JP5605320B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車又は電気自動車に使用され、駆動用モータに給電する高圧バッテリを備える車両用電源装置に関する。

ハイブリッド車又は電気自動車は、駆動用モータと、駆動用モータに給電する高圧バッテリとを備えている。駆動用モータと高圧バッテリとの配線には、リレー接点が設けられており、運転を開始又は終了する操作に応じてリレー接点をオン／オフしている。

図３は、ハイブリッド車又は電気自動車に使用される従来の車両用電源装置の要部構成を例示するブロック図である。従来の車両用電源装置は、駆動用モータ１ａ及び駆動用モータ１ａに付随する回路である高圧負荷１と、高圧負荷１に給電する高圧バッテリ２と、高圧バッテリ２が高圧負荷１に給電する経路上に設けられ、経路の開閉を行うリレー接点３とを備えている。高圧負荷１は、リレー接点３を介して高圧バッテリ２から給電される。なお、ハイブリッド車の場合、駆動用モータ１ａを有する高圧負荷１は、図示しないエンジンに連動する発電機としても機能する。

リレー接点３のオン／オフは高圧電源制御装置４内のリレー制御部４０によって制御される。リレー制御部４０は、運転を開始又は終了する図示しないパワースイッチの操作に応じた制御信号を与えられ、リレー接点３をオン／オフにする。運転を開始する操作によって、リレー接点３をオンにすることを要求する制御信号をリレー制御部４０が受け付け、リレー接点３をオンにする際、リレー制御部４０は図示しないリレーコイルに励磁する電力を供給する。
また、高圧電源制御装置４はリレー制御部４０に電源を供給する電源回路４１を有し、電源回路４１は後述する低圧補機バッテリ６から給電される。運転を終了する操作によってリレー接点３をオフにすることを要求する制御信号をリレー制御部４０が受け付けた場合、リレー制御部４０はリレーコイルへの給電を停止し、リレー接点３をオフにする。高圧バッテリ２は高圧負荷１への給電を停止する。

また、従来の車両用電源装置は、車載補機群である低圧負荷群５と、低圧負荷群５に給電する低圧補機バッテリ６とを備えている。高圧負荷１及びリレー接点３の接続ノードと、低圧補機バッテリ６の正極端子との間にＤＣＤＣコンバータ７内の降圧回路７０が接続されている。降圧回路７０は、通常運転時にはリレー接点３を介して受けた高圧バッテリ２の出力電圧（絶対値）を降圧して低圧補機バッテリ６側端子に与える。降圧回路７０は、図示しない制御部からの制御信号によって制御される。ＤＣＤＣコンバータ７は降圧回路７０に電源を供給する電源回路７１を有し、電源回路７１は低圧補機バッテリ６から給電される。

リレー制御部４０に電源を供給する電源回路４１は、低圧補機バッテリ６から給電される。車両の運転を開始する際、リレー接点３をオンにするため、リレー制御部４０はリレーコイルに励磁する電力を供給する。このとき、低圧補機バッテリ６の残容量が少なくなっていると、電源回路４１は、リレー制御部４０がリレーコイルを励磁できる電力を供給することができない。

特許文献１では、補機バッテリ（低圧補機バッテリ６）電圧が低下した状態においても走行可能状態に移行できる可能性が増した車両の電源装置が開示されている。この車両の電源装置では、システムメインリレーＳＭＲＢ（リレー接点３）と並列的にシステムメインリレーＳＭＲＰが設けられている。システムメインリレーＳＭＲＰはシステムメインリレーＳＭＲＢよりも駆動電力が小さい。システムメインリレーＳＭＲＢ及びＳＭＲＰは制御装置によって開閉を制御される。
補機バッテリ電圧が低下した場合、制御装置はシステムメインリレーＳＭＲＰを閉状態にし、メインバッテリ（高圧バッテリ２）の電源電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧回路７０）に供給し、ＤＣ／ＤＣコンバータは電源電圧を降圧し制御装置に与える。これにより、制御装置はシステムメインリレーＳＭＲＢを閉状態にし、車両を走行可能状態に移行する。

特開２００７−２４４０３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両の電源装置では、補機バッテリ電圧が低下した場合、制御装置がシステムメインリレーＳＭＲＢを閉状態に移行する電力を制御装置に供給するのはＤＣ／ＤＣコンバータである。補機バッテリの残容量、補機バッテリが給電する補機負荷回路（低圧負荷群５）の作動状況などによっては、補機バッテリはＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する電源さえも供給できない。特許文献１に記載の車両の電源装置には、この場合、システムメインリレーＳＭＲＢを閉状態に移行できず、車両を走行可能な状態にすることはできないという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、車両の運転を開始する操作によって、高圧バッテリをオンにする要求がなされた場合に、低圧補機バッテリの出力電圧が低下していても、高圧バッテリを確実にオンにし、車両を走行できる状態にすることができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、車両の駆動用モータに給電する第１バッテリと、該第１バッテリの正極端子及び前記駆動用モータの間に接続されたスイッチと、該スイッチのオン／オフを制御する制御部と、前記車両に搭載された電気負荷に給電する第２バッテリと、前記スイッチの前記駆動用モータ側端子及び前記第２バッテリの正極端子の間に接続され、前記第１バッテリの出力電圧を降圧して前記第２バッテリの正極端子に与える降圧回路と、前記制御部に電源を供給する第１電源回路と、前記降圧回路に電源を供給する第２電源回路とを備え、前記第１及び第２電源回路は、前記第２バッテリから給電されるように構成された車両用電源装置において、前記降圧回路及び第２バッテリの接続ノードと前記第１及び第２電源回路の接続ノードとの間に順方向に接続されたダイオードと、該ダイオードのカソードに正極端子が接続される第３バッテリとを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、第２バッテリはダイオードを介して第１及び第２電源回路に給電する。第３バッテリはダイオードのカソード並びに第１及び第２電源回路に接続されており、第１及び第２電源回路に給電する。第１電源回路から電源を供給された制御部はスイッチをオン／オフする。
制御部は、例えば運転を開始する操作に応じた信号を受け付け、スイッチをオンにする。スイッチがオンの場合、第１バッテリはスイッチを介して駆動用モータに給電できる状態となり、車両が走行できる状態になる。第１バッテリはスイッチを介して降圧回路とも接続している。降圧回路はスイッチ及び第２バッテリの間に接続しており、第１バッテリの出力電圧を降圧して第２バッテリ側端子に電圧を与える。降圧回路は第２バッテリ側端子にダイオードを介して第３バッテリとも接続されており、第１バッテリの出力電圧を降圧した電圧を第２及び第３バッテリに与え、第２及び第３バッテリは電力を充電する。第２バッテリは電気負荷にも接続され、電気負荷に給電する。
第３バッテリは電気負荷とダイオードを介して接続され、ダイオードは第３バッテリと電気負荷との間を逆方向に接続されている。ダイオードによって、第３バッテリの出力電力は電気負荷にて消費されない。
制御部が、例えば運転を終了する操作に応じた信号を受け付け、スイッチをオフにした場合、駆動用モータは第１バッテリから給電されない状態となり、車両の運転が終了される。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記第３バッテリの正極端子と前記第１及び第２電源回路並びに前記ダイオードの接続ノードとの間に接続された第２スイッチと、該第２スイッチに並列に接続された限流抵抗及び第３スイッチの直列回路と、前記スイッチをオンにすることを要求する信号を受け付ける受付手段、前記スイッチがオンになったことを判定する判定手段、前記第３バッテリの出力電圧を検出する検出手段、及び該検出手段が検出した電圧を所定の電圧と比較する比較手段を有し、前記受付手段が前記信号を受け付けた場合、前記第２スイッチをオンにし、前記判定手段が、前記スイッチがオンになったと判定した場合、前記第２スイッチをオフに、前記第３スイッチをオンにし、前記比較手段によって比較した結果、前記第３バッテリの出力電圧が前記所定の電圧を超える場合、前記第３スイッチをオフにする第２制御部とを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、受付手段がスイッチをオンにすることを要求する信号を受け付けた場合、第２制御部は第２スイッチをオンにする。第３バッテリは第２スイッチを介して第１及び第２電源回路に給電する。第３バッテリが第１及び第２電源回路に給電する経路上には限流抵抗がないため、第３バッテリは電力の損失なく給電する。
第１電源回路から電源を供給された制御部がスイッチをオンにすると、判定手段はスイッチがオンになったことを判定する。スイッチがオンになったと判定手段が判定した場合、第２制御部は第２スイッチをオフにし、第３スイッチをオンにする。降圧回路は、スイッチを介して与えられた第１バッテリの出力電圧を降圧し、第３スイッチ及び第３スイッチに直列に接続された限流抵抗を介して電圧を第３バッテリに与える。限流抵抗は降圧回路及び第３バッテリの間を流れる電流を制限する。
検出手段が検出した第３バッテリの出力電圧と所定の電圧とを比較手段が比較し、第３バッテリの出力電圧が所定の電圧を超える場合、第２制御部は第３スイッチをオフにする。この場合、第２スイッチもオフになっているため、第２及び第３スイッチがオフになる。第３バッテリは充電した電力を保持する。再度、受付手段がスイッチをオンにする要求を受け付けた場合、制御部は、第２バッテリの出力電圧に関係なく、第３バッテリが供給する電力によってスイッチを確実にオンにする。

第３発明に係る車両用電源装置は、前記第３バッテリはリチウムイオン電池又はニッケル水素電池であることを特徴とする。

この車両用電源装置では、第３バッテリはリチウムイオン電池又はニッケル水素電池で構成される。

本発明に係る車両用電源装置によれば、車両の運転を開始する操作によって、高圧バッテリをオンにする要求がなされた場合に、低圧補機バッテリの出力電圧が低下していても、高圧バッテリを確実にオンにし、車両を走行できる状態にする車両用電源装置を実現することができる。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。 ハイブリッド車又は電気自動車に使用される従来の車両用電源装置の要部構成を例示するブロック図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、高圧負荷１と、高圧負荷１に給電する高圧バッテリ２（第１バッテリ）と、高圧負荷１及び高圧バッテリ２の正極端子の間に接続されたリレー接点３（スイッチ）とを備える。高圧負荷１は、駆動用モータ１ａ及び駆動用モータ１ａに付随する回路を有し、高圧バッテリ２からリレー接点３を通じて給電される。なお、ハイブリッド車の場合、高圧負荷１は図示しないエンジンに連動する発電機としても機能する。高圧バッテリ２は、例えば多数のセルを直列及び並列に接続して、数百Ｖの電圧を出力するニッケル水素電池である。

リレー接点３のオン／オフは高圧電源制御装置４内のリレー制御部４０（制御部）によって制御される。リレー制御部４０は運転を開始又は終了する図示しないパワースイッチの操作に応じた制御信号を与えられ、リレー接点３をオン／オフする。

運転を開始する操作によってリレー接点３をオンにすることを要求する制御信号をリレー制御部４０が受け付けた場合、リレー制御部４０は図示しないリレーコイルに励磁する電力を供給しリレー接点３をオンにする。また、高圧電源制御装置４はリレー制御部４０に電源を供給する電源回路４１（第１電源回路）を有しており、電源回路４１は後述する低圧補機バッテリ６（第２バッテリ）及び補助バッテリ１０（第３バッテリ）から給電される。

運転を終了する操作によってリレー接点３をオフにすることを要求する制御信号をリレー制御部４０が受け付けた場合、リレー制御部４０はリレーコイルに給電することを停止し、リレー接点３をオフにする。高圧バッテリ２は高圧負荷１への給電を停止する。

また、本発明に係る車両用電源装置は、低圧負荷群５（電気負荷）と低圧負荷群５に給電する低圧補機バッテリ６とを備える。高圧負荷１及びリレー接点３の接続ノードと低圧補機バッテリ６の正極端子との間にＤＣＤＣコンバータ７内の降圧回路７０が接続されている。降圧回路７０は高圧負荷１及びリレー接点３の接続ノードにおける電圧（絶対値）を降圧し、低圧補機バッテリ６側端子に与える。電源回路７１（第２電源回路）は降圧回路７０に電源を供給し、低圧補機バッテリ６及び後述する補助バッテリ１０から給電される。

本発明に係る車両用電源装置は、さらにダイオード８、充放電回路９、及び補助バッテリ１０を備えている。ダイオード８は、低圧補機バッテリ６が電源回路４１及び７１に給電する経路上に設けられている。ダイオード８のカソードに電源回路４１及び７１のプラス側端子が夫々接続され、アノードに低圧補機バッテリ６の正極端子及び降圧回路７０の低圧補機バッテリ６側端子が接続されている。また、ダイオード８のカソードと接地端子との間に充放電回路９及び補助バッテリ１０が直列に接続されている。ダイオード８は補助バッテリ１０が低圧負荷群５に給電することを防止し、補助バッテリ１０の出力電力が低圧負荷群５にて消費されないようにしている。

補助バッテリ１０は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池で構成され、充放電回路９を介して電源回路４１及び７１に給電する。補助バッテリ１０は、複数のセルによって構成されている。また、リレー接点３がオンになった場合、補助バッテリ１０は降圧回路７０から充放電回路９を通じて高圧バッテリ２からの電力を充電される。

充放電回路９は、スイッチ９０（第２スイッチ）、限流抵抗９１、スイッチ９２（第３スイッチ）、及び充放電制御部９３（第２制御部）で構成される。スイッチ９０は、電源回路４１及び７１のプラス側端子並びにダイオード８のカソードの接続ノードと補助バッテリ１０の正極端子との間に接続されている。限流抵抗９１及びスイッチ９２は直列に接続されており、限流抵抗９１及びスイッチ９２の直列回路はスイッチ９０と並列に接続されている。充放電制御部９３はスイッチ９０及び９２のオン／オフを制御する。

以下に、このような構成の車両用電源装置の動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
図２は、本発明に係る車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
充放電制御部９３は、車両の運転を開始する操作によって、高圧バッテリ２をオンにする（リレー接点３をオンにする）ことを要求する制御信号を受け付けたか否かを判定しており（Ｓ１）、高圧バッテリ２をオンにすることを要求する制御信号を受け付けなかった場合（Ｓ１：ＮＯ）、その制御信号を受け付けるまで待機する。なお、高圧バッテリ２をオンにする要求がなされる際、スイッチ９０及び９２は共にオフになっている。

充放電制御部９３は、高圧バッテリ２をオンにすることを要求する制御信号を受け付けた場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、放電用スイッチであるスイッチ９０をオンにする（Ｓ２）。
これにより、補助バッテリ１０は、限流抵抗９１が接続されていないスイッチ９０を介して電源回路４１及び７１に給電する。電源回路４１は、低圧補機バッテリ６及び補助バッテリ１０から給電され、リレー制御部４０に電源を供給する。電源回路７１は、低圧補機バッテリ６及び補助バッテリ１０から給電され、降圧回路７０に電源を供給する。リレー制御部４０は、高圧バッテリ２をオンにすることを要求する制御信号を受け付け、リレーコイルに励磁する電力を供給する。

なお、低圧補機バッテリ６は、低圧負荷群５に給電するが、補助バッテリ１０の出力電力は、低圧負荷群５によって消費されない。これは、ダイオード８によって補助バッテリ１０が低圧負荷群５に給電することを防止されているためである。

次に、充放電制御部９３は、高圧バッテリ２がオンになったか（リレー接点３がオンになったか）否かを判定する（Ｓ３）。充放電制御部９３は、降圧回路７０の低圧補機バッテリ６側端子にて電圧を検出することによって、高圧バッテリ２がオンになったか否かを判定する。高圧バッテリ２がオンになると、降圧回路７０は高圧バッテリ２の出力電圧を降圧し低圧補機バッテリ６側端子に与える。この時、降圧回路７０の低圧補機バッテリ６側端子における電圧は上昇する。この上昇を検知することによって、高圧バッテリ２がオンになったことを確認する。

なお、高圧バッテリ２がオンになったか否かを判定する方法は、降圧回路７０の低圧補機バッテリ６側端子にて電圧を検出する方法に限定されない。例えば、充放電制御部９３は、高圧電源制御装置４から状態の情報を受け付け、状態の情報によって高圧バッテリ２がオンになったか否かを判定しても良い。

充放電制御部９３は、高圧バッテリ２がオンになっていないと判定した場合（Ｓ３：ＮＯ）、放電用スイッチであるスイッチ９０をオンに維持し、補助バッテリ１０は電源回路４１に給電し続ける。

充放電制御部９３は、高圧バッテリ２がオンになったと判定した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、放電用スイッチであるスイッチ９０をオフにし、充電用スイッチであるスイッチ９２をオンにする（Ｓ４）。リレー接点３がオンとなり、高圧バッテリ２がオンになると、補助バッテリ１０は降圧回路７０にて降圧された高圧バッテリ２の電圧を与えられる。この際、充放電制御部９３がスイッチ９０をオフに、スイッチ９２をオンにすることによって、補助バッテリ１０は降圧回路７０から高圧バッテリ２の出力電力を、限流抵抗９１及びスイッチ９２を介して供給される。限流抵抗９１は、降圧回路７０及び補助バッテリ１０の間に流れる電流を制限する。

次に、充放電制御部９３は補助バッテリ１０が充電を完了したか否かを判定する（Ｓ５）。充放電制御部９３は、補助バッテリ１０のセル電圧を監視しおり、セル電圧と所定の電圧とを比較し、セル電圧が所定の電圧を超えたことを検知することによって、補助バッテリ１０が充電を完了したことを判定する。所定の電圧は、補助バッテリ１０が満充電となった時のセル電圧に基づき定めてある。

充放電制御部９３は、補助バッテリ１０の充電が完了していないと判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、放電用スイッチであるスイッチ９０をオフに、充電用スイッチであるスイッチ９２をオンに維持し、補助バッテリ１０の充電を続ける。

充放電制御部９３は、補助バッテリ１０の充電が完了したと判定した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、充電用スイッチであるスイッチ９２をオフにする（Ｓ６）。充放電制御部９３がスイッチ９２をオフにすることによって、スイッチ９０及び９２が共にオフとなり、補助バッテリ１０は充電された電力を保持する。電源回路４１及び７１は、降圧回路７０を通じて高圧バッテリ２から又は低圧補機バッテリ６から給電される。

充放電制御部９３はステップＳ６にてスイッチ９２をオフにした後、ステップＳ１に戻り、高圧バッテリ２をオンにすることを要求する制御信号を受け付けるまで待機する。

車両の運転が終了される場合、運転を終了する操作によって、高圧バッテリ２をオフにする（リレー接点３をオフにする）ことを要求する制御信号を受け付けたリレー制御部４０が、リレーコイルへの給電を停止し、高圧バッテリ２をオフにする。

再度、車両の運転を開始する操作によって、高圧バッテリ２をオンにすることを要求する制御信号を受け付けた場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、充放電制御部９３は上述した動作（図２参照）を繰り返す。ステップＳ５にて補助バッテリ１０が少なくともリレー制御部４０がリレー接点３をオンにできる電力を充電しておくことによって、低圧補機バッテリ６が出力する電圧値に関わらず、高圧バッテリ２をオンにすることができる。

１ 高圧負荷
１ａ 駆動用モータ
２ 高圧バッテリ（第１バッテリ）
３ リレー接点（スイッチ）
４０ リレー制御部（制御部）
４１ 電源回路（第１電源回路）
５ 低圧負荷群（電気負荷）
６ 低圧補機バッテリ（第２バッテリ）
７０ 降圧回路
７１ 電源回路（第２電源回路）
８ ダイオード
９０ スイッチ（第２スイッチ）
９１ 限流抵抗
９２ スイッチ（第３スイッチ）
９３ 充放電制御部（第２制御部）
１０ 補助バッテリ（第３バッテリ）

Claims (3)

1. 車両の駆動用モータに給電する第１バッテリと、
   該第１バッテリの正極端子及び前記駆動用モータの間に接続されたスイッチと、
   該スイッチのオン／オフを制御する制御部と、
   前記車両に搭載された電気負荷に給電する第２バッテリと、
   前記スイッチの前記駆動用モータ側端子及び前記第２バッテリの正極端子の間に接続され、前記第１バッテリの出力電圧を降圧して前記第２バッテリの正極端子に与える降圧回路と、
   前記制御部に電源を供給する第１電源回路と、
   前記降圧回路に電源を供給する第２電源回路と
   を備え、
   前記第１及び第２電源回路は、前記第２バッテリから給電されるように構成された車両用電源装置において、
   前記降圧回路及び第２バッテリの接続ノードと前記第１及び第２電源回路の接続ノードとの間に順方向に接続されたダイオードと、
   該ダイオードのカソードに正極端子が接続される第３バッテリと
   を備えること
   を特徴とする車両用電源装置。
2. 前記第３バッテリの正極端子と前記第１及び第２電源回路並びに前記ダイオードの接続ノードとの間に接続された第２スイッチと、
   該第２スイッチに並列に接続された限流抵抗及び第３スイッチの直列回路と、
   前記スイッチをオンにすることを要求する信号を受け付ける受付手段、前記スイッチがオンになったことを判定する判定手段、前記第３バッテリの出力電圧を検出する検出手段、及び該検出手段が検出した電圧を所定の電圧と比較する比較手段を有し、
   前記受付手段が前記信号を受け付けた場合、前記第２スイッチをオンにし、
   前記判定手段が、前記スイッチがオンになったと判定した場合、前記第２スイッチをオフに、前記第３スイッチをオンにし、
   前記比較手段によって比較した結果、前記第３バッテリの出力電圧が前記所定の電圧を超える場合、前記第３スイッチをオフにする第２制御部とを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記第３バッテリはリチウムイオン電池又はニッケル水素電池であること
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の車両用電源装置。

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