JP2018174625A

JP2018174625A - 車両用電源システム

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Publication number: JP2018174625A
Application number: JP2017069849A
Authority: JP
Inventors: 茂雄平島; Shigeo Hirashima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: WO2018181313A1; US20200023795A1; US11858355B2; CN110494320B; JP6790965B2; CN110494320A

Abstract

【課題】非常時においても車両の運行可能な状態を維持しやすい、電源システムを提供すること。
【解決手段】車両６に搭載された車両用電源システム。車両用電源システムは、メインバッテリと、メインバッテリの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置３と、メインバッテリと電力変換装置３との間の通電、遮断を切り替えるスイッチと、スイッチと電力変換装置３との間の電源配線に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と、スイッチとメインバッテリとの間の電源配線に接続された第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２と、を有する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、車両６における互いに離れた部位に搭載されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載された車両用電源システムに関する。

例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車等の車両に搭載された、車両用電源システムがある。車両用電源システムとしては、メインバッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータと、メインバッテリの直流電力を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータとを備えたものがある。そして、メインバッテリとインバータとの間には、両者間の通電、非通電を切り替えるスイッチが設けてある。

特許文献１には、スイッチとインバータとの間の電源配線に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、メインバッテリとスイッチとの間の電源配線に接続された第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを備えた電源システムが、開示されている。
上記のような構成の電源システムとすることで、スイッチが故障した場合にも、第２ＤＣ−ＤＣコンバータによってサブバッテリへの給電を行うことができる。また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータと第２ＤＣ−ＤＣコンバータとのいずれか一方が故障した場合にも、他方のＤＣ−ＤＣコンバータを介して、サブバッテリへの給電を行うことができる。

特開２０１６−１３２４０２号公報

しかしながら、上記電源システムにおいても、第１ＤＣ−ＤＣコンバータと第２ＤＣ−ＤＣコンバータとの双方が故障した場合には、サブバッテリへの給電が行えず、車両の停止を招くこととなる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ自体の故障ではなくても、ＤＣ−ＤＣコンバータと他の機器との間の配線が断線した場合にも、車両の停止につながる。

ＤＣ−ＤＣコンバータの故障原因としては、例えば、車両衝突、被水、外来の強電波の影響などが考えられる。その一方で、２つのＤＣ−ＤＣコンバータを車両に搭載する場合、配線等の関係上、同一部位に搭載することが考えられる。そうすると、上記のような故障原因を考えると、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障する事態は充分に考えられる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、非常時においても車両の運行可能な状態を維持しやすい、電源システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、車両（６）に搭載された車両用電源システム（１）であって、
メインバッテリ（２）と、
上記メインバッテリの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（３）と、
上記メインバッテリと上記電力変換装置との間の通電、非通電を切り替えるスイッチ（４ａ、４ｂ）と、
上記スイッチと上記電力変換装置との間の電源配線（１１Ｐ、１１Ｎ）に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１）と、
上記スイッチと上記メインバッテリとの間の電源配線（１２Ｐ、１２Ｎ）に接続された第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（５２）と、を有し、
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータとは、上記車両における互いに離れた部位に搭載されている、車両用電源システムにある。

上記車両用電源システムにおいては、上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータとが、車両における互いに離れた部位に搭載されている。そのため、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障する事態を避けやすい。そして、上記のように設けられた第１ＤＣ−ＤＣコンバータと第２ＤＣ−ＤＣコンバータとの少なくとも一方が機能することで、車両の運行が可能な状態を維持することができる。それゆえ、非常時においても、車両の運行可能な状態を維持しやすい。

以上のごとく、上記態様によれば、非常時においても車両の運行可能な状態を維持しやすい、電源システムを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、車両用電源システムの回路図。実施形態１における、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータの車両への搭載位置を示す説明図。実施形態１における、パワーコントロールユニット及びバッテリーパックの構成を説明する、車両用電源システムの回路図。

（実施形態１）
車両用電源システムに係る実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態の車両用電源システム１は、車両に搭載された電源システムである。
車両用電源システム１は、図１に示すごとく、メインバッテリ２と、電力変換装置３と、スイッチ４ａ、４ｂと、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２と、を有する。

電力変換装置３は、メインバッテリ２の直流電力を交流電力に変換する。スイッチ４ａ、４ｂは、メインバッテリ２と電力変換装置３との間の通電、遮断を切り替える。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、スイッチ４ａ、４ｂと電力変換装置３との間の電源配線１１Ｐ、１１Ｎに接続されている。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、スイッチ４ａ、４ｂとメインバッテリ２との間の電源配線１２Ｐ、１２Ｎに接続されている。

図２に示すごとく、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、車両６における互いに離れた部位に搭載されている。
具体的には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、一方が、車両６のエンジンルーム６１に搭載されており、他方が、車両６におけるエンジンルーム６１とは異なる部位に搭載されている。さらに具体的には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、一方が、エンジンルーム６１に搭載されており、他方が、車両６の車室６２内に搭載されている。
本実施形態においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１が、エンジンルーム６１に搭載されており、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２が、車室６２内に搭載されている。

ここで、車室６２とは、乗員が乗り込む居住空間（いわゆるキャビン）のみならず、トランクルーム、ラゲッジスペース、さらには、キャビンとトランクルームあるいはラゲッジスペースとの間の空間等も含む。図２においては、キャビンとトランクルームとの間の空間に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２が搭載された態様を示す。

また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、車両６の前後方向において、その全長の中央よりも後側に配置されている。一方、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、車両６の中央よりも前側に配置されている。
車室６２内における第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の具体的な配置位置としては、上記の箇所に限らず、例えば、シートの下側、運転席と助手席との間、センターコンソールなどとすることもできる。或いは、トランクルーム、ラゲッジスペース等に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を配置してもよい。

本実施形態の車両用電源システム１は、ハイブリッド自動車に搭載される。
ハイブリッド自動車は、図１に示すごとく、交流の回転電機１３１と、エンジン１３２とを備える。そして、回転電機１３１とエンジン１３２との少なくとも一方によって、駆動輪１３３を駆動するよう構成されている。

電力変換装置３は、出力配線３１を介して、交流の回転電機１３に接続されている。そして、電力変換装置３は、電源配線１１Ｐ、１１Ｎから供給される直流電力を交流電力に変換して、出力配線３１を介して、回転電機１３を駆動することができるよう構成されている。すなわち、電力変換装置３は、インバータを備える。

メインバッテリ２と電力変換装置３とは、正極の電源配線１２Ｐ、１１Ｐと、負極の電源配線１２Ｎ、１１Ｎとによって、接続されている。正極の電源配線１２Ｐ、１１Ｐにスイッチ４ａが設けられ、負極の電源配線１２Ｎ、１１Ｎにスイッチ４ｂが設けられている。すなわち、スイッチ４ａが、正極の電源配線１２Ｐ、１１Ｐにおける通電、遮断を切り替える。スイッチ４ｂが、負極の電源配線１２Ｎ、１１Ｎにおける通電、遮断を切り替える。２つのスイッチ４ａ、４ｂは、一体化されて、システムメインリレー４（以下において「ＳＭＲ４」という。）を構成している。

メインバッテリ２とスイッチ４ａ、４ｂとの間の電源配線１２Ｐ、１２Ｎに、メインバッテリ２を監視、制御するバッテリ監視ユニット１４が接続されている。
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、スイッチ４ａ、４ｂと電力変換装置３との間の、正負一対の電源配線１１Ｐ、１１Ｎに接続されている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１における、電源配線１１Ｐ、１１Ｎと反対側には、サブバッテリ１５が接続されている。そして、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、メインバッテリ２の直流電力を降圧してサブバッテリ１５に供給することができる。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、サブバッテリ１５の直流電力を昇圧して、電源配線１１Ｐ、１１Ｎへ供給することもできる。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１から電源配線１１Ｐ、１１Ｎへ供給された電力は、電力変換装置３に供給されて回転電機１３１の駆動に用いられ、或いは、メインバッテリ２の充電に用いられる。
このように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、電源配線１１Ｐ、１１Ｎ側からサブバッテリ１５側へ降圧することができると共に、サブバッテリ１５側から電源配線１１Ｐ、１１Ｎ側へ昇圧することができるよう構成された、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、メインバッテリ２とスイッチ４ａ、４ｂとの間の、正負一対の電源配線１２Ｐ、１２Ｎに接続されている。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２における、電源配線１２Ｐ、１２Ｎと反対側には、サブバッテリ１５が接続されている。つまり、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２との双方が、サブバッテリ１５に接続されている。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２も、メインバッテリ２の直流電力を降圧してサブバッテリ１５に供給することができる。
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２における低圧側は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１における低圧側と接続されている。つまり、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、その低圧側において互いに接続されると共に、サブバッテリ１５に接続されている。
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と同様に、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよいし、降圧のみを行うＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。

サブバッテリ１５は、メインバッテリ２よりも低電圧のバッテリである。例えば、メインバッテリ２の電圧は３００Ｖ程度であり、サブバッテリ１５の電圧は１２Ｖ程度である。サブバッテリ１５は、例えば、パワーステアリング、エアコン、ランプ等の補機１６に電気的に接続されている。また、サブバッテリ１５の電力は、例えば、車両用のＥＣＵ（電子制御ユニット）の作動、ハイブリッドシステムの起動にも用いられる。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、互いに出力電力が異なる。本実施形態においては、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１よりも、出力電力が小さい。そして、正常運転時においては、主として、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１によって、サブバッテリ１５への充電が行われる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、補助的に、サブバッテリ１５への充電を行う。或いは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、非常時のバックアップ用として、正常運転時においては稼働しないように制御することもできる。

図３に示すごとく、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、電力変換装置３と一体に設けられている。例えば、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、電力変換装置３と共にパワーコントロールユニット１０１を構成し、一つの筐体に収容された構成とすることができる。
また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、メインバッテリ２と一体に設けられている。例えば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、メインバッテリ２と共に、バッテリーパック１０２内に搭載された構成とすることができる。本実施形態においては、バッテリーパック１０２に、メインバッテリ２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２のほか、ＳＭＲ４及びバッテリ監視ユニット１４も、搭載されている。つまり、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、スイッチ４ａ、４ｂとも、バッテリ監視ユニット１４とも、一体に設けられている。

そして、図２に示すごとく、パワーコントロールユニット１０１は、車両６のエンジンルーム６１に搭載されている。また、バッテリーパック１０２は、車両６の車室６２に搭載されている。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記車両用電源システム１においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とが、車両６における互いに離れた部位に搭載されている。そのため、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障する事態を避けやすい。すなわち、仮に、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが車両６の同一部位に搭載されていると、例えば、車両衝突、被水、外来の強電波の影響などがあった場合、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障する可能性が比較的高い。

これに対して、上記のような、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の車両６への搭載とすることで、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障する可能性を低減することができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータと他の機器との間の配線の断線についても、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが同一部位に搭載されている場合よりも、回避しやすい。
そして、上記のように設けられた第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２との少なくとも一方が機能することで、車両６の運行が可能な状態を維持することができる。それゆえ、非常時においても、車両６の運行可能な状態を維持しやすい。

例えば、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１が故障した場合を考える。
この場合、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を介して、サブバッテリ１５への充電を行うことができる。
すなわち、メインバッテリ２の高圧の直流電力を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２にて降圧して、サブバッテリ１５へ供給する。これにより、サブバッテリ１５の電力が不足することなく、車両動作を継続させることができる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２が故障した場合は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１を介して、サブバッテリ１５への充電を行うことができる。

また、ＳＭＲ４が故障して、スイッチ４ａ、４ｂの少なくとも一方が通電状態とできない状態となった場合には、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２と第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１とを介して、メインバッテリ２から電力変換装置３へ電力を供給する。これにより、車両６の運行が可能となる。なお、サブバッテリ１５への充電は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を介して、行うことができる。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、一方が、車両６のエンジンルーム６１に搭載されており、他方が、車両６におけるエンジンルーム６１とは異なる部位に搭載されている。これにより、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障することを、より効果的に避けやすくなる。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、一方が、エンジンルーム６１に搭載されており、他方が、車室６２内に搭載されている。車室６２内は、比較的故障の要因の少ない環境であるため、車室６２内に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータの故障を抑制することができる。その結果、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが共に故障する事態を、より効果的に防ぐことができる。

特に、本実施形態においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１がエンジンルーム６１に搭載され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２が車室６２内に搭載されている。これにより、２つのＤＣ−ＤＣコンバータの車両６への搭載性を確保しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータと他の機器との間の配線の簡素化等を図りやすい。すなわち、電力変換装置３や回転電機１３１は通常、エンジンルーム６１に搭載されるため、電力変換装置３に接続される第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１をエンジンルーム６１に搭載することで、配線の簡素化を図ることができる。一方、メインバッテリ２は車室６２内に一般的に搭載されるため、メインバッテリ２に接続される第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を車室６２内に搭載することで、配線の簡素化を図ることができる。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、電力変換装置３と一体に設けられている。これにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と電力変換装置３との間の配線をより短くすることができる。それゆえ、この配線に起因するノイズの低減を図ることができる。また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と電力変換装置３との間の断線などの可能性も、低減することができる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、メインバッテリ２、スイッチ４ａ、４ｂ、及びバッテリ監視ユニット１４と一体に設けられている。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２と、メインバッテリ２、スイッチ４ａ、４ｂ、及びバッテリ監視ユニット１４との間の配線をより短くすることができる。それゆえ、これらの配線に起因するノイズの低減を図ることができる。また、これらの配線の断線などの可能性も、低減することができる。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２とは、互いに出力電力が異なる。具体的には、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１よりも、出力電力が小さい。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の体格を小さくすることができ、その結果、車両６への第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の搭載性を向上させることができる。特に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を車室６２内に搭載する際に、その配置自由度を向上させることができる。また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の出力電力を小さくすることで、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の冷却手段を簡素化したり、廃止したりすることも考えられる。例えば、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１の冷却を液冷式とするのに対して、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の冷却を空冷式とすることもできる。その結果、さらに第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の搭載性を向上させることができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、非常時においても車両の運行可能な状態を維持しやすい、電源システムを提供することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、上記実施形態においては、ハイブリッド自動車に搭載した車両用電源システムについて説明したが、例えば、電気自動車、燃料電池車等に搭載した車両用電源システムとすることもできる。

また、上記実施形態においては、第２ＤＣ−ＤＣコンバータを、メインバッテリ、ＳＭＲ及びバッテリ制御部と一体に設けた構成を示したが、第２ＤＣ−ＤＣコンバータを、メインバッテリ、ＳＭＲ、バッテリ制御部のうちのいずれか１つ又は２つと一体に設けてもよい。

また、上記実施形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータとして、第１ＤＣ−ＤＣコンバータと第２ＤＣ−ＤＣコンバータとの２つを備えた車両用電源システムを示したが、ＤＣ−ＤＣコンバータを３つ以上備えた車両用電源システムとすることもできる。

１車両用電源システム
１１Ｐ、１１Ｎ、１２Ｐ、１２Ｎ電源配線
２メインバッテリ
３電力変換装置
４ａ、４ｂスイッチ
５１第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
５２第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
６車両

Claims

車両（６）に搭載された車両用電源システム（１）であって、
メインバッテリ（２）と、
上記メインバッテリの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（３）と、
上記メインバッテリと上記電力変換装置との間の通電、遮断を切り替えるスイッチ（４ａ、４ｂ）と、
上記スイッチと上記電力変換装置との間の電源配線（１１Ｐ、１１Ｎ）に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１）と、
上記スイッチと上記メインバッテリとの間の電源配線（１２Ｐ、１２Ｎ）に接続された第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（５２）と、を有し、
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータとは、上記車両における互いに離れた部位に搭載されている、車両用電源システム。
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータとは、一方が、上記車両のエンジンルーム（６１）に搭載されており、他方が、上記車両における上記エンジンルームとは異なる部位に搭載されている、請求項１に記載の車両用電源システム。
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータとは、一方が、上記エンジンルームに搭載されており、他方が、上記車両の車室（６２）内に搭載されている、請求項２に記載の車両用電源システム。
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記エンジンルームに搭載されており、上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記車室内に搭載されている、請求項３に記載の車両用電源システム。
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記電力変換装置と一体に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用電源システム。
上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記メインバッテリと一体に設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用電源システム。
上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記スイッチと一体に設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用電源システム。
上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記メインバッテリを監視、制御するバッテリ監視ユニット（１４）と一体に設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用電源システム。
上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータとは、互いに出力電力が異なる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の車両用電源システム。
上記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記第１ＤＣ−ＤＣコンバータよりも、出力電力が小さい、請求項９に記載の車両用電源システム。