(57)【要約】【課題】コンデンサをプリチャージする時間をそう長くすることなく、プリチャージリレーの寿命を延長する。【解決手段】車両用電源装置１０は、複数の走行用バッテリ１４と、プリチャージ抵抗１６ａとプリチャージリレー１６ｂとの直列回路から成る複数のプリチャージ回路１６と、制御回路１７とを備える。制御回路１７は、複数のプリチャージ回路１６の内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えてドライブユニット１２のコンデンサ１２ｂをプリチャージし、プリチャージする毎に、オンに切り替えるプリチャージリレー１６ｂを異ならせるように構成される。制御回路１７は、複数のプリチャージ回路１６の内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えた後に、残るプリチャージ回路１６のプリチャージリレー１６ｂを順次オンに切り替えることもできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に設けられた複数のバッテリ(14)と、前記複数のバッテリ(14)毎に設けられプリチャージ抵抗(16a)とプリチャージリレー(16b)との直列回路から成る複数のプリチャージ回路(16)と、前記プリチャージリレー(16b)をオンオフ制御する制御回路(17)とを備えた車両用電源装置であって、
前記制御回路(17)は、前記複数のプリチャージ回路(16)の内の一部の前記プリチャージリレー(16b)をオンに切り替えてドライブユニット(12)に設けられたコンデンサ(12b)をプリチャージするとともに、
前記コンデンサ(12b)をプリチャージする毎に、オンに切り替える前記プリチャージリレー(16b)を異ならせるように構成された
ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記制御回路(17)は、コンデンサ(12b)をプリチャージする際に、複数のプリチャージ回路(16)の内の一部の前記プリチャージリレー(16b)をオンに切り替えた後に、残るプリチャージ回路(16)のプリチャージリレー(16b)を順次オンに切り替える請求項１記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のドライブユニットに設けられた大容量のコンデンサをプリチャージするプリチャージ回路を備えた車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車両では、そのハイブリッド車両を走行させるための交流モータと、その交流モータを駆動するドライブユニットが設けられる。ドライブユニットには、トランジスタ等のスイッチング素子からなるインバータが内蔵され、このスイッチング素子のオン、オフに伴う電源電圧変動を防止するために、大容量のコンデンサがインバータと並列に設けられる。そして、走行用バッテリからドライブユニットへの電力供給は、コンタクタにより断続するようになっている。
【０００３】
ここで、電源供給経路を直結させるコンタクタをいきなり接続すると、コンデンサのチャージのためにコンタクタに大電流が流れ、コンタクタの接点に損傷を与える。とくに、そのコンタクタに流れる大きな電流でコンタクタの接点が溶着することもあり、接点が溶着すると、コンタクタはオフに切り替えて電流を遮断できなくなる。この弊害を防止するために、車両のスタートスイッチがオンに切り替えられて、コンタクタがオンに切り替えられる前に、コンデンサをプリチャージするプリチャージ回路を備える電源装置が開発されている（特許文献１参照）。
【０００４】
プリチャージ回路は、プリチャージ抵抗とプリチャージリレーとの直列回路から成り、車両のスタートスイッチがオンに切り替えられると、先ずそのプリチャージリレーをオンに切り替え、コンデンサがチャージされて、コンデンサの電圧が充分に上昇したときに、コンデンサのプリチャージ完了と判定して、この判定後にコンタクタをオンするように構成される。そして、コンタクタによってバッテリからドライブユニットへの電源供給経路が直結されたときに、初めて走行用の交流モータが動作可能状態としている。このため、電源装置には、プリチャージリレーをオンオフ制御するコンピュータ等の制御回路が設けられ、メインコンタクタをオンに切り替えた後はプリチャージが不要になるので、この制御回路は、その後プリチャージリレーをオフするように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来のプリチャージ回路では、プリチャージ抵抗を備えているけれども、コンデンサが比較的大容量であることから、プリチャージリレーをオンに切り替えたときにそのプリチャージリレーに流れる電流は大きくなる。一方、コンタクタは、コンデンサがチャージされた後にオンに切り替えられるので、流れる電流はそう多くはない。すると、プリチャージリレーの寿命は、流れる電流の多さ故に、コンタクタを構成するリレーに比較して短くなる傾向にあった。
【０００７】
この点を解消するためには、プリチャージ抵抗の抵抗値を大きくして、プリチャージ回路に流れるプリチャージ電流を小さくすることが挙げられる。けれども、プリチャージ抵抗が大きくなると、コンデンサをプリチャージする時間が長くなり、車両を走行させるまでの時間が延長される不具合が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、コンデンサをプリチャージする時間をそう長くすることなく、プリチャージリレーの寿命を延長し得る車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、並列に設けられた複数の走行用バッテリと、複数の走行用バッテリ毎に設けられプリチャージ抵抗とプリチャージリレーとの直列回路から成る複数のプリチャージ回路と、プリチャージリレーをオンオフ制御する制御回路とを備えた車両用電源装置の改良である。
【００１０】
その特徴ある構成は、制御回路が、複数のプリチャージ回路の内の一部のプリチャージリレーをオンに切り替えてドライブユニットに設けられたコンデンサをプリチャージするとともに、コンデンサをプリチャージする毎に、オンに切り替えるプリチャージリレーを異ならせるように構成されたところにある。
【００１１】
ここで、制御回路は、コンデンサをプリチャージする際に、複数のプリチャージ回路の内の一部のプリチャージリレーをオンに切り替えた後に、残るプリチャージ回路のプリチャージリレーを順次オンに切り替えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車両用電源装置では、複数のプリチャージリレーの内の一部のプリチャージリレーをオンに切り替えてコンデンサをプリチャージするので、そのプリチャージを開始する際に他のプリチャージリレーに電流が流れることはない。そして、コンデンサをプリチャージする毎に、オンに切り替えるプリチャージリレーを異ならせるので、少なくともプリチャージリレーの寿命は、コンデンサをプリチャージする毎に常にオンに切り替えられるプリチャージリレーに比較して、その数に比例して延長される。
【００１３】
また、プリチャージリレーの寿命を更に延長すべく、プリチャージ抵抗の抵抗値を大きくした場合は、コンデンサをプリチャージする時間が長くなる。けれども、一部のプリチャージリレーをオンに切り替えた後に、残るプリチャージ回路のプリチャージリレーを順次オンに切り替えることにより、すべてのプリチャージ回路を介してコンデンサを急速にチャージすることが可能となる。残るプリチャージリレーがオンに切り替えられるときは、最初にオンに切り替えられた一部のプリチャージリレーによりコンデンサはある程度チャージされている。このため、残りのプリチャージ回路に流れるプリチャージ電流は更に小さくなり、残るプリチャージリレーに与えられる損傷は著しく小さくなる。よって、本発明の車両用電源装置では、コンデンサをプリチャージする時間をそう長くすることなく、プリチャージリレーの寿命を延長することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明実施形態の一部のプリチャージリレーがオンに切り替えられた電源装置の概略構成図である。
【図２】その全部のプリチャージリレーがオンに切り替えられた電源装置の図１に対応する概略構成図である。
【図３】そのコンデンサのプリチャージが完了してコンタクタが接続された電源装置の図１に対応する概略構成図である。
【図４】（ａ）そのコンデンサへのチャージ電流を示す図である。（ｂ）そのコンデンサのチャージ状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３に、本発明の車両用電源装置１０の概略の構成を示す。この車両電源装置１０は、ハイブリッドカーに搭載され、あるいは電動車両に搭載されるものであって、ハイブリッドカーや電動車両には、その車両を走行させるための交流モータ１１と、その交流モータ１１を駆動するドライブユニット１２が設けられる。このドライブユニット１２には、電源装置１０から供給される直流を交流に変換してモータ１１に供給するインバータ１２ａが備えられる。このインバータ１２ａには、トランジスタ等のスイッチング素子が内蔵され、このスイッチング素子のオン、オフに伴う電源電圧変動を防止するために、比較的大容量のコンデンサ１２ｂがインバータ１２ａと並列に設けられる。
【００１７】
本発明の車両用電源装置１０は、このようなドライブユニット１２に電力を供給してモータ１１を駆動し、車両を走行させるものであり、並列に接続された複数のバッテリパック１３を備える。図１に示す電源装置１０では、４つのバッテリパック１３を備えるものを示す。各バッテリパック１３は、同一構造であるので、その１つを代表して説明すると、バッテリパック１３は、走行用バッテリ１４と、この走行用バッテリ１４の正負の出力側に接続されて、ドライブユニット１２への電力供給を制御するコンタクタ１５と、このコンタクタ１５をオンに切り替えるに先だって、ドライブユニット１２のコンデンサ１２ｂをプリチャージするプリチャージ回路１６とを備える。
【００１８】
走行用バッテリ１４は、インバータ１２ａを介して、車両を走行させるモータ１１を駆動するものであって、モータ１１に大電力を供給できるように、走行用バッテリ１４は複数の二次電池１４ａを直列に接続して出力電圧を高くしたものが用いられる。二次電池１４ａとしては、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用でき、ニッケルカドミウム電池などチャージできる全ての電池が使用できる。
【００１９】
走行用バッテリ１４をドライブユニット１２へ接続するコンタクタ１５は、機械的に可動する接点を有するリレーであり、図では、走行用バッテリ１４のプラス側に設けられたプラス側リレー１５ａと、マイナス側に設けられたマイナス側リレー１５ｂにより構成される場合を示す。
【００２０】
プリチャージ回路１６は、プリチャージ電流を制限しながらドライブユニット１２のコンデンサ１２ｂをプリチャージするものであって。このプリチャージ回路１６は、プリチャージ抵抗１６ａとプリチャージリレー１６ｂを直列に接続することにより構成される。プリチャージ抵抗１６ａは、コンデンサ１２ｂのプリチャージ電流を制限するものであって、プリチャージ抵抗１６ａの電気抵抗を大きくすることにより、プリチャージ回路１６に流れるプリチャージ電流を小さくするものである。
【００２１】
プリチャージ回路１６は、コンタクタ１５の接点に並列に接続される。即ち、プリチャージ回路１６は、プリチャージリレー１６ｂをオンにして、コンデンサ１２ｂをプリチャージするものであり、図１では、コンタクタ１５のプラス側リレー１５ａと並列にプリチャージ回路１６が接続される。このため、コンタクタ１５のプラス側リレー１５ａをオフに、マイナス側リレー１５ｂをオンに切り替えた状態で、プリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えることにより、コンデンサ１２ｂをプリチャージすることになる。そして、プリチャージ回路１６によるコンデンサ１２ｂのプリチャージが完了すると、コンタクタ１５のプラス側リレー１５ａをオンに切り替えて、プリチャージ回路１６のプリチャージリレー１６ｂをオフに切り替えることになる。
【００２２】
上述したような走行用バッテリ１４と、コンタクタ１５と、プリチャージ回路１６を備えるバッテリパック１３は複数並列に接続される。このため、本発明の電源装置１０は、並列に設けられた複数の走行用バッテリ１４と、複数の走行用バッテリ１４毎に設けられプリチャージ抵抗１６ａとプリチャージリレー１６ｂとの直列回路から成る複数のプリチャージ回路１６を備えるものとなる。そして、この電源装置１０は、プリチャージリレー１６ｂをオンオフ制御する制御回路１７が更に備えられる。
【００２３】
本発明の特徴ある構成は、ドライブユニット１２に設けられたコンデンサ１２ｂをプリチャージする時に、制御回路１７が、複数のプリチャージ回路１６の内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えるところにある。例えば、図１に示すように、４つのプリチャージ回路１６を備える場合、その内の１つ又は２つ又は３つのプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えてプリチャージする（図１では最も上に描かれた１つのプリチャージリレー１６ｂのみをオンに切り替える場合を示す。）。具体的には、その一部のプリチャージリレー１６ｂを含むバッテリパック１３のコンタクタ１５のプラス側リレー１５ａをオフに、マイナス側リレー１５ｂをオンに切り替えた状態で、その一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えることによりコンデンサ１２ｂをプリチャージする。
【００２４】
ここで、このコンデンサ１２ｂのプリチャージは、車両を走行させるために、車両における図示しないスタートスイッチがオンに切り替えられて、コンタクタ１５がオンに切り替える前に行われることになる。そして、制御回路１７は、そのスタートスイッチがオンに切り替えられる毎に、即ち、コンデンサ１２ｂをプリチャージする毎に、オンに切り替えるプリチャージリレー１６ｂを異ならせるように構成される。具体的には、制御回路１７にはメモリ１７ａが設けられ、コンデンサ１２ｂをプリチャージする毎に、オンに切り替えたプリチャージリレー１６ｂをメモリ１７ａに記憶させ、次にコンデンサ１２ｂをプリチャージする際に、前回オンに切り替えたプリチャージリレー１６ｂと異なるプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えるように構成される。
【００２５】
このように、本発明の車両用電源装置１０では、複数のプリチャージリレー１６ｂの内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えてコンデンサ１２ｂをプリチャージするので、そのプリチャージを開始する際に他のプリチャージリレー１６ｂに電流が流れることはない。そして、コンデンサ１２ｂをプリチャージする毎に、オンに切り替えるプリチャージリレー１６ｂを異ならせるようにしたので、少なくともプリチャージリレー１６ｂの寿命は、コンデンサ１２ｂをプリチャージする毎に常にオンに切り替えられる場合のプリチャージリレーに比較して、延長される。この延長される寿命は、プリチャージリレー１６ｂの個数に比例し、図１〜図３に示すように、プリチャージリレー１６ｂを４つ用いる場合には、その４つのプリチャージリレー１６ｂを順番にオンに切り替えることにより、コンデンサ１２ｂをプリチャージする毎に常にオンに切り替えられるプリチャージリレーの４倍の寿命になると想定される。
【００２６】
複数のプリチャージ回路１６の内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えてコンデンサ１２ｂをプリチャージすると、図４（ａ）に一点鎖線で示すように、プリチャージされるコンデンサ１２ｂに流れるプリチャージ電流は上昇し、コンデンサ１２ｂへのチャージが満了するとともにその電流は減少する。また、図４（ｂ）に一点鎖線で示すように、コンデンサ１２ｂにはそのチャージにより両端における電位差は徐々に上昇し、チャージの完了により一定の値を維持することになる。ここで、プリチャージリレー１６ｂの寿命を延長すべく、プリチャージ抵抗１６ａの抵抗値を大きくした場合は、コンデンサ１２ｂに流れるプリチャージ電流が減少するので、コンデンサ１２ｂをプリチャージする時間は長くなる。
【００２７】
プリチャージが完了するまでの時間が長くなって、支障を生じさせるような場合には、制御回路１７により、コンデンサ１２ｂをプリチャージする際に、複数のプリチャージ回路１６の内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えた後に、残るプリチャージ回路１６のプリチャージリレー１６ｂを順次オンに切り替えるようにしても良い。即ち、複数のプリチャージリレー１６ｂの内の一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えてコンデンサ１２ｂのプリチャージを開始し、コンデンサ１２ｂへのプリチャージが完了する以前に残るプリチャージ回路１６のプリチャージリレー１６ｂを順次オンに切り替える。
【００２８】
図２に示すように、残るプリチャージ回路１６のプリチャージリレー１６ｂの全てがオンに切り替えられると、並列に接続された複数のプリチャージ回路１６により、コンデンサ１２ｂをプリチャージする電流値は上昇し、単一のプリチャージ回路１６に流れる電流よりも大きくなる。すると、図４（ａ）に実線で示すように、プリチャージされるコンデンサ１２ｂに流れるプリチャージ電流は上昇し、図４（ｂ）に実線で示すように、コンデンサ１２ｂのチャージが満了するまでの時間ｔ２は、単一のプリチャージ回路１６によりそのチャージが満了するまでの時間ｔ１より早くなる。即ち、一部のプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えた後に、残るプリチャージ回路１６のプリチャージリレー１６ｂを順次オンに切り替えることにより、全てのプリチャージ回路１６を介してコンデンサ１２ｂを急速にチャージすることが可能となる。
【００２９】
このとき、残るプリチャージリレー１６ｂがオンに切り替えられるときは、最初にオンに切り替えられた一部のプリチャージリレー１６ｂによりコンデンサ１２ｂはある程度チャージされている。このため、残りのプリチャージ回路１６に流れるプリチャージ電流は、最初にプリチャージリレー１６ｂがオンに切り替えられた一部のプリチャージ回路１６に流れる電流よりも更に小さくなり、残るプリチャージリレー１６ｂに与えられる損傷は著しく小さくなる。従って、本発明の車両用電源装置１０では、コンデンサ１２ｂをプリチャージする時間をそう長くすることなく、プリチャージリレー１６ｂの寿命を延長することが可能になるのである。
【００３０】
ここで、制御回路１７は、コンデンサ１２ｂが正常にプリチャージされた後は、図３に示すように、複数のバッテリパック１３の全てにおいて、プリチャージ回路１６と並列に接続しているプラス側のコンタクタ１５をオンに切り替える。その後、すべてのプリチャージリレー１６ｂはオフに切り替えられる。これにより、各コンタクタ１５により、ドライブユニット１２へ電力が供給され、モータ１１を駆動することにより車両を走行可能な状態とすることができる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態では、４つのバッテリパック１３を備えることにより、４つの走行用バッテリ１４と、４つのプリチャージ回路１６を備えた車両用電源装置１０を用いて説明したけれども、走行用バッテリ１４及びプリチャージ回路１６の数は４つに限るものではなく、２つでも、３つでも、５つでも、６つでも、７つでも、８つ以上であっても良い。
【００３２】
また、上述した実施の形態では、複数のプリチャージ回路１６の内の一部として、図１では、４つのプリチャージ回路１６の内の１つのプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替える場合を説明したけれども、１つのプリチャージリレー１６ｂに限られない。複数のプリチャージ回路１６の内の一部のプリチャージリレー１６ｂであれば良いので、例えば、コンデンサ１２ｂをプリチャージする際に、４つのプリチャージ回路１６の内の２つのプリチャージリレー１６ｂ，又はそのうちの３つのプリチャージリレー１６ｂをオンに切り替えるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１０  車両用電源装置
１４  バッテリ
１６ａ  プリチャージ抵抗
１６ｂ  プリチャージリレー
１６  プリチャージ回路
１７  制御回路
１２  ドライブユニット
１２ｂ  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014176269.tif 000006