JP2012070518A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御回路66は、高圧バッテリB1への出力をフィードバックしながら一次巻線57a側において第1のHブリッジ回路54および第2のHブリッジ回路56の制御を行うとともにトランス57の第1の二次巻線57b側において第3のHブリッジ回路58の制御を行って商用電源67から高圧バッテリB1を充電し、同時に、第2の二次巻線57c側において電圧調整回路63による補機バッテリB2への出力電圧を調整しつつ商用電源67から補機バッテリB2側に給電する。
【選択図】図3
Description
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、交流電源から、第1のバッテリの充電と、第1のバッテリより低圧の第2のバッテリ側への給電を同時に行うことができる電源装置を提供することにある。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の電源装置において、前記制御手段は、少なくとも1つの前記第1のバッテリへの出力をフィードバックしながら前記一次巻線側において前記第1の電力変換回路および前記第2の電力変換回路の制御を行うとともに前記トランスの少なくとも1つの前記第1の二次巻線側において前記第3の電力変換回路の制御を行って前記交流電源から前記第1のバッテリを充電し、同時に、少なくとも1つの前記第2の二次巻線側において前記電圧調整回路による第2のバッテリへの出力電圧を調整しつつ前記交流電源から前記第2のバッテリ側に給電する第1の制御手段、を有することを要旨とする。
請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の電源装置において、前記制御手段は、前記交流電源側の出力をフィードバックしながら前記第3の電力変換回路の制御を行って前記トランスの一次巻線側において前記第2の電力変換回路および前記第1の電力変換回路による交流生成動作を行って少なくとも1つの前記第1のバッテリ側から前記交流電源側に交流電圧を出力すると同時に、少なくとも1つの前記第2の二次巻線側において前記第2のバッテリ側に給電する第4の制御手段を更に有することを要旨とする。
請求項6に記載の発明では、前記制御手段は、少なくとも1つの前記第2のバッテリへの出力をフィードバックする第5の制御手段を更に有することを要旨とする。
請求項7に記載のように、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電源装置において、前記電源装置は車載用の電源装置であるとよい。
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1には、本実施形態における電源装置10のシステム構成を示す。図2には、本実施形態における電源装置10の回路構成を示す。電源装置10は、プラグインハイブリッド車や電気自動車に搭載される車載用の電源装置である。
DC/DC変換動作が可能な第2のHブリッジ回路56はトランス57の一次巻線57a側に設けられ、スイッチング素子S3,S4,S5,S6を備えている。スイッチング素子S3,S4,S5,S6はMOSFETにて構成され、MOSFETには寄生ダイオードが並列接続されている。スイッチング素子S3のソース端子とスイッチング素子S4のドレイン端子が接続されるとともにスイッチング素子S5のソース端子とスイッチング素子S6のドレイン端子が接続されている。スイッチング素子S3のドレイン端子とスイッチング素子S5のドレイン端子が接続されるとともにスイッチング素子S4のソース端子とスイッチング素子S6のソース端子が接続されている。
スイッチング素子S3とスイッチング素子S4の中間点はトランス57の一次巻線57aの一方の端子に接続されるとともにスイッチング素子S5とスイッチング素子S6の中間点はトランス57の一次巻線57aの他方の端子に接続されている。
本実施形態では、第1のHブリッジ回路54は、トランス57の一次巻線57aと商用電源67との間に設けられる第1の電力変換回路に相当する。第2のHブリッジ回路56は、トランス57の一次巻線57aと第1の電力変換回路との間に設けられる第2の電力変換回路に相当する。第3のHブリッジ回路58は、第1の二次巻線57bと高圧バッテリB1との間に設けられる第3の電力変換回路に相当する。整流器62は、第2の二次巻線57cと補機バッテリB2との間に設けられる整流回路に相当する。電圧調整回路63は、整流器62(整流回路)と補機バッテリB2との間に設けられる。
システムメインリレー(SMR)40がオフ(開路)される。また、充電用リレー41がオン(閉路)される。
このときの補機系への出力電力は、充電時にパワーマネジメントECU43などで必要となる電力分とするため100W程度とする。
ところが、充電時には、パワーマネジメントECU209などに電力を供給しなければならないためDC/DCコンバータ207を動作させる必要がある。
これに対し、本実施形態では、図7に比べて図1に示すように充電器30をシステムメインリレー(SMR)40と高圧バッテリB1の間に接続し、充電時はシステムメインリレー(SMR)40をオフしてインバータ22やDC/DCコンバータ23に電力を供給しないようにする。また、図1の充電器30にDC/DCコンバータ機能(45)を追加して、充電時に、パワーマネジメントECU43に必要な電力を供給する。つまり、図6に示した一般的な充電器に対し図2に示すようにトランス57において第2の二次巻線57c(出力巻線)を追加し、補機系に出力できるようにした。これにより、高圧バッテリB1の充電時においてDC/DCコンバータ23を動作させパワーマネジメントECU43に電力を供給する必要がなくなる(自動車の補機系を動作させる必要がなくなる)。その結果、高圧バッテリB1の充電時においてシステムメインリレー40を開路することにより消費電力を抑制して充電効率を向上することができる。つまり、無駄な電力消費を抑えることができ、商用電源(交流電源)67から高圧バッテリB1を充電する際の充電効率に優れたものとなる。
(1)制御手段としての制御回路66は、商用電源67から高圧バッテリB1を充電し、同時に、補機バッテリB2側に給電する。これにより、商用電源67から、高圧バッテリB1の充電と、高圧バッテリB1より低圧の補機バッテリB2側への給電を同時に行うことができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
本実施形態における電源装置の作用を説明する。
まず、充電中の動作を、前述の図3を用いて説明する。
高圧出力への電力は数kWとするため、高圧出力の方が補機出力に比べて大きくなる。よって、制御のフィードバックはフィードバック信号SGf1による高圧出力で行うこととし、補機出力へは所望の電圧(13〜14ボルト程度)よりも高い21〜26ボルト出力とし、電圧調整回路63で電圧を調整する。
システムメインリレー40をオン(閉路)し、充電用リレー41をオン(閉路)した状態で、高圧バッテリB1の144〜197ボルトを入力とし、充電時動作では整流回路であった第3のHブリッジ回路58をDC/DC変換用Hブリッジ回路として使用する。スイッチング素子S7,S10とスイッチング素子S8,S9が交互にオン、オフされて第1の二次巻線57bに交流電圧が供給されるとともに第2の二次巻線57cに交流電圧が誘起される。一方、第2の二次巻線57cに誘起された交流電圧は整流器62で直流電圧にされる。そして、補機バッテリB2側に13〜14ボルト(電力)が給電される。
このときの補機(バッテリB2)への出力は走行中に必要な電力であるため2kW程度である。
(3)第2の制御手段としての制御回路66は、補機バッテリB2への出力をフィードバックしながら第1の二次巻線57b側において第3のHブリッジ回路58の制御を行って高圧バッテリB1側から補機バッテリB2側に給電する。つまり、制御回路66は高圧バッテリB1から、補機バッテリB2への出力をフィードバックしながらトランス57の第1の二次巻線57b側において第3のHブリッジ回路58によるDC/DC変換動作を行って補機バッテリB2側に給電する。これにより、高圧バッテリB1から補機バッテリB2側に給電することができる。よって、充電器とDC/DCコンバータを一体化することができ、小型化、低コスト化を図ることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態を、第1および第2の実施形態との相違点を中心に説明する。
図2での第1のHブリッジ回路(PFC用回路)54のダイオードD1,D2を、図5においてはスイッチング素子S12,S14に変更している。即ち、第1のHブリッジ回路70は4つのスイッチング素子S12,S13,S14,S15を有している。スイッチング素子S12,S13,S14,S15はMOSFETにて構成され、MOSFETには寄生ダイオードが並列接続されている。スイッチング素子S12のソース端子とスイッチング素子S13のドレイン端子が接続されるとともにスイッチング素子S14のソース端子とスイッチング素子S15のドレイン端子が接続されている。スイッチング素子S12のドレイン端子とスイッチング素子S14のドレイン端子が接続されるとともにスイッチング素子S13のソース端子とスイッチング素子S15のソース端子が接続されている。
まず、充電中の動作を説明する。基本動作は図3と同じであり、ここでは図3を用いて説明する。
高圧出力への電力は数kWとするため、高圧出力の方が補機出力に比べて大きくなる。よって、制御のフィードバックはフィードバック信号SGf1により高圧出力で行うこととし、補機出力へは所望の電圧(13〜14ボルト程度)よりも高い21〜26ボルト出力とし、電圧調整回路63で電圧を調整する。
システムメインリレー40をオン(閉路)し、充電用リレー41をオン(閉路)した状態で、高圧バッテリB1を入力とし、充電時動作では整流回路であった第3のHブリッジ回路58をDC/DC変換用Hブリッジ回路として使用し、補機(バッテリB2)に電力を出力する。
なお、高圧バッテリB1につながるコイル59はリレー60で短絡させる。
次に、図5を用いてAC出力時、即ち、交流負荷(AC負荷)80への出力時の動作を説明する。
(4)第3の制御手段としての制御回路66は、高圧バッテリB1から商用電源67側に交流出力し、同時に補機バッテリB2側に給電する。これにより、高圧バッテリB1から、交流出力と、交流出力より低圧の補機バッテリB2側への給電を同時に行うことができる。
・スイッチング素子をMOSFETに代わり、IGBTを用いて構成してもよい。
・図1において、高圧バッテリB1の電圧を昇圧コンバータ21で昇圧してインバータ22に供給するシステム構成としたが、これに代わり、昇圧コンバータ21をなくして高圧バッテリB1とインバータ22を高圧配線LHで直接接続して高圧バッテリB1の電圧をインバータ22に供給するシステム構成としてもよい。
・第2のバッテリが複数ある電源装置に適用してもよい。即ち、第1のバッテリより低圧である少なくとも1つの第2のバッテリを有する電源装置に適用することができる。
(a)少なくとも1つの第1のバッテリと、
前記第1のバッテリより低圧であり、少なくとも充電時に駆動する機器が接続される少なくとも1つの第2のバッテリと、
前記第1のバッテリに配線により接続され、負荷を制御する制御回路と、
前記配線の途中に配置されたシステムメインリレーと、
前記配線における前記システムメインリレーと前記第1のバッテリとの間に接続され、外部の交流電源から前記第1のバッテリを充電可能な充電器と、
を備え、
前記充電器は、一次巻線側に交流電源が接続され、二次巻線側に前記第1のバッテリが接続される少なくとも1つの第1の二次巻線と、前記第2のバッテリが接続される少なくとも1つの第2の二次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの一次巻線と前記交流電源との間に設けられる第1の電力変換回路と、
前記トランスの一次巻線と前記第1の電力変換回路との間に設けられる第2の電力変換回路と、
前記第1の二次巻線と前記第1のバッテリとの間に設けられる第3の電力変換回路と、
前記第2の二次巻線と前記第2のバッテリとの間に設けられる整流回路と、
前記整流回路と前記第2のバッテリとの間に設けられる電圧調整回路と、
前記システムメインリレーを開路した状態で、前記交流電源から少なくとも1つの前記第1のバッテリを充電し、同時に、少なくとも1つの第2のバッテリ側に給電する制御手段と、
を有することを特徴とする車載用電源装置。
を有することを特徴とする請求項(a)に記載の車載用電源装置。
(e)前記制御手段は、前記交流電源側の出力をフィードバックしながら前記第3の電力変換回路の制御を行って前記トランスの一次巻線側において前記第2の電力変換回路および前記第1の電力変換回路による交流生成動作を行って少なくとも1つの前記第1のバッテリ側から前記交流電源側に交流電圧を出力すると同時に、少なくとも1つの前記第2の二次巻線側において前記第2のバッテリ側に給電する第4の制御手段を更に有することを特徴とする請求項(d)に記載の車載用電源装置。
(f)前記制御手段は、少なくとも1つの前記第2のバッテリへの出力をフィードバックする第5の制御手段を更に有することを特徴とする請求項(e)に記載の車載用電源装置。
Claims (8)
- 少なくとも1つの第1のバッテリと、
前記第1のバッテリより低圧である少なくとも1つの第2のバッテリと、
一次巻線側に交流電源が接続され、二次巻線側に前記第1のバッテリが接続される少なくとも1つの第1の二次巻線と、前記第2のバッテリが接続される少なくとも1つの第2の二次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの一次巻線と前記交流電源との間に設けられる第1の電力変換回路と、
前記トランスの一次巻線と前記第1の電力変換回路との間に設けられる第2の電力変換回路と、
前記第1の二次巻線と前記第1のバッテリとの間に設けられる第3の電力変換回路と、
前記第2の二次巻線と前記第2のバッテリとの間に設けられる整流回路と、
前記整流回路と前記第2のバッテリとの間に設けられる電圧調整回路と、
前記交流電源から少なくとも1つの前記第1のバッテリを充電し、同時に、少なくとも1つの第2のバッテリ側に給電する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。 - 前記制御手段は、少なくとも1つの前記第1のバッテリへの出力をフィードバックしながら前記一次巻線側において前記第1の電力変換回路および前記第2の電力変換回路の制御を行うとともに前記トランスの少なくとも1つの前記第1の二次巻線側において前記第3の電力変換回路の制御を行って前記交流電源から前記第1のバッテリを充電し、同時に、少なくとも1つの前記第2の二次巻線側において前記電圧調整回路による第2のバッテリへの出力電圧を調整しつつ前記交流電源から前記第2のバッテリ側に給電する第1の制御手段、
を有することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 前記制御手段は、少なくとも1つの前記第2のバッテリへの出力をフィードバックしながら少なくとも1つの前記第1の二次巻線側において前記第3の電力変換回路の制御を行って前記第1のバッテリ側から前記第2のバッテリ側に給電する第2の制御手段を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、少なくとも1つの前記第1のバッテリから前記交流電源側に交流出力し、同時に少なくとも1つの前記第2のバッテリ側に給電する第3の制御手段を更に有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記交流電源側の出力をフィードバックしながら前記第3の電力変換回路の制御を行って前記トランスの一次巻線側において前記第2の電力変換回路および前記第1の電力変換回路による交流生成動作を行って少なくとも1つの前記第1のバッテリ側から前記交流電源側に交流電圧を出力すると同時に、少なくとも1つの前記第2の二次巻線側において前記第2のバッテリ側に給電する第4の制御手段を更に有することを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、少なくとも1つの前記第2のバッテリへの出力をフィードバックする第5の制御手段を更に有することを特徴とする請求項5に記載の電源装置。
- 前記電源装置は車載用の電源装置であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記第2のバッテリは、補機バッテリであることを特徴とする請求項7に記載の電源装置。
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