JP2015119553A - 補機電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補機に待機電力を供給するための補機電池を不要化できる補機電源装置を提供する。
【解決手段】主電源１０と、主電源１０からの電力を変換して補機１６に出力する電力変換器２０，２２と、システムの運転／停止状態に応じて補機１６の通常動作／待機状態を判定し、補機が待機状態の場合に主電源１０からの電力が待機電圧に変換されるように電力変換器２０，２２を制御し、補機１６が通常動作状態の場合に主電源１０からの電力が通常動作電圧に変換されるように電力変換器２０，２２を制御する制御装置２４とを備え、補機用電池を用いることなく補機１６に電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、補機、すなわち主機であるモータ／ジェネレータ以外の電装機器に電力を供給する補機電源装置に関する。

従来から、ハイブリッド自動車（ＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）等の電動車両において、主電源が動作している時に補機電池充電回路を介して補機電池を充電すると同時に、補機が動作するための電力を供給する電源装置が提案されている。主電源が停止した時には、補機電池充電回路は停止し、補機の待機電力は補機電池より供給される。

図４に、従来の補機電源装置の回路構成を示す。補機電源装置は、主電源１０と、補機電池充電回路１２と、補機電池１４を含む。

主電源１０は、図示しないモータ／ジェネレータに電力を供給するとともに、スイッチＳＷを介して補機電池充電回路１２に接続される。

補機電池充電回路１２は、具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、主電源１０の直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。補機電池充電回路１２は、補機電池１４に接続される。補機電池充電回路１２は、例えば主電源１０の２８８Ｖを１４Ｖに変換して出力する。

補機電池１４は、補機電池充電回路１２で変換された直流電圧により充電される。補機電池１４には、補機１６が接続される。

主電源１０が動作している場合、主電源１０からの電力は補機電池充電回路１２を介して補機電池１４に供給されるとともに、補機１６にも動作用電力が供給される。主電源１０が停止している場合、補機電池１４からの電力は補機１６に供給され、補機１６の待機電力として利用される。

下記の特許文献１には、主電源が動作している時に、電池電圧均等化回路／補機電池充電回路により補機電池が充電されると同時に補機に動作用電力が供給され、補機電池充電モード以外では、補機電池充電動作は停止し、補機の待機電力は補機電池から供給される構成が開示されている。

特開２０１２−２１３２９１号公報

しかしながら、従来技術では、補機電池を用いているため、補機電池のためのコスト、重量、スペースが必要となってしまう。また、補機のわずかな待機電力を得るのに大容量の補機電池充電回路を介するため、電圧変換のために必要以上の消費電力を伴ってしまう。補機が待機時に消費する電力は、補機電池に充電しその後放電することにより得られる電力であるため、充放電ロスも伴う。例えば、主電源１０の電圧２８８Ｖを１４Ｖに変換して補機電池１４を充電し、補機電池１４を１２Ｖで放電して補機１６に待機電力を供給する場合、２８８Ｖを１４Ｖに変換する時点の効率を９０％、１４Ｖで補機電池１４を充電し１２Ｖで放電する場合の効率を８６％とすると、トータルで９０％×８６％＝７７％の効率となり、残りが充放電ロスとなってしまう。また、補機１６が待機している時は、主電源１０が停止していて、補機１６の多くも停止状態にあるため、電磁ノイズは少なく、ノイズマージンをあまり確保する必要のない状態であるにもかかわらず、待機時においても補機電池１４から主電源１０の動作時と同程度の電圧が供給されており、待機時の消費電力を待機状態に見合った低レベルに抑制することができない。さらに、長期的に待機状態が続けば補機電池１４が放電しきることになるため、大容量の主電源１０に電力が十分にあっても主機を制御するための制御装置が起動せず主機も起動できない事態も生じ得る。

また、電池電圧均等化回路／補機電池充電回路を設ける構成では、補機電池充電モードと電池電圧均等化モードに分けて充電と電圧均等化を行う必要があり、いつでも補機に電力供給できるわけではなく、補機電池により電力を蓄積し電圧を一定に維持する必要がある。また、電池電圧均等化モードでは、電池電圧均等化のためだけに充電・放電ロスを生じることになる。

本発明の目的は、補機に待機電力を供給する補機電池を不要化できる補機電源装置を提供することにある。

本発明は、主電源からの電力を変換して補機に出力する電力変換器と、システムの運転／停止状態に応じて補機の通常動作／待機状態を判定し、補機が待機状態の場合に前記主電源からの電力が待機電圧に変換されるように前記電力変換器を制御し、補機が通常動作状態の場合に前記主電源からの電力が通常動作電圧に変換されるように前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、補機用電池を用いることなく補機に電力を供給することを特徴とする。ここで、通常動作電圧＞待機電圧とするのが好適である。

本発明において、通常動作状態のみならず、待機状態においても、電力変換器により主電源からの電力を変換して補機に供給する構成であるため、補機電池が不要となる。そして、補機状態において供給する補機電圧を最適に制御することで消費電力が効果的に低減される。

本発明の１つの実施形態では、前記主電源は、複数の単電池を接続して構成されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態では、前記複数の単電池のそれぞれの端子電圧を検出する電圧検出器を備え、前記制御装置は、前記複数の単電池の中で端子電圧の高い単電池からの電力が優先的に変換されるように前記電力変換器を制御することにより、補機に電力を供給するとともに前記複数の単電池の電圧を均等化することを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態では、前記複数の単電池は、第１グループ及び第２グループに分けられ、前記電力変換器は、一次側コイル群及び二次側コイルを有する多相トランスを備え、一次側コイル群は第１コイルグループ及び第２コイルグループに分けられ、前記第１グループを構成する単電池群のそれぞれの単電池には、前記第１コイルグループのそれぞれのコイルが接続され、前記第２グループを構成する単電池群のそれぞれの単電池には、前記第２コイルグループのそれぞれのコイルが接続され、前記第１コイルグループと前記第２コイルグループは、磁束の向きが互いに逆向きとなるように接続され、前記制御装置は、前記第１グループからの電力と前記第２グループからの電力が交互に変換されるように前記電力変換器を制御することを特徴とする。

本発明によれば、通常動作状態及び待機状態のいずれにおいても、主機に電力を供給する主電源からの電力を電力変換器で変換して補機に供給するので、補機電池を不要化できる。これにより、低コスト化、軽量化、省スペース化を図ることができる。また、待機電圧を通常動作電圧より低い電圧に抑えることで消費電力を低減できる。また、本発明によれば、補機への電力供給とともに単電池電圧の均等化を図ることで、一層の小型化、低コスト化を図ることができる。

実施形態の回路構成図である。 他の実施形態の回路構成図である。 他の実施形態の具体的回路構成図である。 従来装置の回路構成図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における補機電源装置の回路構成図を示す。補機電源装置は、主電源１０と補機１６との間に接続され、通常動作用電力変換器２０と、待機動作用電力変換器２２と、制御装置２４と、電圧検出器２６と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備える。

通常動作用電力変換器２０は、スイッチＳＷ１を介して主電源１０に接続されるとともに、スイッチＳＷ２を介して補機１６に接続される。

待機動作用電力変換器２２は、スイッチＳＷ３を介して主電源１０に接続されるとともに、スイッチＳＷ４を介して補機１６に接続される。

電圧検出器２６は、補機１６に印加される電圧を検出して制御装置２４に出力する。

制御装置２４は、電圧検出器２６で検出された補機電圧に基づき、補機１６に印加される電圧が所望の電圧となるように通常動作用電力変換器２０及び待機動作用電力変換器２２を制御する。すなわち、補機１６が通常動作状態である場合、補機１６に印加される電圧が通常動作電圧として必要な電圧となるように通常動作用電力変換器２０にオンオフ指令あるいはデューティ指令を出力してその動作を制御し、補機１６が待機動作状態である場合、補機１６に印加される電圧が待機電圧として必要な電圧となるように待機動作用電力変換器２２にオンオフ指令あるいはデューティ指令を出力してその動作を制御する。例えば、制御装置２４は、補機１６が通常動作状態である場合、通常動作用電力変換器２０にオンオフ指令を出力し、主電源１０からの２８８Ｖを１２Ｖに変換して補機１６に出力する。また、補機１６が待機動作状態である場合、待機動作用電力変換器２２にオンオフ指令を出力し、主電源１０からの２８８Ｖを９Ｖに変換して補機１６に出力する。ここで、１２Ｖは補機１６の通常動作時に必要な電圧であり、９Ｖは待機動作時に必要な電圧である。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、制御装置２４からの指令に応じてオンオフ制御され、補機１６が通常動作状態である場合、ＳＷ１及びＳＷ２がオンしてＳＷ３及びＳＷ４はオフされる。また、補機１６が待機動作状態である場合、ＳＷ１及びＳＷ２はオフしてＳＷ３及びＳＷ４はオンされる。制御装置２４は、例えば主電源１０、補機１６及び補機電源装置がハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載される場合、イグニッションキーあるいはメインスイッチのオンオフにより通常動作状態であるか待機動作状態であるかを判定する。

このように、本実施形態では、主電源１０と補機１６との間に通常動作用電力変換器２０と待機動作用電力変換器２２とを並列かつ択一的に接続し、通常動作時には通常動作用電力変換器２０を動作させて主電源１０から補機１６に電力を供給し、待機時には待機動作用電力変換器２２を動作させて主電源１０から補機１６に電力を供給する構成であるため、従来必要であった補機に待機電力を供給するための補機電池を不要化できる。

また、本実施形態において、待機状態用電力変換器２２は、通常動作時に比べて少ない待機電力を扱うため、小型かつ低コストなものを利用できる。

さらに、補機１６が待機状態の場合（システムが停止している場合）、主電源１０、主機であるモータ／ジェネレータ、及び多くの補機１６が停止しているため、電磁ノイズは通常動作時に比べて少なく、ノイズマージンをあまりとる必要がない。そこで、補機１６への印加電圧を電圧検出器２６で検出しながら、待機電圧を通常動作電圧に比べて低い電圧に抑えることで（通常動作電圧の１２Ｖに対して待機電圧を９Ｖに抑える等）、消費電力を低減することが可能である。

他方、通常動作状態においても、通常動作用電力変換器２０により補機１６に必要な電力が供給されるので、待機状態と同様に補機電池は不要化される。すなわち、全期間を通じて補機電池を完全に不要化することが可能であり、低コスト化、軽量化、省スペース化が実現する。

なお、補機１６が通常動作状態から待機状態へ移行する時、及び待機状態から通常動作状態へ移行する時において、連続的かつ速やかに電力変換器２０，２２及びスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を切替え、補機１６への印加電圧を検出しながらその時の動作状態に適した電圧に移行させることにより、安定かつ高効率のシステムを実現できる。補機電池を備える従来システムでは補機電池が完全放電した時点でシステムを起動できなくなるが、本実施形態では大容量の主電源１０が完全放電しない限り、システムを確実に起動できる利点もある。

図１において、電力変換器２０，２２、及びＳＷ１〜ＳＷ４をまとめてＤＣ／ＤＣコンバータと称することができ、この場合、主電源１０と補機１６との間にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、このＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御装置２４で制御することで主電源１０の電圧を通常動作時に通常動作用電圧、待機時に待機電圧（通常動作電圧＞待機電圧）に変換して補機１６に供給するものといえる。

電力変換器２０，２２は、直流電圧を他の直流電圧に降圧変換し得るものであれば任意の回路構成を用いることができるが、典型的には一次側コイルと二次側コイルからなるトランスを用い得る。

従来においては、既述したように、主電源１０の電圧２８８Ｖを１４Ｖに変換して補機電池１４を充電し、補機電池１４を１２Ｖで放電して補機１６に待機電力を供給するものとすると、２８８Ｖを１４Ｖに変換する時点の効率を９０％、１４Ｖで補機電池１４を充電し１２Ｖで放電する場合の効率を８６％として、トータルで９０％×８６％＝７７％の効率となってしまうところ、本実施形態では、２８８Ｖを直接的に９Ｖに変換するため、変換効率は９０％であり、待機電力ロスが大幅に抑制される。

図２に、他の実施形態における補機電源装置の回路構成を示す。補機電源装置は、主電源１１と補機１６との間に接続され、電力変換器３０と、制御装置３２と、電圧検出器３４，３６，３８と、スイッチＳＷ５〜ＳＷ７を備える。

主電源１１は、複数の単電池（セル）を直列接続して構成される。

電力変換器３０は、複数のスイッチＳＷ５〜ＳＷ７を介して主電源１１に接続されるとともに、補機１６に接続される。複数のスイッチＳＷ５〜ＳＷ７は、主電源１１を構成する複数の単電池毎に設けられる。すなわち、図では一部の単電池及びスイッチが示されているが任意の数の単電池及びスイッチを同様な構成で接続することができる。ここでは、簡単のため単電池が３個の場合を例として説明する。この場合、主電源１１が３つの単電池Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、スイッチＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７から構成される場合に対応し、単電池Ｃ１の正極にＳＷ５が接続され、単電池Ｃ１の負極及び単電池Ｃ２の正極にＳＷ６が接続され、単電池Ｃ２の負極及び単電池Ｃ３の正極にＳＷ７が接続される。主電源１１を構成する単電池の数が増大するほど、これに応じてスイッチＳＷの数も増大する。

電圧検出器３４，３６は、主電源１１を構成する単電池毎の端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。図では、電圧検出器３４，３６のみを例示しているが、単電池毎に設けられる。また、電圧検出器３８は、補機１６に印加される電圧を検出して制御装置３２に出力する。

制御装置３２は、電圧検出器３４，３６，３８で検出された電圧に基づき、ＳＷ５〜ＳＷ７をオンオフ制御するとともに、電力変換器３０にオンオフ指令あるいはデューティ指令を出力してその動作を制御する。すなわち、補機１６が待機状態である場合、制御装置３２は、電圧検出器３４，３６により各単電池の端子電圧を検出し、電圧検出器３８により補機１６の印加電圧を検出して、検出した印加電圧が補機１６の待機電圧として必要な電圧（９Ｖ）に調整されるように電力変換器３０を制御する。この際、端子電圧、つまり充電電圧の高い単電池に接続されているスイッチをオンさせて、その単電池から補機１６へ電力を供給することで充電電圧の高い単電池を放電させ、これを繰り返すことにより各単電池の充電電圧を均等化する。例えば、主電源１１が３つの単電池Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を直列接続して構成され、単電池Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の端子電圧、つまり充電電圧がＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３であるとすると、制御装置３２は、単電池Ｃ１の正極に接続されているＳＷ５、及び単電池Ｃ１の負極に接続されているＳＷ６をオンし、他のスイッチＳＷ７をオフにして単電池Ｃ１と電力変換器３０を接続する。そして、電力変換器３０にオンオフ指令を出力し、単電池Ｃ１の端子電圧を９Ｖに変換して補機１６に出力する。単電池Ｃ１を放電させ、単電池Ｃ１の充電電圧が単電池Ｃ３の充電電圧に略等しくなった場合、制御装置３２は、次に、単電池Ｃ２に接続されているスイッチをオンさせて、単電池Ｃ２から補機１６へ電力を供給する。つまり、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７をオンさせ、スイッチＳＷ５をオフして単電池Ｃ２と電力変換器３０を接続し、電力変換器３０にオンオフ指令を出力して単電池Ｃ２の端子電圧を９Ｖに変換して補機１６に出力する。単電池Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の充電電圧が略等しくなり、均等化された場合、全ての単電池Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を電力変換器３０に接続し、主電源１１の端子電圧を９Ｖに変換して補機１６に出力する。

また、補機１６が通常動作状態である場合、制御装置３２は、電圧検出器３４，３６により各単電池の端子電圧を検出し、電圧検出器３８により補機１６の印加電圧を検出して、検出した印加電圧が補機１６の動作電圧として必要な電圧（１２Ｖ）に調整されるように電力変換器３０を制御する。この際、供給電力量に応じてスイッチＳＷ５〜ＳＷ７を複数オンさせることにより電力供給を分担させ、各スイッチの許容電力を超えないようにする。また、待機状態と同様に、端子電圧、つまり充電電圧の高い単電池に接続されているスイッチを主にオンさせて、その単電池から補機１６へ電力を供給することで充電電圧の高い単電池を放電させ、これを繰り返すことにより各単電池の充電電圧を均等化する。

このように、本実施形態でも、主電源１１と補機１６との間に電力変換器３０を接続し、通常動作時及び待機状態のいずれにおいても電力変換器３０を動作させて主電源１１から補機１６に電力を供給する構成であるため、従来必要であった補機電池を不要化できる。また、補機１６が待機状態の場合、主電源１１、主機、及び多くの補機１６が停止しているため、電磁ノイズは通常動作時に比べて少なく、ノイズマージンをあまりとる必要がない。そこで、補機１６への印加電圧を電圧検出器３８で検出しながら、待機電圧を通常動作電圧に比べて低い電圧に抑えることで（通常動作電圧の１２Ｖに対して待機電圧を９Ｖに抑える等）、消費電力を低減することが可能である。通常動作状態においても、電力変換器３０により補機１６に必要な電力が供給されるので、待機状態と同様に補機電池は不要化される。すなわち、全期間を通じて補機電池を完全に不要化することが可能であり、低コスト化、軽量化、省スペース化が実現する。

さらに、本実施形態では、待機状態及び通常動作状態のいずれにおいても、充電電圧の高い単電池を電力変換装置３０に接続し、充電電圧の高い単電池を放電させて補機１６に電力を供給するため、主電源１１を構成する単電池の充電電圧にバラツキが生じていてもこれを解消して充電電圧を均等化でき、主電源１１の短寿命化を効果的に抑制できる。本実施形態における電力変換器３０は、通常動作状態及び待機状態において補機１６に必要な電力を供給する補機電源として機能すると同時に、主電源１１を構成する複数の単電池の充電電圧を均等化する機能を有するものといえる。

次に、本実施形態の補機電源装置について、より具体的に説明する。

図３に、本実施形態の補機電源装置の回路構成を示す。図２と同様に、主電源１１と補機１６との間に接続され、電力変換器３０と、制御装置３２と、電圧検出器３８，４０ａ１〜４０ａｎ、４０ｂ１〜４０ｂｎと、スイッチＳａ１〜Ｓａｎ、Ｓｂ１〜Ｓｂｎを備える。

主電源１１は、単電池グループＢａと単電池グループＢｂから構成され、単電池グループＢａはｎ個の単電池Ｂａ１，Ｂａ２，・・・，Ｂａｎから構成され、単電池グループＢｂはｎ個の単電池Ｂｂ１，Ｂｂ２，・・・，Ｂｂｎから構成される。

単電池Ｂａ１には、スイッチＳａ１を介してコイルＬａ１が接続される。より詳しくは、単電池Ｂａ１の正極にはスイッチＳａ１を介してコイルＬａ１の一端（ドット側）が接続され、単電池Ｂａ１の負極にはコイルＬａ１の他端（非ドット側）が接続される。電圧検出器４０ａ１は、単電池Ｂａ１に接続され、その端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。

単電池Ｂａ２には、スイッチＳａ２を介してコイルＬａ２が接続される。すなわち、単電池Ｂａ２の正極にはスイッチＳａ２を介してコイルＬａ２の一端（ドット側）が接続され、単電池Ｂａ２の負極にはコイルＬａ２の他端（非ドット側）が接続される。電圧検出器４０ａ２は、単電池Ｂａ２に接続され、その端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。

以下同様であり、単電池Ｂａｎには、スイッチＳａｎを介してコイルＬａｎが接続される。単電池Ｂａｎの正極にはスイッチＳａｎを介してコイルＬａｎの一端（ドット側）が接続され、単電池Ｂａｎの負極にはコイルＬａｎの他端（非ドット側）が接続される。電圧検出器４０ａｎは、単電池Ｂａｎに接続され、その端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。

また、単電池Ｂｂ１には、スイッチＳｂ１を介してコイルＬｂ１が接続される。より詳しくは、単電池Ｂｂ１の正極にはスイッチＳｂ１を介してコイルＬｂ１の一端（非ドット側）が接続され、単電池Ｂｂ１の負極にはコイルＬｂ１の他端（ドット側）が接続される。電圧検出器４０ｂ１は、単電池Ｂｂ１に接続され、その端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。

単電池Ｂｂ２には、スイッチＳｂ２を介してコイルＬｂ２が接続される。すなわち、単電池Ｂｂ２の正極にはスイッチＳｂ２を介してコイルＬｂ２の一端（非ドット側）が接続され、単電池Ｂｂ２の負極にはコイルＬｂ２の他端（ドット側）が接続される。電圧検出器４０ｂ２は、単電池Ｂｂ２に接続され、その端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。

以下同様であり、単電池Ｂｂｎには、スイッチＳｂｎを介してコイルＬｂｎが接続される。単電池Ｂｂｎの正極にはスイッチＳｂｎを介してコイルＬｂｎの一端（非ドット側）が接続され、単電池Ｂｂｎの負極にはコイルＬｂｎの他端（ドット側）が接続される。電圧検出器４０ｂｎは、単電池Ｂｂｎに接続され、その端子電圧を検出して制御装置３２に出力する。

単電池グループＢａにおけるコイル（第１コイルグループ）Ｌａ１〜Ｌａｎのドットの向きと、単電池グループＢｂにおけるコイル（第２コイルグループ）Ｌｂ１〜Ｌｂｎのドットの向きが互いに逆向きであることに留意されたい。第１コイルグループＬａ１〜Ｌａｎの磁束の向きと、第２コイルグループＬｂ１〜Ｌｂｎの磁束の向きは互いに逆向きである。

他方、コイルＬ１，Ｌ２が互いに直列接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して補機１６に接続される。すなわち、コイルＬ１の一端（ドット側）はダイオードＤ１を介して補機１６の正極側に接続され、コイルＬ１とコイルＬ２の接続節点は単電池Ｂｂｎの負極及び補機１６の負極側に接続され、コイルＬ２の他端（非ドット側）はダイオードＤ２を介して補機１６の正極側に接続される。電圧検出器３８は、補機１６に印加される電圧を検出して制御装置３２に出力する。

コイルＬａ１〜Ｌａｎ，Ｌｂ１〜Ｌｂｎ、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ同一コアに巻回され、磁気結合して多相のトランスとして機能する。本実施形態において、電力変換器３０は、一次側コイルＬａ１〜Ｌａｎ，Ｌｂ１〜Ｌｂｎと二次側コイルＬ１，Ｌ２から構成される多相のトランス、及びダイオードＤ１，Ｄ２から構成される。

このような構成において、補機１６が待機状態である場合、補機１６の印加電圧が所定の待機電圧の下限（９Ｖ）より低くなると、制御装置３２は、まず、単電池グループＢａの中で最も充電電圧の高い単電池を選択し、選択した単電池に接続されているスイッチをオンにする。これにより、最も充電電圧の高い単電池が放電され、その単電池に接続されたコイルに通電され、多相トランスで電圧変換されて補機１６に供給される。この際、コイルＬ１には、直列接続されているダイオードＤ１にとって順方向の誘起電圧が発生するため、その誘起電圧が補機１６に供給される。コイルＬ２には、直列接続されているダイオードＤ２にとって逆方向の誘起電圧が発生するため、回路は遮断される。補機１６の印加電圧が所定の待機電圧の上限（９Ｖ＋δ：δは所定値）を超えると、制御装置３２は、選択した単電池に接続されているスイッチをオフにする。例えば、単電池グループＢａの中で、単電池Ｂａ１が最も充電電圧の高い電池であるとすると、制御装置３２は単電池Ｂａ１を選択し、スイッチＳａ１をオンにするとともに他のスイッチをオフにし、コイルＬａ１に通電して多相トランスにより電圧変換し、補機１６に供給する。

次に、補機１６の印加電圧が再び所定の待機電圧の下限より低くなると、制御装置３２は、単電池グループＢｂの中で最も充電電圧の高い単電池を選択し、選択した単電池に接続されているスイッチをオンにする。これにより、最も充電電圧の高い単電池が放電され、その単電池に接続されたコイルに通電され、多相トランスで電圧変換されて補機１６に供給される。この際、コイルＬ１には、直列接続されているダイオードＤ１にとって逆方向の誘起電圧が発生するため、回路は遮断される。コイルＬ２には、直列接続されているダイオードＤ２にとって順方向の誘起電圧が発生するため、その誘起電圧が補機１６に供給される。補機１６の印加電圧が所定の待機電圧の上限（９Ｖ＋δ：δは所定値）を超えると、制御装置３２は、選択した単電池に接続されているスイッチをオフにする。例えば、単電池グループＢｂの中で、単電池Ｂｂ１が最も充電電圧の高い電池であるとすると、制御装置３２は単電池Ｂｂ１を選択し、スイッチＳｂ１をオンにするとともに他のスイッチをオフにし、コイルＬｂ１に通電して多相トランスにより電圧変換し、補機１６に供給する。

次に、補機１６の印加電圧が再び所定の待機電圧の下限より低くなると、制御装置３２は、単電池グループＢａの中で最も充電電圧の高い単電池を選択し、選択した単電池に接続されているスイッチをオンにする。

以下、同様にして、制御装置３２は、
単電池グループＢａ→単電池グループＢｂ→単電池グループＢａ→単電池グループＢｂ→・・・
と交互にオンすることで必要な待機電圧を補機１６に供給する。単電池の充電電圧が高いものから順に選択されてその電力を補機１６に供給するので、次第に単電池の電圧は均等化される。

なお、待機電力が一つのスイッチの許容容量を超える場合には、単電池グループＢａの単電池の中で充電電圧の高いものから順に複数のスイッチを選択して同時にオンすることで電力を分担する。

他方、補機１６が通常動作状態の場合、補機１６の印加電圧が所定の通常動作電圧の下限（１２Ｖ）より低くなると、制御装置３２は、まず、単電池グループＢａの中で充電電圧の高い単電池から順に複数の単電池を選択し、選択した単電池群に接続されているスイッチをオンにする。選択される単電池群の数は、通常動作電圧を電池群により分担して必要総量を賄えるように決定する。これにより、充電電圧の高い単電池群が放電され、その単電池群に接続されたコイルに通電され、多相トランスで電圧変換されて補機１６に供給される。この際、コイルＬ１には、直列接続されているダイオードＤ１にとって順方向の誘起電圧が発生するため、その誘起電圧が補機１６に供給される。コイルＬ２には、直列接続されているダイオードＤ２にとって逆方向の誘起電圧が発生するため、回路は遮断される。補機１６の印加電圧が所定の通常動作電圧の上限（１２Ｖ＋δ：δは所定値）を超えると、制御装置３２は、選択した単電池群に接続されているスイッチをオフにする。

次に、補機１６の印加電圧が再び所定の通常動作電圧の下限より低くなると、制御装置３２は、単電池グループＢｂの中で充電電圧の高い順に複数の単電池を選択し、選択した単電池群に接続されているスイッチをオンにする。選択される単電池群の数は、通常動作電圧を電池群により分担して必要総量を賄えるように決定する。これにより、充電電圧の高い単電池群が放電され、その単電池群に接続されたコイルに通電され、多相トランスで電圧変換されて補機１６に供給される。この際、コイルＬ１には、直列接続されているダイオードＤ１にとって逆方向の誘起電圧が発生するため、回路は遮断される。コイルＬ２には、直列接続されているダイオードＤ２にとって順方向の誘起電圧が発生するため、その誘起電圧が補機１６に供給される。補機１６の印加電圧が所定の通常動作電圧の上限（１２Ｖ＋δ：δは所定値）を超えると、制御装置３２は、選択した単電池群に接続されているスイッチをオフにする。

次に、補機１６の印加電圧が再び所定の通常動作電圧の下限より低くなると、制御装置３２は、単電池グループＢａの中で充電電圧の高い順に複数の単電池を選択し、選択した単電池群に接続されているスイッチをオンにする。

以下、同様にして、制御装置３２は、
単電池グループＢａ→単電池グループＢｂ→単電池グループＢａ→単電池グループＢｂ→・・・
と交互にオンすることで必要な通常動作電圧を補機１６に供給する。単電池の充電電圧が高いものから順に選択されてその電力を補機１６に供給するので、次第に単電池の電圧は均等化される。ここで、同時にオンしているスイッチ間においても、その分担率を単電池の充電電圧が高いものほど多くすることで、単電池の電圧は均等化される。勿論、オン期間のデューティ比を変化させることで、分担率を調整することができる。そのため、単電池グループＢａと単電池グループＢｂとの間に充電電圧の差が生じてもデューティ比の調整で均等化できる。

以上のように、図３に示す回路構成により、補機電池を不要化でき、消費電力の低減及び高効率化を図ることができる。また、単電池の長寿命化のために必要な電池電圧均等化を補機１６への待機電力供給を兼ねて実行できるため、無駄な電力消費を抑えることができる。待機電力を供給する電力変換器３０が電池電圧均等化装置を兼用しているので、小型化及び低コスト化が実現する。

さらに、図３に示す回路構成では、主電源１１を単電池グループＢａと単電池グループＢｂの２つのグループに分け、電力変換器３０の多相トランスを構成するコイルに、ドット側と非ドット側に交互に電圧が印加される構成としているので、発生する磁束は、原点近傍に留めることができる。このため、磁束飽和が抑制され鉄心を小型化することもできる。また、繰り返し周波数を高めることでさらに多相トランスを小型化し得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、図１〜図３の回路構成において、補機１６の入力段にさらにチョークコイルと平滑コンデンサを接続して補機１６の電流を安定化してもよい。実施形態では、一次側コイルにフリーホイールダイオードが設けられていないが、必要に応じてコイルと並列に接続されてもよい。また、単電池グループＢａと単電池部ループＢｂに分けて交互にオンさせているが、さらに単電池グループＢｃを設けることもできる。例えば、電池グループＢｃには、単電池グループＢａに接続されているスイッチ、コイルと同様な構成のスイッチ、コイルと、単電池グループＢｂに接続されているスイッチ、コイルと同様な構成のスイッチ、コイルを並列接続する。この場合、電池グループＢｃは、単電グループＢａの代わり、または単電池グループＢｂの代わりをすることができるので、単電池グループＢａと単電池グループＢｂと単電池グループＢｃを適切に選択してオンさせれば、グループ間の充電電圧のアンバランスをよりきめ細かく調整することができる。

また、本実施形態における補機１６は、主機であるモータ／ジェネレータ以外の電装機器を意味するが、具体的に例示すると、モータ／ジェネレータの制御回路、カーナビゲーションシステムであるが、他の電装機器を含んでもよい。

また、図１の回路構成において、主電源１０は必ずしも１個あるいは複数個の単電池から構成されている必要はなく、キャパシタ等の蓄電装置であってもよい。他方、図２及び図３の回路構成では、主電源１１は複数個の単電池から構成されるが、単電池（セル）の種類は問わず、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の任意の電池を用いることができる。

さらに、本実施形態では、制御装置２４，３２が補機１６の動作状態として通常動作状態と待機状態を判定して電力変換器２０，２２，３０の動作を制御しているが、補機１６の通常動作状態とはシステムの運転状態、補機１６の待機状態とはシステムの停止状態を意味するから、制御装置２４，３２がシステムの運転／停止状態に応じて補機１６の動作状態を判定し、電力変換器２０，２２，３０の動作を制御するといえる。

本実施形態の補機電源装置の用途は限定されないが、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載するのが好適である。

１０，１１ 主電源、１６ 補機、２０，２２，３０ 電力変換器、２４，３２ 制御装置。

Claims (4)

1. 主電源からの電力を変換して補機に出力する電力変換器と、
   システムの運転／停止状態に応じて補機の通常動作／待機状態を判定し、補機が待機状態の場合に前記主電源からの電力が待機電圧に変換されるように前記電力変換器を制御し、補機が通常動作状態の場合に前記主電源からの電力が通常動作電圧に変換されるように前記電力変換器を制御する制御装置と、
   を備え、補機用電池を用いることなく補機に電力を供給することを特徴とする補機電源装置。
2. 前記主電源は、複数の単電池を接続して構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の補機電源装置。
3. 前記複数の単電池のそれぞれの端子電圧を検出する電圧検出器を備え、
   前記制御装置は、前記複数の単電池の中で端子電圧の高い単電池からの電力が優先的に変換されるように前記電力変換器を制御することにより、補機に電力を供給するとともに前記複数の単電池の電圧を均等化する
   ことを特徴とする請求項２記載の補機電源装置。
4. 前記複数の単電池は、第１グループ及び第２グループに分けられ、
   前記電力変換器は、一次側コイル群及び二次側コイルを有する多相トランスを備え、一次側コイル群は第１コイルグループ及び第２コイルグループに分けられ、
   前記第１グループを構成する単電池群のそれぞれの単電池には、前記第１コイルグループのそれぞれのコイルが接続され、
   前記第２グループを構成する単電池群のそれぞれの単電池には、前記第２コイルグループのそれぞれのコイルが接続され、
   前記第１コイルグループと前記第２コイルグループは、磁束の向きが互いに逆向きとなるように接続され、
   前記制御装置は、前記第１グループからの電力と前記第２グループからの電力が交互に変換されるように前記電力変換器を制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の補機電源装置。

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