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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022164539
(43)【公開日】2022-10-27
(54)【発明の名称】充電装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20221020BHJP
H02J 7/10 20060101ALI20221020BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 Q
H02J7/10 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021183385
(22)【出願日】2021-11-10
(31)【優先権主張番号】10-2021-0049265
(32)【優先日】2021-04-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】591251636
【氏名又は名称】現代自動車株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ
【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(71)【出願人】
【識別番号】500518050
【氏名又は名称】起亞株式会社
【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100124372
【弁理士】
【氏名又は名称】山ノ井 傑
(72)【発明者】
【氏名】イ、ジハン
(72)【発明者】
【氏名】キム、ヨンジン
(72)【発明者】
【氏名】ジュ、ジュンホン
(72)【発明者】
【氏名】キム、ジョンピル
(72)【発明者】
【氏名】カン、ビョング
【テーマコード（参考）】
5G503
5H006
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA01
5G503BB01
5G503FA06
5G503GB03
5H006AA02
5H006CA01
5H006CB01
5H006CC01
5H006DB01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】高い充電効率で充電動作が可能な充電装置を提供する。
【解決手段】充電装置１は、入力端ＩＮ１～入力端ＩＮ３夫々に連結されているインダクタ２５～インダクタ２７と、各インダクタ夫々に連結された３つのスイッチレッグ２１～２３と、を含むＰＦＣ回路２０と、複数のリレーを含むリレーネットワーク２と、を含む。入力端ＩＮ１～ＩＮ３が三相電源の各相に連結されるとき、リレーネットワーク２は、三相電源の各相を各スイッチレッグの対応する１つに連結し、ＰＦＣ回路２０は、三相ブーストＰＦＣとして動作する。入力端ＩＮ１～ＩＮ３の何れか１つに単相電源が連結されるとき、リレーネットワーク２は、単相電源をスイッチレグ２１及びスイッチレッグ２２に連結し、スイッチレッグ２３を中性点と連結し、ＰＦＣ回路２０は、シングルインダクタ方式のインタリーブ単相フル－ブリッジＰＦＣとして動作する。
【選択図】図１
【解決手段】充電装置１は、入力端ＩＮ１～入力端ＩＮ３夫々に連結されているインダクタ２５～インダクタ２７と、各インダクタ夫々に連結された３つのスイッチレッグ２１～２３と、を含むＰＦＣ回路２０と、複数のリレーを含むリレーネットワーク２と、を含む。入力端ＩＮ１～ＩＮ３が三相電源の各相に連結されるとき、リレーネットワーク２は、三相電源の各相を各スイッチレッグの対応する１つに連結し、ＰＦＣ回路２０は、三相ブーストＰＦＣとして動作する。入力端ＩＮ１～ＩＮ３の何れか１つに単相電源が連結されるとき、リレーネットワーク２は、単相電源をスイッチレグ２１及びスイッチレッグ２２に連結し、スイッチレッグ２３を中性点と連結し、ＰＦＣ回路２０は、シングルインダクタ方式のインタリーブ単相フル－ブリッジＰＦＣとして動作する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１～第３入力端それぞれに連結されている第１～第３インダクタと、前記第１～第３インダクタそれぞれに連結された第１～第３スイッチレッグとを含むＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路と、
複数のリレーを含むリレーネットワークとを含み、
前記第１～第３入力端が三相電源の各相に連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記三相電源の各相を前記第１～第３スイッチレッグの対応する１つに連結し、前記ＰＦＣ回路は、三相ブースト（ｂｏｏｓｔ）ＰＦＣとして動作し、
前記第１～第３入力端のいずれか１つに単相電源が連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記単相電源を前記第１および第２スイッチレッグに連結し、前記第３スイッチレッグを中性点と連結し、前記ＰＦＣ回路は、シングルインダクタ方式のインタリーブ単相フル－ブリッジ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）ＰＦＣとして動作する、充電装置。
複数のリレーを含むリレーネットワークとを含み、
前記第１～第３入力端が三相電源の各相に連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記三相電源の各相を前記第１～第３スイッチレッグの対応する１つに連結し、前記ＰＦＣ回路は、三相ブースト（ｂｏｏｓｔ）ＰＦＣとして動作し、
前記第１～第３入力端のいずれか１つに単相電源が連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記単相電源を前記第１および第２スイッチレッグに連結し、前記第３スイッチレッグを中性点と連結し、前記ＰＦＣ回路は、シングルインダクタ方式のインタリーブ単相フル－ブリッジ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）ＰＦＣとして動作する、充電装置。
【請求項2】
前記リレーネットワークは、
前記第１入力端および前記第１インダクタに連結されている一端と、第２入力端および第２インダクタに連結されている他端とを含む第１リレーと、
前記第２入力端と前記第２インダクタとの間に連結されている第２リレーと、
前記第３入力端と前記第３インダクタとの間に連結されている第３リレーと、
中性点と前記第３インダクタとの間に連結されている第４リレーと、
前記第３インダクタに並列連結されている第５リレーとを含む、請求項１に記載の充電装置。
前記第１入力端および前記第１インダクタに連結されている一端と、第２入力端および第２インダクタに連結されている他端とを含む第１リレーと、
前記第２入力端と前記第２インダクタとの間に連結されている第２リレーと、
前記第３入力端と前記第３インダクタとの間に連結されている第３リレーと、
中性点と前記第３インダクタとの間に連結されている第４リレーと、
前記第３インダクタに並列連結されている第５リレーとを含む、請求項１に記載の充電装置。
【請求項3】
前記第１～第３入力端が三相電源の各相に連結されるとき、
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオフし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオンする、請求項２に記載の充電装置。
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオフし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオンする、請求項２に記載の充電装置。
【請求項4】
前記第１入力端に単相電源が連結されるとき、
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフする、請求項２に記載の充電装置。
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフする、請求項２に記載の充電装置。
【請求項5】
前記リレーネットワークは、
前記第１入力端と前記第１インダクタとの間に連結される抵抗に並列連結されている第６リレーをさらに含み、
前記充電装置は、
前記ＰＦＣ回路に入力される電圧のピークの後に前記第６リレーをオンする、請求項４に記載の充電装置。
前記第１入力端と前記第１インダクタとの間に連結される抵抗に並列連結されている第６リレーをさらに含み、
前記充電装置は、
前記ＰＦＣ回路に入力される電圧のピークの後に前記第６リレーをオンする、請求項４に記載の充電装置。
【請求項6】
前記ＰＦＣ回路とバッテリとの間に連結されており、前記バッテリから前記ＰＦＣ回路に電力を伝達する電力変換回路をさらに含む、請求項２に記載の充電装置。
【請求項7】
前記第１スイッチレッグは、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第１スイッチと、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第２スイッチとを含み、
前記第２スイッチレッグは、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第３スイッチと、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第４スイッチとを含み、
前記第３スイッチレッグは、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第５スイッチと、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第６スイッチとを含む、請求項６に記載の充電装置。
前記第２スイッチレッグは、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第３スイッチと、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第４スイッチとを含み、
前記第３スイッチレッグは、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第５スイッチと、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第６スイッチとを含む、請求項６に記載の充電装置。
【請求項8】
前記第１入力端に単相電源が連結されるとき、
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフし、
前記単相電源が正の電圧の期間に、前記第１スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第６スイッチがオン状態の期間、および前記第２スイッチ、前記第４スイッチ、および前記第６スイッチがオン状態の期間が繰り返され、
前記単相電源が負の電圧の期間に、前記第２スイッチ、前記第４スイッチ、および前記第５スイッチがオン状態の期間、および前記第１スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第5スイッチがオン状態の期間が繰り返される、請求項７に記載の充電装置。
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフし、
前記単相電源が正の電圧の期間に、前記第１スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第６スイッチがオン状態の期間、および前記第２スイッチ、前記第４スイッチ、および前記第６スイッチがオン状態の期間が繰り返され、
前記単相電源が負の電圧の期間に、前記第２スイッチ、前記第４スイッチ、および前記第５スイッチがオン状態の期間、および前記第１スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第5スイッチがオン状態の期間が繰り返される、請求項７に記載の充電装置。
【請求項9】
前記リレーネットワークは、
前記第１入力端と前記第１インダクタとの間に連結される抵抗に並列連結されている第６リレーをさらに含み、
前記充電装置は、
前記ＰＦＣ回路に入力される電圧のピークの後に前記第６リレーをオンする、請求項２に記載の充電装置。
前記第１入力端と前記第１インダクタとの間に連結される抵抗に並列連結されている第６リレーをさらに含み、
前記充電装置は、
前記ＰＦＣ回路に入力される電圧のピークの後に前記第６リレーをオンする、請求項２に記載の充電装置。
【請求項10】
前記第１～第３入力端に連結されて、前記第１～第３入力端のうち電源が連結された入力端を検知し、前記リレーネットワークを制御するリレー制御回路をさらに含む、請求項１に記載の充電装置。
【請求項11】
第１～第３入力端それぞれに連結されている第１～第３インダクタと、前記第１～第３インダクタそれぞれに連結された第１～第３スイッチレッグとを含むＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路と、
複数のリレーを含むリレーネットワークとを含み、
前記第１～第３入力端が三相負荷の各相に連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記三相電源の各相を前記第１～第３スイッチレッグの対応する１つに連結し、前記ＰＦＣ回路は、三相インバータとして動作し、
前記第１～第３入力端のいずれか１つに単相負荷が連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記単相負荷を前記第１および第２スイッチレッグに連結し、前記第３スイッチレッグを中性点と連結し、前記ＰＦＣ回路は、単相インバータとして動作する、充電装置。
複数のリレーを含むリレーネットワークとを含み、
前記第１～第３入力端が三相負荷の各相に連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記三相電源の各相を前記第１～第３スイッチレッグの対応する１つに連結し、前記ＰＦＣ回路は、三相インバータとして動作し、
前記第１～第３入力端のいずれか１つに単相負荷が連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記単相負荷を前記第１および第２スイッチレッグに連結し、前記第３スイッチレッグを中性点と連結し、前記ＰＦＣ回路は、単相インバータとして動作する、充電装置。
【請求項12】
前記リレーネットワークは、
前記第１入力端および前記第１インダクタに連結されている一端と、第２入力端および第２インダクタに連結されている他端とを含む第１リレーと、
前記第２入力端と前記第２インダクタとの間に連結されている第２リレーと、
前記第３入力端と前記第３インダクタとの間に連結されている第３リレーと、
中性点と前記第３インダクタとの間に連結されている第４リレーと、
前記第３インダクタに並列連結されている第５リレーとを含む、請求項１１に記載の充電装置。
前記第１入力端および前記第１インダクタに連結されている一端と、第２入力端および第２インダクタに連結されている他端とを含む第１リレーと、
前記第２入力端と前記第２インダクタとの間に連結されている第２リレーと、
前記第３入力端と前記第３インダクタとの間に連結されている第３リレーと、
中性点と前記第３インダクタとの間に連結されている第４リレーと、
前記第３インダクタに並列連結されている第５リレーとを含む、請求項１１に記載の充電装置。
【請求項13】
前記第１～第３入力端が三相負荷の各相に連結されるとき、
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオフし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオンする、請求項１２に記載の充電装置。
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオフし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオンする、請求項１２に記載の充電装置。
【請求項14】
前記第１入力端に単相負荷が連結されるとき、
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフする、請求項１２に記載の充電装置。
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフする、請求項１２に記載の充電装置。
【請求項15】
前記第１～第３入力端に連結されて、前記第１～第３入力端のうち負荷が連結された入力端を検知し、前記リレーネットワークを制御するリレー制御回路をさらに含む、請求項１２に記載の充電装置。
【請求項16】
前記ＰＦＣ回路とバッテリとの間に連結されており、前記バッテリから前記ＰＦＣ回路に電力を伝達する電力変換回路をさらに含む、請求項１２に記載の充電装置。
【請求項17】
前記第１スイッチレッグは、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第１スイッチと、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第２スイッチとを含み、
前記第２スイッチレッグは、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第３スイッチと、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第４スイッチとを含み、
前記第３スイッチレッグは、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第５スイッチと、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第６スイッチとを含む、請求項１６に記載の充電装置。
前記第２スイッチレッグは、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第３スイッチと、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第４スイッチとを含み、
前記第３スイッチレッグは、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第５スイッチと、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第６スイッチとを含む、請求項１６に記載の充電装置。
【請求項18】
前記第１入力端に単相負荷が連結されるとき、
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフし、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとが交互にスイッチングし、前記第３スイッチと前記第４スイッチとが交互にスイッチングし、前記第１スイッチのオン期間に前記第４スイッチのオン期間全体が重なり、前記第３スイッチのオン期間に前記第２スイッチのオン期間全体が重なり、
前記第５スイッチはオフ状態であり、前記第６スイッチはオン状態である、請求項１７に記載の充電装置。
前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフし、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとが交互にスイッチングし、前記第３スイッチと前記第４スイッチとが交互にスイッチングし、前記第１スイッチのオン期間に前記第４スイッチのオン期間全体が重なり、前記第３スイッチのオン期間に前記第２スイッチのオン期間全体が重なり、
前記第５スイッチはオフ状態であり、前記第６スイッチはオン状態である、請求項１７に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、充電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電気車の走行のためには高電圧バッテリの充電が必須である。車両内部に装着された充電器は、商用ＡＣ電源から入力された電力を、バッテリが要求する電圧に変換することができる。これをＯＢＣ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）という。
【0003】
ＯＢＣは、力率（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ、ＰＦ）を補正するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路と、バッテリが要求する電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータとを含むことができる。ＰＦＣ回路には、広い範囲のＡＣ商用交流電源が入力される。ＯＢＣのＤＣ－ＤＣコンバータは、変圧器なしにブーストコンバータで実現される。しかし、ブーストコンバータの特性上、出力電圧が入力電圧より高い場合にのみ充電動作が可能であるという問題がある。
【0004】
また、バックで実現されたＰＦＣとブーストコンバータとを結合してＯＢＣを実現することができる。このＯＢＣは、広い範囲の入力電圧を変換して広い範囲の出力電圧を供給できるが、ブーストコンバータがバッテリに直接的に連結されて、高い出力電流リップルがバッテリに印加され、モータ出力とＯＢＣ出力とが異なって運転点が異なり、充電効率が低いという限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
広い範囲の入力電源および広い範囲のバッテリ充電電圧範囲に合わせて高い充電効率で充電動作が可能な充電装置を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明による充電装置は、第１～第３入力端それぞれに連結されている第１～第３インダクタと、前記第１～第３インダクタそれぞれに連結された第１～第３スイッチレッグとを含むＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路と、複数のリレーを含むリレーネットワークとを含む。前記第１～第３入力端が三相電源の各相に連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記三相電源の各相を前記第１～第３スイッチレッグの対応する１つに連結し、前記ＰＦＣ回路は、三相ブースト（ｂｏｏｓｔ）ＰＦＣとして動作し、前記第１～第３入力端のいずれか１つに単相電源が連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記単相電源を前記第１および第２スイッチレッグに連結し、前記第３スイッチレッグを中性点と連結し、前記ＰＦＣ回路は、シングルインダクタ方式のインタリーブ単相フル－ブリッジ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）ＰＦＣとして動作することができる。
【0007】
前記リレーネットワークは、前記第１入力端および前記第１インダクタに連結されている一端と、第２入力端および第２インダクタに連結されている他端とを含む第１リレーと、前記第２入力端と前記第２インダクタとの間に連結されている第２リレーと、前記第３入力端と前記第３インダクタとの間に連結されている第３リレーと、中性点と前記第３インダクタとの間に連結されている第４リレーと、前記第３インダクタに並列連結されている第５リレーとを含むことができる。
【0008】
前記第１～第３入力端が三相電源の各相に連結されるとき、前記充電装置は、前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオフし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオンする。
【0009】
前記第１入力端に単相電源が連結されるとき、前記充電装置は、前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフする。
【0010】
前記充電装置は、前記ＰＦＣ回路とバッテリとの間に連結されており、前記バッテリから前記ＰＦＣ回路に電力を伝達する電力変換回路をさらに含むことができる。
【0011】
前記第１スイッチレッグは、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第１スイッチと、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第２スイッチとを含み、前記第２スイッチレッグは、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第３スイッチと、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第４スイッチとを含み、前記第３スイッチレッグは、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第５スイッチと、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第６スイッチとを含むことができる。
【0012】
前記第１入力端に単相電源が連結されるとき、前記充電装置は、前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフすることができる。前記単相電源が正の電圧の期間に、前記第１スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第６スイッチがオン状態の期間、および前記第２スイッチ、前記第４スイッチ、および前記第６スイッチがオン状態の期間が繰り返される。前記単相電源が負の電圧の期間に、前記第２スイッチ、前記第４スイッチ、および前記第５スイッチがオン状態の期間、および前記第１スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第5スイッチがオン状態の期間が繰り返される。
【0013】
前記リレーネットワークは、前記第１入力端と前記第１インダクタとの間に連結される抵抗に並列連結されている第６リレーをさらに含み、前記充電装置は、前記ＰＦＣ回路に入力される電圧のピークの後に前記第６リレーをオンすることができる。
【0014】
前記充電装置は、前記第１～第３入力端に連結されて、前記第１～第３入力端のうち電源が連結された入力端を検知し、前記リレーネットワークを制御するリレー制御回路をさらに含むことができる。
【0015】
発明の他の特徴による充電装置は、第１～第３入力端それぞれに連結されている第１～第３インダクタと、前記第１～第３インダクタそれぞれに連結された第１～第３スイッチレッグとを含むＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路と、複数のリレーを含むリレーネットワークとを含む。前記第１～第３入力端が三相負荷の各相に連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記三相電源の各相を前記第１～第３スイッチレッグの対応する１つに連結し、前記ＰＦＣ回路は、三相インバータとして動作し、前記第１～第３入力端のいずれか１つに単相負荷が連結されるとき、前記リレーネットワークは、前記単相負荷を前記第１および第２スイッチレッグに連結し、前記第３スイッチレッグを中性点と連結し、前記ＰＦＣ回路は、単相インバータとして動作することができる。
【0016】
前記リレーネットワークは、前記第１入力端および前記第１インダクタに連結されている一端と、第２入力端および第２インダクタに連結されている他端とを含む第１リレーと、前記第２入力端と前記第２インダクタとの間に連結されている第２リレーと、前記第３入力端と前記第３インダクタとの間に連結されている第３リレーと、中性点と前記第３インダクタとの間に連結されている第４リレーと、前記第３インダクタに並列連結されている第５リレーとを含むことができる。
【0017】
前記第１～第３入力端が三相負荷の各相に連結されるとき、前記充電装置は、前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオフし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオンすることができる。
【0018】
前記第１入力端に単相負荷が連結されるとき、前記充電装置は、前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフすることができる。
【0019】
前記充電装置は、前記第１～第３入力端に連結されて、前記第１～第３入力端のうち負荷が連結された入力端を検知し、前記リレーネットワークを制御するリレー制御回路をさらに含むことができる。
【0020】
前記充電装置は、前記ＰＦＣ回路とバッテリとの間に連結されており、前記バッテリから前記ＰＦＣ回路に電力を伝達する電力変換回路をさらに含むことができる。
【0021】
前記第１スイッチレッグは、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第１スイッチと、前記第１インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第２スイッチとを含み、前記第２スイッチレッグは、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第３スイッチと、前記第２インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第４スイッチとを含み、前記第３スイッチレッグは、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第１入力端との間に連結されている第５スイッチと、前記第３インダクタと前記電力変換回路の第２入力端との間に連結されている第６スイッチとを含むことができる。
【0022】
前記第１入力端に単相負荷が連結されるとき、前記充電装置は、前記第１リレー、前記第４リレー、および前記第５リレーをオンし、前記第２リレーおよび前記第３リレーをオフすることができる。前記第１スイッチと前記第２スイッチとが交互にスイッチングし、前記第３スイッチと前記第４スイッチとが交互にスイッチングし、前記第１スイッチのオン期間に前記第４スイッチのオン期間全体が重なり、前記第３スイッチのオン期間に前記第２スイッチのオン期間全体が重なり、前記第５スイッチはオフ状態であり、前記第６スイッチはオン状態であってもよい。
【発明の効果】
【0023】
本発明は、広い範囲の入力電源および広い範囲のバッテリ充電電圧範囲に合わせて高い充電効率で充電動作が可能であり、既存に比べて簡単な回路構造を有する充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】一実施例による充電装置を示した図である。
【図2】ＡＣ商用電源が三相のときの動作を説明するための回路図である。
【図3】ＡＣ商用電源が単相のときの動作を説明するための回路図である。
【図4A】一実施例による入力電源が単相のときのＰＦＣ回路の動作を説明するための回路図である。
【図4B】一実施例による入力電源が単相のときのＰＦＣ回路の動作を説明するための回路図である。
【図4C】一実施例による入力電源が単相のときのＰＦＣ回路の動作を説明するための回路図である。
【図4D】一実施例による入力電源が単相のときのＰＦＣ回路の動作を説明するための回路図である。
【図5】一実施例による充電装置が逆方向に三相負荷に電力を供給するときの動作を説明するための図である。
【図6】一実施例による充電装置が逆方向に単相負荷に電力を供給するときの動作を説明するための図である。
【図7】一実施例によるＰＦＣ回路のスイッチング動作を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、添付した図面を参照して、本明細書に開示された実施例を詳細に説明し、同一であるか類似の構成要素には同一、類似の図面符号を付し、これに関する重複した説明は省略する。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」および／または「部」は、明細書作成の容易さだけが考慮されて与えられたり混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するわけではない。また、本明細書に開示された実施例を説明するにあたり、かかる公知の技術に関する具体的な説明が本明細書に開示された実施例の要旨をあいまいにしうると判断された場合、その詳細な説明を省略する。さらに、添付した図面は本明細書に開示された実施例を容易に理解できるようにするためのものに過ぎず、添付した図面によって本明細書に開示された技術的な思想が制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むことが理解されなければならない。
【0026】
第１、第２などのような序数を含む用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
【0027】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか「接続されて」いると言及されたときには、その他の構成要素に直接的に連結されているかまたは接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されなければならない。これに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことが理解されなければならない。
【0028】
本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。
【0029】
図１は、一実施例による充電装置を示した図である。
【0030】
充電装置１は、リレーネットワーク２と、リレー制御回路３と、電力制御回路４と、ＡＣ入力フィルタ１０と、ＰＦＣ回路２０と、電力変換回路３０とを含む。充電装置１は、ＡＣ商用電源を変換してバッテリ４０を充電させるための充電電力を生成することができる。例えば、バッテリ４０の正極端子（＋）は、出力端ＯＵＴ１に連結され、バッテリ４０の負極端子（－）は、出力端ＯＵＴ２に連結される。
【0031】
リレーネットワーク２は、ＡＣ商用電源の相に応じて複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６のオン／オフを制御して、ＰＦＣ回路２０とＡＣ商用電源との連結関係を制御することができる。
【0032】
リレーネットワーク２は、複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６を含み、リレー制御回路３は、ＡＣ商用電源と連結される複数の入力端ＩＮ１－ＩＮ３に連結されて、ＡＣ商用電源の相を検知し、検知された相に応じて複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６を制御することができる。リレー制御回路３は、検知された相により複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６のオン／オフを制御するための複数のリレー制御信号ＲＬＳ１－ＲＬＳ６を生成して、複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６に供給することができる。複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６は、複数のリレー制御信号ＲＬＳ１－ＲＬＳ６によりオン（閉鎖）またはオフ（開放）される。
【0033】
例えば、リレー制御回路３は、ＡＣ商用電源が三相の場合、複数のリレーＲＬ２、ＲＬ３をオンさせるリレー制御信号ＲＬＳ２、ＲＬＳ３および複数のリレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６をオフさせるリレー制御信号ＲＬＳ１、ＲＬＳ４、ＲＬＳ６を生成して、複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６に供給することができる。このとき、リレー制御回路３は、三相を指示する相検知信号ＳＬを共に生成して電力制御回路４に伝達することができる。
【0034】
あるいは、リレー制御回路３は、ＡＣ商用電源が単相の場合、複数のリレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６をオンさせるリレー制御信号ＲＬＳ１、ＲＬＳ４、ＲＬＳ６および複数のリレーＲＬ２、ＲＬ３をオフさせるリレー制御信号ＲＬＳ２、ＲＬＳ３を生成して、複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６に供給することができる。このとき、リレー制御回路３は、単相を指示する相検知信号ＳＬを共に生成して電力制御回路４に伝達することができる。
【0035】
リレー制御回路３は、単相または三相に関係なく、充電動作が始まった時点から所定期間経過した時点でリレーＲＬ５をオンさせるリレー制御信号ＲＬＳ５を生成してリレーＲＬ５に供給することができる。
【0036】
リレーＲＬ１の一端は、インダクタ２５の一端および入力端ＩＮ１に連結されており、リレーＲＬ１の他端は、入力端ＩＮ２とインダクタ２６の一端との間に連結されている。リレーＲＬ２は、入力端ＩＮ２とインダクタ２６の一端に連結されており、リレーＲＬ３は、入力端ＩＮ３とインダクタ２７の一端に連結されており、リレーＲＬ４は、中性点Ｎとインダクタ２７の一端との間に連結されている。リレーＲＬ５は、入力端ＩＮ１とインダクタ２５の一端との間に連結されており、リレーＲＬ６は、インダクタ２７に並列連結されている。複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６は、電磁式リレーまたは機械式リレーで実現できる。
【0037】
ＡＣ入力フィルタ１０は、複数の入力端ＩＮ１－ＩＮ３を介して供給されるＡＣ商用電源による電磁妨害雑音（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＥＭＩ）を除去する。ＡＣ入力フィルタ１０は、各入力端とＰＦＣ回路２０との間の入力ラインに備えられた複数のインダクタと、入力ラインに連結された複数のキャパシタとを含み、複数のキャパシタは、各入力ラインに対してＹ－ＣＡＰ構造で連結されている。ただし、これはＡＣ入力フィルタの一例であり、発明がこれに限定されるものではなく、公知の多様な回路で実現できるＡＣ入力フィルタが適用可能である。
【0038】
ヒューズＦ１は、入力端ＩＮ１とインダクタ２５との間に連結されており、ヒューズＦ２は、入力端ＩＮ３とインダクタ２７との間に連結されている。
【0039】
ＰＦＣ回路２０は、３つのスイッチレッグ（ｓｗｉｔｃｈ ｌｅｇ）２１－２３と、３つのインダクタ２５－２７と、ＰＦＣリンクキャパシタ２４とを含む。ＰＦＣ回路２０は、電力制御回路４から供給されるスイッチ制御信号により動作することができる。電力制御回路４は、相検知信号ＳＬによりＡＣ商用電源が単相の場合、または三相の場合に応じて、ＰＦＣ回路２０のスイッチング動作を制御することができる。
【0040】
ＡＣ商用電源が三相のとき、ＰＦＣ回路２０は、三相の線間電圧が入力されて、３－レッグブースト（３－ｌｅｇ Ｂｏｏｓｔ）ＰＦＣとして動作する。ＡＣ商用電源が単相入力のとき、ＰＦＣ回路２０は、入力端ＩＮ１と中性点Ｎとの間の電圧が入力されて、シングルインダクタ方式のインタリーブ単相フル－ブリッジ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）構造のＰＦＣとして動作する。つまり、ＰＦＣ回路２０は、三相の場合、３つの入力端ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３それぞれ入力を電源として用い、単相の場合、入力端ＩＮ１と中性点Ｎとの間の電圧を電源として用いる。単相の場合、リレーＲＬ１がオンされて、３つの第１～第３スイッチレッグ２１－２３がすべて電力伝達に用いられ、このうちスイッチレッグ２３は、中性点Ｎと結線され、インダクタ２７は、リレーＲＬ６のターンオンによって非活性化される。すると、入力端ＩＮ１と中性点Ｎとの間にシングルインダクタ構造に変換されて、ＰＦＣ回路２０は、インタリーブ単相フルブリッジ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）構造である。このとき、ＰＦＣ回路２０は、ユニポーラトーテムポール（ｕｎｉｐｏｌａｒ ｔｏｔｅｍ ｐｏｌｅ）制御で動作可能である。
【0041】
ＰＦＣリンクキャパシタ２４は、２つのキャパシタＣ１、Ｃ２を含み、３つのスイッチレッグ２１－２３それぞれの動作により伝達される電流を充電してＤＣ電圧を生成する。
【0042】
電力変換回路３０は、ＰＦＣリンクキャパシタ２４に充電された電圧を変換して、負荷に適したＤＣ電圧を生成して供給する。電力変換回路３０の２つの入力端ＤＣＮ１、ＤＣＮ２は、ＰＦＣリンクキャパシタ２４の両端に連結されている。図１に負荷が示されていないが、負荷の一例としてバッテリがあり、バッテリは、２つの出力端ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の間に連結されて充電可能である。
【0043】
電力変換回路３０は、２つの入力端ＤＣＮ１、ＤＣＮ２と２つの出力端ＯＵＴ１、ＯＵＴ２との間に並列連結された２つのＤＣ－ＤＣコンバータを含む。２つのＤＣ－ＤＣコンバータが並列連結された構造は、一実施例による一例であり、発明がこれに限定されず、負荷の大きさに応じて適切な個数のＤＣ－ＤＣコンバータで電力変換回路３０が実現されてもよい。
【0044】
ＤＣ－ＤＣコンバータ３１は、一側にフル－ブリッジで連結された４つのスイッチング素子Ｔ１－Ｔ４と、他側にフル－ブリッジで連結された４つのスイッチング素子Ｔ５－Ｔ８と、一側と他側との間の絶縁型変圧器ＴＲ１と、キャパシタＣ３とを含む。
【0045】
ＤＣ－ＤＣコンバータ３２は、一側にフル－ブリッジで連結された４つのスイッチング素子Ｐ１－Ｐ４と、他側にフル－ブリッジで連結された４つのスイッチング素子Ｐ５－Ｐ８と、一側と他側との間の絶縁型変圧器ＴＲ２と、キャパシタＣ４とを含む。
【0046】
電力制御回路４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１およびＤＣ－ＤＣコンバータ３２の電力変換動作を制御することができる。例えば、電力制御回路４は、バッテリ４０に供給される出力電圧がフィードバックされて、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１およびＤＣ－ＤＣコンバータ３２のスイッチング周波数またはデューティ比を制御する制御信号を生成してＤＣ－ＤＣコンバータ３１およびＤＣ－ＤＣコンバータ３２に供給することができる。具体的な制御方法は、ＬＬＣ共振フル－ブリッジ構造のコンバータの制御方法と同一であるので、詳しい説明は省略する。
【0047】
図１では、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１、３２がＬＬＣ共振フル－ブリッジで実現されているが、発明がこれに限定されるものではなく、他のタイプで実現されてもよい。ＤＣ－ＤＣコンバータの動作は、本発明の属する技術分野における当業者に自明な事項であるので、詳しい説明は省略する。
【0048】
図２は、ＡＣ商用電源が三相のときの動作を説明するための回路図である。
【0049】
図２に示されているように、三相電源が３つのインダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３を介して３つの入力端ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３それぞれに伝達される。
【0050】
リレー制御回路３は、ＡＣ商用電源が三相であることを検知し、リレーＲＬ２、ＲＬ３をオンし、リレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６をオフさせ、ＰＦＣ回路２０に入力される電圧のピークの後にリレーＲＬ５をオンする。リレーＲＬ５は、入力端の高電圧によって突入電流が流れるとき、ＰＦＣリンクキャパシタ２４などの素子を保護するためのリレーである。ＰＦＣ回路２０の電圧入力がピークに到達するまでリレーＲＬ５はオフ状態であり、抵抗１１を介して入力端ＩＮ１からの入力がＰＦＣ回路２０に供給される。ピーク到達後、リレーＲＬ５がオンされて、抵抗１１を介さず、リレーＲＬ５を介して入力端ＩＮ１からの入力がＰＦＣ回路２０に供給される。リレーＲＬ５は、単相または三相に関係なく、ＰＦＣ回路２０の電圧入力がピークに到達するまでオフ状態であり、ピークの後にオンされる。
【0051】
ＡＣ商用電源が三相のとき、各入力端ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３が各インダクタ２５、２６、２７に連結され、ＰＦＣ回路２０は、３－レッグブースト（３－ｌｅｇ ｂｏｏｓｔ）ＰＦＣとして動作する。各インダクタ２５、２６、２７に流れる電流が第１～第３スイッチレッグ２１、２２、２３それぞれのスイッチング動作によりＰＦＣリンクキャパシタ２４に伝達される。例えば、入力端ＩＮ１は、インダクタ２５に連結され、インダクタ２５および第１スイッチレッグ２１は、ブーストＰＦＣとして動作する。入力端ＩＮ１の電圧によってインダクタ２５に電流が流れ、スイッチＱ１のオン期間にインダクタ２５に流れる電流がＰＦＣリンクキャパシタ２４を充電し、スイッチＱ１のオフおよびスイッチＱ２のオン期間にインダクタＬ１およびスイッチＱ２を介して電流が流れる。
【0052】
図３は、ＡＣ商用電源が単相のときの動作を説明するための回路図である。
【0053】
図３に示されているように、単相電源がインダクタＬ１を介して入力端ＩＮ１に伝達される。
【0054】
リレー制御回路３は、ＡＣ商用電源が単相であることを検知し、リレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６をオンし、リレーＲＬ２、ＲＬ３をオフさせ、ＰＦＣ回路２０に入力される電圧のピークの後にリレーＲＬ５をオンする。
【0055】
リレーＲＬ１がオンされて、入力端ＩＮ１は、第１スイッチレッグ２１および第２スイッチレッグ２２に連結され、インダクタＬ１に流れる電流は、第１および第２スイッチレッグ２１、２２に分岐し、第１および第２スイッチレッグ２１、２２は、インタリーブ方式で動作する。
【0056】
リレーＲＬ４がオンされて、中性点Ｎと第３スイッチレッグ２３とが連結され、リレーＲＬ６がオンされて、ＰＦＣ回路２０が単相シングルインダクタ構造でインタリーブフルブリッジＰＦＣ動作を行う。つまり、リレーＲＬ１がオンされて、第１～第３スイッチレッグ２１－２３が電力伝達を行う。第３スイッチレッグ２３は、中性点Ｎと連結され、リレーＲＬ６のオンによってインダクタ２７は非活性化される。
【0057】
図４Ａ－４Ｄは、一実施例による入力電源が単相のときのＰＦＣ回路の動作を説明するための回路図である。
【0058】
図４Ａおよび図４Ｂは、正弦波である単相電源が正の電圧のときの、第１～第３スイッチレッグ２１－２３の動作による電流経路を示した図である。図４Ｃおよび図４Ｄは、正弦波である単相電源が負の電圧のときの、第１～第３スイッチレッグ２１－２３の動作による電流経路を示した図である。図４Ａおよび図４Ｃは、ＰＦＣ回路２０の電力供給動作を示した図であり、図４Ｂおよび図４Ｄは、ＰＦＣ回路２０の電力回復動作を示した図である。図４Ａに示されているように、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ６がオン状態の期間に、単相電源の電圧によってインダクタ２５、２６、スイッチＱ１、Ｑ２、キャパシタＣ１、Ｃ２、およびスイッチＱ６を介して電流が流れる。この期間にキャパシタＣ１、Ｃ２に電力が供給される。
【0059】
次に、図４Ｂに示されているように、スイッチＱ４、Ｑ５、Ｑ６がオン状態の期間に、単相電源の電圧によってインダクタ２５、２６およびスイッチＱ４、Ｑ５、Ｑ６を介して電流が流れる。この期間にインダクタ２５、２６にエネルギーが貯蔵される電力回復動作が行われる。
【0060】
図４Ｃに示されているように、スイッチＱ３、Ｑ４、Ｑ５がオン状態の期間に、単相電源の電圧によってスイッチＱ３、キャパシタＣ１、Ｃ２、スイッチＱ４、Ｑ５、およびインダクタ２５、２６を介して電流が流れる。この期間にキャパシタＣ１、Ｃ２に電力が供給される。
【0061】
次に、図４Ｄに示されているように、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３がオン状態の期間に、単相電源の電圧によってインダクタ２５、２６およびスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３を介して電流が流れる。この期間にインダクタ２５、２６にエネルギーが貯蔵される電力回復動作が行われる。
【0062】
電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の一回充電走行可能距離が増加していて、バッテリ容量の増大が要求されている。これによって、ＯＢＣ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）は大容量充電が要求されていて、充電電力の増大が必要である。
【0063】
従来の充電器は、ＰＦＣ回路とＤＣ／ＤＣコンバータの２段構造で、単相入力電源の条件でのみ動作可能である。三相電源入力の条件で充電を実現するためには、三相電源の各相に対して連結された充電器が３－並列に連結されていなければならない。すると、回路の複雑性が増加し、材料費と体積／重量の増大をもたらす。ブーストコンバータで実現されたＰＦＣ回路のみを含む充電器は、回路構造は簡潔であるものの、バッテリ要求電圧が入力電圧より低い場合、正常充電が不可能である。バック－ブーストタイプの充電器は、バッテリが要求する出力電圧の全区間に対して充電動作が可能であるが、制御が複雑であり、出力電圧に比べてＡＣ交流入力電圧が低い区間が存在して力率（ＰＦ）特性が不利であり、ブーストコンバータがバッテリに直接的に連結されて高い出力電流リップルがバッテリに印加され、バッテリの発熱および寿命に悪影響を及ぼす。
【0064】
本発明は、多様なＡＣ電源の条件、つまり、国別の多様な電源状況に応じて最適化された充電システムとして、ＰＦＣ回路を変換するリレーネットワークを含む充電装置に関する。本発明は、広い範囲の入力電源および広い範囲のバッテリ充電電圧範囲に合わせて高い充電効率で充電動作が可能であり、既存に比べて簡単な回路構造を有する充電装置を提供することができる。
【0065】
ＯＢＣが三相入力に合わせて設計された従来技術の場合、単相入力については十分な充電電力を生成および供給することが困難であった。例えば、単相入力に対して、従来のＯＢＣは３．６ｋＷの充電電力だけを供給することができた。しかし、一実施例による充電装置１は、三相３－レッグインバータタイプのＰＦＣ回路２０を用いて電力変換回路３０に供給されるリンク電圧を調節することができる。したがって、充電装置１は、単相入力に対しても十分な充電電力（例えば、７．２ｋＷ）をバッテリ４０に供給することができる。
【0066】
また、一実施例による充電装置１は、リンク電圧を調節可能なため、変圧器ＴＲ１、ＴＲ２の一側の巻線数と他側の巻線数との間の比率である巻線数比が１：１に近く設計可能である。これによって、充電装置１は、バッテリ４０を充電する電力供給方向（以下、順方向）と反対方向（以下、逆方向）にバッテリ４０から充電装置１の入力端に連結された三相負荷または単相負荷に電力を供給することができる。
【0067】
【0068】
図５は、一実施例による充電装置が逆方向に三相負荷に電力を供給するときの動作を説明するための図である。
【0069】
三相負荷５０の各相は、図５に３つのインダクタ５１－５３として示されている。インダクタ５１は、入力端ＩＮ１と中性点Ｎとの間に連結されており、インダクタ５２は、入力端ＩＮ２と中性点Ｎとの間に連結されており、インダクタ５３は、入力端ＩＮ３と中性点Ｎとの間に連結されている。図５には、三相負荷５０が３つのインダクタ５１－５３として示されているが、発明がこれに限定されるものではない。三相負荷５０の各負荷は、抵抗、インダクタ、およびキャパシタのうちの１つで実現されるか、少なくとも２つの組み合わせで実現されてもよい。
【0070】
図１と比較して同一の構成については同一の図面符号を表示し、重複する説明は以下に省略される。
【0071】
リレー制御回路３は、複数の入力端ＩＮ１－ＩＮ３に連結された負荷を検知して、三相負荷なのか、単相負荷なのかを判断できる。複数の入力端ＩＮ１－ＩＮ３に連結された負荷が三相負荷の場合、リレー制御回路３は、複数のリレーＲＬ２、ＲＬ３をオンさせるリレー制御信号ＲＬＳ２、ＲＬＳ３および複数のリレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６をオフさせるリレー制御信号ＲＬＳ１、ＲＬＳ４、ＲＬＳ６を生成して、複数のリレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６に供給することができる。このとき、リレー制御回路３は、三相を指示する相検知信号ＳＬを共に生成して電力制御回路４に伝達することができる。リレー制御回路３は、逆方向の充電動作が始まった時点から所定期間経過した時点でリレーＲＬ５をオンさせる。
【0072】
２つの出力端ＯＵＴ１、ＯＵＴ２にバッテリ４０の正極端子（＋）と負極端子（－）とが連結され、バッテリ４０から２つの出力端ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を介して電力変換回路３０に電力が供給される。まず、電力変換回路３０を介してバッテリ４０からＰＦＣ回路２０に電力が供給される動作を説明する。ＤＣ－ＤＣコンバータ３１およびＤＣ－ＤＣコンバータ３２のうちの１つのみ電力供給動作を行うことができる。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１がバッテリ４０からＰＦＣ回路２０に電力を供給する動作を説明する。この場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ３２のスイッチＰ５－Ｐ８は、ダイオードに代替可能である。
【0073】
バッテリ４０の正極端子（＋）と負極端子（－）との間の電圧がＤＣ－ＤＣコンバータ３１の入力電圧として供給される。逆方向にＤＣ－ＤＣコンバータ３１が入力電圧を変換してＰＦＣ回路２０に供給するとき、一側に位置するすべてのスイッチＴ１－Ｔ４はオフ状態である。他側に位置するスイッチＴ５－Ｔ８のスイッチング動作により、一側に位置するスイッチのボディダイオードを介して電流経路が形成される。
【0074】
例えば、スイッチＴ５、Ｔ８のオン期間およびスイッチＴ６、Ｔ７のオフ期間に、変圧器ＴＲ１の他側に流れる共振電流がスイッチＴ５、Ｔ８を介して流れ、変圧器ＴＲ１の一側に電力が伝達される。このとき、スイッチＴ１およびスイッチＴ４のボディダイオードを介して電流が流れて、ＰＦＣ回路２０に電力が供給される。次に、すべてのスイッチＴ５－Ｔ８がオフ状態であるデッドタイムが存在する。デッドタイム後、スイッチＴ６、Ｔ７のオン期間およびスイッチＴ５、Ｔ８のオフ期間に、変圧器ＴＲ１の他側に流れる共振電流がスイッチＴ６、Ｔ７を介して流れ、変圧器ＴＲ１の一側に電力が伝達される。このとき、スイッチＴ２およびスイッチＴ３のボディダイオードを介して電流が流れて、ＰＦＣ回路２０に電力が供給される。次に、すべてのスイッチＴ５－Ｔ８がオフ状態であるデッドタイムが存在する。このような動作が繰り返されて、電力変換回路３０の他側に連結されたバッテリ４０から電力変換回路３０の一側に連結されたＰＦＣ回路２０に電力が供給される。
【0075】
ＰＦＣリンクキャパシタ２４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３１から供給されたエネルギーを充電し、ＰＦＣ回路２０に入力される電圧を平滑させることができる。ＰＦＣ回路２０は、第１～第３スイッチレッグ２１－２３のスイッチング動作によりＡＣ電力を三相負荷５０に供給することができる。例えば、電力制御回路４は、相検知信号ＳＬによりＰＦＣ回路２０が三相インバータとして動作するように制御する。つまり、第１～第３スイッチレッグ２１－２３は、１２０度の位相差を有してスイッチング動作し、第１～第３スイッチレッグ２１－２３それぞれにおける２つのスイッチ（例えば、Ｑ１とＱ４）のスイッチング動作は、位相差１８０度の相補スイッチング（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）である。三相インバータの動作は公知の技術で、詳しい説明は省略する。
【0076】
図６は、一実施例による充電装置が逆方向に単相負荷に電力を供給するときの動作を説明するための図である。
【0077】
単相負荷６０は、抵抗、インダクタ、およびキャパシタのうちの１つで実現されるか、少なくとも２つの組み合わせで実現されてもよい。図１と比較して同一の構成については同一の図面符号を表示し、重複する説明は以下に省略される。
【0078】
リレー制御回路３は、複数の入力端ＩＮ１－ＩＮ３に連結された負荷を検知して、三相負荷なのか、単相負荷なのかを判断できる。複数の入力端ＩＮ１－ＩＮ３に連結された負荷が単相負荷の場合、リレー制御回路３は、複数のリレーＲＬ１、ＲＬ４、ＲＬ６をオンさせるリレー制御信号ＲＬＳ１、ＲＬＳ４、ＲＬＳ６および複数のリレーＲＬ２、ＲＬ３をオフさせるリレー制御信号ＲＬＳ２、ＲＬＳ３を生成して、複数のリレーＲＬ１－ＲＬ６に供給することができる。このとき、リレー制御回路３は、単相を指示する相検知信号ＳＬを共に生成して電力制御回路４に伝達することができる。リレー制御回路３は、逆方向の充電動作が始まった時点から所定期間経過した時点でリレーＲＬ５をオンさせる。
【0079】
電力変換回路３０を介してＰＦＣ回路２０に電力が供給される方法は、上記の三相負荷が連結された実施例と同一であるので、省略する。以下、図７を参照して、単相負荷６０が連結された実施例におけるＰＦＣ回路２０の動作を説明する。図７に示されているように、ＰＦＣ回路２０は、単相インバータとして動作する。
【0080】
図７は、一実施例によるＰＦＣ回路のスイッチング動作を示した図である。
【0081】
図７に示されているように、第１スイッチレッグ２１のスイッチＱ１、Ｑ４のうちオン状態のスイッチが「ＴＯＮ１」の波形図に示されており、第２スイッチレッグ２２のスイッチＱ２、Ｑ５のうちオン状態のスイッチが「ＴＯＮ２」の波形図に示されており、第３スイッチレッグ２３のスイッチＱ３、Ｑ６のうちオン状態のスイッチが「ＴＯＮ３」の波形図に示されている。単相負荷の条件下、第３スイッチレッグ２３において、スイッチＱ３はオフ状態であり、スイッチＱ６はオン状態である。
【0082】
第１スイッチレッグ２１においてスイッチＱ１がオン状態、スイッチＱ４がオフ状態の期間Ｔ１に、ＰＦＣリンクキャパシタ２４に充電された入力電圧によってインダクタ２５に電流が流れる。インダクタ２５の電流は、負荷６０、リレーＲＬ６およびスイッチＱ６を介して流れ、負荷６０に電力が供給される。次に、第１スイッチレッグ２１においてスイッチＱ１がオフ状態、スイッチＱ４がオン状態の期間Ｔ２に、インダクタ２５の電流は、リレーＲＬ６、スイッチＱ６およびスイッチＱ４を介して流れる。期間Ｔ１と期間Ｔ２との間には、２つのスイッチＱ１、Ｑ４がすべてオフ状態であるデッドタイムが存在する。
【0083】
第２スイッチレッグ２２においてスイッチＱ２がオン状態、スイッチＱ５がオフ状態の期間Ｔ３に、ＰＦＣリンクキャパシタ２４に充電された入力電圧によってインダクタ２６に電流が流れる。インダクタ２６の電流は、負荷６０、リレーＲＬ６およびスイッチＱ６を介して流れ、負荷６０に電力が供給される。次に、第２スイッチレッグ２２においてスイッチＱ４がオフ状態、スイッチＱ５がオン状態の期間Ｔ４に、インダクタ２５の電流は、リレーＲＬ６、スイッチＱ６およびスイッチＱ５を介して流れる。期間Ｔ３と期間Ｔ４との間には、２つのスイッチＱ２、Ｑ５がすべてオフ状態であるデッドタイムが存在する。
【0084】
このような一実施例による充電装置１は、バッテリ４０から負荷に電力を供給することができる。一実施例による充電装置１は、電気自動車に適用可能であり、バッテリ４０は、電気自動車を運営するために必要な電力を供給する。
【0085】
一実施例による充電装置を介してバッテリの定格電圧に関係なく充電可能である。また、充電装置は、バッテリから負荷（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｌｏａｄ、Ｖ２Ｌ）またはバッテリから系統（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｇｒｉｄ、Ｖ２Ｇ）に電力を供給することができる。さらに、充電装置の周波数可変範囲がＬＬＣコンバータの動作周波数範囲に比べて狭くて変圧器が小型化される。一実施例によるＰＦＣ回路において、昇圧比に関係なくＰＦＣ回路のスイッチにかかる電流ストレスが一定である。したがって、一実施例による充電装置は、高昇圧比の実現が可能である。
【0086】
特に、Ｖ２Ｇの実現において、リンク電圧可変方式が充電装置に適用されて、系統に供給できる出力電圧範囲が非常に広い。また、逆方向の電力供給と順方向の電力供給において巻線比がほぼ同じであるので、ＬＬＣコンバータの共振ゲインが変化しない。逆方向の電力供給において負荷側に別途のコンバータを備えなくても３８０Ｖ以上の電力の供給が可能である。
【0087】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者が多様に変形および改良した形態も本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【0088】
１：充電装置
２：リレーネットワーク
３：リレー制御回路
１０：ＡＣ入力フィルタ
２０：ＰＦＣ回路
３０：電力変換回路
２：リレーネットワーク
３：リレー制御回路
１０：ＡＣ入力フィルタ
２０：ＰＦＣ回路
３０：電力変換回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
