JP2016189650A - 電源システム - Google Patents
電源システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016189650A JP2016189650A JP2015068012A JP2015068012A JP2016189650A JP 2016189650 A JP2016189650 A JP 2016189650A JP 2015068012 A JP2015068012 A JP 2015068012A JP 2015068012 A JP2015068012 A JP 2015068012A JP 2016189650 A JP2016189650 A JP 2016189650A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- converter
- power supply
- sub
- supply wiring
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
【課題】メイン電源配線からサブ電源配線への電力供給時の電力変換効率を高める技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリと電力制御ユニットを接続するメイン電源配線と、サブバッテリと補機を接続しているサブ電源配線と、第1、第2コンバータ28、30と、ECU60を備える。両方のコンバータは、共に、メイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給することができる。第1、第2コンバータのうち一方のコンバータ(低域高効率コンバータ)は、出力が所定の出力閾値よりも小さい領域において、その電力変換効率が他方のコンバータ(高域高効率コンバータ)の電力変換効率よりも高い。【選択図】図1
Description
本明細書が開示する技術は、電源システムに関する。特に、電気自動車に好適な電源システムに関する。なお、本明細書における「電気自動車」には、エンジンを備えず走行用のモータだけを備える電気自動車と、走行用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車の双方を含む。
特許文献1に、メインバッテリと、メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、メインバッテリと電力制御ユニットの間で、メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、サブバッテリに接続されたサブ電源配線と、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続しており、サブ電源配線からメイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能なDC−DCコンバータを備える電源システムが開示されている。その電源システムは、電気自動車に搭載される。メインバッテリは走行用のモータに電力を供給する。サブバッテリは、「補機」と呼ばれるデバイス群に電力を供給する。
上記のような電源システムにおいて、スイッチを非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリの電圧と、電力制御ユニットの平滑コンデンサの電圧が相違していると、スイッチが導通に切り換わった直後に、メイン電源配線に大きな突入電流が流れる。そこで、スイッチを非導通から導通に切り換える前に、メインバッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧が一致するように、平滑コンデンサのプリチャージを行う必要がある。特許文献1の電源システムでは、スイッチが非導通から導通に切り換わる前に、DC−DCコンバータが昇圧動作を行うことによって、サブバッテリから電力を供給して平滑コンデンサのプリチャージを行うことができる。この場合、DC−DCコンバータでは内部のインダクタやトランスによって出力電流の急変が抑制されているため、平滑コンデンサに大きな突入電流が流れることはない。
サブバッテリからの電力供給によって平滑コンデンサにプリチャージする場合、サブバッテリからはそれほど大きな電力を供給できないため、プリチャージに長時間を要する。そこで、本願の発明者は、プリチャージ時間を短くする技術を提案した(特願2014−238705、2014年11月26日出願、本願出願時は未公開)。本願発明者によって提案された電源システムは、2個のDC−DCコンバータを備える。第1DC−DCコンバータは、スイッチ(メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチ)よりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続している。第2DC−DCコンバータは、スイッチよりもメインバッテリ側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続している。第1DC−DCコンバータは、サブ電源配線からメイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能である。第2DC−DCコンバータは、メイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能である。この電源システムは、メイン電源配線を導通させるのに先立って、第2DC−DCコンバータを介してメインバッテリからサブ電源配線に電力を供給する。第1DC−DCコンバータは、第2DC−DCコンバータが供給する電力とサブバッテリの電力の両方を使って平滑コンデンサをプリチャージする。この電源システムは、サブバッテリのみならずメインバッテリも使うことでプリチャージに要する時間を短くすることができる。
本願の発明者は、特願2014−238705において、第1DC−DCコンバータに、上記した昇圧動作に加えて、メイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作も加えた構成を提案している。第1DC−DCコンバータに昇圧動作と降圧動作の両方を備えることで、電源システムの性能がさらに向上する。本明細書が開示する技術は、昇圧動作と降圧動作が可能な第1DC−DCコンバータと、降圧動作が可能な第2DC−DCコンバータを備える電源システムの改良に関する。本明細書は、第1、第2DC−DCコンバータを使って、メイン電源配線からサブ電源配線へ効率良く電力を供給する技術を提供する。
本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリと、メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、メインバッテリと電力制御ユニットの間で、メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、サブバッテリに接続されたサブ電源配線を備える。第1DC−DCコンバータは、上記スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続している。第1DC−DCコンバータは、サブ電源配線からメイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作と、メイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能である。第2DC−DCコンバータは、スイッチよりもメインバッテリ側のメイン電源配線とサブ電源配線の間を接続している。第2DC−DCコンバータは、メイン電源配線からサブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能である。
第1DC−DCコンバータの降圧動作時の電力変換効率と、第2DC−DCコンバータの電力変換効率は、共に、出力の大きさに依存して変化する特性(出力依存性)を有している。第1DC−DCコンバータの電力変換効率の出力依存性は第2DC−DCコンバータの電力変換効率の出力依存性と異なっている。具体的には、第1、第2DC−DCコンバータのうち一方のDC−DCコンバータは、降圧時の出力が所定の出力閾値よりも小さい領域において、その電力変換効率が他方のDC−DCコンバータの電力変換効率よりも高い。また、その一方のDC−DCコンバータは、降圧時の出力が所定の出力閾値よりも大きい領域において、その電力変換効率が他方のDC−DCコンバータの電力変換効率よりも低い。以下、出力が所定の出力閾値よりも小さい領域において、その電力変換効率が他方のDC−DCコンバータの電力変換効率よりも高いDC−DCコンバータを低域高効率コンバータと称する。他方のDC−DCコンバータを高域高効率コンバータと称する。
上記のごとく、電力変換効率の出力依存性が異なる2個のDC−DCコンバータを備え、それらを適切に使い分けることによって、メイン電源からサブ電源へ電力を供給するときの電力変換効率を高めることができる。例えば、低域高効率コンバータと高域高効率コントローラの出力を制御するコントローラは、次の動作を行う。コントローラは、サブ電源配線に供給すべき電力が出力閾値よりも小さいときには、高域高効率コンバータを停止させるとともに低域高効率コンバータを動作させる。コントローラは、サブ電源配線に供給すべき電力が出力閾値よりも大きく、高域高効率コンバータの最大出力よりも小さいときには、低域高効率コンバータを停止させるとともに高域高効率コンバータを動作させる。なお、サブ電源配線に供給すべき電力が高域高効率コンバータの最大出力よりも大きいときには、コントローラは、当然ながら、両方のDC−DCコンバータを動作させ、必要な電力をサブ電源配線に供給する。このように、サブ電源配線に供給すべき電力の大きさに応じて低域高効率コンバータと高域高効率コンバータを適宜に使い分けることによって、サブ電源へ電力を供給するときの電力変換効率を高めることができる。本明細書が開示する技術の詳細およびさらなる改良は発明を実施するための形態の欄において詳細に説明する。
図面を参照して実施例の電源システム2を説明する。実施例の電源システム2は、電気自動車に搭載されるシステムであって、走行用モータを駆動するためのシステムである。図1に、実施例の電源システム2を含む電気自動車の電気系統のブロック図を示す。図1の「MG1」は、第1モータ6を表しており、「MG2」は第2モータ8を表している。図1の「CNV」はコンバータ16を表しており、「INV」はインバータ18を表しており、「PCU」は、電力制御ユニット12を表している。図1の「SMR」はシステムメインリレー20を表している。図1の「DDC1」は、第1DC−DCコンバータ28を表しており、「DDC2」は、第2DC−DCコンバータ30を表している。図1の「ECU」は電子制御ユニット60を表しており、「AUX」は、補機26を表している。英字の意味は、他の図でも同じである。また、以下では、説明を簡単にするため、「DC−DCコンバータ」を意味するのに、単純に「コンバータ」と表記する。即ち、「第1DC−DCコンバータ28」を単純に「第1コンバータ28」と表記し、「第2DC−DCコンバータ30」を単純に「第2コンバータ30」と表記する。
電源システム2を搭載した電気自動車は、エンジン(図示せず)の動力を利用して走行することもできるし、メインバッテリ4の電力を利用して走行することもできる、ハイブリッド車である。エンジンの動力を利用して走行する場合には、エンジンが発生させた動力の一部を駆動輪(図示せず)に伝達する一方、エンジンの動力の残りを用いて第1モータ6で発電し、第1モータ6で発電した電力で第2モータ8を駆動することで、駆動輪を回転させる。なお、エンジンを始動させる際には、メインバッテリ4からの電力を第1モータ6に供給し、第1モータ6をセルモータとして機能させる。メインバッテリ4の電力を利用して走行する場合には、メインバッテリ4からの電力で第2モータ8を駆動することで、駆動輪を回転させる。
メインバッテリ4は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。本実施例では、メインバッテリ4の電圧は300V程度である。電気自動車は、エンジンの動力を用いて第1モータ6で発電し、第1モータ6で発電した電力をメインバッテリ4に充電することができる。また、走行中の電気自動車が減速する際に、第2モータ8で回生発電し、第2モータ8で発電した電力をメインバッテリ4に充電することもできる。メインバッテリ4には、メインバッテリ4の電圧を測定する電圧センサ4aが取り付けられている。
メインバッテリ4は、メイン電源配線10を介して、電力制御ユニット(PCU)12に接続されている。メイン電源配線10は、メインバッテリ4の正極端子に接続された正極線10aと、メインバッテリ4の負極端子に接続された負極線10bを備えている。
PCU12は、メインバッテリ4と第1モータ6および第2モータ8の間に設けられている。PCU12は、平滑コンデンサ14と、電圧センサ14aと、コンバータ16と、インバータ18を備えている。平滑コンデンサ14は、メイン電源配線10の電圧を平滑化する。電圧センサ14aは、平滑コンデンサ14の電圧を測定する。コンバータ16は、メインバッテリ4から供給される電力の電圧を、必要に応じて第1モータ6や第2モータ8の駆動に適した電圧まで昇圧する。また、コンバータ16は、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力の電圧を、メインバッテリ4への充電に適した電圧まで降圧することもできる。本実施例では、第1モータ6や第2モータ8の駆動に用いる電圧は600V程度である。インバータ18は、メインバッテリ4から供給される直流電力を、第1モータ6や第2モータ8の駆動のための三相交流電力に変換する。また、インバータ18は、第1モータ6や第2モータ8が発電した三相交流電力を、メインバッテリ4へ充電するための直流電力に変換することもできる。
メインバッテリ4とPCU12の間には、システムメインリレー(SMR)20が設けられている。SMR20は、メイン電源配線10の正極線10aの導通と非導通を切り換えるスイッチ20aと、メイン電源配線10の負極線10bの導通と非導通を切り換えるスイッチ20bを備えている。すなわち、SMR20は、メイン電源配線10の導通と非導通を切り換える。
電源システム2は、メインバッテリ4よりも低電圧のサブバッテリ22を備えている。サブバッテリ22は、鉛電池等の二次電池である。本実施例では、サブバッテリ22の電圧は13V〜14.5V程度である。サブバッテリ22は、サブ電源配線24を介して、パワーステアリングやエアコン等の補機26に接続されている。図1において、補機26を示す一つの矩形には、電気自動車の全ての補機が含まれる。「補機26」は、サブバッテリの電力で作動するデバイス群の総称である。サブ電源配線24は、サブバッテリ22の正極端子に接続された正極線24aと、サブバッテリ22の負極端子に接続された負極線24bを備えている。サブ電源配線24の負極線24bは、接地電位を提供する。サブ電源配線24には、サブバッテリ22の電流Ihを測定する電流センサ22aが取り付けられている。電流センサ22aは、サブバッテリ22から放電する方向に電流が流れる場合に正の電流値を検出し、サブバッテリ22に充電する方向に電流が流れる場合に負の電流値を検出する。サブ電源配線24には、サブバッテリ22の電圧Vhを検出する電圧センサ22bも取り付けられている。
SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10と、サブ電源配線24は、第1コンバータ28を介して接続されている。第1コンバータ28は、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。第1コンバータ28は、いわゆる双方向コンバータである。電源システム2では、第1コンバータ28が降圧動作を行うことで、SMR20の導通/非導通に関わらず、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力をサブ電源配線24に供給することができる。サブ電源配線24に供給された電力は、サブバッテリ22を充電したり、補機26を駆動したりするのに使われる。また、電源システム2では、第1コンバータ28が昇圧動作を行うことで、SMR20の導通/非導通に関わらず、サブバッテリ22の電力を利用して第1モータ6や第2モータ8を駆動することができる。
SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10と、サブ電源配線24は、第2コンバータ30を介して接続されている。第2コンバータ30は、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うことができる。第2コンバータ30は、いわゆる単方向コンバータであり、降圧コンバータである。電源システム2では、SMR20が導通している間、第1コンバータ28が降圧動作を行い、かつ、第2コンバータ30も降圧動作を行うことで、メイン電源配線10上の電力を、第1コンバータ28と第2コンバータ30のそれぞれを介して、サブ電源配線24に供給することができる。
電源システム2は、電子制御ユニット(ECU)60を備えている。ECU60には、電圧センサ4a、14a、電流センサ22a、電圧センサ22b等の、電源システム2に搭載された各種のセンサの検出信号が入力される。ECU60は、PCU12、SMR20、第1コンバータ28、第2コンバータ30等の、電源システム2の電気系統を構成する各種の構成要素の動作を制御する。詳しくは後述するが、第1コンバータ28は電流センサ43を備えており、第2コンバータ30は電流センサ53を備えている。それら電流センサ43、53の検出信号もECU60に入力される。
図2に、第1コンバータ28と、第2コンバータ30の概略の構成を示す。以下の説明では、第1コンバータ28に関して、メイン電源配線10側(すなわち、PCU12側)を一次側といい、サブ電源配線24側(すなわち、サブバッテリ22側)を二次側という。同様に、第2コンバータ30に関して、メイン電源配線10側(すなわち、メインバッテリ4側)を一次側といい、サブ電源配線24側(すなわち、サブバッテリ22側)を二次側という。
第1コンバータ28は、一次側フィルタ32と、一次側回路34と、トランス36と、二次側回路38と、二次側フィルタ40と、電流センサ43と、制御回路42を備えている。第1コンバータ28は、絶縁型コンバータである。一次側フィルタ32と、一次側回路34と、トランス36と、二次側回路38と、二次側フィルタ40と、電流センサ43と、制御回路42は、筐体56内に収容されている。
一次側フィルタ32は、第1コンバータ28のメイン電源配線10側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、一次側フィルタ32は、コンデンサ32aを備えている。
一次側回路34は、スイッチング素子34a、34b、34c、34dと、それぞれのスイッチング素子34a、34b、34c、34dに並列に接続された還流ダイオード34e、34f、34g、34hを備えている。スイッチング素子34aとスイッチング素子34bは直列に接続されており、スイッチング素子34cとスイッチング素子34dは直列に接続されている。一次側回路34は、スイッチング回路ということもできる。
トランス36は、一次側コイル36aと、二次側コイル36bを備えている。トランス36では、一次側コイル36aから二次側コイル36bへ降圧して電力を供給することもできるし、二次側コイル36bから一次側コイル36aへ昇圧して電力を供給することもできる。一次側コイル36aの一端は、スイッチング素子34aとスイッチング素子34bの間に接続されており、一次側コイル36aの他端は、スイッチング素子34cとスイッチング素子34dの間に接続されている。
二次側回路38は、スイッチング素子38a、38b、38c、38dと、それぞれのスイッチング素子38a、38b、38c、38dに並列に接続された還流ダイオード38e、38f、38g、38hと、インダクタ38iと、コンデンサ38jを備えている。スイッチング素子38aとスイッチング素子38bは直列に接続されており、スイッチング素子38cとスイッチング素子38dは直列に接続されている。二次側コイル36bの一端は、スイッチング素子38aとスイッチング素子38bの間に接続されており、二次側コイル36bの他端は、スイッチング素子38cとスイッチング素子38dの間に接続されている。二次側回路38は、スイッチング回路ということもできる。
二次側フィルタ40は、第1コンバータ28のサブ電源配線24側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、二次側フィルタ40は、インダクタ40aとコンデンサ40bを備えている。
電流センサ43は、二次側フィルタ40のサブ電源配線24側に備えられている。電流センサ43は、降圧動作時の第1コンバータ28の出力電流Id1を計測する。電流センサ43の計測信号(検出信号)は、制御回路42に入力されるとともに、ECU60(図1参照)にも入力される。
制御回路42は、ECU60(図1参照)と通信可能である。制御回路42は、ECU60からの指示に従って、一次側回路34のスイッチング素子34a、34b、34c、34dと、二次側回路38のスイッチング素子38a、38b、38c、38dの動作を制御する。
第1コンバータ28の動作について説明する。第1コンバータ28が降圧動作をする際には、一次側回路34において直流電力から交流電力へと変換し、トランス36において降圧して、二次側回路38において交流電力から直流電力へと変換する。なお、この場合には、二次側回路38ではスイッチング素子38a、38b、38c、38dは動作せず、還流ダイオード38e、38f、38g、38hによる整流と、インダクタ38iおよびコンデンサ38jによる平滑化がなされる。これによって、メイン電源配線10(即ちメインバッテリ4)からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給することができる。この際に、制御回路42が一次側回路34のスイッチング素子34a、34b、34c、34dのオン/オフのタイミングを調整することで、第1コンバータ28が降圧動作をする際のデューティ比を調整することができる。第1コンバータ28の降圧動作においては、デューティ比が高くなるほど、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給される電力が増加する。
逆に、第1コンバータ28が昇圧動作をする際には、二次側回路38において直流電力から交流電力へと変換し、トランス36において昇圧して、一次側回路34において交流電力から直流電力へと変換する。なお、この場合には、一次側回路34ではスイッチング素子34a、34b、34c、34dは動作せず、還流ダイオード34e、34f、34g、34hによる整流がなされ、一次側フィルタ32において平滑化がなされる。これによって、サブ電源配線24(即ち、サブバッテリ22)からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給することができる。この際に、制御回路42が二次側回路38のスイッチング素子38a、38b、38c、38dのオン/オフのタイミングを調整することで、第1コンバータ28が昇圧動作をする際のデューティ比を調整することができる。第1コンバータ28の昇圧動作においては、デューティ比が高くなるほど、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ(すなわちPCU12へ)供給される電力が増加する。
なお、図2に示した第1コンバータ28の一次側フィルタ32、一次側回路34、二次側回路38、二次側フィルタ40の具体的な回路構成はあくまでも一例であって、第1コンバータ28としては、メイン電源配線10上の電力からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作と、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。
第2コンバータ30は、一次側フィルタ44と、一次側回路46と、トランス48と、二次側回路50と、二次側フィルタ52と、電流センサ53と、制御回路54を備えている。第2コンバータ30は、絶縁型コンバータである。一次側フィルタ44と、一次側回路46と、トランス48と、二次側回路50と、二次側フィルタ52と、電流センサ53と、制御回路54は、筐体58内に収容されている。
一次側フィルタ44は、第2コンバータ30のメイン電源配線10側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、一次側フィルタ44は、コンデンサ44aを備えている。
一次側回路46は、スイッチング素子46a、46b、46c、46dと、それぞれのスイッチング素子46a、46b、46c、46dに並列に接続された還流ダイオード46e、46f、46g、46hを備えている。スイッチング素子46aとスイッチング素子46bは直列に接続されており、スイッチング素子46cとスイッチング素子46dは直列に接続されている。一次側回路46は、スイッチング回路ということもできる。
トランス48は、一次側コイル48aと、二次側コイル48bを備えている。トランス48では、一次側コイル48aから二次側コイル48bへ降圧して電力を供給することができる。一次側コイル48aの一端は、スイッチング素子46aとスイッチング素子46bの間に接続されており、一次側コイル48aの他端は、スイッチング素子46cとスイッチング素子46dの間に接続されている。
二次側回路50は、ダイオード50a、50b、50c、50dと、インダクタ50eと、コンデンサ50fを備えている。ダイオード50a、50b、50c、50dは、ブリッジ回路を構成している。
二次側フィルタ52は、第2コンバータ30のサブ電源配線24側でのノイズの発生を抑制する。本実施例では、二次側フィルタ52は、インダクタ52aとコンデンサ52bを備えている。
電流センサ53は、二次側フィルタ52のサブ電源配線24側に備えられている。電流センサ53は、第2コンバータ30の出力電流Id2を計測する。電流センサ53の計測信号(検出信号)は、制御回路54に入力されるとともに、ECU60(図1参照)にも入力される。
制御回路54は、ECU60(図1参照)と通信可能である。制御回路54は、ECU60からの指示に従って、一次側回路46のスイッチング素子46a、46b、46c、46dの動作を制御する。
第2コンバータ30の動作について説明する。第2コンバータ30が降圧動作をする際には、一次側回路46において直流電力から交流電力へと変換し、トランス48において降圧して、二次側回路50において交流電力から直流電力へと変換する。この場合、二次側回路50ではダイオード50a、50b、50c、50dによる整流と、インダクタ50eおよびコンデンサ50fによる平滑化がなされる。これによって、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給することができる。この際に、制御回路54が一次側回路46のスイッチング素子46a、46b、46c、46dのオン/オフのタイミングを調整することで、第2コンバータ30が降圧動作をする際のデューティ比を調整することができる。第2コンバータ30の降圧動作においては、デューティ比が高くなるほど、メイン電源配線10(すなわちメインバッテリ4)からサブ電源配線24へ供給される電力が増加する。
なお、第2コンバータ30としては、図2に示すような、一次側回路46がスイッチング素子46a、46b、46c、46dを備えており、制御回路54が一次側回路46の動作を制御する構成に限らず、二次側回路50がスイッチング素子を備えており、制御回路54が二次側回路50の動作を制御する構成としてもよいし、一次側回路46と二次側回路50のそれぞれがスイッチング素子を備えており、制御回路54が一次側回路46と二次側回路50のそれぞれの動作を制御する構成としてもよい。図2に示した第2コンバータ30の一次側フィルタ44、一次側回路46、二次側回路50、二次側フィルタ52の具体的な回路構成はあくまでも一例であって、第2コンバータ30としては、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。
図2に示す第1、第2コンバータ28、30は、いずれも、絶縁型コンバータであり、同期整流方式と呼ばれる。絶縁型のコンバータには、他に、ダイオード整流方式と呼ばれるタイプも知られている。第1、第2コンバータ28、30にはどのような構成のものを用いても良いが、第1コンバータ28は双方向型のコンバータであるため、図2に示すように、同期整流方式が採用される可能性が高い。一般に、同期整流方式は、出力が小さい領域においては、他の方式、例えば、ダイオード整流方式などのコンバータに比べて電力変換効率が低い。そこで、第2コンバータ30には、ダイオード整流方式など、出力が小さい領域において、その電力変換効率が第1コンバータ28の電力変換効率よりも高いコンバータを採用することが好ましい。あるいは、また、第1、第2コンバータの両方に同期整流方式を採用する場合、第2コンバータには、出力が小さい領域において、その電力変換効率が第1コンバータの電力変換効率よりも高くなるように適宜に回路チューニングされたものを採用することが好ましい。第1、第2コンバータ28、30の電力変換効率の相違については、後に詳しく言及する。
図1に示す電源システム2において、SMR20を非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリ4の電圧と、PCU12の平滑コンデンサ14の電圧が相違していると、SMR20が導通に切り換わった直後にメイン電源配線10に大きな突入電流が流れる。そこで、電源システム2においては、SMR20を非導通から導通へ切り換える前に、メインバッテリ4の電圧と平滑コンデンサ14の電圧を一致させるために、平滑コンデンサ14のプリチャージを行う。
図3に示すように、本実施例の電源システム2では、平滑コンデンサ14へのプリチャージの際には、第1コンバータ28が昇圧動作を行うとともに、第2コンバータ30が降圧動作を行う。この場合、第1コンバータ28のサブ電源配線24側には、サブバッテリ22から供給される電流Ihに加えて、メインバッテリ4から第2コンバータ30を介して供給される電流Id2も入力される。従って、平滑コンデンサ14には、サブバッテリ22から第1コンバータ28を介して電力が供給されるだけでなく、メインバッテリ4からも第2コンバータ30と第1コンバータ28を介して電力が供給される。このような構成とすることによって、サブバッテリ22のみから電力を供給して平滑コンデンサ14のプリチャージを行う場合に比べて、プリチャージに要する時間を短縮することができる。また、このような構成とすることによって、サブバッテリ22のみから電力を供給して平滑コンデンサ14のプリチャージを行う場合に比べて、サブバッテリ22の充電電力量が低減することを抑制することができる。なお、図3では、図1で示した電圧センサ22bは図示を省略した。
電源システム2は、2個のコンバータ(第1、第2コンバータ28、30)を備えている。SMR20が導通している間、第1コンバータ28が降圧動作を行い、かつ第2コンバータ30も降圧動作を行うことで、メイン電源配線10上の電力を、第1、第2コンバータ28、30の夫々を介して、サブ電源配線24に供給することができる。メイン電源配線10上の電力とは、主に、メインバッテリ4からの電力であるが、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力が含まれる場合があってもよい。サブ電源配線24に供給された電力は、サブバッテリ22を充電したり、補機26を駆動したりするのに使われる。
電源システム2では、2個のコンバータ28、30を採用することによって、1個のコンバータのみを備える場合と比較して、メイン電源配線10の電力をサブ電源配線24へ降圧して供給する際の電力変換効率を高めることができる場合がある。メイン電源配線10からサブ電源配線24への電力供給のために、第1、第2コンバータ28、30をどのように使うかは、ECU60が決める。次に、第1、第2コンバータ28、30の電力変換効率の違いと、メイン電源配線10上の電力をサブ電源配線24へ降圧して供給する際の電力変換効率の向上について説明する。ECU60は、第1コンバータ28の昇圧時の出力と降圧時の出力、及び、第2コンバータ30の(降圧時の)出力を制御する。以下、第1コンバータ28の降圧時の出力に着目するので、ECU60が実行する第1コンバータ28の昇圧時の出力制御については説明を省略する。
第1コンバータ28の降圧動作時の電力変換効率と、第2コンバータ30の電力変換効率は、出力の大きさに依存して変化する。ここで、第1、第2コンバータ28、30の出力について説明する。第2コンバータ30は、デューティ比を上げると出力電圧が高くなる電圧制御型である。しかしながら、図1の回路構成の場合、第2コンバータ30の出力電圧は、サブバッテリ22の影響を受け、サブバッテリ22の電圧Vhとほぼ同じ値に維持される。すなわち、第2コンバータ30への指令電圧(デューティ比)を増加しても、第2コンバータ30の出力電圧はサブバッテリ22の電圧Vhとほぼ同じ電圧に維持される。指令電圧を増加すると、出力電圧が増加しない代わりに、出力電流が増加する。従って、第2コンバータ30の出力電力は、その出力電流で測ることができる。第1コンバータ28の2次側(サブバッテリ22側)の出力電力についても同様のことが言える。以下において、ECU60が、第1、第2コンバータ28、30が備える電流センサ43、53の計測値に基づいて、それらコンバータの「出力電流」を制御することを説明するが、「出力電流」を制御することは、「出力電力」を制御することと等価であることに留意されたい。
図4に、第1、第2コンバータ28、30の電力変換効率のグラフを示す。図4の横軸は、各コンバータ28、30の出力を示しており、縦軸は、降圧時の電力変換効率[%]を示している。先に述べたように、第1、第2コンバータ28、30の出力電力は電流の大きさで測れるので、図4の横軸の単位は[A]である。グラフG1が第1コンバータ28の降圧動作時の電力変換効率を示しており、グラフG2が第2コンバータ30の電力変換効率を示している。なお、点線は、電気自動車がコンバータを一つしか備えない場合の、そのコンバータの電力変換効率の一例を示している。Imaxは、サブ電源配線24に許容される電流の上限値を意味する。2個のコンバータ(第1、第2コンバータ28、30)の出力の合計がImaxとなればよいので、各コンバータの最大出力電流はImax/2であればよい。従って、図4のグラフG1、G2もImax/2までしか描かれていない。電気自動車が一つのコンバータしか備えない場合、図4の点線が示すように、そのコンバータは、最大出力電流がImaxとなる性能が要求される。なお、本実施例では、2個のコンバータ(第1、第2コンバータ28、30)の夫々の最大出力電流がImax/2であるとした。2個のコンバータは、それらの最大出力電流が異なるものであってもよい。2個のコンバータの合計の最大出力電流がImax以上であればよい。
図4に示すように、第1、第2コンバータ28、30の電力変換効率(グラフG1、G2)は、出力(出力電流)の大きさに依存して変化する特性を有している。そのような特性を出力依存性と称する。第2コンバータ30は、出力電流がIcよりも小さい領域において、その電力変換効率が第1コンバータ28の電力変換効率よりも高くなるように回路チューニングが施してある。また、第1コンバータ28は、出力電流がIcよりも大きい領域において、その電力変換効率が第2コンバータ30の電力変換効率よりも高い。図4の電流Icを、以下では、電流閾値Icと称する場合がある。
メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流がImax/2を超える場合は、第1、第2コンバータ28、30の両方を使うことになる。両方のコンバータを使ってメイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して供給するときの電力変換効率は、第1、第2コンバータ28、30の夫々の出力電流の割合によって変化する。メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流の大きさを、以下では、合計目標電流Ioutと称する。両方のコンバータの出力は、合計目標電流Ioutがサブ電源配線24に許容される電流の上限値Imax以下となるように制御される。なお、先に述べたように、技術思想としては、「メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電力」、及び、「合計目標電力」と表記すべきであるが、出力電圧がサブバッテリ22の電圧Vhに保持されるため、第1、第2コンバータの出力電流を制御することが、それらコンバータの出力電力を制御することになる点に留意されたい。以下では、2個のコンバータ28、30を使ってその合計目標電流Ioutをサブ電源配線24へ供給するときの全体の電力変換効率を総変換効率と称する場合がある。
合計目標電流Ioutが定まれば、総変換効率が最大となる各コンバータの出力電流の割合が決まる。ECU60には、合計目標電流Ioutの値に応じて、総変換効率が最大となる出力電流の割合を示したマップが記憶されている。そのマップを以下では効率マップと称する。効率マップの一例を図5に示す。図5の効率マップにおいて、グレーで塗りつぶしてあるセル内の数値が、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流(先に述べた合計目標電流Iout)の大きさを示す。グレーのセルに対応した縦軸の数値と横軸の数値が、総変換効率が最大となる第1、第2コンバータ28、30の夫々の出力電流の大きさを示している。図5では、図4の電流閾値Icを30[A]とし、図4のImaxを100[A]とした。
図5のグループ1は、合計目標電流Ioutが図4の電流閾値Icよりも小さい領域に相当する。合計目標電流Ioutがグループ1に属する場合は、第2コンバータ30だけでメイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力を降圧して供給するのが最も総変換効率が高くなる。図5のグループ2は、合計目標電流Ioutが図4の電流閾値Icよりも大きく、第1コンバータ28の最大出力電流(Imax/2)よりも小さい領域に相当する。合計目標電流Ioutがグループ2に属する場合は、第1コンバータ28だけでメイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力を降圧して供給するのが最も総変換効率が高くなる。
図5のグループ3は、合計目標電流Ioutが図4のImax/2よりも大きい領域に相当する。合計目標電流Ioutがグループ3に属する場合は、第1、第2コンバータ28、30の両方を用いなければ合計目標電流Ioutを実現できない。例えば、合計目標電流Ioutが55[A]のとき(図5において太線で囲まれたセル)、第1コンバータ28が25[A]を出力し、第2コンバータ30が30[A]を出力すると、総変換効率が最大となる。ECU60は、図5のマップから、第1、第2コンバータ28、30の個別の目標電流を決定し、夫々の出力電流が夫々の個別の目標出力電流に一致するように、第1、第2コンバータ28、30を制御する。なお、以下では、第1コンバータ28の目標電流を第1目標電流と称し、第2コンバータ30の目標電流を第2目標電流と称する場合がある。
例えば、図4に示した電流Iaは、10・15モードで走行したときの補機26の平均的な消費電流である。電流Ibは、特定のパターンで走行したときの補機26の平均的な消費電流である。10・15モード走行のとき、ECU60は、第1コンバータ28を停止し、第2コンバータ30を使ってメイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力を降圧して供給する。そのとき、ECU60は、第2コンバータ30の目標電流(第2目標電流)を電流Iaに設定する。一方、ECU60は、上記した特定のパターンで走行するときには、第2コンバータ30を停止し、第1コンバータ28を使ってメイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力を降圧して供給する。そのとき、ECU60は、第1コンバータ28の目標電流(第1目標電流)を電流Ibに設定する。いずれの場合も、電気自動車が仮にコンバータを一つしか備えない場合の電力変換効率(図4の点線)よりも遥かに高い電力変換効率が実現できることがわかる。このように、第1、第2コンバータ28、30を適宜に使い分けることで、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力を降圧して供給するときの電力変換効率を高めることができる。
図6と図7に、ECU60が実行する第1、第2コンバータ28、30の制御のフローチャートを示す。図6と図7で一つのフローチャートを示している。図6と図7を参照しつつ、ECU60が行うコンバータ制御を説明する。図6、図7の処理は、サブバッテリ22の電圧Vhが、下限値Vminを下回ると開始される。サブバッテリ22の電圧Vhは、電圧センサ22b(図1参照)から得られる。下限値Vminは、サブバッテリ22の充電を開始するための閾値である。サブバッテリ22の電圧Vhと、サブバッテリ22の充電残量(SOC:State Of Charge)の間には、相関関係があり、電圧Vhが高いほど、SOCは大きくなる。また、電圧Vhが低いほど、SOCは、小さくなる。即ち、下限値Vminは、サブバッテリ22の充電を開始すべきSOCの下限値に実質的に等価である。
ECU60は、サブバッテリ22の電圧Vhが下限値Vminを下回ると、第1コンバータ28(図中のDDC1)と、第2コンバータ30(図中のDDC2)に降圧動作を開始させる(S2)。ECU60は、サブバッテリ22の電圧Vhが、目標電圧VLOに近くなるまで、充電を続ける。目標電圧VLOは、充電を終了すべきサブバッテリ22の目標SOCに実質的に等価である。より具体的には、ECU60は、不等式「|VLO−Vh|<Vx」の関係が成立するまで、充電を続ける(S3:NO、S4)。ここで、Vxは、目標電圧VLOとサブバッテリ22の電圧Vhとの間の許容誤差である。
ステップS4では、ECU60は、目標電圧VLOと電圧Vhの差の絶対値|VLO−Vh|の大きさに応じて、第1、第2コンバータ28、30の出力電流を調整する。具体的には、ECU60は、|VLO−Vh|が大きいときには、第1、第2コンバータ28、30の出力電流を大きくする。ECU60は、|VLO−Vh|が小さくなるにつれて、第1、第2コンバータ28、30の出力電流を小さくする。
ECU60は、不等式「|VLO−Vh|<Vx」の関係が成立したら、ステップS5に移行する(S3:YES、S5)。ステップS5では、ECU60は、第1、第2コンバータ28、30を停止する。ステップS5では、ECU60は、さらに、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流(合計目標電流Iout)を設定する。ECU60は、第1、第2コンバータ28、30を停止した後、数分の間、電流センサ22a(図1参照)によってサブバッテリ22から放出される電流をモニタし、その平均の電流を合計目標電流Ioutに設定する。あるいは、ECU60は、その時に作動している補機の種類に応じて合計目標電流Ioutを設定してもよい。例えば、ECU60は、エアコンやヘッドライトなど、消費電力が大きい補機が動作しているときには合計目標電流Ioutに大きな値を設定する。
次に、ECU60は、図4の効率マップを参照して、合計目標電流Ioutを実現するために夫々の第1、第2コンバータ28、30が出力すべき電流(第1、第2目標電流)を決定する。図6、図7では、第1目標電流(第1コンバータ28の目標電流)を記号「Id1_r」で表し、第2目標電流(第2コンバータ30の目標電流)を記号「Id2_r」で表す。
図5に示した効率マップには、合計目標電流IoutがゼロからImax(図4では100[A])までの範囲で、第1、第2コンバータ28、30の夫々の出力電流が示されている。図5の縦軸と横軸の出力電流が、第1、第2目標電流に相当する。従って、図6のフローチャートにおいて、ステップS5、ステップS10、ステップS12の順に処理を行えばよい。しかし、図6では、ECU60の処理を詳しく説明するために、便宜上、あえて、ステップS6−S9を加えてあることに留意されたい。
図4と図5を参照して説明したように、出力電流が電流閾値Icよりも小さい領域では、第2コンバータ30の電力変換効率が第1コンバータ28の電力変換効率よりも高い。そこで、ECU60は、合計目標電流Ioutが電流閾値Icよりも小さい場合(S6:YES)、第1コンバータ28の目標電流(第1目標電流Id1_r)にゼロを設定し、第2コンバータ30の目標電流(第2目標電流Id2_r)に合計目標電流Ioutを設定する(S7)。
また、図4と図5を参照して説明したように、出力電流が電流閾値Icよりも大きく、第1コンバータ28の最大出力電流(Imax/2)よりも小さい領域では、第1コンバータ28の電力変換効率が第2コンバータ30の電力変換効率よりも高い。そこで、ECU60は、合計目標電流Ioutが電流閾値Icよりも大きく、第1コンバータ28の最大出力電流(Imax/2)よりも小さい場合(S8:YES)、第1コンバータ28の目標電流(第1目標電流Id1_r)に合計目標電流Ioutを設定し、第2コンバータ30の目標電流(第2目標電流Id2_r)にゼロを設定する(S9)。なお、図6のステップS8では等号を含む不等号を使っているが、上記説明では、「より大きい」、「より小さい」という、等号を含まない不等号の表現を使った。これは、図6では整合性のために等号を含む不等号を使ったが、技術的には、等号を含む場合がステップS6とS8のいずれに属してもよいからである。
合計目標電流Ioutが第1コンバータ28の最大出力電流(Imax/2)よりも大きい場合(S8:NO)、ECU60は、図5の効率マップを参照して、第1目標電流Id1_rと第2目標電流Id2_rを決定する(S10)。ステップS7、S9、S10のいずれかを実行した後、ECU60は、第1コンバータ28の出力電流が第1目標電流Id1_rに一致するように、また、第2コンバータ30の出力電流が第2目標電流Id2_rに一致するように、両方のコンバータ28、30を制御する(S12)。ステップS6〜S12の処理により、合計目標電流Ioutがいくつであっても、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ、高い電力変換効率で電力を供給することができる。
図7を参照してステップS14以降の処理を説明する。ECU60は、サブバッテリの電流IhがIhxよりも大きいか否か(S14)、及び、サブバッテリ22の電流Ihが−Ihxよりも小さいか否か(S16)を判定する。Ihxには小さい正値が設定されている(従って−Ihxは負値となる)。ECU60は、サブバッテリ22の電流を電流センサ22aから取得する。先に述べたように、電流センサ22aは、サブバッテリ22から放電する方向に電流が流れる場合に正の値を示し、サブバッテリ22に充電する方向に電流が流れる場合に負の値を示す。ステップS14の不等式「Ih>Ihx」は、サブバッテリ22から補機26へ電流が流れていることを意味する。この場合、ECU60は、サブ電源配線24へ供給すべき電流の目標値(合計目標電流Iout)を5[A]高める(S14:YES、S15)。一方、S16の不等式「Ih<−Ihx」は、第1、第2コンバータ28、30の出力電流の一部がサブバッテリ22の充電に使われていることを意味する。この場合、ECU60は、サブ電源配線24へ供給すべき電流の目標値(合計目標電流Iout)を5[A]低く設定する(S16:YES、S17)。そして、サブバッテリ22の電圧Vhが所定の範囲内に属している間(即ち、ステップS18とS19によって不等式「Vmin≦Vh≦Vmax」が成立している間)、処理はステップS6に戻る(S18:NO、S19:YES、S6)。ステップS6〜S10において、ECU60は、図5の効率マップを参照し、ステップS15、または、ステップS17で変更された合計目標電流Ioutに対して、総変換効率が最大となるように、第1、第2コンバータ28、30の夫々の目標電流(第1目標電流Id1_r、第2目標電流Id2_r)を決定し直す。そして、ECU60は、第1目標電流Id1_rと第2目標電流Id2_rが実現されるように、第1、第2コンバータ28、30を制御する(S12)。
一方、サブバッテリ22の電圧Vhが下限値Vminよりも小さい場合には(S18:YES)、ECU60は、ステップS3の処理に戻り、サブバッテリ22を充電する。また、サブバッテリ22の電圧Vhが上限値Vmaxよりも大きい場合には(S19:YES)、ECU60は、第1、第2コンバータ28、30を停止し(S20)、サブバッテリ22の電圧Vhが下がるまで待つ。
図7のステップS14〜S17の処理は、サブバッテリ22への入出力電流Ihが予め定められた許容範囲内(−Ihx≦Ih≦Ihx)となるように、ECU60が、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流(合計目標電流Iout)を調整することを意味する。別言すれば、ECU60は、第1、第2コンバータ28、30のトータルの電力変換効率(総変換効率)が最大となることを維持しつつ、サブバッテリ22への入出力電流Ihが許容範囲内となるように第1、第2コンバータ28、30を制御する。図7の処理により、ECU60は、補機26の消費電力が変動しても、第1、第2コンバータ28、30のトータルの電力変換効率が最大となることを維持しつつ、サブ電源配線24へ電力を供給し続けることができる。別言すれば、ECU60は、メイン電源配線10からサブ電源配線24への電力供給時の電力変換効率を最大としつつ、補機26の消費電力の変動に応じて、サブ電源配線24へ供給する電流を調整することができる。
なお、不等式「−Ihx≦Ih≦Ihx」は、サブバッテリ22のSOCを所定の範囲に維持するための、サブバッテリ22への入出力電流の許容範囲を表す。Ihxには小さい値が設定される。それゆえ、ステップS14からS17の処理は、大局的には次のように表現してよい。ECU60は、サブバッテリ22への入出力電流Ihがゼロとなるように、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流(合計目標電流Iout)を決定する。サブバッテリ22への入出力電流Ihを厳密にゼロとすることはできない。それゆえ、上記の表現には、サブバッテリ22への入出力電流Ihが予め定められた許容範囲内(−Ihx≦Ih≦Ihx)となるように、合計目標電流Ioutを定めることが含まれることに留意されたい。別言すれば、ECU60は、サブバッテリ22のSOCが許容範囲内に留まるように、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ供給すべき電流(合計目標電流Iout)を決定する。
実施例の電源システムの場合、第1、第2コンバータ28、30の合計出力の最大値がImax、即ち、サブ電源配線24に許容される電流の上限値を超えることがない。第1、第2コンバータ28、30の合計出力の最大値がImaxを超える場合、ECU60は、合計目標電流IoutがImaxを超えないように合計目標電流Ioutを調整する。具体的には、ECU60は、ステップS18の前に、合計目標電流IoutがImaxを超えているか否かを確認する分岐判断処理を実行する。合計目標電流IoutがImaxを超えていない場合、ECU60は、ステップS18の処理に移行する。合計目標電流IoutがImaxを超えている場合、ECU60は、合計目標電流Ioutの値をImaxに変更した後に、ステップS18の処理に移行する。また、合計目標電流IoutがImaxを超え得る場合、ステップS5においても、ECU60は、合計目標電流IoutがImaxを超えないように合計目標電流Ioutを調整する。
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。以上説明したように、電源システム2は、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力を降圧して供給する2個のコンバータ28、30を備える。そして、ECU60は、2個のコンバータ28、30を適宜に使い分けることにより、メイン電源配線10からサブ電源配線24への電力供給時の電力変換効率を向上させる。
実施例では、第2コンバータ30は、出力電流が電流閾値Icよりも小さい領域において、その電力変換効率が第1コンバータ28の電力変換効率よりも高い。第2コンバータ30が、低域高効率コンバータの一例に相当する。実施例では、第1コンバータ28は、出力電流が電流閾値Icよりも大きい領域において、その電力変換効率が第2コンバータ30の電力変換効率よりも高い。第1コンバータ28が、高域高効率コンバータの一例に相当する。低域高効率コンバータと高域高効率コンバータは、逆であってもよい。即ち、昇圧動作と降圧動作の両方が可能な第1コンバータ28が低域高効率コンバータに対応し、降圧動作だけが可能な第2コンバータ30が高域高効率コンバータに対応してもよい。また、第2コンバータ30は、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ電力を昇圧して供給する昇圧動作が可能なタイプであってもよい。ただし、第2コンバータ30として、降圧動作のみが可能な単方向コンバータを採用し、その第2コンバータ30を低域高効率コンバータとして使うことが好ましい。双方向コンバータよりも単方向コンバータの方が、出力電流が小さい範囲で電力変換効率を高くし易い傾向があるからである。なお、第2コンバータ30は、降圧動作のみが可能な単方向コンバータであることが好ましいが、これに限られない。第2コンバータ30は、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作に加えて、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能な双方向DC−DCコンバータであってもよい。
また、図4のグラフ、図5の効率マップ、図6と図7のフローチャートは一例であり、本明細書が開示する技術は、これらに限定されるものではない。
図5の効率マップ、及び、図7のフローチャートのステップS15、S17では、合計目標電流Ioutは5[A]単位で変化するように設定されている。合計目標電流Ioutの変化幅は、5[A]単位に限られるものではない。
ECU60は、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力供給時の電力変換効率を最適化する。このことは、ECU60が、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ電力供給時の電力損失を最小化する、と換言することができる。
実施例のECU60が、請求項におけるコントローラの一例に相当する。なお、請求項における「コントローラ」は、現実には、複数のプロセッサが協働して実現されるものであってもよい。実施例の電流閾値Icが請求項における出力閾値の一例に相当する。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:電源システム 4:メインバッテリ 4a、14a、22b:電圧センサ 6:第1モータ 8:第2モータ 10:メイン電源配線 10a:正極線 10b:負極線 12:PCU 14:平滑コンデンサ 16:コンバータ 18:インバータ 20:SMR 20a、20b:スイッチ 22:サブバッテリ 22a、43、53:電流センサ 24:サブ電源配線 24a:正極線 24b:負極線 26:補機 28:第1コンバータ(第1DC−DCコンバータ) 30:第2コンバータ(第2DC−DCコンバータ) 32、44:一次側フィルタ 32a、38j、44a、40b、50f、52b:コンデンサ 34、46:一次側回路 34a−34d、38a−38d、46a−46d、50g−50j:スイッチング素子 34e−34h、38e−38h、46e−46h、50k−50n:還流ダイオード 34i−34l、50a−50d:ダイオード 36、48:トランス 36a、48a:一次側コイル 36b、48b:二次側コイル 38、50:二次側回路 38i、40a、50e、52a:インダクタ 40、52:二次側フィルタ 42、54:制御回路 56、58:筐体 60:ECU
Claims (4)
- メインバッテリと、
前記メインバッテリに接続されたメイン電源配線と、
前記メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備える電力制御ユニットと、
前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間で、前記メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、
前記メインバッテリより低電圧のサブバッテリと、
前記サブバッテリに接続されたサブ電源配線と、
前記スイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電源配線と前記サブ電源配線の間を接続しており、前記サブ電源配線から前記メイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作と、前記メイン電源配線から前記サブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第1DC−DCコンバータと、
前記スイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電源配線と前記サブ電源配線の間を接続しており、前記メイン電源配線から前記サブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能な第2DC−DCコンバータと、
を備えており、
前記第1DC−DCコンバータの降圧動作時の電力変換効率と、前記第2DC−DCコンバータの電力変換効率は、出力の大きさに依存して変化する特性を有しており、
前記第1、第2DC−DCコンバータのうち一方のDC−DCコンバータが、降圧時の出力が所定の出力閾値よりも小さい領域において他方のDC−DCコンバータよりも電力変換効率が高い低域高効率コンバータであり、
前記他方のDC−DCコンバータが、降圧時の出力が前記出力閾値よりも大きい領域において前記低域高効率コンバータよりも電力変換効率が高い高域高効率コンバータである、
ことを特徴とする電源システム。 - 前記第1DC−DCコンバータの降圧時の出力と前記第2DC−DCコンバータの出力を制御するコントローラをさらに備えており、
前記コントローラは、
前記サブ電源配線に供給すべき電力が前記出力閾値よりも小さいときには、前記高域高効率コンバータを停止させるとともに前記低域高効率コンバータを動作させ、
前記サブ電源配線に供給すべき電力が前記出力閾値よりも大きく、前記高域高効率コンバータの最大出力よりも小さいときには、前記低域高効率コンバータを停止させるとともに前記高域高効率コンバータを動作させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。 - 前記第2DC−DCコンバータは、前記メイン電源配線から前記サブ電源配線へ降圧して電力を供給する降圧動作が可能であり、前記サブ電源配線から前記メイン電源配線へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が不可能な一方向DC−DCコンバータであり、
前記第1DC−DCコンバータが前記高域高効率コンバータであり、前記第2DC−DCコンバータが前記低域高効率コンバータであることを特徴とする請求項1または2に記載の電源システム。 - 前記コントローラは、前記サブバッテリへの入出力電流が予め定められた許容範囲内となるように、前記サブ電源配線に供給すべき電流を決定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電源システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015068012A JP2016189650A (ja) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | 電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015068012A JP2016189650A (ja) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | 電源システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016189650A true JP2016189650A (ja) | 2016-11-04 |
Family
ID=57240034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015068012A Pending JP2016189650A (ja) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | 電源システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016189650A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019146459A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | 車両用の電源システム |
JP2021019432A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-02-15 | 新電元工業株式会社 | Dc/dcコンバータシステム、動作指示回路、及び、dc/dcコンバータシステムの制御方法 |
EP3823131A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-19 | Infineon Technologies Austria AG | Controller for charger device, charger device and method |
-
2015
- 2015-03-30 JP JP2015068012A patent/JP2016189650A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019146459A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | 車両用の電源システム |
JP2021019432A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-02-15 | 新電元工業株式会社 | Dc/dcコンバータシステム、動作指示回路、及び、dc/dcコンバータシステムの制御方法 |
JP7340975B2 (ja) | 2019-07-19 | 2023-09-08 | 新電元工業株式会社 | Dc/dcコンバータシステム、動作指示回路、及び、dc/dcコンバータシステムの制御方法 |
EP3823131A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-19 | Infineon Technologies Austria AG | Controller for charger device, charger device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6201967B2 (ja) | 電気自動車 | |
JP2016181943A (ja) | 電源システム | |
WO2012144045A1 (ja) | 電動車両の電源装置およびその制御方法 | |
JP2017022805A (ja) | 電気自動車 | |
JP6394368B2 (ja) | 電気自動車 | |
JP6428524B2 (ja) | 車両用電源システム | |
JP2017126477A (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
JP2018148637A (ja) | 充電装置、及び車載電源装置 | |
JP2016132402A (ja) | 車両 | |
JP6965813B2 (ja) | 電源システム | |
JP6394355B2 (ja) | 電気自動車 | |
JP2016189650A (ja) | 電源システム | |
JP2017095071A (ja) | ハイブリッド車 | |
JP2017028773A (ja) | 電気自動車 | |
JP6825214B2 (ja) | ハイブリッド車 | |
JP5808707B2 (ja) | 電気自動車 | |
CN111746308A (zh) | 电力系统及其控制方法 | |
JP2018121470A (ja) | 電源システム | |
JP6724455B2 (ja) | 車両用電源システム | |
JP2016197958A (ja) | 電源システム | |
JP2016144308A (ja) | 電気自動車 | |
JP2005033867A (ja) | 電力制御装置及び電力制御方法 | |
JP5621633B2 (ja) | 電源装置 | |
JP2007306778A (ja) | Dc/dcコンバータ及びdc/dcコンバータの電源切替え方法 | |
JP6690573B2 (ja) | 電気自動車 |