JP2019071711A - 電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源装置が組み込まれたシステムの状態に基づいて２つの昇圧コンバータを含む閉回路にループ電流を流したい場合に対処する。【解決手段】電源装置は、電気負荷側と蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする第１昇圧コンバータと、電気負荷に対して第１昇圧コンバータと並列に接続され、電気負荷側と蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする第２昇圧コンバータと、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、所定時には、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流が流れるように第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを制御するループ電流制御を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置に関し、詳しくは、電気負荷側と蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする並列接続された複数の昇圧コンバータを備える電源装置に関する。
従来、この種の電源装置としては、電気負荷側と蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする並列接続された複数のコンバータを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、第１昇圧コンバータを単独で用いて昇圧動作を行なう際の電流が第１昇圧コンバータの限界値より大きいときには、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとにより昇圧動作を行なう。また、この装置では、第１昇圧コンバータを単独で用いて昇圧動作を行なう際の電流が第１昇圧コンバータの限界値より小さいときには、第１昇圧コンバータを単独で用いて昇圧動作を行なうときの損失と、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータの回路抵抗値の比に基づく電力分配比により第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとの両方を用いて昇圧動作を行なうときの損失と、のうち損失が小さい方により昇圧動作を行なう。
特開２０１７−７９５５８号公報
上述の電源装置では、複数の昇圧コンバータの全体の損失が小さくなるように各昇圧コンバータを制御するため、複数の昇圧コンバータのうちの少なくとも２つを含む閉回路にループ電流が流れるような昇圧コンバータの制御は全体の損失が大きくなるため考慮されていない。しかし、電源装置が組み込まれたシステムの状態によっては、２つの昇圧コンバータを含む閉回路にループ電流を流したい場合も生じる。
本発明の電源装置は、電源装置が組み込まれたシステムの状態に基づいて２つの昇圧コンバータを含む閉回路にループ電流を流したい場合に対処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、
蓄電装置と、
電気負荷側と前記蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする第１昇圧コンバータと、
前記電気負荷に対して前記第１昇圧コンバータと並列に接続され、前記電気負荷側と前記蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする第２昇圧コンバータと、
前記第１昇圧コンバータおよび前記第２昇圧コンバータより前記蓄電装置側に取り付けられた第１コンデンサと、
前記第１昇圧コンバータおよび前記第２昇圧コンバータより前記電気負荷側に取り付けられた第２コンデンサと、
前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータとを制御する制御装置と、
を備える電源装置であって、
前記制御装置は、所定時には、前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流が流れるように前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータとを制御するループ電流制御を実行する、
ことを特徴とする。
この本発明の電源装置では、電気負荷に対して並列に接続された第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとにより、電気負荷側と蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力のやりとりを行なう。所定時には、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流が流れるように第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを制御するループ電流制御を実行する。これにより、電源装置が組み込まれたシステムの状態に基づいて２つの昇圧コンバータを含む閉回路にループ電流を流したい場合に対処することができる。
本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記所定時には、前記電機負荷と前記蓄電装置との間で流すべき目標電流のうち前記第１昇圧コンバータにより流すべき第１分配電流に前記ループ電流を加えて得られる第１目標分配電流が前記第１昇圧コンバータに流れるように前記第１昇圧コンバータを制御し、前記目標電流のうち前記第２昇圧コンバータにより流すべき第２分配電流に前記ループ電流を減じて得られる第２目標分配電流が前記第２昇圧コンバータに流れるように前記第２昇圧コンバータを制御するものとしてもよい。こうすれば、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流を流しながら電機負荷と蓄電装置との間で流すべき目標電流を流すことができる。
本発明の電源装置において、前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータは同一性能のコンバータとして構成されており、前記制御手段は、前記ループ電流制御として、前記第１昇圧コンバータのデューティが前記第２昇圧コンバータのデューティより大きくなるように制御するものとしてもよい。こうすれば、第１昇圧コンバータには蓄電装置側から電気負荷側に流れ、第２昇圧コンバータには電気負荷側から蓄電装置側に流れるループ電流とすることができる。この場合、ループ電流は、第１昇圧コンバータのデューティと第２昇圧コンバータのデューティとの差が大きいほど大きくなる。
本発明の電源装置において、前記所定時は、前記蓄電装置の蓄電割合が所定割合以上の際に前記電気負荷側から電力供給されるときであるものとしてもよい。第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流を流すと、損失が大きくなるから、蓄電装置の充電電力を小さくすることができる。この結果、蓄電装置の過充電を抑制することができる。
本発明の電源装置において、前記所定時は、前記第２コンデンサの電荷を緊急放電するときであるものとしてもよい。例えば、電源装置が組み込まれたシステムの状態によっては、第２コンデンサの電荷を緊急放電する必要が生じる場合がある。この場合、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流を流すことにより、２つの昇圧コンバータの電力損失を大きくし、２つの昇圧コンバータによる電力消費によって、第２コンデンサの電荷を緊急放電することができる。
本発明の電源装置において、前記蓄電装置を昇温するときであるとしてもよい。極低温時には蓄電装置を昇温する必要がある。その場合、第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流を流すことにより、蓄電装置から出力する電流を増加し、蓄電装置の昇温を促進することができる。
また、本発明の電源装置において、第１昇圧コンバータに流れる電流を検出する第１電流センサと、前記第２昇圧コンバータに流れる電流を検出する第２電流センサと、を備え、前記所定時は、前記第１電流センサおよび前記第２電流センサの故障診断を行なうときであるものとしてもよい。第１電流センサや第２電流センサの故障診断では、第１昇圧コンバータや第２昇圧コンバータに大きな電流や小さな電流を流す必要が生じる。第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流を流し、ループ電流を調整することにより、第１昇圧コンバータや第２昇圧コンバータに流す電流を自由に変化させることができ、第１電流センサや第２電流センサの故障診断をより適正に行なうことができる。
本発明の一実施例としての電源装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 モータ３２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット７０により実行される回生時ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 回生時ループ電流制御によるリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の時間変化の一例を示す説明図である。 電子制御ユニット７０により実行される衝突時ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット７０により実行される昇温用ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット７０により実行される故障診断用ループ電流制御ルーチン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を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、モータ３２を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図１に示すように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１と、電子制御ユニット７０と、を備える。ここで、実施例の電源装置としては、バッテリ３６と第１，第２昇圧コンバータ４０，４１と電子制御ユニット７０とが相当する。
モータ３２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。インバータ３４は、モータ３２に接続されると共に高電圧側電力ライン４２に接続されている。モータ３２は、電子制御ユニット７０によって、インバータ３４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ４６が取り付けられている。
バッテリ３６は、例えば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２電力ラインとしての低電圧側電力ライン４４に接続されている。低電圧側電力ライン４４の正極側ラインと負極側ラインとには、バッテリ３６の接続や遮断を行なうシステムメインリレー３８と平滑用のコンデンサ４８とがこの順にバッテリ３６側から取り付けられている。
図２に示すように、第１昇圧コンバータ４０は、高電圧側電力ライン４２と低電圧側電力ライン４４とに接続されており、２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１２と、２つのダイオードＤ１１，Ｄ１２と、リアクトルＬ１と、を有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。トランジスタＴ１１は、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインに接続されている。トランジスタＴ１２は、トランジスタＴ１１と、高電圧側電力ライン４２および低電圧側電力ライン４４の負極側ラインと、に接続されている。リアクトルＬ１は、トランジスタＴ１１，Ｔ１２同士の接続点と、低電圧側電力ライン４４の正極側ラインと、に接続されている。第１昇圧コンバータ４０は、電子制御ユニット７０によって、トランジスタＴ１１，Ｔ１２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン４４の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン４２に供給したり、高電圧側電力ライン４２の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン４４に供給したりする。
第２昇圧コンバータ４１は、製造誤差等を有するものの、第１昇圧コンバータ４０と同一の性能の昇圧コンバータとして構成されている。即ち、第２昇圧コンバータ４１は、第１昇圧コンバータ４０と同様に、高電圧側電力ライン４２と低電圧側電力ライン４４とに接続されており、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２と、２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２と、リアクトルＬ２と、を有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。この第２昇圧コンバータ４１は、電子制御ユニット７０によって、トランジスタＴ２１，Ｔ２２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン４４の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン４２に供給したり、高電圧側電力ライン４２の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン４４に供給したりする。
電子制御ユニット７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，不揮発性のフラッシュメモリ，入出力ポートを備える。
電子制御ユニット７０には、図１に示すように、各種センサからの信号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７０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流Ｉｂ、バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３６ｃからの電池温度Ｔｂも挙げることができる。さらに、コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの高電圧側電力ライン４２（コンデンサ４６）の電圧ＶＨや、コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからの低電圧側電力ライン４４（コンデンサ４８）の電圧ＶＬを挙げることもできる。第１，第２昇圧コンバータ４０，４１のリアクトルＬ１，Ｌ２に流れる電流を検出する電流センサ４０ａ，４１ａからのリアクトルＬ１，Ｌ２の電流ＩＬ１，ＩＬ２や、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１に取り付けられた温度センサ４０ｂ，４１ｂからの第１，第２昇圧コンバータ４０，４１の温度ｔｃ１，ｔｃ２も挙げることができる。イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖも挙げることができる。
電子制御ユニット７０からは、図１に示すように、各種制御信号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７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や、第１昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ１１，Ｔ１２へのスイッチング制御信号，第２昇圧コンバータ４１のトランジスタＴ２１，Ｔ２２へのスイッチング制御信号、システムメインリレー３８への駆動制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット７０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。
電子制御ユニット７０は、電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂの累積値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣとバッテリ３６に取り付けられた図示しない温度センサにより検出された電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ３６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。
こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸２６に要求される）要求トルクＴｐ＊を設定し、設定した要求トルクＴｐ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸２６に要求される）要求トルクＴｄ＊を設定すると共に要求トルクＴｄ＊に駆動軸２６の回転数を乗じて走行のためにモータ３２から出力が要求される負荷パワーＰｍを設定する。続いて、負荷パワーＰｍをモータ３２から出力するようにトルク指令Ｔｍ＊を設定する。そして、トルク指令Ｔｍ＊が出力されるようにインバータ３４のスイッチング素子をスイッチング制御する。一方、トルク指令Ｔｍ＊に基づいて高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定すると共に、バッテリ３６からの電力を目標電圧ＶＨ＊に昇圧して負荷パワーＰｍがインバータ３４に供給されるように、第１昇圧コンバータ４０および第２昇圧コンバータ４１を制御する。第１昇圧コンバータ４０については要求分配電力Ｐ１が高電圧側電力ライン４２に供給されるように制御し、第２昇圧コンバータ４１については要求分配電力Ｐ２が高電圧側電力ライン４２に供給されるように制御する。要求分配電力Ｐ１，Ｐ２は、通常は、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１の損失（電力損失）が最小となるように決定される。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０が搭載する電源装置の動作、特に、第１昇圧コンバータ４０と第２昇圧コンバータ４１とを含む閉回路にループ電流を流す際の動作について説明する。閉回路にループ電流を流す場合としては、例えば、モータ３２を回生制御しているときにバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが満充電に近い閾値（例えば８０％や９０％など）以上に至ったときや、電気自動車２０が衝突したとき、極低温時にバッテリ３６を昇温するとき、電流センサ４０ａ，４１ａの故障診断を行なうとき、などを挙げることができる。以下順に説明する。
図３は、モータ３２を回生制御しているときにバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが満充電に近い閾値（例えば８０％や９０％など）以上に至ったときにループ電流を流すように電子制御ユニット７０により実行される回生時ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎や数十ｍｓｅｃ毎など）に繰り返し実行される。
図３の回生時ループ電流制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、モータ３２を回生制御しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が負の値か否かにより行なうことができる。モータ３２を回生制御していないと判定したときには、ループ電流を流す必要がないと判断し、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を通常制御により制御し（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。上述したように、通常制御では、第１昇圧コンバータ４０については要求分配電力Ｐ１が高電圧側電力ライン４２に供給されるように制御し、第２昇圧コンバータ４１については要求分配電力Ｐ２が高電圧側電力ライン４２に供給されるように制御する。低電圧側電力ライン４４の電圧ＶＬを用いると、第１昇圧コンバータ４０については要求分配電力Ｐ１を電圧ＶＬで除した電流Ｉ１（Ｉ１＝Ｐ１／ＶＬ）がリアクトルＬ１に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ１となるように制御し、第２昇圧コンバータ４１については要求分配電力Ｐ２を電圧ＶＬで除した電流Ｉ２（Ｉ２＝Ｐ２／ＶＬ）がリアクトルＬ２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ２となるように制御する。
ステップＳ１００でモータ３２を回生制御していると判定したときには、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。閾値Ｓｒｅｆは、上述したように、満充電に近い値（例えば８０％や９０％など）を用いることができる。バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ未満であると判定したときには、ループ電流を流す必要がないと判断し、通常制御を実行して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。この場合、通常制御では、第１昇圧コンバータ４０については要求分配電力Ｐ１を電圧ＶＬで除した回生電流Ｉ１（Ｉ１＝Ｐ１／ＶＬ）がリアクトル電流ＩＬ１となるように制御し、第２昇圧コンバータ４１については要求分配電力Ｐ２を電圧ＶＬで除した回生電流Ｉ２（Ｉ２＝Ｐ２／ＶＬ）がリアクトル電流ＩＬ２となるように制御する。
ステップＳ１１０でバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上であると判定したときには、通常制御の際の回生電流Ｉ１，Ｉ２に加えてループ電流αが第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路に流れるように制御し（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。即ち、第１昇圧コンバータ４０についてはリアクトル電流ＩＬ１が通常制御の際の回生電流Ｉ１にループ電流αを加えた値（Ｉ１＋α）となるように制御する。この制御は、例えば、電流センサ４０ａにより検出される電流値と値（Ｉ１＋α）との差分が小さくなるように第１昇圧コンバータ４０のデューティをフィードバック制御することにより行なうことができる。また、第２昇圧コンバータ４１については通常制御の際の回生電流Ｉ２にループ電流αを減じた値（Ｉ２−α）となるように制御する。この制御は、例えば、電流センサ４１ａにより検出される電流値と値（Ｉ１−α）との差分が小さくなるように第２昇圧コンバータ４１のデューティをフィードバック制御することにより行なうことができる。ここで、ループ電流αは、予め定められるものであり、例えば、一定値としたり、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが大きいほどその絶対値が大きくなるように定めるものとしたり、モータ３２による回生電力が大きいほどその絶対値が大きくなるように定めるものとしたりすることができる。いま、通常制御における回生電流Ｉ１，Ｉ２が共に−５０［Ａ］であり、ループ電流αが−１５０［Ａ］であるときを考えると、リアクトル電流ＩＬ１は−２００［Ａ］となり、リアクトル電流ＩＬ２は１００［Ａ］となる。この場合のリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の時間変化の一例を図４に示す。図４では、リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２が急変しないようになまし処理が行なわれている。ループ電流αは、トランジスタＴ１１、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２、トランジスタＴ２１またはダイオードＤ２１、トランジスタ１１の順に流れる電流となる。このように、ループ電流αを閉回路に流すと、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１における抵抗成分に対する銅損やリアクトル成分に対する鉄損が増加して電力消費するため、バッテリ３６の充電電力を小さくすることができ、バッテリ３６の過充電を抑制することができる。
以上説明した実施例の電源装置を搭載する電気自動車２０では、モータ３２を回生制御しているときにバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが満充電に近い閾値Ｓｒｅｆ以上に至ったときには、通常制御の際の電流に加えてループ電流αが第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路に流れるように制御する。これにより、バッテリ３６の充電電力を小さくすることができ、バッテリ３６の過充電を抑制することができる。
上述の実施例では、ループ電流αとしては、トランジスタＴ１１、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２、トランジスタＴ２１またはダイオードＤ２１、トランジスタ１１の順に流れる電流としたが、逆に、トランジスタＴ２１、リアクトルＬ２、リアクトルＬ１、トランジスタ１１またはダイオードＤ１１、トランジスタＴ２１の順に流れる電流としてもよい。
上述の実施例では、ループ電流αを定めておき、電流センサ４０ａにより検出される電流値と値（Ｉ１＋α）との差分が小さくなるように第１昇圧コンバータ４０のデューティをフィードバック制御し、電流センサ４１ａにより検出される電流値と値（Ｉ１−α）との差分が小さくなるように第２昇圧コンバータ４１のデューティをフィードバック制御するものとした。しかし、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流が流れるようにすればよいから、第１昇圧コンバータ４０のデューティが第２昇圧コンバータ４１のデューティより所定値だけ大きく（或いは小さく）なるように制御するものとしてもよい。以下の制御でも同様である。
次に、電気自動車２０が衝突したときに第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流す場合について説明する。図５は、電気自動車２０が衝突したときに閉回路にループ電流αを流して高圧側のコンデンサ４６を放電するために電子制御ユニット７０により実行される衝突時ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎や数十ｍｓｅｃ毎など）に繰り返し実行される。
衝突時ループ電流制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、衝突が生じたか否かの判定を行なう（ステップＳ２００）。衝突判定は、例えば、図示しない加速度センサからの加速度に基づいて行なったり、図示しない衝撃センサからの衝撃に基づいて行なったりすることができる。ステップＳ２００の判定は、衝突判定により衝突が生じたと判定されたときに値１がセットされる衝突判定フラグを読み込むことにより行なうことができる。衝突は生じていないと判定したときには、コンデンサ４６の放電は不要であると判断し、本ルーチンを終了する。
ステップＳ２００で衝突が生じたと判定したときには、高圧側のコンデンサ４６を放電するために第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流すように第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。ここで、ループ電流αは、コンデンサ４６の放電を１秒以内に行なうことができる電流値であり、高電圧側電力ライン４２の電圧ＶＨの最大値により一定値として定めたり、衝突時のコンデンサ４６の電圧に基づいて定めたりすることができる。衝突時には、バッテリ３６と第１，第２昇圧コンバータ４０，４１との間に取り付けられるシステムメインリレー３８がオフ（バッテリ３６を遮断）されるから、ループ電流αだけが閉回路に流れるように第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を制御する。ループ電流αとしては、例えば、トランジスタＴ１１、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２、トランジスタＴ２１またはダイオードＤ２１、トランジスタ１１の順に流れる電流としたり、逆に、トランジスタＴ２１、リアクトルＬ２、リアクトルＬ１、トランジスタ１１またはダイオードＤ１１、トランジスタＴ２１の順に流れる電流とすることができる。このように、ループ電流αを閉回路に流すと、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１における抵抗成分に対する銅損やリアクトル成分に対する鉄損により電力消費され、コンデンサ４６を短時間に放電することができる。
以上説明した実施例の電源装置を搭載する電気自動車２０では、衝突が生じたときには、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流すように第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を制御する。これにより、高電圧側のコンデンサ４６を短時間で放電することができる。
上述の実施例では、衝突が生じたときには、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流すように第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を制御するものとした。高電圧側のコンデンサ４６を短時間で放電する手法としては、インバータ３４を制御してモータ３２にｄ軸電流を流すことによっても可能である。このため、衝突時には、閉回路にループ電流αを流す実施例の制御と、モータ３２にｄ軸電流を流す制御とを併用するものとしてもよい。
次に、外気温が−１０℃や−２０℃など極低温時にバッテリ３６を昇温するときに第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流す場合について説明する。図６は、極低温時に閉回路にループ電流αを流してバッテリ３６の昇温を促進するために電子制御ユニット７０により実行される昇温用ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システム起動時に実行される。
昇温用ループ電流制御ルーチンが実行されると、バッテリ３６の温度（電池温度）Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３００）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、バッテリ３６の昇温が必要な上限温度として予め定められるものであり、バッテリ３６の構成により定められ、例えば−１０℃や−２０℃などを用いることができる。電池温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆを超えているときには、バッテリ３６の昇温が不要と判断し、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を通常制御により制御し（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。上述したように、通常制御では、第１昇圧コンバータ４０については要求分配電力Ｐ１が高電圧側電力ライン４２に供給されるように、即ち要求分配電力Ｐ１を電圧ＶＬで除した電流Ｉ１（Ｉ１＝Ｐ１／ＶＬ）がリアクトルＬ１に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ１となるように制御し、第２昇圧コンバータ４１については要求分配電力Ｐ２が高電圧側電力ライン４２に供給されるように、即ち要求分配電力Ｐ２を電圧ＶＬで除した電流Ｉ２（Ｉ２＝Ｐ２／ＶＬ）がリアクトルＬ２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ２となるように制御する。
ステップＳ３００で電池温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ以下であると判定したときには、通常制御の際の電流Ｉ１，Ｉ２に加えてループ電流αが第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路に流れるように制御し（ステップＳ３２０）、本ルーチンを終了する。即ち、第１昇圧コンバータ４０についてはリアクトル電流ＩＬ１が通常制御の際の電流Ｉ１（Ｉ１＝Ｐ１／ＶＬ）にループ電流αを加えた値（Ｐ１／ＶＬ＋α）となるように制御し、第２昇圧コンバータ４１については通常制御の際の電流Ｉ２（Ｉ２＝Ｐ２／ＶＬ）にループ電流αを減じた値（Ｐ２／ＶＬ−α）となるように制御する。これらの制御は、電圧センサ４０ａ，４１ａにより検出される電流値と目標となるリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２との差分が小さくなるように第１，第２昇圧コンバータ４０，４１のデューティを制御することによって行なうことができる。ここで、ループ電流αは、予め定められるものであり、例えば一定値を用いることができる。いま、通常制御における電流Ｉ１，Ｉ２が共に５０［Ａ］であり、ループ電流αが１５０［Ａ］であるときを考えると、リアクトル電流ＩＬ１は２００［Ａ］となり、リアクトル電流ＩＬ２は−１００［Ａ］となる。この場合、ループ電流αは、リアクトルＬ１、トランジスタＴ１１またはダイオードＤ１１、トランジスタＴ２１、リアクトルＬ２、リアクトルＬ１の順に流れる電流となる。このように、ループ電流αを閉回路に流すと、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１における抵抗成分に対する銅損やリアクトル成分に対する鉄損が増加するため、バッテリ３６からの放電電流を大きくすることができ、バッテリ３６の昇温を促進することができる。
以上説明した実施例の電源装置を搭載する電気自動車２０では、システム起動時に電池温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ以下のときには、通常制御の際の電流に加えてループ電流αが第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路に流れるように制御する。これにより、バッテリ３６の放電電力を大きくし、バッテリ３６の昇温を促進することができる。
上述の実施例では、ループ電流αとしては、リアクトルＬ１、トランジスタＴ１１またはダイオードＤ１１、トランジスタＴ２１、リアクトルＬ２、リアクトルＬ１の順に流れる電流としたが、逆に、リアクトルＬ２、トランジスタＴ２１またはダイオードＤ２１、トランジスタＴ１１、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２の順に流れる電流としてもよい。
次に、電流センサ４０ａ，４１ａの故障診断を行なうときに第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流す場合について説明する。図７は、電流センサ４０ａ，４１ａの故障診断を行なうために電子制御ユニット７０により実行される故障診断用ループ電流制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、故障診断時に実行される。
故障診断用ループ電流制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、故障診断時か否かを判定する（ステップＳ４００）。故障診断時ではないと判定したときには、本ルーチンを終了する。故障診断時であると判定したときには、リアクトルＬ１に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ１がαとなるように、リアクトルＬ２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ２が−αとなるように、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を制御する（ステップＳ４１０）。このとき、ループ電流αは、αが正の値のときには、リアクトルＬ１、トランジスタＴ１１またはダイオードＤ１１、トランジスタＴ２１、リアクトルＬ２、リアクトルＬ１の順に流れる電流となり、αが負の値のときには、リアクトルＬ２、トランジスタＴ２１またはダイオードＤ２１、トランジスタＴ１１、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２の順に流れる電流となる。
続いて、電流センサ３６ｂからの電池電流Ｉｂからリアクトル電流ＩＬ１とリアクトル電流ＩＬ２との和（ＩＬ１＋ＩＬ２）を減じて電流差分ΔＩを計算し（ステップＳ４２０）、電流差分ΔＩが閾値Ｉｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。ここで，閾値Ｉｒｅｆは、電流センサ３６ｂや電流センサ４０ａ，４１ａの公差の和やそれより若干大きな値が用いられる。ループ電流αを流すと、第１，第２昇圧コンバータ４０，４１における損失の分だけバッテリ３６から放電される。このため、バッテリ３６から放電される際の電流Ｉｂとリアクトル電流ＩＬ１とリアクトル電流ＩＬ２との和（ＩＬ１＋ＩＬ２）が等しくなるため、これにより電流センサ４０ａ，４１ａに異常が生じているか否かを判断することができる。電流差分ΔＩが閾値Ｉｒｅｆ以下のときには電流センサ４０ａ，４１ａは正常であると判断し（ステップＳ４４０）、本ルーチンを終了する。一方、電流差分ΔＩが閾値Ｉｒｅｆより大きいときには電流センサ４０ａ，４１ａのいずれか一方或いは双方に異常が生じていると判断し（ステップＳ４５０）、本ルーチンを終了する。
以上説明した実施例の電源装置を搭載する電気自動車２０では、故障診断の際にループ電流αが第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路に流れるように制御することにより、電流センサ４０ａ，４１ａに異常が生じているか否かを診断することができる。
なお、電流センサ４０ａ，４１ａの故障診断は、ループ電流αの値を変えてループ電流αの大きさ毎に複数回に亘って行なうのが好ましい。
図３、図５〜図７のループ電流制御ルーチンで説明したように、実施例の電源装置を搭載する電気自動車２０では、電源装置が組み込まれた電気自動車２０の状態に基づいて第１，第２昇圧コンバータ４０，４１を含む閉回路にループ電流αを流したい場合に対処することができる。
実施例の電気自動車２０が搭載する電源装置では、第１昇圧コンバータ４０と第２昇圧コンバータ４１との２つの昇圧コンバータを備えるものとしたが、３つ以上の昇圧コンバータを備えるものとしてもよい。
実施例の電気自動車２０が搭載する電源装置では、蓄電装置として１つのバッテリ３６を備えるものとしたが、バッテリ３６に代えてキャパシタを用いるものとしてもよい。
実施例では、モータ３２からの動力を用いて走行する電気自動車２０に搭載される電源装置の形態とした。しかし、モータからの動力とエンジンからの動力とを用いて走行するハイブリッド自動車に搭載される電源装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に組み込まれる電源装置の形態としてもよい。
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、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、第１昇圧コンバータ４０が「第１昇圧コンバータ」に相当し、第２昇圧コンバータ４１が「第２昇圧コンバータ」に相当し、コンデンサ４８が「第１コンデンサ」に相当し、コンデンサ４６が「第２コンデンサ」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。なお、モータ３２とインバータ３４とが「電気負荷」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。
２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電圧センサ、３６ｃ 温度センサ、３８ システムメインリレー、４０ 第１昇圧コンバータ、４０ａ，４１ａ 電流センサ、４０ｂ，４１ｂ 温度センサ、４１ 第２昇圧コンバータ、４２ 高電圧側電力ライン、４４ 低電圧側電力ライン、４６，４８ コンデンサ、４６ａ，４８ａ 電圧センサ、７０ 電子制御ユニット、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２ ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２ トランジスタ。

Claims (7)

  1. 蓄電装置と、
    電気負荷側と前記蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする第１昇圧コンバータと、
    前記電気負荷に対して前記第１昇圧コンバータと並列に接続され、前記電気負荷側と前記蓄電装置側との間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする第２昇圧コンバータと、
    前記第１昇圧コンバータおよび前記第２昇圧コンバータより前記蓄電装置側に取り付けられた第１コンデンサと、
    前記第１昇圧コンバータおよび前記第２昇圧コンバータより前記電気負荷側に取り付けられた第２コンデンサと、
    前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータとを制御する制御装置と、
    を備える電源装置であって、
    前記制御装置は、所定時には、前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータとを含む閉回路にループ電流が流れるように前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータとを制御するループ電流制御を実行する、
    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、
    前記制御手段は、前記所定時には、前記電機負荷と前記蓄電装置との間で流すべき目標電流のうち前記第１昇圧コンバータにより流すべき第１分配電流に前記ループ電流を加えて得られる第１目標分配電流が前記第１昇圧コンバータに流れるように前記第１昇圧コンバータを制御し、前記目標電流のうち前記第２昇圧コンバータにより流すべき第２分配電流に前記ループ電流を減じて得られる第２目標分配電流が前記第２昇圧コンバータに流れるように前記第２昇圧コンバータを制御する、
    電源装置。
  3. 請求項１記載の電源装置であって、
    前記第１昇圧コンバータと前記第２昇圧コンバータは同一性能のコンバータとして構成されており、
    前記制御手段は、前記ループ電流制御として、前記第１昇圧コンバータのデューティが前記第２昇圧コンバータのデューティより大きくなるように制御する、
    電源装置。
  4. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
    前記所定時は、前記蓄電装置の蓄電割合が所定割合以上の際に前記電気負荷側から電力供給されるときである、
    電源装置。
  5. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
    前記所定時は、前記第２コンデンサの電荷を緊急放電するときである、
    電源装置。
  6. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
    前記所定時は、前記蓄電装置を昇温するときである、
    電源装置。
  7. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
    前記第１昇圧コンバータに流れる電流を検出する第１電流センサと、
    前記第２昇圧コンバータに流れる電流を検出する第２電流センサと、
    を備え、
    前記所定時は、前記第１電流センサおよび前記第２電流センサの故障診断を行なうときである、
    電源装置。
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