記蓄電池が車両に搭載された蓄電池であり、前記外部直流電源が他の車両に搭載された別の蓄電池であることを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気自動車等の電動車両に搭載された蓄電池を外部電源によって充電する充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載蓄電池の電力を用いて駆動する電動車両として、電気自動車やハイブリッド自動車が知られている。また、車載蓄電池を外部電源により充電する充電装置も、種々提供されている。
【０００３】
図３は、商用交流電源によって車載蓄電池を充電する第１の従来技術を示しており、例えば特許文献１に記載されているものである。
図３において、１は商用交流電源、１０１は電動車両に搭載された充電回路、２は蓄電池、Ｄ１〜Ｄ４は整流回路を構成するダイオードである。また、リアクトルＬ１、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ５、及び平滑用コンデンサＣ１によって１石式の力率改善回路（ＰＦＣ回路）が構成されており、後段の直流／直流変換回路４に所望の直流電圧を供給している。上記ＰＦＣ回路では、交流入力の力率がほぼ１となるようにスイッチング素子Ｑ１を制御し、充電時の効率向上を図っている。また、直流／直流変換回路４では、蓄電池２の充電状態に基づいて直流電圧を制御している。なお、１１，１２は交流電源端子である。
【０００４】
次に、図４は、図３と同様に商用交流電源から車載蓄電池を充電する第２の従来技術であり、特許文献２に記載されているものと同様の原理に基づいている。図４において、図３と共通の構成要素については同じ符号を付してその説明を省略する。
図４に示す充電回路１０２において、Ｌａ１，Ｌａ２は交流リアクトル、Ｑ２，Ｑ３はスイッチング素子である。この従来技術では、入力交流電圧の極性に応じてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をスイッチングし、交流リアクトルＬａ１，Ｌａ２に蓄積されたエネルギーを利用して所望の大きさの直流電圧に昇圧する動作を行っている。また、交流入力の力率がほぼ１となるようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をスイッチングすることで２石式のＰＦＣ回路として制御可能であり、前記特許文献１と同様の効果を得ることができる。
【０００５】
更に、商用交流電源からの充電が困難な場所における緊急充電システムとして、他の電動車両の蓄電池から自車両の蓄電池を充電するシステムも知られている。図５は、この第３の従来技術を示しており、特許文献３に記載されているものと同様の原理に基づいている。
【０００６】
図５において、５は充電するべき蓄電池２が搭載された受電側車両、６は別の蓄電池３が搭載された給電側車両である。なお、受電側車両５には、商用交流電源（図示せず）が確保できる場合に交流電源端子１１，１２から供給される交流電力によって蓄電池２を充電するために、交流／直流変換回路７及び直流／直流変換回路４が設けられている。
この従来技術では、外部の給電側車両６に搭載された蓄電池３の直流電力を、直流／直流変換回路８を介して受電側車両５の蓄電池２に供給することで、商用交流電源の確保が困難な緊急時の充電動作を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０-１７２０９３号公報（図２）
【特許文献２】特開２００８-２６３６８３号公報（図１）
【特許文献３】特許第４６９４３９９号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、第１〜第３の従来技術では、外部電源を用いて車載蓄電池を各種の方法により充電しているが、以下に述べるような問題がある。
第１，第２の従来技術は、商用交流電源によって蓄電池を充電することを前提としており、緊急時のように商用交流電源が確保できない環境では、充電不能となったり別の手段によって交流電源を調達する必要がある。
また、緊急時の充電システムである第３の従来技術では、車両同士を接続する充電ケーブルの他に、専用の直流／直流変換回路８が必要である。この直流／直流変換回路８を電動車両に搭載することも可能であるが、この場合、車載電気回路の大形化、コスト増加を招くこととなる。
すなわち、現状では、電動車両が使用される様々な環境や条件のもとで、各種の外部電源を利用可能な簡便な充電装置の提供が望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、より簡単な回路構成にて、各種の外部電源を用いて蓄電池を充電可能した充電装置を提供することにあり、特に、電動車両の車載蓄電池を対象とした充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、交流／直流変換回路と、この交流／直流変換回路の出力電圧を所望の大きさの直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、を備え、前記直流／直流変換回路の出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、
外部直流電源が接続される一対の直流電源端子と、
前記外部直流電源の正極が接続される一方の前記直流電源端子と前記交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続されるスイッチング素子と、を備えると共に、前記交流／直流変換回路は昇圧手段を備え、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より高い時には、前記昇圧手段の動作を停止して前記スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を前記スイッチング素子、及び前記交流／直流変換回路内のダイオードを介して降圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力し、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より低い時には、前記スイッチング素子をオンさせた状態で前記昇圧手段を動作させることにより、前記外部直流電源の直流電圧を昇圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力するものである。
【００１１】
請求項２に係る充電装置は、交流／直流変換回路と、この交流／直流変換回路の出力電圧を所望の大きさの直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、を備え、前記直流／直流変換回路の出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、
外部直流電源が接続される一対の直流電源端子と、
前記外部直流電源の正極が接続される一方の前記直流電源端子と前記交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続される第１のスイッチング素子と、を備え、かつ、前記交流／直流変換回路は、第１のスイッチング素子に接続されたダイオードと、直流電圧を昇圧するための第２のスイッチング素子と、を有し、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より高い時には、第２のスイッチング素子をオフ状態として第１のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を第１のスイッチング素子及び前記ダイオードを介して降圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力し、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より低い時には、第１のスイッチング素子をオンさせた状態で第２のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を昇圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力するものである。
【００１２】
請求項３に係る充電装置は、請求項２に記載した充電装置において、前記交流／直流変換回路は、前記第２のスイッチング素子と、このスイッチング素子と前記ダイオードとの間に接続されるリアクトルと、を備えた１石式の力率改善回路を有し、この力率改善回路の負側直流端子を、他方の前記直流電源端子を介して前記外部直流電源の負極に接続したものである。
【００１３】
請求項４に係る充電装置は、交流／直流変換回路と、この交流／直流変換回路の出力電圧を所望の大きさの直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、を備え、前記直流／直流変換回路の出力電圧により蓄電池を充電する充電装置において、
外部直流電源が接続される一対の直流電源端子と、
前記外部直流電源の正極が接続される一方の前記直流電源端子と前記交流／直流変換回路の一方の入力端子との間に接続される第１のスイッチング素子と、を備え、かつ、前記交流／直流変換回路は、直流電圧を昇圧するための第２，第３のスイッチング素子とこれら第２，第３のスイッチング素子にそれぞれ直列接続されるダイオードと、を有し、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より高い時には、第２または第３のスイッチング素子をオフ状態として第１のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を、第１のスイッチング素子、及び、オフ状態の第２または第３のスイッチング素子に直列接続された前記ダイオードを介して降圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力し、
前記外部直流電源の電圧が前記直流／直流変換回路の入力電圧指令値より低い時には、第１のスイッチング素子をオンさせた状態で第２または第３のスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記外部直流電源の直流電圧を昇圧しつつ前記直流／直流変換回路に入力するものである。
【００１４】
請求項５に係る充電装置は、請求項４に記載した充電装置において、前記交流／直流変換回路は、前記第２，第３のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子と前記第１のスイッチング素子との間にそれぞれ接続されたリアクトルと、を備えた２石式の力率改善回路を有し、前記力率改善回路の負側直流端子を、他方の前記直流電源端子を介して前記外部直流電源の負極に接続し、かつ、前記第１のスイッチング素子と他方の前記直流電源端子との間に、前記第１のスイッチング素子に対して逆方向に別のダイオードを接続したものである。
【００１５】
請求項６に係る充電装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載した充電装置において、前記蓄電池が車両に搭載された蓄電池であり、前記外部直流電源が他の車両に搭載された別の蓄電池であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外部電源として例えば電動車両の車載蓄電池または商用交流電源を用いて、他の電動車両の車載蓄電池を充電することができ、商用交流電源を確保できない緊急時にも対応可能な充電装置を実現することができる。また、図５に示したように給電側及び受電側の蓄電池相互間に直流／直流変換回路を別途設ける必要がないため、車載電気機器が大型化、複雑化することなく、低コストの充電装置を提供することができる。
なお、本発明は、車載蓄電池の充電に限らず、据え置き型を含む各種蓄電池を外部の直流電源または交流電源により充電する用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】第１の従来技術を示す回路図である。
【図４】第２の従来技術を示す回路図である。
【図５】第３の従来技術を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態は、電動車両の車載蓄電池を他の電動車両の車載蓄電池により充電する場合のものである。
図１は、本発明の第１実施形態を示す回路図であって、図３における構成要素と同一の機能を有するものには同一の符号を付してあり、以下では図３と異なる部分を中心に説明する。
【００１９】
図１において、給電側車両６は、外部直流電源としての蓄電池３を備えている。
また、受電側車両３１は、以下に述べる構成の充電回路を備えている。すなわち、受電側車両３１は直流電源端子２１，２２を備えており、一方の直流電源端子２１は前記蓄電池３の正極に、他方の直流電源端子２２は蓄電池３の負極に、充電ケーブル４０を介してそれぞれ接続可能である。なお、直流電源端子２２は、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる整流回路の負側直流端子（ＰＦＣ回路の負側直流端子）に接続されている。
【００２０】
更に、直流電源端子２１は、ＩＧＢＴ等の第１のスイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続され、そのエミッタは、ダイオードＤ１のアノード（交流電源端子１１）に接続されている。その他の構成は、図３と同様である。
上記構成において、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる整流回路、及び、リアクトルＬ１、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子（便宜的に第２のスイッチング素子という）Ｑ１、ダイオードＤ５、平滑用コンデンサＣ１からなる１石式のＰＦＣ回路は、請求項における交流／直流変換回路を構成している。
【００２１】
次に、この第１実施形態の動作を説明する。
給電側車両６の蓄電池３の電圧が、受電側車両３１の直流／直流変換回路４の入力電圧指令値より高い場合には、第２のスイッチング素子Ｑ１をオフ状態とし、第１のスイッチング素子Ｑ４のオン・オフ制御によって直流電圧の降圧動作を行う。すなわち、スイッチング素子Ｑ４のオン時には、蓄電池３からスイッチング素子Ｑ４、ダイオードＤ１、リアクトルＬ１、ダイオードＤ５を介して平滑コンデンサＣ１を充電し、スイッチング素子Ｑ４のオフ時には、ダイオードＤ５及びダイオードＤ１〜Ｄ４により、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーの還流経路が構成される。このスイッチング動作は一般的な降圧チョッパ回路と同様であり、スイッチング素子Ｑ４のオン・オフ時間比率を制御することで、直流／直流変換回路４の入力電圧を所望の値に制御することができる。
以後は、蓄電池２の充電状態に基づいて直流／直流変換回路４が所定の直流電圧を出力することにより、蓄電池２を充電すれば良い。
【００２２】
次に、蓄電池３の電圧が直流／直流変換回路４の入力電圧指令値より低い場合には、第１のスイッチング素子Ｑ４を継続的にオン状態とし、第２のスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ制御によって直流電圧の昇圧動作を行う。
すなわち、スイッチング素子Ｑ１のオン時には、蓄電池３からスイッチング素子Ｑ４、ダイオードＤ１を介してリアクトルＬ１にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子Ｑ１のオフ時に、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーによりダイオードＤ５を介して平滑コンデンサＣ１を充電する。このスイッチング動作は一般的な昇圧チョッパ回路と同様であり、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ時間比率を制御することで、直流／直流変換回路４の入力電圧を所望の値に制御し、直流／直流変換回路４の動作によって蓄電池２を充電することができる。
【００２３】
なお、図１では、スイッチング素子Ｑ４のエミッタが一方の交流電源端子１１に接続されているが、このエミッタを他方の交流電源端子１２に接続した場合も前記同様の制御を行うことができる。
また、図１の回路によれば、交流電源端子１１，１２に商用交流電源（図示せず）を接続することにより、図３と同様に１石式のＰＦＣ回路として、商用交流電源から蓄電池２への充電動作を行うことができる。
【００２４】
次いで、図２は本発明の第２実施形態を示す回路図である。この実施形態は、図４に示した従来技術を改良したものであり、図４における構成要素と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、以下では図４と異なる部分を中心に説明する。
【００２５】
図２において、図１と同様に、受電側車両３２は直流電源端子２１，２２を備えており、一方の直流電源端子２１は給電側車両６の蓄電池３の正極に、他方の直流電源端子２２は蓄電池３の負極に、充電ケーブル４０を介してそれぞれ接続可能である。
一方の直流電源端子２１は、第１のスイッチング素子Ｑ４を介して交流電源端子１１とリアクトルＬａ１との接続点に接続されていると共に、その接続点は、スイッチング素子Ｑ４に対して逆方向接続されたダイオードＤ６を介して２石式のＰＦＣ回路の負側直流端子及び他方の直流電源端子２２に接続されている。
ここで、リアクトルＬａ１，Ｌａ２、ダイオードＤ１，Ｄ２、第２，第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３、及び平滑コンデンサＣ１は、請求項における交流／直流変換回路を構成している。
【００２６】
次に、この第２実施形態の動作を説明する。
蓄電池３の電圧が直流／直流変換回路４の入力電圧指令値より高い場合、第２のスイッチング素子Ｑ２をオフ状態とし、第１のスイッチング素子Ｑ４のオン・オフ制御によって直流電圧の降圧動作を行う。すなわち、スイッチング素子Ｑ４のオン時には、蓄電池３からスイッチング素子Ｑ４、リアクトルＬａ１、ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣ１を充電し、スイッチング素子Ｑ４のオフ時には、ダイオードＤ６，Ｄ１によりリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーの還流経路を構成する。このスイッチング動作は一般的な降圧チョッパ回路と同様であり、スイッチング素子Ｑ４のオン・オフ時間比率を制御することで直流／直流変換回路４の入力電圧を所望の値に制御し、直流／直流変換回路４によって蓄電池２を充電することができる。
【００２７】
また、蓄電池３の電圧が直流／直流変換回路４の入力電圧指令値より低い場合には、第１のスイッチング素子Ｑ４を継続的にオン状態とし、第２のスイッチング素子Ｑ２のオン・オフ制御によって直流電圧の昇圧動作を行う。すなわち、スイッチング素子Ｑ２のオン時には、蓄電池３からスイッチング素子Ｑ４を介してリアクトルＬａ１にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子Ｑ２のオフ時に、リアクトルＬａ１に蓄積されたエネルギーを、ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣ１に充電する。このスイッチング動作は一般的な昇圧チョッパと同様であり、スイッチング素子Ｑ２のオン・オフ時間比率を制御することで直流／直流変換回路４の入力電圧を所望の値に制御し、直流／直流変換回路４によって蓄電池２を充電することができる。
【００２８】
なお、図２の例では、第１のスイッチング素子Ｑ４とダイオードＤ６との接続点が交流電源端子１１に接続されているが、上記接続点を他方の交流電源端子１２に接続した場合には、リアクトルＬａ２を利用し、第３のスイッチング素子Ｑ３のオン・オフ制御によって、上記と同様の制御を行うことができる。
更に、図２の回路によれば、交流電源端子１１，１２に商用交流電源（図示せず）を接続することにより、図４と同様に２石式のＰＦＣ回路として商用交流電源から蓄電池２への充電動作を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電動車両に搭載された蓄電池を充電するだけでなく、据え置き型の各種電気機器・装置用の蓄電池を充電する充電装置としても利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
２，３：蓄電池
４：直流／直流変換回路
６：給電側車両
１１，１２：交流電源端子
２１，２２：直流電源端子
３１，３２：受電側車両
４０：充電ケーブル
Ｑ１，Ｑ４：スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６：ダイオード
Ｌ１，Ｌａ１，Ｌａ２：リアクトル
Ｃ１：平滑コンデンサ
【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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