特開 2022-26711 電力変換アダプタ

(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】P2022026711

(43)【公開日】2022-02-10

(54)【発明の名称】電力変換アダプタ

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20220203BHJP

   B60L 53/16 20190101ALI20220203BHJP

   B60L 53/22 20190101ALI20220203BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 301B

H02J7/00 P

B60L53/16

B60L53/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020130304

(22)【出願日】2020-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】中田 健一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 定典

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA02

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA11

5G503DA08

5G503DA17

5G503FA03

5G503FA06

5G503GB03

5G503GB06

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125CC06

5H125FF12

5H125FF14

(57)【要約】

【課題】交流充電用のコネクタを備えていない車両でも、交流充電器による外部充電を可能とする。
【解決手段】電力変換アダプタ１０は、交流充電用車両コネクタと互換性を有したコネクタ１１と、直流充電用車両コネクタに連結可能なプラグ１２と、コネクタ１１とプラグ１２との間に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ１３と、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流充電用車両コネクタと互換性を有したコネクタと、
直流充電用車両コネクタに連結可能なプラグと、
前記コネクタと前記プラグとの間に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータと、
を備える電力変換アダプタ。

【請求項2】

前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型である請求項１に記載の電力変換アダプタ。

【請求項3】

前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、力率制御機能を備える請求項１又は請求項２に記載の電力変換アダプタ。

【請求項4】

前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、双方向型である請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換アダプタ。

【請求項5】

前記プラグが連結された車両との通信機能を有しており、かつ前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備える請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換アダプタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の外部充電に使用する電力変換アダプタに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やプラグイン・ハイブリッド車のように、二次電池やコンデンサなどの充放電可能な蓄電装置を備えるとともに、車外の充電器から蓄電装置を充電することが可能な車両がある。なお、以下の説明では、車外の充電器からの蓄電装置の充電を外部充電と記載する。充電器には、交流電力を車両に供給する交流充電器と、直流電力を車両に供給する直流充電器と、が存在している。また、交流充電器、直流充電器のそれぞれにも、複数の規格が存在している。

【0003】

交流充電器による外部充電に対応した車両として、特許文献１～３に記載のものが知られている。これらの車両は、ＡＣ／ＤＣコンバータを備えており、交流充電器から供給された交流電力を直流電力に変換して蓄電装置に充電している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－０９３８９１号公報

【特許文献2】特開２０１４－１８７７６２号公報

【特許文献3】国際公開第２０１１／０８０８１４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

充電器の充電プラグの形状は、充電規格により異なっている。そのため、直流充電器、交流充電器の双方に対応する車両には、充電プラグを連結する車両コネクタとして少なくとも、直流充電用、交流充電用の２種のコネクタを設ける必要がある。

【0006】

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、交流充電用のコネクタを備えていない車両でも、交流充電器による外部充電を可能とすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する電力変換アダプタは、交流充電用車両コネクタと互換性を有したコネクタと、直流充電用車両コネクタに連結可能なプラグと、前記コネクタと前記プラグとの間に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

【0008】

上記電力変換アダプタのコネクタは交流充電器の充電プラグに、プラグは直流充電用の車両コネクタにそれぞれ連結可能である。こうした電力変換アダプタを介して交流充電器と車両とを連結すると、交流充電器が出力した交流電圧が直流電圧に変換されて車両に供給される。そのため、直流充電用の車両コネクタを通じて、交流充電器による車両の外部充電を行える。

【0009】

なお、上記電力変換アダプタにおけるＡＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型としてもよい。こうした場合、車両の電力系と交流充電器とが絶縁分離される。
また、同ＡＣ／ＤＣコンバータは、力率制御機能を備えるようにしてもよい。こうした場合、無効電力を低減できる。

【0010】

さらに、同ＡＣ／ＤＣコンバータは、双方向型としてもよい。こうした場合、電力変換アダプタを通じた車両から外部への交流給電が可能となる。
加えて、上記電力変換アダプタは、上記プラグが連結された車両との通信機能を有しており、かつ上記ＡＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御回路を備えるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、交流充電用のコネクタを備えていない車両でも、交流充電器による外部充電が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電力変換アダプタの第１実施形態の斜視図。

【図2】同電力変換アダプタの電気回路図。

【図3】同電力変換アダプタを適用可能な車両の一例の電源装置の構成を示す図。

【図4】同車両での交流充電器による外部充電の実施態様を示す図。

【図5】第２実施形態の電力変換アダプタと、同電力変換アダプタが連結される車両コネクタの周辺部と、を併せ示す斜視図。

【図6】同実施形態の電力変換アダプタの変形例の斜視図。

【図7】同電力変換アダプタの電気回路図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（第１実施形態）
以下、電力変換アダプタの第１実施形態を、図１～図４を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の電力変換アダプタ１０は、交流充電用の車両コネクタに互換性を有したコネクタ１１と、直流充電用の車両コネクタに連結可能なプラグ１２と、を備えている。本実施形態では、コネクタ１１として、交流充電方法の規格の一つである「ＳＡＥ Ｊ１７７２」規格に準拠したコネクタを採用している。また、本実施形態では、プラグ１２として、直流急速充電方法の規格の一つである「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に準拠したプラグを採用している。

【0014】

図２に、電力変換アダプタ１０の電気回路構成を示す。電力変換アダプタ１０は、双方向型のＡＣ／ＤＣコンバータ１３をその内部に有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、コネクタ１１とプラグ１２との間に接続されている。すなわち、コネクタ１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の交流電圧が入出力される端子に接続されており、プラグ１２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の直流電圧が入出力される端子に接続されている。本実施形態の電力変換アダプタ１０におけるＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、絶縁型であり、かつ力率制御機能を有している。

【0015】

また、電力変換アダプタ１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する制御回路１６をその内部に有している。制御回路１６は、接続線１６Ａを通じて、コネクタ１１に設けられた通信用の端子に接続されている。制御回路１６は、また、接続線１６Ｂを通じて、プラグ１２に設けられた通信用の端子に接続されている。

【0016】

図３は、本実施形態の電力変換アダプタ１０を用いて交流充電器により外部充電が可能な車両の電源装置の一例を示す。同図に示す車両の電源装置２０は、充放電可能な蓄電装置２１を備えている。蓄電装置２１は、例えばリチウムイオン二次電池のような二次電池である。蓄電装置２１は、インバータ２２を介して走行モータ２３に接続されている。

【0017】

また、電源装置２０は、「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に準拠した直流充電用の車両コネクタ２４を備えている。上述のように本実施形態の電力変換アダプタ１０のプラグ１２は、「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に準拠しているため、車両コネクタ２４に連結可能である。車両コネクタ２４は、直結ライン２５を介して蓄電装置２１に接続されている。直結ライン２５には、第１リレー２６が設置されている。第１リレー２６は、外部からの電気信号により開閉される。第１リレー２６は、例えば無接点リレーである。

【0018】

さらに、車両コネクタ２４は、第２リレー２７を介して高圧ライン２８に接続されている。第２リレー２７は、外部からの電気信号により開閉される。第２リレー２７は、例えば無接点リレーである。

【0019】

高圧ライン２８は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を介して蓄電装置２１に接続されている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は絶縁型であり、外部から入力される駆動信号に応じて駆動されるスイッチング素子を複数有している。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、各スイッチング素子の開閉駆動を通じて、高圧ライン２８と蓄電装置２１との間の直流電力の伝達方向や、出力電圧・出力電流を制御する。

【0020】

一方、高圧ライン２８には、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０が接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ３０は、高圧ライン２８上の直流電圧を、商用電源と同じ電圧振幅と周波数を有する交流電圧に変換して、車内に設けられた交流電圧取り出し用のアウトレット３１に出力する。

【0021】

さらに、高圧ライン２８には、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が接続されている。補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、高圧ライン２８上の直流電圧を降圧して、車両に設けられた各種の補機３３に出力する。補機３３には、例えばライトやワイパー、電動ポンプ、オーディオ類、計器類、低圧蓄電装置が含まれる。

【0022】

こうした電源装置２０におけるインバータ２２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０、及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、動作に伴う発熱が大きい。そのため、インバータ２２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０、及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ３２はそれぞれ、図示しない冷却システムにより冷却されている。

【0023】

また、電源装置２０は、制御回路３４を備えている。制御回路３４は、第１リレー２６、第２リレー２７、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を制御する。制御回路３４は、車内通信回線３５を介して車両コネクタ２４に接続されている。

【0024】

以上のように構成された車両の電源装置２０の制御回路３４は、車両コネクタ２４を通じた外部充電、外部給電のいずれも行っていないときには、第１リレー２６及び第２リレー２７を共に開いた状態とする。また、上記電源装置２０では、車両の走行中、インバータ２２の駆動制御により、走行モータ２３の力行／回生運転が行われる。走行モータ２３の力行運転は、蓄電装置２１の端子間直流電圧をインバータ２２が交流電圧に変換して走行モータ２３に供給することで行われる。また、走行モータ２３の回生運転により発電された交流電圧は、インバータ２２により直流電圧に変換されて蓄電装置２１に充電される。

【0025】

さらに、車両の走行中に制御回路３４は、蓄電装置２１の端子間電圧を一定の直流電圧（高圧ライン電圧ＶＢ）に変換して高圧ライン２８に出力するように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を駆動する。高圧ライン電圧ＶＢは、補機３３の駆動電圧（本実施形態では１２Ｖ）よりも高い電圧となっている。高圧ライン２８上の高圧ライン電圧ＶＢは、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ３２により降圧されて補機３３に供給される。また、高圧ライン２８上の高圧ライン電圧ＶＢは、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０により商用電源と同じ電圧振幅と周波数を有する交流電圧に変換されてアウトレット３１に供給される。

【0026】

こうした電源装置２０は、「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に準拠した直流急速充電器による蓄電装置２１の外部充電が可能である。直流急速充電器は、車両への出力電圧を調整するためのＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路と、を備えている。また、直流急速充電器の充電プラグには、同充電プラグが車両コネクタ２４に連結された際に車内通信回線３５に接続される通信用の端子が設けられており、制御回路はその通信用の端子に接続されている。これにより、直流急速充電器の充電プラグが車両コネクタ２４に連結されると、直流急速充電器の制御回路と車両の電源装置２０の制御回路３４との間に通信が確立される。電源装置２０の制御回路３４は、制御回路との通信を通じて、直流急速充電器の給電方式を確認すると、第１リレー２６を閉じる一方で、第２リレー２７を開く。これにより、直結ライン２５を介して蓄電装置２１が車両コネクタ２４に直結された状態で、直流急速充電器による外部充電が行われる。なお、こうした外部充電中に制御回路３４は、蓄電装置２１の充電状態に応じた出力電圧を直流急速充電器に指令する。この指令に応じて制御回路がＤＣ／ＤＣコンバータを駆動することで、外部充電中の直流急速充電器の出力電圧が調整される。

【0027】

さらに、上記車両の電源装置２０は、本実施形態の電力変換アダプタ１０を用いることで、交流充電器による蓄電装置２１の外部充電が可能となる。
図４に、電力変換アダプタ１０を用いた交流充電器５０による外部充電の実施態様を示す。交流充電器５０は、「ＳＡＥ Ｊ１７７２」規格に対応した交流充電用の充電プラグ５０Ａを備えている。交流充電器５０による蓄電装置２１の外部充電に際して、本実施形態の電力変換アダプタ１０は、充電プラグ５０Ａと車両コネクタ２４との間に介設される。すなわち、電力変換アダプタ１０のコネクタ１１に充電プラグ５０Ａを連結するとともに、プラグ１２を車両コネクタ２４に連結する。

【0028】

このときには、電力変換アダプタ１０の制御回路１６と電源装置２０の制御回路３４との間に通信が確立される。電源装置２０の制御回路３４は、制御回路１６との通信により、電力変換アダプタ１０から車両への給電方式を確認すると、第１リレー２６を開く一方で、第２リレー２７を閉じる。これにより、高圧ライン２８、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を経由して車両コネクタ２４と蓄電装置２１とを繋ぐ通電経路が形成される。

【0029】

また、電力変換アダプタ１０の制御回路１６と交流充電器５０の制御回路５１との間にも通信が確立される。電力変換アダプタ１０の制御回路１６は、交流充電器５０の制御回路５１との通信により、準拠する規定に従い、充電プラグ５０Aとコネクタ１１との連結状態や交流充電器５０の状況を確認する。

【0030】

電力変換アダプタ１０のＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、交流充電器５０から入力された交流電圧を高圧ライン電圧ＶＢに変換するとともに、力率を制御して、車両コネクタ２４に出力する。車両コネクタ２４に入力された直流電力は、閉じられた第２リレー２７を通って高圧ライン２８に供給される。このときの蓄電装置２１の充電は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を駆動して、高圧ライン２８上の高圧ライン電圧ＶＢを降圧して蓄電装置２１に供給することで行われる。なお、制御回路３４は、蓄電装置２１の充電状況に応じて、蓄電装置２１に対する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９の出力電圧を調整している。

【0031】

ちなみに、こうした交流充電器５０による外部充電中の高圧ライン２８には、高圧ライン電圧ＶＢが供給されている。そのため、外部充電中もＤＣ／ＡＣコンバータ３０や補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を駆動することで、アウトレット３１や補機３３への給電を継続できる。

【0032】

ところで、車両用の充電器の一種として、車両の充電機能に加えて、車両に蓄えた電力を家庭等に給電する機能を兼ね備えた、いわゆるＶ２Ｈ（Ｖｅｈｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）機器がある。本実施形態の電力変換アダプタ１０を用いれば、「ＳＡＥ Ｊ１７７２」規格に対応した交流充電用の充電プラグを備えるＶ２Ｈ機器と、「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に対応した車両コネクタを備える車両と、の接続が可能となる。こうした場合、電力変換アダプタ１０のＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、Ｖ２Ｈ機器による車両から家庭への給電時には、車両から出力された直流電圧を商用電源と同じ電圧振幅と周波数を有する交流電圧に変換してＶ２Ｈ機器に送るように駆動される。

【0033】

さらに、電力変換アダプタ１０を用いて、家庭等の商用電源用のアウトレットからの給電により蓄電装置２１を充電することも可能である。この場合には、商用電源用のアウトレットに連結可能なプラグと、交流充電用のプラグが両端にそれぞれ設けられたケーブルを用いる。そして、そのケーブルと電力変換アダプタ１０とを介して、商用電源用のアウトレットと車両とを接続する。

【0034】

以上の本実施形態の電力変換アダプタ１０によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の電力変換アダプタ１０を用いることで、交流充電用のコネクタを備えていない車両でも、交流充電器による外部充電が可能となる。

【0035】

（２）電力変換アダプタ１０のＡＣ／ＤＣコンバータ１３が絶縁型であるため、交流充電器５０と車両の電力系とを絶縁分離した状態で外部充電を行える。
（３）電力変換アダプタ１０のＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、力率制御機能を備えているため、無効電力を低減できる。

【0036】

（４）ＡＣ／ＤＣコンバータ１３が双方向型であるため、車両から外部への交流電圧の供給が可能となる。
（５）プラグ１２が連結された車両との通信機能を有した、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の制御回路１６を備えている。そのため、本実施形態の電力変換アダプタ１０に対応した車両であれば、同電力変換アダプタ１０を用いての交流充電器５０からの外部充電を自動的に実施できる。

【0037】

（６）車両に交流充電用の車両コネクタを設けずとも、交流充電器による蓄電装置２１の外部充電が可能なため、車両の電源装置２０の部品点数、及びコストを削減できる。
（第２実施形態）
次に、電力変換アダプタの第２実施形態を、図５～図７を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態にあって、上記実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

【0038】

図５には、本実施形態の電力変換アダプタ１００、車体における電力変換アダプタ１００の連結部分の斜視構造が示されている。本実施形態の電力変換アダプタ１００は、外形状は異なるものの、基本的な構成は第１実施形態の電力変換アダプタ１０と同じである。すなわち、電力変換アダプタ１００は、交流充電用の車両コネクタに互換性を有したコネクタ１１と、直流充電用の車両コネクタに連結可能なプラグ１２と、を備えている
電力変換アダプタ１００の電気回路の構成は、図２に示した第１実施形態の電力変換アダプタ１０のものと同様の構成となっている。すなわち、電力変換アダプタ１００は、コネクタ１１とプラグ１２との間に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する制御回路１６をその内部に有している。

【0039】

こうした本実施形態の電力変換アダプタ１００に対応した車両の車体Ｃには、電力変換アダプタ１００を嵌め込み可能な窪み１２０が設けられている。そして、その窪み１２０の奥部には、「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に対応した車両コネクタ２４が設置されている。

【0040】

同車両は、図３に示したものと同様の電源装置２０を備えている。なお、同車両における電源装置２０の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、窪み１２０の形成箇所における車体Ｃの内側の部分に設置されている。

【0041】

以上のように構成された本実施形態の電力変換アダプタ１００は、第１実施形態の電力変換アダプタ１０と同様に機能する。なお、上述したように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、冷却システムにより冷却されている。一方、電力変換アダプタ１００は、車両に組付けられた際に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９の近傍に位置している。そのため、電力変換アダプタ１００は、冷却システムにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９と共に冷却される。

【0042】

なお、電力変換アダプタ１００に対応した車両は、図６に示すようなコネクタ１１の種別が異なる別タイプの電力変換アダプタ２００にも対応している。電力変換アダプタ２００は、「ＳＡＥ Ｊ１７７２」規格に対応したコネクタの代わりに、直流充電、交流充電の双方に対応した充電方式の規格の一つである「ＣＯＭＢＯ」規格に対応したコネクタ２１１を備えている。一方、電力変換アダプタ２００には、図５に示した電力変換アダプタ１００と同様の「ＣＨＡｄｅＭＯ」規格に対応したプラグを備えている。「ＣＯＭＢＯ」規格に対応したコネクタ２１１は、交流充電用の端子部２１１Ａと直流充電用の端子部２１１Ｂとを備えている。

【0043】

図７に示すように、コネクタ１１の交流充電用の端子部２１１Ａは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３を介してプラグ１２に接続されている。一方、コネクタ１１の直流充電用の端子部２１１Ｂは、プラグ１２に直結されている。なお、電力変換アダプタ２００は、車両との通信、及びＡＣ／ＤＣコンバータ１３の制御を行う制御回路１６を備えている。

【0044】

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
〇「ＳＡＥ Ｊ１７７２」以外の交流充電方法の規格に準拠したコネクタ１１を採用してもよい。

【0045】

〇「ＣＨＡｄｅＭＯ」以外の直流充電方法の規格に準拠したプラグ１２を採用してもよい。
〇電力変換アダプタ１０、１００、２００に対応する車両の電源装置２０の構成は、適宜に変更してもよい。例えば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を備えておらず、電力変換アダプタ１０、１００、２００が車両コネクタ２４に出力した直流電圧を蓄電装置２１に直接供給するように電源装置２０を構成してもよい。

【0046】

〇電源装置２０において蓄電装置２１と車両コネクタ２４とが絶縁分離されている場合等には、非絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータ１３を採用してもよい。
〇蓄電装置２１から電力変換アダプタを通じて車外に交流電力の給電を行わない場合等には、単方向のＡＣ／ＤＣコンバータ１３を採用してもよい。

【0047】

〇車両との通信機能を、制御回路３４から割愛してもよい。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３が外部制御に依らず受動的に動作するように構成されている場合等には、制御回路３４を省略してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０、１００、２００…電力変換アダプタ、１１、２１１…コネクタ、１２…プラグ、１３…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１６…制御回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】