JP6642119B2

JP6642119B2 - 充電器

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Publication number: JP6642119B2
Application number: JP2016039922A
Authority: JP
Inventors: 靖理大元
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: JP2017158322A

Description

本発明は、充電器に関し、特に直流−交流変換回路の機能を備える充電器に関する。

従来から、交流の外部電源からバッテリへ充電可能な車両において、家電製品等を繋げるコンセントを設けて交流を出力することを可能にする車両の装置が知られている。例えば、特許文献１は、車両に設けられるコンセントに接続される電気機器の使用が、外部電源から電気機器へ供給可能な電力の大きさにより制限されることを抑制できる電源装置等を開示する。この電源装置等は、電力変換装置と、電力変換装置を制御する電子制御ユニットを備える。電力変換装置は、充電インレット、蓄電装置およびコンセントに電気的に接続され、蓄電装置から供給される電力をコンセントへ供給する電力に変換する。電子制御ユニットは、外部電源がコンセントへ供給可能な電力が、コンセントが出力可能な電力よりも小さいときに、電気機器の消費電力に応じて供給電力のコンセントへの出力および蓄電装置に蓄えられた電力のコンセントへの出力を制御する。

また、特許文献２は、系統電源で主バッテリ及び補助バッテリを充電可能で、専用のＤＣ／ＡＣインバータを設けずに、少なくとも主バッテリを電源として家電製品用の電力を出力することができる電源装置を開示する。この電源装置では、主バッテリとトランスとの間に第１のブリッジ回路が接続され、トランスと系統電源用接続部との間に２つのＨブリッジ回路を備えた双方向インバータが接続されている。また、主バッテリ側及び系統電源用接続部側にＤＣ／ＤＣ変換器を介して補助バッテリが接続可能に設けられている。電源装置は、第１のブリッジ回路及びＨブリッジ回路の各スイッチング素子等を制御装置によって制御し、系統電源で主バッテリや補助バッテリを充電したり、主バッテリの電力を系統電源用接続部から交流電圧として出力したりする。

また、特許文献３は、車外の電気機器へ電力を容易且つ安全に供給することができる電動車両の外部給電装置を開示する。この外部給電装置は、駆動用バッテリと、ＡＣインバータと、車内に設けられた車内用コンセントと、ＡＣインバータからの出力をオン又はオフするリレーと、車両の車外に露出された普通充電口と、リレーを制御する車両コントローラを備える。リレーは、ＡＣインバータから見て、車内用コンセントより下流に接続され、普通充電口は、リレーより下流に接続される。車両コントローラは、普通充電口へのアダプタの接続が検知されると、リレーをオン状態として、ＡＣインバータからの出力を普通充電口から供給する。

また、特許文献４は、屋外での用途に適した外部給電装置等を開示する。この外部給電装置等は、長時間の使用を予定される端子を有する外部給電端子部と、高電圧バッテリの電力を端子箱に供給するＤＣ−ＡＣインバータと遮断装置と、これらを制御する制御装置とを備える。この制御装置は、高電圧バッテリの使用下限ＳＯＣを設定する使用下限ＳＯＣ設定部と、給電制御部を有する。使用下限ＳＯＣ設定部は、長時間用の電気機器の消費電力と使用時間とに基づいて、長時間用の電気機器が使用時間の間に消費する消費電力量を算出して高電圧バッテリの使用下限ＳＯＣを設定する。給電制御部は、高電圧バッテリの実測ＳＯＣと使用下限ＳＯＣとを比較し、その結果に基づいて、高電圧バッテリの残量に関する制御を行う。

また、特許文献５は、低コストを実現する自動車用電源装置を開示する。この自動車用電源装置では、主電池からの直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータにて昇圧され、昇圧された直流電圧はＤＣ／ＡＣインバータにて交流電源に変換されてコンセントの出力コネクタに供給する。すなわち、主電池にＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣインバータが直列に接続されている。本文献は、ＡＣインバータの概要を示している。

また、特許文献６は、広いＤＣ入力の電圧範囲に対応できるＤＣ−ＡＣインバータを開示する。このＤＣ−ＡＣインバータは、ＤＣ−ＤＣ変換部による変換後の電圧に応じてＤＣ−ＡＣ変換部のスイッチングデューティを調整してＤＣ−ＡＣ変換部から交流電圧を出力する。本文献は、ＡＣインバータの回路構成の一例を示している。

特開２０１３−２４０２４１号公報特開２００８−３１２３９５号公報特開２０１４−０３０２８３号公報特開２０１４−０６４４５７号公報特開平０９−０７４６６６号公報特開２０１３−２１９９８２号公報

特許文献２に開示された電源装置では、外部電源（系統電源）から充電している最中には車両に設けられたコンセントから家電製品等に交流電力を出力することはできない。また、特許文献１に開示された電源装置では、同じ電圧であれば充電最中にコンセントから出力することはできるが、たとえば交流２００Ｖで充電している最中は、コンセントから充電電圧とは異なる電圧の交流１００Ｖを出力することはできないため、家電製品は使用することができない。

また、特許文献３および特許文献４に開示された外部給電装置では、これらの文献に示される直流変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に加え、コンセントに出力する交流変換回路（ＡＣインバータ）への入力電圧に変換する直流変換回路を要することとなり、回路が重複することになる。

本発明は、直流変換回路に相当する回路の重複を小さくするまたは無くし、さらに、交流電力を供給する外部電源から車両のバッテリへ充電している最中に、車両に設けられたコンセントから外部電源とは異なる電圧の交流電力を出力できる充電器を提供するものである。

上記課題を解決するために、バッテリを充電する充電器において、交流電力に接続される力率改善回路と、力率改善回路に一端を、バッテリに他端を接続される直流変換回路と、電力が入力されて交流電力を出力する交流変換回路と、を備える充電器であって、力率改善回路は、直流変換回路に接続される側にコンデンサと、力率改善回路に接続される側に力率制御回路を有し、直流変換回路は、電力が入力される側に直流電圧変換部と、バッテリに接続される側に平滑部を有し、交流変換回路は、直流電圧変換部と平滑部の間に電気的に接続される充電器が提供される。
これによれば、交流変換回路が、コンデンサと力率制御回路の間から直流電圧変換部と平滑部の間までの間のいずれかの位置に接続されることで、直流変換回路に相当する回路の重複を小さくするまたは無くした充電器を提供することができる。

さらに、力率改善回路が交流電力に接続されているとき、直流変換回路を動作させ、直流電力を出力すると共に、交流変換回路を動作させ、交流電力を出力することを特徴としてもよい。
これによれば、外部電源からバッテリへ充電している最中に、外部電源の電圧とは異なる交流電力を出力できる。

さらに、力率改善回路が交流電力に接続されていないとき、交流変換回路は、直流変換回路の少なくとも一部を経由してバッテリからの電力を入力されて、交流電力を出力することを特徴としてもよい。
これによれば、外部電源から車両のバッテリへ充電していない場合は、バッテリの電力を用いて交流電力を出力できる。

本発明によれば、直流変換回路に相当する回路の重複を小さくするまたは無くし、さらに、交流電力を供給する外部電源から車両のバッテリへ充電している最中に、外部電源とは異なる電圧の交流電力を出力できる充電器を提供することができる。

本発明に係る第一実施例の充電器の回路図。本発明に係る第一実施例の充電器における電流の流れを示す説明図。本発明に係る第二実施例の充電器における交流変換回路の接続場所を説明するブロック図。本発明に係る第二実施例の充電器における電流の流れを示す説明図。本発明に係る第三実施例の充電器における交流変換回路の接続場所を説明するブロック図。本発明に係る第三実施例の充電器における電流の流れを示す説明図。本発明に係る第四実施例の充電器における交流変換回路の接続場所を説明するブロック図（部分）。本発明に係る第四実施例の充電器における電流の流れを示す説明図。従来技術における充電器のブロック図。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る各実施例について説明する。まず、図９を参照し、従来技術における交流出力の機能を備える充電器１００Ｚについて説明する。本図は、先行技術文献における代表的な回路図やブロック図を模式化したものである。

充電器１００Ｚは、外部電源ＰＷＲの交流電力から整流回路を有する力率改善回路により整流されて直流電圧を中間的に生成し、そして、その直流電圧を直流電圧変換回路１でバッテリＢＡＴに適合する直流電圧に降圧または昇圧して、バッテリＢＡＴを充電する。また、充電器１００Ｚは、直流電圧変換回路１が出力したその直流電圧を、直流電圧変換回路２により下流の直流−交流変換回路に適合する直流電圧を中間的に生成し、その直流電圧を直流−交流変換回路で所定の交流電圧に変換して、コンセントＯＬＴに出力する。

たとえば、バッテリＢＡＴの電圧が１００Ｖである場合、直流電圧変換回路１は１００Ｖの直流電圧を出力し、直流電圧変換回路２はその１００Ｖの直流電圧の入力を受けて、コンセントから１００Ｖの交流電圧を出力するためには１４１Ｖの直流電圧に昇圧する必要がある。このように、交流出力の機能を備える充電器１００Ｚにおいては、直流電圧の電圧変換を行う直流電圧変換回路が重複している。本発明では、このような直流電圧を変換する回路の重複を小さくするまたは無くすることができる。

＜第一実施例＞
図１および図２を参照し、本実施例における充電器１００を説明する。充電器１００は、車両Ｃに設けられ、外部電源ＰＷＲの交流電力から電力を供給され、車両ＣのバッテリＢＡＴを充電するように構成されている。充電器１００は、交流電力に接続される整流回路１１を有する力率改善回路１０と、力率改善回路１０に一端を、バッテリＢＡＴに他端を接続される直流変換回路２０と、電力を入力されて交流電力を出力する交流変換回路３０とを備える。

力率改善回路１０は、高調波電流が外部電源の伝送網に流出することを抑制するための既知の要素である。力率改善回路１０は、交流電力に接続され交流を整流する整流回路１１と、直流変換回路２０に接続される側に力率を改善するためのコンデンサ１３（進相コンデンサ）と、整流回路１１とコンデンサ１３以外の要素であり、整流回路１１とコンデンサ１３の中間に存する力率制御回路１２とを備える。力率制御回路１２は、コンデンサ１３に対して整流回路１１側に配置される。力率制御回路１２は、高電位側でコイルとダイオードが直列に接続されて、コイルとダイオードの接続点と低電位側の間に高周波でオンオフされるスイッチが接続される。力率改善回路１０は、上述した回路に限定されず、出力側にコンデンサを備える力率を改善する公知の回路でよい。

直流変換回路２０は、トランスを含み、スイッチング素子をスイッチングすることにより、力率改善回路１０から入力された直流電圧を所定の安定した直流電圧に変換するいわゆる双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。直流変換回路２０は、電力を入力される側（本図では、力率改善回路１０に接続される側）に直流電圧変換部２１と、電力を出力する側（本図では、バッテリＢＡＴに接続される側）に平滑部２２を有する。直流電圧変換部２１は、トランスの両側に配置されたフルブリッジ回路のスイッチング素子をスイッチングすることにより、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換する。平滑部２２は、直流電圧変換部２１が変換した直流電圧から脈動成分を除去し安定した直流電圧を出力する。典型的には図示するようにコイルとコンデンサから構成される。直流電圧変換部２１および平滑部２２は、いずれも上述した機能を果たす公知の回路であってよい。

交流変換回路３０は、一端を力率改善回路１０と直流変換回路２０の間に電気的に接続され、他端をコンセントＯＬＴに接続されている。交流変換回路３０は、力率改善回路１０と直流変換回路２０の中間の直流電圧が入力されて、その直流電力を交流電力に変換する、いわゆるＡＣインバータである。交流変換回路３０は、フルブリッジ回路のスイッチング素子をスイッチングすることにより、直流電力を交流電力に変換する。交流変換回路３０は、図示する回路に限定されず、直流電圧を入力されて所定の交流電圧に変換する公知のＡＣインバータでよい。

充電器１００は、本図に示すように、力率改善回路１０と直流変換回路２０の間の接続点と交流変換回路３０との間にスイッチ５０を設けてもよい。スイッチ５０は、制御部４０によりオンオフ制御される。制御部４０は、スイッチ５０近傍で電流監視を行い、交流変換回路３０やコンセントＯＬＴが短絡した場合には、力率改善回路１０や直流変換回路２０の破壊を回避するため、スイッチ５０をオフにする。なお、制御部４０は、力率改善回路１０、直流変換回路２０、交流変換回路３０のスイッチのオフオフ制御を行う（本図において制御部４０から各スイッチに接続される制御線は省略している）。

図２は、充電器１００における電流の流れを示す。点線の矢印は、整流回路１１が外部電源ＰＷＲに接続されているときにバッテリＢＡＴを充電すると共にコンセントＯＬＴへ電力を供給するときの電流の流れを示す。一点鎖線の矢印は、整流回路１１が外部電源ＰＷＲに接続されていないときにバッテリＢＡＴからコンセントＯＬＴへ電力を供給する場合の電流の流れを示す。なお、本図は、電力が、力率改善回路１０から直流変換回路２０を経由してバッテリＢＡＴへ流れる回路配置を示している。直流変換回路２０は双方向のＤＣ−ＤＣコンバータなので、電力がバッテリＢＡＴから直流変換回路２０を経由して交流変換回路３０へ流れる場合には、直流電圧変換部２１と平滑部２２は図視で左右逆に配置されているものとする。

充電器１００は、整流回路１１が外部電源ＰＷＲの交流電力に接続されているとき、力率改善回路１０は直流電圧を出力するので、スイッチング素子をスイッチングして直流変換回路２０を動作させ、直流電力をバッテリＢＡＴへ出力して充電する。また、交流変換回路３０は、力率改善回路１０の出力側と電気的に接続されているので、スイッチング素子をスイッチングして交流変換回路３０を動作させ、コンセントＯＬＴへ交流電力を出力する。したがって、充電器１００は、外部電源ＰＷＲから車両ＣのバッテリＢＡＴへ充電している最中に、車両Ｃに設けられたコンセントＯＬＴから家電製品等に交流電力を出力できる。

また、整流回路１１が外部電源ＰＷＲの交流電力に接続されていないとき、充電器１００は、バッテリＢＡＴの電力がコンセントＯＬＴに供給されるようにする。この場合、一点鎖線が示すように、交流変換回路３０は、直流変換回路２０の全体（直流電圧変換部２１の全部および平滑部２２）を経由してバッテリＢＡＴからの電力を入力され、交流電力を出力する。

以上の説明から分かるように、交流変換回路３０に入力される、力率改善回路１０と直流変換回路２０の中間の直流電圧は、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０が出力した直流電圧、またはバッテリＢＡＴからの電力を受け直流変換回路２０が出力した直流電圧である。両者は必ずしも同じ直流電圧ではないので、交流変換回路３０は、複数の電圧値の直流電圧を入力されて、通常家電等が接続されるコンセントＯＬＴに１００Ｖの交流電圧を出力する。

なお、本実施例の場合、交流変換回路３０に入力される、力率改善回路１０と直流変換回路２０の中間の直流電圧は、コンセントＯＬＴが出力するピーク電圧より大きい。たとえば、コンセントＯＬＴから１００Ｖの交流電圧を出力する場合、そのピーク電圧は１４１Ｖとなる。したがって、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０が出力する直流電圧や、バッテリＢＡＴからの電力を受け直流変換回路２０が出力する直流電圧は、１４１Ｖ以上である。１４１Ｖ以上であればコンセントＯＬＴに１００Ｖを出力するためには降圧変換だけすればよいので、交流変換回路３０が降圧変換すれば足りる。

一方、力率改善回路１０と直流変換回路２０の中間の直流電圧が上記ピーク電圧未満である場合、昇圧回路が必要になる場合がある。外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０が出力する場合は、外部電源ＰＷＲの交流電圧を適宜選定したり力率改善回路１０が昇圧することにより、別途昇圧する変換回路が必要となることがないようにする。上述したように、交流変換回路３０が力率改善回路１０と直流変換回路２０の間に電気的に接続されることにより、直流変換回路２０に相当する回路の重複を無くした充電器１００を提供することができる。また、この直流電位の箇所で接続することにより、後述する実施例に比して安定した電位でロスが少なく、かつ最も低コストで充電器を提供できる。

なお、力率改善回路１０と直流変換回路２０の中間の直流電圧が上記ピーク電圧未満で、昇圧回路が必要になる場合であっても、直流変換回路２０の直流変換と組み合わせて直流変換することで、その昇圧回路は、直流変換する回路の重複を小さくすることができる。

＜第二実施例＞
図３および図４を参照して、本実施例における充電器１００Ａを説明する。なお、重複記載を避けるために上記実施例と同じ部分には同じ符号を付け、異なる部分を中心に説明する。充電器１００Ａは、外部電源ＰＷＲの交流電力に接続される整流回路１１を有する力率改善回路１０と、力率改善回路１０に一端を、バッテリＢＡＴに他端を接続される直流変換回路２０と、電力を入力されて交流電力を出力する交流変換回路３０とを備える。

交流変換回路３０は、一端を力率制御回路１２とコンデンサ１３の間に電気的に接続され、他端をコンセントＯＬＴに接続されている。交流変換回路３０は、力率制御回路１２とコンデンサ１３の中間の直流電圧が入力されて、その直流電力を交流電力に変換する。交流変換回路３０は、上記実施例と比べ入力される側の接続箇所が異なるだけで、交流変換回路３０自体は上記実施例と同じでよい。

図４は、充電器１００Ａにおける電流の流れを示す。図４に示すように、充電器１００Ａは、整流回路１１が外部電源ＰＷＲに接続されているとき、力率改善回路１０は直流電圧を出力するので、スイッチング素子をスイッチングして直流変換回路２０を動作させ、直流電力をバッテリＢＡＴへ出力して充電する。また、力率制御回路１２は直流電圧を出力するので、交流変換回路３０は、力率制御回路１２の出力側と電気的に接続されているので、直流電位の箇所に接続されている。交流変換回路３０は、スイッチング素子をスイッチングして交流変換回路３０を動作させ、その直流電力を変換してコンセントＯＬＴへ交流電力を出力する。したがって、充電器１００Ａは、外部電源ＰＷＲから車両ＣのバッテリＢＡＴへ充電している最中に、車両Ｃに設けられたコンセントＯＬＴから家電製品等に交流電力を出力できる。

また、整流回路１１が交流電力に接続されていないとき、充電器１００Ａは、バッテリＢＡＴの電力がコンセントＯＬＴに供給されるようにする。この場合、一点鎖線が示すように、交流変換回路３０は、直流変換回路２０の全体（直流電圧変換部２１の全体および平滑部２２）を経由してバッテリＢＡＴからの電力を入力され、交流電力を出力する。

以上の説明から分かるように、交流変換回路３０に入力される、力率制御回路１２とコンデンサ１３の中間の直流電圧は、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率制御回路１２が出力した直流電圧、またはバッテリＢＡＴからの電力を受け直流変換回路２０が出力した直流電圧である。

なお、本実施例の場合、交流変換回路３０に入力される、力率制御回路１２とコンデンサ１３の中間の直流電圧は、コンセントＯＬＴが出力するピーク電圧より大きい。たとえば、コンセントＯＬＴから１００Ｖの交流電圧を出力する場合、そのピーク電圧は１４１Ｖとなる。したがって、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率制御回路１２が出力する直流電圧は昇圧される。そして、バッテリＢＡＴからの電力を受け直流変換回路２０が出力する直流電圧は、１４１Ｖ以上に昇圧回路が必要である。１４１Ｖ以上であればコンセントＯＬＴに１００Ｖを出力するためには降圧変換だけすればよいので、交流変換回路３０が降圧変換すれば足りる。

一方、力率制御回路１２とコンデンサ１３の中間の直流電圧がピーク電圧未満である場合、昇圧回路が必要になる場合がある。バッテリＢＡＴからの電力を受け直流変換回路２０が出力する場合は、直流変換回路２０が適宜昇圧して適切な直流電圧とすることができるので、昇圧する変換回路は不要である。外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率制御回路１２が出力する場合は、外部電源ＰＷＲの交流電圧を適宜選定したり力率制御回路１２が昇圧することにより、別途昇圧する変換回路が必要となることがないようにする。上述したように、交流変換回路３０が力率制御回路１２とコンデンサ１３の間に電気的に接続されることにより、直流変換回路２０に相当する回路の重複を無くした充電器１００Ａを提供することができる。また、充電器１００Ａは、この直流電位の箇所で接続することにより、後述する第四実施例に比して安定した電位でロスが少ない。

＜第三実施例＞
図５および図６を参照して、本実施例における充電器１００Ｂを説明する。なお、重複記載を避けるために上記実施例と同じ部分には同じ符号を付け、異なる部分を中心に説明する。充電器１００Ｂは、外部電源ＰＷＲの交流電力に接続される整流回路１１を有する力率改善回路１０と、力率改善回路１０に一端を、バッテリＢＡＴに他端を接続される直流変換回路２０と、電力を入力されて交流電力を出力する交流変換回路３０とを備える。

交流変換回路３０は、一端を直流電圧変換部２１と平滑部２２の間に電気的に接続され、他端をコンセントＯＬＴに接続されている。交流変換回路３０は、直流電圧変換部２１と平滑部２２の中間の直流電圧が入力されて、その直流電力を交流電力に変換する。交流変換回路３０は、上記実施例と比べ入力される側の接続箇所が異なるだけで、交流変換回路３０自体は上記実施例と同じでよい。また、変換回路３０の入力側に平滑のためのコンデンサを設けてもよい。

図６は、充電器１００Ｂにおける電流の流れを示す。図６に示すように、充電器１００Ｂは、整流回路１１が外部電源ＰＷＲの交流電力に接続されているとき、力率改善回路１０は直流電圧を出力し、スイッチング素子をスイッチングして直流変換回路２０を動作させ、直流電力をバッテリＢＡＴへ出力して充電する。また、直流電圧変換部２１はバッテリＢＡＴの直流電圧を変換した電圧を出力するので、交流変換回路３０は、直流電位の箇所に接続されている。そうすると、充電器１００Ｂは、スイッチング素子をスイッチングして交流変換回路３０を動作させ、直流電力を変換してコンセントＯＬＴへ交流電力を出力する。したがって、外部電源ＰＷＲから車両ＣのバッテリＢＡＴへ充電している最中に、車両Ｃに設けられたコンセントＯＬＴから家電製品等に交流電力を出力できる。

また、整流回路１１が外部電源ＰＷＲの交流電力に接続されていないとき、充電器１００Ｂは、バッテリＢＡＴの電力がコンセントＯＬＴに供給されるようにする。この場合、一点鎖線が示すように、交流変換回路３０は、直流変換回路２０の一部である直流電圧変換部２１を経由してバッテリＢＡＴからの電力を入力され、交流電力を出力する。

以上の説明から分かるように、交流変換回路３０に入力される直流電圧変換部２１と平滑部２２の中間の直流電圧は、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０を経由して直流電圧変換部２１が出力した直流電圧、またはバッテリＢＡＴからの電力を受け直流電圧変換部２１が出力した直流電圧である。

なお、本実施例の場合、バッテリＢＡＴの最低電圧が、コンセントＯＬＴの出力電圧より大きい場合は、交流変換回路３０に入力される、直流電圧変換部２１と平滑部２２の中間の直流電圧は、コンセントＯＬＴが出力するピーク電圧より大きい。たとえば、コンセントＯＬＴから１００Ｖの交流電圧を出力する場合、そのピーク電圧は１４１Ｖとなる。したがって、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０を経由して直流電圧変換部２１が出力する直流電圧や、バッテリＢＡＴからの電力を受け直流電圧変換部２１が出力する直流電圧が、１４１Ｖ以上であればコンセントＯＬＴに１００Ｖを出力するためには降圧変換だけすればよいので、交流変換回路３０が降圧変換すれば足りる。

一方、直流電圧変換部２１と平滑部２２の中間の直流電圧がピーク電圧未満である場合、昇圧回路が必要になる場合がある。しかし、バッテリＢＡＴからの電力を受け直流電圧変換部２１が出力する場合は、交流変換回路３０が適宜昇圧して交流電流出力する。外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０を経由して直流電圧変換部２１が出力する場合は、交流変換回路３０が適宜昇圧して交流電流出力する。この直流電位の箇所で接続することにより、後述する第四実施例に比して安定した電位でロスが少ない。

＜第四実施例＞
図７および図８を参照して、本実施例における充電器１００Ｃを説明する。なお、重複記載を避けるために上記実施例と同じ部分には同じ符号を付け、異なる部分を中心に説明する。充電器１００Ｃは、外部電源ＰＷＲの交流電力に接続される整流回路１１を有する力率改善回路１０と、力率改善回路１０に一端を、バッテリＢＡＴに他端を接続される直流変換回路２０Ｃと、電力を入力されて交流電力を出力する交流変換回路３０Ｃとを備える。なお、本図では、外部電源ＰＷＲや力率改善回路１０などを省略している。

直流変換回路２０Ｃは、トランスを含み、スイッチング素子をスイッチングすることにより、力率改善回路１０から入力された直流電圧を所定の安定した直流電圧に変換するいわゆる双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。直流変換回路２０Ｃは、電力を入力される側に直流電圧変換部２１Ｃと、電力を出力する側に平滑部２２を有する。直流電圧変換部２１Ｃは、トランスの両側に配置されたフルブリッジ回路のスイッチング素子をスイッチングすることにより、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換する。平滑部２２は、直流電圧変換部２１Ｃが変換した直流電圧から脈動成分を除去し安定した直流電圧を出力する。

直流電圧変換部２１Ｃのトランス部分は、後述する交流変換回路３０Ｃのトランス部分と磁気結合可能に構成されている。本図では、直流電圧変換部２１Ｃのトランス部分は、一次側の位置に（図視で左側に）交流変換回路３０Ｃのトランス部分を受け入れ可能な構成となっているが、これに限られず、二次側の位置に（図視で右側に）受け入れ可能な構成となっていてもよい。

交流変換回路３０Ｃは、上述した実施例では電気的に接続されていたが、一端を直流電圧変換部２１Ｃ内において磁気結合によりトランスとして接続される。すなわち、交流変換回路３０Ｃは、直流電圧変換部２１Ｃのトランスの巻線と磁気結合する巻線を有し、その巻線が直流電圧変換部２１Ｃ内のトランスに組み込まれることで直流電圧変換部２１に磁気的に接続される。なお、一次側の巻線に対する交流変換回路３０Ｃのトランスの巻線比は、昇圧・降圧・同比のいずれであってもよい。交流変換回路３０Ｃは、直流電圧変換部２１Ｃのトランスの電磁誘導により発生する交流電圧が入力されて、それを整流し、フルブリッジ回路のスイッチング素子をスイッチングすることにより、その交流電力をコンセントＯＬＴに適合する交流電力に変換する。

図８は、充電器１００Ｃにおける電流の流れを示す。図８に示すように、整流回路１１が外部電源ＰＷＲの交流電力に接続されているとき、力率改善回路１０は直流電圧を出力するので、スイッチング素子をスイッチングして直流変換回路２０Ｃを動作させ、直流電力をバッテリＢＡＴへ出力して充電する。また、直流電圧変換部２１Ｃのトランスでは一次側として電磁誘導を起こすので、交流変換回路３０Ｃのトランスでは起電力が生じて交流変換回路３０Ｃ内で交流の電力が発生する。その交流の電力を基に、交流変換回路３０Ｃは、スイッチング素子をスイッチングして交流変換回路３０Ｃを動作させ、コンセントＯＬＴに適合した交流電力を出力する。したがって、外部電源ＰＷＲから車両ＣのバッテリＢＡＴへ充電している最中に、車両Ｃに設けられたコンセントＯＬＴから家電製品等に交流電力を出力できる。

また、整流回路１１が交流電力に接続されていないとき、充電器１００Ｃは、バッテリＢＡＴの電力がコンセントＯＬＴに供給されるようにする。この場合、一点鎖線が示すように、交流変換回路３０Ｃのトランスは、直流電圧変換部２１Ｃ内のトランスの電磁誘導により、起電力が生じて交流変換回路３０Ｃ内で交流の電力が発生する。その交流の電力を基に、交流変換回路３０Ｃは、スイッチング素子をスイッチングして交流変換回路３０Ｃを動作させ、コンセントＯＬＴに適合した交流電力を出力する。

以上の説明から分かるように、交流変換回路３０Ｃにトランスを経由して入力される交流電圧は、外部電源ＰＷＲからの電力を受け力率改善回路１０と直流電圧変換部２１内の一次側トランスを経由した交流電圧、またはバッテリＢＡＴからの電力を受け直流電圧変換部２１内の一次側トランスを経由した交流電圧である。したがって、いずれの場合も、直流電圧変換部２１内の一次側トランスを経由した交流電圧であり、また交流変換回路３０Ｃ内のスイッチング回路が存するので、適宜コンセントＯＬＴに適合した交流電圧を出力する。

交流変換回路３０Ｃは、直流電圧変換部２１Ｃの内部においてトランスとして磁気的に接続（磁気結合）されている。すなわち、交流変換回路３０Ｃは、直流変換回路２０の一部（直流電圧変換部２１Ｃの一次側回路）を経由して外部電源ＰＷＲまたはバッテリＢＡＴからの電力を入力され、交流電力を出力する。これによれば、この交流電位の箇所で接続することにより、上記実施例のように電気的な接続だけでなく、磁気的な接続により接続することができ、柔軟な接続形態を提供することができる。

＜まとめ＞
上述した第一実施例〜第四実施例の説明から明らかなように、交流変換回路（３０、３０Ａ〜Ｃ）は、力率改善回路１０の内部におけるコンデンサ１３と力率制御回路１２の間から、直流電圧変換部（２１、２１Ｃ）と平滑部２２の間までの間のいずれかの位置に電磁気的に接続される。すなわち、第一実施例では、交流変換回路３０は、力率改善回路１０と直流変換回路２０の間に電気的に接続され、第二実施例では、力率改善回路１０内のコンデンサ１３と力率制御回路１２の間に電気的に接続され、第三実施例では、直流変換回路２０内の直流電圧変換部２１と平滑部２２の間に電気的に接続され、第四実施例では、直流電圧変換部２１Ｃの内部においてトランスとして磁気的に接続されている。このような接続をすることで、直流変換回路に相当する回路の重複を小さくするまたは無くした充電器を提供することができる。

また、整流回路１１が外部電源ＰＷＲの交流電力に接続されていないとき、交流変換回路（３０、３０Ａ〜Ｃ）は、直流変換回路（２１、２１Ｃ）の少なくとも一部を経由してバッテリＢＡＴからの電力を入力されて、交流電力を出力している。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

１００充電器
１０力率改善回路
１１整流回路
１２力率制御回路
１３コンデンサ
２０直流変換回路
２１直流電圧変換部
２２平滑部
３０交流変換回路
４０制御部
５０スイッチ
ＰＷＲ外部電源
ＢＡＴバッテリ
ＯＬＴコンセント
Ｃ車両

Claims

バッテリを充電する充電器において、
交流電力に接続される力率改善回路と、
前記力率改善回路に一端を、前記バッテリに他端を接続される直流変換回路と、
電力が入力されて交流電力を出力する交流変換回路と、
を備える充電器であって、
前記力率改善回路は、前記直流変換回路に接続される側にコンデンサと、前記力率改善回路に接続される側に力率制御回路を有し、
前記直流変換回路は、電力が入力される側に直流電圧変換部と、前記バッテリに接続される側に平滑部を有し、
前記交流変換回路は、前記直流電圧変換部と前記平滑部の間に電気的に接続される、
充電器。
前記力率改善回路が交流電力に接続されているとき、前記直流変換回路を動作させ、直流電力を出力すると共に、前記交流変換回路を動作させ、交流電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の充電器。
前記力率改善回路が交流電力に接続されていないとき、前記交流変換回路は、前記直流変換回路の少なくとも一部を経由して前記バッテリからの電力を入力されて、交流電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の充電器。