JP2021013216A - 電力供給システム、dc/dc変換機 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、一次側の回路と二次側の回路とを高精度に同期させることが可能であって、かつ小型化、簡易化に有利な電力供給システム及びDC/DC変換機に関する。
電力供給システム1は、第一回路10、第二回路20のうちのいずれか一方のバッテリ装置が予め定められた規定電圧以下になった場合、他方のバッテリ装置が自励的に規定電圧以下のバッテリ装置に充電するシステムである。
上記の構成のうち、先ず、第一回路について説明する。
図1に示すように、電力供給システム1は、第一回路10、第二回路20を含んでいる。第一回路10と第二回路20は完全に絶縁された状態になっていて、電磁誘導により互いに電力を授受し得るように構成されている。第一回路10は、電力を蓄積する第一バッテリ装置であるバッテリ装置18と、バッテリ装置18から電圧の供給を受ける第一スイッチング素子であるトランジスタ素子11、12と、トランジスタ素子11、12のオン時にバッテリ装置18から給電電流が供給される第一給電コイルを構成するコイル部13、14と、コイル部13、14を流れる給電電流の流れ方向を切り換える切換素子であるコンデンサ17と、給電電流の流れ方向に応じてトランジスタ素子11、12をオン、オフする第一駆動コイルである駆動コイル15と、を備えている。
また、本実施形態では、ノードg11、g12に与える駆動電圧の切換周期とコンデンサ17の充放電の周期とが一致しているので、コイル部13に供給電流が流れるときにトランジスタ素子11をオンさせて、かつ、コイル部14に供給電流が流れるときにトランジスタ素子12をオンさせて両者を発振させることができる。
なお、このような電圧監視回路19は、第一回路10、第二回路20の両方に設けられるものであってもよいし、第一回路10、第二回路20のうちバッテリ装置の過充電が起こり易い側にのみ設けるようにしてもよい。
さらに、電圧検出部及びバッテリ切断回路は、図1に示す構成に限定されるものでなく、バッテリ装置18の異常を検出してバッテリ装置18を第一回路10から電気的に切り離すものであればどのようなものであってもよい。
第二回路20は、コイル部13、14に流れる給電電流によって誘導起電力が生じる第二給電コイルを構成するコイル部23、24及び第二駆動コイルである駆動コイル25と、駆動コイル25に生じた誘導起電力によってオン、オフする第二スイッチング素子であるトランジスタ素子21、22と、を備えている。さらに、第二回路20は、トランジスタ素子21、22のオン時にコイル部23、24から電力の供給を受ける負荷を備えている。電力供給システム1をDC/DC変換機として構成する本実施形態では、負荷を第二バッテリ装置であるバッテリ装置28としている。
また、本実施形態の第二回路20は、第一回路と同様に、コイル部23、24に対して交互に供給電流を流すコンデンサ27、抵抗素子r21から抵抗素子r24により構成される抵抗群R2を有している。
誘導電流が流れることによってトランジスタ素子21のゲート端子がオンする。このとき、コイル部23、コイル38、ヒューズ35、バッテリ装置28を通ってコイル部23に戻る電流の流路が形成される。流路の形成により、コイル部23に生じた誘導起電力がバッテリ装置28に蓄積される。
また、第二回路20は、トランジスタ素子21、22をオンさせるための電力が供給されるゲート端子にバッテリ装置28の電力を供給する電力供給ノードであるノードg21、g22をさらに含んでいる。このような構成により、第二回路20は、バッテリ装置28の電圧が規定電圧に達した後はトランジスタ素子21、22に対してバッテリ装置28から電圧を供給するようにできる。このような本実施形態によれば、第一回路10のバッテリ装置18が規定電圧以下になった場合にはバッテリ装置28に蓄積されている電圧をバッテリ装置18に供給することができる。なお、図1に示した例では、電力供給ノードがトランジスタ素子のゲート端子に接続されて電圧を印加するものとしているが、電力供給ノードはトランジスタ素子をオンさせるための電圧、電流のいずれを与えるものであってもよく、トランジスタ素子の構成により適宜選択される。
以下、このような動作を順を追って詳細に説明する。
また、本実施形態は、バッテリ装置28を備えたことにより、コイル部23、24の誘導起電力により生じた電力を蓄積することができ、第二回路20、第一回路10の双方向の給電が可能になる。また、本実施形態は、第一回路10、第二回路20を電流により自動的に高い精度で同期させることができる。さらに、本実施形態の電力供給システム1は、第一回路10、第二回路20が共に電流スイッチング構成であるため、出力のリップルを軽減し易い構成となっている。
図6は、先に説明した実施形態のように電圧の監視にトランジスタ素子を使うことに代えてリレースイッチ67を用いた例を示す図である。図1、図6に示すように、バッテリ装置18、28を切り離す構成は、電圧を監視し、第一回路10、第二回路20に異常が発生したとき速やかに第一回路10からバッテリ装置18を、第二回路20からバッテリ装置28を切り離すことができるものであればどのような構成であってもよいし、第一回路10、第二回路20で異なる構成を用いても良い。また、第一回路10、第二回路20の両方に設けるものに限定されず、異常の発生が懸念される一方にのみ設けるようにしてもよい。
さらに、本実施形態の電力供給システムは、第一回路10と第二回路20とを一対一に設けることに限定されるものではなく、二次側に複数の回路を設けるようにしてもよい。図7は、上記実施形態の電力供給システム1の二次側に二つの第二回路20、第三回路60を設けた電力供給システム6を説明するための図である。第三回路60は、第一回路10、第二回路20と同様に構成されており、バッテリ装置68、抵抗素子r61から抵抗素子r64、トランジスタ素子61、62、コンデンサ27、コイル部63、64及び駆動コイル65を備えている。また、第三回路60においても異常を検出し、バッテリ装置68を第三回路60から切り離すための構成が設けられている。
また、第三回路60は、第一回路10のバッテリ装置18の電圧が規定の電圧より低下した場合、バッテリ装置68からバッテリ装置18、28を充電することができる。このような変形例2は、第一回路10、第二回路20及び第三回路60の各バッテリ装置18、28、68の電圧が異なっていてもよく、例えば、400V、48V、12Vのバッテリ装置間で充放電することが可能になる。
(1)第一回路及び第二回路を含む電力供給システムであって、前記第一回路は、電力を蓄積する第一バッテリ装置と、前記第一バッテリ装置から電圧の供給を受ける第一スイッチング素子と、前記第一スイッチング素子のオン時に前記第一バッテリ装置から給電電流が供給される第一給電コイルと、前記第一給電コイルを流れる前記給電電流の流れ方向を切り換える切換素子と、前記給電電流の流れ方向に応じて前記第一スイッチング素子をオン、オフする第一駆動コイルと、を備え、前記第二回路は、前記第一給電コイルに流れる給電電流によって誘導起電力が生じる第二給電コイル及び第二駆動コイルと、前記第二駆動コイルに生じた誘導起電力によってオン、オフする第二スイッチング素子と、前記第二スイッチング素子のオン時に前記第二給電コイルから電力の供給を受ける負荷と、を備える、電力供給システム。
(2)前記負荷が第二バッテリ装置であり、前記第二バッテリ装置の電圧に対応する電圧を前記第二スイッチング素子に印加して前記第二スイッチング素子をオンさせる電圧印加ノードをさらに含む、(1)の電力供給システム。
(3)少なくとも前記第一回路において、前記第一スイッチング素子は少なくとも二つのトランジスタ素子を有するトランジスタ対を含み、前記第一給電コイルは前記トランジスタ素子の各々に対応する少なくとも二つのコイル部を有するコイル対を含み、前記第一駆動コイルが前記トランジスタ素子を交互にオン、オフさせる、(1)または(2)の電力供給システム。
(4)前記第一駆動コイルの両端は、二つの前記トランジスタ素子にゲート電圧を印加するノードとそれぞれ接続されている、(3)の電力供給システム。
(5)前記切換素子は、前記コイル対に含まれる前記二つのコイル部に対して前記給電電流が交互に供給されるように切り換える、(3)または(4)の電力供給システム。
(6)少なくとも前記第一回路は、前記第一バッテリ装置の電圧値を検出する電圧検出部と、当該電圧検出部により検出された電圧値が予め定められた値よりも高くなったとき、前記第一回路から前記第一バッテリ装置を切り離すバッテリ切断回路をさらに含む、(1)から(5)のいずれか一つの電力供給システム。
(7)第一回路及び第二回路を含む双方向のDC/DC変換機であって、前記第一回路は、電力を蓄積する直流の第一バッテリ装置と、前記第一バッテリ装置から電圧の供給を受ける二つの第一スイッチング素子と、前記第一スイッチング素子のオン時に前記第一バッテリ装置から給電電流が供給される二つの第一給電コイルと、前記第一給電コイルを流れる前記給電電流の流れ方向を切り換える切換素子と、前記給電電流の流れ方向に応じて前記第一スイッチング素子をオン、オフする第一駆動コイルと、を備え、前記第二回路は、前記第一給電コイルに流れる給電電流によって誘導起電力が生じる二つの第二給電コイル及び二つの第二駆動コイルと、前記第二駆動コイルに生じた誘導起電力によって交互にオン、オフする二つの第二スイッチング素子と、前記第二スイッチング素子のオン時に前記第二給電コイルから電力の供給を受ける直流の第二バッテリ装置と、を備える、DC/DC変換機。
10・・・第一回路
11、12,21、22、37、61、62・・・トランジスタ素子
13、14、23、24、63、64・・・コイル部
15、25、65・・・駆動コイル
17、27・・・コンデンサ
18、28・・・バッテリ装置
19・・・電圧監視回路
20・・・第二回路
31・・・電解コンデンサ
32、33、34、39、40・・・抵抗素子
35・・・ヒューズ
36・・・ドライブ回路
38・・・コイル
41・・・リレー
60・・・第三回路
r11、r12、r13、r14、r21、r22、r23、r24・・・抵抗素子
R1、R2・・・抵抗群
g11、g12、g21、g22・・・ノード
第二回路20は、コイル部13、14に流れる給電電流によって誘導起電力が生じる第二給電コイルを構成するコイル部23、24及び第二駆動コイルである駆動コイル25と、駆動コイル25に生じた誘導起電力によってオン、オフする第二スイッチング素子であるトランジスタ素子21、22と、を備えている。さらに、第二回路20は、トランジスタ素子21、22のオン時にコイル部23、24から電力の供給を受ける負荷を備えている。電力供給システム1をDC/DC変換機として構成する本実施形態では、負荷を第二バッテリ装置であるバッテリ装置28としている。
また、本実施形態の第二回路20は、第一回路と同様に、コイル部23、24に対して交互に給電電流を流すコンデンサ27、抵抗素子r 21 から抵抗素子r 24 により構成される抵抗群R2を有している。
図6は、先に説明した実施形態のように電圧の監視にトランジスタ素子を使うことに代えてリレースイッチ67を用いた電力供給システム2を示す図である。図1、図6に示すように、バッテリ装置18、28を切り離す構成は、電圧を監視し、第一回路10、第二回路20に異常が発生したとき速やかに第一回路10からバッテリ装置18を、第二回路20からバッテリ装置28を切り離すことができるものであればどのような構成であってもよいし、第一回路10、第二回路20で異なる構成を用いても良い。また、第一回路10、第二回路20の両方に設けるものに限定されず、異常の発生が懸念される一方にのみ設けるようにしてもよい。
また、第三回路60は、第一回路10のバッテリ装置18の電圧が規定の電圧より低下した場合、バッテリ装置68からバッテリ装置18、28を充電することができる。このような変形例2は、第一回路10、第二回路20及び第三回路60の各バッテリ装置18、28、68の電圧が異なっていてもよく、例えば、400V、48V、12Vのバッテリ装置間で充放電することが可能になる。
10・・・第一回路
11、12,21、22、37、61、62・・・トランジスタ素子
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19・・・電圧監視回路
20・・・第二回路
31・・・電解コンデンサ
32、33、34、39、40・・・抵抗素子
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36・・・ドライブ回路
38・・・コイル
60・・・第三回路
r11、r12、r13、r14、r21、r22、r23、r24・・・抵抗素子
R1、R2・・・抵抗群
g11、g12、g21、g22・・・ノード
Claims (7)
- 第一回路及び第二回路を含む電力供給システムであって、
前記第一回路は、
電力を蓄積する第一バッテリ装置と、
前記第一バッテリ装置から電圧の供給を受ける第一スイッチング素子と、
前記第一スイッチング素子のオン時に前記第一バッテリ装置から給電電流が供給される第一給電コイルと、
前記第一給電コイルを流れる前記給電電流の流れ方向を切り換える切換素子と、
前記給電電流の流れ方向に応じて前記第一スイッチング素子をオン、オフする第一駆動コイルと、を備え、
前記第二回路は、
前記第一給電コイルに流れる給電電流によって誘導起電力が生じる第二給電コイル及び第二駆動コイルと、
前記第二駆動コイルに生じた誘導起電力によってオン、オフする第二スイッチング素子と、
前記第二スイッチング素子のオン時に前記第二給電コイルから電力の供給を受ける負荷と、
を備える、電力供給システム。 - 前記負荷が第二バッテリ装置であり、前記第二スイッチング素子をオンさせるための電力が供給されるノードに前記第二バッテリ装置の電力を供給する電力供給ノードをさらに含む、請求項1に記載の電力供給システム。
- 少なくとも前記第一回路において、前記第一スイッチング素子は少なくとも二つのトランジスタ素子を有するトランジスタ対を含み、前記第一給電コイルは前記トランジスタ素子の各々に対応する少なくとも二つのコイル部を有するコイル対を含み、前記第一駆動コイルが前記トランジスタ素子を交互にオン、オフさせる、請求項1または2に記載の電力供給システム。
- 前記第一駆動コイルの両端は、二つの前記トランジスタ素子にゲート電圧を印加するノードとそれぞれ接続されている、請求項3に記載の電力供給システム。
- 前記切換素子は、前記コイル対に含まれる前記二つのコイル部に対して前記給電電流が交互に供給されるように切り換える、請求項3または4に記載の電力供給システム。
- 少なくとも前記第一回路は、前記第一バッテリ装置の電圧値を検出する電圧検出部と、当該電圧検出部により検出された電圧値が予め定められた値よりも高くなったとき、前記第一回路から前記第一バッテリ装置を切り離すバッテリ切断回路をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の電力供給システム。
- 第一回路及び第二回路を含む双方向のDC/DC変換機であって、
前記第一回路は、
電力を蓄積する直流の第一バッテリ装置と、
前記第一バッテリ装置から電圧の供給を受ける二つの第一スイッチング素子と、
前記第一スイッチング素子のオン時に前記第一バッテリ装置から給電電流が供給される二つの第一給電コイルと、
前記第一給電コイルを流れる前記給電電流の流れ方向を切り換える切換素子と、
前記給電電流の流れ方向に応じて前記第一スイッチング素子をオン、オフする第一駆動コイルと、を備え、
前記第二回路は、
前記第一給電コイルに流れる給電電流によって誘導起電力が生じる二つの第二給電コイル及び二つの第二駆動コイルと、
前記第二駆動コイルに生じた誘導起電力によって交互にオン、オフする二つの第二スイッチング素子と、
前記第二スイッチング素子のオン時に前記第二給電コイルから電力の供給を受ける直流の第二バッテリ装置と、
を備える、DC/DC変換機。
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