JP2007259584A

JP2007259584A - 車両の電源装置

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Publication number: JP2007259584A
Application number: JP2006080531A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Katsuta; 敏宏勝田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】リレー接続時の突入電流が低減された車両の電源装置を提供する。
【解決手段】車両の電源装置は、高圧バッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬとを接続するリレーＳＭＲＧと、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続されるコンデンサＣ１と、高圧バッテリＢ１よりも電源電圧が低い補機バッテリＢ２と、補機バッテリＢ２の電圧を変換して電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ間に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧのうち一方のリレーを接続した状態で、高圧バッテリＢ１の電圧とコンデンサＣ１の端子間電圧との電位差を求め、電位差が所定値より小さい場合にリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧのうち他方のリレーの接続を指示する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の電源装置に関し、特に高圧電池と低圧電池とを備える車両の電源装置に関する。

駆動力源としてモータを備える電気自動車およびハイブリッド車両が近年注目されている。これらの車両では、モータに電力を供給するために比較的電圧の高いバッテリが搭載されており、バッテリとモータとの間には電源の接続および遮断を行なうためにリレーが配置されている。

電源投入時には、リレーが動作されて電力がモータに対して供給されることになるが、リレーをオンする際に平滑コンデンサのプリチャージのために大電流が流れると、可動接点と固定接点との間に放電が発生して接点が溶着する場合がある。リレー接点が溶着した場合には、電源を遮断できないという問題が発生する。

従来、ハイブリッド自動車では、リレー接続時に大電流が流れるのを避けるため、平滑コンデンサのプリチャージ時に抵抗によって電流制限を行ない、プリチャージ後は抵抗をスイッチによって切離していた。

これに対し、たとえば特許第３６２５７８９号明細書（特許文献１）に示されるように、ハイブリッド自動車等では、システム起動時に低電圧の補機バッテリの直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータによって高電圧の直流電流に変換し、平滑コンデンサのプリチャージを実行してから高圧バッテリとリレーで接続する技術を開示する。
特許第３６２５７８９号明細書特開平６−３８３６７号公報特開平１０−１６４７０９号公報特開平９−１０３０３０号公報特開平５−３３６６１１号公報特開２００２−２８１６８９号公報

しかしながら、特許第３６２５７８９号明細書（特許文献１）に開示された技術では、高圧バッテリを接続する際に、電源ライン側リレーと接地ライン側リレーとを同時に接続している。このため、平滑コンデンサの電圧を高圧バッテリ電圧と比較してプリチャージ完了を判断する際に、基準電位が別々であるので、電圧を合わせる際に誤差が大きくなる。電圧の誤差が大きくなると、リレー接続時の突入電流が大きくなってしまう。

この発明の目的は、リレー接続時の突入電流が低減された車両の電源装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、高圧電池と、負荷回路に電力供給を行なう電源ラインおよび接地ラインと、高圧電池の正極と電源ラインとを接続する第１のリレーと、高圧電池の負極と接地ラインとを接続する第２のリレーと、電源ラインと接地ラインとの間に接続されるコンデンサと、高圧電池よりも電源電圧が低い低圧電池と、低圧電池の電圧を変換して電源ラインおよび接地ライン間に供給する電圧変換回路と、第１、第２のリレーおよび電圧変換回路の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、第１、第２のリレーのうち一方のリレーを接続した状態で、高圧電池の電圧とコンデンサの端子間電圧との電位差を求め、電位差が所定値より小さい場合に第１、第２のリレーのうち他方のリレーの接続を指示する。

好ましくは、電圧変換回路は、一次側が低圧電池から電力を受け、２次側が電源ラインと接地ラインの間に電力を供給するトランスを含む。制御装置は、電圧変換装置を用いて低圧電池の電圧を昇圧し、昇圧電圧をコンデンサに供給する際に、定電力制御を行なう。

好ましくは、電圧変換回路は、一次側が低圧電池から電力を受け、二次側が電源ラインと接地ラインの間に電力を供給するトランスを含む。制御装置は、電圧変換装置を用いて低圧電池の電圧を昇圧し、昇圧電圧をコンデンサに供給する際に、定電流制御を行なう。

好ましくは、電圧変換回路は、一次側が低圧電池から電力を受け、二次側が電源ラインと接地ラインの間に電力を供給するトランスを含む。制御装置は、電圧変換装置を用いて低圧電池の電圧を昇圧し、昇圧電圧をコンデンサに供給する際に、定電力制御および定電流制御を組合せて行なう。

好ましくは、電圧変換回路は、低圧電池から電力を受けて交流電流を発生するブリッジ回路と、一次側がブリッジ回路から電力を受けるトランスと、トランスの二次側に生じる交流電流を整流する整流回路とを含む。制御装置は、一方のリレーを接続してから他方のリレーを接続するまでの間、高圧電池の電圧と電源ラインの電圧との差に応じて電圧変換装置の制御状態を切換える。

より好ましくは、制御装置は、電圧変換装置の制御状態の切換えとして、電圧変換装置の目標電圧指令値を段階的に上昇させる。

好ましくは、制御装置は、一方のリレーおよび他方のリレーと第１、第２のリレーとの対応関係を定期的に入れ替える。

本発明によれば、リレー接続時の突入電流が低減され、車両の電源装置の故障が低減され寿命が長くなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
図１を参照して、車両１００は、バッテリユニット４０と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分配機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１の回転シャフトを中空にし、その中をエンジン４の動力シャフトを貫通させることでモータジェネレータＭＧ２、動力分配機構３、モータジェネレータＭＧ１、エンジン４を直線上に配置することができる。

なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は車輪２に図示しない減速ギヤや差動ギヤによって結合されている。また動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

バッテリユニット４０は、高圧バッテリＢ１と、高圧バッテリＢ１の負極に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＧと、高圧バッテリＢ１の正極に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＢとを含む。システムメインリレーＳＭＲＧ，ＳＭＲＢは、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。

高圧バッテリＢ１としては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などを用いることができる。

バッテリユニット４０は、さらに、サービスカバーを開くと高電圧を遮断するサービスプラグＳＰと、サービスプラグＳＰと直列に高圧バッテリＢ１に接続されるフューズＦと、高圧バッテリＢ１の端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、高圧バッテリＢ１に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。

車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続される平滑コンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する電圧センサ２１と、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ２と、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する電圧センサ１３と、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力するインバータ１４とを含む。

昇圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジン４を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

車両１００は、さらに、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続されるインバータ２２を含む。

インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

車両１００は、さらに、ヘッドランプ等の補機類５２と、１２Ｖの補機バッテリＢ２と、電源ラインＰＬ１と補機バッテリＢ２および補機類５２との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる降圧指示ＰＷＤ２に応じて、電源ラインＰＬ２の電圧を降圧して補機バッテリＢ２への充電や補機類５２への電力供給を行なうことが可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる昇圧指示ＰＷＵ２に応じて、補機バッテリＢ２の電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に対して供給することも可能である。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。

そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ１，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤ１および動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

また制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ２，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤ２を出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

すなわち、本実施の形態に係る車両の電源装置は、高圧バッテリＢ１と、負荷回路の一つである昇圧コンバータ１２に電力供給を行なう電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬと、高圧バッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１とを接続するシステムメインリレーＳＭＲＢと、高圧バッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬとを接続するシステムメインリレーＳＭＲＧと、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される平滑コンデンサＣ１と、高圧バッテリＢ１よりも電源電圧が低い補機バッテリＢ２と、補機バッテリＢ２の電圧を変換して電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ間に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧおよびＤＣ／ＤＣコンバータ５０の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧのうち一方のリレーを接続した状態で、高圧バッテリＢ１の電圧ＶＢと平滑コンデンサＣ１の端子間の電圧ＶＬとの電位差を求め、電位差が所定値より小さい場合にシステムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧのうち他方のリレーの接続を指示する。

始動指示の信号ＩＧＯＮに応じて高圧バッテリＢ１を負荷回路に接続する際、リレー接続時に大電流が流れるのを避けるため、従来は、平滑コンデンサのプリチャージ時に抵抗によって電流制限を行ない、プリチャージ後は抵抗をスイッチによって切離していた。

これに対して、本実施の形態の車両の電源装置は、補機バッテリＢ２の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ５０を用いて昇圧して電源ラインＰＬ１に供給し、平滑コンデンサＣ１およびＣ２のプリチャージを行なう。

プリチャージの際に一方のリレーを接続した状態にすることで、電圧センサ１０と電圧センサ２１の基準電位が共通となるので、電圧ＶＢと電圧ＶＬの比較を行なう精度が向上する。電圧ＶＢと電圧ＶＬの差がリレー接続の許容電圧となった場合にプリチャージが停止され、接続していなかった他方のリレーが接続される。この他方のリレーの接続の際の突入電流を極めて少なくすることが可能となる。

図２は、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ５０の昇圧に関する構成を示した回路図である。
図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、補機バッテリＢ２から電力を受けて交流電流を発生するブリッジ回路と、一次側がブリッジ回路から電力を受けるトランスＴ１と、トランスＴ１の二次側に生じる交流電流を整流する整流回路とを含む。

ブリッジ回路は、補機バッテリＢ２にコレクタが接続されたトランジスタＱ１１と、トランジスタＱ１１のエミッタにコレクタが接続され、ボディアースにエミッタが接続されたトランジスタＱ１２と、補機バッテリＢ２にコレクタが接続されたトランジスタＱ１３と、トランジスタＱ１３のエミッタにコレクタが接続され、ボディアースにエミッタが接続されたトランジスタＱ１４とを含む。トランジスタＱ１１〜Ｑ１４の各ベースは、図１の制御装置３０によって昇圧指示ＰＷＵ２が与えられるとスイッチング制御される。トランジスタＱ１１〜Ｑ１４の各ベースは、図１の制御装置３０によって降圧指示ＰＷＤ２が与えられるときには、非活性に制御される。

トランスＴ１は、一方端がトランジスタＱ１１のエミッタに接続され他方端がトランジスタＱ１３のエミッタに接続される一次側コイルＬ２と、直列接続された二次側コイルＬ３，Ｌ４と、一次側コイルと二次側コイルとを電磁的に結合する鉄心とを含む。

整流回路は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２と、鉄心入りコイルＬ５と、平滑コンデンサＣ３とを含む。ダイオードＤ１１、Ｄ１２の各カソードは共にコイルＬ５の一方端と接続される。ダイオードＤ１１のアノードは、二次側コイルＬ３の一方端に接続される。ダイオードＤ１２のアノードは、二次側コイルＬ４の一方端に接続される。二次側コイルＬ３の他方端と二次側コイルＬ４の他方端は共に接地ラインＳＬに接続される。コイルＬ５の他方端は電源ラインＰＬ１に接続される。平滑コンデンサＣ３は電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

なお、図示しないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、電源ラインＰＬ１側から補機バッテリＢ２側に向かって降圧動作を行なう構成も有している。この構成は、図２に示した構成と同じ構成において、平滑コンデンサＣ３側に補機バッテリＢ２が接続され、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４側に電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとが接続される。

図３は、図１における制御装置３０で実行されるリレーおよびプリチャージ制御に関するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。制御装置３０は、起動指示ＩＧＯＮを受け付けるとこのフローチャートの処理を所定のメインルーチンから呼び出してプリチャージが完了するまで繰り返し実行する。

図４は、プリチャージ処理が完了するまでの動作を説明するための動作波形図である。
図１、図３を参照して、まずステップＳ１において制御装置３０は、システムメインリレーを一方だけ導通させる。たとえばシステムメインリレーＳＭＲＧのみを導通させ、システムメインリレーＳＭＲＢは開放状態を維持する。このようにすることで、電圧センサ１０と電圧センサ２１の基準電位が共通となり、電圧ＶＢと電圧ＶＬの比較を行なう精度が向上する。図４の動作波形図では、時刻ｔ１においてシステムメインリレーＳＭＲＢはオフ状態に維持されたままシステムメインリレーＳＭＲＧがオフ状態からオン状態に遷移している。

続いて、ステップＳ２では、制御装置３０は、電圧センサ１０と電圧センサ２１から電圧ＶＢおよびＶＬを読み取り、その差がしきい値Ｖｔｈ１より大きいか否かを判断する。図４の動作波形図では、時刻ｔ１〜ｔ２においてこの判断が行なわれており、ＶＢ−ＶＬ＞Ｖｔｈ１が成立しているので、ステップＳ３に処理が進む。

ステップＳ３ではＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制御を状態Ａとする。たとえば、状態Ａは、目標電圧をＶＢ−Ｖｔｈ１付近に設定した定電力制御である。定電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力最大定格電力に基づいて決定される。これにより、電圧ＶＬは電圧ＶＢ−Ｖｔｈ１付近まで速やかに上昇する。ステップＳ３が終了するとステップＳ９において制御は一旦メインルーチンに移され、再びステップＳ１から処理処理が繰り返し行なわれる結果、時刻ｔ１〜ｔ２の間はＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制御は状態Ａのまま維持される。

そして図４の時刻ｔ２では、ＶＢ−ＶＬ＞Ｖｔｈ１が成立しなくなった結果、処理はステップＳ２からステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、制御装置３０は、電圧センサ１０と電圧センサ２１からそれぞれ読み取った電圧ＶＢおよびＶＬの差がしきい値Ｖｔｈ２より大きいか否かを判断する。

図４の時刻ｔ２〜ｔ３の間は、ステップＳ４においてＶＢ−ＶＬ＞Ｖｔｈ２が成立しているのでステップＳ５に処理が進む。

ステップＳ５ではＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制御を状態Ｂとする。たとえば、状態Ｂは、目標電圧をＶＢ−Ｖｔｈ２付近に設定した定電力制御である。定電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力最大定格電力に基づいて決定される。これにより、電圧ＶＬは電圧ＶＢ−Ｖｔｈ２付近まで速やかに上昇する。ステップＳ５が終了するとステップＳ９において制御は一旦メインルーチンに移され、再びステップＳ１から処理が繰り返し行なわれる結果、時刻ｔ２〜ｔ３の間はＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制御は状態Ｂが継続される。

そして図４の時刻ｔ３では、ＶＢ−ＶＬ＞Ｖｔｈ２が成立しなくなった結果、処理はステップＳ４からステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、制御装置３０は、電圧センサ１０と電圧センサ２１からそれぞれ読み取った電圧ＶＢおよびＶＬの差がしきい値Ｖｔｈ３より大きいか否かを判断する。

図４の時刻ｔ３〜ｔ４の間は、ステップＳ６においてＶＢ−ＶＬ＞Ｖｔｈ３が成立しているのでステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ７ではＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制御を状態Ｃとする。たとえば、状態Ｃは、目標電圧をＶＢ−Ｖｔｈ３付近に設定した定電流制御である。定電流は、電圧ＶＬが目標電圧を超えてオーバーシュートが起こらない程度の値に決定される。これにより、電圧ＶＬは電圧ＶＢ−Ｖｔｈ３付近までややゆっくりと上昇する。ステップＳ７が終了するとステップＳ９において制御は一旦メインルーチンに移され、再びステップＳ１から処理が繰り返し行なわれる結果、時刻ｔ３〜ｔ４の間はＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制御は状態Ｃが継続される。

そして図４の時刻ｔ４では、ＶＢ−ＶＬ＞Ｖｔｈ３が成立しなくなった結果、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２のプリチャージが完了したと判断され、処理はステップＳ６からステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、制御装置３０は、システムメインリレーの導通させていなかった他方のリレーであるシステムメインリレーＳＭＲＢを導通させる。そして、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の昇圧動作を停止させ、ステップＳ９において制御はメインルーチンに移される。

すなわち、図４に示すように、制御装置３０は、一方のリレーを接続してから他方のリレーを接続するまでの間、高圧バッテリＢ１の電圧と電源ラインＰＬ１の電圧との差に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の制御状態を状態Ａから状態Ｂ、状態Ｂから状態Ｃへと切換える。

制御状態は種々の組合せが考えられる。たとえば、状態Ａ〜Ｃを全て定電力制御とし、電力値を段階的に小さくしてもよい。また、たとえば、状態Ａ〜Ｃを全て定電流制御とし、電流値を段階的に小さくしてもよい。

また、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の制御状態の切換えとして、電圧ＶＢと電圧ＶＬとの差に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の目標電圧指令値を段階的に上昇させてもよい。

以上説明したように、本実施の形態の車両の電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の動作前に、２つのシステムメインリレーのうちまず一方を接続する。リレーを全く接続していないと、高圧バッテリに対し、基準不定のコンデンサ電圧となり好ましくない。したがってリレーの一方を接続することによりコンデンサ充電の際の基準を明確にする。

また、高圧バッテリの電圧ＶＢを取得し、充電の目標電圧を決定している。これにより、充電終了時のリレー接続時のリレー接点やフューズ等へのダメージが軽減される。

ＤＣ／ＤＣコンバータとしては絶縁型のトランス内蔵のものを用い、制御方法としては、電力一定としたり、または電流一定としたり、または定電流制御と定電力制御を組合せたりして行なう。

さらに、充電を他段階に分けて充電方法（ＤＣ／ＤＣコンバータの制御状態）を切換えて、精度を確保する。

そして、目標電圧に到達した後に他方のリレーを接続するので、負荷側に流れる突入電流を低減させ、リレー接続時の接点へのダメージを極めて少なくすることができる。

なお、本実施の形態では、接地側のシステムメインリレーＳＭＲＧを先に接続し、接地側のシステムメインリレーＳＭＲＢを後で接続したが、接続する順序は逆でもよい。

また、接続する順序は固定されている必要もなく、適宜入れ替えても良い。すなわち、制御装置３０は、先に導通させるリレーおよび後に導通させるリレーとシステムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧとの対応関係を定期的に入れ替える。先に接続するリレーには接続時の電流が流れないのでダメージが少なく、後から接続するリレーには多少の電流が流れるのでわずかなダメージが生じる。したがって、接続順を適宜入れ替える（たとえばシステム起動ごとに入れ替える）ことで、２つのリレーのダメージを平均化させることができ、さらなるリレーの長寿命が得られる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。図１のＤＣ／ＤＣコンバータ５０の昇圧に関する構成を示した回路図である。図１における制御装置３０で実行されるリレーおよびプリチャージ制御に関するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。プリチャージ処理が完了するまでの動作を説明するための動作波形図である。

符号の説明

２車輪、３動力分配機構、４エンジン、１０，１３，２１電圧センサ、１１，２４電流センサ、１２昇圧コンバータ、１４，２２インバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、３０制御装置、４０バッテリユニット、５０ＤＣ／ＤＣコンバータ、５２補機類、１００車両、Ｂ１高圧バッテリ、Ｂ２補機バッテリ、Ｃ１〜Ｃ３平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１，Ｄ１２ダイオード、Ｆフューズ、Ｌ１リアクトル、Ｌ２一次側コイル、Ｌ３，Ｌ４二次側コイル、Ｌ５コイル、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ＩＧＢＴ素子、Ｑ１１〜Ｑ１４トランジスタ、ＳＭＲＧ，ＳＭＲＢシステムメインリレー、ＳＰサービスプラグ、Ｔ１トランス。

Claims

高圧電池と、
負荷回路に電力供給を行なう電源ラインおよび接地ラインと、
前記高圧電池の正極と前記電源ラインとを接続する第１のリレーと、
前記高圧電池の負極と前記接地ラインとを接続する第２のリレーと、
前記電源ラインと前記接地ラインとの間に接続されるコンデンサと、
前記高圧電池よりも電源電圧が低い低圧電池と、
前記低圧電池の電圧を変換して前記電源ラインおよび前記接地ライン間に供給する電圧変換回路と、
前記第１、第２のリレーおよび前記電圧変換回路の制御を行なう制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１、第２のリレーのうち一方のリレーを接続した状態で、前記高圧電池の電圧と前記コンデンサの端子間電圧との電位差を求め、前記電位差が所定値より小さい場合に前記第１、第２のリレーのうち他方のリレーの接続を指示する、車両の電源装置。
前記電圧変換回路は、
一次側が前記低圧電池から電力を受け、２次側が前記電源ラインと前記接地ラインの間に電力を供給するトランスを含み、
前記制御装置は、前記電圧変換装置を用いて前記低圧電池の電圧を昇圧し、昇圧電圧を前記コンデンサに供給する際に、定電力制御を行なう、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記電圧変換回路は、
一次側が前記低圧電池から電力を受け、二次側が前記電源ラインと前記接地ラインの間に電力を供給するトランスを含み、
前記制御装置は、前記電圧変換装置を用いて前記低圧電池の電圧を昇圧し、昇圧電圧を前記コンデンサに供給する際に、定電流制御を行なう、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記電圧変換回路は、
一次側が前記低圧電池から電力を受け、二次側が前記電源ラインと前記接地ラインの間に電力を供給するトランスを含み、
前記制御装置は、前記電圧変換装置を用いて前記低圧電池の電圧を昇圧し、昇圧電圧を前記コンデンサに供給する際に、定電力制御および定電流制御を組合せて行なう、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記電圧変換回路は、
前記低圧電池から電力を受けて交流電流を発生するブリッジ回路と、
一次側が前記ブリッジ回路から電力を受けるトランスと、
前記トランスの二次側に生じる交流電流を整流する整流回路とを含み、
前記制御装置は、前記一方のリレーを接続してから前記他方のリレーを接続するまでの間、前記高圧電池の電圧と前記電源ラインの電圧との差に応じて前記電圧変換装置の制御状態を切換える、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記制御装置は、前記電圧変換装置の制御状態の切換えとして、前記電圧変換装置の目標電圧指令値を段階的に上昇させる、請求項５に記載の車両の電源装置。
前記制御装置は、前記一方のリレーおよび前記他方のリレーと前記第１、第２のリレーとの対応関係を定期的に入れ替える、請求項１に記載の車両の電源装置。