KR101997347B1 - 자동차 - Google Patents

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KR101997347B1
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다카시 노자와
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

자동차(2; 2a)는, 시스템 메인 릴레이(4)와, 제1 전압 컨버터(11; 110)와, 제2 전압 컨버터(12)와, 제3 전력선(23)에 설치되고, 상기 제1 보조 기기(8, 29)로부터 상기 보조 기기 배터리(7)에의 전류 역류를 방지하는 상기 제1 다이오드(9a)와, 제2 전력선(22)에 설치되고, 상기 제1 보조 기기(8, 29)로부터 상기 제2 전압 컨버터(12)에의 전류 역류를 방지하는 제2 다이오드(9b)를 포함한다. 그 때문에, 상기 자동차(2; 2a)는, 보조 기기 배터리(7)가 단락을 일으키더라도 제1 다이오드(9a)가 전류 역류를 방지함과 함께, 제2 전압 컨버터(12)에 의하여 제1 보조 기기(8, 29)에의 전력 공급을 계속할 수 있다.

Description

자동차{VEHICLE}
본 발명은 자동차를 개시한다. 본 발명에 있어서의 자동차는, 모터와 엔진의 양쪽을 구비하는 하이브리드 차, 및 모터용의 주 전원으로서 연료 전지를 구비하는 자동차를 포함한다.
전기 자동차는 메인 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 주행한다. 일본 특허 공개 제2010-078093호, 일본 특허 공개 제2013-099134호, 일본 특허 공개 제2016-101057호에 전기 자동차의 일례가 개시되어 있다. 하이브리드 차의 경우에는 모터와 엔진 중 적어도 한쪽의 구동 토크로 주행한다. 전기 자동차는, 메인 배터리의 출력 전압(즉, 주행용의 모터의 구동 전력)보다도 낮은 전압으로 동작하는 다양한 저전압 기기 군을 구비하고 있다. 그러한 저전압 기기 군은 보조 기기라 총칭된다. 전기 자동차는 메인 배터리에 추가하여 보조 기기 배터리를 구비하고 있으며, 보조 기기 배터리는 그 출력 전압이 보조 기기의 구동 전압과 동등하다. 전기 자동차는 또한, 메인 배터리의 전압을 강압하여 보조 기기 배터리에 공급하는 전압 컨버터를 구비하고 있다.
보조 기기는, 자동차의 구동계에 관여하는 중요한 기기와, 구동계에 관여하지 않는 기기로 분류할 수 있다. 중요한 기기란, 예를 들어 시프트바이와이어 장치 등이며, 구동계에 관여하지 않는 기기란, 예를 들어 오디오 기기 등이다. 보조 기기 배터리가 고장 난 때, 구동계에 관여하는 중요한 기기에의 전력 공급이 끊기지 않도록, 전기 자동차는 보조 기기 배터리의 백업 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 일본 특허 공개 제2010-078093호의 전기 자동차에서는, 보조 기기 배터리가 고장 난 때, 전압 컨버터에서 메인 배터리의 전압을 강압하여 중요한 보조 기기에 공급한다. 즉, 메인 배터리와 전압 컨버터가 중요한 보조 기기에의 전력 백업 수단으로서 기능한다. 일본 특허 공개 제2013-099134호의 전기 자동차는 리튬 이온 전지나 커패시터 등의 2차 전지를 백업 전원으로서 구비한다.
일반적으로 전기 자동차는 메인 배터리와 전력 변환기 사이에 시스템 메인 릴레이를 구비하고 있다. 전력 변환기는 메인 배터리의 출력 전력을 모터의 구동 전력으로 변환한다. 시스템 메인 릴레이는 메인 배터리와 전력 변환기를 전기적으로 접속하거나 차단하거나 한다. 차량의 메인 스위치가 오프되어 있는 동안, 시스템 메인 릴레이는 메인 배터리와 전력 변환기를 차단한다. 차량의 메인 스위치가 온되면, 시스템 메인 릴레이가 메인 배터리와 전력 변환기를 접속하여 차량은 주행할 수 있게 된다. 일본 특허 공개 제2016-101057호의 전기 자동차는, 메인 배터리의 출력 전압을 보조 기기 배터리의 전압으로 강압하는 2개의 전압 컨버터를 구비하고 있다. 제1 전압 컨버터는 시스템 메인 릴레이를 통하여 보조 기기 배터리와 접속되어 있고, 제2 전압 컨버터는 시스템 메인 릴레이를 통하지 않고 보조 기기 배터리와 접속되어 있다. 제1 전압 컨버터가 사용 불능인 경우, 제2 전압 컨버터를 사용하여 보조 기기 배터리를 충전한다. 제2 전압 컨버터가 사용 불능인 경우, 제1 전압 컨버터를 사용하여 보조 기기 배터리를 충전한다. 제2 전압 컨버터가 보조 기기용 전력의 백업 수단에 상당한다.
그런데 상기 일본 특허 공개 제2010-078093호, 일본 특허 공개 제2013-099134호, 일본 특허 공개 제2016-101057호의 기술에서는, 고장 난 보조 기기 배터리가 보조 기기로부터 차단되면 되지만, 보조 기기 배터리가 단락되면, 중요한 보조 기기의 전력 입력 단자가 0볼트로 유지되게 되어, 보조 기기용 전력의 백업 수단으로부터 전력을 공급할 수 없게 된다.
본 발명은, 보조 기기 배터리가 단락된 때도 중요한 보조 기기에는 전력 공급을 계속한다.
본 발명의 양태는 자동차이다. 상기 자동차는, 상기 자동차의 주행을 위한 모터와, 주 전원과, 전력 변환기와, 시스템 메인 릴레이와, 제1 보조 기기와, 보조 기기 배터리와, 제1 전압 컨버터와, 제2 전압 컨버터와, 제1 전력선과, 제2 전력선과, 제3 전력선과, 제1 다이오드와, 제2 다이오드를 포함한다. 상기 주 전원은 상기 모터에 공급하는 전력을 축적하도록 구성된다. 상기 전력 변환기는 상기 주 전원의 전력을 상기 모터의 구동 전력으로 변환하도록 구성된다. 시스템 메인 릴레이는 상기 주 전원과 상기 전력 변환기를 접속 및 차단하도록 구성된다. 상기 제1 보조 기기는 상기 주 전원의 출력 전압보다도 낮은 전력으로 동작하도록 구성된다. 상기 보조 기기 배터리는 출력 전압이 상기 제1 보조 기기의 구동 전압과 동등하도록 구성된다. 상기 제1 전압 컨버터는 상기 시스템 메인 릴레이를 통하여 상기 주 전원에 접속된다. 상기 제1 전압 컨버터는 상기 주 전원의 출력 전압을 상기 제1 보조 기기의 구동 전압으로 강압하도록 구성된다. 상기 제2 전압 컨버터는 상기 시스템 메인 릴레이를 통하지 않고 상기 주 전원에 접속된다. 상기 제2 전압 컨버터는 상기 주 전원의 출력 전압을 상기 제1 보조 기기의 구동 전압으로 강압하도록 구성된다. 상기 제1 전력선은 상기 제1 전압 컨버터의 출력 단자와 상기 보조 기기 배터리를 접속한다. 제2 전력선은 상기 제2 전압 컨버터의 출력 단자와 상기 제1 보조 기기를 접속한다. 상기 제3 전력선은 상기 보조 기기 배터리와 상기 제1 보조 기기를 접속한다. 상기 제1 다이오드는 상기 제3 전력선에 설치된다. 상기 제1 다이오드는, 애노드측이 상기 보조 기기 배터리에 접속되고 캐소드측이 상기 제1 보조 기기에 접속된다. 상기 제2 다이오드는 상기 제2 전력선에 설치된다. 상기 제2 다이오드는, 애노드측이 상기 제2 전압 컨버터에 접속되고 캐소드측이 상기 제1 보조 기기에 접속된다.
상기 구성에 의하면, 보조 기기 배터리가 단락을 일으키더라도 제1 다이오드가 전류 역류를 방지함과 함께, 제2 전압 컨버터에 의하여 제1 보조 기기에의 전력 공급을 계속할 수 있다. 메인 배터리와 제2 전압 컨버터가 보조 기기 배터리의 백업 수단에 상당한다. 또한 상기 구성에 의하면, 제2 전압 컨버터의 출력 단자가 단락되더라도 보조 기기 배터리와 제1 전압 컨버터에 의하여 제1 보조 기기에의 전력 공급을 계속할 수 있다.
상기 자동차는 또한, 제4 전력선과 제1 스위치와 단락 검지기와 전자 제어 유닛을 포함해도 된다. 상기 제4 전력선은 상기 제1 다이오드의 애노드측과 상기 제2 다이오드의 애노드측을 접속해도 된다. 상기 제1 스위치는 상기 제4 전력선에 설치되어도 된다. 상기 제1 스위치는 상기 제1 다이오드의 애노드측과 상기 제2 다이오드의 애노드측을 차단하도록 구성되어도 된다. 상기 단락 검지기는 상기 보조 기기 배터리의 단락을 검지하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 단락 검지기가 상기 보조 기기 배터리의 단락을 검지한 때, 상기 제1 다이오드의 애노드측과 상기 제2 다이오드의 애노드측을 차단하기 위하여 상기 제1 스위치를 개방하도록 구성되어도 된다. 상기 구성에 의하면, 제4 전력선을 구비함으로써 제1 전압 컨버터와 제2 전압 컨버터의 양쪽에서 보조 기기 배터리를 충전할 수 있다. 그리고 보조 기기 배터리의 단락이 검지된 때는, 스위치를 오프함으로써 제2 전압 컨버터로부터 제1 보조 기기에의 전력 공급을 계속할 수 있다.
상기 자동차에 있어서, 바이패스 전력선을 더 포함해도 된다. 상기 바이패스 전력선은 상기 전자 제어 유닛과 상기 커패시터의 고전위 단자를 접속해도 된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 주 전원의 출력 전압보다도 낮은 전력으로 동작하도록 구성되어도 된다. 상기 제1 전압 컨버터는 커패시터와 제3 다이오드를 포함해도 된다. 상기 커패시터는 저전위 단자가 접지에 접속되어도 된다. 상기 제3 다이오드는, 애노드측이 상기 제1 전압 컨버터의 출력 단자에 접속되어 있고, 캐소드측이 상기 커패시터의 고전위 단자에 접속되어도 된다. 상기 구성에 의하면, 커패시터는 제1 전압 컨버터의 출력에 의하여 충전된다. 보조 기기 배터리가 단락되면 제1 전압 컨버터의 출력 단자의 전압이 0으로 되지만, 제3 다이오드에 의하여 커패시터의 전력은 유지된다. 그 커패시터의 전력이 전자 제어 유닛에 공급된다. 보조 기기 배터리가 단락된 그 순간에도 전자 제어 유닛은 전력 공급을 계속해서 받을 수 있다. 또한 전자 제어 유닛도 전술한 자동차의 구동계에 관여하는 중요한 보조 기기여도 된다.
상기 자동차는 또한, 비중요 보조 기기와 제2 스위치를 포함해도 된다. 상기 비중요 보조 기기는 상기 제3 전력선에 접속되어도 된다. 상기 비중요 보조 기기는 상기 자동차의 구동계에 관여하지 않도록 구성되어도 된다. 상기 제2 스위치는 상기 비중요 보조 기기를 상기 제3 전력선으로부터 차단하도록 구성되어도 된다. 상기 구성에 의하면, 제1 전압 컨버터와 제2 전압 컨버터 중 한쪽에서 이상이 발생하여 다른 쪽이 백업 전원으로서 기능하고 있을 때, 제2 스위치에 의하여 비중요 보조 기기를 제3 전력선으로부터 차단한다. 그렇게 함으로써, 백업 전원으로 주행하고 있는 동안, 여분의 전력 소비를 억제할 수 있다. 또는, 어떠한 이상으로 제1 전압 컨버터와 제2 전압 컨버터의 출력을 낮추고자 할 때, 비중요 보조 기기를 제3 전력선으로부터 차단함으로써 보조 기기계의 총 소비 전력을 낮출 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 제1 실시예의 자동차의 전력계의 블록도이다.
도 2는 제2 실시예의 자동차의 전력계의 블록도이다.
도 3은 제2 실시예의 제1 전압 컨버터의 회로 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 시스템 컨트롤러가 실행하는 처리의 흐름도이다.
도 1을 참조하여 제1 실시예의 자동차를 설명한다. 제1 실시예의 자동차는, 주행용의 구동 토크를 발생시키는 모터(6)와 엔진(91)을 구비하고 있는 하이브리드 차(2)이다. 모터(6)의 출력축과 엔진(91)의 출력축은 트랜스미션(92)에 접속되어 있다. 모터(6)의 구동 토크와 엔진(91)의 구동 토크는 트랜스미션(92)에 의하여 합성되어 차축(93)에 전달된다. 트랜스미션(92)은 엔진(91)의 구동 토크를 모터(6)와 차축(93)에 분배하는 경우가 있다. 그 경우, 하이브리드 차(2)는, 엔진(91)의 구동 토크의 일부로 주행하면서 구동 토크의 잔부로 모터(6)를 역구동하여 발전한다. 발전으로 얻은 전력은 후술하는 메인 배터리(3)에 축적된다. 운전자가 브레이크를 밟은 때, 모터(6)는 차량의 운동 에너지를 이용하여 발전한다.
모터(6)는 메인 배터리(3)의 전력으로 구동된다. 메인 배터리(3)의 출력 전압은, 예를 들어 300볼트이다. 모터(6)는 3상 교류 전동기이며, 그 구동 전압은, 예를 들어 600볼트이다. 전력 변환기(5)가 메인 배터리(3)의 직류 전력의 전압을 승압한 후, 모터(6)의 구동에 적합한 교류 전력으로 변환한다. 모터(6)가 발전할 때는, 전력 변환기(5)는 모터(6)로부터 출력되는 교류 전력을 직류로 변환한 후, 메인 배터리(3)의 출력 전압까지 강압한다.
메인 배터리(3)와 전력 변환기(5)는 주 전력선(28)으로 접속되어 있다. 주 전력선(28)의 도중에 시스템 메인 릴레이(4)가 접속되어 있다. 시스템 메인 릴레이(4)는, 차량의 메인 스위치가 온되면, 도시되지 않은 시스템 컨트롤러에 의하여 폐쇄되어, 메인 배터리(3)와 전력 변환기(5)가 전기적으로 접속된다. 또한 릴레이를 폐쇄한다(스위치를 폐쇄한다)는 것은 릴레이의 양 단자(스위치의 양 단자)를 전기적으로 접속하는 것을 의미한다. 릴레이를 폐쇄한다(스위치를 폐쇄한다)는 표현은 릴레이를 온한다(스위치를 온한다)고 표현해도 된다. 반대로, 릴레이를 개방한다(스위치를 개방한다)는 것은 릴레이의 양 단자(스위치의 양 단자)를 전기적으로 차단하는 것을 의미한다. 릴레이를 개방한다(스위치를 개방함)는 표현은 릴레이를 오프한다(스위치를 오프한다)고 표현해도 된다.
시스템 컨트롤러는 후술하는 보조 기기 배터리로부터 전력 공급을 받고 있으며, 시스템 메인 릴레이(4)가 개방되어 있어도 동작할 수 있다. 차량의 메인 스위치가 오프되면, 시스템 컨트롤러가 시스템 메인 릴레이(4)를 개방하여 메인 배터리(3)와 전력 변환기(5)를 전기적으로 차단한다.
하이브리드 차(2)는, 메인 배터리(3)의 출력 전압으로 동작하는 모터(6) 외에, 메인 배터리(3)의 출력 전압보다도 낮은 전압으로 동작하는 보조 기기 군을 구비하고 있다. 보조 기기 군은 차량의 주행에 관여하는 중요한 디바이스이며, 주행 중에는 정지하지 않을 것이 요구되는 중요 보조 기기와, 차량의 주행에는 관여하지 않는 비중요 보조 기기의 2타입으로 나눌 수 있다. 중요 보조 기기의 예는 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)이다. 비중요 보조 기기의 예는 오디오 장치(31)이다. 도시는 생략하지만, 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29) 외에도 수 개의 중요 보조 기기가 접속되어 있음과 함께, 오디오 장치(31) 외에도 다양한 비중요 보조 기기가 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)가 중요 보조 기기의 대표이고, 오디오 장치(31)가 비중요 보조 기기의 대표이다.
하이브리드 차(2)는 또한, 보조 기기 배터리(7), 제1 전압 컨버터(11), 제2 전압 컨버터(12), 제1 다이오드(9a), 제2 다이오드(9b)를 구비하고 있다.
제1 전압 컨버터(11) 및 제2 전압 컨버터(12)는 메인 배터리(3)의 출력 전압을 보조 기기의 구동 전압까지 강압하는 강압 컨버터이다. 제1 전압 컨버터(11)는, 그 입력 단자(11a)가 시스템 메인 릴레이(4)를 통하여 메인 배터리(3)와 접속되어 있다. 제1 전압 컨버터(11)의 출력 단자(11b)는 제1 전력선(21)에 의하여 보조 기기 배터리(7)의 정극과 접속되어 있다. 또한 보조 기기 배터리(7)의 부극은 접지 G에 접속되어 있다. 시프트바이와이어 장치(8), 시스템 컨트롤러(29), 오디오 장치(31), 보조 기기 배터리(7)의 부극은 접지 G를 통하여 도통한다. 접지 G는 차량의 도전성의 보디이다.
제2 전압 컨버터(12)는, 그 입력 단자(12a)가 시스템 메인 릴레이(4)를 통하지 않고 메인 배터리(3)와 접속되어 있다. 제2 전압 컨버터(12)의 출력 단자(12b)는 제2 전력선(22)에 의하여 시프트바이와이어 장치(8)의 전력 입력 단자(8a)와 시스템 컨트롤러(29)의 전력 입력 단자(29a)에 접속되어 있다. 시프트바이와이어 장치(8)의 전력 입력 단자(8a)와 시스템 컨트롤러(29)의 전력 입력 단자(29a)는 제3 전력선(23)을 통하여 보조 기기 배터리(7)의 정극과 접속되어 있다. 보조 기기 배터리(7)에는 제3 전력선(23)을 통하여 오디오 장치(31)도 접속되어 있다.
보조 기기 배터리(7)는 시프트바이와이어 장치(8), 시스템 컨트롤러(29), 오디오 장치(31) 등의 보조 기기 군에 전력을 공급하기 위한 배터리이며, 그 출력 전압은, 예를 들어 12볼트이다. 보조 기기 배터리(7)의 출력 전압은 시프트바이와이어 장치(8), 시스템 컨트롤러(29), 오디오 장치(31)의 구동 전압과 동등하다.
제3 전력선(23)에는 제1 다이오드(9a)가 접속되어 있다. 제1 다이오드(9a)의 애노드가 보조 기기 배터리(7)측에 접속되어 있고, 캐소드가 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)측에 접속되어 있다. 제1 다이오드(9a)는, 시프트바이와이어 장치(8) 또는 시스템 컨트롤러(29)로부터 보조 기기 배터리(7)에의 전류 역류를 방지하기 위하여 구비되어 있다. 제2 전력선(22)에는 제2 다이오드(9b)가 접속되어 있다. 제2 다이오드(9b)의 애노드가 제2 전압 컨버터(12)에 접속되어 있고, 캐소드가 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)에 접속되어 있다. 제2 다이오드(9b)는, 시프트바이와이어 장치(8) 또는 시스템 컨트롤러(29)로부터 제2 전압 컨버터(12)에의 전류 역류를 방지하기 위하여 구비되어 있다.
시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)는, 하이브리드 차(2)를 구동하는 것에 필요한 디바이스(구동계에 관여하는 디바이스)이며, 보조 기기 배터리(7)가 단락되더라도 동작을 계속할 수 있는 것이 바람직하다. 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)는, 보조 기기 배터리(7)로부터 전력 공급을 받는 것에 추가하여, 제2 전압 컨버터(12)를 통하여 메인 배터리(3)로부터 직접 전력 공급을 받을 수 있다. 그리고 보조 기기 배터리(7)의 정극과 보조 기기{시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)}의 전력 입력 단자(8a, 29a)를 접속하고 있는 제3 전력선(23)에 전류 역류 방지용의 제1 다이오드(9a)가 구비되어 있다. 그 때문에, 보조 기기 배터리(7)가 단락되더라도 시프트바이와이어 장치(8) 및 시스템 컨트롤러(29)로부터 보조 기기 배터리(7)로 전류가 역류하는 일이 없어, 시프트바이와이어 장치(8) 및 시스템 컨트롤러(29)는 메인 배터리(3)로부터 전력 공급을 받아 동작을 계속할 수 있다.
제2 전압 컨버터(12)의 출력 단자(12b)와 보조 기기{시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)}의 전력 입력 단자(8a, 29a)를 접속하고 있는 제2 전력선(22)에도 전류 역류 방지용의 제2 다이오드(9b)가 구비되어 있다. 제2 전압 컨버터(12)의 출력 단자(12b)가 단락되더라도 시프트바이와이어 장치(8) 또는 시스템 컨트롤러(29)로부터 제2 전압 컨버터(12)에 전류가 역류하는 일이 없어, 시프트바이와이어 장치(8) 및 시스템 컨트롤러(29)는 보조 기기 배터리(7)로부터 전력 공급을 받아 동작을 계속할 수 있다.
또한 시스템 컨트롤러(29)는, 시스템 메인 릴레이(4)보다도 메인 배터리(3)측에서 단락이 발생한 경우, 시스템 메인 릴레이(4)를 개방하여 제1 전압 컨버터(11)와 전력 변환기(5)를 메인 배터리(3)로부터 차단한다. 그 경우, 하이브리드 차(2)는 전력 변환기(5)와 제1 전압 컨버터(11)를 사용하여, 회생 전력{모터(6)의 발전으로 얻어지는 전력}으로 보조 기기 배터리(7)를 충전할 수 있다. 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)는 보조 기기 배터리(7)로부터 전력 공급을 받아 동작을 계속할 수 있다. 또한 시스템 컨트롤러(29)는, 시스템 메인 릴레이(4)보다도 전력 변환기(5)측에서 단락이 발생한 경우에도, 시스템 메인 릴레이(4)를 개방하여 메인 배터리(3)를 전력 변환기(5)와 제1 전압 컨버터(11)로부터 차단한다. 이 경우에는, 제2 전압 컨버터(12)가 메인 배터리(3)의 출력 전력을 강압하여 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)에 공급할 수 있다. 또한 시스템 컨트롤러(29)는 커패시터를 백업 전원으로서 구비하고 있어, 일시적으로 전력 공급이 정지하더라도 동작을 계속할 수 있게 되어 있다.
또한 제1 전압 컨버터(11)의 입력 단자(11a)측 또는 출력 단자(11b)측이 단락된 경우에도, 시스템 컨트롤러(29)는 제1 전압 컨버터에 명령을 계속해서 보내도 된다. 제1 전압 컨버터(11)의 입력 단자(11a) 또는 출력 단자(11b)가 단락된 경우에는, 제1 전압 컨버터(11)는 명령을 받아도 실질적으로 동작하지 않기 때문이다. 마찬가지로, 제2 전압 컨버터(12)의 입력 단자(12a)측 또는 출력 단자(12b)측이 단락된 경우에도, 시스템 컨트롤러(29)는 제2 전압 컨버터(12)에 명령을 계속해서 보내도 된다. 이 경우에도, 제2 전압 컨버터(12)는 명령을 받아도 실질적으로 동작하지 않기 때문이다.
계속해서, 도 2를 참조하여 제2 실시예의 자동차를 설명한다. 제2 실시예의 자동차는 하이브리드 차(2a)이다. 하이브리드 차(2a)는 도 1의 하이브리드 차(2)의 구성에 추가하여 제4 전력선(24), 바이패스 전력선(25), 제1 스위치(32), 제2 스위치(33), 제4 다이오드(9d)를 구비한다. 또한 제3 다이오드(9c)는 제1 전압 컨버터(110) 내에 구비되어 있으며, 나중에 설명한다. 또한 하이브리드 차(2a)의 제1 전압 컨버터(110)는 제1 실시예의 하이브리드 차(2)의 제1 전압 컨버터(11)와 달리 제2 출력 단자(11c)를 구비하고 있다. 또한 도 2에서는, 시스템 컨트롤러(30)가 제3 전력선(23)과 바이패스 전력선(25)에 접속되어 있다. 도 2에서는, 파선 화살표는 신호선을 나타내고 있다. 실선은 전력선을 나타내고 있다. 도 2의 SMR은 시스템 메인 릴레이를 의미한다. 또한 도 1에서 설명한 부품에 대해서는 여기서는 설명을 생략한다.
제1 전압 컨버터(110)는 2개의 출력 단자{제1 출력 단자(11b)와 제2 출력 단자(11c)}를 구비한다. 제1 출력 단자(11b)는 도 1에서 도시한 제1 전압 컨버터(11)의 출력 단자(11b)와 동일하다. 제1 전압 컨버터(110)는, 입력 단자(11a)에 인가되는 전압을 보조 기기 배터리(7)의 출력 전압까지 강압하여 제1 출력 단자(11b)와 제2 출력 단자(11c)에 출력한다. 제2 출력 단자(11c)는, 제1 전압 컨버터(110) 내에서 전력을 변환하는 변환 주 회로와의 사이에 다이오드{제3 다이오드(9c)}가 구비되어 있는 점이 제1 출력 단자(11b)와 상이하다. 이 점에 대해서는 나중에 도 3을 참조하여 설명한다.
시스템 컨트롤러(30)는 제3 전력선(23)을 통하여 보조 기기 배터리(7)로부터 전력 공급을 받음과 함께, 바이패스 전력선(25)을 통하여 제1 전압 컨버터(110)로부터도 전력 공급을 받는다. 제3 전력선(23)에는, 시스템 컨트롤러(30)로부터 보조 기기 배터리(7)에의 전류 역류를 방지하는 제4 다이오드(9d)가 접속되어 있다. 또한 시스템 컨트롤러(30)와 제1 전압 컨버터(110)의 제2 출력 단자(11c)는 바이패스 전력선(25)으로 접속되어 있다. 시스템 컨트롤러(30)는 상술한 바와 같이 시스템 메인 릴레이(4)를 제어한다. 시스템 컨트롤러(30)는 제1 스위치(32)와 제2 스위치(33)도 제어한다.
제1 스위치(32)는, 제1 다이오드(9a)의 애노드측과 제2 다이오드(9b)의 애노드측을 접속하는 제4 전력선(24)에 구비되어 있다. 제1 스위치(32)는 제1 다이오드(9a)의 애노드측과 제2 다이오드(9b)의 애노드측을 전기적으로 차단할 수 있다. 제2 스위치(33)는 제3 전력선(23)과 오디오 장치(31) 사이에 접속되어 있다. 제2 스위치(33)는 오디오 장치(31)를 제3 전력선(23)으로부터 전기적으로 차단할 수 있다.
시스템 컨트롤러(30)는, 제1 전력선(21){보조 기기 배터리(7)}과 제2 전력선(22) 중 어느 곳에서도 단락이 발생하고 있지 않은 동안에는 제1 스위치(32)를 폐쇄한다. 제1 스위치(32)를 폐쇄함으로써, 제1 전압 컨버터(110)에 추가하여 제2 전압 컨버터(12)를 통하여 보조 기기 배터리(7)를 충전하는 것이 가능해진다. 이것에 의하여, 보조 기기 배터리(7)를 충전할 때의 제1 전압 컨버터(110)의 부하가 경감된다.
시스템 컨트롤러(30)는, 제1 전력선(21){보조 기기 배터리(7)}이 단락되면, 제1 스위치(32)를 개방하여 제2 전압 컨버터(12)를 보조 기기 배터리(7)로부터 차단한다. 그렇게 함으로써 제2 전압 컨버터(12)를 통하여 시프트바이와이어 장치(8)에의 전력 공급을 계속할 수 있다. 즉, 보조 기기 배터리(7)가 단락된 때도 시프트바이와이어 장치(8)는 동작을 계속할 수 있다. 제1 전력선(21)이 단락되더라도 역류 방지용의 제1 다이오드(9a)에 의하여 시프트바이와이어 장치(8)로부터 보조 기기 배터리(7)에의 전류 역류가 방지된다.
또한 시스템 컨트롤러(30)도 제3 전력선(23)을 통하여 보조 기기 배터리(7)와 접속되어 있다. 그러나 제3 전력선(23)에는 역류 방지용의 제4 다이오드(9d)가 구비되어 있으므로, 보조 기기 배터리(7)가 단락된 때 시스템 컨트롤러(30)로부터 보조 기기 배터리(7)측으로 전류가 흐르는 일은 없다. 시스템 컨트롤러(30)는, 보조 기기 배터리(7)가 단락된 때는, 바이패스 전력선(25)을 통하여 제1 전압 컨버터(110)로부터 전력 공급을 받아 동작을 계속할 수 있다.
시스템 컨트롤러(30)는, 오디오 장치(31)에서 단락이 발생한 때는, 제2 스위치(33)를 개방하여 오디오 장치(31)를 보조 기기 배터리(7)로부터 차단한다. 그렇게 함으로써 보조 기기 배터리(7)의 단락을 방지하여, 보조 기기 배터리(7)로부터 다른 보조 기기{시스템 컨트롤러(30)나 시프트바이와이어 장치(8)}에의 전력 공급을 계속한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 제1 전압 컨버터(110)의 회로 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 제1 전압 컨버터(110)의 회로 구성을 도시하는 도면이다. 제1 전압 컨버터(110)는, 파워 트랜지스터를 포함하는 변환 주 회로(112)와, 변환 주 회로(112)의 파워 트랜지스터를 제어하는 제어 회로(113)와, 제3 다이오드(9c)와 커패시터(115)를 구비하고 있다. 변환 주 회로(112)는, 입력 단자(11a)로부터 입력되는 메인 배터리(3)의 전력 전압을 강압하여 제1 출력 단자(11b)와 제2 출력 단자(11c)에 출력한다. 또한 변환 주 회로(112)의 출력 부극은 접지 G에 접속된다. 변환 주 회로(112)의 정극 출력 단자(112a)와 제2 출력 단자(11c) 사이에는 제3 다이오드(9c)가 접속되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 전압 컨버터(110)의 제1 출력 단자(11b)에는 제1 전력선(21)을 통하여 보조 기기 배터리(7)가 접속되어 있고, 제2 출력 단자(11c)에는 바이패스 전력선(25)을 통하여 시스템 컨트롤러(30)가 접속되어 있다. 보조 기기 배터리(7)가 단락되면 제1 전압 컨버터(110)의 제1 출력 단자(11b)도 단락 상태로 된다. 제3 다이오드(9c)는, 변환 주 회로(112)의 정극 출력 단자(112a)로부터 제2 출력 단자(11c)를 향하여 전류는 통과시키지만 역방향의 전류는 차단한다. 제3 다이오드(9c)는, 제1 출력 단자(11b)가 단락된 때, 시스템 컨트롤러(30)로부터 바이패스 전력선(25)과 제1 전력선(21)을 통하여 보조 기기 배터리(7)로 전류가 역류하는 것을 방지한다.
역류 방지용의 제3 다이오드(9c)의 캐소드측에는 커패시터(115)의 고전위 단자와 제어 회로(113)가 접속되어 있다. 커패시터(115)의 저전위 단자는 접지에 접속되어 있다. 또한 도시는 생략하고 있지만, 제어 회로(113)는 제3 전력선(23)을 통하여 보조 기기 배터리(7)로부터도 전력 공급을 받고 있다. 제3 전력선(23)이 단락되기 전에는, 제어 회로(113)는 제3 전력선(23)을 통하여 보조 기기 배터리(7)로부터 전력 공급을 받아 동작한다. 이때, 커패시터(115)가 충전된다. 제어 회로(113)와 제3 전력선(23) 사이에도, 제어 회로(113)로부터 제3 전력선(23)에의 전류 역류를 방지하는 별개의 다이오드가 접속되어 있다. 그 때문에, 보조 기기 배터리(7)가 단락된 때, 제어 회로(113)로부터 제3 전력선(23)을 통하여 보조 기기 배터리(7)로 전류가 역류하는 일은 없다.
커패시터(115)의 고전위 단자는 제3 다이오드(9c)의 캐소드측에 접속되어 있다. 그 때문에, 제1 출력 단자(11b)가 단락 상태일 때도 커패시터(115)로부터 제1 출력 단자(11b)측으로 전류가 역류하는 일은 없다. 보조 기기 배터리(7)가 단락되기 전에 커패시터(115)에는 전력이 축적된다. 예를 들어 오디오 장치(31)가 단락되면, 제3 전력선(23)이 단락되고 보조 기기 배터리 7도 단락되어 제1 출력 단자(11b){및 변환 주 회로(112)의 정극 출력 단자(112a)}의 전압이 0볼트로 낮아진다. 이때, 제3 다이오드(9c)에 의하여 커패시터(115)로부터 제1 출력 단자(11b)측으로 전류가 역류하는 일은 없다. 그리고 커패시터(115)로부터 제어 회로(113)에 전력이 공급된다. 또한 제2 출력 단자(11c)에는 바이패스 전력선(25)을 통하여 시스템 컨트롤러(30)가 접속되어 있다. 오디오 장치(31){제3 전력선(23)}가 단락되어 제1 출력 단자(11b){및 변환 주 회로(112)의 정극 출력 단자(112a)}의 전압이 0볼트로 낮아진 때, 커패시터(115)로부터 시스템 컨트롤러(30)에 전력이 공급된다. 오디오 장치(31){제3 전력선(23)}가 단락되더라도 시스템 컨트롤러(30)가 동작을 계속할 수 있다. 제3 다이오드(9c)와 커패시터(115)의 접속 관계를 정리하면 이하와 같다. 제1 전압 컨버터(110)는 커패시터(115)와 제3 다이오드(9c)를 구비하고 있다. 제3 다이오드(9c)의 애노드는 정극 출력 단자(112a){즉, 제1 전압 컨버터(110)의 출력 단자(11b)}에 접속되어 있다. 제3 다이오드(9c)의 캐소드는 커패시터(115)의 고전위 단자에 접속되어 있다. 커패시터(115)의 저전위 단자는 접지에 접속되어 있다. 커패시터(115)의 고전위 단자는 바이패스 전력선(25)을 통하여 시스템 컨트롤러(30)의 전력 입력 단자에 접속되어 있다.
시스템 컨트롤러(30)는, 오디오 장치(31)가 단락된 것을 검지하면 제2 스위치(33)를 개방한다. 제2 스위치(33)가 개방되면, 제1 출력 단자(11b){및 변환 주 회로(112)의 정극 출력 단자(112a)}의 단락 상태가 해소된다. 그렇게 하면, 제3 전력선(23)을 통한, 보조 기기 배터리(7)로부터 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(30)에의 전력 공급이 재개된다.
시스템 컨트롤러(30)는, 제3 전력선(23)의 단락, 즉, 보조 기기 배터리(7)의 단락을 검지하는 단락 검지기(39)를 구비하고 있다. 단락 검지기(39)는 제3 전력선의 전류 또는 전압을 모니터하고 있다. 단락 검지기(39)는, 예를 들어 제3 전력선(23)을 통한 전력 공급이 끊긴 때, 제3 전력선(23)이 단락된 것을 검지한다. 또는 단락 검지기(39)는, 제3 전력선(23)의 전압을 계측하는 전압 센서(도시되지 않음)와 접속되어 있으며, 전압 센서의 계측값이 0일 때 제3 전력선(23){보조 기기 배터리(7)}의 단락을 검지한다. 단락 검지기(39)는, 제3 전력선(23)을 흐르는 전류를 계측하는 전류 센서(도시되지 않음)와 접속되어 있으며, 전류 센서에서 과전류가 검지된 때 제3 전력선(23){보조 기기 배터리(7)}에서 단락이 발생했다고 판단해도 된다.
시스템 컨트롤러(30)는 다음의 (1) 내지 (3) 중 어느 경우에 이상이 발생한 것을 알리는 경고등을 점등시킨다. (1) 단락 검지기(39)에 의하여 제3 전력선(23)의 단락{보조 기기 배터리(7)의 단락}이 검지된 경우. (2) 시스템 메인 릴레이(4)의 메인 배터리측의 단락을 검지한 경우. (3) 시스템 메인 릴레이(4)의 전력 변환기측의 단락을 검지한 경우. 하이브리드 차(2a)는 상기한 단락이 발생하더라도 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(30)의 작동을 계속할 수 있다. 그 때문에, 모터(6)를 정지시키고 엔진(91)만으로 주행하는 등, 이상 발생 시의 특별 주행 모드(퇴피 주행 모드)로 이행하여 주행을 계속할 수 있다.
제2 스위치(33)에는 또 다른 용도가 있다. 제2 스위치(33)는, 차량의 구동계에 관여하지 않는 비중요 보조 기기를 제2 전력선(23)으로부터 차단한다. 따라서 어떠한 요인으로 인하여 보조 기기 배터리의 소모를 억제하고자 하는 경우, 또는 제1 전압 컨버터(110)와 제2 전압 컨버터(12)의 출력 전력을 억제하고자 하는 경우, 제2 스위치(33)를 개방함으로써, 구동계에 관여하지 않는 보조 기기의 분만큼 소비 전력을 억제할 수 있다.
도 4에, 시스템 컨트롤러(30)가 실행하는 처리의 흐름도를 도시한다. 도 4의 처리는 시스템 컨트롤러(30)가 정기적으로 실행한다. 시스템 컨트롤러(30)는, 시스템 메인 릴레이(4)의 상류측, 즉, 메인 배터리(3), 또는 메인 배터리(3)와 시스템 메인 릴레이(4) 사이에 단락이 발생한 경우(S2: "예"), 시스템 메인 릴레이(4)를 개방하여(S3), 제1 전압 컨버터(110)를 작동시켜 제3 전력선(23)에 전력을 공급한다(S4). 상술한 바와 같이, 이 경우에는 회생 전력이 제1 전압 컨버터(110)에의 공급 전력으로 된다.
시스템 메인 릴레이(4)의 상류측에서 단락이 발생하고 있지 않은 경우(S2: "아니오"), 시스템 컨트롤러(30)는, 시스템 메인 릴레이(4)의 하류측에서 단락이 발생하고 있는지의 여부를 체크한다(S5). 시스템 메인 릴레이(4)의 하류측이란, 시스템 메인 릴레이(4)와 전력 변환기(5) 사이, 또는 시스템 메인 릴레이(4)와 제1 전압 컨버터(110) 사이 중 어느 곳이다. 시스템 메인 릴레이(4)의 하류측에서 단락이 발생하는 경우(S5: "예"), 시스템 컨트롤러(30)는 시스템 메인 릴레이(4)를 개방하여(S6), 제2 전압 컨버터(12)를 작동시켜 시프트바이와이어 장치(8)와 제3 전력선(23)에 전력을 공급한다(S7). 제2 전압 컨버터(12)는 메인 배터리(3)의 전압을 강압하여 시프트바이와이어 장치(8)와 제3 전력선(23)에 전력을 공급한다. 또한 이때, 제1 스위치(32)는 폐쇄되어 있으며, 제4 전력선(24)을 통하여 제2 전압 컨버터(12)로부터 제3 전력선(23)에 전력이 공급된다.
시스템 메인 릴레이(4)의 하류측에서도 단락이 발생하고 있지 않은 경우(S5: "아니오"), 시스템 컨트롤러(30)는, 보조 기기계에서 단락이 발생하고 있는지의 여부를 체크한다(S8). 보조 기기계에서 단락이 발생하고 있는 경우(S8: "예"), 시스템 컨트롤러(30)는 제1 스위치(32) 및 제2 스위치(33)를 개방하여, 오디오 장치(31)과 제2 전압 컨버터(12)를 제1 전압 컨버터(110)로부터 차단한다(S9). 여기서 보조 기기계의 단락이란, 제2 전력선(22)의 단락을 의미한다. 제1 스위치(32)를 개방함으로써, 단락된 제2 전력선(22)을 제1 전력선(21)으로부터 차단할 수 있다.
다음으로, 시스템 컨트롤러(30)는 제1 전압 컨버터(110)를 작동시킨다(S10). 스텝 S10의 처리에 의하여 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(30)에의 전력 공급이 계속된다. 따라서 하이브리드 차(2a)는 계속해서 주행할 수 있다. 이때, 오디오 장치(31)는 제3 전력선(23)으로부터 차단되어 있으므로, 구동계에 관여하지 않는 보조 기기{오디오 장치(31)}에 대하여 제1 전압 컨버터(110)의 출력을 이용하지 않아도 족하다.
실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 설명한다. 실시예의 메인 배터리(3)가 발명의 내용란의 주 전원의 일례이다. 주 전원은 연료 전지여도 된다. 실시예의 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29)가 발명의 내용란의 제1 보조 기기의 일례이다. 실시예의 제1 다이오드(9a)가 발명의 내용란의 제1 다이오드의 일례이고, 실시예의 제2 다이오드(9b)가 발명의 내용란의 제2 다이오드의 일례이다. 제2 실시예의 시스템 컨트롤러(30)가 발명의 내용란의 전자 제어 유닛의 일례이다. 제2 실시예의 제3 다이오드(9c)가 발명의 내용란의 제3 다이오드의 일례이다. 제2 실시예의 오디오 장치(31)가 발명의 내용란의 비중요 보조 기기의 일례이다.
실시예의 시프트바이와이어 장치(8)와 시스템 컨트롤러(29, 30)가 구동계에 관여하는 중요한 보조 기기의 일례이다. 구동계에 관여하는 중요한 보조 기기는 그것들의 디바이스에 한정되지 않는다. 예를 들어 크루즈 컨트롤 장치도 구동계에 관여하는 중요한 보조 기기에 속한다. 또한 오디오 장치(31)가 구동계에 관여하지 않는 비중요한 보조 기기의 일례이다. 그 외에, 룸 램프, 시거 소켓 등도 구동계에 관여하지 않는 비중요한 보조 기기에 속한다.
본 발명이 개시하는 기술은, 엔진을 구비하지 않는 전기 자동차에 적용해도 된다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세히 설명했지만, 이들은 예시에 불과하며 특허 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는 단독으로, 또는 각종 조합에 의하여 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (4)

  1. 자동차(2; 2a)에 있어서,
    상기 자동차(2; 2a)의 주행을 위한 모터(6);
    상기 모터(6)에 공급하는 전력을 축적하도록 구성되는 주 전원(3);
    상기 주 전원(3)의 전력을 상기 모터(6)의 구동 전력으로 변환하도록 구성되는 전력 변환기(5);
    상기 주 전원(3)과 상기 전력 변환기(5)를 접속 및 차단하도록 구성되는 시스템 메인 릴레이(4);
    상기 주 전원(3)의 출력 전압보다도 낮은 전압으로 동작하도록 구성되는 제1 보조 기기(8, 29);
    상기 제1 보조 기기(8, 29)의 구동 전압과 동등한 전압이 출력되도록 구성되는 보조 기기 배터리(7);
    상기 시스템 메인 릴레이(4)를 통하여 상기 주 전원(3)에 접속되고, 상기 주 전원(3)의 출력 전압을 상기 제1 보조 기기(8, 29)의 구동 전압으로 강압하도록 구성되는 제1 전압 컨버터(11; 110);
    상기 시스템 메인 릴레이(4)를 통하지 않고 상기 주 전원(3)에 접속되고, 상기 주 전원(3)의 출력 전압을 상기 제1 보조 기기(8, 29)의 구동 전압으로 강압하도록 구성되는 제2 전압 컨버터(12);
    상기 제1 전압 컨버터(11; 110)의 출력 단자와 상기 보조 기기 배터리(7)를 접속하는 제1 전력선(21);
    상기 제2 전압 컨버터(12)의 출력 단자와 상기 제1 보조 기기(8, 29)를 접속하는 제2 전력선(22);
    상기 보조 기기 배터리(7)와 상기 제1 보조 기기(8, 29)를 접속하는 제3 전력선(23);
    상기 제3 전력선(23)에 설치되고, 애노드측이 상기 보조 기기 배터리(7)에 접속되고 캐소드측이 상기 제1 보조 기기(8, 29)에 접속되는 제1 다이오드(9a);
    상기 제2 전력선(22)에 설치되고, 애노드측이 상기 제2 전압 컨버터(12)에 접속되고 캐소드측이 상기 제1 보조 기기(8, 29)에 접속되는 제2 다이오드(9b);
    상기 제1 다이오드(9a)의 애노드측과 상기 제2 다이오드(9b)의 애노드측을 접속하는 제4 전력선(24);
    상기 제4 전력선(24)에 설치되고, 상기 제1 다이오드(9a)의 애노드측과 상기 제2 다이오드(9b)의 애노드측을 차단하도록 구성되는 제1 스위치(32);
    상기 보조 기기 배터리(7)의 단락을 검지하도록 구성되는 단락 검지기(39); 및
    상기 단락 검지기(39)가 상기 보조 기기 배터리(7)의 단락을 검지한 때, 상기 제1 다이오드(9a)의 애노드측과 상기 제2 다이오드(9b)의 애노드측을 차단하기 위하여 상기 제1 스위치(32)를 개방하도록 구성되는 전자 제어 유닛(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차(2; 2a).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(30)과 커패시터(115)의 고전위 단자를 접속하는 바이패스 전력선(25)을 더 구비하고,
    상기 전자 제어 유닛(30)은 상기 주 전원(3)의 출력 전압보다도 낮은 전압으로 동작하도록 구성되고,
    상기 제1 전압 컨버터(110)는 상기 커패시터(115)와 제3 다이오드(9c)을 포함하고,
    상기 커패시터(115)의 저전위 단자는 접지에 접속되고, 상기 제3 다이오드(9c)의 애노드측은 상기 제1 전압 컨버터(110)의 출력 단자에 접속되어 있고, 상기 제3 다이오드(9c)의 캐소드측은 상기 커패시터(115)의 고전위 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는, 자동차(2; 2a).
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제3 전력선(23)에 접속되고, 상기 자동차(2a)의 구동계에 관여하지 않도록 구성되는 비중요 보조 기기(31); 및
    상기 비중요 보조 기기(31)를 상기 제3 전력선(23)으로부터 차단하도록 구성되는 제2 스위치(33)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 자동차(2; 2a).
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