JP7136056B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電装置に関する。

従来、外部交流電源からの交流電力をスイッチ手段を介して蓄電池に供給し当該蓄電池を充電する技術が、知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－２５２０７４号公報

ところで、電動車両に搭載される蓄電池には、例えば、公称電圧が４００［Ｖ］のものや、８００［Ｖ］のもののように、公称電圧が異なる仕様が存在する。これに対応して、直流電力を出力する外部直流電源には、例えば、最大出力電圧４００［Ｖ］級のものや８００［Ｖ］級のもののように、最大出力電圧が異なる仕様が存在している。

このため、蓄電池の公称電圧よりも外部直流電源の最大出力電圧が低い場合には、当該外部直流電源によっては当該蓄電池を充電できなくなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蓄電池の公称電圧よりも低い最大出力電圧の外部直流電源によって蓄電池を充電することを可能とする充電装置を提供することを、目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る充電装置は、蓄電池の正極と負極との間で直列に接続された第一および第二のコンデンサと、回転電機を駆動するインバータの第一上アームと第一下アームとの間の第一中間点と、前記正極、前記負極、および前記第一および第二のコンデンサの間の分圧点のうちのいずれか一つとを、選択的に接続可能な、複数のスイッチング素子を有した第一スイッチング素子と、前記インバータの第二上アームと第二下アームとの間の第二中間点と、前記正極、前記負極、および前記分圧点のうちのいずれか一つとを、選択的に接続可能な、複数のスイッチング素子を有した第二スイッチング素子と、前記第一中間点と接続可能であるとともに外部直流電源の正極端子と接続可能な第一端子と、前記第二中間点と接続可能であるとともに前記外部直流電源の負極端子と接続可能な第二端子と、前記回転電機の巻線と前記第一中間点との接続および遮断を切替可能な第一切替スイッチと、前記回転電機の巻線と前記第二中間点との接続および遮断を切替可能な第二切替スイッチと、前記第一端子を介して前記第一中間点と前記外部直流電源の正極端子とが接続され、前記第二端子を介して前記第二中間点と前記外部直流電源の負極端子とが接続され、かつ前記第一切替スイッチおよび前記第二切替スイッチが開いた状態で、前記第一中間点と前記正極とを接続するとともに前記第二中間点と前記分圧点とを接続し前記外部直流電源により前記第一コンデンサが充電される第一状態と、前記第一中間点と前記分圧点とを接続するとともに前記第二中間点と前記負極とを接続し前記外部直流電源により前記第二コンデンサが充電される第二状態と、が切り替わるよう、前記第一スイッチング素子および前記第二スイッチング素子の開閉を制御する制御回路と、を備える。

また、前記充電装置では、前記制御回路は、前記外部直流電源の最大出力電圧が前記蓄電池の公称電圧以上である場合にあっては、前記第一端子を介して前記第一中間点と前記外部直流電源の正極端子とが接続され、前記第二端子を介して前記第二中間点と前記外部直流電源の負極端子とが接続され、かつ前記第一切替スイッチおよび前記第二切替スイッチが開いた状態で、前記第一中間点と前記正極とを接続するとともに前記第二中間点と前記負極とを接続するよう、前記第一スイッチング素子および前記第二スイッチング素子の開閉を制御する。

このような構成によれば、外部直流電源の最大出力電圧が蓄電池の公称電圧以上である場合には、充電装置は、外部直流電源の直流電力によって、蓄電池をより迅速に充電することができる。

また、前記充電装置では、前記制御回路は、前記第一および第二のコンデンサの電圧の差が小さくなるように前記第一状態による第一充電時間と前記第二状態による第二充電時間とを決定する制御を実行する。

このような構成によれば、第一および第二のコンデンサの端子間電圧の差をより小さくすることができ、ひいては、インバータにおいて線間電圧のより精度のよい波形が生成されやすくなる。

また、前記充電装置は、前記第一上アームに設けられた前記第一スイッチング素子のうちいずれかのスイッチング素子と並列に設けられた第一還流ダイオードを備え、前記制御回路は、前記第一状態において、前記第一還流ダイオードと並列な前記第一スイッチング素子を開状態となるよう制御する。

このような構成によれば、開状態と閉状態とを切り替える第一スイッチング素子の数を減らすことができるので、第一スイッチング素子の開状態と閉状態との切り替えに伴って生じる損失を減らすことができる。

また、前記充電装置は、前記第二下アームに設けられた前記第二スイッチング素子のうちいずれかのスイッチング素子と並列に設けられた第二還流ダイオードを備え、前記制御回路は、前記第二状態において、前記第二還流ダイオードと並列な前記第二スイッチング素子を開状態となるよう制御する。

このような構成によれば、開状態と閉状態とを切り替える第二スイッチング素子の数を減らすことができるので、第二スイッチング素子の開状態と閉状態との切り替えに伴って生じる損失を減らすことができる。

また、前記充電装置では、前記制御回路は、前記第一状態において、前記第二スイッチング素子のうち前記第二状態で前記第二中間点と前記負極とを接続するよう閉じられるスイッチング素子のいずれかを閉じるとともに前記第二中間点と前記負極とが接続されないよう、前記第二スイッチング素子の開閉を制御する。

このような構成によれば、第一状態と第二状態とで開状態と閉状態とを切り替える第二スイッチング素子の数を減らすことができるので、第二スイッチング素子の開状態と閉状態との切り替えに伴って生じる損失を減らすことができる。

また、前記充電装置では、前記制御回路は、前記第二状態において、前記第一スイッチング素子のうち前記第一状態で前記第一中間点と前記正極とを接続するよう閉じられるスイッチング素子のいずれかを閉じるとともに前記第一中間点と前記正極とが接続されないよう、前記第一スイッチング素子の開閉を制御する。

このような構成によれば、第一状態と第二状態とで開状態と閉状態とを切り替える第一スイッチング素子の数を減らすことができるので、第一スイッチング素子の開状態と閉状態との切り替えに伴って生じる損失を減らすことができる。

本発明の充電装置によれば、外部直流電源の最大出力電圧が蓄電池の公称電圧よりも低いような場合であっても、外部直流電源の最大出力電圧が、蓄電池の公称電圧の半分以上である場合には、充電装置は、第一および第二コンデンサを交互に充電することにより、蓄電池を充電することができる。

図１は、実施形態の充電装置を備えた車両駆動システムの構成図である。 図２は、第一状態（１）による充電経路を示す説明図である。 図３は、第二状態（１）による充電経路を示す説明図である。 図４は、第一状態と第二状態との切替制御の一例を示す説明図である。 図５は、第一充電モードでの式（Ａ）に従った充電におけるＶｂ、Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｃ１電流およびＣ２電流の経時変化を示す図である。 図６は、第一充電モードにおいてｔ１＝ｔ２にして固定した場合における、Ｖｂ、Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｃ１電流およびＣ２電流の経時変化を示す図である。 図７は、第二状態による充電経路を示す説明図である。 図８は、充電装置および急速充電器による充電制御の手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、第一状態（２）による充電経路を示す説明図である。 図１０は、第二状態（２）による充電経路を示す説明図である。 図１１は、第一状態（３）による充電経路を示す説明図である。 図１２は、第二状態（３）による充電経路を示す説明図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、下記の構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

以下に示される複数の実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。

なお、本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。

［第１実施形態］
［システム構成］
図１は、実施形態の充電装置９０を備えた車両駆動システム１の構成図である。車両駆動システム１は、電気自動車や、ハイブリッド車両、ＰＨＶ（plug-in hybrid vehicle）やＲＥＥＶ（range extended electric vehicle）のような、電力を利用した走行が可能な電動車両に適用されうる。

車両駆動システム１は、電動車両に搭載されており、車両駆動用のモータジェネレータ１０と、電源としてのバッテリ２０、第一コンデンサＣ１、および第二コンデンサＣ２と、電力変換装置としてのインバータ４０と、切替スイッチ５１～５６と、コネクタ７０と、ＥＣＵ（electronic control unit）８０と、を備えている。

モータジェネレータ１０は、交流回転電機であり、例えば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１０は、電動機として作動して駆動軸（不図示）を駆動する。また、モータジェネレータ１０は、車両の制動時や降坂走行時にあっては、発電機として作動して回生発電を行なう。なお、モータジェネレータ１０は、エンジン（不図示）を始動する電動機として作動してもよい。モータジェネレータ１０は、回転電機の一例である。

バッテリ２０は、充放電可能な電池であって、例えば、リチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等である。バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂは、電圧センサ６０によって検出される。バッテリ２０は、蓄電池の一例である。

第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２は、バッテリ２０の正極２１と負極２２との間に、直列に接続されている。第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２の中では、第一コンデンサＣ１が高圧側に設けられ、第二コンデンサＣ２が低圧側に設けられている。第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２のスペック（例えば容量）は、同一である。第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１は、電圧センサ６１によって検出され、第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２は、電圧センサ６２によって検出される。

バッテリ２０の正極２１と第一コンデンサＣ１との間には切替スイッチ５５が設けられ、バッテリ２０の負極２２と第二コンデンサＣ２との間には切替スイッチ５６が設けられている。これら切替スイッチ５５，５６は、ＥＣＵ８０からの制御信号によって開状態と閉状態とを切替可能なリレーである。

インバータ４０は、互いに並列な三つのアーム４１，４２，４３（レッグ）を有した三相形インバータである。

アーム４１は、直列に接続された上アーム４１ａと下アーム４１ｂとを有している。上アーム４１ａは、バッテリ２０の正極２１と第一中間点４１ｃとの間に設けられ、下アーム４１ｂは、バッテリ２０の負極２２と第一中間点４１ｃとの間に設けられ、第一中間点４１ｃは、上アーム４１ａと下アーム４１ｂとの間に設けられている。上アーム４１ａは、第一上アームの一例であり、下アーム４１ｂは、第一下アームの一例である。

第一中間点４１ｃは、切替スイッチ５１を介してモータジェネレータ１０の巻線１１と接続可能に設けられている。切替スイッチ５１は、ＥＣＵ８０からの制御信号によって開状態と閉状態とを切替可能なリレーである。切替スイッチ５１は、第一切替スイッチの一例である。

アーム４１は、中性点クランプ方式の、３レベルインバータを構成している。バッテリ２０の正極２１と第一中間点４１ｃとの間には、直列に接続された二つのスイッチング素子ＳＷ１１およびＳＷ１２が設けられている。二つのスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の中では、スイッチング素子ＳＷ１１が高圧側に設けられ、スイッチング素子ＳＷ１２が低圧側に設けられている。

また、第一中間点４１ｃとバッテリ２０の負極２２との間には、直列に接続された二つのスイッチング素子ＳＷ１３およびＳＷ１４が設けられている。二つのスイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４の中では、スイッチング素子ＳＷ１３が高圧側に設けられ、スイッチング素子ＳＷ１４が低圧側に設けられている。スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４は、第一スイッチング素子の一例である。

スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４のそれぞれには、還流ダイオードＤ１１～Ｄ１４が並列に接続されている。

上アーム４１ａのスイッチング素子ＳＷ１１とスイッチング素子ＳＷ１２との間の高圧側分割点４１ｄと、第一コンデンサＣ１と第二コンデンサＣ２との間の分圧点３０と、の間には、高圧側クランプダイオードＤＣ１１が設けられている。高圧側クランプダイオードＤＣ１１は、電流が分圧点３０から高圧側分割点４１ｄへ流れるのを許容し、かつ電流が高圧側分割点４１ｄから分圧点３０へ流れるのを阻止する。

下アーム４１ｂのスイッチング素子ＳＷ１３とスイッチング素子ＳＷ１４との間の低圧側分割点４１ｅと分圧点３０との間には、低圧側クランプダイオードＤＣ１２が設けられている。低圧側クランプダイオードＤＣ１２は、電流が低圧側分割点４１ｅから分圧点３０へ流れるのを許容し、かつ電流が分圧点３０から低圧側分割点４１ｅへ流れるのを阻止する。

アーム４２は、直列に接続された上アーム４２ａと下アーム４２ｂとを有している。上アーム４２ａは、バッテリ２０の正極２１と第二中間点４２ｃとの間に設けられ、下アーム４２ｂは、バッテリ２０の負極２２と第二中間点４２ｃとの間に設けられ、第二中間点４２ｃは、上アーム４２ａと下アーム４２ｂとの間に設けられている。上アーム４２ａは、第二上アームの一例であり、下アーム４２ｂは、第二下アームの一例である。

第二中間点４２ｃは、切替スイッチ５２を介してモータジェネレータ１０の巻線１１と接続可能に設けられている。切替スイッチ５２は、ＥＣＵ８０からの制御信号によって開状態と閉状態とを切替可能なリレーである。切替スイッチ５２は、第二切替スイッチの一例である。

アーム４２は、中性点クランプ方式の、３レベルインバータを構成している。バッテリ２０の正極２１と第二中間点４２ｃとの間には、直列に接続された二つのスイッチング素子ＳＷ２１およびＳＷ２２が設けられている。二つのスイッチング素子ＳＷ２１，ＳＷ２２の中では、スイッチング素子ＳＷ２１が高圧側に設けられ、スイッチング素子ＳＷ２２が低圧側に設けられている。

また、第二中間点４２ｃとバッテリ２０の負極２２との間には、直列に接続された二つのスイッチング素子ＳＷ２３およびＳＷ２４が設けられている。二つのスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４の中では、スイッチング素子ＳＷ２３が高圧側に設けられ、スイッチング素子ＳＷ２４が低圧側に設けられている。スイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４は、第二スイッチング素子の一例である。

スイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４のそれぞれには、還流ダイオードＤ２１～Ｄ２４が並列に接続されている。

上アーム４２ａのスイッチング素子ＳＷ２１とスイッチング素子ＳＷ２２との間の高圧側分割点４２ｄと、分圧点３０と、の間には、高圧側クランプダイオードＤＣ２１が設けられている。高圧側クランプダイオードＤＣ２１は、電流が分圧点３０から高圧側分割点４２ｄへ流れるのを許容し、かつ電流が高圧側分割点４２ｄから分圧点３０へ流れるのを阻止する。

下アーム４２ｂのスイッチング素子ＳＷ２３とスイッチング素子ＳＷ２４との間の低圧側分割点４２ｅと、分圧点３０と、の間には、低圧側クランプダイオードＤＣ２２が設けられている。低圧側クランプダイオードＤＣ２２は、電流が低圧側分割点４２ｅから分圧点３０へ流れるのを許容し、かつ分圧点３０から低圧側分割点４２ｅへ流れるのを阻止する。

アーム４３は、上アーム４３ａ、下アーム４３ｂ、第三中間点４３ｃ、高圧側分割点４３ｄ、低圧側分割点４３ｅ、スイッチング素子ＳＷ３１～ＳＷ３４、還流ダイオードＤ３１～Ｄ３４、高圧側クランプダイオードＤＣ３１、および低圧側クランプダイオードＤＣ３２を有している。アーム４３は、アーム４１，４２と同様の構成を有しているため、当該アーム４３の詳細な説明を省略する。なお、第三中間点４３ｃと巻線１１との間には、切替スイッチ５１，５２のような切替スイッチは設けられていない。

スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４，ＳＷ３１～ＳＷ３４は、例えば、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）等である。

また、車両駆動システム１は、バッテリ２０が、車両外部の直流の急速充電器１００（充電設備）からインバータ４０のアーム４１，４２の一部を介して供給される直流電力によって充電可能となるよう、コネクタ７０と、正極配線７１と、負極配線７２と、を備えている。急速充電器１００は、外部直流電源の一例である。

コネクタ７０は、急速充電器１００のコネクタ１１０と着脱可能に接続される。コネクタ７０とコネクタ１１０とが機械的に接続された状態で、コネクタ７０の正極端子７０ａと急速充電器１００の正極端子１０１とが電気的に接続されるとともに、コネクタ７０の負極端子７０ｂと急速充電器１００の負極端子１０２とが電気的に接続される。コネクタ７０は、車載コネクタとも称されうる。

正極配線７１は、第一中間点４１ｃと切替スイッチ５１との間の電力供給線４４ａから第一分岐点４５ａにおいて分岐され、コネクタ７０の正極端子７０ａと接続されている。ただし、正極配線７１には、切替スイッチ５３が設けられている。切替スイッチ５３は、ＥＣＵ８０からの制御信号によって開状態と閉状態とを切替可能なリレーである。なお、正極配線７１には、リアクトルが設けられてもよい。正極端子７０ａは、第一中間点４１ｃと接続可能であるとともに、急速充電器１００の正極端子１０１とも接続可能である。コネクタ７０，１１０の接続状態および切替スイッチ５３の閉状態において、第一中間点４１ｃと正極端子１０１とは、正極端子７０ａを介して接続される。正極端子７０ａは、第一端子の一例である。

負極配線７２は、第二中間点４２ｃと切替スイッチ５２との間の電力供給線４４ｂから第二分岐点４５ｂにおいて分岐され、コネクタ７０の負極端子７０ｂと接続されている。ただし、負極配線７２には、切替スイッチ５４が設けられている。切替スイッチ５４は、ＥＣＵ８０からの制御信号によって開状態と閉状態とを切替可能なリレーである。なお、負極配線７２には、リアクトルが設けられてもよい。負極端子７０ｂは、第二中間点４２ｃと接続可能であるとともに、急速充電器１００の負極端子１０２と接続可能である。コネクタ７０，１１０の接続状態および切替スイッチ５４の閉状態において、第二中間点４２ｃと負極端子１０２とは、負極端子７０ｂを介して接続される。負極端子７０ｂは、第二端子の一例である。

ＥＣＵ８０は、駆動制御部８１と、充電制御部８２と、ゲート駆動回路８３と、を有している。ＥＣＵ８０は、制御回路の一例である。

駆動制御部８１は、モータジェネレータ１０が回転するよう、インバータ４０の三つのアーム４１～４３のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４，ＳＷ３１～ＳＷ３４の開閉を制御する駆動制御信号を出力する。また、駆動制御部８１は、切替スイッチ５１～５６の開状態と閉状態とを切り替える開閉信号を出力する。

充電制御部８２は、急速充電器１００から直流電力を供給し、バッテリ２０が充電されるよう、インバータ４０の二つのアーム４１，４２のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開閉を制御する充電制御信号を出力する。また、充電制御部８２は、切替スイッチ５１～５６の開状態と閉状態とを切り替える開閉信号を出力する。

ゲート駆動回路８３は、駆動制御信号または充電制御信号に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４，ＳＷ３１～ＳＷ３４の開閉を切り替えるゲート信号を出力する。

駆動制御部８１および充電制御部８２は、コンピュータによって構成されうる。コンピュータは、少なくとも、プロセッサ（回路）、ＲＡＭ（random access memory）やＲＯＭ（read only memory）のような主記憶部、およびＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）のような補助記憶装置等を有し（いずれも不図示）、プロセッサは、ＲＯＭや補助記憶装置に記憶されたプログラム（アプリケーション）を読み出して実行する。プロセッサは、プログラムにしたがって動作することにより、駆動制御部８１や充電制御部８２として作動する。この場合、プログラムは、駆動制御部８１や充電制御部８２に対応するプログラムモジュールを含む。

プログラムは、それぞれインストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されうる。記録媒体は、プログラムプロダクトとも称されうる。また、プログラムは、通信ネットワークに接続されたコンピュータの記憶部に記憶され、ネットワーク経由でダウンロードされることによってコンピュータに導入されうる。また、プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれてもよい。

また、コンピュータの少なくとも一部がハードウエアによって構成される場合、当該コンピュータには、例えば、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）や、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等が含まれてもよい。

ＲＯＭまたは補助記憶装置には、駆動制御部８１および充電制御部８２による演算処理で用いられる情報が、記憶されている。また、当該演算処理で用いられる情報は、プログラムに記載されてもよい。当該演算処理で用いられる情報には、例えば、バッテリ２０の公称電圧等が含まれる。

［モータジェネレータ駆動時のインバータの作動］
インバータ４０は、３相の３レベルインバータである。三つのアーム４１～４３の作動は、タイミングは異なるものの、同様であるため、ここでは、三つのアーム４１～４３を代表してアーム４１（スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４）の作動について説明する。

ＥＣＵ８０の駆動制御部８１は、第一中間点４１ｃと、バッテリ２０の正極２１、負極２２、および第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２の間の分圧点３０のうちいずれか一つと、が選択的に接続されるよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４の開閉を制御する。

スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２が閉状態であり、他のスイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４が開状態である場合には、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２を介して第一中間点４１ｃとバッテリ２０の正極２１とが接続される。この場合、電流は、正極２１から第一中間点４１ｃへ流れる。

また、スイッチング素子ＳＷ１２が閉状態であり、他のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４が開状態である場合には、スイッチング素子ＳＷ１２および高圧側クランプダイオードＤＣ１１を介して、第一中間点４１ｃと分圧点３０とが接続される。この場合、電流は、分圧点３０から第一中間点４１ｃへ流れる。

また、スイッチング素子ＳＷ１３が閉状態であり、他のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４が開状態である場合には、スイッチング素子ＳＷ１３および低圧側クランプダイオードＤＣ１２を介して、第一中間点４１ｃと分圧点３０とが電気的に接続される。この場合、電流は、第一中間点４１ｃから分圧点３０へ流れる。

また、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４が閉状態であり、他のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２が開状態である場合には、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４を介して第一中間点４１ｃとバッテリ２０の負極２２とが接続される。この場合、電流は、第一中間点４１ｃから負極２２へ流れる。

駆動制御部８１は、例えば、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御に従って、アーム４１については、上記四つの状態に全スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４の開状態を加えた五つの状態を、切り替えるとともに、他のアーム４２，４３についても同様の五つの状態を切り替える。これにより、バッテリ２０、第一コンデンサＣ１、および第二コンデンサＣ２の直流電力が、インバータ４０によって３相交流電力に変換され、モータジェネレータ１０に供給される。この場合、線間電圧は、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂ、第一コンデンサＣ１または第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２（＝バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂの略１／２）、および０［Ｖ］の３レベルの電圧のＰＷＭパルスから生成されるため、当該線間電圧の波形は、２レベルインバータに比べてより正弦波に近い波形となる。

［充電装置］
ＥＣＵ８０の充電制御部８２は、急速充電器１００からの直流電力が、インバータ４０のアーム４１およびアーム４２を介してバッテリ２０に供給されるよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４およびスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４の開閉を制御する。電動車両に搭載される充電装置９０は、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２と、アーム４１と、アーム４２と、電力供給線４４ａ，４４ｂと、切替スイッチ５１～５６と、正極配線７１と、負極配線７２と、コネクタ７０と、ＥＣＵ８０の充電制御部８２およびゲート駆動回路８３と、を有している。

充電装置９０は、以下に示す第一充電モードおよび第二充電モードの二つの充電モードのうちいずれかによって、バッテリ２０を充電することができる。充電制御部８２は、第一充電モードおよび第二充電モードの双方において、切替スイッチ５１，５２を開状態に維持するとともに、切替スイッチ５３～５６を閉状態に維持する。

［第一充電モード（１）］
第一充電モードは、急速充電器１００による第一コンデンサＣ１の充電（図２）と第二コンデンサＣ２の充電（図３）とを交互に繰り返し、ひいては、バッテリ２０を充電するモードである。すなわち、第一充電モードにおいて、充電制御部８２は、急速充電器１００から第一コンデンサＣ１に直流電力が供給される第一状態（図２）と、急速充電器１００から第二コンデンサＣ２に直流電力が供給される第二状態（図３）とを切り替える。第一充電モードは、昇圧充電モードや、間接充電モードとも称されうる。なお、第一充電モードには、他の実施形態の第一充電モード（後述）もあるので、以下では、これらを区別する場合には、第一充電モード（１）、第一状態（１）、および第二状態（１）のように、実施形態毎に添え字を付けて表記する。

［第一状態（１）］
図２は、第一状態（１）による充電経路を示す説明図である。なお、図２以下に示される回路図のそれぞれにおいて、太線は電流の経路を示し、閉状態のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４には、破線の丸印が付与される。なお、開状態のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４には、破線の丸印は付与されない。

第一状態（１）は、第一中間点４１ｃと第一コンデンサＣ１の正極（バッテリ２０の正極２１）とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃと第一コンデンサＣ１の負極（第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２の間の分圧点３０）とが接続された状態である。この第一状態（１）が実現されるよう、充電制御部８２は、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２２を閉状態となるよう制御し、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２４を開状態となるよう制御する。これにより、第一コンデンサＣ１の正極と急速充電器１００の正極端子１０１とが接続され、第一コンデンサＣ１の負極と急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、第一コンデンサＣ１が急速充電器１００によって充電される。

［第二状態（１）］
図３は、第二状態（１）による充電経路を示す説明図である。第二状態（１）は、第一中間点４１ｃと第二コンデンサＣ２の正極（分圧点３０）とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃと第二コンデンサＣ２の負極（バッテリ２０の負極２２）とが接続された状態である。この第二状態（１）が実現されるよう、充電制御部８２は、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ２４を閉状態となるよう制御し、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ２２を開状態となるよう制御する。これにより、第二コンデンサＣ２の正極と急速充電器１００の正極端子１０１とが接続され、第二コンデンサＣ２の負極と急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、第二コンデンサＣ２が急速充電器１００によって充電される。

充電装置９０は、第一状態と第二状態とを交互に繰り返すことにより、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１および第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２の時間平均値（例えば、後述の制御１周期における時間平均値）を徐々に高め、ひいてはバッテリ２０を充電する。第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と、第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との和が、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂよりも高い場合に、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２によって、バッテリ２０が充電される。

このような第一充電モードにより、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘ（例えば、４００［Ｖ］）がバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０（例えば、８００［Ｖ］）より低い場合であっても、当該最大出力電圧Ｖｍａｘ（４００［Ｖ］）が、当該公称電圧Ｖｂ０（８００［Ｖ］）の半分以上である場合には、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２を交互に充電することにより、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１および第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２の時間平均値を徐々に高め、ひいてはバッテリ２０を充電することができる。

［第一状態および第二状態の時間を決定する制御］
充電制御部８２は、第一充電モードにおいて、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差が小さくなるよう、第一コンデンサＣ１の充電時間ｔ１と、第二コンデンサＣ２の充電時間ｔ２とを決定する制御を実行する。

図４は、第一コンデンサＣ１が充電される第一状態と、第二コンデンサＣ２が充電される第二状態と、の切替制御の一例を示す説明図（タイミングチャート）である。図４に示されるように、ここでは、一例として、充電制御部８２は、第一状態および第二状態が１回ずつ実行される時間（周期Ｔ）を一定とし、第一状態の充電時間ｔ１をｄ×Ｔ（ただし、ｄ：デューティ比、０＜ｄ＜１）とし、第二状態の充電時間ｔ２を（１－ｄ）×Ｔとし、当該ｄを以下の式（Ａ）により、決定する。
ｄ＝Ｋｐ・（Ｖｃ２－Ｖｃ１）＋Ｋｉ・∫（Ｖｃ２－Ｖｃ１）ｄｔ ・・・ （Ａ）
式（Ａ）において、Ｖｃ１およびＶｃ２は、時間ｔの関数であり、ＫｐおよびＫｉは、適宜設定された係数である。Ｋｐは、比例ゲインとも称され、Ｋｉは、積分ゲインとも称されうる。なお、周期Ｔは、例えば、１［ｍｓ］以下に設定される。また、ｄ×Ｔは、例えば、ＥＣＵ８０におけるクロック周期の整数倍に設定される。

この式（Ａ）は、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差（Ｖｃ２－Ｖｃ１、偏差）を小さくするフィードバック制御の一例であり、ＰＩ制御の一例である。ただし、式（Ａ）による制御は一例であって、他の方式による制御であってもよい。

図５は、第一充電モードでの式（Ａ）に従った充電における、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂと、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１および第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２と、第一コンデンサＣ１を流れる電流（Ｃ１電流）および第二コンデンサＣ２を流れる電流（Ｃ２電流）の経時変化を示す図である。また、図６は、第一充電モードにおいて、式（Ａ）に従った制御を実行せず、第一状態の充電時間ｔ１と第二状態の充電時間ｔ２とを同じ（ｔ１＝ｔ２）にして固定した場合（比較例）における、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂと、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１および第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２と、第一コンデンサＣ１を流れる電流（Ｃ１電流）および第二コンデンサＣ２を流れる電流（Ｃ２電流）の経時変化を示す図である。充電時間ｔ１は、第一充電時間の一例であり、充電時間ｔ２は、第二充電時間の一例である。図５，６において、δＶｃは、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差である。図５，６は、充電開始時において、０よりも大きい差δＶｃがありかつ当該差δＶｃが同じである場合を、例示している。

図５と図６とを比較すれば明らかとなるように、いずれの場合も、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂの経時変化、すなわちバッテリ２０の充電による端子間電圧Ｖｂの上昇速度は、同様である。しかしながら、図６に示されるように、第一状態の充電時間ｔ１と第二状態の充電時間ｔ２とを同じ（ｔ１＝ｔ２）にして固定した場合にあっては、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差δＶｃの時間平均値（例えば、制御１周期分の時間平均値）が小さくなり難い。これに対し、図５に示されるように、式（Ａ）に従った充電によれば、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差δＶｃの時間平均値が経時的に小さくなる。仮に、図６に示されるように、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との間の差δＶｃが比較的大きい状態では、インバータ４０において線間電圧のより精度良い波形、例えばより正弦波に近い波形が、生成され難しくなる。この点、本実施形態では、充電制御部８２が、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差δＶｃが小さくなるよう、第一コンデンサＣ１の充電時間ｔ１と、第二コンデンサＣ２の充電時間ｔ２とを決定する制御を実行するため、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との間の差δＶｃを小さくすることができ、ひいては、インバータ４０において線間電圧のより精度のよい波形が生成されやすくなる。

［第二充電モード］
図７は、第二状態による充電経路を示す説明図である。第二充電モードは、急速充電器１００から、バッテリ２０を直接的に充電するモードである。第二充電モードは、直接充電モードと称されうる。

第二充電モードでは、第一中間点４１ｃとバッテリ２０の正極２１とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃとバッテリ２０の負極２２とが接続される。第二充電モードが実現されるよう、充電制御部８２は、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２３，ＳＷ２４を閉状態となるよう制御し、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ２２を開状態となるよう制御する。これにより、バッテリ２０の正極２１と急速充電器１００の正極端子１０１とが接続され、バッテリ２０の負極２２と急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、バッテリ２０が急速充電器１００によって充電される。

このような第二充電モードにより、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘがバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０と略同じかあるいは高い場合、例えば、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘが８００［Ｖ］であり、かつバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０が８００［Ｖ］であるような場合に、バッテリ２０をより迅速に充電することができる。

なお、第二充電モードにおいて、閉状態となるよう制御されるスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２３，ＳＷ２４には、それぞれ、還流ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ２４が設けられており、充電電流は、これら還流ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ２４を流れることができる。このため、還流ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ２４を流れる電流による充電によっても十分であるような場合、例えば、十分に短い時間でバッテリ２０を充電可能であるような場合、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２３，ＳＷ２４は、開状態となるよう制御されてもよい。すなわち、充電制御部８２は、第二充電モードにおいて、全てのスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４を開状態となるよう制御してもよい。

［充電制御の手順］
図８は、充電装置９０および急速充電器１００による充電制御の手順の一例を示すフローチャートである。図８に示されるように、コネクタ７０，１１０が互いに接続されると（Ｓ１０）、電動車両の充電装置９０および急速充電器１００において、充電の準備処理が実行される（Ｓ１１）。このＳ１１においては、例えば、急速充電器１００はＥＣＵ８０に向けて有線または無線により急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘを示す情報を送信し、充電制御部８２が、当該情報を受信する。また、充電制御部８２は、切替スイッチ５１，５２を開状態となるよう制御するとともに、切替スイッチ５３～５６を閉状態となるよう制御する。

次に、充電制御部８２は、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘとバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０とを比較する（Ｓ１２）。このＳ１２での比較において、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘが、バッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０よりも小さく、かつバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０の半分以上であった場合（Ｓ１３でＹｅｓ）、充電制御部８２は、バッテリ２０が急速充電器１００によって第一充電モードで充電されるよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開状態および閉状態を制御する（Ｓ１４）。所定の充電終了条件が満たされると（Ｓ１５でＹｅｓ）、第一充電モードによる充電（Ｓ１４）は終了し、手順はＳ２０へ移行する。Ｓ１５における充電終了条件は、例えば、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂが所定の閾値以上であり、かつ第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との差δＶｃ（または、当該差δＶｃの制御１周期分の時間平均値）が所定の閾値以下であること、である。上記充電終了条件が満たされない限り（Ｓ１５でＮｏ）、第一充電モードによる充電（Ｓ１４）が継続される。

また、Ｓ１２での比較において、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘが、バッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０以上であった場合（Ｓ１３でＮｏかつＳ１６でＹｅｓ）、充電制御部８２は、バッテリ２０が急速充電器１００によって第二充電モードで充電されるよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開状態および閉状態を制御する（Ｓ１７）。所定の充電終了条件が満たされると（Ｓ１８でＹｅｓ）、第二充電モードによる充電（Ｓ１７）は終了し、手順はＳ２０へ移行する。Ｓ１８における充電終了条件は、例えば、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂが所定の閾値以上であること、である。上記充電終了条件が満たされない限り（Ｓ１８でＮｏ）、第二充電モードによる充電（Ｓ１７）が継続される。

なお、Ｓ１３でＮｏでありかつＳ１６でＮｏである場合には、充電制御部８２は、エラー処理を実行する（Ｓ１９）。このＳ１９において、充電制御部８２は、例えば、充電できない旨の出力が実行されるよう、電動車両に設けられた表示出力部や音声出力部（不図示）を制御するか、あるいは急速充電器１００に、充電できない旨を示す情報を送信する。Ｓ１９の後、手順は、Ｓ２０に移行する。

Ｓ２０において、充電制御部８２は、充電終了処理を実行する。このＳ２０において、充電制御部８２は、例えば、切替スイッチ５３～５６を開状態となるよう制御するとともに、切替スイッチ５１，５２を閉状態となるよう制御する。また、充電制御部８２は、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４を、開状態となるよう制御する。

以上、説明したように、本実施形態では、正極端子７０ａ（第一端子）を介して第一中間点４１ｃと急速充電器１００（外部直流電源）の正極端子１０１とが接続され、負極端子７０ｂ（第二端子）を介して第二中間点４２ｃと急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、かつ切替スイッチ５１（第一切替スイッチ）および切替スイッチ５２（第二切替スイッチ）が開いた状態で、ＥＣＵ８０（制御回路）は、第一中間点４１ｃと正極２１とを接続するとともに第二中間点４２ｃと分圧点３０とを接続し急速充電器１００によって第一コンデンサＣ１が充電される第一状態と、第一中間点４１ｃと分圧点３０とを接続するとともに第二中間点４２ｃと負極２２とを接続し急速充電器１００によって第二コンデンサＣ２が充電される第二状態と、が交互に切り替わる第一充電モードによって、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２ひいてはバッテリ２０（蓄電池）が充電されるよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４（第一スイッチング素子）およびスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４（第二スイッチング素子）の開閉を制御する。

このような構成および制御によれば、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘがバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０よりも低いような場合であっても、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘが、バッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０の半分以上である場合には、充電装置９０は、急速充電器１００の直流電力によって第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２を交互に充電することにより、バッテリ２０を充電することができる。

また、本実施形態によれば、３レベルインバータであるインバータ４０が、端子間電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２がバッテリ２０の端子間電圧Ｖｂの略半分となる第一コンデンサＣ１と第二コンデンサＣ２とを有していることを有効に利用することにより、最大出力電圧Ｖｍａｘがバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０よりも低い直流の急速充電器１００による当該バッテリ２０の充電を、実現している。これにより、電動車両は、より多くの急速充電器１００によって、バッテリ２０を充電することができる。言い換えると、電動車両の急速充電器１００に対する汎用性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２が、バッテリ２０の端子間電圧Ｖｂの略半分でありかつ、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘがバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０の略半分である場合にあっては、第一状態および第二状態のそれぞれにおいて、充電される第一コンデンサＣ１または第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２と、急速充電器１００の正極端子１０１と負極端子１０２との端子間電圧との差が小さくなり、充電電流における電流リプルが小さくなる。よって、正極配線７１および負極配線７２において当該電流リプルを抑制するためのリアクトルをより小さくあるいは無くすことができ、ひいては、充電装置９０をよりコンパクトに構成することができるとともに、製造の手間やコストをより低減することができる。

また、本実施形態によれば、インバータ４０に含まれているスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４を、充電に利用することにより、別途スイッチング素子を設けた場合に比べて、充電装置９０をよりコンパクトに構成することができるとともに、充電装置９０の製造の手間やコストをより低減することができる。また、別途スイッチング素子を設けた場合、当該スイッチング素子を冷却するための機構も必要となるが、本実施形態によれば、そのような機構の追加も不要となる。

また、本実施形態によれば、充電中、切替スイッチ５１，５２を開状態に設定することにより、急速充電器１００から供給される電力によってモータジェネレータ１０が回転するのを防止し、ひいては電動車両が移動するのを防止することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ８０は、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘがバッテリ２０（蓄電池）の公称電圧Ｖｂ０以上である場合にあっては、正極端子７０ａを介して第一中間点４１ｃと急速充電器１００の正極端子１０１とが接続され、負極端子７０ｂを介して第二中間点４２ｃと急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、かつ切替スイッチ５１および切替スイッチ５２が開いた状態で、第一中間点４１ｃと正極２１とを接続するとともに第二中間点４２ｃと負極２２とを接続した第二充電モードにより急速充電器１００によってバッテリ２０が充電されるようスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４およびスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４の開閉を制御する。

このような構成および制御によれば、急速充電器１００の最大出力電圧Ｖｍａｘがバッテリ２０の公称電圧Ｖｂ０以上である場合には、充電装置９０は、急速充電器１００の直流電力によって、バッテリ２０をより迅速に充電することができる。

また、第二充電モードでは、充電中におけるスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開状態と閉状態との切り替えが生じないため、当該切り替えに伴って生じる損失を減らすことができる。すなわち、より効率の高い充電が可能となる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ８０は、第一充電モードにおいて、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２の差δＶｃが小さくなるように第一状態による充電時間ｔ１（第一充電時間）と第二状態による充電時間ｔ２（第二充電時間）とを決定する制御を実行する。

このような構成および制御によれば、第一コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃ１と第二コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２との間の差δＶｃをより小さくすることができ、ひいては、モータジェネレータ１０の駆動時に、インバータ４０において線間電圧のより精度のよい波形が生成されやすくなる。

［第２実施形態］
本実施形態では、充電装置９０は、第１実施形態とは異なる第一充電モード（２）によって、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２を交互に充電し、ひいては、バッテリ２０を充電する。充電装置９０は、第一充電モード（１）に替えて第一充電モード（２）による充電を実行することができる。車両駆動システム１の構成は、上記第１実施形態と同じであるが、ＥＣＵ８０によるスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の制御態様が上記第１実施形態と相違しており、これに伴い、アーム４１，４２における電流の経路が上記第１実施形態と相違している。

［第一状態（２）］
図９は、第一状態（２）による充電経路を示す説明図である。第一状態（２）は、第一状態（１）と同様、第一中間点４１ｃと第一コンデンサＣ１の正極（バッテリ２０の正極２１）とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃと第一コンデンサＣ１の負極（分圧点３０）とが接続された状態である。ただし、本実施形態の第一状態（２）では、上アーム４１ａのスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２は開状態となるよう制御される。この場合、電流は、第一中間点４１ｃから、開状態のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２に替えて当該スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のそれぞれと並列に設けられた還流ダイオードＤ１１，Ｄ１２を介して、第一コンデンサＣ１の正極へ流れる。充電制御部８２は、スイッチング素子ＳＷ２２を閉状態となるよう制御し、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２に加えて、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２４を、開状態となるよう制御する。これにより、第一コンデンサＣ１の正極と急速充電器１００の正極端子１０１とが接続され、第一コンデンサＣ１の負極と急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、第一コンデンサＣ１が急速充電器１００によって充電される。還流ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、第一還流ダイオードの一例である。

［第二状態（２）］
図１０は、第二状態（２）による充電経路を示す説明図である。第二状態（２）は、第二状態（１）と同様、第一中間点４１ｃと第二コンデンサＣ２の正極（分圧点３０）とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃと第二コンデンサＣ２の負極（バッテリ２０の負極２２）とが接続された状態である。ただし、本実施形態の第二状態（２）では、下アーム４２ｂのスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４は開状態となるよう制御される。この場合、電流は、第二コンデンサＣ２の負極から、開状態のスイッチング素子ＳＷ２４，ＳＷ２３に替えて当該スイッチング素子ＳＷ２４，ＳＷ２３のそれぞれと並列に設けられた還流ダイオードＤ２４，Ｄ２３を介して、第二中間点４２ｃへ流れる。充電制御部８２は、スイッチング素子ＳＷ１３を閉状態となるよう制御し、スイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４に加えて、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ２２を、開状態となるよう制御する。これにより、第二コンデンサＣ２の正極と急速充電器１００の正極端子１０１とが接続され、第二コンデンサＣ２の負極と急速充電器１００の負極端子１０２とが接続され、第二コンデンサＣ２が急速充電器１００によって充電される。還流ダイオードＤ２３，Ｄ２４は、第二還流ダイオードの一例である。

なお、ＥＣＵ８０は、第一状態（２）を第一状態（１）に入れ替えてもよい。また、ＥＣＵ８０は、第二状態（２）を第二状態（１）に入れ替えてもよい。また、ＥＣＵ８０は、第一状態（２）においてスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうち一方が開状態となり他方が閉状態となるようスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２を制御してもよい。また、ＥＣＵ８０は、第二状態（２）においてスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうち一方が開状態となり他方が閉状態となるようスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４を制御してもよい。

以上、説明したように、本実施形態では、上アーム４１ａ（第一上アーム）のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のそれぞれと並列に還流ダイオードＤ１１，Ｄ１２（第一還流ダイオード）が設けられ、ＥＣＵ８０（制御回路）は、還流ダイオードＤ１１，Ｄ２１のそれぞれと並列なスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２を開状態となるよう制御する。

また、本実施形態では、下アーム４２ｂ（第二下アーム）のスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のそれぞれと並列に還流ダイオードＤ２３，Ｄ２４（第二還流ダイオード）が設けられ、ＥＣＵ８０（制御回路）は、還流ダイオードＤ２３，Ｄ２４のそれぞれと並列なスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４を開状態となるよう制御する。

このような構成および制御によれば、第一状態（２）と第二状態（２）との間で開状態と閉状態とを切り替えるスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の数を減らすことができるので、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開状態と閉状態との切り替えに伴って生じる損失を減らすことができる。すなわち、より効率の高い充電が可能となる。

［第３実施形態］
本実施形態では、充電装置９０は、第１実施形態および第２実施形態とは異なる第一充電モード（３）によって、第一コンデンサＣ１および第二コンデンサＣ２を交互に充電し、ひいては、バッテリ２０を充電する。充電装置９０は、第一充電モード（１）または第一充電モード（２）に替えて、第一充電モード（３）による充電を実行する。車両駆動システム１の構成は、上記第１実施形態と同じであり、アーム４１，４２における電流の経路は上記第１実施形態と同じであるが、ＥＣＵ８０によるスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開閉状態が上記第１実施形態と相違している。本実施形態では、ＥＣＵ８０は、アーム４１，４２における電流の経路に関与しないスイッチング素子、具体的には、スイッチング素子ＳＷ１１およびスイッチング素子ＳＷ１２のうちいずれか一方か、あるいはスイッチング素子ＳＷ２３およびスイッチング素子ＳＷ２４のうちいずれか一方が、第一状態（３）および第二状態（３）の双方において閉じた状態となるよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４，ＳＷ２１～ＳＷ２４の開状態および閉状態を制御する。

［第一状態（３）］
図１１は、第一状態（３）による充電経路を示す説明図である。第一状態（３）は、第一状態（１）（図２参照）と同様、第一中間点４１ｃとバッテリ２０の正極２１とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃと分圧点３０とが接続された状態である。本実施形態の第一状態（３）では、図２において閉状態のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２２に加えて、さらにスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうち一方のみ（図１１の例では、スイッチング素子ＳＷ２３のみ）が閉状態となる。このように、スイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうちいずれか一方が閉状態となった場合にあっても、第二中間点４２ｃは負極２２や正極２１とは接続されず、分圧点３０と接続された状態が確保される。これは、図１１には示されないが、スイッチング素子ＳＷ２３が開状態でありかつスイッチング素子ＳＷ２４が閉状態である場合も、同様である。

［第二状態（３）］
図１２は、第二状態（３）による充電経路を示す説明図である。第二状態（３）は、第二状態（１）（図３参照）と同様、第一中間点４１ｃと分圧点３０とが接続されるとともに、第二中間点４２ｃとバッテリ２０の負極２２とが接続された状態である。本実施形態の第二状態（３）では、図３において閉状態のスイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ２４に加えて、さらにスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうち一方のみ（図１２の例では、スイッチング素子ＳＷ１２のみ）が閉状態となる。このように、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうちいずれか一方が閉状態となった場合にあっても、第一中間点４１ｃは負極２２や正極２１とは接続されず、分圧点３０と接続された状態が確保される。これは、図１２には示されないが、スイッチング素子ＳＷ１２が開状態でありかつスイッチング素子ＳＷ１１が閉状態である場合も、同様である。

図１１に示される第一状態（３）と図１２に示される第二状態（３）とを比較すれば明らかとなるように、第一状態（３）で閉状態となるスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうち一方（図１１では、スイッチング素子ＳＷ２３）は、第二状態（３）でも閉状態である。よって、当該スイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうち一方は、第一状態（３）と第二状態（３）とで閉状態と開状態とを切り替えずに済むため、その分、スイッチングに伴う損失を減らすことができる。

同様に、図１２に示される第二状態（３）と図１１に示される第一状態（３）とを比較すれば明らかとなるように、第二状態（３）で閉状態となるスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうち一方（図１２では、スイッチング素子ＳＷ１２）は、第一状態（３）でも閉状態である。よって、当該スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうち一方は、第一状態（３）と第二状態（３）とで閉状態と開状態とを切り替えずに済むため、その分、スイッチングに伴う損失を減らすことができる。

なお、本実施形態では、第一状態（３）と第二状態（３）とで、スイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうち一方の開状態と閉状態とが切り替わるものの、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２は、第一状態（３）では閉状態となるとともに第二状態（３）では開状態となってもよい。また、第一状態（３）と第二状態（３）とで、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうち一方の開状態と閉状態とが切り替わるものの、スイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４は、第一状態（３）では開状態となるとともに第二状態（３）では閉状態となってもよい。

以上、説明したように、本実施形態では、ＥＣＵ８０（制御回路）は、第一充電モード（３）の第一状態（３）において、第二状態（３）で第二中間点４２ｃと負極２２とを接続するよう閉じられるスイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうちいずれかを閉じるとともに第二中間点４２ｃと負極２２とが接続されないよう、スイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４（第二スイッチング素子）の開閉を制御する。

このような構成および制御によれば、スイッチング素子ＳＷ２３，ＳＷ２４のうちいずれか一方が、第一状態（３）および第二状態（３）の双方において閉状態に維持されるので、その分、スイッチングに伴う損失を減らすことができる。すなわち、より効率の高い充電が可能となる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ８０は、第一充電モード（３）の第二状態（３）において、第一状態（３）で第一中間点４１ｃと正極２１とを接続するよう閉じられるスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうちいずれかを閉じるとともに第一中間点４１ｃと正極２１とが接続されないよう、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４（第一スイッチング素子）の開閉を制御する。

このような構成および制御によれば、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２のうちいずれか一方が、第一状態（３）および第二状態（３）の双方において閉状態に維持されるので、その分、スイッチングに伴う損失を減らすことができる。すなわち、より効率の高い充電が可能となる。

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、第一アームおよび第二アームは、３相インバータの三つのアームのうちいずれであってもよい。また、本発明は、４レベル以上のマルチレベルインバータにも適用することができる。この場合、充電装置は、マルチレベルインバータのスイッチング素子の開状態と閉状態とを切り替えることにより、複数のコンデンサ（分圧コンデンサ）を順次充電すればよい。この場合も、充電装置は、各コンデンサの電圧の差が小さくなるよう充電時間を決定する制御を実行できる。また、本発明は、中性点クランプ方式以外のマルチレベルインバータにも適用可能である。

また、充電装置は、第一切替スイッチおよび第二切替スイッチとは別に、例えばＥＰＢ（electronic parking brake）のような、充電中における電動車両の移動を制御回路が電気的に防止することができる機構を、備えてもよい。

１０…モータジェネレータ（回転電機）
１１…巻線
２０…バッテリ（蓄電池）
２１…正極
２２…負極
３０…分圧点
４０…インバータ
４１ａ…上アーム（第一上アーム）
４１ｂ…下アーム（第一下アーム）
４１ｃ…第一中間点
４２ａ…上アーム（第二上アーム）
４２ｂ…下アーム（第二下アーム）
４２ｃ…第二中間点
５１…切替スイッチ（第一切替スイッチ）
５２…切替スイッチ（第二切替スイッチ）
７０ａ…正極端子（第一端子）
７０ｂ…負極端子（第二端子）
８０…ＥＣＵ（制御回路）
９０…充電装置
１００…急速充電器（外部直流電源）
１０１…正極端子
１０２…負極端子
Ｃ１…第一コンデンサ
Ｃ２…第二コンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２…還流ダイオード（第一還流ダイオード）
Ｄ２３，Ｄ２４…還流ダイオード（第二還流ダイオード）
ＳＷ１１～ＳＷ１４…スイッチング素子（第一スイッチング素子）
ＳＷ２１～ＳＷ２４…スイッチング素子（第二スイッチング素子）

Claims (7)

1. 蓄電池の正極と負極との間で直列に接続された第一および第二のコンデンサと、
   回転電機を駆動するインバータの第一上アームと第一下アームとの間の第一中間点と、前記正極、前記負極、および前記第一および第二のコンデンサの間の分圧点のうちのいずれか一つとを、選択的に接続可能な、複数のスイッチング素子を有した第一スイッチング素子と、
   前記インバータの第二上アームと第二下アームとの間の第二中間点と、前記正極、前記負極、および前記分圧点のうちのいずれか一つとを、選択的に接続可能な、複数のスイッチング素子を有した第二スイッチング素子と、
   前記第一中間点と接続可能であるとともに外部直流電源の正極端子と接続可能な第一端子と、
   前記第二中間点と接続可能であるとともに前記外部直流電源の負極端子と接続可能な第二端子と、
   前記回転電機の巻線と前記第一中間点との接続および遮断を切替可能な第一切替スイッチと、
   前記回転電機の巻線と前記第二中間点との接続および遮断を切替可能な第二切替スイッチと、
   前記第一端子を介して前記第一中間点と前記外部直流電源の正極端子とが接続され、前記第二端子を介して前記第二中間点と前記外部直流電源の負極端子とが接続され、かつ前記第一切替スイッチおよび前記第二切替スイッチが開いた状態で、前記第一中間点と前記正極とを接続するとともに前記第二中間点と前記分圧点とを接続し前記外部直流電源により前記第一コンデンサが充電される第一状態と、前記第一中間点と前記分圧点とを接続するとともに前記第二中間点と前記負極とを接続し前記外部直流電源により前記第二コンデンサが充電される第二状態と、が切り替わるよう、前記第一スイッチング素子および前記第二スイッチング素子の開閉を制御する制御回路と、
   を備えた、充電装置。
2. 前記制御回路は、前記外部直流電源の最大出力電圧が前記蓄電池の公称電圧以上である場合にあっては、前記第一端子を介して前記第一中間点と前記外部直流電源の正極端子とが接続され、前記第二端子を介して前記第二中間点と前記外部直流電源の負極端子とが接続され、かつ前記第一切替スイッチおよび前記第二切替スイッチが開いた状態で、前記第一中間点と前記正極とを接続するとともに前記第二中間点と前記負極とを接続するよう、前記第一スイッチング素子および前記第二スイッチング素子の開閉を制御する、請求項１に記載の充電装置。
3. 前記制御回路は、前記第一および第二のコンデンサの電圧の差が小さくなるように前記第一状態による第一充電時間と前記第二状態による第二充電時間とを決定する制御を実行する、請求項１または２に記載の充電装置。
4. 前記第一上アームに設けられた前記第一スイッチング素子のうちいずれかのスイッチング素子と並列に設けられた第一還流ダイオードを備え、
   前記制御回路は、前記第一状態において、前記第一還流ダイオードと並列な前記第一スイッチング素子を開状態となるよう制御する、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の充電装置。
5. 前記第二下アームに設けられた前記第二スイッチング素子のうちいずれかのスイッチング素子と並列に設けられた第二還流ダイオードを備え、
   前記制御回路は、前記第二状態において、前記第二還流ダイオードと並列な前記第二スイッチング素子を開状態となるよう制御する、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の充電装置。
6. 前記制御回路は、前記第一状態において、前記第二スイッチング素子のうち前記第二状態で前記第二中間点と前記負極とを接続するよう閉じられるスイッチング素子のいずれかを閉じるとともに前記第二中間点と前記負極とが接続されないよう、前記第二スイッチング素子の開閉を制御する、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の充電装置。
7. 前記制御回路は、前記第二状態において、前記第一スイッチング素子のうち前記第一状態で前記第一中間点と前記正極とを接続するよう閉じられるスイッチング素子のいずれかを閉じるとともに前記第一中間点と前記正極とが接続されないよう、前記第一スイッチング素子の開閉を制御する、請求項１～６のうちいずれか一つに記載の充電装置。

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