KR100744387B1 - 전기 자동차용 전압 변환 회로 - Google Patents

전기 자동차용 전압 변환 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 고압 배터리로부터 인버터로의 프리차지 제어를 안정적으로 행할 수 있도록 한 전기 자동차용 전압 변환 회로를 제공하는 것이다.
주행용 모터(109)에 전력을 공급하는 고압의 주행용 배터리(102)와, 주행용 배터리(102)와 주행용 모터(109) 사이에 개재 장착되고, 콘덴서(105)를 갖는 인버터(104)와, 상기 주행용 모터(109)와 병렬로 주행용 배터리(102)에 접속되고, 주행용 배터리(102)의 전압을 저전압으로 변환하여 출력하는 전압 변환기(101)와, 주행용 배터리(102)와 인버터(104) 사이에 개재 장착되고 인버터(104)로의 돌입 전류의 억제 처리를 행하는 콘택터 회로(120)와, 콘택터 회로(120)에 의한 억제 처리의 종료를 검지하면 전압 변환기의 기동을 허가하는 전압 변환기 기동 허가 수단(111, 113)을 구비하여 구성한다.
주행용 모터, 콘택터 회로, 인버터, 전압 변환기, 주행용 배터리

Description

전기 자동차용 전압 변환 회로 {VOLTAGE CONVERTING CIRCUIT FOR ELECTRIC VEHICLE}
도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전기 자동차용 전압 변환 회로를 도시한 전기 회로도.
도2는 본 발명의 일실시 형태에 관한 프리차지 제어시의 흐름도.
도3은 본 발명의 일실시 형태에 관한 프리차지 제어시의 인버터의 전압 상승과, 주행용 배터리 전압 및 DC/DC 컨버터 작동 전압의 관계를 나타낸 그래프.
도4는 종래의 전기 자동차에 있어서의 전압 변환 회로를 도시한 전기 회로도.
도5의 (a) 및 도5의 (b)는 종래 기술에 있어서의 프리차지 제어시의 인버터의 전압 상승과, 주행용 배터리 전압 및 DC/DC 컨버터 작동 전압의 관계를 나타낸 그래프로, 도5의 (a)는 평상시의 경우이고, 도5의 (b)는 주행용 배터리 출력 전압이 규격 전압보다도 높은 경우를 나타낸 그래프.
도6은 종래 기술에 있어서의 프리차지 제어시의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 전압 변환기(DC/DC 컨버터)
102 : 주행용 배터리(고압 배터리)
103 : 차량 탑재 전장품용 배터리(저압 배터리)
104 : 인버터
105 : 콘덴서
106 : 메인 콘택터(콘택터)
107 : 프리차지 콘택터
108 : 레지스터
109 : 주행용 모터
110 : 차량 탑재 전장품
111 : 스위치(전압 변환기 기동 허가 수단)
112 : 컨버터 제어기
113 : 작동 사령부
120 : 콘택터 회로
본 발명은 전기 자동차에 구비된 고압 배터리의 전력을 저전압으로 변환하여 저압 배터리로 충전을 행하는 전압 변환기에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 전기 자동차를 포함하는 전기 자동차에서는, 비교적 고전압(예를 들어 500V 정도)의 직류 전력을 축적하는 주행용 배터리(고압 배터리)와, 주행용 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 인버터에 의 해 변환된 교류 전력에 의해 구동하는 주행용 모터를 구비하고, 주행용 모터의 출력축으로 동력 전달 가능하게 연결된 구동륜을 회전 구동함으로써 차량을 주행시키고 있다.
또한, 주행용 배터리와는 별도로 비교적 저전압(예를 들어 24V 또는 12V)의 직류 전력을 축적하는 차량 탑재 전장품용 배터리(저압 배터리)를 구비하고, 이 차량 탑재 전장품용 배터리의 전력에 의해 차량의 헤드 램프나 스톱 램프 등의 등화계 전장품, 에어컨디셔너의 압축기나 콘덴서 등의 공조계 전장품, 오디오 등의 음향 전장품 혹은 전동 파워 스티어링, 브레이크용 진공 펌프 등의 조작계 전장품, 각종 제어기(ECU 등)의 제어계 전장품 등의 차량 탑재 전장품을 작동시키고 있다.
차량 탑재 전장품용 배터리는 전압 변환기(DC/DC 컨버터)를 거쳐서 주행용 배터리와 접속되고, 주행용 배터리의 고전압으로 출력되는 전력이 전압 변환기에서 저전압으로 변환되어 차량 탑재 전장품용 배터리에 축전되도록 되어 있다.
이러한 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차는 과대한 돌입 전류가 전기 계통에 입력되는 것을 방지하기 위해, 고압 기기(즉, 주행용 모터)의 기동시에는 프리차지(pre-charge) 제어라 불리워지는 돌입 전류 억제 처리를 행하고 있다.
이 프리차지 제어에 대해 설명한다. 주행용 배터리와 인버터 사이에는 주행용 배터리와의 전기적 접속을 단접(斷接)하기 위한 스위치(메인 콘택터)가 개재 장착되어 있다. 또한, 인버터의 입력 단부에는 주행용 배터리로부터 공급되는 전압 변동을 억제하기 위해, 입력된 전압을 평활화한 후에 직류 전력으로부터 교류 전력으로의 변환을 행하기 위한 콘덴서가 설치되어 있다.
그러나, 배터리로부터의 직류 전류를 메인 콘택터를 경유하여 인버터에 입력하면, 상술한 콘덴서에 매우 큰 전류(돌입 전류)가 단시간에 유입되어, 그 결과 메인 콘택터의 접점이 용착하는 등의 손상을 초래하는 문제가 발생된다.
그래서, 메인 콘택터와 병렬로, 스위치(프리차지 콘택터)와 레지스터(저항)를 설치하고, 메인 콘택터를 온(ON)으로 하기 전에 프리차지 콘택터를 온으로 한다. 그렇게 하면, 인버터 입력 단부의 콘덴서는 서서히 충전되어 콘덴서의 전압이 상승하여, 주행용 배터리측과 콘덴서(인버터)측의 전위차가 작아진다. 그 후에 메인 콘택터를 온으로 한다. 이러한 제어(프리차지 제어)를 행함으로써 메인 콘택터를 온으로 하였을 때에 과대한 돌입 전류가 발생하는 것을 방지하여 메인 콘택터의 손상 등이 발생되지 않도록 하고 있다.
예를 들어 도4는, 종래의 전기 자동차의 전원 장치에 있어서의 전기 회로를 도시한 것이다. 도4에 도시한 바와 같이, 주행용 모터(109)는 인버터(104)를 거쳐서 주행용 배터리(102)와 접속되어 있다. 또한 차량 탑재 전장품용 배터리(103)는 인버터(104)와 병렬로 DC/DC 컨버터(101)를 거쳐서 주행용 배터리(102)와 접속되고, 차량 탑재 전장품용 배터리(103)로부터는 각종 차량 탑재 전장품(110)과 접속되어 있다.
주행용 배터리(102)와 인버터(104) 및 DC/DC 컨버터(101) 사이에는, 이들 사이의 전기적 접속을 단접하기 위한 메인 콘택터(106) 및 프리차지 콘택터(107)가 병렬로 개재 장착되고, 프리차지 콘택터(107)에는 레지스터(108)가 직렬로 배치되어 있다.
또한, 인버터(104)의 입력 단부에는 콘덴서(105)가 설치되어 있다.
따라서, 차량의 시동시 등에 주행용 모터(109)를 기동시키는 경우에는, 우선 프리차지 콘택터(107)가 온이 되어 콘덴서(105)가 서서히 충전된다. 그리고, 콘덴서(105)가 충분히 충전되어 주행용 배터리(102)와 콘덴서(105)의 전위차가 충분히 작아지면 메인 콘택터(106)가 온이 된다.
메인 콘택터(106)가 온이 되면, 주행용 배터리(102)의 전력이 인버터(104)를 거쳐서 주행용 모터(109)에 공급되고, 주행용 모터(109)에 구동 연결된 도시하지 않은 구동륜이 회전 구동된다. 한편, 주행용 배터리(102)의 전력이 DC/DC 컨버터(101)를 거쳐서 저전압으로 변환되어 차량 탑재 전장품용 배터리(103)에 축전된다. 그리고, 차량 탑재 전장품용 배터리로부터의 전력 공급에 의해 각종 차량 탑재 전장품(110)이 작동한다.
또한, DC/DC 컨버터(101)에는 또한 제어 전원이 이어져 있고, 제어 전원으로부터의 전력이 입력된 후에 충전용 전원이 되는 주행용 배터리(102)측으로부터 규격 범위의 전압(작동 전압)이 입력되면 DC/DC 컨버터가 작동을 개시하도록 되어 있다.
도5의 (a)는 프리차지 제어시의 콘덴서(105)의 전압 상승을 나타낸 그래프이다. 도5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전기 자동차의 시동시 등에 주행용 모터(109)를 기동시키는 경우 T1의 시점에서 우선 프리차지 콘택터(107)가 온이 되어 프리차지 제어가 개시되고, 콘덴서(105)가 서서히 충전되어 전압이 상승한다. 그 후 T2의 시점에서 주행용 배터리(102)와 콘덴서(105)의 전위차가 충분히 작아지면(예를 들어 30V 정도), 프리차지 제어를 종료하여 메인 콘택터(106)가 온이 된다. 메인 콘택터(106)가 온이 되면 콘덴서(105)의 전압은 급격히 상승하여 T3의 시점에서 주행용 배터리(102)의 전압과 같아진다. T2 내지 T3의 기간에 있어서, 콘덴서(105)의 전압이 DC/DC 컨버터 작동 전압(본 예에서는 480V)에 도달하면 DC/DC 컨버터(101)가 작동을 개시하여 주행용 모터(102)의 고압 전력을 저전압으로 변환하여 차량 탑재 전장품용 배터리(103)에 전력을 공급한다.
프리차지 제어의 완료는, 상술한 바와 같이 주행용 배터리(102)의 전압과 콘덴서(105)의 전압의 전압차가 소정치 이하에 접근함으로써 판정할 수 있지만, 이 밖에 프리차지 제어 개시시부터의 경과 시간이 소정 시간에 도달한 것, 또는 인버터(콘덴서)의 전압 상승율이 소정율 이하로 저하한 것을 완료의 조건으로서 판정할 수도 있다.
통상, 전압차나 전압 상승율 등의 조건을 기초로 하여 프리차지 제어의 완료 판정을 행하는 경우에는, 도6에 도시한 바와 같은 흐름으로 행해지고 있다. 또한, 도6의 예에서는 전압차가 소정치 이하에 접근함으로써 프리차지 완료의 판정을 하고 있다.
도6에 도시한 바와 같이, 프리차지 제어가 개시되면 단계 S01에서는 프리차지 콘택터가 온이 되어, 스텝 S02로 진행한다. 단계 S02에 있어서는, 주행용 배터리 전압(Vb)과 인버터 전압(Vinv)의 차와, 미리 설정된 소정치의 크기가 비교된다. 그리고, 주행용 배터리 전압(Vb)과 인버터 전압(Vinv)의 차가 소정치 이하인 경우에는 프리차지가 완료된 것이라 판정하여 스텝 S03으로 진행하고, 메인 콘택터가 온이 되고 프리차지 콘택터는 오프(OFF)가 된다.
또한, 단계 S02에 있어서 주행용 배터리 전압(Vb)과 인버터 전압(Vinv)의 차가 소정치보다도 큰 경우에는 단계 S04로 진행하고, 단계 S04에서는 프리차지 제어 개시시부터의 경과 시간이 비교되어 경과 시간이 5초 이내인 경우는 단계 S02로 복귀된다. 또한 단계 S04에 있어서 경과 시간이 소정 시간(도6의 예에서는 5초) 이상 경과되어 있는 경우에는 장치에 어떠한 이상이 있다고 판단하여 단계 S05로 진행하고 에러 표시를 행하여 프리차지 제어를 중지(타임 오버)하도록 되어 있다.
그러나, 상술한 종래 기술에 있어서 프리차지 제어 개시로부터 완료까지 통상시보다도 대폭 시간이 걸리는 경우가 있고, 그 경우 콘덴서(105)의 전압이 충분히 상승하기 전에 프리차지 제어가 타임 오버되어 주행용 모터(109)의 기동에 실패하는 등의 문제가 발생되는 경우가 있다.
이 현상에 대해 구명한 바, 프리차지 제어 도중 단계에 있어서 DC/DC 컨버터(101)가 작동 개시하는 경우가 있고, 이것이 상술한 문제의 원인이 되고 있는 것이 판명되었다.
프리차지 제어 중에 DC/DC 컨버터(101)가 작동 개시하면, DC/DC 컨버터(101)를 통해 차량 탑재 전장품용 배터리(103)측으로 전력이 공급되므로, 콘덴서(105)에 공급되는 전력이 저하되어 콘덴서(105)의 충전에 시간이 걸린다. 또한, 그 때에 부하측[차량 탑재 전장품(110) 등]에서의 전력 요구가 큰 경우에는, 큰 전압 변동이 발생되어 프리차지 제어 중에 콘덴서(105)에 충전된 전력이 부하측으로 흐르기 때문에 콘덴서(105)의 전압이 저하되는 경우도 있다.
이로 인해, 콘덴서(105)의 충전이 빠르게 행해지지 않아 프리차지 제어에 시간이 걸리므로, 콘덴서(105)의 전압이 충분히 상승하기 전에 제어가 타임 오버되고, 그 결과 주행용 모터(109)의 기동에 실패하는 등의 문제를 초래하고 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 상술한 바와 같이 프리차지 중에 DC/DC 컨버터(101)가 작동하면 콘덴서(105)의 전압 상승이 느려지므로, 예를 들어 경과 시간이나 전압 상승율의 조건을 기초로 하여 프리차지 제어의 완료를 판정하는 경우에는 오판정의 원인이 되고, 충분히 콘덴서(105)의 전압이 상승하지 않아 본래의 프리차지 완료 조건을 충족시키고 있지 않음에도 불구하고 메인 콘택터(106)가 온이 되어, 과대한 돌입 전류가 발생될 가능성이 있다.
그래서, 프리차지 제어의 도중에 있어서 DC/DC 컨버터(101)가 작동하는 원인에 대해서도 또한 구명한 바, 이 결과 주행용 배터리(102)의 전압이 충전 상태 등에 의해 상하 변동하는 것에 기인하고 있는 것이 판명되었다. 이 원인에 대해 더욱 상세하게 서술한다.
DC/DC 컨버터(101)의 작동 전압은 주행용 배터리(102)의 규격 전압 범위를 기초로 하여 이 주행용 배터리(102)의 규격 전압의 하한치보다도 약간 낮은 값으로 설정하고 있다.
그러나, 주행용 배터리(102)의 전압은 만충전시 등에는 규격 전압의 상한치 정도까지 상승하는 경우가 있고, 예를 들어 규격 전압 범위가 485 내지 520V인 경 우, 실제의 전압은 도5의 (b)에 나타낸 바와 같이 520V에 도달하는 경우도 있다. 이 경우에는, 프리차지 제어 도중에 있어서 주행용 배터리측과 인버터(콘덴서)측의 전압차가 충분히 작아지기 전에, 인버터측의 전압이 작동 전압(480V)에 도달하게 되어, 이에 의해 DC/DC 컨버터(101)가 작동하는 것이다.
이러한 문제를 해소하기 위해, DC/DC 컨버터(101)의 작동 전압을 보다 고전압측(예를 들어 500V)으로 설정하면, 주행용 배터리(102)의 전압이 규격 전압 범위의 하한치 근방에 있는 경우에는, 프리차지 제어를 완료 후 메인 콘택터(106)를 온으로 해도 DC/DC 컨버터(101)가 작동하지 않을 우려가 있다.
본 발명은 이러한 과제에 비추어 창안된 것으로, 고압 배터리의 전력을 저압 배터리에 충전하는 데 있어서, 고압 배터리로부터 인버터로의 프리차지 제어를 안정적으로 행할 수 있도록 한 전기 자동차용 전압 변환 회로를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 관한 본 발명의 전기 자동차용 전압 변환 회로는, 전기 자동차에 탑재된 주행용 모터에 전력을 공급하는 고압 배터리와, 상기 고압 배터리와 상기 주행용 모터 사이에 개재 장착되어 콘덴서를 갖고, 상기 고압 배터리로부터 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 상기 주행용 모터에 공급하는 인버터와, 상기 인버터와 병렬로 상기 고압 배터리에 접속되고, 상기 고압 배터리의 전압을 저전압으로 변환하여 출력하는 전압 변환기와, 상기 고압 배터리와, 상기 인버터 사이에 개재 장착되고, 상기 고압 배터리의 전력을 상기 주행용 모터에 대해 공급 개시할 때에는 상기 인버터에의 돌입 전류의 억제 처리를 행하는 콘택터 회로와, 상기 콘택터 회로에 의한 상기 억제 처리의 종료를 검지하면 상기 전압 변환기의 기동을 허가하는 전압 변환기 기동 허가 수단을 구비한 구성으로 되어 있다.
또한, 청구항 2에 관한 본 발명의 전기 자동차용 전압 변환 회로는 청구항 1에 기재된 것에 있어서, 상기 콘택터 회로는 메인 콘택터와, 상기 메인 콘택터와 병렬로 배치되고, 프리차지 콘택터 및 상기 프리차지 콘택터와 직렬로 배치된 전기 저항으로 이루어지는 상기 프리차지 회로에 의해 구성되어 있다.
또한, 청구항 3에 관한 본 발명의 전기 자동차용 전압 변환 회로는 청구항 2에 기재된 것에 있어서, 상기 전압 변환기의 작동을 제어하는 변환기 제어 수단을 구비하고, 상기 전압 변환기 기동 허가 수단은 상기 변환기 제어 수단에 구비되는 동시에, 기동 허가 신호가 입력되고 또한 미리 설정된 작동 전압이 입력되면 상기 전압 변환기에 작동을 지령하는 작동 사령부와, 상기 전압 변환기로의 상기 기동 허가 신호의 입력 라인에 구비되고, 상기 메인 콘택터의 오프로부터 온으로의 절환과 동기하여 오프로부터 온으로 절환되는 스위치를 구비한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도1 내지 도3은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전기 자동차용 전압 변환 회로를 설명하기 위한 것이다. 도1은 본 실시 형태에 있어서의 전기 자동차용 전압 변환 회로를 도시한 전기 회로이다. 또한, 도2는 본 실시 형태에 있어서의 프리차지 제어를 나타낸 흐름도이다. 또한, 도3은 본 실시 형태에 있어서의 프리차지 제어(돌입 전류 억제 처리)시의 콘덴서의 전압 상승을 나타낸 흐름도이다. 또한, 도1에 대해 도4의 종래 기술에 상당하는 것에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 전기 자동차용 전압 변환 회로에는 주행용 모터(109)와, 고압(예를 들어 500V)의 주행용 배터리(고압 배터리)(102)와, 콘덴서(105)를 갖는 인버터(104)와, DC/DC 컨버터(10l)(전압 변환기)와, 프리차지 회로를 포함하는 콘택터 회로(120)가 구비되어 있다.
주행용 모터(109)는 인버터(104)를 거쳐서 주행용 배터리(102)와 접속되어 있고, 차량 탑재 전장품용 배터리(103)는 인버터(104)와 병렬로 DC/DC 컨버터(101)를 거쳐서 주행용 배터리(102)와 접속되고, 차량 탑재 전장품용 배터리(103)는 각종 차량 탑재 전장품(110)에 접속되어 있다.
콘택터 회로(120)는 메인 콘택터(106)와, 메인 콘택터(106)를 바이패스하도록(즉, 병렬로) 프리차지 콘택터(107)와 레지스터(108)가 서로 직렬로 접속됨으로써(프리차지 회로) 구성되어 있고, 인버터(104)보다도 고압측[즉, 주행용 배터리(102)측]에 배치되어 있다. 또한, 인버터(104)의 입력 단부에는 콘덴서(105)가 설치되어 있다.
따라서, 콘택터 회로(120)에 있어서 프리차지 제어시에는 우선 프리차지 콘택터(107)가 온이 되어, 레지스터(108)의 전기 저항에 의해 과대한 돌입 전류를 억제하면서 콘덴서(105)가 서서히 충전된다. 그리고, 콘덴서(105)가 충분히 충전되어 주행용 배터리(102)의 전압과 콘덴서(105)의 전압의 차가 소정치 이하(본 실시예에서는 30V)가 되면 메인 콘택터(106)가 온이 되고, 프리차지 콘택터(107)가 오 프가 되도록 되어 있다.
또한, 메인 콘택터(106) 및 프리차지 콘택터(107)의 개폐의 제어는 주행용 배터리(102)에서 검지한 전압치 및 인버터(104)에서 검지한 전압치를 기초로 하여 도시하지 않은 전자 제어 장치에 의해 제어되도록 되어 있다.
또한, DC/DC 컨버터(101)에는 또한 제어 전원과, 전압 변환기 기동 허가 신호가 입력되도록 되어 있다. 그리고, 전압 변환기 기동 허가 신호가 입력되는 입력 라인에는 메인 콘택터(106)와 연동하는 기동 허가 스위치(111)가 개재 장착된다. 이 기동 허가 스위치(111)가 메인 콘택터(106)가 오프로부터 온으로 절환하는 것에 연동하여 오프로부터 온으로 절환됨으로써 전압 변환기 기동 허가 신호가 DC/DC 컨버터(101) 내의 컨버터 제어기(112)에 입력되도록 되어 있다. 컨버터 제어기(112)에는 전압 변환기 기동 허가 신호가 입력되고 또한 미리 설정된 작동 전압이 입력되면 DC/DC 컨버터(101)를 작동시키는 기능(작동 사령부)(113)이 구비되어 있다. 또한, 여기서는 DC/DC 컨버터(101)의 작동 전압은 480V로 설정하고 있다.
본 발명의 일실시 형태에 관한 전기 자동차용 전압 변환 회로는 이와 같이 구성되어 있으므로, 주행용 모터(109)의 기동시에는 예를 들어 도2의 흐름도에 나타낸 처리가 행해진다. 즉, 전기 자동차의 시동시 등에 주행용 모터(109)를 기동시키는 경우에는, 우선 단계 S01에서 프리차지 콘택터(107)가 온이 되어 타이머가 작동한다.
그리고, 단계 S02에 있어서 주행용 배터리(102)의 전압(Vb)과 인버터(104)[ 콘덴서(105)]의 전압(Vinv)의 차와, 미리 설정된 소정치(V0)(예를 들어 30V)가 비교된다. 그리고, 주행용 배터리(102)의 전압(Vb)과 인버터(104)의 전압(Vinv)의 차가 소정치(V0)보다도 큰 경우에는 단계 S04로 진행하여, 단계 S01에서 계측 개시한 타이머값(T)과 미리 설정된 소정 시간(T0)(예를 들어 5초)이 비교되고, 타이머값(T)이 T0보다도 작은 경우에는 단계 S02로 복귀된다.
그리고, 단계 S02에 있어서 주행용 배터리의 전압(Vb)과 인버터(104)의 전압(Vinv)의 차가 소정치(V0) 이하가 되면 단계 S03으로 진행하여, 메인 콘택터(106)가 온이 되고, 프리차지 콘택터(107)가 오프가 된다. 또한, 메인 콘택터(106)가 온이 되는 것에 연동하여 기동 허가 스위치(111)가 온이 되어 프리차지 제어를 종료한다.
한편, 단계 S04에 있어서 타이머값(T)이 소정 시간(T0) 이상이 되면 단계 S05로 진행하여 에러 표시를 행하고 프리차지 제어를 종료(중지)한다. 즉, 단계 S01에 있어서 프리차지 콘택터(107)가 온이 되면, 주행용 배터리(102)의 전력이 레지스터(108)를 경유하여 콘덴서(105)에 공급되고, 과대한 돌입 전류가 발생되는 일 없이 콘덴서(105)가 서서히 충전된다.
그리고, 단계 S02에 있어서 콘덴서(105)가 충분히 충전되고, 주행용 배터리(102)와 콘덴서(105)의 전위차가 충분히 작아졌다고(소정치 30V 이하) 판정되면, 단계 S03에 있어서 메인 콘택터(106)를 온으로 하고 프리차지 콘택터(107)를 오프로 한다.
또한, 기동 허가 스위치(111)는 메인 콘택터(106)의 온과 연동하여 온이 되 고, 전압 변환기 기동 허가 신호가 DC/DC 컨버터(101)에 입력된다. 이때, DC/DC 컨버터(101)에는 메인 콘택터(106)가 온이 됨으로써 작동 전압 이상의 전압이 인가되어 있고, 이에 덧붙여 기동 허가 스위치(111)가 온이 됨으로써 전압 변환기 기동 신호가 입력되게 된다.
이에 의해, DC/DC 컨버터(101)는 작동을 개시하여 주행용 배터리(102)의 전력이 DC/DC 컨버터(101)를 거쳐서 저전압으로 변환되고 차량 탑재 전장품용 배터리(103)에 축전되게 된다. 그리고, 차량 탑재 전장품용 배터리(103)로부터의 전력 공급에 의해 각종 차량 탑재 전장품(110)이 작동한다.
또한, 메인 콘택터(106)가 온이 되면, 주행용 배터리(102)의 직류 전력이 인버터(104)를 거쳐서 교류 전력으로 변환되어 주행용 모터(109)에 공급되고, 도시하지 않은 모터 제어기의 제어에 의해 주행용 모터(109)를 구동시킴으로써 주행용 모터(109)에 구동 연결된 도시하지 않은 구동륜이 회전 구동된다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 전기 자동차용 전압 변환 회로에서는, 도3에 도시한 바와 같이 주행용 배터리(102)의 충전율이 높고, 출력 전압이 규격 전압 범위의 상한치 근방에 있을 때에 돌입 전류 제어 처리를 행하는 경우, 가령 주행용 배터리(102)의 전압과 콘덴서(105)의 전압의 전압차가 소정치(V0)(30V) 이하가 되기 전에, 콘덴서(105)의 전압이 DC/DC 컨버터(101)의 작동 전압(480V)에 도달하였다고 해도 전압 변환기 기동 허가 수단(111)으로부터 전압 변환기 기동 신호가 발생되지 않으므로 DC/DC 컨버터(101)가 작동을 개시하는 일은 없다.
도3에 실선으로 나타낸 바와 같이, T1의 시점에 있어서 프리차지 콘택터 (107)가 온이 되면 콘덴서(105)가 서서히 충전되어 전압이 상승한다. 그리고, T2의 시점에 있어서 콘덴서(105)의 전압이 DC/DC 컨버터(101)의 작동 전압(480V)에 도달하지만 주행용 배터리(102)의 전압과 콘덴서(105)의 전압의 차가 소정치(30V)보다도 크기 때문에 이 시점에서 메인 콘택터(106) 및 기동 허가 스위치(111)가 온이 되는 일은 없으며, 당연히 DC/DC 컨버터(101)가 작동하는 일은 없다.
그리고, 또한 콘덴서(105)의 전압이 상승하고, T3의 시점에서 주행용 배터리(102)와의 전압의 차가 소정치(V0)(30V) 이하가 되면, 메인 콘택터(106)가 온이 되어 콘덴서(105)의 전압이 급상승하여 주행용 배터리(102)의 전압과 거의 같아진다. 또한, 메인 콘택터(106)가 온되는 것에 연동하여 기동 허가 스위치(111)가 온에 되어, DC/DC 컨버터(101)가 작동을 개시한다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 전기 자동차용 전압 변환 회로는 도3에 점선으로 나타낸 종래 기술과 같이, T2의 시점에서 DC/DC 컨버터(101)가 작동함으로써 T2 내지 T4의 기간에 주행용 배터리(102)의 전력이 DC/DC 컨버터(101)측으로 흘러 콘덴서(105)의 전압이 일시적으로 하강하거나, 전압 상승이 느려지는 등 콘덴서(105)의 전압 상승이 불안정해지는 일도 없다. 또한, T4의 시점이 되어도 콘덴서(105)의 전압이 충분히 상승하지 않아 제어의 타임 오버에 의해 주행용 모터(109)의 기동에 실패하는 등의 문제도 발생되는 일은 없다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 본 실시 형태에서는 프리차지 제어 완료의 조건으로서 주행용 배터리(102)와 콘덴서(105)의 전압차가 소정치 이하인 것으로 하고 있지만, 이 대신에 콘덴서(105)의 전압 상승율이 소정의 상승율 이하인 것을 프리차지 제어 완료의 조건으로 해도 좋다.
즉, 도3에 도시한 바와 같이 프리차지 제어시에 있어서, 콘덴서(105)의 전압 상승율은 전압의 상승과 함께 서서히 완만해진다. 그래서, 콘덴서(105)의 전압 상승이 소정의 전압 상승율 이하가 된 것을 검지하여, 프리차지 제어를 완료하도록 해도 본 실시 형태의 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도3에 2점 쇄선으로 나타낸 종래 기술과 같이 콘덴서(105)의 전압 상승이 불안정해지는 일이 없으므로 프리차지 제어의 완료를 오판정하는 일 없이 과대한 돌입 전류를 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 프리차지 제어의 완료 판정을 제어 개시로부터의 경과 시간만을 기초로 하여 판정하도록 해도 좋다. 이 경우, 본 실시 형태에 있어서 도2의 단계 S04 및 단계 S05에 나타낸 바와 같이, 프리차지 제어 개시로부터 소정 시간 경과해도 프리차지 완료 조건을 충족시키지 않는 경우에, 장치에 어떠한 이상의 가능성이 있다고 판단하여 프리차지 제어의 중지를 행할 수는 없지만, 간이한 구성으로 콘덴서(105)의 전압 상승을 판정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 전압 변환기 기동 허가 수단으로서 전자 제어 장치에 의해 제어되는 메인 콘택터(106)에 연동하는 기동 허가 스위치(111)를 이용하고 있지만, 메인 콘택터(106)의 개폐와 DC/DC 컨버터(101)의 작동은 전자 제어 장 치에 의해 각각 따로따로 제어하도록 하여, 소정의 프리차지 제어 완료 조건(전압차, 전압 상승율, 경과 시간 등)을 충족시킨 경우에 전자 제어 장치가 메인 콘택터(106)를 온으로 하는 동시에 기동 허가 스위치(111)를 온으로 하도록 해도 좋다.
본 발명은, 주행용 모터에 전력을 공급하는 고압 배터리와 차량 탑재의 설비에 전력을 공급하는 저압 배터리를 구비한 전기 자동차에 널리 적용할 수 있고, 물론 하이브리드 전기 자동차에도 적용할 수 있다.
따라서, 청구항 1에 기재된 본 발명의 전기 자동차용 전압 변환 회로에 따르면, 프리차지 회로에 의한 돌입 전류 억제 처리의 도중에 있어서, 콘덴서의 전압이 전압 변환기의 작동 전압에 도달하는 경우라도 전압 변환기 기동 허가 수단은 전압 변환기의 기동을 허가하지 않으므로 전압 변환기가 작동하는 일은 없다. 이로 인해, 전압 변환기에 전력을 빼앗기는 일 없이 콘덴서가 빠르게 충전되어 돌입 전류 억제 처리를 완료할 수 있다. 그리고, 제어의 타임 오버에 의한 기동의 실패를 회피하여 안정된 기동(프리차지 제어)을 행할 수 있다. 또한, 콘덴서의 전압 상승이 안정되므로, 경과 시간이나 전압 상승율에 의해 돌입 전류 억제 처리의 완료를 판정하는 경우에 있어서도 오판정을 하는 일 없이 과대한 돌입 전류의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 청구항 2에 기재된 본 발명의 전기 자동차용 전압 변환 회로에 따르면, 적절한 전기 저항에 의해 과대한 돌입 전류의 발생을 방지하면서 콘덴서의 충전을 행하기 때문에 간단한 구성으로 돌입 전류 억제 처리를 행할 수 있다.
또한, 청구항 3에 기재된 본 발명의 전기 자동차용 전압 변환 회로에 따르면, 전압 변환기 기동 수단으로서 전압 변환기로의 기동 허가 신호의 입력 라인에 메인 콘택터와 동기하는 스위치를 설치한다고 하는 간단한 구성으로 돌입 전류 억제 처리 중에 전압 변환기가 작동하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전기 자동차에 탑재된 주행용 모터에 전력을 공급하는 고압 배터리와,
    상기 고압 배터리와 상기 주행용 모터 사이에 개재 장착되고, 콘덴서를 갖고, 상기 고압 배터리로부터 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 상기 주행용 모터에 공급하는 인버터와,
    상기 인버터와 병렬로 상기 고압 배터리에 접속되고, 상기 고압 배터리의 전압을 저전압으로 변환하여 출력하는 전압 변환기와,
    상기 고압 배터리와 상기 인버터 사이에 개재 장착되고, 상기 고압 배터리의 전력을 상기 주행용 모터에 대해 공급 개시할 때에는, 상기 인버터로의 돌입 전류의 억제 처리를 행하는 콘택터 회로와,
    상기 콘택터 회로에 의해 상기 억제 처리의 종료를 검지하면 상기 전압 변환기의 기동을 허가하는 전압 변환기 기동 허가 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전압 변환 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 콘택터 회로는,
    메인 콘택터와,
    상기 메인 콘택터와 병렬로 배치되고, 프리차지 콘택터 및 상기 프리차지 콘택터와 직렬로 배치된 전기 저항으로 이루어지는 상기 프리차지 회로에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전압 변환 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압 변환기의 작동을 제어하는 변환기 제어 수단을 구비하고,
    상기 전압 변환기 기동 허가 수단은,
    상기 변환기 제어 수단에 구비되며 기동 허가 신호가 입력되고 미리 설정된 작동 전압이 입력되면 상기 전압 변환기에 작동을 지령하는 작동 사령부와,
    상기 전압 변환기로의 상기 기동 허가 신호의 입력 라인에 구비되어 상기 메인 콘택터의 오프로부터 온으로의 절환과 동기하여 오프로부터 온으로 절환되는 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전압 변환 회로.
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