JPWO2012132435A1 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
回生制動力発生時の電気エネルギによる素子の破損を防止すること。車両用電源装置(100)において、電動機(108)は、車両(10)の運動エネルギを電気エネルギに変換して回生制動力を発生させ、インバータ(103)は、電動機(108)が出力する交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換する。変換された直流の電気エネルギは、第1スイッチ(105a,105b)、第2スイッチ(107a,107b)を介して蓄電池(106)に蓄積される。制御部(109)は、電動機(108)での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池に蓄積される可能性があるときに、第2スイッチ(107a,107b)をオンにする。
Description
本発明は、車両が制動される際の運動エネルギを電動機にて電気エネルギ(回生エネルギ)に変換して蓄電池に蓄積する車両用電源装置に関する。
車両用電源装置は、運動エネルギを電気エネルギに変換して回生制動力を発生させる電動機と、この電気エネルギを蓄積するバッテリと、電動機とバッテリとの電気的な接続状態をオン/オフするリレーと、を有している(例えば、特許文献1参照)。
リレーが何らかの理由で導通状態(すなわち「オン」の状態)ではなく、非導通状態(すなわち「オフ」の状態)であるときに回生制動力が発生すると、電気エネルギをバッテリに蓄積できないため、リレーと電動機との間に備えられたインバータなどの素子をこの電気エネルギによって破損するおそれがある。
このような電気エネルギによる素子の破損を防止するために、特許文献1記載の技術では、上記のように、リレーと並列にダイオードを接続し、リレーがオフしている場合でも、ダイオードを介して電気エネルギがバッテリに蓄積されるようにしている。
しかしながら、上記従来の車両用電源装置(特許文献1)では、ターンオン時間(ダイオードに順方向のバイアスがかかって順電圧に安定するまでに要する時間)が経過するまで、電気エネルギはダイオードを介してバッテリに蓄積されない。よって、上記従来の車両用電源装置では、リレーがオフしている場合、ターンオン時間の間はインバータなどに電気エネルギが流れてしまい、リレーと電動機との間に備えた素子を破損してしまうおそれがある。
上記の課題は、車両の外部にある電源(外部電源)から供給される電気エネルギを蓄電池に蓄積する場合にも、外部電源からの電気エネルギを受電する受電器とリレーとの間に備えた素子においても同様に生じる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回生制動力発生時の電気エネルギ、あるいは、車両の外部にある電源から供給される電気エネルギにより、リレーと電動機との間に備えた素子が破損することを防止できる車両用電源装置を提供することを目的とする。
本発明の車両用電源装置は、車両に搭載される車両用電源装置であって、運動エネルギを電気エネルギに変換して回生制動力を発生させる電動機と、前記電気エネルギを蓄積する蓄電池と、前記電動機と前記蓄電池とを電気的に接続する第1スイッチと、前記第1スイッチと並列に接続され、かつ、前記電動機と前記蓄電池とを電気的に接続する第2スイッチと、前記第2スイッチを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回生制動力の発生により前記電気エネルギが前記蓄電池に蓄積される可能性がある前記車両の所定の状態、または、前記可能性がある前記車両の所定の操作のときに、前記第2スイッチをオンにする構成を採る。
また、本発明の車両用電源装置は、車両に搭載される車両用電源装置であって、前記車両の外部にある電源から供給される電気エネルギを受電する受電部と、前記受電部から出力される前記電気エネルギを蓄積する蓄電池と、前記受電部と前記蓄電池とを電気的に接続する第1スイッチと、前記第1スイッチと並列に接続され、かつ、前記受電部と前記蓄電池とを電気的に接続する第2スイッチと、前記受電部、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記車両の状態が、前記蓄電池への充電が可能な状態であり、かつ、前記蓄電池への充電の発意がある状態であるときに、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオンにした後、前記受電部から前記電気エネルギを出力させる、構成を採る。
本発明によれば、回生制動力発生時の電気エネルギにより、リレーと電動機との間に備えた素子が破損することを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る車両用電源装置について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る車両用電源装置100の構成を示すブロック図である。
図1は本発明の実施の形態1に係る車両用電源装置100の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、車両用電源装置100は、車両10に搭載されるものである。また、車両用電源装置100は、蓋部101、充電器102、インバータ103、DC/DCコンバータ104、第1スイッチ105a,105b、第2スイッチ107a,107b、蓄電池106、電動機108、制御部109、パラメータ取得部110、および、補機バッテリ111を備える。なお、蓄電池106と第1スイッチ105a,105bは、上記従来の車両用電源装置(特許文献1)におけるバッテリとリレーにそれぞれ相当する。
以下、蓄電池106の充電時の動作と、蓄電池106の放電時の動作とに分けて説明する。
まず、蓄電池106の充電時の動作について説明する。
<蓄電池106の充電時の動作>
充電開始時には、蓋部101に備えられた電極に、車両10の外部から給電プラグ(図示せず)を挿入される。蓄電池106は、外部から供給された電気エネルギを蓄積する。また、蓄電池106は、後述するように、回生制動力発生時に電動機108によって変換された電気エネルギ(回生エネルギ)を蓄積することもできる。
充電開始時には、蓋部101に備えられた電極に、車両10の外部から給電プラグ(図示せず)を挿入される。蓄電池106は、外部から供給された電気エネルギを蓄積する。また、蓄電池106は、後述するように、回生制動力発生時に電動機108によって変換された電気エネルギ(回生エネルギ)を蓄積することもできる。
蓋部101は、車両10の利用者により脱着、または、開閉可能なものである。車両10の利用者は、この蓋部101に車両10の外部から給電プラグを挿入して充電を開始する。蓋部101は電極を備えており、給電プラグを挿入されると給電プラグの電極と蓋部101の電極とが接触し、車両10の外部からの電気エネルギの供給が可能となる。家庭用電源に接続された給電プラグからは例えば交流100〜240V程度の電気エネルギが供給される。
給電プラグから供給された電気エネルギは、充電器102へ入力される。充電器102は、この交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換して出力する。直流に変換された電気エネルギは、第1スイッチ105a,105b、第2スイッチ107a,107bを介して蓄電池106に蓄積される。また、充電器102から出力された直流の電気エネルギは、DC/DCコンバータ104を介して補機バッテリ111に蓄積されることもある。
DC/DCコンバータ104は、充電器102が出力する直流の電気エネルギを変圧する。変圧された電気エネルギは補機バッテリ111に出力されて蓄積される。
電動機108のシャフトは車両10の駆動輪の車軸に連結され、車両10の運動エネルギを電気エネルギに変換して回生制動力を発生させる。電動機108は、電動機108に備えられたロータが外力(車両10の駆動輪の車軸の回転力)により回転させられると発電機となって電気エネルギを発生するため、車軸の回転による運動エネルギが電気エネルギに変換されると、車軸の回転に対する抵抗力である回生制動力が生じる。電動機108は、この電気エネルギをインバータ103に出力する。この電気エネルギは交流の電気エネルギである。
インバータ103は、電動機108が出力する交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換して出力する。変換された直流の電気エネルギは、第1スイッチ105a,105b、第2スイッチ107a,107bを介して蓄電池106に蓄積される。
第1スイッチ105a,105bは、制御部109によってオンにされると、充電器102と蓄電池106とを電気的に接続し、電動機108と蓄電池106とを電気的に接続する。また、第1スイッチ105a,105bは、制御部109によりオフにされると、充電器102と蓄電池106とを電気的に切断し、電動機108と蓄電池106とを電気的に切断する。第1スイッチ105a,105bは、例えば、可動接点と固定接点とを有し、電磁力により可動接点が移動することで固定接点間が導通(オン)、または、非導通(オフ)となる機械式スイッチである。
第2スイッチ107a,107bは、第1スイッチ105a,105bと並列に電気的に接続される。第2スイッチ107a,107bは、制御部109によってオンにされると、充電器102と蓄電池106とを電気的に接続し、電動機108と蓄電池106とを電気的に接続する。また、第2スイッチ107a,107bは、制御部109によりオフにされると、充電器102と蓄電池106とを電気的に切断し、電動機108と蓄電池106とを電気的に切断する。第2スイッチ107a,107bは、第1スイッチ105a,105bと同様に、例えば機械式スイッチである。第2スイッチ107a,107bは、後述するように、電動機108での回生制動力発生時の電気エネルギによって、第1スイッチ105a,105bと電動機108との間に備えられた素子(例えば、インバータ103,DC/DCコンバータ104)の破損を防止するためのものである。
第1スイッチ105aおよび第2スイッチ107aは蓄電池106の正極側に備えられる。第1スイッチ105bおよび第2スイッチ107bは蓄電池106の負極側に備えられる。
ここで、第1スイッチ105a,105bのオン抵抗値を、第2スイッチ107a,107bのオン抵抗値より小さくすることが好ましい。これにより、第2スイッチ107a,107bに流れる電流が、第1スイッチ105a,105bに流れる電流より小さくなるので、電流によって第2スイッチ107a,107bにかかるストレスが小さくなる。よって、第2スイッチ107a,107bの劣化を抑えることができる。
蓄電池106は、充電器102が出力する直流の電気エネルギ、および、インバータ103が出力する直流の電気エネルギを蓄積する。蓄電池106には、エネルギ密度の高い二次電池(例えば、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池等)、または、高容量のキャパシタが用いられる。
制御部109は、パラメータ取得部110から入力される各種パラメータに基づいて、第1スイッチ105a,105bおよび第2スイッチ107a,107bのオン、オフを制御する。制御部109は、CPUと、ROMまたはRAM等とから構成される。CPUが、ROMまたはRAM等に格納されたプログラムを実行することによって、各種演算、制御信号の出力等を行う。制御部109が行う制御の詳細は後述する。
パラメータ取得部110は、制御部109が行う制御に必要な各種パラメータを取得して制御部109に出力する。
次いで、蓄電池106の放電時の動作について説明する。
<蓄電池106の放電時の動作>
蓄電池106に蓄積された電気エネルギは、例えば車両10の駆動輪を駆動させるための動力源として、電動機108を動作させるための電力として使用される。電動機108をモータとして使用する場合、インバータ103は、蓄電池106に蓄積された直流の電気エネルギを交流に変換して電動機108へ出力する。電動機108のシャフトは車両10の駆動輪の車軸に連結されており、シャフトの回転により車両10の駆動輪が回転する。
蓄電池106に蓄積された電気エネルギは、例えば車両10の駆動輪を駆動させるための動力源として、電動機108を動作させるための電力として使用される。電動機108をモータとして使用する場合、インバータ103は、蓄電池106に蓄積された直流の電気エネルギを交流に変換して電動機108へ出力する。電動機108のシャフトは車両10の駆動輪の車軸に連結されており、シャフトの回転により車両10の駆動輪が回転する。
また、蓄電池106に蓄積された電気エネルギは、DC/DCコンバータ104を介して、例えば、カーナビゲーション装置、カーオーディオなどのアクセサリ装置、および、パワーウインドウ、ETC(登録商標)、ECU(Electronic Control Unit)などの電装品を動作させるための電力として使用される。さらに、蓄電池106に蓄積された電気エネルギは、DC/DCコンバータ104を介して、補機バッテリ111に蓄積されることもある。これらの場合、DC/DCコンバータ104は、蓄電池106が出力する直流の電気エネルギを変圧する。
以上、蓄電池106の充電時および放電時の動作について説明した。
次いで、制御部109での、第1スイッチ105a,105bおよび第2スイッチ107a,107bの制御について説明する。
まず、第1スイッチ105a,105bの制御について説明する。
パラメータ取得部110は、イグニッションキーにより車両10のイグニッションがオンされたことを示す信号を取得して制御部109に入力する。制御部109は、この信号が入力されるか否かに基づいて、車両10のイグニッションがオンされたか否かを判断する。イグニッションがオンされた場合は、制御部109は、第1スイッチ105a,105bをオンにする。イグニッションがオンにされると、車両10の走行を可能とするために、蓄電池106を各部と電気的に接続する必要があるからである。一方、イグニッションがオンされない場合は、制御部109は、第1スイッチ105a,105bおよび第2スイッチ107a,107bをオフにする。第1スイッチ105a,105bがオフのときは車両10が停止しているため、電動機108から電気エネルギが出力されることはないから、第2スイッチ107a,107bはオフで良いからである。なお、イグニッションキーによるイグニッションのオンに代えて、プッシュ式スタートボタン、または、電波を利用したキーによるイグニッションのオンを示す信号を用いても良い。
次いで、第2スイッチ107a,107bの制御について説明する。
制御部109は、以下のようにして、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があるときに、第2スイッチ107a,107bをオンにする。また、制御部109は、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があるか否かを、パラメータ取得部110から入力される各種パラメータに基づいて判断する。
制御部109が以下のようにして、回生制動力の発生を予測して、第2スイッチ107a,107bを、回生制動力の発生に備えて、電動機108から電気エネルギが出力される前に予めオンにするため、第2スイッチ107a,107bにターンオン時間が必要な場合であっても、電動機108から電気エネルギが出力される時点までには確実に第2スイッチ107a,107bを電気的に接続させることができる。よって、本実施の形態によれば、第2スイッチ107a,107bにターンオン時間が必要な場合であっても、電動機108での回生制動力発生時の電気エネルギによって、第1スイッチ105a,105bと電動機108との間に備えられた素子(例えば、インバータ103,DC/DCコンバータ104)の破損を防止することができる。すなわち、本実施の形態によれば、回生制動力の発生時に第1スイッチ105a,105bが故障等により非導通となっている場合でも、電動機108から出力される電気エネルギを第2スイッチ107a,107bを介して確実に蓄電池106に蓄積することができるので、第1スイッチ105a,105bと電動機108との間に備えられた素子の破損を防止することができる。
以下、複数の判断パラメータを例示して、第2スイッチ107a,107bの制御例について説明する。
<制御例1:判断パラメータとして車両10の加速度を用いる場合>
判断パラメータとして車両10の加速度を用いる場合は、パラメータ取得部110は加速度センサによって構成され、加速度センサによって取得された車両10の加速度が制御部109に入力される。
判断パラメータとして車両10の加速度を用いる場合は、パラメータ取得部110は加速度センサによって構成され、加速度センサによって取得された車両10の加速度が制御部109に入力される。
制御部109は、車両10の加速度が正の加速度から負の加速度に変化する状態のときに、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。
車両10の加速度が正の加速度から負の加速度に変化するときは、車両10が減速状態にあるため、電動機108において回生制動力が発生する可能性があるからである。
なお、制御部109は、車両10が所定の速度を維持するように自動的に制御されるときに、車両10の加速度が正の加速度から負の加速度に変化する可能性があると判断して、第2スイッチ107a,107bをオンにしても良い。この場合、制御部109は、車両10が所定の速度を維持するように制御されることを示す信号を入力される。車両10が所定の速度を維持するように自動的に制御されるのは、例えば、車両10の前方を撮像する車載カメラ等を用いた自動運転の場合である。
また、制御部109は、車両10が車両10以外の干渉物体を回避するように自動的に制御されるときに、車両10の加速度が正の加速度から負の加速度に変化する可能性があると判断して、第2スイッチ107a,107bをオンにしても良い。この場合、制御部109は、車両10が車両10以外の干渉物体を回避するように制御されることを示す信号を入力される。車両10が車両10以外の干渉物体を回避するように自動的に制御されるのは、例えば、車両10の前方を撮像する車載カメラ等を用いた自動渉物体回避の場合である。
<制御例2:判断パラメータとして車両10のアクセルの踏み込み量を用いる場合>
判断パラメータとして車両10のアクセルの踏み込み量を用いる場合は、パラメータ取得部110はアクセルの踏み込み量を示す信号を取得して制御部109に入力する。
判断パラメータとして車両10のアクセルの踏み込み量を用いる場合は、パラメータ取得部110はアクセルの踏み込み量を示す信号を取得して制御部109に入力する。
制御部109は、アクセルの踏み込み量が減少する状態のときに、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。なお、アクセルの踏み込み量が減少する状態には、アクセルが踏み込まれている状態から放された状態になった場合も含まれる。
車両10のアクセルの踏み込み量が減少するときは、車両10は減速状態にあるため、電動機108において回生制動力が発生する可能性があるからである。
<制御例3:判断パラメータとして車両10のブレーキの踏み込みの有無を用いる場合>
判断パラメータとして車両10のブレーキの踏み込みの有無を用いる場合は、パラメータ取得部110はブレーキが踏み込まれているか否かを示す信号を取得して制御部109に入力する。
判断パラメータとして車両10のブレーキの踏み込みの有無を用いる場合は、パラメータ取得部110はブレーキが踏み込まれているか否かを示す信号を取得して制御部109に入力する。
制御部109は、ブレーキが踏み込まれている状態のときに、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。
車両10のブレーキが踏み込まれているときは、車両10は減速状態にあるため、電動機108において回生制動力が発生する可能性があるからである。
なお、パラメータ取得部110が、判断パラメータとしてさらに車両10の速度を示す信号を取得して制御部109に入力し、制御部109が、車両10の速度が所定の速度以上である場合にだけ、ブレーキの踏み込み量に基づく上記制御を行って良い。車両10の速度が所定の速度未満で遅い場合は、ブレーキが踏み込まれても電動機108から出力される電気エネルギは小さいため、第1スイッチ105a,105bと電動機108との間に備えられた素子が破損することはないからである。
<制御例4:判断パラメータとして車両10の方向指示器の操作の有無を用いる場合>
判断パラメータとして車両10の方向指示器の操作の有無を用いる場合は、パラメータ取得部110は、方向指示器が操作されたことを示す信号を取得して制御部109に入力する。
判断パラメータとして車両10の方向指示器の操作の有無を用いる場合は、パラメータ取得部110は、方向指示器が操作されたことを示す信号を取得して制御部109に入力する。
制御部109は、方向指示器が方向指示を開始するように操作されるときに、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。
車両10の方向指示器が方向指示を開始するように操作されるときは、通常、その操作の直後に車両10は右左折または車線変更する可能性が高くて車両10が減速する可能性が高いため、電動機108において回生制動力が発生する可能性があるからである。
<制御例5:判断パラメータとして車両10の現在位置周辺の地図情報を用いる場合>
判断パラメータとして車両10の現在位置周辺の地図情報を用いる場合は、パラメータ取得部110は、地図情報を記憶する記憶部(図示せず)から車両10の現在位置周辺の地図情報を読み出して制御部109に入力する。地図情報を記憶する記憶部として、例えば車両10に搭載されたカーナビゲーション装置を利用することができる。また、車両10の現在位置は、例えばカーナビゲーション装置のGPS機能を利用して取得することができる。
判断パラメータとして車両10の現在位置周辺の地図情報を用いる場合は、パラメータ取得部110は、地図情報を記憶する記憶部(図示せず)から車両10の現在位置周辺の地図情報を読み出して制御部109に入力する。地図情報を記憶する記憶部として、例えば車両10に搭載されたカーナビゲーション装置を利用することができる。また、車両10の現在位置は、例えばカーナビゲーション装置のGPS機能を利用して取得することができる。
制御部109は、車両10の進行方向の地図情報に基づいて、車両10が所定の走行状態になると判断して第2スイッチ107a,107bをオンにする。
すなわち、例えば、車両10の現在位置周辺の地図情報から、車両10の進行方向に所定の角度より勾配の大きい降坂(例えば、3度以上の降坂)があるときは、制御部109は、車両10がその降坂を走行する状態になると判断し、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。
なお、勾配の大きさはパーセントで表すことも可能である。例えば、100メートル進むと1メートル高度が下がる場合を1パーセントの勾配として表すことも可能である。
また、例えば、車両10の現在位置周辺の地図情報から、車両10の進行方向に、所定の角度より勾配の大きい降坂が所定の距離以上(例えば、10メートル以上)続くときは、制御部109は、車両10がその降坂を所定の距離以上走行する状態になると判断し、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。
車両10の進行方向に所定の角度より勾配の大きい降坂があるとき、および、車両10の進行方向に、所定の角度より勾配の大きい降坂が所定の距離以上続くときは、車両10が降坂にさしかかる前に、車両10のアクセルの踏み込み量が減少、または、車両10のブレーキの踏み込み量が増加して車両10が減速する可能性が高いため、電動機108において回生制動力が発生する可能性があるからである。
以上、制御部109での制御例1−5について説明した。
なお、上記制御例1−5は適宜組み合わせて実施することも可能である。
以下、制御例1−5のすべてを組み合わせて実施する場合の一例について説明する。図2は、本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置100の動作フロー図である。
図2のS201において、制御部109は、車両10のイグニッションがオンされたか否かを判断する。イグニッションがオンされた場合は(S201:YES)、制御部109は、第1スイッチ105a,105bをオンにする(S202)。一方、イグニッションがオンされない場合は(S201:NO)、制御部109は、第1スイッチ105a,105bおよび第2スイッチ107a,107bをオフにする(S212,S213)。
S203では、上記制御例1の動作が行われる。すなわち、車両10の加速度が正の加速度から負の加速度に変化するときは(S203:YES)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオンにする(S214)。一方、車両10の加速度が正の加速度から負の加速度に変化しないときは(S203:NO)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオフにする(S204)。
S205では、上記制御例3の動作が行われる。すなわち、ブレーキが踏み込まれているときは(S205:YES)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオンにする(S214)。一方、ブレーキが踏み込まれていないときは(S205:NO)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオフにする(S206)。
S207では、上記制御例2の動作が行われる。すなわち、アクセルの踏み込み量が減少するときは(S207:YES)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオンにする(S214)。一方、アクセルの踏み込み量が減少しないときは(S207:NO)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオフにする(S208)。
S209では、上記制御例5の動作が行われる。すなわち、車両10の進行方向に所定の角度より勾配の大きい降坂があるときは(S209:YES)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオンにする(S214)。一方、車両10の進行方向に所定の角度より勾配の大きい降坂がないときは(S209:NO)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオフにする(S210)。
S211では、上記制御例4の動作が行われる。すなわち、方向指示器が方向指示を開始するように操作されるときは(S211:YES)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオンにする(S214)。一方、方向指示器が方向指示を開始するように操作されないときは(S211:NO)、制御部109は、第2スイッチ107a,107bをオフにする(S213)。
そして、図2に示す上記フローが所定の周期(例えば、10msec間隔)で繰り返し実行される。
このように、図2では、制御部109は、S203,S205,S207,S209,S211のいずれか1つの条件にあてはまると、電動機108での回生制動力の発生により電気エネルギが蓄電池106に蓄積される可能性があると判断して、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bをオンにする。
次いで、車両10の走行状態の一例に基づく、車両用電源装置100の動作タイミングについて説明する。図3は、本実施の形態における車両用電源装置100の動作タイミング図である。
図3において、時刻T0ではイグニッションがオンされて(IGオン)、これにより、第1スイッチ105a,105bがオンにされる。
時刻T1においてアクセルが踏み込まれると、車両10の速度の増加伴って、車両10の加速度は正の加速度となる。よって、第2スイッチ107a,107bはオフされたままの状態となる。車両10の加速度が正の加速度のときは、回生制動力が発生する可能性はないからである。
時刻T2においてブレーキが踏み込まれると車両の加速度は負の加速度となって車両10の速度は減少するので、時刻T2−T3において回生制動力が発生する可能性が生じる。よって、時刻T2において、回生制動力の発生に備えて、第2スイッチ107a,107bがオンにされる。
時刻T3において再度アクセルが踏み込まれると、車両10の加速度は正の加速度となるため、第2スイッチ107a,107bはオフにされる。
アクセルが踏み込まれた状態であっても、時刻T4において方向指示器が方向指示を開始するように操作されたときは、第2スイッチ107a,107bがオンにされる。
時刻T5において、方向指示器の方向指示が終了すると、第2スイッチ107a,107bはオフにされる。また、時刻T5において再度アクセルが踏み込まれた場合、第2スイッチ107a,107bはオフにされたままである。
時刻T6において、車両10の進行方向に所定の角度より勾配の大きい降坂があると判断された場合には、車両10の加速度が正の加速度のときでも、第2スイッチ107a,107bはオンにされる。
時刻T7において、ブレーキが踏み込まれると、引き続き、第2スイッチ107a,107bはオンの状態を維持する。
そして、時刻T8において、車両10が停止して、イグニッションがオフにされると(IGオフ)、第1スイッチ105a,105bがオフにされるとともに、第2スイッチ107a,107bがオフにされる。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2に係る車両用電源装置100の構成を示すブロック図である。
図4は、本発明の実施の形態2に係る車両用電源装置100の構成を示すブロック図である。
図4に示すように、車両用電源装置300は、車両10に搭載されるものである。また、車両用電源装置300は、蓋部301、受電部302、インバータ303、DC/DCコンバータ304、第1スイッチ305a,305b、第2スイッチ307a,307b、蓄電池306、電動機308、制御部309、パラメータ取得部310、および、補機バッテリ311を備える。なお、蓄電池306と第1スイッチ305a,305bは、上記従来の車両用電源装置(特許文献1)におけるバッテリとリレーにそれぞれ相当する。
以下、蓄電池306の充電時の動作と、蓄電池306の放電時の動作とに分けて説明する。
まず、蓄電池306の充電時の動作について説明する。
<蓄電池306の充電時の動作>
車両用電源装置300は、蓋部301に備えられた電極に、車両10の外部から給電プラグ21を挿入されることにより外部電源20から電気エネルギの供給を受け、この電気エネルギを蓄電池306に蓄積することができる。
車両用電源装置300は、蓋部301に備えられた電極に、車両10の外部から給電プラグ21を挿入されることにより外部電源20から電気エネルギの供給を受け、この電気エネルギを蓄電池306に蓄積することができる。
外部電源20は車両10の外部にある電源であり、給電プラグ21を備える。外部電源20が家庭用電源である場合は、外部電源20からは例えば100〜240V程度の交流の電気エネルギが供給される。また、外部電源20が充電スタンドである場合は、外部電源20からは例えば400V程度の直流の電気エネルギが供給される。
蓋部301は、車両10の利用者により脱着、または、開閉可能なものである。車両10の利用者は、この蓋部301に車両10の外部から給電プラグ21を挿入して充電を開始する。蓋部301は電極を備えており、給電プラグ21を挿入されると給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触し、外部電源20から車両10への電気エネルギの供給が可能となる。蓋部301は、給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触している状態にあるとき、その旨を示す信号をパラメータ取得部310に出力する。
受電部302は、蓋部301が備える電極を介して供給された電気エネルギを受電し、制御部309からの制御に従って電気エネルギを出力する。外部電源20から交流の電気エネルギが供給される場合は、受電部302は、この交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換して、制御部309からの制御に従って出力する。一方、外部電源20から直流の電気エネルギが供給される場合は、受電部302は、この直流の電気エネルギを、制御部309からの制御に従って出力する。受電部302から出力された直流の電気エネルギは、第1スイッチ305a,305b、第2スイッチ307a,307bを介して蓄電池306に蓄積される。また、受電部302から出力された直流の電気エネルギは、DC/DCコンバータ304を介して補機バッテリ311に蓄積されることもある。
DC/DCコンバータ304は、受電部302が出力する直流の電気エネルギを変圧する。変圧された電気エネルギは補機バッテリ311に出力されて蓄積される。
電動機308のシャフトは車両10の駆動輪の車軸に連結され、車両10の運動エネルギを電気エネルギに変換して回生制動力を発生させる。電動機308は、電動機308に備えられたロータが外力(車両10の駆動輪の車軸の回転力)により回転させられると発電機となって電気エネルギを発生するため、車軸の回転による運動エネルギが電気エネルギに変換されると、車軸の回転に対する抵抗力である回生制動力が生じる。電動機308は、この電気エネルギをインバータ303に出力する。この電気エネルギは交流の電気エネルギである。
インバータ303は、電動機308が出力する交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換して出力する。変換された直流の電気エネルギは、第1スイッチ305a,305b、第2スイッチ307a,307bを介して蓄電池306に蓄積される。
第1スイッチ305a,305bは、制御部309によってオンにされると、受電部302と蓄電池306とを電気的に接続し、また、電動機308と蓄電池306とを電気的に接続する。また、第1スイッチ305a,305bは、制御部309によりオフにされると、受電部302と蓄電池306とを電気的に切断し、また、電動機308と蓄電池306とを電気的に切断する。第1スイッチ305a,305bは、例えば、可動接点と固定接点とを有し、電磁力により可動接点が移動することで固定接点間が導通(オン)、または、非導通(オフ)となる機械式スイッチである。
第2スイッチ307a,307bは、第1スイッチ305a,305bと並列に電気的に接続される。第2スイッチ307a,307bは、制御部309によってオンにされると、受電部302と蓄電池306とを電気的に接続し、また、電動機308と蓄電池306とを電気的に接続する。また、第2スイッチ307a,307bは、制御部309によりオフにされると、受電部302と蓄電池306とを電気的に切断し、また、電動機308と蓄電池306とを電気的に切断する。第2スイッチ307a,307bは、第1スイッチ305a,305bと同様に、例えば機械式スイッチである。第2スイッチ307a,307bは、後述するように、外部電源20から供給される電気エネルギによって、受電部302と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子(例えば、インバータ303,DC/DCコンバータ304)の破損を防止するためのものである。
第1スイッチ305aおよび第2スイッチ307aは蓄電池306の正極側に備えられる。第1スイッチ305bおよび第2スイッチ307bは蓄電池306の負極側に備えられる。
ここで、第1スイッチ305a,305bのオン抵抗値を、第2スイッチ307a,307bのオン抵抗値より小さくすることが好ましい。これにより、第2スイッチ307a,307bに流れる電流が、第1スイッチ305a,305bに流れる電流より小さくなるので、電流によって第2スイッチ307a,307bにかかるストレスが小さくなる。よって、第2スイッチ307a,307bの劣化を抑えることができる。
蓄電池306は、受電部302が出力する直流の電気エネルギ、および、インバータ303が出力する直流の電気エネルギを蓄積する。蓄電池306には、エネルギ密度の高い二次電池(例えば、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池等)、または、高容量のキャパシタが用いられる。
制御部309は、パラメータ取得部310から入力される各種パラメータに基づいて、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bのオン、オフを制御する。制御部309は、CPUと、ROMまたはRAM等とから構成される。CPUが、ROMまたはRAM等に格納されたプログラムを実行することによって、各種演算、制御信号の出力等を行う。制御部309が行う制御の詳細は後述する。
パラメータ取得部310は、制御部309が行う制御に必要な各種パラメータを取得して制御部309に出力する。
次いで、蓄電池306の放電時の動作について説明する。
<蓄電池306の放電時の動作>
蓄電池306に蓄積された電気エネルギは、例えば車両10の駆動輪を駆動させるための動力源として、電動機308を動作させるための電力として使用される。電動機308をモータとして使用する場合は、インバータ303が、蓄電池306に蓄積された直流の電気エネルギを交流に変換して電動機308へ出力する。電動機308のシャフトは車両10の駆動輪の車軸に連結されており、シャフトの回転により車両10の駆動輪が回転する。
蓄電池306に蓄積された電気エネルギは、例えば車両10の駆動輪を駆動させるための動力源として、電動機308を動作させるための電力として使用される。電動機308をモータとして使用する場合は、インバータ303が、蓄電池306に蓄積された直流の電気エネルギを交流に変換して電動機308へ出力する。電動機308のシャフトは車両10の駆動輪の車軸に連結されており、シャフトの回転により車両10の駆動輪が回転する。
また、蓄電池306に蓄積された電気エネルギは、DC/DCコンバータ304を介して、例えば、カーナビゲーション装置、カーオーディオなどのアクセサリ装置、および、パワーウインドウ、ETC(登録商標)、ECU(Electronic Control Unit)などの電装品を動作させるための電力として使用される。さらに、蓄電池306に蓄積された電気エネルギは、DC/DCコンバータ304を介して、補機バッテリ311に蓄積されることもある。これらの場合には、DC/DCコンバータ304は、蓄電池306が出力する直流の電気エネルギを変圧する。
以上、蓄電池306の充電時および放電時の動作について説明した。
次いで、制御部309での、受電部302の制御、および、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bの制御について説明する。
電動機308での回生制動力の発生による電気エネルギを蓄電池306に蓄積するときには、制御部309は、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにする。
一方、外部電源20から供給される電気エネルギを蓄電池306に蓄積するときには、制御部309は、車両10の状態が、電気エネルギが蓄電池306に蓄積されてもよい所定の状態にあるときに、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにした後、受電部302から電気エネルギを出力させる。このように、受電部302は、受電した電気エネルギを、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bがオンにされた後、制御部309からの出力指示に従って出力する。また、制御部309は、車両10の状態が、電気エネルギが蓄電池306に蓄積されてもよい所定の状態にあるか否かを、パラメータ取得部310から入力される信号および各種パラメータに基づいて判断する。
制御部309が電気エネルギを蓄電池306に蓄積してもよい所定の状態にあるか否かを以下のようにして判断する。そして、制御部309は、蓄電池306への電気エネルギの供給に備えて、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bを予めオンにし、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bのターンオン時間が十分に経過した後に、受電部302から電気エネルギを出力させる。これにより、受電部302から電気エネルギが出力される時点までには確実に第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bを電気的に接続させることができる。よって、本実施の形態によれば、外部電源20から供給される電気エネルギによって、受電部302と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子(例えば、インバータ303,DC/DCコンバータ304)の破損を防止することができる。
すなわち、本実施の形態によれば、外部電源20からの電気エネルギ供給時に第1スイッチ305a,305bが故障等により非導通となっている場合でも、受電部302から出力される電気エネルギを第2スイッチ307a,307bを介して確実に蓄電池306に蓄積することができるので、受電部302と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子の破損を防止することができる。
ここで、電気エネルギを蓄電池306に蓄積してもよい、車両10の所定の状態とは、(1)蓄電池306への充電が可能な状態であって、かつ、(2)蓄電池306への充電の発意がある状態をいう。
以下、(1)蓄電池306への充電が可能な状態、および、(2)蓄電池306への充電の発意がある状態について、例を挙げて説明する。
まず、蓄電池306への充電が可能な状態を以下に例示する。
(1)蓄電池306への充電が可能な状態の例
<例1−1> 車両10が駐車中の状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして例えば車両10のパーキングブレーキがかかっていることを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、車両10が駐車中の状態にあるか否か判断する。
<例1−2> 蓄電池306の充電率(SOC:State of Charge)が閾値未満の状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして蓄電池306の充電率を示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号に基づいて、蓄電池306の充電率が閾値未満の状態にあるか否か判断する。
<例1−3> 給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触した状態のとき。すなわち、受電部302が外部電源20と電気的に接続した状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、蓋部301から入力される信号(給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触している状態にあることを示す信号)を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触している状態にあるか否か判断する。
<例1−4> 外部電源20が電気エネルギを供給できる状態のとき(例えば、外部電源20が故障中でないとき)。この場合、外部電源20およびパラメータ取得部310の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により、外部電源20が電気エネルギを供給できることを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、外部電源20が電気エネルギを供給できる状態にあるか否か判断する。
<例1−5> 漏電検出等の安全確認によって問題がない状態のとき。外部電源20または受電部302には通常、漏電遮断器が備えられる。よって、この場合、パラメータ取得部310は、漏電していないことを示す信号を外部電源20または受電部302から取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、車両10が安全な状態にあるか否か判断する。なお、外部電源20が漏電遮断器を備える場合には、外部電源20およびパラメータ取得部310の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により上記信号を取得する。
<例1−1> 車両10が駐車中の状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして例えば車両10のパーキングブレーキがかかっていることを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、車両10が駐車中の状態にあるか否か判断する。
<例1−2> 蓄電池306の充電率(SOC:State of Charge)が閾値未満の状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして蓄電池306の充電率を示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号に基づいて、蓄電池306の充電率が閾値未満の状態にあるか否か判断する。
<例1−3> 給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触した状態のとき。すなわち、受電部302が外部電源20と電気的に接続した状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、蓋部301から入力される信号(給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触している状態にあることを示す信号)を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、給電プラグ21の電極と蓋部301の電極とが接触している状態にあるか否か判断する。
<例1−4> 外部電源20が電気エネルギを供給できる状態のとき(例えば、外部電源20が故障中でないとき)。この場合、外部電源20およびパラメータ取得部310の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により、外部電源20が電気エネルギを供給できることを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、外部電源20が電気エネルギを供給できる状態にあるか否か判断する。
<例1−5> 漏電検出等の安全確認によって問題がない状態のとき。外部電源20または受電部302には通常、漏電遮断器が備えられる。よって、この場合、パラメータ取得部310は、漏電していないことを示す信号を外部電源20または受電部302から取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、車両10が安全な状態にあるか否か判断する。なお、外部電源20が漏電遮断器を備える場合には、外部電源20およびパラメータ取得部310の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により上記信号を取得する。
以上、蓄電池306への充電が可能な状態の例について説明した。
次いで、蓄電池306への充電の発意がある状態を以下に例示する。
(2)蓄電池306への充電の発意がある状態の例
<例2−1> 車両10の利用者が充電開始のスイッチをオンにした状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして充電開始のスイッチをオンにされたことを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、充電開始のスイッチがオンにされた状態にあるか否か判断する。充電開始のスイッチは、車両10または外部電源20のいずれに備えられてもよい。また、充電開始のスイッチは、機械式スイッチ、または、画面に表示されるソフトウェアスイッチのいずれであってもよい。なお、外部電源20が充電開始のスイッチを備える場合には、外部電源20およびパラメータ取得部310の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により上記信号を取得する。
<例2−2> タイマに予め設定された充電開始時刻になった状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして充電開始時刻になったことを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、充電開始時刻になった状態にあるか否か判断する。タイマは、車両10または外部電源20のいずれに備えられてもよい。外部電源20がタイマを備える場合には、外部電源20およびパラメータ取得部110の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により上記信号を取得する。
<例2−3> 受電部302による電気エネルギの受電が開始された状態のとき。この場合、制御部309は、受電部302の受電状態を監視して、受電部302において電気エネルギの受電が開始されたか否かを判断する。
<例2−1> 車両10の利用者が充電開始のスイッチをオンにした状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして充電開始のスイッチをオンにされたことを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、充電開始のスイッチがオンにされた状態にあるか否か判断する。充電開始のスイッチは、車両10または外部電源20のいずれに備えられてもよい。また、充電開始のスイッチは、機械式スイッチ、または、画面に表示されるソフトウェアスイッチのいずれであってもよい。なお、外部電源20が充電開始のスイッチを備える場合には、外部電源20およびパラメータ取得部310の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により上記信号を取得する。
<例2−2> タイマに予め設定された充電開始時刻になった状態のとき。この場合、パラメータ取得部310は、判断パラメータとして充電開始時刻になったことを示す信号を取得して制御部309に出力し、制御部309はその信号が入力されるか否かに基づいて、充電開始時刻になった状態にあるか否か判断する。タイマは、車両10または外部電源20のいずれに備えられてもよい。外部電源20がタイマを備える場合には、外部電源20およびパラメータ取得部110の双方が通信機能を有し、パラメータ取得部310は外部電源20との通信により上記信号を取得する。
<例2−3> 受電部302による電気エネルギの受電が開始された状態のとき。この場合、制御部309は、受電部302の受電状態を監視して、受電部302において電気エネルギの受電が開始されたか否かを判断する。
以上、蓄電池306への充電の発意がある状態の例について説明した。
なお、上記の例1−1〜1−5,例2−1〜2−3は適宜組み合わせて実施することも可能である。例えば、車両10が例1−1〜1−5のすべての状態にあり、かつ、例2−1〜例2−3のいずれか一つの状態にあるときに、車両10が、電気エネルギを蓄電池106に蓄積してもよい所定の状態にあると、制御部309が判断してもよい。
次いで、図5を用いて、本実施の形態に係る車両用電源装置300の動作フローについて説明する。
図5のS401において、パラメータ取得部310は、イグニッションキーにより車両10のイグニッションがオンされたことを示す信号を取得して制御部309に出力する。制御部309は、この信号が入力されるか否かに基づいて、車両10のイグニッションがオンされたか否か判断する。なお、イグニッションキーによるイグニッションのオンに代えて、プッシュ式スタートボタン、または、電波を利用したキーによるイグニッションのオンを示す信号を用いてもよい。
イグニッションがオンされた場合は(S401:YES)、制御部309は、第1スイッチ305a,305bをオンにする(S409)。イグニッションがオンにされると、車両10の走行を可能とするために、蓄電池306を各部と電気的に接続する必要があるからである。
一方、イグニッションがオンされない場合は(S401:NO)、制御部309は、蓄電池306への充電が可能な状態か否か判断する(S402)。
蓄電池306への充電が可能な状態でない場合は(S402:NO)、制御部309は、第1スイッチ305a,305bをオフにするとともに(S407)、第2スイッチ307a,307bをオフにする(S408)。
一方、蓄電池306への充電が可能な状態である場合は(S402:YES)、制御部309は、充電の発意がある状態か否か判断する(S403)。
充電の発意がない状態の場合は(S403:NO)、制御部309は、第1スイッチ305a,305bをオフにするとともに(S407)、第2スイッチ307a,307bをオフにする(S408)。
このように、蓄電池306への充電が可能な状態でない場合、または、充電の発意がない状態の場合に制御部309が第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオフにするのは、これらの場合には車両10の状態が、電気エネルギが蓄電池306に蓄積されてもよい所定の状態にないため、制御部309が受電部302から電気エネルギを出力させないからである。
一方、充電の発意がある状態の場合は(S403:YES)、制御部309は、第1スイッチ305a,305bをオンにするとともに(S404)、第2スイッチ307a,307bをオンにした後(S405)、受電部302から電気エネルギを出力させる(S406)。
そして、図5に示す上記フローが所定の周期(例えば、100msec間隔)で繰り返し実行される。
このように、図5では、制御部309は、蓄電池306への充電が可能な状態であり、かつ、充電の発意がある状態の場合、つまり、車両10の状態が、電気エネルギが蓄電池306に蓄積されてもよい所定の状態にある場合に、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにした後、受電部302から電気エネルギを出力させる。
なお、図5において、S406の前であれば、S402とS403との処理順序は逆であってもよい。また、S406の前であれば、S404とS405との処理順序は逆であってもよい。また、S407とS408との処理順序は逆であってもよい。
ここで、安全性の観点から第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bは不要な場合はオフにすることが好ましい。よって、本実施の形態では、上記のように、蓄電池306への充電が可能な状態のみならず、蓄電池306への充電の発意がある状態となった時点で第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにし、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにした後、受電部302からの電気エネルギの出力を開始する。これにより、本実施の形態によれば、外部電源20から車両10へ供給される電気エネルギによる素子の破損を防止することができる。
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3に係る車両用電源装置300の構成を示すブロック図である。なお、図6において図4(実施の形態2)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。つまり、本実施の形態では、車両用電源装置300が電流計501,502をさらに備える点が、実施の形態2と相違する。以下、実施の形態2との相違点についてのみ説明する。
図6は、本発明の実施の形態3に係る車両用電源装置300の構成を示すブロック図である。なお、図6において図4(実施の形態2)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。つまり、本実施の形態では、車両用電源装置300が電流計501,502をさらに備える点が、実施の形態2と相違する。以下、実施の形態2との相違点についてのみ説明する。
図6に示す車両用電源装置300において、電流計501は、第2スイッチ307aを流れる電流の大きさを測定して測定値を制御部309に出力する。また、電流計502は、第2スイッチ307bを流れる電流の大きさを測定して測定値を制御部309に出力する。
制御部309は、実施の形態2で説明したように、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにした後、受電部302から電気エネルギを出力させる。さらに、制御部309は、受電部302から電気エネルギを出力させた後、電流計501の測定値(第2スイッチ307aを流れる電流の大きさ)または電流計502の測定値(第2スイッチ307bを流れる電流の大きさ)が所定の閾値以上であるときは、第1スイッチ305aまたは第1スイッチ305bが故障等により非導通となっていると判断して、受電部302からの電気エネルギの出力を停止させる。
なお、車両用電源装置300は、電流計501または電流計502に代えて、第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bの端子間電圧の大きさを測定して測定値を制御部309に出力する電圧計であってもよい。この場合、制御部309は、受電部302から電気エネルギを出力させた後、第2スイッチ307aの端子間電圧の大きさが所定の閾値以上であるときに、第1スイッチ305aが故障等により非導通となっていると判断して、受電部302からの電気エネルギの出力を停止させる。
このように、本実施の形態では、第1スイッチ305aまたは第1スイッチ305bが故障等により非導通となっていると判断される場合には受電部302からの電気エネルギの出力を停止させるため、さらに第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bが故障等により非導通となってしまう前に、受電部302と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子の破損を防止することができる。
なお、制御部309は、受電部302からの電気エネルギの出力を上記のようにして停止させた後、第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bを流れる電流の大きさ、または、第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bの端子間電圧の大きさが所定の閾値未満となったとき、第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bをオフにしてもよい。これにより、電動機308と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子を破損することなく、蓄電池306への充電を終了することができる。
(実施の形態4)
図7は、本発明の実施の形態4に係る車両用電源装置600の構成を示すブロック図である。なお、図7において図4(実施の形態2)または図5(実施の形態3)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。つまり、本実施の形態では、車両用電源装置600が電流計601をさらに備える点が、実施の形態3と相違する。以下、実施の形態2および実施の形態3との相違点についてのみ説明する。
図7は、本発明の実施の形態4に係る車両用電源装置600の構成を示すブロック図である。なお、図7において図4(実施の形態2)または図5(実施の形態3)と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。つまり、本実施の形態では、車両用電源装置600が電流計601をさらに備える点が、実施の形態3と相違する。以下、実施の形態2および実施の形態3との相違点についてのみ説明する。
図7に示す車両用電源装置600において、電流計601は、第1スイッチ305aを流れる電流の大きさと、第2スイッチ307aを流れる電流の大きさとの合計、すなわち、蓄電池306へ流れる電流の大きさを測定して測定値を制御部309に出力する。
制御部309は、実施の形態2で説明したように、第1スイッチ305a,305bおよび第2スイッチ307a,307bをオンにした後、受電部302から電気エネルギを出力させる。さらに、制御部309は、受電部302から電気エネルギを出力させた後、電流計501の測定値(第2スイッチ307aを流れる電流の大きさ)または電流計502の測定値(第2スイッチ307bを流れる電流の大きさ)が、電流計601の測定値(蓄電池306へ流れる電流の大きさ)に略等しいときは、第1スイッチ305aまたは第1スイッチ305bが故障等により非導通となっていると判断して、受電部302からの電気エネルギの出力を停止させる。
このように、本実施の形態では、実施の形態2同様、第1スイッチ305aまたは第1スイッチ305bが故障等により非導通となっていると判断される場合には受電部302からの電気エネルギの出力を停止させるため、さらに第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bが故障等により非導通となってしまう前に、受電部302と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子の破損を防止することができる。
また、本実施の形態によれば、第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bに流れる電流が小さい場合でも、第1スイッチ305aまたは第1スイッチ305bの故障を検出して受電部302からの電気エネルギの出力を停止させることができるため、受電部302と第1スイッチ305a,305bとの間に備えられた素子の破損を防止しつつ、蓄電池306への充電を終了することができる。また、本実施の形態によれば、電流計601に電流が流れているにもかかわらず、電流計501および電流計502の測定値が略ゼロに等しい場合は、第2スイッチ307aまたは第2スイッチ307bの故障を検出することもできる。
以上、本発明の実施の形態について説明した。
なお、上記実施の形態では、第1スイッチ105a,105b(305a,305b)および第2スイッチ107a,107b(307a,307b)は機械式スイッチであるとして説明したが、本発明はこれに限られず、第1スイッチ105a,105b(305a,305b)および第2スイッチ107a,107b(307a,307b)は、接点を有さない半導体を用いたスイッチであっても良い。
また、上記実施の形態では、安全性を高めるために、第1スイッチ105a,105b(305a,305b)および第2スイッチ107a,107b(307a,307b)を蓄電池106(306)の正極側と蓄電池106(306)の負極側の双方に備える構成を説明したが、本発明はこれに限られず、第1スイッチ105a,105b(305a,305b)および第2スイッチ107a,107b(307a,307b)を蓄電池106(306)の正極側または負極側のいずれか一方にのみ備えても良い。蓄電池106(306)の給電を止めるためには、蓄電池106(306)の正極側または負極側のいずれか一方を電気的に切断すれば足りるからである。
また、上記実施の形態では、家庭用電源を想定し、給電プラグから蓋部101が備える電極を介して供給される電気エネルギが交流の場合の構成を説明した。充電スタンドに接続された給電プラグからは例えば400V程度の直流の電気エネルギが供給される。よって、充電スタンドによる充電を想定した場合には、交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換する充電器102は充電スタンドに備えられるため、車両用電源装置100は充電器102を備える必要はない。また、家庭用電源または充電スタンドと、充電器102との間の電気エネルギの受け渡しは、電磁誘導を用いた非接触充電によって行っても良い。
また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
2011年3月29日出願の特願2011−072267および2011年3月31日出願の特願2011−077919の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明は、蓄電池に蓄積された電気エネルギで駆動する車両に備えられる車両用電源装置等に好適である。
10 車両
100、300、500、600 車両用電源装置
101、301 蓋部
102、302 充電器
103、303 インバータ
104、304 DC/DCコンバータ
105a、105b、305a、305b 第1スイッチ
106、306 蓄電池
107a、107b、307a、307b 第2スイッチ
108、308 電動機
109、309 制御部
110、310 パラメータ取得部
111、311 補機バッテリ
501、502、601 電流計
100、300、500、600 車両用電源装置
101、301 蓋部
102、302 充電器
103、303 インバータ
104、304 DC/DCコンバータ
105a、105b、305a、305b 第1スイッチ
106、306 蓄電池
107a、107b、307a、307b 第2スイッチ
108、308 電動機
109、309 制御部
110、310 パラメータ取得部
111、311 補機バッテリ
501、502、601 電流計
Claims (20)
- 車両に搭載される車両用電源装置であって、
運動エネルギを電気エネルギに変換して回生制動力を発生させる電動機と、
前記電気エネルギを蓄積する蓄電池と、
前記電動機と前記蓄電池とを電気的に接続する第1スイッチと、
前記第1スイッチと並列に接続され、かつ、前記電動機と前記蓄電池とを電気的に接続する第2スイッチと、
前記第2スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記回生制動力の発生により前記電気エネルギが前記蓄電池に蓄積される可能性がある前記車両の所定の状態、または、前記可能性がある前記車両の所定の操作のときに、前記第2スイッチをオンにする、
車両用電源装置。 - 前記第1スイッチのオン抵抗値は、前記第2スイッチのオン抵抗値より小さい、
請求項1記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両の加速度が正の加速度から負の加速度に変化する状態のときに、前記可能性がある前記所定の状態と判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項1記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両が所定の速度を維持するように制御されるときに、前記加速度が正の加速度から負の加速度に変化する可能性があると判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項3記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両が前記車両以外の干渉物体を回避するように制御されるときに、前記加速度が正の加速度から負の加速度に変化する可能性があると判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項3記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両のアクセルの踏み込み量が減少する状態のときに、前記可能性がある前記所定の状態と判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項1記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両のブレーキが踏み込まれている状態のときに、前記可能性がある前記所定の状態と判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項1記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両の方向指示器が方向指示を開始するように操作されるときに、前記可能性がある前記所定の操作と判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項1記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記車両の進行方向の地図情報に基づいて、前記車両が前記所定の状態であると判断する、
請求項1記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記地図情報に基づいて、前記車両が所定の角度より勾配の大きい降坂を走行する状態になると判定するときに、前記可能性がある前記所定の状態と判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項9記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記地図情報に基づいて、前記車両が所定の角度より勾配の大きい降坂を所定の距離以上走行する状態になると判定するときに、前記可能性がある前記所定の状態と判断して前記第2スイッチをオンにする、
請求項9記載の車両用電源装置。 - 車両に搭載される車両用電源装置であって、
前記車両の外部にある電源から供給される電気エネルギを受電する受電部と、
前記受電部から出力される前記電気エネルギを蓄積する蓄電池と、
前記受電部と前記蓄電池とを電気的に接続する第1スイッチと、
前記第1スイッチと並列に接続され、かつ、前記受電部と前記蓄電池とを電気的に接続する第2スイッチと、
前記受電部、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記車両の状態が、前記蓄電池への充電が可能な状態であり、かつ、前記蓄電池への充電の発意がある状態であるときに、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオンにした後、前記受電部から前記電気エネルギを出力させる、
車両用電源装置。 - 前記充電が可能な状態とは、
前記車両が駐車中の状態のとき、
前記蓄電池の充電率が閾値未満の状態のとき、
前記受電部が前記外部にある電源と電気的に接続した状態のとき、および、
前記外部にある電源が電気エネルギを供給できる状態のとき、の少なくとも1つの状態である、
請求項12記載の車両用電源装置。 - 前記発意がある状態とは、
前記車両が備える充電開始のスイッチがオンにされた状態のとき、
前記車両が備えるタイマが所定の時刻になった状態のとき、
前記受電部による電気エネルギの受電が開始された状態のとき、の少なくとも1つである、
請求項12記載の車両用電源装置。 - 前記第1スイッチのオン抵抗値は、前記第2スイッチのオン抵抗値より小さい、
請求項12記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記第2スイッチを流れる電流の大きさが所定の閾値以上であるときは、前記受電部からの前記電気エネルギの出力を停止させる、
請求項12記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記受電部からの前記電気エネルギの出力を停止させた後、前記電流の大きさが前記所定の閾値未満となったとき、前記第2スイッチをオフにする、
請求項15記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記第2スイッチの端子間電圧の大きさが所定の閾値以上であるときは、前記受電部からの前記電気エネルギの出力を停止させる、
請求項12記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記受電部からの前記電気エネルギの出力を停止させた後、前記端子間電圧の大きさが前記所定の閾値未満となったとき、前記第2スイッチをオフにする、
請求項17記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記第2スイッチを電流の大きさが、前記蓄電池へ流れる電流の大きさに略等しいときは、前記受電部からの前記電気エネルギの出力を停止させる、
請求項12記載の車両用電源装置。
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