JP2012039778A - Ｄｃｄｃコンバータ - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで、配線抵抗によるDCDCコンバータの出力電圧の電圧降下を適切に補償できるようにする。
【解決手段】DCDCコンバータ１２は、イグニッションスイッチ１６を介して低圧バッテリ１３に接続され、イグニッションスイッチ１６により始動する。変圧部２１は、高圧バッテリ１１から入力される電圧を変圧して低圧バッテリ１３に供給する。制御回路２４は、イグニッションスイッチ１６が接続されたときにイグニッションスイッチ１６を介して低圧バッテリ１３から入力される電圧、並びに、変圧部２１の出力電圧および出力電流に基づいて、変圧部２１と低圧バッテリ１３間の配線抵抗を算出し、算出した配線抵抗に基づいて変圧部２１の出力電圧の指令値を補正し、変圧部２１の出力電圧を制御する。本発明は、例えば、電動車両用のDCDCコンバータに適用できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、DCDCコンバータに関し、特に、配線抵抗による電圧降下を補償することが可能なDCDCコンバータに関する。
EV（Electric Vehicle、電気自動車）、HEV（Hybrid Electric Vehicle、ハイブリッドカー）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー）などの電動車両には、高圧バッテリと低圧バッテリの２種類のバッテリが通常設けられる。
高圧バッテリは、例えば、電動車両の車輪を駆動し走行させるための主動力モータ、A/C（エアコンディショナ）のコンプレッサモータなどの高電圧かつ大電力の負荷用の電源として主に使用される。一方、低圧バッテリは、例えば、各種のECU（Electronic Control Unit）、EPS（電動パワーステアリング）、電動ブレーキ、カーオーディオ機器、ワイパー、パワーウインドウ用のモータ、照明ランプなどの低電圧の負荷用の電源として主に使用される。
また、この低圧バッテリの充電は、通常、高圧バッテリの電圧をDCDCコンバータにより変圧して供給することにより行われる。そして、DCDCコンバータと低圧バッテリとの間の配線抵抗による電圧降下が大きい場合、安定して低圧バッテリを充電できるように、電圧降下分を補償するようDCDCコンバータの出力電圧を制御する必要がある。
そこで、従来、DCDCコンバータとその負荷である電子機器の入力端との間を電圧検出用の専用のケーブルで接続し、電子機器への入力電圧を直接測定し、測定した入力電圧が所望の値になるように制御することで、配線抵抗による電圧降下を補償することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献１では、DCDCコンバータの出力電流に応じて、出力電流と配線抵抗により発生する電圧降下を補償するように、DCDCコンバータの出力電圧を制御することが提案されている。さらに、特許文献２では、特許文献１に記載のDCDCコンバータと同様に、出力電流に応じて電圧降下を補償するように出力電圧を制御するのに加えて、配線抵抗が異なる複数の装置に対応できるように、可変抵抗を用いて、出力電流に対する電圧補正の係数を調整可能にすることが提案されている。
しかしながら、DCDCコンバータの負荷の入力電圧を直接測定して、出力電圧を制御するようにした場合、DCDCコンバータと負荷を接続する配線が余分に必要になり、必要なコストが上昇する。
また、特許文献２に記載の発明では、適用する装置の配線抵抗を事前に測定し、装置毎に可変抵抗値を調整しなければならない。
特開２００３−２７４６４１号公報 特開２００６−１８０６０３号公報
本発明は、配線抵抗によるDCDCコンバータの出力電圧の電圧降下を適切に補償できるようにするものである。
本発明の一側面のDCDCコンバータは、始動スイッチを介してバッテリに接続され、前記始動スイッチにより始動するDCDCコンバータであって、入力された電圧を変圧して前記始動スイッチを介さずに前記バッテリに供給する変圧手段と、前記始動スイッチが接続されたときに前記始動スイッチを介して前記バッテリから入力される電圧、並びに、前記変圧手段の出力電圧および出力電流に基づいて、前記変圧手段と前記バッテリ間の配線抵抗を算出する配線抵抗演算手段と、算出された前記配線抵抗に基づいて前記変圧手段の出力電圧の指令値を補正し、前記変圧手段の出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを備える。
本発明の一側面のDCDCコンバータにおいては、始動スイッチが接続されたときに前記始動スイッチを介してバッテリから入力される電圧、並びに、変圧手段の出力電圧および出力電流に基づいて、前記変圧手段と前記バッテリ間の配線抵抗が算出され、算出された前記配線抵抗に基づいて前記変圧手段の出力電圧の指令値が補正され、前記変圧手段の出力電圧が制御される。
従って、低コストで、配線抵抗によるDCDCコンバータの出力電圧の電圧降下を適切に補償することが可能になる。
この始動スイッチは、例えば、電動車両のイグニッションスイッチまたはコントロールリレーにより構成される。このバッテリは、例えば、電動車両の低圧系の負荷用のバッテリにより構成される。この変圧手段は、例えば、スイッチング素子を用いたハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式などの電力変換回路により構成される。この配線抵抗演算手段、出力電圧制御手段は、例えば、マイクロコンピュータ、プロセッサなどにより構成される。
前記配線抵抗演算手段には、算出した前記配線抵抗を記録するとともに、前記始動スイッチが接続されたときに前記配線抵抗がすでに記録されている場合、前記配線抵抗の演算を行わず、前記出力電圧制御手段には、記録されている前記配線抵抗に基づいて前記変圧手段の出力電圧の指令値を補正させることができる。
これにより、配線抵抗の演算回数を削減することができる。
前記配線抵抗演算手段には、前記始動スイッチを介して前記バッテリから入力される電圧が所定の目標電圧の範囲から外れた場合、前記始動スイッチを介して前記バッテリから入力される電圧、並びに、前記変圧手段の出力電圧および出力電流に基づいて、前記配線抵抗を再演算させることができる。
これにより、常に配線抵抗を適切な値に保ち、配線抵抗によるDCDCコンバータの出力電圧の電圧降下を、より適切に補償することができる。
前記配線抵抗演算手段には、前記始動スイッチが接続されたときに前記バッテリの負荷が所定の閾値以上であるとき、前記配線抵抗の演算を行わずに、前記配線抵抗を予め定められた値に設定する。
これにより、求めた配線抵抗の誤差が大きくなり、DCDCコンバータの出力電圧の電圧降下の補償が、不適切に行われることが防止される。
本発明によれば、配線抵抗によるDCDCコンバータの出力電圧の電圧降下を補償することができる。
本発明を適用した車載システムの第１の実施の形態を示すブロック図である。 本発明を適用したDCDCコンバータの第１の実施の形態を示す回路図である。 DCDCコンバータの制御回路の構成例を示すブロック図である。 マイクロコンピュータの機能の構成例を示すブロック図である。 制御回路により実行される電圧指令処理を説明するためのフローチャートである。 本発明を適用した車載システムの第２の実施の形態を示すブロック図である。 本発明を適用したDCDCコンバータの第２の実施の形態を示す回路図である。 DCDCコンバータの制御回路の構成例を示すブロック図である。 マイクロコンピュータの機能の構成例を示すブロック図である。 制御回路により実行される電圧指令処理を説明するためのフローチャートである。 コンピュータの構成例を示すブロック図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．変形例
＜１．第１の実施の形態＞
まず、図１乃至図５を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
［車載システム１の構成例］
図１は、本発明を適用した車載システムの一実施の形態を示すブロック図である。車載システム１は、EV、HEV、PHEVなどの電動車両に設けられるシステムである。車載システム１は、高圧バッテリ１１、DCDCコンバータ１２、低圧バッテリ１３、電源マネージメントECU１４、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎ、および、イグニッションスイッチ１６を含むように構成される。電源マネージメントECU１４、および、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎは、車内LAN（Local Area Network）１７を介して相互に接続され、CAN（Controller Area Network）通信により各種のデータの送受信を行う。
高圧バッテリ１１は、所定の電圧の直流電力をDCDCコンバータ１２、および、図示せぬ高圧負荷に供給する。また、高圧バッテリ１１は、車載システム１の外部に接続される充電器２により充電される。
DCDCコンバータ１２は、高圧バッテリ１１から供給される直流電力の電圧を変換して、電圧を変換した直流電力を低圧バッテリ１３に供給し、低圧バッテリ１３を充電する。また、DCDCコンバータ１２は、電圧を変換した直流電力を電源マネージメントECU１４、および、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎに供給する。
低圧バッテリ１３は、所定の電圧の直流電力を電源マネージメントECU１４、および、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎに供給する。すなわち、電源マネージメントECU１４および低圧負荷１５−１乃至１５−ｎは、DCDCコンバータ１２からの電力および低圧バッテリ１３からの電力により駆動される。
また、低圧バッテリ１３は、イグニッションスイッチ１６を介して、所定の電圧の直流電力をDCDCコンバータ１２に供給し、DCDCコンバータ１２は、その低圧バッテリ１３からの電力により駆動される。従って、DCDCコンバータ１２は、イグニッションスイッチ１６が接続されたときに始動し、イグニッションスイッチ１６が切断されたときに停止する。
なお、以下、DCDCコンバータ１２の出力部と低圧バッテリ１３との間の配線抵抗を、配線抵抗Ｒと称するとともに、配線抵抗Ｒの抵抗値をＲで表す。
電源マネージメントECU１４は、電動車両の電源を制御するECUであり、例えば、高圧バッテリ１１および低圧バッテリ１３の充電および放電を制御したり、高圧バッテリ１１および低圧バッテリ１３の状態を監視したりする。また、電源マネージメントECU１４は、車内LAN１７を介して、充電器２に接続され、充電器２と各種のデータの送受信を行う。
また、電源マネージメントECU１４は、高圧バッテリ１１が充電中であるか否かを示す信号をDCDCコンバータ１２に供給する。また、電源マネージメントECU１４は、低圧負荷１５の負荷量が所定の閾値以下であるか否か、換言すれば、低圧負荷１５の負荷量が低いか否かを示す信号をDCDCコンバータ１２に供給する。
低圧負荷１５−１乃至１５−ｎは、例えば、EPS（電動パワーステアリング）、電動ブレーキ、カーオーディオ機器、ワイパー、および、電動車両の少なくとも一部を制御するECU等により構成される。
なお、以下、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎを個々に区別する必要がない場合、単に低圧負荷１５と称する。
イグニッションスイッチ１６は、車載システム１が設けられている電動車両のエンジンまたはモータの始動スイッチに加えて、電動車両の電気系統の始動スイッチの役割も果たす。すなわち、イグニッションスイッチ１６が接続されたとき（オンされたとき）、電動車両の電気系統が起動し、イグニッションスイッチ１６が切断されたとき（オフされたとき）、電動車両の電気系統が停止する。また、イグニッションスイッチ１６は、DCDCコンバータ１２と低圧バッテリ１３の間に接続されており、イグニッションスイッチ１６が接続されると、イグニッションスイッチ１６を介して、低圧バッテリ１３からDCDCコンバータ１２に駆動電力が供給される。
なお、車載システム１が設けられている電動車両がEVである場合、イグニッションスイッチ１６の代わりにコントロールリレーが設けられる。
［DCDCコンバータ１２の構成例］
図２は、DCDCコンバータ１２の構成例を示す回路図である。なお、図２においては、DCDCコンバータ１２の出力側に接続される電源マネージメントECU１４および低圧負荷１５の図示を省略している。
DCDCコンバータ１２は、変圧部２１、温度センサ２２、電流センサ２３、および、制御回路２４により構成される。
変圧部２１は、いわゆるフルブリッジ方式の直流電圧変換回路であり、フィルタ３１、FET３２ａ乃至３２ｄ、共振コイル３３、トランス３４、ダイオード３５ａ,３５ｂ、コイル３６、および、コンデンサ３７により構成される。
高圧バッテリ１１から供給される電力は、ブリッジ接続されたFET３２ａ乃至３２ｄにより構成されるインバータにより交流変換される。フィルタ３１は、インバータのスイッチング制御により生じる高周波のノイズを、DCDCコンバータ１２の入力側から外部に漏れないように除去する役割を果たす。
インバータにより交流変換された電力は、トランス３４により電圧変換されるとともに、トランス３４およびダイオード３５ａ，３５ｂにより構成される整流回路により直流変換される。そして、コイル３６およびコンデンサ３７により構成されるLCフィルタにより高調波成分が除去されて、電圧が変換された直流電力が出力される。
なお、以下、FET３２ａ乃至３２ｄを個々に区別する必要がない場合、単に、FET３２と称する。
温度センサ２２は、例えば、サーミスタ、熱電対などにより構成され、変圧部２１の温度を検出するために設けられる。より具体的には、温度センサ２２は、FET３２の過熱保護のために、例えば、FET３２の近傍またはFET３２用の放熱器に設けられる。温度センサ２２は、検出した温度を示す信号を制御回路２４に供給する。
電流センサ２３は、例えば、カレントトランスまたはホール効果を用いた電流センサにより構成される。電流センサ２３は、変圧部２１の過電流を検出するために、変圧部２１の出力部に設けられており、変圧部２１の出力電流を検出し、検出した電流値を示す信号を制御回路２４に供給する。
制御回路２４は、変圧部２１のＡ点における出力電圧を検出するとともに、出力電圧を目標電圧に近づけるように、各FET３２に駆動信号を供給し、FET３２からなるインバータのPWM（Pulse Width Modulation）制御を行う。
［制御回路２４の構成例］
図３は、制御回路２４の構成例を示すブロック図である。制御回路２４は、入力出力回路６１、マイクロコンピュータ６２、EEPROM６３、および、駆動回路６４を含むように構成される。駆動回路６４は、エラーアンプ７１、PWM制御回路７２、および、出力回路７３を含むように構成される。
入力出力回路６１は、変圧部２１の温度を示す信号を温度センサ２２から取得し、マイクロコンピュータ６２に出力する。また、入力出力回路６１は、変圧部２１の出力電流Ioを示す信号を電流センサ２３から取得し、マイクロコンピュータ６２に出力する。さらに、入力出力回路６１は、イグニッションスイッチ１６を介して低圧バッテリ１３から入力される電圧（以下、IG電圧Vigと称する）、および、変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voを、マイクロコンピュータ６２に出力する。
また、入力出力回路６１は、高圧バッテリ１１が充電中であるか否かを示す信号、および、低圧負荷１５の負荷量が低いか否かを示す信号を、電源マネージメントECU１４から取得し、マイクロコンピュータ６２に出力する。さらに、入力出力回路６１は、変圧部２１の出力電圧の指令値（以下、電圧指令値と称する）をマイクロコンピュータ６２から取得し、エラーアンプ７１に出力する。
マイクロコンピュータ６２は、出力電圧Vo、出力電流Io、および、IG電圧Vigに基づいて、配線抵抗Ｒを算出し、EEPROM６３に記録する。また、マイクロコンピュータ６２は、変圧部２１に対する電圧指令値を算出し、入力出力回路６１に出力する。
エラーアンプ７１は、変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voと電圧指令値との間の誤差を算出し、算出した誤差を示す信号をPWM制御回路７２に出力する。
PWM制御回路７２は、電圧指令値に対する出力電圧Voの誤差を補正するように、各FET３２の駆動信号のDuty比を設定し、出力回路７３に出力する。
出力回路７３は、PWM制御回路７２により設定されたDuty比の駆動信号を各FET３２に供給し、FET３２により構成されるインバータのPWM制御を行い、変圧部２１の出力電圧Voを制御する。
［マイクロコンピュータ６２の機能の構成例］
図４は、マイクロコンピュータ６２の機能の構成例を示すブロック図である。マイクロコンピュータ６２は、配線抵抗演算部８１、電圧補正量演算部８２、および、電圧指令値演算部８３を含むように構成される。
配線抵抗演算部８１は、入力出力回路６１を介して変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voを検出し、入力出力回路６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出し、イグニッションスイッチ１６および入力出力回路６１を介して低圧バッテリ１３から入力されるIG電圧Vigを検出する。また、配線抵抗演算部８１は、入力出力回路６１を介して電源マネージメントECU１４から供給される信号を取得する。さらに、配線抵抗演算部８１は、出力電圧Vo、出力電流Io、および、IG電圧Vigに基づいて、配線抵抗Ｒを算出し、EEPROM６３に記録する。また、配線抵抗演算部８１は、EEPROM６３から配線抵抗Ｒを読み出し、電圧補正量演算部８２に出力する。
電圧補正量演算部８２は、入力出力回路６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出する。また、電圧補正量演算部８２は、配線抵抗Ｒおよび出力電流Ioに基づいて、電圧補正量Vplsを算出し、電圧指令値演算部８３に出力する。
電圧指令値演算部８３は、変圧部２１に対する電圧指令値Vadjを算出し、入力出力回路６１を介してエラーアンプ７１に出力する。
［電圧指令処理］
次に、図５のフローチャートを参照して、制御回路２４により実行される電圧指令処理について説明する。なお、この処理は、例えば、イグニッションスイッチ１６が接続され、電動車両の電気系統が起動したとき開始され、イグニッションスイッチ１６が切断され、電動車両の電気系統が停止したとき終了する。
ステップＳ１において、配線抵抗演算部８１は、配線抵抗Ｒを検出済みであるか否かを判定する。配線抵抗Ｒを検出済みであると判定された場合、処理はステップＳ２に進む。
ステップＳ２において、配線抵抗演算部８１は、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲内であるか否かを判定する。具体的には、配線抵抗演算部８１は、イグニッションスイッチ１６および入力出力回路６１を介して低圧バッテリ１３から入力されるIG電圧Vigを検出し、検出したIG電圧Vigと、所定の低圧バッテリ１３の電圧の目標範囲とを比較する。そして、IG電圧Vigが低圧バッテリ１３の電圧の目標範囲から外れている場合、低圧バッテリ１３の電圧（≒IG電圧Vig）が目標範囲から外れていると判定し、処理はステップＳ３に進む。例えば、低圧バッテリ１３の充電電圧が14Vである場合、IG電圧Vigが14V±1Vの範囲から外れている場合、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲から外れていると判定される。
一方、ステップＳ１において、まだ配線抵抗Ｒを検出していないと判定された場合、ステップＳ２の処理はスキップされ、処理はステップＳ３に進む。
ステップＳ３において、配線抵抗演算部８１は、入力出力回路６１を介して電源マネージメントECU１４から供給される信号に基づいて、高圧バッテリ１１を充電中、または、低圧負荷１５の負荷量が低いか否かを判定する。高圧バッテリ１１を充電中、または、低圧負荷１５の負荷量が低いと判定された場合、処理はステップＳ４に進む。
なお、高圧バッテリ１１の充電中は、電動車両が停止しており、低圧負荷１５がほとんど稼働していない。従って、低圧負荷１５の負荷量が低いと想定することができる。
ステップＳ４において、配線抵抗演算部８１は、出力電圧Vo、出力電流Io、IG電圧Vigを検出する。すなわち、配線抵抗演算部８１は、入力出力回路６１を介して変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voを検出し、入力出力回路６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出し、イグニッションスイッチ１６および入力出力回路６１を介して低圧バッテリ１３から入力されるIG電圧Vigを検出する。
ステップＳ５において、配線抵抗演算部８１は、次式（１）により、配線抵抗Ｒを算出する。
R＝（Vo−Vig）／Io ・・・（１）
その後、処理はステップＳ７に進む。
このように、配線抵抗Ｒが未検出の場合、高圧バッテリ１１が充電中または低圧負荷１５の負荷量が低いときには、イグニッションスイッチ１６が接続され、DCDCコンバータ１２が始動したときのIG電圧Vigに基づいて、配線抵抗Ｒが算出される。一方、高圧バッテリ１１が充電中でなく、かつ、低圧負荷１５の負荷量が高いときには、高圧バッテリ１１の充電が開始されるか、または、低圧負荷１５の負荷量が低くなってから、配線抵抗Ｒが検出される。
従って、低圧負荷１５の負荷量が低く、DCDCコンバータ１２の出力電流Ioのほとんどが低圧バッテリ１３の充電電流として使用されているときに、配線抵抗Ｒが検出されるため、配線抵抗Ｒの検出精度が向上する。
また、すでに配線抵抗Ｒを検出済みであっても、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲から外れている場合、配線抵抗Ｒの補正（再演算）が行われる。
一方、ステップＳ２において、高圧バッテリ１１を充電中でなく、かつ、低圧負荷１５の負荷量が高いと判定された場合、処理はステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、配線抵抗演算部８１は、配線抵抗Ｒを初期値に設定する。すなわち、低圧負荷１５の負荷量が高く、DCDCコンバータ１２の出力電流Ioに負荷電流が多く含まれる場合、配線抵抗Ｒの検出精度が低下するため、配線抵抗Ｒは、実際の検出値ではなく、初期値に設定される。なお、この初期値は予め設定されている固定値である。その後、処理はステップＳ７に進む。
ステップＳ７において、配線抵抗演算部８１は、配線抵抗ＲをEEPROM６３に書込む。すなわち、ステップＳ５で算出された配線抵抗Ｒ、または、ステップＳ６で設定された配線抵抗Ｒの初期値が、EEPROM６３の所定の領域に書き込まれる。その後、処理はステップＳ８に進む。
一方、ステップＳ１において、配線抵抗Ｒを検出済みであると判定され、ステップＳ２において、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲内であると判定された場合、ステップＳ３乃至Ｓ７の処理はスキップされ、処理はステップＳ８に進む。
ステップＳ８において、配線抵抗演算部８１は、配線抵抗ＲをEEPROM６３の所定の領域から読み出す。そして、配線抵抗演算部８１は、読み出した配線抵抗Ｒを電圧補正量演算部８２に出力する。なお、一度EEPROM６３から配線抵抗Ｒが読み出された後は、配線抵抗Ｒの値が変更されるまで、例えば、電圧補正量演算部８２が配線抵抗Ｒの値を保持し、EEPROM６３からの読み出しを省略するようにしてもよい。
ステップＳ９において、電圧補正量演算部８２は、電圧補正量Vplsを算出する。具体的には、電圧補正量演算部８２は、入力出力回路６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出し、次式（２）により、電圧補正量Vplsを算出する。
Vpls＝R×Io ・・・（２）
すなわち、電圧補正量Vplsは、配線抵抗Ｒと出力電流Ioにより発生する電圧降下量と等しい。電圧補正量演算部８２は、算出した電圧補正量Vplsを電圧指令値演算部８３に出力する。
ステップＳ１０において、電圧指令値演算部８３は、電圧指令値を算出する。具体的には、まず、電圧指令値演算部８３は、低圧バッテリ１３の充電、並びに、電源マネージメントECU１４および低圧負荷１５の駆動に必要なDCDCコンバータ１２の変圧部２１の出力電圧の指令値Vadj0を算出する。次に、電圧指令値演算部８３は、次式（３）により、電圧指令値を補正する。
Vadj＝Vadj0＋Vpls ・・・（３）
すなわち、電圧指令値演算部８３は、電圧指令値Vadj0に電圧補正量Vplsを加算することにより、電圧指令値Vadjを補正する。
ステップＳ１１において、電圧指令値演算部８３は、算出した電圧指令値Vadjを、入力出力回路６１を介してエラーアンプ７１に出力する。これにより、DCDCコンバータ１２の出力電圧Voが電圧指令値Vadjになるように、駆動回路６４からFET３２に供給される駆動信号が制御される。
その後、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が実行される。
このようにして、配線抵抗Ｒの検出値の誤差を小さくするとともに、常に適切な値に保つことができる。従って、装置間の配線抵抗Ｒの違いや配線抵抗Ｒの経時変化などに柔軟に対応しながら、配線抵抗ＲによるDCDCコンバータ１２の出力電圧Voの電圧降下を適切に補償することができる。その結果、低圧バッテリ１３に安定した電圧を供給することができる。
また、専用の配線や部品等を設ける必要がないため、必要なコストを抑制することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
次に、図６乃至図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
［車載システム１０１の構成例］
図６は、本発明を適用した車載システムの第２の実施の形態を示すブロック図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分は、その説明は繰返しになるので省略する。
車載システム１０１は、図１の車載システム１と比較して、DCDCコンバータ１２の代わりにDCDCコンバータ１１１が設けられ、バッテリセンサ１１２が追加されている部分が異なり、それ以外の構成は同じである。なお、図６においては、図１に図示されているイグニッションスイッチ１６の図示が省略されている。また、電源マネージメントECU１４、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎ、DCDCコンバータ１１１、および、バッテリセンサ１１２は、車内LAN１７を介して相互に接続されており、CAN通信により各種のデータの送受信を行う。
DCDCコンバータ１１１は、高圧バッテリ１１から供給される直流電力の電圧を変換して、電圧を変換した直流電力を低圧バッテリ１３に供給し、低圧バッテリ１３を充電する。また、DCDCコンバータ１１１は、電圧を変換した直流電力を、電源マネージメントECU１４、および、低圧負荷１５−１乃至１５−ｎに供給する。さらに、DCDCコンバータ１１１は、車内LAN１７を介して、高圧バッテリ１１を充電中であるか否かを示すデータ、および、低圧負荷１５の負荷量を示すデータを電源マネージメントECU１４から取得する。また、DCDCコンバータ１１１は、車内LAN１７を介して、低圧バッテリ１３の電圧を示すデータをバッテリセンサ１１２から取得する。
バッテリセンサ１１２は、低圧バッテリ１３の電圧、入力電流、および、出力電流等を検出し、車内LAN１７を介して、検出結果を示すデータを各部に供給する。
［DCDCコンバータ１１１の構成例］
図７は、DCDCコンバータ１１１の構成例を示す回路図である。なお、図中、図２と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分は、その説明は繰返しになるので省略する。
DCDCコンバータ１１１は、図２のDCDCコンバータ１２と比較して、制御回路２４の代わりに、制御回路１２１が設けられている点が異なり、それ以外は同様の構成を有している。
制御回路１２１は、変圧部２１の温度を示す信号を温度センサ２２から取得する。また、制御回路１２１は、変圧部２１の出力電流を示す信号を電流センサ２３から取得する。さらに、制御回路１２１は、車内LAN１７を介して、高圧バッテリ１１を充電中であるか否かを示すデータ、および、低圧負荷１５の負荷量を示すデータを電源マネージメントECU１４から取得する。また、制御回路１２１は、車内LAN１７を介して、低圧バッテリ１３の電圧を示すデータをバッテリセンサ１１２から取得する。さらに、制御回路１２１は、変圧部２１のＡ点における出力電圧を検出するとともに、出力電圧を目標電圧に近づけるように、各FET３２に駆動信号を供給し、FET３２からなるインバータのPWM制御を行う。
［制御回路１２１の構成例］
図８は、制御回路１２１の構成例を示すブロック図である。なお、図中、図３と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分は、その説明は繰返しになるので省略する。
制御回路１２１は、図３の制御回路２４と比較して、入力出力回路６１、マイクロコンピュータ６２、EEPROM６３の代わりに、入力出力回路１６１、マイクロコンピュータ１６２、EEPROM１６３が設けられている点が異なり、それ以外の構成は同様である。
入力出力回路１６１は、変圧部２１の温度を示す信号を温度センサ２２から取得し、マイクロコンピュータ１６２に出力する。また、入力出力回路１６１は、変圧部２１の出力電流Ioを示す信号を電流センサ２３から取得し、マイクロコンピュータ１６２に出力する。さらに、入力出力回路１６１は、変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voを、マイクロコンピュータ１６２に出力する。また、入力出力回路１６１は、車内LAN１７を介して、高圧バッテリ１１を充電中であるか否かを示すデータ、および、低圧負荷１５の負荷量を示すデータを電源マネージメントECU１４から取得し、マイクロコンピュータ１６２に出力する。さらに、入力出力回路１６１は、車内LAN１７を介して、低圧バッテリ１３の電圧を示すデータをバッテリセンサ１１２から取得し、マイクロコンピュータ１６２に出力する。また、入力出力回路１６１は、変圧部２１の電圧指令値をマイクロコンピュータ１６２から取得し、エラーアンプ７１に供給する。
マイクロコンピュータ１６２は、出力電圧Vo、出力電流Io、および、IG電圧Vigに基づいて、配線抵抗Ｒを算出し、EEPROM１６３に記録する。あるいは、マイクロコンピュータ１６２は、EEPROM１６２に記録されている仕向け車両識別コードと配線抵抗Ｒとの対応表（以下、配線抵抗対応表と称する）に基づいて、車載システム１０１が設けられている電動車両の配線抵抗Ｒを求め、EEPROM１６３に記録する。また、マイクロコンピュータ１６２は、変圧部２１に対する電圧指令値を算出し、入力出力回路１６１に出力する。
なお、仕向け車両識別コードは、電動車両の車種を識別するためのコードであり、各車種に対してそれぞれ異なる仕向け車両識別コードが付与されている。また、車載システム１０１が設けられている電動車両の車種に対応する仕向け車両識別コードが、予めEEPROM１６３に記録されている。
また、配線抵抗対応表とは、仕向け車両識別コードと、各コードに対応する車種の配線抵抗Ｒを対応付けた一覧表である。配線抵抗対応表における各車種の配線抵抗Ｒには、例えば、事前に実測または計算等により求められた値が設定される。
［マイクロコンピュータ１６２の機能の構成例］
図９は、マイクロコンピュータ１６２の機能の構成例を示すブロック図である。マイクロコンピュータ１６２は、配線抵抗演算部１８１、電圧補正量演算部１８２、および、電圧指令値演算部１８３を含むように構成される。
配線抵抗演算部１８１は、入力出力回路１６１を介して変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voを検出し、入力出力回路１６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出する。また、配線抵抗演算部１８１は、車内LAN１７および入力出力回路１６１を介して、高圧バッテリ１１を充電中であるか否かを示すデータ、および、低圧負荷１５の負荷量を示すデータを電源マネージメントECU１４から取得する。さらに、配線抵抗演算部１８１は、車内LAN１７および入力出力回路１６１を介して、低圧バッテリ１３の電圧を示すデータをバッテリセンサ１１２から取得する。
さらに、配線抵抗演算部１８１は、出力電圧Vo、出力電流Io、および、IG電圧Vigに基づいて、配線抵抗Ｒを算出し、EEPROM１６３に記録する。あるいは、配線抵抗演算部１８１は、EEPROM１６２に記録されている配線抵抗対応表に基づいて、車載システム１０１が設けられている電動車両の配線抵抗Ｒを求め、EEPROM１６３に記録する。また、配線抵抗演算部１８１は、EEPROM１６３から配線抵抗Ｒを読み出し、電圧補正量演算部１８２に出力する。
電圧補正量演算部１８２は、入力出力回路１６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出する。また、電圧補正量演算部１８２は、配線抵抗Ｒおよび出力電流Ioに基づいて、電圧補正量Vplsを算出し、電圧指令値演算部１８３に出力する。
電圧指令値演算部１８３は、変圧部２１に対する電圧指令値Vadjを算出し、入力出力回路１６１を介してエラーアンプ７１に出力する。
［出力制御処理］
次に、図１０のフローチャートを参照して、制御回路１２１により実行される電圧指令処理について説明する。なお、この処理は、例えば、イグニッションスイッチ（不図示）が接続され、電動車両の電気系統が起動したとき開始され、イグニッションスイッチが切断され、電動車両の電気系統が停止したとき終了する。
ステップＳ５１において、配線抵抗演算部１８１は、低圧バッテリ１３の電圧を受信できたか否かを判定する。具体的には、配線抵抗演算部１８１は、バッテリセンサ１１２が、車内LAN１７を介して入力出力回路１６１に接続されている場合、入力出力回路１６１および車内LAN１７を介してバッテリセンサ１１２と通信を行い、低圧バッテリ１３の電圧の受信を試みる。そして、配線抵抗演算部１８１が、低圧バッテリ１３の電圧を受信できたと判定した場合、処理はステップＳ５２に進む。
ステップＳ５２において、配線抵抗演算部１８１は、配線抵抗Ｒを検出済みであるか否かを判定する。配線抵抗Ｒを検出済みであると判定された場合、処理はステップＳ５３に進む。
ステップＳ５３において、配線抵抗演算部１８１は、図５のステップＳ２と同様の処理により、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲内であるか否かを判定する。低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲から外れていると判定された場合、処理はステップＳ５４に進む。
一方、ステップＳ５２において、配線抵抗Ｒを検出済みでないと判定された場合、ステップＳ５３の処理はスキップされ、処理はステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４において、配線抵抗演算部１８１は、車内LAN１７および入力出力回路１６１を介して、高圧バッテリ１１を充電中であるか否かを示すデータ、および、低圧負荷１５の負荷量を示すデータを電源マネージメントECU１４から取得し、高圧バッテリ１１を充電中、または、低圧負荷１５の負荷量が低いか否かを判定する。高圧バッテリ１１を充電中、または、低圧負荷１５の負荷量が低いと判定された場合、処理はステップＳ５５に進む。
ステップＳ５５において、配線抵抗演算部１８１は、入力出力回路１６１を介して変圧部２１のＡ点から入力される出力電圧Voを検出し、入力出力回路１６１を介して電流センサ２３から供給される信号に基づいて、出力電流Ioを検出する。
ステップＳ５６において、配線抵抗演算部１８１は、次式（４）により、配線抵抗Ｒを算出する。
R＝（Vo−Vb）／Io ・・・（４）
なお、Vbは、バッテリセンサ１１２から取得した低圧バッテリ１３の電圧を示す。
その後、処理はステップＳ６１に進む。
一方、ステップＳ５４において、高圧バッテリ１１を充電中でなく、かつ、低圧負荷１５の負荷量が高いと判定された場合、処理はステップＳ５７に進む。
ステップＳ５７において、図５のステップＳ６の処理と同様に、配線抵抗Ｒが初期値に設定される。その後、処理はステップＳ６１に進む。
一方、ステップＳ５１において、配線抵抗演算部１８１は、バッテリセンサ１１２からの低圧バッテリ１３の電圧の受信に失敗した場合、または、バッテリセンサ１１２が、車内LAN１７を介して入力出力回路１６１に接続されていない場合、低圧バッテリ１３の電圧を受信できなかったと判定し、処理はステップＳ５８に進む。
ステップＳ５８において、配線抵抗演算部１８１は、配線抵抗Ｒを設定済みであるか否かを判定する。配線抵抗Ｒをまだ設定していないと判定された場合、処理はステップＳ５９に進む。
ステップＳ５９において、配線抵抗演算部１８１は、仕向け車両識別コードを検出する。すなわち、配線抵抗演算部１８１は、EEPROM１６３の所定の領域から、車載システム１０１が設けられている電動車両の仕向け車両識別コードを読み出す。
ステップＳ６０において、配線抵抗演算部１８１は、仕向け車両識別コードに対応した配線抵抗Ｒを読み出す。すなわち、配線抵抗演算部１８１は、EEPROM１６３に記録されている配線抵抗対応表の中から、検出した仕向け車両識別コードに対応する配線抵抗Ｒを読み出す。その後、処理はステップＳ６１に進む。
一方、ステップＳ５８において、配線抵抗Ｒを設定済みであると判定された場合、ステップＳ５９およびステップＳ６０の処理はスキップされ、処理はステップＳ６１に進む。
ステップＳ６１において、配線抵抗演算部１８１は、配線抵抗ＲをEEPROM１６３に書込む。すなわち、ステップＳ５６で算出された配線抵抗Ｒ、ステップＳ５７で設定された配線抵抗Ｒの初期値、または、ステップＳ６０で配線抵抗対応表から読み出された配線抵抗Ｒが、EEPROM１６３の所定の領域に書き込まれる。その後、処理はステップＳ６２に進む。
一方、ステップＳ５３において、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲内であると判定された場合、処理はステップＳ６２に進む。
ステップＳ６２乃至ステップＳ６５の処理は、図５のステップＳ８乃至Ｓ１１の処理と同様であり、その説明は省略する。なお、ステップＳ６２乃至Ｓ６５の処理により、EEPROM１６３から配線抵抗Ｒが読み出され、読み出された配線抵抗Ｒに基づいて、電圧指令値が設定され、その電圧指令値に基づいて、変圧部２１の出力電圧の制御が行われる。
その後、処理はステップＳ５１に戻り、ステップＳ５１以降の処理が実行される。
このようにして、DCDCコンバータ１１１がバッテリセンサ１１２と通信可能な場合、第１の実施の形態と同様に、装置間の配線抵抗Ｒの違いや配線抵抗Ｒの経時変化などに柔軟に対応しながら、配線抵抗ＲによるDCDCコンバータ１１１の出力電圧Voの電圧降下を適切に補償することができる。
また、DCDCコンバータ１１１がバッテリセンサ１１２と通信できなくても、配線抵抗対応表に基づいて、車載システム１０１が設けられている電動車両の車種に応じた配線抵抗Ｒが設定されるため、配線抵抗ＲによるDCDCコンバータ１１１の出力電圧Voの電圧降下を適切に補償することができる。
さらに、専用の配線や部品等を設ける必要がないため、必要なコストを抑制することができる。
＜３．変形例＞
以上の説明では、低圧バッテリ１３の電圧が目標範囲から外れた場合に、配線抵抗Ｒを再検出する例を示したが、例えば、配線抵抗Ｒは温度により変化するため、定期的に配線抵抗Ｒを検出するようにしてもよい。
また、高圧バッテリ１１を充電中であるか否かの判定を、家庭用のコンセントからの電力により充電している場合にDCDCコンバータの入力電圧に現れる50Hzまたは60Hzのリプル波形に基づいて行うようにしてもよい。
さらに、電流センサ２３を変圧部２１の入力部に設け、入力電流を検出するようにしてもよい。
また、電流センサ２３の代わりに、シャント抵抗を設け、シャント抵抗の両端の電圧を測定することにより間接的に電流を求めるようにしてもよい。
さらに、第２の実施の形態において、バッテリセンサ１１２の代わりに、電源マネージメントECU１４が低圧バッテリ１３の電圧を検出するようにしてもよい。
また、本発明は、電動車両以外の装置に設けられ、バッテリに充電電圧を供給するDCDCコンバータに適用することが可能である。
さらに、第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせて、IG電圧Vigを用いて検出した配線抵抗Ｒと、バッテリセンサ１１２により検出された低圧バッテリ１３の電圧Vbを用いて検出した配線抵抗Ｒの差が所定の閾値以内である場合、検出した配線抵抗Ｒが正常であると判定し、配線抵抗Ｒを記録し、配線抵抗Ｒの差が閾値を超える場合、検出した配線抵抗Ｒが異常であると判定し、配線抵抗Ｒを記録しないようにしてもよい。
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
図１１は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）２０１，ROM（Read Only Memory）２０２，RAM（Random Access Memory）２０３は、バス２０４により相互に接続されている。
バス２０４には、さらに、入出力インタフェース２０５が接続されている。入出力インタフェース２０５には、入力部２０６、出力部２０７、記憶部２０８、通信部２０９、及びドライブ２１０が接続されている。
入力部２０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部２０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部２０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部２０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ２１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア２１１を駆動する。
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU２０１が、例えば、記憶部２０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース２０５及びバス２０４を介して、RAM２０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
コンピュータ（CPU２０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア２１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア２１１をドライブ２１０に装着することにより、入出力インタフェース２０５を介して、記憶部２０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部２０９で受信し、記憶部２０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM２０２や記憶部２０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に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において種々の変更が可能である。
１ 車載システム
１１ 高圧バッテリ
１２ DCDCコンバータ
１３ 低圧バッテリ
１４ 電源マネージメントECU
１５−１乃至１５−ｎ 低圧負荷
１６ イグニッションスイッチ
１７ 車内LAN
２１ 変圧部
２２ 温度センサ
２３ 電流センサ
２４ 制御回路
３２ａ乃至３２ｄ FET
６１ 入力出力回路
６２ マイクロコンピュータ
６３ EEPROM
６４ 駆動回路
７１ エラーアンプ
７２ PWM回路
７３ 出力回路
８１ 配線抵抗演算部
８２ 電圧補正量演算部
８３ 電圧指令値演算部
１０１ 車載システム
１１１ DCDCコンバータ
１１２ バッテリセンサ
１２１ 制御回路
１６１ 入力出力回路
１６２ マイクロコンピュータ
１６３ EEPROM
１８１ 配線抵抗演算部
１８２ 電圧補正量演算部
１８３ 電圧指令値演算部

Claims (4)

  1. 始動スイッチを介してバッテリに接続され、前記始動スイッチにより始動するDCDCコンバータにおいて、
    入力された電圧を変圧して前記始動スイッチを介さずに前記バッテリに供給する変圧手段と、
    前記始動スイッチが接続されたときに前記始動スイッチを介して前記バッテリから入力される電圧、並びに、前記変圧手段の出力電圧および出力電流に基づいて、前記変圧手段と前記バッテリ間の配線抵抗を算出する配線抵抗演算手段と、
    算出された前記配線抵抗に基づいて前記変圧手段の出力電圧の指令値を補正し、前記変圧手段の出力電圧を制御する出力電圧制御手段と
    を備えることを特徴とするDCDCコンバータ。
  2. 前記配線抵抗演算手段は、算出した前記配線抵抗を記録するとともに、前記始動スイッチが接続されたときに前記配線抵抗がすでに記録されている場合、前記配線抵抗の演算を行わず、
    前記出力電圧制御手段は、記録されている前記配線抵抗に基づいて前記変圧手段の出力電圧の指令値を補正する
    ことを特徴とする請求項１に記載のDCDCコンバータ。
  3. 前記配線抵抗演算手段は、前記始動スイッチを介して前記バッテリから入力される電圧が所定の目標電圧の範囲から外れた場合、前記始動スイッチを介して前記バッテリから入力される電圧、並びに、前記変圧手段の出力電圧および出力電流に基づいて、前記配線抵抗を再演算する
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のDCDCコンバータ。
  4. 前記配線抵抗演算手段は、前記始動スイッチが接続されたときに前記バッテリの負荷が所定の閾値以上であるとき、前記配線抵抗の演算を行わずに、前記配線抵抗を予め定められた値に設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のDCDCコンバータ。
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