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Title:
ELECTRIC VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/116311
Kind Code:
A1
Abstract:
A path for charging a main battery (10) with an external charger (400) is formed by turning on a first relay (150A) and a second relay (150B). This charge path is provided independently of a conductive path formed between the main battery (10) and a motor generator (30), which generates vehicle drive power, by turning on a third relay (150C). Furthermore, an accessory load system that includes an accessory equipment battery (70) is supplied operating power from power supply wiring (151) between the second relay (150B) and a power converter (110) so that operation is possible even if the third relay (150C) is turned off, without being connected to the aforementioned conductive path.

Inventors:
ICHIKAWA SHINJI (JP)
Application Number:
PCT/JP2009/050794
Publication Date:
September 24, 2009
Filing Date:
January 21, 2009
Export Citation:
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Assignee:
TOYOTA MOTOR CO LTD (JP)
ICHIKAWA SHINJI (JP)
International Classes:
B60L11/18; B60L1/00
Foreign References:
JP2007195336A2007-08-02
JP2007228753A2007-09-06
JPH0898324A1996-04-12
JP2001163041A2001-06-19
JP2000299988A2000-10-24
JP2001045673A2001-02-16
Other References:
See also references of EP 2255990A4
Attorney, Agent or Firm:
FUKAMI, Hisao et al. (JP)
Hisao Fukami (JP)
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Claims:
 外部電源(400)によって充電可能に構成された蓄電装置(10)を搭載した電動車両であって、
 前記外部電源によって前記蓄電装置を充電する外部充電時に、前記外部電源からの供給電力を受ける充電コネクタ(105)と、
 前記外部電源からの供給電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する電力変換器(110)と、
 前記蓄電装置および車両駆動力発生用の電動機(30)の間に接続されて、前記電動機を駆動制御するように構成された電力制御ユニット(20)と、
 前記充電コネクタおよび前記電力変換器の間の通電経路に介挿接続される第1の開閉器(150A)と、
 前記電力変換器および前記蓄電装置の間の通電経路に介挿接続される第2の開閉器(150B)と、
 前記第2の開閉器と前記電力変換器との間を電気的に接続する第1の配線(151)から電力を供給されるように配置された補機負荷系(60,70,80)とを備える、電動車両。
 前記蓄電装置(10)および前記電力制御ユニット(20)の間の通電経路に介挿接続される第3の開閉器(150C)と、
 前記外部充電時に、前記第1の開閉器(150A)および前記第2の開閉器(150B)を閉成する一方で、前記第3の開閉器(150C)を開放し、かつ、前記電力変換器(110)を作動させて前記蓄電装置を充電する制御部(5)とをさらに備える、請求の範囲第1項記載の電動車両。
 前記制御部(5)は、前記外部充電時に前記蓄電装置(10)の充電完了に応答して、前記第2の開閉器(150B)を開放する、請求の範囲第2項記載の電動車両。
 前記補機負荷系(60,70,80)は、
 前記蓄電装置(10)よりも出力電圧が低い補機用蓄電装置(70)と、
 前記第1の配線(151)上の電力を前記補機用蓄電装置の充電電力に変換する補機用電力変換器(60)と、
 前記補機用蓄電装置からの電力によって動作する負荷機器(80)とを含む、請求の範囲第1項記載の電動車両。
 前記外部充電時に、前記補機用電力変換器(60)を作動させて前記補機用蓄電装置(70)を充電するとともに、前記補機用蓄電装置の充電完了に応答して前記補機用電力変換器を停止させる制御部をさらに備える、請求の範囲第4項記載の電動車両。
 前記外部電源(400)は、系統電源であり、
 前記電動車両は、
 前記第1の開閉器(150A)と前記電力変換器(110)の間を電気的に接続する第2の配線(152)から前記系統電源と同等の交流電力を出力するためのコンセント(120)と、
 前記第2の配線と前記コンセントとの間の通電経路に接続された第4の開閉器(150D)と、
 前記外部充電時において、前記電動車両の電気システムの起動が指示されたときに前記第4の開閉器を閉成する制御部(5)とをさらに備える、請求の範囲第1項記載の電動車両。
 前記電力変換器(110)は、双方向に電力変換可能に構成されて、前記蓄電装置(10)からの電力を前記交流電力に変換可能であり、
 前記制御部(5)は、前記第4の開閉器(150D)の閉成時に、前記外部電源(400)が停電しているときには、前記電力変換器を作動させて変換した前記交流電力を前記第2の配線(152)に出力させる、請求の範囲第6項記載の電動車両。
 前記蓄電装置(10)は複数個設けられ、
 前記第2の開閉器(150B)および前記第1の配線(151)は、前記複数個の蓄電装置(10(1)~10(n))にそれぞれ対応して複数個設けられ、
 前記補機負荷系(60,70,80)は、前記複数個の第1の配線のうちの少なくとも1つから電力を供給されるように配置される、請求の範囲第1項記載の電動車両。
 前記複数個の蓄電装置(10(1)~10(n))および前記電力制御ユニット(20)の間の通電経路のそれぞれに介挿接続される複数個の第3の開閉器(150C)と、
 前記外部充電時に、前記第1の開閉器(150A)および少なくとも1つの前記第2の開閉器(150B)を閉成する一方で、各前記第3の開閉器(150C)を開放し、かつ、前記電力変換器(110)を作動させて前記複数個の蓄電装置のうちの少なくとも1つを充電する制御部(5)とをさらに備える、請求項8記載の電動車両。
 前記制御部(5)は、前記外部充電時に、各前記蓄電装置(10)の充電完了に応答して、対応する前記第2の開閉器(150B)を開放する、請求の範囲第9項記載の電動車両。
 前記蓄電装置(10)および前記電力制御ユニット(20)の間の通電経路に介挿接続される第3の開閉器(150C)と、
 前記第3の開閉器と前記電力制御ユニットとの間を電気的に接続する第3の配線(153)と、
 前記第1の配線(151)および前記第3配線を電気的に接続する第4の配線(154)とをさらに備える、請求の範囲第1,4~7のいずれか1項に記載の電動車両。
 前記第3の開閉器(150C)と前記電力制御ユニット(20)との間を電気的に接続する第3の配線(153)と、
 前記第1の配線(151)および前記第3の配線を電気的に接続する第4の配線(154)とをさらに備える、請求の範囲第2または3項に記載の電動車両。
 前記複数個の第3の開閉器(150C(1)~150C(n))および前記電力制御ユニット(20)の間を電気的に接続する第3の配線(153)と、
 前記複数個の第1の配線のうちの前記補機負荷系(60,70,80)へ電力を供給する少なくとも1つと、前記第3の配線とを電気的に接続する第4の配線(154)とをさらに備える、請求の範囲第8~10のいずれか1項に記載の電動車両。
Description:
電動車両

 この発明は、電動車両に関し、より特定 には、車両外部の電源によって充電可能な 電装置を搭載した電動車両の電気システム 関する。

 二次電池に代表される蓄電装置からの電 によって車両駆動用電動機を駆動する電気 動車やハイブリッド自動車等の電動車両で 、車両外部の電源(以下、単に「外部電源」 とも称する)によってこの蓄電装置を充電す 構成が提案されている。また、以下では、 部電源による蓄電装置の充電を「外部充電 とも称する。

 たとえば、特開2001-163041号公報(特許文献1 )には、外部の商用電源に接続可能な接続器 介して得られる交流電力を整流平滑した後 所定の電圧に昇圧して車軸駆動用のバッテ へ充電する構成が記載されている。さらに 特許文献1では、当該バッテリに蓄えられた 荷を用いて冷凍サイクルを構成する圧縮機 駆動を可能にした自動車用空調装置におい 、通常の場合には、冷凍サイクル中の圧縮 をバッテリからの電力によって電気的に駆 する一方で、キャンプ場等で駐車した状態 車内を空調する場合には、バッテリを圧縮 駆動回路から切り離して、交流電源から整 平滑された電力を直接圧縮機の駆動に用い ことを可能にする回路を設けることが記載 れている。

 これにより、特許文献1による自動車用空 調装置では、キャンプ場等で駐車中にバッテ リの消耗を気にすることなく、また発電のた めにエンジンを動かし続けることなく長時間 空調装置を運転することが可能となる。

 また、特開2000-299988号公報(特許文献2)に 、車両用商用電源装置において、コンセン をインバータおよび商用電源で自動切換可 にした構成が記載されている。特許文献2の 成によれば、切換スイッチによって、商用 源から入力された交流電力、あるいはイン ータがバッテリからの電力を変換して出力 た交流電圧の一方を選択的に、商用電源お びインバータに共通の電源出力用コンセン と接続することが可能となっている。

 また、特開2001-45673号公報(特許文献3)では、 電動装置およびその電池用ユニットの構成と して、商用電源および充電手段による電池ユ ニットの充電経路と、電池ユニットから負荷 の駆動手段への通電経路とのそれぞれに独立 にスイッチを配置する回路構成が記載されて いる。

特開2001-163041号公報

特開2000-299988号公報

特開2001-45673号公報

 しかしながら、特許文献1に記載された構 成では、外部電源(商用電源)によってバッテ (B1)を充電する経路と、バッテリの電力を動 力モータへ供給する経路との切換を単一のス イッチ(SW1)で実行している。このスイッチは バッテリから動力モータへの供給電流が通 するため比較的大容量のものが必要とされ ため、接点間の接続のための駆動電力が大 くなることが予想される。このため、外部 電時に当該スイッチによりB側の接点を接続 する必要がある特許文献1の構成では、充電 の効率が低下することが懸念される。

 また、特許文献1では、上記スイッチとは 別個のスイッチ(SW2)によって接点間を接続す ことによって、外部充電時にも圧縮機(13)を 含む空調機器を作動させることができる。こ のように、このような車両の補機負荷系につ いて、外部充電時にもユーザ要求によって動 作が必要な場合が出てくる。この際に、充電 効率を向上させた上で、このような補機負荷 系の動作を確保するための電気システムの構 成が求められるが、特許文献2および3は、こ ような補機負荷系の構成について全く言及 ていない。

 この発明は、このような問題点を解決す ためになされたものであって、この発明の 的は、外部電源によって充電可能な蓄電装 を搭載した電動車両において、外部充電時 充電効率向上および補機負荷系の動作確保 両方が可能な電気システムの構成を提供す ことである。

 この発明による電動車両は、外部電源に って充電可能に構成された蓄電装置を搭載 た電動車両であって、充電コネクタと、電 変換器と、電力制御ユニットと、第1および 第2の開閉器と、補機負荷系とを備える。充 コネクタは、外部電源によって蓄電装置を 電する外部充電時に、外部電源からの供給 力を受ける。電力変換器は、外部電源から 供給電力を蓄電装置の充電電力に変換する 電力制御ユニットは、蓄電装置および車両 動力発生用の電動機の間に接続されて、電 機を駆動制御するように構成される。第1の 閉器は、充電コネクタおよび電力変換器の の通電経路に介挿接続される。第2の開閉器 は、電力変換器および蓄電装置の間の通電経 路に介挿接続される。補機負荷系は、第2の 閉器と電力変換器との間を電気的に接続す 第1の配線から電力を供給されるように配置 れる。

 上記電動車両によれば、第1および第2の 閉器を閉成することによって、外部電源か 電力制御ユニットを介した車両駆動力発生 電動機への通電経路とは独立に、蓄電装置 補機負荷系および外部電源の間を接続する 電経路を確保できる。ここで、第1および第2 の開閉器は、車両駆動力発生用電動機への通 電経路に配設されていないので電流容量を抑 制することができる。したがって、外部充電 時における開閉器(すなわち、第1および第2の 開閉器)の消費電力を抑制することによって 電効率を向上しつつ、補機負荷系を動作さ ることが可能となる。

 好ましくは、電動車両は、蓄電装置およ 電力制御ユニットの間の通電経路に介挿接 される第3の開閉器と、制御部とをさらに備 える。制御部は、外部充電時に、第1および 2の開閉器を閉成する一方で、第3の開閉器を 開放し、かつ、電力変換器を作動させて蓄電 装置を充電する。

 このようにすると、第1および第2の開閉 よりも電流容量が大きい、車両駆動力発生 電動機への通電経路に設けられた第3の開閉 を開放して外部充電を実行するので、外部 電時における開閉器の消費電力を抑制して 電効率を向上できる。

 さらに好ましくは、制御部は、外部充電 に蓄電装置の充電完了に応答して、第2の開 閉器を開放する。

 このようにすると、蓄電装置の充電完了 応答して、外部充電経路を形成する開閉器( 第2の開閉器)を開放して無用な電力消費を抑 するとともに、第1の開閉器を介した外部電 源からの電力によって補機負荷系を動作させ ることができる。

 また好ましくは、補機負荷系は、蓄電装 よりも出力電圧が低い補機用蓄電装置と、 1の配線上の電力を補機用蓄電装置の充電電 力に変換する補機用電力変換器と、補機用蓄 電装置からの電力によって動作する負荷機器 とを含む。

 このようにすると、外部充電時に、外部 源からの電力によって補機用蓄電装置(補機 バッテリ)を充電することができる。

 あるいは好ましくは、電動車両は、制御 をさらに備える。制御部は、外部充電時に 補機用電力変換器を作動させて補機用蓄電 置を充電するとともに、補機用蓄電装置の 電完了に応答して補機用電力変換器を停止 せる。

 このようにすると、外部充電時に、補機 蓄電装置の充電完了に応答して補機用電力 換器の動作を停止させるので、無用な電力 費を抑制することができる。

 また好ましくは、外部電源は、系統電源 あり、電動車両は、コンセントと、制御部 をさらに備える。コンセントは、第1の開閉 器と電力変換器との間を電気的に接続する第 2の配線から系統電源と同等の交流電力を出 するために設けられる。第4の開閉器は、第2 の配線とコンセントとの間の通電経路に接続 される。制御部は、外部充電時において、電 動車両の電気システムの起動が指示されたと きに第4の開閉器を閉成する。

 このようにすると、電動車両に設けられ コンセントから、外部充電時には系統電源 らの交流電力を出力することが可能となる これにより、蓄電装置の電力消耗が抑制で る。

 さらに好ましくは、電力変換器は、双方 に電力変換可能に構成されて、蓄電装置か の電力を交流電力に変換可能である。そし 、制御部は、第4の開閉器の閉成時に、外部 電源が停電しているときには、電力変換器を 作動させて変換した交流電力を第2の配線に 力させる。

 このようにすると、外部充電時に外部電 が停電している場合には、蓄電装置の電力 よって、コンセントから系統電源と同等の 流電力を出力することができる。

 好ましくは、蓄電装置は複数個設けられ 第2の開閉器および第1の配線は、複数個の 電装置にそれぞれ対応して複数個設けられ 。そして、補機負荷系は、複数個の第1の配 のうちの少なくとも1つから電力を供給され るように配置される。さらに好ましくは、電 動車両は、複数個の蓄電装置および電力制御 ユニットの間の通電経路のそれぞれに介挿接 続される複数個の第3の開閉器と、制御部と さらに備える。制御部は、外部充電時に、 1の開閉器および少なくとも1つの第2の開閉 を閉成する一方で、各第3の開閉器を開放し かつ、電力変換器を作動させて複数個の蓄 装置のうちの少なくとも1つを充電する。さ らに、制御部は、外部充電時に、各蓄電装置 の充電完了に応答して、対応する第2の開閉 を開放する。

 このようにすると、蓄電装置が複数個設 られた電気システムにおいて、外部充電時 おける開閉器(すなわち、第1および第2の開 器)の消費電力を抑制することによって充電 効率を向上しつつ、補機負荷系を動作させる ことが可能となる。さらに、蓄電装置ごとに 充電完了に応答して対応の第2の開閉器を開 することにより、無用な電力消費を抑制す ことができる。

 好ましくは、電動車両は、蓄電装置およ 電力制御ユニットの間の通電経路に介挿接 される第3の開閉器と、第3の配線と、第4の 線とを備える。第3の配線は、第3の開閉器 電力制御ユニットとの間を電気的に接続す 。第4の配線は、第1の配線と第3の配線とを 気的に接続する。あるいは、蓄電装置が複 個設けられた構成において、電動車両は、 3の配線および第4の配線をさらに備える。第 3の配線は、複数個の蓄電装置にそれぞれ対 する複数個の第3の開閉器および電力制御ユ ットの間を電気的に接続する。第4の配線は 、複数個の第1の配線のうちの補機負荷系へ 力を供給する少なくとも1つと第3の配線とを 電気的に接続する。

 このようにすると、第2の開閉器をオフし ても、蓄電装置からの電力によって補機負荷 系を動作させることが可能となる。このため 、通常走行時には第2の開閉器を開放するこ によって、消費電力抑制による燃費改善を ることができる。また、蓄電装置の異常発 時に、第2および第3の開閉器の開放によって 蓄電装置を電気システムから切り離しても、 車両駆動用電動機からの回生電力によって補 機負荷系の動作を確保できる。

 この発明による電動車両によれば、外部 源による蓄電装置の充電時における充電効 の向上および補機負荷系の動作確保の両方 図ることができる。

本発明の実施の形態1による電動車両の 電気システム構成を示すブロック図である。 図1に示された電力変換器の構成例を示 す回路図である。 図1に示した電動車両の電気システムに おける各リレーのオンオフ制御を説明する図 表である。 図1に示した電動車両の電気システムに おける外部充電時のリレー制御動作を説明す る第1のフローチャートである。 図1に示した電動車両の電気システムに おける外部充電時のリレー制御動作を説明す る第2のフローチャートである。 本発明の実施の形態2による電動車両の 電気システムの構成を示すブロック図である 。 本発明の実施の形態3による電動車両の 電気システム構成を説明するブロック図であ る。 本発明の実施の形態3の変形例による電 動車両の電気システム構成を説明するブロッ ク図である。

符号の説明

 5 制御装置、10,10(1)~10(n) メインバッテリ 、15,15(1)~15(n) 電池ECU、22 平滑コンデンサ、2 5 MG-ECU、30 モータジェネレータ、40 動力伝 ギア、50 駆動輪、60 DC/DCコンバータ、65  調機器、70 補機バッテリ、80 補機負荷、100  電動車両、105 充電コネクタ、110 電力変換 器、112,114,116 ブリッジ回路、115 トランス、 117,118 電源配線、120 ACコンセント(車内)、150 A,150B,150B(1)~150B(n),150C,150C(1)~150C(n),150D リレー 151~154 電源配線、200 充電ケーブル、205 充 電コネクタ、210 充電プラグ、400 外部電源 405 コンセント、500 太陽電池、C1 平滑コン デンサ、L1,L2 リアクトル、N1,N2 ノード(AC側) 、N3,N4 ノード(DC側)、Vac 交流電圧、Vdc 直流 電圧。

 以下において、この発明の実施の形態に いて図面を参照して詳細に説明する。なお 以下図中の同一または相当部分には同一の 号を付してその説明は原則として繰返さな ものとする。

 [実施の形態1]
 図1は、本発明の実施の形態1による電動車 の電気システム構成を示すブロック図であ 。

 図1を参照して、電動車両100は、制御装置 5と、メインバッテリ10と、電力制御ユニット (PCU)20と、平滑コンデンサ22と、モータジェネ レータ30と、動力伝達ギア40と、駆動輪50とを 備える。

 制御装置5は、電動車両100の搭載機器を制 御する機能のうちの、各リレーのオン(閉成) オフ(開放)や、各機器の作動(電源オン)・停 止(電源オフ)を制御する機能部分を示すもの する。なお、制御装置5は、図示しない内蔵 メモリに予め記憶されたプログラムの実行に よる所定の演算処理や電子回路等のハードウ ェアによる所定の演算処理によって、上記機 能を達成するように構成できる。

 メインバッテリ10は、「蓄電装置」の代 例として示され、代表的にはリチウムイオ 電池やニッケル水素電池等の二次電池によ 構成される。たとえば、メインバッテリ10の 出力電圧は200V程度である。あるいは、電気 重層キャパシタによって、あるいは二次電 とキャパシタとの組合せ等によって「蓄電 置」を構成してもよい。

 PCU20は、メインバッテリ10の蓄積電力を、 モータジェネレータ30を駆動制御するための 力に変換する。たとえば、モータジェネレ タ30は永久磁石型の3相同期電動機で構成さ て、PCU20は、三相インバータにより構成さ る。あるいは、PCU20については、メインバッ テリ10からの出力電圧を可変制御するコンバ タと、コンバータの出力電圧を交流電圧に 換する三相インバータとの組合せによって 成してもよい。

 メインバッテリ10とPCU20との間の通電経路 には、「第3の開閉器」に対応するリレー150C 接続される。リレー150Cは、電動車両100の電 気システムの起動指令、たとえばイグニッシ ョンスイッチのオン(IG-ON)に応答してオンさ るシステムメインリレー(SMR)に対応する。メ インバッテリ10は、リレー150Cを介して、PCU20 電源配線153と接続される。平滑コンデンサ2 2は、電源配線153に接続されて、直流電圧を 滑する機能を果たす。

 モータジェネレータ30の出力トルクは、 速機や動力分割機構によって構成される動 伝達ギア40を介して駆動輪50に伝達されて、 動車両100を走行させる。

 モータジェネレータ30は、電動車両100の 生制動動作時には、駆動輪50の回転力によっ て発電することができる。そしてその発電電 力は、PCU20によってメインバッテリ10の充電 力に変換される。

 また、モータジェネレータ30の他にエン ン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動 車では、このエンジンおよびモータジェネレ ータ30を協調的に動作させることによって、 要な電動車両100の車両駆動力が発生される この際には、エンジンの回転による発電電 を用いて、メインバッテリ10を充電するこ も可能である。すなわち、電動車両100は、 両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を すものであり、エンジンおよび電動機によ 車両駆動力を発生するハイブリッド自動車 エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電 車等を含む。

 メインバッテリ10およびPCU20に対して、そ れぞれの動作を管理・制御するための電子制 御ユニット(ECU)が設けられる。たとえば、メ ンバッテリ10に対しては電池ECU15が設けられ 、PCU20に対してはMG-ECU25が設けられる。

 電池ECU15は、メインバッテリ10に配設され た図示しない温度センサ、電流センサ、電圧 センサ等に基づいて、メインバッテリの充放 電状態を管理制御する。代表的には電池ECU15 よってメインバッテリ10の残存容量(SOC:State of Charge)が算出される。

 MG-ECU25は、モータジェネレータ30が、動作 指令(代表的にはトルク指令値)に従って動作 るように、PCU20における電力変換動作、具 的には、上述のインバータ(図示せず)あるい は、インバータおよびコンバータ(図示せず) 構成する電力用半導体スイッチング素子の ンオフ動作を制御する。

 電動車両100は、メインバッテリ10(蓄電装 )の外部充電のための構成として、充電コネ クタ105と、電力変換器110とを含む。さらに、 電動車両100には、商用交流電源を取出すため のACコンセント120が配置される。

 充電コネクタ105は、充電ケーブル200を介 て、外部電源400と接続される。外部電源400 、代表的には系統電源により構成される。 電ケーブル200は、充電コネクタ205および充 プラグ210を有するように構成される。

 外部充電時には、外部電源400のコンセン 405が充電プラグ210と接続され、かつ、充電 ネクタ205が電動車両100の充電コネクタ105と 続されることによって、外部電源400からの 力が充電コネクタ205へ供給される。

 充電コネクタ105は、外部電源400と電気的 接続されたときに、そのことを制御装置5に 通知する機能を有する。

 電力変換器110は、ノードN1,N2間の交流電 VacとノードN3,N4間の直流電圧Vdcとの間で電力 変換を実行する。電力変換器110のノードN1お びN2は電源配線152と接続される。電源配線15 2は、「第1の開閉器」に対応するリレー150Aを 介して充電コネクタ105と電気的に接続される 。さらに、電源配線152は、「第4の開閉器」 対応するリレー150Dを介して、ACコンセント12 0と電気的に接続される。

 電力変換器110のノードN3およびN4は、電源 配線151と接続される。さらに、電源配線151は 、「第2の開閉器」に対応するリレー150Bを介 てメインバッテリ10と電気的に接続される

 リレー150A~150Dの各々は、代表的には、通 時に接点間を接続することによって閉成(オ ン)される一方で、非通電時には接点間を非 続とすることによって開放(オフ)される電磁 リレーによって構成される。なお、リレー150 Cを通過して車両駆動用のモータジェネレー 30とメインバッテリ10の間で授受される電流 、外部充電時にリレー150A,150Bを通過する電 、および、リレー150Dを通過してACコンセン 110から出力される電流よりも大きい。この め、リレー150Cは、他のリレー150A,150B,150Dよ も電流容量が大きく、オン時における励磁 イルの通過電流も大きくなる。このため、 レー150Cのオン時の消費電力も、他のリレー 150A,150B,150Dと比較して大きい。

 電動車両100は、さらに、電源配線151から 力供給(直流電圧Vdc)を受ける補機系負荷を する。補機系負荷は、DC/DCコンバータ60と、 調機器65と、補機バッテリ70と、補機負荷80 を含む。

 空調機器65は、電源配線151上の直流電圧Vd cをコンプレッサ(図示せず)を駆動制御する交 流電力に変換するインバータ(図示せず)を含 。補機バッテリ70の出力電圧は、メインバ テリ10の出力電圧よりも低い(たとえば、12V 度)。補機負荷80は、補機バッテリ70からの供 給電力によって動作する機器類を総括的に表 記するものであり、オーディオ機器や小型モ ータ類を含む。制御装置5を始め各ECUについ も、補機バッテリ70からの供給電力によって 動作する。

 DC/DCコンバータ60は、電源配線151上の直流 電圧Vdc、すなわちメインバッテリ10の出力電 を補機バッテリ70の充電電圧に降圧する。

 電力変換器110は、外部充電時において、 ードN1,N2間に伝達された外部電源400からの 流電圧Vacを、直流電圧Vdcに変換してノードN3 ,N4間に出力するように構成される。直流電圧 Vdcは、メインバッテリ10の出力電圧に相当す 。

 好ましくは、電力変換器110は、ノードN3,N 4間の直流電圧Vdcを、ACコンセント120から出力 するための交流電圧Vacに変換する機能をさら に有するように構成される。したがって、本 実施の形態では、電力変換器110は、双方向の 直流/交流電圧変換が可能に構成されている のとする。

 図2は、電力変換器110の構成例を示す回路図 である。
 図2を参照して、電力変換器110は、ノードN1 直列に接続されたリアクトルL1と、ノードN2 に直列に接続されたリアクトルL2と、平滑コ デンサC1と、ブリッジ回路112,114,116と、トラ ンス115とを含む。

 ブリッジ回路112は、電力用半導体スイッ ング素子のオンオフ制御によって、ノードN 1,N2間の交流電圧Vacを直流電圧に変換して、 源配線117および118間に出力する。電源配線11 7および118間には平滑コンデンサC1が接続され る。

 ブリッジ回路112は、電力用半導体スイッ ング素子のオンオフ制御によって、電源配 117,118間の直流電圧を交流電力に変換して、 トランス115の一次側に出力する。トランス115 は、所定の一次/二次側巻線比に従って一次 の交流電圧を電圧変換して、二次側へ出力 る。

 ブリッジ回路116は、電力用半導体スイッ ング素子のオンオフ制御によって、トラン 115の二次側の交流電圧を直流電圧に変換し 、変換した直流電圧VdcをノードN3,N4間に出 する。

 このようにすると、外部電源400とメイン ッテリ10との間で絶縁を確保しながら、外 電源400からの交流電圧Vac(たとえば100VAC)を、 メインバッテリ10を充電する直流電圧Vdcに変 する、AC/DC変換動作を実行できる。

 あるいは、電力変換器110は、上述のAC/DC 換動作とは逆方向に動作して、ノードN3,N4間 の直流電圧Vdcを交流電圧Vacに変換して、ノー ドN1,N2間に出力することも可能である。

 このDC/AC変換動作時には、ブリッジ回路11 6は、ノードN3,N4間の直流電圧Vdcを交流電圧に 変換して、トランス115へ出力する。そして、 ブリッジ回路114は、トランス115によって伝達 された交流電圧を直流電圧に変換して電源配 線117,118間に出力する。そして、ブリッジ回 112は、電源配線117,118間の直流電圧を、系統 源と同等の交流電圧Vacに変換してノードN1,N 2間に出力する。

 なお、ブリッジ回路112,114,116における、AC /DC変換あるいは、DC/AC変換のための電力用半 体スイッチング素子のオンオフ制御につい は周知のものを適用可能であるので、詳細 説明は省略する。

 次に、図3および図1を参照して、図1に示 た電動車両の電気システムにおける各リレ のオンオフ制御について説明する。

 図3を参照して、車両走行時には、イグニ ッションスイッチのオン(IG-ON)により、電動 両100の電気システムは起動されている。こ 状態では、リレー150Aがオフされる一方で、 レー150B~150Dの各々はオンされる。

 図1を参照して、車両走行時には、システ ムメインリレーに相当するリレー150Cのオン より、メインバッテリ10およびモータジェネ レータ30の間で電力授受が可能となり、メイ バッテリ10の蓄積電力によってモータジェ レータ30を駆動制御することが可能になる。 これにより、メインバッテリ10の電力による ータジェネレータ30を用いた車両駆動力の 生や、モータジェネレータ30の回生発電電力 によるメインバッテリ10の充電が可能となる

 また、リレー150Bをオンすることにより、 補機負荷系が接続された電源配線151とメイン バッテリ10とが電気的に接続される。これに り、メインバッテリ10からの電力によって 補機負荷系に電力を供給することができる さらに、リレー150Dをオンすることにより、 インバッテリ10の直流電圧を電力変換器110 よって交流電圧Vacに変換して、ACコンセント 120から出力することも可能である。また、制 御装置5により、車載の各ECUおよび各機器の 源がオンされる。

 一方で、車両走行時には、外部充電は実 されないため、リレー150Aはオフされる。

 再び図3を参照して、外部電源400が充電コ ネクタ105に接続される外部充電時には、リレ ー150A,150Bがオンされる一方で、リレー150Cが フされる。そして、リレー150Dは、ユーザに って、電気システムの起動を指示するイグ ッションスイッチがオンされるかに応じて その開閉が制御される。

 再び図1を参照して、外部充電時には、リ レー150Aおよび150Bがオンされることにより、 部電源400からの供給電力(交流電圧Vac)を電 変換器110によって直流電力(直流電圧Vdc)に変 換してメインバッテリ10に供給する通電経路 構成できる。これにより、メインバッテリ1 0の外部充電が可能となる。

 さらに、電源配線151に接続された補機負 系についても、リレー150Aがオンされている ことにより、外部電源400からの供給電力を変 換した直流電圧Vdcによって動作することが可 能である。すなわち、補機負荷系を、システ ムメインリレーに相当するリレー150Cと接続 れる電源配線153ではなく、電源配線151と接 することによって、リレー150Cをオフしても 機負荷系に動作電力を供給可能である。そ て、補機負荷系では、DC/DCコンバータ60によ って、補機バッテリ70の充電電力および、補 負荷80の動作電力を供給できる。

 これにより、外部充電時に、車両駆動力 相当する電力を伝達するために比較的大容 であるリレー150Cをオフしても、メインバッ テリ10の充電および、補機負荷系への電力供 が可能となる。すなわち、外部充電時に、 レー150Cをオフ可能であるので、充電効率を 向上することができる。

 一方、リレー150Dは、ユーザによって電気 システムが起動されていないときには、オフ される一方で、電気システムが起動される(IG -ON)の場合にはオンされる。これにより、ユ ザにより電気システムが起動された場合に 、ACコンセント120から交流電力を出力するこ とが可能である。外部充電時には、リレー150 A,150Dの両方がオンされるため、基本的には、 メインバッテリ10からの電力を用いることな 、外部電源400からの供給された交流電圧Vac ACコンセント120から出力することができる うになる。この面からも、外部充電時には インバッテリ10を速やかに充電できる。

 外部充電時には、制御装置5は、電気シス テム全体を起動することなく、外部充電に必 要なECUおよび機器のみの電源をオンする。具 体的には、電池ECU15、電力変換器110およびDC/D Cコンバータ60の電源がオンされる一方で、そ の他の機器については基本的にオフされる。 外部充電に必要最小限の機器のみを作動させ ることにより、外部充電の効率がさらに向上 する。

 なお、外部充電時であっても、ユーザに りイグニッションスイッチが操作されて電 システムが起動された場合(IG-ON)には、各ECU および各機器の電源がオンされる。

 ここで、図1の構成において、上述のよう に、リレー150A~150Dは、「第1の開閉器」~「第4 の開閉器」にそれぞれ対応する。また、電源 配線151~153は、「第1の配線」~「第3の配線」 それぞれ対応する。さらに、DC/DCコンバータ 60は、「補機用電力変換器」に対応し、補機 ッテリ70は、「補機用蓄電装置」に対応す 。

 次に、図4および図5を用いて、図1に示し 電動車両の電気システムにおける外部充電 のリレー制御動作について説明する。図4お よび図5に示した制御動作は、たとえば、制 装置5が予め記憶されたプログラムを実行す ことによって実現される。

 図4には、リレー150A~150Cの制御に関連する処 理手順が示される。
 図4を参照して、制御装置5は、ステップS100 より、充電コネクタ105に外部電源400が接続 れているかどうかを判定する。たとえば、 電ケーブル200には、外部電源400から電力が 給されていることを示す電気信号を出力す 回路が設けられる。そして、充電ケーブル2 00が充電コネクタ105に接続されたときに、当 回路からの上記電気信号が制御装置5に伝達 されるように構成することによって、ステッ プS100による判定を当該電気信号の有無に基 いて実行することができる。

 制御装置5は、外部電源400が充電コネクタ 105に接続されると(S100のYES判定時)、外部充電 時であることを認識して、ステップS110に処 を進める。制御装置5は、ステップS110では、 外部充電に必要最小限である、電池ECU15、外 充電用の電力変換器110、およびDC/DCコンバ タ60を起動する。

 さらに、制御装置5は、ステップS120によ 、リレー150A,150Bをオンする一方で、リレー15 0Cをオフする。そして、ステップS130では、リ レー150A,150Bのオンによって形成された通電経 路により、外部電源400からの交流電圧Vacを、 メインバッテリ10を充電するための直流電圧V dcに変換するように電力変換器110を制御する とによって外部充電が実行される。

 制御装置5は、外部充電の実行時にはステ ップS140に処理を進めて、補機バッテリ70の充 電が完了したかどうかを判定する。そして、 補機バッテリ70の充電が完了すると(S140のYES 定時)、制御装置5は、ステップS150に処理を めて、DC/DCコンバータ60を停止する。これに り、補機バッテリ70の充電の完了後に、DC/DC コンバータ60によって無用な電力が消費され ことを回避できる。

 一方、補機バッテリ70の充電が未完了で るとき(S140のNO判定時)には、ステップS150の 理はスキップされて、DC/DCコンバータ60の作 が維持される。

 制御装置5は、さらにステップS160により メインバッテリ10の充電が完了したかどうか を判定する。たとえば、電池ECU15によって管 されるメインバッテリ10のSOCに基づいて、 テップS160の判定を実行できる。制御装置5は 、メインバッテリの充電完了時(S160のYES判定 )には、ステップS170に処理を進めてリレー15 0Bをオフする。これにより、メインバッテリ1 0の充電が完了すると、リレー150Bをオフして 不要となった充電経路を維持することによ てリレー150Bが無用な電力が消費することを 回避できる。

 このとき、制御装置5は、ステップS180に り、リレー150Dがオンされているときには、 レー150Bのオフ後であっても、リレー150Aお びリレー150Dを経由することによって外部電 400からの電力をACコンセント120より出力す ことができる。

 一方、メインバッテリ10の充電が未完了 あるとき(S160のNO判定時)には、ステップS130 処理が戻されて、外部充電が継続される。 なわち、充電コネクタ105に外部電源が接続 れている外部充電時には、ステップS120によ リレー150Bのオンは、メインバッテリ10の充 が完了するまで維持される。また、ステッ S110で起動されたDC/DCコンバータ60は、補機 ッテリ70の充電が完了するまで動作する。

 図5には、リレー150Dの制御に関する制御装 5の処理手順が示される。
 図5を参照して、制御装置5は、外部充電時(S 100のYES判定時)には、ステップS200によりユー によりイグニッションスイッチ(IG)がオンさ れているかどうかを判定する。

 制御装置5は、IGがオフされている場合(S20 0のNO判定時)には、制御装置5は、外部充電の を実行するために、ステップS240により、リ レー150Dをオフする。さらに、オーディオ等 補機類への電源もオフすることによって、DC /DCコンバータ60により補機バッテリ70を速や に充電できる。また、補機負荷系の消費電 を抑制して、外部充電を高効率で実行でき 。

 一方、IGがオン、すなわち、電気システ が起動されている場合(S200のYES判定時)には 制御装置5は、ステップS210により、リレー150 Dをオンするとともに、各ECUおよび各補機類 電源をオンする。さらに、制御装置5は、ス ップS220に処理を進めて、外部電源400が停電 しているか否かを判定する。たとえば、充電 コネクタ105等にゼロクロス検出器(図示せず) 設けることによって、ステップS220の判定が 実行できる。

 そして、制御装置5は、外部電源400の停電 時(S220のYES判定時)には、ステップS230に処理 進めて、メインバッテリ10からの直流電力を 、電力変換器110によって、系統電源と同等の 交流電力に変換するように制御指示を発生す る。これにより、電源配線152に出力された交 流電圧Vacが、リレー150Dを介してACコンセント 120から出力されるようになる。

 一方、外部電源が停電していないとき(S22 0のNO判定時)には、ステップS220はスキップさ て、電力変換器110によるDC/AC変換動作は非 行とされる。そして、ACコンセント120からは 、メインバッテリ10の電力を消耗することな 、リレー150Aおよび150Bのオンによって外部 源400からの交流電力が出力される。

 このように、ユーザによる電気システム 起動有無(IGオン/オフ)に従って、ACコンセン ト120からの交流電力の出力を実行/停止する とが可能となる。

 以上説明したように、本発明の実施の形 1による電動車両の電気システムによれば、 外部充電時には、車両駆動力発生用電動機( ータジェネレータ30)へ通電経路を形成する 容量のリレー150Cをオフしたままで、リレー1 50Aおよび150Bのオンによって、外部電源400か の供給電力によってメインバッテリ10を充電 する経路を形成するとともに、補機負荷系が 接続された電源配線151に電力を供給できる。 したがって、外部充電時において、補機負荷 系の動作を確保した上で、リレー(開閉器)の 費電力を抑制することによって充電効率を めることができる。

 [実施の形態2]
 図6は、本発明の実施の形態2による電動車 の電気システムの構成を示すブロック図で る。

 図6を図1と比較して、実施の形態2による 動車両の電気システムでは、複数個のメイ バッテリ10(1)~10(n)が設けられる点が、実施 形態1と異なる。ここで、nは2以上の整数で る。電池ECUについても、メインバッテリ10(1) ~10(n)の残存容量をそれぞれ管理するために、 電池ECU15(1)~15(n)が別個に設けられる。

 メインバッテリ10が複数個設けられる構 では、メインバッテリ10(1)~10(n)と電源配線153 との間には、別個のリレー150C(1)~150C(n)がそれ ぞれ配置されて、オンオフはそれぞれ独立に 制御される。リレー150C(1)~150C(n)の各々は、基 本的には電気システムの起動時にオンされる 。

 電力変換器110とメインバッテリ10(1)~10(n) の間についても、メインバッテリ10(1)~10(n)に それぞれ対応するリレー150B(1)~150B(n)が別個に 設けられる。リレー150B(1)~150B(n)のオンオフに ついても、それぞれ独立に制御される。

 電力変換器110は、メインバッテリ10(1)~10(n )のそれぞれに対応して、図2に示したノードN 3,N4を別個独立に有する。たとえば、図2に示 構成において、メインバッテリ10の個数に せて、トランス115の二次側(ブリッジ回路116 )巻線およびブリッジ回路116を、n個並列に 置することによって、図6に示した構成が実 できる。この場合には、n個のブリッジ回路 116を独立にスイッチング制御することにより 、メインバッテリ10(1)~10(n)のそれぞれに対応 る直流電圧Vdcを独立に制御することが可能 なる。

 これにより、電源配線151についても、メ ンバッテリ10(1)~10(n)ごとに独立に配置され 。DC/DCコンバータ60、空調機器65、補機バッ リ70および補機負荷80を含む補機負荷系は、 れらn個の電源配線151の少なくとも1つと接 される。

 次に、図6の電気システムにおける、複数 個配置されるリレー150B,150Cのオンオフ制御に ついて説明する。

 外部充電時には、リレー150B(1)~150B(n)の各 がオンされた後、メインバッテリ10(1)から10 (n)の充電状態に応じて、すなわち、図4のス ップS160,S170をメインバッテリ10毎に独立に実 行する態様にて、リレー150B(1)~150B(n)のオフが 独立に制御される。ただし、補機負荷系と接 続された電源配線151に対応するリレー150Bに いては、対応のメインバッテリ10の充電が完 了した場合にも、少なくとも補機バッテリ70 充電が完了するまではオンに維持する必要 ある。

 リレー150C(1)~150C(n)の各々は、実施の形態1 でのリレー150Cと同様に制御される。

 車両走行時には、リレー150B(1)~150B(n)につ ては全数をオンする必要はなく、基本的に 、補機負荷系と接続された電源配線151に対 するリレー150Bのみがオンされる。なお、複 数個の電源配線151が補機負荷系と接続される 場合には、対応する複数個のリレー150(B)のオ ンオフを、対応のメインバッテリ10の状態(SOC 等)に応じて切換えてもよい。

 また、ACコンセント120からの出力電力を 給するために、メインバッテリ10(1)~10(n)のう ちの残存容量(SOC)が大きい一部のバッテリに 定して、リレー150Bをオンする構成としても よい。

 なお、車両走行時および外部充電時を通 て、異常が発生したメインバッテリ10(i)に いては、対応のリレー150B(i)および150C(i)をオ フすることによって、電気システムから当該 メインバッテリを切り離すことが可能となる 。

 その他の部分の電気システム構成および 御については、実施の形態1と同様であるの で詳細な説明は繰返さない。

 このように実施の形態2による電動車両の 電気システムによれば、実施の形態1による 動車両の電気システムと同様の効果を、メ ンバッテリが複数個並列に配置された構成 享受することができる。

 [実施の形態3]
 図7は、本発明の実施の形態3による電動車 の電気システムの構成を示すブロック図で る。

 図7を図1と比較して、実施の形態3による 動車両の電気システムでは、実施の形態1の 構成と比較して、電源配線151,153の間を電気 に接続するための、「第4の配線」に対応す 電源配線154がさらに配置される点で異なる その他の構成および各リレーの制御につい は、図1に示したのと同様であるので詳細な 説明は繰返さない。

 電源配線154が非配置である図1の電気シス テムの構成では、車両走行中にリレー150Bが フ故障すると、電源配線151に接続された補 系負荷に対する電力供給経路が遮断される また、メインバッテリ10に異常が発生して、 リレー150B,150Cをオフする必要が生じた場合も 同様である。

 これらの場合には、電動車両100の退避走 を行うこととなるが、上記のように補機バ テリ70への給電経路を確保できないため、 機バッテリ70の電圧低下によって各ECUへの電 源供給が不十分となることによって、退避走 行距離の確保に問題が生じることが懸念され る。

 これに対して、図7に示された実施の形態 3による電気システムの構成では、電源配線15 4を設けることによって、リレー150Bをオフし も、リレー150Cを介したメインバッテリ10か の電力によって、DC/DCコンバータ60を含む補 機負荷系への電力供給が可能となる。これに より、通常の車両走行時には、リレー150Bを にオフできるので、リレーによる消費電力 低減して、燃費向上を図ることも可能とな 。

 また、車両走行中に、メインバッテリ10 異常が発生してリレー150B,150Cをオフしても 車両走行中にリレー150Bがオフ故障しても、 ータジェネレータ30からの回生電力によっ 、DC/DCコンバータ60を含む補機負荷系への電 供給が可能となる。したがって、図1の構成 と比較して、退避走行距離を相対的に長く確 保できることが期待される。

 なお、図7の構成では、外部充電の終了時 には、平滑コンデンサ22に電荷が蓄積される したがって、外部電源の終了(たとえば、充 電ケーブル200の切り離し)に応答して、MG-ECU25 を一時的に起動して、平滑コンデンサ22の蓄 電力を、PCU20およびモータジェネレータ30に よって無効電力として消費するように、PCU20 動作させることが好ましい。たとえば、モ タジェネレータ30の出力トルクが零となる うに制御して、モータジェネレータ30のコイ ル巻線に電流を通過させることで、平滑コン デンサ22の蓄積電力を消費できる。

 [実施の形態3の変形例]
 図8は、本発明の実施の形態3の変形例によ 電動車両の電気システム構成を説明するブ ック図である。

 図8を図1と参照して、実施の形態3の変形 による電動車両の電気システムでは、補機 ッテリ70を充電するための太陽電池500がさ に設けられる点が、実施の形態1と異なる。

 太陽電池500は、電動車両100のルーフ等の 光を受光可能な箇所に設置されて、受光量 応じて発電する。このようにすると、補機 ッテリ70の充電電力を確保できるので、退 走行時を含めて、補機バッテリ70により動作 電力を供給される補機負荷80(各ECUを含む)の 作期間を確保することができる。また、外 充電時には、リレー150Bのオン期間を短縮す ことによって充電効率を高めることも期待 きる。

 なお、図7および図8の構成を組合わせて 図1の構成に対して、電源配線154および太陽 池500の両方を付加することも可能である。 るいは、メインバッテリ10が複数個配置さ た図6の構成に対して、図7、図8に示した構 に従って電源配線154および/または太陽電池5 00を付加する構成とすることも可能である。

 今回開示された実施の形態はすべての点 例示であって制限的なものではないと考え れるべきである。本発明の範囲は上記した 明ではなくて請求の範囲によって示され、 求の範囲と均等の意味および範囲内でのす ての変更が含まれることが意図される。

 本発明は、車両外部の電源によって充電 能な蓄電装置を搭載した、電気自動車やハ ブリッド自動車等の電動車両に適用するこ ができる。