JP2020088913A

JP2020088913A - 充電装置

Info

Publication number: JP2020088913A
Application number: JP2018215022A
Authority: JP
Inventors: 嘉崇新見; Yoshitaka Niimi; 高松　直義; Naoyoshi Takamatsu; 直義高松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: CN111193299A; US11411410B2; CN111193299B; US20200161878A1; JP7067434B2

Abstract

【課題】外部電源から供給される電力を蓄電池に充電する際に充電効率を向上させるとともに、インバータと負荷とが発熱することを抑制すること。【解決手段】充電装置１は、第１蓄電池２とモータ６との間に接続された第１インバータ４と、第２蓄電池３とモータ６との間に接続された第２インバータ５とを有し、一つのモータ６を駆動する電源回路１０と、第１蓄電池２および第２蓄電池３に外部電源からの電力を充電する際に外部電源と接続する充電ポート８と、外部電源からの電力を各蓄電池２，３に充電する際に、充電ポート８の正極端子８Ａと充電ポート８の負極端子８Ｂとの間で、第１インバータ４、第２インバータ５、モータ６に流れようとする電流をバイパスする第１リレー２１１および第２リレー２２１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、充電装置に関する。

特許文献１には、車両に搭載されたダブルエンド型インバータシステムとして、二つの蓄電池と二つのインバータとによって一つの負荷を駆動する電源回路が開示されている。

特開２００６−２３８６８６号公報

ところで、車両に搭載された蓄電池を外部電源からの電力によって充電する際、急速充電として、外部電源からの直流電力を車載の蓄電池に供給することが行われる。この急速充電時には、従来よりも大きい電流が流れることになるため、上述したダブルエンド型インバータシステムでは充電中に各インバータと負荷とで大きな発熱を生じる虞がある。また、外部電源からの充電時に各インバータと負荷とに電流が流れると充電効率が低下する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、外部電源から供給される電力を蓄電池に充電する際に充電効率を向上させるとともに、インバータと負荷とが発熱することを抑制することができる充電装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１蓄電池と負荷との間に接続された第１インバータと、第２蓄電池と前記負荷との間に接続された第２インバータとを有し、一つの前記負荷を駆動する電源回路と、前記第１蓄電池および前記第２蓄電池に外部電源からの電力を充電する際に前記外部電源と接続する充電ポートと、前記外部電源からの電力を各蓄電池に充電する際に、前記充電ポートの正極端子と前記充電ポートの負極端子との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記負荷に流れようとする電流をバイパスするリレーと、を備えることを特徴とする。

また、前記充電ポートの正極端子は、前記第１蓄電池の正極側に接続されており、前記充電ポートの負極端子は、前記第１蓄電池の負極側に接続されており、前記第１蓄電池の正極側と前記第２蓄電池の正極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第１バイパス回路と、前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の負極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第２バイパス回路と、を備え、前記リレーは、前記第１バイパス回路に設けられた第１リレーと、前記第２バイパス回路に設けられた第２リレーと、を含み、前記外部電源からの電力を各蓄電池に充電する際には、前記第１リレーが閉じて前記第１蓄電池の正極側と前記第２蓄電池の正極側とが前記第１バイパス回路を介して通電可能に接続され、かつ前記第２リレーが閉じて前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の負極側とが前記第２バイパス回路を介して通電可能に接続されて、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とを並列に接続した状態となってもよい。

この構成によれば、外部電源からの充電時に第１バイパス回路および第２バイパス回路に電流を流すことができるため、各インバータおよび負荷をバイパスすることができる。これにより、充電時に各インバータおよびモータに電流が流れることを防止できる。そのため、充電効率が向上するとともに、充電時に通電に伴う各インバータおよび負荷での発熱が生じることを防止できる。

また、前記充電ポートの正極端子は、前記第１蓄電池の正極側に接続されており、前記充電ポートの負極端子は、前記第２蓄電池の負極側に接続されており、前記第１蓄電池の正極側と前記第２蓄電池の正極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第１バイパス回路と、前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の負極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第２バイパス回路と、前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の正極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第３バイパス回路と、を備え、前記リレーは、前記第１バイパス回路に設けられた第１リレーと、前記第２バイパス回路に設けられた第２リレーと、
前記第３バイパス回路に設けられた第３リレーと、を含んでもよい。

この構成によれば、外部電源からの充電時に第３バイパス回路に電流を流すことができるため、各インバータおよび負荷をバイパスすることができる。

また、前記第３バイパス回路は、前記第１バイパス回路のうち前記第１リレーと前記第２蓄電池の正極側との間に設けられた第１バイパス接続点と、前記第２バイパス回路のうち前記第１蓄電池の負極側と前記第２リレーとの間に設けられた第２バイパス接続点とを繋ぐように接続されてもよい。

この構成によれば、第３バイパス回路によって第１バイパス回路の下流側と第２バイパス回路の上流側とを繋ぐことが可能になる。これにより、各バイパス回路の一部を共通構成とすることができ、回路構成が複雑化することを抑制できる。

また、前記外部電源から出力される電力が所定の第１電力である場合には、当該第１電力を各蓄電池に充電する際に、前記第１リレーおよび前記第２リレーを閉じ、かつ前記第３リレーを開いて、前記第１バイパス回路および前記第２バイパス回路を介して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とを並列に接続した状態となり、前記外部電源から出力される電力が前記第１電力よりも大きい第２電力である場合には、当該第２電力を各蓄電池に充電する際に、前記第１リレーおよび前記第２リレーを開き、かつ前記第３リレーを閉じて、前記第３バイパス回路を介して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とを直列に接続した状態となってもよい。

この構成によれば、外部電源の充電規格が異なる場合であっても、各インバータおよび負荷をバイパスした状態で、二つの蓄電池が直列に接続された状態と並列に接続された状態とに切り替わることが可能であるため、異なる電圧の外部電源に対応することができる。

また、前記第１電力は、最大電圧が第１値で最大電流が所定電流値となる電力であり、前記第２電力は、最大電圧が前記第１値よりも大きい第２値で最大電流が前記所定電流値となる電力であってもよい。

この構成によれば、各インバータおよび負荷をバイパスした状態で、最大電力の大きさが異なる第１電力と第２電力とに対応して各蓄電池に外部電源からの供給電力を充電できる。これにより、出力電圧の大きさが異なる複数の超急速充電規格に対応することができる。

また、前記第１蓄電池の電圧および前記第２蓄電池の電圧は、前記第１値に設定され、前記第１蓄電池の電圧と前記第２蓄電池の電圧との和は、前記第２値となるように設定されてもよい。

この構成によれば、第１蓄電池の電圧および第２蓄電池の電圧が第１値に設定されているため、最大電圧が第１値となる第１電力を出力する外部電源からの供給電力を充電する際に、各インバータおよび負荷をバイパスした状態で第１蓄電池と第２蓄電池とを並列に接続することによって充電可能に対応できる。また、第１蓄電池の電圧と第２蓄電池の電圧との和が第２値に設定されているため、最大電圧が第２値となる第２電力を出力する外部電源からの供給電力を充電する際に、各インバータおよび負荷をバイパスした状態で第１蓄電池と第２蓄電池とを直列に接続することによって充電可能に対応できる。

本発明によれば、外部電源からの供給電力を第１蓄電池および第２蓄電池に充電する際に、第１インバータと第２インバータと負荷とに流れようとする電流をバイパスすることができる。これにより、外部電源からの充電時に充電効率が向上するとともに、通電に伴う各インバータおよび負荷での発熱を抑制することができる。

図１は、第１実施形態の充電装置を模式的に示す図である。図２は、第１実施形態の充電装置が外部電源から供給される電力を充電する際の接続状態を示す図である。図３は、第２実施形態の充電装置を模式的に示す図である。図４は、第２実施形態の充電装置が二つの蓄電池を並列に接続した状態で外部電源から供給される電力を充電する場合を示す図である。図５は、第２実施形態の充電装置が二つの蓄電池を直列に接続した状態で外部電源から供給される電力を充電する場合を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における充電装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の充電装置を模式的に示す図である。図１に示すように、第１実施形態の充電装置１は、二つの蓄電池２，３と二つのインバータ４，５とによって、一つのモータ６を駆動する電源回路１０を含んで構成されている。この電源回路１０はダブルエンド型インバータシステムである。また、充電装置１は、二つのインバータ４，５を制御する制御部７と、外部電源である充電器１００と接続する充電ポート８を備えている。

電源回路１０は、第１蓄電池２から出力される直流電力を第１インバータ４で交流電力に変換し、その交流電力を第１インバータ４からモータ６に供給する。この交流電力によってモータ６が駆動する。また、電源回路１０は、第２蓄電池３から出力される直流電力を第２インバータ５で交流電力に変換し、その交流電力を第２インバータ５からモータ６に供給する。このように、制御部７から二つのインバータ４，５に出力される指令信号によってモータ６の駆動が制御される。電源回路１０では、第１インバータ４とモータ６と第２インバータ５とを通じて第１蓄電池２と第２蓄電池３とを接続する。

第１蓄電池２は、充電および放電が可能な二次電池により構成され、正極側ラインＰＬ１および負極側ラインＮＬ１を介して第１インバータ４と電気的に接続されている。第１蓄電池２が放電する電力が第１インバータ４を介してモータ６に供給される。

第２蓄電池３は、充電および放電が可能な二次電池により構成され、正極側ラインＰＬ２および負極側ラインＮＬ２を介して第２インバータ５と電気的に接続されている。第２蓄電池３が放電する電力が第２インバータ５を介してモータ６に供給される。

第１インバータ４および第２インバータ５は、三相の電流を巻線に通電できるように、相ごとに複数のスイッチング素子とダイオードとを備えたインバータ回路によって構成されている。各インバータ４，５では、スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるスイッチング動作によって直流電力を交流電力に変換することができる。

第１インバータ４では、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上下アーム４１，４２，４３を構成する六つのスイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂを備える。Ｕ相の上下アーム４１では、上アーム素子であるスイッチング素子４１ａと下アーム素子であるスイッチング素子４１ｂとが直列に接続されている。Ｖ相の上下アーム４２では、上アーム素子であるスイッチング素子４２ａと下アーム素子であるスイッチング素子４２ｂとが直列に接続されている。Ｗ相の上下アーム４３では、上アーム素子であるスイッチング素子４３ａと下アーム素子であるスイッチング素子４３ｂとが直列に接続されている。各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂはそれぞれトランジスタ素子によって構成されている。さらに、各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂにはいずれもダイオードが並列に接続されている。

第２インバータ５では、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上下アーム５１，５２，５３を構成する六つのスイッチング素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂを備える。Ｕ相の上下アーム５１では、上アーム素子であるスイッチング素子５１ａと下アーム素子であるスイッチング素子５１ｂとが直列に接続されている。Ｖ相の上下アーム５２では、上アーム素子であるスイッチング素子５２ａと下アーム素子であるスイッチング素子５２ｂとが直列に接続されている。Ｗ相の上下アーム５３では、上アーム素子であるスイッチング素子５３ａと下アーム素子であるスイッチング素子５３ｂとが直列に接続されている。各スイッチング素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂはそれぞれトランジスタ素子によって構成されている。さらに、各スイッチング素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにはいずれもダイオードが並列に接続されている。

モータ６は、第１インバータ４を介して第１蓄電池２と電気的に接続され、かつ第２インバータ５を介して第２蓄電池３と電気的に接続されている。このモータ６は三相交流モータにより構成されている。モータ６のステータに巻き回された三相の巻線（Ｕ相の巻線２１、Ｖ相の巻線２２、Ｗ相の巻線２３）が各インバータ４，５と電気的に接続されている。Ｕ相の巻線２１は第１インバータ４のＵ相の上下アーム４１と第２インバータ５のＵ相の上下アーム５１とに接続されている。Ｖ相の巻線２２は第１インバータ４のＶ相の上下アーム４２と第２インバータ５のＶ相の上下アーム５２とに接続されている。Ｗ相の巻線２３は第１インバータ４のＷ相の上下アーム４３と第２インバータ５のＷ相の上下アーム５３とに接続されている。そして、三相の巻線２１，２２，２３に電流が流れることによってモータ６が駆動する。このモータ６は電源回路１０に接続された負荷であり、充電装置１が車両に搭載された場合には走行用の動力源として機能するものである。

制御部７は、ＣＰＵと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、モータ６を駆動制御するための各種の演算を行う演算処理部とを備える電子制御装置（ＥＣＵ）によって構成されている。例えば、演算処理部における演算の結果、各インバータ４，５を制御するための指令信号が制御部７から各インバータ４，５に出力される。この指令信号には、二つのインバータ４，５を構成する複数のスイッチング素子のうち、スイッチング動作の制御対象となるスイッチング素子を切り替えるための切替指令が含まれる。

充電ポート８は、充電装置１の各蓄電池２，３に外部電源からの電力を充電する際に、充電設備である充電器１００に接続される接続口である。充電器１００は、例えばケーブルおよび充電プラグ（いずれも図示せず）を有する充電スタンドにより構成される。充電器１００の充電プラグが充電ポート８に接続される。

また、充電装置１では充電ポート８と電源回路１０とが電気的に接続されている。充電ポート８の正極端子８Ａは、第１蓄電池２の正極側に接続されている。充電ポート８の負極端子８Ｂは、第１蓄電池２の負極側に接続されている。図１に示すように、第１蓄電池２の正極と第１インバータ４との間の正極側ラインＰＬ１上に設けられた第１接続点１１に、充電ポート８の正極端子８Ａが接続されている。さらに、第１蓄電池２の負極と第１インバータ４との間の負極側ラインＮＬ１上に設けられた第２接続点１２に、充電ポート８の負極端子８Ｂが接続されている。

また、充電装置１は、充電器１００からの電力を各蓄電池２，３に充電する際に、各インバータ４，５およびモータ６に流れようとする電流をバイパスするバイパス回路を備えている。このバイパス回路には、第１バイパス回路２１０と、第２バイパス回路２２０とが含まれる。

第１バイパス回路２１０は、第１蓄電池２の正極と第２蓄電池３の正極との間で、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスする経路を形成する。図１に示すように、第１蓄電池２の正極側では、第１接続点１１と第１インバータ４との間に設けられた第３接続点１３に、第１バイパス回路２１０が接続されている。第１バイパス回路２１０の下流側は、第２蓄電池３の正極と第２インバータ５との間の正極側ラインＰＬ２上に設けられた第４接続点１４に接続されている。さらに、第１バイパス回路２１０には、第１リレー２１１が設けられている。第１リレー２１１は、開いた状態と閉じた状態とに切り替わり、第１バイパス回路２１０を選択的に通電可能に接続する。この第１リレー２１１は制御部７によって開閉制御される。外部電源からの充電時には第１リレー２１１は閉じる。充電時ではない場合には第１リレー２１１は開いている。

第２バイパス回路２２０は、第２蓄電池３の負極と第１蓄電池２の負極との間で、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスする経路を形成する。図１に示すように、第２バイパス回路２２０の上流側は、第２蓄電池３の負極と第２インバータ５との間の負極側ラインＮＬ２上に設けられた第５接続点１５に接続されている。第１蓄電池２の負極側では、第２接続点１２と第１インバータ４との間に設けられた第６接続点１６に、第２バイパス回路２２０が接続されている。さらに、第２バイパス回路２２０には、第２リレー２２１が設けられている。第２リレー２２１は、開いた状態と閉じた状態とに切り替わり、第２バイパス回路２２０を選択的に通電可能に接続する。この第２リレー２２１は制御部７によって開閉制御される。外部電源からの充電時には第２リレー２２１は閉じる。充電時ではない場合には第２リレー２２１は開いている。

第１実施形態の充電装置１は、充電器１００からの電力を各蓄電池２，３に充電する際、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスした状態で、二つの蓄電池２，３を並列に接続した状態（並列接続状態）となる。

図２は、第１実施形態の充電装置が外部電源から供給される電力を充電する際の接続状態を示す図である。図２に示すように、充電時、第１リレー２１１および第２リレー２２１はオン（ＯＮ）となり、第１バイパス回路２１０および第２バイパス回路２２０が接続状態となる。そのため、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスして第１蓄電池２と第２蓄電池３とが並列に接続された状態で、充電ポート８に充電器１００の充電プラグが接続されている。また、第１リレー２１１が閉じた状態（接続状態）の第１バイパス回路２１０の抵抗値は、第１インバータ４とモータ６と第２インバータ５を経由する回路の抵抗値よりも小さい。同様に、第２リレー２２１が閉じた状態（接続状態）の第２バイパス回路２２０の抵抗値は、第１インバータ４とモータ６と第２インバータ５を経由する回路の抵抗値よりも小さい。

図２に示す接続状態の充電装置１に、外部電源である充電器１００からの直流電力を供給すると、充電ポート８の正極端子８Ａから電源回路１０に電流が流れ込み、その電流は第１接続点１１で第１蓄電池２側の電流と第２蓄電池３側の電流とに分かれる。

第１蓄電池２側では、第１接続点１１から第１蓄電池２の正極に電流が流れ込む。そして、第１蓄電池２の負極側から第２接続点１２を経由して充電ポート８の負極端子８Ｂへと流れる。

第２蓄電池３側では、第１接続点１１から第３接続点１３を経由して第１バイパス回路２１０に電流が流れ込む。この電流は第１バイパス回路２１０および第１リレー２１１を経由して第４接続点１４に至る。この電流は第４接続点１４から正極側ラインＰＬ２に流れ込み、正極側ラインＰＬ２を経由して第２蓄電池３の正極に流れ込む。その後、第２蓄電池３の負極から負極側ラインＮＬ２に流れ出た電流が第５接続点１５に至る。そして、第５接続点１５から第２バイパス回路２２０に電流が流れ込む。この電流は第２バイパス回路２２０および第２リレー２２１を経由して第６接続点１６に至る。この第６接続点１６から負極側ラインＮＬ１に流れ込んだ電流は、第２接続点１２で、第１蓄電池２の負極から負極側ラインＮＬ１に流れ出た電流と合流する。そのため、第２接続点１２で合流した電流が第２接続点１２から充電ポート８の負極端子８Ｂへと流れる。

以上説明した通り、第１実施形態の充電装置１によれば、外部電源からの電力を各蓄電池２，３に充電する際、電流を第１バイパス回路２１０および第２バイパス回路２２０に流すことによって、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスすることができる。これにより、充電効率が向上するとともに、急速充電時に大きな電流が流れる場合でも、各インバータ４，５およびモータ６で通電による発熱が発生することを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の充電装置１について説明する。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、外部電源から供給される電力を充電する際に、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスした状態で、二つの蓄電池２，３を直列に接続した状態と並列に接続した状態とに切り替えることが可能である。なお、第２実施形態では、上述した第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図３は、第２実施形態の充電装置を模式的に示す図である。図３に示すように、第２実施形態では、充電ポート８の負極端子８Ｂが、第２蓄電池３の負極側に接続されている。第２蓄電池３の負極と第２インバータ５との間の負極側ラインＮＬ２上に設けられた第７接続点１７に、充電ポート８の負極端子８Ｂが接続されている。さらに、第２実施形態の充電装置１は、第１バイパス回路２１０および第２バイパス回路２２０に加え、第３バイパス回路２３０を備えている。

第３バイパス回路２３０は、第１蓄電池２の負極と第２蓄電池３の正極との間で、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスする経路を形成する。図１に示すように、第３バイパス回路２３０は、第１バイパス回路２１０と第２バイパス回路２２０とを繋ぐ経路を形成する。

具体的には、第１バイパス回路２１０側では、第１リレー２１１と第４接続点１４との間の下流側接続路２１０ａに設けられた第１バイパス接続点２４１に、第３バイパス回路２３０の下流側が接続されている。第２バイパス回路２２０側では、第６接続点１６と第２リレー２２１との間の上流側接続路２２０ａに設けられた第２バイパス接続点２４２に、第３バイパス回路２３０の上流側が接続されている。さらに、第３バイパス回路２３０には、第３リレー２３１が設けられている。第３リレー２３１は、開いた状態と閉じた状態とに切り替わり、第３バイパス回路２３０を選択的に通電可能に接続する。この第３リレー２３１は制御部７によって開閉制御される。

第２実施形態の充電装置１は、充電器１００からの電力を各蓄電池２，３に充電する際、二つの蓄電池２，３を並列に接続した状態（並列接続状態）と二つの蓄電池２，３を直列に接続した状態（直列接続状態）とを切り替えることによって異なる充電規格に対応することができる。急速充電規格は直流電力を出力する充電スタンドが挙げられる。そして、異なる充電規格としては、最大出力が１５０ｋＷ級の超急速充電規格や、最大出力が３５０ｋＷ級の超急速充電規格が挙げられる。そこで、第２実施形態の充電装置１では、複数の超急速充電規格に対応するため、各リレー２１１，２２１，２３１によってバイパス回路を経由して二つの蓄電池２，３を接続し、その接続状態を並列と直列とに切り替える。

ここで、図４および図５を参照して、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスした状態において、二つの蓄電池２，３を並列に接続した状態で充電する場合と、二つの蓄電池２，３を直列に接続した状態で充電する場合とについて説明する。

図４は、第２実施形態の充電装置が二つの蓄電池を並列に接続した状態で外部電源から供給される電力を充電する場合を示す図である。図３に示すように、充電時、第１リレー２１１および第２リレー２２１がオン（ＯＮ）となり第１バイパス回路２１０および第２バイパス回路２２０は接続状態となり、かつ第３リレー２３１がオフ（ＯＦＦ）となり第３バイパス回路２３０は遮断状態となる。そのため、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスして第１蓄電池２と第２蓄電池３とが並列に接続された状態で、充電装置１の充電ポート８に充電器１００の充電プラグが接続されている。

例えば、充電器１００は最大電圧が５００Ｖ（第１値）で最大電流が４００Ａとなる最大出力１５０ｋＷの電力（第１電力）を出力可能な急速充電スタンドである。この場合、充電装置１は第１バイパス回路２１０および第２バイパス回路２２０を通電可能に接続したバイパス状態で二つの蓄電池２，３を並列に接続し、１５０ｋＷ級の超急速充電規格に構成された充電器１００からの供給電力を各蓄電池２，３に充電する。充電装置１側では、第１蓄電池２の電圧ＶＢ１は５００Ｖ、第２蓄電池３の電圧ＶＢ２は５００Ｖに設計されている。つまり、第１蓄電池２の電圧ＶＢ１および第２蓄電池３の電圧ＶＢ２は、１５０ｋＷ級の超急速充電規格に構成された外部電源の最大電圧（第１値）と同じ値に設定されている。

そして、図４に示すバイパス状態かつ並列接続状態の充電装置１に、最大出力１５０ｋＷ級の外部電源である充電器１００からの直流電力を供給すると、充電ポート８の正極端子８Ａから電源回路１０に４００Ａの電流が流れ込み、その電流は第１接続点１１で第１蓄電池２側の電流（２００Ａ）と第２蓄電池３側の電流（２００Ａ）とに分かれる。

第１蓄電池２側では、第１接続点１１から第１蓄電池２の正極に２００Ａの電流が流れ込む。その後、第１蓄電池２の負極から負極側ラインＮＬ１に流れ出た電流が第６接続点１６に至る。そして、第６接続点１６から第２バイパス回路２２０に電流が流れ込む。この電流は第２バイパス回路２２０および第２リレー２２１を経由して第５接続点１５に至る。この第５接続点１５から負極側ラインＮＬ２に流れ込んだ電流が、第７接続点１７に至る。そして、第７接続点１７を経由して充電ポート８の負極端子８Ｂへと電流が流れる。

一方、第２蓄電池３側では、第１接続点１１から第３接続点１３を経由して第１バイパス回路２１０に２００Ａの電流が流れ込む。この電流は第１バイパス回路２１０および第１リレー２１１を経由して第４接続点１４に至る。この電流は第４接続点１４から正極側ラインＰＬ２に流れ込み、正極側ラインＰＬ２を経由して第２蓄電池３の正極に流れ込む。その後、第２蓄電池３の負極から負極側ラインＮＬ２に流れ出た電流が第７接続点１７に至る。この第２蓄電池３の負極から負極側ラインＮＬ２に流れ出た電流は、第７接続点１７で、第１蓄電池２を経由して第５接続点１５から負極側ラインＮＬ２に流れ込んだ電流と合流する。そのため、第７接続点１７で合流した電流が第７接続点１７から充電ポート８の負極端子８Ｂへと流れる。

図５は、第２実施形態の充電装置が二つの蓄電池を直列に接続した状態で外部電源から供給される電力を充電する場合を示す図である。図５に示すように、充電時、第３リレー２３１がオン（ＯＮ）となり第３バイパス回路２３０は接続状態となり、かつ第１リレー２１１および第２リレー２２１がオフ（ＯＦＦ）となり第１バイパス回路２１０および第２バイパス回路２２０は遮断状態となる。そのため、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスして第１蓄電池２と第２蓄電池３とが直列に接続された状態で、充電装置１の充電ポート８が充電器１００に接続されている。

例えば、充電器１００は最大電圧が１０００Ｖ（第２値）で最大電流が４００Ａとなる最大出力３５０ｋＷの電力（第２電力）を出力可能な急速充電スタンドである。この場合、充電装置１は第３バイパス回路２３０を通電可能に接続したバイパス状態で二つの蓄電池２，３を直列接続状態にして、３５０ｋＷ級の超急速充電規格に構成された充電器１００からの供給電力を各蓄電池２，３に充電する。この場合も、充電装置１側では、第１蓄電池２の電圧ＶＢ１は５００Ｖ、第２蓄電池３の電圧ＶＢ２は５００Ｖに設計されている。つまり、第１蓄電池２の電圧ＶＢ１と第２蓄電池３の電圧ＶＢ２との和は、３５０ｋＷ級の超急速充電規格に構成された外部電源の最大電圧と同じ値に設定されている。

そして、図５に示すバイパス状態かつ直列接続状態の充電装置１に、最大出力３５０ｋＷ級の外部電源である充電器１００からの直流電力を供給すると、充電ポート８の正極端子８Ａから電源回路１０の第１接続点１１に流れ込んだ４００Ａの電流は、第１接続点１１から第１蓄電池２の正極に流れ込む。第１蓄電池２の負極から負極側ラインＮＬ１に流れ出た電流は、第６接続点１６を経由して第２バイパス回路２２０に流れ込む。この電流は第２バイパス回路２２０の上流側接続路２２０ａを流れて、第２バイパス接続点２４２から第３バイパス回路２３０に流れ込む。この電流は第３バイパス回路２３０および第３リレー２３１を経由して第１バイパス接続点２４１に至る。そして、第１バイパス接続点２４１を経由して第１バイパス回路２１０に電流が流れ込む。この電流は第１バイパス回路２１０の下流側接続路２１０ａを流れて第４接続点１４に至る。この電流は第４接続点１４から正極側ラインＰＬ２に流れ込み、正極側ラインＰＬ２を経由して第２蓄電池３の正極に流れ込む。その後、第２蓄電池３の負極から負極側ラインＮＬ２に流れ出た電流は第７接続点１７を経由して充電ポート８の負極端子８Ｂへと流れる。

第２実施形態では、充電装置１を上述した図５に示す直列接続状態にして充電することによって、３５０ｋＷ級の電力を出力する外部電源に対応することが可能である。このように、第２実施形態の充電装置１は、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスした状態において、二つの蓄電池２，３を並列に接続した状態と二つの蓄電池２，３を直列に接続した状態とに切り替わることによって、複数の超急速充電規格に対応することが可能である。

以上説明した通り、第２実施形態の充電装置１によれば、各インバータ４，５およびモータ６をバイパスした状態で、電圧の大きさが異なる複数の超急速充電規格により構成された充電器１００に対応することが可能である。これにより、ダブルエンド型インバータシステムを備える充電装置１は、１５０ｋＷ級の超急送充電規格と３５０ｋＷ級の超急速充電規格との両方に対応することができる。

なお、上述した第２実施形態では、第１蓄電池２の電圧ＶＢ１と第２蓄電池３の電圧ＶＢとがそれぞれ５００Ｖに設計された場合について説明したが、各蓄電池２，３の電圧値はこれに限定されない。例えば、各蓄電池２，３は電圧が４００Ｖに設計されてもよい。各蓄電池２，３の電圧は、少なくとも３５０ｋＷ級の超急速充電規格に対応する最大電圧よりも小さい値であり、１５０ｋＷ級の超急速充電規格に対応する最大電圧に近い値であればよい。

また、１５０ｋＷ級の超級急速充電規格を規定する最大電圧が５００Ｖに設定され、各蓄電池２，３の電圧ＶＢ１，ＶＢ２は４００Ｖに設定されてもよい。さらに、３５０ｋＷ級の超級急速充電規格を規定する最大電圧は９００Ｖ〜１０００Ｖの範囲である第２値に設定されてもよい。この場合、第２値の半分の値となるように各蓄電池２，３の電圧ＶＢ１，ＶＢ２を設定すればよい。なお、従来の急速充電規格である５０ｋＷ級の急速充電規格では最大電圧が５００Ｖで最大電流が１２５Ａとなっていた。ここで記載した１５０ｋＷ級や３５０ｋＷ級の超急速充電規格は、従来の５０ｋＷ級の急速充電規格よりも最大電流値が大きい充電規格を意味する。

１充電装置
２第１蓄電池
３第２蓄電池
４第１インバータ
５第２インバータ
６モータ
７制御部
８充電ポート
８Ａ正極端子
８Ｂ負極端子
１０電源回路
１１第１接続点
１２第２接続点
１３第３接続点
１４第４接続点
１５第５接続点
１６第６接続点
１７第７接続点
１００充電器
２１０第１バイパス回路
２１０ａ下流側接続路
２１１第１リレー
２２０第２バイパス回路
２２０ａ上流側接続路
２２１第２リレー
２３０第３バイパス回路
２３１第３リレー
２４１第１バイパス接続点
２４２第２バイパス接続点

Claims

第１蓄電池と負荷との間に接続された第１インバータと、第２蓄電池と前記負荷との間に接続された第２インバータとを有し、一つの前記負荷を駆動する電源回路と、
前記第１蓄電池および前記第２蓄電池に外部電源からの電力を充電する際に前記外部電源と接続する充電ポートと、
前記外部電源からの電力を各蓄電池に充電する際に、前記充電ポートの正極端子と前記充電ポートの負極端子との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記負荷に流れようとする電流をバイパスするリレーと、
を備えることを特徴とする充電装置。
前記充電ポートの正極端子は、前記第１蓄電池の正極側に接続されており、
前記充電ポートの負極端子は、前記第１蓄電池の負極側に接続されており、
前記第１蓄電池の正極側と前記第２蓄電池の正極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第１バイパス回路と、
前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の負極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第２バイパス回路と、を備え、
前記リレーは、
前記第１バイパス回路に設けられた第１リレーと、
前記第２バイパス回路に設けられた第２リレーと、を含み、
前記外部電源からの電力を各蓄電池に充電する際には、前記第１リレーが閉じて前記第１蓄電池の正極側と前記第２蓄電池の正極側とが前記第１バイパス回路を介して通電可能に接続され、かつ前記第２リレーが閉じて前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の負極側とが前記第２バイパス回路を介して通電可能に接続されて、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とを並列に接続した状態となる
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記充電ポートの正極端子は、前記第１蓄電池の正極側に接続されており、
前記充電ポートの負極端子は、前記第２蓄電池の負極側に接続されており、
前記第１蓄電池の正極側と前記第２蓄電池の正極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第１バイパス回路と、
前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の負極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第２バイパス回路と、
前記第１蓄電池の負極側と前記第２蓄電池の正極側との間で、前記第１インバータ、前記第２インバータ、および前記負荷に対して並列に接続された第３バイパス回路と、を備え、
前記リレーは、
前記第１バイパス回路に設けられた第１リレーと、
前記第２バイパス回路に設けられた第２リレーと、
前記第３バイパス回路に設けられた第３リレーと、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記第３バイパス回路は、前記第１バイパス回路のうち前記第１リレーと前記第２蓄電池の正極側との間に設けられた第１バイパス接続点と、前記第２バイパス回路のうち前記第１蓄電池の負極側と前記第２リレーとの間に設けられた第２バイパス接続点とを繋ぐように接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
前記外部電源から出力される電力が所定の第１電力である場合には、当該第１電力を各蓄電池に充電する際に、前記第１リレーおよび前記第２リレーを閉じ、かつ前記第３リレーを開いて、前記第１バイパス回路および前記第２バイパス回路を介して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とを並列に接続した状態となり、
前記外部電源から出力される電力が前記第１電力よりも大きい第２電力である場合には、当該第２電力を各蓄電池に充電する際に、前記第１リレーおよび前記第２リレーを開き、かつ前記第３リレーを閉じて、前記第３バイパス回路を介して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とを直列に接続した状態となる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の充電装置。
前記第１電力は、最大電圧が第１値で最大電流が所定電流値となる電力であり、
前記第２電力は、最大電圧が前記第１値よりも大きい第２値で最大電流が前記所定電流値となる電力である
ことを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
前記第１蓄電池の電圧および前記第２蓄電池の電圧は、前記第１値に設定され、
前記第１蓄電池の電圧と前記第２蓄電池の電圧との和は、前記第２値となるように設定されている
ことを特徴とする請求項６に記載の充電装置。