JP2010119256A - 接続ユニットおよびそれを搭載する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電装置を搭載した車両に好適に使用でき、装置の部品数が抑制された接続ユニットおよびそれを搭載する車両を提供する。
【解決手段】接続ユニット３９Ｂは、バッテリＢＢ１の第１電極と車両負荷への第１給電線との間に接続されるリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１と、バッテリＢＢ１の第２電極と車両負荷への第２給電線との間に接続されるリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）と、バッテリＢＢ１の第２電極と第２給電線との間に直列に接続されるリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）および電流制限抵抗Ｒと、第１電極と同じ極性であるバッテリＢＢ２の電極と車両負荷への第１給電線との間に接続されるリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２と、第２電極と同じ極性であるバッテリＢＢ２の電極をバッテリＢＢ１の第２電極に接続する導線Ｗ１，Ｗ２とを備える。
【選択図】図７

Description

この発明は、接続ユニットおよびそれを搭載する車両に関し、特に複数の蓄電装置を切換えて使用する車両に用いられる接続ユニットに関する。

近年、環境にやさしい車両として、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等が開発され、実用化されている。これらの車両には、モータとそれを駆動するための蓄電装置が搭載されている。

特開２００８−１６７６２０号公報（特許文献１）は、外部から充電可能に構成された複数のバッテリを切換えて使用する車両の電源装置を開示する。
特開２００８−１６７６２０号公報 特開２００８−５６５８号公報 特開２００４−２８２８２２号公報

電気自動車では、１回の充電で走行可能な距離が長いことが望まれる。内燃機関と蓄電池およびモータを搭載するハイブリッド自動車でも、外部から蓄電池に充電可能にする構成を採用する場合には、同様に内燃機関を使わずに走行可能な距離が１回の充電当たり長いことが望まれる。

１回の充電で走行可能な距離を長くするためには、車両に搭載する電池のエネルギ量を増やす必要がある。このため、車両に複数の蓄電装置を搭載することが検討されている。電池セルを並列繋ぎにして搭載すると、必要な容量を確保することができるが、一部の電池のみが劣化し、搭載した電池の容量を使い切れない場合が考えられる。このため複数の電池を切換え可能に構成しておき、一方の電池を使い切ってから、他方の電池に繋ぎ換えれば両方の電池を均等に使い切ることができる。

しかしながら、電源を切換える場合には、電池１つ当たり従来と同様な接続ユニット（ジャンクションボックス）を設けるのでは、リレーの数が増加してしまい、重量やコスト面で問題となる。

この発明の目的は、複数の蓄電装置を搭載した車両に好適に使用でき、装置の部品数が抑制された接続ユニットおよびそれを搭載する車両を提供することである。

この発明は、要約すると、第１、第２の蓄電装置を車両負荷に接続する接続ユニットであって、第１の蓄電装置の第１電極と車両負荷への第１給電線との間に接続される第１リレーと、第１電極とは極性が異なる第１の蓄電装置の第２電極と車両負荷への第２給電線との間に接続される第２リレーと、第１の蓄電装置の第２電極と第２給電線との間に直列に接続される第３リレーおよび電流制限抵抗と、第１電極と同じ極性である第２の蓄電装置の電極と車両負荷への第１給電線との間に接続される第４リレーと、第２電極と同じ極性である第２の蓄電装置の電極を第２電極に接続する導線とを備える。

好ましくは、第１リレーの車両負荷側と第４リレーの車両負荷側とは、第１内部ノードで接続される。接続ユニットは、第１内部ノードと車両負荷との間に配置される、電流センサまたはフューズをさらに備える。

好ましくは、第３リレーおよび電流制限抵抗は、第２内部ノードと第３内部ノードとの間に直列接続される。第２リレーは、第２内部ノードと第３内部ノードとの間に接続される。接続ユニットは、第２、第３内部ノードのうちの車両負荷側に位置する方のノードと車両負荷との間に配置される電流センサまたはフューズをさらに備える。

この発明は、他の局面では、上記いずれの接続ユニットを搭載する車両である。

本発明によれば、接続ユニットの部品点数、重量およびコストも低減され、設置スペースが小さくなる。したがって、車両の生産に有利となる。

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１の主たる構成を示す図である。
図１を参照して、車両１は、蓄電装置であるバッテリＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２と、マスタ電池接続ユニット３９Ａと、スレーブ電池接続ユニット３９Ｂと、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂと、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＨと、電圧センサ１０Ａ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１３，２１Ａ，２１Ｂと、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２と、制御装置３０とを含む。

本実施の形態に示される車両の電源装置は、主蓄電装置であるバッテリＢＡと、モータジェネレータＭＧ１を駆動するインバータ１４に給電を行なう給電ラインＰＬ２と、バッテリＢＡと給電ラインＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２Ａと、互いに並列的に設けられた複数の副蓄電装置であるバッテリＢＢ１，ＢＢ２と、バッテリＢＢ１，ＢＢ２と給電ラインＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう昇圧コンバータ１２Ｂとを備える。

昇圧コンバータ１２Ｂは、バッテリＢＢ１，ＢＢ２のうちのいずれか１つに選択的に接続されて電圧変換を行なう。

副蓄電装置（ＢＢ１またはＢＢ２の一方）と主蓄電装置（ＢＡ）とは、たとえば、同時使用することにより給電ラインに接続される電気負荷（インバータ２２およびモータジェネレータＭＧ２）に許容された最大パワーを出力可能であるように蓄電可能容量が設定される。これによりエンジンを使用しないＥＶ（Electric Vehicle）走行において最大パワーの走行が可能である。副蓄電装置の蓄電状態が悪化したら、副蓄電装置を交換してさらに走行させればよい。そして副蓄電装置の電力が消費されてしまったら、主蓄電装置に加えてエンジンを使用することによって、副蓄電装置を使用しないでも最大パワーの走行を可能とすることができる。

また、このような構成とすることにより、昇圧コンバータ１２Ｂを複数の副蓄電装置で兼用するので、昇圧コンバータの数を蓄電装置の数ほど増やさなくて良くなる。複数の副蓄電装置が２つの場合が図１に示されているが、ＥＶ走行距離をさらに伸ばすには、バッテリＢＢ１，ＢＢ２に並列にさらにバッテリを追加すればよい。

この車両に搭載される蓄電装置は外部から充電が可能である。このために、車両１は、さらに、たとえばＡＣ１００Ｖの商用電源８に接続するためのバッテリ充電用コンバータ６を含む。バッテリ充電用コンバータ６は、交流を直流に変換するとともに電圧を調圧してバッテリに与える。なお、外部充電可能とするために、他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式や昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂを合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。

平滑用コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬ２間に接続される。電圧センサ２１Ａは、平滑用コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬＡを検出して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２Ａは、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬ２間に接続される。電圧センサ２１Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の両端間の電圧ＶＬＢを検出して制御装置３０に対して出力する。昇圧コンバータ１２Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧を昇圧する。

平滑用コンデンサＣＨは、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって昇圧された電圧ＶＨを平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧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２２は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構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。たとえば動力分割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。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。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。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構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。

電圧センサ１０Ａは、バッテリＢＡの端子間の電圧ＶＡを測定する。図示しないが、電圧センサ１０ＡとともにバッテリＢＡの充電状態を監視するために、バッテリＢＡに流れる電流を検知する電流センサが設けられている。バッテリＢＡとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

接地ラインＳＬ２は、後に説明するように昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの中を通ってインバータ１４および２２側に延びている。

電圧センサ１０Ｂ１は、バッテリＢＢ１の端子間の電圧ＶＢＢ１を測定する。電圧センサ１０Ｂ２は、バッテリＢＢ２の端子間の電圧ＶＢＢ２を測定する。図示しないが、電圧センサ１０Ｂ１，１０Ｂ２とともにバッテリＢＢ１，ＢＢ２の充電状態を監視するために、各バッテリに流れる電流を検知する電流センサが設けられている。バッテリＢＢ１，ＢＢ２としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

インバータ１４は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂ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１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂ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。

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。

インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。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１２Ａおよび１２Ｂの出力する直流電圧を三相交流電圧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１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂ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。

電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値および回転速度、電圧ＶＢＡ，ＶＢＢ１，ＶＢＢ２，ＶＬＡ，ＶＬＢ，ＶＨ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１２Ｂに対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵＢ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤＢおよび動作禁止を指示するシャットダウン信号を出力する。

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１２Ａ，１２Ｂ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を行なう制御信号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１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示を行なう制御信号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、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの出力である直流電圧を、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を行なう制御信号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１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ２とを出力する。

図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。
図１、図２を参照して、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、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２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、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２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、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２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。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、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の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＣ１と制御信号ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ２がそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

図３は、図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。
図１、図３を参照して、昇圧コンバータ１２Ａは、一方端が電源ラインＰＬ１Ａに接続されるリアクトルＬ１と、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との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。

なお、図１の昇圧コンバータ１２Ｂについても、電源ラインＰＬ１Ａに代えて電源ラインＰＬ１Ｂに接続される点が昇圧コンバータ１２Ａと異なるが、内部の回路構成については昇圧コンバータ１２Ａと同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図３には、昇圧コンバータに制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＵＡ，ＰＷＤＡと制御信号ＰＷＵＢ，ＰＷＤＢがそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

図４は、図１におけるマスタ電池接続ユニット３９Ａの構成を示す回路図である。
図４を参照して、マスタ電池接続ユニット３９Ａは、電源ラインＰＬ１ＡとバッテリＢＡの正極との間に配置され電流の導通および遮断の制御を行なうシステムメインリレーＭ−ＳＭＲ（Ｂ）と、接地ラインＳＬ２とバッテリＢＡの負極との間に接続され電流のオン／オフ制御を行なうシステムメインリレーＭ−ＳＭＲ（Ｇ）と、システムメインリレーＭ−ＳＭＲ（Ｇ）の両端のノードＮ１，Ｎ２との間に直列に接続される電流制限抵抗６２およびシステムメインリレーＭ−ＳＭＲ（Ｐ）とを含む。

接地ラインＳＬ２とノードＮ１との間にはフューズ５２および電流センサ５４が設けられる。電流センサ５４からの電流検出信号ＩＢＡはコネクタ５６を経由して図１の制御装置３０に送られる。

またコネクタ５８を経由して制御装置３０からシステムメインリレーＭ−ＳＭＲ（Ｂ），Ｍ−ＳＭＲ（Ｐ），Ｍ−ＳＭＲ（Ｇ）の導通制御を行なう信号ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ３が与えられる。さらにマスタ電池接続ユニット３９Ａには、バッテリＢＡと接続するためのコネクタ６０が設けられる。

システムメインリレーＭ−ＳＭＲ（Ｂ），Ｍ−ＳＭＲ（Ｐ），Ｍ−ＳＭＲ（Ｇ）は、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ３にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。

次に図１のスレーブ電池接続ユニット３９Ｂを説明する前にマスタ電池接続ユニット３９Ａと同様な構成を各電池に対して設けた検討例である接続ユニット１３９Ｂの構成について説明する。

図５は、検討例である接続ユニット１３９Ｂの構成を示した回路図である。
図５を参照して、接続ユニット１３９Ｂは、バッテリＢＢ１に対応して設けられる接続ユニット１４１と、バッテリＢＢ２に対応して設けられる接続ユニット１４２とを含む。接続ユニット１４１は、正極をオンオフ制御するためのシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１と、負極をオンオフ制御するためのシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）１，Ｓ−ＳＭＲ（Ｇ）１とを含む。

接続ユニット１４２は、正極をオンオフ制御するためのシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２と、負極をオンオフ制御するためのシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）２，Ｓ−ＳＭＲ（Ｇ）２とを含む。

接続ユニット１４１および１４２はともに電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬ２との接続される。

図６は、図５に示した接続ユニット１３９Ｂを用いて、使用するバッテリをバッテリＢＢ１からバッテリＢＢ２に切換える場合の切換シーケンスを示した動作波形図である。

図５、図６を参照して、時刻ｔ１〜ｔ８はバッテリＢＢ１が使用される期間であり、時刻ｔ９〜ｔ１６はバッテリＢＢ２が使用される期間である。

時刻ｔ１においてまずシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）１がオフ状態からオン状態に変更される。続いて時刻ｔ２においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１がオフ状態からオン状態に変更される。そしてコンデンサＣ２のプリチャージが終了すると時刻ｔ３においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）１がオフ状態からオン状態に変更される。そして時刻ｔ４においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）１はオフ状態に設定される。時刻ｔ４〜ｔ５においてはバッテリＢＢ１から放電が行なわれて、負荷であるインバータ１４，２２やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が運転される。

バッテリＢＢ１の蓄電状態が低下すると、バッテリＢＢ１を切離す処理が開始される。
まず時刻ｔ５においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）１がオフ状態からオン状態に変更され、続いて時刻ｔ６においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）１がオン状態からオフ状態に変更される。そして時刻ｔ７においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１がオン状態からオフ状態に変更され、さらに時刻ｔ８においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）１がオン状態からオフ状態に変更される。以上によってバッテリＢＢ１の切離しが終了する。

続いてバッテリＢＢ２に対してバッテリＢＢ１と同様な接続処理および切離し処理が行なわれる。

時刻ｔ９においてまずシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）２がオフ状態からオン状態に変更される。続いて時刻ｔ１０においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２がオフ状態からオン状態に変更される。そしてコンデンサＣ２のプリチャージが終了すると時刻ｔ１１においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）２がオフ状態からオン状態に変更される。そして時刻ｔ１２においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）２はオフ状態に設定される。時刻ｔ１２〜ｔ１３においてはバッテリＢＢ２から放電が行なわれて、負荷であるインバータ１４，２２やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が運転される。

車両が目的地に到着したりして、運転者が車両の停止操作を行なうと、バッテリＢＢ２を切離す処理が開始される。

まず時刻ｔ１３においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）２がオフ状態からオン状態に変更され、続いて時刻ｔ１４においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）２がオン状態からオフ状態に変更される。そして時刻ｔ１５においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２がオン状態からオフ状態に変更され、さらに時刻ｔ１６においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）２がオン状態からオフ状態に変更される。以上によってバッテリＢＢ２の切離しが終了する。

以上説明した図５の検討例の構成でもバッテリＢＢ１，ＢＢ２の切換処理は可能である。しかしながら、図５に示されるように、接続ユニット１３９Ｂにはシステムメインリレーが６個配置され、電流センサおよびフューズも二重に配置されている。したがってさらに簡素な構成とすることが好ましい。

図７は、本実施の形態で用いられる図１のスレーブ電池接続ユニット３９Ｂの構成を示した回路図である。

図７を参照して、スレーブ電池接続ユニット３９Ｂは、バッテリＢＢ１の正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に流れる電流のオンオフ制御を行なうシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１と、バッテリＢＢ１の負極と接地ラインＳＬ２との間に接続されるシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）と、ノードＮ１２，Ｎ１３との間でシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）と並列接続される電流制限抵抗ＲおよびシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）とを含む。

スレーブ電池接続ユニット３９Ｂは、さらに、バッテリＢＢ２の正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に流れる電流のオンオフ制御を行なうシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２を含む。システムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１の車両負荷側とシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２の車両負荷側はノードＮ１１にともに接続され、ノードＮ１１はノードＮ１４と接続されノードＮ１４と電源ラインＰＬ１Ｂとの間の電流経路には電流センサ７４が設けられている。またノードＮ１４はバッテリ充電用コンバータ６に接続するためのコネクタ８０に接続されその途中にはフューズ７８が設けられている。

システムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）の車両負荷側とシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）の車両負荷側とはノードＮ１２にともに接続されている。ノードＮ１２はノードＮ１５と接続されノードＮ１５と接地ラインＳＬ２との間にはフューズ７２が設けられている。またノードＮ１５はバッテリ充電用コンバータ６に接続するためのコネクタ８０に接続されている。

システムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）のバッテリ側は電流制限抵抗Ｒを介してノードＮ１３に接続される。システムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）のバッテリ側はやはりノードＮ１３に接続される。バッテリＢＢ１の負極とノードＮ１３とは配線Ｗ１によって接続され、バッテリＢＢ２の負極とノードＮ１３とは配線Ｗ２で接続される。

スレーブ電池接続ユニット３９Ｂは、さらに、電流センサ７４の出力信号ＩＢＢを取出すためのコネクタ７６と、システムメインリレーの導通制御信号ＣＯＮＴ４〜ＣＯＮＴ７を入力するためのコネクタ８２と、バッテリＢＢ１を接続するためのコネクタ８４と、バッテリＢＢ２を接続するためのコネクタ８６と、バッテリ充電用コンバータ６を接続するためのコネクタ８０とを含む。

システムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１，Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）２，Ｓ−ＳＭＲ（Ｐ），Ｓ−ＳＭＲ（Ｇ）は、制御装置３０から与えられる制御信号ＣＯＮＴ４〜ＣＯＮＴ７にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。

図８は、スレーブ電池接続ユニット３９Ｂを用いてバッテリＢＢ１からバッテリＢＢ２への接続切換を行なう場合の動作波形図である。

図７、図８を参照して、時刻ｔ１〜ｔ８はバッテリＢＢ１が使用される期間であり、時刻ｔ９〜ｔ１６はバッテリＢＢ２が使用される期間である。

時刻ｔ１においてまずシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）がオフ状態からオン状態に変更される。続いて時刻ｔ２においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１がオフ状態からオン状態に変更される。そしてコンデンサＣ２のプリチャージが終了すると時刻ｔ３においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）がオフ状態からオン状態に変更される。そして時刻ｔ４においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）はオフ状態に設定される。時刻ｔ４〜ｔ５においてはバッテリＢＢ１から放電が行なわれて、負荷であるインバータ１４，２２やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が運転される。

バッテリＢＢ１の蓄電状態が低下すると、バッテリＢＢ１を切離す処理が開始される。
まず時刻ｔ５においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）がオフ状態からオン状態に変更され、続いて時刻ｔ６においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）がオン状態からオフ状態に変更される。そして時刻ｔ７においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）１がオン状態からオフ状態に変更され、さらに時刻ｔ８においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）がオン状態からオフ状態に変更される。以上によってバッテリＢＢ１の切離しが終了する。

続いてバッテリＢＢ２に対してバッテリＢＢ１と同様な接続処理および切離し処理が行なわれる。

時刻ｔ９においてまずシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）がオフ状態からオン状態に変更される。続いて時刻ｔ１０においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２がオフ状態からオン状態に変更される。そしてコンデンサＣ２のプリチャージが終了すると時刻ｔ１１においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）がオフ状態からオン状態に変更される。そして時刻ｔ１２においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）はオフ状態に設定される。時刻ｔ１２〜ｔ１３においてはバッテリＢＢ２から放電が行なわれて、負荷であるインバータ１４，２２やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が運転される。

車両が目的地に到着したりして、運転者が車両の停止操作を行なうと、バッテリＢＢ２を切離す処理が開始される。

まず時刻ｔ１３においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）がオフ状態からオン状態に変更され、続いて時刻ｔ１４においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｇ）がオン状態からオフ状態に変更される。そして時刻ｔ１５においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｂ）２がオン状態からオフ状態に変更され、さらに時刻ｔ１６においてシステムメインリレーＳ−ＳＭＲ（Ｐ）がオン状態からオフ状態に変更される。以上によってバッテリＢＢ２の切離しが終了する。

以上説明したように、２つ以上のハイブリッド自動車用バッテリを搭載する車両において、システムメインリレーを６つから４つに減らすことが可能となり部品点数の削減および重量の減少ひいてはコストの削減をすることが可能となる。

最後に、図１、図７等を参照して本実施の形態について総括する。バッテリＢＢ１，ＢＢ２を車両負荷に接続する接続ユニット３９Ｂは、バッテリＢＢ１の第１電極と車両負荷への第１給電線との間に接続される第１リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）１）と、第１電極とは極性が異なるバッテリＢＢ１の第２電極と車両負荷への第２給電線との間に接続される第２リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｇ））と、バッテリＢＢ１の第２電極と第２給電線との間に直列に接続される第３リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｐ））および電流制限抵抗Ｒと、第１電極と同じ極性であるバッテリＢＢ２の電極と車両負荷への第１給電線との間に接続される第４リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）２）と、第２電極と同じ極性であるバッテリＢＢ２の電極をバッテリＢＢ１の第２電極に接続する導線（Ｗ１，Ｗ２）とを備える。

好ましくは、第１リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）１）の車両負荷側と第４リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）２）の車両負荷側とは、第１内部ノードＮ１１で接続される。接続ユニット３９Ｂは、第１内部ノードＮ１１と車両負荷への電源ラインＰＬ１Ｂとの間に配置される、電流センサ７４をさらに備える。またはフューズ７２を内部ノードＮ１４と車両負荷への電源ラインＰＬ１Ｂとの間に配置しても良い。

好ましくは、第３リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｐ））および電流制限抵抗Ｒは、第２内部ノードＮ１２と第３内部ノードＮ１３との間に直列接続される。第２リレー（Ｓ−ＳＭＲ（Ｇ））は、第２内部ノードＮ１２と第３内部ノードＮ１３との間に接続される。接続ユニット３９Ｂは、第２、第３内部ノードＮ１２，Ｎ１３のうちの車両負荷側に位置する方のノードＮ１２と車両負荷への接地ラインＳＬ２との間に配置されるフューズ７２をさらに備える。または電流センサ７４を内部ノードＮ１５と車両負荷への接地ラインＳＬ２との間に配置しても良い。

なお、本実施の形態では、複数のバッテリの負極側のリレーＳ−ＳＭＲＧを共用する構成を例として図７に示した。しかし、複数のバッテリの正極側のリレーＳ−ＳＭＲＢを共用し、負極側のリレーＳ−ＳＭＲＧを複数のバッテリに個別に設けるようにしても良い。その場合は、好ましくは、制限抵抗Ｒに接続されているリレーＳ−ＳＭＲＰも負極側に移して共用すると良い。さらに、電流センサやフューズも負極側に移すとより好ましい。

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１の主たる構成を示す図である。 図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。 図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。 図１におけるマスタ電池接続ユニット３９Ａの構成を示す回路図である。 検討例である接続ユニット１３９Ｂの構成を示した回路図である。 図５に示した接続ユニット１３９Ｂを用いて、使用するバッテリをバッテリＢＢ１からバッテリＢＢ２に切換える場合の切換シーケンスを示した動作波形図である。 本実施の形態で用いられる図１のスレーブ電池接続ユニット３９Ｂの構成を示した回路図である。 スレーブ電池接続ユニット３９Ｂを用いてバッテリＢＢ１からバッテリＢＢ２への接続切換を行なう場合の動作波形図である。

符号の説明

１ 車両、２ 車輪、３ 動力分割機構、４ エンジン、６ バッテリ充電用コンバータ、８ 商用電源、１０Ａ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１３，２１Ａ，２１Ｂ 電圧センサ、１２Ａ，１２Ｂ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２４，２５，５４，７４ 電流センサ、３０ 制御装置、３９Ａ，３９Ｂ，１３９Ｂ，１４１，１４２ 接続ユニット、５２，７２，７８ フューズ、５６，５８，６０，７６，８０，８２，８４，８６ コネクタ、６２，Ｒ 電流制限抵抗、ＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２，ＣＨ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ−ＳＭＲ（Ｂ），Ｍ−ＳＭＲ（Ｐ），Ｍ−ＳＭＲ（Ｇ），Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）１，Ｓ−ＳＭＲ（Ｂ）２，Ｓ−ＳＭＲ（Ｐ），Ｓ−ＳＭＲ（Ｇ） システムメインリレー、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１Ａ，ＰＬ１Ｂ 電源ライン、ＰＬ２ 給電ライン、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＳＬ２ 接地ライン、Ｗ１，Ｗ２ 配線。

Claims (4)

1. 第１、第２の蓄電装置を車両負荷に接続する接続ユニットであって、
   前記第１の蓄電装置の第１電極と前記車両負荷への第１給電線との間に接続される第１リレーと、
   前記第１電極とは極性が異なる前記第１の蓄電装置の第２電極と前記車両負荷への第２給電線との間に接続される第２リレーと、
   前記第１の蓄電装置の前記第２電極と前記第２給電線との間に直列に接続される第３リレーおよび電流制限抵抗と、
   前記第１電極と同じ極性である前記第２の蓄電装置の電極と前記車両負荷への前記第１給電線との間に接続される第４リレーと、
   前記第２電極と同じ極性である前記第２の蓄電装置の電極を前記第２電極に接続する導線とを備える、接続ユニット。
2. 前記第１リレーの前記車両負荷側と前記第４リレーの前記車両負荷側とは、第１内部ノードで接続され、
   前記接続ユニットは、
   前記第１内部ノードと前記車両負荷との間に配置される、電流センサまたはフューズをさらに備える、請求項１に記載の接続ユニット。
3. 前記第３リレーおよび前記電流制限抵抗は、第２内部ノードと第３内部ノードとの間に直列接続され、
   前記第２リレーは、前記第２内部ノードと前記第３内部ノードとの間に接続され、
   前記第２、第３内部ノードのうちの前記車両負荷側に位置する方のノードと前記車両負荷との間に配置される電流センサまたはフューズをさらに備える、請求項１に記載の接続ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の接続ユニットを搭載する車両。

Images