KR20120012441A

KR20120012441A - 차량용 전원 장치

Info

Publication number: KR20120012441A
Application number: KR1020110075870A
Authority: KR
Inventors: 신야 나가노; 마사끼 유고오
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-02-09
Also published as: JP2012034515A; EP2413453A2; CN102347628A; US20120025768A1

Abstract

대용량의 프리차지 저항과 프리차지 스위치를 사용하지 않고, 콘덴서를 신속하게 프리차지한다. 차량용 전원 장치는, 복수의 전지 셀(10)을 접속하여 이루어지는 주행용 배터리(1)와, 주행용 배터리(1)의 출력측에 접속되어 있는 출력 스위치(2)와, 차량측에 접속되는 콘덴서(21)를 예비 충전하는 프리차지 회로(3)를 구비하고, 프리차지 회로(3)에 의해 콘덴서(21)를 예비 충전한 상태에서 출력 스위치(2)를 온으로 전환하여 차량측에 전력을 공급한다. 프리차지 회로(3)는, 복수의 전지 셀(10)의 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하는 복수의 프리차지 스위치(4)와, 복수의 프리차지 스위치(4)를 온 오프로 제어하는 제어 회로(5)를 구비하고, 제어 회로(5)가, 저전압의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4)로부터 고전압의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4)로 순서대로 온으로 전환하여 프리차지한다.

Description

차량용 전원 장치 {POWER SUPPLY FOR A VEHICLE}

본 발명은 차량을 주행시키는 주행용 배터리를 출력 스위치를 통하여 차량측에 접속하는 전원 장치에 관한 것이며, 특히 출력 스위치를 온으로 전환하기에 앞서, 차량측에 접속되어 있는 대용량의 콘덴서를 예비 충전하는 프리차지 회로를 갖는 차량용 전원 장치에 관한 것이다.

차량용 전원 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이 복수의 전지 셀(80)을 직렬로 접속하여 이루어지는 주행용 배터리(91)의 출력측에 출력 스위치의 콘덕터(92)를 접속하고 있다. 이 전원 장치는 콘덕터(92)를 온으로 전환하여 주행용 배터리(91)를 차량측에 접속한다. 콘덕터(92)는 차량을 사용하지 않는 상태, 예를 들어 자동차의 이그니션 스위치(도시하지 않음)를 오프로 하는 상태에서 오프로 전환된다. 또한, 자동차가 충돌하였을 때 등에도 콘덕터(92)를 오프로 하여 출력을 차단하여 안전성을 향상시킨다. 또한, 도면에 도시하는 전원 장치는, 각각의 전지 셀(80)의 과충전이나 과방전을 방지하면서 충방전을 컨트롤하기 때문에, 각 전지 셀(80)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(98)를 구비하고 있다. 주행용 배터리(91)는, 복수의 전지 셀(80)의 접속점(81)을, 검출 스위치(84)를 접속하여 이루어지는 전압 검출 라인(99)를 통하여 전압 검출 회로(98)에 접속하고 있다. 전압 검출 회로(98)는, 이 검출 스위치(84)를 온으로 전환하여, 입력되는 접속점(81)의 전압으로부터 각각의 전지 셀(80)의 전압을 검출하고 있다.

주행용 배터리(91)에 접속되는 차량측은, 큰 정전 용량의 콘덴서(21)를 부하(20)와 병렬로 접속하고 있다. 순간적으로 큰 파워를 출력하기 위해서이다. 이 콘덴서(21)는 주행용 배터리(91)에 의해 충전된다. 콘덴서(21)의 정전 용량이 크기 때문에, 완전하게 방전된 콘덴서(21)의 충전 전류는 극히 커진다. 따라서, 콘덴서(21)를 충전하지 않은 상태에서 콘덕터(92)를 온으로 전환하면, 주행용 배터리(91)로부터 순간적으로 극히 큰 차지 전류가 흘러, 콘덕터(92)의 가동 접점과 고정 접점을 용착하는 등의 손상을 준다. 접점이 용착되면, 콘덕터(92)는 오프로 전환할 수 없게 되어, 주행용 배터리(91)를 부하(20)로부터 분리할 수 없게 한다. 이 폐해를 방지하기 위하여, 도 1에 도시하는 차량용 전원 장치는, 콘덕터(92)를 온으로 전환하기 전에, 콘덴서(21)를 작은 차지 전류로 프리차지하는 프리차지 회로(93)를 설치하고 있다.

프리차지 회로(93)는 프리차지 저항(97)과 프리차지 스위치(94)의 직렬 회로이며, 콘덕터(92)의 접점에 병렬로 접속되어 있다. 이 프리차지 회로(93)는, 출력 스위치인 콘덕터(92)를 온으로 전환하기에 앞서 프리차지 스위치(94)를 온으로 전환하여 콘덴서(21)를 프리차지한다. 프리차지 회로(93)는 프리차지 저항(97)에 의해 프리차지하는 전류를 제한하면서, 콘덴서(21)를 프리차지할 수 있다.

프리차지 회로(93)는, 가능한 한 단시간에 콘덴서(21)를 프리차지하는 것이 중요하다. 프리차지에 필요로 하는 시간이 짧을수록 이그니션 스위치를 온으로 전환하여, 차량을 주행할 수 있을 때까지의 시간을 짧게 할 수 있기 때문이다. 프리차지 회로는, 프리차지 저항의 전기 저항을 작게 하여 콘덴서의 충전 시간을 짧게 할 수 있지만, 전기 저항이 작은 프리차지 저항을 사용한 경우에는 큰 전류가 흘러 쥴열이 커진다. 이로 인해, 프리차지 저항에는 전기 저항이 작으면서, 큰 쥴열을 허용하기 위하여 정격 전력이 큰 저항기를 사용하고 있다. 그로 인해, 프리차지 저항기 자체의 크기는 대용량이 된다. 이 프리차지 저항으로서, 일반적으로는 시멘트 저항이 사용된다. 또한, 작은 전기 저항을 가진 프리차지 저항을 사용한 경우, 프리차지 전류가 비교적 커지므로 프리차지 스위치에도 대전류용의 스위치를 사용할 필요가 있다. 따라서, 종래의 전원 장치는, 프리차지 회로를 구성하는 대용량의 프리차지 저항이나 대전류용의 프리차지 스위치를 배치하기 위한 넓은 스페이스를 확보할 필요가 있어 공간 절약으로 배치할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 대용량의 프리차지 저항과 대전류용의 프리차지 스위치를 사용하므로, 프리차지 회로의 부품 비용이 높고, 또한 발열도 커지는 문제점도 있었다.

이상의 결점을 해소하기 위하여, 차량을 주행시키는 것과는 별도로 설치한 차량 탑재용 배터리의 출력을 DC/DC 컨버터에 의해 점차 높게 하여 콘덴서를 충전하는 전원 장치가 개발되어 있다(특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2009-153245호 공보

특허문헌 1에 기재되는 전원 장치는, DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하여, 콘덴서를 충전하는 전압을 점차 높게 하여 충전하므로, 대용량의 프리차지 저항이나 프리차지 스위치를 사용할 필요가 없다. 그러나, 이 전원 장치는 콘덴서의 프리차지에 복잡한 회로 구성의 DC/DC 컨버터를 필요로 하는 결점이 있다. 또한, 이 전원 장치는 콘덴서를 프리차지하기 위하여, DC/DC 컨버터 외에 전용의 배터리를 필요로 한다. 또한, 이 배터리를 충전하기 위한 충전 회로도 필요하게 되어 회로 구성은 더 복잡해진다. 이 결점은 차량에 탑재되어 있는 전장용의 배터리를 병용하여 해소할 수 있다. 그러나, 전장용의 배터리에 의해 콘덴서를 프리차지하는 회로 구성은, 고전압의 주행용 배터리의 접지 라인을 섀시 접지에 접속하게 되어, 주행용 배터리를 섀시 접지로부터 절연할 수 없게 된다. 하이브리드 카나 전기 자동차는 고전압의 주행용 배터리를 차량의 섀시 접지로부터 절연하여 안전성을 높이고 있다. 전장용 배터리에 의해 콘덴서를 프리차지하는 전원 장치는, 전장용 배터리와 주행용 배터리의 마이너스측을 접속할 필요가 있다. 전장용 배터리를 차량의 섀시 접지에 접속하고 있으므로, 주행용 배터리의 마이너스측도 섀시 접지에 접속된다.

본 발명은 이상의 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은, 대용량의 프리차지 저항과 프리차지 스위치를 사용하지 않고, 콘덴서를 신속하게 프리차지할 수 있고, 또한 주행용 배터리를 섀시 접지로부터 절연하는 상태에서 콘덴서를 프리차지할 수 있는 차량용 전원 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 차량용 전원 장치는, 복수의 전지 셀(10)을 직렬로 접속하여 이루어지는 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)의 출력측에 접속되어 있는 출력 스위치(2)와, 주행용 배터리(1)로부터 전력을 공급하는 차량측에 접속되는 콘덴서(21)를 예비 충전하는 프리차지 회로(3, 33)를 구비하고 있다. 차량용 전원 장치는 프리차지 회로(3, 33)에 의해 콘덴서(21)를 예비 충전한 상태에서, 출력 스위치(2)를 온으로 전환하여 주행용 배터리(1)로부터 차량측에 전력을 공급한다. 프리차지 회로(3, 33)는 복수의 전지 셀(10)의 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하여 프리차지하는 복수의 프리차지 스위치(4, 34)와, 복수의 프리차지 스위치(4, 34)를 온 오프로 제어하는 제어 회로(5, 35)를 구비하고 있고, 제어 회로(5, 35)가 저전압의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4, 34)로부터 고전압의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4, 34)로 순서대로 온으로 전환하여 콘덴서(21)를 프리차지한다.

이상의 차량용 전원 장치는, 대용량의 프리차지 저항과 프리차지 스위치를 사용하지 않고 콘덴서를 신속하게 프리차지할 수 있다. 또한, 고전압의 주행용 배터리를 섀시 접지로부터 절연하는 상태에서 콘덴서를 프리차지할 수 있는 특징도 있다. 그것은 주행용 배터리를 구성하고 있는 전지 셀의 접속점을 저전압측으로부터 점차 고전압측으로 접속하여 콘덴서를 프리차지하기 때문이다.

본 발명의 차량용 전원 장치는, 주행용 배터리(1)의 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(8, 38)를 구비하고, 이 전압 검출 회로(8, 38)가 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 검출 스위치(14)를 온으로 전환하여 전압 입력측에 접속된다. 또한, 이 검출 스위치(14)를 콘덴서와 접속함으로써, 검출 스위치(14)를 프리차지 스위치(4, 34)로 병용할 수 있다.

이상의 차량용 전원 장치는, 전지 셀의 전압을 검출하기 위하여 설치하고 있는 스위치를 프리차지 스위치로 병용하므로, 전용의 프리차지 스위치를 설치하지 않고, 또한 간단한 회로 구성으로 콘덴서를 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용 전원 장치는, 프리차지 스위치(4, 34)를 프리차지 저항(7, 37)을 통하여 콘덴서(21)에 접속할 수 있다.

이상의 전원 장치는 프리차지 스위치에 흐르는 전류를 제한하면서 콘덴서를 프리차지할 수 있다. 그것은 프리차지 저항에 의해 프리차지 스위치의 전류를 제한할 수 있기 때문이다. 이 전원 장치는 프리차지 저항을 필요로 하지만, 프리차지 저항의 전압 강하를 작게 하여 콘덴서를 프리차지할 수 있으므로, 프리차지 저항의 용량, 즉 W수가 작은 프리차지 저항에 의해 콘덴서를 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용 전원 장치는, 프리차지 스위치(4)와 직렬로 다이오드(6)를 접속할 수 있다.

이상의 전원 장치는, 프리차지 스위치를 통하여 주행용 배터리의 전지 셀을 쇼트하지 않고 안전하게 콘덴서를 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용 전원 장치는, 제어 회로(5, 35)가 콘덴서(21)의 전압을 검출하여 프리차지 스위치(4, 34)를 온으로 전환하거나, 또는 타이머(18)에 의해 프리차지 스위치(4)를 온으로 전환할 수 있다.

이상과 같이 콘덴서의 전압을 검출하여 프리차지 스위치를 제어하여 콘덴서를 프리차지하는 전원 장치는, 콘덴서를 신속하게 프리차지할 수 있다. 또한, 타이머에 의해 프리차지 스위치를 제어하여 콘덴서를 프리차지하는 전원 장치는, 간단한 회로 구성으로 콘덴서를 프리차지할 수 있다.

본 발명의 차량용 전원 장치는, 프리차지 스위치(4, 34)를 반도체 스위칭 소자로 할 수 있다.

반도체 스위칭 소자인 프리차지 스위치는, 기계적인 접점을 갖는 스위치인 콘덕터 등에 비하여 저비용이면서 공간 절약으로 배치할 수 있음과 함께, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 특징도 있다. 또한, 기계적인 접점과 같은 열화가 없기 때문에, 수명을 길게 할 수 있는 특징도 있다.

도 1은 종래의 차량용 전원 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 차량용 전원 장치의 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 차량용 전원 장치의 개략 구성도.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 차량용 전원 장치를 예시하는 것이며, 본 발명은 차량용 전원 장치를 이하의 것으로 특정하지 않는다. 또한, 이 명세서는 특허청구범위를 이해하기 쉽도록 실시예에 나타내어지는 부재에 대응하는 번호를 「특허청구범위」 및 「과제를 해결하기 위한 수단의 란」에 나타내어지는 부재에 부기하고 있다. 단, 특허청구범위에 나타내어지는 부재를 실시예의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다.

도 2와 도 3에 도시하는 차량용 전원 장치는, 하이브리드 카에 탑재되거나 혹은 전기 자동차에 탑재되어, 부하(20)로서 접속되는 모터(22)를 구동하여 차량을 주행시킨다. 이 도면의 전원 장치는, 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)의 출력측에 접속되어 차량측의 부하(20)에의 전력 공급을 제어하는 출력 스위치(2)와, 출력 스위치(2)를 온으로 전환하기에 앞서 부하(20)의 콘덴서(21)를 프리차지하는 프리차지 회로(3, 33)를 구비한다.

차량측의 부하(20)는 병렬로 대용량의 콘덴서(21)를 접속하고 있다. 이 콘덴서(21)는, 출력 스위치(2)를 온으로 전환하는 상태에서, 주행용 배터리(1)와 양쪽으로부터 부하(20)에 전력을 공급한다. 특히, 콘덴서(21)로부터는 부하(20)에 순간적으로 큰 전력을 공급한다. 이로 인해, 주행용 배터리(1)에 병렬로 콘덴서(21)를 접속함으로써, 부하(20)에 공급할 수 있는 순간 전력을 크게 할 수 있다. 콘덴서(21)로부터 부하(20)에 공급할 수 있는 전력은 정전 용량에 비례하므로, 이 콘덴서(21)에는, 예를 들어 4000 내지 6000μF로 극히 큰 정전 용량의 것이 사용된다. 방전 상태에 있는 대용량의 콘덴서(21)가 출력 전압이 높은 주행용 배터리(1)에 접속되면, 순간적으로 극히 큰 차지 전류가 흐른다. 콘덴서(21)의 임피던스가 극히 작기 때문이다.

주행용 배터리(1)는 차량을 주행시키는 모터(22)를 구동한다. 모터(22)에 대전력을 공급할 수 있도록, 주행용 배터리(1)는 다수의 전지 셀(10)을 직렬로 접속하여 출력 전압을 높이고 있다. 전지 셀(10)은 니켈 수소 전지나 리튬 이온 이차 전지가 사용된다. 단, 이차 전지에는 니켈 카드뮴 전지 등의 충전할 수 있는 모든 전지를 사용할 수 있다. 주행용 배터리(1)는 모터(22)에 대전력을 공급할 수 있도록, 예를 들어 출력 전압을 200 내지 400V로 높이고 있다. 단, 배터리의 전압을 승압하여 모터에 공급하는 DC/DC 컨버터(도시하지 않음)를 장비하는 차량측의 부하에 전력을 공급하는 주행용 배터리는, 배터리의 전압을 낮게 하여 모터에 대전력을 공급할 수도 있다. 이 전원 장치는 직렬로 접속되는 이차 전지의 개수를 적게 하여 주행용 배터리의 출력 전압을 낮게 할 수 있다. 따라서, 주행용 배터리는, 예를 들어 출력 전압을 100 내지 400V로 할 수 있다.

프리차지 회로(3, 33)는 전류를 제한하면서 주행용 배터리(1)에 의해 콘덴서(21)를 프리차지한다. 프리차지 회로(3, 33)가 콘덴서(21)를 프리차지한 상태에서, 출력 스위치(2)가 온으로 전환되어 주행용 배터리(1)는 출력측의 부하(20)에 접속된다. 출력 스위치(2)는 컨트롤 회로(도시하지 않음)에 제어되어, 콘덴서(21)를 프리차지한 후에 온 상태로 전환된다. 출력 스위치(2)는 여자 코일에 통전하여 접점을 온으로 전환하는 릴레이식의 콘덕터, 혹은 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자이다.

도 2와 도 3의 프리차지 회로(3, 33)는, 전지 셀(10)의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4, 34)와, 이 프리차지 스위치(4, 34)를 온 오프로 제어하는 제어 회로(5, 35)를 구비한다.

프리차지 스위치(4, 34)는 복수의 전지 셀(10)의 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하여 콘덴서(21)를 프리차지하는 스위치이며, 반도체 스위칭 소자가 사용된다. 반도체 스위칭 소자는 포토-모스 스위치나 FET이다. 프리자치 스위치(4, 34)는 전지 셀(10)의 각각의 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하도록 접속되어 있다. 반도체 스위칭 소자는 접속점(11)으로부터 콘덴서(21)를 향하여 전류를 흘릴 수 있도록 접속된다. 이와 같이 프리차지 스위치(4, 34)를 반도체 스위칭 소자로 하는 구조는, 저비용으로서 공간 절약으로 배치하면서 신뢰성을 향상시킬 수 있는 특징도 있다.

도 2의 프리차지 회로(3)는, 프리차지 스위치(4)와 직렬로 다이오드(6)를 접속하고 있다. 다이오드(6)도 접속점(11)으로부터 콘덴서(21)를 향하여 전류를 흘릴 수 있는 방향으로 접속된다. 프리차지 스위치(4)와 직렬로 다이오드(6)를 접속하는 프리차지 회로(3)는, 복수의 프리차지 스위치(4)가 동시에 온으로 전환되어도, 프리차지 스위치(4)를 통하여 전지 셀(10)의 접속점(11)끼리를 쇼트하는 일이 없다. 이로 인해, 이 프리차지 회로(3)는 콘덴서(21)를 프리차지하는 상태에서, 복수의 프리차지 스위치(4)를 동시에 온의 상태로 유지해 둘 수도 있다.

도 2의 프리차지 회로(3)는, 다이오드(6)의 출력측을 프리차지 저항(7)을 통하여 콘덴서(21)에 접속하고 있다. 프리차지 저항(7)은 프리차지 스위치(4)에 흐르는 전류를 제한한다. 도 2의 프리차지 저항(7)은, 도 1에 도시하는 주행용 배터리(91)를 전압 검출 라인을 통하지 않고 콘덴서(21)에 접속하는 종래의 전원 장치의 프리차지 회로(93)를 구성하는 프리차지 저항(97)에 비하여 극히 작은 소용량의, 즉 정격 전력이 작은 것을 사용할 수 있다. 프리차지 저항(7)의 정격 전력은 양단부에 걸리는 전압차와 전류의 곱에 비례한다. 도 2의 프리차지 저항(7)은, 프리차지 스위치(4)를 순서대로 온으로 전환함으로써, 프리차지 저항 양단부에 걸리는 전압차가 작아지기 때문에 정격 전력 및 용량을 작게 할 수 있다. 프리차지 저항(7)의 양단부에 걸리는 전압차를 작게 할 수 있는 것은, 콘덴서(21)를 프리차지하여 전압이 상승함에 따라서 고전압의 접속점(11)을 접속함으로써, 콘덴서(21)와 접속점(11)의 전압차를 작게 할 수 있기 때문이다. 이와 같이, 소용량이며 정격 전력이 작은 프리차지 저항(7)은, 회로의 스페이스를 작게 하여 공간 절약으로 배치할 수 있는 특징도 있다. 또한, 프리차지 저항은 반드시 필요로 하지 않는다. 콘덴서(21)와 접속점(11)의 전압차를 작게 함으로써, 콘덴서(21)의 프리차지 전류를 작게 제한할 수 있기 때문이다. 따라서, 다이오드의 출력측을 직접 콘덴서에 접속하여 콘덴서를 프리차지할 수도 있다. 이 구조는 회로의 스페이스를 더 작게 할 수 있다.

또한, 프리차지 회로(33)는, 도 3에 도시한 바와 같이 다이오드를 사용하지 않고 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하여 콘덴서(21)를 프리차지할 수 있다. 이 프리차지 회로(33)는 어느 하나의 프리차지 스위치(34)를 온, 다른 모든 프리차지 스위치(34)를 오프로 하면서, 저전압의 접속점(11)으로부터 고전압의 접속점(11)으로 전환하면서 콘덴서(21)에 접속하여 콘덴서(21)를 프리차지한다.

도 2의 프리차지 회로(3)는 다이오드(6)의 출력측을 프리차지 저항(7)을 통하여 콘덴서(21)에 접속하고 있지만, 도 3의 프리차지 회로(33)는 전압 검출 회로(38)와 프리차지 저항(37)을 통하여 프리차지 스위치(34)의 출력측을 콘덴서(21)에 접속하고 있다. 이 프리차지 회로(33)는 전압 검출 회로(38)의 전압 검출 라인(39)을 이용하여 콘덴서(21)를 프리차지할 수 있다. 또한, 도 3의 프리차지 회로(33)는 프리차지 저항(37)과 직렬로 반도체 스위칭 소자(36)를 접속하고 있다. 이 반도체 스위칭 소자(36)는 콘덴서(21)를 프리차지하는 타이밍에서 온, 프리차지가 종료된 상태에서 오프로 전환된다. 이 프리차지 저항(37)도, 종래의 프리차지 저항에 비하여 극히 작은 소용량의, 즉 정격 전력이 작은 것을 사용할 수 있다. 따라서, 프리차지 저항을 저비용으로 하면서 공간 절약으로 배치할 수 있다. 또한, 프리차지 저항(7, 37)을 설치하지 않고 콘덴서(21)를 프리차지할 수도 있다.

도 2와 도 3의 전원 장치는, 프리차지 스위치(4, 34)를 전압 검출 회로(8, 38)가 접속점(11)의 전압, 즉 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 스위치로 병용하고 있다. 또한, 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 전압 검출 라인(9, 39)을 콘덴서(21)를 프리차지하는 라인에도 병용하고 있다. 바꿔 말하면, 전지 셀(10)의 전압을 검출하기 위하여 설치하고 있는 회로의 일부를, 콘덴서(21)를 프리차지하는 회로로 병용하고 있다. 이 전원 장치는 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 회로를 콘덴서(21)의 프리차지로 병용하므로, 회로 구성을 보다 간단하게 할 수 있다.

복수의 전지 셀(10)을 직렬로 접속하여 출력 전압을 높게 하고 있는 차량용 전원 장치는, 각각의 전지 셀(10)의 과충전이나 과방전을 방지하면서 충방전을 컨트롤한다. 과충전이나 과방전에 의한 전지 셀(10)의 열화를 방지하기 위해서이다. 전지 셀(10)은 하나의 전지 혹은 복수의 전지를 직렬로 접속한 것이다. 리튬 이온 전지는 하나의 전지로 전지 셀을 구성하고, 니켈 수소 전지나 니켈 카드뮴 전지는 복수의 전지로 전지 셀을 구성한다. 주행용 배터리(1) 전체가 아니라, 전지 셀(10)의 단위로 과충전이나 과방전을 방지하는 전원 장치는, 모든 전지 셀(10)의 열화를 방지하여 주행용 배터리(1)의 수명을 길게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 다수의 전지 셀(10)을 구비하기 때문에 고가로 되는 주행용 배터리(1)는, 열화를 적게 하여 수명을 길게 하기 위하여 거의 예외없이 전지 셀(10)의 전압을 검출하여, 전지 셀(10)의 단위로 열화를 방지하고 있다. 따라서, 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 회로를 콘덴서(21)의 프리차지에 이용하는 전원 장치는, 콘덴서(21)를 프리차지하기 위하여 설치하는 전용의 회로를 적게 하여, 콘덴서(21)를 프리차지하는 회로를 저렴하게 할 수 있다.

프리차지 스위치(4, 34)는, 제어 회로(5, 35)에 의해 온 오프로 전환되어, 순서대로 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속한다. 제어 회로(5, 35)는, 저전압의 접속점(11)으로부터 고전압의 접속점(11)을 향하여 순서대로 콘덴서(21)에 접속하여, 콘덴서(21)를 프리차지하도록 프리차지 스위치(4, 34)를 온 오프로 제어한다. 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 검출 스위치(14)는, 전압 검출 회로(8, 38)에 내장되는 제어 회로(5, 35)에 의해 온 오프로 전환된다. 검출 스위치(14)를 프리차지 스위치(4, 34)로 병용하는 전원 장치는, 검출 스위치(14)를 온 오프로 제어하는 제어 회로(5, 35)를, 프리차지 스위치(4, 34)의 제어 회로로서 이용할 수 있다. 단, 도시하지 않았지만, 검출 스위치를 프리차지 스위치로 병용하지 않고 전용의 반도체 스위칭 소자를 설치할 수 있다. 또한, 프리차지 스위치를 제어하는 제어 회로도 전압 검출 회로에 내장하지 않고 전용으로 설치할 수 있다.

제어 회로(5, 35)는, 콘덴서(21)의 전압을 검출하여 프리차지 스위치(4, 34)를 순서대로 온으로 전환하거나, 혹은 타이머(18)에 의해 프리차지 스위치(4)를 순서대로 온으로 전환한다. 콘덴서(21)의 전압을 검출하여 프리차지 스위치(4)를 온으로 전환하는 프리차지 회로(3, 33)는, 콘덴서(21)의 전압을 검출하는 검출 회로(15)를 구비하고 있다. 도 2와 도 3의 프리차지 회로(3, 33)는, 콘덴서(21)의 전압의 검출이나, 출력 스위치의 릴레이의 온 오프의 검출이나, 릴레이의 용착 검출을 행하는 검출 회로(15)를 구비한다. 이 검출 회로(15)는 콘덴서 전압 검출 스위치(16)와 검출 저항(17)의 직렬 회로로 구성된다. 단, 이 검출 회로(15)는 반드시 설치할 필요는 없고, 반도체 스위칭 소자(36) 및 프리차지 저항(37)을 검출 회로(15)로 병용할 수 있다. 이 프리차지 회로(3, 33)는, 제어 회로(5, 35)가 콘덴서(21)의 전압을 검출하여 프리차지 스위치(4, 34)를 순서대로 온으로 전환한다. 이 제어 회로(5, 35)는, 콘덴서(21)의 전압과 접속점(11)의 전압차가 설정값으로 되면 순서대로 프리차지 스위치(4, 34)를 온으로 전환하여 콘덴서(21)를 프리차지한다. 즉, 콘덴서(21)와 접속점(11)의 전압차가 설정값보다도 작아지지 않도록, 순서대로 고전압의 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하여 콘덴서(21)를 프리차지한다.

또한, 제어 회로(5)는 도 2의 파선으로 나타낸 바와 같이, 타이머(18)에 의해 프리차지 스위치(4)를 순서대로 온으로 전환할 수도 있다. 이 제어 회로(5)는 각각의 프리차지 스위치(4)를 온으로 전환하는 타이밍을 타이머(18)에 의해 특정한다. 이 제어 회로(5)는 콘덴서(21)의 전압이 상승함에 따라서, 정해진 타이밍에서 콘덴서(21)를 보다 고전압의 접속점(11)에 접속하여 콘덴서(21)를 프리차지한다.

콘덴서(21)가 프리차지되면, 출력 스위치(2)가 온으로 전환되어 주행용 배터리(1)의 출력측이 부하(20)에 접속된다. 도 2와 도 3의 전원 장치는 주행용 배터리(1)의 플러스측에만 출력 스위치(2)를 접속하고 있지만, 주행용 배터리의 플러스측과 마이너스측의 양쪽에 출력 스위치를 접속할 수도 있다. 플러스측과 마이너스측에 접속되어 있는 출력 스위치는, 양쪽을 온으로 전환하여 주행용 배터리를 차량측의 부하에 접속한다. 이상 시에는 플러스측과 마이너스측의 양쪽의 출력 스위치를 오프로 전환하여 전원 장치의 출력 전압을 차단한다. 또한, 주행용 배터리의 마이너스측에 접속되어 있는 출력 스위치는 콘덴서를 프리차지하는 상태에서 온으로 전환되고, 플러스측의 출력 스위치는 콘덴서를 프리차지한 후에 온으로 전환된다.

1: 주행용 배터리
2: 출력 스위치
3: 프리차지 회로
4: 프리차지 스위치
5: 제어 회로
6: 다이오드
7: 프리차지 저항
8: 전압 검출 회로
9: 전압 검출 라인
10: 전지 셀
11: 접속점
14: 검출 스위치
15: 검출 회로
16: 콘덴서 전압 검출 스위치
17: 검출 저항
18: 타이머
20: 부하
21: 콘덴서
22: 모터
33: 프리차지 회로
34: 프리차지 스위치
35: 제어 회로
36: 반도체 스위칭 소자
37: 프리차지 저항
38: 전압 검출 회로
39: 전압 검출 라인
80: 전지 셀
81: 접속점
84: 검출 스위치
91: 주행용 배터리
92: 콘덕터
93: 프리차지 회로
94: 프리차지 스위치
97: 프리차지 저항
98: 전압 검출 회로
99: 전압 검출 라인

Claims

복수의 전지 셀(10)을 직렬로 접속하여 이루어지는 주행용 배터리(1)와, 이 주행용 배터리(1)의 출력측에 접속되어 있는 출력 스위치(2)와, 상기 주행용 배터리(1)로부터 전력을 공급하는 차량측에 접속되는 콘덴서(21)를 예비 충전하는 프리차지 회로(3, 33)를 구비하고,
상기 프리차지 회로(3, 33)에 의해 상기 콘덴서(21)를 예비 충전한 상태에서 출력 스위치(2)를 온으로 전환하여 주행용 배터리(1)로부터 차량측에 전력을 공급하도록 하여 이루어지는 차량용 전원 장치이며,
상기 프리차지 회로(3, 33)가 복수의 전지 셀(10)의 접속점(11)을 콘덴서(21)에 접속하여 프리차지하는 복수의 프리차지 스위치(4, 34)와, 복수의 프리차지 스위치(4, 34)를 온 오프로 제어하는 제어 회로(5, 35)를 구비하고,
제어 회로(5, 35)가 저전압의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4, 34)로부터 고전압의 접속점(11)에 접속되어 있는 프리차지 스위치(4, 34)로 순서대로 온으로 전환하여 콘덴서(21)를 프리차지하도록 하여 이루어지는, 차량용 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 주행용 배터리(1)의 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(8, 38)를 구비하고, 이 전압 검출 회로(8, 38)는 전지 셀(10)의 전압을 검출하는 검출 스위치(14)를 입력측에 접속하고 있고, 이 검출 스위치(14)를 프리차지 스위치(4, 34)로 병용하여 이루어지는, 차량용 전원 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리차지 스위치(4, 34)가 프리차지 저항(7, 37)을 통하여 콘덴서(21)에 접속되어 이루어지는, 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리차지 스위치(4)와 직렬로 다이오드(6)를 접속하여 이루어지는, 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 회로(5, 35)가 콘덴서(21)의 전압을 검출하여 상기 프리차지 스위치(4, 34)를 온 또는 오프로 전환하거나, 또는 타이머(18)에 의해 상기 프리차지 스위치(4)를 온 또는 오프로 전환하는, 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리차지 스위치(4, 34)가 반도체 스위칭 소자인, 차량용 전원 장치.