JP2020022316A - 電力授受システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム構成の複雑化を抑制しながら、共振電流の増大を抑制する。【解決手段】電力授受システム１は、バッテリ２１と、インバータユニット３２と、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６と、第１ダイオード９５、第２ダイオード９７、及び第３ダイオード９９と、を備える。バッテリ２１及びインバータユニット３２は、電力の供給及び受給を行う。充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６は、電力の供給又は受給のみを行う。第１ダイオード９５、第２ダイオード９７、及び第３ダイオード９９は、バッテリ２１及びインバータユニット３２と、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６との間で、電力の授受を単一方向に規制する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力授受システムに関する。

従来、バッテリ、充電器、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電力変換モジュール、及び空調装置用コンプレッサーなどの複数の高電圧駆動装置を備える電動車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動車両は、例えば、電力変換モジュールの周波数（例えば、スイッチング周波数）と、空調装置用コンプレッサーの周波数（例えば、ＬＣ共振周波数）と、を相違させることによって、電力変換モジュールと空調装置用コンプレッサーとの間で電流共振が生じることを抑制している。

特開２０１３−１１５９５７号公報

ところで、上記従来技術に係る電動車両においては、電力変換モジュールと空調装置用コンプレッサーとの間に加えて、他の複数の高電圧駆動装置間においても共振の発生を抑制することが望まれている。複数の高電圧駆動装置が相互に接続されたシステムにおいて、例えば、リアクトル又はコンデンサ容量の変更などによって共振周波数を変更する場合には、追加的に新たな電子部品を備える必要が生じ、システムが複雑化するという問題が生じる。また、電動車両に搭載される高電圧駆動装置の数が増大すると、各装置間において周波数帯の重複を避けるように周波数を調整することが困難になるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、システム構成の複雑化を抑制しながら、共振電流の増大を抑制することが可能な電力授受システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電力授受システム（例えば、実施形態での電力授受システム１）は、電源と、前記電源に対して電力の充電及び放電を行う少なくとも１つの第1装置（例えば、実施形態でのバッテリ２１、インバータユニット３２）と、前記電源に対して電力の充電又は放電のみを行う少なくとも１つの第２装置（例えば、実施形態での充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６）と、前記電源と前記第１装置及び前記第２装置とを相互に接続する電力線に設けられた、前記電源と前記第２装置との間の電力の授受を単一方向に規制するダイオード（例えば、実施形態での第１ダイオード９５、第２ダイオード９７、及び第３ダイオード９９）と、を備える。

（２）上記（１）に記載の電力授受システムでは、前記電力授受システムは、複数の前記第２装置を備え、前記ダイオードは、それぞれの前記第２装置に対して設けられてもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の電力授受システムでは、前記ダイオードは、前記第２装置に対して電力線（例えば、実施形態での第３正極ライン７１及び第３負極ライン７３、第４正極ライン７５及び第４負極ライン７７）を分岐する分岐部（例えば、実施形態での分岐部６１）に設けられてもよい。

上記（１）によれば、相互に接続される第１装置と第２装置との間における電力の供給又は受給を妨げること無しに、ダイオードの整流作用によって共振電流の増大を抑制することができる。また、周波数調整などの作業の煩雑化を抑制することができる。

上記（２）の場合、複数の第２装置が存在する場合であっても、各々の第２装置にダイオードが設けられることによって、例えば複数の第２装置に対して一括的に共通のダイオードが設けられる場合に比べて、各共振電流のゼロ点と整流作用の基準点とがずれることを抑制し、各共振電流を適正に整流することができる。

上記（３）の場合、複数の第２装置の各々にダイオードを設ける場合であっても、複数のダイオードをコンパクトに配置することができ、システムの大型化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電力授受システムの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る電力授受システムを搭載する車両の一部の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態の実施例及び比較例の各々における共振電流の大きさの一例を示す図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電力授受システムの構成の一部を模式的に示す図である。

以下、本発明の電力授受システムの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による電力授受システムは、例えば、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力授受システム１の構成を模式的に示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る電力授受システム１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。

＜車両＞
図１及び図２に示すように、車両１０は、例えば、車体１１における車室１３の床下部分に配置されたバッテリケース２０を備える。バッテリケース２０は、バッテリ２１を収容している。バッテリ２１は、例えば、車両１０の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ２１は、バッテリケース２０内に収容される複数のバッテリモジュールを備える。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備える。

車両１０は、例えば、車体１１の前部に設けられるモータルーム３０を備える。モータルーム３０は、例えば、モータ３１、インバータユニット３２、分岐ユニット３３、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６等を収容している。
モータ３１は、例えば、車両１０のシャフト１５に連結されている。シャフト１５の両端部は、車両１０の駆動輪（例えば、前輪）１７に連結されている。なお、モータ３１は、車両１０に搭載される内燃機関の回転動力を伝達可能に構成されてもよい。
モータ３１は、例えば、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。モータ３１は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有する固定子と、を備える。
モータ３１は、バッテリ２１から供給される電力によって回転駆動力を発生させる力行動作と、回転軸に入力される回転駆動力によって電力を発生させる回生動作とを行う。

インバータユニット３２は、例えば、モータ３１の上方に配置され、モータ３１のケースに直接に固定されている。インバータユニット３２は、例えば、直流電力と三相交流電力との相互変換を行うインバータ、インバータを制御するゲートドライバ、及び通電電流を測定する電流センサ等を備える。
インバータユニット３２は、３相バスバー４１によってモータ３１のステータ巻線に電気的に接続されている。インバータユニット３２は、電源ケーブル４２によってバッテリケース２０の第１コネクタ２０ａに電気的に接続されている。インバータユニット３２は、バッテリ２１とモータ３１との間の電力授受を制御する。

分岐ユニット３３及び充電回路３４は、例えば、インバータユニット３２の上方において車両１０の左右方向に並んで配置されている。分岐ユニット３３は、端部にコネクタ４３ａを有する第１ケーブル４３によって、バッテリケース２０の第２コネクタ２０ｂと電気的に接続されている。分岐ユニット３３は、２つのコネクタ４４ａ，４４ｂを両端に有する第２ケーブル４４によって、充電回路３４と電気的に接続されている。分岐ユニット３３は、急速充電回路３５から延びるとともにコネクタ４５ａを端部に有する第３ケーブル４５によって、急速充電回路３５と電気的に接続されている。分岐ユニット３３は、エアコンプレッサー３６から延びるとともにコネクタ４６ａを端部に有する第４ケーブル４６によって、エアコンプレッサー３６と電気的に接続されている。

充電回路３４は、家庭用電源等の外部電源に接続されて、分岐ユニット３３を介してバッテリ２１を充電する。
急速充電回路３５は、例えばサービスエリア又は給電ステーション等に設けられた急速充電用の外部電源に接続されて、分岐ユニット３３を介してバッテリ２１を充電する。急速充電回路３５は、充電回路３４を通じた充電よりも短時間でバッテリ２１を充電する。
エアコンプレッサー３６は、例えば、空調装置用の電動コンプレッサーであり、分岐ユニット３３を介してバッテリ２１から供給される電力により駆動する。

＜電力授受システム＞
電力授受システム１は、例えば、バッテリ２１、インバータユニット３２、分岐ユニット３３、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６を備える。電力授受システム１において、バッテリ２１及びインバータユニット３２は、電力の供給及び受給を行う。充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６は、電力の供給又は受給のみを行う。
以下に、電力授受システム１における電気的な接続の詳細について説明する。

バッテリケース２０は、バッテリ２１に加えて、第１正極ライン５１と、第１負極ライン５２と、第２正極ライン５３と、第２負極ライン５４と、ヒューズ５５と、を備える。
第１正極ライン５１及び第１負極ライン５２は、バッテリ２１の正極端子及び負極端子と第２コネクタ２０ｂとを電気的に接続する。
第２正極ライン５３及び第２負極ライン５４の各々は、第１正極ライン５１に設けられた分岐点５６及び第１負極ライン５２に設けられた分岐点５７の各々から分岐して、バッテリ２１の正極端子及び負極端子と第１コネクタ２０ａとを電気的に接続する。
ヒューズ５５は、第１正極ライン５１の分岐点５６とバッテリ２１の正極端子との間に配置されている。ヒューズ５５は、例えば、第１正極ライン５１に定格よりも大きい電流が流れたときに第１正極ライン５１の通電を遮断する。

分岐ユニット３３は、バッテリ２１と、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６の各々とを電気的に接続する。
分岐ユニット３３は、分岐部６１と、正極ライン用コンタクタ６３と、負極ライン用コンタクタ６５と、第１ヒューズ６７と、第２ヒューズ６９と、を備える。

分岐部６１は、バッテリ２１に接続される電力経路を、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６の各々に分岐させる。分岐部６１は、第３正極ライン７１及び第３負極ライン７３と、第４正極ライン７５及び第４負極ライン７７と、第５正極ライン８１及び第５負極ライン８３と、を備える。

第３正極ライン７１及び第３負極ライン７３は、バッテリ２１に接続される第１ケーブル４３のコネクタ４３ａと、急速充電回路３５に接続される第３ケーブル４５のコネクタ４５ａとに電気的に接続されている。
第４正極ライン７５及び第４負極ライン７７の各々は、第３正極ライン７１に設けられた分岐点８５及び第３負極ライン７３に設けられた分岐点８７の各々から分岐して、第１ケーブル４３のコネクタ４３ａと、エアコンプレッサー３６の第４ケーブル４６のコネクタ４６ａとを電気的に接続する。

第５正極ライン８１及び第５負極ライン８３の各々は、第４正極ライン７５に設けられた分岐点９１及び第４負極ライン７７に設けられた分岐点９３の各々から分岐して、第１ケーブル４３のコネクタ４３ａと、充電回路３４に接続される第２ケーブル４４のコネクタ４４ａとを電気的に接続する。

正極ライン用コンタクタ６３は、第３正極ライン７１の分岐点８５と、急速充電回路３５に接続される第３ケーブル４５のコネクタ４５ａとの間に設けられている。負極ライン用コンタクタ６５は、第３負極ライン７３の分岐点８７と、急速充電回路３５に接続される第３ケーブル４５のコネクタ４５ａとの間に設けられている。正極ライン用コンタクタ６３及び負極ライン用コンタクタ６５は、例えば、リレーであり、接点の開閉によって急速充電回路３５とバッテリ２１とを電気的に遮断又は接続する。

第１ヒューズ６７は、第４正極ライン７５の分岐点９１と、充電回路３４に接続される第２ケーブル４４のコネクタ４４ａとの間に設けられている。第１ヒューズ６７は、第５正極ライン８１に定格よりも大きい電流が流れたときに第５正極ライン８１の通電を遮断する。
第２ヒューズ６９は、第４正極ライン７５の分岐点９１と、エアコンプレッサー３６の第４ケーブル４６のコネクタ４６ａとの間に設けられている。第２ヒューズ６９は、第４正極ライン７５に定格よりも大きい電流が流れたときに第４正極ライン７５の通電を遮断する。

分岐ユニット３３は、第１ダイオード９５と、第２ダイオード９７と、第３ダイオード９９と、を備える。
第１ダイオード９５は、例えば第５正極ライン８１において、充電回路３４からバッテリ２１に向けて順方向となるように接続されている。第１ダイオード９５は、充電回路３４とバッテリ２１との間における電力授受の方向を、充電回路３４からバッテリ２１へと電力を供給する単一方向のみに規制する。

第２ダイオード９７は、例えば第３正極ライン７１において、急速充電回路３５からバッテリ２１に向けて順方向となるように接続されている。第２ダイオード９７は、急速充電回路３５とバッテリ２１との間における電力授受の方向を、急速充電回路３５からバッテリ２１へと電力を供給する単一方向のみに規制する。
第３ダイオード９９は、例えば第４正極ライン７５において、バッテリ２１からエアコンプレッサー３６に向けて順方向となるように接続されている。第３ダイオード９９は、バッテリ２１とエアコンプレッサー３６との間における電力授受の方向を、バッテリ２１からエアコンプレッサー３６へと電力を供給する単一方向のみに規制する。

以下に、本実施形態に係る実施例及び比較例の各々における共振電流の大きさについて説明する。図３は、本発明の実施形態の実施例及び比較例の各々における共振電流の大きさの一例を示す図である。実施例は、上述した電力授受システム１のように、電力の供給又は受給のみを行う充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６に対して、電力授受の方向を単一方向のみに規制する各ダイオード９５，９７，９９を備える場合である。一方、比較例は、上述した電力授受システム１において各ダイオード９５，９７，９９を省略した場合である。実施例及び比較例は、バッテリ２１又はインバータユニット３２における共振電流Ｉ１と、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６の何れかにおける共振電流Ｉ２と、を示している。実施例においては、比較例に比べて、共振電流Ｉ２が低減されていることが認められる。

上述したように、本実施形態の電力授受システム１によれば、相互に接続されるバッテリ２１と、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６の各々との間における電力の供給又は受給を妨げること無しに、各ダイオード９５，９７，９９の整流作用によって共振電流の増大を抑制することができる。また、周波数調整などの作業の煩雑化を抑制することができる。
また、例えば、リアクトル又はコンデンサなどを用いて電力授受システム１の共振特性を変更する場合に比べて、より安価な電子部品である各ダイオード９５，９７，９９を用いることによってシステム構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。

また、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６の各々に対して各ダイオード９５，９７，９９が設けられることによって、例えば一括的に共通のダイオードが設けられる場合に比べて、各共振電流のゼロ点と整流作用の基準点とがずれることを抑制し、各共振電流を適正に整流することができる。
また、各ダイオード９５，９７，９９は、分岐ユニット３３に配置されているので、第１ダイオード９５、第２ダイオード９７、及び第３ダイオード９９をコンパクトに配置することができ、システムの大型化を抑制することができる。

以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、電力授受システム１は、第１ダイオード９５、第２ダイオード９７、及び第３ダイオード９９を分岐ユニット３３に備えるとしたが、これに限定されない。上述した実施形態の変形例に係る電力授受システム１は、各ダイオード９５，９７，９９を、充電回路３４、急速充電回路３５、及びエアコンプレッサー３６の各々、又は第２ケーブル４４、第３ケーブル４５、及び第４ケーブル４６の各々に備えてもよい。

図４は、本発明の実施形態の変形例に係る電力授受システム１の構成の一部を模式的に示す図である。図４に示すように、変形例に係る電力授受システム１は、例えば、充電回路３４に設けられた第１ダイオード９５と、エアコンプレッサー３６に設けられた第３ダイオード９９と、を備える。なお、図４に示す電力授受システム１において、インバータユニット３２は、平滑コンデンサ３２ａと、ブリッジ回路３２ｂと、と備える。ブリッジ回路３２ｂは、例えば、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子を備える。

充電回路３４は、例えば、コモンモードフィルタ３４ａと、コンデンサ３４ｂと、電流源３４ｃと、を備える。共通のコアを有する２つのチョークコイルから成るコモンモードフィルタ３４ａは、コモンモードのノイズ電流を除去する。第１ダイオード９５は、例えば、コモンモードフィルタ３４ａと第２ケーブル４４との間において、正極側の電力線３４ｄに接続されている。
エアコンプレッサー３６は、例えば、コンデンサ３６ａ及びインダクタ３６ｂからなるＬＣ共振回路３６ｃと、モータ３６ｄと、を備える。第３ダイオード９９は、例えば、ＬＣ共振回路３６ｃと第４ケーブル４６との間において、正極側の電力線３６ｅに接続されている。

上述した実施形態において、電力授受システム１は、電力の供給及び受給を行う装置として、例えば、バッテリ２１とインバータユニット３２との間などにおいて、電圧を昇圧又は降圧する電圧変換装置を備えてもよい。
上述した実施形態において、電力授受システム１は車両１０に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電力授受システム、１０…車両、２１…バッテリ（第１装置）、３２…インバータユニット（第１装置）、３４…充電回路（第２装置）、３４ｄ…電力線、３５…急速充電回路（第２装置）、３６…エアコンプレッサー（第２装置）、３６ｅ…電力線、７１…第３正極ライン（電力線）、７３…第３負極ライン（電力線）、７５…第４正極ライン（電力線）、７７…第４負極ライン（電力線）、９５…第１ダイオード（ダイオード）、９７…第２ダイオード（ダイオード）、９９…第３ダイオード（ダイオード）

Claims (3)

1. 電源と、
   前記電源に対して電力の充電及び放電を行う少なくとも１つの第1装置と、
   前記電源に対して電力の充電又は放電のみを行う少なくとも１つの第２装置と、
   前記電源と前記第１装置及び前記第２装置とを相互に接続する電力線に設けられた、前記電源と前記第２装置との間の電力の授受を単一方向に規制するダイオードと、
   を備える、
   ことを特徴とする電力授受システム。
2. 前記電力授受システムは、複数の前記第２装置を備え、
   前記ダイオードは、それぞれの前記第２装置に対して設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力授受システム。
3. 前記ダイオードは、前記第２装置に対して電力線を分岐する分岐部に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力授受システム。

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