(57)【要約】【課題】蓄電装置充電パックとして、高電圧蓄電装置と外部との間の充放電を可能として１つのパックにまとめることである。【解決手段】蓄電装置充電パック６０は、充放電可能な高電圧蓄電装置２０と、高電圧電力を授受する対象の高電圧回路に接続する高電圧接続端子７２，７４と、外部商用電源または外部交流負荷と接続する外部接続端子と、高電圧蓄電装置２０と高電圧接続端子７２，７４との間に設けられるシステムメインリレー部と、高電圧蓄電装置２０と外部接続端子との間に設けられる交直双方向充電器６６と、高電圧蓄電装置２０に対し、高電圧接続端子７２，７４または外部接続端子との間の接続を切り替える切替リレー部と、高電圧蓄電装置２０の充放電状態を検出する検出部を含む電池パックＥＣＵ４８とを備え、これらが１つのパックとして構成される。【選択図】図１
2010259274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な高電圧蓄電装置と、
高電圧電力を授受する対象の高電圧回路に接続する高電圧接続端子と、
外部商用電源または外部交流負荷と接続する外部接続端子と、
高電圧蓄電装置と高電圧接続端子との間に設けられるシステムメインリレー部と、
高電圧蓄電装置と外部接続端子との間に設けられる交直双方向充電器と、
高電圧蓄電装置に対し、高電圧接続端子または外部接続端子との間の接続を切り替えるために双方向充電器側に設けられる切替リレー部と、
高電圧蓄電装置の充放電状態を検出する検出部を含む蓄電装置制御部と、
を備え、これらが１つのパックとして構成されることを特徴とする蓄電装置充電パック。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置充電パックにおいて、
システムメインリレー部は、
正極側に設けられる正極側リレーと、
負極側に設けられる負極側リレーと、
負極側リレーと並列に設けられるリレー部であって、高電圧蓄電装置側からプリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗とが直列に接続されるプリチャージ用リレー部と、
を含んで構成され、
交直双方向充電器は、
切替リレー部を構成する正極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の正極側と正極側リレーとの間の接続点に接続される正極側入出力端子と、
切替リレー部を構成する負極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の負極側と負極側リレーとプリチャージ用リレーとの相互の接続点に接続される負極側入出力端子とを有し、
蓄電装置制御部は、
正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーと負極側切替リレーとを共に接続状態とし、外部商用電源からの交流電力を交直双方向充電器によって直流電力に変換して高電圧蓄電装置を充電する充電制御手段と、
正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーと負極側切替リレーとを共に接続状態として、高電圧蓄電装置の直流電力を交直双方向充電器によって交流電力に変換して外部交流負荷に供給する外部給電制御手段と、
を有することを特徴とする蓄電装置充電パック。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電装置充電パックにおいて、
高電圧端子は、高電圧回路としてのインバータに接続され、
システムメインリレー部は、
正極側に設けられる正極側リレーと、
負極側に設けられる負極側リレーと、
負極側リレーと並列に設けられるリレー部であって、高電圧蓄電装置側からプリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗とが直列に接続されるプリチャージ用リレー部と、
を含んで構成され、
交直双方向充電器は、
切替リレー部を構成する正極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の正極側と正極側リレーとの間の接続点に接続される正極側入出力端子と、
プリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗との間の接続点に接続される負極側入出力端子とを有し、
蓄電装置制御部は、
正極側リレーを接続状態とし、負極側リレーを遮断状態とし、正極側切替リレーを接続状態とし、プリチャージ用リレーを遮断状態として、インバータに設けられる平滑コンデンサの放電を行う高電圧回路放電制御手段と、
正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーとプリチャージ用リレーとを共に接続状態とし、外部商用電源からの交流電力を交直双方向充電器によって直流電力に変換して高電圧蓄電装置を充電する充電制御手段と、
正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーとプリチャージ用リレーとを共に接続状態として、高電圧蓄電装置の直流電力を交直双方向充電器によって交流電力に変換して外部交流負荷に供給する外部給電制御手段と、
を有することを特徴とする蓄電装置充電パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置充電パックに係り、特に充放電可能な高電圧蓄電装置の充電用の蓄電装置充電パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転電機を搭載する車両では、その駆動用として、充放電可能な高電圧蓄電装置を含む電源・駆動回路が搭載される。高電圧蓄電装置は、車両の制動時に回転電機から回生される電気エネルギによって充電されるシステムをとることができるが、それでも充電電力が不足する場合、充電装置を用いて外部から高電圧蓄電装置を充電することが行われる。
【０００３】
その場合に、充電回路は、電源・駆動回路を構成する蓄電装置と駆動回路との間に設けられることが多い。例えば、特許文献１には、電源装置として、２次電池と電気二重層等のキャパシタの昇温を行うために、昇圧コンバータとインバータとの間にキャパシタを配置し、これと並列に電力貯蔵装置を介して外部商用電源と接続する構成が開示されている。なお、電力貯蔵装置は貯蔵部と電圧コンバータで構成される。ここでは、キャパシタ用のシステムリレーと２次電池用のシステムリレーとの開閉制御で、電力貯蔵装置がキャパシタあるいは２次電池との間で充放電を行い、これによってキャパシタあるいは２次電池を昇温させることが述べられている。
【０００４】
この他に、蓄電装置を外部から充電するシステムとして、特許文献２には、リチウムイオン２次電池の使用に伴って電極の活物質上に発生し充放電を阻害する被膜を放電によって除去して電池の出力特性を回復できるリチウムイオン２次電池システムとして、リチウムイオン電池と、その充放電を制御するバッテリコントローラと、リチウムイオン電池を所定の放電電流で放電させる定電流放電装置と、エンジンの駆動で発電するオルタネータによって高い充電状態を維持している補機電池から供給される適宜の電流値でリチウムイオン電池を充電する充電装置と、放電を行う際に通常は接続されているモータ等からリチウムイオン電池を切り離すスイッチを備えるバッテリパックが開示されている。
【０００５】
また、蓄電装置を外部から充電し、また外部負荷に電力を供給するものとして、特許文献３には、車両の電源装置として、２つの単相インバータを用いて、車両の外部からの交流電力を直流電力に変換してバッテリを充電すること、直流電力を交流電力に変換して車両の外部へ供給することが開示されている。
【０００６】
なお、高電圧蓄電装置に関するものではないが、電動工具等の電気機器に対する充電機能付電池パックとして、特許文献４には、単セルのニカド電池またはニッケル水素電池等の２次電池を数本組にした組み電池と、コードレス電動工具等の対応機器を接続する際の接点である放電端子、商用電源入力用のプラグ、商用電源を入力とし組電池を充電する充電回路、プラグの出し入れに連動し、組電池の電極を放電時に放電端子へ、充電時には充電回路へ接続する切替スイッチを備える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９８０９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０４７１５号公報
【特許文献３】特開２００８−４３１００号公報
【特許文献４】特開２００３−１４３７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
低電圧電源の場合、充電器を電池とセットにして電池パックとして構成することは特許文献４に示されるように比較的容易である。これに対し、車両の回転電機を駆動するような高電圧電力を扱う電源・駆動回路においては、接続される高電圧回路側に様々な回路要素、補機等が接続されるため、充電時に充電に直接関係のないこれらの回路要素、補機等に電圧が印加されて作動状態となる。そのために、余分な電力が必要となり、また、充電に伴う電圧印加が長時間に及ぶこともあり、回路要素等の寿命が短くなる。また、高電圧を扱うのでシステムメインリレーが必要であり、さらに、接続される高電圧回路の作動を確保するために高電圧蓄電装置の充放電制御が必要である。
【０００９】
このように、高電圧蓄電装置を１つのパックにまとめるには、特許文献４に示される低電圧電源の場合と異なる課題がある。また、特許文献３に述べられているように、例えば、車両は移動性を有しているので、必要がある場合に、高電圧電力を外部負荷に効率よく供給できるようにすることで、その付加価値を高めることができる。
【００１０】
本発明の目的は、高電圧蓄電装置と外部との間の充放電を可能として１つのパックにまとめることができる蓄電装置充電パックを提供することである。他の目的は、高電圧蓄電装置と外部との間で充放電を可能としながら構成を簡単化できる蓄電装置充電パックを提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る蓄電装置充電パックは、充放電可能な高電圧蓄電装置と、高電圧電力を授受する対象の高電圧回路に接続する高電圧接続端子と、外部商用電源または外部交流負荷と接続する外部接続端子と、高電圧蓄電装置と高電圧接続端子との間に設けられるシステムメインリレー部と、高電圧蓄電装置と外部接続端子との間に設けられる交直双方向充電器と、高電圧蓄電装置に対し、高電圧接続端子または外部接続端子との間の接続を切り替えるために双方向充電器側に設けられる切替リレー部と、高電圧蓄電装置の充放電状態を検出する検出部を含む蓄電装置制御部と、を備え、これらが１つのパックとして構成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る蓄電装置充電パックにおいて、システムメインリレー部は、正極側に設けられる正極側リレーと、負極側に設けられる負極側リレーと、負極側リレーと並列に設けられるリレー部であって、高電圧蓄電装置側からプリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗とが直列に接続されるプリチャージ用リレー部と、を含んで構成され、交直双方向充電器は、切替リレー部を構成する正極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の正極側と正極側リレーとの間の接続点に接続される正極側入出力端子と、切替リレー部を構成する負極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の負極側と負極側リレーとプリチャージ用リレーとの相互の接続点に接続される負極側入出力端子とを有し、蓄電装置制御部は、正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーと負極側切替リレーとを共に接続状態とし、外部商用電源からの交流電力を交直双方向充電器によって直流電力に変換して高電圧蓄電装置を充電する充電制御手段と、正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーと負極側切替リレーとを共に接続状態として、高電圧蓄電装置の直流電力を交直双方向充電器によって交流電力に変換して外部交流負荷に供給する外部給電制御手段と、を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る蓄電装置充電パックにおいて、高電圧端子は、高電圧回路としてのインバータに接続され、システムメインリレー部は、正極側に設けられる正極側リレーと、負極側に設けられる負極側リレーと、負極側リレーと並列に設けられるリレー部であって、高電圧蓄電装置側からプリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗とが直列に接続されるプリチャージ用リレー部と、を含んで構成され、交直双方向充電器は、切替リレー部を構成する正極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の正極側と正極側リレーとの間の接続点に接続される正極側入出力端子と、プリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗との間の接続点に接続される負極側入出力端子とを有し、蓄電装置制御部は、正極側リレーを接続状態とし、負極側リレーを遮断状態とし、正極側切替リレーを接続状態とし、プリチャージ用リレーを遮断状態として、インバータに設けられる平滑コンデンサの放電を行う高電圧回路放電制御手段と、正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーとプリチャージ用リレーとを共に接続状態とし、外部商用電源からの交流電力を交直双方向充電器によって直流電力に変換して高電圧蓄電装置を充電する充電制御手段と、正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーとプリチャージ用リレーとを共に接続状態として、高電圧蓄電装置の直流電力を交直双方向充電器によって交流電力に変換して外部交流負荷に供給する外部給電制御手段と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、蓄電装置充電パックは、充放電可能な高電圧蓄電装置と、システムメインリレーと、交直双方向充電器と、切替リレー部と、蓄電装置制御部とを含み、高電圧電力を授受する対象の高電圧回路に接続する高電圧接続端子と、外部商用電源または外部交流負荷と接続する外部接続端子とを備える１つのパックとして構成される。したがって、高電圧蓄電装置と外部との間の充放電を可能として、１つのパックにまとめられる。
【００１５】
また、蓄電装置充電パックにおいて、システムメインリレー部は、正極側リレーと、負極側リレーと、プリチャージ用リレー部とを含んで構成される。したがって、一般的なシステムメインリレーの構成をそっくり含んでおり、高電圧回路のプリチャージを含め、高電圧蓄電装置に適したものとなっている。
【００１６】
この構成において、交直双方向充電器は、切替リレー部の正極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の正極側とシステムメインリレー部の正極側リレーとの間の接続点に接続され、切替リレー部の負極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の負極側とシステムメインリレー部の負極側リレーとプリチャージ用リレーとの相互の接続点に接続される。このように交直双方向充電器を、高電圧蓄電装置とシステムメインリレー部との間に配置したので、システムメインリレー部よりも高電圧回路側にある様々な回路要素、補機等を作動させずに、高電圧蓄電装置に対し直接的に充電を行うことができる。したがって、従来技術に比べ、充電効率を向上させ、また、様々な回路要素、補機等の充電に伴う作動による寿命短縮化を防ぐことができる。
【００１７】
また、この構成において、蓄電装置制御部は、システムメインリレー部の正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、切替リレー部の正極側切替リレーと負極側切替リレーとを共に接続状態として、外部商用電源からの交流電力を交直双方向充電器によって直流電力に変換して高電圧蓄電装置を充電する。また、システムメインリレー部の正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、切替リレー部の正極側切替リレーと負極側切替リレーとを共に接続状態として、高電圧蓄電装置の直流電力を交直双方向充電器によって交流電力に変換して外部交流負荷に供給する。これによって、高電圧蓄電装置と外部との間の充放電が可能となる。
【００１８】
また、蓄電装置充電パックにおいて、高電圧端子は、高電圧回路としてのインバータに接続され、システムメインリレー部は、正極側リレーと、負極側リレーと、プリチャージ用リレー部とを含んで構成される。したがって、一般的なシステムメインリレーの構成をそっくり含んでおり、高電圧回路としてのインバータのプリチャージを含め、高電圧蓄電装置に適したものとなっている。
【００１９】
この構成において、交直双方向充電器は、切替リレー部の正極側切替リレーを介して高電圧蓄電装置の正極側と正極側リレーとの間の接続点に正極側入出力端子が接続され、システムメインリレー部のプリチャージ用リレーとプリチャージ用抵抗との間の接続点に負極側入出力端子が接続される。この構成により、インバータに通常設けられる放電抵抗を省略することができる。
【００２０】
すなわち、システムメインリレー部の正極側リレーを接続状態とし、負極側リレーを遮断状態とし、正極側切替リレーを接続状態とし、プリチャージ用リレーを遮断状態とすることで、システムメインリレー部のプリチャージ用抵抗を利用してインバータに設けられる平滑コンデンサの放電を行うことができる。このように、プリチャージ用抵抗を、インバータのプリチャージ用途と、インバータの放電用途に兼用できるので、これに接続される高電圧回路としてのインバータの放電抵抗を省略できる。
【００２１】
また、この構成において、蓄電装置制御部は、正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーとプリチャージ用リレーとを共に接続状態として、外部商用電源からの交流電力を交直双方向充電器によって直流電力に変換して高電圧蓄電装置を充電する。また、正極側リレーと負極側リレーとを共に遮断状態とし、正極側切替リレーとプリチャージ用リレーとを共に接続状態として、高電圧蓄電装置の直流電力を交直双方向充電器によって交流電力に変換して外部交流負荷に供給する。すなわち、プリチャージ用リレーを、プリチャージを行うときのリレー機能と、高電圧蓄電装置と外部との間の充放電のときの切替リレー部の負極側切替リレーとしての機能とを兼用できるので、蓄電装置充電パックとしての構成が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態の蓄電装置充電パックを含むシステムの構成を示す図である。
【図２】従来技術の充電システムの構成を示す図である。
【図３】他の実施形態の蓄電装置充電パックを含むシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、蓄電装置充電パックが用いられるものとして、回転電機が搭載される車両を説明するが、これは例示であって、蓄電装置充電パックと組み合わされて高電圧電力をやり取りする高電圧回路を含むシステムであればよい。
【００２４】
また、この車両には、回転電機として、モータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを１台または２台用いるものとして説明するが、これは例示であって、モータ・ジェネレータを３台以上用いるものとしてもよい。また、モータ機能のみを有する回転電機と発電機機能のみを有する回転電機を適当な台数で用いるものとしてもよい。なお、車両としては、回転電機の他に、エンジンを搭載するものとしてもよく、燃料電池を搭載するものとしてもよい。
【００２５】
以下では、蓄電装置充電パックと高電圧回路に含まれる電源・駆動回路として、高電圧蓄電装置、システムメインリレー、電圧変換器、平滑コンデンサ、インバータを含む構成を説明するが、電圧変換器以下は、蓄電装置充電パックと接続される高電圧回路の例示であって、これ以外の構成の高電圧回路であってもよい。
【００２６】
また、高電圧回路側に接続される様々な回路要素、補機等として、平滑コンデンサ、放電抵抗、ＤＣ／ＤＣコンバータ、空調装置（Ａ／Ｃ）等を説明するが、これらは例示であって、これ以外の回路要素、補機等が接続されるものとしてもよい。
【００２７】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２８】
図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる蓄電装置充電パックを含むシステム１０の構成を示す図である。蓄電装置充電パックを含むシステム１０は、車両に搭載される回転電機に用いられるもので、具体的には、回転電機に接続される電源・駆動回路システムである。そして、この電源・駆動回路システムのうち、高電圧蓄電装置２０周辺の部分を外部との間の充放電が可能なように１つのパックとして蓄電装置充電パック６０としてまとめ、それ以外の高電圧回路と組み合わせて用いるようにしたシステムである。
【００２９】
図１に示される回転電機（ＭＧ１）３８と回転電機（ＭＧ２）４０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、蓄電装置充電パック６０から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。図１の例では、２つの回転電機３８，４０の中の一方を蓄電装置充電パック６０の充電のための発電機、他方を主として車両走行用としての駆動モータとして用いられる。
【００３０】
すなわち、上記のように、車両に搭載されるエンジンによって一方の回転電機（ＭＧ１）３８を駆動して発電機として用い、発電された電力を蓄電装置充電パック６０に供給するものとして用いる。また、他方の回転電機（ＭＧ２）４０を車両走行のために用いて、力行時には蓄電装置充電パック６０から電力の供給を受けてモータとして機能して車両の車軸を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、蓄電装置充電パック６０に供給するものとできる。
【００３１】
なお、図１では２つの回転電機３８，４０が車両に搭載されるものとして説明したが、車両の仕様によっては、回転電機３８のみが搭載されるものとしてもよい。この場合には、１台の回転電機３８が車両走行のために用いられ、力行時には蓄電装置充電パック６０から電力の供給を受けてモータとして機能して車両の車軸を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、蓄電装置充電パック６０に供給するものとできる。
【００３２】
図１において、回転電機３８，４０に接続される回路は、上記のように蓄電装置充電パック６０と、それに接続される高電圧回路とに分けられるが、これら全体としては、回転電機３８，４０のための電源・駆動回路である。
【００３３】
この電源・駆動回路は、高電圧蓄電装置２０と、システムメインリレー部と、電圧変換器３２と、インバータ３４，３６とを含んで構成される。この中で、高電圧蓄電装置２０とシステムメインリレー部とが蓄電装置充電パック６０に含まれ、それ以外の電圧変換器３２、インバータ３４，３６が蓄電装置充電パック６０に接続される高電圧回路に相当する。
【００３４】
なお、蓄電装置充電パック６０と高電圧回路とは、蓄電装置充電パック６０に設けられた高電圧接続端子７２，７４によって、相互に着脱自在に接続または分離される。
【００３５】
高電圧蓄電装置２０は、回転電機３８，４０を駆動するインバータ３４，３６に供給する高電圧電力源である。かかる高電圧蓄電装置２０は、例えば、約２００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。組電池とは、端子電圧が数Ｖ程度の単位電池あるいは単セルと呼ばれるものを複数組み合わせて所望の高電圧電源としたものである。
【００３６】
システムメインリレー部は、高電圧蓄電装置２０と高電圧回路との間を電気的に接続または遮断するための装置である。例えば、車両が走行しないときは、インバータ３４，３６に高電圧電力が供給されないように、高電圧蓄電装置２０とインバータ３４，３６との間を電気的に遮断する。これによって、車両における高電圧部分が高電圧蓄電装置２０のみに限定されるので、万一の高電圧漏電等を未然に防止できるという機能を有する。
【００３７】
システムメインリレー部は、高電圧電力の接続時、遮断時に発生する可能性のある放電溶着による固着を低減するためと、インバータ３４，３６の始動時に事前にゆっくりと充電するいわゆるプリチャージのために、複数のリレーが設けられる。すなわち、システムメインリレー部は、正極側リレー２４、負極側リレー２６、プリチャージ用リレー２８を含んで構成される。
【００３８】
正極側リレー２４は、高電圧蓄電装置２０の正極側端子と、正極側の高電圧接続端子７２との間に設けられる電気信号で作動するリレーである。負極側リレー２６は、高電圧蓄電装置２０の負極側端子と、負極側の高電圧接続端子７４との間に設けられる電気信号で作動するリレーである。
【００３９】
プリチャージ用リレー２８は、プリチャージ用抵抗３０と共に、負極側リレー２６と並列に配置されるリレーである。プリチャージ用リレー２８とプリチャージ用抵抗３０とは、高電圧蓄電装置２０の負極側端子から負極側の高電圧接続端子７４に向かってこの順序に直列に接続されて配置される。
【００４０】
そして、このプリチャージ用リレー２８とプリチャージ用抵抗３０は、インバータ３４，３６が始動する際に、インバータ３４，３６の正極側配線と負極側配線との間に配置される平滑コンデンサ５２に急激に高電圧電力が供給されないように、ゆっくりと充電を行ういわゆるプリチャージ機能を行う。その意味で、プリチャージ用リレー２８とプリチャージ用抵抗３０を、プリチャージ用リレー部と呼ぶことができる。
【００４１】
すなわち、インバータ３４，３６に高電圧電力を供給するためにシステムメインリレー部を接続状態とするには、まず正極側リレーを接続状態とし、次にプリチャージ用リレー２８を接続状態にする。これによって、平滑コンデンサ５２には、プリチャージ用抵抗３０によって適当に制限されたプリチャージ電流が供給され、ゆっくりと充電が行われる。このようにして平滑コンデンサ５２に充電が行われると、その後に初めて負極側リレー２６が接続状態とされ、代わってプリチャージ用リレー２８が遮断状態となる。
【００４２】
電圧変換器３２は、高電圧蓄電装置２０の電圧ではインバータ３４，３６を作動させるには不足する場合に、高電圧蓄電装置２０の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して、所望の高電圧、例えば約６５０Ｖに昇圧する機能を有する回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。なお、電圧変換器３２は双方向機能を有するものとでき、インバータ３４，３６側からの電力を高電圧蓄電装置２０側に充電電力として供給するときに、インバータ３４，３６の高圧を高電圧蓄電装置２０に適した電圧に降圧するものとできる。
【００４３】
電圧変換器３２は、回転電機３８，４０の仕様によっては必ずしも必要な構成要素でもなく、場合によって省略することができる。図１では、その意味で、電圧変換器３２を破線枠で囲んで示されている。
【００４４】
インバータ３４，３６側に設けられる平滑コンデンサ５２は、インバータ３４，３６の正極側配線と負極側配線との間における電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する容量素子である。
【００４５】
平滑コンデンサ５２に並列に配置接続される放電抵抗５４は、インバータ３４，３６の作動が停止したときに、平滑コンデンサ５２に残留する電荷を放電させる機能を有する抵抗素子である。
【００４６】
車両においては、インバータ３４，３６の作動停止後は、万一の感電防止等のために、回転電機３８，４０の巻線とインバータ３４，３６とを利用した短時間放電が行われるが、万一、衝突等の理由で断線が生じて放電が行われない場合を想定して、上記のように高電圧用の平滑コンデンサ５２に並列に放電抵抗５４が設けられる。このため、車両の運転時においてもこの放電抵抗５４に高電圧が印加され続けるので、発熱と損失が発生する。この放電抵抗５４は、安全上短時間で放電するためには低抵抗が望ましいが、反面、発熱と損失が増大し、そのために車両の高電圧蓄電装置２０を用いた走行持続距離が短くなる可能性がある。
【００４７】
そのために、放電抵抗５４は比較的高抵抗のものが用いられる。また、放電抵抗５４は、高電圧部品であり、発熱部品でもあるので、大型化し、高価となっている。
【００４８】
インバータ３４，３６は、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。図１に示されるように、２つのインバータ３４，３６は、それぞれ２つの回転電機３８，４０に対応しており、回転電機（ＭＧ１）３８にはＭＧ１用のインバータ３４が接続され、回転電機（ＭＧ２）２８にはＭＧ２用のインバータ３４が接続される。
【００４９】
そして、回転電機（ＭＧ１）３８を発電機として機能させるとき、インバータ３４は、回転電機（ＭＧ１）３８からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置充電パック６０側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機（ＭＧ２）４０に接続されるインバータ３６は、車両が力行のとき、蓄電装置充電パック６０側からの直流電力を交流３相駆動電力に変換し、回転電機（ＭＧ２）４０に駆動電力として供給する直交変換機能と、車両が制動のとき、逆に回転電機（ＭＧ２）４０からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置充電パック６０側に充電電流として供給する交直変換機能とを有する。
【００５０】
かかるインバータ３４，３６は、複数のスイッチング素子とダイオードとを組み合わせた回路で構成することができる。あるいは複数のＭＯＳＦＥＴを用いて構成することもできる。インバータ３４，３６の作動は、回転電機３８，４０の作動とともに、回転電機電気制御ユニット（Ｍｏｔｏｒ−Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｏｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＭＧＥＣＵ）４６によって制御される。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、蓄電装置充電パック６０の高電圧接続端子７２，７４の間に配置接続され、高電圧蓄電装置２０の高電圧電力を適当な低電圧電力に変換し、低電圧で作動する車両搭載電子機器等に供給する機能を有する低電圧用の電圧変換器である。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から供給される低電圧で作動する車両搭載電子機器としては、各種ＥＣＵ、オーディオ機器、ワイパ駆動等の小型モータ等がある。
【００５２】
空調機（Ａ／Ｃ）４４は、蓄電装置充電パック６０の高電圧接続端子７２，７４の間に配置接続され、車両の車室内空気の空調を行うためのエアコンディショナである。なお、車両が駐車中に車室内の温度が運転者等にとって快適状態でないことが生じるが、そのような場合には、運転者等が車両に乗車してインバータ３４，３６等を作動させる前に、事前空調を行うことが好ましい。このような機能はプレ空調機能と呼ばれる。
【００５３】
ＤＣ／Ｄコンバータ４２、空調機４４、ＭＧＥＣＵ４６等の作動は、全体としてパワーマネージメントＥＣＵ５０によって制御される。すなわち、パワーマネージメントＥＣＵは、電源・駆動回路およびこれに接続される回転電機３８，４０を含む様々な機器等の作動を全体として制御する機能を有する。
【００５４】
上記のように、蓄電装置充電パック６０の高電圧接続端子７２，７４の間、あるいは、インバータ３４，３６の正極側配線と負極側配線との間には、平滑コンデンサ５２、放電抵抗５４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、空調機４４等の様々な回路要素、補機等が接続される。後述するように、従来技術のように、システムメインリレー部とインバータとの間に高電圧蓄電装置用の充電装置が配置接続されると、充電装置からの電力が、高電圧蓄電装置に供給される他に、これらの様々な回路素子、補機等にも供給されてしまい、充電効率が低下することが生じる。これが本発明の解決すべき課題の１つである。
【００５５】
図１に示される蓄電装置充電パック６０は、上記の高電圧蓄電装置２０と、システムメインリレー部を構成する正極側リレー２４、負極側リレー２６、プリチャージ用リレー２８、プリチャージ用抵抗３０と、高電圧接続端子７２，７４を含んで構成される。さらに、蓄電装置充電パック６０は、交直双方向充電器６６と、切替リレー部を構成する正極側切替リレー６２、負極側切替リレー６４と、外部接続端子を構成する充電プラグ６８、放電コンセント７０とを含んで構成される。また、蓄電装置充電パック６０は、上記の各種のリレーを含むこれらの要素の作動を全体として制御する電池パックＥＣＵ４８を含んで構成される。
【００５６】
蓄電装置充電パック６０は、外部商用電源から交流電力を受け取って直流電力に変換して高電圧蓄電装置２０を充電する機能を有し、さらに、車両の移動機能性を利用して、外部交流負荷が交流電力を要求しているときに、高電圧蓄電装置２０の直流電力を交流電力に変換して外部交流負荷に供給できる機能を有する。その意味では、外部給電機能も備える充電パックである。
【００５７】
かかる蓄電装置充電パック６０は、これらの構成要素を１つの独立したパックとしてまとめたものである。１つの独立したパックとは、車両の他の構成要素から独立して運搬できることを意味し、いわゆるスタンドアローン性を有するものである。そして、図１に示されるように、高電圧接続端子７２，７４を用いて高電圧回路と接続されることで、車両の回転電機３８，４０に対する電源・駆動回路の一部として機能する。
【００５８】
蓄電装置充電パック６０における交直双方向充電器６６は、交流電力を直流電力に変換でき、逆に直流電力を交流電力に変換できる回路装置である。かかる交直双方向充電器としては、インバータ回路構成を用いることができる。具体的には、充電プラグ６８に接続される外部商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、これを高電圧蓄電装置２０に供給することができる。また、高電圧蓄電装置２０の直流電力を交流電力に変換し、これを放電コンセントに接続される外部交流負荷に供給することができる。
【００５９】
このように、充電プラグ６８と放電コンセント７０とは、蓄電装置充電パック６０と外部との間を接続する外部接続端子であり、高電圧接続端子７２，７４と共に、蓄電装置充電パック６０に設けられる接続端子である。ここで、外部とは、車両の外部を意味する。すなわち、外部商用電源とは、わが国においては、例えば、充電スタンドあるいは家庭における５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電源であり、外部交流負荷とは、野外の電気設備、公共施設の緊急電源等である。
【００６０】
切替リレー部は、高電圧蓄電装置２０に対し、高電圧接続端子７２，７４、または外部接続端子である充電プラグ６８、放電コンセント７０との間の接続を切り替えるために交直双方向充電器６６側に設けられる電気的接続遮断装置である。具体的には、切替リレー部は、正極側切替リレー６２と負極側切替リレー６４とで構成される。正極側切替リレー６２は、高電圧蓄電装置２０の正極側と交直双方向充電器６６との間に設けられ、負極側切替リレー６４は、高電圧蓄電装置２０の負極側と交直双方向充電器６６との間に設けられる電気信号で作動する接続遮断装置である。
【００６１】
換言すれば、交直双方向充電器６６の正極側入出力端子は、正極側切替リレー６２を介して高電圧蓄電装置２０の正極側と、システムメインリレー部の正極側リレー２４との間の接続点に接続される。同様に、交直双方向充電器６６の負極側入出力端子は、負極側切替リレー６４を介して高電圧蓄電装置２０の負極側と、システムメインリレー部の負極側リレー２６とプリチャージ用リレー２８との相互の接続点に接続される。
【００６２】
このように、交直双方向充電器６６は、高電圧蓄電装置２０とシステムメインリレー部との間に配置されるので、システムメインリレー部よりも高電圧回路側にある様々な回路要素、補機等を作動させずに、高電圧蓄電装置２０に対し直接的に充電を行うことができる。したがって、システムメインリレー部とインバータ３４，３６との間に充電装置が配置接続される従来技術に比べ、充電効率を向上させ、また、様々な回路要素、補機等の充電に伴う作動による寿命短縮化を防ぐことができる。
【００６３】
図１において、高電圧蓄電装置２０の正極側配線に設けられる電流検出素子２２は、高電圧蓄電装置２０の充放電状態を求める基礎となる充放電電流を検出する機能を有する。電池パックＥＣＵ４８は、電流検出素子２２の検出結果を取得し、パワーマネージメントＥＣＵ５０と、交直双方向充電器６６と交信して、システムメインリレー部の正極側リレー２４、負極側リレー、プリチャージ用リレー２８、切替リレー部の正極側切替リレー６２、負極側切替リレー６４の作動を制御する機能を有する。電池パックＥＣＵ４８の制御機能は以下のようである。
【００６４】
第１の機能は、電源・駆動回路の一部として高電圧蓄電装置２０を作動させる機能である。すなわち、高電圧接続端子７２，７４が高電圧回路に接続されるときには、切替リレー部の正極側切替リレー６２、負極側切替リレー６４が共に遮断される。高電圧接続端子７２，７４と高電圧回路との接続検出には、適当なセンサを用いることができる。そして、パワーマネージメントＥＣＵ５０の指令に従い、システムメインリレー部の各リレーの作動が制御される。例えば、インバータ３４，３６の始動のときは、上記のように、プリチャージ機能を実行するために、正極側リレー２４とプリチャージ用リレー２８が接続状態とされ、その後に負極側リレー２６が接続されると共にプリチャージ用リレー２８が遮断される。
【００６５】
また、このように電源・駆動回路の一部として高電圧蓄電装置２０を作動させるときには、電流検出素子２２によって検出されたデータによって高電圧蓄電装置２０の充放電状態が電池パックＥＣＵ４８によって監視される。そして、その監視データはパワーマネージメントＥＣＵ５０に逐時伝送され、パワーマネージメントＥＣＵ５０は、このデータに基づいて高電圧蓄電装置２０が適切な充放電状態を維持するように、回転電機３８，４０の発電と力行とを制御する。
【００６６】
第２の機能は、高電圧蓄電装置２０を外部商用電源によって充電する制御を行う機能である。すなわち、パワーマネージメントＥＣＵ５０の指令あるいは運転者の意思等で、高電圧蓄電装置２０を車両の外部からの電気的エネルギで充電する場合には、システムメインリレー部の各リレーが遮断状態にされ、切替リレー部の正極側切替リレー６２、負極側切替リレー６４が共に接続状態とされる。そして、充電プラグ６８が外部商用電源に接続される。これによって、外部商用電源からの交流電力が交直双方向充電器６６の機能によって直流電力に変換され、直接的に高電圧蓄電装置２０に供給されてその充電が行われる。
【００６７】
第３の機能は、高電圧蓄電装置２０の電気的エネルギを外部交流負荷に供給する制御を行う機能である。すなわち、運転者の意思等で、高電圧蓄電装置２０の電気的エネルギを車両の外部の電気機器等の交流外部負荷に供給する場合には、システムメインリレー部の各リレーが遮断状態にされ、切替リレー部の正極側切替リレー６２、負極側切替リレー６４が共に接続状態とされる。そして、放電コンセント７０が外部交流負荷に接続される。これによって、高電圧蓄電装置２０の直流電力が交直双方向充電器６６の機能によって交流電力に変換され、外部交流負荷に供給される。
【００６８】
上記のように、構成に関連して説明した蓄電装置充電パック６０の作用効果は、従来技術と比較することで、より明確に理解できる。図２は、従来技術における充電システム１１の構成を示す図である。
【００６９】
ここに示されるように、従来技術の充電システム１１では、片方向充電器６７と、充電プラグ６８と、切替リレー部を構成する正極側切替リレー６３、負極側切替リレー６５を含む充電装置６１が用いられる。そして、充電装置６１は、システムメインリレー部よりも電圧変換器３２、インバータ３４，３６側における正極側配線と負極配線との間に配置接続される。
【００７０】
このように、充電装置６１がシステムメインリレー部とインバータ３４，３６との間に配置接続されるので、上記のように、充電の際に、システムメインリレー部よりも高電圧回路側にある様々な回路要素、補機等が作動する。これによって、高電圧蓄電装置２０の充電には関係のない回路要素、補機等の作動に充電のための電力が消費され、充電効率が低下する。また、充電の度に、充電には必要のない様々な回路要素、補機等が作動することで、これらの寿命が短縮される可能性がある。
【００７１】
また、充電装置６１は、片方向充電の機能のみを有するので、高電圧蓄電装置２０の保有する電気的エネルギが十分あってもこれを交流外部負荷に供給することができない。
【００７２】
これに対し、図１の構成によれば、上記のように、充電の際に充電に関係のない回路要素、補機等による余分の電力消費がなく、また、外部交流負荷に対し高電圧蓄電装置２０の電気的エネルギを供給することができる。また、蓄電装置充電パック６０は、それ自体が独立した１つのまとまりを有するパックであるので、これを製造する際の量産性が向上する。また、電流、電圧、温度、圧力等を高精度に検出する電池パックＥＣＵ４８を有することで、出荷試験エージングを蓄電装置充電パック６０自身で単独で行うことができる。従来技術では、充電のための電源・駆動回路を切り離せないために、出荷試験エージングには車両全体を収容する大型設備、建屋倉庫等を必要とするが、それらが不要となる利点を有する。
【００７３】
図３は、図１で説明した蓄電装置充電パック６０をさらに効率的に構成した例を示す図である。ここでは、改良された蓄電装置充電パック８０を含むシステム１２において、交直双方向充電器６６の負極側入出力端子が、プリチャージ用リレー２８とプリチャージ用抵抗３０との間の接続点に接続される。そして、これに伴い、図１で説明した負極側切替リレー６４が省略され、さらに、インバータ３４，３６における放電抵抗が省略される。この構成において、電池パックＥＣＵ４８の機能は以下のようである。
【００７４】
第１の機能は、電源・駆動回路の一部として高電圧蓄電装置２０を作動させる機能である。この機能は、図１で説明した電池パックＥＣＵ４８の第１の機能と同じであり、制御内容も同じである。すなわち、高電圧接続端子７２，７４が高電圧回路に接続されるときには、切替リレー部の正極側切替リレー６２、負極側切替リレー６４が共に遮断され、システムメインリレー部の各リレーの作動が制御される。これによって、例えば、図１で説明したようにプリチャージ機能を実行することができる。
【００７５】
第２の機能は、高電圧蓄電装置２０を外部商用電源によって充電する制御を行う機能である。この機能は、図１で説明した電池パックＥＣＵ４８の第１の機能と同じであるが、制御内容が異なる。すなわち、パワーマネージメントＥＣＵ５０の指令あるいは運転者の意思等で、高電圧蓄電装置２０を車両の外部からの電気的エネルギで充電する場合には、システムメインリレー部の正極側リレー２４と負極側リレー２６が遮断状態にされるが、プリチャージ用リレー２８と、切替リレー部の正極側切替リレー６２とが共に接続状態とされる。そして、充電プラグ６８が外部商用電源に接続される。
【００７６】
これによって、外部商用電源からの交流電力が交直双方向充電器６６の機能によって直流電力に変換され、直接的に高電圧蓄電装置２０に供給されてその充電が行われる。すなわち、ここでは、図１における負極側切替リレー６４を省略して、その機能をプリチャージ用リレー２８に兼用させている。
【００７７】
第３の機能は、高電圧蓄電装置２０の電気的エネルギを外部交流負荷に供給する制御を行う機能である。この機能は、図１で説明した電池パックＥＣＵ４８の第３の機能と同じであるが、第２の機能と同様に、その制御内容が異なる。すなわち、運転者の意思等で、高電圧蓄電装置２０の電気的エネルギを車両の外部の電気機器等の交流外部負荷に供給する場合には、システムメインリレー部の正極側リレー２４と負極側リレー２６が遮断状態にされるが、プリチャージ用リレー２８と、切替リレー部の正極側切替リレー６２とが共に接続状態とされる。そして、放電コンセント７０が外部交流負荷に接続される。
【００７８】
これによって、高電圧蓄電装置２０の直流電力が交直双方向充電器６６の機能によって交流電力に変換され、外部交流負荷に供給される。ここでも、図１における負極側切替リレー６４を省略して、その機能をプリチャージ用リレー２８に兼用させている。このようにして、第２、第３の機能を実行する際に、蓄電装置充電パック８０において、図１の構成に比べ、リレーを１つ節約できる。
【００７９】
第４の機能は、高電圧回路としてのインバータ３４，３６の放電について、プリチャージ用抵抗３０を用いて行う機能である。すなわち、インバータ３４，３６の作動停止が行われると、正極側切替リレーを接続状態とし、負極側切替リレーを遮断状態とし、プリチャージ用リレーを接続状態とする。
【００８０】
これによって、インバータ３４，３６に設けられる平滑コンデンサ５２の放電についてプリチャージ用抵抗３０を介して行うことができる。ここでは、プリチャージ用抵抗３０を、インバータ３４，３６のプリチャージ用途と、インバータ３４，３６の放電用途に兼用させている。これによって、蓄電装置充電パック８０に接続される高電圧回路としてのインバータ３４，３６において、平滑コンデンサ５２のための放電抵抗を省略できる。
【００８１】
また、平滑コンデンサ５２に並列に設けられる放電抵抗５４と比較すると、プリチャージ用リレー２８の接続遮断によって放電が制御されるので、放電抵抗５４の場合のように車両の運転時に常時電流が流れるようなことがない。また、プリチャージ用抵抗３０は、常時電流が流れる放電抵抗５４のように高抵抗にする必要もなく、プリチャージ特性に応じた低抵抗を用いることができる。したがって、平滑コンデンサ５２の放電をより短時間で行うことができる。すなわち、プリチャージ用抵抗３０を、平滑コンデンサ５２の急速放電抵抗として用いることができる。
【００８２】
なお、上記のように、空調機４４については、プレ空調が行われることがあるが、プレ空調は約３０分程度であるので、システムメインリレー部が接続状態であり、また、プレ空調に関する各種ＥＣＵが作動しても、これらの寿命に影響を及ぼすことは少ないと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る蓄電装置充電パックは、高電圧蓄電装置を用いるシステムに利用できる。例えば、回転電機を搭載する車両において、独立の充電パックとして利用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１０，１２  （蓄電装置充電パックを含む）システム、１１  充電システム、２０  高電圧蓄電装置、２２  電流検出素子、２４  正極側リレー、２６  負極側リレー、２８  プリチャージ用リレー、３０  プリチャージ用抵抗、３２  電圧変換器、３４，３６  インバータ、３８，４０  回転電機、４２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、４４  空調機（Ａ／Ｃ）、４６  ＭＧＥＣＵ、４８  電池パックＥＣＵ、５０  パワーマネージメントＥＣＵ、５２  平滑コンデンサ、５４  放電抵抗、６０，８０  蓄電装置充電パック、６１  充電装置、６２，６３  正極側切替リレー、６４，６５  負極側切替リレー、６６  交直双方向充電器、６７  片方向充電器、６８  充電プラグ、７０  放電コンセント、７２，７４  高電圧接続端子。
【図１】
2010259274.tif 000003
【図２】
2010259274.tif 000004
【図３】
2010259274.tif 000005