JP2021012853A - 電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化を図ることができる電源システムを提供する。【解決手段】電源システムは、蓄電池10に電気的に接続される電力変換回路50と、制御部100と、熱伝達部45とを備えている。制御部100は、電力変換回路50を構成する各スイッチQ1〜Q8をオンオフ制御することにより、蓄電池10及び電力変換回路50の間に電流を流す。熱伝達部45は、各スイッチQ1〜Q8のオンオフ制御に伴って電力変換回路50で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する。制御部100は、昇温対象要素の昇温要求がある場合、昇温要求がない場合よりも電力変換回路50で発生する熱量を増大させるように、各スイッチQ1〜Q8をオンオフ制御する昇温モード制御を実施する。【選択図】 図1

Description

本発明は、蓄電池等の蓄電部に接続される電力変換回路を備える電源システムに関する。
従来、特許文献1に見られるように、電気自動車に搭載され、電気自動車の走行動力源となるモータに電気的に接続された蓄電池を備える電源システムが知られている。このシステムでは、蓄電池付近に冷却水が流れる構成とされ、その冷却水が電熱ヒータにより加熱されるようになっている。電源システムは、電熱ヒータの出力を蓄電池の温度に応じて制御することにより、冷却水を昇温し、蓄電池の温度を所定温度範囲内に収めている。
特許第3451141号公報
蓄電池を昇温させるために電熱ヒータが備えられると、電源システムが大型化する懸念がある。このため、蓄電池を昇温させる電源システムの体格を小型化することについては、未だ改善の余地がある。なお、電源システムとしては、昇温対象要素として蓄電池を備えるものに限らない。
本発明は、小型化を図ることができる電源システムを提供することを主たる目的とする。
本発明は、蓄電部に接続される電力変換回路を備える電源システムにおいて、
前記電力変換回路を構成するスイッチをオンオフ制御することにより、前記蓄電部及び前記電力変換回路の間に電流を流す制御部と、
前記スイッチのオンオフ制御に伴って前記電力変換回路で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する熱伝達部と、を備え、
前記制御部は、前記昇温対象要素の昇温要求がある場合、該昇温要求がない場合よりも前記電力変換回路で発生する熱量を増大させるように、前記スイッチをオンオフ制御する昇温モード制御を実施する。
本発明では、蓄電部に接続される電力変換回路を用いて昇温対象要素を昇温させる。そのために、本発明は、電力変換回路を構成するスイッチをオンオフ制御することにより、蓄電部及び電力変換回路の間に電流を流す制御部と、スイッチのオンオフ制御に伴って電力変換回路で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する熱伝達部とを備えている。
ここで、制御部は、昇温対象要素の昇温要求がある場合、昇温要求がない場合よりも電力変換回路で発生する熱量を増大させるように、スイッチをオンオフ制御する。このため、電力変換回路で発生する熱を用いて昇温対象要素を昇温させることができる。
以上説明した本発明によれば、昇温対象要素を昇温させるための発熱装置を不要にできたり、発熱装置が設けられる場合であっても、その装置を小型化できたりすることができる。このため、本発明によれば、電源システムの小型化を図ることができる。
第1実施形態に係る車載電源システムの全体構成図。 制御部の処理を示す機能ブロック図。 各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 第1期間における電流流通経路を示す図。 第2期間における電流流通経路を示す図。 第3期間における電流流通経路を示す図。 第4期間における電流流通経路を示す図。 昇温モード制御の処理手順を示すフローチャート。 第2実施形態に係る電源システムの構成図。 昇温モード制御が実施される場合における各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 昇温モード制御が実施されない場合における各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 第3実施形態に係る電源システムの構成図。 制御部の処理を示す機能ブロック図。 各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 第4実施形態に係る電源システムの構成図。 制御部の処理を示す機能ブロック図。 各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 第5実施形態に係る電源システムの構成図。 各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 第6実施形態に係る電源システムの構成図。 昇温モード制御の処理手順を示すフローチャート。 第7実施形態に係る電源システムの構成図。 第8実施形態に係る昇温モード制御の処理手順を示すフローチャート。
<第1実施形態>
以下、本発明に係る電源システムを具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電源システムは、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)等の電動化車両に搭載されている。
図1に示すように、車両に搭載される電源システムは、蓄電池10(蓄電部に相当)、DCDCコンバータ20、インバータ30及び車両の走行動力源となる回転電機40を備えている。蓄電池10は、充放電可能な2次電池であり、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。
蓄電池10には、DCDCコンバータ20が接続されている。DCDCコンバータ20には、インバータ30を介して回転電機40の電機子巻線が電気的に接続されている。DCDCコンバータ20は、蓄電池10から入力される直流電圧を昇圧してインバータ30に出力する昇圧機能、及びインバータ30から入力された直流電圧を降圧して蓄電池10に出力する降圧機能を有している。
インバータ30は、DCDCコンバータ20から出力された直流電力を交流電力に変換して回転電機40の電機子巻線に供給する力行動作を実施する。これにより、回転電機40のロータが回転駆動され、車両の駆動輪41を回転させる。一方、インバータ30は、回転電機40で発電された交流電力を直流電力に変換してDCDCコンバータ20に供給する回生動作を実施する。
電源システムは、電力変換回路50を備えている。電力変換回路50は、第1フルブリッジ回路51(第1変換回路に相当)及び第2フルブリッジ回路52(第2変換回路に相当)を備えている。
第1フルブリッジ回路51は、第1〜第4スイッチQ1〜Q4(第1変換スイッチに相当)を備えている。本実施形態において、第1〜第4スイッチQ1〜Q4は、NチャネルMOSFETである。第1スイッチQ1及び第3スイッチQ3のドレインには、電力変換回路50の第1高電位側端子CH1が接続されている。第1スイッチQ1のソースには、第2スイッチQ2のドレインが接続され、第3スイッチQ3のソースには、第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2スイッチQ2及び第4スイッチQ4のソースには、電力変換回路50の第1低電位側端子CL1が接続されている。第1フルブリッジ回路51は、直流電力及び交流電力のうち、一方を入力とし、他方を出力とする回路である。なお、本実施形態において、第1高電位側端子CH1及び第1低電位側端子CL1が第1端子に相当する。
第2フルブリッジ回路52は、第5〜第8スイッチQ5〜Q8(第2変換スイッチに相当)を備えている。本実施形態において、第5〜第8スイッチQ5〜Q8は、NチャネルMOSFETである。第5スイッチQ5及び第7スイッチQ7のドレインには、電力変換回路50の第2高電位側端子CH2が接続されている。第5スイッチQ5のソースには、第6スイッチQ6のドレインが接続され、第7スイッチQ7のソースには、第8スイッチQ8のドレインが接続されている。第6スイッチQ6及び第8スイッチQ8のソースには、電力変換回路50の第2低電位側端子CL2が接続されている。なお、本実施形態において、第2高電位側端子CH2及び第2低電位側端子CL2が第2端子に相当する。
電力変換回路50は、第1コイル53a及び第2コイル53bを有するトランス53を備えている。第1コイル53aの第1端には、第1スイッチQ1のソース及び第2スイッチQ2のドレインが接続され、第1コイル53aの第2端には、第3スイッチQ3のソース及び第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2コイル53bの第1端には、第5スイッチQ5のソース及び第6スイッチQ6のドレインが接続され、第2コイル53bの第2端には、第7スイッチQ7のソース及び第8スイッチQ8のドレインが接続されている。
第1コイル53aと第2コイル53bとは、互いに磁気結合する。第1コイル53aの第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第2コイル53bには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。一方、第1コイル53aの第1端に対する第2端の電位が高くなる場合、第2コイル53bには、その第1端よりも第2端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。
電力変換回路50は、高電位側電気経路61と低電位側電気経路62とを備えている。高電位側電気経路61は、第1高電位側端子CH1と第2高電位側端子CH2とを接続し、低電位側電気経路62は、第1低電位側端子CL1と第2低電位側端子CL2とを接続している。高電位側電気経路61には、蓄電池10の正極端子が接続され、低電位側電気経路62には、蓄電池10の負極端子が接続されている。
電源システムは、熱伝達部45を備えている。本実施形態において、熱伝達部45は、第1〜第8スイッチQ1〜Q8、トランス53及び蓄電池10を熱交換対象要素とし、熱交換対象要素で発生する熱を吸収可能に構成されている。熱伝達部45は、吸収した熱を昇温対象要素に伝達し、昇温対象要素を昇温させる。昇温対象要素は、例えば、回転電機40及び蓄電池10のうち少なくとも1つである。
熱伝達部45としては、例えば、熱交換対象要素と昇温対象要素との間で冷却水が循環する循環経路を備え、この冷却水を介して昇温対象要素を昇温させるものであってもよい。なお、熱伝達部45としては、これ以外にも例えば、冷却流体として気体(空気)が用いられるものであってもよい。また、熱伝達部45としては、例えば、冷却流体を用いず、熱交換対象要素及び昇温対象要素に当接するヒートシンク等の構成部材であってもよい。
電源システムは、電圧センサ70、電流センサ80及び温度センサ90を備えている。電圧センサ70は、蓄電池10の端子間電圧を検出し、電流センサ80は、高電位側電気経路61に流れる電流を検出する。温度センサ90は、昇温対象要素の温度を検出する。電圧センサ70、電流センサ80及び温度センサ90の検出値は、電源システムが備える制御部100に入力される。
制御部100は、DCDCコンバータ20、インバータ30及び電力変換回路50の各スイッチQ1〜Q8を制御する。
続いて、図2を用いて、制御部100が実施する昇温モード制御について説明する。
制御部100は、指令電流設定部110を備えている。指令電流設定部110は、指令電力制限部111、電流算出部112及び最小値選択部113を備えている。指令電力制限部111は、温度センサ90の検出温度Trに基づいて、入力された指令電力P2*を上限制限値Plimで制限する。本実施形態では、指令電力P2*が正の場合、蓄電池10の出力電力が、第1フルブリッジ回路51、トランス53、第2フルブリッジ回路52及び各電気経路61,62を介して蓄電池10に再度戻るような制御が実施される。一方、指令電力P2*が負の場合、蓄電池10の出力電力が、各電気経路61,62、第2フルブリッジ回路52、トランス53及び第1フルブリッジ回路51を介して蓄電池10に再度戻るような制御が実施される。
指令電力制限部111は、入力された指令電力P2*が上限制限値Plimを超える場合、指令電力P2*として上限制限値Plimと同じ値を出力する。一方、指令電力制限部111は、入力された指令電力P2*が上限制限値Plim以下の場合、入力された指令電力P2*をそのまま出力する。
指令電力制限部111は、検出温度Trが低いほど、上限制限値Plimを大きく設定する。つまり、検出温度Trが低いと電源システム周囲の環境温度が低いため、熱交換対象要素の冷却能力が十分であると考えられる。この場合、指令電力P2*を大きくしたとしても、電力変換回路50等の温度が過度に上昇しないと考えられる。
電流算出部112は、指令電力制限部111から出力された指令電力P2*を、電圧センサ70の検出電圧である電源電圧V1rで除算することにより、第2高電位側端子CH2に流す指令電流I2fを算出する。指令電流I2fは、その符号が正の場合、高電位側電気経路61から第2高電位側端子CH2に向かう方向に電流が流れることを示し、負の場合、第2高電位側端子CH2から高電位側電気経路61に向かう方向に電流が流れることを示す。
最小値選択部113は、電流算出部112により算出された指令電流I2fと、電流制限値I2limとのうち小さい方を最終的な指令電流Iref2として選択する。電流制限値I2limは、電源システムを過電流から保護するために設定されている。
最小値選択部113から出力された指令電流Iref2は、リミッタ114により上限値又は下限値が制限される。
制御部100は、電流制御器120を備えている。電流制御器120は、電流偏差算出部121、フィードバック制御部122及びリミッタ123を備えている。電流偏差算出部121は、リミッタ114から出力された指令電流Iref2から、電流センサ80の検出電流I2rを減算することにより、電流偏差ΔI2を算出する。
フィードバック制御部122は、算出された電流偏差ΔI2を0にフィードバック制御するための操作量として、指令位相φを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。指令位相φについては、後述する。
なお、フィードバック制御部122で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御に限らず、例えば、比例積分微分制御であってもよい。
フィードバック制御部122により算出された指令位相φは、リミッタ123により上限値又は下限値が制限され、PWM生成部130に入力される。
PWM生成部130は、指令位相φに基づいて、各スイッチQ1〜Q8の駆動信号を生成して各スイッチQ1〜Q8のゲートに対して出力する。以下、図3を用いて、各スイッチQ1〜Q8の駆動態様について説明する。図3(a)は、第1〜第4スイッチQ1〜Q4の駆動状態の推移を示し、図3(b)は、第5〜第8スイッチQ5〜Q8の駆動状態の推移を示す。
第1スイッチQ1と第4スイッチQ4とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。また、第2スイッチQ2と第3スイッチQ3とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。第1,第4スイッチQ1,Q4の組と、第2,第3スイッチQ2,Q3の組とは、交互にオンされる。
第5スイッチQ5と第8スイッチQ8とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。また、第6スイッチQ6と第7スイッチQ7とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。第5,第8スイッチQ5,Q8の組と、第6,第7スイッチQ6,Q7の組とは、交互にオンされる。
各スイッチQ1〜Q8の1スイッチング周期Tswは、互いに同じである。第1,第4スイッチQ1,Q4のオンへの切り替えタイミングと、第6,第7スイッチQ6,Q7のオンへの切り替えタイミングとの位相差が指令位相φとされる。本実施形態において、指令位相φは、第1,第4スイッチQ1,Q4のオンへの切り替えタイミングに対して、第6,第7スイッチQ6,Q7のオンへの切り替えタイミングが遅れる場合に負となり、早まる場合に正となる。
ちなみに、図3では、1スイッチング周期Tswを360°とする場合、各スイッチQ1〜Q8のオン期間が180°とされていたがこれに限らず、オン期間が、0°よりも大きくてかつ180°よりも小さくされていてもよい。
本実施形態では、1スイッチング周期Tswにおいて、第1〜第4期間T1〜T4が出現する。第1期間T1は、第2,第3,第6,第7スイッチQ2,Q3,Q6,Q7がオンされて、かつ、第1,第4,第5,第8スイッチQ1,Q4,Q5,Q8がオフされる期間である。第2期間T2は、第1,第4,第6,第7スイッチQ1,Q4,Q6,Q7がオンされて、かつ、第2,第3,第5,第8スイッチQ2,Q3,Q5,Q8がオフされる期間である。
第3期間T3は、第1,第4,第5,第8スイッチQ1,Q4,Q5,Q8がオンされて、かつ、第2,第3,第6,第7スイッチQ2,Q3,Q6,Q7がオフされる期間である。第4期間T4は、第2,第3,第5,第8スイッチQ2,Q3,Q5,Q8がオンされて、かつ、第1,第4,第6,第7スイッチQ1,Q4,Q6,Q7がオフされる期間である。
以下、図3〜図7を用いつつ、各期間T1〜T4について説明する。ここで、図3(c)は、第1電流I1、第2電流I2、及び蓄電池10に流れる電流である電池電流Ibattの推移を示す。第1電流I1は、第1高電位側端子CH1に流れる電流であり、第2電流I2は、第2高電位側端子CH2に流れる電流である。第1電流I1は、高電位側電気経路61から第1高電位側端子CH1に向かう方向に流れる場合を正とし、第2電流I2は、高電位側電気経路61から第2高電位側端子CH2に向かう方向に流れる場合を正とする。電池電流Ibattは、蓄電池10の負極端子から正極端子に向かう方向に流れる場合を正とする。なお、図3(c)には、第1電流I1の時間平均値I1aveと、第2電流I2の時間平均値I2aveとを破線にて示す。
図3(d)は、第1電力P1、第2電力P2及び電池電力Pbattの推移を示す。第1電力P1は、蓄電池10から第1フルブリッジ回路51へと供給される電力の時間平均値であり、第2電力P2は、第2フルブリッジ回路52から各電気経路61,62を介して蓄電池10に供給される電力の時間平均値である。電池電力Pbattは、第1電力P1及び第2電力P2の合計値である。
まず、図4を用いて、第1期間T1について説明する。
第1期間T1においては、蓄電池10、第1高電位側端子CH1、第3スイッチQ3、第1コイル53a、第2スイッチQ2及び第1低電位側端子CL1を含む閉回路が形成される。これにより、第1電流I1は正の一定値となる。
一方、第1期間T1においては、第2コイル53b、第7スイッチQ7、第2高電位側端子CH2、高電位側電気経路61、蓄電池10、低電位側電気経路62、第2低電位側端子CL2及び第6スイッチQ6を含む閉回路が形成される。これにより、第2電流I2は、負となり、その絶対値が第1電流I1の絶対値と同じになる。このため、電池電流Ibattは0となる。
続いて、図5を用いて、第2期間T2について説明する。なお、図5は、第2期間T2の後半における電流流通経路を示す。
第1,第4スイッチQ1,Q4がオンに切り替えられ、第2,第3スイッチQ2,Q3がオフに切り替えられると、トランス53の漏れインダクタンスにより、第1期間T1で第1コイル53aに流れていた電流流通方向と同じ方向に第1コイル53aに電流が流れようとする。この電流は、第1スイッチQ1のボディダイオードを通って第1高電位側端子CH1へと流れるため、第1電流I1が負の値となる。その後、第1電流I1は漸増して正の値となる。この場合、図5に示すように、蓄電池10、第1高電位側端子CH1、第1スイッチQ1、第1コイル53a、第4スイッチQ4及び第1低電位側端子CL1を含む閉回路に電流が流れる。
一方、第2コイル53b、第6スイッチQ6、第2低電位側端子CL2、低電位側電気経路62、蓄電池10、高電位側電気経路61、第2高電位側端子CH2及び第7スイッチQ7を含む閉回路が形成される。第2期間T2において、第2電流I2は、第1電流I1と同じ値となる。その結果、第2期間T2において、電池電流Ibattは、負の値から漸増し、その後、正の値となる。
続いて、図6を用いて、第3期間T3について説明する。
第5,第8スイッチQ5,Q8がオンに切り替えられ、第6,第7スイッチQ6,Q7がオフに切り替えられると、第1電流I1は正の一定値となる。
一方、第2コイル53b、第5スイッチQ5、第2高電位側端子CH2、高電位側電気経路61、蓄電池10、低電位側電気経路62、第2低電位側端子CL2及び第8スイッチQ8を含む閉回路が形成される。これにより、第2電流I2は、負となり、その絶対値が第1電流I1の絶対値と同じになる。このため、電池電流Ibattは0となる。
続いて、図7を用いて、第4期間T4について説明する。なお、図7は、第4期間T4の後半における電流流通経路を示す。
第2,第3スイッチQ2,Q3がオンに切り替えられ、第1,第4スイッチQ1,Q4がオフに切り替えられると、蓄電池10、第1高電位側端子CH1、第3スイッチQ3、第1コイル53a、第2スイッチQ2及び第1低電位側端子CL1を含む閉回路に電流が流れる。第4期間T4における第1電流I1、第2電流I2及び電池電流Ibattの推移は、第2期間T2における推移と同様である。
図3(d)に示すように、電池電力Pbattが正の値となっている。これは、第1〜第4期間T1〜T4において、電力変換回路50及び蓄電池10等において電力損失が発生していることを示す。この電力損失は、主に、蓄電池10、各スイッチQ1〜Q8及びトランス53で発生する。発生した熱は、熱伝達部45に吸収され、昇温対象要素の昇温に用いられる。
図8に、制御部100により実行される処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。
ステップS10では、昇温要求があるか否かを判定する。具体的には、例えば、環境温度が所定温度以下であると判定した場合、昇温要求があると判定すればよい。環境温度は、例えば、温度センサ90の検出温度Tr、熱伝達部45の温度又は電源システムの周囲温度等、昇温モード制御を実施すべき状況であるか否かを判定できる温度である。
ステップS10で否定判定した場合には、ステップS11に進み、通常モード制御を実施する。この場合、ステップS12において、指令電力P2*を0に設定する。このため、第2フルブリッジ回路52の各スイッチQ5〜Q8の駆動は停止される。
一方、ステップS10で肯定判定した場合には、ステップS13に進み、昇温モード制御を実施する。この場合、ステップS14において、指令電力P2*を0よりも小さい値に設定する。これにより、通常モード制御が実施される場合よりも、電力変換回路50等で発生する熱量が増加する。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
制御部100は、昇温対象要素の昇温要求がある場合、昇温モード制御を実施する。この場合、昇温要求がない場合よりも、電力変換回路50等で発生する熱量が増大する。このため、電力変換回路50等で発生する熱を用いて昇温対象要素を昇温させることができる。したがって、本実施形態によれば、昇温対象要素を昇温させるための発熱装置を新たに電源システムに備える必要がない。これにより、電源システムの小型化を図ることができる。
走行動力源となる回転電機40に接続されるインバータ30以外の電力変換回路50を用いて昇温モード制御を実施する。このため、昇温モード制御が実施されることにより、停車時に回転電機40にトルクが発生して車両が動いてしまったり、車両走行時にトルクが変動してしまったりする事態の発生を防止できる。
<第1実施形態の変形例>
・昇温モード制御が実施される場合において、一定周期毎に、指令電力P2*の符号を切り替えてもよい。
・昇温モード制御において、蓄電池10から第1フルブリッジ回路51に向かう方向ではなく、蓄電池10から各電気経路61,62を介して第2フルブリッジ回路52へと向かう方向に電力が循環するようにしてもよい。これは、指令電力P2*を正の値に設定することにより実現できる。
<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図9に示すように、電力変換回路50は、第3フルブリッジ回路54(第3変換回路に相当)を備えている。なお、図9において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、図9では、DCDCコンバータ20等の図示を省略している。
第3フルブリッジ回路54は、第9〜第12スイッチQ9〜Q12(第3変換スイッチに相当)を備えている。本実施形態において、第9〜第12スイッチQ9〜Q12は、NチャネルMOSFETである。第9スイッチQ9及び第11スイッチQ11のドレインには、電力変換回路50の第3高電位側端子CH3が接続されている。第9スイッチQ9のソースには、第10スイッチQ10のドレインが接続され、第11スイッチQ11のソースには、第12スイッチQ12のドレインが接続されている。第10スイッチQ10及び第12スイッチQ12のソースには、電力変換回路50の第3低電位側端子CL3が接続されている。なお、本実施形態において、第3高電位側端子CH3及び第3低電位側端子CL3が第3端子に相当する。
トランス53は、第3コイル53cを備えている。第3コイル53cの第1端には、第9スイッチQ9のソース及び第10スイッチQ10のドレインが接続され、第3コイル53cの第2端には、第11スイッチQ11のソース及び第12スイッチQ12のドレインが接続されている
第1コイル53a、第2コイル53b及び第3コイル53cは、互いに磁気結合する。第1コイル53aの第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第3コイル53cには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。一方、第1コイル53aの第1端に対する第2端の電位が高くなる場合、第3コイル53cには、その第1端よりも第2端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。
熱伝達部45は、さらに、第9〜第12スイッチQ9〜Q12を熱交換対象要素とする。
電源システムは、コンデンサ46及びコンバータ47を備えている。コンデンサ46は、第3高電位側端子CH3と第3低電位側端子CL3とを接続している。コンバータ47は、外部電源48から供給される交流電力を直流電力に変換しつつ、力率を改善する機能を有している。外部電源48の出力電力は、コンバータ47、第3フルブリッジ回路54及びトランス53と、第1フルブリッジ回路51及び第2フルブリッジ回路52の少なくとも一方とを介して蓄電池10に供給される。これにより、蓄電池10が充電される。
制御部100は、図10(c)に示すように、第9〜第12スイッチQ9〜Q12をオンオフ制御する。
第9スイッチQ9と第12スイッチQ12とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。また、第10スイッチQ10と第11スイッチQ11とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。第9,第12スイッチQ9,Q12の組と、第10,第11スイッチQ10,Q11の組とは、交互にオンされる。本実施形態において、第9〜第12スイッチQ9〜Q12の1スイッチング周期は、第1〜第8スイッチQ1〜Q8の1スイッチング周期Tswと同じである。
第1,第4スイッチQ1,Q4のオンへの切り替えタイミングに対する第9,第12スイッチQ9,Q12のオンへの切り替えタイミングの位相差を調整することにより、外部電源48から蓄電池10への充電電力を調整することができる。
ここで、図10(d)は、第1電流I1、第2電流I2、電池電流Ibatt及び第3電流I3の推移を示す。第3電流I3は、第3高電位側端子CH3に流れる電流である。第3電流I3は、コンバータ47から第3高電位側端子CH3に向かう方向に流れる場合を正とする。なお、図10(d)には、第3電流I3の時間平均値I3aveを破線にて示す。なお、外部電源48の出力電力を用いた蓄電池10の充電が実施される場合、充電電力の指令値が正(すなわち、第3電流I3が正)となる。
図10(e)は、第1電力P1、第2電力P2、第3電力P3及び合計電力(=P1+P2+P3)の推移を示す。第3電力P3は、外部電源48から蓄電池10への充電電力の時間平均値である。
図10(e)に示すように、本実施形態では、合計電力が正の値となっている。このため、外部電源48から蓄電池10への充電を実施しつつ、昇温モード制御を実施することができる。
なお、図11に、昇温モード制御を実施せず、外部電源48から蓄電池10への充電のみを実施した場合を示す。図11に示す例では、外部電源48の出力電力を、第1フルブリッジ回路51及び第2フルブリッジ回路52の双方で受け取って蓄電池10に供給している。昇温モード制御を実施していないため、充電による損失のみとなり、合計電力は図10(e)の場合と比較して0に近くなる。
以上説明した本実施形態によれば、外部電源48から第3フルブリッジ回路54を介して蓄電池10に充電する動作に影響されることなく、昇温モード制御を実施することができる。
<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図12に示すように、電力変換回路50は、第4フルブリッジ回路55(第4変換回路に相当)を備えている。なお、図12において、先の図9に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。
第4フルブリッジ回路55は、第13〜第16スイッチQ13〜Q16(第4変換スイッチに相当)を備えている。本実施形態において、第13〜第16スイッチQ13〜Q16は、NチャネルMOSFETである。第13スイッチQ13及び第16スイッチQ16のドレインには、電力変換回路50の第4高電位側端子CH4が接続されている。第13スイッチQ13のソースには、第14スイッチQ14のドレインが接続され、第15スイッチQ15のソースには、第16スイッチQ16のドレインが接続されている。第14スイッチQ14及び第16スイッチQ16のソースには、電力変換回路50の第4低電位側端子CL4が接続されている。なお、本実施形態において、第4高電位側端子CH4及び第4低電位側端子CL4が第4端子に相当する。
電力変換回路50は、第1トランス56及び第2トランス57を備えている。第1トランス56は、第1コイル56a及び第2コイル56bを備えている。第1コイル56aの第1端には、第1スイッチQ1のソース及び第2スイッチQ2のドレインが接続され、第1コイル56aの第2端には、第3スイッチQ3のソース及び第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2コイル56bの第1端には、第9スイッチQ9のソース及び第10スイッチQ10のドレインが接続され、第2コイル56bの第2端には、第11スイッチQ11のソース及び第12スイッチQ12のドレインが接続されている。
第1コイル56aと第2コイル56bとは、互いに磁気結合する。第1コイル56aの第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第2コイル56bには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。
第2トランス57は、第3コイル57a及び第4コイル57bを備えている。第3コイル57aの第1端には、第5スイッチQ5のソース及び第6スイッチQ6のドレインが接続され、第3コイル57aの第2端には、第7スイッチQ7のソース及び第8スイッチQ8のドレインが接続されている。第4コイル57bの第1端には、第13スイッチQ13のソース及び第14スイッチQ14のドレインが接続され、第4コイル57bの第2端には、第15スイッチQ15のソース及び第16スイッチQ16のドレインが接続されている。
第3コイル57aと第4コイル57bとは、互いに磁気結合する。第3コイル57aの第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第4コイル57bには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。
本実施形態では、高電位側電気経路61を第1高電位側電気経路と称し、低電位側電気経路62を第1低電位側電気経路と称すこととする。電力変換回路50は、第2高電位側電気経路63と、第2低電位側電気経路64とを備えている。第2高電位側電気経路63は、第3高電位側端子CH3と第4高電位側端子CH4とを接続し、第2低電位側電気経路64は、第3低電位側端子CL3と第4低電位側端子CL4とを接続している。第2高電位側電気経路63と第2低電位側電気経路64とは、コンデンサ46により接続されている。なお、本実施形態において、第1高電位側電気経路61及び第1低電位側電気経路62が第1電気経路に相当し、第2高電位側電気経路63及び第2低電位側電気経路64が第2電気経路に相当する。
熱伝達部45は、さらに、第13〜第16スイッチQ13〜Q16と、第1トランス56と、第2トランス57とを熱交換対象要素とする。
本実施形態では、電圧センサ70を第1電圧センサ70と称し、電流センサ80を第1電流センサ80と称することとする。電源システムは、第2電圧センサ71、第2電流センサ81及び第3電流センサ82を備えている。第2電圧センサ71は、コンデンサ46の端子間電圧を検出する。第2電流センサ81は、第1高電位側端子CH1に流れる電流を検出し、第3電流センサ82は、第2高電位側電気経路63に流れる電流を検出する。第2電圧センサ71、第2電流センサ81及び第3電流センサ82の検出値は、制御部100に入力される。
続いて、図13を用いて、制御部100が実施する昇温モード制御について説明する。なお、図13では、指令電力制限部111の図示を省略している。
制御部100は、第1指令位相φ1、第2指令位相φ2及び第4指令位相φ4を算出する。各指令位相φ1,φ2,φ4について、図14を用いて説明する。図14(a)〜(c)は、先の図10(a)〜(c)に対応し、図14(d)は、第13〜第16スイッチQ13〜Q16の駆動状態の推移を示す。
第13スイッチQ13と第16スイッチQ16とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。また、第14スイッチQ14と第15スイッチQ15とは、オンへの切り替えタイミング及びオフへの切り替えタイミングが同期されている。第13,第16スイッチQ13,Q16の組と、第14,第15スイッチQ14,Q15の組とは、交互にオンされる。本実施形態において、各スイッチQ1〜Q16の1スイッチング周期Tswは、互いに同じである。
第1指令位相φ1は、第9,第12スイッチQ9,Q12のオンへの切り替えタイミングと、第1,第4スイッチQ1,Q4のオンへの切り替えタイミングとの位相差の指令値である。第1指令位相φ1は、第9,第12スイッチQ9,Q12のオンへの切り替えタイミングに対して、第1,第4スイッチQ1,Q4のオンへの切り替えタイミングが遅れる場合に負となり、早まる場合に正となる。
第2指令位相φ2は、第9,第12スイッチQ9,Q12のオンへの切り替えタイミングと、第5,第8スイッチQ5,Q8のオンへの切り替えタイミングとの位相差の指令値である。第4指令位相φ4は、第9,第12スイッチQ9,Q12のオンへの切り替えタイミングと、第13,第16スイッチQ13,Q16のオンへの切り替えタイミングとの位相差の指令値である。第2,第4指令位相φ2,φ4の符号の定義は、第1指令位相φ1の符号の定義と同様である。
図3の説明に戻り、制御部100は、第1指令位相φ1を算出するための構成として、第1指令電流設定部140及び第1電流制御器150を備えている。
第1指令電流設定部140は、第1電流算出部142及び第1最小値選択部143を備えている。第1電流算出部142は、入力された第1指令電力P1*を、第1電圧センサ70の検出電圧である第1電源電圧V1rで除算することにより、第1高電位側端子CH1に流す第1指令電流I1fを算出する。第1指令電力P1*は、第1フルブリッジ回路51と第1トランス56との間で伝達される電力の指令値である。第1指令電力P1*が正の場合、第1フルブリッジ回路51から第1トランス56へと電力が伝達される。
第1最小値選択部143は、第1電流算出部142により算出された第1指令電流I1fと、過電流保護のための第1電流制限値I1limとのうち、小さい方を最終的な第1指令電流Iref1として選択する。第1最小値選択部143から出力された第1指令電流Iref1は、リミッタ144により上限値又は下限値が制限される。
第1電流制御器150は、第1電流偏差算出部151、第1フィードバック制御部152及び第1リミッタ153を備えている。第1電流偏差算出部151は、リミッタ144から出力された第1指令電流Iref1から、第2電流センサ81の検出電流I1rを減算することにより、第1電流偏差ΔI1を算出する。
第1フィードバック制御部152は、算出された第1電流偏差ΔI1を0にフィードバック制御するための操作量として、第1指令位相φ1を算出する。算出された第1指令位相φ1は、第1リミッタ153により上限値又は下限値が制限され、PWM生成部200に入力される。
制御部100は、第2指令位相φ2を算出するための構成として、第2指令電流設定部160及び第2電流制御器170を備えている。
第2指令電流設定部160は、第2電流算出部162及び第2最小値選択部163を備えている。第2電流算出部162は、入力された第2指令電力P2*を、第1電圧センサ70により検出された第1電源電圧V1rで除算することにより、第2高電位側端子CH2に流す第2指令電流I2fを算出する。第2指令電力P2*は、第2フルブリッジ回路52と第2トランス57との間で伝達される電力の指令値である。第2指令電力P2*が負の場合、第2トランス57から第2フルブリッジ回路52へと電力が伝達される。
第2最小値選択部163は、第2電流算出部162により算出された第2指令電流I2fと、過電流保護のための第2電流制限値I2limとのうち、小さい方を最終的な第2指令電流Iref2として選択する。第2最小値選択部163から出力された第2指令電流Iref2は、リミッタ164により上限値又は下限値が制限される。
第2電流制御器170は、第2電流偏差算出部171、第2フィードバック制御部172及び第2リミッタ173を備えている。第2電流偏差算出部171は、リミッタ164から出力された第2指令電流Iref2から、第1電流センサ80の検出電流I2rを減算することにより、第2電流偏差ΔI2を算出する。
第2フィードバック制御部172は、算出された第2電流偏差ΔI2を0にフィードバック制御するための操作量として、第2指令位相φ2を算出する。算出された第2指令位相φ2は、第2リミッタ173により上限値又は下限値が制限され、PWM生成部200に入力される。
制御部100は、第4指令位相φ4を算出するための構成として、第4指令電流設定部180及び第4電流制御器190を備えている。
第4指令電流設定部180は、第4電流算出部182及び第4最小値選択部183を備えている。第4電流算出部182は、入力された第4指令電力P4*を、第2電圧センサ71により検出された第3電源電圧V3rで除算することにより、第4高電位側端子CH4に流す第4指令電流I4fを算出する。第4指令電力P4*は、第4フルブリッジ回路55と第2トランス57との間で伝達される電力の指令値である。第4指令電力P4*が正の場合、第4フルブリッジ回路55から第2トランス57へと電力が伝達される。
第4最小値選択部183は、第4電流算出部182により算出された第4指令電流I4fと、過電流保護のための第4電流制限値I4limとのうち、小さい方を最終的な第4指令電流Iref4として選択する。第4最小値選択部183から出力された第4指令電流Iref2は、リミッタ184により上限値又は下限値が制限される。
第4電流制御器190は、第4電流偏差算出部191、第4フィードバック制御部192及び第4リミッタ193を備えている。第4電流偏差算出部191は、リミッタ184から出力された第4指令電流Iref4から、第3電流センサ82の検出電流I4rを減算することにより、第4電流偏差ΔI4を算出する。
第4フィードバック制御部192は、算出された第4電流偏差ΔI4を0にフィードバック制御するための操作量として、第4指令位相φ4を算出する。算出された第4指令位相φ4は、第4リミッタ193により上限値又は下限値が制限され、PWM生成部200に入力される。
PWM生成部200は、第1指令位相φ1、第2指令位相φ2及び第4指令位相φ4を実現できるように、各スイッチQ1〜Q16の駆動信号を生成して各スイッチQ1〜Q16のゲートに対して出力する。
本実施形態では、蓄電池10の出力電力が、第1フルブリッジ回路51、第1トランス56、第3フルブリッジ回路54、各電気経路63,64、第4フルブリッジ回路55、第2トランス57、第2フルブリッジ回路52及び各電気経路61,62を含む経路を循環するように、各スイッチQ1〜Q16をオンオフ制御する昇温モード制御が実施される。このために、第1指令電力P1*、第2指令電力P2*及び第4指令電力P4*それぞれの絶対値が互いに同じ値に設定されている。また、第1指令電力P1*及び第4指令電力P4*が正の値に設定され、第2指令電力P2*が負の値に設定されている。
本実施形態の昇温モード制御が実施されると、図14(e),(f)に示すように、各電流値等が推移する。図14(e)は、第1〜第4電流I1〜I4の推移を示す。第4電流I4は、第4高電位側端子CH4に流れる電流である。第4電流I4は、第2高電位側電気経路63から第4高電位側端子CH4に向かう方向に流れる場合を正とする。
図14(f)は、第1〜第4電力P1〜P4及び合計電力(=P1+P2+P3+P4)の推移を示す。第1電力P1は、第1フルブリッジ回路51と第1トランス56との間で伝達される電力の時間平均値であり、第2電力P2は、第2フルブリッジ回路52と第2トランス57との間で伝達される電力の時間平均値である。第3電力P3は、第3フルブリッジ回路54と第1トランス56との間で伝達される電力の時間平均値であり、第4電力P4は、第4フルブリッジ回路55と第2トランス57との間で伝達される電力の時間平均値である。合計電力が0よりも大きくなっていることから、昇温モード制御が実施されることにより電力変換回路50で損失が発生し、その損失によって熱が発生している。発生した熱は、熱伝達部45に吸収される。
以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
<第3実施形態の変形例>
図12に示す各フルブリッジ回路51,52,54,55のうち、電力が入力状態となるフルブリッジ回路は、ダイオード等のブリッジ回路で構成されていてもよい。
<第4実施形態>
以下、第4実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図15に示すDCDCコンバータ20に昇温モード制御を適用する。図15において、先の図1に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。
DCDCコンバータ20の第1端子C1及び第2端子C2には、蓄電池10の正極端子が接続され、第3端子C3には、蓄電池10の負極端子が接続されている。
DCDCコンバータ20は、第1リアクトル21、第2リアクトル22、第1ブリッジ回路23、第2ブリッジ回路24及びコンデンサ25を備えている。第1ブリッジ回路23は、第1上アームスイッチQA1及び第1下アームスイッチQA2の直列接続体を備えている。第2ブリッジ回路24は、第2上アームスイッチQA3及び第2下アームスイッチQA4の直列接続体を備えている。本実施形態において、各スイッチQA1〜QA4は、IGBTである。
第1リアクトル21の第1端には、第1端子C1が接続され、第1リアクトル21の第2端には、第1上アームスイッチQA1のエミッタ及び第1下アームスイッチQA2のコレクタが接続されている。第2リアクトル22の第1端には、第2端子C2が接続され、第2リアクトル22の第2端には、第2上アームスイッチQA3のエミッタ及び第2下アームスイッチQA4のコレクタが接続されている。
第1上アームスイッチQA1及び第2上アームスイッチQA3のコレクタには、コンデンサ25の第1端が接続されている。第1下アームスイッチQA2及び第2下アームスイッチQA4のエミッタには、コンデンサ25の第2端と、第3端子C3とが接続されている。
熱伝達部45は、さらに、第1リアクトル21、第2リアクトル22及び各スイッチQA1〜QA4を熱交換対象要素とする。
電源システムは、入力側電圧センサ91、出力側電圧センサ92、第1リアクトル電流センサ93及び第2リアクトル電流センサ94を備えている。入力側電圧センサ91は、第3端子C3に対する第1,第2端子C1,C2の電位差を検出する。出力側電圧センサ92は、コンデンサ25の端子間電圧を検出する。第1リアクトル電流センサ93は、第1リアクトル21に流れる電流を検出し、第2リアクトル電流センサ94は、第2リアクトル22に流れる電流を検出する。本実施形態では、第1リアクトル21において第1端側から第2端側へと向かう方向に流れる電流IAを正とし、第2リアクトル22において第1端側から第2端側へと向かう方向に流れる電流IBを正とする。入力側電圧センサ91、出力側電圧センサ92、第1リアクトル電流センサ93及び第2リアクトル電流センサ94の検出値は、制御部100に入力される。
続いて、図16を用いて、制御部100が実施する昇温モード制御について説明する。なお、図16では、指令電力制限部111の図示を省略している。
制御部100は、第1指令電流設定部210及び第1電流制御器220を備えている。第1指令電流設定部210は、第1電流算出部212及び第1最小値選択部213を備えている。第1電流算出部212は、入力された第1指令電力PA*を、入力側電圧センサ91の検出電圧VLrで除算することにより、第1リアクトル21に流す第1指令電流IAfを算出する。第1指令電力PA*は、第1端子C1と第1ブリッジ回路23との間で伝達される電力の指令値である。第1指令電力PA*が正の場合、第1端子C1から第1ブリッジ回路23へと電力が伝達される。
なお、第1電流算出部212において、入力側電圧センサ91の検出電圧VLrに代えて、電圧センサ70の検出電圧V1rが用いられてもよい。
第1最小値選択部213は、第1電流算出部212により算出された第1指令電流IAfと、過電流保護のための第1電流制限値IAlimとのうち、小さい方を最終的な第1指令電流IrefAとして選択する。第1最小値選択部213から出力された第1指令電流IrefAは、リミッタ214により上限値又は下限値が制限される。
第1電流制御器220は、第1電流偏差算出部221、第1フィードバック制御部222、第1リミッタ223、第1加算部224及び第1デューティ算出部225を備えている。第1電流偏差算出部221は、リミッタ214から出力された第1指令電流IrefAから、第1リアクトル電流センサ93の検出電流IArを減算することにより、第1電流偏差ΔIAを算出する。
第1フィードバック制御部222は、算出された第1電流偏差ΔIAを0にフィードバック制御するための操作量として、第1電圧V1を算出する。算出された第1電圧V1は、第1リミッタ223により上限値又は下限値が制限され、第1加算部224に入力される。第1加算部224は、第1リミッタ223から出力された第1電圧V1に、入力側電圧センサ91の検出電圧VLrを加算する。
第1デューティ算出部225は、第1加算部224により算出された「V1+VLr」を出力側電圧センサ92の検出電圧VHrで除算することにより、第1デューティDuty1を算出する。第1デューティDuty1は、1スイッチング周期Tcswに対する第1上アームスイッチQA1のオン期間Ton1の比率(=Ton1/Tcsw)を定める値である。
PWM生成部250は、第1デューティDuty1とキャリア信号Sg(三角波信号)との大小比較に基づいて、第1上,下アームスイッチQA1,QA2の駆動信号を生成して第1上,下アームスイッチQA1,QA2のゲートに対して出力する。ここで、第1上アームスイッチQA1と第1下アームスイッチQA2とは交互にオンされる。
制御部100は、第2指令電流設定部230及び第2電流制御器240を備えている。第2指令電流設定部230は、第2電流算出部232及び第2最小値選択部233を備えている。第2電流算出部232は、入力された第2指令電力PB*を、入力側電圧センサ91の検出電圧VLrで除算することにより、第2リアクトル22に流す第2指令電流IBfを算出する。第2指令電力PB*は、第2端子C2と第2ブリッジ回路24との間で伝達される電力の指令値である。第2指令電力PB*が正の場合、第2端子C2から第2ブリッジ回路24へと電力が伝達される。
第2最小値選択部233は、第2電流算出部232により算出された第2指令電流IBfと、過電流保護のための第2電流制限値IBlimとのうち、小さい方を最終的な第2指令電流IrefBとして選択する。第2最小値選択部233から出力された第2指令電流IrefBは、リミッタ234により上限値又は下限値が制限される。
第2電流制御器240は、第2電流偏差算出部241、第2フィードバック制御部242、第2リミッタ243、第2加算部244及び第2デューティ算出部245を備えている。第2電流偏差算出部241は、リミッタ234から出力された第2指令電流IrefBから、第2リアクトル電流センサ94の検出電流IBrを減算することにより、第2電流偏差ΔIBを算出する。
第2フィードバック制御部242は、算出された第2電流偏差ΔIBを0にフィードバック制御するための操作量として、第2電圧V2を算出する。算出された第2電圧V2は、第2リミッタ243により上限値又は下限値が制限され、第2加算部244に入力される。第2加算部244は、第2リミッタ243から出力された第2電圧V2に、入力側電圧センサ91の検出電圧VLrを加算する。
第2デューティ算出部245は、第2加算部244により算出された「V2+VLr」を出力側電圧センサ92の検出電圧VHrで除算することにより、第2デューティDuty2を算出する。第2デューティDuty1は、1スイッチング周期Tcswに対する第2上アームスイッチQA3のオン期間Ton2の比率(=Ton2/Tcsw)を定める値である。
PWM生成部250は、第2デューティDuty2とキャリア信号Sgとの大小比較に基づいて、第2上,下アームスイッチQA3,QA4の駆動信号を生成して第2上,下アームスイッチQA3,QA4のゲートに対して出力する。ここで、第2上アームスイッチQA3と第2下アームスイッチQA4とは交互にオンされる。
本実施形態では、第1指令電力PA*及び第2指令電力PB*のうち、一方が正の値に設定され、他方が負の値に設定されている。また、第1指令電力PA*及び第2指令電力PB*それぞれの絶対値が同じ値に設定されている。これにより、蓄電池10の出力電力が、第1リアクトル21、第1上アームスイッチQA1、第2上アームスイッチQA3、第2リアクトル22を含む経路を循環するようになる。
図17を用いて、本実施形態の昇温モード制御について説明する。図17(a)は、第1上,下アームスイッチQA1,QA2の駆動状態の推移を示し、図17(b)は、第2上,下アームスイッチQA3,QA4の駆動状態の推移を示す。図17(c)は、第1,第2デューティDuty1,Duty2及びキャリア信号Sgの推移を示す。図17(d)は、第1,第2リアクトル21,22に流れる電流IA,IB、蓄電池10からDCDCコンバータ20に流れる電流IL、及びDCDCコンバータ20から出力される電流IHの推移を示す。図17(e)は、各電流IA,IB,IL,IHの時間平均値IAave,IBave,ILave,IHaveの推移を示す。
図17(f)は、第1電力PA、第2電力PA及び合計電力(=PA+PB)の推移を示す。第1電力PAは、第1端子C1と第1ブリッジ回路23との間で伝達される電力の時間平均値であり、第2電力PBは、第2端子C2と第2ブリッジ回路24との間で伝達される電力の時間平均値である。
図17(f)に示すPHは、昇温モード制御により発生する損失分である。この損失分により、熱伝達部45に吸収される熱を生成することができ、ひいては昇温対象要素を昇温させることができる。
<第5実施形態>
以下、第5実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図18に示すように、電力変換回路50は、2つのトランスに代えて、1つのトランス58を備えている。なお、図18において、先の図12に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。
トランス58は、第1〜第4コイル58a〜58dを備えている。第1コイル58aの第1端には、第1スイッチQ1のソース及び第2スイッチQ2のドレインが接続され、第1コイル58aの第2端には、第3スイッチQ3のソース及び第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2コイル58bの第1端には、第9スイッチQ9のソース及び第10スイッチQ10のドレインが接続され、第2コイル58bの第2端には、第11スイッチQ11のソース及び第12スイッチQ12のドレインが接続されている。
第3コイル58cの第1端には、第13スイッチQ13のソース及び第14スイッチQ14のドレインが接続され、第3コイル58cの第2端には、第15スイッチQ15のソース及び第16スイッチQ16のドレインが接続されている。第4コイル58dの第1端には、第5スイッチQ5のソース及び第6スイッチQ6のドレインが接続され、第4コイル58dの第2端には、第7スイッチQ7のソース及び第8スイッチQ8のドレインが接続されている。
第1〜第4コイル58a〜58dとは、互いに磁気結合する。第1コイル58aの第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第2〜第4コイル58b〜58dには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。
なお、本実施形態において、制御部100の昇温モード制御の機能ブロック図は、図13に示したものと同様である。
図19を用いて、本実施形態の昇温モード制御について説明する。図19(a)〜(f)は、先の図14(a)〜(f)に対応している。
本実施形態では、昇温モード制御により発生する熱量を所定量以上にしたい場合、上述した制御が実施される。一方、発生する熱量を所定量未満にしたい場合、例えば、第1実施形態で説明した昇温モード制御を実施することができる。このため、本実施形態によれば、発生する熱量の自由度を高めることができる。
<第6実施形態>
以下、第6実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図20に示すように、第1蓄電池10に加え、第2蓄電池11が車両に搭載されている。図20において、先の図1に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。
第2蓄電池11は、充放電可能な2次電池であり、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。
第2高電位側端子CH2には、第2蓄電池11の正極端子が接続され、第2低電位側端子CL2には、第2蓄電池11の負極端子が接続されている。
電源システムは、電圧センサ72を備えている。電圧センサ72は、第2蓄電池11の端子間電圧を検出する。電圧センサ72の検出値は、制御部100に入力される。
図21に、制御部100が実施する昇温モード制御のフローチャートを示す。この処理は、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。
ステップS20では、指令電力P2*を正の値に設定する。指令電力P2*は、トランス53を介して第1フルブリッジ回路51と第2フルブリッジ回路52との間で伝達される電力の指令値である。指令電力P2*が正の場合、第1フルブリッジ回路51からトランス53を介して第2フルブリッジ回路52に電力が伝達される。電圧センサ72の検出電圧V2r及び電流センサ80の検出電流I2rの乗算値が指令電力P2*に追従するように、各スイッチQ1〜Q8をオンオフ制御する。
ステップS21では、指令電力P2*を正の値に切り替えてから所定時間経過したか否かを判定する。ステップS21で所定時間経過したと判定した場合には、ステップS22に進み、指令電力P2*を負の値に切り替える。本実施形態では、ステップS22で設定する指令電力P2*の絶対値と、ステップS20で設定する指令電力P2*の絶対値とが同じ値である。
ステップS23では、指令電力P2*を負の値に切り替えてから所定時間経過したか否かを判定する。ステップS23で所定時間経過したと判定した場合には、ステップS20に移行し、指令電力P2*を正の値に切り替える。そして、電圧センサ72の検出電圧V2r及び電流センサ80の検出電流I2rの乗算値が指令電力P2*に追従するように、各スイッチQ1〜Q8をオンオフ制御する。
以上説明した本実施形態によれば、第1蓄電池10と充電と、第2蓄電池11の充電とが交互に実施されるように各スイッチQ1〜Q8がオンオフ制御される。これにより、発熱量を制御することが可能となる。
<第6実施形態の変形例>
・所定時間経過するたびに指令電力P2*の符号を切り替える構成に代えて、例えば、第1低電位側端子CL1に対する第1高電位側端子CH1の電位差や、第2高電位側端子CH2に対する第2低電位側端子CL2の電位差に基づいて符号を切り替えたり、各蓄電池10,11の充電度合い(例えばSOC)に応じて符号を切り替えたりしてもよい。
・図21のステップS20で設定される指令電力P2*の絶対値と、ステップS22で設定される指令電力P2*の絶対値とが異なっていてもよい。ステップS20で設定される指令電力P2*の絶対値を、ステップS22で設定される指令電力P2*の絶対値よりも大きくする場合、第1蓄電池10の出力電力により第2蓄電池11が充電される。一方、ステップS20で設定される指令電力P2*の絶対値を、ステップS22で設定される指令電力P2*の絶対値よりも小さくする場合、第2蓄電池11の出力電力により第1蓄電池10が充電される。以上説明した構成によれば、昇温モード制御を実施しつつ、第1蓄電池10及び第2蓄電池11のうち一方から他方への充電も実施することができる。
・各蓄電池10,11に代えて、例えば、コンデンサ等のエネルギバッファ要素や、双方向電力授受が可能な外部電源等が用いられてもよい。
<第7実施形態>
以下、第7実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図22に示すように、電源システムは、発熱装置300を備えている。図22において、先の図9,図12に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
発熱装置300は、抵抗体301及びコンデンサ302を備えている。抵抗体301及びコンデンサ302それぞれの第1端には、第3高電位側端子CH3が接続され、第2端には、第3低電位側端子CL3が接続されている。
発熱装置300は、環境温度に応じて発熱量を制御し、発生した熱を熱伝達部45に伝達する。本実施形態では、発熱装置300への給電に第3フルブリッジ回路54が用いられる。これにより、新たな部品を追加することなく、発熱装置300の通電制御が可能になっている。
以上説明した本実施形態によれば、昇温モード制御により発生させた熱に加え、発熱装置300により発生した熱も熱伝達部45に伝達することができる。
また、各スイッチQ1〜Q12等の熱交換対象要素と熱伝達部45との温度差が小さいと、熱交換対象要素から熱伝達部45に伝達される熱量が小さくなる。この場合であっても、発熱装置300によれば、上記温度差に影響されることなく、熱伝達部45に十分な熱を伝達することができる。
<第8実施形態>
以下、第8実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、昇温要求がある場合、昇温要求がない場合よりも、各スイッチQ1〜Q8をオンするときのゲート電圧を低下させてハーフオン状態にする。
図23に、制御部100が実施する昇温モード制御のフローチャートを示す。図23において、先の図8に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS13の処理の完了後、ステップS15に進み、各スイッチQ1〜Q8において、スイッチをオンする場合、フルオン状態ではなくハーフオン状態にする。ハーフオン状態とは、スイッチがオンされる場合のゲート電圧を、飽和領域でスイッチを駆動させる電圧に設定する状態である。飽和領域とは、スイッチのドレイン及びソース間電圧とドレイン電流とが関係付けられた出力特性において、ドレイン及びソース間電圧の大きさにかかわらずドレイン電流が略一定となる領域のことである。
以上説明した本実施形態によれば、昇温モード制御においてオンされるスイッチのオン抵抗を、フルオン状態のオン抵抗よりも増加させることができる。このため、昇温モード制御により発生する熱量を好適に増加させることができる。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・蓄電部としては、蓄電池に限らず、例えばコンデンサであってもよい。
・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
10…蓄電池、50…電力変換回路、51…第1フルブリッジ回路、52…第2フルブリッジ回路、53…トランス、100…制御部。

Claims (12)

  1. 蓄電部(10,11)に接続される電力変換回路(20,50)を備える電源システムにおいて、
    前記電力変換回路を構成するスイッチ(Q1〜Q16,QA1〜QA4)をオンオフ制御することにより、前記蓄電部及び前記電力変換回路の間に電流を流す制御部(100)と、
    前記スイッチのオンオフ制御に伴って前記電力変換回路で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する熱伝達部(45)と、を備え、
    前記制御部は、前記昇温対象要素の昇温要求がある場合、該昇温要求がない場合よりも前記電力変換回路で発生する熱量を増大させるように、前記スイッチをオンオフ制御する昇温モード制御を実施する電源システム。
  2. 前記電力変換回路(50)は、
    第1端子(CH1,CL1)及び第2端子(CH2,CL2)と、
    前記第1端子と前記第2端子とを接続し、かつ、前記蓄電部に接続される電気経路(61,62)と、
    互いに磁気結合される第1コイル(53a)及び第2コイル(53b)を有するトランス(53)と、
    前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
    前記第2コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、を備え、
    前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記第1端子及び前記第2端子のうち、一方の端子に前記蓄電部からの電力が入力され、他方の端子から前記蓄電部へと電力を出力するように、前記第1変換スイッチ及び前記第2変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
  3. 前記トランスは、前記第1コイル及び前記第2コイルと磁気結合する第3コイル(53c)を有し、
    前記電力変換回路は、
    第3端子(CH3,CL3)と、
    前記第3コイルと前記第3コイルとに接続され、前記スイッチとして第3変換スイッチ(Q9〜Q12)を有する第3変換回路(54)と、を備える請求項2に記載の電源システム。
  4. 前記電力変換回路(50)は、
    第1端子(CH1,CL1)、第2端子(CH2,CL2)、第3端子(CH3,CL3)及び第4端子(CH4,CL4)と、
    前記第1端子と前記第2端子とを接続し、かつ、前記蓄電部に接続される第1電気経路(61,62)と、
    前記第3端子と前記第4端子とを接続する第2電気経路(63,64)と、
    互いに磁気結合される第1コイル(56a)及び第2コイル(56b)を有する第1トランス(56)と、
    互いに磁気結合される第3コイル(57a)及び第4コイル(57b)を有する第2トランス(57)と、
    前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
    前記第3コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、
    前記第2コイルと前記第3端子とに接続され、前記スイッチとして第3変換スイッチ(Q9〜Q12)を有する第3変換回路(54)と、
    前記第4コイルと前記第4端子とに接続され、前記スイッチとして第4変換スイッチ(Q13〜Q16)を有する第4変換回路(55)と、を備え、
    前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記蓄電部の出力電力が、前記第1端子、前記第1変換回路、前記第1トランス、前記第3変換回路、前記第3端子、前記第2電気経路、前記第4端子、前記第4変換回路、前記第2トランス、前記第2変換回路、前記第2端子及び前記第1電気経路を含む経路を循環するように、前記第1変換スイッチ、前記第2変換スイッチ、前記第3変換スイッチ及び前記第4変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
  5. 前記電力変換回路(20)は、
    前記蓄電部の正極端子が接続される第1端子(C1)と、
    前記蓄電部の負極端子が接続される第2端子(C2)と、
    前記第1端子に第1端が接続された第1リアクトル(21)と、
    前記第2端子に第1端が接続された第2リアクトル(22)と、
    前記スイッチとしての第1上アームスイッチ(QA1)及び第1下アームスイッチ(QA2)の直列接続体を有し、前記第1上アームスイッチと前記第1下アームスイッチとの接続点に前記第1リアクトルの第2端が接続された第1ブリッジ回路(23)と、
    前記スイッチとしての第2上アームスイッチ(QA3)及び第2下アームスイッチ(QA4)の直列接続体を有し、前記第2上アームスイッチと前記第2下アームスイッチとの接続点に前記第2リアクトルの第2端が接続された第2ブリッジ回路(24)と、を備え、
    前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記蓄電部の出力電力が、前記第1端子、前記第1リアクトル、前記第1上アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ、前記第2リアクトル及び前記第2端子を含む経路を循環するように、前記第1上アームスイッチ、前記第1下アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
  6. 前記電力変換回路(50)は、
    第1端子(CH1,CL1)、第2端子(CH2,CL2)、第3端子(CH3,CL3)及び第4端子(CH4,CL4)と、
    前記第1端子と前記第2端子とを接続し、かつ、前記蓄電部に接続される第1電気経路(61,62)と、
    前記第3端子と前記第4端子とを接続する第2電気経路(63,64)と、
    互いに磁気結合される第1コイル(58a)、第2コイル(58b)、第3コイル(58c)及び第4コイル(58d)を有するトランス(58)と、
    前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
    前記第4コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、
    前記第2コイルと前記第3端子とに接続され、前記スイッチとして第3変換スイッチ(Q9〜Q12)を有する第3変換回路(54)と、
    前記第3コイルと前記第4端子とに接続され、前記スイッチとして第4変換スイッチ(Q13〜Q16)を有する第4変換回路(55)と、を備え、
    前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記蓄電部の出力電力が、前記第1端子、前記第1変換回路、前記第1コイル、前記第2コイル、前記第3変換回路、前記第3端子、前記第2電気経路、前記第4端子、前記第4変換回路、前記第3コイル、前記第4コイル、前記第2変換回路、前記第2端子及び前記第1電気経路を含む経路を循環するように、前記第1変換スイッチ、前記第2変換スイッチ、前記第3変換スイッチ及び前記第4変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
  7. 前記蓄電部は、第1蓄電部(10)及び第2蓄電部(11)を含み、
    前記電力変換回路(50)は、
    前記第1蓄電部が接続される第1端子(CH1,CL1)と、
    前記第2蓄電部が接続される第2端子(CH2,CL2)と、
    互いに磁気結合される第1コイル(53a)及び第2コイル(53b)を有するトランス(53)と、
    前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
    前記第2コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、を備え、
    前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記第1蓄電部の出力電力を、前記第1端子、前記第1変換回路、前記トランス、前記第2変換回路及び前記第2端子を介して前記第2蓄電部に供給する第1処理と、前記第2蓄電部の出力電力を、前記第2端子、前記第2変換回路、前記トランス、前記第1変換回路及び前記第1端子を介して前記第1蓄電部に供給する第2処理とを交互に実施するように、前記第1変換スイッチ及び前記第2変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
  8. 前記制御部は、前記第1処理において前記第1蓄電部から前記第2蓄電部へ供給される電力と、前記第2処理において前記第2蓄電部から前記第1蓄電部へ供給される電力とを異なる値に設定する請求項7に記載の電源システム。
  9. 給電されることにより熱を発生し、発生した熱を前記熱伝達部に伝達させる発熱装置(300)を備える請求項1〜8のいずれか1項に記載の電源システム。
  10. 前記制御部は、前記昇温要求がある場合、該昇温要求がない場合よりも、前記スイッチをオンするときの該スイッチのゲート電圧を低下させる請求項1〜9のいずれか1項に記載の電源システム。
  11. 前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記昇温対象要素の温度が低いほど、前記蓄電部の出力電力の上限値を大きくする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電源システム。
  12. 走行動力源となる回転電機(40)を備える車両に搭載される電源システムにおいて、
    前記電力変換回路とは別に設けられ、前記回転電機の電機子巻線に接続されたインバータ(30)を備える請求項1〜11のいずれか1項に記載の電源システム。
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