JP3859105B2

JP3859105B2 - ハイブリッド車用充電装置

Info

Publication number: JP3859105B2
Application number: JP27185698A
Authority: JP
Inventors: 剛山下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: JP2000102177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関により駆動される発電機から主バッテリや走行モータへ給電する従来のハイブリッド車では、主蓄電手段から給電されるエンジン始動用モータにより内燃機関が始動される。尚、この始動用のモータとしては上記発電機などを用いることができる。
【０００３】
ハイブリッド車では、損失低減や小形軽量化などのために主バッテリを３００Ｖ以上の高圧仕様に構成することが行われている。ただし、車載電気機器駆動のために、低圧（１２Ｖ）の補機バッテリを設けるのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したハイブリッド車では、長期の休止後などにおいて主バッテリがエンジン始動不能な状態まで放電してしまう場合が考えられる。
また、商用交流電源から主バッテリを充電する充電装置、又は、他車の車載バッテリから主バッテリを充電する充電装置を装備すれば、最寄りの商用交流電源端子又は他車から主バッテリへエンジン始動に必要な電力を充電することができる。しかし、このような複数の充電装置を搭載することは、装置の重量及び設置必要スペースが大きいハイブリッド車にとって大きな負担となる。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、充電装置のコスト増大を回避しつつ主バッテリ充電性能の向上を実現したハイブリッド車用充電装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１又は２記載のハイブリッド車用充電装置によれば、切り替えリレーを用いることにより、車載補機駆動用の補機用蓄電手段からの直流電圧と商用交流電力整流用の整流手段からの直流電圧とのどちらかを選択し、選択した直流電圧を昇圧手段で昇圧して主機用蓄電手段に印加し、それを充電する。昇圧手段に印加される両直流電圧は大きさが格段に異なるので主機用蓄電手段に好適な直流電圧を出力できるように切り替えリレーの切り替えと同期して昇圧手段の昇圧比を変更する。
【０００７】
このようにすれば、たとえば、近くにブースターケーブルを装備した内燃機関自動車が存在すればそのバッテリと自己の補機用蓄電手段とをブースターケーブルで接続して補機用蓄電手段を充電し、補機用蓄電手段により主機用蓄電手段を充電すればよい。また、近くに人家があればその商用交流電源コンセントから主機用蓄電手段を充電すればよい。
【０００８】
結局、主機用蓄電手段によりエンジンを始動できない場合でも、その結果として充電装置のコスト増大を回避しつつ種々の充電源から主バッテリの充電を行うことができる。また、充電装置の小型軽量化により車両の重量や機器搭載スペースが削減できるという利点も生じる。
好適な態様において、昇圧手段から得られた直流電圧を電力変換して主機用蓄電手段を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ手段を設ける。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ手段の出力電流を制御して主機用蓄電手段の充電量を制御することができる。
【０００９】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ手段では、通常、入力直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路、得られた交流電圧を所望のレベルに変圧するトランス、更に変圧された交流電圧を整流する整流器を有するので、このトランスにより所望の変圧比を得るとともに入力側と出力側とを電気的に絶縁することができる、
請求項１記載のハイブリッド車用充電装置では更に、昇圧手段は、整流手段により通電されるリアクトルと、このリアクトルへの通電を所定の周波数で断続するスイッチング素子とを備え、更に、入力される商用交流電力の力率をこのスイッチング素子のデューティ比制御により改善するので、入力される商用交流電力の力率改善により配線損失の低減などの効果を得るなどの効果を奏することができる。
【００１０】
請求項２記載のハイブリッド車用充電装置では更に、商用交流電力が給電される場合で、かつ、均等充電指令が外部から入力される場合に主機用蓄電手段の均等充電を指令し、救援充電指令が外部から入力される場合にハイブリッド車のエンジンの始動に必要な電力を主機用蓄電手段に充電する。
【００１１】
すなわち、本構成によれば、主機用蓄電手段の充電量がエンジン始動に必要なレベル以下に低下した場合に補機用蓄電手段又は商用交流電源から主機用蓄電手段を通じて主機用蓄電手段を充電する機能に加えて、主機用蓄電手段の均等充電によるそのリフレッシュ機能をも有するので、別に均等充電手段を設ける必要がなく、全体としての回路構成の簡素化を図ることができる。
【００１２】
以下、更に詳しく説明する。
補機用蓄電手段（以下、補機バッテリという）は、低圧（定格１２Ｖ）であり、主機用蓄電手段（以下、主バッテリという）は配線損失低減や回転電機の小型化のために３００Ｖ程度の高圧仕様とされるが、安全性の観点から補機バッテリの一対の電源ラインと主バッテリの一対の電源ラインはトランスにより絶縁分離される。
【００１３】
このため、補機バッテリの直流電圧は、インバータ回路で交流電圧に変換された後、この絶縁分離用のトランスを利用して昇圧し、昇圧された高圧交流電圧を整流し、平滑した後、主バッテリに印加する。
しかし、車載補機に給電する補機バッテリの端子電圧はその充電状態に応じて１０〜１６Ｖというように大きく変動してしまう。したがって、補機バッテリ電圧が低い状態でも主バッテリを充電可能なようにトランスの巻数比を設定すると、補機バッテリの端子電圧が高い場合にトランスの二次電圧が数十％も高くなってしまい、トランスの二次交流電圧を整流する半導体整流素子（ダイオードという）の高耐圧化が必要となり、そのため、ダイオードの順方向電圧降下損失が増大し、放熱が問題となってしまう。
【００１４】
そこで、本構成では、補機バッテリ電圧を一度、一定の直流電圧に昇圧し、それをトランス内蔵の上記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路で変圧する。このようにすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の整流回路を構成するダイオードが過剰な耐圧性能を持つ必要がないので、その信頼性が向上し、損失による発熱も低減でき、整流回路のコストも低減することができる。
【００１５】
なお、本構成によれば、整流回路のコスト、損失低減の代わりに昇圧手段の追設負担が付加されるが、本構成の昇圧手段は、それ自身が補機バッテリ電圧を昇圧する機能を有するので、後段のＤＣ−ＤＣコンバータ回路内のトランスの巻数比を低減できるため、このＤＣ−ＤＣコンバータ回路の回路構成を簡素化できるという利点があり、その分だけ昇圧手段追設の負担増大の問題は軽減される。
【００１６】
更に詳しく説明すると、本構成の昇圧手段の昇圧比の分だけ、後段のＤＣ−ＤＣコンバータ回路のインバータ回路を流れる電流が減少し、このインバータ回路を構成する半導体スイッチを小型化でき、かつ、その抵抗損失、発熱も減らせる。昇圧手段からこのインバータ回路に印加される直流電圧は昇圧手段による昇圧後も比較的小さく、安価な常用の半導体スイッチでも十分に耐圧確保できるレベルであるので、昇圧均圧手段で昇圧した分だけ、このインバータ回路の半導体スイッチの小電流化によりそのコスト低減、発熱低減を実現することができる。更に、トランスの一次コイルに流れる電流も同様に低減できるので、トランスの一次コイルの断面積低減及び発熱低減を図ることができ、その二次コイルのターン数の低減により二次コイルの抵抗損失、発熱も低減することができる。
【００１７】
結局、本構成のハイブリッド車用充電装置によれば、格別に高耐圧の部品を用いることなく信頼性が高いハイブリッド車用充電装置を実現して主バッテリの緊急充電によるエンジン始動機能を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のハイブリッド車では、主蓄電手段はエンジン始動用のモ−タに給電してエンジンを始動させる。エンジン始動用のモ−タとしては、エンジンにより駆動されて発電して主蓄電手段を充電する発電機が一般に用いられる。この発電機として走行モ−タを用いることもできる。主蓄電手段や補機蓄電手段としては、電池又は電気二重層コンデンサを用いることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２０】
【実施例１】
この充電装置は、図１に示すように、商用交流電源から給電される交流電力（たとえばＡＣ１００Ｖ）を整流する整流回路１、低圧（定格１２Ｖ）の補機バッテリ（本発明でいう補機用蓄電手段）２、高低一対の電源ラインに設けられる一対の切り換えリレー３、昇圧チョッパ回路（本発明でいう昇圧手段）４、入力平滑コンデンサ５、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ（本発明でいうＤＣ−ＤＣコンバータ手段）６、定格約３００Ｖの主機バッテリ（本発明でいう主機用蓄電手段）７、制御回路（本発明でいう制御手段）８、電流センサ９、１０を備えている。
【００２１】
一対の切り換えリレー３は、整流回路１及び補機バッテリ２の直流電圧の一方を選択して昇圧チョッパ回路４へ入力する。
昇圧チョッパ回路４は、チョークコイル（リアクトル）４１、スイッチング素子であるパワ−ＭＯＳＦＥＴ４２、ダイオード４３からなる。パワ−ＭＯＳＦＥＴ４２のソース電極は、接地ラインＬ、低位側の切り換えリレー３を通じて整流回路１又は低圧の補機バッテリ２の低位端に接続されている。パワ−ＭＯＳＦＥＴ４２のドレイン電極はチョークコイル４１及び高位側の切り換えリレー３を通じて整流回路１又は低圧の補機バッテリ２の高位端に接続され、更にダイオード４３のアノード電極に接続されている。パワ−ＭＯＳＦＥＴ４２を一定周期で断続制御することにより、チョークコイル４１とパワ−ＭＯＳＦＥＴ４２との接続点に生じた高電圧（リップル含有直流電圧）はダイオード４３を通じてＤＣ／ＤＣコンバ−タ６の入力端に印加される。なお、後述するように、昇圧チョッパ回路４のパワ−ＭＯＳＦＥＴ４２は入力電圧に基づいてそのデューティ比を制御してダイオード４３を通じて出力する直流電圧レベルを一定レベルに昇圧する。
【００２２】
入力平滑コンデンサ５は、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ６の一対の入力端間に接続されており、ダイオード４３を通じて入力される上記リップル含有直流電圧の交流成分を接地ラインＬを通じて整流回路１又は補機バッテリ２の低位端にバイパスする。
ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、図２に示すように、入力直流電力を交流電力に変換するためのインバータ回路としての一対のパワ−ＭＯＳＦＥＴ６１、パワ−ＭＯＳＦＥＴ６１の出力電圧を変圧するトランス６２、トランス６２の出力電圧を整流する全波整流回路６３、及び、全波整流回路６３の出力電圧を平滑化する出力平滑化回路６４を有する。これらパワ−ＭＯＳトランジスタの交互逆相断続によりトランス６２の二次側に生じた交流電圧は全波整流回路６３で整流され、出力平滑化回路を構成するチョークコイル６５及び平滑コンデンサ６６で平滑されて主機バッテリ７に印加される。
【００２３】
主機バッテリ７は、たとえば発電電動機からなる走行モ−タ（図示せず）と電力授受可能に接続されており、走行モ−タは、伝達トルク遮断可能に車輪及びエンジンに結合されている。これら走行モ−タ、エンジンおよび車輪（図示せず）間の連結方式には各種の方式があるが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。
【００２４】
制御回路８は、マイコンを含み、切り替えリレー３から入力される直流電圧の大きさに略逆比例するようにパワーＭＯＳＦＥＴ４２のデューティ比を変更し、これによりダイオード４３を通じて出力する直流電圧レベルを一定レベルにまで昇圧する。
この制御を図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００２５】
この制御は、この充電装置の入力コネクタを商用交流電源側に接続して商用交流電力による充電を指令する場合、又は、この充電装置の入力コネクタを商用交流電源側に接続せずに補機蓄電電力による充電を指令する場合に、これら指令に基づいて行われる。なお、補機蓄電電力による充電が指令されたにもかかわらず、補機バッテリ２に十分な蓄電がなされていない場合には、警報を発して図４に示す充電制御を実施しないものとする。
【００２６】
図４に示す充電制御では、まず入力指令が商用交流電力による充電指令であるかどうかを調べ（Ｓ２００）、そうでなければ、パワーＭＯＳＦＥＴ４２を、補機バッテリモード、すなわち、補機バッテリの低電圧を規定の大きさの直流電圧に昇圧することができるデューティ比で制御する（Ｓ２０２）。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ６には必要な直流電圧が入力される。
【００２７】
また、入力指令が商用交流電力による充電指令であれば、パワーＭＯＳＦＥＴ４２を、商用モード、すなわち、商用交流電圧を上記規定の大きさの直流電圧に昇圧することができるデューティ比で制御する（Ｓ２０４）。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ６には必要な大きさの直流電圧が入力される。
なお、この時、パワーＭＯＳＦＥＴ４２は、ダイオード４３からＤＣ−ＤＣコンバータへ出力される電圧変動がなるべく小さくなるようにデューティ比制御される。また更に、商用交流電源の力率がなるべく１に近くなるようにパワーＭＯＳＦＥＴ４２のデューティ比制御する。この力率改善制御は、整流器１の出力電圧に基づいて、電圧と電流の位相が一致するように制御すればよい。パワーＭＯＳＦＥＴ４２のデューティ比制御によるこの種の力率制御自体は周知であるので詳細な説明は省略する。
【００２８】
次に、主機バッテリ７の電圧がエンジン始動に十分な規定値に達したかどうかを判定し（Ｓ２０６）、達していなければメインルーチンにリターンし、達していればパワーＭＯＳＦＥＴ４２及びＤＣ−ＤＣコンバータ６を遮断し（Ｓ２０８）、充電完了を報知して（Ｓ２１０）、このルーチンを終了する。
これにより、整流回路１から出力される直流電圧と補機バッテリ２から出力される直流電圧の差異、ならびに、補機バッテリ２の容量変化に基づくその出力直流電圧の差異にかかわらず、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路６に一定の直流電圧を出力することができ、更に、商用交流電力による充電においても良好な力率で充電を行うことができる。
【００２９】
したがって、この昇圧チョッパ回路４の昇圧分だけ、パワ−ＭＯＳＦＥＴ６２の最大許容電流を減らしてそれを小型化することができ、トランス６２の一次コイルの断面積及び二次コイルのターン数も減らすことができ、更に、全波整流回路６３のダイオードの耐圧も減らすことができ、主バッテリ７の充電の利便性を向上することができる。
【００３０】
次に、制御回路８は、商用交流電源から整流回路１から充電される場合において、均等充電動作を行うこともできる。ただし、この動作は頻繁に実施する必要はないので、この実施例では、図示しない手動スイッチあるいは主機バッテリの充電状態を管理する制御装置から制御回路８へ「均等充電指令」が入力された場合に行うものとする。
【００３１】
この均等充電動作を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、図示しない均等充電指令が入力されたかどうかを調べ（Ｓ１００）、オンしていなければメインルーチンにリターンし、入力されていれば主機バッテリ７の端子電圧に基づいてそれが略満充電電圧値に達しているかどうかを調べ（Ｓ１０２）、達していればＳ１０６へ進み、達していなければ通常充電を行う（Ｓ１０４）。ここでいう通常充電とは後述する一定の均等充電電流値よりも大きい一定の電流値での充電動作をいう。なお、充電電流の制御は、電流センサ１０で検出した充電電流に基づいてそれが目標の値となるようにパワ−ＭＯＳＦＥＴ４２または６１のデューティ比をフィードバック制御することにより行う。
【００３２】
次に、Ｓ１０２にて満充電を検出すれば、均等充電時間をカウントする内蔵のタイマをスタートさせ（Ｓ１０６）、主バッテリ７の充電電流を一定の均等充電電流値に調整しつつその充電を行い（Ｓ１０８）、タイマのカウント時間が所定の設定時間に達したかどうかを調べ（Ｓ１１０）、達したらこの均等充電を終了してメインルーチンにリターンする。
【００３３】
なお、上記実施例は均等充電制御の一例を説明したが、他の均等充電制御を採用してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のハイブリッド車の充電装置を示す回路図である。
【図２】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路６の回路図である。
【図３】充電制御動作を示すフローチャートである。
【図４】均等充電動作と通常充電動作との切り替えを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１は整流回路、２は補機バッテリ（補機用蓄電手段）、３は切り替えリレー、４は昇圧チョッパ回路（昇圧手段の昇圧手段）、６はＤＣ−ＤＣコンバータ回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ手段）、７は主機バッテリ（主機用蓄電手段）、８は制御回路（制御手段）

Claims

ハイブリッド車のエンジン始動用モータに給電する主機用蓄電手段と、
車載補機駆動用の補機用蓄電手段と、
商用交流電力整流用の整流手段と、
前記補機用蓄電手段及び前記整流手段のどちらかを選択する切り替えリレーと、
前記切り替えリレーを通じて入力される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記切り替えリレーの切り替えと同期して前記昇圧手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記昇圧手段は、前記整流手段により通電されるリアクトルと、前記リアクトルへの通電を所定の周波数で断続するスイッチング素子とを備え、
前記制御手段は、前記切り替えリレーを通じて前記商用交流電力が給電される場合に、前記昇圧手段の前記スイッチング素子のデューティ比を制御して前記商用交流電力の力率改善を行うことを特徴とするハイブリッド車用充電装置。
ハイブリッド車のエンジン始動用モータに給電する主機用蓄電手段と、
車載補機駆動用の補機用蓄電手段と、
商用交流電力整流用の整流手段と、
前記補機用蓄電手段及び前記整流手段のどちらかを選択する切り替えリレーと、
前記切り替えリレーを通じて入力される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記切り替えリレーの切り替えと同期して前記昇圧手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記切り替えリレーを通じて前記商用交流電力が給電される場合で、かつ、均等充電指令が外部から入力される場合に前記主機用蓄電手段の均等充電し、そして、
救援充電指令が外部から入力される場合に前記ハイブリッド車のエンジンの始動に必要な電力を前記主機用蓄電手段に充電することを指令することを特徴とするハイブリッド車用充電装置。
請求項１又は２記載のハイブリッド車用充電装置において、
前記昇圧手段から得られた直流電圧を電力変換して前記主機用蓄電手段を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ手段を有し、
前記制御手段は、前記主機用蓄電手段への充電量が前記ハイブリッド車のエンジン始動に十分な所定値となるまで、前記昇圧手段及びＤＣ−ＤＣコンバータ手段を駆動させることを特徴とするハイブリッド車用充電装置。