JP2021072697A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリの充電時における変圧回路の電力消費を抑制できる電力変換装置を提供すること。【解決手段】メインバッテリ11と、メインバッテリ11と定格電圧が異なる補機バッテリ17とを含む電源システム100に適用される電力変換装置20であって、交流電源200から入力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力でメインバッテリ11を充電する充電器30と、メインバッテリ11の電源電圧を変圧して補機バッテリ17に出力する第1DDC40と、充電器30によるメインバッテリ11の充電時に、直流電力が第1DDC40に供給されることを遮断可能な遮断部と、を備える。【選択図】 図1

Description

本発明は、電力変換装置に関する。
従来、特許文献1に見られるように、外部の商用電源等から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリを充電する充電回路と、バッテリの電源電圧を変圧して車内の補機等に出力する変圧回路とを備える電力変換装置が知られている。この電力変換装置では、充電回路とバッテリとを接続する電気経路に変圧回路が接続されている。
特開2016−220345号公報
充電回路と変圧回路とが共通の電気経路に接続されていると、充電回路を用いてバッテリを充電する際に、充電回路で生成された直流電力の一部が変圧回路に供給される。これにより、変圧回路に印加される電圧が閾値を超えて上昇すると、変圧回路を制御する制御部が起動し、変圧回路で消費される電力が増大する。バッテリの充電中に車内の補機等が使用されることは少ないため、制御部の起動は不要であり、制御部の起動により変圧回路において不要な電力が消費され、バッテリの充電時間が延びる等の不具合が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリの充電時における変圧回路の電力消費を抑制できる電力変換装置を提供することにある。
上記課題を解決するための第1の構成は、第1バッテリと、前記第1バッテリと定格電圧が異なる第2バッテリとを含む電源システムに適用される電力変換装置であって、交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力で前記第1バッテリを充電する充電回路と、前記第1バッテリの電源電圧を変圧して前記第2バッテリに出力する変圧回路と、前記充電回路による前記第1バッテリの充電時に、前記直流電力が前記変圧回路に供給されることを遮断可能な遮断部と、を備える。
上記構成では、交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して第1バッテリを充電する充電回路と、第1バッテリの電源電圧を変圧して第2バッテリに出力する変圧回路と、がともに第1バッテリに接続されている。そして、充電回路による第1バッテリの充電時に、充電回路からの直流電力が変圧回路に供給されることを遮断部により遮断可能となっている。そのため、変圧回路に印加される電圧の上昇が抑制され、変圧回路を制御する制御部の起動が抑制される。これにより、第1バッテリの充電時における変圧回路の電力消費を抑制できる。
第2の構成では、前記遮断部は、前記充電回路と前記第1バッテリとを接続する充電側コネクタと、前記充電側コネクタとは別に設けられ、前記変圧回路と前記第1バッテリとを接続する変圧側コネクタと、を備える。
上記構成では、充電回路と第1バッテリとを接続する充電側コネクタと、変圧回路と第1バッテリとを接続する変圧側コネクタとが、それぞれ別々に設けられている。そのため、電力変換装置内において、充電回路と第1バッテリとを接続する充電経路と、変圧回路と第1バッテリとを接続する変圧経路とを分離でき、充電回路と変圧回路との間における電力の供給を遮断できる。
第3の構成では、前記充電回路と前記第1バッテリとを接続する充電経路と、前記変圧回路と前記第1バッテリとを接続する変圧経路と、を備え、前記遮断部は、前記変圧経路のうち、前記充電経路と前記変圧経路との接続点よりも前記変圧回路側に設けられた開閉部を備える。
上記構成では、充電回路と第1バッテリとを接続する充電経路と、変圧回路と第1バッテリとを接続する変圧経路とが、接続点において接続されているため、共通のコネクタを用いて充電回路と変圧回路とを第1バッテリに接続できる。そして、変圧経路のうち、接続点よりも変圧回路側に開閉部が設けられている。そのため、第1バッテリの充電時に、開閉部をオフ状態とすることで、充電回路からの直流電力が変圧回路に供給されることを抑制できる。
第4の構成では、前記開閉部は、第1開閉部であり、前記遮断部は、前記充電経路のうち、前記接続点よりも前記充電回路側に設けられた第2開閉部を備える。
変圧回路の変圧時に、第1バッテリの電源電圧が充電回路に印加されると、充電回路を制御する制御部が起動し、充電回路において不要な電力が消費されることが考えられる。上記構成では、変圧経路のうち、接続点よりも変圧回路側に第1開閉部が設けられているとともに、充電経路のうち、接続点よりも充電回路側に第2開閉部が設けられている。そのため、変圧回路の変圧時に、第2開閉部をオフ状態とすることで、第1バッテリの電源電圧が充電回路に印加されることが抑制される。これにより、変圧回路の変圧時における充電回路の電力消費を抑制できる。
第5の構成では、前記第2バッテリは、前記第1バッテリよりも定格電圧が小さく、前記変圧回路は、前記電源電圧を降圧して前記第2バッテリに出力する第1変圧回路であり、前記充電回路は、前記交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路から出力される変換電圧を変圧して前記第1バッテリに出力する第2変圧回路とを含み、前記電力変換回路の前記第2変圧回路側と前記第1変圧回路の前記第2バッテリ側との間に接続され、前記変換電圧を降圧して前記第2バッテリに出力する第3変圧回路を備え、前記第3変圧回路は、前記電力変換回路側の1次側回路と、前記第1変圧回路側の2次側回路と、前記1次側回路と前記2次側回路とを接続する絶縁型トランスと、を有している。
上記構成では、充電回路は、電力変換回路と第2変圧回路とを含み、この電力変換回路の第2変圧回路側と第1変圧回路の第2バッテリ側との間に第3変圧回路が接続されている。そのため、第3変圧回路を用いることで、第1変圧回路を駆動することなく、交流電源から入力される交流電力を用いて第2バッテリを充電できる。
一方、第3変圧回路により、充電回路と第1変圧回路とが接続される。この構成では、第3変圧回路が、電力変換回路側の1次側回路と、第1変圧回路側の2次側回路とが絶縁型トランスを介して接続される構成となっているため、第3変圧回路が設けられていても充電回路と第1変圧回路との絶縁性が確保される。また、第3変圧回路と第1変圧回路とは、ともに降圧回路であり、これらの降圧回路の出力側、つまり低圧側が接続されている。そのため、第3変圧回路で降圧された電圧が第1変圧回路の出力側に印加されても、第1変圧回路を制御する制御部が起動することがなく、第1バッテリの充電時における変圧回路の電力消費を抑制できる。
第6の構成では、前記第1変圧回路と前記第3変圧回路とは、共通のフィルタ回路を介して前記第2バッテリに接続されている。
上記構成では、第1変圧回路と第3変圧回路とにおけるフィルタ回路が共通化されているため、電力変換装置の構成を簡略化できる。
第7の構成では、前記フィルタ回路は、前記第1変圧回路に設けられており、前記フィルタ回路は、第1フィルタ回路と、前記第1フィルタ回路よりも前記第2バッテリ側に設けられ、前記第1フィルタ回路よりもカットオフ周波数が高い第2フィルタ回路と、を備え、前記第1変圧回路の定格出力電流は、前記第3変圧回路の定格出力電流よりも大きく、前記第3変圧回路は、前記第1変圧回路に設けられた前記第1フィルタ回路及び前記第2フィルタ回路を介して前記第2バッテリに接続されている。
変圧回路における変圧は電圧変動を伴うため、この電圧変動により生じるノイズを抑制する複数のフィルタ回路を用いることがある。例えば、カットオフ周波数が低い第1フィルタ回路を用いて、比較的大きいノイズを除去し、カットオフ周波数が高い第2フィルタ回路を用いて、第1フィルタ回路では除去できない比較的小さいノイズを除去する。
上記構成では、第1変圧回路の定格出力電流は、第3変圧回路の定格出力電流よりも大きいため、定格出力電流の大きい第1変圧回路のフィルタ回路を共通化する。この場合に、カットオフ周波数の低い第1フィルタ回路だけでなく、カットオフ周波数の高い第2フィルタ回路まで共通化することで、電力変換装置の構成を好適に簡略化できる。
第8の構成では、前記第1変圧回路は、前記第1バッテリ側の1次側回路と、前記第2バッテリ側の2次側回路と、前記1次側回路と前記2次側回路とを接続する絶縁型トランスと、を有しており、前記第1変圧回路の2次側回路と前記第3変圧回路の2次側回路とは共通化されている。
上記構成では、第1変圧回路と第3変圧回路とにおける2次側回路が共通化されているため、電力変換装置の構成を好適に簡略化できる。
第1実施形態に係る電源システムの構成図。 第1実施形態に係る電力変換装置の構成図。 第2実施形態に係る電力変換装置の構成図。 第3実施形態に係る電源システムの構成図。 第3実施形態に係る電力変換装置の構成図。 切替処理のフローチャート。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る電力変換装置を、車載の電源システム100に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。電源システム100は、第1バッテリとしてのメインバッテリ11と、第2バッテリとしての補機バッテリ17とを含む。
図1に示すように、電源システム100は、電源部10と、電力変換装置20と、充電器ECU15と、DCDCコンバータ(以下、DDC)ECU16と、を備えている。電源システム100は、第1,第2外部端子TA1,TA2を介して交流電源200に接続可能である。交流電源200は、例えば、商用電源である。
電源部10は、メインバッテリ11を備えている。メインバッテリ11は、第1,第2接続経路LC1,LC2を介して電力変換装置20と接続されており、第1,第2接続経路LC1,LC2に充電切替部12が設けられている。充電切替部12は、第1接続経路LC1に設けられた第1充電スイッチSC1と、第2接続経路LC2に設けられた第2充電スイッチSC2とを含む。また、メインバッテリ11は、第3,第4接続経路LC3,LC4を介して電力変換装置20と接続されており、第3,第4接続経路LC3,LC4に放電切替部13が設けられている。放電切替部13は、第3接続経路LC3に設けられた第1放電スイッチSD1と、第4接続経路LC4に設けられた第2放電スイッチSD2とを含む。
電力変換装置20は、充電回路としての充電器30と、第1DDC40と、を備えている。充電器30は、第5,第6配線LP5,LP6と第1,第2接続経路LC1,LC2とを介してメインバッテリ11に接続されている。また、充電器30は、第1,第2交流端子TB1,TB2を介して第1,第2外部端子TA1,TA2に接続されている。充電器30は、第1,第2外部端子TA1,TA2に交流電源200が接続されると、交流電源200から入力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力でメインバッテリ11を充電する。
第1DDC40は、第7,第8配線LP7,LP8と第3,第4接続経路LC3,LC4とを介してメインバッテリ11に接続されている。また、第1DDC40は、出力端子TEを介して補機バッテリ17に接続されている。補機バッテリ17は、メインバッテリ11よりも定格電圧が小さいバッテリであり、第1DDC40は、メインバッテリ11の電源電圧VBを降圧した基準電圧VKを補機バッテリ17に出力する。なお、本実施形態において、第1DDC40が「変圧回路、第1変圧回路」に相当する。
ECU15,16は、CPU、ROM、RAM、フラッシュメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた制御装置である。ECU15,16は、各種信号を取得し、取得した情報に基づき、各種制御を実施する。具体的には、充電器ECU15は、充電器30に印加される交流電源200の交流電圧VACに基づいて、充電器30を制御する。また、DDCECU16は、第1DDC40に印加される電源電圧VBに基づいて、第1DDC40を制御する。
次に、電力変換装置20の構成について詳しく説明する。まず、充電器30について説明する。図2に示すように、充電器30は、電力変換回路50と、第2変圧回路としての第2DDC60と、を備えている。
電力変換回路50は、交流電源200から入力される交流電力を直流電力に変換するACDCコンバータであり、フィルタ回路51と、整流回路52と、PFC(Power Factor Correction)回路53と、を備えている。
フィルタ回路51は、交流電圧VACに重畳するノイズを除去する回路であり、コモンモードフィルタ51Aと、Yコンデンサ51Bと、を含む。ここで、Yコンデンサとは、2つのコンデンサが直列に接続されるとともに、その中間点が接地されている素子である。コモンモードフィルタ51A及びYコンデンサ51Bは、第1交流端子TB1に接続される第1配線LP1と、第2交流端子TB2に接続される第2配線LP2との間に並列に接続されている。コモンモードフィルタ51Aは、Yコンデンサ51Bよりも第1,第2交流端子TB1,TB2側に設けられている。
整流回路52は、整流素子としての第1〜第4ダイオードD1〜D4を備える全波整流回路としてのダイオードブリッジ回路であり、第1ダイオードD1のアノードと第2ダイオードD2のカソードとが接続されて、第1直列接続体が構成されている。また、第3ダイオードD3のアノードと第4ダイオードD4のカソードとが接続されて、第2直列接続体が構成されている。そして、第1直列接続体と第2直列接続体とが並列接続されている。
第1直列接続体における第1ダイオードD1と、第2ダイオードD2との第1中間点PA1が、第1配線LP1に接続されている。第2直列接続体における第3ダイオードD3と第4ダイオードD4との第2中間点PA2が、第2配線LP2に接続されている。第1,第3ダイオードD1,D3の各カソードが、第3配線LP3の一端に接続されており、第2,第4ダイオードD2,D4の各アノードが、第4配線LP4の一端に接続されている。
PFC回路53は、交流電源200から入力される交流電圧VAC及び交流電流IACの位相と周波数とを調整することで、力率を改善する回路である。PFC回路53は、リアクトル53Aと、PFCスイッチ53Bと、ダイオード53Cと、平滑コンデンサ53Dと、を備えている。リアクトル53Aとダイオード53Cとは、第3配線LP3上に設けられており、ダイオード53Cのカソードが第2DDC60に接続され、ダイオード53Cのアノードがリアクトル53Aに接続されている。
PFCスイッチ53Bは、電圧駆動型のスイッチであり、本実施形態ではNチャネルMOSFETである。PFCスイッチ53Bは、第3配線LP3と第4配線LP4との間に接続されている。具体的には、PFCスイッチ53Bのドレインが、リアクトル53Aとダイオード53Cとの間の第3配線LP3に接続されており、PFCスイッチ53Bのソースが、第4配線LP4に接続されている。
平滑コンデンサ53Dは、ダイオード53Cよりも第2DDC60側において、第3配線LP3と第4配線LP4との間に接続されている。平滑コンデンサ53Dは、例えば電解コンデンサである。
第2DDC60は、電力変換回路50から出力される変換電圧Vchを変圧してメインバッテリ11に出力する変圧回路であり、変換回路61と、トランス62と、整流回路63と、平滑回路64と、フィルタ回路65と、を備えている。
変換回路61は、電力変換回路50から出力される変換電圧Vchを変圧するために、電力変換回路50の直流電力を交流電力に変換するDCACコンバータである。直流電力を交流電力に変換した後に変圧することで、直流電力のまま変圧する場合に比べて、電力変換回路50から出力される変換電圧Vchを容易に絶縁して変圧できる。
変換回路61は、NチャネルMOSFETである第1〜第4スイッチQ1〜Q4を備え、第1スイッチQ1のソースと第2スイッチQ2のドレインとが接続されて、第3直列接続体が構成されている。また、第3スイッチQ3のソースと第4スイッチQ4のドレインとが接続されて、第4直列接続体が構成されている。そして、第3直列接続体と第4直列接続体とが並列接続されている。
第3直列接続体における第1スイッチQ1と第2スイッチQ2との第3中間点PA3が、トランス62の1次コイル62Aの一端に接続されている。第4直列接続体における第3スイッチQ3と第4スイッチQ4との第4中間点PA4が、トランス62の1次コイル62Aの他端に接続されている。第1,第3スイッチQ1,Q3の各ドレインが、第3配線LP3の他端に接続されており、第2,第4スイッチQ2,Q4の各ソースが、第4配線LP4の他端に接続されている。
トランス62は絶縁型トランスであり、1次コイル62A及び2次コイル62Bを備えている。整流回路63は、第5〜第8ダイオードD5〜D8を備えるダイオードブリッジ回路である。なお、整流回路63の構成は、整流回路52の構成と略同一であるため、重複した説明を省略する。
第5ダイオードD5と第6ダイオードD6との第5直列接続体における第5中間点PA5が、トランス62の2次コイル62Bの一端に接続されている。第7ダイオードD7と第8ダイオードD8との第6直列接続体における第6中間点PA6が、トランス62の2次コイル62Bの他端に接続されている。第5,第7ダイオードD5,D7の各カソードが、高圧側配線としての第5配線LP5の一端に接続されており、第6,第8ダイオードD6,D8の各アノードが、低圧側配線としての第6配線LP6の一端に接続されている。第5配線LP5は、平滑回路64及びフィルタ回路65を介してメインバッテリ11の高圧入力側に接続され、第6配線LP6は、平滑回路64及びフィルタ回路65を介してメインバッテリ11の低圧入力側に接続されている。つまり、第5,第6配線LP5,LP6は、充電器30とメインバッテリ11とを接続する充電経路である。
変換回路61、トランス62、及び整流回路63によって、電力変換回路50から出力される変換電圧Vchが直流電圧VDCに変圧される。そして、変圧後の直流電圧VDCが、第5配線LP5及び第6配線LP6を介してメインバッテリ11に出力される。
平滑回路64は、直流電圧VDCに重畳するノイズを除去する回路であり、リアクトル64A及びコンデンサ64Bを備えるLCフィルタである。リアクトル64Aは第5配線LP5上に設けられており、リアクトル64Aの一端に第5,第7ダイオードD5,D7の各カソードが接続され、リアクトル64Aの他端にコンデンサ64Bの一端が接続されている。コンデンサ64Bの他端は、第6配線LP6に接続されている。
フィルタ回路65は、直流電圧VDCに重畳するノイズであって、平滑回路64では除去できないノイズを除去する回路であり、コモンモードフィルタ65Aと、Yコンデンサ65Bと、コンデンサ65Cと、を含む。
コモンモードフィルタ65A、Yコンデンサ65B、及びコンデンサ65Cは、第5配線LP5と第6配線LP6との間に並列に接続されている。コモンモードフィルタ65Aは、Yコンデンサ65Bよりも平滑回路64側に設けられており、コンデンサ65Cは、Yコンデンサ65Bよりもメインバッテリ11側に設けられている。
次に、第1DDC40について説明する。図2に示すように、第1DDC40は、入力側フィルタ回路41と、変換回路42と、トランス43と、整流回路44と、第1フィルタ回路としての平滑回路45と、第2フィルタ回路としての出力側フィルタ回路46と、を備えている。
入力側フィルタ回路41は、メインバッテリ11の電源電圧VBに重畳するノイズを除去する回路であり、Yコンデンサ41Aと、コモンモードフィルタ41Bと、コンデンサ41Cと、を含む。
Yコンデンサ41A、コモンモードフィルタ41B、及びコンデンサ41Cは、メインバッテリ11の高圧入力側に接続される第7配線LP7と、メインバッテリ11の低圧入力側に接続される第8配線LP8との間に並列に接続されている。つまり、第7,第8配線LP7,LP8は、第1DDC40とメインバッテリ11とを接続する変圧経路である。Yコンデンサ41Aは、コモンモードフィルタ41Bよりもメインバッテリ11側に設けられており、コンデンサ41Cは、コモンモードフィルタ41Bよりも変換回路42側に設けられている。
変換回路42は、メインバッテリ11の電源電圧VBを降圧するために、メインバッテリ11の直流電力を交流電力に変換するDCACコンバータである。直流電力を交流電力に変換した後に降圧することで、直流電力のまま降圧する場合に比べて、メインバッテリ11の電源電圧VBを容易に絶縁して降圧できる。
変換回路42は、NチャネルMOSFETである第5〜第8スイッチQ5〜Q8を備えている。なお、変換回路42の構成は、変換回路61の構成と略同一であるため、重複した説明を省略する。
第5スイッチQ5と第6スイッチQ6との第7直列接続体における第7中間点PA7が、トランス43の1次コイル43Aの一端に接続されている。第7スイッチQ7と第8スイッチQ8との第8直列接続体における第8中間点PA8が、トランス43の1次コイル43Aの他端に接続されている。第5,第7スイッチQ5,Q7の各ドレインが、第7配線LP7の一端に接続されており、第6,第8スイッチQ6,Q8の各ソースが、第8配線LP8の一端に接続されている。
トランス43は絶縁型トランスであり、1次コイル43A及び2次コイル43Bを備えている。本実施形態において、2次コイル43Bは、中間タップを備えている。中間タップは、車両のボディアースに接続されている。
整流回路44は、同期整流により、2次コイル43Bから出力される交流電力を直流電力に変換するDCACコンバータである。整流回路44は、第9,第10スイッチQ9,Q10を備えている。
2次コイル43Bの一端には、第9スイッチQ9のソースが接続され、2次コイル43Bの他端には、第10スイッチQ10のソースが接続されている。第9,第10スイッチQ9,Q10のドレインは、第9配線LP9の一端に接続されている。第9配線LP9は、平滑回路45及び出力側フィルタ回路46を介して出力端子TEに接続されている。
変換回路42、トランス43、及び整流回路44によって、メインバッテリ11の電源電圧VBが基準電圧VKに降圧される。そして、降圧後の基準電圧VKが、第9配線LP9及び出力端子TEを介して補機バッテリ17に出力される。
平滑回路45は、基準電圧VKに重畳するノイズを除去する回路であり、リアクトル45A及びコンデンサ45Bを備えるLCフィルタである。出力側フィルタ回路46は、基準電圧VKに重畳するノイズを除去する回路であり、ノイズを除去するためのカットオフ周波数が平滑回路45よりも高い値に設定されている。出力側フィルタ回路46は、リアクトル46A及びコンデンサ46Bを備えるLCフィルタであり、平滑回路45よりも補機バッテリ17側に設けられている。なお、平滑回路45及び出力側フィルタ回路46の構成は、平滑回路64の構成と略同一であるため、重複した説明を省略する。
ところで、電力変換装置20では、充電器30及び第1DDC40は、ともにメインバッテリ11に接続されている。そのため、メインバッテリ11に接続される充電器30の第5,第6配線LP5,LP6と、メインバッテリ11に接続される第1DDC40の第7,第8配線LP7,LP8とが互いに接続されていると、充電器30を用いてメインバッテリ11を充電する際に、充電器30で生成された直流電力の一部が第1DDC40に供給され、第1DDC40に直流電圧VDCが印加される。そして、直流電圧VDCが第1DDC40における所定の閾値を超えている場合には、この直流電圧VDCにより第1DDC40を制御するDDCECU16が起動し、第1DDC40で消費される電力が増大する。メインバッテリ11の充電中に、補機バッテリ17が使用されることは少ないため、DDCECU16の起動は不要であり、DDCECU16の起動により、第1DDC40において不要な電力が消費され、メインバッテリ11の充電時間が延びる等の不具合が生じる。
そこで、本実施形態では、メインバッテリ11の充電時に、充電器30から出力される直流電力が第1DDC40に供給されることを遮断可能な構成となっている。具体的には、充電器30における第5配線LP5の他端は、第1直流端子TC1に接続されており、充電器30の第6配線LP6の他端は、第2直流端子TC2に接続されている。また、第1DDC40における第7配線LP7の他端は、第1直流端子TC1と異なる第1入力端子TD1に接続されており、第1DDC40における第8配線LP8の他端は、第2直流端子TC2と異なる第2入力端子TD2に接続されている。
そして、第1,第2直流端子TC1,TC2と第1,第2入力端子TD1,TD2とが、互いに異なるコネクタに接続されている。図1に示すように、第1,第2直流端子TC1,TC2は、充電側コネクタとしての第1コネクタCN1に接続されている。第1コネクタCN1は、充電器30とメインバッテリ11とを接続する。また、第1,第2入力端子TD1,TD2は、変圧側コネクタとしての第2コネクタCN2に接続されている。第2コネクタCN2は、第1DDC40の入力側とメインバッテリ11とを接続する。そして、第1コネクタCN1と第2コネクタCN2とが、別に設けられている。
本実施形態では、第1コネクタCN1と第2コネクタCN2とが、それぞれ別々に設けられている。これにより、電力変換装置20内において、充電器30と第1DDC40とを分離でき、充電器30と第1DDC40との間における電力の供給を遮断できる。この結果、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費を抑制できる。なお、本実施形態において、第1コネクタCN1及び第2コネクタCN2が「遮断部」に相当する。
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。
・本実施形態では、交流電源200から入力される交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ11を充電する充電器30と、メインバッテリ11の電源電圧VBを変圧して補機バッテリ17に出力する第1DDC40と、がともにメインバッテリ11に接続されている。そして、充電器30によるメインバッテリ11の充電時に、充電器30からの直流電力が第1DDC40に供給されることを遮断可能となっている。充電器30からの直流電力が第1DDC40に供給されることを遮断することにより、第1DDC40に印加される電圧の上昇が抑制され、第1DDC40を制御するDDCECU16の起動が抑制される。これにより、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費を抑制できる。
・具体的には、充電器30とメインバッテリ11とを接続する第1コネクタCN1と、第1DDC40とメインバッテリ11とを接続する第2コネクタCN2とが、それぞれ別々に設けられている。そのため、電力変換装置20内において、充電器30と第1DDC40とを分離できる。詳細には、充電器30とメインバッテリ11とを接続する第5,第6配線LP5,LP6と、第1DDC40とメインバッテリ11とを接続する第7,第8配線LP7,LP8とを分離でき、充電器30と第1DDC40との間における電力の供給を遮断できる。
(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3を参照しつつ説明する。図3において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の図示番号を付して説明を省略する。
本実施形態では、充電器30における電力変換回路50の第2DDC60側と、第1DDC40の補機バッテリ17側との間に第3変圧回路としての第3DDC70が接続されている点で、第1実施形態と異なる。図3に、本実施形態に係る電力変換装置20の構成を示す。
第3DDC70は、電力変換回路50から出力される変換電圧Vchを降圧して補機バッテリ17に出力する降圧回路であり、変換回路71と、トランス72と、整流回路73と、平滑回路74と、出力側フィルタ回路75と、を備えている。
変換回路71は、NチャネルMOSFETである第11〜第14スイッチQ11〜Q14を備えている。トランス72は絶縁型トランスであり、1次コイル72A及び2次コイル72Bを備えている。なお、変換回路71及びトランス72の構成は、変換回路42及びトランス43の構成と略同一であるため、重複した説明を省略する。
第11スイッチQ11と第12スイッチQ12との第9直列接続体における第9中間点PA9が、1次コイル72Aの一端に接続されている。第13スイッチQ13と第14スイッチQ14との第10直列接続体における第10中間点PA10が、1次コイル72Aの他端に接続されている。第11,第13スイッチQ11,Q13の各ドレインが、第3配線LP3における電力変換回路50と第2DDC60との間に位置する第1接続点PB1に接続されている。第12,第14スイッチQ12,Q14の各ソースが、第4配線LP4における電力変換回路50と第2DDC60との間に位置する第2接続点PB2に接続されている。
整流回路73は、整流素子としての第9,第10ダイオードD9,D10を備え、2次コイル72Bから出力される交流電力を直流電力に変換するDCACコンバータである。2次コイル72Bの一端には、第9ダイオードD9のアノードが接続され、2次コイル72Bの他端には、第10ダイオードD10のソースが接続されている。第9,第10ダイオードD9,D10のカソードは、第10配線LP10の一端に接続されている。第10配線LP10は、平滑回路74及び出力側フィルタ回路75を介して、第9配線LP9における第1DDC40と出力端子TEとの間に位置する第3接続点PB3に接続されている。
変換回路71、トランス72、及び整流回路73によって、電力変換回路50から主直される変換電圧Vchが基準電圧VKに降圧される。そして、降圧後の基準電圧VKが、第9,第10配線LP9,LP10を介して補機バッテリ17に出力される。
平滑回路74は、リアクトル74A及びコンデンサ74Bを備えるLCフィルタである。出力側フィルタ回路75は、リアクトル75A及びコンデンサ75Bを備えるLCフィルタである。なお、平滑回路74及び出力側フィルタ回路75の構成は、平滑回路45及び出力側フィルタ回路46の構成と略同一であるため、重複した説明を省略する。
なお、第3DDC70の定格出力電流は、第1DDC40の定格出力電流よりも小さい値に設定されている。そのため、第3DDC70における平滑回路74及び出力側フィルタ回路75の許容電流は、第1DDC40における平滑回路45及び出力側フィルタ回路46の許容電流よりも小さい値に設定されている。
本実施形態では、充電器30における電力変換回路50の第2DDC60側と、第1DDC40の補機バッテリ17側との間に第3DDC70が接続されている。そのため、第3DDC70を用いることで、第1DDC40を駆動することなく、交流電源200から入力される交流電力を用いて補機バッテリ17を充電できる。
特に、本実施形態では、充電器30を動作する際に用いる第3DDC70の必要定格出力は、主に車両走行時に用いる第1DDC40の必要定格出力よりも小さいため、第3DDC70は、第1DDC40に比べて降圧に必要な電力が小さい。そのため、第3DDC70を用いることで、補機バッテリ17の充電時における電力消費を抑制できる。
一方、充電器30と第1DDC40とが第3DDC70により接続されているため、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費の増大が懸念される。本実施形態では、第3DDC70が、トランス72の1次コイル72Aよりも電力変換回路50側の1次側回路と、2次コイル72Bよりも第1DDC40側の2次側回路とが、絶縁型トランスであるトランス72を介して接続される構成となっている。そのため、第3DDC70が設けられていても、充電器30と第1DDC40との絶縁性が確保される。また、第3DDC70と第1DDC40とは、ともに降圧回路であり、これらの降圧回路の出力側、つまり低圧側が接続されている。そのため、第3DDC70で降圧された基準電圧VKが第1DDC40の補機バッテリ17側に印加されても、第1DDC40を制御するDDCECU16が起動することがなく、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費を抑制できる。
(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4〜図6を参照しつつ説明する。図4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、同一の図示番号を付して説明を省略する。
本実施形態では、電力変換装置20に第2コネクタCN2が設けられていない点で、第2実施形態と異なる。図4に、本実施形態に係る電力変換装置20の構成を示す。第1DDC40における第7配線LP7の他端は、第4接続点PB4において、充電器30における第5配線LP5に接続されている。また、第1DDC40における第8配線LP8の他端は、第5接続点PB5において、充電器30における第6配線LP6に接続されている。つまり、充電経路としての第5,第6配線LP5,LP6と、変圧経路としての第7,第8配線LP7,LP8とが、第4,第5接続点PB4,PB5において接続されている。なお、本実施形態において、第4,第5接続点PB4,PB5が「接続点」に相当する。
本実施形態では、充電切替部12及び放電切替部13が、電源部10ではなく電力変換装置20に設けられている点で、第2実施形態と異なる。図5に、本実施形態に係る電力変換装置20の構成を示す。図5において、先の図3に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の図示番号を付して説明を省略する。
充電切替部12の第1充電スイッチSC1は、第5配線LP5において、第4接続点PB4よりも充電器30側に設けられており、第2充電スイッチSC2は、第6配線LP6において、第5接続点PB5よりも充電器30側に設けられている。また、放電切替部13の第1放電スイッチSD1は、第7配線LP7において、第4接続点PB4よりも第1DDC40側に設けられており、第2放電スイッチSD2は、第8配線LP8において、第5接続点PB5よりも第1DDC40側に設けられている。なお、本実施形態において、第1,第2充電スイッチSC1,SC2が「遮断部、第2開閉部」に相当し、第1,第2放電スイッチSD1,SD2が「遮断部、開閉部、第1開閉部」に相当する。
本実施形態では、第1DDC40における第7,第8配線LP7,LP8の他端が、第4,第5接続点PB4,PB5において、充電器30における第5,第6配線LP5,LP6に接続されている。そのため、共通の第1コネクタCN1を用いて充電器30と第1DDC40とをメインバッテリ11に接続できる。
一方、第5〜8配線LP5〜LP8により、充電器30と第1DDC40とが接続されているため、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費の増大が懸念される。本実施形態では、第7,第8配線LP7,LP8において、第4,第5接続点PB4,PB5よりも第1DDC40側に、第1,第2放電スイッチSD1,SD2が設けられている。そのため、メインバッテリ11の充電時に、第1,第2放電スイッチSD1,SD2をオフ状態とする切替処理を実施することで、充電器30からの直流電力が充電器30に供給されることを抑制でき、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費を抑制できる。
仮に、第1,第2放電スイッチSD1,SD2が設けられ、第1,第2充電スイッチSC1,SC2が設けられていないとすると、第1DDC40の変圧時に、メインバッテリ11の電源電圧VBが充電器30に印加される。本実施形態では、充電器30の第2DDC60は変圧回路であり、この変圧回路の出力側、つまりメインバッテリ側に電源電圧VBが印加される。そのため、電源電圧VBが第2DDC60における所定の閾値を超えている場合には、この電源電圧VBにより充電器30を制御する充電器ECU15が起動し、充電器30で消費される電力が増大する。
本実施形態では、第5,第6配線LP5,LP6において、第4,第5接続点PB4,PB5よりも充電器30側に、第1,第2充電スイッチSC1,SC2が設けられている。そのため、第1DDC40の変圧時に、第1,第2充電スイッチSC1,SC2をオフ状態とする切替処理を実施することで、メインバッテリ11の電源電圧VBが充電器30に印加されることを抑制できる。この結果、第1DDC40の変圧時における充電器30の電力消費を抑制できる。
図6に、本実施形態の切替処理のフローチャートを示す。ECU15,16は、充電器30によるメインバッテリ11の充電時及び車両の起動時において、所定期間毎に切替処理を繰り返し実施する。
切替処理を開始すると、まずステップS10において、メインバッテリ11が充電されているか否かを判定する。ステップS10は、充電器ECU15により交流電圧VACに基づいて判定される。ステップS10で肯定判定すると、ステップS12において、第1,第2充電スイッチSC1,SC2をオンし、続くステップS14において、第1,第2放電スイッチSD1,SD2をオフし、切替処理を終了する。
一方、ステップS10で否定判定すると、ステップS16において、第1DDC40が変圧中であるか否かを判定する。ステップS16は、DDCECU16により補機バッテリ17の充電状態に基づいて判定される。ステップS16で肯定判定すると、ステップS18において、第1,第2充電スイッチSC1,SC2をオフし、続くステップS20において、第1,第2放電スイッチSD1,SD2をオンし、切替処理を終了する。
一方、ステップS16で否定判定すると、ステップS22において、第1,第2充電スイッチSC1,SC2をオフし、続くステップS24において、第1,第2放電スイッチSD1,SD2をオフし、切替処理を終了する。この切替処理により、メインバッテリ11の充電時における第1DDC40の電力消費を抑制できるとともに、第1DDC40の変圧時における充電器30の電力消費を抑制できる。
(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。
・上記実施形態では、補機バッテリ17の定格電圧がメインバッテリ11の定格電圧よりも小さい例を示したが、補機バッテリ17の定格電圧がメインバッテリ11の定格電圧よりも大きくてもよい。この場合、第1DDC40は、昇圧回路となる。
・上記第3実施形態では、電力変換装置20に第1,第2充電スイッチSC1,SC2と第1,第2放電スイッチSD1,SD2とが設けられている例を示したが、第1,第2充電スイッチSC1,SC2は必ずしも設けられる必要はなく、第1,第2放電スイッチSD1,SD2のみが設けられてもよい。
・上記実施形態では、第1DDC40と第3DDC70とが別々に設けられる例を示したが、これらのDDC40,70の一部が一体化して設けられてもよい。
例えば図7に示すように、第1DDC40と第3DDC70とが、出力側フィルタ回路46を共有してもよい。つまり、第1DDC40と第3DDC70とは、共通の出力側フィルタ回路46を介して補機バッテリ17に接続されていてもよい。これにより、第3DDC70の出力側フィルタ回路75が不要となり、電力変換装置20の構成を簡略化できる。
また図8に示すように、出力側フィルタ回路46に加えて平滑回路45を共有してもよい。つまり、第1DDC40と第3DDC70とは、共通の平滑回路45及び出力側フィルタ回路46を介して補機バッテリ17に接続されている。第1DDC40と第3DDC70とにおいて、出力側フィルタ回路46だけでなく平滑回路45まで共通化されているため、電力変換装置20の構成を好適に簡略化できる。
本実施形態では、第1DDC40は、第3DDC70よりも定格出力電流が大きいため、第1DDC40の平滑回路45の許容電流は、第3DDC70の許容電流よりも大きい。そのため、許容電流の大きい第1DDC40の平滑回路45を共有することで、第1,第3DDC40,70に生じるノイズを抑制しつつ、電力変換装置20の構成を好適に簡略化できる。
また図9に示すように、平滑回路45及び出力側フィルタ回路46に加えて整流回路44を共有してもよい。本実施形態では、第1DDC40の整流回路44は、スイッチを用いて構成されているのに対して、第3DDC70の整流回路73は、ダイオードを用いて構成されている。これは、第1DDC40の整流回路44の許容電流を、第3DDC70の整流回路73の許容電流よりも大きくするためである。この場合、スイッチを用いて構成されている第1DDC40の整流回路44を共有することが好ましい。スイッチを用いて構成されている第1DDC40の整流回路44を共有することで、電力変換装置20の構成を好適に簡略化できる。
また例えば、図10に示すように、第1DDC40が、トランス43の1次コイル43Aよりもメインバッテリ11側の1次側回路と、2次コイル43Bよりも補機バッテリ17側の2次側回路とが、絶縁型トランスであるトランス43を介して接続される構成となっている場合には、2次側回路を共通化してもよい。つまり、第1DDC40の1次側回路と第3DDC70の1次側回路とが、共通の2次側回路に接続されていてもよい。これにより、電力変換装置20の構成を簡略化できる。
11…メインバッテリ、17…補機バッテリ、20…電力変換装置、30…充電器、40…第1DDC、100…電源システム、200…交流電源。

Claims (8)

  1. 第1バッテリ(11)と、前記第1バッテリと定格電圧が異なる第2バッテリ(17)とを含む電源システム(100)に適用される電力変換装置(20)であって、
    交流電源(200)から入力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力で前記第1バッテリを充電する充電回路(30)と、
    前記第1バッテリの電源電圧を変圧して前記第2バッテリに出力する変圧回路(40)と、
    前記充電回路による前記第1バッテリの充電時に、前記直流電力が前記変圧回路に供給されることを遮断可能な遮断部と、を備える電力変換装置。
  2. 前記遮断部は、
    前記充電回路と前記第1バッテリとを接続する充電側コネクタ(CN1)と、
    前記充電側コネクタとは別に設けられ、前記変圧回路と前記第1バッテリとを接続する変圧側コネクタ(CN2)と、を備える請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記充電回路と前記第1バッテリとを接続する充電経路(LP5,LP6)と、
    前記変圧回路と前記第1バッテリとを接続する変圧経路(LP7,LP8)と、を備え、
    前記遮断部は、前記変圧経路のうち、前記充電経路と前記変圧経路との接続点(PB4,PB5)よりも前記変圧回路側に設けられた開閉部(SD1,SD2)を備える請求項1に記載の電力変換装置。
  4. 前記開閉部は、第1開閉部(SD1,SD2)であり、
    前記遮断部は、前記充電経路のうち、前記接続点よりも前記充電回路側に設けられた第2開閉部(SC1,SC2)を備える請求項3に記載の電力変換装置。
  5. 前記第2バッテリは、前記第1バッテリよりも定格電圧が小さく、
    前記変圧回路は、前記電源電圧を降圧して前記第2バッテリに出力する第1変圧回路(40)であり、
    前記充電回路は、前記交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換する電力変換回路(50)と、前記電力変換回路から出力される変換電圧を変圧して前記第1バッテリに出力する第2変圧回路(60)とを含み、
    前記電力変換回路の前記第2変圧回路側と前記第1変圧回路の前記第2バッテリ側との間に接続され、前記変換電圧を降圧して前記第2バッテリに出力する第3変圧回路(70)を備え、
    前記第3変圧回路は、
    前記電力変換回路側の1次側回路と、
    前記第1変圧回路側の2次側回路と、
    前記1次側回路と前記2次側回路とを接続する絶縁型トランス(72)と、を有している請求項1から4までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 前記第1変圧回路と前記第3変圧回路とは、共通のフィルタ回路を介して前記第2バッテリに接続されている請求項5に記載の電力変換装置。
  7. 前記フィルタ回路は、
    第1フィルタ回路(45)と、
    前記第1フィルタ回路よりも前記第2バッテリ側に設けられ、前記第1フィルタ回路よりもカットオフ周波数が高い第2フィルタ回路(46)と、を備え、
    前記第1変圧回路の定格出力電流は、前記第3変圧回路の定格出力電流よりも大きく、
    前記第3変圧回路は前記第1変圧回路に設けられた前記第1フィルタ回路及び前記第2フィルタ回路を介して前記第2バッテリに接続されている請求項6に記載の電力変換装置。
  8. 前記第1変圧回路は、
    前記第1バッテリ側の1次側回路と、
    前記第2バッテリ側の2次側回路と、
    前記1次側回路と前記2次側回路とを接続する絶縁型トランス(43)と、を有しており、
    前記第1変圧回路の2次側回路と前記第3変圧回路の2次側回路とは共通化されている請求項6又は7に記載の電力変換装置。
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