JP2010213503A

JP2010213503A - 電力供給装置および方法

Info

Publication number: JP2010213503A
Application number: JP2009058241A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hirobe; 直樹廣部; Keiichi Nagayama; 恵一永山; Hiroyuki Sueyasu; 宏行末安; Yusaku Ido; 勇作井戸; Koji Hachiya; 孝治蜂谷; Yasushi Nakao; 裕史中尾
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】車両に設けられている充電器の出力系統を増やさずに、外部から充電器に供給される電力を、低圧バッテリおよび低圧系負荷のみに供給する。
【解決手段】車載用充電器２３は、商用電源１２から供給される交流電力を直流電力に変換して、出力端子２３Ｐ，２３Ｎから出力する。高圧バッテリ２５は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎを介して車載用充電器２３の出力端子２３Ｐ，２３Ｎに接続されている。DCDCコンバータ２８は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎを介さずに、J/B２７を介して車載用充電器２３の出力端子２３Ｐ，２３Ｎに接続されている。DCDCコンバータ２８は、車載用充電器２３の出力端子２３Ｐ，２３Ｎから出力される直流電力の電圧を変換し、低圧バッテリ３０および低圧系負荷１５に供給する。本発明は、例えば、電動車両の電力供給装置に適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給装置および方法に関し、特に、電動車両の電力供給装置および方法に関する。

EV（Electric Vehicle、電気自動車）、HEV（Hybrid Electric Vehicle、ハイブリッドカー）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー）などの電動車両では、例えば、DC158V〜334Vの高圧バッテリと、DC12Vの低圧バッテリの２種類のバッテリが設けられる。

高圧バッテリは、電動車両の車輪を駆動し走行させるための主動力モータ、A/C（エアコンディショナ）のコンプレッサモータなど、消費電力が大きく、高電圧で動作する負荷（以下、高圧系負荷と称する）用の電源として主に使用される。一方、低圧バッテリは、各種のECU（Electronic Control Unit）、パワーウインドウ用のモータ、各種のアクチュエータ、照明ランプなど、電力消費量が小さく、低電圧で動作する負荷（以下、低圧系負荷と称する）用の電源として主に使用される。

このような電動車両では、高圧バッテリの電圧をDCDCコンバータにより変換し、変換した電圧を、低圧バッテリに供給し、低圧バッテリを充電したり、低圧系負荷に供給したりする。

また、従来、充電器を用いて外部からの交流電力により高圧バッテリを充電している最中に、充電器からの高圧電力をDCDCコンバータにより低圧電力に変換し、低圧バッテリの充電を同時に行うシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１５８０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、外部から充電器に供給される電力を、低圧バッテリおよび低圧系負荷のみに供給することができなかった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、車両に設けられている充電器の出力系統を増やさずに、外部から充電器に供給される電力を、低圧バッテリおよび低圧系負荷のみに供給できるようにするものである。

本発明の一側面の電力供給装置は、車両の動力源である第１のバッテリと、車両に設けられている電気部品に電力を供給する第２のバッテリとを備える車両の電力供給装置において、外部から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する充電手段と、充電手段の出力端子と第１のバッテリとの間に設けられ、出力端子と第１のバッテリとの間の接続を開閉する開閉手段と、充電手段の出力端子に開閉手段を介さずに接続され、充電手段の出力端子から出力される直流電力の電圧を変換し、第２のバッテリおよび電気部品に供給する電圧変換手段とを含む。

本発明の一側面の電力供給装置においては、充電手段の出力端子から出力される直流電力が、開閉手段を介して第１のバッテリに供給され、開閉手段を介さずに電圧変換手段に供給され、電圧変換手段により電圧が変換された直流電力が第２のバッテリおよび電気部品に供給される。

従って、充電手段の出力系統を増やさずに、外部から充電手段に供給される電力を、第２のバッテリおよび電気部品のみに供給することができる。

この車両は、例えば、EV（Electric Vehicle、電気自動車）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー）などの電動車両により構成される。この第１のバッテリ、第２のバッテリは、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池などの二次電池により構成される。この充電手段は、例えば、車載用の充電器により構成される。この開閉手段は、例えば、リレー、コンタクタなどにより構成される。この電圧変換手段は、例えば、DCDCコンバータにより構成される。

この電力供給装置には、第１のバッテリの充電が終了したとき、開閉手段を開くように制御する接続制御手段をさらに設けることができる。

これにより、第１のバッテリの過充電を防止することができる。

この接続制御手段は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、ECU（Electronic Control Unit）、または、BMU（Battery Management Unit）などにより構成される。

本発明の一側面の電力供給方法は、外部から供給される交流電力を充電手段により直流電力に変換して、車両の動力源である第１のバッテリ、車両に設けられている電気部品に電力を供給する第２のバッテリ、および、電気部品に供給する車両の電力供給方法において、充電手段の同じ出力端子から出力される直流電力を、開閉手段を介して第１のバッテリに供給するとともに、開閉手段を介さずに電圧変換手段に供給し、電圧変換手段により電圧が変換された直流電力を第２のバッテリおよび電気部品に供給する。

本発明の一側面の電力供給方法においては、充電手段の同じ出力端子から出力される直流電力が、開閉手段を介して第１のバッテリに供給され、開閉手段を介さずに電圧変換手段に供給され、電圧変換手段により電圧が変換された直流電力が第２のバッテリおよび電気部品に供給される。

本発明の一側面によれば、車両に設けられている充電器の出力系統を増やさずに、外部から充電器に供給される電力を、低圧バッテリおよび低圧系負荷のみに供給することができる。

本発明を適用した車載用の電力供給装置の一実施の形態を示すブロック図である。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した車載用の電力供給装置の一実施の形態を示すブロック図である。なお、図中、交流および直流の電力線を太い実線により示し、通信線および信号線を細い実線により示し、制御線を細い点線により示している。

図１の電力供給装置１１は、EV、PHEVなど、バッテリに蓄えられた電力を用いて走行する電動車両に設けられ、電動車両に設けられている高圧系負荷１４および低圧系負荷１５に電力を供給する装置である。なお、以下、電力供給装置１１が設けられている車両を自車と称する。

電力供給装置１１は、給電口２１、充電制御トリガ２２、車載用充電器２３、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎ、高圧バッテリ２５、BMU（Battery Management Unit）２６、J/B（Junction Box）２７、DCDCコンバータ２８、ボディアース２９、低圧バッテリ３０、および、ボディアース３１を含むように構成される。なお、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎの一端は、車載用充電器２３の出力端子２３Ｐ，２３Ｎ、および、J/B２７に接続されており、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎの他の一端は、高圧バッテリ２５に接続されている。

電力供給装置１１は、ケーブル１３を介して、商用電源１２に接続される。より具体的には、ケーブル１３のプラグ１３Ａが商用電源１２に接続され、ケーブル１３のプラグ１３Ｂが自車の外側に設けられている給電口２１に接続される。そして、商用電源１２からの交流電力（以下、入力電力とも称する）が、ケーブル１３および給電口２１を介して、車載用充電器２３に供給される。

充電制御トリガ２２は、例えば、各種のボタン、スイッチ、リモートコントローラなどの操作手段により構成される。ユーザは、充電制御トリガ２２を介して、高圧バッテリ２５の充電、高圧系負荷１４への給電、低圧バッテリ３０の充電、並びに、低圧系負荷１５への給電の開始および停止の指令を車載用充電器２３に入力する。

車載用充電器２３は、充電制御トリガ２２から入力される指令に従って、交流の入力電力を直流電力に変換し、出力端子２３P，２３Nから出力する。また、車載用充電器２３は、高圧バッテリ２５の充電の開始または停止をBMU２６に指令する。さらに、車載用充電器２３は、DCDCコンバータ２８の出力電圧および出力電流を制御する。

接続リレー２４Ｐ，２４Ｎは、BMU２６の制御の基にオンまたはオフし、車載用充電器２３の出力端子２３Ｐ，２３Ｎと高圧バッテリ２５との間の接続を開閉し、車載用充電器２３から高圧バッテリ２５への電力の供給の有無を切替える。

高圧バッテリ２５は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎを介して、車載用充電器２３から供給される直流電力により充電される。また、高圧バッテリ２５に蓄えられている電力は、接続リレー２４Ｐ，２４ＮおよびJ/B２７を介して、高圧系負荷１４に供給される。

BMU２６は、高圧バッテリ２５の管理を行う装置である。例えば、BMU２６は、高圧バッテリ２５の状態（例えば、電圧、電流、温度など）を監視し、監視結果を示す情報を車載用充電器２３に供給する。また、BMU２６は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎのオン、オフを制御する。

J/B２７は、コンタクタ、リレー、電流センサ、漏電センサなどを内蔵する。J/B２７は、図示せぬ電力ECUの制御の基に、車載用充電器２３から供給される直流電力、並びに、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎを介して高圧バッテリ２５から供給される直流電力を、高圧系負荷１４およびDCDCコンバータ２８に分配したり、高圧系負荷１４およびDCDCコンバータ２８への給電の有無を切替えたりする。

DCDCコンバータ２８は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎを介さずに、J/B２７を介して車載用充電器２３の出力端子２３Ｐ，２３Ｎに接続されている。そして、DCDCコンバータ２８は、J/B２７を介して車載用充電器２３から供給される直流電力、並びに、接続リレー２４Ｐ，２４ＮおよびJ/B２７を介して高圧バッテリ２５から供給される直流電力の電圧を変換して、低圧バッテリ３０および低圧系負荷１５に供給する。なお、DCDCコンバータ２８は、ボディアース２９に接続されている。

低圧バッテリ３０は、J/B２７およびDCDCコンバータ２８を介して車載用充電器２３から供給される電力、並びに、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎ、J/B２７、DCDCコンバータ２８を介して、高圧バッテリ２５から供給される電力により充電される。そして、低圧バッテリ３０に蓄えられた電力は、低圧系負荷１５に供給される。なお、低圧バッテリ３０は、ボディアース３１に接続されている。

高圧系負荷１４は、例えば、インバータ、主動力モータ、A/C（エアコンディショナ）のコンプレッサモータなどの消費電力が大きく、高電圧で動作する負荷により構成される。そして、高圧系負荷１４は、J/B２７を介して車載用充電器２３から供給される直流電力、並びに、接続リレー２４Ｐ，２４ＮおよびJ/B２７を介して高圧バッテリ２５から供給される直流電力により動作する。例えば、高圧バッテリ２５から供給される直流電力が、高圧系負荷１４を構成するインバータに供給され、直流から交流に変換され、その交流電力が高圧系負荷１４を構成するモータに供給され、モータが駆動することにより、自車が走行する。

低圧系負荷１５は、各種のECU（Electronic Control Unit）、パワーウインドウ用のモータ、各種のアクチュエータ、照明ランプなど、電力消費量が小さく、低電圧で動作する負荷により構成される。そして、低圧系負荷１５は、J/B２７およびDCDCコンバータ２８を介して車載用充電器２３から供給される電力、並びに、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎ、J/B２７、DCDCコンバータ２８を介して、高圧バッテリ２５から供給される電力により動作する。

次に、電力供給装置１１の動作について詳細に説明する。

まず、商用電源１２により高圧バッテリ２５および低圧バッテリ３０を充電する場合の動作について説明する。

商用電源１２がケーブル１３を介して給電口２１に接続され、充電制御トリガ２２を介して、充電の開始の指令が車載用充電器２３に入力されたとき、車載用充電器２３は、高圧バッテリ２５の充電をBMU２６に指令し、DCDCコンバータ２８に出力の開始を指令する。また、車載用充電器２３は、商用電源１２から供給される交流の入力電力を直流電力に変換し、出力端子２３Ｐ，２３Ｎから出力する。

BMU２６は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎをオンする。これにより、車載用充電器２３から出力される直流電力が、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎを介して、高圧バッテリ２５に供給され、高圧バッテリ２５の充電が行われる。

また、DCDCコンバータ２８は、車載用充電器２３、または、図示せぬ電源ECUの制御の基に、J/B２７を介して車載用充電器２３から供給される直流電力の電圧を変換し、出力するとともに、出力電圧および出力電流の値を制御する。これにより、車載用充電器２３から出力される電力が、J/B２７およびDCDCコンバータ２８を介して、低圧バッテリ３０に供給され、低圧バッテリ３０の充電が行われる。また、車載用充電器２３から出力される電力は、J/B２７およびDCDCコンバータ２８を介して、低圧系負荷１５にも供給される。

なお、このとき、図示せぬ電源ECUの制御の基に、J/B２７から高圧系負荷１４への給電は停止される。

そして、BMU２６は、高圧バッテリ２５の充電が終了したと判定したとき、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎをオフする。これにより、車載用充電器２３から高圧バッテリ２５への給電が停止され、高圧バッテリ２５の充電が停止する。従って、高圧バッテリ２５が満充電になった状態で、引き続き微弱電流が高圧バッテリ２５に流れ込み、充電が継続されることが防止され、過充電による高圧バッテリ２５の劣化や寿命の低下を防止することができる。また、商用電源１２の電力の浪費を防止することができる。

なお、このとき、DCDCコンバータ２８の出力を継続し、低圧バッテリ３０および低圧系負荷１５への給電を継続するようにしてもよいし、DCDCコンバータ２８の出力を停止し、低圧バッテリ３０および低圧系負荷１５への給電を停止するようにしてもよい。

また、高圧バッテリ２５および低圧バッテリ３０の充電中に、充電制御トリガ２２を介して、充電の停止の指令が車載用充電器２３に入力されたとき、車載用充電器２３は、高圧バッテリ２５の充電の停止をBMU２６に指令し、BMU２６は、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎをオフする。また、車載用充電器２３は、DCDCコンバータ２８に出力の停止を指令し、DCDCコンバータ２８は出力を停止する。さらに、車載用充電器２３は、電力変換処理を停止する。このようにして、高圧バッテリ２５および低圧バッテリ３０の充電が停止する。なお、このとき、低圧バッテリ３０から低圧系負荷１５への給電は可能である。

次に、商用電源１２により低圧バッテリ３０の充電および低圧系負荷１５への給電のみを行う場合の動作について説明する。

商用電源１２がケーブル１３を介して給電口２１に接続され、充電制御トリガ２２を介して、低圧バッテリ３０の充電および低圧系負荷１５へ給電の開始の指令が車載用充電器２３に入力されたとき、車載用充電器２３は、DCDCコンバータ２８に出力の開始を指令する。また、車載用充電器２３は、商用電源１２から供給される交流の入力電力を直流電力に変換し、出力端子２３Ｐ，２３Ｎから出力する。なお、このとき、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎはオフのままオンされない。

DCDCコンバータ２８は、車載用充電器２３、または、図示せぬ電源ECUの制御の基に、J/B２７を介して車載用充電器２３から供給される直流電力の電圧を変換し、出力するとともに、出力電圧および出力電流の値を制御する。これにより、車載用充電器２３から出力される電力が、J/B２７およびDCDCコンバータ２８を介して、低圧バッテリ３０に供給され、低圧バッテリ３０の充電が行われる。また、車載用充電器２３から出力される電力は、J/B２７およびDCDCコンバータ２８を介して、低圧系負荷１５にも供給される。

このようにして、車載用充電器２３の出力系統を増やすことなく、商用電源１２の電力を用いて、高圧バッテリ２５の充電を行わずに、低圧バッテリ３０を充電したり、低圧系負荷１５を動作させたりすることができる。例えば、高圧バッテリ２５の充電を行わずに、商用電源１２の電力を用いて、低圧系負荷１５を構成する空調装置、オーディオ装置、カーナビゲーションシステムなどを動作させることができる。また、このとき、高圧バッテリ２５から低圧バッテリ３０および低圧系負荷１５への給電は行われないため、高圧バッテリ２５の容量の低下を防止することができる。さらに、高圧バッテリ２５の充電に伴う発熱により、自車の温度が上昇することを防止することができる。

次に、自車の走行中にている場合などに、高圧バッテリ２５により低圧バッテリ３０を充電する場合の動作について説明する。このとき、給電口２１に商用電源１２は接続されていない。

この場合、BMU２６の制御の元に、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎがオンする。これにより、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎ、J/B２７を介して、高圧バッテリ２５からDCDCコンバータ２８に直流電力が供給される。DCDCコンバータ２８は、図示せぬ電源ECUの制御の基に、高圧バッテリ２５からの直流電力の電圧を変換し、低圧バッテリ３０および低圧系負荷１５に供給する。これにより、高圧バッテリ２５の電力により低圧バッテリ３０が充電されるとともに、高圧バッテリ２５の電力が低圧系負荷１５に供給される。

なお、電力供給装置１１においては、商用電源１２の接続の有無に関わらず、接続リレー２４Ｐ，２４Ｎをオフすることにより、DCDCコンバータ２８および低圧バッテリ３０などからなる低圧系の電気系統を、高圧の電気系統から簡単に切り離すことができる。これにより、各種のECUを含む低圧系負荷１５への電力の供給を継続したまま、低圧系の電気系統に影響を与えることなく、高圧系の電気系統のメインテナンス作業（例えば、高圧バッテリ２５や高圧系の電気系統の点検や交換）を行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１電力供給装置
１２商用電源
１４高圧系負荷
１５低圧系負荷
２２充電制御トリガ
２３車載用充電器
２３Ｐ，２３Ｎ出力端子
２４Ｐ，２４Ｎ接続リレー
２５高圧バッテリ
２６ BMU
２７ J/B
２８ DCDCコンバータ
３０低圧バッテリ

Claims

車両の動力源である第１のバッテリと、前記車両に設けられている電気部品に電力を供給する第２のバッテリとを備える前記車両の電力供給装置において、
外部から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する充電手段と、
前記充電手段の出力端子と前記第１のバッテリとの間に設けられ、前記出力端子と前記第１のバッテリとの間の接続を開閉する開閉手段と、
前記充電手段の前記出力端子に前記開閉手段を介さずに接続され、前記充電手段の前記出力端子から出力される直流電力の電圧を変換し、前記第２のバッテリおよび前記電気部品に供給する電圧変換手段と
を含む電力供給装置。
前記第１のバッテリの充電が終了したとき、前記開閉手段を開くように制御する接続制御手段を
さらに含む請求項１に記載の電力供給装置。
外部から供給される交流電力を充電手段により直流電力に変換して、車両の動力源である第１のバッテリ、前記車両に設けられている電気部品に電力を供給する第２のバッテリ、および、前記電気部品に供給する前記車両の電力供給方法において、
前記充電手段の同じ出力端子から出力される直流電力を、開閉手段を介して前記第１のバッテリに供給するとともに、前記開閉手段を介さずに電圧変換手段に供給し、前記電圧変換手段により電圧が変換された直流電力を前記第２のバッテリおよび前記電気部品に供給する電力供給方法。