JP6704895B2 - 電動車両の電源システム - Google Patents
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Description
本発明は、電動車両の電源システムに関する。
ＥＶ（Electric Vehicle）、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）などの電動車両は、一般に、走行モータに電力を供給する高電圧バッテリと、車両の制御系に電力を供給する低電圧バッテリとを備える。低電圧バッテリは、車両の付属品（アクセサリ）又はエンジンの補機等にも電力を供給する。さらに、上記のような電動車両は、高電圧バッテリの充放電の管理を行うバッテリＥＣＵ（electronic control unit）を備える。バッテリＥＣＵは、高電圧バッテリの状態、例えば、電圧、温度、ＳＯＣ（State Of Charge）、ＳＯＨ（State Of Health）等を監視し、高電圧バッテリの放電可否の情報、あるいは、充電可否の情報などを車両コントローラへ提供する。
バッテリＥＣＵを含む車両の制御系は、低電圧バッテリから電力が供給されて動作する。このような構成では、低電圧バッテリの充電残量が低下して、制御系に電力が供給されなくなると、高電圧バッテリに充電残量があっても、電動車両のシステムが停止してしまうという課題がある。
このような課題を解決する技術として、特許文献１には、ハイブリッド自動車において、フェイルセーフ制御の実行中に低電圧バッテリの電力枯渇を回避するための技術が示されている（特許文献１の段落００１８を参照）。この技術は、ハイブリッド制御ユニットが、低電圧バッテリの出力電圧が所定の電圧下限値を下回ると判断したときに、コンバータを作動状態に切り替え、高電圧バッテリから低電圧バッテリへ非常用の充電制御を実行するというものである。
高電圧バッテリには、非常に大きなエネルギーが蓄積され、また、過充電及び過放電が禁止されるなど厳格な取扱いが要求される。このため、高電圧バッテリの管理には非常に高い信頼性が要求され、たとえ稀な状況であっても、電動車両の動作中にバッテリＥＣＵが停止するような事態は避けたいという要求がある。
特許文献１に示された上記従来の技術によれば、低電圧バッテリの電圧が徐々に低下するような場合に、ハイブリッド制御ユニットがこの電圧の低下を検出し、低電圧バッテリの充電制御を実行できる。したがって、このような技術を採用することで、低電圧バッテリの電力が枯渇してバッテリＥＣＵが停止するといった事態を回避できる。
しかしながら、このような技術を採用しても、低電圧バッテリの電圧が急激に低下する場合、あるいは、低電圧バッテリが異常により電力の供給を急に停止するような場合には、バッテリＥＣＵの停止を避けることが難しいという課題がある。なぜなら、このような場合には、ハイブリッド制御ユニットが低電圧バッテリの電圧低下を検出する前に、ハイブリッド制御ユニット自体が電力不足により停止してしまうからである。また、充電電圧を生成するコンバータ、並びに、電力の供給経路を切り替えるリレースイッチなども、同様の場合に電力不足で正常に動作することが困難になるからである。
一方、低電圧バッテリに異常が発生してもバッテリＥＣＵが停止しないようにするため、予備の低電圧バッテリ及び予備のバッテリＥＣＵを設けて、異常に対処することも検討できる。しかし、この構成では、電動車両の部品点数が増し、部品の搭載スペースの増大、車両重量の増大、並びに、部品コストの増大という課題が生じる。
本発明は、制御系の電力を供給する第２バッテリの電力供給能力が急激に低下しても、走行用の電力を供給する第１バッテリの充放電の管理を継続することのできる電動車両の電源システムを提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、電動車両の電源システムにおいて、
走行モータに電力を供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの電圧及び温度を監視し、前記第１バッテリの充放電の可否判断を行うバッテリ制御部と、
前記第１バッテリよりも低電圧の電力を供給する第２バッテリと、
前記第１バッテリの電圧を変換して第１電源線へ出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２バッテリの電圧を変換して第２電源線へ出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１電源線及び前記第２電源線から電流を引き込み可能な合流線と、前記合流線から前記第１電源線への電流の逆流を防止するダイオードと、を有し、前記第１電源線から電流が引き込まれる場合に前記第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、前記第２電源線から電流が引き込まれる場合に前記第２電源線から前記合流線に加えられる電圧との大小に応じて、前記第１電源線又は前記第２電源線の何れか一方から前記合流線を介して前記バッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部と、
を備え、
正常時における前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と正常時における前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とが、前記第２電源線から前記合流線へ電流が引き込まれる値にそれぞれ設定されていることを特徴とする。
走行モータに電力を供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの電圧及び温度を監視し、前記第１バッテリの充放電の可否判断を行うバッテリ制御部と、
前記第１バッテリよりも低電圧の電力を供給する第２バッテリと、
前記第１バッテリの電圧を変換して第１電源線へ出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２バッテリの電圧を変換して第２電源線へ出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１電源線及び前記第２電源線から電流を引き込み可能な合流線と、前記合流線から前記第１電源線への電流の逆流を防止するダイオードと、を有し、前記第１電源線から電流が引き込まれる場合に前記第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、前記第２電源線から電流が引き込まれる場合に前記第２電源線から前記合流線に加えられる電圧との大小に応じて、前記第１電源線又は前記第２電源線の何れか一方から前記合流線を介して前記バッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部と、
を備え、
正常時における前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と正常時における前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とが、前記第２電源線から前記合流線へ電流が引き込まれる値にそれぞれ設定されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記制御電源管理部は、動作電源を要さずに、前記第１電源線からの電流の引き込みと前記第２電源線からの電流の引き込みとを切り替えるように構成されていることを特徴とする。
前記制御電源管理部は、動作電源を要さずに、前記第１電源線からの電流の引き込みと前記第２電源線からの電流の引き込みとを切り替えるように構成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記第２電源線は前記合流線に直結されていることを特徴とする。
前記第２電源線は前記合流線に直結されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記バッテリ制御部が搭載された半導体集積回路を有し、
前記制御電源管理部が前記半導体集積回路に内蔵されていることを特徴とする。
前記バッテリ制御部が搭載された半導体集積回路を有し、
前記制御電源管理部が前記半導体集積回路に内蔵されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは出力能力を切り替え可能に構成され、
前記バッテリ制御部は、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから電源電圧が入力されていることを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を切り替える切替処理部と、
を備えることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、電動車両の電源システムにおいて、
走行モータに電力を供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの充放電の管理を行うバッテリ制御部と、
前記第１バッテリよりも低電圧の電力を供給する第２バッテリと、
前記第１バッテリの電力が伝送される第１電源線及び前記第２バッテリの電力が伝送される第２電源線から電流を引き込み可能な合流線を有し、前記第１電源線から電流が引き込まれる場合に前記第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、前記第２電源線から電流が引き込まれる場合に前記第２電源線から前記合流線に加えられる電圧との大小に応じて、前記第１電源線又は前記第２電源線の何れか一方から前記合流線を介して前記バッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部と、
前記第１バッテリの電圧を変換して前記第１電源線へ出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を切り替える切替処理部と、
を備え、
正常時においては前記第２電源線から前記合流線へ電流が引き込まれ、
前記切替処理部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから前記合流線へ電源電圧が入力されていると検出された場合に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を上げることを特徴とする。
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは出力能力を切り替え可能に構成され、
前記バッテリ制御部は、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから電源電圧が入力されていることを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を切り替える切替処理部と、
を備えることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、電動車両の電源システムにおいて、
走行モータに電力を供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの充放電の管理を行うバッテリ制御部と、
前記第１バッテリよりも低電圧の電力を供給する第２バッテリと、
前記第１バッテリの電力が伝送される第１電源線及び前記第２バッテリの電力が伝送される第２電源線から電流を引き込み可能な合流線を有し、前記第１電源線から電流が引き込まれる場合に前記第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、前記第２電源線から電流が引き込まれる場合に前記第２電源線から前記合流線に加えられる電圧との大小に応じて、前記第１電源線又は前記第２電源線の何れか一方から前記合流線を介して前記バッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部と、
前記第１バッテリの電圧を変換して前記第１電源線へ出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を切り替える切替処理部と、
を備え、
正常時においては前記第２電源線から前記合流線へ電流が引き込まれ、
前記切替処理部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから前記合流線へ電源電圧が入力されていると検出された場合に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を上げることを特徴とする。
本発明によれば、第１バッテリの電力が伝送される第１電源線及び第２バッテリの電力が伝送される第２電源線から電流を引き込み可能な合流線を有し、第１電源線から電流が引き込まれる場合に第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、第２電源線から電流が引き込まれる場合に第２電源線から合流線に加えられる電圧との大小に応じて、第１電源線又は第２電源線の何れか一方から合流線を介してバッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部を備える。したがって、例えば第２バッテリの電力供給能力が正常であれば、第２電源線から制御電源管理部に電流が引き込まれてバッテリ制御部へ電力を供給する一方、第２バッテリの電力供給能力が低下して第２電源線の電圧が低下したような場合には、第１電源線から制御電源管理部に電流が引き込まれてバッテリ制御部へ電力を供給することができる。電圧の大小に応じて、このような切り替わりが行われるので、第２バッテリの電力供給能力が急激に低下するような場合でも、同様の作用を得ることができ、バッテリ制御部は第１バッテリの充放電の管理を継続することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電動車両の要部を示すブロック図である。図２は、制御電源管理部の周辺を詳細に示す構成図である。
本発明の実施形態の電動車両１は、ＥＶ又はＨＥＶ等であり、駆動輪２、２を駆動する走行モータ１１、走行用の電力を蓄積及び供給する高電圧バッテリ２０、メインリレー１３、並びに、走行モータ１１を駆動するインバータ１２を備える。また、電動車両１は、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０、車両コントローラ３１、各種のＥＣＵ３２、低電圧バッテリ２５、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６及び制御電源管理部２８を備える。これらの構成のうち、高電圧バッテリ２０、低電圧バッテリ２５、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６、制御電源管理部２８及びバッテリＥＣＵ３０が、電源システム３を構成する。上記構成のうち、高電圧バッテリ２０は、本発明に係る第１バッテリの一例に相当し、低電圧バッテリ２５は、本発明に係る第２バッテリの一例に相当する。バッテリＥＣＵ３０は、本発明に係るバッテリ制御部の一例に相当する。
低電圧バッテリ２５は、例えば鉛蓄電池であり、高電圧バッテリ２０よりも低電圧の電力を供給する。低電圧バッテリ２５は、バッテリＥＣＵ３０、車両コントローラ３１、各種のＥＣＵ３２、図示しないエンジン補機、各種の付属品（アクセサリ）へ電力を供給する。
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、低電圧バッテリ２５の電圧を変換して、第２電源線Ｌ２へ制御系の主電源電圧Ｖｍａｉｎを出力する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、車両コントローラ３１及び各種のＥＣＵ３２へ主電源電圧Ｖｍａｉｎを供給し、また、制御電源管理部２８を介してバッテリＥＣＵ３０へ主電源電圧Ｖｍａｉｎを供給する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、低電圧バッテリ２５から入力される電圧を電源として動作する。
高電圧バッテリ２０は、例えばリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの大容量の二次電池であり、走行用の高電圧を出力する。高電圧バッテリ２０は複数のセルが集合されて構成され、各セルは比較的小さい電圧を出力する。
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、高電圧バッテリ２０の電圧を変換して、第１電源線Ｌ１に制御系の補助電源電圧Ｖｓｕｂを出力する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、メインリレー１３を介さずに高電圧バッテリ２０の一部のセルから電圧を入力し、変換された補助電源電圧Ｖｓｕｂを制御電源管理部２８へ出力する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、高電圧バッテリ２０から入力される電圧を電源として動作する。
さらに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、電圧の変換方式を切り替えることで、高い効率で動作する低負荷モードと、大電流を出力可能な高負荷モードとに切り替え可能な機能を有する。負荷モードの切り替えは、モード端子ｔｍの入力を変えることで行われる。低負荷モードでは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の消費電力を非常に低く抑えることが可能となり、高負荷モードでは第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力能力が向上する。負荷モードの切替機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータは、多くの部品メーカにより販売されており、容易に入手可能である。
車両コントローラ３１は、例えばトライバーの運転操作に応じて電動車両１の駆動制御を行う。車両コントローラ３１は、１つのＥＣＵから構成されてもよいし、複数のＥＣＵが協働することで実現される構成としてもよい。各種のＥＣＵ３２は、例えば表示パネルの制御、照明制御、又はエアコン制御などの各種の制御を行う。
車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２は、所定の電源線（例えば第２電源線Ｌ２）から電源が供給される。車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２は、通信線ＣＬを介して他のＥＣＵと通信可能に構成され、バッテリＥＣＵ３０から緊急状態を通知する緊急信号を入力可能である。
メインリレー１３は、例えば車両コントローラ３１により開閉制御され、高電圧バッテリ２０を使用しないときに、高電圧バッテリ２０をシステムから切り離すことができる。
インバータ１２は、車両コントローラ３１により制御され、高電圧バッテリ２０の電力を変換して走行モータ１１へ出力する。車両コントローラ３１は、走行モータ１１から要求トルクが出力されるようにインバータ１２を制御する。また、インバータ１２は、電動車両１の制動時に走行モータ１１から回生電力を入力し、回生電力を変換して高電圧バッテリ２０へ充電用の電力を出力することができる。
バッテリＥＣＵ３０は、高電圧バッテリ２０が適正に使用されるよう、高電圧バッテリ２０の電圧、温度、ＳＯＣ及びＳＯＨなど、様々な状態を監視する。また、バッテリＥＣＵ３０は、検出された状態に応じて、高電圧バッテリ２０の放電及び充電の管理を行う。例えば、走行モータ１１を駆動する際、車両コントローラ３１は、走行モータ１１に要求トルクを発生させる放電が可能かバッテリＥＣＵ３０に問い合わせる。そして、バッテリＥＣＵ３０は、高電圧バッテリ２０の状態に基づいて放電可否を判断し、放電可否情報を車両コントローラ３１へ戻す。そして、放電可能であれば、車両コントローラ３１はインバータ１２を動作させて高電圧バッテリ２０の電力を走行モータ１１へ出力する。一方、放電不可であれば、車両コントローラ３１はインバータ１２の出力を停止又は低下させて高電圧バッテリ２０からの放電を抑制する。また、インバータ１２を介して走行モータ１１から回生電力を取り込む際、車両コントローラ３１は、高電圧バッテリ２０へ回生電力の充電が可能であるかバッテリＥＣＵ３０に問い合せる。そして、バッテリＥＣＵ３０は高電圧バッテリ２０の状態に応じて充電可否を判断し、充電可否情報を車両コントローラ３１へ戻す。そして、充電可能であれば、車両コントローラ３１は回生電力を取り込んで高電圧バッテリ２０へ送るが、充電不可であれば、車両コントローラ３１はインバータ１２による回生電力の取り込みを停止して高電圧バッテリ２０への充電を抑制する。このようなバッテリＥＣＵ３０の管理によって、高電圧バッテリ２０の過放電、過充電及び異常な充放電が抑制されるなど、高電圧バッテリ２０の適正な使用が確保される。
なお、バッテリＥＣＵ３０による高電圧バッテリ２０の充放電の管理は、上記の例に限られない。例えば、バッテリＥＣＵ３０は、高電圧バッテリ２０の状態を監視し、状態情報を車両コントローラ３１へ出力するように構成してもよい。そして、車両コントローラ３１が、状態情報から高電圧バッテリ２０の放電又は充電の可否を判断するように構成してもよい。
バッテリＥＣＵ３０は、さらに、図２に示すように、比較回路３０１、制御部３０３、電源入力ポートＩＮを有する。比較回路３０１は、電源入力ポートＩＮの電圧を所定の閾値と比較する。制御部３０３は、比較回路３０１の比較結果を受け、所定条件を満たした場合に通信線ＣＬを介して緊急信号を出力する。比較回路３０１は、本発明に係る検出部の一例に相当し、制御部３０３は本発明に係る切替処理部の一例に相当する。これら各部の動作については後に詳述する。
さらに、バッテリＥＣＵ３０には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のモード端子ｔｍに主電源電圧喪失信号を出力する出力線が設けられている。主電源電圧喪失信号は、主電源電圧Ｖｍａｉｎが正常である場合にオフ、主電源電圧Ｖｍａｉｎが喪失して補助電源電圧Ｖｓｕｂが入力されている場合にオンにされる。主電源電圧喪失信号の切替え処理の詳細については後述する。
制御電源管理部２８は、主電源電圧Ｖｍａｉｎと補助電源電圧Ｖｓｕｂとが入力され、これら２つの入力の電圧差に応じて、何れか一方から電流が引き込まれてバッテリＥＣＵ３０へ電力を送る。制御電源管理部２８、主電源電圧Ｖｍａｉｎと補助電源電圧Ｖｓｕｂとのどちらから電流を引き込むか、動作電源を必要とせずに、電圧の大小に応じて自動的に切り替えることができる。制御電源管理部２８は、図２に示すように、第１入力端子ｔ１と合流線ｔ３とがダイオードＤ１を介して接続され、かつ、第２入力端子ｔ２と合流線ｔ３とが直結されて構成される。第１入力端子ｔ１は、高電圧バッテリ２０から電力が伝送される第１電源線Ｌ１に接続される。第２入力端子ｔ２は、低電圧バッテリ２５から電力が伝送される第２電源線Ｌ２に接続される。ダイオードＤ１は合流線ｔ３から第１入力端子ｔ１へ電流が逆流するのを防止するように、アノードが第１入力端子ｔ１に接続され、カソードが合流線ｔ３に接続される。
補助電源電圧Ｖｓｕｂと主電源電圧Ｖｍａｉｎとの電圧差（Ｖｓｕｂ−Ｖｍａｉｎ）は、低電圧バッテリ２５の電力供給能力が正常である場合に、ダイオードＤ１の順方向電圧（負の電圧値「−０．７Ｖ」）よりも大きくなるように設定されている。また、補助電源電圧Ｖｓｕｂの電圧値は、補助電源電圧ＶｓｕｂがダイオードＤ１を介してバッテリＥＣＵ３０へ出力されたときに、電源電圧の仕様を満たす値に設定されている。例えば、補助電源電圧Ｖｓｕｂは５．５Ｖ、主電源電圧Ｖｍａｉｎは５．０Ｖに設定されている。この設定によれば、両方の電圧差は−０．５Ｖであり、ダイオードＤ１の順方向電圧−０．７Ｖよりも大きくなる。また、補助電源電圧ＶｓｕｂがダイオードＤ１を介してバッテリＥＣＵ３０に出力される電圧は４．８Ｖ（＝５．５Ｖ−０．７Ｖ）であり、電源電圧の仕様を満たす電圧値となる。
＜動作説明＞
続いて、電動車両１の動作（主に制御系の電源に関する動作）について説明する。
続いて、電動車両１の動作（主に制御系の電源に関する動作）について説明する。
電動車両１のシステム動作中においては、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６が動作して主電源電圧Ｖｍａｉｎと補助電源電圧Ｖｓｕｂとが出力される。低電圧バッテリ２５が正常でありかつ充電残量があると、主電源電圧Ｖｍａｉｎは予め設定された電圧値（５．０Ｖ）に維持される。主電源電圧Ｖｍａｉｎは、車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２へ供給される。また、主電源電圧Ｖｍａｉｎ及び補助電源電圧Ｖｓｕｂは、制御電源管理部２８へ出力される。
主電源電圧Ｖｍａｉｎが正常な場合、制御電源管理部２８では、補助電源電圧Ｖｓｕｂと主電源電圧Ｖｍａｉｎとの電圧差により、ダイオードＤ１のアノードよりカソードの電圧が高くなり、第１入力端子ｔ１から合流線ｔ３へは電流が流れない。そして、主電源電圧Ｖｍａｉｎが加えられている第２入力端子ｔ２から合流線ｔ３へ電流が流れ、主電源電圧ＶｍａｉｎがバッテリＥＣＵ３０へ供給される。すなわち、正常時には、第１電源線Ｌ１から合流線ｔ３に電流が引き込まれる場合に第１電源線Ｌ１から合流線ｔ３に加えられる電圧は４．８Ｖであり、第２電源線Ｌ２から合流線ｔ３に電流が引き込まれる場合に第２電源線Ｌ２から合流線ｔ３に加えられる電圧は５．０Ｖである。したがって、電圧が大きい方の第２電源線Ｌ２から合流線ｔ３に電流が引き込まれて、バッテリＥＣＵ３０へ電力が供給される。このとき、制御電源管理部２８では、第２入力端子ｔ２と合流線ｔ３とが直結されており、主電源電圧Ｖｍａｉｎを供給するのに無駄な電力が消費されない。
また、主電源電圧Ｖｍａｉｎが正常な場合、主電源電圧喪失信号はオフにされるため、補助電源電圧Ｖｓｕｂを生成する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は低負荷モードで動作する。加えて、ダイオードＤ１の作用により、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力はゼロとなり、補助電源電圧Ｖｓｕｂを出力するための消費電力は非常に小さくなる。したがって、補助電源電圧Ｖｓｕｂを生成するために、高電圧バッテリ２０のセルから大きな電力が消費されることがない。
ここで、低電圧バッテリ２５の充電残量の低下あるいは異常により、主電源電圧Ｖｍａｉｎが５．０Ｖから３．０Ｖなどへ低下したとする。すると、制御電源管理部２８の第１入力端子ｔ１と第２入力端子ｔ２との電圧差により、補助電源電圧Ｖｓｕｂが優位となって、第１入力端子ｔ１からダイオードＤ１を介して合流線ｔ３へ電流が流れる。そして、補助電源電圧Ｖｓｕｂが、ダイオードＤ１の順方向電圧分降下されて、バッテリＥＣＵ３０へ供給される。すなわち、このような異常時には、第１電源線Ｌ１から合流線ｔ３に電流が引き込まれる場合に第１電源線Ｌ１から合流線ｔ３に加えられる電圧は４．８Ｖであり、第２電源線Ｌ２から合流線ｔ３に電流が引き込まれる場合に第２電源線Ｌ２から合流線ｔ３に加えられる電圧は３．０Ｖである。したがって、電圧が大きい方の第１電源線Ｌ１から合流線ｔ３に電流が引き込まれて、バッテリＥＣＵ３０へ電力が供給される。これにより、バッテリＥＣＵ３０へ供給される電源電圧Ｖｄｄが５Ｖから４．８Ｖへ低下するが、電源電圧の仕様を満たす電圧なので、バッテリＥＣＵ３０は動作を継続できる。ここで、第２入力端子ｔ２と合流線ｔ３とが直結されているため、補助電源電圧Ｖｓｕｂは第２入力端子ｔ２を介して第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の出力端子へも出力される。しかし、低電圧バッテリ２５の出力が低下して第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の出力インピーダンスが高くなることで、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の出力端子から流入する電流は小さい範囲に抑えることができる。
図３は、バッテリＥＣＵで実行される制御電源切替処理の手順を示すフローチャートである。
バッテリＥＣＵ３０は、システムの動作中、図３の制御電源切替処理を実行する。制御電源切替処理において、比較回路３０１は、常に、電源電圧Ｖｄｄと閾値（例えば４．９）とを比較しており（ステップＳ１）、電源電圧Ｖｄｄが低下（５Ｖ→４．８Ｖ）すると比較回路３０１がこの低下を検出する（ステップＳ１のＹＥＳ）。そして、電圧低下の検出結果に基づいて、制御部３０３は、主電源電圧喪失信号をオンにする（ステップＳ２）。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が高負荷モードで動作して、比較的に大きな電流が出力可能となる。ステップＳ２の処理は、本発明に係る切替処理部の機能の一例に相当する。さらに、電圧低下の検出結果に基づいて、制御部３０３は、通信線ＣＬを介して緊急信号を出力する（ステップＳ３）。そして、処理がステップＳ４へ移行される。
なお、主電源電圧Ｖｍａｉｎが低下したときに、車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２が電源喪失により動作不可となる可能性があることを考慮して、図１の電源ラインＬ１１が加えられてもよい。電源ラインＬ１１により、主電原電圧Ｖｍａｉｎが低下したときに、制御電源管理部２８から出力される電源電圧Ｖｄｄを車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２に供給することができる。このような構成を採用しても、ステップＳ２の処理により、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、高負荷モードへ切り替えられており、バッテリＥＣＵ３０、車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２へ電力を十分に供給できる。
車両コントローラ３１及びＥＣＵ３２は、緊急信号を受けると、例えばフェールセーフモードに移行して、電動車両１の走行速度を一定以下に抑制するなど、緊急時の処理を実行してもよい。
次に、緊急信号が出力されている状況で、低電圧バッテリ２５が正常な状態に復帰して主電源電圧Ｖｍａｉｎが正常値（５．０Ｖ）に戻ったとする。すると、制御電源管理部２８の第１入力端子ｔ１と第２入力端子ｔ２との電圧差により、主電源電圧Ｖｍａｉｎが優位となって、第２入力端子ｔ２から合流線ｔ３へ電流が流れる。これにより、主電源電圧ＶｍａｉｎがバッテリＥＣＵ３０へ供給される。そして、バッテリＥＣＵ３０へ供給される電源電圧Ｖｄｄが、４．８Ｖから５．０Ｖへ上昇する。
緊急信号の出力中、比較回路３０１は、常に、電源電圧Ｖｄｄと閾値（例えば４．９Ｖ）とを比較しており（ステップＳ４）、電源電圧Ｖｄｄが上昇（４．８Ｖ→５Ｖ）すると、比較回路３０１がこの上昇を検出する（ステップＳ４のＹＥＳ）。そして、電圧上昇の検出結果に基づいて、制御部３０３は、主電源電圧喪失信号をオフにする（ステップＳ５）。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が低負荷モードで動作して、消費電力の低減が図られる。ステップＳ５の処理は、本発明に係る切替処理部の機能の一例に相当する。さらに、電圧低下の検出結果に基づいて、制御部３０３は、緊急信号の出力を停止する（ステップＳ６）。そして、バッテリＥＣＵ３０では、ステップＳ１に処理が戻される。
上記のステップＳ４〜Ｓ６の処理により、電源システム３は通常時の状態に戻され、低電圧バッテリ２５の電力により主電源電圧ＶｍａｉｎがバッテリＥＣＵ３０に供給される。
以上のように、本実施形態の電動車両１の電源システム３によれば、高電圧バッテリ２０の電力が伝送される第１電源線Ｌ１及び低電圧バッテリ２５の電力が伝送される第２電源線Ｌ２から電流を引き込み可能な合流線ｔ３を有し、第１電源線Ｌ１から電流が引き込まれる場合に第１電源線Ｌ１から合流線ｔ３に加えられる電圧と、第２電源線Ｌ１から電流が引き込まれる場合に第２電源線Ｌ１から合流線ｔ３に加えられる電圧との大小に応じて、第１電源線Ｌ１又は第２電源線Ｌ２の何れか一方から合流線ｔ３を介してバッテリＥＣＵ３０へ電力を送る制御電源管理部２８を備える。したがって、低電圧バッテリ２５の電力供給能力が正常であれば、第２電源線Ｌ１から制御電源管理部２８に電流が引き込まれてバッテリＥＣＵ３０へ電力を供給する一方、低電圧バッテリ２５の電力供給能力が低下して第２電源線Ｌ２の電圧が低下したような場合には、第１電源線Ｌ１から制御電源管理部２８に電流が引き込まれてバッテリＥＣＵ３０へ電力を供給することができる。電圧の大小に応じて、このような切り替わりが行われるので、低電圧バッテリ２５の電力供給能力が急激に低下するような場合でも、同様の作用を得ることができ、バッテリＥＣＵ３０は高電圧バッテリ２０の充放電の管理を継続することができる。
また、本実施形態の電源システム３によれば、制御電源管理部２８は、第１入力端子ｔ１と合流線ｔ３とがダイオードＤ１を介して接続され、第２入力端子ｔ２と合流線ｔ３とが直結された構成を有する。したがって、主電源電圧Ｖｍａｉｎが正常なときには、制御電源管理部２８で無駄な電力が消費されることがない。また、主電源電圧Ｖｍａｉｎが低下したときには、遅延なく補助電源電圧ＶｓｕｂをバッテリＥＣＵ３０へ供給することができる。
また、本実施形態の電源システム３によれば、制御電源管理部２８には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が生成した補助電源電圧Ｖｓｕｂと、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６が生成した主電源電圧Ｖｍａｉｎとが入力される。高電圧バッテリ２０のセル電圧又は低電圧バッテリ２５の電圧は、充電残量等に起因して変化するが、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６からは非常に安定した電圧を出力できる。したがって、上記の構成により、２入力の電圧差に基づく電流の引き込み元の切替えを、高電圧バッテリ２０のセル電圧又は低電圧バッテリ２５の電圧の変化の影響を受けずに、安定的に実現できる。
また、本実施形態の電源システム３によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力能力を切り替える機能を有する。さらに、バッテリＥＣＵ３０が、補助電源電圧Ｖｓｕｂの入力を検出して、主電源電圧喪失信号により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力能力を切り替える。これにより、主電源電圧Ｖｍａｉｎが正常なときには、補助電源電圧Ｖｓｕｂを出力するために必要な消費電力を非常に小さくでき、主電源電圧Ｖｍａｉｎが低下したときには、大きな負荷に対応して補助電源電圧Ｖｓｕｂを供給することができる。
（変形例１）
図４は、変形例１の制御電源管理部の周辺を詳細に示す構成図である。
図４は、変形例１の制御電源管理部の周辺を詳細に示す構成図である。
変形例１の電動車両及びその電源システムは、バッテリＥＣＵ３０Ａにおいて主電源電圧Ｖｍａｉｎと補助電源電圧Ｖｓｕｂの電圧差を検出する構成が、図２の実施形態と異なる。図２の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
変形例のバッテリＥＣＵ３０Ａは、補助電源電圧Ｖｓｕｂを入力する検出端子ｔｃ１と、主電源電圧Ｖｍａｉｎを入力する検出端子ｔｃ２とを備える。検出端子ｔｃ２には、主電源電圧Ｖｍａｉｎが低下して第２電源線Ｌ２に第１電源線Ｌ１側から電圧が加えられた場合でも、低下した主電源電圧Ｖｍａｉｎが出力されるように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の内部から電圧を導いてもよい。
バッテリＥＣＵ３０Ａは、さらに、２つの検出端子ｔｃ１、ｔｃ２の電圧差を計算する減算回路３０５を有し、減算回路３０５は減算結果を制御部３０３へ出力する。
図５は、バッテリＥＣＵにより実行される変形例１の制御電源切替処理の手順を示すフローチャートである。
バッテリＥＣＵ３０Ａは、システムの動作中、図５の制御電源切替処理を実行する。制御電源切替処理において、減算回路３０５は、常に、主電源電圧Ｖｍａｉｎと補助電源電圧Ｖｓｕｂとの電圧差αを演算し（ステップＳ１１）、制御部３０３は電圧差αと閾値ΔＶｔｈ（例えば−０．６Ｖ）とを比較する（ステップＳ１２）。そして、低電圧バッテリ２５の電力供給能力が低下して主電源電圧Ｖｍａｉｎが低下（例えば５Ｖ→３Ｖ）すると、電圧差αの値が小さくなって制御部３０３がこれを判別する（ステップＳ１２のＹＥＳ）。
そして、この判別結果に基づいて、制御部３０３は、主電源電圧喪失信号をオンし（ステップＳ２）、緊急信号を出力する（ステップＳ３）。ステップＳ２、Ｓ３の処理は、図３の実施形態で説明した通りである。
緊急信号の出力中、減算回路３０５は、常に、主電源電圧Ｖｍａｉｎと補助電源電圧Ｖｓｕｂとの電圧差αを演算し（ステップＳ１３）、制御部３０３は電圧差αと閾値ΔＶｔｈ（例えば−０．６Ｖ）とを比較する（ステップＳ１４）。そして、低電圧バッテリ２５の電力供給能力が回復し、主電源電圧Ｖｍａｉｎが上昇（例えば３Ｖ→５Ｖ）すると、電圧差αの値が大きくなって制御部３０３がこれを判別する（ステップＳ１４のＹＥＳ）。
そして、この判別結果に基づいて、制御部３０３は、主電源電圧喪失信号をオフし（ステップＳ５）、緊急信号の出力を停止する（ステップＳ６）。ステップＳ５、Ｓ６の処理は、図３の実施形態で説明した通りであり、これらの処理により、電源システム３は通常時の状態に戻され、バッテリＥＣＵ３０Ａに主電源電圧Ｖｍａｉｎが供給される。
以上のように、変形例１の電動車両の電源システムにおいても、図１〜図３に示した実施形態と同様の作用及び効果が奏される。
（変形例２）
図６は、変形例２のバッテリＥＣＵを示す構成図である。
図６は、変形例２のバッテリＥＣＵを示す構成図である。
変形例２のバッテリＥＣＵ３０Ｂは、１チップの半導体集積回路であり、制御電源管理部２８Ａと、バッテリ制御部３１０とを内蔵する。制御電源管理部２８Ａは、図２の実施形態又は図４の変形例１で示した制御電源管理部２８と同様の構成を有する。また、バッテリ制御部３１０は、図２の実施形態又は図４の変形例１で示したバッテリＥＣＵ３０、３０Ａと同様の構成を有する。
このように構成された変形例２の電源システムにおいても、実施形態１と同様の作用及び効果が奏される。加えて、変形例２の電動車両の電源システムによれば、制御電源管理部２８Ａとバッテリ制御部３１０とがユニット化されているので、これらの制御基板への搭載が容易となり、信頼性の向上及び制御基板の占有面積の低減を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、本発明に係る制御電源管理部として具体的な一例を示した。しかし、動作電源を用いずに２入力の電圧に応じて２入力の一方から電流を引き込むことのできる回路であれば、本発明に係る制御電源管理部としてどのような回路構成が適用されてもよい。また、上記実施形態では、制御電源管理部２８からバッテリＥＣＵ３０、３０Ａへ電源電圧Ｖｄｄを出力する構成を示した。しかし、制御電源管理部２８とバッテリＥＣＵ３０、３０Ａとの間に別のＤＣ／ＤＣコンバータを設け、ＤＣ／ＤＣコンバータにより電圧変換された電源電圧ＶｄｄをバッテリＥＣＵ３０、３０Ａへ出力するように構成してもよい。この場合、制御電源管理部２８に入力される２つの電源電圧の値を、これらの電圧差が大きくなるように設定するなど、電圧値の設定自由度を向上できる。さらに、上記実施形態では、制御電源管理部２８へ第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の出力電圧とが入力される構成を示した。しかし、例えば、低電圧バッテリ２５の出力電圧と、高電圧バッテリ２０のセル電圧とが、制御電源管理部２８へ入力され、これらの電圧差に応じて何れかから電流を引き込む構成としてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１ 電動車両
３ 電源システム
１１ 走行モータ
１２ インバータ
１３ メインリレー
２０ 高電圧バッテリ
２１ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５ 低電圧バッテリ
２６ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８、２８Ａ 制御電源管理部
３０、３０Ａ バッテリＥＣＵ（バッテリ制御部）
３１ 車両コントローラ
３２ ＥＣＵ
Ｌ１ 第１電源線
Ｌ２ 第２電源線
ｔｍ モード端子
ｔ１ 第１入力端子
ｔ２ 第２入力端子
ｔ３ 合流線
ｔｃ１、ｔｃ２ 検出端子
Ｄ１ ダイオード
３０１ 比較回路
３０３ 制御部
３０５ 減算回路
３０Ｂ バッテリＥＣＵ（半導体集積回路）
３１０ バッテリ制御部
３ 電源システム
１１ 走行モータ
１２ インバータ
１３ メインリレー
２０ 高電圧バッテリ
２１ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５ 低電圧バッテリ
２６ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８、２８Ａ 制御電源管理部
３０、３０Ａ バッテリＥＣＵ（バッテリ制御部）
３１ 車両コントローラ
３２ ＥＣＵ
Ｌ１ 第１電源線
Ｌ２ 第２電源線
ｔｍ モード端子
ｔ１ 第１入力端子
ｔ２ 第２入力端子
ｔ３ 合流線
ｔｃ１、ｔｃ２ 検出端子
Ｄ１ ダイオード
３０１ 比較回路
３０３ 制御部
３０５ 減算回路
３０Ｂ バッテリＥＣＵ（半導体集積回路）
３１０ バッテリ制御部
Claims (6)
- 走行モータに電力を供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの電圧及び温度を監視し、前記第１バッテリの充放電の可否判断を行うバッテリ制御部と、
前記第１バッテリよりも低電圧の電力を供給する第２バッテリと、
前記第１バッテリの電圧を変換して第１電源線へ出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２バッテリの電圧を変換して第２電源線へ出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１電源線及び前記第２電源線から電流を引き込み可能な合流線と、前記合流線から前記第１電源線への電流の逆流を防止するダイオードと、を有し、前記第１電源線から電流が引き込まれる場合に前記第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、前記第２電源線から電流が引き込まれる場合に前記第２電源線から前記合流線に加えられる電圧との大小に応じて、前記第１電源線又は前記第２電源線の何れか一方から前記合流線を介して前記バッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部と、
を備え、
正常時における前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と正常時における前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とが、前記第２電源線から前記合流線へ電流が引き込まれる値にそれぞれ設定されていることを特徴とする電動車両の電源システム。 - 前記制御電源管理部は、動作電源を要さずに、前記第１電源線からの電流の引き込みと前記第２電源線からの電流の引き込みとを切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動車両の電源システム。
- 前記第２電源線は前記合流線に直結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動車両の電源システム。
- 前記バッテリ制御部が搭載された半導体集積回路を有し、
前記制御電源管理部が前記半導体集積回路に内蔵されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の電源システム。 - 前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは出力能力を切り替え可能に構成され、
前記バッテリ制御部は、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから電源電圧が入力されていることを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を切り替える切替処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動車両の電源システム。 - 走行モータに電力を供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの充放電の管理を行うバッテリ制御部と、
前記第１バッテリよりも低電圧の電力を供給する第２バッテリと、
前記第１バッテリの電力が伝送される第１電源線及び前記第２バッテリの電力が伝送される第２電源線から電流を引き込み可能な合流線を有し、前記第１電源線から電流が引き込まれる場合に前記第１電源線から前記合流線に加えられる電圧と、前記第２電源線から電流が引き込まれる場合に前記第２電源線から前記合流線に加えられる電圧との大小に応じて、前記第１電源線又は前記第２電源線の何れか一方から前記合流線を介して前記バッテリ制御部へ電力を送る制御電源管理部と、
前記第１バッテリの電圧を変換して前記第１電源線へ出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を切り替える切替処理部と、
を備え、
正常時においては前記第２電源線から前記合流線へ電流が引き込まれ、
前記切替処理部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから前記合流線へ電源電圧が入力されていると検出された場合に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力能力を上げることを特徴とする電動車両の電源システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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