JP2012050313A5

JP2012050313A5 -

Info

Publication number: JP2012050313A5
Application number: JP2010274572A
Authority: JP
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2030-12-09

Description

電気車両用統合型充電装置

本発明は、電気車両用統合型充電装置に関する。

一般的に、電気車両（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ；ＥＶ）は、車両駆動のための駆動モーターの駆動源として用いられる車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）を備えていて、このような車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）は、前記車両の内部に取り付けられて、外部の家庭用電源から交流（ＡＣ）電源の供給を受け、バッテリー充電に必要なＤＣ電源に変換して充電する搭載型充電モジュール（ＯｎＢｏａｒｄＣｈａｒｇｅｒ）である。

また、前記電気車両は、車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）の他に、別途の補助電源用２次電池（補助バッテリー）を備えていて、前記補助電源用２次電池（補助バッテリー）は、車両内のラジオ、オーディオ及びウィンドウなどを駆動させるための駆動源として用いられる。

このような従来の電気車両の充電装置は、外部電源から交流（ＡＣ）電源の供給を受けて、バッテリー充電に適するＤＣ電源に変換して、前記車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）に充電した後、前記車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）から前記ＤＣ電源の供給を受けて、低電圧電流変換器を通じて、前記補助電源用２次電池（補助バッテリー）に適するＤＣ電源に変換して充電する（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかし、従来の電気車両の充電装置は、車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）と補助電源用２次電池（補助バッテリー）が別のモジュールで夫々備えられているため、車両内で占める空間の割合が高い。

また、夫々のモジュールに対する別途の冷却システムが必要であるため、全体システムの構造が複雑になり、重量が増加されて、それによる設置コスト及び維持管理コストなどが上昇する問題があった。

特開２０１１−１６０６４９号公報特開２０１２−０１９６７３号公報特開２０１２−０７５２４１号公報

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）と補助電源用２次電池（補助バッテリー）を充電するための充電モジュールを一体化して統合した電気車両用統合型充電装置を提供することを目的とする。

上述のような目的を果たすために、本発明の実施例による電気車両用統合型充電装置は、電気車両を駆動させるための電源を供給するメーンバッテリー；電気車両内の補助装置を駆動させるための電源を供給する補助バッテリー；外部電源を前記メーンバッテリーに充電するための第１直流（ＤＣ）電圧と前記補助バッテリーに充電するための第２直流（ＤＣ）電圧に変換する統合充電モジュール；及び前記メーンバッテリーと前記補助バッテリーの充電を制御する制御モジュールを含んで構成される。

また、前記メーンバッテリーに取付けられ、前記メーンバッテリーの状態をモニタリングして、前記メーンバッテリーの充電を遂行するように制御するバッテリー管理システムをさらに含むことを特徴とする。

また、前記統合充電モジュールは、外部電源から入力された交流（ＡＣ）電源の高周波ノイズを取り除くための入力フィルター；前記ノイズが取り除かれた交流（ＡＣ）電源を整流して直流（ＤＣ）電源に変換する整流器；前記変換された直流（ＤＣ）電源の力率を補正する力率補正回路；前記力率が補正された直流（ＤＣ）電源を平滑化する大容量コンデンサー；前記平滑化された直流（ＤＣ）電源をメーンバッテリーに充電するように、昇圧または減圧された第１直流（ＤＣ）電圧に変換するメーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター；及び前記平滑化された直流（ＤＣ）電源を補助バッテリーに充電するように、昇圧または減圧された第２直流（ＤＣ）電圧に変換する補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターを含むことを特徴とする。

また、前記統合充電モジュールは、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターから出力された直流（ＤＣ）電源のノイズを取り除く第１出力フィルター；及び前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターから出力された直流（ＤＣ）電源のノイズを取り除く第２出力フィルターをさらに含むことを特徴とする。

また、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターは、高電圧直流変換器であることを特徴とする。

また、前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターは、低電圧直流変換器であることを特徴とする。

また、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターは、前記平滑化された直流（ＤＣ）電源を交流（ＡＣ）電源に変換する第１スイッチングブリッジ；前記変換された交流（ＡＣ）電源をメーンバッテリーの容量によって昇圧または減圧する第１変圧器；及び前記変圧された交流（ＡＣ）電源を前記メーンバッテリーに充電するために直流（ＤＣ）電源に変換する第１整流回路を含むことを特徴とする。

また、前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーターは、前記平滑化された直流（ＤＣ）電源を交流（ＡＣ）電源に変換する第２スイッチングブリッジ；前記変換された交流（ＡＣ）電源を補助バッテリーの容量によって昇圧または減圧する第２変圧器；及び前記変圧された交流（ＡＣ）電源を前記補助バッテリーに充電するために直流（ＤＣ）電源に変換する第２整流回路を含むことを特徴とする。

また、前記制御モジュールは、前記第１変圧器が前記メーンバッテリーの容量によって昇圧または減圧するように前記変換された交流（ＡＣ）電源の出力電力量を制御することを特徴とする。

また、前記制御モジュールは、前記第２変圧器が前記補助バッテリーの容量によって昇圧または減圧するように前記変換された交流（ＡＣ）電源の出力電力量を制御することを特徴とする。

本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によって、さらに明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明によると、車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）と補助電源用２次電池（補助バッテリー）を充電するための充電モジュールを一体化して統合することにより、車両内の空間配置の効率性が増加される効果がある。

また、本発明によると、夫々のモジュールに対する別途の冷却システムが必要でないため、冷却システムを含んだ全体システム構成が単純化され、それによる設置コスト及び維持管理コストなどが節減される効果がある。

本発明の一実施例による電気車両用統合型充電装置の概略的な機能ブロック図である。図１に図示された電気車両用統合型充電装置の統合充電モジュールの詳細ブロック図である。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面と以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例による電気車両用統合型充電装置の概略的な機能ブロック図である。

図１を参照すると、本発明の一実施例による電気車両用統合型充電装置１００は、統合充電モジュール１１０、バッテリー管理システム（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）１２０、メーンバッテリー１３０、インバーター１４０、補助バッテリー１５０及び制御モジュール１６０を含んで構成される。

前記統合充電モジュール１１０は、外部電源２００から交流（ＡＣ）電源の入力を受けて、バッテリー充電に適する直流（ＤＣ）電源に変換される。

この際、前記変換された直流（ＤＣ）電源は、メーンバッテリー１３０と補助バッテリー１５０に夫々分岐されて、該当バッテリーに充電するのに適する電源に変換される。

前記バッテリー管理システム（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）１２０は、メーンバッテリー１３０に取付けられ、前記メーンバッテリー１３０の状態（例えば、電圧、電流及び温度など）をモニタリングして充電状態を計算し、計算された充電状態によって、前記メーンバッテリー１３０の充電可否を制御する。

前記メーンバッテリー１３０は、本発明による電気車両を駆動するためにモーター３００に駆動源を供給するための２次電池であり、例えば、Ｌｉ系またはＮｉ系電池などが用いられる。

このようなメーンバッテリー１３０は、上述のように前記ＢＭＳ１２０と通信して、前記メーンバッテリー１３０の状態によって、充電または放電される。

前記インバーター１４０は、前記モーター３００を駆動させるために、前記メーンバッテリー１３０から提供された直流（ＤＣ）電源を、交流（ＡＣ）電源に変換させて、前記モーター３００に提供する。

前記モーター３００は、ホイール（ｗｈｅｅｌ）駆動用モーターであり、前記インバーター１４０から提供された交流（ＡＣ）電源から駆動源の入力を受けて、制御モジュール１６０によって、制御された駆動速度で駆動する。

前記補助バッテリー１５０は、車両駆動用以外の電気車両内の直流（ＤＣ）電源を必要とする補助装置４００を駆動させるための補助電源用２次電池である。

このような電気車両内の補助装置４００には、例えば、ラジオ、オーディオ及びウィンドウなどのような電子装置がある。

前記制御モジュール１６０は、本発明による電気車両用統合型充電装置１００を全体的に制御する。

具体的には、前記制御モジュール１６０は、外部電源２００から入力された交流（ＡＣ）電源を、前記統合充電モジュール１１０によって、直流（ＤＣ）電源に変換させた後、変換された直流（ＤＣ）電源を、前記メーンバッテリー１３０と補助バッテリー１５０に夫々分岐して提供するように制御する。

図２は、図１に図示された電気車両用統合型充電装置の統合充電モジュールの詳細ブロック図である。

図２を参照すると、前記統合充電モジュール１１０は、入力フィルター１１１、整流器１１２、力率補正回路１１３、大容量コンデンサー１１４、メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５、第１出力フィルター１１６、補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７及び第２出力フィルター１１８を含んで構成される。

前記入力フィルター１１１は、前記統合充電モジュール１１０の内部部品の損傷を防止して、外部機器を保護するように、外部電源２００から入力された交流（ＡＣ）電源の高周波ノイズを取り除く。

前記整流器１１２は、ノイズが取り除かれた前記交流（ＡＣ）電源を整流し、直流（ＤＣ）電源に変換して、力率補正回路１１３に提供する。

前記力率補正（ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ＰＦＣ）回路１１３は、前記変換された直流（ＤＣ）電源の無効電力を有効電力に変えて、力率を補正して改善する。このような力率補正を通じて、高周波ノイズの減少と装備の安定化に寄与する。

前記大容量コンデンサー１１４は、交流（ＡＣ）電源を直流（ＤＣ）電源に変換する過程中で脈流を完全な直流に変換して平滑化する。

このような大容量コンデンサー１１４は、例えば、ＤＣリンクキャパシタが用いられる。

この際、上述のように平滑化された直流（ＤＣ）電源は、前記メーンバッテリー１３０を充電するための電源と前記補助バッテリー１５０を充電するための電源に夫々分配される。

各バッテリーに分配された電源は、メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５と補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７によって、夫々のバッテリーに適する形態の直流（ＤＣ）電源が充電されるように変換される。

具体的には、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５は、図２に図示されたように、第１スイッチングブリッジ１１５−１、第１変圧器１１５−２及び第１整流回路１１５−３を含んで構成され、前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７もメーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５のように、第２スイッチングブリッジ１１７−１、第２変圧器１１７−２及び第２整流回路１１７−３を含んで構成される。

前記第１及び第２スイッチングブリッジ１１５−１、１１７−１は、前記大容量コンデンサー１１４を通じて平滑化された直流（ＤＣ）電源を、メーンバッテリー１３０及び補助バッテリー１５０に充電させるために、該当バッテリーに適する形態の交流（ＡＣ）電源に夫々変換する。

このように変換された各交流（ＡＣ）電源は、前記第１変圧器１１５−２及び前記第２変圧器１１７−２に夫々提供される。

前記第１変圧器１１５−２は、前記変換された交流（ＡＣ）電源を、前記メーンバッテリー１３０に充電するのに適する大きさに昇圧または減圧し、前記第２変圧器１１７−２も前記変換された交流（ＡＣ）電源を、前記補助バッテリー１５０に充電するのに適する大きさに昇圧または減圧する。

その後、前記昇圧または減圧された各交流（ＡＣ）電源を、前記メーンバッテリー１３０及び補助バッテリー１５０に充電するために、前記第１整流回路１１５−３及び第２整流回路１１７−３を通じて、直流（ＤＣ）電源に夫々変換する。

前記変換された各直流（ＤＣ）電源は、前記第１出力フィルター１１６及び第２出力フィルター１１８を通じてノイズを取り除いた後、前記メーンバッテリー１３０及び補助バッテリー１５０に夫々供給される。

この際、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５と前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７は、その構成要素及び動作が類似するが、変換される電力量に差異がある。

即ち、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５の第１変圧器１１５−２を通じて昇圧または減圧された交流（ＡＣ）電源は、前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７の第２変圧器１１７−２を通じて昇圧または減圧された交流（ＡＣ）電源より大きい。

例えば、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５は、通常１１０Ｖから２２０Ｖの出力を有する高電圧直流変換器が用いられ、前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７は、通常２４Ｖから４８Ｖの出力を有する低電圧直流変換器が用いられる。

この際、前記制御モジュール１６０は、前記力率補正回路１１３を制御して力率を補正した後、前記メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１５と前記補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター１１７を制御して、前記メーンバッテリー１３０と前記補助バッテリー１５０に充電される出力電源を制御する。

特に、前記制御モジュール１６０は、前記第１変圧器１１５−２が、前記メーンバッテリー１３０の容量によって昇圧または減圧するように、前記変換された交流（ＡＣ）電源の出力電力量を制御する。

同様に、前記制御モジュール１６０は、前記第２変圧器１１７−２が、前記補助バッテリー１５０の容量によって昇圧または減圧するように、前記変換された交流（ＡＣ）電源の出力電力量を制御する。

上述したように、本発明の一実施例による電気車両用統合型充電装置１００は、上述のような統合充電モジュール１１０を通じてメーンバッテリー１３０と補助バッテリー１５０を充電するための充電モジュールを一体化して統合することにより、車両内の空間配置の効率性を増加させることができる。

また、夫々のモジュールに対する別途の冷却システムが必要ではないため、冷却システムを含んだ全体システム構成が単純化され、それによって、システム設置コスト及び維持管理コストなどが節減されることができる。

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野にて通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であることを理解するであろう。

本発明は、車両駆動電源用２次電池（メーンバッテリー）と補助電源用２次電池（補助バッテリー）を充電するための充電モジュールを一体化して統合した電気車両用統合型充電装置に適用可能である。

１００電気車両用統合型充電装置
２００外部電源
３００モーター
４００補助装置
１１０統合充電モジュール
１１１入力フィルター
１１２整流器
１１３力率補正回路
１１４大容量コンデンサー
１１５メーンバッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター
１１５−１第１スイッチングブリッジ
１１５−２第１変圧器
１１５−３第１整流回路
１１６第１出力フィルター
１１７補助バッテリー用ＤＣ／ＤＣコンバーター
１１７−１第２スイッチングブリッジ
１１７−２第２変圧器
１１７−３第２整流回路
１１８第２出力フィルター
１２０バッテリー管理システム
１３０メーンバッテリー
１４０インバーター
１５０補助バッテリー
１６０制御モジュール