JP7200747B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置に関し、詳しくは、蓄電装置からの電力を昇圧して供給する並列接続された複数の昇圧コンバータを備える電源装置に関する。
従来、この種の電源装置としては、バッテリからの電力を昇圧して供給する並列接続された第１昇圧コンバータと第２昇圧コンバータとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。モータの負荷の減少量が所定値より大きいときには、第１昇圧コンバータのリアクトル電流が値０を含む所定範囲の下限より小さくなるように第１昇圧コンバータを制御すると共に、第２昇圧コンバータのリアクトル電流が所定範囲の上限より高くなるパワー分配量で第２昇圧コンバータのパワー分配量が維持されるように第２昇圧コンバータを制御する。そして、この制御中に第１昇圧コンバータのリアクトル電流が下限より小さくなったときには、第２昇圧コンバータのパワー分配量が減少するように第２昇圧コンバータを制御する。これにより、昇圧後の電圧の変動を抑制している。
特開２０１８－１９１４３５号公報
一般的に複数の昇圧コンバータを搭載している電源装置では、各昇圧コンバータはフィードバック制御により作動する。何らかの事情により各昇圧コンバータをフィードバック制御により作動させることができないときには、フィードフォワード制御により各昇圧コンバータを作動させることが考えられる。この場合、各昇圧コンバータに同一タイミングでスイッチングするように指令するが、各昇圧コンバータの性能が完全に同一である場合はともかく、素子や性能にバラツキがあると、指令に対して実際のスイッチングタイミングが僅かにズレる場合を生じる。こうしたスイッチングタイミングのズレは、昇圧コンバータ間で電流が循環する場合を生じ、素子を発熱させたり、損失を増加させたりする。
本発明の電源装置は、複数の昇圧コンバータをフィードバック制御により作動させることができない場合に対処することを主目的とする。
本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電源装置は、
蓄電装置からの電力を昇圧して供給する並列接続された複数の昇圧コンバータと、各昇圧コンバータを制御する制御装置と、を備える電源装置であって、
前記制御装置は、前記複数の昇圧コンバータをフィードバック制御により作動させることができない特定異常状態のときには、前記複数の昇圧コンバータのうちの１つの昇圧コンバータのみをフィードフォワード制御により作動させる、
ことを特徴とする。
この本発明の電源装置では、複数の昇圧コンバータをフィードバック制御により作動させることができない特定異常状態のときには、複数の昇圧コンバータのうちの１つの昇圧コンバータのみをフィードフォワード制御により作動させる。即ち、フィードフォワード制御により作動させる昇圧コンバータを除いて他の昇圧コンバータについては作動させないのである。これにより、複数の昇圧コンバータを同時にフィードフォワード制御により作動させることにより生じ得る昇圧コンバータ間における電流の循環を抑止することができる。即ち、複数の昇圧コンバータをフィードバック制御により作動させることができない場合に対処することができる。
本発明の電源装置において、前記制御装置は、各昇圧コンバータに流れる電流に基づいて各昇圧コンバータをフィードバック制御し、各昇圧コンバータに流れる電流を検出できないときに前記特定異常状態と判断するものとしてもよい。
本発明の電源装置において、前記制御装置は、前記フィードフォワード制御としてデューティー制御により前記１つの昇圧コンバータのみを作動させるものとしてもよい。
本発明の電源装置において、フィードフォワード制御により作動させる昇圧コンバータは、前記複数の昇圧コンバータのうち最も温度が低い昇圧コンバータであるものとしてもよい。こうすれば、昇圧コンバータの過熱を抑制することができる。ここで、昇圧コンバータの温度としてはリアクトルの温度が該当する。
本発明の一実施例としての電源装置を搭載する電気自動車２０の電気的な構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される昇圧コンバータ作動処理の一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての電源装置を搭載する電気自動車２０の電気的な構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図１に示すように、モータ２２と、インバータ２４と、蓄電装置としてのバッテリ２６と、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と、第２昇圧コンバータＣＶＴ２と、電子制御ユニット５０と、を備える。電源装置としては、バッテリ２６、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と、第２昇圧コンバータＣＶＴ２とが該当する。
モータ２２は、例えば同期発電電動機として構成されており、図示しないが、回転子が駆動輪にデファレンシャルギヤを介して連結された駆動軸に接続されている。インバータ２４は、モータ２２に接続されると共に高電圧側電力ライン３２に接続されている。モータ２２は、電子制御ユニット５０によって、インバータ２４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
バッテリ２６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン３４に接続されている。低電圧側電力ライン３４の正極側ラインと負極側ラインとには、バッテリ２６の接続や遮断を行なうシステムメインリレー２８と平滑用のコンデンサ３６とがこの順にバッテリ２６側から取り付けられている。
第１昇圧コンバータＣＶＴ１は、高電圧側電力ライン３２と低電圧側電力ライン３４とに接続されており、２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１２と、２つのダイオードＤ１１，Ｄ１２と、リアクトルＬ１と、コンデンサＣ１と、を有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。トランジスタＴ１１は、高電圧側電力ライン３２の正極側ラインに接続されている。トランジスタＴ１２は、トランジスタＴ１１と、高電圧側電力ライン３２および低電圧側電力ライン３４の負極側ラインと、に接続されている。リアクトルＬ１は、トランジスタＴ１１，Ｔ１２同士の接続点と、低電圧側電力ライン３４の正極側ラインと、に接続されている。コンデンサＣ１は、高電圧側電力ライン３２と低電圧側電力ライン３４とに接続されている。第１昇圧コンバータＣＶＴ１は、電子制御ユニット５０によって、トランジスタＴ１１，Ｔ１２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン３４の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン３２に供給したり、高電圧側電力ライン３２の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン３４に供給したりする。
第２昇圧コンバータＣＶＴ２は、バッテリ２６から見て第１昇圧コンバータＣＶＴ１と並列接続されている。第２昇圧コンバータＣＶＴ２は、素子のバラツキや製造メーカーが異なる場合があるものの、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と実質的に同一の性能の昇圧コンバータとして構成されている。即ち、第２昇圧コンバータＣＶＴ２は、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と同様に、高電圧側電力ライン３２と低電圧側電力ライン３４とに接続されており、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２と、２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２と、リアクトルＬ２と、コンデンサＣ２と、を有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。この第２昇圧コンバータＣＶＴ２は、電子制御ユニット５０によって、トランジスタＴ２１，Ｔ２２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン３４の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン３２に供給したり、高電圧側電力ライン３２の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン３４に供給したりする。
電子制御ユニット５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，不揮発性のフラッシュメモリ，入出力ポートを備える。
電子制御ユニット５０には、図１に示すように、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ２２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θｍや、モータ２２の各相に流れる電流を検出する図示しない電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ２６の端子間の電圧やバッテリ２６に流れる電流Ｉｂ、バッテリ２６の温度Ｔｂ、高電圧側電力ライン３２の電圧ＶＨ、低電圧側電力ライン３４の電圧ＶＬなども挙げることもできる。さらに、第１昇圧コンバータＣＶＴ１のリアクトルＬ１に流れる電流を検出する電流センサ３８からの第１リアクトル電流ＩＬ１や第２昇圧コンバータＣＶＴ２のリアクトルＬ２に流れる電流を検出する電流センサ３９からの第２リアクトル電流ＩＬ２、リアクトルＬ１やリアクトルＬ２に取り付けられた図示しない温度センサからのリアクトル温度Ｔ１，Ｔ２なども挙げることができる。さらに、図示しないが、イグニッションスイッチからのイグニッション信号や、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジション、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション，車速センサからの車速Ｖも挙げることができる。
電子制御ユニット５０からは、図１に示すように、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ２４の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や、第１昇圧コンバータＣＶＴ１のトランジスタＴ１１，Ｔ１２へのスイッチング制御信号，第２昇圧コンバータＣＶＴ２のトランジスタＴ２１，Ｔ２２へのスイッチング制御信号、システムメインリレー２８への駆動制御信号を挙げることができる。
電子制御ユニット５０は、モータ２２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ２２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット５０は、バッテリ２６に流れる電流Ｉｂの累積値に基づいてバッテリ２６の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣとバッテリ２６の温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ２６の全容量に対するバッテリ２６から放電可能な電力の容量の割合である。
こうして構成された実施例の電気自動車２０では、走行用の制御として、例えば以下のものを用いることができる。まず、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸２６に要求される）要求トルクＴｐ＊を設定し、要求トルクＴｐ＊をモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。続いて、モータ２２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ２４の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２については、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいて高電圧側電力ライン３２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧側電力ライン３２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように制御する。
第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２の制御としては、例えば、以下のものを用いることができる。まず、走行に必要なパワーを予め定めた分配比で第１昇圧コンバータＣＶＴ１のパワー分配量Ｐ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２のパワー分配量Ｐ２とを設定する。続いて、第１昇圧コンバータＣＶＴ１については、パワー分配量Ｐ１を出力するように電流センサ３８により検出される第１リアクトル電流ＩＬ１に基づいてフィードバック制御を行なう。第２昇圧コンバータＣＶＴ２については、パワー分配量Ｐ２を出力するように電流センサ３９により検出される第２リアクトル電流ＩＬ２に基づいてフィードバック制御を行なう。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に第１昇圧コンバータＣＶＴ１や第２昇圧コンバータＣＶＴ２をフィードバック制御により作動させることができないときの動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される昇圧コンバータ作動処理の一例を示すフローチャートである。
昇圧コンバータ作動処理が実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、第１昇圧コンバータＣＶＴ１および第２昇圧コンバータＣＶＴ２をフィードバック制御することができる状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１００）。上述したように、第１昇圧コンバータＣＶＴ１のフィードバック制御は、電流センサ３８により検出される第１リアクトル電流ＩＬ１に基づいて行なわれるから、電流センサ３８に異常が生じた場合や、断線などの異常が生じた場合などに第１昇圧コンバータＣＶＴ１をフィードバック制御することができないと判定する。第２昇圧コンバータＣＶＴ２についても同様に、電流センサ３９に異常が生じた場合や、断線などの異常が生じた場合などに第２昇圧コンバータＣＶＴ２をフィードバック制御することができないと判定する。
ステップＳ１００で第１昇圧コンバータＣＶＴ１および第２昇圧コンバータＣＶＴ２をフィードバック制御することができる状態にあると判定したときには、通常どおり、フィードバック制御により第１昇圧コンバータＣＶＴ１および第２昇圧コンバータＣＶＴ２を作動させて（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。
ステップＳ１００で第１昇圧コンバータＣＶＴ１や第２昇圧コンバータＣＶＴ２の一方または双方をフィードバック制御することができる状態にないと判定したときには、フィードフォワード制御により第１昇圧コンバータＣＶＴ１のみを作動させて（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。即ち、第２昇圧コンバータＣＶＴ２についてはシャットダウン（トランジスタＴ２１，Ｔ２２をオフ）とし、第１昇圧コンバータＣＶＴ１だけをフィードフォワード制御により作動させるのである。フィードフォワード制御としては、例えば、走行に必要なパワーに対してデューティー比を求め、求めたデューティー比に基づいて第１昇圧コンバータＣＶＴ１のトランジスタＴ１１，Ｔ１２をスイッチングするものを用いることができる。このように、第１昇圧コンバータＣＶＴ１だけをフィードフォワード制御により作動させるのは、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２の双方をフィードフォワード制御により作動させると、素子のバラツキや製造メーカーが異なることによる若干の性能の差により、同一タイミングでスイッチングするように指令しても、実際のスイッチングタイミングが僅かにズレる場合を生じ、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２との間で電流が循環する場合が生じてしまうからである。なお、第１昇圧コンバータＣＶＴ１だけを作動させるため、運転者が大きくアクセルペダルを踏み込んで大パワーを要求したときには、第１昇圧コンバータＣＶＴ１により供給することができるパワーで制限することになるが、異常時の走行制限であり、退避走行には問題が生じない。
以上説明した実施例の電気自動車２０が搭載する電源装置では、第１昇圧コンバータＣＶＴ１や第２昇圧コンバータＣＶＴ２の一方または双方をフィードバック制御することができる状態にないと判定したときには、フィードフォワード制御により第１昇圧コンバータＣＶＴ１のみを作動させる。これにより、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２の双方をフィードフォワード制御により作動させることによる不都合（電流の循環）を抑止することができる。
実施例の電気自動車２０が搭載する電源装置では、第１昇圧コンバータＣＶＴ１や第２昇圧コンバータＣＶＴ２の一方または双方をフィードバック制御することができる状態にないと判定したときには、フィードフォワード制御により第１昇圧コンバータＣＶＴ１のみを作動させるものとした。しかし、第１昇圧コンバータＣＶＴ１をオフ（シャットダウン）して第２昇圧コンバータＣＶＴ２のみをフィードフォワード制御により作動させるものとしてもよい。また、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度Ｔ１，Ｔ２のうち低い温度の昇圧コンバータをフィードフォワード制御により作動させるものとしてもよい。
実施例の電気自動車２０が搭載する電源装置では、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２の並列接続した２つの昇圧コンバータを備えるものとしたが、並列接続した３つ以上の昇圧コンバータを備えるものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ２６が「蓄電装置」に相当し、第１昇圧コンバータＣＶＴ１と第２昇圧コンバータＣＶＴ２とが「複数の昇圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電力変換装置の製造産業などに利用可能である。
２０ 電気自動車、２２ モータ、２４ インバータ、２６ バッテリ、２８ システムメインリレー、３２ 高電圧側電力ライン、３４ 低電圧側電力ライン、３６ コンデンサ、３８，３９ 電流センサ、５０ 電子制御ユニット、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＣＶＴ１ 第１昇圧コンバータ、ＣＶＴ２ 第２昇圧コンバータ、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２ ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２ トランジスタ。

Claims (4)

  1. 蓄電装置からの電力を昇圧して供給する並列接続された複数の昇圧コンバータと、各昇圧コンバータを制御する制御装置と、を備える電源装置であって、
    前記制御装置は、前記複数の昇圧コンバータをフィードバック制御により作動させることができない特定異常状態のときには、前記複数の昇圧コンバータのうちの１つの昇圧コンバータのみをフィードフォワード制御により作動させる、
    ことを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１記載の電源装置であって、
    前記制御装置は、各昇圧コンバータに流れる電流に基づいて各昇圧コンバータをフィードバック制御し、各昇圧コンバータに流れる電流を検出できないときに前記特定異常状態と判断する、
    電源装置。
  3. 請求項１または２記載の電源装置であって、
    前記制御装置は、前記フィードフォワード制御としてデューティー制御により前記１つの昇圧コンバータのみを作動させる、
    電源装置。
  4. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
    フィードフォワード制御により作動させる昇圧コンバータは、前記複数の昇圧コンバータのうち最も温度が低い昇圧コンバータである、
    電源装置。
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