JP6242012B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は、発電機で発生した回生電力により蓄電部を充電し、蓄電部や直流電源の電力を負荷に供給する電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device that charges a power storage unit with regenerative power generated by a generator and supplies power from the power storage unit or a DC power source to a load.
地球の環境保護や燃料消費率(燃費)の向上のため、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有する車両が開発されている。この種の車両には、減速時に発電機で発生した回生電力を蓄電部に蓄電したり、蓄電部の電力やバッテリ(直流電源)の電力を負荷に供給したりする電源装置が設けられている。 In order to protect the earth's environment and improve the fuel consumption rate (fuel consumption), vehicles having an idling stop function and a deceleration regeneration function have been developed. This type of vehicle is provided with a power supply device that stores regenerative power generated by a generator during deceleration in a power storage unit or supplies power from the power storage unit or battery (DC power supply) to a load. .
たとえば、特許文献1の電源装置や、特許文献2の図7に示されている電源装置では、供給電圧が下がらないように保護する必要がある負荷(狭電圧範囲補機)とバッテリとの間の電力経路に、スイッチが設けられている。また、その負荷とスイッチとの間の電力経路には、DC−DCコンバータを介して蓄電部が接続されている。バッテリとスイッチとの間の電力経路には、発電機やスタータモータやその他の負荷(補機、広電圧範囲補機)が接続されている。
For example, in the power supply device of
たとえば、車両の減速により、発電機で回生電力が発生するときは、スイッチがオンされて、DC−DCコンバータが駆動し、回生電力により蓄電部が充電される。また、車両がアイドリングストップ以外の状態で、発電機で回生電力が発生しないときは、スイッチがオンされて、DC−DCコンバータが駆動し、蓄電部が放電される。この際、特許文献1では、DC−DCコンバータが動作でき、かつバッテリの電圧が瞬時低下する既定期間に亘り蓄電部が負荷を駆動し続けることができる電圧まで、蓄電部を放電する。
For example, when regenerative power is generated in the generator due to deceleration of the vehicle, the switch is turned on, the DC-DC converter is driven, and the power storage unit is charged by the regenerative power. When the vehicle is in a state other than idling stop and no regenerative power is generated by the generator, the switch is turned on, the DC-DC converter is driven, and the power storage unit is discharged. At this time, in
また、車両のアイドリングストップ後にエンジンを再始動する際は、スタータモータを起動することで、スタータモータに大電流が流れて、バッテリの電圧が瞬時低下する。そこで、その際、スイッチがオフされて、負荷と蓄電部とがバッテリとスタータモータとから電気的に切り離され、蓄電部の電力が、DC−DCコンバータを経由して負荷に供給される。これにより、負荷が蓄電部の電力で安定に駆動し続ける。 Further, when the engine is restarted after idling of the vehicle is stopped, by starting the starter motor, a large current flows through the starter motor, and the battery voltage is instantaneously reduced. Therefore, at that time, the switch is turned off, the load and the power storage unit are electrically disconnected from the battery and the starter motor, and the power of the power storage unit is supplied to the load via the DC-DC converter. As a result, the load continues to be stably driven by the power of the power storage unit.
本発明の課題は、負荷に電力を安定に供給し、回生電力を有効に活用することができる電源装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the power supply device which can supply electric power stably to load and can utilize regenerative electric power effectively.
本発明による電源装置は、動作時に大電流が流れる大電流負荷と、供給電圧が下がらないように保護する必要がある被保護負荷と、回生電力を発生する発電機と、大電流負荷と発電機が並列に接続された直流電源と、電力を蓄電する蓄電部とがそれぞれ接続され、発電機で発生した回生電力を蓄電部に蓄電し、直流電源または蓄電部の電力を各負荷に供給する。そして、この電源装置は、直流電源が接続される第1接続端子と、蓄電部が接続される第2接続端子と、被保護負荷が接続される第3接続端子と、DC−DCコンバータと、一端が第1接続端子に接続され、他端がDC−DCコンバータに設けられた第1入出力端子に接続された第1電力経路と、一端が第2接続端子に接続され、他端がDC−DCコンバータに設けられた第2入出力端子に接続された第2電力経路と、一端が第3接続端子に接続され、他端が第2電力経路に接続された第3電力経路と、一端が第1電力経路に接続され、他端が第3電力経路に接続された第4電力経路と、第4電力経路上に設けられた第1スイッチング素子と、第2電力経路上の第3電力経路との接続点と第2接続端子との間に設けられた第2スイッチング素子と、第3電力経路上の第4電力経路との接続点と第2電力経路との接続点との間に設けられた第3スイッチング素子と、DC−DCコンバータの動作と各スイッチング素子のオン・オフ動作とを制御する制御部とを備える。制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作していないときに、DC−DCコンバータを動作させ、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とをオンし、第3スイッチング素子をオフし、大電流負荷が動作するときに、DC−DCコンバータを動作させ、第1スイッチング素子をオフし、第2スイッチング素子と第3スイッチング素子とをオンする。 A power supply device according to the present invention includes a large current load through which a large current flows during operation, a protected load that needs to be protected so that a supply voltage does not decrease, a generator that generates regenerative power, a large current load, and a generator Are connected in parallel with each other, and a power storage unit for storing power is connected to each other, regenerative power generated by the generator is stored in the power storage unit, and the DC power source or the power of the power storage unit is supplied to each load. And this power supply device includes a first connection terminal to which a DC power supply is connected, a second connection terminal to which the power storage unit is connected, a third connection terminal to which a protected load is connected, a DC-DC converter, One end is connected to the first connection terminal, the other end is connected to the first input / output terminal provided in the DC-DC converter, one end is connected to the second connection terminal, and the other end is DC A second power path connected to a second input / output terminal provided in the DC converter, a third power path having one end connected to the third connection terminal and the other end connected to the second power path, and one end Is connected to the first power path and the other end is connected to the third power path, the first switching element provided on the fourth power path, and the third power on the second power path. The second switching element provided between the connection point with the path and the second connection terminal , A third switching element provided between a connection point of the fourth power path on the third power path and a connection point of the second power path, the operation of the DC-DC converter, and the ON of each switching element A control unit that controls the off operation is provided. The control unit operates the DC-DC converter when the generator is not generating power and the large current load is not operating, turns on the first switching element and the second switching element, and performs the third switching. When the element is turned off and the large current load is operated, the DC-DC converter is operated, the first switching element is turned off, and the second switching element and the third switching element are turned on.
上記によると、発電機で発生した回生電力を、第1電力経路、DC−DCコンバータ、第2電力経路、および第2スイッチング素子を経由して蓄電部に供給して、蓄電部を充電することができる。そして、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作していないときに、蓄電部の電力を第2電力経路、第2スイッチング素子、DC−DCコンバータ、第1電力経路、第4電力経路、第1スイッチング素子、および第3電力経路を通して、被保護負荷に供給することができる。同時に、直流電源の電力を第1電力経路、第4電力経路、第1スイッチング素子、および第3電力経路を通して、被保護負荷に供給することもできる。また、大電流負荷が動作するときに、蓄電部の電力を、第2電力経路、第2スイッチング素子、第3電力経路、および第3スイッチング素子を通して、被保護負荷に供給することができる。同時に、蓄電部の電力を、第2電力経路、第2スイッチング素子、DC−DCコンバータ、および第1電力経路を通して、大電流負荷に供給することもできる。よって、各負荷に電力を安定に供給し、回生電力を有効に活用することができる。 According to the above, the regenerative power generated by the generator is supplied to the power storage unit via the first power path, the DC-DC converter, the second power path, and the second switching element to charge the power storage unit. Can do. When the generator is not generating power and the large current load is not operating, the power of the power storage unit is supplied to the second power path, the second switching element, the DC-DC converter, the first power path, the fourth The protected load can be supplied through the power path, the first switching element, and the third power path. At the same time, the power of the DC power supply can be supplied to the protected load through the first power path, the fourth power path, the first switching element, and the third power path. Further, when the large current load operates, the power of the power storage unit can be supplied to the protected load through the second power path, the second switching element, the third power path, and the third switching element. At the same time, the power of the power storage unit can be supplied to the large current load through the second power path, the second switching element, the DC-DC converter, and the first power path. Therefore, it is possible to stably supply power to each load and effectively use regenerative power.
また、本発明では、上記電源装置において、DC−DCコンバータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作するときに、電流検出部の検出値に基づいて、DC−DCコンバータに流れる電流を、被保護負荷の駆動に支障のない規定値以下に制限してもよい。 In the present invention, the power supply apparatus further includes a current detection unit that detects a current flowing through the DC-DC converter, and the control unit is configured to operate a large current load when the generator is not generating power. Based on the detection value of the current detection unit, the current flowing through the DC-DC converter may be limited to a predetermined value or less that does not hinder the driving of the protected load.
また、本発明では、上記電源装置において、蓄電部の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作するときに、電圧検出部で検出した蓄電部の電圧が、被保護負荷を駆動するのに必要な電圧より大きな所定値以上であれば、DC−DCコンバータを動作させ、第1スイッチング素子をオフし、第2スイッチング素子と第3スイッチング素子とをオンし、蓄電部の電圧が所定値未満であれば、DC−DCコンバータを停止させ、第1スイッチング素子をオフし、第2スイッチング素子と第3スイッチング素子とをオンしてもよい。 According to the present invention, the power supply device further includes a voltage detection unit that detects a voltage of the power storage unit, and the control unit detects the voltage when a large current load is operated when the generator is not generating power. If the voltage of the power storage unit detected by the unit is equal to or greater than a predetermined value greater than the voltage required to drive the protected load, the DC-DC converter is operated, the first switching element is turned off, and the second switching element And the third switching element are turned on, and if the voltage of the power storage unit is less than the predetermined value, the DC-DC converter is stopped, the first switching element is turned off, and the second switching element and the third switching element are turned on. May be.
また、本発明では、上記電源装置において、制御部は、大電流負荷が動作していないときに、DC−DCコンバータを動作させ、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とをオンし、第3スイッチング素子をオフすることで、蓄電部の電力を第2スイッチング素子とDC−DCコンバータと第1スイッチング素子とを通して被保護負荷に供給するとともに、直流電源の電力を第1スイッチング素子を通して被保護負荷に供給してもよい。また、制御部は、大電流負荷が動作するときに、DC−DCコンバータを動作させ、第1スイッチング素子をオフし、第2スイッチング素子と第3スイッチング素子とをオンすることで、蓄電部の電力を第2スイッチング素子と第3スイッチング素子とを通して被保護負荷に供給するとともに、蓄電部の電力を第2スイッチング素子とDC−DCコンバータとを通して大電流負荷に供給してもよい。 According to the present invention, in the power supply device, the control unit operates the DC-DC converter when the large current load is not operating, turns on the first switching element and the second switching element, By turning off the switching element, the power of the power storage unit is supplied to the protected load through the second switching element, the DC-DC converter, and the first switching element, and the power of the DC power supply is supplied to the protected load through the first switching element. May be supplied. Further, the control unit operates the DC-DC converter when the large current load operates, turns off the first switching element, and turns on the second switching element and the third switching element, thereby The power may be supplied to the protected load through the second switching element and the third switching element, and the power of the power storage unit may be supplied to the large current load through the second switching element and the DC-DC converter.
さらに、本発明では、上記電源装置において、制御部は、発電機で回生電力が発生するときに、DC−DCコンバータを動作させ、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とをオンし、第3スイッチング素子をオフすることで、回生電力で蓄電部を充電してもよい。 Further, in the present invention, in the power supply device, when the regenerative power is generated in the generator, the control unit operates the DC-DC converter to turn on the first switching element and the second switching element, and The power storage unit may be charged with regenerative power by turning off the switching element.
本発明によれば、負荷に電力を安定に供給し、回生電力を有効に活用できる電源装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the power supply device which can supply electric power stably to load and can utilize regenerative electric power effectively.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
まず、本実施形態の電源装置100とその周辺部の回路構成を、図1を参照しながら説明する。なお、図1において、実線は電力系配線を示し、破線は制御系配線または通信系配線を示している(以降の各図においても同様)。 First, the circuit configuration of the power supply apparatus 100 and its peripheral part according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the solid line indicates the power system wiring, and the broken line indicates the control system wiring or the communication system wiring (the same applies to the subsequent drawings).
図1に示す回生システム200は、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有した車両に搭載されている。回生システム200には、電源装置100、キャパシタ11、バッテリ12、発電機13、大電流負荷4、負荷5、被保護負荷6、上位ECU(電子制御装置)7、およびIG−SW(イグニションスイッチ)8が含まれている。
A regenerative system 200 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle having an idling stop function and a deceleration regenerative function. The regeneration system 200 includes a power supply device 100, a
キャパシタ11は、電気二重層キャパシタから成り、本発明の「蓄電部」の一例である。これ以外に、たとえばリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、またはニッケル水素充電池などから蓄電部を構成してもよい。
The
バッテリ12は、従来型の鉛バッテリから成り、本発明の「直流電源」の一例である。これ以外のバッテリや電池などから直流電源を構成してもよい。
The
発電機13は、図示しない車両のエンジンによって駆動され、電力を発生する。たとえば、車両の通常走行時に、バッテリ12の電圧が低下した場合は、エンジンの駆動力により、発電機13を駆動して発電を行う。また、車両の減速時や車両の制動操作時にも、車両は走行を続け、エンジンに燃料が供給されていなくても、エンジンは回転している。そこで、この回転力を利用して発電機13を駆動し、発電を行う。この減速時等に発電機13が発生した電力を、回生電力と呼ぶ。キャパシタ11は、発電機13で発生した電力を蓄電する。
The
また、車両の減速時には、エンジンへの燃料供給が停止されている。すなわち、燃料を消費することなく発電が行われるため、車両の燃料消費率が向上する。なお、通常走行時に、バッテリ12の電圧が十分である場合には、発電機13による発電は行わない。
Further, when the vehicle is decelerated, the fuel supply to the engine is stopped. That is, since power generation is performed without consuming fuel, the fuel consumption rate of the vehicle is improved. Note that when the voltage of the
大電流負荷4は、動作時に大電流が流れる電動機などから成る。この大電流負荷4には、エンジンを始動するためのスタータモータ4aが含まれる。他の例として、図示しないパワーステアリング用のモータや電動ブレーキなども、大電流負荷4に含まれる。
The large
負荷5は、車両のアイドリングストップ中に使用しなくてもよい電装品などから成る。負荷5には、たとえば、電熱式シートヒータなどが含まれている。
The
被保護負荷6は、車両のアイドリングストップ中も電力を供給する必要があり、かつアイドリングストップ後のエンジンの再始動時(スタータモータ4aの起動時)などに、供給電圧が下がらないように保護する必要がある電装品などから成る。被保護負荷6には、たとえば、ナビゲーション、オーディオ、エアコン、メータ、トランスミッション、および安全装置などが含まれている。
The protected
上位ECU7は、たとえばCAN(Controller Area Network)により、電源装置100と接続されている。上位ECU7は、車両の状態を示す情報や動作指示などを電源装置100に対して送信する。 The host ECU 7 is connected to the power supply apparatus 100 by, for example, CAN (Controller Area Network). The host ECU 7 transmits information indicating the state of the vehicle, operation instructions, and the like to the power supply device 100.
IG−SW8の一端は、バッテリ12の正極と接続されている。IG−SW8の他端は、電源装置100に接続されている。バッテリ12の負極は、接地されている。大電流負荷4、発電機13、負荷5、および上位ECU7は、バッテリ12に並列に接続されている。
One end of the IG-SW 8 is connected to the positive electrode of the
電源装置100は、電力経路L1〜L4、接続端子C1〜C3、DC−DCコンバータ9、FET(電界効果トランジスタ)1、FET2、FET3a、FET3b、制御部10、電圧検出部14、および電流検出部15を備えている。
The power supply device 100 includes power paths L1 to L4, connection terminals C1 to C3, a DC-
第1接続端子C1には、バッテリ12の正極が接続されている。第2接続端子C2には、キャパシタ11が接続されている。第3接続端子C3には、被保護負荷6が接続されている。なお、図1の電源装置100を示す一点鎖線の枠上にあるその他の白丸も接続端子を示している(符号省略、以降の各図も同様)。
The positive electrode of the
DC−DCコンバータ9は、2つの入出力端子T1、T2を備え、4象限の双方向昇降圧機能を有している。制御部10は、CPUとメモリから成り、DC−DCコンバータ9の動作をPWM(パルス幅変調)で制御する。また、制御部10は、上位ECU7と相互に通信する。特に、制御部10は、上位ECU7から車両の状態を示す情報や動作指示を受信する。なお、図1では、電源装置100内の制御系配線や通信系配線の図示を省略している(以降の各図においても同様)。
The DC-
第1電力経路L1の一端は、第1接続端子C1に接続され、第1電力経路L1の他端は、DC−DCコンバータ9の第1入出力端子T1に接続されている。第2電力経路L2の一端は、第2接続端子C2に接続され、第2電力経路L2の他端は、DC−DCコンバータ9の第2入出力端子T2に接続されている。第3電力経路L3の一端は、第3接続端子C3に接続され、第3電力経路L3の他端は、第2電力経路L2に接続されている。第4電力経路L4の一端は、第1電力経路L1に接続され、第4電力経路L4の他端は、第3電力経路L3に接続されている。
One end of the first power path L1 is connected to the first connection terminal C1, and the other end of the first power path L1 is connected to the first input / output terminal T1 of the DC-
図1のPxは、第2電力経路L2と第3電力経路L3の接続点である。Pyは、第3電力経路L3と第4電力経路L4の接続点である。Pzは、第1電力経路L1と第4電力経路L4の接続点である(以降の各図においても同様)。 Px in FIG. 1 is a connection point between the second power path L2 and the third power path L3. Py is a connection point between the third power path L3 and the fourth power path L4. Pz is a connection point between the first power path L1 and the fourth power path L4 (the same applies to the subsequent drawings).
FET1、FET2、FET3a、FET3bは、Nチャンネル型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)から構成されている。 The FET1, FET2, FET3a, and FET3b are configured by N-channel MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
FET1は、第4電力経路L4上に設けられている。FET1のドレインは、第3電力経路L3および被保護負荷6に接続され、FET1のソースは、第1電力経路L1に接続されている。FET1に並列に接続されたダイオードD1は、FET1の寄生ダイオードである。ダイオードD1のアノードは、第1電力経路L1に接続され、ダイオードD1のカソードは、第3電力経路L3および被保護負荷6に接続されている。このため、ダイオードD1は、第1電力経路L1側から第3電力経路L3側へ電流を流す。FET1は、本発明の「第1スイッチング素子」の一例である。
The FET1 is provided on the fourth power path L4. The drain of FET1 is connected to the third power path L3 and the protected
FET2は、第2電力経路L2上の第3電力経路L3との接続点Pxと第2接続端子C2との間に設けられている。FET2のドレインは、第3電力経路L3およびDC−DCコンバータ9の第2入出力端子T2に接続され、FET2のソースは、第2接続端子C2に接続されている。FET2に並列に接続されたダイオードD2は、FET2の寄生ダイオードである。ダイオードD2のアノードは、第2接続端子C2に接続され、ダイオードD2のカソードは、第3電力経路L3およびDC−DCコンバータ9の第2入出力端子T2に接続されている。FET2は、本発明の「第2スイッチング素子」の一例である。
The FET 2 is provided between the connection point Px with the third power path L3 on the second power path L2 and the second connection terminal C2. The drain of the FET 2 is connected to the third power path L3 and the second input / output terminal T2 of the DC-
FET3a、FET3bは、第3電力経路L3上の第4電力経路L4との接続点Pyと第2電力経路L2との接続点Pxとの間に直列に接続されている。FET3aのドレインは、第2電力経路L2に接続されている。FET3aのソースは、FET3bのソースと接続されている。FET3bのドレインは、第4電力経路L4および被保護負荷6に接続されている。
The FET 3a and FET 3b are connected in series between a connection point Py with the fourth power path L4 on the third power path L3 and a connection point Px with the second power path L2. The drain of the FET 3a is connected to the second power path L2. The source of the FET 3a is connected to the source of the FET 3b. The drain of the FET 3b is connected to the fourth power path L4 and the protected
FET3aに並列に接続されたダイオードD3aは、FET3aの寄生ダイオードである。FET3bに並列に接続されたダイオードD3bは、FET3bの寄生ダイオードである。ダイオードD3aのカソードは、第2電力経路L2に接続されている。ダイオードD3aのアノードは、ダイオードD3bのアノードと接続されている。ダイオードD3bのカソードは、第4電力経路L4および被保護負荷6に接続されている。つまり、ダイオードD3aの向きとダイオードD3bの向きとは、逆になっている。FET3a、3bは、本発明の「第3スイッチング素子」の一例である。
A diode D3a connected in parallel to the FET 3a is a parasitic diode of the FET 3a. A diode D3b connected in parallel to the FET 3b is a parasitic diode of the FET 3b. The cathode of the diode D3a is connected to the second power path L2. The anode of the diode D3a is connected to the anode of the diode D3b. The cathode of the diode D3b is connected to the fourth power path L4 and the protected
各FET1、2、3a、3bのゲートは、それぞれ制御部10に接続されている(図示省略、以降の各図においても同様)。制御部10は、各FET1、2、3a、3bのゲートに駆動信号を入力して、各FET1、2、3a、3bのオン・オフ動作を制御する。
The gates of the
電流検出部15は、第2電力経路L2上の接続点PxとDC−DCコンバータ9の入出力端子T2との間に設けられている。電流検出部15は、DC−DCコンバータ9に流れる電流を検出する。制御部10は、スタータモータ4aが動作するときに、電流検出部15の検出値に基づいて、DC−DCコンバータ9に流れる電流を制限する。
The
電圧検出部14は、キャパシタ11の電圧を検出する。制御部10は、電圧検出部14の検出電圧に基づいて、キャパシタ11の充電量を算出し、DC−DCコンバータ9とFET1、2、3a、3bの動作を制御する。
The
次に、電源装置100とその周辺部の電力の流れを、図2〜図8を参照しながら説明する。 Next, the flow of power in the power supply apparatus 100 and its peripheral part will be described with reference to FIGS.
IG−SW8がオフ状態にあるときは、車両が停止状態にあり、回生システム200がスタンバイ状態にある。このとき、上位ECU7や負荷5、6には、これらが動作できるように、電流を流す必要があるため、図2に矢印で示すように、バッテリ12の電力が負荷5、上位ECU7、および電源装置100に供給される。
When IG-SW 8 is in the off state, the vehicle is in a stopped state, and regeneration system 200 is in a standby state. At this time, since it is necessary to pass a current to the host ECU 7 and the
このスタインバイ時に、電源装置100では、DC−DCコンバータ9が停止(オフ)状態にあり、FET1、2、3a、3bがオフ状態にある。このため、バッテリ12から電源装置100の第1接続端子C1に供給された電力は、第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1のダイオードD1、第3電力経路L3、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。
At the time of this standby, in the power supply apparatus 100, the DC-
そして、運転手の操作によりIG−SW8がオンされると、エンジンを初回始動するため、スタータモータ4aが初回起動される。このとき、図3に矢印で示すように、スタータモータ4aはバッテリ12の電力により起動する。また、電源装置100では、制御部10が、DC−DCコンバータ9を停止したまま、FET1だけをオンする。これにより、バッテリ12の電力が、第1接続端子C1から第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1、第3電力経路L3、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。
When the IG-SW 8 is turned on by the driver's operation, the
エンジンが始動した後、運転手の操作により車両が初回走行すると、発電機13で発電が行われる。発電機13で発電された電力は、図4に矢印で示すように、負荷5、上位ECU7、および電源装置100に供給される。
When the vehicle travels for the first time by the driver's operation after the engine is started, the
この初回走行時に電源装置100では、DC−DCコンバータ9が停止状態で、FET1がオン状態で、FET2、3a、3bがオフ状態にある。このため、発電機13からの電力は、第1接続端子C1から第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1、第3電力経路L3、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。
In the power supply device 100 during the first run, the DC-
車両の走行中において、たとえば運転手がアクセルペダルを解放したり、ブレーキペダルを踏み込んだりして、車両が減速すると、発電機13が回生電力を発生する。この回生電力は、図5に矢印で示すように、発電機13から、負荷5、上位ECU7、バッテリ12、および電源装置100へ供給される。このとき、バッテリ12の電圧が低下している場合は、回生電力でバッテリ12が充電される。
When the vehicle decelerates, for example, when the driver releases the accelerator pedal or depresses the brake pedal while the vehicle is running, the
回生電力が発生する際、電源装置100では、制御部10が、FET1、2をオンし、FET3a、3bをオフする。これにより、回生電力が第1接続端子C1から、第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1、第3電力経路L3、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。また、制御部10は、DC−DCコンバータ9を動作(オン)させ、第1接続端子C1から第1電力経路L1を通って入力される回生電力の電圧をDC−DCコンバータ9でキャパシタ11に対応する電圧に変換(昇圧または降圧)して、第2電力経路L2へ電力を出力する。この電力は、第2電力経路L2からFET2と第2接続端子C2を通って、キャパシタ11に蓄えられる。つまり、回生電力でキャパシタ11が充電される。
When regenerative power is generated, in the power supply apparatus 100, the
車両がアイドリングストップ以外の状態で、発電機13が発電しない場合は、スタータモータ4aの起動も行われない。これは、たとえば、バッテリ12およびキャパシタ11の電圧が十分高い場合である。このような発電機13の非発電時でかつスタータモータ4aの非動作時は、図6に矢印で示すように、バッテリ12の電力が負荷5、上位ECU7、および電源装置100へ供給される。このとき、電源装置100では、制御部10が、FET1をオンする。これにより、バッテリ12からの電力が、第1接続端子C1、第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1、および第3電力経路L3を通って、被保護負荷6に供給される。
When the
また、制御部10は、図6に示すように、FET3a、3bをオフし、FET2をオンする。そして、制御部10は、DC−DCコンバータ9を動作させ、キャパシタ11から第2接続端子C2と第2電力経路L2とFET2を通って入力される電圧を、DC−DCコンバータ9で被保護負荷6に対応する電圧に変換して、第1電力経路L1に電力を出力する。この電力は、第1電力経路L1から第4電力経路L4、FET1、第3電力経路L3、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。つまり、キャパシタ11が放電される。
Further, as shown in FIG. 6, the
車両が極低速走行状態または停止状態になって、所定のアイドリングストップ移行条件が成立すると、アイドリングストップが開始される。このときのアイドリングストップ移行条件としては、たとえば、エンジンの再始動時に被保護負荷6へ供給可能な電力がキャパシタ11またはバッテリ12に残っていることである。アイドリングストップ移行条件の成立判定やアイドリングストップの制御は、上位ECU7で行われる。アイドリングストップ中は、発電機13で発電されたり回生電力が発生したりすることはない。
The idling stop is started when a predetermined idling stop transition condition is satisfied when the vehicle enters an extremely low speed running state or is stopped. The idling stop transition condition at this time is, for example, that the electric power that can be supplied to the protected
その後、アイドリングストップが終了して、エンジンの再始動のため、スタータモータ4aが起動するときに、制御部10は、電圧検出部14によりキャパシタ11の電圧を検出する。このとき、電圧検出部14で検出したキャパシタ11の電圧が、所定値(被保護負荷6を駆動するのに必要な電圧より大きな値)以上であれば、制御部10は、図7に示すように、DC−DCコンバータ9を動作させ、FET1をオフし、FET2、3a、3bをオンする。これにより、図7に矢印で示すように、キャパシタ11からの電力が、第2接続端子C2、第2電力経路L2、FET2、第3電力経路L3、FET3a、3b、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。
Thereafter, when the idling stop is completed and the
また、制御部10が、キャパシタ11から第2接続端子C2と第2電力経路L2とFET2を通って入力される電圧を、DC−DCコンバータ9でスタータモータ4aや他の負荷4、5に対応する電圧に変換して、第1電力経路L1に電力を出力する。この電力は、第1電力経路L1から第1接続端子C1を通って、スタータモータ4aや他の負荷4、5に供給される。つまり、キャパシタ11の充電量が多い場合には、キャパシタ11の電力が被保護負荷6だけでなく、負荷4、4a、5にも供給される。
Further, the
また、このようにキャパシタ11の電力をDC−DCコンバータ9により負荷4、4a、5に供給する際に、制御部10は、電流検出部15によりキャパシタ11側からDC−DCコンバータ9に流れる電流を検出する。そして、制御部10は、電流検出部15の検出値(電流値)に基づいて、DC−DCコンバータ9に流れる電流を、被保護負荷6の駆動に支障のない規定値以下に制限する。具体的には、制御部10は、電流検出部15の検出値が規定値以下になるように、DC−DCコンバータ9のPWMのオンデューティーを制御する。これにより、スタータモータ4aの動作時(初回起動時を除く)に、キャパシタ11からスタータモータ4aに電流が流れても、キャパシタ11から被保護負荷6への供給電圧は、該負荷6の駆動に支障が出るほど低下することはなく、被保護負荷6は安定に駆動し続ける。
In addition, when the power of the
一方、アイドリングストップ後のスタータモータ4aが起動するときに、電圧検出部14で検出したキャパシタ11の電圧が所定値未満であれば、制御部10は、図8に示すように、DC−DCコンバータ9を停止し、FET1をオフし、FET2、3a、3bをオンする。これにより、図8に矢印で示すように、キャパシタ11からの電力が、第2接続端子C2、第2電力経路L2、FET2、第3電力経路L3、FET3a、3b、および第3接続端子C3を通って、被保護負荷6に供給される。
On the other hand, if the voltage of the
また、DC−DCコンバータ9が停止し、FET1がオフとなっているので、被保護負荷6やバッテリ12などに対してキャパシタ11が電気的に切り離される。このため、スタータモータ4aの起動時に、バッテリ12からスタータモータ4aに電流が流れても、キャパシタ11から被保護負荷6への供給電圧は低下せず、被保護負荷6は安定に駆動し続ける。
Further, since the DC-
車両のアイドリングストップ中も、上記図7および図8のように、キャパシタ11の電圧と所定値との比較結果に基づいて、キャパシタ11の電力を負荷4、4a、5、6に供給してもよい。
Even during idling stop of the vehicle, as shown in FIGS. 7 and 8, even if the power of the
上記実施形態によると、発電機13で発生した回生電力を、電源装置100の第1電力経路L1、DC−DCコンバータ9、第2電力経路L2、およびFET2を通してキャパシタ11に供給して、キャパシタ11を充電することができる。そして、発電機13が発電していない場合において、大電流負荷4のスタータモータ4aが動作していないときに、キャパシタ11の電力を第2電力経路L2、FET2、DC−DCコンバータ9、第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1、および第3電力経路L3を通して、被保護負荷6に供給することができる。同時に、バッテリ12の電力を第1電力経路L1、第4電力経路L4、FET1、および第3電力経路L3を通して、被保護負荷6に供給することもできる。また、スタータモータ4aが動作するときに、キャパシタ11の電力を、第2電力経路L2、FET2、第3電力経路L3、およびFET3a、FET3bを通して、被保護負荷6に供給することができる。同時に、キャパシタ11の電力を、第2電力経路L2、FET2、DC−DCコンバータ9、および第1電力経路L1を通して、スタータモータ4aや負荷4、5に供給することもできる。よって、各負荷4、4a、5、6に電力を安定に供給し、発電機13で発生した回生電力を有効に活用することができる。
According to the above embodiment, the regenerative power generated by the
また、上記実施形態では、アイドリングストップ後のスタータモータ4aが動作するときに、電流検出部15の検出値に基づいて、DC−DCコンバータ9に流れる電流を、被保護負荷6の駆動に支障のない規定値以下に制限している。このため、スタータモータ4aの動作時に、キャパシタ11の電力を各負荷4、4a、5、6に供給しても、キャパシタ11から被保護負荷6への供給電圧が、該負荷6の駆動に支障が出るほど低下するのを防止することができ、被保護負荷6を安定に駆動し続けることが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, when the
また、上記実施形態では、アイドリングストップ後のスタータモータ4aが動作するときに、キャパシタ11の電圧が所定値以上であれば、キャパシタ11の電力を負荷4、4a、5、6に供給し、キャパシタ11の電圧が所定値未満であれば、キャパシタ11の電力を被保護負荷6にだけ供給している。このため、被保護負荷6を駆動するのにキャパシタ11の電力を使用しても、キャパシタ11の残電力量が余り有るくらい多い場合に、キャパシタ11の電力を各負荷4、4a、5、6に供給して、有効に活用することができる。また、キャパシタ11の残電力量が被保護負荷6しか駆動できないくらい少ない場合に、キャパシタ11の電力を被保護負荷6に供給して、被保護負荷6を安定に駆動しつつ、キャパシタ11の電力を有効に活用することができる。つまり、発電機13で発生した回生電力をキャパシタ11に充電した後、有効に活用することができる。
In the above embodiment, when the
本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、DC−DCコンバータ9に流れる電流を検出するために、第2電力経路L2上の接続点PxとDC−DCコンバータ9の入出力端子T2との間に電流検出部15を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、第1電力経路L1上の接続点Pz(図1)とDC−DCコンバータ9の入出力端子T1との間、もしくはDC−DCコンバータ9の接地ライン(図示省略)上に、電流検出部を設けてもよい。このようにしても、電流検出部によりDC−DCコンバータ9に流れる電流を検出することができる。
The present invention can employ various embodiments other than those described above. For example, in the above embodiment, in order to detect the current flowing through the DC-
または、第2電力経路L2上の接続点Pxと第2接続端子C2の間に、FET2を流れる電流を検出する第1電流検出部を設け、第3電力経路L3上の接続点Pyと第3接続端子C3の間にFET3a、3bを流れる電流を検出する第2電流検出部を設けてもよい。この場合、第1電流検出部の検出値から第2電流検出部の検出値を減算することで、DC−DCコンバータ9に流れる電流を検出することができる。
Alternatively, a first current detector that detects a current flowing through the FET 2 is provided between the connection point Px on the second power path L2 and the second connection terminal C2, and the connection point Py on the third power path L3 and the third You may provide the 2nd electric current detection part which detects the electric current which flows into FET3a, 3b between the connection terminals C3. In this case, the current flowing through the DC-
また、バッテリ12からの電流経路の分岐点Pv(図1に図示)と第1接続端子C1の間のような、電源装置100の外部に電流検出部を設けてもよい。この場合、電流検出部で検出したDC−DCコンバータ9に流れる電流値を、CANなどにより電源装置100の制御部10に出力すればよい。
Further, a current detection unit may be provided outside the power supply apparatus 100, such as between the branch point Pv (illustrated in FIG. 1) of the current path from the
また、以上の実施形態では、第3電力経路L3上に2つのFET3a、3bを設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。FET3a、3bのうちいずれか1つを第3電力経路L3上に設けてもよい。 Moreover, although the example which provided two FET3a, 3b on the 3rd electric power path | route L3 was shown in the above embodiment, this invention is not limited only to this. Any one of the FETs 3a and 3b may be provided on the third power path L3.
また、以上の実施形態では、第1〜第3スイッチング素子としてNチャンネル型のMOSFET1、2、3a、3bを用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、Pチャンネル型のMOSFETを用いてもよい。また、MOSFETの代わりに、接合形FETを用いてもよい。さらに、トランジスタまたはリレーなどのような、他のスイッチング素子を各電力経路L2〜L4にそれぞれ設けてもよい。
In the above embodiment, an example in which N-
また、以上の実施形態では、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有した車両用の電源装置100に、本発明を適用した例を挙げたが、これに限るものではない。これ以外の、たとえば減速回生機能は有しているがアイドリングストップ機能は有していない車両用の電源装置や、その他の用途の電源装置に対しても、本発明を適用することは可能である。 Moreover, although the example which applied this invention to the power supply device 100 for vehicles which has an idling stop function and a deceleration regeneration function was given in the above embodiment, it is not restricted to this. Other than this, for example, the present invention can be applied to a power supply device for a vehicle that has a deceleration regeneration function but does not have an idling stop function, and a power supply device for other purposes. .
1 FET(第1スイッチング素子)
2 FET(第2スイッチング素子)
3a FET(第3スイッチング素子)
3b FET(第3スイッチング素子)
4 大電流負荷
4a スタータモータ
6 被保護負荷
9 DC−DCコンバータ
10 制御部
11 キャパシタ(蓄電部)
12 バッテリ(直流電源)
13 発電機
14 電圧検出部
15 電流検出部
100 電源装置
C1 第1接続端子
C2 第2接続端子
C3 第3接続端子
L1 第1電力経路
L2 第2電力経路
L3 第3電力経路
L4 第4電力経路
Px 第2電力経路上の第3電力経路との接続点
Py 第3電力経路上の第4電力経路との接続点
T1 第1入出力端子
T2 第2入出力端子
1 FET (first switching element)
2 FET (second switching element)
3a FET (third switching element)
3b FET (third switching element)
4 Large
12 Battery (DC power supply)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記直流電源が接続される第1接続端子と、
前記蓄電部が接続される第2接続端子と、
前記被保護負荷が接続される第3接続端子と、
DC−DCコンバータと、
一端が前記第1接続端子に接続され、他端が前記DC−DCコンバータに設けられた第1入出力端子に接続された第1電力経路と、
一端が前記第2接続端子に接続され、他端が前記DC−DCコンバータに設けられた第2入出力端子に接続された第2電力経路と、
一端が前記第3接続端子に接続され、他端が前記第2電力経路に接続された第3電力経路と、
一端が前記第1電力経路に接続され、他端が前記第3電力経路に接続された第4電力経路と、
前記第4電力経路上に設けられた第1スイッチング素子と、
前記第2電力経路上の前記第3電力経路との接続点と前記第2接続端子との間に設けられた第2スイッチング素子と、
前記第3電力経路上の前記第4電力経路との接続点と前記第2電力経路との接続点との間に設けられた第3スイッチング素子と、
前記DC−DCコンバータの動作と前記各スイッチング素子のオン・オフ動作とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電機が発電していない場合において、
前記大電流負荷が動作していないときに、
前記DC−DCコンバータを動作させ、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とをオンし、前記第3スイッチング素子をオフし、
前記大電流負荷が動作するときに、
前記DC−DCコンバータを動作させ、前記第1スイッチング素子をオフし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをオンする、ことを特徴とする電源装置。 A large current load through which a large current flows during operation, a protected load that needs to be protected so that the supply voltage does not decrease, a generator that generates regenerative power, and the large current load and the generator are connected in parallel. A direct current power source and a power storage unit for storing power are connected to each other, regenerative power generated by the generator is stored in the power storage unit, and the DC power source or the power of the power storage unit is supplied to each load. In power supply,
A first connection terminal to which the DC power supply is connected;
A second connection terminal to which the power storage unit is connected;
A third connection terminal to which the protected load is connected;
A DC-DC converter;
A first power path having one end connected to the first connection terminal and the other end connected to a first input / output terminal provided in the DC-DC converter;
A second power path having one end connected to the second connection terminal and the other end connected to a second input / output terminal provided in the DC-DC converter;
A third power path having one end connected to the third connection terminal and the other end connected to the second power path;
A fourth power path having one end connected to the first power path and the other end connected to the third power path;
A first switching element provided on the fourth power path;
A second switching element provided between a connection point with the third power path on the second power path and the second connection terminal;
A third switching element provided between a connection point with the fourth power path on the third power path and a connection point with the second power path;
A controller that controls the operation of the DC-DC converter and the on / off operation of each switching element;
The controller is
In the case where the generator is not generating power,
When the high current load is not operating,
Operating the DC-DC converter, turning on the first switching element and the second switching element, turning off the third switching element;
When the large current load operates,
A power supply apparatus comprising: operating the DC-DC converter; turning off the first switching element; and turning on the second switching element and the third switching element.
前記DC−DCコンバータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、
前記発電機が発電していない場合において、前記大電流負荷が動作するときに、
前記電流検出部の検出値に基づいて、前記DC−DCコンバータに流れる電流を、前記被保護負荷の駆動に支障のない規定値以下に制限する、ことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
A current detection unit for detecting a current flowing through the DC-DC converter;
The controller is
In the case where the generator is not generating power, when the large current load operates,
A power supply apparatus, characterized in that, based on a detection value of the current detection unit, a current flowing through the DC-DC converter is limited to a predetermined value or less that does not hinder driving of the protected load.
前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記制御部は、
前記発電機が発電していない場合において、
前記大電流負荷が動作するときに、
前記電圧検出部で検出した前記蓄電部の電圧が、前記被保護負荷を駆動するのに必要な電圧より大きな所定値以上であれば、前記DC−DCコンバータを動作させ、前記第1スイッチング素子をオフし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをオンし、
前記蓄電部の電圧が前記所定値未満であれば、前記DC−DCコンバータを停止させ、前記第1スイッチング素子をオフし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをオンする、ことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2,
A voltage detection unit for detecting a voltage of the power storage unit;
The controller is
In the case where the generator is not generating power,
When the large current load operates,
If the voltage of the power storage unit detected by the voltage detection unit is greater than or equal to a predetermined value greater than the voltage required to drive the protected load, the DC-DC converter is operated, and the first switching element is Turning off, turning on the second switching element and the third switching element;
If the voltage of the power storage unit is less than the predetermined value, the DC-DC converter is stopped, the first switching element is turned off, and the second switching element and the third switching element are turned on. A featured power supply.
前記制御部は、
前記大電流負荷が動作していないときに、前記DC−DCコンバータを動作させ、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とをオンし、前記第3スイッチング素子をオフすることで、前記蓄電部の電力を前記第2スイッチング素子と前記DC−DCコンバータと前記第1スイッチング素子とを通して前記被保護負荷に供給するとともに、前記直流電源の電力を前記第1スイッチング素子を通して前記被保護負荷に供給し、
前記大電流負荷が動作するときに、前記DC−DCコンバータを動作させ、前記第1スイッチング素子をオフし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをオンすることで、前記蓄電部の電力を前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とを通して前記被保護負荷に供給するとともに、前記蓄電部の電力を前記第2スイッチング素子と前記DC−DCコンバータとを通して前記大電流負荷に供給する、ことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 3,
The controller is
When the large current load is not operating, the DC-DC converter is operated, the first switching element and the second switching element are turned on, and the third switching element is turned off. The power of the unit is supplied to the protected load through the second switching element, the DC-DC converter, and the first switching element, and the power of the DC power supply is supplied to the protected load through the first switching element. And
When the large current load is operated, the DC-DC converter is operated, the first switching element is turned off, and the second switching element and the third switching element are turned on. Electric power is supplied to the protected load through the second switching element and the third switching element, and electric power of the power storage unit is supplied to the large current load through the second switching element and the DC-DC converter. A power supply device characterized by that.
前記制御部は、
前記発電機で回生電力が発生するときに、前記DC−DCコンバータを動作させ、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とをオンし、前記第3スイッチング素子をオフすることで、前記回生電力で前記蓄電部を充電する、ことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 4,
The controller is
When regenerative power is generated in the generator, the DC-DC converter is operated, the first switching element and the second switching element are turned on, and the third switching element is turned off. A power supply device, wherein the power storage unit is charged with electric power.
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