| 【発明の名称】 |
電気自動車用電源装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】神谷 克彦
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| 【要約】 |
【課題】電気自動車用電源装置において、同じ機能を有する部品の共用化を図り部品点数を削減することにより、小型化し製造コストの低下を図る。
【解決手段】電気自動車用電源装置４０は、トランス４１、交流電源３１からの交流電圧を整流する入力用整流器５３、高電圧側２次コイル４１ｂからの交流電圧を整流して高電圧用バッテリ３２に充電する第１出力用整流器６１、低電圧側２次コイル４１ｃからの交流電圧を整流して低電圧用バッテリ３３に充電する第２出力用整流器７１、切換リレー５４を介して１次コイル４１ａに入力される直流電圧を所定の短時間毎にオン・オフするスイッチング回路５６からなる。高電圧用バッテリ３２を充電するときは１次コイル４１ａに入力用整流器５３を接続し、低電圧用バッテリ３３を充電するときは１次コイル４１ａに高電圧用バッテリ３２を接続するように切換リレー５４を切り換える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 １次コイルと高電圧側及び低電圧側の各２次コイルを有するトランスと、前記トランスの高電圧側２次コイルから交流電圧を入力し整流して第１開閉リレーを介して高電圧用バッテリに充電する第１出力用整流器と、前記トランスの低電圧側２次コイルから交流電圧を入力し整流して第２開閉リレーを介して低電圧用バッテリに充電する第２出力用整流器と、交流電源から交流電圧を入力して整流する入力用整流器と、前記トランスの１次コイルに前記入力用整流器の出力側と前記高電圧用バッテリを選択的に接続する切換リレーと、前記切換リレーを介して前記１次コイルに入力される直流電圧を所定の短時間毎にオン・オフするスイッチング回路とを備え、前記高電圧用バッテリを充電するときには、前記１次コイルに前記入力用整流器を接続するように前記切換リレーを切り換えるとともに前記第１開閉リレーを閉じ、前記低電圧用バッテリを充電するときには、前記１次コイルに前記高電圧用バッテリを接続するように前記切換リレーを切り換えるとともに前記第２開閉リレーを閉じるようにしたことを特徴とする電気自動車用電源装置。
【請求項２】 前記高電圧側及び低電圧側の各２次コイルは互いに別個の２つの２次コイルにより構成してなる請求項１に記載の電気自動車用電源装置。
【請求項３】 前記交流電源からの前記入力用整流器へのＡＣ入力を検出するＡＣ入力センサを設け、前記ＡＣ入力を検出したとき前記１次コイルに前記入力用整流器を接続するように前記切換リレーを切り換えるとともに前記第１開閉リレーを閉じるようにした請求項１乃至請求項２に記載の電気自動車用電源装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源から入力した交流電圧を整流して高電圧用バッテリに充電する機能と高電圧用バッテリから入力した直流電圧を降圧して低電圧用バッテリに充電する機能を有する電気自動車用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば図２に示すように、交流電源１から入力した交流電圧を整流して高電圧用バッテリ２に充電する充電ユニット１０と高電圧用バッテリ２から入力した直流電圧を降圧して低電圧用バッテリ３に充電するＤＣ／ＤＣ変換ユニット２０からなる電気自動車用電源装置はよく知られている。
【０００３】充電ユニット１０は、交流電源１から交流電圧を入力し整流する入力用整流器１１と、入力用整流器１１から入力した直流電圧を第１スイッチング制御回路１２により制御されて所定の短時間毎にオン・オフする第１トランジスタ１３と、前記オン・オフされた直流電圧を入力して交流電圧を出力する第１トランス１４と、第１トランス１４からの交流電圧を入力し整流して第１開閉リレー１５を介して走行用モータ４の電源となる高電圧用バッテリ２に充電する第１出力用整流器１６により構成されている。
【０００４】一方、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット２０は、高電圧用バッテリ２から入力した直流電圧を第２スイッチング制御回路２１により制御されて所定の短時間毎にオン・オフする第２トランジスタ２２と、前記オン・オフされた直流電圧を入力して交流電圧を出力する第２トランス２３と、第２トランス２３からの交流電圧を入力し整流して第２開閉リレー２４を介してランプ、ワイパーなどの電装部品５の電源となる低電圧用バッテリ３に充電する第２出力用整流器２５により構成されている。
【０００５】このように構成した電気自動車用電源装置においては、高電圧用バッテリ２を充電するときには、第１開閉リレー１５を閉じるとともに第２開閉リレー２４を開いて、入力用整流器１１、第１スイッチング制御回路１２、第１トランジスタ１３、第１トランス１４及び第１出力用整流器１６を使用し、低電圧用バッテリ３を充電するときには、第２開閉リレー２４を閉じるとともに第１開閉リレー１５を開いて、第２スイッチング制御回路２１、第２トランジスタ２２、第２トランス２３及び第２出力用整流器２５を使用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の電気自動車用電源装置においては、充電ユニット１０とＤＣ／ＤＣ変換ユニット２０に、同じ機能を有する部品、例えば電圧をオン・オフするための第１及び第２トランジスタ１３，２２、これらトランジスタ１３，２２を制御するための第１及び第２スイッチング制御回路１２，２１、入力電圧を降圧するための第１及び第２トランス１４，２３をそれぞれ設けているので、製造コストが高くなったり、各ユニットが比較的大きくなるという問題があった。
【０００７】本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、トランスの１次側に切換リレーを設けて同じ機能を有する部品の共用化を図り部品点数を削減することにより、低製造コストかつ小型の充電用電圧を供給する電気自動車用電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、１次コイルと高電圧側及び低電圧側の各２次コイルを有するトランスと、トランスの高電圧側２次コイルから交流電圧を入力し整流して第１開閉リレーを介して高電圧用バッテリに充電する第１出力用整流器と、トランスの低電圧側２次コイルから交流電圧を入力し整流して第２開閉リレーを介して低電圧用バッテリに充電する第２出力用整流器と、交流電源から交流電圧を入力して整流する入力用整流器と、トランスの１次コイルに入力用整流器の出力側と高電圧用バッテリを選択的に接続する切換リレーと、切換リレーを介して１次コイルに入力される直流電圧を所定の短時間毎にオン・オフするスイッチング回路とを備え、高電圧用バッテリを充電するときには、１次コイルに入力用整流器を接続するように切換リレーを切り換えるとともに第１開閉リレーを閉じ、低電圧用バッテリを充電するときには、１次コイルに高電圧用バッテリを接続するように切換リレーを切り換えるとともに第２開閉リレーを閉じるようにしたことにある。
【０００９】このように構成した電気自動車用電源装置の使用にあっては、高電圧用バッテリを充電するときは、トランスの１次コイルに入力用整流器を接続するように切換リレーを切り換えるとともに第１開閉リレーを閉じるので、交流電源から入力した交流電圧が入力用整流器により整流され、この整流された直流電圧がトランジスタにより所定の短時間毎にオン・オフされてトランスの１次コイルに印加される。トランスにより変圧された交流電圧がトランスの高電圧側２次コイルから第１出力用整流器に出力されて整流され、第１開閉リレーを介して高電圧用バッテリに出力されてこれを充電する。一方、低電圧用バッテリを充電するときは、トランスの１次コイルに高電圧用バッテリを接続するように切換リレーを切り換えるとともに第２開閉リレーを閉じるので、高電圧用バッテリから入力した直流電圧がトランジスタにより所定の短時間毎にオン・オフされてトランスの１次コイルに印加される。トランスにより変圧された交流電圧がトランスの低電圧側２次コイルから第２出力用整流器に出力されて整流され、第２開閉リレーを介して低電圧用バッテリに出力されてこれを充電する。
【００１０】また、高電圧側及び低電圧側の各２次コイルは互いに別個の２つの２次コイルにより構成することが好ましい。
【００１１】また、交流電源からのＡＣ入力を検出するＡＣ入力センサを切換リレーの前に設け、ＡＣ入力を検出したとき１次コイルに入力用整流器を接続するように切換リレーを切り換えるとともに第１開閉リレーを閉じることが好ましい。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、高電圧用バッテリ及び低電圧用バッテリを充電するためにそれぞれ別個のトランジスタ、スイッチング制御回路及びトランスを設けることなく、前記両バッテリを充電するために共用できるトランジスタ、スイッチング制御回路及びトランスをそれぞれ一つずつ設けるとともにトランスの１次コイルへの入力を選択的に切り換える切換リレーを設けるだけで前記両バッテリを充電することができる。したがって、従来に比べて部品点数を削減することができるので、電気自動車用電源装置を小型化し製造コストを低下させることができる。
【００１３】また、高電圧側及び低電圧側の各２次コイルを互いに別個の２つの２次コイルにより構成した電気自動車用電源装置によれば、両コイルにおいて電磁誘導による損失を少なく抑えることができる。
【００１４】また、交流電源からのＡＣ入力を検出するＡＣ入力センサを切換リレーの前に設け、ＡＣ入力を検出したとき１次コイルに入力用整流器を接続するように切換リレーを切り換えるとともに第１開閉リレーを閉じることにした電気自動車用電源装置によれば、入力用整流器を交流電源に接続するだけで自動的に高電圧用バッテリを充電することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は電気自動車に搭載された電気自動車用電源装置及びその周辺を示す概略図である。
【００１６】この電気自動車用電源装置４０は、交流電源３１から入力した交流電圧を整流して高電圧用バッテリ３２に充電する機能と高電圧用バッテリ３２から入力した直流電圧を降圧して低電圧用バッテリ３３に充電する機能を有するもので、１次コイル４１ａ、高電圧側２次コイル４１ｂ及び低電圧側２次コイル４１ｃを設けたトランス４１を備えている。
【００１７】１次コイル４１ａ、高電圧側２次コイル４１ｂ及び低電圧側２次コイル４１ｃには、それぞれ交流電源３１から入力した交流電圧を整流してオン・オフする１次側入力回路５０、トランス４１にて変圧された交流電圧を整流し平滑して高電圧用バッテリ３２に充電する高電圧用２次側出力回路６０及びトランス４１にて変圧された交流電圧を整流し平滑して低電圧用バッテリ３３に充電する低電圧用２次側出力回路７０が接続されている。
【００１８】１次側入力回路５０は、フィルタ５１、ＡＣ入力センサ５２、入力用整流器５３、切換リレー５４、入力用平滑回路５５、スイッチング回路５６により構成されている。入力用整流器５３は、ダイオードを利用したブリッジ回路からなり、交流電源３１からフィルタ５１及びＡＣ入力センサ５２を介して交流電圧を入力して整流し、切換リレー５４を介して１次コイル４１ａに出力する。フィルタ５１は、交流電源３１から入力した交流電圧に重畳したノイズを除去したり、電気自動車用電源装置にて発生したノイズが電源側に戻るのを防止している。ＡＣ入力センサ５２は、交流電源３１からの入力用整流器５３へのＡＣ入力を検出する。切換リレー５４は、２組の入力端子対５４ａ，５４ａ及び５４ｂ，５４ｂと１組の出力端子対５４ｃ，５４ｃを備えていて、コイル５４ｄに制御電流が流れていないとき、入力端子対５４ｂ，５４ｂを出力端子対５４ｃ，５４ｃに接続し、コイル５４ｄに制御電流が流れているとき、入力端子対５４ａ，５４ａを出力端子対５４ｃ，５４ｃに接続する。
【００１９】出力端子対５４ｃ，５４ｃの間にはコンデンサー５５ａからなる入力用平滑回路５５が設けられている。また、１次コイル４１ａの一端と入力用平滑回路５５の間にはスイッチング回路５６を構成するトランジスタ５６ａが設けられている。トランジスタ５６ａには、これを所定の短時間毎にオン・オフするスイッチング制御回路５６ｂが接続されている。スイッチング制御回路５６ｂは、後述する信号ＣＨＧ及び信号ＤＤがそれぞれＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのとき、高電圧用バッテリ３２の電圧値に応じたデューティ比によりトランジスタ５６ａをオン・オフする。一方、信号ＣＨＧ及び信号ＤＤがそれぞれＬｏｗレベル及びＨｉｇｈレベルのとき、予め記憶した所定のデューティ比によりトランジスタ５６ａをオン・オフする。したがって、１次コイル４１ａには、入力用整流器５３により整流された直流電圧が所定の短時間毎にオン・オフして印加される。
【００２０】トランス４１は、１次側コイル４１ａに入力した交流成分を１次側コイル４１ａと高電圧用２次コイル４１ｂ（または低電圧用２次コイル４１ｃ）との巻き数比に応じた交流電圧に変換して高電圧用２次コイル４１ｂ（または低電圧用２次コイル４１ｃ）に出力する。
【００２１】高電圧用２次側出力回路６０は、第１出力用整流器６１、第１ダイオード６２、第１出力用平滑回路６３及び第１開閉リレー６４により構成されている。ダイオードからなる第１出力用整流器６１は、高電圧用２次コイル４１ｂから交流電圧を入力し整流して、チョークコイル６３ａ及びコンデンサ６３ｂからなる第１出力用平滑回路６３及び第１開閉リレー６４を介して高電圧用バッテリ３２に出力する。第１開閉リレー６４は、入力端子６４ａと出力端子６４ｂを備えていて、コイル６４ｃに制御電流が流れているときに、入力端子６４ａを出力端子６４ｂに接続するものである。なお、第１ダイオード６２は、トランジスタ５６ａがオフになったとき、チョークコイル６３ａに蓄えられたエネルギーを第１ダイオード６２を通してコンデンサ６３ｂに移動させる還流ダイオードである。
【００２２】低電圧用２次側出力回路７０も、高電圧用２次側出力回路６０と同様に、第２出力用整流器７１、第２ダイオード７２、第２出力用平滑回路７３及び第２開閉リレー７４により構成されている。ダイオードからなる第２出力用整流器７１は、低電圧用２次コイル４１ｃから交流電圧を入力し整流して、チョークコイル７３ａ及びコンデンサ７３ｂからなる第２出力用平滑回路７３及び第２開閉リレー７４を介して低電圧用バッテリ３３に出力する。第２開閉リレー７４は、入力端子７４ａと出力端子７４ｂを備えていて、コイル７４ｃに電流が流れているときに、入力端子７４ａを出力端子７４ｂに接続するものである。なお、第２ダイオード７２は第１ダイオード６２に相当する還流ダイオードである。
【００２３】高電圧用バッテリ３２には走行用モータ３４が接続されるとともに、高電圧用バッテリ３２の＋端子及び−端子は切換リレー５４の入力端子対５４ａ、５４ａにそれぞれ接続されている。また、低電圧用バッテリ３３には電装部品３５（例えばランプ、ワイパーなど）が接続されている。
【００２４】また、この電気自動車用電源装置４０は車両ＥＣＵ３６に接続されている。車両ＥＣＵ３６は、イグニッションスイッチ３７のオン・オフを検出し、ＡＣ入力センサ５２からＡＣ入力の有無を表す信号ＡＣを入力し、高電圧用バッテリ３２から高電圧用バッテリ３２の電圧値Ｖｂを入力して、第１開閉リレー６４及びスイッチング制御回路５６ｂに高電圧用バッテリ３２を充電するための信号ＣＨＧを出力し、切換リレー５４、第２開閉リレー７４及びスイッチング制御回路５６ｂに低電圧用バッテリ３３を充電するための信号ＤＤを出力し、スイッチング制御回路５６ｂにデューティ比を表す信号ＤＵＴＹを出力する。
【００２５】次に、このように構成した電気自動車用電源装置の動作について説明する。電気自動車が不使用状態すなわちイグニッションスイッチ３７がオフであり、かつ電気自動車用電源装置４０が交流電源３１に接続されていない場合は、車両ＥＣＵ３６はイグニッションスイッチ３７がオフであることを検出するとともにＡＣ入力センサ５２からＡＣ入力のないことを表す信号ＡＣを入力して、信号ＣＨＧ及び信号ＤＤをそれぞれＬｏｗレベル（０Ｖ）にて出力する。切換リレー５４のコイル５４ｄに制御電流が流れないので、入力端子対５４ｂ，５４ｂは出力端子対５４ｃ，５４ｃにそれぞれ接続されたままである。一方、第１開閉リレー６４のコイル６４ｃに制御電流が流れないので、入力端子６４ａは出力端子６４ｂに未接続のままである。また、第２開閉リレー７４のコイル７４ｃに制御電流が流れないので、入力端子７４ａは出力端子７４ｂに未接続のままである。したがって、高電圧用バッテリ３２及び低電圧用バッテリ３３はいずれも充電されない。
【００２６】電気自動車が不使用状態すなわちイグニッションスイッチ３７がオフであり、かつ高電圧用バッテリ３２を充電するために電気自動車用電源装置４０が交流電源３１に接続されている場合、車両ＥＣＵ３６はイグニッションスイッチ３７がオフであることを検出するとともにＡＣ入力センサ５２からＡＣ入力のあることを表す信号ＡＣを入力して、Ｈｉｇｈレベル（１２Ｖ）の信号ＣＨＧをコイル６４ｃに出力し、またＬｏｗレベル（０Ｖ）の信号ＤＤをコイル５４ｄ及び７４ｃに出力する。これにより、切換リレー５４のコイル５４ｄに制御電流が流れないので、入力端子対５４ｂ，５４ｂは出力端子対５４ｃ，５４ｃにそれぞれ接続されたままであり、入力用整流器５３はトランス４１の１次コイル４１ａに接続されている。一方、第１開閉リレー６４のコイル６４ｃに制御電流が流れるので、入力端子６４ａは出力端子６４ｂに接続される。また、第２開閉リレー７４のコイル７４ｃには制御電流が流れないので、入力端子７４ａは出力端子７４ｂに未接続のままである。
【００２７】したがって、この状態では交流電源３１から入力した交流電圧が入力用整流器５３により整流され、この整流された直流電圧がトランジスタ５６ａにより所定の短時間毎にオン・オフされてトランス４１の１次コイル４１ａに印加される。前述のようにトランス４１により変圧された交流電圧がトランス４１の高電圧側２次コイル４１ｂから第１出力用整流器６１に出力されて整流され、第１開閉リレー６４を介して高電圧用バッテリ３２に出力されてこれを充電する。
【００２８】なお、この場合、車両ＥＣＵ３６は、スイッチング制御回路５６ｂの２つの端子にそれぞれＨｉｇｈレベルの信号ＣＨＧ及びＬｏｗレベルの信号ＤＤを出力するとともに、高電圧用バッテリ３２から電圧値Ｖｂを入力して電圧値Ｖｂに応じたデューティ比を算出してスイッチング制御回路５６ｂに信号ＤＵＴＹを出力する。これにより、スイッチング制御回路５６ｂは、信号ＤＵＴＹに応じたデューティ比にてトランジスタ５６を制御して、高電圧用バッテリ３２の充電状態に応じた充電電圧を高電圧用バッテリ３２に供給できる。
【００２９】なお、高電圧用バッテリ３２を充電している場合であってラジオなどを聞いている場合、すなわちイグニッションスイッチ３７がオンであり、かつ電気自動車用電源装置４０が交流電源３１に接続されている場合も、前述と同様に高電圧用バッテリ３２を充電する。
【００３０】電気自動車が使用状態の場合、すなわちイグニッションスイッチ３７がオンであり、かつ電気自動車用電源装置４０が交流電源３１に接続されていない場合、車両ＥＣＵ３６はイグニッションスイッチ３７がオンであることを検出するとともにＡＣ入力センサ５２からＡＣ入力のないことを表す信号ＡＣを入力して、Ｌｏｗレベル（０Ｖ）の信号ＣＨＧをコイル６４ｃに出力し、またＨｉｇｈレベル（１２Ｖ）の信号ＤＤをコイル５４ｄ及び７４ｃに出力する。これにより、切換リレー５４のコイル５４ｄに制御電流が流れるので、入力端子対５４ａ，５４ａは出力端子対５４ｃ，５４ｃにそれぞれ接続され、高電圧用バッテリ３２はトランス４１の１次コイル４１ａに接続される。一方、第１開閉リレー６４のコイル６４ｃに制御電流が流れないので、入力端子６４ａは出力端子６４ｂに未接続となる。また、第２開閉リレー７４のコイル７４ｃには制御電流が流れるので、入力端子７４ａは出力端子７４ｂに接続される。
【００３１】したがって、この状態では高電圧用バッテリ３２から入力した直流電圧がトランジスタ５６ａにより所定の短時間毎にオン・オフされてトランス４１の１次コイル４１ａに印加される。前述のようにトランス４１により変圧された交流電圧がトランス４１の低電圧側２次コイル４１ｃから第２出力用整流器７１に出力されて整流され、第２開閉リレー７４を介して低電圧用バッテリ３３に出力されてこれを充電する。
【００３２】なお、この場合、車両ＥＣＵ３６は、スイッチング制御回路５６ｂの２つの端子にそれぞれＬｏｗレベルの信号ＣＨＧ及びＨｉｇｈレベルの信号ＤＤを出力する。これにより、スイッチング制御回路５６ｂは、予め記憶されたデューティ比にてトランジスタ５６を制御して、所定の充電電圧を低電圧用バッテリ３３に供給できる。
【００３３】このように動作する電気自動車用電源装置４０によれば、高電圧用バッテリ３２及び低電圧用バッテリ３３を充電するためにそれぞれ別個のトランジスタ、スイッチング制御回路及びトランスを設けることなく、両バッテリ３２，３３を充電するために共用できるトランジスタ５６ａ、スイッチング制御回路５６ｂ及びトランス４１をそれぞれ一つずつ設けるとともにトランス４１の１次コイル４１ａへの入力を選択的に切り換える切換リレー５４を設けるだけで両バッテリ３２，３３を充電することができる。したがって、従来に比べて部品点数を削減することができるので、電気自動車用電源装置を小型化し製造コストを低下させることができる。
【００３４】また、高電圧側及び低電圧側の各２次コイル４１ｂ、４１ｃを互いに別個の２つの２次コイルにより構成した電気自動車用電源装置４０によれば、両コイル４１ｂ、４１ｃにおいて電磁誘導による損失を少なく抑えることができる。
【００３５】また、交流電源３１からのＡＣ入力を検出するＡＣ入力センサ５２を切換リレー５４の前に設け、ＡＣ入力を検出したとき１次コイル４１ａに入力用整流器５３を接続するように切換リレー５４を切り換えるとともに第１開閉リレー６４を閉じることにした電気自動車用電源装置４０によれば、入力用整流器５３を交流電源３１に接続するだけで自動的に高電圧用バッテリ３２を充電することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０１６３９
【氏名又は名称】アラコ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月６日（１９９９．９．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４７２４
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷 照一 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７８３０９（Ｐ２００１−７８３０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５１９０６ |
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