特開 2024-58666 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

(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】P2024058666

(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

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240418BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240418BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20240418BHJP

   B60L 58/20 20190101ALI20240418BHJP

   B60L 53/22 20190101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 V

H02J7/00 P

H02J7/00 J

H02J7/02 J

H02J7/00 303C

H02M3/28 U

H02M3/28 H

H02M3/28 Q

B60L58/20

B60L53/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023178468

(22)【出願日】2023-10-16

(31)【優先権主張番号】2210625

(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）】

5G503

5H125

5H730

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503AA04

5G503BA02

5G503BB01

5G503BB05

5G503BB06

5G503DA07

5G503FA06

5G503GB03

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC22

5H125BC21

5H125BC29

5H125BE02

5H125DD02

5H125EE51

5H125FF16

5H730AA18

5H730AS01

5H730AS05

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB27

5H730BB61

5H730CC04

5H730DD04

5H730EE03

5H730EE04

5H730EE13

5H730EE73

5H730FG22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】自動車の高電圧バッテリーおよび低電圧バッテリーを充電および放電する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を提供する。
【解決手段】電気システム（１）は、三つの一次巻線、三つの第１の二次巻線および六つ三次巻線を備える多相変圧器（２０）と、ＰＦＣコンバータ（１０）に接続される三つの一次巻線を制御する第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）を備えるＬＬＣ一次回路（１２）と、第２の多相Ｈブリッジ（Ｂ２）を備え、第１のバッテリー（３４）とのエネルギー交換を可能にするＨＶＤＣ部（３０）と、第２のバッテリー（４４）とのエネルギー交換を可能にし、変圧器（２０）の三次巻線を制御する整流器（４１）を備えるＬＶＤＣ部（４０）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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）であって、前記電気システム（１）は、力率改善（ＰＦＣ）コンバータ（１０）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、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、
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）を備える変圧器（２０）であって、多相変圧器である変圧器（２０）と、
前記一次巻線（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）の前記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2】

共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）と、第１の磁化インダクタ（Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３）と、前記変圧器（２０）の前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に結合された第１の共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）とを備える第１の共振回路を備え、前記共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）は、前記第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）と前記共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）との間に接続され、前記共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）および前記共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）は、前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と直列であり、前記第１の共振回路は、多相共振回路であり、前記ＬＬＣ一次回路（１２）は、前記第１の共振回路の前記共振コンデンサ（Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３）および前記第１の共振インダクタ（Ｌｌｋｐ１、Ｌｌｋｐ２、Ｌｌｋｐ３）を備える、請求項１に記載の電気システム（１）。

【請求項3】

前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のうちの１つとそれぞれ直列の二次コンデンサ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３）、第２の磁化インダクタ、および第２の共振インダクタ（Ｌｌｋｓ１、Ｌｌｋｓ２、Ｌｌｋｓ３）を備える第２の共振回路を備え、前記二次コンデンサ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３）は、前記第１の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と前記第２の多相Ｈブリッジ（Ｂ２）との間に接続され、前記第２の共振回路は、多相共振回路であり、前記ＨＶＤＣ部（３０）は、前記二次コンデンサ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３）と、前記第２の共振インダクタ（Ｌｌｋｓ１、Ｌｌｋｓ２、Ｌｌｋｓ３）とを備え、前記第２の共振回路は、前記第１のバッテリー（３４）を放電して前記ＰＦＣコンバータ（１０）を充電するために利用される、請求項１または請求項２に記載の電気システム（１）。

【請求項4】

前記ＬＶＤＣ部（４０）は、前記整流器（４１）の出力に接続され、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バックコンバータ（４２）を備え、前記バックコンバータ（４２）は、多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、Ｌｂ２、Ｌｂ３）とを備え、前記インダクタ（Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３）は、前記バックコンバータ（４２）の前記スイッチと前記バックコンバータ（４２）の出力との間に接続される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項5】

前記整流器（４１）は、前記変圧器（２０）の前記三次巻線（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複数のスイッチ（ＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６）を備え、前記三次巻線の各々は、２つの補助巻線で構成され、前記組のスイッチの各々は、２つのスイッチを備え、前記２つのスイッチの一方は、前記対応する三次巻線の第１の端子と前記整流器（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、前記対応する三次巻線の第２の端子と前記整流器（４１）の前記ノードとの間に接続され、前記三次巻線（Ｔ１ａ－Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ、Ｔ３ａ－Ｔ３ｂ）の各々は、中点を有し、すべての前記中点は、前記整流器（４１）の第２の出力端子に接続され、前記整流器（４１）の第１の出力端子は、前記整流器（４１）の前記ノードに接続される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項6】

前記整流器（４１）は、前記変圧器（２０）の前記三次巻線（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複数のスイッチ（ＳＲ＿Ｓ１～ＳＲ＿Ｓ６）を備え、前記三次巻線の各々は、単一の巻線である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項7】

第１の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記ＰＦＣコンバータ（１０）から前記第１のバッテリー（３４）を充電するための車載充電器（ＯＢＣ）として利用されるように構成され、前記バックコンバータ（４２）は、停止される、請求項４から請求項６のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項8】

第２の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第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、前記第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ように構成され、前記第１および前記第２のバッテリー（３４、４４）は、両方とも前記ＰＦＣコンバータ（１０）から充電される、請求項４から請求項７のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項9】

第３の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第１のバッテリー（３４）を放電して前記第２のバッテリー（４４）および前記ＰＦＣコンバータ（１０）を同時に充電するために利用されるように構成され、前記バックコンバータ（４２）は、停止される、請求項４から請求項８のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項10】

第４の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第１のバッテリー（３４）を放電して前記第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コンバータとして利用されるように構成され、前記ＰＦＣコンバータから電流が流れず、前記第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）は、停止される、請求項４から請求項９のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項11】

第５の動作モードでは、前記電気システム（１）が前記第２のバッテリー（４４）を放電して前記第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ように構成され、前記電気システム（１）は、前記ＰＦＣコンバータ（１０）と前記第１の多相Ｈブリッジ（Ｂ１）との間に接続されたＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサ（１１）を備え、前記ＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサ（１１）は、電流振動を回避するために切断される、請求項４から請求項１０のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項12】

前記第１のバッテリー（３４）は、６０Ｖよりも大きい定格電圧を有する高電圧バッテリーであり、前記第２のバッテリー（４４）は、６０Ｖ以下の定格電圧を有する低電圧バッテリーである、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項13】

前記一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）および前記二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、第１のサブ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のサブ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のサブ変圧器を形成するように結合される、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の電気システム（１）。

【請求項14】

請求項１から請求項１３のいずれか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充電および放電するように構成された電気システムを提供することである。

【発明の概要】

【0009】

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であって、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、

【0010】

一次巻線、第１の二次巻線、および三次巻線を備える変圧器であって、変圧器は、多相変圧器である変圧器と、

【0011】

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、

【0012】

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、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、

【0013】

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、電気システムに関する。

【0014】

したがって、本発明は、自動車の高電圧バッテリーおよび低電圧バッテリーを充電および放電するように構成されたモジュール式電気システムを提供する。

【0015】

一次巻線および二次巻線は、第１のサブ変圧器を形成するように結合され、一次巻線および三次巻線は、第２のサブ変圧器を形成するように結合され、二次巻線および三次巻線は、第３のサブ変圧器を形成するように結合される。

【0016】

一実施形態によれば、電気システムは、共振コンデンサと、第１の磁化インダクタと、変圧器の一次巻線に結合された第１の共振インダクタとを備える第１の共振回路を備え、共振コンデンサは、第１の多相Ｈブリッジと共振インダクタとの間に接続され、共振コンデンサおよび共振インダクタは、一次巻線と直列であり、第１の共振回路は、多相共振回路である。

【0017】

本発明の一実施形態によれば、ＬＬＣ一次回路は、第１の共振回路の共振コンデンサおよび第１の共振インダクタを備える。

【0018】

有利には、電気システムは、第１の二次巻線のうちの１つとそれぞれ直列の二次コンデンサ、第２の磁化インダクタ、および第２の共振インダクタを備える第２の共振回路を備え、二次コンデンサは、第１の二次巻線と第２の多相Ｈブリッジとの間に接続され、第２の共振回路は、多相共振回路である。

【0019】

本発明の一実施形態によれば、ＨＶＤＣ部は、二次コンデンサと、第２の共振インダクタとを備え、第２の共振回路は、第１のバッテリーを放電してＰＦＣコンバータを充電するために利用される。

【0020】

本発明の一実施形態によれば、ＬＶＤＣ部は、整流器の出力に接続され、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バックコンバータを備える。

【0021】

本発明の一実施形態によれば、バックコンバータは、多相インターリーブ型バックコンバータであり、複数のスイッチと、インダクタとを備え、インダクタは、バックコンバータのスイッチとバックコンバータの出力との間に接続される。

【0022】

本発明の一実施形態によれば、整流器は、変圧器の三次巻線のうちの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複数のスイッチを備え、三次巻線の各々は、２つの補助巻線で構成され、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、対応する三次巻線の第２の端子と前記整流器のノードとの間に接続される。

【0023】

有利には、三次巻線の各々は、中点を有し、すべての中点は、整流器の第２の出力端子に接続され、整流器の第１の出力端子は、整流器の前記ノードに接続される。

【0024】

有利には、整流器は、変圧器の三次巻線のうちの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複数のスイッチを備え、三次巻線の各々は、単一の巻線である。

【0025】

本発明の一実施形態によれば、電気システムは、第１の動作モードでは、電気システムがＰＦＣコンバータから第１のバッテリーを充電するための車載充電器として利用されるように構成され、バックコンバータは、停止される。

【0026】

本発明の一実施形態によれば、電気システムは、第２の動作モードでは、電気システムが第１のバッテリーを充電するためのＯＢＣとして利用されると同時に、第２のバッテリーを充電するためのＤＣ－ＤＣコンバータとして利用されるように構成され、第１および第２のバッテリーは、両方ともＰＦＣコンバータから充電される。

【0027】

本発明の一実施形態によれば、電気システムは、第３の動作モードでは、電気システムが第１のバッテリーを放電して第２のバッテリーおよびＰＦＣコンバータを同時に充電するために利用されるように構成され、バックコンバータは、停止される。

【0028】

本発明の一実施形態によれば、電気システムは、第４の動作モードでは、電気システムが第１のバッテリーを放電して第２のバッテリーを自律的に充電するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータとして利用されるように構成され、ＰＦＣコンバータから電流が流れず、第１の多相Ｈブリッジは、停止される。

【0029】

本発明の一実施形態によれば、電気システムは、第５の動作モードでは、電気システムが第２のバッテリーを放電して第１のバッテリー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ように構成され、電気システムは、ＰＦＣコンバータと第１の多相Ｈブリッジとの間に接続されたＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサを備え、ＤＣ－Ｌｉｎｋコンデンサは、電流振動を回避するために切断される。

【0030】

有利には、第１のバッテリーは、６０Ｖよりも大きい定格電圧を有する高電圧バッテリーであり、第２のバッテリーは、６０Ｖ以下の定格電圧を有する低電圧バッテリーである。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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】

【0034】

【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。

【発明を実施するための形態】

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

電気システム１は、力率改善コンバータ（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コンバータ１０の出力Ｇを通して外部電力網に接続され、外部電力網によって給電される。ＰＦＣコンバータ１０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。

【0038】

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、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に磁気的に結合される。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。

【0039】

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。

【0040】

ＰＦＣコンバータ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コンバータ１０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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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、ＥＭＣ要件に適合するように電力コンバータによって生成された高調波ノイズをフィルタリングするために利用される。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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、好ましくは必要とされる総電力に応じた相数の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。

【0057】

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、ＥＭＣ要件に適合するように電力コンバータによって生成された高調波ノイズをフィルタリングするために利用される。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。

【0058】

図に示すように、ＥＭＣフィルタは、２段フィルタである。代替形態によれば、ＥＭＣフィルタは、例えばパイフィルタまたは単段フィルタであってもよい。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。総電力は、ＡＣ側では７ｋＷ、ＤＣ側では１１ｋＷまたは２２ｋＷのサイズにすることができ、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。

【0071】

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。

【0072】

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コンバータ１０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コンバータ１０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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

したがって、ＬＬＣ二次スイッチング周波数は、ＰＦＣコンバータ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。

【0076】

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。

【0077】

ＰＦＣコンバータ１０には、電流が存在しない。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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、スイッチＲＥＣ＿Ｓ１～ＲＥＣ＿Ｓ６は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）動作で制御される。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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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コンバータ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。

【0084】

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。

【0085】

本発明による電気システム１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コンバータであり、追加の電圧コンバータを必要とせずに上述の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。

【0086】

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】

【外国語明細書】