(57)【要約】  充電器（２００）は、第１および第２リレー（ＲＬ１，ＲＬ２）をオフするとともにリレー（ＲＬ３）をオンしたときには、絶縁トランス（２６０）を経由した、外部電源（４００）およびメインバッテリ（１０）の間が電気的に絶縁された電力変換経路によって、メインバッテリ（１０）を充電する。一方、充電器（２００）は、第１および第２リレー（ＲＬ１，ＲＬ２）をオンするとともに第３リレー（ＲＬ３）をオフしたときには、絶縁トランス（２６０）をバイパスして、外部電源（４００）およびメインバッテリ（１０）の間が電気的に接続された電力変換経路によって、メインバッテリ（１０）を充電する。この結果、充電器（２００）は、リレー（ＲＬ１〜ＲＬ３）のオンオフ制御によって、絶縁トランス（２６０）によって絶縁性能を確保した外部充電と、絶縁トランス（２６０）をバイパスして高効率を優先した外部充電とを選択的に適用できる。
2012011176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用電動機（ＭＧ）に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置（１０）と、
外部電源（４００）によって前記蓄電装置を充電するための充電器（２００，２００♯）とを備え、
前記充電器は、
一次側（１５４，１５５／１５２ｐ，１５２ｇ）および二次側（１５６，１５７／１５３ｐ，１５３ｇ）を電気的に絶縁した上で電気エネルギを伝達するように構成された絶縁機構（２６０，２６０♯）を経由して、前記外部電源および前記蓄電装置の間を電気的に絶縁して前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第１の電力変換経路と、
前記絶縁機構をバイパスして、前記外部電源および前記蓄電装置の間を電気的に接続して前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第２の電力変換経路と、
外部充電時に、前記第１の電力変換経路および前記第２の電力変換経路の一方を選択的に形成するための第１の開閉器（ＲＬ１−ＲＬ３）とを含む、電動車両。
【請求項２】
前記蓄電装置（１０）の電力によって動作する電気負荷（１５）と、
前記蓄電装置と前記電気負荷との間に接続された第２の開閉器（ＳＭＲ１，ＳＭＲ２）とをさらに備え、
前記充電器（２０）は、前記第２の開閉器のオンオフに対応して、前記第１の電力変換経路および前記第２の電力変換経路の選択を実行する、請求の範囲第１項に記載の電動車両。
【請求項３】
前記充電器（２００）は、前記第２の開閉器のオン時には前記第１の電力変換経路が選択される一方で、前記第２の開閉器のオフ時には前記第２の電力変換経路が選択されるように、前記第１の開閉器を制御する、請求の範囲第２項に記載の電動車両。
【請求項４】
前記絶縁機構は、電磁誘導によって前記一次側および前記二次側の間で電気エネルギを伝達する絶縁トランス（２６０）によって構成される、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項５】
前記充電器（２００）は、
前記外部電源からの電力を直流電圧（ｖｄｃ）に変換して第１の電源配線（１５２ｐ）および第１の接地配線（１５２ｇ）の間に出力するための第１の電力変換器（２１０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記絶縁トランス（２６０）の前記一次側（１５４，１５５）に出力するための第２の電力変換器（２５０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記絶縁トランスの前記二次側（１５６，１５７）の交流電圧を、前記蓄電装置の充電電圧に変換して第２の電源配線（１５３ｐ）および第２の接地配線（１５３ｇ）の間に出力するための第３の電力変換器（２７０）と、
前記第２の電源配線と前記蓄電装置（１０）との間に接続された平滑インダクタ（Ｌ１）とをさらに含み、
前記第２の電力変換器および前記第３の電力変換器の各々は、複数のスイッチング素子を含んで構成され、
前記第３の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には動作を停止し、
前記第２の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には、前記複数のスイッチング素子の一部および前記平滑インダクタによって、前記第１の電力変換器からの前記直流電圧（ｖｄｃ）を前記蓄電装置の充電電圧に変換する非絶縁型チョッパ回路を構成するように動作する、請求の範囲第４項に記載の電動車両。
【請求項６】
前記第１の開閉器は、
前記絶縁トランスの前記一次側（１５４，１５５）および前記第２の電源配線（１５３ｐ）の間に接続された第１の開閉素子（ＲＬ１）と、
前記第１の接地配線（１５２ｇ）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）の間に接続された、第２の開閉素子（ＲＬ２）と、
前記絶縁トランスの前記一次側（１５４，１５５）の通電経路に介挿接続された、第３の開閉素子（ＲＬ３）とを有し、
前記第１の開閉素子および前記第２の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされ、
前記第３の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオンされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオフされる、請求の範囲第５項に記載の電動車両。
【請求項７】
前記第１の開閉器は、
前記絶縁トランスの前記一次側の一方の配線（１５４）および前記第２の電源配線（１５３ｐ）の間に接続された第１の開閉素子（ＲＬ１）と、
前記絶縁トランスの前記一次側の他方の配線（１５５）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）の間に接続された第２の開閉素子（ＲＬ２）と、
前記絶縁トランスの前記一次側の通電経路に介挿接続された第３の開閉素子（ＲＬ３）とを有し、
前記第１の開閉素子および前記第２の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされ、
前記第３の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオンされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオフされ、
前記第２の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には、前記非絶縁型チョッパ回路を構成するとともに、前記第１の接地配線（１５２ｇ）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）を電気的に接続するように動作する、請求の範囲第５項に記載の電動車両。
【請求項８】
前記充電器（２００）は、
前記外部電源からの電力を、電圧指令値（ｖｄｃ＊）に従った直流電圧（ｖｄｃ）に変換して第１の電源配線（１５２ｐ）および第１の接地配線（１５２ｇ）の間に出力するための第１の電力変換器（２１０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記絶縁トランス（２６０）の前記一次側（１５４，１５５）に出力するための、複数のスイッチング素子を含んで構成された第２の電力変換器（２５０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記絶縁トランスの前記二次側（１５６，１５７）の交流電圧を、前記蓄電装置の充電電圧に変換して第２の電源配線（１５３ｐ）および第２の接地配線（１５３ｇ）の間に出力するための第３の電力変換器（２７０）と、
前記第２の電源配線と前記蓄電装置（１０）との間に接続された平滑インダクタ（Ｌ１）とをさらに含み、
前記第１の開閉器は、前記第２の電力変換経路の選択時には、前記第１の電源配線および前記第２の電源配線の間、ならびに、前記第１の接地配線および前記第２の接地配線の間を電気的に接続し、
前記第２の電力変換器および前記第３の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には動作を停止し、
前記第１の電力変換器の前記電圧指令値（ｖｄｃ＊）は、前記第２の電力変換経路の選択時には前記蓄電装置の充電電圧に相当するように設定される、請求の範囲第４項に記載の電動車両。
【請求項９】
前記第１の開閉器は、
前記第１の電源配線（１５２ｐ）および前記第２の電源配線（１５３ｐ）の間に接続された、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされる第１の開閉素子（ＲＬ１）と、
前記第１の接地配線（１５２ｇ）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）の間に接続された、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされる第２の開閉素子（ＲＬ２）とを有する、請求の範囲第８項に記載の電動車両。
【請求項１０】
前記絶縁機構（２６０♯）は、
キャパシタ（Ｃｐ）と、
前記キャパシタの両極端子と前記一次側との間に設けられた第３の開閉器（ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ）と、
前記キャパシタの前記両極端子と前記二次側との間に設けられた第４の開閉器（ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ）とを含む、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記充電器（２００♯）は、
前記外部電源からの電力を前記蓄電装置を充電するための直流電力に変換して、前記絶縁機構の一次側に出力するように構成された第１の電力変換器（２１０）をさらに含み、
前記蓄電装置（１０）は、前記外部充電時に前記絶縁機構の前記二次側と電気的に接続され、
前記第１の開閉器（ＲＬ１，ＲＬ２）は、前記第３の開閉器（ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ）および前記第４の開閉器（ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ）をバイパスして、前記絶縁機構の前記一次側および前記二次側を電気的に接続するように配置される、請求の範囲第１０項に記載の電動車両。
【請求項１２】
前記第１の開閉器（ＲＬ１，ＲＬ２）は、前記第１の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定される一方で、前記第２の電力変換経路が選択されるときにはオン固定されるように制御され、
前記第３の開閉器（ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ）は、前記第１の電力変換経路が選択されるときには前記第４の開閉器と交互かつ相補にオンオフされる一方で、前記第２の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定されるように制御され、
前記第４の開閉器（ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ）は、前記第１の電力変換経路が選択されるときには前記第３の開閉器と交互かつ相補にオンオフされる一方で、前記第２の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定されるように制御される、請求の範囲第１１項に記載の電動車両。
【請求項１３】
車両駆動用電動機（ＭＧ）に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置（１０）と、外部電源（４００）によって前記蓄電装置を充電するための充電器（２００）とを備えた電動車両の制御方法であって、
前記充電器は、第１の開閉器（ＲＬ１−ＲＬ３）を制御することによって、前記外部電源から前記蓄電装置までの電力変換経路が切換えられるように構成され、
前記電動車両の状態に応じて、前記外部電源および前記蓄電装の間を電気的に絶縁して前記蓄電装置を充電するための第１の充電モードと、前記外部電源および前記蓄電装置の間を電気的に接続して前記蓄電装置を充電するための第２の充電モードとの一方を選択するステップ（Ｓ１１０−Ｓ１３０）と、
前記第１の充電モードが選択されたときに、一次側および二次側を電気的に絶縁した上で電気エネルギを伝達するように構成された絶縁機構（２６０，２６０♯）を経由して、前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第１の電力変換経路が形成されるように前記第１の開閉器を制御するステップ（Ｓ１２２，Ｓ１２４）と、
前記第２の充電モードが選択されたときに、前記絶縁機構をバイパスして前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第２の電力変換経路が形成されるように前記第１の開閉器を制御するステップ（Ｓ１３２，Ｓ１３４）とを備える、電動車両の充電制御方法。
【請求項１４】
前記電動車両は、
前記蓄電装置（１０）の電力によって動作する電気負荷（１５）と、
前記蓄電装置と前記電気負荷との間に接続された第２の開閉器（ＳＭＲ１，ＳＭＲ２）とをさらに備え、
前記選択するステップ（Ｓ１１０−Ｓ１３０）は、前記第２の開閉器のオンオフに対応して、前記第１の充電モードおよび前記第２の充電モードの選択を実行する、請求の範囲第１３項に記載の電動車両の充電制御方法。
【請求項１５】
前記選択するステップ（Ｓ１１０−Ｓ１３０）は、前記第２の開閉器のオン時には前記第１の充電モードを選択する一方で、前記第２の開閉器のオフ時には前記第２の充電モードを選択する、請求の範囲第１４項に記載の電動車両の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両およびその充電制御方法に関し、より特定的には、車両外部の電源による車載蓄電装置の充電システムおよびその制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池に代表される蓄電装置からの電力によって車両駆動用電動機を駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両では、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によって、車載蓄電装置を充電する構成が提案されている。以下では、外部電源による蓄電装置の充電を「外部充電」とも称する。【０００３】
たとえば、特開平８−８８９０８号公報（特許文献１）には、商用電源から絶縁トランスを介して車載バッテリを充電する構成が記載されている。特許文献１では、バッテリ充電器が、車両駆動用電動機を制御するインバータの部品を共用して構成されている。【０００４】
また、特開２００９−２７４４７９号公報（特許文献２）にも、外部電源から車載蓄電装置を充電するための充電器として、絶縁トランス３３０を含む構成が記載されている。【０００５】
さらに、特開２００９−２２５５８７号公報（特許文献３）にも、外部電源によって、電動車両に搭載されたメインバッテリを外部充電するための構成が記載されている。特許文献３では、外部電源からメインバッテリを充電するための通電経路と、走行時にメインバッテリおよび車両駆動用電動機の間に形成される通電経路とが独立した構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−８８９０８号公報
【特許文献２】特開２００９−２７４４７９号公報
【特許文献３】特開２００９−２２５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３では、外部電源からの電力を車載蓄電装置の充電電力に変換する充電器について、絶縁トランスを含む構成が例示されている。絶縁トランスを含んで充電器を構成すれば、車載電気機器を外部電源から確実に絶縁できる。特に、外部充電の際に、車載蓄電装置と車載電気機器との間をリレーによって電気的に接続する必要が生じた場合にも、外部電源および車載電気機器の間で確実に絶縁を確保できる点が安全性の面から有利である。【０００８】
一方で、絶縁トランスでの電力損失が発生するため、絶縁トランスを含む充電器を用いた場合には、外部充電の効率が低下することが懸念される。【０００９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、外部電源によって車載蓄電装置を充電する際に、絶縁性能を確保した外部充電と、効率を優先した非絶縁の外部充電とを状況に応じて選択的に適用できる電動車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面では、電動車両は、車両駆動用電動機に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置と、外部電源によって蓄電装置を充電するための充電器とを備える。充電器は、絶縁機構を経由して外部電源および蓄電装置の間を電気的に絶縁して外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換する第１の電力変換経路と、絶縁機構をバイパスして、外部電源および蓄電装置の間を電気的に接続して外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換する第２の電力変換経路と、第１の開閉器とを含む。絶縁機構は、一次側および二次側を電気的に絶縁した上で電気エネルギを伝達するように構成される。第１の開閉器は、外部充電時に、第１の電力変換経路および第２の電力変換経路の一方を選択的に形成するために設けられる。【００１１】
好ましくは、電動車両は、蓄電装置の電力によって動作する電気負荷と、蓄電装置と電気負荷との間に接続された第２の開閉器とをさらに備える。充電器は、第２の開閉器のオンオフに対応して、第１の電力変換経路および第２の電力変換経路の選択を実行する。【００１２】
さらに好ましくは、充電器は、第２の開閉器のオン時には第１の電力変換経路が選択される一方で、第２の開閉器のオフ時には第２の電力変換経路が選択されるように、第１の開閉器を制御する。【００１３】
好ましくは、絶縁機構は、電磁誘導によって一次側および二次側の間で電気エネルギを伝達する絶縁トランスによって構成される。【００１４】
さらに好ましくは、充電器は、第１の電力変換器と、第２の電力変換器と、第３の電力変換器と、平滑インダクタとをさらに含む。第１の電力変換器は、外部電源からの電力を直流電圧に変換して第１の電源配線および第１の接地配線の間に出力するように構成される。第２の電力変換器は、第１の電力変換経路の選択時に、直流電圧を交流電圧に変換して絶縁トランスの一次側に出力するように構成される。第３の電力変換器は、第１の電力変換経路の選択時に、絶縁トランスの二次側の交流電圧を、蓄電装置の充電電圧に変換して第２の電源配線および第２の接地配線の間に出力するように構成される。平滑インダクタは、第２の電源配線と蓄電装置との間に接続される。第２の電力変換器および第３の電力変換器の各々は、複数のスイッチング素子を含んで構成される。第３の電力変換器は、第２の電力変換経路の選択時には動作を停止する。第２の電力変換器は、第２の電力変換経路の選択時には、複数のスイッチング素子の一部および平滑インダクタによって、第１の電力変換器からの直流電圧を蓄電装置の充電電圧に変換する非絶縁型チョッパ回路を構成するように動作する。【００１５】
さらに好ましくは、第１の開閉器は、第１の開閉素子、第２の開閉素子および、第３の開閉素子を有する。第１の開閉素子は、絶縁トランスの一次側および第２の電源配線の間に接続される。第２の開閉素子は、第１の接地配線および第２の接地配線の間に接続される。第３の開閉素子は、絶縁トランスの一次側の通電経路に介挿接続される。第１の開閉素子および第２の開閉素子は、第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で第２の電力変換経路の選択時にオンされる。第３の開閉素子は、第１の電力変換経路の選択時にオンされる一方で第２の電力変換経路の選択時にオフされる。【００１６】
あるいは、さらに好ましくは、第１の開閉器は、第１の開閉素子、第２の開閉素子および、第３の開閉素子を有する。第１の開閉素子は、絶縁トランスの一次側の一方の配線および第２の電源配線の間に接続される。第２の開閉素子は、絶縁トランスの一次側の他方の配線および第２の接地配線の間に接続される。第３の開閉素子は、絶縁トランスの一次側の通電経路に介挿接続される。第１の開閉素子および第２の開閉素子は、第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で第２の電力変換経路の選択時にオンされる。第３の開閉素子は、第１の電力変換経路の選択時にオンされる一方で第２の電力変換経路の選択時にオフされる。そして、第２の電力変換器は、第２の電力変換経路の選択時には、非絶縁型チョッパ回路を構成するとともに、第１の接地配線および第２の接地配線を電気的に接続するように動作する。【００１７】
あるいは、さらに好ましくは、充電器は、第１の電力変換器と、第２の電力変換器と、第３の電力変換器と、平滑インダクタとをさらに含む。第１の電力変換器は、外部電源からの電力を、電圧指令値に従った直流電圧に変換して第１の電源配線および第１の接地配線の間に出力するように構成される。第２の電力変換器は、第１の電力変換経路の選択時に、直流電圧を交流電圧に変換して絶縁トランスの一次側に出力するように、複数のスイッチング素子を含んで構成される。第３の電力変換器は、第１の電力変換経路の選択時に、絶縁トランスの二次側の交流電圧を、蓄電装置の充電電圧に変換して第２の電源配線および第２の接地配線の間に出力するように構成される。平滑インダクタは、第２の電源配線と蓄電装置との間に接続される。第１の開閉器は、第２の電力変換経路の選択時には、第１の電源配線および第２の電源配線の間、ならびに、第１の接地配線および第２の接地配線の間を電気的に接続する。第２の電力変換器および第３の電力変換器は、第２の電力変換経路の選択時には動作を停止する。そして、第１の電力変換器の電圧指令値は、第２の電力変換経路の選択時には蓄電装置の充電電圧に相当するように設定される。【００１８】
特にこのような構成では、第１の開閉器は、第１の開閉素子および第２の開閉素子を有する。第１の開閉素子は、第１の電源配線および第２の電源配線の間に接続されて、第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で第２の電力変換経路の選択時にオンされる。第２の開閉素子は、第１の接地配線および第２の接地配線の間に接続されて、第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で第２の電力変換経路の選択時にオンされる。【００１９】
あるいは、好ましくは、絶縁機構は、キャパシタと、第３の開閉器と、第４の開閉器とを有する。第３の開閉器は、キャパシタの両極端子と一次側との間に設けられる。第４の開閉器は、キャパシタの両極端子と二次側との間に設けられる。【００２０】
さらに好ましくは、充電器は、第１の電力変換器をさらに含む。第１の電力変換器は、外部電源からの電力を蓄電装置を充電するための直流電力に変換して、絶縁機構の一次側に出力するように構成される。蓄電装置は、外部充電時に絶縁機構の二次側と電気的に接続される。そして、第１の開閉器は、第３の開閉器および第４の開閉器をバイパスして、絶縁機構の一次側および二次側を電気的に接続するように配置される。【００２１】
特にこのような構成では、第１の開閉器は、第１の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定される一方で、第２の電力変換経路が選択されるときにはオン固定されるように制御される。第３の開閉器は、第１の電力変換経路が選択されるときには第４の開閉器と交互かつ相補にオンオフされる一方で、第２の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定されるように制御される。第４の開閉器は、第１の電力変換経路が選択されるときには第３の開閉器と交互かつ相補にオンオフされる一方で、第２の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定されるように制御される。【００２２】
この発明の他の局面によれば、電動車両の制御方法であって、電動車両は、車両駆動用電動機に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置と、外部電源によって蓄電装置を充電するための充電器とを備える。充電器は、第１の開閉器を制御することによって、外部電源から蓄電装置までの電力変換経路が切換えられるように構成される。制御方法は、電動車両の状態に応じて、外部電源および蓄電装の間を電気的に絶縁して蓄電装置を充電するための第１の充電モードと、外部電源および蓄電装置の間を電気的に接続して蓄電装置を充電するための第２の充電モードとの一方を選択するステップと、第１の充電モードが選択されたときに、一次側および二次側を電気的に絶縁した上で電気エネルギを伝達するように構成された絶縁機構を経由して、外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換する第１の電力変換経路が形成されるように第１の開閉器を制御するステップと、第２の充電モードが選択されたときに、絶縁機構をバイパスして外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換する第２の電力変換経路が形成されるように第１の開閉器を制御するステップとを備える。【００２３】
好ましくは、電動車両は、蓄電装置の電力によって動作する電気負荷と、蓄電装置と電気負荷との間に接続された第２の開閉器とをさらに備える。そして、選択するステップは、第２の開閉器のオンオフに対応して、第１の充電モードおよび第２の充電モードの選択を実行する。【００２４】
あるいは好ましくは、選択するステップは、第２の開閉器のオン時には第１の充電モードを選択する一方で、第２の開閉器のオフ時には第２の充電モードを選択する。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電動車両の車載蓄電装置を外部電源によって充電する際に、絶縁性能を確保した外部充電と、効率を優先した非絶縁の外部充電とを状況に応じて選択的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）の構成例を示す回路図である。
【図３】図２に示したＰＦＣ回路の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１による電動車両における充電器の制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】実施の形態１による電動車両における充電器の外部充電時の動作を説明するための図表である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態２による電動車両における充電器の外部充電時の動作を説明するための図表である。
【図９】本発明の実施の形態３による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態３による電動車両における充電器の外部充電時の動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１を参照して、電動車両５は、メインバッテリ１０と、電気負荷１５と、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、制御装置１００とを備える。
【００３０】
制御装置１００は、電動車両５の搭載機器を制御する機能のうちの、本実施の形態に関連する外部充電の際の制御機能に関連する機能部分を示すものとする。なお、制御装置１００は、図示しない内蔵メモリに記憶されたプログラムの実行による所定の演算処理や電子回路等のハードウェアによる所定の演算処理によって上記機能を達成するように構成できる。
【００３１】
メインバッテリ１０は、「蓄電装置」の代表例として示され、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって「蓄電装置」を構成してもよい。
【００３２】
電気負荷１５は、メインバッテリ１０の電力によって動作する電気機器群を包括的に示すものである。電気負荷１５は、電力制御ユニット（ＰＣＵ）２０と、モータジェネレータ３０と、ＤＣＤＣコンバータ６０と、補機バッテリ７０と、低電圧系の補機８０と、高電圧系の補機９０とを含む。
【００３３】
システムメインリレーＳＭＲ１は、メインバッテリ１０の正極端子および電源配線１５１ｐの間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ２は、メインバッテリ１０の負極端子および接地配線１５１ｇの間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオン（閉成）・オフ（開放）は、制御装置１００によって制御される。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、「第２の開閉器」に対応する。電源配線１５１ｐおよび接地配線１５１ｇの間には、平滑コンデンサＣ０が接続される。
【００３４】
ＰＣＵ２０は、電源配線１５１ｐに伝達されたメインバッテリ１０の蓄積電力を、モータジェネレータ３０を駆動制御するための電力に変換する。たとえば、モータジェネレータ３０は永久磁石型の３相同期電動機で構成されて、ＰＣＵ２０は、三相インバータにより構成される。あるいは、ＰＣＵ２０については、メインバッテリ１０からの出力電圧を可変制御するコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換する三相インバータとの組合せによって構成してもよい。
【００３５】
モータジェネレータ３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア４０を介して駆動輪５０に伝達されて、電動車両５を走行させる。
【００３６】
モータジェネレータ３０は、電動車両５の回生制動動作時には、駆動輪５０の回転力によって発電することができる。そしてその発電電力は、ＰＣＵ２０によってメインバッテリ１０の充電電力に変換されて、電源配線１５１ｐおよび接地配線１５１ｇの間に出力される。
【００３７】
また、モータジェネレータ３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ３０を協調的に動作させることによって、必要な電動車両５の車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ１０を充電することも可能である。すなわち、電動車両５は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。
【００３８】
補機９０は、電源配線１５１ｐおよび接地配線１５１ｇの間の直流電圧、すなわち、メインバッテリ１０の出力電圧によって駆動される。たとえば、補機９０は、図示しない空調機器のコンプレッサを駆動するためのインバータを含む。
【００３９】
ＤＣＤＣコンバータ６０は、電源配線１５１ｐおよび接地配線１５１ｇの間の直流電圧、すなわち、メインバッテリ１０の出力電圧を補機バッテリ７０の充電電圧レベルに降圧する。ＤＣＤＣコンバータ６０は、一般的なスイッチングレギュレータによって構成される。
【００４０】
補機バッテリ７０は、たとえば、鉛蓄電池によって構成され、ＤＣＤＣコンバータ６０の出力電圧によって充電される。補機バッテリ７０の電圧は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。
【００４１】
補機８０は、ＤＣＤＣコンバータ６０の出力電圧および／または補機バッテリ７０の出力電圧によって駆動される。たとえば、補機８０は、オーディオ機器、ナビゲーション機器、照明機器（ハザードランプ、室内灯、ヘッドランプ等）等を含む。さらに、補機８０は、電動パワーステアリング機構、電動オイルポンプ、電子制御用の小型モータ等の車両走行に直接用いられる走行系補機を含む。また、制御装置１００を始め、図示しない各ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）についても、補機バッテリ７０の出力電圧によって動作する。
【００４２】
システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、電動車両５の車両走行時には、メインバッテリ１０の電力によって、モータジェネレータ３０および補機８０，９０を含む電気負荷１５を動作させるためにオンされる。
【００４３】
電動車両５は、車両走行のための通常の構成である走行系に加えて、メインバッテリ１０（蓄電装置）の外部充電のための充電系をさらに備える。具体的には、電動車両５は、充電系として、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２、充電コネクタ１０５および充電器２００をさらに備える。
【００４４】
充電コネクタ１０５は、充電ケーブル４１０の充電コネクタ４０５と接続可能に構成される。外部電源４００は、代表的には系統電源により構成される。外部充電時には、外部電源４００が充電ケーブル４１０の図示しない充電プラグと接続され、さらに充電ケーブル４１０の充電コネクタ４０５が電動車両５の充電コネクタ１０５と接続される。これにより、外部電源４００からの電力が、電動車両５の充電コネクタ１０５へ供給される。充電コネクタ１０５は、外部電源４００と電気的に接続されたときに、そのことを制御装置１００へ通知する機能を有するように構成される。
【００４５】
充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２は、充電器２００およびメインバッテリ１０の間に接続される。
【００４６】
充電器２００は、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０と、ＤＣ−ＡＣ変換器２５０と、絶縁トランス２６０と、ＡＣ−ＤＣ変換器２７０と、平滑インダクタＬ１および平滑コンデンサＣ１とを含む。
【００４７】
ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、充電コネクタ１０５に伝達された外部電源の間に出力する。好ましくは、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧ｖｄｃは、制御装置１００からの制御指令に従って制御される。また、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、ＡＣ−ＤＣ変換の力率を改善するためのＰＦＣ（Power  Factor  Correction）回路として設けられることが好ましい。ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の詳細な構成例については後ほど説明する。
【００４８】
ＤＣ−ＡＣ変換器２５０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって構成されるフルブリッジ回路を有する。本実施の形態では、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を例示するが、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等、オンオフが制御可能な任意のスイッチング素子を用いることが可能である。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対しては、逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ配置されている。
【００４９】
ＤＣ−ＡＣ変換器２５０は、直流電圧ｖｄｃを交流電圧に変換して、絶縁トランス２６０の一次側に接続された配線１５４，１５５間に出力する。以下では、ＤＣ−ＡＣ変換器２５０について、インバータ２５０とも称する。
【００５０】
絶縁トランス２６０は、配線１５４および１５５が接続された一次側と、配線１５６および１５７が接続された二次側とを有する。周知のように、絶縁トランス２６０は、一次側および二次側を電気的に絶縁した上で、電磁誘導によって一次側および二次側の間で電気エネルギを伝達する。すなわち、絶縁トランス２６０は、「絶縁機構」を構成する。
【００５１】
ＡＣ−ＤＣ変換器２７０は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８によって構成されたフルブリッジ回路を有する。スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８にはそれぞれ逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８が接続されている。ＡＣ−ＤＣ変換器２７０は、配線１５６，１５７間の交流電圧を、メインバッテリ１０の充電電圧に相当する直流電圧Ｖｂに変換して、電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇの間に出力する。以下では、ＡＣ−ＤＣ変換器２７０について、コンバータ２７０とも称する。
【００５２】
平滑インダクタＬ１は、電源配線１５３ｐおよびメインバッテリ１０の正極端子の間に接続される。平滑コンデンサＣ１は、電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇの間に電気的に接続される。すなわち、メインバッテリ１０の充電電圧および充電電流からは、平滑コンデンサＣ１および平滑インダクタＬ１によって高周波成分が除去される。
【００５３】
充電器２００には、リレーＲＬ１〜ＲＬ３が設けられている。リレーＲＬ１〜ＲＬ３のオンオフは制御装置１００によって制御される。リレーＲＬ１〜ＲＬ３は、以下に詳細に説明する、「絶縁型充電モード」での電力変換経路と「非絶縁型充電モード」での電力変換経路との切換を制御するように配置される。すなわち、リレーＲＬ１〜ＲＬ３は、「第１の開閉器」を構成する。また、リレーＲＬ１は「第１の開閉素子」に対応し、リレーＲＬ２は「第２の開閉素子」に対応し、リレーＲＬ３は「第３の開閉素子」に対応する。
【００５４】
図１の構成例では、リレーＲＬ１は、絶縁トランス２６０の一次側の配線１５４と、電源配線１５３ｐとの間に電気的に接続される。リレーＲＬ２は、インバータ２５０の接地配線１５２ｇと、コンバータ２７０の接地配線１５３ｇの間に電気的に接続される。リレーＲＬ３は、ＤＣ−ＡＣ変換器２５０と電気的に接続される絶縁トランス２６０の一次側の通電経路（配線１５４，１５５）に介挿接続される。
【００５５】
図１において、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０は「第１の電力変換器」に対応し、インバータ２５０は「第２の電力変換器」に対応し、コンバータ２７０は「第３の電力変換器」に対応する。また、電源配線１５２ｐは「第１の電源配線」に対応し、電源配線１５３ｐは「第２の電源配線」に対応し、接地配線１５２ｇは「第１の接地配線」に対応し、接地配線１５３ｇは「第２の接地配線」に対応する。さらに、絶縁型充電モードは「第１の充電モード」に対応し、非絶縁型充電モードは「第２の充電モード」に対応する。
【００５６】
図２は、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の好ましい構成例を示す回路図である。図２に示すように、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、外部電源４００からの電源電圧および電源電流の力率を改善するためのＰＦＣ回路２１０として設けられる。
【００５７】
図２を参照して、ＰＦＣ回路２１０は、ダイオードブリッジによって構成される整流器２１２と、インダクタＬ２と、スイッチング素子Ｑ９および逆並列ダイオードＤ９と、ダイオードＤ１０と、平滑コンデンサＣ２とを含む。
【００５８】
整流器２１２は、外部電源４００からの電源電圧ｖａｃを整流して出力する。インダクタＬ２は、整流器２１２の正側出力ノードおよびノードＮ１の間に接続される。整流器２１２の負側出力ノードは接地配線１５２ｇと接続される。
【００５９】
スイッチング素子Ｑ９は、ノードＮ１および接地配線１５２ｇの間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ９に対しては、逆並列ダイオードＤ９が設けられる。ダイオードＤ１０は、ノードＮ１および電源配線１５２ｐの間に、ノードＮ１から電源配線１５２ｐへ向かう方向を順方向として接続される。平滑コンデンサＣ２は、電源配線１５２ｐおよび接地配線１５２ｇの間に接続される。
【００６０】
次に、図３を用いて、ＰＦＣ回路２１０の動作を説明する。
図３を参照して、外部電源４００からの電源電圧ｖａｃは、所定周波数（以下、「電源周波数」と称する）の交流電圧である。ＰＦＣ回路２１０では、インダクタＬ２の電流ｉＬが、スイッチング素子Ｑ９のオン期間には増加する一方で、スイッチング素子Ｑ９のオフ期間には減少する。したがって、電流ｉＬを検出するための図示しない電流センサの出力に基づくスイッチング素子Ｑ９のオンオフ制御により、インダクタＬ２の電流ｉＬを目標電流ｉＬ＊に合致させることができる。
【００６１】
ここで、目標電流ｉＬ＊を、電源電圧ｖａｃと同位相の交流電流の絶対値に設定すると、電源電流ｉａｃおよび電源電圧ｖａｃが同位相となるように、電流ｉＬを制御できる。これにより、電源電流ｉａｃおよび電源電圧ｖａｃの積で示される瞬時電力ＶＡが常に正値となるので、瞬時電力ＶＡの平均値である有効電力が大きくなる。すなわち、外部電源４００から供給される電力の力率を１に近付けることができる。
【００６２】
平滑コンデンサＣ２は、ダイオードＤ１０を経由して供給される電流により充電される。また、平滑コンデンサＣ２から放電される電流は、インバータ２５０へ供給されてメインバッテリ１０の充電に用いられる。これらの充放電により、平滑コンデンサＣ２の電圧、すなわち直流電圧ｖｄｃは、電源周波数の２倍の周波数で変動することになる。
【００６３】
ここで、電流ｉＬの積分値は、平滑コンデンサＣ２へ供給される電荷に相当するので、目標電流ｉＬ＊の大きさ（振幅）ｉＬＡに応じて、電源配線１５２ｐの直流電圧ｖｄｃを制御することができる。すなわち、ＰＦＣ回路２１０は、スイッチング素子Ｑ９のオンオフによる電流ｉＬの制御に伴って、電圧指令値ｖｄｃ＊に従って直流電圧ｖｄｃを制御することができる。具体的には、直流電圧ｖｄｃが電圧指令値ｖｄｃ＊よりも高いときにはを減少させる一方で、直流電圧ｖｄｃが電圧指令値ｖｄｃ＊よりも低いときには目標電流ｉＬ＊（振幅ｉＬＡ）を増加とも、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高く設定することが好ましい（たとえば、３００〜４００Ｖ程度）。
【００６４】
再び図１を参照して、電動車両５は、車両走行時には、システムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２をオンする一方で、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオフする。したがって、メインバッテリ１０の電力を用いて、電気負荷１５を含む走行系の各機器を作動させることができる。一方、車両走行時には、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオフすることによって、充電器２００を含む充電系を、メインバッテリ１０および走行系から完全に切離すことができる。
【００６５】
なお、車両走行を開始するための条件には、充電ケーブル４１０が充電コネクタ１０５に接続されていないことが含まれるので、車両走行時には、充電コネクタ１０５には充電ケーブル４１０が接続されていない状態であることが保証される。
【００６６】
これに対して、外部充電時には、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンすることによって、充電器２００からの電力によって、メインバッテリ１０を充電することができる。一方で、車両非走行時であっても、外部充電時以外では、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２はオフされる。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、車両状態に応じて、具体的には、ユーザ操作に応答した走行系での電力消費の状態に応じて、オンまたはオフされる。
【００６７】
制御装置１００は、外部充電時であっても、ユーザ操作または補機８０，９０の動作状態（あるいは消費電力）に応じて、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンする。たとえば、空調機器等の高電圧系の補機９０の動作が要求されたり、低電圧系の補機８０の消費電力が大きくなったときには、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされる。
【００６８】
図４は、本発明の実施の形態１による電動車両５における充電器の制御を説明するためのフローチャートである。図４に示したフローチャートは、電動車両５の非走行時において、所定周期で実行される。
【００６９】
図４を参照して、制御装置１００は、ステップＳ１００により、外部充電中であるかどうかを確認する。
【００７０】
ステップＳ１００は、充電コネクタ１０５に充電ケーブル４１０が正常に接続されており、かつ、メインバッテリ１０の充電が完了していないときにＹＥＳ判定とされる。一方で、充電ケーブル４１０が接続されていないとき、または、充電ケーブル４１０が接続されていてもユーザ指示により、あるいはメインバッテリ１０の充電状態に応じて外部充電が非実行である場合には、ステップＳ１００はＮＯ判定とされる。
【００７１】
制御装置１００は、外部充電していないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオフするとともに、ステップＳ１５０により、充電器２００のリレーＲＬ１〜ＲＬ３をオフする。これにより、外部電源４００からの電力が、メインバッテリ１０へ伝達される経路が遮断されるので、メインバッテリ１０は充電されない。
【００７２】
制御装置１００は、外部充電時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンするとともに、処理をステップＳ１１０へ進める。
【００７３】
制御装置１００は、ステップＳ１１０により、外部充電の充電モードを選択する。具体的には、絶縁型充電が必要な車両状態であるか否かが判定される。代表的には、ステップＳ１１０による判定は、外部充電中におけるシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオンオフに対応して実行される。上述のように、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンする必要があるか否かについては、たとえば、補機８０，９０に対するユーザの動作指示や、補機８０，９０での消費電力に基づいて、判定することができる。
【００７４】
具体的には、制御装置１００は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンする必要があるときには、ステップＳ１１０をＹＥＳ判定として、絶縁型充電モードを選択する（ステップＳ１２０）。一方で、制御装置１００は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオフされているときには、ステップＳ１１０をＮＯ判定として、非絶縁型充電モードを選択する（ステップＳ１３０）。
【００７５】
制御装置１００は、絶縁型充電モードを選択したときには、ステップＳ１２２によりリレーＲＬ１，ＲＬ２をオフする一方で、ステップＳ１２４によりリレーＲＬ３をオンする。一方、制御装置１００は、非絶縁型充電モードを選択したときには、ステップＳ１３２によりリレーＲＬ１，ＲＬ２をオンする一方で、ステップＳ１３４によりリレーＲＬ３をオフする。
【００７６】
図５および図１を参照して、絶縁型充電モードでの充電器２００の動作を説明する。
絶縁型充電モードでは、インバータ２５０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ制御によって、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０からの直流電圧ｖｄｃを交流電圧に変換して、絶縁トランス２６０の一次側に接続された配線１５４，１５５の間に出力する。リレーＲＬ１，ＲＬ２がオフされるため、インバータ２５０およびコンバータ２７０の間は、電気的に切り離される。一方、リレーＲＬ３がオンされるので、インバータ２５０が絶縁トランス２６０の一次側に出力した交流電圧は、絶縁トランス２６０の二次側に接続された配線１５６，１５７の間に伝達される。
【００７７】
コンバータ２７０は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８のオンオフ制御によって、絶縁トランス２６０の二次側（配線１５６，１５７）に出力された交流電圧を直流電圧に変換して電源配線１５３ｐに出力する。スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８のオンオフは、平滑インダクタＬ１を介してメインバッテリ１０へ入力される直流電流または直流電圧が制御指令値に従うように制御される。
【００７８】
このように、絶縁型充電モードでは、充電器２００は、電気的な絶縁を確保して電気エネルギを伝達する絶縁トランスを経由した電力変換経路によって、外部電源４００からの電力をメインバッテリ１０の充電電力に変換する。この結果、外部電源４００がメインバッテリ１０から電気的に絶縁された状態で外部充電が実行できるので、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされていても、電気負荷１５および外部電源４００の間で確実に絶縁を確保できる。
【００７９】
次に、非絶縁型充電モードでの充電器２００の動作を説明する。
非絶縁型充電モードでは、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオンされるので、インバータ２５０が、コンバータ２７０のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８をバイパスして、電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇと電気的に接続される。そして、コンバータ２７０は停止される。すなわち、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８がオフに固定される。
【００８０】
さらに、リレーＲＬ３がオフされるので、絶縁トランス２６０の一次側の通電経路が遮断される。したがって、絶縁トランス２６０による電気エネルギの伝達は実行されない。
【００８１】
さらに、インバータ２５０を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちの、リレーＲＬ１によって平滑インダクタＬ１と接続されるスイッチング素子（図１ではＱ３，Ｑ４）と、平滑インダクタＬ１とによって、非絶縁型チョッパ回路が構成されるように、充電器２００は動作する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちの、平滑インダクタＬ１と接続されていないスイッチング素子（図１ではＱ１，Ｑ２）はオフに固定される。
【００８２】
充電器２００は、スイッチング素子Ｑ３を上アームとし、スイッチング素子Ｑ４を下アームとする非絶縁型チョッパ回路によって、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０からの直流電圧ｖｄｃを、メインバッテリ１０の充電電圧（Ｖｂレベル）に変換する。たとえば、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４を所定のスイッチング周期に従って相補にオンオフするとともに、これらのオンオフ比（デューティ比）を制御することによって、直流電圧ｖｄｃとメインバッテリ１０の充電電圧との間の電圧変換比を制御することができる。
【００８３】
このように、非絶縁型充電モードでは、充電器２００は、絶縁トランス２６０をバイパスして、外部電源４００およびメインバッテリ１０の間が電気的に接続された電力変換経路によって、外部電源４００からの電力をメインバッテリ１０の充電電力に変換する。この結果、絶縁トランス２６０での損失を生じさせることなく、絶縁型充電モードよりも高効率で外部充電を実行できる。特に、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオフによって、メインバッテリ１０および電気負荷１５の間の絶縁が確保されている場合には、非絶縁型充電モードを適用することによって、電気負荷１５および外部電源４００の間での絶縁を確保した上で、外部充電の効率を高めることができる。なお、上述のように、直流電圧ｖｄｃはメインバッテリ１０の電圧よりも高く設定されて、充電器２００は降圧チョッパとして動作する。
【００８４】
このように、実施の形態１による電動車両では、絶縁トランス２６０（絶縁機構）を介した電力変換経路による絶縁性能を確保した外部充電（絶縁型充電モード）と、絶縁トランス２６０（絶縁機構）をバイパスした電力変換経路による高効率を優先した外部充電（非絶縁型充電モード）とを選択的に適用できる。
【００８５】
特に、メインバッテリ１０および電気負荷１５の間の電気的接続を制御するシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオンオフに連動して、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードを切換えることによって、車載電気機器（電気負荷１５）と外部電源４００との間の絶縁を確保した上で、高効率の外部充電を実行できるようになる。
【００８６】
なお、図６の構成において、リレーＲＬ１は、電源配線１５３ｐと配線１５５の間に接続するように変形することも可能である。この場合には、平滑インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４によって、非絶縁型充電モードでの非絶縁型チョッパ回路を構成することができる。
【００８７】
［実施の形態１の変形例］
図６は、本発明の実施の形態１の変形例による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【００８８】
図６を図１と比較して、実施の形態１の変形例による電動車両５では、充電器２００における、リレーＲＬ２の配置が図１の構成（実施の形態１）と異なる。
【００８９】
リレーＲＬ１は、図１の構成と同様に、絶縁トランス２６０の一次側の一方の配線（図６では配線１５４）と電源配線１５３ｐとの間に接続される。これに対して、リレーＲＬ２は、絶縁トランス２６０の一次側の他方の配線（図６では配線１５５）と、接地配線１５３ｇとの間に接続される。なお、リレーＲＬ３は、図１の構成と同様に、絶縁トランス２６０の一次側の通電経路に介挿接続されている。図６のその他の部分の構成については、実施の形態１（図１）と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【００９０】
実施の形態１の変形例による電動車両５においても、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードのそれぞれにおける、リレーＲＬ１〜ＲＬ３と、インバータ２５０およびコンバータ２７０との動作は、基本的には実施の形態１（図５）と同様である。
【００９１】
すなわち、絶縁型充電モードでは、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオフされ、リレーＲＬ３がオンされることによって、図１での絶縁型充電モードと同様の電力変換経路が形成される。これにより、メインバッテリ１０が外部電源４００の電力を用いて充電される。
【００９２】
非絶縁型充電モードでは、実施の形態１と同様に、リレーＲＬ３がオフされる一方で、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオンされる。さらに、インバータ２５０において、リレーＲＬ２を介して、接地配線１５２ｇおよび１５３ｇの間に接続されるスイッチング素子（図６の例ではＱ２）をオンに固定する。これにより、図１での絶縁型充電モードと同様に、平滑インダクタＬ１および上下アームのスイッチング素子（図６の例ではＱ３，Ｑ４）によって構成される非絶縁型チョッパ回路を含む、図１での非絶縁型充電モードと同様の電力変換経路が形成される。すなわち、メインバッテリ１０は、絶縁トランス２６０をバイパスした、外部電源４００およびメインバッテリ１０の間を電気的に接続した電力変換経路によって、外部電源４００の電力を用いて充電される。
【００９３】
したがって、実施の形態１の変形例（図６）による電動車両５においても、実施の形態１による電動車両と同様の効果を享受することができる。
【００９４】
なお、実施の形態１（図１）およびその変形例(図６）の構成では、非絶縁型充電モードにおいても、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧ｖｄｃからメインバッテリ１０の充電電圧への電圧変換機能が、非絶縁型チョッパ回路によって確保される。したがって、外部電源４００からの電圧ピーク値が、メインバッテリ１０の充電電圧よりも高いことが保証されている場合には、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧（直流電圧ｖｄｃ）の制御は、必ずしも必要ではない。すなわち、ダイオード整流等によって単にＡＣ−ＤＣ変換を実行するようにＡＣ−ＤＣ変換器２１０を構成しても、非絶縁型充電モードによる外部充電を実現可能である。
【００９５】
また、図６の構成において、リレーＲＬ１を電源配線１５３ｐと配線１５５の間に接続するとともに、リレーＲＬ２を接地配線１５３ｇと配線１５４の間に接続するように変形することも可能である。
【００９６】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【００９７】
図７を図１と比較して、実施の形態２による電動車両５は、図１に示した実施の形態１による電動車両と比較して、充電器２００におけるリレーの配置が異なる。具体的には、実施の形態２による電動車両５では、リレーＲＬ３の配置が省略されている。さらに、リレーＲＬ１は、電源配線１５２ｐおよび電源配線１５３ｐの間に接続される一方で、リレーＲＬ２は、接地配線１５２ｇおよび接地配線１５３ｇの間に接続される。図７のその他の部分の構成については、実施の形態１（図１）と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【００９８】
実施の形態２の電動車両においても、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードの選択が、図４のステップＳ１１０−Ｓ１３０と同様に実行される。
【００９９】
図８には、実施の形態２による電動車両における電動車両における充電器２００の外部充電時（絶縁型充電モード／非絶縁型充電モード）の動作が示される。
【０１００】
図７および図８を参照して、絶縁型充電モードでは、リレーＲＬ１およびＲＬ２がオフされる。すなわち、実施の形態２による電動車両では、図４に示した充電器制御を適用する際に、ステップＳ１２２、Ｓ１２４では、リレーＲＬ１およびＲＬ２がオフされる。
【０１０１】
これにより、絶縁型充電モードでは、図１での絶縁型充電モードと同様の電力変換経路が形成されることによって、メインバッテリ１０が外部電源４００の電力を用いて充電される。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０、インバータ２５０、および、コンバータ２７０は、実施の形態１での絶縁型充電モードと同様に動作する。
【０１０２】
これに対して、非絶縁型充電モードでは、リレーＲＬ１およびＲＬ２がオンされる。すなわち、実施の形態２による電動車両では、図４に示した充電器制御を適用する際に、ステップＳ１３２、Ｓ１３４により、リレーＲＬ１およびＲＬ２がオンされる。
【０１０３】
そして、非絶縁型充電モードでは、インバータ２５０およびコンバータ２７０の動作は停止される。すなわち、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、すべてオフに固定される。このため、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０の出力電圧（直流電圧ｖｄｃ）からメインバッテリ１０の充電電圧への電圧変換機能が確保されない。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０からの出力が、リレーＲＬ１，ＲＬ２を介して、そのままメインバッテリ１０の充電電圧および充電電流とされる。
【０１０４】
したがって、非絶縁型充電モードでは、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧ｖｄｃは、メインバッテリ１０の充電電圧に相当する電圧レベルに制御される必要がある。すなわち、電圧指令値ｖｄｃ＊が充電電圧（Ｖｂ）と同等に設定される。あるいは、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電流を、メインバッテリ１０の充電に適した電流に制御する必要がある。このような電流制御についても、図２および図３で説明したＰＦＣ回路２１０における電流ｉＬの制御によって実現することができる。
【０１０５】
このように、実施の形態２による電動車両５は、実施の形態１による電動車両と比較して、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧ｖｄｃに対する電圧変換機能を具備しない代わりに、インバータ２５０およびコンバータ２７０の全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８をスイッチングさせることなく、非絶縁型充電モードでの外部充電を実行できる。この結果、非絶縁型充電モードでの外部充電の効率が、実施の形態１とよりも高くなることが期待される。
【０１０６】
一方で、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされて電気負荷１５がメインバッテリ１０に接続される場合等、外部電源４００からの絶縁を確保したい場合には、実施の形態１と同様に、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオフし絶縁型充電モードを選択することで、外部電源４００と電気負荷１５との間の絶縁を確保することが可能である。
【０１０７】
なお、上述の説明から理解されるように、実施の形態２による電動車両５では、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、出力電圧（または出力電流）の制御機能を有する必要があるので、実施の形態１で説明したように、単なるダイオード整流器によって構成することはできない。
【０１０８】
［実施の形態３］
実施の形態１およびその変形例ならびに実施の形態２では、充電器２００の絶縁機構として絶縁トランス２６０を例示した。実施の形態３では、絶縁トランス以外による絶縁機構の構成例を説明する。
【０１０９】
図９は、本発明の実施の形態３による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【０１１０】
図９を図１と比較して、実施の形態３による電動車両５は、図１に示した実施の形態１による電動車両と比較して、充電器２００に代えて充電器２００♯を備える点で異なる。充電器２００♯以外の構成は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【０１１１】
図９を参照して、充電器２００♯は、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０と、チャージポンプ回路２６０♯と、リレーＲＬ１，ＲＬ２とを含む。充電器２００♯において、リレーＲＬ１，ＲＬ２は、「第１の開閉器」を構成する。
【０１１２】
ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０は、充電コネクタ１０５に伝達された外部電源４００からの交流電力を、直流電力（直流電圧ｖｄｃ）に変換して電源配線１５２ｐおよび接地配線１５２ｇに出力する。チャージポンプ回路２６０♯の一次側は、電源配線１５２ｐおよび接地配線１５２ｇと接続される。チャージポンプ回路２６０♯の二次側は、電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇと接続される。電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇは、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２を介して、メインバッテリ１０の正極端子および負極端子とそれぞれ電気的に接続される。
【０１１３】
チャージポンプ回路２６０♯は、キャパシタＣｐと、一次側に設けられたリレーＣＲ１ａ、ＣＲ１ｂと、二次側に設けられたリレーＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂとを含む。
【０１１４】
チャージポンプ回路２６０♯の一次側において、リレーＣＲ１ａは、キャパシタＣｐの正極端子と電源配線１５２ｐの間に接続され、リレーＣＲ１ｂは、キャパシタＣｐの負極端子と接地配線１５２ｇの間に接続される。すなわち、リレーＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂは、「第３の開閉器」に対応する。
【０１１５】
同様に、チャージポンプ回路２６０♯の二次側において、リレーＣＲ２ａは、キャパシタＣｐの正極端子と電源配線１５３ｐの間に接続され、リレーＣＲ２ｂは、キャパシタＣｐの負極端子と接地配線１５３ｇの間に接続される。すなわち、リレーＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂは、「第４の開閉器」に対応する。
【０１１６】
リレーＲＬ１は、電源配線１５２ｐおよび１５３ｐの間に、リレーＣＲ１ａ，ＣＲ２ａをバイパスする通電経路を形成するように接続される。同様に、リレーＲＬ２は、接地配線１５２ｇおよび１５３ｇの間に、リレーＣＲ１ｂ，ＣＲ２ｂをバイパスする通電経路を形成するように接続される。
【０１１７】
なお、図示を省略しているが、図９の構成においても、リレーＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ，ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ、リレーＲ１，ＲＬ２、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２および、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２のオン（閉成）およびオフ（開放）は、制御装置１００（図１）によって制御される。
【０１１８】
図１０は、実施の形態３による電動車両における充電器の外部充電時の動作、具体的には、図９に示された複数のリレーのオンオフ動作を説明する波形図である。
【０１１９】
図１０を参照して、時刻ｔ０からｔ１の間には、絶縁型充電モードが選択され、時刻ｔ２以降では非絶縁型充電モードが選択されている。
【０１２０】
絶縁型充電モードの選択時には、リレーＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂとリレーＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂとが、互いに交互かつ相補にオンオフされる。この結果、リレーＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂのオン期間と、リレーＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂのオン期間とが交互に設けられる。一方、リレーＲＬ１，ＲＬ２は、オフに固定される。
【０１２１】
リレーＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂのオン期間には、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧ｖｄｃによってキャパシタＣｐが充電される。このとき、キャパシタＣｐと、電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇ（チャージポンプ回路２６０♯の二次側）との間は、電気的に切り離されている。
【０１２２】
一方、リレーＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂのオン期間には、キャパシタＣｐに充電された電力によって、メインバッテリ１０が充電される。このとき、キャパシタＣｐと、電源配線１５２ｐおよび接地配線１５２ｇ（チャージポンプ回路２６０♯の一次側）との間は、電気的に切り離されている。
【０１２３】
この結果、チャージポンプ回路２６０♯は、チャージポンプ回路２６０♯の一次側（電源配線１５２ｐおよび接地配線１５２ｇ）および、二次側（電源配線１５３ｐおよび接地配線１５３ｇ）を電気的に絶縁した上で、一次側から二次側へ電気エネルギを伝達することができる。すなわち、チャージポンプ回路２６０♯は、「絶縁機構」を構成する。
【０１２４】
したがって、充電器２００♯は、絶縁型充電モードでは、チャージポンプ回路２６０♯を経由することによって外部電源４００およびメインバッテリ１０の間を電気的に絶縁した電力変換経路を形成することができる。この結果。外部電源４００がメインバッテリ１０から電気的に絶縁された状態で、メインバッテリ１０の外部充電を実行できる。したがって、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされていても、電気負荷１５および外部電源４００の間で確実に絶縁を確保できる。
【０１２５】
これに対して、時刻ｔ２以降の非絶縁型充電モードでは、リレーＣＲ１ａ，ＣＲ２ａおよびリレーＣＲ１ｂ，ＣＲ２ｂはオフに固定される。一方、リレーＲＬ１，ＲＬ２はオンに固定される。
【０１２６】
したがって、非絶縁型充電モードでは、充電器２００♯は、チャージポンプ回路２６０♯をバイパスして、外部電源４００およびメインバッテリ１０の間が電気的に接続された電力変換経路によって、外部電源４００からの電力をメインバッテリ１０の充電電力に変換する。
【０１２７】
チャージポンプ回路２６０♯では、絶縁型充電モードでは、各リレーＣＲ１ａ，ＣＲ２ａ，ＣＲ１ｂ，ＣＲ２ｂのオンオフに伴って、スイッチング損失が発生する。しかしながら、非絶縁型充電モードでは、チャージポンプ回路２６０♯がバイパスされるため、各リレーＣＲ１ａ，ＣＲ２ａ，ＣＲ１ｂ，ＣＲ２ｂがオフ固定されることにより、このようなスイッチング損失が発生しない。すなわち、非絶縁型充電モードでは、チャージポンプ回路２６０♯（絶縁機構）での損失を生じさせることなく、絶縁型充電モードよりも高効率で外部充電を実行できる。
【０１２８】
特に、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオフによって、メインバッテリ１０および電気負荷１５の間の絶縁が確保されている場合には、非絶縁型充電モードを適用することによって、電気負荷１５および外部電源４００の間での絶縁を確保した上で、外部充電の効率を高めることができる。
【０１２９】
なお、実施の形態３による充電器２００♯は、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０の出力電圧（直流電圧ｖｄｃ）からメインバッテリ１０の充電電圧への電圧変換機能を具備する構成となっていない。したがって、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードの各々において、ＡＣ−ＤＣ変換回路（ＰＦＣ回路）２１０の出力電圧ｖｄｃは、メインバッテリ１０の充電電圧に相当する電圧レベルに制御される必要がある。すなわち、電圧指令値ｖｄｃ＊が充電電圧（Ｖｂ）と同等に設定される。
【０１３０】
また、非絶縁型充電モードでは、ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）２１０からの出力が、リレーＲＬ１，ＲＬ２を介して、そのままメインバッテリ１０の充電電圧および充電電流とされるので、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０については実施の形態２と同様に制御する必要がある。
【０１３１】
このように、実施の形態３による電動車両５では、チャージポンプ回路２６０♯を「絶縁機構」として適用することによって、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードとを、実施の形態１およびその変形例、ならびに実施の形態２と同様に、使い分けることが可能である。すなわち、実施の形態３による電動車両５では、チャージポンプ回路２６０♯（絶縁機構）を介した電力変換経路による絶縁性能を確保した外部充電（絶縁型充電モード）と、絶縁トランス２６０（絶縁機構）をバイパスした電力変換経路による高効率を優先した外部充電（非絶縁型充電モード）とを選択的に適用できる。
【０１３２】
なお、実施の形態３による電動車両５に対しても、図４に示した充電器制御を適用することができる。具体的には、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードを選択するステップＳ１１０〜Ｓ１３０は図４と共通である。さらに、ステップＳ１２２，Ｓ１２４では、リレーＲＬ１およびＲＬ２をオフするとともに、ステップＳ１３２，Ｓ１３４では、リレーＲＬ１およびＲＬ２をオンするように処理を変更すればよい。
【０１３３】
したがって、メインバッテリ１０および電気負荷１５の間の電気的接続を制御するシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオンオフに連動して、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードを切換えることによって、車載電気機器（電気負荷１５）と外部電源４００との間の絶縁を確保した上で、高効率の外部充電を実行できる。
【０１３４】
なお、実施の形態１およびその変形例ならびに実施の形態２において、充電器２００の構成、特に、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０、インバータ２５０、およびコンバータ２７０の構成は、図１，２，６，７での例示に限定されるものではない点を確認的に記載する。たとえば、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、外部電源４００からの電源電圧ｖａｃを直流電圧に変換することが可能な電力変換器であれば、図２の例示とは異なる回路構成を適用することができる。また、インバータ２５０およびコンバータ２７０についても、絶縁トランス２６０を経由した電力変換経路が形成されるときに同等のＤＣ−ＡＣ変換およびＡＣ−ＤＣ変換が可能であり（絶縁型充電モード）、かつ、絶縁トランス２６０をバイパスした電力変換経路が形成されるときに、平滑インダクタＬ１を用いて非絶縁型の直流電圧変換器を構成可能であれば、図１等の例示とは異なる回路構成を適用することができる。
【０１３５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
この発明は、車両外部の電源によって充電可能な車載蓄電装置を搭載する、ハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等の電動車両に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
５  電動車両、１０  メインバッテリ、１５  電気負荷、３０  モータジェネレータ、４０  動力伝達ギア、５０  駆動輪、６０  ＤＣＤＣコンバータ、７０  補機バッテリ、８０  補機（高電圧系）、９０  補機（低電圧系）、１００  制御装置（ＥＣＵ）、１０５，４０５  充電コネクタ、１５１ｇ，１５２ｇ，１５３ｇ  接地配線、１５１ｐ，１５２ｐ，１５３ｐ  電源配線、１５４〜１５７  配線（絶縁トランス）、２００，２００♯  充電器、２１０  ＡＣ−ＤＣ変換器（ＰＦＣ回路）、２１２  整流器、２５０  ＤＣ−ＡＣ変換器（インバータ）、２６０♯  チャージポンプ回路、２６０  絶縁トランス、２７０  ＡＣ−ＤＣ変換器（コンバータ）、４００  外部電源、４１０  充電ケーブル、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ、ＣＨＲ１，ＣＨＲ２  充電リレー、ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ  リレー（第３の開閉器）、ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ  リレー（第４の開閉器）、Ｃｐ  キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ９  逆並列ダイオード、Ｄ１０  ダイオード、Ｌ１  平滑インダクタ、Ｌ２  インダクタ、Ｑ１〜Ｑ９  電力用半導体スイッチング素子、ＲＬ１〜ＲＬ３  リレー（第１の開閉器）、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２  システムメインリレー（第２の開閉器）、Ｖｂ  直流電圧（メインバッテリ）、ｉＬ＊  目標電流、ｉＬ  電流、ｉＬＡ  振幅（目標電流）、ｉａｃ  電源電流、ｖａｃ  電源電圧、ｖｄｃ  電圧指令値、ｖｄｃ  直流電圧。
【図１】
2012011176.tif 000003
【図２】
2012011176.tif 000004
【図３】
2012011176.tif 000005
【図４】
2012011176.tif 000006
【図５】
2012011176.tif 000007
【図６】
2012011176.tif 000008
【図７】
2012011176.tif 000009
【図８】
2012011176.tif 000010
【図９】
2012011176.tif 000011
【図１０】
2012011176.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月30日(2012.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、充電コネクタ１０５に伝達された外部電源４００からの交流電力を、直流電力（直流電圧ｖｄｃ）に変換して電源配線１５２ｐおよび接地配線１５２ｇの間に出力する。好ましくは、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の出力電圧ｖｄｃは、制御装置１００からの制御指令に従って制御される。また、ＡＣ−ＤＣ変換器２１０は、ＡＣ−ＤＣ変換の力率を改善するためのＰＦＣ（Power  Factor  Correction）回路として設けられることが好ましい。ＡＣ−ＤＣ変換器２１０の詳細な構成例については後ほど説明する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
ここで、電流ｉＬの積分値は、平滑コンデンサＣ２へ供給される電荷に相当するので、目標電流ｉＬ＊の大きさ（振幅）ｉＬＡに応じて、電源配線１５２ｐの直流電圧ｖｄｃを制御することができる。すなわち、ＰＦＣ回路２１０は、スイッチング素子Ｑ９のオンオフによる電流ｉＬの制御に伴って、電圧指令値ｖｄｃ＊に従って直流電圧ｖｄｃを制御することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
このように、実施の形態３による電動車両５では、チャージポンプ回路２６０♯を「絶縁機構」として適用することによって、絶縁型充電モードおよび非絶縁型充電モードとを、実施の形態１およびその変形例、ならびに実施の形態２と同様に、使い分けることが可能である。すなわち、実施の形態３による電動車両５では、チャージポンプ回路２６０♯（絶縁機構）を介した電力変換経路による絶縁性能を確保した外部充電（絶縁型充電モード）と、チャージポンプ回路２６０♯（絶縁機構）をバイパスした電力変換経路による高効率を優先した外部充電（非絶縁型充電モード）とを選択的に適用できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用電動機（ＭＧ）に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置（１０）と、
外部電源（４００）によって前記蓄電装置を充電するための充電器（２００，２００♯）とを備え、
前記充電器は、
一次側（１５４，１５５／１５２ｐ，１５２ｇ）および二次側（１５６，１５７／１５３ｐ，１５３ｇ）を電気的に絶縁した上で電気エネルギを伝達するように構成された絶縁機構（２６０，２６０♯）を経由して、前記外部電源および前記蓄電装置の間を電気的に絶縁して前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第１の電力変換経路と、
前記絶縁機構をバイパスして、前記外部電源および前記蓄電装置の間を電気的に接続して前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第２の電力変換経路と、
外部充電時に、前記第１の電力変換経路および前記第２の電力変換経路の一方を選択的に形成するための第１の開閉器（ＲＬ１−ＲＬ３）とを含む、電動車両。
【請求項２】
前記蓄電装置（１０）の電力によって動作する電気負荷（１５）と、
前記蓄電装置と前記電気負荷との間に接続された第２の開閉器（ＳＭＲ１，ＳＭＲ２）とをさらに備え、
前記充電器（２００，２００♯）は、前記第２の開閉器のオンオフに対応して、前記第１の電力変換経路および前記第２の電力変換経路の選択を実行する、請求項１記載の電動車両。
【請求項３】
前記充電器（２００，２００♯）は、前記第２の開閉器のオン時には前記第１の電力変換経路が選択される一方で、前記第２の開閉器のオフ時には前記第２の電力変換経路が選択されるように、前記第１の開閉器を制御する、請求項２記載の電動車両。
【請求項４】
前記絶縁機構は、電磁誘導によって前記一次側および前記二次側の間で電気エネルギを伝達する絶縁トランス（２６０）によって構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項５】
前記充電器（２００）は、
前記外部電源からの電力を直流電圧（ｖｄｃ）に変換して第１の電源配線（１５２ｐ）および第１の接地配線（１５２ｇ）の間に出力するための第１の電力変換器（２１０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記絶縁トランス（２６０）の前記一次側（１５４，１５５）に出力するための第２の電力変換器（２５０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記絶縁トランスの前記二次側（１５６，１５７）の交流電圧を、前記蓄電装置の充電電圧に変換して第２の電源配線（１５３ｐ）および第２の接地配線（１５３ｇ）の間に出力するための第３の電力変換器（２７０）と、
前記第２の電源配線と前記蓄電装置（１０）との間に接続された平滑インダクタ（Ｌ１）とをさらに含み、
前記第２の電力変換器および前記第３の電力変換器の各々は、複数のスイッチング素子を含んで構成され、
前記第３の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には動作を停止し、
前記第２の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には、前記複数のスイッチング素子の一部および前記平滑インダクタによって、前記第１の電力変換器からの前記直流電圧（ｖｄｃ）を前記蓄電装置の充電電圧に変換する非絶縁型チョッパ回路を構成するように動作する、請求項４記載の電動車両。
【請求項６】
前記第１の開閉器は、
前記絶縁トランスの前記一次側（１５４，１５５）および前記第２の電源配線（１５３ｐ）の間に接続された第１の開閉素子（ＲＬ１）と、
前記第１の接地配線（１５２ｇ）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）の間に接続された、第２の開閉素子（ＲＬ２）と、
前記絶縁トランスの前記一次側（１５４，１５５）の通電経路に介挿接続された、第３の開閉素子（ＲＬ３）とを有し、
前記第１の開閉素子および前記第２の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされ、
前記第３の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオンされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオフされる、請求項５記載の電動車両。
【請求項７】
前記第１の開閉器は、
前記絶縁トランスの前記一次側の一方の配線（１５４）および前記第２の電源配線（１５３ｐ）の間に接続された第１の開閉素子（ＲＬ１）と、
前記絶縁トランスの前記一次側の他方の配線（１５５）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）の間に接続された第２の開閉素子（ＲＬ２）と、
前記絶縁トランスの前記一次側の通電経路に介挿接続された第３の開閉素子（ＲＬ３）とを有し、
前記第１の開閉素子および前記第２の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされ、
前記第３の開閉素子は、前記第１の電力変換経路の選択時にオンされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオフされ、
前記第２の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には、前記非絶縁型チョッパ回路を構成するとともに、前記第１の接地配線（１５２ｇ）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）を電気的に接続するように動作する、請求項５記載の電動車両。
【請求項８】
前記充電器（２００）は、
前記外部電源からの電力を、電圧指令値（ｖｄｃ＊）に従った直流電圧（ｖｄｃ）に変換して第１の電源配線（１５２ｐ）および第１の接地配線（１５２ｇ）の間に出力するための第１の電力変換器（２１０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記絶縁トランス（２６０）の前記一次側（１５４，１５５）に出力するための、複数のスイッチング素子を含んで構成された第２の電力変換器（２５０）と、
前記第１の電力変換経路の選択時に、前記絶縁トランスの前記二次側（１５６，１５７）の交流電圧を、前記蓄電装置の充電電圧に変換して第２の電源配線（１５３ｐ）および第２の接地配線（１５３ｇ）の間に出力するための第３の電力変換器（２７０）と、
前記第２の電源配線と前記蓄電装置（１０）との間に接続された平滑インダクタ（Ｌ１）とをさらに含み、
前記第１の開閉器は、前記第２の電力変換経路の選択時には、前記第１の電源配線および前記第２の電源配線の間、ならびに、前記第１の接地配線および前記第２の接地配線の間を電気的に接続し、
前記第２の電力変換器および前記第３の電力変換器は、前記第２の電力変換経路の選択時には動作を停止し、
前記第１の電力変換器の前記電圧指令値（ｖｄｃ＊）は、前記第２の電力変換経路の選択時には前記蓄電装置の充電電圧に相当するように設定される、請求項４記載の電動車両。
【請求項９】
前記第１の開閉器は、
前記第１の電源配線（１５２ｐ）および前記第２の電源配線（１５３ｐ）の間に接続された、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされる第１の開閉素子（ＲＬ１）と、
前記第１の接地配線（１５２ｇ）および前記第２の接地配線（１５３ｇ）の間に接続された、前記第１の電力変換経路の選択時にオフされる一方で前記第２の電力変換経路の選択時にオンされる第２の開閉素子（ＲＬ２）とを有する、請求項８記載の電動車両。
【請求項１０】
前記絶縁機構（２６０♯）は、
キャパシタ（Ｃｐ）と、
前記キャパシタの両極端子と前記一次側との間に設けられた第３の開閉器（ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ）と、
前記キャパシタの前記両極端子と前記二次側との間に設けられた第４の開閉器（ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ）とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記充電器（２００♯）は、
前記外部電源からの電力を前記蓄電装置を充電するための直流電力に変換して、前記絶縁機構の一次側に出力するように構成された第１の電力変換器（２１０）をさらに含み、
前記蓄電装置（１０）は、前記外部充電時に前記絶縁機構の前記二次側と電気的に接続され、
前記第１の開閉器（ＲＬ１，ＲＬ２）は、前記第３の開閉器（ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ）および前記第４の開閉器（ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ）をバイパスして、前記絶縁機構の前記一次側および前記二次側を電気的に接続するように配置される、請求項１０記載の電動車両。
【請求項１２】
前記第１の開閉器（ＲＬ１，ＲＬ２）は、前記第１の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定される一方で、前記第２の電力変換経路が選択されるときにはオン固定されるように制御され、
前記第３の開閉器（ＣＲ１ａ，ＣＲ１ｂ）は、前記第１の電力変換経路が選択されるときには前記第４の開閉器と交互かつ相補にオンオフされる一方で、前記第２の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定されるように制御され、
前記第４の開閉器（ＣＲ２ａ，ＣＲ２ｂ）は、前記第１の電力変換経路が選択されるときには前記第３の開閉器と交互かつ相補にオンオフされる一方で、前記第２の電力変換経路が選択されるときにはオフ固定されるように制御される、請求項１１記載の電動車両。
【請求項１３】
車両駆動用電動機（ＭＧ）に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置（１０）と、外部電源（４００）によって前記蓄電装置を充電するための充電器（２００，２００♯）とを備えた電動車両の充電制御方法であって、
前記充電器は、第１の開閉器（ＲＬ１−ＲＬ３）を制御することによって、前記外部電源から前記蓄電装置までの電力変換経路が切換えられるように構成され、
前記電動車両の状態に応じて、前記外部電源および前記蓄電装の間を電気的に絶縁して前記蓄電装置を充電するための第１の充電モードと、前記外部電源および前記蓄電装置の間を電気的に接続して前記蓄電装置を充電するための第２の充電モードとの一方を選択するステップ（Ｓ１１０−Ｓ１３０）と、
前記第１の充電モードが選択されたときに、一次側および二次側を電気的に絶縁した上で電気エネルギを伝達するように構成された絶縁機構（２６０，２６０♯）を経由して、前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第１の電力変換経路が形成されるように前記第１の開閉器を制御するステップ（Ｓ１２２，Ｓ１２４）と、
前記第２の充電モードが選択されたときに、前記絶縁機構をバイパスして前記外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する第２の電力変換経路が形成されるように前記第１の開閉器を制御するステップ（Ｓ１３２，Ｓ１３４）とを備える、電動車両の充電制御方法。
【請求項１４】
前記電動車両は、
前記蓄電装置（１０）の電力によって動作する電気負荷（１５）と、
前記蓄電装置と前記電気負荷との間に接続された第２の開閉器（ＳＭＲ１，ＳＭＲ２）とをさらに備え、
前記選択するステップ（Ｓ１１０−Ｓ１３０）は、前記第２の開閉器のオンオフに対応して、前記第１の充電モードおよび前記第２の充電モードの選択を実行する、請求項１３記載の電動車両の充電制御方法。
【請求項１５】
前記選択するステップ（Ｓ１１０−Ｓ１３０）は、前記第２の開閉器のオン時には前記第１の充電モードを選択する一方で、前記第２の開閉器のオフ時には前記第２の充電モードを選択する、請求項１４に記載の電動車両の充電制御方法。
【国際調査報告】
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