特開 2025-18351 車載充電装置

(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】P2025018351

(43)【公開日】2025-02-06

(54)【発明の名称】車載充電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20250130BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20250130BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20250130BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20250130BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20250130BHJP

   B60L 53/20 20190101ALI20250130BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20250130BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20250130BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 L

H02M7/48 E

H02M3/28 H

H02M3/155 H

H02J7/00 J

H02J7/00 P

H02J7/02 J

B60L53/20

B60L50/60

B60L9/18 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023121968

(22)【出願日】2023-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】サハ スブラタ

(72)【発明者】

【氏名】中村 圭輔

(72)【発明者】

【氏名】田口 真

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

5H730

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA02

5G503BB01

5G503DA07

5G503FA06

5G503GB04

5G503GB06

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC22

5H125BB00

5H125BB07

5H125BC21

5H125DD02

5H125FF16

5H730AA15

5H730AA18

5H730AS01

5H730AS05

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB27

5H730CC01

5H730CC02

5H730CC04

5H730DD04

5H730DD16

5H730EE04

5H730EE07

5H730EE13

5H730EE73

5H730FG01

5H770BA01

5H770BA02

5H770BA20

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA22

5H770DA41

5H770EA19

5H770HA02Y

5H770HA02Z

5H770HA03W

5H770HA03Z

5H770HA07Z

5H770JA10X

5H770JA17Z

(57)【要約】

【課題】外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、システムコストを抑制して構成する。
【解決手段】車載充電装置１０は、交流電力と第１の直流電力との間で電力を変換すると共に、交流電力と第２の直流電力との間で電力を変換する交流直流変換器１を備え、交流直流変換器１は、一次側コイルＴ１と二次側第１コイルＴ２１と二次側第２コイルＴ２２とを備えたトランスＴと、一次側コイルＴ１に接続された一次側ブリッジ回路１１１と、二次側第１コイルＴ２１に接続された二次側第１ブリッジ回路１１２と、二次側第２コイルＴ２２に接続された二次側第２ブリッジ回路１１３とを備えたトリプル・アクティブ・ブリッジ回路であり、一次側ブリッジ回路１１１は、双方向型スイッチング素子により構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１直流電源と、前記第１直流電源とは電気的に絶縁された第２直流電源とを、外部交流電源から供給される電力によって充電する車載充電装置であって、
前記外部交流電源の側の交流電力と前記第１直流電源の側の第１の直流電力との間で電力を変換すると共に、前記外部交流電源の側の交流電力と前記第２直流電源の側の第２の直流電力との間で電力を変換する交流直流変換器を備え、
前記交流直流変換器は、
一次側コイルと二次側第１コイルと二次側第２コイルとを備えたトランスと、
前記一次側コイルに接続された一次側ブリッジ回路と、
前記二次側第１コイルに接続された二次側第１ブリッジ回路と、
前記二次側第２コイルに接続された二次側第２ブリッジ回路と、
を備えたトリプル・アクティブ・ブリッジ回路であり、
前記一次側ブリッジ回路は、双方向型スイッチング素子により構成されている、車載充電装置。

【請求項2】

第１スイッチング回路と第１チョークコイルと第１出力キャパシタとを備え、前記第１の直流電力を第３の直流電力に変換する第１チョッパ回路と、
第２スイッチング回路と第２チョークコイルと第２出力キャパシタとを備え、前記第２の直流電力を第４の直流電力に変換する第２チョッパ回路と、を備え、
前記第１直流電源を前記第３の直流電力により充電し、
前記第２直流電源を前記第４の直流電力により充電する、請求項１に記載の車載充電装置。

【請求項3】

中性点で互いに接続された複数相の第１ステータコイルを備えた第１回転電機に、直流と交流との間で電力を変換する第１インバータを介して前記第１直流電源が接続され、
中性点で互いに接続された複数相の第２ステータコイルを備えた第２回転電機に、直流と交流との間で電力を変換する第２インバータを介して前記第２直流電源が接続され、
前記第１チョッパ回路は、
前記第１インバータを用いて構成された前記第１スイッチング回路と、
複数相の前記第１ステータコイルを用いて構成された前記第１チョークコイルと、
複数相の前記第１ステータコイルの中性点に接続された前記第１出力キャパシタと、を備えて構成され、
前記第２チョッパ回路は、
前記第２インバータを用いて構成された前記第２スイッチング回路と、
複数相の前記第２ステータコイルを用いて構成された前記第２チョークコイルと、
複数相の前記第２ステータコイルの中性点に接続された前記第２出力キャパシタと、を備えて構成されている、
請求項２に記載の車載充電装置。

【請求項4】

スイッチング回路とチョークコイルと出力キャパシタとを備え、前記第１の直流電力を第３の直流電力に変換する、又は、前記第２の直流電力を第４の直流電力に変換するチョッパ回路を備え、
前記チョッパ回路が前記第１の直流電力を前記第３の直流電力に変換する場合は、
前記第１直流電源を前記第３の直流電力により充電し、
前記第２直流電源を前記第２の直流電力により充電し、
前記チョッパ回路が前記第２の直流電力を前記第４の直流電力に変換する場合は、
前記第１直流電源を前記第１の直流電力により充電し、
前記第２直流電源を前記第４の直流電力により充電する、請求項１に記載の車載充電装置。

【請求項5】

中性点で互いに接続された複数相のステータコイルを備えた回転電機に、直流と交流との間で電力を変換するインバータを介して、前記第１直流電源及び前記第２直流電源の内、前記チョッパ回路を介して充電される直流電源が接続され、
前記チョッパ回路は、
前記インバータを用いて構成された前記スイッチング回路と、
複数相の前記ステータコイルを用いて構成された前記チョークコイルと、
複数相の前記ステータコイルの中性点に接続された前記出力キャパシタと、を備えて構成されている、請求項４に記載の車載充電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載充電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特表２０２２－５０３７１３号公報には、電気自動車やハイブリッド自動車などの車輪の駆動力源として回転電機を備えた車両に搭載された直流電源を、車両に搭載された状態で充電する車載充電装置（オンボードチャージャー、Onboard Charger）が開示されている。この文献の図１には、外部交流電源（１１０）から電力の供給を受けて、車載の直流電源（１４０）を充電する車載充電装置の模式的なブロック図が示されている。この車載充電装置は、外部交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する交流直流変換器（１２０）と、変換された直流電力に含まれる脈動成分を低減させつつ変圧して直流電源に供給する直流直流変換器（１３０）とを備えている。

【0003】

図８は、そのような車載充電装置の１つの形態を例示している。交流直流変換器（１）は、入力インダクタ（Ｌｉ）と、フルブリッジ回路（１１１）とを備えて構成することができる。また、直流直流変換器（２）は、トランス（Ｔ）と、トランス（Ｔ）の一次側に配置されたフルブリッジ回路（２１１）と、トランス（Ｔ）の二次側に配置されたフルブリッジ回路（２１２）とを備えたデュアル・アクティブ・ブリッジ（ＤＡＢ：Dual Active Bridge）回路として構成することができる。フルブリッジ回路（１１１）を備えた交流直流変換器（１）は、交流電力から変換される直流電力の力率を改善する力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路としても機能する。また、フルブリッジ回路（１１１）は、交流電力の周波数の２倍高調波の脈動を抑制するようにもスイッチング制御される。直流直流変換器（２）は、デュアル・アクティブ・ブリッジ回路により直流電力の脈動成分をさらに低減させて充電電流を直流電源（３）に提供する。

【0004】

また、近年普及が著しい電気自動車では、車輪の駆動力源となる回転電機（走行モータ）以外にも、比較的高い出力（仕事量）が要求されるモータが搭載される場合がある。例えば、車室内の冷房及び暖房を行うエアコンディショナを構成する装置（コンプレッサ等）を駆動するモータ、車輪の駆動装置（走行モータ、ギヤ機構等）の潤滑、冷却を行うための流体（例えば油）を循環させるポンプを駆動するモータなどである。そして、これらのモータに電力を供給するために、走行モータに接続される直流電源（第１直流電源）の他に、第２直流電源が備えられる場合もある。図９に例示するように、第１直流電源（３）だけでなく、第２直流電源（３０）も外部交流電源（４）から充電可能であることが好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２０２２－５０３７１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図８に例示した形態では、車載充電装置として３つのフルブリッジ回路を備えており、車載充電装置の全体として多くのスイッチング素子を必要とする。図９に例示した形態のように、複数の直流電源を充電する場合には、さらにスイッチング素子の数が増加する。また、近年、充電可能な二次電池の性能の向上も著しく、充電の際にも従来よりも振幅の大きい脈動を有する充電電流が許容可能となる可能性がある。従って、交流から直流への電力変換の際に生じる脈動を抑制する必要性が現在よりも低下する可能性もある。

【0007】

上記背景に鑑みて、外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、システムコストを抑制して構成することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記に鑑みた車載充電装置は、第１直流電源と、前記第１直流電源とは電気的に絶縁された第２直流電源とを、外部交流電源から供給される電力によって充電する車載充電装置であって、前記外部交流電源の側の交流電力と前記第１直流電源の側の第１の直流電力との間で電力を変換すると共に、前記外部交流電源の側の交流電力と前記第２直流電源の側の第２の直流電力との間で電力を変換する交流直流変換器を備え、前記交流直流変換器は、一次側コイルと二次側第１コイルと二次側第２コイルとを備えたトランスと、前記一次側コイルに接続された一次側ブリッジ回路と、前記二次側第１コイルに接続された二次側第１ブリッジ回路と、前記二次側第２コイルに接続された二次側第２ブリッジ回路と、を備えたトリプル・アクティブ・ブリッジ回路であり、前記一次側ブリッジ回路は、双方向型スイッチング素子により構成されている。

【0009】

この構成によれば、トランスを備えて交流直流変換器が構成されるので、外部交流電源と第１直流電源との間、外部直流電源と第２直流電源との間、第１直流電源と第２直流電源との間、それぞれの絶縁を確保することができる。このように絶縁が確保された状態で、別途直流と直流との間で電力を変換する変換器を備えることなく、交流直流変換器により変換された第１の直流電力及び第２の直流電力によって、それぞれ第１直流電源及び第２直流電源が充電されるので車載充電装置を小規模に構成することができる。また、一次側ブリッジ回路が双方向型スイッチング素子により構成されているため、キャパシタを用いた電圧制御ではなく、インダクタを用いた電流制御によって一次側ブリッジ回路をスイッチング制御することができる。大きな容量のキャパシタは体格も大きくなる傾向があるため、車載充電装置の大型化を抑制し易い。また、双方向型スイッチング素子は、スイッチングの際にスイッチング素子を流れる電流をゼロにするゼロ電流スイッチング（Zero Current Switching）を伴うソフトスイッチングを実現し易い。従って、車載充電装置の損失を低減させ易く、システムコストの低減が図り易い。このように、本構成によれば、外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、システムコストを抑制して構成することができる。

【0010】

車載充電装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する例示的且つ非限定的な実施形態についての以下の記載から明確となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車載充電装置の第１の例を示す回路ブロック図

【図2】車載充電装置の第２の例を示す回路ブロック図

【図3】車載充電装置の第３の例を示す回路ブロック図

【図4】車載充電装置の第４の例（第３の例に回転電機の駆動制御システムを利用した車載充電装置の一例）を示す回路ブロック図

【図5】車載充電装置の第５の例を示す回路ブロック図

【図6】車載充電装置の第６の例（第５の例に回転電機の駆動制御システムを利用した車載充電装置の例）を示す回路ブロック図

【図7】第１回転電機の駆動制御システムの模式的な回路ブロック図

【図8】従来の車載充電装置の一例を示す回路ブロック図

【図9】従来の車載充電装置の他の例を示す回路ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、車載充電装置の実施形態を図面も参照して説明する。図１の回路ブロック図は、車載充電装置１０の第１の例を示している。車載充電装置１０は、第１直流電源３及び第２直流電源３０が車両に搭載された状態で、外部交流電源４から供給される電力によって第１直流電源３及び第２直流電源３０を充電する装置であり、いわゆるオンボードチャージャー（Onboard Charger）と称される装置である。尚、本実施形態では、第１直流電源３と第２直流電源３０とは、互いに電気的に独立した直流電源であり、互いに絶縁されている。また、車載充電装置１０は、双方向型の電力変換装置であり、例えば第１直流電源３又は第２直流電源３０から供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換して出力することも可能である。第１直流電源３と、第２直流電源３０とは、定格電圧が異なる電圧であっても同じ電圧であってもよく、蓄電容量についても、同じ容量であっても異なる容量であってもよい。但し、本実施形態では、第１直流電源３が定格電圧が２００から４００ボルト程度のいわゆる高圧直流電源であり、第２直流電源３０が定格電圧が１２から５０ボルト程度のいわゆる低圧直流電源である形態を例示している。

【0013】

第１直流電源３及び第２直流電源３０は、例えば、リチウムイオン電池などの充電可能な二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されている。例えば、第２直流電源３０の定格電圧が１２から２４ボルト程度の場合には、第２直流電源３０が鉛蓄電池であってもよい。

【0014】

図示は省略するが、例えば第１直流電源３や第２直流電源３０がリチウムイオンバッテリなどの場合には、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ：Battery Management System）が備えられていることが多い。リチウムイオンバッテリなどの二次電池は、複数のセル（バッテリセル）により構成されている。バッテリマネジメントシステムは、（１）セルの過充電、過放電の防止、（２）セルに過電流が流れることの防止、（３）セルの温度管理、（４）充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）の算出、（５）セル電圧の均一化、等を行うバッテリの管理制御システムである。図７を参照して後述するように、バッテリ電流センサ３１やバッテリ電圧センサ３２を備える場合には、これらのセンサがバッテリマネジメントシステムの一部として構成されていてもよい。

【0015】

車載充電装置１０と第１直流電源３とは第１メインコンタクタ１１により電気的接続を断接可能に構成され、車載充電装置１０と第２直流電源３０とは第２メインコンタクタ１４により電気的接続を断接可能に構成されている。また、車載充電装置１０と外部交流電源４とは、グリッドコンタクタ１３により電気的接続を断接可能に構成されている。第１メインコンタクタ１１、第２メインコンタクタ１４、グリッドコンタクタ１３は、例えばリレーである。リレーは、メカニカル・リレーでもよいし、半導体リレー（ソリッド・ステート・リレー：Solid State Relay）でもよい。後述する他のコンタクタについても同様である。

【0016】

図１に示すように車載充電装置１０は、外部交流電源４の側の交流電力と第１直流電源３の側の第１の直流電力との間で電力を変換すると共に、外部交流電源４の側の交流電力と第２直流電源３０の側の第２の直流電力との間で電力を変換する交流直流変換器１を備えている。交流直流変換器１における外部交流電源４との接続部（後述する一次側ブリッジ回路１１１と外部交流電源４との間）には、フィルタインダクタＬｆとフィルタキャパシタＣｆとにより構成されたＬＣフィルタ回路１ｆが備えられている。尚、ＬＣフィルタ回路１ｆを備えない形態を妨げるものではない。

【0017】

交流直流変換器１は、一次側コイルＴ１と二次側コイルＴ２とを備えたトランスＴを備えている。二次側コイルＴ２は、二次側第１コイルＴ２１と二次側第２コイルＴ２２を備えている。トランスＴの一次側には、一次側コイルＴ１を含む一次側回路１ａが構成されている。トランスＴの二次側には、二次側第１コイルＴ２１と二次側第２コイルＴ２２とを含む二次側回路１ｂが構成されている。一次側回路１ａには、一次側コイルＴ１に接続された一次側ブリッジ回路１１１と、ＬＣフィルタ回路１ｆとを含む。二次側回路１ｂには、二次側第１コイルＴ２１に接続された二次側第１ブリッジ回路１１２と、二次側第２コイルＴ２２に接続された二次側第２ブリッジ回路１１３と、二次側第１コイルＴ２１と二次側第１ブリッジ回路１１２との間に配置された二次側第１インダクタＬｓ１と、二次側第２コイルＴ２２と二次側第２ブリッジ回路１１３との間に配置された二次側第２インダクタＬｓ２とを含む。即ち、交流直流変換器１は、一次側コイルＴ１と二次側第１コイルＴ２１と二次側第２コイルＴ２２を備えたトランスＴと、一次側コイルＴ１に接続された一次側ブリッジ回路１１１と、二次側第１コイルＴ２１に接続された二次側第１ブリッジ回路１１２と、二次側第２コイルＴ２２に接続された二次側第２ブリッジ回路１１３とを備えたトリプル・アクティブ・ブリッジ（ＴＡＢ：Triple Active Bridge）回路である。

【0018】

二次側第１ブリッジ回路１１２における二次側第１コイルＴ２１とは反対側には、第１出力キャパシタＣｓ１が配置されている。第１出力キャパシタＣｓ１は、第１メインコンタクタ１１が閉成されている場合に、第１直流電源３に並列に接続され、交流直流変換器１（二次側第１ブリッジ回路１１２）からの出力電圧を平滑する平滑コンデンサとして機能する。交流直流変換器１から出力される電圧には、外部交流電源４の周波数の高調波成分の脈動が重畳されていることがあるが、第１出力キャパシタＣｓ１は、この脈動成分の振幅を低減させる。同様に、二次側第２ブリッジ回路１１３における二次側第２コイルＴ２２とは反対側には、第２出力キャパシタＣｓ２が配置されている。第２出力キャパシタＣｓ２は、第２メインコンタクタ１４が閉成されている場合に、第２直流電源３０に並列に接続され、交流直流変換器１（二次側第２ブリッジ回路１１３）からの出力電圧を平滑する平滑コンデンサとして機能する。

【0019】

本実施形態では、一次側ブリッジ回路１１１を構成するスイッチング素子１１Ｓが、双方向型スイッチング素子（Bidirectional Switching Device）である。即ち、一次側ブリッジ回路１１１は双方向型スイッチング素子により構成されている。双方向型スイッチング素子は、双方向に電流を流すことのできる素子であり、素子に対して正負両極性の電圧に対して同等の耐圧を有する。このため、交流直流変換器１における一次側回路１ａとして、インダクタ（フィルタインダクタＬｆ）を用いた電流制御型の交流直流変換器を構築し易い。このインダクタは一定の電流を流すように作用する。電圧制御型の交流直流変換器では、大容量のキャパシタが必要となるが、電流制御型の交流直流変換器とすることで、大容量のキャパシタが不要となり、部品コストの低減や装置の大規模化の抑制を図ることができる。尚、フィルタキャパシタＣｆは小容量のキャパシタである。また、双方向型スイッチング素子は、スイッチングの際にスイッチング素子を流れる電流をゼロにするゼロ電流スイッチング（Zero Current Switching）を伴うソフトスイッチングを実現し易い。従って、車載充電装置１０の損失を低減させ易く、システムコストの低減を図り易い。

【0020】

尚、二次側第１ブリッジ回路１１２を構成するスイッチング素子１２Ｓ、二次側第２ブリッジ回路１１３を構成するスイッチング素子１３Ｓは、双方向型スイッチング素子でなくてもよい。本実施形態では、スイッチング素子１２Ｓ及びスイッチング素子１３Ｓとして、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を例示している。各スイッチング素子には、負極から正極へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオードが接続されている。当然ながら、ボディダイオードを用いる場合や、エンハンスメントモード窒化ガリウム（E-GaN）で構成されたワイドバンドギャップ半導体のトランジスタにおける逆導通を用いる場合などでは、このような形態のフリーホイールダイオードを備えていなくてもよい。

【0021】

本実施形態では、トランスＴを備えて交流直流変換器１が構成されることで、外部交流電源４と第１直流電源３との間、外部交流電源４と第２直流電源３０との間、第１直流電源３と第２直流電源３０との間、それぞれの絶縁を確保することができる。第１直流電源３及び第２直流電源３０に対して外部交流電源４が電気的に独立していない場合、グラウンドが共通となるため、グラウンドに比較的高い漏れ電流が流れるおそれがある。第１直流電源３及び第２直流電源３０の充電中には、当該車両の近傍にユーザーが存在する可能性があるため、このような漏れ電流についても考慮されていることが好ましい。また、第１直流電源３及び第２直流電源３０に対して外部交流電源４が電気的に独立していない構成では、外部交流電源４に短絡故障等が生じた場合に、第１直流電源３及び第２直流電源３０、さらには、第１直流電源３に接続された車載装置及び第２直流電源３０に接続された車載装置に大きな短絡電流が流れるおそれもある。本実施形態の車載充電装置１０は、トランスＴを用いたデュアル・アクティブ・ブリッジ回路を備えて構成されていることにより、第１直流電源３及び第２直流電源３０に対して外部交流電源４が絶縁される。従って、第１直流電源３及び第２直流電源３０の充電中におけるユーザーの安全を確保し易く、第１直流電源３及び第２直流電源３０の充電中における外部交流電源４の短絡故障が車両に与える影響も抑制できる。

【0022】

図２の回路ブロック図は、車載充電装置１０の第２の例を示している。第１の例は外部交流電源４が単相交流電源であったのに対して、第３の例では外部交流電源４が複数相の交流電源である。ここでは外部交流電源４が、中性点４Ｎで接続され、それぞれ２π／３ずつ位相の異なる３つの交流電源により構成されている形態を例示している。３つの交流電源に対応して、グリッドコンタクタ１３も３つの接点を備えて構成されている。

【0023】

第２の例の一次側回路１ａは３相交流から直流へ電力を変換するために、３相交流直流変換器として構成されている。一次側ブリッジ回路１１１は、３相各相に対応した３本のアームを有して構成されている。尚、第２の例においても、一次側ブリッジ回路１１１は、双方向型スイッチング素子を用いて構成されている。各相のアームにおけるスイッチング素子１１Ｓの接続点には、それぞれフィルタインダクタＬｆ及びフィルタキャパシタＣｆが接続されてＬＣフィルタ回路１ｆが形成されている。その他の構成については、第１の例と同様であるから詳細な説明は省略する。

【0024】

図３の回路ブロック図は、車載充電装置１０の第３の例を示している。第３の例の車載充電装置１０は、第１の例に対して、交流直流変換器１に加えて、さらに直流直流変換器２を備えて構成されている。近年、充電可能な二次電池の性能の向上も著しく、充電の際にも従来よりも振幅の大きい脈動を有する電流が二次電池に流れ込むことが許容可能となる可能性がある。しかし、第１直流電源３及び第２直流電源３０として、より安価な二次電池が用いられる場合には、当該脈動成分の振幅にも考慮することが好ましい場合がある。そこで、第３の例では、直流直流変換器２を備えることによって、第１の例に比べて車載充電装置１０から第１直流電源３及び第２直流電源３０に印加される充電電圧（バッテリ電圧）、第１直流電源３及び第２直流電源３０に供給される充電電流（バッテリ電流）の脈動をさらに低減可能に構成されている。

【0025】

第１の例と第３の例とは、交流直流変換器１の構成は同一であるから詳細な説明は省略する。直流直流変換器２は、第１の直流電力を第３の直流電力に変換する第１チョッパ回路２１と、第２の直流電力を第４の直流電力に変換する第２チョッパ回路２２とを備えて構成されている。第１直流電源３は第３の直流電力により充電され、第２直流電源３０は第４の直流電力により充電される。第１の例において交流直流変換器１と第１直流電源３との間に配置されて平滑キャパシタとして機能していた第１出力キャパシタＣｓ１は、直流直流変換器２の出力キャパシタとして直流直流変換器２と第１直流電源３との間に配置されている。同様に、第２出力キャパシタＣｓ２も、直流直流変換器２の出力キャパシタとして直流直流変換器２と第２直流電源３０との間に配置されている。尚、第１の例において第１出力キャパシタＣｓ１が配置されていた箇所（交流直流変換器１の直流側）には、交流直流変換器１と直流直流変換器２（第１チョッパ回路２１）との間の直流電圧（直流リンク電圧）を平滑する第１直流リンクキャパシタ６が配置されている。同様に、第１の例において第２出力キャパシタＣｓ２が配置されていた箇所（交流直流変換器１の直流側）には、交流直流変換器１と直流直流変換器２（第２チョッパ回路２２）との間の直流電圧（直流リンク電圧）を平滑する第２直流リンクキャパシタ６０が配置されている。

【0026】

第１チョッパ回路２１は、第１スイッチング回路２１１と第１チョークコイルＬｅ１と第１出力キャパシタＣｓ１とを備えた降圧チョッパとして構成され、第１の直流電力を第３の直流電力に変換する。第２チョッパ回路２２は、第２スイッチング回路２１２と第２チョークコイルＬｅ２と第２出力キャパシタＣｓ２とを備えた降圧チョッパとして構成され、第２の直流電力を第４の直流電力に変換する。

【0027】

第１スイッチング回路２１１は、上段側と下段側とにスイッチング素子２１Ｓが直列接続された１本のアームを備えたハーフブリッジの構成を有する。当該アームの中点、即ち、上段側のスイッチング素子２１Ｓと下段側のスイッチング素子２１Ｓとの接続点に第１チョークコイルＬｅ１の一端が接続されている。第１チョークコイルＬｅ１の他端は第１出力キャパシタＣｓ１の正極側端子に接続されている。そして、第１出力キャパシタＣｓ１は第１メインコンタクタ１１が閉成された状態で第１直流電源３に並列接続される。

【0028】

同様に、第２スイッチング回路２１２は、上段側と下段側とにスイッチング素子２２Ｓが直列接続された１本のアームを備えたハーフブリッジの構成を有する。当該アームの中点、即ち、上段側のスイッチング素子２２Ｓと下段側のスイッチング素子２２Ｓとの接続点に第２チョークコイルＬｅ２の一端が接続されている。第２チョークコイルＬｅ２の他端は第２出力キャパシタＣｓ２の正極側端子に接続されている。そして、第２出力キャパシタＣｓ２は第２メインコンタクタ１４が閉成された状態で第２直流電源３０に並列接続される。

【0029】

第３の例によれば、第１の直流電力、第２の直流電力に外部交流電源４の周波数の高調波成分の脈動が残っていても、当該高調波成分を第１チョッパ回路２１、第２チョッパ回路２２により低減することができる。

【0030】

ところで、近年普及している電気自動車やハイブリッド自動車には、車輪の駆動力源として交流回転電機（走行モータ（Traction Motor））が搭載されている。また、従来の内燃機関を車輪の駆動力源とした自動車とは異なり、電気自動車やハイブリッド自動車では従来内燃機関の駆動力を利用して駆動していたオイルポンプやエアコンディショナのコンプレッサなどの補機についても、別の交流回転電機（補機用モータ）によって駆動されることが多い。鉄道のように架線から電力が供給される車両とは異なり、自動車においては、交流回転電機は、車両に搭載されたバッテリなどの直流電源からインバータを介して供給される交流電力により駆動される。交流回転電機は、回転磁界を生成するために複数相のコイルを備えている。また、直流と交流との間で電力を変換するインバータは、スイッチング素子を用いたブリッジ回路として構成されている。回転電機に電力を供給する直流電源が、外部交流電源から電力の供給を受けて充電される際には、車両は停車している（駐車している）ため、回転電機のコイルや、回転電機を駆動するインバータは回転電機を駆動するために用いられていない。従って、車載充電装置１０に、回転電機のコイルや、回転電機を駆動するインバータを利用することで、車載充電装置１０を車両に搭載することによるシステムコストの増加を抑制することができる。

【0031】

図４の回路ブロック図は、回転電機の駆動制御システムを利用した車載充電装置１０の一例であり、車載充電装置１０の第４の例を示している。図３と図４との比較より明らかなように、第１チョッパ回路２１における第１スイッチング回路２１１は、後述する第１インバータ５を用いて構成されている。また、第１チョッパ回路２１における第１チョークコイルＬｅ１は、後述する第１回転電機７０の第１ステータコイル７を用いて構成されている。第１出力キャパシタＣｓ１は、第１ステータコイル７の中性点７Ｎに接続されている。同様に、第２チョッパ回路２２における第２スイッチング回路２１２は、後述する第２インバータ５０を用いて構成されている。また、第２チョッパ回路２２における第２チョークコイルＬｅ２は、後述する第２回転電機８Ｍの第２ステータコイル８を用いて構成されている。第２出力キャパシタＣｓ２は、第２ステータコイル８の中性点８Ｎに接続されている。

【0032】

上述したように、車両に搭載される回転電機は、車輪を駆動する走行モータ（Traction Motor）に限らず、エアコンディショナのコンプレッサを駆動するモータ、電動オイルポンプを駆動するモータ、冷却水を循環させるための電動ウォーターポンプを駆動するモータなどもある。尚、ここでは「駆動」に着目しているため「モータ」と称しているが、ここでの「モータ」と「回転電機」とは同義である。車載エアコンディショナや電動オイルポンプは、主機としての車両用駆動装置９に対して補機と称されるため、以下の説明では、車輪の駆動力源となるモータを走行モータ、車載エアコンディショナや電動オイルポンプの駆動力源となるモータを補機の駆動力源となる補機用モータと称する場合がある。上述した第１回転電機７０は、走行モータに相当する。そして、第２回転電機８Ｍは、補機用モータに相当する。

【0033】

ここで、回転電機の駆動制御システムについて説明する。図７の模式的回路ブロック図は、第１回転電機７０の駆動制御システムの一例を示している。第２回転電機８Ｍの駆動制御システムについては、第１回転電機７０の駆動制御システムについての説明から容易に理解可能であるから、ここでは、第１回転電機７０の駆動制御システムを代表例として説明し、第２回転電機８Ｍの駆動制御システムについては説明を省略する。

【0034】

図７に示すように、車両用駆動装置９は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車輪の駆動力源となる第１回転電機７０と、第１回転電機７０及び第１直流電源３に接続されて直流と複数相（ここでは３相）の交流との間で電力を変換する第１インバータ５とを備えている。尚、車両用駆動装置９が、第１回転電機７０に加えて不図示の内燃機関などの他の駆動力源も備えていることを妨げるものではない。

【0035】

図７に示すように、車両用駆動装置９は、車両の駆動力源となる第１回転電機７０を制御対象とする制御装置８０を備え、制御装置８０は、電流フィードバック制御を行うことによって第１回転電機７０を駆動制御する。駆動対象の第１回転電機７０は、ステータコアに複数相（Ｎを任意の自然数としてＮ相、本実施形態ではＮ＝３の３相の形態を例示する）の第１ステータコイル７が配置されたステータと、ロータコアに永久磁石が配置されたロータとを有する埋め込み永久磁石型回転電機（IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）である。このような構成は公知であり、本実施形態では、ステータコア、ステータ、ロータコア、ロータ、永久磁石等の図示は省略している。本実施形態では、３相の第１ステータコイル７が中性点７Ｎで短絡されたＹ型（スター型）の形態を例示している。しかし、第１回転電機７０は、例えば３相の第１ステータコイル７を２組備え、６相の交流により駆動される形態であってもよい。尚、第１回転電機７０は、電動機としても発電機としても機能することができる。第１回転電機７０が電動機として機能するとき、第１回転電機７０は力行状態であり、第１回転電機７０が発電機として機能するとき、第１回転電機７０は回生状態である。

【0036】

第１インバータ５は、交流の第１回転電機７０及び第１直流電源３に接続されて、複数相の交流と直流との間で電力を変換する。第１インバータ５の一対の直流側端子は、第１直流電源３の正極端子及び負極端子に接続されている。また、第１インバータ５の複数相の交流側端子は、複数相の第１ステータコイル７のそれぞれに接続されている。本実施形態では、第１インバータ５が、複数相のアームとして、Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームを備えている。それぞれのアームは、正極側に配置された上段側スイッチング素子５Ｕと、負極側に配置された下段側スイッチング素子５Ｌとが直列接続されて形成されている。それぞれのアームの中点、即ち上段側スイッチング素子５Ｕと下段側スイッチング素子５Ｌとの接続点がそれぞれの第１ステータコイル７に接続されている。具体的には、Ｕ相アームの中点とＵ相コイル７ｕとが接続され、Ｖ相アームの中点とＶ相コイル７ｖとが接続され、Ｗ相アームの中点とＷ相コイル７ｗとが接続される。

【0037】

第１インバータ５の直流側には、正極と負極との間の電圧（直流リンク電圧）を平滑する平滑キャパシタ（第１直流リンクキャパシタ６）が備えられている。また、第１インバータ５の直流側には、直流リンク電圧を検出する電圧センサ（直流リンク電圧センサ６１）も備えられている。

【0038】

第１インバータ５は、複数のスイッチング素子５Ｓを有して構成されている。本実施形態では、スイッチング素子５ＳとしてＦＥＴが用いられる形態を例示している。ＦＥＴの他、スイッチング素子５Ｓには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられていてもよい。

【0039】

第１インバータ５は、制御装置８０により制御される。制御装置８０は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、制御装置８０は、上位の制御装置の１つである車両制御装置９０等の他の制御装置等から要求信号として提供される第１回転電機７０の目標トルク（トルク指令）に基づいて、電流フィードバック制御を行って、第１インバータ５を介して第１回転電機７０を駆動する。尚、マイクロコンピュータ等の論理回路素子の動作電圧は一般的に５ボルト以下である。本実施形態では、簡略化のため、図示を省略しているが、当該論理回路素子で生成された制御信号はドライブ回路を介して第１インバータ５に伝達される。或いは、制御装置８０にドライブ回路が含まれると考えてもよい。

【0040】

第１回転電機７０の各相の第１ステータコイル７を流れる実電流は電流センサ（モータ電流センサ８１）により検出され、制御装置８０はその検出結果を取得する。また、第１回転電機７０のロータの各時点での磁極位置（電気角）やロータの回転速度（角速度）は、例えばレゾルバ、誘導性位置センサ（Inductive Position Sensor）などの回転センサ８２により検出され、制御装置８０はその検出結果を取得する。制御装置８０は、モータ電流センサ８１及び回転センサ８２の検出結果を用いて、電流フィードバック制御を実行する。制御装置８０は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。

【0041】

上述したように、第１インバータ５を介して第１直流電源３に接続される第１回転電機７０は、第１直流電源３から供給される電力により電動機として機能すると共に、発電機として機能して第１直流電源３を充電することもできる。例えば、ハイブリッド自動車では内燃機関などの動力により、第１回転電機７０に機械エネルギーを供給して第１回転電機７０に発電させることも可能であるが、発電の機会が少なく第１直流電源３を充分に充電できない場合がある。また、駆動力源として第１回転電機７０しか搭載されていない電気自動車では、慣性走行等における車輪からの機械エネルギーによる発電に留まり、第１直流電源３を充分に充電できないことが多い。また、ハイブリッド自動車においても、第１回転電機７０に発電させるよりも外部から電力を供給する方が、エネルギー効率がよい場合がある。このため、第１直流電源３が車両に搭載された状態で、第１直流電源３を外部電源によって充電可能に構成されていると好ましい。

【0042】

第１直流電源３を外部交流電源４によって充電する場合、車両には本実施形態のように車載充電装置１０が搭載されると好適である。第１の例から第３の例を示して上述したように、電力変換回路を備えた車載充電装置１０は、回路規模も大きくなる傾向があるが、車輪を駆動する機会に比べて、第１直流電源３を充電する機会は少ない。外部交流電源４によって第１直流電源３を充電する際には、車両は停止（駐車）している。第４の例では、第１インバータ５や第１ステータコイル７を利用して、車載充電装置１０が構成されている。

【0043】

上述したように、本実施形態の車載充電装置１０は、第１直流電源３及び第２直流電源３０を充電可能に構成されている。また、第１回転電機７０及び第１インバータ５は、トランスＴによって交流直流変換器１の一次側回路１ａとは絶縁されている。同様に、第２回転電機８Ｍ及び第２インバータ５０は、トランスＴによって交流直流変換器１の一次側回路１ａとは絶縁されている。一方、第１回転電機７０及び第１インバータ５は、第１チョッパ回路２１に接続される第１直流電源３に接続され、第２回転電機８Ｍ及び第２インバータ５０は、第２チョッパ回路２２に接続される第２直流電源３０に接続されている。換言すれば、中性点７Ｎで互いに接続された複数相の第１ステータコイル７を備えた第１回転電機７０に、直流と交流との間で電力を変換する第１インバータ５を介して第１直流電源３が接続されている。また、中性点８Ｎで互いに接続された複数相の第２ステータコイル８を備えた第２回転電機８Ｍに、直流と交流との間で電力を変換する第２インバータ５０を介して第２直流電源３０が接続されている。

【0044】

従って、第４の例では、第１インバータ５及び第１ステータコイル７を利用して第１チョッパ回路２１が構成され、第２インバータ５０及び第２ステータコイル８を利用して第２チョッパ回路２２が構成されている。具体的には、第１チョッパ回路２１は、第１インバータ５を用いて構成された第１スイッチング回路と、複数相の第１ステータコイル７を用いて構成された第１チョークコイルと、複数相の第１ステータコイル７の中性点７Ｎに接続された第１出力キャパシタＣｓ１とを備えて構成されている。また、前記第２チョッパ回路２２は、第２インバータ５０を用いて構成された第２スイッチング回路と、複数相の第２ステータコイル８を用いて構成された第２チョークコイルと、複数相の第２ステータコイル８の中性点８Ｎに接続された第２出力キャパシタＣｓ２とを備えて構成されている。

【0045】

第１インバータ５は、上段側スイッチング素子５Ｕと下段側スイッチング素子５Ｌとが直列接続された１相分のアームを複数相の交流の相の数に応じた本数（ここでは３相に対応して３本）、並列に備えて構成されている。同様に、第２インバータ５０は、上段側スイッチング素子５０Ｕと下段側スイッチング素子５０Ｌとが直列接続された１相分のアームを複数相の交流の相の数に応じた本数（ここでは３相に対応して３本）、並列に備えて構成されている。第１インバータ５が第１チョッパ回路２１のスイッチング回路として機能する際には、複数相のアームの全ての上段側スイッチング素子５Ｕが同時に同じようにオンオフ制御され、複数相のアームの全ての下段側スイッチング素子５Ｌが同時に同じようにオンオフ制御される。従って、複数本のアームを有した第１インバータ５は、見かけ上、上段側スイッチング素子５Ｕと下段側スイッチング素子５Ｌとが直列接続された１本のアームにより構成された第１スイッチング回路２１１として機能する。第２インバータ５０も同様に、見かけ上、上段側スイッチング素子５０Ｕと下段側スイッチング素子５０Ｌとが直列接続された１本のアームにより構成された第２スイッチング回路２１２として機能する。

【0046】

複数相の各相の第１ステータコイル７及び第２ステータコイル８は、それぞれ一端がそれぞれの相に対応するアームの中点に接続され、他端がそれぞれの中性点７Ｎ及び中性点８Ｎに接続されている。上述したように、複数相の各アームは同様にスイッチング制御されるため、各相の第１ステータコイル７には、アームと中性点７Ｎとの間で、同じように電流が流れ、各相の第２ステータコイル８には、アームと中性点８Ｎとの間で、同じように電流が流れる。従って、複数相の第１ステータコイル７を１つのコイルと見なすことができ、第１ステータコイル７は、チョッパ回路において一端側がスイッチング回路の中点に接続され、他端側が出力キャパシタＣｓに接続された第１チョークコイルＬｅ１として機能する。複数相の第２ステータコイル８も同様に、１つのコイルと見なすことができ、第２チョークコイルＬｅ２として機能する。

【0047】

図４に示すように、第４の例の車載充電装置１０は、第１メインコンタクタ１１と、第２メインコンタクタ１４と、グリッドコンタクタ１３とに加えて、回転電機の制御機能と直流電源の充電機能とを切り替えるための第１機能切替コンタクタ１２と、第２機能切替コンタクタ１５とも備えている。これらのコンタクタは、制御装置８０、或いは制御装置８０及び車両制御装置９０、或いはこれらに加えて第２回転電機８Ｍを制御する不図示の制御装置によって制御される。尚、第１の例から第３の例のコンタクタについても、同様に、車両制御装置９０や、車載充電装置１０を制御する不図示の制御装置によって制御される。図７を参照して上述したように、制御装置８０及び車両制御装置９０も回転電機の駆動制御システムに含まれており、制御装置８０、車両制御装置９０、並びに第２回転電機８Ｍを制御する不図示の制御装置も回転電機の駆動制御と車載充電装置１０による充電制御とに共用されるということができる。また、図３、図４、図７から明らかなように、第１直流リンクキャパシタ６及び第２直流リンクキャパシタ６０も、回転電機の駆動制御と車載充電装置１０による充電制御とに共用されるということができる。

【0048】

図７を参照して上述したように、第１メインコンタクタ１１は、第１直流電源３と、第１インバータ５との電気的接続を断接可能に設置されている。第１インバータ５及び第１回転電機７０の第１ステータコイル７が車載充電装置１０としても用いられる場合には、第１直流電源３に対する接続形態が切り替えられる。このため、第１メインコンタクタ１１は、第１メインコンタクタ第１接点１１ａと、第１メインコンタクタ第２接点１１ｂとを有している。第１インバータ５が車両用駆動装置９として機能する場合には、第１メインコンタクタ第１接点１１ａが閉成され、第１メインコンタクタ第２接点１１ｂが開放される。第１インバータ５が車載充電装置１０として機能する場合には、第１メインコンタクタ第２接点１１ｂが閉成され、第１メインコンタクタ第１接点１１ａが開放される。第１直流電源３が充電されることなく、車両が駐車している場合には、第１メインコンタクタ第１接点１１ａ、第１メインコンタクタ第２接点１１ｂの双方を開放状態とすることで、第１メインコンタクタ１１を開放状態とすることができる。

【0049】

第１機能切替コンタクタ１２は、閉状態で直流直流変換器２としての第１チョッパ回路２１の出力と第１直流電源３とを電気的に接続する。具体的には、第１機能切替コンタクタ１２は、閉状態で中性点７Ｎと第１直流電源３の正極とを接続すると共に、第１出力キャパシタＣｓ１の正極側端子と第１直流電源３の正極とを接続する。また、上述したように、グリッドコンタクタ１３は、交流直流変換器１と外部交流電源４との電気的接続を断接する。

【0050】

第１インバータ５が第１回転電機７０の駆動制御に用いられる場合には、第１メインコンタクタ第１接点１１ａが閉成されると共に、第１機能切替コンタクタ１２及びグリッドコンタクタ１３が開放された状態に制御され、第１インバータ５を介して第１直流電源３と第１回転電機７０との間で電力が変換される。第１インバータ５が車載充電装置１０として用いられる場合には、第１メインコンタクタ第２接点１１ｂが閉成されると共に、第１機能切替コンタクタ１２及びグリッドコンタクタ１３が閉成された状態に制御され、外部交流電源４により第１直流電源３が充電される。

【0051】

図４に示すように、第２メインコンタクタ１４は、第２直流電源３０と、第２インバータ５０との電気的接続を断接可能に設置されている。第２インバータ５０及び第２回転電機８Ｍの第２ステータコイル８が車載充電装置１０としても用いられる場合には、第２直流電源３０に対する接続形態が切り替えられる。このため、第２メインコンタクタ１４は、第２メインコンタクタ第１接点１４ａと、第２メインコンタクタ第２接点１４ｂとを有している。第２インバータ５０が車両用駆動装置９として機能する場合には、第２メインコンタクタ第１接点１４ａが閉成され、第２メインコンタクタ第２接点１４ｂが開放される。第２インバータ５０が車載充電装置１０として機能する場合には、第２メインコンタクタ第２接点１４ｂが閉成され、第２メインコンタクタ第１接点１４ａが開放される。第２直流電源３０が充電されることなく、例えば車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフ状態とされて補機も停止しているような場合には、第２メインコンタクタ第１接点１４ａ、第２メインコンタクタ第２接点１４ｂの双方を開放状態とすることで、第２メインコンタクタ１４を開放状態とすることができる。

【0052】

第２機能切替コンタクタ１５は、閉状態で直流直流変換器２としての第２チョッパ回路２２の出力と第２直流電源３０とを電気的に接続する。具体的には、第２機能切替コンタクタ１５は、閉状態で中性点８Ｎと第２直流電源３０の正極とを接続すると共に、第２出力キャパシタＣｓ２の正極側端子と第２直流電源３０の正極とを接続する。また、上述したように、グリッドコンタクタ１３は、交流直流変換器１と外部交流電源４との電気的接続を断接する。

【0053】

第２インバータ５０が第２回転電機８Ｍの駆動制御に用いられる場合には、第２メインコンタクタ第１接点１４ａが閉成されると共に、第２機能切替コンタクタ１５及びグリッドコンタクタ１３が開放された状態に制御され、第２インバータ５０を介して第２直流電源３０と第２回転電機８Ｍとの間で電力が変換される。第２インバータ５０が車載充電装置１０として用いられる場合には、第２メインコンタクタ第２接点１４ｂが閉成されると共に、第２機能切替コンタクタ１５及びグリッドコンタクタ１３が閉成された状態に制御され、外部交流電源４により第２直流電源３０が充電される。

【0054】

このように、インバータ及びステータコイルへの接続形態を変更するだけで、回転電機を駆動制御する機能と、直流電源を外部交流電源４により充電する機能とを切り替え可能な回路を実現することができる。即ち、回転電機に接続される直流電源を、当該回転電機が備えるコイル、及び当該回転電機を駆動制御するインバータを兼用して充電することができる。これらが兼用されることで、車載充電装置１０を小規模に構成することができる。

【0055】

尚、第２直流電源３０については、第１直流電源３或いは第１回転電機７０から供給される電力によって充電されることも可能である。例えば、外部交流電源４が接続されず、第１直流電源３が充電されていない状態（グリッドコンタクタ１３及び第１機能切替コンタクタ１２が開放状態）において、第１直流電源３に対しては第１メインコンタクタ第１接点１１ａが閉成され、第２直流電源３０に対しては、第２メインコンタクタ第２接点１４ｂ及び第２機能切替コンタクタ１５が閉成される。この状態で第１回転電機７０は、第１直流電源３から供給される電力で力行運転する、或いは、車輪又は内燃機関等を備えている場合には当該内燃機関から伝達される動力により発電して回生運転して第１直流電源３に電力を供給する。

【0056】

交流直流変換器１の二次側第１ブリッジ回路１１２は第１直流リンクキャパシタ６、第１直流電源３及び第１インバータ５の直流側と接続されている。第１直流リンクキャパシタ６、第１直流電源３及び第１インバータ５からの電力は、二次側第１ブリッジ回路１１２が接続される二次側第１コイルＴ２１、及び一次側コイルＴ１を介して二次側第２コイルＴ２２に伝送可能である。二次側第２コイルＴ２２は、二次側第２ブリッジ回路１１３に接続されており、二次側第２ブリッジ回路１１３は第２直流リンクキャパシタ６０、及び第２チョッパ回路２２に接続されている。二次側第２ブリッジ回路１１３から供給された電力は、上述したように第２チョッパ回路２２を介して第２直流電源３０に供給される。

【0057】

第２回転電機８Ｍがエアコンディショナ用の補機モータである場合、エアコンディショナが使用されていない状態であれば、上記のように、外部交流電源４を接続することなく、第１直流電源３の電力（第１直流電源３から供給される電力、及び第１直流電源３に回生される電力の双方を含む）により、第２直流電源３０を充電することができる。ここでは、エアコンディショナ用の補機モータを例示したが、当然ながら第２回転電機８Ｍが他の補機モータである場合も同様である。

【0058】

また、ここでは図４に例示した車載充電装置１０において、第１直流電源３の電力により、第２直流電源３０を充電する形態について説明したが、回転電機を用いない図１から図３に示す車載充電装置１０においても、外部交流電源４を接続することなく、第１直流電源３の電力（この場合は、第１直流電源３から供給される電力）により、第２直流電源３０を充電することができる。コンタクタの開閉状態、電力の流れについては、図４を参照して上述した通りであるから、詳細な説明は省略する。

【0059】

また、本実施形態では、第１直流電源３が高圧直流電源であり、第２直流電源３０が低圧直流電源である形態を例としているため、第１直流電源３の電力により第２直流電源３０を充電する形態を例示した。しかし、上述したように、第１直流電源３と、第２直流電源３０とは、定格電圧が同じ電圧であってもよく、同じ蓄電容量であってもよい。また、第１回転電機７０及び第２回転電機８Ｍが、例えば共に走行用モータであったり（２モータの自動車、オープン巻線型でインバータを２組備えた回転電機など）、共に補機用モータであったりすることを妨げるものでもない。従って、第１直流電源３の電力により第２直流電源３０を充電する形態に限らず、第２直流電源３０の電力により第１直流電源３を充電する形態であってもよい。当然ながら、第１直流電源３の電力により第２直流電源３０を充電する場合と、第２直流電源３０の電力により第１直流電源３を充電する場合とに、切替可能であってもよい。

【0060】

上述したように、第２直流電源３０は、第１直流電源３或いは第１回転電機７０から供給される電力によって充電されることも可能であり、第１直流電源３は、第２直流電源３０或いは第２回転電機８Ｍから供給される電力によって充電されることも可能である。従って、車載充電装置１０は、図３に示す第３の例が図５に示す第５の例のように構成されてもよく、図４に示す第４の例が図６に示す第６の例のように構成されてもよい。

【0061】

図５に示す第５の例の車載充電装置１０は、第１の例の車載充電装置１０に対して、スイッチング回路（第１スイッチング回路２１１）とチョークコイル（第１チョークコイルＬｅ１）と出力キャパシタ（第１出力キャパシタＣｓ１）とを備え、第１の直流電力を第３の直流電力に変換するチョッパ回路（第１チョッパ回路２１）をさらに備えている。第１の例において第１出力キャパシタＣｓ１が配置されていた箇所には、第３の例と同様に第１直流リンクキャパシタ６が配置されている。第５の例の車載充電装置１０は、第３の例の車載充電装置１０との関係では第２チョッパ回路２２を備えることなく構成されているということができる。そして、第５の例の車載充電装置１０は、第１直流電源３を第３の直流電力により充電し、第２直流電源３０を第２の直流電力により充電する。

【0062】

チョッパ回路（例えば第１チョッパ回路２１）を有した直流直流変換器２を備えることによって、第１の直流電力に比べて第３の直流電力における脈動成分を抑制することができる。また、第３の直流電力と、第２の直流電力とは、共にトランスＴの二次側の電力である。一次側コイルＴ１と二次側第１コイルＴ２１とが電磁結合し、二次側第１コイルＴ２１に接続された第１チョッパ回路２１における第３の直流電力の脈動が抑制されることで、一次側コイルＴ１と電磁結合する二次側第２コイルＴ２２に現れる直流電力（第２の直流電力）の脈動も抑制される。

【0063】

図５を参照して上述した第５の例の車載充電装置１０では、第１直流電源３が、交流直流変換器１及び直流直流変換器２を介して、交流電力から２段階の電力変換がされた直流電力により充電され、第２直流電源３０が、交流直流変換器１のみを介して、交流電力から１段階の電力変換がされた直流電力により充電される形態を例示した。しかし、図示は省略するが、第１直流電源３ではなく、第２直流電源３０が、交流直流変換器１及び直流直流変換器２を介して、交流電力から２段階の電力変換がされた直流電力により充電され、第１直流電源３が、交流直流変換器１のみを介して、交流電力から１段階の電力変換がされた直流電力により充電される形態であってもよい。

【0064】

即ち、車載充電装置１０は、第１の例の形態に対して、スイッチング回路（第２スイッチング回路２１２）とチョークコイル（第２チョークコイルＬｅ２）と出力キャパシタ（第２出力キャパシタＣｓ２）とを備え、第２の直流電力を第４の直流電力に変換するチョッパ回路（第２チョッパ回路２２）をさらに備えていてもよい。第１の例において第２出力キャパシタＣｓ２が配置されていた箇所には、第３の例と同様に第２直流リンクキャパシタ６０が配置される。第３の例の形態との関係では第１チョッパ回路２１を備えることなく構成されているということができる。この場合、車載充電装置１０は、第１直流電源３を第１の直流電力により充電し、第２直流電源３０を第４の直流電力により充電する。

【0065】

このように第５の例の車載充電装置１０は、スイッチング回路（第１スイッチング回路２１１又は第２スイッチング回路２１２）とチョークコイル（第１チョークコイルＬｅ１又は第２チョークコイルＬｅ２）と出力キャパシタ（第１出力キャパシタＣｓ１又は第２出力キャパシタＣｓ２）とを備え、第１の直流電力を第３の直流電力に変換する、又は、第２の直流電力を第４の直流電力に変換するチョッパ回路（第１チョッパ回路２１又は第２チョッパ回路２２）を備える。そして、チョッパ回路（第１チョッパ回路２１）が第１の直流電力を第３の直流電力に変換する場合は、第１直流電源３を第３の直流電力により充電し、第２直流電源３０を第２の直流電力により充電する。チョッパ回路（第２チョッパ回路２２）が第２の直流電力を第４の直流電力に変換する場合は、第１直流電源３を第１の直流電力により充電し、第２直流電源３０を第４の直流電力により充電する。

【0066】

交流直流変換器１と第１直流電源３との間にチョッパ回路（第１チョッパ回路２１）を有した直流直流変換器２を備えることによって、第１の直流電力に比べて第３の直流電力における脈動成分を抑制することができる。第３の直流電力と、第２の直流電力とは、共にトランスＴの二次側の電力である。一次側コイルＴ１と二次側第１コイルＴ２１とが電磁結合し、二次側第１コイルＴ２１に接続された第１チョッパ回路２１における第３の直流電力の脈動が抑制されることで、一次側コイルＴ１と電磁結合する二次側第２コイルＴ２２に現れる直流電力（第２の直流電力）の脈動も抑制される。同様に、交流直流変換器１と第２直流電源３０との間にチョッパ回路（第２チョッパ回路２２）を有した直流直流変換器２を備えることによって、第２の直流電力に比べて第４の直流電力における脈動成分を抑制することができる。第４の直流電力と、第１の直流電力とは、共にトランスＴの二次側の電力である。一次側コイルＴ１と二次側第１コイルＴ２１とが電磁結合し、二次側第２コイルＴ２２に接続された第２チョッパ回路２２における第４の直流電力の脈動が抑制されることで、一次側コイルＴ１と電磁結合する二次側第１コイルＴ２１に現れる直流電力（第１の直流電力）の脈動も抑制される。即ち、二次側第１ブリッジ回路１１２と第１直流電源３との間、二次側第２ブリッジ回路１１３と第２直流電源３０との間の、何れか一方に、チョッパ回路を有する直流直流変換器２を備えることによって、第１直流電源３及び第２直流電源３０の双方に供給される充電のための直流電力の脈動を適切に抑制することができる。

【0067】

第３の例と第４の例との関係と同様に、第５の例においても、例えば図６を参照して後述する第６の例の車載充電装置１０のように、チョッパ回路を構成するスイッチング回路及びチョークコイルに、回転電機のステータコイル及び回転電機を駆動するインバータを利用することができる。即ち、中性点（７Ｎ又は８Ｎ）で互いに接続された複数相のステータコイル（第１ステータコイル７又は第２ステータコイル８）を備えた回転電機（第１回転電機７０又は第２回転電機８Ｍ）に、直流と交流との間で電力を変換するインバータ（第１インバータ５又は第２インバータ５０）を介して、第１直流電源３及び第２直流電源３０の内、チョッパ回路（第１チョッパ回路２１又は第２チョッパ回路２２）を介して充電される直流電源が接続される場合に、チョッパ回路（第１チョッパ回路２１又は第２チョッパ回路２２）は、インバータ（第１インバータ５又は第２インバータ５０）を用いて構成されたスイッチング回路（第１スイッチング回路２１１又は第２スイッチング回路２１２）と、複数相のステータコイル（第１ステータコイル７又は第２ステータコイル８）を用いて構成されたチョークコイル（第１チョークコイルＬｅ１又は第２チョークコイルＬｅ２）と、複数相のステータコイル（第１ステータコイル７又は第２ステータコイル８）の中性点（７Ｎ又は８Ｎ）に接続された出力キャパシタ（第１出力キャパシタＣｓ１又は第２出力キャパシタＣｓ２）とを備えて構成されることができる。

【0068】

図６は、車載充電装置１０の第６の例を示している。第１チョッパ回路２１を介して充電される第１直流電源３が、中性点７Ｎで互いに接続された複数相の第１ステータコイル７を備えた第１回転電機７０に直流と交流との間で電力を変換する第１インバータ５を介して接続される場合に、第１チョッパ回路２１が、第１インバータ５を用いて構成された第１スイッチング回路２１１と、複数相の第１ステータコイル７を用いて構成された第１チョークコイルＬｅ１と、複数相の第１ステータコイル７の中性点７Ｎに接続された第１出力キャパシタＣｓ１とを備えて構成されている形態を例示している。機能の切り替え方法などの詳細については、上記において図４及び図７を参照して第４の例の車載充電装置１０について説明した通りであるので、詳細な説明は省略する。

【0069】

図示は省略するが、同様に、第２チョッパ回路２２を介して充電される第１直流電源３が、中性点８Ｎで互いに接続された複数相の第２ステータコイル８を備えた第２回転電機８Ｍに、直流と交流との間で電力を変換する第２インバータ５０を介して、接続される場合に、第２チョッパ回路２２が、第２インバータ５０を用いて構成された第２スイッチング回路２１２と、複数相の第２ステータコイル８を用いて構成された第２チョークコイルＬｅ２と、複数相の第２ステータコイル８の中性点８Ｎに接続された第２出力キャパシタＣｓ２とを備えて構成されていてもよい。

【0070】

即ち、回転電機に接続される直流電源を、当該回転電機が備えるコイル、及び当該回転電機を駆動制御するインバータを兼用して充電することができる。これらが兼用されることで、車載充電装置１０を小規模に構成することができる。

【0071】

ところで、近年、災害時等において電動車両やハイブリッド車両の直流電源を非常用電源として用いることが提唱されている。第１チョッパ回路２１及び第２チョッパ回路２２は、双方向チョッパ回路であり、交流直流変換器１から第１直流電源３及び第２直流電源３０に向かっては降圧コンバータとして機能すると共に、第１直流電源３及び第２直流電源３０から交流直流変換器１（但しこの場合は、直流交流変換を行う）に向かっては昇圧コンバータとして機能する。そして、図１等に示すように、交流直流変換器１がフルブリッジ回路を備えることにより、交流直流変換器１を交流から直流に変換する機能に留まらず、直流から交流に変換する機能を持つ双方向の電力変換器として機能させることができる。即ち、交流直流変換器１により直流交流変換を行って、商用交流電力を交流直流変換器１から出力することができ、第１直流電源３及び第２直流電源３０を非常用電源として利用することができる。

【0072】

車載充電装置１０が、外部交流電源４により第１直流電源３及び第２直流電源３０を充電する場合、交流直流変換器１はトリプル・アクティブ・ブリッジ交流直流昇圧変換器（AC/DC TAB Boost Converter）として機能し、直流直流変換器２は直流直流降圧変換器（DC/DC Buck Converter）として機能する。車載充電装置１０が、第１直流電源３及び第２直流電源３０が蓄えた電力により交流電力を出力する非常用の交流電源として機能する場合、直流直流変換器２は直流直流昇圧変換器（DC/DC Boost Converter）として機能し、交流直流変換器１はトリプル・アクティブ・ブリッジ直流交流降圧変換器（DC/AC TAB Buck Converter）として機能する。

【0073】

以上種々の態様を例示して説明したように、本実施形態によれば、外部交流電源からの電力により車載の直流電源を充電する車載充電装置を、システムコストを抑制して構成することができる。

【符号の説明】

【0074】

１：交流直流変換器、３：第１直流電源、４：外部交流電源、４Ｎ：中性点、５：第１インバータ（インバータ）、７：第１ステータコイル（ステータコイル）、７Ｎ：中性点、８：第２ステータコイル（ステータコイル）、８Ｍ：第２回転電機（回転電機）、８Ｎ：中性点、１０：車載充電装置、２１：第１チョッパ回路（チョッパ回路）、２２：第２チョッパ回路（チョッパ回路）、３０：第２直流電源（直流電源）、５０：第２インバータ（インバータ）、７０：第１回転電機（回転電機）、１１１：一次側ブリッジ回路、１１２：二次側第１ブリッジ回路、１１３：二次側第２ブリッジ回路、２１１：第１スイッチング回路（スイッチング回路）、２１２：第２スイッチング回路（スイッチング回路）、Ｃｓ１：第１出力キャパシタ（出力キャパシタ）、Ｃｓ２：第２出力キャパシタ（出力キャパシタ）、Ｌｅ１：第１チョークコイル（チョークコイル）、Ｌｅ２：第２チョークコイル（チョークコイル）、Ｔ：トランス、Ｔ１：一次側コイル、Ｔ２１：二次側第１コイル、Ｔ２２：二次側第２コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】