(57)【要約】      （修正有）【課題】電池から補機を電気的に切断しつつ、走行用回路ユニットへの電力供給を継続する。【解決手段】電力供給回路１０は、正極メインパワーライン１２と、負極メインパワーライン２２と、正極メインパワーラインの第１メインリレー１４と走行用回路ユニット５４との間の区間から分岐して補機５８へ接続される正極補機パワーラインと、負極メインパワーラインの第２メインリレー２４と走行用回路ユニットとの間の区間から分岐して補機へ接続される負極補機パワーラインと、負極メインパワーライン上に設けられているとともに負極補機パワーラインと走行用回路ユニット５４との間に介在する遮断リレー３８と、第２メインリレー及び遮断リレーをバイパスして電池の負極を走行用回路ユニットへ接続するバイパスパワーライン４０と、バイパスパワーライン上に設けられたバイパスリレー４２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用回路ユニットと補機との両者に電池を接続する電力供給回路であって、
第１メインリレーを介して前記電池の正極を前記走行用回路ユニットへ接続する正極メインパワーラインと、
第２メインリレーを介して前記電池の負極を前記走行用回路ユニットへ接続する負極メインパワーラインと、
前記正極メインパワーラインの前記第１メインリレーと前記走行用回路ユニットとの間の区間から分岐して、前記補機へ接続される正極補機パワーラインと、
前記負極メインパワーラインの前記第２メインリレーと前記走行用回路ユニットとの間の区間から分岐して、前記補機へ接続される負極補機パワーラインと、
前記負極メインパワーライン上に設けられているとともに、前記負極補機パワーラインと前記走行用回路ユニットとの間に介在する遮断リレーと、
前記第２メインリレー及び前記遮断リレーをバイパスして、前記電池の負極を前記走行用回路ユニットへ接続するバイパスパワーラインと、
前記バイパスパワーライン上に設けられたバイパスリレーと、
を備え、
前記第１メインリレー、前記第２メインリレー及び前記遮断リレーが閉じられるとともに、前記バイパスリレーが開かれた第１接続状態では、前記走行用回路ユニットと前記補機との両者に前記電池が接続され、
前記第１メインリレー及び前記バイパスリレーが閉じられるとともに、前記第２メインリレー及び前記遮断リレーが開かれた第２接続状態では、前記走行用回路ユニットのみに前記電池が接続される、
電力供給回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、電力供給回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、電動自動車が記載されている。この電動自動車は、電池、走行用回路ユニット及び補機を備える。走行用回路ユニットと補機との両者は、一対のメインリレーを介して共通の電池に接続されている。走行用回路ユニットは、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ及び／又はインバータを有しており、電池と走行用モータとの間で必要な電力変換を行う。補機については、例えばエアコン装置であるが、走行に必ずしも必要とされない電気的負荷が広く含まれる。
【０００３】
ここで、本明細書における電動自動車とは、車輪を駆動する走行用モータを有する自動車を広く意味し、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車等が含まれる。以下では、電動自動車のことを単に自動車と称することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５８３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したシステムでは、補機において短絡故障が生じると、電池に過大な短絡電流が流れる。この場合、一対のリレーを開放することによって、電池から補機を電気的に切断する必要がある。しかしながら、一対のリレーが開放されると、走行用回路ユニットも電池から電気的に切断されてしまう。即ち、補機において短絡故障が生じると、走行用回路ユニットへの電力供給も中止されてしまい、その時点で走行用モータによる自動車の走行が不可能となってしまう。
【０００６】
上記した問題を鑑み、本明細書は、走行用回路ユニットと補機との両者が共通の電池に接続されるシステムにおいて、電池から補機を電気的に切断しつつ、走行用回路ユニットへの電力供給を継続し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本明細書は、電力供給回路を開示する。この電力供給回路は、走行用回路ユニットと補機との両者に電池を接続するものであって、第１メインリレーを介して電池の正極を走行用回路ユニットへ接続する正極メインパワーラインと、第２メインリレーを介して電池の負極を走行用回路ユニットへ接続する負極メインパワーラインと、正極メインパワーラインの第１メインリレーと走行用回路ユニットとの間の区間から分岐して、補機へ接続される正極補機パワーラインと、負極メインパワーラインの第２メインリレーと走行用回路ユニットとの間の区間から分岐して、補機へ接続される負極補機パワーラインと、負極メインパワーライン上に設けられているとともに、負極補機パワーラインと走行用回路ユニットとの間に介在する遮断リレーと、第２メインリレー及び遮断リレーをバイパスして、電池の負極を走行用回路ユニットへ接続するバイパスパワーラインと、バイパスパワーライン上に設けられたバイパスリレーとを備える。
【０００８】
上記した回路構造によると、少なくとも第１接続状態と第２接続状態とを含む複数の接続状態を実現することができる。第１接続状態は、第１メインリレー、第２メインリレー及び遮断リレーが閉じられるとともに、バイパスリレーが開かれた接続状態である。この第１接続状態では、走行用回路ユニットと補機との両者に電池が接続され、それぞれに電池から電力を供給することができる。これに対して、第２接続状態は、第１メインリレー及びバイパスリレーが閉じられるとともに、第２メインリレー及び遮断リレーが開かれた接続状態である。この第２接続状態では、走行用回路ユニットのみに電池が接続され、補機は電池から電気的に切断される。
【０００９】
従って、例えば補機において短絡故障が生じたときは、第１接続状態から第２接続状態への切り替えを行うことによって、電池から補機を電気的に切断しつつ、走行用回路ユニットへの電力供給を継続することができる。なお、第１接続状態から第２接続状態への切り替えは、補機において短絡故障が生じたときに限られず、他の状況においても有効に行うことができる。例えば、補機によるエネルギーの消費を抑制して、自動車の航続距離を長くしたいときに、第１接続状態から第２接続状態への切り替えを行うことが考えられる。なお、第１接続状態から第２接続状態への切り替えは、自動車又は自動車に通信可能に接続された外部装置によって行われてもよいし、ユーザの指示又は操作によって行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の電力供給回路１０を適用した電動自動車５０の回路構成を示す。
【図２】第１接続状態の電力供給回路１０を示す図。
【図３】第２接続状態の電力供給回路１０を示す図。
【図４】電力供給回路１０を第１接続状態から第２接続状態へ切り替える一例の流れの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、実施例の電力供給回路１０を説明する。図１は、電力供給回路１０を適当した電動自動車５０の回路構造を示す。電動自動車５０は、電池５２と、走行用回路ユニット５４と、走行用モータ５６と、補機５８と、電力供給回路１０を備える。電力供給回路１０は、走行用回路ユニット５４と補機５８との両者を、共通の電池５２へ接続するための回路装置である。電動自動車５０は、走行用モータ５６によって車輪（図示省略）を駆動する自動車であり、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車等である。
【００１２】
電池５２は、走行用回路ユニット５４及び補機５８へ電力を供給する電源である。電池５２は、例えば二次電池であってよく、この場合、例えばリチウムイオン電池セル又はニッケル水素電池セルを有することができる。他の実施形態として、電池５２の一部又は全部は、燃料電池又は太陽電池であってもよい。電池５２は、直流電源であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。
【００１３】
走行用回路ユニット５４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０及び走行用インバータ６２を有しており、電池５２と走行用モータ５６との間で必要な電力変換を行うことができる。一例ではあるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０は、上側スイッチング素子７２と、上側スイッチング素子７２に対して逆並列に接続された上側ダイオード７４と、上側スイッチング素子７２に対して直列に接続された下側スイッチング素子７６と、下側スイッチング素子７６に対して逆並列に接続された下側ダイオード７８と、上側スイッチング素子７２と下側スイッチング素子７６との間の中間部分に接続されたリアクトル８０とを有する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０及び走行用インバータ６２の具体的な構成については、特に限定されず、必要に応じて適宜変更可能である。
【００１４】
走行用回路ユニット５４はさらに、第１平滑コンデンサ６４と第２平滑コンデンサ６６とを備える。第１平滑コンデンサ６４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０から見て、電池５２と並列に接続されている。第２平滑コンデンサ６６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０から見て、走行用インバータ６２と並列に接続されている。第１平滑コンデンサ６４及び第２平滑コンデンサ６６のそれぞれは、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０から出力される電圧の変動を抑制することができる。なお、走行用回路ユニット５４の具体的な構成は特に限定されない。例えば、走行用回路ユニット５４には、互いに並列に接続された二以上のＤＣ−ＤＣコンバータ６０が設けられてもよい。また、走行用回路ユニット５４は、電動自動車５０が有する走行用モータ５６（及び発電用モータ）の数に応じて、二以上の走行用インバータ６２を有してもよい。
【００１５】
走行用回路ユニット５４は、制御ＥＣＵ（Electrical Control Unit）６８を備える。制御ＥＣＵ６８は、図示しない上位のＥＣＵから指令を受けて、走行用回路ユニット５４の動作、特にＤＣ−ＤＣコンバータ６０及び走行用インバータ６２の動作を制御する。加えて、制御ＥＣＵ６８は、電力供給回路１０にも接続されており、電力供給回路１０の動作を制御する。なお、電力供給回路１０の動作は、走行用回路ユニット５４の制御ＥＣＵ６８に代えて、他のＥＣＵによって制御されてもよい。加えて、電力供給回路１０は、ユーザによる指示や操作に応じて、その動作が制御可能であってもよい。
【００１６】
補機５８は、例えば車内の空調を行うエアコン装置や１００ボルトの交流電力を出力するためのインバータといった、走行に必ずしも必要とされない電気的負荷を意味する。補機５８の具体的な構成や数については特に限定されない。前述したように、補機５８は、電力供給回路１０を介して電池５２に接続されており、電池５２からの供給電力によって動作する。
【００１７】
電力供給回路１０は、正極メインパワーライン１２と負極メインパワーライン２２とを備える。正極メインパワーライン１２は、第１メインリレー１４を介して、電池５２の正極を走行用回路ユニット５４へ接続している。即ち、正極メインパワーライン１２の一端は、電池５２の正極に接続されており、正極メインパワーライン１２の他端は、走行用回路ユニット５４に接続されている。そして、正極メインパワーライン１２上には、第１メインリレー１４が設けられている。第１メインリレー１４は、制御ＥＣＵ６８に接続されており、その動作（即ち、開閉）が制御ＥＣＵ６８によって制御される。第１メインリレー１４は、必ずしも限定されないが、ノーマリオープン型のリレーである。
【００１８】
加えて、正極メインパワーライン１２上には、電流センサ１８が設けられている。電流センサ１８は、電池５２に対して直列に接続されており、電池５２に流れる電流を検出することができる。電流センサ１８は、制御ＥＣＵ６８に接続されており、電流センサ１８の出力する検出信号は、制御ＥＣＵ６８に入力される。制御ＥＣＵ６８は、電流センサ１８からの検出信号に基づいて、電池５２に流れる電流の大きさを知ることができる。
【００１９】
負極メインパワーライン２２は、第２メインリレー２４を介して、電池５２の負極を走行用回路ユニット５４へ接続する。即ち、負極メインパワーライン２２の一端は、電池５２の負極に接続されており、負極メインパワーライン２２の他端は、走行用回路ユニット５４に接続されている。そして、負極メインパワーライン２２上には、第２メインリレー２４が設けられている。第２メインリレー２４は、制御ＥＣＵ６８に接続されており、その動作（即ち、開閉）が制御ＥＣＵ６８によって制御される。第２メインリレー２４は、必ずしも限定されないが、ノーマリオープン型のリレーである。なお、前述した電流センサ１８は、正極メインパワーライン１２上に代えて、負極メインパワーライン２２上に設けられてもよい。
【００２０】
電力供給回路１０はさらに、正極補機パワーライン３２と負極補機パワーライン３４とを備える。正極補機パワーライン３２は、正極メインパワーライン１２から分岐して、補機５８へ接続されている。ここで、正極補機パワーライン３２の分岐点１６は、正極メインパワーライン１２のうちの、第１メインリレー１４と走行用回路ユニット５４との間の区間に位置している。同様に、負極補機パワーライン３４は、負極メインパワーライン２２から分岐して、補機５８へ接続されている。負極補機パワーライン３４の分岐点２６は、負極メインパワーライン２２のうちの、第２メインリレー２４と走行用回路ユニット５４との間の区間に位置している。これにより、補機５８には、一対の正極補機パワーライン３２及び負極補機パワーライン３４を介して、電池５２から電力が供給される。
【００２１】
電力供給回路１０はさらに、遮断リレー３８とバイパスパワーライン４０とバイパスリレー４２とを備える。遮断リレー３８は、負極メインパワーライン２２上に設けられているとともに、負極補機パワーライン３４と走行用回路ユニット５４との間に介在している。即ち、遮断リレー３８は、負極メインパワーライン２２のうちの、負極補機パワーライン３４の分岐点２６と走行用回路ユニット５４との間の区間に位置している。遮断リレー３８は、制御ＥＣＵ６８に接続されており、その動作（即ち、開閉）が制御ＥＣＵ６８によって制御される。遮断リレー３８は、必ずしも限定されないが、ノーマリクローズド型のリレーである。
【００２２】
バイパスパワーライン４０は、第２メインリレー２４及び遮断リレー３８をバイパスして、電池５２の負極を走行用回路ユニット５４へ接続している。即ち、バイパスパワーライン４０の一端４０ａは、電池５２の負極に接続されており、バイパスパワーライン４０の他端４０ｂは、走行用回路ユニット５４に接続されている。なお、バイパスパワーライン４０の他端４０ｂは、走行用回路ユニット５４へ直接的に接続されてもよいし、負極メインパワーライン２２を介して走行用回路ユニット５４へ接続されてもよい。後者の場合、バイパスパワーライン４０の他端４０ｂは、負極メインパワーライン２２のうち、遮断リレー３８と走行用回路ユニット５４との間の区間に接続されるとよい。バイパスリレー４２は、バイパスパワーライン４０上に設けられている。バイパスリレー４２は、制御ＥＣＵ６８に接続されており、その動作（即ち、開閉）が制御ＥＣＵ６８によって制御される。バイパスリレー４２は、必ずしも限定されないが、ノーマリオープン型のリレーである。
【００２３】
次に、電力供給回路１０の動作について説明する。図１に示すように、電動自動車５０の非使用時では、第１メインリレー１４、第２メインリレー２４及びバイパスリレー４２が開かれており、遮断リレー３８が閉じられている。この状態では、走行用回路ユニット５４と補機５８との両者が、電池５２から電気的に切断されている。
【００２４】
これに対して、図２に示すように、電動自動車５０の通常の使用時では、第１メインリレー１４及び第２メインリレー２４が閉じられる。このとき、バイパスリレー４２は開かれたままであり、遮断リレー３８は閉じられたままである。便宜上、このような接続状態を、ここでは第１接続状態と称する。この第１接続状態では、走行用回路ユニット５４と補機５８との両者に電池５２が接続されており、それら両者に電池５２から電力が供給される。
【００２５】
上記した第１接続状態において、仮に補機５８で短絡故障が生じると、電池５２に過大な短絡電流が流れてしまう。この場合、従来の技術では、第１メインリレー１４及び第２メインリレー２４を開放することによって、電池５２から補機５８を電気的に切断していた。しかしながら、第１メインリレー１４及び第２メインリレー２４が開放されると、走行用回路ユニット５４も電池５２から電気的に切断されてしまい、走行用モータ５６による電動自動車５０の走行が不可能となってしまう。なお、第１メインリレー１４と第２メインリレー２４の一方のみを開放した場合も同様であり、補機５８とともに走行用回路ユニット５４も電池５２から電気的に切断されてしまう。
【００２６】
上記の問題に関して、本実施例の電力供給回路１０は、図３に示すように、第１メインリレー１４及びバイパスリレー４２が閉じられるとともに、第２メインリレー２４及び遮断リレー３８が開かれた接続状態を実現することができる。便宜上、このような接続状態を、ここでは第２接続状態と称する。この第２接続状態では、走行用回路ユニット５４のみに電池５２が接続され、補機５８を電池５２から電気的に切断することができる。従って、本実施例の電力供給回路１０は、例えば補機５８において短絡故障が生じたときに、第１接続状態から第２接続状態へ切り替わることによって、補機５８を電池５２から電気的に切断しつつ、走行用回路ユニット５４への電力供給を継続することができる。これにより、電池５２に過大な短絡電流が流れることを避けつつ、走行用モータ５６による走行を継続することができる。
【００２７】
前述したように、電力供給回路１０の動作は、制御ＥＣＵ６８によって制御される。一例ではあるが、図４を参照しながら、電力供給回路１０が第１接続状態から第２接続状態へ切り替えられる一連の動作を説明する。補機５８で短絡故障が発生すると（Ｓ１２でＹＥＳ）、電池５２に短絡電流が流れることによって、電流センサ１８による検出値が上昇する（Ｓ１４）。制御ＥＣＵ６８は、電流センサ１８による検出値の上昇に基づいて、補機５８で短絡故障が発生したことを検出する（Ｓ１６）。制御ＥＣＵ６８は、短絡故障の発生を検出すると、第２メインリレー２４を開放する。これにより、短絡故障が生じた補機５８は、電池５２から電気的に切断される。なお、この段階では、走行用回路ユニット５４についても、一時的に電池５２から電気的に切断される。
【００２８】
続いて、制御ＥＣＵ６８は、遮断リレー３８を開放するとともに（Ｓ２０）、バイパスリレー４２を閉鎖する（Ｓ２２）。これにより、電力供給回路１０は第２接続状態（図３参照）へ切り替えられ、走行用回路ユニット５４が電池５２へ再び接続される。その後、制御ＥＣＵ６８は、電動自動車５０の走行を継続するために、走行用回路ユニット５４の制御を再開する（Ｓ２４）。
【００２９】
電力供給回路１０の第２接続状態は、補機５８に短絡故障が生じたときだけでなく、他の状況でも有効に利用することができる。例えば、電池５２に蓄えられた電力の消費を制限したいときは、電力供給回路１０を第２接続状態へ切り替えることによって、補機５８による電力消費を禁止してもよい。このような状況での切り替えは、電動自動車５０によって自動的に行われてもよいし、ユーザによる指示や操作に応じて行われてもよい。
【００３０】
本実施例の電力供給回路１０によると、次の効果がさらに得られる。第１に、第２接続状態では、バイパスパワーライン４０の寄生インダクタンスが、等価的にリアクトル８０のインダクタンスを増加させる。これにより、第２平滑コンデンサ６６に流れるリプル電流が低減されるので、第２平滑コンデンサ６６内に寄生的に形成される内部抵抗に起因する損失を低減することができる。従って、電動自動車５０のいわゆる燃費が向上する。ここで、バイパスパワーライン４０の寄生インダクタンスによる上記の効果を高めるには、バイパスパワーライン４０の他端４０ｂが、第２平滑コンデンサ６６に対して近い位置に接続されているとよい。
【００３１】
第２に、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０では、リアクトル８０に電流が流れる経路で寄生インダクタンスが生じるため、それがサージに影響を与えるとはないが、走行用インバータ６２では、第２平滑コンデンサ６６や上下のアームに寄生するインダクタンスが、サージに大きな影響を与える。この点に関して、バイパスパワーライン４０の他端４０ｂが、走行用インバータ６２のより近くに接続されていると、当該接続点から電池５２側に位置する部分の寄生インダクタンスが、走行用インバータ６２のサージに影響を与えることを避けることができる。
【００３２】
本実施例の電力供給回路１０では、上述した第１接続状態及び第２接続状態に加えて、第３接続状態をさらに実現することができる。この第３接続状態では、第１メインリレー１４及び第２メインリレー２４が閉じられるとともに、遮断リレー３８及びバイパスリレー４２が閉じられる。その結果、補機５８のみに電池５２が接続され、走行用回路ユニット５４は電池５２から電気的に切断される。このような接続状態によると、例えば走行用回路ユニット５４において短絡故障が生じたときでも、補機５８への電力供給を継続することができる。従って、例えばユーザは、電動自動車５０が意図せず走行不能となったときに、空調の効いた車内で待機したり、１００ボルトの交流電源を必要とする家電製品等を使用したりすることができる。
【００３３】
以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０：電力供給回路
１２：正極メインパワーライン
１４：第１メインリレー
１８：電流センサ
２２：負極メインパワーライン
２４：第２メインリレー
３２：正極補機パワーライン
３４：負極補機パワーライン
３８：遮断リレー
４０：バイパスパワーライン
４２：バイパスリレー
５０：電動自動車
５２：電池
５４：走行用回路ユニット
５６：走行用モータ
５８：補機
６０：ＤＣ−ＤＣコンバータ
６２：走行用インバータ
６８：制御ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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