JP2014502130A - 自動車用バッテリ充電装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

バッテリ（１３）を充電する装置（１）は、三相配電網に接続される抵抗／誘導／容量型フィルタリング部（２）、バックステージ部（３）、バッテリ（１３）に接続されるブーストステージ部（４）、及びバックステージ部（３）とブーストステージ部（４）との間に設けたインダクタ巻線（Ｌｄ）とを備える。装置（１）はバックステージ部（３）とブーストステージ部（４）とに分割デューティサイクルを適用することができる制御部（１５）を備える。制御部（１５）は、三相配電網の各位相（Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３）からの入力電流（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）と電圧（Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）との間でフィルタリング部（１２）の処理により生じる位相変移を補正する手段（１６）、及びゼロ値ではない所定の閾値より高い、巻線（Ｌｄ）を通過する電流の振幅値を保持する手段（１７）を備える。

Description

本発明は、三相配電網からの出力に基づく高圧バッテリ用急速充電装置の分野に関し、特に自動車用バッテリの急速充電装置に関する。

このような充電システムにおいて、電力は、２つのコンバータ（バック（電圧ステップダウン）コンバータ及び昇圧（電圧ステップアップ）コンバータ）を介し配電網から連続的にバッテリに供給される。これら２つのコンバータはそれぞれ、所望の出力電流及び／又は出力電圧の関数として制御可能な周波数において一連のスイッチを連続的に開閉することにより、出力端子と入力端子との間における電圧比を低下及び上昇させるために用いられる。

このような充電システムは、例えば、自動車用車載充電システムに関する仏国特許出願公開第２９４３１８８号において開示されており、これにより三相回路から車両のバッテリを充電することを可能としている。このシステムにおいて、充電回路は、電流生成又は車両推進といった他の機能をも実現する発電機の巻線を内蔵する。

配電網からの電流供給が遮断されると、配電網の基本周波数である５０Hzより高次の高調波である、電流中の高周波成分が漏洩する。

電力供給業者は供給される電流の高調波を標準化しているため、このような充電システムはまた、バックステージの入力にＲＬＣ（抵抗／誘導／容量）型フィルタを備えている。このフィルタは、配電網から供給される電流と電圧との間に位相変移を引き起こす。この位相変移によりユーザーにより利用されない無効電力が配電網に流れてしまうが、このような無効電力は最小化する必要がある。

本発明の目的は、このような充電装置のバックステージ部及びブーストステージ部を制御することにより、装置の入力にＲＬＣフィルタが設けられている場合においても、配電網から供給される電流と電圧との間に生じうる位相変移を継続的に低減可能な装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、外部三相配電網に接続可能でありかつ内部の回路に車両の発電機の巻線を備える自動車用車載充電装置を提供することにある。

この目的のため、本発明のバッテリ用急速充電装置は、特に自動車用バッテリのための急速充電装置であって、三相配電網に接続される抵抗／誘導／容量型フィルタリング部と、バッテリに接続されるバックステージ部と、バッテリに接続されるブーストステージ部と、バックステージ部とブーストステージ部との間に設けたインダクタ巻線とを備える。本発明の装置は更に、バックステージ部とブーストステージ部とに分割デューティサイクルを適用可能な制御部とを備える。制御部は、三相配電網の各位相からの入力電流と電圧との間でフィルタリング部の処理により生じる位相変移を補正する手段と、ゼロ値ではない所定の閾値より高い、巻線に入力される電流値レベルを保持する手段とを備える。

制御部がバッテリの入力電流をバッテリ電流設定値に従属させる手段を更に備えると好ましい。

好ましくは、この装置は、三相配電網の位相において本装置の入力電流の強度を測定する手段と、巻線の入力電流の強度を測定する手段とを備え、制御部は、バックステージ分割デューティサイクル設定点としての３つの値を送達するために電流強度測定値を用いる少なくとも２つの制御ループを含む。

制御部がブーストステージに適用する分割デューティサイクルを用いて所定の値を送達する第３の制御ループを含んでいてもよい。

本発明の好ましい実施形態によれば、制御部は装置の三相配電網との接続点に入力される電圧の正弦波の３つの値を決定する手段を備え、少なくとも第１の制御ループは入力電圧のパルスを含む。

第１の制御ループが入力電圧強度値の線形和として得られる所定の要素をゼロに従属制御し、線形和の係数がωｔ（ωは装置の入力電圧のパルス周波数であり、ｔは時間の測定値である）の三角関数であると好ましい。

制御部が制御ループのうち２つを行うことにより２つの値の３つの線形和を求めることが可能な演算器を備え、３つの線形和の各係数は余接関数であると好ましい。

制御部は、例えば、三相配電網のシステムの接続点における電圧パルスωに対応する角回転速度ωで基準の開始フレームに対して回転する基準フレームにおいて、１つ、２つ、又は３つの入力電流強度要素を算出することにより、装置の入力電流の要素を有するベクトルに対し、基準フレームの第１の変更を行うよう構成することができる。制御部は、更に、後に制御部が用いる２つの変数をそれぞれ送達する２つの制御ループのうちの一つに対する入力値としての、新たなベースにおいて算出した要素のうちの１つの設定値からの偏差を用いて基準回転フレームの他の変更を行うことにより、バックステージ部に適用する３つの分割デューティサイクルを算出するよう構成されていてもよい。

本発明の装置は、発電機の入力電流の強度を測定する手段を備えていてもよい。制御部は更に、各値についてゼロ値からの偏差又は設定値からの偏差を算出し、算出した偏差に基づき算出された新たなベースの要素のうち１つ又は２つをそれぞれ発電機の入力電流の強度と比較するよう構成されていてよく、また、２つの電力強度設定値を送達する２つのＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御部それぞれの入力として得られる２つの偏差を用いて比較を行うよう構成されていてもよい。設定値は定数関数でもよく、或いは、バッテリに要するエネルギーに基づいて生成される設定値の関数でもよい。

制御部は、２つのＰＩＤ制御部により送達される２つの電力強度設定値Ｉｆ_ｄ及びＩｆ_ｑにより定義されるベクトル（Ｉｆ_ｄ、Ｉｆ_ｑ、０）に第１の基準フレーム変更の逆マトリクスである基準フレーム変換マトリクスを適用可能な演算器を備えていてもよい。制御部は、この第２の基準フレーム変更により得られる３つの電力強度値をインダクタ巻線の入力電力強度の測定値を用いて除算可能な演算器、及び、３つの演算結果をバックステージ部に適用する分割デューティサイクルとして使用可能な１つ又は複数のパイロットモジュールを備えていてもよい。

制御部は、例えば、バックステージ部に適用する３つの分割デューティサイクルを算出するため、新たな基準フレームにおいて、入力電流の強度要素のうちの１つをゼロに従属制御させ、同時に要素以外の要素を設定値に従属制御するよう構成されていてもよい。

制御部は更に、これに平行であり、ブーストステージに適用する分割デューティサイクルを送達可能な制御ループを備えていてもよく、その場合ループは、第２の設定値とインダクタ巻線機の入力電流の測定値との間の偏差を入力値として有する。

本発明の他の実施形態によれば、制御部は、バックステージ部に適用する３つの分割デューティサイクル設定点を算出するため、新たな基準フレームにおいて、入力電流強度要素のうちの１つをゼロ値に従属制御する第１の制御ループと、インダクタ巻線の入力電力の測定値を設定値に従属制御可能な第２の制御ループとを備えることができる。

更に制御部は、これに平行であり、ブーストステージ部に適用する分割デューティサイクル設定値を、バッテリへの供給電力設定値及びインダクタ巻線の入力電力測定値を用いて送達可能な制御ループを備えていてもよい。

本発明の他の態様によれば、三相配電網からの入力を制御するバッテリ用急速充電装置のための方法は、バックステージ部に適用する分割デューティサイクルを制御する工程を備え、工程において、２つの制御ループの結果を結合することにより装置に対する入力電圧強度と入力電圧との間で抵抗／誘導／容量型フィルタリング部の処理により生じる位相変移が補正される。

本発明の方法の好ましい実施形態によれば、平面においてパルスωで回転するベクトルの３つの要素により装置の入力電圧がモデル化可能となるよう入力電圧にフィルタリングを行い、続いて装置の３つの入力電流強度測定値を要素として有するベクトル

のモデル化された入力電圧のベクトルに対して直角に制御ループを適用することにより、平面上の要素を除去する。

このような本発明の方法において、装置の入力において測定される３つの電流値の線形和はゼロに従属制御され、線形和の係数はωｔ（ωは装置の入力電圧のパルス周波数であり、ｔは時間の測定値である）の三角関数である。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、非限定的な一実施例として添付図面に示す本発明の実施形態の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。

本発明の充電装置を示す図である。 ａ及びｂは、２本発明の充電装置の２つの制御サブアセンブリを示す図である。 ａ、及びｂは、本発明の他の実施形態における充電装置の他の２つの制御サブアセンブリを示す図である。

図１に示すように、バッテリ充電装置１３は、装置１と三相配電網との接続を可能とする３つの端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３を備える。これらの３つの端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３はバックステージ部３の３つの入力Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３にそれぞれ接続され、この接続は毎回、一方は値Ｌ_２のインダクタを備え他方は直列に設けた値Ｌｉのインダクタと値Ｒのインダクタとを含む２つの並列分岐を備えるフィルタ分岐を介してなされる。

バックステージ部の各入力端子Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３はまた、容量Ｃのコンデンサを介しアースに接続されている。値Ｒの抵抗器、値Ｌｉ又はＬ_２のインダクタ、及び値Ｃの３つのコンデンサの組合せがバックステージ部３の入力に設けたＲＬＣ型フィルタを構成する。

バックステージ部３は３つの並列分岐６、７及び８を備え、これらはそれぞれ制御部１５により制御される２つのスイッチを備える。バックステージ部の各入力Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３はそれぞれ、２つのスイッチ間に設けた同一の分岐６、７及び８に対して分岐Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３によりそれぞれ接続される。

バックステージ部３はまた、一方向にのみ導通して分岐６、７及び８に平行に接続されたダイオード９を含む分岐を備える。分岐６、７及び８の共通端及びダイオード９を含む分岐はバックステージ部３の２つの出力端子を構成する。これら端子のうち一つは、ダイオード９を含む分岐のダイオードの導通方向上流側に設けられ、バッテリ１３のマイナス端子及びブーストステージ部４の第１入力１０に接続されている。他方の端子は、ダイオード９を含む分岐のダイオードの導通方向下流側に設けられ、発電機５の第１端子に接続される。発電機５の他方の端子はブーストステージ部４の第２の端子に接続される。

上記の説明は、バックステージ部の第１の簡略実施形態に対応する。本実施例において、バックステージ部の３本の分岐は同一の方法により制御される。例えば仏国特許出願公開第２９４３ １８８号の開示する実施形態のような他の実施形態も考え得る。

ダイオード９を備える分岐は省略可能であり、これを省略した実施形態も本発明の範囲を逸脱するものではない。

ブーストステージ部４は、その第１入力１０と接続する分岐に設けられバッテリのプラス端子に接続された制御部１５により制御可能な２つのスイッチを備える。ブーストステージ部４の第２入力１１は発電機５に接続されており、２つのスイッチの間に接続される。

発電機５は、インダクタ巻線Ｌｄと直列に配置される値Ｒｄの抵抗器に接続可能であり、ダイオード９の下流に設けたバックステージ部３の出力端子とブーストステージ部４の第２入力との間に接続される。発電機５を無抵抗の巻線インダクタに置き換えた場合、或いは追加の巻線インダクタを発電機５と直列に接続した場合も、本発明の範囲を逸脱するものではない。

コンデンサ１２は、比較的安定した電圧をバッテリ１３に供給するためにバッテリ１３の端子に接続されており、更にはバッテリ充電レベルの関数としてバッテリのプラス端子から入力される最適な強度の電流を示す設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆを送達可能なバッテリ充電監視モジュール１９に接続されている。充電監視モジュール１９は、設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆを専用の接続を介し制御部１５に送信する。

モジュール１９は測定手段を備えていても良い。モジュール１９がこの測定手段を備える場合、測定手段は、実際にバッテリに流れる電流の強度を示す値Ｉ_ｂａｔｔとバッテリ１３のマイナス端子とプラス端子との間の電圧を示す値Ｖ_ｂａｔｔとを制御部１５に送信する。

他の電流強度測定モジュールは、発電機５に流れる電流の値Ｉｄ並びに三相回路の端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３を介してフィルタ２へ流れる電流の強度を示す値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３の測定と制御部１５への送信とを可能とする。正規化モジュール１４は充電装置１の接続端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３に接続され、フィルタリング済正弦波電圧値に対応する３つの値Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３と、端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３をそれぞれの物理的位置ａ、ｂ及びｃに関連して番号付けるための順番を定義する三重項信号ｃ、ａ、ｂとを制御部１５に送信する。

ブーストステージ部４の制御は、制御部１５の制御モジュール１７により生成され以下のように定義される設定値ａ_ｓに基づき公知の方法により行われる：
ａ_ｓ＝Ｉ_ｂａｔｔ／Ｉｄ
バックステージ部３の制御は、公知の方法に従い、三重項ａｉ、ａ_２、ａ_３に基づき以下のように定義され制御部１５の制御モジュール１６により生成される分割デューティサイクルに基づいて行う：
三重項ａｉ、ａ_２、ａ_３＝Ｉｆ／Ｉｄ＝（Ｉｆｉ／Ｉｄ、Ｉｆ_２／Ｉｄ、Ｉｆ_３／Ｉｄ）

このために、制御部１５は２つの制御モジュール（不図示）を備える。これら制御モジュールのうち第１のモジュールは、バックステージ部３の各スイッチの開閉タイミングのパターンを決定し、分割デューティサイクルａ_１、ａ_２、ａ_３を得る。またこれらのうち第２のモジュールは、ブーストステージ部４の各スイッチの開閉タイミングのパターンを決定し、分割デューティサイクルａ_ｓを得る。

このスイッチは、好ましくは、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）型トランジスタの高速切替を可能とするトランジスタである。

制御部１５はまた、バックステージ部３の入力Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆ又は出力Ｉｄ^ｒｅｆにおいて所望の電流設定値を制御モジュール１６及び／又は１７に送信可能な基準ガイドモジュール１８を備える。

制御部１５は、入力で、装置の入力端子におけるフィルタリング済電圧値Ｖｅｉ、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３、これら端子の付番順ｃ、ｂ、ａ、このように付番された入力端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３における電流の測定値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３、発電機５において測定される電流設定値Ｉｄ、バッテリ１３のプラス端子における電流の値Ｉ_ｂａｔｔ、及び充電監視モジュール１９により送達される設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆを受信する。これらの値の一部は、中間強度設定値を生成するために、基準ガイドモジュール１８により用いられる。この基準ガイドモジュールは、特に、バッテリの入力電流の設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆ、装置の入力端子における電圧信号の振幅Ｖｍ、バッテリ１３の端子における電圧Ｖ_ｂａｔｔ、及びバッテリ１３のプラス端子に流れる電圧Ｉ_ｂａｔｔを用いる。

ガイドモジュール１８の生成する電流の強度設定値は、三相配電網の端子に流れる電流の値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３とともに制御モジュール１６に送信され制御モジュール１６により用いられる。これにより二重制御ループを用いて３つの分割デューティサイクル値ａ_１、ａ_２、ａ_３を生成し、これによりバックステージ部３のスイッチの開閉サイクルの制御を可能とする。

制御モジュール１７は、バッテリへ流れる電流の強度設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆ又は基準ガイドモジュール１８の生成する電流設定点に基づき、ブーストステージ部４に適用する分割デューティサイクルを示す規定値を生成するための制御ループを行う。

目安として、充電装置１の電気素子の固有値は以下の範囲にある。
−フィルタ２のコンデンサＣについては静電容量数百μＦ、例えばそれぞれ１００〜５００μＰ
−バッテリ１３の端子における電圧を安定させるためにバッテリ１３の端子に設けたコンデンサ１２については例えば静電容量１〜１０ｍＦ
−フィルタリング回路２の値Ｒの抵抗器については例えば抵抗値１〜１０Ω
−発電機のローターＭｅの抵抗値Ｒｄについては数十ｍΩ、例えば抵抗値０．０１〜０．１Ω
−フィルタ２のインダクタ及び発電機５の巻線にそれぞれ対応するインダクタＬ_１、Ｌ_２、Ｌｄのインダクタンスについては数十μＨ、例えば１０〜１００μＨ

制御部１５のモジュール１６、１７及び１８の動作のために本発明において適用する制御モードを実施可能とする主な原理を以下に説明する。

端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３に対する付番順は、装置が三相配電網に接続する度に正規化モジュール１４により決定される。正規化モジュール１４は装置の各端子間における３つの電圧値ＶＥａ、ＶＥｂ、ＶＥｃと三相配電網の中間位相に対応する位相とを入力として受信する。次に正規化モジュール１４は、例えば位相ロックループ（ＰＬＬ）のような公知の技術により、各入力信号に対しフィルタリングを行い、測定信号の調波として同一周波数の正弦波信号を得る。

続いて、正規化モジュールは、上記３つの信号の付番順を決定し、第１の信号Ｖ_ｍｓｉｎ（ｃｏｔ）、−２π／３により位相変移される信号Ｖｅｉに等しい第２の信号Ｖｅ_２、及び＋２π／３により位相変移される信号Ｖｅｉに等しい第３の信号Ｖｅ_３を得る。

続いて、正規化モジュール１４は電流の特徴量を制御部１５に送信する。これにより、制御部１５は、電圧ベクトル

＝（Ｖｅｉ、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）＝Ｖ_ｍ（ｓｉｎ（ｒｏｔ）、ｓｉｎ（ｒｏｔ−２ｎ／３）、ｓｉｎ（ｒｏｔ＋２ｎ／３））、すなわち振幅Ｖｍ、電圧パルスω、及び初項Ｖｅｉに対し位相をゼロとするために選択される時間の原点を再構築可能となる。

正規化モジュール１４はまた、この端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３の付番順を返し、これによりこれら端子間に存在する上記ベクトルの３つの項が上述のように位相変移する。

制御部１５は、端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３のそれぞれにおける装置への入力電流の３つの値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３を示す３つの測定値を３つの電流強度センサから受信する。制御部１５は、この３つの値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３を処理し、電流強度Ｉｅiがフィルタリング済電圧Ｖｅ１に対応する端子Ｂｉに流れる電流の強度となり、電流強度Ｉｅ_２が端子Ｂ_２（そのフィルタリング済電圧がＶｅ_２に対応する）に流れる電流の強度となり、電流強度Ｉｅ_３が端子Ｂ_３（そのフィルタリング済電圧がＶｅ_３に対応する）に流れる電流の強度となるように電流ベクトル（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）を算出する。

上記３つのフィルタリング済電圧値に対する付番順が上記の定義と異なるものであっても、本発明の範囲を逸脱するものではない。しかしながら、そのためには、特に後述の通り定義する基準フレーム変換マトリクスＴ（ωｔ）を表すために、以下の方程式を採用する必要がある。

三相配電網の位相に対する番号の再付番に対応する添数１、２、３は、添え字ａ、ｂ、ｃに、この順で又はこれらの順列により対応するものとして良い。

以下の原理の説明において、三相配電網と装置１との接続用の端子Ｂｉ、Ｂ_２、Ｂ_３の決定、及びこの決定された端子Ｂｉ、Ｂ_２、Ｂ_３に基づき決定される接続点Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、分岐Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ₃、電圧Ｖｆ_１、Ｖｆ_２、Ｖｆ_３、電力強度Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３、Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３の付番は、端子Ｂｉ、Ｂ_２、Ｂ_３に対する付番が上記原理に基づき正規化モジュール１４により予め決定されていることを前提として行われる。

正規化モジュール１４は、３つのモデル電圧値Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３を制御部１５に送信する。続いて制御部１５は、バックステージ部３及びブーストステージ部４に対する分割デューティサイクル設定値を生成する。これにより以下の３つの目的が達成可能となる。
−三相配電網との接続用の端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３において測定される電流値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３と装置の対応する端子における３つのモデル電圧値Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３との間における位相変移の最小化
−バッテリ１３が必要とする電力供給量（この必要な電力供給量は充電監視モジュール１９により決定され関数Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆとして制御部１５に送信される）に対応する、バッテリ１３のプラス端子の入力電流の測定値Ｉ_ｂａｔｔの取得
−配電網から供給される電流における望ましくない調波の発生を避けるための、発電機５のインダクタ巻線Ｌｄの入力電流Ｉｄの遮断の回避

このために、電圧ベクトル

は、開始ベースにおいて、座標Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３、を有すると考えられる。すなわち、この第１のベースにおいて、

＝（Ｖｅｉ、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３））
である。

同一のベースにおいて（「同一基準フレームにおいて」としても同内容を示す）、以下を考慮する。すなわち、装置１に入力される電流の強度のベクトル：

＝（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）
フィルタ２の出力の強度のベクトル：

＝Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３；及び
フィルタ２のフィルタリングコンデンサＣの端子における電圧ベクトル：

＝（Ｖｆ_１、Ｖｆ_２、Ｖｆ_３）。

以下の説明において、下記式中のｓは時間ｔに関する微分演算子を表す。

これは正弦波パルス電流ωに関し次の複素表示によっても表すことができる。
ｓ＝ｊω

フィルタ２の各分岐間における電流及び電圧の関係は以下のように表される。

或いは、場合によっては以下のように表すことができる。

発電機５を含む分岐の方程式は以下のように表される。

ここで、

＝（ａｉ、ａ_２、ａ_３）はバックステージ部３の分割デューティサイクル（ＰＷＭ（パルス幅変調））により開始ベースにおいて定義するベクトルであり、
この方程式は次のように表すこともでき、

場合によっては、次のように表すこともできる。

可変マトリクスＴ（ωｉ）（ベース変換マトリクス又は基準フレーム変換マトリクスとも呼ぶ）は、ベクトル

基づき以下のように定義される。

このマトリクスは開始ベースと回転到来ベースとの間におけるベースの変換を示し、開始ベースはそれぞれ以下の座標

を有する３つのベクトル

によって定義される。

すなわち、

は

に対し共線的で開始ベースにおいて

と共に回転し、

は

に対し直交しており開始ベースにおいて

と共に回転し、

は

と

とに対し直交しており開始ベースにおいて固定である。

Ｔ（ωｉ）と乗算することにより恒等行列を得ることが可能となるマトリクスＴ^−１（ωｉ）は、以下のように表される。

マトリクスＴ（ωｉ）及びその逆行列Ｔ^−１（ｒｏｔ）の時間に関連する第１及び第２の導関数は、以下の顕著な特性を有する。

以下の説明において、下記の表記法を用いる：
Ｖｅｉ_２３＝（Ｖｅｉ，Ｖｅ_２，Ｖｅ_３）＝Ｖｍ（ｓｉｎ（ｒｏｔ），ｓｉｎ（ω−２π／３），ｓｉｎ（ωｉ＋２π／３）
（上式は、開始ベースにおける電圧ベクトル

を表す。）
Ｖｅ_ｄｑ０＝Ｔ（ωｉ）＊Ｖｅｉ_２３＝（Ｖｅ_ｄ，Ｖｅ_ｑ,Ｖｅ_０）＝（Ｖｍ，０，０）
（上式はベクトル

により定義される回転ベースにおける

を表す。）
Ｉｅｉ_２３＝（Ｉｅｉ，Ｉｅ_２，Ｉｅ_３）＝Ｉｍ（ｓｉｎ（ωｉ−Φ），ｓｉｎ（ωｉ−Φ−２π／３），ｓｉｎ（ｒｏｔ−Φ＋２π／３）
（上式は開始ベースにおける

を表す。式中、Φは装置１の三相配電網への接続用の端子それぞれに関する電流の位相変移を表す。）

（上式はベクトル

により定義される回転ベースにおける

を表す。）

実際には、回転ベース

の定義を前提とすると、

は回転ベースにおいて固定であり、電流ベクトル

は、やはり回転ベースにおいて固定であり、各位相における電流が位相電圧に対し角度Φにより位相変移している場合下式のように表される。

換言すれば、この結果、配電網から供給される電流と電圧との間における位相変移は、以下の要素

すなわち、要素Ｉｅ_ｑを無効にする。

また、以下の表記法を用いる。
Ｉｆｉ２３＝（Ｉｆｉ，Ｉｆ２，Ｉｆ３）
（上式は開始ベースにおける

を表す。）
Ｉｆｄｑ０＝Ｔ（ωｔ）＊Ｉｆ_１２３＝（Ｉ ｆｄ，Ｉｆ_ｑ，Ｉｆ_０）
（上式はベクトル

により定義される回転ベースにおける

を表す。）
Ｖｆ_１２３＝（Ｖｆ_１，Ｖｆ_２，Ｖｆ_３）
（上式は開始ベースにおける

を表す）
Ｖｆ_ｄｑ０＝Ｔ（ｒｏｔ）＊Ｖｆ＝（Ｖｆ_ｄ，Ｖｆ_ｑ，Ｖｆ_０）
（上式はベクトル

により定義される回転ベースにおける

を表す。）

上述の回転ベースにおけるフィルタ２に特徴的な方程式を適用すると、開始ベースを表す方程式（１）及び（２）の左方単位元がＴ（ωｔ）により乗算される。その結果、以下が得られる。

これらはまた回転ベースにおける異なるベクトルを表す以下の式の関数として表される。

ベクトル

の座標が無効となるので、以下のベクトル

の座標に関し次の方程式が得られる。

方程式（３）と（４）との間で電圧項Ｖｆ_ｄ及びＶｆ_ｑが消去されることにより、Ｉｅ_ｑ、Ｉｆ_ｑ、Ｉｆ_ｄを関連づける以下の方程式が得られる：
Ｉｅｑ＝ＦＡ（ｓ）Ｉｆ_ｑ＋ＦＢ（ｓ）Ｉｆ_ｄ
ここで、ＦＡ（ｓ）は方程式（３）、（４）により得られる関数Ｉｆ_ｑの変換関数であり、ＦＢ（ｓ）は同様に方程式（３）、（４）により得られる関数Ｉｆ_ｄの変換関数である。ω＝２π×５０又はω＝２π×６０に近い回路網のパルスω、並びに上記コンデンサＣ及びインダクタＬ_１、Ｌ_２、Ｌｄの抵抗値Ｒ及びＲｄの大きさの次数について、電流値Ｉに変換関数ＦＢ（ｓ）を適用した場合、変換関数ＦＡ（ｓ）を同様に電流値Ｉに適用した場合に導かれる値に比して無視できる程度の値が得られる。

これにより次のことが考えられる。すなわち、フィルタ２とバックステージ部３との間に流れる電流の変数Ｉｆ_ｑを、電流要素Ｉｅ_ｑを０に従属制御させるための制御変数として用いることができる。またこれにより、充電装置の入力における電流と電圧の間の位相変移を除去することができる。

近似すると、以下の方程式（５）が得られる。

発電機５を含む分岐の方程式により、ＩｄとＩｆ_ｄの関連づけが可能となる。これはすなわち、下式によって、

によって、表すことができる。

Ｉ_ｂａｔｔ×Ｖ_ｂａｔｔの積が、制御の対象である入力電流値より遅く変動する外乱であることと、コンデンサの端子における電圧のベクトルの要素Ｖｆ_ｑがゼロであることを考慮すると、フィルタの値Ｒ、Ｌ_１、Ｌ_２により、Ｖｅ_ｑとほとんど変わらないので、上記方程式（６）に基づき、Ｉｆ_ｄの変動とＩｄの変動とを直接結びつける関係が得られる。

よって、電流の変数Ｉｆ_ｄを、発電機５に流れる電流Ｉｄをインダクタ巻線Ｌｄにおける電流の遮断を引き起こさないために生成される設定値に従属制御させるための制御変数として用いることができる。

また、これにより、Ｉｆ_ｄ及びＩｆ_ｑはいずれも、発電機の入力電流Ｉｄ及びフィルタとバックステージ部３との間に送信される電流値Ｉｅ_ｑをそれぞれ基準設定値に従属制御させるための制御変数として用いることができる。

所望の値Ｉｆ_ｄ及びＩｆ_ｑを得るための演算を可能とする分割デューティサイクル値ａｉ、ａ_２、ａ_３を得るためには、フィルタ２とバックステージ部３との間に送信される電流値の３つの座標Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３をＩｆ_ｄ及びＩｆ_ｑに基づき再計算するためにマトリクスＴ^−１（ωｉ）を用いて基準フレームを変更すればよい。これら３つの値Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３を発電機５の入力電流の測定値Ｉｄにより除算することにより、必然的にバックステージ部３の３つのデューティサイクル値ａｉ、ａ_２、ａ_３が得られる。これらの３つの分割デューティサイクル設定値を用いたバックステージ部３の制御を行うことにより、装置の入力における電流及び電圧の位相変移を除去するためのＩｅ_ｑのゼロ基準値への従属制御が可能となり、また、発電機５に流れる電流の値Ｉｄの所望の設定値Ｉｄ^ｒｅｆへの従属制御が可能となる。

位相変移Фを除去するためにＩｅ_ｑがＩｆ_ｑに基づき制御されかつ発電機の巻線における電流の遮断を回避するためにＩｄがＩｆ_ｄに基づき制御される場合にも、制御部１５による制御の上述の第３の目的、すなわち、バッテリに流れる電流の値Ｉ_ｂａｔｔの充電監視モジュール１９により生成される設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆへの従属制御は達成される。このために、例えば、ａ_ｓ＝Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆ／Ｉｄにより表される関係を得るためにブーストステージ部４に適用する分割デューティサイクルａ_ｓを決定してよい。値Ｉ_ｂａｔｔとＩｄとの測定タイミングとブーストステージ部４に適用する分割デューティサイクルを定義する制御変数ａ_ｓが有効になるタイミングとの間のずれを補正するために、「フィードフォワード」型制御ループを用いることができる。このフィードフォワード型制御ループにおいては、電流の設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆとこの電流設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆとバッテリ１３のプラス端子における電流の実測値Ｉ_ｂａｔｔとの間の積分誤差との合計に基づき制御変数を算出する。

本実施形態の他の変形例によれば、上記方程式（３）及び（４）を用いて項Ｖｆ_ｄ、Ｖｆ_ｑを消去することにより、下式のようなＩｅ_ｄ、Ｉｆ_ｑ、Ｉｆ_ｄ間の関係を記述することができる。
Ｉｅ_ｄ＝ＦＥ（ｓ）（Ｉｆ_ｑ）＋ＦＤ｛ｓｌｌｆ_ｄ）

ここで、ネットワークの通常のパルス値並びにコンデンサＣ及びインダクタＬ_１、Ｌ_２、Ｌｄの抵抗器の値Ｒ、Ｒｄに基づき、項ＦＤ（Ｉｆ_ｄ）は項ＦＥ（Ｉｆ_ｑ）より大きくなることが分かる。そのため、第１次近似として以下が得られる。
Ｉｅ_ｄ＝ＦＤ（Ｉｆ_ｄ） 式（６）

上記本実施形態の他の変形例によれば、２つの設定値にＩｅ_ｑとＩｅｄとを同時に従属制御させるために電流値Ｉｆ_ｑとＩｆ_ｄとを用いることができる。位相変移Фを除去するために、Ｉｅ_ｑをゼロに予め従属制御し、Ｉｅｄを、バッテリ１３の＋端子の入力における設定値強度Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆを得るために生成する設定値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆに予め従属制御する。バックステージ部３に対し分割デューティサイクル設定値として適用する値ａ_１、ａ_２、ａ_３を得るために、マトリクスＴ^−１（ωｉ）を用いて所望の規定値に基づき、基準フレームを予め変更する。

本発明の第２実施形態においては、Ｉｅ_ｑを制御するためのＩｆ_ｑの制御ループとバッテリに流れる電流を制御するためのＩｆ_ｄの制御ループとを併用する。したがって、発電機５の入力電流に対する従属制御を可能とする第３の制御ループの定義は後述する。

ここで、第１次近似として、発電機５の入力電流の変化の関係は以下の方程式（７）により表される。

ここで、

は、２つの制御ループにより決定される値を有する外乱と考えられ、またコンデンサ１２を備えることにより値Ｖ_ｂａｔｔが比較的安定するため、この方程式（７）はａ_ｓと発電機５の入力電流Ｉｄとを直接に結びつけるものである。

したがって、この第２実施形態において、基準値Ｉｄ^ｒｅｆと発電機５の測定値Ｉｄとの間の誤差から直接ａ_ｓを制御することが可能となる。

Ｉｅ_ｑの設定値としてはゼロ値を用い、Ｉｅ_ｑ及びＩｄのそれぞれの設定値としては、基準ガイドモジュール１８により生成される２つの設定値強度関数Ｉｅ_ｑ ^ｒｅｆとＩｄ^ｒｅｆとをそれぞれ用いる。

以下に、装置の入力電流の設定値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆを決定するための三相配電網の接続端子とバッテリの端子間における電力の制御方法につき説明する。このために、装置において特に抵抗器の存在により生じる電気エネルギーの損失は、第１次近似において無視される。

続いて、下記方程式（８）の表す関係に基づき、入力電流の値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆが求められる。

ここで、Ｖｍは入力電圧（ネットワーク電圧）レベルであり、Ｖ_ｂａｔｔはバッテリ１３の端子において測定される電圧であり、Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆは充電監視モジュール１９により生成されるバッテリ電圧設定値である。

発電機５のインダクタにおける電流の遮断を回避するために設定される発電機５の入力電流の設定値Ｉｄ^ｒｅｆは、任意の定数に固定としてもよいし、或いはゼロより常に大きいいかなる関数に基づき決定してもよい。

上述の実施形態において、装置の入力における電力設定値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆの関数としてＩｄ^ｒｅｆを制御するための決定及びバッテリ１３の端子におけるＩ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆを制御するための決定は、下式（９）を用いて行う。
Ｉｄ_ｒｅｆ＝Ｍａｘ｛ｌｅ_ｄ ^ｒｅｆ，Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆ）＋Ａ 式（９）
ここでＩｅ_ｄ ^ｒｅｆは上記関係に基づき得られる値であり、Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆは充電監視モジュール１９により送達されるバッテリ電流の値であり、Ａは所定の値、例えば、２００アンペアに固定可能な任意の定数である。

図１の基準ガイドモジュール１８は、制御モジュール１６及び１７（これらの動作は後述する）とともに、方程式（８）を用いて系統的にＩｅ_ｄ ^ｒｅｆを算出し、続いて方程式（９）を用いてＩｄ^ｒｅｆを算出する。モジュール１６と１７それぞれに適用されている動作モードに応じ、ガイドモジュール１８は、モジュール１６及び１７の一方に値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆ又はＩｄ^ｒｅｆの一方を送信し、他方のモジュールに他方の値を送信可能である。しかしながら、基準ガイドモジュールが値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆ又はＬｄ^ｒｅｆのうちのいずれか１つのみを算出し送信する構成も本発明の範囲を逸脱するものではない。

図２ａ、２ｂ並びに３ａ、３ｂは、上述の考慮点に基づき本発明を実施するために図１に示す充電装置１を用いて適用する２つの制御モードを示す。図２ａ、２ｂ並びに３ａ、３ｂにおいて、図１における要素と共通のものには図１と同一の参照符号を付した。

図２ａは制御モジュール１６の動作モードの一例を示す。制御モジュール１６は、発電機５の入力電流強度の測定値Ｉｄを、第１入力で受信する。制御モジュール１６は減算器２０のマイナス入力にこの値を送信し、減算器２０は基準ガイドモジュール１８により生成された電流の値Ｉｄ^ｒｅｆを、プラス入力で受信する。この差分は補正器２１に送信される。補正器２１としては、比例積分導関数型補正器を用いることができる。図２ａにおいて、Ｋ５は補正器２１の補正関数を示す。補正項は上記式（６）により求められる。

この補正の結果は、基準フレームの変更の定義に用いたフィルタリング済電圧のベクトル

に平行であるフィルタ２の出力における電流設定値のベクトル回転ベース

に基づき、要素Ｉｆ_ｄとして解釈される。制御モジュール１６は、装置１の入力端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３における電流測定値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３を、他の３つの端子を介して受信し、受信した３つの測定値を電流強度ベクトル

の３つの座標として用いる。演算器２２はこれに基準フレームの変更を適用し、ベース変換マトリクスＴ（ωｉ）により決定されるベクトル

の回転ベースの座標のうちの一つを得る。これにより保持される座標Ｉｅ_ｑは、基準フレームの変更の決定に用いたフィルタリング済電圧のベクトル

に直交するベクトル

に基づく座標である。この座標Ｉｅ_ｑは減算器２３に送信される。減算器２３は、プラス入力で、制御モジュール１６のメモリ３０に格納されておりゼロ値を有する設定値Ｉｅ_ｑ ^ｒｅｆを受信する。

この差分は、やはり比例積分導関数型である補正器２４に送信される。補正器２４は、図中、補正関数Ｋ１で示されており、この関数の項は上記式（５）により推測される。

補正器２４による補正の結果は、基準フレームの変更の定義に用いたフィルタリング済電圧のベクトル

に直交するベクトル

の座標に対応する電力強度Ｉｆ_ｑとして解釈される。続いて、補正器４１による補正の結果Ｉｆ_ｄ及び補正器２４による補正の結果Ｉｆ_ｑを、ベクトル

の回転ベースの２つの要素として用いる。このベクトルはフィルタ２から出力される電流の強度を表す。このために、演算器２５はベース変換逆マトリクスＴ^−１（ωｉ）をこのベクトル（Ｉｆ_ｄ、Ｉｆ_ｑ、０）に適用し、３つの座標Ｉｆｉを送達する。更に、演算器２５は、開始ベースにおいて

（すなわち、フィルタ２の出力でありそれぞれ図１に示す分岐Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３の入力電流の３つの値）を表す３つの座標Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３を送達する。続いて、制御モジュール１６は、変換器２６及び３つの乗算器２７、２８、２９を用いて発電機５の入力電流の値Ｉｄに基づき各値Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３を除算し、公知の方法に従いバックステージ部３の制御を可能とする３つの値ａｉ、ａ_２、ａ_３を送達する。これらの値ａｉ、ａ_２、ａ_３は、例えば不図示の制御モジュールに送信される。この制御モジュールはこれら分割デューティサイクルを得るための演算を可能とする開閉サイクルをバックステージ部３のスイッチに適用する。

図２ｂは制御モジュール１７の動作モードの一例を示す。この動作モードにおいて、制御モジュール１７は、制御モジュール１６とともにブーストステージ部４を制御することができる。制御モジュール１６の動作モードは図２ａに示した。制御モジュール１７はその入力のうち一つを介して測定値Ｉ_ｂａｔｔを受信し、受信した値を減算器３１のマイナス入力に送信する。減算器３１は充電監視モジュール１９により送達された値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆをプラス入力で受信する。減算器３１は２つの項の差分を比例演算型の第１の補正器３２及び積分型の第２の補正器３３に送信する。同時に、電流設定値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆは、フィードフォワードループ３５により積分器３３の結果を受信する加算器３４に第２入力で送信される。

制御モジュール１７は、第３入力で発電機５の入力電流の測定値Ｉｄを受信し、受信した値を逆演算器３６に送信し、続いて第２入力で、加算器３４の演算結果を受信する乗算器３７にこの値を送信する。乗算器３７の演算結果、すなわち修正済誤差項に基づき増幅され発電機５の入力電流Ｉｄを用いて除算されたバッテリ電流設定値は、分割デューティサイクル設定値ａ_ｓとして不図示の制御モジュールに送信される。この制御モジュールは、公知の方法を用いて、この分割デューティサイクルを得るための演算を可能とする開閉サイクルをブーストステージ部４のスイッチに適用する。

補正方法の種類としては、補正器３２のような比例補正型及び積分器３３のような比例補正型以外の補正方法を用いてもよい。このような構成における補正ループは、規定値Ｉｄ及びＩ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆの決定タイミングとａ_ｓに対応する分割デューティサイクルの適用タイミングとの間における時間のずれを補正するために行う。

図２ａ、２ｂに示す動作モードは相補的である。すなわち、図２ａに示す動作モードは、バックステージ部３を制御することにより、配電網から供給される電流と電圧との間の位相変移の除去を可能とし、更に、バッテリ１３の入力において最終的に必要となる電流Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆに適合する、発電機の入力電流の強度Ｉｄ（ゼロ値ではない）を得ることを可能とする。

続いて、図２ｂに示す制御モジュール１７の動作モードにおいて、Ｉ_ｂａｔｔをＩ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆに従属制御することにより、バッテリ１３の入力における所望の電流値Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆを得るために制御モジュール１６により制御される、発電機の電流Ｉｄを利用することが可能となる。

図３ａは、図１に示すバックステージ部３の制御を可能とする制御モジュール１６の他の動作モードの一例を示す。図２ａに示す動作モードと同様、演算器２２は、装置１の端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３からの入力電流の強度のベクトル

の座標である３つの値Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３を変換する。この変換は、これらの値を基準フレーム変換マトリクスＴ（ｃｏｔ）を用いて乗算することにより行う。

ここで、演算器２２は、三相回路の端子を介して入力される電流の、装置の入力におけるフィルタリング済電圧のベクトルの、ベクトル

により定義される回転面におけるベクトル

の座標である、２つの座標Ｉｅ_ｑ及びＩｅｄを送達する。図２ａの制御モードと同様に、フィルタリング済電圧に直交する座標である座標Ｉｅ_ｑは減算器２３に送信される。減算器２３は、メモリ３０に格納したゼロ値である設定値Ｉｅ_ｑ ^ｒｅｆをこの座標から減算し、その差分を図３ａに示す補正関数Ｋ１（図２ａに同じ）を有する補正器２４に送信する。

続いて、補正器２４は、バックステージ部３の入力における電流の設定値のベクトル

の要素として用いる値Ｉｆ_ｑを送達する。図３ａの制御モードにおいて、演算器２２は、フィルタリング済電圧のベクトル

に平行であるベクトル

の座標である、装置への入力電流の第２の座標Ｉｅｄを減算器４０に送信する。減算器４０は図１に示す基準ガイドモジュール１８により生成される設定値Ｉｅ_ｄ ^ｒｅｆを受信した座標から減算する。

この差分は、補正関数Ｋ４によって示される補正器４１に送信される。補正関数Ｋ４は比例積分導関数型のものとすることができ、その項は上記式（６）から推測される。

補正器４１は、装置の入力におけるフィルタリング済電圧のベクトル

に平行なバックステージ部３の端子を介して入力される３つの電流を定義するベクトル

の座標の設定値として解釈される値Ｉｆ_ｄを送達する。Ｉｆ_ｑは、装置の入力におけるフィルタリング済電圧のベクトル

に直交するバックステージ部３に入力される電流の強度のベクトル

の回転ベースの第２のベースベクトル

の座標として解釈される。補正器４１及び２４は、これら２つの座標Ｉｆ_ｄ及びＩｆ_ｑをそれぞれ演算器２５に送信する。演算器２５は、受信した座標をベース変換逆マトリクスＴ^−１（ωｉ）を用いて乗算する。演算器２５は、バックステージ部３の分岐Ｆｉ、Ｆ２、Ｆ３における所望の入力電流強度の設定値を示す、ベクトル

の開始ベースの３つの座標Ｉｆ_１、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３を送達する。

続いて、図２ａに示す制御モードと同様、変換器２６並びに３つの乗算器２７、２８、２９は、これら３つの設定値Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３を発電機５の入力電流の測定値Ｉｄを用いて除算する。続いて、制御モジュール１６は、バックステージ部３の制御のための分割デューティサイクルとして、不図示の制御モジュールにより使用される３つの設定値ａｉ、ａ_２、ａ_３を送達する。

図３ｂは、図３ａに示すモジュール１６の制御モードに相補的なモジュール１７の制御モードを示す。ここで、制御モジュール１７は、発電機５の入力電流の測定値Ｉｄを第１の入力として受信し、受信した値を減算器４２のマイナス入力に送信する。減算器４２は、基準ガイドモジュール１８により生成される設定値Ｉｄ^ｒｅｆをプラス入力で受信する。

測定値Ｉｄと設定値Ｉｄ^ｒｅｆとの差分は補正器４３に送信される。補正器４３としては、例えば比例積分型のものを用いる。補正器４３は図３ｂに示す補正関数Ｋ６を有する。補正項は上記式（７）により求められる。補正器４３は値ａ_ｓを送達する。この値は制御モジュール１７から不図示の制御モジュールに送信され、ブーストステージ部４のスイッチ構成部分に対する開閉サイクルを定義するために用いられる。

本発明の目的は、上述の実施形態に限定されず、多数の変形例を想起することが可能であり、特に入力電圧のベクトルモデル

及びこれに基づき生成されるベース変換マトリクスに関して可能である。

バックステージ部３の入力に設けたフィルタは上記と異なる構成としてよい。この場合、上記方程式（３）及び（４）の各項は変更可能である。この場合基準フレームの変更を行っても上述の利点は達成可能である。

また本発明の目的は多変数制御によっても達成可能である。この場合、相互に依存する３つ以上の制御ループを併用することにより分割デューティサイクル設定値ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_ｓを送達する。

装置１の構成は、フィルタ、バックステージ部、インダクタ巻線、ブーストステージ部の配置順が保持される限り変更可能である。また特に、分岐Ｆｉ、Ｆ２、Ｆ３を省略し接続点Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３のみとしてもよい。

本発明の充電装置によれば、バッテリが要する電力供給量と無効電力及び供給される電流の調波に関する三相電流のサプライヤの要求との間の任意のタイミングにおける制御が可能となる。

１ 充電装置
２ フィルタ
３ バックステージ部
４ ブーストステージ部
５ 発電機
６、７、８ バックステージ部３の並列分岐
９ ダイオード
１０ ブーストステージ部４の第１の接続端子
１１ ブーストステージ部４の第２の接続端子
１２ コンデンサ
１３ バッテリ
１４ 正規化モジュール
１５ 制御部
１６、１７ コントロールモジュール
１８ 基準ガイドモジュール
１９ 充電監視モジュール
２０ 減算器
２１ 補正器
２２ 基準フレーム変更演算器（＝ベース変換演算器）
２３ 減算器
２４ 補正器
２５ 基準フレーム変更演算器（＝ベース変換演算器）、演算器２２の逆
２６ 変換器
２７、２８、２９ 乗算器
３０ メモリ
３１ 減算器
３２ 補正器
３３ 積分器
３４ 加算器
３５ 「フィードフォワード」ループ
３６ 逆演算器
３７ 乗算器
４０ 減算器
４１ 補正器
４２ 減算器
４３ 補正器
ａ 補正器３２の補正率
ａｉ、ａ_２、ａ_３ ａｉ＝Ｉｆｉ／Ｉｄ、ａ_２＝Ｉｆ_２／Ｉｄ、ａ_３＝Ｉｆ_３／Ｉｄによって規定されるバックステージ部３の分割デューティサイクル
ａ_ｓ ａ_ｓ＝Ｉ_ｂａｔｔ／Ｉｄによって規定されるブーストステージ部４の分割デューティサイクル
Ｂｉ、Ｂ_２、Ｂ_３ 装置１を三相配電網の位相に接続するための端子
Ｃ 値Ｃを有する、フィルタ２のコンデンサ
Ｄｉ、Ｄ_２、Ｄ_３ フィルタ２の、バックステージ部３の入力への接続点
Ｆｉ、Ｆ２、Ｆ３ バックステージ部３の入力と、各分岐６、７、８の中間点（２つのスイッチ間の点）との間の分岐又は接続点
Ｌｉ 値Ｌｉを有する、フィルタ２の第１の直列インダクタ
Ｌ_２ 値Ｌ_２を有する、フィルタ２の第２の直列インダクタ
Ｒ 値Ｒを有する、フィルタ２の抵抗器
Ｒｄ 発電機５の巻線の等価抵抗
Ｌｄ 発電機５の巻線の等価インダクタンス
Ｉｅｉ、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３ 端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３における充電装置への入力電流の測定値
Ｉｆｉ、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３ 分岐Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３においてフィルタ２からバックステージ部３へ入力する電流
Ｉｄ 発電機５を通る電流の測定値
Ｉ_ｂａｔｔ バッテリ１３の＋端子における入力電流の測定値
Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆ 充電監視モジュール１９によって送られるバッテリ電流強度設定点
Ｉｅ_ｄ 回転ベースの第１のベクトル

上の開始ベースで表される、ベクトル

＝（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）の投影
Ｉｆｄ 回転ベースの第1のベクトル

上の開始ベースで表される、（Ｉｆ_１、Ｉｆ_２、Ｉｆ_３）に等しいベクトル

の投影
Ｋ１、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６ 補正器２４、２１、４１、及び４３の補正関数
Ｔ（ωｉ） 装置の入力端子における電圧がベクトル

＝（Ｖｅｉ、Ｖｅ２、Ｖｅ３）を規定する開始基準フレームと、ベクトル

と共線性の第１のベースベクトル

を有する直交回転ベースによって規定される基準フレームとの間のベース変換マトリクス（第３のベースベクトルは開始ベースに対して固定されている）
Ｔ^−１（ωｉ） 回転ベースによって規定される基準フレームと、開始基準フレームとの間の逆ベース変換マトリクス
ＶＥ_ａ、ＶＥ_ｂ、ＶＥ_ｃ 地面と、充電装置を三相配電網に接続する端子の各々との間の測定電圧
Ｖｅｉ、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３ 第１、第２、及び第３のフィルタ済み項の間の所定の位相変移を得るために、１〜３に再構成された電圧測定値ＶＥ_ａ、ＶＥ_ｂ、ＶＥ_ｃから正規化モジュール１４によってフィルタリングされた電圧値（１〜３の番号付けは、端子Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３と、充電装置の分岐Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３との番号付け、並びにこれらの端子又は分岐の測定値の記号に反映されている）

Claims (10)

1. バッテリ（１３）用急速充電装置（１）、特に自動車用バッテリのための急速充電装置（１）であって、
   三相配電網に接続される抵抗／誘導／容量型フィルタリング部（２）、
   バックステージ部（３）、
   バッテリ（１３）に接続されるブーストステージ部（４）、並びに
   バックステージ部（３）とブーストステージ部（４）との間に設けたインダクタ巻線（Ｌｄ）
   を備え、装置（１）は更に、
   バックステージ部（３）とブーストステージ部（４）とに分割デューティサイクル（ａｉ、ａ_２、ａ_３、ａ_ｓ）を適用可能な制御部（１５）を備えており、
   制御部（１５）が、三相配電網の各位相（Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３）からの入力電流（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）と電圧（Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）との間においてフィルタリング部の処理により生じる位相変移を補正する手段（１６）を備え、更に、巻線（Ｌｄ）を通る電流の振幅の値を、ゼロ値ではない所定の閾値より高い値に保持する手段（１６、１７）を備えていることを特徴とする、バッテリ用急速充電装置。
2. 制御部（１５）が、バッテリ（１３）の入力電流（Ｉ_ｂａｔｔ）をバッテリ電流設定値（Ｉ_ｂａｔｔ ^ｒｅｆ）に従属させる手段を更に備えている、請求項１に記載の急速充電装置。
3. 三相配電網の位相（Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３）を介して装置の入力電流の強度（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）を測定する手段と、
   巻線（Ｌｄ）を通る電流の強度（Ｉｄ）を測定する手段と
   を備えており、
   制御部（１５）が、バックステージ部（３）の分割デューティサイクル設定点として使用される３つの値（ａｉ、ａ_２、ａ_３）を送達するために電流強度測定値（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３、Ｉｄ）を用いる、少なくとも２つの制御ループを含んでいる、
   請求項１又は２に記載の急速充電装置。
4. 制御部（１５）が、ブーストステージ部（４）の分割デューティサイクル設定点として使用される値（ａ_ｓ）を送達する第３の制御ループ（１７）を含んでいる、請求項３に記載の急速充電装置。
5. 制御部（１５）が、装置（１）の三相配電網との接続点（Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３）に入力される電圧の正弦波の３つの値（Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）を決定する手段を備えており、
   少なくとも第１の制御ループは入力電圧（Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）のパルス（ω）を含んでいる、
   請求項３又は４に記載の急速充電装置。
6. 第１の制御ループが、入力電圧強度値（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）の線形和として得られる要素（Ｉｅ_ｑ）をゼロに従属させ、線形和の係数がωｔ（ｔは時間の測定値）の三角関数である、請求項５に記載の急速充電装置。
7. 制御部（１５）が、制御ループのうち２つから得られた２つの値（Ｉｅ_ｑ、Ｉｅ_ｄ）の３つの線形和を実行することができる演算器（２５）を備えており、３つの線形和の各々の係数は余接三角関数である、請求項６に記載の急速充電装置。
8. 三相電流に基づくバッテリ（１３）用急速充電装置（１）の制御方法であって、
   バックステージ部の分割デューティサイクル（ａｉ、ａ_２、ａ_３）を制御する工程を含み、この工程において、２つの制御ループの結果を結合することにより、装置（１）の入力電圧強度（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）と入力電圧（Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）との間において抵抗／誘導／容量型のフィルタリング部（２）により生じる位相変移を補正する方法。
9. 平面
   

   

   
   内において、パルスωで回転するベクトル
   

   

   
   の３つの要素（Ｖｅ_１、Ｖｅ_２、Ｖｅ_３）により装置の入力電圧（ＶＥ_ｃ、ＶＥ_ｂ、ＶＥ_ａ）がモデル化可能となるよう入力電圧（ＶＥ_ｃ、ＶＥ_ｂ、ＶＥ_ａ）をフィルタリングし、次いで要素について、装置（１）の３つの入力電流強度測定値（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）を有するベクトル
   

   

   
   の、モデル化された入力電圧のベクトル
   

   

   
   に直角に制御ループを適用することにより、前記平面
   

   

   
   内の要素をキャンセルする、請求項８に記載の急速充電装置（１）の制御方法。
10. 装置の入力において測定された３つの電流値（Ｉｅ_１、Ｉｅ_２、Ｉｅ_３）の線形和をゼロに従属制御し、線形和の係数がωｔ（ωは装置の入力電圧のパルス周波数であり、ｔは時間の測定値である）の三角関数である、請求項８に記載の急速充電装置（１）の制御方法。

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