KR102254782B1 - 충전 장치 - Google Patents

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요시타카 니이미
나오요시 다카마츠
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

제 1 인버터 (4) 와 제 2 인버터 (5) 를 갖고, 1 개의 모터 (6) 를 구동시키는 전원 회로 (10) 를 구비하는 충전 장치 (1) 로서, 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 는 제 1 축전지 (2) 의 정극측에 접속되고, 충전 포트 (8) 의 부극 단자 (8B) 는 제 2 축전지 (3) 의 부극측에 접속되고, 충전기 (100) 가 제 1 전력을 출력하는 경우에는, 당해 제 1 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전할 때에, 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 를 병렬로 접속하고, 충전기 (100) 가 제 1 전력보다 큰 제 2 전력을 출력하는 경우에는, 당해 제 2 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전할 때에, 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 를 직렬로 접속한다.

Description

충전 장치{CHARGING APPARATUS}
본 발명은, 충전 장치에 관한 것이다.
일본 공개특허공보 2006-238686호에는, 차량에 탑재된 더블 엔드형 인버터 시스템으로서, 2 개의 축전지와 2 개의 인버터에 의해 1 개의 부하를 구동시키는 전원 회로가 개시되어 있다.
그런데, 차량에 탑재된 축전지를 외부 전원으로부터의 전력에 의해 충전할 때, 급속 충전으로서, 외부 전원으로부터의 직류 전력을 차재의 축전지에 공급하는 것이 실시된다. 또한 급속 충전에는, 종래보다 단시간에서의 충전 완료를 가능하게 하는 초급속 충전이 존재한다. 초급속 충전 규격으로서, 예를 들어, 최대 전압이 500 V 이고 최대 전류가 400 A 가 되는 최대 출력 150 ㎾ 의 초급속 충전 규격이나, 최대 전압이 1000 V 이고 최대 전류가 400 A 가 되는 최대 출력 350 ㎾ 의 초급속 충전 규격이 알려져 있다.
150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격과 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격에서는 출력 전압의 크기가 상이하다. 이 경우, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격의 출력 전력에 맞춰 축전지의 최대 전압을 500 V 로 설계하면, 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격의 충전 설비에 접속해도 전류 제약 때문에 최대 전력 150 ㎾ 에서의 충전 밖에 실시할 수 없다. 한편, 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격의 출력 전력에 대응하기 위하여 축전지의 전압을 1000 V 로 설계하면, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격의 충전 설비에서는 전압 제약 때문에 충전할 수 없다. 그래서, 외부 전원이 되는 충전기측에 복수의 초급속 충전 규격이 존재하는 경우에는, 축전지를 포함하는 충전 장치측에서 각 초급속 충전 규격에 대응할 것이 요망된다. 또한, 초급속 충전 규격에서는 최대 전류치가 크기 때문에, 충전 중에 충전 장치측의 도선에서 발생하는 발열을 고려할 것도 요망된다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 복수의 초급속 충전 규격에 대응할 수 있음과 함께, 통전에 의한 발열을 억제할 수 있는 충전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 제 1 축전지와 부하 사이에 접속된 제 1 인버터와, 제 2 축전지와 부하 사이에 접속된 제 2 인버터를 갖고, 1 개의 부하를 구동시키는 전원 회로와, 제 1 축전지 및 제 2 축전지에 외부 전원으로부터의 전력을 충전할 때에 외부 전원과 접속하는 충전 포트를 구비하고, 충전 포트의 정극 단자는, 제 1 축전지의 정극측에 접속되어 있고, 충전 포트의 부극 단자는, 제 2 축전지의 부극측에 접속되어 있고, 전원 회로는, 외부 전원으로부터 출력되는 전력이 제 1 전력인 경우에는, 당해 제 1 전력을 각 축전지에 충전할 때에, 제 1 축전지와 제 2 축전지를 병렬로 접속한 상태가 되고, 외부 전원으로부터 출력되는 전력이 제 1 전력보다 큰 제 2 전력인 경우에는, 당해 제 2 전력을 각 축전지에 충전할 때에, 제 1 축전지와 제 2 축전지를 직렬로 접속한 상태가 되는 것을 특징으로 한다.
또, 제 1 전력은, 최대 전압이 제 1 값이고 최대 전류가 소정 전류치가 되는 전력이고, 제 2 전력은, 최대 전압이 제 1 값보다 큰 제 2 값이고 최대 전류가 소정 전류치가 되는 전력이어도 된다.
이 구성에 의하면, 최대 전력의 크기가 상이한 제 1 전력과 제 2 전력에 대응하여 각 축전지에 외부 전원으로부터의 공급 전력을 충전할 수 있다. 이로써, 출력 전압의 크기가 상이한 복수의 초급속 충전 규격에 대응할 수 있다.
또, 제 1 축전지의 전압 및 제 2 축전지의 전압은, 제 1 값으로 설정되고, 제 1 축전지의 전압과 제 2 축전지의 전압의 합은, 제 2 값이 되도록 설정되어도 된다.
이 구성에 의하면, 제 1 축전지의 전압 및 제 2 축전지의 전압이 제 1 값으로 설정되어 있기 때문에, 최대 전압이 제 1 값이 되는 제 1 전력을 출력하는 외부 전원으로부터의 공급 전력을 충전할 때에 제 1 축전지와 제 2 축전지를 병렬로 접속함으로써 충전 가능하게 대응할 수 있다. 또, 제 1 축전지의 전압과 제 2 축전지의 전압의 합이 제 2 값으로 설정되어 있기 때문에, 최대 전압이 제 2 값이 되는 제 2 전력을 출력하는 외부 전원으로부터의 공급 전력을 충전할 때에 제 1 축전지와 제 2 축전지를 직렬로 접속함으로써 충전 가능하게 대응할 수 있다.
또, 부하는, 교류 전력에 의해 구동하는 3 상 교류 전동기이고, 외부 전원으로부터의 전력을 각 축전지에 충전할 때, 3 상 교류 전동기의 3 상의 권선에서 각각에 발생하는 발열량의 차를 적게 하는 균등화 제어를 실시하는 제어 장치를 추가로 구비해도 된다.
이 구성에 의하면, 초급속 충전 규격에 따른 큰 전류가 3 상 교류 전동기의 권선에 흐르는 경우여도, 제어 장치가 균등화 제어를 실시함으로써, 3 상 중 특정한 상의 권선이 집중적으로 발열되는 것을 억제할 수 있다.
또, 제 1 인버터 및 제 2 인버터는, 3 상 교류 전동기의 각 상에 대응하는 스위칭 소자를 각각 갖고, 제어 장치는, 균등화 제어로서, 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하는 제어를 실시해도 된다.
이 구성에 의하면, 충전 중에 제어 장치가 균등화 제어로서 각 인버터의 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하는 제어를 실시하기 때문에, 3 상 중 특정한 상의 권선이 집중적으로 발열되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 충전시에 특정한 상의 권선 온도가 계속 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또, 제 1 인버터 및 제 2 인버터는 각각, 각 상의 상하측 아암을 구성하는 6 개의 스위칭 소자를 갖고, 제 1 축전지와 제 2 축전지를 병렬로 접속하여 제 1 전력을 각 축전지에 충전할 때, 제어 장치는, 균등화 제어로서, 3 상 중 어느 1 상의 권선을 흐르는 전류의 제 1 전류치가, 나머지의 2 상의 권선을 흐르는 전류의 제 2 전류치보다 커지는 접속 상태로 스위칭 소자의 온과 오프를 제어해도 된다.
이 구성에 의하면, 제 1 축전지와 제 2 축전지를 병렬로 접속한 상태에서 충전 중에, 3 상의 권선 전부에 전류가 흐르도록 제어 장치가 스위칭 소자의 온과 오프를 제어한다. 이로써, 제 1 전류치의 전류가 흐르는 상을 1 상만으로 할 수 있음과 함께, 3 상의 권선에 전류를 분산하여 흘릴 수 있기 때문에, 3 상의 권선에서 발생하는 발열량의 차를 줄일 수 있다.
또, 제어 장치는, 3 상의 권선의 온도 중 어느 상의 온도가 소정 임계치보다 높은 경우에는, 3 상의 권선 중 가장 온도가 낮은 권선에 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환해도 된다.
이 구성에 의하면, 제어 장치가 권선의 온도에 기초하여 각 상의 권선에 흐르는 전류의 크기를 전환하기 때문에, 제 1 전류치의 전류가 흐르는 상의 권선을 전환할 수 있다. 이로써, 특정한 상의 권선 온도가 계속 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또, 제어 장치는, 3 상의 권선의 온도 중 어느 상의 온도가 소정 임계치보다 높은 경우에는, U 상의 권선과 V 상의 권선과 W 상의 권선에 차례대로 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환해도 된다.
이 구성에 의하면, 권선 온도에 기초하여, U 상의 권선, V 상의 권선, W 상의 권선으로 차례대로 제 1 전류치의 전류가 흐르는 권선이 전환되기 때문에, 특정한 상의 권선 온도가 계속 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또, 제어 장치는, 균등화 제어 중에 소정 시간이 경과한 경우에는, 3 상의 권선 중 가장 온도가 낮은 권선에 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환해도 된다.
이 구성에 의하면, 충전 중의 시간 경과에 따라 제어 장치가 3 상의 권선 중 가장 온도가 낮은 권선에 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하기 때문에, 병렬 접속 상태에서 충전 중에 각 상의 권선을 흐르는 전류의 크기를 전환할 수 있다.
또, 제어 장치는, 균등화 제어 중에 소정 시간이 경과한 경우에는, U 상의 권선과 V 상의 권선과 W 상의 권선에 차례대로 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환해도 된다.
이 구성에 의하면, 충전 중의 시간 경과에 따라 제어 장치가 U 상의 권선과 V 상의 권선과 W 상의 권선에 차례대로 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하기 때문에, 권선 온도를 모르는 상태여도 시간 경과에 따라 각 상의 권선을 흐르는 전류의 크기를 전환할 수 있다.
또, 제 1 축전지와 제 2 축전지를 직렬로 접속하여 제 2 전력을 각 축전지에 충전할 때, 제어 장치는, 균등화 제어로서, 제 1 인버터에 포함되는 스위칭 소자 중 3 상 전부의 하측 아암 소자를 온으로 하고, 또한 제 2 인버터에 포함되는 스위칭 소자 중 3 상 전부의 상측 아암 소자를 온으로 해도 된다.
이 구성에 의하면, 제 1 축전지와 제 2 축전지를 직렬로 접속한 상태에서 충전 중에 있어서, 제어 장치가 3 상의 권선 전부에 전류가 흐르도록 각 인버터의 스위칭 소자를 제어하기 때문에, 각 상의 권선에 동일한 크기의 전류가 흘러, 각 상의 권선에서 발생하는 발열량의 차를 줄일 수 있다.
본 발명에 의하면, 외부 전원에 있어서의 복수의 초급속 충전 규격에 대응하여, 외부 전원으로부터의 공급 전력을 제 1 축전지 및 제 2 축전지에 충전할 수 있음과 함께, 통전에 의한 발열을 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들, 그리고 기술적 및 산업적 중요성은 첨부되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이고, 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은, 제 1 실시형태의 충전 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 2 개의 축전지를 병렬로 접속한 상태에서 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 충전하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 2 개의 축전지를 직렬로 접속한 상태에서 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 충전하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 제 2 실시형태에서의 병렬 접속 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 3 상의 권선의 온도 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 6 은, 병렬 접속 상태의 전환 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7 은, 병렬 접속 상태의 전환 제어 플로를 나타내는 플로 차트이다.
도 8 은, 도 7 에 나타내는 제어 플로의 변형예를 나타내는 플로 차트이다.
도 9 는, 도 7 에 나타내는 제어 플로의 다른 변형예를 나타내는 플로 차트이다.
도 10 은, 도 9 에 나타내는 제어 플로의 변형예를 나타내는 플로 차트이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 있어서의 충전 장치에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
(제 1 실시형태) 도 1 은, 제 1 실시형태의 충전 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태의 충전 장치 (1) 는, 2 개의 축전지 (2, 3) 와 2 개의 인버터 (4, 5) 에 의해, 1 개의 모터 (6) 를 구동시키는 전원 회로 (10) 를 포함하여 구성되어 있다. 이 전원 회로 (10) 는 더블 엔드형 인버터 시스템이다. 또, 충전 장치 (1) 는, 2 개의 인버터 (4, 5) 를 제어하는 제어 장치 (7) 와, 외부 전원인 충전기 (100) 와 접속하는 충전 포트 (8) 를 구비하고 있다.
전원 회로 (10) 는, 제 1 축전지 (2) 로부터 출력되는 직류 전력을 제 1 인버터 (4) 에서 교류 전력으로 변환하고, 그 교류 전력을 제 1 인버터 (4) 로부터 모터 (6) 에 공급한다. 이 교류 전력에 의해 모터 (6) 가 구동된다. 또, 전원 회로 (10) 는, 제 2 축전지 (3) 로부터 출력되는 직류 전력을 제 2 인버터 (5) 에서 교류 전력으로 변환하고, 그 교류 전력을 제 2 인버터 (5) 로부터 모터 (6) 에 공급한다. 이와 같이, 제어 장치 (7) 에서 2 개의 인버터 (4, 5) 에 출력되는 지령 신호에 의해 모터 (6) 의 구동이 제어된다. 전원 회로 (10) 에서는, 제 1 인버터 (4) 와 모터 (6) 와 제 2 인버터 (5) 를 통하여 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 를 접속한다.
제 1 축전지 (2) 는, 충전 및 방전이 가능한 이차 전지에 의해 구성되고, 정극측 라인 (PL1) 및 부극측 라인 (NL1) 을 통하여 제 1 인버터 (4) 와 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 축전지 (2) 가 방전하는 전력이 제 1 인버터 (4) 를 통하여 모터 (6) 에 공급된다.
제 2 축전지 (3) 는, 충전 및 방전이 가능한 이차 전지에 의해 구성되고, 정극측 라인 (PL2) 및 부극측 라인 (NL2) 을 통하여 제 2 인버터 (5) 와 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 축전지 (3) 가 방전하는 전력이 제 2 인버터 (5) 를 통하여 모터 (6) 에 공급된다.
제 1 인버터 (4) 및 제 2 인버터 (5) 는, 3 상의 전류를 권선에 통전할 수 있도록, 상마다 복수의 스위칭 소자와 다이오드를 구비한 인버터 회로에 의해 구성되어 있다. 각 인버터 (4, 5) 에서는, 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하는 스위칭 동작에 의해 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
제 1 인버터 (4) 에서는, 각 상 (U 상, V 상, W 상) 의 상하측 아암 (41, 42, 43) 을 구성하는 6 개의 스위칭 소자 (41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b) 를 구비한다. U 상의 상하측 아암 (41) 에서는, 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a) 와 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (41b) 가 직렬로 접속되어 있다. V 상의 상하측 아암 (42) 에서는, 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (42a) 와 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (42b) 가 직렬로 접속되어 있다. W 상의 상하측 아암 (43) 에서는, 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (43a) 와 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b) 가 직렬로 접속되어 있다. 각 스위칭 소자 (41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b) 는 각각 트랜지스터 소자에 의해 구성되어 있다. 또한, 각 스위칭 소자 (41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b) 에는 모두 다이오드가 병렬로 접속되어 있다.
제 2 인버터 (5) 에서는, 각 상 (U 상, V 상, W 상) 의 상하측 아암 (51, 52, 53) 을 구성하는 6 개의 스위칭 소자 (51a, 51b, 52a, 52b, 53a, 53b) 를 구비한다. U 상의 상하측 아암 (51) 에서는, 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (51a) 와 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (51b) 가 직렬로 접속되어 있다. V 상의 상하측 아암 (52) 에서는, 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (52a) 와 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (52b) 가 직렬로 접속되어 있다. W 상의 상하측 아암 (53) 에서는, 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (53a) 와 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (53b) 가 직렬로 접속되어 있다. 각 스위칭 소자 (51a, 51b, 52a, 52b, 53a, 53b) 는 각각 트랜지스터 소자에 의해 구성되어 있다. 또한, 각 스위칭 소자 (51a, 51b, 52a, 52b, 53a, 53b) 에는 모두 다이오드가 병렬로 접속되어 있다.
모터 (6) 는, 제 1 인버터 (4) 를 통하여 제 1 축전지 (2) 와 전기적으로 접속되고, 또한 제 2 인버터 (5) 를 통하여 제 2 축전지 (3) 와 전기적으로 접속되어 있다. 이 모터 (6) 는 3 상 교류 모터에 의해 구성되어 있다. 모터 (6) 의 스테이터에 권회된 3 상의 권선 (U 상의 권선 (21), V 상의 권선 (22), W 상의 권선 (23)) 이 각 인버터 (4, 5) 와 전기적으로 접속되어 있다. U 상의 권선 (21) 은 제 1 인버터 (4) 의 U 상의 상하측 아암 (41) 과 제 2 인버터 (5) 의 U 상의 상하측 아암 (51) 에 접속되어 있다. V 상의 권선 (22) 은 제 1 인버터 (4) 의 V 상의 상하측 아암 (42) 과 제 2 인버터 (5) 의 V 상의 상하측 아암 (52) 에 접속되어 있다. W 상의 권선 (23) 은 제 1 인버터 (4) 의 W 상의 상하측 아암 (43) 과 제 2 인버터 (5) 의 W 상의 상하측 아암 (53) 에 접속되어 있다. 그리고, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 에 전류가 흐름으로써 모터 (6) 가 구동된다. 이 모터 (6) 는 전원 회로 (10) 에 접속된 부하이고, 충전 장치 (1) 가 차량에 탑재된 경우에는 주행용 동력원으로서 기능하는 것이다.
제어 장치 (7) 는, CPU 와, 각종 프로그램 등의 데이터가 격납된 기억부와, 모터 (6) 를 구동 제어하기 위한 각종의 연산을 실시하는 연산 처리부를 구비하는 전자 제어 장치 (ECU) 에 의해 구성되어 있다. 예를 들어, 연산 처리부에 있어서의 연산의 결과, 각 인버터 (4, 5) 를 제어하기 위한 지령 신호가 제어 장치 (7) 로부터 각 인버터 (4, 5) 에 출력된다. 이 지령 신호에는, 2 개의 인버터 (4, 5) 를 구성하는 복수의 스위칭 소자 중, 스위칭 동작의 제어 대상이 되는 스위칭 소자를 전환하기 위한 전환 지령이 포함된다.
충전 포트 (8) 는, 충전 장치 (1) 의 각 축전지 (2, 3) 에 외부 전원으로부터의 전력을 충전할 때에, 충전 설비인 충전기 (100) 에 접속되는 접속구이다. 충전기 (100) 는, 예를 들어 케이블 및 충전 플러그 (모두 도시 생략) 를 갖는 충전 스탠드에 의해 구성된다. 충전기 (100) 의 충전 플러그가 충전 포트 (8) 에 접속된다.
또, 충전 장치 (1) 에서는 충전 포트 (8) 와 전원 회로 (10) 가 전기적으로 접속되어 있다. 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 는, 제 1 축전지 (2) 의 정극측에 접속되어 있다. 충전 포트 (8) 의 부극 단자 (8B) 는, 제 2 축전지 (3) 의 부극측에 접속되어 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 축전지 (2) 의 정극과 제 1 인버터 (4) 사이의 정극측 라인 (PL1) 상에 형성된 제 1 접속점 (11) 에, 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 가 접속되어 있다. 또한, 제 2 축전지 (3) 의 부극과 제 2 인버터 (5) 사이의 부극측 라인 (NL2) 상에 형성된 제 2 접속점 (12) 에, 충전 포트 (8) 의 부극 단자 (8B) 가 접속되어 있다.
이 충전 장치 (1) 는, 충전기 (100) 로부터의 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전할 때, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬로 접속한 상태 (병렬 접속 상태) 와, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 직렬로 접속한 상태 (직렬 접속 상태) 를 전환함으로써 상이한 충전 규격에 대응할 수 있다. 급속 충전 규격은 직류 전력을 출력하는 충전 스탠드를 들 수 있다. 그리고, 상이한 충전 규격으로는, 최대 출력이 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격이나, 최대 출력이 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격을 들 수 있다. 그래서, 충전 장치 (1) 에서는, 복수의 초급속 충전 규격에 대응하기 위하여, 2 개의 인버터 (4, 5) 와 1 개의 모터 (6) 를 통하여 2 개의 축전지 (2, 3) 를 접속하고, 인버터에 의해 축전지의 접속 상태를 병렬과 직렬로 전환한다.
여기서, 도 2 및 도 3 을 참조하여, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬로 접속한 상태에서 충전하는 경우와, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 직렬로 접속한 상태에서 충전하는 경우에 대해 설명한다.
도 2 는, 2 개의 축전지를 병렬로 접속한 상태에서 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 충전하는 경우를 나타내는 도면이다. 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 가 병렬로 접속된 상태에서, 충전 장치 (1) 의 충전 포트 (8) 에 충전기 (100) 의 충전 플러그가 접속되어 있다. 예를 들어, 충전기 (100) 는 최대 전압이 500 V (제 1 값) 에서 최대 전류가 400 A 가 되는 최대 출력 150 ㎾ 의 전력 (제 1 전력) 을 출력 가능한 급속 충전 스탠드이다. 이 경우, 충전 장치 (1) 는 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬 접속 상태로 하여, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격으로 구성된 충전기 (100) 로부터의 공급 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전한다. 충전 장치 (1) 측에서는, 제 1 축전지 (2) 의 전압 (VB1) 은 500 V, 제 2 축전지 (3) 의 전압 (VB2) 은 500 V 로 설계되어 있다. 요컨대, 제 1 축전지 (2) 의 전압 (VB1) 및 제 2 축전지 (3) 의 전압 (VB2) 은, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격으로 구성된 외부 전원의 최대 전압 (제 1 값) 과 동일한 값으로 설정되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 인버터 (4) 에서는, U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a) 가 온이 되고, W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b) 가 온이 된다. 추가로, 제 2 인버터 (5) 에서는, U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (51a) 가 온이 되고, W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (53b) 가 온이 된다. 도 2 에 나타내는 병렬 접속 상태에서는, 제 1 인버터 (4) 와 제 2 인버터 (5) 에서, V 상의 스위칭 소자 (42a, 42b, 52a, 52b) 가 모두 오프이다.
도 2 에 나타내는 병렬 접속 상태의 충전 장치 (1) 에, 최대 출력 150 ㎾ 급의 외부 전원인 충전기 (100) 로부터의 직류 전력을 공급하면, 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 로부터 전원 회로 (10) 에 400 A 의 전류 (I1) 가 흘러들고, 그 전류 (I1) 는 제 1 접속점 (11) 에서 제 1 축전지 (2) 측의 전류 (I2) 와 제 2 축전지 (3) 측의 전류 (I3) 로 나누어진다. 제 1 축전지 (2) 측에서는, 제 1 접속점 (11) 으로부터 제 1 전지의 정극에 200 A 의 전류 (I2) 가 흘러든다. 그리고, 제 1 축전지 (2) 의 부극측으로부터 제 1 인버터 (4) 의 W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b) 를 경유하여 W 상의 권선 (23) 에 200 A 의 전류 (I2) 가 흐른다. 이 전류 (I2) 는 W 상의 권선 (23) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (53b) 를 경유하여 제 2 접속점 (12) 에 이른다. 한편, 제 2 축전지 (3) 측에서는, 제 1 접속점 (11) 으로부터 제 1 인버터 (4) 의 상측 아암에 200 A 의 전류 (I3) 가 흘러든다. 그리고, U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a) 를 경유하여 U 상의 권선 (21) 에 200 A 의 전류 (I3) 가 흐른다. 이 전류 (I3) 는 U 상의 권선 (21) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (51a) 를 경유하여 제 2 축전지 (3) 의 정극에 흘러든다. 그 후, 전류 (I3) 는 제 2 축전지 (3) 의 부극측으로부터 제 2 접속점 (12) 에 이른다. 그리고, 전류 (I2) 와 전류 (I3) 는 제 2 접속점 (12) 에서 합류하여 400 A 의 전류 (I4) 가 된다. 이 전류 (I4) 는 제 2 접속점 (12) 으로부터 충전 포트 (8) 의 부극 단자 (8B) 로 흐른다.
도 3 은, 2 개의 축전지를 직렬로 접속한 상태에서 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 충전하는 경우를 나타내는 도면이다. 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 가 직렬로 접속된 상태에서, 충전 장치 (1) 의 충전 포트 (8) 가 충전기 (100) 에 접속되어 있다. 예를 들어, 충전기 (100) 는 최대 전압이 1000 V (제 2 값) 에서 최대 전류가 400 A 가 되는 최대 출력 350 ㎾ 의 전력 (제 2 전력) 을 출력 가능한 급속 충전 스탠드이다. 이 경우, 충전 장치 (1) 는 2 개의 축전지 (2, 3) 를 직렬 접속 상태로 하여, 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격으로 구성된 충전기 (100) 로부터의 공급 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전한다. 이 경우에도, 충전 장치 (1) 측에서는, 제 1 축전지 (2) 의 전압 (VB1) 은 500 V, 제 2 축전지 (3) 의 전압 (VB2) 은 500 V 로 설계되어 있다. 요컨대, 제 1 축전지 (2) 의 전압 (VB1) 과 제 2 축전지 (3) 의 전압 (VB2) 의 합은, 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격으로 구성된 외부 전원의 최대 전압과 동일한 값으로 설정되어 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 인버터 (4) 에서는, 3 상의 하측 아암 소자를 구성하는 3 개의 스위칭 소자 (41b, 42b, 43b) 가 온이 된다. 추가로, 제 2 인버터 (5) 에서는, 3 상의 상측 아암 소자를 구성하는 3 개의 스위칭 소자 (51a, 52a, 53a) 가 온이 된다. 도 3 에 나타내는 병렬 접속 상태에서는, 제 1 인버터 (4) 의 상측 아암의 각 스위칭 소자 (41a, 42a, 43a) 와, 제 2 인버터 (5) 하측 아암의 각 스위칭 소자 (51b, 52b, 53b) 는 모두 오프이다.
도 3 에 나타내는 직렬 접속 상태의 충전 장치 (1) 에, 최대 출력 350 ㎾ 급의 외부 전원인 충전기 (100) 로부터의 직류 전력을 공급하면, 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 로부터 전원 회로 (10) 의 제 1 접속점 (11) 에 흘러든 400 A 의 전류 (I1) 는, 제 1 접속점 (11) 으로부터 제 1 축전지 (2) 의 정극에 흘러든다. 그리고, 제 1 축전지 (2) 의 부극측으로부터 제 1 인버터 (4) 의 3 상의 하측 아암 소자를 구성하는 각 스위칭 소자 (41b, 42b, 43b) 를 경유하여 3 상의 권선 (21, 22, 23) 에 전류 (I5, I6, I7) 가 흐른다. 이 때, U 상의 권선 (21) 을 경유하는 경로의 저항과, V 상의 권선 (22) 을 경유하는 경로의 저항과, W 상의 권선 (23) 을 경유하는 경로의 저항이 동일한 저항치인 경우에는, 전류 (I5) 와 전류 (I6) 와 전류 (I7) 는 동일한 전류치가 된다. 전류 (I5) 는 U 상의 권선 (21) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (51a) 를 경유하여 제 2 축전지 (3) 의 정극측 라인 (PL2) 에 흘러든다. 전류 (I6) 는 V 상의 권선 (22) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 V 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (52a) 를 경유하여 제 2 축전지 (3) 의 정극측 라인 (PL2) 에 흘러든다. 전류 (I7) 는 W 상의 권선 (23) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 W 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (53a) 를 경유하여 제 2 축전지 (3) 의 정극측 라인 (PL2) 에 흘러든다. 정극측 라인 (PL2) 에서는 전류 (I5) 와 전류 (I6) 와 전류 (I7) 가 합류하여 400 A 의 전류 (I8) 가 되고, 이 전류 (I8) 가 제 2 축전지 (3) 의 정극에 흘러든다. 그리고, 제 2 축전지 (3) 의 부극측으로부터 부극측 라인 (NL2) 에 흘러나온 전류 (I8) 는 제 2 접속점 (12) 를 경유하여 충전 포트 (8) 의 부극 단자 (8B) 로 흐른다.
충전 장치 (1) 를 상기 서술한 도 3 에 나타내는 직렬 접속 상태로 하여 충전함으로써, 350 ㎾ 급의 전력을 출력하는 외부 전원에 대응하는 것이 가능하다. 이와 같이, 충전 장치 (1) 는 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬로 접속한 상태와 2 개의 축전지 (2, 3) 를 직렬로 접속한 상태로 전환함으로써, 복수의 초급속 충전 규격에 대응하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시형태의 충전 장치 (1) 에 의하면, 전압의 크기가 상이한 복수의 초급속 충전 규격에 의해 구성된 충전기 (100) 에 대응하는 것이 가능하다. 이로써, 더블 엔드형 인버터 시스템을 구비하는 충전 장치 (1) 는, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격과 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격의 양방에 대응할 수 있다.
또한, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 직렬로 접속한 상태에서 충전기 (100) 로부터의 공급 전력을 충전할 때, 제 1 축전지 (2) 의 부극측과 제 2 축전지 (3) 의 정극측 사이의 3 상의 권선 (21, 22, 23) 전부에 전류를 흘림으로써, 각 권선에서 발생하는 발열량을 균등화할 수 있다. 이로써, 외부의 충전기 (100) 로부터의 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전 중, 권선 온도의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 상기 서술한 제 1 실시형태에서는, 제 1 축전지 (2) 의 전압 (VB1) 과 제 2 축전지 (3) 의 전압 (VB2) 이 각각 500 V 로 설계된 경우에 대해 설명했지만, 각 축전지 (2, 3) 의 전압치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 축전지 (2, 3) 는 전압이 400 V 로 설계되어도 된다. 각 축전지 (2, 3) 의 전압은, 적어도 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격에 대응하는 최대 전압보다 작은 값이고, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격에 대응하는 최대 전압에 가까운 값이면 된다.
또, 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격을 규정하는 최대 전압이 500 V 로 설정되고, 각 축전지 (2, 3) 의 전압 (VB1, VB2) 은 400 V 로 설정되어도 된다. 또한, 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격을 규정하는 최대 전압은 900 V ∼ 1000 V 의 범위인 제 2 값으로 설정되어도 된다. 이 경우, 제 2 값의 절반의 값이 되도록 각 축전지 (2, 3) 의 전압 (VB1, VB2) 을 설정하면 된다. 또한, 종래의 급속 충전 규격인 50 ㎾ 급의 급속 충전 규격에서는 최대 전압이 500 V 이고 최대 전류가 125 A 로 되어 있었다. 여기서 기재한 150 ㎾ 급이나 350 ㎾ 급의 초급속 충전 규격은, 종래의 50 ㎾ 급의 급속 충전 규격보다 최대 전류치가 큰 충전 규격을 의미한다.
또한, 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 를 직렬로 접속하는 경우, 상기 서술한 도 3 에 나타내는 직렬 접속 상태와 같이 3 상의 권선 (21, 22, 23) 전부에 전류가 흐르는 접속 상태에 한정되지 않는다. 즉, 2 개의 축전지 (2, 3) 의 접속 상태가 직렬 접속인 경우에는, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 중 적어도 1 상의 권선을 전류가 흐르도록 스위칭 소자의 온과 오프를 제어하면 된다. 요컨대, 도 3 에 나타내는 상태로부터, 제 1 인버터 (4) 의 U 상 및 W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (41b, 43b) 를 오프로 하고, 또한 제 2 인버터 (5) 의 U 상 및 W 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (51a, 53a) 를 오프로 하여, V 상의 권선 (22) 만을 전류가 흐르는 상태로 2 개의 축전지 (2, 3) 를 직렬 접속해도 된다. 동일하게 하여, U 상의 권선 (21) 에만 전류가 흐르는 직렬 접속 상태나, W 상의 권선 (23) 에만 전류가 흐르는 직렬 접속 상태를 실시하는 것이 가능하다.
(제 2 실시형태) 제 2 실시형태의 충전 장치 (1) 는, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬로 접속한 상태에서 외부 전원으로부터의 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전 중, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 에서 발생하는 발열량을 균등화하도록 구성되어 있다. 또한, 제 2 실시형태의 설명에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 그 참조 부호를 인용한다.
제 2 실시형태에서는, 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 가 병렬로 접속된 상태 (병렬 접속 상태) 에서, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 전부에 전류가 흐르도록 각 인버터 (4, 5) 의 스위칭 소자의 온과 오프를 제어한다. 또, 제 2 실시형태에서는, 제 1 축전지 (2) 와 제 2 축전지 (3) 사이를 1 상의 권선만으로 접속하는 상태를 싱글 접속으로 기재한다.
도 4 는, 제 2 실시형태에서의 병렬 접속 상태를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4 에서는 제어 장치 (7) 와 충전기 (100) 가 생략되어 있다. 또, 도 4 에는, 상기 서술한 150 ㎾ 급의 초급속 충전 규격 (최대 전압 500 V, 최대 전류 400 A, 최대 출력 150 ㎾) 으로 구성된 충전기 (100) 에 충전 장치 (1) 가 접속된 상태에서의 충전 상태가 나타내어져 있다. 또한, 제 1 축전지 (2) 의 전압 (VB1) 은 500 V, 제 2 축전지 (3) 의 전압 (VB2) 은 500 V 로 설계되어 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 병렬 접속 상태에서는, 제 1 인버터 (4) 와 제 2 인버터 (5) 가 모두, U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a, 51a) 가 온이 되고, V 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (42b, 52b) 가 온이 되고, W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b, 53b) 가 온이 된다. 이 제 1 병렬 접속 상태에서는 U 상의 권선 (21) 이 싱글 접속이 된다.
제 1 병렬 접속 상태의 충전 장치 (1) 에, 최대 출력 150 ㎾ 의 외부 전원인 충전기 (100) 로부터의 직류 전력을 공급하면, 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 로부터 전원 회로 (10) 에 400 A 의 전류 (I1) 가 흘러든다. 이 전류 (I1) 는 제 1 접속점 (11) 에서 제 1 축전지 (2) 측으로 흐르는 200 A 의 전류 (I2) 와, 제 2 축전지 (3) 측으로 흐르는 200 A 의 전류 (I3) 로 나누어진다.
제 1 축전지 (2) 측에서는, 제 1 접속점 (11) 으로부터 제 1 축전지 (2) 의 정극에 200 A 의 전류 (I2) 가 흘러든다. 제 1 축전지 (2) 의 부극측으로부터 제 1 인버터 (4) 하측 아암으로 흐른 200 A 의 전류 (I2) 는, V 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (42b) 를 통과하는 100 A 의 전류 (I4) 와, W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b) 를 통과하는 100 A 의 전류 (I5) 로 나누어진다. 전류 (I4) 는 V 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (42b) 로부터 V 상의 권선 (22) 으로 흐른다. 전류 (I5) 는 W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b) 로부터 W 상의 권선 (23) 으로 흐른다. 요컨대, V 상의 권선 (22) 에는 100 A 의 전류 (I4) 가 흐르고, W 상의 권선 (23) 에는 100 A 의 전류 (I5) 가 흐른다. 그리고, V 상의 권선 (22) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 V 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (52b) 를 경유하여 제 2 접속점 (12) 을 향하여 100 A 의 전류 (I4) 가 흐른다. 또한, W 상의 권선 (23) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (53b) 를 경유하여 제 2 접속점 (12) 을 향하여 100 A 의 전류 (I5) 가 흐른다.
한편, 제 2 축전지 (3) 측에서는, 제 1 접속점 (11) 으로부터 제 1 인버터 (4) 의 상측 아암에 200 A 의 전류 (I3) 가 흘러든다. 전류 (I3) 는 제 1 인버터 (4) 의 U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a) 를 통과하여 U 상의 권선 (21) 으로 흐른다. 요컨대, U 상의 권선 (21) 에는 200 A 의 전류 (I3) 가 흐른다. 그리고, U 상의 권선 (21) 으로부터 제 2 인버터 (5) 의 U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (51a) 를 경유하여 제 2 축전지 (3) 의 정극에 200 A 의 전류 (I3) 가 흘러든다. 그 후, 전류 (I3) 는 제 2 축전지 (3) 의 부극측으로부터 제 2 접속점 (12) 에 이른다. 또한, 200 A 의 전류 (I3) 와 100 A 의 전류 (I4) 와 100 A 의 전류 (I5) 는 제 2 접속점 (12) 에서 합류하여 400 A 의 전류 (I6) 가 된다. 이 전류 (I6) 는 제 2 접속점 (12) 으로부터 충전 포트 (8) 의 부극 단자 (8B) 로 흐른다.
이와 같이, 제 2 실시형태에서는, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 중, 어느 1 상의 권선에 200 A 의 전류를 흘리고, 나머지의 2 상의 권선에는 100 A 의 전류를 흘리도록 각 인버터 (4, 5) 의 스위칭 소자의 온과 오프를 전환한다. 요컨대, 싱글 접속이 되는 권선에는 200 A 의 전류가 흐르고, 병렬 접속이 되는 나머지 2 상의 권선에는 각각 100 A 의 전류가 흐른다. 그리고, 제 2 실시형태의 제어 장치 (7) 는, 충전시에 각 상의 권선 (21, 22, 23) 에서 발생하는 발열량을 균등화할 목적으로 싱글 접속이 되는 권선을 전환하는 제어 (균등화 제어) 를 실시한다. 제어 장치 (7) 가 균등화 제어를 실시함으로써, U 상의 권선 (21) 에서 발생하는 발열량과 V 상의 권선 (22) 에서 발생하는 발열량과, W 상의 권선 (23) 에서 발생하는 발열량의 차를 줄일 수 있다. 또, 상기 서술한 도 4 에 나타내는 병렬 접속 상태는, 균등화 제어에 의해 전환되는 하나의 상태를 나타낸 것이다. 요컨대, 제어 장치 (7) 는 균등화 제어를 실시하여, 예를 들어 제 1 병렬 접속 상태로부터 제 2 병렬 접속 상태로 이행하고, 싱글 접속이 되는 상의 권선을 전환할 수 있다.
도 5 는, 3 상의 권선의 온도 변화를 나타내는 타임 차트이다. 먼저, 시각 (t1) 에서, 충전 장치 (1) 는 충전기 (100) 로부터의 충전을 개시한다. 충전 개시 시점에서는, 충전 장치 (1) 는 상기 서술한 제 1 병렬 접속 상태가 된다. 각 인버터 (4, 5) 에 대해, U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a, 51a) 가 온 (U 상 상측 ON), V 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (42b, 52b) 가 온 (V 상 하측 ON), W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b, 53b) 가 온 (W 상 하측 ON) 이 된다. 이 제 1 병렬 접속 상태에서는 U 상의 권선 (21) 이 싱글 접속이 되어 200 A 의 전류가 흐른다. V 상의 권선 (22) 과 W 상의 권선 (23) 에는 각각 100 A 의 전류가 흐른다. 그 때문에, 시각 (t1) 이후, U 상의 권선 온도 (도 5 에 파선으로 나타낸다) 는 다른 상의 권선 온도보다 높아진다. 그리고, 시각 (t2) 에서, U 상의 권선 온도가 임계치에 도달한다.
시각 (t2) 에서는, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 W 상의 스위칭 소자의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 U 상으로부터 V 상으로 전환한다. 이 경우, W 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (43b, 53b) 를 온으로부터 오프로 전환하고, 또한 W 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (43a, 53a) 를 오프로부터 온으로 전환한다. 이로써, 접속 상태가 제 1 병렬 접속 상태로부터 제 2 병렬 접속 상태로 전환된다.
시각 (t2) 이후, 제 2 병렬 접속 상태가 되고, U 상의 권선 (21) 에는 100 A 의 전류가 흐르기 때문에, U 상의 권선 온도는 저하된다. 대신에, V 상의 권선 (22) 이 싱글 접속이 되어 200 A 의 전류가 흐르기 때문에, V 상의 권선 온도 (도 5 에 굵은 실선으로 나타낸다) 는 다른 상의 권선 온도보다 높아진다. 그리고, 시각 (t3) 에서, V 상의 권선 온도가 임계치에 도달한다.
시각 (t3) 에서는, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 U 상의 스위칭 소자의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 U 상으로부터 V 상으로 전환한다. 이 경우, U 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (41a, 51a) 를 온으로부터 오프로 전환하고, 또한 U 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (41b, 51b) 를 오프로부터 온으로 전환한다. 이로써, 접속 상태가 제 2 병렬 접속 상태로부터 제 3 병렬 접속 상태로 전환된다.
시각 (t3) 이후, 제 3 병렬 접속 상태가 되고, V 상의 권선 (22) 에는 100 A 의 전류가 흐르기 때문에, V 상의 권선 온도는 저하된다. 대신에, W 상의 권선 (23) 이 싱글 접속이 되어 200 A 의 전류가 흐르기 때문에, W 상의 권선 온도 (도 5 에 가는 실선으로 나타낸다) 는 다른 상의 권선 온도보다 높아진다. 그리고, 시각 (t4) 에서, W 상의 권선 온도가 임계치에 도달한다.
시각 (t4) 에서는, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 V 상의 스위칭 소자의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 W 상으로부터 U 상으로 전환한다. 이 경우, V 상의 하측 아암 소자인 스위칭 소자 (42b, 52b) 를 온으로부터 오프로 전환하고, 또한 V 상의 상측 아암 소자인 스위칭 소자 (42a, 52a) 를 오프로부터 온으로 전환한다. 이로써, 접속 상태가 제 3 병렬 접속 상태로부터 제 4 병렬 접속 상태로 전환된다.
시각 (t4) 이후, 제 4 병렬 접속 상태가 되고, W 상의 권선 (23) 에는 100 A 의 전류가 흐르기 때문에, W 상의 권선 온도는 저하된다. 대신에, U 상의 권선 (21) 이 싱글 접속이 되어 200 A 의 전류가 흐르기 때문에, U 상의 권선 온도는 다른 상의 권선 온도보다 높아진다. 이와 같이, 임계치 이하에 수용되는 상태에서 3 상의 권선 온도가 차례대로 높아지도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환한다.
또, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 의 온도를 온도 센서 등에 기초하여 알 수 있는 경우에는, 상기 서술한 도 5 에 나타내는 바와 같이 권선 온도와 임계치를 사용하여 싱글 접속이 되는 상의 권선을 전환할 수 있다. 이에 대하여, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 의 온도를 모르는 경우에는, U 상, V 상, W 상의 차례대로 법칙적으로 싱글 접속이 되는 상의 권선을 전환해도 된다 (도 6 참조).
도 6 은, 병렬 접속 상태의 전환 패턴을 나타내는 도면이다. 도 6 에는, 제 1 병렬 접속 상태로부터 제 6 병렬 접속 상태까지의 6 개의 접속 상태가 나타내어져 있다. 또한, 도 6 에 나타내는 제 1 내지 제 4 병렬 접속 상태는, 상기 서술한 도 5 에 나타내는 제 1 내지 제 4 병렬 접속 상태와 동일하다.
제 1 병렬 접속 상태에서는, U 상의 권선 (21) 이 싱글 접속이 되어, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 U 상의 상측 아암을 200 A 의 전류가 흐르고, V 상과 W 상의 하측 아암을 100 A 의 전류가 흐른다. 제 2 병렬 접속 상태에서는, V 상의 권선 (22) 이 싱글 접속이 되어, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 V 상의 하측 아암을 200 A 의 전류가 흐르고, U 상과 W 상의 상측 아암을 100 A 의 전류가 흐른다. 제 3 병렬 접속 상태에서는, W 상의 권선 (23) 이 싱글 접속이 되어, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 W 상의 상측 아암을 200 A 의 전류가 흐르고, U 상과 V 상의 하측 아암을 100 A 의 전류가 흐른다. 제 4 병렬 접속 상태에서는, U 상의 권선 (21) 이 싱글 접속이 되어, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 U 상의 하측 아암을 200 A 의 전류가 흐르고, V 상과 W 상의 상측 아암을 100 A 의 전류가 흐른다. 제 5 병렬 접속 상태에서는, V 상의 권선 (22) 이 싱글 접속이 되어, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 V 상의 상측 아암을 200 A 의 전류가 흐르고, U 상과 W 상의 하측 아암을 100 A 의 전류가 흐른다. 제 6 병렬 접속 상태에서는, W 상의 권선 (23) 이 싱글 접속이 되어, 각 인버터 (4, 5) 에 대해 W 상의 하측 아암을 200 A 의 전류가 흐르고, U 상과 V 상의 상측 아암을 100 A 의 전류가 흐른다.
제 1 병렬 접속 상태로부터 제 2 병렬 접속 상태로 전환될 때, W 상의 스위칭 소자 (43a, 43b, 53a, 53b) 의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 U 상으로부터 V 상으로 전환한다. 제 2 병렬 접속 상태로부터 제 3 병렬 접속 상태로 전환될 때, U 상의 스위칭 소자 (41a, 41b, 51a, 51b) 의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 V 상으로부터 W 상으로 전환한다. 제 3 병렬 접속 상태로부터 제 4 병렬 접속 상태로 전환될 때, V 상의 스위칭 소자 (42a, 42b, 52a, 52b) 의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 W 상으로부터 U 상으로 전환한다. 제 4 병렬 접속 상태로부터 제 5 병렬 접속 상태로 전환될 때, W 상의 스위칭 소자 (43a, 43b, 53a, 53b) 의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 U 상으로부터 V 상으로 전환한다. 제 5 병렬 접속 상태로부터 제 6 병렬 접속 상태로 전환될 때, U 상의 스위칭 소자 (41a, 41b, 51a, 51b) 의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 V 상으로부터 W 상으로 전환한다. 그리고, 제 6 병렬 접속 상태로부터 제 1 병렬 접속 상태로 전환되어, 상기 서술한 법칙적인 전환하는 것이 가능하다. 또한, 제 6 병렬 접속 상태로부터 제 1 병렬 접속 상태로 전환될 때, V 상의 스위칭 소자 (42a, 42b, 52a, 52b) 의 온 상태와 오프 상태를 전환하여, 싱글 접속이 되는 권선을 W 상으로부터 U 상으로 전환한다.
도 7 은, 병렬 접속 상태의 전환 제어 플로를 나타내는 플로 차트이다. 또한, 도 7 에 나타내는 제어 플로는 제어 장치 (7) 에 의해 충전 중에 반복 실행된다. 또, 도 7 에 나타내는 제어는, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬로 접속한 상태, 또한 3 상의 권선 (21, 22, 23) 전부에 전류가 흐르는 병렬 접속 상태에서, 외부 전원의 충전기 (100) 로부터의 공급 전력을 각 축전지 (2, 3) 에 충전 중에 실시되는 균등화 제어이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (7) 는 3 상의 권선 온도 중 가장 고온의 권선 온도 (Max 치) 가 임계치보다 높은지의 여부를 판정한다 (스텝 S1). 예를 들어, 충전 포트 (8) 의 정극 단자 (8A) 로부터 400 A 의 전류가 전원 회로 (10) 에 흘러든 경우, 스텝 S1 에서는, 200 A 의 전류가 흐르는 상의 권선 온도가 임계치를 초과하는지의 여부를 판정한다. 요컨대, 싱글 접속이 되는 상의 권선 온도가 임계치를 초과하는지의 여부가 판정된다. 이 임계치는, 예를 들어 충전 장치 (1) 에서의 충전 효율을 확보할 수 있는 소정 온도로 설정되어 있다.
3 상의 권선 온도 중 가장 고온의 권선 온도가 임계치보다 높음으로써 스텝 S1 에서 긍정적으로 판정된 경우 (스텝 S1 : 예), 제어 장치 (7) 는, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 중, 가장 온도가 낮은 상의 권선이 싱글 접속이 되도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환한다 (스텝 S2). 스텝 S2 에서는, 상기 서술한 도 5 에 나타내는 병렬 접속 상태의 전환 제어를 실시하고, 고온이 된 싱글 접속의 상의 권선을 병렬 접속으로 전환하여 권선 온도를 저하시킨다. 스텝 S2 를 실시하면, 이 제어 루틴은 종료된다.
3 상의 권선 온도 중 가장 고온의 권선 온도가 임계치 이하임으로써 스텝 S1 에서 부정적으로 판정된 경우 (스텝 S1 : 아니오), 이 제어 루틴은 종료된다.
도 8 은, 도 7 에 나타내는 제어 플로의 변형예를 나타내는 플로 차트이다. 도 8 의 스텝 S1 은 도 7 의 스텝 S1 과 동일한 처리이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 스텝 S1 에서 긍정적으로 판정된 경우 (스텝 S1 : 예), 제어 장치 (7) 는, U 상, V 상, W 상의 권선이 차례대로 싱글 접속이 되도록 스위칭 소자의 온과 오프를 전환한다 (스텝 S2A). 스텝 S2A 에서는, 상기 서술한 도 6 에 나타내는 법칙적인 병렬 접속 상태의 전환 제어를 실시하고, 고온이 된 싱글 접속의 상의 권선을 병렬 접속으로 전환하여 권선 온도를 저하시킨다. 스텝 S2A 를 실시하면, 이 제어 루틴은 종료된다.
도 9 는, 도 7 에 나타내는 제어 플로의 다른 변형예를 나타내는 플로 차트이다. 도 9 의 스텝 S2 는 도 7 의 스텝 S2 와 동일한 처리이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (7) 는, 상기 서술한 제 1 내지 제 6 병렬 접속 상태 중, 어느 상태에서 충전을 개시한 후 일정 시간이 경과했는지의 여부를 판정한다 (스텝 S1A). 예를 들어, 제 1 병렬 접속 상태에서 충전기 (100) 의 공급 전력에 의한 충전을 개시한 후 일정 시간이 경과했는지의 여부를 판정한다. 혹은, 스텝 S1A 에서는, 제 1 내지 제 6 병렬 접속 상태에 대해, 어떤 병렬 접속 상태로부터 다른 병렬 접속 상태로 전환된 타이밍으로부터 일정 시간이 경과했는지의 여부를 판정한다. 이 일정 시간은 미리 소정 시간으로 정해져도 된다.
일정 시간이 경과함으로써 스텝 S1A 에서 긍정적으로 판정된 경우 (스텝 S1A : 예), 이 제어 루틴은 스텝 S2 로 진행된다. 한편, 일정 시간이 경과하고 있지 않음으로써 스텝 S1A 에서 부정적으로 판정된 경우 (스텝 S1A : 아니오), 이 제어 루틴은 종료된다.
도 10 은, 도 9 에 나타내는 제어 플로의 변형예를 나타내는 플로 차트이다. 도 10 의 스텝 S1A 는 도 9 의 스텝 S1A 와 동일한 처리이고, 도 10 의 스텝 S2A 는 도 8 의 스텝 S2A 와 동일한 처리이다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 병렬 접속 상태에서 외부 전원으로부터의 공급 전력을 충전 중에 일정 시간이 경과함으로써 스텝 S1A 에서 긍정적으로 판정된 경우 (스텝 S1A : 예), 이 제어 루틴은 스텝 S2A 로 진행된다. 이 도 10 에 나타내는 제어 플로는, 3 상의 권선 (21, 22, 23) 의 온도를 모르는 경우에 싱글 접속이 되는 상을 전환하는 것이 가능한 제어이다.
이상 설명한 바와 같이, 제 2 실시형태의 충전 장치 (1) 에 의하면, 각 상의 권선 (21, 22, 23) 에서 발생하는 발열량의 차를 줄일 수 있다. 이로써, 2 개의 축전지 (2, 3) 를 병렬로 접속한 상태에서 외부의 충전기 (100) 로부터 공급되는 전력을 충전하는 경우에, 각 상의 권선 (21, 22, 23) 에서 발생하는 발열량을 균등화할 수 있다. 이 충전 장치 (1) 에 의하면, 급속 충전 중에 각 상의 권선 온도를 균등화할 수 있기 때문에, 장시간의 급속 충전이 가능해진다.

Claims (11)

  1. 충전 장치 (1) 로서,
    전원 회로 (10) 와 충전 포트 (8) 를 구비하고,
    상기 전원 회로 (10) 는
    제 1 축전지 (2),
    제 2 축전지 (3),
    부하 (6),
    상기 제 1 축전지 (2) 와 상기 부하 (6) 사이에 접속된 제 1 인버터 (4), 및
    상기 제 2 축전지 (3) 와 상기 부하 (6) 사이에 접속된 제 2 인버터 (5) 를 포함하고, 상기 전원 회로 (10) 는 1 개의 상기 부하 (6) 를 구동시키도록 구성되고,
    상기 충전 포트 (8) 는 상기 제 1 축전지 (2) 및 상기 제 2 축전지 (3) 에 외부 전원 (100) 으로부터의 전력을 충전할 때에 상기 외부 전원과 접속하고, 상기 충전 포트 (8) 의 정극 단자는, 상기 제 1 축전지 (2) 의 정극측에 접속되어 있고, 상기 충전 포트 (8) 의 부극 단자는, 상기 제 2 축전지 (3) 의 부극측에 접속되어 있고,
    상기 전원 회로 (10) 는, 상기 외부 전원 (100) 으로부터 출력되는 전력이 제 1 전력인 경우에는, 상기 제 1 전력을 상기 제 1 축전지 (2) 및 상기 제 2 축전지 (3) 에 충전할 때에, 상기 제 1 축전지 (2) 와 상기 제 2 축전지 (3) 를 병렬로 접속한 상태가 되고, 상기 외부 전원 (100) 으로부터 출력되는 전력이 상기 제 1 전력보다 큰 제 2 전력인 경우에는, 상기 제 2 전력을 상기 제 1 축전지 (2) 및 상기 제 2 축전지 (3) 에 충전할 때에, 상기 제 1 축전지 (2) 와 상기 제 2 축전지 (3) 를 직렬로 접속한 상태가 되는, 충전 장치 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전력은, 최대 전압이 제 1 값이고 최대 전류가 소정 전류치가 되는 전력이고, 상기 제 2 전력은, 최대 전압이 상기 제 1 값보다 큰 제 2 값이고 최대 전류가 상기 소정 전류치가 되는 전력인, 충전 장치 (1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 축전지 (2) 의 전압 및 상기 제 2 축전지 (3) 의 전압은, 상기 제 1 값으로 설정되고, 상기 제 1 축전지 (2) 의 전압과 상기 제 2 축전지 (3) 의 전압의 합은, 상기 제 2 값이 되도록 설정되어 있는, 충전 장치 (1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 (6) 는, 교류 전력에 의해 구동하는 3 상 교류 전동기이고,
    상기 충전 장치 (1) 는, 상기 외부 전원 (100) 으로부터의 전력을 상기 제 1 축전지 (2) 및 상기 제 2 축전지 (3) 에 충전할 때, 상기 3 상 교류 전동기 (6) 의 3 상의 권선에서 각각에 발생하는 발열량의 차를 적게 하는 균등화 제어를 실시하도록 구성되는 제어 장치 (7) 를 추가로 구비하는, 충전 장치 (1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 인버터 (4) 및 상기 제 2 인버터 (5) 는, 상기 3 상 교류 전동기 (6) 의 각 상에 대응하는 스위칭 소자를 각각 갖고,
    상기 제어 장치 (7) 는, 상기 균등화 제어로서, 상기 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하는 제어를 실시하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 인버터 (4) 및 상기 제 2 인버터 (5) 는 각각, 각 상의 상하측 아암에 포함되는 6 개의 상기 스위칭 소자를 갖고,
    상기 제 1 축전지 (2) 와 상기 제 2 축전지 (3) 를 병렬로 접속하여 상기 제 1 전력을 상기 제 1 축전지 (2) 및 상기 제 2 축전지 (3) 에 충전할 때, 상기 제어 장치 (7) 는, 상기 균등화 제어로서, 3 상 중 어느 1 상의 권선을 흐르는 전류의 제 1 전류치가, 나머지의 2 상의 권선을 흐르는 전류의 제 2 전류치보다 커지는 접속 상태로 상기 스위칭 소자의 온과 오프를 제어하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 장치 (7) 는, 상기 3 상의 권선의 온도 중 어느 상의 온도가 소정 임계치보다 높은 경우에는, 상기 3 상의 권선 중 가장 온도가 낮은 권선에 상기 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 상기 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 장치 (7) 는, 상기 3 상의 권선의 온도 중 어느 상의 온도가 소정 임계치보다 높은 경우에는, U 상의 권선과 V 상의 권선과 W 상의 권선에 차례대로 상기 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 상기 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 장치 (7) 는, 상기 균등화 제어 중에 소정 시간이 경과한 경우에는, 상기 3 상의 권선 중 가장 온도가 낮은 권선에 상기 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 상기 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 장치 (7) 는, 상기 균등화 제어 중에 소정 시간이 경과한 경우에는, U 상의 권선과 V 상의 권선과 W 상의 권선에 차례대로 상기 제 1 전류치의 전류가 흐르도록 상기 스위칭 소자의 온과 오프를 전환하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 축전지 (2) 와 상기 제 2 축전지 (3) 를 직렬로 접속하여 상기 제 2 전력을 상기 제 1 축전지 (2) 및 상기 제 2 축전지 (3) 에 충전할 때, 상기 제어 장치 (7) 는, 상기 균등화 제어로서, 상기 제 1 인버터 (4) 에 포함되는 스위칭 소자 중 3 상 전부의 하측 아암 소자를 온으로 하고, 또한 상기 제 2 인버터 (5) 에 포함되는 스위칭 소자 중 3 상 전부의 상측 아암 소자를 온으로 하도록 구성되는, 충전 장치 (1).
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