(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載の高圧バッテリから給電される入力電流をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で断続するスイッチング素子を有し、前記断続された入力電流を電圧変換して低圧バッテリを介することなく低圧負荷に直接給電する降圧DC-DCコンバータと、
前記降圧DC-DCコンバータを制御する制御手段と、
を備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、
前記高圧バッテリから前記降圧DC-DCコンバータに給電される入力電力を求める検出手段と、
前記入力電力が所定の最大値に達した後でも前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、前記入力電力が前記最大値を超えない範囲で前記出力電流の増大を許可する制御手段とを備えることを特徴とする車両用充電装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記入力電力が前記最大値を超えない範囲で前記降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に制御することを特徴とする車両用充電装置。
【請求項３】
車載の高圧バッテリから給電される入力電流をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で断続するスイッチング素子を有し、前記断続された入力電流を電圧変換して低圧バッテリを介することなく低圧負荷に直接給電する降圧DC-DCコンバータと、
前記降圧DC-DCコンバータを制御する制御手段と、
を備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、
前記降圧DC-DCコンバータから出力される出力電力を求める検出手段と、
前記出力電力が所定の最大値に達した後で前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、前記出力電力が前記最大値を超えない範囲で前記出力電流の増大を許可する出力電流制御手段とを備えることを特徴とする車両用充電装置。
【請求項４】
請求項３記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記出力電力が前記最大値を超えない範囲で前記降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に制御することを特徴とする車両用充電装置。
【請求項５】
車載の高圧バッテリから給電される入力電流をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で断続するスイッチング素子を有し、前記断続された入力電流を電圧変換して低圧バッテリを介することなく低圧負荷に直接給電する降圧DC-DCコンバータと、
前記降圧DC-DCコンバータを制御する制御手段と、
を備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、
前記降圧DC-DCコンバータの電力損失を求める検出手段と、
入力電圧検出手段と、
前記電力損失が所定の最大値に達した後で前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、前記電力損失が前記最大値を超えない範囲で出力電流の増大を許可する出力電流制御手段とを備えることを特徴とする車両用充電装置。
【請求項６】
請求項５記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記電力損失が前記最大値を超えない範囲で前記降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に制御することを特徴とする車両用充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年の内燃機関駆動車両、ハイブリッド自動車、電気自動車（純バッテリ型、燃料電池型を含む）では、搭載大電気負荷への給電を低損失かつ軽量の回路系で実現するために、汎用の低圧負荷を低圧駆動するとともに、特別な大電気負荷を高圧駆動する二電源型車両回路系を採用していることが提案されている。
【０００３】
従来の二電源型車両回路系では、高圧回路系に給電する高圧バッテリと、低圧回路計に給電する低圧バッテリと、高圧バッテリから電圧変換して低圧バッテリに給電する降圧DC-DCコンバータとを設ける方式が提案されている。
【０００４】
この二電源型車両回路系において低圧バッテリを省略し、降圧DC-DCコンバータが低圧負荷に直接給電する方式を採用すれば、コスト及び車両の小型軽量化の利点が生じる。
【０００５】
ところが、車両用充電装置では、低圧負荷側での短絡事故や降圧DC-DCコンバータを構成する半導体素子の故障を防止するために過負荷保護を行う必要があり、このため、従来のこの種の電源回路では、その出力電流が所定値を超えないように制限していた。
【０００６】
しかしながら、上記した出力電流飽和制御では、大電気負荷への給電を確保するために、大出力の降圧DC-DCコンバータを採用する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、降圧DC-DCコンバータを大型化することなく出力電流増大が可能な車両用充電装置を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用充電装置は、車載の高圧バッテリから給電される入力電流をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で断続するスイッチング素子を有し、前記断続された入力電流を電圧変換して低圧バッテリを介することなく低圧負荷に直接給電する降圧DC-DCコンバータと、前記降圧DC-DCコンバータを制御する制御手段とを備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記高圧バッテリから前記降圧DC-DCコンバータに給電される入力電力を求める検出手段と、前記入力電力が所定の最大値に達した後でも前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、前記入力電力が前記最大値を超えない範囲で前記出力電流の増大を許可する制御手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
これにより、安全性を確保しつつ低圧負荷へ給電可能な出力電流を増大させることができる。
【００１０】
請求項２記載の構成は請求項１記載の車両用充電装置において更に、前記制御手段は、前記入力電力が前記最大値を超えない範囲で前記降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に制御することを特徴としている。
【００１１】
これにより、回路構成をほとんど複雑化することなく、出力電圧安定性を向上することができる。
【００１２】
請求項３記載の車両用充電装置は、車載の高圧バッテリから給電される入力電流をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で断続するスイッチング素子を有し、前記断続された入力電流を電圧変換して低圧バッテリを介することなく低圧負荷に直接給電する降圧DC-DCコンバータと、前記降圧DC-DCコンバータを制御する制御手段とを備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記降圧DC-DCコンバータから出力される出力電力を求める検出手段と、前記出力電力が所定の最大値に達した後で前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、前記出力電力が前記最大値を超えない範囲で前記出力電流の増大を許可する出力電流制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１３】
これにより、安全性を確保しつつ低圧負荷へ給電可能な出力電流を増大させることができる。
【００１４】
請求項４記載の構成は請求項３記載の車両用充電装置において更に、前記制御手段は、前記出力電力が前記最大値を超えない範囲で前記降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に制御することを特徴としている。
【００１５】
これにより、回路構成をほとんど複雑化することなく、出力電圧安定性を向上することができる。
【００１６】
請求項５記載の車両用充電装置は、車載の高圧バッテリから給電される入力電流をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で断続するスイッチング素子を有し、前記断続された入力電流を電圧変換して低圧バッテリを介することなく低圧負荷に直接給電する降圧DC-DCコンバータと、前記降圧DC-DCコンバータを制御する制御回路とを備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記降圧DC-DCコンバータの電力損失を求める検出手段と、入力電圧検出手段と、前記電力損失が所定の最大値に達した後で前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、前記電力損失が前記最大値を超えない範囲で出力電流の増大を許可する出力電流制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１７】
これにより、安全性を確保しつつ低圧負荷へ給電可能な出力電流を増大させることができる。
【００１８】
請求項６記載の構成は請求項５記載の車両用充電装置において更に、前記制御手段は、前記電力損失が前記最大値を超えない範囲で前記降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に制御することを特徴としている。
【００１９】
これにより、回路構成をほとんど複雑化することなく、出力電圧安定性を向上することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用充電装置の好適な実施態様を図面を参照して以下説明する。
【００２１】
【実施例１】
実施例１の車両用充電装置のブロック図を図１に示す。
【００２２】
（回路構成）
１は充電器、２は低圧負荷、３は高圧バッテリ、４は電流センサ、５は制御コントローラ（本発明でいう制御手段）である。
【００２３】
図２に示すように、充電器１は、いわゆる降圧DC-DCコンバータであって、インバータ１０と、トランス１１と、整流器１２とで構成されている。充電器１の必要箇所には電流平滑用のチョークコイルやコンデンサなどを設けられているが回路図示は省略する。
【００２４】
インバータ１０は、それぞれモジュール化又はワンチップに集積された一対のインバータ１０Ａ、１０Ｂを単相ブリッジ接続してなり、高圧バッテリ３から印加された高圧直流電力を交流電力に変換する。トランス１１はこの交流電力を降圧し、整流回路１２はこの交流電力を整流して低圧負荷２に給電する。インバータ１０は、双方向送電可能な回路構成に変更しても良い。また、充電器１を、単一のスイッチングトランジスタでチョークコイルの電流を一定周期で断続し、発生する高電圧をダイオードを通じて出力する回路構成に変更しても良い。
【００２５】
コントローラ５（制御手段）は、インバータ１０を構成するインバータ（スイッチング素子）１０Ａ、１０Ｂ（図示せず）を所定のＰＷＭ周期で制御している。この種の降圧DC-DCコンバータは周知であるので、詳細な説明は省略する。これにより、充電器１は、高圧バッテリ３の高圧直流電力を降圧して低圧負荷２に給電する。したがって、この実施例では、充電器１は、低圧バッテリを充電することはない。
【００２６】
電流センサ４は、充電器１に入力する充電器１の入力電流を検出して信号をコントローラ５に送り、同じく、図示しない電圧検出回路が、充電器１の入力電圧すなわち高圧バッテリ３の端子電圧、及び、充電器１の出力電圧すなわち低圧負荷２の印加電圧信号をコントローラ５に送っている。
【００２７】
（動作説明）
以下、このコントローラ５の制御動作を図２に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００２８】
まず、充電器１の入力電圧と入力電流を読み込み、これを積算して入力電力を求める（Ｓ１００）。
【００２９】
次に、算出した入力電力が所定の最大値未満かどうかを調べ（Ｓ１０２）、未満で有れば、充電器１の出力電圧とあらかじめ記憶する所定の定格値との差ΔＶを算出し（Ｓ１０４）、この差ΔＶに応じて、インバータ１０Ａ、１０Ｂのデューティ比を増減して、充電器１すなわち降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に維持する（Ｓ１０６）。
【００３０】
Ｓ１０２において、算出した入力電力が所定の最大値以上であれば、算出した入力電力と上記最大値の差ΔＰを算出し（Ｓ１０８）、この差ΔＰに応じて、ＣＭＯＳインバータ１０Ａ、１０Ｂのデューティ比を増減して、充電器１すなわち降圧DC-DCコンバータの入力電力を上記最大値に維持する（Ｓ１１０）。
【００３１】
（実施例効果）
このように構成したこの実施例の車両用充電装置の給電制御によれば、出力電流又は入力電流が所定の最大値を超えないように制御する通常の過電流制御に比較して、入力電力一定の条件で出力電流を増大して低圧負荷２に給電することができる。したがって、多くの低圧負荷２が接続されたなどして要求出力電流が増大した場合でも、低圧負荷２へ印加される電圧は低下するが、その分、要求出力電流を増やして、低圧負荷２の並列動作を維持することができる。
【００３２】
通常、多くの低圧負荷２は、印加電圧が多少（たとえば２０％程度）下がっても正常に動作するように設計されており、その結果、入力電流が出力電流に比例すると仮定すれば１０％程度の出力電流増大が可能となる。
【００３３】
また、この実施例では、入力電力が所定の最大値に達するまでは、同一の回路構成を用いて、定格出力電圧を低圧負荷２に出力することができる。すなわち、本発明は、定格出力電圧を出力する制御を行う低圧バッテリレスの車両用充電装置において、充電器１と低圧負荷２との電力消費一定の条件を維持して回路の過負荷保護を行うとともに、更に単に入力電流又は出力電流を一定値以下とする制御に比較して出力電流の増大を図ることができる。
【００３４】
【実施例２】
実施例２の車両用充電装置を図１を参照して以下に説明する。
【００３５】
この実施例では、図１において、電流センサ４を整流器１２と低圧負荷２とを結ぶラインの低圧の電流を検出するようにし、更に、図２のフローチャートのＳ１００、Ｓ０２、Ｓ０６を変更したものである。
【００３６】
すなわち、この実施例では、充電器１の出力電圧と出力電流を読み込み、これを積算して出力電力を求める（Ｓ１００）。
【００３７】
次に、算出した出力電力が所定の最大値未満かどうかを調べ（Ｓ１０２）、未満で有れば、充電器１の出力電圧とあらかじめ記憶する所定の定格値との差ΔＶを算出し（Ｓ１０４）、この差ΔＶに応じて、ＣＭＯＳインバータ１０Ａ、１０Ｂのデューティ比を増減して、充電器１すなわち降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に維持する（Ｓ１０６）。
【００３８】
Ｓ１０２において、算出した出力電力が所定の最大値以上であれば、算出した出力電力と上記最大値の差ΔＰを算出し（Ｓ１０８）、この差ΔＰに応じて、ＣＭＯＳインバータ１０Ａ、１０Ｂのデューティ比を増減して、充電器１すなわち降圧DC-DCコンバータの出力電力を上記最大値に維持する（Ｓ１１０）。
【００３９】
（実施例効果）
このように構成したこの実施例の車両用充電装置の給電制御によれば、出力電流又は入力電流が所定の最大値を超えないように制御する通常の過電流制御に比較して、出力電力一定の条件で出力電流を増大して低圧負荷２に給電することができる。したがって、多くの低圧負荷２が接続されたなどして要求出力電流が増大した場合でも、低圧負荷２へ印加される電圧は低下するが、その分、要求出力電流を増やして、低圧負荷２の並列動作を維持することができる。
【００４０】
通常、多くの低圧負荷２は、印加電圧が多少（たとえば２０％程度）下がっても正常に動作するように設計されており、その結果、１０％程度の出力電流増大が可能となる。
【００４１】
また、この実施例では、出力電力が所定の最大値に達するまでは、同一の回路構成を用いて、定格出力電圧を低圧負荷２に出力することができる。すなわち、本発明は、定格出力電圧を出力する制御を行う低圧バッテリレスの車両用充電装置において、低圧負荷２の電力消費一定の条件を維持して回路の過負荷保護を行うとともに、更に単に入力電流又は出力電流を一定値以下とする制御に比較して出力電流の増大を図ることができる。
【００４２】
【実施例３】
実施例３の車両用充電装置を図１を参照して以下に説明する。
【００４３】
この実施例では、図１において、充電器１の入力電流と出力電流の両方を検出するように、電流センサ４を２個用いる。
更に、図２のフローチャートのＳ１００、Ｓ０２、Ｓ０６を変更したものである。
【００４４】
すなわち、この実施例では、充電器１の入力電流、入力電圧のペアと、出力電圧、出力電流のペアとを読み込み、両ペアをそれぞれ積算して充電器１の入力電力と出力電力とを求め、更に、上記算出した入力電力と出力電力との差を求めて、これを充電器１の電力損失Ｑとする（Ｓ１００）。
【００４５】
次に、算出した電力損失Ｑが所定の最大値未満かどうかを調べ（Ｓ１０２）、未満で有れば、充電器１の出力電圧とあらかじめ記憶する所定の定格値との差ΔＶを算出し（Ｓ１０４）、この差ΔＶに応じて、インバータ１０Ａ、１０Ｂのデューティ比を増減して、充電器１すなわち降圧DC-DCコンバータの出力電圧を所定の定格値に維持する（Ｓ１０６）。
【００４６】
Ｓ１０２において、算出した電力損失Ｑが所定の最大値以上であれば、算出した電力損失Ｑと上記最大値の差ΔＰを算出し（Ｓ１０８）、この差ΔＰに応じて、インバータ１０Ａ、１０Ｂのデューティ比を増減して、充電器１すなわち降圧DC-DCコンバータの電力損失Ｑを上記最大値に維持する（Ｓ１１０）。
【００４７】
（実施例効果）
このように構成したこの実施例の車両用充電装置の給電制御によれば、出力電流又は入力電流が所定の最大値を超えないように制御する通常の過電流制御に比較して、充電器１の電力損失一定の条件で出力電流を増大して低圧負荷２に給電することができる。したがって、多くの低圧負荷２が接続されたなどして要求出力電流が増大した場合でも、低圧負荷２へ印加される電圧は低下するが、その分、要求出力電流を増やして、低圧負荷２の並列動作を維持することができる。
【００４８】
通常、多くの低圧負荷２は、印加電圧が多少（たとえば２０％程度）下がっても正常に動作するように設計されており、その結果、１０％程度の出力電流増大が可能となる。
【００４９】
また、この実施例では、充電器１の電力損失が所定の最大値に達するまでは、同一の回路構成を用いて、定格出力電圧を低圧負荷２に出力することができる。すなわち、本発明は、定格出力電圧を出力する制御を行う低圧バッテリレスの車両用充電装置において、充電器１の電力消費一定の条件を維持して回路の過負荷保護を行うとともに、更に単に入力電流又は出力電流を一定値以下とする制御に比較して出力電流の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の車両用充電装置のブロック回路図である。
【図２】図１に示す充電器の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１：充電器
２：低圧負荷
３：高圧バッテリ
４：電流センサ（検出手段）
５：コントローラ（検出手段、制御手段）
【図１】
0004196245.tif 000002
【図２】
0004196245.tif 000003