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公開番号2019205320
公報種別公開特許公報(A)
公開日20191128
出願番号2018100761
出願日20180525
発明の名称車両の電源システム
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B60L 9/18 20060101AFI20191101BHJP(車両一般)
要約【課題】単一のバッテリから、複数のモータのそれぞれの特性に応じた電力の供給が可能な、低コストかつ低損失のシステムを提供すること。
【解決手段】本発明の車両の電源システム1は、高電圧バッテリ21と、高電圧バッテリ21と接続する第1インバータ23と、第1インバータ23と接続する後述のモータRMと、高電圧バッテリ21に接続されて高電圧バッテリ21の電圧を降圧する高電圧DCDCコンバータ22と、高電圧バッテリ21と接続する第2インバータ24と、第2インバータ24と接続する後述のモータFMと、を備える。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項1】
蓄電池と、
前記蓄電池と接続する第一電力変換器と、
前記第一電力変換器と接続する第一駆動用電動機と、
前記蓄電池に接続されて前記蓄電池の電圧を降圧する電圧変換器と、
前記電圧変換器と接続する第二電力変換器と、
前記第二電力変換器と接続する第二駆動用電動機と、を備えた車両の電源システム。
続きを表示(約 860 文字)【請求項2】
前記第一駆動用電動機および前記第二駆動用電動機のいずれか一方は、前輪を駆動する前輪駆動用電動機であり、
前記第一駆動用電動機および前記第二駆動用電動機のいずれか他方は、後輪を駆動する後輪駆動用電動機である、請求項1に記載の車両の電源システム。
【請求項3】
前記第二駆動用電動機は、前記第一駆動用電動機より出力が大きい電動機であって、後輪駆動用の電動機である、請求項2に記載の車両の電源システム。
【請求項4】
前記第一駆動用電動機は、前記第二駆動用電動機より出力が大きい電動機であって、前輪駆動用の電動機である、請求項2に記載の車両の電源システム。
【請求項5】
前記電圧変換器と前記第二電力変換器との間に並列に接続される複数の補機を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の車両の電源システム。
【請求項6】
前記電圧変換器は、前記複数の補機の効率と前記第二駆動用電動機の効率とに基づいて制御される、請求項5に記載の車両の電源システム。
【請求項7】
直流充電源より充電可能な直流充電部と、
前記直流充電部から前記電圧変換器と前記蓄電池との間へ接続する高圧充電経路と、
前記直流充電部から前記電圧変換器と前記第二電力変換器との間へ接続する低圧充電経路と、を備え、
前記直流充電部へ接続される外部充電源の出力に応じて充電経路を選択する、請求項1から6のいずれか一項に記載の車両の電源システム。
【請求項8】
前記低圧充電経路を介して前記蓄電池の充電を行う際に、前記電圧変換器は前記蓄電池の電圧に応じて直流充電部側の電圧を可変に制御する、請求項7に記載の車両の電源システム。
【請求項9】
前記低圧充電経路を介して外部へ給電を行う際に、前記電圧変換器は外部給電先の電圧に応じて直流充電部側の電圧を可変に制御する、請求項7または8に記載の車両の電源システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の電源システムに関する。
続きを表示(約 9,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、バッテリから単一の電圧変換機を介して、複数の駆動モータへ電力供給を行う車両の電源システムが知られている。バッテリの電圧は、電圧変換機によって所定の電圧に変換され、各駆動モータは変換された電圧によって駆動する(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2015−216725号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献1の構成では、複数のモータが、単一の電圧変換機に対してバッテリと反対側に並列に接続されるため、各モータへ供給される電圧は同電位となる。このため、特性の異なる複数のモータが、夫々の電圧で高い効率の運転を行うことが困難となり、結果として電力損失が増大するという問題があった。
【0005】
本発明は、単一のバッテリから、複数のモータのそれぞれの特性に応じた電力の供給が可能な、低コストかつ低損失のシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
(1)本発明の車両の電源システム(例えば、後述の電源システム1)は、蓄電池(例えば、後述の高電圧バッテリ21)と、蓄電池と接続する第一電力変換器(例えば、後述の第1インバータ23)と、第一電力変換器と接続する第一駆動用電動機(例えば、後述のモータRM)と、蓄電池に接続されて蓄電池の電圧を降圧する電圧変換器(例えば、後述の高電圧DCDCコンバータ22)と、電圧変換器と接続する第二電力変換器(例えば、後述の第2インバータ24)と、第二電力変換器と接続する第二駆動用電動機(例えば、後述のモータFM)と、を備えることを特徴とする。
【0007】
(1)の車両の電源システムによれば、単一のバッテリから、複数のモータのそれぞれの特性に応じた電力の供給が可能となり、低コスト、低損失のシステムを提供することができる。
【0008】
(2)(1)の第一駆動用電動機および第二駆動用電動機のいずれか一方は、前輪を駆動する前輪駆動用電動機(例えば、後述のモータFM)であり、第一駆動用電動機および第二駆動用電動機のいずれか他方は、後輪を駆動する後輪駆動用電動機(例えば、後述のモータRM)であってもよい。
【0009】
(2)の車両の電源システムによれば、車両の前輪、後輪で特性の異なる四輪駆動自動車が提供可能となり、商品性を向上することができる。
【0010】
(3)(2)の第二駆動用電動機は、第一駆動用電動機より出力が大きい電動機であって、後輪駆動用の電動機であってもよい。
【0011】
(3)の車両の電源システムによれば、加速時のトラクションの伝達が良く、加速性能に優れた四輪駆動自動車の提供が可能となり、商品性を向上することができる。
【0012】
(4)(2)の第一駆動用電動機は、第二駆動用電動機より出力が大きい電動機であって、前輪駆動用の電動機であってもよい。
【0013】
(4)の車両の電源システムによれば、制動時の回生電力を好適に得ることができるとともに、直進安定性に優れた四輪駆動自動車を提供することが可能となり、商品性を向上することができる。
【0014】
(5)(1)〜(4)の何れかの電源システムにおいて、電圧変換器と第二電力変換器との間に並列に接続される複数の補機(例えば、後述の補機6)を備えていてもよい。
【0015】
(5)の車両の電源システムによれば、補機の高電圧化対応等、不要なコスト増を回避することができる。
【0016】
(6)(5)の電圧変換器は、複数の補機の効率と第二駆動用電動機の効率とに基づいて制御されてもよい。
【0017】
(6)の車両の電源システムによれば、システム全体(補機、第二駆動用電動機)の損失を効果的に低減することができる。
【0018】
(7)(1)〜(6)の何れかの電源システムにおいて、直流充電源より充電可能な直流充電部(例えば、後述の直流電源部4)は、直流充電部から電圧変換器と蓄電池との間へ接続する高圧充電経路(例えば、後述の高圧充電経路)と、直流充電部から電圧変換器と第二電力変換器との間へ接続する低圧充電経路(例えば、後述の低圧充電経路)と、を備え、直流充電部へ接続される外部充電源の出力に応じて充電経路を選択してもよい。
【0019】
(7)の車両の電源システムによれば、特性の異なる複数のモータを備えるシステムの電圧変換器を活用することで、外部充電源の出力に応じた充電経路を選択することが可能となり、低コストでインフラ環境への対応が可能なシステムを提供することができる。
【0020】
(8)(7)の電源システムにおいて、低圧充電経路を介して蓄電池の充電を行う際に、電圧変換器は蓄電池の電圧に応じて直流充電部側の電圧を可変に制御してもよい。
【0021】
(8)の電源システムによれば、蓄電池の電圧が低圧充電器の最大出力電圧より大きい場合に、充電器出力が最大の状態で充電することが可能である。あるいは、充電器からの電圧を昇降圧可能な素子を介することによって、充電池の状態によらず常に充電器出力が最大の状態で充電することが可能となる。
【0022】
(9)(7)または(8)の電源システムにおいて、低圧充電経路を介して外部へ給電を行う際に、電圧変換器は外部給電先の電圧に応じて直流充電部側の電圧を可変に制御してもよい。
【0023】
(9)の電源システムによれば、蓄電池容量がなくなり、スタックしてしまった電動車両への給電時に、被給電車両のシステム電圧に応じた給電ができる。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、単一のバッテリから、複数のモータのそれぞれの特性に応じた電力の供給が可能な、低コストかつ低損失のシステムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本発明の第1の実施形態にかかる、車両の電源システムを示す図である。
図1の車両の電源システムの機能ブロック図である。
本発明の第1の実施形態にかかる、最適化処理を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施形態にかかる、各機器の効率を示すテーブルの一例である。
本発明の第2の実施形態にかかる、車両の電源システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る電源システム1を搭載する電動車両V(以下、単に「車両」という)の構成を示す図である。なお本実施形態では、車両Vとして、駆動モータを備える四輪駆動の電気自動車を例に説明するが、本発明はこれに限るものではない。本発明に係る電源システムは、二輪駆動の電気自動車や、ハイブリッド車両や、燃料電池自動車等、バッテリに蓄電された電力を用いて走行する車両であれば、どのような車両にも適用可能である。
【0027】
車両Vは、電源システム1と、前輪FWの駆動モータFMと、後輪RWの駆動モータRMと、を備える。駆動モータFM,RMは、主として車両Vが走行するための動力を発生する。駆動モータFM,RMの出力軸は、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪FW,RWに連結されている。電源システム1から駆動モータFM,RMに電力を供給することにより駆動モータFM,RMで発生させたトルクは、各々、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪FW,RWに伝達され、駆動輪FW,RWを回転させ、車両Vを走行させる。また駆動モータFM,RMは、車両Vの減速回生時には発電機として作用する。駆動モータMによって発電された電力は、電源システム1が備える高電圧バッテリ21に充電される。
【0028】
電源システム1は、高電圧バッテリ21が設けられた高電圧回路2、高電圧バッテリ21よりも低電圧の低電圧回路3、前輪FWを駆動する駆動モータFM、後輪RWを駆動する駆動モータRM、高電圧回路2及び低電圧回路3に電力を供給可能な直流充電部4、低電圧回路3に電力を供給可能な交流充電部5、及びヒータ等を有する補機6を備える。
【0029】
高電圧回路2は、高電圧バッテリ21と、電圧変換器としての高電圧DCDCコンバータ22と、高電圧バッテリ21の正負両極と高電圧DCDCコンバータ22の低電圧側正極端子221及び低電圧側負極端子222とを接続する第1電力線26p,26nと、電力変換器としての第1インバータ23と、高電圧DCDCコンバータ22の高電圧側正極端子223及び高電圧側負極端子224と第1インバータ23の直流入出力側とを接続する第2電力線27p,27nと、を備える。
【0030】
高電圧バッテリ21は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この高電圧バッテリ21として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
【0031】
高電圧DCDCコンバータ22は、第1電力線26p,26nと第2電力線27p,27nとの間に設けられる。高電圧DCDCコンバータ22の低電圧側正極端子221及び低電圧側負極端子222は、それぞれ上述のように第1電力線26p,26nを介して高電圧バッテリ21に接続される。高電圧DCDCコンバータ22の高電圧側正極端子223及び高電圧側負極端子224は、第2電力線27p,27nを介して、高電圧バッテリ21及び第1インバータ23に接続される。
【0032】
高電圧DCDCコンバータ22は、リアクトルLと、第1平滑コンデンサC1と、ハイアーム素子225H,226Hと、ローアーム素子225L,226Lと、第2平滑コンデンサC2と、負母線227と、を組み合わせて構成される双方向DCDCコンバータである。
【0033】
ハイアーム素子225Hは、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。ローアーム素子225Lは、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。これらハイアーム素子225H、及びローアーム素子225Lは、高電圧側正極端子223と負母線227との間で、直列に、この順で接続される。ハイアーム素子226H、及びローアーム素子226Lもまた、高電圧側正極端子223と負母線227との間で、直列に、この順で接続される。
【0034】
ハイアーム素子225Hのパワースイッチング素子のコレクタは高電圧側正極端子223に接続され、そのエミッタはローアーム素子225Lのコレクタに接続される。ローアーム素子225Lのパワースイッチング素子のエミッタは、負母線227に接続される。ハイアーム素子225Hに設けられるダイオードの順方向は、リアクトルLから高電圧側正極端子223へ向かう向きである。またローアーム素子225Lに設けられるダイオードの順方向は、負母線227からリアクトルLへ向かう向きである。リアクトルLの一端子は、ハイアーム素子225Hのエミッタとローアーム素子225Lのコレクタとの間に接続され、リアクトルLの他端子は、ハイアーム素子226Hのエミッタとローアーム素子226Lのコレクタとの間に接続される。
【0035】
これらハイアーム素子225H,226H、及びローアーム素子225L,226Lは、それぞれVCUECU8によって生成されるゲート駆動信号によってオン又はオフにされる。
【0036】
高電圧DCDCコンバータ22は、VCUECU8から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記素子225H,225Lをオン/オフ駆動することにより、双方向の電流に対する降圧機能を発揮する。降圧機能とは、高電圧側の端子223,224に印加される電圧を降圧して低電圧側の端子221,222に出力する機能をいい、これにより第2電力線27p,27nから第1電力線26p,26nへ電流を流すことも、第1電力線26p,26nから第2電力線27p,27nへ電流を流すことも可能である。
【0037】
第1インバータ23は、例えば、複数のスイッチング素子(例えば、IGBT)をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えた、パルス幅変調によるPWMインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。第1インバータ23は、その直流入出力側において第2電力線27pの端子231,第2電力線27nの端子232に接続され、交流入出力側において駆動モータRMのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。端子231と端子232の間には接地される端子233が設けられており、端子231と端子233との間にはコンデンサC4が、端子232と端子233との間にはコンデンサC5が設けられている。第2電力線27p,27nの間には、コンデンサC4,C5に対して並列に、車両Vの衝突時の放電を制御するアクティブディスチャージコントローラ234とコンデンサC3とが設けられる。
【0038】
第1インバータ23は、駆動モータRMのU相に接続されたハイ側U相スイッチング素子及びロー側U相スイッチング素子と、駆動モータRMのV相に接続されたハイ側V相スイッチング素子及びロー側V相スイッチング素子と、駆動モータRMのW相に接続されたハイ側W相スイッチング素子及びロー側W相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。なお、後輪RWの駆動モータRMは、前輪FWの駆動モータFMよりも出力が大きい電動機であってもよい。
【0039】
第1インバータ23は、モータECU9によって所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、高電圧DCDCコンバータ22から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータRMに供給したり、駆動モータRMから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧DCDCコンバータ22に供給したりする。
【0040】
直流充電部4は、PLCユニット7によって制御され、直流電源に接続されて高電圧バッテリ21の充電や一次側への電力供給を行う。直流充電部4の正極端子は第3電力線41pに接続され、直流充電部4の負極端子は第3電力線41nに接続される。第3電力線41pは、端子411およびコンタクタ42を介して第2電力線27pの端子211へ接続されるとともに、端子304を介して第1電力線26pの端子301に接続される。第3電力線41nは、端子412,413をこの順に介して、負母線227の端子229に接続される。第3電力線41nには、端子412と端子413との間に、コンタクタ45,46が並列に設けられ、コンタクタ45には経路短絡時の保護用のヒューズ44が端子412側に直列に接続され、コンタクタ46には順方向が端子413から端子412に向かう方向であるダイオード47が直列に接続される。
【0041】
高電圧バッテリ21は、正極端子が第2電力線27pに接続され、負極端子が第2電力線27nに接続されることによって、高電圧DCDCコンバータ22と第1インバータ23との間に並列に接続される。高電圧バッテリ21は、バッテリECU10によって充電及び放電の機能が制御される。高電圧バッテリ21は、メインコンタクタ212p、コンタクタ211nがこの順に直列に接続されており、これらがオンすることで、正極端子と負極端子との間に図示しないコンデンサが形成される。メインコンタクタ212pに対して並列に、プリチャージコンタクタ211pとプリチャージ抵抗211rが接続される。プリチャージコンタクタ211pとプリチャージ抵抗211rとは直列に接続されており、プリチャージコンタクタ211pを通る電流はプリチャージ抵抗211rによって緩和される。コンタクタ42,45がオンされると、図示しないコンデンサに対して直流充電部4から印加される電圧に基づく充電が行われる。一方、コンタクタ42がオフされ、プリチャージコンタクタ211p、コンタクタ211nがオンすることによって、高電圧バッテリ21に蓄えられた電荷が放電し、第1インバータ23または高電圧DCDCコンバータ22へ電流が供給される(以下、これを「プリチャージ」と称する)。そして、プリチャージコンタクタ211pがオフされて、メインコンタクタ212p、コンタクタ211nがオンする場合にも、第1インバータ23または高電圧DCDCコンバータ22へ電流が供給される。
【0042】
低電圧回路3は、高電圧DCDCコンバータ22の高電圧側正極端子221及び高電圧側負極端子222と、第2インバータ24の直流入出力側と、を接続する第1電力線26p,26nと、補機6と、交流充電部5と、交流充電部5と、を備える。
【0043】
第2インバータ24は、第1インバータ23と同様の構成であって、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。第2インバータ24は、その直流入出力側において第1電力線26pの端子241,第1電力線26nの端子242に接続され、交流入出力側において駆動モータRMのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。端子241と端子242との間にはコンデンサC6が設けられる。コンデンサC6に対して高電圧DCDCコンバータ22側に並列に、車両Vの衝突時の放電を制御するアクティブディスチャージコントローラ244、およびコンデンサC7,C8が設けられる。第1電力線26pの端子245と第1電力線26nの端子246との間には接地される端子243が設けられており、端子245と端子243との間にはコンデンサC7が、端子243と端子246との間にはコンデンサC8が設けられる。
【0044】
第2インバータ24は、モータECU11によって所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、高電圧DCDCコンバータ22から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータFMに供給したり、駆動モータFMから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧DCDCコンバータ22に供給したりする。なお、前輪FWの駆動モータFMは、後輪RWの駆動モータRMよりも出力が大きい電動機であってもよい。
【0045】
交流充電部5は、交流電流を直流電流に変換する機能を有するAC充電器53を備えており、その出力電流は1次側に供給される。AC充電器53への電流の入出力は、チャージECU54によって制御される。交流充電部5及びAC充電器53の正極側の端子は第5電力線51pに接続されており、交流充電部5及びAC充電器53の負極側の端子は第5電力線51nに接続されている。第5電力線51pはヒューズ51、端子304、および端子302を介して第1電力線26pの端子301に接続される。第5電力線51nは端子228を介して第1電力線26nの端子303に接続される。
【0046】
補機6は、例えば電動コンプレッサ、ヒータ等を備えている。補機6に設けられた平滑コンデンサC9の正極側の端子は第4電力線61pに接続されており、コンデンサC9の負極側の端子は第4電力線61nに接続されている。第4電力線61pはヒューズ61と端子302とを介して第1電力線26pの端子301に接続され、第4電力線61nは端子228を介して第1電力線26nの端子303に接続されている。すなわち、補機6は高電圧DCDCコンバータ22と第2インバータ24との間に並列に接続される。
【0047】
したがって、直流充電部4は、高電圧源に接続されて、高電圧バッテリ21に充電を行い、また第1電力線26p,26nの間に電圧を印可して電力を供給することが出来る。すなわち、コンタクタ42,45がオンすることによって形成される高圧充電経路では、端子211,229との間に高電圧が印可される。コンタクタ43,45がオンされることによって形成される低圧充電経路では、DCDCコンバータ22によって降圧された低電圧が端子229,301の間に印可される。
【0048】
このように、直流充電源より充電可能な直流電源部4は、直流充電部から高電圧DCDCコンバータ22と高電圧バッテリ21との間へ接続する高圧充電経路と、直流充電部4からDCDCコンバータ22と第2インバータ24との間へ接続する低圧充電経路と、を備えており、直流充電部4へ接続される外部充電源の出力に応じて充電経路を選択してもよい。
【0049】
例えば、DC充電部4に接続される充電源の電圧が、直流充電部4の定格の最大値である400[V]で電流が125[A]の50[kw]の充電能力を有する充電源である場合を想定する。高電圧充電経路のコンタクタ42、両方の経路に共通のコンタクタ45、高電圧バッテリ21のコンタクタ212p,211nがオンされると、高電圧充電回路に電流が流れる。これにより、高電圧バッテリ21は充電される。
【0050】
このように、高電圧DCDCコンバータ22を搭載することによって、一次側に接続された機器の定格電圧によらず、直流充電部4に接続される電圧源の電圧を直流充電部4の定格値まで上げることが可能となるため、急速に充電を行うことができる。
(【0051】以降は省略されています)

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