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公開番号2025115848
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-07
出願番号2024010540
出願日2024-01-26
発明の名称電気回路と制御用のプログラム
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社デンソー
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H02M 7/493 20070101AFI20250731BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】第1バッテリと第2バッテリが直列に接続されていない場合であっても双方向に電力を移送する。
【解決手段】電気回路であって、第1バッテリと第2バッテリを含むバッテリユニットと、三相モータと、インバータ回路と、スイッチ回路を有する。第1昇圧電力移送動作では、第1バッテリの正極が第1高電位配線に接続され、第2バッテリの正極が第2高電位配線に接続され、第1バッテリと第2バッテリの負極が第1低電位配線と第2低電位配線に接続された状態で、特定第2直列スイッチ回路の第2下側逆導通スイッチング素子のオンとオフを繰り返すことによって、第1バッテリから第2バッテリに電力を移送する。第2昇圧電力移送動作では、前記状態で、特定第1直列スイッチ回路の第1下側逆導通スイッチング素子のオンとオフを繰り返すことによって、第2バッテリから第1バッテリに電力を移送する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気回路であって、
第１バッテリと第２バッテリを含むバッテリユニットと、
Ｕ相巻線とＶ相巻線とＷ相巻線の３つの巻線を有し、３つの前記巻線のそれぞれが、その一方の端部に設けられた第１接続端子と、その他方の端部に設けられた第２接続端子を有している三相モータと、
前記バッテリユニット、前記Ｕ相巻線の前記第１接続端子、前記Ｖ相巻線の前記第１接続端子、及び、前記Ｗ相巻線の前記第１接続端子に接続されているインバータ回路と、
前記Ｕ相巻線の前記第２接続端子、前記Ｖ相巻線の前記第２接続端子、及び、前記Ｗ相巻線の前記第２接続端子の接続を変更するスイッチ回路、
を有しており、
前記インバータ回路が、
第１高電位配線と、
第１低電位配線と、
３つの前記巻線ごとに設けられた３つの第１直列スイッチ回路、
を有し、
前記第１直列スイッチ回路が、対応する前記巻線の前記第１接続端子と前記第１高電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第１上側逆導通スイッチング素子と、対応する前記巻線の前記第１接続端子と前記第１低電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第１下側逆導通スイッチング素子を有し、
前記スイッチ回路が、
第２高電位配線と、
第２低電位配線と、
少なくとも１つの第２直列スイッチ回路、
を有し、
前記第２直列スイッチ回路が、対応する前記巻線の前記第２接続端子と前記第２高電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第２上側逆導通スイッチング素子と、対応する前記巻線の前記第２接続端子と前記第２低電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第２下側逆導通スイッチング素子を有し、
を有し、
３つの前記巻線のうちの１つが特定巻線であり、３つの前記第１直列スイッチ回路のうちの前記特定巻線に接続された前記第１直列スイッチ回路が特定第１直列スイッチ回路であり、少なくとも１つの前記第２直列スイッチ回路のうちの前記特定巻線に接続された前記第２直列スイッチ回路が特定第２直列スイッチ回路であり、
前記電気回路が、第１昇圧電力移送動作と第２昇圧電力移送動作を実行可能であり、
前記第１昇圧電力移送動作が、前記第１バッテリの正極が前記第１高電位配線に接続され、前記第１バッテリの負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記第２バッテリの正極が前記第２高電位配線に接続され、前記第２バッテリの負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記特定第１直列スイッチ回路の前記第１上側逆導通スイッチング素子がオンし、前記特定第１直列スイッチ回路の前記第１下側逆導通スイッチング素子がオフした状態で、前記特定第２直列スイッチ回路の前記第２下側逆導通スイッチング素子のオンとオフを繰り返すことによって、前記第１バッテリから前記第２バッテリに電力を移送する動作であり、
前記第２昇圧電力移送動作が、前記第１バッテリの前記正極が前記第１高電位配線に接続され、前記第１バッテリの前記負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記第２バッテリの前記正極が前記第２高電位配線に接続され、前記第２バッテリの前記負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記第２上側逆導通スイッチング素子がオンし、前記第２下側逆導通スイッチング素子がオフした状態で、前記特定第１直列スイッチ回路の前記第１下側逆導通スイッチング素子のオンとオフを繰り返すことによって、前記第２バッテリから前記第１バッテリに電力を移送する動作である、
電気回路。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記電気回路が、第１インバータ動作を実行可能であり、
前記第１インバータ動作が、前記スイッチ回路によって前記Ｕ相巻線の前記第２接続端子と前記Ｖ相巻線の前記第２接続端子と前記Ｗ相巻線の前記第２接続端子とを短絡させた状態で、前記インバータ回路によって前記三相モータに交流電流を供給する動作である、
請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
前記第１インバータ動作では、前記第１バッテリの前記正極が前記第１高電位配線に接続され、前記第１バッテリの前記負極が前記第２バッテリの前記正極に接続され、前記第２バッテリの前記負極が前記第１低電位配線に接続される、請求項２に記載の電気回路。
【請求項４】
前記第１インバータ動作では、前記第２バッテリの前記正極が前記第２高電位配線から絶縁される、請求項２または３に記載の電気回路。
【請求項５】
前記スイッチ回路が、３つの前記巻線ごとに設けられた３つの前記第２直列スイッチ回路を有している、請求項１または２に記載の電気回路。
【請求項６】
前記電気回路が、第２インバータ動作を実行可能であり、
前記第２インバータ動作が、前記第１高電位配線が前記第２高電位配線に接続され、前記第１低電位配線が前記第２低電位配線に接続された状態で、前記Ｕ相巻線に接続されている前記第１直列スイッチ回路と前記第２直列スイッチ回路によって前記Ｕ相巻線の電流を制御し、前記Ｖ相巻線に接続されている前記第１直列スイッチ回路と前記第２直列スイッチ回路によって前記Ｖ相巻線の電流を制御し、前記Ｗ相巻線に接続されている前記第１直列スイッチ回路と前記第２直列スイッチ回路によって前記Ｗ相巻線の電流を制御することによって、前記三相モータに交流電流を供給する動作である、
請求項５に記載の電気回路。
【請求項７】
前記スイッチ回路が、３つの前記巻線ごとに設けられた３つの前記第２直列スイッチ回路を有しており、
前記第１インバータ動作では、３つの前記第２直列スイッチ回路の前記第２上側逆導通スイッチング素子がオンし、３つの前記第２直列スイッチ回路の前記第２下側逆導通スイッチング素子がオフする、請求項２または３に記載の電気回路。
【請求項８】
前記スイッチ回路が、３つの前記巻線ごとに設けられた３つの前記第２直列スイッチ回路を有しており、
前記第１低電位配線と前記第２低電位配線の間に接続された低電位配線スイッチをさらに有し、
前記第１インバータ動作では、３つの前記第２直列スイッチ回路の前記第２上側逆導通スイッチング素子がオンし、３つの前記第２直列スイッチ回路の前記第２下側逆導通スイッチング素子がオンし、前記低電位配線スイッチがオフする、
請求項２または３に記載の電気回路。
【請求項９】
前記スイッチ回路が、３つの前記巻線ごとに設けられた３つの前記第２直列スイッチ回路を有しており、
前記第１低電位配線と前記第２低電位配線の間に接続された低電位配線スイッチをさらに有し、
前記第１インバータ動作では、３つの前記第２直列スイッチ回路の前記第２上側逆導通スイッチング素子がオフし、３つの前記第２直列スイッチ回路の前記第２下側逆導通スイッチング素子がオンし、前記低電位配線スイッチがオフする、
請求項２または３に記載の電気回路。
【請求項１０】
前記第１高電位配線と前記第２高電位配線の間に直列に接続された第１ダイオードと第２ダイオードと、
前記第１ダイオードに対して並列に接続された第１スイッチと、
前記第２ダイオードに対して並列に接続された第２スイッチ、
を有し、
前記第１ダイオードが、前記第１高電位配線側がアノードとなる向きで設けられており、
前記第２ダイオードが、前記第１高電位配線側がカソードとなる向きで設けられており、
前記スイッチ回路が、３つの前記巻線ごとに設けられた３つの前記第２直列スイッチ回路を有しており、
前記電気回路が、第２インバータ動作を実行可能であり、
前記第２インバータ動作が、前記第１高電位配線が前記第２高電位配線に接続され、前記第１低電位配線が前記第２低電位配線に接続された状態で、前記Ｕ相巻線に接続されている前記第１直列スイッチ回路と前記第２直列スイッチ回路によって前記Ｕ相巻線の電流を制御し、前記Ｖ相巻線に接続されている前記第１直列スイッチ回路と前記第２直列スイッチ回路によって前記Ｖ相巻線の電流を制御し、前記Ｗ相巻線に接続されている前記第１直列スイッチ回路と前記第２直列スイッチ回路によって前記Ｗ相巻線の電流を制御することによって、前記三相モータに交流電流を供給する動作であり、
前記第２インバータ動作では、前記第１スイッチと前記第２スイッチがオンし、
前記第１インバータ動作では、前記第１スイッチがオンするとともに前記第２スイッチがオフする、または、前記第１スイッチと前記第２スイッチがオフする、
請求項２または３に記載の電気回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、電気回路と制御用のプログラムに関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【０００２】
特許文献１に開示の電気回路は、直列に接続された２つのバッテリを有する。この電気回路は、インバータを有しており、バッテリが出力する直流電力を交流電力に変換してモータに供給する。また、この電気回路は、モータの巻線を利用して２つのバッテリの間で電力を移送する電力移送動作を実行することができる。特許文献１の技術によれば、直列に接続された２つのバッテリの間で双方向に電力を移送できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１２０５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電力移送動作によれば、直列に接続された２つのバッテリの間で電力を移送できる。他方、２つのバッテリが直列に接続されていない場合には、特許文献１の電力移送動作では電力を移送できない。本明細書では、２つのバッテリが直列に接続されていない場合であっても、モータの巻線を利用して、２つのバッテリの間で双方向に電力を移送できる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電気回路は、バッテリユニットと、三相モータと、インバータ回路と、スイッチ回路、を有している。前記バッテリユニットは、第１バッテリと第２バッテリを含む。前記三相モータは、Ｕ相巻線とＶ相巻線とＷ相巻線の３つの巻線を有している。３つの前記巻線のそれぞれが、その一方の端部に設けられた第１接続端子と、その他方の端部に設けられた第２接続端子を有している。前記インバータ回路は、前記バッテリユニット、前記Ｕ相巻線の前記第１接続端子、前記Ｖ相巻線の前記第１接続端子、及び、前記Ｗ相巻線の前記第１接続端子に接続されている。前記スイッチ回路は、前記Ｕ相巻線の前記第２接続端子、前記Ｖ相巻線の前記第２接続端子、及び、前記Ｗ相巻線の前記第２接続端子の接続を変更する。前記インバータ回路が、第１高電位配線と、第１低電位配線と、３つの前記巻線ごとに設けられた３つの第１直列スイッチ回路を有する。前記第１直列スイッチ回路が、対応する前記巻線の前記第１接続端子と前記第１高電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第１上側逆導通スイッチング素子と、対応する前記巻線の前記第１接続端子と前記第１低電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第１下側逆導通スイッチング素子を有する。前記スイッチ回路が、第２高電位配線と、第２低電位配線と、少なくとも１つの第２直列スイッチ回路、を有する。前記第２直列スイッチ回路が、対応する前記巻線の前記第２接続端子と前記第２高電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第２上側逆導通スイッチング素子と、対応する前記巻線の前記第２接続端子と前記第２低電位配線との間に接続された逆導通スイッチング素子である第２下側逆導通スイッチング素子を有する。３つの前記巻線のうちの１つが特定巻線であり、３つの前記第１直列スイッチ回路のうちの前記特定巻線に接続された前記第１直列スイッチ回路が特定第１直列スイッチ回路であり、少なくとも１つの前記第２直列スイッチ回路のうちの前記特定巻線に接続された前記第２直列スイッチ回路が特定第２直列スイッチ回路である。前記電気回路が、第１昇圧電力移送動作と第２昇圧電力移送動作を実行可能である。前記第１昇圧電力移送動作が、前記第１バッテリの正極が前記第１高電位配線に接続され、前記第１バッテリの負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記第２バッテリの正極が前記第２高電位配線に接続され、前記第２バッテリの負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記特定第１直列スイッチ回路の前記第１上側逆導通スイッチング素子がオンし、前記特定第１直列スイッチ回路の前記第１下側逆導通スイッチング素子がオフした状態で、前記特定第２直列スイッチ回路の前記第２下側逆導通スイッチング素子のオンとオフを繰り返すことによって、前記第１バッテリから前記第２バッテリに電力を移送する動作である。前記第２昇圧電力移送動作が、前記第１バッテリの前記正極が前記第１高電位配線に接続され、前記第１バッテリの前記負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記第２バッテリの前記正極が前記第２高電位配線に接続され、前記第２バッテリの前記負極が前記第１低電位配線と前記第２低電位配線に接続され、前記第２上側逆導通スイッチング素子がオンし、前記第２下側逆導通スイッチング素子がオフした状態で、前記特定第１直列スイッチ回路の前記第１下側逆導通スイッチング素子のオンとオフを繰り返すことによって、前記第２バッテリから前記第１バッテリに電力を移送する動作である。
【０００６】
なお、本明細書において、逆導通スイッチング素子は、スイッチとダイオードとが並列に接続された素子であって、ダイオードのカソードがスイッチの高電位側端子に接続されているとともにダイオードのアノードがスイッチの低電位側端子に接続されている素子を意味する。なお、スイッチは、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子であってもよい。ダイオードは、ｐｎダイオードであってもよいし、ショットキーバリアダイオードであってもよい。また、スイッチとダイオードは、共通の半導体基板に設けられていてもよいし、別の半導体基板に設けられていてもよい。また、本明細書において、逆導通スイッチング素子のオンは逆導通スイッチング素子を構成するスイッチのオンを意味し、逆導通スイッチング素子のオフは逆導通スイッチング素子を構成するスイッチのオフを意味する。
【０００７】
図２６、２７は、第１昇圧電力移送動作と第２昇圧電力移送動作における電気回路の等価回路を示している。図２６、２７において、符号９０１は第１バッテリを示し、符号９０２は第２バッテリを示し、符号９１１Ｈは第１高電位配線を示し、符号９１１Ｌは第１低電位配線を示し、符号９１２Ｈは第２高電位配線を示し、符号９１２Ｌは第２低電位配線を示し、符号９２１は特定第１直列スイッチ回路を示し、符号９２１Ｕは特定第１直列スイッチ回路の第１上側逆導通スイッチング素子を示し、符号９２１Ｌは特定第１直列スイッチ回路の第１下側逆導通スイッチング素子を示し、符号９２２は特定第２直列スイッチ回路を示し、符号９２２Ｕは特定第２直列スイッチ回路の第２上側逆導通スイッチング素子を示し、符号９２２Ｌは特定第２直列スイッチ回路の第２下側逆導通スイッチング素子を示し、符号９３０は特定巻線を示し、符号９３１は特定巻線の第１接続端子を示し、符号９３２は特定巻線の第２接続端子を示している。
【０００８】
図２６に示すように、第１昇圧電力移送動作では、特定第１直列スイッチ回路９２１の第１上側逆導通スイッチング素子９２１Ｕがオンに制御され、特定第１直列スイッチ回路９２１の第１下側逆導通スイッチング素子９２１Ｌがオフに制御される。また、特定第２直列スイッチ回路９２２の第２下側逆導通スイッチング素子９２２Ｌはオンとオフを繰り返すように制御される。第２下側逆導通スイッチング素子９２２Ｌがオンすると、矢印９４０に示すように、第１高電位配線９１１Ｈから第１上側逆導通スイッチング素子９２１Ｕ、特定巻線９３０、第２下側逆導通スイッチング素子９２２Ｌを介して低電位配線９１１Ｌ、９１２Ｌへ電流が流れる。その後に第２下側逆導通スイッチング素子９２２Ｌがオフすると、特定巻線９３０において第２端子９３２側が高電位となる向きで誘導電圧が生じる。このため、矢印９４２に示すように、第１高電位配線９１１Ｈから第１上側逆導通スイッチング素子９２１Ｕ、特定巻線９３０、第２上側逆導通スイッチング素子９２２Ｕのダイオードを介して第２高電位配線９１２Ｈへ電流が流れる。その結果、第１バッテリ９０１から第２バッテリ９０２へ電力が移送される。このように、第１昇圧電力移送動作では、電気回路は、第１バッテリ９０１から第２バッテリ９０２へ電力を移送する昇圧コンバータとして機能する。
【０００９】
図２７に示すように、第２昇圧電力移送動作では、特定第２直列スイッチ回路９２２の第２上側逆導通スイッチング素子９２２Ｕがオンに制御され、特定第２直列スイッチ回路９２２の第２下側逆導通スイッチング素子９２２Ｌがオフに制御される。また、特定第１直列スイッチ回路９２１の第１下側逆導通スイッチング素子９２１Ｌはオンとオフを繰り返すように制御される。第１下側逆導通スイッチング素子９２１Ｌがオンすると、矢印９５０に示すように、第２高電位配線９１２Ｈから第２上側逆導通スイッチング素子９２２Ｕ、特定巻線９３０、第１下側逆導通スイッチング素子９２１Ｌを介して低電位配線９１１Ｌ、９１２Ｌへ電流が流れる。その後に第１下側逆導通スイッチング素子９２１Ｌがオフすると、特定巻線９３０において第１端子９３１側が高電位となる向きで誘導電圧が生じる。このため、矢印９５２に示すように、第２高電位配線９１２Ｈから第２上側逆導通スイッチング素子９２２Ｕ、特定巻線９３０、第１上側逆導通スイッチング素子９２１Ｕのダイオードを介して第１高電位配線９１１Ｈへ電流が流れる。その結果、第２バッテリ９０２から第１バッテリ９０１へ電力が移送される。このように、第２昇圧電力移送動作では、電気回路は、第２バッテリ９０２から第１バッテリ９０１へ電力を移送する昇圧コンバータとして機能する。
【００１０】
以上に説明したように、本明細書が開示する電気回路は、第１バッテリと第２バッテリが直列に接続されていない場合であっても、三相モータの巻線を利用して第１バッテリと第２バッテリの間で双方向に電力を移送できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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