JP2010233384A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧系が過電圧に至るのをより適正に抑制する。
【解決手段】スレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときには（Ｓ１００）、トランジスタの通常の周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリが充電されるようスレーブ側昇降圧コンバータをスイッチング制御し（Ｓ１１０）、蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆより大きいときには、トランジスタの通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリの蓄電量が許容蓄電量を超えないように蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときの制御の際の充電量よりも小さな充電量でスレーブバッテリが充電されるようスレーブ側昇降圧コンバータをスイッチング制御する（Ｓ１２０）。これにより、高電圧側の高電圧系が過電圧に至るのをより適正に抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関する。

従来、この種の電源装置としては、主蓄電装置と、給電ラインと、主蓄電装置と給電ラインとの間に設けられ電圧変換を行なう電圧変換器である第１の昇圧コンバータと、互いに並列的に設けられた複数の副蓄電装置と、複数の副蓄電装置と給電ラインとの間に設けられ電圧変換を行なう電圧変換器である第２の昇圧コンバータと、を備え、複数の副蓄電装置のいずれか一つを第２の昇圧コンバータに接続し、第２の昇圧コンバータに接続された副蓄電装置の充電状態ＳＯＣが所定のしきい値より小さくなると他の副蓄電装置に接続を切り替えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電源装置では、複数の副蓄電装置を備えることで蓄電容量を増やすと共に複数の副蓄電装置に充電された電力を有効に使い切りながら順に用いて電力を供給することができる。

特開２００８−１６７６２０号公報

こうした電源装置では、給電ラインに接続された電気機器の動作等によっては給電ラインの電圧が上昇して過電圧に至ることがあるため、所定電圧を超えたときには過電圧に至らないようにフェール制御を行なう。こうしたフェール制御として主蓄電装置または副蓄電装置が充電されるように第１の昇圧コンバータまたは第２の昇圧コンバータを制御することも考えられるが、主蓄電装置が充電されるようにフェール制御を行なうと主蓄電装置の蓄電量等の管理が複雑になるため、副蓄電装置が充電されるようにフェール制御を行なうことが望ましい。しかしながら、副蓄電装置の蓄電量が比較的多いときに副蓄電装置が充電されるようにフェール制御を行なうと、副蓄電装置を過充電してしまう場合があり、副蓄電装置を過充電しないようにするとフェール制御を十分に行なうことができない場合がある。

本発明の電源装置は、高電圧系が過電圧に至るのをより適正に抑制することを主目的とする。

本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電源装置は、
第１の低電圧系に接続された第１のバッテリと、前記第１の低電圧系と高電圧系との間で電圧を変換して電力をやり取りする第１の昇降圧コンバータと、第２の低電圧系に接続された第２のバッテリと、スイッチング素子のスイッチングにより前記第２の低電圧系と前記高電圧系との間で電圧を変換して電力をやり取りする第２の昇降圧コンバータと、前記高電圧系に接続され該高電圧系の電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記高電圧系の電圧が所定の要求に基づく目標電圧となるよう前記第１の昇降圧コンバータと前記第２の昇降圧コンバータとを制御する制御手段と、を備える電源装置において、
前記制御手段は、前記高電圧系の電圧が所定電圧以上のとき、前記第２のバッテリの蓄電量が所定の蓄電量以下となる低蓄電状態のときには前記第２の昇降圧コンバータの通常の周波数のスイッチングを伴って前記第２のバッテリが充電されるよう制御し、前記低蓄電状態ではないときには前記第２の昇降圧コンバータの前記通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴って前記第２のバッテリが前記低蓄電状態のときの充電量より小さい充電量で充電されるよう制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の電源装置では、高電圧系の電圧が所定の要求に基づく目標電圧となるよう第１の昇降圧コンバータと第２の昇降圧コンバータとを制御し、高電圧系の電圧が所定電圧以上のときに第２のバッテリの蓄電量が所定の蓄電量以下となる低蓄電状態のときには第２の昇降圧コンバータの通常の周波数のスイッチングを伴って第２のバッテリが充電されるよう制御し、高電圧系の電圧が所定電圧以上のときに低蓄電状態ではないときには第２の昇降圧コンバータの通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴って第２のバッテリが低蓄電状態のときの充電量より小さい充電量で充電されるよう制御する。即ち、高電圧系の電圧が所定電圧以上になると、第１のバッテリを充電することなく第２のバッテリを充電し、第２のバッテリの蓄電量が比較的多いときでも第２のバッテリに許容される蓄電量を超えて充電しないように第２のバッテリをより小さい充電量で充電すると共に第２の昇降圧コンバータのスイッチングによる損失をより大きくして電力を消費し、高電圧系の平滑コンデンサに充電された電力を第２の昇降圧コンバータ側へ放電するのである。これにより、高電圧系が過電圧に至るのをより適正に抑制することができる。

本発明の一実施例としての電源装置を備える駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０によって実行される電圧超過時の処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電源装置を備える駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されたモータ２２と、モータ２２を駆動するためのインバータ２４と、充放電可能なマスタバッテリ３０と、マスタバッテリ３０とインバータ２４とに接続されたマスタ側昇降圧コンバータ３６と、マスタ側昇降圧コンバータ３６のマスタバッテリ３０側の電圧を平滑する平滑コンデンサ３４と、マスタバッテリ３０とマスタ側昇降圧コンバータ３６との接続や接続の解除を行なうメインリレー３２と、各々が並列に接続された充放電可能なスレーブバッテリ４０，４１と、スレーブバッテリ４０，４１とインバータ２４とに接続されたスレーブ側昇降圧コンバータ４６と、スレーブ側昇降圧コンバータ４６のスレーブバッテリ４０，４１側の電圧を平滑する平滑コンデンサ４４と、スレーブバッテリ４０，４１の各々とスレーブ側昇降圧コンバータ４６との接続や接続の解除を各々に行なうリレー４２，４３と、マスタ側昇降圧コンバータ３６およびスレーブ側昇降圧コンバータ４６よりもインバータ２４側の高電圧系に接続されインバータ２４に供給される電圧を平滑する平滑コンデンサ３８と、平滑コンデンサ３８の端子間電圧（高電圧系の電圧）を検出する電圧センサ３９と、電圧センサ３９からの高電圧系の電圧を入力すると共にインバータ２４やマスタ側昇降圧コンバータ３６，スレーブ側昇降圧コンバータ４６を駆動制御したりメインリレー３２，リレー４２，４３をオンオフ制御して装置全体を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０と、を備える。ここで、実施例では、主としてマスタバッテリ３０とマスタ側昇降圧コンバータ３６とスレーブバッテリ４０，４１とスレーブ側昇降圧コンバータ４６と平滑コンデンサ３８と電圧センサ３９と電子制御ユニット５０とが本発明の電源装置に相当する。

マスタ側昇降圧コンバータ３６は、２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１２とトランジスタＴ１１，Ｔ１２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ１１，Ｄ１２とリアクトルＬ１とから構成されている。２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１２は、それぞれインバータ２４の正極側と負極側とに接続されており、その中間点にリアクトルＬ１が接続されている。また、リアクトルＬ１とインバータ２４の負極側とにそれぞれマスタバッテリ３０の正極側と負極側とが接続されている。したがって、トランジスタＴ１１，Ｔ１２をオンオフ制御することによりマスタバッテリ３０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ２４に供給したりインバータ２４に作用している直流電圧を降圧してマスタバッテリ３０を充電したりすることができる。また、スレーブ側昇降圧コンバータ４６もマスタ側昇降圧コンバータ３６と同様に２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２と２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２とリアクトルＬ２とから構成されており、トランジスタＴ２１，Ｔ２２をオンオフ制御することによりスレーブバッテリ４０，４１の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ２４に供給したりインバータ２４に作用している直流電圧を降圧してスレーブバッテリ４０，４１を充電したりすることができる。

実施例の駆動装置２０は、基本的には、電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によってモータ２２を駆動する。まず、モータ２２に要求される要求トルクとモータ２２の回転数とに基づいて要求トルクやモータ２２の回転数が大きいほど大きくなる傾向にインバータ２４に印加すべき電圧としての目標電圧を設定する。続いて、インバータ２４に印加される電圧が目標電圧となるようにマスタ側昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御すると共にスレーブバッテリ４０，４１の各蓄電量やモータ２２の消費電力等に基づいて設定される電力がスレーブ側昇降圧コンバータ４６とインバータ２４との間でやり取りされるようスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御し、モータ２２から要求トルクが出力されるようインバータ２４をスイッチング制御する。実施例の駆動装置２０では、こうした駆動制御により、モータ２２から要求トルクを出力することができる。また、実施例の駆動装置２０では、上述の駆動制御と共に電子制御ユニット５０によりマスタバッテリ３０とスレーブバッテリ４０，４１とを管理しており、例えば、マスタバッテリ３０，スレーブバッテリ４０，４１の各蓄電量をそれぞれ充放電電流等に基づいて演算したり、図示しない各種センサからの信号に基づいてマスタバッテリ３０，スレーブバッテリ４０，４１の異常を判定したりしている。さらに、電子制御ユニット５０は、マスタバッテリ３０，スレーブバッテリ４０，４１のいずれにも異常が生じていないときには、マスタバッテリ３０とマスタ側昇降圧コンバータ３６とが接続されるようメインリレー３２を制御すると共に蓄電量が所定蓄電量（例えば２５％や３０％など）以上のスレーブバッテリ４０，４１のうちいずれか１つとスレーブ側昇降圧コンバータ４６とが接続されるようにリレー４２，４３を制御しており、スレーブバッテリ４０，４１のいずれの蓄電量も所定蓄電量以下となったときには、スレーブ側昇降圧コンバータ４６との接続が解除されるようリレー４２，４３を制御している。こうした制御により、実施例の駆動装置２０では、スレーブバッテリ４０，４１に充電された電力を有効に使用することができる。また、実施例の駆動装置２０では、こうした駆動制御によりモータ２２を駆動している最中にモータ２２の回転数の急変やインバータ２４の異常等によって平滑コンデンサ３８が過剰に充電されて高電圧系の電圧が上昇し、その電圧が高電圧系に許容される許容電圧を超えて過電圧に至る可能性がある。このため、電子制御ユニット５０は、電圧センサ３９からの高電圧系の電圧が許容電圧よりも若干低い所定電圧を超えたときに高電圧系が過電圧に至るおそれがあると判定し、高電圧系が過電圧に至らないように電圧超過時の処理を実行する。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の電子制御ユニット５０により実行される電圧超過時の処理について説明する。図２は、電子制御ユニット５０によって実行される電圧超過時の処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、電圧センサ３９からの高電圧系の電圧が所定電圧を超えているときに所定時間毎に繰り返し実行される。なお、以下の説明では、説明の都合上、リレー４２によりスレーブバッテリ４０とスレーブ側昇降圧コンバータ４６とが接続されると共にリレー４３によりスレーブバッテリ４１とスレーブ側昇降圧コンバータ４６との接続が解除されている状態を前提として電圧超過時の処理について説明する。電圧超過時の処理が実行されると、電子制御ユニット５０は、まずスレーブバッテリ４０の蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下であるか否か調べる（ステップＳ１００）。ここで、所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆとしては、高電圧系の電圧が所定電圧以下になるまで平滑コンデンサ３８に充電された電力をスレーブバッテリ４０に充電してスレーブバッテリ４０の蓄電量が増加したとしてもスレーブバッテリ４０の蓄電量がスレーブバッテリ４０に許容される許容蓄電量（例えば、７５％や８０％など）を超えないと想定される現在の蓄電量の最大値若しくはこれより若干小さい値などを用いることができる。スレーブバッテリ４０の蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときには、スレーブバッテリ４０を充電してもスレーブバッテリ４０の蓄電量が許容蓄電量を超えないと判断して、トランジスタＴ２１，Ｔ２２の通常の周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリ４０が充電されるようにスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御する（ステップＳ１１０）。こうした制御により、平滑コンデンサ３８に充電された電力がスレーブバッテリ４０に充電されて高電圧系の電圧が低下するから、高電圧系が過電圧に至るのを抑制できる。一方、スレーブバッテリ４０の蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆより大きいときには、スレーブバッテリ４０の蓄電量が許容蓄電量を超えるおそれがあると判断して、トランジスタＴ２１，Ｔ２２の通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリ４０の蓄電量が許容蓄電量を超えないようにスレーブバッテリ４０の蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときの制御の際の充電量よりも小さな充電量でスレーブバッテリ４０が充電されるようスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御する（ステップＳ１２０）。こうした制御により、スレーブバッテリ４０の蓄電量が許容蓄電量を超えない範囲で平滑コンデンサ３８に充電された電力がスレーブバッテリ４０に充電されると共に昇降圧コンバータ４６のスイッチングによる電力消費量が通常よりも大きくなって高電圧系の電圧が低下するから、高電圧系が過電圧に至るのを抑制できる。なお、マスタバッテリ３０に充電を行なわないのは、実施例では、マスタバッテリ３０は蓄電量に関係なくマスタ側昇降圧コンバータ３６に常時接続されるため、蓄電量が低下するとスレーブ側昇降圧コンバータ４６との接続が解除されるスレーブバッテリ４０，４１に比して蓄電量などのバッテリの管理をより精度良く行なう必要があり、高電圧系が過電圧となるのを抑制するためにマスタバッテリ３０が充電されるとマスタバッテリ３０の管理がより複雑になるからである。また、リレー４３によりスレーブバッテリ４１とスレーブ側昇降圧コンバータ４６とが接続されると共にリレー４２によりスレーブバッテリ４０とスレーブ側昇降圧コンバータ４６との接続が解除されている状態のときも上述の処理をスレーブバッテリ４０に代えてスレーブバッテリ４１に適用することで同様の効果を得ることができる。さらに、リレー４２，４３によりスレーブバッテリ４１，４２とスレーブ側昇降圧コンバータ４６との接続がいずれも解除されている状態のときには、スレーブバッテリ４０，４１のうちいずれかがスレーブ側昇降圧コンバータ４６と接続されるようリレー４２またはリレー４３を制御してから上述の処理を行なえばよい。

以上説明した実施例の電源装置を備える駆動装置２０によれば、高電圧系の電圧が所定電圧を超えているときにスレーブバッテリ４０，４１のうちスレーブ側昇降圧コンバータ４６に接続されたスレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときには、トランジスタＴ２１，Ｔ２２の通常の周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリが充電されるようにスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御し、高電圧系の電圧が所定電圧以上のときにスレーブバッテリ４０，４１のうちスレーブ側昇降圧コンバータ４６に接続されたスレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆより大きいときには、トランジスタＴ２１，Ｔ２２の通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリの蓄電量が許容蓄電量を超えないようにスレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときの制御の際の充電量よりも小さな充電量でスレーブバッテリが充電されるようスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御するから、高電圧側の高電圧系が過電圧に至るのをより適正に抑制することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ３０が「第１のバッテリ」に相当し、マスタ側昇降圧コンバータ３６が「第１の昇降圧コンバータ」に相当し、バッテリ４０またはバッテリ４１が「第２のバッテリ」に相当し、スレーブ側昇降圧コンバータ４６が「第２の昇降圧コンバータ」に相当し、平滑コンデンサ３８が「平滑コンデンサ」に相当し、高電圧系の電圧がモータ２２の要求トルクや回転数などに基づく目標電圧となるようマスタ側昇降圧コンバータ３６とスレーブ側昇降圧コンバータ４６とを制御し、高電圧系の電圧が所定電圧を超えているときにスレーブバッテリ４０，４１のうちスレーブ側昇降圧コンバータ４６に接続されたスレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときには、トランジスタＴ２１，Ｔ２２の通常の周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリが充電されるようにスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御し、高電圧系の電圧が所定電圧以上のときにスレーブバッテリ４０，４１のうちスレーブ側昇降圧コンバータ４６に接続されたスレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆより大きいときには、トランジスタＴ２１，Ｔ２２の通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴ってスレーブバッテリの蓄電量が許容蓄電量を超えないようにスレーブバッテリの蓄電量ＳＯＣが所定蓄電量ＳＯＣＲｅｆ以下のときの制御の際の充電量よりも小さな充電量でスレーブバッテリが充電されるようスレーブ側昇降圧コンバータ４６をスイッチング制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電源装置の製造産業等に利用可能である。

２０ 駆動装置、２２ モータ、２４ インバータ、３０ マスタバッテリ、３２ メインリレー、３４ 平滑コンデンサ、３６ マスタ側昇降圧コンバータ、３８ 平滑コンデンサ、３９ 電圧センサ、４０，４１ スレーブバッテリ、４２，４３ リレー、４４ 平滑コンデンサ、４６ スレーブ側昇降圧コンバータ、５０ 電子制御ユニット、Ｔ１１〜Ｔ２２ トランジスタ、Ｄ１１〜Ｄ２２ ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル。

Claims (1)

1. 第１の低電圧系に接続された第１のバッテリと、前記第１の低電圧系と高電圧系との間で電圧を変換して電力をやり取りする第１の昇降圧コンバータと、第２の低電圧系に接続された第２のバッテリと、スイッチング素子のスイッチングにより前記第２の低電圧系と前記高電圧系との間で電圧を変換して電力をやり取りする第２の昇降圧コンバータと、前記高電圧系に接続され該高電圧系の電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記高電圧系の電圧が所定の要求に基づく目標電圧となるよう前記第１の昇降圧コンバータと前記第２の昇降圧コンバータとを制御する制御手段と、を備える電源装置において、
   前記制御手段は、前記高電圧系の電圧が所定電圧以上のとき、前記第２のバッテリの蓄電量が所定の蓄電量以下となる低蓄電状態のときには前記第２の昇降圧コンバータの通常の周波数のスイッチングを伴って前記第２のバッテリが充電されるよう制御し、前記低蓄電状態ではないときには前記第２の昇降圧コンバータの前記通常の周波数より高い周波数のスイッチングを伴って前記第２のバッテリが前記低蓄電状態のときの充電量より小さい充電量で充電されるよう制御する手段である、
   ことを特徴とする電源装置。

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