JPWO2017033411A1 - Power supply device and electric vehicle equipped with this power supply device - Google Patents
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Abstract
負荷と並列に接続しているコンデンサーやその接続回路の異常を確実に検出するために、電源装置は、入力側にコンデンサー(9)が並列に接続されている負荷(20)に電力を供給するバッテリ(1)と、このバッテリ(1)と負荷(20)との間に電気的に接続してなる出力スイッチ(3)と、出力スイッチ(3)のオフ状態で、負荷(20)のコンデンサー(9)をプリチャージするプリチャージ回路(4)とを備えている。プリチャージ回路(4)は、バッテリ(1)よりも出力電圧の低いサブバッテリ(11)と、このサブバッテリ(11)の出力を昇圧してコンデンサー(9)をプリチャージする昇圧回路(5)とを備えている。さらに、電源装置は、プリチャージ回路(4)でプリチャージされるコンデンサー(9)の電圧上昇特性からコンデンサー(9)又はその接続回路の異常を判定する異常検出回路(7)を備えている。 In order to reliably detect abnormality of the capacitor connected in parallel with the load and its connection circuit, the power supply device supplies power to the load (20) in which the capacitor (9) is connected in parallel to the input side. The battery (1), the output switch (3) electrically connected between the battery (1) and the load (20), and the capacitor of the load (20) when the output switch (3) is off. And a precharge circuit (4) for precharging (9). The precharge circuit (4) has a sub-battery (11) whose output voltage is lower than that of the battery (1), and a booster circuit (5) for boosting the output of the sub-battery (11) and precharging the capacitor (9). And. Furthermore, the power supply device includes an abnormality detection circuit (7) that determines abnormality of the capacitor (9) or its connection circuit from the voltage rise characteristic of the capacitor (9) precharged by the precharge circuit (4).
Description
本発明は、負荷と並列に接続しているコンデンサーのプリチャージ回路を備える電源装置であって、コンデンサーやその接続回路の異常を検出する電源装置とこの電源装置を備える電動車両に関する。 The present invention relates to a power supply device including a capacitor precharge circuit connected in parallel with a load, and relates to a power supply device that detects an abnormality of the capacitor and its connection circuit, and an electric vehicle including the power supply device.
バッテリから直流電力が供給される負荷は、並列にコンデンサーを接続することで、バッテリの電圧変動を少なくしながら安定して電力が供給される。このことを実現するために、たとえば車両用の電源装置では、車両負荷にコンデンサーを並列に接続している。さらに、電源装置では、リレーや半導体スイッチング素子などの出力スイッチが設けられて、コンデンサーと負荷がバッテリに接続されている。出力スイッチは、バッテリを負荷に接続する状態でオン、負荷に接続しない状態でオフに切り換えられる。車両用の電源装置では、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチのオンオフに連動して、この出力スイッチがオンオフに切り換えられている。すなわち、イグニッションスイッチのオン状態で出力スイッチをオン、イグニッションスイッチのオフ状態で出力スイッチをオフに切り換えている。こうした電源装置では、出力スイッチをオンに切り換えた場合、コンデンサーが充電されるために、接続直後には瞬間的に極めて大きなチャージ電流が流れる。過大なチャージ電流は、出力スイッチのリレー接点を損傷し、あるいは半導体スイッチング素子を故障させる原因となる。 A load to which DC power is supplied from the battery is connected to a capacitor in parallel, so that power is stably supplied while reducing battery voltage fluctuation. In order to realize this, for example, in a power supply device for a vehicle, a capacitor is connected in parallel to a vehicle load. Furthermore, in the power supply device, an output switch such as a relay or a semiconductor switching element is provided, and a capacitor and a load are connected to the battery. The output switch is turned on when the battery is connected to the load, and turned off when the battery is not connected to the load. In a power supply device for a vehicle, the output switch is turned on and off in conjunction with an on / off of an ignition switch that is a main switch of the vehicle. In other words, the output switch is turned on when the ignition switch is on, and the output switch is turned off when the ignition switch is off. In such a power supply device, when the output switch is turned on, the capacitor is charged, so that a very large charge current instantaneously flows immediately after connection. Excessive charge current causes damage to the relay contacts of the output switch or causes the semiconductor switching element to fail.
この問題を防止するために、プリチャージ回路を設け、このプリチャージ回路を経由してコンデンサーをプリチャージした後、出力スイッチをオンに切り換える電源装置が開発されている(特許文献1及び2参照)。 In order to prevent this problem, a power supply device has been developed in which a precharge circuit is provided, a capacitor is precharged via the precharge circuit, and then an output switch is turned on (see Patent Documents 1 and 2). .
これ等の公報に記載される電源装置は、プリチャージ回路を、一方の出力スイッチに並列に接続されたプリチャージスイッチとプリチャージ抵抗の直列回路で構成している。この電源装置は、プリチャージ回路が並列に接続された出力スイッチをオフとした状態でプリチャージスイッチをオンに切り換えて、プリチャージ回路でコンデンサーに電荷をプリチャージした後、出力スイッチをオンに切り換えることで、出力スイッチのオン状態における過大なチャージ電流を抑制できる。 In the power supply devices described in these publications, the precharge circuit is configured by a series circuit of a precharge switch and a precharge resistor connected in parallel to one output switch. In this power supply device, the precharge circuit is turned on with the output switch connected in parallel with the precharge circuit turned off, the capacitor is precharged by the precharge circuit, and then the output switch is turned on. Thus, an excessive charge current in the ON state of the output switch can be suppressed.
しかしながら、車両側に設けられたコンデンサーは大容量であり、そのプリチャージ制御についても、車両側のコンデンサーの状態によってプリチャージ中の電圧挙動が大きく変化するため、正常にプリチャージを完了させるのが容易でないという問題があった。また、車両側のコンデンサーを、バッテリから供給される電力でプリチャージするので、バッテリの状態によって、プリチャージ中の電圧や充電電流が変化するため、コンデンサーやその接続回路の異常を確実に検出するのが容易でないという問題点があった。 However, the capacitor provided on the vehicle side has a large capacity, and the precharge control also has a large change in voltage behavior during precharge depending on the state of the capacitor on the vehicle side. There was a problem that it was not easy. In addition, because the capacitor on the vehicle side is precharged with the power supplied from the battery, the voltage and charging current during precharging change depending on the state of the battery, so it is possible to reliably detect abnormalities in the capacitor and its connection circuit. There was a problem that it was not easy.
本発明は、従来のこのような欠点を解決するためになされたものである。本発明の目的の一は、負荷と並列に接続しているコンデンサーやその接続回路の異常を確実に検出できる電源装置とこの電源装置を備える電動車両を提供することにある。 The present invention has been made to solve the conventional drawbacks. An object of the present invention is to provide a power supply device that can reliably detect an abnormality in a capacitor connected in parallel with a load and a connection circuit thereof, and an electric vehicle including the power supply device.
本発明の電源装置は、入力側にコンデンサー9が並列に接続されている負荷20に電力を供給するバッテリ1と、このバッテリ1と負荷20との間に電気的に接続してなる出力スイッチ3と、出力スイッチ3のオフ状態で、負荷20のコンデンサー9をプリチャージするプリチャージ回路4とを備えている。プリチャージ回路4は、バッテリ1よりも出力電圧の低いサブバッテリ11と、このサブバッテリ11の出力を昇圧してコンデンサー9をプリチャージする昇圧回路5とを備えている。さらに、電源装置は、プリチャージ回路4でプリチャージされるコンデンサー9の電圧上昇特性からコンデンサー9又はその接続回路の異常を判定する異常検出回路7を備えている。
The power supply device of the present invention includes a battery 1 that supplies power to a
上記構成により、プリチャージ回路がコンデンサーをプリチャージする際に、コンデンサー又はその接続回路が正常状態か異常状態かを確実に判定することができる。それは、この電源装置が、プリチャージ回路を、バッテリよりも出力電圧の低いサブバッテリと、このサブバッテリの出力を昇圧してコンデンサーをプリチャージする昇圧回路で構成し、この昇圧回路でプリチャージされるコンデンサーの電圧上昇特性から異常検出回路がコンデンサー又はその接続回路の異常を判定するからである。この電源装置は、プリチャージ回路がサブバッテリの出力を昇圧回路で昇圧してコンデンサーをプリチャージするので、従来のようにバッテリの状態による影響を受けることなく、安定してプリチャージできる。その結果、プリチャージ時のコンデンサーの電圧上昇特性から、コンデンサー又はその接続回路の異常を確実に判定できる。 With the above configuration, when the precharge circuit precharges the capacitor, it can be reliably determined whether the capacitor or its connection circuit is in a normal state or an abnormal state. In this power supply device, the precharge circuit is composed of a sub-battery whose output voltage is lower than that of the battery, and a booster circuit that boosts the output of the sub-battery to precharge the capacitor. This is because the abnormality detection circuit determines the abnormality of the capacitor or its connection circuit from the voltage rise characteristics of the capacitor. In this power supply device, since the precharge circuit boosts the output of the sub-battery by the booster circuit and precharges the capacitor, it can be stably precharged without being affected by the state of the battery as in the prior art. As a result, the abnormality of the capacitor or its connection circuit can be reliably determined from the voltage rise characteristics of the capacitor during precharging.
本発明の電源装置は、サブバッテリを12Vの鉛バッテリとすることができる。この電源装置は、汎用性がある12Vの鉛バッテリを使用するので、その扱いを容易にしつつ、12Vの出力を昇圧回路で昇圧することで、プリチャージ回路の出力を低電圧から高電圧まで広い範囲でコントロール可能となる。とくに、車両に搭載される電源装置においては、電装用バッテリとして車両に搭載される鉛バッテリをサブバッテリに兼用して便利に使用できる。 In the power supply device of the present invention, the sub-battery can be a 12V lead battery. Since this power supply device uses a general-purpose 12V lead battery, the output of the precharge circuit is widened from a low voltage to a high voltage by boosting the 12V output with a booster circuit while facilitating the handling. Can be controlled by range. In particular, in a power supply device mounted on a vehicle, a lead battery mounted on the vehicle can be conveniently used as a sub-battery as an electrical equipment battery.
本発明の他の側面に係る電源装置は、入力側にコンデンサー9が並列に接続されている負荷20に電力を供給するバッテリ1と、このバッテリ1と負荷20との間に電気的に接続してなる出力スイッチ3と、出力スイッチ3のオフ状態で、負荷20のコンデンサー9をプリチャージするプリチャージ回路4とを備え、このプリチャージ回路4が、バッテリ1の出力電圧を降圧してコンデンサー9をプリチャージする降圧回路6を備えている。さらに、電源装置は、プリチャージ回路4でプリチャージされるコンデンサー9の電圧上昇特性からコンデンサー9又はその接続回路の異常を判定する異常検出回路7を備えている。
A power supply device according to another aspect of the present invention is electrically connected between a battery 1 that supplies power to a
上記構成により、プリチャージ回路がコンデンサーをプリチャージする際に、コンデンサー又はその接続回路が正常状態か異常状態かを確実に判定することができる。それは、この電源装置が、プリチャージ回路を、バッテリの出力を降圧してコンデンサーをプリチャージする降圧回路で構成し、この降圧回路でプリチャージされるコンデンサーの電圧上昇特性から異常検出回路がコンデンサー又はその接続回路の異常を判定するからである。この電源装置は、プリチャージ回路がバッテリの出力を降圧回路で降圧してコンデンサーをプリチャージするので、従来のようにバッテリの状態による影響を受けることなく、安定してプリチャージできる。その結果、プリチャージ時のコンデンサーの電圧上昇特性から、コンデンサー又はその接続回路の異常を確実に判定できる。 With the above configuration, when the precharge circuit precharges the capacitor, it can be reliably determined whether the capacitor or its connection circuit is in a normal state or an abnormal state. In this power supply device, the precharge circuit is composed of a step-down circuit that steps down the output of the battery and precharges the capacitor. From the voltage rise characteristics of the capacitor that is precharged by the step-down circuit, the abnormality detection circuit is a capacitor or This is because the abnormality of the connection circuit is determined. In this power supply device, since the precharge circuit steps down the output of the battery by the step-down circuit and precharges the capacitor, it can be stably precharged without being affected by the state of the battery as in the prior art. As a result, the abnormality of the capacitor or its connection circuit can be reliably determined from the voltage rise characteristics of the capacitor during precharging.
本発明の電源装置は、異常検出回路7が、プリチャージしているコンデンサー9の上昇電圧とプリチャージ時間とから電圧上昇率を演算し、電圧上昇率が所定の正常範囲内にあると、コンデンサー9及びその接続回路が正常であると判定してプリチャージを継続することができる。
In the power supply device of the present invention, when the
上記構成により、プリチャージされるコンデンサーの上昇電圧とプリチャージ時間から電圧上昇率を演算し、この電圧上昇率を正常範囲と比較することで、コンデンサー又はその接続回路が異常かどうかを簡単かつ確実に判定することができる。 With the above configuration, the voltage rise rate is calculated from the rise voltage and precharge time of the capacitor to be precharged, and by comparing this voltage rise rate with the normal range, it is easy and reliable whether the capacitor or its connection circuit is abnormal. Can be determined.
本発明の電源装置は、異常検出回路7が、電圧上昇率が正常範囲の上限よりも高く設定された最高上昇率よりも高いと、コンデンサー9又は接続回路のオープン故障と判定してプリチャージを停止することができる。
本明細書において、「コンデンサー又は接続回路のオープン故障」とは、コンデンサー又はその接続回路の断線や接触不良等により回路が正常に接続されない状態を意味するものとする。In the power supply device of the present invention, when the
In this specification, the “open failure of a capacitor or a connection circuit” means a state in which the circuit is not normally connected due to disconnection or poor contact of the capacitor or its connection circuit.
上記構成により、プリチャージされるコンデンサーが急激な電圧上昇を示した場合にオープン故障であることを検出でき、異常状態を把握して適切な対策を講じることが可能となる。 With the above-described configuration, it is possible to detect an open failure when the precharged capacitor shows a rapid voltage rise, and it is possible to grasp the abnormal state and take appropriate measures.
本発明の電源装置は、異常検出回路7が、電圧上昇率が正常範囲の上限よりも高く、かつ正常範囲の上限よりも高く設定された最高上昇率以下であると、コンデンサー9の劣化と判定することができる。
In the power supply device of the present invention, the
上記構成により、プリチャージされるコンデンサーが正常状態よりも早く電圧上昇することにより、コンデンサーが劣化した状態、とくに容量低下による劣化であると判定して適切な対策を講じることが可能となる。 With the above configuration, the voltage of the precharged capacitor rises faster than the normal state, so that it is possible to determine that the capacitor has deteriorated, particularly deterioration due to a decrease in capacity, and take appropriate measures.
本発明の電源装置は、異常検出回路7が、電圧上昇率が正常範囲の下限よりも低く、かつ正常範囲の下限よりも低く設定された最低上昇率以上であると、コンデンサー9の劣化と判定することができる。
In the power supply device of the present invention, the
上記構成により、プリチャージされるコンデンサーが正常状態よりも遅く電圧上昇することにより、コンデンサーが劣化した状態、とくに内部抵抗の増加による劣化であると判定して適切な対策を講じることが可能となる。 With the above configuration, when the voltage of the precharged capacitor rises later than normal, it is possible to determine that the capacitor has deteriorated, particularly deterioration due to an increase in internal resistance, and take appropriate measures. .
本発明の電源装置は、異常検出回路7が、プリチャージを開始後、所定の時間が経過してもコンデンサー9の電圧が上昇しないと、コンデンサー9又は接続回路のショート故障と判定してプリチャージを停止することができる。
In the power supply device of the present invention, if the voltage of the
上記構成により、プリチャージを開始してもコンデンサーの電圧が上昇しない場合にショート故障であることを検出でき、異常状態を把握して適切な対策を講じることが可能となる。 With the above configuration, it is possible to detect a short-circuit failure when the voltage of the capacitor does not rise even after precharging is started, and it is possible to grasp the abnormal state and take appropriate measures.
本発明の電源装置は、プリチャージ回路4が、コンデンサー9をプリチャージする出力電圧を、バッテリ1の出力電圧に準じる第2充電電圧と、第2充電電圧よりも低い第1充電電圧の二段階に制御可能として、第1充電電圧でコンデンサー9のプリチャージを開始すると共に、異常検出回路7がコンデンサー9及びその接続回路が正常であると判定すると、出力電圧を第2充電電圧に切り換えてコンデンサー9をプリチャージすることができる。
In the power supply device of the present invention, the output voltage at which the precharge circuit 4 precharges the
上記構成により、バッテリの出力電圧よりも低い第1充電電圧でのプリチャージにおいてコンデンサー又はその接続回路の異常を判定するので、コンデンサー電圧を高くすることなく異常判定でき、コンデンサー又はその接続回路の異常時における危険を回避できる。また、プリチャージ開始時の電圧を低く抑えることで、プリチャージ開始直後にプリチャージ回路の出力電圧が上昇して、負荷側の許容耐電圧を越えるのを有効に防止できる。 With the above configuration, the abnormality of the capacitor or its connection circuit is determined in the precharge at the first charging voltage lower than the output voltage of the battery. Therefore, the abnormality can be determined without increasing the capacitor voltage, and the abnormality of the capacitor or its connection circuit can be determined. The danger at the time can be avoided. Also, by suppressing the voltage at the start of precharge to a low level, it is possible to effectively prevent the output voltage of the precharge circuit from rising immediately after the start of precharge and exceeding the allowable withstand voltage on the load side.
本発明の電源装置は、プリチャージ回路4が、コンデンサー9をプリチャージする出力電圧を、バッテリ1の出力電圧に準じる第2充電電圧と、第2充電電圧よりも低い第1充電電圧の二段階に制御可能として、第1充電電圧でコンデンサー9のプリチャージを開始すると共に、異常検出回路7がコンデンサー9の劣化と判定すると、プリチャージを停止することなく出力電圧を第2出力電圧に切り換えてプリチャージを継続して、条件付きでその使用を許可することができる。
In the power supply device of the present invention, the output voltage at which the precharge circuit 4 precharges the
上記構成により、バッテリの出力電圧よりも低い第1充電電圧でのプリチャージにおいて異常検出回路がコンデンサーの劣化と判定した場合に、コンデンサーの劣化の程度により、プリチャージを停止することなく、出力電圧を第2出力電圧に切り換えてプリチャージを継続して、条件付きでその使用を許可することができる。例えば、コンデンサーが劣化して平滑コンデンサーとしての機能を十分には満足できないが、短時間の使用が可能な場合には、プリチャージを継続してその使用を許可することができる。 With the above configuration, when the abnormality detection circuit determines that the capacitor has deteriorated in the precharge with the first charging voltage lower than the output voltage of the battery, the output voltage is not stopped depending on the degree of the deterioration of the capacitor without stopping the precharge. Can be switched to the second output voltage to continue precharging and allow its use conditionally. For example, the capacitor deteriorates and cannot fully satisfy the function as a smoothing capacitor. However, when the capacitor can be used for a short time, the precharge can be continued and allowed to be used.
本発明の電源装置は、プリチャージ回路4が、第1出力電圧を60V以下とすると共に、第1出力電圧でプリチャージを行っている状態において異常検出回路7が異常を検出すると、負荷20のコンデンサー9へのプリチャージを停止することができる。上記構成により、第一段階として、第1出力電圧を60V以下とすることで、仮に第一段階で異常検出してプリチャージを中断した場合においても、高圧と分類されないため、強制放電する回路が不要となる。このため、回路構成を簡略化して低コストにできる。
In the power supply device of the present invention, when the precharge circuit 4 sets the first output voltage to 60 V or less and the
本発明の電源装置は、電動車両に搭載される電源装置であって、バッテリ1から電力が供給される負荷20が、車両を走行させるモータ22と、モータ22にバッテリ1からの電力を供給するDC/ACインバータ21とを備え、入力側に並列に接続されているコンデンサー9を、DC/ACインバータ21の入力側に設けられた平滑コンデンサーとすることができる。
The power supply device of the present invention is a power supply device mounted on an electric vehicle, and a
本発明の電動車両は、上記のいずれかの電源装置を備え、電源装置が車両を走行させるモータ22に電力を供給することができる。
上記構成により、電動車両に搭載する電源装置によるコンデンサーのプリチャージ時において、コンデンサー又はその接続回路の異常を確実に検出し、異常の程度に応じてプリチャージを停止し、あるいは車両側に警告することで、電動車両の安全な走行を実現できる。The electric vehicle of the present invention includes any one of the power supply devices described above, and the power supply device can supply power to the
With the above configuration, when the capacitor is precharged by the power supply device mounted on the electric vehicle, the abnormality of the capacitor or its connection circuit is reliably detected, and the precharge is stopped or the vehicle side is warned according to the degree of the abnormality. Thus, safe traveling of the electric vehicle can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置とこの電源装置を備える電動車両を例示するものであって、本発明は、電源装置とこの電源装置を備える電動車両を以下のものに特定しない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して同一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に同一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a power supply device for embodying the technical idea of the present invention and an electric vehicle equipped with the power supply device. The present invention includes the power supply device and the power supply device. The electric vehicle provided is not specified as follows. Further, the present specification by no means specifies the member shown in the claims as the member of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to a specific description unless otherwise specified. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and the plurality of elements are shared by the same member, and conversely, the function of the same member is configured by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
本発明に係る電源装置の一例として、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車の駆動用モータを負荷とする電動車両の電源として適用した例を図1と図2に示す。なお、本発明の電源装置は、電動車両に限られず、モータを用いた負荷、例えばロボットや産業用生産機械に適用できる。また、モータに限られず、コンデンサーを並列に接続している負荷に電力を供給する全ての電源装置に利用できる。 As an example of the power supply apparatus according to the present invention, an example in which the present invention is applied as a power source of an electric vehicle using a drive motor of a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, or an electric vehicle as a load is shown in FIGS. The power supply device of the present invention is not limited to an electric vehicle, and can be applied to a load using a motor, for example, a robot or an industrial production machine. Further, the present invention is not limited to a motor, and can be used for all power supply devices that supply power to a load in which capacitors are connected in parallel.
(電源装置100、200)
図1と図2の電源装置100、200は、バッテリ1と、出力スイッチ3と、プリチャージ回路4とを備えている。バッテリ1は、複数の電池2を直列に接続している。このバッテリ1は、出力スイッチ3を介して負荷20に接続されている。プリチャージ回路4は、負荷20の入力側に並列に接続しているコンデンサー9を、出力スイッチ3がオンに切り換えられる前に、すなわち出力スイッチ3のオフ状態でプリチャージする。さらに、図の電源装置100、200は、コンデンサー9又はその接続回路の異常を検出すると共に、出力スイッチ3のオンオフとプリチャージ回路4の動作状態を制御する異常検出回路7を備えている。(
1 and FIG. 2 includes a battery 1, an
(負荷20)
図1と図2に示す負荷20は、DC/ACインバータ21と、このDC/ACインバータ21の出力側に接続しているモータ22と発電機23とを備える。DC/ACインバータ21は、バッテリ1の直流を交流に変換してモータ22に電力を供給し、発電機23の交流を直流に変換してバッテリ1を充電する。(Load 20)
The
なお、上記の例では、電源装置で駆動する負荷20として、DC/ACインバータ21を介してモータ22を接続しているが、直流モータなど、直流駆動可能な負荷を直接接続する場合は、DC/ACインバータを省略することもできる。また、直流で駆動される負荷は、DC/DCコンバータを介して電力を供給することもできる。
In the above example, the
(コンデンサー9)
負荷20の入力側には、並列にコンデンサー9が接続されている。入力側に並列に接続されたコンデンサー9は、DC/ACインバータ21の入力側に設けられた平滑コンデンサーである。このコンデンサー9は、静電容量を、例えば300μF〜3000μFとする大容量の電解コンデンサーである。電解コンデンサーは、容積に対する静電容量を大きくできる。コンデンサーは、電解コンデンサーに代わって積層セラミックコンデンサーなど、他の静電容量の大きいコンデンサーを使用することもできる。なお、コンデンサー9は、経時的に静電容量が次第に減少して故障し、あるいは急激に静電容量が減少して故障し、あるいはまた、経年劣化により内部抵抗が増加して故障することがある。(Condenser 9)
A
(バッテリ1)
バッテリ1は、負荷20に電力を供給する。図1と図2の電源装置100、200は、バッテリ1からDC/ACインバータ21を介してモータ22に電力を供給する。また、バッテリ1は、DC/ACインバータ21を介して発電機23で充電される。バッテリ1は、負荷20のモータ22に大電力を供給するために、多数の電池2を直列に接続して出力電圧を高くしている。また、バッテリは、複数の電池を並列に接続して充電容量を大きくできる。電池2は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等の非水電解質電池、あるいはニッケル水素電池などの二次電池である。ただし、電池には、充放電できる他の全ての二次電池を使用することができる。バッテリ1は、負荷20に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を200〜400Vと高くしている。(Battery 1)
The battery 1 supplies power to the
図1と図2に示すバッテリ1は、多数の電池2を2つの電池ブロックに分割して、これ等の電池ブロックを互いに直列に接続している。直列に接続される電池ブロックの間には、保護素子18と電流センサー19とを直列に接続している。図に示す保護素子18はヒューズで、過電流が流れると溶断されて電流を遮断し、バッテリ1を保護するようにしている。
A battery 1 shown in FIGS. 1 and 2 divides a number of
(出力スイッチ3)
出力スイッチ3は、バッテリ1と負荷20との間に電気的に接続されるスイッチである。この出力スイッチ3は、異常検出回路7でオンオフに制御されて、バッテリ1と負荷20との通電状態を制御している。図に示す出力スイッチ3は、バッテリ1の正極側と、プラス側の出力端子10との間に接続してなる第1出力スイッチ3Aと、バッテリ1の負極側と、マイナス側の出力端子10との間に接続してなる第2出力スイッチ3Bとからなる。ただ、電源装置は、必ずしも正負の出力側に出力スイッチ3を接続する必要はなく、一方の出力側に出力スイッチを接続することもできる。図に示す電源装置は、出力スイッチ3を機械的に可動する接点を有するリレーとしている。ただ、出力スイッチには、リレーに替えて、半導体スイッチング素子等の通電状態をオンオフに制御できる他のスイッチも使用できる。(Output switch 3)
The
(プリチャージ回路4)
プリチャージ回路4は、出力スイッチ3をオンに切り換えるのに先だって、負荷20の入力側に接続している大容量のコンデンサー9をプリチャージして、出力スイッチ3に過大な突入電流が流れるのを阻止する。図1と図2のプリチャージ回路4は、コンデンサー9を所定の電圧でプリチャージできる回路構成としている。(Precharge circuit 4)
The precharge circuit 4 precharges the large-
図1に示すプリチャージ回路4は、バッテリ1よりも出力電圧の低いサブバッテリ11と、このサブバッテリ11の出力を昇圧してコンデンサー9をプリチャージする昇圧回路5とを備えている。
The precharge circuit 4 shown in FIG. 1 includes a sub-battery 11 having an output voltage lower than that of the battery 1 and a
サブバッテリ11は、車両に搭載される電装用のバッテリであって、12Vの鉛バッテリ11Aとしている。この構造は、一般に車両に搭載される電装用の鉛バッテリ11Aをサブバッテリ11として使用するので、他のバッテリを用意することなく低コストにできる。また、車両に搭載される鉛バッテリ11Aは、車両の使用状態において常に充電されているので、プリチャージ回路4の電源として昇圧回路5に電力を供給する際に、電池容量が不足する事態を有効に防止できる。ただ、サブバッテリには、車両に搭載される電装用のバッテリを使用することなく、他のバッテリを装備して使用することもできる。このサブバッテリは、好ましくは二次電池として、充電により所定の容量に確保される。
The sub-battery 11 is a battery for electrical equipment mounted on a vehicle, and is a 12V
昇圧回路5は、サブバッテリ11から供給される電力を昇圧する昇圧コンバータ5Aである。昇圧コンバータ5AはDC/DCコンバータで、プラス側の出力が、第1出力スイッチ3Aとプラス側の出力端子10との間に接続されると共に、マイナス側の出力が、第2出力スイッチ3Bとマイナス側の出力端子10との間に接続されている。この昇圧コンバータ5Aは、異常検出回路7で動作状態がオンオフに制御されて、サブバッテリ11から入力されるDC12Vを所定の電圧に昇圧して出力し、コンデンサー9をプリチャージする。
The
さらに、図2に示すプリチャージ回路4は、バッテリ1の出力電圧を降圧してコンデンサー9をプリチャージする降圧回路6を備えている。降圧回路6は、バッテリ1から供給される電力を降圧する降圧コンバータ6Aである。降圧コンバータ6AはDC/DCコンバータで、プラス側の出力が、第1出力スイッチ3Aとプラス側の出力端子10との間に接続されると共に、マイナス側の出力が、第2出力スイッチ3Bとマイナス側の出力端子10との間に接続されている。この降圧コンバータ6Aは、異常検出回路7で動作状態がオンオフに制御されて、バッテリ1から入力される高圧の直流電圧を所定の電圧に降圧して出力し、コンデンサー9をプリチャージする。
Further, the precharge circuit 4 shown in FIG. 2 includes a step-down circuit 6 that steps down the output voltage of the battery 1 and precharges the
以上のプリチャージ回路4は、出力スイッチ3がオフに切り換えられた状態で、コンデンサー9をプリチャージする。コンデンサー9が所定の電圧までプリチャージされると、昇圧コンバータ5Aや降圧コンバータ6Aがオフ状態に切り換えられた後、出力スイッチ3がオフからオンに切り換えられて、バッテリ1が負荷20に接続される。出力スイッチ3は、コンデンサー9がプリチャージされてオン状態に切り換えられるので、コンデンサー9をチャージする過大なチャージ電流は流れない。昇圧コンバータ5Aや降圧コンバータ6Aがオフに切り換えられるタイミングや、出力スイッチ3がオンに切り換えられるタイミングは、異常検出回路7でコントロールされる。
The precharge circuit 4 described above precharges the
さらに、プリチャージ回路4は、昇圧回路5や降圧回路6の出力電圧を二段階に制御可能としている。昇圧回路5や降圧回路6は、コンデンサー9をプリチャージする出力電圧を、バッテリ1の出力電圧に準じる第2充電電圧と、第2充電電圧よりも低い第1充電電圧の二段階に切り換えできる構造としている。ここで、第1充電電圧は、60V以下の電圧であって、例えば、48〜60Vとすることができる。また、第2充電電圧は、バッテリ1の出力電圧に準じる電圧であって、例えば、200〜400Vとすることができる。
Further, the precharge circuit 4 can control the output voltages of the
このプリチャージ回路4は、昇圧回路5や降圧回路6の出力電圧を第1充電電圧としてコンデンサー9のプリチャージを開始する。このように、プリチャージ開始時の電圧を低く抑えることで、プリチャージ開始直後にプリチャージ回路4の出力電圧が上昇して、負荷側の許容耐電圧を越えるのを有効に防止できる。また、プリチャージ回路4は、後述する異常検出回路7がコンデンサー9又はその接続回路の異常、例えばオープン故障やショート故障等の重大な異常があると判定すると、直ちにプリチャージを中断する。このとき、プリチャージ回路4は、第1充電電圧を60V以下としているので、異常検出によりプリチャージを中断した場合においても、高圧と分類されないため、強制放電する回路やその制御を省略できる。
The precharge circuit 4 starts precharging the
さらに、プリチャージ回路4は、異常検出回路7がコンデンサー9又はその接続回路が正常であると判定すると、出力電圧を第2充電電圧に切り換えてコンデンサー9のプリチャージを継続する。これにより、コンデンサー9を速やかに所定の電圧までプリチャージできる。また、異常検出回路7がコンデンサー9の劣化と判定した場合であっても、コンデンサー9の劣化の程度により、プリチャージを停止することなくプリチャージを継続することができる。例えば、コンデンサーが劣化して平滑コンデンサーとしての機能を十分には満足できない状態であっても、短時間の使用が可能な場合には、プリチャージを継続してその使用を許可することができる。この場合も、プリチャージ回路4の出力電圧を第2出力電圧に切り換えてプリチャージを継続する。これにより、異常検出時において、車両の走行を禁止することなく適切な対応が可能となる。
Further, when the
(異常検出回路7)
異常検出回路7は、出力スイッチ3のオンオフを制御し、かつプリチャージ回路4の昇圧回路や降圧回路の動作状態を制御するコントロール回路16と、コンデンサー9又はその接続回路の異常を検出するために、コンデンサー9の電圧を検出する電圧検出回路14と、この電圧検出回路14から入力される信号から異常を判定する判定回路15とを備えている。(Abnormality detection circuit 7)
The
(コントロール回路16)
コントロール回路16は、負荷側のメイン制御回路27から入力されるオン信号(例えば、イグニッションスイッチがオンに切り換えられた状態)で、出力スイッチ3とプリチャージ回路4を制御して、バッテリ1を負荷20に接続する。コントロール回路16は、メイン制御回路27からオン信号が入力されると、出力スイッチ3をオフに保持した状態で、プリチャージ回路4の昇圧回路5や降圧回路6をオン状態に切り換えてコンデンサー9のプリチャージを開始する。コンデンサー9がプリチャージされると、コントロール回路16は、プリチャージ回路4の昇圧回路5や降圧回路6をオフ状態に切り換えた後、出力スイッチ3をオンに切り換えてバッテリ1を負荷20に接続する。また、異常検出回路7は、メイン制御回路27からオフ信号(例えば、イグニッションスイッチがオフに切り換えられた状態)が入力されると、出力スイッチ3をオフに切り換えて、バッテリ1を負荷20から切り離す。(Control circuit 16)
The
(電圧検出回路14)
電圧検出回路14は、プリチャージ回路4がコンデンサー9のプリチャージを開始するとコンデンサー9の電圧を検出する。電圧検出回路14は、コンデンサー9をプリチャージするタイミング、すなわち、コンデンサー9のプリチャージが開始されると、コンデンサー9の初期電圧V0を検出すると共に、所定のサンプリング周期でコンデンサー9のコンデンサー電圧Vを検出する。電圧検出回路14のサンプリング周期Tは、例えば、プリチャージ回路4がコンデンサー9のプリチャージを100msec〜600msecで終了させる電源装置においては10msecとすることができる。(Voltage detection circuit 14)
The
(判定回路15)
判定回路15は、プリチャージされるコンデンサー9の電圧上昇特性から、コンデンサー9又はその接続回路の異常を検出する。判定回路15は、プリチャージされるコンデンサー9の電圧上昇率aを演算し、演算された電圧上昇率aを予め設定された閾値と比較して、コンデンサー9又はその接続回路の異常を検出する。判定回路15は、例えば、図3に示すように、コンデンサー9のコンデンサー電圧Vが、0Vの状態から所定の第1充電電圧Vrまで上昇するのにかかったプリチャージ時間tを検出し、第1充電電圧Vrとプリチャージ時間tから電圧上昇率aを演算する。電圧上昇率aは、以下の式で演算される。
a=Vr/t(Determination circuit 15)
The
a = Vr / t
ここで、第1充電電圧Vrは、プリチャージ回路4の昇圧回路5や降圧回路6が二段階に出力電圧を調整可能な場合においては、低電圧となる第1出力電圧とし、あるいは、第1出力電圧よりもやや低い電圧とすることができる。また、プリチャージ時間tは、コンデンサー9の電圧が0Vから第1充電電圧Vrに上昇するまでのサンプリング回数xから演算される。すなわち、プリチャージ時間tは、以下の式で演算される。
(プリチャージ時間t)=(サンプリング回数x)×(サンプリング周期T)Here, the first charging voltage Vr is the first output voltage that becomes a low voltage when the
(Precharge time t) = (sampling count x) × (sampling period T)
判定回路15は、図3に示すように、所定のサンプリング周期で検出されるコンデンサー9のコンデンサー電圧Vが、0Vから第1充電電圧Vrまで上昇するのにかかったプリチャージ時間tから電圧上昇率aを演算し、さらに、演算された電圧上昇率aが所定の範囲内にあるかどうかを判定して、コンデンサー又はその接続回路の異常を検出する。なお、図3においては、横軸をプリチャージ時間tとし、縦軸をコンデンサー電圧Vとしているので、Vr/tで演算される電圧上昇率aは、それぞれ、2点(0,0)と(t,Vr)を通る直線mの傾きとして求められる。また、図3においては、電圧上昇率aの正常範囲をわかりやすくするために、正常範囲の上限となる電圧上昇率b1を示す直線n1と、正常範囲の下限となる電圧上昇率b2を示す直線n2を表示している。
As shown in FIG. 3, the
図3の曲線Cは、コンデンサー9及びその接続回路が正常な状態であって、コンデンサー9をプリチャージする状態におけるコンデンサーの電圧上昇特性を示している。判定回路15は、図3の曲線Cで示すように、電圧上昇率a3(a3=Vr/t3)が正常範囲内にあると、コンデンサー9及びその接続回路が正常であると判定する。すなわち、判定回路15は、b1≦a3≦b2のとき、コンデンサー9及びその接続回路が正常であると判定する。
A curve C in FIG. 3 shows a voltage rise characteristic of the capacitor when the
また、図3の曲線Bは、コンデンサー9の異常な状態であって、とくに、コンデンサー9の劣化により、その静電容量が低下した状態を示している。この状態では、コンデンサー9の容量が低下しているため、コンデンサー9のプリチャージ時において、コンデンサー電圧が0Vから第1充電電圧Vrに上昇するまでのプリチャージ時間t2は、正常な状態に比べて短くなる。この状態は、コンデンサー9が平滑コンデンサーとしての機能を十分には満足できないが、短時間の使用は可能である。したがって、判定回路15は、曲線Bで示すように、電圧上昇率a2(a2=Vr/t2)が、正常範囲の上限となる電圧上昇率b1よりも高くなるが、この電圧上昇率b1よりもさらに高く設定された最高上昇率b3(図3の直線n3を参照)以下の状態、すなわち、b1<a2≦b3のとき、コンデンサー9の劣化(容量低下)と判定する。ただ、この状態では、条件付きで使用可能な状態にあると判定することができる。したがって、最高上昇率b3は、コンデンサーを条件付きで使用可能な限界を示す最高値に設定される。
Further, a curve B in FIG. 3 shows an abnormal state of the
また、図3の曲線Aは、コンデンサー9又はその接続回路が異常な状態であって、とくにオープン故障の状態を示している。ここで、コンデンサー9又はその接続回路におけるオープン故障とは、コンデンサーやその接続回路の断線や接触不良等により回路が正常に接続されない状態、または接続抵抗が異常に大きい状態を意味している。この状態では、コンデンサー9のプリチャージを開始すると、コンデンサー電圧Vが急激に上昇し、コンデンサー電圧が0Vから第1充電電圧Vrに上昇するまでのプリチャージ時間t1は極めて短くなる。したがって、判定回路15は、曲線Aで示すように、電圧上昇率a1(a1=Vr/t1)が、正常範囲の上限となる電圧上昇率b1よりもさらに高く設定された最高上昇率b3(図3の直線n3を参照)よりも高くなる状態、すなわち、b3<a1のとき、コンデンサー9又はその接続回路がオープン故障であると判定する。
A curve A in FIG. 3 indicates that the
さらに、図3の曲線Dは、コンデンサー9の異常な状態であって、とくに、コンデンサー9の劣化により、その内部抵抗が増加した状態を示している。この状態では、コンデンサー9のプリチャージ時において、コンデンサー電圧が0Vから第1充電電圧Vrに上昇するまでのプリチャージ時間t4は、正常な状態に比べて長くなる。この状態は、コンデンサー9が平滑コンデンサーとしての機能を十分には満足できないが、短時間の使用は可能である。したがって、判定回路15は、曲線Dで示すように、電圧上昇率a4(a4=Vr/t4)が、正常範囲の下限となる電圧上昇率b2よりも低くなるが、この電圧上昇率b2よりもさらに低く設定された最低上昇率b4(図3の直線n4を参照)以上の状態、すなわち、b4≦a4<b2のとき、コンデンサー9の劣化(内部抵抗増加)と判定する。ただ、この状態では、条件付きで使用可能な状態にあると判定することができる。したがって、最低上昇率b4は、コンデンサーを条件付きで使用可能な限界を示す最低値に設定される。
Further, a curve D in FIG. 3 shows an abnormal state of the
さらにまた、図3の曲線Eは、コンデンサー9又はその接続回路が異常な状態であって、とくにショート故障の状態を示している。この状態では、コンデンサー9のプリチャージを開始しても、コンデンサー電圧Vは上昇せず、所定のプリチャージ時間t5が経過してもコンデンサー電圧は0Vとなる。したがって、判定回路15は、所定のプリチャージ時間t5が経過してもコンデンサーの電圧が上昇しないと、コンデンサー又は接続回路のショート故障と判定する。
Furthermore, a curve E in FIG. 3 shows a state in which the
(メモリ17)
異常検出回路7は、コンデンサー又はその接続回路が正常であると判定する電圧上昇率aの正常範囲、また、コンデンサーが劣化しているが条件付きで使用可能な限界値であって、正常範囲の上限となる電圧上昇率b1よりもさらに高く設定された最高上昇率b3、及び正常範囲の下限となる電圧上昇率b2よりもさらに低く設定された最低上昇率b4をメモリ17に記憶している。判定回路15は、演算された電圧上昇率aをメモリ17に記憶されたこれ等の閾値に比較して、コンデンサー9又はその接続回路の異常を判定する。(Memory 17)
The
以上の電源装置100、200は、プリチャージ回路4でコンデンサー9をプリチャージする状態において、図4〜図8に示すように、電圧上昇特性からコンデンサー又はその接続回路の異常を判定し、その判定結果に応じて、プリチャージ回路4と出力スイッチ3を制御してバッテリ1を負荷20に接続し、あるいはプリチャージを停止する。なお、図4〜図8は、異常検出回路7でコントロールされるプリチャージ回路4と出力スイッチ3のオンオフ状態を示すタイミングチャートと、プリチャージ回路4でプリチャージされるコンデンサー9の電圧の変化を示すグラフを示している。
In the state where the precharge circuit 4 precharges the
(コンデンサー及びその接続回路が正常な状態)
図4は、コンデンサー及びその接続回路が正常な状態におけるシーケンスを示している。この図に示すように、コンデンサー及びその接続回路が正常な状態では、プリチャージ回路4をオン状態としてプリチャージを開始すると、コンデンサー9は正常にプリチャージされて、コンデンサーの電圧上昇率a3が正常範囲内となる。コンデンサー及びその接続回路が正常であると判定されると、異常検出回路7は、コントロール回路16でプリチャージ回路4の昇圧回路5または降圧回路6を制御して、プリチャージ電圧を引き上げてプリチャージを継続する。ここで、プリチャージ回路4の昇圧回路5や降圧回路6が二段階に出力電圧を調整可能な場合においては、プリチャージ電圧を高電圧となる第2出力電圧まで引き上げる。(Condenser and its connection circuit are normal)
FIG. 4 shows a sequence in a normal state of the capacitor and its connection circuit. As shown in this figure, in the normal state of the capacitor and its connection circuit, when precharging is started with the precharge circuit 4 turned on, the
異常検出回路7は、継続してプリチャージされるコンデンサー9の電圧が第2充電電圧Vsまで上昇すると、プリチャージ回路4をオフに制御してプリチャージを終了する。ここで、第2充電電圧Vsは、前述の第2出力電圧とし、あるいは、第2出力電圧よりもやや低い電圧とすることができる。プリチャージが終了すると、異常検出回路7は、出力スイッチ3をオンに切り換えて、バッテリ1を負荷20に接続する。出力スイッチ3がオンに切り換えられると、コンデンサー電圧Vは、バッテリ1の出力電圧Vbまで上昇する。
When the voltage of the
(コンデンサーが劣化して容量が低下した状態)
図5は、コンデンサー9が劣化した状態であって、容量が低下した状態におけるシーケンスを示している。この図に示すように、コンデンサーの容量が低下した状態では、プリチャージ回路4をオン状態としてプリチャージを開始すると、プリチャージ時間t2は正常な状態に比べて短くなり、電圧上昇率a2が、正常範囲の上限となる電圧上昇率b1(図3参照)よりも高くなる。この状態は、コンデンサー9が平滑コンデンサーとしての機能を十分には満足できないが、短時間の使用は可能である。したがって、判定回路15は、電圧上昇率a2が正常範囲の上限となる電圧上昇率b1よりも高くなるが、この電圧上昇率b1よりもさらに高く設定された最高上昇率b3(図3参照)以下の状態では、コンデンサー9が劣化して容量が低下していると判定して、このことをメイン制御回路27に伝送するが、短時間であればコンデンサーを使用可能であると判定して、プリチャージを停止することなく継続する。(Capacitor deteriorates and capacity decreases)
FIG. 5 shows a sequence in a state where the
異常検出回路7は、コントロール回路16でプリチャージ回路4の昇圧回路5または降圧回路6を制御して、プリチャージ電圧を第2出力電圧まで引き上げてプリチャージを継続する。異常検出回路7は、継続してプリチャージされるコンデンサーの電圧が第2充電電圧Vsまで上昇すると、プリチャージ回路4をオフに制御してプリチャージを終了する。プリチャージが終了すると、異常検出回路7は、出力スイッチ3をオンに切り換えて、バッテリ1を負荷20に接続する。出力スイッチ3がオンに切り換えられると、コンデンサー電圧Vは、バッテリ1の出力電圧Vbまで上昇する。
The
(コンデンサー又はその接続回路がオープン故障の状態)
図6は、コンデンサー又はその接続回路が異常な状態であって、オープン故障の状態におけるシーケンスを示している。この図に示すように、コンデンサー又はその接続回路がオープン故障の状態では、プリチャージ回路4をオン状態としてプリチャージを開始すると、コンデンサー電圧Vが急激に上昇して、電圧上昇率a1は、正常範囲の上限となる電圧上昇率b1よりもさらに高く設定された最高上昇率b3よりも高くなる。判定回路15がコンデンサー又はその接続回路がオープン故障であると判定すると、異常検出回路7は、プリチャージ回路4をオフに制御してプリチャージを停止する。さらに、異常検出回路7は、コンデンサー又はその接続回路がオープン故障であることをメイン制御回路27に伝送し、このことを負荷側に警告する。(The capacitor or its connection circuit is in an open failure state)
FIG. 6 shows a sequence in a state where the capacitor or its connection circuit is in an abnormal state and an open failure occurs. As shown in this figure, in a state where the capacitor or its connection circuit is in an open failure state, when precharging is started with the precharge circuit 4 turned on, the capacitor voltage V rapidly increases and the voltage increase rate a1 is normal. It becomes higher than the maximum increase rate b3 set higher than the voltage increase rate b1 which is the upper limit of the range. When the
(コンデンサーが劣化して内部抵抗が増加した状態)
図7は、コンデンサー9が劣化した状態であって、内部抵抗が増加した状態におけるシーケンスを示している。この図に示すように、コンデンサーの内部抵抗が増加した状態では、プリチャージ回路4をオン状態としてプリチャージを開始すると、プリチャージ時間t4は正常な状態に比べて長くなり、電圧上昇率a4が、正常範囲の下限となる電圧上昇率b2(図3参照)よりも低くなる。この状態は、コンデンサー9が平滑コンデンサーとしての機能を十分には満足できないが、短時間の使用は可能である。したがって、判定回路15は、電圧上昇率a4が正常範囲の下限となる電圧上昇率b2よりも低くなるが、この電圧上昇率b2よりもさらに低く設定された最低上昇率b4(図3参照)以上の状態では、コンデンサー9が劣化して内部抵抗が増加していると判定して、このことをメイン制御回路27に伝送するが、短時間であればコンデンサーを使用可能であると判定して、プリチャージを停止することなく継続する。(Condenser deteriorates and internal resistance increases)
FIG. 7 shows a sequence in a state where the
異常検出回路7は、コントロール回路16でプリチャージ回路4の昇圧回路5または降圧回路6を制御して、プリチャージ電圧を第2出力電圧まで引き上げてプリチャージを継続する。異常検出回路7は、継続してプリチャージされるコンデンサーの電圧が第2充電電圧Vsまで上昇すると、プリチャージ回路4をオフに制御してプリチャージを終了する。プリチャージが終了すると、異常検出回路7は、出力スイッチ3をオンに切り換えて、バッテリ1を負荷20に接続する。出力スイッチ3がオンに切り換えられると、コンデンサー電圧Vは、バッテリ1の出力電圧Vbまで上昇する。
The
(コンデンサー又はその接続回路がショート故障の状態)
図8は、コンデンサー又はその接続回路が異常な状態であって、ショート故障の状態におけるシーケンスを示している。この図に示すように、コンデンサー又はその接続回路がショート故障の状態では、プリチャージ回路4をオン状態としてプリチャージを開始してもコンデンサー電圧Vは上昇しない。したがって、判定回路15は、プリチャージを開始後、所定のプリチャージ時間t5が経過してもコンデンサー電圧が上昇しないと、コンデンサー又は接続回路のショート故障と判定する。判定回路15がコンデンサー又はその接続回路がショート故障であると判定すると、異常検出回路7は、プリチャージ回路4をオフに制御してプリチャージを停止する。さらに、異常検出回路7は、コンデンサー又はその接続回路がショート故障であることをメイン制御回路27に伝送し、このことを負荷側に警告する。(Capacitor or its connection circuit is short circuit failure)
FIG. 8 shows a sequence in a state where the capacitor or its connection circuit is in an abnormal state and a short circuit failure occurs. As shown in this figure, when the capacitor or its connection circuit is in a short circuit failure state, the capacitor voltage V does not rise even if the precharge circuit 4 is turned on to start precharging. Therefore, if the capacitor voltage does not increase even after a predetermined precharge time t5 has elapsed after the start of precharging, the
以上のようにして、異常検出回路7は、プリチャージされるコンデンサー9の電圧上昇特性からコンデンサー又はその接続回路の異常を判定する。図3〜図8における異常判定では、Vr/tで求められる電圧上昇率aを、閾値となる正常範囲(b1〜b2)、最高上昇率b3、最低上昇率b4と比較している。ここで、図3〜図8における異常判定では、コンデンサーの電圧が0Vから第1充電電圧Vrまで上昇する状態における電圧上昇率aを用いているが、この場合、コンデンサーの上昇電圧に相当するVrは一定であるため、異常検出回路は、Vr/tで求められる電圧上昇率aの高低ではなく、単にプリチャージ時間tの大小で異常判定することもできる。この判定では、プリチャージ時間tの大きさを閾値と比較して異常判定するが、コンデンサーの上昇電圧であるVrが一定であるため、実質的にはコンデンサーの電圧上昇特性から異常判定するのと同値となる。
As described above, the
これと同様に、所定のプリチャージ時間tに対する上昇電圧を検出し、上昇電圧の大小から異常判定することもできる。この判定も、上昇電圧の大きさを閾値と比較して異常判定するが、コンデンサーのプリチャージ時間tが一定であるため、実質的にはコンデンサーの電圧上昇特性から異常判定するのと同値となる。 Similarly, a rise voltage with respect to a predetermined precharge time t can be detected, and an abnormality can be determined from the magnitude of the rise voltage. This determination is also abnormal by comparing the magnitude of the rising voltage with a threshold value, but since the precharge time t of the capacitor is constant, it is substantially the same value as the abnormality determination from the voltage increase characteristic of the capacitor. .
さらに、図3〜図8における異常判定では、プリチャージの開始時において、コンデンサーが完全に放電された状態、すなわちプリチャージの開始時におけるコンデンサーの初期電圧が0Vの状態におけるプリチャージ時の異常判定を示している。ただ、実際の電源装置の使用状態においては、負荷側のコンデンサーは、プリチャージの開始時に、必ずしも完全に放電されて初期電圧が0Vの状態にあるとは限らない。コンデンサーのプリチャージを開始する状態で、コンデンサーに電荷が残存しており、コンデンサーの初期電圧が0Vでないこともある。この場合には、コンデンサーの初期電圧V0の高低によって、電圧上昇率aが変化するため、判定回路15は、プリチャージ開始時におけるコンデンサーの初期電圧V0を考慮する必要がある。
Further, in the abnormality determination in FIGS. 3 to 8, the abnormality determination at the time of precharging when the capacitor is completely discharged at the start of precharging, that is, when the initial voltage of the capacitor at the start of precharging is 0V. Is shown. However, in the actual usage state of the power supply device, the capacitor on the load side is not necessarily completely discharged and the initial voltage is not in the state of 0 V at the start of precharging. In a state where the precharge of the capacitor is started, electric charge remains in the capacitor, and the initial voltage of the capacitor may not be 0V. In this case, since the voltage increase rate a changes depending on the initial voltage V0 of the capacitor, the
このような場合、判定回路15は、電圧上昇率aを演算するに際し、コンデンサーの電圧上昇を、所定の電圧である第1充電電圧Vrと初期電圧V0の差として求めることができる。すなわち、電圧上昇率aは、以下の式で求めることができる。
a=(Vr−V0)/tIn such a case, when calculating the voltage increase rate a, the
a = (Vr−V0) / t
また、電圧上昇率aの判定基準は、初期電圧V0の高低に影響を受けるので、異常検出回路7は、プリチャージ開始時の初期電圧V0に対する電圧上昇率aの判定基準となる閾値をメモリ17に記憶し、この閾値に基づいて異常判定することができる。ここで、初期電圧V0に対する電圧上昇率aの判定基準となる閾値は、初期電圧V0に対する電圧上昇率aの関数として記憶し、あるいは初期電圧V0に対する電圧上昇率aをテーブルとして記憶することができる。このように、プリチャージ開始時における初期電圧V0に対応する電圧上昇率aの判定基準をメモリ17に記憶することで、より正確な異常判定が実現できる。
In addition, since the determination criterion for the voltage increase rate a is affected by the level of the initial voltage V0, the
以上の電源装置は、ハイブリッドカーや電気自動車などの電動車両に搭載されて走行モータに電力を供給する電源、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。 The above power supply apparatus is used as a power supply that is mounted on an electric vehicle such as a hybrid car or an electric vehicle and supplies electric power to a traveling motor, particularly as a power supply suitable for high power and large current applications. As a vehicle equipped with a power supply device, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles. .
(ハイブリッド自動車用電源装置)
図9は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両HVは、車両HVを走行させるエンジン24及び走行用のモータ22と、モータ22に電力を供給する電源装置100、200と、電源装置100、200の電池を充電する発電機23と、エンジン24、モータ22、電源装置100、200、及び発電機23を搭載してなる車両本体25と、エンジン24又はモータ22で駆動されて車両本体25を走行させる車輪26とを備えている。電源装置100、200は、DC/ACインバータ21を介してモータ22と発電機23に接続している。車両HVは、電源装置100、200の電池を充放電しながらモータ22とエンジン24の両方で走行する。モータ22は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両HVを走行させる。モータ22は、電源装置100、200から電力が供給されて駆動する。発電機23は、エンジン24で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置100、200の電池を充電する。(Power supply device for hybrid vehicles)
FIG. 9 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor. A vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes an
(電気自動車用電源装置)
また、図10は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ22と、このモータ22に電力を供給する電源装置100、200と、この電源装置100、200の電池を充電する発電機23と、モータ22、電源装置100、200、及び発電機23を搭載してなる車両本体25と、モータ22で駆動されて車両本体25を走行させる車輪26とを備えている。電源装置100、200は、DC/ACインバータ21を介してモータ22と発電機23に接続している。モータ22は、電源装置100、200から電力が供給されて駆動する。発電機23は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置100、200の電池を充電する。(Power supply for electric vehicles)
FIG. 10 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor. A vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure charges a
本発明の電源装置は、コンデンサーを並列に接続している負荷にバッテリから電力を供給する電源装置であって、コンデンサーやその接続回路の異常を確実に検出できる電源装置に好適に使用できる。こうした電源装置は、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車等の電動車両を駆動するモータの電源として好適に利用できる。 The power supply device of the present invention is a power supply device that supplies power from a battery to a load in which capacitors are connected in parallel, and can be suitably used for a power supply device that can reliably detect abnormality of the capacitor and its connection circuit. Such a power supply device can be suitably used as a power source for a motor that drives an electric vehicle such as a hybrid car, a plug-in hybrid car, or an electric vehicle.
100、200…電源装置、1…バッテリ、2…電池、3…出力スイッチ、3A…第1出力スイッチ、3B…第2出力スイッチ、4…プリチャージ回路、5…昇圧回路、5A…昇圧コンバータ、6…降圧回路、6A…降圧コンバータ、7…異常検出回路、9…コンデンサー、10…出力端子、11…サブバッテリ、11A…鉛バッテリ、14…電圧検出回路、15…判定回路、16…コントロール回路、17…メモリ、18…保護素子、19…電流センサー、20…負荷、21…DC/ACインバータ、22…モータ、23…発電機、24…エンジン、25…車両本体、26…車輪、27…メイン制御回路、HV…車両、EV…車両
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記バッテリと負荷との間に電気的に接続してなる出力スイッチと、
前記出力スイッチのオフ状態で、負荷のコンデンサーをプリチャージするプリチャージ回路とを備える電源装置であって、
前記プリチャージ回路が、
前記バッテリよりも出力電圧の低いサブバッテリと、
前記サブバッテリの出力を昇圧してコンデンサーをプリチャージする昇圧回路とを備えており、
さらに、前記プリチャージ回路でプリチャージされるコンデンサーの電圧上昇特性からコンデンサー又はその接続回路の異常を判定する異常検出回路を備えることを特徴とする電源装置。A battery for supplying power to a load having a capacitor connected in parallel to the input side;
An output switch electrically connected between the battery and the load;
A power supply device comprising a precharge circuit for precharging a capacitor of a load in an off state of the output switch,
The precharge circuit is
A sub-battery having a lower output voltage than the battery;
A booster circuit that boosts the output of the sub-battery to precharge the capacitor;
The power supply device further includes an abnormality detection circuit that determines an abnormality of the capacitor or a connection circuit thereof from a voltage rise characteristic of the capacitor precharged by the precharge circuit.
前記サブバッテリが、12Vの鉛バッテリである電源装置。The power supply device according to claim 1,
The power supply device in which the sub-battery is a 12V lead battery.
前記バッテリと負荷との間に電気的に接続してなる出力スイッチと、
前記出力スイッチのオフ状態で、負荷のコンデンサーをプリチャージするプリチャージ回路とを備える電源装置であって、
前記プリチャージ回路が、前記バッテリの出力電圧を降圧してコンデンサーをプリチャージする降圧回路を備えており、
さらに、前記プリチャージ回路でプリチャージされるコンデンサーの電圧上昇特性からコンデンサー又はその接続回路の異常を判定する異常検出回路を備えることを特徴とする電源装置。A battery for supplying power to a load having a capacitor connected in parallel to the input side;
An output switch electrically connected between the battery and the load;
A power supply device comprising a precharge circuit for precharging a capacitor of a load in an off state of the output switch,
The precharge circuit includes a step-down circuit that steps down the output voltage of the battery and precharges a capacitor;
The power supply device further includes an abnormality detection circuit that determines an abnormality of the capacitor or a connection circuit thereof from a voltage rise characteristic of the capacitor precharged by the precharge circuit.
前記異常検出回路は、プリチャージされるコンデンサーの上昇電圧とプリチャージ時間とから電圧上昇率を演算し、前記電圧上昇率が所定の正常範囲内にあると、コンデンサー及びその接続回路が正常であると判定してプリチャージを継続する電源装置。The power supply device according to any one of claims 1 to 3,
The abnormality detection circuit calculates a voltage increase rate from the increased voltage and precharge time of the capacitor to be precharged, and when the voltage increase rate is within a predetermined normal range, the capacitor and its connection circuit are normal. A power supply device that determines that the precharge is continued.
前記異常検出回路は、前記電圧上昇率が前記正常範囲の上限よりも高く設定された最高上昇率よりも高いと、コンデンサー又は接続回路のオープン故障と判定してプリチャージを停止する電源装置。It is a power supply device described in Claim 4, Comprising:
When the voltage increase rate is higher than a maximum increase rate set higher than the upper limit of the normal range, the abnormality detection circuit determines that the capacitor or connection circuit is open and stops precharging.
前記異常検出回路は、前記電圧上昇率が前記正常範囲の上限よりも高く、かつ前記正常範囲の上限よりも高く設定された最高上昇率以下であると、コンデンサーの劣化と判定する電源装置。The power supply device according to claim 4 or 5, wherein
The abnormality detection circuit is a power supply device that determines that the capacitor is deteriorated when the voltage increase rate is higher than an upper limit of the normal range and not more than a maximum increase rate set higher than the upper limit of the normal range.
前記異常検出回路は、前記電圧上昇率が前記正常範囲の下限よりも低く、かつ前記正常範囲の下限よりも低く設定された最低上昇率以上であると、コンデンサーの劣化と判定する電源装置。The power supply device according to any one of claims 4 to 6,
The abnormality detection circuit is a power supply device that determines that the capacitor has deteriorated when the voltage increase rate is lower than a lower limit of the normal range and is equal to or higher than a minimum increase rate set lower than the lower limit of the normal range.
前記異常検出回路は、プリチャージを開始後、所定の時間が経過してもコンデンサーの電圧が上昇しないと、コンデンサー又は接続回路のショート故障と判定してプリチャージを停止する電源装置。The power supply device according to any one of claims 4 to 7,
The abnormality detection circuit is a power supply device that determines that a short circuit failure of the capacitor or the connection circuit and stops the precharge if the voltage of the capacitor does not increase even after a predetermined time has elapsed after starting the precharge.
前記プリチャージ回路は、コンデンサーをプリチャージする出力電圧を、前記バッテリの出力電圧に準じる第2出力電圧と、前記第2出力電圧よりも低い第1出力電圧の二段階に制御可能としており、
前記第1出力電圧でコンデンサーのプリチャージを開始すると共に、前記異常検出回路がコンデンサー及びその接続回路が正常であると判定すると、出力電圧を前記第2出力電圧に切り換えてコンデンサーをプリチャージする電源装置。The power supply device according to any one of claims 1 to 8,
The precharge circuit is capable of controlling an output voltage for precharging a capacitor in two stages, a second output voltage according to the output voltage of the battery and a first output voltage lower than the second output voltage,
A power supply that starts precharging the capacitor at the first output voltage and switches the output voltage to the second output voltage to precharge the capacitor when the abnormality detection circuit determines that the capacitor and its connection circuit are normal. apparatus.
前記プリチャージ回路は、コンデンサーをプリチャージする出力電圧を、前記バッテリの出力電圧に準じる第2出力電圧と、前記第2出力電圧よりも低い第1出力電圧の二段階に制御可能としており、
前記第1出力電圧でコンデンサーのプリチャージを開始すると共に、前記異常検出回路がコンデンサーの劣化と判定すると、プリチャージを停止することなく出力電圧を前記第2出力電圧に切り換えてプリチャージを継続して、条件付きでその使用を許可する電源装置。The power supply device according to any one of claims 1 to 8,
The precharge circuit is capable of controlling an output voltage for precharging a capacitor in two stages, a second output voltage according to the output voltage of the battery and a first output voltage lower than the second output voltage,
When the precharge of the capacitor is started at the first output voltage, and the abnormality detection circuit determines that the capacitor has deteriorated, the precharge is continued by switching the output voltage to the second output voltage without stopping the precharge. A power supply that permits its use under certain conditions.
前記プリチャージ回路は、
前記第1出力電圧を60V以下とすると共に、前記第1出力電圧でプリチャージを行っている状態において前記異常検出回路が異常を検出した際に、負荷のコンデンサーへのプリチャージを停止することを特徴とする電源装置。The power supply device according to claim 9, wherein
The precharge circuit is
Stopping the precharging of the load capacitor when the abnormality detection circuit detects an abnormality in a state where the first output voltage is set to 60 V or less and precharging is performed with the first output voltage. A featured power supply.
当該電源装置は、電動車両に搭載される電源装置であって、
前記バッテリから電力が供給される負荷が、
車両を走行させるモータと、
前記モータに前記バッテリからの電力を供給するDC/ACインバータとを備え、
入力側に並列に接続されているコンデンサーが、前記DC/ACインバータの入力側に設けられた平滑コンデンサーである電源装置。The power supply device according to any one of claims 1 to 11,
The power supply device is a power supply device mounted on an electric vehicle,
The load supplied with power from the battery is
A motor for driving the vehicle;
A DC / AC inverter for supplying electric power from the battery to the motor;
A power supply device in which a capacitor connected in parallel to the input side is a smoothing capacitor provided on the input side of the DC / AC inverter.
前記電源装置が、車両を走行させるモータに電力を供給するようにしてなる電動車両。An electric vehicle comprising the power supply device according to any one of claims 1 to 12,
An electric vehicle in which the power supply device supplies power to a motor that drives the vehicle.
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