JP5960580B2 - 電気自動車の電源供給システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の電源供給システム及びその制御方法に関し、より詳細には外部交流電源を利用して高圧バッテリと低圧バッテリを選択的に充電できる電気自動車の電源供給システム及びその制御方法に関するものである。

大気汚染、二酸化炭素排出量の増加等の問題を解決するために、駆動モータを駆動源にして排出ガスが全くない電気を用いる純粋電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）やエンジンと駆動モータを駆動源にするハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）等の電気自動車の開発に関心が寄せられている。

一般に、電気自動車の電源システムは、駆動モータの駆動電力を供給するメインバッテリ（高圧バッテリ）、バッテリ管理システムであるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、その他車両電装品の駆動電力を提供する補助バッテリ（低圧バッテリ）及び多数の電気装置で構成される。インバータは、メインバッテリ（高圧バッテリ）から発生する高電圧の直流電圧を交流信号に変換して、モータ駆動を制御する。低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＬＤＣ）は、メインバッテリ（高圧バッテリ）から発生する高電圧を変換して低電圧を出力して、補助バッテリ（低圧バッテリ）を充電する役割を果たす。

一方、メインバッテリの充電は充電所に備えられる充電プラグを電気自動車に接続して行える。充電プラグの接続によって外部からＡＣ電源が供給されると、車両内部に備えられるＯＢＣ（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）がＡＣ電源を高圧の直流電圧に変換してメインバッテリを充電する。

ところが、ＯＢＣは、補助バッテリから駆動電力の提供を受ける電装品のうちの一つであるため、補助バッテリが放電される場合には、正常に駆動できなくなる。従って、補助バッテリが放電されると、ＯＢＣが動作できないため、充電プラグを介してＡＣ電源が供給されても、メインバッテリを充電できず、そのため電気自動車に駆動電力を供給できなくなって、電気自動車の運行不可となる問題がある。

また、従来のＯＢＣは、ＡＣ電源を利用してメインバッテリのみを充電できて、補助バッテリは充電できないため、放電された補助バッテリを充電するためにはユーザが別途の充電装備を備えなければならないため、ユーザの不便が大きくなる問題がある。

本発明は、上述の問題を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、外部から供給される交流電源を変換して、高圧直流電圧と低圧直流電圧を選択的に供給できる電気自動車の電源供給システム及びその制御方法を提供することである。

本発明に係る一実施形態の電気自動車の電源供給システムは、複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリを含み、外部から供給される交流電源を利用して、前記低圧バッテリの出力電圧レベルに応じて前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリを選択的に充電する搭載型充電器（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）を含む。

本発明に係る一実施形態によると、前記搭載型充電器は、前記交流電源を第１直流電圧に変換して前記高圧バッテリの充電電源として提供する高圧変換部、前記交流電源を第２直流電圧に変換して前記低圧バッテリの充電電源及び前記電装負荷の駆動電源として提供する低圧変換部、及び前記低圧バッテリの出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較して、前記高圧変換部または前記低圧変換部を選択的に駆動させる制御部を含んで構成されてもよい。

本発明に係る一実施形態によると、前記制御部は、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記低圧変換部を駆動させることを特徴とする。

本発明に係る一実施形態によると、前記制御部は、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記高圧変換部を駆動させることを特徴とする。

本発明に係る一実施形態によると、前記制御部は、第１端子が前記低圧バッテリと固定接続され、第２端子が前記低圧変換部または前記高圧変換部に選択的に接続されるスイッチを含むことを特徴とする。

本発明に係る一実施形態によると、前記スイッチは、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記第２端子が前記低圧変換部に接続され、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記第２端子が前記高圧変換部に接続されることを特徴とする。

本発明に係る一実施形態によると、前記搭載型充電器は、外部から交流電源が供給される場合に駆動されることを特徴とする。

本発明に係る一実施形態によると、前記高圧バッテリから発生する高電圧を低電圧に変換して前記低圧バッテリを充電する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータをさらに含み、前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記搭載型充電器が前記高圧バッテリを充電する場合に駆動されて前記低圧バッテリを充電することを特徴とする。

本発明に係る一実施形態によると、前記高圧バッテリは、前記複数のバッテリセルが直列方式、または、直列及び並列方式で連結されていることを特徴とする。

本発明に係る他の実施形態である電気自動車の電源供給システムの制御方法は、複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリと、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する搭載型充電器を含んで構成される電気自動車の電源供給システムの制御方法において、前記搭載型充電器の制御部が、前記低圧バッテリの出力電圧を所定の基準電圧と比較する段階及び比較結果に応じて前記制御部が前記搭載型充電器の高圧変換部または低圧変換部を選択的に駆動させて前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階を含む。

本発明に係る他の実施形態によると、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階は、前記低圧バッテリの出力電圧が所定の基準電圧以下の場合、前記制御部が前記低圧変換部を駆動させて、前記低圧変換部の出力電圧を前記低圧バッテリの充電電源として提供することを特徴とする。

本発明に係る他の実施形態によると、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階は、前記低圧バッテリの出力電圧が所定の基準電圧より大きい場合、前記制御部が前記高圧変換部を駆動させて、前記高圧変換部の出力電圧を前記高圧バッテリの充電電源として提供することを特徴とする。

本発明により、電気自動車に備えられる搭載型充電器の駆動電源として外部の交流電源を利用するため、低圧バッテリの充電状態に影響されることなく搭載型充電器が安定的に駆動され、外部から供給される交流電源を利用して高圧バッテリと低圧バッテリを選択的に充電できるため、別途の充電装備を備えなくても低圧バッテリを充電できるメリットがある。

本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムに備えられる搭載型充電器を説明するための一例示図である。 本発明の他の実施形態に係る電気自動車の電源供給システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。

本明細書に使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は、文脈上明白に異ならない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

以下、本発明に係る移動端末について添付図を参照してより詳細に説明する。図面上で同一符号は、同じ要素を示す。以下の説明で使われる構成要素に対する接尾語「モジュール」及び「部」は、明細書作成の容易性のみを考慮して付与されたり混用されるもので、それ自体が互いに区別される意味または役割を有するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムを説明するためのブロック図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムは、高電圧の駆動電源を提供するための高圧バッテリ１１０、電気自動車の低電圧電装置負荷の駆動電源を提供する低圧バッテリ１２０、搭載型充電器（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ、以下、「ＯＢＣ」という）１３０、低圧バッテリを充電する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、以下、「ＬＤＣ」という）１４０、その他電装負荷１５０を含む。図１に示した構成要素は、本発明を説明するために必要な構成要素であり、電気自動車の電源供給システムがそれより多数の構成要素を有してもよいことは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に自明である。

高圧バッテリ１１０は、電気自動車のモータ、インバータ等高電圧係部品を駆動するための駆動電源として高電圧を提供する。高圧バッテリ１１０は、高電圧（例えば、３００Ｖ）をモータ、インバータ等に供給するために直列または直列及び並列方式で連結された複数のバッテリセルで構成できる。複数のバッテリセルは、各々数ボルトから数十ボルトの電圧を出力することが一般的である。

低圧バッテリ１２０は、電気自動車に備えられる種々の電装負荷の駆動電源を供給する。電気自動車の電装負荷は、例えば、電気自動車の種類によって１２Ｖ、２４Ｖ等の低電圧において駆動されることが一般的であるため、電気自動車にはモータの駆動電源を提供するメインバッテリである高圧バッテリ１１０とは別に備えられる補助バッテリとして低圧バッテリ１２０が備えられる。

ＯＢＣ１３０は、外部から供給される交流電源を直流電圧に変換して、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルに応じて高圧バッテリ１１０または低圧バッテリ１２０を選択的に充電する。即ち、ＯＢＣ１３０は外部の交流電源を電圧レベルが互いに異なる第１直流電圧と第２直流電圧に変換して出力できるが、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルに応じて選択的に第１直流電圧または第２直流電圧を出力する。ここで、第１直流電圧は、高圧バッテリ１１０を充電するための充電電源として数百ボルトの電圧レベルを有し、第２直流電圧は低圧バッテリ１２０を充電するための充電電源として数十ボルトの電圧レベルを有することができる。一方、第２直流電圧は、低圧バッテリ１２０の充電電源として供給されると共に、ＬＤＣ１４０、電装負荷１５０の駆動電源として供給されてもよい。ＯＢＣ１３０の選択的な充電電源供給については図２でより一層詳細に説明する。

一方、ＯＢＣ１３０は、外部から供給される交流電源から駆動電源の供給を受けることになるため、電気自動車が充電所等に停車または、駐車してバッテリ充電のための交流電源を供給される場合に駆動される。このように本発明ではＯＢＣ１３０が外部の交流電源から駆動電源の供給を受けられるため、低圧バッテリ１２０から駆動電源の供給を受ける既存のＯＢＣとは異なって、低圧バッテリ１２０の放電可否と関係なく正常に駆動され、交流電源が印加されると安定的に高圧バッテリ１１０及び低圧バッテリ１２０を充電することができる。

ＬＤＣ１４０は、高圧バッテリ１１０で発生される高電圧を利用して、低圧バッテリ１２０を充電する。ＬＤＣ１４０による低圧バッテリ１２０の充電は、ＯＢＣ１３０による低圧バッテリ１２０の充電とは区別されるが、ＯＢＣ１３０による低圧バッテリ１２０の充電は、電気自動車に外部の交流電源が印加される場合に行われ、ＬＤＣ１４０による低圧バッテリ１２０の充電は電気自動車が運行中に行われる。ＬＤＣ１４０は、高圧バッテリ１１０から高電圧の入力を受けて数十ボルトの低電圧に変換し、変換された低電圧を低圧バッテリ１２０の充電のための充電電源として提供する。ＬＤＣ１４０は、数十ボルトの電圧を出力することが一般的であり、例えば低圧バッテリ１２０が１２Ｖの出力電圧を提供する場合には、ＬＤＣ１４０は１２Ｖより数ボルトほど高いレベルの電圧を出力するように設定されてもよい。

電装負荷１５０とは、電気自動車に備えられる各種電子部品のことであり、低圧バッテリ１３０から低電圧（例えば、１２Ｖ、２４Ｖ)の駆動電源の提供を受ける。

図２は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムに備えられるＯＢＣを説明するための一例示図である。

図２を参照すると、ＯＢＣ１３０は、制御部１３１、高圧変換部１３３、及び低圧変換部１３５を含む。

制御部１３１は、外部から交流電源が供給されると、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較する。ここで、所定の基準電圧レベルは、低圧バッテリ１２０が放電されなかった状態で出力する電圧レベルを基準として、設定できる。例えば、低圧バッテリ１２０の正常な出力電圧レベルが１２Ｖの場合、所定の基準電圧レベルは、約１２Ｖと設定される。制御部１３１は、一種のスイッチを備えられ、スイッチの第１端子は、交流電源と固定的に接続され、第２端子は、比較結果に応じて高圧変換部１３３または低圧変換部１３５と選択的に接続されるように設定できる。

比較の結果、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高い場合には、スイッチの第２端子は高圧変換部１３３と接続され、高圧変換部１３３を駆動させて、高圧バッテリ１１０の充電電源を提供するようにする。低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高い場合は、低圧バッテリ１２０が放電されなかった場合であるため、ＯＢＣ１３０は低圧バッテリ１２０を充電せず高圧バッテリ１１０を充電することになる。

比較の結果、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベル以下の場合には、スイッチの第２端子は低圧変換部１３５と接続され、低圧変換部１３５を駆動させて、低圧バッテリ１２０の充電電源を提供するようにする。低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベル以下の場合は、低圧バッテリ１２０が放電されなかった場合であるため、ＯＢＣ１３０は低圧バッテリ１２０を充電することになる。制御部１３１は、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルを持続的または周期的に判断して、低圧バッテリ１２０の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高くなると、低圧変換部１３５の駆動を止めて、高圧変換部１３３を駆動させて、高圧バッテリ１１０の充電を開始させる。

高圧変換部１３３は、外部から供給される交流電源を数百ボルトの第１直流電圧に変換して、高圧バッテリ１１０の充電電源として提供する。高圧変換部１３３は、整流器（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）を備えて交流電源を直流電圧に変換し、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えて整流器で変換された直流電圧の電圧レベルを変化させることができる。

低圧変換部１３５は、外部から供給される交流電源を数十ボルトの第２直流電圧に変換して、低圧バッテリ１２０の充電電源及び電装負荷１５０の駆動電源として提供する。低圧変換部１３５も高圧変換部１３３同様に、交流電源を直流電圧に変換するための整流器（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）と直流電圧の電圧レベルを設定できるＤＣ−ＤＣコンバータを備えてもよい。

このような構成を有するＯＢＣ１３０は、外部から交流電源が印加されると駆動を開始するため、低圧バッテリ１２０の充電状態に関係なく安定的に駆動できる。また、外部から供給される交流電源を利用して高圧バッテリ１１０だけでなく低圧バッテリ１２０も充電できるため、別途の充電装備を備えなくても低圧バッテリ１２０を充電することができる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る電気自動車の電源供給システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。

電気自動車のバッテリを充電するために外部から電気自動車へ交流電源が印加されると（Ｓ３１)、電気自動車に備えられるＯＢＣが駆動を開始する。

ＯＢＣの制御部は、まず低圧バッテリの出力電圧レベルを判断する。低圧バッテリの出力電圧レベルに応じて高圧変換部または低圧変換部のうちいずれか一つを駆動させるためである。制御部は、低圧バッテリの出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較する（Ｓ３２)。

Ｓ３２段階の比較結果、低圧バッテリの出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高い場合、高圧変換部を駆動させて、交流電源を数百ボルトの第１直流電圧に変換して、第１直流電圧を高圧バッテリの充電電源として提供する（Ｓ３３、Ｓ３４)。

Ｓ３２段階の比較結果、低圧バッテリの出力電圧レベルが所定の基準電圧レベル以下の場合、低圧変換部を駆動させて、交流電源を数十ボルトの第２直流電圧に変換して、第２直流電圧を低圧バッテリの充電電源として提供する（Ｓ３５、Ｓ３６)。

以上から代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解しなければならない。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物等によって定まるべきである。

１１０ 高圧バッテリ
１２０ 低圧バッテリ
１３０ 搭載型充電器（ＯＢＣ）
１３１ 制御部
１３３ 高圧変換部
１３５ 低圧変換部
１４０ ＬＤＣ
１５０ 電装負荷

Claims (7)

1. 複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリを含んで構成される電気自動車の電源供給システムにおいて、
   外部から供給される交流電源を利用して、前記低圧バッテリの出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較して、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合前記高圧バッテリを充電し、前記基準電圧レベル以下の場合前記低圧バッテリを充電する搭載型充電器（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）を含み、
   前記搭載型充電器は、
   前記交流電源を第１直流電圧に変換して、前記高圧バッテリの充電電源として提供する高圧変換部、
   前記交流電源を第２直流電圧に変換して、前記低圧バッテリの充電電源及び前記電装負荷の駆動電源として提供する低圧変換部、及び
   前記低圧バッテリの出力電圧レベルを前記の基準電圧レベルと比較して、前記高圧変換部または前記低圧変換部を選択的に駆動させる制御部を含み、
   前記制御部は、第１端子が前記交流電源と固定接続され、第２端子が前記低圧変換部または前記高圧変換部に選択的に接続されるスイッチを含み、
   前記スイッチは、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記第２端子が前記低圧変換部に接続され、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記第２端子が前記高圧変換部に接続されることを特徴とする、電気自動車の電源供給システム。
2. 前記制御部は、
   前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記低圧変換部を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
3. 前記制御部は、
   前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記高圧変換部を駆動させることを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
4. 前記搭載型充電器は、
   外部から交流電源が供給される場合に駆動されることを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
5. 前記高圧バッテリから発生する高電圧を低電圧に変換して、前記低圧バッテリを充電する低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータをさらに含み、
   前記低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記搭載型充電器が前記高圧バッテリを充電する場合に駆動されて、前記低圧バッテリを充電することを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
6. 前記高圧バッテリは、
   前記複数のバッテリセルが直列方式、または直列及び並列方式で連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電源供給システム。
7. 複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリと、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する搭載型充電器を含んで構成される電気自動車の電源供給システムの制御方法において、
   前記搭載型充電器の制御部が、前記低圧バッテリの出力電圧を所定の基準電圧と比較する段階、及び
   前記制御部が前記低圧バッテリの出力電圧が前記基準電圧より大きい場合前記搭載型充電器の高圧変換部を駆動させて前記高圧変換部の出力電圧を前記高圧バッテリの充電電源として提供し、前記低圧バッテリの出力電圧が前記基準電圧以下の場合低圧変換部を駆動させて、前記低圧変換部の出力電圧を前記低圧バッテリの充電電源として提供する段階を含み、
   前記高圧変換部の出力電圧を前記高圧バッテリの充電電源として提供することは、第１端子が交流電源と固定接続されるスイッチの第２端子を前記高圧変換部に接続させることを含み、
   前記低圧変換部の出力電圧を前記低圧バッテリの充電電源として提供することは、前記スイッチの第２端子を前記低圧バッテリに接続させることを含むことを特徴とする、電気自動車の電源供給システムの制御方法。

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