JP7200902B2 - 電動車両の電源回路 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両の電源回路に関し、より詳細には、外部直流電源を利用した急速充電に対応した電源回路に関する。

例えば、特許文献１には、車両外部の交流電源に接続される外部接続部（交流インレット）と、バッテリとを備える車両が開示されている。この車両では、交流インレットとバッテリとを接続する電力線上に、ＤＣ／ＤＣコンバータが配置されている。

特開２０１５－２０１９１５号公報

外部直流電源から電力の供給を受けるバッテリを備える電動車両では、バッテリのシステム電圧で作動する補機部品の搭載に関し、次のような課題がある。すなわち、外部直流電源から直流インレットに印加される電圧を上記システム電圧よりも高めてバッテリの急速充電を行う際に、高電圧対策によるコストアップを抑制しつつ、高電圧から補機部品を保護できることが求められる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、高電圧で急速充電を行う際に、高電圧対策によるコストアップを抑制しつつ、バッテリのシステム電圧で作動する補機部品を高電圧から保護できるようにした電動車両の電源回路を提供することを目的とする。

本発明に係る電動車両の電源回路は、外部直流電源から電力の供給を受けるバッテリと、バッテリのシステム電圧で作動する補機部品と、システム電圧よりも高い電圧が外部直流電源から印加される直流インレットとを含む電動車両に搭載される。
電源回路は、第１電力線と、降圧回路と、第２電力線とを備える。第１電力線は、直流インレットとバッテリとを接続する。降圧回路は、第１電力線上に配置され、直流インレットからバッテリに供給される電圧を降下させる。第２電力線の一端は、降圧回路とバッテリとの間において第１電力線に接続され、その他端は、補機部品に接続される。
電動車両は、電動車両を駆動する電動機と、電動機を駆動する電力制御ユニットとをさらに含む。降圧回路は、バッテリから供給された電圧を上昇させる昇圧機能をも有する昇降圧回路である。電源回路は、バッテリと電力制御ユニットとを接続する第３電力線をさらに備える。第３電力線は、直流インレットと昇降圧回路との間において第１電力線から分岐している。

電源回路は、直流インレットと昇降圧回路との間において第１電力線上に配置され、電力の供給と停止とを切り替える直流リレーをさらに備えてもよい。そして、第３電力線は、直流リレーと昇降圧回路との間において第１電力線から分岐していてもよい。

本発明に係る電動車両の電源回路によれば、補機部品をバッテリに繋げるための第２電力線は、降圧回路とバッテリとの間において第１電力線から分岐している。このため、バッテリのシステム電圧よりも高い電圧が直流インレットに印加されても、補機部品に対して高電圧が印加することを回避できる。したがって、高電圧で急速充電を行う際に、高電圧対策によるコストアップを抑制しつつ、システム電圧で作動する補機部品を高電圧から保護できるようになる。

実施の形態１に係る電動車両が備える電源回路の構成を概略的に示すブロック図である。 比較例に係る電源回路の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態２に係る電動車両が備える電源回路の構成を概略的に示すブロック図である。

以下に説明される各実施の形態において、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。また、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

１－１．電源回路の構成
図１は、実施の形態１に係る電動車両１０が備える電源回路３０の構成を概略的に示すブロック図である。電動車両（以下、単に「車両」と称する）１０は、モータジェネレータ（ＭＧ）１２と、電力制御ユニット（ＰＣＵ）１４とを備えている。ＭＧ１２は、一例として交流型であり、車両１０を駆動するように構成されている。ＰＣＵ１４は、ＭＧ１２を駆動するように構成されている。なお、ＭＧ１２は、本発明に係る「電動機」の一例に相当する。

車両１０は、さらに、バッテリ１６と、補機部品１８、２０と、直流インレット（ＤＣインレット）２２とを備えている。バッテリ１６は、車両１０の外部の直流電源（充電設備）から電力の供給を受ける。より詳細には、バッテリ１６は、典型的には、複数のバッテリモジュール（バッテリセルを複数繋いで構成されたモジュール）と、電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）とを含むバッテリシステムとして構成されている。バッテリＥＣＵは、各バッテリモジュールの電圧、電流、温度等を計測し、バッテリシステムの温度及び充電状態（ＳＯＣ）を監視している。バッテリ１６のシステム電圧Ｖｂ（公称値）は、一例として、４００Ｖである。

補機部品１８、２０は、システム電圧Ｖｂで作動するように構成されている。補機部品１８の一例は、交流充電器（ＡＣ充電器）及びＤＣ／ＤＣコンバータである。このＡＣ充電器（ＡＣ充電回路）は、外部交流電源から交流インレット（図示省略）を介して供給される交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ充電器から出力された直流電圧を所望の直流電圧に変換する。また、補機部品２０の一例は、車室内空調用のコンプレッサ及び水加熱用のヒータである。ここでいう水は、車室内の暖房に用いられるものである。なお、本発明に係る「補機部品」は、システム電圧Ｖｂで作動するように構成されたものである限り、上述の例に限られず、任意の１つ以上の補機部品を用いることができる。

ＤＣインレット２２は、図示省略するケーブル及びコネクターを介して上記の外部直流電源に接続可能に構成されている。ＤＣインレット２２には、バッテリ１６のシステム電圧Ｖｂよりも高い電圧（以下、「供給電圧Ｖｓ」と称する）が外部直流電源から印加される。供給電圧Ｖｓの一例は、８００Ｖである。

なお、システム電圧Ｖｂ及び供給電圧Ｖｓは、供給電圧Ｖｓがシステム電圧Ｖｂよりも高いという条件を満たす限り、上述の４００Ｖと８００Ｖの例に限られない。付け加えると、システム電圧Ｖｂは、例えば車格に応じて決定され、システム電圧Ｖｂとして、例えば３５０～４００Ｖの範囲内の４００Ｖ以外の値が用いられる。供給電圧Ｖｓの他の例は９００Ｖである。

車両１０には、電源回路３０が搭載されている。電源回路３０は、それぞれ正負一対の電力線である第１電力線３２、第２電力線３４及び第３電力線３６と、降圧回路３８と、直流リレー（ＤＣリレー）４０とを備えている。

第１電力線３２は、ＤＣインレット２２とバッテリ１６とを接続している。降圧回路３８は、第１電力線３２上に配置されている。降圧回路３８は、ＤＣインレット２２からバッテリ１６に供給される電圧（供給電圧Ｖｓ）を降下させるように構成された降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。より詳細には、降圧回路３８は、システム電圧Ｖｂが４００Ｖで供給電圧Ｖｓが８００Ｖの例では、８００Ｖから４００Ｖに降圧させる。このような降圧回路３８の利用により、４００Ｖのシステム電圧Ｖｂを有するバッテリ１６を搭載する車両１０において、８００Ｖ等の高い供給電圧Ｖｓの下で３５０ｋＷクラスの急速充電を利用して高電流をバッテリ１６に供給しながら充電を行える。

第２電力線３４は、バッテリ１６と補機部品１８、２０とを接続する電力線である。本実施形態では、この第２電力線３４は、図１に示すように、降圧回路３８とバッテリ１６との間（分岐点４２）において第１電力線３２から分岐している。すなわち、第２電力線３４の一端は、分岐点４２において第１電力線３２に接続されており、その他端は、補機部品１８、２０に接続されている。より詳細には、図１に示す例では、第２電力線３４は、分岐点４４において二股状に分岐し、補機部品１８及び２０にそれぞれ接続されている。

ＤＣリレー４０は、分岐点４２よりもＤＣインレット２２に近い側において第１電力線３２上に配置され、ＤＣインレット２２とバッテリ１６との間の電力の供給と停止とを切り替える。図１に示す例では、ＤＣリレー４０は、降圧回路３８と分岐点４２との間に配置されている。より詳細には、車両１０は、車両１０を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えており、ＤＣリレー４０は、ＥＣＵ５０からの指令によって制御され、電力の供給と停止とを切り替える。

第３電力線３６は、バッテリ１６からＭＧ１２に電力を供給するために、バッテリ１６とＰＣＵ１４とを接続する電力線である。図１に示す例では、第３電力線３６は、分岐点４４において第２電力線３４に接続されている。すなわち、この例では、第３電力線３６は、分岐点４２から分岐点４４までの区間を第２電力線３４と共有している。

ＰＣＵ１４は、バッテリ１６の直流電力を交流電力に変換してＭＧ１２に供給する。ＰＣＵ１４は、ＥＣＵ５０からの指令に基づいてＭＧ１２を制御する。

付け加えると、図１に示す例では、電源回路３０は、ＤＣリレー４０と降圧回路３８とを一体的に備える高電圧ユニット（図１中に破線の枠で囲まれた部位）として構成されている。そして、この高電圧ユニットは、補機部品１８、２０をバッテリ１６に繋げるための第２電力線３４を、第１電力線３２から分岐させる機能をも一体的に備えている。さらに、図１に示す例では、高電圧ユニットの内部に、補機部品１８も内蔵されている。しかしながら、補機部品１８は、補機部品２０と同様に、高電圧ユニットの外に備えられてもよい。

１－２．効果
図２は、比較例に係る電源回路１００の構成を概略的に示すブロック図である。この比較例の電源回路１００と対比しつつ、実施の形態１に係る電源回路３０の効果について説明する。

まず、図２に示す比較例では、補機部品１８、２０をバッテリ１６に繋げるための第２電力線１０２は、ＤＣインレット２２と降圧回路３８との間において第１電力線３２から分岐している。その結果、８００Ｖ等の高い供給電圧ＶｓがＤＣインレット２２に印加された場合、システム電圧Ｖｂよりも高い供給電圧Ｖｓが補機部品１８、２０に印加されてしまう。このため、高電圧に耐え得るように補機部品１８、２０への対策を施したり、電源回路１００の回路構成を変更したりすることが必要となる。このような高電圧対策は、コストアップに繋がる。

これに対し、実施の形態１の電源回路３０によれば、補機部品１８、２０をバッテリ１６に繋げるための第２電力線３４は、降圧回路３８とバッテリ１６との間において第１電力線３２から分岐している。このため、システム電圧Ｖｂよりも高い供給電圧ＶｓがＤＣインレット２２に印加されても、補機部品１８、２０に対して高電圧が印加することを回避できる。このように、電源回路３０によれば、高い供給電圧Ｖｓで急速充電を行う際に、高電圧対策によるコストアップを抑制しつつ、システム電圧Ｖｂで作動する補機部品１８、２０を高電圧から保護できるようになる。

２．実施の形態２
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。

２－１．電源回路の構成
図３は、実施の形態２に係る電動車両６０が備える電源回路７０の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態の電源回路７０は、以下に説明する点を除き、実施の形態１の電源回路３０と同様に構成されている。

電源回路７０は、昇降圧回路７２を備えている。昇降圧回路７２は、降圧回路３８（図１参照）と同様にＤＣインレット２２からバッテリ１６に供給される電圧を降下させる降圧機能に加え、バッテリ１６から供給された電圧を上昇させる昇圧機能をも有するように構成されている。昇降圧回路７２は、バッテリ１６のシステム電圧Ｖｂ（４００Ｖ）がその入力電圧になる場合には、４００Ｖから８００Ｖへの昇圧を行う。補機部品１８、２０は、実施の形態１と同様に、この昇降圧回路７２とバッテリ１６との間において第１電力線３２上に配置されている。

そのうえで、電源回路７０では、電源回路３０とは異なり、バッテリ１６とＰＣＵ１４とを接続する第３電力線７４は、ＤＣインレット２２と昇降圧回路７２との間において第１電力線３２から分岐している。より詳細には、図３に示す例では、ＤＣリレー４０は、電源回路３０とは異なり、ＤＣインレット２２と昇降圧回路７２との間において第１電力線３２上に配置されている。換言すると、昇降圧回路７２は、ＤＣリレー４０と分岐点４２との間において第１電力線３２上に配置されている。そして、第３電力線７４は、ＤＣリレー４０と昇降圧回路７２との間において第１電力線３２から分岐している。

２－２．効果
以上説明した実施の形態２に係る電源回路７０によっても、外部直流電源の高い供給電圧Ｖｓ（８００Ｖ）を利用した急速充電時には、バッテリ１６に供給される電圧は、昇降圧回路７２によって８００Ｖから４００Ｖに降下される。このため、実施の形態１の電源回路３０と同様に、急速充電時に補機部品１８、２０に対して高電圧が印加することを回避できる。

さらに、実施の形態２に係る電源回路７０によれば、バッテリ１６の電力を利用してＭＧ１２が駆動される車両走行時（力行時）に次のような効果１～３が得られる。

まず、ＰＣＵ１４に繋がる第３電力線７４は、ＤＣインレット２２と昇降圧回路７２との間に位置している。より詳細には、図３に示す例では、第３電力線７４は、ＤＣリレー４０と昇降圧回路７２との間に接続されている。これにより、車両走行時（力行時）に、電源回路３０（図１参照）とは異なり、昇降圧回路７２による昇圧後の高電圧（８００Ｖ）をＭＧ１２の駆動のために利用できるようになる（効果１）。付け加えると、実施の形態１の電源回路３０の例では、８００Ｖ等の高電圧をＭＧ１２の駆動に利用可能にするためには、第３電力線３６上に昇圧回路を別途備えることが必要になる。これに対し、電源回路７０の回路構成によれば、そのような昇圧回路を別途追加することによる回路構成の複雑化の回避とコストアップの抑制とを図りつつ、ＭＧ１２の駆動に高電圧を利用できるようになる。

また、図２に示す比較例の回路構成では、降圧回路３８の位置にこれに代えて昇降圧回路７２を配置した場合には、ＰＣＵ１４に対して高電圧を供給できるようになるが、補機部品１８、２０に高電圧が印加してしまう。これに対し、電源回路７０によれば、補機部品１８、２０は昇降圧回路７２よりもバッテリ１６に近い側に配置され、かつ、第３電力線７４は昇降圧回路７２よりもＤＣインレット２２に近い側に配置されている。このため、車両走行時（力行時）には、昇圧後の高電圧（８００Ｖ）が補機部品１８、２０に印加しないようにしつつ、当該高電圧をＭＧ１２の駆動のために利用できるようになる（効果２）。

また、電源回路７０では、ＤＣリレー４０は昇降圧回路７２とＤＣインレット２２との間に配置されている。このようなリレー配置例１とは異なり、第１電力線３２への第３電力線７４の接続位置よりもバッテリ１６に近い側にＤＣリレー４０が配置されてもよい（リレー配置例２）。このようなリレー配置例２であっても、上述の効果１及び２を奏することはできる。しかしながら、リレー配置例２では、バッテリ１６からＰＣＵ１４に電力を供給する場合に、ＤＣリレー４０の導通（閉成）による電力消費が生じてしまう。これに対し、リレー配置例１を採用する電源回路７０によれば、車両走行時（力行時）には、ＤＣリレー４０を非導通（開放）状態としておくことができるので、ＤＣリレー４０の電力消費を抑制しつつ昇圧後の高電力を利用できるようになる（効果３）。

１０、６０ 電動車両
１２ モータジェネレータ（ＭＧ）
１４ 電力制御ユニット（ＰＣＵ）
１６ バッテリ
１８、２０ 補機部品
２２ 直流インレット（ＤＣインレット）
３０、７０、１００ 電源回路
３２ 第１電力線
３４、１０２ 第２電力線
３６、７４ 第３電力線
３８ 降圧回路
４０ 直流リレー（ＤＣリレー）
４２、４４ 分岐点
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７２ 昇降圧回路

Claims (2)

1. 外部直流電源から電力の供給を受けるバッテリと、
   前記バッテリのシステム電圧で作動する補機部品と、
   前記システム電圧よりも高い電圧が前記外部直流電源から印加される直流インレットと、
   を含む電動車両に搭載される電源回路であって、
   前記電源回路は、
   前記直流インレットと前記バッテリとを接続する第１電力線と、
   前記第１電力線上に配置され、前記直流インレットから前記バッテリに供給される電圧を降下させる降圧回路と、
   一端が前記降圧回路と前記バッテリとの間において前記第１電力線に接続され、他端が前記補機部品に接続される第２電力線と、
   を備え、
   前記電動車両は、前記電動車両を駆動する電動機と、前記電動機を駆動する電力制御ユニットとをさらに含み、
   前記降圧回路は、前記バッテリから供給された電圧を上昇させる昇圧機能をも有する昇降圧回路であって、
   前記電源回路は、前記バッテリと前記電力制御ユニットとを接続する第３電力線をさらに備え、
   前記第３電力線は、前記直流インレットと前記昇降圧回路との間において前記第１電力線から分岐している
   ことを特徴とする電動車両の電源回路。
2. 前記電源回路は、前記直流インレットと前記昇降圧回路との間において第１電力線上に配置され、電力の供給と停止とを切り替える直流リレーをさらに備え、
   前記第３電力線は、前記直流リレーと前記昇降圧回路との間において前記第１電力線から分岐している
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源回路。

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