JP2019129686A - Dc/dcコンバータ及び電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】過度な高速化及び大電流化が不要なDC/DCコンバータ及び電源システムを提供する。【解決手段】DC/DCコンバータは、車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換する。DC/DCコンバータは、蓄電器の電圧が第1電圧より低い場合、二次電池の電圧を変換して蓄電器を充電し、蓄電器の電圧が前記第1電圧より高い第2電圧以上である場合、蓄電器の電圧を変換して二次電池を充電する。【選択図】図1
Description
本発明は、電力を一時的に蓄電する蓄電器及び二次電池の間に接続される双方向のDC/DCコンバータ、並びに該DC/DCコンバータを備える電源システムに関する。
従来、車両には鉛蓄電池等の補機バッテリが搭載されており、HV(Hybrid Vehicle;ハイブリッド車)、PHV(Plug−in Hybrid Vehicle:プラグインハイブリッド車)、EV(Electric Vehicle;電気自動車)等のモータを有する車両では駆動用の高圧の二次電池が搭載されている。また、低で動作する補機負荷に対して安定的に電力供給を行うため、一般的には補機バッテリが設けられる。
高圧の二次電池及び補機バッテリは、降圧型のDC/DCコンバータを介して接続されており、補機バッテリの残存容量(SOC:State Of Charge)が低下した場合は、DC/DCコンバータが高圧の二次電池の電圧を降圧して補機バッテリの充電を行う。通常、補機負荷に対してはDC/DCコンバータが給電を行うが、DC/DCコンバータにより補機負荷の電力を賄えない場合には補機バッテリからも給電が行われる(例えば、特許文献1参照)。
ここで、補機バッテリがリチウムイオン電池の場合は、過充電保護のためにリチウムイオン電池の電圧レベルを一定以下に保つ必要があり、且つ、放電時に補機負荷に対して安定した電圧を供給する必要があるため、補機バッテリと補機負荷及び降圧型のDC/DCコンバータとの間に双方向のDC/DCコンバータを設ける方法が考えられる。
しかしながら、車両の走行中は補機負荷の負荷変動が大きいために、特許文献1に開示された技術によれば補機バッテリに対する充放電が不規則に発生する。このような充放電の都度、補機負荷が接続された低圧ラインには瞬間的に大電流が流れるため、上記の双方向のDC/DCコンバータを設けた場合は、このDC/DCコンバータの回路規模が増大するという問題があった。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過度な高速化及び大電流化が不要なDC/DCコンバータ及び電源システムを提供することにある。
本発明の一態様に係るDC/DCコンバータは、車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、前記車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換するDC/DCコンバータであって、前記蓄電器の電圧が第1電圧より低い場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電し、前記蓄電器の電圧が前記第1電圧より高い第2電圧以上である場合、前記蓄電器の電圧を変換して前記二次電池を充電する。
本発明の一態様に係る電源システムは、上述のDC/DCコンバータと、前記蓄電器とを備える。
なお、本願は、このような特徴的な処理部を備えるDC/DCコンバータ及び電源システムとして実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする二次電池の充放電方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、DC/DCコンバータの一部又は全部を半導体集積回路として実現したり、DC/DCコンバータ及び/又は電源システムを含む他のシステムとして実現したりすることができる。
上記によれば、過度な高速化及び大電流化が不要となる。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(1)本発明の一態様に係るDC/DCコンバータは、車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、前記車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換するDC/DCコンバータであって、前記蓄電器の電圧が第1電圧より低い場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電し、前記蓄電器の電圧が前記第1電圧より高い第2電圧以上である場合、前記蓄電器の電圧を変換して前記二次電池を充電する。
本態様にあっては、車両の負荷に接続された蓄電器が負荷との間で一時的に電力を蓄電し、蓄電器及び車載の二次電池の間に接続されたDC/Cコンバータが双方向に電圧変換する。負荷の消費電流が急増して蓄電器の電圧が第1電圧より低下した場合は、DC/DCコンバータが二次電池を放電させて蓄電器を充電する。また、負荷からの回生電力で蓄電器の電圧が第2電圧以上となった場合は、DC/DCコンバータが蓄電器を放電させて二次電池を充電する。これにより、DC/DCコンバータは、負荷変動が発生してから充放電を開始するまでの応答時間を過度に短くせずに済み、併せて充放電開始時のピーク電流が抑制される。
(2)前記二次電池は、リチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池であることが好ましい。
二次電池がリチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池である場合、エネルギー密度が高いため、容積及び質量が比較的小さくとも、負荷に対する電源の供給が好適にバックアップされる。
(3)前記蓄電器は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池を含むことが好ましい。
(3)前記蓄電器は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池を含むことが好ましい。
蓄電器が電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池である場合、急速な充放電特性に優れているため、負荷電流の急激な変動による負荷の電圧変動が好適に防止される。
(4)本発明の一態様に係る電源システムは、上述のDC/DCコンバータと、前記蓄電器とを備える。
本態様にあっては、DC/DCコンバータと蓄電器とを一体化することができる。
(5)前記二次電池を更に備えることが好ましい。
電源システムには、蓄電器に加えて二次電池が更に含まれており、これらがDC/DCコンバータと一体的に管理される。
(6)前記負荷は、前記車両に搭載される第2の二次電池の電圧を降圧する第2のDC/DCコンバータから電力が供給されることが好ましい。
第2のDC/DCコンバータが第2の二次電池の電圧を降圧して負荷に電力を供給するため、DC/DCコンバータの充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。
(7)前記第2のDC/DCコンバータを更に備えることが好ましい。
電源システムには、蓄電器に加えて第2のDC/DCコンバータが更に含まれており、これらがDC/DCコンバータと一体的に管理される。
(8)前記負荷は、前記車両に搭載されたエンジンに連動して発電する車載発電機から電力が供給されることが好ましい。
車載発電機が負荷に電力を供給するため、DC/DCコンバータの充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。
(9)前記DC/DCコンバータは、前記二次電池のSOC(State Of Charge)が所定値より低下した場合、前記負荷に供給される電圧を変換して前記二次電池を充電することが好ましい。
二次電池のSOCが所定値より低下した場合、DC/DCコンバータが、第2のDC/DCコンバータから負荷に供給される電圧を変換して二次電池を充電するため、二次電池のSOCが一定以上に保持される。
(10)前記DC/DCコンバータは、前記二次電池の充電中に前記蓄電器の電圧が前記第1電圧より低下した場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電することが好ましい。
二次電池が充電中であっても、蓄電器の電圧が第1電圧より低下した場合は、DC/DCコンバータが二次電池の充電を停止し、二次電池を放電させて蓄電器を充電する。これにより、二次電池が充電中であるか否かに関わらず、蓄電器では抑えきれない負荷の電圧変動が、二次電池からの電力によって抑制される。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係るDC/DCコンバータ及び電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。
本発明の実施形態に係るDC/DCコンバータ及び電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る電源システムSの構成例を示すブロック図である。電源システムSは、車両Cに搭載された低圧電池100(二次電池に相当)を充放電するDC/DCコンバータ1と、車両Cの負荷群200に接続されて電力を一時的に蓄電する蓄電器2とを少なくとも備える。DC/DCコンバータ1は、低圧電池100及び蓄電器2の間に接続されており、双方向に電圧を変換する。低圧電池100が電源システムSに含まれていてもよい。
図1は、実施形態1に係る電源システムSの構成例を示すブロック図である。電源システムSは、車両Cに搭載された低圧電池100(二次電池に相当)を充放電するDC/DCコンバータ1と、車両Cの負荷群200に接続されて電力を一時的に蓄電する蓄電器2とを少なくとも備える。DC/DCコンバータ1は、低圧電池100及び蓄電器2の間に接続されており、双方向に電圧を変換する。低圧電池100が電源システムSに含まれていてもよい。
低圧電池100は、例えばリチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、従来の鉛蓄電池と比較して体積エネルギー密度及び質量エネルギー密度が遙かに高いため、負荷群200に対する電源のバックアップとして好適である。
蓄電器2は、例えば電気二重層キャパシタ(EDLC=Electric Double−Layer Capacitor)又はリチウムイオンキャパシタであり、低圧電池100よりも内部抵抗が低く、短時間での充放電が可能である。リチウムイオン電池を蓄電器2として用いてもよい。
負荷群200は、車両Cを駆動するための高圧電池300(第2の二次電池に相当)の電圧を降圧するDC/DCコンバータ3(第2のDC/DCコンバータに相当)から一定の電源電圧が定常的に供給される。DC/DCコンバータ3が電源システムSに含まれてもよい。
図2は、DC/DCコンバータ1の構成例を示すブロック図である。DC/DCコンバータ1は、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor:以下、トランジスタという)等のスイッチング素子を含む2つのアームA,Bを有するフルブリッジ回路(以下、単にフルブリッジ回路という)と、各トランジスタをオン/オフに駆動する駆動回路11を有する駆動制御部10とを備える。
アームAのトランジスタQ1は、ドレインが平滑用のコンデンサC11の一端に接続されると共に抵抗器R11を介して低圧電池100の一端に接続され、ソースがトランジスタQ2のドレイン及びインダクタL1の一端に接続され、ゲートが駆動回路11に接続されている。トランジスタQ2は、ソースが共通電位に接続され、ゲートが駆動回路11に接続されている。コンデンサC11の他端及び低圧電池100の他端は、共通電位に接続されている。抵抗器R11の両端は増幅器Z1の入力端子に接続されている。増幅器Z1は電流センスアンプであり、抵抗器R11に流れる電流に比例した電圧を駆動制御部10に与えるようになっている。
アームBのトランジスタQ3は、ドレインが平滑用のコンデンサC12の一端及び蓄電器2の一端に接続され、ソースがトランジスタQ4のドレイン及びインダクタL1の他端に接続され、ゲートが駆動回路11に接続されている。トランジスタQ4は、ソースが共通電位に接続され、ゲートが駆動回路11に接続されている。コンデンサC12の他端及び蓄電器2の他端は、共通電位に接続されている。
駆動制御部10は、駆動回路11に加えて、駆動回路11に対する制御を行うマイクロコンピュータ(以下マイコンという)12と、PWM信号を生成するための三角波を発生して駆動回路11に与える三角波発生回路13と、増幅器14とを有する。駆動回路11には、低圧電池100の電圧V1及び蓄電器2の電圧V2が与えられる他に、マイコン12から低圧電池100の充電/放電を指示する信号と、フルブリッジ回路の駆動/停止を指示する信号とが与えられる。
マイコン12は、不図示のCPU(Central Processing Unit)が実行するソフトウェアにより、信号処理を実現する。マイコン12には、低圧電池100の電圧V1及び蓄電器2の電圧V2と、抵抗器R11で検出されて増幅器Z1で増幅された充放電電流を示す電圧信号とが入力されている。マイコン12は、これらの電圧及び電圧信号をA/D変換して信号処理の入力値とする。
具体的には、マイコン12は、蓄電器2の電圧V2に基づいて、低圧電池100の充電/放電を指示する信号と、フルブリッジ回路の駆動/停止を指示する信号とを駆動回路11に与える。マイコン12は、また、低圧電池100の電圧V1と、充放電電流を示す電圧信号とに基づいて、低圧電池100のSOCを時系列的に算出する。マイコン12は、更に、充電及び放電夫々について異なる目標電流を示すレベル信号を増幅器14に与える。
増幅器14は、非反転入力端子が増幅器Z1の出力端子に接続されており、充放電の目標電流を示すレベル信号が反転入力端子に与えられる。増幅器14はエラーアンプであり、目標電流に対する、抵抗器R11に流れる電流の誤差を増幅して、誤差電圧を駆動回路11に与える。
駆動回路11は、マイコン12から与えられる充電/放電を指示する信号に応じて、フルブリッジ回路による電圧の変換方向を決定する。駆動回路11は、決定した電圧の変換方向と、電圧V1及びV2の大きさとに応じて、アームA,B夫々による降圧、昇圧又は素通しの動作を決定する。
アームA又はBの動作が降圧に決定された場合、駆動回路11からトランジスタQ1又はQ3にPWM信号が与えられる。アームA又はBの動作が昇圧に決定された場合、駆動回路11からトランジスタQ2又はQ4にPWM信号が与えられる。PWM信号は、例えば増幅器14からの誤差電圧と、三角波発生回路13からの三角波とを比較することによって生成される。アームA又はBの動作が素通しに決定された場合、トランジスタQ1又はQ3がオンに固定され、トランジスタQ2又はQ4がオフに固定される。いわゆるデッドタイムを除けば、トランジスタQ1及びQ2、並びにトランジスタQ3及びQ4は相補的にオンされる。
図3は、低圧電池100の充電及び放電と、DC/DCコンバータ1による昇圧及び降圧との関係を示すタイミングチャートである。図3に4段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は広義の状態を表す。最上段のタイミングチャートは、マイコン12から与えられる充電/放電を指示する信号に応じて充電及び放電の状態が継続する期間を表す。上から2段目のタイミングチャートは、駆動回路11に与えられる電圧V1及びV2の高低関係が変化するタイミングの一例を表す。上から3段目及び4段目のタイミングチャートは、充電及び放電の状態と、電圧V1及びV2の高低関係とに基づいて決定されるアームA及びBによる昇圧及び降圧の動作が継続する期間を表す。
ここでは、時刻t0からt2までの期間に低圧電池100が充電され、時刻t2で充電が中断され、時刻t2からt4までの期間に低圧電池100が放電されるものとする。また、時刻t0からt1(t0<t1<t2)までの期間中と、時刻t3からt4(t2<t3<t4)までの期間中は、電圧V1が電圧V2より低く、時刻t1からt3までの期間中は、電圧V1が電圧V2より高いものとする。
例えば、低圧電池100の充電が決定された期間のうち、電圧V1が電圧V2より低い時刻t0からt1までの期間中は、アームAが素通しに制御され、且つアームBによって電圧V2が降圧され、この降圧期間中に抵抗器R11を流れる電流が、充電の目標電流と一致するようにPWM制御される。電圧V1が電圧V2より高い時刻t1からt2までの期間中は、アームBが素通しに制御され、且つアームAによって電圧V2が昇圧され、この昇圧期間中に抵抗器R11を流れる電流が、充電の目標電流と一致するようにPWM制御される。時刻t1にて、アームBによる降圧からアームAによる昇圧に切り替える方法については、様々な技術が既に提案されているので、ここでの説明を省略する。
同様に、低圧電池100の放電に切り替えられた期間のうち、電圧V1が電圧V2より高い時刻t2からt3までの期間中は、アームBが素通しに制御され、且つアームAによって電圧V1が降圧され、この降圧期間中に抵抗器R11を流れる電流が、放電の目標電流と一致するようにPWM制御される。電圧V1が電圧V2より低い時刻t3からt4までの期間中は、アームAが素通しに制御され、且つアームBによって電圧V1が昇圧され、この昇圧期間中に抵抗器R11を流れる電流が、放電の目標電流と一致するようにPWM制御される。
以上の駆動制御部10における駆動回路11及び増幅器14の動作説明は、ハードウェアによって電圧信号等を処理する場合を例にしたものであるが、マイコン12が実行するソフトウェアによって信号処理を行い、その結果によってトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4を駆動するようにしてもよい。また、以上の動作説明は、電圧V1と電圧V2との高低関係が一意に定まらないことを前提としていたが、例えば電圧V1が常に電圧V2より高い場合は、アームBが不要となり、トランジスタQ4が削減され、トランジスタQ3が導線で置き換えられる。同様に、電圧V1が常に電圧V2より低い場合は、アームAが不要となり、トランジスタQ2が削減され、トランジスタQ1が導線で置き換えられる。
上述の構成において、DC/DCコンバータ1は、低圧電池100の電池電圧又はSOCが低下した場合に、DC/DCコンバータ3から負荷群200に供給される電圧を変換して低圧電池100を緩やかに充電する。低圧電池100がDC/DCコンバータ3からの電力により、直接的に充電されるようにしてもよい。この場合は、DC/DCコンバータ1が低圧電池100の電圧を変換して負荷群200及び蓄電器2に電源電圧を供給することとなる。
負荷群200にリアクタンス成分が含まれている場合等に、上記電源電圧が短時間内に急変動したときは、蓄電器2が電源電圧の変動を抑える。例えば、高圧電池300等の高圧系は、安全のために車体からフローティングされており、車両Cの始動時にフローティングを解除するリレーに突入電流が流れるが、このような場合であっても、蓄電器2からの放電電流で電源電圧の低下が抑えられる。低圧電池100又はDC/DCコンバータ1が故障した場合は、蓄電器2が一定時間だけ負荷群200に動作電力を供給する。
具体的には、負荷群200の電源電圧、即ち蓄電器2の電圧が第1電圧より低い場合、DC/DCコンバータ1が低圧電池100の電圧を変換して低圧電池100を放電させることにより、蓄電器2が充電されて電圧が上昇する。低圧電池100の放電は、例えば許容される最大限の電流にて行われ、蓄電器2の電圧が標準電圧(即ち負荷群200の定格電圧に相当する電圧)まで上昇したときに停止される。例えば低圧電池100のSOCが低下して充電が進行している場合であっても、低圧電池100の充電が中断されて上記の放電が行われる。
同様に、蓄電器2の電圧が第1電圧より高い第2電圧以上である場合、DC/DCコンバータ1が蓄電器2の電圧を変換して低圧電池100を充電することにより、蓄電器2が放電されて電圧が低下する。低圧電池100の充電は、例えば許容される最大限の電流にて行われ、蓄電器2の電圧が標準電圧まで低下したときに停止される。
以下では、上述した駆動制御部10の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、マイコン12に予め格納されているコンピュータプログラムに従って不図示のCPU(以下、単にCPUという)により実行される。図4及び図5は、実施形態1に係る電源システムSで駆動回路11の動作を制御するCPUの処理手順を示すフローチャートである。図4,5の処理は、例えば一定の時間間隔で起動される。図中の低速充電フラグは、低速充電の実行を示すフラグであり、初期値を0としてマイコン12内蔵のRAMに記憶される。
図4の処理が起動された場合、CPUは、蓄電器2の電圧Vcを取得し(S11)、取得した電圧Vcが第1電圧より低いか否かを判定する(S12)。第1電圧は、負荷群200が動作する電源電圧の下限である6Vより若干高い電圧である。電圧Vcが第1電圧より低い場合(S12:YES)、CPUは、駆動回路11に対して放電を指示する信号を設定する(S13)と共に、増幅器14に対して放電の目標電流を示すレベル信号を設定する(S14)。これにより、後述する低速充電が行われている場合であっても、放電への切り替えが行われる。
ステップS12で電圧Vcが第1電圧より低くない場合(S12:NO)、CPUは、電圧Vcが第2電圧以上であるか否かを判定する(S15)。第2電圧は、第1電圧より高い電圧であり、負荷群200が動作する電源電圧の上限である14Vより若干低い電圧である。電圧Vcが第2電圧以上ではない場合(S15:NO)、CPUは、後述するステップS31に処理を移す。
ステップS15で電圧Vcが第2電圧以上である場合(S15:YES)、CPUは、駆動回路11に対して充電を指示する信号を設定する(S16)と共に、増幅器14に対して急速充電の目標電流を示すレベル信号を設定する(S17)。急速充電の目標電流を示すレベル信号は、放電の目標電流を示すレベル信号と比較して、大きさが同等で極性が互いに逆である。
ステップS14又はS17で放電又は急速充電の目標電流を設定した場合、CPUは、駆動回路11に対して駆動を指示する信号を設定する(S18)。これにより、駆動回路11は、放電が指示されていた場合に低圧電池100を放電させて蓄電器2を充電し、充電が指示されていた場合に蓄電器2を放電させて低圧電池100を充電するように各トランジスタをオン/オフに駆動する。この場合、放電電流は放電の目標電流と一致するように、充電電流は急速充電の目標電流と一致するように制御される。放電電流又は充電電流が大きいほど、且つ充放電の開始が早いほど、過度に低下又は上昇した蓄電器2の電圧の回復が早まるのは言うまでもない。
次いで、CPUは、所定時間だけ待機して(S19)蓄電器2の電圧が適当に変化するのを待ち受けた後、蓄電器2の電圧Vcを取得し(S20)、取得した電圧Vcが標準電圧に達したか否かを判定する(S21)。標準電圧は、負荷群200が標準的に要求する動作電圧であり、例えば12Vである。電圧Vcが標準電圧に達していない場合(S21:NO)、CPUは、蓄電器2の電圧を判定する処理を繰り返すために、ステップS19に処理を移す。
一方、電圧Vcが標準電圧に達した場合(S21:YES)、即ち、電圧Vcが第1電圧から標準電圧まで上昇するか、又はで電圧Vcが第2電圧から標準電圧まで低下した場合、CPUは、低速充電フラグが1にセットされているか否かを判定する(S22)。低速充電フラグが1にセットされていない場合(S22:NO)、即ち低速充電が実行されていなかった場合、CPUは、駆動回路11に対して停止を指示する信号を設定して(S23)図4の処理を終了する。
一方、低速充電フラグが1にセットされている場合(S22:YES)、即ち低速充電が実行されていた場合、CPUは、駆動回路11に対して充電を指示する信号を設定する(S24)と共に、増幅器14に対して低速充電の目標電流を示すレベル信号を設定して(S25)図4,5の処理を終了する。
図5に移って、CPUは、低圧電池100のSOCが第1閾値(所定値に相当)より小さいか否かを判定する(S31)。第1閾値は、適当に設定されたSOCの下限値である。CPUは、図4,5に示す処理とは異なる処理にて、時系列的にSOCを算出しているものとする。
SOCが第1閾値より小さい場合(S31:YES)、CPUは、駆動回路11に対して充電を指示する信号を設定する(S32)と共に、増幅器14に対して低速充電の目標電流を示すレベル信号を設定する(S33)。低速充電の目標電流は、急速充電の目標電流よりも小さい電流にすることができる。その後、CPUは、駆動回路11に対して駆動を指示する信号を設定し(S34)、更に低速充電フラグを1にセットしておいて(S35)、次の起動を待ち受けるために図4,5の処理を終了する。
一方、ステップS31でSOCが第1閾値より小さくない場合(S31:NO)、CPUは、SOCが第1閾値より大きい第2閾値以上であるか否かを判定する(S36)。SOCが第1閾値未満でもなく第2閾値以上でもない場合(S36:NO)、CPUは、駆動回路11に対して特段の信号も設定せずに図4,5の処理を終了する。一方、SOCが第2閾値以上である場合(S36:YES)、CPUは、駆動回路11に対して停止を指示する信号を設定し(S37)、更に低速充電フラグを0にクリアして(S38)、図4,5の処理を終了する。
以上のように本実施形態1によれば、車両Cの負荷群200に接続された蓄電器2が負荷群200との間で一時的に電力を蓄電し、蓄電器2及び低圧電池100の間に接続されたDC/Cコンバータ1が双方向に電圧変換する。負荷群200の消費電流が急増して蓄電器2の電圧が第1電圧より低下した場合は、DC/DCコンバータ1が低圧電池100を放電させて蓄電器2を充電する。また、負荷群200からの回生電力で蓄電器2の電圧が第2電圧以上となった場合は、DC/DCコンバータ1が蓄電器2を放電させて低圧電池100を充電する。これにより、DC/DCコンバータ1は、負荷変動が発生してから充放電を開始するまでの応答時間を過度に短くせずに済み、併せて充放電開始時のピーク電流が抑制される。従って、負荷変動を抑制すべく負荷群200に電流を入出力するDC/DCコンバータ1の過度な高速化及び大電流化を不要とすることができる。
また、実施形態1によれば、低圧電池100がリチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池であり、エネルギー密度が高いため、容積及び質量が比較的小さくとも、負荷群200に対する電源の供給を好適にバックアップすることができる。
更に、実施形態1によれば、蓄電器2が電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池であり、急速な充放電特性に優れているため、負荷電流の急激な変動による負荷群200の電圧変動を好適に防止することができる。
更に、実施形態1によれば、DC/DCコンバータ1と蓄電器2とを一体化することができる。
更に、実施形態1によれば、電源システムSには、蓄電器2に加えて低圧電池100が更に含まれており、これらをDC/DCコンバータ1と一体的に管理することができる。
更に、実施形態1によれば、DC/DCコンバータ3が高圧電池300の電圧を降圧して負荷群200に定常的に電力を供給するため、DC/DCコンバータ1の充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。
更に、実施形態1によれば、電源システムSには、蓄電器2に加えてDC/DCコンバータ3が更に含まれており、これらをDC/DCコンバータ1と一体的に管理することができる。
更に、実施形態1によれば、低圧電池100のSOCが第1閾値より低下した場合、DC/DCコンバータ1が、DC/DCコンバータ3から負荷群200に供給される電圧を変換して低圧電池100を充電するため、低圧電池100のSOCを一定以上に保持することができる。
更に、実施形態1によれば、低圧電池100が低速充電中であっても、蓄電器2の電圧が第1電圧より低下した場合は、DC/DCコンバータ1が低圧電池100の充電を停止し、低圧電池100を放電させて蓄電器2を充電する。従って、低圧電池100が充電中であるか否かに関わらず、蓄電器2では抑えきれない負荷群200の電圧変動を、低圧電池100からの電力によって抑制することができる。
(変形例1)
実施形態1は、DC/DCコンバータ3が高圧電池300の電圧を降圧して負荷群200に電力を供給する形態であるのに対し、変形例1は、車載のオルタネータ400(車載発電機に相当)が負荷群200に電力を供給する形態である。図6は、変形例1に係る電源システムS1の構成例を示すブロック図である。電源システムS1では、負荷群200は、車両Cのエンジンに連動して発電するオルタネータ400から一定の電源電圧が供給される。その他の接続構成については実施形態1の図1に示すものと同様であるため、実施形態1に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
実施形態1は、DC/DCコンバータ3が高圧電池300の電圧を降圧して負荷群200に電力を供給する形態であるのに対し、変形例1は、車載のオルタネータ400(車載発電機に相当)が負荷群200に電力を供給する形態である。図6は、変形例1に係る電源システムS1の構成例を示すブロック図である。電源システムS1では、負荷群200は、車両Cのエンジンに連動して発電するオルタネータ400から一定の電源電圧が供給される。その他の接続構成については実施形態1の図1に示すものと同様であるため、実施形態1に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
本変形例1にあっては、実施形態1の高圧電池300及びDC/DCコンバータ3がオルタネータ400に置き換わっているが、DC/DCコンバータ1の動作は実施形態1の場合と同様である。即ち、DC/DCコンバータ1は、低圧電池100の電池電圧又はSOCが低下した場合に、オルタネータ400から負荷群200に供給される電圧を変換して低圧電池100を緩やかに充電する。低圧電池100がオルタネータ400からの電力により、直接的に充電されるようにしてもよい。この場合は、DC/DCコンバータ1が低圧電池100の電圧を変換して負荷群200及び蓄電器2に電源電圧を供給することとなる。
また、負荷群200の電源電圧、即ち蓄電器2の電圧が第1電圧より低い場合、DC/DCコンバータ1が低圧電池100の電圧を変換して低圧電池100を放電させることにより、蓄電器2が充電されて電圧が上昇する。同様に、蓄電器2の電圧が第1電圧より高い第2電圧以上である場合、DC/DCコンバータ1が蓄電器2の電圧を変換して低圧電池100を充電することにより、蓄電器2が放電されて電圧が低下する。
本変形例1に係る電源システムS1で駆動回路11の動作を制御するCPUの処理手順は、実施形態1の図4,5に示すものと同様であるため、フローチャートの図示及びその説明を省略する。
以上のように本変形例1によれば、オルタネータ400が負荷群200に電力を供給するためオルタネータ400から低圧電池100に電力が供給されるため、DC/DCコンバータ1の充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。
1、3 DC/DCコンバータ
2 蓄電器
10 駆動制御部
11 駆動回路
12 マイコン
13 三角波発生回路
14 増幅器
100 低圧電池
200 負荷群
300 高圧電池
400 オルタネータ
A、B アーム
C 車両
Q1、Q2、Q3、Q4 トランジスタ
C11、C12 コンデンサ
L1 インダクタ
R11 抵抗器
Z1 増幅器
2 蓄電器
10 駆動制御部
11 駆動回路
12 マイコン
13 三角波発生回路
14 増幅器
100 低圧電池
200 負荷群
300 高圧電池
400 オルタネータ
A、B アーム
C 車両
Q1、Q2、Q3、Q4 トランジスタ
C11、C12 コンデンサ
L1 インダクタ
R11 抵抗器
Z1 増幅器
Claims (10)
- 車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、前記車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換するDC/DCコンバータであって、
前記蓄電器の電圧が第1電圧より低い場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電し、
前記蓄電器の電圧が前記第1電圧より高い第2電圧以上である場合、前記蓄電器の電圧を変換して前記二次電池を充電するDC/DCコンバータ。 - 前記二次電池は、リチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池である請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記蓄電器は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池を含む請求項1又は2に記載のDC/DCコンバータ。
- 請求項1から3の何れか1項に記載のDC/DCコンバータと、前記蓄電器とを備える電源システム。
- 前記二次電池を更に備える請求項4に記載の電源システム。
- 前記負荷は、前記車両に搭載される第2の二次電池の電圧を降圧する第2のDC/DCコンバータから電力が供給される請求項4又は5に記載の電源システム。
- 前記第2のDC/DCコンバータを更に備える請求項6に記載の電源システム。
- 前記負荷は、前記車両に搭載されたエンジンに連動して発電する車載発電機から電力が供給される請求項4又は5に記載の電源システム。
- 前記DC/DCコンバータは、前記二次電池のSOC(State Of Charge)が所定値より低下した場合、前記負荷に供給される電圧を変換して前記二次電池を充電する請求項6から8の何れか1項に記載の電源システム。
- 前記DC/DCコンバータは、前記二次電池の充電中に前記蓄電器の電圧が前記第1電圧より低下した場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電する請求項9に記載の電源システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018011961A JP2019129686A (ja) | 2018-01-26 | 2018-01-26 | Dc/dcコンバータ及び電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018011961A JP2019129686A (ja) | 2018-01-26 | 2018-01-26 | Dc/dcコンバータ及び電源システム |
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JP2019129686A true JP2019129686A (ja) | 2019-08-01 |
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ID=67471443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2018011961A Pending JP2019129686A (ja) | 2018-01-26 | 2018-01-26 | Dc/dcコンバータ及び電源システム |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2019129686A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022085356A1 (ja) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | 株式会社今仙電機製作所 | 車両用電源システム |
-
2018
- 2018-01-26 JP JP2018011961A patent/JP2019129686A/ja active Pending
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WO2022085356A1 (ja) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | 株式会社今仙電機製作所 | 車両用電源システム |
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