JP5749423B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源装置に関するものである。

図４に示すように、ハイブリッド車の電源システムにおいて、バッテリパック１００内の高電圧バッテリ１０１の正極端子と負極端子がリレー１０２，１０３を介してバッテリパック１００の外部に引き出されて走行系負荷１０４に接続されているとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１０５に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５には１２ボルトバッテリ１０６および補機系負荷１０７，１０８等が接続されている。そして、車両のスタートスイッチ１０９を入れると（オンすると）、リレー１０２，１０３が閉じて高電圧が走行系負荷１０４に供給される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５は高電圧から１２ボルトを生成して１２ボルトバッテリ１０６、補機系負荷１０７，１０８等に供給する。なお、特許文献１の図５には電池パックとメインリレーとＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電源システムを構築した構成が開示されている。

特開２００６−１１７０９６号公報

ところが、スタートスイッチ１０９を入れないと（オンしないと）、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５にも高電圧が供給されないため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５は１２ボルトを作ることができない。

一方、補機系負荷１０７，１０８等の中には、ある種のコントローラのように、スタートスイッチ１０９が入れられていない状態でも動作する負荷（例えば符号１０８の負荷）がある。このような負荷（例えば符号１０８の負荷）は、１２ボルトバッテリ１０６からエネルギーの供給を得ている。従って、長時間スタートスイッチ１０９を入れない場合でも１２ボルトバッテリ１０６があがらないように、１２ボルトバッテリ１０６の容量を大きくする必要がある。特に、生産地から長時間かけて輸送するような場合にもバッテリあがりが起こらないようにバッテリ容量を決めている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５にリレー１０２，１０３を介さずに高電圧バッテリ１０１から高電圧を供給すれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５から補機系負荷１０７，１０８等や１２ボルトバッテリ１０６にエネルギーを供給できるが、安全上の要求から、スタートスイッチ１０９を入れていない状態でバッテリパック１００の外部に高電圧を出力することはできない。なお、特許文献１にはメインリレーの動作とＤＣ−ＤＣコンバータの動作の関係が明記されていない。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、スタートスイッチがオンされないときにはバッテリパックの外部に内蔵した第１バッテリの電圧を出力しないという安全上の要求を満たしつつ、第１バッテリにＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続した第２バッテリを小容量にすることができる車両用電源装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、第１バッテリを内蔵したバッテリパックと、前記第１バッテリの正極端子に接続され、前記バッテリパックの外部に延びる正極電源線と、前記第１バッテリの負極端子に接続され、前記バッテリパックの外部に延び、前記バッテリパックの外部において前記正極電源線と共に走行系負荷に接続される負極電源線と、前記バッテリパック内において前記正極電源線および前記負極電源線に設けられ、車両のスタートスイッチのオン操作により閉路する開閉器と、前記バッテリパック内に設けられ、前記正極電源線における前記第１バッテリの正極端子と前記開閉器との間、および、前記負極電源線における前記第１バッテリの負極端子と前記開閉器との間に接続され、前記第１バッテリから前記第１バッテリの電圧よりも低い低電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにおける前記低電圧が出力される端子に接続され、前記バッテリパックの内部から外部に延び、前記バッテリパックの外部において負荷に接続される低電圧電源線と、前記低電圧電源線に接続された第２バッテリと、を備えた車両用電源装置であって、前記車両の前記スタートスイッチがオンされておらず前記第１バッテリに電力が供給されていない場合にも、前記負荷にエネルギーを供給している前記第２バッテリの充電状態を監視して必要に応じて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させて前記第２のバッテリを充電するようにしたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータを、バッテリパック内において正極電源線における第１バッテリの正極端子と開閉器との間、および、負極電源線における第１バッテリの負極端子と開閉器との間に接続して、開閉器の開閉状態によらず動作させるようにしたので、スタートスイッチの状態にかかわらずＤＣ−ＤＣコンバータで第２バッテリを充電できる。この第２バッテリから、スタートスイッチがオン操作されていない状態でも動作する負荷に対してエネルギーを供給できる。このようにＤＣ−ＤＣコンバータを開閉器の開閉状態にかかわらず動作させて第２バッテリを充電でき、第２バッテリを小容量化することができる。また、スタートスイッチをオン操作しない状態では開閉器が閉路しないので、バッテリパックの外部に第１バッテリの電圧（高電圧）が出力されることはない。

また、第２バッテリの状態に応じて最適にＤＣ−ＤＣコンバータを駆動することができる。
請求項２に記載の発明では、前記開閉器が開路しているとともに前記第２のバッテリの充電が所定量より少ない場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることを要旨とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の車両用電源装置において、前記第２バッテリを前記バッテリパック内に配置したことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータと第２バッテリとを接近して配置でき、ノイズを低減することができる。

本発明によれば、スタートスイッチがオンされないときにはバッテリパックの外部に内蔵した第１バッテリの電圧を出力しないという安全上の要求を満たしつつ、第１バッテリにＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続した第２バッテリを小容量にすることができる。

本実施形態の車両用電源装置の電気的構成を示す図。 別例の車両用電源装置の電気的構成を示す図。 別例の車両用電源装置の電気的構成を示す図。 背景技術を説明するための車両用電源装置の電気的構成を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における車両用電源装置１の回路構成を示し、この電源装置１はハイブリッド車に搭載される。

電源装置１は、バッテリパック１０と正極電源線Ｌ１と負極電源線Ｌ２とリレー３０，３１とＤＣ−ＤＣコンバータ４０と低電圧電源線Ｌ３と１２ボルトバッテリ５０を備えている。バッテリパック１０には第１バッテリとしての高電圧バッテリ２０が内蔵されている。詳しくは、バッテリパック１０は、筐体内に高電圧バッテリ２０を収容した構成となっている。高電圧バッテリ２０の出力電圧は例えば２００ボルトである。

高電圧バッテリ２０の正極端子には正極電源線Ｌ１が接続され、正極電源線Ｌ１はバッテリパック１０の外部に延びている。また、高電圧バッテリ２０の負極端子には負極電源線Ｌ２が接続され、負極電源線Ｌ２はバッテリパック１０の外部に延びている。バッテリパックの外部において正極電源線Ｌ１および負極電源線Ｌ２が走行系負荷６０に接続されている。即ち、バッテリパック１０の外部において負極電源線Ｌ２が正極電源線Ｌ１と共に走行系負荷６０に接続されている。

走行系負荷６０は、具体的にはインバータと走行モータよりなり、インバータで直流電流を交流電流に変換してモータに供給してモータを駆動する。
バッテリパック１０内において正極電源線Ｌ１には開閉器としてのリレー３０が設けられている。同様に、バッテリパック１０内において負極電源線Ｌ２には開閉器としてのリレー３１が設けられている。開閉器としてのリレー（主回路用リレー）３０，３１は、車両のスタートスイッチＳＷ１のオン操作により閉路する。詳しくは、押しボタンスイッチであるスタートスイッチＳＷ１を押すことによりリレー３０，３１が閉じてレディー状態になる。

バッテリパック１０内にはＤＣ−ＤＣコンバータ４０が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、正極電源線Ｌ１における高電圧バッテリ２０の正極端子とリレー３０との間、および、負極電源線Ｌ２における高電圧バッテリ２０の負極端子とリレー３１との間に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、高電圧バッテリ２０から高電圧バッテリ２０の電圧よりも低い低電圧（本実施形態では１２ボルト）を生成することができる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４０における低電圧が出力される端子には低電圧電源線Ｌ３が接続され、低電圧電源線Ｌ３はバッテリパック１０の外部に延びている。バッテリパック１０の外部において低電圧電源線Ｌ３には、第２バッテリとしての１２ボルトバッテリ５０および補機系負荷７０，７１等が接続されている。補機系負荷７０は、例えばラジオ等であり、補機系負荷７１はドアコントローラであり、ドアコントローラはスタートスイッチＳＷ１がオン操作されていない状態でも電源が供給され動作する状態になっている。そして、補機系負荷（ドアコントローラ）７１には、車両の生産地から販売地まで車両を輸送する間も電源が供給され続ける。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、リレー３０，３１の開閉状態によらずに出力電圧が一定となるように動作する。
次に、このように構成した車両用電源装置１の作用を説明する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は直接高電圧バッテリ２０に接続され、バッテリパック１０の中に搭載されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、リレー３０，３１の開閉状態によらず動作するようになっている。

そして、スタートスイッチＳＷ１が入ると（オン操作されると）、リレー３０，３１が閉路する。そのため、スタートスイッチＳＷ１が入っていない状態（オンしない状態）で高電圧がバッテリパック１０の外部に出力されることはない。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４０はスタートスイッチＳＷ１の状態にかかわらず動作し、１２ボルトを１２ボルトバッテリ５０および補機系負荷７０，７１等に供給する。したがって、車両の輸送中に動作する補機系負荷（ドアコントローラ）７１にもＤＣ−ＤＣコンバータ４０からエネルギーが供給される。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０をリレー３０，３１の開閉状態にかかわらず動作させて１２ボルトバッテリ５０を充電するとともに補機系負荷にもエネルギーを供給することができるため、例えば車両の輸送中など長期間スタートスイッチＳＷ１が入っていない状態が続いても、補機系負荷７１に１２ボルトバッテリ５０からエネルギーを供給し続ける必要がなく、１２ボルトバッテリ５０を小容量化することができる。つまり、スタートスイッチＳＷ１を入れてリレー３０，３１を閉じなければバッテリパック１０の外部に高電圧バッテリ２０の高電圧を出力することができず、例えば６０ボルト以上は出力しないという安全上の要求を満たしながら、１２ボルトバッテリ５０を小容量にすることができる。

なお、スタートスイッチＳＷ１が入っていない状態では、補機系負荷７０，７１には高電圧バッテリ２０からエネルギーが供給されることとなるが、高電圧バッテリ２０の容量は１２ボルトバッテリ５０の容量に比べて十分大きく、輸送中に補機系負荷７０，７１にエネルギーを供給し続けても高電圧バッテリがあがることはない。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
ハイブリッド車の電源装置において、バッテリパック１０の中に補機用のＤＣ−ＤＣコンバータ４０と主回路用リレー３０，３１を搭載するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を高電圧バッテリ２０に直接接続した。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０をリレー３０，３１の開閉状態によらず動作させる。また、スタートスイッチＳＷ１をオン操作しない状態ではリレー３０，３１が閉路しない。

したがって、スタートスイッチＳＷ１をオン操作しない状態では、バッテリパックから外部に出てくる電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電圧である１２ボルトのみであるので、この状態でバッテリパック１０の外部に高電圧バッテリ２０の高電圧が出力されることはない。また、スタートスイッチＳＷ１をオン操作しない状態でも動作する補機系負荷７１（例えばドアコントローラ）には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して高電圧バッテリ２０からエネルギーが供給されるので、長時間スタートスイッチＳＷ１がオン操作されない状況を考慮して１２ボルトバッテリを大容量にしておく必要はない。

その結果、スタートスイッチＳＷ１がオンされないときにはバッテリパック１０の外部に内蔵した高電圧バッテリ２０の高電圧を出力しないという安全上の要求を満たしつつ、高電圧バッテリ２０にＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して接続した１２ボルトバッテリ５０を小容量にすることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○図２に示すように、１２ボルトバッテリ５０に電流センサ（例えばシャント抵抗）８１、電圧センサ８２を設けるとともに充電制御装置８３に電流センサ８１による検出電流、電圧センサ８２による検出電圧を入力する。充電制御装置８３で、電流センサ８１、電圧センサ８２からの情報に基づいてバッテリ５０の充電状態を監視（推定）して必要に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ４０を制御して（オン・オフ動作させて）充電する。これにより、バッテリ５０の状態に応じて最適にＤＣ−ＤＣコンバータ４０を駆動することができる。

○図３に示すように、１２ボルトバッテリ５０をバッテリパック１０内に配置して低電圧電源線Ｌ３と接続してもよい。こうすると、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と１２ボルトバッテリ５０とを接近して配置でき、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と１２ボルトバッテリ５０との距離が短くなる。これによりノイズを発生させにくくすることができる（ノイズを低減することができる）。なお、図２の構成において１２ボルトバッテリ５０をバッテリパック１０内に配置してもよい。

○バッテリパック１０に、他の電源装置、例えば高電圧から４２ボルトを作るＤＣ−ＤＣコンバータや１２ボルトから４２ボルトを作るＤＣ−ＤＣコンバータ等を入れてもよい。

○プラグインハイブリッド車では、充電器をバッテリパック１０の中に入れてもよい。
○ハイブリッド車に代わり、電気自動車に適用してもよい。

１…車両用電源装置、１０…バッテリパック、２０…高電圧バッテリ、３０…リレー、３１…リレー、４０…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５０…１２ボルトバッテリ、６０…走行系負荷、７０…補機系負荷、７１…補機系負荷、Ｌ１…正極電源線、Ｌ２…負極電源線、Ｌ３…低電圧電源線、ＳＷ１…スタートスイッチ。

Claims (3)

1. 第１バッテリを内蔵したバッテリパックと、
   前記第１バッテリの正極端子に接続され、前記バッテリパックの外部に延びる正極電源線と、
   前記第１バッテリの負極端子に接続され、前記バッテリパックの外部に延び、前記バッテリパックの外部において前記正極電源線と共に走行系負荷に接続される負極電源線と、
   前記バッテリパック内において前記正極電源線および前記負極電源線に設けられ、車両のスタートスイッチのオン操作により閉路する開閉器と、
   前記バッテリパック内に設けられ、前記正極電源線における前記第１バッテリの正極端子と前記開閉器との間、および、前記負極電源線における前記第１バッテリの負極端子と前記開閉器との間に接続され、前記第１バッテリから前記第１バッテリの電圧よりも低い低電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータにおける前記低電圧が出力される端子に接続され、前記バッテリパックの内部から外部に延び、前記バッテリパックの外部において負荷に接続される低電圧電源線と、
   前記低電圧電源線に接続された第２バッテリと、
   を備えた車両用電源装置であって、
   前記車両の前記スタートスイッチがオンされておらず前記第１バッテリに電力が供給されていない場合にも、前記負荷にエネルギーを供給している前記第２バッテリの充電状態を監視して必要に応じて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させて前記第２のバッテリを充電するようにしたことを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記開閉器が開路しているとともに前記第２のバッテリの充電が所定量より少ない場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させる請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記第２バッテリを前記バッテリパック内に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源装置。

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