WO2020059645A1 - 電源制御装置、及び電源装置 - Google Patents

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power supply
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哲也 三橋
石井 卓也
直毅 川本
克行 田端
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply control device and a power supply device.
  • electric vehicles and hybrid vehicles which have attracted attention as eco-friendly vehicles, include a first power storage device represented by a secondary battery such as a lithium ion battery, an inverter, and a motor driven by the inverter.
  • a first power storage device represented by a secondary battery such as a lithium ion battery, an inverter, and a motor driven by the inverter.
  • Patent Document 1 discloses a power supply control device that uses a first power storage device as a power source and supplies a power supply voltage to a power supply terminal of an inverter that is a load.
  • a power converter is arranged in a current path between the first power storage device and a load. For this reason, in the above-described conventional power supply control device, in the power transmission between the first power storage device and the load, power loss occurs due to the power converter. In general, it is desirable that power loss in power transmission between the first power storage device and the load be suppressed.
  • an object of the present invention is to provide a power supply control device and a power supply device that can suppress power loss in power transmission between a first power storage device and a load.
  • a power supply control device is a power supply control device that supplies a power supply voltage to a power supply terminal of a load using a first power storage device and a second power storage device as power sources, and a power converter; A switch disposed between one terminal of the first power storage device and the power supply terminal of the load; and a control circuit for controlling a conduction state of the switch.
  • the power converter may be arranged between one terminal of the second power storage device and the power terminal of the load.
  • the control circuit may make the switch conductive when the potential difference between the one terminal of the first power storage device and the power supply terminal of the load is smaller than a predetermined value.
  • the power converter may be a step-up / step-down converter capable of transmitting power bidirectionally.
  • the buck-boost converter is a first series circuit in which a first high-side switch and a first low-side switch are connected in series, and a first series circuit arranged in parallel with the second power storage device.
  • a second series circuit in which a series circuit, a second high-side switch and a second low-side switch are connected in series, wherein the second series circuit is arranged in parallel with the load;
  • An inductor may be provided between a connection point between a high-side switch and the first low-side switch and a connection point between the second high-side switch and the second low-side switch.
  • the power converter may step down the voltage from the one terminal side of the second power storage device to the power supply terminal side of the load, and, from the power supply terminal side of the load, change the voltage of the second power storage device.
  • a converter that boosts the voltage to one terminal may be used.
  • the converter is a series circuit in which a high-side switch and a low-side switch are connected in series, and includes a series circuit arranged in parallel with the second power storage device, and a series circuit including the high-side switch and the low-side switch.
  • the power supply terminal may include an inductor disposed between a connection point and the power supply terminal of the load.
  • the power converter boosts the voltage from the one terminal side of the second power storage device to the power supply terminal side of the load, and, from the power supply terminal side of the load, the power converter of the second power storage device.
  • a converter that steps down to one terminal may be used.
  • the converter is a series circuit in which a high-side switch and a low-side switch are connected in series, a series circuit arranged in parallel with the load, and a connection point between the high-side switch and the low-side switch; And an inductor disposed between the one terminal of the second power storage device and the one terminal.
  • the power converter boosts the voltage from the other terminal side of the second power storage device to the power supply terminal side of the load, and the other end of the second power storage device from the power supply terminal side of the load. May be a converter that steps down to the terminal side.
  • the converter is a series circuit in which a high-side switch and a low-side switch are connected in series, a series circuit arranged in parallel with the load, and a connection point between the high-side switch and the low-side switch; An inductor disposed between the second terminal of the second power storage device and the other terminal.
  • the first power storage device may have a voltage of 30 V or more.
  • a power supply device includes a first power storage device and a second power storage device, and supplies power to a power terminal of a load using the first power storage device and the second power storage device as power sources.
  • a power supply control device for supplying a voltage further comprising: a power converter, a switch disposed between one terminal of the first power storage device and a power supply terminal of the load, and a conduction state of the switch. And a control circuit for controlling.
  • the power converter may be arranged between one terminal of the second power storage device and the power terminal of the load.
  • the power converter boosts the voltage from the other terminal side of the second power storage device to the power supply terminal side of the load, and the other end of the second power storage device from the power supply terminal side of the load. May be a converter that steps down to the terminal side.
  • the power supply control device and the power supply device it is possible to suppress a power loss in power transmission between the first power storage device and the load.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a state in which a power supply voltage is supplied to the load according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing a state where regenerative power is stored in the second power storage device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a power supply device according to a comparative example.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the switch and the control circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a state in which a power supply voltage is supplied to the load according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a timing chart showing how the vehicle speed, the potential of each part, and the conduction state of the switch of the vehicle according to Embodiment 1 change over time.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a timing chart showing how the vehicle speed, the potential of each part, and the conduction state of the switch of the vehicle according to the second embodiment change over time.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a timing chart showing how the vehicle speed, the potential of each part, and the conduction state of the switch of the vehicle according to Embodiment 3 change over time.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a timing chart showing how the vehicle speed, the potential of each part, and the conduction state of the switch of the vehicle change over time according to the fourth embodiment.
  • This power supply device is a device that supplies a power supply voltage to a power supply terminal of a load.
  • the load is an inverter that drives a motor serving as a power source of an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like.
  • the load need not be limited to the inverter driving the motor.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the power supply device 30 according to the first embodiment.
  • the power supply device 30 includes a first power storage device 1, a second power storage device 5, and a power supply control device 20, and supplies a power supply voltage to a power supply terminal of the inverter 2 as a load. .
  • the ground of the power supply device 30 and the ground of the inverter 2 are common.
  • the inverter 2 has a power terminal and a ground terminal, and drives the motor 3 using a power voltage supplied from the power device 30 to the power terminal.
  • the ground terminal is connected to the ground.
  • Vd the potential of the power supply terminal of the inverter 2
  • the motor 3 is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle. For example, the motor 3 accelerates, cruises, or decelerates the electric vehicle or the hybrid vehicle. When decelerating an electric vehicle or a hybrid vehicle, the motor 3 operates as a generator to generate regenerative electric power. The regenerative power generated by the motor 3 is supplied to the power supply device 30 via the power supply terminal of the inverter 2.
  • the first power storage device 1 has one terminal and the other terminal, and stores power between the one terminal and the other terminal.
  • the first power storage device 1 is, for example, a secondary battery or the like.
  • the first terminal of the first power storage device 1 is connected to the ground.
  • Vb the potential of one terminal of first power storage device 1 is referred to as Vb.
  • Vb is, for example, 48V.
  • the second power storage device 5 has one terminal and the other terminal, and stores power between the one terminal and the other terminal.
  • the second power storage device 5 is, for example, a capacitor, a secondary battery, or the like.
  • the second terminal of the second power storage device 5 is connected to the ground.
  • Vc the potential of one terminal of second power storage device 5
  • the power supply control device 20 uses the first power storage device 1 and the second power storage device 5 as power sources to supply a power supply voltage to a power supply terminal of the inverter 2 as a load.
  • the ground of the power supply control device 20 and the ground of the power supply device 30 are common.
  • the power control device 20 includes the switch 6, the power converter 4, and the control circuit 10.
  • the switch 6 is arranged between one terminal of the first power storage device 1 and a power supply terminal of the inverter 2 as a load, and is connected to one terminal of the first power storage device 1 and a power supply of the inverter 2 as a load.
  • the conduction state between the terminal and the terminal is switched between conduction and interruption.
  • Power converter 4 is arranged between one terminal of second power storage device 5 and a power terminal of inverter 2 as a load, and is connected from one terminal of second power storage device 5 to a power terminal of inverter 2. Alternatively, power is transmitted from the power supply terminal of the inverter 2 to one terminal of the second power storage device 5 irrespective of the level of the potential of both. More specifically, power converter 4 is a converter (step-up / step-down converter) capable of transmitting power bidirectionally between one terminal of second power storage device 5 and the power supply terminal of inverter 2 as a load.
  • the control circuit 10 controls the conduction state of the switch 6. More specifically, the control circuit 10 turns on the switch 6 when the potential difference between one terminal of the first power storage device 1 and the power supply terminal of the inverter 2 as a load is smaller than a predetermined value. When it is larger than the value, the switch 6 is turned off. The control circuit 10 controls the operation of the power converter 4 and the operation of the inverter 2.
  • FIG. 2A shows that, when the conduction state of switch 6 is conductive, that is, when the potential difference between Vb and Vd is smaller than a predetermined value, power supply control device 20 controls first power storage device 1 and second power storage device.
  • 5 is a schematic diagram showing a state in which a power supply voltage is supplied to a power supply terminal of an inverter 2 which is a load using the power supply 5 as a power source.
  • FIG. 2B shows that when the conduction state of switch 6 is cut off, that is, when the potential difference between Vb and Vd is larger than a predetermined value, the regenerative power generated by motor 3 is stored in second power storage device 5.
  • Vd> Vc the power converter 4 performs a step-down operation from Vd to Vc.
  • Vd ⁇ Vc power converter 4 performs a boosting operation from Vd to Vc.
  • the regenerative power generated by motor 3 is transmitted to second power storage device 5 irrespective of the level of the potential of Vd and Vc. That is, the regenerative power generated by the motor 3 is stored in the second power storage device 5 irrespective of the level of the potential of Vd and Vc. In other words, the regenerative power generated by the motor 3 is stored in the second power storage device 5 even in a region where Vd is lower than Vc.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of a power supply device according to a comparative example.
  • the power supply device includes a first power storage device 101, a second power storage device 107, a first power converter 102, a second power converter 106, And a circuit 105 for supplying a power supply voltage to a power supply terminal of the inverter 103 as a load.
  • the ground of the power supply device according to the comparative example and the ground of the inverter 103 are common.
  • the first power converter 102, the second power converter 106, and the control circuit 105 form a power supply control device according to the comparative example.
  • the first power storage device 101, the second power storage device 107, the inverter 103, and the motor 104 are connected to the first power storage device 1, the second power storage device 5, the inverter 2, and the motor 3, respectively. The same is true.
  • the first power converter 102 boosts the potential Vb of one terminal of the first power storage device 101 and outputs the boosted mode to the power supply terminal of the inverter 103, and reduces the potential Vd of the power supply terminal of the inverter 103. And a step-down mode of outputting to one terminal of the first power storage device 101.
  • the second power converter 106 boosts the potential Vc of one terminal of the second power storage device 107 and outputs it to one terminal of the first power storage device 101; And a step-down mode in which the potential Vb of one terminal is stepped down and output to one terminal of the second power storage device.
  • the control circuit 105 controls the operation of the first power converter 102, the operation of the second power converter 106, and the operation of the inverter 103.
  • control circuit 105 when inverter 103 consumes relatively large power, that is, at the time of starting / acceleration of an electric vehicle or a hybrid vehicle, control circuit 105 causes both first power converter 102 and second power converter 106 to operate together. Operate in boost mode. Accordingly, a power supply voltage is supplied to the power supply terminal of the inverter 103 using both the first power storage device 101 and the second power storage device 107 as power sources. At this time, the control circuit 105 controls the operation of the first power converter 102 and the operation of the second power converter 106 such that rapid discharge of the first power storage device 101 is avoided.
  • the control circuit 105 operates the first power converter 102 in the boost mode, for example, when the inverter 103 consumes relatively small power, that is, when the electric vehicle or the hybrid vehicle cruises at a substantially constant speed, The operation of the second power converter 106 is stopped. Thus, the power supply voltage is supplied to the power supply terminal of the inverter 103 using the first power storage device 101 as a power source.
  • the control circuit 105 controls the first power converter 102 and the second Both the power converter 106 and the power converter 106 are operated in the step-down mode. Thereby, the regenerative power generated by motor 104 is stored in both first power storage device 101 and second power storage device 107. At this time, the control circuit 105 controls the operation of the first power converter 102 and the operation of the second power converter 106 so that rapid charging of the first power storage device 101 is avoided.
  • the first power converter 102 intervenes in the power transmission between the first power storage device 101 and the inverter 103. For this reason, in power transmission between first power storage device 101 and inverter 103, power loss occurs due to power conversion by first power converter 102.
  • the power supply control device 20 as described above, no circuit other than the switch 6 exists in the current path between the first power storage device 1 and the inverter 2. Therefore, in power transmission between first power storage device 1 and inverter 2, power loss is limited to power loss by switch 6.
  • the power loss in the power transmission between the first power storage device 101 and the inverter 103 as the load can be suppressed as compared with the power supply control device according to the comparative example.
  • the regenerative power generated by the motor 104 is transmitted from the inverter 103 to the second power converter 106 via the first power converter 102. At this time, the output voltage to the second power converter 106 side is clamped to the potential Vb of one terminal of the first power storage device 101. Therefore, regenerative power generated by motor 104 is not stored in second power storage device 107 in a region where Vd is lower than Vb.
  • the power supply control device 20 when the regenerative power generated by the motor 3 is transmitted to the power converter 4 via the inverter 2, the output voltage of the power converter 4 becomes the first voltage. Is not crapped by the output voltage Vb of the power storage device 1. Therefore, in power supply control device 20, regenerative power generated by motor 3 is stored in second power storage device 5 even in a region where Vd is lower than Vb.
  • the regenerative power generated by the motor 3 can be stored in the second power storage device 5 more efficiently than the power supply control device according to the comparative example.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the switch 6 and the control circuit 10. However, FIG. 4 is a diagram illustrating only a configuration of a circuit for realizing a function of controlling the conduction state of the switch 6 in the control circuit 10. The control circuit 10 is actually configured to include circuits other than the circuit configuration illustrated in FIG.
  • the switch 6 includes a PMOSFET 61 and a PMOSFET 62.
  • the potential Vb of one terminal of the first power storage device 101 is applied to the source terminal of the PMOSFET 61, and the potential Vd of the power supply terminal of the inverter 2 is applied to the source terminal of the PMOSFET 62.
  • the drain terminal of the PMOSFET 61 and the drain terminal of the PMOSFET 62 are connected.
  • a bidirectional switch including the PMOSFET 61 and the PMOSFET 62 is configured. That is, the switch 6 is a bidirectional switch including the PMOSFET 61 and the PMOSFET 62.
  • the control circuit 10 includes a diode 70, a diode 71, an NMOSFET 72, a PMOSFET 73, a PMOSFET 74, a resistor 75, a resistor 76, a diode 77, a diode 78, an NMOSFET 79, and an inverter 80. , AND gate 81, comparator 82, comparator 83, voltage source 84, and voltage source 85.
  • the gate terminal of the PMOSFET 61 and the gate terminal of the PMOSFET 62 are connected to the drain terminal of the NMOSFET 72 via the diode 70 and the diode 71, respectively.
  • the NMOSFET 72 When the NMOSFET 72 is turned on, the PMOSFET 61 and the PMOSFET 62 have their respective gate terminals at a low potential and are turned on.
  • a PMOSFET 73 and a PMOSFET 74 are connected between the source terminal and the gate terminal of the PMOSFET 61 and the PMOSFET 62, respectively. Therefore, if the PMOSFET 73 is on, the PMOSFET 61 is off, and if the PMOSFET 74 is on, the PMOSFET 62 is off.
  • a resistor 75 and a resistor 76 are connected between the source and gate terminals of the PMOSFET 73 and the PMOSFET 74, respectively, and the gate terminals of the PMOSFET 73 and the PMOSFET 74 are connected to the drain terminal of the NMOSFET 79 via the diodes 77 and 78, respectively. You. When the NMOSFET 79 is turned on, the PMOSFET 73 and the PMOSFET 74 have their respective gate terminals at a low potential and are turned on.
  • the gate terminals of the PMOSFET 73 and the PMOSFET 74 are set to a high potential by the resistors 75 and 76 to be in the off state.
  • a drive signal Vg applied to the gate terminal of the NMOSFET 72 is logically inverted by the inverter 80 and applied to the gate terminal of the NMOSFET 79. Therefore, when the drive signal Vg applied to the gate terminal of the NMOSFET 72 has the logical value “H”, the switch 6 turns on, and when the drive signal Vg has the logical value “L”, the switch 6 turns off.
  • the drive signal Vg is the output of the AND gate 81, and the outputs of the comparators 82 and 83 are input to the AND gate 81.
  • the comparator 82 has a positive input terminal to which the potential Vb is input, and a negative input terminal to which a potential obtained by subtracting the potential of the voltage source 84 from the potential Vd is input.
  • the comparator 83 has a positive input terminal to which the potential Vd is input and a negative input terminal to which a potential obtained by subtracting the potential of the voltage source 85 from the potential Vb is input.
  • the comparator 82 outputs the logical value “H” when Vb> Vd ⁇ V, and the comparator 83 outputs the logical value “H”. The output is performed when Vd> Vb ⁇ V.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the power supply device 30.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the power converter 4 in more detail than FIG.
  • the power converter 4 is an H-bridge type converter (step-up / step-down converter) capable of transmitting power bidirectionally.
  • the power converter 4 includes a first high-side switch 41, a first low-side switch 42, a second high-side switch 43, a second low-side switch 44, and an inductor 40. , A smoothing capacitor 45.
  • the first high-side switch 41 and the second high-side switch 43 are each a PMOSFET, and the first low-side switch 42 and the second low-side switch 44 are each an NMOSFET.
  • the first high-side switch 41 and the first low-side switch 42 are connected in series to form a first series circuit.
  • the first series circuit is arranged in parallel with second power storage device 5.
  • the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44 are connected in series to form a second series circuit.
  • the second series circuit is arranged in parallel with the smoothing capacitor 45.
  • Smoothing capacitor 45 is arranged in parallel with inverter 2.
  • the inductor 40 has one terminal connected to the connection point LX1 and the other terminal connected to the connection point LX2.
  • the control circuit 10 receives Vb, Vc, and Vd as input, and outputs a control signal for the switch 6, a control signal for the power converter 4, and a control signal for the inverter 2.
  • the power converter 4 operates as a converter (step-down converter) that supplies power from the second power storage device 5 to the inverter 2.
  • Vc> Vd when the power is regenerated from the inverter 2 to the second power storage device 5, when the first low-side switch 42 is on, the smoothing capacitor 45 (or the inverter 2) ⁇ the second high Current flows in a loop of the side switch 43 ⁇ the inductor 40 ⁇ the first low side switch 42 ⁇ the smoothing capacitor 45 (or the inverter 2), and when the first low side switch 42 is off, the smoothing capacitor 45 (or the inverter 2) ⁇ A current flows through a loop of the second high-side switch 43 ⁇ the inductor 40 ⁇ the first high-side switch 41 ⁇ the second power storage device 5 ⁇ the smoothing capacitor 45 (or the inverter 2).
  • the power converter 4 operates as a converter (step-up converter) that regenerates power from the inverter 2 to the second power storage device 5.
  • Vc when power is supplied from the second power storage device 5 to the inverter 2, when the second low-side switch 44 is on, the second power storage device 5 ⁇ the first high-side switch 41 ⁇ inductor 40 ⁇ second low-side switch 44 ⁇ current flows in the loop of second power storage device 5, and when second low-side switch 44 is off, second power storage device 5 ⁇ first high-side switch A current flows through a loop of 41 ⁇ inductor 40 ⁇ second high-side switch 43 ⁇ smoothing capacitor 45 (or inverter 2) ⁇ second power storage device 5.
  • the power converter 4 operates as a converter (boost converter) that supplies power from the second power storage device 5 to the inverter 2.
  • power converter 4A operates as a converter (step-down converter) that regenerates power from inverter 2 to second power storage device 5.
  • FIG. 6 is a timing chart showing how the vehicle speed, Vb, Vd, Vc, VL1, VL2, and the conduction state of the switch 6 of an electric vehicle or a hybrid vehicle (hereinafter also referred to as “vehicle”) change over time. It is. Here, the description will be made on the assumption that the capacity of the first power storage device 1 is sufficiently large and the change in Vb due to charging and discharging of the first power storage device 1 is negligibly small.
  • the vehicle starts / accelerates during the period from time t0 to t3.
  • the control circuit 10 causes the inverter 2 to operate.
  • the motor 3 rotates, and the vehicle speed increases.
  • the control circuit 10 controls the power converter 4 to operate the power converter 4 as a converter (step-down converter) that supplies power from the second power storage device 5 to the inverter 2.
  • VL1 becomes a switching waveform with Vc at a high potential
  • VL2 becomes Vd.
  • Vd increases.
  • the rotation speed of the motor 3 increases, and the vehicle speed further increases. This period is from the time t1 when Vd reaches Vb, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vc> Vb> Vd.
  • Vc Vd
  • the power converter 4 stops switching between the first high-side switch 41 and the first low-side switch 42, and the first high-side switch 41 and the second
  • the high side switch 43 is fixed to the ON state, and the power to the inverter 2 is supplied from the first power storage device 1.
  • This period is until time t3 when the vehicle starts cruising, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vc ⁇ Vb ⁇ Vd.
  • power supply device 30 performs the same operation as the period from time t2 to time t3. Therefore, electric power to inverter 2 is supplied from first power storage device 1. This period is until time t4 when the vehicle starts decelerating, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vc ⁇ Vb ⁇ Vd.
  • control circuit 10 controls power converter 4 to operate power converter 4 as a converter (step-down converter) that transmits regenerative power from inverter 2 to second power storage device 5. Thereby, the regenerative electric power generated by motor 3 is stored in second power storage device 5. This period is from time t5 when Vd reaches Vc, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vd> Vc> Vb.
  • the control circuit 10 controls the power converter 4 so that the power converter 4 transmits the regenerative power from the inverter 2 to the second power storage device 5 ( (Step-up converter).
  • the regenerative electric power generated by motor 3 is stored in second power storage device 5.
  • the period up to time t6 when Vd reaches a predetermined threshold is this period, and the potentials of the respective parts are, in chronological order, a relationship of Vc> Vd> Vb, a relationship of Vc> Vb ⁇ Vd or a relationship of Vc> Vb> Vd become.
  • Vb ⁇ Vd the conduction state of the switch 6 is temporarily made conductive.
  • regenerative power generated by motor 3 is also stored in first power storage device 1.
  • control circuit 10 stops power converter 4.
  • the storage of the regenerative power generated by motor 3 in second power storage device 5 ends.
  • the vehicle is further decelerated by the mechanical brake, and stops at time t7.
  • the power converter 4 is connected to the first high-side switch 41 and the first high-side switch 41.
  • a first series circuit in which the first low-side switch 42 is connected in series the first series circuit being arranged in parallel with the second power storage device 5, the second high-side switch 43, and the second A second series circuit in which the low-side switch 44 is connected in series, the second series circuit being arranged in parallel with the inverter 2 serving as a load, a first high-side switch 41 and a first low-side switch 42
  • the inductor 40 disposed between the connection point LX2 between the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44.
  • Vd is also an area to be lower than Vc, it is accumulated in the second power storage device 5.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the power supply device according to the second embodiment.
  • the same components as those of the power supply device 30 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as already described, and detailed description thereof will be omitted. The following description focuses on differences from the device 30.
  • the power supply device according to the second embodiment is different from the power supply device 30 according to the first embodiment in that the power converter 4 is changed to the power converter 4A and the control circuit 10 is changed to the control circuit 10A. It is composed.
  • Vc is always maintained at Vd or higher.
  • the control circuit 10A controls the conduction state of the switch 6, as in the control circuit 10 according to the first embodiment.
  • the control circuit 10A controls the operation of the power converter 4A and the operation of the inverter 2. More specifically, control circuit 10A receives Vb, Vc, and Vd as input, and outputs a control signal for switch 6, a control signal for power converter 4A, and a control signal for inverter 2.
  • the power converter 4A drops the voltage from one terminal side of the second power storage device 5 to the power supply terminal side of the inverter 2 serving as a load, and from the power supply terminal side of the inverter 2 serving as a load, Is a converter that boosts the voltage to one terminal side.
  • the power converter 4A includes a high-side switch 47, a low-side switch 48, an inductor 46, and a smoothing capacitor 45.
  • the high-side switch 47 is a PMOSFET, and the low-side switch 48 is an NMOSFET.
  • the high-side switch 47 and the low-side switch 48 are connected in series to form a series circuit.
  • the series circuit is arranged in parallel with second power storage device 5.
  • the inductor 40 has one terminal connected to the connection point LX and the other terminal connected to the power supply terminal of the inverter 2.
  • FIG. 8 is a timing chart showing how the vehicle speed, Vb, Vd, Vc, VL, and the conduction state of the switch 6 change over time.
  • the description will be made on the assumption that the capacity of the first power storage device 1 is sufficiently large and the change in Vb due to charging and discharging of the first power storage device 1 is negligibly small.
  • control circuit 10A operates the inverter 2. As a result, the motor 3 rotates, and the vehicle speed increases. Further, control circuit 10A controls power converter 4A to operate power converter 4A as a converter (step-down converter) that supplies power from second power storage device 5 to inverter 2. As a result, VL has a switching waveform in which Vc has a high potential.
  • Vd increases. As a result, the rotation speed of the motor 3 increases, and the vehicle speed further increases. This period is from the time t1 when Vd reaches Vb, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vc> Vb> Vd.
  • the power supply device performs the same operation as in the period from time t2 to time t3. Therefore, electric power to inverter 2 is supplied from first power storage device 1. This period is until time t4 when the vehicle starts decelerating, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vc ⁇ Vb ⁇ Vd.
  • the motor 3 generates regenerative power, and Vd increases.
  • the conduction state of the switch 6 is changed from conduction to interruption. Therefore, the flow of excessive regenerative current to the first power storage device 1 is suppressed, and the rapid charging of the first power storage device 1 is suppressed.
  • the regenerative electric power generated by the motor 3 is stored in the second power storage device 5 via the power converter 4A. At this time, the regenerative current may flow through the high-side switch 47 that is in the on state, or may flow through the body diode of the high-side switch 47 that is in the off state.
  • the control circuit 10A controls the power converter 4A to start the operation of the power converter 4A as a converter (boost converter) for transmitting regenerative power from the inverter 2 to the second power storage device 5 until time t5. During this period, the potentials of the respective parts have a relationship of Vd ⁇ Vc> Vb.
  • the control circuit 10A controls the power converter 4A to operate the power converter 4 as a converter (step-up converter) for transmitting regenerative power from the inverter 2 to the second power storage device 5.
  • the regenerative electric power generated by motor 3 is stored in second power storage device 5.
  • the period up to time t6 when Vd reaches a predetermined threshold is this period, and the potentials of the respective parts are, in chronological order, a relationship of Vc> Vd> Vb, a relationship of Vc> Vb ⁇ Vd or a relationship of Vc> Vb> Vd become.
  • Vb ⁇ Vd the conduction state of the switch 6 is temporarily made conductive.
  • regenerative power generated by motor 3 is also stored in first power storage device 1.
  • control circuit 10A stops power converter 4A.
  • the storage of the regenerative power generated by motor 3 in second power storage device 5 ends.
  • the vehicle is further decelerated by the mechanical brake, and stops at time t7.
  • the voltage of the power converter 4A is reduced from one terminal side of the second power storage device 5 to the power supply terminal side of the inverter 2 as a load,
  • the power converter 4 ⁇ / b> A is connected to the high side switch 47 and the low side And a connection point XL between the high-side switch 47 and the low-side switch 48, and a series circuit in which the switch 48 and the switch 48 are connected in series.
  • the regenerative power generated by the motor 3 is such that Vd is higher than Vc. Even lower area, is accumulated in the second power storage device 5.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the power supply device according to the third embodiment.
  • the same components as those of the power supply device 30 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as already described, and detailed description thereof will be omitted. The following description focuses on differences from the device 30.
  • the power supply device according to the third embodiment is different from the power supply device 30 according to the first embodiment in that the power converter 4 is changed to the power converter 4B and the control circuit 10 is changed to the control circuit 10B. It is composed.
  • Vc is kept equal to or lower than Vd.
  • the control circuit 10B controls the conduction state of the switch 6, as in the control circuit 10 according to the first embodiment.
  • the control circuit 10B controls the operation of the power converter 4B and the operation of the inverter 2. More specifically, the control circuit 10B receives Vb, Vc, and Vd and outputs a control signal for the switch 6, a control signal for the power converter 4B, and a control signal for the inverter 2.
  • the power converter 4B boosts the voltage from one terminal side of the second power storage device 5 to the power supply terminal side of the inverter 2 as a load, and from the power supply terminal side of the inverter 2 as a load, A converter that steps down to one terminal side.
  • the power converter 4B includes a second high-side switch 43, a second low-side switch 44, an inductor 40, a smoothing capacitor 45, a switch 49, and a third power storage device 50. Is provided.
  • the switch 49 is a PMOSFET, and is arranged between one terminal of the second power storage device 5 and the power supply terminal of the inverter 2 as a load.
  • the third power storage device 50 is arranged in parallel with the switch 49. That is, third power storage device 50 has one terminal connected to one terminal of second power storage device 5 and the other terminal connected to a power supply terminal of inverter 2 as a load.
  • the capacitance of the third power storage device 50 is smaller than the capacitance of the second power storage device 5.
  • connection between the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44 in a second series circuit configured by connecting the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44 in series will be described.
  • the point is called LX
  • the potential of the connection point LX is called VL.
  • Inductor 40 has one terminal connected to one terminal of second power storage device 5 and the other terminal connected to connection point LX.
  • FIG. 10 is a timing chart showing how the vehicle speed, Vb, Vd, Vc, VL, and the conduction state of the switch 6 change over time.
  • the description will be made on the assumption that the capacity of the first power storage device 1 is sufficiently large and the change in Vb due to charging and discharging of the first power storage device 1 is negligibly small.
  • the body diode of the switch 49 is turned off, and the control circuit 10B controls the power converter 4B to supply the power converter 4B with power from the second power storage device 5 to the inverter 2 ( (Step-up converter). Therefore, Vc decreases.
  • the second low-side switch 44 when the second low-side switch 44 is on (when the second high-side switch 43 is off), the second power storage device 5 ⁇ the inductor 40 ⁇ the second low-side switch 44 ⁇ Current flows through the path of the second power storage device 5, and magnetic energy is stored in the inductor 40.
  • the power supply according to the third embodiment performs the same operation as the period from time t2 to time t3. Therefore, power to inverter 2 is mainly supplied from first power storage device 1. On the other hand, power supply from second power storage device 5 to inverter 2 is also continued. Therefore, the decrease of Vc continues. This period is from the time t4 when the voltage Vc decreases to the predetermined value, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vb ⁇ Vd> Vc.
  • the predetermined value may be, for example, an operation lower limit value of the power converter 4B.
  • the control circuit 10B controls the power converter 4B to stop the operation of the power converter 4B. Therefore, electric power to inverter 2 is supplied from first power storage device 1. This period is until time t5 when the vehicle starts decelerating, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vb ⁇ Vd> Vc.
  • the motor 3 generates regenerative power, and Vd increases.
  • the conduction state of the switch 6 is changed from conduction to interruption. Therefore, the flow of excessive regenerative current to the first power storage device 1 is suppressed, and the rapid charging of the first power storage device 1 is suppressed.
  • the regenerative current flows through the series capacity of third power storage device 50 and second power storage device 5. For this reason, Vc increases.
  • the control circuit 10B controls the power converter 4B to operate the power converter 4B as a converter (step-down converter) that transmits regenerative power from the inverter 2 to the second power storage device 5.
  • the smoothing capacitor 45 ⁇ the second high-side switch 43 ⁇ the inductor 40 ⁇ the The current flows through the path of the second power storage device 5 ⁇ the smoothing capacitor 45, and the current flows through the path of the third power storage device 50 ⁇ the second high-side switch 43 ⁇ the inductor 40 ⁇ the third power storage device 50.
  • the third power storage device 50 due to the regenerative current is suppressed, but rather lowered. In order to lower the potential of the third power storage device 50, the power stored in the third power storage device 50 may be discharged by the switch 49.
  • the control circuit 10B controls the power converter 4B to stop the operation of the power converter 4B.
  • the storage of the regenerative power generated by motor 3 in second power storage device 5 ends.
  • the vehicle is further decelerated by the mechanical brake, and stops at time t7.
  • the power converter 4B is stepped up from one terminal side of the second power storage device 5 to the power supply terminal side of the inverter 2, which is a load, and the load is increased.
  • the power converter 4 ⁇ / b> B is connected to the second high-side switch 43.
  • a second low-side switch 44 connected in series, the series circuit being arranged in parallel with the inverter 2 as a load, and the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44.
  • the power supply device With the configuration including the inductor 40 disposed between the connection point XL and one terminal of the second power storage device 5, the power supply device according to the third embodiment is generated by the motor 3.
  • Raw power, Vd is also an area to be lower than Vc, it is accumulated in the second power storage device 5.
  • the other terminal of the first power storage device 1 and the other terminal of the second power storage device 5 are connected to ground, and the power supply device according to the third embodiment has one terminal connected to the second power storage device.
  • the power supply voltage is supplied to the power supply terminal of the inverter 2 as a load using a third power storage device connected to one terminal of the device 5 and the other terminal connected to the power supply terminal of the inverter 2 as a load. It may be.
  • the third power storage device 50 may have a smaller capacity than the second power storage device 5, and the third power storage device 50 and the second power storage device 50 are switched by the switching operation of the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44. Power can be transferred to and from the power storage device 5 and can be used for voltage adjustment.
  • the power converter 4B may include the switch 49 which is a discharge circuit for discharging the third power storage device 50.
  • the switch 49 which is a discharge circuit for discharging the third power storage device 50.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the power supply device according to the fourth embodiment.
  • the same components as those of the power supply device according to the third embodiment have already been described, the same reference numerals are assigned, and the detailed description thereof will be omitted.
  • the following description focuses on differences from the power supply device according to Embodiment 3.
  • the power supply device according to Embodiment 4 is different from the power supply device according to Embodiment 3 in that second power storage device 5 is changed to second power storage device 5A, and power converter 4B is The configuration is changed to the converter 4C, and the control circuit 10B is changed to the control circuit 10C.
  • Vc is maintained equal to or lower than Vd.
  • the second power storage device 5A has one terminal and the other terminal, and stores power between the one terminal and the other terminal.
  • the second power storage device 5A is, for example, a capacitor, a secondary battery, or the like.
  • one terminal is connected to a power supply terminal of the inverter 2 as a load, and the other terminal is connected to one terminal of a third power storage device 52 described later.
  • Vc the potential of one terminal of second power storage device 5 with respect to the other terminal.
  • the control circuit 10C controls the conduction state of the switch 6, as in the control circuit 10B according to the third embodiment.
  • the control circuit 10C controls the operation of the power converter 4C and the operation of the inverter 2. More specifically, the control circuit 10C receives Vb, Vd ⁇ Vc, and Vd, and outputs a control signal for the switch 6, a control signal for the power converter 4B, and a control signal for the inverter 2.
  • the power converter 4C boosts the voltage from the other terminal of the second power storage device 5 to the power supply terminal of the inverter 2 serving as a load, and outputs the voltage of the second power storage device 5 from the power supply terminal of the inverter 2 serving as a load.
  • the power converter 4C includes a second high-side switch 43, a second low-side switch 44, an inductor 40, a smoothing capacitor 45, a switch 51, and a third power storage device 52. Is provided.
  • the switch 51 is an NMOSFET, and is arranged between the other terminal of the second power storage device 5A and the ground.
  • the third power storage device 52 is arranged in parallel with the switch 51. That is, the third power storage device 52 has one terminal connected to the other terminal of the second power storage device 5A and the other terminal connected to the ground. The capacitance of the third power storage device 52 is smaller than the capacitance of the second power storage device 5A.
  • Inductor 40 has one terminal connected to the other terminal of second power storage device 5A and the other terminal connected to connection point LX.
  • FIG. 12 is a timing chart showing how the vehicle speed, Vb, Vd, Vc, VL, and the conduction state of the switch 6 change over time.
  • the description will be made on the assumption that the capacity of the first power storage device 1 is sufficiently large and the change in Vb due to charging and discharging of the first power storage device 1 is negligibly small.
  • the vehicle starts / accelerates during the period from time t0 to t3.
  • the control circuit 10A operates the inverter 2.
  • the motor 3 rotates, and the vehicle speed increases.
  • power is supplied from the second power storage device 5A to the inverter 2 via the body diode of the switch 51, and Vc decreases.
  • This period is from the time t1 when Vc decreases and the body diode of the switch 51 is turned off.
  • the potentials of the respective parts have a relationship of Vb> Vc ⁇ Vd.
  • the body diode of the switch 51 is turned off, and the control circuit 10C controls the power converter 4C to transfer power from the second power storage device 5A to the third power storage device 52.
  • the inverting operation of the power converter 4C when the second high-side switch 43 is on (when the second low-side switch 44 is off), the second power storage device 5A ⁇ the second high-side switch 43 ⁇ the inductor Current flows through the path from 40 to the second power storage device 5A, and magnetic energy is stored in the inductor 40.
  • the conduction state of the switch 6 is changed from cut-off to conduction, and power is also supplied from the first power storage device 1 to the inverter 2. Therefore, power to inverter 2 is mainly supplied from first power storage device 1.
  • the supply of power to inverter 2 from the series capacity of second power storage device 5A and third power storage device 52 is also continued. Therefore, the decrease of Vc continues. This period is until time t3 when the vehicle starts cruising, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vb ⁇ Vd> Vc.
  • the power supply according to the fourth embodiment performs the same operation as the period from time t2 to time t3. Therefore, power to inverter 2 is mainly supplied from first power storage device 1.
  • the supply of power to inverter 2 from the series capacity of second power storage device 5A and third power storage device 52 is also continued. Therefore, the decrease of Vc continues. This period is from the time t4 when the voltage Vc decreases to the predetermined value, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vb ⁇ Vd> Vc.
  • the predetermined value may be, for example, an operation lower limit value of the power converter 4B.
  • the control circuit 10C controls the power converter 4C to stop the operation of the power converter 4C. Therefore, electric power to inverter 2 is supplied from first power storage device 1. This period is until time t5 when the vehicle starts decelerating, and the potentials of the respective parts have a relationship of Vb ⁇ Vd> Vc.
  • the motor 3 generates regenerative power, and Vd increases.
  • the conduction state of the switch 6 is changed from conduction to interruption. Therefore, the flow of excessive regenerative current to the first power storage device 1 is suppressed, and the rapid charging of the first power storage device 1 is suppressed.
  • the regenerative current flows through the series capacity of the second power storage device 5A and the third power storage device 52. For this reason, Vc increases.
  • the control circuit 10C controls the power converter 4C to operate the power converter 4C as a converter (inverting converter) that supplies power from the third power storage device 52 to the second power storage device 5A.
  • the third power storage device 52 ⁇ the inductor 40 ⁇ the second low-side switch 44 ⁇ Current flows through the path of the third power storage device 52, and magnetic energy is stored in the inductor 40. Then, when the second low-side switch 44 is off (when the second high-side switch 43 is on), the path from the inductor 40 ⁇ the second high-side switch 43 ⁇ the second power storage device 5A ⁇ the inductor 40 The current flows and is stored in the second power storage device 5A. As a result, the potential increase of the third power storage device 52 due to the regenerative current is suppressed, but rather reduced.
  • the power stored in the third power storage device 52 may be discharged by the switch 51. That is, power converter 4C stores the regenerative power generated by motor 3 in second power storage device 5A, and discharges third power storage device 52. This period is from the time t6 when Vd reaches Vc, and the potentials of the respective parts are in the order of Vd> Vb> Vc, the relationship of Vd ⁇ Vb> Vc, or the relationship of Vb> Vd> Vc in chronological order. .
  • Vb ⁇ Vd the conduction state of the switch 6 is temporarily conducted. During the period in which the conduction state of switch 6 is temporarily conductive, regenerative power generated by motor 3 is also stored in first power storage device 1.
  • the control circuit 10C controls the power converter 4C to stop the operation of the power converter 4C.
  • the storage of the regenerative power generated by motor 3 in second power storage device 5A ends.
  • the vehicle is further decelerated by the mechanical brake, and stops at time t7.
  • the power converter 4C is stepped up from the other terminal side of the second power storage device 5 to the power supply terminal side of the inverter 2 as a load.
  • the power converter 4C is connected to the second high side.
  • Times Power, Vd is also an area to be lower than Vc, it is accumulated in the second power storage device 5A.
  • first power storage device 1 is connected to the ground
  • second power storage device 5A is connected to the power supply terminal of inverter 2 which is a load.
  • the device uses the third power storage device 52, one terminal of which is connected to one terminal of the second power storage device 5A and the other terminal of which is connected to the ground, to the power supply terminal of the inverter 2 as a load.
  • a power supply voltage may be supplied.
  • the third power storage device 52 may have a smaller capacity than the second power storage device 5A, and the third power storage device 52 and the second power storage device 52 are switched by the switching operation of the second high-side switch 43 and the second low-side switch 44. Power can be exchanged with the power storage device 5A, and can be used for voltage adjustment.
  • the power converter 4C may include the switch 51 which is a discharge circuit for discharging the third power storage device 52.
  • the switch 51 which is a discharge circuit for discharging the third power storage device 52.
  • the switch 6 has been described as a bidirectional switch realized by a semiconductor circuit, as illustrated in FIG.
  • the switch 6 does not necessarily need to be limited to a bidirectional switch realized by a semiconductor circuit.
  • the switch 6 may be a mechanical switch such as a relay.
  • the switch 6 since the switch 6 suppresses an excessive charging / discharging current to the first power storage device 1 and extends the life of the first power storage device 1, the switch 6 is an active element that can control a conduction current. It is desirable that
  • second power storage device 5 or second power storage device connected in series to second power storage device 5 or second power storage device 5A. It is assumed that a capacitor having a smaller capacitance than the device 5A is provided, and electric charges are transferred between the second power storage device 5 or the second power storage device 5A and the capacitor to appropriately control each potential. Is also good.
  • the power supply devices according to Embodiments 1 to 4 power loss in power transmission between first power storage device 101 and a load can be suppressed. Further, in the power supply devices according to the first to fourth embodiments, the regenerative power generated by motor 3 is supplied to second power storage device 5 or the second power storage device even in a region where Vd is lower than Vb. The power can be stored in the device 5A. From these facts, it is particularly effective to apply the power supply devices according to Embodiments 1 to 4 to electric vehicles or hybrid vehicles in which the battery voltage is a relatively high voltage of 30 V or more.
  • the present disclosure is widely useful for power supply devices.

Abstract

電源制御装置(20)は、第1の蓄電装置(1)と第2の蓄電装置(5)とを電力源として負荷(インバータ(2))の電源端子に電源電圧を供給する電源制御装置(20)であって、電力変換器(4)と、第1の蓄電装置(1)の一方の端子と負荷(インバータ(2))の電源端子との間に配置されるスイッチ(6)と、スイッチ(6)の導通状態を制御する制御回路(10)と、を備える。

Description

電源制御装置、及び電源装置
 本発明は電源制御装置、及び電源装置に関する。
 近年、環境に配慮した自動車として注目されている電気自動車、ハイブリッド自動車は、リチウムイオンバッテリーのような二次電池に代表される第1の蓄電装置と、インバータと、インバータによって駆動されるモータとを有する。
 特許文献1には、第1の蓄電装置を電力源として、負荷であるインバータの電源端子に電源電圧を供給する電源制御装置が開示されている。
特開2010-273454号公報
 特許文献1に開示される従来の電源制御装置では、第1の蓄電装置と負荷との間の電流経路に電力変換器が配置されている。このため、上記従来の電源制御装置では、第1の蓄電装置と負荷との間の電力伝達において、上記電力変換器による電力損失が生じる。一般に、第1の蓄電装置と負荷との間の電力伝達における電力損失は、抑制されることが望ましい。
 そこで、本発明は、第1の蓄電装置と負荷との間の電力伝達における電力損失を抑制することができる電源制御装置、及び電源装置を提供することを目的とする。
 本開示の一態様に係る電源制御装置は、第1の蓄電装置と第2の蓄電装置とを電力源として負荷の電源端子に電源電圧を供給する電源制御装置であって、電力変換器と、前記第1の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の前記電源端子との間に配置されるスイッチと、前記スイッチの導通状態を制御する制御回路と、を備える。
 また、前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の前記電源端子との間に配置されるとしてもよい。
 また、前記制御回路は、前記第1の蓄電装置の前記一方の端子と、前記負荷の前記電源端子との電位差が所定値よりも小さい場合に、前記スイッチを導通させるとしてもよい。
 また、前記電力変換器は、双方向に電力伝達可能な昇降圧コンバータであるとしてもよい。
 また、前記昇降圧コンバータは、第1のハイサイドスイッチと第1のローサイドスイッチとが直列接続される第1の直列回路であって、前記第2の蓄電装置と並列に配置される第1の直列回路と、第2のハイサイドスイッチと第2のローサイドスイッチとが直列接続される第2の直列回路であって、前記負荷と並列に配置される第2の直列回路と、前記第1のハイサイドスイッチと前記第1のローサイドスイッチとの接続点と、前記第2のハイサイドスイッチと前記第2のローサイドスイッチとの接続点との間に配置されるインダクタと、を有するとしてもよい。
 また、前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは降圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側へは昇圧するコンバータであるとしてもよい。
 また、前記コンバータは、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが直列接続される直列回路であって、前記第2の蓄電装置と並列に配置される直列回路と、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点と、前記負荷の前記電源端子との間に配置されるインダクタと、を有するとしてもよい。
 また、前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは昇圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側へは降圧するコンバータであるとしてもよい。
 また、前記コンバータは、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが直列接続される直列回路であって、前記負荷と並列に配置される直列回路と、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点と、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子との間に配置されるインダクタと、を有するとしてもよい。
 また、前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の他方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは昇圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記他方の端子側へは降圧するコンバータであるとしてもよい。
 また、前記コンバータは、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが直列接続される直列回路であって、前記負荷と並列に配置される直列回路と、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点と、前記第2の蓄電装置の前記他方の端子との間に配置されるインダクタと、を有するとしてもよい。
 また、前記第1の蓄電装置は、30V以上の電圧となるとしてもよい。
 本開示の一態様に係る電源装置は、第1の蓄電装置と第2の蓄電装置とを備え、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置とを電力源として負荷の電源端子に電源電圧を供給する電源制御装置であって、更に、電力変換器と、前記第1の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の電源端子との間に配置されるスイッチと、前記スイッチの導通状態を制御する制御回路と、を備える。
 また、前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の前記電源端子との間に配置されるとしてもよい。
 また、前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の他方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは昇圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記他方の端子側へは降圧するコンバータであるとしてもよい。
 本開示の一態様に係る電源制御装置、及び電源装置によると、第1の蓄電装置と負荷との間の電力伝達における電力損失を抑制することができる。
図1は、実施の形態1に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図2Aは、実施の形態1に係る負荷に電源電圧が供給される様子を示す模式図である。 図2Bは、実施の形態1に係る第2の蓄電装置に回生電力が蓄電される様子を示す模式図である。 図3は、比較例に係る電源装置の回路構成を示すブロック図である。 図4は、実施の形態1に係るスイッチ及び制御回路の回路構成の一例を示すブロック図である。 図5は、実施の形態1に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図6は、実施の形態1に係る車両の車速、各部の電位、及び、スイッチの導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。 図7は、実施の形態2に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図8は、実施の形態2に係る車両の車速、各部の電位、及び、スイッチの導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。 図9は、実施の形態3に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図10は、実施の形態3に係る車両の車速、各部の電位、及び、スイッチの導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。 図11は、実施の形態4に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図12は、実施の形態4に係る車両の車速、各部の電位、及び、スイッチの導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。
 以下、本開示の一態様に係る電源制御装置、及び電源装置の具体例について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定するものではない。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
 (実施の形態1)
 以下、実施の形態1に係る電源装置について説明する。この電源装置は、負荷の電源端子に電源電圧を供給する装置である。ここでは、一例として、負荷が、電気自動車、ハイブリッド自動車等の動力源となるモータを駆動するインバータであるとして説明する。しかしながら、負荷は、モータを駆動するインバータに限定される必要はない。
 図1は、実施の形態1に係る電源装置30の回路構成の一例を示すブロック図である。
 図1に示すように、電源装置30は、第1の蓄電装置1と、第2の蓄電装置5と、電源制御装置20とを備え、負荷であるインバータ2の電源端子に電源電圧を供給する。電源装置30のグラウンドとインバータ2のグラウンドとは共通である。
 インバータ2は、電源端子とグラウンド端子とを有し、電源装置30から電源端子に供給される電源電圧を利用してモータ3を駆動する。グラウンド端子は、グラウンドと接続される。以下では、インバータ2の電源端子の電位をVdと称する。
 モータ3は、電気自動車又はハイブリッド自動車の動力源であり、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車を、加速、巡航、減速させる。モータ3は、電気自動車又はハイブリッド自動車を減速させる場合には、発電機として動作して回生電力を生成する。モータ3により生成される回生電力は、インバータ2の電源端子を介して、電源装置30に供給される。
 第1の蓄電装置1は、一方の端子と他方の端子とを有し、一方の端子と他方の端子との間に電力を蓄電する。第1の蓄電装置1は、例えば、二次電池等である。第1の蓄電装置1は、他方の端子がグラウンドに接続される。以下では、第1の蓄電装置1の一方の端子の電位をVbと称する。モータ3が動力源となるハイブリッド車がマイルドハイブリッドである場合には、Vbは、例えば、48Vである。
 第2の蓄電装置5は、一方の端子と他方の端子とを有し、一方の端子と他方の端子との間に電力を蓄電する。第2の蓄電装置5は、例えば、コンデンサ、二次電池等である。第2の蓄電装置5は、他方の端子がグラウンドに接続される。以下では、第2の蓄電装置5の一方の端子の電位をVcと称する。
 電源制御装置20は、第1の蓄電装置1と第2の蓄電装置5とを電力源として、負荷であるインバータ2の電源端子に電源電圧を供給する。電源制御装置20のグラウンドと電源装置30のグラウンドとは共通である。
 電源制御装置20は、スイッチ6と、電力変換器4と、制御回路10とを備える。
 スイッチ6は、第1の蓄電装置1の一方の端子と、負荷であるインバータ2の電源端子との間に配置され、第1の蓄電装置1の一方の端子と、負荷であるインバータ2の電源端子との間の導通状態を、導通と遮断とのいずれかに切り替える。
 電力変換器4は、第2の蓄電装置5の一方の端子と、負荷であるインバータ2の電源端子との間に配置され、第2の蓄電装置5の一方の端子からインバータ2の電源端子へ、又は、インバータ2の電源端子から第2の蓄電装置5の一方の端子へ、両者の電位の高低に関係なく、電力を伝達する。より具体的には、電力変換器4は、第2の蓄電装置5の一方の端子と、負荷であるインバータ2の電源端子との双方向に電力伝達可能なコンバータ(昇降圧コンバータ)である。
 制御回路10は、スイッチ6の導通状態を制御する。より具体的には、制御回路10は、第1の蓄電装置1の一方の端子と、負荷であるインバータ2の電源端子との電位差が所定値よりも小さい場合に、スイッチ6を導通させ、所定値よりも大きい場合に、スイッチ6を遮断させる。また、制御回路10は、電力変換器4の動作、及び、インバータ2の動作を制御する。
 図2Aは、スイッチ6の導通状態が導通である場合、すなわち、VbとVdとの電位差が所定値よりも小さい場合において、電源制御装置20が、第1の蓄電装置1と第2の蓄電装置5とを電力源として、負荷であるインバータ2の電源端子に電源電圧を供給する様子を示す模式図である。
 図2Aに示すように、VbとVdとの電位差が所定値よりも小さい場合には、第1の蓄電装置1と第2の蓄電装置5との双方から、インバータ2へ電力が供給される。すなわち、VbとVdとの電位差が所定値よりも小さい場合には、第1の蓄電装置1からインバータ2への電力供給は、第2の蓄電装置5からインバータ2への電力供給によりアシストされる。このため、第1の蓄電装置1の急速放電が抑制され、第1の蓄電装置1の劣化が抑制される。
 また、図2に示すように、第1の蓄電装置1とインバータ2との間の電流経路には、スイッチ6以外の回路が存在しないため、第1の蓄電装置1とインバータ2との間の電力伝達における電力損失は、スイッチ6による電力損失に限定される。
 一方で、VbとVdとの電位差が所定値よりも大きい場合には、スイッチ6の導通状態が遮断となる。これにより、第1の蓄電装置1からインバータ2への電力供給において、VbとVdとの電位差が比較的大きいことに起因する、第1の蓄電装置1の急速放電が抑制される。このため、第1の蓄電装置1の劣化が抑制される。
 図2Bは、スイッチ6の導通状態が遮断である場合、すなわち、VbとVdとの電位差が所定値よりも大きい場合において、モータ3により生成される回生電力が、第2の蓄電装置5に蓄電される様子を示す模式図である。
 電力変換器4は、Vd>Vcの場合には、VdからVcへと降圧動作を行う。また、電力変換器4は、Vd<Vcの場合には、VdからVcへと昇圧動作を行う。これにより、モータ3により生成される回生電力は、VdとVcとの電位の高低に関係なく、第2の蓄電装置5に伝達される。すなわち、モータ3により生成される回生電力は、VdとVcとの電位の高低に関係なく、第2の蓄電装置5に蓄電される。言い換えると、モータ3により生成される回生電力は、VdがVcよりも低くなる領域であっても、第2の蓄電装置5に蓄電される。
 VbとVdとの電位差が所定値よりも大きい場合には、スイッチ6の導通状態が遮断となる。このため、モータ3により生成される回生電力は、第1の蓄電装置1に蓄電されない。これにより、モータ3により生成される回生電力の第1の蓄電装置1への蓄電において、VbとVdとの電位差が比較的大きいことに起因する、第1の蓄電装置1の急速充電が抑制される。このため、第1の蓄電装置1の劣化が抑制される。
 一方で、VbとVdとの電位差が所定値よりも小さい場合には、スイッチ6の導通状態が導通となる。これにより、モータ3により生成される回生電力は、第1の蓄電装置1にも蓄電される。この際、VbとVdとの電位差が所定値よりも小さいため、VbとVdとの電位差が比較的大きいことに起因する、第1の蓄電装置1の急速放電が抑制される。このため、第1の蓄電装置1の劣化が抑制される。
 図3は、比較例に係る電源装置の回路構成を示すブロック図である。
 図3に示すように、比較例に係る電源装置は、第1の蓄電装置101と、第2の蓄電装置107と、第1の電力変換器102と、第2の電力変換器106と、制御回路105とを備え、負荷であるインバータ103の電源端子に電源電圧を供給する。比較例に係る電源装置のグラウンドとインバータ103のグラウンドとは共通である。比較例に係る電源装置の構成要素のうち、第1の電力変換器102と、第2の電力変換器106と、制御回路105とは、比較例に係る電源制御装置を構成する。
 第1の蓄電装置101と、第2の蓄電装置107と、インバータ103と、モータ104とは、それぞれ、第1の蓄電装置1と、第2の蓄電装置5と、インバータ2と、モータ3と同様である。
 第1の電力変換器102は、第1の蓄電装置101の一方の端子の電位Vbを昇圧して、インバータ103の電源端子に出力する昇圧モードと、インバータ103の電源端子の電位Vdを降圧して、第1の蓄電装置101の一方の端子に出力する降圧モードとを有する。
 第2の電力変換器106は、第2の蓄電装置107の一方の端子の電位Vcを昇圧して、第1の蓄電装置101の一方の端子に出力する昇圧モードと、第1の蓄電装置101の一方の端子の電位Vbを降圧して、第2の蓄電装置の一方の端子に出力する降圧モードとを有する。
 制御回路105は、第1の電力変換器102の動作、第2の電力変換器106の動作、及び、インバータ103の動作を制御する。
 制御回路105は、例えば、インバータ103が比較的大きな電力を消費する場合、すなわち、電気自動車又はハイブリッド自動車の発進/加速時に、第1の電力変換器102と第2の電力変換器106とを共に昇圧モードで動作させる。これにより、第1の蓄電装置101と第2の蓄電装置107との双方を電力源として、インバータ103の電源端子に電源電圧が供給される。この際、制御回路105は、第1の蓄電装置101の急速放電が回避されるように、第1の電力変換器102の動作、及び、第2の電力変換器106の動作を制御する。
 制御回路105は、例えば、インバータ103が比較的小さな電力を消費する場合、すなわち、電気自動車又はハイブリッド自動車がほぼ定速で走行する巡航時に、第1の電力変換器102を昇圧モードで動作させ、第2の電力変換器106の動作を停止させる。これにより、第1の蓄電装置101を電力源として、インバータ103の電源端子に電源電圧が供給される。
 制御回路105は、例えば、インバータ103の電源端子から、モータ104により生成される回生電力が供給される場合、すなわち、電気自動車又はハイブリッド自動車の減速時に、第1の電力変換器102と第2の電力変換器106とを共に降圧モードで動作させる。これにより、モータ104により生成される回生電力が、第1の蓄電装置101と第2の蓄電装置107との双方に蓄電される。この際、制御回路105は、第1の蓄電装置101の急速充電が回避されるように、第1の電力変換器102の動作、及び、第2の電力変換器106の動作を制御する。
 上記構成の比較例に係る電源制御装置では、第1の蓄電装置101とインバータ103との間の電力伝達に、第1の電力変換器102が介在する。このため、第1の蓄電装置101とインバータ103との間の電力伝達において、第1の電力変換器102による電力変換に伴う電力損失が生じる。これに対して、電源制御装置20では、上述した通り、第1の蓄電装置1とインバータ2との間の電流経路には、スイッチ6以外の回路が存在しない。このため、第1の蓄電装置1とインバータ2との間の電力伝達において、電力損失は、スイッチ6による電力損失に限定される。
 このように、電源制御装置20によると、比較例に係る電源制御装置よりも、第1の蓄電装置101と負荷であるインバータ103との間の電力伝達における電力損失を抑制することができる。
 また、上記構成の比較例に係る電源制御装置では、モータ104により生成される回生電力が、第1の電力変換器102を介して、インバータ103側から第2の電力変換器106側へと伝達される際に、第2の電力変換器106側への出力電圧は、第1の蓄電装置101の一方の端子の電位Vbにクランプされる。このため、モータ104により生成される回生電力は、VdがVbよりも低くなる領域では、第2の蓄電装置107に蓄電されない。これに対して、電源制御装置20では、モータ3により生成される回生電力が、インバータ2を介して電力変換器4側へ伝達される際に、電力変換器4側の出力電圧は、第1の蓄電装置1の出力電圧Vbにクラップされない。このため、電源制御装置20では、モータ3により生成される回生電力は、VdがVbよりも低くなる領域であっても、第2の蓄電装置5に蓄電される。
 このように、電源制御装置20によると、比較例に係る電源制御装置よりも、モータ3により生成される回生電力を、より効率的に、第2の蓄電装置5に蓄電することができる。
 図4は、スイッチ6及び制御回路10の回路構成の一例を示すブロック図である。但し、図4は、制御回路10のうち、スイッチ6の導通状態を制御する機能を実現するための回路についての構成のみを図示する図面となっている。制御回路10は、実際には、図4に図示された回路構成以外の回路も含んで構成される。
 図4に示すように、スイッチ6は、PMOSFET61とPMOSFET62とを含んで構成される。
 PMOSFET61のソース端子には、第1の蓄電装置101の一方の端子の電位Vbが印加され、PMOSFET62のソース端子には、インバータ2の電源端子の電位Vdが印加される。また、PMOSFET61のドレイン端子とPMOSFET62のドレイン端子とが接続される。これにより、PMOSFET61とPMOSFET62とからなる双方向スイッチが構成される。すなわち、スイッチ6は、PMOSFET61とPMOSFET62とにより構成される双方向スイッチである。
 図4に示すように、制御回路10は、ダイオード70と、ダイオード71と、NMOSFET72と、PMOSFET73と、PMOSFET74と、抵抗75と、抵抗76と、ダイオード77と、ダイオード78と、NMOSFET79と、インバータ80と、ANDゲート81と、コンパレータ82と、コンパレータ83と、電圧源84と、電圧源85とを含んで構成される。
 PMOSFET61のゲート端子とPMOSFET62のゲート端子とは、それぞれダイオード70及びダイオード71を介してNMOSFET72のドレイン端子に接続される。PMOSFET61とPMOSFET62とは、NMOSFET72がオンするとそれらの各ゲート端子が低電位になってオン状態となる。また、PMOSFET61とPMOSFET62との各ソース端子-ゲート端子間には、それぞれPMOSFET73とPMOSFET74が接続される。このため、PMOSFET73がオンであればPMOSFET61はオフし、PMOSFET74がオンであればPMOSFET62はオフする。
 また、PMOSFET73とPMOSFET74の各ソース-ゲート端子間には、それぞれ抵抗75と抵抗76が接続され、PMOSFET73とPMOSFET74の各ゲート端子は、それぞれダイオード77及びダイオード78を介してNMOSFET79のドレイン端子に接続される。PMOSFET73とPMOSFET74とは、NMOSFET79がオンするとそれらの各ゲート端子が低電位になってオン状態となる。
 従って、NMOSFET79がオンすると、PMOSFET61とPMOSFET62はオフ状態となる。
 一方、NMOSFET79がオフであると、PMOSFET73とPMOSFET74とは、それらの各ゲート端子が抵抗75及び抵抗76によって高電位となりオフ状態となる。
 NMOSFET79のゲート端子には、NMOSFET72のゲート端子に印加される駆動信号Vgがインバータ80によって論理反転されて印加される。従って、NMOSFET72のゲート端子に印加される駆動信号Vgが論理値“H”の時にスイッチ6はオンし、駆動信号Vgが論理値“L”の時にスイッチ6はオフする。
 駆動信号Vgは、ANDゲート81の出力であり、ANDゲート81にはコンパレータ82とコンパレータ83との各出力が入力される。コンパレータ82は、正入力端子に電位Vbが入力され、負入力端子には電位Vdから電圧源84の電位を減じた電位が入力される。コンパレータ83は、正入力端子に電位Vdが入力され、負入力端子には電位Vbから電圧源85の電位を減じた電位が入力される。電圧源84と電圧源85の電位が等しくΔVであるとすると、コンパレータ82が論理値“H”を出力するのは、Vb>Vd-ΔVの時であり、コンパレータ83が論理値“H”を出力するのは、Vd>Vb-ΔVの時である。
 従って、-ΔV<Vd-Vb<ΔVの時、すなわち、VbとVdの電位差が所定値ΔVより小さい時、駆動信号Vgが論理値“H”となってスイッチ6の導通状態が導通となる。ここでは、所定値ΔVは、Vb、Vdに対して十分小さいとする。このため、Vb≒Vdのときにスイッチ6の導通状態が導通となる。導通状態が導通となるスイッチ6の抵抗値をRonとすると、第1の蓄電装置1の充放電電流の絶対値はΔV/Ronに制限される。これにより、第1の蓄電装置1からインバータ2への電力供給、及び、インバータ2から第1の蓄電装置1への電力回生において、Vb≒Vdの関係が保たれ、第1の蓄電装置1に比較的大きな充放電電流が流れることを抑制することができる。
 図5は、電源装置30の回路構成の一例を示すブロック図である。図5は、図1に対して、電力変換器4の構成をより詳細に図示する図となっている。
 電力変換器4は、双方向に電力伝達可能なHブリッジ型のコンバータ(昇降圧コンバータ)である。
 図5に示すように、電力変換器4は、第1のハイサイドスイッチ41と、第1のローサイドスイッチ42と、第2のハイサイドスイッチ43と、第2のローサイドスイッチ44と、インダクタ40と、平滑コンデンサ45とを備える。
 第1のハイサイドスイッチ41と第2のハイサイドスイッチ43とは、それぞれ、PMOSFETであり、第1のローサイドスイッチ42と第2のローサイドスイッチ44とは、それぞれ、NMOSFETである。
 第1のハイサイドスイッチ41と第1のローサイドスイッチ42とは、直列接続されて第1の直列回路を構成する。第1の直列回路は、第2の蓄電装置5と並列に配置される。第1のハイサイドスイッチ41と第1のローサイドスイッチ42とが交互にオン/オフすることにより、それらの接続点LX1の電位は、第2の蓄電装置5の電位Vcもしくはゼロ電位となる。以下、接続点LX1の電位をVL1と称する。
 第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とは、直列接続されて第2の直列回路を構成する。第2の直列回路は、平滑コンデンサ45と並列に配置される。平滑コンデンサ45は、インバータ2と並列に配置される。第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とが交互にオン/オフすることにより、それらの接続点LX2の電位は、インバータ2の電源端子の電位Vdもしくはゼロ電位となる。以下、接続点LX2の電位をVL2と称する。
 インダクタ40は、一方の端子が接続点LX1に接続され、他方の端子が接続点LX2に接続される。
 制御回路10は、VbとVcとVdとが入力され、スイッチ6の制御信号と電力変換器4の制御信号と、インバータ2の制御信号とを出力する。
 以下、電力変換器4の動作例について説明する。
 まず、Vc>Vdの場合には、第2のハイサイドスイッチ43はオン、第2のローサイドスイッチ44はオフ状態に固定され、第1のハイサイドスイッチ41と第1のローサイドスイッチ42とは交互にスイッチングする。
 Vc>Vdの場合において、第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力供給している場合には、第1のハイサイドスイッチ41がオンのときに、第2の蓄電装置5→第1のハイサイドスイッチ41→インダクタ40→第2のハイサイドスイッチ43→平滑コンデンサ45(又はインバータ2)→第2の蓄電装置5のループで電流が流れ、第1のハイサイドスイッチ41がオフのときに、第1のローサイドスイッチ42→インダクタ40→第2のハイサイドスイッチ43→平滑コンデンサ45(又はインバータ2)→第1のローサイドスイッチ42のループで電流が流れる。
 すなわち、電力変換器4は第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力供給するコンバータ(降圧コンバータ)として動作する。
 Vc>Vdの場合において、インバータ2から第2の蓄電装置5へ電力回生している場合には、第1のローサイドスイッチ42がオンの時に、平滑コンデンサ45(又はインバータ2)→第2のハイサイドスイッチ43→インダクタ40→第1のローサイドスイッチ42→平滑コンデンサ45(又はインバータ2)のループで電流が流れ、第1のローサイドスイッチ42がオフのときに、平滑コンデンサ45(又はインバータ2)→第2のハイサイドスイッチ43→インダクタ40→第1のハイサイドスイッチ41→第2の蓄電装置5→平滑コンデンサ45(又はインバータ2)のループで電流が流れる。
 すなわち、電力変換器4はインバータ2から第2の蓄電装置5へ電力回生するコンバータ(昇圧コンバータ)として動作する。
 次に、Vc<Vdの場合には、第1のハイサイドスイッチ41はオン、第1のローサイドスイッチ42はオフ状態に固定され、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とは交互にスイッチングする。
 Vc<Vdの場合において、第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力供給している場合には、第2のローサイドスイッチ44がオンのとき、第2の蓄電装置5→第1のハイサイドスイッチ41→インダクタ40→第2のローサイドスイッチ44→第2の蓄電装置5のループで電流が流れ、第2のローサイドスイッチ44のオフのときに、第2の蓄電装置5→第1のハイサイドスイッチ41→インダクタ40→第2のハイサイドスイッチ43→平滑コンデンサ45(又はインバータ2)→第2の蓄電装置5のループで電流が流れる。
 すなわち、電力変換器4は第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力供給するコンバータ(昇圧コンバータ)として動作する。
 Vc<Vdの場合において、インバータ2から第2の蓄電装置5へ電力回生している場合には、第2のハイサイドスイッチ43がオンのとき、平滑コンデンサ45(又はインバータ2)→第2のハイサイドスイッチ43→インダクタ40→第1のハイサイドスイッチ41→第2の蓄電装置5→平滑コンデンサ45(又はインバータ2)のループで電流が流れ、第2のハイサイドスイッチ43がオフのとき、第2のローサイドスイッチ44→インダクタ40→第1のハイサイドスイッチ41→第2の蓄電装置5→第2のローサイドスイッチ44のループで電流が流れる。
 すなわち、電力変換器4Aはインバータ2から第2の蓄電装置5へ電力回生するコンバータ(降圧コンバータ)として動作する。
 次に、Vc≒Vdの場合には、第1のハイサイドスイッチ41と第2のハイサイドスイッチ43がオン状態、第1のローサイドスイッチ42と第2のローサイドスイッチ44とはオフ状態に固定される。
 図6は、電気自動車又はハイブリッド自動車(以下、「車両」とも称する)の車速、Vb、Vd、Vc、VL1、VL2、及び、スイッチ6の導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。ここでは、第1の蓄電装置1の容量が十分大きく、第1の蓄電装置1の充放電に伴うVbの変化は無視できる程度に小さいとして説明する。
 時刻t0以前では車両は停止状態である。このとき、電力変換器4及びインバータ2は停止し、スイッチ6の導通状態は遮断である。ここでは、時刻t0以前において、第1の蓄電装置1及び第2の蓄電装置5は十分に充電されており、Vc>Vb>Vdであるとする。
 時刻t0~t3の期間に、車両は発進/加速する。時刻t0になると、制御回路10は、インバータ2を動作させる。これによりモータ3が回転し、車速が上昇する。また、制御回路10は、電力変換器4を制御して、電力変換器4を、第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力を供給するコンバータ(降圧コンバータ)として動作させる。これにより、VL1はVcを高電位とするスイッチング波形となり、VL2はVdとなる。第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力の供給が開始されると、Vdは上昇する。これにより、モータ3の回転数が上がり、車速がさらに上昇する。VdがVbに至る時刻t1までがこの期間であり、各部の電位は、Vc>Vb>Vdの関係になる。
 時刻t1になると、スイッチ6の導通状態が遮断から導通となり、第1の蓄電装置1からもインバータ2へ電力が供給される。VcがVdに至る時刻t2までがこの期間であり、各部の電位は、Vc>Vb≒Vdの関係になる。
 時刻t2になると、Vc≒Vdとなるので、電力変換器4は、第1のハイサイドスイッチ41と第1のローサイドスイッチ42とのスイッチングを停止し、第1のハイサイドスイッチ41と第2のハイサイドスイッチ43がオン状態に固定され、インバータ2への電力は、第1の蓄電装置1から供給される。車両が巡航を開始する時刻t3までがこの期間であり、各部の電位は、Vc≒Vb≒Vdの関係になる。
 時刻t3になると、電源装置30は、時刻t2~時刻t3の期間と同様の動作を行う。このため、インバータ2への電力は、第1の蓄電装置1から供給される。車両が減速を開始する時刻t4までがこの期間であり、各部の電位は、Vc≒Vb≒Vdの関係になる。
 時刻t4になると、モータ3が回生電力を生成し、Vdは上昇する。これにより、スイッチ6の導通状態が導通から遮断となる。このため、第1の蓄電装置1に過大な回生電流が流れることが抑制され、第1の蓄電装置1の急速充電が抑制される。また、制御回路10は、電力変換器4を制御して、電力変換器4を、インバータ2から第2の蓄電装置5へ回生電力を伝達するコンバータ(降圧コンバータ)として動作させる。これにより、モータ3により生成される回生電力が、第2の蓄電装置5に蓄電される。VdがVcに至る時刻t5までがこの期間であり、各部の電位は、Vd>Vc>Vbの関係になる。
 時刻t5を過ぎて、VdがVcを下回ると、制御回路10は、電力変換器4を制御して、電力変換器4を、インバータ2から第2の蓄電装置5へ回生電力を伝達するコンバータ(昇圧コンバータ)として動作させる。これにより、モータ3により生成される回生電力が、第2の蓄電装置5に蓄電される。Vdが所定の閾値に至る時刻t6までがこの期間であり、各部の電位は、時系列順に、Vc>Vd>Vbの関係、Vc>Vb≒Vdの関係、又は、Vc>Vb>Vdの関係になる。なお、図6では図示を省略しているが、Vb≒Vdとなると、スイッチ6の導通状態は、一時的に導通となる。このスイッチ6の導通状態が一時的に導通となる期間には、モータ3により生成される回生電力が、第1の蓄電装置1にも蓄電される。
 時刻t6になり、Vdが所定の閾値に至ると、制御回路10は、電力変換器4を停止させる。これにより、第2の蓄電装置5へのモータ3により生成される回生電力の蓄電は終了する。一方で、機械ブレーキにより車両はさらに減速し、時刻t7に車両は停止する。
 以上のように、電力変換器4を、双方向に電力伝達可能なコンバータ(昇降圧コンバータ)とすることで、より具体的には、電力変換器4を、第1のハイサイドスイッチ41と第1のローサイドスイッチ42とが直列接続される第1の直列回路であって、第2の蓄電装置5と並列に配置される第1の直列回路と、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とが直列接続される第2の直列回路であって、負荷であるインバータ2と並列に配置される第2の直列回路と、第1のハイサイドスイッチ41と第1のローサイドスイッチ42との接続点LX1と、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44との接続点LX2との間に配置されるインダクタ40と、を有する構成とすることで、電源装置30において、モータ3により生成される回生電力は、VdがVcよりも低くなる領域であっても、第2の蓄電装置5に蓄電される。
 (実施の形態2)
 以下、実施の形態1に係る電源装置30の一部が変更されて構成される実施の形態2に係る電源装置について説明する。
 図7は、実施の形態2に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。以下では、実施の形態2に係る電源装置について、実施の形態1に係る電源装置30と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、電源装置30との相違点を中心に説明する。
 図7に示すように、実施の形態2に係る電源装置は、実施の形態1に係る電源装置30から、電力変換器4が電力変換器4Aに変更され、制御回路10が制御回路10Aに変更されて構成される。また、実施の形態2に係る電源装置では、Vcは常にVd以上に維持される。
 制御回路10Aは、実施の形態1に係る制御回路10と同様に、スイッチ6の導通状態を制御する。また、制御回路10Aは、電力変換器4Aの動作、及び、インバータ2の動作を制御する。より具体的には、制御回路10Aは、VbとVcとVdとが入力され、スイッチ6の制御信号と、電力変換器4Aの制御信号と、インバータ2の制御信号とを出力する。
 電力変換器4Aは、第2の蓄電装置5の一方の端子側から、負荷であるインバータ2の電源端子側へは降圧し、負荷であるインバータ2の電源端子側から、第2の蓄電装置5の一方の端子側へは昇圧するコンバータである。
 図7に示すように、電力変換器4Aは、ハイサイドスイッチ47と、ローサイドスイッチ48と、インダクタ46と、平滑コンデンサ45とを備える。
 ハイサイドスイッチ47は、PMOSFETであり、ローサイドスイッチ48は、NMOSFETである。
 ハイサイドスイッチ47とローサイドスイッチ48とは、直列接続されて直列回路を構成する。直列回路は、第2の蓄電装置5と並列に配置される。ハイサイドスイッチ47とローサイドスイッチ48とが交互にオン/オフすることにより、それらの接続点LXの電位は、第2の蓄電装置5の電位Vcもしくはゼロ電位となる。以下、接続点LXの電位をVLと称する。
 インダクタ40は、一方の端子が接続点LXに接続され、他方の端子がインバータ2の電源端子に接続される。
 図8は、車両の車速、Vb、Vd、Vc、VL、及び、スイッチ6の導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。ここでは、第1の蓄電装置1の容量が十分大きく、第1の蓄電装置1の充放電に伴うVbの変化は無視できる程度に小さいとして説明する。
 時刻t0以前では車両は停止状態である。このとき、電力変換器4A及びインバータ2は停止し、スイッチ6の導通状態は遮断である。ここでは、時刻t0以前において、第1の蓄電装置1及び第2の蓄電装置5は十分に充電されており、Vc>Vb>Vdであるとする。
 時刻t0~t3の期間に、車両は発進/加速する。時刻t0になると、制御回路10Aは、インバータ2を動作させる。これによりモータ3が回転し、車速が上昇する。また、制御回路10Aは、電力変換器4Aを制御して、電力変換器4Aを、第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力を供給するコンバータ(降圧コンバータ)として動作させる。これにより、VLはVcを高電位とするスイッチング波形となる。第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力の供給が開始されると、Vdは上昇する。これにより、モータ3の回転数が上がり、車速がさらに上昇する。VdがVbに至る時刻t1までがこの期間であり、各部の電位は、Vc>Vb>Vdの関係になる。
 時刻t1になると、スイッチ6の導通状態が遮断から導通となり、第1の蓄電装置1からもインバータ2へ電力が供給される。VcがVdに至る時刻t2までがこの期間であり、各部の電位は、Vc>Vb≒Vdの関係になる。
 時刻t2になると、Vc≒Vdとなるので、電力変換器4は、ハイサイドスイッチ47とローサイドスイッチ48とのスイッチングを停止し、ハイサイドスイッチ47とローサイドスイッチ48がオン状態に固定され、インバータ2への電力は、第1の蓄電装置1から供給される。車両が巡航を開始する時刻t3までがこの期間であり、各部の電位は、Vc≒Vb≒Vdの関係になる。
 時刻t3になると、実施の形態2に係る電源装置は、時刻t2~時刻t3の期間と同様の動作を行う。このため、インバータ2への電力は、第1の蓄電装置1から供給される。車両が減速を開始する時刻t4までがこの期間であり、各部の電位は、Vc≒Vb≒Vdの関係になる。
 時刻t4になると、モータ3が回生電力を生成し、Vdは上昇する。これにより、スイッチ6の導通状態が導通から遮断となる。このため、第1の蓄電装置1に過大な回生電流が流れることが抑制され、第1の蓄電装置1の急速充電が抑制される。モータ3により生成される回生電力は、電力変換器4Aを介して、第2の蓄電装置5に蓄電される。この際、回生電流は、オン状態であるハイサイドスイッチ47を流れてもよいし、オフ状態であるハイサイドスイッチ47のボディダイオードを流れてもよい。制御回路10Aが、電力変換器4Aを制御して、電力変換器4Aを、インバータ2から第2の蓄電装置5へ回生電力を伝達するコンバータ(昇圧コンバータ)としての動作を開始させる時刻t5までがこの期間であり、各部の電位は、Vd≒Vc>Vbの関係になる。
 時刻t5になると制御回路10Aは、電力変換器4Aを制御して、電力変換器4を、インバータ2から第2の蓄電装置5へ回生電力を伝達するコンバータ(昇圧コンバータ)として動作させる。これにより、モータ3により生成される回生電力が、第2の蓄電装置5に蓄電される。Vdが所定の閾値に至る時刻t6までがこの期間であり、各部の電位は、時系列順に、Vc>Vd>Vbの関係、Vc>Vb≒Vdの関係、又は、Vc>Vb>Vdの関係になる。なお、図8では図示を省略しているが、Vb≒Vdとなると、スイッチ6の導通状態は、一時的に導通となる。このスイッチ6の導通状態が一時的に導通となる期間には、モータ3により生成される回生電力が、第1の蓄電装置1にも蓄電される。
 時刻t6になり、Vdが所定の閾値に至ると、制御回路10Aは、電力変換器4Aを停止させる。これにより、第2の蓄電装置5へのモータ3により生成される回生電力の蓄電は終了する。一方で、機械ブレーキにより車両はさらに減速し、時刻t7に車両は停止する。
 以上のように、Vcが常にVd以上に維持される場合には、電力変換器4Aを、第2の蓄電装置5の一方の端子側から負荷であるインバータ2の電源端子側へは降圧し、負荷であるインバータ2の電源端子側から、第2の蓄電装置5の一方の端子側へは昇圧するコンバータとすることで、より具体的には、電力変換器4Aを、ハイサイドスイッチ47とローサイドスイッチ48とが直列接続される直列回路であって、第2の蓄電装置5と並列に配置される直列回路と、ハイサイドスイッチ47とローサイドスイッチ48との接続点XLと、負荷であるインバータ2の電源端子との間に配置されるインダクタ46と、を有する構成とすることで、実施の形態2に係る電源装置において、モータ3により生成される回生電力は、VdがVcよりも低くなる領域であっても、第2の蓄電装置5に蓄電される。
 (実施の形態3)
 以下、実施の形態1に係る電源装置30の一部が変更されて構成される実施の形態3に係る電源装置について説明する。
 図9は、実施の形態3に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。以下では、実施の形態3に係る電源装置について、実施の形態1に係る電源装置30と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、電源装置30との相違点を中心に説明する。
 図9に示すように、実施の形態3に係る電源装置は、実施の形態1に係る電源装置30から、電力変換器4が電力変換器4Bに変更され、制御回路10が制御回路10Bに変更されて構成される。また、実施の形態3に係る電源装置では、VcはVdと同等か低く維持される。
 制御回路10Bは、実施の形態1に係る制御回路10と同様に、スイッチ6の導通状態を制御する。また、制御回路10Bは、電力変換器4Bの動作、及び、インバータ2の動作を制御する。より具体的には、制御回路10Bは、VbとVcとVdとが入力され、スイッチ6の制御信号と、電力変換器4Bの制御信号と、インバータ2の制御信号とを出力する。
 電力変換器4Bは、第2の蓄電装置5の一方の端子側から負荷であるインバータ2の電源端子側へは昇圧し、負荷であるインバータ2の電源端子側から、第2の蓄電装置5の一方の端子側へは降圧するコンバータである。
 図9に示すように、電力変換器4Bは、第2のハイサイドスイッチ43と、第2のローサイドスイッチ44と、インダクタ40と、平滑コンデンサ45と、スイッチ49と、第3の蓄電装置50とを備える。
 スイッチ49は、PMOSFETであって、第2の蓄電装置5の一方の端子と、負荷であるインバータ2の電源端子との間に配置される。
 第3の蓄電装置50は、スイッチ49と並列に配置される。すなわち、第3の蓄電装置50は、一方の端子が第2の蓄電装置5の一方の端子と接続され、他方の端子が負荷であるインバータ2の電源端子と接続される。第3の蓄電装置50の静電容量は、第2の蓄電装置5の静電容量よりも小さい。
 以下では、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とが直列接続されて構成される第2の直列回路における、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44との接続点をLXと称し、接続点LXの電位をVLと称する。
 インダクタ40は、一方の端子が第2の蓄電装置5の一方の端子に接続され、他方の端子が接続点LXに接続される。
 図10は、車両の車速、Vb、Vd、Vc、VL、及び、スイッチ6の導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。ここでは、第1の蓄電装置1の容量が十分大きく、第1の蓄電装置1の充放電に伴うVbの変化は無視できる程度に小さいとして説明する。
 時刻t0以前では車両は停止状態である。このとき、電力変換器4B及びインバータ2は停止し、スイッチ6の導通状態は遮断である。ここでは、時刻t0以前において、Vb>Vc≒Vdであるとする。
 時刻t0~t3の期間に、車両は発進/加速する。時刻t0になると、制御回路10Aは、インバータ2を動作させる。これによりモータ3が回転し、車速が上昇する。このとき、第2の蓄電装置5からインバータ2へ、スイッチ49のボディダイオードを介して電力が供給され、Vcが低下する。Vcが低下してスイッチ49のボディダイオードがオフとなる時刻t1までがこの期間である、各部の電位は、Vb>Vc≒Vdの関係になる。
 時刻t1になると、スイッチ49のボディダイオードがオフとなり、制御回路10Bは、電力変換器4Bを制御して、電力変換器4Bを、第2の蓄電装置5からインバータ2へ電力を供給するコンバータ(昇圧コンバータ)として動作させる。このため、Vcが低下する。電力変換器4Bの昇圧動作では、第2のローサイドスイッチ44がオンのとき(第2のハイサイドスイッチ43がオフのとき)に、第2の蓄電装置5→インダクタ40→第2のローサイドスイッチ44→第2の蓄電装置5の経路で電流が流れ、インダクタ40に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、第2のローサイドスイッチがオフのとき(第2のハイサイドスイッチ43がオンのとき)に、第2の蓄電装置5→インダクタ40→第2のハイサイドスイッチ43→平滑コンデンサ45→第2の蓄電装置5の経路で電流が流れ、インダクタ40に蓄えられた磁気エネルギーが平滑コンデンサ45に放出される。これにより、平滑コンデンサ45は充電されて、Vdが上昇する。VdがVbに至る時刻t2までがこの期間であり、各部の電位は、Vb>Vd>Vcの関係になる。
 時刻t2になると、スイッチ6の導通状態が遮断から導通となり、第1の蓄電装置1からもインバータ2へ電力が供給される。このため、インバータ2への電力は、主に第1の蓄電装置1から供給される。一方で、第2の蓄電装置5からインバータ2への電力の供給も継続される。このため、Vcの低下が継続する。車両が巡航を開始する時刻t3までがこの期間であり、各部の電位は、Vb≒Vd>Vcの関係になる。
 時刻t3になると、実施の形態3に係る電源装置は、時刻t2~時刻t3の期間と同様の動作を行う。このため、インバータ2への電力は、主に第1の蓄電装置1から供給される。一方で、第2の蓄電装置5からインバータ2への電力の供給も継続される。このため、Vcの低下が継続する。Vcが所定値まで低下する時刻t4までがこの期間であり、各部の電位は、Vb≒Vd>Vcの関係になる。ここで、この所定値は、例えば、電力変換器4Bの動作下限値としてもよい。
 時刻t4になると、制御回路10Bは、電力変換器4Bを制御して、電力変換器4Bの動作を停止させる。このため、インバータ2への電力は、第1の蓄電装置1から供給される。車両が減速を開始する時刻t5までがこの期間であり、各部の電位は、Vb≒Vd>Vcの関係になる。
 時刻t5になると、モータ3が回生電力を生成し、Vdは上昇する。これにより、スイッチ6の導通状態が導通から遮断となる。このため、第1の蓄電装置1に過大な回生電流が流れることが抑制され、第1の蓄電装置1の急速充電が抑制される。このとき、回生電流は第3の蓄電装置50と第2の蓄電装置5との直列容量に流れる。このため、Vcが上昇する。同時に、制御回路10Bは、電力変換器4Bを制御して、電力変換器4Bを、インバータ2から第2の蓄電装置5へ回生電力を伝達するコンバータ(降圧コンバータ)として動作させる。電力変換器4Bの降圧動作では、第2のハイサイドスイッチ43がオンのとき(第2のローサイドスイッチ44がオフのとき)に、平滑コンデンサ45→第2のハイサイドスイッチ43→インダクタ40→第2の蓄電装置5→平滑コンデンサ45の経路で電流が流れるとともに、第3の蓄電装置50→第2のハイサイドスイッチ43→インダクタ40→第3の蓄電装置50の経路で電流が流れ、第3の蓄電装置50を放電し、回生電流による第3の蓄電装置50の電位上昇を抑えて、むしろ低下させる。第3の蓄電装置50の電位を低下させる為に、スイッチ49によって第3の蓄電装置50に蓄電される電力を放電させてもよい。そして、第2のハイサイドスイッチ43がオフのとき(第2のローサイドスイッチ44がオンのとき)には、インダクタ40→第2の蓄電装置5→第2のローサイドスイッチ44→インダクタ40の経路電流が流れ、インダクタ40の磁気エネルギーを第2の蓄電装置5へ放出する。すなわち、電力変換器4Bは、モータ3により生成される回生電力を第2の蓄電装置5に蓄電し、他方、第3の蓄電装置50を放電する。VdがVcに至る時刻t6までがこの期間であり、各部の電位は、時系列順に、Vd>Vb>Vcの関係、Vd≒Vb>Vcの関係、又は、Vb>Vd>Vcの関係になる。なお、図10では図示を省略しているが、Vb≒Vdとなると、スイッチ6の導通状態は、一時的に導通となる。このスイッチ6の導通状態が一時的に導通となる期間には、モータ3により生成される回生電力が、第1の蓄電装置1にも蓄電される。
 時刻t6になり、VdがVcに至ると、制御回路10Bは、電力変換器4Bを制御して、電力変換器4Bの動作を停止させる。これにより、第2の蓄電装置5へのモータ3により生成される回生電力の蓄電は終了する。一方で、機械ブレーキにより車両はさらに減速し、時刻t7に車両は停止する。
 以上のように、VcVdと同等か低く維持される場合には、電力変換器4Bを、第2の蓄電装置5の一方の端子側から負荷であるインバータ2の電源端子側へは昇圧し、負荷であるインバータ2の電源端子側から、第2の蓄電装置5の一方の端子側へは降圧するコンバータとすることで、より具体的には、電力変換器4Bを、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とが直列接続される直列回路であって、負荷であるインバータ2と並列に配置される直列回路と、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44との接続点XLと、第2の蓄電装置5の一方の端子との間に配置されるインダクタ40と、を有する構成とすることで、実施の形態3に係る電源装置において、モータ3により生成される回生電力は、VdがVcよりも低くなる領域であっても、第2の蓄電装置5に蓄電される。
 また、第1の蓄電装置1の他方の端子と、第2の蓄電装置5の他方の端子とは、グラウンドに接続され、実施の形態3に係る電源装置は、一方の端子が第2の蓄電装置5の一方の端子と接続され、他方の端子が負荷であるインバータ2の電源端子と接続される第3の蓄電装置を利用して、負荷であるインバータ2の電源端子に電源電圧を供給するとしてもよい。この第3の蓄電装置50は、第2の蓄電装置5より小さな容量でよく、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とのスイッチング動作によって、第3の蓄電装置50と第2の蓄電装置5との間で電力の授受が可能であり、電圧調整に利用できる。
 また、電力変換器4Bは、第3の蓄電装置50を放電させる放電回路であるスイッチ49を有するとしてもよい。これにより、モータ3により生成される回生電力を第2の蓄電装置5に蓄電する際に、第3の蓄電装置50を積極的に放電させることで、より速やかに、モータ3により生成される回生電力を第2の蓄電装置5に蓄電することができる。
 (実施の形態4)
 以下、実施の形態3に係る電源装置の一部が変更されて構成される実施の形態4に係る電源装置について説明する。
 図11は、実施の形態4に係る電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。以下では、実施の形態4に係る電源装置について、実施の形態3に係る電源装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、実施の形態3に係る電源装置との相違点を中心に説明する。
 図11に示すように、実施の形態4に係る電源装置は、実施の形態3に係る電源装置から、第2の蓄電装置5が第2の蓄電装置5Aに変更され、電力変換器4Bが電力変換器4Cに変更され、制御回路10Bが制御回路10Cに変更されて構成される。また、実施の形態4に係る電源装置では、VcはVdと同等か低く維持される。
 第2の蓄電装置5Aは、一方の端子と他方の端子とを有し、一方の端子と他方の端子との間に電力を蓄電する。第2の蓄電装置5Aは、例えば、コンデンサ、二次電池等である。第2の蓄電装置5Aは、一方の端子が負荷であるインバータ2の電源端子に接続され、他方の端子が、後述する第3の蓄電装置52の一方の端子に接続される。以下では、第2の蓄電装置5の、他方の端子に対する一方の端子の電位をVcと称する。
 制御回路10Cは、実施の形態3に係る制御回路10Bと同様に、スイッチ6の導通状態を制御する。また、制御回路10Cは、電力変換器4Cの動作、及び、インバータ2の動作を制御する。より具体的には、制御回路10Cは、VbとVd-VcとVdとが入力され、スイッチ6の制御信号と、電力変換器4Bの制御信号と、インバータ2の制御信号とを出力する。
 電力変換器4Cは、第2の蓄電装置5の他方の端子側から負荷であるインバータ2の電源端子側へは昇圧し、負荷であるインバータ2の電源端子側から、第2の蓄電装置5の他方の端子側へは降圧するコンバータである。
 図11に示すように、電力変換器4Cは、第2のハイサイドスイッチ43と、第2のローサイドスイッチ44と、インダクタ40と、平滑コンデンサ45と、スイッチ51と、第3の蓄電装置52とを備える。
 スイッチ51は、NMOSFETであって、第2の蓄電装置5Aの他方の端子と、グラウンドとの間に配置される。
 第3の蓄電装置52は、スイッチ51と並列に配置される。すなわち、第3の蓄電装置52は、一方の端子が第2の蓄電装置5Aの他方の端子と接続され、他方の端子がグラウンドと接続される。第3の蓄電装置52の静電容量は、第2の蓄電装置5Aの静電容量よりも小さい。
 インダクタ40は、一方の端子が第2の蓄電装置5Aの他方の端子に接続され、他方の端子が接続点LXに接続される。
 図12は、車両の車速、Vb、Vd、Vc、VL、及び、スイッチ6の導通状態が時間の経過とともに変化する様子を示すタイミングチャートである。ここでは、第1の蓄電装置1の容量が十分大きく、第1の蓄電装置1の充放電に伴うVbの変化は無視できる程度に小さいとして説明する。
 時刻t0以前では車両は停止状態である。このとき、電力変換器4B及びインバータ2は停止し、スイッチ6の導通状態は遮断である。ここでは、時刻t0以前において、Vb>Vc≒Vdであるとする。
 時刻t0~t3の期間に、車両は発進/加速する。時刻t0になると、制御回路10Aは、インバータ2を動作させる。これによりモータ3が回転し、車速が上昇する。このとき、第2の蓄電装置5Aからインバータ2へ、スイッチ51のボディダイオードを介して電力が供給され、Vcが低下する。Vcが低下してスイッチ51のボディダイオードがオフとなる時刻t1までがこの期間である、各部の電位は、Vb>Vc≒Vdの関係になる。
 時刻t1になると、スイッチ51のボディダイオードがオフとなり、制御回路10Cは、電力変換器4Cを制御して、電力変換器4Cを、第2の蓄電装置5Aから第3の蓄電装置52へ電力を供給するコンバータ(反転コンバータ)として動作させる。電力変換器4Cの反転動作では、第2のハイサイドスイッチ43がオンのとき(第2のローサイドスイッチ44がオフの時)に、第2の蓄電装置5A→第2のハイサイドスイッチ43→インダクタ40→第2の蓄電装置5Aの経路で電流が流れ、インダクタ40に磁気エネルギーを蓄えられる。そして、第2のハイサイドスイッチ43がオフのとき(第2のローサイドスイッチ44がオンのとき)に、インダクタ40→第3の蓄電装置52→第2のローサイドスイッチ44→インダクタ40の経路で電流が流れ、インダクタ40に蓄えられた磁気エネルギーが第3の蓄電装置52に放出される。これにより第3の蓄電装置52は充電されて、第3の蓄電装置52の一方の端子の電位(Vd-Vc)は上昇する。
 すなわち、インバータ2へは、第2の蓄電装置5Aと第3の蓄電装置52との直列容量から電力供給されるが、同時に第3の蓄電装置52には第2の蓄電装置5Aから電力供給され、第3の蓄電装置52の電位(Vd-Vc)の上昇がVcの低下を補って電位Vdが上昇する。VdがVbに至る時刻t2までがこの期間であり、各部の電位は、Vb>Vd>Vcの関係になる。
 時刻t2になると、スイッチ6の導通状態が遮断から導通となり、第1の蓄電装置1からもインバータ2へ電力が供給される。このため、インバータ2への電力は、主に第1の蓄電装置1から供給される。一方で、第2の蓄電装置5Aと第3の蓄電装置52との直列容量からインバータ2への電力の供給も継続される。このため、Vcの低下が継続する。車両が巡航を開始する時刻t3までがこの期間であり、各部の電位は、Vb≒Vd>Vcの関係になる。
 時刻t3になると、実施の形態4に係る電源装置は、時刻t2~時刻t3の期間と同様の動作を行う。このため、インバータ2への電力は、主に第1の蓄電装置1から供給される。一方で、第2の蓄電装置5Aと第3の蓄電装置52との直列容量からインバータ2への電力の供給も継続される。このため、Vcの低下が継続する。Vcが所定値まで低下する時刻t4までがこの期間であり、各部の電位は、Vb≒Vd>Vcの関係になる。ここで、この所定値は、例えば、電力変換器4Bの動作下限値としてもよい。
 時刻t4になると、制御回路10Cは、電力変換器4Cを制御して、電力変換器4Cの動作を停止させる。このため、インバータ2への電力は、第1の蓄電装置1から供給される。車両が減速を開始する時刻t5までがこの期間であり、各部の電位は、Vb≒Vd>Vcの関係になる。
 時刻t5になると、モータ3が回生電力を生成し、Vdは上昇する。これにより、スイッチ6の導通状態が導通から遮断となる。このため、第1の蓄電装置1に過大な回生電流が流れることが抑制され、第1の蓄電装置1の急速充電が抑制される。このとき、回生電流は第2の蓄電装置5Aと第3の蓄電装置52との直列容量に流れる。このため、Vcが上昇する。同時に、制御回路10Cは、電力変換器4Cを制御して、電力変換器4Cを、第3の蓄電装置52から第2の蓄電装置5Aへ電力を供給するコンバータ(反転コンバータ)として動作させる。電力変換器4Cの反転動作では、第2のローサイドスイッチ44がオンのとき(第2のハイサイドスイッチ43がオンのとき)に、第3の蓄電装置52→インダクタ40→第2のローサイドスイッチ44→第3の蓄電装置52の経路で電流が流れ、インダクタ40に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、第2のローサイドスイッチ44がオフのとき(第2のハイサイドスイッチ43がオンのとき)に、インダクタ40→第2のハイサイドスイッチ43→第2の蓄電装置5A→インダクタ40の経路で電流が流れ、第2の蓄電装置5Aに蓄電される。これにより、回生電流による第3の蓄電装置52の電位上昇を抑えて、むしろ低下させる。第3の蓄電装置52の電位を低下させる為に、スイッチ51によって第3の蓄電装置52に蓄電される電力を放電させてもよい。すなわち、電力変換器4Cは、モータ3により生成される回生電力を第2の蓄電装置5Aに蓄電し、他方、第3の蓄電装置52を放電する。VdがVcに至る時刻t6までがこの期間であり、各部の電位は、時系列順に、Vd>Vb>Vcの関係、Vd≒Vb>Vcの関係、又は、Vb>Vd>Vcの関係になる。なお、図12では図示を省略しているが、Vb≒Vdとなると、スイッチ6の導通状態は、一時的に導通となる。このスイッチ6の導通状態が一時的に導通となる期間には、モータ3により生成される回生電力が、第1の蓄電装置1にも蓄電される。
 時刻t6になり、VdがVcに至ると、制御回路10Cは、電力変換器4Cを制御して、電力変換器4Cの動作を停止させる。これにより、第2の蓄電装置5Aへのモータ3により生成される回生電力の蓄電は終了する。一方で、機械ブレーキにより車両はさらに減速し、時刻t7に車両は停止する。
 以上のように、VcはVdと同等か低く維持される場合には、電力変換器4Cを、第2の蓄電装置5の他方の端子側から負荷であるインバータ2の電源端子側へは昇圧し、負荷であるインバータ2の電源端子側から、第2の蓄電装置5の他方の端子側へは降圧するコンバータとすることで、より具体的には、電力変換器4Cを、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とが直列接続される直列回路であって、負荷であるインバータ2と並列に配置される直列回路と、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44との接続点XLと第2の蓄電装置5Aの他方の端子との間に配置されるインダクタと、を有する構成とすることで、実施の形態4に係る電源装置において、モータ3により生成される回生電力は、VdがVcよりも低くなる領域であっても、第2の蓄電装置5Aに蓄電される。
 また、第1の蓄電装置1の他方の端子は、グラウンドに接続され、第2の蓄電装置5Aの一方の端子は、負荷であるインバータ2の電源端子に接続され、実施の形態4に係る電源装置は、一方の端子が第2の蓄電装置5Aの一方の端子と接続され、他方の端子がグラウンドに接続される第3の蓄電装置52を利用して、負荷であるインバータ2の電源端子に電源電圧を供給するとしてもよい。この第3の蓄電装置52は、第2の蓄電装置5Aより小さな容量でよく、第2のハイサイドスイッチ43と第2のローサイドスイッチ44とのスイッチング動作によって、第3の蓄電装置52と第2の蓄電装置5Aとの間で電力の授受が可能であり、電圧調整に利用できる。
 また、電力変換器4Cは、第3の蓄電装置52を放電させる放電回路であるスイッチ51を有するとしてもよい。これにより、モータ3により生成される回生電力を第2の蓄電装置5Aに蓄電する際に、第3の蓄電装置52を積極的に放電させることで、より速やかに、モータ3により生成される回生電力を第2の蓄電装置5Aに蓄電することができる。
 (その他の実施の形態)
 実施の形態1~実施の形態4において、スイッチ6は、図4に例示されるように、半導体回路で実現される双方向スイッチであるとして説明した。しかしながら、スイッチ6は、必ずしも半導体回路で実現される双方向スイッチに限定される必要はない。例えば、スイッチ6は、リレーといった機械式スイッチであってもよい。但し、スイッチ6は、第1の蓄電装置1への過大な充放電電流を抑制し、第1の蓄電装置1の長寿命化を図るものであるため、導通電流を制御することができる能動素子であることが望ましい。
 実施の形態3に係る電源装置又は実施の形態4に係る電源装置において、第2の蓄電装置5又は第2の蓄電装置5Aに直列に接続される、第2の蓄電装置5又は第2の蓄電装置5Aよりも静電容量の小さいコンデンサを設けて、第2の蓄電装置5又は第2の蓄電装置5Aとそのコンデンサとの間で電荷の授受を行うことによって、各電位を適切に制御するとしてもよい。
 上述したように、実施の形態1~実施の形態4に係る電源装置では、第1の蓄電装置101と負荷との間の電力伝達における電力損失を抑制することができる。また、実施の形態1~実施の形態4に係る電源装置では、VdがVbよりも低い領域であっても、モータ3により生成される回生電力を、第2の蓄電装置5又は第2の蓄電装置5Aに蓄電することができる。これらのことから、バッテリの電圧が30V以上の比較的高い電圧となる電気自動車やハイブリッド自動車への、実施の形態1~実施の形態4に係る電源装置の適用が特に有効である。
 以上、本開示の一態様に係る電源装置について、実施の形態1~実施の形態4に基づいて説明してきたが、本開示は、これら実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形をこれら実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の1つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
 本開示は、電源装置に広く有用である。
1 第1の蓄電装置
2 インバータ
3 モータ
4、4A、4B、4C 電力変換器
5、5A 第2の蓄電装置
6 スイッチ
10、10A、10B、10C 制御回路
20 電源制御装置
30 電源装置
40、46 インダクタ
41 第1のハイサイドスイッチ
42 第1のローサイドスイッチ
43 第2のハイサイドスイッチ
44 第2のローサイドスイッチ
45 平滑コンデンサ
47 ハイサイドスイッチ
48 ローサイドスイッチ
49、51 スイッチ
50、52 第3の蓄電装置
61、62、73、74 PMOSFET
70、71、77、78 ダイオード
72、79 NMOSFET
75、76 抵抗
80 インバータ
81 ANDゲート
82、83 コンパレータ
84、86 電圧源

Claims (15)

  1.  第1の蓄電装置と第2の蓄電装置とを電力源として負荷の電源端子に電源電圧を供給する電源制御装置であって、
     電力変換器と、
     前記第1の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の前記電源端子との間に配置されるスイッチと、
     前記スイッチの導通状態を制御する制御回路と、を備える
     電源制御装置。
  2.  前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の前記電源端子との間に配置される
     請求項1に記載の電源制御装置。
  3.  前記制御回路は、前記第1の蓄電装置の前記一方の端子と、前記負荷の前記電源端子との電位差が所定値よりも小さい場合に、前記スイッチを導通させる
     請求項2に記載の電源制御装置。
  4.  前記電力変換器は、双方向に電力伝達可能な昇降圧コンバータである
     請求項2又は3に記載の電源制御装置。
  5.  前記昇降圧コンバータは、
     第1のハイサイドスイッチと第1のローサイドスイッチとが直列接続される第1の直列回路であって、前記第2の蓄電装置と並列に配置される第1の直列回路と、
     第2のハイサイドスイッチと第2のローサイドスイッチとが直列接続される第2の直列回路であって、前記負荷と並列に配置される第2の直列回路と、
     前記第1のハイサイドスイッチと前記第1のローサイドスイッチとの接続点と、前記第2のハイサイドスイッチと前記第2のローサイドスイッチとの接続点との間に配置されるインダクタと、を有する
     請求項4に記載の電源制御装置。
  6.  前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは降圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側へは昇圧するコンバータである
     請求項2又は3に記載の電源制御装置。
  7.  前記コンバータは、
     ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが直列接続される直列回路であって、前記第2の蓄電装置と並列に配置される直列回路と、
     前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点と、前記負荷の前記電源端子との間に配置されるインダクタと、を有する
     請求項6に記載の電源制御装置。
  8.  前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは昇圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子側へは降圧するコンバータである
     請求項2又は3に記載の電源制御装置。
  9.  前記コンバータは、
     ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが直列接続される直列回路であって、前記負荷と並列に配置される直列回路と、
     前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点と、前記第2の蓄電装置の前記一方の端子との間に配置されるインダクタと、を有する
     請求項8に記載の電源制御装置。
  10.  前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の他方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは昇圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記他方の端子側へは降圧するコンバータである
     請求項1に記載の電源制御装置。
  11.  前記コンバータは、
     ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが直列接続される直列回路であって、前記負荷と並列に配置される直列回路と、
     前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点と、前記第2の蓄電装置の前記他方の端子との間に配置されるインダクタと、を有する
     請求項10に記載の電源制御装置。
  12.  前記第1の蓄電装置は、30V以上の電圧となる
     請求項1~11のいずれか1項に記載の電源制御装置。
  13.  第1の蓄電装置と第2の蓄電装置とを備え、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置とを電力源として負荷の電源端子に電源電圧を供給する電源制御装置であって、
     更に、
     電力変換器と、
     前記第1の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の電源端子との間に配置されるスイッチと、
     前記スイッチの導通状態を制御する制御回路と、を備える
     電源装置。
  14.  前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の一方の端子と前記負荷の前記電源端子との間に配置される
     請求項13に記載の電源装置。
  15.  前記電力変換器は、前記第2の蓄電装置の他方の端子側から前記負荷の前記電源端子側へは昇圧し、前記負荷の前記電源端子側から、前記第2の蓄電装置の前記他方の端子側へは降圧するコンバータである
     請求項13に記載の電源装置。
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