JP3625789B2 - 車両の電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の電源装置に関し、特に電源装置を簡単に構成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイブリッド電気自動車が開発されて実用に供され始めている。このようなハイブリッド電気自動車に搭載される電源装置の一例を図１３に示す。この電源装置は、主バッテリ（ＢＡＴＴ）１０、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）２０、パワードライブユニット（ＰＤＵ）３０、モータ４０、補機バッテリ６０、負荷７０、電子制御装置（ＥＣＵ）８０及びＤＣ−ＤＣコンバータ９０から構成されている。
【０００３】
主バッテリ１０は、例えば１４４Ｖといった高電圧の直流電力を蓄電し出力する。この主バッテリ１０の出力は、ジャンクションボックス２０を経由してパワードライブユニット３０及びＤＣ−ＤＣコンバータ９０に供給される。
【０００４】
ジャンクションボックス２０は、メインスイッチ２１、ヒューズ２２、ヒューズ２３、メインコンタクタ２４ａ、サブコンタクタ２４ｂ、抵抗器２５及びスイッチ２６を収容している。メインスイッチ２１及びヒューズ２２は、主バッテリ１０の内部の電流経路の中間部分で遮断できるように直列に挿入されている。
【０００５】
メインスイッチ２１は、例えば車両の点検等の際に主バッテリ１０の出力を強制的に停止するために使用される手動操作型のスイッチである。ヒューズ２２は、主バッテリ１０に過電流が流れた際に溶融し、主バッテリ１０の出力を強制的に停止する。ヒューズ２３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０の入力側の電流経路に設けられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に過電流が流れた際に溶融し、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０への電源の供給を強制的に停止する。
【０００６】
メインコンタクタ２４ａは開閉スイッチであり、主バッテリ１０の出力端子とパワードライブユニット３０の入力端子との間に直列に挿入されている。また、直列に接続された抵抗器２５及びスイッチ２６は、メインコンタクタ２４ａに並列に挿入されている。また、サブコンタクタ２４ｂは開閉スイッチであり、平滑コンデンサ３１のマイナス側端子と主バッテリ１０のマイナス端子と接続する電流経路に設けられている。
【０００７】
パワードライブユニット３０は、主バッテリ１０からの直流電力を３相の交流電力に変換するインバータ回路３０ａを備え、その入力端子には並列に平滑コンデンサ３１が接続されている。この平滑コンデンサ３１は、電源投入時に突入電流がパワードライブユニット３０に流れるのを緩和するために設けられている。パワードライブユニット３０から出力される３相交流電力は、モータ４０に供給される。
【０００８】
モータ４０は、例えば発電電動機から構成され、更に図示しない内燃機関のクランクシャフトにその回転軸が接続されている。このモータ４０は、電動機として動作する場合は、パワードライブユニット３０からの３相交流電力により回転駆動され、変速機を介して車輪（何れも図示を省略する）を回転させると共に内燃機関の駆動を補助する。また、発電機として動作する場合は、図示しない内燃機関により回転駆動されて発電する。このモータ４０で発電された電力は、インバータ回路３０ａと平滑コンデンサ３１を介して直流に変換され、主バッテリ１０を充電したり、インバータ回路３０ａ、平滑コンデンサ３１、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０を介して補機バッテリ６０を充電する。
【０００９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、上述したように、モータ４０で発電されて平滑コンデンサ３１により平滑された高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換したり、主バッテリ１０からジャンクションボックス２０を経由して送られてくる高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換する。このＤＣ−ＤＣコンバータ９０の出力には、補機バッテリ６０及び負荷７０が接続されている。該補機バッテリ６０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０から出力される低電圧の直流電力により充電される。
【００１０】
また、負荷７０は、例えばエアーコンディショナやワイパ等から構成され、補機バッテリ６０からの直流電力及びＤＣ−ＤＣコンバータ９０からの直流電力により駆動される。電子制御装置８０は、例えばマイクロプロセッサから構成されており、この電源装置の全体を制御する。
【００１１】
上記のように構成される従来の車両の電源装置の動作を、始動時の動作を中心に説明する。
【００１２】
図示しないイグニッションキーにより電源が投入されると、電子制御装置８０は、リレーＲＹ１とリレーＲＹ３をオンにさせることによりジャンクションボックス２０の中のサブコンタクタ２４ｂをオンにすると共にスイッチ２６をオンにする。これにより、主バッテリ１０からの直流電流は、抵抗器２５及びスイッチ２６を経由して平滑コンデンサ３１を充電しつつパワードライブユニット３０に供給される。この際、パワードライブユニット３０に供給される電流は抵抗器２５によって制限されるので、平滑コンデンサ３１への充電は緩やかに行われる。
【００１３】
そして、平滑コンデンサ３１が所定の電圧まで充電されると、電子制御装置８０は、リレーＲＹ２をオンにし、リレーＲＹ１をオフにし、リレーＲＹ３のオン状態を継続することにより、メインコンタクタ２４ａをオンにすると共にスイッチ２６をオフにする。これにより、主バッテリ１０からの直流電力は、メインコンタクタ２４ａを経由してパワードライブユニット３０に直接供給される。パワードライブユニット３０は、この直流電力をインバータ回路３０ａでスイッチング制御することにより３相の交流電力に変換してモータ４０に送る。これにより、モータ４０が回転駆動される。
【００１４】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、主バッテリ１０又は平滑コンデンサ３１からの高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換し、補機バッテリ６０及び負荷７０に供給する。これにより、補機バッテリ６０の充電が行われると共に、負荷７０の駆動が可能になる。
【００１５】
関連する技術として、特開平１１−８９１０号公報は「ハイブリッド電気自動車の電源装置」を開示している。この電源装置においては、主バッテリはＤＣ−ＤＣコンバータを通じて補機バッテリを充電する。高圧回路部は、主バッテリから補機バッテリへの給電時には所謂インバータ動作を行ってトランスの大巻数側のコイルに交流電流を給電し、補機バッテリから主バッテリへの給電時には所謂整流動作を行う。低圧回路部は、主バッテリから補機バッテリへの給電時には所謂整流動作を行い、補機バッテリから主バッテリへの給電時には所謂インバータ動作を行ってトランスの小巻数側のコイルに交流電流を給電する。この電源装置によれば、補機バッテリ側からエンジン始動用モータ側への逆送電を簡単な回路で実現できる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の電源装置は、平滑コンデンサを緩やかに充電するために、抵抗器とスイッチを備えている。この抵抗器及びスイッチには高電圧の大電流が流れるため、高い耐電圧及び耐電流性能が要求される。その結果、抵抗器及びスイッチが高価になり、ひいては電源装置のコストがアップするという問題が生じている。
【００１７】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で安価な車両の電源装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両の電源装置は、上記目的を達成するために、第１の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置より低電圧で充放電される第２の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置からの電圧を開閉スイッチを介して入力するインバータ回路と、前記第１の蓄電装置と前記インバータ回路との間に並列に設けられた平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサと前記第２の蓄電装置との間に設けられ、前記第１の蓄電装置又は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを電圧変換して前記第２の蓄電装置に供給し、且つ前記第２の蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーを電圧変換して前記平滑コンデンサに供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記インバータ回路への通電を開始する前に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、前記第１の蓄電装置の蓄電電圧から所定の許容範囲の電圧になるまで前記平滑コンデンサを充電した後、前記開閉スイッチを閉成させる電子制御装置、とを備えている。
【００１９】
この車両の電源装置によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに双方向に電圧変換する機能を追加してパワードライブユニット（インバータ回路）に設けられた平滑コンデンサの初期充電をＤＣ−ＤＣコンバータにて行うので、従来の電源装置に用いられている突入電流抑制用の抵抗器及びスイッチを削減できる。その結果、車両の電源装置を安価に提供できる。
【００２０】
この車両の電源装置において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記平滑コンデンサに接続された降圧用スイッチング回路と、前記第２の蓄電装置に接続された昇圧用スイッチング回路と、前記降圧用スイッチング回路と前記昇圧用スイッチング回路との間に設けられたトランス、とを備え、前記電子制御装置からの制御によって前記昇圧用スイッチング回路がスイッチング駆動されることにより前記第２の蓄電装置からの電圧を昇圧して前記平滑コンデンサに供給し、且つ前記電子制御装置からの制御によって前記降圧用スイッチング回路がスイッチング駆動されることにより前記第１の蓄電装置から前記開閉スイッチを介して供給される電圧を降圧して前記第２の蓄電装置に供給するように構成できる。
【００２１】
また、前記電子制御装置は、前記平滑コンデンサに印加される電圧が前記第１の蓄電装置の出力電圧よりも高くなると、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング駆動を停止し、前記降圧スイッチング回路を作動させるように構成できる。
【００２２】
また、前記電子制御装置は、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング駆動時に、前記第２の蓄電装置の電圧が低下する時、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子の通電デューティを低下させるように構成できる。また、前記電子制御装置は、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング駆動時に、前記第２の蓄電装置の電圧が低下する時、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子のスイッチング周波数を低下させるように構成できる。
【００２３】
また、前記電子制御装置は、前記開閉スイッチを閉成させた後に、前記第１の蓄電装置への充放電電流を調べ、充電電流が検出された場合に異常信号を出力するように構成できる。
【００２４】
また、前記電子制御装置は、前記開閉スイッチを閉成させた後に、前記第１の蓄電装置への充放電電流を調べ、充電電流が検出された場合に、前記降圧用スイッチング回路を、前記平滑コンデンサに印加される電圧が前記第１の蓄電装置の電圧よりも所定値だけ低い電圧になるまで駆動するように構成できる。
【００２５】
更に、前記電子制御装置は、前記降圧用スイッチング回路をスイッチング駆動して、前記平滑コンデンサに印加される電圧が前記第１の蓄電装置の電圧よりも所定値だけ低い電圧にならない時に、前記開閉スイッチを開放させ、異常信号を出力するように構成できる。
【００２６】
また、本発明に係る車両の電源装置は、内燃機関と、前記インバータ回路の通電制御により回転駆動され、且つ前記内燃機関により回転駆動されて発電する発電電動機、とを更に備え、前記電子制御装置は、前記内燃機関の始動要求がなされた時は、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子の通電デューティを通常運転時より増大させるように構成できる。更に、本発明に係る車両の電源装置は、内燃機関と、前記インバータ回路の通電制御により回転駆動され、且つ、前記内燃機関により回転駆動されて発電する発電電動機、とを更に備え、前記電子制御装置は、前記内燃機関の始動要求がなされた時は、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子のスイッチング周波数を増大させるように構成できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の構成を示すブロック図である。この電源装置は、第１の電源装置である主バッテリ（ＢＡＴＴ）１０、スイッチ類やヒューズ類を収容したジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）２０、パワードライブユニット（ＰＤＵ）３０、モータ４０、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０、第２の蓄電装置である補機バッテリ６０、負荷７０及び電子制御装置（ＥＣＵ）８０から構成されている。また、モータ４０は内燃機関１００と変速機１０１との間でクランク軸に連結されており、変速機１０１には車輪１０２が連結されている。
【００２９】
主バッテリ１０は、例えば１４４Ｖといった高電圧の直流電力を蓄電し出力する。この主バッテリ１０の出力は、ジャンクションボックス２０を経由してパワードライブユニット３０及びＤＣ−ＤＣコンバータ５０に供給される。
【００３０】
ジャンクションボックス２０は、メインスイッチ２１、ヒューズ２２、ヒューズ２３、メインコンタクタ２４ａ及びサブコンタクタ２４ｂを収容している。メインスイッチ２１及びヒューズ２２は、主バッテリ１０の内部の電流経路の中間部分で遮断できるように直列に挿入されている。
【００３１】
メインスイッチ２１は、例えば車両の点検等の際に主バッテリ１０の出力を強制的に停止するために使用される手動操作型のスイッチである。ヒューズ２２は、主バッテリ１０に過電流が流れた際に溶融し、主バッテリ１０の出力を強制的に停止する。ヒューズ２３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に過電流が流れた際に溶融し、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０への電源供給を強制的に停止する。
【００３２】
メインコンタクタ２４ａは開閉スイッチであり、主バッテリ１０の出力端子とパワードライブユニット３０の入力端子との間に直列に挿入されている。また、サブコンタクタ２４ｂは開閉スイッチであり、平滑コンデンサ３１のマイナス側端子と主バッテリ１０のマイナス側端子を接続する電流経路に設けられており、メインコンタクタ２４ａとサブコンタクタ２４ｂは単一のリレーＲＹ４により連動して開閉するように構成されている。
【００３３】
パワードライブユニット３０は、主バッテリ１０からの直流電力を３相の交流電力に変換する図示しないスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ回路３０ａを備えている。このインバータ回路３０ａの入力端子には並列に平滑コンデンサ３１が接続されている。この平滑コンデンサ３１は、電源投入時に突入電流が流れるのを緩和するために設けられている。パワードライブユニット３０のインバータ回路３０ａから出力される３相交流電力は、モータ４０に供給される。
【００３４】
モータ４０は、パワードライブユニット３０のインバータ回路３０ａからの３相交流電力により回転駆動され、内燃機関１００を補助的に駆動したり、変速機１０１を介して車輪１０２を回転駆動させたり、内燃機関により回転駆動されて発電する。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、双方向の直流電圧変換を行う。即ち、主バッテリ１０からジャンクションボックス２０を経由して送られてくる高電圧の直流電力を降圧し、低電圧の直流電力に変換する。また、補機バッテリ６０からの低電圧を昇圧し、低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換する。このＤＣ−ＤＣコンバータ５０の詳細は後述する。
【００３６】
このＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力には、第２の蓄電装置の補機バッテリ６０及び負荷７０が接続されている。該補機バッテリ６０は、例えば１２Ｖといった低電圧の直流電力を蓄電し出力する。この補機バッテリ６０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０からの低電圧の直流電力により充電される。また、負荷７０は、例えばエアーコンディショナやワイパ等から構成され、補機バッテリ６０からの直流電力及びＤＣ−ＤＣコンバータ５０からの直流電力により駆動される。
【００３７】
電子制御装置８０は、例えばマイクロプロセッサから構成されており、この電源装置の全体を制御する。この電子制御装置８０の動作は、後にフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
なお、図１では図示を省略しているが、この電源装置には、図１を簡略化した図７に示すように、主バッテリ１０の出力端子側には、その出力端子から出力される電圧を検出するバッテリ電圧センサ１１が設けられている。また、パワードライブユニット３０の入力端子側には、その入力端子に印加される電圧、つまり平滑コンデンサ３１の両端に印加される電圧を検出するＰＤＵ電圧センサ３２が設けられている。
【００３９】
次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の詳細を、図２に示した回路図を参照しながら説明する。このＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、降圧用スイッチング回路５１、トランス５２及び昇圧用スイッチング回路５３から構成されている。なお、以下では、電子制御装置８０から降圧を指示する信号が出力されている状態を「降圧モード」といい、昇圧を指示する信号が出力されている状態を「昇圧モード」という。
【００４０】
降圧用スイッチング回路５１は、降圧モードにされると、主バッテリ１０又は平滑コンデンサ３１からの高電圧の直流電力を所定周波数でスイッチングさせることにより高電圧の交流電力に変換し、トランス５２に送る。また、降圧用スイッチング回路５１は、昇圧モードにされると、トランス５２からの高電圧の交流電力を整流して高電圧の直流電力に変換する。
【００４１】
昇圧用スイッチング回路５３は、降圧モードにされると、トランス５２からの低電圧の交流電力を整流して低電圧の直流電力に変換する。また、昇圧用スイッチング回路５３は、昇圧モードにされると、補機バッテリ６０からの低電圧の直流電力を所定周波数でスイッチングさせることにより低電圧の交流電力に変換し、トランス５２に送る。
【００４２】
トランス５２は、降圧モードの場合は、降圧用スイッチング回路５１から高電圧の交流電力を低電圧の交流電力に変換して昇圧用スイッチング回路５３に供給する。また、昇圧モードの場合は、昇圧用スイッチング回路５３から低電圧の交流電力を高電圧の交流電力に変換して降圧用スイッチング回路５１に供給する。
【００４３】
上記の構成により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、降圧モードの場合は、主バッテリ１０又は平滑コンデンサ３１からの高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換して補機バッテリ６０に供給し、逆に、昇圧モードの場合は、補機バッテリ６０からの低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換してパワードライブユニット３０の平滑コンデンサ３１に供給する機能が実現されている。
【００４４】
次に、上記のように構成される本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の動作を、始動時の動作を中心に説明する。
【００４５】
図示しないイグニッションキーにより電源が投入されると、電子制御装置８０は、ジャンクションボックス２０の中のメインコンタクタ２４ａとサブコンタクタ２４ｂをオフに保持すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に昇圧を指示して昇圧モードにする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、補機バッテリ６０からの低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換し、平滑コンデンサ３１に供給する。これにより、平滑コンデンサ３１の初期充電動作（プリチャージ）が開始される。
【００４６】
電子制御装置８０は、上記初期充電動作の間、ＰＤＵ電圧センサ３２を監視している。そして、図３に示すように、平滑コンデンサ３１の電圧（以下、「ＰＤＵ電圧」という）が、主バッテリ１０の蓄電電圧（以下、「ＢＡＴＴ電圧」という）から所定の許容電圧範囲（規定公差）ΔＶｄ以内であること、即ち、ＰＤＵ電圧がＢＡＴＴ電圧より所定値だけ低い第１の閾値Ｖｄ１よりも高く、ＰＤＵ電圧がＢＡＴＴ電圧と同一の電圧値（或いはＢＡＴＴ電圧より所定値だけ高い）の第２の閾値Ｖｄ２よりも低いことを検出すると、単一のリレーＲＹ４によりメインコンタクタ２４ａとサブコンタクタ２４ｂとを同時にをオンにすると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に降圧を指示し、降圧モードにする。
【００４７】
これにより、電源装置は定常状態に入り、主バッテリ１０からの高電圧の直流電力は、メインコンタクタ２４ａを経由してパワードライブユニット３０に直接供給される。パワードライブユニット３０は、この直流電力を３相の交流電力に変換してモータ４０に送る。これにより、モータ４０が回転駆動される。
【００４８】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、主バッテリ１０からの高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換し、補機バッテリ６０及び負荷７０に供給する。これにより、補機バッテリ６０の充電が行われると共に、負荷７０の駆動が可能になる。
【００４９】
上述した平滑コンデンサ３１の初期充電動作において、図４に示すように、ＰＤＵ電圧の値が許容電圧範囲の第２の閾値Ｖｄ２を超過して規定の上限電圧値Ｖｄｍａｘになった場合、電子制御装置８０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に所定の信号を供給することにより、昇圧モードから降圧モードに変更する。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の消費電力により平滑コンデンサ３１は放電動作（ディスチャージ）を開始し、その両端の電圧は低下する。
【００５０】
電子制御装置８０は、上記ディスチャージの間、ＰＤＵ電圧センサ３２を監視している。そして、図４に示すように、平滑コンデンサ３１に印加されるＰＤＵ電圧が、主バッテリ１０のＢＡＴＴ電圧から所定の許容電圧範囲（規定公差）ΔＶｄ以内の電圧になったことを検出すると、メインコンタクタ２４ａ及びサブコンタクタ２４ｂをオンにする。これにより、電源装置は定常状態に入る。
【００５１】
また、この電源装置は、上記平滑コンデンサ３１の初期充電において、補機バッテリ６０の電圧が低下する場合は、初期充電時間を長くして補機バッテリ６０の急激な電圧低下を防止するように構成されている。
【００５２】
即ち、補機バッテリ６０の出力電圧（以下、「１２ＶＢＡＴＴ電圧」という）が急激に低下する場合は、電子制御装置８０は、図５（ａ）に示すように、この電源装置の電力供給をスローモードにする。このスローモードでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０内の昇圧用スイッチング回路５３のスイッチング周波数を低下させると共に、スイッチング波形のデューティ（スイッチング素子の通電デューティ）を低下させる。これにより、図５（ｂ）に示すように、スローモード期間中は平滑コンデンサ３１の電圧上昇は緩やかになり、補機バッテリ６０の急激な電圧低下を防止できる。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態１に係る電源装置の全体的な動作を、図６に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、ＰＤＵ電圧の初期値は０Ｖとする。
【００５４】
先ず、図６（Ａ）に示すように、イグニッションキーＩＧにより電源が投入されると、電子制御装置８０は、この電源装置の全体を初期化するためのイニシャライズ処理を実行する。そして、イニシャライズ処理が完了すると、図６（Ｃ）に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０のスイッチング駆動を制御するＤＶＯＮ信号をオン状態にしてＤＣ−ＤＣコンバータ５０に出力し昇圧モードにする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、補機バッテリ６０からの低電圧の直流電力を高電圧の直流電圧に変換して平滑コンデンサ３１に供給する。
【００５５】
これによりＰＤＵ電圧は上昇する。そして、ＰＤＵ電圧が６０Ｖを越えると、パワードライブユニット３０は、図６（Ｄ）に示すように、平滑コンデンサ３１の電圧を監視させるＶＰＩＮＲｅａｄｙ信号を電子制御装置８０に送る。これに応答して、電子制御装置８０は、ＰＤＵ電圧センサ３２によるＰＤＵ電圧の監視を開始し、ＰＤＵ電圧がＢＡＴＴ電圧から所定の許容電圧範囲（規定公差）ΔＶｄ以内に入ったら、ＤＶＯＮ信号をオフにしＤＣ−ＤＣコンバータ５０のスイッチング動作を停止し、図６（Ｅ）に示すように、予め設定された配電スタンバイ時間以内にメインコンタクタ（Ｍ／Ｃ）２４ａとサブコンタクタ（Ｓ／Ｃ）２４ｂをオンにする。これにより、主バッテリ１０からの高電圧の直流電流がパワードライブユニット３０に供給され、電源装置は定常状態に入る。
【００５６】
以上説明したように、この実施の形態１に係る車両の電源装置によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に双方向に電圧変換する機能を追加してパワードライブユニット（インバータ回路）３０に設けられた平滑コンデンサ３１の初期充電をＤＣ−ＤＣコンバータ５０にて行うので、従来の電源装置に用いられている突入電流抑制用の抵抗器及びスイッチを削減できる。その結果、車両の電源装置を安価に構成できる。
【００５７】
また、従来の車両の電源装置では、初期充電動作を実現するために、コンタクタ（開閉スイッチ）用のリレーを、そのオン／オフのタイミングの関係から３箇所に設ける必要があったが、この実施の形態１に係る車両の電源装置では単一のリレーで初期充電動作を実施することができる。その結果、車両の電源装置を安価に構成できる。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る電源装置を説明する。この実施の形態２に係る電源装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を可変制御し、且つ初期充電機能の故障を検出するように構成したものである。
【００５９】
図８は、本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成を模式的に示すブロック図である。この実施の形態２に係る電源装置の構成は、バッテリ電流センサが追加されていることを除けば、図７に示した実施の形態１に係る電源装置と同じである。
【００６０】
従来の技術の欄で説明した電源装置で実現されている初期充電機能では、初期充電時間は、抵抗器２５の抵抗値、主バッテリ１０の電圧、平滑コンデンサ３１の容量等の関係により一義的に決定されるので、システム起動時間が長くなるという問題を含んでいる。
【００６１】
そこで、この実施の形態２に係る電源装置では、初期充電時のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧モードでの供給電力の出力を可変にすることにより、システム起動時間を短縮させるように構成されている。初期充電の供給電力の出力の種類としては、ノーマルモード、スローモード及びファーストモードが用意されている。これら各モードは、以下のように使用される。即ち、通常起動はノーマルモード、システム起動と同時にエンジン始動要求がある場合はファーストモード、補機バッテリの電圧低下が発生する場合はスローモードで、それぞれ初期充電が行われる。
【００６２】
ノーマルモード（第１の充電モード）では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧用スイッチング回路５３のスイッチング周波数がスローモード（第２の充電モード）より高くファーストモード（第３の充電モード）より低い中間の値に設定されると共に、スイッチング波形のデューティも中間の値に設定される。ファーストモードでは、昇圧用スイッチング回路５３のスイッチング周波数がノーマルモードよりも大きい周波数に設定されると共に、スイッチング波形のデューティもノーマルモードより大きく最大デューティに近いデューティに設定される。スローモードでは、昇圧用スイッチング回路５３のスイッチング周波数がノーマルモードよりも小さく設定されると共に、スイッチング波形のデューティもノーマルモードより小さく設定される。
【００６３】
また、従来の技術の欄で説明した電源装置で実現されている初期充電機能では、初期充電を行うための回路に故障が発生するとシステムの再起動が不可能であるという問題を含んでいる。また、上述した実施の形態１に係る初期充電機能では、故障によりＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧動作が停止しないという事態が発生した場合、メインコンタクタ２４ａとサブコンタクタ２４ｂの接続後の補機バッテリ６０から放電が継続されることになり、最悪の場合は補機バッテリ６０が上がってしまうという問題を含んでいる。このような不具合は、故障検出回路を付加することにより解決できるが、その場合、電源装置のコストアップになってしまう。
【００６４】
そこで、この実施の形態２に係る電源装置では、メインコンタクタ２４ａと主バッテリ１０との間にバッテリ管理用のバッテリ電流センサ１２を設け、メインコンタクタ２４ａの閉成後の充放電電流値により故障検出を行うように構成されている。
【００６５】
なお、図９は、平滑コンデンサ３１の初期充電動作中のメインコンタクタ２４ａの状態と電流の流れとの関係を示す図である。更に、図１０は、初期充電に異常が起こった場合のメインコンタクタ２４ａの状態と電流の流れの関係を示す図である。
【００６６】
上記の構成において、図１１及び図１２に示したフローチャートを参照しながら、電源装置の動作を説明する。なお、図１１及び図１２に示したフローチャートは、電子制御装置８０により実行されるものである。
【００６７】
先ず、主バッテリ１０の出力電圧であるＢＡＴＴ電圧の確認が行われる（ステップＳ１０）。即ち、現時点でのＢＡＴＴ電圧及びＰＤＵ電圧が、バッテリ電圧センサ１１及びＰＤＵ電圧センサ３２により検出され、電子制御装置８０内の図示しないメモリに格納される。
【００６８】
次いで、ＰＤＵ電圧の許容電圧範囲ΔＶｄの第１の閾値Ｖｄ１と第２の閾値Ｖｄ２が設定される（ステップＳ１１）。許容電圧範囲としては、ＢＡＴＴ電圧から所定値だけ低い第１の閾値Ｖｄ１とＢＡＴＴ電圧と同一の電圧（或いはＢＡＴＴ電圧から所定値だけ高い電圧）の第２の閾値Ｖｄ２が設定される。次いで、ＰＤＵ電圧が許容電圧範囲ΔＶｄの第１の閾値Ｖｄ１以下かどうかが調べられる（ステップＳ１２）。ここで、ＰＤＵ電圧が第１の閾値Ｖｄ１以下でないと判断されると、次いで、ＰＤＵ電圧が許容電圧範囲の第２の閾値Ｖｄ２を超過したかどうかが調べられる（ステップＳ１３）。
【００６９】
ここで、ＰＤＵ電圧が第２の閾値Ｖｄ２を超過していないことが判断されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧スイッチング回路のスイッチング動作を停止状態にし初期充電動作を停止し（ステップＳ１５）、図１２のステップＳ２２に進む。一方、ステップＳ１３でＰＤＵ電圧が第２の閾値Ｖｄ２を超過していることが判断されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧スイッチング回路のスイッチング動作を停止状態にし初期充電動作を停止すると共に、ＰＤＵ電圧を降下させるために、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の降圧スイッチング回路のスイッチング動作をオン状態にする（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ２２に分岐する。
【００７０】
上記ステップＳ１２で、ＰＤＵ電圧が許容電圧範囲の第１の閾値Ｖｄ１以下であることが判断されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧スイッチング回路のスイッチング動作をオンにすると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の降圧スイッチング回路のスイッチング動作をオフにする（ステップＳ１６）。次いで、初期充電モード変更処理が行われる（ステップＳ１７〜Ｓ２１）。
【００７１】
この初期充電モード変更処理では、先ず、エンジン（ＥＮＧ）始動要求があるかどうかが調べられる（ステップＳ１７）。そして、エンジン始動要求がないことが判断されると、ノーマルモードにセットされ（ステップＳ１８）、ステップＳ２０に進む。一方、エンジン始動要求があることが判断されると、ファーストモードにセットされ（ステップＳ１９）、その後、ステップＳ２０に分岐する。
【００７２】
ステップＳ２０では、補機バッテリ６０の出力電圧（１２Ｖ電圧）の低下があるかどうかが調べられる（ステップＳ２０）。ここで、補機バッテリ６０の出力電圧の低下がないことが判断されると、ステップＳ２２に進む。一方、補機バッテリ６０の出力電圧の低下があることが判断されると、スローモードにセットされ（ステップＳ２１）、ステップＳ２２に分岐する。
【００７３】
ステップＳ２２では、ＰＤＵ電圧が許容電圧範囲以内であるかどうかが調べられる。そして、許容電圧範囲以内でないことが判断されると、予め設定された規定時間が経過したかどうかが調べられる（ステップＳ２５）。そして、規定時間が経過していないことが判断されると、未だ異常であると判断できないので、電子制御装置８０は、処理を終了する。一方、規定時間が経過したことが判断されると、異常であると判断し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧スイッチング回路のスイッチング動作を停止することで初期充電動作を停止すると共にＤＣ−ＤＣコンバータ５０の降圧スイッチング回路のスイッチング動作を停止して、処理を終了する。
【００７４】
上記ステップＳ２２で、主バッテリ１０の出力電圧と平滑コンデンサの入力電圧が許容電圧範囲以内であることが判断されると、メインコンタクタ（ｍ・ｃ）２４ａとサブコンタクタ（Ｓ／Ｃ）２４ｂがオンにされる（ステップＳ２３）。次いで、昇圧スイッチング回路のスイッチング動作が停止されると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＶ）の降圧スイッチング回路のスイッチング動作が停止される（ステップＳ２４）。
【００７５】
次いで、メインコンタクタ２４ａとサブコンタクタ２４ｂの閉成後に図１０に示すような主バッテリ１０へのバッテリ充電電流があるかどうかが調べられる（ステップＳ２７）。即ち、バッテリ電流センサ１２を調べることでＤＣ−ＤＣコンバータ５０の発振等による昇圧スイッチング動作が止まらない異常状態や電圧センサの検出誤差により平滑コンデンサ３１の電圧が過上昇した異常状態になっているかどうかが判断される。ここで、バッテリ充電電流がないことが判断されると故障は発生していないものと認識され、処理は終了する。
【００７６】
上記ステップＳ２７で、バッテリ充電電流があることが判断されると初期充電異常（プリチャージ異常）と認識され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧スイッチング回路のスイッチング動作が停止されると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の降圧スイッチング回路のスイッチング動作がオン状態にされる（ステップＳ２８）。次いで、初期充電の停止及びＤＣ−ＤＣコンバータ５０の降圧スイッチング回路のスイッチング動作をオン状態にした後でもバッテリ充電電流があるかどうかが調べられる（ステップＳ２９）。ここで、バッテリ充電電流がないことが判断されると、処理は終了する。一方、バッテリ充電電流があることが判断されると初期充電異常が発生した旨が認識され、メインコンタクタ（Ｍ／Ｃ）２４ａとサブコンタクタ（Ｓ／Ｃ）２４ｂとが閉成（オフ）され（ステップＳ３０）、その後、処理は終了する。
【００７７】
以上の構成により、通常起動の場合、システム起動と同時にエンジン始動要求がある場合、補機バッテリの電圧低下が発生する場合の各々で最適の初期充電動作が行われるので、システム起動時間を最適に設定できる。
【００７８】
また、従来の電源装置のようにシステムの再起動が不可能になることはなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の昇圧動作が停止しないという故障が発生した場合であっても、補機バッテリ６０が上がってしまうという事態を回避できる。更に、特別の、故障検出回路を必要としないので、電源装置のコストアップを避けることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、インバータへの通電を開始する前に、双方向型のＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、第１の蓄電装置の蓄電電圧から所定の許容電圧範囲以内の電圧になるまで平滑コンデンサを初期充電した後、開閉スイッチを閉成させる電子制御装置を備えているので、従来の電源装置に用いられている突入電流抑制用の抵抗器及びスイッチを削減できる。これにより、簡単な構成で安価な車両の電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるＤＣ−ＤＣコンバータの詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置におけるＰＤＵ電圧の初期値が０Ｖである場合の全体的な動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１に係る車両の電源装置の構成を簡略化して示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る車両の電源装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る車両の電源装置の初期充電時の電流の流れを説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る車両の電源装置の故障時の電流の流れを説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る車両の電源装置の動作（その１）を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る車両の電源装置の動作（その２）を説明するためのフローチャートである。
【図１３】従来の車両の電源装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 主バッテリ
１１ バッテリ電圧センサ
１２ バッテリ電流センサ
２０ ジャンクションボックス
２１ メインスイッチ
２２ ヒューズ
２３ ヒューズ
２４ａ メインコンタクタ
２４ｂ サブコンタクタ
３０ パワードライブユニット
３０ａ インバータ回路
３１ 平滑コンデンサ
３２ ＰＤＵ電圧センサ
４０ モータ
５０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１ 降圧用スイッチング回路
５２ トランス
５３ 昇圧用スイッチング回路
６０ 補機バッテリ
７０ 付加
８０ 電子制御装置

Claims (8)

1. 第１の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置より低電圧で充放電される第２の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置からの電圧を開閉スイッチを介して入力するインバータ回路と、
   前記第１の蓄電装置と前記インバータ回路との間に並列に設けられた平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサと前記第２の蓄電装置との間に設けられ、前記第１の蓄電装置又は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを電圧変換して前記第２の蓄電装置に供給し、且つ前記第２の蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーを電圧変換して前記平滑コンデンサに供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記インバータ回路への通電を開始する前に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、前記第１の蓄電装置の蓄電電圧から所定の許容電圧範囲の電圧になるまで前記平滑コンデンサを充電した後、前記開閉スイッチを閉成させる電子制御装置とを備えた車両の電源装置であって、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記平滑コンデンサに接続された降圧用スイッチング回路と、
   前記第２の蓄電装置に接続された昇圧用スイッチング回路と、
   前記降圧用スイッチング回路と前記昇圧用スイッチング回路との間に設けられたトランスとを備え、
   前記電子制御装置からの制御によって前記昇圧用スイッチング回路がスイッチング駆動されることにより前記第２の蓄電装置からの電圧を昇圧して前記平滑コンデンサに供給し、且つ前記電子制御装置からの制御によって前記降圧用スイッチング回路がスイッチング駆動されることにより前記第１の蓄電装置から前記開閉スイッチを介して供給される電圧を降圧して前記第２の蓄電装置に供給し、
   前記電子制御装置は、
   前記平滑コンデンサに印加される電圧が前記第１の蓄電装置の出力電圧よりも高くなると、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング駆動を停止し、前記降圧スイッチング回路を作動させる
   車両の電源装置。
2. 前記電子制御装置は、
   前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング駆動時に、前記第２の蓄電装置の電圧が低下する時、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子の通電デューティを低下させる、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記電子制御装置は、
   前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング駆動時に、前記第２の蓄電装置の電圧が低下する時、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子のスイッチング周波数を低下させる、請求項１に記載の車両の電源装置。
4. 前記電子制御装置は、
   前記開閉スイッチを閉成させた後に、前記第１の蓄電装置への充放電電流を調べ、充電電流が検出された場合に異常信号を出力する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両の電源装置。
5. 前記電子制御装置は、
   前記開閉スイッチを閉成させた後に、前記第１の蓄電装置への充放電電流を調べ、充電電流が検出された場合に、前記降圧用スイッチング回路を、前記平滑コンデンサに印加される電圧が前記第１の蓄電装置の電圧よりも所定値だけ低い電圧になるまで駆動する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両の電源装置。
6. 前記電子制御装置は、
   前記降圧用スイッチング回路をスイッチング駆動して、前記平滑コンデンサに印加される電圧が前記第１の蓄電装置の電圧よりも所定値だけ低い電圧にならない時に、前記開閉スイッチを開放させ、異常信号を出力する、請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両の電源装置。
7. 内燃機関と、
   前記インバータ回路の通電制御により回転駆動され、且つ前記内燃機関により回転駆動されて発電する発電電動機、とを更に備え、
   前記電子制御装置は、
   前記内燃機関の始動要求がなされた時は、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子の通電デューティを通常運転時より増大させる、請求項１に記載の車両の電源装置。
8. 内燃機関と、
   前記インバータ回路の通電制御により回転駆動され、且つ、前記内燃機関により回転駆動されて発電する発電電動機、とを更に備え、
   前記電子制御装置は、
   前記内燃機関の始動要求がなされた時は、前記昇圧用スイッチング回路のスイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる、請求項１に記載の車両の電源装置。

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