JP7249141B2 - 突入電流制限システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリに接続されるコンデンサの充電時に流れる突入電流を制限する突入電流制限システムに関する。

電気自動車のバッテリには、そのバッテリとの間で電力の授受を行う各種の車載機器が接続される。各種の車載機器は、例えば、エアコンプレッサやインバータなどが挙げられる。各種の車載機器のバッテリ側端には、電圧を平滑にさせる平滑コンデンサが設けられる。また、各種の車載機器とバッテリとの間には、それら各種の車載機器とバッテリとの間の接続を切り替えるメインリレーが設けられている。

例えば、車両がＲＥＡＤＹ－ＯＦＦ（ＩＧ－ＯＦＦ）のとき、車載機器の平滑コンデンサは放電されている。車両がＲＥＡＤＹ－ＯＮ（ＩＧ－ＯＮ）とされると、車載機器の平滑コンデンサは、メインリレーにおいて抵抗器を介してバッテリに接続され、充電（プリチャージ）される。このようにして、各種の車載機器の平滑コンデンサにおける充電時の突入電流が制限される（例えば、特許文献１）。

特開平１０－２４８２６３号公報

ここで、電気自動車には、外部から受電した電力をバッテリに供給する充電器が設けられている。充電器の出力端には、電圧を平滑にさせる平滑コンデンサが設けられる。充電器がバッテリに電力を供給しないときには、充電器および充電器の平滑コンデンサは、バッテリから切り離されており、充電器の平滑コンデンサは、放電されている。このため、充電器からバッテリに電力を供給するために、充電器および充電器の平滑コンデンサとバッテリとをそのまま接続すると、充電器の平滑コンデンサに過大な突入電流が生じてしまう。

そこで、充電器からバッテリに電力を供給する際、充電器の平滑コンデンサは、メインリレーの抵抗器を介してバッテリに接続され、その抵抗器を通じて充電（プリチャージ）される。これにより、電気自動車では、充電器の平滑コンデンサにおける充電時の突入電流を制限することができる。

しかし、充電器の平滑コンデンサにおけるメインリレーの抵抗器を通じた充電（プリチャージ）を行うためには、メインリレーにおいて、各種の車載機器とバッテリとを一旦切り離さなければならない。このため、充電器からバッテリに電力を供給する際、各種の車載機器において、一時的に（例えば、約１．５秒間）バッテリからの電力の供給が停止してしまう。その結果、電気自動車の搭乗者等を不快にさせてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、バッテリに接続される車載機器への電力の供給を停止することなくバッテリを充電器に接続することが可能な突入電流制限システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の突入電流制限システムは、バッテリと、バッテリとの間で電力の授受を行う車載機器と、一端がバッテリの一方の極に接続され、他端が車載機器に接続される第１メインスイッチと、一端がバッテリの他方の極に接続され、他端が車載機器に接続される第２メインスイッチと、一端が第１メインスイッチの車載機器側端に接続される第１サブスイッチと、一端が第２メインスイッチの車載機器側端に接続される第２サブスイッチと、第１サブスイッチの他端および第２サブスイッチの他端に接続され、外部から受電した電力をバッテリに供給する充電器と、充電器の出力端に並列接続される平滑コンデンサと、抵抗器と第３メインスイッチとが直列接続された直列要素回路と、を備え、直列要素回路の一端が第１メインスイッチのバッテリ側端に接続され、直列要素回路の他端が第１サブスイッチの充電器側端に接続される。

本発明によれば、バッテリに接続される車載機器への電力の供給を停止することなくバッテリを充電器に接続することが可能となる。

第１実施形態による突入電流制限システムの構成を示す概略図である。 スタートスイッチが「オン」されたときの各スイッチの動作を説明する説明図である。 制御部が充電要求信号「オン」を受信した後の各スイッチの動作を説明する説明図である。 制御部の動作を説明するフローチャートである。 抵抗器および第３メインスイッチの接続順を入れ替えた変形例の突入電流制限システムの構成を示す概略図である。 第２実施形態による突入電流制限システムの構成を示す概略図である。 スタートスイッチが「オン」されたときの各スイッチの動作を説明する説明図である。 制御部が充電要求信号「オン」を受信した後の各スイッチの動作を説明する説明図である。 制御部の動作を説明するフローチャートである。 抵抗器および第３メインスイッチの接続順を入れ替えた変形例の突入電流制限システムの構成を示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による突入電流制限システム１０の構成を示す概略図である。突入電流制限システム１０は、車両１に適用される。車両１は、例えば、モータジェネレータを駆動源とした電気自動車である。なお、車両１は、モータジェネレータと並行してエンジンが設けられたハイブリッド電気自動車であってもよい。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

突入電流制限システム１０は、バッテリ１２、車載機器１４、メインリレー１６、充電器２０、平滑コンデンサ２２、制御部２４、第１サブスイッチ４０ａ、第２サブスイッチ４０ｂを含んで構成される。メインリレー１６は、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃ、抵抗器３２を含んで構成される。以後、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃ、第１サブスイッチ４０ａ、第２サブスイッチ４０ｂを総称して単にスイッチと呼ぶことがある。

バッテリ１２は、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池である。バッテリ１２は、後述する充電器２０から供給された電力を充電（蓄電）する。また、バッテリ１２は、車両１の加速時などにおいてモータジェネレータに電力を供給し、車両１の減速時などにおいてモータジェネレータが発電した電力を充電（蓄電）する。

車載機器１４は、バッテリ１２に接続され、バッテリ１２との間で電力の授受を行う。車載機器１４は、例えば、車室内に冷風または暖風を送出するための圧縮媒体を生成するエアコンプレッサである。また、車載機器１４は、バッテリ１２の直流電力を商用周波数の交流電力（電圧１００Ｖ）に変換して配線用差込接続器（コンセント）に供給する商用電源用のインバータであってもよい。また、車載機器１４は、バッテリ１２の直流電力を所望の周波数の交流電力に変換してモータジェネレータに供給する駆動用のインバータであってもよい。なお、車載機器１４は、これら例示したものに限らない。

メインリレー１６は、バッテリ１２と車載機器１４との間に設けられ、バッテリ１２と車載機器１４との間の接続を切り替える。メインリレー１６は、例えば、電磁接触器（コンタクタ）などであり、バッテリ１２側の接点と車載機器１４側の接点との間を開閉する。

メインリレー１６を構成する第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂおよび第３メインスイッチ３０ｃは、例えば、数百アンペアの電流を流すことができる。第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃは、電磁的に開閉するリレースイッチであってもよいし、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチなどであってもよい。

第１メインスイッチ３０ａは、一端がバッテリ１２の正極に接続されており、他端が正側直流母線３４ｐに接続されている。正側直流母線３４ｐは、車載機器１４に接続されている。

第２メインスイッチ３０ｂは、一端がバッテリ１２の負極に接続されており、他端が負側直流母線３４ｎに接続されている。負側直流母線３４ｎは、車載機器１４に接続されている。

車載機器１４におけるバッテリ１２側において、正側直流母線３４ｐと負側直流母線３４ｎとの間には、平滑コンデンサ３６が挿入されている。平滑コンデンサ３６は、車載機器１４におけるバッテリ１２側端の電圧を平滑にさせる。

第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂは、例えば、数百アンペアの電流を流すことができる。第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂは、電磁的に開閉するリレースイッチであってもよいし、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチであってもよい。

第１サブスイッチ４０ａは、一端が第１メインスイッチ３０ａの車載機器１４側端（正側直流母線３４ｐ）に接続されており、他端が充電器２０に接続されている。

第２サブスイッチ４０ｂは、一端が第２メインスイッチ３０ｂの車載機器１４側端（負側直流母線３４ｎ）に接続されており、他端が充電器２０に接続されている。

充電器２０は、外部から電力を受電し、受電した電力を、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂを通じてバッテリ１２に供給する。充電器２０は、例えば、充電スタンドの充電プラグが接続されて、その充電プラグを介して電力の供給を受ける。また、充電器２０は、車両１の停止中または走行中に、路面に設置された給電装置から非接触で電力の供給を受けてもよい。

充電器２０の出力端（バッテリ１２側端）には、平滑コンデンサ２２が並列接続されている。具体的には、平滑コンデンサ２２は、第１サブスイッチ４０ａの充電器２０側端と第２サブスイッチ４０ｂの充電器２０側端との間に挿入されている。平滑コンデンサ２２は、充電器２０の出力端の電圧を平滑にさせる。

第３メインスイッチ３０ｃは、一端が抵抗器３２の一端に接続されており、他端が第１サブスイッチ４０ａの充電器２０側端に接続されている。抵抗器３２の他端は、第１メインスイッチ３０ａのバッテリ１２側端（バッテリ１２の正極）に接続されている。つまり、メインリレー１６は、抵抗器３２と第３メインスイッチ３０ｃとが直列接続された直列要素回路３８を含む。そして、直列要素回路３８は、一端が、第１メインスイッチ３０ａのバッテリ１２側端に接続され、他端が、第１サブスイッチ４０ａの充電器２０側端に接続されている。

抵抗器３２は、平滑コンデンサ３６の充電（プリチャージ）時および平滑コンデンサ２２の充電（プリチャージ）時に利用される。抵抗器３２は、平滑コンデンサ３６および平滑コンデンサ２２のプリチャージ時の突入電流を制限するための所定の抵抗値を有する。抵抗器３２の抵抗値は、バッテリ１２の電圧、平滑コンデンサ３６の充電時間（プリチャージ時間）、平滑コンデンサ２２の充電時間（プリチャージ時間）等から設定される。

充電器２０は、外部からの充電を要求する充電要求信号を制御部２４に送信する。例えば、充電器２０は、充電プラグが接続されていないときや、非接触で受電可能なエリアに車両１が存在しないときに、充電要求信号「オフ」を制御部２４に送信する。一方、充電器２０は、充電プラグが接続されたときや、非接触で受電可能なエリアに車両１が進入したときに、充電要求信号「オン」を送信する。

制御部２４は、中央処理装置、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部２４は、車両１のスタートスイッチ（図示略）の操作および充電要求信号などに基づいて、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃ、第１サブスイッチ４０ａ、第２サブスイッチ４０ｂの開閉（オンオフ）を制御する。また、制御部２４は、車載機器１４の動作を制御する。

図１では、スタートスイッチが「オフ」されており、車両１がＲＥＡＤＹ－ＯＦＦ（ＩＧ－ＯＦＦ）状態である場合が示されている。この場合、図１に示すように、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃは、全て「オフ（開）」状態となっており、車載機器１４の平滑コンデンサ３６は、放電されている。また、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂは、「オフ」状態となっている。

図２は、スタートスイッチが「オン」されたときの各スイッチの動作を説明する説明図である。スタートスイッチが「オン」されると、制御部２４は、図２（ａ）に示すように、平滑コンデンサ３６の充電（プリチャージ）を開始する。具体的には、制御部２４は、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃおよび第１サブスイッチ４０ａを「オン」させる。

そうすると、破線の矢印Ａ１１で示すように、バッテリ１２→抵抗器３２→第３メインスイッチ３０ｃ→第１サブスイッチ４０ａ→平滑コンデンサ３６→第２メインスイッチ３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、バッテリ１２は、抵抗器３２を通じて平滑コンデンサ３６を徐々に充電する。その結果、平滑コンデンサ３６のプリチャージ時の突入電流は、抵抗器３２によって制限（抑制）される。

平滑コンデンサ３６の充電（プリチャージ）が完了すると、平滑コンデンサ３６の電圧は、バッテリ１２の電圧と同程度になる。そして、制御部２４は、図２（ｂ）に示すように、第１メインスイッチ３０ａを「オン」させ、その後、第３メインスイッチ３０ｃおよび第１サブスイッチ４０ａを「オフ」させる。そうすると、破線の矢印Ａ１２で示すように、バッテリ１２→第１メインスイッチ３０ａ→車載機器１４→第２メインスイッチ３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、車載機器１４は、バッテリ１２に接続されて動作が可能な状態となり、車両１は、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ（ＩＧ－ＯＮ）状態となる。

ここで、バッテリ１２、メインリレー１６、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂは、耐久性の高いケースに収容されている。このため、車両１に衝突事故などが生じても、そのケース内のバッテリ１２、メインリレー１６、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂは、安全な状態に維持される。

一方、充電器２０および平滑コンデンサ２２は、構造上、バッテリ１２等が収容されるケースに収容されないことが多い。そこで、充電器２０および平滑コンデンサ２２は、充電器２０からバッテリ１２に電力を供給しないときには、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂによってバッテリ１２から切り離されて放電される。これにより、車両１では、衝突事故などが生じた際に、充電器２０および平滑コンデンサ２２に起因した感電事故などの二次事故が生じることを回避できる。

平滑コンデンサ２２は、放電されると電位差がない状態となる。このため、充電器２０をバッテリ１２に接続する際、平滑コンデンサ２２の電圧をバッテリ１２の電圧に合わせるために、平滑コンデンサ２２の充電（プリチャージ）が必要となる。

突入電流制限システム１０では、車載機器１４がバッテリ１２に接続された状態で、平滑コンデンサ２２のプリチャージが行われる。以下、平滑コンデンサ２２のプリチャージについて詳細に説明する。

平滑コンデンサ２２のプリチャージ前の初期状態では、図２（ｂ）に示すように、第１メインスイッチ３０ａおよび第２メインスイッチ３０ｂが「オン」となっており、第３メインスイッチ３０ｃ、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂが「オフ」となっている。つまり、初期状態において、充電器２０および平滑コンデンサ２２は、バッテリ１２から切り離されている。

図３は、制御部２４が充電要求信号「オン」を受信した後の各スイッチの動作を説明する説明図である。充電要求信号「オン」を受信する前は、図２（ｂ）に示す初期状態となっている。制御部２４は、初期状態において充電要求信号「オン」を受信すると、第３メインスイッチ３０ｃおよび第２サブスイッチ４０ｂを「オン」させる。

これにより、図３（ａ）に示すように、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃおよび第２サブスイッチ４０ｂは「オン」状態となり、第１サブスイッチ４０ａは「オフ」状態となる。図３（ａ）の状態は、車載機器１４がバッテリ１２に接続され、かつ、平滑コンデンサ２２、抵抗器３２およびバッテリ１２が直列回路を形成する第１の状態である。

第１の状態のとき、破線の矢印Ａ２１で示すように、バッテリ１２→抵抗器３２→第３メインスイッチ３０ｃ→平滑コンデンサ２２→第２サブスイッチ４０ｂ→第２メインスイッチ３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、バッテリ１２は、抵抗器３２を通じて平滑コンデンサ２２を徐々に充電する。その結果、平滑コンデンサ２２のプリチャージ時の突入電流は、抵抗器３２によって制限（抑制）される。

平滑コンデンサ２２の充電（プリチャージ）が完了すると、平滑コンデンサ２２の電圧は、バッテリ１２の電圧と同程度になる。そして、平滑コンデンサ２２の充電が完了すると、制御部２４は、第１サブスイッチ４０ａを「オン」させ、その後、第３メインスイッチ３０ｃを「オフ」させる。

これにより、図３（ｂ）に示すように、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂは「オン」状態となり、第３メインスイッチ３０ｃは「オフ」状態となる。図３（ｂ）の状態は、車載機器１４がバッテリ１２に接続され、かつ、平滑コンデンサ２２および充電器２０がバッテリ１２に接続される第２の状態である。

第２の状態のとき、破線の矢印Ａ２２で示すように、バッテリ１２→第２メインスイッチ３０ｂ→第２サブスイッチ４０ｂ→充電器２０→第１サブスイッチ４０ａ→第１メインスイッチ３０ａ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、充電器２０は、バッテリ１２の充電を開始する。

各スイッチの状態が初期状態から第２の状態に切り替わる間、第１メインスイッチ３０ａおよび第２メインスイッチ３０ｂは、「オン」状態に維持されている。

バッテリ１２の充電が完了すると、制御部２４は、第１サブスイッチ４０ａおよび第２サブスイッチ４０ｂを「オフ」させる。これにより、各スイッチは、初期状態に戻り、充電器２０および平滑コンデンサ２２は、バッテリ１２から切り離される。そして、平滑コンデンサ２２に蓄電されていた電荷は、放電されて充電器２０で消費される。

図４は、制御部２４の動作を説明するフローチャートである。制御部２４は、充電要求信号が「オン」となったか否かを判定する（Ｓ１００）。充電要求信号が「オン」となっていない（「オフ」である）場合（Ｓ１００におけるＮＯ）、制御部２４は、充電要求信号が「オン」となるまで待機する。

一方、充電要求信号が「オン」となった場合（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、制御部２４は、ステップＳ１１０以降の一連の処理を行う。まず、制御部２４は、第３メインスイッチ３０ｃおよび第２サブスイッチ４０ｂを「オン」させる（Ｓ１１０）。これにより、各スイッチは、図３（ａ）に示す第１の状態となる。

次に、制御部２４は、所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１２０）。所定時間は、例えば、平滑コンデンサ２２の容量と抵抗器３２の抵抗値とから決まる時定数に基づいて、平滑コンデンサ２２の電圧が所定電圧以上となる時間（例えば、数秒）に設定される。所定電圧は、バッテリ１２の電圧と同程度（例えば、バッテリ１２の電圧の９５％など）に設定される。

所定時間が経過していない場合（Ｓ１２０におけるＮＯ）、制御部２４は、所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、制御部２４は、第１サブスイッチ４０ａを「オン」させる（Ｓ１３０）。その後、制御部２４は、第３メインスイッチ３０ｃを「オフ」させて（Ｓ１４０）、一連の処理を終了する。これにより、各スイッチは、図３（ｂ）に示す第２の状態となり、充電器２０は、バッテリ１２の充電を開始する。

なお、制御部２４は、ステップＳ１３０の後、第３メインスイッチ３０ｃを「オフ」させずに「オン」状態で維持させてもよい。ただし、第３メインスイッチ３０ｃを「オフ」させた方が、充電器２０からバッテリ１２へ供給する電力の一部が抵抗器３２で消費されることを確実に防止できるため、より好ましい。

以上のように、第１実施形態の突入電流制限システム１０は、抵抗器３２と第３メインスイッチ３０ｃとが直列接続された直列要素回路３８を含む。直列要素回路３８の一端は、第１メインスイッチ３０ａのバッテリ１２側端に接続され、直列要素回路３８の他端は、第１サブスイッチ４０ａの充電器２０側端に接続される。これにより、第１実施形態の突入電流制限システム１０では、平滑コンデンサ２２のプリチャージの前後に亘って、第１メインスイッチ３０ａおよび第２メインスイッチ３０ｂを「オン」状態に維持することができる。

したがって、第１実施形態の突入電流制限システム１０によれば、バッテリ１２に接続される車載機器１４への電力の供給を停止することなくバッテリ１２を充電器２０に接続することが可能となる。

例えば、車載機器１４がエアコンプレッサである場合、突入電流制限システム１０では、充電器２０を介したバッテリ１２の充電が開始される際に、冷風または暖風の送出を継続させることができる。また、車載機器１４が商用周波数の交流電力を発生させるインバータである場合、突入電流制限システム１０では、充電器２０を介したバッテリ１２の充電が開始される際に、配線用差込接続器に接続される家電製品などの使用を継続させることができる。このため、突入電流制限システム１０では、冷風または暖風が一時的に停止したり、家電製品が一時的に停止することで、車両１の搭乗者等を不快にさせてしまうような事態を回避できる。

また、第１実施形態の突入電流制限システム１０では、スイッチの数が最小限であるため、突入電流制限システム１０をコンパクトに構成することができる。

また、第１実施形態では、第３メインスイッチ３０ｃのバッテリ１２側端に抵抗器３２が直列接続されていた。しかし、図５の突入電流制限システム１００のように、直列要素回路３８を構成する抵抗器３２および第３メインスイッチ３０ｃの接続順を入れ替えてもよい。具体的には、第３メインスイッチ３０ｃの一端が第１メインスイッチ３０ａのバッテリ１２側端に接続され、第３メインスイッチ３０ｃの他端が抵抗器３２の一端に接続され、抵抗器３２の他端が第１サブスイッチ４０ａの充電器２０側端に接続されてもよい。

また、第１実施形態において、第１メインスイッチ３０ａは、バッテリ１２の正極に接続され、第３メインスイッチ３０ｃは、抵抗器３２を介してバッテリ１２の正極に接続され、第２メインスイッチ３０ｂは、バッテリ１２の負極に接続されていた。しかし、第１メインスイッチ３０ａは、バッテリ１２の負極に接続され、第３メインスイッチ３０ｃは、抵抗器３２を介してバッテリ１２の負極に接続され、第２メインスイッチ３０ｂは、バッテリ１２の正極に接続されてもよい。つまり、第１実施形態において、バッテリ１２の極性を反転してもよい。この場合、電流の流れる方向が逆になるが、各スイッチの動作は、上述した動作と同様である。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態による突入電流制限システム２００の構成を示す概略図である。第２実施形態の突入電流制限システム２００は、メインリレー１６に代えてメインリレー２１６を有し、第１サブスイッチ４０ａ、第２サブスイッチ４０ｂに代えて、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂ、第３サブスイッチ２４０ｃを有し、制御部２４に代えて制御部２２４を有する点において第１実施形態の突入電流制限システム１０と異なる。メインリレー２１６は、第１メインスイッチ３０ａ、第２メインスイッチ３０ｂ、第３メインスイッチ３０ｃ、抵抗器３２に代えて、第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第３メインスイッチ２３０ｃ、抵抗器２３２を有する点においてメインリレー１６と異なる。

したがって、第１実施形態と機能が等しい構成要素については、その詳細な説明を省略し、機能が異なる第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第３メインスイッチ２３０ｃ、抵抗器２３２、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂ、第３サブスイッチ２４０ｃ、制御部２２４について詳述する。以下、第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第３メインスイッチ２３０ｃ、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂ、第３サブスイッチ２４０ｃを総称して、単にスイッチと呼ぶことがある。

第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第３メインスイッチ２３０ｃ、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂ、第３サブスイッチ２４０ｃは、例えば、リレースイッチであるが、半導体スイッチなどであってもよい。

第１メインスイッチ２３０ａは、一端がバッテリ１２の正極に接続されており、他端が正側直流母線３４ｐを介して車載機器１４に接続されている。第２メインスイッチ２３０ｂは、一端がバッテリ１２の負極に接続されており、他端が負側直流母線３４ｎを介して車載機器１４に接続されている。

第３メインスイッチ２３０ｃは、一端が第１メインスイッチ２３０ａのバッテリ１２側端（バッテリ１２の正極）に接続され、他端が抵抗器２３２の一端に接続されている。抵抗器２３２の他端は、第１メインスイッチ２３０ａの車載機器１４側端（正側直流母線３４ｐ）に接続されている。つまり、メインリレー２１６は、抵抗器２３２と第３メインスイッチ２３０ｃとが直列接続された直列要素回路２３８を含む。そして、直列要素回路２３８は、第１メインスイッチ２３０ａに並列接続されている。

第１サブスイッチ２４０ａは、一端が抵抗器２３２の第３メインスイッチ２３０ｃ側端（抵抗器２３２と第３メインスイッチ２３０ｃとの接続ノード）に接続され、他端が充電器２０に接続されている。第２サブスイッチ２４０ｂは、一端が第２メインスイッチ２３０ｂの車載機器１４側端（負側直流母線３４ｎ）に接続され、他端が充電器２０に接続されている。

第３サブスイッチ２４０ｃは、一端が抵抗器２３２の第１メインスイッチ２３０ａ側端（正側直流母線３４ｐ）に接続され、他端が抵抗器２３２の第３メインスイッチ２３０ｃ側端に接続されている。つまり、第３サブスイッチ２４０ｃは、抵抗器２３２に並列接続されている。

抵抗器２３２は、平滑コンデンサ３６の充電（プリチャージ）時および平滑コンデンサ２２の充電（プリチャージ）時に利用される。抵抗器２３２は、平滑コンデンサ３６および平滑コンデンサ２２のプリチャージ時の突入電流を制限するための所定の抵抗値を有する。抵抗器２３２の抵抗値は、バッテリ１２の電圧、平滑コンデンサ３６の充電時間（プリチャージ時間）、平滑コンデンサ２２の充電時間（プリチャージ時間）等から設定される。

制御部２２４は、中央処理装置、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部２２４は、車両１のスタートスイッチ（図示略）の操作および充電要求信号などに基づいて、第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第３メインスイッチ２３０ｃ、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂ、第３サブスイッチ２４０ｃの開閉（オンオフ）を制御する。また、制御部２２４は、車載機器１４の動作を制御する。

図６では、スタートスイッチが「オフ」されており、車両１がＲＥＡＤＹ－ＯＦＦ（ＩＧ－ＯＦＦ）状態である場合が示されている。この場合、図６に示すように、第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第３メインスイッチ２３０ｃは、全て「オフ（開）」状態となっており、車載機器１４の平滑コンデンサ３６は、放電されている。また、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂおよび第３サブスイッチ２４０ｃは、「オフ」状態となっている。

図７は、スタートスイッチが「オン」されたときの各スイッチの動作を説明する説明図である。スタートスイッチが「オン」されると、制御部２２４は、図７（ａ）に示すように、平滑コンデンサ３６の充電（プリチャージ）を開始する。具体的には、制御部２２４は、第２メインスイッチ２３０ｂおよび第３メインスイッチ２３０ｃを「オン」させる。

そうすると、破線の矢印Ａ３１で示すように、バッテリ１２→第３メインスイッチ２３０ｃ→抵抗器２３２→平滑コンデンサ３６→第２メインスイッチ２３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、バッテリ１２は、抵抗器２３２を通じて平滑コンデンサ３６を徐々に充電する。その結果、平滑コンデンサ３６のプリチャージ時の突入電流は、抵抗器２３２によって制限（抑制）される。

平滑コンデンサ３６の充電（プリチャージ）が完了すると、平滑コンデンサ３６の電圧は、バッテリ１２の電圧と同程度になる。そして、制御部２２４は、図７（ｂ）に示すように、第１メインスイッチ２３０ａを「オン」させ、その後、第３メインスイッチ２３０ｃを「オフ」させる。そうすると、破線の矢印Ａ３２で示すように、バッテリ１２→第１メインスイッチ２３０ａ→車載機器１４→第２メインスイッチ２３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、車載機器１４は、バッテリ１２に接続されて動作が可能な状態となり、車両１は、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ（ＩＧ－ＯＮ）状態となる。

突入電流制限システム２００では、車載機器１４がバッテリ１２に接続された状態で、平滑コンデンサ２２のプリチャージが行われる。以下、平滑コンデンサ２２のプリチャージについて詳細に説明する。

平滑コンデンサ２２のプリチャージ前の初期状態では、図７（ｂ）に示すように、第１メインスイッチ２３０ａおよび第２メインスイッチ２３０ｂが「オン」となっており、第３メインスイッチ２３０ｃ、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂおよび第３サブスイッチ２４０ｃが「オフ」となっている。つまり、初期状態において、充電器２０および平滑コンデンサ２２は、バッテリ１２から切り離されている。

図８は、制御部２２４が充電要求信号「オン」を受信した後の各スイッチの動作を説明する説明図である。充電要求信号「オン」を受信する前は、図７（ｂ）に示す初期状態となっている。制御部２２４は、初期状態において充電要求信号「オン」を受信すると、第１サブスイッチ２４０ａおよび第２サブスイッチ２４０ｂを「オン」させる。

これにより、図８（ａ）に示すように、第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第１サブスイッチ２４０ａおよび第２サブスイッチ２４０ｂは「オン」状態となり、第３メインスイッチ２３０ｃおよび第３サブスイッチ２４０ｃは「オフ」状態となる。図８（ａ）の状態は、車載機器１４がバッテリ１２に接続され、かつ、平滑コンデンサ２２、抵抗器２３２およびバッテリ１２が直列回路を形成する第３の状態である。

第３の状態のとき、破線の矢印Ａ４１で示すように、バッテリ１２→第１メインスイッチ２３０ａ→抵抗器２３２→第１サブスイッチ２４０ａ→平滑コンデンサ２２→第２サブスイッチ２４０ｂ→第２メインスイッチ２３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、バッテリ１２は、抵抗器２３２を通じて平滑コンデンサ２２を徐々に充電する。その結果、平滑コンデンサ２２のプリチャージ時の突入電流は、抵抗器２３２によって制限（抑制）される。

平滑コンデンサ２２の充電（プリチャージ）が完了すると、平滑コンデンサ２２の電圧は、バッテリ１２の電圧と同程度になる。そして、平滑コンデンサ２２の充電が完了すると、制御部２２４は、第３サブスイッチ２４０ｃを「オン」させる。これにより、抵抗器２３２の両端は、第３サブスイッチ２４０ｃによって電気的に接続される。

そうすると、図８（ｂ）に示すように、第１メインスイッチ２３０ａ、第２メインスイッチ２３０ｂ、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂおよび第３サブスイッチ２４０ｃは「オン」状態となり、第３メインスイッチ２３０ｃは「オフ」状態となる。図８（ｂ）の状態は、車載機器１４がバッテリ１２に接続され、かつ、平滑コンデンサ２２および充電器２０がバッテリ１２に接続される第４の状態である。

第４の状態のとき、破線の矢印Ａ４２で示すように、バッテリ１２→第２メインスイッチ２３０ｂ→第２サブスイッチ２４０ｂ→充電器２０→第１サブスイッチ２４０ａ→第３サブスイッチ２４０ｃ→第１メインスイッチ２３０ａ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、充電器２０は、バッテリ１２の充電を開始する。この際、抵抗器２３２を通る電流経路よりも第３サブスイッチ２４０ｃを通る電流経路の方が、電気抵抗が大幅に低いため、充電器２０からバッテリ１２に供給される電力は、第３サブスイッチ２４０ｃを通る電流経路（破線の矢印Ａ４２）に沿って送られる。

各スイッチの状態が初期状態から第４の状態に切り替わる間、第１メインスイッチ２３０ａおよび第２メインスイッチ２３０ｂは、「オン」状態に維持されている。

バッテリ１２の充電が完了すると、制御部２２４は、第１サブスイッチ２４０ａ、第２サブスイッチ２４０ｂおよび第３サブスイッチ２４０ｃを「オフ」させる。これにより、各スイッチは、初期状態に戻り、充電器２０および平滑コンデンサ２２は、バッテリ１２から切り離される。そして、平滑コンデンサ２２に蓄電されていた電荷は、放電されて充電器２０で消費される。

図９は、制御部２２４の動作を説明するフローチャートである。制御部２２４は、充電要求信号が「オン」となったか否かを判定する（Ｓ２００）。充電要求信号が「オン」となっていない（「オフ」である）場合（Ｓ２００におけるＮＯ）、制御部２２４は、充電要求信号が「オン」となるまで待機する。

一方、充電要求信号が「オン」となった場合（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、制御部２２４は、ステップＳ２１０以降の一連の処理を行う。まず、制御部２２４は、第１サブスイッチ２４０ａおよび第２サブスイッチ２４０ｂを「オン」させる（Ｓ２１０）。これにより、各スイッチは、図８（ａ）に示す第３の状態となる。

次に、制御部２２４は、所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２２０）。所定時間は、例えば、平滑コンデンサ２２の容量と抵抗器２３２の抵抗値とから決まる時定数に基づいて、平滑コンデンサ２２の電圧が所定電圧以上となる時間（例えば、数秒）に設定される。所定電圧は、バッテリ１２の電圧と同程度（例えば、バッテリ１２の電圧の９５％など）に設定される。

所定時間が経過していない場合（Ｓ２２０におけるＮＯ）、制御部２２４は、所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（Ｓ２２０におけるＹＥＳ）、制御部２２４は、第３サブスイッチ２４０ｃを「オン」させて（Ｓ２３０）、一連の処理を終了する。これにより、各スイッチは、図８（ｂ）に示す第４の状態となり、充電器２０は、バッテリ１２の充電を開始する。

以上のように、第２実施形態の突入電流制限システム２００では、抵抗器２３２と第３メインスイッチ２３０ｃとが直列接続された直列要素回路２３８が、第１メインスイッチ２３０ａに並列接続されている。第１サブスイッチ２４０ａは、抵抗器２３２と第３メインスイッチ２３０ｃとの接続ノードに接続されている。第３サブスイッチ２４０ｃは、抵抗器２３２に並列接続されている。これにより、第２実施形態の突入電流制限システム２００では、平滑コンデンサ２２のプリチャージの前後に亘って、第１メインスイッチ２３０ａおよび第２メインスイッチ２３０ｂを「オン」状態に維持することができる。

したがって、第２実施形態の突入電流制限システム２００によれば、第１実施形態と同様に、バッテリ１２に接続される車載機器１４への電力の供給を停止することなくバッテリ１２を充電器２０に接続することが可能となる。

なお、制御部２２４は、平滑コンデンサ３６のプリチャージ完了時に、第３メインスイッチ２３０ｃを「オフ」させていた。しかし、制御部２２４は、平滑コンデンサ３６のプリチャージ完了時に第３メインスイッチ２３０ｃを「オフ」させずに「オン」状態で維持させてもよい。この場合、制御部２２４は、平滑コンデンサ２２のプリチャージの際に、第１サブスイッチ２４０ａおよび第２サブスイッチ２４０ｂを「オン」させる前に、第３メインスイッチ２３０ｃを「オフ」させてもよい。

また、第２実施形態では、抵抗器２３２のバッテリ１２側端に第３メインスイッチ２３０ｃが接続されていた。しかし、図１０の突入電流制限システム３００のように、直列要素回路２３８を構成する抵抗器２３２および第３メインスイッチ２３０ｃの接続順を入れ替えてもよい。具体的には、抵抗器２３２の一端が第１メインスイッチ２３０ａのバッテリ１２側端に接続され、抵抗器２３２の他端が第３メインスイッチ２３０ｃの一端に接続され、第３メインスイッチ２３０ｃの他端が第１メインスイッチ２３０ａの車載機器１４側端に接続されてもよい。

例えば、図１０の突入電流制限システム３００において、制御部２２４は、充電要求信号「オン」を受信すると、第１サブスイッチ２４０ａおよび第２サブスイッチ２４０ｂを「オン」させる。なお、このとき、第１メインスイッチ２３０ａおよび第２メインスイッチ２３０ｂは、「オン」状態となっており、第３メインスイッチ２３０ｃおよび第３サブスイッチ２４０ｃは、「オフ」状態となっている。そうすると、バッテリ１２→抵抗器２３２→第１サブスイッチ２４０ａ→平滑コンデンサ２２→第２サブスイッチ２４０ｂ→第２メインスイッチ２３０ｂ→バッテリ１２の順の電流経路が形成される。これにより、平滑コンデンサ２２のプリチャージを行うことができる。

また、第２実施形態において、第１メインスイッチ２３０ａおよび第３メインスイッチ２３０ｃは、バッテリ１２の正極に接続され、第２メインスイッチ２３０ｂは、バッテリ１２の負極に接続されていた。しかし、第１メインスイッチ２３０ａおよび第３メインスイッチ２３０ｃは、バッテリ１２の負極に接続され、第２メインスイッチ２３０ｂは、バッテリ１２の正極に接続されてもよい。つまり、第２実施形態において、バッテリ１２の極性を反転してもよい。この場合、電流の流れる方向が逆になるが、各スイッチの動作は、上述した動作と同様である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、バッテリに接続されるコンデンサの充電時に流れる突入電流を制限する突入電流制限システムに利用できる。

１０、１００、２００、３００ 突入電流制限システム
１２ バッテリ
１４ 車載機器
２０ 充電器
２２ 平滑コンデンサ
３０ａ、２３０ａ 第１メインスイッチ
３０ｂ、２３０ｂ 第２メインスイッチ
３０ｃ、２３０ｃ 第３メインスイッチ
３２、２３２ 抵抗器
３８、２３８ 直列要素回路
４０ａ、２４０ａ 第１サブスイッチ
４０ｂ、２４０ｂ 第２サブスイッチ
２４０ｃ 第３サブスイッチ

Claims (1)

1. バッテリと、
   前記バッテリとの間で電力の授受を行う車載機器と、
   一端が前記バッテリの一方の極に接続され、他端が前記車載機器に接続される第１メインスイッチと、
   一端が前記バッテリの他方の極に接続され、他端が前記車載機器に接続される第２メインスイッチと、
   一端が前記第１メインスイッチの前記車載機器側端に接続される第１サブスイッチと、
   一端が前記第２メインスイッチの前記車載機器側端に接続される第２サブスイッチと、
   前記第１サブスイッチの他端および前記第２サブスイッチの他端に接続され、外部から受電した電力を前記バッテリに供給する充電器と、
   前記充電器の出力端に並列接続される平滑コンデンサと、
   抵抗器と第３メインスイッチとが直列接続された直列要素回路と、
   を備え、
   前記直列要素回路の一端が前記第１メインスイッチの前記バッテリ側端に接続され、前記直列要素回路の他端が前記第１サブスイッチの前記充電器側端に接続される突入電流制限システム。

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