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公開番号
2025103578
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2025-07-09
出願番号
2023221046
出願日
2023-12-27
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 20060101AFI20250702BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約
【課題】本明細書は、デュアルインバータタイプの装置を用いてバッテリを充電するシステムにおいて、スイッチング素子の累積ストレスを緩和する技術を提供する。
【解決手段】充電システムは、モータ、第1/第2インバータ、中性点スイッチング素子、受電端子、回路セレクタ、コントローラを備える。モータの複数のステータコイルの一端が第1インバータに接続され、他端が第2インバータに接続される。中性点スイッチング素子はステータコイルの他端を中性点にて相互に接続する。受電端子にはバッテリよりも出力電圧が低い外部電源が接続される。回路セレクタは、第1/第2インバータと受電端子と中性点の接続関係を切り替える。コントローラは、第1/第2インバータのスイッチング素子と中性点スイッチング素子のうち、累積ストレスの小さいスイッチング素子を通じて外部電源からステータコイルに電流が流れるように回路セレクタを制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲
【請求項1】
バッテリよりも出力電圧が低い外部電源を用い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、
複数の前記ステータコイルの一端に接続されている第1インバータと、
複数の前記ステータコイルの他端に接続されている第2インバータと、
複数の前記ステータコイルの他端を中性点に接続する中性点スイッチング素子と、
前記外部電源が接続可能な接続正極端と接続負極端を備えている受電端子であって前記接続負極端が前記バッテリのバッテリ負極端に接続されている受電端子と、
前記第1インバータと前記第2インバータと前記中性点と前記受電端子の接続関係を切り替える回路セレクタと、
コントローラと、
を備えており、
前記第1インバータは、
第1グランド端と、
第1上スイッチング素子と第1下スイッチング素子が直列に接続されている複数の第1直列接続体であって、前記バッテリのバッテリ正極端と前記第1グランド端との間に並列に接続されている複数の第1直列接続体と、
を備えており、
それぞれの前記第1直列接続体の中点にそれぞれの前記ステータコイルの一端が接続されており、
前記第2インバータは、
第2グランド端と、
第2上スイッチング素子と第2下スイッチング素子が直列に接続されている複数の第2直列接続体であって、前記バッテリ正極端と前記第2グランド端との間に並列に接続されている複数の第2直列接続体と、
を備えており、
それぞれの前記第2直列接続体の中点にそれぞれの前記ステータコイルの他端が接続されており、
前記回路セレクタは、
前記第1グランド端と前記第2グランド端を前記バッテリ負極に接続するモータ駆動モードと、
前記第1グランド端を前記バッテリ負極に接続するとともに、前記第2グランド端を前記バッテリ負極から切り離して前記接続正極端に接続する第1充電モードと、
前記第2グランド端を前記バッテリ負極に接続するとともに、前記第1グランド端を前記バッテリ負極から切り離して前記接続正極端に接続する第2充電モードと、
前記中性点を前記接続正極端に接続するとともに、前記第1グランド端を前記バッテリ負極に接続する中性点充電モードと、
のいずれかを選択可能であり、
前記コントローラは、
前記モータを前記第1インバータと前記第2インバータで駆動する場合は前記回路セレクタを前記モータ駆動モードに設定するとともに、前記中性点スイッチング素子をオフに保持し、
前記受電端子に前記外部電源が接続された場合、
前記第1下スイッチング素子の第1累積ストレスと、前記第2下スイッチング素子の第2累積ストレスと、前記中性点スイッチング素子の第3累積ストレスを比較し、
前記第2累積ストレスが最も小さい場合、前記中性点スイッチング素子をオフに保持するとともに前記回路セレクタを第1充電モードに設定し、前記第1下スイッチング素子をオンオフして前記バッテリを充電し、
前記第1累積ストレスが最も小さい場合、前記中性点スイッチング素子をオフに保持するとともに前記回路セレクタを第2充電モードに設定し、前記第2下スイッチング素子をオンオフして前記バッテリを充電し、
前記第3累積ストレスが最も小さい場合、前記中性点スイッチング素子をオンに保持するとともに前記回路セレクタを中性点充電モードに設定し、前記第1下スイッチング素子をオンオフして前記バッテリを充電する、
充電システム。
続きを表示(約 390 文字)
【請求項2】
前記コントローラは、前記第1累積ストレスが最も小さい場合、複数の前記第1下スイッチング素子の累積ストレスのうち最も前記累積ストレスが小さい前記第1下スイッチング素子に流れる電流が、最も前記累積ストレスが大きい前記第1下スイッチング素子に流れる電流よりも大きくなるように、それぞれの前記第1下スイッチング素子のオンオフタイミングを調整する、請求項1に記載の充電システム。
【請求項3】
前記第1累積ストレスは、前記第1下スイッチング素子の単位時間当たりの上昇温度の累積値に基づいており、
前記第2累積ストレスは、前記第2下スイッチング素子の単位時間当たりの上昇温度の累積値に基づいており、
前記第3累積ストレスは、前記中性点スイッチング素子の単位時間当たりの上昇温度の累積値に基づいている、請求項1または2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、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を昇圧コンバータとして用いてバッテリを充電する充電システムに関する。
続きを表示(約 2,300 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外部電源でバッテリを充電する装置が開示されている。特許文献1の技術では、1個のモータと2個のインバータを用いたデュアルインバータタイプの駆動装置を用いてバッテリを充電する。デュアルインバータタイプの駆動装置では、オープン巻線型のモータ用いられる。モータのステータコイルの一端が第1インバータに接続され、他端が第2インバータに接続される。
【0003】
デュアルインバータタイプの駆動装置において、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、通常のクローズタイプのモータ駆動装置として用いることができる。特許文献1の装置では、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、中性点に外部電源を接続する。外部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、外部電源の電圧はステータコイルで昇圧される。外部電源の電力は、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】
中性点充電を繰り返すと、ステータコイルの他端を中性点に接続する中性点スイッチング素子の累積ストレス(累積負荷)が増加する。本明細書は、デュアルインバータタイプの駆動装置を用いた充電システムにおいて、中性点スイッチング素子の累積ストレスを緩和する技術を提供する。
【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、第1/第2インバータ、中性点スイッチング素子、受電端子、回路セレクタ、コントローラを備える。モータの複数のステータコイルの一端が第1インバータに接続され、他端が第2インバータに接続される。中性点スイッチング素子をオンにするとステータコイルの他端は中性点で相互に接続される。受電端子は接続正極端と接続負極端を備えており、バッテリよりも出力電圧が低い外部電源を接続可能である。回路セレクタは、第1/第2インバータと受電端子と中性点の接続関係を切り替える。
【0007】
第1インバータは、バッテリ正極端と第1グランド端の間に並列に接続される複数の第1直列接続体を備える。それぞれの第1直列接続体は、直列に接続された第1上スイッチング素子と第1下スイッチング素子を備える。それぞれの第1直列接続体の中点(第1上スイッチング素子と第1下スイッチング素子との接続点)にそれぞれのステータコイルの一端が接続される。第2インバータは、バッテリ正極端と第2グランド端の間に並列に接続される複数の第2直列接続体を備える。それぞれの第2直列接続体は、直列に接続されている第2上スイッチング素子と第2下スイッチング素子を備える。それぞれの第2直列接続体の中点(第2上スイッチング素子と第2下スイッチング素子との接続点)にそれぞれのステータコイルの他端が接続される。
【0008】
回路セレクタは、モータ駆動モードと、第1充電モードと、第2充電モードと、中性点充電モードのいずれかを選択することができる。モータ駆動モードでは、第1グランド端と第2グランド端がバッテリ負極に接続される。モータ駆動モードは、モータを駆動するときに選択される。第1充電モードでは、第1グランド端をバッテリ負極に接続するとともに、第2グランド端をバッテリ負極から切り離して接続正極端に接続する。第2充電モードでは、第2グランド端をバッテリ負極に接続するとともに、第1グランド端をバッテリ負極から切り離して接続正極端に接続する。中性点充電モードでは、中性点を接続正極端に接続するとともに、第1グランド端をバッテリ負極に接続する。
【0009】
コントローラは、モータを第1インバータと第2インバータで駆動する場合はセレクタをモータ駆動モードに設定し、中性点スイッチング素子をオフに保持する。コントローラが第1インバータと第2インバータを適宜に制御するとモータが駆動される。コントローラは、モータを第1インバータのみで駆動する場合はセレクタをモータ駆動モードに設定し、中性点スイッチング素子をオンに保持する。コントローラが第2インバータを停止し第1インバータを制御すると、モータは第1インバータから送られてくる交流電力で駆動される。
【0010】
受電端子に外部電源が接続された場合、コントローラは次の処理を実行する。コントローラは、第1下スイッチング素子の累積ストレス(第1累積ストレス)と、第2下スイッチング素子の累積ストレス(第2累積ストレス)と、中性点スイッチング素子の累積ストレス(第3累積ストレス)を比較する。第2累積ストレスが最も小さい場合、コントローラは、中性点スイッチング素子をオフに保持するとともに回路セレクタを第1充電モードに設定し、第1下スイッチング素子を適宜にオンオフする。外部電源の電圧は第1下スイッチング素子の動作によって昇圧され、バッテリが充電される。
(【0011】以降は省略されています)
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