(57)【要約】      （修正有）【課題】外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じづらい充電システムの提供。【解決手段】外部電源４２から供給される電力によって電動機ＭＧ１が駆動される。この電動機の駆動力によって発電機ＭＧ２が駆動されて電力を生成する。この発電機によって生成された電力がバッテリに充電される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリに電力を充電する充電システムにおいて、外部電源から供給される電力によって電動機を駆動させ、該電動機の駆動力によって発電機を駆動させて電力を生成し、該発電機によって生成された電力をバッテリに充電する充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システムにおいて、前記電動機が前記バッテリに電気的に接続される状態と前記電動機が前記外部電源に電気的に接続される状態とを切り替える開閉器を具備する充電システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の充電システムにおいて、前記電動機が前記バッテリから供給される電力によって駆動せしめられて動力を出力可能である充電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の充電システムにおいて、前記電動機がそこに入力された動力によって駆動せしめられて電力を生成する機能を有し、前記電動機によって生成された電力が前記バッテリに充電可能である充電システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の充電システムにおいて、前記電動機と前記バッテリとの間にインバータが配置されている充電システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の充電システムにおいて、前記発電機が前記バッテリの電力によって駆動せしめられて動力を発生する機能を有する充電システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の充電システムにおいて、前記発電機と前記バッテリとの間にインバータが配置されている充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部電源からバッテリに電力を充電する充電システムが特許文献１に記載されている。この充電システムでは、外部電源がバッテリに電気的に直接接続された状態で、外部電源からバッテリに電力が充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１７８４０７号公報
【特許文献２】特開２００８−２５３０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１に記載の充電システムでは、外部電源からバッテリに電力が充電されるとき、外部電源がバッテリに電気的に直接接続される。しかしながら、この場合、外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じると、外部電源からバッテリに電力を充電させることができなくなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じづらい充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明は、バッテリに電力を充電する充電システムに関する。そして、本発明では、外部電源から供給される電力によって電動機が駆動され、該電動機の駆動力によって発電機が駆動されて電力を生成し、該発電機によって生成された電力がバッテリに充電される。
【０００７】
本発明によれば、以下の効果が得られる。すなわち、本発明では、外部電源の電力を利用してバッテリに電力を充電しようとするとき（すなわち、外部電源からバッテリに電力を充電しようとするとき）、外部電源は、電動機および発電機を介してバッテリに接続される。そして、電動機から発電機には、電力ではなく、動力が供給される。つまり、本発明では、外部電源からバッテリに電力を充電しようとしたときに、外部電源は、バッテリから電気的には絶縁された状態にある。このため、本発明によれば、外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じづらいという効果が得られる。
【０００８】
また、本願の別の発明の充電システムは、上記発明において、前記電動機が前記バッテリに電気的に接続される状態と前記電動機が前記外部電源に電気的に接続される状態とを切り替える開閉器を具備する。
【０００９】
また、本願のさらに別の発明では、上記発明において、前記電動機が前記バッテリから供給される電力によって駆動せしめられて動力を出力可能である。
【００１０】
また、本願のさらに別の発明では、上記発明において、前記電動機がそこに入力された動力によって駆動せしめられて電力を生成する機能を有し、前記電動機によって生成された電力が前記バッテリに充電可能である。
【００１１】
また、本願のさらに別の発明では、上記発明において、前記電動機と前記バッテリとの間にインバータが配置されている。
【００１２】
また、本願のさらに別の発明では、上記発明において、前記発電機が前記バッテリの電力によって駆動せしめられて動力を発生する機能を有する。
【００１３】
また、本願のさらに別の発明では、上記発明において、前記発電機と前記バッテリとの間にインバータが配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の１つの実施形態の充電システムを備えたハイブリッドシステムが搭載された車両の一部を示した図であり、この図では、外部電源からバッテリに電力を充電するときの充電システムの状態が示されている。
【図２】図１と同様の図であるが、この図では、ハイブリッドシステムから駆動輪に動力を出力するときの充電システムの状態が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の１つの実施形態の充電システムを備えたハイブリッドシステムが搭載された車両の一部が図１に示されている。図１において、１０はバッテリ、１１は降圧充電制御用のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）、１２Ａおよび１２Ｂはインバータ、１３は開閉器、１４は入力電流センサ、１５は入力電圧センサ、１６は入力リアクトル、１７は電源接続コネクタ、１８はＣＴセンサ、１９はＦＧ信号線、２０は制御回路、２１は制御部、ＭＧ１およびＭＧ２は発電電動機、３１Ａ〜３１Ｅはシャフト、３２は動力分配装置、３３Ａ〜３３Ｄは歯車、３４はクラッチ盤、３５はクラッチ機構、３６は車両の駆動軸、３７は車両の駆動輪、４０は電源コネクタ、４１はケーブル、４２は外部電源をそれぞれ示している。
【００１６】
バッテリ１０は、ＩＰＭ１１およびインバータ１２Ａを介して発電電動機ＭＧ１に電気的に接続されているとともに、ＩＰＭ１１およびインバータ１２Ｂを介して発電電動機ＭＧ２に電気的に接続されている。以下の説明では、発電電動機ＭＧ１を「第１発電電動機」と称し、第１発電電動機ＭＧ１に電気的に接続されているインバータ１２Ａを「第１インバータ」と称し、発電電動機ＭＧ２を「第２発電電動機」と称し、第２発電電動機ＭＧ２に電気的に接続されているインバータ１２Ｂを「第２インバータ」と称する。
【００１７】
また、バッテリ１０は、ＩＰＭ１１およびインバータ１２Ａを介して第１発電電動機ＭＧ１に電力を供給可能であるとともに、インバータ１２ＡおよびＩＰＭ１１を介して第１発電電動機ＭＧ１から供給される電力を蓄電可能である。さらに、バッテリ１０は、ＩＰＭ１１およびインバータ１２Ｂを介して第２発電電動機ＭＧ２に電力を供給可能であるとともに、インバータ１２ＢおよびＩＰＭ１１を介して第２発電電動機ＭＧ２から供給される電力を蓄電可能である。
【００１８】
ＩＰＭ１１は、バッテリ１０と第１インバータ１２Ａとの間に配置されるように、これらバッテリ１０と第１インバータ１２Ａとに電気的に接続されているとともに、バッテリ１０と第２インバータ１２Ｂとの間に配置されるように、これらバッテリ１０と第２インバータ１２Ｂとに電気的に接続されている。
【００１９】
第１インバータ１２Ａは、ＩＰＭ１１と第１発電電動機ＭＧ１との間に配置されように、ＩＰＭ１１に電気的に接続されているとともに、開閉器１３を介して第１発電電動機ＭＧ１に電気的に接続可能となっている。第１インバータ１２Ａが開閉器１３を介して第１発電電動機ＭＧ１に電気的に接続されているときには、第１インバータ１２Ａは、第１発電電動機ＭＧ１によって生成された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０に供給可能であり、一方、バッテリ１０の直流電力を交流電力に変換して第１発電電動機ＭＧ１に供給可能である。
【００２０】
第２インバータ１２Ｂは、ＩＰＭ１１と第２発電電動機ＭＧ２との間に配置されるように、ＩＰＭ１１および第２発電電動機ＭＧ２に電気的に接続されている。第２インバータ１２Ｂは、バッテリ１０の直流電力を交流電力に変換して第２発電電動機ＭＧ２に供給可能であり、一方、第２発電電動機ＭＧ２によって生成された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０に供給可能である。
【００２１】
第１発電電動機ＭＧ１は、開閉器１３を介して第１インバータ１２Ａ（ひいては、バッテリ１０）に電気的に接続可能であるとともに、開閉器１３を介して制御回路２０（ひいては、電源接続コネクタ１７）に電気的に接続可能である。また、第１発電電動機ＭＧ１は、シャフト３１Ａを介して動力分配装置３２に接続されている。第１発電電動機ＭＧ１は、そこにインバータ１２Ａおよび開閉器１３を介してバッテリ１０から電力が供給され、あるいは、開閉器１３を介して外部電源から電力が供給されると、この電力によって回転駆動せしめられて動力を発生し、この動力をシャフト３１Ａに出力する。一方、第１発電電動機ＭＧ１は、そこにシャフト３１Ａを介して動力が入力されると、この動力によって回転駆動せしめられて電力を生成し、この電力を開閉器１３およびインバータ１２Ａを介してバッテリ１０に供給可能である。
【００２２】
第２発電電動機ＭＧ２は、第２インバータ１２Ｂに電気的に接続されているとともに、シャフト３１Ｂを介して動力分配装置に接続され、シャフト３１Ｄを介して歯車３３Ａに接続されている。第２発電電動機ＭＧ２は、そこにインバータ１２Ｂを介してバッテリ１０から電力が供給されると、この電力によって回転駆動せしめられて動力を発生し、この動力をシャフト３１Ｂとシャフト３１Ｄとのうちの一方または両方に出力する。一方、第２発電電動機ＭＧ２は、そこにシャフト３１Ｂを介して動力が入力され、あるいは、そこにシャフト３１Ｄを介して動力が入力されると、この動力によって回転駆動せしめられて電力を生成し、この電力をインバータ１２Ｂを介してバッテリ１０に供給可能である。
【００２３】
動力分配装置３２は、シャフト３１Ａを介して第１発電電動機ＭＧ１に接続され、シャフト３１Ｂを介して第２発電電動機ＭＧ２に接続され、シャフト３１Ｃを介して内燃機関（図示せず）に接続されている。詳細には、動力分配装置３２は、遊星歯車機構からなり、そのプラネタリギアがシャフト３１Ａを介して第１発電電動機ＭＧ１に接続され、そのリングギアがシャフト３１Ｂを介して第２発電電動機ＭＧ２に接続され、そのサンギアがシャフト３１を介して内燃機関の動力出力軸（すなわち、クランクシャフト）に接続されている。動力分配装置３２は、シャフト３１Ａを介して第１発電電動機ＭＧ１からそこに入力される動力を第２発電電動機ＭＧ２と内燃機関とのうちの一方または両方に分配可能である。また、動力分配装置３２は、シャフト３１Ｂを介して第２発電電動機ＭＧ２からそこに入力される動力を第１発電電動機ＭＧ１と内燃機関とのうちの一方または両方に分配可能である。また、動力分配装置３２は、シャフト３１Ｃを介して内燃機関からそこに入力される動力を第１発電電動機ＭＧ１と第２発電電動機ＭＧ２とのうちの一方または両方に分配可能である。なお、内燃機関は、燃料を燃焼室内で燃焼させることによって動力を発生する機関である。
【００２４】
歯車３３Ａは、シャフト３１Ｄを介して第２発電電動機ＭＧ２に接続されているとともに、歯車３３Ｂに噛合されている。第２発電電動機ＭＧ２から歯車３３Ａに動力が入力されると、歯車３３Ａは、この動力を歯車３３Ｂに伝達し、一方、歯車３３Ｂから歯車３３Ａに動力が入力されると、歯車３３Ａは、この動力をシャフト３１Ｄを介して第２発電電動機ＭＧ２に伝達する。
【００２５】
歯車３３Ｂは、歯車３３Ａに噛合されているとともに、シャフト３１Ｅを介してクラッチ盤３４に接続されている。歯車３３Ａから歯車３３Ｂに動力が入力されると、歯車３３Ｂは、この動力をシャフト３１Ｅを介してクラッチ盤３４に伝達し、一方、シャフト３１Ｅを介してクラッチ盤３４から歯車３３Ｂに動力が入力されると、歯車３３Ｂは、この動力を歯車３３Ａに伝達する。
【００２６】
クラッチ盤３４は、シャフト３１Ｅを介して歯車３３Ｂに接続されているとともに、歯車３３Ｃに連結可能である。クラッチ盤３４が歯車３３Ｃに連結されているときに、シャフト３１Ｅを介して歯車３３Ｂからクラッチ盤３４に動力が入力されると、クラッチ盤３４は、この動力を歯車３３Ｃに伝達する。一方、クラッチ盤３４が歯車３３Ｃに連結されているときに、歯車３３Ｃからクラッチ盤３４に動力が入力されると、クラッチ盤３４は、この動力をシャフト３１Ｅを介して歯車３３Ｂに伝達する。一方、クラッチ盤３４が歯車３３Ｃに連結されていないときには、クラッチ盤３４と歯車３３Ｃとの間での動力の伝達は行われない。
【００２７】
歯車３３Ｃは、クラッチ盤３４に連結可能であるとともに、歯車３３Ｄに噛合されている。したがって、歯車３３Ｃは、クラッチ盤３４に連結される箇所にクラッチ盤を有する。歯車３３Ｃがクラッチ盤３４に連結されているときに、クラッチ盤３４から歯車３３Ｃに動力が入力されると、歯車３３Ｃは、この動力を歯車３３Ｄに伝達する。一方、歯車３３Ｃがクラッチ盤３４に連結されているときに、歯車３３Ｄから歯車３３Ｃに動力が入力されると、歯車３３Ｃは、この動力をクラッチ盤３４に伝達する。
【００２８】
なお、クラッチ機構３５は、クラッチ盤３４と歯車３３Ｃとを有する。
【００２９】
歯車３３Ｄは、駆動軸３６に設けられ、駆動軸３６は、駆動輪３７に接続されている。駆動輪３７は、歯車３３Ｄを介して歯車３３Ｃから駆動軸３６に入力された動力によって回転駆動せしめられる。
【００３０】
開閉器１３は、第１インバータ１２Ａと第１発電電動機ＭＧ１と制御回路２０との間に配置されるように、第１インバータ１２Ａ、第１発電電動機ＭＧ１、および、制御回路２０に接続されている。そして、開閉器１３は、第１インバータ１２Ａと第１発電電動機ＭＧ１との間の電気的な接続と、制御回路２０（ひいては、電源接続コネクタ１７）と第１発電電動機ＭＧ１との間の電気的な接続と、を選択的に確立可能である。開閉器１４としては、たとえば、電磁式の開閉器を採用可能である。
【００３１】
制御回路２０は、開閉器１３と電源接続コネクタ１７との間に配置されるように、開閉器１３と電源接続コネクタ１７とに電気的に接続されている。なお、制御回路２０は、入力電流センサ１４、入力電圧センサ１５、入力リアクトル１６、ＣＴセンサ１８、および、ＦＧ信号線１９を有する。また、入力電流センサ１４の出力信号、入力電圧センサ１５の出力信号、および、ＣＴセンサ１８の出力信号は、制御部２１に入力される。
【００３２】
電源接続コネクタ１７は、制御回路２０に電気的に接続されており、電源コネクタ４０に電気的に接続可能である。電源コネクタ４０は、ケーブル４１を介して外部電源（たとえば、三相交流電源）４２に電気的に接続されている。
【００３３】
制御部２１は、各種センサから入力される信号に基づいて、開閉器１３の動作（具体的には、第１発電電動機ＭＧ１を制御回路２０に電気的に接続する動作、あるいは、第１発電電動機ＭＧ１を第１インバータ１２Ａに接続する動作）、制御回路２０の動作（具体的には、第１発電電動機ＭＧ１への電力の供給）、バッテリ１０から第１発電電動機ＭＧ１への電力の供給、バッテリ１０から第２発電電動機ＭＧ２への電力の供給、動力分配装置３２の動作（具体的には、第１発電電動機ＭＧ１と第２発電電動機ＭＧ２と内燃機関との間の動力のやりとり）などを制御する。
【００３４】
次に、本実施形態の充電システムの動作について説明する。バッテリ１０に電力を充電しようとするときには、電源コネクタ４０が電源接続コネクタ１７に接続される。そして、電源コネクタ４０が電源接続コネクタ１７に接続されたことが検知されると、開閉器１３は、図１に示されているように、制御回路２０（すなわち、電源接続コネクタ１７、ひいては、電源コネクタ４０に接続された外部電源４２）と第１発電電動機ＭＧ１との間の電気的な接続を確立する。つまり、このとき、開閉器１３は、外部電源４２を第１発電電動機ＭＧ１に電気的に接続する。また、このとき、クラッチ盤３４と歯車３３Ｃとの間の連結は、解除される。そして、外部電源４２から開閉器１３を介して第１発電電動機ＭＧ１に電力が供給され、この電力によって第１発電電動機ＭＧ１が駆動せしめられて動力を発生する。第１発電電動機ＭＧ１が発生した動力は、シャフト３１Ａ、動力分配装置３２、および、シャフト３１Ｂを介して第２発電電動機ＭＧ２に入力される。第２発電電動機ＭＧ２は、そこに入力された動力によって駆動せしめられて電力を生成する。そして、この電力は、第２インバータ１２Ｂを介してバッテリ１０に充電される。なお、このとき、第１発電電動機ＭＧ１は、電動機として働き、第２発電電動機ＭＧ２は、発電機として働くことになる。また、図１において、矢印１００は、電力の流れを示しており、矢印１０１は、動力の流れを示している。
【００３５】
なお、駆動輪を駆動させようとするときには、開閉器１３は、図２に示されているように、第１インバータ１２Ａと第１発電電動機ＭＧ１との間の電気的な接続を確立する。つまり、このとき、開閉器１３は、第１インバータ１２Ａを第１発電電動機ＭＧ１に電気的に接続する。また、このとき、クラッチ盤３４は、歯車３３Ｃに連結される。そして、第１発電電動機ＭＧ１から動力伝達装置３２に動力を出力すべきときには、バッテリ１０から第１インバータ１２Ａを介して第１発電電動機ＭＧ１に電力が供給され、この電力によって第１発電電動機ＭＧ１が駆動せしめられて第１発電電動機ＭＧ１が動力を発生する。この動力は、シャフト３１Ａを介して動力伝達装置３２に入力され、ひいては、駆動輪３７に入力される。また、第２発電電動機ＭＧ２から歯車３３Ａに動力を出力すべきときには、バッテリ１０から第２インバータ１２Ｂを介して第２発電電動機ＭＧ２に電力が供給され、この電力によって第２発電電動機ＭＧ２が駆動せしめられて第２発電電動機ＭＧ２が動力を発生する。この動力は、シャフト３１Ｄを介して歯車３３Ａに入力され、ひいては、駆動輪３７に入力される。駆動輪３７は、そこに入力された動力によって駆動せしめられる。なお、図２において、矢印１００は、電力の流れを示している。
【００３６】
また、本実施形態では、たとえば、車両を減速させるために、車両の運動エネルギを電力に変換するいわゆる回生を実行可能である。すなわち、本実施形態では、車両の運動エネルギが駆動輪３７から第２発電電動機ＭＧ２に入力可能である。そして、車両の運転エネルギが第２発電電動機ＭＧ２に入力されると、この運動エネルギによって第２発電電動機ＭＧ２が駆動せしめられて第２発電電動機ＭＧ２が電力を生成する。この電力は、第２インバータ１２Ｂを介してバッテリ１０に充電される。また、本実施形態では、車両の運動エネルギが駆動輪３７から第１発電電動機ＭＧ１にも入力可能である。そして、車両の運動エネルギが第１発電電動機ＭＧ１に入力されると、この運動エネルギによって第１発電電動機ＭＧ１が駆動せしめられて第１発電電動機ＭＧ１が電力を生成する。この電力は、第１インバータ１２Ａを介してバッテリ１０に充電される。
【００３７】
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態では、外部電源の電力を利用してバッテリに電力を充電しようとするとき（すなわち、外部電源からバッテリに電力を充電しようとするとき）、外部電源は、第１発電電動機および第２発電電動機を介してバッテリに接続される。そして、第１発電電動機から第２発電電動機には、電力ではなく、動力が供給される。つまり、本実施形態では、外部電源からバッテリに電力を充電しようとしたときに、外部電源は、バッテリから電気的には絶縁された状態にある。このため、本実施形態によれば、外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じづらいという効果が得られる。
【００３８】
なお、外部電源からバッテリに電力を充電するときに外部電源がバッテリから電気的に絶縁されない場合において、バッテリを大容量化すると、外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じやすい。しかしながら、本実施形態によれば、外部電源からバッテリに電力を充電するときに外部電源がバッテリから電気的に絶縁されていることから、バッテリを大容量化しても、外部電源とバッテリとの間の回路に短絡故障が生じづらいという効果も得られる。
【００３９】
また、本実施形態では、開閉器によって外部電源をバッテリから電気的に絶縁することができるので、充電システムを大型化することがなく、また、充電システムの製造コストを上昇させることもない。
【００４０】
また、本実施形態では、外部電源の電力によって第２発電電動機を駆動させ、第２発電電動機によって生成された電力をバッテリに充電することから、外部電源からバッテリに電力を急速に充電することができる。そして、これによれば、たとえ、バッテリを大容量化したとしても、短い時間で外部電源からバッテリに電力を充電することができる。また、バッテリが大容量化されれば、内燃機関から出力される動力によって、たとえば、第１発電電動機を駆動させて第１発電電動機によって電力を生成させ、この電力をバッテリに充電しなければならない場面が少なくなるので、第１発電電動機に電力を生成させるための内燃機関の燃費を低く抑えることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、ＣＴセンサによってＦＧ信号線（すなわち、グランド線）の断線を検知することができる。このため、充電システムの安全性が高いと言える。
【符号の説明】
【００４２】
１０…バッテリ、１２Ａ、１２Ｂ…インバータ、１３…開閉器、１７…電源接続コネクタ、３５…クラッチ機構、４０…電源コネクタ、４１…ケーブル、４２…外部電源、ＭＧ１、ＭＧ２…発電電動機
【図１】
2013150372.tif 000003
【図２】
2013150372.tif 000004