KR20110109800A

KR20110109800A - 차량용의 전원 장치 및 이 전원 장치를 탑재하는 차량

Info

Publication number: KR20110109800A
Application number: KR1020100132366A
Authority: KR
Inventors: 다카시 고하라; 신야 나카노
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-27
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-10-06
Also published as: US20110234177A1; JP2011211761A; JP5627264B2; CN102198799B; CN102198799A; EP2368749A2

Abstract

[과제] 병렬 컨덴서를 프리차지하기 위해 전용 반도체 스위칭 소자를 마련하는 일 없이, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하는 소자를 사용하여, 병렬 컨덴서를 프리차지한다.
[해결 수단] 차량용의 전원 장치는 차량을 주행시키는 주행용 배터리(1)와, 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2)와, 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비한다. 출력 스위치(2)는 온 저항을 제어할 수 있는 반도체 스위칭 소자(11)이다. 전원 장치는 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어 회로(3)로 제어하고 있고, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 상태에 있어서 온 저항을, 도통 상태에 있어서 온 저항보다 크게 하고, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한 후, 프리차지하는 상태보다 저저항인 도통 상태로 하여, 주행용 배터리(1)의 전력을 차량측 부하(20)에 공급하고 있다.

Description

차량용의 전원 장치 및 이 전원 장치를 탑재하는 차량{CAR POWER SOURCE APPARATUS AND CAR WITH THE SAME}

본 발명은 차량을 주행시키는 주행용 배터리를, 출력 스위치를 통하여 차량측 부하에 접속하는 차량용의 전원 장치에 관한 것이며, 특히 차량측 부하의 병렬 컨덴서를 프리차지한 후, 출력 스위치를 도통(導通) 상태로 하여, 주행용 배터리로부터 차량측 부하에 전력을 공급하는 차량용의 전원 장치와 이 전원 장치를 탑재하는 차량에 관한 것이다.

차량용의 전원 장치는 주행용 배터리의 출력측에 릴레이(relay)를 접속하고 있다. 이 전원 장치는 릴레이를 온으로 전환하여 주행용 배터리를 차량측에 접속한다. 이 릴레이는, 차량을 사용하지 않은 상태, 예를 들어 자동차의 이그니션 스위치(ignition switch)를 오프로 하는 상태에서, 오프로 전환된다. 또, 자동차가 충돌했을 때 등에도 릴레이를 오프로 하여 출력을 차단하고 안전성을 향상시킨다.

차량용의 전원 장치에 접속되는 차량측 부하는 큰 정전 용량의 병렬 컨덴서를 접속하고 있다. 병렬 컨덴서에 축적한 전하를 방전함으로써, 순간적으로 큰 파워를 얻기 위함이다. 병렬 컨덴서는 주행용 배터리로 충전된다. 병렬 컨덴서의 정전(靜電) 용량은 크기 때문에, 완전하게 방전된 병렬 컨덴서의 충전 전류는 극히 커지게 된다. 따라서 병렬 컨덴서가 방전된 상태에서, 릴레이가 온으로 전환되면, 릴레이에는 순간적으로 극히 큰 차지 전류가 흘러서, 릴레이의 접점에 손상을 준다. 특히, 큰 차지 전류로 릴레이의 접점이 용착(溶着)하는 일이 있다. 접점이 용착하면, 릴레이는 오프로 전환할 수 없게 되고, 주행용 배터리를 부하로부터 분리할 수 없게 된다. 이 폐해를 방지하기 위해, 릴레이를 온으로 전환하기 전에, 병렬 컨덴서를 프리차지하는 프리차지 회로를 구비하는 전원 장치가 개발되고 있다(특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1에 기재되는 차량용의 전원 장치는 병렬 컨덴서를 예비 충전하는 프리차지 회로를 구비한다. 프리차지 회로는 플러스측의 릴레이와 병렬로 접속된다. 프리차지 회로는 병렬 컨덴서의 프리차지 전류를 제한하는 MOSFET와 다이오드의 직렬 회로이다. 이 프리차지 회로는 병렬 컨덴서를 충전하는 프리차지 전류를 MOSFET에서 제한하고, 병렬 컨덴서를 프리차지한다. 병렬 컨덴서의 프리차지가 완료된 후, 릴레이를 온으로 전환하고, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속한다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

[특허 문헌 1] 일본 특개 2000－253570호 공보

이상의 차량용의 전원 장치는 병렬 컨덴서를 프리차지하기 위해, 프리차지 전류를 제한하도록 동작하는 MOSFET를 마련할 필요가 있다. 병렬 컨덴서의 프리차지 전류는 상당히 크고, 또 주행용 배터리의 전압도 높기 때문에, MOSFET에는 고내압(高耐壓)이며 대전류에 견디는 고가의 FET를 사용할 필요가 있어, 부품 비용이 높아진다.

본 발명은 추가로 이 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은 병렬 컨덴서를 프리차지하기 위해 전용 FET 등의 반도체 스위칭 소자를 마련할 필요가 없고, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하는 소자를 사용하여, 병렬 컨덴서를 프리차지하고 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수 있는 차량용의 전원 장치와 이 전원 장치를 탑재하는 차량을 제공하는 것이다.

본 발명의 청구항 1의 차량용의 전원 장치는, 차량을 주행시키는 주행용 배터리(1); 이 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2); 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고 있다. 출력 스위치(2)는 온 저항을 제어할 수 있는 반도체 스위칭 소자(11)이다. 전원 장치는 이 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어 회로(3)에서 제어하고 있고, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 상태에 있어서 온 저항을, 도통 상태에 있어서 온 저항보다 크게 하고, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한 후, 프리차지하는 상태보다 저저항인 도통 상태로 하여, 주행용 배터리(1)의 전력을 차량측 부하(20)에 공급하고 있다.

이상의 차량용의 전원 장치는 병렬 컨덴서를 프리차지하기 위해 전용 FET 등의 반도체 스위칭 소자를 마련할 필요가 없고, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하는 소자를 사용하여, 병렬 컨덴서를 프리차지하고 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수 있다. 특히, 이상의 전원 장치는 반도체 스위칭 소자의 온 저항을 가변함으로써, 이상적인 상태에서 병렬 컨덴서를 프리차지할 수 있는 특징이 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 반도체 스위칭 소자(11)를, 도통 상태에 있어서, 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전력을 공급하고, 또한 차량측 부하(20)로부터 주행용 배터리(1)에 전력을 공급하는 방향으로 통전할 수 있는 소자로 할 수 있다.

이상의 전원 장치는 하나의 반도체 스위칭 소자로 주행용 배터리를 충방전할 수 있는 특징이 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 제어 회로(3)가 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 연속적으로, 또는 단계적으로 변화시켜서, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지할 수 있다.

이상의 전원 장치는 반도체 스위칭 소자의 발열을 컨트롤하면서 병렬 컨덴서를 프리차지할 수 있는 특징이 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 제어 회로(3)가 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 점차 작게 하여, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 것이 할 수 있다.

이상의 전원 장치는 반도체 스위칭 소자의 발열을 제한하면서, 병렬 컨덴서를 신속하게 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 제어 회로(3)가, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(4)를 구비하고, 이 전압 검출 회로(4)에서 검출되는 병렬 컨덴서 전압으로, 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어할 수 있다.

이상의 전원 장치는 병렬 컨덴서에 전하가 잔존하는 상태에 있어서도, 바람직한 상태에서 병렬 컨덴서를 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는 전압 검출 회로(4)가 검출하는 병렬 컨덴서 전압이 작은 상태에서의 온 저항을, 병렬 컨덴서 전압이 큰 상태보다 작게 제어하는 것이 가능하다.

이상의 전원 장치는 전하 잔량이 적은 병렬 컨덴서를, 전하의 잔존량이 큰 병렬 컨덴서와 동일하게 신속하게 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 제어 회로(3)가, 반도체 스위칭 소자(11)의 온도를 검출하는 온도 검출 회로(6)를 구비하고, 이 제어 회로(3)가, 온도 검출 회로(6)가 검출하는 검출 온도가 높은 상태에서의 온 저항을, 검출 온도가 낮은 상태에서의 온 저항보다 크게 제어하여, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지할 수 있다.

이상의 전원 장치는 반도체 스위칭 소자의 과열을 방지하면서, 병렬 컨덴서를 신속하게 프리차지할 수 있다. 특히, 이그니션 스위치를 빈번히 온 오프로 반복하는 상태로 되어, 병렬 컨덴서를 몇번이나 프리차지하는 상태에 있어서도, 반도체 스위칭 소자의 과열에 의한 고장을 방지할 수 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 주행용 배터리(1)의 출력측에 반도체 스위칭 소자(11)와 릴레이(7)를 접속하고, 제어 회로(3)가, 릴레이(7)를 온 상태로 하는 상태에서, 반도체 스위칭 소자(11)를 온 상태로 하여 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하는 것이 가능하다.

이상의 전원 장치는 릴레이와 반도체 스위칭 소자의 양쪽에서 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하므로, 반도체 스위칭 소자 또는 릴레이의 한쪽이 온 상태로 고장나도, 고장나지 않은 다른 한쪽을 오프로 전환하여, 주행용 배터리를 차량측 부하로부터 분리할 수 있는 특징이 있다. 반도체 스위칭 소자와 릴레이는 고장에 이르는 메카니즘이 동일하지 않기 때문에, 동시에 고장날 확률이 낮아, 안전성을 크게 향상할 수 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 반도체 스위칭 소자(11)를 주행용 배터리(1)의 마이나스측에 접속하고, 릴레이(7)를 주행용 배터리(1)의 플러스측에 접속할 수 있다.

이상의 전원 장치도, 반도체 스위칭 소자가 온 상태로 고장나도, 릴레이를 오프로 전환하여 주행용 배터리의 플러스측을 차량측 부하로부터 분리할 수 있다. 또, 반도체 스위칭 소자를 주행용 배터리의 마이너스측에 접속하고 있으므로, 반도체 스위칭 소자를 온 오프로 전환하는 제어 회로를 간단하게 할 수 있다. 그것은 반도체 스위칭 소자를 제어하는 신호를 어스 전위를 기준으로 하여 반도체 스위칭 소자에 입력할 수 있기 때문이다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 반도체 스위칭 소자를 주행용 배터리의 플러스측에 접속하고, 릴레이를 주행용 배터리의 마이너스측에 접속할 수 있다.

이상의 전원 장치도, 반도체 스위칭 소자가 온 상태로 고장나도, 릴레이를 오프로 전환하여 주행용 배터리의 마이너스측을 차량측 부하로부터 분리할 수 있다.

본 발명의 청구항 11의 차량용의 전원 장치는, 차량을 주행시키는 주행용 배터리(1); 그 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2); 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고 있다. 출력 스위치(2)는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 회로(8)를 병렬로 접속하여 이루어지는 메인 스위치(9)를 구비하고 있다. 전원 장치는 프리차지 회로(8)를, 프리차지 저항(12)과 사이리스터(thyristor; 14)의 직렬 회로로 하여, 제어 회로(3)에서 사이리스터(14)를 온으로 전환하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고 메인 스위치(9)를 온으로 전환하고 있다.

사이리스터는 펄스 형상의 트리거 신호를 입력하여 온 상태로 전환할 수 있고, 그 후 온으로 유지하는 제어 신호를 입력할 필요가 없다. 이 때문에, 트리거 신호로 온으로 전환된 사이리스터를 통하여 병렬 컨덴서를 프리차지하는 이상의 전원 장치는 간단한 회로로 병렬 컨덴서의 프리차지를 개시할 수 있다. 또, 사이리스터는 전류가 흐르지 않게 되면, 오프로 전환하는 신호를 입력하는 일 없이 자동적으로 오프 상태로 전환한다. 병렬 컨덴서는 프리차지가 완료되면 차지 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 사이리스터는 병렬 컨덴서의 프리차지가 종료되면 오프로 제어 신호를 입력하는 일 없이, 자동적으로 오프로 전환된다. 따라서 이상의 전원 장치는 사이리스터를 온 오프로 제어하는 회로를 간단하게 하여, 병렬 컨덴서를 프리차지할 수 있다.

또, 사이리스터는 FET 등에 비교하여 고내압이며 대전류인 것을 염가로 제조할 수 있으므로, 부품 비용을 저감하면서, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수 있다. 또, 사이리스터는 릴레이와 같이 가동 접점이 없기 때문에, 신뢰성이 있고 수명이 길며, 안정하게 사용할 수 있는 특징도 실현된다.

본 발명의 청구항 12의 차량용의 전원 장치는, 차량을 주행시키는 주행용 배터리(1); 그 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2); 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고 있다. 출력 스위치(2)는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 회로(8)를 병렬로 접속하여 이루어지는 메인 스위치(9)를 구비하고 있다. 전원 장치는 프리차지 회로(8)를, 프리차지 저항(12)과 프리차지 스위치(13)의 직렬 회로로 하고, 메인 스위치(9)를 사이리스터(14)로 하고 있다.

이상의 전원 장치는 차량의 메인 스위치인 이그니션 스위치가 온으로 전환되어, 병렬 컨덴서가 프리차지된 후, 사이리스터를 온으로 전환하여 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수 있다. 사이리스터는 차량측 부하의 전류가 흐르지 않게 되면, 자동적으로 오프로 전환되므로, 일정한 주기에서 트리거 신호를 입력하여 온 상태로 할 수 있다. 또, 사이리스터는 차량측 부하의 전류가 흐르지 않게 되면 자동적으로 오프로 전환되므로, 트리거 신호를 입력하지 않은 상태에서 사이리스터를 오프로 전환할 수 있다. 이 때문에, 사이리스터를 온 오프로 제어하는 회로를 간단하게 할 수 있다.

또, 사이리스터는 FET 등에 비교하여 고내압이며 대전류인 것을 염가로 제조할 수 있으므로, 부품 비용을 저감하면서, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수 있다. 특히, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하는 출력 스위치를 사이리스터로 하는 전원 장치는 대전류를 제어하는 출력 스위치를 염가로 할 수 있는 특징이 있다. 또한, 사이리스터는 릴레이와 같이 가동 접점이 없기 때문에, 신뢰성이 있고 수명이 길며, 안정하게 사용할 수 있는 특징도 실현된다.

본 발명의 청구항 13의 차량용의 전원 장치는, 차량을 주행시키는 주행용 배터리(1); 그 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2); 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고 있다. 출력 스위치(2)는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 회로(8)를 병렬로 접속하여 이루어지는 메인 스위치(9)를 구비하고 있다. 전원 장치는 프리차지 회로(8)를, 프리차지 저항(12)과 사이리스터(14)의 직렬 회로로 하고, 메인 스위치(9)를 사이리스터(14)로 하고 있고, 제어 회로(3)가 프리차지 회로(8)의 사이리스터(14)를 온으로 전환하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고, 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)를 온으로 전환하고 있다.

이상의 전원 장치는 프리차지 스위치와 메인 스위치의 양쪽을 사이리스터로 하기 때문에, 사이리스터를 온 오프로 제어하는 회로를 간단하게 하면서, 부품 비용을 저감할 수 있다. 또, 릴레이와 같이 가동 접점이 없기 때문에, 신뢰성이 있고 수명이 길며, 안정하게 사용할 수 있는 특징도 실현된다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 주행용 배터리(1)와 직렬로 전류 차단 스위치(16)를 접속하고, 제어 회로(3)가 메인 스위치(9)와 전류 차단 스위치(16)를 온 상태로 하여 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속할 수 있다.

이상의 전원 장치는 차량측 부하의 전류로 사이리스터를 오프로 전환할 수 없는 상태로 되어도, 릴레이를 오프로 전환하여 사이리스터를 오프로 전환할 수 있다. 주행용 배터리를 확실하게 차량측 부하로부터 분리하여 안전성을 향상할 수 있다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는, 주행용 배터리(1)와 직렬로 서비스 플러그를 접속하는 것이 가능하다.

이상의 전원 장치도, 차량측 부하에서 사이리스터를 오프로 전환할 수 없는 상태로 되어도, 서비스 플러그를 뽑아 사이리스터의 전류를 차단하여 오프로 전환할 수 있다. 이 때문에, 사이리스터를 사용하면서, 안전성을 향상할 수 있다.

본 발명의 청구항 16의 차량은, 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 전원 장치를 탑재하고 있다.

이 차량은 병렬 컨덴서를 프리차지하여 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하는 회로 구성을 간단하게 할 수 있는 전원 장치를 탑재하면서, 장기간에 걸쳐서 안심하고 사용할 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 병렬 컨덴서를 프리차지하기 위해 전용 FET 등의 반도체 스위칭 소자를 마련할 필요가 없고, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속하는 소자를 사용하여, 병렬 컨덴서를 프리차지하고 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수 있는 차량용의 전원 장치와 이 전원 장치를 탑재하는 차량을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용의 전원 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 FET에 있어서 게이트 전압에 대한 소스ㆍ드레인 사이의 전압과 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용의 전원 장치의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용의 전원 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용의 전원 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용의 전원 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용의 전원 장치를 탑재하는 차량의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용의 전원 장치를 탑재하는 차량의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 차량용의 전원 장치와 이 전원 장치를 탑재하는 차량을 예시하는 것으로, 본 발명은 전원 장치 및 차량을 이하의 것으로 특정하지 않는다.

또한, 이 명세서는 특허 청구의 범위를 이해하기 쉽게, 실시예에 나타나는 부재에 대응하는 번호를, 「특허 청구의 범위」 및 「과제를 해결하기 위한 수단의 란」에 나타나는 부재로 부기하고 있다. 단, 특허 청구의 범위에 나타나는 부재를, 실시예의 부재로 특정하는 것은 결코 아니다.

도 1에 나타내는 차량용의 전원 장치는 하이브리드카, 연료 전지차, 전기 자동차 등의 차량에 탑재된다. 이 전원 장치는 차량측 부하(20)의 모터(22)를 구동하여 차량을 주행시킨다. 차량측 부하(20)의 모터(22)는 DC／AC 인버터(21)를 통하여 주행용 배터리(1)에 접속된다. DC／AC 인버터(21)는 주행용 배터리(1)의 직류를 3상(相)의 교류로 전환하고, 모터(22)로의 공급 전력을 컨트롤한다. DC／AC 인버터는 주행용 배터리를 승압하여 모터에 전력을 공급하거나, 또는 승압하는 일 없이 모터에 전력을 공급한다.

이 도면의 전원 장치는 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2)를 구비하고 있다. 출력 스위치(2)는 제어 회로(3)에서 접속된다. 제어 회로(3)는 차량의 메인 스위치인 이그니션 스위치(24)가 온으로 전환되면, 출력 스위치(2)를 온으로 전환하여 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속한다.

주행용 배터리(1)는 DC／AC 인버터(21)를 통하여 차량을 주행시키는 모터(22)를 구동한다. 모터(22)에 대전력을 공급할 수 있도록, 주행용 배터리(1)는 다수의 충전 가능한 전지 셀(10)을 직렬로 접속하여 출력 전압을 높게 하고 있다. 전지 셀(10)은 리튬 이온 전지나 니켈 수소 전지가 사용된다. 전지 셀을 리튬 이온 배터리로 하는 전원 장치는 복수의 리튬 이온 배터리를 직렬로 접속하고 있다. 전지 셀을 니켈 수소 전지로 하는 전원 장치는 복수의 니켈 수소 전지를 직렬로 접속하여 전지 모듈로 하고, 추가로 복수의 전지 모듈을 직렬로 접속하여 출력 전압을 높게 하고 있다. 전원 장치는 전지를 리튬 이온 배터리나 니켈 수소 전지로 특정하지 않는다. 전지에는 니켈 카드늄 전지 등의 충전 가능한 모든 전지를 사용할 수 있다.

주행용 배터리(1)는 모터(22)에 대전력을 공급할 수 있도록, 예를 들어, 출력 전압을 200 ~ 400V로 높게 하고 있다. 단, 전원 장치는 전지의 전압을 승압하여, 모터에 전력을 공급할 수도 있다. 이 전원 장치는 직렬로 접속하는 전지의 개수를 적게 하여, 전지의 출력 전압을 낮게 할 수 있다. 따라서 주행용 배터리(1)는 예를 들어 출력 전압을 150 ~ 400V로 할 수 있다.

차량측 부하(20)는 DC／AC 인버터(21)의 입력측에 병렬 컨덴서(23)를 접속하고 있다. 병렬 컨덴서(23)는 모터(22)의 부하 변동에 의한 주행용 배터리(1)의 전압 변화를 줄인다. 병렬 컨덴서(23)는 정전 용량을 크게 하여, 부하 변동에 대한 전압 변화를 작게 할 수 있다. 주행용 배터리(1)의 전압 변동을 줄이기 위해, 병렬 컨덴서(23)로는 3000㎌ ~ 5000㎌로 큰 정전 용량의 컨덴서가 사용된다.

대용량의 병렬 컨덴서(23)가 주행용 배터리(1)에 접속되면, 순간적으로 큰전류가 흘러서 차지된다. 이 때, 병렬 컨덴서(23)에 흐르는 차지 전류의 피크값은 극히 크다. 이 때문에, 차량용의 전원 장치는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하여 주행용 배터리(1)를 저저항인 출력 스위치(2)로 차량측 부하(20)에 접속하고 있다.

도 1의 차량용의 전원 장치는 출력 스위치(2)로서, 온 상태에 있어서 전기 저항을 제어할 수 있는 반도체 스위칭 소자(11)를 사용한다. 이 반도체 스위칭 소자(11)는 FET이다. 단, 반도체 스위칭 소자에는 트랜지스터나 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자도 사용할 수 있다. FET와 IGBT는 게이트에 입력하는 전압을 제어하여, 온 상태의 전기 저항을 변화시킬 수 있다. 입력 전압으로 온 저항을 제어할 수 있는 반도체 스위칭 소자는, 온 저항을 제어하는 회로의 출력 전력을 작게 할 수 있다. 특히, 대전류의 반도체 스위칭 소자를 적은 전력으로 제어할 수 있다. 트랜지스터는 베이스에 입력하는 전류를 제어하여 온 상태의 전기 저항을 변화시킬 수 있다. FET는 온 저항을 작게 하여, 주행용 배터리의 전력을 효율적으로 차량측 부하에 공급할 수 있다. IGBT는 FET와 동일하게 입력 전압으로 온 저항을 제어하여, 제어 회로의 출력 전력을 작게 할 수 있다. 또, IGBT는 FET에 비교하여 고내압이며 대전류인 소자를 염가로 실현할 수 있고, 트랜지스터는 대전력 소자를 염가로 할 수 있다. FET는 소스와 드레인을 주행용 배터리와 차량측 부하에 접속하여, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속한다. IGBT와 트랜지스터는 주행용 배터리와 차량측 부하 사이에, 컬렉터와 이미터를 접속하여, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속한다.

주행용 배터리(1)는 모터(22)로 차량을 주행시킬 때, 차량측 부하(20)의 모터(22)에 전력을 공급하여 방전된다. 또, 주행용 배터리(1)는 차량을 감속하는 에너지로 충전된다. 즉, 회생 제동으로 주행용 배터리(1)를 충전한다. 회생 제동은 감속하는 차량의 운동 에너지로 발전기를 회전시키고, 이 발전기의 발전 전력으로 주행용 배터리(1)를 충전한다. 주행용 배터리(1)를 충방전시키는 출력 스위치(2)는 주행용 배터리(1)를 방전하는 방향으로 통전할 수 있고, 또한 주행용 배터리(1)를 충전하는 방향으로도 통전할 수 있고, 쌍방향으로 통전할 수 있는 특성이 요구된다. FET는 기생 다이오드에 의해 쌍방향으로 통전할 수 있으므로, 하나의 소자로 주행용 배터리(1)의 충전과 방전에 사용할 수 있다. FET는 기생 다이오드에 통전하고, 주행용 배터리(1)를 충전할 수 있도록 접속된다. 트랜지스터나 IGBT는 쌍방향으로 통전할 수 없기 때문에, 방전용 트랜지스터나 IGBT와 충전용 트랜지스터나 IGBT를 병렬로 접속하여, 충방전을 제어한다.

도 2는 게이트 전압을 변화시켜서, 소스ㆍ드레인 사이의 전압과 전류가 변화하는 상태, 즉 온 저항이 변화하는 상태를 나타내고 있다. 온 저항(Ω)은 소스ㆍ드레인 사이의 전압(V)／소스ㆍ드레인 사이의 전류(I)로 특정된다. FET의 온 저항은 게이트 전압으로 제어할 수 있다. FET는 게이트 전압을 크게 하여 온 저항을 작게 하여, 게이트 전압을 작게 하여 온 저항을 크게 할 수 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 게이트 전압을 크게 하여 소스ㆍ드레인 사이의 전류를 크게 하고, 게이트 전압을 작게 하여 소스ㆍ드레인 사이의 전류를 작게 할 수 있기 때문이다.

출력 스위치(2)의 반도체 스위칭 소자(11)는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 상태에서 온 저항을 크게 하여, 프리차지가 완료된 후는 온 저항을 작게 하여, 주행용 배터리(1)를 저저항인 상태에서 차량측 부하(20)에 접속한다. 병렬 컨덴서(23)를 프리차지할 때의 온 저항은 병렬 컨덴서(23)의 프리차지 전류로부터 특정된다. 예를 들어, 프리차지할 때의 온 저항은 병렬 컨덴서(23)의 프리차지 전류를 20A ~ 50A로 하는 전기 저항에 제어된다.

FET는 도 2에 나타내는 특성을 나타내므로, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 공정에서 게이트 전압을 작게 하고, 온 저항을 크게 하여 소스ㆍ드레인 사이의 전류를 제한할 수 있다. 특히, FET는 도 2에 나타내는 바와 같이, 게이트 전압이 작은 상태에서, 소스ㆍ드레인 사이의 전압이 소정의 전압으로부터 커져도, 소스ㆍ드레인 사이의 전류를 거의 일정하게 제한할 수 있는 특성을 나타낸다. 이것은 병렬 컨덴서(23)의 프리차지에 극히 바람직하다. 그것은 게이트 전압을 일정하게 유지하여, 병렬 컨덴서(23)를 일정한 전류로 제한하면서 프리차지할 수 있기 때문이다.

완전하게 방전된 병렬 컨덴서(23)를 충전할 때, 소스ㆍ드레인 사이의 전압은 가장 높아진다. FET의 소스ㆍ드레인 사이의 전압이, 주행용 배터리(1)의 전압과 프리차지되는 병렬 컨덴서(23)의 전압의 전압차로 되기 때문이다. 따라서 완전하게 방전되어 전압을 0V로 하고 있는 병렬 컨덴서(23)에 주행용 배터리(1)가 접속된 상태에서, 소스ㆍ드레인 사이의 전압은 가장 커져서 주행용 배터리(1)의 전압에 동일하게 된다. 병렬 컨덴서(23)가 충전되어 전압이 상승함에 따라서 소스ㆍ드레인 사이의 전압은 낮아진다. FET는 게이트 전압을 일정하게 유지하고, 병렬 컨덴서(23)의 전압이 소정의 전압으로 상승할 때까지, 프리차지 전류를 일정한 전류로 제한하여 프리차지한다. 병렬 컨덴서(23)가 프리차지되어 전압이 상승하면, 소스ㆍ드레인 사이의 전압이 저하하고, 프리차지 전류는 점차 감소한다. 병렬 컨덴서(23)가 프리차지되어 소정의 전압까지 상승하면, 제어 회로(3)는 FET의 게이트 전압을 높게 하고, 온 저항을 작게 한다.

출력 스위치의 IGBT는 입력측을 FET로 하므로, FET와 동일하게, 병렬 컨덴서를 프리차지하는 상태에 있어서는 입력 전압을 작게 하고, 온 저항을 크게 하여 프리차지 전류를 제한한다. IGBT의 온 저항은 병렬 컨덴서의 프리차지 전류를 20A ~ 50A로 제한하도록 제어된다. 병렬 컨덴서가 프리차지되어 소정의 전압까지 상승하면, 입력 전압을 크게 하고, IGBT의 온 저항을 작게 하여, 주행용 배터리를 저저항인 상태에서 차량측 부하에 접속한다.

출력 스위치의 트랜지스터는 전류로 온 저항을 제어하므로, 병렬 컨덴서를 프리차지하는 상태에 있어서는 베이스 전류를 작게 하고, 온 저항을 크게 하여 프리차지 전류를 제한한다. 베이스 전류로 제어되는 트랜지스터의 온 저항은 병렬 컨덴서의 프리차지 전류를 20A ~ 50A로 제한하도록 제어된다. 병렬 컨덴서가 프리차지되어 소정의 전압까지 상승하면, 베이스 전류를 크게 하고, 트랜지스터의 온 저항을 작게 하여, 주행용 배터리를 저저항인 상태에서 차량측 부하에 접속한다.

제어 회로(3)는 출력 스위치(2)의 반도체 스위칭 소자(11)를 제어한다. 제어 회로(3)는 반도체 스위칭 소자(11)를 제어하여, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한 후, 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 저저항인 도통 상태에서 접속한다. 제어 회로(3)는 차량의 메인 스위치인 이그니션 스위치(24)로부터 입력되는 온 신호로, 출력 스위치(2)의 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어하여, 즉 도통 상태보다 온 저항을 크게 하여, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다. 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 공정에 있어서, 제어 회로(3)는 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 도통 상태보다 크게 하여, 프리차지 전류를, 예를 들어 전술한 20A ~ 50A로 제한한다. 제어 회로(3)는 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 크게 하여 프리차지 전류를 작게 할 수 있다.

제어 회로(3)는 출력 스위치(2)인 FET의 게이트 전압을 일정하게 유지하여, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다. 이 상태에서 제어되는 FET는 병렬 컨덴서(23)의 프리차지를 개시하는 상태에서 가장 온 저항이 크고, 병렬 컨덴서(23)가 충전됨에 따라서 점차 온 저항을 작게 한다. 제어 회로(3)가 이와 같이 FET를 제어하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하면, 프리차지 전류의 피크값을 작게 하면서, 병렬 컨덴서(23)를 신속하게 프리차지할 수 있다.

단, 제어 회로(3)는 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 일정하게 유지하여, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지할 수 있고, 또 온 저항을 단계적으로 변화시켜서 프리차지할 수도 있다. 또한, 제어 회로(3)는 병렬 컨덴서(23)의 전압을 전압 검출 회로(4)에서 검출하고, 검출 전압으로 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지할 수도 있다. 이 제어 회로(3)는 전압 검출 회로(4)가 검출하는 병렬 컨덴서 전압이 작은 상태에서의 온 저항을, 병렬 컨덴서 전압이 큰 상태보다 작게 제어하여, 완전하게 방전되어 있지 않은 병렬 컨덴서(23)를 보다 신속하게 프리차지할 수 있다. 완전하게 방전되어 있지 않은 병렬 컨덴서(23)는 전압이 0V가 아니며, 반도체 스위칭 소자(11)에 작용하는 전압을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 작게 하여 프리차지 전류를 크게 할 수 있다. 프리차지 전류가, 반도체 스위칭 소자(11)의 전압, 즉 병렬 컨덴서(23)와 주행용 배터리(1)의 전압차에 비례하고, 온 저항에 반비례하기 때문이다. 따라서 완전하게 방전되지 않은 병렬 컨덴서(23)는 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 작게 함으로써, 보다 신속하게 프리차지할 수 있다. 이 상태에서, 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 작게 해도 반도체 스위칭 소자(11)의 발열에 의한 손상도 방지할 수 있다. 반도체 스위칭 소자(11)의 발열이, 반도체 스위칭 소자(11)의 전류의 제곱과 내부 저항의 곱에 비례하므로, 전류를 제한함으로써 발열도 제한할 수 있기 때문이다.

또한, 제어 회로(3)는 반도체 스위칭 소자(11)의 온도를 온도 검출 회로(6)에서 검출하고, 검출 온도로 온 저항을 제어할 수도 있다. 이 제어 회로(3)는 온도 검출 회로(6)가 검출하는 반도체 스위칭 소자(11)의 검출 온도가 높은 상태에서의 온 저항을, 검출 온도가 낮은 상태에서의 온 저항보다 크게 제어하여 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다. 반도체 스위칭 소자(11)는 온도가 높은 상태에서, 온 저항을 작게 하여 큰 프리차지 전류로 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하면 발열량이 커진다. 프리차지 전류의 제곱에 비례하여 발열량이 증가하기 때문이다. 제어 회로(3)가 반도체 스위칭 소자(11)의 온도를 검출하고, 반도체 스위칭 소자(11)의 온도가 높은 상태에서는 온 저항이 커지도록 제어함으로써, 반도체 스위칭 소자(11)의 발열에 의한 손상을 방지할 수 있다. 온도가 높은 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 크게 하여, 프리차지 전류를 작게 함으로써, 반도체 스위칭 소자(11)의 발열량을 적게 할 수 있기 때문이다.

도 1의 전원 장치는 출력 스위치(2)를 주행용 배터리(1)의 플러스측에 접속하고 있지만, 전원 장치는 도시하지 않았지만, 출력 스위치를 주행용 배터리의 마이너스측에 접속할 수도 있다.

또한, 도 3의 전원 장치는 출력 스위치(2)의 반도체 스위칭 소자(11)와 릴레이(7)로 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하고 있다. 이 도면의 전원 장치는 주행용 배터리(1)의 플러스측에는 릴레이(7)를, 마이너스측에 반도체 스위칭 소자(11)를 직렬로 접속하고 있다. 이 전원 장치는 출력 스위치(2)와 릴레이(7)를 주행용 배터리(1)와 직렬로 접속하고, 주행용 배터리(1)를 출력 스위치(2)와 릴레이(7)로 차량측 부하(20)에 접속하고 있다. 도 3의 전원 장치는 플러스측에 릴레이(7)를, 마이너스측에 반도체 스위칭 소자(11)를 접속하고 있지만, 플러스측에 반도체 스위칭 소자를, 마이너스측에 릴레이를 접속할 수도 있다. 또, 주행용 배터리의 플러스측에 반도체 스위칭 소자와 릴레이를 직렬로 접속하거나, 또는 마이너스측에 반도체 스위칭 소자와 릴레이를 직렬로 접속하여, 주행용 배터리를 차량측 부하에 접속할 수도 있다.

릴레이(7)와 반도체 스위칭 소자(11)를 통하여 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하는 전원 장치는 제어 회로(3)로 반도체 스위칭 소자(11)와 릴레이(7)를 제어한다. 이 제어 회로(3)는 이그니션 스위치(24)가 온으로 전환된 것을 검출하고, 릴레이(7)를 온으로 전환하여, 반도체 스위칭 소자(11)로 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고, 그 후 반도체 스위칭 소자(11)를 도통 상태로 제어한다. 이그니션 스위치(24)가 오프로 전환된 상태에서는, 반도체 스위칭 소자(11)를 오프로 전환한 후 릴레이(7)를 오프로 전환하거나, 또는 릴레이(7)를 오프로 전환한 후 반도체 스위칭 소자(11)를 오프로 전환한다.

출력 스위치(2)를 반도체 스위칭 소자(11)로 하는 전원 장치는 도 1과 도 3에 나타내는 바와 같이, 반도체 스위칭 소자(11) 양단의 전압을 전압 검출 회로(5)에서 검출하여, 주행용 배터리(1)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 그것은 주행용 배터리(1)의 전류에 의해, 도통 상태에 있는 반도체 스위칭 소자(11) 양단의 전압이 변화하기 때문이다. 도 2에 나타내는 특성 라인 A는 반도체 스위칭 소자(11)인 FET의 도통 상태에 있는 소스ㆍ드레인 사이의 전압-전류 특성이다. 이 도면에 나타내는 FET에 한정하지 않고, 도통 상태에서 전류가 커지게 되면 전압이 높아지는 반도체 스위칭 소자(11)는 전압을 검출하여 전류를 연산할 수 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 흐르는 전류가 증가함에 따라 전압이 높아지는 특성의 FET는 특성 라인 A로부터, 전압을 검출하여 전류를 연산할 수 있다.

반도체 스위칭 소자(11)에 흐르는 전류를 검출할 수 있는 제어 회로(3)는 전류가 일정값을 넘지 않도록 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어하여, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고, 프리차지한 후 반도체 스위칭 소자(11)를 도통 상태로 제어한다. 또, 차량용의 전원 장치는 주행용 배터리(1)의 전류를 검출하고, 검출한 전류를 적산하여 주행용 배터리(1)의 잔용량을 연산한다. 반도체 스위칭 소자(11)의 전압으로부터 연산되는 전류로, 주행용 배터리(1)의 잔용량을 연산할 수도 있다. 또, 주행용 배터리(1)의 과전류를 검출하고, 주행용 배터리(1)에 과전류가 흐를 때 출력 스위치(2)를 오프로 하여 주행용 배터리(1)의 과전류를 차단할 수도 있다.

또한, 도 4 내지 도 6에 나타내는 차량용의 전원 장치는 프리차지 회로(8)와 메인 스위치(9)의 병렬 회로로 출력 스위치(2)를 구성한다. 프리차지 회로(8)는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고, 메인 스위치(9)는 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한 후, 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속한다. 프리차지 회로(8)와 메인 스위치(9)는 어느 한쪽 또는 양쪽을 사이리스터(14)로 구성하고 있다. 도 4의 전원 장치는 프리차지 회로(8)를 프리차지 저항(12)과 사이리스터(14)의 직렬 회로로 구성하고, 도 5의 전원 장치는 메인 스위치(9)를 사이리스터(14)로 하고, 도 6의 전원 장치는 프리차지 회로(8)를 프리차지 저항(12)과 사이리스터(14)의 직렬 회로로 하고, 메인 스위치(9)를 사이리스터(14)로 한다.

프리차지 저항(12)은 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 전류를 특정한다. 프리차지 저항(12)은 예를 들어 전기 저항을 10Ω의 저항기로 한다. 이 프리차지 회로(8)는 주행용 배터리(1)의 전압을 200V 내지 400V로 하고, 프리차지 전류의 피크값을 20A ~ 40A로 제한하여, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다.

사이리스터(14)는 게이트에 트리거 신호가 입력되어 온 상태로 전환되고, 그 후 전류가 흐르는 상태에서는 온 상태로 유지되고, 전류가 흐르지 않게 되면 오프 상태로 전환된다. 사이리스터(14)는 FET나 트랜지스터와 같이, 온 상태를 유지하기 위해 게이트에 제어 신호를 연속하여 입력할 필요가 없다. 사이리스터(14)는 전류가 흐르지 않게 되면 자동적으로 오프로 전환된다. 따라서 프리차지 회로(8)에 사용되는 사이리스터(14)는 온 상태로 전환되어 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고, 메인 스위치(9)가 온으로 전환되어 전류가 흐르지 않게 되면 오프로 전환된다. 메인 스위치(9)가 온 상태로 되면, 사이리스터(14) 양단의 전압이 0V로 되어 전류가 흐르지 않게 되기 때문이다.

또, 메인 스위치(9)에 사용되는 사이리스터(14)는 트리거 신호에 의해 온 상태로 전환되어도, 차량측 부하(20)의 전류가 흐르지 않게 되면 자동적으로 오프 상태로 된다. 차량측 부하(20)는 항상 전류가 흐르는 상태가 아니라, 모터(22)에 통전할 때만 전류가 흐른다. 따라서 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)를 제어하는 제어 회로(3)는 이그니션 스위치(24)가 온으로 전환된 상태에 있어서 항상 일정한 주기에서, 예를 들어 1msec ~ 100msec의 주기에서 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 반복 입력하여, 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전력을 공급할 수 있는 상태로 한다. 차량측 부하(20)는 DC／AC 인버터(21)의 스위칭 소자가 온으로 전환된 타이밍에서 사이리스터(14)가 온 상태로 전환되면, 주행용 배터리(1)로부터 전력이 공급된다. DC／AC 인버터(21)의 스위칭 소자가 소정의 주기에서 온으로 전환되면, 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전력이 공급되는 상태에서, 사이리스터(14)는 온 상태로 유지되어 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전력을 공급한다. 이그니션 스위치(24)가 오프로 전환되면, 제어 회로(3)는 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 입력하지 않도록 제어한다. 이 상태에서, 차량측 부하(20)에는 전류가 흐르지 않게 되어 있으므로, 사이리스터(14)는 트리거 신호가 입력되지 않아 오프로 전환된다.

메인 스위치(9)의 사이리스터(14)는 역방향으로 전류를 흘릴 수 없다. 따라서 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)는 도 5와 도 6에 나타내는 바와 같이, 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전류를 공급할 수 있을 방향, 즉 주행용 배터리(1)를 방전할 수 있는 방향으로 접속된다. 이 사이리스터(14)는 주행용 배터리(1)를 충전하는 방향으로 통전할 수 없다. 도 5와 도 6에 나타내는 메인 스위치(9)는 사이리스터(14)와 병렬로 다이오드(15)를 접속하고, 이 다이오드(15)에서 주행용 배터리(1)를 충전할 수 있을 방향으로 통전하고 있다. 다이오드(15)는 항상 통전할 수 있는 상태이며, 제어할 필요는 없다. 이 때문에, 주행용 배터리(1)는 차량측 부하(20)로부터 항상 충전할 수 있는 상태에 있다. 단, 메인 스위치는 도시하지 않았지만, 한 쌍의 사이리스터를 역방향으로 병렬 접속하여, 사이리스터에 의해서도 주행용 배터리의 방전과 충전을 제어할 수도 있다. 또한, 메인 스위치는 사이리스터 대신에, 쌍방향의 전류를 제어할 수 있는 트라이액을 사용하여, 주행용 배터리를 충방전할 수도 있다.

프리차지 회로(8)에 사이리스터(14)를 사용하는 도 4의 전원 장치는 이하의 동작을 한다.

(1) 제어 회로(3)는 이그니션 스위치(24)의 온을 검출하고, 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 입력하여 온으로 전환한다. 온 상태의 사이리스터(14)는 프리차지 저항(12)을 통하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다. 프리차지 회로(8)를 구성하는 사이리스터(14)는 트리거 신호가 입력되어 프리차지를 개시하면, 병렬 컨덴서(23)의 프리차지가 종료될 때까지 온 상태로 유지된다. 따라서 이 사이리스터(14)는 반복 트리거 신호를 입력하는 일 없이, 프리차지하는 동안 온 상태로 유지된다.

(2) 병렬 컨덴서(23)가 프리차지되면, 제어 회로(3)는 메인 스위치(9)를 온으로 전환하여, 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속한다. 이 상태에서 프리차지 회로(8)의 사이리스터(14)는 오프로 전환된다.

　제어 회로(3)는 프리차지 회로(8)의 사이리스터(14)를 온으로 전환했을 때에 카운트를 개시하는 타이머로 병렬 컨덴서(23)의 프리차지를 검출하거나, 또는 프리차지 전류를 전류 검출 회로(도시하지 않음)에서 검출하여, 프리차지를 검출한다.

(3) 이그니션 스위치(24)가 오프로 전환되면, 제어 회로(3)는 메인 스위치(9)를 전환하여, 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)로부터 분리한다.

메인 스위치(9)는 릴레이(7)나 반도체 스위칭 소자이다. 릴레이(7)의 메인 스위치(9)는 제어 회로(3)에서 온 오프로 제어된다. 반도체 스위칭 소자의 메인 스위치는 FET, IGBT, 트랜지스터 등이다. 반도체 스위칭 소자의 메인 스위치는 제어 회로로부터 게이트나 베이스에 입력되는 입력 신호로 온 오프 제어된다.

메인 스위치(9)에 사이리스터(14)를 사용하는 도 5의 전원 장치는 이하의 동작을 한다.

(1) 제어 회로(3)는 이그니션 스위치(24)의 온을 검출하고, 프리차지 회로(8)의 프리차지 스위치(13)인 릴레이나 반도체 스위칭 소자를 온으로 전환한다. 온 상태의 프리차지 스위치(13)는 프리차지 저항(12)을 통하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다.

(2) 병렬 컨덴서(23)가 프리차지되면, 제어 회로(3)는 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 입력하여 온으로 전환한다. 제어 회로(3)는 사이리스터(14)의 게이트에 소정의 주기에서 트리거 신호를 입력하여, 사이리스터(14)를 온 상태로 한다. 온 상태의 사이리스터(14)는 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속한다. 사이리스터(14)가 온 상태에 있을 때, 또는 차량측 부하(20)의 DC／AC 인버터(21)를 구성하는 스위칭 소자(도시하지 않음)가 온 상태에 있고, 모터(22)에 전력을 공급하는 상태에서, 사이리스터(14)가 온으로 전환되면, 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전력이 공급된다.

(3) 이그니션 스위치(24)가 오프로 전환되면, 제어 회로(3)는 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 입력하지 않은 상태로 하여, 사이리스터(14)를 오프로 전환한다. 사이리스터(14)는 게이트에 트리거 신호가 입력되지 않은 상태에서, 전류가 흐르지 않게 되면 오프 상태로 된다. 차량측 부하(20)는 DC／AC 인버터(21)를 구성하는 스위치 소자가 오프 상태로 유지되어 부하 전류를 차단한다. 이 상태에서 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호가 입력되지 않으면, 사이리스터(14)에 전류가 흐르지 않게 되어 오프 상태로 된다.

프리차지 스위치(13)와 메인 스위치(9)의 양쪽을 사이리스터(14)로 하는 도 6의 전원 장치는 이하의 동작을 한다.

(1) 제어 회로(3)는 이그니션 스위치(24)의 온을 검출하고, 프리차지 회로(8)의 프리차지 스위치(13)를 구성하고 있는 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 입력하여 온으로 전환한다. 온 상태의 사이리스터(14)는 프리차지 저항(12)을 통해 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한다. 프리차지 회로(8)를 구성하는 사이리스터(14)는 트리거 신호가 입력되어 프리차지를 개시하면, 병렬 컨덴서(23)의 프리차지가 종료될 때까지 온 상태로 유지된다. 따라서 이 사이리스터(14)는 반복 트리거 신호를 입력하는 일 없이, 프리차지하는 동안 온 상태로 유지된다.

(3) 이그니션 스위치(24)가 오프로 전환되면, 제어 회로(3)는 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호를 입력하지 않은 상태로 하여, 사이리스터(14)를 오프로 전환한다. 사이리스터(14)는 게이트에 트리거 신호가 입력되지 않은 상태에서, 부하 전류가 흐르지 않게 되면 오프 상태로 된다. 차량측 부하(20)는 DC／AC 인버터(21)를 구성하는 스위칭 소자를 오프 상태로 하여 전류를 차단한다. 이 상태에서 사이리스터(14)의 게이트에 트리거 신호가 입력되지 않으면 사이리스터(14)는 오프 상태로 된다.

메인 스위치(9)를 사이리스터(14)로 하는 차량용의 전원 장치는 도 5와 도 6의 파선으로 나타내는 바와 같이, 주행용 배터리(1)와 직렬로 전류 차단 스위치(16)를 접속하여, 확실하게 오프로 전환할 수 있다. 전류 차단 스위치(16)는 FET, IGBT, 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 소자, 또는 릴레이이다. 전류 차단 스위치(16)는 제어 회로(3)에서 온 오프로 제어된다. 이 전류 차단 스위치(16)는 이그니션 스위치(24)의 온 상태에서 온 상태로 전환되고, 이그니션 스위치(24)가 오프로 전환된 상태에서 오프로 전환된다. 주행용 배터리(1)와 직렬로 전류 차단 스위치(16)를 접속하고 있는 전원 장치는 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)를 확실하게 오프로 전환할 수 있다. 그것은 차량측 부하(20)의 DC／AC 인버터(21)의 스위칭 소자가 온 상태에 있어서도, 부극 전류를 차단하고, 사이리스터(14)를 오프로 전환할 수 있기 때문이다. 또, 전류 차단 스위치(16)를 구비하는 전원 장치는 이상 시에 전류 차단 스위치(16)를 오프로 전환하여, 주행용 배터리(1)의 출력을 차단하여 안전성을 향상할 수 있다. 또, 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)가 온 상태에 용착되는 상태로 되어도, 전류 차단 스위치(16)를 오프로 전환하여, 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)로부터 분리할 수 있다.

또한, 차량용의 전원 장치는 도시하지 않았지만, 주행용 배터리와 직렬로 서비스 플러그를 접속할 수도 있다. 이 서비스 플러그는 예를 들어, 주행용 배터리를 복수의 전지 블록으로 분할함과 동시에, 이러한 전지 블록의 접속 부분에 탈착 가능하게 삽입하여 접속할 수 있다. 이 전원 장치도, 차량측 부하에서 사이리스터를 오프로 전환할 수 없는 상태로 되어도, 서비스 플러그를 뽑아 사이리스터의 전류를 차단하여 오프로 전환할 수 있다. 또한, 메인 스위치에 사이리스터를 사용하지 않은 전원 장치에 있어서도, 주행용 배터리와 직렬로 서비스 플러그를 접속함으로써, 유지보수 시에 서비스 플러그를 뽑아 전류를 차단함으로써, 안전성을 향상할 수 있다.

이상의 전원 장치는 차재용의 전원 장치로서 사용할 수 있다. 이 전원 장치를 탑재하는 차량으로서는 엔진과 모터의 양쪽으로 주행하는 하이브리드카나 플러그인 하이브리드카, 또는 모터만으로 주행하는 전기 자동차 등의 전동 차량을 사용할 수 있다.

도 7에, 엔진(55)과 모터(52)의 양쪽으로 주행하는 하이브리드카에 전원 장치(50)를 탑재하는 예를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 차량(HV)은 차량(HV)을 주행시키는 엔진(55) 및 주행용의 모터(52)와, 모터(52)에 전력을 공급하는 전원 장치(50)와, 전원 장치(50)의 전지를 충전하는 발전기(53)를 구비하고 있다. 전원 장치(50)는 DC／AC 인버터(51)를 통하여 모터(52)와 발전기(53)에 접속하고 있다. 차량(HV)은 전원 장치(50)의 전지를 충방전 하면서 모터(52)와 엔진(55)의 양쪽으로 주행한다. 모터(52)는 엔진 효율이 나쁜 영역, 예를 들어 가속 시나 저속 주행 시에 구동되어 차량을 주행시킨다. 모터(52)는 전원 장치(50)로부터 전력이 공급되어 구동한다. 발전기(53)는 엔진(55)으로 구동되거나 또는 차량에 브레이크를 걸 때의 회생 제동으로 구동되어, 전원 장치(50)의 전지를 충전한다.

또, 도 8에, 모터(52)만으로 주행하는 전기 자동차에 전원 장치(50)를 탑재하는 예를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 차량(EV)은 차량(EV)을 주행시키는 주행용의 모터(52)와, 이 모터(52)에 전력을 공급하는 전원 장치(50)와, 이 전원 장치(50)의 전지를 충전하는 발전기(53)를 구비하고 있다. 모터(52)는 전원 장치(50)로부터 전력이 공급되어 구동한다. 발전기(53)는 차량(EV)을 회생 제동할 때의 에너지로 구동되어, 전원 장치(50)의 전지를 충전한다.

본 발명의 차량용의 전원 장치는 전기 자동차나 하이브리드카의 차재용의 전원 장치로서 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또, 차재용 이외의 전원 장치로서도 매우 적합하게 사용할 수 있다.

1ㆍㆍㆍ주행용 배터리
2ㆍㆍㆍ출력 스위치
3ㆍㆍㆍ제어 회로
4ㆍㆍㆍ전압 검출 회로
5ㆍㆍㆍ전압 검출 회로
6ㆍㆍㆍ온도 검출 회로
7ㆍㆍㆍ릴레이
8ㆍㆍㆍ프리차지 회로
9ㆍㆍㆍ메인 스위치
10ㆍㆍㆍ전지 셀
11ㆍㆍㆍ반도체 스위칭 소자
12ㆍㆍㆍ프리차지 저항
13ㆍㆍㆍ프리차지 스위치
14ㆍㆍㆍ사이리스터
15ㆍㆍㆍ다이오드
16ㆍㆍㆍ전유 차단 스위치
20ㆍㆍㆍ차량측 부하
21ㆍㆍㆍDC／AC 인버터
22ㆍㆍㆍ모더
23ㆍㆍㆍ병렬 컨덴서
24ㆍㆍㆍ이그니션 스위치
50ㆍㆍㆍ전원 장치
51ㆍㆍㆍDC／AC 인버터
52ㆍㆍㆍ모터
53ㆍㆍㆍ발전기
55ㆍㆍㆍ엔진
HVㆍㆍㆍ차량
EVㆍㆍㆍ차량

Claims

차량을 주행시키는 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2)와, 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고,
상기 출력 스위치(2)가 온 저항을 제어할 수 있는 반도체 스위칭 소자(11)이며, 이 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항이 상기 제어 회로(3)에서 제어되고, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 상태에 있어서 온 저항을 도통(導通) 상태에 있어서 온 저항보다 크게 하고, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지한 후, 프리차지하는 상태보다 저저항인 도통 상태로 하여, 주행용 배터리(1)의 전력을 차량측 부하(20)에 공급하도록 하여 이루어지는 차량용의 전원 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 스위칭 소자(11)가, 도통 상태에 있어서, 주행용 배터리(1)로부터 차량측 부하(20)에 전력을 공급하고, 또한 차량측 부하(20)로부터 주행용 배터리(1)에 전력을 공급 방향으로 통전할 수 있는 소자인 차량용의 전원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제어 회로(3)가 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 연속적으로, 또는 단계적으로 변화시켜서, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 차량용의 전원 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제어 회로(3)가 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 점차 작게 하여, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 차량용의 전원 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로(3)가, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(4)를 구비하고,
이 전압 검출 회로(4)에서 검출되는 병렬 컨덴서 전압으로, 반도체 스위칭 소자(11)의 온 저항을 제어하는 차량용의 전원 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 전압 검출 회로(4)가 검출하는 병렬 컨덴서 전압이 작은 상태에서의 온 저항을, 병렬 컨덴서 전압이 큰 상태보다 작게 제어하는 차량용의 전원 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로(3)는 반도체 스위칭 소자(11)의 온도를 검출하는 온도 검출 회로(6)를 구비하고,
상기 제어 회로(3)는 온도 검출 회로(6)가 검출하는 검출 온도가 높은 상태에서의 온 저항을 검출 온도가 낮은 상태에서의 온 저항보다 크게 제어하여, 차량측 부하(20)의 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 차량용의 전원 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주행용 배터리(1)의 출력측에 반도체 스위칭 소자(11)와 릴레이(7)를 접속하고 있고, 상기 제어 회로(3)가, 릴레이(7)를 온 상태로 하는 상태에서, 반도체 스위칭 소자(11)를 온 상태로 하여 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하는 차량용의 전원 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 반도체 스위칭 소자가 주행용 배터리(1)의 마이너스측에 접속되고, 상기 릴레이(7)가 주행용 배터리(1)의 플러스측에 접속되어 이루어지는 차량용의 전원 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 반도체 스위칭 소자(11)가 주행용 배터리(1)의 플러스측에 접속되고, 상기 릴레이(7)가 주행용 배터리(1)의 마이너스측에 접속되어 이루어지는 차량용의 전원 장치.
차량을 주행시키는 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2)와, 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고,
상기 출력 스위치(2)가, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 회로(8)를 병렬로 접속하여 이루어지는 메인 스위치(9)를 구비하고,
상기 프리차지 회로(8)가 프리차지 저항(12)과 사이리스터(thyristor; 14)의 직렬 회로이며, 상기 제어 회로(3)가 사이리스터(14)를 온으로 전환하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고 메인 스위치(9)를 온으로 전환하도록 하여 이루어지는 차량용의 전원 장치.
차량을 주행시키는 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2)와, 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고,
상기 출력 스위치(2)가, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 회로(8)를 병렬로 접속하여 이루어지는 메인 스위치(9)를 구비하고,
상기 프리차지 회로(8)가 프리차지 저항(12)과 프리차지 스위치(13)의 직렬 회로이며, 상기 메인 스위치(9)가 사이리스터(14)인 차량용의 전원 장치.
차량을 주행시키는 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)를, 병렬 컨덴서(23)를 가지는 차량측 부하(20)에 접속하는 출력 스위치(2)와, 이 출력 스위치(2)를 제어하는 제어 회로(3)를 구비하고,　
상기 출력 스위치(2)가, 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하는 프리차지 회로(8)를 병렬로 접속하여 이루어지는 메인 스위치(9)를 구비하고,
상기 프리차지 회로(8)는 프리차지 저항(12)과 사이리스터(14)의 직렬 회로이며, 상기 메인 스위치(9)는 사이리스터(14)이고,
상기 제어 회로(3)가 사이리스터(14)를 온으로 전환하여 병렬 컨덴서(23)를 프리차지하고 메인 스위치(9)의 사이리스터(14)를 온으로 전환하도록 하여 이루어지는 차량용의 전원 장치.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서
상기 주행용 배터리(1)와 직렬로 전류 차단 스위치(16)를 접속하고 있고, 상기 제어 회로(3)가, 메인 스위치(9)와 전류 차단 스위치(16)를 온 상태로 하여 주행용 배터리(1)를 차량측 부하(20)에 접속하는 차량용의 전원 장치.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서
상기 주행용 배터리(1)와 직렬로 서비스 플러그를 접속하여 이루어지는 차량용의 전원 장치.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 전원 장치를 탑재하는 차량.