JP5609226B2 - Power supply - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置の構成に関する。   The present invention relates to a configuration of a power supply device.

近年、ハイブリッド車両や電気自動車が多く用いられるようになってきている。このような電動車両には車両駆動用の電源装置として充放電可能な二次電池が用いられる。二次電池としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが用いられることが多い。電動車両には長い航続距離と高い加減速性能が求められるが、二次電池の重量の関係から、車両に搭載することの出来る二次電池の量をあまり大きくすることが出来ない。このため、二次電池と大容量のキャパシタを並列に接続した電源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, many hybrid vehicles and electric vehicles have been used. Such an electric vehicle uses a chargeable / dischargeable secondary battery as a power supply device for driving the vehicle. As the secondary battery, a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, or the like is often used. An electric vehicle is required to have a long cruising distance and high acceleration / deceleration performance, but due to the weight of the secondary battery, the amount of secondary battery that can be mounted on the vehicle cannot be increased so much. For this reason, a power supply device in which a secondary battery and a large-capacity capacitor are connected in parallel has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

二次電池とキャパシタとを並列に接続した電源装置では、車両を始動する際にキャパシタを電動車両の電源系統と接続する必要がある。キャパシタを車両の電源系統に接続する際に、キャパシタの電圧と二次電池或いは電源系統との電圧差が大きいとキャパシタに対して突入電流が流れてキャパシタが損傷を受ける場合がある。このため、キャパシタの電圧が低い場合には、エンジンを始動してモータジェネレータで発電した電力でキャパシタを二次電池と略同様の電圧となるまで予め充電した後にキャパシタと二次電池とを接続し、キャパシタの電圧が二次電池の電圧よりも高い場合には、キャパシタが並列に接続されている電源系統のコンデンサを二次電池の電力で充電してキャパシタと略同電圧となるまで充電し、その後キャパシタと電源系統とを接続する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In a power supply device in which a secondary battery and a capacitor are connected in parallel, it is necessary to connect the capacitor to the power supply system of the electric vehicle when starting the vehicle. When the capacitor is connected to the power supply system of the vehicle, if the voltage difference between the capacitor and the secondary battery or the power supply system is large, an inrush current flows to the capacitor and the capacitor may be damaged. For this reason, when the voltage of the capacitor is low, the capacitor is connected to the secondary battery after the engine is started and the capacitor is precharged with the electric power generated by the motor generator until the voltage becomes substantially the same as that of the secondary battery. When the voltage of the capacitor is higher than the voltage of the secondary battery, the capacitor of the power supply system to which the capacitor is connected in parallel is charged with the power of the secondary battery until it becomes approximately the same voltage as the capacitor, Thereafter, a method of connecting a capacitor and a power supply system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−158173号公報JP 2006-158173 A

特許文献1に記載された従来技術のハイブリッド車両では、キャパシタの出力電力によって直接モータジェネレータを駆動したり、モータジェネレータの逆起電力を直接回生して蓄電したりするため、キャパシタは高圧、大容量のものが必要となり、システムが大型化してしまうという問題があった。そこで、電動車両の電源系統とキャパシタとの間に電圧変換器を接続し、低電圧のキャパシタとする方法が検討されている。   In the conventional hybrid vehicle described in Patent Document 1, since the motor generator is directly driven by the output power of the capacitor, or the back electromotive force of the motor generator is directly regenerated and stored, the capacitor has a high voltage and a large capacity. However, there is a problem that the system becomes large. Therefore, a method of connecting a voltage converter between a power supply system of an electric vehicle and a capacitor to obtain a low-voltage capacitor has been studied.

一方、近年、ハイブリッド車両では、車両に搭載している二次電池に外部の電源から充電することが行われるようになって来ている。例えば、商用に100V又は200Vの交流電源を車両に接続し、車両に搭載した充電器によって直流に変換するとともに、二次電池を充電することができる電圧に昇圧して二次電池を充電する方法が用いられている。また、近年、二次電池に直接充電できる高圧の直流電力を供給することができる充電ステーションによって二次電池に充電することも多く行われるようになっている。   On the other hand, in recent years, in a hybrid vehicle, a secondary battery mounted on the vehicle has been charged from an external power source. For example, a method in which a 100V or 200V AC power supply is connected to a vehicle for commercial use, converted into DC by a charger mounted on the vehicle, and boosted to a voltage that can charge the secondary battery, and the secondary battery is charged. Is used. In recent years, secondary batteries are often charged by a charging station that can supply high-voltage DC power that can be directly charged to secondary batteries.

また、近年、環境への配慮から、太陽電池発電や風力発電、燃料電池といったクリーンな電源が注目されている。そして、このような発電方式で発電した電力を車両の二次電池に充電して走行用の電力とすることが行われようとしている。ところが、このような電力は、その出力が車両の二次電池よりも低圧の直流であり、そのままでは二次電池に充電をすることができず、例えば、車両に別途電圧変換器を搭載する必要があり、電動車両の構造が複雑になってしまうという問題があった。また、近年は、電動車両に太陽電池パネルを搭載し、この太陽電池の出力によって二次電池を充電することが行われようとしているが、この場合でも二次電池よりも低圧の太陽電池によって二次電池を充電するために別途電圧変換器あるいは充電器等が必要となってしまうという問題があった。また、この逆に外部の電源の電圧が二次電池よりも高い場合には、外部の電源の電圧を降圧する電圧変換器や充電器が必要となり構造が複雑になってしまうという問題があった。   In recent years, clean power sources such as solar cell power generation, wind power generation, and fuel cells have been attracting attention in consideration of the environment. And it is going to be performed by charging the electric power generated by such a power generation method to the secondary battery of the vehicle to make electric power for running. However, the output of such electric power is direct current with a lower voltage than the secondary battery of the vehicle, and the secondary battery cannot be charged as it is. For example, it is necessary to mount a separate voltage converter on the vehicle. There is a problem that the structure of the electric vehicle becomes complicated. In recent years, a solar cell panel is mounted on an electric vehicle and a secondary battery is being charged by the output of the solar cell. There is a problem that a separate voltage converter or charger is required to charge the secondary battery. On the other hand, when the voltage of the external power supply is higher than that of the secondary battery, there is a problem that a voltage converter and a charger for stepping down the voltage of the external power supply are required and the structure becomes complicated. .

そこで、本発明は、簡便な構成によって外部の直流電源によって車両に搭載された二次電池を充電することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to charge a secondary battery mounted on a vehicle by an external DC power supply with a simple configuration.

本発明の電源装置は、電力を入出力する第1の入出力線が接続される第1の蓄電装置と、電力を入出力する第2の入出力線が接続される第2の蓄電装置と、を有し、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置とは前記第1、第2の入出力線を介して並列に接続され、前記第1の入力線と第2の入力線との接続点と前記第2の蓄電装置との間に設けられる電圧変換器と、を含む電源装置であって、前記第2の蓄電装置は、外部電源と接続される充電端子を備え、前記第2の蓄電装置と前記充電端子との間にオンオフスイッチが設けられ、前記電圧変換器は複数のスイッチング素子を含み、前記各スイッチング素子と前記オンオフスイッチとをオンオフする制御部を備え、前記制御部は、前記電圧変換器のスイッチング素子をオンオフさせて前記第1の蓄電装置の電力によって前記第2の蓄電装置を前記外部電源と略同電圧まで充電する第1の充電手段と、前記第1の充電手段によって前記第2の蓄電装置を充電した後、前記オンオフスイッチをオンとして前記外部電源と前記第2の蓄電装置とを接続する外部電源接続手段と、を有することを特徴とする。 The power supply device of the present invention includes a first power storage device to which a first input / output line that inputs and outputs power is connected, and a second power storage device to which a second input and output line that inputs and outputs power is connected. the a, the first power storage device and said first and said second power storage devices are connected in parallel via a second output line, said first input output line and the second the power supply device including a voltage converter provided, the between the connection point and the second power storage device and the input output lines, said second power storage device, charging terminal to be connected to an external power source An on / off switch is provided between the second power storage device and the charging terminal, the voltage converter includes a plurality of switching elements, and a control unit for turning on and off the switching elements and the on / off switch is provided. And the control unit turns on and off the switching element of the voltage converter. After charging the second power storage device with the power of the first power storage device to the same voltage as the external power supply, and after charging the second power storage device with the first charging means And an external power supply connection means for connecting the external power supply and the second power storage device by turning on the on / off switch .

本発明の電源装置において、前記制御部は、前記外部電源接続手段によって前記外部電源と前記第2の蓄電装置とを接続した後、前記電圧変換器のスイッチング素子をオンオフさせて前記外部電源の電力によって前記第1の蓄電装置を充電する第2の充電手段を有すること、としても好適である。   In the power supply device of the present invention, the control unit connects the external power supply and the second power storage device by the external power supply connection unit, and then turns on and off the switching element of the voltage converter to power the external power supply. It is also preferable to have second charging means for charging the first power storage device.

本発明は、簡便な構成によって外部の直流電源によって車両に搭載された二次電池を充電することができるという効果を奏する。   The present invention has an effect that a secondary battery mounted on a vehicle can be charged by an external DC power supply with a simple configuration.

本発明の実施形態における電源装置の構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the structure of the power supply device in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における電源装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the power supply device in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における電源装置の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the power supply device in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における電源装置の制御ブロックを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the control block of the power supply device in embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における電源装置の構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the structure of the power supply device in other embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら本実施形態の電源装置について説明する。図1に示すように、電動車両に搭載される本実施形態の電源装置100は、第1の蓄電装置である充放電可能な二次電池18と、二次電池18の電力を昇圧してインバータ12に供給する昇圧コンバータ30と、インバータ12に対して二次電池18と並列に接続されている第2の蓄電装置であるキャパシタ19と、キャパシタ19とインバータ12との間に接続され、キャパシタ19の入出力電圧を変換する電圧変換器20と、キャパシタ19に設けられた充電端子56,57とを備えている。インバータ12には車両駆動用のモータジェネレータ11が接続されている。   Hereinafter, the power supply device of the present embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the power supply device 100 of this embodiment mounted on an electric vehicle includes a chargeable / dischargeable secondary battery 18 that is a first power storage device, and an inverter that boosts the power of the secondary battery 18. 12 is connected between the boost converter 30 supplied to the capacitor 12, the capacitor 19 as the second power storage device connected in parallel to the secondary battery 18 with respect to the inverter 12, and the capacitor 19 and the inverter 12. Are provided with a voltage converter 20 for converting the input / output voltage and charging terminals 56 and 57 provided on the capacitor 19. A motor generator 11 for driving the vehicle is connected to the inverter 12.

二次電池18のプラス側入出力線48は昇圧コンバータ30の低圧側入出力線47に接続され、二次電池18のマイナス側入出力線49は昇圧コンバータ30の基準入出力線46に接続されている。また、二次電池18の入出力線48,49には二次電池18と昇圧コンバータ30とを遮断するシステムメインリレー17が設けられている。また、二次電池18のプラス側入出力線48には放電抵抗16が直列に挿入された放電抵抗ラインリレー15が設けられている。昇圧コンバータ30の低圧側入出力線47と基準入出力線46との間には低圧コンデンサ14が設けられている。   The positive input / output line 48 of the secondary battery 18 is connected to the low voltage input / output line 47 of the boost converter 30, and the negative input / output line 49 of the secondary battery 18 is connected to the reference input / output line 46 of the boost converter 30. ing. A system main relay 17 that shuts off the secondary battery 18 and the boost converter 30 is provided on the input / output lines 48 and 49 of the secondary battery 18. Further, a discharge resistance line relay 15 in which a discharge resistor 16 is inserted in series is provided on the plus side input / output line 48 of the secondary battery 18. A low voltage capacitor 14 is provided between the low voltage side input / output line 47 and the reference input / output line 46 of the boost converter 30.

昇圧コンバータ30は、上アームスイッチング素子31と、上アームスイッチング素子31と逆並列に接続された上アームダイオード32と、上アームスイッチング素子31と直列に接続された下アームスイッチング素子33と、下アームスイッチング素子33と逆並列に接続された下アームダイオード34と、上アームスイッチング素子31と下アームスイッチング素子33との間に接続された低圧側入出力線47と、低圧側入出力線47の中に設けられたリアクトル35と、上アームスイッチング素子31の低圧側入出力線47と反対側に接続される高圧側入出力線45とを含み、下アームスイッチング素子33は基準入出力線46に接続されている。昇圧コンバータ30の高圧側入出力線45と基準入出力線46とはそれぞれ、インバータ12のプラス側入出力線41、マイナス側入出力線42にそれぞれ接続点43,44で接続されている。インバータ12の各入出力線41,42の間には高圧コンデンサ13が接続されている。   Boost converter 30 includes an upper arm switching element 31, an upper arm diode 32 connected in antiparallel with upper arm switching element 31, a lower arm switching element 33 connected in series with upper arm switching element 31, and a lower arm. A lower arm diode 34 connected in reverse parallel to the switching element 33, a low voltage side input / output line 47 connected between the upper arm switching element 31 and the lower arm switching element 33, and a low voltage side input / output line 47 The lower arm switching element 33 is connected to the reference input / output line 46, and the high arm side input / output line 45 connected to the opposite side of the low arm side input / output line 47 of the upper arm switching element 31. Has been. The high-voltage side input / output line 45 and the reference input / output line 46 of the boost converter 30 are connected to the plus-side input / output line 41 and the minus-side input / output line 42 of the inverter 12 at connection points 43 and 44, respectively. A high voltage capacitor 13 is connected between the input / output lines 41 and 42 of the inverter 12.

電圧変換器20は、二次側上アームスイッチング素子21と、二次側上アームスイッチング素子21と逆並列に接続された二次側上アームダイオード22と、二次側上アームスイッチング素子21と直列に接続された二次側下アームスイッチング素子23と、二次側下アームスイッチング素子23と逆並列に接続された二次側下アームダイオード24と、一次側上アームスイッチング素子26と、一次側上アームスイッチング素子26と逆並列に接続された一次側上アームダイオード27と、一次側上アームスイッチング素子26と直列に接続された一次側下アームスイッチング素子28と、一次側下アームスイッチング素子28と逆並列に接続された一次側下アームダイオード29と、二次側上アームスイッチング素子21と二次側下アームスイッチング素子23との間と一次側上アームスイッチング素子26と一次側下アームスイッチング素子28との間の接続線53aに接続されたリアクトル25と、二次側上アームスイッチング素子21の一端に接続された二次側入出力線51と、一次側上アームスイッチング素子26の一端に接続された一次側入出力線53と、各下アームスイッチング素子23,28の接続線53aと反対側に接続される基準入出力線52とを含んでいる。電圧変換器20の一次側入出力線53と基準入出力線52の一次側はそれぞれキャパシタ19のプラス側入出力線54、マイナス側入出力線55にそれぞれ接続されている。また、電圧変換器20の二次側入出力線51と基準入出力線52の二次側はそれぞれ接続点43,44に接続され、二次側入出力線51は昇圧コンバータ30の高圧側入出力線45、インバータ12のプラス側入出力線41にそれぞれ電気的に接続され、電圧変換器20の基準入出力線52の二次側は昇圧コンバータ30の基準入出力線46、インバータ12のマイナス側入出力線42と接続されている。   The voltage converter 20 includes a secondary side upper arm switching element 21, a secondary side upper arm diode 22 connected in antiparallel with the secondary side upper arm switching element 21, and a secondary side upper arm switching element 21 in series. A secondary side lower arm switching element 23 connected to the secondary side, a secondary side lower arm switching element 23 connected in reverse parallel to the secondary side lower arm switching element 23, a primary side upper arm switching element 26, and an upper side of the primary side Primary side upper arm diode 27 connected in antiparallel with arm switching element 26, primary side lower arm switching element 28 connected in series with primary side upper arm switching element 26, and reverse to primary side lower arm switching element 28 A primary side lower arm diode 29, a secondary side upper arm switching element 21, and a secondary side lower arm connected in parallel. Reactor 25 connected to connection line 53a between switching element 23, primary upper arm switching element 26 and primary lower arm switching element 28, and one end of secondary upper arm switching element 21 are connected. The secondary side input / output line 51, the primary side input / output line 53 connected to one end of the primary side upper arm switching element 26, and the connection line 53a of each lower arm switching element 23, 28 are connected to the opposite side. And a reference input / output line 52. The primary side input / output line 53 of the voltage converter 20 and the primary side of the reference input / output line 52 are respectively connected to the plus side input / output line 54 and the minus side input / output line 55 of the capacitor 19. Further, the secondary side input / output line 51 of the voltage converter 20 and the secondary side of the reference input / output line 52 are connected to connection points 43 and 44, respectively, and the secondary side input / output line 51 is connected to the high voltage side input of the boost converter 30. The output line 45 and the positive input / output line 41 of the inverter 12 are electrically connected to each other. The secondary side of the reference input / output line 52 of the voltage converter 20 is the reference input / output line 46 of the boost converter 30 and the negative of the inverter 12. The side input / output line 42 is connected.

キャパシタ19のプラス側入出力線54にはプラス側充電線56が接続され、キャパシタ19のマイナス側入出力線55にはマイナス側充電線57が接続されている。プラス側充電線56にはプラス側充電線56を入り切りする外部電源入力スイッチ60が設けられている。また、外部電源入力スイッチ60とマイナス側充電線57の各一端には、直流の外部電源70の充電プラグ71,72が接続される充電端子58,59が設けられている。   A positive charge line 56 is connected to the positive input / output line 54 of the capacitor 19, and a negative charge line 57 is connected to the negative input / output line 55 of the capacitor 19. The positive charging line 56 is provided with an external power input switch 60 that turns the positive charging line 56 on and off. In addition, charging terminals 58 and 59 to which charging plugs 71 and 72 of a DC external power supply 70 are connected are provided at one ends of the external power input switch 60 and the negative charging line 57.

二次電池18のプラス側入出力線48,マイナス側入出力線49、昇圧コンバータ30の低圧側入出力線47、基準入出力線46、高圧側入出力線45は第1の入出力線を構成し、電圧変換器20の二次側入出力線51、一次側入出力線53、基準入出力線52、キャパシタ19のプラス側入出力線54,マイナス側入出力線55は第2の入出力線を構成する。   The positive input / output line 48, the negative input / output line 49 of the secondary battery 18, the low voltage input / output line 47, the reference input / output line 46, and the high voltage input / output line 45 of the boost converter 30 are connected to the first input / output line. The secondary input / output line 51, the primary input / output line 53, the reference input / output line 52, the positive input / output line 54, and the negative input / output line 55 of the capacitor 19 are connected to the second input / output line. Configure the output line.

二次電池18の出力側には二次電池18の出力電圧を検出する電圧センサ63が設けられ、二次電池18のプラス側入出力線48には二次電池18の入出力電流を検出する電流センサ62が設けられている。また、キャパシタ19の出力側には、キャパシタ19の出力電圧を検出する電圧センサ65が設けられ、キャパシタ19のプラス側入出力線54にはキャパシタ19の入出力電流を検出する電流センサ64が設けられている。また、高圧コンデンサ13には高圧コンデンサ13の両端の電圧を検出する電圧センサ61が設けられている。   A voltage sensor 63 for detecting the output voltage of the secondary battery 18 is provided on the output side of the secondary battery 18, and the input / output current of the secondary battery 18 is detected on the plus-side input / output line 48 of the secondary battery 18. A current sensor 62 is provided. Further, a voltage sensor 65 for detecting the output voltage of the capacitor 19 is provided on the output side of the capacitor 19, and a current sensor 64 for detecting the input / output current of the capacitor 19 is provided on the plus side input / output line 54 of the capacitor 19. It has been. The high voltage capacitor 13 is provided with a voltage sensor 61 that detects the voltage across the high voltage capacitor 13.

インバータ12、昇圧コンバータ30の各スイッチング素子31,33、電圧変換器20の各スイッチング素子21,23,26,28、システムメインリレー17、放電抵抗ラインリレー15、外部電源入力スイッチ60は制御部80に接続され、制御部80の指令によって動作するよう構成されている。システムメインリレー17は、制御部80の指令によって、二次電池18のプラス側入出力線48とマイナス側入出力線49との各接点を同時にオンオフすることもできるし、何れか一方のみの接点をオンオフすることもできる。また、モータジェネレータ11、各電圧センサ61,63,65、各電流センサ62,64、二次電池18、キャパシタ19はそれぞれ制御部80に接続され、制御部80には各部の電圧値、電流値、モータジェネレータ11、二次電池18,キャパシタ19の状態が入力されるよう構成されている。制御部80は、内部に信号処理を行うCPUと、制御プログラムやデータを格納する記憶部とを含むコンピュータである。   The inverter 12, the switching elements 31 and 33 of the boost converter 30, the switching elements 21, 23, 26 and 28 of the voltage converter 20, the system main relay 17, the discharge resistance line relay 15, and the external power input switch 60 are controlled by a control unit 80. And is configured to operate according to a command from the control unit 80. The system main relay 17 can simultaneously turn on / off each contact point of the positive side input / output line 48 and the negative side input / output line 49 of the secondary battery 18 according to a command from the control unit 80, or only one of the contact points. Can also be turned on and off. The motor generator 11, the voltage sensors 61, 63, 65, the current sensors 62, 64, the secondary battery 18, and the capacitor 19 are connected to the control unit 80. The control unit 80 has a voltage value and a current value of each unit. The state of the motor generator 11, the secondary battery 18, and the capacitor 19 is input. The control unit 80 is a computer including a CPU that performs signal processing therein and a storage unit that stores control programs and data.

以上のように構成された電源装置100に外部電源70を接続して二次電池18の充電を行う動作について説明する。電源装置100を搭載した電動車両は停止しており、高圧コンデンサ13、キャパシタ19は放電されてその電圧は略ゼロで、二次電池18は残存容量(SOC)が充電可能な範囲となっている。外部電源70は、直流電源であって、例えば太陽電池、他の二次電池等で、その電圧は電動車両に搭載されている二次電池18よりも低圧である。例えば、二次電池18の電圧が200V,或いは300Vである場合に、外部電源70の電圧が50V程度等である。なお、初期状態では、全てのスイッチング素子21,23,26,28,31,33はオフとなっており、各リレー15,17もオフとなっている。   An operation of charging the secondary battery 18 by connecting the external power supply 70 to the power supply apparatus 100 configured as described above will be described. The electric vehicle equipped with the power supply device 100 is stopped, the high-voltage capacitor 13 and the capacitor 19 are discharged, the voltage thereof is substantially zero, and the secondary battery 18 is in a range where the remaining capacity (SOC) can be charged. . The external power source 70 is a DC power source, and is, for example, a solar battery, another secondary battery, or the like, and its voltage is lower than that of the secondary battery 18 mounted on the electric vehicle. For example, when the voltage of the secondary battery 18 is 200V or 300V, the voltage of the external power supply 70 is about 50V. In the initial state, all the switching elements 21, 23, 26, 28, 31, 33 are off, and the relays 15, 17 are also off.

図2のステップS101に示すように、作業者によって外部電源70の充電プラグ71,72がキャパシタ19の充電端子58,59に差し込まれる。すると、図示しない信号線によって外部電源70が充電端子58,59に差し込まれた信号が制御部80に入力される。すると、図2のステップS102に示すように、制御部80は、放電抵抗ラインリレー15をオンとすると同時に二次電池18のマイナス側入出力線49側のシステムメインリレー17の接点をオンとする。これによって二次電池18は放電抵抗16を介して昇圧コンバータ30に接続される。すると、二次電池18の電流は、プラス側入出力線48から放電抵抗ラインリレー15、放電抵抗16から昇圧コンバータ30の低圧側入出力線47に流れる。そして、リアクトル25から上アームダイオード32を通って高圧側入出力線45に流れ、高圧側入出力線45から接続点43を通ってインバータ12のプラス側入出力線41に流れ、図2のステップS103に示すように、高圧コンデンサ13を充電し始める。この際、二次電池18のマイナス側入出力線49はシステムメインリレー17のマイナス側接点、昇圧コンバータ30の基準入出力線46、接続点44を介してインバータ12のマイナス側入出力線42に接続されている。高圧コンデンサ13を充電すると、図3に示すように、高圧コンデンサ13の両端の電圧VHは次第に上昇していく。   As shown in step S <b> 101 of FIG. 2, the charging plugs 71 and 72 of the external power supply 70 are inserted into the charging terminals 58 and 59 of the capacitor 19 by the operator. Then, a signal in which the external power source 70 is inserted into the charging terminals 58 and 59 through a signal line (not shown) is input to the control unit 80. Then, as shown in step S <b> 102 of FIG. 2, the control unit 80 turns on the discharge resistance line relay 15 and simultaneously turns on the contact of the system main relay 17 on the negative input / output line 49 side of the secondary battery 18. . As a result, the secondary battery 18 is connected to the boost converter 30 via the discharge resistor 16. Then, the current of the secondary battery 18 flows from the positive input / output line 48 to the discharge resistance line relay 15 and from the discharge resistance 16 to the low voltage side input / output line 47 of the boost converter 30. 2 flows from the reactor 25 through the upper arm diode 32 to the high-voltage input / output line 45, flows from the high-voltage input / output line 45 through the connection point 43, and flows to the positive input / output line 41 of the inverter 12. As shown in S103, the high voltage capacitor 13 starts to be charged. At this time, the negative input / output line 49 of the secondary battery 18 is connected to the negative input / output line 42 of the inverter 12 via the negative contact of the system main relay 17, the reference input / output line 46 of the boost converter 30, and the connection point 44. It is connected. When the high voltage capacitor 13 is charged, the voltage VH across the high voltage capacitor 13 gradually increases as shown in FIG.

図2のステップS104に示すように、制御部80は、電圧センサ61によって高圧コンデンサ13の両端の電圧を取得し、例えば、二次電池18の電圧VB等の所定の電圧まで昇圧されたかどうかを監視する。そして、制御部80は、高圧コンデンサ13の電圧が、例えば、二次電池18の電圧VBと略同様の電圧となった場合には、図2のステップS105に示すように、放電抵抗ラインリレー15をオフとし、二次電池18のシステムメインリレー17のプラス側接点をオンとし、二次電池18と昇圧コンバータ30とを放電抵抗16を介さずに直接接続する。また、図2のステップS106に示すように、制御部80は、昇圧コンバータ30の上アームスイッチング素子31をオンとし、二次電池18を充電するために高圧側入出力線45から二次電池18のプラス側入出力線48に大きな電流を流せるように準備する。   As shown in step S104 of FIG. 2, the control unit 80 acquires the voltage across the high-voltage capacitor 13 by the voltage sensor 61, and determines whether or not the voltage has been boosted to a predetermined voltage such as the voltage VB of the secondary battery 18, for example. Monitor. Then, when the voltage of the high voltage capacitor 13 becomes substantially the same voltage as the voltage VB of the secondary battery 18, for example, the control unit 80, as shown in step S105 of FIG. Is turned off, the positive side contact of the system main relay 17 of the secondary battery 18 is turned on, and the secondary battery 18 and the boost converter 30 are directly connected without going through the discharge resistor 16. 2, the control unit 80 turns on the upper arm switching element 31 of the boost converter 30 to charge the secondary battery 18 from the high-voltage side input / output line 45 to charge the secondary battery 18. The positive side input / output line 48 is prepared to allow a large current to flow.

制御部80は、図2のステップS107に示すように、電圧変換器20の二次側下アームスイッチング素子23、一次側上アームスイッチング素子26、一次側下アームスイッチング素子28をオフのままとし、二次側上アームスイッチング素子21をオンオフ動作させる降圧動作を開始し、二次電池18と略同様の電圧VBに昇圧されている高圧コンデンサ13の電圧を降圧してキャパシタ19の充電を開始する。電圧変換器20の二次側上アームスイッチング素子21がオンとなると、高圧コンデンサ13のプラス側は、インバータ12のプラス側入出力線41、接続点43、電圧変換器20の二次側入出力線51、二次側上アームスイッチング素子21を介してリアクトル25に接続され、高圧コンデンサ13に蓄電されている電荷はリアクトル25に電気エネルギとして蓄積される。そして、電圧変換器20の二次側上アームスイッチング素子21がオフとなるとリアクトル25に蓄積された電力は、リアクトル25、一次側上アームダイオード27、キャパシタ19、二次側下アームダイオード24をつなぐ回路を流れてキャパシタ19に充電される。この際、電圧変換器20の一次側入出力線53の電圧は二次側入出力線51の電圧よりも降圧されている。どの程度の電圧まで降圧するかは電圧変換器20の二次側上アームスイッチング素子21のオンオフのデューティ比によって決まる。初期状態ではキャパシタ19は放電状態となっており、その電圧は略ゼロとなっていることから、キャパシタ19の充電開始の際には、二次側上アームスイッチング素子21のデューティ比を小さくして、キャパシタ19に突入電流が流れないように、充電を開始する。このキャパシタ19の充電制御は、電流センサ64、電圧センサ65によってキャパシタ19に流入する電流が最適な充電電流となるようにフィードバック制御をかけるようにしてもよい。   As shown in step S107 of FIG. 2, the control unit 80 keeps the secondary side lower arm switching element 23, the primary side upper arm switching element 26, and the primary side lower arm switching element 28 of the voltage converter 20 off, A step-down operation for turning on and off the secondary-side upper arm switching element 21 is started, and the voltage of the high-voltage capacitor 13 that has been stepped up to a voltage VB substantially the same as that of the secondary battery 18 is stepped down to start charging the capacitor 19. When the secondary upper arm switching element 21 of the voltage converter 20 is turned on, the plus side of the high voltage capacitor 13 is connected to the plus side input / output line 41 of the inverter 12, the connection point 43, and the secondary side input / output of the voltage converter 20. The electric charge stored in the high voltage capacitor 13 connected to the reactor 25 via the line 51 and the secondary upper arm switching element 21 is accumulated in the reactor 25 as electric energy. When the secondary side upper arm switching element 21 of the voltage converter 20 is turned off, the electric power stored in the reactor 25 connects the reactor 25, the primary side upper arm diode 27, the capacitor 19, and the secondary side lower arm diode 24. The capacitor 19 is charged through the circuit. At this time, the voltage of the primary side input / output line 53 of the voltage converter 20 is stepped down from the voltage of the secondary side input / output line 51. The voltage to be stepped down is determined by the ON / OFF duty ratio of the secondary-side upper arm switching element 21 of the voltage converter 20. Since the capacitor 19 is in a discharged state in the initial state and its voltage is substantially zero, when the capacitor 19 is started to be charged, the duty ratio of the secondary-side upper arm switching element 21 is reduced. Then, charging is started so that no inrush current flows through the capacitor 19. The charging control of the capacitor 19 may be feedback control so that the current flowing into the capacitor 19 by the current sensor 64 and the voltage sensor 65 becomes an optimum charging current.

キャパシタ19の充電を開始すると、図3に示すように、キャパシタ19の電圧は次第に上昇していく。図2のステップS108に示すように、制御部80は電圧センサ65によってキャパシタ19の電圧を取得し、キャパシタ19の電圧が外部電源70の電圧と略同一の電圧となったどうかを確認する。そして、制御部80は、キャパシタ19の電圧が外部電源70の電圧と略同様の電圧となったら、図2のステップS109に示すように、外部電源入力スイッチ60をオンとする。キャパシタ19の電圧は外部電源70の電圧と略同一の電圧となっているので、外部電源入力スイッチ60をオンとする際に大きな突入電流が流れることは無い。   When charging of the capacitor 19 is started, the voltage of the capacitor 19 gradually increases as shown in FIG. As shown in step S <b> 108 of FIG. 2, the control unit 80 acquires the voltage of the capacitor 19 using the voltage sensor 65, and checks whether the voltage of the capacitor 19 is substantially the same as the voltage of the external power supply 70. Then, when the voltage of the capacitor 19 becomes substantially the same as the voltage of the external power supply 70, the control unit 80 turns on the external power supply input switch 60 as shown in step S109 of FIG. Since the voltage of the capacitor 19 is substantially the same as the voltage of the external power supply 70, a large inrush current does not flow when the external power input switch 60 is turned on.

外部電源入力スイッチ60がオンとなったら、図2のステップS110に示すように、制御部80は、一次側下アームスイッチング素子28をオフ、一次側上アームスイッチング素子26をオンとしたまま、二次側上アームスイッチング素子21,二次側下アームスイッチング素子23をオンオフ動作させて電圧変換器20の昇圧動作を開始する。昇圧動作は次のように行う。まず、二次側上アームスイッチング素子21をオフとし、二次側下アームスイッチング素子23をオンとしてリアクトル25にエネルギを蓄える。次に二次側下アームスイッチング素子23をオフとするとリアクトル25に蓄えられたエネルギによって昇圧された電力が二次側上アームダイオード22から二次側入出力線51に流れる。この際、二次側上アームスイッチング素子21をオンとしてもよい。各スイッチング素子21,23のオンオフのデューティを変化させることによって電圧変換器20の二次側入出力線51から出力される電力の電圧、電流を変化させることが出来る。図4に示すように、制御部80は、電圧センサ61,68によって高圧コンデンサ13の電圧VHとキャパシタ19の電圧VCとを取得し、キャパシタ19の電圧VCの高圧コンデンサ13の電圧VHに対する割合を、二次側下アームスイッチング素子23のオンオフのデューティ比として設定し、電流センサ64によって取得した電流値と二次電池18への充電電流との差をデューティ比にフィードバックして二次電池18に流れる電流を図3に示す二次電池18の充電電流設定値Aとなるように制御する。 When the external power input switch 60 is turned on, as shown in step S110 of FIG. 2, the control unit 80 turns off the primary side lower arm switching element 28 and keeps the primary side upper arm switching element 26 on. The secondary side upper arm switching element 21 and the secondary side lower arm switching element 23 are turned on / off, and the voltage converter 20 starts a boosting operation. The step-up operation is performed as follows. First, the secondary side upper arm switching element 21 is turned off, and the secondary side lower arm switching element 23 is turned on to store energy in the reactor 25. Next, when the secondary side lower arm switching element 23 is turned off, the electric power boosted by the energy stored in the reactor 25 flows from the secondary side upper arm diode 22 to the secondary side input / output line 51. At this time, the secondary-side upper arm switching element 21 may be turned on. The voltage and current of power output from the secondary input / output line 51 of the voltage converter 20 can be changed by changing the on / off duty of the switching elements 21 and 23. As shown in FIG. 4, the control unit 80 acquires the voltage VH of the high voltage capacitor 13 and the voltage VC of the capacitor 19 by the voltage sensors 61 and 68, and sets the ratio of the voltage VC of the capacitor 19 to the voltage VH of the high voltage capacitor 13. The secondary side lower arm switching element 23 is set as an on / off duty ratio, and the difference between the current value acquired by the current sensor 64 and the charging current to the secondary battery 18 is fed back to the duty ratio to the secondary battery 18. controls to the current flowing through the charging current setting value a 1 of the rechargeable battery 18 shown in FIG.

図2のステップS111に示すように、制御部80は、二次電池18の充電を開始したら、二次電池18の残存容量(SOC)を取得する。これは、初期の二次電池18の残存容量(SOC)に電流センサ62によって取得した電流を積算して残存容量(SOC)を計算してもよいし、電圧センサ63によって二次電池18の電圧を取得し、電圧と二次電池18の温度とから存容量(SOC)を求めるようにしてもよい。そして、図2のステップS112に示すように、二次電池18の残存容量(SOC)が、所定の値以上となったら、制御部80は電圧変換器20の二次側下アームスイッチング素子23のオンオフ動作を停止し、電圧変換器20の各スイッチング素子21,23,26,28を全てオフとする。そして、図2のステップS114に示すように、制御部80は、外部電源入力スイッチ60をオフとし、図2のステップS115に示すように、昇圧コンバータ30の上アームスイッチング素子31をオフとすると共に、システムメインリレー17をオフとして、外部電源70による二次電池18の充電動作を終了する。   As shown in step S <b> 111 of FIG. 2, the controller 80 acquires the remaining capacity (SOC) of the secondary battery 18 when charging of the secondary battery 18 is started. This may be obtained by adding the current acquired by the current sensor 62 to the initial remaining capacity (SOC) of the secondary battery 18 to calculate the remaining capacity (SOC), or by the voltage sensor 63 to determine the voltage of the secondary battery 18. And the remaining capacity (SOC) may be obtained from the voltage and the temperature of the secondary battery 18. Then, as shown in step S112 of FIG. 2, when the remaining capacity (SOC) of the secondary battery 18 becomes equal to or greater than a predetermined value, the control unit 80 controls the secondary lower arm switching element 23 of the voltage converter 20. The on / off operation is stopped, and the switching elements 21, 23, 26, and 28 of the voltage converter 20 are all turned off. Then, as shown in step S114 of FIG. 2, control unit 80 turns off external power input switch 60, and turns off upper arm switching element 31 of boost converter 30 as shown in step S115 of FIG. Then, the system main relay 17 is turned off, and the charging operation of the secondary battery 18 by the external power source 70 is finished.

以上、外部電源70の電圧が二次電池18の電圧VBよりも低い場合について説明したが、外部電源70の電圧が二次電池18の電圧VBと同一又は二次電池18の電圧VBよりも高い場合には、電圧変換器20の一次側の各スイッチング素子26,28を用い、最初に高圧コンデンサ13からの電圧を昇圧してキャパシタ19を外部電源70の電圧と同様の電圧まで昇圧し、その後、電圧変換器20の一次側の各スイッチング素子26,28をオンオフ動作させて外部電源70の電圧を高圧コンデンサ13の電圧VHまで降圧して二次電池18を充電する。   The case where the voltage of the external power supply 70 is lower than the voltage VB of the secondary battery 18 has been described above. However, the voltage of the external power supply 70 is the same as the voltage VB of the secondary battery 18 or higher than the voltage VB of the secondary battery 18. In this case, the switching elements 26 and 28 on the primary side of the voltage converter 20 are used, and the voltage from the high voltage capacitor 13 is first boosted to boost the capacitor 19 to a voltage similar to the voltage of the external power supply 70, and then Then, the switching elements 26 and 28 on the primary side of the voltage converter 20 are turned on and off to step down the voltage of the external power supply 70 to the voltage VH of the high voltage capacitor 13 to charge the secondary battery 18.

また、電圧変換器20によって二次電池18の電圧VBよりも高い電圧を出力して高圧コンデンサ13を二次電池18の電圧VBよりも高い電圧となるまで充電し、その後、昇圧コンバータ30の上アームスイッチング素子31をオンオフさせることによって高圧コンデンサ13の電圧を降圧して二次電池18を充電するようにしてもよい。   Further, the voltage converter 20 outputs a voltage higher than the voltage VB of the secondary battery 18 to charge the high-voltage capacitor 13 until the voltage becomes higher than the voltage VB of the secondary battery 18. The secondary battery 18 may be charged by decreasing the voltage of the high-voltage capacitor 13 by turning on and off the arm switching element 31.

以上説明した実施形態では、電動車両の電源系統に電圧変換器20を介して並列に接続したキャパシタ19に外部電源70との充電端子58,59を取り付けるという簡便な構成で、外部の直流電源によって車両に搭載された二次電池18を充電することができるという効果を奏する。また、電圧変換器20によって外部電源70の電圧を昇圧又は降圧して二次電池18を充電することができるので、多くの種類の電源に広く対応することが出きるという効果がある。また、最初に二次電池18によってキャパシタ19の電圧を外部電源の電圧と同じ電圧となるまで充電した後、外部電源入力スイッチ60をオンとして外部電源70とキャパシタ19とを接続するので接続の際に突入電流が流れないようにしてキャパシタ19の損傷を防止することが出来るという効果を奏する。   In the embodiment described above, the charging terminals 58 and 59 with the external power supply 70 are attached to the capacitor 19 connected in parallel to the power supply system of the electric vehicle via the voltage converter 20, and the external DC power supply is used. The secondary battery 18 mounted on the vehicle can be charged. In addition, since the secondary battery 18 can be charged by stepping up or down the voltage of the external power supply 70 by the voltage converter 20, there is an effect that it can be widely applied to many kinds of power supplies. In addition, after the secondary battery 18 first charges the capacitor 19 until the voltage of the capacitor 19 becomes equal to the voltage of the external power supply, the external power supply input switch 60 is turned on to connect the external power supply 70 and the capacitor 19. Thus, there is an effect that it is possible to prevent the capacitor 19 from being damaged by preventing an inrush current from flowing therethrough.

図5を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図1から図3を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図5に示すように、本実施形態は、図1から図3を参照して説明した実施形態の電圧変換器20を一次側の各スイッチング素子とダイオードとが無い昇圧のみを行う電圧変換器20aとしたものである。外部電源70の電圧が二次電池18の電圧よりも低い場合には、図1に示した実施形態の電圧変換器20のように、外部電源70の電圧を昇圧、降圧ともに出来る電圧変換器20ではなく、外部電源70の電圧を昇圧するだけが出来る電圧変換器20aとしてもよい。動作については、先に説明した実施形態と同様で、その効果も同様である。本実施形態は、先に説明した実施形態よりもスイッチング素子やダイオードの数か少なくなるためより簡便な構成で外部電源70によって二次電池18を充電することが出来るという効果を奏する。また、二次電池18の電圧VBが外部電源70の電圧よりも低い場合には、電圧変換器20の構成を図1に示す一次側上アームスイッチング素子26,一次側下アームスイッチング素子28、各ダイオード27,29、リアクトル25のみで構成され、外部電源70の電圧を降圧するのみ電圧変換器としてもよい。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Parts similar to those of the embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the voltage converter 20a according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 performs only the step-up without the respective switching elements and diodes on the primary side. It is what. When the voltage of the external power source 70 is lower than the voltage of the secondary battery 18, the voltage converter 20 that can step up and step down the voltage of the external power source 70 like the voltage converter 20 of the embodiment shown in FIG. 1. Instead, a voltage converter 20a that can only boost the voltage of the external power supply 70 may be used. About operation | movement, it is the same as that of embodiment described previously, and the effect is also the same. This embodiment has an effect that the secondary battery 18 can be charged by the external power source 70 with a simpler configuration because the number of switching elements and diodes is smaller than that of the previously described embodiment. When the voltage VB of the secondary battery 18 is lower than the voltage of the external power supply 70, the configuration of the voltage converter 20 is changed to the primary side upper arm switching element 26, the primary side lower arm switching element 28 shown in FIG. The voltage converter may include only the diodes 27 and 29 and the reactor 25, and only reduces the voltage of the external power supply 70.

以上説明した各実施形態では、第1の蓄電装置を二次電池18、第2の蓄電装置をキャパシタ19とした場合について説明したが、第2の蓄電装置を二次電池としてもよいし、第1の蓄電装置をキャパシタとしてもよい。   In each of the embodiments described above, the case where the first power storage device is the secondary battery 18 and the second power storage device is the capacitor 19 has been described. However, the second power storage device may be a secondary battery, One power storage device may be a capacitor.

11 モータジェネレータ、12 インバータ、13 高圧コンデンサ、14 低圧コンデンサ、15 放電抵抗ラインリレー、16 放電抵抗、17 システムメインリレー、18 二次電池、19 キャパシタ、20,20a 電圧変換器、21 二次側上アームスイッチング素子、22 二次側上アームダイオード、23 二次側下アームスイッチング素子、24 二次側下アームダイオード、25,35 リアクトル、26 一次側上アームスイッチング素子、27 一次側上アームダイオード、28 一次側下アームスイッチング素子、29 一次側下アームダイオード、30 昇圧コンバータ、31 上アームスイッチング素子、32 上アームダイオード、33 下アームスイッチング素子、34 下アームダイオード、41,48,54 プラス側入出力線、43,44 接続点、45 高圧側入出力線、46,52 基準入出力線、47 低圧側入出力線、42,49,55 マイナス側入出力線、51 二次側入出力線、53a 接続線、53 一次側入出力線、56 プラス側充電線、57 マイナス側充電線、58,59 充電端子、60 外部電源入力スイッチ、61,63,65,68 電圧センサ、62,64 電流センサ、70 外部電源、71,72 充電プラグ、80 制御部、100 電源装置。   11 Motor Generator, 12 Inverter, 13 High Voltage Capacitor, 14 Low Voltage Capacitor, 15 Discharge Resistance Line Relay, 16 Discharge Resistance, 17 System Main Relay, 18 Secondary Battery, 19 Capacitor, 20, 20a Voltage Converter, 21 On Secondary Side Arm switching element, 22 Secondary side upper arm diode, 23 Secondary side lower arm switching element, 24 Secondary side lower arm diode, 25, 35 reactor, 26 Primary side upper arm switching element, 27 Primary side upper arm diode, 28 Primary side lower arm switching element, 29 Primary side lower arm diode, 30 Boost converter, 31 Upper arm switching element, 32 Upper arm diode, 33 Lower arm switching element, 34 Lower arm diode, 41, 48, 54 I / O line, 43, 44 connection point, 45 High voltage I / O line, 46, 52 Reference I / O line, 47 Low voltage I / O line, 42, 49, 55 Negative I / O line, 51 Secondary input Output line, 53a Connection line, 53 Primary side input / output line, 56 Positive side charging line, 57 Negative side charging line, 58, 59 Charging terminal, 60 External power input switch, 61, 63, 65, 68 Voltage sensor, 62, 64 current sensor, 70 external power source, 71, 72 charging plug, 80 control unit, 100 power supply device.

Claims (2)

電力を入出力する第1の入出力線が接続される第1の蓄電装置と、
電力を入出力する第2の入出力線が接続される第2の蓄電装置と、を有し、
前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置とは前記第1、第2の入出力線を介して並列に接続され、
前記第1の入力線と第2の入力線との接続点と前記第2の蓄電装置との間に設けられる電圧変換器と、を含む電源装置であって、
前記第2の蓄電装置は、外部電源と接続される充電端子を備え
前記第2の蓄電装置と前記充電端子との間にオンオフスイッチが設けられ、
前記電圧変換器は複数のスイッチング素子を含み、
前記各スイッチング素子と前記オンオフスイッチとをオンオフする制御部を備え、
前記制御部は、
前記電圧変換器のスイッチング素子をオンオフさせて前記第1の蓄電装置の電力によって前記第2の蓄電装置を前記外部電源と略同電圧まで充電する第1の充電手段と、
前記第1の充電手段によって前記第2の蓄電装置を充電した後、前記オンオフスイッチをオンとして前記外部電源と前記第2の蓄電装置とを接続する外部電源接続手段と
を有することを特徴とする電源装置。
A first power storage device to which a first input / output line for inputting and outputting power is connected;
A second power storage device to which a second input / output line for inputting / outputting electric power is connected,
The first power storage device and the second power storage device are connected in parallel via the first and second input / output lines,
The power supply device including a voltage converter provided between the connection point between the first input output line and the second input output line and said second power storage device,
The second power storage device includes a charging terminal connected to an external power source ,
An on / off switch is provided between the second power storage device and the charging terminal;
The voltage converter includes a plurality of switching elements,
A control unit for turning on and off each of the switching elements and the on / off switch;
The controller is
First charging means for turning on and off the switching element of the voltage converter and charging the second power storage device to substantially the same voltage as the external power source by the power of the first power storage device;
External power connection means for charging the second power storage device by the first charging means and then turning on the on / off switch to connect the external power source and the second power storage device ;
A power supply device comprising:
請求項に記載の電源装置であって、
前記制御部は、
前記外部電源接続手段によって前記外部電源と前記第2の蓄電装置とを接続した後、前記電圧変換器のスイッチング素子をオンオフさせて前記外部電源の電力によって前記第1の蓄電装置を充電する第2の充電手段を有すること、
を特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1 ,
The controller is
After connecting the external power supply and the second power storage device by the external power supply connection means, the switching device of the voltage converter is turned on and off to charge the first power storage device with the power of the external power supply Having a charging means of
A power supply characterized by.
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