JP2013123362A - 環境配慮型車両の充電装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境配慮型車両に構成されるパワーネットを用い、プラグインにより供給される外部の商用電源でバッテリの充電を提供する環境配慮型車両の充電方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、充電プラグの接続を検出する過程と、充電プラグの接続を検出すると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリ電圧との関係に応じて、第１および第２インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして動作させ、バッテリの充電を実行する過程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、環境配慮型車両の充電装置に係り、より詳しくは、環境配慮型車両に構成されるパワーネットを用い、プラグイン（Ｐｌｕｇ Ｉｎ）により供給される外部の商用電源でバッテリの充電を提供する環境配慮型車両の充電装置および方法に関する。

燃費の向上と排出ガスの安定化を提供する電気自動車、プラグイン電気自動車などを含む環境配慮型車両は、高電圧／大電流のパワーネットが構成される。

前記環境配慮型車両は、外部の商用電源を用いてバッテリを充電するプラグイン充電方式が適用可能である。（例えば特許文献１参照。）

環境配慮型車両においては、プラグイン充電を提供するために、外部の商用電源を整流して緩速充電を提供する充電器（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）が搭載される。

前記環境配慮型車両に搭載される充電器は、高電圧スイッチ、インダクタ、キャパシタ、絶縁型トランスフォーマ、および冷却システムを含むため、これを構成するために別のパッケージングが必要になる。

また、充電器を構成する各々の部品は、高価格および高重量の部品から構成され、環境配慮型車両の全体的なコスト上昇をもたらし、重量の増加により燃費の低下を生じることがある。

特に、充電器の価格が出力を基準として略１０倍容量の駆動インバータの価格と相似し、環境配慮型車両の製作にかかるコストを過度に上昇させるため、価格競争力を大きく低下させることがある。

特開２０１１−７２０６９号公報

本発明は前記のような問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、環境配慮型車両において、別の充電器を備えることなく、内部のパワーネットを用い、プラグインにより供給される商用電源でバッテリの充電を提供することにある。

また、外部から入力される電圧とバッテリ電圧との状態に応じて、電圧変換器あるいはインバータのみを作動させ、電圧変換器およびインバータのスイッチング損失を最小化しようとすることにある。

さらに、インバータおよび電圧変換器のブースティング制御において力率制御（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：ＰＦＣ）を追加し、充電効率を向上させることにある。

前記の目的を達成するための本発明は、直流電圧が貯蔵されるバッテリと、電動機または発電機として動作する第１および第２モータと、第１および第２モータを駆動させる第１および第２インバータと、バッテリからの直流電圧を昇圧して第１および第２インバータに供給し、第１および第２インバータからの直流電圧を降圧してバッテリに供給する電圧変換器と、前記バッテリ充電のために、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とに応じて、第１および第２インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして作動させる充電制御器とを含む環境配慮型車両の充電装置を提供することを特徴とする。

前記充電制御器は、第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、第１および第２インバータはオフに制御し、電圧変換器をスイッチング制御して電圧変換器をバックブーストとして作動させることができることを特徴とする。

前記充電制御器は、第１および第２インバータをオフに制御する過程において、第１および第２モータの中性点に入力される電圧で電圧変換器にバイパスすることができることを特徴とする。

前記充電制御器は、バッテリの電圧が第１および第２モータの中性点に入力される電圧を超えると、入力電圧の位相に応じて、第１および第２インバータをスイッチング制御して第１および第２インバータをブーストとして作動させ、電圧変換器の上側スイッチング素子を常時オンに制御することができることを特徴とする。

前記充電制御器は、第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器のみで昇圧と直流電圧変換を実行し、バッテリに充電電圧として供給することができることを特徴とする。

前記充電制御器は、第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、第１および第２インバータのみで昇圧と直流電圧変換を実行し、バッテリに充電電圧として供給することができることを特徴とする。

前記充電制御器は、バッテリの満充電が検出されると、バッテリ保護のために、第１および第２モータの中性点に入力される電圧を遮断することができることを特徴とする。

前記充電制御器は、バッテリの電圧が第１および第２モータの中性点に入力される電圧を超え、入力電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有すると、第１インバータをブーストとして作動させることができることを特徴とする。

前記充電制御器は、バッテリの電圧が第１および第２モータの中性点に入力される電圧を超え、入力電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）を有すると、第２インバータをブーストとして作動させることができることを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態に係る特徴は、充電プラグの接続を検出する過程と、充電プラグの接続が検出されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリ電圧との関係に応じて、第１および第２インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして動作させ、バッテリの充電を実行する過程とを含む環境配慮型車両の充電方法を提供することを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器のみで入力電圧を降圧し、バッテリの充電を実行することができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、第１および第２インバータのみで入力電圧を昇圧させ、バッテリの充電を実行することができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、第１および第２インバータはオフ状態を維持し、第１および第２モータの中性点に入力される電圧で電圧変換器にバイパスすることができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、入力電圧の位相に応じて、第１および第２インバータをスイッチング制御して第１および第２インバータをブーストとして作動させ、電圧変換器の上側スイッチング素子を常時オンに制御することができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満の状態で、入力電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータをブーストとして作動させ、入力電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータをブーストとして作動させることができることを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態によれば、充電プラグの接続を検出する過程と、充電プラグの接続が検出されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器で入力電圧を降圧し、バッテリを充電する過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、入力電圧の位相に応じて、第１および第２インバータで入力電圧を昇圧させ、バッテリを充電する過程とを含む環境配慮型車両の充電方法を提供することを特徴とする。

前記電圧変換器で入力電圧を昇圧する時、第１および第２インバータはオフに維持し、スイッチング損失が発生しないようにすることができることを特徴とする。

前記第１および第２インバータで入力電圧を昇圧する時、電圧変換器の上側スイッチング素子を常時オンに制御し、電圧変換器のスイッチング損失が発生しないようにすることができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満の時、入力電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータで入力電圧を昇圧させ、入力電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータで入力電圧を昇圧させ、バッテリを充電することができることを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態によれば、充電プラグの接続を検出する過程と、充電プラグの接続が検出されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧の位相に応じて、第１インバータあるいは第２インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させる過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリ電圧との関係に応じて、電圧変換器をバックブーストとして動作させたりスイッチングオフ状態を維持し、バッテリの充電を実行する過程とを含む環境配慮型車両の充電方法を提供することを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータをブーストとして作動させ、電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータをブーストとして作動させることができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器をバックブーストとして作動させて第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された入力電圧を降圧し、バッテリの充電を実行することができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器をスイッチングオフさせ、前記第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された電圧でバッテリの充電を実行することができることを特徴とする。

前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器は、第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された電圧をバッテリに充電電圧としてバイパスすることができることを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態によれば、充電プラグが接続されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータをブーストとして作動させ、電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させる過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器をバックブーストとして作動させて第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された入力電圧を降圧し、バッテリの充電を実行する過程と、前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器をスイッチングオフさせ、前記第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された電圧でバッテリの充電を実行する過程とを含む環境配慮型車両の充電方法を提供することを特徴とする。

さらに、本発明の他の実施形態によれば、直流電圧が貯蔵されるバッテリと、電動機および発電機として動作するモータと、モータを駆動させ、プラグインで印加される電圧を昇圧させるインバータと、プラグインで印加される交流電圧を整流してモータの中性点に供給する整流器と、バッテリからの直流電圧を昇圧してインバータに供給し、インバータで昇圧された電圧をそのままバッテリに充電電圧として供給したり降圧し、バッテリに充電電圧として供給する電圧変換器と、前記プラグインによりモータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とに応じて、インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして作動させ、バッテリに充電電圧を供給させる充電制御器とを含む環境配慮型車両の充電装置を提供することを特徴とする。

前記バッテリの充電完了が検出されると、前記充電制御器の制御信号に応じて、プラグインにより整流器に印加される商用電源を遮断させるスイッチ手段をさらに含むことができることを特徴とする。

前記充電制御器は、モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、インバータをオフに制御して入力電圧を電圧変換器にバイパスさせ、電圧変換器をバックブーストとして作動させて入力電圧を降圧することができることを特徴とする。

前記充電制御器は、モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させ、電圧変換器の上側電力スイッチング素子を常時オンにし、インバータで昇圧された電圧をバッテリに充電電圧として供給することができることを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態によれば、充電プラグが接続されると、整流器により直流に変換され、モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、入力電圧がバッテリの電圧を超えると、インバータをオフに制御し、電圧変換器をバックブーストとして作動させて入力電圧を降圧した後、バッテリに充電電圧として供給する過程と、入力電圧がバッテリの電圧未満であれば、インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させ、電圧変換器の上側電力スイッチング素子を常時オンにし、インバータで昇圧された電圧をバッテリに充電電圧として供給する過程と、充電完了が検出されると、プラグインで印加される商用電源を遮断させる過程とを含む環境配慮型車両の充電装置を提供することを特徴とする。

さらに、本発明の他の実施形態によれば、充電プラグが接続されると、整流器により直流に変換され、モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、インバータをブーストとして動作させて入力電圧を昇圧する過程と、入力電圧とバッテリの電圧とを比較し、入力電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器をバックブーストとして作動させてインバータで昇圧された入力電圧を降圧した後、バッテリに充電電圧として供給する過程と、入力電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器をオフにし、インバータで昇圧された入力電圧をバッテリに充電電圧として供給する過程と、充電完了が検出されると、プラグインで印加される商用電源を遮断させる過程とを含む環境配慮型車両の充電装置を提供することを特徴とする。

このように、本発明は、環境配慮型車両において、内部のパワーネットを用い、商用電源でバッテリの充電を提供することにより、オンボード充電器が排除され、コストの低減と重量の減少により燃費の向上を提供し、車両内部のパッケージングに効率性を提供することができる。

また、本発明は、入力電圧とバッテリ電圧との関係に応じて、電圧変換器およびインバータの動作を制御し、スイッチング損失を最少化し、入力電圧に対する力率を向上させて充電効率を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第１充電手順を概略的に示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第２充電手順を概略的に示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第１充電手順を概略的に示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第２充電手順を概略的に示すフローチャートである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。

本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたり同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成は、説明の便宜のために任意に示したので、本発明は必ずしも図面に示されたものに限定されない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置を概略的に示す図である。
図１は、２つのモータが適用される環境配慮型車両の充電装置を示す図である。

図１を参照すれば、本発明の第１実施形態は、第１モータ１０１と、第２モータ１０２と、第１インバータ１０３と、第２インバータ１０４と、電圧変換器１０５と、バッテリ１０６と、充電制御器２００とを含む。

第１モータ１０１は、三相交流電動機であり、図示しないエンジンを始動できる電動機として動作し、エンジンが始動オンを維持する状態で発電機として動作する。

第１モータ１０１は、第１インバータ１０３を介して供給される三相交流電圧によって駆動され、エンジンの駆動により三相交流電圧を発電して第１インバータ１０３に出力する。

第２モータ１０２は、図示しない車輪を駆動する三相交流電動機であり、第２インバータ１０４から供給される三相交流電圧によって駆動トルクを発生する。

また、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、三相交流電圧を発生して第２インバータ１０４に出力する。

第１モータ１０１は、固定子コイルとしてＹ結線型三相コイルを含み、三相コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルの一側が互いに連結されて中性点Ｎ１を形成し、他の一側は第１インバータ１０３の対応するアームに連結される。

前記第１モータ１０１の中性点Ｎ１には、外部から入力される商用電源３００の一側が連結される。

第２モータ１０２は、固定子コイルとしてＹ結線型三相コイルを含み、三相コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルの一側が互いに連結されて中性点Ｎ２を形成し、他の一側は第２インバータ１０４の対応するアームに連結される。

前記第２モータ１０２の中性点Ｎ２には、外部から入力される商用電源３００の他の一側が連結される。

第１インバータ１０３は、充電制御器２００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、電圧変換器１０５を介して供給されるバッテリ１０６の直流電圧を三相交流電圧に変換し、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、充電制御器２００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、電圧変換器１０５を介して供給されるバッテリ１０６の直流電圧を三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、電力スイッチング素子が上側と下側とに構成されて直列連結され、Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｓ_ａｕ’と、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｓ_ａｖ’と、Ｗ相アームＳ_ａｗ、Ｓ_ａｗ’とを含む。

第２インバータ１０４は、電力スイッチング素子が上側と下側とに構成されて直列連結され、Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｓ_ｂｕ’と、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｓ_ｂｖ’と、Ｗ相アームＳ_ｂｗ、Ｓ_ｂｗ’とを含む。

前記電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴのうちのいずれか１つから構成される。

前記第１インバータ１０３と第２インバータ１０４は、プラグイン接続により商用電源３００が入力されると、充電制御器２００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２を介して印加される電圧を昇圧させたりバイパスさせ、電圧変換器１０５に供給する。

電圧変換器１０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電制御器２００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、バッテリ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、第１インバータ１０３あるいは第２インバータ１０４に出力する。

また、電圧変換器１０５は、充電制御器２００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４を介して供給される直流電圧を昇圧および降圧し、バッテリ１０６に充電電圧として供給する。

電圧変換器１０５は、バッテリ１０６の両端に連結され、ＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに直列に接続される第１電力スイッチング素子Ｓ_１および第２電力スイッチング素子Ｓ_２と、バッテリ１０６の両端間の電圧変動を平滑する平滑キャパシタＣ_ｂｃとを含む。

電圧変換器１０５は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に供給される外部の商用電源３００が、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４を介して循環経路が形成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに充電されると、充電制御器２００から印加される制御信号に応じて、第１電力スイッチング素子Ｓ_１および第２電力スイッチング素子Ｓ_２がスイッチングされ、バッテリ１０６の充電を実行する。

バッテリ１０６は、直流電源であり、例えば、ニッケル−水素、リチウム−イオン二次電池、大容量キャパシタのうちのいずれか１つから構成可能であり、環境配慮型車両の駆動のための高電圧が貯蔵される。

また、バッテリ１０６は、電圧変換器１０５で昇圧あるいは降圧して印加される外部の商用電源３００によって充電される。

商用電源３００は、プラグ接続またはコネクタ接続のうちのいずれか１つで連結される。

商用電源３００は、交流電源を適用することが好ましいが、直流電源の適用も本発明の範囲に含まれる。

充電制御器２００は、プラグインで商用電源３００が連結されると、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎと、循環ループが形成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃの電圧Ｖ_ｄｃと、バッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔと、バッテリ１０６の両端間に接続される平滑キャパシタＣ_ｂｃの電圧Ｖ_ｂｃと、インダクタの電流Ｉ_Ｌとを検出し、充電モードを決定する。

前記充電制御器２００は、決定された充電モードに応じて充電制御値を決定し、ＰＷＭ制御信号で第１インバータ１０３および第２インバータ１０４と電圧変換器１０５をスイッチングさせ、バッテリ１０６の充電を実行する。

前記充電制御器２００は、外部から入力される商用電源３００の入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、電圧変換器１０５のスイッチングを制御してバックブースト（Ｂｕｃｋ Ｂｏｏｓｔ）として作動させる。

したがって、バックブーストとして作動する電圧変換器１０５のスイッチングによりＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃの電圧が設定された一定電圧に降圧し、バッテリ１０６に充電電圧として供給される。

この時、充電制御器２００は、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４はスイッチングオフ状態を維持し、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４の無駄なスイッチング損失が発生するのを防止する。

また、充電制御器２００は、外部から入力される商用電源３００の入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、バッテリ１０６の電圧が入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４をスイッチング動作させてブーストとして作動させることにより、入力電圧Ｖ_ｉｎを直流電圧に変換し、同時に一定電圧に昇圧させ、電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する。

この時、前記充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎの位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有すると、第１インバータ１０３を構成する電力スイッチング素子の上側Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｗ相アームＳ_ａｗを導通させ、第２インバータ１０４を構成する電力スイッチング素子はオフ状態に維持する。

したがって、商用電源３００→第１モータ１０１の中性点Ｎ１→第１インバータ１０３の上側アーム→電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃ→第２インバータ１０４の下側アームに構成されるフリーホイーリングダイオード→第２モータ１０２の中性点→商用電源３００につながる循環ループが形成される。

この時、第１モータ１０１の中性点Ｎ１に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎは、ブーストとして動作する前記第１インターバ１０３の上側Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｗ相アームＳ_ａｗのスイッチング動作により直流電圧に変換されると同時に、設定された一定電圧に昇圧され、電圧変換器１０５内のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵される。

そして、前記充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎの位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）を有すると、第２インバータ１０４を構成する電力スイッチング素子の上側Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｗ相アームＳ_ｂｗを導通させ、第１インバータ１０３を構成する電力スイッチング素子はオフ状態に維持する。

したがって、商用電源３００→第２モータ１０２の中性点Ｎ２→第２インバータ１０４の上側アーム→電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃ→第１インバータ１０３の下側アームに構成されるフリーホイーリングダイオード→第１モータ１０１の中性点→商用電源３００につながる循環ループが形成される。

この時、第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎは、ブーストとして動作する前記第２インターバ１０４の上側Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｗ相アームＳ_ｂｗのスイッチング動作により直流電圧に変換されると同時に、設定された一定電圧に昇圧され、電圧変換器１０５内のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵される。

前記充電制御器２００は、バッテリ１０６の電圧が入力電圧Ｖ_ｉｎを超え、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４をブーストとして動作させる時、電圧変換器１０５の上側電力スイッチング素子Ｓ_１のみを常時オン状態に維持し、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４で昇圧して供給される電圧がバッテリ１０６に充電電圧として供給されるようにする。

また、前記充電制御器２００は、入力電圧Ｖ_ｉｎの位相に応じて、第１インバータ１０３あるいは第２インバータ１０４をブーストとして作動させて入力電圧Ｖ_ｉｎを昇圧させ、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、電圧変換器１０５をバックブーストとして作動させて第１インバータ１０３あるいは第２インバータ１０４で昇圧された入力電圧Ｖ_ｉｎを降圧し、バッテリ１０６の充電を提供する。

さらに、前記充電制御器２００は、入力電圧Ｖ_ｉｎの位相に応じて、第１インバータ１０３あるいは第２インバータ１０４をブーストとして作動させて入力電圧Ｖ_ｉｎを昇圧させ、バッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔが入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると、電圧変換器１０５をオフ状態に維持し、第１インバータ１０３あるいは第２インバータ１０４で昇圧された入力電圧Ｖ_ｉｎがそのままバッテリ１０６の充電電圧として供給されるようにする。

前記充電制御器２００は、前記手順に従って外部の商用電源３００でバッテリ１０６の充電制御を実行し、バッテリ１０６の充電完了を検出すると、バッテリ１０６の過充電が発生しないようにするために、リレー１０７をオフにし、商用電源３００の入力を遮断する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第１充電手順を概略的に示すフローチャートである。

図２を参照すれば、本発明が適用される環境配慮型車両がバッテリ１０６の充電を待機する状態（Ｓ１０１）で、充電制御器２００は、外部の商用電源３００を連結する充電プラグの接続が検出されるかを判断する（Ｓ１０２）。

前記Ｓ１０２において、充電制御器２００は、充電プラグの接続を検出すると、充電モードに入った（Ｓ１０３）後、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される商用電源３００の入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを検出する（Ｓ１０４）。

そして、充電制御器２００は、前記Ｓ１０４の過程で検出した入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えるかを判断する（Ｓ１０５）。

前記Ｓ１０５において、充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４をオフ状態に制御し、入力電圧Ｖ_ｉｎに対してバイパス機能のみを提供する（Ｓ１０６）。

つまり、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４をオフ状態に制御し、高電圧が入力される状態で昇圧のための無駄なスイッチング動作を発生させないことにより、スイッチング損失が発生しないようにする。

この時、充電制御器２００は、電圧変換器１０５を構成する上側電力スイッチング素子Ｓ_１と下側電力スイッチング素子Ｓ_２をスイッチング制御してバックブースト（Ｂｕｃｋ Ｂｏｏｓｔ）として作動させ、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４を介して入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを設定された所定の電圧に降圧し（Ｓ１０７）、バッテリ１０６に充電電圧として供給する（Ｓ１１３）。

前記Ｓ１０５の比較において、充電制御器２００は、バッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔが第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると判断されると、入力電圧Ｖ_ｉｎの位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有するかを判断する（Ｓ１０８）。

前記Ｓ１０８において、充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎの位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有すると、ＰＷＭ制御信号で第１インバータ１０３をスイッチング動作させ、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを直流電圧に変換し、同時に設定された所定のレベルに昇圧させるブースト機能を実行させる（Ｓ１０９）。

例えば、前記充電制御器２００は、第１インバータ１０３を構成する電力スイッチング素子の上側Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｗ相アームＳ_ａｗを導通させ、第２インバータ１０４を構成する電力スイッチング素子はオフ状態に維持する。

したがって、商用電源３００→第１モータ１０１の中性点Ｎ１→第１インバータ１０３の上側アーム→電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃ→第２インバータ１０４の下側アームに構成されるフリーホイーリングダイオード→第２モータ１０２の中性点→商用電源３００につながる循環ループを形成する。

この時、第１モータ１０１の中性点Ｎ１に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎは、ブーストとして動作する前記第１インターバ１０３の上側Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｗ相アームＳ_ａｗのスイッチング動作により直流電圧に変換されると同時に、設定された一定電圧に昇圧されて電圧変換器１０５に供給される（Ｓ１１１）。

前記Ｓ１０８において、充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎの位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）を有すると、ＰＷＭ制御信号で第２インバータ１０４をスイッチング動作させ、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを直流電圧に変換させ、同時に設定された所定のレベルに昇圧させるブースト機能を実行させる（Ｓ１１０）。

例えば、前記充電制御器２００は、第２インバータ１０４を構成する電力スイッチング素子の上側Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｗ相アームＳ_ｂｗを導通させ、第１インバータ１０３を構成する電力スイッチング素子はオフ状態に維持する。

したがって、商用電源３００→第２モータ１０２の中性点Ｎ２→第２インバータ１０４の上側アーム→電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃ→第１インバータ１０３の下側アームに構成されるフリーホイーリングダイオード→第１モータ１０１の中性点→商用電源３００につながる循環ループを形成する。

この時、第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎは、ブーストとして動作する前記第２インターバ１０４の上側Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｗ相アームＳ_ｂｗのスイッチング動作により直流電圧に変換され、同時に設定された一定電圧に昇圧されて電圧変換器１０５に供給される（Ｓ１１１）。

そして、前記充電制御器２００は、前記動作により第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータＮ２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧を直流に変換し、同時に昇圧させて電圧変換器１０５に供給する状態で、電圧変換器１０５の上側電力スイッチング素子Ｓ_１を常時オン状態に制御する（Ｓ１１２）。

したがって、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４で昇圧された電圧がバッテリ１０６にそのまま供給され、バッテリ１０６の充電が提供される（Ｓ１１３）。

この時、電圧変換器１０５は、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４の昇圧により無駄なスイッチング動作が発生せず、スイッチング損失が発生しなくなる。

前記充電制御器２００は、前記手順に従って外部の商用電源３００でバッテリ１０６の充電制御を実行し、バッテリ１０６の充電完了が検出される（Ｓ１１４）と、バッテリ１０６の過充電が発生しないようにするために、リレー１０７をオフにし、商用電源３００の入力を遮断することにより、充電動作を終了する（Ｓ１１５）。

図３は、本発明の第１実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第２充電手順を概略的に示すフローチャートである。

図３を参照すれば、本発明が適用される環境配慮型車両がバッテリ１０６の充電を待機する状態（Ｓ２０１）で、充電制御器２００は、外部の商用電源３００を連結する充電プラグの接続が検出されるかを判断する（Ｓ２０２）。

前記Ｓ２０２において、充電制御器２００は、充電プラグの接続を検出すると、充電モードに入った（Ｓ２０３）後、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される商用電源３００の入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを検出する（Ｓ２０４）。

以後、前記充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎの位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有するかを判断する（Ｓ２０５）。

前記Ｓ２０５において、充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎの位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有すると、ＰＷＭ制御信号で第１インバータ１０３をスイッチング動作させ、第１モータ１０１の中性点Ｎ１に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを直流電圧に変換し、同時に設定された所定のレベルに昇圧させるブースト機能を実行させる（Ｓ２０６）。

例えば、前記充電制御器２００は、第１インバータ１０３を構成する電力スイッチング素子の上側Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｗ相アームＳ_ａｗを導通させ、第２インバータ１０４を構成する電力スイッチング素子はオフ状態に維持する。

したがって、商用電源３００→第１モータ１０１の中性点Ｎ１→第１インバータ１０３の上側アーム→電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃ→第２インバータ１０４の下側アームに構成されるフリーホイーリングダイオード→第２モータ１０２の中性点→商用電源３００につながる循環ループを形成する。

この時、第１モータ１０１の中性点Ｎ１に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎは、ブーストとして動作する前記第１インターバ１０３の上側Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｗ相アームＳ_ａｗのスイッチング動作により直流電圧に変換されると同時に、設定された一定電圧に昇圧され、電圧変換器１０５に構成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに供給されて貯蔵される（Ｓ２０８）。

前記Ｓ２０５において、充電制御器２００は、第１モータ１０１の中性点Ｎ１と第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎの位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）を有すると、ＰＷＭ制御信号で第２インバータ１０４をスイッチング動作させ、第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを直流電圧に変換させ、同時に設定された所定のレベルに昇圧させるブースト機能を実行する（Ｓ２０７）。

例えば、前記充電制御器２００は、第２インバータ１０４を構成する電力スイッチング素子の上側Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｗ相アームＳ_ｂｗを導通させ、第１インバータ１０３を構成する電力スイッチング素子はオフ状態に維持する。

したがって、商用電源３００→第２モータ１０２の中性点Ｎ２→第２インバータ１０４の上側アーム→電圧変換器１０５のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃ→第１インバータ１０３の下側アームに構成されるフリーホイーリングダイオード→第１モータ１０１の中性点→商用電源３００につながる循環ループを形成する。

この時、第２モータ１０２の中性点Ｎ２に入力される交流電圧Ｖ_ｉｎは、ブーストとして動作する前記第２インターバ１０４の上側Ｕ相アームＳ_ｂｕ、Ｖ相アームＳ_ｂｖ、Ｗ相アームＳ_ｂｗのスイッチング動作により直流電圧に変換され、同時に設定した一定電圧に昇圧され、電圧変換器１０５に構成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに供給されて貯蔵される（Ｓ２０８）。

前記のように、入力電圧Ｖ_ｉｎの位相に応じて、第１インバータ１０３および第２インバータ１０４で昇圧させ、電圧変換器１０５に構成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する状態で、充電制御器２００は、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超える状態であるかを判断する（Ｓ２０９）。

前記Ｓ２０９において、充電制御器２００は、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えた状態であると判断すると、充電制御器２００は、電圧変換器１０５を構成する上側電力スイッチング素子Ｓ_１と下側電力スイッチング素子Ｓ_２をスイッチング制御してバックブースト（Ｂｕｃｋ Ｂｏｏｓｔ）として作動させ、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４で昇圧された入力電圧Ｖ_ｉｎを所定の電圧に降圧し（Ｓ２１０）、バッテリ１０６に充電電圧として供給する（Ｓ２１２）。

つまり、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４で昇圧された入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０５の充電定格電圧を超える過電圧状態であるため、充電定格電圧に降圧し、バッテリ１０６に充電電圧として供給する。

しかし、前記Ｓ２０９において、充電制御器２００は、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０６の電圧Ｖ_ｂａｔｔ未満であれば、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４で昇圧された入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ１０５の充電定格電圧を超えない状態であるため、電圧変換器１０５をスイッチングオフ状態に維持する（Ｓ２１１）。

したがって、第１インバータ１０３と第２インバータ１０４により昇圧された入力電圧Ｖ_ｉｎがそのままバッテリ１０６に充電電圧として提供され、電圧変換器１０５のスイッチング損失が発生しなくなる（Ｓ２１２）。

前記手順に従って外部の商用電源３００でバッテリ１０６の充電制御を実行する状態で、充電制御器２００は、バッテリ１０６の充電完了が検出されるかを判断する（Ｓ２１３）。

前記Ｓ２１３において、充電制御器２００は、バッテリ１０６の充電完了を検出すると、バッテリ１０６の過充電が発生しないようにするために、リレー１０７をオフにし、商用電源３００の入力を遮断して、充電動作を終了する（Ｓ２１４）。

図４は、本発明の第２実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置を概略的に示す図である。

図４は、１つのモータが適用される環境配慮型車両の充電装置を示す図である。

図４を参照すれば、本発明の第２実施形態は、モータ４０１と、インバータ４０２と、電圧変換器４０３と、バッテリ４０４と、リレー４０５と、整流器４０６と、充電制御器５００とを含む。

モータ４０１は、車輪を駆動する三相交流電動機であり、インバータ４０２から供給される三相交流電圧によって駆動トルクを発生する。

また、モータ４０１は、車両の回生制動時に発電機として動作し、三相交流電圧を発生してインバータ４０２に出力する。

モータ４０１は、固定子コイルとしてＹ結線型三相コイルを含み、三相コイルを形成するＵ、Ｖ、Ｗ相コイルの一側が互いに連結されて中性点Ｎを形成し、他の一側はインバータ４０２の対応するアームに連結される。

前記モータ４０１の中性点Ｎには、外部から入力される商用電源６００の一側が連結される。

インバータ４０２は、充電制御器５００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、電圧変換器４０３を介して供給されるバッテリ４０４の直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータ４０１に駆動電圧として供給する。

前記インバータ４０２は、プラグインで商用電源６００が接続される場合、充電制御器５００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じてスイッチングされ、モータ４０１の中性点Ｎに入力される電圧を昇圧させたりそのままバイパスさせ、電圧変換器４０３に供給する。

前記インバータ４０２は、電力スイッチング素子が上側と下側とに構成されて直列連結され、Ｕ相アームＳ_ａｕ、Ｓ_ａｕ’と、Ｖ相アームＳ_ａｖ、Ｓ_ａｖ’と、Ｗ相アームＳ_ａｗ、Ｓ_ａｗ’とを含む。

前記電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴのうちのいずれか１つから構成される。

電圧変換器４０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電制御器５００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、バッテリ４０４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、インバータ４０２に出力する。

また、電圧変換器４０３は、充電制御器５００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じて、インバータ４０２から印加される電圧を降圧し、バッテリ４０４に充電電圧として供給する。

電圧変換器４０３は、バッテリ４０４の両端に連結され、ＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに直列に接続される第１電力スイッチング素子Ｓ_１および第２電力スイッチング素子Ｓ_２と、バッテリ４０４の両端間の電圧変動を平滑する平滑キャパシタＣ_ｂｃとを含む。

電圧変換器４０３は、モータ４０１の中性点Ｎに供給される外部の商用電源６００が、インバータ４０２を介して昇圧されたりそのままバイパスされてＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに充電されると、充電制御器５００から印加されるＰＷＭ制御信号に応じてスイッチングされて昇圧された電圧を降圧したりそのままバイパスさせ、バッテリ４０４の充電を実行する。

バッテリ４０４は、直流電源であり、例えば、ニッケル−水素、リチウム−イオン二次電池、大容量キャパシタのうちのいずれか１つから構成可能であり、環境配慮型車両の駆動のための高電圧が貯蔵される。

また、バッテリ４０４は、電圧変換器４０３から印加される電源によって充電される。

リレー４０５は、バッテリ４０４の充電が完了する場合、充電制御器５００から印加される制御信号によってスイッチングされ、商用電源６００の入力を遮断する。

整流器４０６は、プラグインにより印加される交流状態の商用電源６００を直流電圧に変換させ、モータ４０１の中性点Ｎに供給する。

充電制御器５００は、商用電源６００の連結により、モータ４０１の中性点Ｎに入力される交流電圧Ｖ_ｉｎと、循環ループが形成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃの電圧Ｖ_ｄｃと、バッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔと、バッテリ４０４の両端間に接続される平滑キャパシタＣ_ｂｃの電圧Ｖ_ｂｃと、インダクタの電流Ｉ_Ｌとを検出し、充電モードを決定する。

前記充電制御器５００は、充電モードに入ると、ＰＷＭ制御信号でインバータ４０２と電圧変換器４０３をスイッチングさせ、バッテリ４０４の充電を実行する。

前記充電制御器５００は、プラグインにより整流器４０６を介して整流された外部電圧が入力されると、入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、インバータ４０２をスイッチングオフさせる。

したがって、インバータ４０２は、モータ４０１の中性点Ｎに入力される入力電圧Ｖ_ｉｎをそのままバイパスさせ、電圧変換器４０３のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する。

この時、充電制御器５００は、電圧変換器４０３のスイッチングを制御してバックブーストとして作動させることにより、ＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵された電圧を定格充電電圧に降圧し、バッテリ４０４に充電電圧として供給する。

また、充電制御器５００は、入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、バッテリ４０４の電圧が入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると、インバータ４０２をブーストとして動作させて入力電圧Ｖ_ｉｎを昇圧させた後、電圧変換器４０３のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する。

この時、充電制御器５００は、電圧変換器４０３の上側電力スイッチング素子Ｓ_１を常時オン状態に維持し、インバータ４０２で昇圧された電圧がバッテリ４０４にそのまま充電電圧として供給されるようにする。

また、前記充電制御器５００は、プラグインにより整流器４０６を介して整流された外部電圧が入力されると、インバータ４０２をブーストとして動作させて入力電圧Ｖ_ｉｎを昇圧させた後、電圧変換器４０３のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する。

そして、充電制御器５００は、入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、電圧変換器４０３のスイッチングを制御してバックブーストとして作動させることにより、ＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵された電圧を定格充電電圧に降圧し、バッテリ４０４に充電電圧として供給する。

また、充電制御器５００は、入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを比較し、バッテリ４０４の電圧が入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると、電圧変換器４０３をオフ状態に維持し、インバータ４０２で昇圧された電圧がバッテリ４０４にそのまま充電電圧として供給されるようにする。

前記充電制御器５００は、前記手順に従って外部の商用電源６００でバッテリ４０４の充電制御を実行し、バッテリ４０４の充電完了が検出されると、バッテリ４０４の過充電が発生しないようにするために、リレー４０５をオフにし、商用電源６００の入力を遮断する。

商用電源６００は、プラグ接続またはコネクタ接続のうちのいずれか１つで連結される。

商用電源６００は、交流電源を適用することが好ましいが、直流電源の適用も本発明の範囲に含まれる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第１充電手順を概略的に示すフローチャートである。

図５を参照すれば、本発明が適用される環境配慮型車両がバッテリ４０４の充電を待機する状態（Ｓ３０１）で、充電制御器５００は、外部の商用電源６００を連結する充電プラグの接続が検出されたかを判断する（Ｓ３０２）。

前記Ｓ３０２において、充電制御器５００は、外部の商用電源６００を連結する充電プラグの接続を検出すると、充電モードに入った（Ｓ３０３）後、整流器４０６により直流に変換され、モータ４０１の中性点Ｎに入力される入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを検出する（Ｓ３０４）。

そして、充電制御器５００は、前記Ｓ３０４の過程で検出した入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧とを比較し、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えるかを判断する（Ｓ３０５）。

前記Ｓ３０５において、充電制御器５００は、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、インバータ４０２をオフ状態に制御し、入力電圧Ｖ_ｉｎに対してバイパス機能のみを維持させ、電圧変換器４０３に構成されるＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する（Ｓ３０６）。

つまり、インバータ４０２をオフ状態に制御し、昇圧のための無駄なスイッチング動作を発生させないことにより、スイッチング損失が発生しないようにする。

この時、充電制御器５００は、電圧変換器４０３を構成する上側電力スイッチング素子Ｓ_１と下側電力スイッチング素子Ｓ_２をスイッチング制御してバックブーストとして作動させ、入力電圧Ｖ_ｉｎをバッテリ４０４の定格充電電圧に降圧し（Ｓ３０７）、バッテリ４０４に充電電圧として供給する（Ｓ３１１）。

前記Ｓ３０５の比較において、充電制御器５００は、バッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔが入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると判断すると、インバータ４０２をＰＷＭ制御信号でスイッチングさせて（Ｓ３０８）ブーストとして作動させることにより、入力電圧Ｖ_ｉｎを定格充電電圧に昇圧させる（Ｓ３０９）。

この時、インバータ４０２により昇圧された電圧は、電圧変換器４０３内のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵される。

そして、前記充電制御器５００は、電圧変換器４０３の上側電力スイッチング素子Ｓ_１を常時オン状態に制御する（Ｓ３１０）。

したがって、インバータ４０２で昇圧された電圧がバッテリ４０４に充電電圧として供給され、バッテリ４０４の充電が提供される（Ｓ３１１）。

この時、電圧変換器４０２は、昇圧あるいは降圧のための無駄なスイッチング動作が発生せず、スイッチング損失が発生しなくなる。

前記充電制御器５００は、前記手順に従って外部の商用電源６００でバッテリ４０４の充電制御を実行し、バッテリ４０４の充電完了を検出する（Ｓ３１２）と、バッテリ４０４の過充電が発生しないようにするために、リレー４０５をオフにし、商用電源６００の入力を遮断して、充電動作を終了する（Ｓ３１３）。

図６は、本発明の第２実施形態に係る環境配慮型車両の充電装置において第２充電手順を概略的に示すフローチャートである。

図６を参照すれば、本発明が適用される環境配慮型車両がバッテリ４０４の充電を待機する状態（Ｓ４０１）で、充電制御器５００は、外部の商用電源６００を連結する充電プラグの接続が検出されたかを判断する（Ｓ４０２）。

前記Ｓ４０２において、充電制御器５００は、外部の商用電源６００を連結する充電プラグの接続を検出すると、充電モードに入った（Ｓ４０３）後、整流器４０６により直流に変換され、モータ４０１の中性点Ｎに入力される入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔとを検出する（Ｓ４０４）。

以後、充電制御器５００は、インバータ４０２をＰＷＭ制御信号でスイッチングさせてブーストとして作動させる（Ｓ４０５）。

したがって、インバータ４０２は、整流器４０６で直流に変換された後、モータ４０１の中性点Ｎに入力される入力電圧Ｖ_ｉｎを設定された所定の電圧に昇圧させ、電圧変換器４０３のＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに貯蔵する（Ｓ４０６）。

そして、充電制御器５００は、前記Ｓ４０４の過程で検出した入力電圧Ｖ_ｉｎとバッテリ４０４の電圧とを比較し、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えるかを判断する（Ｓ４０７）。

前記Ｓ４０７において、充電制御器５００は、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、電圧変換器４０３を構成する上側電力スイッチング素子Ｓ_１と下側電力スイッチング素子Ｓ_２をスイッチング制御してバックブーストとして作動させる（Ｓ４０８）。

したがって、電圧変換器４０３は、入力電圧Ｖ_ｉｎをバッテリ４０４の定格充電電圧に降圧し（Ｓ４０８）、バッテリ４０４に充電電圧として供給する（Ｓ４１０）。

前記Ｓ４０７の比較において、充電制御器５００は、バッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔが入力電圧Ｖ_ｉｎを超えると判断すると、電圧変換器４０３をスイッチングオフ状態に維持する（Ｓ４０９）。

この時、電圧変換器４０３の出力電流は、電圧変換器４０３内のインダクタと下側スイッチング素子Ｓ_２のダイオードを介してフリーホイーリングされるようにする。

この期間の間、インバータから昇圧された電圧は、ＤＣリンクキャパシタＣ_ｄｃに充電され、入力電圧Ｖ_ｉｎがバッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔを超えると、電圧変換器４０３のバックブースト動作によりバッテリ４０４に充電電圧として供給され、バッテリ４０４の充電が提供される（Ｓ４１０）。

この時、電圧変換器４０３は、バッテリ４０４の電圧Ｖ_ｂａｔｔが入力電圧Ｖ_ｉｎを超える区間で昇圧あるいは降圧のための無駄なスイッチング動作が発生せず、スイッチング損失が発生しなくなる。

前記充電制御器５００は、前記手順に従って外部の商用電源６００でバッテリ４０４の充電制御を実行し、バッテリ４０４の充電完了を検出する（Ｓ４１１）と、バッテリ４０４の過充電が発生しないようにするために、リレー４０５をオフにし、商用電源６００の入力を遮断して、充電動作を終了する（Ｓ４１２）。

以上のように、本発明は、限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明は、これによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の技術的範囲内で多様な修正および変形が可能であることは勿論である。

本発明は、環境配慮型車両に構成されるパワーネットを用い、プラグイン（Ｐｌｕｇ Ｉｎ）により供給される外部の商用電源でバッテリの充電を提供する環境配慮型車両の充電装置および方法の分野に適用できる。

１０１、１０２、４０１：モータ
１０３、１０４、４０２：インバータ
１０５、４０３：電圧変換器
１０６、４０４：バッテリ
１０７、４０５：リレー
２００、５００：充電制御器
３００、６００：商用電源
４０６：整流器

Claims (31)

1. 直流電圧が貯蔵されるバッテリと、
   電動機または発電機として動作する第１および第２モータと、
   第１および第２モータを駆動させる第１および第２インバータと、
   バッテリからの直流電圧を昇圧して第１および第２インバータに供給し、第１および第２インバータからの直流電圧を昇圧してバッテリに供給する電圧変換器と、
   前記バッテリ充電のために、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とに応じて、第１および第２インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして作動させる充電制御器とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電装置。
2. 前記充電制御器は、第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、第１および第２インバータはオフに制御し、電圧変換器をスイッチング制御して電圧変換器をバックブーストとして作動させることを特徴とする請求項１に記載の環境配慮型車両の充電装置。
3. 前記充電制御器は、第１および第２インバータをオフに制御する過程において、第１および第２モータの中性点に入力される電圧で電圧変換器にバイパスすることを特徴とする請求項２に記載の環境配慮型車両の充電装置。
4. 前記充電制御器は、バッテリの電圧が第１および第２モータの中性点に入力される電圧を超えると、入力電圧の位相に応じて、第１および第２インバータをスイッチング制御して第１および第２インバータをブーストとして作動させ、電圧変換器の上側スイッチング素子を常時オンに制御することを特徴とする請求項１に記載の環境配慮型車両の充電装置。
5. 前記充電制御器は、第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器のみで昇圧と直流電圧変換を実行し、バッテリに充電電圧として供給することを特徴とする請求項１に記載の環境配慮型車両の充電装置。
6. 前記充電制御器は、第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、第１および第２インバータのみで昇圧と直流電圧変換を実行し、バッテリに充電電圧として供給することを特徴とする請求項１に記載の環境配慮型車両の充電装置。
7. 前記充電制御器は、バッテリの満充電が検出されると、バッテリ保護のために、第１および第２モータの中性点に入力される電圧を遮断することを特徴とする請求項１に記載の環境配慮型車両の充電装置。
8. 前記充電制御器は、バッテリの電圧が第１および第２モータの中性点に入力される電圧を超え、入力電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）を有すると、第１インバータをブーストとして作動させることを特徴とする請求項４に記載の環境配慮型車両の充電装置。
9. 前記充電制御器は、バッテリの電圧が第１および第２モータの中性点に入力される電圧を超え、入力電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）を有すると、第２インバータをブーストとして作動させることを特徴とする請求項４に記載の環境配慮型車両の充電装置。
10. 充電プラグの接続を検出する過程と、
    充電プラグの接続が検出されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリ電圧との関係に応じて、第１および第２インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして動作させ、バッテリの充電を実行する過程とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電方法。
11. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器のみで入力電圧を昇圧させ、バッテリの充電を実行することを特徴とする請求項１０に記載の環境配慮型車両の充電方法。
12. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、第１および第２インバータのみで入力電圧を昇圧させ、バッテリの充電を実行することを特徴とする請求項１０に記載の環境配慮型車両の充電方法。
13. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、第１および第２インバータはオフ状態を維持し、第１および第２モータの中性点に入力される電圧で電圧変換器にバイパスすることを特徴とする請求項１１に記載の環境配慮型車両の充電方法。
14. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、入力電圧の位相に応じて、第１および第２インバータをスイッチング制御して第１および第２インバータをブーストとして作動させ、電圧変換器の上側スイッチング素子を常時オンに制御することを特徴とする請求項１２に記載の環境配慮型車両の充電方法。
15. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満の状態で、入力電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータをブーストとして作動させ、入力電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータをブーストとして作動させることを特徴とする請求項１４に記載の環境配慮型車両の充電方法。
16. 充電プラグの接続を検出する過程と、
    充電プラグの接続が検出されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器で入力電圧を降圧し、バッテリを充電する過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、入力電圧の位相に応じて、第１および第２インバータで入力電圧を昇圧させ、バッテリを充電する過程とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電方法。
17. 前記電圧変換器で入力電圧を昇圧する時、第１および第２インバータはオフに維持し、スイッチング損失が発生しないようにすることを特徴とする請求項１６に記載の環境配慮型車両の充電方法。
18. 前記第１および第２インバータで入力電圧を昇圧する時、電圧変換器の上側スイッチング素子を常時オンに制御し、電圧変換器のスイッチング損失が発生しないようにすることを特徴とする請求項１６に記載の環境配慮型車両の充電方法。
19. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満の時、入力電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータで入力電圧を昇圧させ、入力電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータで入力電圧を昇圧させ、バッテリを充電することを特徴とする請求項１６に記載の環境配慮型車両の充電方法。
20. 充電プラグの接続を検出する過程と、
    充電プラグの接続が検出されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧の位相に応じて、第１インバータあるいは第２インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させる過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリ電圧との関係に応じて、電圧変換器をバックブーストとして動作させたりスイッチングオフ状態を維持し、バッテリの充電を実行する過程とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電方法。
21. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータをブーストとして作動させ、電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータをブーストとして作動させることを特徴とする請求項２０に記載の環境配慮型車両の充電方法。
22. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器をバックブーストとして作動させて第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された入力電圧を降圧し、バッテリの充電を実行することを特徴とする請求項２０に記載の環境配慮型車両の充電方法。
23. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器をスイッチングオフさせ、前記第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された電圧でバッテリの充電を実行することを特徴とする請求項２０に記載の環境配慮型車両の充電方法。
24. 前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器は、第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された電圧をバッテリに充電電圧としてバイパスすることを特徴とする請求項２３に記載の環境配慮型車両の充電方法。
25. 充電プラグが接続されると、第１および第２モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧の位相が正の値（Ｖ_ｉｎ＞０）であれば、第１インバータをブーストとして作動させ、電圧の位相が負の値（Ｖ_ｉｎ＜０）であれば、第２インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させる過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器をバックブーストとして作動させて第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された入力電圧を降圧し、バッテリの充電を実行する過程と、
    前記第１および第２モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器をスイッチングオフさせ、前記第１インバータあるいは第２インバータで昇圧された電圧でバッテリの充電を実行する過程とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電方法。
26. 直流電圧が貯蔵されるバッテリと、
    電動機および発電機として動作するモータと、
    モータを駆動させ、プラグインで印加される電圧を昇圧させるインバータと、
    プラグインで印加される交流電圧を整流してモータの中性点に供給する整流器と、
    バッテリからの直流電圧を昇圧してインバータに供給し、インバータで昇圧された電圧をそのままバッテリに充電電圧として供給したり降圧し、バッテリに充電電圧として供給する電圧変換器と、
    前記プラグインによりモータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とに応じて、インバータをブーストとして作動させたり電圧変換器をバックブーストとして作動させ、バッテリに充電電圧を供給させる充電制御器とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電装置。
27. 前記バッテリの充電完了が検出されると、前記充電制御器の制御信号に応じて、プラグインにより整流器に印加される商用電源を遮断させるスイッチ手段をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の環境配慮型車両の充電装置。
28. 前記充電制御器は、モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧を超えると、インバータをオフに制御して入力電圧を電圧変換器にバイパスさせ、電圧変換器をバックブーストとして作動させて入力電圧を降圧することを特徴とする請求項２６に記載の環境配慮型車両の充電装置。
29. 前記充電制御器は、モータの中性点に入力される電圧がバッテリの電圧未満であれば、インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させ、電圧変換器の上側電力スイッチング素子を常時オンにし、インバータで昇圧された電圧をバッテリに充電電圧として供給することを特徴とする請求項２６に記載の環境配慮型車両の充電装置。
30. 充電プラグが接続されると、整流器により直流に変換され、モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、
    入力電圧がバッテリの電圧を超えると、インバータをオフに制御し、電圧変換器をバックブーストとして作動させて入力電圧を降圧した後、バッテリに充電電圧として供給する過程と、
    入力電圧がバッテリの電圧未満であれば、インバータをブーストとして作動させて入力電圧を昇圧させ、電圧変換器の上側電力スイッチング素子を常時オンにし、インバータで昇圧された電圧をバッテリに充電電圧として供給する過程と、
    充電完了が検出されると、プラグインで印加される商用電源を遮断させる過程とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電方法。
31. 充電プラグが接続されると、整流器により直流に変換され、モータの中性点に入力される電圧とバッテリの電圧とを検出する過程と、
    インバータをブーストとして動作させて入力電圧を昇圧する過程と、
    入力電圧とバッテリの電圧とを比較し、入力電圧がバッテリの電圧を超えると、電圧変換器をバックブーストとして作動させてインバータで昇圧された入力電圧を降圧した後、バッテリに充電電圧として供給する過程と、
    入力電圧がバッテリの電圧未満であれば、電圧変換器をオフにし、インバータで昇圧された入力電圧をバッテリに充電電圧として供給する過程と、
    充電完了が検出されると、プラグインで印加される商用電源を遮断させる過程とを含むことを特徴とする環境配慮型車両の充電方法。

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