JP5375202B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電源を有する電力供給装置に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus having a plurality of power supplies.
従来、複数の電源を有する電力供給装置として、特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1に記載の電力供給装置は、電気自動車の電動モータに電力供給するものであり、アクセルペダルの踏み込み量に応じて複数の電源の直列と並列を切り換えることで、電動モータへの供給電圧を制御するようにしている。具体的には、アクセルペダルの踏み込み量が小さく要求駆動力が小さいときは、複数電源を並列接続して電源電圧を小さくすることで、電動モータにおける損失を低減させる。一方、アクセルペダルの踏み込み量が大きく要求駆動力が大きいときは、複数電源を直列接続して電源電圧を高くすることで、最大出力を向上させるようにしている。
Conventionally, the thing of
ところで、電気自動車では、電動モータに電力供給する主電源(主バッテリ)のほかに補機駆動用の電源(補機バッテリ)が搭載されている場合が多く、補機バッテリの充電状態が低下した際は主バッテリからの電力で補機バッテリを充電するのが一般的である。ここで、主電源として特許文献1に記載されているような複数の電源を有する電力供給装置を用いる場合には、複数電源の接続切替えにより電源電圧が大きく変動するため、この電源電圧をDCDCコンバータで電圧変換して補機バッテリに充電しようとすると、DCDCコンバータに使用するスイッチに高い耐圧性を持たせる必要があり、コストアップに繋がる。また、複数電源のうちで補機バッテリの充電に使用する電源を定めておいて当該電源を直接DCDCコンバータに接続する構成とすれば素子耐圧を低減できるが、この構成の場合には、複数電源間の残容量のばらつき、つまり電源間の電位差が大きくなり易く、複数電源を並列接続した際に電圧の低い電源に過電流が流れて異常の原因となる虞がある。
By the way, in the electric vehicle, in addition to the main power source (main battery) for supplying electric power to the electric motor, the power source for driving the auxiliary equipment (auxiliary battery) is often mounted, and the charging state of the auxiliary battery is lowered. In this case, the auxiliary battery is generally charged with power from the main battery. Here, when a power supply apparatus having a plurality of power supplies as described in
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、複数の電源間の電位差を低減させつつ補機駆動用電源への充電を適切に行うことが可能な電力供給装置を提供することを目的としている。 The present invention was devised in view of the conventional situation as described above, and is a power supply capable of appropriately charging an auxiliary machine driving power supply while reducing a potential difference between a plurality of power supplies. The object is to provide a device.
本発明に係る電力供給装置は、負荷に電力供給する複数のバッテリと、複数のバッテリ同士及び負荷との接続状態を切替える第1のスイッチ手段と、補機駆動用の補機バッテリと、複数のバッテリと補機バッテリとを磁気結合するトランスと、複数のバッテリからトランスに流れる電流を個別に制御可能な第2のスイッチ手段と、第1のスイッチ手段及び第2のスイッチ手段の動作を制御する制御手段とを備える。 A power supply device according to the present invention includes a plurality of batteries for supplying power to a load, a first switch means for switching a connection state between the plurality of batteries and the load, an auxiliary battery for driving an auxiliary machine, A transformer that magnetically couples the battery and the auxiliary battery, a second switch means that can individually control currents flowing from the plurality of batteries to the transformer, and operations of the first switch means and the second switch means are controlled. Control means.
本発明に係る電力供給装置によれば、複数のバッテリと補機バッテリとがトランスにより磁気結合され、第1のスイッチ手段及び第2のスイッチ手段の動作制御により、複数のバッテリの接続状態とトランスに流れる電流が制御されるので、複数のバッテリ間の電位差を低減させながら補機バッテリを適切に充電することが可能となる。 According to the power supply device of the present invention, the plurality of batteries and the auxiliary battery are magnetically coupled by the transformer, and the connection state of the plurality of batteries and the transformer are controlled by the operation control of the first switch means and the second switch means. Thus, the auxiliary battery can be appropriately charged while reducing the potential difference between the plurality of batteries.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る電力供給装置の一例を示す構成図である。この図1に示す電力供給装置1は、二次電池装置10と、補機用電源充電回路20と、これらを制御するコントローラ30とから構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a power supply apparatus according to the present invention. The
二次電池装置10は、第1蓄電モジュールB1、第2蓄電モジュールB2、第1接続スイッチ11、第2接続スイッチ12、第3接続スイッチ13を備える。第1及び第2の蓄電モジュールB1,B2は、負荷に電力供給する主電源として用いられるものであり、例えばリチウムイオン二次電池などが用いられる。なお、電池の代わりにキャパシタを用いて第1及び第2の蓄電モジュールB1,B2を構成してもよい。
The
第1接続スイッチ11は、第1蓄電モジュールB1の負極と負荷出力端子100Lとの導通を断接するスイッチであり、この第1接続スイッチ11がオンすると負荷出力端子100H,100L間に第1蓄電モジュールB1が接続される。また、第2接続スイッチ12は、第2蓄電モジュールB2の正極と負荷出力端子100Hとの導通を断接するスイッチであり、この第2接続スイッチ12がオンすると負荷出力端子100H,100L間に第2蓄電モジュールB1が接続される。また、第3接続スイッチ13は、第1蓄電モジュールB1の負極と第2蓄電モジュールB2の正極との導通を断接するスイッチであり、この第3接続スイッチ13がオンすると負荷出力端子100H,100L間に第1蓄電モジュールB1と第2蓄電モジュールB2とが直列状態で接続される。
The
二次電池装置10は、以上のように、第1乃至第3の接続スイッチ11〜13のオン/オフの切替えにより、第1及び第2の蓄電モジュールB1,B2の負荷に対する接続状態が切替えられる構成である。接続スイッチ11〜13のオン/オフと、負荷に接続される蓄電モジュールB1,B2との関係は、以下のようになる。
第1蓄電モジュールB1の単独接続 : 第1接続スイッチ11オン、第2接続スイッチ12オフ、第3接続スイッチ13オフ
第2蓄電モジュールB2の単独接続 : 第1接続スイッチ11オフ、第2接続スイッチ12オン、第3接続スイッチ13オフ
第1蓄電モジュールB1と第2蓄電モジュールB2の直列接続 : 第1接続スイッチ11オン、第2接続スイッチ12オフ、第3接続スイッチ13オン
第1蓄電モジュールB1と第2蓄電モジュールB2の並列接続 : 第1接続スイッチ11オン、第2接続スイッチ12オン、第3接続スイッチ13オフ
As described above, in the
Single connection of first power storage module B1:
補機用電源充電回路20は、補機用電源として用いられる第3蓄電モジュールB3と、第1乃至第3の蓄電モジュールB1〜B3に対応する第1乃至第3のコイル21〜23及びそれらを磁気的に結合するコア24とからなる共通トランスと、この共通トランスの第1コイル21に流れる電流を制御する第1充電制御スイッチ25a及びダイオード25bと、共通トランスの第2コイル22に流れる電流を制御する第1充電制御スイッチ26a及びダイオード26bと、第3蓄電モジュールB3から共通トランスの第3コイル23への電流を遮断するダイオード27とを備える。
The auxiliary power
この補機用電源充電回路20では、第1及び第2の充電制御スイッチ24a,25aのオン/オフの操作により、二次電池装置10の第1蓄電モジュールB1或いは第2蓄電モジュールB2から共通トランスを介して第3蓄電モジュールB3に電力供給され、第3蓄電モジュールB3が充電される。
In this auxiliary power
コントローラ30は、二次電池装置10の第1乃至第3の接続スイッチ11〜13と補機用電源充電回路20の第1及び第2の充電制御スイッチ25a,26aのオン/オフをコントロールする。このコントローラ30は、例えば、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお、コントローラ30を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
The
図2は、以上のように構成される電力供給装置1を電気自動車における電動パワートレインに適用した状態を示す図である。電気自動車に搭載する場合、電力供給装置1の負荷出力端子100H,100Lは、インバータ5を介してモータジェネレータ6に接続される。また、電気自動車の電動パワートレインでは、第1乃至第3の蓄電モジュールB1〜B3として内部インピーダンスの大きいバッテリモジュールが用いられるため、補機用電源充電回路20内に各蓄電モジュールB1〜B3と並列接続した平滑コンデンサC1〜C3を追加する。なお、図中、ICoil1は共通トランスの第1コイル21に流れる電流、ICoil2は第2コイル22に流れる電流、ICoil3は第3コイル23に流れる電流であり、VCoil1は共通トランスの第1コイル21の端子間電圧、VCoil2は第2コイル22の端子間電圧、VCoil3は第3コイル23の端子間電圧である。また、VbSW1は第1充電制御スイッチ25aの両端電圧、VbSW2は第2充電制御スイッチ26aの両端電圧、Vb3は第3蓄電モジュールB3の電圧である。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the
電気自動車に搭載した電力供給装置1は、二次電池装置10の第1,第2の蓄電モジュールB1,B2からモータジェネレータ6に電力を供給して力行運転するとともに、回生時にモータジェネレータ6が発電した電力を二次電池装置10の第1,第2の蓄電モジュールB1,B2に充電する。その際、モータジェネレータ6の運転状態に応じて、負荷出力端子100H,100L間の第1,第2の蓄電モジュールB1,B2の接続状態を切替えて、インバータ5への印加電圧VOUTを選択して出力する。
The
具体的には、電力供給装置1は、インバータ5への印加電圧VOUTとして低い電圧が要求されているときは、第1,第2の接続スイッチ11,12のうち片方もしくは両方をオンすることにより、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1もしくは第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2をインバータ5へ印加する(VOUT=Vb1 or Vb2)。また、電力供給装置1は、インバータ5への印加電圧VOUTとして高い電圧が要求されているときは、第3接続スイッチ13をオンすることにより、第1及び第2の蓄電モジュールB1,B2の電圧Vb1,Vb2を足し合わせた電圧をインバータ5へ印加する(VOUT=Vb1+Vb2)。ただし、第1及び第2の蓄電モジュールB1,B2がそれぞれ短絡することを回避するため、第1接続スイッチ11と第3接続スイッチ13もしくは第2接続スイッチ12と第3接続スイッチ13は同時にオンしない。
Specifically, the
また、電力供給装置1は、インバータ5に電圧VOUTを印加しながら、必要に応じて、補機用電源充電回路20により二次電池装置10の第1,第2の蓄電モジュールB1,B2から補機駆動用の第3蓄電モジュールB3への充電を行う。この第3蓄電モジュールB3への充電動作は、インバータ5への印加電圧VOUTと第1,2の蓄電モジュールB1,B2の電圧Vb1,Vb2とによってその動作が異なるため、図3に示すように、インバータ5への印加電圧VOUT及び各蓄電モジュールB1,B2の電圧Vb1,Vb2の状態に応じてモードを分けて説明する。本実施形態では、同図に示す通り、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間に電位差がある場合、その大きさに応じて、2つの蓄電モジュールB1,B2を並列接続できるかどうかによりモードを分けている。
In addition, the
[モード1]
モード1は、インバータ5への印加電圧VOUTが低く、且つ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間に電位差ΔVb(=|Vb1−Vb2|)があるものの、その電位差ΔVbが閾値Vb_th以下であり、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を並列接続できる場合の動作モードである。なお、閾値Vb_thは、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を並列接続したときに過電流(例えば100A程度)が流れない電位差の上限値として、事前の実験等により求めた最適値(例えばVb1,Vb2=200Vのとき10V程度)に設定される。
[Mode 1]
In
このモード1の場合、電力供給装置1は、以下の動作により、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減しつつ、第3蓄電モジュールB3を充電する。なお、以下では、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2より大きいものとして、モード1における電力供給装置1の動作を説明する。
In this
モード1では、コントローラ30の制御により、第1,第2の接続スイッチ11,12をオン、第3接続スイッチ13をオフし、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を並列接続することで、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減する。さらに、第2充電制御スイッチ26aをPWM駆動することで、第3蓄電モジュールB3を充電する。PWM駆動の指令は、第3蓄電モジュールB3の充電電力を大きくしたい場合は第2充電制御スイッチ26aのオン時間を長くし、充電電力を小さくしたい場合は第2充電制御スイッチ26aのオン時間を短くする。このとき、電力供給装置1は図4に示す回路と等価になる。なお、図中のIb12は、第1蓄電モジュールB1から第2蓄電モジュールB2に流れる電流である。
In
モード1における各部の電流・電圧推移の概略図を図5に示す。モード1の場合、コントローラ30は、時刻t1において第1,第2の接続スイッチ11,12をオン、第3接続スイッチ13をオフした状態で、第2の充電制御スイッチ26aのPWM駆動を開始する。これにより、時刻t1〜時刻t2の期間において、第1,第2の接続スイッチ11,12を介して第1蓄電モジュールB1から第2蓄電モジュールB2に電流Ib12が流れるため、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbが低減される。さらに、第2充電制御スイッチ26aのPWM駆動により、第2蓄電モジュールB2から補機用電源充電回路20を介して第3蓄電モジュールB3に電力供給され、第3蓄電モジュールB3が充電される。
A schematic diagram of current / voltage transition of each part in
時刻t1〜時刻t2の期間における各部の電流の流れを確認すると、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減するための電流は第1,第2の接続スイッチ11,12を通過して二次電池装置10内を流れ、補機用電源充電回路20には第3蓄電モジュールB3を充電する電流のみが流れる。このため、補機用電源充電回路20における発生損失を低減しつつ、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。つまり、第3蓄電モジュールB3を充電するために電圧が高い方の第1蓄電モジュールB1に接続された第1充電制御スイッチ25aをPWM駆動すると、電圧が高い第1蓄電モジュールB1から共通トランスを介して電圧が低い第2蓄電モジュールB2へと充電電流が流れ、補機用電源充電回路20における損失が増えることが懸念されるが、第2充電制御スイッチ26aのPWM駆動により第3蓄電モジュールB3の充電を行うことで、以上の問題を有効に回避することができる。
When the flow of current in each part in the period from time t1 to time t2 is confirmed, the current for reducing the potential difference ΔVb between the first and second power storage modules B1 and B2 is the first and second connection switches 11 and 12. And flows through the
なお、以上は第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2より大きいものとして説明したが、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2よりも小さい場合は、第2充電制御スイッチ26aの代わりに第1充電制御スイッチ25aをPWM駆動すればよい。つまり、モード1では、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を並列接続し、電圧の低い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動することにより、以上の例と同様に、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
In the above description, the voltage Vb1 of the first power storage module B1 is described as being greater than the voltage Vb2 of the second power storage module B2. However, the voltage Vb1 of the first power storage module B1 is smaller than the voltage Vb2 of the second power storage module B2. The first
[モード2]
モード2は、インバータ5への印加電圧VOUTが低く、且つ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVb(=|Vb1−Vb2|)が閾値Vb_th越えていて、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を並列接続した際に過電流が流れる可能性のある場合の動作モードである。
[Mode 2]
In
このモード2の場合、電力供給装置1は、以下の動作により、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減しつつ、第3蓄電モジュールB3を充電する。なお、以下では、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2より大きいものとして、モード2における電力供給装置1の動作を説明する。
In this
モード2では、コントローラ30の制御により、第1接続スイッチ11をオン、第2,第3の接続スイッチ12,13をオフし、第1蓄電モジュールB1からインバータ5に電力供給することで第1蓄電モジュールB1の電力を消費し、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減する。さらに、第1充電制御スイッチ25aをPWM駆動することで、第2,第3の蓄電モジュールB2,B3を充電する。PWM駆動の指令は、第2,第3の蓄電モジュールB2,B3の充電電力を大きくしたい場合は第1充電制御スイッチ25aのオン時間を長くし、充電電力を小さくしたい場合は第1充電制御スイッチ25aのオン時間を短くする。このとき、電力供給装置1は図6に示す回路と等価になる。
In
モード2における各部の電流・電圧推移の概略図を図7に示す。モード2の場合、コントローラ30は、時刻t1において第1接続スイッチ11をオン、第2,第3の接続スイッチ12,13をオフした状態で、第1の充電制御スイッチ25aのPWM駆動を開始する。これにより、時刻t1〜時刻t2の期間において、第1蓄電モジュールB1からインバータ5に電力供給され、さらに、第1充電制御スイッチ25aのPWM駆動により、第1蓄電モジュールB1から補助用電源充電回路20を介して第2,第3の蓄電モジュールB2,B3に電力供給されて、第2,第3の蓄電モジュールB2,B3が充電される。
A schematic diagram of current / voltage transition of each part in
このモード2においては、第1充電制御スイッチ25aのPWM波形を制御することにより、第1蓄電モジュールB1から第2蓄電モジュールB2に流れる電流を抑制することができるため、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間に過電流を発生されることなく、これら第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
In this
なお、以上は第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2より大きいものとして説明したが、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2よりも小さい場合は、第1充電制御スイッチ25aの代わりに第2充電制御スイッチ26aをPWM駆動することで、以上の例と同様に、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
In the above description, the voltage Vb1 of the first power storage module B1 is greater than the voltage Vb2 of the second power storage module B2. However, the voltage Vb1 of the first power storage module B1 is smaller than the voltage Vb2 of the second power storage module B2. The second
[モード3]
モード3は、インバータ5への印加電圧VOUTが高く、且つ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間に電位差ΔVb(=|Vb1−Vb2|)がある場合の動作モードである。
[Mode 3]
このモード3の場合、電力供給装置1は、以下の動作により、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減しつつ、第3蓄電モジュールB3を充電する。なお、以下では、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2より大きいものとして、モード2における電力供給装置1の動作を説明する。
In this
モード3では、コントローラ30の制御により、第1,第2の接続スイッチ11,12をオフ、第3の接続スイッチ13をオンし、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を直列に接続した電圧をインバータ5に印加する。さらに、.第1蓄電モジュールB1からインバータ5に電力供給することで第1蓄電モジュールB1の電力を消費し、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減する。さらに、第1充電制御スイッチ25aをPWM駆動することで、第2,第3の蓄電モジュールB2,B3を充電する。PWM駆動の指令は、第2,第3の蓄電モジュールB2,B3の充電電力を大きくしたい場合は第1充電制御スイッチ25aのオン時間を長くし、充電電力を小さくしたい場合は第1充電制御スイッチ25aのオン時間を短くする。このとき、電力供給装置1は図8に示す回路と等価になる。
In
モード3における各部の電流・電圧推移の概略図を図9に示す。モード3の場合、コントローラ30は、時刻t1において第1,第2の接続スイッチ11,12をオフ、第3接続スイッチ13をオンした状態で、第1の充電制御スイッチ25aのPWM駆動を開始する。これにより、時刻t1〜時刻t2の期間において、直列に接続された第1,第2の蓄電モジュールB1,B2からインバータ5に電力供給され、さらに、第1充電制御スイッチ25aのPWM駆動により、第1蓄電モジュールB1から補助用電源充電回路20を介して第2,第3の蓄電モジュールB2,B3に電力供給されて、第2,第3の蓄電モジュールB2,B3が充電される。
FIG. 9 shows a schematic diagram of current / voltage transition of each part in
第1,第2の蓄電モジュールB1,B2は、共通トランスの第1,第2のコイル21,22及びコア24により磁気的に結合されている。このため、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2が直列接続状態であっても、第1蓄電モジュールB1から第2蓄電モジュールB2を充電して、これら第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することが可能である。
The first and second power storage modules B1 and B2 are magnetically coupled by the first and
なお、以上は第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2より大きいものとして説明したが、第1蓄電モジュールB1の電圧Vb1が第2蓄電モジュールB2の電圧Vb2よりも小さい場合は、第1充電制御スイッチ25aの代わりに第2充電制御スイッチ26aをPWM駆動することで、以上の例と同様に、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
In the above description, the voltage Vb1 of the first power storage module B1 is described as being greater than the voltage Vb2 of the second power storage module B2. However, the voltage Vb1 of the first power storage module B1 is smaller than the voltage Vb2 of the second power storage module B2. The second
[モード4]
モード4は、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVb(=|Vb1−Vb2|)がほぼゼロの場合の動作モードである。ただし、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2の電圧Vb1,Vb2を計測するセンサの精度等により、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbがゼロであることを正確に計測することは困難であるため、実機においては、電位差ΔVbが規定値以下であるときに、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbがゼロであると判断する。なお、このときの規定値は、センサ精度等に応じて計測誤差と見做せる程度の最適な値を設定すればよく、上述した閾値Vb_thよりも十分に小さい値に設定される。
[Mode 4]
このモード4の場合、電力供給装置1は、インバータ5への印加電圧VOUTの大きさによらず、コントローラ30の制御によって第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aを共にPWM駆動することで、第3蓄電モジュールB3を充電する。このときのPWM駆動の指令は、第3の蓄電モジュールB3の充電電力を大きくしたい場合は第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aのオン時間を長くし、充電電力を小さくしたい場合は第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aのオン時間を短くする。
In the case of this
モード4における各部の電流・電圧推移の概略図を図10に示す。モード4の場合、コントローラ30は、第1乃至第3の接続スイッチ11〜13の状態によらず、時刻t1において第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aのPWM駆動を開始する。これにより、時刻t1〜時刻t2の期間において、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2から補助用電源充電回路20を介して第3蓄電モジュールB3に電力供給されて、第3蓄電モジュールB3が充電される。
A schematic diagram of current / voltage transition of each part in
図11は、本実施形態の電力供給装置における動作の概要を示すフローチャートである。本実施形態の電力供給装置では、コントローラ30がこの図11に示す一連の処理を所定周期ごとに繰り返し実行することで、負荷要求電圧と第1,2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbとに応じて、最適な方法を選択しながら第3蓄電モジュールB3に対する充電を行う。
FIG. 11 is a flowchart showing an outline of the operation in the power supply apparatus of this embodiment. In the power supply apparatus of the present embodiment, the
すなわち、コントローラ30は、まずステップS1において、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2の電圧Vb1,Vb2を計測し、その電位差ΔVbを算出する。そして、次のステップS2において、ステップS1で算出した電位差ΔVbがほぼゼロであるかどうかを判定する。ここで、ステップS1で算出した電位差ΔVbがほぼゼロであれば、ステップS8に進んで上述したモード4の動作制御を実施する。すなわち、コントローラ30は、負荷要求電圧(インバータ5への印加電圧VOUT)の大きさによらず、第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aをPWM駆動することで、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2からの電力で第3蓄電モジュールB3を充電する。
That is, the
一方、ステップS1で算出した電位差ΔVbがほぼゼロではない、つまり第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間に電位差ΔVbが生じている場合は、コントローラ30は、次のステップS3において、負荷要求電圧(インバータ5への印加電圧VOUT)が低電圧(蓄電モジュール1つ分の電圧)かどうかを判定する。ここで、負荷要求電圧が低電圧でない、つまり第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を直列接続した電圧が要求されている場合は、ステップS7に進んで上述したモード3での動作制御を実施する。すなわち、コントローラ30は、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を直列接続した状態で、電圧が高い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動することにより、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を充電する。
On the other hand, if the potential difference ΔVb calculated in step S1 is not substantially zero, that is, if there is a potential difference ΔVb between the first and second power storage modules B1 and B2, the
一方、負荷要求電圧が低電圧の場合には、コントローラ30は、次のステップS4において、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbが閾値Vb_th以下であるかどうかを判定する。ここで、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbが閾値Vb_thを越えていれば、ステップS6に進んで上述したモード2の動作制御を実施する。すなわち、コントローラ30は、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2のうちで電圧が高い方の蓄電モジュールをインバータ5に接続した状態で、この電圧が高い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動することにより、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を充電する。
On the other hand, when the load request voltage is a low voltage, the
一方、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbが閾値Vb_th以下の場合には、コントローラ30は、ステップS5において、上述したモード1の動作制御を実施する。すなわち、コントローラ30は、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2を並列接続した状態で、電圧が低い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動することにより、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を充電する。
On the other hand, when the potential difference ΔVb between the first and second power storage modules B1 and B2 is equal to or less than the threshold value Vb_th, the
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の電力供給装置1は、主電源として用いる第1,第2の蓄電モジュールB1,B2と補機駆動用電源として用いる第3蓄電モジュールB3とが共通トランスにより磁気結合されており、第1乃至第3の接続スイッチ11〜13のオン/オフの切替えにより第1,第2の蓄電モジュールB1,B2の接続状態が切替えられ、また、第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aの動作により第1,第2の蓄電モジュールB1,B2から共通トランスへ流れる電流が制御される構成となっている。したがって、本実施形態の電力供給装置1によれば、第1乃至第3の接続スイッチ11〜13及び第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aの動作をコントローラ30により適切に制御することで、主電源として用いる第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、補機駆動用電源として用いる第3蓄電モジュールB3を適切に充電することが可能となる。
As described above in detail with specific examples, the
特に、本実施形態の電力供給装置1によれば、コントローラ30が、負荷の要求電圧(インバータ5への印加電圧VOUT)と第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbとに基づいて、第1乃至第3の接続スイッチ11〜13及び第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aの動作を制御するようにしているので、負荷要求電圧を実現するための第1,第2の蓄電モジュールB1,B2の接続状態として、これらの間の電位差ΔVbの程度に応じた最適な状態を選択しながら、第3蓄電モジュールB3に対する充電を適切に行うことができる。
In particular, according to the
具体的には、本実施形態の電力変換装置1によれば、負荷要求電圧(インバータ5への印加電圧VOUT)が低く、且つ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbが閾値Vb_th以下の場合(モード1の場合)には、コントローラ30が、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2が並列接続状態で負荷出力端子100H,100Lに接続されるように第1乃至第3の接続スイッチ11〜13のオン/オフを制御し、さらに、第1,第2の充電制御スイッチ25a,26aのうち、電圧が低い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動して第3蓄電モジュールB3を充電するようにしているので、負荷要求電圧を実現しつつ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbをこれらの並列接続により低減させながら、第3蓄電モジュールB3への充電を適切に行うことができる。
Specifically, according to the
また、本実施形態の電力変換装置1によれば、負荷要求電圧が低く、且つ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbが閾値Vb_thを越える場合(モード2の場合)には、コントローラ30が、電圧が高い方の蓄電モジュールが負荷出力端子100H,100Lに接続されるように第1乃至第3の接続スイッチ11〜13のオン/オフを制御し、さらに、この電圧が高い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動して第3蓄電モジュールB3を充電するようにしているので、電位差が大きい蓄電モジュール同士を並列接続することによる過電流の発生を未然に防止しながら負荷要求電圧を実現し、さらに、電圧が高い方の蓄電モジュールから電圧が低い方の蓄電モジュールを充電することでこれらの間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3への充電も適切に行うことができる。
Further, according to the
また、本実施形態の電力変換装置1によれば、負荷要求電圧が高く、且つ、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間に電位差ΔVbが生じている場合(モード3の場合)には、コントローラ30が、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2が直列接続状態で負荷出力端子100H,100Lに接続されるように第1乃至第3の接続スイッチ11〜13のオン/オフを制御し、さらに、電圧が高い方の蓄電モジュールに接続された充電制御スイッチをPWM駆動して第3蓄電モジュールB3を充電するようにしているので、負荷要求電圧を実現しつつ、電圧が高い方の蓄電モジュールから充電電流を供給することで第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3への充電を適切に行うことができる。
Further, according to the
なお、以上説明した本発明の実施形態は、本発明の一適用例を例示的に示したものであり、本発明の技術的範囲が上記の実施形態として開示した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。 The embodiment of the present invention described above is merely an example of application of the present invention, and the technical scope of the present invention is intended to be limited to the contents disclosed as the above-described embodiment. Not what you want. That is, the technical scope of the present invention is not limited to the specific technical matters disclosed in the above-described embodiments, but includes various modifications, changes, alternative techniques, and the like that can be easily derived from this disclosure.
例えば、上記の実施形態では、二次電池装置10が2つの蓄電モジュールB1,B2を備える構成の電力供給装置1を例に挙げて説明したが、二次電池装置10が3つ以上の蓄電モジュールを備える構成であっても、上記の実施形態と同様に、各蓄電モジュール同士及び負荷出力端子との接続状態を切替える接続スイッチを二次電池装置10に設け、各蓄電モジュールに対応した共通トランスのコイル及び充電制御スイッチを補機用電源充電回路20に設けて、これら接続スイッチと充電制御スイッチのオン/オフを、負荷要求電圧と蓄電モジュール間の電位差とに応じてコントローラ30で適切に制御することにより、各蓄電モジュール間の電位差を低減させながら、補機用電源である第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
For example, in the above-described embodiment, the
すなわち、図12に示すように、二次電池装置10が第1,第2の蓄電モジュールB1,B2に加えて第4蓄電モジュールB4を備える構成(3つの蓄電モジュールを備える構成)であれば、第4蓄電モジュールB4と第1,第2の蓄電モジュールB1,B2との接続状態及び負荷出力端子100H,100Lとの接続状態を切替えるための第4乃至第6の接続スイッチ14,15,16を二次電池装置10に付加する。また、補機用電源充電回路20には、第4蓄電モジュールB4に対応する共通トランスの第4コイル28と、この第4コイル28に流れる電流を制御する第3充電制御スイッチ29a及びダイオード29bと、第4蓄電モジュールB4と並列の平滑コンデンサC4とを付加する。そして、コントローラ30が、上記の実施形態と同様に、負荷要求電圧と蓄電モジュールB1,B2,B4間の電位差とに応じて、第1乃至第6の接続スイッチ11〜16のオン/オフを切替えるとともに、第1乃至第3の充電制御スイッチ25a,26a,29aの少なくとも何れかをPWM駆動することにより、各蓄電モジュールB1,B2,B4間の電位差を低減させながら、補機用電源である第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
That is, as shown in FIG. 12, if the
また、上記の実施形態では、1つの共通トランスを用いて第1蓄電モジュールB1から第3蓄電モジュールB3への充電経路と第2蓄電モジュールB2から第3蓄電モジュールB3への充電経路とを共通化した構成の電力供給装置1を例に挙げて説明したが、図13に示すように、2つのトランスを用いて、第1蓄電モジュールB1から第3蓄電モジュールB3への充電経路と、第2蓄電モジュールB2から第3蓄電モジュールB3への充電経路とを独立の経路としてもよい。この場合は、第3コイル23をコイル23aとコイル23bとで構成してこれらを並列に接続し、一方のトランスのコア24aに第1コイル21とコイル23aを巻回し、他方のトランスのコア24bに第2コイル22とコイル23bを巻回すればよい。この場合にも、上記の実施形態と同様の動作制御を行うことで、第1,第2の蓄電モジュールB1,B2間の電位差ΔVbを低減させながら、第3蓄電モジュールB3を適切に充電することができる。
In the above embodiment, the charging path from the first power storage module B1 to the third power storage module B3 and the charging path from the second power storage module B2 to the third power storage module B3 are shared by using one common transformer. The
1 電力供給装置
10 二次電池装置
11〜13 接続スイッチ
21〜23 コイル
25a,26a 充電制御スイッチ
30 コントローラ
B1〜B3 蓄電モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数のバッテリ同士及び前記負荷との接続状態を切替える第1のスイッチ手段と、
補機駆動用の補機バッテリと、
前記複数のバッテリと前記補機バッテリとを磁気結合するトランスと、
前記複数のバッテリから前記トランスに流れる電流を個別に制御可能な第2のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記トランスは、前記複数のバッテリ及び前記補機バッテリの各々に対応する複数のコイルを1つのコアに巻回した共通トランスであり、
前記制御手段は、負荷の要求電圧が前記複数のバッテリを並列接続又は単独で使用する場合に相当する低電圧であり、且つ、前記複数のバッテリ間に所定閾値以下の電位差が生じていると判断した場合に、前記複数のバッテリが並列接続状態で前記負荷に接続されるように前記第1のスイッチ手段の動作を制御するとともに、前記複数のバッテリのうちで最も電圧が低い低電圧バッテリから前記トランスに電流が流れるように、前記第2のスイッチ手段の動作を制御することを特徴とする電力供給装置。 A plurality of batteries for powering the load;
First switch means for switching a connection state between the plurality of batteries and the load;
An auxiliary battery for driving the auxiliary machine,
A transformer for magnetically coupling the plurality of batteries and the auxiliary battery;
Second switch means capable of individually controlling currents flowing from the plurality of batteries to the transformer;
Control means for controlling the operation of the first switch means and the second switch means,
The transformer is a common transformer in which a plurality of coils corresponding to each of the plurality of batteries and the auxiliary battery are wound around one core,
The control means determines that the required voltage of the load is a low voltage corresponding to a case where the plurality of batteries are connected in parallel or used alone, and a potential difference equal to or less than a predetermined threshold value is generated between the plurality of batteries. In this case, the operation of the first switch means is controlled so that the plurality of batteries are connected to the load in a parallel connection state, and the low voltage battery having the lowest voltage among the plurality of batteries is An electric power supply apparatus that controls an operation of the second switch means so that a current flows through the transformer.
前記複数のバッテリ同士及び前記負荷との接続状態を切替える第1のスイッチ手段と、
補機駆動用の補機バッテリと、
前記複数のバッテリと前記補機バッテリとを磁気結合するトランスと、
前記複数のバッテリから前記トランスに流れる電流を個別に制御可能な第2のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記トランスは、前記複数のバッテリ及び前記補機バッテリの各々に対応する複数のコイルを1つのコアに巻回した共通トランスであり、
前記制御手段は、負荷の要求電圧が前記複数のバッテリを並列接続又は単独で使用する場合に相当する低電圧であり、且つ、前記複数のバッテリ間に所定閾値を越える電位差が生じていると判断した場合に、前記複数のバッテリのうちで最も電圧が高い高電圧バッテリが単独で前記負荷に接続されるように前記第1のスイッチ手段の動作を制御するとともに、前記高電圧バッテリから前記トランスに電流が流れるように、前記第2のスイッチ手段の動作を制御することを特徴とする電力供給装置。 A plurality of batteries for powering the load;
First switch means for switching a connection state between the plurality of batteries and the load;
An auxiliary battery for driving the auxiliary machine,
A transformer for magnetically coupling the plurality of batteries and the auxiliary battery;
Second switch means capable of individually controlling currents flowing from the plurality of batteries to the transformer;
Control means for controlling the operation of the first switch means and the second switch means,
The transformer is a common transformer in which a plurality of coils corresponding to each of the plurality of batteries and the auxiliary battery are wound around one core,
The control means determines that the required voltage of the load is a low voltage corresponding to a case where the plurality of batteries are connected in parallel or used alone, and that a potential difference exceeding a predetermined threshold value is generated between the plurality of batteries. In this case, the operation of the first switch means is controlled so that the high voltage battery having the highest voltage among the plurality of batteries is independently connected to the load, and the high voltage battery is transferred to the transformer. The power supply device controls the operation of the second switch means so that a current flows.
前記複数のバッテリ同士及び前記負荷との接続状態を切替える第1のスイッチ手段と、
補機駆動用の補機バッテリと、
前記複数のバッテリと前記補機バッテリとを磁気結合するトランスと、
前記複数のバッテリから前記トランスに流れる電流を個別に制御可能な第2のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記トランスは、前記複数のバッテリ及び前記補機バッテリの各々に対応する複数のコイルを1つのコアに巻回した共通トランスであり、
前記制御手段は、負荷の要求電圧が前記複数のバッテリを直列接続で使用する場合に相当する高電圧であり、且つ、前記複数のバッテリ間に電位差が生じていると判断した場合に、前記複数のバッテリが直列接続状態で前記負荷に接続されるように前記第1のスイッチ手段の動作を制御するとともに、前記複数のバッテリのうちで最も電圧が高い高電圧バッテリから前記トランスに電流が流れるように、前記第2のスイッチ手段の動作を制御することを特徴とする電力供給装置。 A plurality of batteries for powering the load;
First switch means for switching a connection state between the plurality of batteries and the load;
An auxiliary battery for driving the auxiliary machine,
A transformer for magnetically coupling the plurality of batteries and the auxiliary battery;
Second switch means capable of individually controlling currents flowing from the plurality of batteries to the transformer;
Control means for controlling the operation of the first switch means and the second switch means,
The transformer is a common transformer in which a plurality of coils corresponding to each of the plurality of batteries and the auxiliary battery are wound around one core,
When the control means determines that the required voltage of the load is a high voltage corresponding to the case where the plurality of batteries are used in series connection and that a potential difference is generated between the plurality of batteries, The operation of the first switch means is controlled so that the batteries are connected in series to the load, and current flows from the high-voltage battery having the highest voltage among the plurality of batteries to the transformer. And an operation of the second switch means.
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