JP2020099142A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ間のＳＯＣ差が広がることを抑制可能な電源装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る電源装置は、第１バッテリ及び第２バッテリと電気負荷との接続状態が第１バッテリ及び第２バッテリの一方のみが電気負荷に接続されている単独接続状態にあるときに電気負荷から充電電流が入力される場合、第１バッテリ及び第２バッテリと電気負荷との接続状態を第１バッテリと第２バッテリとが直列に接続されている状態で電気負荷に接続されている直列接続状態に切り換える。【選択図】図４

Description

本発明は、モータ等の電気負荷に接続される電源装置に関する。

特許文献１には、モータに対して電気的に接続可能な２つのバッテリと、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、２つのバッテリ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装置が記載されている。

特開２０１４−０６４４１６号公報

モータの使い方によっては、他方のバッテリとモータとを電気的に切り離し、一方のバッテリのみを用いてモータを駆動することが考えられる。しかしながら、一方のバッテリのみがモータに接続されている際にモータから充電電流が入った場合、一方のバッテリのみが充電され、他方のバッテリと一方のバッテリとの間のＳＯＣ（State Of Charge）差が広がってしまう。

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、バッテリ間のＳＯＣ差が広がることを抑制可能な電源装置を提供することにある。

本発明に係る電源装置は、正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリと、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリと、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリと電気負荷との接続状態を、前記第１バッテリと前記第２バッテリとが直列に接続されている状態で前記電気負荷に接続されている直列接続状態と、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの一方のみが前記電気負荷に接続されている単独接続状態と、の間で切り換え可能な電源装置であって、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリと前記電気負荷との接続状態が前記単独接続状態にあるときに前記電気負荷から充電電流が入力される場合、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリと前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に切り換える手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る電源装置によれば、第１バッテリ及び第２バッテリと電気負荷との接続状態が単独接続状態にあるときに電気負荷から充電電流が入力される場合、第１バッテリ及び第２バッテリと電気負荷との接続状態を直列接続状態に切り換えるので、単独接続状態を維持した場合と比較して電気負荷に単独接続されているバッテリの電圧が上がることを抑制できる。結果、バッテリ間のＳＯＣ差が広が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、従来の電源装置の課題を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の効果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。インバータ及び駆動用モータ４は、本発明に係る電気負荷として機能する。

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の電流値に応じて第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）。

また、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）。また、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）。また、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）。なお、この際、平滑コンデンサＣ_Ｈは、インバータ３との間を流れる電力を平滑化する。

ところで、このような構成を有する電源装置２では、図３に示すように、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ときにインバータ３を介して駆動用モータ４からの充電電流ＩＬ１が第２バッテリＢ２に入ると、第２バッテリＢ２のみが充電され、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間のＳＯＣ差が広がってしまう。そこで、本発明の一実施形態である電源装置２では、制御部２１が以下に示す接続状態制御処理を実行することにより第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間のＳＯＣ差が広がることを抑制する。以下、図４を参照して、接続状態制御処理を実行する際の制御部２１の動作について説明する。

〔接続状態制御処理〕
図４は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の流れを示すフローチャートである。図４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、接続状態制御処理はステップＳ１の処理に進む。この接続状態制御処理は、車両１のイグニッションスイッチがオン状態である間、前回の接続状態制御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Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御部２１は、接続状態制御処理をステップＳ２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Ｓ１：Ｎｏ）、制御部２１は、一連の接続状態制御処理を終了する。

ステップＳ２の処理では、制御部２１が、駆動用モータ４が発電機として機能する回生動作中であるか否かを判別する。判別の結果、駆動用モータ４が回生動作中である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部２１は、駆動用モータ４から充電電流が入力されると判断し、接続状態制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、駆動用モータ４が回生動作中でない場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部２１は、駆動用モータ４から充電電流が入力されないと判断し、一連の接続状態制御処理を終了する。

ステップＳ３の処理では、制御部２１が、図５に示すように、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に切り換える（直列接続要求ＯＮ）。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の接続状態制御処理は終了する。

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接続状態制御処理では、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の単独接続状態にあるときに駆動用モータ４から充電電流が入力される場合、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に切り換える。このような構成によれば、図５に示すように充電電流ＩＬ２が第１バッテリＢ１側にも流れるようになるので、第２バッテリＢ２の単独接続状態を維持した場合と比較して第２バッテリＢ２の電圧が上がることを抑制できる。結果、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間のＳＯＣ差が広がることを抑制できる。なお、本実施形態では、第２バッテリＢ２の単独接続状態の場合について説明したが、第１バッテリＢ１の単独接続状態の場合も同様にして第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間のＳＯＣ差が広が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. 正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリと、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリと、を備え、
   前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリと電気負荷との接続状態を、前記第１バッテリと前記第２バッテリとが直列に接続されている状態で前記電気負荷に接続されている直列接続状態と、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの一方のみが前記電気負荷に接続されている単独接続状態と、の間で切り換え可能な電源装置であって、
   前記第１バッテリ及び前記第２バッテリと前記電気負荷との接続状態が前記単独接続状態にあるときに前記電気負荷から充電電流が入力される場合、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリと前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に切り換える手段を備えることを特徴とする電源装置。

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