(57)【要約】【課題】充電システムにおいて、モータ駆動のためのコンバータを利用して外部電源からバッテリに高力率で充電できる構成で、バッテリの充電時の電池電流の脈動を抑制することである。【解決手段】充電システムは、バッテリ１４と、コンバータ３４と、制御部４０とを備える。コンバータ３４はそれぞれスイッチング素子Ｓ１・・・Ｓ４とリアクトルＬ１，Ｌ２とを有する第１要素４２及び第２要素４４を含む。制御部４０は、バッテリ１４から出力される電力をコンバータ３４に入力し、コンバータ３４から出力される電圧をモータ３８に印加させる第１モード制御手段４８と、外部交流電源１２からの電圧を第１要素４２に入力させ、第１要素４２で電圧変換させた後、第２要素４４で電圧変換させてから出力される直流電圧をバッテリ１４に供給し、バッテリ１４を充電させる第２モード制御手段５０とを含む。【選択図】図１
2011188600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、バッテリに接続されたコンバータと、コンバータに接続されたモータと、制御部とを備える充電システムであって、
コンバータは、
少なくとも第１要素及び第２要素を含み、
第１要素は、直列に接続された２の第１スイッチング素子を有する第１アームと、第１アームの中間点に接続された第１エネルギ蓄積素子と、を有し、
第２要素は、直列に接続された２の第２スイッチング素子を有する第２アームと、第２アームの中間点に接続された第２エネルギ蓄積素子と、を有し、
コンバータに外部交流電源が接続されており、
制御部は、
バッテリから出力される電力をコンバータに入力し、コンバータから出力される電圧を直接または間接にモータに印加させる第１モード制御手段と、
外部交流電源からの電圧を第１要素に入力させ、第１要素で電圧変換させた後、第２要素で電圧変換させてから出力される直流電圧をバッテリに供給し、バッテリを充電させる第２モード制御手段とを含むことを特徴とする充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、コネクタを介して外部交流電源に接続されていることを特徴とする充電システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の充電システムにおいて、
第２モード制御手段は、第１要素を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素を降圧コンバータとして機能させるように、第１要素及び第２要素のスイッチングを制御することを特徴とする充電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、整流器を介して外部交流電源に接続されており、
整流器の正極側が第１エネルギ蓄積素子に接続され、整流器の負極側がバッテリの負極側に接続されていることを特徴とする充電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の充電システムにおいて、
第１スイッチ及び第２スイッチを備え、
第１スイッチの片側は、バッテリの正極側と第２スイッチの片側とに接続され、
第１スイッチの他側は、第１エネルギ蓄積素子と整流器の正極側との間に接続され、
第２スイッチの他側は、第２エネルギ蓄積素子の第２アーム接続側とは反対側にに接続され、
第２モード制御手段は、第１スイッチをオフとし、第２スイッチをオンとするとともに、第１要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させることを特徴とする充電システム。
【請求項６】
請求項３に記載の充電システムにおいて、
直列に接続された２のコンデンサを含み、第１アーム及び第２アームに並列に接続された直列接続コンデンサを備え、
第１エネルギ蓄積素子の第１アーム接続側とは反対側と、直列接続コンデンサの中間点とに、外部交流電源に接続可能な２の端子をそれぞれ接続していることを特徴とする充電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の充電システムにおいて、
第１スイッチ及び第２スイッチを備え、
第１スイッチの片側は、バッテリの正極側と第２スイッチの片側とに接続され、
第１スイッチの他側は、第１エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、
第２スイッチの他側は、第２エネルギ蓄積素子の第２アーム接続側とは反対側にに接続され、
第２モード制御手段は、第１スイッチをオフとし、第２スイッチをオンとするとともに、第１要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させることを特徴とする充電システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、
直列に接続された２の第３スイッチング素子を有する第３アームと、第３アームの中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子と、を有する第３要素をさらに含み、
第３アームは、第１アームに並列に接続されており、
第３エネルギ蓄積素子の第３アーム接続側とは反対側は、第１エネルギ蓄積素子の第１アーム接続側とは反対側に接続されており、
第２モード制御手段は、第１要素及び第３要素を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御することを特徴とする充電システム。
【請求項９】
請求項３に記載の充電システムにおいて、
コンバータは、
直列に接続された２の第３スイッチング素子を有する第３アームと、第３アームの中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子と、を有する第３要素をさらに含み、
第３アームは、第１アームに並列に接続されており、
第１エネルギ蓄積素子の第１アーム接続側と反対側と、第３エネルギ蓄積素子の第３アーム接続側とは反対側とに、外部交流電源に接続可能な２の端子をそれぞれ接続しており、
第２モード制御手段は、第１要素及び第３要素を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御することを特徴とする充電システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の充電システムにおいて、
第１スイッチ、第２スイッチ及び第３スイッチを備え、
第１スイッチの片側は、バッテリの正極側と第２スイッチの片側と第３スイッチの片側とに接続され、
第１スイッチの他側は、第１エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、
第２スイッチの他側は、第２エネルギ蓄積素子の第２アーム接続側とは反対側に接続され、
第３スイッチの他側は、第３エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、
第２モード制御手段は、第１スイッチ及び第３スイッチをオフとし、第２スイッチをオンとするとともに、第１要素及び第２要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させることを特徴とする充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリと、バッテリに接続されたコンバータと、コンバータに接続されたモータと、制御部とを備える充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両に搭載したモータを車両の駆動源とする電気自動車や、車両に搭載したエンジン及びモータの少なくとも一方を車両の主駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が知られている。このような電動車両では、モータに電力を供給するためのバッテリを搭載している。また、電力制御装置であるモータ駆動装置を備える充電システムを構成し、車両外部の交流電源とバッテリとの間で電力を授受可能とすることが考えられている。
【０００３】
図１３は、このような充電システムの１例として、特許文献１に記載された構成を利用した、従来から考えられている充電システムの１例の構成を示す図である。この充電システムは、モータ駆動装置１０と、外部交流電源１２とを備える。モータ駆動装置１０は、バッテリ１４と、バッテリ１４に接続されるコンバータ１６と、コンバータ１６に接続されるインバータユニット１８と、インバータユニット１８に接続される第１モータジェネレータ（ＭＧ１）２０及び第２モータジェネレータ（ＭＧ２）２２と、充電付加回路２４と、コネクタ２６とを含む。
【０００４】
インバータユニット１８は、２つの図示しないインバータを含み、それぞれのインバータが対応するモータジェネレータ２０，２２に接続されている。第１モータジェネレータ２０は、モータ及びジェネレータの機能を有し、主にジェネレータとして使用されるが、モータとして使用される場合もある。第２モータジェネレータ２２は、モータ及びジェネレータの機能を有し、主にモータとして使用されるが、ジェネレータとして使用される場合もある。各モータジェネレータ２０，２２は、例えば３相モータである。バッテリ１４の電圧は、コンバータ１６で昇圧された後、インバータに供給される。各インバータは複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含み、図示しない制御部からの制御信号に基づいてスイッチング素子のオンオフが制御され、対応するモータジェネレータ２０，２２を駆動する。
【０００５】
コンバータ１６は、直列接続された２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に逆並列に接続されたダイオードと、２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の中点に接続されたリアクトルＬとを含み、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のオンオフが図示しない制御部からの制御信号により制御される。また、コンバータ１６とインバータユニット１８との正極側の接続部と、バッテリ１４の正極側との間に充電付加回路２４を介してコネクタ２６を接続している。コネクタ２６が外部交流電源１２側のコネクタ２８と接続されると、外部交流電源１２がコネクタ２６を介してバッテリ１４に接続される。
【０００６】
充電付加回路２４は、整流素子であるダイオード整流器と、フィルタとしてのコンデンサとを有し、外部交流電源１２からの交流電力を整流する。また、コンバータ１６の出力側正極端子とインバータユニット１８の入力側正極端子との間にスイッチ３０を設けている。
【０００７】
このような充電システムでは、外部交流電源１２がコネクタ２６を介してバッテリ１４に接続された状態で、コンバータ１６のスイッチング素子をオンオフを制御することで、外部交流電源１２側電流の力率を１に制御しつつ、外部交流電源１２からバッテリ１４への充電を行える。図１４は、この充電システムを用いて充電する場合のコンバータ１６の動作を示す図である。コンバータ１６の正極側のスイッチング素子Ｓ１がオンされると、図１４に実線矢印で示すように、リアクトルＬに電流ｉＬ１が流れ、リアクトルＬにエネルギが蓄積される。これに対して、正極側のスイッチング素子Ｓ１がオフされると、図１４に破線矢印で示すように電流ｉＬ２が流れ、コンバータ１６の負極側のダイオードを介してリアクトルＬに蓄積されたエネルギがバッテリ１４に移行し、バッテリ１４が充電される。この際、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のオンオフの通流率、すなわちスイッチング周期をＴａとし、正極側のスイッチング素子Ｓ１のオン時間をＴｏｎとした場合のデューティ比Ｔｏｎ／Ｔａを調整することで、充電電力を制御しつつ、外部交流電源１２側の電源電流を力率１で歪みのない正弦波に制御し、高調波電流の発生を抑制することが可能になる。
【０００８】
また、図１３の構成の場合、コンバータ１６を用いて外部交流電源１２からバッテリ１４を充電するので、インバータやモータジェネレータ２０，２２を動作させる必要がなく、インバータやモータジェネレータ２０，２２での損失がないため、充電効率が向上する。また、昇降圧型のコンバータ１６を利用して構成し充電するので、バッテリ１４の電圧が外部交流電源１２の電圧よりも高くても低くても充電可能となる。また、専用の充電器を用いることなく外部からのバッテリ１４の充電が可能となる。
【０００９】
なお、本発明に関する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１１６９９号公報
【特許文献２】特開平１０−１３６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ただし、図１３の構成の場合、上記の外部交流電源１２側の電源電流の制御には充電電力を使用するが、充電電力の瞬時値は電源周波数の２倍で脈動する。このため、直流出力であり、バッテリ１４に入力される電流、すなわち電池電流の波形が脈動する可能性がある。
【００１２】
図１５Ａは、図１３の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の実測動作波形を示す図である。図１５Ｂは、図１３の構成における充電時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の実測動作波形を示す図である。図１５Ａ，図１５Ｂで、「交流電源側電流×２０」、「電池側電流×５」とは、得られた電流値をそれぞれ２０倍、５倍にして表すことを意味する（後述する図５Ａ，図５Ｂ，図８Ａ，図８Ｂ，図９Ａ，図９Ｂにおいて、「×」の意味は同様である）。なお、バッテリ１４（図１３）には、リチウムイオンバッテリを使用している。
【００１３】
図１５Ａ，図１５Ｂに示すように、外部交流電源側の実測波形において、電源電圧に対して電源電流が同相の力率１で、高調波のない正弦波形に制御されているが、バッテリ１４側の電流波形は、電源周波数の２倍で脈動している。
【００１４】
このように電池電流が脈動していると、バッテリ１４を満充電するために要する時間が長くなったり、バッテリ１４の発熱や性能低下の原因となる可能性がある。これについて、図１６を用いて説明する。図１６は、図１３の構成において充電時のバッテリ１４の充電割合であるＳＯＣに対する充電電流の許容値を、周囲温度が異なる２例で示す図である。充電によりバッテリ１４のＳＯＣが上昇すると、それに伴って電池電圧の平均値が高くなる。このため、脈動電流の影響があると、電池電圧が変動し、バッテリ１４の許容電圧の最大値付近に達する場合には、充電電流の平均値を下げる必要が生じる。このような理由から、バッテリ１４に定格充電電流で充電する場合でも、あるＳＯＣ以上では充電電流をＳＯＣの上昇に応じて低下させる必要がある。例えば、図１６に示すように、バッテリ１４の周囲温度が２０℃である場合、ＳＯＣが８０％付近で電池電圧が許容電圧の最大値に達するため、それ以降は充電電流を低下させる必要がある。
【００１５】
これに対して、バッテリ１４の周囲温度が低温である０℃になる場合、バッテリ１４のインピーダンスが増大して、電池電流の脈動に対する電圧変動が大きくなる。このため、ＳＯＣの６０％付近で電池電圧が許容電圧の最大値に達する。このため、低温環境下では、より低いＳＯＣの値で、充電電流の値を下げる必要があり、バッテリ１４を満充電するために要する時間が長くなる。また、電池電圧が変動するため、電池が発熱したり、性能低下の原因となる可能性がある。このような理由から、バッテリ１４の充電時に電池電流の脈動を抑制できる構成の実現が望まれている。
【００１６】
また、特許文献２には、昇圧コンバータを利用してバッテリを外部交流電源により充電する構成が提案されている。この構成では、バッテリとコンバータとの間に、バッテリの正極側をコンバータ用リアクトルの一端に接続するか、またはコンバータの正極出力側に接続するかを切り換えるスイッチが設けられている。また、インバータの入力側端子間に２のダイオードを直列接続し、リアクトルの一端と２のダイオードの中間点との間にコネクタを接続している。コネクタに外部交流電源が接続される。充電時には、スイッチを、バッテリの正極側をコンバータの正極出力側に接続するように切り換えて、コンバータを動作させ、電力変換してバッテリを充電している。
【００１７】
ただし、特許文献２の構成の場合も、図１３の構成の場合と同様に、バッテリに入力される電池電流が脈動する可能性がある。また、この構成では、バッテリ電圧が外部交流電源電圧の最大値以上でなければ外部交流電源電流を制御できない。
【００１８】
本発明の目的は、充電システムにおいて、モータ駆動のためのコンバータを利用して外部電源からバッテリに高力率で充電できる構成で、バッテリの充電時の電池電流の脈動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る充電システムは、バッテリと、バッテリに接続されたコンバータと、コンバータに接続されたモータと、制御部とを備える充電システムであって、コンバータは、少なくとも第１要素及び第２要素を含み、第１要素は、直列に接続された２の第１スイッチング素子を有する第１アームと、第１アームの中間点に接続された第１エネルギ蓄積素子と、を有し、第２要素は、直列に接続された２の第２スイッチング素子を有する第２アームと、第２アームの中間点に接続された第２エネルギ蓄積素子と、を有し、コンバータに外部交流電源が接続されており、制御部は、バッテリから出力される電力をコンバータに入力し、コンバータから出力される電圧を直接または間接にモータに印加させる第１モード制御手段と、外部交流電源からの電圧を第１要素に入力させ、第１要素で電圧変換させた後、第２要素で電圧変換させてから出力される直流電圧をバッテリに供給し、バッテリを充電させる第２モード制御手段とを含むことを特徴とする充電システムである。
【００２０】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、コネクタを介して外部交流電源に接続されている。
【００２１】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第２モード制御手段は、第１要素を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素を降圧コンバータとして機能させるように、第１要素及び第２要素のスイッチングを制御する。
【００２２】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、整流器を介して外部交流電源に接続されており、整流器の正極側が第１エネルギ蓄積素子に接続され、整流器の負極側がバッテリの負極側に接続されている。
【００２３】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第１スイッチ及び第２スイッチを備え、第１スイッチの片側は、バッテリの正極側と第２スイッチの片側とに接続され、第１スイッチの他側は、第１エネルギ蓄積素子と整流器の正極側との間に接続され、第２スイッチの他側は、第２エネルギ蓄積素子の第２アーム接続側とは反対側にに接続され、第２モード制御手段は、第１スイッチをオフとし、第２スイッチをオンとするとともに、第１要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させる。
【００２４】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、直列に接続された２のコンデンサを含み、第１アーム及び第２アームに並列に接続された直列接続コンデンサを備え、第１エネルギ蓄積素子の第１アーム接続側とは反対側と、直列接続コンデンサの中間点とに、外部交流電源に接続可能な２の端子をそれぞれ接続している。
【００２５】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第１スイッチ及び第２スイッチを備え、第１スイッチの片側は、バッテリの正極側と第２スイッチの片側とに接続され、第１スイッチの他側は、第１エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、第２スイッチの他側は、第２エネルギ蓄積素子の第２アーム接続側とは反対側にに接続され、第２モード制御手段は、第１スイッチをオフとし、第２スイッチをオンとするとともに、第１要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させる。
【００２６】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、直列に接続された２の第３スイッチング素子を有する第３アームと、第３アームの中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子と、を有する第３要素をさらに含み、第３アームは、第１アームに並列に接続されており、第３エネルギ蓄積素子の第３アーム接続側とは反対側は、第１エネルギ蓄積素子の第１アーム接続側とは反対側に接続されており、第２モード制御手段は、第１要素及び第３要素を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御する。
【００２７】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、コンバータは、直列に接続された２の第３スイッチング素子を有する第３アームと、第３アームの中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子と、を有する第３要素をさらに含み、第３アームは、第１アームに並列に接続されており、第１エネルギ蓄積素子の第１アーム接続側と反対側と、第３エネルギ蓄積素子の第３アーム接続側とは反対側とに、外部交流電源に接続可能な２の端子をそれぞれ接続しており、第２モード制御手段は、第１要素及び第３要素を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素を降圧コンバータとして機能させるよう、各要素のスイッチングを制御する。
【００２８】
また、本発明に係る充電システムにおいて、好ましくは、第１スイッチ、第２スイッチ及び第３スイッチを備え、第１スイッチの片側は、バッテリの正極側と第２スイッチの片側と第３スイッチの片側とに接続され、第１スイッチの他側は、第１エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、第２スイッチの他側は、第２エネルギ蓄積素子の第２アーム接続側とは反対側に接続され、第３スイッチの他側は、第３エネルギ蓄積素子の外部交流電源接続側に接続され、第２モード制御手段は、第１スイッチ及び第３スイッチをオフとし、第２スイッチをオンとするとともに、第１要素及び第２要素のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２要素のスイッチングを制御することで、バッテリに流れるバッテリ電流を平滑に制御して、外部交流電源からバッテリに充電させる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の充電システムによれば、モータ駆動のためのコンバータを利用して外部電源からバッテリに高力率で充電できる構成で、バッテリの充電時の電池電流の脈動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。
【図２】図１の構成を使用した充電制御方法において、第１アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。
【図３】図１の制御部が有する電流指令生成部の１例の構成を示す図である。
【図４】図１の構成を使用した充電制御方法において、第２アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。
【図５Ａ】図１の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｂ】図１の構成における充電時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。
【図７】図６の構成を使用した充電制御方法において、第１アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。
【図８Ａ】図６の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図８Ｂ】図６の構成における充電時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図９Ａ】図６の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図９Ｂ】図６の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。
【図１３】従来から考えられている充電システムの１例の構成を示す図である。
【図１４】図１３の構成を用いて充電する場合のコンバータの動作を示す図である。
【図１５Ａ】図１３の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の実測動作波形を示す図である。
【図１５Ｂ】図１３の構成における充電時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の実測動作波形を示す図である。
【図１６】図１３の構成において充電時のバッテリの充電割合であるＳＯＣに対する充電電流の許容値を、周囲温度が異なる２例で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［第１の発明の実施の形態］
図１から図４は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態の充電システムは、モータ駆動装置３２と、外部交流電源１２とを備える。モータ駆動装置３２は、車載バッテリであるバッテリ１４と、バッテリ１４に第１スイッチＲ１及び第２スイッチＲ２を介して接続されるコンバータ３４と、コンバータ３４に接続されるインバータ３６と、インバータ３６に接続されるモータ３８と、充電付加回路２４と、コネクタ２６と、制御部４０とを含む。このようなモータ駆動装置３２は、例えばバッテリを電力源とし、モータを車両の駆動源とする電気自動車や、エンジン及びモータを車両の駆動源として備えるハイブリッド車両等の電動車両に搭載し、外部交流電源１２からのバッテリ１４の充電を可能とする。
【００３２】
モータ３８は、例えば３相モータである。モータ３８の駆動時に、バッテリ１４の電圧は、コンバータ３４で昇圧された後、インバータ３６に出力される。インバータ３６は、複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含む。
【００３３】
コンバータ３４は、第１要素４２及び第２要素４４を含む。第１要素４２は、直列接続された２の第１スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、各第１スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に逆並列に接続されたダイオードとを有する第１アームＡ１と、第１アームＡ１の中間点、すなわち２の第１スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の中点である接続点に接続された第１エネルギ蓄積素子である、第１リアクトルＬ１とを有する。
【００３４】
第２要素４４は、直列接続された２の第２スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と、各第２スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に逆並列に接続されたダイオードとを有する第２アームＡ２と、第２アームＡ２の中間点、すなわち２の第２スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の中点である接続点に接続された第２エネルギ蓄積素子である、第２リアクトルＬ２とを有する。各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴ等である。第１アームＡ１及び第２アームＡ２は、インバータ３６に対し並列に接続している。また、コンバータ３４の出力側端子とインバータ３６の入力側端子との間に平滑化用のコンデンサＣを接続している。
【００３５】
コンバータ３４は、コネクタ２６と充電付加回路２４とを介して外部交流電源１２に接続可能としている。充電付加回路２４は、ダイオード整流素子を含むダイオード整流ブリッジ等のダイオード整流器４６と、ダイオード整流器４６の交流側に接続された、コンデンサを有する交流フィルタとを含み、外部交流電源１２からの交流電力を整流する。したがって、コンバータ３４は、コネクタ２６とダイオード整流器４６とを介して外部交流電源１２に接続可能としている。また、ダイオード整流器４６の正極側が第１リアクトルＬ１の一端に接続され、ダイオード整流器４６の負極側がバッテリ１４の負極側に接続されている。コネクタ２６が外部交流電源１２側のコネクタ２８と接続されると、外部交流電源１２は、コネクタ２６，２８を介してバッテリ１４に接続される。例えば、外部交流電源１２の電圧は、実効値１００Ｖであり、バッテリ１４の電圧は１４０Ｖ以下である。
【００３６】
また、第１スイッチＲ１の片側（図１の左側）は、バッテリ１４の正極側と第２スイッチＲ２の片側（図１の左側）とに接続されている。また、第１スイッチＲ１の他側（図１の右側）は、第１リアクトルＬ１とダイオード整流器４６の正極側との間、すなわち接続点に接続されている。また、第２スイッチＲ２の他側（図１の右側）は、第２リアクトルＬ２の第２アームＡ２接続側とは反対側に接続されている。また、第２スイッチＲ２と第２リアクトルＬ２との接続点と、バッテリ１４の負極側との間に第２コンデンサＣａが接続されている。
【００３７】
第１要素４２及び第２要素４４の各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のオンオフは、制御部４０からの制御信号により制御される。すなわち、制御部４０は、第１モード制御手段４８と、第２モード制御手段５０とを有する。制御部４０は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。
【００３８】
第１モード制御手段４８は、バッテリ１４から出力される電力をコンバータ３４に入力し、コンバータ３４から出力される電圧をインバータ３６を介してモータ３８に印加させるように、各アームＡ１，Ａ２のスイッチング及びインバータ３６を制御する。すなわち、インバータ３６は、制御部４０からの制御信号に基づいてスイッチング素子のオンオフが制御され、モータ３８を駆動する。この場合、第１モード制御手段４８は、第１スイッチＲ１及び第２スイッチＲ２をオンにする。また、この場合、コネクタ２６から外部交流電源１２側のコネクタ２８を取り外し、外部交流電源１２をコンバータ３４から切り離す。また、各アームＡ１，Ａ２同士で、正極側のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御し、各アームＡ１，Ａ２同士で、負極側のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御する。なお、正極側または負極側のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３（またはＳ２，Ｓ４）のみをオンオフ制御し、他方をオフのままとすることもできる。
【００３９】
なお、各アームＡ１，Ａ２の正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３同士、及び、各アームＡ１，Ａ２の負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４同士を、それぞれ位相を１８０度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。この場合、電池電流及びインバータ３６入力電流の脈動を小さくできる。
【００４０】
なお、本実施の形態とは異なる例として、コンバータ３４の出力側に例えばＤＣモータを接続し、第１モード制御手段４８は、コンバータ３４から出力される電圧を直接ＤＣモータに印加させる構成とすることもできる。
【００４１】
また、第２モード制御手段５０は、外部交流電源１２からの電圧を第１要素４２に入力させ、第１要素４２で電圧変換させる、すなわち昇圧させた後、第２要素４４で電圧変換させる、すなわち降圧させてから出力される直流電圧をバッテリ１４に供給し、バッテリ１４を充電させる。このために、コネクタ２６に外部交流電源１２側のコネクタ２８を接続し、外部交流電源１２をコンバータ３４に、コネクタ２６，２８及び充電付加回路２４を介して接続した状態で、第２モード制御手段５０は、第１スイッチＲ１をオフとし、第２スイッチＲ２をオンとする。これとともに、第２モード制御手段５０は、第１アームＡ１のスイッチングのオンオフを制御することで、第１要素４２を昇圧コンバータとして機能させ、交流入力電流である、外部交流電源１２側電流の力率を１に制御する。
【００４２】
また、第２モード制御手段５０は、第２アームＡ２のスイッチングのオンオフを制御することで、第２要素４４を降圧コンバータとして機能させ、バッテリ１４に流れるバッテリ電流である電池電流を平滑に制御して、外部交流電源１２からバッテリ１４に充電させる。
【００４３】
次に、図２から図４を用いて、充電時の制御方法を説明する。図２は、充電時の交流電源側電流を制御する第１アームＡ１のスイッチング制御方法を示すブロック図である。なお、本実施の形態の以下の説明では、図１の要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。第２モード制御手段５０は、正弦波の交流電流指令値の絶対値｜ｉｓ*｜と、交流入力電流の検出値の絶対値として使用する、第１リアクトルＬ１の電流検出値ｉＬとの偏差を求め、求めた偏差を比例補償器５２に出力する。
【００４４】
ここで、交流電流指令値の絶対値｜ｉｓ*｜は、充電電力に対応する電源力率１の、高調波のない正弦波の交流入力電流指令値の絶対値｜ｉｓ*｜である。また、電流指令値の絶対値｜ｉｓ*｜を使用するのは、半波整流とするためである。また、力率１の正弦波の電流指令値の絶対値｜ｉｓ*｜を求めるために、例えば、制御部４０は、図３に示すような電流指令生成部５４を有し、図示しない外部制御部から受ける充放電電力指令値ＰＲ、及び、外部交流電源１２の電圧Ｖｓを検出する電圧センサ（図示せず）からの検出値に基づいて、外部交流電源１２に対して力率１の正弦波の電流指令値の絶対値｜ｉｓ*｜を生成する構成とすることができる。例えば、電流指令生成部５４は、実効値演算部で、外部交流電源１２の電圧Ｖｓからピーク電圧を検出し、検出したピーク電圧に基づいて電圧Ｖｓの実効値Ｖｓ´を算出する。また、位相検出部で、電圧Ｖｓのゼロクロス点を算出し、検出したゼロクロス点に基づいて電圧Ｖｓの位相θを検出する。
【００４５】
また、正弦波生成部で、位相検出部によって検出された電圧Ｖｓの位相θに基づいて、例えば、正弦波関数のテーブルを用いて、電圧Ｖｓと同相の正弦波γを生成する。また、除算部で、実効値演算部からの電圧Ｖｓの実効値Ｖｓ´により充放電電力指令値ＰＲを除算し、その演算結果を乗算部へ出力し、乗算部では、除算部の演算結果に正弦波生成部からの正弦波γを乗算する。絶対値算出部５６では、乗算部の演算結果の絶対値を算出し、その算出結果を電流指令の絶対値｜ｉｓ*｜として出力する。図２に戻り、制御部４０は、絶対値｜ｉｓ*｜と第１リアクトルＬ１の電流検出値ｉＬとの偏差を比例補償器５２に出力する。
【００４６】
なお、電圧Ｖｓの実効値と位相とを利用するものであれば、電流指令生成の絶対値｜ｉｓ*｜はこのような方法で生成するものに限らず種々の方法で生成できる。例えば、電流指令生成の絶対値を予め定めておくこともできる。
【００４７】
また、比例補償器５２では、第１リアクトルＬ１の電流検出値が電流指令の絶対値｜ｉｓ*｜に追従するように、比例成分を乗じて第１アームＡ１の制御電圧とする。この際、第１要素４２の出力電圧であり、第２要素４４の入力電圧であるインバータ３６の直流電圧Ｖｈ（図１）と、交流側電圧Ｖｓとの影響で、電圧（Ｖｈ−｜Ｖｓ｜）が外乱として作用する。このため、この外乱となる値を比例補償器５２の出力の制御電圧に加えてこの外乱を補償する。このために図示しない電圧センサで、インバータ３６直流電圧Ｖｈを検出する。
【００４８】
また、外乱補償後の出力を変調率演算部５８に入力し、インバータ３６直流電圧Ｖｈで除算してＰＷＭ変調率を算出し、ＰＷＭ信号出力部６０に出力する。ＰＷＭ信号出力部６０では、算出されたＰＷＭ変調率と、キャリア信号出力部６２から出力されるキャリア信号とをコンパレータで比較し、比較で得られた算出値に応じてＰＷＭ信号Ｐ１を生成し、第１アームＡ１のスイッチング素子のゲートにＰＷＭ信号Ｐ１を出力する。この場合、キャリア信号が、交流入力電流指令値ｉｓ*に基づくＰＷＭ変調率よりも大きいときは第１アームＡ１の負極側スイッチング素子Ｓ２をオフし、キャリア信号がＰＷＭ変調率よりも小さいときは第１アームＡ１の負極側スイッチング素子Ｓ２をオンとする。この場合、正極側スイッチング素子Ｓ１は、常にオフのままとするか、または、負極側スイッチング素子Ｓ２のオンオフ動作と逆になるようにオンオフ動作させる。正極側スイッチング素子Ｓ１をオンオフ動作させる場合、負極側スイッチング素子Ｓ２のオンオフ動作との間にデッドタイムが設けられるように設定する。
【００４９】
図４は、充電時の電池電流を制御する第２アームＡ２のスイッチング制御方法を示すブロック図である。第２モード制御手段５０は、指令充電電力に対応し、一定の直流電流である、バッテリ１４に流れる電流である電池電流指令値ｉｂ*と、電池電流の検出値ｉｂとの偏差を求め、求めた偏差を比例積分補償器６４に出力する。比例積分補償器６４は、比例補償器と、積分補償器とを有する。
【００５０】
比例積分補償器６４では、電池電流指令値ｉｂ*に電流検出値ｉｂが追従するように、比例成分及び積分成分をそれぞれ乗じて得られた出力の加算値を、第１変調率演算部６６に出力する。すなわち、比例積分補償器６４では、入力された偏差をＰＩ演算し、算出された値を第１変調率演算部６６に出力する。第１変調率演算部６６では、インバータ３６の直流電圧Ｖｈで除算して第１ＰＷＭ変調率を算出し、指令昇圧比として、正負を反転して電池電圧指令値Ｖｂ*とインバータ３６直流電圧指令値Ｖｈ*との比であるＶｂ*／Ｖｈ*を加算して前向き補償し、昇圧比の逆数βとし、逆数βを第２変調率演算部６８に出力する。第２変調率演算部６８では、逆数βから通流率に対応する第２ＰＷＭ変調率αを、α＝１−２×βの関係から算出し、第２ＰＷＭ信号出力部７０に出力する。第２ＰＷＭ信号出力部７０では、算出された第２ＰＷＭ変調率αと、キャリア信号出力部６２から出力されるキャリア信号とをコンパレータで比較し、比較で得られた算出値に応じてＰＷＭ信号Ｐ２を生成し、第２アームＡ２のスイッチング素子のゲートにＰＷＭ信号Ｐ２を出力する。この場合、キャリア信号が、交流入力電流指令値に基づく第２ＰＷＭ変調率αよりも大きいときは第２アームＡ２の正極側スイッチング素子Ｓ３をオンし、キャリア信号が第２ＰＷＭ変調率αよりも小さいときは正極側スイッチング素子Ｓ３をオフとする。この場合、負極側スイッチング素子Ｓ４は、常にオフのままとするか、または、正極側スイッチング素子Ｓ３のオンオフ動作と逆になるようにオンオフ動作させる。負極側スイッチング素子Ｓ４をオンオフ動作させる場合、正極側スイッチング素子Ｓ３のオンオフ動作との間にデッドタイムが設けられるように設定する。
【００５１】
図５Ａは、図１の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図５Ｂは、図１の構成における充電時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図５Ａに示すように、外部交流電源１２の交流電圧に対して外部交流電源１２の電源電流は、同相の力率１で高調波を含まない正弦波に制御されている。また、図５Ｂに示すように、電池電流は、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御されている。
【００５２】
このように、本実施の形態では、コンバータ３４を用いて外部交流電源１２からバッテリ１４を充電する。このため、充電時にインバータ３６やモータ３８を動作させる必要がない。また、充電時に、第１要素４２の第１アームＡ１を利用して第１要素４２で電圧変換し、交流入力電流を制御しているため、昇圧回路の原理を利用して、交流入力電流の力率を制御することができる。また、第２要素４４の第２アームＡ２を利用して第２要素４４で電圧変換し、バッテリ１４側の電流を制御しているため、バッテリ１４側電流を平滑に制御できる。このように第１アームＡ１と第２アームＡ２とを独立に制御することができるため、電源力率の制御と、バッテリ１４電流の平滑化制御とが同時に実現できる。このため、モータ３８駆動のためのコンバータ３４を利用して外部交流電源１２からバッテリ１４に高力率で充電できる構成で、バッテリ１４の充電時の電池電流の脈動を抑制できる。したがって、バッテリ１４を満充電するために要する時間を短くできるとともに、バッテリ１４の発熱や性能低下を有効に防止できる。
【００５３】
また、バッテリ１４電圧が外部交流電源１２の電圧よりも高くても低くても充電可能となる。また、モータ３８駆動にも使用可能なコンバータ３４を利用してバッテリ１４の充電を行える。また、充電システムを構成するために既存のコンバータを利用できる。このため、モータ駆動装置３２を含む充電システム全体の低コスト化や、小型化に寄与できる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、バッテリ１４にコンバータ３４及びインバータ３６を介してモータ３８を接続し、モータ３８を駆動可能としているが、モータ３８の代わりに、上記の図１３に示した構成と同様のモータジェネレータを使用することもできる。また、図１３に示した構成と同様に、コンバータ３４の出力側に並列に２のインバータ３６を接続するとともに、２のインバータ３６のそれぞれにより駆動する２のモータジェネレータを設けることもできる。
【００５５】
［第２の発明の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。図７は、図６の構成を使用した充電制御方法において、第１アームのスイッチング制御方法を示すブロック図である。
【００５６】
本実施の形態の充電システムは、ハーフブリッジコンバータの回路を利用して構成している。充電システムは、外部交流電源１２を、コネクタ２６，２８を介してコンバータ３４に接続している。本実施の形態では、上記の第１の実施の形態と異なり、ダイオード整流器４６（図１）を設けていない。
【００５７】
すなわち、充電システムを構成するモータ駆動装置３２は、上記の第１の実施の形態の構成において、コネクタ２６とコンバータ３４との間に、コンデンサを含む交流フィルタ７２を接続しているが、ダイオード整流器は設けていない。また、モータ駆動装置３２は、コンバータ３４の出力側端子とインバータ３６の入力側端子との間に第１アームＡ１及び第２アームＡ２に対し並列に直列接続コンデンサ７４を接続している。
【００５８】
直列接続コンデンサ７４は、直列に接続された２のコンデンサＣ１，Ｃ２を含む。第１要素４２を構成する第１リアクトルＬ１の第１アームＡ１接続側とは反対側の一端と、直列接続コンデンサ７４の中間点である、２のコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点とに、外部交流電源１２に接続可能なコネクタ２６の２の端子をそれぞれ接続している。したがって、コネクタ２６に外部交流電源１２側のコネクタ２８を接続した状態で、外部交流電源１２の２の端子は、第１リアクトルＬ１の第１アームＡ１接続側とは反対側の一端と、直列接続コンデンサ７４の中間点とに接続される。
【００５９】
また、第１スイッチＲ１の片側（図６の左側）は、バッテリ１４の正極側と第２スイッチＲ２の片側（図６の左側）とに接続されている。また、第１スイッチＲ１の他側（図６の右側）は、第１リアクトルＬ１の外部交流電源１２接続側に接続されている。また、第２スイッチＲ２の他側（図６の右側）は、第２リアクトルＬ２の第２アームＡ２接続側とは反対側に接続されている。
【００６０】
モータ３８の駆動時には、上記の第１の実施の形態の場合と同様に、制御部４０が有する第１モード制御手段４８は、第１スイッチＲ１及び第２スイッチＲ２を同時にオンした状態で、バッテリ１４から出力される電力をコンバータ３４に入力し、コンバータ３４から出力される電圧を直接または間接にモータ３８に印加させ、モータ３８を駆動する。
【００６１】
また、バッテリ１４の充電時には、上記の第１の実施の形態と同様に、コネクタ２６に外部交流電源１２を接続した状態で、制御部４０が有する第２モード制御手段５０は、第１スイッチＲ１をオフとし、第２スイッチＲ２をオンとする。これとともに、第２モード制御手段５０は、第１アームＡ１のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２アームＡ２のスイッチングを制御することで、バッテリ１４に流れるバッテリ１４電流を平滑に制御して、外部交流電源１２からバッテリ１４に充電させる。
【００６２】
図７は、充電時の交流電源側電流を制御する第１アームＡ１のスイッチング制御方法を示すブロック図である。なお、本実施の形態の以下の説明では、図６に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。第２モード制御手段５０は、正弦波の交流電流指令値ｉｓ*と、交流入力電流の検出値の絶対値として使用する、第１リアクトルＬ１の電流検出値ｉＬとの偏差を求め、求めた偏差を比例補償器５２と、正弦波内部モデル補償器７６とに出力する。交流電流指令値ｉｓ*は、例えば、上記の図３に示す第１の実施の形態で説明した電流指令生成部５４で、絶対値算出部５６を省略したものを使用する。
【００６３】
比例補償器５２で、第１リアクトルＬ１の電流検出値ｉＬが電流指令値ｉｓ*に追従するように、偏差に比例成分を乗じて得られた出力値と、正弦波内部モデル補償器７６で、正弦波内部モデルである、ｋｓ×｛ｓ／（ｓ2＋ω02）｝を偏差に乗じて得られた出力値とを加算し、交流電源電圧Ｖｓを減算して、外乱となる電源電圧を補償する。外乱補償後の出力は、変調率演算部７８でインバータ３６直流電圧であるＶｈ／２により除算し、ＰＷＭ変調率を算出し、ＰＷＭ信号出力部８０に出力する。ＰＷＭ信号出力部８０では、算出されたＰＷＭ変調率と、キャリア信号出力部６２から出力されるキャリア信号とをコンパレータで比較し、比較で得られた算出値に応じてＰＷＭ信号Ｐ１を生成し、第１アームＡ１のスイッチング素子のゲートにＰＷＭ信号Ｐ１を出力する。この場合、キャリア信号が、交流入力電流指令値に基づくＰＷＭ変調率よりも大きいときは第１アームＡ１の正極側スイッチング素子Ｓ１をオンし、キャリア信号がＰＷＭ変調率よりも小さいときは正極側スイッチング素子Ｓ１をオフとする。この場合、負極側スイッチング素子Ｓ２は、正極側スイッチング素子Ｓ１のオンオフ動作と逆になるようにオンオフ動作させる。負極側スイッチング素子Ｓ２をオンオフ動作させる場合、正極側スイッチング素子Ｓ１のオンオフ動作との間にデッドタイムが設けられるように設定する。
【００６４】
また、充電時の電池電流を制御する第２アームＡ２のスイッチング制御方法を示すブロック図は、上記の第１の実施の形態で説明した図４のブロック図と同様であり、上記の第１の実施の形態と同様にして、第２アームＡ２のスイッチングを制御する。
【００６５】
図８Ａは、図６の構成における充電時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図８Ｂは、図６の構成における充電時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図８Ａに示すように、外部交流電源１２の電源電圧に対して外部交流電源１２の電源電流は、同相の力率１で高調波を含まない正弦波に制御されている。また、図８Ｂに示すように、電池電流は、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御されている。
【００６６】
このような本実施の形態の場合も、第１アームＡ１及び第２アームＡ２の独立したスイッチングの制御により、電源力率の制御と、バッテリ１４電流の平滑化制御とが同時に実現できる。このため、モータ３８駆動のためのコンバータ３４を利用して外部電源からバッテリ１４に高力率で充電できる構成で、バッテリ１４の充電時の電池電流の脈動を抑制できる。
【００６７】
また、本実施の形態では、ハーフブリッジコンバータの回路を利用して構成しているため、直流電源であるバッテリ１４から外部交流電源１２側への電力供給、すなわち「発電動作」と呼ばれる、バッテリ１４電力の交流側出力が可能である。この場合の電池電流も、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御できる。この場合、バッテリ１４を、外部の負荷または電力設備等に電力を供給するための電源として使用できる。
【００６８】
図９Ａは、図６の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時の外部交流電源の電圧及び電流の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。図９Ｂは、図６の構成におけるバッテリ電力の交流側出力時のバッテリ電圧（電池電圧）及びバッテリ側電流（電池電流）の動作波形のシミュレーション結果を示す図である。このようなシミュレーション結果から、外部交流電源１２の電源電流が同相の力率１で高調波を含まない正弦波に制御され、電池電流が、脈動がないか、またはほとんどない一定の直流電流に制御されることを確認できた。なお、このシミュレーションでは、交流側電流指令値の位相を１８０度反転させている。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
［第３の発明の実施の形態］
図１０は、本発明の第３の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。本実施の形態の充電システムは、３相のマルチフェーズ昇圧コンバータの回路を利用して構成している。すなわち、充電システムは、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様の構成において、コンバータ３４は、直列に接続された２の第３スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を有する第３アームＡ３と、第３アームＡ３の中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子である第３リアクトルＬ３と、を有する第３要素８２をさらに含む。第３アームＡ３は、第１アームＡ１及び第２アームＡ２に並列に接続されている。第３リアクトルＬ３の第３アームＡ３接続側とは反対側の端子は、第１リアクトルＬ１の第１アームＡ１接続側とは反対側の端子に接続されている。
【００７０】
また、第２モード制御手段５０（図１参照）は、第１要素４２及び第３要素８２を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素４４を降圧コンバータとして機能させるよう、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３のスイッチングを制御する。
【００７１】
このような充電システムで、モータ３８の駆動時には、第１モード制御手段４８は、バッテリ１４から出力される電力をコンバータ３４に入力し、コンバータ３４から出力される電圧をインバータ３６を介してモータ３８に印加させるように、第１アームＡ１、第２アームＡ２及び第３アームＡ３のスイッチングを制御し、モータ３８を駆動する。この場合、第１モード制御手段４８（図１参照）は、第１スイッチＲ１及び第２スイッチＲ２をオンにする。また、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３同士で、正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御し、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３同士で、負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御する。なお、正極側または負極側のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５（またはＳ２，Ｓ４，Ｓ６）のみをオンオフ制御し、他方をオフのままとすることもできる。
【００７２】
なお、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３の正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５同士、及び、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３の負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６同士を、それぞれ位相を例えば１２０度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。この構成によれば、電流リップルを低減することができる。この場合、例えば、モータ駆動装置３２は、３相の昇圧コンバータとして機能する。
【００７３】
また、バッテリ１４の充電時には、第２モード制御手段５０（図１参照）は、外部交流電源１２からの電圧を第１要素４２及び第３要素８２に入力させ、第１要素４２及び第３要素８２で電圧変換させる、すなわち昇圧させた後、第２要素４４で電圧変換させる、すなわち降圧させてから出力される直流電圧をバッテリ１４に供給し、バッテリ１４を充電させる。このために、第２モード制御手段５０は、第１スイッチＲ１をオフとし、第２スイッチＲ２をオンとする。これとともに、第２モード制御手段５０は、第１アームＡ１及び第３アームＡ３のスイッチングのオンオフを制御することで、第１要素４２及び第３要素８２を昇圧コンバータとして機能させ、交流入力電流である、外部交流電源１２電流の力率を１に制御する。
【００７４】
また、第２モード制御手段５０は、第２アームＡ２のスイッチングのオンオフを制御することで、第２要素４４を降圧コンバータとして機能させ、バッテリ１４に流れるバッテリ１４電流である電池電流を平滑に制御して、外部交流電源１２からバッテリ１４に充電させる。
【００７５】
この場合、第１アームＡ１及び第３アームＡ３のスイッチングを制御する際に、第１アームＡ１及び第３アームＡ３同士で、正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ５を常にオフにした状態で、負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ６を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御することができる。なお、第１アームＡ１及び第３アームＡ３の正極側、負極側の両方のスイッチング素子をすべてオンオフ制御する場合に、第１アームＡ１及び第３アームＡ３同士で、正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ５同士を同時にオンオフするように制御し、負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ６同士を同時にオンオフするよう制御することもできる。
【００７６】
また、第１アームＡ１及び第３アームＡ３の負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ６同士を、位相を１８０度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。また、第１アームＡ１及び第３アームＡ３の正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ５同士と、負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ６同士とを、それぞれ異なるアームＡ１，Ａ３同士で位相を１８０度異ならせて、スイッチングすることもできる。
【００７７】
このような本実施の形態の場合、バッテリ１４充電時に第１アームＡ１及び第３アームＡ３同士でスイッチングの位相をずらせることで、外部交流電源１２の電源電流のリップルをより抑制でき、充電付加回路２４に設けたコンデンサを含む交流フィルタの容量を小さくできる。
【００７８】
すなわち、電源と負荷との間に複数個の基本チョッパ回路が接続され、そのスイッチングの位相をずらせるものが、「多相多重チョッパ回路」と呼ばれている。ｍ相ｍ重チョッパ回路のスイッチング周期Ｔをｍ等分し、Ｔ／ｍずつ位相をずらしてスイッチング動作させることにより、電流リップルが低減し、合成により得られる電流の周波数（合成周波数）が単相チョッパ回路の場合の相数倍となるため、フィルタとしての効果が大きくなる。本実施の形態では、３相のマルチフェーズ昇圧コンバータの、第１アームＡ１及び第３アームＡ３の２アームで降圧用のマルチフェーズコンバータを構成するのと同様になる。そして、この２アーム同士でスイッチングの位相をずらせることにより、外部交流電源１２側の電流リップルを抑制でき、交流フィルタの容量を小さくできる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。
【００７９】
［第４の発明の実施の形態］
図１１は、本発明の第４の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。本実施の形態の充電システムは、上記の図６から図７に示した第２の実施の形態と同様の、ハーフブリッジコンバータの回路を利用した構成において、３相のマルチフェーズ昇圧コンバータの回路を利用して構成している。すなわち、充電システムは、上記の図６から図７に示した第２の実施の形態の構成において、コンバータ３４は、直列に接続された２の第３スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を有する第３アームＡ３と、第３アームＡ３の中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子である第３リアクトルＬ３と、を有する第３要素８２をさらに含む。第３アームＡ３は、第１アームＡ１及び第２アームＡ２に並列に接続されている。第３リアクトルＬ３の第３アームＡ３接続側とは反対側の端子は、第１リアクトルＬ１の第１アームＡ１接続側とは反対側の端子に接続されている。
【００８０】
第２モード制御手段５０（図６参照）は、第１要素４２及び第３要素８２を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素４４を降圧コンバータとして機能させるよう、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３のスイッチングを制御する。
【００８１】
このような充電システムの形態の場合も、上記の図１０に示した第３の実施の形態と同様に、バッテリ１４充電時に第１アームＡ１及び第３アームＡ３同士でスイッチングの位相をずらせることで、外部交流電源１２の電源電流のリップルをより抑制でき、交流フィルタ７２の容量を小さくできる。その他の構成及び作用は、上記の図６から図７に示した第２の実施の形態または上記の図１０に示した第３の実施の形態と同様である。
【００８２】
［第５の発明の実施の形態］
図１２は、本発明の第５の実施の形態の充電システムの構成を示す図である。本実施の形態の充電システムは、フルブリッジコンバータの回路を利用した構成において、３相のマルチフェーズ昇圧コンバータの回路を利用して構成している。すなわち、充電システムは、上記の図６から図７に示した第２の実施の形態の構成において、直列接続コンデンサ７４を省略している。
【００８３】
また、コンバータ３４は、直列に接続された２の第３スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を有する第３アームＡ３と、第３アームＡ３の中間点に接続された第３エネルギ蓄積素子である第３リアクトルＬ３と、を有する第３要素８２をさらに含む。第３アームＡ３は、第１アームＡ１及び第２アームＡ２に並列に接続されている。第１リアクトルＬ１の第１アームＡ１接続側と反対側の端子と、第３リアクトルＬ３の第３アームＡ３接続側とは反対側の端子とに、外部交流電源１２に接続可能なコネクタ２６の２の端子をそれぞれ接続している。すなわち、第１リアクトルＬ１の第１アームＡ１接続側と反対側の端子と、第３リアクトルＬ３の第３アームＡ３接続側とは反対側の端子とに、外部交流電源１２に接続可能な２の端子をそれぞれ接続している。
【００８４】
また、充電システムは、第１スイッチＲ１、第２スイッチＲ２及び第３スイッチＲ３を備える。第１スイッチＲ１の片側（図１２の左側）は、バッテリ１４の正極側と第２スイッチＲ２の片側（図１２の左側）と第３スイッチＲ３の片側（図１２の左側）とに接続されている。第１スイッチＲ１の他側（図１２の右側）は、第１リアクトルＬ１の外部交流電源１２接続側に接続されている。また、第２スイッチＲ２の他側（図１２の右側）は、第２リアクトルＬ２の第２アームＡ２接続側とは反対側に接続されている。第３スイッチＲ３の他側（図１２の右側）は、第３リアクトルＬ３の外部交流電源１２接続側に接続されている。
【００８５】
第２モード制御手段５０（図６参照）は、第１要素４２及び第３要素８２を昇圧コンバータとして機能させ、第２要素４４を降圧コンバータとして機能させるよう、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３のスイッチングを制御する。
【００８６】
このような充電システムで、モータ３８の駆動時には、第１モード制御手段４８は、バッテリ１４から出力される電力をコンバータ３４に入力し、コンバータ３４から出力される電圧をインバータ３６を介してモータ３８に印加させるように、第１アームＡ１、第２アームＡ２及び第３アームＡ３のスイッチングを制御し、モータ３８を駆動する。この場合、第１モード制御手段４８は、第１スイッチＲ１、第２スイッチＲ２及び第３スイッチＲ３をすべてオンにする。また、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３同士で、正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御し、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３同士で、負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を同時に、すなわち同位相でオンオフ制御する。なお、正極側または負極側のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５（またはＳ２，Ｓ４，Ｓ６）のみをオンオフ制御し、他方をオフのままとすることもできる。
【００８７】
なお、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３の正極側スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５同士、及び、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３の負極側スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６同士を、それぞれ位相を例えば１２０度異ならせて、すなわちタイミングをずらせてスイッチングすることもできる。この場合、例えば、モータ駆動装置３２は、３相の昇圧コンバータとして機能する。
【００８８】
また、バッテリ１４の充電時には、コネクタ２６に外部交流電源１２を接続した状態で、第２モード制御手段５０は、外部交流電源１２からの電圧を第１要素４２及び第３要素８２に入力させ、第１要素４２及び第３要素８２で電圧変換させる、すなわち昇圧させた後、第２要素４４で電圧変換させる、すなわち降圧させてから出力される直流電圧をバッテリ１４に供給し、バッテリ１４を充電させる。このために、第２モード制御手段５０は、第１スイッチＲ１及び第３スイッチＲ３をオフとし、第２スイッチＲ２をオンとする。これとともに、第２モード制御手段５０は、第１アームＡ１及び第３アームＡ３のスイッチングのオンオフを制御することで、第１要素４２及び第３要素８２を昇圧コンバータとして機能させ、交流入力電流である、外部交流電源１２側電流の力率を１に制御する。この場合、例えば、各アームＡ１，Ａ３で対角にあるスイッチング素子同士を同時にオンオフ動作させることもできる。すなわち、第１アームＡ１の正極側スイッチング素子Ｓ１及び第３アームＡ３の負極側スイッチング素子Ｓ６同士の第１の対角関係の組を同じタイミングでオンオフ動作させ、第１アームＡ１の負極側スイッチング素子Ｓ２及び第３アームＡ３の正極側スイッチング素子Ｓ５同士の第２の対角関係の組を同じタイミングでオンオフ動作させる。この場合、第１の対角関係の組と第２の対角関係の組とのスイッチングのオンオフ動作を、デッドタイムを設けた状態で互いに逆にする。なお、第１要素４２及び第３要素８２は、フルブリッジコンバータとして機能させるもので、スイッチングの関係はこのような例に限定するものではない。
【００８９】
また、第２モード制御手段５０は、第２アームＡ２のスイッチングのオンオフを制御することで、第２要素４４を降圧コンバータとして機能させ、バッテリ１４に流れるバッテリ１４電流である電池電流を平滑に制御して、外部交流電源１２からバッテリ１４に充電させる。
【００９０】
このようにバッテリ１４の充電時には、第２モード制御手段５０は、第１アームＡ１及び第３アームＡ３のスイッチングを制御することで、交流入力電流の力率を制御し、第２アームＡ２のスイッチングを制御することで、バッテリ１４に流れるバッテリ１４電流を平滑に制御して、外部交流電源１２からバッテリ１４に充電させる。
【００９１】
このような充電システムの形態の場合も、例えば、モータ３８の駆動時に、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３のスイッチングの位相を１２０度ずつずらせることで、電池電流及びインバータ３６入力電流のリップルを低減できる。その他の構成及び作用は、上記の図６から図７に示した第２の実施の形態と同様である。
【００９２】
なお、上記の図１０から図１２のいずれか１の構成において、コンバータ３４を、それぞれのアームが直列に接続された２のスイッチング素子を有する、４以上のアームを含む構成とすることもできる。例えば上記の図１０または図１１の構成において、充電時に昇圧コンバータとして機能させるアームを３以上としたり、降圧コンバータとして機能させるアームを２以上とすることもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１０  モータ駆動装置、１２  外部交流電源、１４  バッテリ、１６  コンバータ、１８  インバータユニット、２０  第１モータジェネレータ、２２  第２モータジェネレータ、２４  充電付加回路、２６，２８  コネクタ、３０  スイッチ、３２  モータ駆動装置、３４  コンバータ、３６  インバータ、３８  モータ、４０  制御部、４２  第１要素、４４  第２要素、４６  ダイオード整流器、４８  第１モード制御手段、５０  第２モード制御手段、５２  比例補償器、５４  電流指令生成部、５６  絶対値算出部、５８  変調率演算部、６０  ＰＷＭ信号出力部、６２  キャリア信号出力部、６４  比例積分補償器、６６  第１変調率演算部、６８  第２変調率演算部、７０  第２ＰＷＭ信号出力部、７２  交流フィルタ、７４  直列接続コンデンサ、７６  正弦波内部モデル補償器、７８  変調率演算部、８０  ＰＷＭ信号出力部、８２  第３要素。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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