JP2020089105A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電電力の制限値を超えてバッテリが充放電されることを抑制可能な電源制御装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る電源制御装置は、第１バッテリ及び第２バッテリを備え、第１バッテリと第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源を制御する電源制御装置であって、電源の総充電電力の大きさを第１バッテリの充電電力及び第２バッテリの充電電力の大きい方の充電電力の２倍の大きさに制限し、電源の総放電電力の大きさを第１バッテリの放電電力及び第２バッテリの放電電力の小さい方の放電電力の２倍の大きさに制限する手段を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、電源制御装置に関する。

特許文献１には、スイッチ素子を制御することによって直列接続状態と並列接続状態との間で接続状態を切り換え可能な２つのバッテリと、２つのバッテリのうちの一方のバッテリに直列に接続されたリアクトル素子と、を備える電源装置が記載されている。

特開２０１４−３８５８号公報

特許文献１に記載の電源装置では、２つのバッテリの接続状態が直列接続状態や並列接続状態であるときに各バッテリの充放電電力を個別に制御できない。このため、特許文献１に記載の電源装置によれば、温度条件によっては充放電電力の制限値を超えてバッテリが充放電される可能性がある。より具体的には、電源装置の総充放電電力が２つのバッテリの充放電電力の和である場合、温度条件によって一方のバッテリの充放電電力を制限しなければならない場合（例えば過熱時等）であっても、一方のバッテリの充放電電力が制限値以上となる可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、充放電電力の制限値を超えてバッテリが充放電されることを抑制可能な電源制御装置を提供することにある。

本発明に係る電源制御装置は、第１バッテリ及び第２バッテリを備え、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源を制御する電源制御装置であって、前記電源の総充電電力の大きさを前記第１バッテリの充電電力及び前記第２バッテリの充電電力の大きい方の充電電力の２倍の大きさに制限し、前記電源の総放電電力の大きさを前記第１バッテリの放電電力及び前記第２バッテリの放電電力の小さい方の放電電力の２倍の大きさに制限する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両の電源装置によれば、電源の総充電電力の大きさを第１バッテリの充電電力及び第２バッテリの充電電力の大きい方の充電電力の２倍の大きさに制限し、電源の総放電電力の大きさを第１バッテリの放電電力及び第２バッテリの放電電力の小さい方の放電電力の２倍の大きさに制限するので、充放電電力の制限値を超えてバッテリが充放電されることを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である電源制御装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す電源装置の構成を示す回路図である。 図３は、本発明の一実施形態である電力制限処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、第１バッテリの単独接続状態時の電力制限処理を説明するための図である。 図５は、並列接続状態時の電力制限処理を説明するための図である。 図６は、直列接続状態時の電力制限処理を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である電源制御装置の構成について説明する。

〔車両の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である電源制御装置が適用される車両の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である電源制御装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である電源制御装置が適用される車両１は、ＨＶ（Hybrid Vehicle），ＥＶ（Electric Vehicle），ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle），ＦＣＥＶ（Fuel Cell Electric Vehicle）等の電動車両によって構成され、電源装置２、インバータ３、及び駆動用モータ４を備えている。

電源装置２は、正線ＰＬ及び負線ＮＬを介してインバータ３に接続され、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御部２１からの制御信号に従ってインバータ３との間で電力を充放電する機能を有している。

インバータ３は、配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して駆動用モータ４に接続され、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータ３は、電源装置２から供給された直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ４に供給すると共に、駆動用モータ４が発電した交流電力を直流電力に変換して電源装置２に供給する。なお、インバータ３は複数設けてもよい。

駆動用モータ４は、同期発電電動機により構成されている。駆動用モータ４は、インバータ３から供給された交流電力によって駆動されることにより車両駆動用の電動機として機能すると共に、車両の駆動力を利用して交流電力を発電する発電機として機能する。

〔電源装置の構成〕
次に、図２を参照して、電源装置２の構成について説明する。

図２は、図１に示す電源装置２の構成を示す回路図である。図２に示すように、電源装置２は、正線ＰＬと第１ノードＮ１との間に接続された第１スイッチ素子Ｓ１と、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に接続された第２スイッチ素子Ｓ２と、第２ノードＮ２と負線ＮＬとの間に接続された第３スイッチ素子Ｓ３と、第１ノードＮ１及び負線ＮＬにそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリＢ１と、第１ノードＮ１と負線ＮＬとの間に接続されたフィルタコンデンサＣ１と、正線ＰＬと第３ノードＮ３との間に接続されたリアクトル素子Ｒと、第３ノードＮ３及び第２ノードＮ２にそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリＢ２と、第３ノードＮ３と第２ノードＮ２との間に接続されたフィルタコンデンサＣ２と、正線ＰＬと負線ＮＬとの間に接続された平滑コンデンサＣ_Ｈと、を備えている。また、電源装置２は、その制御系として、電源装置２の動作を制御する制御部２１を備えている。

なお、第１スイッチ素子Ｓ１、第２スイッチ素子Ｓ２、及び第３スイッチ素子Ｓ３は、半導体スイッチング素子によって構成されている。半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子に接続される側をアノードとしてダイオード（整流素子）が接続されている。半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ以外のものを用いる場合、スイッチ素子が導通したときに流れる電流とは逆向きの電流が流れるように半導体スイッチング素子にダイオードを並列に接続する。ダイオードは、半導体スイッチング素子に伴う寄生ダイオードであってもよい。本明細書では、半導体スイッチング素子とダイオードとを併せたものをスイッチ素子という。

この電源装置２では、制御部２１が、第１スイッチ素子Ｓ１、第２スイッチ素子Ｓ２、及び第３スイッチ素子Ｓ３のオン／オフ状態を制御することにより、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータ３との接続状態を直列接続状態、並列接続状態、第１バッテリＢ１の単独接続状態、及び第２バッテリＢ２の単独接続状態の間で切り換えることができる。具体的には、制御部２１は、第１スイッチ素子Ｓ１及び第３スイッチ素子Ｓ３をオフ状態、第２スイッチ素子Ｓ２をオン状態に制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２とを直列に接続した状態でインバータ３と接続する（直列接続状態）。制御部２１は、第１スイッチ素子Ｓ１及び第３スイッチ素子Ｓ３をオン状態、第２スイッチ素子Ｓ２をオフ状態に制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２とを並列に接続した状態でインバータ３と接続する（並列接続状態）。制御部２１は、第１スイッチ素子Ｓ１をオン状態、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３をオフ状態に制御することにより、第１バッテリＢ１のみをインバータ３に接続する（第１バッテリＢ１の単独接続状態）。制御部２１は、第１スイッチ素子Ｓ１及び第２スイッチ素子Ｓ２をオフ状態、第３スイッチ素子Ｓ３をオン状態に制御することにより、第２バッテリＢ２のみをインバータ３に接続する（第２バッテリＢ２の単独接続状態）。

このような構成を有する電源装置２では、制御部２１が、以下に示す電力制限処理を実行することによって充放電電力の制限値を超えて第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２が充放電されることを抑制する。以下、図３〜図６を参照して、この電力制限処理を実行する際の制御部２１の動作について説明する。

〔電力制限処理〕
図３は、本発明の一実施形態である電力制限処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、車両１のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、電力制限処理はステップＳ１の処理に進む。電力制限処理は、車両１のイグニッションスイッチがオン状態である間、前回の電力制限処理が終了してから所定時間が経過したタイミングで再度実行される。

ステップＳ１の処理では、制御部２１が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータ３との接続状態が第１バッテリＢ１の単独接続状態であるか否かを判別する。判別の結果、第１バッテリＢ１の単独接続状態である場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部２１は、電力制限処理をステップＳ４の処理に進める。一方、第１バッテリＢ１の単独接続状態でない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御部２１は、電力制限処理をステップＳ２の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、制御部２１が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータ３との接続状態が第２バッテリＢ２の単独接続状態であるか否かを判別する。判別の結果、第２バッテリＢ２の単独接続状態である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部２１は、電力制限処理をステップＳ５の処理に進める。一方、第２バッテリＢ２の単独接続状態でない場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部２１は、電力制限処理をステップＳ３の処理に進める。

ステップＳ３の処理では、制御部２１が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータ３との接続状態が並列接続状態又は直接接続状態であるか否かを判別する。判別の結果、並列接続状態又は直接接続状態である場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御部２１は、電力制限処理をステップＳ６の処理に進める。一方、並列接続状態又は直接接続状態でない場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、制御部２１は、一連の電力制限処理を終了する。

ステップＳ４の処理では、制御部２１が、インバータ３及び駆動用モータ４を制御することにより、電源装置２の総充電電力Ｗｉｎを第１バッテリＢ１の充電電力Ｗｉｎｂ１に制限する。また、制御部２１は、インバータ３及び駆動用モータ４を制御することにより、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔを第１バッテリＢ１の放電電力Ｗｏｕｔｂ１に制限する。図４（ａ）〜（ｄ）は、第１バッテリＢ１の単独接続状態時の電力制限処理を説明するための図である。図４（ａ）〜（ｄ）に示す例では、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔ（要求電力）は、第１バッテリＢ１の放電電力Ｗｏｕｔｂ１である１００ｋＷに制限されている。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の電力制御処理は終了する。

ステップＳ５の処理では、制御部２１が、インバータ３及び駆動用モータ４を制御することにより、電源装置２の総充電電力Ｗｉｎを第２バッテリＢ２の充電電力Ｗｉｎｂ２に制限する。また、制御部２１は、インバータ３及び駆動用モータ４を制御することにより、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔを第２バッテリＢ２の放電電力Ｗｏｕｔｂ２に制限する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連の電力制御処理は終了する。

ステップＳ６の処理では、制御部２１が、インバータ３及び駆動用モータ４を制御することにより、電源装置２の総充電電力Ｗｉｎを第１バッテリＢ１の充電電力Ｗｉｎｂ１及び第２バッテリＢ２の充電電力Ｗｉｎｂ２の大きい方の充電電力ｍａｘ（Ｗｉｎｂ１，Ｗｉｎｂ２）の２倍の大きさに制限する。また、制御部２１は、インバータ３及び駆動用モータ４を制御することにより、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔを第１バッテリＢ１の放電電力Ｗｏｕｔｂ１及び第２バッテリＢ２の放電電力Ｗｏｕｔｂ２の小さい方の放電電力ｍｉｎ（Ｗｏｕｔｂ１，Ｗｏｕｔｂ２）の２倍の大きさに制限する。

このような構成によれば、例えば図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、並列接続状態において第２バッテリＢ２の放電電力が温度条件やＳＯＣ条件等によって制限されている場合であっても、放電電力の制限値を超えて第２バッテリＢ２が放電されることを抑制できる。図５（ａ）〜（ｄ）に示す例では、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔ（要求電力）は、第２バッテリＢ２の放電電力Ｗｏｕｔｂ２である５０ｋＷの２倍（＝１００ｋＷ）に制限されている。同様に、例えば図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、直列接続状態において第２バッテリＢ２の放電電力が温度条件やＳＯＣ条件等によって制限されている場合であっても、放電電力の制限値を超えて第２バッテリＢ２が放電されることを抑制できる。図６（ａ）〜（ｄ）に示す例では、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔ（要求電力）は、第２バッテリＢ２の放電電力Ｗｏｕｔｂ２である５０ｋＷの２倍（＝１００ｋＷ）に制限されている。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の電力制限処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である電力制限処理では、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態が直列接続状態又は並列接続状態である場合、制御部２１が、電源装置２の総充電電力Ｗｉｎの大きさを第１バッテリＢ１の充電電力Ｗｉｎｂ１及び第２バッテリＢ２の充電電力Ｗｉｎｂ２の大きい方の充電電力ｍａｘ（Ｗｉｎｂ１，Ｗｉｎｂ２）の２倍の大きさに制限すると共に、電源装置２の総放電電力Ｗｏｕｔの大きさを第１バッテリＢ１の放電電力Ｗｏｕｔｂ１及び第２バッテリＢ２の放電電力Ｗｏｕｔｂ２の小さい方の放電電力ｍｉｎ（Ｗｏｕｔｂ１，Ｗｏｕｔｂ２）の２倍の大きさに制限するので、充放電電力の制限値を超えて第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２が充放電されることを抑制できる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 車両
２ 電源装置
３ インバータ
４ 駆動用モータ
２１ 制御部
Ｂ１ 第１バッテリ
Ｂ２ 第２バッテリ
Ｃ１，Ｃ２ フィルタコンデンサ
Ｃ_Ｈ 平滑コンデンサ
Ｎ１ 第１ノード
Ｎ２ 第２ノード
Ｎ３ 第３ノード
ＮＬ 負線
ＰＬ 正線
Ｒ リアクトル素子
Ｓ１ 第１スイッチ素子
Ｓ２ 第２スイッチ素子
Ｓ３ 第３スイッチ素子

Claims (1)

1. 第１バッテリ及び第２バッテリを備え、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源を制御する電源制御装置であって、
   前記電源の総充電電力の大きさを前記第１バッテリの充電電力及び前記第２バッテリの充電電力の大きい方の充電電力の２倍の大きさに制限し、前記電源の総放電電力の大きさを前記第１バッテリの放電電力及び前記第２バッテリの放電電力の小さい方の放電電力の２倍の大きさに制限する手段を備えることを特徴とする電源制御装置。

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