JP7639349B2

JP7639349B2 - Power Supplies

Info

Publication number: JP7639349B2
Application number: JP2021004446A
Authority: JP
Inventors: 直義高松; 弘嗣大畠; 拓弥坂本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2025-03-05
Anticipated expiration: 2041-01-14
Also published as: JP2022109098A

Description

本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device.

特許文献１には、モータジェネレータ駆動用のインバータに、充電器としての機能の一部を兼ねるようにする構成が開示されている。 Patent document 1 discloses a configuration in which an inverter for driving a motor generator also functions as a charger.

特開２００７－２５２０７４号公報JP 2007-252074 A

特許文献１に開示された技術においては、ＡＣ充電を想定しており、ＤＣ充電に関して何ら考慮されていない。一方で、現存するＤＣ充電器においては、最大電圧が４００［Ｖ］と８００［Ｖ］とのものが存在するため、車両側としてはどちらの電圧にも対応していることが好ましい。しかしながら、車両側の電池電圧が充電器の最大電圧よりも高い場合には、充電ができず、電池を並列化することによって対応は可能であるが、その分、充電時間が延びてしまうため改善の余地があった。 The technology disclosed in Patent Document 1 assumes AC charging, and does not take DC charging into consideration at all. On the other hand, existing DC chargers have maximum voltages of 400V and 800V, so it is preferable for the vehicle to be able to handle both voltages. However, if the battery voltage on the vehicle side is higher than the maximum voltage of the charger, charging is not possible. Although this can be addressed by connecting the batteries in parallel, this extends the charging time, leaving 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、蓄電池側の電圧が高くても充電することが可能な電源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 power supply device that can charge even when the voltage on the storage battery side is high.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、蓄電池と、前記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たコンデンサ部と、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スイッチング素子のそれぞれのオンとオフとを切り替えることによって、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た電力変換器と、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、を備えた電源装置であって、前記制御装置は、前記第１コンデンサが充電される第１モード及び前記第２コンデンサが充電される第２モードと、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとが充電される第３モードとを、交互に切り替えるように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 power supply device according to the present invention comprises a storage battery, 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 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 selectively supplies a voltage of one of three different voltage values to a motor by switching on and off the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element, respectively. A power supply device including a three-level inverter capable of outputting power to a generator, a power converter connected in parallel with the storage battery for three phases, U phase, V phase, and W phase, a control device for controlling the switching on and off 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 of the three-level inverter for any one of the U phase, the V phase, and the W phase, 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 of the three-level inverter for the other one of the U phase, the V phase, and the W phase, and the control device controls the switching on and off of each switching element so as to alternate between a first mode in which the first capacitor is charged, a second mode in which the second capacitor is charged, and a third mode in which the first capacitor and the second capacitor are charged.

本発明に係る電源装置は、充電器側の電圧を任意に昇圧比を得ることができるため、蓄電池側の電圧が高くても、充電することが可能になるという効果を奏する。 The power supply device of the present invention can obtain any step-up ratio for the voltage on the charger side, which has the effect of making it possible to charge even if the voltage on the storage battery side is high.

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、直結モードによってＤＣ充電器により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 a DC charger in the direct connection mode. 図４は、昇圧モードによってＤＣ充電器によりバッテリを充電する際における第１充電モードでの回路状態を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the circuit state in the first charging mode when the battery is charged by the DC charger in the boost mode. 図５は、昇圧モードによってＤＣ充電器によりバッテリを充電する際における第２充電モードでの回路状態を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the circuit state in the second charging mode when the battery is charged by the DC charger in the boost mode. 図６は、昇圧モードによってＤＣ充電器によりバッテリを充電する際における第３充電モードでの回路状態を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the circuit state in the third charging mode when the battery is charged by the DC charger in the boost mode. 図７は、昇圧モード時における、各電圧、各電流、及び、各スイッチング素子のオンとオフ、の時間変化を波形で示したグラフである。FIG. 7 is a graph showing, in the form of waveforms, the changes over time in each voltage, each current, and the on/off state of each switching element in the boost mode.

以下に、本発明に係る電源装置の実施形態について説明する。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 a power supply 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、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）やＲＥＥＶ（ＲａｎｇｅＥｘｔｅｎｄｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）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, PHVs (Plug-in Hybrid Vehicles), and REEVs (Range Extended Electric Vehicles).

実施形態に係る電力システムは、電源装置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、電源装置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 power supply device 10, a motor generator 20, a DC charger 30, and the like. In the power system according to the embodiment, the power supply 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.

電源装置１０は、バッテリ１２、コンデンサ部１６、電力変換器１８、充電リレー装置４０、及び、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）６０などを備えている。電源装置１０は、モータジェネレータ２０と電気的に接続されている。 The power supply device 10 includes a battery 12, a capacitor section 16, a power converter 18, a charging relay device 40, and an ECU (Electronic Control Unit) 60. The power supply device 10 is electrically connected 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。 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.

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コンデンサであるコンデンサＣ１と第２コンデンサであるコンデンサＣ２とによって構成されている。コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とは、中性点ＮＰ１で互いに接続されている。つまり、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、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、コンデンサＣ１，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、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、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, which 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 capacitors C1 and C2 are connected to each other at the neutral point NP1. That is, one terminal of the capacitor C1 is connected to the positive bus 22, and the other terminal is connected to the neutral point NP1. The capacitor C2 is connected to the neutral point NP1 and the other terminal is connected to the negative bus 24. Therefore, if the capacitors C1 and 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 half the voltage of the battery 12. The neutral point voltage corresponds to the voltage VC2, which is the terminal voltage of the capacitor C2. Also, VC1 in FIG. 1 is the terminal voltage of the capacitor C1.

電力変換器１８は、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。電力変換器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 power converter 18 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 power converter 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、電力変換器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 power converter 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。各スイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，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. Each of the switching elements SU1, SU2, SU3, and SU4 is configured with a freewheeling diode in inverse parallel to the semiconductor element. Note that the inverse 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。各スイッチング素子ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，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. Each of the switching elements SV1, SV2, SV3, and SV4 is configured with a free-wheeling diode 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 so 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 in the wiring connecting these two diodes DV1 and DV2 is connected to the neutral point NP1 of the capacitor unit 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。各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，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. Each of the switching elements SW1, SW2, SW3, and SW4 is 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 in the wiring connecting these two diodes DW1 and DW2 is connected to the neutral point NP1 of the capacitor unit 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、電力変換器１８の各スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。 In this embodiment, each switching element of the power converter 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、電力変換器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電圧が電力変換器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 power converter 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 power converter 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、電源装置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と電力変換器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。 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, that are electrically connected to the power supply 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 power converter 18, a charging relay device 40 having a charging relay 42P and a charging relay 42N, and a reactor 44P are provided.

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、Ｕ相アームにおけるスイッチング素子ＳＵ１とスイッチング素子ＳＵ２との中間点ＰＵ１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、Ｖ相アームにおけるスイッチング素子ＳＶ３とスイッチング素子ＳＶ４との中間点ＰＶ２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 PU1 between the switching elements SU1 and SU2 in the U-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 PV2 between the switching elements SV3 and SV4 in the V-phase arm via a charging relay 42N.

なお、実施形態に係る電源装置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 power supply 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、実施形態に係る電源装置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 way, in the power supply 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、実施形態に係る電源装置１０は、電力変換器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。 The power supply 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 power converter 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.

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、電源装置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。なお、図２中、「ＶＢ」はバッテリ電圧であり、「ＶＨ］は充電電圧である。 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 power supply device 10 and other components. The ECU 60 includes a charging control unit 62 and a gate signal generating unit 64. In Figure 2, "VB" is the battery voltage, and "VH" is the charging voltage.

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、電力変換器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コンデンサＣ１，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（Ｕ相ｄｕｔｙ及びＶ相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、電力変換器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。 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 power converter 18, signals of the voltages VC1 and VC2 of the capacitors C1 and 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, duties (U-phase duty and V-phase duty) calculated based on the charging power command signal, the voltage phase signal, and the signals of the voltages VC1 and VC2 to the gate signal generation unit 64. The gate signal generation unit 64 generates gate signals for switching on and off each switching element of the power converter 18, and outputs the generated gate signals to each switching element.

実施形態に係る電源装置１０においては、ＥＣＵ６０の制御モードとして、ＤＣ充電器３０によってバッテリ１２を充電する際に、ＤＣ充電器３０の最大電圧がバッテリ電圧ＶＢ以上の場合に適用する直結モードと、ＤＣ充電器３０の最大電圧がバッテリ電圧ＶＢよりも低い場合に適用する昇圧モードとを有している。直結モードでは、ＤＣ充電器３０からの電力を昇圧せずにバッテリ１２を充電する。昇圧モードでは、ＤＣ充電器３０からの電力を昇圧してバッテリ１２を充電する。なお、実施形態に係る電源装置１０では、直結モードと昇圧モードともに、ＤＣ充電器３０からモータジェネレータ２０に電流を流すことなくバッテリ１２の充電を行う。 In the power supply device 10 according to the embodiment, the ECU 60 has, as control modes, a direct connection mode that is applied when the maximum voltage of the DC charger 30 is equal to or higher than the battery voltage VB when the battery 12 is charged by the DC charger 30, and a boost mode that is applied when the maximum voltage of the DC charger 30 is lower than the battery voltage VB. In the direct connection mode, the battery 12 is charged without boosting the power from the DC charger 30. In the boost mode, the battery 12 is charged by boosting the power from the DC charger 30. Note that in the power supply device 10 according to the embodiment, in both the direct connection mode and the boost mode, the battery 12 is charged without flowing current from the DC charger 30 to the motor generator 20.

充電制御部６２は、ＤＣ充電器３０からの充電器情報信号に基づいて、ＤＣ充電器３０の最大電圧とバッテリ電圧ＶＢとを比較する。そして、ＤＣ充電器３０の最大電圧がバッテリ電圧ＶＢ以上の場合には、直結モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する。一方、ＤＣ充電器３０の最大電圧がバッテリ電圧ＶＢよりも低い場合には、昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する。 The charging control unit 62 compares the maximum voltage of the DC charger 30 with the battery voltage VB based on the charger information signal from the DC charger 30. Then, if the maximum voltage of the DC charger 30 is equal to or higher than the battery voltage VB, the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the direct connection mode. On the other hand, if the maximum voltage of the DC charger 30 is lower than the battery voltage VB, the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the boost mode.

なお、直結モードと昇圧モードとの選択は、例えば、電源装置１０が搭載された前記電動車両に設けられたスイッチなどを、運転手などの作業者が、ＤＣ充電器３０の仕様（最大電圧）に基づいて操作することにより行うようにしてもよい。 The selection between the direct connection mode and the boost mode may be performed, for example, by an operator such as a driver operating a switch provided on the electric vehicle equipped with the power supply device 10 based on the specifications (maximum voltage) of the DC charger 30.

図３は、直結モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際の回路状態を示した図である。なお、図３では、ＤＣ充電器３０の最大電圧が４００［Ｖ］であり、バッテリ電圧ＶＢが６００［Ｖ］である。また、図３において、オンの状態にしているスイッチング素子は、丸で囲んである。 Figure 3 shows the circuit state when the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the direct connection mode. In Figure 3, the maximum voltage of the DC charger 30 is 400 [V], and the battery voltage VB is 600 [V]. In Figure 3, the switching elements that are in the on state are circled.

図３に示すように、直結モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際には、まず、ＥＣＵ６０が、Ｕ相アームの第１スイッチング素子ＳＵ１とＶ相アームの第４スイッチング素子ＳＷ４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とする。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から電力変換器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 in the direct connection mode, the ECU 60 first switches the first switching element SU1 of the U-phase arm and the fourth switching element SW4 of the V-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 power converter 18, and charging the battery 12.

なお、第１スイッチング素子ＳＵ１と第４スイッチング素子ＳＶ４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、電力変換器１８の全てのスイッチング素子がオフの状態となるため、電力変換器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１スイッチング素子ＳＵ１と第４スイッチング素子ＳＶ４とをオンにすることによって、第１スイッチング素子ＳＵ１と第４スイッチング素子ＳＶ４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。 The first switching element SU1 and the fourth switching element SV4 may be turned off because current flows through their respective freewheel diodes. This causes all switching elements of the power converter 18 to be turned off, eliminating the need to perform a switching operation to switch each switching element of the power converter 18 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 first switching element SU1 and the fourth switching element SV4 makes it possible to ensure durability when current flows through the first switching element SU1 and the fourth switching element SV4.

また、直結モードでの充電中には、電力変換器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。また、通電電流に無関係なスイッチング素子の切替はオンとオフとのどちらでもよい。 In addition, during charging in direct connection mode, each switching element of the power converter 18 is fixed to on or off, which reduces switching loss. Also, switching elements that are unrelated to the current flowing can be switched either on or off.

図４は、昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際における第１充電モードでの回路状態を示した図である。図５は、昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際における第２充電モードでの回路状態を示した図である。図６は、昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際における第３充電モードでの回路状態を示した図である。なお、図４、図５及び図６において、オンの状態にしているスイッチング素子は、丸で囲んである。図７は、コンデンサＣ１の充電がオンの状態とコンデンサＣ２の充電がオンの状態との切り替えのタイミングの一例を示した図である。図７は、昇圧モード時における、各電圧、各電流、及び、各スイッチング素子のオンとオフ、の時間変化を波形で示したグラフである。 Figure 4 shows the circuit state in the first charging mode when the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the boost mode. Figure 5 shows the circuit state in the second charging mode when the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the boost mode. Figure 6 shows the circuit state in the third charging mode when the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the boost mode. In Figures 4, 5, and 6, the switching elements that are in the on state are circled. Figure 7 shows an example of the timing of switching between the charging of capacitor C1 and the charging of capacitor C2. Figure 7 is a graph showing the waveforms of the voltages, currents, and on/off changes of each switching element over time in the boost mode.

本実施形態では、図４に示すように、昇圧モードにおいて、ＤＣ充電器３０からコンデンサＣ１に電流が流れてコンデンサＣ１の充電がなされるようにした状態を、「コンデンサＣ１の充電がオンの状態」と言い、第１充電モードとする。また、本実施形態では、図５に示すように、昇圧モードにおいて、ＤＣ充電器３０からコンデンサＣ２に電流が流れてコンデンサＣ２の充電がなされるようにした状態を、「コンデンサＣ２の充電がオンの状態」と言い、第２充電モードとする。また、本実施形態では、図６に示すように、昇圧モードにおいて、ＤＣ充電器３０からコンデンサＣ１，Ｃ２に電流が流れてコンデンサＣ１，Ｃ２の充電がなされるようにした状態を、「コンデンサＣ１，Ｃ２の充電がオンの状態」と言い、第３充電モードとする。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, in the boost mode, a state in which a current flows from the DC charger 30 to the capacitor C1 to charge the capacitor C1 is called a "capacitor C1 charging on state" and is the first charging mode. Also, in this embodiment, as shown in FIG. 5, in the boost mode, a state in which a current flows from the DC charger 30 to the capacitor C2 to charge the capacitor C2 is called a "capacitor C2 charging on state" and is the second charging mode. Also, in this embodiment, as shown in FIG. 6, in the boost mode, a state in which a current flows from the DC charger 30 to the capacitors C1 and C2 to charge the capacitors C1 and C2 is called a "capacitor C1 and C2 charging on state" and is the third charging mode.

また、昇圧モードでは、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧ＶＣ１，ＶＣ２が均等になるように、充電制御部６２がフィードバック制御（ＰＩ制御）を行う。このフィードバック制御（ＰＩ制御）では、コンデンサＣ１の充電がオンの状態とコンデンサＣ２の充電がオンの状態とのｄｕｔｙ（Ｕ相ｄｕｔｙ及びＶ相ｄｕｔｙ）を、下記数式（１）及び数式（２）を用いて算出する。 In addition, in the boost mode, the charging control unit 62 performs feedback control (PI control) so that the voltages VC1 and VC2 of the capacitors C1 and C2 are equal. In this feedback control (PI control), the duties (U-phase duty and V-phase duty) when the charging of the capacitor C1 is on and when the charging of the capacitor C2 is on are calculated using the following formulas (1) and (2).

Ｕ相ｄｕｔｙ＝（２×Ｖｃｈａ－ＶＢ）／ＶＢ）＋｛Ｋｐ（ＶＣ１－ＶＣ２）＋Ｋｉ∫（ＶＣ１－ＶＣ２）ｄｔ｝・・・（１） U phase duty=(2×Vcha-VB)/VB)+{Kp(VC1-VC2)+Ki∫(VC1-VC2)dt}...(1)

Ｖ相ｄｕｔｙ＝（２×Ｖｃｈａ－ＶＢ）／ＶＢ）－｛Ｋｐ（ＶＣ１－ＶＣ２）＋Ｋｉ∫（ＶＣ１－ＶＣ２）ｄｔ｝・・・（２） V phase duty=(2×Vcha-VB)/VB)-{Kp(VC1-VC2)+Ki∫(VC1-VC2)dt}...(2)

なお、上記数式（１）及び（２）中、「Ｖｃｈａ」はＤＣ充電器３０の最大電圧であり、「Ｋｐ」は比例ゲインであり、「Ｋｉ」は積分ゲインである。 In the above formulas (1) and (2), "Vcha" is the maximum voltage of the DC charger 30, "Kp" is the proportional gain, and "Ki" is the integral gain.

また、上記数式（１）及び（２）の「（２×Ｖｃｈａ－ＶＢ）／ＶＢ）」は、任意の昇圧比の演算項を表したものである。また、上記数式（１）及び（２）の「｛Ｋｐ（ＶＣ１－ＶＣ２）＋Ｋｉ∫（ＶＣ１－ＶＣ２）ｄｔ｝」は、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧ＶＣ１，ＶＣ２を均等にする補正項を表したものである。 In addition, "(2 x Vcha - VB)/VB)" in the above formulas (1) and (2) represents the calculation term for an arbitrary boost ratio. In addition, "{Kp(VC1 - VC2) + Ki ∫ (VC1 - VC2) dt}" in the above formulas (1) and (2) represents the correction term that equalizes the voltages VC1 and VC2 of the capacitors C1 and C2.

このようにして算出された前記ｄｕｔｙ（Ｕ相ｄｕｔｙ及びＶ相ｄｕｔｙ）の情報は、充電制御部６２からゲート信号生成部６４に出力される。 The information on the duty (U-phase duty and V-phase duty) calculated in this manner is output from the charging control unit 62 to the gate signal generation unit 64.

ゲート信号生成部６４は、昇圧モード時に、前記ｄｕｔｙ（Ｕ相ｄｕｔｙ及びＶ相ｄｕｔｙ）及びキャリア周期Ｔなどに基づいて、コンデンサＣ１の充電がオンの状態またはコンデンサＣ２の充電がオンの状態となるように、電力変換器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。 The gate signal generating unit 64 generates a gate signal for switching each switching element of the power converter 18 on and off so that the charging of the capacitor C1 or the charging of the capacitor C2 is on based on the duty (U-phase duty and V-phase duty) and the carrier period T during the boost mode, and outputs the generated gate signal to each switching element.

昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際には、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧ＶＣ１，ＶＣ２をバッテリ電圧ＶＢの１／２になるように制御し、バッテリ電圧ＶＢはＤＣ充電器３０の電圧の１～２倍の任意の昇圧比をとるようにする。 When the battery 12 is charged by the DC charger 30 in boost mode, the voltages VC1 and VC2 of the capacitors C1 and C2 are controlled to be 1/2 the battery voltage VB, and the battery voltage VB is set to any boost ratio between 1 and 2 times the voltage of the DC charger 30.

図４に示したコンデンサＣ１の充電をオンの状態にする第１充電モードでは、ＥＣＵ６０が、Ｕ相アームにおける第１スイッチング素子ＳＵ１と、Ｖ相アームにおける第２スイッチング素子ＳＶ２及び第２スイッチング素子ＳＶ３とをオフからオンに切り替えて、その他のスイッチング素子をオフの状態にする。これにより、ＤＣ充電器３０のＰ端子３２ＰからＵ相アームの中間点ＰＵ１に出力された電流は、Ｕ相アームの第１スイッチング素子ＳＵ１と、コンデンサＣ１と、Ｖ相アームの第２スイッチング素子ＳＶ２及び第３スイッチング素子ＳＶ３とを通って、Ｖ相アームの中間点ＰＶ２からＤＣ充電器３０のＮ端子３２Ｎに入力される。これにより、コンデンサＣ１の充電がオンの状態では、ＤＣ充電器３０からの電力によってコンデンサＣ１が充電されて電圧ＶＣ１が高くなる。 In the first charging mode shown in FIG. 4, in which the charging of the capacitor C1 is turned on, the ECU 60 switches the first switching element SU1 in the U-phase arm and the second switching element SV2 and second switching element SV3 in the V-phase arm from off to on, and turns off the other switching elements. As a result, the current output from the P terminal 32P of the DC charger 30 to the midpoint PU1 of the U-phase arm passes through the first switching element SU1 of the U-phase arm, the capacitor C1, and the second switching element SV2 and third switching element SV3 of the V-phase arm, and is input from the midpoint PV2 of the V-phase arm to the N terminal 32N of the DC charger 30. As a result, when the charging of the capacitor C1 is turned on, the capacitor C1 is charged by the power from the DC charger 30, and the voltage VC1 becomes high.

なお、第１スイッチング素子ＳＵ１は、還流ダイオードに電流が流れるためオフにしてもよい。一方、第１スイッチング素子ＳＵ１をオンにすることによって、電流が流れた際の第１スイッチング素子ＳＵ１の耐久性を確保することが可能となる。 The first switching element SU1 may be turned off because current flows through the freewheel diode. On the other hand, by turning on the first switching element SU1, it is possible to ensure the durability of the first switching element SU1 when current flows.

図５に示したコンデンサＣ２の充電をオンの状態にする第２充電モードでは、ＥＣＵ６０が、Ｕ相アームにおける第２スイッチング素子ＳＵ２及び第３スイッチング素子ＳＵ３と、Ｖ相アームにおける第４スイッチング素子ＳＶ４とをオフからオンに切り替えて、その他のスイッチング素子をオフの状態にする。これにより、ＤＣ充電器３０のＰ端子３２ＰからＵ相アームの中間点ＰＵ１に出力された電流が、Ｕ相アームにおける第２スイッチング素子ＳＵ２及び第３スイッチング素子ＳＵ３と、コンデンサＣ２と、Ｖ相アームにおける第４スイッチング素子ＳＶ４とを通って、Ｖ相アームの中間点ＰＶ２からＤＣ充電器３０のＮ端子３２Ｎに入力される。これにより、コンデンサＣ２の充電がオンの状態では、ＤＣ充電器３０からの電力によってコンデンサＣ２が充電されて電圧ＶＣ２が高くなる。 In the second charging mode shown in FIG. 5, in which the charging of the capacitor C2 is turned on, the ECU 60 switches the second switching element SU2 and the third switching element SU3 in the U-phase arm and the fourth switching element SV4 in the V-phase arm from off to on, and turns off the other switching elements. As a result, the current output from the P terminal 32P of the DC charger 30 to the midpoint PU1 of the U-phase arm passes through the second switching element SU2 and the third switching element SU3 in the U-phase arm, the capacitor C2, and the fourth switching element SV4 in the V-phase arm, and is input from the midpoint PV2 of the V-phase arm to the N terminal 32N of the DC charger 30. As a result, when the charging of the capacitor C2 is turned on, the capacitor C2 is charged by the power from the DC charger 30, and the voltage VC2 becomes high.

なお、第４スイッチング素子ＳＶ４は、還流ダイオードに電流が流れるためオフにしてもよい。一方、第４スイッチング素子ＳＶ４をオンにすることによって、電流が流れた際の第４スイッチング素子ＳＵ４の耐久性を確保することが可能となる。 The fourth switching element SV4 may be turned off because current flows through the freewheel diode. On the other hand, by turning on the fourth switching element SV4, it is possible to ensure the durability of the fourth switching element SU4 when current flows.

図６に示したコンデンサＣ１，Ｃ２の充電をオンの状態にする第３充電モードでは、ＥＣＵ６０が、Ｕ相アームにおける第１スイッチング素子ＳＵ１と、Ｖ相アームにおける第４スイッチング素子ＳＶ４とをオフからオンに切り替えて、その他のスイッチング素子をオフの状態にする。これにより、ＤＣ充電器３０のＰ端子３２ＰからＵ相アームの中間点ＰＵ１に出力された電流が、Ｕ相アームにおける第１スイッチング素子ＳＵ１と、コンデンサＣ１と、コンデンサＣ２と、Ｖ相アームにおける第４スイッチング素子ＳＶ４とを通って、Ｖ相アームの中間点ＰＶ２からＤＣ充電器３０のＮ端子３２Ｎに入力される。これにより、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電がオンの状態では、ＤＣ充電器３０からの電力によってコンデンサＣ１，Ｃ２が充電されて電圧ＶＣ１，ＶＣ２が高くなる。 In the third charging mode shown in FIG. 6, in which the charging of the capacitors C1 and C2 is turned on, the ECU 60 switches the first switching element SU1 in the U-phase arm and the fourth switching element SV4 in the V-phase arm from off to on, and turns off the other switching elements. As a result, the current output from the P terminal 32P of the DC charger 30 to the midpoint PU1 of the U-phase arm passes through the first switching element SU1 in the U-phase arm, the capacitor C1, the capacitor C2, and the fourth switching element SV4 in the V-phase arm, and is input from the midpoint PV2 of the V-phase arm to the N terminal 32N of the DC charger 30. As a result, when the charging of the capacitors C1 and C2 is turned on, the capacitors C1 and C2 are charged by the power from the DC charger 30, and the voltages VC1 and VC2 become high.

なお、第１スイッチング素子ＳＵ１と第４スイッチング素子ＳＶ４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。一方、第１スイッチング素子ＳＵ１と第４スイッチング素子ＳＶ４とをオンにすることによって、第１スイッチング素子ＳＵ１と第４スイッチング素子ＳＶ４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。 The first switching element SU1 and the fourth switching element SV4 may be turned off because current flows through their respective freewheeling diodes. On the other hand, by turning on the first switching element SU1 and the fourth switching element SV4, it is possible to ensure durability when current flows through the first switching element SU1 and the fourth switching element SV4.

そして、実施形態に係る電源装置１０においては、ＥＣＵ６０が、昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際に、第１充電モード及び第２充電モードとの一方と、第３充電モードとを、交互に切り替えるように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。すなわち、例えば、図７に示すように、昇圧モードによってＤＣ充電器３０によりバッテリ１２を充電する際に、第１充電モード、第３充電モード、第２充電モード、第３充電モード、第１充電モード、第３充電モード、第２充電モード、・・・、となるように、Ｕ相アームにおける各スイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４と、Ｖ相アームにおける各スイッチング素子ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４との、オンとオフとの切り替えを制御する。 In the power supply device 10 according to the embodiment, the ECU 60 controls the on/off switching of each switching element so as to alternate between one of the first and second charging modes and the third charging mode when the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the boost mode. That is, for example, as shown in FIG. 7, when the battery 12 is charged by the DC charger 30 in the boost mode, the ECU 60 controls the on/off switching of each switching element SU1, SU2, SU3, SU4 in the U-phase arm and each switching element SV1, SV2, SV3, SV4 in the V-phase arm so as to switch between the first charging mode, the third charging mode, the second charging mode, the third charging mode, the first charging mode, the third charging mode, the second charging mode, ....

これにより、実施形態に係る電源装置１０においては、第１充電モードと第２充電モードとによってコンデンサＣ１とコンデンサＣ２とを交互に充電する期間の間に、第３充電モードによってコンデンサＣ１，Ｃ２を直列で充電する期間を挟むことによって、１～２倍の任意の昇圧比での昇圧動作を行うことができる。よって、実施形態に係る電源装置１０は、ＤＣ充電器３０側の電圧を任意に昇圧比を得ることができるため、バッテリ１２の電圧が高くても、充電することが可能になる。また、昇圧比を任意に設定できるため、バッテリ電圧の設計自由度が高まる。 As a result, in the power supply device 10 according to the embodiment, a period in which the capacitors C1 and C2 are charged in series in the third charging mode is inserted between periods in which the capacitors C1 and C2 are alternately charged in the first charging mode and the second charging mode, thereby enabling boost operation at any boost ratio between 1 and 2. Therefore, the power supply device 10 according to the embodiment can obtain any boost ratio for the voltage on the DC charger 30 side, making it possible to charge the battery 12 even if its voltage is high. In addition, because the boost ratio can be set arbitrarily, the design freedom of the battery voltage is increased.

また、昇圧モードでは、モータジェネレータ２０に電力を供給しないので、モータジェネレータ２０のコイルをリアクトルとして用いて昇圧を行わない。そのため、昇圧モードでの充電時には、モータジェネレータ２０が回転しないため、電源装置１０とモータジェネレータ２０との間での電力供給を遮断可能なリレーを設ける必要が無く、電源装置１０の低コスト化や小型化を図ることが可能となる。 In addition, in the boost mode, power is not supplied to the motor generator 20, so the coil of the motor generator 20 is not used as a reactor to boost the voltage. Therefore, since the motor generator 20 does not rotate during charging in the boost mode, there is no need to provide a relay that can cut off the power supply between the power supply device 10 and the motor generator 20, making it possible to reduce the cost and size of the power supply device 10.

また、昇圧モードでは、コンデンサＣ１，Ｃ２とＤＣ充電器３０との間の電圧差が０［Ｖ］に近くなるため、前記電圧差による電流リプルを低減させることができる。これにより、ＤＣ充電器３０と電力変換器１８との間に設けるリアクトルを小さくできたり、ＤＣ充電器３０と電力変換器１８との間からリアクトルを無くしたりすることができるため、電源装置１０の小型化、低コスト化、及び、高効率化を図ることができる。 In addition, in the boost mode, the voltage difference between the capacitors C1, C2 and the DC charger 30 becomes close to 0 [V], so the current ripple due to the voltage difference can be reduced. This allows the reactor between the DC charger 30 and the power converter 18 to be made smaller, or the reactor can be eliminated from between the DC charger 30 and the power converter 18, making it possible to reduce the size, cost, and efficiency of the power supply device 10.

また、実施形態に係る電源装置１０では、電力変換器１８を３レベルインバータよりも多レベルのインバータを用いて構成してもよい。この場合には、電力変換器１８からモータジェネレータ２０に電力を出力するスイッチング素子間とは別のスイッチング素子間に、ＤＣ充電器３０のＰ端子３２ＰとＮ端子３２Ｎとを電気的に接続すればよい。 In addition, in the power supply device 10 according to the embodiment, the power converter 18 may be configured using an inverter with more levels than a three-level inverter. In this case, the P terminal 32P and the N terminal 32N of the DC charger 30 may be electrically connected between switching elements other than between switching elements that output power from the power converter 18 to the motor generator 20.

１０電源装置
１２バッテリ
１６コンデンサ部
１８電力変換器
２０モータジェネレータ
２２正母線
２４負母線
３０ＤＣ充電器
３２ＮＮ端子
３２ＰＰ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
６０ＥＣＵ
６２充電制御部
６４ゲート信号生成部
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ
ＤＵ１，ＤＵ２，ＤＶ１，ＤＶ２，ＤＷ１，ＤＷ２ダイオード
ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１スイッチング素子
ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２スイッチング素子
ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３スイッチング素子
ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４スイッチング素子 REFERENCE SIGNS LIST 10 Power supply device 12 Battery 16 Capacitor section 18 Power converter 20 Motor generator 22 Positive bus 24 Negative bus 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 unit 64 Gate signal generating unit C1, C2 Capacitors DU1, DU2, DV1, DV2, DW1, DW2 Diodes SU1, SV1, SW1 Switching elements SU2, SV2, SW2 Switching elements SU3, SV3, SW3 Switching elements SU4, SV4, SW4 Switching elements

Claims

A storage battery,
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 three-level inverter being capable of selectively outputting a voltage of one of three different voltage values to a motor generator by switching on and off each of the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element, the three-level inverter being connected in parallel with the storage battery for three phases, U phase, V phase, and W phase;
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 power supply device comprising:
a first charging mode in which the first capacitor is charged, a second charging mode in which the second capacitor is charged, and a third charging mode in which the first capacitor and the second capacitor are charged,
The control device controls the on-off switching of each switching element to alternate between the first charging mode and one of the second charging mode and the third charging mode, such as the first charging mode , the third charging mode, the second charging mode, the third charging mode, and the first charging mode.