JP2021044965A

JP2021044965A - 電源装置

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Publication number: JP2021044965A
Application number: JP2019166214A
Authority: JP
Inventors: 弘嗣大畠; Hiroshi Ohata; 高松　直義; Naoyoshi Takamatsu; 直義高松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: US20210078415A1; JP7205428B2; US11207985B2; CN112477641A

Abstract

【課題】３相充電器から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する変換回路を別途設けることなく、３相ＡＣ充電器によって蓄電池を充電できる電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１０は、蓄電池１２の正負端子間に直列に接続された第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２と、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、第４スイッチング素子、第１ダイオード及び第２ダイオードとを有する３レベルインバータが、蓄電池１２と並列に接続された電力変換器１８と、３相の第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間又は３相の第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との間の少なくとも一方に、３相ＡＣ充電器の３つの端子と電気的に接続可能な３つの接続端子（ＰＵ１、ＰＶ１、ＰＷ１又はＰＵ２、ＰＶ２、ＰＷ２）と、各スイッチング素子のオンオフを制御する充電制御部を有するＥＣＵ６０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関する。

特許文献１に記載の電動車両に設けられる電力変換装置は、モータジェネレータ駆動用のインバータを、充電器としての機能の一部を兼ねるように構成している。これにより、外部充電器である単相ＡＣ充電器を用いて蓄電池であるバッテリを充電するための車載部品を最小限に抑えることができ、電動車両の重量及び価格を低減させることができるとされている。

また、特許文献１には、単相ＡＣ充電器によってバッテリを充電する際には、単相ＡＣ充電器からモータジェネレータへ供給する電圧が正、バッテリからモータジェネレータへ供給する電圧が負となるように、インバータの各スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する技術が開示されている。

特開２００７−２５２０７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、単相ＡＣ充電器を用いてバッテリを充電する単相ＡＣ充電用のものであるため、３相ＡＣ充電器を用いてバッテリを充電する３相ＡＣ充電用とするためには、別途、３相ＡＣ充電器から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する変換回路が必要になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、３相充電器から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する変換回路を別途で設けることなく、３相ＡＣ充電器によって蓄電池を充電することができる電源装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、蓄電池と、前記蓄電池の正極側端子と負極側端子との間に、第１コンデンサ及び第２コンデンサが直列に接続されたコンデンサ部と、直列に接続された第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間と、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間とを接続する第１ダイオードと、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間と、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間とを接続する第２ダイオードと、からなり、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオン・オフさせ、３レベルの電圧をモータジェネレータに出力可能な３レベルインバータが、Ｕ相とＶ相とＷ相との３相分、前記蓄電池と並列に接続された電力変換器と、を備えた電源装置であって、３相の前記３レベルインバータのそれぞれにおける、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間、または、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間、の少なくとも一方に、３相ＡＣ充電器の３つの端子と電気的に接続可能な３つの接続端子と、３相の前記３レベルインバータのそれぞれにおける、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間にて、前記３つの接続端子と、前記３相ＡＣ充電器の３つの端子とが電気的に接続されている場合には、前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電する前に、前記蓄電池によって前記第１コンデンサを充電し、前記第２コンデンサの電圧を０［Ｖ］にし、前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電するときに、３相の前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオンにし、且つ、３相の前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを、前記３相ＡＣ充電器から出力される３相ＡＣ電圧がＤＣ電圧に変換されるように制御し、前記３レベルインバータのそれぞれにおける、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間にて、前記３つの接続端子と、前記３相ＡＣ充電器の３つの端子とが電気的に接続されている場合には、前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電する前に、前記蓄電池によって前記第２コンデンサを充電し、前記第１コンデンサの電圧を０［Ｖ］にし、前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電するときに、３相の前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオンにし、且つ、３相の前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを、前記３相ＡＣ充電器から出力される３相ＡＣ電圧がＤＣ電圧に変換されるように制御する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

本発明に係る電源装置は、蓄電池からモータジェネレータに電力を供給する際に、蓄電池からのＤＣ電圧を３相ＡＣ電圧に変換する電力変換器によって、３相ＡＣ充電器から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して蓄電池を充電することができる。よって、本発明に係る電源装置は、３相充電器から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する変換回路を別途で設けることなく、３相ＡＣ充電器によって蓄電池を充電することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る電源装置を備えた電力システムの構成図である。図２は、実施形態に係る電力システムの構成を示すブロック図である。図３は、３相ＡＣ充電器によってバッテリを充電する前の第１の回路状態を示した図である。図４は、３相ＡＣ充電器によってバッテリを充電する前の第２の回路状態を示した図である。図５は、３相ＡＣ充電器によってバッテリを充電する前の第３の回路状態を示した図である。図６は、３相ＡＣ充電器によってバッテリを充電する際の回路状態を示した図である。

以下に、本発明に係る電源装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る電源装置１０を備えた電力システムの構成図である。実施形態に係る電力システムは、電気自動車や、ハイブリッド車両、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）やＲＥＥＶ（ＲａｎｇｅＥｘｔｅｎｄｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の電力を利用した走行が可能な電動車両に適用される。

実施形態に係る電力システムは、電源装置１０とモータジェネレータ２０と３相ＡＣ充電器３０などによって構成されている。なお、実施形態に係る電力システムのうち、電源装置１０及びモータジェネレータ２０は前記電動車両に搭載されており、３相ＡＣ充電器３０は前記電動車両の外部に設置された外部充電設備などに設けられている。

電源装置１０は、バッテリ１２、システムメインリレー装置１４、コンデンサ部１６、電力変換器１８、充電リレー装置４０、及び、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）６０などを備えている。電源装置１０は、モータジェネレータ２０と電気的に接続されている。

バッテリ１２は、高電圧バッテリとして充放電可能な蓄電池である。バッテリ１２としては、例えば、リチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池の他、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等を用いることができる。

システムメインリレー装置１４は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ、及び、リアクトル１４０などによって構成されている。なお、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂの「Ｂ」は、バッテリ１２の正極側に接続されることを意味する。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇの「Ｇ」は、バッテリ１２の負極側に接続されることを意味する。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐの「Ｐ」は、プリチャージを意味する。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、バッテリ１２の正極端子と接続された正母線２２に設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、後述する不図示の電子制御装置であるＥＣＵ６０（図２参照）からの制御信号を受けることにより、オンとオフとの間で切り替わる。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、バッテリ１２の負極端子と接続された負母線２４に設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、ＥＣＵ６０からの制御信号を受けることにより、オンとオフとの間で切り替わる。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ及びリアクトル１４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇと並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐとリアクトル１４１とは、直列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、ＥＣＵ６０からの制御信号を受けることにより、オンとオフとの間で切り替わる。リアクトル１４０は、バッテリ１２を電力変換器１８と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。

コンデンサ部１６は、バッテリ１２の正極側端子（正母線２２）とバッテリ１２の負極側端子（負母線２４）との間に、互いに直列に接続された、第１コンデンサであるコンデンサＣ１と第２コンデンサであるコンデンサＣ２とによって構成されている。コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とは、中性点ＮＰ１で互いに接続されている。つまり、コンデンサＣ１は、一方側の端子が正母線２２に接続され、他方側の端子が中性点ＮＰ１に接続されている。また、コンデンサＣ２は、一方側の端子が中性点ＮＰ１に接続され、他方側の端子が負母線２４に接続されている。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２が同じように充放電を行って常に同じ電荷を蓄積しているとすれば、中性点ＮＰ１と負母線２４との間の電圧である中性点電圧は、バッテリ１２の電圧の半分の電圧にクランプされることになる。なお、中性点電圧は、コンデンサＣ２の端子間電圧である電圧ＶＣ２に相当する。また、図１中のＶＣ１は、コンデンサＣ１の端子間電圧である。

電力変換器１８は、正母線２２と中性点ＮＰ１との間の電圧である正側電圧が供給される上アーム、及び、中性点ＮＰ１と負母線２４との間の電圧である負側電圧が供給される下アームで構成されている。電力変換器１８では、上アームと下アームとが、正母線２２と負母線２４との間に直列に多重化されて配置されており、３レベルの３相ＡＣ電圧をモータジェネレータ２０に出力することが可能となっている。

また、電力変換器１８は、Ｕ相電圧をモータジェネレータ２０に出力するＵ相アームと、Ｖ相電圧をモータジェネレータ２０に出力するＶ相アームと、Ｗ相電圧をモータジェネレータ２０に出力するＷ相アームとを備えている。

Ｕ相アームでは、正母線２２から負母線２４に向かって、第１スイッチング素子ＳＵ１、第２スイッチング素子ＳＵ２、第３スイッチング素子ＳＵ３、第４スイッチング素子ＳＵ４が、この順に直列に接続されている。各スイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４は、半導体素子に対して還流ダイオードが逆並列された構成となっている。なお、逆接続とは、例えば、半導体素子のコレクタ端子にダイオードのカソード端子が接続され、半導体素子のエミッタ端子にダイオードのアノード端子が接続されるものである。第１スイッチング素子ＳＵ１と第２スイッチング素子ＳＵ２との間にある接続部としての中間点ＰＵ１（第１中間点）と、第３スイッチング素子ＳＵ３と第４スイッチング素子ＳＵ４との間にある接続部としての中間点ＰＵ２（第２中間点）とには、直列に接続された２つのダイオードＤＵ１，ＤＵ２が、アノード側が中間点ＰＵ２と接続し、カソード側が中間点ＰＵ１と接続するように接続されている。この２つのダイオードＤＵ１，ＤＵ２の間にある接続点は、コンデンサ部１６の中性点ＮＰ１に接続されている。かかる構成において、第２スイッチング素子ＳＵ２と第３スイッチング素子ＳＵ３との間にある接続点からモータジェネレータ２０にＵ相電圧が出力される。

Ｖ相アームでは、正母線２２から負母線２４に向かって、第１スイッチング素子ＳＶ１、第２スイッチング素子ＳＶ２、第３スイッチング素子ＳＶ３、第４スイッチング素子ＳＶ４が、この順に直列に接続されている。各スイッチング素子ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４は、半導体素子に対して還流ダイオードが逆並列された構成となっている。第１スイッチング素子ＳＶ１と第２スイッチング素子ＳＶ２との間にある接続部としての中間点ＰＶ１（第１中間点）と、第３スイッチング素子ＳＶ３と第４スイッチング素子ＳＶ４との間にある接続部としての中間点ＰＶ２（第２中間点）とには、直列に接続された２つのダイオードＤＶ１，ＤＶ２が、アノード側が中間点ＰＶ２と接続し、カソード側が中間点ＰＶ１と接続するように接続されている。この２つのダイオードＤＶ１，ＤＶ２の間にある接続点は、コンデンサ部１６の中性点ＮＰ１に接続されている。かかる構成において、第２スイッチング素子ＳＶ２と第３スイッチング素子ＳＶ３との間にある接続点からモータジェネレータ２０にＶ相電圧が出力される。

Ｗ相アームでは、正母線２２から負母線２４に向かって、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３、第４スイッチング素子ＳＷ４が、この順に直列に接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、半導体素子に対して還流ダイオードが逆並列されて構成されている。第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との間にある接続部としての中間点ＰＷ１（第１中間点）と、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４との間になる接続部としての中間点ＰＷ２（第２中間点）とには、直列に接続された２つのダイオードＤＷ１，ＤＷ２が、アノード側が中間点ＰＷ２と接続し、カソード側が中間点ＰＷ１と接続するように接続されている。この２つのダイオードＤＷ１，ＤＷ２の間にある接続点は、コンデンサ部１６の中性点ＮＰ１に接続されている。かかる構成において、第２スイッチング素子ＳＷ２と第３スイッチング素子ＳＷ３との間にある接続点からモータジェネレータ２０にＷ相電圧が出力される。

本実施形態において、電力変換器１８の各スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。

モータジェネレータ２０は、前記電動車両に搭載される回転電機であり、バッテリ１２から出力されたＤＣ電圧が、電力変換器１８によって３相ＡＣ電圧に変換されて供給されるときにモータとして作用し、車両を走行させるための駆動力を発生する。一方、モータジェネレータ２０は、車両が制動されるときに発電機として作用し、制動エネルギーを回収して３相ＡＣ電圧として出力する。そして、この３相ＡＣ電圧が電力変換器１８によってＤＣ電圧に変換されてバッテリ１２に供給されることにより、バッテリ１２が充電される。

３相ＡＣ充電器３０は、バッテリ１２を充電するために車両外部に設けられた外部充電器である。３相ＡＣ充電器３０は、３相ＡＣ充電器３０の不図示のプラグと車両側の不図示のコネクタとを接続するための充電器接続部５０で、電源装置１０側と電気的に接続される３つの端子であるＡ端子３２ＡとＢ端子３２ＢとＣ端子３２Ｃとを有している。充電器接続部５０と電力変換器１８との間には、充電リレー４２Ａと充電リレー４２Ｂと充電リレー４２Ｃとを有する充電リレー装置４０、及び、リアクトル４４Ａ，４４Ｂが設けられている。

３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２Ａは、充電リレー４２Ａ及びリアクトル４４Ａを介して、電力変換器１８の電力変換器１８のＵ相アームにおけるスイッチング素子ＳＵ３とスイッチング素子ＳＵ４との中間点ＰＵ２と電気的に接続されている。また、３相ＡＣ充電器３０のＢ端子３２Ｂは、充電リレー４２Ｂ及びリアクトル４４Ｂを介して、電力変換器１８の電力変換器１８のＶ相アームにおけるスイッチング素子ＳＶ３とスイッチング素子ＳＶ４との中間点ＰＶ２と電気的に接続されている。また、３相ＡＣ充電器３０のＣ端子３２Ｃは、充電リレー４２Ｃ及びリアクトル４４Ｃを介して、電力変換器１８の電力変換器１８のＷ相アームにおけるスイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４との中間点ＰＷ２と電気的に接続されている。

なお、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２ＡとＢ端子３２ＢとＣ端子３２Ｃとは、それぞれＵ相アームとＶ相アームとＷ相アームとにおける、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との中間点ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１、または、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との中間点ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２の、少なくとも一方に電気的に接続できるようになっていればよい。

すなわち、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２Ａを、Ｕ相アームにおける第１スイッチング素子ＳＵ１と第２スイッチング素子ＳＵ２との中間点ＰＵ１と電気的に接続し、３相ＡＣ充電器３０のＢ端子３２Ｂを、Ｖ相アームにおける第１スイッチング素子ＳＶ１と第２スイッチング素子ＳＶ２との中間点ＰＶ１と電気的に接続し、３相ＡＣ充電器３０のＣ端子３２Ｃを、Ｗ相アームにおける第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との中間点ＰＷ１と電気的に接続してもよい。

このように、実施形態に係る電源装置１０では、Ｕ相アームとＶ相アームとＷ相アームとにおける、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間、または、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との間の、少なくとも一方に、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２ＡとＢ端子３２ＢとＣ端子３２Ｃと電気的に接続可能な３つの接続端子を設けている。そして、本実施形態では、Ｕ相アームとＶ相アームとＷ相アームとにおける、第１スイッチング素子ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２との間に設けた３つの接続端子として、中間点ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１を用いることが可能となっている。また、本実施形態では、Ｕ相アームとＶ相アームとＷ相アームとにおける、第３スイッチング素子ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４との間に設けた３つの接続端子として、中間点ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２を用いることが可能となっている。

なお、Ｕ相アームとＶ相アームとＷ相アームとにおける、第１スイッチング素子ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２との間にだけ、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２ＡとＢ端子３２ＢとＣ端子３２Ｃと電気的に接続可能な３つの接続端子を設けても良い。また、Ｕ相アームとＶ相アームとＷ相アームとにおける、第３スイッチング素子ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４との間にだけ、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２ＡとＢ端子３２ＢとＣ端子３２Ｃと電気的に接続可能な３つの接続端子を設けても良い。

図２は、実施形態に係る電力システムの構成を示すブロック図である。ＥＣＵ６０は、電源装置１０などの動作を制御する電子制御装置である。ＥＣＵ６０は、充電制御部６２及びゲート信号生成部６４などを備えている。なお、図６中、「ＶＢ」はバッテリ電圧であり、「ＶＨ］は充電電圧である。

充電制御部６２には、図示されていないシステム制御部から出力された充電電力指令信号、電力変換器１８に設けられた不図示の電圧計から出力された電圧位相信号、電力変換器１８に設けられた不図示の電流計から出力された充電電流信号ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃ、及び、３相ＡＣ充電器３０から出力された充電器情報信号などの各種信号が入力される。充電制御部６２は、有効電力＝充電電力指令値、無効電力＝０となるように、充電電流を制御する。また、充電制御部６２は、例えば、充電電力指令信号、電圧位相信号、及び、充電電流信号ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃなどに基づいて求めた、Ｕ相のスイッチング素子ＳＵ３，ＳＵ４のオンとオフとを切り替えるためのＡ相ｄｕｔｙ、Ｖ相のスイッチング素子ＳＶ３，ＳＶ４のオンとオフとを切り替えるためのＢ相ｄｕｔｙ、及び、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４のオンとオフとを切り替えるためのＣ相ｄｕｔｙなどを、ゲート信号生成部６４に出力する。

なお、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２Ａを中間点ＰＵ１と電気的に接続し、３相ＡＣ充電器３０のＢ端子３２Ｂを中間点ＰＶ１と電気的に接続し、３相ＡＣ充電器３０のＣ端子３２Ｃを中間点ＰＷ１と電気的に接続した場合には、充電制御部６２が、Ｕ相のスイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２のオンとオフとを切り替えるためのＡ相ｄｕｔｙ、Ｖ相のスイッチング素子ＳＶ１，ＳＶ２のオンとオフとを切り替えるためのＢ相ｄｕｔｙ、及び、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のオンとオフとを切り替えるためのＣ相ｄｕｔｙなどを、ゲート信号生成部６４に出力する。

ゲート信号生成部６４は、電力変換器１８の各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を生成し、その生成したゲート信号を各スイッチング素子に出力する。例えば、ゲート信号生成部６４は、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２の充電を行う際に、Ｕ相のスイッチング素子ＳＵ３，ＳＵ４にＡ相ｄｕｔｙでオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を出力し、Ｖ相のスイッチング素子ＳＶ３，ＳＶ４にＢ相ｄｕｔｙでオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を出力し、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４にＣ相ｄｕｔｙでオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を出力する。

なお、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２Ａを中間点ＰＵ１と電気的に接続し、３相ＡＣ充電器３０のＢ端子３２Ｂを中間点ＰＶ１と電気的に接続し、３相ＡＣ充電器３０のＣ端子３２Ｃを中間点ＰＷ１と電気的に接続した場合には、ゲート信号生成部６４が、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２の充電を行う際に、Ｕ相のスイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２にＡ相ｄｕｔｙでオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を出力し、Ｖ相のスイッチング素子ＳＶ１，ＳＶ２にＢ相ｄｕｔｙでオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を出力し、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にＣ相ｄｕｔｙでオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を出力する。

次に、図１に示した電源装置１０における３相ＡＣ充電器３０によるバッテリ１２の充電方法について説明する。まず、ＥＣＵ６０は、電源装置１０において、システムメインリレー装置１４のシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐと、充電リレー装置４０の充電リレー４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃと、電力変換器１８の全てのスイッチング素子とを、それぞれオフにする。また、この際、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧は、コンデンサＣ１，Ｃ２から電荷が電力線を通って放電されることにより０［Ｖ］になる。

次に、図３に示すように、ＥＣＵ６０は、電力変換器１８の第１スイッチング素子ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１と、第２スイッチング素子ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２と、第３スイッチング素子ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３とを、それぞれオフからオンに切り替える。なお、図３に示すように、オンのスイッチング素子は、丸で囲んである。

次に、図４に示すように、ＥＣＵ６０は、システムメインリレー装置１４のシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替えて、バッテリ１２からの電力によりコンデンサＣ２の充電を開始し、コンデンサＣ２を電圧が８００［Ｖ］になるまで充電する。

コンデンサＣ２の充電が完了した後、図５に示すように、ＥＣＵ６０は、システムメインリレー装置１４のシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。また、ＥＣＵ６０は、電力変換器１８の第３スイッチング素子ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３をオンからオフに切り替える。

次に、図６に示すように、ＥＣＵ６０は、充電リレー装置４０の充電リレー４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃをオフからオンに切り替えて、３相ＡＣ充電器３０からの電力によるバッテリ１２の充電を開始する。この際、ＥＣＵ６０は、コンデンサＣ２と、Ｕ相のスイッチング素子ＳＵ３，ＳＵ４と、Ｖ相のスイッチング素子ＳＶ３，ＳＵ４と、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４とを、２レベルインバータとみなして制御し、３相ＡＣ−ＤＣコンバータとして利用する。具体的には、ＥＣＵ６０は、Ｕ相のスイッチング素子ＳＵ３，ＳＵ４のそれぞれのオンとオフとの切り替えをＡ相ｄｕｔｙで制御し、Ｖ相のスイッチング素子ＳＶ３，ＳＶ４のそれぞれのオンとオフとの切り替えをＢ相ｄｕｔｙで制御し、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４のそれぞれのオンとオフとの切り替えをＣ相ｄｕｔｙで制御して、３相ＡＣ充電器３０の３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、その変換したＤＣ電圧によってバッテリ１２を充電する。

また、実施形態に係る電源装置１０においては、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電するにあたって、電力変換器１８の第１スイッチング素子ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１と、第２スイッチング素子ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２とをオンで固定している。これにより、モータジェネレータ２０への電力供給を遮断して、モータジェネレータ２０に駆動力が発生し、回転してしまうことを防止することができる。

なお、図３〜図６に示した電源装置１０とは異なり、第１スイッチング素子ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２とで構成される中間点ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１と、３相ＡＣ充電器３０のＡ端子３２ＡとＢ端子３２ＢとＣ端子３２Ｃとが電気的に接続されている場合には、以下のようにＥＣＵ６０によって電源装置１０などを制御して、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電する。すなわち、ＥＣＵ６０によってオンとオフとの切り替えを制御する対象のスイッチング素子などを適宜置き換えて、図３〜図６などに示した電源装置１０を用いて説明したのと同様の手順により、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電する。

まず、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電する前に、ＥＣＵ６０は、バッテリ１２からの電力によってコンデンサＣ１を電圧が８００［Ｖ］になるまで充電し、コンデンサＣ２の電圧を０［Ｖ］にする。そして、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電するときに、ＥＣＵ６０は、３相の第３スイッチング素子ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３及び第４スイッチング素子ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４をオンにし、且つ、３相の第１スイッチング素子ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２のオンとオフとの切り替えを、Ａ相ｄｕｔｙ、Ｂ相ｄｕｔｙ及びＣ相ｄｕｔｙによって、３相ＡＣ充電器３０から出力される３相ＡＣ電圧がＤＣ電圧に変換されるように制御する。そして、その変換したＤＣ電圧によってバッテリ１２を充電する。

実施形態に係る電源装置１０においては、バッテリ１２からモータジェネレータ２０に電力を供給する際に、バッテリ１２から出力されたＤＣ電圧を３相ＡＣ電圧に変換する電力変換器１８によって、３相ＡＣ充電器３０から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換してバッテリ１２を充電することができる。これにより、実施形態に係る電源装置１０は、３相ＡＣ充電器３０から出力される３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する変換回路を別途で設けることなく、３相ＡＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電することができる。よって、前記変換回路を別途で設けない分、電源装置１０の小型化や低コスト化を図ることができる。

１０電源装置
１２バッテリ
１４システムメインリレー装置
１６コンデンサ部
１８電力変換器
２０モータジェネレータ
２２正母線
２４負母線
３０３相ＡＣ充電器
３２ＡＡ端子
３２ＢＢ端子
３２ＣＣ端子
４０充電リレー装置
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ充電リレー
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃリアクトル
５０充電器接続部
６０ＥＣＵ
６２充電制御部
６４ゲート信号生成部
１４０リアクトル
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ
ＤＵ１，ＤＵ２，ＤＶ１，ＤＶ２，ＤＷ１，ＤＷ２ダイオード
ＮＰ１中性点
ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＷ１，ＰＷ２中間点
ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐシステムメインリレー
ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１第１スイッチング素子
ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２第２スイッチング素子
ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３第３スイッチング素子
ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４第４スイッチング素子

Claims

蓄電池と、
前記蓄電池の正極側端子と負極側端子との間に、第１コンデンサ及び第２コンデンサが直列に接続されたコンデンサ部と、
直列に接続された第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間と、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間とを接続する第１ダイオードと、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間と、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間とを接続する第２ダイオードと、からなり、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオン・オフさせ、３レベルの電圧をモータジェネレータに出力可能な３レベルインバータが、Ｕ相とＶ相とＷ相との３相分、前記蓄電池と並列に接続された電力変換器と、
を備えた電源装置であって、
３相の前記３レベルインバータのそれぞれにおける、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間、または、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間、の少なくとも一方に、３相ＡＣ充電器の３つの端子と電気的に接続可能な３つの接続端子と、
３相の前記３レベルインバータのそれぞれにおける、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間にて、前記３つの接続端子と、前記３相ＡＣ充電器の３つの端子とが電気的に接続されている場合には、
前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電する前に、前記蓄電池によって前記第１コンデンサを充電し、前記第２コンデンサの電圧を０［Ｖ］にし、
前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電するときに、３相の前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオンにし、且つ、３相の前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを、前記３相ＡＣ充電器から出力される３相ＡＣ電圧がＤＣ電圧に変換されるように制御し、
前記３レベルインバータのそれぞれにおける、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間にて、前記３つの接続端子と、前記３相ＡＣ充電器の３つの端子とが電気的に接続されている場合には、
前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電する前に、前記蓄電池によって前記第２コンデンサを充電し、前記第１コンデンサの電圧を０［Ｖ］にし、
前記３相ＡＣ充電器によって前記蓄電池を充電するときに、３相の前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオンにし、且つ、３相の前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを、前記３相ＡＣ充電器から出力される３相ＡＣ電圧がＤＣ電圧に変換されるように制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする電源装置。