特開 2025-8108 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】P2025008108

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】車載充電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20250109BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20250109BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20250109BHJP

   B60L 53/20 20190101ALI20250109BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 L

H02M7/48 E

H02J7/00 P

B60L9/18 J

B60L53/20

B60L50/60

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109988

(22)【出願日】2023-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(71)【出願人】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(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

(72)【発明者】

【氏名】小坂 卓

(72)【発明者】

【氏名】松盛 裕明

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503DA07

5G503FA06

5G503GB03

5G503GB06

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC22

5H125FF16

5H770AA09

5H770BA02

5H770BA20

5H770CA02

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA41

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770HA03Z

5H770HA07Z

5H770JA10X

5H770JA17Z

(57)【要約】

【課題】回転電機とインバータと直流電源とを備えた車両用駆動装置の当該直流電源を、当該回転電機のコイル及び当該インバータを利用して、外部交流電源からの電力により充電する車載充電装置をシステムコストの増加を抑制して構成する。
【解決手段】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の直流電力との間で電力を変換する交流直流コンバータ１と、インバータ５、複数相のコイル７、及び出力キャパシタＣｓを含んで構成され、第１の直流電力から直流電源３を充電する第２の直流電力を生成するアクティブデカップリング回路２とを備え、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄとインバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが他の受動部品を介することなく接続され、出力キャパシタＣｓが、コイル７の中性点７Ｎと直流の負極との間に接続されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中性点で互いに接続された複数相のコイルを備え、車輪の駆動力源となる回転電機と、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータと、前記インバータに接続された直流電源と、を備えた車両用駆動装置の前記直流電源を、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第１の直流電力との間で電力を変換する交流直流コンバータと、
前記インバータ、複数相の前記コイル、及び出力キャパシタを含んで構成され、前記第１の直流電力から前記直流電源を充電する第２の直流電力を生成するアクティブデカップリング回路と、を備え、
前記交流直流コンバータの直流側端子と前記インバータの直流側端子とが他の受動部品を介することなく接続され、
前記出力キャパシタが、前記コイルの前記中性点と直流の負極との間に接続されている、車載充電装置。

【請求項2】

前記直流電源と前記インバータの直流側端子との電気的接続を断接する第１コンタクタと、
前記中性点と前記出力キャパシタとの電気的接続を断接する第２コンタクタと、を備え、
前記第１コンタクタが閉成されると共に前記第２コンタクタが開放された状態で、前記インバータを介して前記直流電源と前記回転電機との間で電力が変換され、
前記第１コンタクタ及び前記第２コンタクタが共に閉成された状態で、前記交流直流コンバータ、及び前記インバータを含む前記アクティブデカップリング回路を介して前記外部交流電源と前記直流電源との間で電力が変換される、請求項１に記載の車載充電装置。

【請求項3】

前記インバータは、直流の正極と前記負極との間に、上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子とが直列に接続されたアームを、複数相の交流の相数に応じて複数本並列に備えて構成され、
前記インバータが前記アクティブデカップリング回路として機能する場合には、複数の前記上段側スイッチング素子が同時にスイッチング制御されると共に、複数の前記下段側スイッチング素子が同時にスイッチング制御される、請求項１又は２に記載の車載充電装置。

【請求項4】

前記インバータは、前記出力キャパシタを流れる電流の位相が、前記交流直流コンバータにおける交流の電流の位相に一致するように、複数の前記上段側スイッチング素子、及び複数の前記下段側スイッチング素子がスイッチング制御される、請求項３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（背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。この文献の図３には、単相の外部交流電源（３１０）がＹ字接続された３相のコイルの中性点に接続され、当該３相のコイルのそれぞれにインバータ（２２０）の交流側のそれぞれのアームが接続され、インバータ（２２０）の直流側端子に直流直流コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の入力側端子が接続され、直流直流コンバータの出力側端子に直流電源が接続された車載充電装置が例示されている。３相のコイル及びインバータ（２２０）は、外部交流電源（３１０）からの正弦波のグリッド電流を直流に変換する交流直流コンバータ（ＡＣ／ＤＣコンバータ）を形成している。インバータ（２２０）がスイッチング制御されることにより、この交流直流コンバータ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。交流直流変換後の電流には、外部交流電源（３１０）の周波数（系統周波数）の２倍の周波数のリップルが生じる。直流直流コンバータは、このリップルを低減して直流電源を充電するためのバッテリ電流を生成する。また、交流直流コンバータと直流直流コンバータとの間には平滑キャパシタも備えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【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】

【0004】

ここで、例えば電気自動車やハイブリッド自動車における車載充電装置では、３相のコイルとして、当該車両における駆動力源の回転電機のステータに備えられたコイル（ステータコイル）を用いることができる。しかし、このような回転電機は、高電力密度となるように設計されており、インダクタンスが小さい。上記文献の図３にも例示されているように、中性点に単相の外部交流電源が接続されて交流直流コンバータが形成された場合、交流直流変換の際に、外部交流電源の系統電流の高調波電流のピーク値が大きくなる傾向がある。

【0005】

これを抑制するための１つの方法として、交流直流コンバータを構成するインバータの制御周波数を高くすることが考えられる。或いは、直流直流コンバータの側でリップルを軽減するべく、直流直流コンバータの制御周波数を高くことが考えられる。但し、制御周波数を高くする場合には、インバータや直流直流コンバータを制御する制御装置の制御周期（動作周波数）も短くする必要がある。また、早い制御周期に伴う高い周波数でのスイッチングは、インバータ及び直流直流コンバータが備えるスイッチング素子における損失を増大させ、車載充電装置の効率の低下に繋がる。また、制御装置として、高速動作が可能なマイクロコンピュータ等を用いる必要が生じ、車載充電装置のコストの上昇に繋がる。あるいは別の方法として、外部交流電源と複数相のコイルの中性点との間に、インダクタを追加することも考えられる。しかし、この場合も、インダクタの追加により車載充電装置のコストが上昇する。また、交流直流コンバータと直流直流コンバータとの間に備えられている平滑キャパシタにも大きな容量が求められ、体格の大型化に伴う車載充電装置の大型化やコスト上昇につながり易い。

【0006】

上記に鑑みて、回転電機とインバータと直流電源とを備えた車両用駆動装置の当該直流電源を、当該回転電機のコイル及び当該インバータを利用して、外部交流電源からの電力により充電する車載充電装置をシステムコストの増加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】

【0007】

上記に鑑みた車載充電装置は、中性点で互いに接続された複数相のコイルを備え、車輪の駆動力源となる回転電機と、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータと、前記インバータに接続された直流電源と、を備えた車両用駆動装置の前記直流電源を、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第１の直流電力との間で電力を変換する交流直流コンバータと、前記インバータ、複数相の前記コイル、及び出力キャパシタを含んで構成され、前記第１の直流電力から前記直流電源を充電する第２の直流電力を生成するアクティブデカップリング回路と、を備え、前記交流直流コンバータの直流側端子と前記インバータの直流側端子とが他の受動部品を介することなく接続され、 前記出力キャパシタが、前記コイルの前記中性点と直流の負極との間に接続されている。

【0008】

この構成によれば、適切なインダクタンスが必要な交流直流コンバータが、回転電機の駆動系回路（回転電機のコイル及び回転電機を駆動するインバータ）を用いることなく構成される。車載充電装置に回転電機のコイルを用いる場合、当該コイルのインダクタンスが小さいことにより、必要な性能を確保することが困難となる場合がある。しかし、本構成によれば、回転電機のコイルを用いることなく、適切なインダクタンスが設定可能な交流直流コンバータにより、力率改善機能などの充分な性能を確保して交流直流変換が可能な交流直流コンバータを構成することができる。さらに、交流直流コンバータに適切なインダクタンスを設定可能なことにより、交流直流コンバータを短い制御周期（高い制御周波数）で制御する必要もなく、交流直流コンバータを構成するスイッチング素子の損失も低減し易い。従って、車載充電装置のシステム効率も高くし易い。また、交流直流コンバータにより交流から変換された直流には、脈動成分が重畳されることから、一般的には交流直流コンバータの後段に脈動成分を平滑するためのデカップリングキャパシタを介して直流直流コンバータが配置されることが多い。本構成によれば、そのようなデカップリングキャパシタを介することなく交流直流コンバータに接続されるアクティブデカップリング回路により脈動成分を低減させることができるので、回路規模を小さく抑え易い。また、アクティブデカップリング回路を構成するスイッチング素子やインダクタとして、回転電機を駆動するためのインバータ及び回転電機のコイルを兼用することができ、車載システム全体の回路規模も小さく抑え易い。即ち、本構成によれば、回転電機とインバータと直流電源とを備えた車両用駆動装置の当該直流電源を、当該回転電機のコイル及び当該インバータを利用して、外部交流電源からの電力により充電する車載充電装置をシステムコストの増加を抑制して構成することができる。

【0009】

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】

【0010】

【図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2】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3】図２に示す回路ブロック図を変形した機能ブロック図

【図4】アクティブデカップリング回路における電流の流れを示す図（出力キャパシタ充電中（キャパシタ電流が正で増加））

【図5】アクティブデカップリング回路における電流の流れを示す図（出力キャパシタ充電中（キャパシタ電流が正で減少））

【図6】アクティブデカップリング回路における電流の流れを示す図（出力キャパシタ放電中（キャパシタ電流が負でキャパシタ電流の絶対値が増加））

【図7】アクティブデカップリング回路における電流の流れを示す図（出力キャパシタ放電中（キャパシタ電流が負でキャパシタ電流の絶対値が減少））

【図8】グリッド電圧、グリッド電流、キャパシタ電流、キャパシタ電圧の関係を示す波形図

【図9】キャパシタ電流を制御する際のパル幅変調を示す波形図

【図10】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第１の比較例を示す回路ブロック図

【図11】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第２の比較例を示す回路ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、回転電機７０の駆動制御システムを模式的に示しており、図２の回路ブロック図は、回転電機７０の駆動制御システムを利用した車載充電装置１０の一例を示している。車載充電装置１０は、図１に示すような車両用駆動装置９に備えられた直流電源３を車両に搭載された状態で充電する装置である。図１に示すように、本実施形態の車両用駆動装置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回転電機７０と、直流と複数相の交流と（ここでは３相）の間で電力を変換するインバータ５と、インバータ５に接続された直流電源３とを備えている。尚、車両用駆動装置９が、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。

【0012】

図２に示すように、車載充電装置１０は、車両用駆動装置９の直流電源３を外部交流電源４（グリッド電源、ここでは単相）から供給される電力によって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。本実施形態では、車載充電装置１０は、車両用駆動装置９と一部を共用して構成されている。具体的には、インバータ５、回転電機７０のコイル７が共用されている。

【0013】

図１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回転電機７０を制御対象とする制御装置８を備え、制御装置８は、電流フィードバック制御を行うことによって回転電機７０を駆動制御する。駆動対象の回転電機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）のコイル７（ステータコイル）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、回転電機７０は、例えば３相のコイル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、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。回転電機７０が電動機として機能するとき、回転電機７０は力行状態であり、回転電機７０が発電機として機能するとき、回転電機７０は回生状態である。

【0014】

図１に示すように、車両用駆動装置９は、インバータ５を備えている。インバータ５は、交流の回転電機７０及び直流電源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。インバータ５の一対の直流側端子（直流側端子Ｔ５ｄ）は、直流電源３の正負両極端子に接続されている。具体的には、一対の直流側端子Ｔ５ｄの内の正極側の端子（インバータ正極端子Ｔ５Ｐ）が直流電源３の正極に接続され、一対の直流側端子Ｔ５ｄの内の負極側の端子（インバータ負極端子Ｔ５Ｎ）が直流電源３の負極に接続されている。また、インバータ５の複数相の交流側端子は、複数相のコイル７のそれぞれに接続されている。本実施形態では、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。

【0015】

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Ｖｄｃ）を平滑する平滑キャパシタ（直流リンクキャパシタ６）が備えられている。また、インバータ５の直流側には、直流リンク電圧Ｖｄｃ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。

【0016】

直流電源３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。本実施形態のように、回転電機７０が車両の駆動力源の場合、直流電源３は、大電圧大容量の直流電源であり、定格の電源電圧は、例えば２００～４００［Ｖ］である。多くの場合、車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）等の操作によって、直流電源３は、インバータ５や回転電機７０に対する電気的接続を断接可能に構成されている。例えば、直流電源３は、リレー等により構成されたメインコンタクタ１１（第１コンタクタ）を介して、インバータ５や回転電機７０に接続されている。また、直流電源３には、直流電源３に対する入出力電流（バッテリ電流Ｉｂａｔ：図３参照）を検出する電流センサ（バッテリ電流センサ３１）や、直流電源３の端子電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔ：図３参照）を検出する電圧センサ（バッテリ電圧センサ３２）も備えられている。

【0017】

図示は省略するが、例えば直流電源３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。上述したバッテリ電流センサ３１やバッテリ電圧センサ３２は、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。

【0018】

図１に示すように、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。スイッチング素子５Ｓには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ－ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ－ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などの高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。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。また、本実施形態では、各スイッチング素子５Ｓ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。

【0019】

図１に示すように、インバータ５は、制御装置８により制御される。制御装置８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８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回転電機７０の目標トルク（トルク指令）に基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ５を介して回転電機７０を駆動する。ベクトル制御法では、各相のコイル７に流れる電流（本実施形態ではＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ：図２等参照）を、ロータに配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるｄ軸と、ｄ軸に直交する方向（磁界の向きに対して電気角でπ／２進んだ方向）のｑ軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。座標変換先の座標系をｄｑ軸直交座標系と称する。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３．３～５ボルト程度である。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インバータ５に伝達される。或いは、制御装置８にドライブ回路が含まれると考えてもよい。

【0020】

回転電機７０の各相のコイル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８はその検出結果を取得する。また、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８はその検出結果を取得する。制御装置８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８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。

【0021】

上述したように、インバータ５を介して直流電源３に接続される回転電機７０は、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、回転電機７０に機械エネルギーを供給して回転電機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、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、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、直流電源３が車両に搭載された状態で、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。

【0022】

本実施形態の車載充電装置１０は、車両用駆動装置９の直流電源３を、外部交流電源４から供給される電力によって充電する。図２に示すように、車載充電装置１０は、外部交流電源４に接続されて、外部交流電源４からの交流電力を第１の直流電力に変換する交流直流コンバータ１（ＡＣ／ＤＣコンバータ）と、第１の直流電力から直流電源３を充電する第２の直流電力を生成するアクティブデカップリング回路２とを備えている。詳細は後述するが、本実施形態では、アクティブデカップリング回路２は、インバータ５、複数相のコイル７、及び出力キャパシタＣｓを含んで構成されている。アクティブデカップリング回路２は、いわゆる直流直流コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）としての機能も備えている。

【0023】

本実施形態の車載充電装置１０は、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄとインバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが他の受動部品（例えば直流リンクキャパシタ６）を介することなく接続されている。具体的には、交流直流コンバータ１の直流側正極端子Ｔ１Ｐとインバータ５のインバータ正極端子Ｔ５Ｐとが接続され、交流直流コンバータ１の直流側負極端子Ｔ１Ｎとインバータ５のインバータ負極端子Ｔ５Ｎとが接続されている。また、出力キャパシタＣｓが、コイル７の中性点７Ｎと直流の負極との間に接続されている。尚、本実施形態では、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）ノイズを低減させるＥＭＩフィルタＦＬＴを介して外部交流電源４から車載充電装置１０に交流電力が供給される。

【0024】

交流直流コンバータ１及びアクティブデカップリング回路２は、スイッチング素子（図２において符号１Ｓ、５Ｓで示すスイッチング素子）を備えて構成されており、これらのスイッチング素子は、インバータ５を介して回転電機７０を駆動制御する制御装置８によって制御される。また、後述するように、車載充電装置１０は、コンタクタ（メインコンタクタ１１、ＯＢＣコンタクタ１２（第２コンタクタ）、グリッドコンタクタ１３（第３コンタクタ））を備えて構成されている。これらのコンタクタも制御装置８、或いは制御装置８及び車両制御装置９０によって制御される。図１を参照して上述したように、制御装置８は回転電機の駆動制御システムに含まれており、制御装置８も回転電機７０の駆動制御と直流電源３の充電制御とに共用される。

【0025】

直流電源３を充電する際には、外部交流電源４から直流電源３へ電力が供給される。従って、回路構成上、相対的に外部交流電源４の側（上流側）に配置される交流直流コンバータ１をフロントエンド回路或いは第１回路、相対的に直流電源３の側（下流側）に配置されるアクティブデカップリング回路２をバックエンド回路或いは第２回路と称する場合がある。本実施形態では、外部交流電源４に接続されるフロントエンド回路である交流直流コンバータ１が、車両用駆動装置９とは別に形成された回路によって構成され、交流直流コンバータ１よりも直流電源３の側に配置されるバックエンド回路であるアクティブデカップリング回路２が、回転電機７０の駆動系回路（コイル７及びインバータ５）を共用して構成されている。

【0026】

上述したように、本実施形態の車載充電装置１０は、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄと、インバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが他の受動部品（例えば直流リンクキャパシタ６）を介することなく接続されている。つまり、第１回路と第２回路とが、平滑キャパシタなどの受動部品を介することなく接続されている。例えば、第１回路と第２回路とが平滑キャパシタを介して接続されるような形態（図１０に例示する第１比較例充電装置１０Ｙなど）では、第１回路（この場合には交流直流コンバータ１）と第２回路（この場合には直流直流コンバータ２０）とが、それぞれ独立して動作可能であり、第１回路のスイッチング素子１Ｓと、第２回路のスイッチング素子５Ｓとは、連携してスイッチングされる必要はなくそれぞれ独立制御される。一方、本実施形態では、第１回路（交流直流コンバータ１）と第２回路（アクティブデカップリング回路２）とが連携して動作する。従って、特に後段の回路である第２回路のスイッチング素子５Ｓは、第１回路に連動して動作するように制御される。詳細については、図８等を参照して後述する。

【0027】

図２に示すように、交流直流コンバータ１は、インダクタＬ１を備えて構成されている。交流直流変換においては、誘導性インピーダンスや容量性インピーダンスにより、電圧位相と電流位相との間に位相差が生じ、当該位相差によって力率が低下する。交流直流コンバータ１は、スイッチング素子１Ｓを備えて構成されており、スイッチング素子１Ｓが制御されることによって、例えば電流位相が調整され、位相差が補償されて力率を改善することができる。即ち、交流直流コンバータ１は、外部交流電源４から供給される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ように構成されている。

【0028】

本実施形態では、交流直流コンバータ１は、インダクタＬ１と、スイッチング素子１Ｓを用いたフルブリッジ回路とを備えて構成されている。フルブリッジ回路を備えることにより、交流直流コンバータ１を交流直流変換及び直流交流変換が可能な双方向コンバータとして機能させることができる。例えば、車載充電装置１０を、外部交流電源４から供給される電力により直流電源３を充電するための機能と、直流電源３に蓄えられた電力により車両外の装置に交流電力を供給する機能との２つの機能を有する装置として利用することができる。

【0029】

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３を非常用電源として用いることが提唱されている。交流直流コンバータ１がフルブリッジ回路を備えることにより、直流電源３をそのような非常用電源として利用することができる。当然ながら、このような直流電源３の利用を考慮しないような場合には、交流直流コンバータ１が、交流直流変換のみを行う一方向コンバータとして構成されていてもよい。この場合には、交流直流コンバータ１は、例えばハーフブリッジ回路を有して構成されていてもよい。

【0030】

図２に示すように、車載充電装置１０は、交流直流コンバータ１の交流側端子Ｔ１ａと、外部交流電源４とを選択的に接続する（交流側端子Ｔ１ａと外部交流電源４とを断接する）グリッドコンタクタ１３を備えている。グリッドコンタクタ１３も、例えばリレーにより構成されている。グリッドコンタクタ１３が閉成されると、グリッドコンタクタ１３が導通状態となり、外部交流電源４と車載充電装置１０（交流直流コンバータ１）とが電気的に接続される。

【0031】

図２に示すように、車載充電装置１０は、コイル７の中性点７Ｎと出力キャパシタＣｓとの電気的接続を断接するＯＢＣコンタクタ１２を備えている。ＯＢＣコンタクタ１２も、例えばリレーにより構成されている。ＯＢＣコンタクタ１２が閉成されるとＯＢＣコンタクタ１２が導通し、中性点７Ｎと直流の負極とが、出力キャパシタＣｓを介して接続される。また、上述したように、回転電機７０の駆動制御システムと車載充電装置１０は、メインコンタクタ１１を共用している。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、メインコンタクタ１１が閉成すると共にＯＢＣコンタクタ１２が閉成するように制御される。即ち、メインコンタクタ１１及びＯＢＣコンタクタ１２が共に閉成された状態で、交流直流コンバータ１、及びインバータ５を含むアクティブデカップリング回路２を介して外部交流電源４と直流電源３との間で電力が変換される。

【0032】

インバータ５が回転電機７０の駆動制御に用いられる場合には、メインコンタクタ１１が閉成されると共に、ＯＢＣ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る。即ち、メインコンタクタ１１が閉成されると共にＯＢＣコンタクタ１２が開放された状態で、インバータ５を介して直流電源３と回転電機７０との間で電力が変換される。

【0033】

このように、ＯＢＣコンタクタ１２により、コイル７への接続形態を変更するだけで、回転電機７０を駆動制御する機能と、直流電源３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、簡単な構成で、車載充電装置１０を構成することができる。

【0034】

車載充電装置１０は、上述したように、交流直流コンバータ１と、アクティブデカップリング回路２とを備えて構成されている。図３の回路ブロック図は、理解を容易にするために図２の回路ブロック図を機能別に分けて示したものである。交流直流コンバータ１は、昇圧を行いつつ、外部交流電源４から供給されるグリッド電流Ｉｇｒｉｄの力率を“１”に近い値に調整する。但し、交流直流コンバータ１から出力される第１の直流電力には、外部交流電源４の交流周波数に起因する脈動成分が重畳されている。具体的には、外部交流電源４の交流周波数の２次高調波成分の脈動が重畳されている。アクティブデカップリング回路２は、この２次高調波成分の脈動を低減し、脈動が抑制された第２の直流電力、好ましくは脈動が除去された第２の直流電力を直流電源３に供給して直流電源３を充電する。

【0035】

ここで、外部交流電源４から供給される交流電圧を「グリッド電圧Ｖｇｒｉｄ」、交流電流を「グリッド電流Ｉｇｒｉｄ」とし、それぞれの振幅（振幅中心から波高までの値で正の値、以下“＿ｐｅａｋ”について同様）を“Ｖｇｒｉｄ＿ｐｅａｋ”、“Ｉｇｒｉｄ＿ｐｅａｋ”とすると、グリッド電圧Ｖｇｒｉｄ及びグリッド電流Ｉｇｒｉｄは下記式（１）、（２）で表される。

【0036】

【数1】

【数2】

【0037】

外部交流電源４から交流直流コンバータ１に入力される入力電力Ｐｉｎが力率“１”で第１の直流電力に変換されると仮定すると、入力電力Ｐｉｎと第１の直流電力との関係は、下記式（３）から（５）で示される。式（３）は、第１の直流電力に直流成分Ｐｄｃと、交流成分Ｐｒｐｌとが含まれていることを示している。式（４）は第１の直流電力の直流成分Ｐｄｃを示しており、式（５）は第１の直流電力の脈動成分である交流成分Ｐｒｐｌを示している。

【0038】

【数3】

【数4】

【数5】

【0039】

アクティブデカップリング回路２は、式（５）で示される交流成分Ｐｒｐｌに対応する電流をアクティブデカップリング回路２内に流して、直流電源３への出力電力Ｐｏｕｔが式（４）で示される直流成分Ｐｄｃのみとなるように機能する（式（６））。このため、アクティブデカップリング回路２は、下記式（７）に示すように、出力キャパシタＣｓにおける電力であるキャパシタ電力Ｐｃｓと、第１の直流電力の交流成分Ｐｒｐｌとを一致させるように動作する。

【0040】

【数6】

【数7】

【0041】

キャパシタ電力Ｐｃｓは、キャパシタ電圧Ｖｃｓとキャパシタ電流Ｉｃｓとの間で下記式（８）の関係が成り立つため、キャパシタ電流Ｉｃｓを適切に制御することで、キャパシタ電力Ｐｃｓを制御することができる。

【0042】

【数8】

【0043】

図４から図７は、アクティブデカップリング回路２における電流の流れを示している。また、図８の波形図は、グリッド電圧Ｖｇｒｉｄ、グリッド電流Ｉｇｒｉｄ、キャパシタ電流Ｉｃｓ、キャパシタ電圧Ｖｃｓの関係を示している。上記の通り、アクティブデカップリング回路２では、キャパシタ電流Ｉｃｓが制御されるため、図８にはキャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓも示している。また、図９の波形図は、パルス幅変調制御によりスイッチング制御されるキャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓ、キャパシタ電流Ｉｃｓ、及びスイッチングパルスを示している。

【0044】

図４及び図５は、出力キャパシタＣｓに流れるキャパシタ電流Ｉｃｓが、図３で示す矢印の方向を正として正の値であり、出力キャパシタＣｓを充電しているときの電流の流れを示しており、図８及び図９では“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”と表記されている期間の電流の流れに相当する。図６及び図７は、出力キャパシタＣｓに流れるキャパシタ電流Ｉｃｓが負の値であり、出力キャパシタＣｓを放電しているときの電流の流れを示しており、図８及び図９では“Ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ”と表記されている期間の電流の流れに相当する。

【0045】

上述したように、回転電機７０のコイル７のインダクタンスは小さいため、アクティブデカップリング回路２では、エネルギーを溜めるためではなく、電流を通過させるためにインダクタ（コイル７）を使用する。また、本実施形態の車載充電装置１０では、キャパシタ電流Ｉｃｓをいわゆる連続電流（continuous current）ではなく、パルス幅変調による不連続電流（discontinuous current）としてアクティブデカップリング回路２によるデカップリング作用を実現している。

【0046】

上述したように、インバータ５は、直流の正極と負極との間に、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とが直列に接続されたアームを、複数相の交流の相数に応じて複数本並列に備えて構成されている。本実施形態では、インバータ５は、３本のアームを備えて構成されている。インバータ５がアクティブデカップリング回路２として機能する場合には、複数の上段側スイッチング素子５Ｕが同時にスイッチング制御されると共に、複数の下段側スイッチング素子５Ｌが同時にスイッチング制御される。即ち、複数相の交流に対応して複数相のアームを備えているインバータ５を、単相アームを備えたインバータ（スイッチング回路）として用いることができる。複数のアームに分散して電流が流れるため、車載充電装置１０の一部としてインバータ５を利用してもインバータ５の消耗を抑制し易い。

【0047】

また、複数相のコイル７のそれぞれには、個体差や誤差を除いてほぼ同じ大きさの電流が流れるため、コイル７を車載充電装置１０に兼用してもロータにはトルクがほとんど発生しない。直流電源３の充電は、車両が停止している状態で行われるため、ロータにトルクが生じることは好ましくない。例えば、クラッチ等によってロータから車輪への動力伝達を遮断したり、いわゆるパーキングブレーキ等によって車輪に連結される出力部材の回転やロータの回転を規制したりすることも考えられる。しかし、これらの場合は、車両用駆動装置９の機構の複雑化を招いたり、車両用駆動装置９のギヤ等に機械的な負荷を生じさせたりすることにもなる。本実施形態では、ロータにトルクが生じないように制御されるから、車両用駆動装置９のギヤ等にはほとんど機械的な負荷を生じさせることなく、適切に車載充電装置１０を構成することができる。

【0048】

図９の波形図は、キャパシタ電流Ｉｃｓを制御する際の上段側スイッチング素子５Ｕ及び下段側スイッチング素子５Ｌのパルス幅変調の変調パルスを示している。正弦波状の波形は、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓであり、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓに基づいて制御装置８により変調パルスが生成される。従って、実際のキャパシタ電流Ｉｃｓは、三角波状の波形となる。図９から明らかなように、インバータ５は、変調パルスにより、全ての上段側スイッチング素子５Ｕがオン（ＯＮ）の状態、且つ全ての下段側スイッチング素子５Ｌがオフ（ＯＦＦ）の第１状態、全ての上段側スイッチング素子５Ｕがオフの状態、且つ全ての下段側スイッチング素子５Ｌがオンの第２状態、全ての上段側スイッチング素子５Ｕ及び全ての下段側スイッチング素子５Ｌが共にオフの第３状態の３つの状態に制御される。第３状態ではインバータ５の全てのスイッチング素子５Ｓがオフ状態である。

【0049】

図４は、出力キャパシタＣｓに流れるキャパシタ電流Ｉｃｓが、図２及び図３で示す矢印の方向を正として、正の値で増加して出力キャパシタＣｓを充電しているときの電流の流れを示している。図８及び図９に示す波形図では、“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”と表記されている期間の内、キャパシタ電流Ｉｃｓがキャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓの振幅中心から波高（ピーク）に向かって増加している期間に相当する。インバータ５のスイッチング素子５Ｓは、第１状態となるように制御されている。第１の直流電力の交流成分Ｐｒｐｌは、出力キャパシタＣｓを充電するために消費され、直流電源３には概ね第１の直流電力の直流成分Ｐｄｃのみが第２の直流電力として供給される。

【0050】

図５は、キャパシタ電流Ｉｃｓが正の値で減少しつつ、出力キャパシタＣｓを充電しているときの電流の流れを示している。図８及び図９に示す波形図では、“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”と表記されている期間の内、キャパシタ電流Ｉｃｓがキャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓの波高（ピーク）から振幅中心に向かって減少している期間に相当する。インバータのスイッチング素子５Ｓは、第３状態となるように制御されている。キャパシタ電流Ｉｃｓは、下段側スイッチング素子５Ｌに並列接続されたフリーホイールダイオードを通って、又は、下段側スイッチング素子５Ｌを通って（ボディダイオードやＥ－ＧａＮトランジスタの逆導通を利用する場合）、出力キャパシタＣｓとの間で還流しながら減少する。

【0051】

即ち、“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”のフェーズでは、下段側スイッチング素子５Ｌは常時オフに制御され、上段側スイッチング素子５Ｕがパルス幅変調制御によりスイッチング制御される。

【0052】

図７は、キャパシタ電流Ｉｃｓが負の値で、キャパシタ電流Ｉｃｓの絶対値が減少しつつ、出力キャパシタＣｓを放電しているときの電流の流れを示している。図８及び図９に示す波形図では、“Ｄｉｓｈａｒｇｉｎｇ”と表記されている期間の内、キャパシタ電流Ｉｃｓの絶対値が、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓの波高（ボトム）から振幅中心に向かって減少している期間に相当する。インバータのスイッチング素子５Ｓは、第３状態となるように制御されている。出力キャパシタＣｓから放電される電荷により流れる電流は、上段側スイッチング素子５Ｕに並列接続されたフリーホイールダイオードを通って、又は、下段側スイッチング素子５Ｌを通って（ボディダイオードやＥ－ＧａＮトランジスタの逆導通を利用する場合）、直流電源３へ流れる。即ち、第１の直流電力の交流成分Ｐｒｐｌは、出力キャパシタＣｓから放電される電荷により低減され、直流電源３には概ね第１の直流電力の直流成分Ｐｄｃのみが第２の直流電力として供給される。

【0053】

図６は、キャパシタ電流Ｉｃｓが負の値で、キャパシタ電流Ｉｃｓの絶対値が増加して出力キャパシタＣｓを放電しているときの電流の流れを示している。図８及び図９に示す波形図では、“Ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ”と表記されている期間の内、キャパシタ電流Ｉｃｓの絶対値が、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓの振幅中心から波高（ボトム）に向かって増加している期間に相当する。インバータのスイッチング素子５Ｓは、第２状態となるように制御されている。キャパシタ電流Ｉｃｓの絶対値は、下段側スイッチング素子５Ｌを通って出力キャパシタＣｓとの間で還流しながら増加する。

【0054】

即ち、“Ｄｉｓｈａｒｇｉｎｇ”のフェーズでは、“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”のフェーズとは逆に、上段側スイッチング素子５Ｕは常時オフに制御され、下段側スイッチング素子５Ｌがパルス幅変調制御によりスイッチング制御される。

【0055】

尚、図８に示すように、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓの位相は、グリッド電圧Ｖｇｒｉｄの位相及びグリッド電流Ｉｇｒｉｄの位相と一致している。グリッド電圧Ｖｇｒｉｄ及びグリッド電流Ｉｇｒｉｄは、上記式（１）、式（２）で表され、入力電力Ｐｉｎの交流成分Ｐｒｐｌは上記式（５）で表されるので、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓは、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓの振幅をＩ^＊ｃｓ＿ｐｅａｋとして下記式（９）で表される。尚、キャパシタ電圧Ｖｃｓの位相は、キャパシタ電流Ｉｃｓに対してπ／２遅れた位相である。キャパシタ電圧Ｖｃｓは、キャパシタ電圧Ｖｃｓの振幅をＶｃｓ＿ｐｅａｋとして下記式（１０）で表される。

【0056】

【数9】

【数10】

【0057】

以上説明したように、インバータ５は、出力キャパシタＣｓを流れる電流の位相が、交流直流コンバータ１における交流の電流の位相に一致するように、複数の上段側スイッチング素子５Ｕ、及び複数の下段側スイッチング素子５Ｌがスイッチング制御される。アクティブデカップリング回路２は、交流直流コンバータ１における交流の高調波成分を出力キャパシタＣｓに流すことで減衰させる。出力キャパシタＣｓを流れる電流の位相を、交流直流コンバータ１における交流の電流の位相に一致させることで、減衰効果を高くすることができる。

【0058】

また、上述したように、本実施形態では、アクティブデカップリング回路２に第１の直流電力の脈動成分である交流成分Ｐｒｐｌに対応する電流（キャパシタ電流Ｉｃｓ）を流す必要がある。即ち、出力キャパシタＣｓに対して、上述した“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”の電流ループと、“Ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ”の電流ループを実現する必要がある。このため、キャパシタ電流指令Ｉ^＊ｃｓは、直流電源３に対する出力電圧（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ）との大小関係を考慮して設定される。

【0059】

“Ｃｈａｒｇｉｎｇ”の電流ループ（図４）、“Ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ”の電流ループ（図７）を実現するため、キャパシタ電圧Ｖｃｓは、バッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低い電圧である必要がある。また、キャパシタ電圧Ｖｃｓには、第１の直流電力の交流成分Ｐｒｐｌに相当する脈動が発生するため、キャパシタ電圧Ｖｃｓは、当該脈動の振幅も考慮してバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低い電圧に設定される。即ち、キャパシタ電圧Ｖｃｓの指令値であるキャパシタ電圧指令Ｖ^＊ｃｓの振幅“Ｖ^＊ｃｓ＿ｐｅａｋ”は、第１の直流電力における電圧の交流成分“Ｖｒｐｌ”の振幅をＶｒｐｌ＿ｐｅａｋとして下記式（１１）を満足するように設定される。

【0060】

【数11】

【0061】

尚、バッテリ電圧Ｖｂａｔは、直流電源３の充電が進むに従って上昇していくため、キャパシタ電圧指令Ｖ^＊ｃｓが一定であると、キャパシタ電圧Ｖｃｓとバッテリ電圧Ｖｂａｔとの差が大きくなっていき、キャパシタ電流Ｉｃｓが増加し、損失も大きくなる。従って、キャパシタ電圧Ｖｃｓは、バッテリ電圧Ｖｂａｔの上昇に伴って式（１１）を満足させつつ上昇することが好ましい。即ち、キャパシタ電圧指令Ｖ^＊ｃｓは、バッテリ電圧Ｖｂａｔの上昇に伴って式（１１）を満足させつつ上昇するように設定されると好適である。

【0062】

以下、車載充電装置１０の利点を比較例も参照して説明する。尚、比較例では、簡略化のため、ＥＭＩフィルタＦＬＴは省略している。図１０の回路ブロック図は、回転電機７０の駆動制御システムを利用した車載充電装置１０の第１の比較例（第１比較例充電装置１０Ｙ）を示している。第１比較例充電装置１０Ｙも、本実施形態の車載充電装置１０と同様に、車両用駆動装置９の直流電源３を、外部交流電源４から供給される電力によって充電する。図１０に示すように、第１比較例充電装置１０Ｙは、外部交流電源４に接続されて、外部交流電源４からの交流電力を第１の直流電力に変換する交流直流コンバータ１（ＡＣ／ＤＣコンバータ）と、交流直流コンバータ１により変換された第１の直流電力を第２の直流電力に変換する直流直流コンバータ２０（ＤＣ／ＤＣコンバータ）とを備えている。

【0063】

第１比較例充電装置１０Ｙにおいても、相対的に外部交流電源４の側（上流側）に配置される交流直流コンバータ１をフロントエンド回路或いは第１回路ということができ、相対的に直流電源３の側（下流側）に配置される直流直流コンバータ２０をバックエンド回路或いは第２回路と称することができる。また、第１比較例充電装置１０Ｙでも、外部交流電源４に接続されるフロントエンド回路である交流直流コンバータ１が、車両用駆動装置９とは別に形成された回路によって構成され、交流直流コンバータ１よりも直流電源３の側に配置されるバックエンド回路である直流直流コンバータ２０が、回転電機７０の駆動系回路（コイル７及びインバータ５）を共用して構成されている。

【0064】

以下、第１比較例充電装置１０Ｙの構成について説明する。交流直流コンバータ１の構成は、上述した車載充電装置１０の交流直流コンバータ１と同様であり、詳細な説明は省略する。

【0065】

上述した車載充電装置１０のアクティブデカップリング回路２と同様に、直流直流コンバータ２０も、インバータ５、複数相のコイル７、出力キャパシタＣｓ、及びＯＢＣコンタクタ１２を含んで構成されている。但し、アクティブデカップリング回路２が、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄとインバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが他の受動部品（例えば直流リンクキャパシタ６）を介することなく接続されているのに対して、第１比較例充電装置１０Ｙの直流直流コンバータ２０は、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄとインバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが直流リンクキャパシタ６を介して接続されている。また、アクティブデカップリング回路２では、出力キャパシタＣｓが、コイル７の中性点７Ｎと直流の負極との間に接続されているが、第１比較例充電装置１０Ｙでは、出力キャパシタＣｓは、コイル７の中性点７Ｎと直流の負極との間に接続されると共に、直流電源３の正極と直流の負極（直流電源３の負極と同じ）との間に接続されている。つまり、出力キャパシタＣｓの両端電圧であるキャパシタ電圧Ｖｃｓが、直流電源３の両端電圧であるバッテリ電圧Ｖｂａｔとなる。

【0066】

また、第１比較例充電装置１０Ｙでは、メインコンタクタ１１が、直流電源３の正極に対してインバータ５の正極（インバータ正極端子Ｔ５Ｐ）と、直流直流コンバータ２０の出力の正極（出力キャパシタＣｓの正極端子、ＯＢＣコンタクタ１２が閉成された状態の中性点７Ｎ）とを選択的に接続する。即ち、メインコンタクタ１１は、２つの接点、メインコンタクタ第１接点１１ａとメインコンタクタ第２接点１１ｂとを備えている。インバータ５が車載充電装置（第１比較例充電装置１０Ｙ）として機能する場合には、メインコンタクタ第２接点１１ｂが閉成され、メインコンタクタ第１接点１１ａは開放される。インバータ５が回転電機７０の駆動制御に用いられる場合には、メインコンタクタ第１接点１１ａが閉成され、メインコンタクタ第２接点１１ｂは開放されてインバータ５のインバータ正極端子Ｔ５Ｐが、メインコンタクタ１１を介して直流電源３に接続される。尚、車両が駐車される場合や、異常等によって回転電機７０への電力供給を遮断する必要があるような場合には、メインコンタクタ第１接点１１ａ及びメインコンタクタ第２接点１１ｂを共に開放状態とすることができる。

【0067】

図１１の回路ブロック図は、回転電機７０の駆動制御システムを利用した車載充電装置１０の第２の比較例（第２比較例充電装置１０Ｘ）を示している。第２比較例充電装置１０Ｘも、本実施形態の車載充電装置１０及び第１比較例充電装置１０Ｙと同様に、車両用駆動装置９の直流電源３を、外部交流電源４から供給される電力によって充電する。第２比較例充電装置１０Ｘも、第１比較例充電装置１０Ｙと同様に、交流直流コンバータ（比較例交流直流コンバータ１００）と、直流直流コンバータ（比較例直流直流コンバータ２００）とを備えている。但し、第１比較例充電装置１０Ｙでは、直流直流コンバータ２０に、回転電機７０の駆動系回路が共用されているが、第２比較例充電装置１０Ｘでは、交流直流コンバータ（比較例交流直流コンバータ１００）に、回転電機７０の駆動系回路が共用されている。比較例交流直流コンバータ１００は、インバータ５と、複数相のコイル７と、インバータ５に並列に接続された単相アーム１０５と、インダクタＬ１（第１インダクタ）とを備えて構成されている。複数相のコイル７は中性点７Ｎで短絡され、中性点７Ｎと単相アーム１０５の中点との間に、インダクタＬ１（第１インダクタ）と外部交流電源４とが直列に接続されている。インバータ５を構成する３相のアームは、並列接続されて見かけ上１つのアームを構成しており、単相アーム１０５と共に、フルブリッジ回路を形成している。

【0068】

第２比較例充電装置１０Ｘでは、直流直流コンバータ（比較例直流直流コンバータ２００）は、回転電機７０の駆動系回路を共用することなく独立して形成されている。比較例直流直流コンバータ２００は、相補的にスイッチング制御されるようにスイッチング素子が直列接続されたアームと、当該アームの中点に接続された第２インダクタＬ２を備えて降圧型の直流直流コンバータとして構成されている。尚、比較例直流直流コンバータ２００は昇圧コンバータや昇降圧型コンバータとして構成されていてもよい。

【0069】

第２比較例充電装置１０Ｘも、車載充電装置１０の第１比較例充電装置１０Ｙと同様のメインコンタクタ１１及びグリッドコンタクタ１３を備えている。また、第２比較例充電装置１０Ｘは、選択的に、比較例交流直流コンバータ１００（インバータ５）と直流電源３とを接続する、或いは、比較例交流直流コンバータ１００（インバータ５）と比較例直流直流コンバータ２００とを接続するＯＢＣコンタクタ１２も備えている。ＯＢＣコンタクタ１２は、２つの接点、ＯＢＣコンタクタ第１接点１２ａとＯＢＣコンタクタ第２接点１２ｂとを備えている。インバータ５が車載充電装置（第２比較例充電装置１０Ｘ）として機能する場合には、ＯＢＣコンタクタ第２接点１２ｂが閉成され、ＯＢＣコンタクタ第１接点１２ａは開放される。インバータ５が回転電機７０の駆動制御に用いられる場合には、ＯＢＣコンタクタ第１接点１２ａが閉成され、ＯＢＣコンタクタ第２接点１２ｂは開放されてインバータ５のインバータ正極端子Ｔ５Ｐが、ＯＢＣコンタクタ１２及びメインコンタクタ１１を介して直流電源３に接続される。

【0070】

車両の駆動力源となる回転電機は、高電力密度となるように設計されており、インダクタンスが小さい。このため、第２比較例充電装置１０Ｘのように、中性点７Ｎに外部交流電源４が接続されて交流直流コンバータが形成された場合、交流直流変換の際に、外部交流電源４の系統電流の高調波電流のピーク値が大きくなる傾向がある。

【0071】

これを抑制するための１つの方法として、比較例交流直流コンバータ１００に含まれるインバータ５や比較例直流直流コンバータ２００の制御周波数を高くことが考えられる。これらの制御周波数を高くする場合には、制御装置８の制御周期（制御周波数）も短くする必要がある。高い周波数でのスイッチングは、比較例交流直流コンバータ１００（インバータ５）及び比較例直流直流コンバータ２００が備えるスイッチング素子における損失を増大させ、第２比較例充電装置１０Ｘの効率の低下に繋がる。また、制御装置８として、高速動作が可能なマイクロコンピュータ等を用いる必要が生じ、第２比較例充電装置１０Ｘのコストの上昇に繋がる。この点に鑑み、第２比較例充電装置１０Ｘでは、コイル７を用いつつも、コイル７では不足するインダクタンスを補うために、外部交流電源４と複数相のコイル７の中性点７Ｎとの間に、インダクタＬ１を配置して必要なインダクタンスを確保している。第２比較例充電装置１０Ｘでは、比較例直流直流コンバータ２００にもインダクタ（第２インダクタＬ２）が配置されており、第１比較例充電装置１０Ｙ、本実施形態の車載充電装置１０に比べてインダクタの数が多くなり、システムコストが上昇し易い。

【0072】

第１比較例充電装置１０Ｙは、この点に鑑み、システムコストの増加を抑制して構成されている。具体的には、充電装置を構成する交流直流コンバータと直流直流コンバータとの内、適切なインダクタンスが必要な交流直流コンバータ１が、回転電機７０の駆動系回路（回転電機７０のコイル７及び回転電機７０を駆動するインバータ５）を用いることなく構成されている。即ち、第１比較例充電装置１０Ｙは、インダクタＬ１を用いて適切なインダクタンスが設定された交流直流コンバータ１により、力率改善機能などの充分な性能を確保して交流直流変換が可能な交流直流コンバータ１を構成することができている。また、高いインダクタンスが必要ない直流直流コンバータ２０は、回転電機７０の駆動系回路を共用して構成されており、車載充電装置（第１比較例充電装置１０Ｙ）のコストを低減することができる。また、インダクタＬ１によって交流直流コンバータ１に適切なインダクタンスが設定されるので、交流直流コンバータ１を短い制御周期（高い制御周波数）で制御する必要もない。

【0073】

但し、本実施形態の車載充電装置１０のアクティブデカップリング回路２が、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄとインバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが他の受動部品（例えば直流リンクキャパシタ６）を介することなく接続されているのに対して、第１比較例充電装置１０Ｙの直流直流コンバータ２０は、交流直流コンバータ１の直流側端子Ｔ１ｄとインバータ５の直流側端子Ｔ５ｄとが直流リンクキャパシタ６を介して接続されている。第１比較例充電装置１０Ｙでは、第１の直流電力の脈動成分である交流成分Ｐｒｐｌが、直流リンクキャパシタ６の平滑作用を利用して低減される。このため、直流リンクキャパシタ６には、回転電機７０の駆動システムにおいて平滑キャパシタとして作用するよりも高い能力が求められる。その結果、直流リンクキャパシタ６の静電容量を、回転電機駆動システムのみに使用される場合に比べて大きくする必要が生じる。発明者らの実験やシミュレーションによれば、本実施形態の車載充電装置１０の直流リンクキャパシタ６に比べて、第１比較例充電装置１０Ｙの直流リンクキャパシタ６は、約２倍の容量が必要であることが判った。従って、本実施形態の車載充電装置１０は、第１比較例充電装置１０Ｙに比べて、小型化、並びにシステムコストの低減を実現し易い。

【0074】

また、第１比較例充電装置１０Ｙでは、メインコンタクタ１１が２つの接点を備えている。メインコンタクタ第１接点１１ａ及びメインコンタクタ第２接点１１ｂには共に大電流が流れるため、メインコンタクタ１１の部品サイズは比較的大きくなる傾向がある。本実施形態の車載充電装置１０では、メインコンタクタ１１の接点が１つで足りるため、メインコンタクタ１１の体格が大きくなることも抑制され、車載充電装置１０の装置規模が大きくなることも抑制され、システムコストの低減も図り易い。

【0075】

上述したように、本実施形態の車載充電装置１０では、メインコンタクタ１１が閉成されると共にＯＢＣコンタクタ１２が開放された状態で、インバータ５を介して直流電源３と回転電機７０との間で電力が変換され、メインコンタクタ１１及びＯＢＣコンタクタが共に閉成された状態で、交流直流コンバータ１、及びインバータ５を含むアクティブデカップリング回路２を介して外部交流電源４と直流電源３との間で電力が変換される。

【0076】

回転電機７０を駆動するための駆動装置や車載充電装置１０と、直流電源３との間には、直流電源３を用いないときには電気的接続を遮断するために、多くの場合、コンタクタが配置されている。当該コンタクタには大きな電流が流れるため、コンタクタは電流容量や耐圧が高い仕様のものが用いられ、体格も大きくなる傾向がある。本実施形態の車載充電装置１０は、回転電機７０を駆動する駆動装置と、回路の一部を兼用しており、回路を切り替えるためのコンタクタも備えている。このコンタクタも、電流容量や耐圧が比較的高いものが要求されることが多い。本構成によれば、第１コンタクタ（メインコンタクタ１１）と第２コンタクタ（ＯＢＣコンタクタ１２）との２つのコンタクタによって、駆動装置と車載充電装置１０とを切り替えることができるので、回路規模を小さく抑え易い。

【符号の説明】

【0077】

１：交流直流コンバータ、１Ｓ：スイッチング素子、２：アクティブデカップリング回路、３：直流電源、４：外部交流電源、５：インバータ、５Ｌ：下段側スイッチング素子、５Ｓ：スイッチング素子、５Ｕ：上段側スイッチング素子、７：コイル、７Ｎ：中性点、９：車両用駆動装置、１０：車載充電装置、１１：メインコンタクタ（第１コンタクタ）、１２：ＯＢＣコンタクタ（第２コンタクタ）、７０：回転電機、Ｃｓ：出力キャパシタ、Ｔ１ｄ：直流側端子、Ｔ５ｄ：直流側端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】