JP2021191229A - 電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】直列接続された複数の蓄電池を備える電源システムにおいて、構成の簡略化を図りつつ、各蓄電池における通電を好適に行わせることを目的とする。【解決手段】電源部20に正極側電気経路LP及び負極側電気経路LNを介して接続されるインバータ30と、中性点接続された複数の巻線41を有する回転電機40と、電源部における各蓄電池の間の中間点PBと、巻線41の中性点PAとを電気的に接続する接続経路LCと、電源部との間で通電を可能にする第1端子と第2端子とを有する機器50,63と、を備え、第1端子が接続経路に接続され、第2端子が正極側電気経路と負極側電気経路との少なくともいずれか一方に接続される構成となっている。【選択図】 図1
Description
本発明は、複数の蓄電池が直列接続された直列接続体を電源部とする電源システムに関する。
例えば車両の電源システムでは、近年、蓄電池の高電圧化が図られており、数100Vの蓄電池である第1蓄電池と第2蓄電池とを直列接続して直列接続体とし、車両の走行時に、第1蓄電池と第2蓄電池との直列接続体から回転電機に電力を供給する技術が提案されている。これにより、回転電機に大電力を供給することができる。
また、直列接続された第1蓄電池及び第2蓄電池について、個別に放電又は充電を行わせる技術が知られている。例えば特許文献1に記載の電源システムは、入力端子が正極側電力線と第1蓄電池及び第2蓄電池の中間点とにそれぞれ接続されるとともに、出力端子が補機負荷に接続される第1分割リレーと、入力端子が第1蓄電池及び第2蓄電池の中間点と負極側電力線とにそれぞれ接続されるとともに、出力端子が補機負荷に接続される第2分割リレーとを備える。そして、第1分割リレー及び第2分割リレーの一方のみをオンにすることにより、第1蓄電池及び第2蓄電池について個別の放電又は充電を可能にするものとなっている。
特許文献1に記載の電源システムでは、直列接続された蓄電池ごとに分割リレーを設け、それら各分割リレーにおいて蓄電池に接続される正側及び負側の入力端子の開閉が行われる構成となっており、電源システムの構成が複雑化する。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、直列接続された複数の蓄電池を備える電源システムにおいて、構成の簡略化を図りつつ、各蓄電池における通電を好適に行わせることを目的とするものである。
上記課題を解決するための第1の手段は、複数の蓄電池が直列接続された直列接続体を電源部とする電源システムであって、前記電源部に正極側電気経路及び負極側電気経路を介して接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、中性点接続された複数の巻線を有し、前記インバータを介して前記電源部との間で電力の入出力を行う回転電機と、前記電源部における各前記蓄電池の間の中間点と、前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路と、前記電源部との間で通電を可能にする第1端子と第2端子とを有する機器と、を備え、前記機器の前記第1端子が前記接続経路に接続され、前記機器の前記第2端子が、前記正極側電気経路と前記負極側電気経路との少なくともいずれか一方に接続される構成となっている。
上記構成の電源システムでは、複数の蓄電池が直列接続された直列接続体を電源部とし、その電源部での充放が行われる。この電源システムでは、回転電機が、インバータを介して電源部に接続されており、回転電機と電源部との間で電力の入出力が可能となっている。各蓄電池の間の中間点は、接続経路を介して巻線の中性点に電気的に接続されており、その接続経路には機器の第1端子が接続されている。また、第2端子は、電源部の正極側電気経路と負極側電気経路との少なくともいずれか一方には機器の第2端子が接続されている。
例えば、機器が電源部を電力供給源とする補機である構成では、第2端子が正極側電気経路に接続されている場合、正極側電気経路及び接続経路を介して中性点よりも正極側に位置する正極側蓄電池から補機に電力が直接供給される。また、中性点よりも負極側に位置する負極側蓄電池の正極側が巻線の中性点に接続されており、インバータでスイッチング制御が行われることにより、回転電機の巻線において負極側蓄電池の正極側の電圧が昇圧され、この昇圧された電圧を用いて補機に電力が供給される。この場合、負極側蓄電池の電力により補機への電力供給が行われる。また、第2端子が負極側電気経路に接続されている場合、接続経路及び負極側電気経路を介して負極側蓄電池から補機に電力が直接供給される。また、正極側蓄電池の負極側が巻線の中性点に接続されており、インバータでスイッチング制御が行われることにより、回転電機の巻線において負極側蓄電池の負極側の電圧が降圧され、この降圧された電圧を用いて補機に電力が供給される。この場合、負極側蓄電池の電力により補機への電力供給が行われる。
また、機器が電源部を充電対象として充電を行う充電機器である構成では、第2端子が負極側電気経路に接続されている場合、接続経路及び負極側電気経路を介して充電機器から負極側蓄電池に直接充電される。また、正極側蓄電池の負極側が巻線の中性点に接続されており、インバータでスイッチング制御が行われることにより、回転電機の巻線において充電機器に入力される充電電圧が昇圧され、この昇圧された電圧を用いて正極側蓄電池への充電が行われる。
これらの通電の形態では、電源部における正極側蓄電池及び負極側蓄電池のうち一方の蓄電池に対して通電を行う場合と他方の蓄電池に対して通電を行う場合とで、電源部と機器との接続状態を切り替える必要がない。そのため、電源システムの構成の簡略化を図りつつ、各蓄電池における通電を好適に行わせることができる。
第2の手段では、前記正極側電気経路において前記第2端子が接続される接続点よりも前記電源部側、及び前記負極側電気経路において前記第2端子が接続される接続点よりも前記電源部側の少なくともいずれかに設けられたシステムメインリレーを備える。
上記構成によれば、例えば、第2端子が正極側電気経路に接続されている構成では、システムメインリレーが開放されることで、正極側蓄電池と機器との間の通電が停止される。また、システムメインリレーが開放されることで、回転電機の巻線における昇圧動作が停止され、負極側蓄電池と機器との間の通電が停止される。つまり、システムメインリレーを用いて、各蓄電池と機器との間の通電を停止することができる。
第3の手段では、前記電源部は、前記複数の蓄電池のうち少なくとも1つの蓄電池からなる正極側の第1蓄電部と残りの蓄電池からなる負極側の第2蓄電部とを有し、前記接続経路は、前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間の前記中間点に接続されており、前記機器は、前記第1蓄電部及び前記第2蓄電部を電力供給源として電力供給を受ける補機であり、前記第2端子は、前記正極側電気経路と前記負極側電気経路とのいずれか一方に接続されており、前記第1蓄電部と前記第2蓄電部とのうち、前記正極側電気経路又は前記負極側電気経路を介して前記第2端子が接続された側の蓄電部を特定蓄電部とし、前記特定蓄電部とは異なる蓄電部を非特定蓄電部とし、前記スイッチング素子の開閉によるインバータ制御を実施する制御装置を備え、前記制御装置は、前記特定蓄電部から前記補機に電力供給する場合に、前記接続経路に電流が流れないように前記インバータ制御を実施する第1制御と、前記非特定蓄電部から前記補機に電力供給する場合に、前記接続経路に所定の電流が流れるように前記インバータ制御を実施する第2制御と、を切り替えて実施する。
接続経路に電流が流れないようにインバータを制御する第1制御では、接続経路及び回転電機の巻線を介して非特定電池から補機に電力供給がされない。そのため、特定蓄電部から補機に電力が供給される。一方、接続経路に電流が流れるようにインバータを制御する第2制御では、接続経路及び回転電機の巻線を介して非特定蓄電部から補機に電力が供給される。上記構成では、第1制御と第2制御とを切り替えて実施するようにした。これにより、電源部と機器との接続状態の切り替えを行うことなく、各蓄電部からそれぞれ好適に電力を供給することができる。
第4の手段では、前記インバータは、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を有し、前記制御装置は、前記第1制御において、前記上アームスイッチが閉鎖される期間を前記下アームスイッチが閉鎖される期間と等しくすることで、前記接続経路に電流が流れないようにし、前記第2制御において、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとのうち、前記正極側電気経路又は前記負極側電気経路を介して前記非特定蓄電部が接続された側の特定スイッチが閉鎖される期間を、前記特定スイッチとは異なる非特定スイッチが閉鎖される期間よりも長くすることで、前記接続経路に所定の電流が流れるようにする。
接続経路を介して中間点と中性点とが電気的に接続されている構成では、上アームスイッチが閉鎖される期間と下アームスイッチが閉鎖される期間とを等しくすることで、接続経路に電流が流れない状態とし、これらの期間を異ならせることで、閉鎖される期間が長いスイッチに対応した向きの電流が接続経路に流れる状態とすることができる。上記構成では、上アームスイッチが閉鎖される期間と下アームスイッチが閉鎖される期間とを調整することで、接続経路に流れる電流を制御するようにした。これにより、インバータを用いて補機に電力を供給する蓄電部を適正に切り替えることができる。
第5の手段では、前記第1蓄電部及び前記第2蓄電部に流れる電流を検出する複数の電流センサを備え、前記電流センサは、前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記電源部側の第1電流検出点と、前記特定蓄電部と前記インバータとの間の電気経路のうち、前記第2端子との接続点よりも前記電源部側の第2電流検出点と、前記非特定蓄電部と前記インバータとの間の電気経路上の第3電流検出点と、のうち少なくとも2つの電流検出点に設けられており、前記制御装置は、前記電流センサの検出電流に基づいて前記第1制御と前記第2制御とを切り替える。
第1〜第3電流検出点のうち、少なくとも2つの電流検出点に電流センサが設けられることで、これらの電流センサの検出電流に基づいて、各蓄電部と補機との間に流れる充放電電流を算出することができ、この電流に基づいて各蓄電部の残存容量を算出することができる。上記構成では、これらの電流センサの検出電流に基づいて、第1制御と第2制御とを切り替えるようにした。これにより、各蓄電部の残存容量を均等化することができる。
第6の手段では、前記電源部は、3個以上の前記蓄電池が直列接続されることで、各前記蓄電池の間に複数の前記中間点を有し、前記接続経路は、前記中間点毎に分岐して設けられ、複数の前記中間点の1つに選択的に接続可能であり、前記制御装置は、前記補機の駆動電圧に関する情報を取得し、取得された前記駆動電圧に応じて、前記接続経路が接続される前記中間点を切り替えて前記特定蓄電部の出力電圧を調整する。
電源システムにおいて補機に対する駆動電圧の要求値が異なることがある。その点、上記構成では、補機の駆動電圧に応じて、接続経路が接続される中間点を切り替えて特定蓄電部の出力電圧を調整するようにした。これにより、特定蓄電部の出力電圧を、補機の駆動電圧と同じ電圧又は略同じ電圧に設定することができる。この場合、特定蓄電部と非特定蓄電部とで出力電圧が相違することが考えられるが、非特定蓄電部の出力電圧については、インバータの制御により補機の駆動電圧と同じ電圧に変換することができる。
第7の手段では、前記第2端子が前記正極側電気経路に接続される状態と、前記第2端子が前記負極側電気経路に接続される状態とを切り替える切替部を備える。
補機に対して電力を直接供給する特定蓄電部と、回転電機の巻線を介して補機に電力を供給する非特定蓄電部とでは、電力消費の速度が異なり、これら両蓄電部において残存容量の差異が生じることが考えられる。その点、上記構成では、第2端子が接続された側の蓄電部を、第1蓄電部と第2蓄電部とで切り替えられるようにした。これにより、各蓄電部の残存容量の均等化を図ることができる。
第8の手段では、前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記回転電機側に設けられた選択遮断装置を備える。
非特定電池から補機に電力を供給しない場合において、接続経路を介して中間点と中性点とが電気的に接続されていると、特定電池から補機に電力を供給する際に接続経路に一時的に電流が流れた場合に、特定電池の電力が無駄に消費される。その点、上記構成では、接続経路のうち、第1端子との接続点よりも回転電機側に選択遮断装置が設けられるようにした。そのため、非特定電池から補機に電力を供給しない場合には、選択遮断装置を遮断状態とすることで、特定電池の電力消費を抑制することができる。
第9の手段では、前記第1端子と前記接続経路とを接続する経路、前記正極側電気経路及び前記負極側電気経路のいずれか一方と前記第2端子とを接続する経路、及び前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記電源部側の少なくとも1つに設けられた電力遮断装置(54)を備える。
電源システムでは、回転電機の回転動作を継続しつつ、補機への電力供給を停止したいことがある。例えば補機への電力供給を停止する手段としてステムメインリレーを用いる場合、ステムメインリレーを開放すると、回転電機の回転動作も停止してしまう。その点、上記構成では、第1端子と接続経路とを接続する経路、正極側電気経路及び負極側電気経路のいずれか一方と第2端子とを接続する経路、及び接続経路のうち、第1端子との接続点よりも電源部側の少なくとも1つに電力遮断装置が設けられるようにした。そのため、電力遮断装置を遮断状態とすることで、回転電機の回転動作を継続しつつ、補機への電力供給を停止することができる。
第10の手段では、前記電源部は、前記複数の蓄電池のうち少なくとも1つの蓄電池からなる正極側の第1蓄電部と残りの蓄電池からなる負極側の第2蓄電部とを有し、前記接続経路は、前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間の前記中間点に接続されており、前記機器は、充電装置に接続可能とされ、前記充電装置から充電電力が入力される充電機器であり、前記第2端子は、前記負極側電気経路に接続されており、前記スイッチング素子の開閉によるインバータ制御を実施する制御装置を備え、前記制御装置は、前記電源部の充電時において、前記充電機器からの充電電力を前記接続経路及び前記負極側電気経路を介して前記第2蓄電部に供給して当該第2蓄電部を充電する一方、前記インバータ制御により前記第2蓄電部の正極側電圧を昇圧し、その昇圧電圧により前記第1蓄電部を充電する。
上記構成では、充電機器からの充電電力が接続経路及び負極側電気経路を介して第2蓄電部に供給されることで第2蓄電部が充電される。また、インバータ制御により第2蓄電部の正極側電圧が昇圧され、その昇圧電圧により第1蓄電部が充電される。つまり、インバータを制御することにより、第2蓄電部の充電に合わせて第1蓄電部を同時に充電することができる。これにより、電源部と充電機器との接続状態を切り替えることなく、第1蓄電部及び第2蓄電部を充電することができ、電源システムの構成を簡略化することができる。
第11の手段では、前記第2端子は、前記正極側電気経路と前記負極側電気経路とにそれぞれ接続されており、前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記中間点側に設けられた電力遮断装置を備え、前記制御装置は、前記充電装置の充電電圧に関する情報を取得し、前記電源部の充電時において、取得された前記充電電圧が前記電源部の総電圧に相当する電圧である場合に、前記電力遮断装置を開放し、取得された前記充電電圧が前記電源部の総電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧である場合に、前記電力遮断装置を閉鎖する。
充電装置の充電電圧は、電源部の総電圧に対する中間電圧、すなわち電源部の総電圧よりも低い電圧である場合だけでなく、電源部の総電圧に相当する電圧であることも考えられる。充電装置の充電電圧が電源部の総電圧に相当する電圧である場合、充電装置の充電電圧が、接続経路及び負極側電気経路を介して第2蓄電部に印加されると、第2蓄電部に大電流が流れ、第2蓄電部の過充電が懸念される。
上記構成では、接続経路のうち、第1端子との接続点よりも中間点側に電力遮断装置を設けた。そして、電源部の充電時において、充電装置の充電電圧が電源部の総電圧に相当する電圧である場合に、電力遮断装置を開放し、充電装置の充電電圧が電源部の総電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧である場合に、電力遮断装置を閉鎖するようにした。これにより、充電装置の充電電圧に応じて、第1蓄電部及び第2蓄電部を適正に充電することができる。
第12の手段では、前記電源部は、3個以上の前記蓄電池が直列接続されることで、各前記蓄電池の間に複数の前記中間点を有し、前記接続経路は、前記中間点毎に分岐して設けられているとともに、複数の前記中間点の1つに選択的に接続可能であり、前記制御装置は、前記充電装置の充電電圧に関する情報を取得し、取得された前記充電電圧に応じて、前記接続経路が接続される前記中間点を切り替えるとともに、その中間点の切り替え位置に応じて前記インバータ制御による前記昇圧電圧を変更する。
充電装置の充電電圧が電源部の総電圧より低い中間電圧である場合に、その中間電圧が都度異なることが考えられる。この場合、充電装置の充電電圧が、第2蓄電部の正極側の電圧と異なっていると、充電電圧を第2蓄電部の正極側の電圧に変換する構成が必要となる。上記構成では、充電装置の充電電圧に応じて、接続経路が接続される中間点を切り替えるとともに、その中間点の切り替え位置に応じてインバータ制御による昇圧電圧を変更するようにした。これにより、第2蓄電部の正極側の電圧を充電電圧と同じ電圧又は略同じ電圧にすることができる。そのため、インバータ及び回転電機とは別に、充電装置の充電電圧を変換する構成を必要とせず、電源システムの構成の簡略化を図ることができる。
第13の手段では、前記インバータは、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を有し、前記制御装置は、前記電源部の充電時における前記インバータ制御に際し、前記上アームスイッチが開放される期間を前記下アームスイッチが開放される期間よりも長くし、且つ取得された前記充電電圧が低いほど、前記上アームスイッチが開放される期間を長くする。
接続経路を介して中間点と中性点とが電気的に接続されている構成では、上アームスイッチが開放される期間を、下アームスイッチが開放される期間よりも長くすることで、充電電圧が昇圧される。また、上アームスイッチが開放される期間が長いほど、充電電圧の昇圧量が大きくなる。上記構成では、充電装置の充電電圧に応じて上アームスイッチが開放される期間を調整することで、充電電圧の昇圧量を調整するようにした。これにより、インバータを用いて第1蓄電部を適正に充電することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る電源システムを車載の電源システム10として具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明に係る電源システムを車載の電源システム10として具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、電源システム10は、回転電機40及び機器としてのDCDCコンバータ(以下、コンバータ)50に電力を供給するシステムである。図1に示すように、電源システム10は、電源部としての組電池20と、インバータ30と、回転電機40と、コンバータ50と、制御装置60と、を備えている。
回転電機40は、3相の同期機であり、ステータ巻線として星形結線されたU,V,W相巻線41U,41V,41Wを備えている。回転電機40は、例えば永久磁石同期機である。本実施形態において、回転電機40は車載主機であり、車両の走行動力源となる。
インバータ30は、上アームスイッチ32(32U,32V,32W)と下アームスイッチ34(34U,34V,34W)との直列接続体を3相分備えている。本実施形態では、各スイッチ32,34として、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、具体的にはIGBTが用いられている。このため、各スイッチ32,34の高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチ32,34には、フリーホイールダイオードとしての上アームダイオード33(33U,33V,33W)又は下アームダイオード35(35U,35V,35W)が逆並列に接続されている。
U相上アームスイッチ32Uのエミッタと、U相下アームスイッチ34Uのコレクタとには、バスバー等のU相導電部材36Uを介して、U相巻線41Uの第1端が接続されている。V相上アームスイッチ32Vのエミッタと、V相下アームスイッチ34Vのコレクタとには、バスバー等のV相導電部材36Vを介して、V相巻線41Vの第1端が接続されている。W相上アームスイッチ32Wのエミッタと、W相下アームスイッチ34Wのコレクタとには、バスバー等のW相導電部材36Wを介して、W相巻線41Wの第1端が接続されている。U,V,W相巻線41U,41V,41Wの第2端同士は、中性点PAで接続されている。
各上アームスイッチ32U,32V,32Wのコレクタは、正極側電気経路LPを介して組電池20の正極端子に接続されており、各下アームスイッチ34U,34V,34Wのエミッタは、負極側電気経路LNを介して組電池20の負極端子に接続されている。回転電機40は、正極側,負極側電気経路LP,LN及びインバータ30を介して組電池20に接続されており、組電池20との間で電力の入出力を行う。
組電池20は、単電池としての電池セルの直列接続体として構成されており、端子電圧が例えば数百Vとなるものである。本実施形態では、組電池20を構成する各電池セルの端子電圧(例えば定格電圧)が互いに同じに設定されている。電池セルとしては、例えば、リチウムイオン電池等の2次電池を用いることができる。
本実施形態では、組電池20を構成する電池セルのうち、高電位側の複数の電池セルの直列接続体が第1蓄電部21を構成し、低電位側の複数の電池セルの直列接続体が第2蓄電部22を構成している。つまり、組電池20が2つのブロックに分けられることにより第1蓄電部21と、第1蓄電部21の負極側に直列接続された第2蓄電部22とが構成されている。本実施形態では、第1蓄電部21を構成する電池セル数と、第2蓄電部22を構成する電池セル数とが同じであり、第1蓄電部21の端子電圧と、第2蓄電部22の端子電圧とが同じとなるように構成されている。なお、第1蓄電部21を構成する電池セル数と、第2蓄電部22を構成する電池セル数とは異なっていてもよく、第1蓄電部21の端子電圧と、第2蓄電部22の端子電圧とが異なっていてもよい。なお、本実施形態において、第1蓄電部21及び第2蓄電部22は、「複数の蓄電池」に相当する。
組電池20において、第1蓄電部21の負極端子と第2蓄電部22の正極端子との間の中間点に中間端子PBが設けられている。本実施形態では、中間端子PBは、接続経路LCを介して回転電機40の中性点PAに接続されている。
コンバータ50は、第1蓄電部21及び第2蓄電部22を電力供給源とし、第1蓄電部21及び第2蓄電部22の端子電圧を電圧変換(降圧)して低圧蓄電池23に供給する。低圧蓄電池23は、例えば、定格電圧が12Vの鉛蓄電池である。
コンバータ50は、電力供給を受けるための入力端子として、高圧側入力端子PPと低圧側入力端子PNとを備えている。本実施形態では、高圧側入力端子PPは、高圧側接続点PUにおいて正極側電気経路LPに接続されており、低圧側入力端子PNは、低圧側接続点PDにおいて接続経路LCに接続されている。つまり、高圧側入力端子PPは、組電池20の第1蓄電部21側に接続されている。なお、本実施形態において、低圧側入力端子PNは「第1端子」に相当し、高圧側入力端子PPは「第2端子」に相当し、第1蓄電部21が「特定蓄電部」に相当し、第2蓄電部22が「非特定蓄電部」に相当する。
電源システム10は、第1システムメインリレースイッチ(以下、リレースイッチ)SMR1と、第2リレースイッチSMR2と、選択遮断装置としての接続スイッチ51と、第1電流センサ61と、第2電流センサ62とを備えている。第1リレースイッチSMR1は、正極側電気経路LPにおいて高圧側接続点PUよりも組電池20側に設けられており、第2リレースイッチSMR2は、負極側電気経路LNに設けられている。第1,第2リレースイッチSMR1,SMR2により、組電池20と回転電機40との間における通電及び通電遮断が切り替えられる。
接続スイッチ51は、接続経路LCのうち、低圧側接続点PDよりも回転電機40側に設けられたリレースイッチである。接続スイッチ51により、第1蓄電部21及び第2蓄電部22とコンバータ50との間における通電を確保しつつ、第1蓄電部21及び第2蓄電部22と回転電機40との間における通電及び通電遮断が切り替えられる。
第1電流センサ61は、接続経路LCのうち、低圧側接続点PDよりも組電池20側に設けられており、第2電流センサ62は、負極側電気経路LN上に設けられている。第1,第2電流センサ61,62は、各センサ61,62が設けられた部分に流れる電流の大きさ及び向きを検出する。第1電流センサ61が検出した第1検出電流ID1及び第2電流センサ62が検出した第2検出電流ID2は、制御装置60に入力される。なお、本実施形態において、第1電流センサ61が設けられた部分が「第1電流検出点」に相当し、第2電流センサ62が設けられた部分が「第3電流検出点」に相当する。
制御装置60は、マイコンを主体として構成され、自身が備える記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種制御機能を実現する。制御装置60は、第1,第2リレースイッチSMR1,SMR2及び接続スイッチ51の開閉状態を制御する。また、制御装置60は、車両のIGスイッチ52に接続されており、IGスイッチ52の開閉状態を監視する。IGスイッチ52は、車両の起動スイッチである。
また、制御装置60は、回転電機40の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ30を構成する各スイッチ32,34の開閉状態を制御し、インバータ30のスイッチング制御(インバータ制御)を行う。制御量は、例えばトルクである。各相において、上アームスイッチ32と下アームスイッチ34とは交互に閉鎖される。
インバータ30のスイッチング制御において、制御装置60は、第1,第2電流センサ61,62の第1,第2検出電流ID1,ID2に基づいて、第1蓄電部21及び第2蓄電部22の残存容量を均等化する補機駆動処理を実施する。
図2に、本実施形態の補機駆動処理のフローチャートを示す。制御装置60は、IGスイッチ52が閉鎖されると、所定の制御周期毎に補機駆動処理を繰り返し実施する。
補機駆動処理を開始すると、まずステップS10において、第1,第2電流センサ61,62から第1,第2検出電流ID1,ID2を取得する。続くステップS12では、第1,第2蓄電部21,22の残存容量を算出する。残存容量は、各蓄電部21,22の蓄電容量を示すSOC(State Of Charge)である。残存容量は、第1,第2蓄電部21,22が通電状態(充電状態又は放電状態)である場合には、第1,第2蓄電部21,22の充放電電流の時間積分値である電流積算値を用いて算出される。
例えば、第1,第2蓄電部21,22の放電状態において、接続経路LCに流れる第1検出電流ID1の向きが、回転電機40から組電池20に向かう向きである場合、第1検出電流ID1と第2検出電流ID2とを加算した加算値が、第1蓄電部21の放電電流となり、第2検出電流ID2が、第2蓄電部22の放電電流となる。また例えば、第1,第2蓄電部21,22の放電状態において、接続経路LCに流れる第1検出電流ID1の向きが、組電池20から回転電機40に向かう向きである場合、第2検出電流ID2から第1検出電流ID1を減算した減算値が、第1蓄電部21の放電電流となり、第2検出電流ID2が、第2蓄電部22の放電電流となる。ステップS12では、第1蓄電部21の充放電電流を時間積分して第1蓄電部21の第1残存容量Q1を算出し、第2蓄電部22の充放電電流を時間積分して第2蓄電部22の第2残存容量Q2を算出する。
ステップS14では、第1残存容量Q1が第2残存容量Q2よりも大きいか否かを判定する。ステップS14で肯定判定すると、ステップS16において、接続スイッチ51を開放する。続くステップS18において、第1蓄電部21からコンバータ50に電力を供給するように各スイッチ32,34をスイッチング制御する第1制御を実施し、補機駆動処理を終了する。
一方、ステップS14で否定判定すると、ステップS20において、接続スイッチ51を閉鎖する。続くステップS22において、第2蓄電部22からコンバータ50に電力を供給するように各スイッチ32,34をスイッチング制御する第2制御を実施し、補機駆動処理を終了する。なお、図2に示す補機駆動処理は、補機であるコンバータ50への給電要求が生じていることを条件に実施されるものであってもよい。
以下、補機駆動処理における第1制御及び第2制御について説明する。
図3(a)に、均等化制御で用いられる電源システム10の等価回路を示す。図3(a)では、各相巻線41U〜41Wを巻線41として示し、各上アームスイッチ32U,32V,32Wを上アームスイッチ32として示し、各上アームダイオード33U,33V,33Wを上アームダイオード33として示している。また、各下アームスイッチ34U,34V,34Wを下アームスイッチ34として示し、各下アームダイオード35U,35V,35Wを下アームダイオード35として示している。
図3(a)の等価回路は、図3(b)の回路として示すことができる。図3(b)の回路は、第1蓄電部21と第2蓄電部22との間で双方向の電力伝達が可能な昇降圧チョッパ回路である。
接続経路LCを介して中間端子PBと中性点PAとが接続されている構成では、図4(a)に示すように、上アームスイッチ32が閉鎖され、下アームスイッチ34が開放されると、第1蓄電部21の電力により、第1蓄電部21と巻線41とを含む閉回路に電流が流れる(矢印Y1参照)。これにより、巻線41には、中性点PAに向かう方向である正方向に励磁電流が流れ、接続経路LCには、中性点PAから中間端子PBへと向かう方向の電流IMが流れる。
一方、図4(b)に示すように、上アームスイッチ32が開放され、下アームスイッチ34が閉鎖されると、第2蓄電部22の電力により、第2蓄電部22と巻線41とを含む閉回路に電流が流れる(矢印Y2参照)。これにより、巻線41には、正方向とは逆の負方向に励磁電流が流れ、接続経路LCには、中間端子PBから中性点PAへと向かう方向の電流IMが流れる。
つまり、接続経路LCを介して中間端子PBと中性点PAとが接続されている構成では、上アームスイッチ32が閉鎖されることにより、接続経路LCに中間端子PBへと向かう電流IMが流れる。また、巻線41に正方向の励磁電流が流れ、中性点PA側の電圧が各スイッチ32,34側の電圧よりも低くなる降圧状態となる。また、下アームスイッチ34が閉鎖されることにより、接続経路LCに中性点PAへと向かう電流IMが流れる。また、巻線41に負方向の励磁電流が流れ、各スイッチ32,34側の電圧が中性点PA側の電圧よりも高くなる昇圧状態となる。
本実施形態では、第2制御において、接続経路LCに中性点PAへと向かう電流IMが流れるようにすることで、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給されるようにした。具体的には、上アームスイッチ32と下アームスイッチ34とを交互に閉鎖しつつ、下アームスイッチ34が閉鎖される期間(下アームスイッチ34のオン時間)が上アームスイッチ32が閉鎖される期間(上アームスイッチ32のオン時間)よりも長くなるように各スイッチ32,34をスイッチング制御するようにした。なお、本実施形態において、上アームスイッチ32が「非特定スイッチ」に相当し、下アームスイッチ34が「特定スイッチ」に相当する。
図5(a)を用いて、接続経路LCに中性点PAへと向かう電流IMが流れることと、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給されることとの関係を具体的に説明する。なお、図5(a)では、低圧蓄電池23、第1,第2リレースイッチSMR1,SMR2、接続スイッチ51、IGスイッチ52,第1,第2電流センサ61,62及び制御装置70の記載が省略されている。図5(b),図8(a),図8(b)についても同様である。
図5(a)に示すように、接続経路LCに中性点PAへと向かう電流IMが流れる場合(矢印Y3参照)、巻線41による昇圧が可能になる。この場合に、各スイッチ32,34をスイッチング制御により巻線41が昇圧状態となると、巻線41の各スイッチ32,34側の電圧が中性点PA側の電圧よりも高くなる。つまり、上アームスイッチ32を介して巻線41の各スイッチ32,34側に接続される正極側電気経路LPの電圧が、接続経路LCを介して中性点PAに接続される第2蓄電部22の正極側の電圧よりも高くなる。この正極側電気経路LPの電圧がコンバータ50の高圧側入力端子PPに入力され、第2蓄電部22の正極側の電圧がコンバータ50の低圧側入力端子PNに入力されることで、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給される(矢印Y4参照)。また、中性点PAへと流れた電流IMの一部は、下アームスイッチ34を介して第2蓄電部22の負極に流れる(矢印Y5参照)。つまり、第2蓄電部22と巻線41との間で電流を還流させることにより(矢印Y3,Y5参照)、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給される(矢印Y4参照)。
また、第1制御において、接続経路LCに電流IMが流れないようにすることで、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給されるようにした。具体的には、上アームスイッチ32と下アームスイッチ34とを交互に閉鎖しつつ、下アームスイッチ34が閉鎖される期間と上アームスイッチ32が閉鎖される期間とが等しくなるように各スイッチ32,34をスイッチング制御するようにした。
図5(b)に示すように、接続経路LCに電流IMが流れないようにすると、巻線41による昇降圧が不可能となり、接続経路LCを介して中間端子PBと中性点PAとが接続されていても第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給されない。そのため、正極側電気経路LP及び接続経路LCを介して、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が直接供給される(矢印Y6参照)。
本実施形態の補機駆動処理では、第1残存容量Q1が第2残存容量Q2よりも大きいか否かにより、第1制御と第2制御とを切り替え、コンバータ50に電力を供給する蓄電部21,22を切り替える。これにより、残存容量の大きい蓄電部21,22からコンバータ50に電力を供給することができ、第1蓄電部21及び第2蓄電部22の残存容量Q1,Q2が均等化される。
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、第1蓄電部21と第2蓄電部22との間の中間端子PBが、接続経路LCを介して巻線41の中性点PAに電気的に接続されている。コンバータ50は、電力供給を受けるための高圧側入力端子PPと低圧側入力端子PNとを有しており、高圧側入力端子PPは正極側電気経路LPに接続され、低圧側入力端子PNは接続経路LCに接続されるようにした。この構成では、正極側電気経路LP及び接続経路LCを介して第1蓄電部21からコンバータ50に電力が直接供給される。また、第2蓄電部22の正極側が巻線41の中性点PAに接続されており、インバータ30でスイッチング制御が行われることにより、回転電機40の巻線41において第2蓄電部22の正極側電圧が昇圧され、コンバータ50に電力が供給される。この場合、第2蓄電部22の電力によりコンバータ50への電力供給が行われる。
これらの電力供給では、第1蓄電部21と第2蓄電部22との間の中間端子PBは、共にコンバータ50の低圧側入力端子PNに接続されているため、組電池20とコンバータ50との接続状態を切り替える必要がなく、組電池20とコンバータ50との接続状態を切り替えるためのスイッチを必要としない。そのため、電源システム10の構成の簡略化を図りつつ、各蓄電部21,22からコンバータ50に電力を供給することができる。
・本実施形態では、第1リレースイッチSMR1を、高圧側入力端子PPが接続された正極側電気経路LPにおいて、高圧側接続点PUよりも組電池20側に設けるようにした。この構成では、第1リレースイッチSMR1が開放されることで、第1蓄電部21からコンバータ50への電力供給が停止される。また、第1リレースイッチSMR1が開放されることで、回転電機40の巻線41における昇圧動作が停止され、第2蓄電部22からコンバータ50への電力供給が停止される。つまり、第1リレースイッチSMR1を用いて、各蓄電部21,22からコンバータ50への電力供給を停止することができる。
・接続経路LCに電流IMが流れないようにインバータ30を制御する第1制御では、接続経路LC及び回転電機40の巻線41を介して第2蓄電部22からコンバータ50に電力供給がされない。そのため、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給される。一方、接続経路LCに電流IMが流れるようにインバータ30を制御する第2制御では、接続経路LC及び回転電機40の巻線41を介して第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給される。本実施形態では、第1制御と第2制御とを切り替えて実施するようにした。これにより、組電池20とコンバータ50との接続状態を切り替えることなく、各蓄電部21,22からそれぞれ好適に電力を供給することができる。
・接続経路LCを介して中間端子PBと中性点PAとが電気的に接続されている構成では、上アームスイッチ32が閉鎖される期間と下アームスイッチ34が閉鎖される期間とが等しくされることで、接続経路LCに電流IMが流れず、これらの期間を異ならせることで、接続経路に閉鎖される期間が長いスイッチに対応した向きの電流IMが流れる。本実施形態では、上アームスイッチ32が閉鎖される期間と下アームスイッチ34が閉鎖される期間とを調整することで、接続経路LCに流れる電流IMを制御するようにした。これにより、インバータ30を用いてコンバータ50に電力を供給する蓄電部21,22を適正に切り替えることができる。
・第1,第2電流センサ61,62が設けられることで、これらの電流センサ61,62の検出電流ID1,ID2に基づいて、各蓄電部21,22とコンバータ50との間に流れる充放電電流を算出することができ、この電流に基づいて各蓄電部21,22の残存容量Q1,Q2を算出することができる。本実施形態では、第1,第2電流センサ61,62の検出電流ID1,ID2に基づいて、第1制御と第2制御とを切り替えるようにした。これにより、各蓄電部21,22の残存容量Q1,Q2を均等化することができる。
・第2蓄電部22からコンバータ50に電力を供給しない第1制御において、接続経路LCを介して中間端子PBと中性点PAとが電気的に接続されていると、第1蓄電部21からコンバータ50に電力を供給する際に接続経路LCに一時的に電流IMが流れた場合に、第1蓄電部21の電力が無駄に消費される。その点、本実施形態では、接続経路LCのうち、低圧側接続点PDよりも回転電機40側に接続スイッチ51が設けられるようにした。そのため、第2蓄電部22からコンバータ50に電力を供給しない第1制御においては、接続スイッチ51を開放することで、第1蓄電部21の電力消費を抑制することができる。
(第1実施形態の第1変形例)
図6に示すように、コンバータ50の高圧側入力端子PPが、高圧側接続点PUにおいて接続経路LCに接続されており、低圧側入力端子PNが、低圧側接続点PDにおいて負極側電気経路LNに接続されていてもよい。つまり、低圧側入力端子PNが、組電池20の第2蓄電部22側に接続されていてもよい。なお、本変形例において、高圧側入力端子PPは「第1端子」に相当し、低圧側入力端子PNは「第2端子」に相当し、第2蓄電部22が「特定蓄電部」に相当し、第1蓄電部21が「非特定蓄電部」に相当する。
図6に示すように、コンバータ50の高圧側入力端子PPが、高圧側接続点PUにおいて接続経路LCに接続されており、低圧側入力端子PNが、低圧側接続点PDにおいて負極側電気経路LNに接続されていてもよい。つまり、低圧側入力端子PNが、組電池20の第2蓄電部22側に接続されていてもよい。なお、本変形例において、高圧側入力端子PPは「第1端子」に相当し、低圧側入力端子PNは「第2端子」に相当し、第2蓄電部22が「特定蓄電部」に相当し、第1蓄電部21が「非特定蓄電部」に相当する。
第2リレースイッチSMR2は、負極側電気経路LNにおいて低圧側接続点PDよりも組電池20側に設けられている。接続スイッチ51は、接続経路LCのうち、高圧側接続点PUよりも回転電機40側に設けられている。第1電流センサ61は、接続経路LCのうち、高圧側接続点PUよりも組電池20側に設けられており、第2電流センサ62は、負極側電気経路LNのうち、低圧側接続点PDよりも組電池20側に設けられており、第2電流センサ62が設けられた部分に流れる電流の大きさ及び向きを検出する。なお、本変形例において、第2電流センサ62が設けられた部分が「第2電流検出点」に相当する。
図7に、本変形例の補機駆動処理のフローチャートを示す。図7において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
本変形例の補機駆動処理では、ステップS14で肯定判定すると、ステップS30において、接続スイッチ51を閉鎖する。続くステップS32において、第1蓄電部21からコンバータ50に電力を供給するように各スイッチ32,34をスイッチング制御する第3制御を実施し、補機駆動処理を終了する。
一方、ステップS14で否定判定すると、ステップS34において、接続スイッチ51を開放する。続くステップS36において、第2蓄電部22からコンバータ50に電力を供給するように各スイッチ32,34をスイッチング制御する第4制御を実施し、補機駆動処理を終了する。
以下、補機駆動処理における第3制御及び第4制御について説明する。なお、本変形例において、第3制御は「第2制御」に相当し、第4制御は「第1制御」に相当する。
本変形例では、第3制御において、接続経路LCに中間端子PBへと向かう電流IMが流れるようにすることで、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給されるようにした。具体的には、上アームスイッチ32と下アームスイッチ34とを交互に閉鎖しつつ、上アームスイッチ32が閉鎖される期間を下アームスイッチ34が閉鎖される期間よりも長くなるように各スイッチ32,34をスイッチング制御するようにした。なお、本実施形態において、上アームスイッチ32が「特定スイッチ」に相当し、下アームスイッチ34が「非特定スイッチ」に相当する。
図8(a)に示すように、接続経路LCに中間端子PBへと向かう電流IMが流れる場合(矢印Y7参照)、巻線41による降圧が可能になる。この場合に、各スイッチ32,34をスイッチング制御により巻線41が降圧状態となると、巻線41の各スイッチ32,34側の電圧が中性点PA側の電圧よりも低くなる。つまり、下アームスイッチ34を介して巻線41の各スイッチ32,34側に接続される負極側電気経路LNの電圧が、接続経路LCを介して中性点PAに接続される第1蓄電部21の負極側の電圧よりも低くなる。この負極側電気経路LNの電圧がコンバータ50の低圧側入力端子PNに入力され、第1蓄電部21の正極側の電圧がコンバータ50の高圧側入力端子PPに入力されることで、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給される(矢印Y8参照)。また、中間端子PBへと流れる電流IMの一部は、上アームスイッチ32を介して第1蓄電部21の正極から流れる(矢印Y9参照)。つまり、第1蓄電部21と巻線41との間で電流を還流させることにより(矢印Y7,Y9参照)、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給される(矢印Y8参照)。
また、第4制御において、接続経路LCに電流IMが流れないようにすることで、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給されるようにした。具体的には、図8(b)に示すように、接続経路LCに電流IMが流れないようにすると、巻線41による昇降圧が不可能となり、接続経路LCを介して中間端子PBと中性点PAとが接続されていても第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給されない。そのため、負極側電気経路LN及び接続経路LCを介して、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が直接供給される(矢印Y10参照)。
以上詳述した本変形例によれば、高圧側入力端子PPは接続経路LCに接続され、低圧側入力端子PNは負極側電気経路LNに接続されるようにした。この構成では、接続経路LC及び負極側電気経路LNを介して第2蓄電部22からコンバータ50に電力が直接供給される。また、第1蓄電部21の負極側が巻線41の中性点PAに接続されており、インバータ30でスイッチング制御が行われることにより、回転電機40の巻線41において第1蓄電部21の正極側の電圧が降圧され、この降圧された電圧を用いてコンバータ50に電力が供給される。この場合、第1蓄電部21の電力によりコンバータ50への電力供給が行われる。
これらの電力供給では、第1蓄電部21と第2蓄電部22との間の中間端子PBは、共にコンバータ50の高圧側入力端子PPに接続されているため、中間端子PBとコンバータ50との接続状態を切り替える必要がなく、接続状態を切り替えるためのスイッチを必要としない。そのため、電源システム10の構成の簡略化を図りつつ、各蓄電部21,22からコンバータ50に電力を供給することができる。
(第1実施形態の第2変形例)
図9に示すように、コンバータ50の高圧側入力端子PPが、正極側電気経路LPに接続されている状態と、接続経路LCに接続されている状態とに切り替え可能に構成されていてもよい。そして、これに連動して低圧側入力端子PNが、接続経路LCに接続されている状態と、負極側電気経路LNに接続されている状態とに切り替え可能に構成されていてもよい。
図9に示すように、コンバータ50の高圧側入力端子PPが、正極側電気経路LPに接続されている状態と、接続経路LCに接続されている状態とに切り替え可能に構成されていてもよい。そして、これに連動して低圧側入力端子PNが、接続経路LCに接続されている状態と、負極側電気経路LNに接続されている状態とに切り替え可能に構成されていてもよい。
具体的には、電源システム10は、切替スイッチ53を備えている。切替スイッチ53は、第1,第2基準端子PK1,PK2と、第1,第2基準端子PK1,PK2に接続される第1〜第3接続端子PS1〜PS3とを有しており、各基準端子PK1,PK2に接続される接続端子PS1〜PS3が連動して切り替わる2連スイッチである。第1基準端子PK1は高圧側入力端子PPに接続されており、第2基準端子PK2は低圧側入力端子PNに接続されている。第1接続端子PS1は、第1接続点PX1において正極側電気経路LPに接続されており、第2接続端子PS2は、第2接続点PX2において負極側電気経路LNに接続されており、第3接続端子PS3は、第3接続点PX3において接続経路LCに接続されている。なお、切替スイッチ53の接続状態は、制御装置60により制御される。本変形例において、切替スイッチ53が「切替部」に相当する。
切替スイッチ53では、第1基準端子PK1が第1接続端子PS1に接続されている場合に、第2基準端子PK2が第3接続端子PS3に接続される。これにより、本変形例の電源システム10は、第1実施形態の電源システム10と等しくなる。この場合、第1接続点PX1が高圧側接続点PUに相当し、第3接続点PX3が低圧側接続点PDに相当する。
また、第1基準端子PK1が第3接続端子PS3に接続されている場合に、第2基準端子PK2が第2接続端子PS2に接続される。これにより、本変形例の電源システム10は、第1変形例の電源システム10と等しくなる。この場合、第2接続点PX2が低圧側接続点PDに相当し、第3接続点PX3が高圧側接続点PUに相当する。
つまり、切替スイッチ53では、接続状態の切り替えにより、第1,第2基準端子PK1,PK2の一方が、接続経路LCに接続される。また、接続状態の切り替えにより、第1,第2基準端子PK1,PK2の他方が、正極側電気経路LPに接続されている状態と、負極側電気経路LNに接続されている状態とで切り替わる。これにより、コンバータ50に電力を直接供給できる蓄電部が、第1蓄電部21と第2蓄電部22とで切り替わる。
以上詳述した本変形例によれば、以下の効果が得られるようになる。
コンバータ50に対して電力を直接供給する蓄電部と、回転電機40の巻線41を介してコンバータ50に電力を供給する蓄電部とでは、電力消費の速度が異なり、これら両蓄電部において残存容量の差異が生じることが考えられる。例えば、コンバータ50に対して電力を直接供給できる蓄電部は、コンバータ50に電力を直接供給できない蓄電部、つまり回転電機40の巻線41を介してコンバータ50に電力を供給する蓄電池に比べてコンバータ50に電力を供給しやすく、残存容量Q1,Q2が減少しやすいことが考えられる。その点、本変形例では、コンバータ50に電力を直接供給できる蓄電部を、第1蓄電部21と第2蓄電部22とで切り替えられるようにした。これにより、各蓄電部21,22の残存容量Q1,Q2を均等化することができる。
(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10,図11を参照しつつ説明する。
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10,図11を参照しつつ説明する。
図10に示すように、本実施形態では、接続経路LCのうち、低圧側接続点PDよりも組電池20側に接続スイッチ54が設けられている点で、第1実施形態と異なる。以下では、区別のために、接続スイッチ51を第1接続スイッチ51と呼び、接続スイッチ54を第2接続スイッチ54と呼ぶ。第2接続スイッチ54はリレースイッチであり、制御装置60は、第2接続スイッチ54の開閉状態を制御する。これにより、第1蓄電部21及び第2蓄電部22とコンバータ50との間における通電及び通電遮断が切り替えられる。なお、本実施形態において、第2接続スイッチ54が「電力遮断装置」に相当する。
また、本実施形態では、補機駆動処理において、補機であるコンバータ50への給電要求が生じているかを判定する点で、第1実施形態と異なる。例えば低圧蓄電池23から電力供給を受ける電気負荷が駆動していない場合には、コンバータ50への給電要求が生じていない。本実施形態では、給電要求が生じていない場合に、補機駆動処理において、回転電機40の回転動作を継続しつつ、コンバータ50への電力供給を停止するようにする。
図11に、本実施形態の補機駆動処理のフローチャートを示す。図11において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
本実施形態の補機駆動処理では、まずステップS40において、コンバータ50への給電要求が生じているか否かを判定する。例えば低圧蓄電池23から電力供給を受ける電気負荷の駆動状態から、コンバータ50における電圧変換が必要か否かを判定することができる。
ステップS40で肯定判定すると、ステップS42において、第2接続スイッチ54を閉鎖し、ステップS10に進む。一方、ステップS40で否定判定すると、ステップS44において、第2接続スイッチ54を開放し、補機駆動処理を終了する。
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。
電源システム10では、回転電機40の回転動作を継続しつつ、コンバータ50への電力供給を停止したいことがある。第1リレースイッチSMR1を開放することで、コンバータ50への電力供給を停止することは可能であるか、第1リレースイッチSMR1を開放すると、回転電機40の回転動作も停止してしまう。その点、本実施形態では、接続経路LCのうち、低圧側接続点PDよりも組電池20側に第2接続スイッチ54が設けられるようにした。そのため、第2接続スイッチ54を開放することで、回転電機40の回転動作を継続しつつ、コンバータ50への電力供給を停止することができる。
(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12,図13を参照しつつ説明する。
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12,図13を参照しつつ説明する。
図12に示すように、本実施形態では、正極側電気経路LPと接続経路LCとが第1中間経路LS1により接続されており、この第1中間経路LS1に第3接続スイッチ55が設けられている点で、第2実施形態と異なる。第1中間経路LS1は、第1リレースイッチSMR1よりもインバータ30側において正極側電気経路LPに接続されており、第2接続スイッチ54よりも組電池20側において接続経路LCに接続されている。
また、接続経路LCと負極側電気経路LNとが第2中間経路LS2により接続されており、この第2中間経路LS2に第4接続スイッチ56が設けられている点で、第2実施形態と異なる。第2中間経路LS2は、第1接続スイッチ51と第2接続スイッチ54との間において接続経路LCに接続されており、第2リレースイッチSMR2よりもインバータ30側において負極側電気経路LNに接続されている。第3,第4接続スイッチ55,56はリレースイッチであり、制御装置60は、第3,第4接続スイッチ55,56の開閉状態を制御する。
また、本実施形態では、補機駆動処理において、第1蓄電部21及び第2蓄電部22の異常が発生したことを判定する点で、第2実施形態と異なる。第1蓄電部21及び第2蓄電部22に異常が発生している場合には、回転電機40の回転動作は停止されるが、回転動作の停止に伴う車両の停止を報知するためにコンバータ50への電力供給は継続させたい場合がある。本実施形態では、補機駆動処理において、第1蓄電部21及び第2蓄電部22における異常発生時にコンバータ50への電力供給を継続させるようにする。
図13に、本実施形態の補機駆動処理のフローチャートを示す。図13において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
本実施形態の補機駆動処理では、まずステップS50,S52において、第1蓄電部21及び第2蓄電部22のいずれか一方に異常が発生したことを判定する。具体的には、ステップS50において、第1蓄電部21に異常が発生したか否かを判定する。ステップS50で否定判定すると、ステップS52において、第2蓄電部22に異常が発生したか否かを判定する。本実施形態において、蓄電部の異常には、蓄電部が過剰に高電圧、低電圧、高温又は低温となる状態異常、短絡異常、蓄電部の入出力が過度に制限される入出力異常、蓄電部の状態を検出するセンサの異常、センサ側の出力異常、及び通電経路の断線などの通電経路異常が含まれる。
いずれの蓄電部21,22でも異常が発生していないと判定された場合、ステップS52で否定判定する。この場合、ステップS54において、第3,第4接続スイッチ55,56を開放する。続くステップS56では、第2接続スイッチ54を閉鎖し、ステップS10に進む。
一方、いずれか一方の蓄電部21,22で異常が発生したと判定された場合、異常が発生した蓄電部からの電力供給を停止させるとともに、異常が発生していない蓄電部からコンバータ50への電力供給を継続させる処理を実施する。
具体的には、ステップS50で肯定判定すると、まずステップS60において、第1リレースイッチSMR1を開放する。続くステップS62において、第1,第2接続スイッチ51,54を開放する。続くステップS64において、第3,第4接続スイッチ55,56を閉鎖し、補機駆動処理を終了する。これにより、第3,第4接続スイッチ55,56及び第2リレースイッチSMR2を介して、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給される。
また、ステップS52で肯定判定すると、まずステップS70において、第2リレースイッチSMR2を開放する。続くステップS72において、第1,第3,第4接続スイッチ51,55,56を開放する。続くステップS64において、第2接続スイッチ54を閉鎖し、補機駆動処理を終了する。これにより、第1リレースイッチSMR1及び第2接続スイッチ54を介して、第1蓄電部21からコンバータ50に電力が供給される。
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。
電源システム10では、いずれか一方の蓄電部21,22で異常が発生した場合でも、コンバータ50への電力供給を継続したいことがある。その点、本実施形態では、正極側電気経路LPと接続経路LCとが第1中間経路LS1により接続され、この第1中間経路LS1に第3接続スイッチ55が設けられている。また、接続経路LCと負極側電気経路LNとが第2中間経路LS2により接続され、この第2中間経路LS2に第4接続スイッチ56が設けられるようにした。そのため、異常が発生した蓄電部21,22に応じて第3,第4接続スイッチ55,56を含む各種スイッチを適正に切り替えることで、コンバータ50への電力供給を継続することができる。
(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14,図15を参照しつつ説明する。
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14,図15を参照しつつ説明する。
図14に示すように、本実施形態では、8個の蓄電池BA1〜BA8が直列接続された直列接続体により組電池20が構成されている点で、第1実施形態と異なる。各蓄電池BA1〜BA8の間の中間点に中間端子PB1〜PB7が設けられている。具体的には、第n蓄電池BAn(n=1〜7)の負極端子と第n+1蓄電池BAn+1の正極端子との間の中間点に第n中間端子PBnが設けられている。
接続経路LCは、中間端子PB1〜PB7毎に分岐するように設けられており、中間端子PB1〜PB7毎に設けられた選択スイッチSW1〜SW7により、中性点PAが中間端子PB1〜PB7の1つに選択的に接続可能とされている。具体的には、第n選択スイッチSWn(n=1〜7)が閉鎖されることで、第n中間端子PBnと中性点PAとが接続される。制御装置60は、中間端子PB1〜PB7のいずれかに中性点PAを接続する場合に、選択スイッチSW1〜SW7のうちの1個を閉鎖し、残りの6個を開放する。
本実施形態では、蓄電池BA1〜BA8のうち、接続経路LCに接続された中間端子PB1〜PB7よりも正極側に位置する少なくとも1つの蓄電池により、第1蓄電部21が構成され、残りの蓄電池により、第2蓄電部22が構成される。つまり、本実施形態では、第1蓄電部21及び第2蓄電部22に含まれる蓄電池の数が可変とされ、これにより、第1蓄電部21及び第2蓄電部22の端子電圧(出力電圧)が可変とされている。
また、本実施形態では、補機として、車両の操舵を制御する電動パワーステアリング装置50aと、空調用の電動コンプレッサ50bとを備えている点で、第1実施形態と異なる。電動パワーステアリング装置50a及び電動コンプレッサ50bの高圧側入力端子PPは、それぞれ正極側電気経路LPに接続されており、低圧側入力端子PNは、それぞれ接続経路LCに接続されている。
電動パワーステアリング装置50aの高圧側入力端子PPと正極側電気経路LPとの間には、第1調整スイッチSC1が設けられている。電動パワーステアリング装置50aの低圧側入力端子PNと接続経路LCとの間には、第2調整スイッチSC2が設けられている。電動コンプレッサ50bの高圧側入力端子PPと正極側電気経路LPとの間には、第3調整スイッチSC3が設けられている。電動コンプレッサ50bの低圧側入力端子PNと接続経路LCとの間には、第4調整スイッチSC4が設けられている。制御装置60は、電動パワーステアリング装置50aに電力供給する場合に、第1,第2調整スイッチSC1,SC2を閉鎖し、第3,第4調整スイッチSC3,SC4を開放する。また、制御装置60は、電動コンプレッサ50bに電力供給する場合に、第1,第2調整スイッチSC1,SC2を開放し、第3,第4調整スイッチSC3,SC4を閉鎖する。
電動コンプレッサ50bの駆動電圧は、電動パワーステアリング装置50aの駆動電圧と異なる。本実施形態では、電動コンプレッサ50bの駆動電圧は、電動パワーステアリング装置50aの駆動電圧よりも高い。そのため、例えば第1蓄電部21の端子電圧が、電動コンプレッサ50bの駆動電圧に対応させて電動パワーステアリング装置50aの駆動電圧よりも高く設定されている場合には、第1蓄電部21から電動パワーステアリング装置50aに電力供給する場合に、第1蓄電部21の端子電圧を電圧変換する必要がある。本実施形態では、補機の駆動電圧に応じて、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7を切り替えることにより、インバータ30及び回転電機40とは別にコンバータを設けることを不要とする。
図15に、本実施形態の補機駆動処理のフローチャートを示す。図15において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
本実施形態の補機駆動処理では、まずステップS80において、電力供給先の駆動電圧を取得し、ステップS81に進む。例えば、どの補機に電力供給するかの情報から、補機の駆動電圧を取得することができる。
ステップS81では、ステップS80で取得された駆動電圧に応じて、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7を切り替え、ステップS10に進む。本実施形態では、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7を切り替えて、第1蓄電部21の端子電圧が電力供給対象の補機の駆動電圧と同じ電圧又は略同じ電圧となるように、第1蓄電部21の端子電圧を調整する。
なお、ステップS22の第2制御では、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7に応じて、各スイッチ32,34の開閉によるスイッチング制御を切り替える。これにより、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7に応じて第2蓄電部22の端子電圧が変化した場合でも、インバータ30及び回転電機40を用いて、第2蓄電部22の端子電圧を、電力供給対象の補機の駆動電圧と同じ電圧又は略同じ電圧となるように変換することができる。
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。
電源システム10において補機の駆動電圧が互いに異なることがある。その点、本実施形態では、補機の駆動電圧に応じて、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7を切り替えて第1蓄電部21の端子電圧を調整するようにした。これにより、第1蓄電部21の端子電圧を、補機の駆動電圧と同じ電圧又は略同じ電圧に設定することができる。この場合、第1蓄電部21と第2蓄電部22とで端子間電圧が相違することが考えられるが、第2蓄電部22の端子間電圧については、インバータ30の制御により補機の駆動電圧と同じ電圧に変換することができる。
(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16を参照しつつ説明する。
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16を参照しつつ説明する。
図16に示すように、電源システム10では、充電インレットなどの充電機器である充電部63を電源システム10外部の充電装置に接続することで、充電装置から入力される充電電力により第1蓄電部21及び第2蓄電部22を充電する。この構成において、充電装置の充電電圧が、組電池20の定格電圧(総電圧)、つまり、第1蓄電部21の定格電圧と第2蓄電部22の定格電圧とを加えた値と等しい場合と、第2蓄電部22の定格電圧(中間電圧)と等しい場合とのいずれの場合でも組電池20を充電可能とするために、充電部63と組電池20との間には、充電装置の充電電圧により充電先の蓄電部21,22を切り替える切替スイッチ57を備えている。
切替スイッチ57は、第4〜第6基準端子PK4〜PK6と、各基準端子PK4〜PK6にそれぞれ接続される第4〜第6接続端子PS4〜PS6とを有しており、各基準端子PK4〜PK6と、それらに対応する接続端子PS4〜PS6との開閉状態が独立して切り替わる。第4,第5基準端子PK4,PK5は、充電部63における高圧側の入力端子である第1外部端子PT1に接続されており、第6基準端子PK6は、充電部63における低圧側の入力端子である第2外部端子PT2に接続されている。第4接続端子PS4は、第1リレースイッチSMR1よりもインバータ30側において正極側電気経路LPに接続されており、第5接続端子PS5は、第2接続スイッチ54よりも組電池20側において接続経路LCに接続されており、第6接続端子PS6は、第2リレースイッチSMR2よりもインバータ30側において負極側電気経路LNに接続されている。なお、切替スイッチ57の接続状態は、制御装置60により制御される。
各基準端子PK4〜PK6の接続状態は、制御装置60により制御される。具体的には、充電部63に接続される充電装置の充電電圧が、組電池20の定格電圧と等しい場合、第4基準端子PK4が第4接続端子PS4に接続され、第6基準端子PK6が第6接続端子PS6に接続されるように制御される。一方、第5基準端子PK5が第5接続端子PS5に接続されないように制御される。
また、充電部63に接続される充電装置の充電電圧が、第2蓄電部22の定格電圧と等しい場合、第5基準端子PK5が第5接続端子PS5に接続され、第6基準端子PK6が第6接続端子PS6に接続されるように制御される。一方、第4基準端子PK4が第4接続端子PS4に接続されないように制御される。
そして、第1蓄電部21に異常が発生した場合、第4基準端子PK4が第4接続端子PS4に接続され、第5基準端子PK5が第5接続端子PS5に接続されるように制御される。これにより、切替スイッチ57を介して正極側電気経路LPと接続経路LCとが接続され、この切替スイッチ57を介して、第2蓄電部22からコンバータ50に電力が供給される。
以上詳述した本実施形態によれば、切替スイッチ57を第3接続スイッチ55として用いることができるため、切替スイッチ57とは別に第3接続スイッチ55を設ける必要がない。そのため、電源システム10の構成を簡略化することができる。
(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17〜図19を参照しつつ説明する。
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17〜図19を参照しつつ説明する。
図17に示すように、本実施形態では、機器としての充電部63を備える点で、第1実施形態と異なる。充電部63の第1外部端子PT1は、接続経路LCに接続されており、第2外部端子PT2は、負極側電気経路LNに接続されている。本実施形態では、第1接続スイッチ51が、接続経路LCのうち、第1外部端子PT1との接続点よりも中間端子PB側に設けられている。
本実施形態では、充電部63に接続された充電装置の充電電圧が、組電池20の定格電圧と等しい場合と、第2蓄電部22の定格電圧と等しい場合とのいずれの場合であっても組電池20を充電可能とするために、充電装置の充電電圧に応じて第1接続スイッチ51の開閉状態を切り替える。
図18に、本実施形態の充電処理のフローチャートを示す。制御装置60は、充電部63に充電装置が接続されると、充電処理を実施する。
補機駆動処理を開始すると、まずステップS90において、充電装置の充電電圧を取得し、ステップS91に進む。例えば、充電部63に充電装置が接続された際に行われる充電装置との間の通信により、充電装置の充電電圧を取得する。
ステップS91では、ステップS90で取得された充電電圧が、組電池20の定格電圧に相当する電圧であるか否かを判定する。ステップS91では、取得された充電電圧が、組電池20の定格電圧を中心とした所定範囲内の電圧であれば肯定判定し、ステップS92に進む。一方、取得された充電電圧が、該所定範囲よりも低い電圧、つまり組電池20の定格電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧であれば否定判定し、ステップS93に進む。
ステップS92では、第1接続スイッチ51を開放し、充電処理を終了する。
ステップS93では、第1接続スイッチ51を閉鎖する。続くステップS94では、充電装置の充電電圧が、組電池20の定格電圧と同じ電圧又は略同じ電圧まで昇圧されるように各スイッチ32,34をスイッチング制御する昇圧制御を実施し、充電処理を終了する。
以下、充電装置の充電電圧が組電池20の中間電圧である場合と、充電装置の充電電圧が組電池20の定格電圧である場合とにおける電流経路をそれぞれ説明する。まずは、図19(a)を用いて、充電装置の充電電圧が中間電圧である場合における電流経路について説明する。なお、図19(a)では、第1,第2リレースイッチSMR1,SMR2、IGスイッチ52,第1,第2電流センサ61,62及び制御装置70の記載が省略されている。図19(a)についても同様である。
充電装置の充電電圧が中間電圧である場合、第1接続スイッチ51が閉鎖される。この場合、充電部63からの充電電力が、接続経路LC及び負極側電気経路LNを介して第2蓄電部22に供給されて第2蓄電部22が充電される。また、各スイッチ32,34のスイッチング制御により第2蓄電部22の正極側電圧が昇圧され、その昇圧電圧により第1蓄電部21が充電される。
具体的には、図19(a)に示すように、充電部63の第1外部端子PT1から流れる電流IMは、接続経路LCとの接続点で分岐し、電流IMの一部は第2蓄電部22へと流れる(矢印Y11参照)。これにより、第2蓄電部22が充電される。
接続経路LCとの接続点で分岐した電流IMの残りは、中性点PAへと向かって流れる(矢印Y11参照)。接続経路LCに中性点PAへと向かう電流IMが流れ、且つ第1接続スイッチ51が閉鎖されている場合、巻線41による昇圧が可能になる。この場合に、各スイッチ32,34のスイッチング制御により巻線41が昇圧状態となると、第2蓄電部22の正極側電圧が昇圧され、正極側電気経路LPに第1蓄電部21へと向かう電流IMが流れる(矢印Y13参照)。これにより、第1蓄電部21が充電される。つまり、充電装置の充電電圧が中間電圧である場合、インバータ30を制御することにより、第2蓄電部22の充電に合わせて第1蓄電部21が同時に充電される。
一方、充電装置の充電電圧が、組電池20の定格電圧に相当する電圧である場合、第1接続スイッチ51が開放される。この場合、充電部63からの充電電力が、接続経路LC、巻線41及び正極側電気経路LPを介して組電池20に供給されて組電池20が充電される。
具体的には、図19(b)に示すように、充電部63の第1外部端子PT1から流れる電流IMは、接続経路LCとの接続点で分岐することなく中性点PAへと向かって流れる(矢印Y14参照)。接続経路LCに中性点PAへと向かう電流IMが流れても、第1接続スイッチ51が開放されている場合、巻線41による昇降圧が不可能となる。この場合に、第2蓄電部22の正極側電圧が維持されたまま、巻線41及び正極側電気経路LPに組電池20へと向かう電流IMが流れる(矢印Y15参照)。これにより、第1蓄電部21及び第2蓄電部22が充電される。つまり、充電装置の充電電圧が組電池20の定格電圧に相当する電圧である場合、インバータ30を制御することなく、第1蓄電部21と第2蓄電部22とが同時に充電される。
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、充電部63の充電電圧が、組電池20の定格電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧である場合、充電部63からの充電電力が接続経路LC及び負極側電気経路LNを介して第2蓄電部22に供給されることで第2蓄電部22が充電される。また、各スイッチ32,34のスイッチング制御により第2蓄電部22の正極側電圧が昇圧され、その昇圧電圧により第1蓄電部21が充電される。つまり、インバータ30を制御することにより、第2蓄電部22の充電に合わせて第1蓄電部21を同時に充電することができる。これにより、組電池20と充電部63との接続状態を切り替えることなく、第1蓄電部21及び第2蓄電部22を充電することができ、電源システム10の構成を簡略化することができる。
・充電部63の充電電圧が、中間電圧である場合だけでなく、組電池20の定格電圧に相当する電圧であることも考えられる。充電部63の充電電圧が組電池20の定格電圧に相当する電圧である場合、充電部63の充電電圧が、接続経路LC及び負極側電気経路LNを介して第2蓄電部22に印加されると、第2蓄電部22に大電流が流れ、第2蓄電部22の過充電が懸念される。
本実施形態では、接続経路LCのうち、充電部63の第1外部端子PT1との接続点よりも中間端子PB側に第1接続スイッチ51を設けた。そして、組電池20の充電時において、充電部63の充電電圧が組電池20の定格電圧に相当する電圧である場合に、第1接続スイッチ51を開放し、充電部63の充電電圧が組電池20の定格電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧である場合に、第1接続スイッチ51を閉鎖するようにした。これにより、充電部63の充電電圧に応じて、第1蓄電部21及び第2蓄電部22を適正に充電することができる。
(第7実施形態)
以下、第7実施形態について、第6実施形態との相違点を中心に図20,図21を参照しつつ説明する。
以下、第7実施形態について、第6実施形態との相違点を中心に図20,図21を参照しつつ説明する。
図20に示すように、本実施形態では、8個の蓄電池BA1〜BA8が直列接続された直列接続体により組電池20が構成されている点で、第6実施形態と異なる。なお、本実施形態における組電池20及び接続経路LCの構成は、第4実施形態における組電池20及び接続経路LCの構成と同一であるため、説明を省略する。
また、本実施形態では、充電部63の第1外部端子PT1が、接続経路LC及び正極側電気経路LPに接続されている点で、第6実施形態と異なる。充電部63には、第1外部端子PT1を接続経路LC及び正極側電気経路LPのいずれの経路に接続するかを切り替えるために、調整スイッチSC5,SC6が設けられている。第5調整スイッチSC5は、充電部63の第1外部端子PT1と接続経路LCとの間に設けられている。第6調整スイッチSC6は、充電部63の第1外部端子PT1と正極側電気経路LPとの間に設けられている。
制御装置60は、充電部63の充電電圧が組電池20の定格電圧に相当すると判定した場合に、第5調整スイッチSC5を開放し、第6調整スイッチSC6を閉鎖する。また、制御装置60は、充電部63の充電電圧が組電池20の定格電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧であると判定した場合に、第5調整スイッチSC5を閉鎖し、第6調整スイッチSC6を開放する。
充電部63の充電電圧が中間電圧である場合に、その中間電圧が都度異なることがある。この場合、充電部63の充電電圧が中間電圧である場合において、充電部63の充電電圧が、第2蓄電部22の正極側電圧と異なっていると、充電部63の充電電圧を電圧変換する必要がある。本実施形態では、充電部63の充電電圧に応じて、接続経路LCに接続される中間端子PB1〜PB7を切り替えることにより、インバータ30及び回転電機40とは別にコンバータを設けることを不要とする。
図21に、本実施形態の充電処理のフローチャートを示す。図21において、先の図18に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
本実施形態の充電処理では、ステップS91で肯定判定すると、ステップS95に進む。また、ステップS91で否定判定すると、ステップS96に進む。
ステップS95では、第5調整スイッチSC5を開放し、第6調整スイッチSC6を閉鎖する。続くステップS97では、全ての選択スイッチSW1〜SW7を開放し、充電処理を終了する。
ステップS96では、第5調整スイッチSC5を閉鎖し、第6調整スイッチSC6を開放する。続くステップS98では、ステップS90で取得された充電電圧に応じて、接続経路LCに接続される中間端子PB1〜PB7を切り替え、ステップS99に進む。本実施形態では、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7を切り替えて、第2蓄電部22の正極側電圧が充電部63の充電電圧と同じ電圧又は略同じ電圧となるようにする。
ステップS99の昇圧制御では、接続経路LCに接続される中間端子PB1〜PB7に応じて、各スイッチ32,34の開閉によるスイッチング制御を切り替える。具体的には、上アームスイッチ32が開放される期間を下アームスイッチ34が開放される期間よりも長くなるように各スイッチ32,34をスイッチング制御するようにして、巻線41を昇圧状態とする。その上で、ステップS90で取得された充電電圧が低いほど、上アームスイッチ32が開放される期間を長くするようにした。これにより、充電部63の充電電圧に応じて、充電部63の充電電圧を、組電池20の定格電圧と同じ電圧又は略同じ電圧となるように昇圧することができる。
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、充電部63の充電電圧に応じて、接続経路LCが接続される中間端子PB1〜PB7を切り替えるとともに、その中間端子PB1〜PB7の切り替え位置に応じて各スイッチ32,34のスイッチング制御による昇圧電圧を変更するようにした。これにより、第2蓄電部22の正極側電圧を充電電圧と同じ電圧又は略同じ電圧にすることができる。そのため、インバータ30及び回転電機40とは別に、充電部63の充電電圧を変換する構成を必要とせず、電源システムの構成の簡略化を図ることができる。
・接続経路LCを介して中間端子PB1〜PB7と中性点PAとが電気的に接続されている構成では、上アームスイッチ32が開放される期間を、下アームスイッチ34が開放される期間よりも長くすることで、充電電圧が昇圧される。また、上アームスイッチ32が開放される期間が長いほど、充電電圧の昇圧量が大きくなる。本実施形態では、充電部63の充電電圧に応じて上アームスイッチ32が開放される期間を調整することで、充電電圧の昇圧量を調整するようにした。これにより、インバータ30及び回転電機40を用いて第1蓄電部を適正に充電することができる。
<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。
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。
・第1蓄電部21及び第2蓄電部22の充放電電流を検出する電流センサの設置場所は、図1に例示したものに限られない。例えば図1において、電流センサは、接続経路LCのうち、低圧側接続点PDよりも組電池20側の第1電流検出点と、正極側電気経路LPのうち、高圧側接続点PUよりも組電池20側の第2電流検出点と、負極側電気経路LN上の第3電流検出点とのうち少なくとも2つの電流検出点に設けられていればよい。
・第1接続スイッチ51は必須ではない。また、第1実施形態、第2実施形態において、第2リレースイッチSMR2は必須ではなく、第1実施形態の第1変形例において、第1リレースイッチSMR1は必須ではない。
・第2実施形態において、第2接続スイッチ54の設置場所は、図10に例示したものに限られない。第2接続スイッチ54は、高圧側入力端子PPと高圧側接続点PUとを接続する経路上や、低圧側入力端子PNと低圧側接続点PDとを接続する経路上に設けられていてもよい。
・第1,第2接続スイッチ51,54としては、リレーに限らない。第1,第2接続スイッチ51,54として、例えば、NチャネルMOSFETやIGBTなどの可逆遮断装置が用いられてもよい。
・第3接続スイッチ55としては、リレーに限られない。第3接続スイッチ55として、例えば、パイロクローサーやヒューズなどの不可逆遮断装置が用いられてもよい。第4接続スイッチ56についても同様である。
・第1残存容量Q1が第2残存容量Q2よりも大きいか否かの判定は、第1残存容量Q1と第2残存容量Q2との差が所定値以上であることを判定してもよければ、第1残存容量Q1と第2残存容量Q2との比が所定値以上であることを判定してもよい。
・残存容量は放電容量であってもよい。放電容量は、所定のSOCに到達するまでに必要な電流積算容量である。
また、残存容量は、組電池20に含まれる各電池セルの中で、最も大きい残存容量を有する電池セルの残存容量であってもよければ、最も小さい残存容量を有する電池セルの残存容量であってもよい。また、組電池20に含まれる各電池セルの残存容量の平均値であってもよい。
・上記実施形態において、中間端子PBは着脱可能なサービスプラグであってもよい。この場合、3端子式のサービスプラグであることが好ましい。
・回転電機及びインバータとしては、5相又は7相等、3相以外のものであってもよい。
・インバータを構成する上,下アームスイッチとしては、IGBTに限らず、例えばNチャネルMOSFETであってもよい。
・第1蓄電部及び第2蓄電部が組電池を構成していなくてもよい。
・充電装置の充電電圧毎に充電部63が設けられていてもよい。図22に示す例では、第1充電部63aと第2充電部63bとがそれぞれ設けられている。第1充電部63aの第1外部端子PT1は、接続経路LCに接続されており、第2外部端子PT2は、負極側電気経路LNに接続されている。第2充電部63bの第1外部端子PT1は、接続経路LCに接続されており、第2外部端子PT2は、負極側電気経路LNに接続されている。この場合には、充電器63a,63b毎にカバー64a,64bを設け、安全性確保のために、一方のカバーが開いた場合には他のカバーが開かないようにしてもよい。
10…電源システム、20…組電池、21…第1蓄電部、22…第2蓄電部、30…インバータ、40…回転電機、41…巻線、50…コンバータ、63…充電部、LC…接続経路、LN…負極側電気経路、LP…正極側電気経路、PA…中性点、PB…中間端子。
Claims (13)
- 複数の蓄電池が直列接続された直列接続体を電源部(20)とする電源システム(10)であって、
前記電源部に正極側電気経路(LP)及び負極側電気経路(LN)を介して接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータ(30)と、
中性点接続された複数の巻線(41)を有し、前記インバータを介して前記電源部との間で電力の入出力を行う回転電機(40)と、
前記電源部における各前記蓄電池の間の中間点(PB)と、前記巻線の中性点(PA)とを電気的に接続する接続経路(LC)と、
前記電源部との間で通電を可能にする第1端子と第2端子とを有する機器(50、63)と、を備え、
前記機器の前記第1端子が前記接続経路に接続され、前記機器の前記第2端子が、前記正極側電気経路と前記負極側電気経路との少なくともいずれか一方に接続される構成となっている電源システム。 - 前記正極側電気経路において前記第2端子が接続される接続点(PU)よりも前記電源部側、及び前記負極側電気経路において前記第2端子が接続される接続点(PD)よりも前記電源部側の少なくともいずれかに設けられたシステムメインリレー(SMR1,SMR2)を備える請求項1に記載の電源システム。
- 前記電源部は、前記複数の蓄電池のうち少なくとも1つの蓄電池からなる正極側の第1蓄電部(21)と残りの蓄電池からなる負極側の第2蓄電部(22)とを有し、
前記接続経路は、前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間の前記中間点に接続されており、
前記機器は、前記第1蓄電部及び前記第2蓄電部を電力供給源として電力供給を受ける補機(50)であり、
前記第2端子は、前記正極側電気経路と前記負極側電気経路とのいずれか一方に接続されており、
前記第1蓄電部と前記第2蓄電部とのうち、前記正極側電気経路又は前記負極側電気経路を介して前記第2端子が接続された側の蓄電部を特定蓄電部とし、前記特定蓄電部とは異なる蓄電部を非特定蓄電部とし、
前記スイッチング素子の開閉によるインバータ制御を実施する制御装置(60)を備え、
前記制御装置は、
前記特定蓄電部から前記補機に電力供給する場合に、前記接続経路に電流が流れないように前記インバータ制御を実施する第1制御と、
前記非特定蓄電部から前記補機に電力供給する場合に、前記接続経路に所定の電流が流れるように前記インバータ制御を実施する第2制御と、を切り替えて実施する請求項1または2に記載の電源システム。 - 前記インバータは、上アームスイッチ(32)及び下アームスイッチ(34)の直列接続体を有し、
前記制御装置は、
前記第1制御において、前記上アームスイッチが閉鎖される期間を前記下アームスイッチが閉鎖される期間と等しくすることで、前記接続経路に電流が流れないようにし、
前記第2制御において、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとのうち、前記正極側電気経路又は前記負極側電気経路を介して前記非特定蓄電部が接続された側の特定スイッチが閉鎖される期間を、前記特定スイッチとは異なる非特定スイッチが閉鎖される期間よりも長くすることで、前記接続経路に所定の電流が流れるようにする請求項3に記載の電源システム。 - 前記第1蓄電部及び前記第2蓄電部に流れる電流を検出する複数の電流センサ(61,62)を備え、
前記電流センサは、
前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記電源部側の第1電流検出点と、
前記特定蓄電部と前記インバータとの間の電気経路のうち、前記第2端子との接続点よりも前記電源部側の第2電流検出点と、
前記非特定蓄電部と前記インバータとの間の電気経路上の第3電流検出点と、のうち少なくとも2つの電流検出点に設けられており、
前記制御装置は、前記電流センサの検出電流に基づいて前記第1制御と前記第2制御とを切り替える請求項3または4に記載の電源システム。 - 前記電源部は、3個以上の前記蓄電池が直列接続されることで、各前記蓄電池の間に複数の前記中間点を有し、
前記接続経路は、前記中間点毎に分岐して設けられ、複数の前記中間点の1つに選択的に接続可能であり、
前記制御装置は、
前記補機の駆動電圧に関する情報を取得し、
取得された前記駆動電圧に応じて、前記接続経路が接続される前記中間点を切り替えて前記特定蓄電部の出力電圧を調整する請求項3から5までのいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記第2端子が前記正極側電気経路に接続される状態と、前記第2端子が前記負極側電気経路に接続される状態とを切り替える切替部(53)を備える請求項3から6までのいずれか一項に記載の電源システム。
- 前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記回転電機側に設けられた選択遮断装置(51)を備える請求項3から7までのいずれか一項に記載の電源システム。
- 前記第1端子と前記接続経路とを接続する経路、前記正極側電気経路及び前記負極側電気経路のいずれか一方と前記第2端子とを接続する経路、及び前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記電源部側の少なくとも1つに設けられた電力遮断装置(54)を備える請求項3から8までのいずれか一項に記載の電源システム。
- 前記電源部は、前記複数の蓄電池のうち少なくとも1つの蓄電池からなる正極側の第1蓄電部(21)と残りの蓄電池からなる負極側の第2蓄電部(22)とを有し、
前記接続経路は、前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間の前記中間点に接続されており、
前記機器は、充電装置に接続可能とされ、前記充電装置から充電電力が入力される充電機器(63)であり、
前記第2端子は、前記負極側電気経路に接続されており、
前記スイッチング素子の開閉によるインバータ制御を実施する制御装置(60)を備え、
前記制御装置は、
前記電源部の充電時において、前記充電機器からの充電電力を前記接続経路及び前記負極側電気経路を介して前記第2蓄電部に供給して当該第2蓄電部を充電する一方、前記インバータ制御により前記第2蓄電部の正極側電圧を昇圧し、その昇圧電圧により前記第1蓄電部を充電する請求項1または2に記載の電源システム。 - 前記第2端子は、前記正極側電気経路と前記負極側電気経路とにそれぞれ接続されており、
前記接続経路のうち、前記第1端子との接続点よりも前記中間点側に設けられた電力遮断装置(54)を備え、
前記制御装置は、
前記充電装置の充電電圧に関する情報を取得し、
前記電源部の充電時において、取得された前記充電電圧が前記電源部の総電圧に相当する電圧である場合に、前記電力遮断装置を開放し、取得された前記充電電圧が前記電源部の総電圧に相当する電圧よりも低い中間電圧である場合に、前記電力遮断装置を閉鎖する請求項10に記載の電源システム。 - 前記電源部は、3個以上の前記蓄電池が直列接続されることで、各前記蓄電池の間に複数の前記中間点を有し、
前記接続経路は、前記中間点毎に分岐して設けられているとともに、複数の前記中間点の1つに選択的に接続可能であり、
前記制御装置は、
前記充電装置の充電電圧に関する情報を取得し、
取得された前記充電電圧に応じて、前記接続経路が接続される前記中間点を切り替えるとともに、その中間点の切り替え位置に応じて前記インバータ制御による前記昇圧電圧を変更する請求項10または11に記載の電源システム。 - 前記インバータは、上アームスイッチ(32)及び下アームスイッチ(34)の直列接続体を有し、
前記制御装置は、前記電源部の充電時における前記インバータ制御に際し、前記上アームスイッチが開放される期間を前記下アームスイッチが開放される期間よりも長くし、且つ取得された前記充電電圧が低いほど、前記上アームスイッチが開放される期間を長くする請求項12に記載の電源システム。
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