JP4650797B2 - 電圧変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧指令に基づいて、入力される電圧を異なる電圧に変換して出力する電圧変換装置に関する。

従来、入力される電圧を異なる電圧に変換して出力する電圧変換装置として、例えば特開２００６−１０１６８０号公報に開示されている車両用電源装置がある。この車両用電源装置は、コントローラと、電圧変換回路とを備えている。電圧変換回路は、コントローラによって制御され、入力されるバッテリの高電圧を低電圧に変換して三相インバータ回路に供給している。

ところで、車両用電源装置は、一般的に、車両の所定部位を制御する車両用制御装置に電圧を供給している。車両用制御装置は、供給される電圧を制御するため、電圧指令を出力している。さらに、車両の状態に応じて電圧指令を変化させる。車両用電源装置のコントローラは、電圧指令に基づいて電圧変換回路を制御し、車両用制御装置に適切な電圧を供給している。

しかし、電圧指令が急激に変化した場合、車両用電源装置の出力電圧も同様に変動する。それに伴って、車両用制御装置の制御対象の動作が急激に変化し、車両の乗員に不安や不快感を与える可能性がある。

そこで、電圧指令の変化に伴う車両用電源装置の出力電圧の急激な変動を抑えるため、コントローラにおいて電圧指令の補正が行われている。具体的には、図５に示すように、電圧指令が変化したとき、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させるように補正している。電圧変換回路は、補正された電圧指令に基づいて、バッテリの電圧を変換し出力する。これにより、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えることができる。従って、車両の乗員に与える不安や不快感を抑えることができる。
特開２００６−１０１６８０号公報

しかし、電圧指令を補正して徐々に減少させると、変化後の状態になるまでの間、電圧指令より高い電圧が供給されることとなる。そのため、バッテリの電力を無駄に消費してしまう。従って、バッテリから直接電圧を供給される車両用制御装置がある場合、充分な特性を出せない可能性がある。

これに対し、電圧指令を補正して徐々に増加させると、変化後の状態になるまでの間、電圧指令より低い電圧が供給されることとなる。そのため、電圧が不足してしまう。従って、車両用電源装置から電圧を供給される車両用制御装置は、充分な特性を出せない可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、入力側の電源や出力側の電気負荷に与える悪影響をも抑えることができる電圧変換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、電圧指令が所定閾値以下に変化したときや、所定閾値以上に変化したとき、それ以外の場合に比べ、より早く電圧指令を変化させ補正することで、出力電圧の急激な変動を抑えつつ、入力側の電源や出力側の電気負荷に与える悪影響をも抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電圧変換装置は、入力される電圧指令が変化したとき、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させるように入力される電圧指令を補正して出力する補正手段と、補正手段によって補正された電圧指令に基づいて、電源の電圧を異なる電圧に変換して出力する電圧変換手段とを備え、車両に搭載される電圧変換装置において、補正手段は、車両のエンジンの始動開始直前に、入力される電圧指令が第１閾値以下に変化したとき、速やかに変化させるように入力される電圧指令を補正して出力し、エンジンの始動完了後には、徐々に変化させるように入力される電圧指令を補正して出力することを特徴とする。

この構成によれば、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、入力側の電源の無駄な電力消費を抑えることができる。電圧指令が変化したとき、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させるように電圧指令を補正することで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えることができる。また、電圧指令が第１閾値以下に変化したとき、それ以外の場合に比べ、より早く変化させるように電圧指令を補正することで、変化後の状態になるまでの時間を短縮することができる。そのため、入力側の電源の無駄な電力消費を抑えることができる。このように、閾値を設けて補正の仕方を切替えることで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、入力側の電源の無駄な電力消費を抑えることができる。

請求項２に記載の電圧変換装置は、請求項１に記載の電圧変換装置において、さらに、補正手段は、エンジンの始動完了後に、入力される電圧指令が第１閾値より大きい第２閾値以上に変化したとき、速やかに変化させるように入力される電圧指令を補正して出力することを特徴とする。この構成によれば、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、入力側の電源の無駄な電力消費を抑えることができる。また、出力側の電気負荷の電圧不足を抑えることができる。電圧指令が変化したとき、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させるように電圧指令を補正することで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えることができる。また、電圧指令が第３閾値以下に変化したとき、第４閾値以上に変化したとき、それ以外の場合に比べ、より早く変化させるように電圧指令を補正することで、変化後の状態になるまでの時間を短縮することができる。そのため、入力側の電源の無駄な電力消費、及び出力側の電気負荷の電圧不足を抑えることができる。このように、閾値を設けて補正の仕方を切替えることで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、入力側の電源の無駄な電力消費、及び出力側の電気負荷の電圧不足を抑えることができる。

請求項３に記載の電圧変換装置は、請求項１又は２に記載の電圧変換装置において、さらに、電圧変換手段は、電源の電圧を降圧して出力することを特徴とする。この構成によれば、電源の電圧を降圧して出力することができる。

請求項４に記載の電圧変換装置は、請求項１又は２に記載の電圧変換装置において、さらに、電圧変換手段は、電源の電圧を昇圧して出力することを特徴とする。この構成によれば、電源の電圧を昇圧して出力することができる。

なお、本明細書でいう第１及び第２閾値は、閾値を区別するために便宜的に導入したものである。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電圧変換装置を、ハイブリッド電気自動車に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータ装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置のブロック図である。

図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置１（電圧変換装置）は、電圧指令に基づいて、高電圧を低電圧に変換して出力する装置である。図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の高電圧入力端子には、高電圧バッテリ２が接続されている。低電圧出力端子には、低電圧バッテリ３が接続されている。また、高電圧バッテリ２には、車両用制御装置４が接続されている。車両用制御装置４は、エンジンを始動するとともに、低速時において車両を駆動するモータ５を制御するための装置である。さらに、低電圧バッテリ３には、車両用制御装置６が接続されている。車両用制御装置６は、車両の所定部位を制御するための装置である。車両用制御装置６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧を制御するため、電圧指令を出力する。また、車両の状態に応じて電圧指令を変化させる。車両用制御装置６の電圧指令出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の電圧指令入力端子に接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１は、マイクロコンピュータ１０と、電圧変換回路１１とから構成されている。

マイクロコンピュータ１０は、電圧指令を補正して目標指令を算出するとともに、電圧変換回路１１を制御するため、目標指令に相当する制御信号を出力する素子である。マイクロコンピュータ１０の電圧指令入力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の電圧指令入力端子を介して車両用制御装置６の電圧指令出力端子に接続されている。制御信号出力端子は、電圧変換回路１１に接続されている。

電圧変換回路１１は、高電圧バッテリ２の出力電圧を、制御信号、つまりは、目標指令に基づいて、低電圧に変換して出力する回路である。電圧変換回路１１の高電圧入力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の高電圧入力端子を介して高電圧バッテリ２に接続されている。低電圧出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の低電圧出力端子を介して低電圧バッテリ３に接続されている。制御信号入力端子は、マイクロコンピュータ１０の制御信号出力端子に接続されている。

次に、図１及び図２を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の動作について説明する。ここで、図２は、第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

イグニッションスイッチ（図略）がオンすると、低電圧バッテリ３から電圧が供給され、車両用制御装置６が作動を開始する。車両用制御装置６は、高電圧バッテリ２の出力電圧より低い電圧指令Ｖ１を出力する（ｔ０）。電圧指令Ｖ１が入力されると、マイクロコンピュータ１０は、目標指令をＶ１にする。そして、目標指令Ｖ１に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて、高電圧バッテリ２の出力電圧を目標指令であるＶ１に変換して出力する。

その後、車両用制御装置６は、エンジンの始動開始直前に、電圧指令をＶ１からＶ２に下げる（ｔ１）。電圧指令が変化し、変化後の電圧指令Ｖ２が予め設定されている閾値Ｖｔｈ１（第１閾値）以下であるため、マイクロコンピュータ１０は、目標指令をＶ１からＶ２に速やかに下げる（ｔ２）。そして、目標指令Ｖ２に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ１からＶ２に下げる。

この直後、車両用制御装置４が、モータ５を介してエンジンを始動させる。しかし、電圧変換回路１１の出力電圧はＶ１からＶ２に低下している。しかも、徐々にではなく、速やかに低下している。そのため、高電圧バッテリ２の無駄な電力消費が抑えられる。従って、モータ５の特性を充分に確保でき、確実にエンジンを始動することができる。

エンジンの始動が完了すると、車両用制御装置６は、電圧指令をＶ２からＶ１に上げる（ｔ３）。電圧指令が変化したため、マイクロコンピュータ１０は、目標指令をＶ２からＶ１徐々に上げる（ｔ４〜ｔ５）。そして、目標指令に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ２からＶ１に徐々に上げる。

その後、低電圧バッテリ３の電気的負荷が増加すると、車両用制御装置６は、電圧指令をＶ１からＶ３に上げる（ｔ６）。電圧指令が変化したため、マイクロコンピュータ１０は、ｔ４〜ｔ５と同様の変化率で、目標指令をＶ１からＶ３に徐々に上げる（ｔ７〜ｔ８）。そして、目標指令に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ１からＶ３に徐々に上げる。

その後、電気的負荷が減少すると、車両用制御装置６は、電圧指令をＶ３からＶ１に下げる（ｔ９）。電圧指令が変化しているが、変化後の電圧指令Ｖ１はＶｔｈ１より高いため、目標指令を速やかに下げることはない。マイクロコンピュータ１０は、ｔ４〜ｔ５と同様の変化率で、目標指令をＶ３からＶ１に徐々に下げる（ｔ１０〜ｔ１１）。そして、目標指令に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ３からＶ１に徐々に下げる。

最後に、効果について説明する。第１実施形態によれば、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、高電圧バッテリ２の無駄な電力消費を抑えることができる。また、出力側の車両用制御装置６の電圧不足を抑えることができる。図２に示すように、電圧指令が変化したとき、ｔ４〜ｔ５、ｔ７〜ｔ８及びｔ１０〜ｔ１１のように、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させように電圧指令を補正することで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えることができる。また、電圧指令がＶｔｈ１以下に変化したとき、ｔ２のように、それ以外の場合に比べ、より早く速やかに変化させように電圧指令を補正することで、変化後の状態になるまでの時間を短縮することができる。そのため、高電圧バッテリ２の無駄な電力消費を抑えることができる。このように、閾値を設けて補正の仕方を切替えることで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、高電圧バッテリ２の無駄な電力消費を抑えることができる。

また、第１実施形態によれば、高電圧バッテリ２の出力電圧をより低い低電圧にして
低電圧バッテリ３及び車両用制御装置６に供給することができる。

（参考形態）
次に、参考形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置について説明する。参考形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置に対して、マイクロコンピュータの動作、具体的には電圧指令の補正の仕方のみを変更したものである。

構成は、第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置と同一であるため、説明を省略する。まず、図１及び図３を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作について説明する。ここで、図３は、参考形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

イグニッションスイッチがオンすると、低電圧バッテリ３から電圧が供給され、車両用制御装置６が作動を開始する。車両用制御装置６は、高電圧バッテリ２の出力電圧より低い電圧指令Ｖ１を出力する（ｔ０）。電圧指令Ｖ１が入力されると、マイクロコンピュータ１０は、目標指令をＶ１にする。そして、目標指令Ｖ１に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて、高電圧バッテリ２の出力電圧を目標指令であるＶ１に変換して出力する。

その後、車両用制御装置６は、エンジンの始動開始直前に、電圧指令をＶ１からＶ２に下げる（ｔ１）。電圧指令が変化したため、マイクロコンピュータ１０は、目標指令をＶ１からＶ２に徐々に下げる（ｔ２〜ｔ３）。そして、目標指令に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ１からＶ２に徐々に下げる。

この直後、車両用制御装置４が、モータ５を介してエンジンを始動させる。エンジンの始動が完了すると、車両用制御装置６は、電圧指令をＶ２からＶ１に上げる（ｔ４）。電圧指令が変化しているが、変化後の電圧指令Ｖ１がＶｔｈ２より低いため、目標指令を速やかに上げることはない。マイクロコンピュータ１０は、ｔ２〜ｔ３と同様の変化率で、目標指令をＶ２からＶ１に徐々に上げる（ｔ５〜ｔ６）。そして、目標指令に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ２からＶ１に徐々に上げる。

その後、低電圧バッテリ３の電気的負荷が増加すると、車両用制御装置６は、電圧指令をＶ１からＶ３に上げる（ｔ７）。電圧指令が変化し、変化後の電圧指令Ｖ２が予め設定されている閾値Ｖｔｈ２（第２閾値）以上であるため、マイクロコンピュータ１０は、目標指令をＶ１からＶ３に速やかに上げる（ｔ８）。そして、目標指令Ｖ２に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ１からＶ３に速やかに上げる。そのため、低電圧バッテリ３に接続されている車両用制御装置６の電圧不足を抑えることができる。

その後、電気的負荷が減少すると、 車両用制御装置６は、電圧指令をＶ３からＶ１に下げる（ｔ９）。電圧指令が変化したため、マイクロコンピュータ１０は、ｔ２〜ｔ３と同様の変化率で、目標指令をＶ３からＶ１に徐々に下げる（ｔ１０〜ｔ１１）。そして、目標指令に相当する制御信号を出力する。電圧変換回路１１は、制御信号に基づいて出力電圧をＶ３からＶ１に徐々に下げる。

次に、効果について説明する。参考形態によれば、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、低電圧バッテリ３に接続されている車両用制御装置６の電圧不足を抑えることができる。図３に示すように、電圧指令が変化したとき、ｔ２〜ｔ３、ｔ５〜ｔ６及びｔ１０〜ｔ１１のように、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させように電圧指令を補正することで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えることができる。また、電圧指令がＶｔｈ２以上に変化したとき、ｔ８のように、それ以外の場合に比べ、より早く速やかに変化させるように電圧指令を補正することで、変化後の状態になるまでの時間を短縮することができる。そのため、低電圧バッテリ３に接続されている車両用制御装置６の電圧不足を抑えることができる。このように、閾値を設けて補正の仕方を切替えることで、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、車両用制御装置６の電圧不足を抑えることができる。

なお、第１実施形態では、電圧指令がＶｔｈ１以下に変化したときに、参考形態では、電圧指令がＶｔｈ２以上に変化したときに、それぞれ目標指令を速やかに変化させる例を挙げているが、これに限られるものではない。図４に示すように、第１実施形態と参考形態とを組合せ、電圧指令がＶｔｈ３以下に変化したとき、及びＶｔｈ４以上に変化したときに、目標指令を速やかに変化させるようにしてもよい。この場合、電圧指令の変化に伴う出力電圧の急激な変動を抑えるとともに、入力側の高電圧バッテリ２の無駄な電力消費を抑えることができる。また、低電圧バッテリ３に接続されている車両用制御装置６の電圧不足を抑えることができる。

また、第１実施形態及び参考形態では、電圧変換回路１１が、高電圧バッテリ２の出力電圧を降圧して出力する例を挙げているが、これに限られるものではない。電圧変換回路が、入力される電圧を昇圧して出力するようにしてもよい。

さらに、第１実施形態及び参考形態では、閾値との間で所定の条件を満たした場合、目標指令を速やかに変化させる例を挙げているが、これに限られるものではない。それ以外の場合に比べ、目標指令をより早く変化させればよい。

第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置のブロック図である。 第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 参考形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 別の実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換装置）、１０・・・マイクロコンピュータ（補正手段）、１１・・・電圧変換回路（電圧変換手段）、２・・・高電圧バッテリ（電源）、３・・・低電圧バッテリ、４、６・・・車両用制御装置、５・・・モータ

Claims (4)

1. 入力される電圧指令が変化したとき、変化前の状態から変化後の状態に徐々に変化させるように入力される該電圧指令を補正して出力する補正手段と、該補正手段によって補正された該電圧指令に基づいて、電源の電圧を異なる電圧に変換して出力する電圧変換手段とを備え、車両に搭載される電圧変換装置において、
   該補正手段は、該車両のエンジンの始動開始直前に、入力される該電圧指令が第１閾値以下に変化したとき、速やかに変化させるように入力される該電圧指令を補正して出力し、該エンジンの始動完了後には、徐々に変化させるように入力される該電圧指令を補正して出力することを特徴とする電圧変換装置。
2. 前記補正手段は、前記エンジンの始動完了後に、入力される前記電圧指令が前記第１閾値より大きい第２閾値以上に変化したとき、速やかに変化させるように入力される前記電圧指令を補正して出力することを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
3. 前記電圧変換手段は、前記電源の電圧を降圧して出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧変換装置。
4. 前記電圧変換手段は、前記電源の電圧を昇圧して出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧変換装置。

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