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JP7711546B2 - charging device - Google Patents
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JP7711546B2 - charging device - Google Patents

charging device

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JP7711546B2 JP2021165537A JP2021165537A JP7711546B2 JP 7711546 B2 JP7711546 B2 JP 7711546B2 JP 2021165537 A JP2021165537 A JP 2021165537A JP 2021165537 A JP2021165537 A JP 2021165537A JP 7711546 B2 JP7711546 B2 JP 7711546B2
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Description

本発明は、充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device.

特許文献1には、3相のうちのいずれか1相の第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との間にて、DC充電器のP端子と接続される第1接続端子と、他の1相の第3スイッチング素子と第4スイッチング素子との間にて、DC充電器のN端子と接続される第2接続端子と、を備え、DC充電器によって蓄電池を充電可能な充電装置としても機能する電源装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a power supply device that includes a first connection terminal connected to the P terminal of a DC charger between a first switching element and a second switching element of one of three phases, and a second connection terminal connected to the N terminal of the DC charger between a third switching element and a fourth switching element of the other phase, and that also functions as a charging device capable of charging a storage battery with a DC charger.

特開2021-048759号公報JP 2021-048759 A

DC充電器による蓄電池の充電中に、蓄電池に並列接続されている、直列構成の2つの平滑コンデンサの電圧がアンバランス状態となると、コンデンサが過充電の状態になるおそれがあり、蓄電池の充電が完了する前に充電動作を停止する必要があるため、改善の余地がある。 If the voltages of the two smoothing capacitors connected in series to the storage battery become unbalanced while the storage battery is being charged by a DC charger, the capacitors may become overcharged, and it may be necessary to stop the charging operation before the storage battery is fully charged, so there is room for improvement.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンデンサの過充電による充電完了前の充電動作を停止せずに、蓄電池の充電を継続することができる充電装置を提供することである。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a charging device that can continue charging a storage battery without stopping the charging operation before charging is completed due to overcharging of the capacitor.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る充電装置は、蓄電池の正極側端子と負極側端子との間に、第1コンデンサ及び第2コンデンサが直列に接続されるコンデンサ部と、直列に接続された第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを接続する配線にカソード側が接続され、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを接続する配線にアノード側が接続された第1ダイオードと、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを接続する配線にアノード側が接続され、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを接続する配線にカソード側が接続された第2ダイオードと、を有し、前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子をそれぞれオン・オフさせることによって、3つの異なる電圧値のうちのいずれかの電圧値の電圧を選択的にモータジェネレータに出力可能な3レベルインバータが、U相、V相、及びW相の3相分、前記蓄電池と並列に接続される電力変換器と、前記電力変換器の各スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御装置と、前記U相と前記V相と前記W相とのうち、いずれか1相の前記3レベルインバータにおける前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との間にて、DC充電器のP端子と電気的に接続される第1接続端子と、前記U相と前記V相と前記W相とのうち、他の1相の前記3レベルインバータにおける前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間にて、前記DC充電器のN端子と電気的に接続される第2接続端子と、を備えた充電装置であって、前記蓄電池と前記コンデンサ部との間に、前記蓄電池及び前記コンデンサ部と並列で接続されており、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとのうちの一方のコンデンサの電圧が、予め設定された閾値を超えたときに、前記一方のコンデンサから他方のコンデンサへ電荷を移動させるバランサ回路を備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the charging device according to the present invention has a capacitor section in which a first capacitor and a second capacitor are connected in series between a positive terminal and a negative terminal of a storage battery, a first switching element, a second switching element, a third switching element, and a fourth switching element connected in series, a first diode having a cathode side connected to a wiring connecting the first switching element and the second switching element and an anode side connected to a wiring connecting the first capacitor and the second capacitor, and a second diode having an anode side connected to a wiring connecting the third switching element and the fourth switching element and a cathode side connected to a wiring connecting the first capacitor and the second capacitor, and a three-level switching device capable of selectively outputting one of three different voltage values to a motor generator by turning on and off the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element, respectively. A charging device including a power converter connected in parallel to the storage battery for three phases, U, V, and W, a control device for controlling the on/off switching of each switching element of the power converter, a first connection terminal electrically connected to the P terminal of a DC charger between the first switching element and the second switching element in the three-level inverter of any one of the U, V, and W phases, and a second connection terminal electrically connected to the N terminal of the DC charger between the third switching element and the fourth switching element in the three-level inverter of the other one of the U, V, and W phases. The charging device is characterized in that it includes a balancer circuit connected in parallel to the storage battery and the capacitor unit between the storage battery and the capacitor unit, and when the voltage of one of the first capacitor and the second capacitor exceeds a preset threshold, it transfers charge from one of the first capacitor and the second capacitor to the other capacitor.

本発明に係る充電装置においては、DC充電器による蓄電池の充電中に、バランサ回路によって前記閾値を超えた一方のコンデンサから他方のコンデンサへ電荷を移動させることにより、前記一方のコンデンサの電圧を低下させることができる。よって、本発明に係る充電装置においては、前記一方のコンデンサの電圧がコンデンサ上限電圧に到達することを抑制し、蓄電地が満充電になるまで充電動作を継続させることができる。 In the charging device according to the present invention, while the storage battery is being charged by the DC charger, the voltage of one of the capacitors can be reduced by transferring charge from one of the capacitors that has exceeded the threshold to the other capacitor using a balancer circuit. Therefore, in the charging device according to the present invention, the voltage of one of the capacitors can be prevented from reaching the capacitor upper limit voltage, and the charging operation can be continued until the storage battery is fully charged.

また、上記において、前記バランサ回路は、第1バランサスイッチング素子と第2バランサスイッチング素子とリアクトルとによって構成されており、前記第1バランサスイッチング素子及び前記第2バランサスイッチング素子は、前記蓄電池の正極側端子と負極側端子との間に直列で接続されており、前記リアクトルの一方側は前記第1バランサスイッチング素子と前記第2バランサスイッチング素子との間に接続されており、前記リアクトルの他方側は前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの間に接続されており、前記制御装置は、前記第1コンデンサまたは前記第2コンデンサの電圧に基づいて、前記第1バランサスイッチング素子及び前記第2バランサスイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御するようにしてもよい。 In the above, the balancer circuit may be configured with a first balancer switching element, a second balancer switching element, and a reactor, the first balancer switching element and the second balancer switching element being connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the storage battery, one side of the reactor being connected between the first balancer switching element and the second balancer switching element, and the other side of the reactor being connected between the first capacitor and the second capacitor, and the control device may be configured to control the on/off switching of the first balancer switching element and the second balancer switching element based on the voltage of the first capacitor or the second capacitor.

これにより、第1コンデンサまたは第2コンデンサの電圧に基づいて、制御装置によって、バランサ回路の第1バランサスイッチング素子及び第2バランサスイッチング素子のオンとオフとを切り替えることにより、リアクトルを介して前記一方のコンデンサから前記他方のコンデンサへ電荷を移動させることができる。 As a result, the control device can switch the first balancer switching element and the second balancer switching element of the balancer circuit on and off based on the voltage of the first capacitor or the second capacitor, thereby transferring charge from one capacitor to the other capacitor via the reactor.

また、上記において、前記制御装置は、前記第1コンデンサの電圧が前記閾値を超えたときに、前記第1バランサスイッチング素子をオンにし、前記第2バランサスイッチング素子をオフにして、その後、所定のタイミングで、前記第1バランサスイッチング素子をオフにし、前記第2バランサスイッチング素子をオンにするようにしてもよい。 In the above, the control device may be configured to turn on the first balancer switching element and turn off the second balancer switching element when the voltage of the first capacitor exceeds the threshold value, and then turn off the first balancer switching element and turn on the second balancer switching element at a predetermined timing.

これにより、第1コンデンサの電荷の一部がリアクトルに蓄積されることによって、第1コンデンサの電圧が低下し、その後、リアクトルに蓄積されていた第1コンデンサの電荷が、第2コンデンサに移動することによって、第2コンデンサの電圧が高くなるため、第1コンデンサと第2コンデンサとの電圧不均衡を低減させることができる。 As a result, some of the charge of the first capacitor is stored in the reactor, causing the voltage of the first capacitor to decrease, and then the charge of the first capacitor that was stored in the reactor is transferred to the second capacitor, causing the voltage of the second capacitor to increase, thereby reducing the voltage imbalance between the first capacitor and the second capacitor.

また、上記において、前記制御装置は、前記第2コンデンサの電圧が前記閾値を超えたときに、前記第2バランサスイッチング素子をオンにし、前記第1バランサスイッチング素子をオフにして、その後、所定のタイミングで、前記第2バランサスイッチング素子をオフにし、前記第1バランサスイッチング素子をオンにするようにしてもよい。 In the above, the control device may be configured to turn on the second balancer switching element and turn off the first balancer switching element when the voltage of the second capacitor exceeds the threshold value, and then turn off the second balancer switching element and turn on the first balancer switching element at a predetermined timing.

これにより、第2コンデンサの電荷の一部がリアクトルに蓄積されることによって、第2コンデンサの電圧が低下し、その後、リアクトルに蓄積されていた第2コンデンサの電荷が、第1コンデンサに移動することによって、第1コンデンサの電圧が高くなるため、第1コンデンサと第2コンデンサとの電圧不均衡を低減させることができる。 As a result, some of the charge of the second capacitor is stored in the reactor, causing the voltage of the second capacitor to decrease, and then the charge of the second capacitor that was stored in the reactor is transferred to the first capacitor, causing the voltage of the first capacitor to increase, thereby reducing the voltage imbalance between the first and second capacitors.

本発明に係る充電装置は、コンデンサの過充電による充電完了前の充電動作を停止せずに、蓄電池の充電を継続することができるという効果を奏する。 The charging device according to the present invention has the advantage that it can continue charging the storage battery without stopping the charging operation before the charging is completed due to overcharging of the capacitor.

図1は、実施形態に係る電力システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a power system according to an embodiment. 図2は、実施形態に係る電力システムの構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the power system according to the embodiment. 図3は、DC充電器によってバッテリを充電する際の回路状態を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the circuit state when the battery is charged by the DC charger. 図4は、充電中に電圧不均衡が発生した場合にバランサ回路を駆動させないときの電圧波形を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing voltage waveforms when a voltage imbalance occurs during charging and the balancer circuit is not driven. 図5は、充電中に電圧不均衡が発生した場合にバランサ回路を駆動させたときの電圧波形を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing voltage waveforms when the balancer circuit is driven in the event of a voltage imbalance occurring during charging. 図6は、バランサ回路において、第1スイッチング素子をオンにし、第2スイッチング素子をオフにしたときの回路状態を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a circuit state when the first switching element is turned on and the second switching element is turned off in the balancer circuit. 図7は、バランサ回路において、第1スイッチング素子をオフにし、第2スイッチング素子をオンにしたときの回路状態を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a circuit state when the first switching element is turned off and the second switching element is turned on in the balancer circuit.

以下に、本発明に係る充電装置の実施形態に説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the charging device according to the present invention. Note that the present invention is not limited to this embodiment.

図1は、実施形態に係る電力システムの構成図である。実施形態に係る電力システムは、電気自動車や、ハイブリッド車両、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)やREEV(Range Extended Electric Vehicle)等の電力を利用した走行が可能な電動車両に適用される。 Figure 1 is a configuration diagram of a power system according to an embodiment. The power system according to the embodiment is applied to electric vehicles that can run on electricity, such as electric vehicles, hybrid vehicles, PHEVs (Plug-in Hybrid Electric Vehicles), and REEVs (Range Extended Electric Vehicles).

実施形態に係る電力システムは、充電装置10とモータジェネレータ20とDC充電器30などによって構成されている。なお、実施形態に係る電力システムのうち、充電装置10及びモータジェネレータ20は前記電動車両に搭載されており、DC充電器30は前記電動車両の外部に設置された外部充電設備などに設けられている。 The power system according to the embodiment is composed of a charging device 10, a motor generator 20, a DC charger 30, and the like. In the power system according to the embodiment, the charging device 10 and the motor generator 20 are mounted on the electric vehicle, and the DC charger 30 is provided in an external charging facility or the like installed outside the electric vehicle.

充電装置10は、バッテリ12、コンデンサ部16、インバータ18、バランサ回路26、充電リレー装置40、及び、ECU(Electronic Control Unit)60などを備えている。なお、充電装置10は、モータジェネレータ20と電気的に接続されており、モータジェネレータ20にバッテリ12から電力を供給する電源装置としても機能する。 The charging device 10 includes a battery 12, a capacitor section 16, an inverter 18, a balancer circuit 26, a charging relay device 40, and an ECU (Electronic Control Unit) 60. The charging device 10 is electrically connected to the motor generator 20, and also functions as a power supply device that supplies power from the battery 12 to the motor generator 20.

バッテリ12は、高電圧バッテリとして充放電可能な蓄電池である。バッテリ12としては、例えば、リチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池の他、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等を用いることができる。なお、図1中、「VB」はバッテリ電圧である。バッテリ12のバッテリ電圧としては、例えば、400[V]以上とすることが望ましい。 Battery 12 is a high-voltage battery that can be charged and discharged. For example, a lithium-ion battery pack, a nickel-metal hydride battery pack, a nickel-cadmium battery, a lead-acid battery, etc. can be used as battery 12. In FIG. 1, "VB" is the battery voltage. It is desirable for the battery voltage of battery 12 to be, for example, 400 V or higher.

コンデンサ部16は、バッテリ12の正極側端子(正母線22)とバッテリ12の負極側端子(負母線24)との間に、互いに直列に接続された、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2とによって構成されている。第1コンデンサC1と第2コンデンサC2とは、中性点NP1で互いに接続されている。つまり、第1コンデンサC1は、一方側の端子が正母線22に接続され、他方側の端子が中性点NP1に接続されている。また、第2コンデンサC2は、一方側の端子が中性点NP1に接続され、他方側の端子が負母線24に接続されている。したがって、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2が同じように充放電を行って常に同じ電荷を蓄積しているとすれば、中性点NP1と負母線24との間の電圧である中性点電圧は、バッテリ12の電圧の半分の電圧にクランプされることになる。なお、中性点電圧は、第2コンデンサC2の端子間電圧である電圧VC2に相当する。また、図1中のVC1は、第1コンデンサC1の端子間電圧である。 The capacitor section 16 is composed of a first capacitor C1 and a second capacitor C2 connected in series between the positive terminal (positive bus 22) of the battery 12 and the negative terminal (negative bus 24) of the battery 12. The first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected to each other at the neutral point NP1. That is, the first capacitor C1 has one terminal connected to the positive bus 22 and the other terminal connected to the neutral point NP1. The second capacitor C2 has one terminal connected to the neutral point NP1 and the other terminal connected to the negative bus 24. Therefore, if the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged and discharged in the same way and always store the same charge, the neutral point voltage, which is the voltage between the neutral point NP1 and the negative bus 24, will be clamped to a voltage that is half the voltage of the battery 12. The neutral point voltage corresponds to the voltage VC2, which is the terminal voltage of the second capacitor C2. Also, VC1 in Figure 1 is the terminal voltage of the first capacitor C1.

インバータ18は、電力変換器であって、正母線22と中性点NP1との間の電圧である正側電圧が供給される上アーム、及び、中性点NP1と負母線24との間の電圧である負側電圧が供給される下アームで構成されている。インバータ18では、上アームと下アームとが、正母線22と負母線24との間に直列に多重化されて配置されており、3レベルの3相AC電圧をモータジェネレータ20に出力することが可能となっている。 The inverter 18 is a power converter and is composed of an upper arm to which a positive voltage, which is the voltage between the positive bus 22 and the neutral point NP1, is supplied, and a lower arm to which a negative voltage, which is the voltage between the neutral point NP1 and the negative bus 24, is supplied. In the inverter 18, the upper arm and the lower arm are multiplexed and arranged in series between the positive bus 22 and the negative bus 24, making it possible to output three-level three-phase AC voltages to the motor generator 20.

また、インバータ18は、U相電圧をモータジェネレータ20に出力するU相アームと、V相電圧をモータジェネレータ20に出力するV相アームと、W相電圧をモータジェネレータ20に出力するW相アームとを備えている。 The inverter 18 also has a U-phase arm that outputs a U-phase voltage to the motor generator 20, a V-phase arm that outputs a V-phase voltage to the motor generator 20, and a W-phase arm that outputs a W-phase voltage to the motor generator 20.

U相アームでは、正母線22から負母線24に向かって、第1スイッチング素子SU1、第2スイッチング素子SU2、第3スイッチング素子SU3、第4スイッチング素子SU4が、この順に直列に接続されている。第1スイッチング素子SU1、第2スイッチング素子SU2、第3スイッチング素子SU3、及び、第4スイッチング素子SU4は、半導体素子に対して還流ダイオードが逆並列された構成となっている。なお、逆接続とは、例えば、半導体素子のコレクタ端子にダイオードのカソード端子が接続され、半導体素子のエミッタ端子にダイオードのアノード端子が接続されるものである。第1スイッチング素子SU1と第2スイッチング素子SU2とを接続する配線にある接続部としての中間点PU1(第1中間点)、及び、第3スイッチング素子SU3と第4スイッチング素子SU4とを接続する配線にある接続部としての中間点PU2(第2中間点)は、直列に接続された2つのダイオードDU1,DU2のアノード側が中間点PU2と接続し、カソード側が中間点PU1と接続するように、ダイオードDU1,DU2によって接続されている。この2つのダイオードDU1,DU2を接続する配線にある接続点は、コンデンサ部16の中性点NP1に接続されている。言い換えると、ダイオードDU1は、中間点PU1にカソード側が接続され、中性点NP1にアノード側が接続されている。また、ダイオードDU2は、中間点PU2にアノード側が接続され、中性点NP1にカソード側が接続されている。かかる構成において、第2スイッチング素子SU2と第3スイッチング素子SU3との間にある接続点からモータジェネレータ20にU相電圧が出力される。 In the U-phase arm, the first switching element SU1, the second switching element SU2, the third switching element SU3, and the fourth switching element SU4 are connected in series in this order from the positive bus 22 to the negative bus 24. The first switching element SU1, the second switching element SU2, the third switching element SU3, and the fourth switching element SU4 are configured with a freewheeling diode inversely parallel to the semiconductor element. Note that the reverse connection means, for example, that the cathode terminal of the diode is connected to the collector terminal of the semiconductor element, and the anode terminal of the diode is connected to the emitter terminal of the semiconductor element. The intermediate point PU1 (first intermediate point) as a connection part in the wiring connecting the first switching element SU1 and the second switching element SU2, and the intermediate point PU2 (second intermediate point) as a connection part in the wiring connecting the third switching element SU3 and the fourth switching element SU4 are connected by the diodes DU1 and DU2 such that the anode side of the two diodes DU1 and DU2 connected in series is connected to the intermediate point PU2 and the cathode side is connected to the intermediate point PU1. The connection point in the wiring connecting the two diodes DU1 and DU2 is connected to the neutral point NP1 of the capacitor unit 16. In other words, the diode DU1 has its cathode side connected to the intermediate point PU1 and its anode side connected to the neutral point NP1. The diode DU2 has its anode side connected to the intermediate point PU2 and its cathode side connected to the neutral point NP1. In this configuration, a U-phase voltage is output to the motor generator 20 from the connection point between the second switching element SU2 and the third switching element SU3.

V相アームでは、正母線22から負母線24に向かって、第1スイッチング素子SV1、第2スイッチング素子SV2、第3スイッチング素子SV3、第4スイッチング素子SV4が、この順に直列に接続されている。第1スイッチング素子SV1、第2スイッチング素子SV2、第3スイッチング素子SV3、及び、第4スイッチング素子SV4は、半導体素子に対して還流ダイオードが逆並列された構成となっている。第1スイッチング素子SV1と第2スイッチング素子SV2とを接続する配線にある接続部としての中間点PV1(第1中間点)、及び、第3スイッチング素子SV3と第4スイッチング素子SV4とを接続する配線にある接続部としての中間点PV2(第2中間点)は、直列に接続された2つのダイオードDV1,DV2のアノード側が中間点PV2と接続し、カソード側が中間点PV1と接続するように、ダイオードDV1,DV2によって接続されている。この2つのダイオードDV1,DV2を接続する配線にある接続点は、コンデンサ部16の中性点NP1に接続されている。言い換えると、ダイオードDV1は、中間点PV1にカソード側が接続され、中性点NP1にアノード側が接続されている。また、ダイオードDV2は、中間点PV2にアノード側が接続され、中性点NP1にカソード側が接続されている。かかる構成において、第2スイッチング素子SV2と第3スイッチング素子SV3との間にある接続点からモータジェネレータ20にV相電圧が出力される。 In the V-phase arm, the first switching element SV1, the second switching element SV2, the third switching element SV3, and the fourth switching element SV4 are connected in series in this order from the positive bus 22 to the negative bus 24. The first switching element SV1, the second switching element SV2, the third switching element SV3, and the fourth switching element SV4 are configured such that a free-wheeling diode is inversely parallel to the semiconductor element. The intermediate point PV1 (first intermediate point) as a connection part in the wiring connecting the first switching element SV1 and the second switching element SV2, and the intermediate point PV2 (second intermediate point) as a connection part in the wiring connecting the third switching element SV3 and the fourth switching element SV4 are connected by the diodes DV1 and DV2 such that the anode side of the two diodes DV1 and DV2 connected in series is connected to the intermediate point PV2, and the cathode side is connected to the intermediate point PV1. The connection point of the wiring connecting these two diodes DV1 and DV2 is connected to the neutral point NP1 of the capacitor section 16. In other words, the cathode side of the diode DV1 is connected to the midpoint PV1, and the anode side is connected to the neutral point NP1. The anode side of the diode DV2 is connected to the midpoint PV2, and the cathode side is connected to the neutral point NP1. In this configuration, the V-phase voltage is output to the motor generator 20 from the connection point between the second switching element SV2 and the third switching element SV3.

W相アームでは、正母線22から負母線24に向かって、第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3、第4スイッチング素子SW4が、この順に直列に接続されている。第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3、及び、第4スイッチング素子SW4は、半導体素子に対して還流ダイオードが逆並列されて構成されている。第1スイッチング素子SW1と第2スイッチング素子SW2とを接続する配線にある接続部としての中間点PW1(第1中間点)、及び、第3スイッチング素子SW3と第4スイッチング素子SW4とを接続する配線にある接続部としての中間点PW2(第2中間点)は、直列に接続された2つのダイオードDW1,DW2のアノード側が中間点PW2と接続し、カソード側が中間点PW1と接続するように、ダイオードDW1,DW2によって接続されている。この2つのダイオードDW1,DW2を接続する配線にある接続点は、コンデンサ部16の中性点NP1に接続されている。言い換えると、ダイオードDW1は、中間点PW1にカソード側が接続され、中性点NP1にアノード側が接続されている。また、ダイオードDW2は、中間点PW2にアノード側が接続され、中性点NP1にカソード側が接続されている。かかる構成において、第2スイッチング素子SW2と第3スイッチング素子SW3との間にある接続点からモータジェネレータ20にW相電圧が出力される。 In the W-phase arm, the first switching element SW1, the second switching element SW2, the third switching element SW3, and the fourth switching element SW4 are connected in series in this order from the positive bus 22 to the negative bus 24. The first switching element SW1, the second switching element SW2, the third switching element SW3, and the fourth switching element SW4 are configured with a free-wheeling diode inversely parallel to the semiconductor element. The intermediate point PW1 (first intermediate point) as a connection part in the wiring connecting the first switching element SW1 and the second switching element SW2, and the intermediate point PW2 (second intermediate point) as a connection part in the wiring connecting the third switching element SW3 and the fourth switching element SW4 are connected by the diodes DW1 and DW2 so that the anode side of the two diodes DW1 and DW2 connected in series is connected to the intermediate point PW2 and the cathode side is connected to the intermediate point PW1. The connection point of the wiring connecting these two diodes DW1 and DW2 is connected to the neutral point NP1 of the capacitor section 16. In other words, the cathode side of the diode DW1 is connected to the midpoint PW1, and the anode side is connected to the neutral point NP1. The anode side of the diode DW2 is connected to the midpoint PW2, and the cathode side is connected to the neutral point NP1. In this configuration, the W-phase voltage is output to the motor generator 20 from the connection point between the second switching element SW2 and the third switching element SW3.

本実施形態において、インバータ18の各スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などを用いることができる。 In this embodiment, each switching element of the inverter 18 can be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.

モータジェネレータ20は、前記電動車両に搭載される回転電機であり、バッテリ12から出力されたDC電圧が、インバータ18によって三相AC電圧に変換されて供給されるときにモータとして作用し、車両を走行させるための駆動力を発生する。一方、モータジェネレータ20は、車両が制動されるときに発電機として作用し、制動エネルギーを回収して三相AC電圧として出力する。そして、この三相AC電圧がインバータ18によってDC電圧に変換されてバッテリ12に供給されることにより、バッテリ12が充電される。 The motor generator 20 is a rotating electric machine mounted on the electric vehicle, and acts as a motor when the DC voltage output from the battery 12 is converted to a three-phase AC voltage by the inverter 18 and supplied, generating a driving force for running the vehicle. On the other hand, the motor generator 20 acts as a generator when the vehicle is braked, recovering braking energy and outputting it as a three-phase AC voltage. This three-phase AC voltage is then converted to a DC voltage by the inverter 18 and supplied to the battery 12, thereby charging the battery 12.

DC充電器30は、バッテリ12を充電するために車両外部に設けられた外部充電器である。DC充電器30は、DC充電器30の不図示のプラグと車両側の不図示のコネクタとを接続するための充電器接続部50にて、充電装置10側と電気的に接続される2つの端子であるP端子(正極端子)32P及びN端子(負極端子)32Nを有している。充電器接続部50とインバータ18との間には、充電リレー42Pと充電リレー42Nとを有する充電リレー装置40、及び、リアクトル44Pが設けられている。なお、図1中のVchgは、充電器電圧である。 The DC charger 30 is an external charger provided outside the vehicle to charge the battery 12. The DC charger 30 has two terminals, a P terminal (positive terminal) 32P and an N terminal (negative terminal) 32N, which are electrically connected to the charging device 10 at a charger connection section 50 for connecting a plug (not shown) of the DC charger 30 to a connector (not shown) on the vehicle side. Between the charger connection section 50 and the inverter 18, a charging relay device 40 having a charging relay 42P and a charging relay 42N, and a reactor 44P are provided. Note that Vchg in FIG. 1 is the charger voltage.

図1に示すように、DC充電器30のP端子32Pは、充電リレー42P及びリアクトル44Pを介して、V相アームにおける第1スイッチング素子SV1と第2スイッチング素子SV2との中間点PV1と電気的に接続されている。また、DC充電器30のN端子32Nは、充電リレー42Nを介して、U相アームにおける第3スイッチング素子SU3と第4スイッチング素子SU4との中間点PU2と電気的に接続されている。 As shown in FIG. 1, the P terminal 32P of the DC charger 30 is electrically connected to the midpoint PV1 between the first switching element SV1 and the second switching element SV2 in the V-phase arm via a charging relay 42P and a reactor 44P. The N terminal 32N of the DC charger 30 is electrically connected to the midpoint PU2 between the third switching element SU3 and the fourth switching element SU4 in the U-phase arm via a charging relay 42N.

なお、実施形態に係る充電装置10では、U相アームとV相アームとW相アームとのうち、いずれか1相の3レベルインバータにおける第1中間点である中間点PU1,PV1,PW1と、DC充電器30のP端子32Pとを接続し、他の1相の3レベルインバータにおける第2中間点である中間点PU2,PV2,PW2と、DC充電器30のN端子32Nとを接続すればよい。 In the charging device 10 according to the embodiment, the intermediate points PU1, PV1, and PW1, which are the first intermediate points in the three-level inverter of any one of the U-phase, V-phase, and W-phase arms, are connected to the P terminal 32P of the DC charger 30, and the intermediate points PU2, PV2, and PW2, which are the second intermediate points in the three-level inverter of the other phase, are connected to the N terminal 32N of the DC charger 30.

このように、実施形態に係る充電装置10では、U相アームとV相アームとW相アームとのうち、いずれか1相の3レベルインバータにおける第1中間点が、DC充電器30のP端子32Pと電気的に接続される第1接続端子として用いられている。また、U相アームとV相アームとW相アームとのうち、他の1相の3レベルインバータにおける第2中間点が、DC充電器30のN端子32Nと電気的に接続される第2接続端子として用いられている。 In this manner, in the charging device 10 according to the embodiment, a first intermediate point in the three-level inverter of any one of the U-phase arm, V-phase arm, and W-phase arm is used as a first connection terminal electrically connected to the P terminal 32P of the DC charger 30. Also, a second intermediate point in the three-level inverter of the other of the U-phase arm, V-phase arm, and W-phase arm is used as a second connection terminal electrically connected to the N terminal 32N of the DC charger 30.

そして、実施形態に係る充電装置10は、インバータ18におけるU相、V相、及びW相のうち、いずれか1相の3レベルインバータにおける第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との間(第1中間点)にてDC充電器30のP端子32Pを電気的に接続し、他の1相の3レベルインバータにおける第3スイッチング素子と第4スイッチング素子との間(第2中間点)にてDC充電器30のN端子32Nを電気的に接続することにより、複数の電圧規格に対応して、DC充電器30によりバッテリ12を充電することができる構成となっている。また、実施形態に係る充電装置10においては、モータジェネレータ20とインバータ18とを接続する既存の端子にDC充電器30を接続する方式のため、分圧コンデンサを有する既存の3レベルインバータに対してインバータ18の加工や内部配線の追加なく実現可能であるため、コストを抑えることが可能となる。また、耐圧の高いコンデンサや追加部品を必要としないため、コストや部品サイズを抑えることが可能となる。 The charging device 10 according to the embodiment is configured to be able to charge the battery 12 by the DC charger 30 in accordance with a plurality of voltage standards by electrically connecting the P terminal 32P of the DC charger 30 between the first switching element and the second switching element (first midpoint) in the three-level inverter of any one of the U-phase, V-phase, and W-phase of the inverter 18, and electrically connecting the N terminal 32N of the DC charger 30 between the third switching element and the fourth switching element (second midpoint) in the three-level inverter of the other phase. In addition, in the charging device 10 according to the embodiment, since the DC charger 30 is connected to the existing terminal that connects the motor generator 20 and the inverter 18, it is possible to realize the existing three-level inverter having a voltage dividing capacitor without processing the inverter 18 or adding internal wiring, and therefore it is possible to reduce costs. In addition, since a capacitor with high voltage resistance or additional parts are not required, it is possible to reduce costs and part size.

バランサ回路26は、バッテリ12とコンデンサ部16との間に、これらと並列で接続されており、第1バランサスイッチング素子である第1スイッチング素子SB1と、第2バランサスイッチング素子である第2スイッチング素子SB2と、リアクトル28とによって構成されている。 The balancer circuit 26 is connected between the battery 12 and the capacitor section 16 in parallel with them, and is composed of a first switching element SB1 which is the first balancer switching element, a second switching element SB2 which is the second balancer switching element, and a reactor 28.

第1スイッチング素子SB1と第2スイッチング素子SB2とは、バッテリ12の正極側端子(正母線22)とバッテリ12の負極側端子(負母線24)との間に、互いに直列に接続されている。また、第1スイッチング素子SB1と第2スイッチング素子SB2とは、中性点NP2で互いに接続されている。つまり、第1スイッチング素子SB1は、一方側の端子が正母線22に接続され、他方側の端子が中性点NP2に接続されている。また、第2スイッチング素子SB2は、一方側の端子が中性点NP2に接続され、他方側の端子が負母線24に接続されている。 The first switching element SB1 and the second switching element SB2 are connected in series between the positive terminal (positive bus 22) of the battery 12 and the negative terminal (negative bus 24) of the battery 12. The first switching element SB1 and the second switching element SB2 are connected to each other at the neutral point NP2. That is, the first switching element SB1 has one terminal connected to the positive bus 22 and the other terminal connected to the neutral point NP2. The second switching element SB2 has one terminal connected to the neutral point NP2 and the other terminal connected to the negative bus 24.

リアクトル28は、一方側の端子が中性点NP2に接続されており、他方側の端子がコンデンサ部16の中性点NP1に接続されている。 One terminal of the reactor 28 is connected to the neutral point NP2, and the other terminal is connected to the neutral point NP1 of the capacitor section 16.

バランサ回路26は、第1スイッチング素子SB1及び第2スイッチング素子SB2のオンとオフとを切り替えることによって、コンデンサ部16の第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の電圧不均衡を解消するための回路である。 The balancer circuit 26 is a circuit for eliminating the voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 of the capacitor section 16 by switching the first switching element SB1 and the second switching element SB2 on and off.

図2は、実施形態に係る電力システムの構成を示すブロック図である。ECU60は、充電装置10などの動作を制御する電子制御装置である。ECU60は、充電制御部62及びゲート信号生成部64などを備えている。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the power system according to the embodiment. The ECU 60 is an electronic control device that controls the operation of the charging device 10 and other components. The ECU 60 includes a charging control unit 62 and a gate signal generating unit 64.

充電制御部62には、図示されていないシステム制御部から出力された充電電力指令信号、インバータ18に設けられた不図示の電圧計から出力された電圧位相信号、コンデンサ部16に設けられた不図示の電圧計から出力された第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の電圧VC1,VC2の信号、及び、DC充電器30から出力された充電器情報信号などの各種信号が入力される。また、充電制御部62は、例えば、充電電力指令信号、電圧位相信号、及び、電圧VC1,VC2の信号などに基づいて求めたdutyなどを、ゲート信号生成部64に出力する。ゲート信号生成部64は、インバータ18の各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を生成し、その生成したゲート信号を各スイッチング素子に出力する。また、ゲート信号生成部64は、バランサ回路26の各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるためのゲート信号を生成し、その生成したゲート信号を各スイッチング素子に出力する。 The charging control unit 62 receives various signals, such as a charging power command signal output from a system control unit (not shown), a voltage phase signal output from a voltmeter (not shown) provided in the inverter 18, the voltage VC1 and VC2 signals of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 output from a voltmeter (not shown) provided in the capacitor unit 16, and a charger information signal output from the DC charger 30. The charging control unit 62 also outputs, for example, a duty calculated based on the charging power command signal, the voltage phase signal, and the voltage VC1 and VC2 signals to the gate signal generating unit 64. The gate signal generating unit 64 generates a gate signal for switching each switching element of the inverter 18 between on and off, and outputs the generated gate signal to each switching element. The gate signal generating unit 64 also generates a gate signal for switching each switching element of the balancer circuit 26 between on and off, and outputs the generated gate signal to each switching element.

図3は、DC充電器30によってバッテリ12を充電する際の回路状態を示した図である。なお、図3において、オン(ON)の状態にしているスイッチング素子は、丸で囲んでおり、オフ(OFF)の状態にしているスイッチング素子は、丸で囲んでいない。 Figure 3 shows the circuit state when the battery 12 is charged by the DC charger 30. In Figure 3, switching elements that are in the ON state are circled, and switching elements that are in the OFF state are not circled.

図3に示すように、DC充電器30によってバッテリ12を充電する際には、まず、ECU60が、U相アームの第4スイッチング素子SU4とW相アームの第1スイッチング素子SW1とをオフからオンに切り替え、その他のスイッチング素子をオフにした状態する。次に、ECU60は、充電リレー装置40の充電リレー42P,42Nをオフからオンに切り替えて、DC充電器30からインバータ18を介してバッテリ12にDC電圧を供給し、バッテリ12の充電を行う。 As shown in FIG. 3, when the battery 12 is charged by the DC charger 30, the ECU 60 first switches the fourth switching element SU4 of the U-phase arm and the first switching element SW1 of the W-phase arm from off to on, and keeps the other switching elements off. Next, the ECU 60 switches the charging relays 42P, 42N of the charging relay device 40 from off to on, supplying DC voltage from the DC charger 30 to the battery 12 via the inverter 18, and charging the battery 12.

なお、第4スイッチング素子SU4と第1スイッチング素子SV1とは、それぞれの還流ダイオードに電流が流れるためオフにしてもよい。これにより、インバータ18の全てのスイッチング素子がオフの状態となるため、インバータ18の各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるスイッチング動作を行わずに済み、充電効率を高くできるとともに、充電のためのインバータ素子や冷却機構の追加を抑制することができる。一方、第4スイッチング素子SU4と第1スイッチング素子SV1とをオンにすることによって、第4スイッチング素子SU4と第1スイッチング素子SV1とに電流が流れた際の耐久性を確保することが可能となる。また、充電中には、インバータ18の各スイッチング素子のオンとオフとが固定されるため、スイッチング損失を低減させることができる。 The fourth switching element SU4 and the first switching element SV1 may be turned off because current flows through their respective freewheel diodes. This causes all switching elements of the inverter 18 to be turned off, eliminating the need to perform a switching operation to switch each switching element of the inverter 18 between on and off, improving charging efficiency and reducing the need to add inverter elements or cooling mechanisms for charging. On the other hand, turning on the fourth switching element SU4 and the first switching element SV1 makes it possible to ensure durability when current flows through the fourth switching element SU4 and the first switching element SV1. In addition, since the on and off states of each switching element of the inverter 18 are fixed during charging, switching losses can be reduced.

図4は、充電中に電圧不均衡が発生した場合にバランサ回路を駆動させないときの電圧波形を示した図である。 Figure 4 shows the voltage waveform when a voltage imbalance occurs during charging and the balancer circuit is not activated.

単にDC充電器30によってバッテリ12を充電した場合には、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との電圧不均衡によって、一方のコンデンサの電圧が過充電によりコンデンサ上限電圧に到達することがある。このように一方のコンデンサの電圧がコンデンサ上限電圧に到達すると、当該コンデンサが壊れないようにするため、バッテリ12の充電が完了していないにも関わらず、充電を停止する必要がある。 When the battery 12 is simply charged by the DC charger 30, a voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 may cause the voltage of one of the capacitors to reach the capacitor upper limit voltage due to overcharging. When the voltage of one of the capacitors reaches the capacitor upper limit voltage in this way, in order to prevent the capacitor from being damaged, it is necessary to stop charging the battery 12 even though charging is not complete.

図5は、充電中に電圧不均衡が発生した場合にバランサ回路を駆動させたときの電圧波形を示した図である。 Figure 5 shows the voltage waveform when the balancer circuit is activated if a voltage imbalance occurs during charging.

実施形態に係る充電装置10においては、DC充電器30によるバッテリ12の充電中に、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との電圧不均衡によって、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2とのうちの一方のコンデンサの電圧が予め設定された閾値を超えると、バランサ回路26を駆動させる。なお、前記閾値は、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2が壊れないために予め設定されたコンデンサ上限電圧よりも低い電圧に設定されている。 In the charging device 10 according to the embodiment, when the voltage of one of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 exceeds a preset threshold due to a voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 while the battery 12 is being charged by the DC charger 30, the balancer circuit 26 is driven. Note that the threshold is set to a voltage lower than the preset capacitor upper limit voltage so that the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are not damaged.

図5では、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との電圧不均衡によって、第1コンデンサC1が前記閾値を超えたときに、バランサ回路26を駆動させて、第1コンデンサC1の電荷を第2コンデンサC2に移動させることにより、第1コンデンサC1の電圧を下げて、第1コンデンサC1の電圧がバッテリ上限電圧に到達しないようにしている。 In FIG. 5, when the voltage of the first capacitor C1 exceeds the threshold due to a voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2, the balancer circuit 26 is driven to transfer the charge of the first capacitor C1 to the second capacitor C2, thereby lowering the voltage of the first capacitor C1 and preventing the voltage of the first capacitor C1 from reaching the upper battery voltage limit.

以下、図6及び図7を用いて、バランサ回路26を駆動させることによって、第1コンデンサC1の電荷を第2コンデンサC2に移動させる方法について説明する。 Below, using Figures 6 and 7, we will explain how to move the charge of the first capacitor C1 to the second capacitor C2 by driving the balancer circuit 26.

図6は、バランサ回路26において、第1スイッチング素子SB1をオンにし、第2スイッチング素子SB2をオフにしたときの回路状態を示した図である。図7は、バランサ回路26において、第1スイッチング素子SB1をオフにし、第2スイッチング素子SB2をオンにしたときの回路状態を示した図である。なお、図6及び図7においては、充電装置10におけるコンデンサ部16及びバランサ回路26に着目して図示している。 Figure 6 is a diagram showing the circuit state when the first switching element SB1 is turned on and the second switching element SB2 is turned off in the balancer circuit 26. Figure 7 is a diagram showing the circuit state when the first switching element SB1 is turned off and the second switching element SB2 is turned on in the balancer circuit 26. Note that Figures 6 and 7 focus on the capacitor section 16 and balancer circuit 26 in the charging device 10.

まず、ECU60は、図6に示すように、バランサ回路26において、第1スイッチング素子SB1をオンにし、第2スイッチング素子SB2をオフにする。これにより、第1コンデンサC1と第1スイッチング素子SB1とリアクトル28とに、図6中、矢印Aで示すように電流が流れるような閉回路が形成される。そして、この際、第1コンデンサC1の電荷の一部がリアクトル28に蓄積されることによって、第1コンデンサC1の電圧が低下する。その後、ECU60は、所定のタイミングで、図7に示すように、バランサ回路26において、第1スイッチング素子SB1をオフにし、第2スイッチング素子SB2をオンにする。これにより、第2コンデンサC2とリアクトル28と第2スイッチング素子SB2とに、図7中、矢印Bで示すように電流が流れるような閉回路が形成される。そして、この際、リアクトル28に蓄積されていた第1コンデンサC1の電荷が、第2コンデンサC2に移動することによって、第2コンデンサC2の電圧が高くなる。これにより、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との電圧不均衡を低減させることができる。 First, as shown in FIG. 6, the ECU 60 turns on the first switching element SB1 and turns off the second switching element SB2 in the balancer circuit 26. As a result, a closed circuit is formed in which a current flows through the first capacitor C1, the first switching element SB1, and the reactor 28 as shown by the arrow A in FIG. 6. At this time, a part of the charge of the first capacitor C1 is stored in the reactor 28, and the voltage of the first capacitor C1 drops. After that, as shown in FIG. 7, the ECU 60 turns off the first switching element SB1 and turns on the second switching element SB2 in the balancer circuit 26 at a predetermined timing. As a result, a closed circuit is formed in which a current flows through the second capacitor C2, the reactor 28, and the second switching element SB2 as shown by the arrow B in FIG. At this time, the charge of the first capacitor C1 stored in the reactor 28 moves to the second capacitor C2, and the voltage of the second capacitor C2 increases. This reduces the voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2.

また、実施形態に係る充電装置10では、ECU60によって、バランサ回路26の第1スイッチング素子SB1と第2スイッチング素子SB2とのオンとオフとの切り替えを繰り返し行うことにより、第1コンデンサC1の電荷を第2コンデンサC2へ移動させることによって、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との電圧不均衡を解消させることができる。 In addition, in the charging device 10 according to the embodiment, the ECU 60 repeatedly switches the first switching element SB1 and the second switching element SB2 of the balancer circuit 26 on and off, thereby transferring the charge of the first capacitor C1 to the second capacitor C2, thereby eliminating the voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2.

そして、実施形態に係る充電装置10においては、DC充電器30によるバッテリ12の充電中に、第1コンデンサC1の電圧が前記閾値を超えたときに、バランサ回路26を駆動させて第1コンデンサC1の電荷を第2コンデンサC2に移動させることにより、第1コンデンサC1の電圧がコンデンサ上限電圧に到達することを抑制することができる。よって、実施形態に係る充電装置10は、第1コンデンサC1の過充電によるバッテリ12の充電完了前の充電動作を停止せずに、バッテリ12の充電を継続することができる。 In the charging device 10 according to the embodiment, when the voltage of the first capacitor C1 exceeds the threshold value while the DC charger 30 is charging the battery 12, the balancer circuit 26 is driven to move the charge of the first capacitor C1 to the second capacitor C2, thereby preventing the voltage of the first capacitor C1 from reaching the capacitor upper limit voltage. Therefore, the charging device 10 according to the embodiment can continue charging the battery 12 without stopping the charging operation before the charging of the battery 12 is completed due to overcharging of the first capacitor C1.

また、実施形態に係る充電装置10においては、DC充電器30によるバッテリ12の充電中に、第2コンデンサC2の電圧が前記閾値を超えたときに、バランサ回路26を駆動させて第2コンデンサC2の電荷を第1コンデンサC1に移動させる。 In addition, in the charging device 10 according to the embodiment, when the voltage of the second capacitor C2 exceeds the threshold value while the battery 12 is being charged by the DC charger 30, the balancer circuit 26 is driven to transfer the charge of the second capacitor C2 to the first capacitor C1.

まず、ECU60は、バランサ回路26において、第2スイッチング素子SB2をオンにし、第1スイッチング素子SB1をオフにする。これにより、第2コンデンサC2とリアクトル28と第2スイッチング素子SB2とに電流が流れるような閉回路が形成される。そして、この際、第2コンデンサC2の電荷の一部がリアクトル28に蓄積されることによって、第2コンデンサC2の電圧が低下する。その後、ECU60は、所定のタイミングで、バランサ回路26において、第2スイッチング素子SB2をオフにし、第1スイッチング素子SB1をオンにする。これにより、第1コンデンサC1と第1スイッチング素子SB1とリアクトル28とに電流が流れるような閉回路が形成される。そして、この際、リアクトル28に蓄積されていた第2コンデンサC2の電荷が、第1コンデンサC1に移動することによって、第1コンデンサC1の電圧が高くなる。これにより、第1コンデンサと第2コンデンサとの電圧不均衡を低減させることができる。 First, the ECU 60 turns on the second switching element SB2 and turns off the first switching element SB1 in the balancer circuit 26. This forms a closed circuit in which a current flows through the second capacitor C2, the reactor 28, and the second switching element SB2. At this time, a part of the charge of the second capacitor C2 is stored in the reactor 28, and the voltage of the second capacitor C2 drops. After that, the ECU 60 turns off the second switching element SB2 and turns on the first switching element SB1 in the balancer circuit 26 at a predetermined timing. This forms a closed circuit in which a current flows through the first capacitor C1, the first switching element SB1, and the reactor 28. At this time, the charge of the second capacitor C2 stored in the reactor 28 moves to the first capacitor C1, and the voltage of the first capacitor C1 increases. This reduces the voltage imbalance between the first capacitor and the second capacitor.

また、実施形態に係る充電装置10では、ECU60によって、バランサ回路26の第1スイッチング素子SB1と第2スイッチング素子SB2とのオンとオフとの切り替えを繰り返し行うことにより、第2コンデンサC2の電荷を第1コンデンサC1へ移動させることによって、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との電圧不均衡を解消させることができる。 In addition, in the charging device 10 according to the embodiment, the ECU 60 repeatedly switches the first switching element SB1 and the second switching element SB2 of the balancer circuit 26 on and off, thereby transferring the charge of the second capacitor C2 to the first capacitor C1, thereby eliminating the voltage imbalance between the first capacitor C1 and the second capacitor C2.

そして、実施形態に係る充電装置10においては、DC充電器30によるバッテリ12の充電中に、第2コンデンサC2の電圧が前記閾値を超えたときに、バランサ回路26を駆動させて第2コンデンサC2の電荷を第1コンデンサC1に移動させることにより、第2コンデンサC2の電圧がコンデンサ上限電圧に到達することを抑制することができる。よって、実施形態に係る充電装置10は、第2コンデンサC2の過充電によるバッテリ12の充電完了前の充電動作を停止せずに、バッテリ12の充電を継続することができる。 In the charging device 10 according to the embodiment, when the voltage of the second capacitor C2 exceeds the threshold value while the DC charger 30 is charging the battery 12, the balancer circuit 26 is driven to move the charge of the second capacitor C2 to the first capacitor C1, thereby preventing the voltage of the second capacitor C2 from reaching the capacitor upper limit voltage. Therefore, the charging device 10 according to the embodiment can continue charging the battery 12 without stopping the charging operation before the charging of the battery 12 is completed due to overcharging of the second capacitor C2.

10 充電装置
12 バッテリ
16 コンデンサ部
18 インバータ
20 モータジェネレータ
22 正母線
24 負母線
26 バランサ回路
28 リアクトル
30 DC充電器
32N N端子
32P P端子
40 充電リレー装置
42N,42P 充電リレー
44P リアクトル
50 充電器接続部
60 ECU
62 充電制御部
64 ゲート信号生成部
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
DU1,DU2,DV1,DV2,DW1,DW2 ダイオード
SB1,SU1,SV1,SW1 第1スイッチング素子
SB2,SU2,SV2,SW2 第2スイッチング素子
SU3,SV3,SW3 第3スイッチング素子
SU4,SV4,SW4 第4スイッチング素子
REFERENCE SIGNS LIST 10 Charging device 12 Battery 16 Capacitor section 18 Inverter 20 Motor generator 22 Positive bus 24 Negative bus 26 Balancer circuit 28 Reactor 30 DC charger 32N N terminal 32P P terminal 40 Charging relay device 42N, 42P Charging relay 44P Reactor 50 Charger connection section 60 ECU
62 Charging control section 64 Gate signal generating section C1 First capacitor C2 Second capacitor DU1, DU2, DV1, DV2, DW1, DW2 Diodes SB1, SU1, SV1, SW1 First switching elements SB2, SU2, SV2, SW2 Second switching elements SU3, SV3, SW3 Third switching elements SU4, SV4, SW4 Fourth switching element

Claims (1)

蓄電池の正極側端子と負極側端子との間に、第1コンデンサ及び第2コンデンサが直列に接続されるコンデンサ部と、
直列に接続された第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを接続する配線にカソード側が接続され、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを接続する配線にアノード側が接続された第1ダイオードと、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とを接続する配線にアノード側が接続され、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを接続する配線にカソード側が接続された第2ダイオードと、を有し、前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子をそれぞれオン・オフさせることによって、3つの異なる電圧値のうちのいずれかの電圧値の電圧を選択的にモータジェネレータに出力可能な3レベルインバータが、U相、V相、及びW相の3相分、前記蓄電池と並列に接続される電力変換器と、
前記電力変換器の各スイッチング素子のオンとオフとの切り替えを制御する制御装置と、
前記U相と前記V相と前記W相とのうち、いずれか1相の前記3レベルインバータにおける前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との間にて、DC充電器のP端子と電気的に接続される第1接続端子と、
前記U相と前記V相と前記W相とのうち、他の1相の前記3レベルインバータにおける前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間にて、前記DC充電器のN端子と電気的に接続される第2接続端子と、
を備えた充電装置であって、
前記蓄電池と前記コンデンサ部との間に、前記蓄電池及び前記コンデンサ部と並列で接続されており、前記第1コンデンサの電圧が、予め設定された閾値を超えたときに、前記第1コンデンサから前記第2コンデンサへ電荷を移動させるバランサ回路を備えており、
前記閾値は、コンデンサ上限電圧よりも低い電圧であって、前記蓄電池の満充電時電圧の半分の電圧よりも高い電圧であり、
前記バランサ回路は、第1バランサスイッチング素子と第2バランサスイッチング素子とリアクトルとによって構成されており、
前記第1バランサスイッチング素子及び前記第2バランサスイッチング素子は、前記蓄電池の正極側端子と負極側端子との間に直列で接続されており、
前記リアクトルの一方側は前記第1バランサスイッチング素子と前記第2バランサスイッチング素子との間に接続されており、前記リアクトルの他方側は前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの間に接続されており、
前記制御装置は、
前記DC充電器による前記蓄電池の充電中に、前記第1コンデンサの電圧が前記第2コンデンサの電圧よりも高く、前記第1コンデンサの電圧が前記閾値を超えたときに、前記第1バランサスイッチング素子をオンにし、前記第2バランサスイッチング素子をオフにして、その後、前記第1コンデンサの電圧が前記閾値を下回った所定のタイミングで、前記第1バランサスイッチング素子をオフにし、前記第2バランサスイッチング素子をオンにする、前記第1バランサスイッチング素子及び前記第2バランサスイッチング素子のオンとオフとの切り替え制御を行うことを特徴とする充電装置。
a capacitor section in which a first capacitor and a second capacitor are connected in series between a positive terminal and a negative terminal of the storage battery;
a first diode having a cathode connected to a wiring connecting the first switching element and the second switching element and an anode connected to a wiring connecting the first capacitor and the second capacitor, and a second diode having an anode connected to a wiring connecting the third switching element and the fourth switching element and a cathode connected to a wiring connecting the first capacitor and the second capacitor, the power converter including a three-level inverter capable of selectively outputting a voltage of one of three different voltage values to a motor generator by turning on and off the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element, respectively, for three phases, i.e., a U-phase, a V-phase, and a W-phase, the three-level inverter being connected in parallel with the storage battery;
A control device that controls switching on and off of each switching element of the power converter;
a first connection terminal electrically connected to a P terminal of a DC charger between the first switching element and the second switching element in the three-level inverter of any one of the U phase, the V phase, and the W phase;
a second connection terminal electrically connected to an N terminal of the DC charger between the third switching element and the fourth switching element in the three-level inverter of the other one of the U phase, the V phase, and the W phase;
A charging device comprising:
a balancer circuit is provided between the storage battery and the capacitor unit, the balancer circuit being connected in parallel with the storage battery and the capacitor unit, and transferring charge from the first capacitor to the second capacitor when a voltage of the first capacitor exceeds a preset threshold value;
The threshold value is a voltage lower than a capacitor upper limit voltage and higher than half a voltage of a fully charged voltage of the storage battery,
the balancer circuit is composed of a first balancer switching element, a second balancer switching element, and a reactor,
the first balancer switching element and the second balancer switching element are connected in series between a positive terminal and a negative terminal of the storage battery,
one side of the reactor is connected between the first balancer switching element and the second balancer switching element, and the other side of the reactor is connected between the first capacitor and the second capacitor;
The control device includes:
A charging device characterized in that, during charging of the storage battery by the DC charger, when the voltage of the first capacitor is higher than the voltage of the second capacitor and the voltage of the first capacitor exceeds the threshold, the first balancer switching element is turned on and the second balancer switching element is turned off, and then, at a predetermined timing when the voltage of the first capacitor falls below the threshold, the first balancer switching element is turned off and the second balancer switching element is turned on ,
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