(57)【要約】【課題】絶縁方式が異なる２出力の車両用電源回路を安価かつ小型化することを目的とする。【解決手段】インダクタ１２、スイッチング素子１４、１６、及びダイオード１８、２０を含む非絶縁型コンバータ２２におけるインダクタ１２を一次側コイルとして、コイルを１本追加してトランス２８を構成して、制御装置３６がスイッチング素子１４、１６のオンオフを制御して、モータ用インバータ回路２４へ電力を供給すると共に、ＥＨＣ坦体抵抗３４に電力を供給する。【選択図】図１
2012065501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタ、スイッチング素子、及びダイオードを含む非絶縁型コンバータと、
前記非絶縁型コンバータのインダクタを一次側コイルとしたトランスと、
を備えた車両用電源装置。
【請求項２】
前記非絶縁型コンバータのスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段を更に備えた請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記非絶縁型コンバータに電力を供給するための蓄電池と、
前記非絶縁型コンバータの出力側に接続された自動車走行用の駆動手段と、
前記トランスの出力側に接続された車載機器と、
を更に備えた請求項１又は請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記トランスと前記車載機器との間に接続されたスイッチ手段を更に備えた請求項３に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
第１のダイオードと、
カソードが前記第１のダイオードのアノードに接続された第２のダイオードと、
一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記第１のダイオードのアノードに接続され、かつ制御端にオンオフ信号が入力されるように接続された第１のスイッチング素子と、
一端が前記第２のダイオードのカソードに接続され、他端が前記第２のダイオードのアノードに接続され、かつ制御端にオンオフ信号が入力されるように接続された第２のスイッチング素子と、
一端が前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとに接続されると共に、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に接続され、他端が蓄電池に接続されるインダクタと、
二次側コイルを備え、前記インダクタを一次側コイルとするトランスと、
を備えた車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用電源装置にかかり、特に、ハイブリッド自動車等の車両で使用する電気加熱式触媒装置等に電源供給可能な車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題等を考慮して、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド自動車が注目を集めている。
【０００３】
ハイブリッド自動車では、エンジンを搭載しているので、排気ガスを浄化する触媒装置が必要であるが、この触媒装置は排気ガスを酸化、還元できる温度範囲が決まっており、温度が低下すると排気ガスの浄化能が低くなる。そこで、触媒装置として電気加熱式触媒装置（以下「ＥＨＣ（Electrical Heating Catalyzer）」とも称する。）を排気通路に設け、触媒温度が低下した場合に加熱することによって排気ガスを浄化する技術が提案されている。
【０００４】
このような電気加熱式触媒装置では、触媒を加熱するためのヒータ用の電源が必要となるため、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、外部電源を利用して充電可能なプラグインハイブリッド車において、充電器の電圧変換部を用いて外部電源から蓄電池の充電時においては外部電源から、走行時においては蓄電池から、必要に応じて電気加熱式触媒装置の動作電力を供給することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７４４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電気加熱式触媒装置のように電源が必要な機器をハイブリッド自動車に搭載する場合には、特許文献１に記載の技術のように、走行用のモータへ電力を供給する電源回路とは別に専用の電源回路が必要となり、例えば、図５に示すように、非絶縁型ＤＣＤＣコンバータ５０、及びフルブリッジ回路等を利用した絶縁型ＤＣＤＣコンバータ５２のように２系統の電源回路が必要となる。
【０００８】
また、ハイブリッド自動車等の走行用のモータへ電力を供給する電源回路は、非絶縁型のものが一般的に使用されるが、電気加熱式触媒装置の場合には、安全性を考慮して絶縁性の電源回路が必要となり、異なる絶縁方式の電源回路を設ける必要があるため、電源回路の体格及びコストの面で改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、絶縁方式が異なる２出力の車両用電源回路を安価かつ小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、インダクタ、スイッチング素子、及びダイオードを含む非絶縁型コンバータと、前記非絶縁型コンバータのインダクタを一次側コイルとしたトランスと、を備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、非絶縁型コンバータによって電力を変換して供給することができる。
【００１２】
また、絶縁型コンバータのインダクタを一次コイルとしたトランスによって絶縁型の電源回路とすることができる。すなわち、非絶縁型コンバータへ電力が供給されると、インダクタを流れる電流によってトランスに起電力が発生し、非絶縁型コンバータの出力以外の出力へ電源を供給することが可能となる。
【００１３】
換言すれば、非絶縁型コンバータのインダクタにコイルを１本追加してトランス構造とするだけで、電源出力が可能となり、フルブリッジ等の回路を設けることなく、電源回路を設けることができる。
【００１４】
従って、絶縁方式が異なる２出力の車両用電源回路を安価かつ小型化することができる。
【００１５】
なお、請求項２に記載の発明のように、非絶縁型コンバータのスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段を備えるようにしてもよい。制御手段が、スイッチング素子のオンオフを制御してデューティ比を制御することで、トランスの出力電圧を変更することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明のように、非絶縁型コンバータに電力を供給するための蓄電池と、非絶縁型コンバータの出力側に接続された自動車走行用の駆動手段と、トランスの出力側に接続された車載機器と、を更に備えるようにしてもよい。すなわち、駆動手段と、車載機器とに電力を供給することができる。このとき、請求項４に記載の発明のように、トランスと車載機器との間に接続されたスイッチ手段を更に備えるようにしてもよい。これによってスイッチング手段のオンオフにより、車載機器への電力供給の有無を制御することができる。
【００１７】
なお、請求項５に記載の発明のように、第１のダイオードと、カソードが前記第１のダイオードのアノードに接続された第２のダイオードと、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記第１のダイオードのアノードに接続され、かつ制御端にオンオフ信号が入力されるように接続された第１のスイッチング素子と、一端が前記第２のダイオードのカソードに接続され、他端が前記第２のダイオードのアノードに接続され、かつ制御端にオンオフ信号が入力されるように接続された第２のスイッチング素子と、一端が前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードとに接続されると共に、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に接続され、他端が蓄電池に接続されるインダクタと、二次側コイルを備え、前記インダクタを一次側コイルとするトランスと、を備える車両用電源装置としてもよい。
【００１８】
すなわち、第１のダイオード、第２のダイオード、第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、及びインダクタによって非絶縁型コンバータを構成して、絶縁型コンバータのインダクタを一次コイルとしてトランスを設けることにより、絶縁型の電源回路とすることができる。すなわち、非絶縁型コンバータへ電力が供給されると、インダクタを流れる電流によってトランスに起電力が発生し、非絶縁型コンバータの出力以外の出力へ電源を供給することが可能となるので、請求項１の発明と同様に、絶縁方式が異なる２出力の車両用電源回路を安価かつ小型化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、絶縁型コンバータのインダクタをトランスの一次側コイルと共用するので、絶縁方式が異なる２出力の車両用電源回路を安価かつ小型化することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の一例を示す図である。
【図２】スイッチング素子のオンオフによってトランスを流れる電流を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の第１変形例の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の第２変形例の一例を示す図である。
【図５】フルブリッジ等の２系統の電源回路を設けた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の一例を示す図である。
【００２２】
本実施の形態に係わる車両用電源装置１０は、エンジンとモータを備えたハイブリッド自動車に搭載した例を説明する。
【００２３】
本実施の形態に係わる車両用電源装置１０を搭載したハイブリッド自動車は、エンジンの排気ガスを浄化する触媒を加熱するための電気加熱式触媒装置（ＥＨＣ）を備えており、本実施の形態では、車両用電源装置１０が、走行用のモータ及びＥＨＣへ電力を供給する例を説明する。
【００２４】
本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０は、インダクタ１２、スイッチング素子１４、１６、及びダイオード１８、２０を含む非絶縁型コンバータ２２を備えている。非絶縁型コンバータ２２には、走行用モータを駆動するモータ用インバータ回路２４が接続されている。
【００２５】
本実施の形態では、非絶縁型コンバータ２２は、ハイブリッド自動車等の走行用の電力を蓄電するＨＶバッテリ２６からの電力を変換してモータ用インバータ回路２４へ電力を供給する。
【００２６】
非絶縁型コンバータ２２は、詳細には、スイッチング素子１６の一端が、ダイオード２０のカソードに接続されると共に、モータ用インバータ回路２４の入力側に接続され、スイッチング素子１６の他端が、スイッチング素子１４の一端、ダイオード２０のアノード、ダイオード１８のカソード、及びインダクタ１２に接続され、スイッチング素子１４の他端は、ダイオード１８のアノード及びモータ用インバータ回路２４の入力側に接続されて、所謂昇降圧チョッパ回路を構成している。
【００２７】
また、本実施の形態では、非絶縁型コンバータ２２を構成するインダクタ１２が、トランス２８の一次側コイルとして機能する。すなわち、インダクタ１２に対してコイルを１本追加することによってトランス構造とする。
【００２８】
これによって、トランス２８の一次側コイルとしてのインダクタ１２には、非絶縁型コンバータ２２に供給される電力が流れ、当該電力によって追加したコイルに起電力が発生する。すなわち、トランス２８によって絶縁型コンバータ３０が構成され、電力を供給することができる。本実施の形態では、絶縁型コンバータ３０には、ＥＨＣ坦体抵抗３４への通電を制御するＥＨＣ電源ユニット３２が接続されている。
【００２９】
また、本実施の形態に係わる車両用電源装置１０は、制御装置３６が設けられており、非絶縁型コンバータ２２のスイッチング素子１４、１６及びＥＨＣ電源ユニット３２が制御装置３６に接続されている。
【００３０】
制御装置３６は、スイッチング素子１４、１６の制御端にオンオフ信号を入力することにより、モータ用インバータ回路２４へ供給する電力を制御すると共に、ＥＨＣ坦体抵抗３４への通電を制御する。
【００３１】
続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０の作用について説明する。
【００３２】
制御装置３６がスイッチング素子１４、１６のオンオフを制御することによって、ＨＶバッテリ２６からの電力が非絶縁型コンバータ２２によって電力が変換されてモータ用インバータ回路２４へ供給される。このとき、インダクタ１２がトランス２８の一次側コイルとして機能するため、ＥＨＣ電源ユニット３２側に電力を供給することができる。
【００３３】
このとき、制御装置３６がＥＨＣ電源ユニット３２を制御してＥＨＣ坦体抵抗３４への電力供給をオンすることによってＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力供給が可能となる。
【００３４】
例えば、スイッチング素子１４をオンオフすると、インダクタ１２の起電力によって、ＨＶバッテリ２６から非絶縁型コンバータ２２へ流れる電流が変化する。具体的には、スイッチング素子１４のオンにより電流値が上昇して、オフによって電流値が下降し、図２に示すように、電流値が上下しながら流れる。
【００３５】
すなわち、トランス２８の一次側のコイルに図２に示すようなリップル成分を持つ電流が流れるため、トランス２８を通してこの電流のリップル成分がＥＨＣ電源ユニット３２側に伝達可能となる。ここで、制御装置３６がＥＨＣ電源ユニット３２をオンしてＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力を供給することにより、触媒を加熱することができる。
【００３６】
このとき、スイッチング素子１４のオンオフのデューティを変更して、モータインバータ回路２４への電圧を変更することにより、トランス２８の出力調整が可能となる。
【００３７】
このように、本実施の形態では、インダクタ１２、スイッチング素子１４、１６、及びダイオード１８、２０を含む非絶縁型コンバータ２２に対して一本コイルを追加してトランス構造とすることで、非絶縁型コンバータ３０を構成して２つの電源出力が可能となる。
【００３８】
すなわち、絶縁型コンバータと非絶縁型コンバータが必要な場合に、図４に示すように、フルブリッジ等の２系統の電源回路を設けることなく、簡単な構成で２出力が可能となる。
【００３９】
続いて、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置１０の変形例について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の第１変形例を示す図である。なお、上記の実施の形態と同一部分については同一符号を付して説明する。
【００４０】
第１変形例の車両用電源装置は、インダクタ１２、スイッチング素子１３、１９、及びダイオード１１、２１を含む非絶縁型コンバータ２１を備えている。非絶縁型コンバータ２１には、走行用モータを駆動するモータ用インバータ回路２４が接続されている。
【００４１】
第１変形例においても、非絶縁型コンバータ２１は、ハイブリッド自動車等の走行用の電力を蓄電するＨＶバッテリ２６からの電力を変換してモータ用インバータ回路２４へ電力を供給する。
【００４２】
非絶縁型コンバータ２１は、詳細には、ダイオード１１のカソードが、スイッチング素子１９の一端に接続されると共に、モータ用インバータ回路２４の入力側に接続され、ダイオード１１のアノードが、スイッチング素子１３の一端、スイッチング素子１９の他端、ダイオード２１のカソード、及びインダクタ１２に接続され、スイッチング素子１３の他端は、ダイオード２１のアノード及びモータ用インバータ回路２４の入力側に接続されて、所謂昇降圧チョッパ回路を構成している。
【００４３】
また、非絶縁型コンバータ２１を構成するインダクタ１２が、第１変形例においても、トランス２８の一次側コイルとして機能し、インダクタ１２に対してコイルを１本追加することによってトランス構造とする。
【００４４】
これによって、トランス２８の一次側コイルとしてのインダクタ１２には、非絶縁型コンバータ２１に供給される電力が流れ、当該電力によって追加したコイルに起電力が発生する。すなわち、トランス２８によって絶縁型コンバータ３０が構成され、電力を供給することができる。第１変形例では、ＥＨＣ電源ユニット３２の代りに、ＥＨＣ坦体抵抗３４への通電を制御するためのリレースイッチ３３が絶縁型コンバータ３０に接続されている。なお、上記の実施の形態と同様に、ＥＨＣ電源ユニット３２を設けるようにしてもよい。
【００４５】
また、第１変形例においても、制御装置３６が設けられており、非絶縁型コンバータ２１のスイッチング素子１３、１９及びリレースイッチ３３が制御装置３６に接続されている。
【００４６】
制御装置３６は、スイッチング素子１３、１９の制御端にオンオフ信号を入力することにより、モータ用インバータ回路２４へ供給する電力を制御すると共に、ＥＨＣ坦体抵抗３４への通電を制御する。
【００４７】
続いて、上述のように構成された第１変形例の車両用電源装置の作用について説明する。
【００４８】
第１変形例においても、制御装置３６がスイッチング素子１３、１９のオンオフを制御することによって、ＨＶバッテリ２６からの電力が非絶縁型コンバータ２１によって電力が変換されてモータ用インバータ回路２４へ供給される。このとき、インダクタ１２がトランス２８の一次側コイルとして機能するため、リレースイッチ３３側に電力を供給することができる。
【００４９】
このとき、制御装置３６がリレースイッチ３３をオンすることによってＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力供給が可能となる。
【００５０】
すなわち、第１変形例においても、スイッチング素子１３をオンオフすると、インダクタ１２の起電力によってＨＶバッテリ２６から非絶縁型コンバータ２１へ流れる電流が変化して、上記の実施の形態と同様に、リップル成分を持つ電流が流れる。このリップル成分を持つ電流がトランス２８を流れることによって、リレースイッチ３３側へ電力を供給可能となる。ここで、制御装置３６がリレースイッチ３３をオンしてＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力を供給することにより、触媒を加熱することができ、上記の実施の形態と同様に、作用させることができる。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の第２変形例について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の第２変形例を示す図である。なお、上記の実施の形態及び第１変形例と同一部分については同一符号を付して説明する。
【００５２】
上記の実施の形態では、非絶縁型コンバータ２２が、２つのスイッチング素子１４、１６、及び２つのダイオード１８、２０を備える構成としたが、変形例では、それぞれ１つにした例を示す。
【００５３】
変形例の非絶縁型コンバータ２３は、詳細には、インダクタ１２にはスイッチング素子１５の一端、及びダイオード１７のアノードが接続され、スイッチング素子１５の他端がモータ用インバータ回路２４の入力側に接続されていると共に、ダイオード１７のカソードがモータ用インバータ回路２４の入力側に接続され、昇圧チョッパ回路を構成している。
【００５４】
また、非絶縁型コンバータ２３を構成するインダクタ１２が、第２変形例においても、トランス２８の一次側コイルとして機能し、インダクタ１２に対してコイルを１本追加することによってトランス構造とする。
【００５５】
これによって、トランス２８の一次側コイルとしてのインダクタ１２には、非絶縁型コンバータ２３に供給される電力が流れ、当該電力によって追加したコイルに起電力が発生する。すなわち、トランス２８によって絶縁型コンバータ３０が構成され、電力を供給することができる。第２変形例においても、ＥＨＣ電源ユニット３２の代りに、ＥＨＣ坦体抵抗３４への通電を制御するためのリレースイッチ３３が絶縁型コンバータ３０に接続されている。なお、上記の実施の形態と同様に、ＥＨＣ電源ユニット３２を設けるようにしてもよい。
【００５６】
また、変形例においても、制御装置３６が設けられており、非絶縁型コンバータ２３のスイッチング素子１５及びリレースイッチ３３が制御装置３６に接続されている。
【００５７】
制御装置３６は、スイッチング素子１５の制御端にオンオフ信号を入力することにより、モータ用インバータ回路２４へ供給する電力を制御すると共に、ＥＨＣ坦体抵抗３４への通電を制御する。
【００５８】
次に、変形例の車両用電源装置の作用について説明する。
【００５９】
変形例においても、制御装置３６がスイッチング素子１５のオンオフを制御することによって、ＨＶバッテリ２６からの電力が非絶縁型コンバータ２３によって電力が変換されてモータ用インバータ回路２４へ供給される。このとき、インダクタ１２がトランス２８の一次側コイルとして機能するため、リレースイッチ３３側に電力を供給することができる。
【００６０】
このとき、制御装置３６が、リレースイッチ３３を制御してＥＨＣ坦体抵抗３４への電力供給をオンすることにより、ＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力供給が可能となる。
【００６１】
すなわち、変形例においても、スイッチング素子１５をオンオフすると、インダクタ１２の起電力によってＨＶバッテリ２６から非絶縁型コンバータ２３へ流れる電流が変化して、上記の実施の形態と同様に、リップル成分を持つ電流が流れる。このリップル成分を持つ電流がトランス２８を流れることによって、リレースイッチ３３側へ電力を供給可能となる。ここで、制御装置３６がリレースイッチ３３をオンしてＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力を供給することにより、触媒を加熱することができ、上記の実施の形態と同様に、作用させることができる。
【００６２】
なお、上記の各実施形態では、モータ用インバータ回路２４及びＥＨＣ坦体抵抗３４へ電力を供給する例を挙げて説明したが、電力の供給先はこれに限るものではなく、車両に搭載された各種電気機器に供給するものを適用することができる。
【００６３】
また、上記の実施の形態において、ＥＨＣ電源ユニット３２は、変形例のようにリレースイッチ３３を適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０    車両用電源装置
１２    インダクタ
１４、１５、１６    スイッチング素子
１７、１８、２０    ダイオード
２２、２３    非絶縁型コンバータ
２４    モータ用インバータ回路
２６    ＨＶバッテリ
２８    トランス
３０    絶縁型コンバータ
３２    ＥＨＣ電源ユニット
３３    リレースイッチ
３４    ＥＨＣ坦体抵抗
３６    制御装置
【図１】
2012065501.tif 000003
【図２】
2012065501.tif 000004
【図３】
2012065501.tif 000005
【図４】
2012065501.tif 000006
【図５】
2012065501.tif 000007