JP2010051144A - 充電システムおよびそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載された電気負荷装置に接続される蓄電装置を電気負荷装置を用いて車両外部の電源から充電する非絶縁型の充電システムおよびそれを備えた車両において、車両の筐体アースから車両外部のアースへ流れる電流を低減する。
【解決手段】外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、外部電源７０の一端は、電力線ＡＣＬ１を介してモータジェネレータＭＧの中性点Ｎに接続され、外部電源７０の他端は、電力線ＡＣＬ２を介して整流回路２０の中間タップに接続される。電力線ＡＣＬ２には、還流回路３０が設けられる。還流回路３０は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時にインバータ１０のスイッチング動作に伴ないモータ対地容量や高圧系対地容量を介して筐体アース６０に流れる電流を還流する。
【選択図】図１

Description

この発明は、充電システムおよびそれを備えた車両に関し、特に、車両に搭載された電気負荷装置に接続される蓄電装置を電気負荷装置を用いて車両外部の電源から充電する充電システムおよびそれを備えた車両に関する。

特開平１１−２０５９０９号公報（特許文献１）は、バッテリとインバータと交流モータとを備える電気自動車において、バッテリを充電するための専用充電器を別途設けることなく、インバータおよび交流モータを用いて車両外部の電源からバッテリを充電可能な充電装置を開示する。この充電装置においては、車両外部の交流電源からバッテリの充電時、交流モータの中性点とインバータに並列に接続されたダイオードモジュールの中間タップとの間に交流電源が接続され、交流モータの巻線を平滑リアクトルとして用いて交流電源からバッテリの充電が実施される（特許文献１参照）。
特開平１１−２０５９０９号公報 特開２００６−３２００７３号公報

インバータのスイッチング動作に伴ない、モータやインバータ等の対地容量（モータやインバータ等と車両の筐体アースとの間の浮遊容量）を介してスイッチング周波数成分の電流が筐体アースに流れる。そして、上記公報に開示される充電装置のようにトランスを介さずにインバータおよびモータを用いて車両外部の電源からバッテリを充電する非絶縁型の充電装置においては、筐体アースに流れた電流が車両外部のアースへ流れ得る。

一方、モータの体格増加に伴ない、モータの対地容量が増大する。したがって、体格が大きく対地容量の大きいモータを用いて非絶縁型の充電システムを構成すると、車両の筐体アースから車両外部のアースへ流れる電流量が増大する。

それゆえに、この発明の目的は、車両に搭載された電気負荷装置に接続される蓄電装置を電気負荷装置を用いて車両外部の電源から充電する非絶縁型の充電システムおよびそれを備えた車両において、車両の筐体アースから車両外部のアースへ流れる電流を低減することである。

この発明によれば、充電システムは、車両に搭載された電気負荷装置に接続される蓄電装置を車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）から充電する充電システムであって、電気負荷装置は、交流回転電機と、交流回転電機を駆動するインバータとを含む。充電システムは、接続装置と、制御装置と、還流回路とを備える。接続装置は、外部電源の一端を交流回転電機の巻線に接続し、かつ、外部電源の他端を電気負荷装置の直流線に接続するように構成される。制御装置は、交流回転電機の巻線を平滑リアクトルとして用いて外部電源から蓄電装置を充電するようにインバータを制御する。還流回路は、外部電源の他端を電気負荷装置の直流線に接続する電力線に設けられ、外部電源から蓄電装置の充電時にインバータのスイッチング動作に伴ない電気負荷装置と車両の筐体アースとの間の浮遊容量を介して筐体アースに流れる電流を電気負荷装置へ還流するように構成される。

好ましくは、還流回路は、コイルと、コンデンサとを含む。コイルは、外部電源の他端を電気負荷装置の直流線に接続する電力線に配設される。コンデンサは、コイルよりも電気負荷装置側における上記電力線と筐体アースとの間に接続される。

また、好ましくは、還流回路は、コイルと、コンデンサとを含む。コイルは、外部電源の他端を電気負荷装置の直流線に接続する電力線に配設される。コンデンサは、コイルの巻線と筐体アースとの間に接続される。

また、好ましくは、還流回路は、外部電源の他端を電気負荷装置の直流線に接続する電力線に配設されるコイルを含む。コイルは、外部電源から蓄電装置の充電時に電気負荷装置と筐体アースとの間の浮遊容量を介して筐体アースに流れる電流を還流可能な浮遊容量を有する。

好ましくは、外部電源は、交流電源である。接続装置は、第１および第２の電力線と、整流回路とを含む。第１の電力線は、交流電源の一端を交流回転電機の巻線に接続する。整流回路は、インバータに並列に接続される。第２の電力線は、交流電源の他端を整流回路に接続する。そして、還流回路は、第２の電力線に設けられる。

また、好ましくは、外部電源は、交流電源である。接続装置は、整流回路と、第１および第２の電力線とを含む。整流回路は、交流電源からの交流電力を整流する。第１の電力線は、整流回路の出力端の一方を交流回転電機の巻線に接続する。第２の電力線は、整流回路の出力端の他方を電気負荷装置の負極線に接続する。そして、還流回路は、第２の電力線に設けられる。

好ましくは、充電システムは、電気負荷装置の正極線および負極線の少なくとも一方と筐体アースとの間に接続されるコンデンサをさらに備える。

好ましくは、交流回転電機は、星型結線された多相巻線を固定子巻線として含む。外部電源の一端は、多相巻線の中性点に接続される。

また、好ましくは、交流回転電機は、星型結線された多相巻線を固定子巻線として含む。外部電源の一端は、多相巻線のいずれかの非中性点側に接続される。制御装置は、外部電源から蓄電装置の充電時、外部電源が接続される巻線と異なる相の少なくとも一つをスイッチング制御する。

また、この発明によれば、車両は、交流回転電機から駆動トルクを受ける車輪と、上述したいずれかの充電システムとを備える。

この発明においては、外部電源の他端を電気負荷装置の直流線に接続する電力線に設けられる還流回路によって、外部電源から蓄電装置の充電時にインバータのスイッチング動作に伴ない電気負荷装置と車両の筐体アースとの間の浮遊容量を介して筐体アースに流れる電流が電気負荷装置へ還流される。したがって、この発明によれば、車両の筐体アースから車両外部のアースへ流れる電流が低減される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。図１を参照して、この車両１００は、蓄電装置Ｂと、インバータ１０と、モータジェネレータＭＧと、車輪ＤＷと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２２とを備える。また、車両１００は、整流回路２０と、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、還流回路３０と、充電口４０と、リレー５２，５４と、筐体アース６０とをさらに備える。

蓄電装置Ｂは、正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬを介してインバータ１０に接続される。インバータ１０は、Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６を含む。Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６は、正極線ＭＰＬと負極線ＭＮＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１２は、直列に接続されたスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２から成り、Ｖ相アーム１４は、直列に接続されたスイッチング素子Ｔ１３，Ｔ１４から成り、Ｗ相アーム１６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｔ１５，Ｔ１６から成る。スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６には、それぞれダイオードＤ１１〜Ｄ１６が逆並列に接続される。

なお、上記のスイッチング素子として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などを用いることができる。

モータジェネレータＭＧは、Ｙ結線された三相コイルを含み、各コイルの一端が互いに接続されて中性点Ｎを形成する。中性点Ｎには、電力線ＡＣＬ１が接続される。電力線ＡＣＬ１には、リレー５２が設けられる。整流回路２０は、インバータ１０に並列に接続される。整流回路２０は、ダイオードＤ２１，Ｄ２２を含む。ダイオードＤ２１のアノードは、ダイオードＤ２２のカソードに接続され、ダイオードＤ２１のカソードは、正極線ＭＰＬに接続され、ダイオードＤ２２のアノードは、負極線ＭＮＬに接続される。整流回路２０の中間タップすなわちダイオードＤ２１，Ｄ２２の接続ノードには、電力線ＡＣＬ２が接続される。電力線ＡＣＬ２には、リレー５４が設けられる。そして、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、充電口４０に接続される。

還流回路３０は、電力線ＡＣＬ２に設けられる。還流回路３０は、コイルＬと、コンデンサＣとを含む。コイルＬは、リレー５４と充電口４０との間において電力線ＡＣＬ２に配設される。コンデンサＣは、リレー５４とコイルＬとの間において、電力線ＡＣＬ２と筐体アース６０との間に接続される。なお、筐体アース６０としては、たとえば車両フレームや車両ボディなどが用いられる。

蓄電装置Ｂは、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂは、インバータ１０へ電力を供給する。また、蓄電装置Ｂは、車両の制動時にモータジェネレータＭＧにより発電される回生電力をインバータ１０から受けて充電される。さらに、蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧの三相コイルおよびインバータ１０を用いて外部電源７０（たとえば系統交流電源）によって充電される。なお、蓄電装置Ｂとして大容量のキャパシタを用いてもよい。

インバータ１０は、ＥＣＵ２２からの駆動信号ＰＷＩに基づいて、蓄電装置Ｂからの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ１０は、車両の制動時、車輪ＤＷの回転力を用いてモータジェネレータＭＧが発電した三相交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置Ｂへ出力する。

さらに、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電が要求されると、インバータ１０は、駆動信号ＰＷＩに基づいて、充電口４０から入力される外部電源７０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂへ出力する。整流回路２０は、外部電源７０からの交流電力を整流するために設けられる。

モータジェネレータＭＧは、三相交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石を有する三相永久磁石同期モータから成る。モータジェネレータＭＧは、インバータ１０によって力行駆動または回生駆動される。また、モータジェネレータＭＧの三相コイルは、外部電源７０から蓄電装置Ｂを充電する際の平滑リアクトルとして機能する。

還流回路３０は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、モータジェネレータＭＧの対地容量（モータジェネレータＭＧと筐体アース６０との間の浮遊容量）ならびに正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬの対地容量（浮遊容量）を介して筐体アース６０に流れる電流を還流する。すなわち、この実施の形態１においては、モータジェネレータＭＧおよびインバータ１０を用いて外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電が行なわれるところ、インバータ１０の高周波スイッチングに伴ない、モータジェネレータＭＧの対地容量ならびに正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬの対地容量を介してスイッチング周波数成分の高周波電流が筐体アース６０に流れる。そこで、還流回路３０は、この高周波電流を電力線ＡＣＬ２へ還流し、筐体アース６０から車両外部のアース８０へ電流が流れるのを防止する。

リレー５２，５４は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、ＥＣＵ２２からの信号ＲＥに応じてオンされる。一方、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電が行なわれないときは、リレー５２，５４は、信号ＲＥに応じてオフされる。

ＥＣＵ２２は、インバータ１０を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を駆動信号ＰＷＩとしてインバータ１０へ出力する。ここで、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、ＥＣＵ２２は、リレー５２，５４をオンさせる。そして、ＥＣＵ２２は、モータジェネレータＭＧの三相コイルを平滑リアクトルとして用いて、モータジェネレータＭＧの中性点Ｎに与えられる外部電源７０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂへ出力するように、インバータ１０のＵ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６の少なくとも一相をスイッチング制御する。

この車両１００においては、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電が行なわれるとき、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧの中性点Ｎおよび整流回路２０の中間タップ間に外部電源７０からの交流電力が与えられる。ここで、インバータ１０が高周波のスイッチング動作を行なうと、モータジェネレータＭＧの対地容量ならびに正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬの対地容量を介してスイッチング周波数成分の高周波電流が筐体アース６０に流れる。

そこで、この実施の形態１では、電力線ＡＣＬ２に還流回路３０が設けられ、インバータ１０のスイッチング動作に伴ない筐体アース６０に流れるスイッチング周波数成分の電流を還流回路３０によって還流し、筐体アース６０から車両外部のアース８０へ電流が流れるのを防止する。

図２は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電が行なわれる際の図１に示したシステムの等価回路図である。図２を参照して、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、インバータ１０においては、Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６の少なくとも一相がスイッチング制御される（スイッチング制御されない相については、上下アームともオフされる。）。なお、複数のアームがスイッチング制御される場合には、同時にスイッチング制御される。そこで、この図２に示される等価回路では、インバータ１０については、三相分のアームのうちスイッチング制御されるアームがまとめて示されている。

外部電源７０は、電力線ＡＣＬ１を介してモータジェネレータＭＧの中性点Ｎに接続され、電力線ＡＣＬ２を介して整流回路２０の中間タップに接続される。なお、電力線ＡＣＬ２には、還流回路３０が設けられる。

インダクタンスＬｍｇは、モータジェネレータＭＧのコイルのインダクタンスを示す。容量Ｃｍｇは、モータジェネレータＭＧの対地容量（モータジェネレータＭＧと筐体アース６０との間の浮遊容量）を示す（以下、容量Ｃｍｇを「モータ対地容量Ｃｍｇ」とも称する。）。そして、還流回路３０のコイルＬは、電力線ＡＣＬ２に配設され、コンデンサＣは、コイルＬと整流回路２０との間において電力線ＡＣＬ２と筐体アース６０との間に接続される。

抵抗Ｒｈは、筐体アース６０と車両外部のアース８０との間の接触抵抗を示す（以下、抵抗Ｒｈを「接触抵抗Ｒｈ」とも称する。なお、筐体アース６０と車両外部のアース８０とをアース配線する場合はＲｈ＝０である。）。容量Ｃｐは、正極線ＭＰＬと筐体アース６０との間の対地容量（浮遊容量）を示し、容量Ｃｎは、負極線ＭＮＬと筐体アース６０との間の対地容量（浮遊容量）を示す（以下、容量Ｃｐ，Ｃｎを「高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎ」とも称する。）。

外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、インバータ１０のスイッチング動作に伴ない、モータ対地容量Ｃｍｇの電圧は、正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬ間の電圧ＶＤＣの１／２の電圧で変動する（モータジェネレータＭＧのコイルの中間点にモータ対地容量Ｃｍｇが接続されると仮定）。また、高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎの電圧も変動する。したがって、インバータ１０のスイッチング動作に伴ない、モータ対地容量Ｃｍｇおよび高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介して筐体アース６０に電流が流れる。そして、この電流が接触抵抗Ｒｈを介して車両外部のアース８０へ流れ得るところ、この実施の形態１においては、モータ対地容量Ｃｍｇおよび高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介して筐体アース６０に流れ出る電流を還流させるために、電力線ＡＣＬ２に還流回路３０を設けたものである。

図３は、図１に示したＥＣＵ２２の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ２２は、インバータ制御部２４と、充電制御部２６とを含む。インバータ制御部２４は、充電制御部２６からの信号ＣＴＬが非活性化されているとき、正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬ間の電圧ＶＤＣの検出値、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲ１、ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流ＭＣＲＴ１および回転角θの各検出値に基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための駆動信号ＰＷＩを生成する。

一方、充電制御部２６からの信号ＣＴＬが活性化されているとき、インバータ制御部２４は、充電制御部２６からの指令ＡＣに基づいて、外部電源７０から供給される交流電力を直流電力に変換するための駆動信号ＰＷＩを生成する。

充電制御部２６は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２にそれぞれ設けられるリレー５２，５４（図１）へ出力される信号ＲＥを活性化してリレー５２，５４をオンさせる。そして、充電制御部２６は、図示されないセンサによって検出される外部電源７０の電圧ＶＡＣおよび外部電源７０からの充電電流ＩＡＣに基づいて、外部電源７０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂへ出力するようにインバータ１０を制御するための指令ＡＣを生成し、その生成した指令ＡＣをインバータ制御部２４へ出力する。

図４，図５は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時にモータ対地容量Ｃｍｇおよび高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介して筐体アース６０に流れる電流の還流メカニズムを説明するための図である。

図４は、図２に示した回路においてインバータ１０の上アームがオフからオンに切替わったときの等価回路図である。図４を参照して、インバータ１０の上アームがオフからオンに切替わると、モータ対地容量Ｃｍｇを介して正極線ＭＰＬから筐体アース６０へ電荷Ｑ１が流れる。また、高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介しても、それぞれ正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬから筐体アース６０へ電荷Ｑ２，Ｑ３が流れる。

ここで、還流回路３０（コンデンサＣおよびコイルＬ）が無い場合には、電荷Ｑ１〜Ｑ３は、接触抵抗Ｒｈを介して車両外部のアース８０へ流れ得るところ、この実施の形態１では、還流回路３０のコンデンサＣを介して電荷Ｑ１〜Ｑ３が還流される（電荷Ｑ４）。これにより、筐体アース６０と車両外部のアース８０との間で接触抵抗Ｒｈを介して電流が流れるのを防止できる。

図５は、図２に示した回路においてインバータ１０の上アームがオンからオフ（すなわち下アームがオフからオン）に切替わったときの等価回路図である。図５を参照して、インバータ１０の上アームがオフからオンに切替わり、下アームがオフからオンに切替わると、モータ対地容量Ｃｍｇを介して筐体アース６０から負極線ＭＮＬへ電荷Ｑ５が流れる。また、高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介しても、それぞれ筐体アース６０から正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬへ電荷Ｑ６，Ｑ７が流れる。

ここで、還流回路３０（コンデンサＣおよびコイルＬ）が無い場合には、接触抵抗Ｒｈを介して車両外部のアース８０から筐体アース６０へ電荷が流れ得るところ、この実施の形態１では、還流回路３０のコンデンサＣを介して電荷が供給される（電荷Ｑ８）。これにより、筐体アース６０と車両外部のアース８０との間で接触抵抗Ｒｈを介して電流が流れるのを防止できる。

図６は、接触抵抗Ｒｈに流れるスイッチング周波数成分の電流とモータ対地容量Ｃｍｇとの関係を示した図である。図６を参照して、実線ｋ１は、還流回路３０が設けられた本実施の形態１における関係を示し、比較として、還流回路３０が設けられない場合の関係を点線ｋ２で示す。還流回路３０が設けられない場合には、点線ｋ２に示されるように、モータ対地容量Ｃｍｇが大きくなるに従って電流が大きくなる。

これに対して、還流回路３０が設けられた本実施の形態１においては、実線ｋ１に示されるように、モータ対地容量Ｃｍｇがある大きさのとき、接触抵抗Ｒｈに流れるスイッチング周波数成分の電流が零になる。言い換えると、あるモータ対地容量Ｃｍｇに対してスイッチング周波数成分の電流を零にできる還流回路３０が存在する。以下では、あるモータ対地容量Ｃｍｇに対して、接触抵抗Ｒｈに流れるスイッチング周波数成分の電流を零にする還流回路３０のコイルＬおよびコンデンサＣの大きさを算出する。

インバータ１０のスイッチング動作に伴なうモータ対地容量Ｃｍｇの充放電電荷Ｑｍｇは、次式にて表される。

Ｑｍｇ＝Ｃｍｇ×Ｌｍｇ／（Ｌｍｇ＋Ｌ）×（ＶＤＣ／２） …（１）
ここで、Ｌは、コイルＬのインダクタンスを示し、モータ対地容量Ｃｍｇは、モータジェネレータＭＧのコイルの中間点に接続されるものと仮定した。

さらに、インバータ１０のスイッチング動作に伴なう高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎの充放電電荷Ｑｐ，Ｑｎは、次式にて表される。

Ｑｐ＝Ｃｐ×Ｌｍｇ／（Ｌｍｇ＋Ｌ）×ＶＤＣ …（２）
Ｑｎ＝Ｃｎ×Ｌｍｇ／（Ｌｍｇ＋Ｌ）×ＶＤＣ …（３）
一方、インバータ１０のスイッチング動作に伴なう還流回路３０のコンデンサＣの充放電電荷Ｑは、次式にて表される。

Ｑ＝−Ｃ×Ｌ／（Ｌｍｇ＋Ｌ）×ＶＤＣ …（４）
ここで、Ｃは、コンデンサＣのキャパシタンスを示す。接触抵抗Ｒｈに流れる電荷（電流）が零になる条件は、Ｑｍｇ＋Ｑｐ＋Ｑｎ＋Ｑ＝０より次式で表される。

Ｌｍｇ×｛２×（Ｃｐ＋Ｃｎ）＋Ｃｍｇ｝＝２×Ｌ×Ｃ …（５）
この（５）式を満たすようなコイルＬおよびコンデンサＣを選択することで、接触抵抗Ｒｈに流れる電流をほぼ零にすることができる。

図７は、還流回路３０においてコイルＬの大きさを一定にしてコンデンサＣの大きさを変化させたとき、接触抵抗Ｒｈに流れるスイッチング周波数成分の電流を示した図である。図８は、還流回路３０においてコンデンサＣの大きさを一定にしてコイルＬの大きさを変化させたとき、接触抵抗Ｒｈに流れるスイッチング周波数成分の電流を示した図である。図７，図８を参照して、式（５）から分かるように、接触抵抗Ｒｈに流れるスイッチング周波数成分の電流を零にできるコンデンサＣおよびコイルＬが存在する。

以上のように、この実施の形態１においては、電力線ＡＣＬ２に設けられる還流回路３０によって、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時にインバータ１０のスイッチング動作に伴ないモータ対地容量Ｃｍｇおよび高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介して筐体アース６０に流れるスイッチング周波数成分の電流が還流される。したがって、この実施の形態１によれば、筐体アース６０から車両外部のアース８０へ流れる電流が低減される。

さらに、この実施の形態１によれば、式（５）を満たすコイルＬおよびコンデンサＣにより還流回路３０を構成することによって、筐体アース６０から車両外部のアース８０へ流れる電流をほぼ零にすることができる。

［変形例］
上記においては、還流回路３０のコンデンサＣは、コイルＬと整流回路２０との間において電力線ＡＣＬ２と筐体アース６０との間に接続されるものとしたが、図９に示すように、コイルＬの任意の箇所と筐体アース６０との間にコンデンサＣを接続してもよい。また、図１０に示すように、複数のコイルを直列に接続し、コイル間の接続ノードと筐体アース６０との間にコンデンサＣを接続してもよい。また、図１１に示すように、複数のコイルを直列に接続し、コンデンサＣを別途設けることなくコイルの対地容量（コイルと筐体アース６０のとの間の浮遊容量）をコンデンサＣの代用としてもよい。

［実施の形態２］
図１２は、実施の形態２による車両の全体ブロック図である。図１２を参照して、この車両１００Ａでは、図１に示した実施の形態１による車両１００の構成において、電力線ＡＣＬ１がモータジェネレータＭＧの中性点Ｎに代えてモータジェネレータＭＧのＵ相線に接続される。そして、車両１００Ａは、ＥＣＵ２２に代えてＥＣＵ２２Ａを備える。

ＥＣＵ２２Ａは、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、Ｕ相アーム１２を停止し、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６の少なくとも一方をスイッチング制御する。これにより、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、モータジェネレータＭＧのＵ相コイルとＶ相コイルおよびＷ相コイルの少なくとも一つとを平滑リアクトルとして用いることができ、実施の形態１に比べてリアクタンスを大きくすることができる。なお、ＥＣＵ２２Ａのその他の機能は、実施の形態１におけるＥＣＵ２２と同じである。

なお、電力線ＡＣＬ１をＵ相線に代えてＶ相線またはＷ相線に接続し、電力線ＡＣＬ１がＶ相線に接続される場合には、Ｖ相アーム１４を停止するとともにＵ相アーム１２およびＷ相アーム１６の少なくとも一方をスイッチング制御し、電力線ＡＣＬ１がＷ相線に接続される場合には、Ｗ相アーム１６を停止するとともにＵ相アーム１２およびＶ相アーム１４の少なくとも一方をスイッチング制御してもよい。

以上のように、この実施の形態２においては、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、平滑リアクトルとして利用するモータジェネレータＭＧのコイルのリアクタンスが十分に大きい。したがって、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時のスイッチング騒音を実施の形態１に比べて低減することができる。

［実施の形態３］
図１３は、実施の形態３による車両の全体ブロック図である。図１３を参照して、この車両１００Ｂは、図１に示した実施の形態１による車両１００の構成において、コンデンサＣ１，Ｃ２をさらに備える。コンデンサＣ１は、正極線ＭＰＬと筐体アース６０との間に接続される。コンデンサＣ２は、負極線ＭＮＬと筐体アース６０との間に接続される。

この実施の形態３では、電力線ＡＣＬ２に設けられる還流回路３０に加えて、スイッチング周波数成分の電流を通電可能なコンデンサＣ１，Ｃ２が正極線ＭＰＬおよび負極線ＭＮＬと筐体アース６０との間にそれぞれ実際に設けられる。これにより、還流回路３０による電流調整の自由度が向上する。

［実施の形態４］
図１４は、実施の形態４による車両の全体ブロック図である。図１４を参照して、この車両１００Ｃは、図１に示した実施の形態１による車両１００の構成において、整流回路２０に代えて全波整流回路９０を備える。

全波整流回路９０は、充電口４０と電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２との間に設けられる。全波整流回路９０は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３４を含む。ダイオードＤ３１，Ｄ３２は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に直列に接続され、その中間タップが充電口４０の端子の一方に接続される。ダイオードＤ３３，Ｄ３４も、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に直列に接続され、その中間タップが充電口４０の他方の端子に接続される。そして、全波整流回路９０は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電時、充電口４０から入力される外部電源７０からの交流電力を整流して電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２へ出力する。

図１５は、外部電源７０から蓄電装置Ｂの充電が行なわれる際の図１４に示したシステムの等価回路図である。図１５を参照して、モータ対地容量Ｃｍｇおよび高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎを介してスイッチング周波数成分の電流が筐体アース６０へ流れるルートについては、この等価回路は、図２に示した実施の形態１における等価回路と同じである。したがって、この実施の形態４においても、還流回路３０について実施の形態１と同様に考えることができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

［実施の形態５］
図１６は、実施の形態５による車両の全体ブロック図である。図１６を参照して、この実施の形態５では、外部電源が直流電源７５から成る。そして、この車両１００Ｄは、図１４に示した実施の形態４による車両１００Ｃの構成において、全波整流回路９０を備えない構成から成る。

この実施の形態５では、車両外部の電源が直流電源７５から成るので、実施の形態４による車両１００Ｃの構成において全波整流回路９０を不要としたものである。そして、インバータ１０、モータ対地容量Ｃｍｇ、高圧系対地容量Ｃｐ，Ｃｎおよび筐体アース６０の構成については、実施の形態１と同じである。したがって、この実施の形態５においても、還流回路３０について実施の形態１と同様に考えることができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記の各実施の形態１〜５においては、車輪ＤＷに連結される走行用のモータジェネレータＭＧおよびそれを駆動するインバータ１０を用いて充電システムを構成するものとしたが、たとえば、走行用の動力源としてエンジンをさらに搭載したハイブリッド車両において、エンジンの動力を用いて発電する発電用のモータジェネレータおよびそれを駆動するインバータを用いて充電システムを構成してもよい。

また、蓄電装置Ｂとインバータ１０との間に、インバータ入力電圧を蓄電装置Ｂの電圧以上の所定値に調整可能な昇圧コンバータを備えてもよい。なお、そのような昇圧コンバータとして、たとえば公知の昇圧チョッパ回路を用いることができる。

なお、上記において、実施の形態１〜３における充電口４０、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２および整流回路２０は、この発明における「接続装置」を形成する。また、実施の形態４における充電口４０、全波整流回路９０および電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２も、この発明における「接続装置」を形成する。さらに、実施の形態５における充電口４０および電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２も、この発明における「接続装置」を形成する。また、さらに、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、それぞれこの発明における「第１の電力線」および「第２の電力線」に対応し、整流回路２０および全波整流回路９０の各々は、この発明における「整流回路」に対応する。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。

この発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。 外部電源から蓄電装置の充電が行なわれる際の図１に示したシステムの等価回路図である。 図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。 図２に示す回路においてインバータの上アームがオフからオンに切替わったときの等価回路図である。 図２に示す回路においてインバータの上アームがオンからオフ（すなわち下アームがオフからオン）に切替わったときの等価回路図である。 接触抵抗に流れるスイッチング周波数成分の電流とモータ対地容量との関係を示した図である。 還流回路においてコイルの大きさを一定にしてコンデンサの大きさを変化させたとき、接触抵抗に流れるスイッチング周波数成分の電流を示した図である。 還流回路においてコンデンサの大きさを一定にしてコイルの大きさを変化させたとき、接触抵抗に流れるスイッチング周波数成分の電流を示した図である。 還流回路の他の構成例を示した図である。 還流回路のさらに他の構成例を示した図である。 還流回路のさらに他の構成例を示した図である。 実施の形態２による車両の全体ブロック図である。 実施の形態３による車両の全体ブロック図である。 実施の形態４による車両の全体ブロック図である。 外部電源から蓄電装置の充電が行なわれる際の図１４に示したシステムの等価回路図である。 実施の形態５による車両の全体ブロック図である。

符号の説明

１０ インバータ、１２ Ｕ相アーム、１４ Ｖ相アーム、１６ Ｗ相アーム、２０ 整流回路、２２，２２Ａ ＥＣＵ、２４ インバータ制御部、２６ 充電制御部、３０ 還流回路、４０ 充電口、５２，５４ リレー、６０ 筐体アース、７０ 外部電源、７５ 直流電源、８０ アース、９０ 全波整流回路、１００，１００Ａ〜１００Ｄ 車両、Ｂ 蓄電装置、ＭＰＬ 正極線、ＭＮＬ 負極線、Ｔ１１〜Ｔ１６ スイッチング素子、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、ＭＧ モータジェネレータ、ＤＷ 車輪、Ｎ 中性点、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線、Ｌ コイル、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌｍｇ インダクタンス、Ｃｍｇ モータ対地容量、Ｃｐ，Ｃｎ 高圧系対地容量、Ｒｈ 接触抵抗。

Claims (10)

1. 車両に搭載された電気負荷装置に接続される蓄電装置を車両外部の電源から充電する充電システムであって、前記電気負荷装置は、交流回転電機と前記交流回転電機を駆動するインバータとを含み、
   前記電源の一端を前記交流回転電機の巻線に接続し、かつ、前記電源の他端を前記電気負荷装置の直流線に接続するように構成された接続装置と、
   前記交流回転電機の巻線を平滑リアクトルとして用いて前記電源から前記蓄電装置を充電するように前記インバータを制御する制御装置と、
   前記電源の他端を前記直流線に接続する電力線に設けられ、前記電源から前記蓄電装置の充電時に前記インバータのスイッチング動作に伴ない前記電気負荷装置と前記車両の筐体アースとの間の浮遊容量を介して前記筐体アースに流れる電流を前記電気負荷装置へ還流するように構成された還流回路とを備える充電システム。
2. 前記還流回路は、
   前記電力線に配設されるコイルと、
   前記コイルよりも前記電気負荷装置側における前記電力線と前記筐体アースとの間に接続されるコンデンサとを含む、請求項１に記載の充電システム。
3. 前記還流回路は、
   前記電力線に配設されるコイルと、
   前記コイルの巻線と前記筐体アースとの間に接続されるコンデンサとを含む、請求項１に記載の充電システム。
4. 前記還流回路は、前記電力線に配設されるコイルを含み、
   前記コイルは、前記電源から前記蓄電装置の充電時に前記電気負荷装置と前記筐体アースとの間の浮遊容量を介して前記筐体アースに流れる電流を還流可能な浮遊容量を有する、請求項１に記載の充電システム。
5. 前記電源は、交流電源であり、
   前記接続装置は、
   前記交流電源の一端を前記交流回転電機の巻線に接続する第１の電力線と、
   前記インバータに並列に接続される整流回路と、
   前記交流電源の他端を前記整流回路に接続する第２の電力線とを含み、
   前記還流回路は、前記第２の電力線に設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充電システム。
6. 前記電源は、交流電源であり、
   前記接続装置は、
   前記交流電源からの交流電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力端の一方を前記交流回転電機の巻線に接続する第１の電力線と、
   前記整流回路の出力端の他方を前記電気負荷装置の負極線に接続する第２の電力線とを含み、
   前記還流回路は、前記第２の電力線に設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充電システム。
7. 前記電気負荷装置の正極線および負極線の少なくとも一方と前記筐体アースとの間に接続されるコンデンサをさらに含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の充電システム。
8. 前記交流回転電機は、星型結線された多相巻線を固定子巻線として含み、
   前記電源の一端は、前記多相巻線の中性点に接続される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の充電システム。
9. 前記交流回転電機は、星型結線された多相巻線を固定子巻線として含み、
   前記電源の一端は、前記多相巻線のいずれかの非中性点側に接続され、
   前記制御装置は、前記電源から前記蓄電装置の充電時、前記電源が接続される巻線と異なる相の少なくとも一つをスイッチング制御する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の充電システム。
10. 前記交流回転電機から駆動トルクを受ける車輪と、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の充電システムとを備える車両。

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