JP2020036448A - 電源システム - Google Patents
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Abstract
Description
ループ状に接続された、双方向の電力変換が可能な複数のコンバータと、
前記複数のコンバータにおいて隣接するコンバータ間に設けられた複数のバッテリと、
前記複数のコンバータを制御可能なコントローラと、
を備える。
[システム構成]
図1は、第1実施形態に係る電源システム1のブロック図である。図1において、各ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを示す。また、図1において、各ブロックを結ぶ破線は、制御の流れを示す。
コントローラ41は、電源システム1が交流電源2に接続されている間、第4コンバータ14へ制御信号を出力することにより、第4コンバータ14を制御して、交流電源2からの電力によって第1バッテリ21を充電する。
コントローラ41は、第1バッテリ21の異常を検出すると、故障した第1バッテリをリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ41は、第1コンバータ11を制御して、第2バッテリ22に充電された電力を、第1バッテリ21に接続された負荷としてのモータ31に供給する。このときの電力の経路は、図2に示す経路P3となる。経路P3は、第2バッテリ22から第1コンバータ11を介してモータ31へ流れる電力の経路である。
コントローラ41は、第2バッテリ22の異常を検出すると、故障した第2バッテリ22をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ41は、第1コンバータ11を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22に接続された負荷としての補機32に供給する。このときの電力の経路は、図3に示す経路P5となる。経路P5は、第1バッテリ21から第1コンバータ11を介して補機32へ流れる電力の経路である。
コントローラ41は、第3バッテリ23の異常を検出すると、故障した第3バッテリ23をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ41は、第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第3バッテリ23に接続された負荷としてのECU33及びコントローラ41に供給する。このときの電力の経路は、図4に示す経路P7となる。経路P7は、第1バッテリ21から第3コンバータ13を介してECU33等へ流れる電力の経路である。
コントローラ41は、第1コンバータ11の異常を検出すると、第1コンバータ11をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から切り離す。コントローラ41は、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する。このときの電力の経路は、図5に示す経路P9となる。経路P9は、第1バッテリ21から第3コンバータ13を介して第3バッテリ23へ流れる電力の経路、及び、第1バッテリ21から第3コンバータ13及び第2コンバータ12を介して第2バッテリ22へ流れる電力の経路である。
コントローラ41は、第3コンバータ13の異常を検出すると、第3コンバータ13をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から切り離す。コントローラ41は、第1コンバータ11及び第2コンバータ12を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する。このときの電力の経路は、図6に示す経路P10となる。経路P10は、第1バッテリ21から第1コンバータ11を介して第2バッテリ22へ流れる電力の経路、及び、第1バッテリ21から第1コンバータ11及び第2コンバータ12を介して第3バッテリ23へ流れる電力の経路である。
図7は、第1実施形態に係る電源システム1の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、コントローラ41は、電源システム1を搭載する車両が走行を始めると、図7に示す処理を開始する。また、コントローラ41は、電源システム1を搭載する車両が走行を停止すると、図7に示す処理を終了する。
第2実施形態では、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14に採用可能な回路構成について説明する。
第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13に採用可能な回路構成について、図9を参照して説明する。以下、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を特に区別しない場合、「コンバータ10」と総称する。
図10は、第2実施形態に係るAC−DCコンバータの回路図である。換言すると、図10は、第4コンバータ14の回路図である。第4コンバータ14は、コンバータ10と、整流回路15とを有する。
図11は、第2実施形態に係るプレーナ型トランスの斜視図である。図12は、図11に示すL−L線におけるプレーナ型トランスの断面図である。なお、図12には、コア65の内部に形成される閉磁路の磁束を破線で示す。
トランス61〜64がコア65を共有して構成される場合、第1コンバータ11等の駆動周波数を適宜選択することにより、コア65における磁気飽和を防ぐことができる。以下、この内容について説明する。
B<Bmax
A>φ/Bmax 式(1)
式(1)において、Bmaxは、コア65の飽和磁束密度である。Bmaxは、コア65の磁気特性に応じた値となる。つまり、Bmaxは、コア65を構成する磁性材料に応じた値となる。Aは、図12に示す中脚部66の断面積である。磁束φは、図9に示すコンバータ10が駆動するときに、中脚部66に生じる磁束φである。
第2実施形態では、図1に示すコントローラ41は、スイッチ91A〜94A,91B〜94Bを制御して、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14が同時に駆動しないように制御する。
図13は、第2実施形態の他の例に係るDC−DCコンバータの回路図である。図13では、図9に示す構成の一部を示す。第1コンバータ11a、第2コンバータ12a、第3コンバータ13a及び第4コンバータ14aは、同様のDC−DCコンバータを採用可能である。以下では、第1コンバータ11aを例に説明する。
2 交流電源
10 コンバータ
11,11a 第1コンバータ
12,12a 第2コンバータ
13,13a 第3コンバータ
14,14a 第4コンバータ
15 整流回路
20A,20B バッテリ
21 第1バッテリ
22 第2バッテリ
23 第3バッテリ
31 モータ(負荷)
32 補機(負荷)
33 ECU(負荷)
40 メモリ
41 コントローラ
50 駆動回路
51A,51B スイッチング回路
52A,52B 平滑コンデンサ
60,61〜64 トランス
65 コア
66 中脚部
66a ギャップ
67−1,67−2 側脚部
68 上面部
69 下面部
70〜74,80〜84 巻線
90A〜94A,90B〜94B スイッチ
100 プレーナ型トランス
110〜117 基板
121A,121B,122A,122B スイッチ
P1〜P10 経路
Q1A〜Q4A,Q1B〜Q4B スイッチング素子
Claims (13)
- ループ状に接続された、双方向の電力変換が可能な複数のコンバータと、
前記複数のコンバータにおいて隣接するコンバータ間に設けられた複数のバッテリと、
前記複数のコンバータを制御可能なコントローラと、
を備える、電源システム。 - 請求項1に記載の電源システムにおいて、
前記複数のバッテリは、
第1バッテリと、
前記第1バッテリよりも公称電圧が低い第2バッテリと、
前記第2バッテリよりも公称電圧が低い第3バッテリと、を含み、
前記複数のコンバータは、
前記第1バッテリと前記第2バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第1コンバータと、
前記第2バッテリと前記第3バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第2コンバータと、
前記第3バッテリと前記第1バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第3コンバータと、を含む、電源システム。 - 請求項2に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第1コンバータ及び前記第3コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリ及び前記第3バッテリに供給する、電源システム。 - 請求項3に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第1バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第1バッテリの異常を検出すると、前記第1コンバータを制御して、前記第2バッテリに充電された電力を、前記第1バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。 - 請求項3に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第2バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第2バッテリの異常を検出すると、前記第1コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。 - 請求項3に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第3バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第3バッテリの異常を検出すると、前記第3コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第3バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。 - 請求項3に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第1コンバータの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第1コンバータの異常を検出すると、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリ及び前記第3バッテリに供給する、電源システム。 - 請求項3に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第3コンバータの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第3コンバータの異常を検出すると、前記第1コンバータ及び前記第2コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリ及び前記第3バッテリに供給する、電源システム。 - 請求項2乃至8の何れか一項に記載の電源システムにおいて、
前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのそれぞれのトランスは、コアを共有して構成される、電源システム。 - 請求項9に記載の電源システムにおいて、
前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのそれぞれのトランスは、プレーナ型トランスである、電源システム。 - 請求項9又は10に記載の電源システムにおいて、
前記第1コンバータの駆動周波数は、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータの駆動周波数よりも高く、
前記第1コンバータの駆動周波数は、前記コアの磁気特性に応じて決定される、電源システム。 - 請求項9又は10に記載の電源システムにおいて、
前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのそれぞれにおいて、少なくも前記トランスを他の構成要素から切り離すスイッチが設けられる、電源システム。 - 請求項12に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのうちの制御対象ではないコンバータでは、前記スイッチを制御して、少なくも前記トランスを他の構成要素から切り離す、電源システム。
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