DE112015001844T5

DE112015001844T5 - Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE112015001844T5
Application number: DE112015001844.1T
Authority: DE
Inventors: Sadayuki Matsumoto; Takuya YABUMOTO; Takayoshi Nagai; Yoshitaka Onishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: JP5908179B2; JPWO2015159560A1; WO2015159560A1; CN106134029A; DE112015001844B4; CN106134029B; US20170072807A1; US10286795B2

Abstract

Eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge weist Folgendes auf: eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit (3), die Hochfrequenz-Wechselstrom in einem berührungslosen Zustand empfängt; eine drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit (2), die mit einer externen Stromquelle (21) für Niedrigfrequenz-Wechselstrom verbunden ist; einen Gleichrichter (5), der Wechselstrom gleichrichtet; einen Stromrichter (6), der an einem nachgeordneten Teil des Gleichrichters (5) angeordnet ist; und eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung (4), die elektrischen Strom derart umschaltet, dass elektrischer Strom von beiden Stromaufnahmeeinheiten an den Gleichrichter (5) abgegeben wird; wobei ein Hochfrequenz-Filter (7), das eine Hochfrequenz-Komponente entfernt, zwischen dem Gleichrichter (5) und dem Stromrichter (6) vorgesehen ist; und wobei dann, wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit (3) empfangen wird, der Stromrichter (6) einen Widerstandsumwandlungsvorgang ausführt, in dem eine dem Stromrichter (6) zugeführte Spannung erhöht oder vermindert wird, und der Stromrichter (6) eine konstante Spannung abgibt, und dann, wenn elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit (2) empfangen wird, der Stromrichter (6) einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausführt, in dem ein Leistungsfaktor des von der externen Stromquelle (21) zugeführten elektrischen Stroms verbessert wird, und der Stromrichter (6) eine konstante Spannung abgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge zum Aufladen einer Batterie, die an einem Fahrzeug angebracht ist, mittels einer externen Energiequelle bzw. Stromquelle des Fahrzeugs.
Einschlägiger Stand der Technik
Eine berührungslose Zuführungstechnologie, bei der eine Magnetfeldverbindung, wie z.B. Magnetfeldresonanz oder elektromagnetische Induktion, verwendet wird, wird als Technologie erwartet, mit der eine Batterie eines Fahrzeugs, die in einem Elektrofahrzeug, einem Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeug oder einem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug angebracht ist, mittels einer externen Stromquelle aufgeladen wird.
Es gibt eine bekannte Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, die eine Funktion aufweist, die technologiemäßig einem drahtgestützten elektrischen Stromaufladevorgang entspricht, bei dem eine externe Stromquelle (Wechselstromquelle mit 50 Hz oder 60 Hz) durch ein leitfähiges Kabel mit einem Fahrzeug zum Aufladen einer Batterie verbunden ist, und die ferner einem berührungslosen elektrischen Stromaufladevorgang entspricht, bei dem ein Fahrzeug nicht direkt mit einer externen Stromquelle verbunden ist.
Als herkömmliche Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, die einen drahtgestützten elektrischen Stromaufladevorgang sowie einen berührungslosen elektrischen Stromaufladevorgang durchführt, ist z.B. eine Ladevorrichtung bekannt, wie sie in 6 dargestellt ist. Wenn, wie unter Bezugnahme auf 6 dargestellt, ein drahtgestützter Stromaufladevorgang ausgeführt wird, so wird elektrischer Wechselstrom von einer externen Stromquelle durch einen Stromeingangsanschluss 101 sowie eine Drossel bzw. Induktivität 102 hindurch geleitet und einem Gleichrichter 103 zugeführt.
Dabei besitzt der Gleichrichter 103 ein Schaltelement, so dass unter Verwendung des Gleichrichters 103 und der Induktivität 102 eine Hochsetz-Chopper-Schaltung gebildet wird, wobei der Gleichrichter 103 den zugeführten Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz erhöht und der Gleichrichter 103 eine Spannung erhöht und einen Vorgang zur Leistungsfaktor-Verbesserung ausführt.
Infolgedessen wird elektrischer Gleichstrom mit einer konstanten Spannung von dem Gleichrichter 103 abgegeben und durch einen Inverter 104 in elektrischen Hochfrequenz-Wechselstrom umgewandelt. Der durch den Inverter 104 umgewandelte Wechselstrom wird einem Gleichrichter 106 vom Diodenbrücken-Typ zugeführt, der ein Schaltelement aufweist, und wird in Gleichspannung umgewandelt, durch die eine in einem Fahrzeug angebrachte Batterie aufgeladen wird.
Dagegen ist eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit 107, die für einen berührungslosen elektrischen Stromaufnahmevorgang verwendet wird, aus einer Empfangsspule 108 und einem Gleichrichter 109 gebildet, und der eine Endbereich eines Ausgangsanschlusses der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 107 ist durch eine Induktivität 110 hindurchgeführt und mit einem Mittelpunkt eines Zweiges verbunden, der das Schaltelement des Gleichrichters 106 aufweist, und der andere Endbereich ist mit einer Niedrigspannungsseite des Gleichrichters 106 verbunden.
Eine Hochsetz-Chopper-Schaltung wird unter Verwendung des Zweiges gebildet, der die Induktivität 110 und das Schaltelement des Gleichrichters 106 aufweist, so dass eine in einem Fahrzeug angebrachte Batterie geladen wird, nachdem der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 107 abgegebene elektrische Strom erhöht worden ist.
Ferner ist eine Konfiguration offenbart, bei der der in 6 dargestellte Gleichrichter 110 weggelassen ist und eine Tiefsetz-Chopper-Schaltung in einer derartigen Weise gebildet ist, dass eine Induktivität zwischen einem Mittelpunkt eines Zweiges und einer Batterie angeordnet ist und nach einer Verringerung des elektrischen Stroms, der von einer drahtlosen Stromaufnahmeeinheit abgegeben wird, eine in dem Fahrzeug angebrachte Batterie aufgeladen wird (siehe z.B. Patentdokument 1).
Ferner ist bei der weiteren herkömmlichen Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge ein gemeinsamer elektrischer Stromrichter vorhanden, der derart ausgebildet ist, dass eine Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung mit einem nachgeordneten Teil einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, wobei eine drahtgestützte Stromaufnahmeeinheit für einen drahtgestützten Stromaufnahmevorgang sowie eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit für einen berührungslosen Stromaufnahmevorgang mit einem vorgeordneten Teil der Gleichrichterschaltung derart verbunden sind, dass die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit und die drahtlose Stromaufnahmeeinheit geschaltet werden können.
Wenn ein drahtgebundener Stromaufnahmevorgang ausgeführt wird, so wird von einer externen Stromquelle abgegebener Wechselstrom durch eine Filterschaltung hindurch geleitet, die aus einer Induktivität und einem Kondensator gebildet ist, und der Gleichrichterschaltung zugeführt. Nachdem der zugeführte elektrische Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz mittels der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet worden ist, wird der elektrische Wechselstrom mittels der Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung in elektrischen Gleichstrom mit einer konstanten Spannung umgewandelt, so dass eine Batterie aufgeladen wird.
Wenn dagegen ein berührungsloser Stromaufnahmevorgang ausgeführt wird, dann wird von einer externen Stromquelle abgegebener elektrischer Wechselstrom mittels einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, so dass er in einer extern vorgesehenen Ladeeinheit vom berührungslosen Lade-Typ in pulsierenden elektrischen Strom umgewandelt wird, und der elektrische Wechselstrom wird mittels eines Hochfrequenz-Inverters in pulsierenden Hochfrequenz-Wechselstrom umgewandelt und an eine Sendespule abgegeben.
Dadurch wird an der Sendespule ein Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugt, und das Hochfrequenz-Magnetfeld ist mit einer Empfangsspule einer drahtlosen Stromaufnahmeeinheit auf der Fahrzeugseite magnetisch verbunden, so dass der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit elektrischer Strom zugeführt wird.
Bei dem empfangenen elektrischen Strom handelt es sich um pulsierenden Hochfrequenz-Wechselstrom, und anschließend wird der elektrische Wechselstrom mittels der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, und der elektrische Wechselstrom wird durch die Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung in elektrischen Gleichstrom mit einer konstanten Spannung umgewandelt, durch den eine Batterie aufgeladen wird (siehe z.B. Patentdokument 2).
Dokumente zum Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2010/131348 A1 (Seiten 14 und 15, 9 und 7)
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2012-130 193 A (Seiten 13 und 14, 4)

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der vorstehend beschriebenen Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge ist ein Stromrichter vorhanden, der üblicherweise bei einem drahtgestützten Stromaufnahmevorgang sowie einem berührungslosen Stromaufnahmevorgang verwendet wird, so dass sich ein Vorteil dahingehend ergibt, dass ein Volumen im Vergleich zu einem Fall reduziert werden kann, in dem jeweils eine drahtgestützte Stromaufnahmeeinheit und eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit in einem Fahrzeug angebracht sind, und die Kosten für die Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge vermindert werden können.
Wenn jedoch die charakteristischen Eigenschaften für den drahtgebundenen Stromaufnahmevorgang und den berührungslosen Stromaufnahmevorgang berücksichtigt werden, ergibt sich ein Problem dahingehend, dass bei der vorstehend beschriebenen Technologie aus folgendem Grund keine optimale Konfiguration verwirklicht ist.
Mit anderen Worten, es wird bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge ein Schaltelement in einem Gleichrichter verwendet, der nur bei einem drahtgebundenen Stromaufnahmevorgang verwendet wird, um einen Leistungsfaktor in einem drahtgebundenen Stromaufnahmezustand zu verbessern, und ferner ist ein Gleichrichter, der nur bei einem berührungslosen Stromaufnahmevorgang verwendet wird, in einer drahtlosen Stromaufnahmeeinheit vorgesehen.
Obwohl ein Schaltelement nicht in einem drahtgebundenen Stromaufnahmevorgang in dem Gleichrichter eingesetzt wird, der als gemeinsamer Stromrichter verwendet wird, müssen dennoch Schaltelemente eingesetzt werden, um eine Spannung in einem berührungslosen Stromaufnahmevorgang zu erhöhen oder zu verringern, so dass die Anzahl der Schaltelemente zunimmt, und es ergeben sich Probleme hinsichtlich der Kosten sowie eines komplexen Steuervorgangs sowie weitere Probleme, dass ein spezieller Gleichrichter für eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit erforderlich ist und eine ausreichende gemeinsame Nutzbarkeit des Gleichrichters nicht verwirklicht wird.
Ferner wird bei der in dem Patentdokument 2 beschriebenen Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge eine gemeinsame Verwendung einer Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung verwirklicht, mit der eine Leistungsfaktor-Verbesserung in einem drahtgebundenen Stromaufnahmevorgang sowie in einem berührungslosen Stromaufnahmevorgang ausgeführt wird. Jedoch ist bei einer drahtlosen Stromaufnahmeeinheit, die für ein Fahrzeug verwendet wird, eine Frequenz des Wechselstroms, der von einem Inverter an eine Sendespule abgegeben wird, eine hohe Frequenz mit nahezu 20 kHz bis 150 kHz.
Obwohl es erforderlich ist, dass irgendeine Einrichtung vorhanden ist, um den Hochfrequenz-Wechselstrom und den Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz in einem drahtgebundenen Stromaufnahmezustand in Gleichstrom mit einer konstanten Spannung umzuwandeln, ist eine derartige Einrichtung in dem Patentdokument 2 nicht beschrieben, und es besteht ein Problem dahingehend, dass keine ausreichende Gegenmaßnahme vorhanden ist.
Wenn ein berührungsloser Stromaufnahmevorgang ausgeführt wird, so wird ferner keine Gegenmaßnahme hinsichtlich einer speziellen Charakteristik-Änderung für einen berührungslosen Stromaufnahmevorgang realisiert, wie z.B. eine positionsmäßige Abweichung einer Sendespule und einer Empfangsspule oder eine Effizienzverminderung in Abhängigkeit von einer Schwankung eines Ersatzwiderstands einer Batterie aufgrund eines Ladezustands der Batterie, so dass ein Problem dahingehend besteht, dass die Batterie nicht mit ausreichend hoher Effizienz geladen werden kann, wenn der berührungslose Stromaufnahmevorgang ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt, und ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, bei der die Anzahl der Schaltelemente vermindert ist, während die Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge einem drahtgebundenen Stromaufnahmevorgang und einem berührungslosen Stromaufnahmevorgang Rechnung trägt und eine Batterie mit ausreichend hoher Effizienz aufgeladen werden kann, während die Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge einer Kennlinienänderung bei dem berührungslosen Stromaufnahmevorgang Rechnung trägt.
Mittel zum Lösen der Probleme
Eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge weist gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf:
eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit, die Hochfrequenz-Wechselstrom durch eine Magnetfeldverbindung mit einem magnetischen Hochfrequenz-Wechselfeld empfängt;
eine drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit, die mit einer externen Stromquelle für Niedrigfrequenz-Wechselstrom verbunden ist;
einen Gleichrichter, der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit und der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit abgegebenen Wechselstrom gleichrichtet;
einen Stromrichter, der mit einem nachgeordneten Teil des Gleichrichters verbunden ist;
eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung, die elektrischen Strom derart umschaltet, dass elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit oder elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit an den Gleichrichter abgegeben wird; wobei eine Batterie mit Gleichstrom aufgeladen wird, der von dem Stromrichter abgegeben wird;
wobei ein Hochfrequenz-Filter, das eine in dem von dem Gleichrichter abgegebenen elektrischen Strom enthaltene Hochfrequenz-Komponente entfernt, zwischen dem Gleichrichter und dem Stromrichter vorgesehen ist; und
wobei dann, wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, der Stromrichter einen Widerstandsumwandlungsvorgang ausführt, in dem eine dem Stromrichter zugeführte Spannung erhöht oder vermindert wird, und der Stromrichter eine konstante Spannung abgibt, und dann, wenn elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, der Stromrichter einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausführt, in dem ein Leistungsfaktor des von der externen Stromquelle zugeführten elektrischen Stroms verbessert wird, und der Stromrichter eine konstante Spannung abgibt.
Wirkungen der Erfindung
Bei einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Hochfrequenz-Filter, das eine Hochfrequenz-Komponente entfernt, die in von dem Stromrichter abgegebenem elektrischen Strom enthalten ist, zwischen dem Gleichrichter und dem Stromrichter vorgesehen; wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, führt der Stromrichter einen Widerstandsumwandlungsvorgang aus, in dem eine dem Stromrichter zugeführte Spannung erhöht oder vermindert wird, und der Stromrichter gibt eine konstante Spannung ab, und wenn elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, führt der Stromrichter einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang aus, in dem ein Leistungsfaktor des von der externen Stromquelle zugeführten elektrischen Stroms verbessert wird, und der Stromrichter gibt eine konstante Spannung ab.
Da das Hochfrequenz-Filter vorgesehen ist, wird dem Stromrichter nur eine Niedrigfrequenz-Komponente zugeführt, und ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand sowie ein Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand lassen sich in einfacher Weise ausführen. Ferner wird der Stromrichter, dessen Funktion variabel ist, derart betrieben, dass der gleiche Stromrichter in einem drahtgebundenen Stromaufladevorgang und einem berührungslosen Stromaufladevorgang genutzt wird, so dass ein System gebildet werden kann, das für beide der Vorgänge optimal ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B Schaltungsdiagramme zur Erläuterung von Beispielen eines in 1 gezeigten Stromrichters;
3A bis 3F schematische Darstellungen zur Erläuterung von Spannungswellenformen der jeweiligen Einheiten der Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
4A bis 4E schematische Darstellungen zur Erläuterung von Spannungswellenformen der jeweiligen Einheiten der Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge in einem berührungslosen Stromaufladezustand gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
6 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer herkömmlichen Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge;
7 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung; und
8 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, besitzt eine Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge eine drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit 2 und eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3, wobei die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit 2 und die drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3 mit einem Gleichrichter 5 über eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 verbunden sind, die aus einem Schalter, einem Relais und dergleichen gebildet ist. Ein Stromrichter 6, der aus einer Hochsetz-Chopper-Schaltung, einer Tiefsetz-Chopper-Schaltung, einer Hochsetz-/Tiefsetz-Chopper-Schaltung oder dergleichen gebildet ist, ist mit einem hinteren bzw. nachgeordneten Teil des Gleichrichters 5 verbunden, und ein Hochfrequenz-Filter 7, das aus einem Schicht- bzw. Filmkondensator, einem Keramikkondensator oder dergleichen gebildet ist und dessen elektrostatische Kapazität relativ niedrig ist, ist zwischen dem Gleichrichter 5 und dem Stromrichter 6 vorgesehen.
Das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt oder reduziert eine Hochfrequenz-Komponente, die in elektrischem Strom enthalten ist, der von dem Gleichrichter 5 abgegeben wird, und das Hochfrequenz-Filter 7 gibt elektrischen Strom mit einer Niedrigfrequenz-Komponente an den Stromrichter 6 ab.
Der Stromrichter 6 wird in Abhängigkeit von einem Stromsignal gesteuert, das von einer Steuereinheit 8 abgegeben wird, und der Stromrichter 6 wandelt den zugeführten elektrischen Strom in elektrischen Gleichstrom mit einer vorbestimmten Spannung um und gibt den elektrischen Gleichstrom ab, durch den eine Batterie 9 aufgeladen wird.
Ein Eingangsanschluss 10 ist an der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge vorgesehen, um einen drahtgebundenen Stromaufladevorgang auszuführen, und eine externe Stromquelle 21, die elektrischen Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz an den Eingangsanschluss 10 abgibt, ist mit dem Eingangsanschluss 10 unter Verwendung eines leitfähigen Kabels oder dergleichen verbunden, durch das elektrischer Strom von der externen Stromquelle 21 der Ladeeinrichtung 1 für Elektrofahrzeuge zugeführt wird und der drahtgebundene Stromaufladevorgang ausgeführt wird.
Wenn andererseits ein berührungsloser Stromaufladevorgang ausgeführt wird, wird elektrischer Strom mit 50 Hz oder 60 Hz, der von einer externen Stromquelle 23 abgegeben wird, in ein magnetisches Hochfrequenz-Wechselfeld mit 20 kHz bis 150 kHz unter Verwendung einer drahtlosen Stromübertragungsvorrichtung 22 umgewandelt, die nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, und das magnetische Hochfrequenz-Wechselfeld wird von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 empfangen, so dass der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge elektrischer Strom zugeführt wird und der berührungslose Stromaufladevorgang ausgeführt wird.
Eine Drahtlos-Kommunikationseinheit ist in einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, die innenseitig oder außenseitig von der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge vorgesehen ist, und eine drahtlose Kommunikation wird zwischen der Drahtlos-Kommunikationseinheit und einer Drahtlos-Kommunikationseinheit (nicht gezeigt) ausgeführt, die an der drahtlosen Stromübertragungsvorrichtung 22 vorgesehen ist, so dass eine Kommunikationssteuerung des berührungslosen Stromaufladevorgangs ausgeführt wird.
Im Folgenden werden die jeweiligen Einheiten ausführlich erläutert. Die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit 2 besitzt einen Gleichrichter 11, der unter Verwendung einer Diodenbrücke oder dergleichen gebildet ist, sowie einen Inverter 12, der derart ausgebildet ist, dass eine Halbleiter-Schaltvorrichtung, wie z.B. ein MOSFET oder ein IGBT, in Vollbrücken-Art oder Halbbrücken-Art an einen nachgeordneten Teil des Gleichrichters 11 angeschlossen ist, wobei ferner ein isolierter Transformator 13 an einem nachgeordneten Teil des Inverters 12 vorgesehen ist.
Dagegen ist die drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3 aus einer Empfangsspule 14 und einer Resonanzeinheit 15 gebildet, und die Ausgangsseite der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 ist mit dem Gleichrichter 5 über die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 verbunden.
Ferner weist die drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 22 einen Gleichrichter 24, der den von der externen Stromquelle 23 abgegebenen elektrischen Strom gleichrichtet, eine Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung 25, einen Inverter 26, eine Sendespule 27 und einen Kondensator 28 auf. Es gibt den Fall, in dem der Kondensator 28 der Sendespule 27 parallel geschaltet ist.
Die 2A und 2B zeigen Schaltungsdiagramme zur Erläuterung von Beispielen des in 1 dargestellten Stromrichters 6. Der Stromrichter 6 ist aus der Hochsetz-Chopper-Schaltung gebildet, die in 2A dargestellt ist, oder ist aus der Tiefsetz-Chopper-Schaltung gebildet, die in 2B dargestellt ist. Die Chopper-Schaltungen sind aus einer Induktivität und einer Halbleiter-Schaltvorrichtung gebildet, wie z.B. einem MOSFET oder einem IGBT.
Außerdem weist die Chopper-Schaltung eine allgemein bekannte Schaltungskonfiguration auf, so dass auf eine ausführliche Erläuterung in der nachfolgenden Beschreibung verzichtet werden kann.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der in 1 dargestellten Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge erläutert.
Die 3A bis 3F zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Spannungswellenformen der jeweiligen Einheiten der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand, der in 1 veranschaulicht ist. Ein drahtgebundener Stromaufladevorgang wird unter Bezugnahme auf die 3A bis 3F zuerst erläutert. Ferner handelt es sich bei den Wellenformen, die in den 3A bis 3F gezeigt sind, um schematische Darstellungen zur einfachen Erläuterung der Arbeitsweise von jeder der Einheiten, wobei die Wellenformen nicht immer genaue Wellenformen darstellen.
In der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 wird Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz, der in 3A gezeigt ist, von dem Eingangsanschluss 10 in den Gleichrichter 11 eingespeist. Der Gleichrichter 11 ist aus einer Diodenbrücke oder dergleichen gebildet, und der zugeführte Wechselstrom wird durch den Gleichrichter 11 für eine Vollwelle gleichgerichtet.
Eine Spannungswellenform, die von dem Gleichrichter 11 abgegeben wird, ist durch eine pulsierende Gleichspannung dargestellt, die durch einen Absolutwert einer Sinuswelle dargestellt ist, wie dies in 3B gezeigt ist, und bei einer Frequenz der pulsierenden Gleichspannung handelt es sich um eine Frequenz vom Zweifachen des zugeführten Wechselstroms, mit anderen Worten, die Frequenz der pulsierenden Gleichspannung beträgt 100 Hz oder 120 Hz.
Die pulsierende Gleichspannung wird dem Inverter 12 zugeführt, der mit einem nachgeordneten Teil mit dem Gleichrichter 11 verbunden ist. Der Inverter 12 wandelt den zugeführten Gleichstrom in Hochfrequenz-Strom mit 20 kHz bis 150 kHz um, und zwar beispielsweise mit 85 kHz, um den Hochfrequenz-Strom abzugeben. Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei der dem Inverter 12 zugeführten Spannung um die pulsierende Gleichspannung, die in 3B dargestellt ist, so dass eine Spannungswellenform, die von dem Inverter 12 abgegeben wird, durch eine pulsierende Hochfrequenz-Wechselspannung dargestellt wird, wie sie in 3 Cgezeigt ist, die proportional zu der zugeführten pulsierenden Gleichspannung ist und zeitlich variiert.
Die Hochfrequenz-Wechselspannung wird dem isolierten Transformator 13 zugeführt, der mit einem nachgeordneten Teil des Inverters 12 verbunden ist, und die Hochfrequenz-Wechselspannung wird von dem isolierten Transformator 13 in einem Zustand abgegeben, in dem die Hochfrequenz-Wechselspannung erhöht oder vermindert ist, und zwar mit einer Spannung, die in Abhängigkeit von einem Windungsverhältnis des isolierten Transformators 13 bestimmt wird, oder aber die Hochfrequenz-Wechselspannung wird nicht variiert. Eine Spannungswellenform, die von dem isolierten Transformator 13 abgegeben wird, ist ähnlich der in 3C dargestellten zugeführten Spannungswellenform.
Wenn ein drahtgebundener Stromaufladevorgang ausgeführt wird, so wird die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 derart gewählt, dass die Batterie 9 mit dem elektrischen Strom der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 aufgeladen wird, so dass der von dem isolierten Transformator 13 abgegebene pulsierende Hochfrequenz-Strom dem Gleichrichter 5 zugeführt wird, und der Hochfrequenz-Strom, dessen Wellenform in 3D gezeigt ist, wird von dem Gleichrichter 5 in einem Zustand abgegeben, in dem eine pulsierende Komponente des zugeführten elektrischen Stroms beibehalten wird.
Das Hochfrequenz-Filter 7, das z.B. aus einem Kondensator gebildet wird, ist zwischen eine Hochspannungsseite und eine Niedrigspannungsseite eines Ausgangsanschlusses des Gleichrichters 5 geschaltet, so dass eine variable Hochfrequenz-Komponente in dem von dem Gleichrichter 5 abgegebenen elektrischen Strom, der die pulsierende Komponente beinhaltet, durch den Kondensator hindurchgeführt wird, so dass die variable Hochfrequenz-Komponente entfernt oder vermindert wird und eine variable Niedrigfrequenz-Komponente nahezu insgesamt nicht vermindert wird und dem Stromrichter 6 zugeführt wird.
Wenn in diesem Fall das Hochfrequenz-Filter 7 nicht vorhanden ist, wird die Spannungswellenform, die die pulsierende Niedrigfrequenz-Komponente und eine Hochfrequenz-Komponente gemäß der Darstellung in 3D beinhaltet, von dem Gleichrichter 5 direkt abgegeben. Jedoch ist das Hochfrequenz-Filter 7 in der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, so dass die Spannungswellenform in eine Spannungswellenform umgewandelt wird, wie sie in 3E gezeigt ist, und von dem Gleichrichter 5 abgegeben wird.
In der vorstehenden Erläuterung stellt die Niedrigfrequenz-Komponente eine Frequenzkomponente dar, die zu einer Frequenz der externen Stromquelle 21 mit 50 Hz oder 60 Hz in Beziehung steht, und insbesondere wird die Niedrigfrequenz-Komponente für eine Vollwelle von dem Gleichrichter 11 gleichgerichtet, so dass die Niedrigfrequenz-Komponente eine Frequenzkomponente darstellt, die in erster Linie eine Frequenzkomponente mit 100 Hz oder 120 Hz beinhaltet, deren Frequenz das Zweifache der Frequenz der externen Stromquelle 21 beträgt.
Dagegen stellt die Hochfrequenz-Komponente eine Frequenzkomponente dar, die zu einer Schaltfrequenz des Inverters 12 in Beziehung steht, und obwohl Hochfrequenz-Wechselstrom mit 20 kHz bis 150 kHz von dem Inverter 12 abgegeben wird, wird der Hochfrequenz-Wechselstrom durch den Gleichrichter 5 gleichgerichtet, so dass insbesondere die Hochfrequenz-Komponente eine Frequenzkomponente darstellt, die in erster Linie eine Frequenzkomponente von 40 kHz bis 300 kHz beinhaltet, deren Frequenz das Doppelte des Hochfrequenz-Wechselstroms beträgt.
Bei Verwendung einer Halbwellen-Gleichrichterschaltung für den Gleichrichter 5 stellt ferner die Hochfrequenz-Komponente eine Frequenzkomponente mit 20 kHz bis 150 kHz dar, deren Frequenz identisch mit der Schaltfrequenz des Inverters 12 ist.
Mit anderen Worten, es entfernt das Hochfrequenz-Filter 7 eine Frequenzkomponente, deren Frequenz 20 kHz oder mehr als 40 kHz beträgt, aus dem abgegebenen elektrischen Strom des Gleichrichters 5, und es wird in erster Linie eine Niedrigfrequenz-Komponente, deren Frequenz niedriger ist als 120 Hz, an den Stromrichter 6 abgegeben, wobei eine Differenz von größer als dem 166-fachen zwischen den separierten Frequenzen vorhanden ist (wenn eine Hochfrequenz-Komponente 20 kHz beträgt und eine Niedrigfrequenz-Komponente 120 Hz beträgt, ergibt sich 20000/120 = 166,7), so dass ein Kondensator, wie z.B. ein Filmkondensator oder ein Keramikkondensator, der eine relativ geringe elektrostatische Kapazität aufweist, für das Hochfrequenz-Filter 7 verwendet werden kann und das Hochfrequenz-Filter 7 in einfacher Weise gebildet werden kann.
Obwohl ferner auch ein Aluminium-Elektrolytkondensator oder dergleichen für das Hochfrequenz-Filter 7 verwendet werden kann, ist dann, wenn der Aluminium-Elektrolytkondensator eine übermäßige elektrostatische Kapazität aufweist, ein Wert einer Niedrigfrequenz-Komponente geringer als ein erforderlicher Wert, und ein Leistungsfaktor des elektrischen Stroms, der von der externen Stromquelle 21 der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge zugeführt wird, ist vermindert, so dass es bei Verwendung eines Aluminium-Elektrolytkondensators bevorzugt ist, dass ein Aluminium-Elektrolytkondensator mit geringer elektrostatischer Kapazität verwendet wird. Insbesondere ist es bevorzugt, dass ein Kondensator mit einer elektrostatischen Kapazität von weniger als 100 µF verwendet wird, wobei es weiter bevorzugt ist, dass ein Kondensator mit einer elektrostatischen Kapazität von 0,1 µF bis 10 µF verwendet wird.
Außerdem kann das Hochfrequenz-Filter 7 die vorstehend beschriebene Funktion aufweisen, so dass eine Induktivität und ein Kondensator kombiniert sind, und das Hochfrequenz-Filter 7 kann durch Konfigurieren eines Filters gebildet werden, das äquivalent zu einem Kommunikationsfilter ist.
Die Halbleiter-Schaltvorrichtung des Stromrichters 6 wird zu vorbestimmten Zeiten in Abhängigkeit von einem Steuersignal geschaltet, das von der Steuereinheit 8 abgegeben wird, so dass eine Spannung mit einer in 3E gezeigten Wellenform, die dem Stromrichter 6 zugeführt wird, in Gleichstrom mit einem konstanten Spannungswert, der in 3F gezeigt ist, umgewandelt wird und abgegeben wird.
Wenn der elektrische Strom, der von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 abgegeben wird, dem Stromrichter 6 in Abhängigkeit von einer Auswahl der Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 zugeführt wird, steuert der Stromrichter 6 einen Schaltvorgang mittels der Steuereinheit 8, um dadurch einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang auszuführen.
Bei der Leistungsfaktor-Verbesserung handelt es sich um einen Vorgang, bei dem der Gleichstrom, der von dem Stromrichter 6 abgegeben wird, mit einer konstanten Spannung gesteuert wird, während eine Stromwellenform des elektrischen Stroms, der von der externen Stromquelle 21 der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge zugeführt wird, ähnlich einer Spannungswellenform ist, die von der externen Stromquelle 21 zugeführt wird. Ferner wird der Gleichstrom, der von dem Stromrichter 6 abgegeben wird, der Batterie 9 zugeführt, die mit einem nachgeordneten Teil des Stromrichters 6 verbunden ist, so dass die Batterie 9 aufgeladen wird.
Im Folgenden wird ein berührungsloser Stromaufladevorgang erläutert.
Die 4A bis 4E zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Spannungswellenformen der jeweiligen Einheiten der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge in einem berührungslosen Stromaufladezustand, der in 1 veranschaulicht ist. Außerdem dienen die in 4A bis 4E dargestellten Wellenformen zur einfachen Veranschaulichung der Arbeitsweise der jeweiligen Einheiten, wobei die Wellenformen nicht immer genaue Wellenformen darstellen.
Wie unter Bezugnahme auf 1 erläutert, ist die drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3 aus der Empfangsspule 14 und der Resonanzeinheit 15 gebildet, und der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 abgegebene elektrische Strom wird über die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 dem Gleichrichter 5 zugeführt.
Die Resonanzeinheit 15 ist aus einem der Empfangsspule 14 parallel geschalteten Kondensator oder einem mit der Empfangsspule 14 in Reihe geschalteten Kondensator oder dergleichen gebildet, wobei die Resonanzeinheit 15 derart ausgewählt ist, dass eine Resonanzfrequenz, die in Abhängigkeit von einer Induktanz der Empfangsspule 14 und einer elektrostatischen Kapazität der Resonanzeinheit 15 bestimmt ist, identisch mit einer Frequenz eines magnetischen Wechselfelds ist, das mit der Empfangsspule 14 magnetisch verbunden ist. Das magnetische Wechselfeld wird durch die drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 22 erzeugt, die außerhalb der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge vorgesehen ist.
Die drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 22 ist mit der externen Stromquelle 23 verbunden, die in 4A dargestellten Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz abgibt, und ist durch eine Schaltung gebildet, wie sie unter Bezugnahme auf 1 erläutert ist, und eine elektrostatische Kapazität des Kondensators 28 ist derart ausgewählt, dass eine Resonanzfrequenz, die in Abhängigkeit von einer elektrostatischen Kapazität des Kondensators 28 und einer Induktanz der Sendespule 27 bestimmt ist, nahezu identisch mit einer Frequenz von elektrischem Hochfrequenz-Strom ist, der von dem Inverter 26 abgegeben wird.
Der Wechselstrom, der von der externen Stromquelle 23 zugeführt wird, wird durch den Gleichrichter 24 für eine Vollwelle gleichgerichtet, wie dies in 4B dargestellt ist, und der Wechselstrom wird durch die Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung 25 in Gleichstrom mit konstanter Spannung umgewandelt, wie dies in 4C dargestellt ist, wobei der Gleichstrom dem Inverter 26 zugeführt wird.
Der Inverter 26 ist derart ausgebildet, dass eine Halbleiter-Schaltvorrichtung, wie z.B. ein MOSFET oder ein IGBT, nach Vollbrücken- oder Halbbrücken-Art geschaltet ist und ein Schaltvorgang mit 20 kHz bis 150 kHz, beispielsweise mit 85 kHz, ausgeführt wird, so dass der Inverter 26 Hochfrequenz-Wechselstrom mit 85 kHz abgibt und Hochfrequenz-Wechselstrom durch die Sendespule 27 hindurchgeführt wird. Bei dem Gleichstrom, der dem Inverter 26 zugeführt wird, handelt es sich um elektrischen Strom mit einer konstanten Spannung, so dass der Hochfrequenz-Wechselstrom, der durch die Sendespule 27 hindurchgeführt wird, keine variable Niedrigfrequenz-Komponente besitzt, die zu einer Frequenz der externen Stromquelle 23 mit 50 Hz oder 60 Hz in Beziehung steht.
Wenn der Hochfrequenz-Wechselstrom durch die Sendespule 27 hindurchgeführt wird, entsteht an der Sendespule 27 ein magnetisches Wechselfeld, das mit 20 kHz bis 150 kHz, beispielsweise 85 kHz, variiert und dessen Frequenz identisch mit einer Frequenz des Hochfrequenz-Wechselstroms ist.
Das magnetische Wechselfeld ist mit der Empfangsspule 14 der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge magnetisch verbunden, so dass in 4D dargestellter Hochfrequenz-Wechselstrom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 abgegeben wird.
Die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 wird in einen Zustand umgeschaltet, in dem der Hochfrequenz-Wechselstrom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 empfangen wird, so dass der Hochfrequenz-Wechselstrom dem Gleichrichter 5 zugeführt wird. Obwohl der Hochfrequenz-Wechselstrom durch den Gleichrichter 5 in der vorstehend beschriebenen Weise für eine Vollwelle gleichgerichtet wird oder für eine Halbwelle gleichgerichtet wird, ist keine Niedrigfrequenz-Komponente, die zu einer Frequenz der externen Stromquelle 23 in Beziehung steht, in dem elektrischem Strom enthalten, der von dem Gleichrichter 5 abgegeben wird, sondern es ist nur eine Hochfrequenz-Komponente enthalten, die zu einer Frequenz von 20 kHz bis 150 kHz in Beziehung steht und von der drahtlosen Stromübertragungsvorrichtung 22 abgegeben wird. Die Hochfrequenz-Komponente wird durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt oder vermindert und wird dann dem Stromrichter 6 zugeführt.
Mit anderen Worten, es wird selbst dann, wenn eine gewisse Spannungsschwankung verursacht wird, Gleichstrom mit einer in etwa konstanten Spannung, wie sie in 4E dargestellt ist, dem Stromrichter 6 zugeführt. Die Spannung des Gleichstroms, der dem Stromrichter 6 zugeführt wird, wird in einer derartigen Weise erhöht oder vermindert, dass die den Stromrichter 6 bildende Halbleiter-Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Steuerschaltung 8 abgegeben wird, und der Gleichstrom, dessen Spannung erhöht oder vermindert ist, wird durch den Stromrichter 6 in Gleichstrom mit einer konstanten Spannung umgewandelt und abgegeben. Der Gleichstrom wird der Batterie 9 zugeführt, die mit dem Stromrichter 6 verbunden ist, so dass ein berührungsloser Stromaufladevorgang ausgeführt wird.
Bei der Ausführung des berührungslosen Stromaufladevorgangs ist eine positionsmäßige Beziehung zwischen der Sendespule 27 und der Empfangsspule 14 normalerweise nicht konstant, und es wird eine positionsmäßige Abweichung in horizontaler Richtung in Abhängigkeit von der Kompetenz eines Fahrers verursacht, der ein Fahrzeug betreibt, in dem die Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge angebracht ist, oder es wird eine positionsmäßige Abweichung in vertikaler Richtung in Abhängigkeit von dem Gewicht eines in dem Fahrzeug angebrachten Objekts verursacht. Die positionsmäßigen Abweichungen werden als Schwankungen eines Verbindungskoeffizienten zwischen der Sendespule 27 und der Empfangsspule 14 erkennbar.
Wenn der berührungslose Stromaufladevorgang ausgeführt wird, so wird bekanntermaßen der Wert eines Lastwiderstands, mit dem elektrischer Strom mit der höchsten Effizienz übertragen werden kann, in Abhängigkeit von dem Verbindungskoeffizienten bestimmt, und wenn positionsmäßige Abweichungen hervorgerufen werden, wird der Wert des Lastwiderstands auf einen optimalen Wert geändert, so dass der elektrische Strom konstant mit hoher Effizienz übertragen werden kann.
Wenn bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung der berührungslose Stromaufladevorgang ausgeführt wird, erhöht der Stromrichter 6 die Spannung des Gleichstroms auf eine in etwa konstante Spannung, so dass der Gleichstrom in einen Gleichstrom mit einer höheren konstanten Spannung umgewandelt wird, oder der Stromrichter 6 vermindert die Spannung des Gleichstroms, so dass der Gleichstrom in einen Gleichstrom mit einer niedrigeren konstanten Spannung umgewandelt wird.
Mit anderen Worten, es ist bei Vernachlässigung eines Verlusts des Stromrichters 6 die Eingangsleistung des Stromrichters 6 identisch mit der Ausgangsleistung des Stromrichters 6, so dass bei Erhöhung des elektrischen Stroms ein Eingangs-Ersatzwiderstand des Stromrichters 6 in einen höheren Ausgangs-Ersatzwiderstand umgewandelt wird, und bei Verminderung des elektrischen Stroms der Eingangs-Ersatzwiderstand des Stromrichters 6 in einen niedrigeren Ausgangs-Ersatzwiderstand umgewandelt wird.
Beim Laden der Batterie 9 wird ein Ersatzwiderstand der Batterie 9 in Abhängigkeit von einem Ladezustand der Batterie 9 bestimmt, mit anderen Worten, der Ersatzwiderstand wird in Abhängigkeit von einer Anschlussspannung und dem Ladestrom bestimmt, wobei der Ersatzwiderstand nicht in Beziehung zu einem optimalen Lastwiderstand steht, der in Abhängigkeit von dem Verbindungskoeffizienten zwischen der Sendespule 27 und der Empfangsspule 14 bestimmt wird. Somit wird der Wert des Ersatzwiderstands der Batterie 9 in einen Wert des optimalen Lastwiderstands eines berührungslosen Stromaufladevorgangs umgewandelt, so dass die Effizienz des berührungslosen Stromaufladevorgangs verbessert werden kann.
Insbesondere wenn der Wert des Ersatzwiderstands der Batterie 9 geringer ist als der Wert des optimalen Lastwiderstands bei dem berührungslosen Stromaufladevorgang und wenn ein Tiefsetz-Vorgang des Stromrichters 6 ausgeführt wird, ist der Eingangs-Ersatzwiderstand des Stromrichters 6 größer als der Ausgangs-Ersatzwiderstand des Stromrichters 6, so dass die elektrischen Widerstände des Stromrichters 6 und der Batterie 9 größer sein können als der Ersatzwiderstand der Batterie 9 und ein Tiefsetz-Verhältnis des Stromrichters 6 optimal gesteuert wird, so dass der Wert des Ersatzwiderstands an den Wert des optimalen Lastwiderstands des berührungslosen Stromaufladevorgangs angepasst werden kann.
Wenn dagegen der Wert des Ersatzwiderstands der Batterie 9 größer ist als der Wert des optimalen Lastwiderstands bei dem berührungslosen Stromaufladevorgang und wenn ein Hochsetz-Vorgang des Stromrichters 6 ausgeführt wird, ist der Eingangs-Ersatzwiderstand des Stromrichters 6 kleiner als der Ausgangs-Ersatzwiderstand des Stromrichters 6, so dass die Ersatzwiderstände des Stromrichters 6 und der Batterie 9 niedriger sein können als der Ersatzwiderstand der Batterie 9 und ein Hochsetz-Verhältnis des Stromrichters 6 optimal gesteuert wird, so dass der Wert des Ersatzwiderstands an den Wert des optimalen Lastwiderstands des berührungslosen Stromaufladevorgangs angepasst werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Ausführung des berührungslosen Stromaufladevorgangs, obwohl der Stromrichter 6 eine dem Stromrichter 6 zugeführte konstante Spannung erhöht oder vermindert und die Spannung abgibt, der Vorgang bei der vorliegenden Erfindung als Widerstandsumwandlungsvorgang bezeichnet. Dabei verkörpert die konstante Spannung, dass es sich um eine konstante Spannung in Bezug auf die Zeit handelt, die länger ist als 10 mm/s oder 8,33 mm/s, wobei es sich um einen halben Zyklus mit 50 Hz oder 60 Hz handelt, und verkörpert ferner, dass eine gewisse Spannungsschwankung (Eingangsspannungswelligkeit oder Ausgangsspannungswelligkeit) hervorgerufen werden kann.
Mit anderen Worten, der Widerstandsumwandlungsvorgang kann einen Vorgang darstellen, bei dem ein Hochsetz-Verhältnis oder ein Tiefsetz-Verhältnis des Stromrichters 6 während der Zeit, die länger ist als 10 mm/s oder 8,33 mm/s, konstant gesteuert wird. Wenn die Batterie 9 geladen wird, wird eine Anschlussspannung im Lauf der Zeit erhöht, und eine von dem Stromrichter 6 abgegebene Spannung variiert, so dass der Widerstandsumwandlungsvorgang in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführt wird.
Es wird jedoch geschätzt, dass eine Anschlussspannung der Batterie 9 in einem Stromaufladezustand eine in etwa konstante Spannung während 10 mm/s oder 8,33 mm/s aufweist und der Stromwandler 6 während 10 mm/s oder 8,33 mm/s in einem Zustand gesteuert werden kann, in dem das Hochsetz-Verhältnis oder das Tiefsetz-Verhältnis des Stromrichters 6 konstant ist.
Wenn dagegen ein drahtgebundener Stromaufladevorgang ausgeführt wird, führt der Stromrichter 6 einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang aus. In diesem Fall wird zwar eine dem Stromrichter 6 zugeführte Spannung in einem halben Zyklus mit 50 Hz oder 60 Hz stark variiert, jedoch handelt es sich bei einer von dem Stromrichter 6 abgegebenen Spannung um eine konstante Spannung, so dass bei Ausführung eines Hochsetz-Vorgangs des Stromrichters 6 zum Verbessern des Leistungsfaktors ein Hochsetz-Verhältnis während 10 mm/s oder 8,33 mm/s mehrmals variiert wird, und bei Ausführung eines Tiefsetz-Vorgangs des Stromrichters 6 zum Verbessern des Leistungsfaktors ein Tiefsetz-Verhältnis während 10 mm/s oder 8,33 mm/s mehrmals variiert wird.
Obwohl, wie vorstehend beschrieben, die Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung den gemeinsamen Stromrichter 6 bei der Ausführung eines drahtgebundenen Stromaufladevorgangs oder bei der Ausführung eines berührungslosen Stromaufladevorgangs verwendet, wird ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang bei der Ausführung des drahtgebundenen Stromaufladevorgangs ausgeführt, während ein Widerstandsumwandlungsvorgang bei Ausführung des berührungslosen Stromaufladevorgangs ausgeführt wird, so dass die Anzahl von Halbleiter-Schaltvorrichtungen nicht zunimmt und eine Funktion verwirklicht werden kann, die sowohl bei dem drahtgebundenen Stromaufladevorgang als auch bei dem berührungslosen Stromaufladevorgang erforderlich ist, so dass eine Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge realisiert werden kann, die klein ausgebildet und kostengünstig ist.
Wenn, in der vorstehend beschriebenen Weise, eine Frequenz des Hochfrequenz-Wechselstroms, der von dem Inverter 12 der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 abgegeben wird, im Großen und Ganzen identisch mit einer Frequenz eines magnetischen Hochfrequenz-Wechselfelds ist, die an der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 empfangen wird, dann mit anderen Worten, wenn eine Induktanz der Aufnahmespule 14 im Großen und Ganzen identisch ist mit einer Resonanzfrequenz, die in Abhängigkeit von einer elektrostatischen Kapazität der Resonanzeinheit 15 bestimmt wird, dann ist eine Frequenz einer Hochfrequenz-Komponente, die durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt werden muss, identisch mit einer Frequenz in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand und einer Frequenz in einem berührungslosen Stromaufladezustand, so dass selbst bei Ausbildung des Hochfrequenz-Filters 7 einfach in einer derartigen Weise, dass das Hochfrequenz-Filter 7 unter Verwendung eines Kondensators gebildet ist, die Hochfrequenz-Komponente mit hoher Leistungsfähigkeit entfernt werden kann, so dass ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang und ein Widerstandsumwandlungsvorgang in einfacher Weise von dem Stromrichter 6 ausgeführt werden können.
Darüber hinaus kann die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4, die die Auswahl trifft, dass der elektrische Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 empfangen wird oder der elektrische Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 empfangen wird, auch keine Konfiguration aufweisen, wie sie in 1 dargestellt ist, sondern die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der der elektrische Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 oder der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 empfangen werden kann, indem ein Schalter und ein Relais in einer anderen Position vorgesehen sind als der in 1 dargestellten Position.
Darüber hinaus kann die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 eine Konfiguration gemäß der nachfolgenden Beschreibung aufweisen, bei der ein Schalter und ein Relais nicht vorgesehen sind. Mit anderen Worten, es wird bei Ausführung eines berührungslosen Stromaufladevorgangs, wie vorstehend beschrieben, die Kommunikationssteuerung des berührungslosen Stromaufladevorgangs unter Verwendung der drahtlosen Kommunikation zwischen einem Fahrzeug, in dem die Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge angebracht ist, und der drahtlosen Stromübertragungsvorrichtung 22 ausgeführt, so dass dann, wenn ein für den drahtgebundenen Stromaufnahmevorgang verwendetes Kabel mit dem Eingangsanschluss 10 verbunden wird, die drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 22 gestoppt wird, und zwar die drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 22 durch Verwendung der drahtlosen Kommunikation von dem Fahrzeug gestoppt wird, und der elektrische Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 empfangen wird, so dass ein Arbeitsvorgang der Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 verwirklicht werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, weist eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 Folgendes auf: eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit, die Hochfrequenz-Wechselstrom durch eine Magnetfeldverbindung mit einem magnetischen Hochfrequenz-Wechselfeld empfängt; eine drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit, die mit einer externen Stromquelle für Niedrigfrequenz-Wechselstrom verbunden ist; einen Gleichrichter, der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit und der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit abgegebenen Wechselstrom gleichgerichtet; einen Stromrichter, der mit einem nachgeordneten Teil des Gleichrichters verbunden ist; und eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung, die den elektrischen Strom derart umschaltet, dass elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit oder elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit an den Gleichrichter abgegeben wird; wobei eine Batterie mit Gleichstrom geladen wird, der von dem Stromrichter abgegeben wird; wobei ein Hochfrequenz-Filter, das eine Hochfrequenz-Komponente entfernt, die in von dem Gleichrichter abgegebenen elektrischen Strom vorhanden ist, zwischen dem Gleichrichter und dem Stromrichter vorgesehen ist; und wobei dann, wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, der Stromrichter einen Widerstandsumwandlungsvorgang ausführt, in dem eine dem Stromrichter zugeführte Spannung erhöht oder vermindert wird, und der Stromrichter eine konstante Spannung abgibt, und wenn elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, der Stromrichter einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausführt, in dem ein Leistungsfaktor des von der externen Stromquelle zugeführten elektrischen Stroms verbessert wird, und der Stromrichter eine konstante Spannung abgibt.
Da das Hochfrequenz-Filter vorgesehen ist, wird dem Stromrichter nur eine Niedrigfrequenz-Komponente zugeführt, und ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand sowie ein Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand können in einfacher Weise ausgeführt werden.
Ferner wird der gleiche Stromrichter, dessen Funktion variabel ist, sowohl bei einem drahtgebundenen Stromaufladevorgang als auch bei einem berührungslosen Stromaufladevorgang genutzt, so dass ein System gebildet werden kann, das für beide Vorgänge optimal ist.
Darüber hinaus entfernt das Hochfrequenz-Filter eine Hochfrequenz-Komponente, die zu einer Hochfrequenz-Komponente von Hochfrequenz-Wechselstrom in Beziehung steht, und wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, wird Gleichstrom mit einer konstanten Spannung dem Stromrichter von dem Hochfrequenz-Filter zugeführt, und bei Empfang des elektrischen Stroms von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit wird dem Stromrichter pulsierender elektrischer Strom zugeführt, bei dem eine Spannungswellenform des Niedrigfrequenz-Wechselstroms für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, so dass eine dem Stromrichter zugeführte hohe Frequenz des elektrischen Stroms unter Verwendung eines einzigen Hochfrequenz-Filters effektiv entfernt werden kann und ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand sowie ein Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladevorgang in wirksamer Weise ausgeführt werden können.
Darüber hinaus ist das Hochfrequenz-Filter aus einem Kondensator gebildet, der zwischen eine Hochspannungsseite und eine Niedrigspannungsseite eines Ausgangsanschlusses des Gleichrichters geschaltet ist, so dass das Hochfrequenz-Filter durch ein einfaches Verfahren realisiert werden kann.
Weiterhin besitzt die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit einen Vollwellen-Gleichrichter, durch den von der externen Stromquelle zugeführter Niedrigfrequenz-Wechselstrom für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, einen Inverter, der von dem Vollwellen-Gleichrichter abgegebenen pulsierenden elektrischen Strom in Hochfrequenz-Wechselstrom umwandelt, sowie einen isolierten Transformator, der mit einem nachgeordneten Teil des Inverters verbunden ist, so dass die Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge in gegenüber der externen Stromquelle isolierter Weise realisiert werden kann.
Außerdem ist eine Frequenz von Hochfrequenz-Wechselstrom, der von dem Inverter abgegeben wird, identisch mit einer Frequenz von Hochfrequenz-Wechselstrom, der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, so dass zu entfernende Hochfrequenz-Komponenten sowohl bei der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit als auch bei der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit miteinander identisch sind und somit Hochfrequenz-Komponenten mittels einer einfachen Konfiguration entfernt werden können.
Ausführungsbeispiel 2
5 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2. Bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 sind eine Konfiguration und eine Arbeitsweise, die einem berührungslosen Stromaufnahmemechanismus entsprechen, äquivalent zu einer Konfiguration und Arbeitsweise, wie diese in 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht sind, so dass auf eine partielle Darstellung einer drahtlosen Stromübertragungsvorrichtung 22 verzichtet worden ist.
Darüber hinaus bezeichnen Bezugszeichen, die denen der 1 entsprechen, die gleichen Teile, wobei auf eine erneute Erläuterung derselben verzichtet wird. Ein Unterschied gegenüber der 1 besteht in der Konfiguration einer drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2. Bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 ist die Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge nicht an der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 gegenüber einer externen Stromquelle 21 isoliert. Nachfolgend wird in erster Linie ein Unterschied gegenüber Ausführungsbeispiel 1 erläutert.
Wie in 5 dargestellt, ist die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit 2 der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge nur aus leitfähigen Drähten bzw. Leitungsdrähten gebildet, die einen Eingangsanschluss 10 und einen Gleichrichter 5 miteinander verbinden. Jedoch besitzt die Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4, durch die zwischen einem drahtgebundenen Stromaufladevorgang und einem berührungslosen Stromaufladevorgang umgeschaltet wird.
Bei der Ausführung des drahtgebundenen Stromaufladevorgangs wird die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 auf die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit 2 geschaltet, so dass der Gleichrichter 5 über die Leitungsdrähte der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 und den Eingangsanschluss 10 direkt mit der externen Stromquelle 21 verbunden wird. Darüber hinaus können Rauschunterdrückungsfilter oder dergleichen an den Leitungsdrähten der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 vorgesehen sein.
Eine Charakteristik der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 besteht darin, dass von der externen Stromquelle 21 abgegebener elektrischer Strom nicht umgewandelt wird, sondern dem Gleichrichter 5 direkt zugeführt wird. Ferner handelt es sich bei dem Gleichrichter 5 bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 um einen Vollwellen-Gleichrichter, der aus einer Diodenbrücke oder dergleichen gebildet ist.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge erläutert.
Wenn ein drahtgebundener Stromaufladevorgang ausgeführt wird, so wird Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz, der in 3A gemäß Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht ist, von der externen Stromquelle 21 dem Gleichrichter 5 in einem Zustand zugeführt, in dem der Wechselstrom nicht umgewandelt wird. Der dem Gleichrichter 5 zugeführte Wechselstrom beinhaltet keine Hochfrequenz-Komponente, so dass ein Hochfrequenz-Filter 7, das mit einem nachgeordneten Teil des Gleichrichters 5 verbunden ist, keinen speziellen Vorgang ausführt, und der dem Gleichrichter 5 zugeführte Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, wie dies in 3B oder 3E veranschaulicht ist, sowie einem Stromrichter 6 zugeführt wird.
Da der drahtgebundene Stromaufladevorgang ausgewählt ist, wird der Stromrichter 6 von einer Steuereinheit 8 derart gesteuert, dass er einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausführt, und es wird Gleichstrom mit einer konstanten Spannung von dem Stromrichter 6 abgegeben, durch den eine Batterie 9 aufgeladen wird.
Wenn dagegen ein berührungsloser Stromaufladevorgang ausgeführt wird, wird die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 auf eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3 umgeschaltet, so dass ein berührungsloser Stromaufladevorgang ausgeführt wird, der ähnlich einem in Ausführungsbeispiel 1 erläuterten berührungslosen Stromaufladevorgang ist. Bei Ausführung des berührungslosen Stromaufladevorgangs ist eine Hochfrequenz-Komponente mit 20 kHz bis 150 kHz in dem elektrischen Strom enthalten, der von dem Gleichrichter 5 abgegeben wird, so dass das Hochfrequenz-Filter 7 die Hochfrequenz-Komponente entfernt und dem Stromrichter 6 Gleichstrom mit einer in etwa konstanten Spannung zugeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist es nicht erforderlich, dass eine unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiel 1 erläuterte Hochfrequenz-Komponente immer in elektrischem Strom enthalten ist, der dem Gleichrichter 5 zugeführt wird, wenn ein drahtgebundener Stromaufladevorgang ausgeführt wird, und ein berührungs-loser Stromaufladevorgang, der stets eine Hochfrequenz-Komponente beinhaltet, steht in ausgeglichener Beziehung zu einem drahtgebundenen Stromaufladevorgang, der keine Hochfrequenz-Komponente beinhaltet, so dass eine Wirkung ähnlich einer Wirkung in dem Fall gemäß Ausführungsbeispiel 1 erzielt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, sind bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 2 die Einheiten mit Ausnahme der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 ähnlich den Einheiten bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit 3 direkt elektrischen Strom abgibt, der von der externen Stromquelle 21 dem Gleichrichter 5 zugeführt wird, so dass ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand und ein Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand mittels einer einfachen Konfiguration ausgeführt werden, während der gleiche Stromrichter 6 sowohl bei einem drahtgebundenen Stromaufladevorgang als auch bei einem berührungslosen Stromaufladevorgang verwendet wird und ein System geschaffen werden kann, das für beide Vorgänge optimal ist.
Ausführungsbeispiel 3
7 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3. Bei einer Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3, die der in dem Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge ähnlich ist, sind eine Batterie 9 und eine externe Stromquelle 21 durch einen isolierten Transformator 13 isoliert, wenn ein drahtgebundener Stromaufladevorgang ausgeführt wird. Bezugszeichen, die denen der 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1 entsprechen, beziehen sich auf die gleichen Teile, wobei auf eine Erläuterung derselben verzichtet wird.
Obwohl die in 7 dargestellte Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge eine Konfiguration aufweist, die der bei Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Konfiguration ähnlich ist, zeigt diese Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge dennoch eine speziellere Konfiguration. Mit anderen Worten, es sind bei einer drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 eine Empfangsspule 14 und eine Resonanzeinheit 15, die aus einer Kapazität gebildet ist, in Reihe geschaltet, und ein Stromrichter 6 ist aus einer Hochsetz-Chopper-Schaltung gebildet, die in 2A dargestellt ist.
Wenn die Hochsetz-Chopper-Schaltung als Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung verwendet wird, kann die Hochsetz-Chopper-Schaltung einen Leistungsfaktor erzielen, der höher ist als ein Leistungsfaktor einer Tiefsetz-Chopper-Schaltung, so dass die Hochsetz-Chopper-Schaltung bei Verwendung als Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung ausgezeichnete Eigenschaften zeigt.
Die Hochsetz-Chopper-Schaltung ist aus einer Induktivität 31, einer Diode 32 und einer Halbleiter-Schaltvorrichtung 33, wie z.B. einem MOSFET oder einem IGBT, gebildet.
Obwohl in 7 eine Induktivität 31, eine Diode 32 und eine Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 vorgesehen sind und die Hochsetz-Chopper-Schaltung dadurch gebildet ist, wird eine Vielzahl von Kombinationen der Einheiten parallel geschaltet vorgesehen, so dass die Hochsetz-Chopper-Schaltung eine Konfiguration aufweisen kann, die als verschachtelter Typ bezeichnet wird.
Obwohl z.B. eine charakteristische Eigenschaft bei zwei parallelen verschachtelten Typen darin besteht, dass eine Schaltphase der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 um einen halben Zyklus versetzt ist bzw. abweicht, ist eine grundlegende Arbeitsweise ähnlich der Arbeitsweise bei einem Einzel-Typ. Ferner können der Einzel-Typ und der verschachtelte Typ einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand sowie einen Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand ausführen, und es kann eine gemeinsame Verwendbarkeit des Stromrichters 6 erzielt werden, wobei es sich um ein Ziel der vorliegenden Erfindung handelt.
Da die Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge mit hohem elektrischen Strom arbeitet, wird die Hochsetz-Chopper-Schaltung, obwohl diese auch für eine Ausbildung als verschachtelter Typ geeignet ist, anhand eines Einzel-Typs beschrieben, um die Hochsetz-Chopper-Schaltung bei dieser Ausführungsform in einfacher Weise zu erläutern.
Auf der Eingangsseite des Stromrichters 6 weist der Stromrichter 6 Folgendes auf: eine Spannungsdetektionseinheit 34, die eine dem Stromrichter 6 zugeführte Spannungswellenform detektiert, eine Stromdetektionseinheit 35, die eine durch die Induktivität 31 hindurchgeleitete Stromwellenform misst, sowie eine Spannungsdetektionseinheit 36, die eine von dem Stromrichter 6 abgegebene Spannung misst.
Wie in 7 dargestellt, weisen die Spannungsdetektionseinheit 34 und die Spannungsdetektionseinheit 36 zwar eine Konfiguration auf, bei der zwei Widerstände in Reihe geschaltet sind und eine Widerstands-Teildruckschaltung vorhanden ist, die eine Spannung an einem Mittelpunkt der Widerstände misst, jedoch kann auch eine andere Konfiguration verwendet werden.
Die Stromdetektionseinheit 35 kann aus einem Nebenschlusswiderstand und einem Stromwandler gebildet sein, und die Stromdetektionseinheit 35 kann mit der Induktivität 31 in Reihe geschaltet sein, die auf einer von einer Niedrigspannungsseite verschiedenen Hochspannungsseite angeordnet ist, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Ferner kann die Stromdetektionseinheit 35 mit der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 in Reihe geschaltet sein, und es kann ein Wert des elektrischen Stroms gemessen werden, der durch die Induktivität 31 hindurch geleitet wird, wenn die Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 eingeschaltet (in einem leitfähigen Zustand) ist.
Im Folgenden wird eine Arbeitsweise der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge erläutert. Dabei wird als erstes ein drahtgebundener Stromaufladevorgang beschrieben.
Bei der Ausführung des drahtgebundenen Stromaufladevorgangs wird eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 mit einer Sekundärseite des isolierten Transformators 13 verbunden, wobei es sich um einen Ausgangsanschluss einer drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit 2 handelt, und wird ferner mit einem Gleichrichter 5 verbunden. Obwohl dem Gleichrichter 5 in diesem Fall eine Hochfrequenz-Wechselspannung mit 20 kHz bis 150 kHz zugeführt wird, wobei es sich bei einer Hüllkurve um pulsierenden Strom handelt, wie dieser in 3C veranschaulicht ist, wird elektrischer Strom – bei dem eine Hochfrequenz-Komponente, die durch Schalten eines Inverters 12 mit 20 kHz bis 150 kHz gemäß der Darstellung in 3E durch ein Hochfrequenz-Filter 7 entfernt ist – einem Ausgangsanschluss des Gleichrichters, mit anderen Worten, einem Eingangsanschluss des Stromrichters 6 zugeführt, der aus einer Hochsetz-Chopper-Schaltung gebildet ist.
Da der drahtgebundene Stromaufladevorgang ausgeführt wird, führt der Stromrichter 6 einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang aus. Der Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang arbeitet derart, dass eine Spannungswellenform, die von der externen Stromquelle 21 der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge über einen Eingangsanschluss 10 zugeführt wird, ähnlich einer Stromwellenform ist und ein Leistungsfaktor nahe bei 1 liegt.
Normalerweise wird bei Ausführung des Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgangs die Spannungswellenform der externen Stromquelle 21 an einer dem Eingangsanschluss 10 benachbarten Stelle gemessen, und ein Einschaltvorgang und ein Ausschaltvorgang der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 werden derart gesteuert, dass ein elektrischer Eingangsstrom ähnlich der Spannungswellenform ist, die gemessen wird.
Auch bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3 ist eine Primärseite des isolierten Transformators 13, der zum Detektieren einer Spannungswellenform verwendet wird, mit einem dem Eingangsanschluss 10 benachbarten Teil verbunden, beispielsweise mit einem vorgeordneten Teil eines Gleichrichters 11, und ein Ausgangssignal auf einer Sekundärseite des isolierten Transformators 13 wird einer Steuereinheit 8 zugeführt, so dass ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang von dem Stromrichter 6 ausgeführt werden kann.
Eine Hauptschaltungsseite, durch die der Batterie 9 elektrischer Strom von der externen Stromquelle 21 zugeführt wird, ist durch den isolierten Transformator 13 isoliert, so dass der isolierte Transformator 13 zum Detektieren einer Spannung verwendet wird.
Jedoch wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel 3 angegeben, eine durch einen Schaltvorgang des Inverters 12 verursachte Hochfrequenz-Komponente durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt, das zwischen dem Gleichrichter 5 und dem Stromrichter 6 vorgesehen ist, und dem Stromrichter 6 wird eine Spannungswellenform zugeführt, die ähnlich einer Spannungswellenform ist, die von der externen Stromquelle 21 zugeführt wird und für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, wie dies in 3E veranschaulicht ist, so dass eine ähnliche Wellenform, bei der die von der externen Stromquelle 21 zugeführte Spannungswellenform für eine Vollwelle gleichgerichtet ist, durch einen einfachen Arbeitsvorgang von der Spannungsdetektionseinheit 34 detektiert wird, die an einem Eingangsanschluss des Stromrichters 6 vorgesehen ist, wobei die Spannungswellenform für einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang verwendet werden kann.
In dem vorliegenden Fall ergibt sich die einfache Arbeitsweise dadurch, dass eine Schaltung einfach konfiguriert sein kann, da keine Notwendigkeit besteht, dass die Steuereinheit 8 und die Spannungsdetektionseinheit 34 isoliert sind.
Eine Ausgangswellenform V, die von der Spannungsdetektionseinheit 34 abgegeben wird, wird der Steuereinheit 8 zugeführt, und ein Gatesignal G der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 wird derart abgegeben, dass eine Durchschnittsstrom-Wellenform, die durch die Induktivität 31 hindurchgeführt wird, identisch mit einer ähnlichen Wellenform der Ausgangsspannungswellenform V ist, so dass die Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.
Ein durch die Induktivität 31 hindurchgeführter elektrischer Strom wird erhöht, wenn die Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 eingeschaltet ist, und der elektrische Strom wird vermindert, wenn die Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 ausgeschaltet ist. Somit wird der durch die Induktivität 31 hindurchgeführte elektrische Strom erhöht oder vermindert, während die Halbleiter-Schaltvorrichtung eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. Mit anderen Worten, es verkörpert der durch die Induktivität 31 hindurchgeführte durchschnittliche Strom, dass ein Durchschnittswert des elektrischen Stroms ähnlich der Ausgangsspannungswellenform V während eines Zyklus ist, der länger ist als ein Einschalt-/Ausschalt-Zyklus der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33.
Hierbei ist eine dem Stromrichter 6 zugeführte Spannungswellenform ähnlich einer Spannungswellenform, bei der eine Hochfrequenz-Komponente durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt ist, wie dies in 3E dargestellt ist, und die Spannungswellenform mit 50 Hz oder 60 Hz wird für eine Vollwelle gleichgerichtet, so dass eine Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 ohne Beziehung zu einer Schaltfrequenz des Inverters 12 bestimmt werden kann. Mit anderen Worten, die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 kann niedriger oder höher als die Schaltfrequenz des Inverters 12 sein oder kann identisch mit dieser sein.
Darüber hinaus kann die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 in Abhängigkeit von einer Spannung der externen Stromquelle 21 bei einer Leitung mit 100 V oder einer Leitung mit 200 V variiert werden. Außerdem kann die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 ohne Beziehung zu der Schaltfrequenz des Inverters 12 festgelegt werden, so dass die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 auf einem konstanten Wert gehalten werden kann und die Schaltfrequenz des Inverters 12 in Abhängigkeit von einem Zustand variiert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird dann, wenn in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand elektrischer Strom von der externen Stromquelle 21 über den isolierten Transformator 13 der Batterie 9 zugeführt wird, eine Hochfrequenz-Komponente, die zu einem von dem Inverter 12 erzeugten Hochfrequenz-Strom in Beziehung steht, durch das Hochfrequenz-Filter entfernt, so dass die Schaltfrequenz des Inverters 12 und die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 unabhängig festgelegt werden können und sich damit ein Vorteil dahingehend ergibt, dass ein Gesamtsystem in optimalerer Weise gesteuert werden kann.
Wenn der Batterie 9 elektrischer Strom kontinuierlich zugeführt wird, wird eine Spannung der Batterie 9 erhöht, so dass eine Spannung, die von dem Stromrichter 6 abgegeben wird, variiert werden muss. Die Spannungsdetektionseinheit 36, die mit einer Ausgangsseite des Stromrichters 6 verbunden ist, führt die gemessene Spannung Vo der Steuereinheit 8 zu, und die Steuereinheit 8 steuert ein Verhältnis zwischen Einschaltzeit und Ausschaltzeit, mit anderen Worten eine Einschaltdauer der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 in Abhängigkeit von einer Änderung einer Anschlussspannung der Batterie 9, so dass die Spannungsdetektionseinheit 36 die Spannung reguliert, die von dem Stromrichter 6 abgegeben wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird eine von dem Stromrichter 6 abzugebende Gleichstrom-Spannung in Abhängigkeit von einem Zustand variiert, und wenn die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 in der vorstehend beschriebenen Weise frei gewählt werden kann, wird die Flexibilität zum Steuern des Gesamtsystems erweitert, so dass sich ein Vorteil dahingehend ergibt, dass das Gesamtsystem noch optimaler gesteuert werden kann.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge in einem berührungslosen Stromaufladezustand erläutert.
Wenn ein berührungsloser Stromaufladevorgang ausgeführt wird, so wird die Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung 4 auf die drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3 geschaltet, und die drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3, bei der die Empfangsspule 14 und die aus einem Kondensator gebildete Resonanzeinheit 15 miteinander in Reihe geschaltet sind, wird mit einem Eingangsanschluss des Gleichrichters 5 verbunden.
Bei der Ausführung eines berührungslosen Stromaufladevorgangs besitzt eine drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 22 eine Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung 25, so dass kein pulsierender Strom mit einer niedrigen Frequenz, die mit einer Frequenz einer externen Stromquelle 23 in Beziehung steht, verursacht wird und ein Hochfrequenz-Strom mit 20 kHz bis 150 kHz, bei dem ein Wert einer Hüllkurve gemäß der Darstellung in 4D konstant ist, von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 empfangen wird. Der Hochfrequenz-Strom mit 20 kHz bis 150 kHz wird durch den Gleichrichter 5 gleichgerichtet.
Eine Hochfrequenz-Komponente, die in dem abgegebenen elektrischen Strom von dem Gleichrichter 5 enthalten ist und zu dem empfangenen Hochfrequenz-Strom mit 20 kHz bis 150 kHz in Beziehung steht, wird durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt, so dass ein Eingangsspannungswert des Stromrichters 6 in einen konstanten Spannungswert umgewandelt wird, wie dies in 4E veranschaulicht ist.
Der Spannungswert wird von Spannungsdetektionseinheit 34 detektiert und wird der Steuereinheit 8 als Spannungswert V zugeführt. Ferner wird ein elektrischer Strom, der dem Stromrichter 6 zugeführt wird, von der Stromdetektionseinheit 35 detektiert und der Steuereinheit 8 als Stromwert I zugeführt. Ferner misst die Steuereinheit 8 die Spannung Vo der Batterie 9 unter Verwendung der Spannungsdetektionseinheit 36, die an einem Ausgangsanschluss des Stromrichters 6 vorgesehen ist.
Die Steuereinheit 8 steuert das Verhältnis zwischen Einschaltzeit und Ausschaltzeit, mit anderen Worten eine Einschaltdauer der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 in einer derartigen Weise, dass die Gleichspannung V, die dem Stromrichter 6 gemäß der Darstellung in 4E zugeführt wird, in die Spannung Vo der Batterie 9 umgewandelt wird.
Der Stromrichter 6 ist aus einer Hochsetz-Chopper-Schaltung gebildet, so dass die Spannung V, die mit einer in Abhängigkeit von der Einschaltdauer definierten Hochsetz-Spannung erhöht wird und zugeführt wird, in die Ausgangsspannung Vo umgewandelt wird. Wenn dabei ein Verlust des Stromrichters 6 ignoriert wird, ist ein elektrischer Eingangsstrom des Stromrichters 6 identisch mit einem elektrischen Ausgangsstrom des Stromrichters 6, so dass die Eingangsspannung V niedriger ist als die Ausgangsspannung Vo und ein elektrischer Eingangsstrom höher ist als ein elektrischer Ausgangsstrom. Ein Eingangswiderstandswert ist somit niedriger als ein Ausgangswiderstandswert, so dass ein Widerstandswert der Batterie 9 durch den Stromrichter 6 in einen niedrigeren Widerstandswert umgewandelt wird.
Eine Hochfrequenz-Komponente, die zu Hochfrequenz-Strom in Beziehung steht, der von der Empfangsspule 14 empfangen wird, wird durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt, so dass eine Eingangsspannung und eine Ausgangsspannung des Stromrichters 6 Gleichstrom-Spannungen sind und eine Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 ohne Beziehung zu dem von der Empfangsspule 14 empfangenen Hochfrequenz-Strom festgelegt werden kann.
Mit anderen Worten, die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 kann höher oder niedriger als die Frequenz des von der Empfangsspule 14 empfangenen Hochfrequenz-Stroms sein oder kann identisch mit dieser sein. Die Induktivität 31 des Stromrichters 6 wird bei einem Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufnahmezustand und bei einem Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand gemeinsam genutzt, so dass sie geeignet ist, dass die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 in dem Widerstandsumwandlungsvorgang im berührungslosen Stromaufladezustand identisch mit oder äquivalent zu dem Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in dem drahtgebundenen Stromaufladezustand ist.
Bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 1 wird die Hochfrequenzkomponente durch das Hochfrequenz-Filter 7 entfernt, und bei der Ausführung des drahtgebundenen Stromaufladevorgangs wird eine Eingangsspannungswellenform des Stromrichters 6 in eine pulsierende Spannungswellenform umgewandelt, bei der eine Niedrigfrequenz-Wechselspannung mit 50 Hz oder 60 Hz für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, wobei bei Ausführung des berührungslosen Stromaufladevorgangs die Eingangsspannungswellenform in eine Gleichstrom-Spannungswellenform mit einer konstanten Spannung umgewandelt wird, so dass die Situation erhalten bleiben kann, dass die Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 identisch oder äquivalent ist, und selbst wenn eine gemeinsame Induktivität 31 bei dem Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang und dem Widerstandsumwandlungsvorgang verwendet wird, kann eine optimale Leistung erzielt werden.
Ferner ergibt sich ein Vorteil, der durch freie Auswahl der Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 erzielt wird, wenn der berührungslose Stromaufladevorgang ausgeführt wird, in ähnlicher Weise wie ein Vorteil, der bei Ausführung des drahtgebundenen Stromaufladevorgangs erzielt wird.
Ausführungsbeispiel 4
8 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 4. Bezugszeichen, die mit Bezugszeichen der 7 gemäß Ausführungsbeispiel 3 identisch sind, beziehen sich auf die gleichen Teile, wobei auf eine Beschreibung derselben verzichtet wird.
Eine Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 4 unterscheidet sich von der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß Ausführungsbeispiel 3, wobei ein Stromrichter 6 durch eine Tiefsetz-Chopper-Schaltung gebildet ist. Bei einer drahtlosen Stromaufnahmeeinheit 3 sind eine Empfangsspule 14 und ein Kondensator, bei dem es sich um eine Resonanzeinheit 15 handelt, parallel geschaltet.
Wenn die drahtlose Stromaufnahmeeinheit 3 derart ausgebildet ist, dass die Empfangsspule 14 und der Kondensator, d.h. die Resonanzeinheit 15, einander parallel geschaltet sind, wie dies in 8 dargestellt ist, ist ein Tiefsetz-Wandler besser geeignet als ein Hochsetz-Wandler, wenn der Wandler als Gleichspannungswandler verwendet wird, der einen Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand ausführt. Aus diesem Grund ist der Stromrichter 6 durch die Tiefsetz-Chopper-Schaltung gebildet.
Ferner ist in diesem Fall ein Hochfrequenz-Filter 7 aus einer Filterschaltung gebildet, die eine Induktivität 71, deren Induktanz relativ gering ist, sowie einen Kondensator 72 aufweist. Obwohl das Hochfrequenz-Filter 7 eine charakteristische Eigenschaft aufweist, bei der eine Frequenz von 100 Hz oder 120 Hz hindurchgeführt wird, bei der es sich um eine Frequenz mit dem Zweifachen des Wechselstroms von 50 Hz oder 60 Hz handelt, der für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, besitzt das Hochfrequenz-Filter 7 dennoch eine Charakteristik bzw. Kennlinie, bei der eine Hochfrequenz-Komponente mit einer hohen Frequenz von 20 kHz bis 150 kHz unterbrochen wird.
Wenn ein drahtgebundener Stromaufladevorgang ausgeführt wird, wird somit eine Spannungswellenform, bei der eine Wechselstromspannung mit 50 Hz oder 60 Hz gemäß der Darstellung in 3E für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, dem Stromrichter 6 zugeführt, und wenn ein berührungsloser Stromaufladevorgang ausgeführt wird, wird dem Stromrichter 6 eine Gleichspannung mit konstanter Spannung zugeführt, wie dies in 4E dargestellt ist. Ferner wird bei Ausführung des drahtgebundenen Stromaufladevorgangs ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausgeführt, indem ein Einschalt-/Ausschalt-Vorgang einer Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 des Stromrichters 6 gesteuert wird, und bei Ausführung des berührungslosen Stromaufladevorgangs wird ein Widerstandsumwandlungsvorgang ausgeführt, indem ein Einschalt-/Ausschalt-Vorgang der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 gesteuert wird.
Eine Schaltfrequenz der Halbleiter-Schaltvorrichtung 33 kann gemäß der Beschreibung in Ausführungsbeispiel 3 frei gewählt werden. Der Stromrichter 6 ist aus der Tiefsetz-Chopper-Schaltung gebildet, so dass bei der Ausführung des Widerstandsumwandlungsvorgangs in einem berührungslosen Stromaufladezustand eine Spannung, die niedriger ist als eine Eingangsspannung des Stromrichters 6, von dem Stromrichter 6 abgegeben wird und an eine Batterie 9 angelegt wird.
Andererseits wird zwar ein Tiefsetz-Vorgang ausgeführt, wenn ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand ausgeführt wird, jedoch wird eine Spannung einer externen Stromquelle 21 von einer Leitung mit 100 V oder einer Leitung mit 200 V zugeführt, und es gibt eine Situation, in der die Spannung der externen Stromquelle 21 niedriger ist als eine Spannung der Batterie 9.
Wenn in diesem Fall ein Hochsetz-Wandler derart ausgebildet ist, dass die Anzahl der Sekundärwindungen eines isolierten Transformators 13 größer ist als die Anzahl der Primärwindungen des isolierten Transformators 13, wird auch bei Bildung des Stromrichters 6 aus der Tiefsetz-Chopper-Schaltung der Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausgeführt, und es kann ein hohes Leistungsverhältnis an einem Eingangsanschluss der Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge erzielt werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann bei der Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung eine identische Schaltung bei einem Stromrichter, in dem ein Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang in einem drahtgebundenen Stromaufladezustand ausgeführt wird, sowie bei einem Stromrichter verwendet werden, in dem ein Widerstandsumwandlungsvorgang in einem berührungslosen Stromaufladezustand ausgeführt wird, so dass die Ladevorrichtung 21 für Elektrofahrzeuge kleiner ausgebildet werden kann.
Darüber hinaus ist es im Umfang der vorliegenden Erfindung möglich, dass die jeweiligen Ausführungsbeispiele frei kombiniert oder die jeweiligen Ausführungsbeispiele in geeigneter Weise modifiziert oder dabei Merkmale weggelassen werden.
Bezugszeichenliste

1: Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge
2: drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit
3: drahtlose Stromaufnahmeeinheit
4: Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung
5: Gleichrichter
6: Stromrichter
7: Hochfrequenz-Filter
8: Steuereinheit
9: Batterie
10: Eingangsanschluss
11: Gleichrichter
12: Inverter
13: isolierter Transformator
14: Empfangsspule
15: Resonanzeinheit
21: externe Stromquelle
22: drahtlose Stromübertragungsvorrichtung
23: externe Stromquelle
24: Gleichrichter
25: Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung
26: Inverter
27: Sendespule
28: Kondensator
31: Induktivität
32: Diode
33: Halbleiter-Schaltvorrichtung
34: Spannungsdetektionseinheit
35: Stromdetektionseinheit
36: Spannungsdetektionseinheit
71: Induktivität
72: Kondensator

Claims

Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, die Folgendes aufweist: eine drahtlose Stromaufnahmeeinheit, die Hochfrequenz-Wechselstrom durch eine Magnetfeldverbindung mit einem magnetischen Hochfrequenz-Wechselfeld empfängt; eine drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit, die mit einer externen Stromquelle für Niedrigfrequenz-Wechselstrom verbunden ist; einen Gleichrichter, der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit und der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit abgegebenen Wechselstrom gleichrichtet; einen Stromrichter, der mit einem nachgeordneten Teil des Gleichrichters verbunden ist; und eine Stromaufnahmeeinheit-Umschalteinrichtung, die elektrischen Strom derart umschaltet, dass elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit oder elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit an den Gleichrichter abgegeben wird; wobei eine Batterie mit Gleichstrom aufgeladen wird, der von dem Stromrichter abgegeben wird; wobei ein Hochfrequenz-Filter, das eine in dem von dem Gleichrichter abgegebenen elektrischen Strom enthaltene Hochfrequenz-Komponente entfernt, zwischen dem Gleichrichter und dem Stromrichter vorgesehen ist; und wobei dann, wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, der Stromrichter einen Widerstandsumwandlungsvorgang ausführt, in dem eine dem Stromrichter zugeführte Spannung erhöht oder vermindert wird, und der Stromrichter eine konstante Spannung abgibt, und dann, wenn elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, der Stromrichter einen Leistungsfaktor-Verbesserungsvorgang ausführt, in dem ein Leistungsfaktor des von der externen Stromquelle zugeführten elektrischen Stroms verbessert wird, und der Stromrichter eine konstante Spannung abgibt.
Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge nach Anspruch 1, wobei das Hochfrequenz-Filter eine Hochfrequenz-Komponente entfernt, die zu einer Hochfrequenz-Komponente des Hochfrequenz-Wechselstroms in Beziehung steht, und wenn elektrischer Strom von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, dem Stromrichter von dem Hochfrequenz-Filter Gleichstrom mit einer konstanten Spannung zugeführt wird, und wenn elektrischer Strom von der drahtgebundenen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird, dem Stromrichter pulsierender elektrischer Strom zugeführt wird, bei dem eine Spannungswellenform des Niedrigfrequenz-Wechselstroms für eine Vollwelle gleichgerichtet ist.
Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Hochfrequenz-Filter aus einem Kondensator gebildet ist, der zwischen eine Hochspannungsseite und eine Niedrigspannungsseite eines Ausgangsanschlusses des Gleichrichters geschaltet ist.
Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit Folgendes aufweist: einen Vollwellen-Gleichrichter, durch den von der externen Stromquelle zugeführter Niedrigfrequenz-Wechselstrom für eine Vollwelle gleichgerichtet wird, einen Inverter, der von dem Vollwellen-Gleichrichter abgegebenen pulsierenden elektrischen Strom in Hochfrequenz-Wechselstrom umwandelt, sowie einen isolierten Transformator, der mit einem nachgeordneten Teil des Inverters verbunden ist.
Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge nach Anspruch 4, wobei die Frequenz des von dem Inverter abgegebenen Hochfrequenz-Wechselstroms mit der Frequenz des Hochfrequenz-Wechselstroms identisch ist, der von der drahtlosen Stromaufnahmeeinheit empfangen wird.
Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die drahtgebundene Stromaufnahmeeinheit direkt elektrischen Strom abgibt, der von der externen Stromquelle dem Gleichrichter zugeführt wird.