JP2018201325A - 電気自動車またはハイブリッド自動車のための充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧バッテリを充電していないとき、低電圧バッテリに対して電力供給する補助ＤＣ−ＤＣコンバータのためのプリレギュレーション機能を有する充電システムを提供する。【解決手段】電気自動車に搭載されるように設計されている電気システムは、整流器（ＲＤ）とＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２０）を有するＡＣ−ＤＣコンバータ、高電圧バッテリ（ＨＶ）に接続された絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＬＬＣ）を備える。電気システムは、第１動作モードにおいて、外部交流電力グリッド（Ｇ）に接続されて高電圧バッテリを充電する。電気システムは、第２動作モードにおいて、電気システムが外部交流電力グリッドから切断されると、ＤＣ−ＤＣコンバータが高電圧バッテリから初期電圧（Ｖ１、Ｖ２）を供給して低電圧バッテリ（ＬＶ）に対して電力供給する。【選択図】図４

Description

概説すると、本発明は自動車の分野に関するものである。具体的には、電気自動車またはハイブリッド自動車に関する。より具体的には、これら自動車の低電圧および高電圧バッテリ充電に関する。

さらに具体的には、自動車の機器に対して電力を供給する低電圧バッテリと自動車を推進させる高電圧バッテリを備える電気自動車またはハイブリッド自動車において、車載充電システム（一般に略語ＯＢＣと呼ばれる）を実装するのは一般的であり、これは当業者にとってよく知られたものである。この文脈において本発明は、改善された車載充電器を形成する電気システムに関する。

一般に知られているように、電気自動車またはハイブリッド自動車は、電気駆動システムと、複数の補助電気設備とを備える。電気駆動システムは車載高電圧電気システムを介して高電圧バッテリによって電力供給され、補助電気設備は車載低電圧電気システムを介して低電圧バッテリによって電力供給される。高圧バッテリは、電気駆動システムに対して電力を供給し、これにより自動車を推進させることができる。低圧バッテリは補助電気設備に対して電力を供給する。例えば車載コンピュータ、ウインドウ上昇モータ、マルチメディアシステム、などである。高圧バッテリは通常、１００Ｖから９００Ｖを供給し、望ましくは１００Ｖから５００Ｖを供給する。一方で低圧バッテリは通常、１２Ｖ、２４Ｖ、または４８Ｖを供給する。これら高圧バッテリと低圧バッテリは、充電可能でなければならない。

高電圧バッテリの充電は、自動車の高電圧電気システムを介して、バッテリを外部電力グリッドに対して接続することによりなされる。例えば家庭交流電力グリッドである。

したがってこの目的のため、高電圧バッテリは、車載充電システム（またはＯＢＣ）を介して家庭交流電力グリッドに接続され、これにより充電される。車載充電システムは、ＡＣ−ＤＣコンバータを備える。ＡＣ−ＤＣコンバータは、整流器とＤＣ−ＤＣコンバータを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータは力率改善（ＰＦＣ）機能を有し、ガルバニック絶縁されていることが望ましい。

図１に示すこのタイプのＯＢＣシステムにおいて、家庭交流電力グリッドＧ１からの交流は、まずＡＣ−ＤＣコンバータによって処理され、ＰＦＣコンバータ（ＰＦＣ１）に対して供給される前に整流器ＲＤによって直流に変換される。

ＰＦＣコンバータの目的は、その力率改善機能において、吸収電流に影響を与える電力グリッドの歪みを除去し、車載電気システム（具体的には高電圧電気システム）に対して有害な高調波電流が生成されることを防ぐことである。ＰＦＣコンバータを用いて、入力電流と出力電圧を同期させることができる。

高電圧バッテリを用いて低電圧バッテリを充電できることはよく知られている。この場合、高電圧バッテリはプリレギュレータと補助ＤＣ−ＤＣコンバータとともに低電圧バッテリへ接続され、補助ＤＣ−ＤＣコンバータはガルバニック絶縁されている。したがって補助ＤＣ−ＤＣコンバータが供給する低電圧は、自動車の低電圧電気システムに対して電力供給することができる。

現在、高電圧バッテリを充電する機能と低電圧バッテリを充電する機能は分離されている。各機能は、それぞれ専用のＤＣ−ＤＣコンバータとプリレギュレータを実装する必要がある。

ＯＢＣシステムを小型化し、必要な部品の個数を削減するための１つのアイデアは、車載充電システムの機能を結合することである。

現行技術によれば、高電圧バッテリと低電圧バッテリをそれぞれ専用で充電するＯＢＣシステムの部品は、同じ筐体に収容されている。また双方の充電システムは、同じ冷却システム、同じフィルタ、同じコマンド電子コントローラを共有している。

ＷＯ２０１５／１９２１３３は、電気自動車またはハイブリッド自動車のためのＯＢＣシステムの例を記載している。ＷＯ２０１５／１９２１３３が記載しているＯＢＣシステムはガルバニック絶縁され、同システムが備えるＰＦＣコンバータは、共振素子と磁気部品の組み合わせによって供給する電力密度を最大化するように構成されている。

この文書は現行技術を表しており、同文献が記載しているＯＢＣシステムは上述の課題を有している。特に占有する空間の点が課題である。

これら課題を緩和するため、本発明はＡＣ−ＤＣコンバータのＰＦＣコンバータを用いることを提案する。家庭交流電力グリッドからの交流は、高電圧バッテリの充電と低電圧バッテリの充電の双方において、高電圧電気システムのための直流に変換される。すなわち高電圧バッテリが充電されているときではない。

本発明により、ＰＦＣコンバータは、外部交流電力グリッドからの整流された電圧からの出力電圧をレギュレートする、標準ＰＦＣコンバータとして機能する。具体的には、高電圧バッテリを充電するとともに、高電圧バッテリを充電していないとき、低電圧バッテリに対して電力供給する補助ＤＣ−ＤＣコンバータのためのプリレギュレーション機能を提供する。

本発明は、電気システムに関する。具体的には、電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載されるように設計されており、前記電気システムは、
整流器とＤＣ−ＤＣコンバータを有するＡＣ−ＤＣコンバータ、
高電圧バッテリに接続された絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ、
を備え、
前記電気システムは、第１動作モードにおいて、外部交流電力グリッドに接続されて高電圧バッテリを充電するように構成されており、前記整流器は、前記外部交流電力グリッドから受け取った交流から前記ＤＣ−ＤＣコンバータに対して整流された電圧を供給し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記高電圧バッテリに接続される。

前記電気システムにおいて、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの第１インターフェース端子は、低電圧バッテリに接続されるように設計されており、
前記電気システムは、第２動作モードにおいて、前記電気システムが前記外部交流電力グリッドから切断されると、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記高電圧バッテリから初期電圧を供給して前記低電圧バッテリに対して電力供給するように構成されている。

本発明に係る電気システムによれば、ＯＢＣシステムは小型化される。ＤＣ−ＤＣコンバータが２つの機能を有し、低電圧バッテリを充電する専用のプリレギュレータを有する必要はないからである。

さらに第２動作モードにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、低電圧バッテリを充電するために、電流が非連続となることなく初期直流電圧を供給することができる。

１実施形態において、前記電気システムは、
前記低電圧バッテリに接続され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１インターフェース端子に接続された入力を備える、補助ＤＣ−ＤＣコンバータ、
を備え、
前記電気システムは、第２動作モードにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータに対して前記高電圧バッテリから前記初期電圧を提供して、前記低電圧バッテリに対して電力供給するように構成されている。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータはそれぞれ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータによって供給される電力を制御するように構成されたスイッチを備える。したがって前記第２動作モードにおいて、前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチは一定デューティサイクルで動作し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチは可変デューティサイクルで動作し、これにより前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータが前記低電圧バッテリに対して供給する電圧を制御する。

１実施形態において、前記電気システムは、前記高電圧バッテリの高電圧入力端子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータの第２高電圧インターフェース端子との間に接続された第１スイッチ、前記低電圧バッテリの低電圧入力端子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータの第２低電圧インターフェース端子との間に接続された第２スイッチ、を備え、前記電気システムは、前記第２動作モードにおいて、前記第１および第２スイッチが閉じるように構成されており、これにより前記高電圧バッテリの端子における第３高電圧が前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第２インターフェース端子に印加される。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１インターフェース端子は、前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの前記入力において接続された端子に対応し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第２インターフェース端子は、前記整流器の出力において接続された端子に対応する。

前記第１動作モードにおいて、前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記外部交流電力グリッドから前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって供給される電圧を、前記低電圧バッテリに対して電力供給するために使用できる電圧へ変換するように構成されている。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１インターフェース端子は、前記整流器の出力において接続された端子に対応し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第２インターフェース端子は、前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの入力において接続された端子に対応する。

前記第１動作モードにおいて前記第１および第２スイッチは開いており、これにより前記ＤＣ−ＤＣコンバータは前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記高電圧バッテリに対して電圧を供給することができる。

１実施形態において、前記第１および第２スイッチは、電気機械リレーまたは半導体スイッチである。

実施形態において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧型または昇降圧型である。

１実施形態において、前記電気システムは、前記整流器の入力に接続され、前記外部交流電力グリッドによって供給される電圧をフィルタリングし、前記整流器に対してフィルタリングされた電圧を供給する、フィルタリング手段を備える。

１実施形態において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチは、第１動作モードにおいて、前記高電圧バッテリの電圧需要に基づき前記ＤＣ−ＤＣコンバータが初期電圧を供給するように構成されている。

１実施形態において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチは、第２動作モードにおいて、前記低電圧バッテリの電圧需要に基づき前記ＤＣ−ＤＣコンバータが初期電圧を供給するように構成されている。

１実施形態において、前記電気システムは、前記低電圧バッテリの電圧需要を判定する手段を備える。

１実施形態において、前記電気システムは、前記高電圧バッテリの電圧需要を判定する手段を備える。

本発明は、以下の説明を読むことによりさらに理解されるであろう。以下の説明は例示のためのみのものであり、以下の図面を参照する。

現行技術におけるＯＢＣシステムの機能ブロック図である。 本発明に係るＯＢＣシステムの機能ブロック図である。 本発明に係るＯＢＣシステムの第１実施形態の簡易電気回路図である。 本発明に係るＯＢＣシステムの第２実施形態の簡易電気回路図である。

複数の実施形態にしたがって本発明を以下に説明するが、これは本発明をこれら実施形態に限定するものではない。本発明は、当業者にとって既知の様々なバージョンで実装することができる。これらも本発明に含まれる。

図１は、現行技術におけるＯＢＣシステムの機能ブロック図である。このＯＢＣシステムは、高電圧バッテリＨＶ１に対して電力供給する。ＨＶ１は通常、電気自動車またはハイブリッド自動車を推進するために用いる。ＯＢＣシステムはさらに、低電圧バッテリＬＶ１に対して電力供給する。ＬＶ１は自動車の電気設備に対して電力供給する。

図１において、高電圧バッテリＨＶ１を充電するために用いる自動車の高電圧電気システムに対して電力供給するため、ＯＢＣシステムはＡＣ−ＤＣコンバータを備える。ＡＣ−ＤＣコンバータは、整流器ＲＤを備える。整流器ＲＤは外部交流電力グリッドＧ１（例えば家庭交流電力グリッド）によって電力供給される。整流器ＲＤは、電圧コンバータに対して整流された電圧を供給する。電圧コンバータは、ＰＦＣコンバータ（図１におけるＰＦＣ１）として機能し、ガルバニック絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（図１におけるＤＣ１１）を介して高電圧バッテリＨＶ１に対して電力供給する前に電圧をレギュレートする。

図１において、低電圧バッテリＬＶ１を充電するために用いる自動車の低電圧電気システムに対して電力供給するため、ＯＢＣシステムはプリレギュレータＰＲ１を備える。ＰＲ１は高電圧バッテリＨＶ１に接続され、ＨＶ１の端子における電圧からプリレギュレータＰＲ１が供給する電圧を用いて、専用ガルバニック絶縁補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（図１におけるＤＣ１２）を介して低電圧バッテリＬＶ１に対して電力供給する。

図２において、設計を小型化するため、本発明はＤＣ電圧コンバータを共用することを提案する。ＤＣ電圧コンバータは、高電圧バッテリＨＶ２を充電する動作モードと、高電圧バッテリＨＶ２を充電しない動作モードの双方において、ＰＦＣコンバータとして機能する。さらに、低電圧バッテリＬＶ２に対して電力供給するための電圧を提供することができる。

高電圧バッテリＨＶ２が充電されるとき、ＤＣ電圧コンバータはＡＣ−ＤＣコンバータ内の標準ＰＦＣコンバータとして機能し、これにより整流器ＲＤからの電圧がガルバニック絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣ２１を介して高電圧バッテリＨＶ２に対して電力供給する前にこれをレギュレートする。

高電圧バッテリＨＶ２が充電されていないとき、ＤＣ電圧コンバータは低電圧バッテリＬＶ２を充電する。この第２動作モードにおいて、ＤＣ電圧コンバータはＰＦＣコンバータとして機能しない。したがってＤＣコンバータは、低電圧バッテリＬＶ２のプリレギュレータとして機能する。このとき高電圧バッテリＨＶ２は充電されておらず、ＯＢＣシステムは外部交流電力グリッドＧ２に接続されていない。この動作モードにおいて、高電圧バッテリＨＶ２の端子における電圧は、スイッチＲのセットを介してＤＣコンバータの入力端子に接続される。ＤＣコンバータは、低電圧バッテリＬＶ２を充電するため、低電圧供給システムのガルバニック絶縁補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣ２２に対して、レギュレートされた電圧を供給する。

ＤＣコンバータはプリレギュレータとして機能し、高電圧バッテリＨＶ２からの高電圧を、低電圧供給システムが用いるレギュレートされた電圧へ変換する。すなわち、ＤＣコンバータが供給する電圧を低電圧供給システムが用いる低電圧へ補助ＤＣ−ＤＣコンバータによって変換することを介して、低電圧バッテリＬＶ２を充電するために用いる電圧へ変換する。

本発明に係るＯＢＣシステムの設計によれば、低電圧バッテリＬＶ２を充電するための専用プリレギュレータは必要なくなる。高電圧バッテリを充電していないとき、ＤＣコンバータがその機能を実施するからである。

したがって、高電圧バッテリＨＶ２を充電するためにＯＢＣシステムを外部交流電力グリッドＧ２へ接続する動作モードにおいて、ＤＣコンバータは高電圧を供給するように制御され、これは高電圧バッテリＨＶ２の充電を最適化するように決定される。

高電圧バッテリＨＶ２を充電しておらず外部交流電力グリッドＧ２から切断されている動作モードにおいて、ＯＢＣシステムは低電圧バッテリＬＶ２を充電し、ＤＣコンバータは低電圧バッテリＬＶ２に接続された補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣ２２に対して電圧を供給するように制御される。ＤＣコンバータの入力は、高電圧バッテリＨＶ２の端子において供給される電圧を受け取り、低電圧バッテリＬＶ２の電圧需要に基づきその電圧をレギュレートする。

２実施形態において、ＤＣコンバータは、昇圧タイプまたは昇降圧タイプである。昇圧コンバータは電圧を上昇させるスイッチモード電源の一部を形成するコンバータであり、昇降圧コンバータは電圧を上下させるスイッチモード電源の一部である。

図３は、本発明に係るＯＢＣシステムの実施形態の簡易電気回路図である。よく知られているように、ＯＢＣシステムは連続するステージによって表される。まずＯＢＣシステムは、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４によって形成された整流器ＲＤを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ２は、インダクタンスＬＢ、スイッチＱＢ、ダイオードＤＢ、出力端子間のキャパシタＣＢを備える。絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣは、２つのスイッチＱ１とＱ２、共振回路ＲＴ、２つのダイオードＤｏ１とＤｏ２、出力端子間のキャパシタＣｏを備える。共振回路ＲＴは、インダクタンスＬｒ、２つのキャパシタＣｒ／２、インダクタンスＬｍを備える。本発明に係るＯＢＣシステムは、高電圧バッテリＨＶと低電圧バッテリＬＶを充電するように構成されている。

低電圧バッテリＬＶは、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１を介して充電される。ＤＣＤＣ１は、低電圧バッテリＬＶの端子へ印加される前に電圧を調整するために用いるスイッチ（図示せず）を備えることが望ましい。補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１は、ガルバニック絶縁されていることが望ましい。

図３の実施形態において、構造的観点から、２つのスイッチＲ１とＲ２、より具体的には２つのリレーが、高電圧バッテリＨＶの端子とコンバータＤＣＤＣ２の入力との間に接続されている。

これらスイッチＲ１とＲ２により、高電圧バッテリＨＶの端子における電圧は、整流器ＲＤとコンバータＤＣＤＣ２の間に配置されたインターフェース端子に対して印加され、高電圧バッテリＨＶの充電機能を実施していないときこれらスイッチは閉じられる。

図３において、図４と同様に、Ｖ２は入力電圧であり、これは整流器ＲＤとコンバータＤＣＤＣ２との間に配置されたインターフェース端子からのものである。Ｖ１は、コンバータＤＣＤＣ２と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣとの間に配置されたインターフェース端子における第１高電圧である。Ｖ３は、低電圧バッテリの端子における第２低電圧である。Ｖ４は、高電圧バッテリＨＶの端子における第３高電圧である。

したがって図３において、第１動作モードのとき、高電圧バッテリＨＶの充電が実施され、このときＯＢＣシステムは外部交流電力グリッドＧに接続され、グリッドＧは正弦波電圧Ｖｉｎを供給する。外部交流電力グリッドＧが供給する電圧Ｖｉｎは、フィルタリング手段Ｆを介してフィルタリングされ、整流器ＲＤによって整流されて、整流器とコンバータＤＣＤＣ２との間の入力電圧Ｖ２を供給する。

第１動作モードにおいて、コンバータＤＣＤＣ２はＰＦＣコンバータとして動作する。コンバータＤＣＤＣ２の出力において、第１高電圧Ｖ１はレギュレートされ一定であり、その値は１００Ｖから９００Ｖであり、通常は５００Ｖ周辺である。これは高電圧バッテリＨＶの端子において必要な第３高電圧Ｖ４に依拠する。第１高電圧Ｖ１は、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣによって調整され、高電圧バッテリＨＶを充電する。この具体例において、電圧Ｖ４で高電圧バッテリＨＶを充電するための第１高電圧Ｖ１を調整するＤＣ−ＤＣコンバータは、ＬＬＣ共振ハーフブリッジを備える。ＬＬＣ共振ハーフブリッジは共振回路ＲＴを備える。この構成は例示であり、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣは別の回路構成であってもよい。

この第１動作モードにおいて、リレーＲ１とＲ２は開いている。補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１の入力は、低電圧バッテリＬＶに接続されており、ＤＣＤＣ２コンバータが供給する第１一定高電圧Ｖ１に対応する。他バージョンにおいて、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１は、第１高電圧Ｖ１を第２低電圧Ｖ３へ変換する。Ｖ３は約１２Ｖ、２４Ｖ、または４８Ｖであり、これは補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１が供給する変換係数に依拠する。

このバージョンにおいて、低電圧バッテリＬＶは、“ダウングレード”モードにおいて充電される。専用レギュレータを有していないからである。コンバータＤＣＤＣ２は、第１高電圧Ｖ１をレギュレートして、高電圧バッテリＨＶの電圧需要に基づき供給され、低電圧バッテリＬＶに対して供給される第２低電圧Ｖ３は最適調整されないように制御される。この低電圧バッテリＬＶに対して電力供給する“ダウングレード”モードは、このバージョンにおいて許容可能なものであり、高電圧バッテリＬＶが充電される。

第１動作モードにおける“ダウングレード”モードは、許容可能なものである。高電圧バッテリＨＶが充電され、自動車が外部交流電力グリッドＧに接続されているとき、低電圧電気システムに接続されている設備（例えばマルチメディアシステム、ウインドウ上昇モータなど）が要求する電力は、実際には最小限に減少するからである。

第２動作モードにおいて、高電圧バッテリＨＶは充電されない。ＯＢＣシステムが外部交流電力グリッドＧから切断されているからである。

この場合、リレーＲ１とＲ２は閉じており、整流器ＲＤとコンバータＤＣＤＣ２との間に配置されたインターフェース端子は高電圧バッテリＨＶの端子に接続されている。これによりＶ２＝Ｖ４となる。

１実施形態において、ＤＣＤＣ２コンバータは、第２動作モードにしたがって、プリレギュレータとして動作する。その目的は、レギュレートされた第１可変電圧Ｖ１を、低電圧バッテリＬＶの端子における電圧需要に合わせることである。この場合、補助ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチを備える（図示せず）。この実施形態におけるスイッチは、コンバータＤＣＤＣ２のスイッチＱＢとともに動作し、各コンバータに対してそれぞれ供給される電力を制御するように構成される。

１実施形態において、低電圧バッテリＬＶの電圧需要を求める計算手段を備える。

実施形態において、補助ＤＣ−ＤＣコンバータの入力は、ＤＣＤＣ２コンバータが供給する第１高電圧Ｖ１に対応する。補助ＤＣ−ＤＣコンバータは、低電圧バッテリＬＶの電圧需要に基づき第１高電圧Ｖ１を調整し、要求される第２低電圧Ｖ３が供給されるようにする。したがって補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１は、自身の変換係数により定められる第２低電圧Ｖ３を低電圧バッテリＬＶの端子において供給する。

第２動作モードの他バージョンにおいて（これは例示であり限定するものではない）、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１のスイッチは一定デューティサイクルで動作し、コンバータＤＣＤＣ２のスイッチＱＢは可変デューティサイクルで動作し、これにより補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１が低電圧バッテリＬＶに対して供給する電圧を制御する。したがって補助ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力電圧（すなわち補助ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される第１電圧Ｖ１）と、第２低電圧Ｖ３との間で、一定の変換係数を有し、これによりデューティ比の観点において５０％の性能で動作し、非常に低い電圧出力を実現する。第２低電圧Ｖ３を低電圧バッテリＬＶの電圧需要に調整するため、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１は代替形態として、可変変換係数を有することができるが、この構成は電圧損失を実質的に増加させる。

図４は、本発明に係るＯＢＣシステムの第２実施形態の簡易電気回路図を示す。

図３の例と比較すると、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１０とスイッチＲ１０，Ｒ２０（通常はリレーで構成される）は反対向きに接続されている。換言すると図４において、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１０は、リレーＲ１とＲ２が図３において接続されている接続端子に接続され、これにともなってリレーＲ１０とＲ２０は図３において補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１が接続されている接続端子に接続されている。

したがって補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１０は、低電圧バッテリＬＶの端子とＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ２０の入力に接続されている。

リレーＲ１０とＲ２０は、高電圧バッテリＨＶの端子とＤＣＤＣ２０コンバータの出力に接続され、これは絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣの入力に対応する。

さらに図３におけるダイオードＤＢは、図４において２方向スイッチＱに置き換えられており、これはスイッチＱＢと同じタイプのものであってもよい。

ＯＢＣシステムが外部交流電力グリッドＧに接続され、高電圧バッテリＨＶの充電機能が実施されると、入力電圧Ｖ２がＤＣＤＣ２０コンバータに対して供給され、これは外部電力グリッドからの整流された電圧Ｖｉｎに対応する。ＰＦＣコンバータとして機能するコンバータＤＣＤＣ２０と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣを介した高電圧バッテリＨＶの充電、および補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１０を介した“ダウングレード”モードにおける低電圧バッテリＬＶの充電は、いずれも有効である。

高電圧バッテリＨＶの充電機能が実施されていないとき、Ｒ１０とＲ２０は閉じられ、高電圧バッテリＨＶの端子における第３高電圧Ｖ４は、コンバータＤＣＤＣ２０と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣとの間に配置されたインターフェース端子に対して供給され、これによりＶ１＝Ｖ４となる。さらに２方向スイッチＱは、スイッチＱＢのスイッチングにより動作し、これにより電流は、コンバータＤＣＤＣ２０と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータＬＬＣとの間に配置されたインターフェース端子から、整流器ＲＤとコンバータＤＣＤＣ２０との間に配置されたインターフェース端子へ向かう。この場合、コンバータＤＣＤＣ２０は高圧モードで動作する。

したがって高電圧バッテリＨＶの端子における第３高電圧Ｖ４は、コンバータＤＣＤＣ２０を経由して、整流器ＲＤとコンバータＤＣＤＣ２０との間に配置されたインターフェース端子へ向かう。これは入力電圧Ｖ２に対応する。低電圧バッテリＬＶに対して電力供給する補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１０は、同じ端子に接続されている。１実施形態において、コンバータＤＣＤＣ２０は、高電圧バッテリＨＶが供給する電圧を下げ、これによりＶ２＜Ｖ４となる。１実施形態において、コンバータＤＣＤＣ２０は、コンバータＤＣＤＣ１０に対して安定電圧を供給するプリレギュレータとして動作する。コンバータＤＣＤＣ１０は第２低電圧Ｖ３を供給して低電圧バッテリＬＶに対して電力供給する。換言するとコンバータＤＣＤＣ２０は可変デューティサイクルで動作し、補助ＤＣ−ＤＣコンバータＤＣＤＣ１０は例えば５０％の一定デューティサイクルで動作する。

したがって図３の例のように、低電圧バッテリＬＶは高電圧バッテリＨＶが供給する電圧によって充電される。

本発明の実装において、ＤＣコンバータは昇圧タイプまたは昇降圧タイプであり、シングルセルタイプまたは複数セルコンバータであり、インターリーブであってもなくてもよく、リバーシブルであってもなくてもよい。第２実施形態において、コンバータＤＣＤＣ２０は例えば昇降圧タイプである。ＤＣコンバータは絶縁されていなくともよい。

絶縁コンバータは、上述のものでなくともよい。例えば絶縁コンバータにおいて、主回路および／または副回路は複数のコイルを備えてもよい。絶縁コンバータは、例えばＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０７４６４１が記載しているものと同様のものであってもよい。

Claims (10)

1. 電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載されるように設計されている電気システムであって、前記電気システムは、
   整流器（ＲＤ）とＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）を有するＡＣ−ＤＣコンバータ、
   高電圧バッテリ（ＨＶ）に接続された絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＬＬＣ）、
   を備え、
   前記電気システムは、第１動作モードにおいて、外部交流電力グリッド（Ｇ）に接続されて前記高電圧バッテリ（ＨＶ）を充電するように構成されており、前記整流器（ＲＤ）は、前記外部交流電力グリッド（Ｇ）から受け取った交流から前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）に対して整流された電圧を供給し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＬＬＣ）を介して前記高電圧バッテリ（ＨＶ）に接続されており、
   前記電気システムにおいて、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）の第１インターフェース端子は、低電圧バッテリ（ＬＶ）に接続されるように設計されており、
   前記電気システムは、第２動作モードにおいて、前記電気システムが前記外部交流電力グリッド（Ｇ）から切断されると、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）が前記高電圧バッテリから初期電圧（Ｖ１、Ｖ２）を供給して前記低電圧バッテリ（ＬＶ）に対して電力供給するように構成されている
   ことを特徴とする電気システム。
2. 前記電気システムは、
   前記低電圧バッテリに接続され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）の前記第１インターフェース端子に接続された入力を備える、補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）、
   を備え、
   前記電気システムは、第２動作モードにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）が前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）に対して前記高電圧バッテリ（ＨＶ）から前記初期電圧（Ｖ１、Ｖ２）を提供して、前記低電圧バッテリ（ＬＶ）に対して電力供給するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電気システム。
3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）と前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）はそれぞれ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）と前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）によって供給される電力を制御するように構成されたスイッチ（ＱＢ）を備え、
   前記第２動作モードにおいて、前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）の前記スイッチは一定デューティサイクルで動作し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ、ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）の前記スイッチは可変デューティサイクルで動作し、これにより前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）が前記低電圧バッテリ（ＬＶ）に対して供給する電圧を制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の電気システム。
4. 前記電気システムは、前記高電圧バッテリ（ＨＶ）の高電圧入力端子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２０）の第２高電圧インターフェース端子との間に接続された第１スイッチ（Ｒ、Ｒ１０）、前記低電圧バッテリ（ＬＶ）の低電圧入力端子と前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）の第２低電圧インターフェース端子との間に接続された第２スイッチ（Ｒ２、Ｒ２０）、を備え、前記電気システムは、前記第２動作モードにおいて、前記第１および第２スイッチ（Ｒ１、Ｒ２）が閉じるように構成されており、これにより前記高電圧バッテリ（ＨＶ）の端子における第３高電圧（Ｖ４）が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）の前記第２インターフェース端子に印加される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電気システム。
5. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２）の前記第１インターフェース端子は、前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＬＬＣ）の前記入力において接続された端子に対応し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２）の前記第２インターフェース端子は、前記整流器（ＲＤ）の出力において接続された端子に対応する
   ことを特徴とする請求項４記載の電気システム。
6. 前記第１動作モードにおいて、前記補助ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ１、ＤＣＤＣ１０）は、前記外部交流電力グリッド（Ｇ）から前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２）によって供給される電圧（Ｖ１、Ｖ２）を、前記低電圧バッテリ（ＬＶ）に対して電力供給するために使用できる電圧（Ｖ３）へ変換するように構成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の電気システム。
7. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２０）の前記第１インターフェース端子は、前記整流器（ＲＤ）の出力において接続された端子に対応し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２０）の前記第２インターフェース端子は、前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＬＬＣ）の入力において接続された端子に対応する
   ことを特徴とする請求項４記載の電気システム。
8. 前記第１動作モードにおいて前記第１（Ｒ１、Ｒ１０）および第２（Ｒ２、Ｒ２０）スイッチは開いており、これにより前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）は前記絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＬＬＣ）を介して前記高電圧バッテリ（ＨＶ）に対して電圧（Ｖ４）を供給することができる
   ことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項記載の電気システム。
9. 前記第１および第２スイッチ（Ｒ１、Ｒ２）は、電気機械リレーまたは半導体スイッチである
   ことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項記載の電気システム。
10. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ２、ＤＣＤＣ２０）は、昇圧型または昇降圧型である
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の電気システム。