JP2013027093A - 電気システムの消費電力算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車などの電気システムの消費電力算出装置に関し、電源装置と第１の電気機器との間に接続された第２の電気機器の消費電力を算出する技術を提供する。
【解決手段】電流センサ１５４により検出されるバッテリ１５０の電流ＩＢと、電流センサ２０４により検出されるリアクトル２０２に流れる電流ＩＬ（コンバータ２００の電流）との差に、平滑コンデンサ２６０の電圧ＶＬを乗じることにより、高電圧デバイス２２０の消費電力が算出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気システムの消費電力算出装置に関し、特に、電源装置と第１の電気機器との間に接続された第２の電気機器の消費電力を算出する技術に関する。

駆動源として電動モータを搭載したハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などが知られている。これらのような車両は、電動モータに電力を供給する電源装置（バッテリおよびキャパシタなど）と、電圧を昇圧または降圧するためのコンバータ、ならびに、直流と交流とを変換するためのインバータなどの電気機器とが設けられた電気システムを有する。さらに、電動ポンプおよび空調装置等の補機、補機に電力を供給する補機バッテリ、補機バッテリに走行用バッテリから電力を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータが電気システムに設けられる場合もある。

このような車両においては、電力の収支を精度良く管理することが望まれる。たとえば、走行用バッテリの放電電力が上限値を一時的に超えた場合であっても、走行用バッテリの劣化を早め得るため、走行用バッテリの放電電力を精度良く管理することが強く望まれる。

たとえば走行用バッテリの放電電力が上限値を超えないようにするためには、上限値から補機類の消費電力を減算して得られる値以下の範囲で、電動モータの電力を制御することが必要である。補機類の消費電力を算出する方法の１つとして、本出願人は、特開２００８−３０６８２３号公報（特許文献１）の第６２，６３段落において、補機負荷に電源電圧を供給する補機バッテリに充電電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを停止させた前後の充電電流の変化を観測することによって、補機負荷側に供給される電流を測定することを開示する。

特開２００８−３０６８２３号公報

しかしながら、特開２００８−３０６８２３号公報に記載の方法は、補機バッテリが十分に充電された状態でなければ実行することができない。そのため、補機負荷の消費電力を算出する別の方法も望まれる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、消費電力を算出することである。

電源装置と、電源装置に接続された第１の電気機器と、電源装置と第１の電気機器との間に接続された第２の電気機器とが設けられた電気システムの消費電力算出装置は、電源装置の電流を検出するための手段と、第１電気機器の電流を検出するための手段と、第２の電気機器が接続された側での第１の電気機器の電圧を検出するための手段と、電源装置の電流と第１の電気機器の電流との差に、第２の電気機器が接続された側での第１の電気機器の電圧を乗じることにより、第２の電気機器の消費電力を算出するための手段とを備える。

この構成によると、電源装置の電流と、第１電気機器の電流と、電源装置と第１の電気機器との間における電圧から、電源装置と第１の電気機器との間に接続された第２の電気機器の消費電力を算出することができる。

車両の概略構成図である。 車両の電気システムを示す図である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、車両は、モータジェネレータ１１０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とを備える。本実施の形態においては、一例としてモータジェネレータ１１０のみを駆動源として搭載した電気自動車について説明するが、エンジンを搭載したハイブリッド車または燃料電池を搭載した燃料電池車を用いてもよい。

モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。モータジェネレータ１１０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力により駆動する。モータジェネレータ１１０が発生するトルクは、減速機１４０を介して前輪１６０に伝達される。前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

車両の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０によりモータジェネレータ１１０が駆動され、モータジェネレータ１１０が発電機として作動する。これによりモータジェネレータ１１０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。モータジェネレータ１１０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。モータジェネレータ１１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。

図２に示すように、バッテリ１５０の電圧ＶＢは電圧センサ１５２により検出され、バッテリ１５０の電流ＩＢは電流センサ１５４により検出される。電圧ＶＢを表す信号および電流ＩＢを表す信号は、ＥＣＵ１７０に入力される。

図２は、車両の電気システムを示す。電気システムは、コンバータ２００と、インバータ２１０と、高電圧デバイス２２０と、正極側システムメインリレー２５１と、負極側システムメインリレー２５２と、プリチャージ用システムメインリレー２５３と、抵抗２５４とを含む。

コンバータ２００は、リアクトル２０２と、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトル２０２は、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。リアクトル２０２に流れる電流ＩＬ、すなわちコンバータ２００を流れる電流は、電流センサ２０４により検出され、ＥＣＵ１７０に入力される。コンバータ２００の昇圧動作中は、ＥＣＵ１７０が認識する電流
センサ２０４の検出値には、高周波リップルが含まれる。よって、望ましくは、ＥＣＵ１７０において、電圧センサ２６２の検出値にデジタルフィルタ処理が施され、高周波リップルが除去される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−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ようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar
Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

バッテリ１５０から放電された電力をモータジェネレータ１１０に供給する際、コンバータ２００のスイッチング動作により、電圧が昇圧される。逆に、モータジェネレータ１１０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００とインバータ２１０との間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−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がそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、モータジェネレータ１１０に供給する。また、インバータ２１０は、モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

高電圧デバイス２２０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に接続される電気機器である。高電圧デバイス２２０は、一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０と、補機バッテリ２４０と、電動オイルポンプおよび空調装置の電動コンプレッサ等の補機２４２を含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、バッテリ１５０と、コンバータ２００との間において、コンバータ２００と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０から出力される電力は、補機バッテリ２４０に充電される。補機バッテリ２４０に充電された電力は、電動オイルポンプおよび空調装置の電動コンプレッサ等の補機２４２、ならびにＥＣＵ１７０に供給される。

正極側システムメインリレー２５１、負極側システムメインリレー２５２、プリチャージ用システムメインリレー２５３および抵抗２５４は、一例として、バッテリ１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ２３０との間に設けられる。

正極側システムメインリレー２５１は、バッテリ１５０の正極側に接続される。負極側システムメインリレー２５２は、バッテリ１５０の負極側に接続される。プリチャージ用
システムメインリレー２５３は、負極側システムメインリレー２５２に対して並列に、かつ抵抗２５４に対して直列に接続される。すなわち、プリチャージ用システムメインリレー２５３と抵抗２５４とが直列に接続された回路が、負極側システムメインリレー２５２に対して並列に接続される。

たとえば、正極側システムメインリレー２５１、負極側システムメインリレー２５２およびプリチャージ用システムメインリレー２５３の全てがオフの状態（開いている状態）で、運転者がスタートスイッチ（イグニッションスイッチでもよい）をオン操作することによって、電気システムを起動すると、まず、正極側システムメインリレー２５１と、プリチャージ用システムメインリレー２５３とがオンにされる（閉じられる）。これにより、平滑コンデンサ２６０がプリチャージされる。プリチャージ中は、コンバータ２００ならびにインバータ２１０の作動が停止される。

平滑コンデンサ２６０のプリチャージ後、負極側システムメインリレー２５２がオンにされる。さらにその後、プリチャージ用システムメインリレー２５３がオフにされる。

平滑コンデンサ２６０の電圧ＶＬは、電圧センサ２６２により検出される。平滑コンデンサ２６０の電圧ＶＬは、要するに、高電圧デバイス２２０が接続された側でのコンバータ２００の電圧である。したがって、電圧センサ２６２は、高電圧デバイス２２０が接続された側でのコンバータ２００の電圧を検出するためのセンサである。電圧センサ２６２の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

本実施の形態において、平滑コンデンサ２６０の電圧ＶＬは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０、補機バッテリ２４０および補機２４２などを含む高電圧デバイス２２０の消費電力を算出するために用いられる。より具体的には、バッテリ１５０の電流ＩＢと、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬ（コンバータ２００の電流）との差に、平滑コンデンサ２６０の電圧ＶＬを乗じることにより、高電圧デバイス２２０の消費電力が算出される。平滑コンデンサ２６０の代わりにバッテリ１５０の電圧ＶＢを用いて高電圧デバイス２２０の消費電力を算出するようにしてもよい。

図３を参照して、ＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、コンバータ２００のスイッチング動作、より具体的には昇圧動作が開始される。その後、Ｓ１０２にて、バッテリ１５０の電流ＩＢと、リアクトル２０２に流れる電流ＩＬ（コンバータ２００の電流）との差に、平滑コンデンサ２６０の電圧ＶＬを乗じることにより、高電圧デバイス２２０の消費電力が算出される。

さらにその後、Ｓ１０４にて、モータジェネレータ１１０での消費電力が、バッテリ１５０の温度および残存容量等に基づいて定められるバッテリ１５０の電力（たとえば放電電力）の上限値から、高電圧デバイス２２０の消費電力を減算した値以下となるように、モータジェネレータ１１０が制御される。

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て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。

１１０ モータジェネレータ、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５２ 電圧センサ、１５４ 電流センサ、１６０ 前輪、１７０ ＥＣＵ、１８０，２６２ 電圧センサ、２００ コンバータ、２０２ リアクトル、２０４ 電流センサ、２１０ インバータ、２３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４０ 補機バッテリ、２４２ 補機、２５１ 正極側システムメインリレー、２５２ 負極側システムメインリレー、２５３ プリチャージ用システムメインリレー、２５４ 抵抗、２６０ 平滑コンデンサ。

Claims (1)

1. 電源装置と、前記電源装置に接続された第１の電気機器と、前記電源装置と前記第１の電気機器との間に接続された第２の電気機器とが設けられた電気システムの消費電力算出装置であって、
   前記電源装置の電流を検出するための手段と、
   前記第１電気機器の電流を検出するための手段と、
   前記第２の電気機器が接続された側での前記第１の電気機器の電圧を検出するための手段と、
   前記電源装置の電流と前記第１の電気機器の電流との差に、前記第２の電気機器が接続された側での前記第１の電気機器の電圧を乗じることにより、前記第２の電気機器の消費電力を算出するための手段とを備える、電気システムの消費電力算出装置。

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