(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動系への給電を主目的とする第１のバッテリと、駆動系と異なる電源系統への給電を行う第２のバッテリとを有し、前記第２のバッテリは前記第１のバッテリからの充電でエネルギー補充を行っている電気自動車において、
前記第１のバッテリから電力を受け電圧を調整して前記第２のバッテリに対し充電を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に設けられて、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流計と、前記電流計によって検出されたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の検出値を所定値と比較する出力電流判定手段と、前記出力電流判定手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下であると判定された場合は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせないよう制御を行う出力制御手段とを有することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム。
【請求項２】
前記所定値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの効率が最高点に転じるときの電流値に対応して設定されるものであることを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム。
【請求項３】
前記第２のバッテリの端子電圧を検出する電圧計と、前記第２のバッテリの端子電圧と第２所定値とを比較する充電制御手段を設け、前記第２のバッテリの端子電圧が第２所定値より小さいとき、前記出力制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせる制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム。
【請求項４】
前記第２所定値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる前記第２のバッテリの充電電流が前記所定値より大きいものとなるように設定されることを特徴とする請求項３記載のＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム。
【請求項５】
前記出力制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が前記所定値以下、かつ前記第２のバッテリの端子電圧が前記第２所定値以上の場合は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせない制御を行うことを特徴とする請求項３また４記載のＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気自動車において動力源としてのメインバッテリから電力を低電圧のサブバッテリに充電する際に用いられるＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムの構成に係り、とくに電力変換する際のエネルギーロスを低減させたＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車では、車両駆動を主目的とするメインバッテリが搭載されるほか、車両制御、照明など低電圧負荷への電力供給を行うサブバッテリが備えられている。サブバッテリはメインバッテリからの充電でエネルギーを得ている。メインバッテリは駆動系の電圧要求に合わせて出力電圧が高く設定され、サブバッテリを充電するに際して、ＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムを用いてサブバッテリとの電圧差を調整して充電するようになっている。
【０００３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムとしては、従来図５に示すようなＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム３Ａが用いられている。サブバッテリ２はＤＣ／ＤＣコンバータ３１Ａを介してメインバッテリ１に接続される。サブバッテリ２には端子電圧を検出する電圧計３４が設置される。電圧計３４の検出値が充電制御部３５Ａに出力され、ここで所定値と比較され、サブバッテリ２の電力量が判断される。出力制御部３７Ａは充電制御部３５Ａの判定結果によって電力量が下限値になった場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１Ａを作動させ、第２のバッテリを充電させる。充電により電力量が回復すると、充電が停止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムでは、サブバッテリの端子電圧をチェックして充電電流を流すか流さないかの制御を行うので、負荷４が作動しない場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１Ａの出力電流はサブバッテリ２への充電電流のみになる。
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム３Ａは定電圧を出力するので、サブバッテリ２の容量回復にしたがって、充電電流が小さくなる。ＤＣ／ＤＣコンバータは出力電流が大きいほど効率がよいので、充電電流が小さくなると、エネルギーロスが多くなるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、駆動系への給電を主目的とする第１のバッテリと、駆動系と異なる電源系統への給電を行う第２のバッテリとを有し、前記第２のバッテリは前記第１のバッテリからの充電でエネルギー補充を行っている電気自動車において、
前記第１のバッテリから電力を受け電圧を調整して前記第２のバッテリに対し充電を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に設けられて、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流計と、前記電流計によって検出されたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の検出値を所定値と比較する出力電流判定手段と、前記出力電流判定手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下と判定した場合は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせないよう制御を行う出力制御手段とを有するものとした。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記所定値が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの効率が最高点に転じるときの電流値に対応して設定されるものとした。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記第２のバッテリの端子電圧を検出する電圧計と、前記第２のバッテリの端子電圧と第２所定値とを比較する充電制御手段を設け、前記第２のバッテリの端子電圧が第２所定値より小さいとき、前記出力制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせる制御を行うものとした。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記第２所定値が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる前記第２のバッテリの充電電流が前記所定値より大きいものとなるように設定されるものとした。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記出力制御手段が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が前記所定値以下、かつ前記第２のバッテリの端子電圧が前記第２所定値以上の場合は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせない制御を行うものとした。
【００１１】
【作用】
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下の場合は、出力制御手段がＤＣ／ＤＣコンバータに電流出力を行わせない制御を行う。このとき第２のバッテリのみが負荷への給電を行う。負荷への給電によってサブバッテリの端子電圧が下がり、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧との電圧差が大きくなる。電圧差が大きくなることによって第２のバッテリへの充電電流が大きくなる。
【００１２】
この充電電流と負荷への電流の合計が前記所定値より大きい場合、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが電力を出力する。これによって第２のバッテリが充電され、充電量が回復される。
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータは所定値以上の電流だけを出力するので、所定値の選択で効率のよい領域で作動することが可能になる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、前記第２のバッテリの端子電圧が第２所定値より小さいときは、前記出力制御手段が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせる制御を行うようにしたので、第２のバッテリの放電下限が設定され、過放電することが防止される。
【００１４】
請求項４記載の発明では、前記第２所定値が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる前記第２のバッテリの充電電流が前記所定値より大きいものとなるように設定されるので、第２のバッテリを充電するだけでも、所定値以上の電流がＤＣ／ＤＣコンバータから出力されることが可能になる。これによって負荷が作動しなくても、ＤＣ／ＤＣコンバーが効率よく作動することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下で、かつ第２のバッテリの端子電圧が第２所定値以上の場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが電力出力を行わないので、ＤＣ／ＤＣコンバータが効率よく電流出力ができるとともに、第２のバッテリの端子電圧がほぼ第２所定値の付近で維持され、電圧の大きな変動が防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を実施例により説明する。
電気自動車には、車両駆動系への給電を行うメインバッテリが搭載される。また車両駆動系とは別の低電圧系統にサブバッテリが接続され給電を行う。低電圧系統には車両の制御、照明、エアコンなどの低電圧負荷が接続される。
【００１７】
メインバッテリは始動スイッチを入れる前に、給電回路から切り離されている。始動スイッチはサブバッテリの給電で作動する。
メインバッテリは例えば出力電圧が３５０Ｖに設定される。サブバッテリは例えば満充電時の電圧が１４Ｖに設定される。
【００１８】
サブバッテリのエネルギー補充はメインバッテリが給電回路に接続してから行う。すなわち始動スイッチを入れてから行う。メインバッテリからサブバッテリに対するエネルギー補充はＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムによって行う。
【００１９】
図１はＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムの構成を示す図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端はメインバッテリ１に接続し、出力端子はサブバッテリ２に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から電力が出力されるかどうかは出力制御部３７によって制御される。サブバッテリ２には制御系、照明、エアコンなど低電圧の負荷４が接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電圧は１４Ｖに設定される。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端には、出力電流を検出する電流計３２が設けられ、電流計３２の検出値は出力電流判定部３３に出力される。出力電流判定部３３は電流検出値が第１所定値より大きいかどうかを判断する。判断の結果所定値より大きい場合はＨ信号、小さい場合にはＬ信号を出力する。
【００２１】
サブバッテリ２には端子電圧を検出する電圧計３４が設置される。電圧計３４の検出値が充電制御部３５に出力される。充電制御部３５では、電圧計３４の検出値が第２所定値と比較される。その比較の結果によって充電制御部３５が電圧検出値が第２所定値以上の場合はＬ信号、低い場合にはＨ信号を出力する。
ＯＲ回路３６は出力電流判定部３３、充電制御部３５の出力信号を入力し、論理演算の結果であるＨ、Ｌ信号を出力制御部３７に出力する。ここでＨ信号はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に電流を出力させる信号である。Ｌ信号はＤＣ／ＤＣコンバータ３１に電流を出力させない信号である。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は図２に示すような出力特性を有する。すなわち出力電流が２０Ａ以下の場合は、出力電流の増加にしたがって効率が増大する傾向を示し、２０Ａでピークの８５％に達してからはほぼ一定に維持する特性を持っている。
【００２３】
上記第１所定値は２０Ａに設定される。
上記第２所定値はサブバッテリの容量に合わせて充電開始時の充電電流が２０Ａ以上に達するように設定される。本実施例では１２Ｖに設定される。
【００２４】
次に、上記の構成について作動の流れを説明する。
負荷４を使用し、サブバッテリ２が給電することによって端子電圧が下がる。
端子電圧が第２所定値の１２Ｖ以下に下がると、充電制御部３５がＨ信号を出力する。このとき出力電流判定部３３がＬ信号を出力している場合でも、出力制御部３７がＨ信号を出力する。これによってＤＣ／ＤＣコンバータ３１から電流が出力される。出力電流値はサブバッテリ２に対する充電電流と負荷への給電電流の合計になる。
【００２５】
充電電流は２０Ａ以上になるように設定されているので、このとき、負荷４が作動しなくても、出力電流判定部がＨ信号を出力し、出力判定部３３がＨ信号を出力する。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から電流出力が維持され、サブバッテリが充電される。
【００２６】
充電による容量回復で、端子電圧が上昇する。端子電圧が第２所定値の１２Ｖ以上に上昇すると、充電制御部３５がＬ信号を出力する。このとき充電電流が２０Ａ以上にあるので、出力制御部３７がＨ信号を出力し充電が続けられる。今度は端子電圧の上昇によってＤＣ／ＤＣコンバータ３１との電圧差が縮み、充電電流が第１所定値の２０Ａ以下に減少すると、充電制御部３７がＬ信号を出力する。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が電流出力を遮断する。
【００２７】
メインバッテリは発明の第１のバッテリに対応する。
サブバッテリは発明の第２のバッテリに対応する。
第１所定値は発明の所定値に対応する。
第２所定値は発明の第２所定値に対応する。
出力制御部は発明の出力制御手段に対応する。
充電制御部は充電制御手段に対応する。
出力電力判定部は出力電流判定手段に対応する。
【００２８】
本実施例は以上のように構成され、負荷４への給電は、まずサブバッテリ２が行う。サブバッテリ２の端子電圧が１２Ｖ以下に下がった場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動し電流を出力する。このとき出力される電流は充電電流と負荷への電流の合計になる。充電電流は２０Ａ以上に設定されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータが８５％以上の効率で給電を行う。充電による容量回復で、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が２０Ａ以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータが電流出力を遮断し、負荷への給電はサブバッテリ２が行う。
【００２９】
上記制御の結果、例えば１４０Ｗｈの電力を消費するのに、従来は図３に示すように１時間の通電で、１４Ｖの電圧で１０Ａの電流が出力されることになる。この電流では本実施例と同等のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合の効率が０．５となるので、２８０Ｗｈの電力が入力されている。この結果、１４０Ｗｈのエネルギーロスが発生する。
【００３０】
本実施例では、同じ１４Ｖの電圧で電流が１０Ａを１時間消費する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが２０Ａ以下の電流を提供しないので、サブバッテリが給電を行う。そしてサブバッテリの電力が所定値以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータが電力供給を開始する。このとき出力電流は充電電流と負荷への給電電流の合計になる。
【００３１】
充電電流は２０Ａ以上になるように設定されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータが少なくとも２０Ａの電流を出力することになる。出力電流を２０Ａとした場合、負荷に対する１時間の給電は、図４に示すように、３回断続的な給電になる。出力電力は２８０Ｗで、入力電力は３５０Ｗである。ＤＣ／ＤＣコンバータの作動時間の合計は０．５時間になる。
したがって同じ１４０Ｗｈの電力を出力するのに、ロスした分すなわちハッチングの面積分が０．５×（３５０−２８０）＝３５Ｗｈと従来の１７０Ｗｈより少なくなっている。
【００３２】
サブバッテリについては、ＤＣ／ＤＣコンバータに電力を出力させない第２所定値は１２Ｖと満充電時の１４Ｖより低く設定されているため、サブバッテリの寿命延長に繋がり、電圧の頻繁な変動が防止される。また過放電によるバッテリ損傷を防止する効果も得られる。
【００３３】
【発明の効果】
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下の場合は、出力制御手段がＤＣ／ＤＣコンバータに電流出力を行わせない制御を行う。このとき第２のバッテリのみが負荷への給電を行う。負荷への給電によってサブバッテリの端子電圧が下がり、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧との電圧差が大きくなる。電圧差が大きくなることによって第２のバッテリへの充電電流が大きくなる。
【００３４】
この充電電流と負荷への電流の合計が前記所定値より大きい場合、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが電力を出力する。これによって第２のバッテリが充電され、充電量が回復される。
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータは所定値以上の電流だけを出力するので、所定値の選択で効率のよい領域で作動することが可能になる。
【００３５】
請求項３記載の発明では、前記第２のバッテリの端子電圧が第２所定値より小さいと比較さきは、前記出力制御手段が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせる制御を行うようにしたので、第２のバッテリの放電下限が設定され、過放電することが防止される。
【００３６】
請求項４記載の発明では、前記第２所定値が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる前記第２のバッテリの充電電流が前記所定値より大きいものとなるように設定されるので、第２のバッテリを充電するだけでも、所定値以上の電流がＤＣ／ＤＣコンバータから出力されることが可能になる。これによって負荷が作動しなくても、ＤＣ／ＤＣコンバーが効率よく作動することができる。
【００３７】
請求項５記載の発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下で、かつ第２のバッテリの端子電圧が第２所定値以上の場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが電力出力を行わないので、ＤＣ／ＤＣコンバータが効率よく電流出力ができるとともに、第２のバッテリの端子電圧がほぼ第２所定値の付近で維持され、電圧の大きな変動が防止される。質の高い給電が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施例の構成を示す図である。
【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムの特性を示す図である。
【図３】従来のＤＣ／ＤＣコンバータ給電システムを用いた場合の効率説明図である。
【図４】実施例を用いた場合の効率説明図である。
【図５】従来例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１      メインバッテリ
２      サブバッテリ
３      ＤＣ／ＤＣコンバータ給電システム
４      負荷
３１、３１Ａ        ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２    電流計
３３、３３Ａ        出力電流判定部
３４    電圧計
３５、３５Ａ        充電制御部
３６    ＯＲ回路
３７、３７Ａ        出力制御部
【図１】
0003796353.tif 000002
【図２】
0003796353.tif 000003
【図３】
0003796353.tif 000004
【図４】
0003796353.tif 000005
【図５】
0003796353.tif 000006