JPH08317575A - 電気自動車用充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】主バッテリ用の充電器と補機バッテリ用の充電
器を一体化して構成部品を共用する充電装置において、
大容量の切換スイッチを不要とし、主バッテリと補機バ
ッテリを適正電圧で充電することができる電気自動車用
充電装置を提供する。 【構成】この電気自動車用充電装置は、外部の交流電源
１を電源として主バッテリ２０と補機バッテリ２１に充
電し、交流電源の非接続時、主バッテリを電源として補
機バッテリに充電する装置である。スイッチング整流回
路５は、トランスＴ１の主バッテリ用の二次巻線Ｍ２に
接続される双方向に通電可能な素子を有し、二次巻線に
誘起した交流電力を整流すると共に、主バッテリから供
給される直流電力をスイッチングする。可飽和リアクト
ル５１、５２は、トランスの補機バッテリ用の二次巻線
Ｍ３に接続された整流回路９と二次巻線Ｍ３との間に接
続され、可飽和リアクトル制御回路５０は補機バッテリ
の充電電圧が適正電圧となるように可飽和リアクトル５
１、５２の導通・非導通期間を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部の交流電源を電源
として主バッテリと補機バッテリに充電し、交流電源の
非接続時、主バッテリを電源として補機バッテリに充電
する電気自動車用充電装置に関し、特に、主バッテリの
充電器と補機バッテリの充電器を一体化して構成部品を
共用する充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車の充電装置として、車
両駆動用の主バッテリに充電する充電器と、補機電源用
の補機バッテリに充電する充電器とを一体化して構成し
た充電装置が、実開昭６３−３３３３７号公報等で提案
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この充電装置は、各々
の充電器の一次側の整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータ
の一次側回路とトランスを共用する構造であるが、主バ
ッテリに充電する場合と、主バッテリを電源として補機
バッテリに充電する場合において回路を切換えるため
に、切換スイッチを主バッテリ回路に接続していた。こ
の切換スイッチは、主バッテリの電流に合せた大容量の
スイッチを２個接続する必要があり、装置が大形化し、
製造コストが高くなる問題があった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、主バッテリ用の充電器と補機バッテリ用の充電器を
一体化して構成部品を共用する充電装置において、大容
量の切換スイッチを不要とし、主バッテリと補機バッテ
リを適正電圧で充電することができる電気自動車用充電
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、外部の交流電源を電源として主
バッテリと補機バッテリに充電し、交流電源の非接続
時、主バッテリを電源として補機バッテリに充電する電
気自動車用充電装置において、交流電源からの交流電力
を整流する整流器と、整流器からの直流電力をスイッチ
ングするスイッチング回路と、スイッチング回路に接続
される一次巻線を有し、主バッテリ用と補機バッテリ用
の複数の二次巻線を有するトランスと、トランスの主バ
ッテリ用の二次巻線に接続される双方向に通電可能な素
子を有し、二次巻線に誘起した交流電力を整流すると共
に、主バッテリから供給される直流電力をスイッチング
するスイッチング整流回路と、トランスの補機バッテリ
用の二次巻線に接続され、二次巻線に誘起した交流電力
を整流する整流回路と、整流回路と二次巻線との間に接
続された可飽和リアクトルと、補機バッテリの充電電圧
を入力し、充電電圧が適正電圧となるように可飽和リア
クトルの導通・非導通期間を制御する可飽和リアクトル
制御手段と、スイッチング回路及びスイッチング整流回
路のスイッチング動作を制御すると共に、可飽和リアク
トル制御手段の動作を制御する制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする。

【０００６】また、請求項２の発明は、請求項１の充電
装置において、外部の交流電源を電源として補機バッテ
リに充電する際、可飽和リアクトル制御手段が可飽和リ
アクトルの導通・非導通期間を制御して充電電圧を制御
し、主バッテリを電源として補機バッテリに充電する
際、可飽和リアクトルを飽和状態とし、制御手段がスイ
ッチング整流回路の素子のスイッチングを制御して充電
電圧を制御するように構成されたことを特徴とする。

【０００７】

【作用・効果】このような構成の電気自動車用充電装置
では、外部の交流電源を電源として主バッテリと補機バ
ッテリに充電する場合、交流電源から供給される交流電
力は、整流器で整流された後、スイッチング回路に供給
され、ここで、直流電力が制御されたデューティ比でス
イッチングされてトランスの一次側に供給され、その二
次側から電圧を昇圧或は降圧された交流電力が出力され
る。その交流電力は次にスイッチング整流回路に供給さ
れ、ここで、前記スイッチング回路のスイッチングと同
期してスイッチングを行うと共に整流動作を行うことに
より直流に変換され、主バッテリに充電電流が供給され
る。このとき、制御手段はスイッチング回路のスイッチ
ングのデューティ比を制御することにより、主バッテリ
の充電電圧が適正な電圧となるように制御する。

【０００８】一方、トランスの補機バッテリ用の二次巻
線にも所定電圧の交流電力が出力され、この補機バッテ
リ用の二次巻線から出力された交流電力は可飽和リアク
トルを通して整流回路に送られ、ここで整流された直流
電力が補機バッテリに充電電流として供給される。この
とき、可飽和リアクトル制御手段が可飽和リアクトルの
導通・非導通期間を制御することにより、その充電電圧
が適正値に制御され、良好に充電される。

【０００９】一方、主バッテリを電源として補機バッテ
リに充電する場合、主バッテリからの直流電力がスイッ
チング整流回路に供給され、ここで、直流電力が制御さ
れたデューティ比でスイッチングされてトランスの二次
巻線（一次側となる）に供給され、補機バッテリ用の二
次巻線から所定電圧の交流電力が出力される。この交流
電力は可飽和リアクトルを通して整流回路に送られ、こ
こで整流された直流電力が補機バッテリに充電電流とし
て供給される。このとき、可飽和リアクトルは飽和状態
とされ、制御電力を不要として効率良く充電が行われ
る。

【００１０】このように、トランスの主バッテリ用の二
次巻線に接続されるスイッチング整流回路が、双方向に
通電可能な素子を有し、二次巻線に誘起した交流電力を
整流すると共に、主バッテリから供給される直流電力を
スイッチングするように構成されるため、主バッテリ用
の充電器と補機バッテリ用の充電器を一体化して構成部
品を共用する充電装置において、従来のような大容量の
切換スイッチを不要として、装置を小形化できると共
に、製造コストも低減することができる。

【００１１】また、補機バッテリ用の二次巻線と整流回
路との間に可飽和リアクトルを接続し、可飽和リアクト
ル制御手段により、補機バッテリの充電電圧が適正電圧
となるように可飽和リアクトルの導通・非導通期間を制
御するため、補機バッテリの充電電圧を独立して制御す
ることができ、このために、交流電源を電源として補機
バッテリに充電する場合と主バッテリを電源として補機
バッテリに充電する場合の両方の場合において、充電電
圧を適正値に制御して良好に充電することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】図１は電気自動車用充電装置の回路図を示
している。この充電装置１００は、トランスＴ１と、ト
ランスＴ１の一次側回路１３０と、トランスＴ１の二次
側に接続された主バッテイ用の第一出力部１１０と、補
機バッテリ用の第二出力部１２０と、これらを制御する
制御回路１５とから構成される。

【００１４】一次側回路１３０は、外部の交流電源１に
コネクタ２を介して接続され全波整流を行う整流器３
と、整流器３の出力側に接続されたスイッチング回路４
とからなる。スイッチング回路４は、整流器３から出力
された直流電力を制御されたデューティ比でスイッチン
グするフルブリッジ接続のスイッチング素子（ＭＯＳＦ
ＥＴ）４１〜４４からなり、その出力側はトランスＴ１
の一次巻線Ｍ１に接続される。

【００１５】第一出力回路１１０は、トランスＴ１の二
次巻線Ｍ２に接続されたスイッチング整流回路５と、そ
の出力側に接続された平滑用のリアクトル６、コンデン
サ７、及び切換回路８とから構成される。第一出力回路
１１０の出力端子１１１、１１２には主バッテリ２０が
接続される。

【００１６】スイッチング整流回路５は、双方向に通電
可能な２個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）２５、
２６をプッシュプル接続して構成される。２個のスイッ
チング素子２５、２６は、二次巻線Ｍ２に誘起された交
流電力を、上記スイッチング回路４のスイッチング動作
に同期してスイッチングし、その寄生ダイオードを通し
て電流を流すことにより、整流して次の平滑回路に出力
する。また、スイッチング整流回路５は、主バッテリ２
０を電源として補機バッテリ２１に充電する際には、主
バッテリ２０からの直流電流を制御回路１５からの制御
信号によりスイッチングして二次巻線Ｍ２に供給する。

【００１７】第二出力回路１２０は、トランスＴ１の他
方の二次巻線Ｍ３に可飽和リアクトル５１、５２を介し
て接続された整流回路９、整流回路９の出力側に接続さ
れた平滑用のリアクトル１０とコンデンサ１１、及び可
飽和リアクトル５１、５２の導通期間（非導通期間）を
制御して充電電圧を制御する可飽和リアクトル制御回路
５０から構成される。

【００１８】可飽和リアクトル制御回路５０は、誤差増
幅器５６と、スイッチ回路５８と、ダイオード５３、５
４とから構成され、誤差増幅器５６の一方の入力側に基
準電圧源５７が接続され、他方の入力側に充電電圧が入
力されるように接続される。誤差増幅器５６の出力側
は、スイッチ回路５８とダイオード５３、５４を介して
可飽和リアクトル５２と５３に接続される。また、整流
回路９の出力側の正極と負極間にダイオード５５が接続
される。

【００１９】スイッチ回路５８は、制御回路１５から送
られる制御信号によりオンオフ動作し、第二出力回路１
２０の出力端子１２１、１２２には補機バッテリ２１が
接続される。

【００２０】ところで、上記トランスＴ１の第一出力回
路用の二次巻線Ｍ２の巻数Ｎ１と第二出力回路用の二次
巻線Ｍ３の巻数Ｎ２の巻数比は、交流電源１を電源とす
る充電を考慮した場合、その回路に接続するバッテリの
容量、つまり主バッテリ２０のバッテリ数Ｎ１と補機バ
ッテリ２１のバッテリ数Ｎ２の比に合せて、つまりＭ
２：Ｍ３＝Ｎ１：Ｎ２の関係で設定される。

【００２１】しかし、主バッテリ２０を電源として補機
バッテリ２１に充電する場合、その充電電圧はその放電
電圧より高くする必要があるが、主バッテリ２０の電圧
をＶ１、補機バッテリ２１の電圧をＶ２とした場合、上
記のように、Ｍ２：Ｍ３＝Ｎ１：Ｎ２の巻数比の二次巻
線Ｍ２、Ｍ３を有するトランスＴ１では、 Ｖ２＝（Ｎ２／Ｎ１）×Ｖ１ となり、補機バッテリ２
１の充電電圧がその放電電圧より高くならず、充電を良
好に行うことができない。

【００２２】このため、トランスＴ１の二次巻線Ｍ２と
Ｍ３の巻数比は、主バッテリ２０のバッテリ数Ｎ１と補
機バッテリ２１のバッテリ数Ｎ２より決定される比よ
り、補機バッテリ２１用の二次巻線Ｍ３の巻数を大きく
してその充電電圧を高くするように、設定される。

【００２３】しかし、トランスＴ１の二次巻線Ｍ２とＭ
３の巻数比を、主バッテリ２０のバッテリ数Ｎ１と補機
バッテリ２１のバッテリ数Ｎ２から決定される比より大
きくした場合、交流電源１を電源として充電する際に
は、補機バッテリ２１の充電電圧が適正充電電圧より高
くなり過ぎてしまう。このため、本充電装置では、二次
巻線Ｍ３の出力側に可飽和リアクトル５１、５２を接続
し、この可飽和リアクトル５１、５２の導通期間（非導
通期間）を制御することにより、充電電圧を適正値まで
下げるように制御する。

【００２４】制御回路１５は、交流電源１を電源とする
充電時、スイッチング回路４及びスイッチング整流回路
５に所定周期のスイッチング信号を出力し、主バッテリ
２０を電源とする補機バッテリ２１の充電時には、スイ
ッチング整流回路５に所定周期のスイッチング信号を出
力すると共に、第一出力回路１１０の切換回路８を、リ
アクトル６を短絡しコンデンサ７をオフする側に切換え
るように制御し、さらに、可飽和リアクトル制御回路５
０のスイッチ回路５８をオフ制御するように構成され
る。

【００２５】また、制御回路１５には、コネクタ２の電
圧を検出する信号線、第一出力回路１１０の充電電圧を
検出する信号線、第二出力回路１２０の充電電圧を検出
する信号線が接続される。

【００２６】次に、上記構成の電気自動車用充電装置の
動作を説明する。

【００２７】交流電源１を使用して主バッテリ２０と補
機バッテリ２１に充電する場合、コネクタ２を交流電源
１に接続する。これにより、交流電源１からコネクタ２
を通して交流電力が一次側回路１３０に供給され、この
電力は整流器３で全波整流された後、スイッチング回路
４に供給される。スイッチング回路４では、所定の充電
電圧が得られるように、制御回路１５によって４個のス
イッチング素子４１〜４４がスイッチング制御され、制
御されたデューティ比の交流電力がトランスＴ１の一次
側に供給される。

【００２８】そして、トランスＴ１の二次巻線Ｍ２、Ｍ
３には、上記のような巻数Ｎ１、Ｎ２に応じた交流電圧
が誘起される。第一出力回路１１０のスイッチング整流
回路５は、制御回路１５により一次側スイッチング回路
４と同期してスイッチング制御され、これにより、二次
巻線Ｍ２からの交流電力が全波整流され、さらに、次の
リアクトル６とコンデンサ７の作用により平滑される。
そして、制御された適正な直流電圧（充電電圧）が出力
端子１１１、１１２間に発生し、そこに接続された主バ
ッテリ２０に充電電流が供給され、充電が行われる。

【００２９】このような充電が行われる間、制御回路１
５は、その充電電圧を検出し、充電検出電圧に基づき、
スイッチング回路４とスイッチング整流回路５のスイッ
チングのデューティ比を制御し、その充電検出電圧が予
め設定された適正な充電電圧となるように制御が行われ
る。

【００３０】また、第二出力回路１２０では、二次巻線
Ｍ３から出力され交流電流が可飽和リアクトル５１、５
２を通して整流回路９に送られ、交流電力は全波整流さ
れた後、リアクトル１０とコンデンサ１１により平滑さ
れ、出力端子１２１、１２２から補機バッテリ２１に充
電電流が供給され、充電が行われる。

【００３１】このとき、可飽和リアクトル制御回路５０
は、第二出力回路１２０の出力電圧（充電電圧）が所定
の適正充電電圧となるように可飽和リアクトル５１、５
２の導通期間（非導通期間）を制御する。

【００３２】例えば、第二出力回路１２０の出力電圧が
高くなると、誤差増幅器５６に入力される基準電圧源５
７との差電圧が増大し、誤差増幅器５６からはより高い
電圧信号がダイオード５３、５４を通して可飽和リアク
トル５１、５２に、リセット電圧として供給される。し
たがって、より高いリセット電圧が可飽和リアクトル５
１、５２に印加されることにより、可飽和リアクトル５
１、５２の非導通期間が長くなり、第二出力回路１２０
の出力電圧（充電電圧）が低くなるように制御される。

【００３３】一方、第二出力回路１２０の出力電圧が低
くなると、誤差増幅器５６に入力される基準電圧源５７
との差電圧が低下し、誤差増幅器５６からはより低い電
圧信号がダイオード５３、５４を通して可飽和リアクト
ル５１、５２に、リセット電圧として供給される。した
がって、より低いリセット電圧が可飽和リアクトル５
１、５２に印加されることにより、可飽和リアクトル５
１、５２の非導通期間が短くなり、第二出力回路１２０
の出力電圧（充電電圧）が高くなるように制御される。

【００３４】これによって、充電電圧が常に適正電圧と
なるように制御され、出力端子１２１、１２２に接続さ
れた補機バッテリ２１には適正な充電が行われる。

【００３５】一方、コネクタ２を交流電源１に接続せ
ず、主バッテリ２０を電源として補機バッテリ２１に充
電する場合、制御回路１５は、第一出力回路１１０の切
換回路８に切換信号を送って、リアクトル６を短絡させ
且つコンデンサ７をオフさせるように切換回路８を切換
え、さらに、可飽和リアクトル制御回路５０のスイッチ
回路５８にオフ信号を送り、スイッチ回路５８をオフに
して、可飽和リアクトル制御回路５０を非作動状態とす
る。

【００３６】そして、制御回路１５は、スイッチング整
流回路５のスイッチング素子５５、５６のスイッチング
のデューティ比を制御することにより、第二出力回路１
２０の出力端子１２１、１２２から適正な充電電圧が出
力されるように制御する。

【００３７】このとき、トランスＴ１では、その二次巻
線Ｍ２が一次コイルとして二次巻線Ｍ３が二次コイルと
して動作し、二次巻線Ｍ３に発生した交流電力は、可飽
和リアクトル５１、５２を通して整流回路９に供給され
て整流され、さらに、リアクトル１０とコンデンサ１１
により平滑され、直流電力が出力端子１２１、１２２か
ら出力される。このとき、可飽和リアクトル制御回路５
０のオフ制御によって、可飽和リアクトル５１、５２
は、常に飽和状態を保持し、制御電力を不要として効率
良く整流回路９に電流を流し、適正な充電が効率良く行
われる。

【００３８】なお、上記実施例では、主バッテリ２０を
電源として補機バッテリ２１に充電する場合、可飽和リ
アクトル制御回路５０をオフにし、スイッチング整流回
路５のスイッチングのデューティ比を制御することによ
って、補機バッテリ用の充電電圧を制御したが、スイッ
チング整流回路５のデューティ比を一定とし、可飽和リ
アクトル制御回路５０をオンして動作させ、可飽和リア
クトル５１、５２によりその導通期間（非導通期間）を
制御して補機バッテリ用の充電電圧を適正値に制御する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気自動車用充電装置
の回路図である。

【符号の説明】

１−交流電源、 ３−整流器、 ４−スイッチング回路、 ５−スイッチング整流回路、 ９−整流回路、 １５−制御回路、 ２０−主バッテリ、 ２１−補機バッテリ、 ５０−可飽和リアクトル制御回路、 ５１、５２−可飽和リアクトル、 Ｔ１−トランス、 Ｍ２、Ｍ３−二次巻線。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｆ Ｖ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部の交流電源を電源として主バッテリ
   と補機バッテリに充電し、該交流電源の非接続時、該主
   バッテリを電源として該補機バッテリに充電する電気自
   動車用充電装置において、 前記交流電源からの交流電力を整流する整流器と、 該整流器からの直流電力をスイッチングするスイッチン
   グ回路と、 該スイッチング回路に接続される一次巻線を有し、主バ
   ッテリ用と補機バッテリ用の複数の二次巻線を有するト
   ランスと、 該トランスの主バッテリ用の二次巻線に接続される双方
   向に通電可能な素子を有し、該二次巻線に誘起した交流
   電力を整流すると共に、主バッテリから供給される直流
   電力をスイッチングするスイッチング整流回路と、 該トランスの補機バッテリ用の二次巻線に接続され、該
   二次巻線に誘起した交流電力を整流する整流回路と、 該整流回路と該二次巻線との間に接続された可飽和リア
   クトルと、 該補機バッテリの充電電圧を入力し、該充電電圧が適正
   電圧となるように該可飽和リアクトルの導通・非導通期
   間を制御する可飽和リアクトル制御手段と、 前記スイッチング回路及びスイッチング整流回路のスイ
   ッチング動作を制御すると共に、前記可飽和リアクトル
   制御手段の動作を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする電気自動車用充電装置。
2. 【請求項２】 外部の交流電源を電源として補機バッテ
   リに充電する際、前記可飽和リアクトル制御手段が前記
   可飽和リアクトルの導通・非導通期間を制御して充電電
   圧を制御し、前記主バッテリを電源として補機バッテリ
   に充電する際、該可飽和リアクトルを飽和状態とし、前
   記制御手段が前記スイッチング整流回路の素子のスイッ
   チングを制御して充電電圧を制御するように構成された
   請求項１記載の電気自動車用充電装置。