(57)【要約】【課題】メインバッテリから制御電力を取得するにあたっての安全対策が施された制御用電源システム及び車載用電力変換装置を提供する。【解決手段】制御用電源システム１０１によると、入力側と出力側との絶縁を保障する回路が制御電源生成回路に設けられるので、第２の手段ＳＷとメインバッテリとが電気的に絶縁され、これにより、第２の手段ＳＷには、メインバッテリからの漏電電流が流れ込むことは無くなる。また、制御用電源システム１０１を備えた車載用電力変換装置によると、第２の手段ＳＷがメインバッテリから電気的に絶縁されているので、第２の手段ＳＷの操作者は、メインバッテリによる感電を起こすことなく、電気的な安全が保障される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧から低電圧に変換させるＤＣ−ＤＣコンバータの駆動制御を行う制御回路と、前記高電圧に基づいて前記制御回路の電源を生成させる制御電源生成回路と、前記制御電源生成回路及び前記制御回路の間に設けられた第１の制御用電源ラインを導通状態又は遮断状態に切換えさせるゲート回路とを備え、
前記制御電源生成回路は、前記高電圧が印加される入力側と前記ゲート回路に接続される出力側とを電気的に絶縁させる回路構成とされ、
前記ゲート回路は、第１の手段のオン動作又はオフ動作に応じて前記第１の制御用電源ラインの導通状態又は遮断状態を要求する第１の回路と、第２の手段のオン動作又はオフ動作に応じて前記第１の制御用電源ラインの導通状態又は遮断状態を要求する第２の回路と、前記第１の回路及び前記第２の回路のうち少なくとも何れか一方の回路が導通状態を要求する場合、前記第１の制御用電源ラインを導通状態へ切換えさせる応動回路とを備えていることを特徴とする制御用電源システム。
【請求項２】
前記高電圧は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前段に接続されたメインバッテリからの出力電圧とされ、
前記低電圧は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの後段に接続されたサブバッテリの充電電圧とされることを特徴とする請求項１に記載の制御用電源システム。
【請求項３】
前記制御電源生成回路は、前記入力側と前記出力側とを電気的に絶縁させるトランス回路が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御用電源システム。
【請求項４】
前記第１の手段は、電気式自動車に電源を投入開始させる起動操作機器とされることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の制御用電源システム。
【請求項５】
前記起動操作機器は、車室内に設けられた始動キー又は始動ボタンとされることを特徴とする請求項４に記載の制御用電源システム。
【請求項６】
前記第２の手段は、前記導通状態の要求又は前記遮断状態の要求を手動操作で切換え得る非常スイッチとされることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の制御用電源システム。
【請求項７】
前記非常スイッチは、車室内に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の制御用電源システム。
【請求項８】
前記非常スイッチは、前記導通状態の要求を維持させる操作保持機構が設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の制御用電源システム。
【請求項９】
前記ゲート回路は、前記第１の制御用電源ラインの導通状態を保持させる第３の回路を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の制御用電源システム。
【請求項１０】
前記第１の制御用電源ラインのうち前記制御回路の陽極電源端子に接続された第１の陽極側制御用電源ラインは、当該第１の陽極側制御用電源ラインに接続された第２の陽極側制御用電源ラインを介して前記サブバッテリの陽極側に接続されていることを特徴とする請求項２乃至請求項９に記載の制御用電源システム。
【請求項１１】
前記第２の陽極側制御用電源ラインは、ダイオードを介挿させ、当該ダイオードのアノードが前記サブバッテリの陽極側に配置され、当該ダイオードのカソードが前記第１の陽極側制御用電源ラインとの接点方向に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の制御用電源システム。
【請求項１２】
前記応動回路は、前記第１の陽極側制御用電源ラインに介挿され、
前記第１の陽極側制御用電源ラインは、前記応動回路の前段で前記第２の陽極側制御用電源ラインが接続されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の制御用電源システム。
【請求項１３】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータと、請求項１乃至請求項１２のうち何れか一項に記載の制御用電源システムとを備えることを特徴とする車載用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御用電源システム及びこれを備える車載用電力変換装置に関し、特に、制御用電源を確保させる際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載用バッテリに関する技術開発の進歩に伴い、バッテリの蓄電能力が顕著に向上している。これを受けて、電動モータ及び内燃機関の系統を適宜に選択させ駆動輪に動力を与えるＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、又は、プラグイン式の充電機構を具備するプラグイン式ＨＥＶ、又は、車両の構成から内燃機関を排除させ、電動モータのみによって車両を走行させるＥＶ（Electric Vehicle）が実用化されるに至っている。以下、ＨＥＶ及びプラグイン式ＨＥＶ及びＥＶを総括して電気式自動車と呼ぶ。
【０００３】
電気式自動車は、車輪駆動用の電動モータに電力を供給させるメインバッテリと、車載負荷を駆動させるために設けられたサブバッテリとを搭載させている。ＥＶ又はプラグイン式ＨＥＶの場合、車両に搭載された充電器を用いて外部からの供給電力を数百ボルトの高圧用充電電力へと変換させ、当該高圧用充電電力によってメインバッテリを充電させる。また、通常のＨＥＶの場合、オルタネータの余剰電力又は車輪駆動モータの回生電力によってメインバッテリを充電させる。これら電気式自動車に搭載されたメインバッテリは、ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されており、当該ＤＣ−ＤＣコンバータでは、メインバッテリの出力電力をサブバッテリの充電電力（以下、低圧用充電電力と呼ぶ）へと変換させる。当該サブバッテリは、ＤＣ−ＤＣコンバータの後段に接続されており、ＤＣ−Ｃコンバータから出力された低圧用充電電力によって充電されることとなる。
【０００４】
しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動させる制御回路は、サブバッテリの出力電圧（１２Ｖ）又は当該出力電圧をレギュレータで調整させた５Ｖ電圧によって電源が与えられるため、サブバッテリの電力が完全に消費されると（完全放電）、当該制御回路の電力（以下、制御用電力と呼ぶ）を受けることが出来なくなってしまう。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは、制御回路から駆動信号が入力されないので、完全放電されてしまったサブバッテリを充電することが出来なくなるとの問題が有った。
【０００５】
そこで、かかる問題を回避すべく、特開昭５８−１６６２０１号公報（特許文献１）では、サブバッテリとメインバッテリとの何れからでも制御回路の制御用電力を得ることが可能な電気車用ＤＣ−ＤＣコンバータ起動回路（特許請求の範囲における制御用電源システム）が紹介されている。当該電気車用ＤＣ−ＤＣコンバータ起動回路は、１２Ｖバッテリ（特許請求の範囲におけるサブバッテリ）と、１２０Ｖバッテリ（特許請求の範囲におけるメインバッテリ）と、１２Ｖの電圧によってＤＣ−ＤＣコンバータを起動するリレー回路とから構成される。このうち、１２Ｖバッテリは、電源ラインを介してリレー回路に接続され、１２０Ｖバッテリは、押ボタンスイッチを経由して１２Ｖバッテリの電源ラインに接続されている。そして、先の押ボタンスイッチは、適宜に操作されることで、１２０Ｖバッテリから印加される出力電圧を１２Ｖ程度に低下させる。従って、特許文献１に係る電気車用ＤＣ−ＤＣコンバータ起動回路では、１２Ｖバッテリが完全放電されても、１２０Ｖバッテリに基づいて１２Ｖの制御用電力を供給できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータの起動が可能となる。また、当該電気車用ＤＣ−ＤＣコンバータ起動回路を具備するＤＣ−ＤＣコンバータは、１２Ｖバッテリが完全放電しても１２０Ｖバッテリによって起動され、これにより、完全放電してしまった１２Ｖバッテリが改めて充電されることとなる。
【０００６】
また、特開２００１−０６９６８３号公報（特許文献２）にあっても、特許文献１の技術に近い電源システム（特許請求の範囲における車載用電力変換装置）が紹介されている。当該電源システムは、高圧バッテリ（特許請求の範囲におけるメインバッテリ）と、高圧バッテリの出力電圧を低値の充電電圧に変換させるＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力された充電電圧によって充電される低圧バッテリ（特許請求の範囲におけるサブバッテリ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御させる制御回路と、高圧バッテリの出力電圧から制御回路の制御用電力を生成させる作動回路と、ボタン操作に応じて作動回路の駆動を開始させる非常ボタンスイッチとから構成されている。また、制御回路は、低圧バッテリ及び作動回路の双方に配線されており、低電圧バッテリの出力電力又は作動回路の制御用電力によって制御信号を生成させ、ＤＣ−ＤＣコンバータを適宜に制御させる。従って、特許文献２に係る電源システムにあっても、低電圧バッテリが完全放電してしまうと、高電圧バッテリの出力電圧を用いて制御回路に制御用電力が与えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１６６２０１号公報
【特許文献２】特開２００１−０６９６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、上述した非常スイッチ（押ボタンスイッチ又は非常ボタンスイッチを指す）は、サブバッテリが完全放電してしまった場合に応急的に手動操作されるものであるから、非常スイッチ等の操作時、人体に漏電電流を流してしまわぬよう安全対策が施されるべきである。
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の技術では、非常スイッチとメインバッテリとの間を繋ぐ電源ラインに電気的絶縁を保障する回路が設けられていないので、非常スイッチの操作部にメインバッテリの出力電力が漏電すると、当該スイッチの操作者が感電してしまうとの問題が生じる。
【００１０】
また、上述した非常スイッチは、電流の中継を行なう回路部と、回路部の切換えを操作ボタンで行なう機構部とから構成される。従って、当該回路部と機構部とが電気的に絶縁された非常スイッチを用いることとすると、上述した感電事故を抑制させることは可能であると考えられる。しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、これらの構成に係る記載は乏しく、当該記載を以って、非常スイッチは、回路部と機構部とが電気的に絶縁されているものとは認められない。
【００１１】
更に、非常スイッチを車室内に設けることとすると、電気式自動車が衝突事故を起こした場合、非常スイッチが搭乗者に接触してしまう事態が想定される。かかる事態に遭遇してしまった搭乗者は、非常スイッチに漏電電流が流れていると、非常スイッチを介して漏電電流が体内に流れ、当該漏電電流による二次的な被害を受けてしまうとの問題も生じる。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑み、メインバッテリから制御電力を取得するにあたっての安全対策が施された制御用電源システム及び車載用電力変換装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明では次のような車載用電力変換装置の構成とする。即ち、高電圧から低電圧に変換させるＤＣ−ＤＣコンバータの駆動制御を行う制御回路と、前記高電圧に基づいて前記制御回路の電源を生成させる制御電源生成回路と、前記制御電源生成回路及び前記制御回路の間に設けられた第１の制御用電源ラインを導通状態又は遮断状態に切換えさせるゲート回路とを備え、
前記制御電源生成回路は、前記高電圧が印加される入力側と前記ゲート回路に接続される出力側とを電気的に絶縁させる回路構成とされ、
前記ゲート回路は、第１の手段のオン動作又はオフ動作に応じて前記第１の制御用電源ラインの導通状態又は遮断状態を要求する第１の回路と、第２の手段のオン動作又はオフ動作に応じて前記第１の制御用電源ラインの導通状態又は遮断状態を要求する第２の回路と、前記第１の回路及び前記第２の回路のうち少なくとも何れか一方の回路が導通状態を要求する場合、前記第１の制御用電源ラインを導通状態へ切換えさせる応動回路とを備えていることとする。
【００１４】
好ましくは、前記高電圧は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前段に接続されたメインバッテリからの出力電圧とされ、前記低電圧は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの後段に接続されたサブバッテリの充電電圧とされることとする。
【００１５】
好ましくは、前記制御電源生成回路は、前記入力側と前記出力側とを電気的に絶縁させるトランス回路が設けられていることとする。
【００１６】
好ましくは、前記第１の手段は、電気式自動車に電源を投入開始させる起動操作機器とされることとする。このとき、より好ましくは、前記起動操作機器は、車室内に設けられた始動キー又は始動ボタンとされることとする。
【００１７】
好ましくは、前記第２の手段は、前記導通状態の要求又は前記遮断状態の要求を手動操作で切換え得る非常スイッチとされることとする。このとき、より好ましくは、前記非常スイッチは、車室内に設けられていることとする。更に好ましくは、前記非常スイッチは、前記導通状態の要求を維持させる操作保持機構が設けられていることとする。
【００１８】
好ましくは、前記ゲート回路は、前記第１の制御用電源ラインの導通状態を保持させる第３の回路を更に備えていることとする。
【００１９】
好ましくは、前記第１の制御用電源ラインのうち前記制御回路の陽極電源端子に接続された第１の陽極側制御用電源ラインは、当該第１の陽極側制御用電源ラインに接続された第２の陽極側制御用電源ラインを介して前記サブバッテリの陽極側に接続されていることとする。
【００２０】
前記第２の陽極側制御用電源ラインは、ダイオードを介挿させ、当該ダイオードのアノードが前記サブバッテリの陽極側に配置され、当該ダイオードのカソードが前記第１の陽極側制御用電源ラインとの接点方向に配置されていることとしても良い。
【００２１】
好ましくは、前記応動回路は、前記第１の陽極側制御用電源ラインに介挿され、前記第１の陽極側制御用電源ラインは、前記応動回路の前段で前記第２の陽極側制御用電源ラインが接続されていることとする。
【００２２】
好ましくは、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと、請求項１乃至請求項１４のうち何れか一項に記載の制御用電源システムとを備えることとする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る制御用電源システムによると、入力側と出力側との絶縁を保障する回路が制御電源生成回路に設けられるので、第２の手段（非常スイッチ）とメインバッテリとが電気的に絶縁され、これにより、第２の手段（非常スイッチ）には、メインバッテリからの漏電電流が流れ込むことは無くなる。
【００２４】
また、本発明に係る車載用電力変換装置によると、第２の手段（非常スイッチ）がメインバッテリから電気的に絶縁されているので、第２の手段（非常スイッチ）の操作者は、メインバッテリによる感電を起こすことなく、電気的な安全が保障される。また、電気式自動車が衝突事故を起こしてしまった場合、電気式自動車の搭乗者が偶発的に第２の手段（非常スイッチ）に接触しても、当該搭乗者は、電気的な安全が保障されるため、感電事故による二次的な被害から保護される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る車載用電力変換装置の回路構成を示す図。
【図２】実施例２に係る車載用電力変換装置の回路構成を示す図。
【図３】実施例３に係る車載用電力変換装置の回路構成を示す図。
【図４】実施例４に係る車載用電力変換装置の回路構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態につき、実施例１乃至実施例４、及び、これらの実施例に対応する図面を参照して具体的に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、車載用電力変換装置の回路構成が示されている。尚、同図には、車両に搭載されたメインバッテリＢｍとサブバッテリＢｓとが便宜的に示されている。このうち、メインバッテリＢｍは、車輪の駆動電力を供給させるパワー系のバッテリとして用いられ、サブバッテリＢｓは、自動車の車載機器（パワーウインドウ、パワーステアリング、フューエルポンプ、照明機器、オーディオ等）又はこれらを駆動させる制御回路（以下、当該制御回路及び車載機器を車載負荷と呼ぶ）に電力を供給させるバッテリとされる。メインバッテリＢｍは、高電圧を出力させるバッテリであって、サブバッテリＢｓは、当該高電圧より低い低電圧を出力させるバッテリである。一般に、メインバッテリは数百ボルトの電圧を出力させ、サブバッテリは５Ｖ〜１２Ｖの電圧を出力させる。
【００２８】
尚、以下の記載において電気式自動車とは、電動モータ及び内燃機関の系統を適宜に選択させ駆動輪に動力を与えるＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、又は、プラグイン式の充電機構を具備するプラグイン式ＨＥＶ、又は、車両の構成から内燃機関を排除させ、電動モータのみによって車両を走行させるＥＶ（Electric Vehicle）、これらの全てを含むものとする。
【００２９】
図示の如く、車載用電力変換装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶと制御用電源システム１０１とから構成される。
【００３０】
ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶには、外部配線として、陽極側電源ラインＬ１ｐ及び陰極側電源ラインＬ１ｎが入力側に配線され、陽極側電源ラインＬ２ｐ及び陰極側電源ラインＬ２ｎが出力側に配線されている。このうち、陽極側電源ラインＬ１ｐはメインバッテリＢｍの陽極端子に接続され、陰極側電源ラインＬ１ｎはメインバッテリＢｍの陰極端子に接続され、これらの電源ラインＬ１ｐ及びＬ１ｎの他端には充電器（図示なし）が接続されている。また、陽極側電源ラインＬ２ｐはサブバッテリＢｓの陽極端子に接続され、陰極側電源ラインＬ２ｎはサブバッテリＢｓの陰極端子に接続されて、これらの電源ラインＬ２ｐ及びＬ２ｎの他端には車載負荷が接続されている。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶは、フィルター回路ＦＬＣと、フルブリッジ回路ＴＢＣと、トランス回路ＴＣと、ダイオードＤａ及びＤｂと、平滑回路ＡＶＣとから構成されている。
【００３２】
フィルター回路ＦＬＣは、コンデンサ又はリアクトルによって構成され、電源ラインＬ１ｐ及びＬ１ｎに流れる電流のノイズを低減させる。
【００３３】
フルブリッジ回路ＴＢＣは、パワートランジスタＴｒａ〜Ｔｒｄによって構成され、パワートランジスタＴｒａ及びパワートランジスタＴｒｂによって第１のアームが形成され、パワートランジスタＴｒｃ及びパワートランジスタＴｒｄによって第２のアームが形成される。ここで用いられるパワートランジスタは、ＭＯＳＦＥＴであっても良く、ＩＧＢＴであっても良い。フルブリッジ回路ＴＢＣは、パワートランジスタの各々のゲートに出力用信号ラインＬｓ１が接続され、一方、第１のアームの中点と第２のアームの中点との間に、トランス回路ＴＣの一次コイルが接続される。そして、当該フルブリッジ回路ＴＢＣでは、出力用信号ラインＬｓ１を介して駆動信号が入力されると、パワートランジスタのゲート電圧が制御され、これにより、一次コイルの両端電圧の極性が交互に変動する。
【００３４】
トランス回路ＴＣは、鉄心と、当該鉄心に挿通された一次コイル及び二次コイルとから構成され、一次コイルは、先の如く、フルブリッジ回路ＴＢＣに接続されている。一方、二次コイルは、両端がダイオードＤａ又はＤｂを介して陰極側電源ラインＬ２ｎに接続され、中点が平滑回路ＡＶＣへと接続される。当該トランス回路ＴＣは、一次コイル内の交互に生じる磁束変化に応じて、二次コイルの中点に誘起電圧を連続的に生じさせ、これにより生じた二次電圧を平滑回路ＡＶＣへと出力させる。尚、当該トランス回路ＴＣは、一次コイルと二次コイルとの電気的接続が断たれるので、一次側（入力側）と二次側（出力側）とが絶縁されることとなる。
【００３５】
平滑回路ＡＶＣは、リアクトルＬｃとコンデンサＣｃとから構成され、コンデンサＣｃに一定電荷が保持される。即ち、二次コイルの誘起電圧及びリアクトルＬｃによってコンデンサＣｃの電荷量が制御され、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶから出力される出力電圧は、一定値（例えば、１４Ｖ）に制御されることとなる。
【００３６】
かかる構成を具備するＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶは、以下の如く動作する。即ち、当該ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶにメインバッテリＢｍからの高電圧が印加されると、入力された高電圧は、フィルター回路ＦＬＣでノイズ成分が除去され、フルブリッジ回路ＴＢＣの両端に印加される。当該高電圧は、パワートランジスタが制御されることにより、一次コイルの両端に極性が変えられつつ印加され、これにより、トランス回路ＴＣから交流状態の二次電圧が出力され、かかる二次電圧に基づいて、平滑回路ＡＶＣから１４Ｖ程度の直流電圧を出力させる。そして、サブバッテリＢｓでは、平滑回路ＡＶＣから出力された直流電圧（以下、充電電圧と呼ぶ）によって、充電されることとなる。
【００３７】
制御用電源システム１０１には、外部配線として、バイパス電源ラインＬ３ｐ及びバイパス電源ラインＬ３ｎと、信号出力ラインＬｓ１と、信号入力ラインＬｓ２とが適宜に配線されている。このうち、バイパス電源ラインＬ３ｐは、陽極側電源ラインＬ１ｐを介してメインバッテリＢｍの陽極端子へ接続され、バイパス電源ラインＬ３ｎは、陰極側電源ラインＬ１ｎを介してメインバッテリＢｍの陰極端子へ接続されている。また、信号出力ラインＬｓ１は、本来、４ライン設けられており、パワートランジスタＴｒａ〜Ｔｒｄの各ゲートに接続されている。更に、信号入力ラインＬｓ２は、陽極電源ラインＬ２ｐを介してサブバッテリＢｓの陽極端子へ接続されている。加えて、制御用電源システム１０１には、内部配線として、第１の制御用電源ラインが設けられている。当該第１の制御用電源ラインは、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐと、第１の陰極側制御用電源ラインＬ４ｎとから成る。
【００３８】
制御用電源システム１０１は、図示の如く、制御電源生成回路１２０と、ゲート回路１３０と、制御回路１１１とから構成されている。
【００３９】
制御電源生成回路１２０は、高電圧が印加される入力側とゲート回路に接続される出力側とを電気的に絶縁させる回路構成とされている。本実施例では、ドライブ回路１２１とトランス回路１２２と平滑回路１２３とから構成され、これらが順に接続されている。但し、制御電源生成回路１２０は、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる構成であれば、かかる構成に限定されるものでは無い。
【００４０】
ドライブ回路１２１は、トランス回路１２２を適宜に駆動させる回路であって、内部にトランジスタ及びトランジスタを駆動させるドライブＩＣを内蔵させている。当該ドライブ回路１２１は、バイパス電源ラインＬｐ３及びバイパス電源ラインＬｎ３に接続され、メインバッテリＢｍの高電圧が印加される。そして、当該高電圧は、ドライブＩＣ及びトランジスタ等で適宜に処理され、時間的に変動する電圧を出力させる。
【００４１】
トランス回路１２２は、一次コイル及び二次コイルと、これら双方のコイルに挿通された鉄心とから構成されている。トランス回路１２２は、一次コイルの磁束変化に応じて二次コイルに誘起電圧を発生させ、これにより、高電圧に近い振幅を有する一次電圧から、一次電圧より振幅の小さい二次電圧を生成させる。トランス回路１２２は、一次コイルと二次コイルとが電気的な接点を有していないので、当該トランス回路の入力側と出力側とが電気的に絶縁されることとなり、これにより、トランス回路１２２の後段回路には高電圧が印加される危険が無くなる。
【００４２】
平滑回路１２３は、二次コイルに並列接続された平滑コンデンサＣｋが設けられ、当該平滑コンデンサＣｋの一端には、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐが接続され、当該平滑コンデンサＣｋの他端には、第１の陰極側制御用電源ラインＬ４ｎが接続されている。また、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐには、二次コイルと平滑コンデンサＣｋとの間にダイオードＤｋが介挿されている。かかる平滑回路１２３は、振幅の小さい二次電圧が二次コイルから出力されると、当該二次電圧を平滑化させ、１２Ｖ程度の直流電圧（以下、制御用電力又は制御用電圧と呼ぶ）を出力させる。
【００４３】
かかる構成により、制御電源生成回路１２０は、入力された高電圧を１２Ｖ程度の制御用電圧へと変換させる。かかる制御電源生成回路１２０は、トランス回路１２２を内蔵させているので、平滑回路よりも後段の回路は、メインバッテリＢｍから完全に絶縁されることとなる。
【００４４】
尚、制御用電源生成回路１２０は、メインバッテリＢｍの高電圧を低電圧に変換させるという機能面ではＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶと同等の役割を担う。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶは、サブバッテリＢｓを充電させるための電圧制御又は電流制御が詳細に要求され、この制御を担う制御回路１１１は、ドライブ回路１２１よりも格段に複雑な処理を実施させる回路でなければならない。これに対し、制御電源生成回路１２０は、制御回路１１１が動作できる程度に制御用電圧を生成すれば良く、制御回路１１１で規定された許容範囲であれば、制御用電圧に係るある程度の制御誤差が許される。言い換えると、制御電源生成回路１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶと比較して出力電圧の許容誤差が大きく許されるため、ドライブ回路又はこの他の回路素子の簡素化及び低コスト化が十分に行い得る回路とされる。
【００４５】
ゲート回路１３０は、図示の如く、第１の回路１３３と第２の回路１３２と応動回路１３１とから構成され、応動回路１３１に対して第１の回路１３３及び第２の回路１３２が並列して接続されている。そして、これらの回路が協働することにより、制御電源生成回路１２０及び制御回路１１１の間に設けられた第１の制御用電源ラインを導通状態又は遮断状態に切換えさせる。ここで、第１の制御用電源ラインとは、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐ又は第１の陰極側制御用電源ラインＬ４ｎを指す。
【００４６】
特許請求の範囲に記される第１の手段Ｉｇは、当該第１の手段に与えられたオン動作又はオフ動作に対応する信号を第１の回路１３３へ出力する機能を具備している。
【００４７】
第１の回路１３３は、第１の手段のオン動作又はオフ動作に応じて、第１の制御用電源ライン（本実施例では、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐ）の導通状態又は遮断状態を要求する。かかる第１の回路１３３の一例を説明すると、当該第１の回路１３３は、トランジスタＴｒ３と、一端がトランジスタＴｒ３のベース端子に接続され他端が第１の手段Ｉｇに接続された抵抗Ｒ３１と、一端がトランジスタＴｒ３のエミッタ端子と同電位とされ他端が抵抗Ｒ３１と第１の手段Ｉｇとの間に接続された抵抗Ｒ３２とから構成される。かかる第１の回路１３３は、第１の手段Ｉｇからオフ動作信号（Ｌｏｗ信号）が印加されていると、トランジスタＴｒ３をオフ状態とさせ、トランジスタＴｒ３の通過電流を遮断させる。一方、第１の手段Ｉｇからオン動作信号（Ｈｉｇｈ信号）が印加されると、トランジスタＴｒ３をオン状態とさせ、トランジスタＴｒ３では、コレクタからエミッタに向かって通過電流が流れることとなる。
【００４８】
特許請求の範囲に記される第２の手段ＳＷは、当該第２の手段のオン動作又はオフ動作に応じて、離間した端子間を電気的に接続させる機能を担う。本実施例における第２の手段ＳＷの具体例を説明すると、当該第２の手段ＳＷは、外力を受けるための受圧部と、受圧部の一部が押し込まれると離間した端子間を電気的に接続させるスイッチ部とを具備している。そして、当該第２の手段ＳＷは、受圧部が所定の位置に付勢されており、当該受圧部が押し込まれると（第２の手段のオン動作に相当）、スイッチ部によって、離間した端子間を電気的に接続させる。一方、受圧部に加えられていた外力が除かれると（第２の手段のオフ動作に相当）、当該受圧部が付勢力によって元の位置に戻され、このとき、スイッチ部は、受圧部からの押圧を受けなくなるので、離間した端子間の電機的な接続を解くこととなる。
【００４９】
第２の回路１３２は、第１の回路１３３と同様、第２の手段のオン動作又はオフ動作に応じて、第１の制御用電源ライン（本実施例では、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐ）の導通状態又は遮断状態を要求する。かかる第２の回路１３２の一例を説明すると、当該第２の回路１３２は、図示の如く、応動回路１３１に接続された端子ｔｐと、アース側に接続された端子ｔｑとから成る。かかる第２の回路１３２は、第２の手段ＳＷが押し込まれると、当該第２の手段ＳＷに設けられたスイッチ部が機能し、端子ｔａと端子ｔｂとが電気的に接続されることとなる。
【００５０】
応動回路１３１は、第１の回路及び第２の回路のうち少なくとも何れか一方の回路が導通状態を要求する場合、第１の制御用電源ライン（本実施例では、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐ）を導通状態へ切換えさせる。かかる応動回路１３１の一例を説明すると、応動回路１３１は、ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）と保護抵抗Ｒ１１とゲート抵抗Ｒ１２とから構成されている。また、ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）は、ドレインからソースに向かって通過電流が流れるように、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐに介挿され、当該ＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲート端子には、ゲート抵抗Ｒ１２を介して、第１の回路１３３及び第２の回路１３２が並列接続されている。かかる応動回路１３１は、ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）が用いられるため、ゲート電圧が閾値電圧より低下すると、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐを動通状態に切換え、ゲート電圧が閾値電圧よりも上昇すると、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐを遮断状態に切換える。
【００５１】
従って、第１の回路１３３では、第１の手段Ｉｇがオン動作を行なうと、ゲート電圧を低下させるので、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐの導通状態を要求することとなり、第１の手段Ｉｇがオフ動作を行なうと、ゲート電圧を上昇させるので、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐの遮断状態を要求することとなる。また、第２の回路１３２では、第２の手段ＳＷが押圧されると、ゲート電圧を低下させるので、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐの導通状態を要求することとなり、第２の手段ＳＷの押圧が解かれると、ゲート電圧を上昇させるので、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐの遮断状態を要求することとなる。そして、かかる構成を具備するゲート回路１３０では、第１の回路１３３及び第２の回路１３２がＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲートに並列接続されているので、第１の回路１３３又は第２の回路１３２の何れか一方が「導通状態」を要求すれば、当該ＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲート電圧が低下し、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐを導通状態に切換えることとなる。
【００５２】
本実施例では、応動回路１３１にｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴが用いられているため、ゲート回路１３０は、第１の回路又は第２の回路がゲート電圧を低下させる動作を行なえば、かかる動作が導通状態の要求であるとして、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐを導通状態に切換える。但し、応動回路１３１にｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ゲート回路１３０は、第１の回路又は第２の回路がゲート電圧を上昇させる動作を行うことにより、かかる動作が導通状態の要求であるとして、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐを導通状態に切換えることとなる。
【００５３】
制御回路１１１は、高電圧から低電圧に変換させるＤＣ−ＤＣコンバータの駆動制御を行う。具体的に説明すると、制御回路１１１は、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐに接続された電源端子ｔａと、第１の陰極側制御用電源ラインＬ４ｎに接続された電源端子ｔｂと、入力用信号ラインＬｓ２に接続された信号入力端子Ｌｓ２と、出力用信号ラインＬｓ１に接続された信号出力端子ｔｄとを備え、更に、ＣＰＵ及びメモリ回路及びクロック回路等の回路が適宜内蔵されている。当該制御回路１１１は、端子ｔａ及び端子ｔｂに制御用電圧が印加されると駆動され、入力用信号ラインＬｓ２を介してサブバッテリＢｓの出力電圧を検出し、サブバッテリＢｓの出力電圧に応じて、当該サブバッテリＢｓの充電モードを適宜に選択する。そして、選択された充電モードに対応した駆動信号を信号出力端子ｔｄから出力させ、パワートランジスタＴｒａ〜Ｔｒｄを適宜に駆動させる。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶでは、フルブリッジ回路ＴＢＣの動作によって適宜な充電電圧を生成させ、サブバッテリＢｓを所定の充電モードで充電させる。
【００５４】
上述の如く、本実施例に係る制御用電源システム１０１によると、入力側と出力側との絶縁を保障する回路が制御電源生成回路に設けられるので、第２の手段ＳＷとメインバッテリとが電気的に絶縁され、これにより、第２の手段ＳＷには、メインバッテリからの漏電電流が流れ込むことは無くなる。
【００５５】
また、本発明に係る車載用電力変換装置によると、第２の手段ＳＷがメインバッテリから電気的に絶縁されているので、第２の手段ＳＷの操作者は、メインバッテリによる感電を起こすことなく、電気的な安全が保障される。
【００５６】
ここで、上述した第１の手段ＳＷは、電気式自動車に電源を投入開始させる起動操作機器Ｉｇとされるのが好ましい。これにより、搭乗者は、起動操作器Ｉｇをオン動作させることで、電気式自動車へ電源を投入すると供に、サブバッテリＢｓの充電動作を開始させることが可能となる。
【００５７】
当該起動操作機器Ｉｇは、車室内に設けられた始動キー又は始動ボタンとされるのが好ましい。かかる始動キー又は始動ボタンは、電気式自動車の操縦者が運転を開始する際に、当該電気式自動車を駆動できる状態に切換える装置である。当該始動キー又は始動ボタンは、車室内に設けられることにより、操縦者の始動操作が容易に行われることとなる。
【００５８】
また、電気式自動車が衝突事故を起こしてしまった場合、電気式自動車の搭乗者が偶発的に第２の手段（非常スイッチ）に接触しても、当該搭乗者は、電気的な安全が保障されるため、感電事故による二次的な被害から保護される。
【００５９】
更に、上述した第２の手段ＳＷは、導通状態の要求又は遮断状態の要求を手動で切換え得る非常スイッチＳＷとされるのが好ましい。当該非常スイッチＳＷは、第１の手段（起動操作機器／始動キー／始動ボタン）Ｉｇを操作しても電気式自動車が駆動しないときに操作されるスイッチであって、非常時にのみ操作する旨が操縦者へ予め周知されている。ここで、サブバッテリＢｓが完全放電していると、電気式自動車の操縦者が第１の手段（起動操作機器／始動キー／始動ボタン）Ｉｇを操作してもＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶが駆動されないので、サブバッテリＢｓの充電が開始されない。かかる場面では、サブバッテリＢｓが完全放電の状態とされるので、制御系の電源供給が無くなり、電気式自動車は駆動（走行等）できない。このため、操縦者は、電気式自動車に何らかの不具合が生じたものとして非常状態を認識し、非常時のみ操作が許されている非常ボタンを押圧する。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶでは、サブバッテリＢｓの充電を開始させ、当該サブバッテリＢｓの充電がある程度まで進むと、ＢＣＵ（Body Control Unit）は、これを受けて、電気式自動車の駆動（走行等）を許可させる。
【００６０】
尚、非常スイッチＳＷは、電気式自動車であれば、エンジンルーム又はトランクルーム等、操作に便の良い場所であれば、如何なる場所に設けられても良い。但し、非常スイッチＳＷは、車室外に設けられていると、操縦者が非常ボタンを操作する際に一旦車外へ出なければならないので、操縦者の動作が煩雑になるとの問題を招く。従って、非常スイッチＳＷは、電気式自動車の車室内に設けられるのが好ましい。これにより、操縦者は、上述した不具合を認識すると、車外に出ることなく、非常ボタンＳＷの操作を素早く行うことが出来る。また、当該非常スイッチＳＷは、操縦者が座るドライバーシートの近傍に設けられるのが特に好ましい。これにより、非常ボタンＳＷの操作が更に容易に行われることとなる。
【実施例２】
【００６１】
しかしながら、実施例１に係る制御用電源システム１０１では、非常スイッチＳＷが押圧されていない場合、当該非常スイッチＳＷがオフ動作となるように付勢される構造であるため、非常スイッチＳＷの押圧を止めると、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶの充電動作が停止してしまう。
【００６２】
そこで、図２には、かかる問題を解消させた車載用電力変換装置が示されている。当該車載用電力変換装置は、図示の如く、ゲート回路１３０と制御回路とに改変が加えられており、具体的に説明すると、ゲート回路１３０は、第１の回路１３３と、第２の回路１３２と、第３の回路１３４と、応動回路１３１とから構成される。即ち、ゲート回路１３０は、第３の回路１３４が新たに追加構成されている。また、制御回路は、実施例１で用いられていた制御回路の代わりに新たな制御回路１１２が置き換えられている。尚、その他の構成については、実施例１について説明した内容と同等であるため、同一箇所には同一符号を付し、その説明を省略することとする。
【００６３】
制御回路１１２は、端子ｔａ〜ｔｄに加え、保持信号を出力させる端子ｔｅが追加されている。かかる制御回路１１２は、上述した機能に加え、端子ｔａ及び端子ｔｂに制御用電圧が印加されると、保持信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力させ続ける。当該保持信号は、サブバッテリＢｓが所定電圧（例えば、満充電）に至ると、その出力が中断される。
【００６４】
ゲート回路１３０は、先の如く、第３の回路１３４が追加構成されている。当該第３の回路１３４は、制御回路１１２の端子ｔｅに接続されており、端子ｔｅから保持信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力されると、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲート電圧を低下させることにより、第１の制御用電源ライン（本実施例では、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐ）の導通状態を要求する。かかる第３の回路１３４の一例を説明すると、当該第３の回路１３４は、トランジスタＴｒ４と、一端がトランジスタＴｒ４のベース端子に接続され他端が制御回路１１２の端子ｔｅに接続された抵抗Ｒ４１と、一端がトランジスタＴｒ４のエミッタ端子と同電位とされ他端が抵抗Ｒ４１と端子ｔｅとの間に接続された抵抗Ｒ４２とから構成される。かかる第３の回路１３４は、端子ｔｅから保持信号（Ｈｉｇｈ信号）が印加されていると、トランジスタＴｒ４をオン状態とさせ、当該トランジスタＴｒ４では、コレクタからエミッタに向かって通過電流が流れることとなる。かかる構成とされたゲート回路１３０では、制御回路１１２の端子ｔｅから保持信号が出力されている期間、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐの導通状態を保持させる。
【００６５】
かかる構成を具備する制御用電源システム１０２では、操縦者が非常スイッチＳＷを一旦押圧すると、制御回路１１２では、サブバッテリＢｓが所定電圧に到達するまで、端子ｔｅから保持信号を出力させ続ける。このため、操縦者が非常スイッチＳＷの押圧を止めても、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲート電圧を低値に設定し続け、これにより、制御回路１１２には、メインバッテリＢｍから生成された制御用電圧が印加され続けることとなる。
【００６６】
上述の如く、本実施例に係る制御用電源システム１０２によると、操縦者が非常スイッチＳＷを一旦押圧すると、当該非常スイッチＳＷがオフ動作に戻っても、サブバッテリＢｓが十分に充電されるまで、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶを駆動させることが可能となる。
【００６７】
また、本実施例に係る車載用電力変換装置によると、非常スイッチＳＷがオフ動作に戻っても、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶの充電動作を維持させ、サブバッテリＢｓを十分に充電させることが可能となる。
【００６８】
尚、本実施例では、制御回路が保持信号を出力できるものに置き換えられた。しかし、実施例１に係る制御回路１１１を用いても、本実施例による効果を受けることが可能である。例えば、非常スイッチＳＷは、一旦押圧されれば、その押圧状態を維持する操作保持機構を備えるものとすれば良い。そうすれば、操縦者が非常スイッチＳＷを押し続けることなく、応動回路１３１へ動通状態の要求が行なわれるので、かかる構成とした制御用電源システムでは、操縦者が非常スイッチＳＷを一旦押圧すると、当該非常スイッチＳＷがオン動作を保持し、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶを継続的に駆動させることが可能となる。
【実施例３】
【００６９】
上述した実施例に係る制御用電源システムでは、制御用電源はメインバッテリＢｍのみによって生成されるため、メインバッテリＢｍが低下していても、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶを駆動させるためにメインバッテリＢｍの電力を消費しなければならない。かかる場合、サブバッテリＢｓの蓄電量に余裕があれば、当該サブバッテリＢｓから制御回路の制御用電力を受けるのが好ましい。
【００７０】
そこで、図３には、サブバッテリＢｓから電力供給され得る車載用電力変換装置が示されている。本実施例に係る車載用電力変換装置は、図示の如く、実施例２に係る車載用電力変換装置の構成に加え、第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐと第２の陰極側制御用電源ラインＬｉｎとが追加構成されている。尚、本実施例にあっても、以前に説明を行なった構成については、重複記載を避けるため、その説明を省略することとする。
【００７１】
第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐは、一端が第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐに接続され、当該第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐを介して制御回路１１２の端子ｔａに接続されている。また、第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐは、他端が電源ラインＬｐ２に接続され、当該電源ラインＬｐ２を介してサブバッテリの陽極側に接続されている。
【００７２】
第２の陰極側制御用電源ラインＬｉｎは、一端が第１の陰極側制御用電源ラインＬ４ｎに接続され、当該第１の陰極側制御用電源ラインＬ４ｎを介して制御回路１１２の端子ｔｂに接続されている。また、第２の陰極側制御用電源ラインＬｉｎは、他端が電源ラインＬ２ｎに接続され、当該電源ラインＬ２ｎを介してサブバッテリの陰極側に接続されている。
【００７３】
本実施例に係る制御用電源システム１０３によると、サブバッテリＢｓに蓄電量が残っている場合、第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐ及び第２の陰極側制御用電源ラインＬｉｎを介して、サブバッテリＢｓによる制御用電力が供給され、サブバッテリＢｓから受けた制御用電力によって、制御回路１１２に電力を供給させ、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶを制御させることが可能と成る。尚、当該制御用電源システム１０３では、サブバッテリＢｓが完全放電している場合、上述した実施例同様、メインバッテリＢｍから制御用電力を得ることも可能である。
【００７４】
また、第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐは、応動回路１３１の前段で、陽極側制御用電源ラインＬ４ｐに接続されるのが好ましい。かかる接続状態とすれば、電気式自動車の電源を落としている期間、第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐは、応動回路１３１によって遮断状態とされるので、サブバッテリＢｓが制御回路１１２で不要に消費される惧れも無くなる。尚、第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐは、当然に、制御電源生成回路１２０の後段で接続されることは言うまでもない。
【実施例４】
【００７５】
しかしながら、実施例３に係る制御用電源システム１０３では、制御電源生成回路１２０から出力された制御用電力が、制御回路１１２のために生成されているにも関わらず、サブバッテリＢｓの充電電力又は車載負荷（図示成し）の駆動電力として消費されてしまうとの問題が生じる。
【００７６】
そこで、図４には、かかる問題を解消させ得る車載用電力変換装置が示されている。本実施例に係る車載用電力変換装置は、図示の如く、実施例３に係る車載用電力変換装置の構成に加え、第２の陽極側制御用電源ラインＬｉｐに介挿されたダイオードＤｃが追加構成されている。
【００７７】
ダイオードＤｃは、アノードがサブバッテリＢｓの陽極側に配置され、カソードが第１の陽極側制御用電源ラインＬ４ｐとの接点方向に配置されている。かかるダイオードＤｃにより、サブバッテリＢｓに蓄積された電力は、制御用電源システム１０４の制御回路１１２へ供給され、制御用電力として消費される。一方、制御電源生成回路１２０で生成された制御電力は、サブバッテリＢｓに供給されることなく、制御回路１１２によって有効に消費されることとなる。
【００７８】
上述の如く、本実施例に係る制御用電源システム１０３によると、制御電源生成回路１２０で生成された制御用電力は、サブバッテリＢｓ又は車載負荷で消費されること無く、制御回路１１２の電源として有効に消費されることとなる。また、当該制御用電力は、電源ラインＬ２ｎの電圧変動による影響をうけることが無いので、制御回路１１２の安定動作が期待できる。
【符号の説明】
【００７９】
１００    車載用電力変換装置
１０１    制御用電源システム
１１１    制御用回路
１２０    制御電源生成回路
１３０    ゲート回路
１３１    応動回路
１３２    第２の回路
１３３    第１の回路
１３４    第３の回路
Ｌ４ｐ    第１の陽極側制御用電源ライン
Ｌ４ｎ    第１の陰極側制御用電源ライン
Ｌｉｐ    第２の陽極側制御用電源ライン
Ｌｉｎ    第２の陰極側制御用電源ライン
Ｄｃ    ダイオード
ＣＮＶ    ＤＣ−ＤＣコンバータ
Ｂｍ    メインバッテリ
Ｂｓ    サブバッテリ
【図１】
2011172422.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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