特許 7504206 充電器のための単相三相ハイブリッド型フィルタシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-13

(45)【発行日】2024-06-21

(54)【発明の名称】充電器のための単相三相ハイブリッド型フィルタシステム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/06 20060101AFI20240614BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240614BHJP

【ＦＩ】

H02M7/06 M

H02J7/00 P

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022537533

(86)(22)【出願日】2020-12-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-20

(86)【国際出願番号】 EP2020085969

(87)【国際公開番号】W WO2021122452

(87)【国際公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-07-20

(31)【優先権主張番号】1915354

(32)【優先日】2019-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】518100258

【氏名又は名称】ヴァレオ シーメンス イーオートモーティブ フランス エスアーエス

(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】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(72)【発明者】

【氏名】ジャン－ノエル、フィオリーナ

(72)【発明者】

【氏名】ラルビ、ベンダニ

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１０２３３５１４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００７－３００７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５８９６６９３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／０６

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部電力系統と、電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリと、の間に配置された充電器の機能を担うように特に構成された電気システムであって、
前記電気システムは、前記外部電力系統に対して接続された少なくとも１つの磁気セルであり、磁気コアと、前記磁気コアまわりに巻回された複数の巻線と、を含む少なくとも１つの磁気セルを含み、前記複数の巻線は、「中性」として記載される１つの中性線（Ｎ）と、「相」として記載される非中性のライン（Ａ、Ｂ、Ｃ）であり、第１相（Ａ）が、前記電気システムに対して供給している前記外部電力系統が単相ネットワークである場合に供給される相であるとともに、すべての相（Ａ、Ｂ、Ｃ）が、前記電気システムに対して供給している前記外部電力系統が多相ネットワークである場合に供給されるものである、非中性のライン（Ａ、Ｂ、Ｃ）と、を含めて、少なくとも３つのライン（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ）を構成しており、
前記磁気セルは、ディファレンシャルモード電流のフィルタリングのために、前記各相（Ａ、Ｂ、Ｃ）と前記中性線（Ｎ）との間に接続されたコンデンサＸ（ＣＤＭ１、ＣＤＭ２、ＣＤＭ３）と、コモンモード電流のフィルタリングのために、前記各相（Ａ、Ｂ、Ｃ）と前記電気システムの電気的グランドとの間に、および前記中性線（Ｎ）と前記電気的グランドとの間に、接続されたコンデンサＹ（ＣＹ）と、を有したフィルタリングセルを含み、前記電気的グランドは、前記電気システムのフレームによって特に構成されており、
前記電気システムは、前記ディファレンシャルモード電流および前記コモンモード電流のために前記フィルタリングセルの前記コンデンサＸ（ＣＤＭ１、ＣＤＭ２、ＣＤＭ３）および前記コンデンサＹ（ＣＹ）よりも上流側に接続された、複数のスイッチからなるアレイを含み、前記スイッチアレイは、前記第１相（Ａ）を除く各相（Ｂ、Ｃ）上で直列接続されたスイッチ（Ｓ２、Ｓ３）と、前記第１相（Ａ）と他の各相（Ｂ、Ｃ）との間に接続されたスイッチと、を含み、
前記スイッチアレイは、
－ 前記電気システムに対して供給している前記外部電力系統が単相ネットワークであり前記第１相（Ａ）に対してのみ供給している単相動作モードでは、非電源相（Ｂ、Ｃ）上に直列接続された前記スイッチ（Ｓ２、Ｓ３）が開いており、かつ、前記第１相（Ａ）と前記他の相（Ｂ、Ｃ）との間に接続された前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ４）が閉じているように、構成されており、
－ 前記電気システムに対して供給している前記外部電力系統が多相ネットワークでありすべての前記相（Ａ、Ｂ、Ｃ）に対して供給している多相動作モードでは、直列接続された前記スイッチ（Ｓ２、Ｓ３）が閉じており、かつ、前記第１相（Ａ）と前記他の相（Ｂ、Ｃ）との間に接続された前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ４）が開いているように、構成されているものであり、
前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）からなる前記アレイは、前記磁気セルの前記複数の巻線と、前記フィルタリングセルの前記コンデンサＸ（ＣＤＭ３）と、の間に接続されている、電気システム。

【請求項2】

連続して直列に配置された少なくとも２つの磁気セルを含み、前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）からなる前記アレイは、最後の磁気セル内に配置されており、すなわち前記外部電力系統から最も離間した磁気セル内に配置されており、他方、前記最後の磁気セルにおける前記フィルタリングセルの前記コンデンサＸおよび前記コンデンサＹのなおも上流側に配置されている、請求項１に記載の電気システム。

【請求項3】

前記ディファレンシャルモード電流フィルタリングセルは、また、各ライン上に、前記磁気セルの前記複数の巻線に対応した漏洩インダクタンス（ＬＤＭ２）を含み、これにより、ディファレンシャルモード電流のための、ＬＣタイプのフィルタが構成されている、請求項１または２に記載の電気システム。

【請求項4】

前記コモンモード電流フィルタリングセルは、また、各ライン上に、前記磁気セルの前記複数の巻線に対応したインダクタンス（ＬＣＭ２）を含み、これにより、コモンモード電流のための、ＬＣタイプのフィルタが構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気システム。

【請求項5】

前記電気システムの入力のところにおいて前記各相（Ａ、Ｂ、Ｃ）と前記中性線（Ｎ）との間に接続され、前記電気システムの入力インピーダンスを減少させるように構成されたコンデンサＸ（ＣＤＭ１）を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気システム。

【請求項6】

前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）からなる前記アレイは、前記ラインと同数のリレーから構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の電気システム。

【請求項7】

外部の三相電力系統から電気エネルギが適切に供給され得るよう、厳密に三相（Ａ、Ｂ、Ｃ）を含み、すなわち、第１相（Ａ）と、第２相（Ｂ）と、第３相（Ｃ）と、を含み、これにより、前記電気システムは、前記中性線（Ｎ）に加えて、前記第１相（Ａ）を含めた３つの相（Ａ、Ｂ、Ｃ）を含む、あるいは、合計で４つの導体を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の電気システム。

【請求項8】

１つまたは複数の前記磁気セルの前記巻線は、前記第１相（Ａ）および前記中性線（Ｎ）を介して４８Ａの電流を伝送するように構成されているとともに、前記第２相（Ｂ）上でおよび前記第３相（Ｃ）上で１６Ａの電流を伝送するように構成されている、請求項７に記載の電気システム。

【請求項9】

前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）からなる前記アレイは、前記第１相（Ａ）と前記第２相（Ｂ）との間に接続された第１スイッチ（Ｓ１）と、前記第２相（Ｂ）上において、前記磁気セルの入力のところで、あるいは、前記電気システムの入力から最も離間している前記磁気セルの入力のところで、直列接続された第２スイッチ（Ｓ２）と、前記第３相（Ｃ）上において、前記磁気セルの入力のところで、あるいは、前記電気システムの入力から最も離間している前記磁気セルの入力のところで、直列接続された第３スイッチ（Ｓ３）と、前記第１相（Ａ）と前記第３相（Ｃ）との間に接続された第４スイッチ（Ｓ４）と、を含み、
－ 単相動作モードでは、前記第１スイッチ（Ｓ１）および前記第４スイッチ（Ｓ４）は、閉じており、かつ、前記第２スイッチ（Ｓ２）および前記第３スイッチ（Ｓ２、Ｓ３は、開いており、
－ 三相動作モードでは、前記第１スイッチ（Ｓ１）および前記第４スイッチ（Ｓ４）は、開いており、かつ、前記第２スイッチ（Ｓ２）および前記第３スイッチ（Ｓ２、Ｓ３）は、閉じている、請求項７または８に記載の電気システム。

【請求項10】

１つまたは複数の前記磁気セルは、磁気コアと、前記三相（Ａ、Ｂ、Ｃ）および前記中性線（Ｎ）をそれぞれ構成する４つの巻線と、を含み、単相動作モードでは前記外部電力系統から電流を受領するように設計された前記第１相（Ａ）を構成する前記巻線は、前記中性線（Ｎ）を構成する前記巻線に対して、径方向反対側に配置されている、請求項７～９のいずれか一項に記載の電気システム。

【請求項11】

電気自動車またはハイブリッド自動車のための充電器を構成している、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気システムの分野に関し、特に車両のための充電器の分野に関し、より詳細には、そのような充電器のための、「ハイブリッド」型フィルタリングセルが設けられ、単相充電モードでも三相充電モードでも動作可能な、電気システムに関する。

【背景技術】

【0002】

公知の多相電気システムでは、特に電気自動車またはハイブリッド自動車の充電器では、ディファレンシャルモード電流およびコモンモード電流のフィルタリングのために、各ラインに対して専用フィルタを使用することが、言い換えれば、各相導体および中性線に対して専用フィルタを使用することが、知られている。

【0003】

「ディファレンシャルモード電流」という用語は、具体的には、多相電気システムの相に対して伝達され中性線を介してループバックされる干渉に対応したリップル電流を定義する。

【0004】

「コモンモード電流」という用語は、具体的には、電気システムの断路器のスイッチングに関連した浮遊電流であって、当該電気システムの相と電気的グランドとの間を循環する、および、中性線と電気的グランドとの間を循環する、浮遊電流を定義する。

【0005】

ディファレンシャルモード電流およびコモンモード電流は、高周波擾乱に対応しており、特に１００ｋＨｚを超える周波数での高周波擾乱に対応しており、電気システムによって伝送される電流に影響を与える。

【0006】

ディファレンシャルモード電流のフィルタリングのために、コンデンサＸとして説明するコンデンサが、各相と中性線との間に接続することで、使用されるとともに、コモンモード電流のフィルタリングのために、コンデンサＹとして説明するコンデンサが、各ラインとグランドとの間に接続されることで、言い換えれば、一般に、各ラインと当該多相電気設備のフレームとの間に接続されることで、使用される。

【0007】

従来技術によれば、ディファレンシャルモード電流およびコモンモード電流の減衰のために、ラインごとに、単相フィルタが使用される。

【0008】

しかしながら、これは、特に単相充電モードでは、フィルタリングの有効性に悪影響を与える様々な欠点を伴う。

【0009】

組み合わされたすべてのライン上の合計コンデンサンス値Ｙは、フレームに流れる漏洩電流の潜在的強度を支配し、この場合の漏洩電流は、低周波電流であり、言い換えれば、外部電力系統の周波数での電流であり、一般に、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚでの電流である。この漏洩電流は、保護導体が遮断された場合には、フレームに対して接触した人の身体を通して流れる電流に対応する「タッチ電流」を誘発する。

【0010】

このタッチ電流は、制限されており、すなわち、安全上の理由から、このタッチ電流が最大許容しきい値を決して超えないことを保証し得るものでなければならず、これにより、実際には、最大合計コンデンサンス値Ｙが制限され、そのため、定義により、電気システムの各コンデンサＹの定格が制限される。

【0011】

従来技術によれば、結果として、多相電気システムにおいて、少なくとも１つのコンデンサＸと１つのコンデンサＹとからなるフィルタが存在し、このフィルタは、その「専用」ラインに適合したものとされる。上述したように、合計コンデンサンス値Ｙは、タッチ電流の最大許容値に関連した安全上の理由から、制限されており、そのため、所与のラインに適した単相フィルタのコンデンサンスＹがさらに減少し、これにより、対応するコモンモード電流を減衰させる能力に影響を与えてしまう。したがって、ラインの数が多くなるほど、各単相フィルタの有効性が小さくなり、これは、ライン全体に分布するコンデンサンスＹの値が、各ライン上でそれぞれ減少するからである。

【0012】

従来技術によれば、この問題点に対する１つの解決策は、各ラインのインダクタンスの大きさを増加させることである。しかしながら、そのように寸法決めされた電気システムに対する空間的要件に関して、結果的に生じる欠点が存在する。

【0013】

従来技術によれば、ラインごとに１つの単相フィルタを設けて並列動作させることに関連した更なる欠点は、電気システム全体として要求される全体的フィルタリング性能を維持するためには、個々のフィルタに対してより厳しい性能マージンの順守を課さなければならないことに起因する。実際には、各ライン上で、単相動作では干渉が存在し、それが累積する。したがって、外部電力系統内への電流の再注入に関する制限は、単相モード動作と三相モード動作とで同じであり、そのため、単相動作では、三相動作と比較して、外部電力系統内へと再注入される電流が、３倍大きくなる。その結果、従来技術では、各単相フィルタに関して、言い換えれば、各ラインに関して、望ましい性能マージンは、１０ｄＢの程度である。

【0014】

上記の欠点を少なくとも部分的に相殺するために、提案された解決策は、設計的に多相とされ、単相動作または三相動作のいずれか（特に三相動作）に関してフィルタ動作の設定を可能とするように構成されるリレーを有した、ハイブリッド型フィルタ構造を含む。具体的には、言い換えれば、３つの単相フィルタを並列に動作させた電気システムに代えて、本発明は、三相フィルタを有した電気システムを提案する。

【0015】

本発明によれば、詳細に後述するように、スイッチのアレイは、単相供給または三相供給のいずれに関しても、特に三相供給に関して、最適なフィルタリング性能を可能とするように格別に構成されている。したがって、本発明は、電気自動車またはハイブリッド自動車の車載充電器を構成する電気システムに特に適しており、充電器は、単相または三相のいずれかの外部電力供給によって動作することができ、よって、電気自動車またはハイブリッド自動車の供給バッテリを充電することができる。

【発明の概要】

【0016】

より具体的には、本発明の目的は、外部電力系統と、電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリと、の間に配置された充電器の機能を担うように特に構成された電気システムであって、電気システムは、外部電力系統に対して接続された少なくとも１つの磁気セルであり、磁気コアと、磁気コアまわりに巻回された複数の巻線と、を含む少なくとも１つの磁気セルを含み、複数の巻線は、「中性」として記載される１つの中性線と、「相」として記載される非中性のラインであり、第１相が、電気システムに対して供給している外部電力系統が単相ネットワークである場合に供給される相であるとともに、すべての相が、電気システムに対して供給している外部電力系統が多相ネットワークである場合に供給されるものである、非中性のラインと、を含めて、少なくとも３つのラインを構成しており、磁気セルは、ディファレンシャルモード電流のフィルタリングのために、各相と中性線との間に接続されたコンデンサＸと、コモンモード電流のフィルタリングのために、各相と電気システムの電気的グランドとの間に、および中性線と電気的グランドとの間に、接続されたコンデンサＹと、を有したフィルタリングセルを含み、電気的グランドは、電気システムのフレームによって特に構成されている。電気システムは、ディファレンシャルモード電流およびコモンモード電流のためにフィルタリングセルのコンデンサＸおよびコンデンサＹよりも上流側に接続された、複数のスイッチからなるアレイを含み、スイッチアレイは、第１相を除く各相上で直列接続されたスイッチと、第１相と他の各相との間に接続されたスイッチと、を含み、スイッチアレイは、
－ 電気システムに対して供給している外部電力系統が単相ネットワークであり第１相に対してのみ供給している単相動作モードでは、非電源相上に直列接続されたスイッチが開いており、かつ、第１相と他の相との間に接続されたスイッチが閉じているように、構成されており、
－ 電気システムに対して供給している外部電力系統が多相ネットワークでありすべての相に対して供給している多相動作モードでは、直列接続されたスイッチが閉じており、かつ、第１相と他の相との間に接続されたスイッチが開いているように、構成されている。

【0017】

したがって、本発明による電気システムのすべての相は、電流出力を伝送し、すべてのコンデンサＸおよびコンデンサＹは、単相モードを含めて、ディファレンシャルモード電流およびコモンモード電流のフィルタリングに関与している。

【0018】

その結果、単相モードでの合計コンデンサンス値Ｙは、タッチ電流を支配する規格に対する準拠を維持しながらも、増大し、その結果、コンデンサＹの個々の定格を、減少させることができる。

【0019】

コンデンサＸが、スイッチアレイの下流側に配置されていることのために、すべてのコンデンサＸは、リップル電流のフィルタリングに関与しており、これにより、コンデンサＸの過熱というリスクを、低減することができる。

【0020】

本発明を使用すれば、インダクタンスの全体的な大きさを減少させることができる。

【0021】

一実施形態によれば、本発明による電気システムは、連続して直列に配置された少なくとも２つの磁気セルを含み、スイッチからなるアレイは、最後の磁気セル内に配置されており、すなわち外部電力系統から最も離間した磁気セル内に配置されており、他方、最後の磁気セルにおけるフィルタリングセルのコンデンサＸおよびコンデンサＹのなおも上流側に配置されている。

【0022】

一実施形態によれば、ディファレンシャルモード電流フィルタリングセルは、また、各ライン上に、磁気セルの複数の巻線に対応した漏洩インダクタンスを含み、これにより、ディファレンシャルモード電流のための、ＬＣタイプのフィルタが構成されている。

【0023】

一実施形態によれば、コモンモード電流フィルタリングセルは、また、各ライン上に、磁気セルの複数の巻線に対応したインダクタンスを含み、これにより、コモンモード電流のための、ＬＣタイプのフィルタが構成されている。

【0024】

一実施形態によれば、スイッチからなるアレイは、磁気セルの複数の巻線と、フィルタリングセルのコンデンサＸと、の間に接続されている。

【0025】

特に、電気システムは、電気システムの入力のところにおいて各相と中性線との間に接続され、電気システムの入力インピーダンスを減少させるように構成されたコンデンサＸを含む。

【0026】

一実施形態によれば、スイッチからなるアレイは、ラインと同数のリレーから構成されている。

【0027】

一実施形態によれば、本発明による電気システムは、外部の三相電力系統から電気エネルギが適切に供給され得るよう、厳密に三相を含み、すなわち、第１相と、第２相と、第３相と、を含み、これにより、電気システムは、中性線に加えて、第１相を含めた３つの相を含む、あるいは、合計で４つの導体を含む。

【0028】

一実施形態によれば、１つまたは複数の磁気セルの巻線は、第１相および中性線を介して４８Ａの電流を伝送するように構成されているとともに、第２相上でおよび第３相上で１６Ａの電流を伝送するように構成されている。

【0029】

一実施形態によれば、スイッチからなるアレイは、第１相と第２相との間に接続された第１スイッチと、第２相上において、磁気セルの入力のところで、あるいは、電気システムの入力から最も離間している磁気セルの入力のところで、直列接続された第２スイッチと、第３相上において、磁気セルの入力のところで、あるいは、電気システムの入力から最も離間している磁気セルの入力のところで、直列接続された第３スイッチと、第１相と第３相との間に接続された第４スイッチと、を含み、
－ 単相動作モードでは、第１スイッチおよび第４スイッチは、閉じており、かつ、第２スイッチおよび第３スイッチは、開いており、
－ 三相動作モードでは、第１スイッチおよび第４スイッチは、開いており、かつ、第２スイッチおよび第３スイッチは、閉じている。

【0030】

一実施形態によれば、１つまたは複数の磁気セルは、磁気コアと、三相および中性線をそれぞれ構成する４つの巻線と、を含み、単相動作モードでは外部電力系統から電流を受領するように設計された第１相を構成する巻線は、中性線を構成する巻線に対して、径方向反対側に配置されている。

【0031】

特に、本発明による電気システムは、電気自動車またはハイブリッド自動車のための充電器を構成している。

【0032】

本発明の理解は、例示のためだけに提供される以下の説明を参照することにより、また、非限定的な例示のために提供される添付図面を参照することにより、明瞭となり、添付図面においては、同一の参照符号が同様の構成要素に対して適用されている。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、従来技術による三相充電器の概略図を示している。

【0034】

【図2】図２は、三相動作モードでの、本発明による例示的な電気システムの概略図を示している。

【0035】

【図3】図３は、単相動作モードでの、本発明による例示的な電気システムの概略図を示している。

【0036】

【図4】図４は、本発明による例示的な電気システムにおけるフィルタリング性能に関するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0037】

図面が、本発明の展開を可能とするために、本発明を詳細な態様で提示していること、また、図面が、当然のことながら、適用可能な場合には、本発明のより効果的な定義のために使用され得ることに、留意されたい。

【0038】

［図１］は、電気システムを示しており、特に、三相モードまたは単相モードで動作可能な充電器を示している。言い換えれば、［図１］に示す充電器は、外部の単相または三相の電力系統から供給される電気エネルギを使用して、出力端子Ｕ＋／Ｕ－で接続されたバッテリを、特に電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリを、充電することができる。

【0039】

単相モードでは、外部電源は、ラインＬ１のみに対して電流を供給する。ラインＬ２、Ｌ３の入力のところに接続されたリレーは、開いている。三相モードでは、３つのラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３に対して、言い換えれば、図示された三相充電器の三相に対して、電気エネルギが供給される。電気システムは、また、中性線Ｎを含む。

【0040】

従来では、各相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、三相並列とされ、力率補正用コンバータ回路ＰＦＣの上流側に配置された予充電回路Ｐと、それに続き同様に並列接続された、限定するものではないが例えばＬＬＣタイプの、３つのＤＣ電圧コンバータ回路と、を含む。

【0041】

フィルタリング要素ＡＣＦが、各相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対して供給される交流電流の処理のために、入力のところに接続されており、フィルタリング要素ＤＣＦが、バッテリに対して供給される直流電流の処理のために、充電器の出力のところに接続されている。

【0042】

公知の態様では、コンバータ回路は、それぞれの磁気コアまわりに巻回された巻線の形態で構成され、半導体アセンブリによって変圧器を構成し、特にＭＯＳＦＥＴｓなどのスイッチアセンブリによって制御される変圧器を構成し、例えば、Ｈブリッジを形成するように接続することができる。

【0043】

図２および図３を参照すると、単相モードおよび三相モードで効果的に機能する「ハイブリッド」型フィルタリングソリューションが提案されている。コンデンサＣＤＭ１、ＣＤＭ２、ＣＤＭ３は、ディファレンシャルモード電流のフィルタリングに関与するのに適したコンデンサＸであり、コンデンサＣＹは、コモンモード電流のフィルタリングに関与するのに適したコンデンサＹである。

【0044】

コンデンサＸ ＣＤＭ１、ＣＤＭ２、ＣＤＭ３は、各相Ａ、Ｂ、Ｃと、中性線Ｎと、の間に接続されている。

【0045】

コンデンサＹ ＣＹは、各相Ａ、Ｂ、Ｃと、この場合には電気システムのフレームに対応する電気的グランドと、の間に、および、中性線Ｎと電気的グランドとの間に、接続されている。

【0046】

第１コンデンサＸ ＣＤＭ１は、電気システムの入力のところに接続されており、電気システムの入力インピーダンスを制限することを可能とする。

【0047】

図２および図３に示す電気システムは、２つの磁気セルを含み、各磁気セルは、それぞれの磁気コアまわりに構造化されており、磁気コアまわりに、システムの４つの構成ラインに対応する、すなわち３つの相Ａ、Ｂ、Ｃとおよび中性線とに対応する、巻線が巻回されている。これら３つの相Ａ、Ｂ、Ｃおよびこの中性線Ｎは、電気システムの出力のところにおいて、各端子セルＡ、セルＢ、セルＣに対しておよび中性線に対して接続されており、外部の電気デバイスが、特に電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリを充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータが、接続され得る。

【0048】

磁気セルの機能は、コモンモードの擾乱およびディファレンシャルモードの擾乱をフィルタリングすることである。

【0049】

図２および図３に示す実施形態によれば、複数のスイッチからなるアレイが、第２磁気セルに設けられており、このスイッチアレイは、４つのリレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から構成されている。第１相Ａは、単相モードにおいて電気エネルギが供給される相に対応する。第１相Ａには、直列接続されたスイッチアレイをなすリレーは、組み込まれていない。逆に、第１相Ａは、各リレーＳ１、Ｓ４を介して、他の２つの相Ｂ、Ｃのそれぞれに対して接続されている。その上、他の２つの相Ｂ、Ｃのそれぞれは、対応する相Ｂ、Ｃによって供給される共振コンバータ回路の入力のところに直列接続された各リレーＳ２、Ｓ３を含む。

【0050】

図示の例では、電気システムは２つの磁気セルを含む。しかしながら、直列接続された、より多数の磁気セルが存在してもよい。すべての場合において、スイッチアレイは、好ましくは、最後のセル内に配置され、すなわち、電気システムのうち、入力から最も離れた磁気セル内に配置され、外部電力系統に対して接続される。実際には、回路の上流側に向けての、特に外部電力系統に向けての、電気的擾乱のあらゆる伝播を防止するために、連続した磁気セルどうしの間には、シールドが設けられていることが好ましい。

【0051】

スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４からなるアレイは、最後の磁気セルのフィルタリングセル内において、フィルタリングコンデンサＸおよびＹよりも上流側に、かつ、磁気コアおよび巻線よりも下流側に、配置されている。実際には、スイッチアレイが、コンデンサＸおよびＹの下流側に配置された場合には、導電経路どうしの間の結合を介して、ライン干渉が増加するという結果的なリスクが生じることとなり、あるいは高周波短絡が発生するという結果的なリスクが生じることさえあり、特に、例えば電気システムの出力のところに接続された電力コンバータから外部電力系統に向けて、擾乱が発生して伝達するというリスクが生じることとなる。

【0052】

スイッチアレイは、結果として、巻線が巻回された最後の磁気セルの磁気コア、言い換えれば最後の「自己誘導コイル」と、この最後の磁気セルに関連したフィルタリングセルのコンデンサＸおよびＹと、の間に配置されている。

【0053】

この実施形態によれば、各フィルタリングセルにおいて、すなわち各相において、コンデンサＹ ＣＹは、磁気セルのインダクタンスＬＣＭ１、ＬＣＭ２と一緒に、コモンモード電流をフィルタリングするためのＬＣタイプの回路を構成する。

【0054】

他方、コンデンサＸ ＣＤＭ１、ＣＤＭ２、ＣＤＭ３は、磁気セルの漏洩インダクタンスＬＤＭ１、ＬＤＭ２と一緒に、ディファレンシャルモード電流をフィルタリングするためのＬＣタイプの回路を構成する。磁気セルの漏洩インダクタンスと一緒に動作させることが好ましいけれども、これに代えて、各相Ａ、Ｂ、Ｃ上に直列接続された特定のインダクタンスＬＤＭ１、ＬＤＭ２を設けることもできる。

【0055】

したがって、所与のラインについて、フィルタリングセルは、実際には、自己誘導コイルと、このラインに対して接続されたコンデンサＸおよびコンデンサＹと、の組合せによって構成される。

【0056】

動作モード

【0057】

本発明による電気システムは、特に単相三相充電器の文脈で上述した本発明による電気システムは、単相動作モードと三相動作モードとを特徴とする。特に、単相三相充電器の形態での電気システムという例では、本発明による電気システムは、単相動作モードと三相動作モードとを特徴とする。そのアーキテクチャに基づき、特にスイッチアレイおよびその格別の配置に基づき、本発明による電気システムは、効果的なフィルタリングを可能とする、すなわち言い換えれば、ディファレンシャル漏洩電流とコモンモード電流の減衰を、寸法および空間的要件を減少させつつ、かつ安全性要件に準拠しつつ、可能とする。

【0058】

三相動作モードは、充電器の場合には、バッテリを充電するために、特に電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリを充電するために、外部の三相電力系統が３つの相Ａ、Ｂ、Ｃに対して電流を供給するモードに対応し、さらに、充電器の磁気セルによって三相電流を変換することに対応する。例えば、各相Ａ、Ｂ、Ｃは、その場合、約１６Ａの電流を流すこととなる。三相動作モードでは、実際には、各相内を流れる３つの電流の和がゼロであるため、中性線には、電流が流れない。

【0059】

本発明によれば、この文脈において、［図２］を参照すると、スイッチアレイにおけるリレーＳ２、Ｓ３は、閉じているため導電的である、すなわち、電流を導通する、あるいは、オン状態である。他のリレーＳ１、Ｓ４は、開いている。

【0060】

これにより、当然のことながら、各相のフィルタリングセルが、使用される。

【0061】

本発明は、単相動作モードにおいて、特に有利である。ここで、充電器の場合には、単相の外部電力系統は、この場合にもバッテリを充電するために、特に電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリを充電するために、さらに、充電器の磁気セルを使用して三相電流へと変換するために、第１相Ａのみに対して電流を供給する。この例では、三相動作モードと比較して、第１相Ａは、この場合、約４８Ａの電流を流すことになる。単相動作モードでは、外部電力系統から、他の相Ｂ、Ｃ（第１相とは別個）に対しては、電流が注入されることはない。

【0062】

本発明によれば、この文脈において、［図３］を参照すると、スイッチアレイにおけるリレーＳ１、Ｓ４は、閉じているため導電的である、すなわち、電流を導通する、あるいは、オン状態である。他のリレーＳ２、Ｓ３は、開いている。

【0063】

したがって、スイッチアレイは、例えば電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリを充電するために電力コンバータ変換器に対しての供給のために、電気システムの３つの出力端子セルＡ、セルＢ、セルＣ上に電流が分配されるように、制御される。同時に、電流は、３つの相Ａ、Ｂ、Ｃのフィルタリングセルを通して流れる。よって、［図３］を参照すると、コモンモード電流の減衰のために、４つのコンデンサＹ ＣＹが、最後の磁気セルにおいて使用されている。よって、単相動作におけるコモンモード電流のフィルタリングに関与するコンデンサＹの数が、大幅に増加する。その結果、電気システムの合計コンデンサンス値Ｙの関数であるタッチ電流の順守が、同等のフィルタリング性能で、より容易に維持される。実際には、より多くのコンデンサＹが使用されていることのために、従来技術で使用されていたものと比較して、より小さな定格のコンデンサＹを選択することができ、優れたレベルではないにしても、同等のコモンモード電流の減衰レベルを達成することができる。

【0064】

単相動作モードにおいてさえ、すべてのコンデンサＹ ＣＹは、したがって、タッチ電流が、所望のしきい値よりも充分に小さいままであるように、特に例えば２．５ｍＡというしきい値よりも充分に小さいままであるように、中性線が切断される場合の漏洩電流の構成に関与する。

【0065】

同じことが、コンデンサＸについても当てはまる。よって、なおも［図３］を参照すると、従来技術によるシステムと比較して、２つの追加的なコンデンサＸ ＣＤＭ３が使用されており、第１相Ａおよび中性線Ｎから分離されていて相Ｂ、Ｃ間に接続されたコンデンサＸ ＣＤＭ３は、関与しないこととなる。よって、リップル電流を、より容易に減衰させることができる。

【0066】

本発明の更なる利点は、上述したように、自己誘導コイルが、言い換えれば、磁気セルを構成するために各磁気コアまわりに巻回された巻線が、コンデンサＸおよびＹと組み合わせて、ＬＣ回路をなす各構成によるフィルタリングの実行に関与していることに起因する。本発明を使用した場合の、コンデンサＸおよびＹの定格における結果的なフレキシブルさは、また、巻線サイズの減少を可能とし、よって、電気システムの空間的要件の減少を可能とする。

【0067】

よって、本発明により、スイッチアレイは、単相動作においては、タッチ電流の制限値の順守を維持しつつ、関与するコンデンサＸ、Ｙの数の増加を可能とするようにして、配置されており、より寸法的にコンパクトな電気システムを達成することができる。

【0068】

例えば、なおも電気自動車またはハイブリッド自動車の電気バッテリを充電するための単相三相充電器の文脈では、本発明では、２．５ｍＡ未満というタッチ電流を確保しつつ、従来技術による１ラインあたり４．１ｎＦと比較して、１ラインあたり６．２ｎＦという定格を有したコンデンサＹを選択することができる。磁気セルの各巻線のインダクタンスは、従来技術による２０ｍＨ以上という値と比較して、５ｍＨに等しくてもよい。

【0069】

スイッチアレイが電気システムの入力から離間しているようにして、最後の磁気セルにおけるスイッチアレイが配置されていることにより、リレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、電気システムの入力端子と、の間の電磁結合現象を防止することができる。

【0070】

その上、［図４］を参照すると、減衰に対してのフィルタリング性能が、三相モードでは相Ａ、Ｂ、Ｃあたりにつき３．５ｋＷの電力が伝送され、単相モードでは１１ｋＷの電力が伝送されて第１相Ｌ１内へと注入される場合に、単相動作Ｍおよび三相動作Ｔにおける周波数ｆの関数として、示されている。理解されるように、単相モードでの性能は、約１０ｄＢの分だけ、向上している。

【0071】

自己誘導コイルの実施形態

【0072】

磁気セルの実施形態に関して、好ましい実施形態によれば、規定されることは、磁気コアまわりの巻線の配置において、第１相を構成することを意図した巻線が、中性線に対して、可能な限り離間していることが確保されることである。言い換えれば、環状設計の磁気コアでは、第１相に対応したコイル巻線と、中性線に対応したコイル巻線とは、互いに対向して配置される、言い換えれば、磁気コアの環状構造に関して径方向反対側に配置される。よって、単相動作モードでは、特にコンデンサＹまたはコンデンサＸを組み込んだＬＣ回路の構成により、上述したように、フィルタリングの実行に関与する漏洩インダクタンスが最大化される。単相動作モードでの漏洩インダクタンスを最大化することにより、三相動作モードでのフィルタリング性能を損なうことなく、この動作モードでのフィルタリング性能の直接的な向上が達成される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】