(57)【要約】【課題】サルフェーション除去装置の追加による全体装置の大型化や重量化を避ける。【解決手段】電動車両の乗車状態では通常モードで動作して、一次側の半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフにより二次側を流れる変圧後の交流電流に発生したリップル電圧を平滑コンデンサＣｏで平滑化して低電圧バッテリ３に供給する。また、電動車両の非乗車状態ではサルフェーション除去モードで動作して、低電圧バッテリ３の電極にサルフェーションが発生している場合に、二次側のリップル電圧を平滑コンデンサＣｏで平滑化せずそのまま低電圧バッテリ３に供給し、電極のサルフェーションを除去するためのパルス状の電圧を低電圧バッテリ３の電極に印加する。このため、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生した場合に、サルフェーションの除去のために電極に印加するパルス状の直流電圧を、専用の装置を用いなくても既存のＤＣＤＣコンバータ１で発生させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両の電源電圧を該電源電圧よりも低い鉛バッテリ（３）の低電圧に変換して前記鉛バッテリ（３）に出力する通常モードと、
前記電源電圧を前記低電圧に変換する過程で発生するパルス波形電圧を前記低電圧に代えて前記鉛バッテリ（３）に出力するサルフェーション除去モードと、
のうち、選択したいずれか１つのモードで駆動するＤＣＤＣコンバータ（１）。
【請求項２】
前記鉛バッテリ（３）が接続される出力端子間の平滑コンデンサ（Ｃｏ）に直列に接続した出力側コンデンサスイッチ（１１）を有し、該出力側コンデンサスイッチ（１１）は、前記サルフェーション除去モードにおいてオフされる請求項１記載のＤＣＤＣコンバータ（１）。
【請求項３】
前記出力側コンデンサスイッチ（１１）は、前記通常モードにおいてオンされる請求項２記載のＤＣＤＣコンバータ（１）。
【請求項４】
前記ＤＣＤＣコンバータ（１）は、一次側回路にＬＬＣ回路を用いた絶縁型ＤＣＤＣコンバータであり、前記一次側回路のスイッチング回路（Ｑ１，Ｑ２）は、前記サルフェーション除去モードにおいて０．１〜０．５ＭＨｚの周期でスイッチングされる請求項１、２又は３記載のＤＣＤＣコンバータ（１）。
【請求項５】
前記鉛バッテリ（３）が接続される出力端子に前記鉛バッテリ（３）の低電圧で動作する補機（５）を接続する補機電源ライン（７）に直列に接続した補機ラインスイッチ（１３）を有し、該補機ラインスイッチ（１３）は、前記サルフェーション除去モードにおいてオフされる請求項１、２、３又は４記載のＤＣＤＣコンバータ（１）。
【請求項６】
前記補機ラインスイッチ（１３）は、前記通常モードにおいてオンされる請求項５記載のＤＣＤＣコンバータ（１）。
【請求項７】
前記サルフェーション除去モードは、前記電動車両のドライバの降車の検知後に前記通常モードから切り替わって選択され、選択中に前記ドライバの乗車が検知されると前記通常モードに切り替わるように選択解除される請求項６記載のＤＣＤＣコンバータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換後の電力を鉛バッテリに供給するＤＣＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源からの電力供給が止まった停電時の電力供給をバッテリによりバックアップする無停電電源装置として、バッテリにおけるサルフェーションの発生を検知したときにサルフェーションを除去するサルフェーション除去装置を追加したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３６１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した無停電電源装置では、サルフェーション除去装置を追加して設けることから、全体装置の大型化や重量化が避けられず、設置スペースや重量に制約がある環境での使用に適したものではない。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、サルフェーション除去装置の追加による全体装置の大型化や重量化を避けて、鉛バッテリに発生したサルフェーションを除去できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ところで、例えば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）等の電動車両では、推進用モータの電源電圧をＤＣＤＣコンバータにより低電圧に変換し、変換後の電力により補機等の電源となる鉛バッテリを充電している。本発明者らは、電動車両のＤＣＤＣコンバータのような、電源電圧を低電圧に変換してバッテリに供給するＤＣＤＣコンバータの存在に着目し、既存のＤＣＤＣコンバータの構成を利用して、鉛バッテリに発生したサルフェーションを除去することを検討した結果、本発明をするに至った。
【０００７】
そして、上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によるＤＣＤＣコンバータは、
電動車両の推進用モータの電源電圧を該電源電圧よりも低い鉛バッテリの低電圧に変換して前記鉛バッテリに出力する通常モードと、前記電源電圧を前記低電圧に変換する過程で発生するパルス波形電圧を前記低電圧に代えて前記鉛バッテリに出力するサルフェーション除去モードとのうち、選択したいずれか１つのモードで駆動する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、サルフェーション除去モードを選択し、電源電圧を鉛バッテリの低電圧に変換する過程で発生するパルス波形電圧を鉛バッテリに出力することで、既存の構成を利用し全体装置の大型化や重量化を避けて、鉛バッテリに発生したサルフェーションを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＣＤＣコンバータが用いられる電動車両の低電圧のバッテリと低電圧の供給対象との接続関係の要部を示す説明図である。
【図２】図１のＤＣＤＣコンバータの一例を示す回路図である。
【図３】鉛バッテリで発生したサルフェーションを除去するためのパルス電圧の一般的な波形を示すもので、（ａ）は鉛バッテリに印加されるパルス電圧の波形を示す説明図、（ｂ）は（ａ）のパルス電圧の印加により鉛バッテリの電極に現れる電圧変化の波形を示す説明図である。
【図４】図１のＤＣＤＣコンバータが通常モードで動作する際の各部に現れる電圧の波形を示すもので、（ａ）は一次側の２つのスイッチ素子の両電極端子間に現れる電圧の波形を示す説明図、（ｂ）は二次側から出力される変換後の電圧の波形を示す説明図である。
【図５】図１のＤＣＤＣコンバータがサルフェーション除去モードで動作する際の各部に現れる電圧の波形を示すもので、（ａ）は一次側の２つのスイッチ素子の両電極端子間に現れる電圧の波形を示す説明図、（ｂ）は二次側から出力される変換後の電圧の波形を示す説明図である。
【図６】図１のコントローラにより実行されるサルフェーション検出シーケンスの手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るＤＣＤＣコンバータが用いられる電動車両の低電圧のバッテリと低電圧の供給対象との接続関係の要部を示す説明図である。
【００１１】
図１に示す本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１は、高電圧バッテリＶｉｎから供給される高電圧（請求項中の電源電圧に相当、本実施形態では４００Ｖ）の直流電力をトランスＴで低電圧（本実施形態では１２Ｖ）の直流電力に電圧変換して、低電圧バッテリ３（請求項中の鉛バッテリに相当）に供給する。低電圧バッテリ３は、補機電源ライン７を介して低電圧負荷５（請求項中の補機に相当）に、低電圧の直流電力を供給する。
【００１２】
ここで、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１は、図２の回路図に示すように、非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータを用いた絶縁型ＤＣＤＣコンバータである。このＤＣＤＣコンバータ１では、トランスＴの一次側に設けたＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子Ｑ１，Ｑ２（請求項中のスイッチング回路に相当）を、コントローラ９（駆動回路を含む）が交互にオンオフさせる。
【００１３】
なお、コントローラ９は、ＤＣＤＣコンバータ１のＬＬＣ回路の自己共振周波数（例えば、１．８〜２．０ＭＨｚ）の周期で、半導体素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフさせる。ＬＬＣ回路の自己共振周波数は、トランスＴの一次側の寄生インダクタンス（励磁インダクタンス及び漏れインダクタンス）とコンデンサＣｒとの共振周波数である。
【００１４】
コントローラ９が半導体素子Ｑ１，Ｑ２をオンさせた際には、トランスＴの二次側に、図３（ａ）の説明図に示すような、１５〜２５Ｖ程度のリップル電圧が発生する。このため、図２に示すＤＣＤＣコンバータ１は、トランスＴの二次側に設けた出力側の平滑コンデンサＣｏでリップル電圧を平滑化して図１の低電圧バッテリ３に供給する。
【００１５】
ところで、本実施形態の低電圧バッテリ３は、正極にＰｂＯ２の電極棒を用い、負極にＰｂの電極棒を用いた鉛バッテリである。
【００１６】
鉛バッテリの放電時には、電極において下記の化学式
正極：ＰｂＯ２＋Ｈ２ＳＯ４  →  ＰｂＳＯ４＋Ｈ２Ｏ
負極：Ｐｂ＋Ｈ２ＳＯ４      →  ＰｂＳＯ４＋Ｈ２Ｏ
に示すような化学反応が起こる。
【００１７】
鉛バッテリの電極に析出したＰｂＳＯ４が結晶化するサルフェーションが発生して電極の有効面積が低下すると、鉛バッテリの充放電特性が劣化する。このサルフェーションは、図３（ｂ）の説明図に示すような、５Ｖ程度のパルス状の電圧を電極に印加することで除去することができる。このパルス状電圧の周波数は、ＤＣＤＣコンバータ１のＬＬＣ回路の自己共振周波数よりも低い周波数であり、好ましくは０．１〜０．５ＭＨｚである。
【００１８】
ところで、図３（ａ）のリップル電圧（１５〜２５Ｖ程度）が図１の低電圧バッテリ３に供給されると、電極が浸漬された電解液で起こる還元反応で低電圧バッテリ３に充電される電荷分を差し引いた残りの電圧が、低電圧バッテリ３の電極に印加される。このときの電極への印加電圧は、ちょうど電極のサルフェーション除去に適した５Ｖ程度となる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、図２に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１のトランスＴの二次側に、出力側の平滑コンデンサＣｏと直列に接続した出力側コンデンサスイッチ１１を設けて、コントローラ９によってオンオフさせるようにしている。コントローラ９が出力側コンデンサスイッチ１１をオフさせると、トランスＴで低電圧に変換された直流電力が、リップル電圧を平滑コンデンサＣｏで平滑化しないまま低電圧バッテリ３に出力される。
【００２０】
なお、低電圧に変換された直流電力がリップル電圧を平滑化しないまま低電圧バッテリ３に出力されると、低電圧バッテリ３に補機電源ライン７を介して接続された低電圧負荷５にもリップル電圧が印加されて、低電圧負荷５の動作に支障を及ぼす可能性がある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ１に補機ラインスイッチ１３を設けて補機電源ライン７に直列に接続し、コントローラ９によってオンオフさせるようにしている。コントローラ９が補機ラインスイッチ１３をオフさせると、低電圧負荷５がＤＣＤＣコンバータ１や低電圧バッテリ３から切り離される。
【００２２】
ところで、ＤＣＤＣコンバータ１や低電圧バッテリ３から切り離された低電圧負荷５は、電源供給を完全に絶たれるので動作することができなくなる。このため、コントローラ９が補機ラインスイッチ１３をオフさせるのは、電動車両が非乗車状態（例えば、ドアロック状態、シート非着座状態等）である必要がある。そこで、コントローラ９は、電動車両の乗車状態（例えば、ドアアンロック状態、シート着座状態等）から非乗車状態への状態移行や、その逆の状態移行を認識する。
【００２３】
ここで、リモコン（図示せず）の操作やドアノブ（図示せず）の指紋認証操作に対応してドアロック及びドアアンロックの動作を行うキーレスユニット１５には、電動車両の非乗車状態でも常時動作できるように電源を供給する必要がある。そこで、キーレスユニット１５は低電圧負荷５から切り離して、補機電源ライン７を介さずに低電圧バッテリ３に直接接続する。
【００２４】
また、電動車両の乗車状態と非乗車状態との切り替わりを認識するために、コントローラ９にも常時電源が供給される必要がある。そこで、コントローラ９には、高電圧バッテリ側から直接電源を供給する。
【００２５】
そして、コントローラ９は、電動車両の乗車状態では、ＤＣＤＣコンバータ１を通常モードで動作させる。通常モードでは、コントローラ９は、出力側コンデンサスイッチ１１と補機ラインスイッチ１３をオンさせて、低電圧負荷５をＤＣＤＣコンバータ１や低電圧バッテリ３に接続する。
【００２６】
また、通常モードでは、コントローラ９は、ＤＣＤＣコンバータ１の半導体素子Ｑ１，Ｑ２をＬＬＣ回路の自己共振周波数（例えば、１．８〜２．０ＭＨｚ）の周期で交互にオンオフさせる。
【００２７】
したがって、通常モードにおいては、図４（ａ）の説明図に示すように、半導体素子Ｑ１のオンオフによる電圧Ｖｐと、半導体素子Ｑ２のオンオフによる電圧Ｖｎとが、デッドタイムを挟んでトランスＴの一次側に交互に印加される。これにより、自己共振周波数の交流電流がトランスＴの一次側に流れる。
【００２８】
そして、トランスＴの二次側を流れる変圧後の交流電流が整流され、また、半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフにより発生したリップル電圧が平滑コンデンサＣｏにより平滑化され、図４（ｂ）の説明図に示すように、例えば１２Ｖの低電圧の直流電力が低電圧バッテリ３に出力される。
【００２９】
一方、図２のコントローラ９は、電動車両の非乗車状態では、ＤＣＤＣコンバータ１をサルフェーション除去モードで動作させる。サルフェーション除去モードでは、コントローラ９は、出力側コンデンサスイッチ１１と補機ラインスイッチ１３をオフさせて、低電圧負荷５をＤＣＤＣコンバータ１や低電圧バッテリ３から切り離す。
【００３０】
また、コントローラ９は、ＤＣＤＣコンバータ１の半導体素子Ｑ１，Ｑ２をＬＬＣ回路の自己共振周波数よりも低い、サルフェーション除去用のパルス状電圧に適した周波数（例えば、０．１〜０．５ＭＨｚ）の周期で交互にオンオフさせる。
【００３１】
したがって、サルフェーション除去モードにおいては、図５（ａ）の説明図に示すように、半導体素子Ｑ１のオンオフによる電圧Ｖｐと、半導体素子Ｑ２のオンオフによる電圧Ｖｎとが、デッドタイムを挟んでトランスＴの一次側に交互に印加される。これにより、自己共振周波数よりも低い周波数（好ましくは０．１〜０．５ＭＨｚ）の交流電流がトランスＴの一次側に流れる。
【００３２】
そして、トランスＴの二次側を流れる変圧後の交流電流が整流された後、半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフにより発生したリップル電圧が平滑コンデンサＣｏにより平滑化されないまま、１５〜２５Ｖのパルス状の直流電圧、例えば、図５（ｂ）の説明図に示すような２０Ｖ程度をピークとするのこぎり波状の低電圧の直流電力が低電圧バッテリ３に出力される。
【００３３】
次に、コントローラ９が不図示のＲＯＭに格納されたプログラムに従い実行するサルフェーション検出シーケンスの手順の一例について、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
ＤＣＤＣコンバータ１が通常モードで動作しているものとして、まず、コントローラ９は、キーレスユニット１５が不図示のイグニッションスイッチのオフとドアロック状態とを両方とも検出した場合に（ステップＳ１，３で共にＹＥＳ）、補機ラインスイッチ１３と出力側コンデンサスイッチ１１とを共にオフさせる（ステップＳ５，７）。
【００３５】
そして、コントローラ９は、低電圧バッテリ３を予め定めたパターンで充放電させて、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生しているか否かを判別するための充放電特性の劣化診断を行う（ステップＳ９）。その結果、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生していない場合は（ステップＳ１１でＮＯ）、ＤＣＤＣコンバータ１の通常モードによる動作を停止させた後（ステップＳ１３）、一連の処理を終了する。
【００３６】
一方、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生している場合は（ステップＳ１１でＹＥＳ）、コントローラ９は、通常モードからサルフェーション除去モードに移行する（ステップＳ１５）。なお、補機ラインスイッチ１３と出力側コンデンサスイッチ１１とは、ステップＳ５，７で既にオフされているので、コントローラ９は、半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンＤｕｔｙを変更して、半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフ周期をＤＣＤＣコンバータ１のＬＬＣ回路の自己共振周波数よりも低い周波数（例えば、０．１〜０．５ＭＨｚ）に変更する。
【００３７】
そして、コントローラ９は、ドアアンロック（ロック解除）状態を検出するまでの間（ステップＳ１７でＮＯ）、低電圧バッテリ３の充放電特性の劣化診断を繰り返し（ステップＳ９）、その結果が、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生しているという結果のまま変わらない場合は（ステップＳ１１でＹＥＳ）、サルフェーション除去モードの動作を継続する（ステップＳ１５）。
【００３８】
また、ドアアンロック（ロック解除）状態を検出するまでの間（ステップＳ１７でＮＯ）、サルフェーション除去モードの動作を続けて繰り返した低電圧バッテリ３の充放電特性の劣化診断（ステップＳ９）の結果が、サルフェーションが発生していないという結果に変わった場合は（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ＤＣＤＣコンバータ１の通常モードによる動作を停止させた後（ステップＳ１３）、サルフェーション検出シーケンスを終了し、他のシーケンスに移行する。
【００３９】
さらに、コントローラ９は、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生している状態のまま（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ドアアンロック（ロック解除）状態を検出した場合（ステップＳ１７でＹＥＳ）、サルフェーション除去モードから通常モードに移行した後（ステップＳ１９）、一連の処理を終了し、ステップＳ１以降のサルフェーション検出シーケンスの手順を再び繰り返して実行する。
【００４０】
なお、サルフェーション除去モードから通常モードへの移行に伴い、コントローラ９は、半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンＤｕｔｙを変更して、半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフ周期をＤＣＤＣコンバータ１のＬＬＣ回路の自己共振周波数（例えば、１．８〜２．０ＭＨｚ）に変更し、補機ラインスイッチ１３と出力側コンデンサスイッチ１１とを共にオンさせる。
【００４１】
以上に説明したように、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１によれば、電動車両の乗車状態では通常モードで動作して、一次側の半導体素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフにより二次側を流れる変圧後の交流電流に発生したリップル電圧を平滑コンデンサＣｏで平滑化して低電圧バッテリ３に供給する。
【００４２】
また、電動車両の非乗車状態ではサルフェーション除去モードで動作して、低電圧バッテリ３の電極にサルフェーションが発生している場合に、二次側のリップル電圧を平滑コンデンサＣｏで平滑化せずそのまま低電圧バッテリ３に供給して、電極のサルフェーションを除去するためのパルス状の電圧を低電圧バッテリ３の電極に印加する。
【００４３】
このため、低電圧バッテリ３にサルフェーションが発生した場合に、専用の装置を用いなくても、既存のＤＣＤＣコンバータ１での電圧変換の過程で発生するパルス状の直流電圧をサルフェーションの除去のために電極に印加することができる。よって、既存の構成を利用し電動車両の電源系の大型化や重量化を避けて、低電圧バッテリ３に発生したサルフェーションを除去することができる。
【００４４】
なお、サルフェーション除去モードの動作中に、リップル電圧を平滑化していないＤＣＤＣコンバータ１の出力を低電圧負荷５に供給しないようにするための構成は、必ずしも、本実施形態の補機電源ライン７に設けた補機ラインスイッチ１３でなくてもよく、補機ラインスイッチ１３は省略してもよい。
【００４５】
また、本発明は、電圧変換後の電力を鉛バッテリに供給するＤＣＤＣコンバータに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電圧変換後の電力を鉛バッテリに供給するＤＣＤＣコンバータにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ＤＣＤＣコンバータ
３  低電圧バッテリ
５  低電圧負荷（補機）
７  補機電源ライン
９  コントローラ
１１  出力側コンデンサスイッチ
１３  補機ラインスイッチ
１５  キーレスユニット
Ｃｏ  平滑コンデンサ
Ｃｒ  コンデンサ
Ｑ１，Ｑ２  半導体素子（スイッチング回路）
Ｔ  トランス
Ｖｉｎ  高電圧バッテリ
Ｖｎ  電圧
Ｖｐ  電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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