JP2018133947A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源装置1は、第1の直流電源21と負荷と平滑コンデンサ4と第2の直流電源22とDC−DCコンバータ5と制御部6とを有する。DC−DCコンバータ5は、トランス51と高圧側スイッチング回路部52と低圧側スイッチング回路部53とチョークコイル54とを有する。制御部6は、DC−DCコンバータ5を介して、第2の直流電源22の直流電圧を昇圧して平滑コンデンサ4へ電力を供給することで、平滑コンデンサ4を充電する、プリチャージモードを実行する。プリチャージモードにおいては、第2の直流電源22が低圧状態にあるとき、定常状態にあるときよりも、チョークコイル54に流れる電流ILを小さくして、低圧側スイッチング回路部53のスイッチング周波数を変えることなく通電デューティを低下させる。
【選択図】図1
Description
かかる電源装置は、車両駆動用に用いられる高圧の主バッテリと、補機の作動に用いられる低圧の補機バッテリとを有する。そして、主バッテリと補機バッテリとの間には、昇圧と降圧とが可能なDC−DCコンバータが設けられている。また、主バッテリは、インバータを介して交流の回転電機に接続されている。これにより、主バッテリからインバータに電力を供給すると共に交流電力に変換して、回転電機を駆動することができる。
該第1の直流電源に接続された負荷(3)と、
上記第1の直流電源と上記負荷との間に設けられた平滑コンデンサ(4)と、
上記第1の直流電源よりも電圧の低い第2の直流電源(22)と、
上記平滑コンデンサと並列接続されると共に、上記第1の直流電源と上記平滑コンデンサとの間の配線(11H、11L)と、上記第2の直流電源との間に設けられたDC−DCコンバータ(5)と、
上記DC-DCコンバータを制御する制御部(6)と、を有し、
上記DC−DCコンバータは、高圧側コイル(511)及び低圧側コイル(512)を備えたトランス(51)と、
上記高圧側コイルと上記第1の直流電源との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う高圧側スイッチング回路部(52)と、
上記低圧側コイルと上記第2の直流電源との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う低圧側スイッチング回路部(53)と、
上記第2の直流電源と上記低圧側スイッチング回路部との間に接続されたチョークコイル(54)と、を有し、
上記高圧側スイッチング回路部は、複数の高圧側スイッチング素子(Q1、Q2、Q3、Q4)を備え、
上記低圧側スイッチング回路部は、複数の低圧側スイッチング素子(Q5、Q6)を備え、
上記制御部は、上記DC−DCコンバータを介して、上記第2の直流電源の直流電圧を昇圧して上記平滑コンデンサへ電力を供給することで、該平滑コンデンサを充電する、プリチャージモードを実行することができるよう構成されており、
上記プリチャージモードにおいては、上記第2の直流電源の電圧(VL)が電流制限用閾値(V1)を下回った低圧状態にあるとき、上記第2の直流電源の電圧が上記電流制限用閾値以上である定常状態にあるときよりも、上記チョークコイルに流れる電流(IL)を小さくして、上記低圧側スイッチング回路部のスイッチング周波数を変えることなく通電デューティを低下させるよう構成されている、電源装置(1)にある。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
電源装置に係る実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
本実施形態の電源装置1は、図1に示すごとく、第1の直流電源21と、第1の直流電源に接続された負荷3と、平滑コンデンサ4と、第2の直流電源22と、DC−DCコンバータ5と、制御部6と、を有する。
DC−DCコンバータ5は、平滑コンデンサ4と並列接続されている。また、DC−DCコンバータ5は、第1の直流電源21と平滑コンデンサ4との間の配線と、第2の直流電源22との間に設けられている。
制御部6は、DC-DCコンバータ5を制御する。
トランス51は、高圧側コイル511及び低圧側コイル512を備えている。高圧側スイッチング回路部52は、第1の直流電源21と高圧側コイル511との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う。低圧側コイル53と第2の直流電源22との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う。チョークコイル54は、第2の直流電源22と低圧側スイッチング回路部53との間に接続されている。
低圧側スイッチング回路部53は、複数の低圧側スイッチング素子Q5、Q6を備えている。
DC−DCコンバータ5は、モータ駆動用の第1の直流電源21の電圧を降圧したうえで、第2の直流電源22を充電する。第2の直流電源22は、低電圧の電力を補器類に供給する。
低圧側スイッチング回路部53は、第5スイッチング素子Q5と第6スイッチング素子Q6とを有する。第5スイッチング素子Q5は、第2の直流電源22から第1コイル部512aへの電流の供給をオンオフする。第6スイッチング素子Q6は、第2の直流電源22から第2コイル部512bへの電流の供給をオンオフする。
スイッチング素子Q1〜Q6は、例えばMOS型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETという)等からなる。MOSFETには寄生ダイオードが寄生している。
インバータ31による回転電機32の駆動を開始する際には、まず、平滑コンデンサ4の充電を行う。この平滑コンデンサ4への充電を緩やかに行うために、第1の直流電源21ではなく、第2の直流電源22からDC−DCコンバータ5を介して、平滑コンデンサ4へ電力を供給する。そこで、まず、開閉スイッチ12H、12Lをオフの状態とする。そして、制御部6が、DC−DCコンバータ5を制御して、プリチャージモードを実行する。
そして、上述のプリチャージモードが実行される際には、第2の直流電源22の電圧VLが低下することがある。この第2の直流電源22の電圧VLが大きく低下すると、補機の作動に影響する。そこで、図2に示すごとく、第2の直流電源22の電圧VLを検出する電圧検出部 が、第2の直流電源22に設けてある。この電圧検出部13にて検出される第2の直流電源22の電圧VLが、所定の閾値V1(すなわち、上述の電流制限用閾値V1)を下回るか否かを、制御部6がモニタリングしている。
すなわち、DC−DCコンバータ5における昇圧動作時において、低圧側スイッチング回路部53におけるスイッチング素子Q5、Q6は、所定のスイッチング周波数f0にてオンオフする。つまり、所定のスイッチング周期(1/f0)にて、スイッチング素子Q5、Q6を、オンオフする。スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6とは、交互にオンオフすることとなる。
上記制御部6は、プリチャージモードにおいて、第2の直流電源22が低圧状態にあるとき、定常状態にあるときよりも、DC−DCコンバータ5の低圧側スイッチング回路部53に流れる電流を小さくする。これにより、図4、図5に示すごとく、低圧側スイッチング回路部53のスイッチング周波数f0を変えることなく通電デューティを低下させるよう構成されている。そのため、第2の直流電源22の電圧が低下した際に、低圧側スイッチング回路部53のスイッチング周波数f0を変えることなく、第2の直流電源22から平滑コンデンサ4へのプリチャージの速度を緩やかにすることができる。
本実施形態においては、図6に示すごとく、電流ILを低減する制御を行ったとき、プリチャージ時間を算出して、該プリチャージ時間を出力するよう構成している。
すなわち、制御部6は、第2の直流電源22の電圧VLを基に、平滑コンデンサ4のプリチャージ完了までに必要なプリチャージ時間を算出する。そして、プリチャージ時間を出力する。
なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態においては、図7に示すごとく、第2の直流電源22の電圧VLが、電流制限用閾値V1よりも低いプリチャージ制限用閾値V2を下回った電圧不足状態にあるとき、プリチャージモードを実行しないようにしている。
すなわち、ステップS2において、VL<V1であると判断されたとき、さらに、ステップS2aにおいて、電流VLが閾値V2を下回っているか否かを判断する。そして、VL<V2であると判断されたとき、電圧不足状態であると判断され、ステップS2bにおいて、プリチャージを中止する。また、ステップS2cにおいて、電圧不足状態をユーザに報知する。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
また、電圧不足状態をユーザに報知することで、第2の直流電源22の交換時期が近付いていることなどを、ユーザに認識させることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態においては、図8に示すごとく、制御部6は、以下の第1制御演算部601と第2制御演算部602とを有する。
第1制御演算部601は、ピーク電流モード制御にて低圧側スイッチング回路部53の制御演算を行うと共に、低圧状態における電流指令値Iref2を、定常状態における電流指令値Iref1よりも小さくするよう構成されている。すなわち、第1制御演算部601は、上記実施形態1〜3と同様の制御演算を行う。
また、低圧状態における通電デューティD22は、定常状態における通電デューティD21よりも小さい値であり、例えば、予め設定した一定値とすることができる。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
21 第1の直流電源
22 第2の直流電源
3 負荷
4 平滑コンデンサ
5 DC−DCコンバータ
51 トランス
52 高圧側スイッチング回路部
53 低圧側スイッチング回路部
6 制御部
Claims (7)
- 第1の直流電源(21)と、
該第1の直流電源に接続された負荷(3)と、
上記第1の直流電源と上記負荷との間に設けられた平滑コンデンサ(4)と、
上記第1の直流電源よりも電圧の低い第2の直流電源(22)と、
上記平滑コンデンサと並列接続されると共に、上記第1の直流電源と上記平滑コンデンサとの間の配線(11H、11L)と、上記第2の直流電源との間に設けられたDC−DCコンバータ(5)と、
上記DC-DCコンバータを制御する制御部(6)と、を有し、
上記DC−DCコンバータは、高圧側コイル(511)及び低圧側コイル(512)を備えたトランス(51)と、
上記高圧側コイルと上記第1の直流電源との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う高圧側スイッチング回路部(52)と、
上記低圧側コイルと上記第2の直流電源との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う低圧側スイッチング回路部(53)と、
上記第2の直流電源と上記低圧側スイッチング回路部との間に接続されたチョークコイル(54)と、を有し、
上記高圧側スイッチング回路部は、複数の高圧側スイッチング素子(Q1、Q2、Q3、Q4)を備え、
上記低圧側スイッチング回路部は、複数の低圧側スイッチング素子(Q5、Q6)を備え、
上記制御部は、上記DC−DCコンバータを介して、上記第2の直流電源の直流電圧を昇圧して上記平滑コンデンサへ電力を供給することで、該平滑コンデンサを充電する、プリチャージモードを実行することができるよう構成されており、
上記プリチャージモードにおいては、上記第2の直流電源の電圧(VL)が電流制限用閾値(V1)を下回った低圧状態にあるとき、上記第2の直流電源の電圧が上記電流制限用閾値以上である定常状態にあるときよりも、上記チョークコイルに流れる電流(IL)を小さくして、上記低圧側スイッチング回路部のスイッチング周波数を変えることなく通電デューティを低下させるよう構成されている、電源装置(1)。 - 上記制御部は、上記プリチャージモードにおいて、上記DC−DCコンバータを、ピーク電流モード制御により制御し、上記低圧状態における電流指令値(Iref2)を、上記定常状態における電流指令値(Iref1)よりも小さくするよう構成されている、請求項1に記載の電源装置。
- 上記制御部は、ピーク電流モード制御にて上記低圧側スイッチング回路部の制御演算を行い、上記低圧状態における電流指令値(Iref2)を、上記定常状態における電流指令値(Iref1)よりも小さくするよう構成された、第1制御演算部(601)と、上記第2の直流電源の電圧(VL)と上記平滑コンデンサの電圧(VH)とを用いたフィードフォワード制御にて上記低圧側スイッチング回路部の制御演算を行い、上記低圧状態における上記通電デューティ(D22)を、上記定常状態における上記通電デューティ(D21)よりも小さくするよう構成された、第2制御演算部(602)と、を備え、上記第1制御演算部の演算結果(D1)と上記第2制御演算部の演算結果(D2)とのいずれかを選択して上記低圧側スイッチング回路部の制御を実行することができるよう構成されている、請求項1に記載の電源装置。
- 上記制御部は、上記第1制御演算部の演算結果を、上記第2制御演算部の演算結果に優先して選択するよう構成されており、上記第1制御演算部の異常が生じた際に、上記第2制御演算部の演算結果を選択して、上記低圧側スイッチング回路部の制御を実行するよう構成されている、請求項3に記載の電源装置。
- 上記制御部は、上記第2の直流電源の電圧を基に、上記平滑コンデンサのプリチャージ完了までに必要なプリチャージ時間を算出し、該プリチャージ時間を出力するよう構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電源装置。
- 上記制御部は、上記第2の直流電源の電圧が、上記電流制限用閾値よりも低いプリチャージ制限用閾値(V2)を下回った電圧不足状態にあるとき、上記プリチャージモードを実行しないよう構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電源装置。
- 車両用の電源装置であって、上記第1の直流電源は、車両駆動用バッテリであり、上記第2の直流電源は、補機用バッテリであり、上記負荷は、インバータ(31)及び該インバータに接続された交流回転電機(32)である、請求項1〜6に記載の電源装置。
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