JP2010074913A - Power supply system, and vehicle mounted with same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電気負荷に電力を供給するための電源システムおよびそれを搭載した車両に関し、特に、単一の主電源の電圧を変換した副電源系を出力する電源システムにおいて、副電源系に接続される電気負荷に、低消費電力で安定して電力を供給するための構成に関する。 The present invention relates to a power supply system for supplying electric power to an electric load and a vehicle equipped with the same, and particularly to a power supply system that outputs a sub power supply system obtained by converting a voltage of a single main power supply, and is connected to the sub power supply system. The present invention relates to a configuration for stably supplying power to an electric load with low power consumption.
最近、環境に配慮した自動車として、電動モータの駆動力により走行するハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が注目されている。これらの電動車両には、駆動源である電動モータに電力を供給するための電源システムが搭載されている。 Recently, attention has been focused on hybrid vehicles and electric vehicles that are driven by the driving force of an electric motor as environmentally friendly vehicles. These electric vehicles are equipped with a power supply system for supplying electric power to an electric motor as a drive source.
この電源システムにおいては、電動モータに給電するための主電源の他に、電気負荷に給電するために、主電源の電圧を変換した副電源系を有する構成が提案されている。これによれば、主電源としては高電圧のバッテリが用いられており、副電源系は、主電源の電圧を、電気負荷の定格電圧に対応した電圧に降圧する降圧コンバータにより構成されている。 In this power supply system, in addition to a main power supply for supplying power to the electric motor, a configuration having a sub power supply system in which the voltage of the main power supply is converted to supply power to an electric load has been proposed. According to this, a high voltage battery is used as the main power supply, and the sub power supply system is configured by a step-down converter that steps down the voltage of the main power supply to a voltage corresponding to the rated voltage of the electric load.
このような降圧コンバータとして、たとえば特開平9−322531号公報(特許文献1)には、入力側の直流電圧を制御信号に基づいてスイッチングしてパルス信号化するスイッチング手段と、入力側の直流電圧が電源電圧として供給され、該電源電圧が予め規定された最低動作電圧以上の場合に制御信号を生成する制御手段と、パルス信号に対して平滑化を行なう平滑コイルを有し、平滑化を行なった電圧を出力電圧として出力側へ送出する平滑手段とを備えた降圧チョッパ回路が開示されている。これによれば、入力側の直流電圧がパルス信号化された後に平滑コイルで平滑化されるときに、平滑コイルと電磁結合されたコイルに発生する誘導電圧が整流および平滑化されて入力側の直流電圧に加算される。そのため、該直流電圧よりも数V高い電圧が制御手段の電源電圧として供給される。したがって、該直流電圧が低下しても、制御手段に供給される電源電圧は、該制御手段が正常に動作する範囲となる。
上述した特許文献1に記載の降圧チョッパ回路によれば、入力側の直流電圧が低下しても、該直流電圧を電源電圧とする制御手段は正常に動作することができる。 According to the step-down chopper circuit described in Patent Document 1 described above, even if the DC voltage on the input side decreases, the control means using the DC voltage as the power supply voltage can operate normally.
しかしながら、上述した特許文献1に記載の降圧チョッパ回路においては、制御手段には、該直流電圧よりも数V高い電圧が電源電圧として供給されるため、制御手段の消費電力は、該直流電圧からの加算分に応じて増加するという問題が生じていた。その結果、降圧チョッパ回路の正常動作が確保されるという反面、降圧チョッパ回路による電力損失を増大させることから、低消費電力化には不適合なものとなっていた。 However, in the step-down chopper circuit described in Patent Document 1 described above, the control means is supplied with a voltage several V higher than the DC voltage as the power supply voltage, so the power consumption of the control means is derived from the DC voltage. There has been a problem of increasing according to the amount of addition of. As a result, while the normal operation of the step-down chopper circuit is ensured, the power loss due to the step-down chopper circuit is increased, which is not suitable for low power consumption.
それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電気負荷に対して低消費電力で安定して電力を供給可能な電源システムおよびそれを搭載した車両を提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power supply system capable of stably supplying power to an electric load with low power consumption and a vehicle equipped with the same. It is to be.
この発明のある局面によれば、電源システムは、第1の電圧を第1電源線に出力する電源回路と、第1電源線に接続され、第1の電圧を受けて充電される蓄電部と、第1電源線からの第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、第2電源線に接続され、第2の電圧を受けて駆動する電気負荷とを備える。電気負荷は、第2の電圧を、正常動作が保証される動作電圧下限値として有する。電源システムは、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、電圧変換回路における降圧動作を停止させるとともに、電圧変換比を略1に固定する電圧低下保護手段をさらに備える。 According to an aspect of the present invention, a power supply system includes a power supply circuit that outputs a first voltage to a first power supply line, a power storage unit that is connected to the first power supply line and is charged by receiving the first voltage. A voltage conversion circuit having a step-down function for stepping down the first voltage from the first power supply line to the second voltage and outputting it to the second power supply line; and receiving the second voltage connected to the second power supply line And an electric load to be driven. The electric load has the second voltage as an operating voltage lower limit value that ensures normal operation. The power supply system further includes voltage drop protection means for stopping the step-down operation in the voltage conversion circuit and fixing the voltage conversion ratio to about 1 when the step-down function of the voltage conversion circuit is impaired.
好ましくは、電圧低下保護手段は、第2電源線の電圧が第2の電圧を下回ったときに、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたことを検出する。 Preferably, the voltage drop protection means detects that the step-down function of the voltage conversion circuit is impaired when the voltage of the second power supply line falls below the second voltage.
好ましくは、電圧低下保護手段は、電源回路が停止中であるときに、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたことを検出する。 Preferably, the voltage drop protection means detects that the step-down function of the voltage conversion circuit is impaired when the power supply circuit is stopped.
好ましくは、電圧変換回路は、第1電源線と第2電源線との間に接続されるスイッチング素子を少なくとも含むチョッパ回路からなる。電源システムは、第2電源線の電圧が第2の電圧となるデューティー比を設定してスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備える。電圧低下保護手段は、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、スイッチング素子をオン状態に維持する。 Preferably, the voltage conversion circuit includes a chopper circuit including at least a switching element connected between the first power supply line and the second power supply line. The power supply system further includes a control unit that sets a duty ratio at which the voltage of the second power supply line becomes the second voltage and performs switching control of the switching element. The voltage drop protection means maintains the switching element in an ON state when the voltage step-down function of the voltage conversion circuit is impaired.
好ましくは、電気負荷には、無線機器が含まれる。制御手段は、スイッチング素子のスイッチング周波数を、無線機器の使用周波数とは異なる周波数に設定する。 Preferably, the electric load includes a wireless device. The control means sets the switching frequency of the switching element to a frequency different from the use frequency of the wireless device.
この発明の別の局面に従えば、電源回路は、電源からの電源電圧を降圧して第1の電圧を第1電源線に出力するスイッチング電源を含む。車両は、上記のいずれかの電源システムと、電源から電力の供給を受けて車輪を駆動する回転電機とを備える。 According to another aspect of the present invention, the power supply circuit includes a switching power supply that steps down the power supply voltage from the power supply and outputs the first voltage to the first power supply line. The vehicle includes any one of the power supply systems described above and a rotating electrical machine that drives the wheels by receiving power supplied from the power supply.
好ましくは、電気負荷は、車両の制御装置を含む。 Preferably, the electric load includes a vehicle control device.
この発明によれば、主電源の電圧を変換した副電源系を出力する電源システムにおいて、該副電源系に接続される電気負荷に、低消費電力で安定して電力を供給することができる。 According to the present invention, in a power supply system that outputs a sub power supply system obtained by converting the voltage of the main power supply, it is possible to stably supply power to the electric load connected to the sub power supply system with low power consumption.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1は、この発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a power supply system according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、この発明の実施の形態に従う車両は、代表的にハイブリッド車両であり、内燃機関(図示せず)とモータM1とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。さらに、車両は、このモータM1に電力を供給するための高電圧バッテリ10を搭載する。高電圧バッテリ10は、車両駆動用のモータM1のメインバッテリであり、たとえばニッケル水素やリチウムイオンバッテリからなる。なお、高電圧バッテリ10を、このような二次電池ではなく、電気二重層コンデンサ等の蓄電用の大容量キャパシタで構成してもよい。
Referring to FIG. 1, the vehicle according to the embodiment of the present invention is typically a hybrid vehicle, and is equipped with an internal combustion engine (not shown) and motor M1, and the driving force from each is set to an optimum ratio. Drive under control. Further, the vehicle is equipped with a
昇圧コンバータ12は、電源ラインPL1と接地ラインSL1との間の電圧VHを昇圧して電源ラインPL2および接地ラインSL2の間に出力する。インバータ14は、電源ラインPL2および接地ラインSL1の間の直流電圧を電源電圧として受け、三相交流電流を作り出すようにスイッチング制御される。そして、インバータ14によってモータM1は駆動され、モータM1によって図示しないディファレンシャルギヤや車輪が回転される。
(補機負荷)
車両は、補機バッテリ20と、複数の補機負荷110,130と、電源ラインPL1および接地ラインSL1に接続されたDC/DCコンバータ100とをさらに備える。
(Auxiliary load)
The vehicle further includes an
DC/DCコンバータ100は、後述する方法によって電源ラインPL1および接地ラインSL1の間の電圧VHを互いに異なる複数の電圧VL1,VL2に降圧して、複数の補機負荷および補機バッテリ20にそれぞれ供給する。
DC / DC converter 100 steps down voltage VH between power supply line PL1 and ground line SL1 to a plurality of different voltages VL1 and VL2 and supplies them to a plurality of auxiliary loads and
具体的には、DC/DCコンバータ100は、電圧VHを電圧VL1に降圧して電源ラインSPL1に供給する。電源ラインSPL1には補機バッテリ20および第1補機110が接続されている。
Specifically, the DC /
補機バッテリ20は、本願発明における「蓄電部」を構成し、一例として鉛蓄電池などからなる。補機バッテリ20は、電源ラインSPL1からの直流電力で充電される一方、第1補機110へその蓄えた電力を供給する。すなわち、補機バッテリ20は、DC/DCコンバータ100の出力電力と、第1補機110の需要電力とのアンバランスを補うための電力バッファとしても機能する。
The
第1補機110は、電源ラインSPL1から電圧VL1の供給を受けて作動する。なお、第1補機110は、補機バッテリ20の出力電圧(たとえば、12V)と同電圧で作動する補機負荷の総称である。
The first
さらに、DC/DCコンバータ100は、電圧VH2を電圧VL1よりも低い電圧VL2に降圧して電源ラインSPL2に供給する。電源ラインSPL2には第2補機130が接続されている。
Furthermore, the DC /
第2補機130は、補機バッテリ20の出力電圧に比較して低電圧(たとえば、9V)で作動する補機負荷の総称であり、一例として、エンジン制御用ECU(Electronic Control Unit)、ハイブリッド制御用ECU、インバータ14および昇圧コンバータ12のIPM(インテリジェントパワーモジュール)中の制御部、バッテリ制御用ECUなどの複数のECUを含む。また、第2補機130は、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、車内灯などを含む。これらは、車両搭乗者に対して快適な室内環境を提供するための補機負荷である。
The second
ここで、本実施の形態において、電源ラインSPL2に供給される電圧VL2は、第2補機130の正常動作が保証される動作電圧の下限値とされる。これにより、第2補機130は、電源ラインSPL1に接続される第1補機110とは異なり、補機バッテリ20の出力電圧よりも低電圧である動作電圧下限値レベルの電圧を受けて作動する。その結果、第2補機130の消費電力は、第1補機110と比較して低電力に抑えられる。
Here, in the present embodiment, voltage VL2 supplied to power supply line SPL2 is the lower limit value of the operating voltage at which the normal operation of second
また、電源ラインSPL1においては、第1補機110の消費電力の急激な増加に起因して電圧VL1の低下が発生する場合がある。さらに、この電圧VL1の低下は、補機バッテリ20の劣化度合いによっても発生する可能性がある。そのため、電源ラインSPL1に対し、第1補機110および第2補機130を並列に接続する構成とした場合には、電圧VL1の低下に対して第2補機130の動作電圧を保証するための電圧保証回路を、第2補機130を構成する各電気負荷の内部に設ける必要がある。
Further, in the power supply line SPL1, the voltage VL1 may decrease due to a rapid increase in power consumption of the first
これに対して、本実施の形態では、電源ラインSPL1と電源ラインSPL2との間に接続される降圧チョッパ回路40が一元的に電圧保証回路としての機能を担うことから、各電気負荷の内部電圧保証回路を設置することによって損失が増大するのを抑制することができる。その結果、第2補機130に対して、効率的かつ安定的な給電が可能となる。
On the other hand, in the present embodiment, the step-down
なお、このような第2補機130における省電力化および動作の安定化の両立は、後述する降圧チョッパ回路40の有する電圧低下保護機能により、電源ラインSPL2に安定的に電圧が供給されることによって確保されるものである。
Note that both the power saving and the stabilization of the operation in the second
制御装置50は、昇圧コンバータ12の昇圧制御およびインバータ14のスイッチング制御を行なうとともに、DC/DCコンバータ100の降圧制御を行なう。なお、制御装置50は、第2補機130に含まれる複数のECUが制御情報を相互に通信することによって実現されるものでも良い。
(DC/DCコンバータの構成)
図2は、図1のDC/DCコンバータ100の構成を示した回路図である。
(Configuration of DC / DC converter)
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the DC /
図2を参照して、DC/DCコンバータ100は、スイッチング電源回路30と、降圧チョッパ回路40とを備える。
Referring to FIG. 2, DC /
スイッチング電源回路30は、高電圧バッテリ10から電力を受けて交流電流を発生するブリッジ回路と、1次側がブリッジ回路から電力を受けるトランスTrと、トランスTrの2次側に生じる交流電流を整流する整流回路とを含む。
The switching
ブリッジ回路は、高電圧バッテリ10にコレクタが接続されたトランジスタQ1と、トランジスタQ1のエミッタにコレクタが接続され、接地ラインSL1にエミッタが接続されたトランジスタQ2と、高電圧バッテリ10にコレクタが接続されたトランジスタQ3と、トランジスタQ3のエミッタにコレクタが接続され、接地ラインSL1にエミッタが接続されたトランジスタQ4とを含む。トランジスタQ1〜Q4の各ベースは、図1の制御装置50によって降圧動作を指示する制御信号が与えられるとスイッチング制御される。
The bridge circuit includes a transistor Q1 having a collector connected to the
トランスTrは、一方端がトランジスタQ1のエミッタに接続され他方端がトランジスタQ3のエミッタに接続される1次側コイルL2と、直列接続された2次側コイルL3,L4と、1次側コイルL2と2次側コイルL3,L4とを電磁的に結合する鉄心とを含む。 The transformer Tr has a primary coil L2 having one end connected to the emitter of the transistor Q1 and the other end connected to the emitter of the transistor Q3, secondary coils L3 and L4 connected in series, and a primary coil L2. And an iron core that electromagnetically couples the secondary coils L3 and L4.
整流回路は、ダイオードD5,D6と、コイルL5と、平滑コンデンサC2とを含む。ダイオードD5,D6の各カソードは共にコイルL5の一方端と接続される。ダイオードD5のアノードは、2次側コイルL3の一方端に接続される。ダイオードD6のアノードは、2次側コイルL4の一方端に接続される。2次側コイルL3の他方端と2次側コイルL4の他方端は共に接地ラインSL2に接続される。コイルL5の他方端は電源ラインSPL1に接続される。平滑コンデンサC2は電源ラインSPL1と接地ラインSL2との間に接続される。 The rectifier circuit includes diodes D5 and D6, a coil L5, and a smoothing capacitor C2. The cathodes of the diodes D5 and D6 are both connected to one end of the coil L5. The anode of the diode D5 is connected to one end of the secondary coil L3. The anode of the diode D6 is connected to one end of the secondary coil L4. Both the other end of secondary coil L3 and the other end of secondary coil L4 are connected to ground line SL2. The other end of coil L5 is connected to power supply line SPL1. Smoothing capacitor C2 is connected between power supply line SPL1 and ground line SL2.
スイッチング電源回路30は、トランスTrの1次側コイルL2に接続されたトランジスタQ1〜Q4のスイッチング動作により高電圧バッテリ10からの直流入力電圧VHをスイッチングし、スイッチング出力をトランスTrの2次側コイルL3,L4に取り出す。このようなトランジスタのスイッチング動作に伴ない、2次側コイルに現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑コンデンサC2によって直流電圧VL1に変換されて電源ラインSPL1に出力される。
The switching
降圧チョッパ回路40は、スイッチング素子であるトランジスタQ7,Q8と、ダイオードD7,D8と、コイルL7,L8と、平滑コンデンサC3,C4とを含む。
Step-down
トランジスタQ7,Q8は、電源ラインSPL1と接地ラインSL2との間に直列に接続される。そして、トランジスタQ7のコレクタは電源ラインSPL1に接続され、トランジスタQ8のエミッタが接地ラインSL2に接続される。また、各トランジスタQ7,Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD7,D8がそれぞれ接続される。 Transistors Q7 and Q8 are connected in series between power supply line SPL1 and ground line SL2. The collector of transistor Q7 is connected to power supply line SPL1, and the emitter of transistor Q8 is connected to ground line SL2. Further, diodes D7 and D8 for passing a current from the emitter side to the collector side are connected between the collector and emitter of the transistors Q7 and Q8, respectively.
コイルL7の一方端はトランジスタQ7のコレクタに接続され、他方端は電源ラインSPL1に接続される。コイルL8の一方端はトランジスタQ7とトランジスタQ8との中間点、すなわち、トランジスタQ7のエミッタとトランジスタQ8のコレクタとに接続され、他方端は電源ラインSPL2に接続される。トランジスタQ7,Q8の各ベースは、図1の制御装置50によって降圧動作を指示する制御信号が与えられるとスイッチング制御される。
One end of coil L7 is connected to the collector of transistor Q7, and the other end is connected to power supply line SPL1. One end of coil L8 is connected to an intermediate point between transistors Q7 and Q8, that is, the emitter of transistor Q7 and the collector of transistor Q8, and the other end is connected to power supply line SPL2. The bases of the transistors Q7 and Q8 are subjected to switching control when a control signal instructing a step-down operation is given by the
平滑コンデンサC3は、電源ラインSPL1と接地ラインSL2との間に接続される。平滑コンデンサC4は、電源ラインSPL2と接地ラインSL2との間に接続される。 Smoothing capacitor C3 is connected between power supply line SPL1 and ground line SL2. Smoothing capacitor C4 is connected between power supply line SPL2 and ground line SL2.
降圧チョッパ回路40は、制御装置50からの制御信号に応じて、スイッチング電源回路30から出力された直流電圧VL1を電圧VL2に降圧して電源ラインSPL2に供給する。
The step-down
より具体的には、降圧チョッパ回路40は、降圧動作時において、制御装置50からの制御信号に基づいて、トランジスタQ7を所定のデューティー比でオン/オフさせ、かつ、トランジスタQ8をオフ状態に維持させる。トランジスタQ7のオン期間においては、電源ラインSPL1からトランジスタQ7およびコイルL8の順に介して充電電流が電源ラインSPL2へ流れる。続いて、トランジスタQ7がオン状態からオフ状態に遷移すると、コイルL8の電流変化を妨げるように磁束が発生するので、充電電流は、ダイオードD8、コイルL8および電源ラインSPL2を順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的に見ると、電源ラインSPL1および接地ラインSL2を介して直流電力が供給されるのはトランジスタQ7のオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると、降圧チョッパ回路40から電源ラインSPL2へ供給される直流電力の平均電圧は、電源ラインSPL1および接地ラインSL2間の直流電圧VL1にデューティー比を乗じた値となる。
More specifically, step-down
平滑コンデンサC4は、電源ラインSPL2に出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧VL2を第2補機130(図1)へ供給する。 Smoothing capacitor C4 smoothes the DC voltage output to power supply line SPL2, and supplies the smoothed DC voltage VL2 to second auxiliary device 130 (FIG. 1).
また、降圧チョッパ回路40は、その降圧機能が損なわれた場合には、制御装置50からの制御信号に応じて、スイッチング電源回路30または補機バッテリ20から電源ラインSPL1から供給された直流電圧VL1を直接的に(すなわち、降圧せずに)電源ラインSPL2へ供給する。
Further, when the step-down
より具体的には、降圧チョッパ回路40は、降圧動作を停止するとともに、制御装置50からの制御信号に基づいて、トランジスタQ7をオン状態に維持し、かつ、トランジスタQ8をオフ状態に維持する。その結果、降圧チョッパ回路40における電圧変換比は略1となり、降圧チョッパ回路40から電源ラインSPL2および接地ラインSL2に供給される直流電力の電圧は、電源ラインSPL1の電圧VL1に略等しい電圧となる。
More specifically, step-down
このように降圧チョッパ回路40は、スイッチング電源回路30から受けた直流電力を降圧する降圧機能に加えて、該降圧機能が損なわれた場合には、電源ラインSPL1に出力された電圧VL1を直接的に電源ラインSPL2に供給する電圧低下保護機能を有するものである。この結果、以下に述べるように、本実施の形態に従うDC/DCコンバータ100によれば、電源ラインSPL2に対して第2補機130の動作電圧下限値を安定して供給することができる。その結果、第2補機130を低消費電力で、かつ安定的に作動することが可能となる。
Thus, in addition to the step-down function for stepping down the DC power received from the switching
図3は、図2のDC/DCコンバータ100で実行される電圧変換動作について説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a voltage conversion operation executed by the DC /
図3を参照して、降圧チョッパ回路40の降圧機能が損なわれていない通常時においては、高電圧バッテリ10から供給された直流電力は、図中のラインLN1に示すように、スイッチング電源回路30において電圧VL1に降圧されて電源ラインSPL1および補機バッテリ20に供給される。そして、降圧後の直流電力は、図中のラインLN2に示すように降圧チョッパ回路40において、さらに電圧VL2に降圧されて電源ラインSPL2に供給される。
Referring to FIG. 3, in a normal time when the step-down function of step-down
このようにDC/DCコンバータ100に2段階の降圧機能を持たせた構成とすることによって、電源ラインPL1および接地ラインSL1に対して並列接続される2個のDC/DCコンバータを一体化することができる。その結果、電源システムを小型化できる。
As described above, the DC /
また、上述したように、電源ラインSPL2に供給される電圧VL2は、第2補機130の動作電圧下限値に相当することから、第2補機130における消費電力を低減することができる。
Further, as described above, the voltage VL2 supplied to the power supply line SPL2 corresponds to the lower limit value of the operating voltage of the second
その一方で、車両の停止中においても、スイッチング電源回路30がスイッチング動作を行なうと、大きな消費電流がDC/DCコンバータ100に駆動されることから、省電力化の観点からは、車両の停止中には、スイッチング電源回路30のスイッチング動作も停止させることが望ましい。この場合、スイッチング電源回路30から電源ラインSPL1に対する電力供給が遮断されるため、電源ラインSPL1に接続される第1補機110は、補機バッテリ20から電力の供給を受けて作動する。
On the other hand, when the switching
これに対して、電源ラインSPL2に接続される第2補機130においては、スイッチング電源回路30から受けた直流電力を降圧する降圧機能が損なわれてしまうために電源ラインSPL2に対する電力供給が遮断され、正常に作動できない可能性がある。
On the other hand, in second
そこで、本実施の形態においては、スイッチング電源回路30が停止することにより降圧チョッパ回路40の降圧機能が損なわれたと判断された場合には、図4中のラインLN3で示すように、降圧チョッパ回路40の降圧動作を停止するとともに、補機バッテリ20からの直流電力を、電圧変換比を略1に固定して電源ラインSPL2に供給する構成とする。これによれば、スイッチング電源回路30の停止中においても、電源ラインSPL2の電圧VL2を第2補機130の動作電圧下限値を下回るのを抑制することができる。その結果、車両の停止中におけるDC/DCコンバータ100の消費電力を抑えつつ、第2補機130の安定動作を保証することができる。
Therefore, in the present embodiment, when it is determined that the step-down function of the step-down
なお、本明細書においては、スイッチング電源回路30から電源ラインSPL1に出力された電力を降圧して電源ラインSPL2に供給するように降圧動作を行なう制御モードを「通常モード」と称する。これに対して、スイッチング電源回路30のスイッチング動作の停止時において、スイッチング電源回路30に代えて補機バッテリ20から電源ラインSPL1に出力された電力を、電圧変換比を略1に固定して電源ラインSPL2に供給するように降圧動作を停止する制御モードを「バックアップモード」とも称する。
In this specification, a control mode in which the step-down operation is performed so that the power output from the switching
また、通常モードの実行中においても、トランジスタQ7またはQ8のスイッチング制御の異常などによって降圧チョッパ回路40の降圧機能が損なわれた場合には、電源ラインSPL2の電圧VL2が低下して、第2補機130の動作電圧下限値を下回る可能性がある。
Even when the normal mode is being executed, if the step-down function of the step-down
そこで、本実施の形態においては、電源ラインSPL2の電圧VL2が所定の閾値Vthを下回ったことが検出された場合には、降圧チョッパ回路40の降圧動作を停止するとともに、図5中のラインLN4に示すように、スイッチング電源回路30からの直流電力を、電圧変換比を略1に固定して電源ラインSPL2に供給する構成とする。これによれば、降圧チョッパ回路40の異常検出時に直ちに第2補機130への電力供給が遮断されるのを回避することができる。その結果、異常検出時の車両の安全を保証するフェイルセーフ機能が確保される。
Therefore, in the present embodiment, when it is detected that the voltage VL2 of the power supply line SPL2 is lower than the predetermined threshold value Vth, the step-down operation of the step-down
なお、本明細書では、電源ラインSPL2の電圧低下の検出時に、スイッチング電源回路30から電源ラインSPL1に出力された電力を、電圧変換比を略1に固定して電源ラインSPL2に供給するように降圧動作を停止する制御モードを、「フェイルセーフモード」とも称する。
In the present specification, when the voltage drop of the power supply line SPL2 is detected, the power output from the switching
図6は、電源ラインSPL1,SPL2の電圧VL1,VL2の時間的変化の一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of temporal changes in the voltages VL1 and VL2 of the power supply lines SPL1 and SPL2.
図6を参照して、まず時刻t1から時刻t2までの期間において、車両が停止しているものとする。この期間においては、スイッチング電源回路30のスイッチング動作が停止しているため、降圧チョッパ回路40は、バックアップモード(図4)を実行する。このバックアップモードでは、電源ラインSPL2には、補機バッテリ20からの直流電力が直接的に供給される。したがって、電源ラインSPL2の電圧VL2は、電源ラインSPL1の電圧VL1と同じく、補機バッテリ20の出力電圧(たとえば12V)に維持されている。
Referring to FIG. 6, it is assumed that the vehicle is stopped during the period from time t1 to time t2. In this period, since the switching operation of the switching
次に、時刻t2において車両がシステム起動状態(IGオン状態)となると、スイッチング電源回路30が作動することにより、電源ラインSPL1の電圧VL1は、高電圧バッテリ10からの出力電圧VHを降圧した電圧(たとえば、14V)にまで上昇する。そして、時刻t3において、降圧チョッパ回路40が作動して通常モード(図3)の実行を開始すると、電源ラインSPL2の電圧VL2は、電源ラインSPL1の電圧VL1を降圧した電圧(たとえば、9V)に維持される。
Next, when the vehicle enters the system start-up state (IG on state) at time t2, the switching
そして、時刻t4において車両がシステム停止状態(IGオフ状態)となると、再び降圧チョッパ回路40は、通常モードからバックアップモードに切替わる。
When the vehicle is in a system stop state (IG off state) at time t4, the step-down
このように、降圧チョッパ回路40が通常モードおよびバックアップモードを切替えて実行することにより、電源ラインSPL2には、車両の停止中および走行中に拘わらず、第2補機130の動作電圧下限値に相当する電圧が安定して供給されることとなる。その結果、第2補機130の省電力化および安定動作を実現できる。
As described above, the step-down
これに対して、通常モードの実行中に、降圧チョッパ回路40の降圧機能が損なわれた場合には、図中の時刻t7に示すように、電源ラインSPL2に電圧低下が発生する。この場合には、電源ラインSPL2の電圧VL2が所定の閾値Vthを下回ったことを検出して、降圧チョッパ回路40を、通常モードからフェイルセーフモード(図5)に切替える。これにより、電源ラインSPL2には電源ラインSPL1の電圧VL1が直接的に供給されるため、電圧VL2は、電圧VL1と同等レベルにまで上昇する。その結果、降圧チョッパ回路40の異常検出後においても、第2補機130の安定動作を保証できる。
On the other hand, when the step-down function of the step-down
図7は、通常モード(図3)を実行しているときの電源ラインSPL1,SPL2の電圧VL1,VL2の時間的変化一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of temporal changes in the voltages VL1 and VL2 of the power supply lines SPL1 and SPL2 when the normal mode (FIG. 3) is being executed.
図7を参照して、電源ラインSPL1の電圧VL1は、第1補機110の消費電力の急激な増加や補機バッテリ20の劣化状態に起因した変動幅を有している。その一方で、電源ラインSPL2に供給される電圧VL2は、降圧チョッパ回路40の降圧機能によって、第2補機130の動作電圧下限値に維持されている。
Referring to FIG. 7, voltage VL <b> 1 of power supply line SPL <b> 1 has a fluctuation range due to a rapid increase in power consumption of first
このように電源ラインSPL2の電圧VL2を第2補機130の動作電圧下限値に維持することによって、第2補機130の消費電流を低減することができる。詳細には、電気負荷の動作電圧と消費電流との間には、図8のような関係が成立している。この図8によれば、消費電流は、保護電圧(電気負荷の作動に必要な最低電圧)を下限として動作電圧が高くなるにつれて増大している。このような関係において、第2補機130の動作電圧は、図中の点P1に示されるように、動作電圧下限値に維持されるため、消費電流を低減することが可能となる。
Thus, by maintaining the voltage VL2 of the power supply line SPL2 at the operating voltage lower limit value of the second
以上に述べたように、本実施の形態に従う電源システムによれば、電気負荷の省電力化および動作の安定化の両立を実現することができる。この結果、車両の走行性能および快適な車内環境を確保しながら、車両のエネルギー効率を向上することができる。 As described above, according to the power supply system according to the present embodiment, it is possible to realize both the power saving of the electric load and the stabilization of the operation. As a result, the energy efficiency of the vehicle can be improved while ensuring the running performance of the vehicle and a comfortable in-vehicle environment.
図1および図2に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、スイッチング電源回路30が「電源回路」に相当し、補機バッテリ20が「蓄電部」に相当し、降圧チョッパ回路40が「電圧変換回路」に相当し、第2補機130が「電気負荷」に相応する。
1 and FIG. 2, the switching
以上の処理は、図9に示すような処理フローまとめることができる。
(フローチャート)
図9は、この発明の実施の形態に従う降圧チョッパ回路40を制御する制御装置50(図1)で実行されるプログラムの制御構造を説明するためのフローチャートである。
The above processing can be summarized as a processing flow as shown in FIG.
(flowchart)
FIG. 9 is a flowchart for illustrating a control structure of a program executed by control device 50 (FIG. 1) for controlling step-down
図9を参照して、制御装置50は、車両がシステム起動状態(IGオン状態)になったか否かを判断する(ステップS01)。車両がシステム起動状態でない場合(ステップS01においてNOの場合)には、制御装置50は、降圧チョッパ回路40(図2)をバックアップモード(図4)とする。この場合、降圧チョッパ回路40は、降圧動作を停止するとともに、制御装置50からの制御信号に基づいて、トランジスタQ7をオン状態に維持し、かつ、トランジスタQ8をオフ状態に維持する(ステップS08)。これにより、降圧チョッパ回路40における電圧変換比は略1となり、降圧チョッパ回路40から電源ラインSPL2には、電源ラインSPL1の電圧VL1に略等しい電圧が供給される。
Referring to FIG. 9,
これに対して、車両がシステム起動状態になった場合(ステップS01においてYESの場合)には、制御装置50は、スイッチング電源回路30(図2)を作動して、高電圧バッテリ10(図1)からの出力電圧VHを電圧VL1に降圧して電源ラインSPL1に供給する(ステップS02)。
On the other hand, when the vehicle is in the system activation state (YES in step S01),
次に、制御装置50は、電源ラインSPL1および接地ラインSL2の間に配された電圧センサ(図示せず)からの入力される検出信号に基づいて、電源ラインSPL1の電圧VL1を取得する。また、制御装置50は、電源ラインSPL2および接地ラインSL2の間に配された電圧センサ(図示せず)から入力される検出信号に基づいて、電源ラインSPL2の電圧VL2を取得する(ステップS03)。そして、制御装置50は、電源ラインSPL1の電圧VL1が所定の基準値Vst1よりも高いか否かを判断する(ステップS04)。なお、所定の基準値Vst1は、スイッチング電源回路30の降圧機能が正常であるか否かを判断するための電圧であって、本実施の形態では、補機バッテリ20の出力電圧よりも若干高い電圧(たとえば、13V)に予め設定されている。
Next,
電源ラインSPL1の電圧VL1が所定の基準値Vst1以下の場合(ステップS04においてNOの場合)には、制御装置50は、スイッチング電源回路30の降圧機能が損なわれたと判断して、電圧変換動作に係る処理を終了する。
When voltage VL1 of power supply line SPL1 is equal to or lower than predetermined reference value Vst1 (NO in step S04),
これに対して、電源ラインSPL1の電圧VL1が所定の基準値Vst1よりも高い場合(ステップS04においてYESの場合)には、制御装置50は、スイッチング電源回路30の降圧機能が正常であると判断して、降圧チョッパ回路40を作動する(ステップS05)。
In contrast, when voltage VL1 of power supply line SPL1 is higher than predetermined reference value Vst1 (YES in step S04),
このとき、制御装置50は、電源ラインSPL2の電圧VL2が所定の閾値Vthよりも低いか否かを判断し(ステップS06)、電源ラインSPL2の電圧VL2が所定の閾値Vth以上の場合(ステップS06においてNOの場合)には、降圧チョッパ回路40を通常モード(図3)とする。この場合、降圧チョッパ回路40は、制御装置50からの制御信号に基づいて、トランジスタQ7を所定のデューティー比でオン/オフさせ、かつ、トランジスタQ8をオフ状態に維持させる(ステップS07)。これにより、降圧チョッパ回路40から電源ラインSPL2へ供給される直流電力の平均電圧は、電源ラインSPL1の電圧VL1にデューティー比を乗じた値となる。
At this time,
これに対して、電源ラインSPL2の電圧VL2が所定の閾値Vthよりも低い場合(ステップS06においてYESの場合)には、制御装置50は、降圧チョッパ回路40の降圧機能が損なわれたと判断して、降圧チョッパ回路40をフェイルセーフモード(図5)とする。この場合、降圧チョッパ回路40は、降圧動作を停止するとともに、制御装置50からの制御信号に基づいて、トランジスタQ7をオン状態に維持し、かつ、トランジスタQ8をオフ状態に維持する(ステップS08)。これにより、降圧チョッパ回路40における電圧変換比は略1となり、降圧チョッパ回路40から電源ラインSPL2には、電源ラインSPL1の電圧VL1に略等しい電圧が供給される。
On the other hand, when voltage VL2 of power supply line SPL2 is lower than predetermined threshold Vth (YES in step S06),
(変更例)
なお、図2に示されるスイッチング電源回路30および降圧チョッパ回路40については、各々のトランジスタをオン/オフするスイッチング周波数を、車両に搭載される無線機器(たとえばカーオーディオなどの無線受信機)の使用周波数とは異なる周波数に設定することにより、スイッチング動作時に発生する電気的ノイズが、無線機器の通信信号に混入して無線機器にノイズを発生させるのを回避することができる。
(Example of change)
For the switching
図10は、スイッチング電源回路30および降圧チョッパ回路40におけるスイッチング周波数の一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the switching frequency in the switching
図10を参照して、無線機器の使用周波数(たとえばラジオ受信機であれば、数百〜数千kHz程度)を挟んで、低周波側にスイッチング電源回路30のスイッチング周波数が設定されるとともに、高周波側に降圧チョッパ回路40のスイッチング周波数が設定される。なお、これらのスイッチング周波数は、無線機器の使用周波数と重なり合わない範囲において、スイッチング損失などとの兼ね合いを考慮して適正な値に設定することができる。
Referring to FIG. 10, the switching frequency of the switching
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 高電圧バッテリ、12 昇圧コンバータ、14 インバータ、20 補機バッテリ、30 スイッチング電源回路、40 降圧チョッパ回路、50 制御装置、100 DC/DCコンバータ、110 第1補機、130 第2補機、C2〜C4 平滑コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、L1〜L8 コイル、PL1,PL2,SPL1,SPL2 電源ライン、Q1〜Q8 トランジスタ、SL1,SL2 接地ライン。 10 High Voltage Battery, 12 Boost Converter, 14 Inverter, 20 Auxiliary Battery, 30 Switching Power Supply Circuit, 40 Step-down Chopper Circuit, 50 Control Device, 100 DC / DC Converter, 110 First Auxiliary Machine, 130 Second Auxiliary Machine, C2 ~ C4 smoothing capacitor, D1-D8 diode, L1-L8 coil, PL1, PL2, SPL1, SPL2 power line, Q1-Q8 transistor, SL1, SL2 ground line.
Claims (7)
前記第1電源線に接続され、前記第1の電圧を受けて充電される蓄電部と、
前記第1電源線からの前記第1の電圧を第2の電圧に降圧して第2電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、
前記第2電源線に接続され、前記第2の電圧を受けて駆動する電気負荷とを備え、
前記電気負荷は、前記第2の電圧を、正常動作が保証される動作電圧下限値として有し、
前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、前記電圧変換回路における降圧動作を停止させるとともに、電圧変換比を略1に固定する電圧低下保護手段をさらに備える、電源システム。 A power supply circuit for outputting a first voltage to the first power supply line;
A power storage unit connected to the first power supply line and charged by receiving the first voltage;
A voltage conversion circuit having a step-down function of stepping down the first voltage from the first power supply line to a second voltage and outputting it to a second power supply line;
An electrical load connected to the second power supply line and driven by receiving the second voltage;
The electrical load has the second voltage as an operating voltage lower limit value that ensures normal operation,
A power supply system further comprising voltage drop protection means for stopping a step-down operation in the voltage conversion circuit and fixing a voltage conversion ratio to approximately 1 when the step-down function of the voltage conversion circuit is impaired.
前記第2電源線の電圧が前記第2の電圧となるデューティー比を設定して前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備え、
前記電圧低下保護手段は、前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、前記スイッチング素子をオン状態に維持する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源システム。 The voltage conversion circuit includes a chopper circuit including at least a switching element connected between the first power supply line and the second power supply line,
Control means for controlling the switching of the switching element by setting a duty ratio at which the voltage of the second power supply line becomes the second voltage;
The power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage drop protection means maintains the switching element in an on state when a step-down function of the voltage conversion circuit is impaired.
前記制御手段は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を、前記無線機器の使用周波数とは異なる周波数に設定する、請求項4に記載の電源システム。 The electrical load includes a wireless device,
The power supply system according to claim 4, wherein the control unit sets a switching frequency of the switching element to a frequency different from a use frequency of the wireless device.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電源システムと、
前記電源から電力の供給を受けて車輪を駆動する回転電機とを備える車両。 The power supply circuit includes a switching power supply that steps down a power supply voltage from a power supply and outputs the first voltage to the first power supply line,
The power supply system according to any one of claims 1 to 5,
A vehicle comprising: a rotating electric machine that drives wheels by receiving power from the power source.
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