JP7103018B2

JP7103018B2 - 電動車両の電源システム

Info

Publication number: JP7103018B2
Application number: JP2018139078A
Authority: JP
Inventors: 昂介齊藤; 敏祐甲斐; 滋春山上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: JP2020018078A

Description

本開示は、電動車両の電源システムに関する。

従来、チョッパ（電圧変換機）を降圧チョッパ、昇圧チョッパとして動作させ、電動機の定格電圧、バッテリの最大電圧、外部電源電圧が異なっても対応可能として、システムの小型化を図ったＥＶシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この従来のＥＶシステムでは、外部電源から供給される電力をチョッパにより昇圧を行ってバッテリに充電することが記載されている。

特開２０１６－１９６２号公報

ところで、電動車両のバッテリ容量は航続距離拡大のために増加傾向にあるが、単にバッテリ容量を増加させた場合、満充電までの時間が長くなってしまう。そこで、充電時間短縮を図り、バッテリの最大電圧の増加が検討されている。
バッテリ最大電圧を増加させた場合、上記の従来のＥＶシステムでは、既存の外部電源からの電圧を昇圧させて充電することは可能であるものの、下記の課題を残している。

増加させたバッテリ最大電圧に対応可能に新規規格の外部電源を設置した場合に、従来のＥＶシステムでは、電圧値の異なる複数種類の外部電源から充電することへの対応が難しい。
さらに、バッテリ最大電圧を増加させた場合、その増加させた電圧に応じ、車両電力負荷の耐圧強化などの再設計が必要となりコストの増加や電費悪化の問題が生じる。

本発明は、上記問題に着目して成されたもので、充電時間の短縮が可能であり、かつ、電圧値の異なる複数種類の外部電源からの充電に対応可能であり、しかも、車両電力負荷の再設計が不要な電動車両の電源システムの提供を目的とする。

上述の目的を達成するため、本開示の電動車両の電源システムは、
電動車両において電力を供給するメインバッテリと、
メインバッテリから電力の供給を受けて第１高電圧の電力で動作する電動機を含む車両電力負荷と、
メインバッテリと車両電力負荷との間に接続され、第１高電圧から第１高電圧よりも高い第２高電圧への昇圧動作および第２高電圧から第１高電圧への降圧動作を行う電圧変換機と、
前記電動車両の外部の電力供給源に接続して前記メインバッテリへの電力供給を行う電力供給部と、
を備える。
そして、前記電力供給部は、前記電圧変換機と前記車両電力負荷との間に接続される第１充電端子と、前記メインバッテリと前記電圧変換機との間に接続される第２充電端子と、を備え、
前記電圧変換機の動作を制御する制御部は、
前記電力供給部における供給状態および前記車両電力負荷の動作要求に基づいて前記電圧変換機の昇圧動作を行うか降圧動作を行うのか判断し、
前記第１充電端子からの電力供給を受けて前記メインバッテリに充電する場合には、前記電圧変換機を昇圧動作させ、
前記メインバッテリから前記車両電力負荷へ電力を供給する場合には、前記電圧変換機を降圧動作させる。

本開示の電動車両の電源システムは、メインバッテリと電圧変換機との間に接続される第２充電端子を介して高電圧の外部電源から直接メインバッテリに充電して、充電時間の短縮が可能である。また、メインバッテリよりも低電圧の外部電源からの充電時には、電圧変換機を昇圧動作させると、電圧変換機と車両電力負荷との間に接続される第１充電端子から充電可能である。このように、電圧値の異なる複数種類の外部電源からの充電に対応可能である。そして、メインバッテリから車両電力負荷への電力供給時には、電圧変換機を降圧動作させることで、メインバッテリの最大電圧に応じた車両電力負荷の再設計が不要である。

実施の形態１の電動車両の電源システムの全体概略図である。実施の形態１の電動車両の電源システムにおけるメインバッテリ１０から電圧変換機３０を介して車両電力負荷群２０への電力伝達時の作動説明図である。実施の形態１の電動車両の電源システムにおける第１急速充電器２１０による充電時の作動説明図である。実施の形態１の電動車両の電源システムにおける第２急速充電器２２０による充電時の作動説明図である。実施の形態１の電動車両の電源システムにおける第１充電端子６１に接続された車両外部の外部電力負荷２５０に給電する際の作動説明図である。実施の形態２の電動車両の電源システムの全体概略図である。実施の形態２の電動車両の電源システムにおけるメインバッテリ１０から第１電圧変換機３００を介して車両電力負荷群２０への電力伝達時の作動説明図である。実施の形態２の電動車両の電源システムにおける第１急速充電器２１０による充電時の作動説明図である。実施の形態２の電動車両の電源システムにおける第２電圧変換機４００が動作する状況の作動説明図であり、ＡＣ電源２３０から普通充電器７０を介した電力伝達時を示す。実施の形態２の電動車両の電源システムにおける第２電圧変換機４００が動作する状況の作動説明図であり、待機状態での電力伝達状態を示す。実施の形態３電動車両の電源システムを示す全体概略図である。実施の形態４の電動車両の電源システムにおける第１電圧変換機３００の出力電力と効率との関係、および出力電力と損失との関係を示す特性図である。実施の形態４の電動車両の電源システムにおける第２電圧変換機４００ｃの出力電力と効率との関係、および出力電力と損失との関係を示す特性図である。実施の形態４の電動車両の電源システムにおける第１・第２両電圧変換機３００ｃ，４００ｃの出力電力の合計値がＤｋＷ+ｄｋＷ＝Ｐ１の場合における第２電圧変換機４００ｃの出力電力値と第１、第２両電圧変換機３００ｃ，４００ｃで発生するトータル損失の関係を示す特性図である。実施の形態４の電動車両の電源システムにおける第１、第２両電圧変換機３００ｃ，４００ｃの何れかを介して伝達する出力電力値ＰａがＰ１＜Ｐａの場合の動作例を示す作動説明図である。実施の形態５の電動車両の電源システムを示す全体概略図である。実施の形態５の電動車両の電源システムにおける制御部８４０による切替制御の一例を示す作動説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１，図２Ａ，図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄに基づいて、実施の形態１の電動車両の電源システムについて説明する。なお、図１は実施の形態１の電動車両の電源システムの全体の概略図である。図２Ａ～図２Ｄは、それぞれ、実施の形態１の電動車両の電源システムの作動説明図である。

図１に示すように、実施の形態１の電動車両の電源システムは、電動車両ＭＶに車載され、メインバッテリ１０への充電や、車両電力負荷群２０への電力供給を行うシステムであり、電圧変換機３０、インバータ４０、コンバータ５０を備える。

また、車両電力負荷群２０には、電動機２１、サブバッテリ２２、補機群２３およびインバータ４０、コンバータ５０を有する。
ここで、電動機２１、インバータ４０、コンバータ５０と、サブバッテリ２２および補機群２３とは定格電圧が異なる。

本実施の形態１では、電動機２１、インバータ４０、コンバータ５０の定格電圧は、第１高電圧Ｖ１（例えば、４００Ｖ程度）としており、第１高電圧の負荷に相当する。
一方、サブバッテリ２２を含む補機群２３は、低電圧負荷であって、定格電圧を、第１高電圧Ｖ１よりも低い補機用電圧Ｖｌｏｗ（例えば、１２Ｖ程度）としている。なお、補機群２３は、例えば、空調装置（不図示）や照明装置、その他の周知の車載機器である。
メインバッテリ１０は、第１高電圧Ｖ１よりも高圧の第２高電圧Ｖ２（例えば、８００Ｖ程度）を最大充電電圧とするバッテリである。

電圧変換機３０は、メインバッテリ１０から車両電力負荷群２０への電力供給回路１００に介在されている。なお、電力供給回路１００において、電動機２１に接続されたインバータ４０と、サブバッテリ２２および補機群２３に接続されたコンバータ５０とは、電圧変換機３０に並列に接続されている。

この電圧変換機３０は、双方向に昇圧動作および降圧動作を行う。具体的には、電圧変換機３０は、メインバッテリ１０および後述の第２充電端子６２から車両電力負荷群２０側への電力供給時は降圧動作を行う。また、電圧変換機３０は、車両電力負荷群２０および後述の第１、第３充電端子６１，６３からメインバッテリ１０への電力供給時は昇圧動作を行う。なお、この双方向の昇圧動作および降圧動作は、内部の制御部３１により制御を行うもので、その詳細については後述する。

さらに、実施の形態１の電動車両の電源システムは、メインバッテリ１０およびサブバッテリ２２に充電を行う際に外部の電力供給源２００と接続するための電力供給部６０を備える。
そして、電力供給部６０は、第１充電端子６１、第２充電端子６２、第３充電端子６３を備える。

また、電力供給部６０に接続する外部の電力供給源として、第１急速充電器２１０、第２急速充電器２２０、ＡＣ電源２３０を備える。なお、図では、第１急速充電器２１０、第２急速充電器２２０、ＡＣ電源２３０の全てを図示しているが、接続の際には、その何れかに選択的に接続する。
第１急速充電器２１０は、いわゆるインフラ（infrastructure）として設けられたもの前述の第１高電圧Ｖ１を最大出力電圧として電力供給を行う。そして、後述のＡＣ電源２３０による充電よりも急速の充電を可能とする。
第２急速充電器２２０も、いわゆるインフラとして設けられたもので前述の第２高電圧Ｖ２を最大出力電圧として電力供給を行う。したがって、第１急速充電器２１０よりもさらに急速充電を可能とする。

ＡＣ電源２３０は、家庭に設けられた充電用の電源であり、第１高電圧Ｖ１よりも低圧の第３高電圧Ｖ３（例えば、２００Ｖ程度）による電力供給を行う。

第１充電端子６１は、第１急速充電器２１０との接続用のものであり、第１充電回路１１０を介して、電力供給回路１００において電圧変換機３０とインバータ４０および電動機２１との間に接続されている。

第２充電端子６２は、第２急速充電器２２０との接続用のものであり、第２充電回路１２０を介して、電力供給回路１００においてメインバッテリ１０と電圧変換機３０との間に接続されている。

第３充電端子６３は、ＡＣ電源２３０との接続用のものであり、第３充電回路１３０を介して、電力供給回路１００において第１充電回路１１０と並列に、電圧変換機３０とインバータ４０および電動機２１との間に接続されている。また、第３充電回路１３０には、普通充電器７０が設けられている。この普通充電器７０は、ＡＣ電源２３０から供給される交流の第３高電圧Ｖ３を、直流の第１高電圧Ｖ１に電力変換する。

次に、電圧変換機３０について説明する。
電圧変換機３０は、前述のようにメインバッテリ１０と電動機２１との間で、双方向に電力変換を行うもので、その動作は、内部の制御部３１により制御される。

制御部３１は、電力供給回路１００の電圧や電流、電力供給部６０における供給状態（各充電端子６１～６３の何れから電力供給されているか）および補機群２３の動作要求状態の検出に基づいて制御される。
以下に、制御部３１による制御について、電圧変換機３０の昇圧および降圧動作の説明と共に説明する。

図２Ａは、走行時などメインバッテリ１０から電圧変換機３０を介して車両電力負荷群２０への電力伝達時の状態を矢印Ｉ２ａにより示している。
この場合、制御部３１は、車両電力負荷である電動機２１や補機群２３の動作要求に応じ電力供給を行う。そして、この際、電圧変換機３０により第２高電圧Ｖ２から第１高電圧Ｖ１への降圧動作を行わせる。

なお、このとき、インバータ４０は、電圧変換機３０を介してメインバッテリ１０から供給される直流の電力を交流に変換する。また、コンバータ５０は、第１高電圧Ｖ１から補機用電圧Ｖｌｏｗへの降圧動作を行う。

図２Ｂは、第１急速充電器２１０による充電時の電力伝達状態を矢印Ｉ２ｂにより示している。
この場合、制御部３１は、第１充電端子６１からの充電に応じ、第１急速充電器２１０から供給される電力を、第１充電回路１１０から電力供給回路１００を介し、メインバッテリ１０に充電する。

このとき、制御部３１は、電圧変換機３０により第１高電圧Ｖ１から第２高電圧Ｖ２へ昇圧動作を行わせ、第１急速充電器２１０の電圧（最大電圧＝第１高電圧Ｖ１）をメインバッテリ１０の電圧以上となるように変換するため電圧不整合なく充電可能である。また、同時に、コンバータ５０は、定格電圧である第１高電圧Ｖ１から、補機用電圧Ｖｌｏｗに降圧する。この場合、コンバータ５０の定格電圧は第１急速充電器２１０の定格電圧と同等のため第１急速充電器２１０の電圧が印加されても問題ない。

また、図示は省略するが、ＡＣ電源２３０からの充電時にあっても、制御部３１は、上記と同様に電圧変換機３０により第１高電圧Ｖ１から第２高電圧Ｖ２へ昇圧動作を行わせる。これにより、普通充電器７０からの電圧（＝第１高電圧Ｖ１）をメインバッテリ１０の電圧以上となるように変換するため電圧不整合なく充電可能である。

図２Ｃは、第２急速充電器２２０による充電時の電力伝達状態を矢印Ｉ２ｃにより示している。第２急速充電器２２０の出力電圧は、メインバッテリ１０の最大電圧と同等であるため、電圧変換機３０を介することなく直接メインバッテリ１０を充電可能である。この時、制御部３１は、サブバッテリ２２および補機群２３に動作要求があれば、電圧変換機３０に降圧動作を行わせ第２高電圧Ｖ２から第１高電圧Ｖ１以下へ降圧してコンバータ５０へ電力伝達を行う。

なお、コンバータ５０は、定格電圧である第１高電圧Ｖ１から補機用電圧Ｖｌｏｗに降圧する。また、この場合の動作要求としては、例えば、充電時に、空調装置の作動要求や、サブバッテリ２２の電圧が低下による充電要求などがある。

図２Ｄは、第１充電端子６１に接続された車両外部の外部電力負荷２５０に給電する際の電力伝達状態を矢印Ｉ２ｄにより示している。
この場合、制御部３１は、第１充電端子６１への外部電力負荷２５０の接続に応じ、電圧変換機３０に降圧動作を行わせ、メインバッテリ１０の電圧を外部電力負荷２５０に適した電圧に降圧動作させる。また、コンバータ５０は、電圧変換機３０が降圧した電圧を、補機用電圧Ｖｌｏｗに降圧する。

なお、この場合、基本的には、外部電力負荷２５０に適した電圧とは第１高電圧Ｖ１とするもので、このような外部電力負荷２５０としては、例えば、第１高電圧Ｖ１を定格電圧として家庭用ＡＣ電源に供給するためのＤＣ／ＡＣコンバータがある。あるいは、外部電力負荷２５０としては、定置用蓄電池や他の電動車両に搭載されているバッテリとしてもよい。また、第１充電端子６１へ接続された外部電力負荷２５０に対する適正電圧を検出するセンサを設け、その検出に応じた電圧に降圧させるようにしてもよい。

（実施の形態１の効果）
以下に、実施の形態１の電動車両の電源システムの効果を列挙する。
(1) 実施の形態１の電動車両の電源システムは、
電動車両ＭＶにおいて電力を供給するメインバッテリ１０と、
メインバッテリ１０から電力の供給を受ける電動機２１を含む車両電力負荷群２０と、
メインバッテリ１０と車両電力負荷との間に接続され、双方向に昇圧動作および降圧動作を行う電圧変換機３０と、
電動車両ＭＶの外部の電力供給源２００に接続して、電力供給源２００からメインバッテリ１０への電力供給を行う電力供給部６０と、
電圧変換機３０の動作を制御する制御部３１と、
を備え、
電力供給部６０は、電圧変換機３０と車両電力負荷群２０との間に接続される第１充電端子６１と、メインバッテリ１０と電圧変換機３０との間に接続される第２充電端子６２と、を備え、
制御部３１は、メインバッテリ１０への充電時に、電力供給部６０の充電状態と車両電力負荷群２０の動作要求状態とに応じて、電圧変換機３０の昇圧動作および降圧動作を制御する。
したがって、高電圧の車両外部の電力供給源２００としての第２急速充電器２２０から直接メインバッテリ１０に充電して、充電時間の短縮が可能である。また、メインバッテリ１０よりも低電圧の外部電源としての第１急速充電器２１０およびＡＣ電源２３０からの充電時には、電圧変換機３０を昇圧動作させて充電が可能である。よって、電圧値の異なる複数種類の外部の電力供給源２００からの充電に対応可能である。そして、メインバッテリ１０から車両電力負荷群２０への電力供給時には、電圧変換機３０を降圧動作させることで、メインバッテリ１０の最大電圧に対応するように車両電力負荷群２０を再設計する必要が無い。
このように、充電時間の短縮が可能であり、かつ、電圧値の異なる複数種類の外部電源（電力供給源２００）からの充電に対応可能であり、しかも、車両電力負荷群２０の再設計が不要な電動車両の電源システムを提供できる。

(2) 実施の形態１の電動車両の電源システムは、
電圧変換機３０には、車両電力負荷群２０として電動機２１、インバータ４０、コンバータ５０を含む定格電圧が第１高電圧Ｖ１の負荷が接続され、
メインバッテリ１０は、第１高電圧Ｖ１よりも高い第２高電圧Ｖ２を最大電圧とされ、
車両電力負荷群２０として、第１高電圧Ｖ１を定格電圧とするコンバータ５０を介して接続されて第１高電圧Ｖ１よりも低電圧で作動する低電圧負荷としてのサブバッテリ２２、補機群２３が含まれ、
制御部３１は、第１充電端子６１からの電力供給時には、電圧変換機３０に昇圧動作を行わせ、第２充電端子６２からメインバッテリ１０に直接電力供給を行っている時に、低電圧負荷の動作要求がある場合は電圧変換機３０に降圧動作を行わせる。
したがって、第２充電端子６２から第２高電圧Ｖ２の充電を行っている場合でも、低電圧負荷としてのサブバッテリ２２や補機群２３への電力供給を行うことができる。

(3) 実施の形態１の電動車両の電源システムは、
制御部３１は、第１充電端子６１と第２充電端子６２との何れにも電力が供給されていない非充電時には、電圧変換機３０を降圧動作させる。
したがって、メインバッテリ１０の最大電圧（第２高電圧Ｖ２）よりも定格電圧が低い車両電力負荷群２０に電力供給を行うことができる。

(4) 実施の形態１の電動車両の電源システムは、
制御部３１は、第１充電端子６１に、外部電力負荷２５０が接続されている場合、電圧変換機３０を、メインバッテリ１０と外部電力負荷２５０との電圧差に応じて電力変換を行って外部電力負荷２５０に給電する。
したがって、メインバッテリ１０の高電圧化を図っても、メインバッテリ１０の最大電圧である第２高電圧Ｖ２よりも定格電圧が低い外部電力負荷２５０への電力供給が可能である。

（他の実施の形態）
以下に、他の実施の形態について説明する。なお、他の実施の形態を説明するのにあたり、実施の形態１と共通するものには共通する符号を付けて説明を省略する。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の電動車両の電源システムを図３および図４Ａ，図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄに基づいて説明する。なお、図３は実施の形態２の電動車両の電源システムの全体概略図である。図４Ａ～図４Ｄは、それぞれ、実施の形態２の電動車両の電源システムの作動説明図である。

実施の形態２は、図３に示すように、電圧変換機として第１電圧変換機３００と第２電圧変換機４００とを並列に設け、電力値に応じて第１電圧変換機３００と第２電圧変換機４００とを選択的に動作させるようにした例である。
なお、両電圧変換機３００、４００は、実施の形態１の電圧変換機３０と同様に双方向に電圧変換可能で、メインバッテリ１０側から車両電力負荷群２０側には降圧し、車両電力負荷群２０側からメインバッテリ１０側には昇圧を行う。

また、第２電圧変換機４００の定格電力は、第１電圧変換機３００の定格電力に対して小さい値としている。例えば、電動機２１およびインバータ４０の定格値＞第１急速充電器２１０の定格値＞普通充電器７０の定格値＞コンバータ５０の定格値の大小関係とする。このような場合に、例えば、第１電圧変換機３００の定格値を電動機２１およびインバータ４０の定格値よりも大きな値に設定し、第２電圧変換機４００の定格値を普通充電器７０の定格値程度とする。

上記の定格値の一例を示せば、電動機２１およびインバータ４０の定格値を８０ｋＷ程度、第１急速充電器２１０の定格値を５０ｋＷ程度、普通充電器７０の定格値を６ｋＷ程度、コンバータ５０の定格値を１ｋＷ程度とする。また、第１電圧変換機３００の定格値を８５ｋＷ程度、第２電圧変換機４００の定格値を６ｋＷ程度とする。

次に、第１、第２電圧変換機３００，４００の動作を説明する。
まず、第１電圧変換機３００により昇圧動作、降圧動作を行う場合を説明する。すなわち、第１電圧変換機３００は、伝達電力量が相対的に大きい場合に動作させる。
図４Ａは、走行時などメインバッテリ１０から第１電圧変換機３００を介して車両電力負荷群２０への電力伝達時の状態を矢印Ｉ４ａにより示している。

すなわち、制御部３０１は、動作要求に応じ、インバータ４０および電動機２１にＡｋＷを供給し、コンバータ５０を介してサブバッテリ２２、補機群２３へａｋＷを伝達する。この場合、インバータ４０および電動機２１の定格電圧（ＡｋＷ）は相対的に大きく（例えば、Ａ＝８０ｋＷ程度）、トータルの電力量として、（Ａ＋ａ）ｋＷを伝達するため、制御部３０１は、定格電力の大きい第１電圧変換機３００により降圧動作を行わせる。なお、補機群２３への電力量ａｋＷは、例えば、１ｋＷ程度の値である。

図４Ｂは、第１急速充電器２１０による充電時の電力伝達時の状態を矢印Ｉ４ｂにより示している。第１急速充電器２１０は、相対的に定格電圧（ＢｋＷ）が大きく（例えば、Ｂ＝５０ｋＷ程度）であり、コンバータ５０の定格電圧は小さいため（例えば、ａｋＷ＝１ｋＷ程度）、メインバッテリ１０への電力量（Ｂ－ａ）ｋＷは、相対的に大きな値となる。このため、制御部３０１は、第１電圧変換機３００を介して昇圧動作を行わせる。なお、この場合、第１急速充電器２１０から、コンバータ５０を介してサブバッテリ２２および補機群２３へ電力を直接供給する。

次に、定格電力が相対的に小さい第２電圧変換機４００が動作する状況を図４Ｃ，図４Ｄにより説明する。
図４Ｃは、ＡＣ電源２３０から普通充電器７０を介した電力伝達時の状態を矢印Ｉ４ｃにより示している。この場合、ＡＣ電源２３０から、電力量として相対的に小さなｂｋＷ（ｂｋＷ＝６ｋＷ程度）を供給する。この場合、コンバータ５０へａｋＷ、メインバッテリ１０へ（ｂ－ａ）ｋＷの電力量（例えば、ｂ－ａ＝５ｋＷ程度）を伝達する。したがって、制御部４０１は、メインバッテリ１０へ、定格電力が相対的に小さい第２電圧変換機４００により昇圧動作を行わせ電力伝達を行う。

図４Ｄは、非充電状態であり、かつ、待機状態での電力伝達状態を矢印Ｉ４ｄにより示している。
一般的に電動車両ＭＶは、サブバッテリ２２の放電（バッテリあがり）を防ぐため、待機状態においてコンバータ５０が動作してサブバッテリ２２の充電を行う。この場合、メインバッテリ１０からコンバータ５０へは、ａｋＷ程度の電力量を伝達するため、制御部４０１は、定格電力が相対的に小さな第２電圧変換機４００により降圧動作を行わせる。

上述したように、実施の形態２の電動車両の電源システムにおいて電力伝達を行う電力値は状況によって様々に変化する。定格電力値の異なる第１電圧変換機３００と第２電圧変換機４００とを、伝達する電力値に応じて選択的に動作させることで精度の良い電力変換を行うことができる。

以下に、実施の形態２の電動車両の電源システムの効果を述べる。
(2-1)実施の形態２の電動車両の電源システムは、
電圧変換機として、相対的に定格電力の大きな第１電圧変換機３００と、相対的に定格電力の小さな第２電圧変換機４００とが並列に設けられている。
したがって、急速充電や走行などの大電力を伝達する場合は第１電圧変換機３００を動作させて電力伝達を行い、普通充電や待機時などの小電力を伝達する場合は第２電圧変換機４００動作させて電力伝達を行うことができる。
これにより、メインバッテリ１０の最大電圧を高めることで、幅広い電力値の電力伝達を行うに際し、定格電力が異なる２つの両電圧変換機３００，４００を選択的に用いることで、精度良く電力伝達を行うことができる。

なお、実施の形態２にあっても、実施の形態１と同様に(1)(2)(3)に記載の効果を奏する。また、説明を省略したが、実施の形態２にあっても、実施の形態１と同様に、第１充電端子６１を介して外部電力負荷２５０に接続して、電力供給を行うことができる。この場合、定格電力の大きな第１電圧変換機３００を降圧動作を行わせて電力伝達を行うことにより、精度よく電力伝達を行うことができるとともに、上記(4)に記載の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３の電動車両の電源システムを図５に基づいて説明する。なお、図５は実施の形態３電動車両の電源システムを示す全体概略図である。
実施の形態３は、実施の形態２の変形例であり、第１急速充電器２１０からの充電時にメインバッテリ１０の電圧が第１高電圧Ｖ１よりも低い場合に、第１電圧変換機３００ｂ（図５参照）を優先して電力伝達するようにした例である。

図５は、第１電圧変換機３００ｂと第２電圧変換機４００ｂとの回路構成を示す回路図である。
第１電圧変換機３００ｂは、スイッチ３１１，３１２と、各スイッチ３１１，３１２に並列に接続されたダイオード３１３，３１４とを有する切替回路３１０を備える非絶縁型の双方向の昇降圧コンバータである。

第２電圧変換機４００ｂは、スイッチ４１１，４１２と、各スイッチ４１１，４１２に並列に接続されたダイオード４１３，４１４とを有する切替回路４１０を備える非絶縁型の双方向昇降圧コンバータである。

また、２つのダイオード３１３，４１３の順方向電圧Ｖｆ１，Ｖｆ２は、Ｖｆ１＜Ｖｆ２の関係に設定されている。

以下に、両切替回路３１０，４１０の動作を説明する。
電力の使用に応じてメインバッテリ１０の電圧が、第１高電圧Ｖ１よりも下回る場合がある。例えば、第１高電圧Ｖ１の定格電圧（例えば、４００Ｖ程度）に対し、メインバッテリ１０の電圧が下回った場合（例えば、３８０Ｖ程度）、両電圧変換機３００ｂ、４００ｂによる昇降圧動作は不要である。

図５の矢印Ｉ５は、このような場合における実施の形態３における電力伝達状態を矢印Ｉ５により示している。
この場合、ダイオード３１３が優先的に通電し、第１急速充電器２１０からの電力が、第１電圧変換機３００ｂを介してメインバッテリ１０側へ電力伝達が行われる。このとき、第１電圧変換機３００ｂにおいて電圧変換は行われず単なる直流通電となる。

例えば、充電の開始段階では、メインバッテリ１０の電圧が第１急速充電器２１０の最大出力電圧を下回ることが想定される。この時、第１電圧変換機３００ｂによる昇圧動作は不要で、第１電圧変換機３００ｂのダイオード３１３が優先的に通電して充電を行う。したがって、定格電力が相対的に小さな第２電圧変換機４００ｂに定格以上の電力が通電し故障するなどの不具合を防ぐことができる。

なお、本実施の形態３に示す切替回路３１０，４１０の構成は１例であり、メインバッテリ１０側の電圧値とインバータ４０側の電圧値とに基づいて制御を行う制御部（不図示）が、両電圧変換機３００ｂ，４００ｂを選択的に昇圧動作を行うようにしてもよい。

以下に、実施の形態３の電動車両の電源システムの効果を述べる。
(3-1)実施の形態３の電動車両の電源システムは、
電圧変換機として、相対的に定格電力の大きな第１電圧変換機３００ｂと、相対的に定格電力の小さな第２電圧変換機４００ｂとが並列に設けられ、
制御部としての切替回路３１０，４１０は、第１充電端子６１からの充電時に、メインバッテリ１０の電圧が第１充電端子６１からの電圧である第１高電圧Ｖ１よりも低い場合には、第１電圧変換機３００ｂを優先して電力伝達を行う。
このように、両電圧変換機３００ｂ、４００ｂの昇圧動作、降圧動作が不要な場合、定格電力の大きい第１電圧変換機３００ｂに優先的に通電させる。このため、定格電力の小さい第２電圧変換機４００ｂに定格以上の電力が通電して故障などの不具合が生じるのを防ぐことができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４の電動車両の電源システムを図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図７に基づいて説明する。
実施の形態４は、実施の形態２の変形例であり、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃ（図７参照）を、効率と損失との関係に基づいて選択的に動作させるようにした例である。

図６Ａは、第１電圧変換機３００の出力電力と効率との関係、および出力電力と損失との関係を示している。この図６Ａにおいて、損失の値が最少となる出力電力値Ｐ１を、例えば、第１急速充電器２１０の出力電力と同等程度（例えば、５０ｋＷ程度）とする。

図６Ｂは、第２電圧変換機４００ｃの出力電力と効率との関係、および出力電力と損失との関係を示している。この図６Ｂにおいて、第２電圧変換機４００ｃが出力可能な最大電力値Ｐ２を、例えば、ＡＣ電源の出力電力（例えば、７ｋＷ程度）とする。

この実施の形態４では、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃの何れかを介して伝達する出力電力値ＰがＰ１＜Ｐの場合は、第１電圧変換機３００ｃと第２電圧変換機４００ｃとの両方を動作させる。

このような動作の一例を図７に示す。
図７に示す例では、矢印Ｉ７に示すように、制御部３０１，４０１は、メインバッテリ１０から両電圧変換機３００ｃ，４００ｃを介してインバータ４０とコンバータ５０とに電力伝達を行うよう制御する。

このとき、両電圧変換機３００，４００の出力電力値Ｐａの合計は、ＰｂｋＷ+ＰｃｋＷであり、かつ、Ｐｂ+Ｐｃ＝Ｐａ＞Ｐ１とする。この場合、第１電圧変換機３００ｃのみでＰａｋＷ（＝ＰｂｋＷ+ＰｃｋＷ＞Ｐ１）の電力伝達を行う場合と比較して、第１電圧変換機３００に発生する損失を低下させることができる。そして、この第１電圧変換機３００の損失の減少分が、第２電圧変換機４００ｃの伝達電力を０ｋＷからＰｃｋＷに増加させることで発生する損失の増加分よりも大きい。したがって、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃで発生するトータル損失としては低くなる。

図６Ｃは、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃの出力電力の合計値がＰａｋＷ（ＰｂｋＷ+ＰｃｋＷ）の場合における第２電圧変換機４００ｃの出力電力値ＰｃｋＷと両電圧変換機３００ｃ，４００ｃで発生するトータル損失の関係を示している。この図６Ｃに示すように第２電圧変換機４００ｃを動作させることによってトータルの損失が変化し、出力電力値ＰｃｋＷの付近で動作させる場合がトータルの損失が最少となることがわかる。

ただし、出力電力値Ｐ＞Ｐ１の場合であっても（例えば、Ｐ１の近傍の値）、第２電圧変換機４００を動作させずに第１電圧変換機３００ｃのみを動作させた方が損失を抑えられる場合は、制御部３０１，４０１は、第１電圧変換機３００ｃのみで電力変換を行う。

また、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃを介して伝達する出力電力値Ｐが、Ｐ２＜Ｐ＜Ｐ１の場合は、制御部３０１，４０１は、第１電圧変換機３００ｃのみで電力変換を行う。さらに、出力電力値Ｐ＜Ｐ２の場合は、制御部３０１，４０１は、第２電圧変換機４００のみで電力変換を行う。

すなわち、実施の形態４では、制御部３０１，４０１は、出力電力値Ｐに応じて「第１電圧変換機３００ｃのみ動作」、「第２電圧変換機４００ｃのみ動作」、「両電圧変換機３００ｃ，４００ｃを動作」の中から損失が最少となる条件を判断し動作させる。これにより、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃによる損失を低下させることができる。
なお、この組み合わせ切替制御は、予め、実験結果やシミュレーションなどに基づいて、予めマップや演算式などを作成し記憶させておき、出力電力値Ｐに応じて制御する。

以下に、実施の形態４の電動車両の電源システムの効果を述べる。
(4-1)実施の形態４の電動車両の電源システムは、
制御部３０１，４０１は、第１電圧変換機３００ｃの動作と第２電圧変換機４００ｃの動作とを、第１電圧変換機３００ｃおよび第２電圧変換機４００ｃの通電損失に基づいて制御する。
したがって、両電圧変換機３００ｃ，４００ｃによる損失を低下させることができる。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５の電動車両の電源システムを図８、図９に基づいて説明する。
実施の形態５は、実施の形態１の変形例であり、図８に示すように、導通状態と非導通状態とを切り替える第１～第３切替スイッチ８１０，８２０，８３０を用い、メインバッテリ１０の電圧状態に応じて充電する経路を切り替えるようにした例である。

実施の形態５の電動車両の電源システムは、第１充電回路１１０は、第２充電回路１２０に接続されたバイパス回路１１０ａを有する。そして、第１充電回路１１０には、第１急速充電器２１０と電圧変換機３０ｄとの間で導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替スイッチ８１０が設けられている。
さらに、バイパス回路１１０ａには、第１急速充電器２１０とメインバッテリ１０との間で導通状態と非導通状態とに切り替える第２切替スイッチ８２０が設けられている。

また、第２充電回路１２０には、第２急速充電器２２０と電圧変換機３０ｄとの間で導通状態と非導通状態とに切り替える第３切替スイッチ８３０が設けられている。
なお、各切替スイッチ８１０，８２０，８３０は、例えば、機械的に開閉を行うリレーや半導体スイッチなどである。

各切替スイッチ８１０，８２０，８３０の導通状態と非導通状態との切り替えは、制御部８４０により実行される。この制御部８４０は、メインバッテリ１０の電力状態を含む電力情報に基づいて切替制御を行う。

この制御部８４０による切替制御の一例を図９により説明する。
第１急速充電器２１０により充電を行う際に、メインバッテリ１０の電圧が、第１急速充電器２１０の最大出力電圧（Ｖ１）を下回った場合、第１切替スイッチ８１０を非導通状態とする一方、第２切替スイッチ８２０を導通状態とする。この場合、図９の矢印Ｉｄ９に示すように、第１急速充電器２１０からメインバッテリ１０に直接充電し、電圧変換機３０ｄは、非動作状態とする。したがって、電圧変換機３０ｄの通電損失を無くし損失を抑えることができる。
なお、このとき、サブバッテリ２２、補機群２３などの低電圧系に動作要求がある場合には、電圧変換機３０ｄは電力伝達のみを行ってコンバータ５０への電力供給を行う。

その後、メインバッテリ１０の電圧が、第１急速充電器２１０の最大電圧（Ｖ１）に達したら、制御部８４０は、第１切替スイッチ８１０を導通状態とする一方、第２切替スイッチ８２０を非導通状態とする。
この場合、図２Ｂにより説明したのと同様に、電圧変換機３０ｄが昇圧動作を行って、メインバッテリ１０の充電を行う。

なお、この実施の形態５で示したバイパス回路１１０ａ、各切替スイッチ８１０～８３０および制御部８４０は、実施の形態２にも適用することができる。この場合、実施の形態３で示した第１電圧変換機３００に優先的に通電させる構成を用いることなく、第１急速充電器２１０からメインバッテリ１０への直接の電力伝達が可能である。よって、両電圧変換機３００，４００の構成の簡略化を図ることができるとともに、第２電圧変換機４００に定格以上の電力が通電して故障などの不具合が生じるのを防ぐことができる。

以下に、実施の形態５の電動車両の電源システムの効果を述べる。
(5-1)実施の形態５の電動車両の電源システムは、
第１充電端子６１と電圧変換機３０ｄとの導通状態と非導通状態とを切り替える第１切替スイッチ８１０と、
第１充電端子６１を、メインバッテリ１０と電圧変換機３０ｄとの間に接続するバイパス回路１１０ａの導通状態と非導通状態とを切り替える第２切替スイッチ８２０と、
を備え、
制御部３１ｄは、第１充電端子６１からの充電時に、メインバッテリ１０の電圧が第１高電圧Ｖ１よりも低電圧の場合は、第１切替スイッチ８１０を非導通状態とする一方で第２切替スイッチ８２０を導通状態とし、メインバッテリ１０の電圧が第１高電圧Ｖ１よりも高電圧の場合は、第１切替スイッチ８１０を導通状態とする一方で第２切替スイッチ８２０を非導通状態とする。
したがって、電圧変換機３０ｄの昇圧動作が不要な場合、電圧変換機３０ｄを通電させずバイパス回路１１０ａを介して電力を伝達することができるので、電圧変換機３０ｄの通電により生じる損失や劣化を抑制できる。
また、電圧変換機３０ｄに替えて第１電圧変換機３００と第２電圧変換機４００とを並列に設けた場合には、第２電圧変換機４００に定格以上の電力が通電して故障などの不具合が生じるのを防ぐことができる。さらに、この場合、実施の形態３で示した切替回路３１０，４１０を設ける必要が無く、各電圧変換機３００，４００の設計条件を簡素化できる。

以上、本開示の電動車両の電源システムを実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られず、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。

例えば、実施の形態では、定格電圧の値の一具体例を数値により開示したが、これらの値は、これに限定されるものではない。
また、実施の形態では、第１～第３充電端子６１～６３を備えた電力供給部６０を示したが、電力供給部６０は、これに限定されるものではなく、少なくとも、第１充電端子６１および第２充電端子６２を有していればよい。

１０メインバッテリ
２０車両電力負荷群
２１電動機（車両電力負荷）
２２サブバッテリ（車両電力負荷：低電圧負荷）
２３補機群（車両電力負荷：低電圧負荷）
３０電圧変換機
３０ｄ電圧変換機
３１制御部
３１ｄ制御部
４０インバータ（車両電力負荷）
５０コンバータ（車両電力負荷）
６０電力供給部
６１第１充電端子
６２第２充電端子
７０普通充電器
１００電力供給回路
１１０第１充電回路
１１０ａバイパス回路
１２０第２充電回路
２００電力供給源
２５０外部電力負荷
３００第１電圧変換機
３００ｂ第１電圧変換機
３００ｃ第１電圧変換機
３０１制御部
３１０切替回路
４００第２電圧変換機
４００ｂ第２電圧変換機
４００ｃ第２電圧変換機
４０１制御部
４１０切替回路
８１０切替スイッチ
８２０切替スイッチ
８３０切替スイッチ
８４０制御部
ＭＶ電動車両
Ｖ１第１高電圧
Ｖ２第２高電圧
Ｖｌｏｗ補機用電圧

Claims

電動車両において電力を供給するメインバッテリと、
前記メインバッテリから電力の供給を受けて第１高電圧の電力で動作する電動機を含む車両電力負荷と、
前記メインバッテリと前記車両電力負荷との間に接続され、前記第１高電圧から前記第１高電圧よりも高い第２高電圧への昇圧動作および前記第２高電圧から前記第１高電圧への降圧動作を行う電圧変換機と、
前記電動車両の外部の電力供給源に接続して、前記電力供給源から前記メインバッテリへの電力供給を行う電力供給部と、
前記電圧変換機の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記電力供給部は、前記電圧変換機と前記車両電力負荷との間に接続される第１充電端子と、前記メインバッテリと前記電圧変換機との間に接続される第２充電端子と、を備え、
前記制御部は、
前記電力供給部における供給状態および前記車両電力負荷の動作要求に基づいて前記電圧変換機の昇圧動作を行うか降圧動作を行うのか判断し、
前記第１充電端子からの電力供給を受けて前記メインバッテリに充電する場合には、前記電圧変換機を昇圧動作させ、
前記メインバッテリから前記車両電力負荷へ電力を供給する場合には、前記電圧変換機を降圧動作させる電動車両の電源システム。
請求項１に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記電圧変換機には、前記車両電力負荷として前記電動機を含み定格電圧が前記第１高電圧の負荷が接続され、
前記メインバッテリは、前記第１高電圧よりも高い前記第２高電圧を最大電圧とされ、
前記車両電力負荷に、前記第１高電圧を定格電圧とするコンバータを介して接続されて前記第１高電圧よりも低電圧で作動する低電圧負荷が含まれ、
前記制御部は、前記第１充電端子からの電力供給時には、前記電圧変換機に昇圧動作を行わせ、前記第２充電端子からの電力供給時に、前記低電圧負荷の動作要求がある場合は前記電圧変換機に降圧動作を行わせる電動車両の電源システム。
請求項１または請求項２に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記電圧変換機として、相対的に定格電力の大きな第１電圧変換機と、相対的に定格電力の小さな第２電圧変換機とが並列に設けられている電動車両の電源システム。
請求項３に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記制御部は、前記第１充電端子からの充電時に、前記メインバッテリの電圧が前記第１充電端子からの電圧よりも低い場合には、前記第１電圧変換機を優先して電力伝達を行う電動車両の電源システム。
請求項３または請求項４に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記制御部は、前記第１電圧変換機の動作と前記第２電圧変換機の動作とを、前記第１電圧変換機および前記第２電圧変換機の通電損失に基づいて制御する電動車両の電源システム。
請求項１～請求項５の何れか１項に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記制御部は、前記第１充電端子と前記第２充電端子との何れにも電力が供給されていない場合には、前記電圧変換機を降圧動作させる電動車両の電源システム。
請求項２を引用する請求項３～請求項６の何れか１項に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記第１充電端子と前記電圧変換機との導通状態と非導通状態とを切り替える第１切替スイッチと、
前記第１充電端子を、前記メインバッテリと前記電圧変換機との間に接続するバイパス
回路の導通状態と非導通状態とを切り替える第２切替スイッチと、
を備え、
前記制御部は、前記第１充電端子からの充電時に、前記メインバッテリの電圧が前記第１高電圧よりも低電圧の場合は、前記第１切替スイッチを非導通状態とする一方で前記第２切替スイッチを導通状態とし、前記メインバッテリの電圧が前記第１高電圧よりも高電圧の場合は、前記第１切替スイッチを導通状態とする一方で前記第２切替スイッチを非導通状態とする電動車両の電源システム。
請求項２を引用する請求項３～請求項７の何れか１項に記載の電動車両の電源システムにおいて、
前記制御部は、前記第１充電端子に、外部電力負荷が接続されている場合、前記電圧変換機を、前記メインバッテリと前記外部電力負荷との電圧差に応じて電力変換を行って前記外部電力負荷に給電する電動車両の電源システム。