JP2024022167A - 電源装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024022167000001
【課題】低圧負荷へのダメージを抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電源装置は、バッテリと、バッテリと電気的に接続されているとともに、外部装置が電気的に着脱される外部インターフェースと、バッテリと外部インターフェースとの間に設けられた電圧コンバータと、外部インターフェースと電圧コンバータとの間を接続するインターフェース接続回路から分岐して、バッテリの電圧よりも低い定格電圧を有する低圧負荷に接続される低圧回路と、低圧回路に設けられており、低圧回路とインターフェース接続回路とを電気的に遮断する遮断回路と、電圧コンバータ及び遮断回路の動作を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、インターフェース接続回路の電圧が、低圧負荷の定格電圧を超える場合に、遮断回路を動作させる。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、電源装置に関する。
特許文献１に、８００Ｖの定格電圧を有するバッテリと、当該バッテリと接続されたブースタと、チャージングソケットと、コントローラと、を備える電源装置が開示されている。ブースタは、電圧コンバータと、当該電圧コンバータをバイパスするバイパス回路と、を備える。コントローラは、チャージングソケットに４００Ｖの定格電圧を有する充電装置が電気的に接続された場合に、電圧コンバータによって、充電装置の電力を８００Ｖまで昇圧する。これにより、８００Ｖの電力がバッテリに供給される。一方、コントローラは、チャージングソケットに８００Ｖの定格電圧を有する充電装置が電気的に接続された場合に、ブースタのバイパス回路を電気的に導通する。これにより、充電装置の８００Ｖの電力が、電圧コンバータをバイパスしてバッテリに供給される。
米国特許第１０，４７１，８３７号明細書
電源装置には、チャージングソケットと電圧コンバータとの間を接続する回路から分岐して、バッテリの定格電圧よりも低い定格電圧を有する低圧負荷に接続される低圧回路が設けられる場合がある。このような構成によると、例えば、バッテリの放電電力は、電圧コンバータによって降圧された後、低圧負荷に供給される。しかしながら、仮にバッテリの放電電力が降圧されることなく低圧負荷に供給されると、低圧負荷がダメージを受けることがある。本明細書では、低圧負荷へのダメージを抑制することができる技術を提供する。
本明細書が開示する技術は、電源装置に関する。第１の態様では、電源装置が、バッテリと、前記バッテリと電気的に接続されているとともに、外部装置が電気的に着脱される外部インターフェースと、前記バッテリと前記外部インターフェースとの間に設けられた電圧コンバータと、前記外部インターフェースと前記電圧コンバータとの間を接続するインターフェース接続回路から分岐して、前記バッテリの電圧よりも低い定格電圧を有する低圧負荷に接続される低圧回路と、前記低圧回路に設けられており、前記低圧回路と前記インターフェース接続回路とを電気的に遮断する遮断回路と、前記電圧コンバータ及び前記遮断回路の動作を制御する制御装置と、を備えてもよい。前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の電圧が、前記低圧負荷の前記定格電圧を超える場合に、前記遮断回路を動作させてもよい。
このような構成によると、インターフェース回路から分岐する低圧回路に、低圧回路と前記インターフェース接続回路とを電気的に遮断する遮断回路が設けられる。制御装置は、インターフェース接続回路の電圧が低圧負荷の定格電圧を超える場合に、遮断回路を動作させる。これにより、低圧回路とインターフェース接続回路とが電気的に遮断されるため、低圧負荷の定格電圧を超える過電圧が、低圧回路に供給されない。このため、電源装置は、低圧負荷へのダメージを抑制することができる。
第２の態様では、上記第１の態様において、前記遮断回路は、第１のスイッチング素子を備えてもよい。その場合、前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の電圧が前記低圧負荷の前記定格電圧を超える場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に遮断してもよい。このような構成によると、比較的に簡易な回路構成によって、低圧負荷へのダメージを抑制することができる。
第３の態様では、上記第２の態様において、前記制御装置は、前記バッテリから前記インターフェース接続回路に対して出力される電圧が前記電圧コンバータによって降圧されており、かつ、前記インターフェース接続回路の前記電圧が、前記低圧負荷の前記定格電圧よりも低い場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に導通してもよい。このような構成によると、低圧負荷へダメージを与えることなく、電圧コンバータの出力を低圧負荷へ供給することができる。
第４の態様では、上記第２または第３の態様において、前記制御装置は、前記外部装置の定格電圧が前記低圧負荷の前記定格電圧以下である場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に導通してもよい。このような構成によると、比較的に簡易な制御構成によって、低圧負荷へのダメージを抑制することができる。
第５の態様では、上記第１から第４の態様のいずれか一つにおいて、前記電圧コンバータは、前記バッテリの正極に接続された上側スイッチング素子と、前記上側スイッチング素子と直列に接続されているとともに、前記バッテリの負極及び前記外部インターフェースの負極端子とに接続され下側スイッチング素子と、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との中点と、前記外部インターフェースの正極端子との間に設けられたリアクトルと、を備えてもよい。その場合、前記制御装置は、前記外部装置の定格電圧が前記バッテリの前記電圧以上である場合に、前記電圧コンバータの前記上側スイッチング素子をオンに保持する第１モードと、前記インターフェース接続回路の前記電圧が前記バッテリの前記電圧よりも低い場合に、前記電圧コンバータの前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とを断続的にオンオフする第２モードと、を実行可能であってもよい。このような構成によると、外部装置の定格電圧にかかわらず、インターフェース接続回路とバッテリとを電圧コンバータを介して接続することができる。このため、従来技術のような電圧コンバータをバイパスするバイパス回路を設ける必要がなくなり、電源装置の構造を簡略化することができる。
第６の態様では、上記第５の態様において、電源装置は、さらに、前記インターフェース接続回路に設けられ、前記インターフェース接続回路を電気的に導通及び遮断する第２のスイッチング素子を備えてもよい。その場合、前記制御装置は、前記電力変換器の前記上側スイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、前記第２のスイッチング素子によって前記インターフェース接続回路を電気的に遮断してもよい。このような構成によると、上側スイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、バッテリの電圧が降圧されることなく外部インターフェースを介して外部装置に供給されることを防止することができる。
第７の態様では、上記第６の態様において、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との双方は、単一の第１半導体パッケージに設けられていてもよい。このような構成によると、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との双方を空間効率良く配置することができるため、電源装置のサイズを小さくすることができる。
第８の態様では、上記第７の態様のいずれか一つにおいて、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との双方は、単一の第２半導体パッケージに設けられており、前記第１半導体パッケージと前記第２半導体パッケージとは、互いに同一構造を有してもよい。このような構成によると、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子と、上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子と、を同一の半導体パッケージで構成することができるため、電源装置の製造効率を向上させることができる。
第９の態様では、上記第２から第８の態様のいずれか一つにおいて、前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の電圧にかかわらず、前記低圧回路に接続された前記低圧負荷に異常が発生した場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に遮断してもよい。このような構成によると、低圧負荷に発生した異常によって、バッテリ等がダメージを受けることを防止することができる。
第１０の態様では、上記第１から第９の態様のいずれか一つにおいて、前記バッテリの前記電圧は、前記バッテリの定格電圧であってもよい。但し、別の実施形態では、バッテリの電圧は、実測されたバッテリの実電圧であってもよい。
第１１の態様では、上記第１から第１０の態様のいずれか一つにおいて、前記外部インターフェースは、前記外部装置として、前記バッテリへの充電電力を前記外部インターフェースに供給する充電装置が電気的に着脱可能であってもよい。このような構成によると、外部装置によって、バッテリを充電することができる。
第１２の態様では、上記第１から第１１の態様のいずれか一つにおいて、前記外部インターフェースは、前記外部装置として、前記バッテリからの放電電力を前記外部インターフェースから受け取る外部負荷が電気的に着脱可能であってもよい。このような構成によると、バッテリの放電電力を外部装置に供給することができる。
本明細書では、さらに別の実施形態の電源装置も開示する。電源装置は、バッテリと、前記バッテリと電気的に接続されているとともに、外部装置が電気的に着脱される外部インターフェースと、前記バッテリと前記外部インターフェースとの間に設けられた電圧コンバータと、前記外部インターフェースと前記電圧コンバータとの間を接続するインターフェース接続回路から分岐して、前記バッテリの電圧よりも低い定格電圧を有する低圧負荷に接続される低圧回路と、前記低圧回路に設けられており、前記インターフェース接続回路から前記低圧回路への供給電圧を降圧する降圧コンバータと、前記電圧コンバータ及び前記降圧コンバータの動作を制御する制御装置と、を備えてもよい。その場合、前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の電圧が、前記低圧負荷の前記定格電圧を超える場合に、前記降圧コンバータを動作させてもよい。
このような構成によると、インターフェース接続回路の電圧が低圧負荷の電圧を超える場合であっても、降圧コンバータによって降圧された電圧を、低圧回路に供給することができる。
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
８００Ｖ充電時における第１実施例の電源装置１０の回路図を示す。 第１実施例の電源装置１０が備える半導体パッケージ９１、９２の斜視図を示す。 ８００Ｖ放電時における第１実施例の電源装置１０の回路図を示す。 ４００Ｖ充電時における第１実施例の電源装置１０の回路図を示す。 ４００Ｖ放電時における第１実施例の電源装置１０の回路図を示す。 ４００Ｖ放電時において、上側スイッチング素子４２ｕに短絡故障が発生した場合の回路図を示す。 電動車両１００の走行中における第１実施例の電源装置１０の回路図を示す。 電動車両１００の走行中において空調機７０に異常が発生した場合の回路図を示す。 ８００Ｖ充電時における第２実施例の電源装置１０ａの回路図を示す。 ４００Ｖ放電時における第２実施例の電源装置１０ａの回路図を示す。
（第１実施例）
図面を参照して第１実施例の電源装置について説明する。図１は、充電ステーション２Ｈの高圧充電装置４Ｈと接続された第１実施例の電源装置１０の回路図を簡略的に示す。電源装置１０は、電動車両１００に搭載される。電源装置１０は、外部インターフェース２０と、外部リレー２５と、インターフェース接続回路３０と、電圧コンバータ４０と、平滑コンデンサ４８と、メインリレー４５と、バッテリ５０と、低圧回路６０と、制御装置８０と、を備える。図示は省略したが、電源装置１０は、電動車両１００の走行用モータにも電気的に接続される。電源装置１０は、バッテリ５０の電力を電動車両１００の走行用モータに供給して、電動車両１００を走行させる。以下では、インターフェースのことを、単に「Ｉ／Ｆ」と記載する。
バッテリ５０は、例えばリチウムイオンセルといった、複数の二次電池セル（図示省略）を内蔵しており、繰り返し充放電可能に構成されている充電可能な二次電池であり、典型的にはリチウムイオンバッテリである。バッテリ５０は、８００Ｖの定格電圧を有する。バッテリ５０は、正極５０ｐと負極５０ｎとを備える。
外部Ｉ／Ｆ２０は、電源装置１０を外部装置と電気的に接続するためのポートである。外部Ｉ／Ｆ２０は、電動車両１００の外表面に設けられている。外部Ｉ／Ｆ２０は、直流の外部装置（例えば、高圧充電装置４Ｈ）のコネクタ（図示省略）が着脱可能に構成される。外部Ｉ／Ｆ２０に高圧充電装置４Ｈのコネクタが差し込まれると、高圧充電装置４Ｈと電源装置１０とが導通する。外部Ｉ／Ｆ２０から高圧充電装置４Ｈのコネクタが取り外されると、高圧充電装置４Ｈと電源装置１０とが電気的に遮断される。外部Ｉ／Ｆ２０は、正極端子２２ｐと、負極端子２２ｎと、を備える。
外部Ｉ／Ｆ２０には、高圧充電装置４Ｈの他にも、高圧ＰＣＳ（Power Conditioning Systemの略）７Ｈ（図３参照）、低圧充電装置４Ｌ（図４参照）、低圧ＰＣＳ７Ｌ（図５参照）のコネクタが、外部装置として着脱可能である。高圧充電装置４Ｈは、バッテリ５０への８００Ｖの充電電力を外部Ｉ／Ｆ２０に供給する。高圧ＰＣＳ７Ｈは、バッテリ５０から８００Ｖの放電電力を受け取り、供給先に配電する。低圧充電装置４Ｌは、バッテリ５０への４００Ｖの充電電力を外部Ｉ／Ｆ２０に供給する。低圧ＰＣＳ７Ｌは、バッテリ５０から４００Ｖの放電電力を受け取り、供給先に配電する。
電圧コンバータ４０は、いわゆる、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。図１に示されるように、電圧コンバータ４０は、バッテリ５０と外部Ｉ／Ｆ２０との間に設けられている。電圧コンバータ４０は、上側スイッチング素子４２ｕと、下側スイッチング素子４２ｄと、リアクトル４６と、を備える。上側スイッチング素子４２ｕは、高圧配線４１ｐを介して、バッテリ５０の正極５０ｐと接続される。下側スイッチング素子４２ｄは、上側スイッチング素子４２ｕと直列に接続されているとともに、低圧配線４１ｎを介して、バッテリ５０の負極５０ｎと接続される。リアクトル４６は、各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄの中点４４と、外部Ｉ／Ｆ２０の正極端子２２ｐとの間に設けられる。各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄは、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistorの略）によって構成される。なお、変形例では、各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄは、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field effect transistorの略）等の他のスイッチング素子によって構成されてもよい。
バッテリ５０と電圧コンバータ４０との間には、メインリレー４５と、平滑コンデンサ４８とが接続されている。平滑コンデンサ４８は、電圧コンバータ４０とバッテリ５０との間を流れる電流の脈動を抑制する。メインリレー４５は、バッテリ５０と電圧コンバータ４０とを電気的に導通及び遮断する。
メインリレー４５とバッテリ５０の正極５０ｐとの間には、ヒューズ５４が接続されている。メインリレー４５とバッテリ５０の負極５０ｎとの間には、迂回リレー５８と抵抗５６とを含む回路が、メインリレー４５に対して並列に接続されている。メインリレー４５をオフし、迂回リレー５８をオンすることによって、バッテリ５０から出力された電力が、抵抗５６を通過する。これにより、電源装置１０を通過する電力の電流が瞬間的に過度に上昇することを防止することができる。
外部Ｉ／Ｆ２０と電圧コンバータ４０との間には、外部リレー２５と、Ｉ／Ｆ接続回路３０とが接続されている。外部リレー２５は、外部Ｉ／Ｆ２０に接続された外部装置と電源装置１０とを電気的に導通及び遮断する。Ｉ／Ｆ接続回路３０は、正極線３０ｐと、負極線３０ｎと、メインスイッチング素子３２と、フィルタコンデンサ３４、３６と、を備える。Ｉ／Ｆ接続回路３０は、外部Ｉ／Ｆ２０と電圧コンバータ４０とを電気的に接続する回路である。正極線３０ｐは、外部Ｉ／Ｆ２０の正極端子２２ｐとリアクトル４６とを接続する。負極線３０ｎは、外部Ｉ／Ｆ２０の負極端子２２ｎとバッテリ５０の負極５０ｎとを接続する。メインスイッチング素子３２は、負極線３０ｎに設けられており、Ｉ／Ｆ接続回路３０を電気的に遮断するスイッチであり、ＩＧＢＴによって構成される。
低圧回路６０は、Ｉ／Ｆ接続回路３０から分岐する回路であり、低圧スイッチング素子６２と、ヒューズ６４と、を備える。低圧回路６０は、空調機７０に接続される。空調機７０は、４００Ｖの定格電圧を有する負荷であり、電動車両１００の室内を空調する。なお、変形例では、空調機７０に代えて、電動車両１００のＡＣインバータが低圧回路６０に接続されてもよいし、電動車両１００の循環水を加熱するヒータが低圧回路６０に接続されてもよい。さらなる変形例では、空調機７０に加え、別の低圧負荷が低圧回路６０に接続されてもよい。低圧スイッチング素子６２は、ＩＧＢＴによって構成され、空調機７０とＩ／Ｆ接続回路３０の負極線３０ｎとの間に接続されている。すなわち、低圧スイッチング素子６２は、低圧回路６０上に設けられている。詳細は後述するが、低圧スイッチング素子６２は、低圧回路６０とＩ／Ｆ接続回路３０とを電気的に遮断する遮断回路の少なくとも一部を構成する。電源装置１０が備える各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄ、３２、６２は、互いに同一の構造を有しており、電流センサ（図示省略）、温度センサ（図示省略）等を備えている。
制御装置８０は、ＣＰＵを備えるコンピュータである。制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０は、例えば、電圧コンバータ４０の各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄ、バッテリ５０、メインスイッチング素子３２、低圧スイッチング素子６２、空調機７０等と電気的に接続される。制御装置８０は、例えば、接続される各デバイス２０、４０、５０、３２、６２、７０からの信号を受信して、各デバイス２５，４０、４５、５０、３２、６２、７０の動作を制御する。
図１に示されるように、各スイッチング素子６２、３２は、ともに、バッテリ５０の負極５０ｎ側に接続されている。このため、図２に示されるように、低圧回路６０の低圧スイッチング素子６２とＩ／Ｆ接続回路３０のメインスイッチング素子３２との双方は、単一の第１半導体パッケージ９１に収容することができる。半導体パッケージ９１では、樹脂パッケージの内部に、各スイッチング素子６２、３２が封止されている。このように、各スイッチング素子６２、３２を単一の第１半導体パッケージ９１に配置することで、各スイッチング素子６２、３２を空間効率よく配置することができるため、電源装置１０のサイズを小さくすることができる。なお、変形例では、各スイッチング素子６２、３２は、ともに、バッテリ５０の正極５０ｐ側に接続されてもよい。
また、半導体パッケージ９１では、正極端子、負極端子、中点端子、複数の信号端子等が、樹脂パッケージの外部に延びている。樹脂パッケージの外部に延びる各端子が電源装置１０に接続される。これにより、樹脂パッケージ内の各スイッチング素子６２、３２が電源装置１０に電気的に接続される。
同様に、電圧コンバータ４０の上側スイッチング素子４２ｕと下側スイッチング素子４２ｄとの双方は、単一の第２半導体パッケージに９２に収容されている。半導体パッケージ９２では、樹脂パッケージの内部に、各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄが封止されている。各半導体パッケージ９１、９２は、互いに同一の構造を有する。各半導体パッケージ９１、９２は、いわゆるパワーカードと呼ばれる量産可能なモジュールである。本実施例の電源装置１０では、各スイッチング素子６２、３２を収容する半導体パッケージ９１と、各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄを収容する半導体パッケージ９２とが、ともに同一の構造を有しているため、電源装置１０の製造効率を向上させることができる。
制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、外部Ｉ／Ｆ２０と接続された外部装置（以下では、対象外部装置と称する）の特性を受信する。当該特性は、対象外部装置の種類（すなわち、充電装置であるかＰＣＳであるか）、対象外部装置の定格電圧（すなわち、４００Ｖであるか８００Ｖであるか）を含む。制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から受信した対象外部装置の特性に基づいて、電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の動作を制御する。
図１を参照して、電源装置１０が高圧充電装置４Ｈと接続される場合に、制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、高圧充電装置４Ｈが外部Ｉ／Ｆ２０と接続されていることを示す信号と、高圧充電装置４Ｈの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧と一致する８００Ｖであることを示す信号と、を受信した場合に、第１モードを実行する。第１モードでは、制御装置８０は、電圧コンバータ４０の上側スイッチング素子４２ｕをオンに保持し、下側スイッチング素子４２ｄをオフに保持する。これにより、高圧充電装置４Ｈの８００Ｖの充電電力が、外部Ｉ／Ｆ２０と電圧コンバータ４０とを介してバッテリ５０に供給される。その結果、バッテリ５０が充電される。すなわち、第１モードでは、電圧コンバータ４０は、高圧充電装置４Ｈからの充電電力を変圧しない。
また、先に述べたように、空調機７０は、４００Ｖの定格電圧を有する。このため、電源装置１０が高圧充電装置４Ｈと接続される場合、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧（すなわち、高圧充電装置４Ｈ及びバッテリ５０の定格電圧８００Ｖ）は、空調機７０の定格電圧よりも高い。このため、制御装置８０は、第１モードにおいて、メインスイッチング素子３２をオンに保持するように動作させる。また、制御装置８０は、第１モードにおいて、低圧スイッチング素子６２をオフに保持するように動作させる。これにより、低圧回路６０が、低圧スイッチング素子６２によって電気的に遮断される。その結果、空調機７０の定格電圧４００Ｖよりも高い８００Ｖの電力が、低圧回路６０を介して空調機７０に印加されない。その結果、空調機７０がダメージを受けることを防止することができる。このように、低圧スイッチング素子６２は、空調機７０を過電圧から保護する。制御装置８０は、８００Ｖ充電時（すなわち、高圧充電装置４Ｈが外部Ｉ／Ｆ２０と接続され、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が４００Ｖを超える場合）に、低圧スイッチング素子６２をオフに保持することによって、空調機７０がダメージを受けることを防止する。
図３を参照して、電源装置１０が高圧ＰＣＳ７Ｈと接続される場合に、制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。高圧ＰＣＳ７Ｈは、住宅６Ｈに設置される。高圧ＰＣＳ７Ｈは、住宅６Ｈ内の複数個の電源８ａ、８ｂに配電する。制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、高圧ＰＣＳ７Ｈが外部Ｉ／Ｆ２０と接続されていることを示す信号と、高圧ＰＣＳ７Ｈの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧と一致する８００Ｖであることを示す信号と、を受信した場合、第１モードを実行する。上述したように、制御装置８０は、第１モードでは、制御装置８０は、電圧コンバータ４０の上側スイッチング素子４２ｕをオンに保持し、下側スイッチング素子４２ｄをオフに保持する。これにより、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力は、電圧コンバータ４０によって降圧されることなく、外部Ｉ／Ｆ２０に供給される。その結果、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力が、電圧コンバータ４０と外部Ｉ／Ｆ２０とを介して高圧ＰＣＳ７Ｈに供給される。これにより、高圧ＰＣＳ７Ｈは、住宅６Ｈでバッテリ５０の放電電力を使用することができる。また、制御装置８０は、低圧スイッチング素子６２をオフに保持するように動作させるため、低圧回路６０が、低圧スイッチング素子６２によって電気的に遮断される。このため、空調機７０の定格電圧４００Ｖよりも高い８００Ｖの電力が、空調機７０に印加されない。その結果、８００Ｖ放電時に、空調機７０がダメージを受けることが防止される。
続いて、図４を参照して、電源装置１０が低圧充電装置４Ｌと接続される場合に、制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。低圧充電装置４Ｌは、充電ステーション２Ｌに設置される。制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、低圧充電装置４Ｌが外部Ｉ／Ｆ２０に接続されていることを示す信号と、低圧充電装置４Ｌの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧よりも低い４００Ｖであることを示す信号と、を受信した場合に、第２モードを実行する。第２モードでは、制御装置８０は、電圧コンバータ４０の上側スイッチング素子４２ｕと下側スイッチング素子４２ｄとを断続的にオンオフする。さらに、制御装置８０は、メインスイッチング素子３２をオンに保持し、低圧スイッチング素子６２をオフに保持する。
バッテリ５０の充電時の第２モードでは、下側スイッチング素子４２ｄがオンされると、Ｉ／Ｆ接続回路３０の正極線３０ｐから低圧配線４１ｎにリアクトル４６と下側スイッチング素子４２ｄを介して電流が流れる。その後、下側スイッチング素子４２ｄがオフされるとともに、上側スイッチング素子４２ｕがオンされる。その結果、Ｉ／Ｆ接続回路３０から中点に向かう方向に発生するリアクトル４６の誘導起電力によって、中点４４の電圧が上昇する。これにより、Ｉ／Ｆ接続回路３０の正極線３０ｐから、リアクトル４６、上側スイッチング素子４２ｕ及び上側スイッチング素子４２ｕと並列に接続されたダイオードを介して、高圧配線４１ｐに電流が流れる。このように流れる電流によって平滑コンデンサ４８が充電され、高圧配線４１ｐの電圧が上昇する。これにより、バッテリ５０に供給される電力の電圧が上昇する。このように、制御装置８０は、４００Ｖ充電時の第２モードにおいて、電圧コンバータ４０の各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄを断続的にオンオフすることによって、バッテリ５０の定格電圧８００Ｖよりも低い４００Ｖの充電電力を、８００Ｖまで昇圧し、バッテリ５０に供給することができる。
図５を参照して、電源装置１０が低圧ＰＣＳ７Ｌと接続される場合に、制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。低圧ＰＣＳ７Ｌは、住宅６Ｌに設置される。低圧ＰＣＳ７Ｌは、住宅６Ｌ内の複数個の電源９ａ、９ｂに配電する。制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、低圧ＰＣＳ７Ｌが外部Ｉ／Ｆ２０に接続されていることを示す信号と、低圧ＰＣＳ７Ｌの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧よりも低い４００Ｖであることを示す信号と、を受信した場合、第２モードを実行する。第２モードでは、制御装置８０は、電圧コンバータ４０の上側スイッチング素子４２ｕと下側スイッチング素子４２ｄとを断続的にオンオフする。
バッテリ５０の４００Ｖ放電時の第２モードでは、上側スイッチング素子４２ｕがオンされると、高圧配線４１ｐから上側スイッチング素子４２ｕと中点４４とを介して、リアクトル４６に電流が流れる。その後、上側スイッチング素子４２ｕがオフされるとともに、下側スイッチング素子４２ｄがオンされる。その結果、上述したリアクトル４６の誘導起電力によって中点４４の電位が低下する。その結果、低圧配線４１ｎから下側スイッチング素子４２ｄ及び下側スイッチング素子４２ｄと並列に接続されるダイオードと、リアクトル４６と、を介して正極線３０ｐへ電流が流れる。
このように、制御装置８０は、４００Ｖ放電時の第２モードでは、電圧コンバータ４０の各スイッチング素子４２ｕ、４２ｄを断続的にオンオフすることによって、バッテリ５０の放電電力を、バッテリ５０の定格電圧８００Ｖから４００Ｖまで降圧し、低圧ＰＣＳ７Ｌに供給する。さらに、放電時における第２モードでは、制御装置８０は、メインスイッチング素子３２をオンに保持し、低圧スイッチング素子６２をオンに保持する。すなわち、制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、低圧ＰＣＳ７Ｌの定格電圧が空調機７０の定格電圧以下である４００Ｖであることを示す信号を受信した場合に、低圧スイッチング素子６２によって低圧回路６０を電気的に導通する。これにより、電圧コンバータ４０によって４００Ｖまで降圧されたバッテリ５０の放電電力を、低圧回路６０を介して、空調機７０に供給することができる。電源装置１０は、バッテリ５０の放電電力を利用して、空調機７０を作動させることができる。このように、制御装置８０は、４００Ｖ放電時（すなわち、低圧ＰＣＳ７Ｌが外部Ｉ／Ｆ２０と接続され、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が４００Ｖと一致する場合）に、低圧スイッチング素子６２をオンに保持することによって、降圧されたバッテリ５０の放電電圧を、空調機７０に供給することができる。
次いで、図６を参照して、電源装置１０が低圧ＰＣＳ７Ｌと接続されている状態において、電圧コンバータ４０の上側スイッチング素子４２ｕに短絡故障が発生した場合に、制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。上側スイッチング素子４２ｕに短絡故障が発生すると、上側スイッチング素子４２ｕは、通電する。その結果、高圧配線４１ｐから、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力が、降圧されることなく下側スイッチング素子４２ｄに印加される。これにより、下側スイッチング素子４２ｄの電流センサ（図示省略）は、閾値を超える電流が下側スイッチング素子４２ｄを流れたことを検知する。この場合、下側スイッチング素子４２ｄは、制御装置８０に、上側スイッチング素子４２ｕが短絡したことを示す信号を送信する。
制御装置８０は、下側スイッチング素子４２ｄから、上側スイッチング素子４２ｕが短絡したことを示す信号を受信すると、メインスイッチング素子３２をオフする。その結果、Ｉ／Ｆ接続回路３０が、メインスイッチング素子３２によって電気的に遮断される。これにより、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力が、外部Ｉ／Ｆ２０を介して低圧ＰＣＳ７Ｌに供給されることを防止することができる。低圧ＰＣＳ７Ｌの定格電圧４００Ｖを超えるバッテリ５０の放電電力が、低圧ＰＣＳ７Ｌに供給されないため、低圧ＰＣＳ７Ｌがダメージを受けることを防止することができる。さらに、制御装置８０は、低圧スイッチング素子６２をオフに保持するように動作させる。これにより、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力が、低圧回路６０を介して空調機７０に供給されることを防止することができる。その結果、空調機７０がダメージを受けることを防止することができる。
図７及び図８を参照して、電動車両１００の走行中に制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。電動車両１００が走行している場合、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力は、電動車両１００の走行用モータ（図示省略）に供給される。これにより、走行用モータが駆動する。さらに、電動車両１００の走行中、制御装置８０は、図５で説明した４００Ｖ放電時の第２モードを実行しつつ、メインスイッチング素子３２及び低圧スイッチング素子６２をオンに保持する。すなわち、制御装置８０は、電圧コンバータ４０がバッテリ５０の出力を降圧しており、かつ、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が空調機７０の定格電圧よりも低い場合に、低圧スイッチング素子６２によって低圧回路を電気的に導通する。これにより、バッテリ５０の８００Ｖの放電電力が、空調機７０の定格電圧４００Ｖまで降圧されて空調機７０に提供される。これにより、電動車両１００の走行中、バッテリ５０の放電電力を利用して、空調機７０を作動させることができる。
次いで、図８を参照して、電動車両１００の走行中に、空調機７０に異常が発生した場合に、制御装置８０が実行する電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２の制御について説明する。制御装置８０は、空調機７０から、空調機７０に異常が発生したことを示す信号を受信すると、第２モードを維持しつつ、メインスイッチング素子３２をオンに保持するとともに、低圧スイッチング素子６２をオフに保持するように動作させる。その結果、低圧回路６０が、低圧スイッチング素子６２によって電気的に遮断される。これにより、空調機７０に異常が発生した場合であっても、当該異常が、電圧コンバータ４０、バッテリ５０等に影響を与えることを防止することができる。その結果、電動車両１００は、空調機７０に異常が発生した場合であっても、走行を継続することができる。なお、変形例では、制御装置８０は、空調機７０に異常が発生したことを示す信号を受信した場合に、第１モードに移行してから、メインスイッチング素子３２をオンに保持するとともに、低圧スイッチング素子６２をオフに保持するように動作させてもよい。
図示は省略したが、図５で説明した電源装置１０が低圧ＰＣＳ７Ｌと接続された状態において、空調機７０に異常が発生した場合、制御装置８０は、第２モードを実行しつつ、メインスイッチング素子３２をオンに保持するとともに、低圧スイッチング素子６２をオフに保持するように動作させる。これにより、空調機７０に異常が発生した場合であっても、当該異常が、低圧ＰＣＳ７Ｌに影響を与えることを防止することができる。その結果、電源装置１０は、空調機７０に異常が発生した場合であっても、低圧ＰＣＳ７Ｌへの電力の供給を継続することができる。
（対応関係）低圧スイッチング素子６２が、「第１のスイッチング素子」の一例である。メインスイッチング素子３２が、「第２のスイッチング素子」の一例である。４００Ｖが、「低圧負荷の定格電圧」の一例である。
（第２実施例）
図９および図１０を参照して、第２実施例の電源装置１０ａについて説明する。上述した第１実施例の電源装置１０と第２実施例の電源装置１０ａを比較すると、第２実施例の電源装置１０ａは、第１実施例の低圧回路６０に代えて、低圧回路６０ａを有する。この点を除き、第１実施例の電源装置１０と第２実施例の電源装置１０ａとは、同様の構成を有する。
第１実施例の低圧回路６０と第２実施例の低圧回路６０ａを比較すると、第２実施例の低圧回路６０ａは、第１実施例の低圧スイッチング素子６２に代えて、降圧コンバータ６６を有する。この点を除き、第１実施例の低圧回路６０と第２実施例の低圧回路６０ａとは、同様の構成を有する。
図９を参照して、第２実施例の電源装置１０ａが高圧充電装置４Ｈと接続される場合に、第２実施例の制御装置８０が実行する降圧コンバータ６６の制御について説明する。第１実施例と同様に、第２実施例の制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、高圧充電装置４Ｈが外部Ｉ／Ｆ２０と接続されていることを示す信号と、高圧充電装置４Ｈの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧と一致する８００Ｖであることを示す信号と、を受信した場合に第１モードを実行する。これにより、高圧充電装置４Ｈの８００Ｖの充電電力が、外部Ｉ／Ｆ２０、Ｉ／Ｆ接続回路３０及び電圧コンバータ４０を介してバッテリ５０に供給される。
第２実施例の制御装置８０は、第１モードを実行し、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が、空調機７０の定格電圧４００Ｖよりも高い８００Ｖである場合に、降圧コンバータ６６を動作させる。これにより、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が、降圧コンバータ６６によって４００Ｖまで降圧され、低圧回路６０ａに供給される。
図１０を参照して、第２実施例の電源装置１０ａが低圧ＰＣＳ７Ｌと接続される場合に、第２実施例の制御装置８０が実行する降圧コンバータ６６の制御について説明する。第２実施例の制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、低圧ＰＣＳ７Ｌが外部Ｉ／Ｆ２０に接続されていることを示す信号と、低圧ＰＣＳ７Ｌの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧よりも低い４００Ｖであることを示す信号と、を受信した場合に第２モードを実行する。これにより、バッテリ５０の放電電力が、バッテリ５０の定格電圧８００Ｖから４００Ｖまで降圧され、低圧ＰＣＳ７Ｌに供給される。
第２実施例の制御装置８０は、第２モードを実行し、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が、空調機７０の定格電圧４００Ｖと同じ４００Ｖである場合に、降圧コンバータ６６を動作させない。これにより、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が、降圧コンバータ６６によって降圧されることなく、低圧回路６０ａに供給される。
このように、第２実施例の電源装置１０ａによれば、電源装置１０ａが高圧充電装置４Ｈと接続され、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が８００Ｖとなる場合であっても、低圧回路６０ａに設けられる降圧コンバータ６６によって、４００Ｖまで降圧することができる。このため、本実施例の電源装置１０では、Ｉ／Ｆ接続回路３０の電圧が８００Ｖとなる場合であっても、低圧回路６０ａを電気的に遮断することなく、空調機７０に４００Ｖの電力を適切に供給することができる。
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
（変形例１）上述した実施例では、外部Ｉ／Ｆ２０は、直流の外部装置（例えば、高圧充電装置４Ｈ）と接続されたが、本変形例では、外部Ｉ／Ｆ２０は、交流の外部装置と接続されてもよい。その場合、電源装置１０は、例えば、外部リレー２５とＩ／Ｆ接続回路３０との間に設けられるＡＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。
（変形例２）上述した第１実施例では、制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から受信した信号に基づいて、電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２を制御する。本変形例では、これに代えて、制御装置８０は、外部Ｉ／Ｆ２０から、電流の向きを示す信号と、接続された外部機器の電圧値を受信してもよい。その場合、制御装置８０は、受信した信号と電圧値とに基づいて、電圧コンバータ４０、各スイッチング素子３２、６２を制御してもよい。
（変形例３）電圧コンバータ４０は、例えば、上側スイッチング素子４２ｕを備えなくてもよい。その場合、電源装置１０は、例えば、外部Ｉ／Ｆ２０に低圧ＰＣＳ７Ｌが接続された場合に、電圧コンバータ４０をバイパスするバイパス回路を備えてもよい。
（変形例４）電源装置１０は、メインスイッチング素子３２を備えなくてもよい。
（変形例５）低圧スイッチング素子６２とメインスイッチング素子３２とは、単一の第１半導体パッケージ９１に封止されていなくてもよい。
（変形例６）上側スイッチング素子４２ｕと下側スイッチング素子４２ｄとは、単一の第２半導体パッケージ９２に封止されていなくてもよい。また、各半導体パッケージ９１、９２は、互いに異なる構造を有してもよい。
（変形例７）外部Ｉ／Ｆ２０は、ＰＣＳが着脱可能に構成されていなくてもよい。その場合、外部Ｉ／Ｆ２０には、高圧充電装置４Ｈと、低圧充電装置４Ｌと、の双方が着脱可能に構成されていればよい。
（変形例８）外部Ｉ／Ｆ２０は、充電装置が着脱可能に構成されていなくてもよい。その場合、外部Ｉ／Ｆ２０には、高圧ＰＣＳ７Ｈと、低圧ＰＣＳ７Ｌと、の双方が着脱可能に構成されていればよい。
（変形例９）バッテリ５０の定格電圧は、８００Ｖに限定されず、８００Ｖより高くてもよいし、低くてもよい。バッテリ５０の定格電圧は、例えば、４００Ｖであってもよい。同様に、空調機７０の定格電圧は、４００Ｖより高くてもよいし、低くてもよい。空調機７０の定格電圧は、例えば、１２Ｖであってもよい。さらなる変形例では、バッテリ５０の定格電圧に代えて、実測された実電圧値と各外部装置（すなわち、高圧充電装置４Ｈ、低圧充電装置４Ｌ、高圧ＰＣＳ７Ｈ、低圧ＰＣＳ７Ｌ）の定格電圧とを比較してもよい。
（変形例１０）高圧充電装置４Ｈ及び高圧ＰＣＳ７Ｈの定格電圧は、８００Ｖより高くてもよいし、低くてもよい。例えば、高圧充電装置４Ｈの定格電圧は、バッテリ５０の定格電圧８００Ｖよりも大幅に高い１０００Ｖであってもよい。このような定格電圧１０００Ｖを有する高圧充電装置４Ｈは、バッテリ５０の充電に適した８００Ｖの電力も電源装置１０に供給可能である。そのため、本変形例では、制御部８０は、高圧充電装置４Ｈの定格電圧がバッテリ５０の定格電圧以上であることを示す信号を受信した場合に、第１モードを実行してもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
２Ｈ、２Ｌ ：充電ステーション
４Ｈ ：高圧充電装置
４Ｌ ：低圧充電装置
６Ｈ、６Ｌ ：住宅
７Ｈ ：高圧ＰＣＳ
７Ｌ ：低圧ＰＣＳ
８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ ：電源
１０、１０ａ：電源装置
２０ ：外部Ｉ／Ｆ
２２ｎ ：負極端子
２２ｐ ：正極端子
２５ ：外部リレー
３０ ：Ｉ／Ｆ接続回路
３０ｎ ：負極線
３０ｐ ：正極線
３２ ：メインスイッチング素子
３４、３６ ：フィルタコンデンサ
４０ ：電圧コンバータ
４１ｎ ：低圧配線
４１ｐ ：高圧配線
４２ｄ ：下側スイッチング素子
４２ｕ ：上側スイッチング素子
４４ ：中点
４５ ：メインリレー
４６ ：リアクトル
４８ ：平滑コンデンサ
５０ ：バッテリ
５０ｎ ：負極
５０ｐ ：正極
５４、６４ ：ヒューズ
５６ ：抵抗
５８ ：迂回リレー
６０ ：低圧回路
６２ ：低圧スイッチング素子
６６ ：降圧コンバータ
７０ ：空調機
８０ ：制御装置
９１ ：第１半導体パッケージ
９２ ：第２半導体パッケージ
１００ ：電動車両

Claims (13)

  1. バッテリと、
    前記バッテリと電気的に接続されているとともに、外部装置が電気的に着脱される外部インターフェースと、
    前記バッテリと前記外部インターフェースとの間に設けられた電圧コンバータと、
    前記外部インターフェースと前記電圧コンバータとの間を接続するインターフェース接続回路から分岐して、前記バッテリの電圧よりも低い定格電圧を有する低圧負荷に接続される低圧回路と、
    前記低圧回路に設けられており、前記低圧回路と前記インターフェース接続回路とを電気的に遮断する遮断回路と、
    前記電圧コンバータ及び前記遮断回路の動作を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の電圧が、前記低圧負荷の前記定格電圧を超える場合に、前記遮断回路を動作させる、
    電源装置。
  2. 前記遮断回路は、第１のスイッチング素子を備え、
    前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の前記電圧が前記低圧負荷の前記定格電圧を超える場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に遮断する、請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記制御装置は、前記バッテリから前記インターフェース接続回路に対して出力される電圧が前記電圧コンバータによって降圧されており、かつ、前記インターフェース接続回路の前記電圧が、前記低圧負荷の前記定格電圧よりも低い場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に導通する、請求項２に記載の電源装置。
  4. 前記制御装置は、前記外部装置の定格電圧が前記低圧負荷の前記定格電圧以下である場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に導通する、請求項２に記載の電源装置。
  5. 前記電圧コンバータは、
    前記バッテリの正極に接続された上側スイッチング素子と、
    前記上側スイッチング素子と直列に接続されているとともに、前記バッテリの負極及び前記外部インターフェースの負極端子とに接続され下側スイッチング素子と、
    前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との中点と、前記外部インターフェースの正極端子との間に設けられたリアクトルと、を備え、
    前記制御装置は、
    前記外部装置の定格電圧が前記バッテリの前記電圧以上である場合に、前記電圧コンバータの前記上側スイッチング素子をオンに保持する第１モードと、
    前記インターフェース接続回路の前記電圧が前記バッテリの前記電圧よりも低い場合に、前記電圧コンバータの前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とを断続的にオンオフする第２モードと、を実行可能である、
    請求項２に記載の電源装置。
  6. 前記インターフェース接続回路に設けられ、前記インターフェース接続回路を電気的に導通及び遮断する第２のスイッチング素子をさらに備え、
    前記制御装置は、前記電圧コンバータの前記上側スイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、前記第２のスイッチング素子によって前記インターフェース接続回路を電気的に遮断する、請求項５に記載の電源装置。
  7. 前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との双方は、単一の第１半導体パッケージに設けられている、
    請求項６に記載の電源装置。
  8. 前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との双方は、単一の第２半導体パッケージに設けられており、
    前記第１半導体パッケージと前記第２半導体パッケージとは、互いに同一構造を有する、請求項７に記載の電源装置。
  9. 前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の前記電圧にかかわらず、前記低圧回路に接続された前記低圧負荷に異常が発生した場合に、前記第１のスイッチング素子によって前記低圧回路を電気的に遮断する、請求項２に記載の電源装置。
  10. 前記バッテリの前記電圧は、前記バッテリの定格電圧である、請求項１に記載の電源装置。
  11. 前記外部インターフェースは、前記外部装置として、前記バッテリへの充電電力を前記外部インターフェースに供給する充電装置が電気的に着脱可能である、請求項１に記載の電源装置。
  12. 前記外部インターフェースは、前記外部装置として、前記バッテリからの放電電力を前記外部インターフェースから受け取る外部負荷が電気的に着脱可能である、請求項１に記載の電源装置。
  13. バッテリと、
    前記バッテリと電気的に接続されているとともに、外部装置が電気的に着脱される外部インターフェースと、
    前記バッテリと前記外部インターフェースとの間に設けられた電圧コンバータと、
    前記外部インターフェースと前記電圧コンバータとの間を接続するインターフェース接続回路から分岐して、前記バッテリの電圧よりも低い定格電圧を有する低圧負荷に接続される低圧回路と、
    前記低圧回路に設けられており、前記インターフェース接続回路から前記低圧回路への供給電圧を降圧する降圧コンバータと、
    前記電圧コンバータ及び前記降圧コンバータの動作を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記インターフェース接続回路の電圧が、前記低圧負荷の前記定格電圧を超える場合に、前記降圧コンバータを動作させる、
    電源装置。

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