JP5373692B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関し、詳しくは、第１バッテリと、第１バッテリより電圧が低い第２バッテリと、第１バッテリと第１バッテリからの電力が供給される高電圧系との接続および接続の解除を行なうリレーと、高電圧系と第２バッテリからの電力が供給される低電圧系とに接続された電圧変換手段と、リレーがオンオフされるようリレーを制御すると共に高電圧系から低電圧系に供給される電力の電圧が所望の電圧となるよう電圧変換手段を制御する制御手段と、を備える電源装置に関する。

従来、この種の電源装置としては、走行用バッテリと、この走行用バッテリを走行用モータを駆動するインバータに接続するシステムメインリレーと、インバータよりシステムメインリレー側の電力ラインに設けられた平滑コンデンサと、この電力ラインと補機用バッテリとに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、システムメインリレーをオンする際に補機用バッテリからの電力を用いて平滑コンデンサが目標電圧でプリチャージされるようＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、車載されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、平滑コンデンサのプリチャージ後に、システムメインリレーをオンする前後のインバータ電圧を検出し、検出した両電圧の差を用いて次回のプリチャージ時の平滑コンデンサの目標電圧を補正することにより、システムメインリレーをオンするときの大電流によりその接点が損傷するのを防止している。

特開２００７−２０９１１４号公報

しかしながら、上述の電源装置では、システムメインリレーをオンするときに、平滑コンデンサの目標電圧が補正されない最初のプリチャージ時などに平滑コンデンサの電圧が走行用バッテリの電圧より低いと、走行用バッテリから平滑コンデンサへの大電流のためにシステムメインリレーの接点が損傷する場合がある。このため、システムメインリレーをオンする直前の平滑コンデンサのプリチャージについては、過大な電流を回避するための制限抵抗を介して走行用バッテリからの電力を供給するなどにより行ない、プリチャージ後にシステムメインリレーをオンする前後は、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＥＣＵとＤＣ／ＤＣコンバータとの間に装置の安全性が確保されるよう指令値用の信号線とは別に設けられた専用の信号線を介して遮断信号を送信することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動停止しておくことも考えられるが、この場合、遮断信号の信号線に断線などの異常が生じると、ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動停止されず、走行用バッテリから補機用バッテリ側への過大な電流によってシステムメインリレーの接点が損傷する場合が生じる。

本発明の電源装置は、リレーのオンオフを切り替える際に第１バッテリからの電力が供給される高電圧系から第２バッテリからの電力が供給される低電圧系への過大な電流によってリレーが損傷するのを抑制することを主目的とする。

本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電源装置は、
充放電可能な第１バッテリと、前記第１バッテリより電圧が低い充放電可能な第２バッテリと、前記第１バッテリと該第１バッテリからの電力が供給される高電圧系との接続および接続の解除を行なうリレーと、前記高電圧系と前記第２バッテリからの電力が供給される低電圧系とに接続され前記高電圧系からの電力を降圧して前記低電圧系に供給する電圧変換手段と、前記リレーがオンオフされるよう該リレーを制御すると共に前記高電圧系から前記低電圧系に供給される電力の電圧が所望の電圧となるよう前記電圧変換手段を制御する制御手段と、を備える電源装置において、
前記制御手段は、前記リレーのオンオフを切り替える際には、前記高電圧系から前記低電圧系に供給される電力の電圧を前記第２バッテリの電圧以下の電圧としている状態で前記リレーのオンオフが切り替えられるよう前記電圧変換手段と前記リレーとを制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の電源装置では、リレーのオンオフを切り替える際には、高電圧系から低電圧系に供給される電力の電圧を第２バッテリの電圧以下の電圧としている状態でリレーのオンオフが切り替えられるよう電圧変換手段とリレーとを制御する。これにより、第１バッテリからの電力が供給される高電圧系から第２バッテリからの電力が供給される低電圧系に電流が流れている状態でリレーのオンオフが切り替えられるのが抑制されるから、リレーのオンオフを切り替える際に高電圧系から低電圧系への過大な電流によってリレーが損傷するのを抑制することができる。

本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の目標出力電圧Ｖｏと指令デューティ比Ｄｕｔｙとの関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されたモータ１２およびモータ１２を駆動するためのインバータ１４に電力を供給する電源装置として構成されており、例えば定格電圧が２００Ｖのリチウムイオン電池などの二次電池として構成された高圧バッテリ２２と、高圧バッテリ２２とインバータ１４とに接続された昇降圧コンバータ３０と、高圧バッテリ２２と昇降圧コンバータ３０との接続や接続の解除を行なうシステムメインリレー２４と、昇降圧コンバータ３０よりもシステムメインリレー２４側の電力ライン３２に接続されて電圧を平滑する平滑コンデンサ３３と、例えば定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池などの高圧バッテリ２２より電圧の低い二次電池として構成された低圧バッテリ４０と、電力ライン３２に接続され高圧バッテリ２２からの電力をその電圧を降圧して低圧バッテリ４０側の補機４８が接続された電力ライン４２に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４４と、昇降圧コンバータ３０よりもインバータ１４側の電力ライン１６に接続された電圧を平滑する平滑コンデンサ１７の端子間電圧を検出する電圧センサ１８からの電圧や高圧バッテリ２２の端子間電圧を検出する電圧センサ２３からの電圧などの信号を入力すると共にシステムメインリレー２４をオンオフ制御したり昇降圧コンバータ３０を駆動制御したりＤＣ／ＤＣコンバータ４４を駆動制御したりする電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０と、を備える。また、ＥＣＵ５０は、実施例の電源装置２０からの電力が供給されるインバータ１４の図示しないスイッチング素子のオンオフ制御も行なっている。以下、高圧バッテリ２２からの電力が供給される電力ライン３２を高電圧系の電力ライン３２または単に高電圧系ともいい、低圧バッテリ４０からの電力が供給される電力ライン４２を低電圧系の電力ライン４２または単に低電圧系ともいう。

システムメインリレー２４は、高圧バッテリ２２の正極端子と高電圧系の電力ライン３２の正極母線とに接続されたリレー２４ａと、高圧バッテリ２２の負極端子と電力ライン３２の負極母線とに接続されたリレー２４ｂと、リレー２４ｂをオンする際の突入電流を回避するためにリレー２４ｂに並列接続されたリレー２４ｃおよび抵抗２４ｄとにより構成されている。

昇降圧コンバータ３０は、それぞれ図示しないが、２つのスイッチング素子と２つのスイッチング素子に逆方向に並列接続された２つのダイオードと２つのスイッチング素子の中間点に接続されたリアクトルとを有し、スイッチング素子をオンオフ制御することにより高圧バッテリ２２からの直流電力をその電圧を昇圧してインバータ１４に供給したりインバータ１４に作用している直流電圧を降圧して高圧バッテリ２２を充電したりすることができるようになっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は、高電圧系の電力ライン３２から入力されて図示しないスイッチング素子によるスイッチング回路により直流から交流に変換された電力を図示しないトランスにより降圧して整流し平滑して所望の電圧の電力として低電圧系の電力ライン４２に出力する電圧変換部４５と、電圧変換部４５のスイッチング素子のオンオフ制御を行なう制御回路４６とを有し、電圧変換部４５のスイッチング素子のオンオフ制御におけるデューティ比を調整することにより所望の電圧の電力を出力することができるようになっている。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力ポートを有するマイクロプロセッサとして構成されており、低圧バッテリ５０からの電力により作動する。

次に、実施例の電源装置２０のＥＣＵ５０により実行される基本的な制御について説明する。システムメインリレー２４のオンオフ制御は、高圧バッテリ２２から昇降圧コンバータ３０への電力供給を開始する際には、リレー２４ａ，２４ｃをオンとして平滑コンデンサ３３をプリチャージした後にリレー２４ｃをオフとしてリレー２４ｂをオンとする（以下、単にシステムメインリレー２４をオンとするという）ことにより行なわれ、高圧バッテリ２２から昇降圧コンバータ３０への電力供給を停止する際には、リレー２４ａ，２４ｂをオフとする（以下、単にシステムメインリレー２４をオフとするという）ことにより行なわれる。昇降圧コンバータ３０の駆動制御は、モータ１２に要求される要求トルクとモータ１２の回転数とに基づいて要求トルクやモータ１２の回転数が大きいほど大きくなる傾向にインバータ１４に印加すべき目標電圧を設定し、電圧センサ１８からの電圧が目標電圧になるよう昇降圧コンバータ３０の図示しないスイッチング素子をオンオフ制御することにより行なわれる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の駆動制御は、低圧バッテリ４０の電圧や補機４８の駆動状態に基づいて低圧バッテリ４０の定格電圧より若干低い下限電圧Ｖ１（例えば１１．５Ｖなど）以上かつ低圧バッテリ４０の定格電圧より高い上限電圧Ｖ２（例えば１５Ｖなど）未満の範囲内で低電圧系の電力ライン４２に出力すべき目標出力電圧Ｖｏを設定し、設定した目標出力電圧Ｖｏに基づいて予め定められたマップなどの関係を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ４４の図示しないスイッチング回路のオンオフ制御における指令デューティ比Ｄｕｔｙを設定し、設定した指令デューティ比ＤｕｔｙをＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６に出力することにより行なわれる。図２にＤＣ／ＤＣコンバータ４４の目標出力電圧Ｖｏと指令デューティ比Ｄｕｔｙとの関係の一例を示す。この関係は、電圧変換部４５のスイッチング回路のデューティ比と電圧変換部４５から低電圧系の電力ライン４２への出力電圧とのＤＣ／ＤＣコンバータ４４の特性に基づく予め定められた関係に対応している。図中、目標出力電圧Ｖｏが下限電圧Ｖ１以上かつ上限電圧Ｖ２未満で目標出力電圧Ｖｏが最大デューティ比Ｄｍａｘ（例えば９０％など）まで高くなるほど指令デューティ比Ｄｕｔｙが大きくなる範囲は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の通常の出力電圧に対応する範囲であるが、下限電圧Ｖ１より低い所定電圧Ｖ０および所定電圧Ｖ０に対応する所定デューティ比Ｄｓｅｔについては、後述する。

続いて、実施例の電源装置２０のＥＣＵ５０によりシステムメインリレー２４をオフからオンとしたりオンからオフとしたりする際の、ＥＣＵ５０により実行されるＤＣ／ＤＣコンバータ４４の駆動制御について説明する。ＥＣＵ５０は、システムメインリレー２４をオンとする際にインバータ１４および昇降圧コンバータ３０を駆動停止した状態でリレー２４ａ，２４ｃをオンとする前や、システムメインリレー２４をオフとする際にインバータ１４および昇降圧コンバータ３０を駆動停止した状態でリレー２４ａ，２４ｂをオフとする前には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の通常の出力電圧の範囲より小さなＥＣＵ５０の作動などに必要なシステム保証電圧としての所定電圧Ｖ０（例えば６Ｖなど）に対応する所定デューティ比Ｄｓｅｔ（例えば１０％など）を指令デューティ比Ｄｕｔｙに設定し、設定した指令デューティ比ＤｕｔｙをＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６に出力する。指令デューティ比Ｄｕｔｙを入力したＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６は、入力した指令デューティ比Ｄｕｔｙで電圧変換部４５のスイッチング素子のオンオフ制御を行なう。こうして所定電圧Ｖ０に対応する指令デューティ比ＤｕｔｙでＤＣ／ＤＣコンバータ４４が駆動制御されている状態で、ＥＣＵ５０は、システムメインリレー２４をオフからオンとしたりオンからオフとする。即ち、システムメインリレー２４のオンオフを切り替える際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の低電圧系への出力電圧が低圧バッテリ４０の電圧より小さい所定電圧Ｖ０となるよう制御するのである。こうした制御により、高電圧系から低電圧系に電流が流れている状態でシステムメインリレー２４のオンオフが切り替えられるのが抑制されるから、システムメインリレー２４のオンオフを切り替える際に、高圧バッテリ２２の電力供給を受ける高電圧系の電力ライン３２から低圧バッテリ４０の電力供給を受ける低電圧系の電力ライン４２への過大な電流によって、リレー２４ａ，２４ｂ，２４ｃの接点の溶着や抵抗２４ｄの過熱などによるシステムメインリレー２４の損傷が生じるのを抑制することができる。

なお、実施例では、図２に示したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の目標出力電圧Ｖｏが所定電圧Ｖ０未満や上限電圧Ｖ２以上の範囲で指令デューティ比Ｄｕｔｙは設定されないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６が指令デューティ比Ｄｕｔｙとして入力した信号が所定デューティ比Ｄｓｅｔ未満の値０近傍や最大デューティ比Ｄｍａｎ以上の値１近傍の値のときには、制御回路４６は電圧変換部４６の駆動を停止するものとした。これは、指令デューティ比Ｄｕｔｙを示す信号を入出力するための信号線の断線やショートが生じたときの装置の安全性を考慮したものである。

以上説明した実施例の電源装置２０によれば、システムメインリレー２４のオンオフを切り替える際には、高圧バッテリ２２の電力供給を受ける高電圧系の電力ライン３２から低圧バッテリ４０の電力供給を受ける低電圧系の電力ライン４２への出力電圧が低圧バッテリ４０の電圧より小さい所定電圧Ｖ０となるようＤＣ／ＤＣコンバータ４４を駆動制御している状態で、システムメインリレー２４のオンオフを切り替えるから、高電圧系から低電圧系への過大な電流によって、接点の溶着や抵抗２４ｄの過熱などによるシステムメインリレー２４の損傷が生じるのを抑制することができる。

実施例の電源装置２０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６が指令デューティ比Ｄｕｔｙとして入力した信号が値０近傍や値１近傍の値のときには制御回路４６は電圧変換部４６の駆動を停止するものとしたが、こうしたときでも制御回路４６は電圧変換部４６の駆動を停止しないものとしてもよい。この場合、装置の安全性を考慮して、ＥＣＵ５０とＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６との間に電圧変換部４５の駆動を停止する遮断信号を入出力するための専用の信号線を設け、システムメインリレー２４のオンオフを切り替える際には、基本的にはＥＣＵ５０からＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４６に遮断信号を出力することにより電圧変換部４５を駆動停止するものとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の低電圧系の電力ライン４２への出力電圧が低圧バッテリ４０より小さな電圧となるようにする制御については、遮断信号を入出力する信号線に断線やショートなどの異常が生じたときに限って行なうものとしても構わない。

実施例の電源装置２０では、システムメインリレー２４のオンオフを切り替える際には、高電圧系から低電圧系への出力電圧が低圧バッテリ４０の電圧より小さい所定電圧Ｖ０となるようＤＣ／ＤＣコンバータ４４の電圧変換部４６を駆動するものとしたが、例えば、低圧バッテリ４０の通常とりうる下限電圧として予め実験などにより求められた電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４４の通常の出力電圧範囲における下限電圧Ｖ１である場合には、高電圧系から低電圧系の出力電圧がその下限電圧Ｖ１になるようＤＣ／ＤＣコンバータ４４の電圧変換部４６を駆動するなどとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、高圧バッテリ２２が「第１バッテリ」に相当し、システムメインリレー２４が「リレー」に相当し、低圧バッテリ４０が「第２バッテリ」に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の電圧変換部４６が「電圧変換手段」に相当し、システムメインリレー２４をオンオフしたり電圧変換部４６から低電圧系への目標出力電圧Ｖｏに対応する指令デューティ比Ｄｕｔｙを設定してＤＣ／ＤＣコンバータ４４の制御回路４５に出力し、システムメインリレー２４のオンオフを切り替える際には低電圧系への出力電圧が低圧バッテリ４０の電圧より小さくなるよう指令デューティ比Ｄｕｔｙを設定して制御回路４６に出力するＥＣＵ５０と、指令デューティ比Ｄｕｔｙを入力して電圧変換部４６のスイッチング回路のオンオフ制御を行なう制御回路４６との組み合わせが「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。

１２ モータ、１４ インバータ、１６，３２，４２ 電力ライン、１７，３３ 平滑コンデンサ、１８，２３ 電圧センサ、２０ 電源装置、２２ 高圧バッテリ、２４ システムメインリレー、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ リレー、２４ｄ 抵抗、３０ 昇降圧コンバータ、４０ 低圧バッテリ、４４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４５ 電圧変換部、４６ 制御回路、５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. 充放電可能な第１バッテリと、前記第１バッテリより電圧が低い充放電可能な第２バッテリと、前記第１バッテリと該第１バッテリからの電力が供給される高電圧系との接続および接続の解除を行なうリレーと、前記高電圧系と前記第２バッテリからの電力が供給される低電圧系とに接続され前記高電圧系からの電力を降圧して前記低電圧系に供給する電圧変換手段と、前記リレーがオンオフされるよう該リレーを制御すると共に前記高電圧系から前記低電圧系に供給される電力の電圧が所望の電圧となるよう前記電圧変換手段を制御する制御手段と、を備える電源装置において、
   前記制御手段は、前記リレーのオンオフを切り替える際には、前記高電圧系から前記低電圧系に供給される電力の電圧を前記第２バッテリの電圧以下の電圧としている状態で前記リレーのオンオフが切り替えられるよう前記電圧変換手段と前記リレーとを制御する手段である、
   ことを特徴とする電源装置。

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