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JP6802826B2 - 車両電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両電源装置に関する。
従来、車両電源装置として、例えば、特許文献１には、走行用バッテリと、当該走行用バッテリよりも電圧が低い標準バッテリと、走行用バッテリから供給される電力の電圧を降圧して標準バッテリに出力する降圧コンバータとを備える車両電源システムが開示されている。
特開２０１７−４１９９９号公報
ところで、上述の特許文献１に記載の車両電源システムは、例えば、降圧コンバータの数が増加し装置が大型化する傾向にあり、この点で更なる改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の大型化を抑制することができる車両電源装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両電源装置は、高圧負荷部及び前記高圧負荷部よりも電圧が低い低圧負荷部に直流電力を供給するバッテリと、前記バッテリに交流電力を供給する交流電源部に接続される電源接続部と、前記交流電源部から供給される交流電力を直流電力に変換し当該直流電力を前記バッテリに充電するＡＣ／ＤＣ変換部、及び、前記バッテリから供給される直流電力の電圧を降圧した中間電圧を生成する降圧ＤＣ／ＤＣ変換部を有する電力変換部と、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部により生成された前記中間電圧を降圧した直流電力を前記低圧負荷部に出力する定圧ＤＣ／ＤＣ変換部と、前記ＡＣ／ＤＣ変換部と前記電源接続部との電気的な接続をオン又はオフし、且つ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部と前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部との電気的な接続をオン又はオフする切替部と、前記交流電源部から供給される交流電力の供給開始を検出する検出部と、前記検出部により検出された検出結果に基づいて前記切替部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出部により前記交流電力の供給開始を検出した場合、前記ＡＣ／ＤＣ変換部及び前記電源接続部の接続をオンし当該ＡＣ／ＤＣ変換部により変換した直流電力を前記バッテリに充電し、且つ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部及び前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部の接続をオフし当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部から前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部に直流電力を出力せず、前記検出部により前記交流電力の供給開始を検出していない場合、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部及び前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部の接続をオンし当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部及び前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部により降圧した直流電力を前記低圧負荷部に出力し、且つ、前記バッテリから前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部を介さずに前記高圧負荷部に直流電力を供給可能であり、更に、前記ＡＣ／ＤＣ変換部及び前記電源接続部の接続をオフし当該ＡＣ／ＤＣ変換部から前記バッテリに直流電力を充電せず、前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部は、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部から出力される直流電力の前記中間電圧を一定の降圧比で降圧した直流電力を前記低圧負荷部に出力し、前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記交流電源部から供給される交流電力を直流電力に整流する整流回路、及び、前記整流回路により整流された直流電力の電圧を昇圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、前記バッテリから供給される直流電力の電圧を降圧した前記中間電圧を生成し、前記切替部は、前記整流回路と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に設けられ、前記整流回路と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの電気的な接続をオン又はオフし、且つ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部との間に設けられ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部との電気的な接続をオン又はオフすることを特徴とする車両電源装置。
上記車両電源装置において、前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部は、電流を通電又は遮断するスイッチング素子、及び、前記スイッチング素子の動作に応じて誘導電流を出力するコイルを有する降圧チョッパ回路を含んで構成されることが好ましい。
本発明に係る車両電源装置は、電力変換部を充電時の変換部及び放電時の変換部として兼用することができ、更に、中間電圧を一定の降圧比で降圧することができるので、装置の大型化を抑制することができる。
図１は、実施形態に係る車両電源装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係る車両電源装置の充電例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る車両電源装置の放電例を示すブロック図である。 図４は、実施形態に係る車両電源装置の動作例を示すフローチャートである。 図５は、実施形態の第１変形例に係る車両電源装置の構成例を示すブロック図である。 図６は、実施形態の第２変形例に係る車両電源装置の構成例を示すブロック図である。 図７は、実施形態の第３変形例に係る車両電源装置の構成例を示すブロック図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
図面を参照しながら実施形態に係る車両電源装置１について説明する。図１は、実施形態に係る車両電源装置１の構成例を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る車両電源装置１の充電例を示すブロック図である。図３は、実施形態に係る車両電源装置１の放電例を示すブロック図である。
車両電源装置１は、例えば、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリット自動車（ＰＨＶ）等の車両に搭載され、インバータやモータジェネレータ等を含む高圧負荷部３、及び、高圧負荷部３よりも電圧が低い補機負荷部等を含む低圧負荷部４に電力を供給するものである。ここで、補機負荷部とは、例えば、車両システム起動部、ワイパー、ヘッドランプ、オーディオ機器等である。
車両電源装置１は、図１に示すように、電源接続部としてのＡＣインレット１０と、検出部としての検出センサ２０と、バッテリとしての高圧バッテリ３０と、フィルター４０と、電力変換部としての電力変換ユニット５０と、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０と、補機バッテリ７０と、切替部としての切替スイッチ８０とを備えている。
ＡＣインレット１０は、家庭用のＡＣ電源（交流電源部）２のＡＣコンセントに接続されるコネクタである。ＡＣインレット１０は、その一部が車両の外側に露出している。ＡＣインレット１０は、家庭用のＡＣコンセントに接続され、ＡＣ電源２から交流電力が出力される。
検出センサ２０は、交流電力の供給開始を検出するものである。検出センサ２０は、例えば、ＡＣコンセントを介して供給される交流電力の供給開始を検出する。検出センサ２０は、例えば、ＡＣコンセントがＡＣインレット１０に接続されたことを、交流電力の供給開始として検出する。検出センサ２０は、ＡＣコンセント及びＡＣインレット１０が電気的又は機械的に接続されたことを検出する。検出センサ２０は、後述する制御部５３に接続され、検出結果を制御部５３に出力する。
高圧バッテリ３０は、高圧の直流電力を供給するものである。高圧バッテリ３０は、例えば、４００Ｖ、８００Ｖ、１０００Ｖ等の電圧であり、相対的に高圧の直流電力を供給する。高圧バッテリ３０は、電力変換ユニット５０及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０を介して低圧負荷部４に接続され、当該低圧負荷部４に直流電力を供給する。また、高圧バッテリ３０は、高圧負荷部３に接続され、当該高圧負荷部３に直流電力を供給する。高圧負荷部３のインバータは、高圧バッテリ３０から供給された直流電力を交流電力に変換し当該交流電力をモータジェネレータに供給する。モータジェネレータは、インバータにより供給された直流電力により駆動し車両の車輪を回転させる。
フィルター４０は、ノイズを低減するものである。フィルター４０は、ＡＣインレット１０に接続され、当該ＡＣインレット１０から出力される交流電力のノイズを低減する。フィルター４０は、電力変換ユニット５０に接続され、ノイズを低減した交流電力を電力変換ユニット５０に出力する。
電力変換ユニット５０は、電力を変換するものである。電力変換ユニット５０は、ＡＣ／ＤＣ変換部５１と、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２とを有する。ＡＣ／ＤＣ変換部５１は、交流電力を直流電力に変換するものである。ＡＣ／ＤＣ変換部５１は、例えば、図２に示すように、ＡＣ電源２から供給される交流電力を直流電力に変換し当該直流電力を高圧バッテリ３０に充電する。ＡＣ／ＤＣ変換部５１は、整流回路５１Ａと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂとを有する。整流回路５１Ａは、交流電力を直流電力に整流するものである。整流回路５１Ａは、例えば、４つのスイッチング素子を有するフルブリッジ回路である。整流回路５１Ａは、フィルター４０に接続され、当該フィルター４０から出力される交流電力を直流電力に整流する。整流回路５１Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂに接続され、整流した直流電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂに出力する。
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂは、電圧を昇圧又は降圧するものである。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂは、例えば、３相ＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）を用いたワンコンバータ回路である。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂは、第１ブリッジ回路５１ａと、第２ブリッジ回路５１ｂと、トランス５１ｃと、コンデンサＣ１、Ｃ２と、コイル部５１ｄ、５１ｅと、コイルＬ１、Ｌ２とを有する。
第１ブリッジ回路５１ａは、６つのスイッチング素子を有する３相のフルブリッジ回路である。第１ブリッジ回路５１ａは、切替スイッチ８０を介して整流回路５１Ａに接続され、且つ、トランス５１ｃに接続されている。第１ブリッジ回路５１ａは、整流回路５１Ａから出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力をトランス５１ｃに出力する。また、第１ブリッジ回路５１ａは、切替スイッチ８０を介して定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に接続され、トランス５１ｃから出力される交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を切替スイッチ８０を介して定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に出力する。
第２ブリッジ回路５１ｂは、６つのスイッチング素子を有する３相のフルブリッジ回路である。第２ブリッジ回路５１ｂは、トランス５１ｃ及び高圧バッテリ３０に接続されている。第２ブリッジ回路５１ｂは、トランス５１ｃから出力される交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を高圧バッテリ３０に出力する。また、第２ブリッジ回路５１ｂは、高圧バッテリ３０から供給される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力をトランス５１ｃに出力する。
トランス５１ｃは、３つのコイルを有する一次巻線部と、３つのコイルを有し一次巻線部と磁気的に結合される二次巻線部とを含んで構成される。一次巻線部及び二次巻線部は、互いに絶縁されている。これにより、トランス５１ｃは、モータジェネレータ等の高圧負荷部３及び高圧バッテリ３０を含む走行用の高圧電源系統と、補機負荷部等の低圧負荷部４を含む低圧電源系統とを絶縁することができる。更に、トランス５１ｃは、走行用の高圧電源系統とＡＣインレット１０とを絶縁することができる。このように、車両電源装置１は、電力変換ユニット５０を介して走行用の高圧電源系統と低圧電源系統等とを接続するので、走行用の高圧電源系統を容易に隔離することができ、整備性を向上できる。
トランス５１ｃの一次巻線部は、コイル部５１ｄを介して第１ブリッジ回路５１ａに接続されている。トランス５１ｃの二次巻線部は、コイル部５１ｅを介して第２ブリッジ回路５１ｂに接続されている。トランス５１ｃは、一次巻線部及び二次巻線部の電磁誘導により電圧を変換する。トランス５１ｃは、ＡＣ電源２から供給される電力の電圧を昇圧し、高圧バッテリ３０から供給される電力の電圧を降圧する。
コンデンサＣ１は、第１ブリッジ回路５１ａと切替スイッチ８０との間に設けられ、第１ブリッジ回路５１ａから切替スイッチ８０を介して定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に出力される直流電力を平滑化する。コンデンサＣ２は、第２ブリッジ回路５１ｂと高圧バッテリ３０との間に設けられ、第２ブリッジ回路５１ｂから高圧バッテリ３０に出力される直流電力を平滑化する。なお、第１ブリッジ回路５１ａ及び切替スイッチ８０は、コイルＬ１を介して接続され、第２ブリッジ回路５１ｂ及び高圧バッテリ３０は、コイルＬ２を介して接続されている。
降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２は、直流電力の電圧を降圧するものである。降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２は、高圧バッテリ３０から供給される直流電力の電圧を降圧した中間電圧Ｖｍを生成する。ここで、中間電圧Ｖｍは、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の相数に応じて予め定められる。中間電圧Ｖｍは、例えば、低圧負荷部４の電圧の最小値に相数を積算した値から低圧負荷部４の電圧の最大値に相数を積算した値の範囲に定められる。中間電圧Ｖｍは、例えば、低圧負荷部４の電圧の最大値を１５Ｖとし、相数を４相とした場合、当該中間電圧Ｖｍの最大値が６０Ｖとなる。降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２は、例えば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂを用いて、高圧バッテリ３０から供給される直流電力の電圧を降圧した中間電圧Ｖｍを生成する。つまり、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２は、高圧バッテリ３０を充電する際に用いられる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂを兼用して中間電圧Ｖｍを生成する。
降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２は、例えば、図３に示すように、高圧バッテリ３０から供給される直流電力の電圧をトランス５１ｃにより降圧した中間電圧Ｖｍを生成し、当該中間電圧Ｖｍの直流電力を切替スイッチ８０を介して定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に出力する。
定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、直流電力の電圧を降圧するものである。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、４相の降圧チョッパ回路ＣＰ１と、平滑コンデンサ６４とを有する。降圧チョッパ回路ＣＰ１は、電流を通電又は遮断する４つのスイッチング素子６１と、４つのダイオード６２と、各スイッチング素子６１の動作に応じて各ダイオード６２を介して誘導電流を出力する４つのコイルから成る結合インダクタ６３とを有する。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、切替スイッチ８０を介して降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２に接続され、当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２により生成された中間電圧Ｖｍを降圧した直流電力を低圧負荷部４等に出力する。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、例えば、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２から出力される直流電力の中間電圧Ｖｍを一定の降圧比で降圧した直流電力を低圧負荷部４等に出力する。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、相数分の１（１／相数）の降圧比で中間電圧Ｖｍを降圧する。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、例えば、４相の降圧チョッパ回路ＣＰ１を有する場合、１／４の降圧比で中間電圧Ｖｍを降圧する。４相の降圧チョッパ回路ＣＰ１は、例えば、１／４の降圧比で６０Ｖの中間電圧Ｖｍを１５Ｖの電圧に降圧する。平滑コンデンサ６４は、降圧チョッパ回路ＣＰ１に接続され、当該降圧チョッパ回路ＣＰ１から出力された直流電力を平滑化する。平滑コンデンサ６４は、補機バッテリ７０及び低圧負荷部４に接続され、平滑化した直流電力を補機バッテリ７０及び低圧負荷部４に出力する。なお、ダイオード６２は、同期整流でスイッチング素子を使うこともある。
補機バッテリ７０は、補機負荷部等を含む低圧負荷部４に電力を供給するものである。補機バッテリ７０は、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に接続され、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０から出力される直流電力を充電する。補機バッテリ７０は、低圧負荷部４に接続され、充電した直流電力を低圧負荷部４に供給する。
切替スイッチ８０は、電気的な接続をオン又はオフするものである。切替スイッチ８０は、例えば、機械式リレーや半導体リレー等が採用される。切替スイッチ８０は、ＡＣインレット１０とＡＣ／ＤＣ変換部５１との電気的な接続をオン又はオフする。切替スイッチ８０は、例えば、整流回路５１Ａと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂとの間に設けられ、整流回路５１Ａと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂとの電気的な接続をオン又はオフする。また、切替スイッチ８０は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０との間に設けられ、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０との電気的な接続をオン又はオフする。切替スイッチ８０は、整流回路５１Ａと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂとの電気的な接続をオンにする第１接続状態に切り替えることで、高圧バッテリ３０を充電可能とする。切替スイッチ８０は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０との電気的な接続をオンにする第２接続状態に切り替えることで、高圧バッテリ３０から補機バッテリ７０及び低圧負荷部４に電力供給を可能とする。
電力変換ユニット５０は、更に、制御部５３を有する。制御部５３は、切替スイッチ８０を制御するものである。制御部５３は、検出センサ２０に接続され、当該検出センサ２０により検出された検出結果に基づいて切替スイッチ８０を制御する。
制御部５３は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出した場合、切替スイッチ８０を上記第１接続状態に切り替える。そして、制御部５３は、ＡＣインレット１０及びＡＣ／ＤＣ変換部５１の接続をオンし、当該ＡＣ／ＤＣ変換部５１により変換した直流電力を高圧バッテリ３０に充電する。更に、制御部５３は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の接続をオフし、当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２から定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に直流電力を出力しない。
一方、制御部５３は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出していない場合、切替スイッチ８０を上記第２接続状態に切り替える。そして、制御部５３は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の接続をオンし、当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０により降圧した直流電力を低圧負荷部４に出力する。更に、制御部５３は、高圧バッテリ３０から降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２を介さずに高圧負荷部３に直流電力を供給する。また、制御部５３は、ＡＣ／ＤＣ変換部５１及びＡＣインレット１０の接続をオフし、当該ＡＣ／ＤＣ変換部５１から高圧バッテリ３０に直流電力を充電しない。
次に、図４を参照して車両電源装置１の動作例について説明する。図４は、実施形態に係る車両電源装置１の動作例を示すフローチャートである。車両電源装置１は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出したか否かを判定する（ステップＳ１）。検出センサ２０は、例えば、ＡＣコンセントがＡＣインレット１０に接続されたことを、交流電力の供給開始として検出する。車両電源装置１は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、高圧バッテリ３０を充電する（ステップＳ２）。車両電源装置１は、例えば、切替スイッチ８０を第１接続状態に切り替え、ＡＣインレット１０及びＡＣ／ＤＣ変換部５１の接続をオンする。そして、制御部５３は、ＡＣインレット１０から出力されＡＣ／ＤＣ変換部５１により変換した直流電力を高圧バッテリ３０に充電し、処理を終了する。なお、車両電源装置１は、高圧バッテリ３０を充電中に、必要に応じて切替スイッチ８０を第１接続状態から第２接続状態に切り替える。車両電源装置１は、例えば、高圧バッテリ３０を充電中に補機バッテリ７０の充電率が予め定められた基準値未満の場合、切替スイッチ８０を第１接続状態から第２接続状態に切り替える。そして、車両電源装置１は、高圧バッテリ３０の充電を一旦停止し、高圧バッテリ３０から供給される電力により補機バッテリ７０を充電する。これにより、車両電源装置１は、高圧バッテリ３０を充電中に補機バッテリ７０の充電率が著しく低下することを抑制できる。
上述のステップＳ１で、車両電源装置１は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出していない場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、高圧バッテリ３０から電力を供給する（ステップＳ３）。車両電源装置１は、例えば、切替スイッチ８０を第２接続状態に切り替え、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の接続をオンし、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０により降圧した電圧の直流電力を低圧負荷部４及び補機バッテリ７０に出力する。更に、制御部５３は、高圧バッテリ３０から降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２を介さずに高圧負荷部３に直流電力を供給し、処理を終了する。
以上のように、実施形態に係る車両電源装置１は、高圧バッテリ３０と、ＡＣインレット１０と、電力変換ユニット５０と、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０と、切替スイッチ８０と、検出センサ２０と、制御部５３とを備える。高圧バッテリ３０は、高圧負荷部３及び当該高圧負荷部３よりも電圧が低い低圧負荷部４に直流電力を供給する。ＡＣインレット１０は、高圧バッテリ３０に交流電力を供給するＡＣ電源２に接続される。電力変換ユニット５０は、ＡＣ電源２から供給される交流電力を直流電力に変換し当該直流電力を高圧バッテリ３０に充電するＡＣ／ＤＣ変換部５１、及び、高圧バッテリ３０から供給される直流電力の電圧を降圧した中間電圧Ｖｍを生成する降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２を有する。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２により生成された中間電圧Ｖｍを降圧した直流電力を低圧負荷部４に出力する。切替スイッチ８０は、ＡＣ／ＤＣ変換部５１とＡＣインレット１０との電気的な接続をオン又はオフし、且つ、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０との電気的な接続をオン又はオフする。検出センサ２０は、ＡＣ電源２から供給される交流電力の供給開始を検出する。
制御部５３は、検出センサ２０により検出された検出結果に基づいて切替スイッチ８０を制御する。制御部５３は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出した場合、ＡＣ／ＤＣ変換部５１及びＡＣインレット１０の接続をオンし、当該ＡＣ／ＤＣ変換部５１により変換した直流電力を高圧バッテリ３０に充電する。また、制御部５３は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の接続をオフし、当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２から定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０に直流電力を出力しない。一方、制御部５３は、検出センサ２０により交流電力の供給開始を検出していない場合、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の接続をオンし、当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２及び定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０により降圧した直流電力を低圧負荷部４に出力する。更に、制御部５３は、高圧バッテリ３０から降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２を介さずに高圧負荷部３に直流電力を供給する。また、制御部５３は、ＡＣ／ＤＣ変換部５１及びＡＣインレット１０の接続をオフし、当該ＡＣ／ＤＣ変換部５１から高圧バッテリ３０に直流電力を充電しない。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２から出力される直流電力の中間電圧Ｖｍを一定の降圧比で降圧した直流電力を低圧負荷部４に出力する。
この構成により、車両電源装置１は、電力変換ユニット５０を用いて、ＡＣ電源２の交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリ３０を充電することができ、且つ、高圧バッテリ３０の直流電力を降圧して低圧負荷部４に供給することができる。これにより、車両電源装置１は、高圧バッテリ３０を充電する際の昇圧用の変換部及び高圧バッテリ３０を放電する際の降圧用の変換部として、電力変換ユニット５０を使用することができる。つまり、車両電源装置１は、例えば、電力変換ユニット５０の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂを充電時の昇圧用の変換部及び放電時の降圧用の変換部として兼用することができる。これにより、車両電源装置１は、電力変換部の数の増加を抑制することができ、装置の大型化を抑制することができる。また、車両電源装置１は、製造コストを削減することができる。車両電源装置１は、中間電圧Ｖｍを生成することにより、沿面距離を相対的に短くすることができ、装置の大型化を抑制できる。車両電源装置１は、中間電圧Ｖｍを生成することにより、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０を高圧用の特別な仕様にする必要がないので、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の製造コストを抑制できる。
また、車両電源装置１は、従来のようにトランスを新たに追加しないので、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂのトランス５１ｃを単機能とすることができ、設計の最適化を行いやすく、装置の大型化をより抑制することができる。車両電源装置１は、中間電圧Ｖｍで電圧調整を行い当該中間電圧Ｖｍを一定の降圧比で降圧するので、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の設計を結合インダクタ６３を用いて最適化することができる。これにより、車両電源装置１は、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の大型化を抑制することができ、更に、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０のノイズ発生を抑制することができる。
上記車両電源装置１において、ＡＣ／ＤＣ変換部５１は、ＡＣ電源２から供給される交流電力を直流電力に整流する整流回路５１Ａ、及び、当該整流回路５１Ａにより整流された直流電力の電圧を昇圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂを有する。降圧ＤＣ／ＤＣ変換部５２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂを用いて、高圧バッテリ３０から供給される直流電力の電圧を降圧した中間電圧Ｖｍを生成する。この構成により、車両電源装置１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂを充電時の昇圧用の変換部及び放電時の降圧用の変換部として兼用することができ、装置の大型化を抑制できる。車両電源装置１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｂのトランス５１ｃにより高圧バッテリ３０等の高圧電源系統と低圧負荷部４等の低圧電源系統との絶縁を確保することができる。車両電源装置１は、切替スイッチ８０によりＡＣ電源２と低圧負荷部４等の低圧電源系統との絶縁を確保することができる。
上記車両電源装置１において、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０は、電流を通電又は遮断するスイッチング素子６１、及び、スイッチング素子６１の動作に応じて誘導電流を出力する結合インダクタ６３を有する降圧チョッパ回路ＣＰ１を含んで構成される。この構成により、車両電源装置１は、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０の設計を結合インダクタ６３を用いて最適化することができ、当該定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０を低ノイズ且つ小型化することができる。
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。なお、変形例では、実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。図５は、実施形態の第１変形例に係る車両電源装置１Ａの構成例を示すブロック図である。第１変形例に係る車両電源装置１Ａは、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０Ａが３相の降圧チョッパ回路ＣＰ２を備える点で実施形態に係る車両電源装置１と異なる。３相の降圧チョッパ回路ＣＰ２は、図５に示すように、電流を通電又は遮断する３つのスイッチング素子６１と、３つのダイオード６２と、各スイッチング素子６１の動作に応じて各ダイオード６２を介して誘導電流を出力する３つのコイルから成る結合インダクタ６３とを有する。定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０Ａは、３相の降圧チョッパ回路ＣＰ２において、１／３の降圧比で中間電圧Ｖｍを降圧する。中間電圧Ｖｍは、例えば、低圧負荷部４の電圧の最大値を１５Ｖとし、相数を３相とした場合、当該中間電圧Ｖｍの最大値が４５Ｖとなり、４相の降圧チョッパ回路ＣＰ１の中間電圧Ｖｍ（６０Ｖ）よりも小さくなる。これにより、３相の降圧チョッパ回路ＣＰ２は、４相の降圧チョッパ回路ＣＰ２よりも電圧を扱い易くなるが、電力損失の点で４相の降圧チョッパ回路ＣＰ２よりも劣る。
また、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０Ａは、降圧チョッパ回路ＣＰ２を並列接続してもよい。図６は、実施形態の第２変形例に係る車両電源装置１Ｂの構成例を示すブロック図である。第２変形例に係る車両電源装置１Ｂにおいて、定圧ＤＣ／ＤＣ変換部６０Ｂは、例えば、図６に示すように、３相の降圧チョッパ回路ＣＰ２を２並列に接続している。
また、車両電源装置１は、力率を改善するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を有する構成としてもよい。図７は、実施形態の第３変形例に係る車両電源装置１Ｃの構成例を示すブロック図である。車両電源装置１Ｃは、例えば、図７に示すように、切替スイッチ８０を介してＡＣ電源２に接続されるＰＦＣ回路５１Ｃと、当該ＰＦＣ回路５１Ｃに接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１Ｄとを有する。
また、高圧負荷部３は、インバータやモータジェネレータ等を含んで構成される例について説明したが、これに限定されず、その他の電子機器を含んで構成されてもよい。
また、低圧負荷部４は、補機負荷部等を含んで構成される例について説明したが、これに限定されず、その他の電子機器を含んで構成されてもよい。
また、制御部５３は、電力変換ユニット５０に設けられる例について説明したが、これに限定されず、その他の箇所に設けられてもよい。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 車両電源装置
２ ＡＣ電源（交流電源部）
３ 高圧負荷部
４ 低圧負荷部
１０ ＡＣインレット（電源接続部）
２０ 検出センサ（検出部）
３０ 高圧バッテリ（バッテリ）
５０ 電力変換ユニット（電力変換部）
５１ ＡＣ／ＤＣ変換部
５１Ａ 整流回路
５１Ｂ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
５２ 降圧ＤＣ／ＤＣ変換部
５３ 制御部
６０、６０Ａ、６０Ｂ 定圧ＤＣ／ＤＣ変換部
６１ スイッチング素子
６３ 結合インダクタ（コイル）
８０ 切替スイッチ（切替部）
ＣＰ１、ＣＰ２ 降圧チョッパ回路
Ｖｍ 中間電圧（第１電圧）

Claims (2)

  1. 高圧負荷部及び前記高圧負荷部よりも電圧が低い低圧負荷部に直流電力を供給するバッテリと、
    前記バッテリに交流電力を供給する交流電源部に接続される電源接続部と、
    前記交流電源部から供給される交流電力を直流電力に変換し当該直流電力を前記バッテリに充電するＡＣ／ＤＣ変換部、及び、前記バッテリから供給される直流電力の電圧を降圧した中間電圧を生成する降圧ＤＣ／ＤＣ変換部を有する電力変換部と、
    前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部により生成された前記中間電圧を降圧した直流電力を前記低圧負荷部に出力する定圧ＤＣ／ＤＣ変換部と、
    前記ＡＣ／ＤＣ変換部と前記電源接続部との電気的な接続をオン又はオフし、且つ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部と前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部との電気的な接続をオン又はオフする切替部と、
    前記交流電源部から供給される交流電力の供給開始を検出する検出部と、
    前記検出部により検出された検出結果に基づいて前記切替部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記検出部により前記交流電力の供給開始を検出した場合、前記ＡＣ／ＤＣ変換部及び前記電源接続部の接続をオンし当該ＡＣ／ＤＣ変換部により変換した直流電力を前記バッテリに充電し、且つ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部及び前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部の接続をオフし当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部から前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部に直流電力を出力せず、
    前記検出部により前記交流電力の供給開始を検出していない場合、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部及び前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部の接続をオンし当該降圧ＤＣ／ＤＣ変換部及び前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部により降圧した直流電力を前記低圧負荷部に出力し、且つ、前記バッテリから前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部を介さずに前記高圧負荷部に直流電力を供給可能であり、更に、前記ＡＣ／ＤＣ変換部及び前記電源接続部の接続をオフし当該ＡＣ／ＤＣ変換部から前記バッテリに直流電力を充電せず、
    前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部は、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部から出力される直流電力の前記中間電圧を一定の降圧比で降圧した直流電力を前記低圧負荷部に出力し、
    前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記交流電源部から供給される交流電力を直流電力に整流する整流回路、及び、前記整流回路により整流された直流電力の電圧を昇圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、
    前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、前記バッテリから供給される直流電力の電圧を降圧した前記中間電圧を生成し、
    前記切替部は、前記整流回路と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に設けられ、前記整流回路と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの電気的な接続をオン又はオフし、且つ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部との間に設けられ、前記降圧ＤＣ／ＤＣ変換部と定圧ＤＣ／ＤＣ変換部との電気的な接続をオン又はオフすることを特徴とする車両電源装置。
  2. 前記定圧ＤＣ／ＤＣ変換部は、電流を通電又は遮断するスイッチング素子、及び、前記スイッチング素子の動作に応じて誘導電流を出力するコイルを有する降圧チョッパ回路を含んで構成される請求項１に記載の車両電源装置。
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