JP2020515206A

JP2020515206A - 多機能自動車搭載型電力コンバータ及びこれを有する電気自動車

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Publication number: JP2020515206A
Application number: JP2018549344A
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Inventors: ▲亮▼ 何; 小嘉 ▲デン▼; 杰方; ▲シャオ▼ ▲ゴン▼; ▲シェン▼杰袁; 君范; 威 ▲銭▼
Original assignee: NIO Nextev Ltd
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Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2020-05-21
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Abstract

電気自動車用の多機能自動車搭載型電力コンバータ及び多機能自動車搭載型電力コンバータを有する電気自動車である。２つの独立的なスイッチを設置することにより、伝導型充電コンバータ、無線充電コンバータの自動車搭載型部分、ＤＣ−ＤＣコンバータの間においては、整流回路、フィルタ回路、出力ＥＭＣ回路、及び対応する制御ユニット（ＣＡＮ通信回路及び信号収集回路など）を共有することが可能であり、且つ、３つの動作モードの間において便利に切り替えることができる。これに加えて、回路ユニットの共有に起因して、冷却ループの数が低減され、且つ、自動車搭載型電力コンバータによって占有される空間及び自動車搭載型電力コンバータの重量が低減される。

Description

本発明は、自動車の電子及び電気技術に関し、且つ、更に詳しくは、電気自動車用の多機能自動車搭載型電力コンバータのみならず、多機能自動車搭載型電力コンバータを有する電気自動車にも関する。

電気自動車用の充電コンバータは、パワーバッテリーの電気量が少な過ぎる際に電気自動車のパワーバッテリーを充電することによって、電気自動車を駆動する。電気自動車用の充電コンバータは、伝導型充電（自動車搭載型充電／非自動車搭載型充電）コンバータと、非伝導型充電（無線充電）コンバータと、を含む。

非伝導型の無線充電コンバータは、自動車搭載型ユニットと、グラウンドユニットと、に分割される。２つのユニットによる協働動作を通じて、ＡＣグリッドからのエネルギーは、パワーバッテリーを充電するように、直流（ＤＣ：Direct Current）電力に変換される。図１は、従来技術による無線充電コンバータの概略回路図である。図１に示されている無線充電コンバータ１００は、グラウンドユニット１１０と、自動車搭載型ユニット１２０と、を有する。グラウンドユニット１１０は、入力電磁適合型（ＥＭＣ：Electromagnetic Compatible）回路１１１と、入力電磁適合型回路１１１に接続された力率補正回路１１２と、力率補正回路１１２に接続された直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）一次側整流回路１１３と、その一次側がＤＣ−ＤＣ一次側整流回路１１３に接続されている絶縁変圧器Ｔ１と、を有する。自動車搭載型ユニット１２０は、二次側整流回路１２１と、二次側整流回路１２１に接続された出力電磁適合型回路１２２と、を有し、この場合に、二次側整流回路１２１の入力側は、絶縁変圧器Ｔ１の二次側に接続されている。

充電の際に、ＡＣグリッドの電気エネルギーは、入力電磁適合型（ＥＭＣ）回路１１１及び力率補正回路１１２を通過した後に、ＤＣ−ＤＣ一次側整流回路１１３に入力され、且つ、ＤＣ−ＤＣ変換の後に、高周波直流が絶縁変圧器Ｔ１の一次側において生成される。二次側整流回路１２１は、絶縁変圧器Ｔ１の二次側からの高周波直流を整流し、出力電磁適合型回路１２２を介して高電圧パワーバッテリーに出力する。

伝導型の自動車搭載型充電コンバータは、電気自動車において配設されており、且つ、パワーバッテリーを充電するように、ＡＣグリッドからのエネルギーをＤＣ電力に変換する。図２は、従来技術による自動車搭載型充電コンバータの概略回路図である。図２に示されている自動車搭載型充電コンバータ２００は、入力電磁適合型（ＥＭＣ）回路２１１と、入力電磁適合型回路２１１に接続された力率補正回路２１２と、力率補正回路２１２に接続されたＤＣ−ＤＣ一次側整流回路２１３と、絶縁変圧器Ｔ２と、二次側整流回路２１４と、二次側整流回路２１４に接続された出力電磁適合型回路２１５と、を有し、この場合に、絶縁変圧器Ｔ２の一次側は、ＤＣ−ＤＣ一次側整流回路２１３の出力側に接続されており、且つ、絶縁変圧器の二次側は、二次側整流回路２１４の入力側に接続されている。

充電の際に、ＡＣグリッドの電気エネルギーは、入力電磁適合型（ＥＭＣ）回路２１１及び力率補正回路２１２を通じて、ＤＣ−ＤＣ一次側整流回路２１３に入力され、且つ、ＤＣ−ＤＣ変換が行った後に、高周波直流が絶縁変圧器Ｔ２の一次側において生成される。二次側整流回路２１４は、絶縁変圧器Ｔ２の二次側からの高周波直流を整流し、出力電磁適合型回路２１５を通じて高電圧パワーバッテリーに出力する。

もう一方、電気自動車は、電力を電気自動車の低電圧電気消費装置に供給し且つ低電圧電池を充電するように、パワーバッテリーの高電圧電力を低電圧電力に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータをも装備している。

図３は、従来技術によるＤＣ−ＤＣコンバータの概略回路図である。図３に示されているＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、入力ＥＭＣ回路３１１と、入力ＥＭＣ回路３１１に接続されたＤＣ−ＤＣ一次側整流回路３１２と、絶縁変圧器Ｔ３と、ＤＣ−ＤＣ二次側整流回路３１３と、出力ＥＭＣ回路３１４と、を有し、この場合に、ＤＣ−ＤＣ一次側整流回路３１２の出力側は、絶縁変圧器Ｔ３の一次側に接続されており、且つ、ＤＣ−ＤＣ二次側整流回路３１３の入力側は、絶縁変圧器Ｔ３の二次側に接続されている。

動作の際に、高電圧パワーバッテリーのＤＣ電気エネルギーは、入力ＥＭＣ回路３１１を通じてＤＣ−ＤＣ一次側整流回路３１２に入力され、且つ、ＤＣ−ＤＣ変換が行った後に、高周波直流が絶縁変圧器Ｔ３の一次側において生成される。ＤＣ−ＤＣ二次側整流回路３１３は、絶縁変圧器Ｔ３の二次側からの高周波直流電を整流及びフィルタリングし、且つ、出力電磁適合型回路３１４を通じて低電圧電気消費装置又は低電圧電池に出力する。

上述の伝導型の自動車搭載型充電コンバータ、非伝導型の無線充電コンバータ、及びＤＣ−ＤＣコンバータは、いずれも、高製造原価、嵩張る容積、重い重量などという欠点を有している。これらは、いずれも、電気自動車の原価及びエネルギー消費量を低減するために不利である。従って、上述の技術的な問題点を解決しうる自動車搭載型電力コンバータに対する緊急のニーズが存在している。

本発明の目的は、コンパクトな構造、軽い重量、小さな占有空間などの利点を有する、電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータを提供するというものである。

本発明の一態様による電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、少なくともＤＣ−ＤＣコンバータと、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニットと、を有し、この場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータの一次側及び無線充電コンバータの二次側は、整流回路、フィルタ回路、及び電磁適合型回路を共有している。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、自動車搭載型充電コンバータを更に有し、且つ、前記フィルタ回路及び電磁適合型回路は、自動車搭載型充電コンバータの二次側によっても共有されている。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、第１スイッチと、第２スイッチと、第１絶縁変圧器と、第２絶縁変圧器と、第１電磁適合型回路と、前記第１絶縁変圧器の二次側に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットと、前記第２絶縁変圧器の一次側に接続された自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットと、第１整流回路と、第２整流回路と、を有し、
この場合に、前記第１整流回路の入力側は、前記第１スイッチを通じて前記第１絶縁変圧器の一次側に接続され、且つ、前記第２スイッチを介して無線充電コンバータのグラウンドユニットに接続されており、前記第２整流回路の入力側は、前記第２絶縁変圧器の二次側に接続されており、且つ、前記第１整流回路及び第２整流回路の出力側は、前記第１電磁適合型回路に並列的に接続されており、且つ、
この場合に、前記第１スイッチが閉路され、且つ、前記第２スイッチが開路された際に、高電圧パワーバッテリーから出力された高電圧直流電は、前記第１整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットにより、低電圧直流に変換され、前記第１スイッチが開路され、且つ、前記第２スイッチが閉路された際には、無線充電コンバータのグラウンドユニットからの直流電は、前記第１整流回路により、高電圧パワーバッテリーに出力する高電圧直流電に変換され、且つ、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方が開路された際には、自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットから出力された直流電は、前記第２整流回路により、高電圧パワーバッテリーに出力する高電圧直流電に変換される。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、第１スイッチと、第２スイッチと、絶縁変圧器と、ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットと、第１電磁適合型回路と、第１整流回路と、を有し、
この場合に、前記第１整流回路の入力側は、前記第１スイッチを通じて前記絶縁変圧器の一次側に接続され、前記第２スイッチを通じて無線充電コンバータのグラウンドユニットに接続されており、前記第１整流回路の出力側は、第１電磁適合型回路に接続されており、且つ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットは、前記絶縁変圧器の二次側に接続されており、
この場合に、前記第１スイッチが閉路され、且つ、前記第２スイッチが開路された際に、高電圧パワーバッテリーから出力された高電圧直流電は、前記第１整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットによって低電圧直流に変換され、且つ、前記第１スイッチが開路され、且つ、前記第２スイッチが閉路された際には、無線充電コンバータのグラウンドユニットから出力された直流電は、前記第１整流回路により、高電圧パワーバッテリーに出力する高電圧直流電に変換される。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータにおいて、前記第１整流回路、及び前記第２整流回路は、ブリッジ整流回路である。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、前記第１整流回路及び前記第２整流回路の出力側に接続されたフィルタコンデンサを更に有する。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットは、前記第１絶縁変圧器の二次側に接続されたＤＣ−ＤＣ二次側整流回路と、前記ＤＣ−ＤＣ二次側整流ユニットに接続された第２電磁適合型回路と、を有する。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータにおいて、前記自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットは、第３電磁適合型回路と、前記第２絶縁変圧器の一次側に接続されたＤＣ−ＤＣ一次側整流回路と、前記第３電磁適合型回路とＤＣ−ＤＣ一次側整流回路の間において接続された力率補正回路と、を有する。

本発明の更なる態様による電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、少なくとも自動車搭載型充電コンバータと、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニットと、を有し、この場合に、自動車搭載型充電コンバータの二次側及び無線充電コンバータの二次側は、整流回路、フィルタ回路、及び電磁適合型回路を共有している。

好ましくは、上述の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータは、
第１スイッチと、
第２スイッチと、
絶縁変圧器と、
絶縁変圧器の一次側に接続された前記自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットと、
二次側整流回路と、
前記二次側整流回路に接続された出力電磁適合型回路と、を有し、
この場合に、前記二次側整流回路の入力側は、それぞれ、第１スイッチ及び第２スイッチを通じて、無線充電コンバータのグラウンドユニット及び自動車搭載型充電コンバータの絶縁変圧器の二次側に接続されており、且つ、
この場合に、前記第１スイッチが閉路され、且つ、前記第２スイッチが開路された際に、無線充電コンバータのグラウンドユニットから出力された直流電は、前記整流回路により、高電圧直流に変換され、且つ、前記第１スイッチが開路され、且つ、第２スイッチが閉路された際には、前記自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットから出力された直流電は、整流回路により、高電圧直流に変換される。

本発明の更なる目的は、コンパクトな構造、軽い重量、小さな占有空間などの利点を有する電気自動車を提供するというものである。

本発明の更なる態様による電気自動車は、上述の自動車搭載型電力コンバータを有している。

本発明の上述の及び／又はその他の態様及び利点については、添付図面を参照した様々な態様に関する以下の説明から、更に明らかとなり、且つ、更に容易に理解することができよう。以下の添付図面においては、同一又は類似の要素が同一の符号によって表記されている。

従来技術による無線充電コンバータの概略回路図である。従来技術による自動車搭載型充電コンバータの概略回路図である。従来技術によるＤＣ−ＤＣコンバータの概略回路図である。本発明の第１実施形態による電気自動車用の多機能自動車搭載型電力コンバータの概略回路図である。本発明の第２実施形態による電気自動車用の多機能自動車搭載型電力コンバータの概略回路図である。本発明の第３実施形態による電気自動車用の多機能自動車搭載型電力コンバータの概略回路図である。

以下、本発明の概略実施形態を示す図面を参照し、本発明について更に広範に説明することとする。但し、本発明は、異なる形態において実装することが可能であり、且つ、本明細書において付与されている様々な実施形態にのみ限定されるものと解釈してはならない。以上において付与されている様々な実施形態は、本発明の保護の範囲の相対的に広範且つ正確な理解を可能とするように、本開示を広範且つ完全なものとすることを意図したものである。

「含む（include）」及び「有する（comprise）」などの用語は、本明細書及び請求項において直接的且つ明示的に記述されているユニット及びステップに加えて、本発明の技術的解決策が、直接的又は明示的に記述されてはいないその他のユニット及びステップが含まれる状況を排除してはいないことを意味している。

「第１の（first）」及び「第２の（second）」などの用語は、時間、空間、大きさなどの観点における要素の順序を表すものではなく、且つ、個々の要素を相互に弁別するべく使用されるものに過ぎない。

本発明の一態様によれば、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット及びＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧電池側は、整流回路、フィルタ回路、及びＥＭＣ回路という組を共有しており、この場合に、整流回路は、それぞれ、２つの独立したスイッチを通じて無線充電コンバータのグラウンドユニットの絶縁変圧器の二次側及びＤＣ−ＤＣコンバータの絶縁変圧器の一次側に接続されている。スイッチの状態の異なる組合せを利用することによって、整流回路、フィルタ回路、及びＥＭＣ回路は、無線充電コンバータ及びＤＣ−ＤＣコンバータにより使用されることができる。

本発明の更なる態様によれば、自動車搭載型充電コンバータは、その絶縁変圧器の二次側において独立的な整流回路を使用する一方で、フィルタ回路及びＥＭＣ回路を無線充電コンバータ及びＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧電池側との間において共有している。上述の２つの独立的なスイッチがいずれも開路状態にある際には、フィルタ回路及びＥＭＣ回路は、自動車搭載型充電コンバータによって使用されることができる。

本発明の更なる態様によれば、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット及び自動車搭載型充電コンバータの二次側は、二次側整流回路、フィルタ回路、及び出力ＥＭＣ回路を共有しており、且つ、二次側整流回路の入力側は、それぞれ、２つの独立的なスイッチを通じて無線充電コンバータの絶縁変圧器の二次側及び自動車搭載型充電コンバータの絶縁変圧器の二次側に接続されている。

以下、添付図面を参考して、本発明の実施形態について具体的に説明する。

〔第１実施形態〕
図４は、本発明の第１実施形態による電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータの概略回路図である。

図４に示されている電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ４０は、第１電磁適合型回路４１１と、第１電磁適合型回路４１１に接続された第１整流回路４１２と、絶縁変圧器Ｔ４１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側回路４１３と、第１スイッチＳ１と、第２スイッチＳ２と、を有し、絶縁変圧器Ｔ４１の一次側及び二次側は、それぞれ、第１整流回路４１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット４１３に接続されている。

この実施形態においては、第１整流回路４１２は、ダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されたブリッジ整流回路であり、ブリッジ整流回路の一つの入力端は、それぞれ、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を通じて絶縁変圧器Ｔ４１の一次側及び無線充電コンバータの絶縁変圧器Ｔ’の二次側に接続され、且つ、ブリッジ整流回路のもう一つの入力端は、絶縁変圧器Ｔ４１の一次側及び絶縁変圧器Ｔ’の二次側に直接的に接続されている。好ましくは、自動車搭載型電力コンバータ４０は、フィルタ回路としてフィルタコンデンサＣ１を更に有しており、且つ、このコンデンサは、ブリッジ整流回路の正極出力端と負極出力端の間において接続されている。

ここでは、絶縁変圧器Ｔ’は、通常、無線充電コンバータのグラウンドユニット内において配設されているが、このような構成は、必須ではなく、本発明は、絶縁変圧器Ｔ’が無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット内において集積されている状況にも適用される。

この実施形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット４１３は、第１絶縁変圧器Ｔ４１の二次側に接続されたＤＣ−ＤＣ二次側整流回路４１３１と、ＤＣ−ＤＣ二次側整流回路４１３１に接続された第２電磁適合型回路４１３２と、を有する。

上述のように、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット及びＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧電池側は、整流回路、フィルタ回路、及びＥＭＣ回路という組を共有している。具体的には、この実施形態においては、無線充電の際に、第１電磁適合型回路４１１、フィルタコンデンサＣ１、及び第１整流回路４１２は、無線充電コンバータの絶縁変圧器の二次側回路ユニットとして使用される一方で、高電圧パワーバッテリーが、低電圧電気装置に電力を供給する或いは低電圧電池を充電する場合には、第１電磁適合型回路４１１、フィルタコンデンサＣ１、及び第１整流回路４１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータの絶縁変圧器の一次側回路ユニットとして使用されている。上述の２つの動作モードの間の切り替えは、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の状態を制御することにより、実現されている。

以下、図４に示されている自動車搭載型電力コンバータの動作原理について説明することとする。

高電圧パワーバッテリーにより低電圧電気装置に電力を供給する或いは低電圧電池を充電する場合には、第１スイッチＳ１が閉路され、且つ、第２スイッチＳ２が開路される。この時点において、高電圧パワーバッテリーから出力された高電圧直流電は、第１電磁適合型回路（ＥＭＣ）４１１を通過した後に、フィルタコンデンサＣ１及び第１整流回路４１２に入力され、且つ、フィルタリング及びＤＣ−ＤＣ変換が行った後に、高周波直流電が絶縁変圧器Ｔ４１の一次側において生成される。ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット４１３は、絶縁変圧器Ｔ４１の二次側からの高周波直流電を整流して低電圧電気装置又は低電圧電池に出力する。

無線方式で高電圧パワーバッテリーを充電する際には、第１スイッチＳ１が開路され、且つ、第２スイッチＳ２が閉路される。この時点においては、無線充電コンバータのグラウンドユニット側において、ＡＣグリッドの電気エネルギーは、入力電磁適合型（ＥＭＣ）回路及び力率補正回路を通過した後に、ＤＣ−ＤＣ一次側回路に入力され、且つ、ＤＣ−ＤＣ変換が行った後に、高周波直流電が絶縁変圧器Ｔ’の一次側において生成される。第１整流回路４１２が絶縁変圧器Ｔ’の二次側からの高周波直流電を整流して、フィルタコンデンサＣ１が整流後の直流電をフィルタリングしてから、第１電磁適合型回路４１１を通じて高電圧パワーバッテリーに出力する。

この実施形態においては、２つの独立的なスイッチを設置することにより、無線充電コンバータの自動車搭載型部分及びＤＣ−ＤＣコンバータは、整流回路、フィルタ回路、出力ＥＭＣ回路、及び対応する制御ユニット（例えば、ＣＡＮ通信回路及び信号収集回路）を共有することが可能であり、且つ、２つの動作モードの間において便利な切り替えを実現することができる。これに加えて、絶縁変圧器Ｔの二次側において、回路ユニットの組が共有されていることから、冷却ループの数が低減され、且つ、自動車搭載型電力コンバータによって占有される空間及び自動車搭載型電力コンバータの重量も低減される。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータの概略回路図である。

図５に示されている電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ５０は、第１電磁適合型回路４１１と、第１電磁適合型回路４１１に接続された第１整流回路４１２と、第１絶縁変圧器Ｔ４１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット４１３と、第２絶縁変圧器Ｔ４２と、第２絶縁変圧器Ｔ４２の一次側に接続された自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニット４１４と、第２整流回路４１５と、第１スイッチＳ１と、第２スイッチＳ２と、を有し、この場合に、第１絶縁変圧器Ｔ４１の一次側及び二次側は、それぞれ、第１整流回路４１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット４１３に接続され、且つ、第２絶縁変圧器Ｔ４２の一次側及び二次側は、それぞれ、自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニット４１４及び第２整流回路４１５に接続されている。

この実施形態においては、第１整流回路４１２は、ダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されたブリッジ整流回路であり、ブリッジ整流回路の一つの入力端は、それぞれ、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を通じて第１絶縁変圧器Ｔ４１の一次側及び無線充電コンバータのグラウンドユニットの絶縁変圧器Ｔ１’の二次側に接続され、且つ、ブリッジ整流回路のもう一つ入力端は、第１絶縁変圧器Ｔ４１の一次側及び絶縁変圧器Ｔ１’の二次側に直接的に接続されている。好ましくは、この実施形態における多機能自動車搭載型電力コンバータ５０は、フィルタ回路としてフィルタコンデンサＣ１を更に有しており、且つ、このコンデンサは、ブリッジ整流回路４１２の正極出力端部と負極出力端部との間において接続されている。

図５を更に参照すれば、第２整流回路４１５は、ダイオードＤ５〜Ｄ８によって構成されたブリッジ整流回路であり、このブリッジ整流回路の入力側は、第２絶縁変圧器Ｔ４２に接続され、且つ、このブリッジ整流回路の出力側と第１整流回路４１２の出力側は、第１コンデンサＣ１及び第１電磁適合型回路４１１に並列的に接続されている。

この実施形態においては、自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニット４１４は、第３電磁適合型回路４１４１と、第２絶縁変圧器Ｔ４２の一次側に接続されたＤＣ−ＤＣ一次側整流回路４１４３と、第３電磁適合型回路４１４１とＤＣ−ＤＣ一次側整流回路４１４３の間において接続された力率補正回路４１４２と、を有する。

ここでは、絶縁変圧器Ｔ１’は、通常、無線充電コンバータのグラウンドユニット内において配設されているが、このような構成は、必須ではなく、本発明は、絶縁変圧器Ｔ１’が無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット内において集積されている状況にも適用される。

上述のように、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット及びＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧電池側は、整流回路、フィルタ回路、及びＥＭＣ回路という組を共有しており、且つ、その中のフィルタ回路及びＥＭＣ回路は、自動車搭載型充電コンバータによっても共有されている。具体的には、この実施形態においては、無線充電の際に、第１電磁適合型回路４１１、フィルタコンデンサＣ１、及び第１整流回路４１２は、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニットとして使用されており、高電圧パワーバッテリーが、低電圧電気装置に電力を供給する或いは低電圧電池を充電する場合には、第１電磁適合型回路４１１、フィルタコンデンサＣ１、及び第１整流回路４１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータの絶縁変圧器の一次側回路ユニットとして使用され、また、伝導型方式で充電する場合には、第１電磁適合型回路４１１、フィルタコンデンサＣ１、及び第２整流回路４１５は、自動車搭載型充電コンバータの絶縁変圧器の二次側回路ユニットとして使用されている。上述の３つの動作モードの間における切り替えは、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の状態を制御することによって実現されている。

以下、図５に示されている自動車搭載型電力コンバータの動作原理について説明することとする。

高電圧パワーバッテリーを利用して低電圧電気装置に電力を供給する或いは低電圧電池を充電する場合には、第１スイッチＳ１が閉路され、且つ、第２スイッチＳ２が開路される。この時点において、高電圧パワーバッテリーから出力された高電圧直流電は、第１電磁適合型回路（ＥＭＣ）４１１を通過した後に、フィルタコンデンサＣ１及び第１整流回路４１２に入力され、且つ、フィルタリング及びＤＣ−ＤＣ変換が行った後に、高周波直流電が第１絶縁変圧器Ｔ４１の一次側において生成される。ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット４１３は、絶縁変圧器Ｔ４１の二次側からの高周波直流電を整流して低電圧電気装置又は低電圧電池に出力する。

例えば、無線方式により、高電圧パワーバッテリーを充電する際には、第１スイッチＳ１が開路され、且つ、第２スイッチＳ２が閉路される。この時点において、無線充電コンバータのグラウンドユニットの直流電は、絶縁変圧器Ｔ１’を通じて第１整流回路４１２に結合され、整流済みの電流が、フィルタコンデンサＣ１によってフィルタリングされた後に、第１電磁適合型回路４１１に送られてから、高電圧パワーバッテリーに出力される。

自動車搭載型充電コンバータを使用して例えば高電圧パワーバッテリーを充電する際には、第１スイッチＳ１が開路され、且つ、第２スイッチＳ２も開路される。この時点において、自動車搭載型充電コンバータの一次側において、ＡＣグリッドの電気エネルギーは、入力電磁適合型（ＥＭＣ）回路４１４１及び力率補正回路４１４２を通過した後に、ＤＣ−ＤＣ一次側整流回路４１４３に入力され、且つ、ＤＣ−ＤＣ変換の後に、高周波直流電が絶縁変圧器Ｔ４２の一次側において生成される。第２整流回路４１５が、絶縁変圧器Ｔ４２の二次側からの高周波直流電を整流し、フィルタコンデンサＣ１が、整流後の直流電をフィルタリングしてから、第１電磁適合型回路４１１を通じて高電圧パワーバッテリーに出力する。

この実施形態においては、２つの独立的なスイッチを設置することにより、整流回路、フィルタ回路、出力ＥＭＣ回路、及び対応する制御ユニット（ＣＡＮ通信回路及び信号収集回路など）を伝導型充電コンバータ、無線充電コンバータの自動車搭載型部分、及びＤＣ−ＤＣコンバータの間において共有することが可能であり、且つ、３つの動作モードの間において便利に切り替えることができる。これに加えて、回路ユニットの共有に起因して、冷却ループの数が低減され、且つ、自動車搭載型電力コンバータによって占有される空間及び自動車搭載型電力コンバータの重量も低減される。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態による電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータの概略回路図である。

図６に示されている電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ６０は、出力電磁適合型回路６１１と、出力電磁適合型回路６１１に接続された整流回路６１２と、絶縁変圧器Ｔ６１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ一次側ユニット６１３と、第１スイッチＳ１と、第２スイッチＳ２と、を有し、この場合に、絶縁変圧器Ｔ６１の一次側及び二次側は、それぞれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ一次側ユニット６１３及び整流回路６１２に接続されている。

この実施形態においては、整流回路６１２は、ダイオードＤ９〜Ｄ１２によって形成されたブリッジ整流回路であり、この場合に、ブリッジ整流回路の一つの入力端は、それぞれ、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を通じて、絶縁変圧器Ｔ６１の二次側及び無線充電コンバータの絶縁変圧器Ｔ’の二次側に接続され、且つ、ブリッジ整流回路のもう一つの入力端は、絶縁変圧器Ｔ６１の二次側及び絶縁変圧器Ｔ’の二次側に直接的に接続されている。好ましくは、自動車搭載型電力コンバータ６０は、フィルタ回路としてフィルタコンデンサＣ１を更に有しており、且つ、このコンデンサは、ブリッジ整流回路の正極出力端と負極出力端との間において接続されている。

この実施形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニット６１３は、入力電磁適合型回路６１３１と、絶縁変圧器Ｔ６１の一次側に接続されたＤＣ−ＤＣ一次側整流回路６１３３と、入力電磁適合型回路６１３１とＤＣ−ＤＣ一次側整流回路６１３３の間において接続された力率補正回路６１３２と、を有する。

上述のように、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニット及び自動車搭載型充電コンバータの二次側は、整流回路、フィルタ回路、及びＥＭＣ回路という組を共有している。具体的には、この実施形態においては、無線充電の際に、出力電磁適合型回路６１１、フィルタコンデンサＣ１、及び整流回路６１２は、無線充電コンバータの絶縁変圧器の二次側回路ユニットとして使用され、且つ、充電が伝導型の方式によって実行される際には、出力電磁適合型回路６１１、フィルタコンデンサＣ１、及び整流回路６１２は、自動車搭載型充電コンバータの絶縁変圧器の二次側回路ユニットとして使用されている。上述の２つの動作モードの間における切り替えは、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の状態を制御することによって実現されている。

以下、図６に示されている充電変換装置の動作原理について説明することとする。

自動車搭載型充電コンバータを使用して充電する際には、第１スイッチＳ１が閉路され、且つ、第２スイッチＳ２が開路される。この時点において、ＡＣグリッドの電気エネルギーは、ＤＣ−ＤＣコンバータ一次側ユニット６１３を通過した後に、絶縁変圧器Ｔ６１の一次側において高周波直流電を生成する。整流回路６１２が、絶縁変圧器Ｔ６１の二次側からの高周波直流電を整流し、出力電磁適合型回路６１１が、整流済みの直流電を出力する。

有線方式によって充電する際には、第１スイッチＳ１が開路され、且つ、第２スイッチＳ２が閉路される。この時点において、ＡＣグリッドの電気エネルギーは、無線充電コンバータの絶縁変圧器Ｔ’を通じて整流回路６１２に結合され、整流済みの電流がフィルタコンデンサＣ１に送られ、それに、フィルタリング済みの直流電が、出力電磁適合型回路６１２によって出力される。

この実施形態においては、２つの独立的なスイッチを設置することにより、無線充電コンバータの自動車搭載型部分及び自動車搭載型コンバータは、整流回路、フィルタ回路、出力ＥＭＣ回路、及び対応する制御ユニット（例えば、ＣＡＮ通信回路及び信号収集回路）を共有することが可能であり、且つ、２つの充電モードの間において便利な切り替えを実現することができる。これに加えて、回路ユニット組が絶縁変圧器の二次側において共有されていることから、冷却ループの数が低減され、且つ、充電コンバータによって占有される空間及び充電コンバータの重量も低減される。

本発明のいくつかの態様について図示及び説明したが、当業者は、本発明の原理及び精神を逸脱することなしに、上述の態様を変更しうることを認識するであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求項及びその均等物によって定義されることになる。

Claims

少なくともＤＣ−ＤＣコンバータと、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニットと、を有する、電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータであって、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの一次側及び前記無線充電コンバータの二次側においては、整流回路、フィルタ回路、及び電磁適合型回路が共有されていることを特徴とする自動車搭載型電力コンバータ。
前記自動車搭載型電力コンバータは、自動車搭載型充電コンバータを更に有し、前記フィルタ回路及び前記電磁適合型回路は、前記自動車搭載型充電コンバータの二次側によっても共有されている請求項１に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
第１スイッチと、第２スイッチと、第１絶縁変圧器と、第２絶縁変圧器と、第１電磁適合型回路と、前記第１絶縁変圧器の二次側に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットと、前記第２絶縁変圧器の一次側に接続された自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットと、第１整流回路と、第２整流回路と、を有し、
前記第１整流回路の入力側は、前記第１スイッチを通じて前記第１絶縁変圧器の一次側に接続され、且つ、前記第２スイッチを通じて前記無線充電コンバータのグラウンドユニットに接続されており、前記第２整流回路の入力側は、前記第２絶縁変圧器の二次側に接続されており、前記第１整流回路及び前記第２整流回路の出力側は、前記第１電磁適合型回路に並列的に接続されており、
その中、前記第１スイッチが閉路され、且つ、前記第２スイッチが開路された際に、高電圧パワーバッテリーから出力された高電圧直流電は、前記第１整流回路及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットにより、低電圧直流電に変換され、前記第１スイッチが開路され、且つ、前記第２スイッチが閉路された際には、前記無線充電コンバータの前記グラウンドユニットからの直流電は、前記第１整流回路を通じて前記高電圧パワーバッテリーに出力する高電圧直流電に変換され、且つ、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方が開路された際には、前記自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットから出力された直流電は、前記第２整流回路を通じて前記高電圧パワーバッテリーに出力する高電圧直流電に変換される請求項２に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ
第１スイッチと、第２スイッチと、絶縁変圧器と、ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットと、第１電磁適合型ユニットと、第１整流回路と、を有し、
前記第１整流回路の入力側は、前記第１スイッチを通じて前記絶縁変圧器の一次側に接続され、且つ、前記第２スイッチを通じて前記無線充電コンバータのグラウンドユニットに接続されており、前記第１整流回路の出力側は、第１電磁適合型回路に接続され、且つ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットは、前記絶縁変圧器の二次側に接続されており、
その中、前記第１スイッチが閉路され、且つ、前記第２スイッチが開路された際に、高電圧パワーバッテリーから出力された高電圧直流電は、前記第１整流回路及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットにより、低電圧直流電に変換され、且つ、前記第１スイッチが開路され、且つ、前記第２スイッチが閉路された際には、前記無線充電コンバータの前記グラウンドユニットから出力された直流電は、前記第１整流回路により、前記高電圧パワーバッテリーに出力する高電圧直流電に変換される請求項２に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
前記第１整流回路及び第２整流回路は、ブリッジ整流回路である請求項３又は４に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
前記第１整流回路及び前記第２整流回路の前記出力側に接続されたフィルタコンデンサを更に有する請求項５に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ二次側ユニットは、第１絶縁変圧器の二次側に接続されたＤＣ−ＤＣ二次側整流回路と、ＤＣ−ＤＣ二次側整流ユニットに接続された第２電磁適合型回路と、を有する請求項３又は４に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットは、第３電磁適合型回路と、第２絶縁変圧器の一次側に接続されたＤＣ−ＤＣ一次側整流回路と、前記第３電磁適合型回路と前記ＤＣ−ＤＣ一次側整流回路の間において接続された力率補正回路と、を有する請求項３又は４に記載の電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
少なくとも自動車搭載型充電コンバータと、無線充電コンバータの自動車搭載型ユニットと、を有する、電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータであって、
前記自動車搭載型充電コンバータの二次側及び前記無線充電コンバータの二次側においては、整流回路、フィルタ回路、及び電磁適合型回路が共有されていることを特徴とする電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
電気自動車用の自動車搭載型電力コンバータであって、
第１スイッチと、
第２スイッチと、
絶縁変圧器と、
前記絶縁変圧器の一次側に接続された自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットと、
二次側整流回路と、
前記二次側整流回路に接続された出力電磁適合型回路と、を有し、
前記二次側整流回路の入力側は、それぞれ、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを通じて無線充電コンバータのグラウンドユニット及び自動車搭載型充電コンバータの前記絶縁変圧器の二次側に接続されており、且つ、
前記第１スイッチが閉路され、且つ、前記第２スイッチが開路された際に、無線充電コンバータのグラウンドユニットから出力された直流電は、前記整流回路により、高電圧直流電に変換され、且つ、前記第１スイッチが開路され、且つ、前記第２スイッチが閉路された際には、前記自動車搭載型充電コンバータ一次側ユニットから出力された直流電は、前記整流回路により、高電圧直流電に変換されることを特徴とする自動車用の自動車搭載型電力コンバータ。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の自動車搭載型電力コンバータを有することを特徴とする電気自動車。