JP6988582B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置へ電力を供給する電源システムに関する。

特許文献１に、フィードバックした出力電圧を所定の基準電圧と比較することでＤＣＤＣコンバーターから安定した出力電圧を供給する回路において、出力電圧を可変に制御する機能を有した電源回路が開示されている。

特開平８−１６８２３７号公報

特許文献１に記載の電源回路の構成では、出力電圧可変用の基準電圧の出力誤差や出力電圧を分圧する抵抗素子のばらつきなどによって、ＤＣＤＣコンバーターの出力電圧可変機能の精度が低下してしまう。また、ＤＣＤＣコンバーターの出力電圧を高精度に可変するために高価な基準電圧生成回路を用いていており、電源回路のコストが高くなる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、高価な基準電圧生成回路を用いることなく、ＤＣＤＣコンバーターの出力電圧可変機能の精度を向上させることができる電源システム、を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、ＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置へ電力を供給する電源システムであって、蓄電装置の端子電圧を検出する電圧検出部と、ＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置へ流れる電流を検出する電流検出部と、予め定めた目標出力電圧に対応付けられた指示電圧に基づいてＤＣＤＣコンバーターの出力電圧を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、電流検出部で検出された電流が所定の値であるとき、この電流、電圧検出部で検出された電圧、及びＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置までのインピーダンスに基づいて、ＤＣＤＣコンバーターが実際に出力する実出力電圧を算出し、実出力電圧とＤＣＤＣコンバーターに実際に指示した目標出力電圧との差に基づいて、指示電圧を補正する、ことを特徴とする。

この本発明の一態様による電源システムでは、蓄電装置の端子電圧を基準として、流入電流及び線路インピーダンスからＤＣＤＣコンバーターが実際に出力している実出力電圧を算出する。そして、ＤＣＤＣコンバーターにおける実出力電圧とＤＣＤＣコンバーターに指示した目標出力電圧との差に基づいて、ＤＣＤＣコンバーターに指示する電圧を補正する。これにより、電源システムに内在する様々なばらつき要因による電圧制御誤差を減少させることができる。

上記本発明の電源システムによれば、高価な基準電圧生成回路を用いることなく、ＤＣＤＣコンバーターの出力電圧可変機能の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電源システムの概略構成を示す図 指示電圧と目標出力電圧との対応関係を例示する図 本電源システムが実行する電圧補正制御の処理手順を示すフローチャート 図３のステップＳ３０１〜Ｓ３０３までに行われる処理の概要を説明する図 本電源システムの参考例を説明する図

［概要］
本発明の電源システムは、ＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置に流れる電流、蓄電装置の端子電圧、及びＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置までのインピーダンスに基づいて、ＤＣＤＣコンバーターが実際に出力している実出力電圧を算出する。そして、ＤＣＤＣコンバーターにおける実出力電圧とＤＣＤＣコンバーターに指示した目標出力電圧との差に基づいて、ＤＣＤＣコンバーターに指示する電圧を補正する。これにより、ＤＣＤＣコンバーターの出力電圧可変機能の精度を向上させることができる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電源システム１の概略構成を示す図である。図１に例示した電源システム１は、ＤＣＤＣコンバーター１０と、蓄電装置２０と、ＤＤＣ制御装置３０と、電流検出部４０と、電圧検出部５０と、を備えている。

ＤＣＤＣコンバーター１０は、後述するＤＤＣ制御装置３０からの制御指令に従って、図示しない入力電圧を所定の出力電圧Ｖoutに変換して出力することができる電圧変換器である。このＤＣＤＣコンバーター１０は、電圧差算出部１１と、電圧制御部１２と、を含んでいる。

電圧差算出部１１は、電圧制御部１２の出力電圧ＶoutとＤＤＣ制御装置３０から指示される指示電圧Ｖinstとに基づいて、出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの電圧差を算出する。具体的には、この電圧差算出部１１は、出力電圧Ｖoutを分圧する抵抗ｒ1及び抵抗ｒ2、及び抵抗分圧点ａの電圧を所定の基準電圧Ｖrefと比較する比較器compで構成され、抵抗ｒ3を介して印加される指示電圧Ｖinstによって変化する抵抗分圧点ａの電圧と基準電圧Ｖrefと比較結果を、出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの電圧差として電圧制御部１２に出力する。

電圧制御部１２は、電圧差算出部１１で算出された出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの電圧差に基づいて、目標出力電圧Ｖtargetに近づくように出力電圧Ｖoutを制御する。具体的には、電圧制御部１２は、現在の出力電圧Ｖoutが目標出力電圧Ｖtargetよりも高ければ、出力電圧Ｖoutを下降させるように制御し、現在の出力電圧Ｖoutが目標出力電圧Ｖtargetよりも低ければ、出力電圧Ｖoutを上昇させるように制御する。出力電圧Ｖoutの上昇／下降は、例えば、スイッチング素子のオンオフ状態（デューティ比）を変化させることで可能である。

蓄電装置２０は、例えばリチウムイオン二次電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この蓄電装置２０は、ＤＣＤＣコンバーター１０が出力する電力を蓄えたり、自らが蓄えている電力を図示しない負荷に供給したりする。

電流検出部４０は、例えば電流センサーで構成されており、ＤＣＤＣコンバーター１０から蓄電装置２０に流れ込む電流を検出するための構成である。この電流検出部４０には、蓄電装置２０を含む電池モジュールや電池パックに予め内蔵されている電流検出機能を用いることができる。電流検出部４０で検出された電流Ｉbattは、ＤＤＣ制御装置３０へ出力される。

電圧検出部５０は、例えば電圧センサーで構成されており、蓄電装置２０の端子に現れる電圧を検出するための構成である。この電圧検出部５０には、蓄電装置２０を含む電池モジュールや電池パックに予め内蔵されている電圧検出機能を用いることができる。電圧検出部５０で検出された電圧Ｖbattは、ＤＤＣ制御装置３０へ出力される。

ＤＤＣ制御装置３０は、例えばマイコンなどを含んで形成され、ＤＣＤＣコンバーター１０（ＤＤＣ）の出力電圧Ｖoutを制御することができる構成である。このＤＤＣ制御装置３０は、目標電圧指示部３１及び電圧補正部３２を、含んでいる。

目標電圧指示部３１は、ＤＣＤＣコンバーター１０の出力電圧Ｖoutを所定の目標出力電圧Ｖtargetに制御するために必要な指示電圧Ｖinstを、ＤＣＤＣコンバーター１０の電圧差算出部１１へ指示するための構成である。この目標電圧指示部３１には、図２に示すような指示電圧Ｖinstと目標出力電圧Ｖtargetとの対応関係を示すデータが、例えばマップ形式で記憶されており、目標電圧指示部３１は、このマップデータに基づいて必要な指示電圧Ｖinstを電圧差算出部１１に指示する。

電圧補正部３２は、電流検出部４０で検出された電流Ｉbattと、電圧検出部５０で検出された電圧Ｖbattと、ＤＣＤＣコンバーター１０と蓄電装置２０とを接続する線路における既知のインピーダンスＲbattとに基づいて、ＤＣＤＣコンバーター１０の出力端子に実際に現れている出力電圧Ｖoutを算出する。インピーダンスＲbattには、蓄電装置２０の内部抵抗が含まれていてもよい。この算出手法については後述する。そして、電圧補正部３２は、この算出した実際の出力電圧Ｖoutと、目標電圧指示部３１が指示電圧Ｖinstによって制御しようとしている目標出力電圧Ｖtargetとの乖離を判断する。この判断に基づいて、電圧補正部３２は、算出した実際の出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの乖離がなくなるように、目標電圧指示部３１が電圧差算出部１１に指示する指示電圧Ｖinstを補正する。一例として、電圧補正部３２は、目標電圧指示部３１が記憶する指示電圧Ｖinstと目標出力電圧Ｖtargetとの対応関係を示すマップデータ（図２）を補正して新たに保存する。

［制御］
次に、図３をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る電源システム１が実行する制御を説明する。図３は、本電源システム１のＤＤＣ制御装置３０が実行する電圧補正制御の処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１：ＤＤＣ制御装置３０は、電流検出部４０で検出されるＤＣＤＣコンバーター１０から蓄電装置２０に流れ込む電流Ｉbattを監視（取得）しながら、目標出力電圧Ｖtargetを初期値から徐々に上昇させていく、つまり目標出力電圧Ｖtargetの初期値に対応付けられている指示電圧Ｖinstの値を徐々に下降させていく。この目標出力電圧Ｖtargetの初期値は、蓄電装置２０へ電流が流れない蓄電装置２０の端子電圧よりも低い電圧とする。また、徐々に上昇させていく目標出力電圧Ｖtargetの変化幅は、電源システム１に要求される精度に応じて設定すればよく、例えば１０ｍＶ単位の精度が要求される場合には１０ｍＶ以下の変化幅とすればよい。

ステップＳ３０２：ＤＤＣ制御装置３０は、ＤＣＤＣコンバーター１０から蓄電装置２０に流れ込む電流Ｉbattが所定の値になったか否かを判断する。この所定の値は、ＤＣＤＣコンバーター１０の最小出力電流を下限値とし、かつ、検出誤差に影響が及ばない電流を上限値とする範囲内で、任意に設定することが可能である。電流Ｉbattが所定の値になった場合は、ステップＳ３０３に処理が進み、電流Ｉbattが所定の値になっていない場合は、ステップＳ３０２の判断を繰り返し実施する。

ステップＳ３０３：ＤＤＣ制御装置３０は、目標出力電圧Ｖtargetの上昇を停止する。上述したステップＳ３０１〜Ｓ３０３までに行われる処理の概要を、図４に示す。

ステップＳ３０４：ＤＤＣ制御装置３０は、電圧検出部５０で検出された蓄電装置２０の端子に現れる電圧Ｖbattを取得する。

ステップＳ３０５：ＤＤＣ制御装置３０は、取得した電圧Ｖbatt、電流Ｉbatt、及び既知のインピーダンスＲbattに基づいて、ＤＣＤＣコンバーター１０の出力端子に実際に現れている出力電圧Ｖoutを算出する。この出力電圧Ｖoutは、例えば下記の式［１］で算出可能である。
Ｖout ＝ Ｖbatt＋Ｉbatt×Ｒbatt … ［１］

ステップＳ３０６：ＤＤＣ制御装置３０は、算出した出力電圧ＶoutとステップＳ３０３で上昇を停止したときの目標出力電圧Ｖtargetとを比較する。

ステップＳ３０７：ＤＤＣ制御装置３０は、算出した出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの乖離に基づいて、上述したマップデータに記憶されている目標出力電圧Ｖtargetに対応付けられている指示電圧Ｖinstを補正する。これにより、本電圧補正制御が終了する。

［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る電源システム１によれば、蓄電装置２０の端子電圧を基準として、蓄電装置２０へ流入する電流Ｉbatt及び線路のインピーダンスＲbattからＤＣＤＣコンバーター１０が実際に出力している出力電圧Ｖoutを算出する。そして、ＤＣＤＣコンバーター１０における出力電圧ＶoutとＤＣＤＣコンバーター１０に指示した目標出力電圧Ｖtargetとの電圧差に基づいて、ＤＣＤＣコンバーター１０に指示する指示電圧Ｖinstを補正する。これにより、電源システム１に内在する様々なばらつき要因による電圧制御誤差を減少させることができる。

［参考例］
なお、電源システム１で許容される誤差によっては、上述したステップＳ３０５によるＤＣＤＣコンバーター１０の出力端子に実際に現れている出力電圧Ｖoutの算出を省略することも可能である。例えば、線路のインピーダンスＲbattが１０ｍΩであってＤＣＤＣコンバーター１０から１Ａ（アンペア）の電流Ｉbattを出力する場合、ＤＣＤＣコンバーター１０から蓄電装置２０までの電位差は１０ｍＶである。よって、電源システム１で許容される誤差が５０ｍＶや１００ｍＶであれば、出力電圧Ｖoutの算出を省略して、ステップＳ３０６において蓄電装置２０の端子に現れる電圧Ｖbattと目標出力電圧Ｖtargetとを比較することができる。

また、上述した本実施形態に係る電源システム１では、出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの乖離を低減させるために、目標電圧指示部３１が記憶しているマップデータの指示電圧Ｖinstを補正する例を説明した。しかしながら、マップデータの指示電圧Ｖinstを補正する手法に代えて、図５に示すように、電圧差算出部１１における抵抗分圧点ａに抵抗ｒ4を介して出力電圧Ｖoutと目標出力電圧Ｖtargetとの乖離に基づいた適切な電圧Ｖaを印加し、比較器compにおいて基準電圧Ｖrefと比較する電圧を調整することで補正してもよい。

本発明の電源システムは、帰還制御によってＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置へ安定した電力を供給したい場合に有用である。

１ 電源システム
１０ ＤＣＤＣコンバーター
１１ 電圧差算出部
１２ 電圧制御部
２０ 蓄電装置
３０ ＤＤＣ制御装置
３１ 目標電圧指示部
３２ 電圧補正部
４０ 電流検出部
５０ 電圧検出部

Claims (1)

1. ＤＣＤＣコンバーターから蓄電装置へ電力を供給する電源システムであって、
   前記蓄電装置の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記ＤＣＤＣコンバーターから前記蓄電装置へ流れる電流を検出する電流検出部と、
   予め定めた目標出力電圧に対応付けられた指示電圧に基づいて前記ＤＣＤＣコンバーターの出力電圧を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記電流検出部で検出された電流が所定の値であるとき、当該電流、前記電圧検出部で検出された電圧、及び前記ＤＣＤＣコンバーターから前記蓄電装置までのインピーダンスに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバーターが実際に出力する実出力電圧を算出し、
   前記実出力電圧と前記ＤＣＤＣコンバーターに実際に指示した前記目標出力電圧との差に基づいて、前記指示電圧を補正する、
   電源システム。

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