JP2015100169A - 電力変換システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力時において変換効率の低下を抑制することができる電力変換システムを提供する。
【解決手段】電気負荷８及び電気負荷８に電力を供給するサブバッテリ７に接続され、供給電力の電圧を変換し電気負荷８及びサブバッテリ７に対して電力の出力を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、サブバッテリ７の出力電圧を検出する電圧センサ１０１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流センサ１０２と、出力電圧が電圧Ｖ１を下回った場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を開始し、その後、出力電流Ｉｏｕｔが基準電流を下回った場合に、出力を停止する制御部１１と、を備え、制御部１１は、出力実施中に、出力電流Ｉｏｕｔが基準電流を上回らないように、出力電流Ｉｏｕｔを制限しながら電力の出力を実施する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電圧を変換し、蓄電装置及び電気負荷に対して電力を出力する電力変換システムに関する。
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車では、車両駆動を行う主機への電力供給を主目的とするメインバッテリが搭載されるのに加えて、車両制御や照明などの低電圧を要求する電気負荷への電力供給を行うサブバッテリが設けられている。サブバッテリは、メインバッテリから電力を供給されることで充電される。メインバッテリの出力電圧はサブバッテリの出力電圧に比べて高電圧であるため、メインバッテリからサブバッテリへの電力供給は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて出力電圧を降圧することで実現されている。ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギー損失を低減させるための技術として、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が最高となる所定値と比較し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流がその所定値以下であると判定された場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータに電力出力を行わせないように制御する技術が提案されている（特許文献１）。
特許第３７９６３５３号公報
上記従来技術では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下となりＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力が停止された後、再び出力が開始される時には、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が、サブバッテリへ充電電流として流れるのに加え電気負荷へも流れる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータでは、その出力電流（＝充電電流）が、電気負荷に流れる電流がゼロであっても効率最高点となる所定値以上になるように設定されている。そのため、電気負荷が駆動される状態では、その電気負荷に対して電流が流れることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値（効率最高点となる電流値）を超えることになる。また、サブバッテリの状態によっては、サブバッテリに流れる充電電流が大きくなり、それによってもＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が所定値を大幅に超えることも考えられる。本願発明者によれば、こうしてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が大きくなる場合にＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が低下することが確認されている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力時において変換効率の低下を抑制することができる電力変換システムを提供することを目的とする。
本発明は、電気負荷（８）及び前記電気負荷に対して電力を供給する蓄電装置（７）に接続され、供給される直流電力の電圧を変換し前記電気負荷及び前記蓄電装置に対して電力の出力を行うＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）と、前記蓄電装置の出力電圧を検出する電圧検出部（１０１）と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（１０２）と、前記電圧検出部の検出値が所定電圧を下回った場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を開始し、前記電流検出部の検出値が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が所定効率以上となる基準電流を下回った場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止する制御部（１１）と、を備える電力変換システムである。
更に、前記基準電流は、前記出力電流が上昇するのに伴って当該基準電流を上回ると前記ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が前記所定効率よりも低下する値として定められており、前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力実施中に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が前記基準電流を上回らないように、当該出力電流を制限する制限手段を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気負荷及び蓄電装置に対する電力出力が断続的に実施される。蓄電装置の出力電圧が低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気負荷及び蓄電装置に対する電力出力が実施される場合、蓄電装置の開放端電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とに電圧差が生じ、蓄電装置に対してその電圧差に応じた電流が流れる。加えて、電気負荷に対して電流が流れるため、ＤＣ／ＤＣコンバータから基準電流を上回る電流が流れるおそれがあり、変換効率が低下することが懸念される。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が基準電流を上回らないように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を制限しながら電力を出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が基準電流を上回ることに伴う変換効率の低下を抑制する。
ハイブリッド車の構成図。 電力変換システムの電気的構成図。 ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流−変換効率特性図。 モード切替処理のフローチャート。 出力制御処理のフローチャート。 断続出力モード時におけるタイミングチャート。 第２実施形態におけるモード切替処理のフローチャート。 異なる条件下でのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流−変換効率特性図。 第３実施形態における出力制御処理のフローチャート。
（第１実施形態）
本実施形態における電力変換システムは、ハイブリッド車に搭載され、メインバッテリから供給される電力を変換して、電気負荷と蓄電装置としてのサブバッテリとに出力する。メインバッテリはリチウムイオン蓄電池の組電池であり、サブバッテリは鉛蓄電池である。メインバッテリの出力電圧は略２００Ｖ、サブバッテリの出力電圧は略１２Ｖである。
図１に、上記ハイブリッド車の構成を示す。このハイブリッド車は、内燃機関２及びモータジェネレータ４の駆動力が、動力分配装置３を介してシャフト２１、駆動輪２０へと伝達される。
モータジェネレータ４は、動力分配装置３に駆動力を付与する機能に加えて、ハイブリッド車の運転状態に応じて、動力分配装置３から付与される駆動力により発電を行う機能を有している。モータジェネレータ４において発電された交流電力は、インバータ５によって直流電力に変換され、メインバッテリ６に充電される。メインバッテリ６に充電された電力は、インバータ５によって交流電力に変換されモータジェネレータ４に供給され、また、電力変換装置１００によって降圧されサブバッテリ７に供給される。サブバッテリ７は、低電圧（１２Ｖ）を要求する電気負荷８に対して電力を供給する。
図２に本実施形態における電力変換システムの電気的構成図を示す。電力変換装置１００において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成され、メインバッテリ６の出力電力を降圧し、サブバッテリ７及び電気負荷８へ出力する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のメインバッテリ側端子Ｐ１には、パワースイッチング素子１３及びトランス１４の一次側コイル１４ａが直列に接続されている。また、トランス１４の二次側コイル１４ｂにはダイオード１５及びコイル１７が直列に接続されている。ダイオード１５のカソードと接地電位との間にはダイオード１６が接続されており、コイル１７の出力側端子と接地電位との間にはコンデンサ１８が接続されている。
こうした構成において、パワースイッチング素子１３のオン操作及びオフ操作を繰り返すスイッチング制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が制御される。また、コンデンサ１８とＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側端子Ｐ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側端子Ｐ２の電圧に応じた信号を出力する電圧センサ１０１が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側端子Ｐ２とサブバッテリ７とは導線を介して接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側端子Ｐ２の電圧とサブバッテリ７の出力電圧とは等しいと見なすことができる。このため、電圧センサ１０１はサブバッテリ７の出力電圧を検出する電圧検出部として機能する。
また、コンデンサ１８とＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側端子Ｐ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側端子Ｐ２から出力される出力電流Ｉｏｕｔに応じた信号を出力する電流検出部としての電流センサ１０２が設けられている。
スイッチング制御は制御部１１によって行われる。制御部１１は、ＣＰＵや記憶装置を備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１１は、電圧センサ１０１及び電流センサ１０２から入力される信号及び車両全体の制御を行うＥＣＵ３０からの指令に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が所定の電圧量及び電流量となるように制御を行う。具体的には、ドライバ１２を介してパワースイッチング素子１３に駆動パルスを出力することで、パワースイッチング素子１３のオン操作及びオフ操作を行う。
制御部１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力の出力を制御する。言い換えると、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される電圧又は電流が所望の電圧値又は電流値となるように、パワースイッチング素子１３のオン期間とオフ期間との比（デューティ）を調整する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では、電力出力の状態に応じて出力電圧の指令値Ｖｏｕｔが可変に設定され、そのＶｏｕｔに応じて出力電圧が調整されるが、電圧センサ１０１には出力側端子Ｐ２を介してサブバッテリ７の出力電圧が印加されることから、電圧センサ１０１においては常にサブバッテリ７の出力電圧が検出される（検出値Ｖａ＝バッテリ電圧）。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力停止時には、出力電圧の指令値Ｖｏｕｔは０Ｖになるが、電圧センサ１０１の検出値Ｖａは０Ｖではなくサブバッテリ７の出力電圧となる。
制御部１１は、サブバッテリ７の蓄電状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を実施するようにしており、サブバッテリ７から電気負荷８への電力供給状態においてサブバッテリ７の出力電圧があらかじめ定めた基準電圧の下限値Ｖ１以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を開始させる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力により、サブバッテリ７への充電に加えて、電気負荷８への電力供給が実施される。なお、基準電圧は、各電気負荷８の適正な駆動を可能にする電圧範囲で定められており、下限値がＶ１、上限値がＶ２である。その下限値Ｖ１は、各電気負荷８が駆動可能な電圧のうち最も高いものに所定のマージン電圧を加えた値である。なお、基準電圧の下限値Ｖ１は、サブバッテリ７の劣化抑制の観点から、サブバッテリ７が過放電の状態にならないような値に設定されていてもよい。また、基準電圧の上限値Ｖ２は、リップル電圧及びノイズなどを考慮して、サブバッテリ７や電気負荷８が過電圧とならないような値に設定されている。
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の変換効率Ｅは、図３に示すような変換特性を有しており、その変換特性においては、変換効率Ｅが最高値Ｅ０（例えば８５％）となる所定電流Ｉ０（例えば２０Ａ）が存在している。すなわち、図３において、出力電流Ｉｏｕｔが所定電流Ｉ０未満の場合には、出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴って変換効率Ｅが増加する。出力電流Ｉｏｕｔが所定電流Ｉ０になると、変換効率Ｅが最高値Ｅ０になる。また、出力電流ＩｏｕｔがＩ０より大きくなると、出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴って緩やかに変換効率Ｅが低下する。
本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０において高い変換効率を維持した状態で電力変換が実施されるようにすべく、上記のような変換特性に基づいて出力電流Ｉｏｕｔの制御を実施することとしている。具体的には、変換効率Ｅが所定値Ｅ１（例えば８０％）以上となる基準電流域Ｘ（Ｉ１〜Ｉ２）を定め、その基準電流域Ｘの下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２の間で出力電流Ｉｏｕｔが維持されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制御するようにしている。
この場合、制限手段としての制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０で電力出力が行われる状態下で、出力電流Ｉｏｕｔが上限値Ｉ２を上回らないように電流制限を実施する。また、サブバッテリ７の充電が進み、出力電流Ｉｏｕｔが低下する場合には、制御部１１は、出力電流Ｉｏｕｔが下限値Ｉ１より小さくなったことを条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を停止させる。本実施形態では、基準電流域Ｘにより基準電流が規定されており、上記の電流制御により出力電流Ｉｏｕｔを基準電流で維持できるようになっている。こうして出力電流ＩｏｕｔをＩ１〜Ｉ２の範囲内で制御することにより、変換効率Ｅの低下が抑制され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０における電力損失が抑えられる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では、サブバッテリ７の出力電圧がＶ１を下回った場合に電力出力が開始され、出力電流ＩｏｕｔがＩ１を下回った場合に電力出力が停止される。この電力出力の開始及び停止が繰り返し実施されることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の断続出力が実施される。
また、本実施形態では、断続出力モードと連続出力モードとが設定されており、断続出力モードでは、そのモード下において電力出力の開始及び停止が繰り返し実施され、連続出力モードでは、そのモード下において電力出力の状態が継続されるようになっている。この場合、それら両モードの切替は、電気負荷８の駆動要求に応じて実施される。
つまり、複数の電気負荷８の少なくとも一部は、所定の駆動条件によって駆動する駆動負荷であり、その駆動負荷の多くが駆動すると、電気負荷８全体として要求する負荷電流Ｉｒが増加する。この場合、電気負荷８の要求電流が比較的大きければ、その電気負荷８の駆動を優先することが望ましい。そこで本実施形態では、電気負荷８の要求電流の大小判定を行うための電流値Ｉ３を定めておき、負荷要求電流が電流値Ｉ３よりも大きい場合には連続出力モードとし、その連続出力モードにおいて出力電流Ｉｏｕｔの制限を実施しないようにする。連続出力モードでは、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値Ｖｏｕｔを、基準電圧範囲のうち所定の電圧であるＶ３（Ｖ１≦Ｖ３≦Ｖ２）に設定する定電圧制御を行う。電流制限が実施されない連続出力モードによれば、電気負荷８に流れる電流が負荷要求電流を下回り、それにより電気負荷８の動作が不安定になることを抑制できる。
図４にＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モード切替処理のフローチャートを示す。制御モード切替処理は制御部１１によって所定周期ごとに繰り返し行われる。
ステップＳ０１において、ＥＣＵ３０から電気負荷８の動作状況を取得して、電気負荷８の要求電流がＩ３以下か否かを判定する。電気負荷８の要求電流がＩ３以下の場合（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードを断続出力モードに設定して処理を終了する。また、電気負荷８の要求電流がＩ３より大きい場合（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードを連続出力モードに設定して処理を終了する。
図５にＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力制御処理のフローチャートを示す。この出力制御処理は制御部１１によって所定周期ごとに繰り返し行われる。
ステップＳ１１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードが断続出力モードか連続出力モードかを判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードが連続出力モードである場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１２において出力電圧の指令値Ｖｏｕｔを所定電圧Ｖ３に設定して処理を終了する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードが断続出力モードである場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力実施状態であるか否かを判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力停止状態である場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１４において、電圧センサ１０１の検出値Ｖａ（サブバッテリ７の出力電圧）が基準電圧の下限値Ｖ１より低いか否かを判定する。検出値ＶａがＶ１以上の場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０によるサブバッテリ７の充電が不要であるため、ステップＳ１５においてＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値Ｖｏｕｔを０Ｖに設定し処理を終了する。
また、検出値ＶａがＶ１より低い場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１６において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力実施状態に設定する。ステップＳ１７において、出力電圧の指令値ＶｏｕｔをＶ２に設定して処理を終了する。Ｖ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始直後において、基準電流域Ｘの上限値Ｉ２を上回る電流の上昇変化を生じさせることを可能とする電圧値であり、これが「初期指令値」に相当する。初期指令値としてのＶ２の設定により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始直後には出力電流Ｉｏｕｔが速やかに上昇するものとなっている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力実施状態である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、検出値Ｖａが上限値Ｖ２に達しているか否かを判定する。検出値ＶａがＶ２より低い場合（Ｓ１８：ＮＯ）、ステップＳ１９において、出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達しているか否かを判定する。出力電流ＩｏｕｔがＩ２より小さい場合（Ｓ１９：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。このとき、出力電圧の指令値ＶｏｕｔがＶ２に設定された状態が維持される。
出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達している場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２０において、出力電流ＩｏｕｔがＩ２で維持されるように定電流制御を行い、処理を終了する。ステップＳ２０における定電流制御によれば、出力電流ＩｏｕｔがＩ２を維持することで出力電流ＩｏｕｔがＩ２を上回るように変化することが抑制される。
検出値ＶａがＶ２に達している場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ２１において、出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの下限値Ｉ１より小さいか否かを判定する。出力電流ＩｏｕｔがＩ１以上の場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２２において、検出値ＶａがＶ２で維持されるように定電圧制御を実施する。そして、サブバッテリ７の充電に伴い出力電流Ｉｏｕｔが減少し、出力電流Ｉｏｕｔが下限値Ｉ１より小さくなると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態とし処理を終了する。
図６に本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力制御に関するタイミングチャートを示す。このタイミングチャートに表す全期間にわたって、電気負荷８に流れる電流はＩ３より小さい一定値であるとする。
時刻Ｔ１において、サブバッテリ７の出力電圧（検出値Ｖａ）が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力停止中における電力消費に伴いＶ１まで低下する。サブバッテリ７の出力電圧がＶ１まで低下することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力実施状態とされ電力出力が開始される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値ＶｏｕｔとしてＶ２が設定され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔが速やかに増加する。
時刻Ｔ２では、出力電流Ｉｏｕｔの急峻変化に際して出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達し、Ｔ２以降、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では出力電流ＩｏｕｔがＩ２となるように定電流制御が実施される。すなわち、Ｔ１〜Ｔ２の期間では、出力電流Ｉｏｕｔが上昇許容値であるＩ２まで一気に上昇する。このとき、出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達するタイミングは検出値ＶａがＶ２に達する以前のタイミングであり、時刻Ｔ２以後においては、サブバッテリ７の開放端電圧（蓄電池に電流が流れていない場合での端子間電圧）の上昇に応じて検出値Ｖａが上昇する。つまり、出力電流Ｉｏｕｔのうちサブバッテリ７への充電電流は、サブバッテリ７の内部抵抗に依存して流れ、かつ開放端電圧と出力電圧（Ｖａ）との差に比例するものとなる。この場合、定電流制御が行われて充電電流が一定になっている状態下では、充電に伴いサブバッテリ７の開放端電圧が増加するのに応じて、サブバッテリ７の出力電圧（Ｖａ）が上昇する。
その後、時刻Ｔ３において検出値ＶａがＶ２に達すると、それ以降、検出値ＶａがＶ２で維持されるように定電圧制御が実施される。検出値Ｖａが一定に維持されている状態下では、充電に伴いサブバッテリ７の開放端電圧が増加するのに応じて、充電電流が減少していく。このため、出力電流Ｉｏｕｔが減少していく。
時刻Ｔ４において出力電流ＩｏｕｔがＩ１に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が停止される。その後、サブバッテリ７から電気負荷８に対して電力供給が実施される。サブバッテリ７の放電に伴い、時刻Ｔ５において検出値ＶａがＶ１まで低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が再度開始される。
以下、本実施形態の奏する効果を述べる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力実施時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の変換効率Ｅが所定値Ｅ１以上となる基準電流域Ｘの上限値Ｉ２を上回らないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔを制限しながら電力を出力するようにした。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの上限値Ｉ２を上回ることに伴う変換効率Ｅの低下を抑制することができる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を開始する時に、基準電流域Ｘ（上限値Ｉ２）を上回る出力電流Ｉｏｕｔの上昇変化を生じさせることを可能とする指令値を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の初期指令値（＝Ｖ２）として設定するとともに、その初期指令値に基づくＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力により出力電流Ｉｏｕｔが上昇変化する際に電流制限を開始する構成とした。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始後において、出力電流Ｉｏｕｔの上昇許容値であるＩ２まで一気に上昇させることができる。また、出力電流Ｉｏｕｔの上昇変化時に、出力電流ＩｏｕｔがＩ２を上回ることを生じさせずに所望の電流制限を実施できる。
出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの上限値Ｉ２で維持されるように定電流制御を実施する構成とした。この構成にすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が高い状態を維持しつつ、サブバッテリ７の充電を早く実施することができる。
電気負荷８の要求電流が所定の電流値Ｉ３を超えるか否かを判定し、電流値Ｉ３を超える場合に出力電流Ｉｏｕｔの制限を行わないようにした。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０において、電流制限有りの断続出力に代えて、電流制限無しの連続出力を実施する構成とした。これにより、電流制限によって電気負荷８の動作が不安定になることを抑制することができる。
電気負荷８に供給される電圧を、基準電圧の下限値Ｖ１以上、上限値Ｖ２以下の範囲に制御する構成とした。これにより、電気負荷８に供給される電圧が変動することに伴う電気負荷８動作の不安定化を抑制することが可能になる。
（第２実施形態）
第２実施形態における電力変換システムは、プラグインハイブリッド車に搭載されている。プラグインハイブリッド車には、図１に示す構成に加えて、インレット及び充電器が設けられており、インレットに充電用のケーブルを接続することで商用電源によりメインバッテリの充電を行うプラグイン充電を行うことができる。また、第２実施形態における電力変換システムのＥＣＵ３０は、プラグイン充電の開始情報を取得する機能を有する。更に、ＥＣＵ３０は、プラグイン充電を実施するために用いられる電気負荷として動作する。つまり、プラグイン充電状態において、ＥＣＵ３０はサブバッテリ７から電力供給が行われ、プラグイン充電の制御を行う。
図７に第２実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モード切替処理のフローチャートを示す。制御モード切替処理は制御部１１によって所定周期ごとに繰り返し行われる。
ステップＳ３１において、ＥＣＵ３０から情報を取得し、車両がプラグイン充電状態であるか否かを判定する。ステップＳ３１において、車両がプラグイン充電状態であると判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ステップＳ３２において、ＥＣＵ３０から電気負荷８の動作状況を取得して、電気負荷８の要求電流がＩ３以下か否かを判定する。電気負荷８の要求電流がＩ３以下の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ステップＳ３３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードを断続出力モードに設定して処理を終了する。
また、車両がプラグイン充電状態でないと判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）、及び電気負荷８の要求電流がＩ３より大きい場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ステップＳ３４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードを連続出力モードに設定して処理を終了する。
本実施形態では、プラグイン充電状態であると判定された場合に、電気負荷８の要求電流が比較的小さい状態であればＤＣ／ＤＣコンバータ１０を断続出力モードに設定する構成とした。これにより、プラグイン充電状態において図５に示す出力制御処理が実施され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の変換効率の低下が抑制される。したがって、プラグイン充電中におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０での電力損失を低減させ、メインバッテリ６及びサブバッテリ７をより早く充電完了状態にすることが可能になる。また、プラグイン充電を行っていない場合、つまり、車両の通常運転時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は連続出力モードにされる。これにより、通常運転時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の断続出力によって電気負荷８に供給される電圧が変動して不具合が生じることの抑制が可能となる。
（第３実施形態）
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流−変換効率特性は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の温度に応じて変化する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の温度条件が異なる２つの条件下での出力電流−変換効率特性を図８に示す。条件Ｂにおいて変換効率ＥがＥ１以上となる領域ＸＢは、条件Ａにおいて変換効率ＥがＥ１以上となる領域ＸＡと比べて、出力電流Ｉｏｕｔが大きい方にシフトしている。
本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の温度条件に基づいて、出力電流Ｉｏｕｔの基準電流域Ｘ（Ｉ１〜Ｉ２）を可変に設定する構成とする。具体的には、図５のフローチャートの一部を変更した図９に示すように、ステップＳ１３後のステップＳ４１として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の温度条件に基づいて基準電流域Ｘの下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２を設定する処理を加える。例えば、温度上昇に伴って変換効率Ｅが最高となる電流Ｉ０が大きくなる場合には、温度上昇に応じて基準電流域Ｘの下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２が大きくなるように設定する。このような構成とすることで、電力変換システムとしての変換効率をより向上させることができる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流−変換効率特性は、メインバッテリ６からＤＣ／ＤＣコンバータ１０への入力電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧などによっても変化するため、これらの条件に基づいて基準電流域Ｘを設定する構成としてもよい。
（他の実施形態）
・上記実施形態では、変換効率ＥがＥ１以上となる電流域Ｉ１〜Ｉ２を基準電流域Ｘとし、変換効率Ｅが最高点Ｅ０となる電流Ｉ０より低電流側と高電流側とで、変換効率の基準値をいずれもＥ１としたが、これに代えて、電流Ｉ０より低電流側と高電流側とで、変換効率の基準値を相違させてもよい。ここで、電流Ｉ０に対して低電流側と高電流側とでは、高電流側の方が出力電流Ｉｏｕｔの変化に対する変換効率Ｅの低下の度合いが小さいため、基準電流域Ｘを広げる場合は高電流側に広げることが望ましい。
例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の断続出力中に電気負荷８の要求電流が上昇した場合には、基準電流域Ｘの上限値を上げることで対処してもよい。この場合、出力電流Ｉｏｕｔの制限を行う上での制限値が変更（上昇変化）された状態で、その出力電流の制限が継続される。
・上記実施形態では、基準電流として、Ｉ１〜Ｉ２の幅の基準電流域Ｘを定め、Ｉ２を超えないように電流制御をした。これに代えて、基準電流を、変換効率Ｅが最高のＥ０となる所定の電流点Ｉ０として定め、その電流点Ｉ０を超えないように出力電流Ｉｏｕｔを制限する、即ち、出力電流Ｉｏｕｔが所定電流Ｉ０となるように定電流制御を行う構成としてもよい。つまりこの場合、電流点Ｉ０は、電流Ｉｏｕｔの上昇に伴いその電流点Ｉ０を上回るとＤＣ／ＤＣコンバータ１０の変換効率Ｅが低下する値として定められている。
・電圧センサ１０１の検出値ＶａがＶ２に達すると、検出値ＶａがＶ２で維持されるように定電圧制御を行う構成としたが（図６のＴ３〜Ｔ４参照）、これを省略し、検出値ＶａがＶ２に達したことを条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態にする構成としてもよい。
・上記実施形態の電力変換システムは、断続出力モードと連続出力モードとを切り替えて動作する構成としたが、断続出力モードのみで動作する構成としてもよい。
・上記実施形態の電力変換システムは、電圧検出部としての電圧センサ１０１、電流検出部としての電流センサ１０２、制限手段としての制御部１１、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を備える電力変換装置１００によって実現したが、これを変更してもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の外部に制御部を設ける構成としてもよい。具体的には、ＥＣＵ３０が上記実施形態における制御部１１の機能を有する構成としてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流センサは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の外部にあってもよい。また、サブバッテリ７の出力電圧を検出する電圧センサは、サブバッテリ７が備えている構成としてもよい。
・電力変換システムは、車両に搭載されるものでなくてもよい。例えば、建設機械や農業用機械等に搭載されるものであってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力供給源として、メインバッテリ６のような蓄電池に代えて、定電圧電源などを用いてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータとして、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、これに代えて、非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータなど他のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。
・サブバッテリ７は、鉛蓄電池以外の蓄電池、例えば、リチウムイオン蓄電池であってもよい。また、蓄電池に代えて、電気二重層キャパシタのような蓄電装置であってもよい。
７…サブバッテリ（蓄電装置）、８…電気負荷、１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１…制御部（制限手段）、１０１…電圧センサ（電圧検出部）、１０２…電流センサ（電流検出部）。

Claims (6)

  1. 電気負荷（８）及び前記電気負荷に対して電力を供給する蓄電装置（７）に接続され、供給される直流電力の電圧を変換し前記電気負荷及び前記蓄電装置に対して電力の出力を行うＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）と、
    前記蓄電装置の出力電圧を検出する電圧検出部（１０１）と、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（１０２）と、
    前記電圧検出部の検出値が所定電圧を下回った場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を開始し、前記電流検出部の検出値が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が所定効率以上となる基準電流を下回った場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止する制御部（１１）と、
    を備え、
    前記基準電流は、前記出力電流が上昇するのに伴って当該基準電流を上回ると前記ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が前記所定効率よりも低下する値として定められており、
    前記制御部は、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力実施中に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が前記基準電流を上回らないように、当該出力電流を制限する制限手段を備えることを特徴とする電力変換システム。
  2. 前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力を開始する時に、前記基準電流を上回る電流の上昇変化を生じさせることを可能とする指令値を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の初期指令値として設定し、
    前記制限手段は、前記初期指令値に基づく前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力により前記出力電流が上昇変化する際に前記出力電流の制限を開始することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 前記基準電流は、上限値及び下限値からなる範囲を有し、
    前記制御部は、前記電流検出部の検出値が前記基準電流の下限値を下回った場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止するものであり、
    前記制限手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力開始後において、前記電流検出部の検出値が前記基準電流の上限値に達した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が前記基準電流の上限値を維持するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換システム。
  4. 前記制御部は、前記基準電流を可変に設定する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  5. 前記制御部は、前記電気負荷の要求する電流に基づいて、前記制限手段による前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の制限を行う状態と行わない状態との切替を実施することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  6. メインバッテリ（６）と前記蓄電装置としてのサブバッテリ（７）とを有し、プラグイン充電により前記メインバッテリが充電されるプラグインハイブリッド車に適用され、
    前記制限手段は、前記プラグインハイブリッド車がプラグイン充電中であって、かつ前記サブバッテリから、前記プラグイン充電を実施するために用いる前記電気負荷に対して電力供給が行われる状態下で、前記出力電流の制限を実施することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換システム。
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