JP6268870B2 - 車両用電源供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧バッテリの出力を降圧して車両用の電装系の電源とするDC/DCコンバータを備えた車両用電源供給装置に関する。

従来、電圧コンバータから発せられる可聴域の騒音と逆位相の音波を検出して騒音レベルを低減させるスピーカを備える車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１５３２６２号公報

しかしながら、従来の車両用電源装置にあっては、騒音を検出し、逆位相を演算するための構造及び騒音を相殺する音を発生するスピーカが必要であり、コストアップするし、設置スペースの確保を要する、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、コストアップを抑えながら、DC/DCコンバータへの入力電圧・電流変動を起因とする騒音の発生を防止することができる車両用電源供給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、高電圧バッテリと走行駆動用モータの間に介装され、直流/交流を変換するインバータと、前記高電圧バッテリ又は前記インバータからの入力を降圧し、並列に接続された低電圧バッテリと車両電装品へ出力するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの出力を制御するDC/DCコンバータ出力制御手段と、を備える。
この車両用電源供給装置において、前記DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動を検出するコンバータ入力変動検出手段を設ける。
前記DC/DCコンバータ出力制御手段は、前記DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動を検出している間、前記DC/DCコンバータの出力を停止する制御を行う。

よって、DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動を検出している間、DC/DCコンバータの出力を停止する制御が行われる。
すなわち、インバータから発生した電圧リップルもしくは電流リップルにより、DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流が周期的に変動した時にDC/DCコンバータが出力状態であると騒音が発生する。この時にDC/DCコンバータの出力をOFF（出力停止）とすることで、入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動を無くすことができる。そのため、スピーカ等の設置を不要としながら、入力電圧・電流の周期的な変動を起因とした騒音が発生しない。
この結果、コストアップを抑えながら、DC/DCコンバータへの入力電圧・電流の周期的な変動を起因とする騒音の発生を防止することができる。

実施例１の車両用電源供給装置を示す全体構成図である。 実施例１の車両用電源供給装置の車両制御部にて実行されるDC/DCコンバータ出力制御処理の流れを示すフローチャートである。 比較例（通常制御）のDC/DCコンバータにおいて騒音が発生するときの入力電圧・入力電流・出力電圧・出力電流の各特性を示すタイムチャートである。 DC/DCコンバータ出力と騒音レベルの関係を示す特性図である。 実施例１による出力制御が行われるDC/DCコンバータでの騒音防止作用をあらわす入力電圧・入力電流・出力電圧・出力電流の各特性を示すタイムチャートである。

以下、本発明の車両用電源供給装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１における車両用電源供給装置の構成を、［全体構成］、［DC/DCコンバータ出力制御構成］に分けて説明する。

［全体構成］
図１は、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)などの電動パワートレーン車両に適用される車両用電源供給装置を示す。以下、図１に基づき、全体構成を説明する。

前記車両用電源供給装置は、図１に示すように、高電圧バッテリ１と、インバータ２と、走行駆動用モータ３と、DC/DCコンバータ４と、12Vバッテリ５（低電圧バッテリ）と、車両電装品６と、車両制御部７（DC/DCコンバータ出力制御手段）と、を備えている。

前記高電圧バッテリ１は、電動パワートレーン車両において走行駆動用モータ３の電源として使用される二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池が用いられる。

前記インバータ２は、高電圧バッテリ１と走行駆動用モータ３の間に介装され、直流/交流を変換する。すなわち、力行時には、高電圧バッテリ１からの直流を、走行駆動用モータ３への交流に変換し、走行駆動用モータ３を駆動する。一方、回生時には、走行駆動用モータ３からの交流を高電圧バッテリ１への直流に変換する。

前記走行駆動用モータ３は、ロータに永久磁石を配置し、ステータにコイルを巻き付けた三相交流のモータ/ジェネレータである。

前記DC/DCコンバータ４は、入力側が高電圧バッテリ１とインバータ２に接続され、高電圧バッテリ１又はインバータ２からの入力を降圧し、並列に接続された12Vバッテリ５と車両電装品６へ出力する。このDC/DCコンバータ４は、電解コンデンサ・半導体スイッチ・トランス等を用いた回路により構成される。

前記12Vバッテリ５は、DC/DCコンバータ４のコンバータ出力端に接続され、車両電装品６の電源として用いられる二次電池であり、例えば、鉛電池が用いられる。

前記車両電装品６は、DC/DCコンバータ４のコンバータ出力端に12Vバッテリ５と並列に接続されるものである。図１では、模式的に表しているが、照明電装品（例えば、ヘッドライト）、駆動モータ部品（例えば、ポンプモータ）、電動アクチュエータ部品（例えば、モータアクチュエータやソレノイドアクチュエータ）、などをいう。

前記車両制御部７は、車両やEV・HEVシステムを制御するコントローラの総称であり、所定の入力情報に基づき、DC/DCコンバータ４へ出力電圧指令を出力するDC/DCコンバータ出力制御を行う。車両制御部７へは、コンバータ入力電流センサ８、コンバータ入力電圧センサ９、コンバータ出力電流センサ１０、コンバータ出力電圧センサ１１からのセンサ情報が入力される。加えて、モータ回転数（指令値もしくは測定値）、モータトルク（指令値もしくは測定値）、減速Ｇの情報が入力される。

［DC/DCコンバータ出力制御構成］
図２は、実施例１の車両用電源供給装置の車両制御部７にて実行されるDC/DCコンバータ出力制御処理の流れを示す。以下、DC/DCコンバータ出力制御処理構成をあらわす図２の各ステップについて説明する（DC/DCコンバータ出力制御手段）。

ステップＳ１では、DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流が変動することを予測するコンバータ入力変動予測条件が成立したか否かを判断する。YES（コンバータ入力変動予測条件成立）の場合はステップＳ３へ進み、NO（コンバータ入力変動予測条件不成立）の場合はステップＳ２へ進む。
ここで、コンバータ入力変動予測条件は、モータ回転数（指令値もしくは測定値）、モータトルク（指令値もしくは測定値）、減速Ｇのうち、何れか一つの値がある一定値（変動予測判定閾値）を超えたときに成立と判断する。なお、モータ回転数、モータトルク、減速Ｇの変動予測判定閾値については、実験結果に基づきシステム毎に決定する。

ステップＳ２では、ステップＳ１でのコンバータ入力変動予測条件不成立であるとの判断に続き、DC/DCコンバータ４に対し、負荷状態（車両電装品６での消費電力等）に基づき決定された通常の出力電圧指令値を出力し、リターンへ進む。

ステップＳ３では、ステップＳ１でのコンバータ入力変動予測条件成立であるとの判断、或いは、ステップＳ４でのコンバータ出力電流がゼロでないとの判断に続き、DC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロとなって出力停止するように、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に低下させる出力電圧指令値を出力し、ステップＳ４へ進む。
なお、コンバータ出力電圧を低下させるランプ制御中に、DC/DCコンバータ４からの出力電圧が12Vバッテリ５からの電圧を下回ると、12Vバッテリ５から車両電装品６に電力を供給する。

ステップＳ４では、ステップＳ３でのコンバータ出力電圧を低下させるランプ制御に続き、DC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロ（出力停止）であるか否かを判断する。YES（コンバータ出力停止）の場合はステップＳ５へ進み、NO（コンバータ出力中）の場合はステップＳ３へ戻る。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのコンバータ出力停止であるとの判断、或いは、ステップＳ６での入力電圧リップル発生中であるとの判断に続き、DC/DCコンバータ４からの出力停止（出力電流＝０）を維持し、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、ステップＳ５でのコンバータ出力停止の維持に続き、入力電圧リップルの発生が収束しているか否かを判断する。YES（入力電圧リップル収束）の場合はステップＳ７へ進み、NO（入力電圧リップル発生中）の場合はステップＳ５へ戻る。
ここで、入力電圧リップルの収束は、例えば、入力電圧の変動振幅が収束判断閾値以下になったことで判断する。

ステップＳ７では、ステップＳ６での入力電圧リップル収束であるとの判断、或いは、ステップＳ８でのコンバータ出力が通常出力に到達していないとの判断に続き、DC/DCコンバータ４からの出力電流を通常出力に戻すように、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に上昇させる出力電圧指令値を出力し、ステップＳ８へ進む。
なお、コンバータ出力電圧を上昇させるランプ制御中に、DC/DCコンバータ４からの出力電圧が12Vバッテリ５からの電圧を上回ると、DC/DCコンバータ４から車両電装品６に電力を供給する。

ステップＳ８では、ステップＳ７でのコンバータ出力電圧を上昇させるランプ制御に続き、DC/DCコンバータ４からの出力電流が元の通常出力まで復帰したか否かを判断する。YES（通常出力復帰）の場合はリターンへ進み、NO（通常出力未復帰）の場合はステップＳ７へ戻る。

次に、作用を説明する。
実施例１の車両用電源供給装置における作用を、［背景技術］、［DC/DCコンバータ出力制御作用］に分けて説明する。

［背景技術］
まず、インバータのスイッチングにより入力電圧もしくは入力電流が変動してもDC/DCコンバータの出力制御として通常制御を行うものを比較例とする。
図３の矢印Ａは、インバータのスイッチングにより入力電圧が１kHz〜20kHzで変動している状態を示し、図３の矢印Ｂは、インバータのスイッチングにより入力電流が１kHz〜20kHzで変動している状態を示す。
このように、入力電流が１kHz〜20kHzで変動し、DC/DCコンバータが出力状態であると、DC/DCコンバータのトランス、コイル、電解コンデンサ等から騒音が発生する。

これに対し、従来の騒音対策では、発生した音を減衰させるために、DC/DCコンバータのケースに吸音材や遮音材を張り付けている。また、特開2009-153262号公報では、外部に設置したスピーカから騒音を相殺する音を発生させている。

すなわち、DC/DCコンバータからの騒音発生を許容し、騒音の減衰や相殺により対策するものであるため、吸音材や遮音材やスピーカの設置を要し、コストアップになるという課題がある。

［DC/DCコンバータ出力制御作用］
本発明は、騒音の発生原因である入力電圧もしくは入力電流に着目し、吸音材や遮音材やスピーカの設置を不要としながら、発生する騒音を小さく抑えるようにした。以下、実施例１でのDC/DCコンバータ出力制御作用を、図２、図４及び図５に基づき説明する。

コンバータ入力変動予測条件が不成立のときは、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→リターンへと進み、ステップＳ２では、DC/DCコンバータ４に対し、負荷状態に基づき決定された通常の出力電圧指令値が出力される。

そして、コンバータ入力変動予測条件が成立すると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ３→ステップＳ４へと進む。そして、ステップＳ４において、DC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロと判断されるまで、ステップＳ３→ステップＳ４へと進む流れが繰り返される。ステップＳ３では、DC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロとなって出力停止するように、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に低下させる出力電圧指令値が出力される。なお、コンバータ出力電圧を低下させるランプ制御中に、DC/DCコンバータ４からの出力電圧が12Vバッテリ５からの電圧を下回ると、12Vバッテリ５から車両電装品６に電力が供給される。

ステップＳ４において、DC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロと判断されると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ４からステップＳ５→ステップＳ６へと進む。そして、ステップＳ６において、入力電圧リップルの発生が収束していると判断されるまで、ステップＳ５→ステップＳ６へと進む流れが繰り返される。ステップＳ５では、DC/DCコンバータ４からの出力停止（出力電流＝０）が維持される。

ステップＳ６において、入力電圧リップルの発生が収束していると判断されると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ６からステップＳ７→ステップＳ８へと進む。そして、ステップＳ８において、DC/DCコンバータ４からの出力電流が元の通常出力まで復帰したと判断されるまで、ステップＳ７→ステップＳ８へと進む流れが繰り返される。ステップＳ７では、DC/DCコンバータ４からの出力電流を通常出力に戻すように、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に上昇させる出力電圧指令値が出力される。なお、コンバータ出力電圧を上昇させるランプ制御中に、DC/DCコンバータ４からの出力電圧が12Vバッテリ５からの電圧を上回ると、DC/DCコンバータ４から車両電装品６に電力が供給される。そして、ステップＳ８において、DC/DCコンバータ４からの出力電流が元の通常出力まで復帰したと判断されると、リターンへ進み、コンバータ入力変動予測条件が不成立である間、ステップＳ１→ステップＳ２→リターンへと進む流れが繰り返される。

上記のように、実施例１では、DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流の変動を検出している間（リップル発生）、DC/DCコンバータ４の出力を停止する制御を行う構成を採用した。
すなわち、インバータ２から発生した電圧リップルもしくは電流リップルにより、DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流が変動した時にDC/DCコンバータ４が出力状態であると、図４の特性から明らかなように、騒音が発生する。この時、図５の矢印Ｃに示すように、DC/DCコンバータ４が停止するように出力電圧を制御すると、図５の矢印Ｄに示すように、DC/DCコンバータ４の出力電流がゼロになり出力停止状態とされる。このように、インバータ２のスイッチングにより入力電圧が１kHz〜20kHzで変動するが、図５の矢印Ｅに示すように、入力電流がゼロのままで変動しないことで、DC/DCコンバータ４から騒音が発生しない。
この結果、スピーカ等の設置を不要としコストアップを抑えながら、DC/DCコンバータ４への入力電圧・電流変動を起因とする騒音の発生を防止することができる。

実施例１では、DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流の変動が予測検出されると、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に低下させるランプ制御を開始する構成を採用した。
例えば、DC/DCコンバータ４の電圧を急激に変化させるとライトのちらつき等の問題がある。これに対し、図５の時刻t1にてDC/DCコンバータ４の入力変動が予測検出されると、時刻t3にてDC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロとなって出力停止するように、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に低下させるランプ制御が開始される。
このように、入力電圧もしくは入力電流が変動することを事前に検知することで、DC/DCコンバータ４の出力電圧をランプ状に変化させる時間が確保できるため、出力電圧の急激な変化によるライトのちらつき等を防止できる。
ここで、DC/DCコンバータ４からの出力電圧が12Vバッテリ５からの電圧を下回る時刻t2になると、図５の矢印Ｆに示すように、12Vバッテリ電圧＞DC/DCコンバータ電圧の関係を保つ時刻t5まで、12Vバッテリ５から車両電装品６に電力が供給される。

実施例１では、DC/DCコンバータ４の出力停止制御中、入力電圧リップルの発生が収束すると、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に上昇させるランプ制御を開始する構成を採用した。
例えば、DC/DCコンバータ４の電圧を急激に変化させると、上記同様に、ライトのちらつき等の問題がある。これに対し、図５の時刻t4にて入力電圧リップル（図５の矢印Ｇ）の発生が収束したと判断されると、時刻t6にてDC/DCコンバータ４からの出力電流を通常出力に戻すように、DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に上昇させるランプ制御が開始される。
このように、入力電圧リップルの発生収束を検知すると、DC/DCコンバータ４の出力電圧をランプ状に変化させる時間を確保した復帰制御を行うことで、出力電圧の急激な変化によるライトのちらつき等を防止できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用電源供給装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 高電圧バッテリ１と走行駆動用モータ３の間に介装され、直流/交流を変換するインバータ２と、
前記高電圧バッテリ１又は前記インバータ２からの入力を降圧し、並列に接続された低電圧バッテリ（12Vバッテリ５）と車両電装品６へ出力するDC/DCコンバータ４と、
前記DC/DCコンバータ４の出力を制御するDC/DCコンバータ出力制御手段（車両制御部７）と、
を備えた車両用電源供給装置において、
前記DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流の変動を検出するコンバータ入力変動検出手段（コンバータ入力電流センサ８、コンバータ入力電圧センサ９）を設け、
前記DC/DCコンバータ出力制御手段（車両制御部７）は、前記DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流の変動を検出している間、前記DC/DCコンバータ４の出力を停止する制御を行う（図２）。
このため、コストアップを抑えながら、DC/DCコンバータ４への入力電圧・電流変動を起因とする騒音の発生を防止することができる。

(2) 前記DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流が変動することを予測検出するコンバータ入力変動予測検出手段（図２のステップＳ１）を設け、
前記DC/DCコンバータ出力制御手段（車両制御部７）は、前記DC/DCコンバータ４の入力電圧もしくは入力電流の変動が予測検出されると、前記DC/DCコンバータ４からの出力電流がゼロとなって出力停止するように、前記DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に低下させるランプ制御を開始し、前記DC/DCコンバータ４からの出力電圧が前記低電圧バッテリ（12Vバッテリ５）からの電圧を下回ると、前記低電圧バッテリ（12Vバッテリ５）から前記車両電装品６に電力を供給する（図２）。
このため、(1)の効果に加え、コンバータ入力変動予測に基づくランプ制御により、DC/DCコンバータ４の出力停止制御の開始域にて出力電圧の急激な変化によるライトのちらつき等を防止することができる。

(3) 前記コンバータ入力変動検出手段は、前記DC/DCコンバータ４の入力電圧リップルを検出する手段（コンバータ入力電圧センサ９）であり、
前記DC/DCコンバータ出力制御手段（車両制御部７）は、前記DC/DCコンバータ４の出力停止制御中、入力電圧リップルの発生が収束すると、前記DC/DCコンバータ４からの出力電流を通常出力に戻すように、前記DC/DCコンバータ４からの出力電圧を徐々に上昇させるランプ制御を開始し、前記DC/DCコンバータ４からの出力電圧が前記低電圧バッテリ（12Vバッテリ５）からの電圧を上回ると、前記DC/DCコンバータ４から前記車両電装品６に電力を供給する（図２）。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、入力電圧リップルの収束判定に基づくランプ制御により、DC/DCコンバータ４の出力停止制御の復帰域にて出力電圧の急激な変化によるライトのちらつき等を防止ことができる。

以上、本発明の車両用電源供給装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。

実施例１では、DC/DCコンバータ出力制御手段として、入力電圧もしくは入力電流が変動することを事前に検知することで、DC/DCコンバータ４の出力電圧をランプ状に変化させる例を示した。しかし、DC/DCコンバータ出力制御手段としては、入力電圧もしくは入力電流の変動のうち、騒音の原因となる周波数域の変動が検知されるとDC/DCコンバータ出力停止制御を開始し、騒音の原因となる周波数域の変動が検知されなくなるとDC/DCコンバータ出力停止制御を終了するような例であっても良い。

実施例１では、本発明の車両用電源供給装置を、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)などの電動パワートレーン車両に適用する例を示した。しかし、本発明の車両用電源供給装置は、高電圧バッテリ、インバータ、走行駆動用モータ、DC/DCコンバータ、低電圧バッテリ、車両電装品を備えた電動車両であれば適用できる。

１ 高電圧バッテリ
２ インバータ
３ 走行駆動用モータ
４ DC/DCコンバータ
５ 12Vバッテリ（低電圧バッテリ）
６ 車両電装品
７ 車両制御部（DC/DCコンバータ出力制御手段）
８ コンバータ入力電流センサ（コンバータ入力変動検出手段）
９ コンバータ入力電圧センサ（コンバータ入力変動検出手段）
１０ コンバータ出力電流センサ
１１ コンバータ出力電圧センサ

Claims (3)

1. 高電圧バッテリと走行駆動用モータの間に介装され、直流/交流を変換するインバータと、
   前記高電圧バッテリ又は前記インバータからの入力を降圧し、並列に接続された低電圧バッテリと車両電装品へ出力するDC/DCコンバータと、
   前記DC/DCコンバータの出力を制御するDC/DCコンバータ出力制御手段と、
   を備えた車両用電源供給装置において、
   前記DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動を検出するコンバータ入力変動検出手段を設け、
   前記DC/DCコンバータ出力制御手段は、前記DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動を検出している間、前記DC/DCコンバータの出力を停止する制御を行う
   ことを特徴とする車両用電源供給装置。
2. 請求項１に記載された車両用電源供給装置において、
   前記DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流が周期的な変動することを予測検出するコンバータ入力変動予測検出手段を設け、
   前記DC/DCコンバータ出力制御手段は、前記DC/DCコンバータの入力電圧もしくは入力電流の周期的な変動が予測検出されると、前記DC/DCコンバータからの出力電流がゼロとなって出力停止するように、前記DC/DCコンバータからの出力電圧を徐々に低下させるランプ制御を開始し、前記DC/DCコンバータからの出力電圧が前記低電圧バッテリからの電圧を下回ると、前記低電圧バッテリから前記車両電装品に電力を供給する
   ことを特徴とする車両用電源供給装置。
3. 請求項１又は２に記載された車両用電源供給装置において、
   前記コンバータ入力変動検出手段は、前記DC/DCコンバータの入力電圧リップルを検出する手段であり、
   前記DC/DCコンバータ出力制御手段は、前記DC/DCコンバータの出力停止制御中、入力電圧リップルの発生が収束すると、前記DC/DCコンバータからの出力電流を通常出力に戻すように、前記DC/DCコンバータからの出力電圧を徐々に上昇させるランプ制御を開始し、前記DC/DCコンバータからの出力電圧が前記低電圧バッテリからの電圧を上回ると、前記DC/DCコンバータから前記車両電装品に電力を供給する
   ことを特徴とする車両用電源供給装置。