JP5264949B2 - 電動車両 - Google Patents

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Description

この発明は、外部電源から充電可能な蓄電装置を備える電動車両に関するものである。
従来、メインバッテリに蓄電された電力を利用して走行用のモータを駆動する電動車両にあっては、外部充電装置から供給される電力によりメインバッテリを充電可能なものが知られている。この種の電動車両としては、例えば、外部充電装置からの電力を用いてメインバッテリを充電する充電器などの充電系電子機器と、モータ駆動用のインバータなどの電動システム系電子機器とがそれぞれ並列にメインバッテリに接続されている場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９−８９５７７号公報
しかしながら、上述した従来の電動車両の場合、メインバッテリの充電中に、稼動させる必要のないインバータ、昇圧器、および、高圧系補機類などの電動システム系電子機器に充電電圧が印加されてしまうため、車両の走行時間以外にも充電時間分だけ余計に、電動システム系電子機器のメインバッテリ側の回路に電圧が印加され続けることとなる。そのため、電動システム系電子機器のメインバッテリ側の回路に設けられている平滑用のコンデンサなどの負担が増加してしまう虞があるという課題がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加を抑制しつつ、メインバッテリへの充電の際にかかる電動システム系電子機器の負担軽減を図ることが可能な電動車両を提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、
メインバッテリ（例えば、実施形態におけるメインバッテリ１１）と、
該メインバッテリを含む車載電源の充電を行う充電系電子機器（例えば、実施形態における充電系電子機器２０）と、
前記メインバッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータ（例えば、実施形態における走行用モータ１０）を駆動するインバータ（例えば、実施形態におけるパワードライブユニット１２）を含む電動システム系電子機器（例えば、実施形態における電動システム系電子機器１７）と、
前記充電系電子機器および前記電動システム系電子機器を、前記メインバッテリの陽極側または負極側のいずれか一方に接続する第１高圧電線（例えば、実施形態における高圧電線１３，１４の何れか一方）と、
前記充電系電子機器および前記電動システム系電子機器を、前記メインバッテリの陽極側または負極側のいずれか他方に接続する第２高圧電線（例えば、実施形態における高圧電線１３，１４の何れか他方）とを備え、
前記電動システム系電子機器と前記充電系電子機器とが順次並列に配置された電動車両であって、
前記第１高圧電線を遮断可能な第１接点リレー（例えば、実施形態における第１接点リレー２１）と、
前記第２高圧電線を遮断可能な第２接点リレー（例えば、実施形態における第２接点リレー２４）とを有し、
前記第１接点リレーは前記メインバッテリと前記充電系電子機器の間に配置され、
前記第１接点リレーをバイパスさせる第１プリチャージリレー（例えば、実施形態における第１プリチャージリレー２２）が、前記第１接点リレーと並列に配置され、前記第２接点リレーが、前記充電系電子機器と前記電動システム系電子機器との間に配置されることを特徴とする電動車両。
さらに、前記第２接点リレーをバイパスさせる第２プリチャージリレー（例えば、実施形態における第２プリチャージリレー２５）が、前記第２接点リレーと並列に配置されることを特徴とする。
さらに、前記充電系電子機器を用いた充電を行う際は、前記第１プリチャージリレーと前記第１接点リレーと前記第２接点リレーとが開放された状態から、前記第２接点リレーの開放状態を維持したまま、前記第１プリチャージリレーを閉塞状態とした後に前記第１接点リレーを閉塞状態に切換える一方、
前記電動システム系電子機器を起動する際は、前記第１プリチャージリレーと前記第２プリチャージリレーと前記第１接点リレーと前記第２接点リレーとが開放された状態から、前記第２プリチャージリレーを閉塞状態とした後に、前記第２接点リレーを閉塞状態に切換え、さらに前記充電系電子機器と前記電動システム系電子機器とが保有する平滑コンデンサの各電位が所定電位まで上昇された後に、前記第１プリチャージリレーを閉塞状態とし、その後、前記第１接点リレーを閉塞状態に切換えることを特徴とする。
請求項１に記載した発明によれば、第１接点リレーと並列接続された第１プリチャージリレーがメインバッテリと充電系電子機器の間に配置され、充電系電子機器と電動システム系電子機器との間に第２接点リレーが配置されることで、充電系電子機器によりメインバッテリを充電しているときに、第２接点リレーによって充電系電子機器と電動システム系電子機器とを切り離すことが可能となるため、メインバッテリの充電時に電動システム系電子機器へ電圧が印加されるのを防止することができる。
したがって、部品点数を増加することなしに、メインバッテリへの充電の際にかかる電動システム系電子機器の負担軽減を図ることが可能になるという効果がある。
さらに、メインバッテリを充電系電子機器により充電した後に電動システム系電子機器を起動させる場合に、電動システム系電子機器のメインバッテリ側にあるキャパシタと、充電系電子機器のメインバッテリ側にあるキャパシタとに電位差が生じていても、第２接点リレーを閉塞状態にする前に第２プリチャージリレーを閉塞状態とすることで、充電系電子機器のキャパシタから電動システム系電子機器のキャパシタへ緩やかに電流が流れて各キャパシタの電位が平均化されるので、第２接点リレーを閉塞状態にした際にキャパシタ間に流れる突入電流を防止することができる。したがって、第２接点リレーの接点の劣化を防止することができると共に、キャパシタの負担を軽減して更なる長寿命化を図ることが可能になる効果がある。
本発明の参考例における電動車両の概略構成を示す回路図である。 本発明の実施形態における図１に相当する回路図である。 本発明の実施形態におけるメインバッテリを充電する際の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における電動システム系電子機器を起動する際の動作を示すフローチャートである。 本発明の参考例の変形例における図１に相当する回路図ある。
次に、この発明の実施形態における電動車両の充電システムについて図面を参照しながら説明する。
図１は、この実施形態の参考例の電動車両である電気自動車１００を示しており、電気自動車１００は、駆動輪にギヤボックス等を介して駆動軸（何れも図示せず）が接続されるＤＣブラシレスモータ等の走行用モータ１０と、この走行用モータ１０へ電力を供給するメインバッテリ１１とを備え、パワードライブユニット１２により走行用モータ１０への通電が制御される。ここで、上記メインバッテリ１１は、各種補機用のバッテリ電圧（例えば、１２Ｖ）よりも出力電圧が高い、いわゆる高圧バッテリである。
パワードライブユニット１２は、メインバッテリ１１の直流電力を交流電力に変換して走行用モータ１０を駆動するものであり、ＩＧＢＴなどの複数のスイッチングデバイス（図示せず）がブリッジ接続されてなるブリッジ回路のパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータ（不図示）を備えて構成される。パワードライブユニット１２は、図示しないモータ制御装置からの制御指令を受けて走行用モータ１０の駆動を制御する。なお、上述した走行用モータ１０をメインバッテリ１１からの電力により駆動する他に、回生作動による発電時に走行用モータ１０から出力される電力をメインバッテリ１１へ充電可能にしてもよい。
パワードライブユニット１２は、メインバッテリ１１の正極側に高圧電線１３を介して接続され、さらにメインバッテリ１１の負極側に高圧電線１４を介して接続される。パワードライブユニット１２とメインバッテリ１１との間の高圧電線１３と高圧電線１４とには、昇圧器１５が直列に介装されるとともに、補機１６が分岐接続される。
昇圧器１５は、例えばスイッチングデバイス（図示せず）によるスイッチングにより、メインバッテリ１１側に印加される電圧を、走行用モータ１０の駆動に必要な電圧まで昇圧してパワードライブユニット１２側へ出力する回路を備える。
補機１６は、カーエアコンのインバータなどの負荷であり、昇圧回路１５よりもメインバッテリ１１側に接続される。なお、この実施形態の電気自動車１００では、パワードライブユニット１２と、昇圧器１５と、補機１６とにより、走行用モータ１０やカーエアコンのインバータなどを駆動する電動システム系電子機器１７が構成される。
電動システム系電子機器１７よりもメインバッテリ１１側には、１２Ｖ電圧変換器１８と充電器１９とがそれぞれ分岐接続される。
１２Ｖ電圧変換器１８は、メインバッテリ１１の電圧よりも低い低圧系（例えば、１２Ｖ）のバッテリ（図示せず）を充電したり、低圧系の負荷（図示せず）を駆動するために、メインバッテリ１１の出力電圧を降圧して出力する回路を備える。
充電器１９は、駐車場等の車両外部に設けられた急速充電設備から供給される電力によりメインバッテリ１１を充電する回路を備える。例えば、電気自動車１００には、充電設備に設けられた給電コネクタが電気的に接続可能な受電コネクタが設けられ、これら受電コネクタと給電コネクタとが接続されることで急速充電設備から電力が供給可能とされる。なお、この実施形態の電気自動車１００では、１２Ｖ電圧変換器１８と充電器１９とによりメインバッテリ１１および低圧系のバッテリを充電する充電系電子機器２０が構成され、つまり上述した電動システム系電子機器１７と充電系電子機器２０とは、メインバッテリ１１に対して順次並列に配置されることとなる。
高圧電線１３には、充電系電子機器２０とメインバッテリ１１との間に、第１接点リレー２１が介装される。この第１接点リレー２１は、制御装置（図示せず）の制御指令に基づきその接点２１ａを開放（ＯＦＦ）又は閉塞（ＯＮ）し、高圧電線１３の電気的な接続や遮断を行う。さらに高圧電線１３には、第１接点リレー２１をバイパスするバイパス電線１３ａが接続され、このバイパス電線１３ａに、第１プリチャージリレー２２とプリチャージ抵抗２３とが直列に介装される。第１プリチャージリレー２２は、制御装置の制御指令に基づいて接点２２ａを開放および閉塞し、バイパス電線１３ａの電気的な接続および遮断を行う。
高圧電線１４には、電動システム系電子機器１７と充電系電子機器２０との間に、第２接点リレー２４が介装される。この第２接点リレー２４は、上述した第１接点リレー２１と同様に、制御装置の制御指令に基づいて接点２４ａを開放および閉塞し、高圧電線１４の電気的な接続および遮断を行う。
上述した電動システム系電子機器１７および充電系電子機器２０の各機器のメインバッテリ１１側の電源入力回路には、それぞれ整流用のキャパシタｃなど容量性の素子を有した回路が設けられている。
この実施形態の参考例の電気自動車１００は上述した構成を備えており、次に、この電気自動車１００の動作、より具体的には、メインバッテリ１１を充電する際の動作、および、電動システム系電子機器１７を起動する際の動作について個別に説明する。なお、第１接点リレー２１、第１プリチャージリレー２２、および、第２接点リレー２４は、それぞれ初期状態で開放状態であり、また、キャパシタｃは充電されていないものとする。
まず、メインバッテリ１１を充電する際には、第１プリチャージリレー２２を閉塞させる。すると、メインバッテリ１１からの電流がプリチャージ抵抗２３を介して充電系電子機器２０の１２Ｖ電圧変換器１８および充電器１９のキャパシタｃに流入する。この電流がプリチャージ抵抗２３を介して流れるため突入電流が抑制される。次いで、キャパシタｃが十分に充電された時点で、第１接点リレー２１を閉塞させる。この第１接点リレー２１の閉塞により、充電器１９によるメインバッテリ１１の充電が開始可能となる。ここで、メインバッテリ１１の充電器１９による充電が終了したと判定されると、第１接点リレー２１が開放される。充電の終了は、高圧電線１３又は高圧電線１４に取り付けられた図示しない電流センサや、メインバッテリ１１の端子間電圧を測定する電圧センサなどの検出結果に基づき判定される。なお、第１プリチャージリレー２２は、第１接点リレー２１が閉塞された時点で開放するようにしても良い。
一方、電動システム系電子機器１７を起動する際には、始めに第２接点リレー２４を閉塞させる。次いで、第１プリチャージリレー２２を閉塞させて、電動システム系電子機器１７と充電系電子機器２０との各機器に設けられたキャパシタｃを充電する。これにより、電動システム系電子機器１７と充電系電子機器２０との各キャパシタｃが充電されると共に、その端子電圧が平均化される。そして、最後に第１接点リレー２１を閉塞させると、メインバッテリ１１の電力が電動システム系電子機器１７に供給される状態となる。
したがって、上述した参考例の電気自動車１００によれば、第１接点リレー２１と並列接続された第１プリチャージリレー２２がメインバッテリ１１と充電系電子機器２０の間に配置され、充電系電子機器２０と電動システム系電子機器１７との間に第２接点リレー２４が配置されることで、充電系電子機器２０によりメインバッテリ１１を充電しているときに、第２接点リレー２４によって充電系電子機器２０と電動システム系電子機器１７とを切り離すことが可能となるため、メインバッテリ１１の充電時に電動システム系電子機器１７へ電圧が印加されるのを防止することができ、この結果、部品点数を増加することなしに、メインバッテリ１１への充電の際にかかる電動システム系電子機器１７の負担軽減を図ることが可能になる。
さらに、充電系電子機器２０を用いた充電を開始する際に、第１接点リレー２１を閉塞する前に第１プリチャージリレー２２を閉塞状態にすることで、充電系電子機器２０のメインバッテリ１１側にあるキャパシタｃへの突入電流を抑制することができると共に、充電系電子機器２０を用いた充電を行った後に電動システム系電子機器１７を起動する際に、第２接点リレー２４を閉塞状態に切り換えてから第１プリチャージリレー２２を閉塞状態にすることで、電動システム系電子機器１７のメインバッテリ１１側にあるキャパシタｃへの突入電流を抑制することができるため、充電系電子機器２０のメインバッテリ１１側に設けられたキャパシタｃへの負担と、電動システム系電子機器１７のメインバッテリ１１側にあるキャパシタｃへの負担とをそれぞれ軽減することができ、この結果、高性能なキャパシタｃを利用することなしに、キャパシタｃの長寿命化を図ることができる。
次に、この発明の実施形態の電動車両である電気自動車２００について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態の電気自動車２００は、上述した参考例の電気自動車１００の第２接点リレー２４をバイパスするプリチャージ回路を追加したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。
図２に示すように、この実施形態の電気自動車２００は、高圧電線１４の電動システム系電子機器１７と充電系電子機器２０との間に、第２接点リレー２４が介装される。さらに、高圧電線１４には、第２接点リレー２４をバイパスするバイパス電線１４ａが接続され、このバイパス電線１４ａに、第２プリチャージリレー２５と、プリチャージ抵抗２６とが直列に介装される。なお、その他の構成については、上述した参考例と同様であるため、詳細説明を省略する。
次に、上述した電気自動車２００の動作、特に、メインバッテリ１１を充電する際の動作、および、電動システム系電子機器１７を起動する際の動作についてフローチャートを参照しながら説明する。
まず、図３に示すように、充電を開始する際には、第１接点リレー２１、第１プリチャージリレー２２、第２接点リレー２４、および、第２プリチャージリレー２５が開放された状態から、第１プリチャージリレー２２のみを閉塞させて（ステップＳ０１）、充電系電子機器２０のキャパシタｃへの充電（プリチャージ）を、プリチャージ抵抗２３を介して行う。この際、第２プリチャージリレー２５は開放状態が維持される。
次いで、第１接点リレー２１を閉塞させて（ステップＳ０２）、第１プリチャージリレー２２を閉塞させる（ステップＳ０３）。これにより、充電器１９が高圧電線１３および高圧電線１４を介してメインバッテリ１１の正極側および負極側に接続されることとなる。
次に、図４に示すように、電動システム系電子機器１７を起動する際には、第１接点リレー２１、第１プリチャージリレー２２、第２接点リレー２４、および、第２プリチャージリレー２５が開放（ＯＦＦ）された状態から、第２プリチャージリレー２５のみを閉塞（ＯＮ）させる（ステップＳ１０）。
これにより、例えば、メインバッテリ１１の充電直後の場合、充電量が多い充電系電子機器２０の各キャパシタｃから充電量が相対的に少ない電動システム系電子機器１７の各キャパシタｃへの電荷の移動（プリチャージ）がプリチャージ抵抗２６を介して行われ、この結果、充電系電子機器２０の各キャパシタｃと電動システム系電子機器１７の各キャパシタｃとの端子電圧（電位）が平均化される。なお、各キャパシタｃの端子電圧が平均化されたことは、例えば、経過時間などにより判定可能である。
そして、充電系電子機器２０および電動システム系電子機器１７の各キャパシタｃの端子電圧が平均化されると、第２接点リレー２４を閉塞（ＯＮ）し（ステップＳ１１）、第２プリチャージリレー２５を開放（ＯＦＦ）する（ステップＳ１２）。
その後、メインバッテリ１１からの電力を電動システム系電子機器１７および充電系電子機器２０（特に１２Ｖ電圧変換器）に給電するべく、第１プリチャージリレー２２を閉塞（ＯＮ）させて（ステップＳ１３）、電動システム系電子機器１７および充電系電子機器２０の各キャパシタｃへの充電（プリチャージ）を行う。電動システム系電子機器１７および充電系電子機器２０の各キャパシタｃへの充電が終了すると、第１接点リレー２１を閉塞（ＯＮ）させ（ステップＳ１４）、第１プリチャージリレー２２を開放（ＯＦＦ）する。これにより、第１接点リレー２１および第２接点リレー２４が両方とも閉塞（ＯＮ）され、メインバッテリ１１の電力が電動システム系電子機器１７および充電系電子機器２０へ供給されることとなる。
したがって、上述した実施形態によれば、メインバッテリ１１を充電系電子機器２０により充電した後に電動システム系電子機器１７を起動させる場合に、電動システム系電子機器１７のメインバッテリ１１側にあるキャパシタｃと、充電系電子機器２０のメインバッテリ１１側にあるキャパシタｃとに電位差が生じていても、第２接点リレー２４を閉塞状態にする前に第２プリチャージリレー２５を閉塞状態とすることで、充電系電子機器２０のキャパシタｃから電動システム系電子機器１７のキャパシタｃへプリチャージ抵抗２６を介して緩やかに電流が流れて各キャパシタｃの電位が平均化されるので、第２接点リレー２４を閉塞状態にした際にキャパシタｃ間に流れる突入電流を防止することができ、この結果、第２接点リレー２４の接点の劣化を防止することができると共に、キャパシタｃの負担を軽減して更なる長寿命化を図ることが可能になる。
なお、この発明は上述した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で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、メインバッテリ１１の正極側に接続される高圧電線１３のメインバッテリ１１と充電系電子機器２０との間に、第１接点リレー２１および第１プリチャージリレー２２を設ける一方、メインバッテリ１１の負極側に接続される高圧電線１４の充電系電子機器２０と電動システム系電子機器１７との間に、第２接点リレー２４を設ける場合について説明したが、この構成に限られるものではなく、例えば、図５に示す変形例のように回路極性を入れ替えてもよい。すなわち、メインバッテリ１１の正極側に接続される高圧電線１３の充電系電子機器２０と電動システム系電子機器１７との間に第２接点リレー２４を配置し、メインバッテリ１１の負極側に接続される高圧電線１４の充電系電子機器２０とメインバッテリ１１との間に第１接点リレー２１を配置するようにしてもよい。
１０ 走行用モータ
１１ メインバッテリ
１３ 高圧電線（第１高圧電線）
１４ 高圧電線（第２高圧電線）
１７ 電動システム系電子機器
２０ 充電系電子機器
２１ 第１接点リレー
２２ 第１プリチャージリレー
２４ 第２接点リレー
２５ 第２プリチャージリレー

Claims (1)

  1. メインバッテリと、
    該メインバッテリを含む車載電源の充電を行う充電系電子機器と、
    前記メインバッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータを駆動するインバータを含む電動システム系電子機器と、
    前記充電系電子機器および前記電動システム系電子機器を、前記メインバッテリの陽極側または負極側のいずれか一方に接続する第１高圧電線と、
    前記充電系電子機器および前記電動システム系電子機器を、前記メインバッテリの陽極側または負極側のいずれか他方に接続する第２高圧電線とを備え、
    前記電動システム系電子機器と前記充電系電子機器とが順次並列に配置された電動車両であって、
    前記第１高圧電線を遮断可能な第１接点リレーと、
    前記第２高圧電線を遮断可能な第２接点リレーとを有し、
    前記第１接点リレーは前記メインバッテリと前記充電系電子機器の間に配置され、
    前記第１接点リレーをバイパスさせる第１プリチャージリレーが、前記第１接点リレーと並列に配置され、前記第２接点リレーが、前記充電系電子機器と前記電動システム系電子機器との間に配置され、
    前記第２接点リレーをバイパスさせる第２プリチャージリレーが、前記第２接点リレーと並列に配置され、
    前記充電系電子機器を用いた充電を行う際は、前記第１プリチャージリレーと前記第１接点リレーと前記第２接点リレーとが開放された状態から、前記第２接点リレーの開放状態を維持したまま、前記第１プリチャージリレーを閉塞状態とした後に前記第１接点リレーを閉塞状態に切換える一方、
    前記電動システム系電子機器を起動する際は、前記第１プリチャージリレーと前記第２プリチャージリレーと前記第１接点リレーと前記第２接点リレーとが開放された状態から、前記第２プリチャージリレーを閉塞状態とした後に、前記第２接点リレーを閉塞状態に切換え、さらに前記充電系電子機器と前記電動システム系電子機器とが保有する平滑コンデンサの各電位が所定電位まで上昇された後に、前記第１プリチャージリレーを閉塞状態とし、その後、前記第１接点リレーを閉塞状態に切換えることを特徴とする電動車両。
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