JP2023139874A - 車両電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の充電時における車載ＡＶ機器への電磁ノイズの影響を低減することである。
【解決手段】車両電源システム２は、車両１の回転電機３に電力を供給する第１バッテリ５と、車両に搭載されたＡＶ機器４に給電する第２バッテリ６と、車両が第１バッテリに車外から充電されている外部充電状態のときはＡＶ機器および第２バッテリの第２接地ラインと第１バッテリの第１接地ラインとを電気的に切り離す切替装置と、第１バッテリに接続された回転電機を含む第１負荷回路２４ａ、および第２バッテリに接続されたＡＶ機器を含む第２負荷回路２４ｂ、のうち一方の負荷回路を他方の負荷回路に対して電磁的にシールドするシールド構造物１４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両において車載装置に給電する車両電源システムに関する。

特許文献１には、簡便な方法でケーブルの接地を行う電動車両の充電口の構成が開示されている。また、特許文献２には、電流供給線、アース線、及びシールド線で構成された電動車両用の充電ケーブルにおいて、アース線とシールド線とを充電器側で接地し、シールド線とアース線とを電動車両側で短絡させることで放射ノイズを低減することが記載されている。また、特許文献３には、充電ケーブルに車体接続用電線を設け、車体接続用電線の電位から接地故障を認識する充電装置が記載されている。

特開２０１０－１６６７５６号公報 特許第５０４８８８８号公報 特開平５－２７６６７４号公報

充電スタンド等において大容量の充電設備により電動車両の動力用の二次電池に充電を行う場合、動力用の二次電池に流れる大きな充電電流による電磁ノイズにより、車載のＡＶ機器の視聴に乱れが生じ得る。
本発明の目的は、電動車両の充電時における車載ＡＶ機器への電磁ノイズの影響を低減することである。

本発明の一の態様は、車両の回転電機に電力を供給する第１バッテリと、前記車両に搭載されたＡＶ機器に給電する第２バッテリと、前記車両が、前記車両の外部から前記第１バッテリに充電されている外部充電状態のときは、前記ＡＶ機器および前記第２バッテリの第２接地ラインと、前記第１バッテリの第１接地ラインと、を電気的に切り離す切替装置と、前記第１バッテリに接続された前記回転電機を含む第１負荷回路、および前記第２バッテリに接続された前記ＡＶ機器を含む第２負荷回路、のうち一方の負荷回路を他方の負荷回路に対して電磁的にシールドするシールド構造物と、を有する、車両電源システムである。
本発明の他の態様によると、前記切替装置は、前記車両の車体を介して大地に接地された前記第１接地ラインと、前記第２接地ラインと、の間の電気的接続の切り離しを行う。
本発明の他の態様によると、前記第１バッテリおよび前記第２バッテリの少なくとも一方を前記車両の車体に対して着脱可能に装着するバッテリソケットを備え、前記切替装置は、前記バッテリソケットにおける前記第１バッテリの接地ラインと前記第２バッテリの接地ラインとの電気的接続を切り離すことにより、前記第１接地ラインと前記第２接地ラインとの電気的接続の切り離しを行う。
本発明の他の態様によると、前記ＡＶ機器は、少なくとも前記切替装置により前記第２接地ラインが前記第１接地ラインから電気的に切り離されているときは、前記車両に搭載された他の機器との間において、電気的に絶縁状態であっても通信が可能なキャリアを用いた通信を行う。

本発明によれば、電動車両の充電時における車載ＡＶ機器への電磁ノイズの影響を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る車両電源システムの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両電源システムの構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る車両電源システムの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る車両電源システムの構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、電動車両である車両１に搭載された車両電源システム２ａの構成を示す図である。この車両電源システム２ａは、車両１を駆動する回転電機３と、ＡＶ機器４と、回転電機３に電力を供給する第１バッテリ５と、ＡＶ機器４に給電する第２バッテリ６と、車両１の種々の機能を制御するＥＣＵ７と、切替制御装置８ａと、を含む。ＡＶ機器４は、例えば、テレビ、ＴＣＵ（Ｔｅｌｅｍａｔｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の通信機器、ディスプレイオーディオ、ラジオ機器、ＩＶＩ（Ｉｎ－Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｔａｉｎｍｅｎｔ）装置などであり得る。

第１バッテリ５は、いわゆる回生ブレーキにより回転電機３が発電機モードで動作したときに、回転電機３により充電されるほか、車両１の車体に設けられた充電コネクタ９を介して、車両１の外部の充電設備からの給電を受けて充電される。回転電機３には、駆動力を発生させるか、又は回生ブレーキにより発生した電力を第１バッテリ５に供給するかを制御する駆動装置（不図示）が備えられている。

回転電機３と第１バッテリ５との間には第１接地ライン１０（図示の一方の太線）が接続されており、ＡＶ機器４と第２バッテリ６との間には第２接地ライン１１（図示の他方の太線）が接続されている。また、第１接地ライン１０には、ＥＣＵ７のグランドも接続されている。

本実施形態では、第１接地ライン１０は、車両１の車体が構成する接地ラインである車体グランド１２を介して大地に接地されており、第２接地ライン１１は、切替装置３０ａを介して第１接地ライン１０と接続されている。切替装置３０ａは、例えば、ノーマリオンタイプのリレーであり、切替装置３０ａが無通電のときに、第１接地ライン１０と第２接地ライン１１とが接続される。以下、切替装置３０ａ、並びに後述する切替装置３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、及び３０ｅを総称して切替装置３０ともいうものとする。

なお、切替装置３０は、本明細書に記載する各実施形態では、後述する切替制御装置８ａ、８ｂ、または８ｃにより制御されるリレーであるが、これには限られない。後述するように、切替装置３０は、メカニカルスイッチなどの、第１接地ライン１０と第２接地ライン１１との接続／切り離しを行うことのできる任意の電気部品であり得る。

切替制御装置８ａは、車両１が、車両１の外部から第１バッテリ５に充電されている外部充電状態のときに、切替装置３０を制御して、ＡＶ機器４と第２バッテリ６との間の第２接地ラインと、第１バッテリ５の第１接地ライン１０と、を電気的に切り離す。

切替制御装置８ａは、プロセッサ２０ａとメモリ２１とを備える。メモリ２１は、例えば、揮発性及び又は不揮発性の半導体メモリ、及び又はハードディスク装置等により構成される。プロセッサ２０ａは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えるコンピュータである。プロセッサ２０ａは、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有する構成であってもよい。そして、プロセッサ２０ａは、機能要素又は機能ユニットとして、検知部２２と、切替制御部２３ａと、を備える。

プロセッサ２０ａが備えるこれらの機能要素は、例えば、コンピュータであるプロセッサ２０ａがプログラムを実行することにより実現される。なお、上記コンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能な任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。これに代えて、プロセッサ２０ａが備える上記機能要素の全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。

検知部２２は、車両１の外部からの第１バッテリ５への給電を検知して、車両１が車外から第１バッテリ５に充電されている外部充電状態であることを検知する。例えば、検知部２２は、第１バッテリ５と充電コネクタ９との間に設けられた給電センサ１３により、車両１が外部充電状態であることを検知する。給電センサ１３は、例えば、第１バッテリ５と充電コネクタ９との間の導電ケーブルにおける電流を検知する電流センサであり得る。あるいは、給電センサ１３は、充電コネクタ９において、外部から充電ケーブルが接続されたことを検知する機械式のセンサであってもよい。

切替制御部２３ａは、車両１が外部充電状態であるときに、第２接地ライン１１と第１接地ライン１０とを電気的に切り離す。本実施形態では、切替制御部２３ａは、たとえば、第２接地ライン１１と第１接地ライン１０との接続をオンオフする切替装置３０ａに指示して、車両１が外部充電状態であるときに、第２接地ライン１１と第１接地ライン１０との接続を電気的に切り離す。

また、車両電源システム２ａは、第１バッテリ５に接続された回転電機３を含む第１負荷回路２４ａに対し、第２バッテリ６に接続されたＡＶ機器４を含む第２負荷回路２４ｂを電磁的にシールドする、シールド構造物１４を備える。シールド構造物１４は、密閉筐体である必要はなく、従来技術に従い、防御対象とする電磁波の波長に応じた大きさの網目、スリット、及び又は開口を有する導電性材料で構成され得る。

上記の構成を有する車両電源システム２ａでは、車両１が外部充電状態であるときに、第２接地ライン１１と第１接地ライン１０とが電気的に切り離され、かつ、シールド構造物１４により、ＡＶ機器４を含む第２負荷回路２４ｂが、回転電機３を含む第１負荷回路２４ａに対して電磁的にシールドされている。このため、車両電源システム２ａでは、車両１の第１バッテリ５が充電スタンド等において大容量の充電設備により充電されているような場合に、動力用の第１バッテリ５に流れる大きな充電電流による電磁ノイズがＡＶ機器４に与える影響を、効果的に低減することができる。したがって、上記外部充電状態におけるＡＶ機器４における視聴の乱れを低減することができる。

なお、第２接地ライン１１が第１接地ライン１０に対して電気的に切り離されたときには、ＡＶ機器４とＥＣＵ７との接地電位が異なるものとなり得るため、これらの間の電気的な通信に支障を生ずる場合があり得る。このため、ＡＶ機器４とＥＣＵ７とは、電気的に絶縁状態であっても通信が可能なキャリアを用いた通信、例えば、ＡＶ機器４とＥＣＵ７との間での電気的絶縁を保ち得る光、音、振動などをキャリアとする通信を行うものとしてもよい。本実施形態では、ＡＶ機器４とＥＣＵ７との間の通信は、例えば、フォトカプラ１５により、光をキャリアとする通信を行う。なお、このような、電気的絶縁を保ち得るキャリアを用いた通信は、ＡＶ機器４とＥＣＵ７との間で常時行われる必要はなく、少なくとも車両１が外部充電状態であるときに行われるものとすればよい。

［第２実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係る車両電源システム２ｂの構成を示す図である。図２において、図１示す構成要素と同じ構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１における説明を援用する。

車両電源システム２ｂは、車両電源システム２ａと同様の構成を有するが、第１接地ライン１０および第２接地ライン１１は、それぞれ、切替装置３０ｂおよび３０ｃを介して車体グランド１２に接続されている。切替装置３０ｂおよび３０ｃは、例えば、切替装置３０ａと同様に、ノーマリオンタイプのリレーであり、切替装置３０ｂおよび３０ｃが無通電のときに、第１接地ライン１０および第２接地ライン１１が、共に車体グランド１２に接続される。

また、車両電源システム２ｂは、切替制御装置８ａに代えて切替制御装置８ｂを有する点が車両電源システム２ａと異なる。切替制御装置８ｂは、切替制御装置８ａと同様の構成を有するが、切替制御部２３ａを備えるプロセッサ２０ａに代えて、切替制御部２３ｂを備えるプロセッサ２０ｂを有する点が異なる。切替制御部２３ｂは、切替制御部２３ａと同様の構成を有するが、車両１が外部充電状態であるときに、第１接地ライン１０と車体グランド１２との間に配された切替装置３０ｂ、または第２接地ライン１１と車体グランド１２との間に配された切替装置３０ｃのいずれかを動作させることにより、第２接地ライン１１を第１接地ライン１０から電気的に切り離す点が異なる。

車両電源システム２ｂでは、例えば、車両１が外部充電状態であるときに切替装置３０ｃを動作させて接続オフ状態とすることで、第１接地ライン１０が接続された車体グランド１２に対して第２接地ライン１１が電気的に切り離される。これにより、図１に示す第１実施形態の場合と同様に、第１バッテリ５に流れる充電電流による電磁ノイズがＡＶ機器４に与える影響を効果的に低減することができる。

これに加え、車両電源システム２ｂでは、例えば、外部の充電設備からの充電ケーブルが充電コネクタ９に接続されることにより、第１接地ライン１０が充電コネクタ９および充電ケーブルを介して車外の接地ラインに接続される場合は、車両１が外部充電状態であるときには、切替装置３０ｂを動作させて接続オフ状態としてもよい。これにより、第１バッテリ５が充電される際の第１接地ライン１０の接地は、車外の接地ラインで確保しつつ、第２接地ライン１１は、車体グランド１２に接地させた状態に維持して、ＡＶ機器４における電磁ノイズの影響を低減することができる。

［第３実施形態］
図３は、本発明の第３の実施形態に係る車両電源システム２ｃの構成を示す図である。図３において、図１示す構成要素と同じ構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１における説明を援用する。

車両電源システム２ｃは、車両電源システム２ａと同様の構成を有するが、第１接地ライン１０と第２接地ライン１１とが切替装置３０ａを介して接続されているほか、第１バッテリ５の出力ライン１６と第２バッテリ６の出力ライン１７とが、切替装置３０ｄを介して接続されている。切替装置３０ｄは、例えば、切替装置３０ａと同様に、ノーマリオンタイプのリレーである。

また、車両電源システム２ｃは、切替制御装置８ａに代えて切替制御装置８ｃを有する点が車両電源システム２ａと異なる。切替制御装置８ｃは、切替制御装置８ａと同様の構成を有するが、切替制御部２３ａを備えるプロセッサ２０ａに代えて、切替制御部２３ｃを備えるプロセッサ２０ｃを有する点が異なる。切替制御部２３ｃは、切替制御部２３ａとは異なり、車両１が外部充電状態でないときは、切替装置３０ａおよび３０ｄを共に接続オン状態とし、車両１が外部充電状態であるときには、切替装置３０ａおよび３０ｄを共に動作させて接続オフ状態とする。

これにより、車両電源システム２ｃでは、車両１が外部充電状態でないときには、第１バッテリ５の出力ライン１６および第１接地ライン１０を、それぞれ、第２バッテリ６の出力ライン１７および第２接地ライン１１と接続して、車両１の走行中は、回生ブレーキ等の際に第１バッテリ５および第２バッテリ６の双方を回転電機３により充電することができる。その一方、車両１が外部充電状態であるときには、車両電源システム２ｃでは、第１バッテリ５の出力ライン１６および第１接地ライン１０が、それぞれ、第２バッテリ６の出力ライン１７および第２接地ライン１１から電気的に切り離されるので、図１に示す第１実施形態の場合と同様に、第１バッテリ５に流れる充電電流による電磁ノイズがＡＶ機器４に与える影響を効果的に低減することができる。

［第４実施形態］
図４は、本発明の第４の実施形態に係る車両電源システム２ｄの構成を示す図である。図４において、図１示す構成要素と同じ構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１における説明を援用する。

車両電源システム２ｄは、車両電源システム２ａと同様の構成を有するが、第１バッテリ５および第２バッテリ６は、それぞれ、バッテリソケット１８および１９を介して車両１に着脱可能に固定されている。これにより、車両電源システム２ｄでは、例えば、可搬型のモバイルバッテリを第１バッテリ５および第２バッテリ６として用いることができる。

そして、車両電源システム２ｄでは、第１接地ライン１０と第２接地ライン１１とは、バッテリソケット１８および１９のそれぞれの内部の接地ラインを互いに接続する切替装置３０ｅにより接続されている。切替装置３０ｅは、例えば、切替装置３０ａと同様に、ノーマリオンタイプのリレーである。

なお、バッテリソケット１８および１９に代えて、第１バッテリ５および第２バッテリ６をそれぞれ差し込むことのできる２つのスロットを備えた一つのバッテリソケットを用いるものとすることもできる。この場合には、切替装置３０ｅは、上記バッテリソケットの中に内蔵されているものとすることができる。

切替制御装置８ａの切替制御部２３ａは、車両１が外部充電状態でないときは、切替装置３０ｅを接続オン状態とし、車両１が外部充電状態であるときには、切替装置３０ｅを動作させて接続オフ状態とする。すなわち、切替制御部２３ａは、バッテリソケット１８における第１バッテリ５の接地ラインと、バッテリソケット１９における第２バッテリ６の接地ラインとの電気的接続を、切替装置３０ｅによりオンオフすることにより、第１接地ライン１０と第２接地ライン１１との電気的接続をオンオフする。

これにより、車両電源システム２ｄでは、図１に示す第１実施形態の場合と同様に、車両１が外部充電状態でないときは、第１バッテリ５に流れる充電電流による電磁ノイズがＡＶ機器４に与える影響を効果的に低減され得る。また、車両電源システム２ｄでは、切替装置３０ｅは、２つのバッテリソケット１８、１９の内部の接地ライン間を接続するので、バッテリソケット１８、１９と車載装置とをつなぐために車両１内に引き回すワイヤハーネスの構成を単純化することができる。また、第１バッテリ５及び第２バッテリ６の直近において、それぞれの接地ラインが接続されるので、電磁ノイズも生じにくい。

［他の実施形態］
シールド構造物１４は、上述した各実施形態では、第１バッテリ５に接続された回転電機３を含む第１負荷回路２４ａに対し、第２バッテリ６に接続されたＡＶ機器４を含む第２負荷回路２４ｂを電磁的にシールドするものとしたが、その逆でもよい。すなわち、車両電源システム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（以下、総称して車両電源システム２ともいう）は、第１負荷回路２４ａおよび第２負荷回路２４ｂのうち、一方の負荷回路を他方の負荷回路に対して電磁的にシールドするシールド構造物を含むものとすることができる。

上述した各実施形態に示す車両電源システム２では、切替装置３０は、切替制御装置８ａ、８ｂ、８ｃ（以下、総称して切替制御装置８ともいう）により制御されるリレーであるがーであるが、これには限られない。切替装置３０は、メカニカルスイッチなどの、第１接地ライン１０と第２接地ライン１１との接続及び切り離しを行うことのできる任意の電気部品であり得る。

例えば、切替装置３０は、充電コネクタ９に設けられたメカニカルスイッチであって、充電ケーブルのプラグが充電コネクタ９に接続されたときに電気接点がブレークとなり、充電コネクタ９から上記プラグが抜かれたときに電気接点がメイクとなるスイッチであってもよい。

なお、本発明は上記の実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

［上記実施形態によりサポートされる構成］
上述した実施形態は、以下の構成をサポートする。

（構成１）車両の回転電機に電力を供給する第１バッテリと、前記車両に搭載されたＡＶ機器に給電する第２バッテリと、前記車両が、前記車両の外部から前記第１バッテリに充電されている外部充電状態のときは、前記ＡＶ機器および前記第２バッテリの第２接地ラインと、前記第１バッテリの第１接地ラインと、を電気的に切り離す切替装置と、前記第１バッテリに接続された前記回転電機を含む第１負荷回路、および前記第２バッテリに接続された前記ＡＶ機器を含む第２負荷回路、のうち一方の負荷回路を他方の負荷回路に対して電磁的にシールドするシールド構造物と、を有する、車両電源システム。
構成１の車両電源システムによれば、第１バッテリに流れる大きな充電電流による電磁ノイズがＡＶ機器に与える影響を効果的に低減して、ＡＶ機器における視聴の乱れを低減することができる。

（構成２）前記切替装置は、前記車両の車体を介して大地に接地された前記第１接地ラインと、前記第２接地ラインと、の間の電気的接続の切り離しを行う、構成１に記載の車両電源システム。
構成２の車両電源システムによれば、第１バッテリへの充電時の接地を確保しつつ、ＡＶ機器における視聴の乱れを低減することができる。

（構成３）前記第１バッテリおよび前記第２バッテリの少なくとも一方を前記車両の車体に対して着脱可能に装着するバッテリソケットを備え、前記切替装置は、前記バッテリソケットにおける前記第１バッテリの接地ラインと前記第２バッテリの接地ラインとの電気的接続を切り離すことにより、前記第１接地ラインと前記第２接地ラインとの電気的接続の切り離しを行う、構成１に記載の車両電源システム。
構成３の車両電源システムによれば、車両内のワイヤハーネスの構成を単純化し得ると共に、第１バッテリからの電磁ノイズを低減することができる。

（構成４）前記ＡＶ機器は、少なくとも前記切替装置により前記第２接地ラインが前記第１接地ラインから電気的に切り離されているときは、前記車両に搭載された他の機器との間において、電気的に絶縁状態であっても通信が可能なキャリアを用いた通信を行う、構成１ないし３のいずれかに記載の車両電源システム。
構成４の車両電源システムによれば、第２接地ラインが第１接地ラインから切り離された場合でも、ＡＶ機器と他の車載機器との間の良好な通信を実現することができる。

１…車両、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…車両電源システム、３…回転電機、４…ＡＶ機器、５…第１バッテリ、６…第２バッテリ、７…ＥＣＵ、８、８ａ、８ｂ、８ｃ…切替制御装置、９…充電コネクタ、１０…第１接地ライン、１１…第２接地ライン、１２…車体グランド、１３…給電センサ、１４…シールド構造物、１５…フォトカプラ、１６、１７…出力ライン、１８、１９…バッテリソケット、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…プロセッサ、２１…メモリ、２２…検知部、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…切替制御部、２４ａ…第１負荷回路、２４ｂ…第２負荷回路、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ…切替装置。

Claims (4)

1. 車両の回転電機に電力を供給する第１バッテリと、
   前記車両に搭載されたＡＶ機器に給電する第２バッテリと、
   前記車両が、前記車両の外部から前記第１バッテリに充電されている外部充電状態のときは、前記ＡＶ機器および前記第２バッテリの第２接地ラインと、前記第１バッテリの第１接地ラインと、を電気的に切り離す切替装置と、
   前記第１バッテリに接続された前記回転電機を含む第１負荷回路、および前記第２バッテリに接続された前記ＡＶ機器を含む第２負荷回路、のうち一方の負荷回路を他方の負荷回路に対して電磁的にシールドするシールド構造物と、
   を有する、
   車両電源システム。
2. 前記切替装置は、前記車両の車体を介して大地に接地された前記第１接地ラインと、前記第２接地ラインと、の間の電気的接続の切り離しを行う、
   請求項１に記載の車両電源システム。
3. 前記第１バッテリおよび前記第２バッテリの少なくとも一方を前記車両の車体に対して着脱可能に装着するバッテリソケットを備え、
   前記切替装置は、前記バッテリソケットにおける前記第１バッテリの接地ラインと前記第２バッテリの接地ラインとの電気的接続を切り離すことにより、前記第１接地ラインと前記第２接地ラインとの電気的接続の切り離しを行う、
   請求項１に記載の車両電源システム。
4. 前記ＡＶ機器は、少なくとも前記切替装置により前記第２接地ラインが前記第１接地ラインから電気的に切り離されているときは、前記車両に搭載された他の機器との間において、電気的に絶縁状態であっても通信が可能なキャリアを用いた通信を行う、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の車両電源システム。

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