(57)【要約】【課題】モータの大型化を防ぐことができる電力変換装置及び充電システムを提供する。【解決手段】外部電源から供給される直流電力を変換してバッテリ１に供給する電力変換装置において、多重巻線を有するモータ５と、多重巻線のうち一方の巻線５１に接続され、モータの一方の巻線５１から出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリに供給する第１インバータと、多重巻線のうち他方の巻線５２に接続され、外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５の他方の巻線５２に供給する第２インバータとを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から供給される直流電力を変換してバッテリに供給する電力変換装置において、
多重巻線を有するモータと、
前記多重巻線のうち一方の巻線に接続され、前記モータの一方の巻線から出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給する第１インバータと、
前記多重巻線のうち他方の巻線に接続され、前記外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータの他方の巻線に供給する第２インバータとを備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１インバータ及び前記第２インバータは、
前記バッテリから供給される直流電力を変換して前記モータの多重巻線に供給し、前記モータを駆動させる
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２インバータの直流側に接続されたＤＣＤＣコンバータをさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バッテリの充電状態を管理する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は前記充電状態に応じて前記ＤＣＤＣコンバータを制御する
ことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１インバータと前記バッテリとの間に接続された第１リレースイッチと、
前記第２インバータと前記バッテリとの間に接続された第２リレースイッチと
前記バッテリ及び前記第２インバータと前記外部電源との間に接続された第３リレースイッチとをさらに備え、
前記外部電源から供給される電力で前記バッテリを充電する場合には、前記第１リレースイッチ及び前記第３リレースイッチはオンに、かつ、前記第２リレースイッチはオフになり、
前記バッテリから供給される電力で前記モータを駆動する場合には、前記第１リレースイッチ及び前記第２リレースイッチはオンに、かつ、前記第３リレースイッチはオフになる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１インバータ及び前記第２インバータを制御する制御手段をさらに備え、
前記第１インバータ及び前記第２インバータは、
前記バッテリの両端子にそれぞれ電気的に接続された複数対のスイッチング素子をそれぞれ有し、
前記制御手段は、
前記複数対のスイッチング素子のうち一のスイッチング素子が故障した場合には、前記一のスイッチング素子を含む相以外の相のスイッチング素子を用いて、前記外部電源から供給される電力により前記バッテリを充電する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
多重巻線を有するモータと、
前記モータの駆動源であるバッテリと、
前記多重巻線のうち一方の巻線に接続され、前記モータの一方の巻線から出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給する第１インバータと、
前記多重巻線のうち他方の巻線に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの他方の巻線に供給する第２インバータと、
前記第２インバータの直流側に接続され、前記モータを介して前記バッテリを充電する充電部とを備えることを特徴とする充電システム。
【請求項８】
前記充電部は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に整流する整流器を有する
ことを特徴とする請求項７記載の充電システム。
【請求項９】
前記充電部は、前記整流器と前記第２インバータの直流側との間に、電力の力率を調整する力率改善回路を有する
ことを特徴とする請求項８記載の充電システム。
【請求項１０】
前記充電部は、ＤＣＤＣコンバータを有する
ことを特徴とする請求項８または９記載の充電システム。
【請求項１１】
前記第１インバータと前記バッテリとの間に接続された第１リレースイッチと、
前記第２インバータと前記バッテリとの間に接続された第２リレースイッチと
前記バッテリ及び前記第２インバータと前記充電器との間に接続された第３リレースイッチとをさらに備え、
前記充電部で前記バッテリを充電する場合には、前記第１リレースイッチ及び前記第３リレースイッチはオンに、かつ、前記第２リレースイッチはオフになり、
前記バッテリから供給される電力で前記モータを駆動する場合には、前記第１リレースイッチ及び前記第２リレースイッチはオンに、かつ、前記第３リレースイッチはオフになる
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の充電システム。
【請求項１２】
前記第１インバータ及び前記第２インバータを制御する制御手段をさらに備え、
前記第１インバータ及び前記第２インバータは、
前記バッテリの両端子にそれぞれ電気的に接続された複数対のスイッチング素子をそれぞれ有し、
前記制御手段は、
前記複数対のスイッチング素子のうち一のスイッチング素子が故障した場合には、前記一のスイッチング素子を含む相以外の相のスイッチング素子を用いて、前記充電部から供給される電力を前記バッテリに供給する
ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び充電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械駆動系に接続されそのステータが第１巻線と第２巻線の２重巻線を有する多相誘導モータと、第１巻線に接続された第１インバータと、第１インバータに接続されたバッテリと、を備え、多相誘導モータを電動機又は発電機として機能させるリターダ装置において、外部電源からの交流電流を第２巻線に通電する通電手段と、この通電手段による通電期間中は多相誘導モータのロータを静止状態に維持する静止手段と、を有し、外部電源から第２巻線に交流電流を通電することにより第１巻線に誘導電流を生ぜしめ、第１インバータを介してバッテリを充電するリターダ装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２３１５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、低周波の交流電源でバッテリを充電する場合に、外部電源の交流電流が直接、モータに通電されるため、トランスとして作用するモータには低周波数の交流電流が流れ、モータのインダクタンスを大きくする必要があり、モータが大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、モータの大型化を防ぐことができる電力変換装置及び充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、モータの多重巻線のうち一方の巻線に接続され、モータから出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリに供給する第１インバータと、多重巻線のうち他方の巻線に接続され、外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給する第２インバータとを備えることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、外部電源によりバッテリを充電する場合に、モータに供給される電力の周波数が第２インバータの制御によって設定されるため、前記モータに供給される電力の周波数を高くすることでき、その結果として、モータの大型化を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る充電システムのブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。  
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む充電システムのブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ５を走行駆動源として走行する車両であり、モータ５は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置にも本発明を適用可能である。また電力変換装置は車両に搭載されている。
【００１１】
本例の充電システムは、バッテリ１と、リレースイッチ１１、１２と、電圧センサ２１、２２と、インバータ３１、３２と、電流センサ４１、４２と、モータ５と、リレースイッチ６と、充電器７とを備えている。
【００１２】
バッテリ１は、リレースイッチ１１、１２を介してインバータ３１、３２にそれぞれ接続されている。バッテリ１は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池により構成され、モータ５の駆動源となる。バッテリ１は、モータ５の回生制御による電力、及び、外部の商用電源等の交流電源８からの電力により充電される。
【００１３】
リレースイッチ１１はバッテリ１とインバータ３１との間に接続されている。リレースイッチ１１は、コントローラ１００の制御に基づいてオン及びオフを切り替え、バッテリ１とインバータ３１との間を電気的に導通し、遮断する。リレー１２はバッテリ１とインバータ３２との間に接続されている。リレー１２は、コントローラ１００の制御に基づいてオン及びオフを切り替え、バッテリ１とインバータ３２との間を電気的に導通し、遮断する。
【００１４】
電圧センサ２１はインバータ３１の入力電圧を検出するセンサである。電圧センサ２１は、バッテリ１の両端子に接続される給電母線の間に接続され、インバータ３１のＤＣラインに接続されている。電圧センサ２２はインバータ３２の入力電圧を検出するセンサである。電圧センサ２２は、バッテリ１の両端子に接続される給電母線の間に接続され、インバータ３２のＤＣラインに接続されている。
【００１５】
インバータ３１は、バッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５に供給するＤＣ／ＡＣインバータであり、バッテリ１とモータ５との間に接続されている。インバータ３１は、直流側に平滑用のコンデンサ３１１と、複数のスイッチング素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６と、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に並列に接続され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の電流方向とは逆方向に電流が流れる整流素子（還流ダイオード）Ｄ１〜Ｄ６とを有している。また、２つのスイッチング素子を直列に接続した３対の回路がバッテリ１に並列に接続され、各対のスイッチング素子間とモータ５の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、コントローラ１００から送信される駆動信号に基づきオン及びオフを切り替え、電力を変換する。
【００１６】
インバータ３２は、バッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５に供給するＤＣ／ＡＣインバータであり、バッテリ１とモータ５との間に接続されている。またインバータ３２は、充電器７から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５に供給するインバータであり、充電器７とモータ５との間に接続されている。インバータ３２は、直流側に平滑用のコンデンサ３２１と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、整流素子Ｄ１〜Ｄ６を有している。インバータ３２の構成は、インバータ３１の構成と同様であるため説明を省略する。
【００１７】
電流センサ４１はインバータ３１とモータ５との際の相電流を検出するセンサであって、インバータ３１のＵ相の配線及びＶ相の配線に接続されている。なお、インバータ３１のＷ相の電流は、Ｕ相の電流センサの検出電流及びＶ相の電流センサの検出電流から算出すればよい。電流センサ４２はインバータ３２とモータ５との間の相電流（すなわち、インバータ３２からモータ５の各相に供給される電流）を検出するセンサであって、インバータ３２のＵ相の配線及びＶ相の配線に接続されている。なお、インバータ３２のＷ相の電流は、Ｕ相の電流センサの検出電流及びＶ相の電流センサの検出電流から算出すればよい。
【００１８】
モータ５は、例えば多重巻線を有する同期モータであって、インバータ３１、３２の交流側に接続されている。モータ５はバッテリ１からの電力で駆動する。モータ５は、インバータ３１に接続された巻線５１（第１巻線）と、インバータ３２に接続された巻線５２（第２巻線）とを備えている。第１巻線５１と第２巻線５２との間は、電気的には導通していないが、磁気的に結合されている。そのため、交流電流が第２巻線に流れると、第１巻線５１に誘導電流が発生し、誘導電流がインバータ３１の交流側に流れる。すなわち、モータ５はトランスとして作用し、インバータ３１、３２は第１巻線５１及び第２巻線５２に対して独立したインバータになっている。モータ５は発電機としても駆動し、モータ５の回生により発生する電力で、バッテリ１を充電することも可能である。なお、モータ５は、多重巻線を有したモータであれば、誘導モータ等の他の種類のモータであってもよい。
【００１９】
リレースイッチ６は、バッテリ１及びインバータ３２と、充電器７との間に接続され、インバータ３２のＤＣラインに接続されている。リレースイッチ６は、コントローラ１００の制御に基づいてオン及びオフを切り替え、充電器７とインバータ３２との間を電気的に導通し、遮断する。
【００２０】
充電器７は、整流器７１と、フィルタ７２と、差込口７３とを備えている。充電器７は、リレースイッチ７を介してインバータ３２のＤＣラインに接続され、インバータ３２の直流側に接続されている。充電器７は外部の電源である交流電源８の電力を変換して、インバータ３１、３２及びモータ５を介してバッテリ１を充電する充電装置である。
【００２１】
整流器７１は、例えば複数のダイオードのブリッジ回路により構成され、入力される交流電力を直流電力に整流して出力する。フィルタ７２は、交流電源８の出力に含まれるノイズを除去するためのノイズフィルタであって、絶縁性のトランス及びＬＣフィルタにより構成されている。フィルタ７２は整流器７１と差込口７３との間に接続されている。差込口７３は、交流電源８に差し込まれ、交流電源８と電気的な導通をとるための充電ポートである。差込口７３が交流電源８に差し込まれると、交流電源８からの交流電力が充電器７に供給される。そして、フィルタ７３でノイズ除去された交流電力が整流器７１で直流電力に整流されて、リレースイッチ６を介して、インバータ３２の直流側に供給される。
【００２２】
交流電源８は、車両の外側に設けられた商用電源等の交流電力を供給する電源であって、外部の電源となる。交流電源８は、バッテリ１を充電する際の電力源となる。
【００２３】
コントローラ１００は、モータ５の駆動制御及びバッテリ１の充電制御を行う制御部である。コントローラ１００はリレースイッチ６、１１、１２のオン及びオフを切り替える。コントローラ１００は、電圧センサからの信号及び電流センサからの信号を読み込んで、インバータ３１、３２を制御する。
【００２４】
次に、コントローラ１００の制御について、図１を用いて説明する。まずモータ５の駆動制御について説明する。
【００２５】
コントローラ１００は、バッテリ１からの電力でモータ５を駆動する場合には、リレースイッチ１１及びリレースイッチ１２をオンに、リレースイッチ６をオフにして、バッテリ１とインバータ３１、３２との間を導通させ、インバータ３２と充電器７との間を電気的に遮断する。
【００２６】
コントローラ１００は、図示しない運転者によって操作されるアクセルの開度を検出するアクセルセンサの検出値等の車両情報に基づくトルク指令値、電圧センサ２１、２２の検出電圧、及び、モータ５の回転速度を検出するセンサ（図示しない）の検出値から電流指令値を算出する。そしてコントローラ１００は、電流センサ４１、４２からの信号を読み込み、相電流の検出値を電流指令値と一致させる指令値を算出し、当該指令値からインバータ３１、３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動させるＰＷＭ信号を生成して、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に出力する。これにより、インバータ３１、３２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６において、スイッチング動作が行われバッテリ１の電力でモータ５が駆動する。
【００２７】
次に、交流電源８の電力によるバッテリ１の充電制御について説明する。コントローラ１００は、充電操作者の操作に基づく充電開始命令（例えば車両に設けられた、充電開始時に運転者によって操作される充電スイッチがオンされることによって発生する充電開始命令）を示す信号を受信すると、差込口７３と交流電源８との間が導通していることを確認した上で、リレースイッチ１１及びリレースイッチ６をオンに、リレースイッチ１２をオフにする。これにより、バッテリ１とインバータ３１との間、及び、インバータ３２と充電器７との間が導通され、インバータ３２とバッテリ１との間は遮断される。
【００２８】
リレースイッチ６がオンになると、充電器７から出力される直流電力がインバータ３２の直流側に供給される。リレースイッチ１２はオフになっているため、充電器７から出力される直流電力が直接バッテリ１に流れることはない。コントローラ１００は、電流センサ４２の検出電流が充電制御に適した電流値になるようにインバータ３２を制御することで、インバータ３２を電流制御で制御し、充電器７の直流電力を交流電力に変換して第２巻線５２に供給する。
【００２９】
コントローラ１００は、インバータ３２に含まれるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングのタイミングを制御することで、インバータ３２から出力される交流電流の周波数を任意に設定することができる。そのため、本例では、交流電源８を用いてバッテリ１を充電する際には、インバータ３２から出力される交流電流の周波数が交流電源８の周波数より高くなるように、コントローラ１００はインバータ３２を制御する。例えば、交流電源８に家庭用電源を用いた場合には、交流電源の周波数は５０〜６０Ｈｚになるため、インバータ３２から出力される交流電流の周波数は、５０〜６０Ｈｚより高い周波数に設定される。
【００３０】
第２巻線５２に電流が流れると、モータ５がトランスとして作用し、第１巻線５１に誘導電流が流れる。第１巻線５１の誘導交流電流は、モータ５からインバータ３１に出力される。コントローラ１００は、電圧センサ２１の検出電圧が充電制御に適した電圧値になるようにインバータ３１を制御することで、インバータ３１を電圧制御で制御し、モータ５から出力される交流電力を直流電力に変換してバッテリ１に供給する。そして、バッテリ１に電力が供給されることで、バッテリ１が充電される。バッテリ１の容量が満充電に達すると、コントローラ１００はインバータ３１、３２の制御を停止し、リレースイッチ６、１１をオフにして、充電を終了させる。なお、バッテリ１の充電容量は、コントローラ１００で管理されている。
【００３１】
ここで、インバータ３１の電圧制御とインバータ３２の電流制御について説明する。モータ５をトランスとして作用させた場合に、インバータ３２からモータ５に入力される電力は、電流センサ４２の検出値である三相の電流値と電圧センサ２２の電圧値により決定する。またインバータ３１からバッテリ１に入力される電力も、電流センサ４１の電流値と電圧センサ２１の電圧値により決定する。
【００３２】
仮に電流センサ４１の検出値及び電流センサ４２の検出値を用いて、インバータ３１、３２を共に電流制御を行った場合について説明する。電流センサ４１と電流センサ４２との間の公差によって、センサの検出誤差の大きさが異なる場合がある。そのため、電流センサ４２の検出値に基づいてインバータ３２を電流制御で制御して、所望の交流電流をインバータ３１に出力した際に、当該所望の交流電流と、電流センサ４１の検出値は異なる値となる。にもかかわらず、電流センサ４１の電流値を用いてインバータ３１を電流制御した場合には、インバータ３１は、実際に流れる電流の値と異なる電流値に基づいて制御されることなる。すなわち、インバータ３１とインバータ３２とを同時に電流値を用いて制御することは好ましくない。なお、電圧値についても同様に、インバータ３１とインバータ３２とを同時に電圧値を用いて制御することは好ましくない。
【００３３】
一方、本例はインバータ３１を電圧制御でインバータ３２を電流制御で制御している。例えば、インバータ３２の交流電流が一定になるよう制御すると、第１巻線５１には電圧が発生する。そしてコントローラ１００がインバータ３１を制御して電圧センサ２１の電圧値を設定すると、電圧差による電流がインバータ３１に流れる。インバータ３２では、インバータ３１に流れた電流に応じて電圧変化が生じるが、インバータ３２は電流制御で制御しているため、電流制御に当該電圧変化が影響することはない。
【００３４】
上記のように、本例に係る電力変換装置及び充電システムは、第１巻線５１及び第２巻線５２を有するモータ５と、第１巻線５１に接続され、モータ５から出力される交流電力を直流電力に変換しバッテリ１に供給するインバータ３１と、第２巻線５２に接続され、充電器７から供給される直流電力を交流電力に変換しモータ５に供給するインバータ３２とを備えている。これにより、バッテリ１を充電する際に、第２巻線５２に供給される電力の周波数がインバータ３２の制御により設定されるため、第２巻線５２に供給される電力の周波数を高くすることができる。その結果として、モータ５のインダクタンスを抑制し、モータ５の小型化を図ることができる。
【００３５】
特に、本例の電力変換装置を、電気自動車などの車両に搭載した場合には、モータ５の搭載スペースが限られる一方で、電力源となるバッテリ１には高電圧が要求される。本例は、充電器７から供給される電力をインバータ３２を介して第２巻線５２に供給し、第２巻線５２に供給される電力の周波数を高い周波数に設定しているため、モータ５の小型化を図ることができる。またバッテリ１の充電の際に、トランスとして作用するモータ５の１次側（第２巻線５２）に高周波の電流が入力されるため、２次側（第１巻線５１）の出力電圧を高電圧にすることができ、その結果として、バッテリ１に十分な電力を供給することができる。
【００３６】
また本例において、インバータ３１、３２はバッテリ１から供給される直流電力を変換してモータ５に供給し、モータ５を駆動させる。これにより、本例は車両の駆動システムに含まれる電力変換に係る構成及びモータ５を利用して、外部の電源からバッテリ１を充電することができ、充電専用のインバータを設けなくてもよい。
【００３７】
また本例は、交流電源８の電力でバッテリ１を充電する場合には、リレースイッチ６、１１をオンに、かつ、リレースイッチ１２をオフにし、バッテリ１の電力でモータ５を駆動する場合には、リレースイッチ１１、１２をオンにリレースイッチ６をオフにする。これにより、本例は、リレースイッチ６、１１、１２のオン及びオフを制御することで、バッテリ１の充電制御及びモータ５の駆動制御を切り替えることができる。
【００３８】
なお、本例の充電システムに含まれる電力変換装置は、リレースイッチ１１、１２と、電圧センサ２１、２２と、インバータ３１、３２と、電流センサ４１、４２と、モータ５を備えており、リレースイッチ６及びバッテリ７は、電力変換装置に設けてもよく、電力変換装置の外部に設けてもよい。また電力変換装置を車両側に設けた場合には、充電器７及び交流電源８が外部電源に相当する。
【００３９】
また、充電器７を車両の外側に設けた場合には、リレースイッチ６及びリレースイッチ６を制御する制御部を車両外に設けてもよく、車両内に設けてもよい。
【００４０】
なお、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びインバータ３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はそれぞれ並列接続してもよい。例えばＵ相の上アームに対して、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ１及びインバータ３２のスイッチング素子Ｑ１を並列に接続する。これにより、インバータ３１、３２の耐電流を大きくすることでき、インバータ３１、３２の容量を大きくすることができる。
【００４１】
また、本例はモータ５を二重の巻線より構成したが、三重以上の多重巻線により構成してもよい。
【００４２】
なお、本例において、コントローラ１００はインバータ３１を電圧制御で制御し、インバータ３２を電流制御で制御しているが、インバータ３１を電流制御で制御し、インバータ３２を電圧制御で制御してもよい。例えば、インバータ３２の電圧値が一定になるよう制御すると、第２巻線５２に電流が流れることにより磁束が発生し、第１巻線５１に起電力が生じる。インバータ３１を電流制御で制御した場合には、電流制御に応じた電流が第１巻線５１に流れ、第２巻線５２にも誘導電流として流れるため、インバータ３２の電流が変動する。しかし、本例では、インバータ３２を電圧制御で制御しているため、当該電流変化によりインバータ３２の電圧制御に影響を与えることはない。このように、本例はインバータ３１又はインバータ３２のいずれか一方のインバータを電流制御し、他方のインバータを電圧制御する。
【００４３】
上記インバータ３１が本発明の「第１インバータ」に相当し、インバータ３２が「第２インバータ」に、リレースイッチ１１が「第１リレースイッチ」に、リレースイッチ１２が「第２リレースイッチ」に、リレースイッチ６が「第３リレースイッチ」に、コントローラ１００が「制御手段」に、充電器７が「充電部」に相当する。
【００４４】
《第２実施形態》
図２は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、力率改善回路７４を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
【００４５】
図２に示すように、充電器７は力率改善回路７４を有している。力率改善回路７４は、整流器７１とインバータ３２との間に接続され、整流器７１の出力側に接続されている。インバータ３２のＤＣラインには、力率改善回路７４の出力電力が供給される。
【００４６】
力率改善回路７４は、交流電源８の電力でバッテリ１を充電する際に、充電器７からの出力電力をバッテリ１の充電に適した電力に調整するための回路である。力率改善回路７４は、例えば昇圧チョッパにより構成される。力率改善回路７４は、交流電源８から入力される電力の力率を１に近づけるための回路であって、充電器１への入力電圧波形を、電流波形に近似した波形になるよう制御することで力率を改善する。
【００４７】
上記のように、本例は、整流器７１とインバータ３２との間に力率改善回路７４を接続する。これにより、バッテリ１の充電の際に、差込口７３にから入力された電力を有効に用いることができるため、その結果として、充電効率が上がり、充電時間を短縮化することができる。
【００４８】
《第３実施形態》
図３は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、ＤＣＤＣコンバータ７５を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態及び第２実施形態の記載を適宜、援用する。
【００４９】
ＤＣＤＣコンバータ７５は、充電器７の出力端子と整流器７１との間に設けられ、整流器７１により整流された直流電力を昇圧した直流電力に変換するための回路であり、双方向のコンバータである。ＤＣＤＣコンバータ７５は、コイルやスイッチング素子等により構成される。ＤＣＤＣコンバータ７５は、力率を改善する回路としても作用する。
【００５０】
また本例は、充電器７にＤＣＤＣコンバータ７５を設けることで、バッテリ１の電力で、家電製品などの外部機器を起動させたり、バッテリ１とは異なるバッテリを充電したりすることができる。
【００５１】
まず、差込口７３を、外部機器やバッテリ等に差し込む。そして、コントローラ１００は、リレースイッチ６、１２をオンに、リレースイッチ１１をオフにして、バッテリ１からリレースイッチ６、１１を介してＤＣＤＣコンバータ７５までを導通させる。コントローラ１００はＤＣＤＣコンバータ７５を制御し、差込口７３に接続された負荷に適した電力に変換することで、バッテリ１から出力される電力を、当該負荷に供給する。これにより、本例は車載用のバッテリ１を利用して、外部機器を起動し、または、バッテリを充電することができる。
【００５２】
上記のように、本例は、充電器１にＤＣＤＣコンバータ７５を設ける。これにより、バッテリ１を充電する際には、差込口７３にから入力された電力を有効に用いることができる。また本例は、バッテリ１の電力を、外部機器や他のバッテリに電力を供給することができる。
【００５３】
《第４実施形態》
図４は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、ＤＣＤＣコンバータ９を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を援用する。
【００５４】
ＤＣＤＣコンバータ９は、インバータ３２の直流側に接続され、インバータ３２のＤＣラインに接続されている。またＤＣＤＣコンバータ９はリレースイッチ１２とインバータ３２の直流側との間に接続されている。ＤＣＤＣコンバータ９は、バッテリ１の出力電力を昇圧してインバータ３２に供給するための回路であり、双方向のコンバータである。
【００５５】
コントローラ１００は、電圧センサ２１、２２の検出電圧に基づき、バッテリ１の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を管理している。そして、コントローラ１００は、モータ５の駆動制御を行っている場合に、バッテリ１の充電状態に応じて、ＤＣＤＣコンバータ９を制御する。
【００５６】
バッテリ１のＳＯＣが低下すると、バッテリ１からの出力電圧も低下するため、インバータ３２への入力電圧が低下する。そのため本例において、コントローラ１００は、電圧センサ２１、２２の検出電圧からバッテリ１のＳＯＣの低下を検出した場合には、ＤＣＤＣコンバータ９を用いて昇圧した電圧をインバータ３２に入力させる。
【００５７】
コントローラ１００には、モータ駆動制御時に、ＤＣＤＣコンバータ９で電圧を昇圧させるための判断の閾値となる電圧閾値が予め設定されている。そして、コントローラ１００は、電圧センサ２１、２２の検出電圧と当該電圧閾値とを比較して、検出電圧が電圧閾値より低くなった場合には、ＤＣＤＣコンバータ９で電圧を昇圧するよう、ＤＣＤＣコンバータ９を制御する。
【００５８】
上記のように、本例は、インバータ３２の直流側にＤＣＤＣコンバータ９を設ける。これにより、バッテリ１から供給される電圧を昇圧しインバータ３２に供給することができるため、バッテリ１の出力電流を低減させることができ、その結果として、バッテリ１とインバータ３２との間の配線やインバータ３２の小型化を図ることができる。
【００５９】
また本例は、バッテリ１の充電状態に応じてＤＣＤＣコンバータ９を制御する。これにより、バッテリ１のＳＯＣが低下しても、モータ５を駆動させるためのトルクを確保することができる。
【００６０】
なお、本例において、コントローラ１００は、モータ駆動制御時に、電圧センサ２１、２２の検出電圧が低下するほど、ＤＣＤＣコンバータ９における電圧の上昇度が高くなるように、ＤＣＤＣコンバータ９を制御してもよい。
【００６１】
《第５実施形態》
本例では上述した第１実施形態に対して、コントローラ１００における制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第４実施形態の記載を適宜、援用する。以下、第５実施形態に係る充電システムを図１を用いて説明する。
【００６２】
コントローラ１００は、電流センサ４１、４２の検出電流に基づいて、インバータ３１、３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障を検出する機能を有している。例えば、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ１が故障しているか否かを検出する場合に、コントローラ１００は、リレースイッチ１１がオンになっている状態で、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる信号をスイッチング素子Ｑ１に送信し、スイッチング素子Ｑ２をターンオフさせる信号をスイッチング素子Ｑ２に送信する。スイッチング素子Ｑ１が故障していない場合には、Ｕ相に電流が流れるため電流センサ４１は電流を検出する。一方、スイッチング素子Ｑ１が故障している場合には、Ｕ相に電流が流れないため、電流センサ４１の電流値はゼロになる。他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の故障、及び、インバータ３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障についても、電流センサ４１、４２の検出電流を用いて、同様に検出することができる。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障を検出する方法は、他の方法であってもよい。
【００６３】
そして、コントローラ１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が故障した場合には、故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相とは異なる他の相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御して、交流電源６４の電力でバッテリ１を充電する。
【００６４】
例えば、インバータ３２のスイッチング素子Ｑ１が故障した場合には、スイッチング素子Ｑ１を含むＵ相以外の相であるＶ相及びＷ相に含まれるスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６を制御して、インバータ３２で電力変換を行う。これにより、本例は、インバータ３１、３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が故障した場合において、故障していない相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を用いて電力変換を行うことで、交流電源６４の電力でバッテリ１を充電することができる。
【００６５】
また、コントローラ１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が故障した場合には、インバータ３１、３２のうちの故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含むインバータとは異なるインバータ（インバータ３１、３２のうちの故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含まないインバータ）を制御してバッテリ１の電力でモータ５を駆動させる。
【００６６】
例えば、インバータ３２のスイッチング素子Ｑ１が故障した場合には、コントローラ１００は、リレースイッチ１１をオンに、リレースイッチ１２をオフにし、インバータ３１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。これにより、本例は、インバータ３１、３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が故障した場合において、故障していない方のインバータ３１、３２を用いて電力変換を行うことで、バッテリ１の電力でモータ５を駆動させることができる。
【００６７】
上記のように、本例はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち一のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が故障した場合には、当該一のスイッチング素子を含む相以外の相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を用いて、交流電源８から供給される電力をバッテリ１に供給する。これにより、本例は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が故障した場合でも、外部の電源を用いてバッテリ１を充電することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１…バッテリ
５…モータ
５１…第１巻線
５２…第２巻線
６…リレースイッチ
７…充電器
７１…整流器
７２…フィルタ
７３…差込口
７４…力率改善回路
７５…ＤＣＤＣコンバータ
８…交流電源
９…ＤＣＤＣコンバータ
１１、１２…リレースイッチ
２１、２２…電圧センサ
３１、３２…インバータ
Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６…整流素子
３１１、３２１…平滑用コンデンサ
４１、４２…電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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