JP6369509B2

JP6369509B2 - 電力変換回路

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Publication number: JP6369509B2
Application number: JP2016141733A
Authority: JP
Inventors: 健一 ▲高▼木; 俊太郎井上
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
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Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-08-08
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Also published as: JP2018014794A

Description

本発明は、電力変換回路に関する。

ＰＨＶ（プラグインハイブリッド）車両等においては、外部交流電源の電力を用いて車載電池を充電することができる。ＰＨＶ用充電器は、ＡＣ１００Ｖの力率改善機能に加え、主機電池及び補機電池間で絶縁が必要なことから、力率改善回路（ＰＦＣ）と２台の絶縁型コンバータが必要とされ、さらに、主機電池と補機電池間を繋ぐ絶縁コンバータが別途設けられている。

図９は、従来のＰＨＶ車両における電力変換回路の構成ブロック図を示す。電力変換回路は、充電回路部１２と補機ＤＣ／ＤＣ部１８を備えている。

充電回路部１２は、外部交流電源１０と主機電池１４及び補機電池１６との間に接続され、ハーフブリッジ回路１２１，１２２，１２３及び整流回路１２４，１２５を備える。ハーフブリッジ回路１２１は、外部交流電源１０に接続され、力率改善回路（ＰＦＣ）として機能する。ハーフブリッジ回路１２２は、主機電池側のハーフブリッジ回路（ＤＣ／ＡＣ）であり、ハーフブリッジ回路１２１からの電力をトランス及び整流回路１２４を介して主機電池１４に供給して主機電池１４を充電する。ハーフブリッジ回路１２３は、補機電池側のハーフブリッジ回路（ＤＣ／ＡＣ）であり、ハーフブリッジ回路１２１からの電力をトランス及び整流回路１２５を介して補機電池１６に供給して補機電池１６を充電する。

補機ＤＣ／ＤＣ部１８は、主機電池１４から補機電池１６に電力を伝送するためのＤＣ／ＤＣコンバータであり、ハーフブリッジ回路１８１及び整流回路１８２を備える。ハーフブリッジ回路１８１は、トランス及び整流回路１８２を介して主機電池１４の電力を補機電池１６に伝送する。

外部交流電源１０と主機電池１４及び補機電池１６はそれぞれ充電回路部１２内のトランスにより絶縁され、主機電池１４と補機電池１６間は補機ＤＣ／ＤＣ部１８内のトランスにより絶縁される。

図１０は、図９における充電回路部１２内のハーフブリッジ回路１２１の回路構成を示す。

ハーフブリッジ回路１２１は、力率改善回路（ＰＦＣ）として機能し、ダイオードブリッジ回路に加え、リアクトルＬ及び２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２並びにコンデンサＣを備える。

図１１は、ハーフブリッジ回路１２１の制御ブロック図を示す。出力電圧をＶｏ、出力電圧の指令値をＶｏ^＊、外部交流電圧（入力電圧）をＶｉ、リアクトルＬに流れる電流をｉＬとすると、出力電圧指令値Ｖｏ^＊と出力電圧Ｖｏとの差分ΔＶを算出し、差分値ΔＶと入力電圧Ｖｉの絶対値｜Ｖｉ｜の積より電流指令値ｉＬ^＊を生成し、この電流指令値ｉＬ^＊と電流値ｉＬとの差分とデューティ中心値（ｄｕｔｙ０）からデューティｄｕｔｙを生成し、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ制御する。

外部交流電源１０からの電力を、通常の整流／平滑回路で直流電力に変換する構成では、交流電力の電流波形が大きく歪んで力率が低下してしまうところ、このようにデューティｄｕｔｙを生成してスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ制御することで入力電圧波形に追従させることができ、電流波形を整形できる。

特許文献１には、磁気結合リアクトルを利用して、非絶縁型の双方向チョッパ回路と、絶縁型の双方向コンバータとを統合した回路構成が記載されている。

特許文献２には、第１と第２の昇圧コンバータの時比率変調による力率改善を行いつつ、第１と第２の昇圧コンバータの周波数を調整することにより出力電圧を制御する回路構成が記載されている。

特開２０１１−１９３７１３号公報特開２０１０−１８３７２６号公報

しかしながら、図９、図１０に示す回路構成では、充電回路部１２においてスイッチ素子は６個、磁気素子３個に加えて複数のダイオードを要し、補機ＤＣ／ＤＣ部１８においてスイッチ素子２個、磁気素子２個に加えて複数のダイオードを要するため、部品点数増大によるコスト増及びサイズ増の問題がある。上記の従来技術においても同様である。これに加えて、例えば特許文献２では、回路が単方向であるため、主機電池及び補機電池間での電力伝送を行うためには別途回路が必要となってしまう。

本発明の目的は、従来よりも部品点数を削減しつつ、外部電源からの電力を変換して充電や電池間での電力伝送も可能な電力変換回路を提供することにある。

本発明は、外部電源に接続可能な第１ハーフブリッジ回路と、第１ハーフブリッジ回路に第１トランスを介して接続される第２ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路に第２トランスを介して接続される第３ハーフブリッジ回路とを備え、第１ハーフブリッジ回路は、互いに直列接続された第１及び第２スイッチ素子と、互いに直列接続された第１及び第２コンデンサと、第１及び第２スイッチ素子の中点と第１及び第２コンデンサの中点との間に接続された第１トランスの１次側巻線とを備え、第１及び第２スイッチ素子の中点に接続されたリアクトル及びダイオードブリッジ回路を介して外部電源に接続可能であり、第２ハーフブリッジ回路は、互いに直列接続された第３及び第４スイッチ素子と、互いに直列接続された第３及び第４コンデンサと、第３及び第４スイッチ素子の中点と第３及び第４コンデンサの中点との間に接続された、第１トランスの２次側巻線と、第３及び第４スイッチ素子の中点と第３及び第４コンデンサの中点との間に接続された第２トランスの１次側巻線とを備え、第３ハーフブリッジ回路は、互いに直列接続された第５及び第６スイッチ素子と、互いに直列接続された第５及び第６コンデンサと、第５及び第６スイッチ素子の中点と第５及び第６コンデンサの中点との間に接続された第２トランスの２次側巻線とを備える電力変換回路である。

この構成によれば、第１ハーフブリッジ回路を力率改善回路として機能させ、第２ハーフブリッジ回路及び第３ハーフブリッジ回路を絶縁型コンバータとして機能させて、簡易な構成で外部電源からの電力を第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路の間で、及び第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路との間で絶縁伝送できる。

本発明の１つの実施形態では、第１ハーフブリッジ回路の第１及び第２スイッチ素子、第２ハーフブリッジ回路の第３及び第４スイッチ素子、及び第３ハーフブリッジ回路の第５及び第６スイッチ素子のデューティを同一に維持しつつ、第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路間の位相差、及び第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の位相差を制御することで第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路間の電力伝送、及び第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の電力伝送を制御する制御回路を備える。

この構成によれば、第１ハーフブリッジ回路を力率改善回路として機能させると同時に、第２ハーフブリッジ回路及び第３ハーフブリッジ回路を絶縁型コンバータとして機能させて電力伝送できる。

本発明の他の実施形態では、第１ハーフブリッジ回路の第１及び第２スイッチ素子の動作を停止し、第２ハーフブリッジ回路の第３及び第４スイッチ素子、及び第３ハーフブリッジ回路の第５及び第６スイッチ素子のデューティを固定しつつ、第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の位相差を制御することで第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の電力伝送を制御する制御回路を備える。

この構成によれば、第２ハーフブリッジ回路及び第３ハーフブリッジ回路を絶縁型コンバータとして機能させて両回路間で電力伝送できる。

本発明のさらに他の実施形態では、制御回路は、第２ハーフブリッジ回路の第３及び第４スイッチ素子、及び第３ハーフブリッジ回路の第５及び第６スイッチ素子のデューティを５０％近傍に固定する。

この構成によれば、相対的に高い変換効率で電力伝送できる。

本発明のさらに他の実施形態では、第２ハーフブリッジ回路は主機電池に接続され、第３ハーフブリッジ回路は補機電池に接続される。

この構成によれば、外部電源により主機電池及び補機電池を充電できるとともに、主機電池と補機電池間で電力伝送できる。

本発明によれば、従来よりも部品点数を削減しつつ、外部電源からの電力を変換して充電や電池間での電力伝送が可能である。

実施形態の構成ブロック図である。実施形態の回路構成図である。実施形態の停車充電時の機能ブロック図である。実施形態の停車充電時の制御ブロック図である。実施形態の走行時の機能ブロック図である。実施形態の走行時の制御ブロック図である。実施形態の停車充電時のシミュレーション結果説明図である。実施形態の走行時のシミュレーション結果説明図である。従来装置の構成ブロック図である。従来の力率改善回路（ＰＦＣ）の回路構成図である。従来の力率改善回路（ＰＦＣ）の制御ブロック図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について、ＰＨＶ車両に適用した場合を例にとり説明する。但し、ＰＨＶ車両は例示であり、本発明は他の電動車両等にも適用可能である。

図１は、本実施形態における電力変換回路１１の構成ブロック図を示す。電力変換回路１１は、外部交流電源１０と主機電池１４及び補機電池１６の間に接続される。主機電池１４は、駆動用モータに電力を供給するための二次電池であり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等である。補機電池１６は、車両の補機に電力を供給するための二次電池であり、例えば鉛電池等である。電力変換回路１１は、ダイオードブリッジ回路と、ハーフブリッジ回路１１１，１１２，１１３を備える。ハーフブリッジ回路１１１は第１ハーフブリッジ回路であり、ハーフブリッジ回路１１２は第２ハーフブリッジ回路であり、ハーフブリッジ回路１１３は第３ハーフブリッジ回路である。

ハーフブリッジ回路１１１は、力率改善回路（ＰＦＣ）として機能し、図１０に示されるように、互いに直列接続された２つのスイッチ素子、及び２つのコンデンサを備える。但し、図１０と異なり、図１のハーフブリッジ回路１１１は、トランスＴｒ１の１次側巻線をさらに備える。

ハーフブリッジ回路１１２は、主機電池側のハーフブリッジ回路（ＤＣ／ＡＣ）であり、互いに直列接続された２つのスイッチ素子及び２つのコンデンサを備え、トランスＴｒ１の２次側巻線をさらに備える。また、ハーフブリッジ回路１１２は、トランスＴｒ２の１次側巻線を備える。ハーフブリッジ回路１１２は、主機電池１４に接続される。

ハーフブリッジ回路１１３は、補機電池側のハーフブリッジ回路（ＤＣ／ＡＣ）であり、互いに直列接続された２つのスイッチ素子及び２つのコンデンサを備え、トランスＴｒ２の２次側巻線を更に備える。ハーフブリッジ回路１１３は、補機電池１６に接続される。

外部交流電源１０と主機電池１４は、ハーフブリッジ回路１１１、トランスＴｒ１、ハーフブリッジ回路１１２を介して接続され、ハーフブリッジ回路１１１とハーフブリッジ回路１１２の間の位相差φ１を制御して外部交流電源１０からの電力をダイオードブリッジ回路、ハーフブリッジ回路１１１、トランスＴｒ１、ハーフブリッジ回路１１２を介して主機電池１４に供給して主機電池１４を充電する。

他方、主機電池１４と補機電池１６は、ハーフブリッジ回路１１２，トランスＴｒ２、ハーフブリッジ回路１１３を介して接続され、ハーフブリッジ回路１１２とハーフブリッジ回路１１３の間の位相差φ２を制御して主機電池１４の電力を補機電池１６に伝送する。

すなわち、図１に示す電力変換回路１１は、主機電池１４及び補機電池１６を充電する充電回路機能を有するとともに、主機電池１４と補機電池１６間の電力を伝送する補機ＤＣ／ＤＣ機能を有する。

図２は、図１の電力変換回路１１の回路構成を示す。電力変換回路１１は、大別して、充電回路部１１Ａと、補機ＤＣ／ＤＣ部１１Ｂを備える。

充電回路部１１Ａは、ダイオードブリッジ回路と、リアクトルＬと、ハーフブリッジ回路１１１と、ハーフブリッジ回路１１２から構成される。

ハーフブリッジ回路１１１は、力率改善回路（ＰＦＣ）であり、互いに直列接続された２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２、互いに直列接続された２つのコンデンサＣ１，Ｃ２を備え、さらにトランスＴｒ１の１次側巻線を備える。２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２にはそれぞれ帰還ダイオードが並列接続される。スイッチ素子Ｓ１及びＳ２はそれぞれ第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子であり、コンデンサＣ１及びＣ２はそれぞれ第１コンデンサ及び第２コンデンサである。２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の中点にはリアクトルＬの一端が接続され、リアクトルＬの他端はダイオードブリッジ回路に接続され、ダイオードブリッジ回路は外部交流電源に接続可能である。また、第１トランスとしてのトランスＴｒ１の１次側巻線は、２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の中点と、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の中点との間に接続される。

ハーフブリッジ回路１１２は、互いに直列接続された２つのスイッチＳ３，Ｓ４、互いに直列接続された２つのコンデンサＣ３，Ｃ４を備え、トランスＴｒ１の２次側巻線を備える。２つのスイッチ素子Ｓ３，Ｓ４にはそれぞれ帰還ダイオードが並列接続される。スイッチ素子Ｓ３及びＳ４はそれぞれ第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子であり、コンデンサＣ３及びＣ４はそれぞれ第３コンデンサ及び第４コンデンサである。トランスＴｒ１の２次側巻線は、２つのスイッチ素子Ｓ３，Ｓ４の中点と、２つのコンデンサＣ３，Ｃ４の中点との間に接続される。ハーフブリッジ回路１１２は、さらに、第２トランスとしてのトランスＴｒ２の１次側巻線を備える。トランスＴｒ２の１次側巻線は、トランスＴｒ１の２次側巻線と同様に、２つのスイッチ素子Ｓ３，Ｓ４の中点と、２つのコンデンサＣ３，Ｃ４の中点との間に接続される。ハーフブリッジ回路１１２の出力端は、主機電池１４に接続される。

図１０及び図１１に示すように、力率改善回路（ＰＦＣ）では、出力電圧指令値Ｖｏ^＊、出力電圧Ｖｏ、入力電圧Ｖｉ及びリアクトル電流ｉＬにより２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２のデューティｄｕｔｙを生成してスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ制御するが、このようなデューティ制御により２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の中点電位は変動することとなる。この電位変動を利用してトランスＴｒ１を励磁させ、ハーフブリッジ回路１１１とハーフブリッジ回路１１２の位相差φ１を制御することで、ハーフブリッジ回路１１１からハーフブリッジ回路１１２へのトランスＴｒ１を介した絶縁電力伝送を行うことができる。位相差φ１は、２つのハーフブリッジ回路１１１，１１２のスイッチング周期の位相差である。

また、補機ＤＣ／ＤＣ部１１Ｂは、ハーフブリッジ回路１１２と、ハーフブリッジ回路１１３から構成される。

ハーフブリッジ回路１１３は、互いに直列接続された２つのスイッチＳ５，Ｓ６、互いに直列接続された２つのコンデンサＣ５，Ｃ６を備え、トランスＴｒ２の２次側巻線を備える。２つのスイッチ素子Ｓ５，Ｓ６にはそれぞれ帰還ダイオードが並列接続される。スイッチ素子Ｓ５及びＳ６はそれぞれ第５スイッチ素子及び第６スイッチ素子であり、コンデンサＣ５及びＣ６はそれぞれ第５コンデンサ及び第６コンデンサである。トランスＴｒ２の２次側巻線は、２つのスイッチ素子Ｓ５，Ｓ６の中点と、２つのコンデンサＣ５，Ｃ６の中点との間に接続される。ハーフブリッジ回路１１３の出力端は、補機電池１６に接続される。

ハーフブリッジ回路１１２とハーフブリッジ回路１１３は、トランスＴｒ２を介して接続されており、２つの回路の位相差φ２を制御することで、ハーフブリッジ回路１１２からハーフブリッジ回路１１３へのトランスＴｒ２を介した絶縁電力伝送を行うことができる。位相差φ２は、２つのハーフブリッジ回路１１２，１１３のスイッチング周期の位相差である。

このように、外部交流電源１０からの電力伝送に関しては、ハーフブリッジ回路１１１，１１２間の位相差φ１と、ハーフブリッジ回路１１２，１１３間の位相差φ２を制御することで、外部交流電源１０から主機電池１４への電力伝送と、外部交流電源１０から補機電池１６への電力伝送を制御して両電池を充電することができる。また、主機電池１４と補機電池１６間の電力伝送に関しては、ハーフブリッジ回路１１２，１１３間の位相差φ２を制御することで、主機電池１４から補機電池１６への電力伝送を制御できる。前者は、ＰＨＶ車両の停車充電時制御に対応し、後者はＰＨＶ車両の走行時制御に対応する。

本実施形態の電力変換回路１１では、充電回路部１１Ａと補機ＤＣ／ＤＣ部１１Ｂが統合されており、ハーフブリッジ回路１１２が充電回路部１１Ａの一部として機能するとともに、補機ＤＣ／ＤＣ部１１Ｂの一部としても機能する。本実施形態の電力変換回路１１は、スイッチ素子６個、磁気素子３個で済む。本実施形態と図９，図１０に示す従来回路の部品点数を比較すると以下の通りである。
＜本実施形態＞
スイッチ素子：６個
磁気素子：３個
＜従来回路＞
スイッチ素子：８個
磁気素子：５個

また、ダイオード素子の数も本実施形態では従来回路に比べて削減されており、本実施形態における部品点数削減の効果は明らかである。

なお、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６は、例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチ素子であるが、これに限定されない。

図３は、ＰＨＶ車両の停車充電時における機能ブロック図を示す。また、図４は、停車充電時における制御ブロック図である。

停車充電時には、外部交流電源１０に接続されたダイオードブリッジ回路、ハーフブリッジ回路１１１、ハーフブリッジ回路１１２、ハーフブリッジ回路１１３が動作状態にあり、ハーフブリッジ回路１１１，１１２間の位相差φ１により主機電池１４への電力伝送を制御し、ハーフブリッジ回路１１２，１１３間の位相差φ２により補機電池１６への電力伝送を制御する。

ハーフブリッジ回路１１１の基本制御ロジックは、図１１と同様であり、出力電圧をＶｏ、出力電圧の指令値をＶｏ^＊、外部交流電圧（入力電圧）をＶｉ、リアクトルＬに流れる電流をｉＬとすると、出力電圧指令値Ｖｏ^＊と出力電圧Ｖｏとの差分ΔＶを算出し、差分値ΔＶと入力電圧Ｖｉの絶対値｜Ｖｉ｜の積より電流指令値ｉＬ^＊を生成し、この電流指令値ｉＬ^＊と電流値ｉＬとの差分とデューティ中心値（ｄｕｔｙ０）からデューティｄｕｔｙを生成し、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ制御する。

また、これとともに、ハーフブリッジ回路１１２の出力電圧Ｖｈとその指令値Ｖｈ^＊との差分値から位相差φ１を生成し、ハーフブリッジ回路１１３の出力電圧Ｖｐｂとその指令値Ｖｐｂ^＊との差分値から位相差φ２を生成してスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６をオンオフ制御する。ハーフブリッジ回路１１１は、力率改善回路（ＰＦＣ）として、生成したデューティｄｕｔｙでスイッチＳ１，Ｓ２をオンオフ制御する。他方、ハーフブリッジ回路１１２，１１３は、このデューティｄｕｔｙに連動して、位相差φ１，φ２を調整することで主機電池１４、補機電池１６に電力伝送する。位相差φ２＝０であれば、ハーフブリッジ回路１１２，１１３間の電力伝送はなく、主機電池１４のみが外部交流電源１０により充電される。

図５は、ＰＨＶ車両の走行時における機能ブロック図を示す。また、図６は、走行時における制御ブロック図である。

走行時には、外部交流電源１０に接続されたダイオードブリッジ回路及びハーフブリッジ回路１１１は動作停止状態にある。図では一点鎖線で動作停止状態であることを示す。ハーフブリッジ回路１１２及びハーフブリッジ回路１１３が動作状態にあり、ハーフブリッジ回路１１２，１１３間の位相差φ２により主機電池１４と補機電池１６間の電力伝送を制御する。

すなわち、ハーフブリッジ回路１１３の出力電圧Ｖｐｂとその指令値Ｖｐｂ^＊との差分値から位相差φ２を生成してスイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６をオンオフ制御する。なお、停車充電時には、ハーフブリッジ回路１１１のデューティｄｕｔｙに連動させて他のハーフブリッジ回路１１２，１１３のデューティを制御しているが、走行時にはハーフブリッジ回路１１１は動作停止状態にあるからそのデューティｄｕｔｙに連動させる必要はなく、例えばデューティｄｕｔｙ＝５０％に固定しつつ、位相差φ２の制御により主機電池１４から補機電池１６への電力伝送を制御する。

図４及び図６の制御ブロックは、制御回路１３で実現され得る。制御回路１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるマイコンで構成される。制御回路１３は、ハーフブリッジ回路１１１，１１２，１１３のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング制御を行うべく、デューティｄｕｔｙ指令値及び位相差指令値φ１，φ２を算出する。

図７は、本実施形態における電力変換回路１１の停車充電時のコンピュータシミュレーション結果を示す。図において、上から電力指令値、出力電圧、入力電圧／電流、デューティｄｕｔｙ指令値、及び位相指令値の時間変化を示す。

電力指令において、Ｐ１は主機電池１４への電力指令値であり、Ｐ２は補機電池１６への電力指令値である。出力電圧において、Ｖｈはハーフブリッジ回路１１２の出力電圧、Ｖｏはハーフブリッジ回路１１１の出力電圧、Ｖｐｂはハーフブリッジ回路１１３の出力電圧である。入力電圧／電流において、Ｖｉｎは外部交流電源電圧、ｉＬはリアクトル電流である。位相指令において、φ１はハーフブリッジ回路１１１，１１２間の位相差、φ２はハーフブリッジ回路１１２，１１３間の位相差である。

期間１において、主機電池１４、補機電池１６へ伝送する電力指令値Ｐ１，Ｐ２が変化すると、これに応じて位相差φ１，φ２が増加（進み位相）し、さらに力率改善回路（ＰＦＣ）としてのハーフブリッジ回路１１１のリアクトル電流ｉＬが交流周期５０Ｈｚを維持しつつ増加していく。このとき、リアクトル電流ｉＬの電流波形が入力電圧Ｖｉｎの波形に追従するようにデューティｄｕｔｙが変動する。ハーフブリッジ回路１１１，１１２，１１３のデューティｄｕｔｙは同一である。この期間１において、ハーフブリッジ回路１１２の出力電圧Ｖｈ、ハーフブリッジ回路１１３の出力電圧Ｖｐｂは一定に維持されており、力率改善回路（ＰＦＣ）としてのハーフブリッジ回路１１１、及び絶縁コンバータとしてのハーフブリッジ回路１１２，１１３が同時に動作して主機電池１４及び補機電池１６を充電できることが分かる。

図８は、本実施形態における電力変換回路１１の走行時のコンピュータシミュレーション結果を示す。図において、上から電力指令値、出力電圧、デューティｄｕｔｙ指令値、及び位相指令値の時間変化を示す。図７と異なり、走行時には外部交流電源１０からの入力電圧／電流はない。

走行時には、力率改善回路（ＰＦＣ）としてのハーフブリッジ回路１１１は動作を停止し、絶縁コンバータとしてのハーフブリッジ回路１１２，１１３のみ動作させる。期間１において、補機電池１６へ伝送する電力指令値Ｐ２が変化し、これに応じて位相差φ２が増加（進み位相）し、ハーフブリッジ回路１１３の出力電圧Ｖｐｂが一定に維持される。
従って、主機電池１４から補機電池１６に電力伝送できることが分かる。

なお、ハーフブリッジ回路１１２，１１３のデューティｄｕｔｙは５０％で固定である。ハーフブリッジ回路１１２，１１３のデューティｄｕｔｙは任意の値でよいが、５０％に近づくほど変換効率が高くなるため５０％近傍が望ましい。

本実施形態では、ハーフブリッジ回路１１１の巻線を１次側巻線、ハーフブリッジ回路１１２の巻線を２次側巻線としたが、これは便宜上の名称であり、ハーフブリッジ回路１１１をトランスＴｒ１の片側巻線、ハーフブリッジ回路１１２の巻線をトランスＴｒ１の片側巻線として、両者でトランスＴｒ１を構成すればよい。トランスＴｒ２についても同様である。

本実施形態では、ハーフブリッジ回路１１１及びハーフブリッジ回路１１２により、力率改善と同時に絶縁電力の伝送が可能であり、この点において単に構成を簡易化したのみならず二次電池の効率的な充電が可能である。また、車両走行時にはハーフブリッジ回路１１２とハーフブリッジ回路１１３との間で絶縁電力伝送が可能であるから、この点においてハーフブリッジ回路１１２は、主機電池充電回路かつ補機電池充電回路として機能するといえる。

１０外部交流電源、１１電力変換回路、１１Ａ充電回路部、１１Ｂ補機ＤＣ／ＤＣ部、１２充電回路部、１３制御回路、１４主機電池、１６補機電池、１８補機ＤＣ／ＤＣ部。

Claims

外部電源に接続可能な第１ハーフブリッジ回路と、
第１ハーフブリッジ回路に第１トランスを介して接続される第２ハーフブリッジ回路と、
第２ハーフブリッジ回路に第２トランスを介して接続される第３ハーフブリッジ回路と、
を備え、
第１ハーフブリッジ回路は、
互いに直列接続された第１及び第２スイッチ素子と、
互いに直列接続された第１及び第２コンデンサと、
第１及び第２スイッチ素子の中点と第１及び第２コンデンサの中点との間に接続された第１トランスの１次側巻線と、
を備え、第１及び第２スイッチ素子の中点に接続されたリアクトル及びダイオードブリッジ回路を介して外部電源に接続可能であり、
第２ハーフブリッジ回路は、
互いに直列接続された第３及び第４スイッチ素子と、
互いに直列接続された第３及び第４コンデンサと、
第３及び第４スイッチ素子の中点と第３及び第４コンデンサの中点との間に接続された第１トランスの２次側巻線と、
第３及び第４スイッチ素子の中点と第３及び第４コンデンサの中点との間に接続された、第２トランスの１次側巻線と、
を備え、
第３ハーフブリッジ回路は、
互いに直列接続された第５及び第６スイッチ素子と、
互いに直列接続された第５及び第６コンデンサと、
第５及び第６スイッチ素子の中点と第５及び第６コンデンサの中点との間に接続された第２トランスの２次側巻線と、
を備える電力変換回路。
第１ハーフブリッジ回路の第１及び第２スイッチ素子、第２ハーフブリッジ回路の第３及び第４スイッチ素子、及び第３ハーフブリッジ回路の第５及び第６スイッチ素子のデューティを同一に維持しつつ、第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路間の位相差、及び第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の位相差を制御することで第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路間の電力伝送、及び第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の電力伝送を制御する制御回路
を備える請求項１に記載の電力変換回路。
第１ハーフブリッジ回路の第１及び第２スイッチ素子の動作を停止し、第２ハーフブリッジ回路の第３及び第４スイッチ素子、及び第３ハーフブリッジ回路の第５及び第６スイッチ素子のデューティを固定しつつ、第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の位相差を制御することで第２ハーフブリッジ回路と第３ハーフブリッジ回路間の電力伝送を制御する制御回路
を備える請求項１に記載の電力変換回路。
制御回路は、第２ハーフブリッジ回路の第３及び第４スイッチ素子、及び第３ハーフブリッジ回路の第５及び第６スイッチ素子のデューティを５０％近傍に固定する、
請求項３に記載の電力変換回路。
第２ハーフブリッジ回路は主機電池に接続され、
第３ハーフブリッジ回路は補機電池に接続される、
請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換回路。