JP2022107885A

JP2022107885A - Power system of vehicle

Info

Publication number: JP2022107885A
Application number: JP2021002551A
Authority: JP
Inventors: 孝弘加藤; Takahiro Kato
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2022-07-25

Abstract

To provide a power system of a vehicle, which can charge a battery by using an external AC power supply device and can suppress an increase of a weight of the vehicle.SOLUTION: A power system (1) of a vehicle includes: a battery (5) which can charge/discharge power; an inverter circuit (20) which is arranged between the battery (5) and a drive motor (10) and mutually converts DC power and AC power; a booster circuit (30) which is arranged between the battery (5) and the inverter circuit (20) and boosts voltage of DC power; and a feed circuit (50) which converts AC power supplied from an external AC power supply device (70) into DC power and supplies it to the battery (5). The feed circuit (50) includes: a rectifier circuit (60) which rectifies AC power supplied from the external AC power supply device (70); and change-over switches (55, 57 and 59) which change over connection or disconnection between the rectifier circuit (60) and the booster circuit (30).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、車外の交流電源装置から供給される電力をバッテリに充電可能な車両の電力システムに関する。 The present invention relates to a vehicle power system capable of charging a battery with power supplied from an AC power supply device outside the vehicle.

ハイブリッド電気自動車を含む電動車両の実用化が進んでいる。電動車両では、一般的に、直流電力を充放電可能なバッテリが搭載され、バッテリから供給される直流電力が交流電力に変換されて駆動用モータへ供給されることで、駆動用モータの駆動が制御される。また、電動車両の減速時には、車輪の回転トルクを利用して駆動用モータを回生駆動し、発電された電力をバッテリに充電する回生制御が行われる。回生制御により発電される交流電力は、直流電力に変換されてバッテリに充電される。このとき、駆動用モータの電力源となるバッテリの定格電圧は、補機用のバッテリの定格電圧よりも高くなっている。このため、回生制御により発電された交流電力は、直流電力に変換された後、さらに昇圧されてバッテリに充電される。 Practical use of electric vehicles including hybrid electric vehicles is progressing. Electric vehicles are generally equipped with a battery capable of charging and discharging DC power, and the DC power supplied from the battery is converted into AC power and supplied to the drive motor, thereby driving the drive motor. controlled. Further, during deceleration of the electric vehicle, regenerative control is performed in which the rotational torque of the wheels is used to drive the drive motor regeneratively and the battery is charged with the generated electric power. AC power generated by regenerative control is converted into DC power and charged in a battery. At this time, the rated voltage of the battery that serves as the power source for the driving motor is higher than the rated voltage of the auxiliary battery. Therefore, the AC power generated by the regenerative control is converted to DC power and then boosted to charge the battery.

近年、車外の電源装置から供給される電力をバッテリに充電可能な電動車両が知られている。電動車両のバッテリの充電方法としては、直流電力を供給可能な専用の充電スタンドにおいて給電プラグ等を電動車両に接続し、電動車両に直流電力を供給することによりバッテリを急速充電する方法（直流急速充電）がある。また、別の充電方法として、家庭等に備えられた交流電源に専用の装置を介して電動車両を接続し、電動車両に交流電力を供給することによりバッテリを充電する方法（交流充電）がある。 2. Description of the Related Art In recent years, electric vehicles have been known in which a battery can be charged with electric power supplied from a power supply device outside the vehicle. As a method for charging the battery of an electric vehicle, a power supply plug or the like is connected to the electric vehicle at a dedicated charging station capable of supplying DC power, and the battery is rapidly charged by supplying DC power to the electric vehicle (DC rapid charging method). charging). As another charging method, there is a method (AC charging) in which an electric vehicle is connected to an AC power supply installed in a home or the like via a dedicated device, and AC power is supplied to the electric vehicle to charge the battery. .

国際公開２０１７／２１１６５５号公報International Publication No. 2017/211655

ここで、直流急速充電の場合、高電圧回路のバスバーに直流電力を通電することでバッテリへの充電が可能であるため、特別な回路を要せずに、あるいは、最小限の追加回路を利用して、バッテリを充電することができる。一方、交流充電の場合、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路及び電圧を昇圧する昇圧回路が必要となる。このため、車体重量が大きくなりやすいという問題がある。 Here, in the case of DC rapid charging, the battery can be charged by passing DC power through the busbar of the high-voltage circuit, so no special circuit is required, or a minimal additional circuit is used. to charge the battery. On the other hand, AC charging requires a power conversion circuit that converts AC power into DC power and a booster circuit that boosts the voltage. Therefore, there is a problem that the vehicle body weight tends to increase.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、車外交流電源装置を用いてバッテリを充電可能な車両の電力システムであって、車両の重量の増加を抑制可能な電力システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle power system capable of charging a battery using an external AC power supply, thereby reducing the weight of the vehicle. The object is to provide a suppressible power system.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電力を充放電可能なバッテリと、バッテリと駆動用モータとの間に設けられて直流電力及び交流電力を相互に変換するインバータ回路と、バッテリとインバータ回路との間に設けられて直流電力の電圧を昇圧させる昇圧回路と、車外交流電源装置から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリに供給する給電回路と、を含む車両の電力システムであって、給電回路は、車外交流電源装置から供給される交流電力を整流する整流回路と、整流回路と昇圧回路との接続又は遮断を切り替える切替スイッチとを含む車両の電力システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, there is provided a battery capable of charging and discharging electric power, and an inverter circuit provided between the battery and a drive motor for mutually converting DC power and AC power. a booster circuit provided between the battery and the inverter circuit to boost the voltage of the DC power; and a power supply circuit that converts the AC power supplied from the external AC power supply to DC power and supplies the DC power to the battery. wherein the power supply circuit includes a rectifier circuit that rectifies AC power supplied from an external AC power supply device, and a selector switch that switches connection or disconnection between the rectifier circuit and the booster circuit. A system is provided.

以上説明したように本発明によれば、車外交流電源装置を用いてバッテリを充電可能な車両の電力システムにおいて車両の重量の増加を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress an increase in vehicle weight in a vehicle electric power system capable of charging a battery using an external AC power supply device.

本発明の実施の形態に係る車両の電力システムの基本構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a vehicle electric power system according to an embodiment of the present invention; FIG. 同実施形態に係る車両の電力システムの回路構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the circuit configuration of the power system of the vehicle according to the same embodiment; 同実施形態に係る車両の電力システムによる駆動用モータ制御時の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state during control of a drive motor by the electric power system of the vehicle according to the same embodiment; 同実施形態に係る車両の電力システムによる車外交流電源装置からの給電時の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state when power is supplied from an external AC power supply device by the power system of the vehicle according to the same embodiment; 同実施形態に係る車両の電力システムの制御系の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a control system of the power system of the vehicle according to the same embodiment;

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

図１及び図２を参照して、本実施形態に係る車両の電力システム１の構成例を説明する。車両の電力システム１は、駆動輪３を回転させる駆動トルクを出力する駆動用モータ１０を備えた電動車両に適用される。電動車両は、内燃機関を備えたハイブリッド式電動車両であってもよい。 A configuration example of a vehicle electric power system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. A vehicle electric power system 1 is applied to an electric vehicle provided with a drive motor 10 that outputs drive torque for rotating drive wheels 3 . The electric vehicle may be a hybrid electric vehicle with an internal combustion engine.

図１は、車両の電力システム１の全体構成を示す模式図である。車両の電力システム１は、バッテリ５、駆動用モータ１０及びインバータユニット４０を備えている。駆動用モータ１０は、三相交流式のモータであり、駆動輪３を回転させる回転トルクを出力する。ただし、駆動用モータ１０は、多相交流式のモータであればよく、相数は特に限定されない。駆動用モータ１０は、ギヤ等を介して前輪又は後輪のいずれか又は両方に接続されたモータであってもよく、各車輪に設けられたインホイールモータであってもよい。駆動用モータ１０は、インバータユニット４０により回転駆動されて回転トルクを出力する。また、駆動用モータ１０は、車両の減速時に駆動輪３の回転トルクを利用して発電を行う発電機としての機能を有する。発電された電力はバッテリ５に充電される。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an electric power system 1 for a vehicle. A vehicle power system 1 includes a battery 5 , a drive motor 10 and an inverter unit 40 . The drive motor 10 is a three-phase AC motor and outputs rotational torque for rotating the drive wheels 3 . However, the driving motor 10 may be a multiphase AC motor, and the number of phases is not particularly limited. The drive motor 10 may be a motor connected to either or both of the front wheels or the rear wheels via a gear or the like, or may be an in-wheel motor provided for each wheel. The driving motor 10 is rotationally driven by the inverter unit 40 and outputs rotational torque. Further, the drive motor 10 has a function as a generator that generates power using the rotational torque of the drive wheels 3 during deceleration of the vehicle. The generated power is charged in the battery 5 .

バッテリ５は、電力を充放電可能な二次電池である。バッテリ５は、例えば定格２００Ｖのリチウムイオン電池であってもよい。ただし、バッテリ５は、ニッケル水素電池等の他の種類の二次電池であってもよい。バッテリ５は、インバータユニット４０を介して駆動用モータ１０に接続され、駆動用モータ１０に供給される電力の電力源としての機能を有する。また、バッテリ５は、インバータユニット４０を介して、車外交流電源装置７０の給電コネクタ７１と接続されるインレットコネクタ５１と接続され、車外交流電源装置７０から供給される電力を充電可能になっている。 The battery 5 is a secondary battery that can charge and discharge electric power. The battery 5 may be, for example, a 200V rated lithium-ion battery. However, the battery 5 may be another type of secondary battery such as a nickel-metal hydride battery. The battery 5 is connected to the driving motor 10 via the inverter unit 40 and functions as a power source for supplying electric power to the driving motor 10 . In addition, the battery 5 is connected via the inverter unit 40 to an inlet connector 51 connected to a power supply connector 71 of the external AC power supply device 70, so that the battery 5 can be charged with electric power supplied from the external AC power supply device 70. .

インバータユニット４０は、駆動用モータ１０の駆動及び回生発電を制御する。インバータユニット４０は、バッテリ５から供給される直流電力を昇圧するとともに、直流電力を三相交流電力に変換して駆動用モータ１０へ供給する。これにより、駆動用モータ１０が回転駆動され、駆動輪３を回転させる回転トルクを出力する。また、インバータユニット４０は、車両の減速時に駆動輪３の回転トルクによって回転する駆動用モータ１０により発電された三相交流電力を直流電力に変換するとともにバッテリ充電電圧まで昇圧してバッテリ５へ供給する。これにより、バッテリ５の充電が行われる。さらに、インバータユニット４０は、車外交流電源装置７０から供給される交流電流を整流かつ平滑化するとともにバッテリ充電電圧まで昇圧してバッテリ５へ供給する。これにより、バッテリ５の充電が行われる。 The inverter unit 40 controls driving of the driving motor 10 and regenerative power generation. The inverter unit 40 boosts the DC power supplied from the battery 5 , converts the DC power into three-phase AC power, and supplies the drive motor 10 with the three-phase AC power. As a result, the driving motor 10 is rotationally driven, and outputs rotational torque for rotating the driving wheels 3 . Further, the inverter unit 40 converts the three-phase AC power generated by the drive motor 10, which is rotated by the rotational torque of the drive wheels 3 when the vehicle is decelerating, into DC power, boosts the DC power to the battery charging voltage, and supplies the DC power to the battery 5. do. Thereby, the battery 5 is charged. Furthermore, the inverter unit 40 rectifies and smoothes the AC current supplied from the external AC power supply device 70 , boosts the AC current to the battery charging voltage, and supplies the AC current to the battery 5 . Thereby, the battery 5 is charged.

車外交流電源装置７０は、家庭等に備えられた交流電源に接続された車両充電専用の給電コネクタ７１を備える。給電コネクタ７１が、車両に設けられたインレットコネクタ５１に接続されることで、車外交流電源装置７０から車両の電力システム１へ交流電流が供給可能になる。 The external AC power supply device 70 includes a power supply connector 71 dedicated to vehicle charging connected to an AC power supply installed in a home or the like. By connecting the power supply connector 71 to the inlet connector 51 provided in the vehicle, AC current can be supplied from the external AC power supply device 70 to the power system 1 of the vehicle.

図２は、本実施形態に係る車両の電力システム１の回路構成を示す説明図である。インバータユニット４０は、インバータ回路２０、昇圧回路３０及び給電回路５０を含む。インバータ回路２０及び昇圧回路３０は、それぞれ複数のスイッチング素子を含んで構成される。インバータ回路２０及び昇圧回路３０の各スイッチング素子の動作は、図示しない制御装置により制御される。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the circuit configuration of the vehicle electric power system 1 according to the present embodiment. The inverter unit 40 includes an inverter circuit 20 , a booster circuit 30 and a power supply circuit 50 . The inverter circuit 20 and the booster circuit 30 each include a plurality of switching elements. The operation of each switching element of the inverter circuit 20 and the booster circuit 30 is controlled by a control device (not shown).

インバータ回路２０は、三つのアーム回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。以下、特に区別を要しない限り、単にアーム回路２１と総称する。それぞれのアーム回路２１は、駆動用モータ１０の各相のコイルに電気的に接続される。昇圧回路３０は、いわゆるチョッパ方式の回路を備える。昇圧回路３０の各スイッチング素子が制御されることによって電力が昇圧される。 The inverter circuit 20 has three arm circuits 21a, 21b and 21c. Hereinafter, they are collectively referred to simply as the arm circuit 21 unless otherwise specified. Each arm circuit 21 is electrically connected to each phase coil of the driving motor 10 . The booster circuit 30 includes a so-called chopper circuit. Power is boosted by controlling each switching element of the booster circuit 30 .

具体的に、昇圧回路３０は、バッテリ５の電力を昇圧してインバータ回路２０に供給する機能と、駆動用モータ１０の発電電力又は車外交流電源装置７０から供給される電力を昇圧してバッテリ５に供給する機能とを備える。昇圧回路３０は、チョッパ回路を含んで構成され、二つのスイッチング素子３１，３３の動作が制御されることにより、電力の昇圧又は降圧が実行される。 Specifically, the booster circuit 30 boosts the power of the battery 5 and supplies it to the inverter circuit 20 , and boosts the power generated by the drive motor 10 or the power supplied from the external AC power supply device 70 to the battery 5 . and a function to supply to The booster circuit 30 includes a chopper circuit, and controls the operations of two switching elements 31 and 33 to boost or step down power.

具体的に、インバータ回路２０は、駆動用モータ１０のｕ相、ｖ相及びｗ相のコイルにそれぞれ対応するアーム回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備える。各アーム回路２１は、バッテリ５の正極側に電気的に接続される上アームと、バッテリ５の負極側に電気的に接続される下アームとを含む。また、各アーム回路２１の上アーム及び下アームには、ダイオードが逆並列に電気的に接続されたスイッチング素子２３ａ，２５ａ，２３ｂ，２５ｂ，２３ｃ，２５ｃがそれぞれ設けられている。スイッチング素子２３ａ，２５ａ，２３ｂ，２５ｂ，２３ｃ，２５ｃとしては、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。 Specifically, the inverter circuit 20 includes arm circuits 21a, 21b, and 21c corresponding to the u-phase, v-phase, and w-phase coils of the drive motor 10, respectively. Each arm circuit 21 includes an upper arm electrically connected to the positive electrode side of battery 5 and a lower arm electrically connected to the negative electrode side of battery 5 . Switching elements 23a, 25a, 23b, 25b, 23c, and 25c in which diodes are electrically connected in anti-parallel are provided on the upper arm and the lower arm of each arm circuit 21, respectively. As the switching elements 23a, 25a, 23b, 25b, 23c, 25c, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), etc. are used.

駆動用モータ１０のｕ相、ｖ相及びｗ相のコイルは、それぞれ、各アーム回路２１の上アームと下アームとの接続部と電気的に接続される。駆動用モータ１０の駆動及び回生発電の制御は、インバータ回路２０のアーム回路２１に設けられた各スイッチング素子２３ａ，２５ａ，２３ｂ，２５ｂ，２３ｃ，２５ｃの動作を図示しない制御装置により制御することによって行われる。 The u-phase, v-phase, and w-phase coils of the driving motor 10 are electrically connected to the connecting portions between the upper arm and the lower arm of each arm circuit 21, respectively. The driving of the driving motor 10 and the control of regenerative power generation are performed by controlling the operation of each switching element 23a, 25a, 23b, 25b, 23c, 25c provided in the arm circuit 21 of the inverter circuit 20 by a control device (not shown). done.

昇圧回路３０は、コイル４３、二つのスイッチング素子３１，３３及び平滑キャパシタ４９を含む。昇圧回路３０は、インバータ回路２０の上アーム側に電気的に接続される上アームと、インバータ回路２０の下アーム側及びバッテリ５の負極側に電気的に接続される下アームとを含み、上アーム及び下アームには、ダイオードが逆並列に電気的に接続されたスイッチング素子３１，３３がそれぞれ設けられている。スイッチング素子３１，３３としては、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等が用いられる。コイル４３の一端は、バッテリ５の正極側に電気的に接続され、コイル４３の他端は、二つのスイッチング素子３１，３３の間に電気的に接続される。平滑キャパシタ４９は、インバータ回路２０に対してバッテリ５と並列に接続されている。 The booster circuit 30 includes a coil 43 , two switching elements 31 and 33 and a smoothing capacitor 49 . The booster circuit 30 includes an upper arm electrically connected to the upper arm side of the inverter circuit 20, and a lower arm electrically connected to the lower arm side of the inverter circuit 20 and the negative electrode side of the battery 5. Switching elements 31 and 33 in which diodes are electrically connected in anti-parallel are provided on the arm and the lower arm, respectively. As the switching elements 31 and 33, MOSFET, IGBT, etc. are used, for example. One end of the coil 43 is electrically connected to the positive electrode side of the battery 5 and the other end of the coil 43 is electrically connected between the two switching elements 31 and 33 . The smoothing capacitor 49 is connected in parallel with the battery 5 with respect to the inverter circuit 20 .

バッテリ５の電力をインバータ回路２０へ供給する場合、昇圧回路３０では、二つのスイッチング素子３１，３３がそれぞれスイッチング制御されることにより、コイル４３への電気エネルギの蓄積及び放出が行われる。このとき、コイル４３に蓄積された電気エネルギがバッテリ５の電力に重畳して出力されることで、バッテリ５の電力が昇圧されてインバータ回路２０へ供給される。昇圧比は、スイッチング素子３３のオンオフのデューティ比により調節される。駆動用モータ１０により回生発電された電力をバッテリ５に充電する場合、昇圧回路３０では、二つのスイッチング素子３１，３３がそれぞれスイッチング制御されることにより、インバータ回路２０からの回生発電電力が降圧されてバッテリ５へ供給される。電力の昇降圧の制御は、昇圧回路３０に設けられた各スイッチング素子３１，３３の動作を図示しない制御装置により制御することによって行われる。 When the power of the battery 5 is supplied to the inverter circuit 20 , in the booster circuit 30 , the two switching elements 31 and 33 are switching-controlled, so that electrical energy is stored in and released from the coil 43 . At this time, the electrical energy accumulated in the coil 43 is superimposed on the power of the battery 5 and output, so that the power of the battery 5 is boosted and supplied to the inverter circuit 20 . The step-up ratio is adjusted by the on/off duty ratio of the switching element 33 . When charging the battery 5 with electric power regenerated by the driving motor 10, the booster circuit 30 controls switching of the two switching elements 31 and 33, respectively, thereby stepping down the regenerated electric power from the inverter circuit 20. is supplied to the battery 5. Control of the step-up/step-down of power is performed by controlling the operations of the switching elements 31 and 33 provided in the step-up circuit 30 by a control device (not shown).

給電回路５０は、車外交流電源装置７０から供給される交流電力によりバッテリ５を充電するための電気回路である。給電回路５０は、供給される交流電流を整流かつ平滑化してバッテリ５へ供給する。給電回路５０は、昇圧回路３０を介してバッテリ５に接続されており、バッテリ５へ供給される電力は、バッテリ充電電圧まで昇圧されてバッテリ５へ供給される。 The power supply circuit 50 is an electric circuit for charging the battery 5 with AC power supplied from the external AC power supply device 70 . The power supply circuit 50 rectifies and smoothes the supplied alternating current and supplies it to the battery 5 . The power supply circuit 50 is connected to the battery 5 via the booster circuit 30 , and the power supplied to the battery 5 is boosted to the battery charging voltage and supplied to the battery 5 .

給電回路５０は、整流回路６０及び三つの切替スイッチ５５，５７，５９を含む。整流回路６０は、車外交流電源装置７０から供給される交流電力を整流し直流電力に変換する機能と、整流された直流電力を平滑化する機能を有する。図２に示した整流回路６０は、４つのダイオード６３，６５，６７，６９を備えた単相ダイオードブリッジ整流回路に平滑キャパシタ６１を設けたキャパシタインプット型整流器として構成される。整流回路６０は、４つのダイオード６３，６５，６７，６９で、車外交流電源装置７０から供給される単相交流電力を整流して直流電力に変換するとともに、直流電力を平滑化する。具体的には、供給される単相交流電力の極性とその大きさにより４つのダイオード６３，６５，６７，６９のそれぞれのオンオフが切り替わり、供給される単相交流の全波形を利用することができる。また、平滑キャパシタ６１は、整流された直流電力の電圧の脈動を平滑化する。 The power supply circuit 50 includes a rectifier circuit 60 and three selector switches 55 , 57 , 59 . The rectifier circuit 60 has a function of rectifying AC power supplied from the external AC power supply 70 and converting it into DC power, and a function of smoothing the rectified DC power. The rectifier circuit 60 shown in FIG. 2 is configured as a capacitor input type rectifier in which a single-phase diode bridge rectifier circuit including four diodes 63, 65, 67 and 69 is provided with a smoothing capacitor 61. FIG. The rectifier circuit 60 rectifies the single-phase AC power supplied from the external AC power supply 70 with four diodes 63, 65, 67, 69, converts it into DC power, and smoothes the DC power. Specifically, each of the four diodes 63, 65, 67, and 69 is switched on and off depending on the polarity and magnitude of the supplied single-phase AC power, and the entire waveform of the supplied single-phase AC power can be used. can. Also, the smoothing capacitor 61 smoothes voltage pulsations of the rectified DC power.

第１の切替スイッチ５５、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９は、それぞれ図示しない制御装置による通電のオンオフによって接続又は開放、あるいは接点を切り替え可能なリレー等のスイッチを利用して構成される。第１の切替スイッチ５５は、バッテリ５の正極側と昇圧回路３０のコイル４３との間に設けられ、コイル４３の接続先を、バッテリ５の正極側と、整流回路６０の一方の電力線側とに切り替える。第２の切替スイッチ５７は、昇圧回路３０の一方のスイッチング素子３１とインバータ回路２０の上アーム側とを繋ぐ電力線と、バッテリ５の正極側と第１の切替スイッチ５５とを繋ぐ電力線との接続又は解放を切り替える。第３の切替スイッチ５９は、バッテリ５の負極側と整流回路６０の他方の電力線側との接続又は解放を切り替える。 The first changeover switch 55, the second changeover switch 57, and the third changeover switch 59 use switches such as relays that are capable of switching between connection and disconnection, or contact points, depending on the on/off of energization by a control device (not shown). Configured. The first changeover switch 55 is provided between the positive electrode side of the battery 5 and the coil 43 of the booster circuit 30, and the coil 43 is connected to the positive electrode side of the battery 5 and one power line side of the rectifier circuit 60. switch to The second changeover switch 57 is connected to a power line connecting one switching element 31 of the booster circuit 30 and the upper arm side of the inverter circuit 20 and a power line connecting the positive electrode side of the battery 5 and the first changeover switch 55 . Or switch release. The third selector switch 59 switches connection or disconnection between the negative electrode side of the battery 5 and the other power line side of the rectifier circuit 60 .

図３は、バッテリ５の電力により駆動用モータ１０を駆動する場合の第１の切替スイッチ５５、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９の状態を示している。バッテリ５の電力により駆動用モータ１０を駆動する場合、第１の切替スイッチ５５は、バッテリ５の正極側と昇圧回路３０のコイル４３とを接続するとともに、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９は、解放状態にされる。例えば第１の切替スイッチ５５、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９は、通電がオフのときに上記の状態となる。これにより、バッテリ５の電力が昇圧回路３０により昇圧されるとともにインバータ回路２０により三相交流電力として駆動用モータ１０へ供給される。また、車両の減速時においては、駆動用モータ１０により回生発電された三相交流の電力がインバータ回路２０により直流に変換されるとともに昇圧回路３０で降圧されてバッテリ５に充電される。 FIG. 3 shows the states of the first changeover switch 55, the second changeover switch 57 and the third changeover switch 59 when the driving motor 10 is driven by the electric power of the battery 5. FIG. When the driving motor 10 is driven by the electric power of the battery 5, the first changeover switch 55 connects the positive electrode side of the battery 5 and the coil 43 of the booster circuit 30, and the second changeover switch 57 and the third changeover switch 57 are connected. The change-over switch 59 is released. For example, the first changeover switch 55, the second changeover switch 57, and the third changeover switch 59 are in the above state when the energization is off. As a result, the electric power of the battery 5 is boosted by the booster circuit 30 and supplied to the driving motor 10 as three-phase AC power by the inverter circuit 20 . When the vehicle decelerates, the three-phase AC power regenerated by the driving motor 10 is converted to DC by the inverter circuit 20 and stepped down by the booster circuit 30 to charge the battery 5 .

図４は、車外交流電源装置７０から供給される交流電力を利用してバッテリ５を充電する場合の第１の切替スイッチ５５、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９の状態を示している。車外交流電源装置７０から供給される交流電力を利用してバッテリ５を充電する場合、第１の切替スイッチ５５は、整流回路６０の一方の電力線と昇圧回路３０のコイル４３とを接続するとともに、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９は、接続状態にされる。例えば第１の切替スイッチ５５、第２の切替スイッチ５７及び第３の切替スイッチ５９は、通電がオフのときに上記の状態となる。この状態では、バッテリ５の電力が昇圧されてインバータ回路２０へ供給される場合と同様に、昇圧回路３０に設けられた二つのスイッチング素子３１，３３のスイッチング動作を制御することによって、整流回路６０によって整流された直流電力が昇圧されてバッテリ５に供給される。 FIG. 4 shows the states of the first changeover switch 55, the second changeover switch 57, and the third changeover switch 59 when the battery 5 is charged using the AC power supplied from the external AC power supply device 70. ing. When the AC power supplied from the external AC power supply 70 is used to charge the battery 5, the first changeover switch 55 connects one power line of the rectifier circuit 60 and the coil 43 of the booster circuit 30. The second changeover switch 57 and the third changeover switch 59 are brought into a connected state. For example, the first changeover switch 55, the second changeover switch 57, and the third changeover switch 59 are in the above state when the energization is off. In this state, as in the case where the power of the battery 5 is boosted and supplied to the inverter circuit 20, by controlling the switching operations of the two switching elements 31 and 33 provided in the booster circuit 30, the rectifier circuit 60 DC power rectified by is stepped up and supplied to the battery 5 .

つまり、本実施形態に係る車両の電力システム１では、バッテリ５の電力をインバータ回路２０へ供給する際に昇圧回路３０を流れる電流の向きと、車外交流電源装置７０から供給される電力をバッテリ５に充電する際に昇圧回路３０を流れる電流の向きとが同じになっている。このため、バッテリ５の電力を昇圧してインバータ回路２０へ供給するための単相の昇圧回路３０を、そのまま車外交流電源装置７０から供給される電力を昇圧してバッテリ５へ供給するための昇圧回路として用いることができる。したがって、車外交流電源装置７０から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに昇圧してバッテリ５に充電するための給電回路５０に、車外交流電源装置７０からの電力を充電するための専用の昇圧回路を設ける必要がない。 That is, in the vehicle power system 1 according to the present embodiment, the direction of the current flowing through the booster circuit 30 when supplying the power of the battery 5 to the inverter circuit 20 and the power supplied from the external AC power supply device 70 are determined by the battery 5 The direction of the current flowing through the booster circuit 30 is the same as the direction of the current flowing through the voltage boosting circuit 30 when charging the battery. Therefore, the single-phase booster circuit 30 for boosting the power of the battery 5 and supplying it to the inverter circuit 20 is used as it is to boost the power supplied from the external AC power supply 70 and supply it to the battery 5 . It can be used as a circuit. Therefore, the power supply circuit 50 for converting the AC power supplied from the external AC power supply 70 into DC power, boosting the voltage, and charging the battery 5 is dedicated to charging the power from the external AC power supply 70 . There is no need to provide a booster circuit.

これにより、コストを低減することができるとともに、部品点数の削減によって車両の重量を低減することができる。特に、重量のあるコイルの搭載数を削減することができるため、車両の重量の低減に有効となる。したがって、車両使用時の電力消費量あるいは燃料消費量を低減させ、あるいは、同じ電力消費量あるいは燃料消費量に対する車両の航続距離を延ばすことができる。また、部品点数の削減によって車両の組み立て効率を高めることができる。 As a result, the cost can be reduced, and the weight of the vehicle can be reduced by reducing the number of parts. In particular, the number of heavy coils to be mounted can be reduced, which is effective in reducing the weight of the vehicle. Therefore, it is possible to reduce power consumption or fuel consumption when the vehicle is in use, or extend the cruising range of the vehicle for the same power consumption or fuel consumption. Also, the efficiency of assembling the vehicle can be improved by reducing the number of parts.

また、本実施形態に係る車両の電力システム１では、給電回路５０がインバータユニット４０に組み込まれている。したがって、車両に搭載されるユニット点数を削減することができ、車両の組み立て効率を高めることができる。さらに、給電回路５０がインバータユニット４０に組み込まれることにより、冷却回路の共用の観点、さらには高電圧系の絶縁の設計効率の観点から、コストの低減及び電力システム１の設計の効率化に資することができる。 Further, in the vehicle power system 1 according to the present embodiment, the power supply circuit 50 is incorporated in the inverter unit 40 . Therefore, the number of units mounted on the vehicle can be reduced, and the efficiency of assembling the vehicle can be improved. Furthermore, by incorporating the power supply circuit 50 into the inverter unit 40, it contributes to cost reduction and efficiency improvement of the design of the power system 1 from the viewpoint of common use of the cooling circuit and further from the viewpoint of design efficiency of the insulation of the high voltage system. be able to.

さらに、本実施形態に係る車両の電力システム１では、車外交流電源装置７０から供給される交流電力を直流電力に変換する手段として、スイッチング素子を用いない整流回路６０が用いられている。このため、コストの増加を抑制することができるとともに、スイッチング素子の駆動による電力効率の低下を抑制することができる。 Further, in the vehicle electric power system 1 according to the present embodiment, the rectifier circuit 60 that does not use a switching element is used as means for converting the AC power supplied from the external AC power supply device 70 into DC power. Therefore, an increase in cost can be suppressed, and a decrease in power efficiency due to driving of the switching element can be suppressed.

なお、車両の電力システム１に対して車外交流電源装置７０を接続してバッテリ５を充電する場合、車載の制御システムと車外交流電源装置７０側の制御システムとの間で通信を行いながら給電が行われる場合がある。この場合において、車両の電力システム１の制御を行う制御装置の機能を、車両の制御を行う制御装置に持たせてもよい。 When charging the battery 5 by connecting the external AC power supply device 70 to the electric power system 1 of the vehicle, power is supplied while communication is performed between the vehicle control system and the control system of the external AC power supply device 70 side. may be done. In this case, the control device that controls the vehicle may have the function of the control device that controls the electric power system 1 of the vehicle.

図５は、車両の電力システム１の制御系の一例を示すブロック図であり、車載の制御システム１００と車外交流電源装置７０側の制御システム１１０とを接続した状態を示している。車外交流電源装置７０側の制御システム１１０は、給電制御装置１１１及び電源装置１１３を備えている。車載の制御システム１００は、車両制御装置１０１、電力システム１及びインタフェース１０３を備えている。 FIG. 5 is a block diagram showing an example of the control system of the power system 1 of the vehicle, and shows a state in which the control system 100 mounted on the vehicle and the control system 110 of the external AC power supply device 70 are connected. A control system 110 on the external AC power supply device 70 side includes a power supply control device 111 and a power supply device 113 . An in-vehicle control system 100 includes a vehicle control device 101 , a power system 1 and an interface 103 .

インタフェース１０３は、車外交流電源装置７０の給電コネクタ７１が接続されるインレットコネクタ５１に対応する機能であり、電源装置１１３から電力システム１へ交流電力を供給するための接続部としての機能と、車両制御装置１０１と給電制御装置１１１との通信を行うための通信部としての機能とを有する。通信は、有線の通信であってもよく、赤外線通信や近距離通信等の無線の通信であってもよい。 The interface 103 has a function corresponding to the inlet connector 51 to which the power supply connector 71 of the external AC power supply device 70 is connected. It also has a function as a communication unit for performing communication between the control device 101 and the power supply control device 111 . The communication may be wired communication or wireless communication such as infrared communication or near field communication.

車両制御装置１０１は、給電制御装置１１１に対して給電の開始及び停止を指示する指令を送信し、給電制御装置１１１は、送信される制御信号にしたがって電源装置１１３からの電力供給を制御する。図５に示した例では、車両制御装置１０１が給電制御装置１１１に対して制御指令を送信する機能を備えているため、給電制御装置１１１と通信しながら給電を制御するための専用の制御装置を搭載する必要がない。したがって、車両に搭載される部品点数を削減することができ、コストを削減することができる。 The vehicle control device 101 transmits a command to start and stop power feeding to the power feeding control device 111, and the power feeding control device 111 controls the power supply from the power supply device 113 according to the transmitted control signal. In the example shown in FIG. 5, since the vehicle control device 101 has a function of transmitting a control command to the power feeding control device 111, a dedicated control device for controlling power feeding while communicating with the power feeding control device 111 does not need to be installed. Therefore, the number of parts mounted on the vehicle can be reduced, and the cost can be reduced.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態に係る車両の電力システム１では、昇圧回路３０が、駆動用モータ１０による回生発電電力を降圧する機能を兼ね備えた昇降圧回路として構成されていたが、本発明はかかる例に限定されない。本発明では、駆動用モータ１０による回生発電電力を降圧する機能は必須ではなく、昇圧回路３０が、電力を昇圧する機能のみを備えていてもよい。これにより、昇圧回路３０を構成するＩＧＢＴ等のスイッチング素子の数を削減することができ、コストを低減することができるとともに、回生発電電力を降圧させる際のスイッチング素子の駆動による回生効率あるいは電力効率の低減を抑制することができる。 For example, in the vehicle electric power system 1 according to the above-described embodiment, the step-up circuit 30 is configured as a step-up/step-down circuit that also has the function of stepping down the power regenerated by the drive motor 10. However, the present invention provides such an example. Not limited. In the present invention, the function of stepping down the power regenerated by the driving motor 10 is not essential, and the step-up circuit 30 may have only the function of stepping up the power. As a result, the number of switching elements such as IGBTs constituting the booster circuit 30 can be reduced, the cost can be reduced, and the regenerative efficiency or power efficiency can be improved by driving the switching elements when stepping down the regeneratively generated electric power. can be suppressed.

１…車両の電力システム、５…バッテリ、１０…駆動用モータ、２０…インバータ回路、３０…昇圧回路、４０…インバータユニット、５０…給電回路、５５…第１のスイッチング素子、５７…第２のスイッチング素子、５９…第３のスイッチング素子、６０…整流回路、７０…車外交流電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vehicle electric power system 5... Battery 10... Drive motor 20... Inverter circuit 30... Booster circuit 40... Inverter unit 50... Power feeding circuit 55... First switching element 57... Second Switching element 59 Third switching element 60 Rectifier circuit 70 External AC power supply device

Claims

電力を充放電可能なバッテリ(5)と、
前記バッテリ(5)と駆動用モータ(10)との間に設けられて直流電力及び交流電力を相互に変換するインバータ回路(20)と、
前記バッテリ(5)と前記インバータ回路(20)との間に設けられて直流電力の電圧を昇圧させる昇圧回路(30)と、
車外交流電源装置(70)から供給される交流電力を直流電力に変換して前記バッテリ(5)に供給する給電回路(50)と、を含む車両の電力システム(1)において、
前記給電回路(50)は、
前記車外交流電源装置(70)から供給される交流電力を整流する整流回路(60)と、
前記整流回路(60)と前記昇圧回路(30)との接続又は遮断を切り替える切替スイッチ(55,57,59)と、を含むことを特徴とする車両の電力システム。 a battery (5) capable of charging and discharging electric power;
an inverter circuit (20) provided between the battery (5) and the driving motor (10) for mutually converting DC power and AC power;
a booster circuit (30) provided between the battery (5) and the inverter circuit (20) for boosting the voltage of the DC power;
a power supply circuit (50) for converting AC power supplied from an external AC power supply device (70) into DC power and supplying it to the battery (5),
The power supply circuit (50)
a rectifier circuit (60) for rectifying AC power supplied from the external AC power supply (70);
and a switch (55, 57, 59) for switching connection or disconnection between the rectifier circuit (60) and the boost circuit (30).

前記インバータ回路(20)及び前記昇圧回路(30)はインバータユニット(40)を構成し、
前記給電回路(50)は、前記インバータユニット(40)に設けられる、請求項１に記載の車両の電力システム。 The inverter circuit (20) and the booster circuit (30) form an inverter unit (40),
The power system of a vehicle according to claim 1, wherein said power supply circuit (50) is provided in said inverter unit (40).

前記バッテリ(5)から前記インバータ回路(20)へ供給される電力が前記昇圧回路(30)を通過する方向と、前記車外交流電源装置(70)から前記バッテリ(5)に供給される電力が前記昇圧回路(30)を通過する方向と、が同一である、請求項１又は２に記載の車両の電力システム。
The direction in which the electric power supplied from the battery (5) to the inverter circuit (20) passes through the booster circuit (30) and the electric power supplied from the external AC power supply (70) to the battery (5) are different. 3. The electric power system of a vehicle according to claim 1, wherein the direction of passing through the booster circuit (30) is the same.