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公開番号2025099961
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216991
出願日2023-12-22
発明の名称充電システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H02J 7/00 20060101AFI20250626BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本明細書は、インバータとモータを用いてバッテリを充電する充電システムにおいて、バッテリよりも出力電圧が高い電源と低い電源のどちらでもバッテリを充電できるようにする。
【解決手段】本明細書が開示する充電システムは、受電端子、モータ、インバータ、複数の中性点スイッチング素子、複数のダイオードを備える。受電端子は受電正極端と受電負極端を備えており、電源が接続される。受電負極端はバッテリ負極に接続される。受電正極端は中性点に接続される。受電正極端と受電負極端の間にはコンデンサが接続されている。インバータの直流端にバッテリが接続され、交流端にモータの複数のステータコイルの一端が接続される。各中性点スイッチング素子は、複数のステータコイルのそれぞれの他端を中性点に接続する。各ダイオードのアノードが受電負極端に接続されており、カソードは各ステータコイルの他端に接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電源の電圧を変圧してバッテリを充電する充電システムであり、
複数のステータコイルを備えているモータと、
前記電源が接続可能な受電正極端と受電負極端を備えている受電端子であって前記受電負極端が前記バッテリのバッテリ負極端に接続されており、前記受電正極端が前記モータの中性点に接続されている受電端子と、
前記受電正極端と前記受電負極端の間に接続されているコンデンサと、
直流端が前記バッテリに接続されており、交流端が複数の前記ステータコイルの一端に接続されているインバータと、
複数の中性点スイッチング素子であって、それぞれの前記中性点スイッチング素子は複数の前記ステータコイルのそれぞれの他端を前記中性点に接続する複数の中性点スイッチング素子と、
複数のダイオードであって、それぞれの前記ダイオードのアノードが前記受電負極端に接続されておりカソードが複数の前記ステータコイルのそれぞれの他端に接続されている複数のダイオードと、
を備えている、充電システム
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
コントローラをさらに備えており、前記コントローラは、
前記受電端子に接続された前記電源の出力電圧が前記バッテリの出力電圧よりも低い場合は複数の前記中性点スイッチング素子を閉じ、前記インバータの下スイッチング素子をオンオフして前記電源の電圧を昇圧して前記バッテリを充電し、
前記受電端子に接続された前記電源の出力電圧が前記バッテリの出力電圧よりも高い場合は前記中性点スイッチング素子をオンオフして前記電源の電圧を降圧して前記バッテリを充電する、
請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記電源が前記受電端子に接続されていない状態において、前記バッテリで前記モータを駆動する場合は複数の前記中性点スイッチング素子を閉じ、前記インバータの上スイッチング素子と下スイッチング素子をオンオフする、請求項１または２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記受電正極端を、前記ステータコイルをバイパスして前記バッテリ正極端に接続するダイレクト充電スイッチを備えている、請求項１に記載の充電システム。
【請求項５】
直流端が前記バッテリに接続されており、交流端が複数の前記ステータコイルの他端に接続されているサブインバータをさらに備えている、請求項１に記載の充電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、インバータとモータを備えており、インバータのスイッチング素子とモータのステータコイルを電圧コンバータとして用いてバッテリを充電することができる充電システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
モータのステータコイルとインバータのスイッチング素子の回路は昇圧コンバータとして使えることが知られている。特許文献１には、モータのステータコイルとインバータの下スイッチング素子を昇圧コンバータとして使ってバッテリよりも出力電圧が低い電源でバッテリを充電する装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の装置では、バッテリを充電する際、複数のステータコイルの他端を中性点にて相互に接続するとともに、中性点に電源を接続する。電源の電流は中性点を通じてステータコイルに流れる。第１インバータの下スイッチング素子をオンオフすることで、電源の電圧はステータコイルで昇圧される。電源の電力は、中性点／ステータコイル／第１インバータの上スイッチング素子を通じてバッテリに流れる。以下では、説明の便宜のため、中性点を通じて電力をバッテリに送る充電方法を中性点充電と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１１４９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のシステムでは、電源電圧を降圧してバッテリに電力を送ることができない。本明細書は、モータのステータコイルをリアクトルとして用いる充電システムであって、バッテリよりも出力電圧が低い電源と、バッテリよりも出力電圧が高い電源の、どちらの電源を使ってもバッテリを充電することのできる充電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する充電システムは、モータ、受電端子、コンデンサ、インバータ、複数の中性点スイッチング素子、複数のダイオードを備える。モータは複数のステータコイルを備える。受電端子は受電正極端と受電負極端を備えており、電源が接続される。受電負極端はバッテリの負極（バッテリ負極）に接続される。受電正極端は中性点に接続される。コンデンサは、受電正極端と受電負極端の間に接続されている。インバータの直流端にバッテリが接続され、交流端に複数のステータコイルの一端が接続される。複数の中性点スイッチング素子のそれぞれは、複数のステータコイルのそれぞれの他端を中性点に接続する。複数のダイオードのそれぞれのアノードが受電負極端に接続されており、カソードは複数のステータコイルのそれぞれの他端に接続されている。
【０００７】
受電端子に接続された電源の出力電圧がバッテリの出力電圧よりも低い場合、コントローラは中性点スイッチを閉じ、インバータの下スイッチング素子をオンオフする。下スイッチング素子のオンオフ動作により、電源の電圧はステータコイルで昇圧される。バッテリよりも出力電圧が低い電源でバッテリを充電することができる。一方、電源の出力電圧がバッテリの出力電圧よりも高い場合、コントローラは中性点スイッチング素子をオンオフする。中性点スイッチング素子の動作により、電源の電圧はステータコイルで降圧される。バッテリよりも出力電圧が高い電源でバッテリを充電することができる。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施例の充電システムの回路図である。
第２実施例の充電システムの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の充電システム２を説明する。図１に、第１実施例の充電システム２の回路図を示す。充電システム２は、第１インバータ１０、第２インバータ２０、モータ３０、複数の中性点スイッチング素子３２、複数のダイオード３３、受電端子４０、コントローラ５０を備える。図１には、充電システム２のほか、バッテリ６０と外部電源７０が描かれている。外部電源７０は受電端子４０に脱着可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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