(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池（１３）、特に電気運転自動車の電池を、単相の電力供給網から充電するための装置であって、前記単相の供給網へと接続されるように意図されたフィルタ処理段（２）と、前記フィルタ処理段（２）へと接続された降圧段（３）と、前記電池（１３）へと接続されるように意図され、インダクタンスコイル（Ｌｄ）を介して前記降圧段（３）へと連結された昇圧段（４）と、前記降圧段（３）および前記昇圧段（４）にチョッピングのデューティサイクル（ａ、ａｓ）を与えることができる制御ユニット（１５）とを備えており、
前記制御ユニット（１５）が前記降圧段（３）の入力電流（Ｉｆ）と前記降圧段（３）の入力電圧（Ｖｃ）との間の位相のずれを補償するための手段を備えており、
前記制御ユニット（１５）が、
前記降圧段（３）の入力電流（Ｉｆ）と前記降圧段（３）の入力電圧（Ｖｃ）との間の位相のずれを補償するため、および前記電池が受け取る電力（Ｐｂａｔ）を設定点の電力（Ｐｂａｔｒｅｆ）の関数として制御するために、前記降圧段（３）のチョッピングのデューティサイクル（ａ）を、前記単相の電力供給網の電圧（Ｖｅ）、前記設定点の電力（Ｐｂａｔｒｅｆ）、および前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）を通って流れる電流の強度（Ｉｄ）の関数として決定することができる第１の制御モジュール（１６）と、
前記昇圧段（４）のチョッピングのデューティサイクル（ａｓ）を、前記降圧段（３）の出力における電圧（Ｖｋｎ）、前記電池（１３）の電圧（Ｖｂａｔ）、および設定点の誘導の強度（Ｉｄｒｅｆ）と前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）を通って流れる電流の強度（Ｉｄ）との間の差の関数として決定し、前記電池（１３）を通って流れる電流の強度（Ｉｂａｔ）の閉ループ制御を行うことができる第２の制御モジュール（１７）と
を含んでいることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記第１の制御モジュール（１６）が、前記単相の電力供給網の電圧（Ｖｅ）の振幅（Ｖｍ）および前記設定点の電力（Ｐｂａｔｒｅｆ）の関数として前記降圧段（３）の前記入力電流（Ｉｆ）の振幅（Ｉｆｍ）をもたらすマップを備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記設定点の誘導の強度（Ｉｄｒｅｆ）が、前記電池（１３）を通って流れる前記強度（Ｉｂａｔ）および前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）を通って流れる前記強度（Ｉｄ）よりも常に大きい、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２の制御モジュール（１７）が、前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）を通って流れる前記電流の強度（Ｉｄ）と前記設定点の誘導の強度（Ｉｄｒｅｆ）との間の差が送信される比例−積分コントローラ（３０）と、前記第２の制御モジュール（１７）によって決定される前記チョッピングのデューティサイクル（ａｓ）が「０」または「１」にほぼ等しい場合に前記コントローラ（３０）の積分部分を無効にするように設計された速度超過保護手段とを備えている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
駆動輪へと接続された電気機械（５）と、前記電気機械（５）に給電することができるインバータ段とを含んだ少なくとも部分的に電気運転である自動車であって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置を含んでおり、前記装置の前記昇圧段（４）の電気的接続およびスイッチが前記インバータ段に含まれており、前記装置の前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）が前記電気機械（５）の巻線であることを特徴とする、自動車。
【請求項６】
電池（１３）、特に自動車の電池の、単相網からの充電を制御する方法であって、入力電圧（Ｖｅ）をフィルタ処理し、電力を前記網から降圧段（３）およびインダクタンスコイル（Ｌｄ）を介して連結された昇圧段（４）を介して前記電池へと取り出すもので、
前記降圧段（３）の入力電流（Ｉｆ）と前記降圧段（３）の入力電圧（Ｖｃ）との間の位相のずれを補償し、
前記降圧段（３）の入力電流（Ｉｆ）と前記降圧段（３）の入力電圧（Ｖｃ）との間の位相のずれを補償するため、および前記電池が受け取る電力（Ｐｂａｔ）を設定点の電力（Ｐｂａｔｒｅｆ）の関数として制御するために、前記降圧段（３）の入力電流（Ｉｆ）を、前記単相の電力供給網の電圧（Ｖｅ）、前記設定点の電力（Ｐｂａｔｒｅｆ）、および前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）を通って流れる電流の強度（Ｉｄ）の関数として前記降圧段（３）のチョッピングのデューティサイクル（ａ）を開ループ制御することによって制御し、
前記電池（１３）を通って流れる電流の強度（Ｉｂａｔ）を、前記降圧段（３）の出力における電圧（Ｖｋｎ）、前記電池（１３）の電圧（Ｖｂａｔ）、および設定点の誘導の強度（Ｉｄｒｅｆ）と前記インダクタンスコイル（Ｌｄ）を通って流れる前記電流の強度（Ｉｄ）との間の差の関数として前記昇圧段（４）のチョッピングのデューティサイクル（ａｓ）を閉ループ制御することによって、基準の電池強度（Ｉｂａｔｒｅｆ）へとロックする
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記チョッピングのデューティサイクル（ａｓ）が「０」または「１」にほぼ等しい場合に、比例−積分コントローラの積分部分を無効にする、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に電気運転自動車のための、単相の電力供給網にもとづく高電圧の電池充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧の電池再充電システムにおいては、供給網からの電力が、降圧または「バック（ｂｕｃｋ）」コンバータおよび昇圧または「ブースト（ｂｏｏｓｔ）」コンバータという２つのコンバータを介して連続的に電池へともたらされる。これら２つのコンバータは、それらの出力および入力端子の間の電圧比を、出力電流および／または所望の出力電圧の関数として制御される周波数で一連のスイッチを連続的に開放および閉鎖することによって、縮小または増大させることを可能にする。
【０００３】
そのような充電システムが、例えば車両の電池を三相または単相の回路から再充電することを可能にする自動車用の車載の再充電システムに関する仏国特許出願公開第２９４３１８８号明細書に記載されており、この再充電回路は、電流の生成または車両の推進などの他の機能ももたらす電気機械のコイルを備えている。
【０００４】
電力供給網から取り出される電流のチョッピング（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）は、取り出される電流に高周波成分を生じさせ、伝統的には５０Ｈｚである配電網の基本周波数よりも高次の高調波を生じさせる。
【０００５】
取り出される電流の高調波に関して、売電業者が規格を課しているため、このような再充電システムは、抵抗性／誘導性／容量性（ＲＬＣ）フィルタを降圧コンバータの入力にさらに備えている。このフィルタは、供給網から取り出された電流と電圧との間に位相のずれを生じさせる。この位相のずれの結果として、ユーザによって取り出されることがなく、理想的には最小化されなければならない無効電力が、供給網を通って流れる。
【０００６】
さらに、大部分の家庭の電力供給網は、単相の電力供給網である。したがって、単相の電力供給から電池を再充電するための装置を備える車両を、家庭の電力供給網から、例えば私有の駐車場またはガレージにおいて、再充電することができる。
【０００７】
単相の電力供給網からの再充電は、いくつかの特有の特徴を有する。電力供給網のトポロジーに応じて、入力電流の位相を供給網の電圧の位相に一致させることが、常には可能でない。さらに、入力の正弦波電圧がゼロに近づくとき、システムが一時的に制御不能になり、これは、降圧コンバータと昇圧コンバータとの間の電気機械の蓄電インダクタンス（ｓｔｏｒａｇｅ  ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）が大きい場合には、インダクタの電流が減少するための時間を持たないがゆえであり、きわめて不都合というわけではないが、このインダクタがかさばるという欠点を有している。
【０００８】
さらに、電力の流れを継続的にするために、非ゼロの電流が降圧コンバータと昇圧コンバータとの間の電気機械の蓄電インダクタを通って流れている必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９４３１８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、そのような再充電装置の降圧コンバータおよび昇圧コンバータを制御するための装置であって、装置の入力におけるＲＬＣフィルタの有無に関わらず、単相の電力供給網から取り出される電流と電圧との間の位相角を小さく保つことを可能にする装置を提案することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、自動車用の車載の再充電装置であって、外部の単相の電力供給網へと接続することが可能であり、自身の回路に車両の電気機械の巻線を組み込んでいる車載の再充電装置を提案することにある。
【００１２】
一態様によれば、一実施形態は、電池（特に、電気運転自動車の電池）を単相の電力供給網から充電するための装置であって、単相の供給網へと接続されるように意図されたフィルタ処理段と、前記フィルタ処理段へと接続された降圧段と、電池へと接続され、かつインダクタンスコイルなどの誘導成分を介して前記降圧段へと接続されるように意図された昇圧段と、前記降圧段および前記昇圧段にチョッピングのデューティサイクルを与えることができる制御ユニットとを備えている装置を提案する。
【００１３】
全体的な特徴によれば、制御ユニットが、降圧段の入力電流と降圧段の入力電圧との間の位相のずれを補償するための手段を備える。
【００１４】
有利には、制御ユニットが、降圧段の入力電流と降圧段の入力電圧との間の位相のずれを補償するため、および電池が受け取る電力を設定点の電力の関数として制御するために、降圧段のチョッピングのデューティサイクルを単相の電力供給網の電圧、設定点の電力、およびインダクタンスコイルを通って流れる電流の強度の関数として決定することができる、第１の開ループ制御モジュールを備える。
【００１５】
第１の制御モジュールは、有利には、入力電圧の振幅および設定点の電力の関数として降圧段の入力電流の振幅をもたらすマップを備えることができる。
【００１６】
好ましくは、制御ユニットが、昇圧段のチョッピングのデューティサイクルを前記降圧段の出力における電圧、電池の電圧、および設定点の誘導の強度とインダクタンスコイルを通って流れる電流の強度との間の差の関数として決定するとともに、電池を通って流れる電流の強度の閉ループ制御をもたらすことができる第２の制御モジュールを備える。
【００１７】
設定点の誘導の強度は、好ましくは、電池を通って流れる強度およびインダクタンスコイルを通って流れる強度よりも常に大きい。
【００１８】
有利には、第２の制御モジュールが、インダクタンスコイルを通って流れる電流の強度と設定点の誘導の強度との間の差が送信される比例−積分コントローラと、第２の制御モジュールによって決定されるチョッピングのデューティサイクルが「０」または「１」にほぼ等しい場合にコントローラの積分部分を無効にするように設計された速度超過保護手段とを備える。
【００１９】
別の態様によれば、本発明は、駆動輪へと接続された電気機械と、この電気機械に給電することができるインバータ段とを備えており、少なくとも部分的に電気運転である自動車を提案する。
【００２０】
全体的な特徴によれば、前記自動車が、上述のように単相の供給網から電池を充電するための装置を備え、前記装置の昇圧段の電気的接続およびスイッチがインバータ段に含まれ、前記装置のインダクタンスコイルが前記電気機械の巻線に対応している。
【００２１】
別の態様によれば、一実施形態は、単相の網からの電池（特に、自動車の電池）の充電を制御するための方法であって、入力電圧をフィルタ処理し、電力を該網からインダクタンスコイルなどの誘導成分を介して接続された降圧段および昇圧段を介して電池へと取り出す方法を提案する。
【００２２】
全体的な特徴によれば、降圧段の入力電流と降圧段の入力電圧との間の位相のずれが補償される。
【００２３】
好ましくは、降圧段の入力電流と降圧段の入力電圧との間の位相のずれを補償するため、および電池が受け取る電力を設定点の電力の関数として制御するために、降圧段の入力電流が、単相の電力供給網の電圧、設定点の電力、およびインダクタンスコイルを通って流れる電流の強度の関数としての、降圧段のチョッピングのデューティサイクルの開ループ制御によって制御される。
【００２４】
電池を通って流れる電流の強度を、昇圧段のチョッピングのデューティサイクルを降圧段の出力における電圧、電池の電圧、および設定点の誘導の強度とインダクタンスコイルを通って流れる電流の強度との間の差の関数として閉ループにて設定することによって、基準の電池強度へと設定することも可能である。
【００２５】
有利には、チョッピングのデューティサイクルが「０」または「１」にほぼ等しい場合に、比例−積分コントローラの積分部分を無効にすることができる。
【００２６】
本発明の他の利点および特徴が、決して本発明を限定しようとするものではない本発明の一実施形態についての詳細な説明、および添付の図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による再充電装置を示している。
【図２ａ】第１の制御モジュールの第１の実施形態を示している。
【図２ｂ】第１の制御モジュールの第２の実施形態を示している。
【図３】第２の制御モジュールの一実施形態の概略図である。
【図４】インダクタンスコイルを通って流れる電流のグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、一実施形態による、単相の電力供給網から電気運転自動車の電池を充電するための装置の概略図を示している。
【００２９】
再充電装置１が、フィルタ処理段２と、フィルタ処理段２へと接続された降圧段３と、電気機械５を介して降圧段３へと接続された昇圧段４とを備えている。
【００３０】
装置１は、三相または単相の電力供給へと接続することが可能であるため、フィルタ処理段２の入力へと接続されており、電力供給網へと接続することが可能である３つの端子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を有している。単相の充電においては、入力Ｂ１およびＢ２だけが、入力電圧Ｖｅおよび入力電圧Ｉｅをもたらす単相の電力供給網へと接続される。
【００３１】
各入力端子Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３は、フィルタ処理段２のフィルタ処理ブランチへと接続されている。各フィルタ処理ブランチは、２つのブランチを並列に備えており、一方のブランチが、値Ｌ２のインダクタを有し、他方のブランチが、値Ｌ１のインダクタおよび値Ｒの抵抗を直列に有している。
【００３２】
これら２つのフィルタ処理ブランチの出力の各々が、各フィルタ処理ブランチについてＤ１、Ｄ２、Ｄ３とそれぞれ称されている点において、容量Ｃのコンデンサに接続されており、これらのコンデンサは、さらに接地へと接続されている。値Ｒの抵抗と、値Ｌ１またはＬ２のインダクタと、容量Ｃのコンデンサとからなる組が、降圧コンバータ３の入力においてＲＬＣフィルタを形成している。
【００３３】
単相の再充電においては、端子Ｂ３は、電力供給網へと接続されることがない。端子Ｂ３へと接続されたフィルタ処理ブランチは使用されないため、以降の説明においては考慮されず、破線を使用して示されている。破線を用いて示されている電気回路のその他の構成要素は、三相の電力供給網へと接続される場合に限って使用される構成要素である。
【００３４】
降圧段３は、点Ｄ１およびＤ２においてフィルタ処理段２へと接続される。単相の電力供給により動作するとき、降圧段３は、制御ユニット１５によって制御される２つのスイッチＳ１またはＳ２をそれぞれ有している２つの並列なブランチ６および７を備える。
【００３５】
降圧コンバータの入力Ｄ１およびＤ２の各々は、それぞれブランチＦ１およびＦ２によって、単独のブランチ６および７それぞれの２つのスイッチＳ１およびＳ２の間に位置する接続点へと接続されている。
【００３６】
ブランチ６および７の共通の末端が、降圧コンバータ３の２つの出力端子を形成している。端子の一方が、電池１３の「−」端子および昇圧コンバータ４の第１の入力１０へと接続されている。これらの端子の他方は、電気機械５の第１の端子へと接続されており、電気機械５の他方の端子が、昇圧コンバータ４の第２の入力１１へと接続されている。
【００３７】
昇圧コンバータ４は、制御ユニット１５によって別個独立に制御することができる２つのスイッチＳ４およびＳ５を有している。これら２つのスイッチＳ４およびＳ５は、昇圧コンバータ４の第１の入力１０と電池１３の「＋」端子とを接続するブランチに位置している。電気機械５が接続された昇圧コンバータ４の第２の入力１１が、２つのスイッチＳ４およびＳ５の間に接続され、スイッチＳ４が第２の入力１１と電池１３の「＋」端子との間に接続され、スイッチＳ５が、第１の入力１０と第２の入力１１との間に接続されている。
【００３８】
インダクタンスコイルＬｄに直列に配置された値Ｒｄの抵抗と同様の電気機械５が、降圧コンバータ３の出力端子と昇圧コンバータ４の第２の入力１１との間に接続されている。本発明の技術的範囲から外れることなく、電気機械５を、非抵抗性のインダクタンスコイルによって置き換えることができ、あるいは補足のインダクタンスコイルを、電気機械５に直列に接続することができる。
【００３９】
電池１３の端子が、電池１３の端子の電圧を比較的安定に保つように意図されたコンデンサ１２、ならびに電池１３の「＋」端子を介して注入される最適な電流強度を電池の充電レベルの関数として明らかにする設定点の値Ｉｂａｔｒｅｆをもたらすことができる電池の充電を監視するためのモジュール１９へと接続される。充電監視モジュール１９は、設定点の値Ｉｂａｔｒｅｆを専用の接続によって制御ユニット１５へと送信する。
【００４０】
さらに、モジュール１９または他の場所に組み込まれた測定手段が、実際に電池に進入する電流を明らかにする測定値Ｉｂａｔおよび電池１３の「−」端子と「＋」端子との間の電圧を明らかにする値Ｖｂａｔを、制御ユニット１５に送信する。
【００４１】
他の電流強度の測定モジュールが、電気機械５を通って流れる電流の値Ｉｄ、フィルタ処理段２に進入する電力供給網の電流の強度Ｉｅ、および供給網からの電力供給の入力電圧値Ｖｅを測定し、制御ユニット１５へと送信することを可能にする。
【００４２】
制御ユニット１５は、降圧段３のチョッピングのデューティサイクルａを決定する第１の制御モジュール１６と、昇圧段４のチョッピングのデューティサイクルの設定点ａｓを決定する第２の制御モジュール１７とを備える。
【００４３】
このために、制御ユニット１５は、２つのパイロットモジュール（図示されていない）を備えており、第１のパイロットモジュールが、降圧段３のチョッピングのデューティサイクルａを得るなどのために降圧コンバータ３のスイッチの各々について時間的な開放および閉鎖のパターンを与え、第２のパイロットモジュールが、デューティサイクルａｓを得るなどのために昇圧コンバータ４のスイッチＳ４およびＳ５の各々について時間的な開放および閉鎖のパターンを与える。
【００４４】
スイッチは、好ましくは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）など、高速スイッチングを可能にするトランジスタである。
【００４５】
もっぱら単相モードで使用される場合、昇圧コンバータ４の第２の入力１１と電池１３の「＋」端子との間のスイッチＳ４は常に閉じられており、結果として、前記第２の入力１１から電池１３の「＋」端子への流れを可能にするダイオードによって置き換えることが可能である。装置１が単相の電力供給網ならびに三相の電力供給網に接続される可能性がある場合、ダイオードを、前記第２の入力１１と電池１３の「＋」端子との間に接続されたスイッチＳ４に並列に接続することができ、このダイオードが、前記第２の入力１１から電池１３の「＋」端子への流れを可能にする。
【００４６】
デューティサイクルａおよびａｓを判断するために、制御ユニット１５は、供給網からの電力の供給電圧Ｖｅ、電気機械５を通って流れる電流の強度Ｉｄ、電池１３の両端間の電圧Ｖｂａｔ、電池１３を通って流れる電流の強度Ｉｂａｔ、および充電監視モジュール１９によってもたらされる基準の電池の強度Ｉｂａｔｒｅｆの値を、入力として受信する。
【００４７】
例として、充電装置１の電気要素の特徴的な値は、以下の範囲内にある。
・フィルタ２の容量値は、それぞれ数百μＦに相当し、例えば１００〜５００μＦの間である。
・端子の電圧を安定させるために使用される電池１３の端子間のコンデンサ１２は、ｍＦ程度であり、例えば１〜１０ｍＦの間である。
・フィルタ処理回路２の抵抗値Ｒは、約１オームであり、例えば１〜１０Ωの間である。
・電気機械Ｍｅの回転子の抵抗Ｒｄは、数十ｍΩ程度であり、例えば０．０１Ω〜０．１Ωの間である。
・フィルタ処理段２のインダクタおよび電気機械５の巻線にそれぞれ対応するインダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌｄは、数十μＨ程度の値を有し、例えば１０μＨ〜１００μＨの間の値を有する。
【００４８】
第１の制御モジュール１６および第２の制御モジュール１７を使用して、制御ユニットは、以下の３つの目標を満足する降圧コンバータ３および昇圧コンバータ４のためのチョッピングのデューティサイクルの設定点の値ａおよびａｓを準備する。
・降圧段３の入力電流Ｉｆの振幅を制御し、この電流Ｉｆの位相が入力電圧Ｖｅの位相と一致するように保証する（この制御により、降圧段３の入力電流Ｉｆと降圧段３の入力電圧Ｖｃとの間の位相のずれが最小にされる）ことによって、電力供給網の関数として取り出される電力を制御する。
・充電監視モジュール１９によって明らかにされ、Ｉｂａｔｒｅｆ関数として制御ユニット１５へともたらされる、電池１３の電力供給の必要性に対応して、電池１３の「＋」端子において測定される入力電流Ｉｂａｔを得る。
・供給網から取り出される電流に望ましくない高調波を引き起こすことがないよう、電気機械５のインダクタンスコイルＬｄを通って流れる電流Ｉｄの消滅を防止する。
【００４９】
フィルタ処理段２における電圧低下が、使用される電力の範囲においては無視できるため、入力フィルタの式は、説明を必要としない。
【００５０】
降圧段３の入力における電圧Ｖｃは、電力供給網の入力電圧Ｖｅに等しいと考えられる。
【００５１】
降圧段３の出力電圧Ｖｋｎは、ａ・Ｖｅに等しい。それがａ・Ｖｅに等しいため、電気機械５を有するブランチの式を、以下の形
Ｒｄ・Ｉｄ＋Ｌｄ・ｓ・Ｉｄ＝ａ・Ｖｅ−ａｓ・Ｖｂａｔ（式１）
で表わすことができ、ここでｓは、時間「ｔ」に関する微分演算子であり、すなわち
0006017536.tif 000002
であり、
ａは、降圧段３のチョッピングのデューティサイクルであり、ａｓは、昇圧段４のデューティサイクルである。
【００５２】
降圧段３のチョッピングのデューティサイクルａを、ａ＝Ｉｆ／Ｉｄと表わすこともでき、ここでＩｆは、降圧段３における入力電流であり、昇圧段４のチョッピングのデューティサイクルａｓは、ａｓ＝Ｉｂａｔｔ／Ｉｄによって与えられる。
【００５３】
したがって、式（１）を以下の形に表わすこともできる。
Ｒｄ・Ｉｄ＋Ｌｄ・ｓ・Ｉｄ＝（Ｉｆ・Ｖｅ−Ｉｂａｔ・Ｖｂａｔ）／Ｉｄ（式２）
または
0006017536.tif 000003
【００５４】
したがって、式３によれば、降圧段３の入力電流の強度Ｉｆを、電気機械５を通って流れる電流ＩｄをインダクタンスコイルＬｄの電流の消滅を防止するように準備される設定点の値Ｉｄｒｅｆへとロックするための制御変数として使用することができる。
【００５５】
入力電圧Ｖｅがゼロに近づく場合、システムは、たとえロックされていても制御不能になる。該式によれば、これらの制御不能の局面において、電気機械５のコイルＬｄの電流Ｉｄは、図４に示されるように、低下するだけで済む。
【００５６】
定義により、降圧段３の入力電流の強度Ｉｆの値を、電気機械５を通って測定される電流の強度Ｉｄの値で除算することによって、降圧段３のチョッピングのデューティサイクルａの値がもたらされる。チョッピングのデューティサイクルの設定点ａを使用して降圧段３を制御することで、降圧段３の入力における電流と電圧との間の位相のずれを取り除くために、供給網の電力供給電流Ｉｅをゼロ基準へとロックすることが可能になり、電気機械５を通って流れる電流Ｉｄを所望の設定点の値、すなわち設定点の誘導強度Ｉｄｒｅｆへとロックすることが可能になる。
【００５７】
電力供給網の入力電圧Ｖｅに等しい降圧段３の入力電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝Ｖｅ＝Ｖｍ・ｓｉｎ（ωｔ）の形をとる。
【００５８】
コマンドが、Ｉｆの位相が入力電圧の位相に一致することを保証する。入力電流Ｉｅは、Ｉｅ＝Ｉｆ＋Ｉｃ、すなわちＩｅ＝Ｉｆｍ・ｓｉｎ（ωｔ）＋Ｃ／２・Ｖｍ・ｃｏｓ（ωｔ）によって与えられる。
【００５９】
したがって、電流Ｉｆは、供給網から取り出される有効電力のイメージである。この後者は、関係Ｐａｃｔｉｖｅ＝Ｉｆｍ・Ｖｍ／２によって与えられ、ここでＩｆｍ＝２・Ｐａｃｔｉｖｅ／Ｖｍである。
【００６０】
入力電流Ｉｅが、降圧段３の入力電流Ｉｆによって位相のずれをなくすように制御され、電気機械５を通って流れる電流Ｉｄが、降圧段３の入力電流Ｉｆによって電気機械５のコイルＬｄの電流の消滅を防止するように制御される場合、充電監視モジュール１９によってもたらされる設定点の値Ｉｂａｔｒｅｆに電池の入力電流Ｉｂａｔをロックすることに関して制御ユニット１５によって行われる制御の第３の目的は、満たされたままである。
【００６１】
そのようにするために、チョッピングのデューティサイクルａｓを、例えば関係ａｓ＝Ｉｂａｔｒｅｆ／Ｉｄを満足するように昇圧コンバータへと適用することができる。
【００６２】
式（１）によって与えられる電気機械５を通過する電流の動態を決定する関係が、昇圧段４のデューティサイクルａｓおよび電気機械５を通って流れる電流Ｉｄを直接的に結び付ける。
【００６３】
したがって、ａｓを、基準値Ｉｄｒｅｆと電気機械５を通って流れる測定値Ｉｄとの間の誤差から直接制御することができる。
【００６４】
図２ａは、第１の制御モジュール１６の第１の実施形態の概略図である。第１の制御モジュールは、降圧段３の入力電流Ｉｆの開ループ制御を含む。降圧段３の入力電流Ｉｆが、降圧段３のチョッピングのデューティサイクルａを計算することによって制御される。
【００６５】
降圧段３のチョッピングのデューティサイクルａは、電池の電圧Ｖｂａｔおよび設定点の電池の強度Ｉｂａｔｔｒｅｆから決定される設定点の電力Ｐｂａｔｒｅｆ、単相の電力供給網の入力電圧Ｖｅ、ならびにインダクタンスコイルＬｄを通って流れる電流の強度Ｉｄの関数として決定される。
【００６６】
第１の制御モジュール１６は、第１の入力において電池の強度の設定点Ｉｂａｔｒｅｆを受信し、第２の入力において電池の端子において測定される電圧Ｖｂａｔを受信する。電池の設定点の強度Ｉｂａｔｒｅｆおよび電池の電圧Ｖｂａｔが、第１の乗算器２１へと入力され、第１の乗算器２１が、設定点の電力Ｐｂａｔｒｅｆを出力する。
【００６７】
第３の入力において、制御モジュール１６は、電力供給網からの入力電圧Ｖｅを受信する。モジュール１６は、単相の電力供給網の入力電圧Ｖｅに比例する規格化された振幅信号Ｖｍの抽出を可能にする信号分析器２２を備えている。振幅信号Ｖｍは、振幅Ｖｍの反転を出力する第１の反転スイッチ２３へともたらされる。この振幅の反転Ｖｍが、設定点の電力Ｐｂａｔｒｅｆも入力として受信する第２の乗算器２４へともたらされる。
【００６８】
次いで、第２の乗算器２４が、降圧段３の入力電流の振幅Ｉｆｍを第３の乗算器２５へと出力し、第３の乗算器２５は、単相の電力供給網の入力電圧Ｖｅの位相信号ｓｉｎ（ωｔ）も入力として受信する。
【００６９】
次いで、第３の乗算器２５が、降圧段３の入力電流Ｉｆを、第１には第２の制御モジュール１７へと出力し、第２には第４の乗算器２６へと出力する。モジュール１６は、第４の入力によって、電気機械５のコイルＬｄを通って流れる電流の強度の値Ｉｄを受信する。コイルＬｄを通って流れる電流の強度の値Ｉｄが、第２の反転スイッチ２７へともたらされ、第２の反転スイッチ２７が、コイルＬｄを通って流れる電流の強度Ｉｄの反転を第４の乗算器２６へと出力する。
【００７０】
次いで、第４の乗算器２６が、計算Ｉｆ／Ｉｄを実行し、降圧段３のチョッピングのデューティサイクルの値ａを出力し、降圧段３の入力電流Ｉｆの制御を可能にする。
【００７１】
図２ｂは、第１の制御モジュール１６の第２の実施形態を示している。
【００７２】
このモジュール１６においては、第２の乗算器２４が、降圧段３の入力電流Ｉｆの振幅Ｉｆｍを、入力電圧Ｖｅの振幅Ｖｍおよび設定点の電力Ｐｂａｔｒｅｆの関数としてもたらすマップ２８によって置き換えられている。
【００７３】
図３は、第２の制御モジュール１７の一実施形態を示している。
【００７４】
充電装置１において、電池１３を通って流れる電流Ｉｂａｔが、昇圧段４によって制御される。実際、電池の電流Ｉｂａｔは、関係Ｉｂａｔ＝ａｓＩｄによって与えられる。
【００７５】
したがって、電池１３における電流Ｉｂａｔを、ａｓ＝Ｉｂａｔｒｅｆ／Ｉｄによって関連の基準値へと単純にロックすることができる。
【００７６】
電池の電流測定が得られる場合には、補正ループを追加することも可能である。この場合、
0006017536.tif 000004
が得られ、ここでαは、設定パラメータである。
【００７７】
第２の制御モジュール１７は、電気機械５のインダクタンスコイルＬｄを通って流れる電流の強度Ｉｄの閉ループ制御を含む。
【００７８】
第２の制御モジュール１７は、第１の入力において、電力供給網の入力強度の値Ｉｅを受信する。この強度の値Ｉｅが、設定点の誘導の強度Ｉｄｒｅｆの値を決定するモジュール３１へともたらされる。第２の制御モジュール１７は、第２の入力において、電気機械５のコイルＬｄを通って流れる電流の強度の値Ｉｄを受信する。強度の値Ｉｄが、設定点の誘導の強度の値Ｉｄｒｅｆを正の入力において受信する第１の減算器３２の負の入力へともたらされる。
【００７９】
次いで、第１の減算器３２は、インダクタンスコイルＬｄを通って流れる電流の強度Ｉｄと、設定点の誘導の強度Ｉｄｒｅｆとの間の差を、比例／積分コントローラ３０へと出力する。
【００８０】
比例／積分コントローラ３０は、並列な２つのブランチを備えており、第１のブランチが比例制御モジュールＫｐを備え、第２のブランチが積分制御モジュールＫｉおよび積分モジュールｉを備えている。
【００８１】
第２の制御モジュール１７は、第３の入力において、第１の制御モジュール１６によってもたらされる降圧段３の入力電流の強度の値Ｉｆを受信する。強度Ｉｆは、第２の制御モジュール１７の第４の入力において受信される単相の供給網の入力電圧Ｖｅも入力として受信する第１の乗算器３３へともたらされる。
【００８２】
したがって、第３の乗算器３３は、有効電力の値Ｐａｃｔｉｖｅを出力する。この値Ｐａｃｔｉｖｅが、第１の反転スイッチ３５へと前もってもたらされている電流Ｉｄの反転も入力として受信する第２の乗算器３４へと入力される。
【００８３】
第２の乗算器３４が、計算Ｐａｃｔｉｖｅ／Ｉｄを実行し、降圧段３の出力電圧の値Ｖｋｎを出力する。降圧段３の電圧Ｖｋｎは、比例／積分コントローラ３０からの出力を負の入力において受信する第２の減算器３６の正の入力へともたらされる。
【００８４】
次いで、第２の減算器３６は、インダクタンスコイルＬｄを通って流れる電流の強度Ｉｄと、比例／積分コントローラ３０によって補正された設定点の誘導の強度Ｉｄｒｅｆとの間の差について、降圧段３の出力電圧Ｖｋｎとの合計を、第３の乗算器３７の入力に出力する。第３の乗算器３７は、第２の制御モジュール１７の第５の入力において受信されて第２の反転スイッチ３８へと前もってもたらされている電池電圧Ｖｂａｔの反転も入力として受信する。
【００８５】
次いで、第３の乗算器３７は、昇圧段４のチョッピングのデューティサイクルの設定点の値ａｓを出力する。
【００８６】
第２の制御モジュール１７は、第３の乗算器３７の出力と比例／積分コントローラ３０の積分制御モジュールＫｉを含んでいる方のブランチの入力との間のフィードバックループをさらに備える。
【００８７】
昇圧段４のチョッピングのデューティサイクルの値ａｓがほぼ０または１である場合、積分制御ブランチが無効にされる。
【００８８】
このフィードバックループは、入力電圧Ｖｅがゼロに近づくときの装置の制御の喪失を克服するために使用される速度超過の保護の技術である。実際、制御不能の局面においては、差を小さくすることができないため、制御が飽和し、すなわちスイッチまたはＩＧＢＴトランジスタのデューティサイクルが１になる。この誤差が積分され続けることを防止するために、フィードバックループが使用される。したがって、ひとたび装置が制御可能になると、電気機械５のコイルＬｄを通って流れる電流Ｉｄが、基準値Ｉｄｒｅｆへともたらされる。
【００８９】
このフィードバックループの使用は、きわめて低いインダクタンスのコイルＬｄを有するシステムの制御も可能にする。低インダクタンスのコイルを使用することで、充電器の体積を減らすことが可能になる。
【００９０】
本発明は、外部の単相の電力供給網へと接続されるように設計された自動車用の車載充電装置であって、回路に車両の電気機械の巻線が組み込まれた、該単相の電力供給網から取り出される電流と電圧との間の位相のずれを小さく保つように降圧コンバータおよび昇圧コンバータを制御することを可能にする充電装置を提供する。
【図１】
0006017536.tif 000005
【図２ａ】
0006017536.tif 000006
【図２ｂ】
0006017536.tif 000007
【図３】
0006017536.tif 000008
【図４】
0006017536.tif 000009