JP2021145428A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power converter.
電気自動車等においては、高電圧バッテリ(例えば、直流300V)の電圧をDC−DCコンバータにより低電圧(例えば、直流14V)に変換して負荷に供給する技術が採用されている。この種の電力変換装置では、電力供給先の負荷の必要電流が大きい場合、1つのDC−DCコンバータでは電流容量が不足してしまうことがある。その対策として、例えば、複数のDC−DCコンバータを並列接続して使用することが考えられる。特許文献1には、その一例が開示されている。
In electric vehicles and the like, a technique is adopted in which the voltage of a high-voltage battery (for example, DC 300V) is converted into a low voltage (for example, DC 14V) by a DC-DC converter and supplied to a load. In this type of power conversion device, when the required current of the load of the power supply destination is large, the current capacity of one DC-DC converter may be insufficient. As a countermeasure, for example, it is conceivable to use a plurality of DC-DC converters connected in parallel.
本願の発明者は、複数の電源を並列に接続した電源システムとして、定電圧を出力する第1電源と定電流を出力する第2電源とを並列に接続した電源システムを想定した。この電源システムは、負荷電流が急上昇したときに第2電源の出力電流を速やかに上昇させることが望ましい場合があり、そのためには、定電流制御を行うための電流制限値をより大きな値に変更する必要がある。しかし、通信などによって電流制限値を変更する指令を与える方法では、指令の送信、指令の受信、電流制限値の演算、電流制限値の再設定などを全て行う過程で時間がかかるため、第2電源の出力電流を迅速に上昇させることはできない。 The inventor of the present application has assumed a power supply system in which a first power supply that outputs a constant voltage and a second power supply that outputs a constant current are connected in parallel as a power supply system in which a plurality of power supplies are connected in parallel. In this power supply system, it may be desirable to quickly increase the output current of the second power supply when the load current suddenly rises, and for that purpose, the current limit value for constant current control is changed to a larger value. There is a need to. However, in the method of giving a command to change the current limit value by communication or the like, it takes time in the process of transmitting the command, receiving the command, calculating the current limit value, resetting the current limit value, and so on. The output current of the power supply cannot be increased quickly.
本開示は、定電圧を出力する第1電源に対して第2電源が並列に接続された電源システムにおいて、第2電源が定電流動作を行うことができ、定電流動作中に電源システムの出力電流が不足した場合に第2電源の出力電流を迅速に上昇させることを目的の一つとする。 According to the present disclosure, in a power supply system in which a second power supply is connected in parallel to a first power supply that outputs a constant voltage, the second power supply can perform a constant current operation, and the output of the power supply system during the constant current operation. One of the purposes is to quickly increase the output current of the second power supply when the current is insufficient.
本開示の一つである電力変換装置は、
第1導電路と第2導電路との間に設けられるとともに前記第2導電路に定電圧を出力する第1電源を備えた電源システムに用いられ、前記第1導電路と前記第2導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記第1電源に対して並列に接続される第2電源を備え、
前記第2電源は、前記第1導電路と前記第2導電路との間で電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を駆動する駆動部と、を有し、
前記駆動部は、前記電力変換部を電流制限値に基づいて定電流モードで動作させる定電流制御と、前記電力変換部に前記電流制限値よりも大きい出力電流を出力させる電流増加制御と、を行い、
前記駆動部は、前記定電流制御中に前記電力変換部の出力電圧が所定の降下状態となった場合に前記定電流制御から前記電流増加制御に切り替える。
The power conversion device, which is one of the present disclosures, is
It is used in a power supply system provided between a first conductive path and a second conductive path and provided with a first power source that outputs a constant voltage to the second conductive path, and is used for the first conductive path and the second conductive path. It is a power conversion device that converts power between and
A second power supply connected in parallel to the first power supply is provided.
The second power source includes a power conversion unit that performs power conversion between the first conductive path and the second conductive path, and a drive unit that drives the power conversion unit.
The drive unit provides constant current control for operating the power conversion unit in a constant current mode based on a current limit value, and current increase control for causing the power conversion unit to output an output current larger than the current limit value. Do,
The drive unit switches from the constant current control to the current increase control when the output voltage of the power conversion unit falls into a predetermined drop state during the constant current control.
本開示の一つである電力変換装置は、第2電源が定電流動作を行うことができ、定電流動作中に電源システムの出力電流が不足した場合に第2電源の出力電流を迅速に上昇させることができる。 The power conversion device, which is one of the present disclosures, allows the second power supply to perform constant current operation, and quickly increases the output current of the second power supply when the output current of the power supply system is insufficient during the constant current operation. Can be made to.
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔1〕〜〔10〕の特徴は、矛盾しない範囲でどのように組み合わされてもよい。 The embodiments of the present disclosure are listed and illustrated below. The features [1] to [10] exemplified below may be combined in any way within a consistent range.
〔1〕第1導電路と第2導電路との間に設けられるとともに前記第2導電路に定電圧を出力する第1電源を備えた電源システムに用いられ、前記第1導電路と前記第2導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記第1電源に対して並列に接続される第2電源を備え、
前記第2電源は、前記第1導電路と前記第2導電路との間で電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を駆動する駆動部と、を有し、
前記駆動部は、前記電力変換部を電流制限値に基づいて定電流モードで動作させる定電流制御と、前記電力変換部に前記電流制限値よりも大きい出力電流を出力させる電流増加制御と、を行い、
前記駆動部は、前記定電流制御中に前記電力変換部の出力電圧が所定の降下状態となった場合に前記定電流制御から前記電流増加制御に切り替える電力変換装置。
[1] Used in a power supply system provided between a first conductive path and a second conductive path and provided with a first power source that outputs a constant voltage to the second conductive path, the first conductive path and the first conductive path. 2 A power conversion device that converts power to and from a conductive path.
A second power supply connected in parallel to the first power supply is provided.
The second power source includes a power conversion unit that performs power conversion between the first conductive path and the second conductive path, and a drive unit that drives the power conversion unit.
The drive unit provides constant current control for operating the power conversion unit in a constant current mode based on a current limit value, and current increase control for causing the power conversion unit to output an output current larger than the current limit value. Do,
The drive unit is a power conversion device that switches from the constant current control to the current increase control when the output voltage of the power conversion unit falls into a predetermined drop state during the constant current control.
上記〔1〕の電力変換装置は、定電圧を出力する第1電源に対して第2電源が並列に接続された電源システムにおいて、第2電源が定電流動作を行うことを可能とする。更に、上記の電力変換装置は、第2電源の定電流制御中に電源システムの出力電流が不足して出力電圧が降下し始めても、第2電源自身が「所定の降下状態」に基づいて迅速に電流増加制御に切り替わり得る。よって、この電力変換装置は、第2電源の定電流制御中に出力電流が不足した場合に第2電源の出力電流を迅速に上昇させ得る。 The power conversion device of the above [1] enables the second power supply to perform a constant current operation in a power supply system in which the second power supply is connected in parallel to the first power supply that outputs a constant voltage. Further, in the above power conversion device, even if the output current of the power supply system becomes insufficient and the output voltage starts to drop during the constant current control of the second power supply, the second power supply itself quickly based on the "predetermined drop state". Can be switched to current increase control. Therefore, this power conversion device can rapidly increase the output current of the second power supply when the output current is insufficient during the constant current control of the second power supply.
〔2〕前記駆動部は、前記電流増加制御中に前記出力電圧が閾値に達した場合に前記定電流制御に切り替える〔1〕に記載の電力変換装置。 [2] The power conversion device according to [1], wherein the drive unit switches to the constant current control when the output voltage reaches a threshold value during the current increase control.
上記〔2〕の電力変換装置は、所定の降下状態に応じて第2電源の出力電流を迅速に上昇させた後、第2電源の出力電圧が閾値に達するまで電流増加制御を続けることができる。そして、この電力変換装置は、第2電源の出力電圧が閾値まで回復したことを確認してから、第2電源を定電流制御に戻すことができる。 The power conversion device of the above [2] can rapidly increase the output current of the second power supply according to a predetermined drop state, and then continue the current increase control until the output voltage of the second power supply reaches the threshold value. .. Then, this power conversion device can return the second power supply to the constant current control after confirming that the output voltage of the second power supply has recovered to the threshold value.
〔3〕前記閾値は、前記第1電源が出力する前記定電圧以上の値である〔2〕に記載の電力変換装置。 [3] The power conversion device according to [2], wherein the threshold value is a value equal to or higher than the constant voltage output by the first power supply.
上記〔3〕の電力変換装置は、電源システムの出力電流が不足して第1電源の定電圧制御が維持されなくなったとしても、電流増加制御によって上記定電圧以上の値まで迅速に電圧を回復することができる。 The power conversion device of the above [3] quickly recovers the voltage to a value equal to or higher than the above constant voltage by the current increase control even if the output current of the power supply system is insufficient and the constant voltage control of the first power supply is not maintained. can do.
〔4〕前記駆動部は、前記定電流制御中に前記電力変換部の前記出力電圧が判定値未満となった場合に前記定電流制御から前記電流増加制御に切り替え、前記電流増加制御中に前記出力電圧が前記判定値よりも大きい前記閾値に達した場合に前記定電流制御に切り替える〔2〕又は〔3〕に記載の電力変換装置。 [4] When the output voltage of the power conversion unit becomes less than the determination value during the constant current control, the drive unit switches from the constant current control to the current increase control, and during the current increase control, the drive unit switches to the current increase control. The power conversion device according to [2] or [3], which switches to the constant current control when the output voltage reaches the threshold value larger than the determination value.
上記〔4〕の電力変換装置は、電源システムの出力電圧が上記判定値を超えて大きく低下することを抑制し、上記判定値よりも大きい閾値まで回復することができる。また、この電力変換装置は、上記判定値よりも上記閾値を大きく設定しているため、電流増加制御に切り替えた後に定電流制御と電流増加制御とが繰り返される回数を抑えることができる。 The power conversion device of the above [4] can prevent the output voltage of the power supply system from dropping significantly beyond the above-mentioned determination value, and can recover to a threshold value larger than the above-mentioned determination value. Further, since this power conversion device sets the threshold value larger than the determination value, it is possible to suppress the number of times that the constant current control and the current increase control are repeated after switching to the current increase control.
〔5〕前記第2電源は、前記第2電源の外部の装置から指令値を受信する受信部を有し、前記駆動部は、前記定電流制御を行う場合に前記受信部が受信した前記指令値に基づいて前記電流制限値を設定する〔1〕から〔4〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。 [5] The second power supply has a receiving unit that receives a command value from an external device of the second power supply, and the driving unit receives the command received by the receiving unit when performing the constant current control. The power conversion device according to any one of [1] to [4], which sets the current limit value based on the value.
上記〔5〕の電力変換装置は、定電流制御を行う場合に受信部が受信した指令値に基づいて電流制限値を設定する。このような構成のものでは、仮に、過渡的な「所定の降下状態」が生じた場合にその降下状態に応じて外部から発せられる指令値に基づいて電流制限値を更新する方法のみを採用すると、降下状態に応じた電流制限値に設定されるまでに時間がかかる懸念がある。しかし、上記の電力変換装置は、第2電源自身が「所定の降下状態」に応じて電流増加制御に切り替えることができるため、通信の遅延等に起因する切り替わりの遅れが生じにくくなる。 The power conversion device of the above [5] sets a current limit value based on a command value received by the receiving unit when performing constant current control. In such a configuration, if a transient "predetermined drop state" occurs, only the method of updating the current limit value based on the command value issued from the outside according to the drop state is adopted. , There is a concern that it may take some time before the current limit value is set according to the drop state. However, in the above-mentioned power conversion device, since the second power supply itself can switch to the current increase control according to the "predetermined drop state", the delay of switching due to the delay of communication or the like is less likely to occur.
〔6〕前記指令値は、前記電源システムが供給する総電流値又は前記第1電源が供給する第1電流の値に応じた値であり、前記駆動部は、前記定電流制御を行う場合に前記指令値に基づいて前記総電流値又は前記第1電流の値に応じた前記電流制限値を設定する〔5〕に記載の電力変換装置。 [6] The command value is a value corresponding to the total current value supplied by the power supply system or the value of the first current supplied by the first power supply, and the drive unit performs the constant current control. The power conversion device according to [5], wherein the current limit value is set according to the total current value or the value of the first current based on the command value.
上記〔6〕の電力変換装置では、第2電源は、定電流制御を行う場合に外部との通信に基づいて総電流値又は第1電流の値に応じた電流制限値を設定することができる。つまり、上記の電力変換装置は、定電流制御中には上記総電流値又は上記第1電流の値をより正確に反映して第2電源の出力電流を調整することができる。但し、このような電力変換装置では、「所定の降下状態」が生じた場合、通信によって新たな指令値を受信して電流設定値を更新するまでは、前回の「総電流値又は第1電流の値に応じた電流制限値」が維持されてしまい、電流を増加させるまでに時間がかかってしまう懸念がある。しかし、上記の電力変換装置では、第2電源自身が「所定の降下状態」に応じて電流増加制御に切り替えることができるため、通信の遅延等に起因して電流制限値の更新が遅れることによる出力電流の不足状態を生じにくくすることができる。つまり、上記の電力変換装置は、負荷電流が過渡的に増大する場面では、第2電源自身が行う迅速な制御によって出力電流を迅速に上昇させ得る。 In the power conversion device of the above [6], the second power supply can set a current limit value according to the total current value or the value of the first current based on communication with the outside when performing constant current control. .. That is, the power conversion device can adjust the output current of the second power supply by more accurately reflecting the total current value or the value of the first current during the constant current control. However, in such a power conversion device, when a "predetermined drop state" occurs, the previous "total current value or first current" is used until a new command value is received by communication and the current set value is updated. There is a concern that it will take time to increase the current because the "current limit value according to the value of" is maintained. However, in the above power conversion device, since the second power supply itself can switch to the current increase control according to the "predetermined drop state", the update of the current limit value is delayed due to the communication delay or the like. It is possible to prevent a shortage of output current from occurring. That is, in the above-mentioned power conversion device, when the load current is transiently increased, the output current can be rapidly increased by the rapid control performed by the second power supply itself.
〔7〕前記駆動部は、前記定電流制御中に前記第1電流の値と前記電流制限値との割合を前記総電流値又は前記第1電流の値に基づいて所定割合にするように前記電流制限値を設定する〔6〕に記載の電力変換装置。 [7] The drive unit sets the ratio between the value of the first current and the current limit value to a predetermined ratio based on the total current value or the value of the first current during the constant current control. The power conversion device according to [6], which sets a current limit value.
上記〔7〕の電力変換装置は、定電流制御中には第1電源からの出力電流の値と第2電源からの出力電流の値とを所定割合に保ちやすくなる。そして、定電流制御中に「所定の降下状態」が生じた場合には、上記電力変換装置は、上記所定割合に保ち続けることよりも出力電流を増加させることを迅速に優先させることができる。 The power conversion device of the above [7] can easily keep the value of the output current from the first power supply and the value of the output current from the second power supply at a predetermined ratio during the constant current control. Then, when a "predetermined drop state" occurs during constant current control, the power conversion device can quickly prioritize increasing the output current rather than keeping it at the predetermined ratio.
〔8〕前記第1電源と、前記第1電源及び前記第2電源を制御する制御部と、を含み、前記第1電源又は前記制御部が前記指令値を送信する〔5〕から〔7〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。 [8] The first power supply, the control unit that controls the first power supply and the second power supply, and the first power supply or the control unit transmits the command value [5] to [7]. The power conversion device according to any one of the above.
上記〔8〕の電力変換装置では、第2電源は、定電流制御中には制御部又は第1電源との通信によって電流制限値を設定することができる。そして、定電流制御中に「所定の降下状態」が生じた場合には、第2電源は、第2電源自身の判定及び駆動によって電流増加制御に迅速に切り替えることができる。 In the power conversion device of the above [8], the second power supply can set the current limit value by communication with the control unit or the first power supply during the constant current control. Then, when a "predetermined drop state" occurs during the constant current control, the second power supply can be quickly switched to the current increase control by the determination and drive of the second power supply itself.
〔9〕前記第1電源を含み、前記第1電源は、前記第1導電路と前記第2導電路との間で電力変換を行う第1電力変換部と、前記第1電力変換部を駆動する第1駆動部と、前記第1電力変換部から出力される出力電流の値を検出する検出部と、前記出力電流の値を特定する情報を送信する送信部と、を含み、前記第2電源は、第2電力変換部である前記電力変換部と、第2駆動部である前記駆動部と、を含み、前記受信部は少なくとも前記出力電流の値を特定する情報を受信し、前記駆動部は、前記定電流制御中に前記第1電流の値と前記電流制限値との割合を前記特定する情報に基づいて前記所定割合にするように前記電流制限値を設定する〔7〕に記載の電力変換装置。 [9] The first power supply includes the first power supply, and the first power supply drives a first power conversion unit that performs power conversion between the first conductive path and the second conductive path, and the first power conversion unit. The second drive unit includes a first drive unit, a detection unit that detects the value of the output current output from the first power conversion unit, and a transmission unit that transmits information that specifies the value of the output current. The power supply includes the power conversion unit which is the second power conversion unit and the drive unit which is the second drive unit, and the reception unit receives at least information specifying the value of the output current and drives the power supply. Described in [7], the unit sets the current limit value so that the ratio between the value of the first current and the current limit value becomes the predetermined ratio based on the specified information during the constant current control. Power converter.
上記〔9〕の電力変換装置は、定電流制御中には第1電源で実際に検出された検出値に基づき、第1電源からの出力電流の値と第2電源からの出力電流の値とをより正確に所定割合に保ちやすくなる。 The power conversion device of the above [9] has a value of the output current from the first power supply and a value of the output current from the second power supply based on the detected value actually detected by the first power supply during the constant current control. Is easier to keep at a predetermined ratio more accurately.
〔10〕前記第1電源の定格電流値よりも前記第2電源の定格電流値のほうが小さい〔1〕から〔9〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。 [10] The power conversion device according to any one of [1] to [9], wherein the rated current value of the second power supply is smaller than the rated current value of the first power supply.
上記〔10〕の電力変換装置は、第2電源の定格電流値を相対的に抑えることができ、定格電流値の抑えられた第2電源によって特徴的な動作を行うことができる。 The power conversion device of the above [10] can relatively suppress the rated current value of the second power supply, and can perform a characteristic operation by the second power supply in which the rated current value is suppressed.
<第1実施形態>
1.全体構成
図1で示される第1実施形態に係る車載用の電源システム100は、例えば電気自動車等の車両に搭載される車載用の直流電圧供給システムとして機能し得る。電源システム100は、負荷110に直流電圧を供給し得る。電源システム100は、電力変換装置101とバッテリ102とを備える。
<First Embodiment>
1. 1. Overall Configuration The vehicle-mounted
負荷110は、車両に搭載される電気機器であればよく、例えば、エンジンやモータを稼動するのに必要な付属機器(セルモータ、オルタネータ及びラジエータクーリングファン等)であってもよい。負荷110の種類は限定されず、電動パワーステアリングシステム、電動パーキングブレーキ、照明、ワイパー駆動部、ナビゲーション装置等を含んでいてもよい。
The
バッテリ102は、例えば高電圧(例えば300V)を供給するバッテリ(例えば2次電池)である。バッテリ102における高電位側の正極端子は、第1導電路11に電気的に接続されている。バッテリ102における低電位側の負極端子は、図示されていないグラウンドに電気的に接続されている。
The
電力変換装置101は、第1導電路11と第2導電路12との間で電力変換を行う装置である。電力変換装置101は、主に、第1電源104と第2電源106と制御部108とを備える。第1電源104及び第2電源106は、第1導電路11と第2導電路12との間に並列に接続されている。図2のように、第1電力変換部21及び第2電力変換部22が第1導電路11と第2導電路12との間に並列に接続されている。電力変換装置101は、バッテリ102から第1導電路11を介して入力される入力電圧を降圧し、第2導電路12に対して第1導電路11の電圧よりも低い出力電圧を印加する動作を行い得る。
The
なお、本明細書において、特別な説明が無い限り、電圧とはグラウンドとの電位差を意味する。例えば、第1導電路11の電圧は、第1導電路11とグラウンドとの電位差を意味し、第2導電路12の電圧は、第2導電路12とグラウンドとの電位差を意味する。
In this specification, unless otherwise specified, the voltage means the potential difference from the ground. For example, the voltage of the first
第1電源104及び第2電源106は、いずれもDC−DCコンバータとして機能する。第1電源104及び第2電源106はそれぞれ、バッテリ102から入力される直流電圧VHを所定の出力電圧V1及びV2にそれぞれ変換して、各々の出力端子から出力する。
Both the
第1電源104は、第1導電路11と第2導電路12との間に設けられ、第2導電路に定電圧を出力するように電力変換を行い得る装置である。図2に示されるように、第1電源104は、電力変換を行う第1電力変換部21と、第1電力変換部21を駆動する電源内制御部31と、インタフェース部61と、第1電圧値検出部41と、第1電流値検出部51と、を有する。電源内制御部31は、第1電力変換部21を駆動する第1駆動部の一例に相当する。以下の説明では、インタフェース部61は、IF部61とも称される。
The
第1電力変換部21は、第1導電路11と第2導電路12との間で電力変換を行う装置であり、具体的には、第1導電路11から第1入力路71を介して入力される電力を変換し、第1出力路81を介して第2導電路12に電力を出力する動作を行う。第1入力路71は、第1導電路11から分岐した導電路であり、一端が第1導電路11に電気的に接続され、他端が第1電力変換部21に電気的に接続される。第1出力路81は、一端が第1電力変換部21に電気的に接続され、他端が第2導電路12に電気的に接続される。
The first
第1電力変換部21は、例えば、図3のようなフルブリッジ方式の絶縁型のDCDCコンバータとして構成されている。図3では、第1電圧値検出部41や第1電流値検出部51などは省略されている。第1電力変換部21は、入力回路部21X、トランス部21Y、出力回路部21Zを有する。入力回路部21Xは、複数の半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dと、コンデンサ21Eとを備え、トランス部21Yの一次側コイル21Fに電気的に接続される。入力回路部21Xは、複数の半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dのスイッチング動作に応じて一次側コイル21Fに交流電圧を生じさせる。複数の半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dのスイッチング動作の制御は電源内制御部31によって行われ、具体的には後述のCV(ConstantVoltage)制御が行われる。出力回路部21Zは、ダイオード21J,21K、インダクタ21L、コンデンサ21Mを備え、トランス部21Yの二次側コイル21G,21Hに電気的に接続され、二次側コイル21G,21Hに印加される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。第1電力変換部21は、半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dのスイッチング動作によって電圧変換を行う。第1電力変換部21は、第1導電路11に印加された入力電圧VH(第1導電路11とグラウンド側の導電路13Aとの間の電位差)を降圧し、第1出力路81に出力電圧(第1出力路81とグラウンド側の導電路13Bとの間の電位差)を生じさせる。導電路13A,13Bは、例えば0V程度に維持される基準導電路である。
The first
図2のように、第1電流値検出部51は、第1出力路81の途中に介在する。第1電流値検出部51は、第1出力路81を流れる電流の値(第1電流値I1)を検出し、第1電流値I1を示す信号を電源内制御部31に入力する。第1電力変換部21が電力変換動作(具体的には降圧動作)を行う場合、第1電流値検出部51は、第1電力変換部21が第1出力路81を介して出力する出力電流の値を第1電流値I1として検出する。この例では、第1電流値検出部51が検出部の一例に相当し、第1電力変換部21から出力される出力電流の値(第1電流値I1)を検出する。
As shown in FIG. 2, the first current
第1電圧値検出部41は、第1出力路81の電圧値(第1電圧値V1)を検出し、電源内制御部31に第1電圧値V1を示す信号を入力する。第1電力変換部21が電力変換動作を行う場合、第1電圧値検出部41は、第1電力変換部21が第1出力路81に印加する出力電圧の値を第1電圧値V1として検出し、この出力電圧を示す信号を電源内制御部31に入力する。
The first voltage
IF部61は、制御部108から伝送されるデータを受信し、電源内制御部31に入力する。更に、IF部61は、電源内制御部31と協働し、電源内制御部31が取得した第1電流値I1、第1電圧値V1を制御部108に送信し得る。IF部61は、送信部の一例に相当し、第1電力変換部21が出力する出力電流の値(第1電流値I1)を特定する情報を送信する機能を有する。この例では、出力電流の値(第1電流値I1)を特定する情報が指令値の一例に相当する。出力電流の値(第1電流値I1)を特定する情報は、出力電流の値(第1電流値I1)そのものであってもよく、出力電流の値(第1電流値I1)に一定値を加算した値であってもよく、出力電流の値(第1電流値I1)に一定係数を乗算した値であってもよい。
The
電源内制御部31は、情報処理機能を有する制御装置として構成され、例えば、内部メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されている。内部メモリには、電源内制御部31が実行すべきプログラム及び必要なパラメータ等が記憶されている。電源内制御部31は、IF部61から受信したデータに基づき、第1電力変換部21を制御し得る。例えば、電源内制御部31は、第1電力変換部21の動作に必要な設定値を算出し、第1電力変換部21に設定する。
The in-power
本構成では、制御部108は、第1電源104に対して一定の出力電圧目標値を与えるように動作する。以下の説明では、制御部108が第1電源104に与える出力電圧目標値は「第1目標電圧」とも称される。また、以下の説明では、上記のCV制御によって一定の目標電圧を出力するモードは、定電圧モードとも称される。
In this configuration, the
第1電源104は、制御部108から上記第1目標電圧が与えられた場合、第1出力路81の電圧を上記第1目標電圧とするように電圧変換動作(降圧動作)を行い得る。具体的には、電源内制御部31は、第1出力路81に上記第1目標電圧を出力させるように第1電力変換部21を駆動する。第1電力変換部21は、電源内制御部31による駆動(上記CV制御)によって定電圧モードで動作し、バッテリ102から入力される直流電圧VHを降圧し、第1出力路81の電圧を上記第1目標電圧とするように電圧変換動作を行い得る。
When the first target voltage is given by the
具体的には、電源内制御部31が周期的にフィードバック演算を行い、半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dに与えるPWM信号のデューティを更新する。電源内制御部31は、各周期のフィードバック演算において、上記第1目標電圧と第1電圧値検出部41によって検出される第1電圧値V1(第1出力路81の電圧)との偏差を算出する。そして、電源内制御部31は、各周期のフィードバック演算において、その偏差と予め定められたゲインとに基づいてPI演算式又はPID演算式によって第1出力路81の電圧を第1目標電圧に近づけるための操作量(デューティの増減量)を決定する。そして、電源内制御部31は、このように決定された操作量(デューティの増減量)を現在の制御量(変更前のデューティ)に加えて新たなデューティを算出する。このように、電源内制御部31は、各周期のフィードバック演算により各周期においてPWM信号のデューティを更新し得る。
Specifically, the in-power
第2電源106は、第1導電路11と第2導電路12との間で電力変換を行い得る装置である。図2に示されるように、第2電源106は、電力変換を行う第2電力変換部22と、第2電力変換部22を駆動する電源内制御部32と、インタフェース部62と、第2電圧値検出部42と、第2電流値検出部52と、を有する。第2電力変換部22は、電力変換部の一例に相当する。電源内制御部32は、駆動部の一例に相当し、第2駆動部の一例に相当する。以下の説明では、インタフェース部62は、IF部62とも称される。
The
第2電力変換部22は、第1電力変換部21に対して並列に接続され、第1導電路11から第2入力路72を介して入力される電力を変換し、第2出力路82を介して第2導電路12に電力を出力する動作を行う。第2入力路72は、第1導電路11から分岐した導電路であり、一端が第1導電路11に電気的に接続され、他端が第2電力変換部22に電気的に接続される。第2出力路82は、一端が第2電力変換部22に電気的に接続され、他端が第2導電路12に電気的に接続される。
The second
図4で示されるように、第2電力変換部22は、図3で示される第1電力変換部21と同様のフルブリッジ方式の絶縁型のDCDCコンバータとして構成されている。図4では、第2電圧値検出部42や第2電流値検出部52などは図示が省略されている。第2電力変換部22は、入力回路部22X、トランス部22Y、出力回路部22Zを有する。入力回路部22Xは、複数の半導体スイッチ素子22A,22B,22C,22Dと、コンデンサ22Eとを備え、トランス部22Yの一次側コイル22Fに電気的に接続される。入力回路部22Xは、複数の半導体スイッチ素子22A,22B,22C,22Dのスイッチング動作に応じて一次側コイル22Fに交流電圧を生じさせる。複数の半導体スイッチ素子22A,22B,22C,22Dのスイッチング動作の制御は電源内制御部32によって行われ、具体的にはCVCC(ConstantVoltageConstantCurrent)制御が行われる。出力回路部22Zは、ダイオード22J,22K、インダクタ22L、コンデンサ22Mを備え、トランス部22Yの二次側コイル22G,22Hに電気的に接続され、二次側コイル22G,22Hに印加される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。第2電力変換部22は、半導体スイッチ素子22A,22B,22C,22Dのスイッチング動作によって電圧変換を行う。第2電力変換部22は、第1導電路11に印加された入力電圧VH(第1導電路11とグラウンド側の導電路13Cとの間の電位差)を降圧し、第2出力路82に出力電圧(第2出力路82とグラウンド側の導電路13Dとの間の電位差)を生じさせる。導電路13C,13Dは、例えば0V程度に維持される基準導電路である。
As shown in FIG. 4, the second
図2のように、第2電流値検出部52は、第2出力路82の途中に介在する。第2電流値検出部52は、第2出力路82を流れる電流の値(第2電流値I2)を検出し、第2電流値I2を示す信号を電源内制御部32に入力する。第2電力変換部22が電力変換動作(具体的には降圧動作)を行う場合、第2電流値検出部52は、第2電力変換部22が第2出力路82を介して出力する出力電流の値を第2電流値I2として検出する。
As shown in FIG. 2, the second current
第2電圧値検出部42は、第2出力路82の電圧値(第2電圧値V2)を検出し、電源内制御部32に第2電圧値V2を示す信号を入力する。第2電力変換部22が電力変換動作を行う場合、第2電圧値検出部42は、第2電力変換部22が第2出力路82に印加する出力電圧の値を第2電圧値V2として検出し、この出力電圧を示す信号を電源内制御部32に入力する。
The second voltage
IF部62は、制御部108から伝送されるデータを受信し、電源内制御部32に入力する。更に、IF部62は、電源内制御部32と協働し、電源内制御部32が取得した第2電流値I2、第2電圧値V2を制御部108に送信し得る。IF部62は、受信部の一例に相当し、第2電源106の外部の装置から指令値を受信するように機能する。具体的には、IF62は、IF61が送信した情報(例えば、第1電力変換部21が出力する出力電流の値(第1電流値I1)を特定する情報)を受信する機能を有する。
The
電源内制御部32は、情報処理機能を有する制御装置として構成され、例えば、内部メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されている。内部メモリには、電源内制御部32が実行すべきプログラム及び必要なパラメータ等が記憶されている。電源内制御部32は、IF部62から受信したデータに基づき、第2電力変換部22を制御し得る。例えば、電源内制御部32は、第2電力変換部22の動作に必要な設定値を算出し、第2電力変換部22に設定する。
The in-power
本構成では、制御部108又は第1電源104は、第2電源106に対して出力電圧目標値又は出力電圧目標値を決定するための値を与えるように動作する。以下の説明では、第2電源106の出力電圧目標値は「第2目標電圧」とも称される。第2目標電圧は、例えば、第1目標電圧よりも少し高い値とされる。第2目標電圧は、制御部108又は第1電源104から第2電源106に直接与えられてもよく、制御部108又は第1電源104から第2電源106に第1目標電圧が与えられ、第2電源106が第1目標電圧よりも一定レベル高い電圧を第2目標電圧が設定してもよい。
In this configuration, the
更に、制御部108又は第1電源104は、第2電源106に対して電流制限値又は電流制限値を決定するための値を与えるように動作する。電流制限値は、制御部108又は第1電源104から第2電源106に直接与えられてもよく、制御部108から第2電源106に負荷電流値が与えられ、第2電源106が負荷電流値の一定割合の電流値を電流制限値としてもよい。この場合の負荷電流値は、電源システム100から負荷110に供給する電流値である。或いは、第1電源104から第2電源106に対して第1電流値I1が与えられ、第2電源106が第1電流値I1に基づいて電流制限値を設定してもよい。
Further, the
本構成では、電源内制御部32(駆動部)が、定電流制御を行う場合にIF部62(受信部)が受信した指令値に基づいて電流制限値を指令値に応じた値(例えば、第1電流値I1に応じた値)に設定する。なお、以下で説明される代表例は、第1電源104から第2電源106に対して第1電流値I1が与えられ、第2電源106がこの第1電流値I1に基づいて第1電流値I1と電流制限値との割合を所定割合にするように電流制限値を設定する例である。具体的には、電源内制御部32(駆動部)が、定電流制御中に第1電流値I1と電流制限値との割合をIF部62(受信部)がIF部61から受信した情報(第1電流値I1を特定する情報)に基づいて所定割合にするように電流制限値を設定する。
In this configuration, when the in-power supply control unit 32 (drive unit) performs constant current control, the current limit value is set according to the command value based on the command value received by the IF unit 62 (reception unit) (for example,). Set to a value corresponding to the first current value I1). In the typical example described below, the first current value I1 is given to the
第2電源106は、上記第2目標電圧及び上記電流制限値に基づき、CVCC制御により動作する。第2電源106は、上述のCV制御により、指定された一定電圧(第2目標電圧)を出力する定電圧モードでも動作することができる。また、第2電源106は、CC(ConstantCurrent)制御により、指定された一定電流値(上記電流制限値)を出力するように動作することもできる。第2電源106が行うCC制御は定電流制御の一例に相当する。以下の説明では、指定された一定電流値を出力するモードは定電流モードとも称される。つまり、第2電源106は、定電圧モードでの動作と定電流モードとを切り替えて動作し得る。
The
図5は、電源内制御部32が実行する機能をブロックによって概念的に示す機能ブロック図である。図5における目標値設定部32A、定電流モード演算部32B、定電圧モード演算部32C、調停部32D、PWM信号生成部32Eの各機能は、マイクロコンピュータ等によってソフトウエア的に実現されてもよく、ハードウェア回路によって実現されてもよい。目標値設定部32Aは、インタフェース部62からの情報に基づき、電流制限値Itbを定電流モード演算部32Bに与え、第2目標電圧Vtbを定電圧モード演算部32Cに与える。
FIG. 5 is a functional block diagram conceptually showing the functions executed by the in-power
第2電力変換部22は、定電流モードで動作する場合、バッテリ102から入力される直流電圧VHを降圧し、第2出力路82の電流を上記電流制限値とする電圧変換動作を行う。電源内制御部32は、第2電力変換部22を定電流モードで動作させるためのフィードバック演算を所定の演算周期で周期的に行い得る。具体的には、定電流モード演算部32Bが上記演算周期で周期的にフィードバック演算を行い、操作量(第2出力路82の電流値を電流制限値に近づけるための新たなデューティ)を算出する。定電流モード演算部32Bは、各周期のフィードバック演算において、演算を行う周期における上記電流制限値Itbと第2電流値検出部52によって検出される第2電流値I2(第2出力路82の電流値)との偏差を算出する。そして、定電流モード演算部32Bは、演算を行う周期において、当該周期の上記偏差と予め定められたゲインとに予め定められた演算式とによって第2出力路82の電流値を上記電流制限値Itbに近づけるための操作量(新たなデューティ)を決定する。上記演算式は、PI(Proportional−Integral)演算式であってもよく、PID(Proportional−Integral−Differential)演算式であってもよい。例えば、定電流モード演算部32Bは、PI演算式によって操作量(新たなデューティ)を算出する場合、上記偏差と予め定められた比例ゲイン及び積分ゲインとに基づいてPI演算式によって操作量(新たなデューティ)を算出する。この操作量は、演算を行った周期のフィードバック演算結果であり、定電流モードの場合に現在のデューティから変化させるべき新たなデューティである。
When operating in the constant current mode, the second
第2電力変換部22は、定電圧モードで動作する場合、バッテリ102から入力される直流電圧VHを降圧し、第2出力路82の電圧を上記第2目標電圧とする電圧変換動作を行う。電源内制御部32は、第2電力変換部22を定電圧モードで動作させるためのフィードバック演算を上記演算周期で周期的に行う。具体的には、定電圧モード演算部32Cが上記演算周期で周期的にフィードバック演算を行い、操作量(第2出力路の電圧値を第2目標電圧に近づけるための新たなデューティ)を算出する。定電圧モード演算部32Cは、各周期のフィードバック演算において、演算を行う周期における上記第2目標電圧Vtbと第2電圧値検出部42によって検出される第2電圧値V2(第2出力路82の電圧)との偏差を算出する。そして、定電圧モード演算部32Cは、演算を行う周期において、当該周期の上記偏差と予め定められたゲインとに基づいてPI演算式又はPID演算式によって第2出力路82の電圧を第2目標電圧Vtbに近づけるための操作量を決定する。例えば、定電圧モード演算部32Cは、PI演算式によって操作量(新たなデューティ)を算出する場合、上記偏差と予め定められた比例ゲイン及び積分ゲインとに基づいてPI演算式によって操作量(新たなデューティ)を算出する。この操作量は、演算を行った周期のフィードバック演算結果であり、定電圧モードの場合に現在のデューティから変化させるべき新たなデューティである。
When operating in the constant voltage mode, the second
調停部32Dは、定電流モード演算部32Bによって算出された操作量(デューティ)と定電圧モード演算部32Cによって算出された操作量(デューティ)のうちのいずれを選択するかを、予め定められた選択方式によって決定する。以下で説明される代表例では、定電流モード演算部32B及び定電圧モード演算部32Cによって算出された両操作量のうち小さい操作量(デューティ比が小さくなる演算結果)を選択する方法が採用される。なお、調停方法はこの決定方法に限定されず、他の決定方法が採用されてもよい。
The
調停部32Dは、定電流モード演算部32Bによって算出された操作量(デューティ)と定電圧モード演算部32Cによって算出された操作量(デューティ)のうちの小さい操作量を選択する。そして、PWM信号生成部32Eは、調停部32Dで選択された操作量(デューティ)のPWM信号を、例えば、この操作量が決定された演算周期の次の周期のPWM信号として出力する。
The
このような動作がなされるため、電源内制御部32では、定電流モード演算部32Bが算出した操作量が調停部32Dによって採用される期間は、第2電力変換部22を定電流モードで動作させる定電流制御が継続する。また、電源内制御部32では、定電圧モード演算部32Cが算出する操作量が調停部32Dによって採用される期間は、第2電力変換部22を定電圧モードで動作させる定電圧制御が継続する。
Since such an operation is performed, the in-power
図6に示されるように、制御部108は、CPU(CentralProcessingUnit)120、メモリ122、インタフェース部(以下、IF部という)124及びバス126を含む。制御部108における各部の間のデータ伝送は、バス126を介して行われる。メモリ122は、1以上の記憶媒体を有し、例えば、書換可能な半導体不揮発性メモリ等を含む。メモリ122には、CPU120が実行するプログラム及び所定のパラメータ等が記憶されている。メモリ122の一部の領域は、CPU120がプログラムを実行するときにワークエリアとして使用される。制御部108は、例えば、電気自動車等のECU(ElectronicControlUnit)である。
As shown in FIG. 6, the
CPU120は、第1電源104及び第2電源106の動作を制御する機能を有し、第1電源104に指示を与えることで第1電力変換部21を制御し、第2電源106に指示を与えることで第2電力変換部22を制御する。具体的には、CPU120は、IF部124を介して第1電源104に対して、第1目標電圧を伝送する。第1電源104は、上記第1目標電圧に基づいて定電圧モードで動作しうるようになっており、第1目標電圧に等しい電圧を出力するように動作する。また、CPU120は、IF部124を介して第2電源106に対して、第1目標電圧又は第2目標電圧、及び、負荷電流値又は電流制限値を伝送してもよい。第2電源106は、定電流モードで動作するときには上記電流制限値に等しい電流を出力するように動作し、定電圧モードで動作するときには上記第2目標電圧に等しい電圧を出力するように動作する。
The
次の説明は、第2電源106が行う電力変換制御に関する。
図7の制御は、所定の開始条件が成立した後に第2電源106(具体的には電源内制御部32)が繰り返し実行する制御である。所定の開始条件は、例えば、車両が始動状態となった場合、電源内制御部32に対して電力供給が開始された場合、その他の開始条件が成立した場合などである。なお、第2電源106は、上記開始条件が成立した直後の初期動作として通信に基づく通常制御を開始するようになっている。通信に基づく通常制御は、通信で得られる上述の指令値(例えば第1電流値I1)に基づいて電流制限値Itbを設定した上で定電流モード演算部32B及び定電圧モード演算部32Cが演算を行い、調停部32Dが上述の調停によって操作量を決定する制御である。この制御では、調停部32Dが決定した操作量(デューティ)のPWM信号をPWM信号生成部32Eが出力する。なお、通信に基づく通常制御が行われている場合、定電流モード演算部32Bが算出した操作量を調停部32Dが採用し続ける期間は、第2電力変換部22を定電流モードで動作させる定電流制御が継続する。なお、電源内制御部32は、第1電源104の出力電圧が第1目標電圧であり且つ第2電源106の出力電流が電流制限値である限り、通信に基づく通常制御として上述の定電流制御を行う。
The following description relates to the power conversion control performed by the
The control of FIG. 7 is a control that the second power supply 106 (specifically, the
電源内制御部32は、上記開始条件が成立した場合又は図7の制御が終了した場合に、図7の制御を開始し、ステップS1の処理を行う。電源内制御部32は、ステップS1では、第2電源106の制御が通信に基づく制御(通常制御)であるか否かを判断し、通信に基づく通常制御である場合には処理をステップS2に進める。電源内制御部32は、ステップS1において第2電源106の制御が電流増加制御であると判断した場合には処理をステップS5に進める。なお、上記開始条件が成立した後の初回のステップS1の時点では、電源内制御部32は、デフォルトの制御として通信に基づく通常制御を行っているため、ステップS1においてYesと判断する。また、ステップS3、S6の処理の後に図7の制御が再び開始された場合の次のステップS1の時点では、電源内制御部32は、通信に基づく通常制御を行っているため、ステップS1においてYesと判断する。また、ステップS4、S7の処理の後に再び図7の制御が開始された場合の次のステップS1では、電源内制御部32は、電流増加制御を行っているため、ステップS1においてYesと判断する。
The in-power
電源内制御部32は、ステップS1において、第2電源106が通信に基づく制御(通常制御)を行っていると判断した場合、ステップS2において第2電源106の出力電圧値が予め定められた判定値Vj以上であるか否かを判断する。判定値Vjは、第1電源104の定電圧(第1目標電圧)よりも低い値である。電源内制御部32は、ステップS2において第2電源106の出力電圧値(即ち、第2電力変換部22の出力電圧値)が判定値Vj以上であると判断した場合、ステップS3において通信に基づく通常制御を継続する。
When the power
電源内制御部32は、ステップS2において第2電源106の出力電圧値が判定値Vj未満であると判断した場合、ステップS4において電流増加制御を行う。この電流増加制御は、第2電源106の目標電流値を現在の電流制限値(通信によって取得された指令値に基づいて決定された値)から徐々に増加させる制御である。電源内制御部32は、電流増加制御が継続している間は、目標電流値を現在の電流制限値から徐々に増加させて設定するとともに、第2電力変換部22の出力電流値I2を目標電流値にするように第2電力変換部22を動作させる。目標電流値を増加させる速度は、電源内制御部32において予め定められている。
When the in-power
このように、電源内制御部32(駆動部)は、第2電力変換部22(電力変換部)を電流制限値に基づいて定電流モードで動作させる定電流制御と、第2電力変換部22に電流制限値よりも大きい出力電流を出力させる電流増加制御と、を行い得る。そして、電源内制御部32は、定電流制御中に第2電力変換部22(電力変換部)の出力電圧が所定の降下状態となった場合(具体的には、判定値Vj未満となった場合)に定電流制御から電流増加制御に切り替えるように動作し得る。
In this way, the in-power supply control unit 32 (drive unit) has constant current control for operating the second power conversion unit 22 (power conversion unit) in the constant current mode based on the current limit value, and the second
電源内制御部32は、ステップS1において第2電源106の制御が通信に基づく制御(通常制御)でないと判断した場合(即ち、電流増加制御であると判定した場合)、ステップS5において第2電源106の出力電圧値が閾値Vth以上であるか否かを判断する。閾値Vthは、判定値Vjよりも大きい値である。更に、閾値Vthは、第1電源104が出力する定電圧(第1目標電圧)よりも大きい値であり、第2電源106の定電圧モードの目標電圧(第2目標電圧)よりも小さい値である。
When the in-power
電源内制御部32は、ステップS5において第2電源106の出力電圧値が閾値Vth以上であると判断した場合、ステップS6において通信に基づく通常制御を継続する。電源内制御部32は、第1電源104の出力電圧が第1目標電圧であり且つ第2電源106の出力電流が電流制限値である限り、通信に基づく通常制御として上述の定電流制御を行うようになっている。電源内制御部32は、ステップS5において第2電源106の出力電圧値が閾値Vth未満であると判断した場合、ステップS7において電流増加制御を行う。
When the power
このように、電源内制御部32(駆動部)は、電流増加制御中に第2電源106の出力電圧値(即ち、第2電力変換部22(電力変換部)の出力電圧値)が閾値Vthに達した場合に定電流制御に切り替えるように動作する。即ち、電源内制御部32は、定電流制御中に第2電源106の出力電圧が判定値Vj未満となった場合に定電流制御から電流増加制御に切り替え、電流増加制御中に第2電源106の出力電圧が閾値Vthに達した場合に定電流制御に切り替える。
As described above, in the power supply internal control unit 32 (drive unit), the output voltage value of the second power supply 106 (that is, the output voltage value of the second power conversion unit 22 (power conversion unit)) is set to the threshold value Vth during the current increase control. When it reaches, it operates to switch to constant current control. That is, when the output voltage of the
本開示の効果の例は、以下の通りである。
電力変換装置101は、定電圧を出力する第1電源104に対して第2電源106が並列に接続された電源システム100において、第2電源106が定電流動作を行うことを可能とする。但し、単に第2電源106が定電流動作を行う構成では、図8のような問題があるため、電力変換装置101はこの問題を図9のように解消し得る。
Examples of the effects of the present disclosure are as follows.
The
図8の例は、図1〜図6のような構成のものにおいて上記電流増加制御を行わない例である。図8の例では、時間taからの期間T4において負荷電流の急上昇が生じ、総電流値(第1電源104の電流値I1と第2電源106の電流値I2との和)が上昇している。図8の例では、負荷電流の急増によって第1電源104の出力電流が急増しても、通信によって第2電源106の電流制限値が時間tdで更新されるまでは、期間T12のように第2電源106の出力電流値I2が制限され続けてしまう。図8の例では、時間tdにて電流制限値が更新され、その後の期間T13に第2電源106の出力電流値I2が上昇しているが、それまでの期間T12は、第1電源104の過大な出力電流を抑えることができず、これによって第1電源104の出力電圧の低下、ひいては電源システム100の出力電圧の低下が生じてしまうことになる。しかし、上記電力変換装置101は、図9のように、電流増加制御によって出力電流を迅速に上昇させることができるため、このような出力電圧の低下を確実に抑えることができる。
The example of FIG. 8 is an example in which the current increase control is not performed in the configuration shown in FIGS. 1 to 6. In the example of FIG. 8, the load current suddenly rises in the period T4 from the time ta, and the total current value (the sum of the current value I1 of the
図9の例では、図8の例と同様に、時間taからの期間T4において負荷電流の急上昇が生じて、総電流値(第1電源104の電流値I1と第2電源106の電流値I2との和)が上昇している。電力変換装置101は、第2電源106の定電流制御中(期間T21)に期間T4のように負荷電流が急増し、電源システム100全体の出力電流の不足によって出力電圧が降下しても、第2電源106自身が「所定の降下状態」を迅速に検出し得る。そして、第2電源106は、「所定の降下状態」の検出に応じて定電流制御から電流増加制御に切り替わり得る。図9の例では、時間tbよりも前は、第2電源106の出力電圧が判定値Vj以上であり、期間T4の負荷急増によって時間tbに第2電源106の出力電圧が判定値Vj未満となっている。電源内制御部32(駆動部)は、このように第2電源106の出力電圧が判定値Vj未満となった場合に、図9の期間T22のように第2電力変換部22に対する制御を定電流制御から電流増加制御に切り替え、第2電力変換部22の出力電流値I2を増大させる。
In the example of FIG. 9, similarly to the example of FIG. 8, the load current suddenly rises in the period T4 from the time ta, and the total current value (current value I1 of the
このように、電力変換装置101は、第2電源106の定電流制御中に出力電流の不足が生じ、それに伴う出力電圧の低下が生じても、第2電源106の出力電流を迅速に上昇させて出力電圧を回復し得る。
As described above, the
電源内制御部32(駆動部)は、図9の期間T22のように電流増加制御を行っているときに第2電源106の出力電圧が閾値Vthに達した場合には第2電力変換部22に対する制御を電流増加制御から定電流制御に切り替える。図9の例では、電流増加制御中の時間tcにおいて第2電力変換部22(電力変換部)の出力電圧が閾値Vthに達しており、電源内制御部32(駆動部)は、時間tc直後に、第2電力変換部22に対する制御を電流増加制御から定電流制御に切り替えている。そして、電源内制御部32(駆動部)は、期間T23において定電流制御を行っている。
When the output voltage of the
このように、電力変換装置101は、上述の「所定の降下状態」に応じて第2電源106の出力電流を迅速に上昇させた後、第2電源106の出力電圧が閾値Vthに達するまでの期間T22において電流増加制御を続けることができる。そして、電力変換装置101は、第2電源106の出力電圧が閾値Vthまで回復したことを確認してから、第2電源106を定電流制御に戻すことができる。
In this way, the
具体的には、上記閾値Vthは上記判定値Vjよりも大きい値である。この電力変換装置101は、電源システム100の出力電圧が上記判定値Vjを超えて大きく低下することを電流増加制御によって抑制し、上記判定値Vjよりも大きい閾値Vthまで出力電圧を回復することができる。更に、この電力変換装置101は、上記判定値Vjよりも上記閾値Vthを大きく設定しているため、電流増加制御に切り替えた後に定電流制御と電流増加制御とが繰り返される回数を抑えることができる。
Specifically, the threshold value Vth is a value larger than the determination value Vj. The
より具体的には、上記閾値Vthは、第1電源104が出力する定電圧(第1目標電圧)以上の値とされている。この電力変換装置101は、電源システム100の出力電流が不足して第1電源104の定電圧制御が維持されなくなったとしても、電流増加制御によって上記定電圧以上の値まで迅速に電圧を回復することができる。
More specifically, the threshold value Vth is set to a value equal to or higher than the constant voltage (first target voltage) output by the
一方、図8の例では、期間T4での負荷電流の急増によって第1電源104の出力電流が急増しても、通信結果に応じて第2電源106の電流制限値が時間tdで更新されるまでは第2電源106の出力電流が制限されてしまう。つまり、図8の例では、時間td後の期間T13までは第1電源104の過大な出力電流を抑えることができず、第1電源104の出力電圧の低下、ひいては電源システム100の出力電圧の低下が生じてしまうことになる。これに対し、本開示の電力変換装置101は、図9のようにこの問題を解消することができる。なお、図9における一点鎖線Ixは、図8のように動作させる場合の第1電源104の出力電流値の変化であり、図9における一点鎖線Iyは、図8のように動作させる場合の第2電源106の出力電流値の変化であり、
On the other hand, in the example of FIG. 8, even if the output current of the
図10、図11は、負荷電流の急増によって第1電源104の電流値I1が定格電流値Imまで達する場合のグラフである。図10は、図8と同様の装置に関するグラフであり、図1〜図6のような構成のものにおいて上記電流増加制御を行わない例である。図10の例では、時間taから負荷電流の急上昇が生じ、総電流値(第1電源104の電流値I1と第2電源106の電流値I2との和)が上昇している。そして、図10の例では、時間taの後に行われる通信に応じて時間tdから電流制限値が変更され、第2電源106の電流値I2が上昇している。但し、図10の例では、第1電源104の電流値I1は、負荷電流の急増に伴って定格電流値Imまで上昇した後、時間teから定格電流値Imに制限されている。この図10の例では、負荷電流の急増によって第1電源104の出力電流が急増する期間T14は、過渡的な電圧降下が生じてしまう。更に、その後の期間T15では、第1電源104の電流値I1が定格電流値Imに制限され、負荷が求める電流値Izを総電流値Isが下回るため、定常的に出力電圧が低くなってしまう。
10 and 11 are graphs in the case where the current value I1 of the
これに対し、本開示の電力変換装置101は、第2電源106の定電流制御中(期間T21)に図10と同様に負荷電流が急増しても、図11のように「所定の降下状態」が生じた時間tbから電流増加制御を行い、出力電流値I2を増大させることができる。従って、電力変換装置101は、期間T4で懸念される過渡的な電圧降下を抑えることができる。しかも、電力変換装置101は、第1電源104の電流値I1が定格電流値Imまで到達することを抑制又は防止することができるため、上述の定常的な出力電圧の低下も抑えることができる。なお、図11における一点鎖線Ixは、図10のように動作させる場合の第1電源104の出力電流値の変化であり、図11における一点鎖線Iyは、図10のように動作させる場合の第2電源106の出力電流値の変化である。
On the other hand, in the
電力変換装置101は、定電流制御を行う場合にIF部62(受信部)が受信した指令値に基づいて電流制限値を設定する。このような構成のものでは、仮に、過渡的な「所定の降下状態」が生じた場合にその降下状態に応じて外部から発せられる指令値に基づいて電流制限値を更新する方法のみを採用すると、降下状態に応じた電流制限値に設定されるまでに時間がかかる懸念がある。しかし、電力変換装置101は、第2電源106自身が「所定の降下状態」に応じて電流増加制御に切り替えることができるため、通信の遅延等に起因する切り替わりの遅れが生じにくくなる。
The
電力変換装置101では、第2電源106は、定電流制御を行う場合に外部との通信に基づいて第1電流の値I1に応じた電流制限値を設定することができる。つまり、電力変換装置101は、定電流制御中には第1電流の値I1をより正確に反映して第2電源106の出力電流を調整することができる。但し、このような装置では、「所定の降下状態」が生じた場合、通信によって新たな指令値を受信して電流設定値を更新するまでは、前回の「第1電流の値I1に応じた電流制限値」が維持されてしまい、電流を増加させるまでに時間がかかってしまう懸念がある。しかし、電力変換装置101では、第2電源106自身が「所定の降下状態」に応じて電流増加制御に切り替えることができるため、通信の遅延等に起因して電流制限値の更新が遅れることによる出力電流の不足状態を生じにくくすることができる。つまり、電力変換装置101は、負荷電流が過渡的に増大する場面では、第2電源106自身が行う迅速な制御によって出力電流を迅速に上昇させ得る。
In the
電源内制御部32(駆動部)は、定電流制御中に第1電流の値I1と電流制限値Itbとの割合を第1電流の値I1に基づいて所定割合にするように電流制限値Itbを設定する。この電力変換装置101は、定電流制御中には第1電源104からの出力電流の値I1と第2電源106からの出力電流の値I2とを所定割合に保ちやすくなる。そして、定電流制御中に「所定の降下状態」が生じた場合には、電力変換装置101は、上記所定割合に保ち続けることよりも出力電流を増加させることを迅速に優先させることができる。
The in-power supply control unit 32 (driving unit) sets the ratio between the first current value I1 and the current limit value Itb to a predetermined ratio based on the first current value I1 during constant current control. To set. The
第2電源106は、定電流制御中には第1電源104との通信によって電流制限値Itbを設定することができる。そして、定電流制御中に「所定の降下状態」が生じた場合には、第2電源106は、自身の判定及び駆動によって電流増加制御に迅速に切り替えることができる。
The
電力変換装置101は、定電流制御中には第1電源104で実際に検出された検出値(第1電流の値I1)に基づき、第1電源104からの出力電流の値I1と第2電源106からの出力電流の値I2とをより正確に所定割合に保ちやすくなる。
The
電力変換装置101は、第1電源104の定格電流値よりも第2電源106の定格電流値のほうが小さい。この電力変換装置101は、第2電源106の定格電流値を相対的に抑えることができ、定格電流値の抑えられた第2電源106によって特徴的な動作を行うことができる。
In the
<他の実施形態>
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
<Other Embodiments>
The present disclosure is not limited to the embodiments described by the above description and drawings. For example, the features of the embodiments described above or below can be combined in any combination within a consistent range. Further, any of the features of the above-mentioned or later-described embodiments may be omitted unless it is clearly stated as essential. Further, the above-described embodiment may be modified as follows.
上記実施形態では、第1電源104が当該第1電源104の電流値I1を指令値として第2電源106に送信し、第2電源106がこの指令値に基づいて電流制限値を設定するがこの例に限定されない。例えば、第1電源104が自身の電流値I1に基づいて電流値I1と電流制限値Itbとが所定割合となるように電流制限値Itbを算出し、この電流制限値Itbを指令値として第2電源106に送信してもよい。或いは、制御部108が、第1電源104から取得した第1電源104の電流値I1を指令値として第2電源106に送信してもよい。或いは、制御部108が電流値I1に基づいて電流値I1と電流制限値Itbとが所定割合となるように電流制限値Itbを算出し、この電流制限値Itbを指令値として第2電源に送信してもよい。或いは、制御部108が、第1電源104から取得した第1電源104の電流値I1と第2電源106から取得した第2電源106の電流値I2との和(総電流値Iz)を第2電源106に送信してもよい。或いは、制御部108が、上記総電流値Izの所定割合の値を電流制限値Itbとして第2電源106に送信してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態は、電源内制御部32(駆動部)が、定電流制御中に第1電流値I1と電流制限値Itbとの割合を第1電流値I1に基づいて所定割合にするように電流制限値Itbを設定するが、この例に限定されない。電源内制御部32(駆動部)は、定電流制御中に第1電流値I1と電流制限値Itbとの割合を制御部108から取得する総電流値Iz(I1+I2)に基づいて総電流値Izの所定割合にするように電流制限値Itbを設定してもよい。この場合、総電流値Izが指令値の一例に相当する。この場合、制御部108が、総電流値Iz(第1電流値I1と第2電流値I2との和)を継続的に監視し、最新の総電流値Izを短い時間間隔で第2電源106に送信すればよい。また、これらの例に限定されるわけではなく、電源内制御部32(駆動部)は、第1電流値I1を指令値とするとともに第1電流値I1と電流制限値Itbとを変数とする所定演算式を用い、第1電流値I1に応じて電流制限値Itbを決定してもよい。或いは、電源内制御部32(駆動部)は、上記総電流値Izを指令値とするとともに上記総電流値Izと電流制限値Itbとを変数とする所定演算式を用い、上記総電流値Izに応じて電流制限値Itbを決定してもよい。
In the above embodiment, the in-power supply control unit 32 (driving unit) sets the ratio of the first current value I1 and the current limit value Itb to a predetermined ratio based on the first current value I1 during constant current control. A limit value Itb is set, but the present invention is not limited to this example. The in-power supply control unit 32 (drive unit) obtains the ratio of the first current value I1 and the current limit value Itb from the
上記実施形態では、「所定の降下状態」は、第2電源の出力電圧が判定値未満となった場合であったが、例えば、第2電源の出力電圧の低下率(単位時間当たりの出力電圧の低下糧)が所定値を超えた場合であってもよい。 In the above embodiment, the "predetermined drop state" is a case where the output voltage of the second power supply is less than the determination value. For example, the rate of decrease of the output voltage of the second power supply (output voltage per unit time). It may be the case that the voltage drop of) exceeds a predetermined value.
上記実施形態では、電力変換装置101が制御部108を含む装置であったが、上記制御部108のような制御を含まない装置が電力変換装置とされてもよい。例えば、電力変換装置101から上記制御部108を除いた部分が電力変換装置とされてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、電力変換装置101が第1電源104を含む装置であったが、第1電源を含まない装置が電力変換装置とされてもよい。例えば、電力変換装置101から第1電源104を除いた部分が電力変換装置とされてもよく、電力変換装置101から第1電源104及び制御部108を除いた部分が電力変換装置とされてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、第1電力変換部21及び第2電力変換部22の具体的構成として、図3、図4のような絶縁型DCDCコンバータが例示されたが、図3、図4の構成以外のDCDCコンバータが用いられてもよい。
In the above embodiment, the isolated DCDC converter as shown in FIGS. 3 and 4 is exemplified as a specific configuration of the first
上記実施形態では、電源システム100が電気自動車などの車両に搭載されるが、これに限定されない。電源システム100は、これら以外の種類の車両、例えば、PHEV(Plug−in Hybrid Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)に搭載されてもよく、車両以外の装置に搭載されてもよい。
In the above embodiment, the
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be noted that the embodiments disclosed this time are examples in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed here, and includes all modifications within the scope indicated by the claims or within the scope equivalent to the claims. Is intended.
11 :第1導電路
12 :第2導電路
13A :導電路
13B :導電路
13C :導電路
13D :導電路
21 :第1電力変換部
21A :半導体スイッチ素子
21B :半導体スイッチ素子
21C :半導体スイッチ素子
21D :半導体スイッチ素子
21E :コンデンサ
21F :一次側コイル
21G :二次側コイル
21H :二次側コイル
21J :ダイオード
21K :ダイオード
21L :インダクタ
21M :コンデンサ
21X :入力回路部
21Y :トランス部
21Z :出力回路部
22 :第2電力変換部
22A :半導体スイッチ素子
22B :半導体スイッチ素子
22C :半導体スイッチ素子
22D :半導体スイッチ素子
22E :コンデンサ
22F :一次側コイル
22G :二次側コイル
22H :二次側コイル
22J :ダイオード
22K :ダイオード
22L :インダクタ
22M :コンデンサ
22X :入力回路部
22Y :トランス部
22Z :出力回路部
31 :電源内制御部
32 :電源内制御部
32A :目標値設定部
32B :定電流モード演算部
32C :定電圧モード演算部
32D :調停部
32E :PWM信号生成部
41 :第1電圧値検出部
42 :第2電圧値検出部
51 :第1電流値検出部
52 :第2電流値検出部
61 :インタフェース部
62 :インタフェース部
71 :第1入力路
72 :第2入力路
81 :第1出力路
82 :第2出力路
100 :電源システム
101 :電力変換装置
102 :バッテリ
104 :第1電源
106 :第2電源
108 :制御部
110 :負荷
120 :CPU
122 :メモリ
124 :IF部
126 :バス
11: First conductive path 12: Second conductive path 13A: Conductive path 13B: Conductive path 13C: Conductive path 13D: Conductive path 21: First power conversion unit 21A: Semiconductor switch element 21B: Semiconductor switch element 21C: Semiconductor switch element 21D: Semiconductor switch element 21E: Condenser 21F: Primary side coil 21G: Secondary side coil 21H: Secondary side coil 21J: Diode 21K: Diode 21L: Incubator 21M: Condenser 21X: Input circuit section 21Y: Transformer section 21Z: Output circuit Part 22: Second power conversion unit 22A: Semiconductor switch element 22B: Semiconductor switch element 22C: Semiconductor switch element 22D: Semiconductor switch element 22E: Condenser 22F: Primary side coil 22G: Secondary side coil 22H: Secondary side coil 22J: Diode 22K: Diode 22L: inductor 22M: Condenser 22X: Input circuit unit 22Y: Transformer unit 22Z: Output circuit unit 31: Power supply internal control unit 32: Power supply internal control unit 32A: Target value setting unit 32B: Constant current mode calculation unit 32C : Constant voltage mode calculation unit 32D: Mediation unit 32E: PWM signal generation unit 41: First voltage value detection unit 42: Second voltage value detection unit 51: First current value detection unit 52: Second current value detection unit 61: Interface unit 62: Interface unit 71: First input path 72: Second input path 81: First output path 82: Second output path 100: Power supply system 101: Power conversion device 102: Battery 104: First power supply 106: First 2 Power supply 108: Control unit 110: Load 120: CPU
122: Memory 124: IF unit 126: Bus
Claims (8)
前記第1電源に対して並列に接続される第2電源を備え、
前記第2電源は、前記第1導電路と前記第2導電路との間で電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を駆動する駆動部と、を有し、
前記駆動部は、前記電力変換部を電流制限値に基づいて定電流モードで動作させる定電流制御と、前記電力変換部に前記電流制限値よりも大きい出力電流を出力させる電流増加制御と、を行い、
前記駆動部は、前記定電流制御中に前記電力変換部の出力電圧が所定の降下状態となった場合に前記定電流制御から前記電流増加制御に切り替える電力変換装置。 It is used in a power supply system provided between a first conductive path and a second conductive path and provided with a first power source that outputs a constant voltage to the second conductive path, and is used for the first conductive path and the second conductive path. It is a power conversion device that converts power between and
A second power supply connected in parallel to the first power supply is provided.
The second power source includes a power conversion unit that performs power conversion between the first conductive path and the second conductive path, and a drive unit that drives the power conversion unit.
The drive unit provides constant current control for operating the power conversion unit in a constant current mode based on a current limit value, and current increase control for causing the power conversion unit to output an output current larger than the current limit value. Do,
The drive unit is a power conversion device that switches from the constant current control to the current increase control when the output voltage of the power conversion unit falls into a predetermined drop state during the constant current control.
前記駆動部は、前記定電流制御を行う場合に前記受信部が受信した前記指令値に基づいて前記電流制限値を設定する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The second power supply has a receiving unit that receives a command value from an external device of the second power supply.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive unit sets the current limit value based on the command value received by the receiver when performing the constant current control. ..
前記駆動部は、前記定電流制御を行う場合に前記指令値に基づいて前記総電流値又は前記第1電流の値に応じた前記電流制限値を設定する請求項5に記載の電力変換装置。 The command value is a value corresponding to the total current value supplied by the power supply system or the value of the first current supplied by the first power supply.
The power conversion device according to claim 5, wherein the drive unit sets the current limit value according to the total current value or the value of the first current based on the command value when performing the constant current control.
前記第1電源及び前記第2電源を制御する制御部と、
を含み、
前記第1電源又は前記制御部が前記指令値を送信する請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の電力変換装置。 With the first power supply
A control unit that controls the first power supply and the second power supply,
Including
The power conversion device according to any one of claims 5 to 7, wherein the first power supply or the control unit transmits the command value.
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