JP6534445B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

この発明はＤＣ−ＤＣコンバータを有する電力変換装置に関するものである。
２つの異なる電圧のバッテリを持つハイブリッド自動車では、高圧バッテリ電圧を低圧バッテリ電圧へ変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータを有する。２つの異なる電圧のバッテリにはそれぞれの電圧帯で動作可能な電装品が接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータは常に高圧バッテリ電圧を一定にする制御を行う。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０‐１６１８９８号公報
上記特許文献１における制御部は、通常走行時、バッテリ電圧が異常低下していない場合、出力電圧指令値と出力電圧検出値を用いてフィードバック制御を行うと同時に、入力電圧検出値と出力電圧指令値を用いてフィードフォワード制御を行う。
このように、出力電圧または入力電圧の検出値を用いて電力変換器の操作量を演算して制御を行う。しかし、バッテリ電圧異常低下時に、入力電圧の検出値が異常低下した場合、フィードフォワード制御とフィードバック制御の２つの制御から、フィードバック制御のみに切替えるが、このフィードバック制御の演算結果が低下し、電圧が異常低下したバッテリ側の電圧はさらに低下する。これにより、バッテリに接続される電装品の動作可能下限電圧を下回ると、連続運転が不可能となる問題点がある。
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、バッテリ電圧が異常低下した場合においても、バッテリに接続される電装品の動作可能下限電圧を下回ることなくバッテリ電圧を制御可能にすることを目的としている。
本発明による電力変換装置は、
第１の直流電源に接続される１次側端子と第２の直流電源に接続される２次側端子とを有し、一方の端子より入力された電力を電力変換して他方の端子から出力する電力変換部、
電力変換部の１次側端子の電圧を検出する第１の電圧検出部、
電力変換部の２次側端子の電圧を検出する第２の電圧検出部、
電力変換部の出力電圧を制御するための操作量を演算する制御部、
第１の直流電源の異常を判断する電源監視部、を備え、
制御部は、
第１の電圧検出部の検出値と第１の電圧指令値との差による第２のフィードバック演算部の出力と第２の所定値とを加算した値に基づいて電力変換部の第１の操作量を出力する第１の演算部と、
第２の電圧検出部の検出値と第２の電圧指令値との差による第１のフィードバック演算部の出力と第１の所定値とを加算した値に基づいて電力変換部の第２の操作量を出力する第２の演算部と、
電源監視部の判断結果に応じて、正常時に第２の操作量を電力変換部に出力し、２次側端子の電圧の一定制御を行い、
異常時に、第１の操作量を電力変換部に出力し、１次側端子の電圧の一定制御を行うように切替える制御切替部と、を備え、
第１の所定値、及び第２の所定値は、第１の電圧検出部の検出値の平均値と第２の電圧検出部の検出値の平均値とに基づき算出されること、を特徴とする。
本発明による電力変換装置は、第１の電圧検出部の検出値の平均値と第２の電圧検出部の検出値の平均値とに基づいて算出された所定値により操作量を算出するため電力変換部を制御する操作量の急変を防止することができ、安定した電力供給が可能となる。
本発明の実施の形態１による電力変換装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１の制御部のハードウエア構成図である。 本発明の実施の形態１における制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１における制御切替手段のフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子に入力するゲート信号の生成図である。 本発明の実施の形態１における動作波形の概念図である。 本発明の実施の形態２における電力変換装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態２における制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるバッテリ状態信号に基づく一定制御電圧切替の概念図である。 本発明の実施の形態２における一定制御切替前後における１次側電圧検出値と、その平均値の動作波形概略図である。 本発明の実施の形態３における電力変換装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態３におけるバッテリ状態信号と１次側電圧検出値の動作波形概略図である。 本発明の実施の形態３の制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態３における一定制御切替前後における１次側電圧検出値と、その平均値の動作波形概略図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態４におけるバッテリ状態信号と電流検出値の動作波形概略図である。 本発明の実施の形態４の制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態４における一定制御切替前後における１次側電圧検出値の動作波形概略図である。 本発明の実施の形態５の制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態６における電力変換装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態６の制御部の機能ブロック図である。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電力変換装置の全体構成図である。本装置は、直流電圧を出力する電力変換部１２と、電力変換部１２を制御する制御部１００と、第１のバッテリ１のバッテリ状態を演算するバッテリ状態演算部１３と、バッテリ接続状態を出力可能な第１のバッテリ１と、第１の負荷２と、第２の負荷１０と、第２のバッテリ１１とを有する。電力変換部１２、制御部１００、およびバッテリ状態演算部で電力変換装置を構成している。本実施の形態１では第１の負荷２と第２の負荷１０は、電装品である。
第１のバッテリ１は正極端１ａと、負極端１ｂと、第１のバッテリ１の接続状態を出力する信号出力端子1ｃとを有している。正極端１ａと負極端１ｂに電力変換部１２の１次側と第１の負荷２が並列に接続され、信号出力端子1ｃはバッテリ状態演算部１３に接続される。また、第２のバッテリ１１の正極端１１ａと負極端１１ｂに、電力変換部１２の２次側と、第２の負荷１０が並列に接続される。加えて、負極端１ｂと負極端１１ｂとが接続される。
直流−直流変換を行う電力変換部１２は、第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子６、リアクトル７、入力コンデンサ３、出力コンデンサ８、第１の電圧検出部４、第２の電圧検出部９により構成される。本実施の形態１では、第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子６は絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として説明を行う。第１の電圧検出部４は出力端子４ｃを有し、出力端子４ｃは制御部１００に接続される。また、第２の電圧検出部９は出力端子９ｃを有し、出力端子９ｃは制御部１００に接続される。
第１のスイッチング素子５は、第１の主端子５ａと、第２の主端子５ｂと、制御端子５ｃとを有している。第１の主端子５ａは、第１のバッテリ１の正極端１ａに接続される。また、第２のスイッチング素子６は、第１の主端子６ａと、第２の主端子６ｂと、制御端子６ｃとを有している。第１の主端子６ａは、第１のスイッチング素子５の第２の主端子５ｂに接続され、第２の主端子６ｂは、第１のバッテリ１の負極端１ｂに接続されている。
リアクトル７の一端は、第１のスイッチング素子５の第２の主端子５ｂ（第２のスイッチング素子６の第１の主端子６ａ）に接続され、リアクトル７の他端は出力コンデンサ８の一端に接続される。
入力コンデンサ３は、第１のバッテリ１と、第１の電圧検出部４に並列に接続される。また、出力コンデンサ８は、第２のバッテリ１１と、第２の電圧検出部９に並列に接続される。
バッテリ状態演算部１３は、第１のバッテリ１の信号出力端子１ｃに接続される。
第１のバッテリ１は、バッテリの回路接続状態を検知し、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅを信号出力端子１ｃから出力する。このバッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅに基づいて、バッテリ状態演算部１３は、第１のバッテリ１の回路接続状態を判断し、第１のバッテリ１が回路から遮断されていると判断した際に、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒとして１を出力し、第１のバッテリ１が回路と接続していると判断した際には、０を出力する。第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒは制御部１００に入力される。
制御部１００は、バッテリ状態演算部１３と、第１の電圧検出部４の出力端子４ｃと、第２の電圧検出部９の出力端子９ｃと、第１のスイッチング素子５の制御端子５ｃと、第２のスイッチング素子６の出力端子６ｃに接続される。制御部１００は、図２に示すように、プロセッサ（ＭＰＵ）とメモリに格納されたコンピュータプログラムの組合せによって実現してもよいし、ＡＳＩＣ等の専用のハードウエアによって実現してもよいし、ＦＰＧＡのような再構成可能なゲートアレイによって実現してもよいし、これらの組合せによって実現してもよい。
第１の電圧検出部４は、入力コンデンサ３に印加される電圧を検出し、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎを制御部１００に出力する。
第２の電圧検出部９は、出力コンデンサ８に印加される電圧を検出し、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎを制御部１００に出力する。
制御部１００に入力された、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎと、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎと、入力電圧指令値Ｖ１＊と、出力電圧指令値Ｖ２＊とに基づき、スイッチング素子を駆動するゲート信号を算出し、第１のスイッチング素子５の制御端子５ｃに第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅを出力し、第２のスイッチング素子６の制御端子６ｃに第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅを出力する。
図３は、実施の形態１における制御部１００の機能ブロック図である。
制御部１００は、２次側電圧一定制御演算部１１１と、１次側電圧一定制御演算部１１２と、制御切替部１１３と、ゲート駆動信号生成部１１４とで構成される。２次側電圧一定制御演算部１１１と１次側電圧一定制御演算部１１２の出力は、制御切替部１１３に入力され、制御切替部１１３の出力はゲート駆動信号生成部１１４に入力される。
２次側電圧一定制御演算部１１１は、第１の固定操作量演算部１０１と、第１のフィードバック演算部１０２と、加算部１０８とで構成される。
第１の固定操作量演算部１０１は、第１の予め定められた固定値Ｆｉｘ１１と、第２の予め定められた固定値Ｆｉｘ１２とが入力され、これらの固定値に基づき演算した値を第１の固定操作量ＤＦｉｘ１として出力する。
第１のフィードバック演算部１０２は、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎと、出力電圧指令値Ｖ２＊とが入力され、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎと出力電圧指令値Ｖ２＊との差に基づき、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御もしくはＰＩ（Proportional-Integral）制御を行い、第１のフィードバック演算部１０２の操作量ＤＦＢ１を出力する。
加算部１０８は、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１と、第１のフィードバック演算部１０２の操作量ＤＦＢ１を加算し、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２を出力する。
１次側電圧一定制御演算部１１２は、第２の固定操作量演算部１０３と、第２のフィードバック演算部１０４と、加算部１０９１とで構成される。
第２の固定操作量演算部１０３は、前述した第１の固定操作量演算部１０１と同様、第１の予め定められた固定値Ｆｉｘ１１と、第２の予め定められた固定値Ｆｉｘ１２とが入力され、これらの固定値に基づき演算した値を第２の固定操作量ＤＦｉｘ２として出力する。
第２のフィードバック演算部１０４は、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎと、入力電圧指令値Ｖ１＊とが入力され、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎと入力電圧指令値Ｖ１＊との差に基づき、ＰＩＤ制御もしくはＰＩ制御を行い、第２のフィードバック演算部１０４の操作量ＤＦＢ２を出力する。
加算部１０９１は、第２の固定操作量ＤＦｉｘ２と、第２のフィードバック演算部１０４の操作量ＤＦＢ２を加算し、１次側電圧一定制御における第２のスイッチング素子６の操作量ＤＶ１’を減算部１０９２へ出力する。第１のスイッチング素子５の操作量である、１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１と第２のスイッチング素子６の操作量ＤＶ１’の合計は１となるため、減算部１０９２は、１から第２のスイッチング素子６の操作量ＤＶ１’を減算し、第１のスイッチング素子５の操作量である１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１を出力する。
図４は、制御切替部１１３の制御切替手段２００に係るフローチャートである。制御切替手段２００は、常時、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２と、１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１とが入力され、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒに応じて、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２、又は１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１を、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈとして出力する。
即ち、正常時、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒは０であり、第１のバッテリ１は回路と接続されていることから、２次側電圧一定制御を行うため、制御切替手段２００は、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２を第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈとして出力する。
一方、異常時は、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒは１であり、第１のバッテリ１は回路と遮断されていることから、１次側電圧一定制御を行うため、制御切替手段２００は、１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１を第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈとして出力する。
ゲート駆動信号生成部１１４は、コンパレータ１０６とコンパレータ１０７と減算部１１０とで構成される。
コンパレータ１０６の入力は、制御切替手段２００の出力とキャリア波Ｃａｒｒｉｅｒであり、出力は、制御端子５ｃに接続され、第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅを出力する。
減算部１１０は、制御切替手段２００の出力から動作周期Ｔｓｗの１周期におけるデッドタイムｔｄを操作量に換算した２ｔｄ／Ｔｓｗを減算し、第２のスイッチング素子６の操作量Ｄｌを出力する。
コンパレータ１０７は、第２のスイッチング素子６の操作量Ｄｌと、キャリア波Ｃａｒｒｉｅｒとを入力とする。出力は制御端子６ｃと接続され、第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅを出力する。
図５は、実施の形態１の第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅと、第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅの生成図である。第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈと、第２のスイッチング素子６の操作量Ｄｌと、キャリア波Ｃａｒｒｉｅｒと，第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅと，第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅの波形を示している。第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈとキャリア波Ｃａｒｒｉｅｒとをコンパレータ１０６で比較し、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈの方が大きい場合は第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅを１、小さい場合は第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅを０として出力する。一方で、第２のスイッチング素子６の操作量Ｄｌとキャリア波Ｃａｒｒｉｅｒをコンパレータ１０７で比較し、第２のスイッチング素子６の操作量Ｄｌの方が大きい場合に第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅを１として出力し、小さい場合は第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅを０として出力する。
図５中、デッドタイムｔｄは、第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅの立下り時間から第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅの立上り時間までの間と、第２のゲート信号Ｑ２＿ｇａｔｅの立下り時間から第１のゲート信号Ｑ１＿ｇａｔｅの立上り時間までの間に設ける。デッドタイムｔｄは、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６が同時にオンとならないための最小時間を確保する。第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６が同時にオンになると、第１のバッテリ１が短絡状態となるためである。第２のスイッチング素子６の操作量Ｄｌは、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈから、デッドタイムｔｄを動作周期Ｔｓｗを用いて電力変換部１２の操作量に換算した値を減算することで算出する。ただし、デッドタイムは動作周期Ｔｓｗの１周期に２回必要であるため、２ｔｄ／Ｔｓｗを第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈから減算する。
次に、実施の形態１の電力変換装置の動作について説明する。
まず、１次側電圧Ｖ１が異常低下していない正常時の動作について説明する。
正常時は、電力変換部１２は、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６の開閉制御を行い、１次側電圧Ｖ１である第１のバッテリ１の電圧を、２次側電圧Ｖ２である第２のバッテリ１１の電圧へ降圧し、２次側電圧一定制御を行う。
制御部１００の２次側電圧一定制御演算部１１１は、第１の予め定められた固定値Ｆｉｘ１１と、第２の予め定められた固定値Ｆｉｘ１２を用いて固定操作量演算を行う第１の固定操作量演算部１０１の第１の固定操作量ＤＦｉｘ１と、出力電圧指令値Ｖ２＊と２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎを用いてフィードバック演算を行う第１のフィードバック演算部１０２の操作量ＤＦＢ１と、を加算した演算結果である２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２を出力する。
第１の固定操作量ＤＦｉｘ１の計算は、固定値Ｆｉｘ１１と固定値Ｆｉｘ１２と理論式により一意に決定される。本実施の形態の電力変換部１２の場合、
ＤＦｉｘ１＝Ｆｉｘ１１／Ｆｉｘ１２
となるが、電力変換部１２の回路構成が変われば上記式も変わる。
次に、１次側電圧Ｖ１が異常低下している異常時は、電力変換部１２は、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６の開閉制御を行い、第１のバッテリ１の電圧を、第２のバッテリ１１の電圧へ昇圧し、１次側電圧一定制御を行う。
制御部１００の１次側電圧一定制御演算部１１２は、第２の固定操作量演算部１０３の出力である第２の固定操作量ＤＦｉｘ２と、入力電圧指令値Ｖ１＊と１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎを用いてフィードバック演算を行う第２のフィードバック演算部１０４の操作量ＤＦＢ２と、を加算した演算結果である１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１を出力する。第２の固定操作量ＤＦｉｘ２の計算は、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１の計算と同様、固定値Ｆｉｘ１１と固定値Ｆｉｘ１２と理論式により一意に決定される。本実施の形態の電力変換部１２の場合、
ＤＦｉｘ２＝Ｆｉｘ１１／Ｆｉｘ１２
となるが、電力変換部１２の回路構成が変われば上記式も変わる。
図６は、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒと、１次側電圧Ｖ１と、２次側電圧Ｖ２と、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２と、１次側電圧一定制御の操作量ＤＶ１の動作波形の概念図である。
１次側電圧制御の操作量ＤＶ１と、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２は制御部１００により常時演算されており、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒが０の場合は、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２を用いて２次側電圧一定制御を行う。
一方、１次側電圧Ｖ１の異常低下を検出したとき、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒが１となる。第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒが１の場合は、２次側電圧一定制御の操作量ＤＶ２による２次側電圧一定制御から切替えて、１次側電圧制御の操作量ＤＶ１を用いて１次側電圧一定制御を行う。このことから、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒが１になっても、操作量ＤＶ１に含まれる第２の固定操作量ＤＦｉｘ２の値が電力変換部１２の操作量の変化を抑制でき、切替え直後であっても所望の操作量に近い値を得られる。これにより、１次側電圧Ｖ１の低下を抑制し、第１の負荷２の動作可能最低電圧を下回ることがないため、第１の負荷２の連続運転が可能となり、従来よりも安定した動作が可能となる。
なお、本発明の実施の形態１では、電力変換部１２は降圧形コンバータで説明を行ったが、直流−直流変換が可能で、双方向に電力伝送ができる回路方式であればよい。
なお、本発明の実施の形態１では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いて説明を行ったが、バイポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ），シリコンカーバイドＭＯＳＦＥＴ，窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を用いても同様の効果が得られる。
また、本発明の実施の形態１では、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６のゲート信号を生成するために、コンパレータ１０６とコンパレータ１０７を用いて説明を行ったが、算出された電力変換装置の操作量をゲート信号に変調できる方式であればよい。
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による電力変換装置の全体構成図である。本発明の実施の形態２における電力変換装置の回路構成、及び動作は、基本的には前記実施の形態１の図１で示したものと同様である。図１と異なる構成を以下に説明する。
図７中、第１のバッテリ１が、リレースイッチ部１５とバッテリ部１４とで構成され、リレースイッチ部１５は信号出力端子１ｃから、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅをバッテリ状態演算部１３に出力する。リレースイッチ部１５は、本実施の形態２では、半導体で構成され、第１のバッテリ１に過電流、過電圧、過充電が発生した場合に、第１のバッテリ１を回路から遮断し、保護する機能を有する。
図８は、本発明の実施の形態２の制御部１００の機能ブロック図である。制御機能は、基本的には実施の形態１と同様である。実施の形態１の図２と異なるのは、第１の固定操作量演算部１０１の入力、及び第２の固定操作量演算部１０３の入力が、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅと、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅである点である。１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅと、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅは、電力変換装置の動作開始時からの平均値である。
図９は、本発明の実施の形態２による、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅに基づく、一定制御電圧切替の概念図である。
リレースイッチ部１５が、第１のバッテリ１を回路から遮断する際、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅは１から０に変わる。このバッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅに基づき、バッテリ状態演算部１３は第１のバッテリ１の接続状態を判断し、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒを０から１に変更する。このことから、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅに基づく、一定制御電圧切替が可能となる。
図１０は、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅと、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎとその平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅの動作波形概略図である。
第１の固定操作量演算部１０１は、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅと、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅとが入力され、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１を算出する。１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅを入力することにより、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの急変の影響を抑制できる。これにより、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈの急変を抑制でき、１次側電圧Ｖ１の急変を抑制するため、第１の負荷２の動作可能下限電圧を下回らない電圧制御が可能となる。
同様に、第２の固定操作量演算部１０３は、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅと、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅが入力され、第２の固定操作量ＤＦｉｘ２を算出する。
なお、本実施の形態２では、リレースイッチ部１５として、バッテリ状態信号を発することのできる半導体スイッチで説明を行ったが、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎに基づき制御を行うことから、温度ヒューズなどの機械スイッチを用いても、同様の効果が得られる。
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３による電力変換装置の全体構成図である。本発明の実施の形態３における電力変換装置の回路構成、及び動作は、基本的には実施の形態１の図１で示したものと同様である。図１と異なる構成を以下に説明する。
バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅが第１のバッテリ１から出力されず、第１の電圧検出部４が、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎを制御部１００と、バッテリ状態演算部１３に出力する。
図１２は、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅと１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの動作波形概略図である。図中、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎ＿１が最新の値であり、これ以前の１次側電圧検出値は順に、Ｖ１＿ｓｅｎ＿０、Ｖ１＿ｓｅｎ＿−１、Ｖ１＿ｓｅｎ＿−２、Ｖ１＿ｓｅｎ＿−３である。最新の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎ＿１が閾値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ｔｈを下回った場合、バッテリ状態演算部１３は、入力電圧が異常低下したと判断し、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒを１として制御部１００に出力する。
図１３は、本実施の形態３の制御部１００の機能ブロック図である。制御機能は、基本的には実施の形態１と同様である。実施の形態１の図２と異なるのは、第１の固定操作量演算部１０１、及び第２の固定操作量演算部１０３の入力が異常判断以前の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅ２、及び２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅ２である点である。
図１４は、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒと、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎと、その平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅ２の動作の概略図である。
第１の固定操作量演算部１０１は、異常判断以前の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅ２と、異常判断以前の２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅ２とが入力され、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１を算出する。これにより、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈの急変を抑制でき、１次側電圧Ｖ１の急変を抑制するため、第１の負荷２の動作可能下限電圧を下回らない電圧制御が可能となる。
同様に、第２の固定操作量演算部１０３は、異常判断以前の２次側電圧検出値の平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅ２と、異常判断以前の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅが入力され、第２の固定操作量ＤＦｉｘ２を算出する。
実施の形態４．
図１５は、本発明の実施の形態４による電力変換装置の全体構成図である。本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路構成、及び動作は、基本的には実施の形態１で示したものと同様であるため重複する部分の説明は割愛し、異なる部分のみの説明を行う。
異なる点は、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅが第１のバッテリ１から出力されず、電流検出部１６が、電流検出値Ｉ＿ｓｅｎをバッテリ状態演算部１３に出力する点である。バッテリ状態演算部１３は、電流検出値Ｉ＿ｓｅｎに基づき、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒを制御部１００に出力する。
図１６は、バッテリ状態信号Ｂａｔ１＿ｓｔａｔｅと第１の電流検出値Ｉ１＿ｓｅｎの動作波形概略図である。図中、第１の電流検出値Ｉ１＿ｓｅｎ＿１が最新値であり、これ以前の第１の電流検出値は順に、Ｉ１＿ｓｅｎ＿０、Ｉ１＿ｓｅｎ＿−１、Ｉ１＿ｓｅｎ＿−２、Ｉ１＿ｓｅｎ＿−３である。最新の第１の電流検出値Ｉ１＿ｓｅｎが閾値Ｉ１＿ｓｅｎ＿ｔｈを下回った場合、バッテリ状態演算部１３は、入力電圧が異常低下したと判断し、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒを１として制御部１００に出力する。
図１７は、制御部１００の機能ブロック図である。制御機能は、基本的には実施の形態１と同様であるため、異なる点のみ説明を行う。
実施の形態１の図２と異なる点は、第１の固定操作量演算部１０１の入力、及び第２の固定操作量演算部１０３の入力が異常判断直前の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎ＿０、及び異常判断直前の２次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎ＿０である点である。
図１８は、第１のバッテリ１のエラー信号Ｂａｔ１＿ｅｒｒと、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの動作波形概略図である。検出値の定義は、実施の形態３と同じとする。
第１の固定操作量演算部１０１は、異常判断直前の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎ＿０と、異常判断直前の２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎ＿０とが入力され、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１を算出する。これにより、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈの急変を抑制でき、１次側電圧Ｖ１の急変を抑制し、第１の負荷２の動作可能下限電圧を下回らない電圧制御が可能となる。同様に、第２の固定操作量演算部１０３は、異常判断直前の２次側電圧検出値平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿０と、異常判断直前の１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎ＿０とが入力され、第２の固定操作量ＤＦｉｘ２を算出する。
実施の形態５．
本発明の実施の形態５における電力変換装置の回路構成、動作については、実施の形態１で示したものと同様である。図１９は、制御部１００の機能ブロック図である。制御機能は、基本的には実施の形態１と同様であるため、異なる点のみ説明を行う。異なる点は、第１の固定操作量演算部１０１の入力、及び第２の固定操作量演算部１０３の入力が、第１のバッテリ１の公称値Ｖｎ１、及び第２のバッテリ１１の公称値Ｖｎ２である点である。
第１の固定操作量演算部１０１は、第１のバッテリ１の公称値Ｖｎ１と、第２のバッテリ１１の公称値Ｖｎ２とから、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１を算出する。これにより、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈの急変を抑制でき、１次側電圧Ｖ１の急変を抑制し、第１の負荷２の動作可能下限電圧を下回らない電圧制御が可能となる。同様に、第２の固定操作量演算部１０３は、第１のバッテリ１の公称値Ｖｎ１と、第２のバッテリ１１の公称値Ｖｎ２とから、第２の固定操作量ＤＦｉｘ２を算出する。第１のバッテリ１の公称値Ｖｎ１、及び第２のバッテリ１１の公称値Ｖｎ２はあらかじめ、制御部１００に格納されている。
実施の形態６．
図２０は、本発明の実施の形態６による電力変換装置の全体構成図である。本発明の実施の形態６における電力変換装置の回路構成、及び動作は、基本的には実施の形態１で示したものと同様であるため重複する部分の説明は割愛し、異なる部分のみの説明を行う。 異なる点は、電力変換部１２において、１次側電圧検出値の平均値を出力する第１のフィルタ回路部４１と、２次側電圧検出値の平均値を出力する第２のフィルタ回路部９１とを備えていることである。第１のフィルタ回路部４１の入力端は、第１の電圧検出部４の出力端子４ｃと接続され、出力端は制御部１００に接続される。第２のフィルタ回路部９１の入力端は、第２の電圧検出部９の出力端子９ｃと接続され、出力端は制御部１００に接続される。第１のフィルタ回路部４１は、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅ３を出力し、第２のフィルタ回路部９１は、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅ３を出力する。第１のフィルタ回路部４１、及び第２のフィルタ回路部９１は、アナログ回路であり、瞬時の電圧値から１つの値を出力する。また、電力変換装置の動作上、発生する電圧の微小な変化には応答しないため、これら第１及び第２のフィルタ回路部４１、９１の出力は平均値と考えられる。
図２１は、制御部１００の機能ブロック図である。制御機能は、基本的には前記実施の形態１と同様であるため、異なる点のみ説明を行う。
異なる点は、第１の固定操作量演算部１０１は、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅ３と、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅ３とが入力され、第１の固定操作量ＤＦｉｘ１を算出する。これにより、第１のスイッチング素子５の操作量Ｄｈの急変を抑制でき、１次側電圧Ｖ１の急変を抑制するため、第１の負荷２の動作可能下限電圧を下回らない電圧制御が可能となる。
同様に、第２の固定操作量演算部１０３は、２次側電圧検出値Ｖ２＿ｓｅｎの平均値Ｖ２＿ｓｅｎ＿ａｖｅ３と、１次側電圧検出値Ｖ１＿ｓｅｎの平均値Ｖ１＿ｓｅｎ＿ａｖｅ３が入力され、第２の固定操作量ＤＦｉｘ２を算出する
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。また同一符号は、同一または相当する構成、機能を有する部分を示す。
１ 第１のバッテリ、２ 第１の負荷、３ 入力コンデンサ、４ 第１の電圧検出部、５ 第１のスイッチング素子、６ 第２のスイッチング素子、７ リアクトル、８ 出力コンデンサ、９ 第２の電圧検出部、１０ 第２の負荷、１１ 第２のバッテリ、１２ 電力変換部、１３ バッテリ状態演算部、１００ 制御部、１１１ ２次側電圧一定制御演算部、１１２ １次側電圧一定制御演算部、１１３ 制御切替部、１１４ ゲート駆動信号生成部、２００ 制御切替手段。

Claims (8)

  1. 第１の直流電源に接続される１次側端子と第２の直流電源に接続される２次側端子とを有し、一方の端子より入力された電力を電力変換して他方の端子から出力する電力変換部、
    前記電力変換部の１次側端子の電圧を検出する第１の電圧検出部、
    前記電力変換部の２次側端子の電圧を検出する第２の電圧検出部、
    前記電力変換部の出力電圧を制御するための操作量を演算する制御部、
    前記第１の直流電源の異常を判断する電源監視部、を備え、
    前記制御部は、
    前記第１の電圧検出部の検出値と第１の電圧指令値との差による第２のフィードバック演算部の出力と第２の所定値とを加算した値に基づいて前記電力変換部の第１の操作量を出力する第１の演算部と、
    前記第２の電圧検出部の検出値と第２の電圧指令値との差による第１のフィードバック演算部の出力と第１の所定値とを加算した値に基づいて前記電力変換部の第２の操作量を出力する第２の演算部と、
    前記電源監視部の判断結果に応じて、正常時に前記第２の操作量を前記電力変換部に出力し、前記２次側端子の電圧の一定制御を行い、
    異常時に、前記第１の操作量を前記電力変換部に出力し、前記１次側端子の電圧の一定制御を行うように切替える制御切替部と、を備え、
    前記第１の所定値、及び前記第２の所定値は、前記第１の電圧検出部の検出値の平均値と前記第２の電圧検出部の検出値の平均値とに基づき算出されること、
    を特徴とする電力変換装置。
  2. 前記第１の電圧検出部の検出値の平均値と前記第２の電圧検出部の検出値の平均値は、前記電源監視部が異常を判断する以前に取得したそれぞれの検出電圧を平均して算出されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第１の電圧検出部の検出値の平均値は、前記第１の電圧検出部に接続されたアナログフィルタの出力であり、前記第２の電圧検出部の検出値の平均値は、前記第２の電圧検出部に接続されたアナログフィルタの出力であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 前記電源監視部は、前記第１の電圧検出部の検出値に基づいて異常を判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記電源監視部は、前記第１の直流電源から出力されるバッテリ状態信号に基づいて異常を判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 前記電源監視部は、前記電力変換部を流れる電流に基づいて異常を判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  7. 第１の直流電源に接続される１次側端子と第２の直流電源に接続される２次側端子とを有し、一方の端子より入力された電力をスイッチング素子により電力変換して他方の端子から出力する電力変換部、
    前記電力変換部の１次側端子の電圧を検出する第１の電圧検出部、
    前記電力変換部の２次側端子の電圧を検出する第２の電圧検出部、
    前記電力変換部の出力電圧を制御するための操作量を演算する制御部、
    前記第１の直流電源の接続状態から異常を判断する電源監視部、を備え、
    前記制御部は、
    前記第１の電圧検出部の検出値と第１の電圧指令値との差による第２のフィードバック演算部の出力と第２の所定値とを加算した値に基づいて前記スイッチング素子の第１の操作量を出力する第１の演算部と、
    前記第２の電圧検出部の検出値と第２の電圧指令値との差による第１のフィードバック演算部の出力と第１の所定値とを加算した値に基づいて前記スイッチング素子の第２の操作量を出力する第２の演算部と、
    前記電源監視部の判断結果が、正常時に前記第２の操作量を前記スイッチング素子に出力し、前記２次側端子の電圧の一定制御を行い、
    異常時に、前記第１の操作量を前記スイッチング素子に出力し、前記第１の直流電源が切り離された前記１次側端子の電圧の一定制御を行うように切替える制御切替部と、を備え、
    前記第１の所定値及び前記第２の所定値は、電力変換動作開始時からの前記第１の電圧検出部の検出値の平均値と電力変換動作開始時からの前記第２の電圧検出部の検出値の平均値とに基づき算出されること、
    を特徴とする電力変換装置。
  8. 第１の直流電源に接続される１次側端子と第２の直流電源に接続される２次側端子とを有し、一方の端子より入力された電力をスイッチング素子により電力変換して他方の端子から出力する電力変換部、
    前記電力変換部の１次側端子の電圧を検出する第１の電圧検出部、
    前記電力変換部の２次側端子の電圧を検出する第２の電圧検出部、
    前記電力変換部の出力電圧を制御するための操作量を演算する制御部、
    前記第１の直流電源の異常を判断する電源監視部、を備え、
    前記制御部は、
    前記第１の電圧検出部の検出値と第１の電圧指令値との差による第２のフィードバック演算部の出力と、第２の所定値とを加算した値に基づいて前記スイッチング素子の第１の操作量を出力する第１の演算部と、
    前記第２の電圧検出部の検出値と第２の電圧指令値との差による第１のフィードバック演算部の出力と、第１の所定値とを加算した値に基づいて前記スイッチング素子の第２の操作量を出力する第２の演算部と、
    前記電源監視部の判断結果が、正常時に前記第２の操作量を前記スイッチング素子に出力し、前記２次側端子の電圧の一定制御を行い、
    異常時に、前記第１の操作量を前記スイッチング素子に出力し、前記１次側端子の電圧の一定制御を行うように切替える制御切替部と、
    を備え、
    前記第１の所定値及び前記第２の所定値は、電力変換動作開始時から異常判断以前までの前記第１の電圧検出部の検出値の平均値と電力変換動作開始時から異常判断以前までの前記第２の電圧検出部の検出値の平均値とに基づき算出されること、
    を特徴とする電力変換装置。
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