JP2016135010A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない残存する電力でもシステム起動することができるようにする。【解決手段】システム起動時には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器のみをオンとして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧を開始し、その後、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧を開始して平滑コンデンサ１６を充電する。そして、平滑コンデンサ１６の充電が完了すると、システムメインリレー３４をオンとし、その後、他の補機をオンとする。したがって、補機バッテリ４０には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器のみをオンとする電力を出力することができればよいから、補機バッテリ４０により少ない残存電力しかない状態でもシステム起動することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関し、詳しくは、定格電圧の異なる２つのバッテリを備える電源装置に関する。

従来、この種の技術としては、システム起動するときに、補機バッテリの電圧が所定値より高いときには同時に複数の補機を初期起動することによりシステム起動し、補機バッテリの電圧が所定値より低いときには時間差を設けて複数の補機を初期起動することによりシステム起動するハイブリッド車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、時間差を設けて複数の補機を初期起動することにより、補機バッテリの電圧低下時でも車両システムを起動することができるようにしている。

特開２０１３−１５９１５８号公報

しかしながら、上述の技術では、車両システムを起動することができない場合が生じる。車両システムをシステム起動するには、少なくとも駆動用のバッテリと駆動回路とを接続するシステムメインリレーをオンとする必要がある。システムメインリレーをオンとするには、駆動回路の平滑コンデンサを充電するためにプリチャージ用回路をオンとし、平滑コンデンサの充電完了を待ってシステムメインリレーをオンとするため、相当の電力を要する。こうしたシステムメインリレーをオンとするのに必要な電力が補機バッテリに残存していない場合には、車両システムを起動することができない。

本発明の電源装置は、より少ない残存する電力でもシステム起動することができるように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、
駆動回路に第１電力ラインを介して接続された第１バッテリと、
定格電圧が前記第１バッテリより低く、補機に第２電力ラインを介して接続された第２バッテリと、
前記駆動回路から前記第１バッテリを切り離し可能に前記第１電力ラインに設けられたシステムメインリレーと、
前記第１電力ラインの前記システムメインリレーと前記駆動回路との間に接続されると共に前記第２電力ラインに接続されて少なくとも前記第２電力ラインの直流電力を昇圧して前記第１電力ラインに供給する第１コンバータと、
前記第１電力ラインの前記第１バッテリと前記システムメインリレーとの間に接続されると共に前記第２電力ラインに接続されて少なくとも前記第１電力ラインの直流電力を降圧して前記第２電力ラインに供給する第２コンバータと、
前記システムメインリレーのオンオフ制御と、前記第１コンバータおよび前記第２コンバータの駆動制御とを行なう制御手段と、
を備える電源装置において、
前記制御手段は、システム起動するときには、前記第２コンバータの駆動に必要な補機のみを駆動して前記第１電力ラインの直流電力を降圧して前記第２電力ラインに供給するよう前記第２コンバータを制御し、その後、前記システムメインリレーをオンとする
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、第１バッテリと駆動回路とを接続する第１電力ラインのシステムメインリレーと駆動回路との間と第２電力ラインとに第１コンバータを接続する。また、第１電力ラインの第１バッテリとシステムメインリレーとの間と第２バッテリが接続された第２電力ラインとに第２コンバータを接続する。そして、システム起動するときには、まず、第２コンバータの駆動に必要な補機のみを駆動して第１電力ラインの直流電力を降圧して第２電力ラインに供給するよう第２コンバータを制御する。そして、その後、システムメインリレーをオンとする。こうした制御により、システム起動時には、第２バッテリに第２コンバータの駆動に必要な補機のみを駆動する電力が残存していればよいことになる。この結果、第２バッテリにより少ない残存電力しかない状態でもシステム起動することができる。ここで、「システム」としては、本発明の電源装置を備えるシステム、例えば車両システムなどを意味している。また、第２コンバータの駆動に必要な補機としては、制御手段と第２コンバータを挙げることができる。第２コンバータの駆動に必要な補機以外の補機としては、乗員室を空気調和する空調装置やナビゲーション装置、オーディオ装置、シートヒータなどを挙げることができる。

こうした本発明の電源装置において、前記駆動回路は平滑コンデンサを有し、前記制御手段は、システム起動するときには、前記第１電力ラインの直流電力を降圧して前記第２電力ラインに供給するよう前記第２コンバータを制御した後に、前記平滑コンデンサが充電されるよう前記第２電力ラインの直流電力を昇圧して前記第１電力ラインに供給するよう前記第１コンバータを制御し、前記平滑コンデンサの充電が完了した後に、前記システムメインリレーをオンとする手段であるものとしてもよい。こうすれば、第２バッテリに第２コンバータの駆動に必要な補機のみを駆動する電力しか残存していない状態でも、平滑コンデンサの充電を完了してシステム起動することができる。この場合、前記制御手段は、前記平滑コンデンサの充電が完了したときに、前記第１コンバータおよび前記第２コンバータの駆動を停止して前記システムメインリレーをオンとする手段であるものとしてもよい。また、前記制御手段は、前記システムメインリレーをオンした後で前記第２コンバータの駆動に必要な補機以外の補機を駆動する手段であるものとしてもよい。

本発明の一実施例としての電源装置２０を有する駆動装置１０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行されるシステム起動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２０を有する駆動装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置１０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されており、２つモータＭＧ１，ＭＧ２と、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する駆動回路１２と、駆動回路１２に接続された電源装置２０とを備える。駆動回路１２は、平滑コンデンサ１６と、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ１４とを備える。

電源装置２０は、高電圧バッテリ３０と、補機バッテリ４０と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６と、電子制御ユニット５０とを備える。高電圧バッテリ３０は、例えば２００Ｖや２５０Ｖなどのリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、第１電力ライン３２により駆動回路１２に接続されている。第１電力ライン３２には、駆動回路１２と高電圧バッテリ４０とを接続したり、その接続を解除するシステムメインリレー３４が取り付けられている。システムメインリレー３４は、第１電力ライン３２の正極側ライン３２ａに取り付けられた正極側リレーＳＭＲＢと、第１電力ライン３２の負極側ライン３２ｂに取り付けられた負極側リレーＳＭＲＧとにより構成されている。

補機バッテリ４０は、例えば１２Ｖの鉛蓄電池として構成されており、第２電力ライン４２を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４や第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６，システムメインリレー３４，電子制御ユニット５０，図示しない複数の補機に駆動用の電力を供給している。ここで、図示しない補機としては、乗員室を空気調和する空調装置やナビゲーション装置、オーディオ装置、シートヒータなどを挙げることができる。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は、周知の昇降圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されており、第１電力ライン３２のシステムメインリレー３４と駆動回路１２との間と第２電力ライン４２とに接続されている。従って、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４により、第２電力ライン４２の直流電力を昇圧して第１電力ライン３２に供給することができる。このため、システムメインリレー３４がオフの状態でも駆動回路１２に電力を供給することができる。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４により、第１電力ライン３２の直流電力を降圧して第２電力ライン４２に供給することができる。このため、駆動回路１２からの電力を用いて補機バッテリ４０を充電したりその他の補機に電力を供給することができる。なお、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４として周知の昇圧のみ可能なＤＣ／ＤＣコンバータとして構成してもよい。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、周知の降圧のみ可能なＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されており、第１電力ライン３２の高電圧バッテリ３０とシステムメインリレー３４との間と第２電力ライン４２とに接続されている。従って、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６により、第１電力ライン３２の直流電力を降圧して第２電力ライン４２に供給することができる。このように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６を降圧のみ可能なＤＣ／ＤＣコンバータとすることにより、装置のコストを低減することができる。なお、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６として、周知の昇降圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータとして構成してもよい。この場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６により、第２電力ライン４２の直流電力を昇圧して第１電力ライン３２に供給することができる。この場合、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４により第１電力ライン３２の直流電力を降圧して第２電力ライン４２に供給するものと組み合わせれば、システムメインリレー３４がオフの状態でも駆動回路１２の電力を用いて高電圧バッテリ３０を充電することもできる。

電子制御ユニット５０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に図示しないＲＯＭやＲＡＭ，入力ポート，出力ポートなどを備える。電子制御ユニット５０には、第１電力ライン３２の高電圧バッテリ３０近傍に取り付けられた電圧センサ３６からの高電圧系電圧Ｖｂ１や、第１電力ライン３２の駆動回路１２近傍に取り付けられた電圧センサ３８からのコンデンサ電圧Ｖｃ，第２電力ライン４２に取り付けられた電圧センサ４８からの補機系電圧Ｖｂ２などが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４への駆動信号や第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０は、駆動装置１０の制御装置としても機能するため、モータＭＧ１，ＭＧ２に印加する相電流を入力したり、インバータ１４へのスイッチング制御信号を出力したりもしている。

次に、こうして構成された実施例の電源装置２０の動作、特に駆動装置２０のシステム起動時の動作について説明する。図２は、システム起動時に電子制御ユニット５０により実行されるシステム起動処理の一例を示すフローチャートである。

システム起動処理が実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器のみをオンとし（ステップＳ１００）、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧を開始する（ステップＳ１１０）。ここで、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器以外の機器、例えば第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４や図示しない補機についてはオフの状態を保持する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器としては、電子制御ユニット５０と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６を挙げることができる。図示しない補機としては、上述したように、空調装置やナビゲーション装置、オーディオ装置、シートヒータなどを挙げることができる。システム起動処理が実行されたときには、システムメインリレー３４はオフの状態であるから、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧は、高電圧バッテリ３０からの直流電力を降圧して第２電力ライン４２に供給するものとなる。

高電圧バッテリ３０からの直流電力が降圧されて第２電力ライン４２に供給されると、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４６をオンとして第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧を開始する（ステップＳ１２０）。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧は、第２電力ライン４２の直流電力を昇圧して平滑コンデンサ１６を充電するものとなる。即ち、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧を開始することにより平滑コンデンサ１６の充電を開始するのである。そして、電圧センサ３６からの高電圧系電圧Ｖｂ１と電圧センサ３８からのコンデンサ電圧Ｖｃとの差が閾値Ｖｒｅｆ２以下に至るのを待つ処理を実行する（ステップＳ１９０，Ｓ２００）。ここで、閾値Ｖｒｅｆ２は、システムメインリレー３４のリレーＳＭＲＢやリレーＳＭＲＧが溶着したり、システムメインリレー３４の耐久性が低下しない電圧差として予め定められるものである。なお、平滑コンデンサ１６の充電中は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６のデューティ比Ｄ２や第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４のデューティ比Ｄ１は第２電力ライン４２に接続された補機の駆動に許容される許容電圧範囲内となるよう調整される。

高電圧系電圧Ｖｂ１とコンデンサ電圧Ｖｃとの差が閾値Ｖｒｅｆ２以下に至ると、平滑コンデンサ１６の充電が完了したと判断し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧とを停止する（ステップＳ１５０）。そして、システムメインリレー３４をオンとして（ステップＳ１６０）、他の補機をオンとして（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例の電源装置２０では、システム起動時には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器のみをオンとして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧を開始し、その後、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧を開始して平滑コンデンサ１６を充電する。そして、平滑コンデンサ１６の充電が完了すると、システムメインリレー３４をオンとし、その後、他の補機をオンとする。したがって、補機バッテリ４０には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の起動に必要な機器のみをオンとする電力を出力することができればよいから、補機バッテリ４０により少ない残存電力しかない状態でもシステム起動することができる。

実施例の電源装置２０では、平滑コンデンサ１６を備える駆動回路１２に接続されるものとしたが、平滑コンデンサ１６を備えない駆動回路に接続されるものとしてもよい。この場合、平滑コンデンサ１６の充電は不要となるため、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧を開始した直後に、システムメインリレー３４をオンとしてシステム起動することができる。即ち、図２のシステム起動処理のうちステップＳ１２０〜Ｓ１５０は不要となる。

実施例の電源装置２０では、平滑コンデンサ１６の充電が完了したときには、システムメインリレー３４をオンとする前に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧とを停止するものとした。しかし、平滑コンデンサ１６の充電が完了したときには、システムメインリレー３４をオンとし、その後、必要に応じて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６による降圧や第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４による昇圧を停止するものとしてもよい。

実施例の電源装置２０では、平滑コンデンサ１６の充電が完了したときに、システムメインリレー３４をオンとし、その後、他の補機をオンとして駆動するものとした。しかし、他の補機をオンのタイミングは、システムメインリレー３４のオンと同時であってもよいし、システムメインリレー３４のオンの前であっても構わない。さらに、平滑コンデンサ１６の充電が完了する前に他の補機をオンとするものとしてもよい。

実施例の電源装置２０では、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２を有する駆動装置１０の駆動回路に接続されるものとした。しかし、１つのモータだけを有する駆動装置の駆動回路に接続されるものとしてもよいし、３つ以上のモータを有する駆動装置の駆動回路に接続されるものとしてもよい。また、電源装置２０をエンジンとモータとを有するハイブリッド車の駆動回路に接続されるものとしてもよい。

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、駆動回路１２が「駆動回路」に相当し、第１電力ライン３２が「第１電力ライン」に相当し、高電圧バッテリ３０が「第１バッテリ」に相当し、第２電力ライン４２が「第２電力ライン」に相当し、補機バッテリ４０が「第２バッテリ」に相当し、システムメインリレー３４が「システムメインリレー」に相当する。そして、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４４が「第１コンバータ」に相当し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が「第２コンバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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などに利用可能である。

１０ 駆動装置、１２ 駆動回路、１４ インバータ、１６ 平滑コンデンサ、２０ 電源装置。３０ 高電圧バッテリ、３２ 第１電力ライン、３２ａ 正極側ライン、３２ｂ 負極側ライン、３４ システムメインリレー、３６，３８ 電圧センサ、４０ 補機バッテリ、４２ 第２電力ライン、４４ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、４６ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、４８ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、ＳＭＲＢ 正極側リレー、ＳＭＲＧ 負極側リレー。

Claims (4)

1. 駆動回路に第１電力ラインを介して接続された第１バッテリと、
   定格電圧が前記第１バッテリより低く、補機に第２電力ラインを介して接続された第２バッテリと、
   前記駆動回路から前記第１バッテリを切り離し可能に前記第１電力ラインに設けられたシステムメインリレーと、
   前記第１電力ラインの前記システムメインリレーと前記駆動回路との間に接続されると共に前記第２電力ラインに接続されて少なくとも前記第２電力ラインの直流電力を昇圧して前記第１電力ラインに供給する第１コンバータと、
   前記第１電力ラインの前記第１バッテリと前記システムメインリレーとの間に接続されると共に前記第２電力ラインに接続されて少なくとも前記第１電力ラインの直流電力を降圧して前記第２電力ラインに供給する第２コンバータと、
   前記システムメインリレーのオンオフ制御と、前記第１コンバータおよび前記第２コンバータの駆動制御とを行なう制御手段と、
   を備える電源装置において、
   前記制御手段は、システム起動するときには、前記第２コンバータの駆動に必要な補機のみを駆動して前記第１電力ラインの直流電力を降圧して前記第２電力ラインに供給するよう前記第２コンバータを制御し、その後、前記システムメインリレーをオンとする
   手段である、
   ことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記駆動回路は、平滑コンデンサを有し、
   前記制御手段は、システム起動するときには、前記第１電力ラインの直流電力を降圧して前記第２電力ラインに供給するよう前記第２コンバータを制御した後に、前記平滑コンデンサが充電されるよう前記第２電力ラインの直流電力を昇圧して前記第１電力ラインに供給するよう前記第１コンバータを制御し、前記平滑コンデンサの充電が完了した後に、前記システムメインリレーをオンとする手段である、
   電源装置。
3. 請求項２記載の電源装置であって、
   前記制御手段は、前記平滑コンデンサの充電が完了したときに、前記第１コンバータおよび前記第２コンバータの駆動を停止して前記システムメインリレーをオンとする手段である、
   電源装置。
4. 請求項２または３記載の電源装置であって、
   前記制御手段は、前記システムメインリレーをオンした後で前記第２コンバータの駆動に必要な補機以外の補機を駆動する手段である、
   電源装置。

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