JP6722058B2 - 電源システムの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、開閉スイッチを含む電源システムの制御装置に関する。
走行用モータを搭載したハイブリッド車両等には、モータに接続されたインバータと、インバータに接続されるメインバッテリと、インバータとメインバッテリとを電気的に接続又は遮断するSMR(System Main Relay)と、インバータの直流電圧側端子間に接続されたコンデンサと、が搭載されている。このようなハイブリッド車両等では、一般に、突入電流抑制用のプリチャージ抵抗が直列に接続されたプリチャージ用リレーと、プリチャージ抵抗が接続されていないSMRとを並列に備えており、車両の始動時にプリチャージ用リレーをオンしてコンデンサをプリチャージした後、SMRをオンして、大電流によるSMRの損傷を防止している。
また、ハイブリッド車両等でも、エンジンのみを駆動源とする車両と同様に、補機が搭載されており、補機には、メインバッテリよりも出力電圧が低い補機バッテリから電力が供給される。このような補機バッテリが搭載されたハイブリッド車両等では、メインバッテリと補機バッテリとの間に、双方向型のDC/DCコンバータや低圧を高圧へ変換するDC/DCコンバータが設けられていることがある。このようなDC/DCコンバータが設けられている場合、DC/DCコンバータを用いてコンデンサをプリチャージすれば、プリチャージ用リレーを削減することができる。この場合、メインバッテリ電圧をプリチャージにおける目標電圧とし、プリチャージを完了した後にSMRをオンすれば、SMRの損傷を防止できる。しかしながら、電圧を検出する電圧センサの検出誤差や、DC/DCコンバータの出力電圧の精度によっては、メインバッテリ電圧とプリチャージ完了後のコンデンサ電圧とに差が生じ、SMRがオンされた際に大電流が流れることがある。この場合、SMRのオン直前とオン直後におけるコンデンサ電圧には差が生じる。
そこで、特許文献1に記載の電源回路の制御装置は、プリチャージが完了してSMRをオンする直前のコンデンサ電圧と、SMRをオンした直後のコンデンサ電圧とを検出し、直前と直後のコンデンサ電圧の差を、補正値として記憶している。そして、上記制御装置は、次回のプリチャージにおける目標電圧を、記憶している補正値で補正して、メインバッテリ電圧とプリチャージ完了後のコンデンサ電圧との差を抑制している。ひいては、SMRに大電流が流れることを抑制している。
特開2007−209114号公報
特許文献1に記載の制御装置は、補正値を次回のプリチャージ時まで記憶する必要がある。そのため、補正値を記憶するためのメモリ回路を追加しなければならない。また、温度等の使用環境によって検出誤差が変化する場合、前回更新した補正値に基づいて補正を行っても、高精度に目標電圧を補正することができないおそれがある。
本発明は、上記実情に鑑み、一般的な回路を利用しつつ、簡易な制御で開閉スイッチの損傷を抑制可能な電源システムの制御装置を提供することを主たる目的とする。
第1の構成は、主蓄電装置(10)と、平滑コンデンサ(60)と、前記平滑コンデンサを含み、前記主蓄電装置側の電圧を昇圧して前記平滑コンデンサ側へ出力する昇圧回路(50)と、前記主蓄電装置と前記昇圧回路とを電気的に接続又は遮断する開閉スイッチ(71,72)と、を備える電源システム(80)に適用される電源システムの制御装置(90)であって、前記電源システムは、前記開閉スイッチと前記昇圧回路との接続部に接続され、前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の前記主蓄電装置より高い電圧を出力する電圧源と、前記開閉スイッチ側から前記平滑コンデンサ側への電流の流れを規制せず、且つ前記平滑コンデンサ側から前記開閉スイッチ側への電流の流れを規制する規制素子と、を有し、前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前に、前記電圧源から前記平滑コンデンサに電力を供給して、前記平滑コンデンサをプリチャージするプリチャージ部を備える。
第1の構成によれば、開閉スイッチを遮断状態にして平滑コンデンサをプリチャージする際に、電圧源から規制素子を介して、平滑コンデンサに電力が供給される。電圧源は、開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の主蓄電装置より高い電圧を出力する。このため、プリチャージによって平滑コンデンサの電圧を、開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の主蓄電装置より高い電圧とすることができる。ここで、平滑コンデンサの電圧を、開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の主蓄電装置より高い電圧にした場合であっても、平滑コンデンサから開閉スイッチへの放電は規制素子により抑制される。したがって、主蓄電装置から平滑コンデンサに対して大電流が流れること、及び、平滑コンデンサから主蓄電装置に対する大電流が流れることをともに抑制し、簡易な制御で開閉スイッチの損傷を抑制することができる。
第2の構成は、主蓄電装置(10)と、前記主蓄電装置よりも低圧の副蓄電装置(20)と、平滑コンデンサ(60)と、前記平滑コンデンサを含み、前記主蓄電装置側の電圧を昇圧して前記平滑コンデンサ側へ出力する昇圧回路(50)と、前記主蓄電装置と前記昇圧回路とを電気的に接続又は遮断する開閉スイッチ(71,72)と、前記開閉スイッチと前記昇圧回路との接続部と前記副蓄電装置との間に接続され、前記副蓄電装置に蓄えられた電力の電圧を変換して出力するDC/DCコンバータ(30)と、を備える電源システム(80)に適用される電源システムの制御装置(90)であって、前記昇圧回路は、前記開閉スイッチ側から前記平滑コンデンサ側への電流の流れを規制せず、且つ前記平滑コンデンサ側から前記開閉スイッチ側への電流の流れを規制する規制素子を有し、前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前に、前記DC/DCコンバータから前記平滑コンデンサに電力を供給して、前記平滑コンデンサをプリチャージするプリチャージ部と、前記平滑コンデンサのプリチャージにおける目標電圧を、前記主蓄電装置の検出電圧に対して所定電圧高い値に設定する電圧設定部と、前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定された後、前記開閉スイッチを接続状態にする通電部と、を備える。
第2の構成によれば、開閉スイッチを遮断状態にして平滑コンデンサをプリチャージする際に、副蓄電装置に蓄えられた電力の電圧がDC/DCコンバータにより変換され、DC/DCコンバータから昇圧回路を経由して、平滑コンデンサに電力が供給される。この際、プリチャージにおける目標電圧が、主蓄電装置の検出電圧よりも所定電圧高い値に設定される。そして、平滑コンデンサの検出電圧が目標電圧に到達したと判定された後、開閉スイッチが接続状態にされる。
ここで、主蓄電装置の電圧とプリチャージ後の平滑コンデンサの電圧との偏差が、許容偏差内に収まっていれば、開閉スイッチを接続状態にした際に、平滑コンデンサから又は主蓄電装置から開閉スイッチへ大電流が流れることが抑制され、開閉スイッチの損傷が防止される。しかしながら、主蓄電装置の検出電圧の検出誤差や、平滑コンデンサの検出電圧の検出誤差により、上記偏差を許容偏差内に収めることは困難である。上記偏差を許容偏差内に収めるためには、検出誤差を十分に小さくする必要がある。すなわち、プリチャージ抵抗が自然に電圧を調整するプリチャージ用リレーを用いる場合に対して、検出電圧を目標にして電圧を調整する場合は、主蓄電装置の電圧を検出する電圧センサや、平滑コンデンサの電圧を検出する電圧センサを高精度なものにすることが望まれる。しかしながら、電圧センサを高精度にするとコストが増加する。
この点、目標電圧を主蓄電装置の検出電圧よりも所定電圧高い値に設定したことにより、真の電圧よりも検出電圧が低くなる傾向の場合には、平滑コンデンサの真の電圧が目標電圧よりも低くなるため、上記偏差を許容偏差内に収めやすい。一方、真の電圧よりも検出電圧が高くなる傾向の場合には、平滑コンデンサの真の電圧が目標電圧よりも高くなるため、低くなる傾向の場合よりも上記偏差が大きくなりやすい。しかしながら、平滑コンデンサから開閉スイッチへの放電は規制素子により抑制される。そのため、主蓄電装置の電圧に対して平滑コンデンサの電圧が高くなる側の上記偏差は、低くなる側の上記偏差よりも、比較的大きな値が許容される。よって、目標電圧を主蓄電装置の検出電圧よりも所定電圧高い値に設定したことにより、高くなる側及び低くなる側のどちらの側に検出誤差が生じる場合でも、上記偏差を許容偏差内に入りやすくすることができる。また、規制素子は、昇圧回路に通常設けられているものである。したがって、電源システムの一般的な回路を利用しつつ、簡易な制御で開閉スイッチの損傷を抑制することができる。
本実施形態に係る電源システムの構成を示す図。 電圧の検出誤差、許容偏差及び目標電圧の関係を示す図。 プリチャージを実施する処理手順を示すフローチャート。 変形例に係る電源システムの構成を示す図。 変形例に係る電源システムの構成を示す図。 変形例に係る電源システムの構成を示す図。 変形例に係る電源システムの構成を示す図。
以下、電源システムの制御装置を具現化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る電源システムは、ハイブリッド自動車や電気自動車等の走行用モータを備えた自動車に搭載された電源システムを想定している。
まず、本実施形態に係る電源システムの構成について、図1を参照して説明する。本実施形態に係る電源システム80は、メインバッテリ10、補機バッテリ20、DC/DCコンバータ30、昇圧回路50、SMR71,72、電圧センサ81,82,83を備えている。電源システム80は、第1インバータ200を介してMG1に接続されるとともに、第2インバータ400を介してMG2に接続される。
電源システム80において、メインバッテリ10は、SMR71,72を介して昇圧回路50に接続されており、昇圧回路50の出力側の平滑コンデンサ60には、第1インバータ200及び第2インバータ400がそれぞれ並列に接続されている。また、SMR71,72と昇圧回路50との接続部と補機バッテリ20との間には、DC/DCコンバータ30が接続されている。DC/DCコンバータ30は、昇圧回路50の入力側のフィルタコンデンサ40に並列に接続されている。
メインバッテリ10は、複数の電池セルが直列に接続された高圧の組電池であり、その定格出力電圧は、例えば200〜300Vである。メインバッテリ10としては、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等を採用できる。メインバッテリ10は、主に第1インバータ200及び第2インバータ400を介してMG1及びMG2と電力の授受を行う。なお、メインバッテリ10は、主蓄電装置に相当する。
補機バッテリ20は、メインバッテリ10よりも定格出力電圧が低い低圧の電池であり、例えば鉛蓄電池である。補機バッテリ20は、車両に搭載された負荷100と接続されており、主に負荷100へ電力を供給する。負荷100は、車両に搭載された電装機器であり、例えば、ECU、ヘッドライト、オーディオ、空調装置、パワーウィンドウ等である。なお、補機バッテリ20は、副蓄電装置に相当する。
DC/DCコンバータ30は、補機バッテリ20に蓄えられた電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する回路である。詳しくは、DC/DCコンバータ30は、補機バッテリ20に蓄えられた電力の電圧を昇圧して、平滑コンデンサ60やメインバッテリ10へ供給するとともに、平滑コンデンサ60やメインバッテリ10に蓄えられた電力の電圧を降圧して、補機バッテリ20へ供給する双方向コンバータである。あるいは、DC/DCコンバータ30は、補機バッテリ20に蓄えられた電力の電圧を昇圧して、平滑コンデンサ60やメインバッテリ10へ供給する単方向コンバータでもよい。
昇圧回路50は、メインバッテリ10に蓄えられた電力の電圧や、DC/DCコンバータ30の出力電圧を所定の電圧に昇圧して、第1インバータ200及び第2インバータ400へ供給する回路である。本実施形態に係る昇圧回路50は、昇圧チョッパー回路であり、フィルタコンデンサ40、コイル51、スイッチング素子52,53、ダイオード54,55及び平滑コンデンサ60を備える。スイッチング素子52,53は、例えばIGBTであり、ダイオード54,55は、スイッチング素子52,53に逆並列に接続されている。なお、ダイオード54は、規制素子に相当する。
フィルタコンデンサ40は、昇圧回路50の入力電圧を安定させるコンデンサである。平滑コンデンサ60は、第1インバータ200や第2インバータ400の直流電圧を平滑するコンデンサである。平滑コンデンサ60により平滑された電圧は、第1インバータ200や第2インバータ400、昇圧回路50のブリッジ回路へ入力される。一般に、平滑コンデンサ60の容量は、フィルタコンデンサ40の容量よりも大きく、フィルタコンデンサ40の容量の数倍程度の大きさである。
SMR71,72は、メインバッテリ10と昇圧回路50とを電気的に接続又は遮断する開閉スイッチである。SMR71,72は、コイルに対して励磁電流を通電した時に接点を閉じるリレーである。ここでは、SMR71,72の接点が閉じた状態をオン、接点が開いた状態をオフと称する。SMR71,72のオン時に、メインバッテリ10と昇圧回路50とが電気的に接続され、SMR71,72のオフ時に、メインバッテリ10と昇圧回路50とが電気的に遮断される。SMR71は、メインバッテリ10の正極側と昇圧回路50のコイル51との間に配置されており、SMR72は、メインバッテリ10の負極側と昇圧回路50の間に配置されている。
電圧センサ81は、メインバッテリ10に並列に接続されており、メインバッテリ10の電圧VBを検出する。電圧センサ82は、フィルタコンデンサ40に並列に接続されており、フィルタコンデンサ40の端子間の電圧VLを検出する。ECU90は、電圧センサ81及び電圧センサ82により検出された検出電圧を取り込む。また、電圧センサ83は、平滑コンデンサ60に並列に接続されており、平滑コンデンサ60の端子間の電圧VHを検出する。ただし、ECU90は、通信を介さなければ、昇圧回路50の高圧側で電圧センサ83により検出された電圧VHを取り込むことができない。ここで、プリチャージ中は、昇圧回路50が動作せず、フィルタコンデンサ40の端子間の電圧VLは、平滑コンデンサ60の端子間の電圧VHと略等しい電圧となる。よって、プリチャージ中は、電圧VLを電圧VHとして検出し、ECU90は、電圧センサ82により検出されたで電圧VLを電圧VHとして用いる。なお、ECU90は、電圧センサ83により検出された電圧VHを通信により受信して、電圧センサ83により検出された電圧VHを用いてもよい。
メインバッテリ10の電圧VBは、ユーザの安全上、比較的高精度に検出する必要がある。一方、電圧VL及び電圧VHは、DC/DCコンバータ30、第1インバータ200及び第2インバータ400の制御に使用する目的のため、電圧VBほど高精度に検出する必要はない。そのため、図2に示すように、電圧センサ82,83は、電圧センサ81に比べて検出誤差が大きい検出回路となっている。電圧センサ81,82,83のいずれも、検出対象の電圧として想定している検出範囲においては、検出誤差が比較的小さくなるが、想定している検出範囲外では、検出誤差が比較的大きくなる。
第1インバータ200及び第2インバータ400は、6個のスイッチング素子を含む3相の電力変換回路である。第1インバータ200及び第2インバータ400は、平滑コンデンサ60を介して供給された直流電力を交流電力に変換してMG1及びMG2へそれぞれ供給するとともに、MG1及びMG2からそれぞれ供給された交流電力を直流電力に変換して、平滑コンデンサ60へ供給する。
本実施形態に係るMG1及びMG2は、3相のモータジェネレータである。MG1は主として発電機として機能するモータジェネレータであり、MG2は主として電動機として機能し、車両の走行駆動源となるモータジェネレータである。
ECU90(電源システムの制御装置)は、CPU、ROM、RAM、I/O及び記憶装置等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されている。ECU90は、SMR71,72へオンオフ指令を出すとともに、DC/DCコンバータ30及び昇圧回路50へ動作指令を出す詳しくは、半導体メモリ等の非遷移的実用的記録媒体であるROMには、電源システム80を制御するための各種機能を実現するプログラムが記憶されている。CPUは、ROMに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現して、電源システム80を制御する。ECU90は、プリチャージ部、電圧設定部、放電部及び通電部の機能を実現するとともに、各種マップを備える。以下、ECU90の各機能について説明する。
まず、SMR71,72の動作状態と始動スイッチの位置との関係について説明する。始動スイッチは、イグニッションスイッチや、プッシュ式のスタートスイッチである。始動スイッチには、例えば、オフ位置、ACC位置、オン位置及びスタート位置がある。始動スイッチの位置は、オフ位置→ACC位置→オン位置→スタート位置の順に切り替えられ、スタート位置からオン位置へは自動的に戻る。ECU90は、電源遮断時、すなわち始動スイッチの位置がオフ位置にあるときには、SMR71,72をオフにする。また、ECU90は、電源接続時、すなわち始動スイッチの位置がオフ位置からACC位置及びオン位置を経てスタート位置に切り替えられると、まず、プリチャージ部により平滑コンデンサ60のプリチャージを行う。そして、ECU90は、平滑コンデンサ60の電圧VHが目標電圧に到達してプリチャージが完了すると、SMR71,72をオフからオンにして、プリチャージモードから通常モードに切り替える。
詳しくは、プリチャージ部は、始動スイッチがスタート位置に切り替えられると、SMR71,72をオフからオンに切り替える前に、SMR71,72をオフにしたまま、DC/DCコンバータ30を昇圧動作させる。そして、プリチャージ部は、補機バッテリ20の電圧を昇圧して平滑コンデンサ60に供給し、後述する目標電圧に平滑コンデンサ60をプリチャージする。これにより、図1に鎖線の矢印で示すように、補機バッテリ20からDC/DCコンバータ30、昇圧回路50のコイル51、ダイオード54を経て、平滑コンデンサ60へ電流が流れる。この時、プリチャージ部は、平滑コンデンサ60の電圧が緩やかに上昇するように、DC/DCコンバータ30の動作を制御して、突入電流の発生を防止する。なお、プリチャージ時に、昇圧回路50は動作させない。
電圧設定部は、メインバッテリ10の電圧VBの検出値に基づいて、平滑コンデンサ60のプリチャージにおける目標電圧を設定する。ここで、メインバッテリ10の電圧VBとプリチャージ後の電圧VHとの偏差ΔVが、許容偏差内に収まっていないと、SMR71,72をオフからオンにした際に、SMR71に大電流が流れ、SMR71の接点が損傷するおそれがある。特に、このような状態が繰り返されると、SMR71の接点が損傷するおそれがある。許容偏差は、偏差ΔVをこの許容偏差内に収めると、SMR71,72をオフからオンにした際に、SMR71へ流れる電流が、SMR71の接点を損傷させるおそれのない程度に小さくなる値である。
よって、電圧VBとプリチャージ後における電圧VHとの偏差ΔVは十分に小さくすることが望ましい。しかしながら、電圧VBの検出誤差及び電圧VHの検出誤差がある。図2に示すように、電圧VBの正側の検出誤差の最大の大きさをΔVB1、負側の検出誤差の最大の大きさをΔVB2、電圧VBの真値をVBtとすると、電圧VBの検出電圧VBdは、VBt−ΔVB2〜VBt+ΔVB1の範囲の値となる。検出電圧VBをプリチャージにおける目標電圧とした場合、目標電圧は、VBt−ΔVB2〜VBt+ΔVB1の範囲の値となる。
また、電圧VLすなわち電圧VHの正側の検出誤差の最大の大きさをΔVH1、負側の検出誤差の最大の大きさをΔVH2とする。検出電圧VBtをプリチャージにおける目標値とした場合、電圧VHの真値VHtは、VBt−ΔVB2−ΔVH2〜VBt+ΔVB1+ΔVH1の範囲の値となる。よって、電圧VHの真値VHtと電圧VBの真値VBtとの偏差ΔVは、−(ΔVB2+ΔVH2)〜ΔVB1+ΔVH1の範囲の値となる。なお、真値VBtに対して正側の偏差ΔVは、電圧VBよりも電圧VHが高い状態に相当する。
平滑コンデンサ60の容量及びフィルタコンデンサ40の容量を考慮した許容偏差の大きさを、電圧VBの真値VBtに対して正側及び負側にB1,B2とする。図2に示すように、B1,B2よりもΔVB1+ΔVH1,ΔVB2+ΔVH2を小さくするために、プリチャージ用リレーを使用する電源システムと比べて、高精度の検出回路を構成する必要がある。そのため、SMR71,72をオンにした際に、SMR71に大電流が流れること防止するためには、高精度検出回路を実現するための製造コストが増加することになる。
ここで、SMR71,72をオンにした際に、電圧VBの真値VBtが電圧VHの真値VHtよりも大きい場合、メインバッテリ10からフィルタコンデンサ40及び平滑コンデンサ60へ電流が流れる。一方、SMR71,72をオンにした際に、電圧VBの真値VBtが電圧VHの真値VHtよりも小さい場合、フィルタコンデンサ40からメインバッテリ10へ電流が流れる。この場合、平滑コンデンサ60からメインバッテリ10への電流は、ダイオード54により抑制される。ダイオード54は、SMR71側から平滑コンデンサ60側への電流の流れを規制せず、平滑コンデンサ60側からSMR71側への電流の流れを規制する規制素子となっている。
よって、真値VBtに対して真値VHtが高くなる側の偏差ΔVは、真値VBtに対して真値VHtが低くなる側の偏差ΔVよりも、大きな値が許容される。図2に示すように、真値VBtに対して真値VHtが高くなる側の許容偏差をA1、真値VBtに対して真値VHtが低くなる側の許容偏差をA2とした場合、A1>A2とすることができる。この場合、VBt−A2〜VBt+A1の範囲がプリチャージ後の真値VHtの許容範囲となる。プリチャージ後の真値VHtがこの許容範囲内の値であれば、SMR71,72をオンにした際に、SMR71に大電流が流れることを抑制できる。
そこで、電圧設定部は、プリチャージにおける目標電圧を、電圧VBの検出値に対して所定電圧ΔVS高い値に設定する。この場合、目標電圧は、VBt+ΔVS−ΔVB2〜VBt+ΔVS+ΔVB1の範囲の値となる。そして、電圧VHの真値VHtは、VBt+ΔVS−ΔVB2−ΔVH2〜VBt+ΔVS+ΔVB1+ΔVH1の範囲の値となる。
このとき、電圧設定部は、所定電圧ΔVSを以下のように設定する。すなわち、電圧設定部は、電圧VBの真値VBdに対して、所定電圧ΔVS、電圧VB及び電圧VHの検出誤差を加味した値の下限値が、電圧VHの許容範囲の下限値よりも高くなるように、所定電圧ΔVSを設定する。電圧VBの真値VBtに対して、所定電圧ΔVS、電圧VB及び電圧VHの検出誤差を加味した値の下限値は、プリチャージ終了後における電圧VHの真値VHtがとり得る下限値であり、VBd+ΔVS−ΔVB2−ΔVH2となる。一方、電圧VHの許容範囲の下限値は、真値VBtに対して負側の許容偏差A2を加味した値であり、真値VBt−A2となる。電圧設定部は、VBt+ΔVS−ΔVB2−ΔVH2>VBt−A2となるように、ΔVSを設定する。すなわち、ΔVS>ΔVB2+ΔVH2−A2となるように、ΔVSを設定する。
また、電圧VHの真値VHtがとり得る上限値は、VBt+ΔVS+ΔVB1+ΔVH1となり、電圧VHの許容範囲の上限値は、VBt+A1となる。よって、電圧設定部は、VBt+A1>VBt+ΔVS+ΔVB1+ΔVH1となるように設定する。すなわち、ΔVS<A1−ΔVB1−ΔVH1となるように、ΔVSを設定する。上述したように、A1はA2よりも大きな値にできるため、通常、ΔVS>ΔVB2+ΔVH2−A2となるようにΔVSを設定すれば、ΔVS<A1−ΔVB1−ΔVH1は満たす。
この際、電圧設定部は、予め用意した各種マップを用いて、検出誤差範囲−ΔVB2〜ΔVB1,−ΔVH2〜ΔVH1及び許容偏差範囲−A2〜A1を算出する。ECU90は、例えば、各種マップとして、電圧対応誤差マップ及び電圧対応許容マップを備える。電圧対応誤差マップは、電圧VB又は電圧VHに応じた電圧VBの検出誤差ΔVB1,ΔVB2のマップ、及び電圧VHの検出誤差ΔVH1,ΔVH2のマップである。また、電圧対応許容マップは、電圧VB又は電圧VHに応じた許容偏差A1,A2を示すマップである。なお、ECU90は、各種マップを備えずに、ΔVB2,ΔVB1,ΔVH2,ΔVH1、A2,A1として、予め設定した値を使用してもよい。
上述したように、電圧センサ81,82は、想定する検出電圧の範囲内か否かで検出誤差が変わる。電圧VBと電圧VHは同程度の電圧であるから、電圧対応誤差マップは、電圧VBと電圧VHのどちらに対応するものであってもよい。また、電圧VB又は電圧VHに応じて、SMR71,72をオフからオンに切り替えた際にSMR71に流れる電流が変化することも考えられる。よって、電圧対応許容マップも予め用意しておく。電圧設定部は、これらのマップを用いて、検出誤差範囲−ΔVB2〜ΔVB1,−ΔVH2〜ΔVH1及び許容偏差範囲−A2〜A1を算出する。なお、電圧設定部は、検出誤差ΔVB2、検出誤差ΔVH2、及び許容偏差A2を算出するだけでもよい。
あるいは、ECU90は、各種マップとして、電源システム80の使用環境における温度に応じた許容偏差を示す温度対応許容マップや、上記温度に応じた電圧VB及び電圧VHの検出誤差を示す温度対応誤差マップを備えていてもよい。一般に、メインバッテリ10の使用に適正な温度範囲は決まっている。メインバッテリ10が適正な温度範囲で使用される場合は、許容偏差A2の大きさは比較的大きくなり、検出誤差は比較的小さくなるが、メインバッテリ10が適正な温度範囲から外れた温度で使用される場合は、許容偏差A2は比較的小さくなり、検出誤差は比較的大きくなる。
よって、電圧設定部は、温度対応許容マップから、許容偏差範囲−A2〜A1を算出してもよいし、温度対応誤差マップから、検出誤差範囲−ΔVB2〜ΔVB1,−ΔVH2〜ΔVH1を算出してもよい。また、ECU90は、温度及び電圧VBに応じた、あるいは温度及び電圧VHに応じた許容偏差を示す許容マップや、検出誤差を示す誤差マップを備え、電圧設定部は、これらの許容マップや誤差マップから許容偏差や検出誤差を算出してもよい。なお、電源システム80の使用環境における温度、特にメインバッテリ10の使用環境における温度は、図示しない温度センサにより検出する。
さらに、電圧設定部は、平滑コンデンサ60の容量に基づいて、許容偏差を算出してもよい。平滑コンデンサ60の容量が大きいほど、許容偏差の大きさは小さくなる。そして、平滑コンデンサ60の容量は、平滑コンデンサ60の経年劣化に伴い小さくなる。よって、電圧設定部は、車両の総走行距離や総走行時間に応じて、平滑コンデンサ60の劣化度合いを判定してもよい。そして、電圧設定部は、劣化度合いに応じて車両搭載時における平滑コンデンサ60の容量を補正し、補正した平滑コンデンサ60の容量に基づいて、許容偏差A2を算出してもよい。また、電圧設定部は、補正した平滑コンデンサ60の容量及びいずれかのマップに基づいて、許容偏差を算出してもよい。
放電部は、電圧VHの検出電圧VHdがプリチャージにおける目標電圧に到達したと判定された後、すなわち、平滑コンデンサ60のプリチャージが完了したと判定された後に、SMR71,72をオフ状態にしたまま、フィルタコンデンサ40に蓄えられた電力を放電させる。これにより、SMR71,72をオフからオンへ切替えた際に、フィルタコンデンサ40からSMR71へ流れる電流を抑制することができる。そのため、フィルタコンデンサ40に蓄えられた電力を放電させない場合よりも、正側の許容偏差A1を更に大きくすることができる。
具体的には、放電部は、DC/DCコンバータ30を動作させて、フィルタコンデンサ40の電荷を放電させる。あるいは、放電部は、昇圧回路50を動作させて、フィルタコンデンサ40の電荷を放電させてもよい。これらにより、平滑コンデンサ60の電圧VHを変化させることなく、フィルタコンデンサ40の電圧VLを調整することができる。なお、電圧VLの調整に伴い、電圧VLは電圧VLと略等しい値から変化する。
通電部は、平滑コンデンサ60のプリチャージが完了したと判定された後に、SMR71,72をオフからオへ切替えて、メインバッテリ10と昇圧回路50とが通電状態となる通常モードにする。詳しくは、通電部は、電圧VLの検出電圧VHdが電圧設定部により設定された目標電圧に到達したと判定された後、SMR71,72をオフからオンにする。
そして、ECU90は、始動スイッチの位置がオン位置からオフ位置に切り替えられると、まずSMR71をオフにし、続いてSMR72をオフにして、メインバッテリ10と第1インバータ200及び第2インバータ400との電気的な接続を遮断する。このとき、第1インバータ200及び第2インバータ400の電圧は徐々に0V付近の微弱電圧に収束する。
次に、プリチャージを実施する処理手順について、図3のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、始動スイッチがオフ位置からスタート位置へ切替えられた際に、ECU90が行う。
まず、ステップS10において、プリチャージ要求があるか否か判定する。始動スイッチがスタート位置に切り替えられてもプリチャージ要求がない場合とは、電源システム80及びその周辺に何らかの異常がある場合である。ステップS10における判定がNOの場合、ステップS11において、プリチャージを行わないで待機する。
一方、ステップS10における判定がYESの場合、ステップS12において、電圧センサ81から電圧VBの検出電圧VBdを取得する。続いて、ステップS13において、電圧対応許容マップから、許容偏差の範囲−A2〜A1を算出する。続いて、ステップS14において、電圧対応誤差マップから、電圧VBの検出誤差の範囲−ΔVB2〜ΔVB1、及び電圧VHの検出誤差の範囲−ΔVH2〜ΔVH1を算出する。
続いて、ステップS15において、電圧VBの検出電圧VBd、許容偏差A2、検出誤差ΔVB1、検出誤差ΔVH2から、プリチャージにおける目標電圧を算出する。
続いて、ステップS16において、プリチャージにおける目標電圧をDC/DCコンバータ30の指令電圧とし、DC/DCコンバータ30を動作させて平滑コンデンサ60のプリチャージを実施する。
続いて、ステップS17において、電圧VHの検出電圧VHdがプリチャージにおける目標電圧に到達したか否か判定する。ステップS17における判定がNOの場合、すなわち、電圧VHの検出電圧VHdが目標電圧に到達していない場合は、ステップS17の処理を繰り返し実行する。
一方、ステップS17における判定がYESの場合、すなわち、電圧VHの検出電圧VHdが目標電圧に到達した場合は、ステップS18において、SMR71,72をオフからオンへ切替え、プリチャージモードから通常モードへ切替える。この際、SMR71,72をオンにする前に、フィルタコンデンサ40の電圧VLが所定電圧ΔVSを考慮しない目標電圧になるまで電荷を放電させておくとよい。以上で本処理を終了する。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・目標電圧が電圧VBの検出値よりも所定電圧ΔVS高い値に設定される。これにより、高くなる側及び低くなる側のどちらの側に電圧VHの検出誤差が生じる場合でも、電圧VBの真値VBtと電圧VHの真値VHtとの偏差ΔVを、許容偏差の範囲−A2〜A1に入りやすくすることができる。また、ダイオード54は、昇圧回路に一般的に設けられているものである。したがって、電源システム80の一般的な回路を利用しつつ、簡易な制御でSMR71の損傷を抑制することができる。
・電圧VHの真値VHtのとり得る下限値が、電圧VHの許容範囲の下限値よりも高くなるように、所定電圧ΔVSが設定される。これにより、偏差ΔVを、確実に許容偏差範囲−A2〜A1内に収めることができる。
・電圧センサ81,82は、想定されている検出電圧の範囲においては、検出誤差が比較的小さくなるが、想定されている検出電圧の範囲外では、検出誤差が比較的大きくなる。よって、電圧対応誤差マップに基づいて、電圧VB及び電圧VHの検出誤差範囲−ΔVB2〜ΔVB1、及び−ΔVH2〜ΔVH1を算出することができる。
・SMR71,72をオフからオンへ切替える際における電圧VB又は電圧VHに応じて、SMR71を流れる電流が変化する場合でも、電圧対応許容マップに基づいて、適切に許容偏差範囲−A2〜A1を算出することができる。
・メインバッテリ10が適正な温度範囲で使用されている場合には、許容偏差A2の大きさは比較的大きくなるが、メインバッテリ10が適正な温度範囲から外れた温度で使用されている場合には、許容偏差A2の大きさは比較的小さくなる。よって、温度対応許容マップに基づいて、許容偏差範囲−A2〜A1を算出することができる。
・メインバッテリ10が適正な温度範囲で使用されている場合には、検出誤差の大きさは比較的小さくなるが、メインバッテリ10が適正な温度範囲から外れた温度で使用されている場合には、検出誤差の大きさは比較的大きくなる。よって、温度対応誤差マップに基づいて、誤差範囲−ΔVB2〜ΔVB1,−ΔVH2〜ΔVH1を算出することができる。
・平滑コンデンサ60の容量に応じて、許容偏差A2の大きさは変化する。よって、平滑コンデンサ60の容量に基づいて、許容偏差の範囲−A2〜A1を算出することができる。
・SMR71,72をオンにすると、平滑コンデンサ60からSMR71への放電はダイオード54により抑制されるが、フィルタコンデンサ40からSMR71への放電は抑制されない。しかしながら、一般に、フィルタコンデンサ40の容量は、平滑コンデンサ60の容量よりも小さいため、平滑コンデンサ60からの放電を抑制するだけでも、抑制しない場合よりも、正側の許容偏差A1を大きくすることができる。ここで、プリチャージ終了後に、フィルタコンデンサ40に蓄えられた電力を放電させることにより、SMR71,72をオンにした際に、フィルタコンデンサ40からSMR71への放電が抑制される。よって、正側の許容偏差A1を更に大きくすることができる。
・DC/DCコンバータ30を動作させることにより、新たな回路を追加することなく、フィルタコンデンサ40の電圧VLのみを調整することができる。
・昇圧回路50を動作させることにより、新たな回路を追加することなく、フィルタコンデンサ40の電圧VLのみを調整することができる。
(他の実施形態)
・上記実施形態では、SRM71,72と昇圧回路50との接続部に接続され、SMR71,72を遮断状態から接続状態に切替える前のメインバッテリ10より高い電圧を出力する「電圧源」として、補機バッテリ20の電圧を昇圧するDC/DCコンバータ30を用いたが、これを変更してもよい。
具体的には、補機バッテリ20以外の電源から供給される電力をメインバッテリ10より高い電圧に昇圧する電力変換装置を「電圧源」として用いてもよい。
例えば、図4に示すように、メインバッテリ10の出力電圧を昇圧するDC/DCコンバータ30aを「電圧源」として用いてもよい。DC/DCコンバータ30aの入力端子は、SMR71,72よりもメインバッテリ10側において、メインバッテリ10の両端子に接続されている。DC/DCコンバータ30aの出力端子は、SMR71,72よりも昇圧回路50側において、フィルタコンデンサ40(昇圧回路50の入力端子)に接続されている。
また、図5に示すように、キャパシタ21から供給される電力をメインバッテリ10より高い電圧に昇圧するDC/DCコンバータ30bを「電圧源」として用いてもよい。DC/DCコンバータ30bの入力端子は、キャパシタ21の両端子に接続されている。DC/DCコンバータ30bの出力端子は、SMR71,72よりも昇圧回路50側において、フィルタコンデンサ40(昇圧回路50の入力端子)に接続されている。DC/DCコンバータ30bは、双方向DC/DCコンバータであり、メインバッテリ10、フィルタコンデンサ40、及び、平滑コンデンサ60に蓄えられた電力を用いてキャパシタ21を充電する。キャパシタ21は、一般的なキャパシタであってもよいし、電気二重層キャパシタであってもよい。
また、図6に示すように、電源システムから補機バッテリ20を省略して、メインバッテリ10の出力電圧を降圧する降圧コンバータ20cを備える構成に「電源システムの制御装置」を適用してもよい。降圧コンバータ20cは、車両に搭載された負荷100と接続されており、負荷100へ電力を供給する。本構成では、電源としての降圧コンバータ20cから供給される電力を、メインバッテリ10より高い電圧に昇圧するDC/DCコンバータ30cを「電圧源」として用いる。
また、自動車の屋根などに設けられた太陽電池(ソーラーパネル)を電源として、太陽電池から供給される電力をメインバッテリ10より高い電圧に昇圧するDC/DCコンバータを「電圧源」として用いてもよい。
また、DC/DCコンバータに代えて、交流電源から供給される交流電力を変換し、メインバッテリ10より高い直流電圧を出力するAC/DCコンバータを「電圧源」として用いてもよい。
具体的には、図7に示すように、車両に搭載されるとともに、商用の交流電源110から出力される交流電力を直流電力に変換し、メインバッテリ10を充電するAC/DCコンバータ30dを「電圧源」として用いてもよい。
また、車両外に設けられるものであって、商用の交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換し、車両の電源システムと接続されることでメインバッテリ10を充電するAC/DCコンバータを「電圧源」として用いてもよい。
また、車両に搭載されるとともに、車載発電機(オルタネータやモータ・ジェネレータ)から出力される交流電力を直流電力に変換し、メインバッテリ10を充電するAC/DCコンバータを「電圧源」として用いてもよい。車載発電機は、車載発電機を駆動するモータやエンジンなどから動力を付与されて発電を実施するとよい。
また、「電圧源」として、メインバッテリ10より高い電圧を出力する電池を用いてもよい。「電圧源」として用いる電池は、リチウムイオン蓄電池のような二次電池であってもよいし、燃料電池のような一次電池であってもよい。
また、上述した「電圧源」を複数組み合わせて用いる構成としてもよい。即ち、例えば、DC/DCコンバータ30と、DC/DCコンバータ30aとをともに備える構成としてもよい。
・上記実施形態では、昇圧回路50の有するダイオード54(より具体的には、昇圧回路50が昇圧動作に用いるダイオード54,55のうち高電位側に設けられているダイオード54)をSMR71側から平滑コンデンサ60側への電流の流れを規制せず、平滑コンデンサ60側からSMR71側への電流の流れを規制する「規制素子」として用いたがこれを変更してもよい。例えば、SRM71と昇圧回路50(コイル51)との間に、SMR71側にアノードが接続され、コイル51側にカソードが接続されたダイオードを新たに設けてもよい。
また、ダイオードに代えてスイッチ(より具体的にはMOSスイッチ)を用いてもよい。スイッチを用いる構成では、例えば、SRM71と昇圧回路50(コイル51)との間にスイッチを設けた上で、SRM71側の電圧が昇圧回路50側の電圧より高い場合にスイッチをオン状態とし、SRM71側の電圧が昇圧回路50側の電圧より低い場合にスイッチをオフ状態とする制御を実施すればよい。より具体的には、ECU90が、スイッチに流れる電流の検出値を取得し、スイッチに流れる電流の向きに基づいて、スイッチのオンオフ制御を実施するとよい。
・上記実施形態では、電圧VHの検出電圧VHdがプリチャージにおける目標電圧に到達したか否か判定を行い、電圧VHの検出電圧VHdが目標電圧に到達した場合は、SMR71,72をオフからオンへ切替え、プリチャージモードから通常モードへ切替える構成とした(図3のステップS17,S18)。ここで、電圧VHの検出電圧VHdがプリチャージにおける目標電圧に到達したか否かの判定を省略してもよい。
DC/DCコンバータ30は、SMR71,72を遮断状態から接続状態に切替える前のメインバッテリ10より高い電圧を出力する。このため、例えば、所定時間にわたってDC/DCコンバータ30から平滑コンデンサ60に対して電力を供給することで、平滑コンデンサ60の端子間電圧をメインバッテリ10より高い電圧とすることができる。そして、平滑コンデンサ60の端子間電圧をメインバッテリ10より高い電圧とした場合、SMR71,72を遮断状態から接続状態に切り替える際に平滑コンデンサ60からメインバッテリ10に対して大電流が流れることを、「規制部材」であるダイオード54によって抑制することができる。
・スイッチング素子52,53及びダイオード54,55の代わりに、ボディダイオード内蔵型のスイッチング素子、例えばMOSFETを直列に2つ接続してもよい。この場合、プリチャージ終了後にMSR71,72をオフからオンへ切り替える際に、上アームのMOSFETをオフにする。このように上アームのMOSFETを制御することにより、上アームのMOSFETはダイオード54の代わりに制限素子となる。
・プリチャージ終了後に、SMR71,72をオフからオンへ切替える前に、フィルタコンデンサ40の電荷を放電させなくてもよい。フィルタコンデンサ40の電荷を放電させなくても、プリチャージにおける目標電圧を、電圧VBの検出値に対して所定電圧ΔVS高い値とすることにより、偏差ΔVを許容偏差範囲−A2〜A1内に入りやすくすることができる。
10…メインバッテリ、20…補機バッテリ、30…DC/DCコンバータ、50…昇圧回路、54…ダイオード、60…平滑コンデンサ、80…電源システム、90…ECU。

Claims (14)

  1. 主蓄電装置(10)と、平滑コンデンサ(60)と、前記平滑コンデンサを含み、前記主蓄電装置側の電圧を昇圧して前記平滑コンデンサ側へ出力する昇圧回路(50)と、前記主蓄電装置と前記昇圧回路とを電気的に接続又は遮断する開閉スイッチ(71,72)と、を備える電源システム(80)に適用される電源システムの制御装置(90)であって、
    前記電源システムは、
    前記開閉スイッチと前記昇圧回路との接続部に接続され、前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の前記主蓄電装置より高い電圧を出力する電圧源と、
    前記開閉スイッチ側から前記平滑コンデンサ側への電流の流れを規制せず、且つ前記平滑コンデンサ側から前記開閉スイッチ側への電流の流れを規制する規制素子と、
    を有し、
    前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前に、前記電圧源から前記平滑コンデンサに電力を供給して、前記平滑コンデンサをプリチャージするプリチャージ部と、
    前記平滑コンデンサのプリチャージにおける目標電圧を、前記電圧源の出力電圧以下であって、かつ、前記主蓄電装置の検出電圧に対して所定電圧高い値に設定する電圧設定部と、
    前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定された後、前記開閉スイッチを接続状態にする通電部と、を備え、
    前記電圧設定部は、前記主蓄電装置の電圧に対して、前記所定電圧、前記主蓄電装置及び前記平滑コンデンサの検出電圧の検出誤差を加味した値の下限値が、前記主蓄電装置の電圧に対して許容偏差を加味した前記平滑コンデンサの電圧の許容範囲の下限値よりも高く、かつ、前記主蓄電装置の電圧よりも低くなるように、前記所定電圧を設定する電源システムの制御装置。
  2. 前記主蓄電装置の電圧又は前記平滑コンデンサの電圧に応じた前記主蓄電装置の検出電圧の検出誤差、及び前記平滑コンデンサの検出電圧の検出誤差を示す電圧対応誤差マップを備え、
    前記電圧設定部は、前記電圧対応誤差マップに基づいて、前記主蓄電装置及び前記平滑コンデンサの検出電圧の検出誤差を算出する請求項に記載の電源システムの制御装置。
  3. 前記主蓄電装置の電圧又は前記平滑コンデンサの電圧に応じた前記許容偏差を示す電圧対応許容マップを備え、
    前記電圧設定部は、前記電圧対応許容マップに基づいて、前記許容偏差を算出する請求項1又は2に記載の電源システムの制御装置。
  4. 前記電源システムの使用環境における温度に応じた前記許容偏差を示す温度対応許容マップを備え、
    前記電圧設定部は、前記温度対応許容マップに基づいて、前記許容偏差を算出する請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  5. 前記電源システムの使用環境における温度に応じた前記主蓄電装置及び前記平滑コンデンサの検出電圧の検出誤差を示す温度対応誤差マップを備え、
    前記電圧設定部は、前記温度対応誤差マップに基づいて、前記検出誤差を算出する請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  6. 前記電圧設定部は、前記平滑コンデンサの容量に基づいて、前記許容偏差を算出する請求項1〜5のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  7. 前記電源システムは、前記主蓄電装置よりも低圧の副蓄電装置(20)を備え、
    前記電圧源は、前記接続部と前記副蓄電装置との間に接続され、前記副蓄電装置の出力電圧を変換して出力するDC/DCコンバータ(30)である請求項1〜のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  8. 前記電源システムは、前記DC/DCコンバータと前記昇圧回路との間に並列に接続されたフィルタコンデンサ(40)を備え、
    前記平滑コンデンサのプリチャージにおける目標電圧を、前記電圧源の出力電圧以下であって、かつ、前記主蓄電装置の検出電圧に対して所定電圧高い値に設定する電圧設定部と、
    前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定された後、前記フィルタコンデンサに蓄えられた電力を放電させる放電部と、
    前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定され、前記放電部が前記フィルタコンデンサに蓄えられた電力を放電させた後、前記開閉スイッチを接続状態にする通電部と、
    を備える請求項に記載の電源システムの制御装置。
  9. 主蓄電装置(10)と、平滑コンデンサ(60)と、前記平滑コンデンサを含み、前記主蓄電装置側の電圧を昇圧して前記平滑コンデンサ側へ出力する昇圧回路(50)と、前記主蓄電装置と前記昇圧回路とを電気的に接続又は遮断する開閉スイッチ(71,72)と、を備える電源システム(80)に適用される電源システムの制御装置(90)であって、
    前記電源システムは、
    前記開閉スイッチと前記昇圧回路との接続部に接続され、前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の前記主蓄電装置より高い電圧を出力する電圧源と、
    前記開閉スイッチ側から前記平滑コンデンサ側への電流の流れを規制せず、且つ前記平滑コンデンサ側から前記開閉スイッチ側への電流の流れを規制する規制素子と、
    前記主蓄電装置よりも低圧の副蓄電装置(20)と、
    を有し、
    前記電圧源は、前記接続部と前記副蓄電装置との間に接続され、前記副蓄電装置の出力電圧を変換して出力するDC/DCコンバータ(30)であり、
    前記電源システムは、前記DC/DCコンバータと前記昇圧回路との間に並列に接続されたフィルタコンデンサ(40)を備え、
    前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前に、前記電圧源から前記平滑コンデンサに電力を供給して、前記平滑コンデンサをプリチャージするプリチャージ部と、
    前記平滑コンデンサのプリチャージにおける目標電圧を、前記電圧源の出力電圧以下であって、かつ、前記主蓄電装置の検出電圧に対して所定電圧高い値に設定する電圧設定部と、
    前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定された後、前記フィルタコンデンサに蓄えられた電力を放電させる放電部と、
    前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定され、前記放電部が前記フィルタコンデンサに蓄えられた電力を放電させた後、前記開閉スイッチを接続状態にする通電部と、を備える電源システムの制御装置。
  10. 前記平滑コンデンサのプリチャージにおける目標電圧を、前記電圧源の出力電圧以下であって、かつ、前記主蓄電装置の検出電圧に対して所定電圧高い値に設定する電圧設定部と、
    前記平滑コンデンサの検出電圧が前記目標電圧に到達したと判定された後、前記開閉スイッチを接続状態にする通電部と、を備える請求項9に記載の電源システムの制御装置。
  11. 前記放電部は、前記DC/DCコンバータを動作させて、前記フィルタコンデンサに蓄えられた電力を放電させる請求項8〜10のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  12. 前記放電部は、前記昇圧回路を動作させて、前記フィルタコンデンサに蓄えられた電力を放電させる請求項8〜10のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  13. 前記規制素子として、前記昇圧回路が有するダイオードを用いることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
  14. 前記電圧源は、所定の電源から電力を供給されて、前記開閉スイッチを遮断状態から接続状態に切替える前の前記主蓄電装置より高い電圧を出力する電力変換装置である請求項1〜13のいずれか1項に記載の電源システムの制御装置。
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