JP2017041999A

JP2017041999A - 車両用電源システム

Info

Publication number: JP2017041999A
Application number: JP2015163463A
Authority: JP
Inventors: 晃則丸山; Akinori Maruyama
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: JP6614646B2

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータや高圧負荷の構成の簡素化を図り、且つ、部品の標準化についても図ることができる車両用電源システムを提供する。
【解決手段】車両用電源システム１は、車両走行の動力源となるモータジェネレータＭＧを駆動する電力を供給する走行用バッテリＢ１と、走行用バッテリＢ１よりも出力電圧が低い標準バッテリＢ３と、標準バッテリＢ３からの電圧により駆動する高圧負荷Ｄと、標準バッテリＢ３からの電圧を降圧して補機側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータＣ２と、走行用バッテリＢ１からの電圧及びモータジェネレータＭＧ側からの回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して標準バッテリＢ３を充電する降圧コンバータＣ３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源システムに関する。

従来、例えば車両が備える走行用モータに電力を供給する走行用バッテリと、走行用バッテリからの電圧を降圧して補機側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−２３３１６３号公報

図２は、従来の車両用電源システムの概略構成図である。図２に示すように、走行用バッテリＢ１は、例えば１００Ｖ〜３５０Ｖクラスのバッテリであり、このような走行用バッテリＢ１からの電力が、双方向コンバータＣ１を介してインバータＩＮＶに供給され、モータジェネレータＭＧ内のモータＭが駆動される。また、このような走行用バッテリＢ１からの電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２によって降圧されて補機側に供給される。補機側には補機バッテリＢ２が設けられている。さらに、走行用バッテリＢ１からの電力は、モータＭ以外の負荷であって、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２を介さない高圧負荷（例えば電動エアコン）Ｄにも供給される。なお、走行用バッテリＢ１と、双方向コンバータＣ１、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２及び高圧負荷Ｄとの間には、機械式リレーや半導体式リレー（ＦＥＴ等のスイッチング手段を含む）からなるスイッチＳＷが設けられている。

しかし、このような車両用電源システムでは、以下の問題があった。まず、走行用バッテリＢ１は燃費向上のため回生充電が行われる。回生充電時には電圧の変動が大きくモータＭのノイズも非常に大きい。よって、これらの過酷な条件に対応するため、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２や高圧負荷Ｄの回路が複雑化する傾向にあり、コストの高騰を招いてしまう。

さらに、車両の走行性能によって走行用バッテリＢ１は、例えば１００Ｖ〜３５０Ｖまでの範囲で電圧が車両毎に変わるため、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２や高圧負荷Ｄ側の部品を標準化できない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ＤＣ／ＤＣコンバータや高圧負荷の構成の簡素化を図り、且つ、部品の標準化についても図ることができる車両用電源システムを提供することにある。

本発明に係る車両用電源システムは、車両走行の動力源となるモータを駆動する電力を供給する走行用バッテリと、前記走行用バッテリよりも出力電圧が低い標準バッテリと、前記標準バッテリからの電圧により駆動する高圧負荷と、前記標準バッテリからの電圧を降圧して補機側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記走行用バッテリからの電圧、及び、前記モータ側からの回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して前記標準バッテリを充電する降圧コンバータと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用電源システムによれば、走行用バッテリからの電圧、及び、モータ側からの回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して標準バッテリを充電する降圧コンバータを備えるため、モータとＤＣ／ＤＣコンバータや高圧負荷側との間に降圧コンバータが介在することとなり、回生充電を行う場合に降圧コンバータが電圧変動やノイズを抑えることとなる。これにより、高圧負荷やＤＣ／ＤＣコンバータの回路を過酷な条件に対応するために複雑な構成とする必要が無い。さらに、車両の走行性能によって走行用バッテリの電圧が車両毎に変わったとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータや高圧負荷側には、標準バッテリからの電圧が供給されることから、部品を標準化することができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータや高圧負荷の構成の簡素化を図り、且つ、部品の標準化についても図ることができる。

また、本発明に係る車両用電源システムにおいて、前記標準バッテリ側と前記モータ側とを接続する補助経路と、前記補助経路上に設けられオンオフが切り替えられるスイッチ手段と、をさらに備えることが好ましい。

この車両用電源システムによれば、標準バッテリ側とモータ側とを接続する補助経路と、補助経路上に設けられオンオフが切り替えられるスイッチ手段とをさらに備えるため、モータに対して標準バッテリからの電圧を供給することもでき、走行用バッテリからの電力を供給できない場合には標準バッテリからの電圧によって暫定的に車両走行を行うことができる。

また、本発明に係る車両用電源システムにおいて、前記スイッチ手段のオン時に、回生による電力が前記補助経路に供給されることを禁止することが好ましい。

この車両用電源システムによれば、スイッチ手段のオン時に、回生による電力が補助経路に供給されることを禁止するため、暫定的な車両走行を行っているときに、変動が大きい回生時の電圧やモータノイズが標準バッテリに加わってしまう事態を防止することができる。

本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータや高圧負荷の構成の簡素化を図り、且つ、部品の標準化についても図ることができる車両用電源システムを提供することができる。

本実施形態に係る車両用電源システムの概略構成図である。従来の車両用電源システムの概略構成図である。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本実施形態に係る車両用電源システムの概略構成図である。なお、図１に示す構成において、図２に示した構成と同一又は同様の構成については、同一の符号を付すものとする。

図１に示すように、本実施形態に係る車両用電源システム１は、走行用高圧電源群１０と、標準高圧電源群２０とを備えている。本実施形態においては走行用高圧電源群１０の構成は走行性能に応じて決定され、標準高圧電源群２０の構成は標準化可能となっている。

走行用高圧電源群１０は、走行性能に応じた機器が使用されており、走行用バッテリＢ１と、双方向コンバータＣ１と、インバータＩＮＶと、モータＭを含むモータジェネレータＭＧと、第１経路Ｌ１と、第１スイッチＳＷ１を備えている。

本実施形態において走行用バッテリＢ１は、例えば３００Ｖ以上の電圧を出力するものであって、車両走行の動力源となるモータＭを駆動する電力を供給するものである。モータジェネレータＭＧ内のモータＭは、車両走行用の駆動モータであって、走行用バッテリＢ１からの電力によって双方向コンバータＣ１及びインバータＩＮＶを通じて駆動されるようになっている。また、第１スイッチＳＷ１は、走行用バッテリＢ１と双方向コンバータＣ１との間の第１経路Ｌ１上に設けられており、オンオフすることで走行用バッテリＢ１からの電力をモータＭ側に供給したり遮断したりする。さらに、走行用バッテリＢ１は、第１スイッチＳＷ１のオン時に回生時の電力を受け入れて充電を行う。

標準高圧電源群２０は、標準バッテリＢ３と、高圧負荷Ｄと、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２と、標準高圧Ｊ／Ｂ２１とを備えている。

標準バッテリＢ３は、走行用バッテリＢ１よりも出力電圧が低いバッテリであって、本実施形態では例えば９６Ｖの電圧を出力するものである。高圧負荷Ｄは、標準バッテリＢ３からの電圧により駆動するものであって、例えば電動エアコンが該当する。ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２は、標準バッテリＢ３からの電圧を降圧して補機側に供給するものである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２の下流側には補機バッテリＢ２が設けられている。

標準高圧Ｊ／Ｂ２１は、標準バッテリＢ３から高圧負荷Ｄ及びＤＣ／ＤＣコンバータＣ２につながる第２経路Ｌ２を備えると共に、第２経路Ｌ２上に第２スイッチＳＷ２を備えている。第２スイッチＳＷ２は機械式又は半導体式のリレー（ＦＥＴ等のスイッチング手段を含む）によって構成され、第２スイッチＳＷ２のオン時において標準バッテリＢ３からの電力が高圧負荷Ｄ及びＤＣ／ＤＣコンバータＣ２に供給される。

さらに、本実施形態において車両用電源システム１は、降圧コンバータＣ３と、第３経路（補助経路）Ｌ３と、第３スイッチ（スイッチ手段）ＳＷ３とを備えている。これら構成は、走行用高圧電源群１０と標準高圧電源群２０との間に介在している。

降圧コンバータＣ３は、走行用バッテリＢ１からの電圧、及び、モータＭからの回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して標準バッテリＢ３を充電するものである。具体的に降圧コンバータＣ３は、入力側が第１スイッチＳＷ１と双方向コンバータＣ１との間となっており、出力側が標準バッテリＢ３となっている。

第３経路Ｌ３は、標準バッテリＢ３側とモータＭ側とを接続する経路である。具体的に第３経路Ｌ３は、一端が標準高圧Ｊ／Ｂ２１内の第２経路Ｌ２に接続され、他端が双方向コンバータＣ１に接続されている。なお、他端は双方向コンバータＣ１以外の箇所に接続されてモータＭ側と接続されていてもよい。また、一端側についても第２経路Ｌ２に限らず他の箇所に接続されて標準バッテリＢ３側に接続されていてもよい。

第３スイッチＳＷ３は、第３経路Ｌ３上に設けられオンオフが切り替えられる機械式又は半導体式のリレー（ＦＥＴ等のスイッチング手段を含む）である。なお、第３スイッチＳＷ３は、電気的に走行用高圧電源群１０と標準高圧電源群２０との間に介在する部品であるが、本実施形態のように標準高圧Ｊ／Ｂ２１内に内蔵されて標準高圧電源群２０の１部品として構成されてもよい。

次に、本実施形態に係る車両用電源システム１の動作を説明する。まず、第１スイッチＳＷ１がオンとなっているとする。このとき、走行用バッテリＢ１からの電力によってモータＭが駆動されて車両が走行する。さらに、車両の回生走行時には回生電力が発生する。走行用バッテリＢ１は、回生電力により充電される。

また、第２スイッチＳＷ２がオンされているとすると、標準バッテリＢ３からの電力が高圧負荷Ｄ及びＤＣ／ＤＣコンバータＣ２に供給される。これにより高圧負荷Ｄが駆動すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２により標準バッテリＢ３からの電圧が降圧されて補機側に供給される。

さらに、降圧コンバータＣ３は、走行用バッテリＢ１からの電圧、及び、回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して標準バッテリＢ３を充電する。加えて、降圧コンバータＣ３は、回生時の電圧変動やノイズが標準バッテリＢ３に直接的に加わってしまうことを防止すべく、走行用高圧電源群１０と標準高圧電源群２０との間に介在している。これにより、高圧負荷ＤやＤＣ／ＤＣコンバータＣ２側への電圧変動やノイズの影響を抑える。よって、高圧負荷ＤやＤＣ／ＤＣコンバータＣ２の回路の複雑化を抑制することとなる。

また、車両の走行性能によって走行用バッテリＢ１の電圧が車両毎に変わったとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２や高圧負荷Ｄ側には、標準バッテリＢ３からの電圧が供給されることから、部品の標準化を図ることができる。

加えて、走行用バッテリＢ１の破損時や劣化時など、走行用バッテリＢ１からの電力によってモータＭを駆動できなくなる可能性がある。この場合、第３スイッチＳＷ３がオンされることとなる。これにより、標準バッテリＢ３側とモータＭ側とが電気的に接続されることとなり、標準バッテリＢ３によってモータＭの駆動が可能となる。これにより、走行用バッテリＢ１からの電力によってモータＭを駆動できなくなる場合であっても、車両は標準バッテリＢ３からの電力によって走行することができる。

なお、第３スイッチＳＷ３のオン時において、回生による電力が第３経路Ｌ３に供給されることを禁止することが好ましい。この場合、例えば他のスイッチ手段を設け、回生走行時において他のスイッチ手段をオフすることにより、回生による電力が第３経路Ｌ３に供給されないようにしたり、他の公知の回生充電禁止手段により回生による電力が第３経路Ｌ３に供給されないようにしたりすればよい。

このようにして、本実施形態に係る車両用電源システム１によれば、走行用バッテリＢ１からの電圧、及び、モータＭ側からの回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して標準バッテリＢ３を充電する降圧コンバータＣ３を備えるため、回生充電を行う場合に降圧コンバータＣ３が電圧変動やノイズを抑えることとなる。これにより、高圧負荷ＤやＤＣ／ＤＣコンバータＣ２の回路を過酷な条件に対応するために複雑な構成とする必要が無い。さらに、車両の走行性能によって走行用バッテリＢ１の電圧が車両毎に変わったとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２や高圧負荷Ｄ側には、標準バッテリＢ３からの電圧が供給されることから、部品を標準化することができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータＣ２や高圧負荷Ｄの構成の簡素化を図り、且つ、部品の標準化についても図ることができる。

また、標準バッテリＢ３側とモータＭ側とを接続する第３経路Ｌ３と、第３経路Ｌ３上に設けられオンオフが切り替えられる第３スイッチＳＷ３とをさらに備えるため、モータＭに対して標準バッテリＢ３からの電圧を供給することもでき、走行用バッテリＢ１からの電力を供給できない場合には標準バッテリＢ３からの電圧によって暫定的に車両走行を行うことができる。

また、第３スイッチＳＷ３のオン時に、回生による電力が第３経路Ｌ３に供給されることを禁止するため、暫定的な車両走行を行っているときに、変動が大きい回生時の電圧やモータノイズが標準バッテリＢ３に加わってしまう事態を防止することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態において示した各バッテリＢ１〜Ｂ３の電圧値は上記に限らず、適宜変更可能である。

１：車両用電源システム
１０：走行用高圧電源群
２０：標準高圧電源群
Ｂ１：走行用バッテリ
Ｂ２：補機バッテリ
Ｂ３：標準バッテリ
Ｃ１：双方向コンバータ
Ｃ２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｃ３：降圧コンバータ
Ｄ：高圧負荷
ＩＮＶ：インバータ
Ｌ１：第１経路
Ｌ２：第２経路
Ｌ３：第３経路（補助経路）
Ｍ：モータ
ＭＧ：モータジェネレータ
ＳＷ１：第１スイッチ
ＳＷ２：第２スイッチ
ＳＷ３：第３スイッチ（スイッチ手段）

Claims

車両走行の動力源となるモータを駆動する電力を供給する走行用バッテリと、
前記走行用バッテリよりも出力電圧が低い標準バッテリと、
前記標準バッテリからの電圧により駆動する高圧負荷と、
前記標準バッテリからの電圧を降圧して補機側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記走行用バッテリからの電圧、及び、前記モータ側からの回生時の電圧を入力可能であって、入力電圧を降圧して前記標準バッテリを充電する降圧コンバータと、
を備えることを特徴とする車両用電源システム。
前記標準バッテリ側と前記モータ側とを接続する補助経路と、
前記補助経路上に設けられオンオフが切り替えられるスイッチ手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
前記スイッチ手段のオン時に、回生による電力が前記補助経路に供給されることを禁止する
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用電源システム。