JP2011062018A - 電源システムおよびコンバータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量化および小型化に寄与することができる、電源システムおよびコンバータユニットを提供する。
【解決手段】ＥＶまたはＨＥＶの駆動モータを稼働させるためのメイン電池３３と、これら自動車の補機を稼働させるための補機電池３と、メイン電池３３により補機電池３を充電するためのＤＣＤＣコンバータ部７及び補機電池の出力電圧を検知する電圧検知部９、を有するマイコン５とを備え、マイコン５は、電圧検知部９によって補機電池３の電圧を検知して、所定値以下になったとき、ＤＣＤＣコンバータ部７を作動させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源システムおよびコンバータユニットに関し、より具体的には、自動車の電源等に用いられる電源システムおよびその中に用いられるコンバータユニットに関するものである。

電気自動車では、駆動モータはバッテリから供給される電力により駆動されるが、駆動モータ以外に、ランプ、ハザード、キーレスシステムなど補機と呼ばれる装置が備えられている。補機は、低い電圧で稼働するので、駆動モータ用の主バッテリとは別に、低電圧の電力を供給する補機用のバッテリを備えている。補機バッテリには、主バッテリからＤＣＤＣコンバータを通して充電がされる。この構成において、補機バッテリに必要最低限を超える電力が供給され、主バッテリにおいて電力不足を生じることがあった。このため、主バッテリの出力電圧の低下を検知したとき、ＤＣＤＣコンバータから補機バッテリへの出力電圧を低下させて充電を抑制する方法が提案されている（特許文献１）。また、駆動時と停車時とを検知して、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧を、停車時には第１設定値とし、駆動時には第２設定値（＜第１設定値）として、主バッテリの電力を駆動用に十分利用できるようにする提案もなされている（特許文献２）。

特開昭６２−１７３９０１号公報 特開平０７−７９５０５号公報

上記の方法により、主バッテリの電力を駆動用に十分利用することはできる。しかし、自動車では、より優先的に、燃費性能の向上が求められ、そのための軽量化、小型化が要求される。
本発明は、軽量化および小型化に寄与することができる、電源システムおよびコンバータユニットを提供することを目的とする。

本発明の電源システムは、ＥＶまたはＨＥＶの電源システムである。この電源システムは、自動車の駆動モータを稼働させるためのメイン電池と、自動車の補機を稼働させるための補機電池と、メイン電池により補機電池を充電するための充電回路、および補機電池の出力電圧を検知する電圧検知部、を有する制御部とを備え、制御部は、電圧検知部によって補機電池の電圧を検知して、所定値以下になったとき、充電回路を作動させることを特徴とする。

上記の構成によって、補機電池を可能な限り小さい容量にして、その代わり、補機電池の電荷が枯渇しはじめの兆候が生じるや、メイン電池から充電するようにする。すなわち、補機電池を小さくする代わりに、メイン電池から小まめに補充する。小まめな補充ということに関しては、作動時だけでなく、たとえば車を作動させていないキーオフ時にも補機電池の電圧を監視して、補機電池の電圧が降下したとき、ＤＣＤＣコンバータ部を稼働させて充電することが行われる。これによって、たとえば従来の別体（外付け）の鉛電池に代えて、ＤＣＤＣコンバータ部や制御部等と一体の物として取り扱うことができるほど小さい電池を用いることができる。この小さい電池として、リチウム電池やニッケル水素電池などを用いることができる。この場合、たとえば従来の、独立した配置箇所（外付け）を持つ鉛電池の容量を１０とすると、本発明の補機電池は２〜３の容量とすることができる。なお、上記のメイン電池および補機電池は、二次電池であることは言うまでもない。
この結果、補機電池の重量を大幅に減少させ、また独立した配置箇所（外付け）を持つ鉛電池を上記の内蔵される補機電池にすることで小型化をはかることができる。さらに、補機電池を上述のように変えることで、電源システムを安価にして経済性を向上させることができる。

補機電池を、電池またはキャパシタ、とすることができる。これによって、電気化学反応を利用したいわゆる電池、およびキャパシタ、のいずれか適当なほうを選ぶことができる。キャパシタは、充放電を繰り返しても劣化がなく寿命が長く、かつ、スタート時の放電特性が良好であるという特徴を持ち、この特徴を利用することができる。

上記の充電回路が、メイン電池の出力電圧を降圧するためのＤＣＤＣコンバータ部を備えることができる。これによって、メイン電池の電力のロスを極力抑えながら補機電池に効率よく充電することができる。

本発明のコンバータユニットは、ＥＶまたはＨＥＶのコンバータユニットである。このコンバータユニットは、これら自動車の補機を稼働させるための補機電池と、補機電池を充電するために、当該コンバータユニット外の充電源の電圧を補機電池の電圧に降圧するためのＤＣＤＣコンバータ部とを備え、補機電池がＤＣＤＣコンバータ部と共に、一体物として取り扱うことができる一つのユニットを形成していることを特徴とする。

この構成によれば、補機電池はＤＣＤＣコンバータ部と一つのユニットを形成して一体物として取り扱うことができ、たとえば同じ共通の配線板上に設けられる。この場合、容量をある程度犠牲にして、小型で軽量であることが優先される。このため、従来の外付けの鉛電池に代えて、ＤＣＤＣコンバータ部等と一体の物として取り扱うことができるほど小さい電池（ニッケル水素電池など）とする。このコンバータユニットにおいても補機電池に対して小まめな補充を行う。たとえば車を作動させていないキーオフ時にも補機電池の電圧を監視して、補機電池の電圧が降下したとき、ＤＣＤＣコンバータ部を稼働させて充電する。
この結果、補機電池の重量を大幅に減少させ、また外付けの鉛電池を上記の小容量の補機電池にすることで小型化することができる。すなわち自動車における狭隘な部品配置スペースにおいて、スペースの利用効率の向上をはかることができる。さらに、補機電池を上述のように変えることで、電源システムを安価にでき、経済性を向上させることができる。
なお、上記のコンバータユニット外の充電源は、直流電力を供給する電源であることを前提としており、メイン電池等が該当する。

ＤＣＤＣコンバータ部の作動を制御するマイコンと、補機電池の出力電圧を検知する電圧検知部とを、ユニットにさらに備え、マイコンは電圧検知部の電圧信号を読み取り、ＤＣＤＣコンバータ部の作動を制御することができる。これによって、容量が小さい補機電池の蓄電量が少なくなる兆候を確実に捕捉することができ、この兆候を捕捉して直ちにメイン電源からの充電を時期を逸することなく、たとえばキーオフ時にも開始することができる。

補機電池を、電池またはキャパシタとすることができる。これによって、いわゆる蓄電池、およびキャパシタ、のいずれか適当なほうを選ぶことができる。キャパシタの特徴は、上述のように、充放電を繰り返しても劣化がなく寿命が長く、かつ、スタート時の放電特性が良好であるという特徴を持つ。

上記のコンバータユニットを、１つの筐体に設けることができる。これによって、組み立て作業が簡単になり、作業能率の向上を得ることができる。また、防水性および気密性の筐体とすることで、河川内に進入する場合でも短絡等を防止することができる。

本発明の電源システムおよびコンバータユニットによれば、軽量化および小型化に寄与することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態における電源システムを示す回路図であり、（ｂ）はＤＣＤＣコンバータ部の回路図である。

図１（ａ）は、コンバータユニット１０を含む電源システム５０の回路図であり、（ｂ）は、絶縁型のＤＣＤＣコンバータ部７の回路図である。電源システム５０は、コンバータユニット１０と、メイン電池３３と、メイン電池３３とコンバータユニット１０との間に介在するシステムリレー３５とを備える。さらに、コンバータユニット１０の上流側（メイン電池側）にプラグインされる給電コンバータ３７、補機電池３の出力線に接続されるリレーボックス３９等が付加される。図１（ｂ）に示すＤＣＤＣコンバータ部７は、絶縁型である。メイン電池３３の低圧側がボディーに接地されないことがあるため、本実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ部７の入出力は絶縁型で構成した。

キーオフ時には、イグニッションＩＧがオフされ、かつアクセサリ電源がオフされ、コンバータユニット１０のマイコン５のみ作動状態にある。照明や各種センサには、補機電池３から電圧１２Ｖの電力が供給される。補機電池３は、照明ランプ等の補機が一定時間稼働するだけの容量に限定される。容量を限定するために補機電池に対しては小まめな充電が行われ、上記キーオフ時にも補機電池の電圧を監視して、補機電池の電圧が降下したとき、ＤＣＤＣコンバータ部を稼働させて充電する。図１に示すように、キーの状態信号が送られ、マイコン５は、キーのオンオフ状態を検知する。このような小まめな補充に支えられて電気容量を限定することができ、この結果、補機電池３は小型化されて、コンバータユニット１０内に内蔵される。補機電池３には、小容量のニッケル水素電池などを用いることができる。この場合、たとえば従来の、独立した配置場所（外付け）を要する鉛電池の容量を１０とすると、本発明の補機電池は２〜３の容量とすることができる。上記のメイン電池および補機電池は、当然、充放電可能な二次電池である。
この結果、補機電池の重量を大幅に減少させ、また独立した配置場所（外付け）を要した鉛電池を上記のユニット内に内蔵される電池にすることで小型化をはかることができる。さらに、補機電池を上述のように変えることで、電源システムを安価にして経済性を向上させることができる。
また、電源システム５０では、狭隘な部品取り付けスペースにおいて、空間利用効率を大きく向上させることができる。また、軽量化を大きく推進することができ、従来の外付けの別体の鉛直電池に比べると数ｋｇの重量軽減をもたらす。

補機電池３の小容量化に付随して、不都合な点は、そのまま放置すれば、当然、生じる。補機の電力が不足することがその不都合な点であるが、次のような構成により克服することができる。一部は既に説明したが、具体的には次のとおりである。図２（ａ）において、補機電池３の出力電圧は、電圧検知部９によって検知され、分圧等されて所定の電圧信号がマイコン５に読み取られる。マイコン５は、補機電池３の電圧が所定値以下に低下した場合、ＤＣＤＣコンバータ部７を作動させ、かつ、高圧ＪＢ（ジャンクションブロック）３８内のシステムリレー３５をオンにする。これによって、メイン電池３３から電力を供給させ、ＤＣＤＣコンバータ部７によって電圧を補機電池３に適合するように降圧して、補機電池３を充電することができる。この場合、車を作動させていないキーオフ時にも補機電池の電圧を監視して、補機電池の電圧が降下したとき、ＤＣＤＣコンバータ部を稼働させて充電するようにする。補機電池３の出力電圧が回復して所定電圧を超えると、システムリレー３５をオフにし、ＤＣＤＣコンバータ部７の内部電源（図示せず）をオフにしてバックアップ回路以外の回路を非作動とする。これによって、補機電池３の電力枯渇を初期の段階で検知して、早めに充電することで対処することができる。出力電圧に加えて、出力電流もモニタして出力（負荷）電流が大きい場合は、早めに充電を開始するようにしてもよい。

キーオン時は、システムリレー３５、ＤＣＤＣコンバータ部７を作動させ、メイン電池３３の電圧を降圧させて、リレーＢＯＸ３９を通って、ランプ等の補機へと電力を供給する。このとき、補機電池３を充電することもできる。キーオン時には、補機電池３は、短時間の負荷電流の増大、突入電流による低下を抑制する。すなわち容量性の負荷が稼働するとき一時的に、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を上回る突入電流が発生する場合があるが、その場合には補機電池から電流を供給し、電圧の低下を抑制することができる。

メイン電池３３のバッテリ上がり（電気量払底）を防止するために、メイン電池３３の電圧、および／または、充電状態（ＳＯＣ：State of Charge)が、所定値以下になった場合、補機電池３への充電は停止するシステムとしてもよい。またはイグニッション（キーオフ）時にも常時出力するバックアップ用１２Ｖ出力のラインにＳＷ素子、リレーを挿入して、マイコンによってバックアップ用の電力供給を停止するシステムとしてもよい。これによって重要性がそれほど高くない装置、たとえば情報機器等については、上記の電力の供給を停止することができる。

上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の電源システム等によれば、ＥＶおよびＨＥＶの軽量化に貢献することができ、また、小型化、または部品配置スペースの有効活用の向上にも寄与することができる。さらに、補機電池の小型化に伴う経済性の向上を得ることができ、販路開拓に有益である。

３ 補機電池、５ マイコン、７ ＤＣＤＣコンバータ部、９ 電圧検知部、１０ コンバータユニット、３３ メイン電池、３５ システムリレー、３７ 給電コンバータ、３８ 高圧ジャンクションブロック、３９ リレーＢＯＸ、５０ 電源システム、Ｈ トランス。

Claims (7)

1. 電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の電源システムであって、
   前記自動車の駆動モータを稼働させるためのメイン電池と、
   前記自動車の補機を稼働させるための補機電池と、
   前記メイン電池により前記補機電池を充電するための充電回路、および前記補機電池の出力電圧を検知する電圧検知部、を有する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電圧検知部によって前記補機電池の電圧を検知して、所定値以下になったとき、前記充電回路を作動させることを特徴とする、電源システム。
2. 前記補機電池が、電池またはキャパシタ、であることを特徴とする、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記充電回路が、前記メイン電池の出力電圧を降圧するためのＤＣＤＣコンバータ部を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の電源システム。
4. 電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）のコンバータユニットであって、
   前記自動車の補機を稼働させるための補機電池と、
   前記補機電池を充電するために、当該コンバータユニット外の充電源の電圧を補機電池の電圧に降圧するためのＤＣＤＣコンバータ部とを備え、
   前記補機電池が前記ＤＣＤＣコンバータ部と共に、一体物として取り扱うことができる一つのユニットを形成していることを特徴とする、コンバータユニット。
5. 前記ＤＣＤＣコンバータ部の作動を制御するマイコンと、前記補機電池の出力電圧を検知する電圧検知部とを、前記ユニットにさらに備え、前記マイコンは前記電圧検知部の電圧信号を読み取り、前記ＤＣＤＣコンバータ部の作動を制御することを特徴とする、請求項４に記載のコンバータユニット。
6. 前記補機電池が、電池またはキャパシタ、であることを特徴とする、請求項４または５に記載のコンバータユニット。
7. 前記コンバータユニットは、１つの筐体に設けられていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載のコンバータユニット。
   

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