JP2013099248A - 電気自動車の電源供給システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電気自動車のモータの回転動力、または高圧バッテリを利用して、低圧バッテリを充電できる電気自動車の電源供給システムを提供する。
【解決手段】本発明は、モータの駆動電圧を発生する高圧バッテリ（１１０）と電装負荷の駆動電圧を発生する低圧バッテリ（１４０）、高圧バッテリで発生する高電圧を低電圧に変換して、低圧バッテリの充電のための制御電源を生成する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（１５０）、モータの回転動力を利用して、低圧バッテリの充電のための制御電源を生成するオルタネータ（１６０）、及び低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、またはオルタネータで生成された制御電源を選択的に低圧バッテリに提供する制御電源選択部（１７０）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車の電源供給システム及びその制御方法に関し、より詳細には低圧バッテリの充電のための制御電源を選択できる電気自動車の電源供給システム及びその制御方法に関するものである。

大気汚染、二酸化炭素排出量の増加等の問題を解決するために、駆動モータを駆動源として排出ガスが全くない電気を使う純粋電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）やエンジンと駆動モータを駆動源とするハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）等の電気自動車の開発に関心が寄せられている。

一般に、電気自動車の電源システムは、駆動モータの駆動電力を供給するメインバッテリ（高圧バッテリ）、バッテリ管理システムであるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、その他車両電装品の駆動電力を提供する補助バッテリ（低圧バッテリ）、及び多数の電気装置で構成される。インバータは、メインバッテリ（高圧バッテリ）から発生する高電圧の直流電圧を交流信号に変換してモータ駆動を制御する。低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＬＤＣ）は、メインバッテリ（高圧バッテリ）から発生する高電圧を変換して低電圧を出力して、補助バッテリ（低圧バッテリ）を充電する役割を果たす。

通常のエンジン自動車に備えられるオルタネータは、エンジンの動力から所定の電圧を生成して、自動車に備えられる各電気負荷に電源を供給すると同時にバッテリの充電電圧を供給する。

一方、電気自動車は、モータの駆動電力、電装負荷の駆動電力等を主動力源であるメインバッテリが提供するが、メインバッテリの充電に多くの時間が必要とされ、１回の充電による走行距離が制限的であるため、メインバッテリの電力消耗を減らすための努力が続けられている。

しかし、前述した通常の電気自動車の場合、補助バッテリの充電電圧は、低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータを介してメインバッテリから提供される。即ち、低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、メインバッテリから高電圧の提供を継続的に受け、これを低電圧に変換して補助バッテリの充電電圧として提供することになる。従って、補助バッテリを充電するために、メインバッテリの電力を持続的に消耗する問題がある。

本発明は、上記問題を解決するために提案されたもので、電気自動車のモータの回転動力、または高圧バッテリを利用して、低圧バッテリを充電できる電気自動車の電源供給システムを提供することをその目的とする。

本発明に係る一実施形態の電気自動車の電源供給システムは、モータの駆動電圧を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電圧を発生する低圧バッテリを含んで構成され、前記高圧バッテリで発生する高電圧を低電圧に変換して前記低圧バッテリの充電のための制御電源を生成する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、前記モータの回転動力を利用して前記低圧バッテリの充電のための制御電源を生成するオルタネータ及び前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、または前記オルタネータで生成された制御電源を選択的に前記低圧バッテリに提供する制御電源選択部を含む。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記オルタネータは、前記モータの回転動力から生成される交流電圧を整流して直流電圧を生成することを特徴とする。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記制御電源選択部は、前記オルタネータの生成電圧が所定の基準電圧より大きい場合、前記オルタネータで生成される電圧を前記制御電源として前記低圧バッテリに提供することを特徴とする。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記制御電源選択部は、前記オルタネータの生成電圧が所定の基準電圧以下である場合、前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータで変換された低電圧を前記制御電源として前記低圧バッテリに提供することを特徴とする。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記制御電源選択部は、第１端子が前記低圧バッテリと固定接続され、第２端子が前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、または前記オルタネータと選択的に接続されるスイッチを含むことを特徴とする。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記スイッチは、前記オルタネータの生成電圧が所定の基準電圧より大きい場合、前記第２端子が前記オルタネータと接続され、前記オルタネータの生成電圧が所定の基準電圧以下の場合、前記第２端子が前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータと接続されることを特徴とする。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記スイッチは、前記電気自動車の走行時に、前記第２端子が前記オルタネータと接続され、前記電気自動車の停止、または初期駆動時には、前記第２端子が前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータと接続されることを特徴とする。

本発明に係る一実施形態の一態様によると、前記高圧バッテリは、複数のバッテリセルが直列方式、または、直列及び並列方式に連結されていることを特徴とする。

本発明に係る他の実施形態の電気自動車の電源供給システムの制御方法は、モータの駆動電圧を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電圧を発生する低圧バッテリを含んで構成される電気自動車の電源供給システムにおいて、オルタネータが前記モータの回転動力から直流電圧を生成する段階、前記オルタネータによって生成された直流電圧を所定の基準電圧と比較する段階、及び比較結果により前記オルタネータによって生成された直流電圧、または低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記低圧バッテリに制御電源として提供する段階を含む。

本発明に係る他の実施形態の一態様によると、前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記高圧バッテリで発生する高電圧を低電圧に変換して、前記低圧バッテリの充電のための制御電源を生成することを特徴とする。

本発明に係る他の実施形態の一態様によると、前記低圧バッテリに制御電源として提供する段階は、前記オルタネータによって生成された直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、前記直流電圧を前記低圧バッテリに制御電源として提供することを特徴とする。

本発明に係る他の実施形態の一態様によると、前記低圧バッテリに制御電源として提供する段階は、前記オルタネータによって生成された直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータで変換された低電圧を前記低圧バッテリに制御電源として提供することを特徴とする。

本発明は、電気自動車のモータの回転動力から直流電圧を生成できるオルタネータを備え、低圧バッテリを充電するための制御電源を低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、またはオルタネータから選択的に供給することによって、電気自動車の走行時に高圧バッテリの電力を消耗することなく、オルタネータが、モータの回転動力から生成する直流電圧を制御電源として充当して、高圧バッテリの電力消耗を大きく減らすことができるメリットがある。

本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムに含まれる制御電源選択部を説明するための一例示図である。 本発明の他の実施形態に係る電気自動車の電源供給システムの制御方法を説明するための順序フローチャートである。

本明細書の用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられ、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「持つ」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つ、またはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたもの等の存在、または付加可能性を予め排除しないことと理解しなければならない。

以下、本発明に係る移動端末について図面を参照してより詳細に説明する。図面上の同一符号は、同じ要素を指し示す。以下の説明で用いられる構成要素に対する接尾辞「モジュール」及び「部」は、明細書作成を容易にするだけのために与えられたり、混用されたりするものであって、それ自体をもって互いに区別される意味、または役割を持つものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムを説明するためのブロック図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムは、高電圧の駆動電源を提供するための高圧バッテリ１１０、インバータ１２０、モータ１３０、電気自動車の低電圧電装負荷の駆動電源を提供する低圧バッテリ１４０、低圧バッテリを充電する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、以下、「ＬＤＣ」という）１５０、オルタネータ１６０、制御電源選択部１７０を含む。図１に示された構成要素は、本発明を説明するために必要な構成要素であり、電気自動車の電源供給システムがそれより多くの構成要素を持ってもよいことは本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者には自明である。

高圧バッテリ１１０は、電気自動車のモータ１３０等の高電圧系部品を駆動するための駆動電源として高電圧を提供する。高圧バッテリ１１０は、高電圧（例えば、３００Ｖ）をモータ１３０に供給するために、直列、または直列及び並列方式に連結された複数のバッテリセルで構成されてもよい。一般に、複数のバッテリセルは、各々数ボルトから数十ボルトの電圧を出力する。

インバータ１２０は、高圧バッテリ１１０から数百ボルト（例えば、３００Ｖ）の高電圧の提供を受ける。インバータ１２０は、高電圧の直流信号を交流信号に変換して、電気自動車のモータ１３０を駆動させ、制御する。

モータ１３０は、インバータ１２０を介して高圧バッテリ１１０から供給される電力から回転力を得て電気自動車を駆動する。

低圧バッテリ１４０は、電気自動車に備えられる各種の電装品の駆動電源を提供する。電気自動車の電装品は、例えば、通常１２Ｖまたは２４Ｖの低電圧で作動するが、電気自動車にはモータの駆動電源を提供するメインバッテリである高圧バッテリ１１０とは別に備えられる補助バッテリとして、低圧バッテリ１４０が備えられる。

ＬＤＣ１５０は、高圧バッテリ１１０から生成される高電圧を利用して低圧バッテリ１４０を充電する。即ち、ＬＤＣ１５０は、高圧バッテリ１１０から高電圧の入力を受けて数十ボルトの低電圧に変換し、変換された低電圧を低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源として提供する。制御電源は、低圧バッテリ１４０を充電するための充電電力を示し、例えば、低圧バッテリ１４０が１２Ｖを提供するためには、制御電源の電圧レベルは１２Ｖより数ボルト高いのが好ましい。ＬＤＣ１５０は、低圧バッテリ１４０の充電制御電源の供給のために、高圧バッテリ１１０から継続的に高電圧の入力を受ける。それにより、高圧バッテリ１１０は持続的に消耗することとなる。

オルタネータ１６０は、モータ１３０の回転による機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換して、低圧バッテリ１４０を充電する。即ち、オルタネータ１６０は、モータ１３０の回転エネルギーから交流電気を生成し、整流器（図示せず）により交流電気が整流されて、直流電圧を生成する。オルタネータ１６０は、このような直流生成電圧を低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源として提供する。オルタネータ１６０は、電気自動車の走行によるモータ１３０の回転動力を利用して、直流電圧を生成するため、電気自動車の走行時には他の電力供給源（例えば、高圧バッテリ）の電力を消費することなく、低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源を供給することができる。

制御電源選択部１７０は、ＬＤＣ１５０、またはオルタネータ１６０で生成された制御電源を選択的に低圧バッテリ１４０に提供する。制御電源選択部１７０は、オルタネータ１６０で生成される直流電圧の大きさに応じてＬＤＣ１５０で生成された制御電源を低圧バッテリ１４０に提供するか、またはオルタネータ１６０で生成された制御電源を低圧バッテリ１４０に提供するかを決めることができる。

即ち、オルタネータ１６０で生成される直流電圧の大きさが、所定の基準電圧より大きい場合には、制御電源選択部１７０は、オルタネータ１６０で生成される直流電圧を制御電源として低圧バッテリ１４０に提供することができる。このように、オルタネータ１６０で生成される直流電圧の大きさが、所定の基準電圧より大きい場合は、電気自動車が走行中の場合であり、モータ１３０の回転動力から十分な直流電圧が生成されうる場合を示す。一方、オルタネータ１６０で生成される直流電圧の大きさが、所定の基準電圧より小さい場合には、制御電源選択部１７０は、ＬＤＣ１５０で変換された低電圧を制御電源として、低圧バッテリ１４０に提供することができる。この場合は、オルタネータ１６０がモータ１３０の回転動力から十分な直流電圧を生成できない場合を示す。

ここで、低圧バッテリの充電のための制御電源を選択的に供給するための制御電源選択部１７０は、一種のスイッチを備えることができる。制御電源選択のために、スイッチの操作を要するが、電気自動車内部で生成されるスイッチング信号によってスイッチが制御されて、制御電源選択が自動的に行われるか、またはユーザーがスイッチを手動的に操作して制御電源を選択することができる。制御電源選択が、自動的に行われる場合、オルタネータ１６０の直流電圧と所定の基準電圧との大きさの比較が先行すべきであるが、これは制御電源選択部１７０で行われてもよい。或いは、オルタネータ１６０の直流電圧と所定の基準電圧との大きさの比較は、図１には図示しなかったが、電気自動車に備えられるメインコントロールユニットで行われてもよい。制御電源選択部１７０、またはメインコントロールユニットは、比較結果に応じてスイッチング信号を生成して、制御電源選択部１７０に提供することができる。以下、図２を参照して、制御電源選択部１７０に備えられるスイッチの動作を説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムに含まれる制御電源選択部を説明するための一例示図であり、スイッチ１７１が備えられた制御電源選択部１７０を図示する。

図２を参照すると、スイッチ１７１の第１端子は、低圧バッテリ１４０と固定的に接続（Ａ）される。制御電源の選択は、第２端子の接続状態に応じて行われるが、第２端子は、ＬＤＣ１５０、またはオルタネータ１６０に選択的に（即ち、ＢまたはＣ）接続される。

スイッチ１７１の第２端子は、制御電源選択部１７０、またはメインコントロールユニットが、オルタネータ１６０で生成された直流電圧と所定の基準電圧とを比較した結果に応じて生成したスイッチング信号によりＬＤＣ１５０、またはオルタネータ１６０に選択的と接続される。

例えば、オルタネータ１６０で生成される直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、スイッチング信号は、スイッチ１７１の第２端子がオルタネータ１６０と接続されるように制御する。これにより、オルタネータ１６０で生成された直流電圧が、低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源として提供される。一方、オルタネータ１６０で生成される直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、スイッチング信号は、スイッチ１７１の第２端子がＬＤＣ１５０と接続されるように制御する。これによって、ＬＤＣ１５０で変換された低電圧が低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源として提供される。

前述したように、本発明の一実施形態によると、低圧バッテリ１４０を充電するための制御電源をＬＤＣ１５０、またはオルタネータ１６０から選択的に供給するため、電気自動車の走行中には、高圧バッテリ１１０の電力を消耗することなくモータ１３０の回転動力から制御電源を充当できるようになって、高圧バッテリ１１０の消耗量を画期的に減らすことができる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る電気自動車の電源供給システムの制御方法を説明するための順序フローチャートである。

図３を参照すると、電気自動車の初期駆動が始まると（Ｓ３１）、低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源を選択するために、オルタネータ１６０で生成される直流電圧を所定の基準電圧と比較する（Ｓ３３）。電気自動車に始動がかかった時点から所定時間内にはモータの回転動力が充分でないため、オルタネータ１６０で生成される直流電圧レベルが低く、電気自動車の走行中（即ち、継続的に移動する場合）にはモータの回転動力から十分な直流電圧が生成されうる。

Ｓ３３段階の比較結果、オルタネータ１６０で生成される直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合には、制御電源選択部１７０は、オルタネータ１６０の直流電圧を制御電源として、低圧バッテリ１４０に提供する（Ｓ３５）。この場合は、電気自動車が走行している場合（即ち、継続的に移動する場合）に該当し、モータ１３０の回転動力から低圧バッテリ１４０を充電するための十分な直流電圧を生成できる。

Ｓ３３段階の比較結果、オルタネータ１６０で生成される直流電圧が、所定の基準電圧以下の場合には、制御電源選択部１７０は、ＬＤＣ１５０で出力される低電圧を制御電源として低圧バッテリ１４０に提供する（Ｓ３７）。この場合は、電気自動車に始動がかかった直後、またはそれから所定時間内の場合であり、モータ１３０の回転動力が充分でないため、オルタネータ１６０で生成される直流電圧レベルが低い場合を示し、低圧バッテリ１４０の充電のための制御電源を高圧バッテリ１１０から提供を受ける必要がある。ＬＤＣ１５０は、電気自動車の走行状態、モータ１３０の回転動力等と関係なく、高圧バッテリ１１０から出力される高電圧を低電圧に変換して出力するため、制御電源選択部１７０は、ＬＤＣ１５０から出力される低電圧を低圧バッテリ１４０の充電制御電源として提供する。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、該当分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能であることを理解するだろう。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲だけでなく、これと均等物等によって定まらなければならない。

１１０ 高圧バッテリ
１２０ インバータ
１３０ モータ
１４０ 低圧バッテリ
１５０ ＬＤＣ
１６０ オルタネータ
１７０ 制御電源選択部

Claims (12)

1. モータの駆動電圧を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電圧を発生する低圧バッテリを含んで構成される電気自動車の電源供給システムにおいて、
   前記高圧バッテリで発生する高電圧を低電圧に変換して、前記低圧バッテリの充電のための制御電源を生成する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、
   前記モータの回転動力を利用して、前記低圧バッテリの充電のための制御電源を生成するオルタネータ、及び
   前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、または前記オルタネータで生成された制御電源を選択的に前記低圧バッテリに提供する制御電源選択部、を含むことを特徴とする、電気自動車の電源供給システム。
2. 前記オルタネータは、
   前記モータの回転動力から生成される交流電圧を整流して、直流電圧を生成することを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
3. 前記制御電源選択部は、
   前記オルタネータの生成電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、前記オルタネータで生成される生成電圧を前記制御電源として、前記低圧バッテリに提供することを特徴とする、請求項２に記載の電気自動車の電源供給システム。
4. 前記制御電源選択部は、
   前記オルタネータの生成電圧が、所定の基準電圧以下の場合、前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータで変換された低電圧を前記制御電源として、前記低圧バッテリに提供することを特徴とする、請求項２に記載の電気自動車の電源供給システム。
5. 前記制御電源選択部は、
   第１端子が前記低圧バッテリと固定接続され、第２端子が前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、または前記オルタネータと選択的に接続されるスイッチを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
6. 前記スイッチは、
   前記オルタネータの生成電圧が、所定の基準電圧より大きい場合は、前記第２端子が前記オルタネータと接続され、
   前記オルタネータの生成電圧が、所定の基準電圧以下の場合は、前記第２端子が前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータと接続されることを特徴とする、請求項５に記載の電気自動車の電源供給システム。
7. 前記スイッチは、
   前記電気自動車が走行中の場合、前記第２端子が前記オルタネータと接続され、
   前記電気自動車が停止、または初期駆動される場合、前記第２端子が前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータと接続されることを特徴とする、請求項５に記載の電気自動車の電源供給システム。
8. 前記高圧バッテリは、
   複数のバッテリセルが直列方式、または直列及び並列方式に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
9. モータの駆動電圧を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電圧を発生する低圧バッテリを含んで構成される電気自動車の電源供給システムの制御方法において、
   オルタネータが、前記モータの回転動力から直流電圧を生成する段階、
   前記オルタネータによって生成された直流電圧を所定の基準電圧と比較する段階、及び
   比較結果により前記オルタネータによって生成された直流電圧、または低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記低圧バッテリに制御電源として提供する段階を含むことを特徴とする、電気自動車の電源供給システムの制御方法。
10. 前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、
    前記高圧バッテリで発生する高電圧を低電圧に変換して、前記低圧バッテリの充電のための制御電源を生成することを特徴とする、請求項９に記載の電気自動車の電源供給システムの制御方法。
11. 前記低圧バッテリに制御電源として提供する段階は、
    前記オルタネータによって生成された直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、前記直流電圧を前記低圧バッテリに制御電源として提供することを特徴とする、請求項９に記載の電気自動車の電源供給システムの制御方法。
12. 前記低圧バッテリに制御電源として提供する段階は、
    前記オルタネータによって生成された直流電圧が、所定の基準電圧より大きい場合、前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータで変換された低電圧を前記低圧バッテリに制御電源として提供することを特徴とする、請求項９に記載の電気自動車の電源供給システムの制御方法。

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