(57)【要約】【目的】この発明の目的は、車両起動用のＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する必要がなく、省スペースと軽量化を果たすことにある。【構成】このため、この発明は、低電圧を供給する第１の電池と組電池からなる第２の電池とを備え、第２の電池は組電池の直列接続時に高電圧を供給可能であるとともに並列接続時に低電圧を供給可能に設け、第２の電池を直列接続あるいは並列接続のどちらかに切換可能な切換手段を設け、第２の電池の出力が直列接続による高電圧あるいは並列接続による低電圧になるように切換手段を切換制御する制御手段を設けたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電圧を供給する第１の電池と組電池からなる第２の電池とを備え、前記第２の電池は組電池の直列接続時に高電圧を供給可能であるとともに並列接続時に低電圧を供給可能に設け、前記第２の電池を直列接続あるいは並列接続のどちらかに切換可能な切換手段を設け、前記第２の電池の出力が直列接続による高電圧あるいは並列接続による低電圧になるように前記切換手段を切換制御する制御手段を設けたことを特徴とする車両用電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車両用電力制御装置に係り、特に、車両起動用のＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する必要がなく、省スペースと軽量化を果たし得る車両用電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池等の発生する電力により走行する車両においては、高電圧（例えば、１００Ｖ以上）と低電圧（例えば、１２Ｖ〜２４Ｖ）との２種類の動作電圧をもつ補機を用いることが多い。これらの高電圧系統の補機や低電圧系統の補機に供給される電力は、車両用電力制御装置によって制御している。
【０００３】
従来の車両用電力制御装置には、燃料電池により発電された高電圧の電力を要求電力に応じてインバータからモータに供給して燃料電池車を駆動するように制御するとともに、余分の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧のバッテリに充電するように制御する電力制御装置において、低電圧のバッテリが供給可能な電力に基づいてインバータに要求する要求電圧の供給可能時間を算出し、所定値を越える急加速の要求がある場合に、バッテリの低電圧をＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧に変換してインバータに供給可能時間だけ供給するように制御するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１２４０８号公報（第４頁、図１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の車両用電力制御装置においては、車両のスタートアップ時に高電圧系統の補機を使用する場合に、高電圧を供給可能な起動用の高電圧電力貯蔵装置や低電圧電池の供給する電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する必要がある。
【０００６】
ところが、ＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する場合には、搭載スペースを必要とし、重量増加を招く不都合がある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して高電圧電力貯蔵装置に充電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータで電力の損失があり、車両効率が低下する不都合がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、低電圧を供給する第１の電池と組電池からなる第２の電池とを備え、前記第２の電池は組電池の直列接続時に高電圧を供給可能であるとともに並列接続時に低電圧を供給可能に設け、前記第２の電池を直列接続あるいは並列接続のどちらかに切換可能な切換手段を設け、前記第２の電池の出力が直列接続による高電圧あるいは並列接続による低電圧になるように前記切換手段を切換制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の車両用電力制御装置は、組電池からなる第２の電池は組電池の直列接続時に高電圧を供給可能であるとともに並列接続時に低電圧を供給可能に設け、第２の電池を直列接続あるいは並列接続のどちらかに切換可能な切換手段を設け、制御手段によって第２の電池の出力が直列接続による高電圧あるいは並列接続による低電圧になるように切換手段を切換制御することにより、車両の起動時に高電圧系の補機を使用する場合に、第２の電池の組電池を直列接続に切換えて高電圧を出力することができ、従来のように低電圧を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを必要としない。
【０００９】
【実施例】
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１において、２は図示しない車両に搭載された車両用電力制御装置、４は第１の電池、６は第２の電池である。
【００１０】
前記第１の電池４は、低電圧（例えば、１２Ｖ〜２４Ｖ）の電力を供給する。第１の電池４は、正側端子部８と負側端子部１０とを設けている。前記第２の電池６は、複数の例えば３つの組電池６−１〜６−３からなり、正側端子部１２−１〜１２−３と負側端子部１４−１〜１４−３とを設けている。第２の電池６は、これら組電池６−１〜６−３の直列接続時に高電圧（例えば、１００Ｖ以上）を供給可能であるとともに、並列接続時に低電圧（例えば、１２Ｖ〜２４Ｖ）を供給可能に設けている。
【００１１】
この車両用電力制御装置２は、第２の電池６を直列接続あるいは並列接続のどちらかに切換可能な切換スイッチ１６を設けている。切換スイッチ１６は、前記第２の電池６の正側端子部１２−１〜１２−３及び負側端子部１４−１〜１４−３と対応するように、直列接続用正側端子部１８−１〜１８−３及び直列接続用負側端子部２０−１〜２０−３と、並列接続用正側端子部２２−１〜２２−３及並列接続用負側端子部２４−１〜２４−３とを設けている。
【００１２】
切換スイッチ１６の直列接続用正側端子部１８−１〜１８−３及び直列接続用負側端子部２０−１〜２０−３は、隣接する組電池６−１〜６−３用の直列接続用正側端子部１８−２、１８−３・直列接続用負側端子部２０−１、２０−２どうしを接続して設け、両端の組電池６−１・６−３用の直列接続用正側端子部１８−１・直列接続用負側端子部２０−３に夫々高電圧用正側電力線２６及び高電圧用負側電力線２８の一端側を接続して設けている。高電圧用正側電力線２６及び高電圧用負側電力線２８は、他端側を高電圧系統の補機３０に接続して設けている。
【００１３】
また、切換スイッチ１６の並列接続用正側端子部２２−１〜２２−３及並列接続用負側端子部２４−１〜２４−３には、夫々低電圧用正側電力線３２及び低電圧用負側電力線３４の一端側を接続して設けている。低電圧用正側電力線３２及び低電圧用負側電力線３４には、前記第１の電池４の正側端子部８と負側端子部１０とを接続して設け、他端側を低電圧系統の補機３６に接続して設けている。
【００１４】
切換スイッチ１６は、組電池６−１〜６−３の正側端子部１２−１〜１２−３及び負側端子部１４−１〜１４−３を、直列接続用正側端子部１８−１〜１８−３及び直列接続用負側端子部２０−１〜２０−３に接続することにより、第２の電池６を直列接続に切換え、また、組電池６−１〜６−３の正側端子部１２−１〜１２−３及び負側端子部１４−１〜１４−３を、並列接続用正側端子部２２−１〜２２−３及並列接続用負側端子部２４−１〜２４−３に接続することにより、第２の電池６を並列接続に切換える。
【００１５】
このように、この車両用電力制御装置２は、低電圧の電力を供給する第１の電池４と組電池６−１〜６−３からなる第２電池６を設け、第２の電池６の組電池６−１〜６−３を直列接続と並列接続とを切換える切換スイッチ１６を設けている。第２の電池６は、組電池６−１〜６−３の直列接続になる側を高電圧系統の補機３０に接続し、並列接続になる側を低電圧系統の補機３６に接続し、低電圧を供給する第１の電池４を別に設けて低電圧系統の補機３６に並列に接続している。なお、切換スイッチ１６は、高速に電圧切換動作をさせる必要がある場合に、半導体スイッチ等を用いることができる。
【００１６】
前記切換スイッチ１６は、制御手段３８に接続して設けている。制御手段３８には、図示しない車両の起動や停止の情報を入力するイグニションスイッチ４０、第１・第２の電池４・６の出力する電力の電圧値や電量値の情報を入力する電池センサ４２、車両の動作状態であるアクセルペダルの操作状態の情報を入力するアクセルセンサ４４等が接続されている。
【００１７】
制御手段３８は、イグニションスイッチ４０や電池センサ４２、アクセルセンサ４４等から入力する信号により車両の動作状態を判断し、車両の動作状態に応じて第２の電池６の出力が直列接続による高電圧あるいは並列接続による低電圧になるように、切換スイッチ１６を切換制御する。なお、この実施例においては、車両用電力制御装置２を搭載した図示しない車両は、燃料電池４６の発生する電力により走行する燃料電池車である。燃料電池４６は、図示しない正側端子部を整流器４８を介して高電圧用正側電力線２６に接続して設け、図示しない負側端子部を高電圧用負側電力線２８に接続して設けている。
【００１８】
次に作用を説明する。
【００１９】
車両用電力制御装置２は、制御手段３８によって、図２に示す如く、イグニションスイッチ４０により車両を起動（１００）すると、第１の電池４の供給する低電圧により低電圧系統の補機３６を始動（１０２）し、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が高電圧になるように直列接続に切換え（１０４）、第２の電池６の供給する高電圧により高電圧系統の補機３０を始動（１０６）し、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が低電圧になるように並列接続に切換え（１０８）る。
【００２０】
次に、燃料電池４６に異常があるか否かを判断（１１０）する。この判断（１１０）がＮＯの場合は、車両の制動運転により回生エネルギが発生しているか否かを判断（１１２）する。この判断（１１２）がＮＯの場合は、力行が要求されたか否かを判断（１１４）する。この判断（１１４）がＮＯの場合は、車両が停止されたか否かを判断（１１６）する。この判断（１１６）がＮＯの場合は、前記判断（１１０）に戻る。この判断（１１６）がＹＥＳの場合は、車両停止の処理（１１８）をする。
【００２１】
前記判断（１１０）がＹＥＳの場合は、図３に示す如く、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が高電圧になるように直列接続に切換え（１２０）、異常走行モードの処理（１２２）をし、車両が停止されたか否かを判断（１２４）する。この判断（１２４）がＮＯの場合は、異常走行モードの処理（１２２）をする。この判断（１２４）がＹＥＳの場合は、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が低電圧になるように並列接続に切換え（１２６）、車両停止の処理（１１８）に進む。
【００２２】
前記判断（１１２）がＹＥＳの場合は、図４に示す如く、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が高電圧になるように直列接続に切換え（１２８）、回生エネルギを回収する処理（１３０）をし、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が低電圧になるように並列接続に切換え（１３２）、力行が要求されたか否かの判断（１１４）に進む。
【００２３】
前記判断（１１４）がＹＥＳの場合は、図５に示す如く、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が高電圧になるように直列接続に切換え（１３４）、力行の処理（１３６）をし、切換スイッチ１６を第２の電池６の出力が低電圧になるように並列接続に切換え（１３８）、車両が停止されたか否かの判断（１１６）に進む。
【００２４】
この車両用電力制御装置２は、車両の起動時に、切換スイッチ１６により第２の電池６の出力が高電圧になるように切換えて高電圧系統の補機３０を起動し、車両が起動したら、切換スイッチ１６を低電圧側に切換えて低電圧系統の補機３６を起動する。
【００２５】
これにより、車両用電力制御装置２は、通常時には高電圧系統の補機３０へは燃料電池４６から電源を供給し、低電圧系統の補機３６へは低電圧供給専用電池である第１の電池４と切換スイッチ１６の切換えによる第２の電池６の組電池６−１〜６−３とから電源を供給することができる。
【００２６】
車両用電力制御装置２は、車両の動作時に、組電池６−１〜６−３である第２の電池６の出力が高電圧になるように切換えると、制動動作時の回生エネルギーの回収電源、力行補助電源、燃料電池４６故障時の非常走行用電源として使用することができる。
【００２７】
このように、この車両用電力制御装置２は、車両の起動時に高電圧系の補機を使用する場合に、第２の電池６の組電池６−１〜６−３を直列接続に切換えて高電圧を出力することができ、従来のように低電圧を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを必要としない。
【００２８】
このため、この車両用電力制御装置２は、車両起動用に低電圧を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する必要がなく、省スペースと軽量化を果たすことができ、車両効率を向上することができる。また、この車両用電力制御装置２は、制動時の回生エネルギーを回収することができ、車両の力行補助や燃料電池故障時の非常走行を行うことができる。
【００２９】
なお、この車両用電力制御装置２は、燃料電池車だけでなく、電気自動車やハイブリッド車でも通常は補機用電源として用いておき、非常時の走行用電源（力行電源）として使用することが可能である。
【００３０】
また、この発明は、上述実施例に限定されるものではなく、種々応用改変が可能である。例えば、上述実施例においては、直列接続時に高電圧を供給可能で並列接続時に低電圧を供給可能な複数の組電池６−１〜６−３からなる第２の電池６を設けたが、複数の組電池を要求電圧等に応じて２群に分け、切換スイッチ１６によって、１方の群の組電池を並列接続して低電圧を供給するとともに他方の群の組電池を直列接続して高電圧を供給することにより、低電圧を供給する専用の第１の電池４を必要とすることなく、高電圧系統の補機３０と低電圧系統の補機３６とに夫々高電圧と低電圧とを同時に供給することができる。
【００３１】
さらに、上述実施例においては、低電圧を供給する第１の電池４は、低電圧系統の補機３６にだけ電力を供給したが、切換スイッチ１６によって第１の電池４を第２の電池６に直列接続あるいは並列接続に切換可能に接続することにより、第１の電池４の電力を高電圧系統の補機３０に供給する高電圧を得るための電力に利用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
このように、この発明の車両用電力制御装置は、車両の起動時に高電圧系の補機を使用する場合に、第２の電池の組電池を直列接続に切換えて高電圧を出力することができ、従来のように低電圧を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを必要としない。
このため、この車両用電力制御装置は、車両起動用に低電圧を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する必要がなく、省スペースと軽量化を果たすことができ、車両効率を向上することができる。また、この車両用電力制御装置は、制動時の回生エネルギーを回収することができ、車両の力行補助や燃料電池故障時の非常走行を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を示す車両用電力制御装置の概略構成図である。
【図２】車両の起動から停止までの制御のメインフローチャートである。
【図３】燃料電池異常時のサブフローチャートである。
【図４】回生エネルギ発生時のサブフローチャートである。
【図５】力行要求時のサブフローチャートである。
【符号の説明】
２  車両用電力制御装置
４  第１の電池
６  第２の電池
６−１〜６−ｎ  組電池
１６  切換スイッチ
３０  高電圧系統の補機
３６  低電圧系統の補機
３８  制御手段
４０  イグニションスイッチ
４２  電池センサ
４４  アクセルセンサ
４６  燃料電池
【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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