JP2012019673A - プラグインハイブリッド自動車の充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
バッテリー充電を開始する際に、初期突入電流によりインバータの電力スイッチング素子が破損されるのを防ぎ、パワーシステムの安定化を提供する。
【解決手段】
車両外部の外部電源に連結される充電ポートと、充電ポートに配置されて外部電源の接続を検出する接続検出器と、充電ポートと第１、２モータの間に設置され外部電源を選択的に第１、２モータに連結する充電リレーと、外部電源の連結が検出されると、充電リレーをオフした状態で自身の初期活性化を実行することによって、初期活性化の前に前記外部電源が前記第１、２モータに電気的に連結されることを防止する充電制御機と、を含み、充電制御機は、外部電源の連結が検出されると、充電リレーをオフし、メインリレーをオンすることによって、バッテリーの電圧によりＤＣリンクを初期充電させることを特徴とする。

【選択図】 図３

Description

本発明は、プラグインハイブリッド自動車の充電装置に係り、より詳しくは、バッテリー充電を開始する際に、初期突入電流によりインバータの電力スイッチング素子が破損されるのを防ぎ、充電装置を安定化させたプラグインハイブリッド自動車の充電装置に関する。

自動車に対する強化された排気ガスの規制を満たし、且つ燃費向上を実現するために、ハイブリッド自動車が開発されて実用化されている。
ハイブリッド自動車は、減速時にモータを逆回転させる回生制動を通じて電気を回生してバッテリーを充電する。

また、ハイブリッド自動車は、停車時にはエンジンをイグニッションオフし、出発時にモータでエンジンを再起動するアイドルストップアンドゴー（Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ａｎｄ Ｇｏ）制御を通じて燃費を向上させ、排気ガスを減少させる。
また、ハイブリッド自動車は、外部電源を用いてバッテリーを充電するプラグイン（Ｐｌｕｇ ｉｎ）充電方式を適用することができる。

プラグインハイブリッド自動車は、プラグイン充電を提供するために、外部電源を整流して緩速充電する充電器をオンボード（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）形態で搭載する。
しかし、オンボードで搭載される充電器は高価であるのでハイブリッド自動車の製造経費を増大させ、重量のある部品であるので燃費の低下を発生させ、限定された車両空間に搭載しなければならないためパッケージとして製作することが困難であるという短所がある。

特に、オンボードで搭載する充電器の価格は、同一出力のインバータの価格の１０倍程度であるため、ハイブリッド自動車の製造経費を大幅に上昇させて、価格競争力を弱めるという短所がある。

また、短時間でバッテリーの充電を行うためには、別途の急速充電装置を設備し、電源を急速充電ポートに接続して充電を実行しなければならない。
急速充電装置は、バッテリーの過充電防止などバッテリー保護のためにバッテリー制御器とリアルタイムの高速通信の遂行が必要であり、このために別途の通信チャンネルが必要となる（例えば特許文献１を参照）。
しかしながら、ハイブリッド自動車内部の制御器と外部システムの通信チャンネルとが接続される場合、制御器の信頼性の確保がそれだけ難しくなるという短所が発生する。

一方、プラグインでバッテリー充電を実行する場合には、ＤＣリンクの電圧が当初は０Ｖを有しているため、外部電源との接続時に高電圧の外部電源が供給されることによって初期突入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）によりインバータの電力スイッチング素子を破損することがあるという問題点が発生する。

特開２００８−２９６６６９号公報

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、プラグインハイブリッド自動車のバッテリー充電を開始する際に、初期突入電流によりインバータの電力スイッチング素子が破損されるのを防ぎ、パワーシステムの安定化を図ることにある。

前記目的を達成するための本発明のプラグインハイブリッド自動車の充電装置は、
直流電圧が貯蔵されるバッテリーと、
電動機又は発電機として動作する第１モータ及び第２モータと、
第１モータを駆動させる第１インバータ及び第２モータを駆動させる第２インバータと、
ＤＣリンクを含み、バッテリーからの直流電圧を昇圧又は降圧して第１インバータ及び第２インバータに供給し、第１インバータ及び第２インバータからの直流電圧を降圧または昇圧してバッテリー側に供給する電圧変換器と、
バッテリーと電圧変換器とを選択的に連結させるメインリレーと、
車両外部の外部電源に選択的に連結される充電ポートと、
充電ポートに配置されて外部電源の接続を検出する接続検出器と、
充電ポートと、第１モータと第２モータと、の間に設置され、外部電源を選択的に第１モータと第２モータに連結する充電リレーと、
外部電源の連結が検出されると、充電リレーをオフした状態で自身の初期活性化を実行することによって、初期活性化の前に外部電源が第１モータ及び第２モータに電気的に連結されることを防止する充電制御機と、を含み、
充電制御機は、外部電源の連結が検出されると、充電リレーをオフし、メインリレーをオンすることによって、バッテリーの電圧によりＤＣリンクを初期充電することを特徴とする。

本発明は、接続検出器が、充電ポートの充電カバーが開放されたことを検出する。
また本発明は、充電制御機が、外部電源との連結をＣＡＮ通信とブルートゥース通信との中のいずれか一つを用いて認識することができる。
また本発明は、充電制御機が、ＤＣリンクの電圧が設定された一定の電圧以上に充電されると、充電リレーをオンさせることによってバッテリーを充電するすることができる。
また本発明の充電リレーは、第１モータの第１中性点に連結される第１リレーと、第２モータの第２中性点に連結される第２リレーと、を有する。

更に、本発明のプラグインハイブリッド自動車の充電装置は、
直流電圧が貯蔵されるバッテリーと、
電動機又は発電機として動作する第１モータ及び第２モータと、
第１モータを駆動させる第１インバータ及び第２モータを駆動させる第２インバータと、
ＤＣリンクを含み、バッテリーからの直流電圧を昇圧又は降圧して第１インバータ及び第２インバータに供給し、第１インバータ及び第２インバータからの直流電圧を降圧又は昇圧してバッテリー側に供給する電圧変換器と、
バッテリーと電圧変換機とを選択的に連結させるメインリレーと、
車両外部の外部電源に選択的に連結される充電ポートと、
充電ポートに配置されて外部電源の接続を検出する接続検出器と、
充電ポートと、第１モータ及び第２モータと、の間に設置され、外部電源を選択的に第１モータ及び第２モータに連結し、設定された条件下で低電流ループを形成する充電リレーと、
外部電源の接続が検出されると、充電リレーをオフした状態で自身の初期活性化を実行することによって、初期活性化の前に外部電源が第１モータ及び第２モータに電気的に連結されることを防止する充電制御機と、を含み、
充電制御機は、初期活性化が完了すると低電流ループを形成し、低電流ループの電源を用いてＤＣリンクを初期充電することを特徴とする。

また本発明は、充電リレーが、第１モータに連結される第１リレーと、第２モータに連結される第２リレーと、第１リレーに並列に接続され、初期充電抵抗が直列に連結されて低電流ループを形成する第３リレーと、を備える。

また本発明は、低電流ループが、第１リレーをオフさせ、第２リレーをオンさせ、第３リレーをオンさせることによって形成することができる。
また本発明の充電制御機は、ＤＣリンクの電圧が設定された一定の電圧以上に充電されると、充電リレーの第１リレーをオンさせ、第３リレーをオフさせ、メインリレーをオンさせることによってバッテリーを充電することができる。

また本発明の充電リレーは、第２リレーに並列に接続され、初期充電抵抗が連結される第４リレーをさらに備えることができる。

また本発明は、接続検出器が、充電ポートの充電カバーが開放されたことを検出する。
また本発明の充電制御機は、外部電源の連結をＣＡＮ通信とブルートゥース通信とのうちのいずれか一つを用いて認識するすることができる。

本発明によれば、ダブルモータシステムを有するハイブリッド自動車において、充電コネクタ（充電スタンド）の接続が検出された場合、充電制御機の初期活性化とバッテリーの電圧によりＤＣリンクの初期充電を実行することを先に実行することによって、外部電源の供給による突入電流が発生しないようにして、インバータの電力スイッチング素子が破損されるのを防ぎ、これによってシステムの安定化を提供することができる。

また本発明は、ダブルモータシステムを有するハイブリッド自動車において、充電コネクタが接続されると、初期充電抵抗を備える充電リレーを通じて生成された低圧電流をＤＣリンクに供給してＤＣリンクを初期充電することによって、突入電流が発生しないようにすることができ、これによって充電システムの安定化を提供することができる。

また本発明はハイブリッド自動車に存在するモータとインバータを用いてバッテリーを充電することによって、従来のオンボード充電器搭載型に比較すると、高価な充電器の搭載が不要となり、これによってハイブリッド自動車の製造経費を削減できる。

また本発明は、ハイブリッド自動車がそなえるモータ及びインバータは電気容量が大きいので、それを活用して急速充電を実行することにより、急速充電のための別途の設備及び外部充電装置を備える必要がなくなり、これによってハイブリッド自動車の製造経費を削減できる。

本発明の第１実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を示した図面である。 本発明の第１実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を制御する方法を示したフローチャートである。 本発明の第２実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を示した図面である。 本発明の第２実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を制御する方法を示したフローチャートである。

［第１実施例］
以下に、添付した図面を参照して本発明の実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。なお、添付した図面において、本発明を明確に説明するために必要な部分以外は省略した場合がある。

図１は、本発明の第１実施例による、ハイブリッド自動車の充電装置を示した図面である。図１に示すように、本発明の第１実施例は、第１モータ１０１、第２モータ１０２、第１インバータ１０３、第２インバータ１０４、電圧変換器１０５、バッテリー１０６、充電ポート１０８、接続検出器１０９、メインリレーＳＲ１、ＳＲ２、充電リレー１１０、及び充電制御機２００を備える。

第１モータ１０１は３相交流電動機であり、選択的にエンジン（図示しない）を始動する電動機として動作し、またエンジンにより駆動される発電機として動作する。
第１モータ１０１は、エンジンを始動させるために第１インバータ１０３を通じて供給される３相交流電圧により駆動され、エンジンにより駆動されて３相交流電圧を発電して第１インバータ１０３に入力する。

第２モータ１０２は、駆動車輪（図示しない）を駆動する３相交流電動機であり、第２インバータ１０４から供給される３相交流電圧により駆動トルクを発生させる。
第２モータ１０２は、車両の回生制動時に発電機として動作し、３相交流電圧を発生させて第２インバータ１０４に入力する。

第１モータ１０１は、３相固定子コイルを備え、３相固定子コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルはそれぞれの一側が互いに連結されて第１中性点Ｎ１を形成し、それぞれの他側は第１インバータ１０３の対応するアームに連結される。
第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１には、外部電源３００の一側が連結される。

第２モータ１０２は、３相固定子コイルを備え、３相固定子コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルはそれぞれの一側が互いに連結されて第２中性点Ｎ２を形成し、それぞれの他側は第２インバータ１０４の対応するアームに連結される。
第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２には、外部電源３００の他側が連結される。

第１インバータ１０３は、電力スイッチング素子が直列に連結されて構成され、Ｕ相アームＳａｕ、Ｓａｕ´、Ｖ相アームＳａｖ、Ｓａｖ´、Ｗ相アームＳａｗ、Ｓａｗ´を備える。
電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスター、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及びＭＯＳＦＥＴの中の何れか一つから構成される。

第１インバータ１０３は、充電制御機２００のそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて、電圧変換器１０５を通じて供給されるバッテリー１０６の直流電圧を３相交流電圧に変換して第１モータ１０１に駆動電圧として供給する。

第２インバータ１０４は、電力スイッチング素子が直列に連結されて構成され、Ｕ相アームＳｂｕ、Ｓｂｕ´、Ｖ相アームＳｂｖ、Ｓｂｖ´、Ｗ相アームＳｂｗ、Ｓｂｗ´を備える。

電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスター、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及びＭＯＳＦＥＴの中の何れか一つから構成される。

第２インバータ１０４は、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて、電圧変換器１０５を通じて供給されるバッテリー１０６の直流電圧を３相交流電圧に変換し、第２モータ１０２に駆動電圧として供給する。

第１インバータ１０３は、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１を通じて供給される外部電源３００が正（＋）の位相（Ｖｓ＞０）である場合、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて上側アームが導通してＤＣリンク（Ｖｄｃが印加された部分）に充電電流を供給する。

この時、第２インバータ１０４は、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて下側アームが導通して第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２を通じて外部電源３００を連結する。

したがって、外部電源３００が正（＋）の位相（Ｖｓ＞０）で入力される場合、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１―第１インバータ１０３の上側アーム―ＤＣリンク―第２インバータ１０４の下側アーム―第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２―外部電源３００と連結される電流ループを形成させてＤＣリンクに充電電流を供給する。

また、第２インバータ１０４は、第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２を通じて供給される外部電源３００が負（−）の位相（Ｖｓ＜０）である場合、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて上側アームが導通してＤＣリンクに充電電流を供給する。

この時、第１インバータ１０３は、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて下側アームが導通して第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１を通じて外部電源３００を連結する。

したがって、外部電源３００が負（−）の位相（Ｖｓ＜０）で入力される場合、第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２―第２インバータ１０４の上側アーム―ＤＣリンク―第１インバータ１０３の下側アーム―第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１―外部電源３００と連結される電流ループを形成させてＤＣリンクに充電電流を供給する。

電圧変換器１０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電制御機２００から印加されるＰＷＭデューティー制御信号に応じて、バッテリー１０６から供給される直流電圧を、設定されたレベルの電圧に昇圧あるいは降圧して第１インバータ１０３又は第２インバータ１０４に入力する。

また、電圧変換器１０５は、充電制御機２００で印加されるＰＷＭデューティー制御信号に応じてＤＣリンクに充電された直流電圧を昇圧および降圧してバッテリー１０６に充電電圧として供給する。

電圧変換器１０５は、バッテリー１０６の両端に連結され、ＤＣリンクキャパシタＣｄｃに直列に接続される第１電力スイッチング素子Ｓ１と第２電力スイッチング素子Ｓ２、バッテリー１０６の両端間の電圧変動を平滑（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）する平滑キャパシタＣｂｃを備える。

バッテリー１０６は、直流電源であり、例えばニッケル−水素電池、リチウム−イオン２次電池、及び大容量キャパシタの中のいずれか一つから構成されていても良い。
バッテリー１０６は、充電された直流電力を電圧変換器１０５によって設定されたレベルの電圧に昇圧あるいは降圧して第１モータ１０１あるいは第２モータ１０２に供給する。

また、バッテリー１０６は、印加される外部電源３００の電源電圧を、電圧変換器１０５で設定されたレベルの電圧に昇圧あるいは降圧されて充電される。
充電ポート１０８は、設定された所定の方式により、外部電源３００の充電ポート３１０と接続される。

接続検出器１０９は、充電ポート１０８に外部電源３００を連結するためのコネクタが接続されているか否かを検出し、それに関する情報を充電制御機２００に提供する。
接続検出器１０９は、充電ポートのカバーが開放されているか否かを感知するカバー開放検出器であっても良い。

接続検出器１０９は、充電ポート１０８と外部電源を供給する充電用スタンドとの通信により、コネクタの接続の有無を検出することができる。
充電ポート１０８と充電用スタンドとの通信は、多様な形態、例えばＣＡＮ通信、ブルートゥース通信などを含む有無線通信で接続することができる。

接続検出器１０９は、充電コネクトを接続するために充電ポート１０８のカバーが開放されたことを検出した場合、外部電源３００を第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１と第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２とに連結する前に、バッテリー１０６への充電が意図されていることを充電制御機２００に伝達する。

メインリレーＳＲ１、ＳＲ２は、バッテリー１０６の両端に連結されてバッテリー１０６に入力及び出力される電圧及び電流を制御する。
充電リレー１１０は、充電ポート１０８と、第１モータ１０１及び第２モータ１０２と、の間に設置され、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１と第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２とに供給される外部電源３００を制御する。

充電リレー１１０は、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１に連結される第１リレーＳＲ３と、第２モータ１０２の中性点Ｎ２に連結する第２リレーＳＲ４と、を備える。
充電リレー１１０は、充電制御機２００の制御に応じてオン／オフ動作し、充電ポート１０８に充電コネクタの接続が検出された場合、充電制御機２００の初期活性化と、ＤＣリンクの初期充電と、が完了するまで外部電源３００から電力がシステムの内部に供給されるのを遮断して、充電装置の安定性を確保せしめる。

外部電源３００は、交流電源を供給することが好ましいが、直流電源を供給することも本発明の範囲に含まれる。
充電制御機２００は、充電ポート１０８に充電コネクタが連結されたことを検出すると、バッテリー１０６への充電が意図されているものと認識し、システムの安定化のために先ず充電リレー１１０をオフ状態にして外部電源３００がシステム内に供給されないようにし、この過程で自身の初期活性化を実行してシステムを安定化する。

初期活性化実行後、充電制御機２００はメインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオンさせてバッテリー１０６の電圧によりＤＣリンクが設定された電圧になるまで初期充電し、外部電源３００から電力が供給される時に突入電流が発生しないようにすることによって、電力スイッチング素子を保護する。

本発明の実施例によるハイブリッド自動車において、バッテリー電圧で第１モータを駆動させてエンジンを始動する動作、エンジンの駆動力で発電される電圧を充電する動作、バッテリーの電圧で第２モータを駆動させて走行する動作、回生制動時にバッテリーを充電する動作などは、通常のハイブリッド自動車と同一な制御方法により行われるので、これについての具体的な説明は省略する。

本発明の第１実施例の技術は、バッテリーへの充電意図が検出された場合に、先ず自身の初期活性化とＤＣリンクの初期充電を行って、外部電源３００から電力が供給される時に突入電流が発生しないようにする技術であるので、以下にこれについて具体的に説明する。

図２は、本発明の第１実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を制御する方法を示したフローチャートである。図２に示すように、本発明の第１実施例が適用されるハイブリッド自動車の充電制御機２００は、充電を待機している状態（Ｓ１０１）で、充電ポート１０８に備えられた接続検出器１０９の信号を分析し、充電ポート１０８に充電コネクタ（充電スタンド）が連結されたか否かを判断する（Ｓ１０２）。充電コネクタ（充電スタンド）の連結は、充電ポート１０８のカバー開放や充電スタンドとの有無線通信によって検出することができる。

充電制御機２００は、Ｓ１０２段階で充電コネクタ（充電スタンド）の連結を検出すると、バッテリー１０６への充電が意図されているものと判断し、充電リレー１１０をオフに維持した状態で自身の初期活性化を実行する（Ｓ１０３）。

充電制御機２００は、初期活性化が完了すると、メインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオンさせてバッテリー１０６の電圧を電圧変換器１０５に入力する（Ｓ１０４）。
この時充電制御機２００は、ＰＷＭ信号を出力して電圧変換器１０５内の第１電力スイッチング素子Ｓ１と第２電力スイッチング素子Ｓ２とをオン／オフスイッチングさせる（Ｓ１０５）。

これによって、バッテリー１０６で出力される電圧は第１電力スイッチング素子Ｓ１と第２電力スイッチング素子Ｓ２とのオン／オフスイッチングにより昇圧されてＤＣリンクのキャパシタＣｄｃに充電される。これによって、ＤＣリンクの初期充電が実行される（Ｓ１０６）。

バッテリー１０６の電圧により充電されるＤＣリンクの電圧を検出し、設定された一定の電圧（Ｖ１）以上に充電されたか否かを判断する（Ｓ１０７）。
Ｓ１０７段階でＤＣリンクが一定の電圧未満の状態であると、Ｓ１０５の過程へリターンして初期充電動作を持続する。Ｓ１０７段階でＤＣリンクが一定の電圧以上に充電されていると判断すると、オフ状態の充電リレー１１０をオンさせる（Ｓ１０８）。

これによって、充電ポート１０８に連結される外部電源３００が、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１と、第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２と、に供給されるため、外部電源３００の位相に応じて第１インバータ１０３及び第２インバータ１０４の各位相に対応するアームをオン／オフスイッチングさせて電流パスを形成させ、電圧変換器１０５内の第１電力スイッチング素子Ｓ１と第２電力スイッチング素子Ｓ２とをオン／オフスイッチングさせることによって、バッテリー１０６の充電を実行する。

以上で説明した通り、本発明の第１実施例は、ダブルモータシステムを有するハイブリッド自動車において、充電コネクタ（充電スタンド）の接続が検出される場合、充電制御機の初期活性化を先に実行し、次いでバッテリーの電圧によりＤＣリンクの初期充電を実行することによって、外部電源の投入に伴う突入電流が発生しないようにしてシステムの安定化を図る。

［第２実施例］
図３は、本発明の第２実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を示した図面である。図３に示すように、本発明の第２実施例は、第１モータ１０１、第２モータ１０２、第１インバータ１０３、第２インバータ１０４、電圧変換器１０５、バッテリー１０６、充電ポート１０８、接続検出器１０９、メインリレーＳＲ１、ＳＲ２、充電リレー１１０、及び充電制御機２００を備える。

第１モータ１０１は、３相交流電動機であり、選択的にエンジン（図示しない）を始動する電動機として動作し、エンジンにより駆動される発電機として動作する。
第１モータ１０１は、エンジンを始動させるために第１インバータ１０３を通じて供給される３相交流電圧により駆動され、エンジンにより駆動されて３相交流電圧を発電させて第１インバータ１０３に入力する。

第２モータ１０２は、駆動車輪（図示しない）を駆動する３相交流電動機であり、第２インバータ１０４で供給される３相交流電圧により駆動トルクを発生させる。
第２モータ１０２は、車両の回生制動時に発電機として動作し、３相交流電圧を発生させて第２インバータ１０４に入力する。

第１モータ１０１は、３相固定子コイルを備え、３相固定子コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルはそれぞれの一側が互いに連結されて第１中性点Ｎ１を形成し、それぞれの他側は第１インバータ１０３の対応するアームに連結される。
第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１には、外部電源３００の一側が連結される。

第２モータ１０２は、３相固定子コイルを備え、３相固定子コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルはそれぞれの一側が互いに連結されて第２中性点Ｎ２を形成し、それぞれの他側は第２インバータ１０４の対応するアームに連結される。
第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２には、外部電源３００の他側が連結される。

第１インバータ１０３は、電力スイッチング素子が直列に連結されて構成され、Ｕ相アームＳａｕ、Ｓａｕ´、Ｖ相アームＳａｖ、Ｓａｖ´、Ｗ相アームＳａｗ、Ｓａｗ´を備える。
電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスター、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及びＭＯＳＦＥＴの中の何れか一つから構成される。

第１インバータ１０３は、充電制御機２００のそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて、電圧変換器１０５を通じて供給されるバッテリー１０６の直流電圧を３相交流電圧に変換して第１モータ１０１に駆動電圧として供給する。

第２インバータ１０４は、電力スイッチング素子が直列に連結されて構成され、Ｕ相アームＳｂｕ、Ｓｂｕ´、Ｖ相アームＳｂｖ、Ｓｂｖ´、Ｗ相アームＳｂｗ、Ｓｂｗ´を備える。

電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスター、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及びＭＯＳＦＥＴの中の何れか一つから構成される。

第２インバータ１０４は、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて、電圧変換器１０５を通じて供給されるバッテリー１０６の直流電圧を３相交流電圧に変換し、第２モータ１０２に駆動電圧として供給する。

第１インバータ１０３は、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１を通じて供給される外部電源３００が正（＋）の位相（Ｖｓ＞０）である場合、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて上側アームが導通してＤＣリンクに充電電流を供給する。

この時、第２インバータ１０４は、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて下側アームが導通して第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２を通じて外部電源３００を連結する。

したがって、外部電源３００が正（＋）の位相（Ｖｓ＞０）で入力される場合、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１―第１インバータ１０３の上側アーム―ＤＣリンク―第２インバータ１０４の下側アーム―第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２―外部電源３００と連結される電流ループを形成させてＤＣリンクに充電電流を供給する。

また、第２インバータ１０４は、第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２を通じて供給される外部電源３００が負（−）の位相（Ｖｓ＜０）である場合、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて上側アームが導通してＤＣリンクに充電電流を供給する。

この時、第１インバータ１０３は、充電制御機２００でそれぞれのアームに印加されるＰＷＭ信号に応じて下側アームが導通して第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１を通じて外部電源３００を連結する。

したがって、外部電源３００が負（−）の位相（Ｖｓ＜０）で入力される場合、第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２―第２インバータ１０４の上側アーム―ＤＣリンク―第１インバータ１０３の下側アーム―第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１―外部電源３００と連結される電流ループを形成させてＤＣリンクに充電電流を供給する。

電圧変換器１０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電制御機２００から印加されるＰＷＭデューティー制御信号に応じて、バッテリー１０６から供給される直流電圧を、設定されたレベルの電圧に昇圧あるいは降圧して第１インバータ１０３又は第２インバータ１０４に入力する。

また、電圧変換器１０５は、充電制御機２００で印加されるＰＷＭデューティー制御信号に応じてＤＣリンクに充電された直流電圧を昇圧および降圧してバッテリー１０６に充電電圧として供給する。

電圧変換器１０５は、バッテリー１０６の両端に連結され、ＤＣリンクキャパシタＣｄｃに直列に接続される第１電力スイッチング素子Ｓ１と第２電力スイッチング素子Ｓ２、バッテリー１０６の両端間の電圧変動を平滑する平滑キャパシタＣｂｃを備える。

バッテリー１０６は直流電源であり、例えばニッケル−水素電池、リチウム−イオン２次電池、及び大容量キャパシタの中のいずれか一つから構成されていても良く、充電された直流電力を電圧変換器１０５によって設定されたレベルの電圧に昇圧あるいは降圧して第１モータ１０１あるいは第２モータ１０２に供給する。

また、バッテリー１０６は、印加される外部電源３００の電源電圧を、電圧変換器１０５で設定されたレベルの電圧に昇圧あるいは降圧されて充電される。
充電ポート１０８は、設定された所定の方式により、外部電源３００の充電ポート３１０と接続される。

接続検出器１０９は、充電ポート１０８に外部電源３００を連結するためのコネクタが接続されているか否かを検出し、それに関する情報を充電制御機２００に提供する。
接続検出器１０９は、充電ポートのカバーが開放されるか否かを感知するカバー開放検出器であっても良い。

接続検出器１０９は、充電ポート１０８と外部電源を供給する充電用スタンドとの通信により、コネクタの接続の有無を検出することができる。
前記充電ポート１０８と充電用スタンドとの通信は、多様な形態、例えばＣＡＮ通信、ブルートゥース通信などを含む有無線通信により接続することができる。

接続検出器１０９は、充電コネクタを接続するために充電ポート１０８のカバーが開放されたことを検出した場合、外部電源３００を第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１と第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２とに連結する前に、バッテリー１０６への充電が意図されていることを充電制御機２００に伝達する。

メインリレーＳＲ１、ＳＲ２は、バッテリー１０６の両端に連結されてバッテリー１０６に入力又は出力される電圧及び電流を制御する。
充電リレー１１０は、充電ポート１０８と、第１モータ１０１及び第２モータ１０２と、の間に設置され、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１と第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２とに供給される外部電源３００を制御する。

充電リレー１１０は、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１に連結される第１リレーＳＲ３と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に連結する第２リレーＳＲ４と、第１リレーＳＲ３に並列に連結され、初期充電抵抗Ｒ１が直列に連結される第３リレーＳＲ５を備える。
また、前記第２リレーＳＲ４に並列に連結され、初期充電抵抗が直列に連結するリレーをさらに含んでも良い。

充電ポート１０８に充電コネクタの接続が検出された場合、充電リレー１１０は、充電制御機２００の制御に応じてオン／オフ動作し、初期充電抵抗Ｒ１が連結される第３リレーＳＲ５と第２リレーＳＲ４とをスイッチングオンする。外部電源３００は、初期充電抵抗Ｒ１によって低電圧及び低電流に変換される。その後、外部電源から低電圧及び低電流に変換された電力をＤＣリンクに供給してＤＣリンクの初期充電を実行させる。

充電リレー１１０は、充電制御機２００の制御に応じて、ＤＣリンクの初期充電が完了すると、第３リレーＳＲ５をオフさせ、第１リレーＳＲ３と第２リレーＳＲ４をオンさせて、正常な外部電源３００がバッテリー１０６の充電電圧として供給されるようにする。

外部電源３００は、交流電源を供給することが好ましいが、直流電源を供給することも本発明の範囲に含まれる。
充電制御機２００は、充電ポート１０８に充電コネクタが連結したことを検出すると、バッテリー１０６への充電が意図されているものと認識し、システムの安定化のために充電リレー１１０をオフ状態に維持したまま、自身の初期活性化を実行する。

初期活性化が実行されると、充電制御機２００は充電リレー１１０で初期充電抵抗Ｒ１が連結される第３リレーＳＲ５と第２リレーＳＲ４を連結し、外部電圧３００を低電圧状態に変換してＤＣリンクに供給して初期充電を実行する。

ＤＣリンクの初期充電が完了すると、充電制御機２００は第３リレーＳＲ５をオフし、第１リレーＳＲ３と第２リレーＳＲ４とをオンさせて正常な外部電源３００の供給によりバッテリー１０６の充電を実行させる。

本発明の実施例によるハイブリッド自動車において、バッテリー電圧で第１モータを駆動させてエンジンを始動する動作、エンジンの駆動力で発電する電圧を充電する動作、バッテリーの電圧で第２モータを駆動させて走行する動作、回生制動時にバッテリーを充電する動作などは、通常のハイブリッド自動車と同一な制御方法により実行されるので、これについての具体的な説明は省略する。

本発明の第２実施例に技術は、充電コネクタが接続されると、初期には低電圧を供給してＤＣリンクを充電させ、ＤＣリンクの初期充電が完了すると、正常な電源を供給してバッテリーを充電させる技術であるので、これについて具体的に説明する。

図４は、本発明の第２実施例によるハイブリッド自動車の充電装置を制御する方法を示したフローチャートである。図４に示すように、本発明の第２実施例が適用されるハイブリッド自動車の充電制御機２００は、バッテリー１０６の充電を待機している状態（Ｓ２０１）で接続検出器１０９の信号を分析して充電ポート１０８に外部電源３００と連結される充電コネクタが接続されたか否かを判断する（Ｓ２０２）。

充電コネクタの接続は、充電ポートのカバー開放や充電スタンドとの有無線を用いた通信により検出することができる。
Ｓ２０２段階で充電コネクタの接続が検出されると、充電制御機２００は充電リレー１１０を全てオフにした状態で自身の初期活性化を実行する（Ｓ２０３）。

初期活性化が完了すると、充電制御機２００は、充電リレー１１０の第２リレーＳＲ４と第３リレーＳＲ５とをオンさせる（Ｓ２０４）。これによって、初期充電抵抗Ｒ１が直列に連結され、低電流ループが形成される。

次に、外部電源３００の位相Ｖｓに応じて第１インバータ１０３の上側アームと第２インバータ１０４の下側アームをオン／オフスイッチングさせ、充電リレー１１０により形成された低電流ループの電源をＤＣリンクに供給する（Ｓ２０５）。

したがって、ＤＣリンクは第１インバータ１０３と第２インバータ１０４を通じて供給される電源により初期充電される（Ｓ２０６）。
ＤＣリンクの充電が実行されると、ＤＣリンクの充電電圧を検出し、設定された一定の電圧Ｖ１以上に充電されたか否かを判断する（Ｓ２０７）。

Ｓ２０７段階で、ＤＣリンクが設定された一定の電圧以上に充電された場合、充電リレー１１０の第３リレーＳＲ５をオフさせ、第１リレーＳＲ３と第２リレーＳＲ４をオンさせる（Ｓ２０８）。これによって、第１モータ１０１の第１中性点Ｎ１と第２モータ１０２の第２中性点Ｎ２とに正常な電圧で外部電源から電力が供給される（Ｓ２０９）。

これによって、電圧変換器１０５に含まれるＤＣリンクに電圧が充電されるため、充電制御機２００は電圧変換器１０５内の第１電力スイッチング素子Ｓ１と第２電力スイッチング素子Ｓ２をＰＷＭ制御してバッテリー１０６の充電を実行する（Ｓ２１０）。

以上で説明した通り、本発明の第２実施例はダブルモータシステムを有するハイブリッド自動車において、充電コネクタが接続されると、充電リレーを通じて低電流を供給してＤＣリンクを初期充電することによって、突入電流が発生しないようにして、システムの安定化を提供する。

１０１ 第１モータ
１０２ 第２モータ
１０３ 第１インバータ
１０４ 第２インバータ
１０５ 電圧変換器
１０６ バッテリー
１０８ 充電ポート
１０９ 接続検出器
１１０ 充電リレー
２００ 充電制御機
３００ 外部電源
３１０ 充電ポート

Claims (12)

1. 直流電圧が貯蔵されるバッテリーと、
   電動機又は発電機として動作する第１モータ及び第２モータと、
   前記第１モータを駆動させる第１インバータ及び前記第２モータを駆動させる第２インバータと、
   ＤＣリンクを含み、前記バッテリーからの直流電圧を昇圧又は降圧して前記第１インバータ及び前記第２インバータに供給し、前記第１インバータ及び前記第２インバータからの直流電圧を降圧または昇圧して前記バッテリー側に供給する電圧変換器と、
   前記バッテリーと前記電圧変換器とを選択的に連結させるメインリレーと、
   車両外部の外部電源に選択的に連結される充電ポートと、
   前記充電ポートに配置されて前記外部電源の接続を検出する接続検出器と、
   前記充電ポートと、前記第１モータ及び前記第２モータと、の間に設置され、前記外部電源を選択的に前記第１モータ及び前記第２モータに連結する充電リレーと、
   前記外部電源の連結が検出されると、前記充電リレーをオフした状態で自身の初期活性化を実行することによって、初期活性化の前に前記外部電源が前記第１モータ及び前記第２モータに電気的に連結されることを防止する充電制御機と、
   を含み、
   前記充電制御機は、外部電源の連結が検出されると、前記充電リレーをオフし、前記メインリレーをオンすることによって、前記バッテリーの電圧により前記ＤＣリンクを初期充電することを特徴とするプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
2. 前記接続検出器は、充電ポートの充電カバーが開放されたことを検出することを特徴とする請求項１に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
3. 前記充電制御機は、前記外部電源の連結をＣＡＮ通信とブルートゥース通信との中のいずれか一つを用いて認識することを特徴とする請求項１に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
4. 前記充電制御機は、前記ＤＣリンクの電圧が設定された一定の電圧以上に充電されると、前記充電リレーをオンさせることによってバッテリーを充電することを特徴とする請求項１に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
5. 前記充電リレーは、前記第１モータの第１中性点に連結される第１リレーと、前記第２モータの第２中性点に連結される第２リレーと、を有することを特徴とする請求項１に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
6. 直流電圧が貯蔵されるバッテリーと、
   電動機又は発電機として動作する第１モータ及び第２モータと、
   前記第１モータを駆動させる第１インバータ及び前記第２モータを駆動させる第２インバータと、
   ＤＣリンクを含み、前記バッテリーからの直流電圧を昇圧又は降圧して前記第１インバータ及び前記第２インバータに供給し、前記第１インバータ及び前記第２インバータからの直流電圧を降圧又は昇圧して前記バッテリー側に供給する電圧変換器と、
   前記バッテリーと前記電圧変換機とを選択的に連結させるメインリレーと、
   車両外部の外部電源に選択的に連結される充電ポートと、
   前記充電ポートに配置されて前記外部電源の接続を検出する接続検出器と、
   前記充電ポートと、前記第１モータ及び前記第２モータと、の間に設置され、前記外部電源を選択的に前記第１モータ及び前記第２モータに連結し、設定された条件下で低電流ループを形成する充電リレーと、
   前記外部電源の接続が検出されると、前記充電リレーをオフした状態で自身の初期活性化を実行することによって、初期活性化の前に前記外部電源が前記第１モータ及び前記第２モータに電気的に連結されることを防止する充電制御機と、
   を含み、
   前記充電制御機は、自身の初期活性化が完了すると前記低電流ループを形成し、前記低電流ループの電源を用いて前記ＤＣリンクを初期充電させることを特徴とするプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
7. 前記充電リレーは、前記第１モータに連結される第１リレーと、前記第２モータに連結される第２リレーと、前記第１リレーに並列に接続され、初期充電抵抗が直列に連結されて前記低電流ループを形成する第３リレーと、を備えることを特徴とする請求項６に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
8. 前記低電流ループは、前記第１リレーをオフさせ、前記第２リレーをオンさせ、前記第３リレーをオンさせることによって形成されることを特徴とする請求項７に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
9. 前記充電制御機は、前記ＤＣリンクの電圧が設定された一定の電圧以上に充電されると、前記充電リレーの前記第１リレーをオンさせ、前記第３リレーをオフさせ、前記メインリレーをオンさせることによって前記バッテリーを充電することを特徴とする請求項８に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
10. 前記充電リレーは、前記第２リレーに並列に接続され、初期充電抵抗が連結される第４リレーをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
11. 前記接続検出器は、前記充電ポートの充電カバーが開放されたことを検出することを特徴とする、請求項６に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。
12. 前記充電制御機は、前記外部電源の連結をＣＡＮ通信とブルートゥース通信との中のいずれか一つを用いて認識することを特徴とする、請求項６に記載のプラグインハイブリッド自動車の充電装置。

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