(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁が必要なスイッチング回路（例えば、充電器）で発生するノイズの影響を低減することが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１００は、第１空間２０１に格納され、装置外部に対して絶縁された第１スイッチング回路（充電器１１０）と、第１空間とは異なる第２空間２０２に格納され、装置外部に対して絶縁されていない第２スイッチング回路（負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０、電力変換部１３０）と、第２空間に格納され、第１スイッチング回路を制御する第１制御部１２０と、を備える。【選択図】図２
2019022300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１空間に格納され、装置外部に対して絶縁された第１スイッチング回路と、
前記第１空間とは異なる第２空間に格納され、前記装置外部に対して絶縁されていない第２スイッチング回路と、
前記第２空間に格納され、前記第１スイッチング回路を制御する制御回路と、
を備える電源装置。
【請求項２】
前記電源装置は、車両に搭載され、
前記装置外部は、車体である、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第２空間を形成する壁には、前記装置外部との通信に用いられるコネクタが設けられている、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１空間と前記第２空間とを分離し、前記第１スイッチング回路から発生するノイズを遮断するシールド部を備える、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記シールド部は、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路の少なくとも一方を放熱する、
請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第１空間および前記第２空間を有する筐体を備える、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１空間を有する第１筐体と、
前記第２空間を有する第２筐体と、
を備える、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１スイッチング回路には、所定の第１電圧が供給され、
前記第２スイッチング回路には、前記第１電圧よりも小さい第２電圧が供給される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記第１スイッチング回路は、前記装置外部から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリーを充電する充電器を含み、
前記第２スイッチング回路は、前記バッテリーからの電力を変換して負荷に供給する電力変換回路を含む、
請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等に搭載される電源装置においては、充電器や、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、インバータ等が設けられている。このような電源装置では、外部電源から供給される電力の電圧を、充電器でバッテリー電圧に変換させ、当該電力のバッテリーに対する充電がなされる。そして、充電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等に供給される。
【０００３】
充電器、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、インバータにはスイッチング素子が設けられるが、これらの回路が配置される回路基板や配線には、当該スイッチング素子に起因して高周波ノイズ（以下、「ノイズ」という）が発生する。このようなノイズは、回路基板や配線を通じて、他の回路に影響する可能性がある。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、高電圧の信号が流通する強電配線と、低電圧の信号が流通する弱電配線とを隔離して配置することにより、強電配線に重畳するノイズが弱電配線に影響することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２２０３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、小型の電気自動車の場合、駆動用バッテリーとして、低電圧（例えば、４８Ｖ）定格バッテリーを用いる場合がある。このような低電圧バッテリーを用いる場合、低電圧バッテリーから電力供給されるＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等は、車体に対して絶縁しなくても良い。つまり、装置外部に対して非絶縁状態とされる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータにおいてノイズが発生しても、車体や筐体に流れるコモンモード電流を小さくすることが可能であるため、上記問題は生じにくい。
【０００７】
それに対し、充電器は、外部電源に対応した電圧、つまり、比較的高電圧となる電力が供給されるため、外部に対して絶縁される。そのため、充電器内でノイズが発生した場合、車体や筐体に流れるコモンモード電流が大きくなるため、他の回路がノイズの影響を受けてしまうおそれがある。
【０００８】
このような場合において、充電器を制御するための制御回路が、充電器で発生するノイズの影響を受けてしまうおそれがあった。特許文献１に記載の構成では、充電器における制御回路について考慮されていないので、電源装置全体のノイズ低減の観点から一定の限界のある構成となっていた。
【０００９】
本発明の目的は、絶縁が必要なスイッチング回路（例えば、充電器）で発生するノイズの影響を低減することが可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電源装置は、
第１空間に格納され、装置外部に対して絶縁された第１スイッチング回路と、
前記第１空間とは異なる第２空間に格納され、前記装置外部に対して絶縁されていない第２スイッチング回路と、
前記第２空間に格納され、前記第１スイッチング回路を制御する制御回路と、
を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、絶縁が必要なスイッチング回路（例えば、充電器）で発生するノイズの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る電源装置を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る電源装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る電源装置１００を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、電源装置１００は、電気自動車等の車両に搭載され、外部電源１０から供給される電力によりバッテリー２０を充電し、また、バッテリー２０からの電力をモーター３０や負荷４０に供給する。ここで、本発明では、バッテリー２０は、車体に対する絶縁が不要な、低電圧（例えば、４８Ｖ）定格バッテリーである。
【００１５】
電源装置１００は、充電器１１０、第１制御部１２０、電力変換部１３０、第２制御部１４０、負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０、及び、第３制御部１６０を有する。充電器１１０は、本発明の「第１スイッチング回路」に対応する。第１制御部１２０は、本発明の「制御回路」に対応する。電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０は、本発明の「第２スイッチング回路」に対応する。
【００１６】
充電器１１０、第１制御部１２０、電力変換部１３０、第２制御部１４０、負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０、及び、第３制御部１６０は、電源装置１００が搭載される車両の車体に接続される筐体２００に格納される。
【００１７】
充電器１１０は、交流電源である外部電源１０から供給される第１電圧（例えば、１００Ｖ）の電力を、第１電圧より小さい第２電圧（例えば、４８Ｖ）に変換して、当該電力をバッテリー２０に供給する。充電器１１０は、整流部１１１と、力率改善部１１２と、充電用ＤＣ／ＤＣ変換部１１３とを有する。
【００１８】
整流部１１１は、外部電源１０から受電した交流電力（第１電圧）を全波整流して直流電力に変換し、力率改善部１１２に出力する。
【００１９】
力率改善部１１２は、整流部１１１から入力された電力の力率を改善する機能を有する回路であり、スイッチング素子１１２Ａ等を有する。
【００２０】
充電用ＤＣ／ＤＣ変換部１１３は、力率改善部１１２からの出力をバッテリー２０に充電可能な第２電圧に変換する回路であり、スイッチング素子１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ，１１３Ｄ等を有する。充電用ＤＣ／ＤＣ変換部１１３は、絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換部であり、トランス（不図示）により、絶縁が必要な高電圧領域（直流６０Ｖ以上）と、絶縁が不要な低電圧領域（直流６０Ｖ未満）とに分かれている。
【００２１】
第１制御部１２０は、力率改善部１１２のスイッチング素子１１２Ａや充電用ＤＣ／ＤＣ変換部１１３のスイッチング素子１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ，１１３Ｄをオンオフ制御することで、充電器１１０の動作を制御する。つまり、第１制御部１２０の制御の下、外部電源１０から供給される電力が、充電器１１０を介してバッテリー２０に充電される。
【００２２】
電力変換部１３０は、バッテリー２０から供給された直流電力（第２電圧）を交流電力に変換する電力変換回路、具体的には、変換した交流電力をモーター３０に出力する三相ブリッジインバータ回路であり、図示しないスイッチング素子を有する。第２制御部１４０の制御の下、当該スイッチング素子をオンオフ動作させることで、三相交流電力がモーター３０に出力される。
【００２３】
負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０は、バッテリー２０から供給される電力の電圧（第２電圧）を負荷４０に供給可能な電圧に変換する回路であり、図示しないスイッチング素子等を有する。第３制御部１６０の制御の下、当該スイッチング素子をオンオフ動作させることで、バッテリー２０から供給される電力が負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０を介して負荷４０に出力される。
【００２４】
また、第１制御部１２０、第２制御部１４０および第３制御部１６０は、筐体２００に設けられたコネクタ２１０を介して車両用制御装置５０と通信可能となっており、車両用制御装置５０の制御の下、電源装置１００の各部の制御を行う。なお、第１制御部１２０、第２制御部１４０および第３制御部１６０は、低電圧で動作するため、車体に対する絶縁は不要である。
【００２５】
ところで、このような電源装置１００に用いられる回路には、スイッチング素子が設けられることから、回路基板や配線に高周波ノイズが発生し、当該高周波ノイズが他の回路ブロックに影響する可能性がある。
【００２６】
電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０には、充電器１１０等により、比較的低電圧である第２電圧が供給されるので、筐体２００を介して車体と電気的に接続された状態、つまり、装置外部に対して非絶縁状態とされる。そのため、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０においてノイズが発生しても、コモンモード電流のループを小さくできるため、上記問題は生じにくい。
【００２７】
それに対し、充電器１１０は、外部電源１０に対応した電力、つまり、比較的高電圧（第１電圧）となる電力が供給されるため、筐体２００、ひいては、車体と電気的に絶縁された状態、つまり、装置外部に対して絶縁される必要がある。これにより、充電器１１０内でノイズが発生した場合、コモンモード電流のループが大きくなるため、ノイズの発生量が大きくなる。
【００２８】
その結果、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０にノイズが伝達されてしまい、ひいては電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０がノイズの影響を受けてしまうおそれがある。
【００２９】
そこで、図２に示すように、本実施の形態では、装置外部に対して絶縁される充電器１１０と、装置外部に対して非絶縁状態とされる電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０とが異なる空間に配置されるように筐体２００内に設けられる。
【００３０】
筐体２００には、充電器１１０が配置される第１空間２０１と、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０が配置される第２空間２０２とが形成されている。第１空間２０１と第２空間２０２との間には、シールド部２２０が位置する。
【００３１】
シールド部２２０は、第１空間２０１と第２空間２０２とを仕切る壁であり、第１空間２０１および第２空間２０２の何れか一方で発生したノイズを遮断する機能を有する。つまり、シールド部２２０により、第１空間２０１と第２空間２０２とが分離されることで、充電器１１０で発生したノイズが遮断される。その結果、当該ノイズが電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０に伝達されることを抑制することができ、ひいては装置全体にノイズが伝達されることを抑制することができる。
【００３２】
ところで、充電器１１０は、第１制御部１２０により制御されるが、充電器１１０でノイズが発生してしまうと、第１制御部１２０が当該ノイズの影響を受けてしまうおそれがある。そのため、第１制御部１２０を介して、電源装置１００全体が当該ノイズの影響を受けてしまうおそれがある。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、第１制御部１２０が第２空間２０２に格納される。これにより、第１制御部１２０が、装置外部に対して絶縁されていない電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０と同一の空間に位置する。言い換えると、第１制御部１２０が、充電器１１０と異なる空間に位置する。そのため、第１制御部１２０に充電器１１０で発生するノイズが伝達されにくくなるので、第１制御部１２０が当該ノイズの影響を受けることを低減することができる。
【００３４】
なお、さらに言い換えると、第１制御部１２０は、装置外部に対して非絶縁状態とされる電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０と同じ空間に位置する。
【００３５】
ここで、上述の通り、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０は、装置外部に対して非絶縁状態であるため、第１制御部１２０が、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０から受けるノイズの影響は小さい。
【００３６】
また、一般的に、充電器１１０は車両の停車中に用いられ、電力変換部１３０（インバータ）は車両の走行時に用いられる。すなわち、充電器１１０と電力変換部１３０と排他動作を行うため、第１制御部１２０が、電力変換部１３０から受けるノイズの影響は極めて小さい。
【００３７】
また、シールド部２２０には、孔（不図示）が形成され、充電器１１０と第１制御部１２０とを接続する配線１０１が挿通される。当該配線１０１には、ノイズを低減するための、例えば、ＬＣＲフィルタ１７０が設けられる。これにより、配線１０１を介して充電器１１０から第１制御部１２０にノイズが伝達することをさらに低減することができる。
【００３８】
また、少なくとも第１空間２０１に位置する配線１０１にはノイズシールドが施されることが好ましい。これにより、配線１０１に充電器１１０からのノイズが重畳することを低減できる。なお、第１空間２０１に第１制御部１２０を搭載した場合には、第１制御部１２０自体にノイズシールドが必要となり、高コストとなってしまう。
【００３９】
また、コネクタ２１０は、筐体２００における第２空間２０２を形成する壁に設けられている。このため、車両用制御装置５０からの信号線が、充電器１１０により発生するノイズの影響を受けることを抑制することができる。
【００４０】
また、シールド部２２０には、放熱フィン２２１が設けられている。放熱フィン２２１は、図２における左右方向に並んで複数設けられる。また、充電器１１０は、第１空間２０１内においてシールド部２２０に近接した位置に配置されている。電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０は、第２空間２０２においてシールド部２２０に近接した位置に配置されている。
【００４１】
これにより、比較的発熱量の多い充電器１１０、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部１５０により発生する熱を、放熱フィン２２１を介して装置外部へ放熱させることができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態における電源装置１００は、１つの筐体２００で構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１空間２０１を有する第１筐体と、第２空間２０２を有する第２筐体とにより、電源装置１００が構成されていても良い。
【００４３】
また、上記実施の形態では、シールド部２２０が充電器１１０と、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０との両方を放熱可能な放熱フィン２２１を有していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、シールド部２２０に設けられる放熱フィン２２１が、充電器１１０と、電力変換部１３０および負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０との何れか一方を放熱可能な構成であっても良いし、シールド部２２０に放熱フィン２２１が設けられていない構成であっても良い。
【００４４】
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示の電源装置は、絶縁が必要なスイッチング回路（例えば、充電器）で発生するノイズの影響を低減することが可能な電源装置として有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  外部電源
２０  バッテリー
３０  モーター
４０  負荷
５０  車両用制御装置
１００  電源装置
１１０  充電器
１１１  整流部
１１２  力率改善部
１１３  充電用ＤＣ／ＤＣ変換部
１２０  第１制御部
１３０  電力変換部
１４０  第２制御部
１５０  負荷用ＤＣ／ＤＣ変換部
１６０  第３制御部
２００  筐体
２０１  第１空間
２０２  第２空間
２１０  コネクタ
２２０  シールド部
２２１  放熱フィン
【図１】
2019022300.tif 000003
【図２】
2019022300.tif 000004