特開 2024-58665 自動車のバッテリーのＤＣ電圧変換および充電のための電気システムの変圧器

(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】P2024058665

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】自動車のバッテリーのＤＣ電圧変換および充電のための電気システムの変圧器

(51)【国際特許分類】

   H01F 30/10 20060101AFI20240418BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20240418BHJP

   H01F 27/24 20060101ALI20240418BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

H01F30/10 A

H02M3/28 Y

H02M3/28 V

H02M3/28 U

H02M3/28 H

H02M3/28 Q

H01F30/10 C

H01F30/10 R

H01F27/24 W

H01F27/28 147

H01F27/28 K

H01F27/28 123

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023178462

(22)【出願日】2023-10-16

(31)【優先権主張番号】2210624

(32)【優先日】2022-10-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】522457531

【氏名又は名称】ヴァレオ、イーオートモーティブ、フランス、エスアーエス

【氏名又は名称原語表記】Ｖａｌｅｏ ｅＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｆｒａｎｃｅ ＳＡＳ

(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】100202429

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 信人

(72)【発明者】

【氏名】ウェンデル、ダ－クーニャ－アルベス

(72)【発明者】

【氏名】ケリー、リベイロ、ド、ファリア、サントス

【テーマコード（参考）】

5E043

5H730

【Ｆターム（参考）】

5E043AB02

5E043AB05

5E043BA01

5H730AA18

5H730AS01

5H730AS05

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB27

5H730BB61

5H730BB83

5H730BB86

5H730CC04

5H730DD04

5H730EE03

5H730EE04

5H730EE07

5H730EE08

5H730EE13

5H730EE73

5H730FG22

5H730ZZ16

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電気システムの１つまたは複数の変圧器が電気システムの他の構成要素と協働することを可能にする変圧器設計を提供する。
【解決手段】磁気コア５を備える変圧器であって、磁気コア５は、一次巻線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、第１の二次巻線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及び三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂが各々巻回された複数の肢部を備え、変圧器２０は、前記巻線を備え、磁気コア５は、前記肢部の副肢部５１ａ、５２ａ、５３ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂをそれぞれ備える第１のハーフコア５ａ及び第２のハーフコア５ｂを備え、エアギャップ６１が、第１のハーフコア５ａに近接するか又は第２のハーフコア５ｂに近接してそれぞれ位置する。変圧器の巻線の一部は、リッツ線であり、また、巻線の一部は、フラット導体である。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気コア（５）を備える変圧器（２０）であって、前記磁気コア（５）は、一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）、第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、および三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ、またはＴ１、Ｔ２、Ｔ３）が各々巻回された複数の肢部（５１、５２、５３）を備え、前記変圧器（２０）は、前記巻線を備え、前記磁気コア（５）は、前記肢部（５１、５２、５３）の副肢部（５１ａ、５２ａ、５３ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ）をそれぞれ備える第１のハーフコア（５ａ）および第２のハーフコア（５ｂ）を備え、前記変圧器（２０）は、
エアギャップ（６１）が、前記第１のハーフコア（５ａ）に近接して、または前記第２のハーフコア（５ｂ）に近接してそれぞれ位置し、
前記変圧器（２０）の前記巻線の一部は、リッツ線であり、前記巻線の一部は、フラット導体である
ことを特徴とする、変圧器（２０）。

【請求項2】

前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）および前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、リッツ線であり、ならびに／または
前記変圧器（２０）の前記三次巻線は、フラット導体である、
請求項１に記載の変圧器（２０）。

【請求項3】

前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）および前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の前記リッツ線は、複数のターンの間の直列接続で作製され、ならびに／または
前記変圧器（２０）の前記三次巻線は、並列接続されたターンを備えることによってそれぞれ配置される、
請求項２に記載の変圧器（２０）。

【請求項4】

前記エアギャップ（６１）はすべて、前記第１のハーフコア（５ａ）に近接して位置し、または
前記エアギャップ（６１）はすべて、前記第２のハーフコア（５ｂ）に近接して位置し、または
前記中央肢部（５２）における前記エアギャップ（６１）は、前記第１のハーフコア（５ａ）に近接して位置し、前記中央肢部（５２）に隣接する前記肢部（５１または５３）における前記エアギャップ（６１）は、前記第２のハーフコア（５ｂ）に近接して位置し、または
前記中央肢部（５２）における前記エアギャップ（６１）は、前記第２のハーフコア（５ｂ）に近接して位置し、前記中央肢部（５２）に隣接する前記肢部（５１または５３）における前記エアギャップ（６１）は、前記第１のハーフコア（５ａ）に近接して位置する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の変圧器（２０）。

【請求項5】

前記磁気コア（５）の前記肢部の各々について、前記対応する第１の二次巻線は、前記三次巻線の２組のターンの間に挟まれる、請求項１から４のいずれか一項に記載の変圧器（２０）。

【請求項6】

前記変圧器（２０）の前記三次巻線の各々は、前記三次巻線の１組のターンが前記対応する一次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、前記一次巻線のうちの１つとインターリーブされ、および／または
前記三次巻線の各々はまた、前記三次巻線の１組のターンが前記対応する第１の二次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、前記第１の二次巻線のうちの１つとそれぞれインターリーブされる、
請求項１から５のいずれか一項に記載の変圧器（２０）。

【請求項7】

２つの隣接する肢部の一方にそれぞれ巻回された前記一次巻線は、前記一次巻線の一方が前記第１および前記第２のハーフコアの一方に近接して巻回され、前記他方の一次巻線（Ｐ１、Ｐ３）が前記第１および前記第２のハーフコアの他方に近接して巻回されるように配置され、ならびに／または
２つの隣接する肢部の一方にそれぞれ巻回された前記第１の二次巻線は、前記第１の二次巻線の一方が前記第１および前記第２のハーフコアの一方に近接して巻回され、前記他方の第１の二次巻線が前記第１および前記第２のハーフコアの他方に近接して巻回されるように配置される、
請求項１から６のいずれか一項に記載の変圧器（２０）。

【請求項8】

前記変圧器（２０）の前記三次巻線の各々は、前記三次巻線の少なくとも１組のターンおよび前記対応する第１の二次巻線の１組のターンが前記対応する一次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、前記一次巻線のうちの１つとインターリーブされ、ならびに／または
前記三次巻線の各々はまた、前記三次巻線の少なくとも１組のターンおよび前記対応する一次巻線の１組のターンが前記対応する第１の二次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、前記第１の二次巻線のうちの１つとインターリーブされる、
請求項１から６のいずれか一項に記載の変圧器（２０）。

【請求項9】

前記三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ、またはＴ１、Ｔ２、Ｔ３）は、２つの補助巻線（Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ；Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ；Ｔ３ａ、Ｔ３ｂ）でそれぞれ構成されるか、またはそれぞれ単一の巻線（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）である、請求項１から８のいずれか一項に記載の変圧器（２０）。

【請求項10】

前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）および前記二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、第１の副変圧器を形成するように結合され、前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）および前記三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ、またはＴ１、Ｔ２、Ｔ３）は、第２の副変圧器を形成するように結合され、前記二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）および前記三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ、またはＴ１、Ｔ２、Ｔ３）は、第３の副変圧器を形成するように結合される、請求項１から９のいずれか一項に記載の変圧器。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の変圧器（２０）を備える、電気自動車またはハイブリッド電気自動車用の電気システム（１）。

【請求項12】

力率改善（ＰＦＣ）コンバータに接続され、前記自動車の第１のバッテリー（３４）および第２のバッテリー（４４）を充電および放電するように構成される、請求項１１に記載の電気システム（１）であって、前記第１のバッテリー（３４）は、前記第２のバッテリー（４４）よりも高い定格電圧を有し、前記電気システム（１）は、
前記変圧器（２０）の一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を制御する第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）を備えるＬＬＣ一次回路（１２）であって、前記ＬＬＣ一次回路（１２）は、前記ＰＦＣコンバータに接続されるＬＬＣ一次回路（１２）と、
前記第１のバッテリー（３４）とのエネルギー交換を可能にするように、前記ＬＬＣ一次回路（１２）、前記変圧器（２０）の第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、および前記第１のバッテリー（３４）に結合されたＨＶＤＣ部（３０）であって、前記ＨＶＤＣ部（３０）は、前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を制御するように構成された第２の多相Ｈブリッジ（Ｂ２）を備えるＨＶＤＣ部（３０）と、
前記第２のバッテリー（４４）とのエネルギー交換を可能にするように、前記変圧器（２０）の三次巻線および前記第２のバッテリー（４４）に結合されたＬＶＤＣ部（４０）であって、前記ＬＶＤＣ部（４０）は、前記変圧器（２０）の前記三次巻線を制御するように構成された整流器（４１）を備えるＬＶＤＣ部（４０）と
を備える、電気システム（１）。

【請求項13】

請求項１１または請求項１２に記載の電気システム（１）を備える、電気自動車またはハイブリッド電気自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に利用される電気システムの分野に関する。

【0002】

本発明は、特に、自動車の２つのバッテリーを充電および放電するように構成された電気システムの変圧器に関し、バッテリーの一方は、他方よりも高い定格電圧を有する。

【背景技術】

【0003】

既知のように、電気自動車またはハイブリッド自動車両は、車載高電圧電気ネットワークを介して高電圧（ＨＶ）電源バッテリーによって給電される電気駆動システムと、車載低電圧電気ネットワークを介して低電圧（ＬＶ）電源バッテリーによって給電される複数の補助電気機器とを備える。したがって、高電圧バッテリーは、自動車の推進を可能にする電動システムへの電力供給を保証する。低電圧バッテリーは、車載電子制御ユニット（ＥＣＵ）、窓リフトモータ、マルチメディアシステムなどの補助電気機器に給電する。高電圧バッテリーは、典型的には、１００Ｖ～９００Ｖ、好ましくは４００Ｖ～６００Ｖの電圧を送達し、低電圧バッテリーは、典型的には、約１２Ｖ、２４Ｖ、または４８Ｖの電圧を送達する。

【0004】

一般に、電気／ハイブリッド自動車の電気システムは、異なる電源間のインターフェースとして作用し、高電圧および低電圧バッテリーを充電する２つの電力コンバータを備える。２つの電力コンバータは、車載電気充電器（ＯＢＣ）と、ＤＣ－ＤＣコンバータとを備える。ＯＢＣは、外部電力網（例えば家庭用ＡＣグリッド）から交流（ＡＣ）電圧を収集し、ＡＣ電圧を高直流（ＤＣ）電圧に変換して高電圧バッテリーを充電するために利用される。一方、補助電源（ＡＰＭ）ともみなされるＤＣ－ＤＣコンバータは、高電圧バッテリーからの高電圧を低電圧に変換し、自動車の低電力アクセサリおよび低電圧バッテリーに供給を行うように構成される。

【0005】

一般に、電気システムのＯＢＣおよびＤＣ－ＤＣコンバータは、２つの完全に独立した装置として自動車に搭載され、各々が個々のケーシングおよび個々の冷却システムを有する。それにもかかわらず、電気システムのコンパクトな設計、例えば自動車に搭載される電気システムの体積および重量の低減、電気システムの構成要素の数の低減に対する要求が高まっている。この目的のために、最近の市場ではいくつかの解決策が提案されている。

【0006】

解決策の１つは、同じケーシング内に独立したＯＢＣおよびＤＣ－ＤＣコンバータを設置することであり、これによりそれらの両方が同じ冷却システムさらには同じ電磁両立性（ＥＭＣ）フィルタを使用することが可能になる。しかし、そのような電気システムの体積および重量、ならびに構成要素（例えば、半導体、磁気回路、相互接続、およびプリント回路基板（ＰＣＢ））の数は、依然として低減される必要がある。

【0007】

他の既知の解決策は、電気システムがより少ない構成要素を有することを可能にし得る。しかし、そのような電気システムは、バッテリーに供給される電流中のリップル、電力散逸、電気システムの特定の構成要素間のガルバニック絶縁の欠如、電気システムの構造設計に関するモジュール性の欠如などの重要な欠点を呈する。

【0008】

これに関連して、本発明の主な目的は、上述の欠点の少なくとも一部を克服しながら自動車の高電圧バッテリーおよび低電圧バッテリーを効率的に充電および放電するために、電気システムの１つまたは複数の変圧器が電気システムの他の構成要素と協働することを可能にする変圧器設計を提供することである。

【発明の概要】

【0009】

本発明は、磁気コアを備える変圧器であって、磁気コアは、一次巻線、第１の二次巻線、および三次巻線が各々巻回された複数の肢部を備え、変圧器は、前記巻線を備え、磁気コアは、肢部の副肢部（ｓｕｂ－ｌｉｍｂ）をそれぞれ備える第１のハーフコアおよび第２のハーフコアを備え、変圧器は、

【0010】

エアギャップが、第１のハーフコアに近接して、または第２のハーフコアに近接してそれぞれ位置し、

【0011】

変圧器の巻線の一部は、リッツ線であり、巻線の一部は、フラット導体である
ことを特徴とする、変圧器に関する。

【0012】

一次巻線および二次巻線は、第１の副変圧器を形成するように結合されてもよく、一次巻線および三次巻線は、第２の副変圧器を形成するように結合されてもよく、二次巻線および三次巻線は、第３の副変圧器を形成するように結合されてもよい。

【0013】

一実施形態によれば、一次巻線および第１の二次巻線は、リッツ線であり、ならびに／または変圧器の三次巻線は、フラット導体である。

【0014】

一実施形態によれば、一次巻線および第１の二次巻線のリッツ線は、複数のターンの間の直列接続で作製され、ならびに／または変圧器の三次巻線は、並列接続されたターンを備えることによってそれぞれ配置される。

【0015】

一実施形態によれば、エアギャップはすべて、第１のハーフコアに近接して位置し、またはエアギャップはすべて、第２のハーフコアに近接して位置し、または中央肢部におけるエアギャップは、第１のハーフコアに近接して位置し、中央肢部に隣接する肢部におけるエアギャップは、第２のハーフコアに近接して位置し、または中央肢部におけるエアギャップは、第２のハーフコアに近接して位置し、中央肢部に隣接する肢部におけるエアギャップは、第１のハーフコアに近接して位置する。

【0016】

一実施形態によれば、磁気コアの肢部の各々について、対応する第１の二次巻線は、三次巻線の２組のターンの間に挟まれる。

【0017】

一実施形態によれば、変圧器の三次巻線の各々は、三次巻線の１組のターンが対応する一次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、一次巻線のうちの１つとインターリーブされ、および／または三次巻線の各々はまた、三次巻線の１組のターンが対応する第１の二次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、第１の二次巻線のうちの１つとそれぞれインターリーブされる。

【0018】

一実施形態によれば、２つの隣接する肢部の一方にそれぞれ巻回された一次巻線は、一次巻線の一方が第１および第２のハーフコアの一方に近接して巻回され、他方の一次巻線が第１および第２のハーフコアの他方に近接して巻回されるように配置され、ならびに／または２つの隣接する肢部の一方にそれぞれ巻回された第１の二次巻線は、第１の二次巻線の一方が第１および第２のハーフコアの一方に近接して巻回され、他方の第１の二次巻線が第１および第２のハーフコアの他方に近接して巻回されるように配置される。

【0019】

一実施形態によれば、変圧器の三次巻線の各々は、三次巻線の少なくとも１組のターンおよび対応する第１の二次巻線の１組のターンが対応する一次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、一次巻線のうちの１つとインターリーブされ、ならびに／または三次巻線の各々はまた、三次巻線の少なくとも１組のターンおよび対応する一次巻線の１組のターンが対応する第１の二次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、第１の二次巻線のうちの１つとインターリーブされる。

【0020】

一実施形態によれば、三次巻線は、２つの補助巻線でそれぞれ構成されるか、またはそれぞれ単一の巻線である。

【0021】

加えて、本発明は、前述のいずれかに記載の変圧器を備える、電気自動車またはハイブリッド電気自動車用の電気システムに関する。

【0022】

一実施形態によれば、電気システムは、力率改善（ＰＦＣ）コンバータに接続され、自動車の第１のバッテリーおよび第２のバッテリーを充電および放電するように構成され、第１のバッテリーは、第２のバッテリーよりも高い定格電圧を有し、電気システムは、

【0023】

変圧器の一次巻線を制御する第１の多相Ｈブリッジを備えるＬＬＣ一次回路であって、ＬＬＣ一次回路は、ＰＦＣコンバータに接続されるＬＬＣ一次回路と、

【0024】

第１のバッテリーとのエネルギー交換を可能にするように、ＬＬＣ一次回路、変圧器の第１の二次巻線、および第１のバッテリーに結合されたＨＶＤＣ部であって、ＨＶＤＣ部は、第１の二次巻線を制御するように構成された第２の多相Ｈブリッジを備えるＨＶＤＣ部と、

【0025】

第２のバッテリーとのエネルギー交換を可能にするように、変圧器の三次巻線および第２のバッテリーに結合されたＬＶＤＣ部であって、ＬＶＤＣ部は、変圧器の三次巻線を制御するように構成された整流器を備えるＬＶＤＣ部と
を備える。

【0026】

本発明はまた、上記で簡単に説明した電気システムを備える、電気自動車またはハイブリッド電気自動車に関する。

【0027】

本発明のこれらおよび他の目的、特徴、態様、および利点は、添付の図面と併せて、本発明の好ましい実施形態を開示する以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。

【0028】

本発明は、以下の説明を読み、非限定的な例として与えられた添付の図面を参照することによって、よりよく理解されるであろう。添付の図面では、同一の参照符号が同様の対象物に与えられている。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態による、ＡＣ／ＤＣ電圧変換およびバッテリーの充電のための電気システムを示す図である。

【図2】図１に示される電気システムの変圧器が共振インダクタおよび磁化インダクタを備えることを示す図である。

【図3】図１に示される電気システムの変圧器が共振インダクタも磁化インダクタも備えないことを示す図である。

【図4】図１に図示される実施形態とは異なる本発明の一実施形態による電気システムを示す図である。

【図5】図４に示される電気システムの変圧器が共振インダクタおよび磁化インダクタを備えることを示す図である。

【図6】図４に示される電気システムの変圧器が共振インダクタも磁化インダクタも備えないことを示す図である。

【図7】本発明による電気システムの第１の動作モードを示す図である。

【図8】本発明による電気システムの第２の動作モードを示す図である。

【図9】本発明による電気システムの第３の動作モードを示す図である。

【図10】本発明による電気システムの第４の動作モードを示す図である。

【図11】本発明による電気システムの第５の動作モードを示す図である。

【図12】本発明の一実施形態による変圧器の磁気コアを示す図である。

【図13】本発明による、磁気コア上に変圧器の巻線を配線するための第１の配線オプションを示す図であり、磁気コアの肢部は、エアギャップを備える。

【図14】本発明による、磁気コア上に変圧器の巻線を配線するための第２の配線オプションを示す図であり、肢部のエアギャップは、図１３とは異なる位置を有する。

【図15】本発明による、磁気コア上に変圧器の巻線を配線するための第３の配線オプションを示す図である。

【図16】本発明による、磁気コア上に変圧器の巻線を配線するための第４の配線オプションを示す図である。

【図17】本発明による、磁気コア上に変圧器の巻線を配線するための第５の配線オプションを示す図である。

【図18】三角変圧器を形成する本発明の別の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して以下に詳述する。本開示から当業者には明らかなように、本発明のこれらの実施形態の以下の説明は例示のみを目的として提供され、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定する目的では提供されない。

【0031】

本発明は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の電気システム１に関する。電気システム１は、自動車の２つのバッテリー３４、４４を充電および放電するように構成される。図１は、本発明の一実施形態による電気システム１を示している。

【0032】

電気システム１は、力率改善（ＰＦＣ）部１０と、変圧器２０と、高電圧直流（ＨＶＤＣ）部３０と、低電圧直流（ＬＶＤＣ）部４０とを備える。電気システム１は、例えば２２０Ｖの電圧を送達するＰＦＣに接続され、ＰＦＣによって給電される。ＰＦＣは、ＡＣ／ＤＣコンバータである。電気システム１は、図７～図１１および関連する段落にそれぞれ示されている５つの動作モードを有する。

【0033】

変圧器２０は、多相変圧器である。本文中の「多相」という用語は、相の数「ｎ」を意味し、ｎは、３の倍数または２の倍数である。例えば、図に示される実施形態では、ｎは、３に等しい（すなわち「三相」）。変圧器２０は、磁気コア５と、磁気コア５に巻回された巻線とを備える。より正確には、変圧器２０の巻線は、一次巻線Ｐ１～Ｐ３と、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３と、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂとを備える。三次巻線の各々は、好ましくは２つの補助巻線で構成され、一次巻線のうちの１つおよび第１の二次巻線のうちの１つに対応する。例えば、図１に示される実施形態では、補助巻線Ｔ１ａ、Ｔ１ｂは、一次巻線Ｐ１および第１の二次巻線Ｓ１に対応する三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂを形成する。あるいは、図４に示されるように、三次巻線は、それぞれ単一の巻線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とすることができ、（整流器４１の）３つのハーフブリッジに接続され、これについては後の説明で詳細に説明される。

【0034】

さらに、三次巻線の各々は、特に、その対応する一次巻線とその対応する第１の二次巻線を結合する磁気コア５の肢部の１つの周りを回る三次巻線を得ることによって、その対応する一次巻線およびその対応する第１の二次巻線と容易に一体化することができる。例えば、図１（または図４）に示される実施形態では、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ（またはＴ１）は、磁気コアの第１の肢部上の一次巻線Ｐ１および第１の二次巻線Ｓ１と一体化することができる。同様に、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ（またはＴ２）は、磁気コアの第２の肢部上の一次巻線Ｐ２および第１の二次巻線Ｓ２と一体化することができ、三次巻線Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ（またはＴ３）は、磁気コアの第３の肢部上の一次巻線Ｐ３および第１の二次巻線Ｓ３と一体化することができる。変圧器２０の巻線の配線は、図１２～図１７および関連する段落で説明される。

【0035】

ＰＦＣ部１０は、ＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサ１１にそれぞれ接続された２つの出力端子Ｇと、ＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサ１１に接続されたＬＬＣ一次回路１２とを備える。ＰＦＣは、ＡＣ－ＤＣコンバータである。ＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサ１１は、出力端子Ｇと第１の多相ＨブリッジＢ１との間に接続される。ＬＬＣ一次回路１２は、変圧器２０の一次巻線Ｐ１～Ｐ３を制御するように構成された第１の多相ＨブリッジＢ１を備える。第１の多相ＨブリッジＢ１は、好ましくは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である複数の被制御スイッチＬＬＣ＿Ｓ１～ＬＬＣ＿Ｓ６を備える。より正確には、第１の多相ＨブリッジＢ１は、図１に示されるように、１対のスイッチでそれぞれ構成される３つのアームＬＬＣ＿Ｓ１－ＬＬＣ＿Ｓ２、ＬＬＣ＿Ｓ３－ＬＬＣ＿Ｓ４、ＬＬＣ＿Ｓ５－ＬＬＣ＿Ｓ６を備える。

【0036】

電気システム１は、第１の多相ＨブリッジＢ１に結合された第１の共振回路を備える。第１の共振回路は、多相共振回路であり、共振コンデンサＣｒ１～Ｃｒ３と、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３と、第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３とを備える。一実施形態によれば、ＬＬＣ一次回路１２は、共振コンデンサＣｒ１～Ｃｒ３と、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３とを備える。

【0037】

共振コンデンサＣｒ１～Ｃｒ３は、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３と第１の多相ＨブリッジＢ１のアームのうちの１つとの間にそれぞれ接続される。第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３は、変圧器２０の一次巻線Ｐ１～Ｐ３のうちの１つにそれぞれ結合される。共振コンデンサＣｒ１～Ｃｒ３および第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３は、一次巻線Ｐ１～Ｐ３と直列である。一次巻線Ｐ１～Ｐ３のうちの１つにそれぞれ対応する第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３は、それぞれ一次巻線Ｐ１～Ｐ３とは別個の構成要素であるか、あるいは、それぞれ一次巻線Ｐ１～Ｐ３のうちの１つの固有インダクタンスである。

【0038】

図２および図５に示されるように、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３および第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３は、変圧器２０に一体化される。あるいは、図３および図６に示されるように、変圧器２０は、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３も第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３も備えない。

【0039】

ＨＶＤＣ部３０は、第１のバッテリー３４とのエネルギー交換を可能にするように、ＬＬＣ一次回路１２、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３、および第１のバッテリー３４に結合される。第１のバッテリー３４は、高電圧（ＨＶ）バッテリーであり、「高電圧」は、６０Ｖ、さらには８０Ｖもしくは１００Ｖよりも大きい、特に１００Ｖ～９００Ｖの電圧を意味する。第１のバッテリー３４は、例えば４００Ｖ程度の高電圧で給電される。ＨＶＤＣ部３０は、ＬＬＣ二次回路３１を備える。ＬＬＣ二次回路３１は、二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３と、第２の多相ＨブリッジＢ２とを備える。二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３は、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３と第２の多相ＨブリッジＢ２との間に接続される。

【0040】

ＬＬＣ二次回路３１は、第２の多相ＨブリッジＢ２によって制御される。第２の多相ＨブリッジＢ２は、好ましくはＭＯＳＦＥＴトランジスタである複数の被制御スイッチＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ６を備える。より正確には、第２の多相ＨブリッジＢ２は、図１および図４に示されるように、１対のスイッチでそれぞれ構成された複数のアームＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ２、ＲＥＣ＿Ｓ３～ＲＥＣ＿Ｓ４、およびＲＥＣ＿Ｓ５～ＲＥＣ＿Ｓ６を備える。二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３は、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３のうちの１つ、および第２の多相ＨブリッジＢ２のアームのうちの１つとそれぞれ直列である。

【0041】

好ましい実施形態によれば、共振コンデンサＣｒ１、Ｃｒ２、またはＣｒ３の容量値と比較して、二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３は、各々が高い容量値、特に例えば少なくとも１０倍大きい容量値を備える。二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３の容量値は、例えば、それぞれ３μＦ～１００μＦである。これにより、電気システム１のスイッチング周波数において無視できるインピーダンスを有することが可能になる。二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３の機能は、逆の動作、すなわち後述する第３および第４の動作モードにおいて変圧器の飽和を回避することである。

【0042】

加えて、電気システム１は、二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３と、第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３と、好ましくは第２の磁化インダクタ（図示せず）とを備える第２の共振回路を備えることができる。第２の共振回路は、多相共振回路である。第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３は、変圧器２０の第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３のうちの１つとそれぞれ直列である。第２の磁化インダクタは、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３のうちの１つにそれぞれ対応し、特に、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３のうちの１つの固有インダクタンスにそれぞれ対応する。この第２の共振回路は、ＰＦＣコンバータを充電するために、すなわち後述する第３の動作モードで第１のバッテリー３４を放電するために利用される。

【0043】

一実施形態によれば、第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３（および場合によっては第２の磁化インダクタ）は、図２および図５に示されるように、変圧器２０に一体化される。あるいは、変圧器２０は、図３および図６に示されるように、第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３も第２の磁化インダクタも備えない。

【0044】

別の実施形態によれば、変圧器２０は、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３も第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３も備えず、第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３を備える。

【0045】

回路が第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３を備える実施形態によれば、共振コンデンサＣｒ１、Ｃｒ２、またはＣｒ３の容量値と比較して、二次コンデンサＣｓ１～Ｃｓ３は各々、同じ大きさの値を備える。

【0046】

好ましくは、ＨＶＤＣ部３０は、逆スイッチ３２と、出力ＥＭＣフィルタ３３とをさらに備える。逆スイッチ３２は、ＬＬＣ二次回路３１と出力ＥＭＣフィルタ３３との間に接続され、ＯＢＣが誤動作した場合にＨＶＤＣバッテリーを保護するように構成される。ＥＭＣフィルタ３３は、出力ＥＭＣフィルタ３３と第１のバッテリー３４との間に接続される。

【0047】

ＬＶＤＣ部４０に関して、ＬＶＤＣ部４０は、第２のバッテリー４４とのエネルギー交換を可能にするように、変圧器２０の三次巻線および第２のバッテリー４４に結合される。第２のバッテリー４４は、低電圧（ＬＶ）バッテリーであり、「低電圧」は、６０Ｖ以下、さらには４８Ｖ、２４Ｖ、または１２Ｖ以下、特に８Ｖ～１５．５Ｖの電圧を意味する。ＬＶＤＣ部４０は、整流器４１と、バックコンバータ４２とを備える。ＬＶＤＣ部４０は、好ましくはセンタータップ整流器である整流器４１に接続される。

【0048】

整流器４１は、変圧器２０の三次巻線とバックコンバータ４２との間に接続され、好ましくはＭＯＳＦＥＴトランジスタである複数のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６を備える。変圧器２０のＬＶ側における整流器４１は、フルブリッジ整流器であってもよく、あるいは、半波整流器であってもよい。図１に示される実施形態によれば、スイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂのうちの１つにそれぞれ対応する複数の組のスイッチを形成する。組のスイッチの各々は、２つのスイッチを備え、２つのスイッチの一方は、対応する三次巻線の第１の端子と整流器４１のノードとの間に接続され、前記２つのスイッチの他方は、三次巻線の第２の端子と整流器４１のノードとの間に接続される。例えば、整流器４１の第１の組のスイッチは、スイッチＳＲ＿Ｓ１およびＳＲ＿Ｓ２で構成され、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂに対応する。スイッチＳＲ＿Ｓ１は、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの第１の端子と整流器４１のノードとの間に接続される。第２のスイッチＳＲ＿Ｓ２は、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの第２の端子と前記整流器４１のノードとの間に接続される。同様に、整流器４１の第２の組のスイッチは、スイッチＳＲ＿Ｓ３およびＳＲ＿Ｓ４で構成され、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂに対応する。スイッチＳＲ＿Ｓ３は、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂの第１の端子と整流器４１のノードとの間に接続される。スイッチＳＲ＿Ｓ４は、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂの第２の端子と前記整流器４１のノードとの間に接続される。整流器４１の第３の組のスイッチは、スイッチＳＲ＿Ｓ５およびＳＲ＿Ｓ６で構成され、三次巻線Ｔ３ａ－Ｔ３ｂに対応する。スイッチＳＲ＿Ｓ５は、三次巻線Ｔ３ａ－Ｔ３ｂの第１の端子と整流器４１のノードとの間に接続される。スイッチＳＲ＿Ｓ６は、三次巻線Ｔ３ａ－Ｔ３ｂの第２の端子と前記整流器４１のノードとの間に接続される。三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂの各々は、中点を有し、すべての中点は、整流器４１の第２の出力端子に接続される。整流器４１の第１の出力端子は、整流器４１の前記ノードに接続される。

【0049】

整流器４１のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６がそれぞれダイオードである一実施形態では、ダイオードのカソードは、整流器４１のノードに接続される。これらのダイオードは、例えば、それ自体既知のいわゆる「超高速」ダイオードである。しかし、スイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６がＭＯＳＦＥＴである実施形態と比較して、スイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６がダイオードである実施形態は、電気システム１の効率、特に第２のバッテリー４４を充電するための電圧変換効率を低下させる。加えて、一実施形態によれば、整流器４１のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、同期整流を実施することができる。特に、スイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６を自己制御することができるため、導通損失を低減することができる。

【0050】

あるいは、図４に示される実施形態によれば、三次巻線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、整流器４１の３つのハーフブリッジに接続される。スイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、三次巻線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のうちの１つにそれぞれ接続された複数の組のスイッチを形成する。三次巻線Ｔ１は、スイッチＳＲ＿Ｓ１およびＳＲ＿Ｓ２で構成された第１の組のスイッチに接続される。同様に、三次巻線Ｔ２およびＴ３は、スイッチＳＲ＿Ｓ３、ＳＲ＿Ｓ４で構成された第２の組のスイッチおよびスイッチＳＲ＿Ｓ５、ＳＲ＿Ｓ６で構成された第３の組のスイッチにそれぞれ接続される。

【0051】

変圧器２０および整流器４１は、最終的に第２のバッテリー４４を充電するためにバックコンバータ４２に供給を行うことが可能である。バックコンバータ４２は、その入力からその出力まで電圧を降圧するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータである。バックコンバータ４２は、第２のバッテリー４４に供給される８Ｖ～１５．５Ｖの出力電圧（例えば１２Ｖの出力電圧）を生成する。バックコンバータ４２は、好ましくは多相インターリーブ型バックコンバータ（例えば三相インターリーブ型バックコンバータ）であり、複数のスイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６と、インダクタＬｂ１～Ｌｂ３とを備える。スイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６は、好ましくはＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、図１に示されるように、インダクタＬｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３のうちの１つとそれぞれ直列の複数の対のスイッチを形成する。インダクタＬｂ１～Ｌｂ３は、スイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６とバックコンバータ４２の出力との間に接続される。好ましくは、バックコンバータ４２は、バックコンバータ４２の入力における、またはバックコンバータ４２の入力に接続されたコンデンサＣｂをさらに備える。

【0052】

好ましくは、ＬＶＤＣ部４０のスイッチは、４０Ｖおよび６０ＶのパワーＭＯＳＦＥＴである。一実施形態によれば、ＬＶＤＣ部４０は、出力フィルタ４３をさらに備える。出力フィルタ４３は、バックコンバータ４２と第２のバッテリー４４との間に接続される。加えて、ＬＶＤＣ部４０は、電流中のリップルを低減し、前記電流の連続成分のみを維持するために、第２のバッテリー４４に供給される電流をフィルタリングするように構成された少なくとも１つの二次インダクタを備えてもよい。一実施形態によれば、二次インダクタは、バックコンバータ４２からの、第２のバッテリー４４に供給される電流をフィルタリングするために出力フィルタ４３内にある。

【0053】

一次巻線Ｐ１と第１の二次巻線Ｓ１との間の変圧比、および一次巻線Ｐ２と第１の二次巻線Ｓ２との間の変圧比、および一次巻線Ｐ３と第１の二次巻線Ｓ３との間の変圧比は、それぞれ１程度であり、ＰＦＣ（ＤＣリンクコンデンサで調節されたＤＣ電圧に既に変換されている公共電源網など）から１００Ｖを超える電圧、特に４００Ｖ程度の電圧を第１のバッテリー３４に提供する。それにもかかわらず、一次巻線Ｐ１または第１の二次巻線Ｓ１と三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ（またはＴ１）との間の変圧比、および一次巻線Ｐ２または第１の二次巻線Ｓ２と三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ（またはＴ２）との間の変圧比、および一次巻線Ｐ３または第１の二次巻線Ｓ３と三次巻線Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ（またはＴ３）との間の変圧比は、ＬＶＤＣ部４０において１００Ｖ未満、特に２４Ｖ～４８Ｖ、さらには１２Ｖの電圧を得るように決定される。

【0054】

本発明による電気システム１は、図７～図１１に示される以下の５つの動作モードのうちの少なくとも１つを実施するように構成される。

【0055】

したがって、電気システム１は、ＰＦＣと第１のバッテリー３４との間の電気充電器として、および第１のバッテリー３４と第２のバッテリー４４との間のＤＣ－ＤＣコンバータとして作用することが可能であり、第１のバッテリー３４は、第２のバッテリー４４よりも高い定格電圧を有するように構成される。

【0056】

図７は、電気システム１の第１の動作モードを示しており、電気システム１は、ＰＦＣから第１のバッテリー３４を充電するように構成された車載充電器（ＯＢＣ）としてのみ利用される。電流は、図７の方向Ｄ１に流れる。

【0057】

ＬＬＣ一次回路１２およびＨＶＤＣ部３０は、第１および第２の多相ＨブリッジＢ１、Ｂ２によってそれぞれ制御される。さらに、第１および第２の多相ＨブリッジＢ１、Ｂ２は、一次巻線Ｐ１～Ｐ３をその対応する第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３とそれぞれ結合することによって形成された第１の変圧器ユニットを制御するように構成される。共振コンデンサＣｒ１～Ｃｒ３、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３、および第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３は、第１の共振回路を形成する。

【0058】

第１の多相ＨブリッジＢ１のスイッチＬＬＣ＿Ｓ１～ＬＬＣ＿Ｓ６は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）動作で制御される。一方、第２の多相ＨブリッジＢ２のスイッチＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ６は、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）動作で制御される。バックコンバータ４２のスイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６は、開放されている。言い換えれば、バックコンバータ４２は停止される。

【0059】

したがって、ＬＬＣ一次スイッチング周波数は、第１のバッテリー３４を充電するための電圧を調節するように修正される。電圧がＬＶＤＣ部４０の整流器４１の出力に生成されるが、バックコンバータ４２が停止しているため、第２のバッテリー４４への電流はまだない。

【0060】

図８は、電気システム１の第２の動作モードを示しており、電気システム１は、第１のバッテリー３４を充電するためのＯＢＣとして利用されると同時に、第２のバッテリー４４を充電するためのＤＣ－ＤＣコンバータとして利用される。第１および第２のバッテリー３４、４４は、両方ともＰＦＣから充電される。電流は、図８の２つの方向Ｄ２ａおよびＤ２ｂにそれぞれ流れる。

【0061】

変圧器２０の三次巻線および一次巻線Ｐ１～Ｐ３は、第２のバッテリー４４に供給を行うための第２の変圧器ユニットを形成する。一次巻線Ｓ１～Ｓ３の各々とその対応する三次巻線との間の変圧比は、ＨＶＤＣ部３０と比較して、ＬＶＤＣ部４０内の電圧が低減されるように選択される。さらに、上述したように、ＬＶＤＣ部４０の少なくとも１つの二次インダクタは、第２のバッテリー４４に供給される電流をフィルタリングして電流中のリップルを低減する。

【0062】

第１および第２の多相ＨブリッジＢ１、Ｂ２は、第１のバッテリー３４を充電するための第１の動作モードと同様に制御され、これにより電気システム１は、第１のバッテリー３４を充電する主電源としての役割を果たすＯＢＣとして機能することが可能である。一方、整流器４１は、ＬＶＤＣ部４０が第２のバッテリー４４を充電する補助電力として機能するように、第１の動作モードとは異なる方法で制御される。このために、整流器４１のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、同期整流を実施するように制御される。バックコンバータ４２は、整流器４１の出力に接続され、電圧レベルを第２のバッテリー４４を充電するための所望の電圧レベルに低下させる。

【0063】

第１の多相ＨブリッジＢ１のスイッチＬＬＣ＿Ｓ１～ＬＬＣ＿Ｓ６は、ＺＶＳ動作で制御される。一方、第２の多相ＨブリッジＢ２のスイッチＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ６は、ＺＣＳ動作で制御される。整流器４１のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、上述したように同期整流を実施し、必要に応じて、バックコンバータ４２のスイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６をオンまたはオフにそれぞれ強制的に切り替えるハードスイッチングが実施される。

【0064】

したがって、ＬＬＣ一次スイッチング周波数は、第１のバッテリー３４を充電するための電圧を調節するように修正される。１６Ｖ～２８Ｖの電圧がＬＶＤＣ部４０の整流器４１の出力に生成され、次いでバックコンバータ４２が作動されてＬＶＤＣ電圧を８Ｖ～１５．５Ｖに調節する。ＡＣ側の電流制限により、総電力は７ｋＷに制限され、したがって総電力は第１のバッテリー３４と第２のバッテリー４４との間で共有される。

【0065】

図９は、電気システム１の第３の動作モードを示している。ＬＬＣ一次回路１２およびＬＬＣ二次回路３１は対称に設計されているため、第３の動作モードは第２の動作モードと部分的に同様である。

【0066】

第３の動作モードでは、電気システム１は、第１のバッテリー３４を放電してＰＦＣおよび第２のバッテリー４４を同時に充電するために利用される。言い換えれば、第１のバッテリー３４からの電力は、ＰＦＣと第２のバッテリー４４との間で共有される。電流は、図９の２つの方向Ｄ３ａおよびＤ３ｂにそれぞれ流れる。

【0067】

第１の多相ＨブリッジＢ１のスイッチＬＬＣ＿Ｓ１～ＬＬＣ＿Ｓ６は、ＺＣＳ動作で制御される。一方、第２の多相ＨブリッジＢ２のスイッチＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ６は、ＺＶＳ動作で制御される。バックコンバータ４２のスイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６は、開放されている。言い換えれば、バックコンバータ４２は停止される。整流器４１は、ＬＶＤＣ部４０を補助電源として機能させ、第２のバッテリー４４を充電することが可能である。このために、整流器４１のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、同期整流を実施するように制御される。必要に応じて、バックコンバータ４２のスイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６をオンまたはオフにそれぞれ強制的に切り替えるハードスイッチングが実施される。

【0068】

第２の動作モードと同様に、第３の動作モードにおけるＬＶＤＣ部４０は、好ましくは、電流中のリップルを低減し、前記電流の連続成分のみを維持するために、第２のバッテリー４４に供給される電流をフィルタリングするように構成された少なくとも１つの二次インダクタを備える。

【0069】

したがって、ＬＬＣ一次スイッチング周波数は、ＰＦＣ部１０における電圧を調節するように修正される。１６Ｖ～２８Ｖの電圧がＬＶＤＣ部４０の整流器４１の出力に生成され、次いでバックコンバータ４２が作動されてＬＶＤＣ電圧を８Ｖ～１５．５Ｖに調節する。

【0070】

図１０は、電気システム１の第４の動作モードを示しており、電気システム１は、第１のバッテリー３４を放電して第２のバッテリー４４を自律的に充電するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータとしてのみ利用される。この機能は、補助電源（ＡＰＭ）としても知られている。電流は、図１０の方向Ｄ４に流れる。

【0071】

ＰＦＣには、電流が存在しない。

【0072】

第１の多相ＨブリッジＢ１は、停止される。第２の多相ＨブリッジＢ２は、第２のバッテリー４４を充電するのに適切な電圧をＬＶＤＣ部４０に供給するように、デューティサイクル、例えば５０％で制御される。第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３および変圧器２０の三次巻線は、第３の変圧器ユニットを形成する。特に、バックコンバータ４２は、整流器４１の出力で得られ、変圧器２０の三次巻線と第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３との間の変圧比に依存する電圧を、第２のバッテリー４４に供給される所望の電圧に変換するために利用される。

【0073】

さらに、ＬＶＤＣ部４０は、好ましくは、電流中のリップルを低減し、前記電流の連続成分のみを維持するために、第２のバッテリー４４に供給される電流をフィルタリングするように構成された少なくとも１つの二次インダクタを備える。

【0074】

第１の多相ＨブリッジＢ１のスイッチＬＬＣ＿Ｓ１～ＬＬＣ＿Ｓ６は、アクティブではない。一方、第２の多相ＨブリッジＢ２のスイッチＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ６をオンまたはオフにそれぞれ強制的に切り替えるハードスイッチングが実施される。整流器４１のスイッチＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６は、同期整流を実施するように制御され、必要に応じて、バックコンバータ４２のスイッチＢＵＣＫ＿Ｓ１～ＢＵＣＫ＿Ｓ６をオンまたはオフにそれぞれ強制的に切り替えるハードスイッチングが実施される。

【0075】

ＬＬＣ二次スイッチング周波数は、ＬＶＤＣ部４０における電圧を調節するように修正され、次いでバックコンバータ４２が作動されてＬＶＤＣ電圧を８Ｖ～１５．５Ｖに調節する。

【0076】

図１１は、電気システム１の第５の動作モードを示しており、電気システム１は、第２のバッテリー４４を放電して第１のバッテリー３４を自律的に充電するように構成された逆ＤＣ－ＤＣコンバータとして利用される。電流は、図１１の方向Ｄ５に流れる。

【0077】

電解コンデンサ内の電流振動を回避し、かつ寿命低下を防止するために、ＰＦＣ部１０のＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサ１１を切断しなければならない。バックコンバータ４２はインターリーブ昇圧となり、電力を変圧器２０のＬＶ側に供給する。次いで、前記電力はＬＬＣ二次回路３１に伝達され、これによりＨＶＤＣ部３０のＨＶコンデンサを充電または予備充電し、次いで第１のバッテリー３４を充電することが可能になる。ＬＶ電流を制限するためには、ＬＶ側でソフトスタートが必要である。

【0078】

加えて、上述のものとは異なる実施形態によれば、バックコンバータ４２のインダクタＬｂ１～Ｌｂ３は互いに結合されてもよく、あるいは互いに結合されなくてもよい。さらに、前述の実施形態では、バックコンバータ４２は変圧器のＬＶ側における三相インターリーブ型バックコンバータであるが、バックコンバータ４２は、３相とは異なる数の相を有することができ、かつ／または電気システム１のＨＶＤＣ部３０に移動することができる。

【0079】

本発明はまた、上述したように、変圧器２０、および磁気コア５に巻回された変圧器２０の巻線の配線に関する。図１２は、本発明の一実施形態による磁気コア５を示している。磁気コア５は、複数の肢部を備える。図に示される実施形態によれば、磁気コア５は、３つの肢部５１、５２、５３を有する。別の実施形態（図示せず）では、磁気コア５は、３つとは異なる数の肢部を有することができる。

【0080】

磁気コア５は、第１のハーフコア５ａと第２のハーフコア５ｂを組み合わせることによって形成されることが好ましい。第１のハーフコア５ａおよび第２のハーフコア５ｂは、好ましくは両方とも形態Ｅである。第１のハーフコア５ａは、第１の副肢部５１ａ、５２ａ、５３ａを備える。第２のハーフコア５ｂは、第２の副肢部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂを備える。有利には、肢部５１、５２、５３の各々は、第１の副肢部（５１ａ、５２ａ、または５３ａ）のうちの１つおよび第２の副肢部（５１ｂ、５２ｂ、または５３ｂ）のうちの１つで構成される。肢部５１～５３の各々は、図１２に示すように、その第１の副肢部と対応する第２の副肢部との間に位置するエアギャップ６１を備える。エアギャップ６１は、ヒステリシス曲線を平坦化し、磁気コア５の透磁率を低減することによってエネルギー管理を改善することができると共に、磁化インダクタの値を調整することが可能である。

【0081】

一例として１つのエアギャップ６１を考えると、エアギャップ６１は磁気コア５の肢部の中央に位置することができ、第１の副肢部の長さは、対応する第２の副肢部の長さに等しい。代替的かつ好ましくは、エアギャップ６１は、第１のハーフコア５ａに近接して、または第２のハーフコア５ｂに近接して位置し、変圧器２０の巻線の配線を容易にする。エアギャップ６１が第１のハーフコア５ａに近接して、さらには第１の副肢部の底部に非常に近接して位置する場合、第１の副肢部は、対応する第２の副肢部の長さよりも短い（またははるかに短い）長さを呈する。あるいは、エアギャップ６１が第２のハーフコア５ｂに近接して、さらには第２の副肢部の底部に非常に近接して位置する場合、第１の副肢部は、対応する第２の副肢部の長さよりも長い（またははるかに長い）長さを呈する。

【0082】

例えば、図１２、図１３、図１５、図１６に示されるように、エアギャップ６１はすべて、第２のハーフコア５ｂに近接して位置するか、または有利には、それぞれ第２の副肢部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂの底部に非常に近接している。第１の副肢部５１ａ、５２ａ、５３ａは各々、対応する第２の副肢部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂの長さよりもはるかに長い長さで存在する。一方、図１４および図１７に示される他の例によれば、中央肢部５２におけるエアギャップ６１は、第１のハーフコア５ａに近接して位置し（または有利には、第１の副肢部５２ａの底部に非常に近接している）、中央肢部５２に隣接する肢部（５１または５３）におけるエアギャップ６１は、第２のハーフコア５ｂに近接して位置する。あるいは、エアギャップ６１はすべて、第１のハーフコア５ａに近接して位置するか、または有利には、それぞれ第１の副肢部５１ａ、５２ａ、５３ａの底部に非常に近接している。あるいは、中央肢部５２におけるエアギャップ６１は、第２のハーフコア５ｂに近接して位置し（または有利には、第２の副肢部５２ｂの底部に非常に近接している）、中央肢部５２に隣接する肢部（５１または５３）におけるエアギャップ６１は、第２のハーフコア５ｂに近接して位置する。

【0083】

図１３～図１７は、磁気コア５上に変圧器２０の巻線を配線するための５つの配線オプションのうちの１つをそれぞれ示している。５つの配線オプションの各々において、一次巻線Ｐ１～Ｐ３のうちの１つ、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３のうちの１つ、および三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ、またはＴ１－Ｔ３）のうちの１つが、磁気コア５の肢部５１～５３のうちの１つに巻回される。

【0084】

図１３～図１７における記号「ｘ」および「●」は、２つの対向する配線方向を示す。より正確には、記号「ｘ」は、例えば磁気コア５の前側５５から後側への第１の方向７１に従って、変圧器２０の巻線のうちの１つの線が磁気コア５に向かって入ることを示す。記号「●」は、例えば磁気コア５の後側から前側５５への第１の方向７１とは反対の第２の方向に従って、変圧器２０の巻線のうちの１つの線が磁気コア５を出ることを示す。

【0085】

図１３は、本発明による第１の配線オプションを示している。

【0086】

好ましくは、一次巻線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３および第１の二次巻線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、リッツ線である。リッツ線は、撚り合わせた単一の線で作製された導電体である。一次巻線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３および第１の二次巻線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のリッツ線は、複数のターンの間の直列接続で作製される。さらに、磁気コア５の肢部の各々について、対応する第１の二次巻線（Ｐ１、Ｐ２、またはＰ３）は、変圧器２０の三次巻線の２組のターンの間に挟まれる。例えば、第１の二次巻線Ｓ１は、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの２組のターンＴ１ａ、Ｔ１ｂの間に挟まれ、２組のターンＴ１ａ、Ｔ１ｂは、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの２つの補助巻線Ｔ１ａ、Ｔ１ｂである。

【0087】

変圧器２０の三次巻線は、好ましくはフラット導体である。有利には、三次巻線によって必要とされる高電流を分割するために、前記三次巻線の各々は、平行なフラット導体を備える。言い換えれば、三次巻線は、並列接続されたターンを備えることによってそれぞれ配置される。

【0088】

エアギャップ６１は、第２のハーフコア５ｂに近接して、より正確には、第２の副肢部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂのうちの１つの底部に近接してそれぞれ位置する。有利には、肢部５１、５２、５３のうちの１つにそれぞれ巻回された巻線は、第１の副肢部５１ａ、５２ａ、５３ａのうちの１つにそれぞれ巻回される。言い換えれば、図１３に示されるように、第２の副肢部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂには巻線が巻回されない。エアギャップ６１は、一次巻線Ｐ１～Ｐ３と第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３との間の漏れインダクタンスによって生じる望ましくない干渉を低減または回避する。加えて、互いにインターフェースする一次巻線Ｐ１～Ｐ３、第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３、および三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂのそれぞれの導体間に基本的な絶縁が必要とされ、これは電気自動車用途での実装を容易にする。

【0089】

図１４は、本発明による第２の配線オプションを示している。第２の配線オプションは、磁気コア５の肢部５１～５３のうちの１つにそれぞれ巻回された巻線間の対称性を維持することを可能にする。

【0090】

第２の配線オプションと前述の第１のオプションとの間の唯一の違いは、中央肢部５２におけるエアギャップ６１の位置である。第２の配線オプションの残りの特徴は、第１の配線オプションの特徴と同一または同様であり、したがって本明細書では重複して説明されない。

【0091】

第２の配線オプションによれば、中央肢部５２におけるエアギャップ６１は、第１のハーフコア５ａに近接して（またはより正確には、第１の半肢部５２ａの底部に近接して）位置し、他のエアギャップ６１は、第２のハーフコア５ｂに近接して（またはより正確には、第２の半肢部５１ｂ、５３ｂの底部に近接して）位置する。有利には、図１４に示されるように、中央肢部５２に巻回された巻線は、実際には第２の副肢部５２ａに巻回され、肢部５１、５３の一方にそれぞれ巻回された巻線は、実際には第１の副肢部５１ａ、５３ａの一方にそれぞれ巻回される。

【0092】

図１５は、本発明による第３の配線オプションを示している。第３の配線オプションは、エアギャップ６１の位置に関して第１の配線オプションと同一または同様である。

【0093】

変圧器２０の三次巻線（すなわち低電圧側）の各々は、三次巻線の１組のターンが対応する一次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、一次巻線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの１つとインターリーブされる。例えば、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂは、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの（補助巻線Ｔ１ａの）１組のターンが一次巻線Ｐ１の２組のターンの間に挟まれるように対応する一次巻線Ｐ１とインターリーブされる。三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂは、図１５に示されるように、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂの（補助巻線Ｔ２ｂの）１組のターンが一次巻線Ｐ２の２組のターンの間に挟まれるように対応する一次巻線Ｐ２とインターリーブされる。

【0094】

加えて、変圧器２０の三次巻線の各々はまた、三次巻線の１組のターンが対応する第１の二次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、第１の二次巻線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの１つとそれぞれインターリーブされる。例えば、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂは、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの（補助巻線Ｔ１ｂの）１組のターンが第１の二次巻線Ｓ１の２組のターンの間に挟まれるように対応する第１の二次巻線Ｓ１とインターリーブされる。三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂは、図１５に示されるように、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂの（補助巻線Ｔ２ａの）１組のターンが第１の二次巻線Ｓ２の２組のターンの間に挟まれるように対応する第１の二次巻線Ｓ２とインターリーブされる。

【0095】

さらに、変圧器２０の一次巻線の各々は、三次巻線のうちの１つとそれぞれインターリーブされるか、または変圧器の二次巻線の各々は、三次巻線のうちの１つとそれぞれインターリーブされる。一次巻線および二次巻線は、インターリーブされていない。これにより、一次巻線と二次巻線との間の漏れインダクタンスの管理が保証される。したがって、図２および図５に示すように、共振インダクタを変圧器２０に一体化することができる。

【0096】

第３の配線オプションで提供された上述のインターリーブ構成は、電力損失を低減することを可能にする。

【0097】

さらに、上述した第１、第２、第３の配線オプションおよび後述する第５の配線オプションでは、２つの隣接する肢部の一方にそれぞれ巻回された一次巻線は、一次巻線の一方が第１および第２のハーフコア５ａ、５ｂの一方に近接して巻回され、他方の一次巻線が第１および第２のハーフコア５ａ、５ｂの他方に近接して巻回されるように配置される。例えば、一次巻線Ｐ１（またはＰ３）は、第１のハーフコア５ａに近接して巻回され、一次巻線Ｐ２は、第２のハーフコア５ｂに近接して巻回される。

【0098】

同様に、一実施形態によれば、２つの隣接する肢部の一方にそれぞれ巻回された第１の二次巻線は、第１の二次巻線の一方が第１および第２のハーフコア５ａ、５ｂの一方に近接して巻回され、他方の第１の二次巻線が第１および第２のハーフコア５ａ、５ｂの他方に近接して巻回されるように配置される。例えば、第１の二次巻線Ｓ１（またはＳ３）は、第２のハーフコア５ｂに近接して巻回され、第１の二次巻線Ｓ２は、第１のハーフコア５ａに近接して巻回される。

【0099】

図１６は、本発明による第４の配線オプションを示している。第４の配線オプションは、エアギャップ６１の位置に関して第３および第１の配線オプションと同一または同様である。

【0100】

変圧器２０の三次巻線の各々は、三次巻線の少なくとも１組のターンおよび対応する第１の二次巻線の１組のターンが対応する一次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、一次巻線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの１つとインターリーブされる。例えば、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂは、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの（補助巻線Ｔ１ａの）１組のターンおよび１組の対応する第１の二次巻線Ｓ１が一次巻線Ｐ１の２組のターンの間に挟まれるように対応する一次巻線Ｐ１とインターリーブされる。三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂは、図１６に示されるように、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂの（補助巻線Ｔ２ｂの）１組のターンおよび対応する第１の二次巻線Ｓ２の１組のターンが一次巻線Ｐ２の２組のターンの間に挟まれるように対応する一次巻線Ｐ２とインターリーブされる。

【0101】

加えて、変圧器２０の三次巻線の各々はまた、三次巻線の少なくとも１組のターンおよび対応する一次巻線の１組のターンが対応する第１の二次巻線の２組のターンの間に挟まれるように、第１の二次巻線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの１つとインターリーブされる。例えば、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂは、三次巻線Ｔ１ａ－Ｔ１ｂの（補助巻線Ｔ１ｂの）１組のターンおよび１組の対応する一次巻線Ｐ１が第１の二次巻線Ｓ１の２組のターンの間に挟まれるように対応する第１の二次巻線Ｓ１とインターリーブされる。三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂは、図１６に示されるように、三次巻線Ｔ２ａ－Ｔ２ｂの（補助巻線Ｔ２ａの）１組のターンおよび対応する一次巻線Ｐ２の１組のターンが第１の二次巻線Ｓ２の２組のターンの間に挟まれるように対応する第１の二次巻線Ｓ２とインターリーブされる。

【0102】

第４の配線オプションで提供された上述のインターリーブ構成は、一方では、互いにインターフェースする第１の二次巻線Ｓ１～Ｓ３および三次巻線のそれぞれの導体間に必要とされる基本的な絶縁を実施することを可能にし、他方では、互いにインターフェースする一次巻線Ｐ１～Ｐ３および三次巻線のそれぞれの導体間に必要とされる強化絶縁を実施することを可能にする。このようにして、電力損失および漏れインダクタンスが低減される。したがって、第４の配線オプションは、第１の共振インダクタＬｌｋｐ１～Ｌｌｋｐ３、第１の磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３、第２の共振インダクタＬｌｋｓ１～Ｌｌｋｓ３（および場合によっては第２の磁化インダクタ）がすべて変圧器２０の外側に載置される、図３および図６に示される実施形態に適用するのに適している。しかし、エアギャップの長さが調節されていれば、磁化インダクタを変圧器２０内に載置することができる。

【0103】

磁化インダクタＬｍ１～Ｌｍ３は、エアギャップ６１がゼロである場合、変圧器２０に含まれない。

【0104】

図１７は、本発明による第５の配線オプションを示している。

【0105】

現在の第５の配線オプションと前述の第２の配線オプションとの間の唯一の違いは、三次巻線が（図１および図１４に示されるように）２つの補助巻線でそれぞれ構成されるか、または（図４および図１７に示されるように）それぞれ単一の巻線であるかである。第５の配線オプションの残りの特徴は、第２の配線オプションの特徴と同一または同様であり、したがって本明細書では重複して説明されない。

【0106】

磁気コア５の肢部の各々について、対応する第１の二次巻線（Ｐ１、Ｐ２、またはＰ３）は、変圧器２０の三次巻線の２組のターンの間に挟まれる。例えば、第１の二次巻線Ｓ１は、三次巻線Ｔ１の２組のターンの間に挟まれる。同様に、第１の二次巻線Ｓ２は、三次巻線Ｔ２の２組のターンの間に挟まれる。

【0107】

同様に、図１３、図１５、および図１６に示されるように、第１、第３、および第４の配線オプションを変圧器２０に適用することができ、三次巻線は、それぞれ単一の巻線である。

【0108】

本発明による電気システム１および上述の変圧器設計は、１つの多相変圧器のみを使用するＥＶまたはＨＥＶ用の一体型ＯＢＣ／ＤＣ－ＤＣコンバータに関し、追加の電圧コンバータを必要とせずに上述の配線オプションおよび５つの動作モードを提供する。独立したＯＢＣおよび独立したＤＣ－ＤＣコンバータを備える従来の電気システムと比較して、電気システム１はより少ない構成要素を有し、これにより電気システム１は体積が小さくなり、より軽量とすることが可能になる。加えて、製造および組立コストが低減される。本発明は、例えば異なる電力レベル７ｋＷ、１１ｋＷ、および２２ｋＷ、ならびに例えば異なる電圧ネットワーク８００Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖに対してスケーラブルである。

【0109】

本発明の一変形例によれば、図１８は、三角変圧器２０ｂを形成する電気システムを示している。この変形例では、変圧器の形状のみが変化し、その動作はすべて以前と同じままである。

【0110】

いくつかのその例示的な実施形態を参照して実施形態を説明したが、本開示の原理の趣旨および範囲内に入る多数の他の修正および実施形態が当業者によって考案され得ることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【外国語明細書】