JP3245334B2 - 電動車両の電源制御装置 - Google Patents

電動車両の電源制御装置

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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動車両の電源制御
装置に係り、特に、バッテリの残存容量が不十分である
ときに大きな電力消費があった場合でも、当該バッテリ
から給電される機器が正常に動作できるようにした電動
車両の電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動車両では、駆動モータの定格電圧
（例えば、２８８Ｖ）と、ヘッドライトやエアーコンデ
ィショナ等の車両用補機あるいはＥＣＵ（エンジン・コ
ントロール・ユニット）やモータコントローラ等の制御
機器の定格電圧（例えば、１２Ｖ）とが大きく異なるこ
とから、駆動モータ用の高電圧（２８８Ｖ）を発生する
メインバッテリ（以下、高電圧バッテリ）と共に、補機
用の低電圧（１２Ｖ）を発生するサブバッテリ（以下、
低電圧バッテリ）を備えている。低電圧バッテリへの充
電は、高電圧バッテリの出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバー
タで降圧して印加することで行われる。
【０００３】図５は、従来の電動車両の電源回路の構成
を示したブロック図であり、高電圧バッテリ４は、その
出力段に接続された主開閉器３を介してインバータ１お
よびＤＣ／ＤＣコンバータ７と接続され、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ７の出力段には、低電圧バッテリ５、モータコ
ントローラ８、補機９、ＥＣＵ６、およびリレー３Ｌが
接続されている。
【０００４】図６は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ７の一
例を示したブロック図であり、入力フィルタ７１と、ト
ランス７２と、トランス７２の一次側に接続されたイン
バータ７３と、インバータ７３を制御する制御ブロック
７４と、制御ブロック７４へ給電する補助電源部７５
と、トランス７２の二次側に接続された整流・平滑回路
７６と、温度保護回路７７と、出力の過電圧を検出する
過電圧検出部７８と、過電圧信号を制御ブロック７４へ
非導通状態で提供するフォトカプラ７９とによって構成
されている。前記補助電源部７５は一種のＤＣ／ＤＣコ
ンバータで、高電圧バッテリ４から出力され、前記入力
フィルタ７１を介して入力された高電圧（２８８Ｖ）を
制御ブロック７４の定格電圧（例えば、１２Ｖ）に変換
する。
【０００５】再び図５へ戻り、主開閉器３は、ＥＣＵ６
が起動されると当該ＥＣＵ６によって駆動されるリレー
３Ｌによって閉状態を保持され、何等かの原因でＥＣＵ
６による制御が不能になると、後段への高電圧の供給を
停止するために接点を開放する。モータ２は、モータコ
ントローラ８で制御されるインバータ１により位相制御
され、適宜の回転数およびトルクで回転する。
【０００６】このような構成において、ＥＣＵ６が起動
されるとリレー３Ｌが付勢されるので主開閉器３は接点
を閉じ、高電圧バッテリ４からインバータ１およびＤＣ
／ＤＣコンバータ７へ給電が開始される。ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ７は、高電圧バッテリ４の出力電圧（ＤＣ２８
８Ｖ）をＤＣ１２Ｖに変換して出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した構成では、低
電圧バッテリ５の残存容量が十分にあれば、補機９での
消費電力が大きくなっても、ＥＣＵ６、リレー３Ｌ、お
よびモータコントローラ８へは低電圧バッテリ５および
ＤＣ／ＤＣコンバータ７の双方から十分な電力を供給す
ることができる。
【０００８】しかしながら、ヘッドライトの消し忘れ等
で低電圧バッテリ５の残存容量が著しく低下している
と、低電圧バッテリ５からの十分な給電が期待できない
のみならず、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力も、その大
部分が低電圧バッテリ５の充電に費やされてしまう。し
かも、ＤＣ／ＤＣコンバータ７は自己保護機能を有し、
出力が定格を超えると出力電力を絞ってしまう。このた
め、ＥＣＵ６やモータコントローラ８に対して十分な電
力を供給することができなくなり、両者の動作が不安定
になる場合がある。そして、ＥＣＵ６やモータコントロ
ーラ８の動作が不安定になると、以下のような不都合が
生じ得る。 (1) 高速運転中の車両で回生制動が生じた場合、モータ
コントローラ８が正常に動作していれば、回生制動によ
り生じた逆起電力に対してインバータ１が“弱め界磁制
御”を実行するので、逆起電力を抑制することができ
る。しかしながら、モータコントローラ８が正常に動作
していないと、前記“弱め界磁制御”が実行されないた
めに大きな逆起電力がそのまま出力される。したがっ
て、インバータ１やＤＣ−ＤＣコンバータ７の耐圧を十
分に高く設計しなければならず、装置の大型化や重量化
を余儀なくされてしまう。 (2) 上記した原因で仮に大きな逆起電力が生じたとして
も、主開閉器３が閉状態であれば、高電圧バッテリ４が
レギュレータとして機能するので前記高耐圧設計は必ず
しも必要ない。しかしながら、給電不足でＥＣＵ６が正
常に動作しなくなると主開閉器３を閉状態に保持できな
くなるので、高電圧バッテリ４をレギュレータとして機
能させることができない。したがって、この場合にも各
部の耐圧を十分に高く設計しなければならない。 (3) 低電圧バッテリ５の充電が進んでＥＣＵ６へ再び十
分な給電が行われてＥＣＵ６が正常動作を開始し、主開
閉器３が再投入されると、この時には端子間の電位差が
非常に大きくなっているので主開閉器３の接点に大電流
が流れる可能性がある。したがって、安全確保のために
は不必要なほど大きなマージンを主開閉器３に与えなけ
ればならない。
【０００９】このように、上記した従来技術では低電圧
バッテリ５の残存容量が不足すると、回生制動時に大き
な逆起電力が生じたり、またこれを高電圧バッテリ４で
抑制（レギュレート）できなくなるという問題が生じ得
る。
【００１０】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、低電圧バッテリの残存容量が不十分な状態
で大きな電力消費があった場合に生じ得る種々の不都合
を防止できるようにした電動車両の電源制御装置を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記した種々の不都合
は、(1) 低電圧バッテリ５の残存容量が不足していても
インバータ１が正常に動作するようにして回生制動時の
逆起電力を小さく抑制すること、(2) 低電圧バッテリ５
の残存容量が不足していても主開閉器３を閉状態に保っ
て高電圧バッテリ４をレギュレータとして機能させるこ
と、のいずれかが達成されれば解決される。
【００１２】ここで、前記(2) の「主開閉器３を閉状態
に保つ制御」の方が、前記(1) の「インバータ１を正常
動作させる制御」に比べて電力消費を小さく抑えること
ができるので、本発明では前記(2) の手法で上記目的の
達成を図った。そして、本発明では上記した目的を達成
するために、主開閉器を介して高電圧バッテリと接続さ
れた電圧変換手段および駆動モータと、電圧変換手段か
ら給電される低電圧バッテリおよび車両用補機と、電圧
変換手段および低電圧バッテリの少なくとも一方から給
電されて主開閉器を開閉制御する手段とを具備した電動
車両の電源制御装置において、前記開閉制御手段への給
電が予定値を下回らないように、これにバックアップ電
力を供給する手段を具備した点に特徴がある。
【００１３】上記した構成によれば、低電圧バッテリの
残存容量が不足しているか、あるいは電圧変換手段から
給電される負荷での電力消費が増大しているために、そ
れぞれからの十分な給電が期待できない状況下であって
も、前記開閉制御手段には十分なバックアップ電力が供
給される。したがって、本来、閉状態を維持すべき主開
閉器が開状態となってしまうような主開閉器の誤動作が
防止される。このため、モータコントローラ８が正常に
動作しないために回生制動による大きな逆起電力が生じ
ても、これを高電圧バッテリ４でレギュレートでき、ま
た、主開閉器は常に閉状態を維持するので、当該主開閉
器の両端に大きな電位差が生じることもなく、不必要な
高耐圧化が不要となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の第１実施例である電動
車両の電源回路の構成を示したブロック図、図２は、そ
のＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの構成を示したブロック図
であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表し
ている。
【００１５】本実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７ａ
に内蔵されて内部回路への低電圧（１２Ｖ）の給電源と
して機能している前記補助電源部７５の出力の一部（Ｄ
ＣＯＵＴ２）を、バックアップ電力としてＥＣＵ６およ
び主開閉器３のリレー３Ｌへも供給するようにした点に
特徴がある。
【００１６】補助電源部７５は、前記したように一種の
ＤＣ／ＤＣコンバータで、高電圧バッテリ４から出力さ
れた高電圧を低電圧に変換するが、その負荷は制御ブロ
ック７４等の当該ＤＣ−ＤＣコンバータ７ａ内部に限ら
れ、前記補機９や低圧バッテリ５は負荷となっていな
い。したがって、補助電源部７５はＤＣ／ＤＣコンバー
タ７ａの出力電力とは無関係に、換言すればＤＣ／ＤＣ
コンバータ７ａの負荷が大きくなっても低電圧（例え
ば、１２Ｖ）を安定して出力することができる。
【００１７】したがって、上記した構成によれば、主開
閉器３の動作を制御するＥＣＵ６およびリレー３Ｌに
は、低電圧バッテリ５の残存容量にかかわらず常に十分
な電力が補助電源部７５から供給されるので、低電圧バ
ッテリ５およびＤＣ／ＤＣコンバータ７ａからのみでは
十分な給電が期待できない状況下であっても、主開閉器
３の接点を閉状態に保ち続けることができる。このた
め、回生制動時に生じる逆起電力に対して、高電圧バッ
テリ４をレギュレータとして機能させることができるの
で、不必要な高耐圧化が不要となる。
【００１８】また、本実施例の補助電源部７５は、ＤＣ
−ＤＣコンバータ７ａの内部電源以外に、ＥＣＵ６およ
びリレー３Ｌへの給電源としても機能することになる
が、ＥＣＵ６およびリレー３Ｌでは、低電圧バッテリ５
およびＤＣ／ＤＣコンバータ７ａが主たる給電源として
機能し、補助電源部７５は、その不足分を補うバックア
ップ電源としてのみ機能する。したがって、電源投入直
後の突入電流を考慮する必要がなく、補助電源部７５に
は大きな能力は要求されないので、従来のＤＣ／ＤＣコ
ンバータ７に内蔵されている既存の補助電源７５をその
まま活用することができる。
【００１９】さらに、本実施例ではＥＣＵ６から主開閉
器３に対して正規の開放指令が送出されれば、補助電源
部７５によるバックアップ状態であっても、その接点が
確実に開放されるので、メインテナンス時には安全が確
保される。
【００２０】なお、補助電源部７５もＤＣ／ＤＣコンバ
ータ７本体と同様に自己保護機能を有し、出力電流が定
格電流を超えると出力電力を絞り込んでしまう。このた
め、補助電源部７５の出力電力を監視し、出力電力が予
定の基準量を超えると警報を発生するようにしても良
い。
【００２１】図３は、本発明の第２実施例である電動車
両の電源回路の構成を示したブロック図であり、前記と
同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施
例では、高電圧バッテリ４の出力電圧を低電圧に変換す
る補助電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）６１をＥＣ
Ｕ６内に設け、その出力をＥＣＵ６内のＣＰＵ６２およ
び主開閉器３のリレー３Ｌへ供給するようにした点に特
徴がある。
【００２２】本実施例でも、補助電圧変換器６１はＤＣ
／ＤＣコンバータ７の出力電力とは無関係に低電圧（例
えば、１２Ｖ）を安定して出力することができる。した
がって、上記した構成によれば、主開閉器３の動作を制
御するＥＣＵ６およびリレー３Ｌには、低電圧バッテリ
５の残存容量にかかわらず常に十分な電力が補助電圧変
換器６１から供給されるので、低電圧バッテリ５および
ＤＣ／ＤＣコンバータ７からのみでは十分な給電が期待
できない状況下であっても、主開閉器３の接点を閉状態
に保ち続けることができる。したがって、回生制動時に
生じる逆起電力に対して、高電圧バッテリ４を常にレギ
ュレータとして機能させることができるので、不必要な
高耐圧化が不要となる。
【００２３】また、本実施例でも補助電圧変換器６１
は、ＥＣＵ６およびリレー３Ｌのバックアップ電源とし
てのみ機能し、電源投入直後の突入電流を考慮する必要
がないので大きな能力は要求されない。したがって、装
置の大型化やコストアップを最小限に抑えることができ
る。
【００２４】さらに、本実施例でもＥＣＵ６から主開閉
器３に対して正規の開放指令が送出されれば、補助電圧
変換器６１によるバックアップ状態であっても、その接
点が確実に開放されるので、メインテナンス時には安全
が確保される。
【００２５】図４は、本発明の第３実施例である電動車
両の電源回路の構成を示したブロック図であり、前記と
同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施
例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力に、蓄積容量の
大きいスーパキャパシタあるいは二次電池等の補助蓄電
装置１０を接続している。そして、補助蓄電装置１０へ
の充電電流はＤＣ／ＤＣコンバータ７から供給される
が、その出力はＥＣＵ６および励磁コイル３Ｌのみに供
給されるように、ダイオードＤ1 〜Ｄ5 を設けてＤＣ／
ＤＣコンバータ７から補助蓄電装置１０への充電経路と
は別に、補助蓄電装置１０からＥＣＵ６およびリレー３
Ｌへの給電経路を別途に設けている。
【００２６】本実施例によれば、補機９での消費電力と
は無関係に、ＥＣＵ６およびリレー３Ｌへの給電は補助
蓄電装置１０から行われるので、低電圧バッテリ５およ
びＤＣ／ＤＣコンバータ７からのみでは十分な給電が期
待できない状況下であっても、主開閉器３の接点を閉状
態に保ち続けることができる。したがって、回生制動時
に生じる逆起電力に対して、高電圧バッテリ４を常にレ
ギュレータとして機能させることができるので、不必要
な高耐圧化が不要となる。
【００２７】また、本実施例でも補助蓄電装置１０は、
ＥＣＵ６およびリレー３Ｌのバックアップ電源としての
み機能し、電源投入直後の突入電流を考慮する必要がな
いので大きな容量は要求されない。したがって、装置の
大型化やコストアップを最小限に抑えることができる。
【００２８】さらに、本実施例でもＥＣＵ６から主開閉
器３に対して正規の開放指令が送出されれば、補助蓄電
装置１０によるバックアップ状態であっても、その接点
が確実に開放されるので、メインテナンス時には安全が
確保される。
【００２９】なお、上記した各実施例では、補助電源部
７５、電圧変換器６１、あるいは補助蓄電装置１０から
の出力がＥＣＵ６および励磁コイル３Ｌのみに供給され
るものとして説明したが、これと同時にモータコントロ
ーラ８へも供給されるようにしても良い。
【００３０】あるいは、低電圧バッテリ５の出力電圧を
常時監視し、これが著しく低下（例えば、７Ｖ以下程
度）した場合には、ＥＣＵ６への給電も中止し、励磁コ
イル３Ｌのみに給電されるようにしても良い。このよう
にすれば、前記補助電源部７５、電圧変換器６１等の能
力あるいは容量を低く抑えることができるので、装置の
小型化および軽量化と共に、コストの低減が可能とな
る。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が達
成される。 (1) 低電圧バッテリやＤＣ／ＤＣコンバータからの十分
な給電が期待できない状況下であっても、主開閉器の開
閉制御を司る制御部には十分な給電が保障される。した
がって、回生制動時のモータに大きな逆起電力が生じて
も、低電圧バッテリをレギュレータとして機能させるこ
とができるようになる。 (2) 各バックアップ電源に関しては、電源投入直後の突
入電流を考慮する必要がないので大きな容量は要求され
ない。したがって、装置の大型化やコストアップを最小
限に抑えることができる。 (3) 主開閉器に対して正規の開放指令が送出されれば、
バックアップ電源によるバックアップ状態であっても、
その接点が確実に開放されるので、メインテナンス時に
は安全が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例である電動車両の電源回
路の構成を示したブロック図である。
【図２】 図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの構
成を示したブロック図であるう。
【図３】 本発明の第２実施例である電動車両の電源回
路の構成を示したブロック図である。
【図４】 本発明の第３実施例である電動車両の電源回
路の構成を示したブロック図である。
【図５】 従来の電動車両の電源回路の構成を示したブ
ロック図である。
【図６】 図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータ７の構成
を示したブロック図である。
【符号の説明】
１…インバータ、２…モータ、３…主開閉器、４…高電
圧バッテリ、５…低電圧バッテリ、６…ＥＣＵ、７…Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ、８…モータコントローラ、９…補
機、７１…入力フィルタ、７２…トランス、７３…イン
バータ、７４…制御ブロック、７５…補助電源部、７６
…整流・平滑回路、７７…温度保護回路、７８…過電圧
検出部、７９…フォトカプラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 慎司 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−328530（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−227607（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−143602（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−123504（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 9/08 B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両用の駆動モータと、当該駆動モータ
    に給電する高電圧バッテリと、当該高電圧バッテリの出
    力電圧を降圧する電圧変換手段と、当該電圧変換手段か
    ら給電される低電圧バッテリおよび車両用補機と、前記
    駆動モータおよび高電圧バッテリ間に接続された主開閉
    器と、前記電圧変換手段および低電圧バッテリの少なく
    とも一方から給電されて前記主開閉器を開閉制御する開
    閉制御手段とを備えたことを特徴とする電動車両の電源
    制御装置において、 前記車両用補機および低電圧バッテリが負荷とならない
    ように接続され、かつ前記開閉制御手段に対してバック
    アップ電力を供給するように接続されたバックアップ電
    力供給手段をさらに備したことを 特徴とする電動車両の
    電源制御装置。
  2. 【請求項２】 前記電圧変換手段は、 高電圧バッテリの出力電圧を降圧して補助電力を出力す
    る補助電源部と、 前記補助電源部から給電されて動作し、入力電圧を降圧
    して出力する降圧部とを具備し、 前記補助電源部の出力が、バックアップ電力として前記
    開閉制御手段へ供給されることを特徴とする請求項１に
    記載の電動車両の電源制御装置。
  3. 【請求項３】 前記補助電源部の出力電力が予定値を越
    えると警報を発生する手段をさらに具備したことを特徴
    とする請求項２記載の電動車両の電源制御装置。
  4. 【請求項４】 前記主開閉器を介して入力された高電圧
    バッテリの出力電圧を降圧して低電圧を出力する補助電
    圧変換手段をさらに具備し、 前記補助電圧変換手段の出力が、バックアップ電力とし
    て開閉制御手段へ供給されることを特徴とする請求項１
    に記載の電動車両の電源制御装置。
  5. 【請求項５】 前記低電圧バッテリと並列接続されて電
    圧変換手段の出力電力で充電される補助蓄電装置をさら
    に具備し、 前記補助蓄電装置の出力が、バックアップ電力として前
    記開閉制御手段へ選択的に供給されることを特徴とする
    請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
  6. 【請求項６】 前記電圧変換手段から補助蓄電装置への
    充電経路と、前記補助蓄電装置から開閉制御手段への給
    電経路とは異なることを特徴とする請求項５に記載の電
    動車両の電源制御装置。
  7. 【請求項７】 前記開閉制御手段は、 主開閉器の接点を開閉させる駆動部と、 前記駆動部への給電を制御する制御部とによって構成さ
    れ、 入力電力は前記駆動部および制御部の双方へ供給される
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の
    電動車両の電源制御装置。
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