JP2012175819A - 車両の電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】特定の補機負荷の作動等によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させる必要が生じた場合に、補機バッテリの放電を抑制する。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、トランスＴｒの第１の二次側コイル１０２の交流電圧を変換回路１０５によって直流電圧に変換した出力電圧Ｖｄｃを、電源配線ＡＭＤおよび接地ノードＧ１の間に出力する。電源配線ＡＭＤは、補機負荷用の電源配線および補機バッテリ２０の正極端子２１と接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、特定の補機負荷の作動に応答して低下される。スイッチ回路１２５は、通常時には、補機バッテリ２０の負極端子２２を接地ノードＧ１と接続する。一方、スイッチ回路１２５は、出力電圧Ｖｄｃの低下時には、負極端子２２をトランスＴｒの第２の二次側コイル１０３と接続することによって、出力電圧Ｖｄｃよりも高い電圧で補機バッテリ２０を充電する。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、車両駆動力発生用の主蓄電装置と補機駆動用の副蓄電装置とを搭載した電動車両の電源システムに関する。

電動機によって車両駆動力を発生可能に構成された、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両では、当該電動機を駆動するための電力を蓄積する蓄電装置（たとえば、メインバッテリ）と、低電圧の補機駆動用の蓄電装置（たとえば、補機バッテリ）との２種類の蓄電装置を搭載する構成が採用されている。走行用電動機の駆動に適した出力電圧と、ヘッドライトや空調機器等の補機あるいは電子制御ユニット（ＥＣＵ）等の制御機器の定格電圧（たとえば、１２Ｖ）とが大きく異なるからである。

このような構成では、特開２００１−６９６８３号公報（特許文献１）や特開２０１０−７４９１３号公報（特許文献２）に記載されるように、補機バッテリは、メインバッテリの出力電圧を降圧する電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力電圧によって充電されることが一般的である。

また、特開２００１−７８３０９号公報（特許文献３）には、電気自動車の電源装置として、電源装置中のトランスにタップを設けることによって、単一の外部電源からメインバッテリおおよび補機バッテリを並列に充電するための構成が記載されている。

さらに、特開２００７−３１８９６３号公報（特許文献４）には、低圧バッテリの出力電圧の低下を検出したときに、直流電圧変換回路の出力端の接続先を切換えることによって、補機への出力電圧を高めるための構成が記載されている。

特開２００１−６９６８３号公報 特開２０１０−７４９１３号公報 特開２００１−７８３０９号公報 特開２００７−３１８９６３号公報

特許文献１には、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、補機負荷および補機バッテリに対して共通に供給される構成が記載されている。このような構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、補機バッテリの電圧よりも若干高く制御することによって、補機バッテリの充電量を適切に維持することができる。

一方、車載の補機負荷のうちの特定の機器（ランプ等）に対しては、印加電圧を所定電圧以下に制御することが必要な場合がある。この場合には、当該機器の作動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下する必要が生じる。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させると、補機バッテリの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧よりも低くなる可能性がある。

このような状態が継続すると、補機バッテリからの放電が促進されてしまう。特に、バッテリの出力電圧が低下する低温時では、補機バッテリが放電過多となると、出力電圧の低下が顕著になることによって、補機負荷を正常に動作できなくなる虞がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、特定補機負荷の作動等によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させる必要が生じた場合にも、補機バッテリの放電が促進されないように構成された車両の電源システムを提供することである。

この発明のある局面では、車両の電源システムは、主蓄電装置の出力電圧を降圧するように構成された電圧変換器と、第１の電力線と、複数の負荷と、副蓄電装置と、切換回路とを含む。第１の電力線は、電圧変換器の出力電圧を供給される。複数の負荷は、第１の電力線からの電圧によって動作する。副蓄電装置は、第１の電力線と電気的に接続された正極端子を有する。切換回路は、副蓄電装置の負極端子の接続先を切換えるように構成される。電圧変換器は、トランスと、変換回路とを含む。トランスは、一次側巻線の交流電圧に応じた第１の交流電圧が生じる第１の二次側巻線と、第１の交流電圧よりも振幅の小さい第２の交流電圧が生じる第２の二次側巻線を有する。変換回路は、第１の二次側巻線と接続されて、第１の交流電圧を直流電圧に変換するとともに、変換した直流電圧を接地ノードと第１の電力線との間に出力するように構成される。第２の二次側巻線は、接地ノードおよび第２の電力線の間に接続される。切換回路は、変換回路からの直流電圧が副蓄電装置の出力電圧よりも高いときには負極端子を接地ノードと接続する一方で、直流電圧が副蓄電装置の出力電圧よりも低いときには負極端子を第２の電力線と接続する。

この発明の他の局面では、車両の電源システムは、主蓄電装置の出力電圧を降圧するように構成された電圧変換器と、電圧変換器の出力電圧を供給される第１の電力線と、第１の電力線からの電圧によって動作する複数の負荷と、第１の電力線と電気的に接続された副蓄電装置と、充電器と、第２の電力線とを含む。充電器は、車両外部の電源からの電力を主蓄電装置を充電するための第１の直流電圧および副蓄電装置を充電するための第２の直流電圧に変換するように構成される。第２の電力線は、充電器から副蓄電装置に第２の直流電圧を供給するように構成される。充電器は、電圧変換器の出力電圧が副蓄電装置の出力電圧よりも低いときには、第２の直流電圧を発生するように制御される。

この発明によれば、特定補機負荷の作動等によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させる必要が生じた場合にも、補機バッテリの放電を抑制できる。

本発明の実施の形態１に従う電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。 図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータおよび切換回路の構成をさらに説明するための回路図である。 図２に示したスイッチ回路の制御を説明するための図表である。 実施の形態１に従う電動車両の電源システムにおける補機負荷電源系の制御処理を示すフローチャートである。 実施の形態１に従う電動車両の電源システムにおけるスイッチ回路の接点切換時の概念的な動作波形図である。 本発明の実施の形態２に従う電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。 本発明の実施の形態２に従う電源システムにおける補機電源系の電力供給経路を示す第１の図である。 本発明の実施の形態２に従う電源システムにおける補機電源系の電力供給経路を示す第２の図である。 本発明の実施の形態２に従う電源システムにおける補機電源系の電力供給経路を示す第３の図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して原則的に説明は繰返さないものとする。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。

図１を参照して、実施の形態１に従う電動車両５は、メインバッテリ１０と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、車両駆動用のモータＭ１と、動力伝達ギヤ１５と、駆動輪１６と、制御装置５０とを備える。図１の構成から、モータＭ１、動力伝達ギヤ１５および、駆動輪１６を除いた部分によって、電動車両５の電源システムが構成される。

メインバッテリ１０は、「主蓄電装置」の一例として示され、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって主蓄電装置を構成してもよい。

昇圧コンバータ１２は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨ（すなわち、メインバッテリ１０の出力電圧）を昇圧して、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬの間に出力する。インバータ１４は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬの間の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータＭ１に供給する。この三相交流電圧によって、モータＭ１の出力トルクが制御される。

モータＭ１の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１５を介して駆動輪１６に伝達されて、電動車両５を走行させる。モータＭ１は、電動車両５の回生制動時には、駆動輪１６の回転力によって発電する。そしてその発電電力は、インバータ１４によって直流電圧に変換され、さらに、昇圧コンバータ１２によってメインバッテリ１０の充電電圧に変換される。

また、モータＭ１の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータＭ１を協調的に動作させることによって、電動車両５の必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ１０を充電することも可能である。すなわち、電動車両５は、走行用電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。

制御装置５０は、電動車両５の各搭載機器を制御する機能を有する。制御装置５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成される。ＥＣＵは、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

電動車両５は、上述したメインバッテリ系のシステムに加えて、補機電源系のシステムをさらに備える。具体的には、電動車両５は、補機バッテリ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００と、リレーボックス１１０と、補機負荷１３０，１３１と、切換回路１２０とをさらに備える。

補機バッテリ２０は、「副蓄電装置」の一例として示され、たとえば鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ２０の電圧は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。補機バッテリ２０から図示しない補機負荷に対して電力が供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、電源ラインＰＬ１およびＳＬの間の電圧ＶＨ（メインバッテリ１０の出力電圧）を降圧して、電源配線ＡＭＤに出力する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、接地ノードＧ１および電源配線ＡＭＤの間の直流電圧に相当する。出力電圧Ｖｄｃは、電圧指令値に従って制御される。

電源配線ＡＭＤは「第１の電力線」に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、「電圧変換器」に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、さらに、出力配線Ｇ２とも接続されている。出力配線Ｇ２は、「第２の電力線」に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の構成については、図２を用いて、後程詳細に説明する。

リレーボックス１１０は、電源配線ＡＭＤと、補機バッテリ２０および補機負荷の電源配線１１５との間に配置される。リレーボックス１１０は、制御装置５０からの指示に応じて、電源配線ＡＭＤと電源配線１１５との間の接続／遮断、ならびに、電源配線ＡＭＤと補機バッテリ２０の正極端子２１との間の接続／遮断を制御する。

補機負荷１３０，１３１は、電源配線１１５から電圧の供給を受けて動作する。補機負荷は、オーディオ機器、ナビゲーション機器、照明機器（ハザードランプ、室内灯、ヘッドランプ等）などを含む。さらに、補機負荷は、電動パワーステアリング機構、電動オイルポンプ、電子制御の小型モータ等の車両走行に直接用いられる走行系負荷を含む。また、制御装置５０（ＥＣＵ）についても補機バッテリ２０からの電力によって動作する。補機負荷１３０，１３１は、電源配線１１５からの電圧によって動作するこれらの補機負荷を代表的に例示したものである。

補機負荷１３０は、ランプ等の法規によって、その動作電圧が制限されている負荷を示す。したがって、本明細書では、補機負荷１３０の作動時には、電源配線１１５の電圧を通常時（補機負荷１３０の非作動時）よりも低く制御するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の電圧指令値が通常時よりも低下される。

電圧センサ１５１は、電源配線ＡＭＤの電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ１５２は、電源配線１１５の電圧Ｖ２を検出する。電圧センサ１５３は、補機バッテリ２０の出力電圧Ｖ３を検出する。電圧センサ１５１〜１５３によって検出された電圧Ｖ１〜Ｖ３は、制御装置５０へ送出される。

切換回路１２０は、補機バッテリ２０の負極端子２２と、出力配線Ｇ２および接地ノードＧ１との間に設けられる。切換回路１２０は、負極端子２２を、接地ノードＧ１および出力配線Ｇ２の一方と選択的に接続する。

図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１００および切換回路１２０の構成をさらに説明するための回路図である。

図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１と、フルブリッジ回路を構成する電力用半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、トランスＴｒと、変換回路（ＡＣ／ＤＣ）１０５とを含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４にそれぞれ対応して、逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４が設けられる。

インダクタＬ１およびキャパシタＣ１は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬの間の電圧ＶＨのリップル成分を除去するためのＬＣフィルタを構成する。

電力用半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（以下、単に「スイッチング素子」と称する）として、図２にはトランジスタが例示される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフは、制御装置５０からの信号Ｓｃｖに応じて制御される。フルブリッジ回路は、メインバッテリ１０からの電圧ＶＨを交流電圧に変換して、トランスＴｒの一次側コイル１０１に出力する。すなわち、一次側コイル１０１に生じる交流電圧の振幅、周波数および位相は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって制御できる。

トランスＴｒは、一次側コイル１０１と、二次側コイル１０２，１０３と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２，１０３を電磁的に結合するための鉄心とを含む。

二次側コイル１０２および１０３には、一次側コイル１０１の電圧に応じた交流電圧がそれぞれ発生される。二次側コイル１０２に生じる交流電圧の振幅は、一次側コイル１０１の交流電圧と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２の巻数比とによって決まる。同様に、二次側コイル１０３に生じる交流電圧の振幅は、一次側コイル１０１の交流電圧と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０３の巻数比によって決まる。巻数比は、二次側コイル１０３での電圧振幅が、二次側コイル１０２の電圧振幅よりも小さくなるように設計される。

二次側コイル１０２の一方端は、変換回路１０５を介して電源配線ＡＭＤに接続される。二次側コイル１０２の他方端は接地ノードＧ１と接地される。二次側コイル１０３の一方端は、二次側コイル１０２の他方端と同様に、接地ノードＧ１と接続される。二次側コイル１０２の他方端は出力配線Ｇ２と接続される。二次側コイル１０２の一方端および二次側コイル１０３の一方端同士、ならびに、二次側コイル１０２の他方端および二次側コイル１０３の他方端同士が同位相となるように、一次側コイル１０１から二次側コイル１０２，１０３へ交流電圧が伝達される。

変換回路１０５は、二次側コイル１０２に伝達された交流電圧を直流電圧に変換して電源配線ＡＭＤおよび接地ノードＧ１の間に出力する。変換回路１０５が変換した直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃに相当する。

変換回路１０５は、ダイオードＤ５と、インダクタＬ２と、キャパシタＣ２を有する。ダイオードＤ５は、二次側コイル１０２に生じた交流電圧を整流する。ダイオードＤ５によって整流された電圧は、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２によるＬＣフィルタによって、直流電圧に変換される。

一次側のフルブリッジ回路によって発生される一次側コイル１０１の交流電圧の振幅に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃを制御することができる。したがって、制御装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧指令値と、検出された電圧Ｖ１との比較に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４オンオフ（デューティ）を制御する。

切換回路１２０は、スイッチ１２５と、サイリスタＴｈ１と、インダクタＬ３とを有する。

スイッチ１２５は、補機バッテリ２０の負極端子２２と、接地ノードＧ１および出力配線Ｇ２との間に配置される。スイッチ１２５は、制御装置５０からの信号Ｓｓｗに応じて、負極端子２２の接続先をＡ側およびＢ側の一方に制御する。

インダクタＬ３およびサイリスタＴｈ１は、スイッチ１２５をバイパスするように、負極端子２２および出力配線Ｇ２の間に直列に接続される。サイリスタＴｈ１は、制御装置５０からの信号Ｓｇに応じてターンオンする。サイリスタＴｈ１は、自己消弧素子であるため、ターンオンによって生じた電流が消滅すると、自動的にターンオフする。

通常、スイッチ１２５の接点はＢ側に制御されるので、負極端子２２は、接地ノードＧ１と接続される。このとき、補機バッテリ２０の充電電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃに相当する。

一方、スイッチ１２５の接点がＡ側に制御されると、負極端子２２は、出力配線Ｇ２と接続される。出力配線Ｇ２には、直流電圧が発生され、特に、接地ノードＧ１よりも低い直流電圧が発生され得る。このため、補機バッテリ２０の充電電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃよりも高くすることができる。

本実施の形態１に従う電動車両の電源システムでは、補機負荷１３０の作動に対応するために、スイッチ１２５を図３に従って制御する。

図３を参照して、通常時（補機負荷１３０の非作動時）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、通常値、具体的には、補機バッテリ２０の定格電圧と同等あるいはそれよりも少し高い値に設定される。したがって、補機バッテリ２０の電圧Ｖ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃとの間には、Ｖｄｃ≧Ｖ３の関係が成立する。このときには、スイッチ１２５はＢ側に制御される。すなわち、補機バッテリ２０の充電電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃと等しくなる。以下では、このような補機バッテリ２０の充電モードを、第１の充電モードと称する。

一方で、補機負荷１３０の作動時には、上述のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃが通常時よりも低下する。したがって、補機バッテリ２０の電圧Ｖ３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃよりも高くなる。これにより、出力電圧Ｖｄｃによって補機バッテリ２０を充電することができなくなるので、電源配線１１５に対する補機バッテリ２０からの放電が促進される。補機バッテリ２０の出力電圧が低下しやすい低温時にこのような状態が継続すると、補機バッテリ２０の出力電圧が低下することによって、制御装置５０を含む補機負荷の動作に支障が生じる虞がある。このため、補機バッテリ２０の電圧（Ｖ３）がＶｄｃよりも高い状況が継続したときに、補機バッテリ２０の充電が促進されないようにする必要がある。

したがって、補機負荷１３０の作動によってＶ３＞Ｖｄｃになると、スイッチ１２５がＡ側に制御される。すなわち、補機バッテリ２０の充電電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃよりも高くなる。以下では、このような補機バッテリ２０の充電モードを、第２の充電モードと称する。第２の充電モードを設けることにより、補機負荷１３０の作動に対応して出力電圧Ｖｄｃが低下した場合にも、補機バッテリ２０の充電電圧を確保するように、電源システムを制御することができる。

図４には、実施の形態１に従う電動車両の電源システムにおける補機負荷電源系の制御処理が示される。図４に示す制御処理は、制御装置５０によって所定周期で実行される。すなわち、図４に示す各ステップは、制御装置５０によるソフトウェア処理および／またはハードウェア処理によって実現されるものとする。

制御装置５０は、ステップＳ１００では、補機バッテリ２０の充電モードの切換要求が発生しているかどうかを判定する。上述のように、補機負荷１３０の作動有無および／または電圧関係（Ｖ３およびＶｄｃ）に基づいて、制御周期毎に、補機バッテリ２０の充電モードとして、第１の充電モードおよび第２の充電モードの一方が選択される。

ステップＳ１００は、補機バッテリ２０の充電モードが、前回の制御周期から変化したときにＹＥＳ判定とされる。一方、補機バッテリ２０の充電モードが、前回の制御周期と同一である場合には、ステップＳ１００はＮＯ判定とされる。

制御装置５０は、充電モードの切換時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、サイリスタＴｈ１のオン信号（図２のＳｇ）を発生するとともに、ステップＳ１２０により、スイッチ１２５の接点切換信号（図２のＳｓｗ）を発生する。これにより、スイッチ１２５の接点が、Ａ側からＢ側あるいはＢ側からＡ側に切換えられる。

一方、制御装置５０は、充電モードの切換が要求されていないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０により、スイッチ１２５における現在の接点を維持する信号（Ｓｓｗ）を出力する。これにより、スイッチ１２５の接点はＡ側あるいはＢ側に維持される。

図５は、スイッチ１２５の接点切換時における概念的な動作波形図である。
図５を参照して、時刻ｔ１において、補機負荷１３０の作動に起因して、補機バッテリ２０の充電モードが、第１の充電モードから第２のモードに遷移する。これに応答して、サイリスタＴｈ１がオンされる。さらに、スイッチ１２５の接点をＢ側からＡ側に切換えるための信号が発せられる。

スイッチ１２５の接点の切換には一定の時間を要するため、時刻ｔ２において、接点がＡ側からＢ側に切換わる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の間では、補機バッテリ２０の負極端子２２は、Ａ側およびＢ側の接点のいずれとも非接続となる。この際に、負極端子２２を含む電流経路が無くなると、接点切換の完了直後に大きな突入電流が発生することが懸念される。

しかしながら、時刻ｔ１〜ｔ２の間では、サイリスタＴｈ１のオンによって、負極端子２２および出力配線Ｇ２の間の電流経路が確保される。このため、スイッチ１２５の接点切換に際して、大きな突入電流が発生することを防止できる。サイリスタＴｈ１のオンによって生じた電流は、インダクタＬ３のインダクタンスに応じた時定数に従って、減衰する。そして、電流＝０となると、自己消弧によってサイリスタＴｈ１は自動的にオフする。すなわち、サイリスタＴｈ１を用いることによって、オフタイミングを制御装置５０から制御する必要がなくなるので、制御を簡素化できる。なお、インダクタＬ３のインダクタンスは、スイッチ１２５での接点切換に要する時間（時刻ｔ１〜ｔ２間に相当）によって決まる、電流減衰の時定数に従って設計することができる。

時刻ｔ３では、補機負荷１３０の停止に起因して、補機バッテリ２０の充電モードが、第２の充電モードから第１のモードに遷移する。これに応答して、サイリスタＴｈ１がオンされる。さらに、スイッチ１２５の接点をＡ側からＢ側に切換えるための信号が発せられる。

そして、時刻ｔ４においてスイッチ１２５の接点がＢ側に切換えられるまでの間、サイリスタＴｈ１のオンが維持されることによって、負極端子２２を含む電流経路が確保される。これにより、時刻ｔ４での突入電流を抑制できる。

以上説明したように、実施の形態１に従う電動車両の電源システムによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧低下時には、負極端子２２の接続先を切換えることによって、補機バッテリ２０の充電電圧を確保することができる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機バッテリおよび補機負荷に共通に供給する構成において、補機負荷側の条件によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させる必要がある場合にも、補機バッテリ２０が放電過多となることを抑制できる。

また、図２に示されるように、切換回路１２０を補機バッテリ２０の正極端子２１ではなく負極端子２２に対応して配置することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の回路構成を簡易化できる。言い換えると、切換回路１２０によって、正極端子２１の接続先を、電源配線ＡＭＤおよび出力配線Ｇ２の間に切換える構成とした場合には、二次側コイル１０３に対しても変換回路１０５と同様のＡＣ／ＤＣ変換回路を配置することが必要となる。すなわち、実施の形態１では、第２の充電モードにおいて、トランスＴｒの二次側コイル１０２，１０３間に補機バッテリ２０を接続する構成となっているので、変換回路１０５は一方の二次側コイル１０２に対応して配置するのみで足りる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、外部電源によるメインバッテリ１０の充電（以下、「外部充電」とも称する）のための構成がさらに設けられた電動車両の構成が示される。

図６を参照して、実施の形態２による電動車両５♯は、図１に示した電動車両５（実施の形態１）と比較して、充電用インレット２１０および充電器２２０をさらに備える。

充電用インレット２１０は、充電用ケーブルに設けられた充電コネクタ４１０を介して外部電源４００と接続される。図示しない充電ケーブルを外部電源４００および充電用インレット２１０の間に接続することによって、外部電源４００からの電力が、充電器２２０へ伝達される。外部電源４００は、代表的には商用交流電源である。

充電器２２０は、外部電源４００から供給された交流電力を、メインバッテリ１０を充電するための直流電圧ＶＨに変換する。さらに、充電器２２０は、外部電源４００からの交流電力を補機バッテリ２０の充電電圧ＶＢに変換して、電源配線２２５に出力する。

なお、充電電圧ＶＢについては、充電器２２０の内部で、直流電圧ＶＨを降圧することによって発生してもよい。あるいは、図２に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１００の構成と同様に、充電器２２０内のトランス（図示せず）に複数のタップを設けて、直流電圧ＶＨおよびＶＢを独立に生成することも可能である。

電源配線２２５は、充電器２２０が出力した直流電圧ＶＢを、補機バッテリ２０の正極端子２１へ供給する。電源配線２２５がなるべく短くなるようにレイアウトを設計することで、充電器２２０および補機バッテリ２０の間の電圧降下を小さくすることができる。

実施の形態２に従う電動車両５♯では、補機電源系の構成が、図１（電動車両５）と異なる。具体的には、切換回路１２０の配置が省略されて、補機バッテリ２０の負極端子２２は接地ノードＧ１と接続される。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００（図２）に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯が設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯は、図２に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１００から、二次側コイル１０３に係る構成を省略したものに相当する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯は、接地ノードＧ１および電源配線ＡＭＤの間に出力電圧Ｖｄｃを出力する。したがって、図２に示した出力配線Ｇ２についても配置されない。

リレーボックス１１０は、実施の形態１と同様に、電源配線ＡＭＤと、補機バッテリ２０の正極端子２１および補機電源系の電源配線１１５との間に配置される。さらに、正極端子２１は、電源配線２２５によって充電器２２０と接続される。

したがって、実施の形態２に従う電動車両５♯の電源システムでは、補機バッテリ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯の出力電圧Ｖｄｃおよび充電器２２０の出力電圧ＶＢの両方によって充電可能に構成されている。電源配線１１５および補機負荷１３０，１３１については、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

図７〜図９には、本発明の実施の形態２に従う電源システムにおける補機電源系の電力供給経路が示される。

図７には、補機負荷１３０が非作動であり、Ｖｄｃ≧Ｖ３であるとき、すなわち、通常時における電力供給経路が示される。

図７を参照して、通常時には、実施の形態１での第１の充電モードと同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯の出力電圧Ｖｄｃによって、補機バッテリ２０が充電される。また、補機負荷１３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯の出力電圧Ｖｄｃを電源配線１１５から受けて動作する。

図８には、補機負荷１３０が作動することに起因してＶｄｃ＜Ｖ３となったときの電力供給経路が示される。なお、図８では、外部電源４００が電動車両５♯に接続されていないため、充電器２２０はオフされている。

図８を参照して、このときには、実施の形態１での第２の充電モードと同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００♯からの出力電圧Ｖｄｃと、補機バッテリ２０からの出力によって、補機負荷１３０，１３１が動作する。このため、補機バッテリ２０の放電が促進される虞がある。

図９には、充電器２２０をオン可能な状態において、実施の形態１での第２の充電モードと同様の状態となったときの電力供給経路が示される。たとえば、外部電源４００が充電器２２０に接続されているときに、充電器２２０をオンすることができる。また、充電器２２０の内部で、直流電圧ＶＨを降圧して直流電圧ＶＢを発生可能な構成となっている場合には、この降圧要素とメインバッテリ１０とを接続すれば、外部電源４００を要することなく、補機バッテリ２０の充電電圧を発生することができる。

図９を参照して、Ｖｄｃ＜Ｖ３の状態では、充電器２２０は、直流電圧ＶＢを発生するように制御される。これにより、充電器２２０から補機バッテリ２０の充電電圧を供給することができる。この結果、補機負荷１３０の作動に起因してＶｄｃ＜Ｖ３となっても、補機バッテリ２０が放電過多となることを抑制することができる。

このように、本発明の実施の形態２に従う電動車両の電源システムによれば、外部充電のための構成を利用して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧低下時にも、補機バッテリ２０の充電電圧を確保することができる。したがって、充電器２２０をオン可能であれあれば、補機負荷側の条件によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させる必要がある場合にも、補機バッテリ２０が放電過多となることを抑制できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、車両駆動力発生用の主蓄電装置と補機駆動用の副蓄電装置とを搭載した電動車両の電源システムに適用することができる。

５，５♯ 電動車両、１０ メインバッテリ、１２ 昇圧コンバータ、１４ インバータ、１５ 動力伝達ギヤ、１６ 駆動輪、２０ 補機バッテリ、２１ 正極端子（補機バッテリ）、２２ 負極端子（補機バッテリ）、５０ 制御装置（ＥＣＵ）、１００，１００♯ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０１ 一次側コイル、１０２，１０３ 二次側コイル、１０５ 変換回路、１１０ リレーボックス、１１５ 電源配線（補機負荷）、１２０ 切換回路、１２５ スイッチ、１３０，１３１ 補機負荷、１５１〜１５３ 電圧センサ、２１０ 充電用インレット、２２０ 充電器、２２５ 電源配線（充電器−補機バッテリ）、４００ 外部電源、４１０ 充電コネクタ、Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード、Ｇ１ 接地ノード、Ｇ２ 出力配線（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ インダクタ、Ｍ１ モータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ４ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＬ 接地ライン、Ｓｃｖ，Ｓｇ，Ｓｓｗ 信号、Ｔｈ１ サイリスタ、Ｔｒ トランス、Ｖ１ 電圧（電源配線ＡＭＤ）、Ｖ２ 電圧（電源配線１１５）、Ｖ３ 電圧（補機バッテリ）、ＶＢ 出力電圧（充電器）、ＶＨ 直流電圧、Ｖｄｃ 出力電圧（ＤＣ／ＤＣコンバータ）。

Claims (2)

1. 主蓄電装置の出力電圧を降圧するように構成された電圧変換器と、
   前記電圧変換器の出力電圧を供給される第１の電力線と、
   前記第１の電力線からの電圧によって動作する複数の負荷と、
   前記第１の電力線と電気的に接続された正極端子を有する副蓄電装置と、
   前記副蓄電装置の負極端子の接続先を切換えるための切換回路とを備え、
   前記電圧変換器は、
   一次側巻線の交流電圧に応じた第１の交流電圧が生じる第１の二次側巻線および、前記第１の交流電圧よりも振幅の小さい第２の交流電圧が生じる第２の二次側巻線を有するトランスと、
   前記第１の二次側巻線と接続された変換回路とを含み、
   前記変換回路は、前記第１の交流電圧を直流電圧に変換するとともに、変換した前記直流電圧を接地ノードと前記第１の電力線との間に出力するように構成され、
   前記第２の二次側巻線は、前記接地ノードおよび第２の電力線の間に接続され、
   前記切換回路は、前記変換回路からの前記直流電圧が前記副蓄電装置の出力電圧よりも高いときには前記負極端子を前記接地ノードと接続する一方で、前記直流電圧が前記出力電圧よりも低いときには前記負極端子を前記第２の電力線と接続する、車両の電源システム。
2. 主蓄電装置の出力電圧を降圧するように構成された電圧変換器と、
   前記電圧変換器の出力電圧を供給される第１の電力線と、
   前記第１の電力線からの電圧によって動作する複数の負荷と、
   前記第１の電力線と電気的に接続された副蓄電装置と、
   車両外部の電源からの電力を前記主蓄電装置を充電するための第１の直流電圧および前記副蓄電装置を充電するための第２の直流電圧に変換するための充電器と、
   前記充電器から前記副蓄電装置に前記第２の直流電圧を供給するための第２の電力線とを備え、
   前記充電器は、前記電圧変換器の前記出力電圧が前記副蓄電装置の出力電圧よりも低いときには、前記第２の直流電圧を発生するように制御される、車両の電源システム。

Images