JP2013207836A - 車載充電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両駆動モータに電力を供給する高圧バッテリ3と、車両電気部品に電力を供給する低圧バッテリ4と、前記高圧バッテリ3、及び前記低圧バッテリ4を充電する車載充電システム1において、前記高圧バッテリ3の充電に供する高圧バッテリ充電用電圧V3を、外部入力の電圧から変換した直流電圧を降圧して生成する第1降圧回路30を備え、前記第1降圧回路30には、前記高圧バッテリ3と並列に、前記第1降圧回路30を制御する第1降圧回路制御部44への電源電圧Vbを生成するフライバック電源9と、前記低圧バッテリ4の充電に供する低圧バッテリ充電用電圧V2を生成する第2降圧回路60と、が接続され、前記第1降圧回路制御部44へ電源電圧Vbを供給する第1降圧回路補助電源50を備える構成とした。
【選択図】図1
Description
そこで従来、充電器が充電するバッテリを低圧バッテリ、及び高圧バッテリの間で選択的に切り換えるリレーを設け、充電器による充電開始時に低圧バッテリの電池残量が不足している場合には、充電器のリレーを高圧バッテリから低圧バッテリに切り換えることで、バッテリ充電のための電気部品を動作させるに十分な電池残量まで低圧バッテリを充電器で充電する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図1は、本実施形態に係る車載充電システム1の電気的構成を電動車両の駆動系5と共に示す図である。
車載充電システム1は、電動車両(図示せず)に搭載され、当該電動車両が備える高圧バッテリ3、及び低圧バッテリ4を充電するシステムである。電動車両は、電動機たる車両駆動モータ2を動力源として走行する車両であり、車両駆動モータ2を含む駆動系5と、この駆動系5のエネルギー源である高圧バッテリ3を備えている。高圧バッテリ3は、例えば数百ボルトの直流電圧である高圧電源電圧V1を駆動系5に出力する充電可能な電池であり、例えばニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリが用いられている。また電動車両は、ランプやワイパー、ECU等の電装品のエネルギー源として、十数ボルト程度の電圧を出力する上記の低圧バッテリ4を備えている。
上記の車両駆動モータ2は三相の交流モータであり、インバータ7は高圧電源電圧V1による直流電流を三相の交流電流に変換して車両駆動モータ2に出力して回転駆動する。この車両駆動モータ2はPWM制御によって回転制御されており、インバータ7には、PWM制御する際に用いられる三相電圧形PWMインバータ回路が用いられている。ゲート駆動回路8は、インバータ7が備えるスイッチング素子のオン/オフを制御する。このスイッチング素子には絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。
フライバック電源9は、フライバック式のスイッチング電源である。このフライバック電源9は、DC−DCコンバータとして構成され、高圧電源電圧V1を電力変換して、インバータ7のスイッチング素子のゲートを駆動する電源電圧Vaを出力する。
同図に示すように、フライバック電源9は、1次側に1次巻線12、及び2次側に2つの2次巻線15A、15Bを有する絶縁型トランス10を備え、1次側に、1次巻線12への通電をオン/オフするスイッチング素子13と、このスイッチング素子13のスイッチング動作を制御する電源IC14とが設けられ、2次側には、各2次巻線15A、15Bごとに整流用のダイオード16、及び平滑用のコンデンサ17が設けられている。
絶縁型トランス10の1次側には、高圧バッテリ3から高圧電源電圧V1が入力されており、スイッチング素子13がスイッチング動作することで1次巻線12に電流変化を生じさせて2次巻線15A、15Bの各々に誘導電力を誘起する。
このフライバック電源9は、2次巻線15Aに、上記ダイオード16、及びコンデンサ17の後段に、さらに電圧降下用のダイオード18、及び平滑用のコンデンサ19が直列に接続されており、電源電圧Vaをダイオード18で降下させた電圧の電源電圧Vbを生成し出力する。
なお、供給電圧V’、及び電源電圧Vbについては後述する。
商用電源27の商用電力で高圧バッテリ3を充電している間は、原則的に電動車両が走行することはないから、この車載充電システム1では、高圧バッテリ3の出力先を駆動系5から低圧バッテリ4の側に切り換えて当該高圧バッテリ3の電力で低圧バッテリ4を充電する。
ところで、長期間に亘り電動車両の充電が行われなかった等して、低圧バッテリ4、及び高圧バッテリ3の電池残量が電装品を作動させるに必要な量に対して不足していると、当該低圧バッテリ4の充電が行えなくなる。
そこで、この車載充電システム1では、仮に低圧バッテリ4、及び高圧バッテリ3の電池残量が不足している場合でも、正常に充電できるように構成されており、係る車載充電システム1の構成について詳述する。
全波整流回路31は、商用電源27の商用電力を全波整流してPFC回路32に出力するものであり、動作に電源が不要なパッシブ回路である例えばフルブリッジ型の整流回路が用いられている。
さらに詳述すると、PFC用補助電源回路39は、全波整流回路31の出力に抵抗40を介して接続されて充電されるコンデンサ41を有する。全波整流回路31は、上述の通り、電源が不要なパッシブ回路で構成されているため、商用電源27が接続されると、何らの制御を要せずに商用電力を全波整流して出力し、この出力によってPFC用補助電源回路39のコンデンサ41が充電され、直流のPFC用電源電圧VdとしてPFC制御部33に供給される。
ただし、フライバック電源9が停止している間は、電源電圧Vbが入力されないことで第1降圧回路制御部44が動作しないため、商用電源27を接続したとしても第1降圧回路30が動作せずに充電ができない。
そこで、車載充電システム1は、第1降圧回路制御部44の補助電源として、商用電源27の商用電力から電源電圧Vbを生成して第1降圧回路制御部44に出力する第1降圧回路補助電源50を備えている。
この構成により、第1降圧回路補助電源50は、補助巻線Bに生じる誘導電圧から電源電圧Vbを生成して出力する。
したがって、フライバック電源9が動作せずに電源電圧Vbが出力されない場合でも、商用電力の入力に伴い自動的に第1降圧回路補助電源50が動作して電源電圧Vbを出力するため、この電源電圧Vbで第1降圧回路制御部44を動作させ、第1降圧回路30から高圧電源電圧V1を出力させることができる。
第2降圧回路60は、高圧バッテリ3の直流出力である高圧電源電圧V1を電力変換して低圧バッテリ4の直流の低圧バッテリ充電用電圧V2を生成する、いわゆるDC−DCコンバータである。この第2降圧回路60は、第1降圧回路30と同様に、絶縁型のスイッチングコンバータの1つであるフォワードコンバータで構成され、絶縁トランスと、スイッチング素子としてのMOSFETを備え、当該MOSFETのスイッチング動作により、絶縁トランスの1次側の高圧電源電圧V1を降圧して2次側に低圧バッテリ充電用電圧V2を生成する。
すなわち、フライバック電源9が高圧バッテリ3の高圧電源電圧V1を電力変換して供給電圧V’を出力することで、第2降圧回路制御部61のDSP62、及びMOSFETドライバ63が動作する。これにより、第2降圧回路60により高圧バッテリ3の高圧電源電圧V1が低圧バッテリ充電用電圧V2に電力変換されて低圧バッテリ4が充電される。
ユーザが電動車両に家庭用コンセントを繋ぎ商用電源27を車載充電システム1に接続すると、この商用電源27から商用電力が全波整流回路31に入力され全波整流されて出力される。そして、全波整流回路31の出力によりPFC用補助電源回路39がPFC用電源電圧Vdを出力することで、PFC制御部33が自動的に起動され、PFC回路32が動作(スイッチング素子35A、35Bのスイッチング動作)を開始する(ステップS1)。
この高圧バッテリ充電用電圧V3は、上述の通り、電池アッセンブリ29の他に、フライバック電源9にも出力されている。このため、高圧バッテリ充電用電圧V3の入力によりフライバック電源9が電力変換動作を開始することで、上記の第1降圧回路制御部44の動作電源である電源電圧Vbや、第2降圧回路制御部61の動作電源である電源電圧Vaが安定的に出力される(ステップS6)。この結果、第1降圧回路補助電源50からの電源電圧Vbが不安定になったとしても、安定的な電源電圧Vbがフライバック電源9から供給され、第1降圧回路30が安定的に動作を開始する。
また、フライバック電源9の電力変換動作の開始に伴い、第2降圧回路制御部61への供給電圧V’が生成されることとなり、これにより、当該第2降圧回路制御部61の制御動作によって第2降圧回路60が動作して低圧バッテリ4の充電が行われる(ステップS7)。
しかしながら、第1降圧回路補助電源50には、充電の開始のときに、第1降圧回路制御部44を動作可能にする電力(電源電圧Vb)を供給可能な回路であれば、任意の回路を用いることができる。
2 車両駆動モータ
3 高圧バッテリ(第1バッテリ)
4 低圧バッテリ(第2バッテリ)
5 駆動系
7 インバータ
8 ゲート駆動回路
9 フライバック電源(電力変換回路)
27 商用電源
29 電池アッセンブリ
30 第1降圧回路
31 全波整流回路
32 PFC回路
33 PFC制御部
34A、34B チョークコイル
39 PFC用補助電源回路
42 両波倍電圧整流回路
44 第1降圧回路制御部
50 第1降圧回路補助電源
60 第2降圧回路
61 第2降圧回路制御部
A、B 補助巻線
V1 高圧電源電圧
V2 低圧バッテリ充電用電圧(第2バッテリの充電用電圧)
V3 高圧バッテリ充電用電圧(第1バッテリの充電用電圧)
V’ 供給電圧(供給電源)
Claims (1)
- 車両駆動モータに電力を供給する第1バッテリと、
車両電気部品に電力を供給する第2バッテリと、
前記第1バッテリ、及び前記第2バッテリを充電する車載充電システムにおいて、
前記第1バッテリの充電に供する高圧充電用電圧を、外部入力の電圧から変換した直流電圧を降圧して生成する第1降圧回路を備え、
前記第1降圧回路には、前記第1バッテリと並列に、
前記第1降圧回路を制御する第1降圧回路制御部への供給電源を生成する電力変換回路と、
前記第2バッテリの充電に供する低圧充電用電圧を生成する第2降圧回路と、が接続され、
前記第1降圧回路制御部へ起動電源を供給する第1降圧回路補助電源を備えた
ことを特徴とする車載充電システム。
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