JP2008022628A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力電力の幅広い領域において、効率の高い変換を行うことができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る電力変換装置1は、電源2により供給される電力を変換して負荷に供給する電力変換装置であって、定格出力の異なる複数の変換器4、5、6を並列接続して備え、電源2により供給される電力に応じて、複数の変換器4、5、6のうちの動作させる変換器の組み合わせを変化させる制御手段7を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る電力変換装置1は、電源2により供給される電力を変換して負荷に供給する電力変換装置であって、定格出力の異なる複数の変換器4、5、6を並列接続して備え、電源2により供給される電力に応じて、複数の変換器4、5、6のうちの動作させる変換器の組み合わせを変化させる制御手段7を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば自動車等に用いられる電力変換装置に関するものである。
従来、DC/DCコンバータ等の電力変換装置において、幅広い入力電圧変動範囲や出力電圧変動範囲において、効率を高めるための技術として、例えば特許文献1に記載されたようなものがある。この特許文献1に記載された電力変換装置においては、回路方式の異なる複数の変換器を並列に接続して、入力電圧条件および/又は出力電圧条件に基づいて、複数の変換器のうちいずれかの電力変換回路を選択することが提案されている。また、効率を高める電力変換装置として、特許文献2に記載されているようなものもあるが、この特許文献2に記載された電力変換装置においては、同じ特性の変換器を複数台並列に接続して、出力電力の分担を調整することが行われている。
特開平6−311729号公報
特開2004−178877号公報
ところが、特許文献1に記載の電力変換装置では、電力変換装置の回路動作に必要な電力が入力電力の小さい領域で顕在化して、入力電力の小さい領域において効率が低下するという問題があった。また、特許文献2に記載の電力変換装置においても、同じ特性の変換器を複数台並列に接続しているため、入力電力が小さい領域において、個々の変換器の効率の低い部分が重なり合って、これも効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記問題に鑑み、入力電力の幅広い領域において、効率の高い変換を行うことができる電力変換装置を提供することを目的とする。
上記の問題を解決するため、本発明による電力変換装置は、
電源により供給される電力を変換して負荷に供給する電力変換装置であって、
定格出力の異なる複数の変換器を並列接続して備え、
前記電源により供給される電力に応じて、前記複数の変換器のうちの動作させる変換器の組み合わせを変化させる制御手段を備えることを特徴とする。
電源により供給される電力を変換して負荷に供給する電力変換装置であって、
定格出力の異なる複数の変換器を並列接続して備え、
前記電源により供給される電力に応じて、前記複数の変換器のうちの動作させる変換器の組み合わせを変化させる制御手段を備えることを特徴とする。
ここで、前記変換器相互間の負荷分担比率を、予め定められた負荷分担比率マップにより決定する負荷分担比率決定手段を備え、
前記負荷分担比率マップにより決定された負荷分担比率に基づき、前記電力変換装置の効率が最大となる負荷分担比率を探索する負荷分担比率探索手段を備え、
前記負荷分担比率探索手段により探索された負荷分担比率に基づいて、前記制御手段が前記複数の変換器のうちの動作させる変換器を選択して制御することが好ましい。
前記負荷分担比率マップにより決定された負荷分担比率に基づき、前記電力変換装置の効率が最大となる負荷分担比率を探索する負荷分担比率探索手段を備え、
前記負荷分担比率探索手段により探索された負荷分担比率に基づいて、前記制御手段が前記複数の変換器のうちの動作させる変換器を選択して制御することが好ましい。
これによれば、前記制御手段が前記複数の変換器を選択するにあたっての制御内容を簡略化することができる。
さらに、前記負荷分担比率探索手段により探索された前記電力変換装置の効率が最大となる負荷分担比率に基づいて、前記負荷分担比率マップを更新する負荷分担比率更新手段を備えることが好ましい。
これによれば、前記電力変換装置の効率が最大となる負荷分担比率を次回以降に探索する時間を短縮するとともに、負荷分担比率マップの負荷分担比率を常に最適なものとすることができる。
本発明によれば、入力電力の幅広い領域において、効率の高い変換を行うことができる電力変換装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る電力変換装置の一実施例を示す回路図であり、図2は、本発明に係わる電力変換装置の一実施例に用いられるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。
本実施例の電力変換装置1は、廃熱回収スタック2により供給される電力を変換してバッテリ装置3に供給するものであり、定格出力の異なる変換器としてのDC/DCコンバータ4、5、6を並列接続して備えるとともに、これらのDC/DCコンバータ4、5、6のうち動作させるDC/DCコンバータの組み合わせを変化させるとともに選択して制御する制御ECU7を備えて構成される。
廃熱回収スタック2は、自動車の排気ガスが有する熱エネルギーを、例えばBi−Te系、Si−Ge系の半導体材料からなる熱電素子を用いて電気エネルギーに変換して発電するものである。この熱電素子は、ここでは図示しない排気ガスが通流するエキゾーストマニホールドと排気管との間に設けられた気体通路とエンジンの冷却水が通流する冷却管との間に配置され、熱電素子の一方面は冷却管内の冷却水により冷却され、他方面は気体通路内の排気ガスにより加熱されて、これにより熱電素子内に温度差が発生して発電が行われる。
バッテリ装置3は例えばPbバッテリ3aとバッテリECU(Electronic Control Unit)3bにより構成され、電力変換装置1により供給される電力により充電されるものであり、ここでは図示しない空調装置や、カーオーディオ装置、カーナビゲーション装置などの各車載機器に電力を供給するものである。バッテリECU3bは例えばCPU、ROM、RAMおよびそれらを接続するデータバスから構成され、ROMに格納されたプログラムに従い、CPUが以下に述べる処理を行うものである。バッテリECU3bはPbバッテリ3aの充電量および許容充電量を常態監視しており、許容充電量情報を例えばCAN(Controller Area Network)により、制御ECU7に伝送する。
DC/DCコンバータ4は例えば図2に示すようなフライバック型のDC/DCコンバータであり、フライバックトランス8、MOSFET9、ダイオード10、コンデンサ11、入力電圧計12、入力電流計13、入力端子14、出力端子15、コンデンサ16を主たる構成要素として構成される。このDC/DCコンバータ4においては、MOSFET9のPWM制御により、フライバックトランス8の一次巻線に流れる電流を制御し、フライバックトランス8の二次巻線に巻線比に比例した交流の電圧を発生させ、ダイオード10およびコンデンサ11にて直流に整流して、昇圧又は降圧された電力をバッテリ装置3に供給する。なおコンデンサ16は入力インピーダンスを低下する目的で挿入されるものである。
また、入力電圧計12は、各DC/DCコンバータの入力電圧ひいては廃熱回収スタック2の出力電圧Vおよび開放電圧Vocを検出するものである。開放電圧Vocは、MOSFET9を制御ECU7の指令の下、オフとした状態にて測定する。
なお、DC/DCコンバータ4に並列接続されるDC/DCコンバータ5およびDC/DCコンバータ6の回路構成は、基本的に図2に示したフライバック型のDC/DCコンバータと同様である。ここでは、DC/DCコンバータ4(変換器1)の定格出力を100W、DC/DCコンバータ5(変換器2)の定格出力を200W、DC/DCコンバータ6(変換器3)の定格出力を400Wとしている。上述したフライバックトランス、MOSFET、ダイオード、コンデンサの諸元を、DC/DCコンバータ5、6それぞれの定格出力に対応したものとすることにより、異なる定格出力を有するそれぞれのDC/DCコンバータ5、6が構成される。
制御ECU7(Electronic Control Unit)は例えばCPU、ROM、RAMおよびそれらを接続するデータバスから構成され、ROMに格納されたプログラムに従い、CPUが以下に述べる処理を行うものである。制御ECU7は、推定発電量算出部7aと、許容充電量取得部7bと、変換器処理電力算出部7cと、負荷分担比率決定部7dと、負荷分担比率探索部7eと、負荷分担比率更新部7fと、制御部7gと、電流探索部7hとを備える。
推定発電量算出部7aは、入力電圧計12により検出した開放電圧Vocに基づいて、廃熱回収スタック2の推定発電量Pin、電流Iin、電圧Vinを、図3に示すような推定発電量マップを用いて算出する。なお、図3に示した推定発電量マップは、図4に示すような廃熱回収スタック2の発電特性図に基づいて決定されるものである。図4中短絡電流Isは予めMOSFET9をオンとした状態にて入力電流計14により測定して得られるものであり、推定発電量Pinを求めるための電流Iinは短絡電流Isの半分の値として求まり、推定発電量Pinを求めるための電圧Vinは開放電圧Vocの半分の値として求まり、電流Iinと電圧Vinの積によりPinが求められる。図3においては便宜上、開放電圧Vocを5V単位で変化させた場合の、推定発電量Pin、電流Iin、電圧Vinを示している。
許容充電量取得部7bは、バッテリ装置3のバッテリECU3bより伝送された許容充電量Ppを取得する。
変換器処理電力算出部7cは、供給電力算出部7aの算出した廃熱回収スタック2の推定発電量Pinと、要求電力取得部7bの取得した許容充電量Ppとを比較して、推定発電量Pinが許容充電量Ppよりも大きい場合には、変換器処理電力=許容充電量Ppとし、そうでない場合には、変換器処理電力=推定発電量Pinとする。
負荷分担比率決定部7dは、変換器処理電力算出部7cの算出した変換器処理電力に基づいて、図5に示すような、変換器選択マップを用いて、運転するDC/DCコンバータを選択する。図5に示すように、負荷分担比率決定部7dは、変換器処理電力が100W以下である場合には、100WのDC/DCコンバータ4を選択し、変換器処理電力が100Wより大きく300W以下である場合には、100WのDC/DCコンバータ4と200WのDC/DCコンバータ5を選択し、変換器処理電力が300Wより大きく500W以下である場合には、100WのDC/DCコンバータ4と400WのDC/DCコンバータ6を選択し、変換器処理電力が500Wより大きく600W以下である場合には、200WのDC/DCコンバータ5と400WのDC/DCコンバータ6を選択する。
加えて、負荷分担比率決定部7dは、入力電力計12により検出した開放電圧Vocに基づいて、選択されたDC/DCコンバータの組み合わせのうちそれぞれのDC/DCコンバータの負荷分担比率を、図6に示すような負荷分担比率マップを用いて算出する。本実施例のDC/DCコンバータは電流制御であるため、負荷分担比率Rは、選択された二つのDC/DCコンバータ(これを便宜上変換器A、Bと呼ぶ)のうち一方の変換器Aの電力をPa、電流をIa、他方の変換器Bの電力をPb、電流をIbとすると、負荷分担比率はR=Pa/(Pa+Pb)=Ia/(Ia+Ib)で示される。なお、図6に示した推定発電量マップは、本実施例の電力変換装置において後述する山登り法と同様の方法により予め実験的に求められるものである。
負荷分担比率探索部7eは、負荷分担比率決定部7dにより決定された負荷分担比率Rを基準として、電力変換装置1の効率が実際に最大となる負荷分担比率Rを山登り法により探索する。山登り法については、後述するフローチャートの説明において詳細に説明する。なお、予め求めた負荷分担比率Rと、電力変換装置1の効率が実際に最大となる負荷分担比率が相違する理由は、各DC/DCコンバータを構成するフライバックトランス8、MOSFET9、ダイオード10、コンデンサ11の劣化に起因するものである。
負荷分担比率更新部7fは、負荷分担比率探索部7eが探索した、電力変換装置1が実際に最大となる負荷分担比率Rに基づいて、図6に示した負荷分担比率マップの該当する部分を更新する。
制御部7gは、推定発電量算出部7aの求めた電流Iinと、負荷分担比率決定部7dの決定した負荷分担比率Rおよび、負荷分担比率探索部7eの探索した負荷分担比率Rに基づき、DC/DCコンバータ4、5、6をPWM制御する。これとともに、電流探索部7hは、電流Iinを初期値として最大出力となる電流Iを後述する山登り法により探索する。
以上述べた本発明に係わる電力変換装置の制御内容を、フローチャートを用いて説明する。図7は、本発明に係わる電力変換装置の制御内容を示すフローチャートである。
S010において、推定発電量算出部7aは入力電圧計12により開放電圧Vocを検出して、S020において、推定発電量算出部7aは図3に示した推定発電量マップを用いて、推定発電量Pin、電流Iin、電圧Vinを算出する。例えば、開放電圧Voc=20Vであれば、推定発電量Pin=P4、電流Iin=i4、電圧Vin=V4である。つづいて、S030において、許容充電量取得部7bはバッテリECU3bよりCANを介して許容充電量Ppを読み込む。S040において、変換器処理電力算出部7cは、推定発電量算出部7aが算出した推定発電量Pinと、許容充電量取得部7bが取得した許容充電量Ppとを比較して、推定発電量Pinが許容充電量Ppよりも大きければ、S050にすすんで、変換器処理電力を許容充電量Ppとし、推定発電量Pinが許容充電量Ppよりも小さければ、S060にすすんで、変換器処理電力を推定発電量Ppとする。
以上のS050およびS060の処理により求めた変換器処理電力により、負担分担比率決定部7dはまず、S070において、図5に示した変換器選択マップを用いて、動作させる変換器、すなわちDC/DCコンバータを選択して、動作変換器数Nを計算する。
さらに、S071において、負荷分担比率決定部7dは、選択した変換器、すなわちDC/DCコンバータ相互間の負荷分担比率Rを、図6に示した負荷分担率マップにより計算して求める。
さらに、S071において、負荷分担比率決定部7dは、選択した変換器、すなわちDC/DCコンバータ相互間の負荷分担比率Rを、図6に示した負荷分担率マップにより計算して求める。
つづいて、S080において、負荷分担比率探索部7eは、動作変換器数N=1であるかどうかを判定し、N=1であれば、S090にすすみ、N=1でなければS180にすすむ。本実施例では動作変換器数N=1であれば、図5に示した変換器選択マップにより、変換器処理電力は100W以下であり、DC/DCコンバータ4が選択される。
以下に述べるS090からS171までの処理は、動作変換器数N=1の場合における、山登り法による最大出力となる電流Iを探索する処理である。
S090において、S020において算出した電流Iinを電流Iの初期値として、制御部7gがDC/DCコンバータ4をPWM制御して、入力電圧計12により検出した電圧Vと、電流Iとにより、電流探索部7hがまず電力P1=I×Vを計算する。
さらに、S100において、電流探索部7hが電流Iに微少差分ΔIを加算して、S110において電流I=I+ΔIに基づいて、制御部7gがDC/DCコンバータ4をPWM制御して、電流探索部7hが、入力電圧計12により検出した電圧Vと電流I=I+ΔIにより電力P2=I×Vを計算する。
さらに、S120において、電流探索部7hが電流Iに微少差分2ΔIを減算して、S130において、電流I=I−2ΔIに基づいて、制御部7gがDC/DCコンバータ4をPWM制御して、電流探索部7hが、入力電圧計12により検出した電圧Vと電流I=I−2ΔIにより電力P3=I×Vを計算する。
S140において、P1がP2およびP3よりも大きい場合には、図9に示す上に凸の山形をなすPI曲線において、P1が山形のPI曲線の頂上に位置することになるので、S150において電流I=I+ΔIとして、S171においてデューティー比duty=I/I(typ)を計算し、このデューティー比duty=I/I(typ)に基づいて制御部7gはDC/DCコンバータ4をPWM制御する。なお、S171においてI(typ)とは、デューティー比が1である場合の電流である。
S140において、P1がP2およびP3よりも大きくない場合には、S160にすすんで、電流探索部7hはP3がP2よりも大きいかどうかを判定し、P3がP2よりも大きい場合には、図9に示すPI曲線において、P1が山形の曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、右肩下がりであると判定して、電流IをそのままにしてS171においてデューティー比duty=I/I(typ)を計算し、制御部7gはこのデューティー比duty=I/I(typ)に基づいてDC/DCコンバータ4をPWM制御する。
S160において、電流探索部7hは、P3がP2よりも大きくない場合には、図9に示す山形のPI曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、右肩上がりであると判定して、S170において電流I=I+2ΔIとして、S171においてデューティー比duty=I/I(typ)を計算し、制御部7gはこのデューティー比duty=I/I(typ)に基づいてDC/DCコンバータ4をPWM制御する。
S090からS171までの山登り法による最大出力となる電流Iの探索処理は、S175においてIGオフを検出しない限り、繰り返し行われ、電流Iは最大出力となる値に収束される。
また、S080において動作変換器数N=1でないと判定された場合には、S180からS280までの処理が実行され、S180、S200、S220において、図9に示すサブルーチンPCALCが実行され、S270において、図10に示すサブルーチンPDEVIDERが実行される。本実施例においては動作変換器数N=1でない場合とは、変換器処理電力が100W以上600W以下の場合であり、いずれの場合も動作変換器数N=2である。
ここでまず、図9に示すサブルーチンPCALCについて説明する。S020において推定発電量算出部7aが算出した電流Iinを電流Iの初期値とし、S071で負荷分担比率決定部7dが決定した負荷分担比率Rに基づいて、S310において負荷分担比率探索部7eが変換器A、Bの電流Ia=I×R、Ib=I−Ia=I×(1−R)を計算し、制御部7gが変換器A、BをPWM制御して、電流探索部7hが、変換器A内の入力電圧計12により検出した電圧Vと、電流Ia=I×Rとにより、S320において変換器Aの電力Pa=Ia×Vを計算し、S330において変換器B内の入力電圧計12により検出した電圧Vと、電流Ib=I×(1−R)とにより、変換器Bの電力Pb=Ib×Vを計算し、S340において、変換器AおよびB全体の電力P=Pa+Pbを計算する。
続いて、図10に示すサブルーチンPDEVIDERについて説明する。S020において推定発電量算出部7aが算出した電流Iinを電流Iの初期値とし、S071で負荷分担比率決定部7dが決定した負荷分担比率Rに基づいて、S410において負荷分担比率探索部7eが変換器A、Bの電力P4を図9に示したサブルーチンPCALCを用いて計算し、S420において負荷分担比率Rに微少差分ΔRを加算して、S430において負荷分担比率探索部7eが変換器A、Bの電力P5を図9に示したサブルーチンPCALCを用いて計算する。さらに、S440において、負荷分担比率探索部7eが負荷分担比率Rに微少差分2ΔRを減算して、S450において、負荷分担比率探索部7eが変換器A、Bの電力P6を図9に示したサブルーチンPCALCを用いて計算する。
S460において、P4がP5およびP6よりも大きい場合には、図11に示す上に凸の山形をなすPR曲線において、P4が山形のPR曲線の頂上に位置することになるので、S470において負荷分担比率探索部7eが負荷分担比率R=R+ΔRとして、S500において、負荷分担比率更新部7fが、図6に示した負荷分担比率マップの該当する箇所を更新してS500にすすみサブルーチンPDEVIDERを終了する。
S460において、P4がP5およびP6よりも大きくない場合には、S480にすすんで、負荷分担比率探索部7eはP6がP5よりも大きいかどうかを判定し、P6がP5よりも大きい場合には、図11に示すPR曲線において、P4が山形の曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、右肩下がりであると判定して、負荷分担比率RをそのままにしてS510にすすんでサブルーチンPDEVIDERを終了する。
S480において、P6がP5よりも大きくない場合には、図11に示す山形のPR曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、負荷分担比率探索部7eは右肩上がりであると判定して、S490において負荷分担比率R=R+2ΔRとして、S510にすすんでサブルーチンPDEVIDERを終了する。
S400からS510までの山登り法による最大出力となる負荷分担比率Rの探索処理は、S175においてIGオフを検出しない限り、繰り返し行われ、負荷分担比率Rは最大出力つまりは最大効率となる値に収束される。
以下に、図8に示すS180からS280までの、動作変換器数N=2、つまりは、選択された変換器が二個である場合の、山登り法による最大出力となる電流Iを探索する処理と効率が最大となる負荷分担比率Rを探索する処理について説明する。
S180において、S020において推定発電量算出部7aが算出した推定発電量と、その場合の電流IおよびS071で負荷分担比率決定部7dが決定した負荷分担比率Rに基づいて、図9に示したサブルーチンPCALCにより、まず電力P1=I×V=Ia×V+Ib×Vを計算する。
さらに、S190において、電流探索部7hが電流Iに微少差分ΔIを加算して、S200において電流I=I+ΔIに基づいて、図9に示したサブルーチンPCALCにより、電力P2=I×V=Ia×V+Ib×Vを計算する。
さらに、S210において、電流探索部7hが電流Iに微少差分2ΔIを減算して、S220において、電流I=I−2ΔIに基づいて、図9に示したサブルーチンPCALCにより、電力P3=I×V=Ia×V+Ib×Vを計算する。
S230において、P1がP2およびP3よりも大きい場合には、図9に示す上に凸の山形をなすPI曲線において、P1が山形のPI曲線の頂上に位置することになるので、S240において電流探索部7hが電流I=I+ΔIとして、S270において図10に示したサブルーチンPDEVIDERの効率が最大となる変換器A、Bの負荷分担比率Rの探索および負荷分担比率マップの更新処理を行い、S280においてこの負荷分担比率Rに基づいて、制御部7gがデューティー比duty(A)=I×R/Ia(typ)、duty(B)=I×(1−R)/Ib(typ)を計算し、このデューティー比duty(A)、duty(B)に基づいて制御部7gは変換器A、BをPWM制御する。なお、S280においてIa(typ)およびIb(typ)とは、変換器AおよびBのそれぞれにおいて、デューティー比が1である場合の電流である。
S230において、P1がP2およびP3よりも大きくない場合には、S250にすすんで、電流探索部7hはP3がP2よりも大きいかどうかを判定し、P3がP2よりも大きい場合には、図8に示すPI曲線において、P1が山形の曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、右肩下がりであると判定して、電流IをそのままにしてS280においてデューティー比duty(A)=I×R/Ia(typ)、duty(B)=I×(1−R)/Ib(typ)を計算し、制御部7gは変換器A、BをPWM制御する。
S250において、P3がP2よりも大きくない場合には、図8に示す山形のPI曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、電流探索部7hは右肩上がりであると判定して、S260において電流I=I+2ΔIとして、S280においてデューティー比duty(A)=I×R/Ia(typ)、duty(B)=I×(1−R)/Ib(typ)を計算し、制御部7gは変換器A、BをPWM制御する。
S180からS280までの山登り法による最大出力となる電流Iの探索処理は、S175においてIGオフを検出しない限り、繰り返し行われ、電流Iは最大出力となる値に収束される。
以上述べた本実施例によれば以下のような作用効果が得られる。まず、DC/DCコンバータに代表される変換器の効率は、図12に示すようにそれぞれの定格出力が異なれば、変換器に入力される電力によって変換効率の高い領域はそれぞれ異なり、おのおのの変換器は定格出力よりも小さい入力電力の領域において効率が低下する。
ところが、本実施例のように、異なる定格出力の変換器を複数並列接続して、入力電力、すなわち廃熱回収スタック2の推定発電量に応じて選択して動作させることにより、図13に示すように、幅広い入力電力に対して効率を高めることができる。つまり、変換器1(100WのDC/DCコンバータ4)と変換器2(200WのDC/DCコンバータ5)を組み合わせた場合には、変換器1により変換器2の効率の低い領域を補い、変換器1と変換器3(400WのDC/DCコンバータ6)とを組み合わせた場合には、変換器3の効率の低い領域を変換器1により補うことができる。加えて、変換器2と変換器3とを組み合わせた場合には、変換器2、3それぞれの効率の高い領域が重なり合うので、入力電力の高い領域における効率を高めることができる。これらのことにより幅広い入力電力の領域において、電力変換装置1の変換効率を高めることができる。この変換効率を高める効果は、本実施例のように推定発電量が広範囲に変動しうる廃熱回収スタック2を用いたシステムにおいてより顕著となる。
また、動作させる変換器が一つである場合、複数である場合ともに、電力変換装置1全体の効率が高くなるように、電流Iの最適な値を探索して制御することができるので、これによっても効率を高めることができる。
さらに、動作させる変換器が複数である場合に、電力変換装置1全体の効率が高くなるように、負荷分担比率Rの最適な値を探索して制御することができるので、これによっても効率を高めることができる。
さらに、電力変換装置1の効率が実際に最大となる負荷分担比率Rに基づいて、図6に示した負荷分担比率マップを更新することにより、電力変換装置の効率が実際に最大となる負荷分担比率を次回以降に探索する時間を短縮するとともに、変換器を構成する要素の劣化にかかわらずに、負荷分担比率マップの負荷分担比率を常に最適なものとすることができる。
以上実施例について詳細に説明したが、本実施例は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形および置換を加えることができる。本実施例では変換器としてフライバック式のDC/DCコンバータを用いたが、フルブリッジ方式のDC/DCコンバータや、チョッパ方式のDC/DCコンバータなど種々の方式の変換器を用いることが可能である。
また、本実施例では電源として廃熱回収スタックを、負荷としてバッテリ装置を用いる構成としたが、それ以外の構成とすることも可能である。図14〜図17にその変形例を示す。
図14は、本実施例の電源を廃熱回収スタックから商用電源に置換し、負荷としてのバッテリ装置を制御装置に置換し、定格出力の異なる複数の変換器をDC/DCコンバータからAC/DCコンバータに置換して並列接続したものである。この場合には制御装置が負荷から取得する情報は、許容充電量から、推定負荷量に置換される。
図15は、本実施例の電源を廃熱回収スタックから太陽光発電装置に置換し、定格出力の異なる複数の変換器をDC/DCコンバータからDC/ACコンバータに置換して並列接続したものである。
図16は、本実施例の電源を廃熱回収スタックから、ハイブリッド車に用いられる三相交流の電源系統に置換し、負荷をモータとし、定格出力の異なる複数の変換器をDC/ACコンバータとして並列接続したものである。
図17は、本実施例の電源を廃熱回収スタックから、ガソリンエンジン車に用いられる三相交流の電源系統に置換し、負荷をモータとし、定格出力の異なる複数の変換器をDC/DCコンバータとDC−ACコンバータとを組み合わせたものとして並列接続したものである。
図14〜17に示した構成においては、本実施例で使用した図3の推定発電量マップや、図5に示した動作変換器マップ、図6に示した負担分担率マップは個々の構成に適したものに置換される。いずれの構成によっても、定格出力の異なる複数の変換器を並列接続して、推定発電量(図14に示した構成においては推定供給電力量)ひいては変換器処理電力により運転変換器を選択して、最大効率となる負荷分担比率を探索することにより、入力電力の幅広い領域において高い効率を得ることができる。
さらに、本実施例においては、異なる定格出力の変換器を3個並列接続し、そのうちの1個を選択するまたは2個を選択したが、もちろん3個選択しても良い。また、異なる定格出力の変換器を4個以上並列接続する構成とすることももちろん可能である。
本発明は、電源と負荷との間の変換器を異なる定格出力を有する変換器を並列接続して、推定発電量および許容充電量に基づいて変換器処理電力を求め、変換器処理電力に基づいて、運転変換器を選択して運転変換器相互間の負荷分担率を最適化することにより、電力変換装置全体としての効率を高めることを目的としたものであるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用可能なものである。また、適用対象は車両に限られず、太陽光発電装置などの、発電機と負荷と変換器を組み合わせた装置にも適用可能であり、電源から負荷に対して変換を行って電力を供給する電力変換装置であれば適用可能である。
1 電力変換装置
2 廃熱回収スタック
3 バッテリ装置
3a Pbバッテリ
3b バッテリECU
4、5、6 DC/DCコンバータ
7 制御ECU
8 フライバックトランス
9 MOSFET
10 ダイオード
11 コンデンサ
12 入力電圧計
13 入力電流計
14 入力端子
15 出力端子
16 コンデンサ
2 廃熱回収スタック
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3b バッテリECU
4、5、6 DC/DCコンバータ
7 制御ECU
8 フライバックトランス
9 MOSFET
10 ダイオード
11 コンデンサ
12 入力電圧計
13 入力電流計
14 入力端子
15 出力端子
16 コンデンサ
Claims (3)
- 電源により供給される電力を変換して負荷に供給する電力変換装置であって、
定格出力の異なる複数の変換器を並列接続して備え、
前記電源により供給される電力に応じて、前記複数の変換器のうちの動作させる変換器の組み合わせを変化させる制御手段を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記変換器相互間の負荷分担比率を、予め定められた負荷分担比率マップにより決定する負荷分担比率決定手段を備え、
前記負荷分担比率マップにより決定された負荷分担比率に基づき、前記電力変換装置の効率が最大となる負荷分担比率を探索する負荷分担比率探索手段を備え、
前記負荷分担比率探索手段により探索された負荷分担比率に基づいて、前記制御手段が前記複数の変換器のうちの動作させる変換器を選択して制御することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記負荷分担比率探索手段により探索された前記電力変換装置の効率が最大となる負荷分担比率に基づいて、前記負荷分担比率マップを更新する負荷分担比率更新手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006192049A JP2008022628A (ja) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006192049A JP2008022628A (ja) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | 電力変換装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2008022628A true JP2008022628A (ja) | 2008-01-31 |
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ID=39078184
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2006
- 2006-07-12 JP JP2006192049A patent/JP2008022628A/ja active Pending
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