WO2013129231A1 - 電源装置 - Google Patents

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WO2013129231A1
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毅 松村
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device.
  • a power control system for an electric traction motor of a vehicle wherein the electric traction motor has at least one inverter that provides adjusted electric power, each having a battery and a boost / buck DC / DC converter, wired in parallel,
  • a power supply control system including a plurality of power supply stages that provide DC power to the at least one inverter, and the power supply stage is controlled to maintain an output voltage to the at least one inverter (Patent Document 1). ).
  • the present invention provides a power supply device that can suppress the generation of noise when the battery is charged by an external power supply.
  • the present invention provides a first power converter for converting DC power of at least the first battery and outputting DC power to the first load or the second battery between the first battery and the second battery, and an external power source.
  • a control unit that stops the operation of the first power converter.
  • the charging power is supplied to the first battery without going through the first power converter, and the first battery is operated without operating the first power converter. Therefore, the generation of noise from the first power converter can be suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a graph showing output voltage characteristics with respect to a charged state in the battery of FIG. 1. It is a block diagram of the power supply device and external charging device of FIG.
  • (A) And (b) is a graph which shows the characteristic of the charge condition with respect to time in the battery of FIG. 1, (c) The graph for demonstrating the transition of the operation mode in the bidirectional
  • A) And (b) is a graph which shows the characteristic of the charge condition with respect to time in the battery of FIG. 1, (c) The graph for demonstrating the transition of the operation mode in the bidirectional
  • the characteristics of the output voltage (V c2 ) on the next side, (c) are graphs for explaining the operating state of the bidirectional power converter with respect to (SOC 1 ) of the battery 11.
  • (a) shows the SOC characteristic of the battery with respect to time
  • (b) shows the SOC characteristic of the battery with respect to time
  • (c) shows the transition of the battery charge control mode.
  • (D) is a graph explaining the transition of the charge control mode of the battery.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply device of this example is mounted on a vehicle, for example, but is not necessarily limited to a vehicle, and may be applied to other devices other than the vehicle.
  • the power supply device 1 includes batteries 11 and 12, an inverter 20, a motor 30, a bidirectional power converter 41, loads 51a to 51d, a DC / DC converter 60, and a controller 100.
  • the battery 11 has a secondary battery 111 and a relay switch 112.
  • the secondary battery 111 is a secondary battery such as a lithium ion battery, and is configured by connecting a plurality of secondary batteries in series.
  • the relay switch 112 is a contact switch for electrically connecting or disconnecting between the battery 11 and the inverter 20 and the bidirectional power converter 41. The relay switch 112 is kept on except during maintenance.
  • the battery 11 is a high-voltage battery, and supplies power to the motor 30 and becomes a main power source when driving the motor 30.
  • the battery 12 has a secondary battery 111 and a relay switch 112.
  • the secondary battery 111 is a secondary battery such as a lithium ion battery, and is configured by connecting a plurality of secondary batteries in series.
  • the configurations of the secondary battery 121 and the switch 122 are basically the same as the configurations of the secondary battery 111 and the switch 112.
  • the battery 12 is a low-voltage battery as compared with the battery 11. Therefore, when the secondary battery 111 and the secondary battery 121 are configured by the same battery, the number of the secondary batteries 111 is larger than the number of the secondary batteries 121.
  • the power of the battery 12 is mainly supplied to the loads 51a and 51b.
  • FIG. 2 the output voltage characteristic with respect to the charge condition of the batteries 11 and 12 is shown.
  • SOC state of charge
  • Vo output voltage
  • the inverter 20 is connected to both ends of the battery 11 by a pair of power supply lines.
  • the inverter 20 is a conversion circuit that converts the DC power output from the battery 11 into AC power and outputs the AC power to the motor 30, and is configured by a circuit in which a plurality of switching elements such as FETs are connected. Moreover, the inverter 20 converts the DC power from the motor 30 into AC power and outputs it when the motor 30 is regenerated.
  • the motor 30 is a three-phase AC power permanent magnet motor, which is driven as a travel drive source, coupled to a vehicle drive shaft (not shown), and rotates the vehicle via the drive shaft.
  • the motor 30 is connected to the inverter 20.
  • the motor 30 also functions as a generator during regeneration.
  • the loads 51a and 51b are connected to both ends of the battery 12 by a pair of power lines.
  • the loads 51a and 51b are loads different from the motor 30, and are devices such as an air conditioner.
  • the bidirectional power converter 41 is a conversion circuit that converts DC power into DC power and outputs it in both directions.
  • the bidirectional power conversion unit 41 is connected between the battery 11 and the battery 12, and is connected between a power line connected to both ends of the battery 11 and a power line connected to both ends of the battery 12. Yes.
  • the circuit side formed by the battery 11, the inverter 20 and the motor 30 is the primary side, and the circuit side formed by the battery 12 and the loads 51a and 51b is the secondary side.
  • the bidirectional power converter 41 steps down DC power input from the primary side and supplies it to the secondary side, and boosts DC power input from the secondary side and supplies it to the secondary side.
  • the bidirectional power conversion unit 41 is formed by a buck-boost chopper circuit or the like, and is included in the buck-boost chopper circuit to switch on and off switching elements such as transistors, or by maintaining the on-state of the switching elements. , Convert power. That is, the operation of the bidirectional power converter 41 is a step-down operation when power is output from the primary side to the secondary side, and a step-up operation from the secondary side to the primary side.
  • the DC / DC converter 60 converts the output power from the battery 12 or the output power output from the battery 11 via the bidirectional power conversion unit 41 into DC power, and outputs the DC power to the battery 13. In addition, power is supplied to the loads 51c and 51d.
  • a circuit side formed by the battery 13 and the loads 51c and 51d is defined as a tertiary side.
  • the DC / DC converter 60 is a circuit that steps down the DC power supplied from the secondary side and outputs it to the tertiary side.
  • the relational expression shown in the above equation (1) is established between the battery 11 and the battery 12, and the both power conversion unit 41 is a converter that steps down from the primary side to the secondary side. Therefore, compared with the voltage of the battery 11, electric power is input to the secondary side input of the DC / DC converter at a lower voltage. For this reason, the DC / DC converter 60 can reduce the component breakdown voltage on the secondary side (high voltage side), thereby reducing the size of the component.
  • the battery 13 is composed of a secondary battery such as a lithium ion battery, and is a low-voltage battery.
  • the battery 13 is connected to the output side of the DC / DC converter 60.
  • the loads 51 c and 51 d are auxiliary machines such as a display of the navigation system, and are connected to the battery 13.
  • the battery 13 serves as a power source for driving main auxiliary machines.
  • the controller 100 is a control unit that controls the inverter 20, the bidirectional power conversion unit 41, and the DC / DC converter 60.
  • the controller 100 generates a drive signal for switching the switching of the switching element included in the inverter 20 based on the input voltage input from the battery 11 to the inverter 20, the phase current of the motor 30, and the torque command input from the outside.
  • the inverter 20 is controlled by outputting to the inverter 20.
  • the controller 100 controls the bidirectional power conversion unit 41 based on the state of charge (SOC: State of Charge) of the batteries 11 and 12 and the operation state of the motor.
  • SOC State of Charge
  • the controller 100 controls the bidirectional power converter 41 not only during driving of the vehicle but also when the battery 11 is charged by an external power source.
  • controller 100 controls the DC / DC converter 60 according to the state of charge of the battery 13 to supply power from the secondary side to the tertiary side to charge the battery 13.
  • FIG. 3 is a block diagram of the power supply device and the external charging device of this example.
  • the external charging device 70 includes an external power source 71 and a charger 72.
  • the external charging device 70 is placed in a home parking lot or a public facility where the vehicle is parked.
  • the external power supply 71 is an AC power supply.
  • the charger 72 is a device that converts the AC power of the external power source 71 into DC power, supplies the DC power to the battery 11 on the vehicle side, and charges the battery 11.
  • the external charging device 70 controls the charger 72 based on the state of charge of the battery 11.
  • a connection terminal for connecting to a charging port 80 provided in the vehicle is provided at the tip of the wiring connected to the charger 72.
  • the external charging device 70 is also provided with a controller for controlling the charger 72.
  • the charging port 80 is a charging port provided on the vehicle side, and is a connection part for electrically connecting the external charging device 70 and the power supply device 1.
  • the charging port 80 is electrically connected to a power supply line that connects between the inverter 20 and the battery 11, and is connected to the DC side of the inverter 20.
  • the charging power of the external charging device 70 is input from the charging port 80 and supplied to the battery 11 from the DC side of the inverter 20 without passing through the bidirectional power conversion unit 41.
  • Controller 100 stops the operation of bidirectional power converter 41 in order to supply power from external charging device 70 to battery 11. Specifically, the controller 100 turns off the switching element of the buck-boost chopper circuit provided in the bidirectional power converter 41. Thereby, in the power supply device 1, the electrical continuity between the primary side and the secondary side is interrupted.
  • a voltage sensor (not shown) that detects a voltage between terminals of the battery 11 is connected to the power supply device 1 between the battery 11 and the inverter 20.
  • the state of charge (SOC) is managed.
  • the controller 100 sends a signal to the external charging device 70 indicating that the power supply device 1 side is also in a charging preparation state in a state where the operation of the bidirectional power conversion unit 41 is stopped. Send to.
  • the controller 100 also transmits information on the current capacity of the battery 11 to the external charging device 70 in the signal.
  • the external charging device 70 receives a signal from the controller 100, sets charging power and charging time for charging the battery 11, and is based on an operation for starting charging by the user of the external charging device 70. Start charging. When the charging state of the battery 11 reaches the full charging capacity or the target charging state set at the start of charging, the external charging device 70 ends the charging control and the connection terminal is disconnected from the charging port 80. That is, the power supply device 1 of this example charges the battery 11 in a state where the operation of the bidirectional power conversion unit 41 is stopped.
  • the controller 100 stops the operation of the bidirectional power converter while the battery 11 is being charged by the external charging device 70. Therefore, even if auxiliary equipment such as the loads 51c and 51d is operated with the power of the battery 13 while the battery 11 is being charged, the high-frequency noise of the auxiliary equipment is blocked by the bidirectional power conversion unit 41. . Furthermore, since the operation of the bidirectional power conversion unit 41 is stopped, the generation of noise from the bidirectional power conversion unit 41 can also be suppressed.
  • a discharge limit threshold value (SOC a ) indicating a discharge limit is set in the battery 12 in advance.
  • SOC a the SOC at which the output voltage rapidly decreases with respect to the change in SOC is set to the discharge limit threshold (SOC a ).
  • the controller 100 manages the SOC 2 of the battery 12 so that the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 does not become lower than the threshold value (SOC a ).
  • the operation threshold value (SOC b ) for operating the bidirectional power conversion unit 41 is set by the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12.
  • the operation threshold (SOC b ) is set to a value higher than the discharge limit threshold (SOC a ).
  • the controller 100 stops the operation of the bidirectional power converter 41 and the SOC 2 of the battery 12 is less than the operation threshold (SOC b ). In some cases, the controller 100 operates the bidirectional power conversion unit 41.
  • the controller 100 operates the bidirectional power conversion unit 41
  • the bidirectional power converter 41 is selected. To control.
  • a current sensor for detecting the output current and a voltage sensor for detecting the output voltage are connected to the output on the secondary side of the both-side power conversion unit 41, respectively.
  • a current sensor for detecting the output current and a voltage sensor for detecting the output voltage are connected to the output on the secondary side of the both-side power conversion unit 41, respectively.
  • what is necessary is just to provide any one sensor, when an output voltage and an output current can be detected by any one of a current sensor and a voltage sensor.
  • the controller 100 sets the power to be supplied from the battery 11 to the secondary side via the bidirectional power converter 41 in accordance with the required power of the loads 51a to 51d. Then, the controller 100 switches the switching element provided in the bidirectional power converter 41 so that the secondary output current of the bidirectional power converter 41 becomes a current for outputting the supplied power. .
  • the current control of the bidirectional power converter 41 is performed based on the output current on the secondary side of the bidirectional power converter 41.
  • the controller 100 switches the switching element of the bidirectional power converter 41 so that the output voltage of the battery 12 and the output voltage of the secondary side of the bidirectional power converter 41 are the same voltage. Make it work.
  • the output voltage of the battery 12 and the output voltage on the secondary side of the bidirectional converter 41 are the same voltage, the discharge from the battery 12 is suppressed, and the output of the battery 11 via the bidirectional power converter 41 is suppressed. Electric power is supplied to the loads 51a to 51d.
  • the voltage control of the bidirectional power converter 41 is performed based on the output voltage on the secondary side of the bidirectional power converter 41.
  • the controller 100 stops the operation of the bidirectional power conversion unit 41 (non-operation mode). Further, the controller 100 operates the bidirectional power conversion unit 41 with current control when the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 is equal to or lower than the operation threshold (SOC b ) and higher than the discharge limit threshold (SOC a ). Let The controller 100, when the state of charge of the battery 12 (SOC 2) is equal to or less than the discharge limit threshold (SOC a) operates the bidirectional power conversion unit 41 with the voltage control.
  • FIG. 4A illustrates the SOC characteristic of the battery 11 with respect to time
  • FIG. 4B illustrates the SOC characteristic of the battery 12 with respect to time
  • FIG. 4C illustrates the transition of the operation mode of the bidirectional power converter 41. It is a graph for.
  • the state of charge of battery 11 is SOC 1 and the state of charge of battery 12 is SOC 2 .
  • SOC 1 of battery 11 is in a sufficiently high state for driving motor 30, and SOC 2 of battery 12 is in a sufficiently high state for operating loads 51 a to 51.
  • the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11 is time. It goes down as time passes. Further, when the loads 51a to 51d are operated with the electric power of the battery 12, as shown in FIG. 4B, the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 decreases with time. At this time, since the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 is higher than the operation threshold value (SOC b ), the operation of the bidirectional power converter 41 is stopped (non-operation mode).
  • the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 reaches the discharge limit threshold (SOC a ), so that the controller 100 changes from the current control mode to the voltage control mode.
  • the bidirectional power converter 41 is operated.
  • the state of charge (SOC) from time (t 2 ) to time (t 3 ) is determined from the slope of the state of charge (SOC 2 ) from time (t 1 ) to time (t 2 ).
  • the slope of 2 ) is smaller, and the slope of the state of charge (SOC 2 ) from time (t 2 ) to time (t 3 ) is zero.
  • a regenerative limit threshold value (SOC c ) that limits charging by regeneration of the motor 30 is set in the battery 11 in advance.
  • SOC 1 state of charge
  • SOC c regeneration limit threshold value
  • the controller 100 operates the bidirectional power converter 41 to generate 2 electric power generated by regeneration of the motor 30.
  • the battery 12 is charged by supplying to the next side.
  • the controller 100 sets the bidirectional power so that the input voltage on the primary side of the bidirectional power converter 41 becomes the same voltage as the output voltage of the battery 11 corresponding to the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11.
  • the switching element of the converter 41 is switched. That is, the controller 100 controls the bidirectional power conversion unit 41 by voltage control to charge the battery 12. Thereby, the voltage of the battery 11 rises during charging of the battery 12 by regeneration, thereby preventing overcharging.
  • the controller 100 does not operate the bidirectional power conversion unit 4 and does not supply power to the secondary side.
  • FIG. 5A illustrates the SOC characteristic of the battery 11 with respect to time
  • FIG. 5B illustrates the SOC characteristic of the battery 12 with respect to time
  • FIG. 5C illustrates the transition of the operation mode of the bidirectional power converter 41. It is a graph for. As an initial condition, it is assumed that the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11 is higher than the regeneration limit threshold (SOC c ), and the SOC 2 of the battery 12 is higher than the operation threshold (SOC b ).
  • the motor 30 performs a power running operation from time (0) to time (t 1 ), from time (t 2 ) to time (t 3 ), and from time (t 1 ) to time (t 2 ). It is assumed that the regenerative operation is performed between time (t 3 ) and time (t 4 ).
  • the controller 100 When the motor 30 is switched from the power running operation to the regenerative operation at the time (t 1 ), the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11 is higher than the regenerative limit threshold value (SOC c ) at this time, so the controller 100 The power conversion unit 41 is voltage-controlled, and the electric power generated by the regenerative operation of the motor 30 is supplied to the battery 12.
  • the controller 100 stops the operation of the bidirectional power conversion unit 41. Then, when the motor 30 is switched from the power running operation to the regenerative operation at time (t 3 ), the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11 is lower than the regenerative limit threshold value (SOC c ) at this time. The operation of the bidirectional power converter 41 is stopped, and the power generated by the regenerative operation of the motor 30 is supplied to the battery 11. As a result, the batteries 11 and 12 are charged while preventing overcharging of the batteries 11 and 12 during the regenerative operation of the motor 30.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure of the power supply device of this example. Note that the steps shown in FIG. 6 are repeatedly performed at a predetermined cycle.
  • step S1 the controller 100 confirms the operation state of the motor 30 and determines whether or not the motor 30 is performing a power running operation.
  • the operating state of the motor 30 may be specified by an access opening degree, a vehicle speed, or the like.
  • step S2 the controller 100 compares the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 with the operation threshold (SOC b ).
  • the controller 100 compares the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 with the discharge limit threshold (SOC a ) in step S3. . If the state of charge (SOC 2 ) is higher than the discharge limit threshold (SOC a ), in step S4, the controller 100 sets the current control mode to output current on the secondary side of the bidirectional power converter 41.
  • the bidirectional power converter 41 is controlled based on the above. Thereby, the electric power of the battery 11 and the battery 12 is supplied to load 51a, 51b.
  • step S5 when the state of charge (SOC 2 ) is equal to or lower than the discharge limit threshold (SOC a ), in step S5, the controller 100 sets the voltage control mode, and the bidirectional power converter 41 The bidirectional power converter 41 is controlled based on the output voltage on the secondary side. Thereby, the electric power of the battery 11 is supplied to load 51a, 51b.
  • step S6 if the state of charge (SOC 2 ) is higher than the operation threshold value (SOC b ), in step S6, the controller 100 sets the non-operation mode and operates the bidirectional power conversion unit 41. Stop. Thereby, the electric power of the battery 12 is supplied to the loads 51a and 51b.
  • step S7 if the motor 30 is not performing a power running operation, it is determined in step S7 whether the motor 30 is performing a regenerative operation. If the motor 30 is performing a regenerative operation, the controller 100 compares the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11 with the regenerative limit threshold (SOC c ) in step S8.
  • SOC 1 state of charge
  • SOC c regenerative limit threshold
  • the controller 100 compares the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 with the regeneration limit threshold (SOC d ) in step S9. .
  • the regeneration limit threshold value (SOC d ) is a threshold value set for the battery 12, similar to the regeneration limit threshold value (SOC c ) of the battery 11.
  • the controller 100 sets the voltage control mode in step S10 and the primary side of the bidirectional power converter 41.
  • the bidirectional power converter 41 is controlled based on the output voltage. Thereby, the battery 12 is charged.
  • step S9 if the state of charge (SOC 2 ) is greater than or equal to the regeneration limit threshold value (SOC d ), the controller 100 sets the non-operation mode to stop the operation of the bidirectional power converter 41, Neither the batteries 11 and 12 are charged.
  • step S8 if the state of charge (SOC 1 ) is equal to or less than the regeneration limit threshold (SOC c ), the controller 100 sets the non-operation mode to stop the operation of the bidirectional power converter 41, The battery 11 is charged.
  • step S12 if the motor 30 is not performing a regenerative operation, in step S12, the controller 100 sets the non-operation mode and stops the operation of the bidirectional power converter 41.
  • the controller 100 performs bidirectional power conversion.
  • the operation of the unit 41 is stopped. Thereby, since the electric power from the external charging device 70 is supplied to the battery 11 without going through the bidirectional power converter 41, the loss of the bidirectional power converter 41 can be suppressed and the charging time can be shortened. . Further, high-frequency noise generated by auxiliary devices and converters connected to the secondary side of the bidirectional power conversion unit 41 is prevented from leaking to the primary side circuit including the battery 11 and the external charging device 70. Can do. In addition, when the battery 11 is charged using the external charging device 70, the operation of the bidirectional power conversion unit 41 is stopped, so that the generation of noise in the bidirectional power conversion unit 41 is suppressed. Can do.
  • the charging power of the external power supply device 70 is supplied from the DC side of the inverter 20 to the battery 11 without going through the bidirectional power converter 41.
  • the loss of the bidirectional power converter 41 can be suppressed and the charging time can be shortened.
  • the operation of the bidirectional power conversion unit 41 can be stopped, so that the generation of noise in the bidirectional power conversion unit 41 can be suppressed. it can.
  • the full charge voltage of the battery 11 is higher than the full charge voltage of the battery 12.
  • the component breakdown voltage on the secondary side (high voltage side) of the DC / DC converter 60 can be lowered, and the size of the component can be reduced.
  • the controller 100 stops the operation of the bidirectional power conversion unit 41.
  • the controller 100 stops the operation of the bidirectional power conversion unit 41.
  • the auxiliary machines 51a and 51b can be operated with the power of the battery 12 without using the power of the battery 11, the power consumption of the battery 11 can be suppressed, and as a result, the travel distance can be extended.
  • the bidirectional power conversion unit 41 is operated to convert the power of the battery 11 into the bidirectional power conversion unit 41. To the loads 51a and 51b.
  • the state of charge (SOC 2 ) becomes lower than the operation threshold value (SOC b )
  • the bidirectional power conversion unit 41 loads the loads 51 a and 51 b. To control the output current to be supplied to the loads 51a and 51b.
  • SOC 2 state of charge
  • SOC b operation threshold value
  • SOC b operation threshold value
  • the bidirectional power conversion unit 41 supplies the loads 51 a and 51 b based on the output voltage of the battery 12.
  • the power of the battery 11 is supplied to the loads 51a and 51b, and the discharge of the battery 12 is suppressed. Thereby, it is possible to prevent the output voltage of the battery 12 from rapidly decreasing near the discharge limit threshold (SOC a ).
  • the electric power generated by the regeneration of the motor 30 is supplied to the battery 12 via the inverter 20 and the bidirectional power converter 41 to charge the battery 12.
  • the energy generated by the regeneration of the motor 30 can be used efficiently, and overcharging of the battery 11 can be prevented.
  • the electric power generated by the regeneration is supplied to the battery 12.
  • the charging state (SOC 2 ) of 12 is higher than the regeneration limit threshold (SOC d )
  • the power generated by regeneration may be supplied to the loads 51a to 51d.
  • the bidirectional power conversion unit 41 is a converter that converts the power from the primary side and the power from the secondary side, respectively, and outputs the converted power, but at least the primary side. It may be a converter that converts DC power from the output and outputs DC power to the secondary side.
  • the battery 11 corresponds to the “first battery” of the present invention
  • the battery 12 corresponds to the “second battery” of the present invention
  • the bidirectional power conversion unit 41 corresponds to the “first power converter”
  • the controller 100 corresponds to a “control unit”.
  • FIG. 7 is a block diagram of a power supply device and an external charging device according to another embodiment of the invention.
  • two-way power converter 42 differs from 1st Embodiment mentioned above.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment described above, and the description thereof is incorporated.
  • the power supply device 1 further includes a battery 14 and a bidirectional power converter 42.
  • the battery 14 includes a secondary battery 141 and a relay switch 142.
  • the secondary battery 141 is a secondary battery such as a lithium ion battery, and is configured by connecting a plurality of secondary batteries in series.
  • the relay switch 142 is a switch for electrically connecting or disconnecting the battery 14 and the bidirectional power converter 42.
  • the relay switch 142 is kept on except during maintenance.
  • the battery 14 is a low-voltage battery lower than the battery 11, and is a battery mainly for operating the loads 51a to 51d.
  • the bidirectional power converter 42 is a conversion circuit that converts DC power into DC power and outputs it in both directions.
  • the bidirectional power conversion unit 42 is connected between the battery 14 and the battery 12, and is connected between a power supply line connected to both ends of the battery 14 and a power supply line connected to both ends of the battery 12. Yes.
  • the circuit side formed by the battery 14 and the bidirectional power conversion unit 42 is a tertiary side.
  • the bidirectional power converter 42 converts DC power input from the tertiary side and supplies it to the secondary side, and converts DC power input from the secondary side and supplies it to the tertiary side.
  • the bidirectional power converter 42 is formed by a buck-boost chopper circuit or the like. Thereby, the electric power of the battery 14 is converted by the bidirectional power converter 42 and supplied to the loads 51 a and 51 b and the DC / DC converter 60.
  • the controller 100 controls the bidirectional power converter 42 based on the voltage of the battery 12 and the voltage of the battery 14.
  • the bidirectional power conversion unit 4 is operated to supply the power of the battery 41 to the circuit on the secondary side.
  • the bidirectional power conversion unit 42 is operated according to the state of charge (SOC 4 ) of the battery 14, and the power of the battery 14 is transferred to the secondary circuit. Supply. That is, when the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 becomes equal to or lower than the operation threshold value (SOC b ), the power of the battery 14 is preferentially supplied to the secondary circuit over the power of the battery 11.
  • the controller 100 detects that the remaining capacity of the battery 12 is reduced and detects from the detection voltage of the sensor of the battery 12 that the state of charge (SOC 2 ) of the battery 12 is equal to or lower than the operation threshold (SOC b ), the current state Thus, if the power supply from the battery 12 is continued, it is determined that the battery 12 may be over-discharged. Then, the controller 100 compares the charge capacity of the battery 14 with the discharge limit threshold (SOC d ) of the battery 14.
  • the discharge limit threshold value is a threshold value that is set in advance and that indicates the limit of discharge for protecting the battery 14.
  • the controller 100 controls the current of the bidirectional power converter 42 and supplies the power of the battery 14 to the secondary circuit.
  • the controller 100 controls the bidirectional power conversion unit 41 so that the bidirectional power conversion unit 41 is stopped and the power of the battery 11 is not supplied to the secondary circuit.
  • the bidirectional power converter 41 is not operating, high frequency noise generated in the DC / DC converter 60, the loads 51a to 51d and the bidirectional power converter 42 is prevented from leaking to the primary circuit. be able to.
  • the controller 100 When charging the battery 11 with the external charging device 70, the controller 100 stops the bidirectional power converter 41 and the bidirectional power converter 42 and charges the battery 11. Thereby, the generation of noise from the bidirectional power converter 41 and the bidirectional power converter 42 can be suppressed during charging of the battery 11 by the external power source 71.
  • the bidirectional power converter 42 that converts the DC power of the battery 14 between the battery 12 and the battery 14 and supplies the DC power to the loads 51 a to 51 d and the DC / DC converter 60. It has. Thereby, since the electric power from the external charging device 70 is supplied to the battery 11 without going through the bidirectional power converters 41 and 42, the loss of the bidirectional power converter 41 is suppressed and the charging time is shortened. Can do. In addition, the generation of noise from the bidirectional power converters 41 and 42 can be suppressed.
  • the bidirectional power converter 42 is operated to change the power of the battery 14 to the bidirectional power converter 42.
  • two-way power converter 41 since the bidirectional
  • FIG. 8 is a block diagram of a power supply device and an external charging device according to another embodiment of the invention. This example is different from the first embodiment described above in that the battery 12 can be detached from the power supply device 1. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the descriptions of the first and second embodiments are incorporated as appropriate.
  • the battery 12 provided in the power supply device 1 of this example is a battery that can be detached from the power supply device 1 and is a battery that can be connected to the external charging device 90 and charged by the external power supply 91.
  • the external charging device 90 is a charging device that is smaller than the external charging device 70 and can be set in a house.
  • the external power supply 91 is a household 100V or 200V AC power supply.
  • the configuration of the charger 92 is the same as that of the charger 72.
  • the battery 15 is the same battery as the battery 12, and is a spare (auxiliary) battery for the battery 12.
  • the battery 12 can be brought into the house and the battery 12 can be charged from the external power source 91 which is a household power source using the external charging device 90. Further, by mounting the spare battery 15 in the power supply device while the battery 12 is being charged, the vehicle can be driven while the battery 12 is being charged.
  • the present invention can shorten the entire charging time by replacing the auxiliary battery 15 and the battery 12.
  • FIG. 9 is a block diagram of a power supply apparatus according to another embodiment of the invention. This example is different from the above-described first embodiment in that the battery 12 is not connected. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the descriptions of the first to third embodiments are incorporated as appropriate.
  • the battery 12 is not connected to the power supply device 1 of this example. Therefore, the battery 11 supplies power not only to the motor 30 but also to the loads 51a to 51d while the vehicle including the power supply device 1 is traveling.
  • the control unit 10 controls the bidirectional power conversion unit 41 based on the state of charge (SOC 1 ) or the output voltage (V 1 ) of the battery 11 to supply the power of the battery 11 to the DC / DC converter 60.
  • SOC 1 state of charge
  • V 1 output voltage
  • an operating voltage range (V cd ) is set in advance with respect to the input voltage to the DC / DC converter 60 (input voltage input from the secondary circuit).
  • the input voltage In order to operate the DC / DC converter 60, the input voltage must be within the operating voltage range.
  • the battery 11 is a high voltage battery, and when the state of charge (SOC 1 ) of the battery 11 is high, the output voltage of the battery 11 is higher than the upper limit voltage of the operating range.
  • the controller 100 compares the output voltage of the battery 11 with the operating range of the DC / DC converter 60. When the output voltage is higher than the upper limit voltage of the operating range, the controller 100 turns on the switching element of the bidirectional power converter 41. By switching off, the input voltage from the primary side is stepped down to keep the output voltage to the secondary side within the operating voltage range. The output voltage to the secondary side of the bidirectional power converter 41 is input to the DC / DC converter 60 without large voltage fluctuation. Accordingly, the controller 100 switches the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 according to the output voltage of the battery 11 to step down the output voltage of the battery 11 within the voltage operation range of the DC / DC converter 60. .
  • the controller 100 keeps the switching element of the bidirectional power converter 41 in the ON state, The voltage drop of the input voltage from the secondary side is reduced and output to the secondary side.
  • the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 does not perform the switching operation and is maintained in the ON state, the voltage drop between the input and output of the bidirectional power conversion unit 41 is a voltage drop due to the ON resistance of the switching element. It becomes. That is, the voltage drop when the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 is kept on is smaller than the voltage drop when the switching element is switched. Therefore, in this example, when the output voltage of the battery 11 is within the operating range, the controller 100 keeps the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 in the on state and supplies the power of the battery 1 to DC / DC. Input to the converter 60.
  • the output voltage (V 1 ) of the battery 11 is higher than the upper limit voltage (V h1 ).
  • the controller 100 performs a switching operation of the switching element of the bidirectional power converter 41 in order to step down the output voltage (V 1 ) to the upper limit voltage (V h1 ).
  • the output voltage (V c2 ) on the secondary side of the bidirectional power converter 41 is equal to or lower than the upper limit voltage (V h1 ), and the DC / DC converter 60 is within the operating range. It can be operated.
  • the output voltage (V 1 ) of the battery 11 is equal to or lower than the upper limit voltage (V h1 ) and is within the operating voltage range (V cd ). . Since the controller 100 does not need to greatly reduce the output voltage (V 1 ), the controller 100 maintains the switching element of the bidirectional power converter 41 in the ON state. As a result, as shown in FIG. 10B, the output voltage (V c2 ) on the secondary side of the bidirectional power converter 41 can be kept within the operating voltage range of the DC / DC converter 60.
  • the controller 100 turns on the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 so that the voltage of the battery 11 falls within the operating voltage range of the DC / DC converter 60. 60.
  • the controller 100 turns on the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 so that the voltage of the battery 11 falls within the operating voltage range of the DC / DC converter 60. 60.
  • power can be supplied to the DC / DC converter 60 while the switching element of the bidirectional power converter 41 is kept on. Power loss can be suppressed.
  • the travel distance of the vehicle equipped with the power supply device 1 of this example can be extended.
  • the switching element of the bidirectional power converter 41 when the output voltage (V 1 ) of the battery 11 is equal to or lower than the upper limit voltage (V h1 ), the switching element of the bidirectional power converter 41 is turned on.
  • the threshold voltage of the output voltage (V 1 ) of the battery 11 that turns on the switching element may be set to a voltage higher than the upper limit voltage (V h1 ) in consideration of the voltage drop due to.
  • FIG. 11 is a graph for explaining voltage characteristics and charge control modes of the batteries 11 and 12 in a power supply device according to another embodiment of the invention.
  • the charging control of the battery 12 is different from the first embodiment described above.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the descriptions of the first to fourth embodiments are incorporated as appropriate.
  • the power supply device 1 according to this example will be described with reference to FIGS.
  • the charging port 80 is connected to the external charging device 70, the battery 11 and the battery 12 are charged.
  • the configurations of the power supply device 1 and the external charging device 70 of this example are the same as the configurations shown in FIG. Hereinafter, the charging control by the controller 100 will be described.
  • the controller 100 gives priority to the charging of the battery 11 over the battery 12 when performing the charging control by the external charging device 70. Therefore, first, the controller 100 stops the bidirectional power conversion unit 41 and supplies power from the external charging device 70 to the battery 11.
  • a fully charged state (SOC max1 ) is set as a charged state indicating full charge according to the nature and capacity of the secondary battery 121.
  • the battery 12 is also set to a fully charged state (SOC max2 ).
  • a threshold charge state (SOC ch ) for switching from charging of the battery 11 to charging of the battery 12 is set.
  • the threshold charge state (SOC ch ) is set to a lower SOC than the full charge state (SOC max1 ).
  • the controller 100 charges the battery 11 with the bidirectional power conversion unit 41 stopped.
  • controller 100 when the charging state of battery 11 becomes higher than the threshold charging state (SOC ch ), controller 100 once stops charging from external power supply device 70. In order to stop charging from the external charging device 70, the controller 100 transmits a signal to stop charging to the controller 100 of the external charging device 70. Alternatively, when the controller 100 has a function of controlling the charger 72, a charge stop control signal is transmitted to the charger 72. In this state, the external charging device 70 and the power supply device 1 remain electrically connected, and the connection terminal of the external charging device 70 is connected to the charging port 80.
  • SOC ch threshold charging state
  • the controller 100 switches the switching element of the bidirectional power conversion unit 41 so that the power charged in the battery 11 passes through the bidirectional power conversion unit 41 to the battery. 12 to charge the battery 12.
  • the controller 100 manages the state of charge of the battery 12 from the voltage of the battery 12. When the charged state of the battery 12 is lower than the fully charged state (SOC max2 ), the operation of the bidirectional power conversion unit 41 is continued. When the charged state of the battery 12 reaches the fully charged state (SOC max2 ), the controller 100 stops the operation of the bidirectional power conversion unit 41.
  • controller 100 starts charging control of battery 11 again by external charging device 70 and charges until the charging capacity of battery 11 reaches the full charge capacity (SOC max1 ).
  • FIG. 11 (a) shows the SOC characteristics of the battery 11 with respect to time
  • FIG. 11 (b) shows the SOC characteristics of the battery 12 with respect to time
  • FIG. 11 (c) illustrates the transition of the charge control mode of the battery 11
  • FIG. 11D is a graph for explaining the transition of the charge control mode of the battery 12.
  • the charged state of the batteries 11 and 12 is set to 0 percent as an initial condition.
  • the controller 100 When the controller 100 recognizes that the external charging device 70 is connected at time (0), the controller 100 sets the charging control mode of the battery 11 to the charging mode. When the charging control mode of the battery 11 is set to the charging mode, the controller 100 stops both the power conversion units 41 and supplies the battery 11 with the power from the external charging device 70. Between time (0) and time (t 1 ), the charging state of the battery 11 gradually increases as the charging time elapses. The controller 100 manages the charge state of the battery 11 from the voltage of the battery 11 while the battery 11 is being charged.
  • the controller 100 sets the charging control mode of the battery 11 to the stop mode and sets the charging control mode of the battery 12 to the charging mode. And When the charging control mode of the battery 12 is set to the charging mode, the controller 100 switches the switching element of the power converter 41 to supply the power from the battery 11 to the battery 12.
  • the charging control mode of the battery 11 is a stop mode, and the controller 100 stops the power supply from the external charging device 70.
  • the charging state of the battery 12 gradually increases as the charging time elapses.
  • the state of charge of the battery 11 gradually decreases as power is supplied to the battery 12.
  • the controller 100 manages the state of charge of the battery 12 from the voltage of the battery 12 while the battery 12 is being charged.
  • the controller 100 Since the charged state of the battery 12 reaches the fully charged state (SOC max2 ) at time (t 2 ), the controller 100 sets the charging control mode of the battery 12 to the stop mode and sets the charging control mode of the battery 11 to the charging mode. . Then, between time (t 2 ) and time (t 3 ), the state of charge of the battery 11 rises again, and at time (t 3 ), the state of charge of the battery 11 reaches the fully charged state (SOC max1 ). The controller 100 ends the charging control of the batteries 11 and 12.
  • the bidirectional power conversion unit 41 when the charge capacity of the battery 11 is higher than the threshold charge state (SOC ch ) and the charge capacity of the battery 12 is lower than the full charge state (SOC max2 ), the bidirectional power conversion unit 41.
  • SOC ch threshold charge state
  • SOC max2 full charge state
  • the threshold charge state (SOC ch ) in this example corresponds to the “predetermined threshold capacity” of the present invention.

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Abstract

 少なくともモータ30に電力を供給する第1バッテリと、モータ30以外の第1負荷に電力を供給する第2バッテリと、第1バッテリと前記第2バッテリとの間に接続され、少なくとも第1バッテリの直流電力を変換して第1負荷又は前記第2バッテリに直流電力を出力する第1電力変換器と、外部電源により第1バッテリを充電する場合に、第1電力変換器の動作を停止させる制御部とを備える。

Description

電源装置
 本発明は、電源装置に関するものである。
 本出願は、2012年2月27日に出願された日本国特許出願の特願2012―39943に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
 車両の電動牽引モータの電源制御システムであって、電動牽引モータに調整済みの電力を提供する少なくとも1つのインバータと、それぞれが電池とブースト/バック直流・直流コンバータを有し、並列に配線され、前記少なくとも1つのインバータに直流電力を提供する複数の電源ステージとを備え、電源ステージは前記少なくとも1つのインバータへの出力電圧を維持するよう制御される電源制御システムが知られている(特許文献1)。
特開2003-209969号公報
 しかしながら、上記の従来技術では、外部電源により電池を充電する場合には、外部電源からの電力を、DC/DCコンバータを介して、電池に供給しなければならないため、DC/DCコンバータを動作することで発生するノイズが、外部電源に悪影響を及ぼす、という問題があった。
 本発明は、外部電源によるバッテリの充電時において、ノイズの発生を抑制することができる電源装置を提供する。
 本発明は、第1バッテリと第2バッテリとの間に、少なくとも第1バッテリの直流電力を変換して第1負荷又は第2バッテリに直流電力を出力する第1電力変換器と、外部電源により第1バッテリを充電している場合に、第1電力変換器の動作を停止させる制御部とを備えることによって上記課題を解決する。
 本発明は、外部電源により第1バッテリを充電する際には、充電電力が第1電力変換器を介さずに第1バッテリに供給され、第1電力変換器を動作させることなく、第1バッテリを充電することができるため、第1電力変換器からのノイズの発生を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る電源装置のブロック図である。 図1のバッテリにおける、充電状態に対する出力電圧の特性を示すグラフである。 図1の電源装置及び外部充電装置のブロック図である。 (a)及び(b)は、図1のバッテリにおける、時間に対する充電状態の特性を示すグラフであり、(c)図1の双方向電力変換部における、動作モードの遷移を説明するためのグラフである。 (a)及び(b)は、図1のバッテリにおける、時間に対する充電状態の特性を示すグラフであり、(c)図1の双方向電力変換部における、動作モードの遷移を説明するためのグラフである。 図1の電源装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電源装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電源装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電源装置のブロック図である。 図9の電源装置において、(a)はバッテリの充電状態(SOC)に対する出力電圧(V)の特性を、(b)はバッテリの充電状態(SOC)に対する双方向電力変換部の2次側の出力電圧(Vc2)の特性を、(c)はバッテリ11の(SOC)に対する双方向電力変換部の動作状態を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施形態に係る電源装置において、(a)は時間に対するバッテリのSOC特性を示し、(b)は時間に対するバッテリのSOC特性を示し、(c)はバッテリの充電制御モードの遷移を説明し、(d)はバッテリの充電制御モードの遷移を説明するグラフである。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 
《第1実施形態》
 図1は、本発明の実施形態に係る電源装置のブロック図である。本例の電源装置は、例えば車両に搭載されるが、必ずしも車両に限らず、車両以外の他の装置に適用してもよい。
 電源装置1は、バッテリ11、12と、インバータ20と、モータ30と、双方向電力変換部41と、負荷51a~51dと、DC/DCコンバータ60と、コントローラ100とを備えている。
 バッテリ11は、二次電池111と、リレースイッチ112とを有している。二次電池111は、リチウムイオン電池等の二次電池であり、複数の二次電池を直列接続されることで構成されている。リレースイッチ112は、バッテリ11と、インバータ20及び双方向電力変換部41との間を、電気的に導通し、あるいは、遮断するための接点スイッチです。リレースイッチ112は、メンテナンス時などを除いて、オン状態を維持している。バッテリ11は、高圧のバッテリであり、モータ30に電力を供給し、モータ30を駆動させる際の主な電力源となる。
 バッテリ12は、二次電池111と、リレースイッチ112とを有している。二次電池111は、リチウムイオン電池等の二次電池であり、複数の二次電池を直列接続されることで構成されている。二次電池121及びスイッチ122の構成は、二次電池111及びスイッチ112の構成と基本的には同じ構成である。バッテリ12は、バッテリ11と比較して低圧なバッテリである。そのため、二次電池111及び二次電池121を同じ電池で構成した場合には、二次電池111の数は二次電池121の数より多くなる。バッテリ12の電力は、主に負荷51a、51bに供給される。
 図2に、バッテリ11、12の充電状態に対する出力電圧特性を示す。二次電池において、充電状態(SOC)と出力電圧(Vo)との間には、相関性が有ることが知られており、図2に示すような特性をもっている。そして、バッテリ11はバッテリ12と比較して高圧なバッテリであるため、同じSOCであっても、バッテリ11の満充電電圧の方が、バッテリ12の満充電電圧より高くなり、バッテリ11の出力電圧(V)及びバッテリ12の出力電圧(V)は0(%)~100(%)のSOCで、以下の関係式が成り立つ。
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 図1に戻り、インバータ20は、一対の電源線により、バッテリ11の両端に接続されている。インバータ20は、バッテリ11から出力される直流電力を交流電力に変換してモータ30に出力する変換回路であって、FET等の複数のスイッチング素子等を接続した回路で構成されている。また、インバータ20は、モータ30の回生時には、モータ30からの直流電力を交流電力に変換して出力する。
 モータ30は、三相交流電力の永久磁石モータであり、走行駆動源として駆動し、車両の駆動軸(図示しない)に結合されており、駆動軸を介して車両を回転させる。モータ30は、インバータ20に接続されている。モータ30は、回生時には、発電機としても機能する。
 負荷51a、51bは、一対の電源線により、バッテリ12の両端に接続されている。負荷51a、51bはモータ30とは異なる負荷であり、エアコンなどの装置である。
 双方向電力変換部41は、双方向で、直流電力を直流電力に変換して出力する変換回路である。双方向電力変換部41は、バッテリ11とバッテリ12との間に接続され、バッテリ11の両端に接続されている電源線とバッテリ12の両端に接続されている電源線との間に接続されている。バッテリ11、インバータ20及びモータ30で形成される回路側を、1次側とし、バッテリ12と負荷51a、51bで形成される回路側を2次側とする。双方向電力変換部41は、1次側から入力される直流電力を降圧して2次側に供給し、また、2次側から入力される直流電力を昇圧して2次側に供給する。
 双方向電力変換部41は、昇降圧チョッパ回路等により形成され、昇降圧チョッパ回路に含まれる、トランジスタなどのスイッチング素子のオン及びオフの切り換え、あるいは、当該スイッチング素子のオン状態を維持させることで、電力を変換する。すなわち双方向電力変換部41の動作は、1次側から2次側へ電力を出力する場合には、降圧動作となり、2次側から1次側へは昇圧動作となる。
 DC/DCコンバータ60は、バッテリ12からの出力電力、または、バッテリ11から双方向電力変換部41を介して出力される出力電力を、直流電力に変換して、バッテリ13に出力し、バッテリ13及び負荷51c、51dに電力を供給する。バッテリ13及び負荷51c、51dで形成される回路側を3次側とする。DC/DCコンバータ60は2次側から供給される直流電力を降圧して3次側に出力する回路となる。
 また、バッテリ11及びバッテリ12との間には、上記の式(1)に示す関係式が成り立っており、双方電力変換部41は1次側から2次側へ降圧させるコンバータである。そのため、DC/DCコンバータの2次側の入力には、バッテリ11の電圧と比較して、低電圧で電力が入力される。そのため、DC/DCコンバータ60は、2次側(高圧側)で部品耐圧を下げることができ、部品の小型化を図る。
 バッテリ13は、リチウムイオン電池等の二次電池により構成され、低圧バッテリである。バッテリ13は、DC/DCコンバータ60の出力側に接続されている。負荷51c、51dは、ナビゲーションシステムのディスプレイなどの補機類であり、バッテリ13に接続されている。バッテリ13は、主の補機類を駆動させるための電力源となる。
 コントローラ100は、インバータ20、双方向電力変換部41及びDC/DCコンバータ60を制御する制御部である。コントローラ100は、バッテリ11からインバータ20に入力される入力電圧、モータ30の相電流、及び、外部から入力されるトルク指令に基づき、インバータ20に含まれるスイッチング素子のスイッチングを切り換える駆動信号を生成して、インバータ20に出力することで、インバータ20を制御する。
 コントローラ100は、バッテリ11、12の充電状態(SOC:State of Charge)、モータの動作状態に基づいて、双方向電力変換部41を制御する。コントローラ100は、車両の運転中に限らず、外部電源によりバッテリ11を充電している時にも、双方向電力変換部41を制御する。
 また、コントローラ100は、バッテリ13の充電状態に応じて、DC/DCコンバータ60を制御して、2次側からの電力を3次側に供給し、バッテリ13を充電する。
 次に、バッテリ11を外部電源により充電している場合における、本例の電源装置について、図3を用いて説明する。図3は、本例の電源装置及び外部充電装置のブロック図である。
 外部充電装置70は、外部電源71及び充電器72を備えている。外部充電装置70は、車両を駐車させる自宅の駐車場や公共施設などに定置されている。外部電源71は、交流電源である。充電器72は、外部電源71の交流電力を直流電力に変換して、車両側のバッテリ11に供給し、バッテリ11を充電する装置である。また外部充電装置70は、バッテリ11の充電状態に基づいて、充電器72の制御を行っている。充電器72に接続される配線の先端部分には、車両に設けられた充電ポート80に接続するための接続端子が設けられている。なお、図示は省略しているが、外部充電装置70には、充電器72を制御するコントローラ等も設けられている。
 充電ポート80は、車両側に設けられている充電口であって、外部充電装置70と電源装置1とを電気的に接続するための接続部分である。充電ポート80は、インバータ20とバッテリ11との間を接続する電源線に電気的に接続され、インバータ20の直流側に接続されている。そして、外部充電装置70の充電電力は、充電ポート80から入力され、インバータ20の直流側から双方向電力変換部41を介さず、バッテリ11に供給される。
 次に、コントローラ100の制御のうち、外部充電装置70によるバッテリ11の充電制御について、説明する。まず、充電ポート80に、外部充電装置70が接続され、外部充電装置70と電源装置1との間で導通状態となると、コントローラ100は、外部充電装置70による充電準備になったことを認識する。
 コントローラ100は、外部充電装置70からバッテリ11に電力を供給するために、双方向電力変換部41の動作を停止する。具体的には、コントローラ100は、双方向電力変換部41に設けられた昇降圧チョッパ回路のスイッチング素子をオフ状態にする。これにより、電源装置1において、1次側と2次側との間の電気的な導通は遮断される。
 また、電源装置1には、バッテリ11の端子間の電圧を検出する電圧センサ(図示しない)が、バッテリ11とインバータ20との間に接続されおり、コントローラ100は、当該電圧センサの電圧からバッテリの充電状態(SOC)を管理している。
 そして、コントローラ100は、双方向電力変換部41の動作を停止させた状態で、外部充電装置70に対して、電源装置1側も充電準備状態になったことを示す信号を、外部充電装置70に送信する。またコントローラ100は、当該信号に、現時点でのバッテリ11の空容量の情報も、外部充電装置70に送信する。
 外部充電装置70は、コントローラ100からの信号を受信し、バッテリ11を充電するための充電電力を及び充電時間を設定して、外部充電装置70の使用者による充電を開始させるための操作に基づいて、充電を開始する。そして、バッテリ11の充電状態が満充電容量または充電開始時に設定された目標充電状態に達すると、外部充電装置70は、充電制御を終了し、充電ポート80から接続端子が外される。すなわち、本例の電源装置1は、双方向電力変換部41の動作を停止させた状態で、バッテリ11を充電する。
 ところで、従来では、外部充電装置70の接続部分(本例の充電ポート80に相当)とバッテリ11との間に、コンバータが接続されていたため、外部電源によりバッテリ11を充電した場合に、当該コンバータにより充電電力の損失が大きくなっていた。
 一方、本例では、充電ポート80とバッテリ11との間に、コンバータなどの電力変換装置を接続していないため、外部電源によりバッテリ11を充電した場合に、充電電力の損失を抑制し、充電時間を短縮化することができる。また、本例は、外部充電装置70によるバッテリ11を充電中に、コントローラ100は双方向電力変換部の動作を停止させている。そのため、バッテリ11の充電中に、負荷51c、51d等の補機類を、バッテリ13の電力で動作させたとしても、当該補機類の高周波ノイズが、双方向電力変換部41で遮断される。さらに、双方向電力変換部41の動作は停止状態のため、双方向電力変換部41からのノイズの発生も抑制することができる。また、負荷51c、51d等の補機類を、バッテリ12の電力で動作させたとしても、DC/DCコンバータ60の高周波ノイズが双方向電力変換部41で遮断される。これにより、本例は、バッテリ11の充電中における、2次側あるいは3次側で発生した高周波ノイズが、1次側及び外部充電装置70に漏洩することを抑制することができる。
 次に、コントローラ100の制御のうち、モータ30が力行動作している場合の制御について、図1を用いて、説明する。
 バッテリ12には、バッテリ12を保護するために、放電の限度を示す放電限度閾値(SOC)が予め設定されている。図2において、SOCの変化に対して出力電圧が急激に下降するSOCを、放電限度閾値(SOC)に設定する。コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)が当該閾値(SOC)より低くならないように、バッテリ12のSOCを管理している。また、双方向電力変換部41を動作させるための動作閾値(SOC)を、バッテリ12の充電状態(SOC)で設定している。動作閾値(SOC)は放電限度閾値(SOC)より高い値に設定されている。そして、バッテリ12のSOCが動作閾値(SOC)以上である場合には、コントローラ100は双方向電力変換部41の動作を停止させ、バッテリ12のSOCが動作閾値(SOC)未満である場合には、コントローラ100は双方向電力変換部41を動作させる。
 また、コントローラ100は、双方向電力変換部41を動作させる際には、双方向電力変換部41の出力電流(2次側への出力電流)に基づいて双方向電力変換部41を制御する電流制御モードと、双方向電力変換部41の出力電圧(2次側への出力電圧)に基づいて双方向電力変換部41を制御する電圧制御モードの一方を選択して、双方向電力変換部41を制御する。
 双方電力変換部41の2次側の出力には、出力電流を検出する電流センサ、及び、出力電圧を検出する電圧センサが、それぞれ接続されている。なお、電流センサ及び電圧センサのいずれ一方のセンサで、出力電圧及び出力電流を検出できる場合には、いずれか一方のセンサを設ければよい。
 電流制御モードでは、コントローラ100は、負荷51a~51dの要求電力に応じて、バッテリ11から双方向電力変換部41を介して2次側に供給する電力を設定する。そして、コントローラ100は、双方向電力変換部41の2次側の出力電流が、供給電力を出力するための電流になるように、双方向電力変換部41に設けられたスイッチング素子をスイッチング動作させる。これにより、本例は、双方向電力変換部41の2次側の出力電流に基づいて、双方向電力変換部41の電流制御を行っている。
 一方、電圧制御モードでは、コントローラ100は、バッテリ12の出力電圧と、双方向電力変換部41の2次側の出力電圧が同電圧になるように、双方向電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作させる。バッテリ12の出力電圧と、双方向変換部41の2次側の出力電圧が同電圧である場合には、バッテリ12からの放電が抑制され、双方向電力変換部41を介してバッテリ11の出力電力が、負荷51a~51dに供給される。これにより、本例は、双方向電力変換部41の2次側の出力電圧に基づいて、双方向電力変換部41の電圧制御を行っている。
 コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より高い場合には、双方向電力変換部41の動作を停止させる(非動作モード)。また、コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)以下であり、放電限度閾値(SOC)より高い場合には、双方向電力変換部41を電流制御で動作させる。また、コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)が放電限度閾値(SOC)以下である場合には、双方向電力変換部41を電圧制御で動作させる。
 次に、図4を用いて、モータ30が力行動作している場合の、制御モードの遷移について説明する。図4(a)は時間に対するバッテリ11のSOC特性を、図4(b)は時間に対するバッテリ12のSOC特性を、図4(c)は双方向電力変換部41の動作モードの推移を説明するためのグラフである。なお、バッテリ11の充電状態をSOCとし、バッテリ12の充電状態をSOCとする。また、初期条件として、バッテリ11のSOCは、モータ30を駆動するために十分に高い状態であり、バッテリ12のSOCは、負荷51a~51を動作するために十分に高い状態である。
 車両の運転中に、モータ30が力行動作している場合には、バッテリ11の電力を消費しているため、図4(a)に示すように、バッテリ11の充電状態(SOC)は時間の経過とともに下がっている。また、負荷51a~51dを、バッテリ12の電力で動作させている場合には、図4(b)に示すように、バッテリ12の充電状態(SOC)は時間の経過とともに下がっている。この時、バッテリ12の充電状態(SOC)は、動作閾値(SOC)より高いため、双方向電力変換部41の動作は停止される(非動作モード)。これにより、双方向電力変換部41の動作が停止されているため、負荷51a~51d、又は、DC/DCコンバータ60から発生する高周波ノイズが1次側に漏洩することを防ぐ。また、バッテリ12のSOCは高いため、バッテリ11の電力で負荷51a、51bを動作させなくても、バッテリ12の過放電を防ぐことができる。
 そして、車両の運転を継続させて、時間(t)になると、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)に達するため、コントローラ100は、双方向電力変換部41を電流制御モードで動作させる。これにより、バッテリ11の電力が双方向電力変換部41を介して負荷51a~51dに供給されるため、バッテリ11の放電が抑制される。図4(b)に示すように、時間(0)から時間(t)までの充電状態(SOC)の傾きより、時間(t)から時間(t)までの充電状態(SOC)の傾きの方が小さくなっている。
 さらに、車両の運転を継続させて、時間(t)になると、バッテリ12の充電状態(SOC)が放電限度閾値(SOC)に達するため、コントローラ100は、電流制御モードから電圧制御モードに切り換えて、双方向電力変換部41を動作させる。これにより、双方向電力変換部41を介して、バッテリ11の電力が負荷51a~51dに供給される電力が大きくなり、またバッテリ12の過放電が抑制される。図4(b)に示すように、時間(t)から時間(t)までの充電状態(SOC)の傾きより、時間(t)から時間(t)までの充電状態(SOC)の傾きの方が小さくなり、時間(t)から時間(t)までの充電状態(SOC)の傾きはゼロになっている。
 次に、コントローラ100の制御のうち、モータ30が回生動作している場合の制御について、図1を用いて説明する。
 バッテリ11には、バッテリ12を保護するために、モータ30の回生による充電を制限する回生限度閾値(SOC)が予め設定されている。コントローラ100は、バッテリ11の充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)より低い場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部41の動作を停止させて、モータ30の回生により発電した電力をバッテリ11に供給して、バッテリ11を充電する。
 一方、バッテリ11の充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)より高い場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部41を動作させて、モータ30の回生により発電した電力を2次側に供給して、バッテリ12を充電する。この際、コントローラ100は、双方向電力変換部41の1次側の入力電圧を、バッテリ11の充電状態(SOC)に対応するバッテリ11の出力電圧と同電圧になるように、双方向電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作させる。すなわち、コントローラ100は、電圧制御により双方向電力変換部41を制御して、バッテリ12を充電する。これにより、回生によるバッテリ12の充電中に、バッテリ11の電圧が上昇し、過充電になることを防ぐ。なお、回生による充電の際に、バッテリ12の充電容量が高く、満充電に近い場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部4を動作させず、2次側に電力を供給しない。
 次に、図5を用いて、モータが力行動作している場合、及びモータが回生動作している場合の、制御モードの遷移について説明する。図5(a)は時間に対するバッテリ11のSOC特性を、図5(b)は時間に対するバッテリ12のSOC特性を、図5(c)は双方向電力変換部41の動作モードの推移を説明するためのグラフである。初期条件として、バッテリ11の充電状態(SOC)は回生限度閾値(SOC)より高く、バッテリ12のSOCは動作閾値(SOC)より高いとする。また、モータ30は、時間(0)から時間(t)の間、時間(t)から時間(t)の間に、力行動作を行い、時間(t)から時間(t)の間、時間(t)から時間(t)の間に回生動作をしたとする。
 時間(0)から時間(t)の間には、モータ30は力行動作をしているため、バッテリ11の充電状態(SOC)は下がっている。また、バッテリ12の電力は負荷51a~51dに供給しているため、バッテリ12の充電状態(SOC)も下がる。
 時間(t)で、モータ30が力行動作から回生動作に切り替わると、この時点で、バッテリ11の充電状態(SOC)は回生限度閾値(SOC)より高いため、コントローラ100は、双方向電力変換部41を電圧制御して、モータ30の回生動作により発生した電力を、バッテリ12に供給する。
 時間(t)で、モータ30が回生動作から力行動作に切り替わると、コントローラ100は、双方向電力変換部41の動作を停止させる。そして、時間(t)で、モータ30が力行動作から回生動作に切り替わると、この時点で、バッテリ11の充電状態(SOC)は回生限度閾値(SOC)より低いため、コントローラ100は、双方向電力変換部41の動作を停止させて、モータ30の回生動作により発生した電力を、バッテリ11に供給する。これにより、モータ30の回生動作時に、バッテリ11、12の過充電を防ぎつつ、バッテリ11、12を充電する。
 次に、図6を用いて、本例の電源装置の制御手順を説明する。図6は、本例の電源装置の制御手順を示すフローチャートである。なお、図6に示すステップは所定の周期で繰り返し行われている。
 ステップS1にて、コントローラ100は、モータ30の動作状態を確認し、モータ30が力行動作を行っているか否かを判断する。モータ30の動作状態は、アクセ開度や車速等により特定してもよい。モータ30が力行動作中である場合には、ステップS2にて、コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)と動作閾値(SOC)とを比較する。
 充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)以下である場合には、ステップS3にて、コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)と放電制限閾値(SOC)とを比較する。充電状態(SOC)が放電制限閾値(SOC)より高い場合には、ステップS4にて、コントローラ100は、電流制御モードに設定して、双方向電力変換部41の2次側の出力電流に基づき、双方向電力変換部41を制御する。これにより、バッテリ11及びバッテリ12の電力を負荷51a、51bに供給する。
 ステップS3に戻り、充電状態(SOC)が放電制限閾値(SOC)以下である場合には、ステップS5にて、コントローラ100は、電圧制御モードに設定して、双方向電力変換部41の2次側の出力電圧に基づき、双方向電力変換部41を制御する。これにより、バッテリ11の電力を負荷51a、51bに供給する。
 ステップS2に戻り、充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より高い場合には、ステップS6にて、コントローラ100は、非動作モードに設定して、双方向電力変換部41の動作を停止させる。これにより、バッテリ12の電力を負荷51a、51bに供給する。
 ステップS1に戻り、モータ30が力行動作をしていない場合には、ステップS7にて、モータ30が回生動作を行っているか否かを判断する。モータ30が回生動作を行っている場合には、ステップS8にて、コントローラ100は、バッテリ11の充電状態(SOC)と回生限度閾値(SOC)とを比較する。
 充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)より高い場合には、ステップS9にて、コントローラ100は、バッテリ12の充電状態(SOC)と回生限度閾値(SOC)とを比較する。なお、回生限度閾値(SOC)は、バッテリ11の回生限度閾値(SOC)と同様な、バッテリ12に設定される閾値である。
 バッテリ12の充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)より低い場合には、ステップS10にて、コントローラ100は、電圧制御モードに設定して、双方向電力変換部41の1次側の出力電圧に基づき、双方向電力変換部41を制御する。これにより、バッテリ12が充電される。
 ステップS9に戻り、充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)以上である場合には、コントローラ100は、非動作モードに設定して、双方向電力変換部41の動作を停止させ、バッテリ11、12共に充電しない。
 ステップS8に戻り、充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)以下である場合には、コントローラ100は、非動作モードに設定して、双方向電力変換部41の動作を停止させ、バッテリ11を充電する。ステップS7に戻り、モータ30が回生動作をしていない場合には、ステップS12にて、コントローラ100は、非動作モードに設定して、双方向電力変換部41の動作を停止させる。
 上記のように、本例は、バッテリ11とバッテリ12との間に、双方向電力変換部41を接続し、外部充電装置70によりバッテリ11を充電する場合には、コントローラ100により双方向電力変換部41の動作を停止させる。これにより、外部充電装置70からの電力が双方向電力変換部41を介さずにバッテリ11に供給されるため、双方向電力変換部41の損失を抑制し、充電時間を短縮化することができる。また、双方向電力変換部41の2次側に接続された補機類やコンバータなどにより発生する高周波ノイズが、バッテリ11を含む1次側の回路や外部充電装置70に漏洩することを防ぐことができる。また、外部充電装置70を用いて、バッテリ11を充電している場合には、双方向電力変換部41の動作が停止しているため、双方向電力変換部41におけるノイズの発生を抑制することができる。
 また、本例において、外部電源装置70の充電電力は、インバータ20の直流側から双方向電力変換部41を介さずにバッテリ11に供給される。これにより、外部充電装置70を用いて、バッテリ11を充電している場合には、双方向電力変換部41の損失を抑制し、充電時間を短縮化することができる。また、外部充電装置70を用いて、バッテリ11を充電する場合には、双方向電力変換部41の動作を停止させることができるため、双方向電力変換部41におけるノイズの発生を抑制することができる。
 また本例において、バッテリ11の満充電電圧はバッテリ12の満充電電圧より高い。これにより、DC/DCコンバータ60における、2次側(高圧側)の部品耐圧を下げることができ、部品の小型化を図る。
 また、本例において、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より高い場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部41の動作を停止させる。これにより、2次側又は3次側の負荷51a~51dあるいはDC/DCコンバータ70で発生した高周波ノイズが、バッテリ11を含む1次側の回路に漏洩することを防ぐことができる。また、バッテリ11の電力を用いず、バッテリ12の電力で補機51a、51bを動作させることができるため、バッテリ11の電力消費を抑えることができ、その結果として、走行距離を伸ばすことができる。
 また本例は、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より低い場合には、双方向電力変換部41を動作させて、バッテリ11の電力を双方向電力変換部41を介して負荷51a、51bに供給する。これにより、充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より低くなった場合に、バッテリ12の充電状態(SOC)の降下を緩やかにすることができるため、バッテリ12の過放電を防ぐことができる。
 また本例は、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より低く、かつ、放電限度閾値(SOC)より高い場合には、双方向電力変換部41から負荷51a、51bに出力される出力電流を制御して、バッテリ11及びバッテリ12の電力を負荷51a、51bに供給する。これにより、充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より低くなった場合に、バッテリ12の充電状態(SOC)の降下を緩やかにすることができるため、バッテリ12の過放電を防ぐことができる。
 また本例は、バッテリ12の充電状態(SOC)が放電限度閾値(SOC)より低い場合には、バッテリ12の出力電圧に基づいて、双方向電力変換部41から負荷51a、51bへの出力電圧を制御して、バッテリ11の電力を負荷51a、51bに供給し、バッテリ12の放電を抑制する。これにより、放電限度閾値(SOC)付近で、バッテリ12の出力電圧が急激に低下することを防ぐことができる。
 また本例は、モータ30の回生による電力を、インバータ20及び双方向電力変換部41を介して、バッテリ12に供給して、バッテリ12を充電する。これにより、モータ30の回生により発生したエネルギーを効率よく利用することができ、またバッテリ11の過充電を防ぐことができる。
 なお、本例において、モータ30の回生動作中、バッテリ11の充電状態(SOC)が回生限度閾値(SOC)より高い場合には、回生により発生した電力をバッテリ12に供給したが、バッテリ12の充電状態(SOC)も回生限度閾値(SOC)より高い場合には、回生により発生した電力を負荷51a~51dに供給してもよい。これにより、モータ30の回生により発生したエネルギーを効率よく利用することができ、またバッテリ11、12の過充電を防ぐことができる。
 なお、本例において、双方向電力変換部41は、1次側からの電力及び2次側からの電力をそれぞれ変換して出力する、双方向に変換可能なコンバータであるが、少なくとも1次側からの直流電力を変換して、2次側に直流電力を出力するコンバータであってもよい。
 上記のバッテリ11が本発明の「第1バッテリ」に相当し、バッテリ12が本発明の「第2バッテリ」に相当し、双方向電力変換部41が「第1電力変換器」に相当し、コントローラ100が「制御部」に相当する。
《第2実施形態》
 図7は、発明の他の実施形態に係る電源装置及び外部充電装置のブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、バッテリ14及び双方向電力変換部42を追加する点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、その記載を援用する。
 電源装置1は、バッテリ14及び双方向電力変換部42をさらに備えている。バッテリ14は、二次電池141と、リレースイッチ142とを有している。二次電池141は、リチウムイオン電池等の二次電池であり、複数の二次電池を直列接続されることで構成されている。リレースイッチ142は、バッテリ14と、双方向電力変換部42との間を、電気的に導通し、あるいは、遮断するためのスイッチです。リレースイッチ142は、メンテナンス時などを除いて、オン状態を維持している。バッテリ14は、バッテリ11より低い低圧のバッテリであり、主に負荷51a~51dを動作するためのバッテリである。
 双方向電力変換部42は、双方向で、直流電力を直流電力に変換して出力する変換回路である。双方向電力変換部42は、バッテリ14とバッテリ12との間に接続され、バッテリ14の両端に接続されている電源線とバッテリ12の両端に接続されている電源線との間に接続されている。バッテリ14と双方向電力変換部42で形成される回路側を3次側とする。双方向電力変換部42は、3次側から入力される直流電力を変換して2次側に供給し、また、2次側から入力される直流電力を変換して3次側に供給する。
 双方向電力変換部42は、昇降圧チョッパ回路等により形成されている。これにより、バッテリ14の電力は、双方向電力変換部42で変換されて、負荷51a、51b及びDC/DCコンバータ60に供給される。コントローラ100は、バッテリ12の電圧及びバッテリ14の電圧に基づき、双方向電力変換部42を制御する。
 次に、コントローラ100による、双方向電力変換部42の制御について説明する。負荷51c、51dの動作中に、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)以下になった場合には、DC/DCコンバータ60への入力電圧が下がり、DC/DCコンバータ60の効率が下がるため、DC/DCコンバータ60への入力電圧を上げなければならない。かかる場合に、第1実施形態では、双方向電力変換部4を動作させて、バッテリ41の電力を2次側の回路に供給していたが、本例では、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)以下になった場合に、バッテリ14の充電状態(SOC)に応じて、双方向電力変換部42を動作させて、バッテリ14の電力を2次側の回路に供給する。すなわち、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)以下になった場合には、バッテリ11の電力よりもバッテリ14の電力を2次側の回路に優先的に供給する。
 コントローラ100は、バッテリ12の残容量が少なくなり、バッテリ12のセンサの検出電圧から、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)以下になったことを検出すると、現在の状態で、バッテリ12からの電力供給を続けると、バッテリ12が過放電になる可能性があると判断する。そして、コントローラ100は、バッテリ14の充電容量と、バッテリ14の放電限度閾値(SOC)とを比較する。放電限度閾値は、予め設定されている閾値であって、バッテリ14を保護するための、放電の限度を示す閾値である。
 バッテリ14の充電容量が放電限度閾値(SOC)より高い場合には、コントローラ100は双方向電力変換部42を電流制御して、バッテリ14の電力を2次側の回路に供給する。また、コントローラ100は双方向電力変換部41の動作を停止させて、バッテリ11の電力は2次側の回路に供給しないように、双方向電力変換部41を制御する。これにより、バッテリ12の電力だけはなく、バッテリ14の電力も、負荷51a~51d及びDC/DCコンバータ60に供給することができるため、DC/DCコンバータ60の効率の低下を防ぎつつ、バッテリ12の過放電を防ぐことができる。さらに、双方向電力変換部41は動作していないため、DC/DCコンバータ60、負荷51a~51d及び双方向電力変換部42で発生した高周波ノイズが、1次側の回路に漏洩することも防ぐことができる。
 外部充電装置70によりバッテリ11を充電する際には、コントローラ100は、双方向電力変換部41及び双方向電力変換部42を停止させて、バッテリ11を充電する。これにより、外部電源71によるバッテリ11の充電中に、双方向電力変換部41及び双方向電力変換部42からのノイズの発生を抑制することができる。
 上記の通り、本例は、バッテリ12とバッテリ14との間に、バッテリ14の直流電力を変換して、負荷51a~51d及びDC/DCコンバータ60に直流電力を供給する双方向電力変換部42を備えている。これにより、外部充電装置70からの電力が双方向電力変換部41、42を介さずにバッテリ11に供給されるため、双方向電力変換部41の損失を抑制し、充電時間を短縮化することができる。また、双方向電力変換部41、42からのノイズの発生を抑制することができる。
 また本例は、バッテリ12の充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より低い場合には、双方向電力変換部42を動作させて、バッテリ14の電力を双方向電力変換部42を介して負荷51a、51bに供給する。これにより、充電状態(SOC)が動作閾値(SOC)より低くなった場合に、バッテリ12の充電状態(SOC)の降下を緩やかにすることができるため、バッテリ12の過放電を防ぐことができる。また、この際に、双方向電力変換部41は停止しているため、2次側又は3次側で発生したノイズが1次側に漏洩することを抑制することができる。
《第3実施形態》
 図8は、発明の他の実施形態に係る電源装置及び外部充電装置のブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、バッテリ12が電源装置1から取り外し可能である点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1実施形態及び第2実施形態の記載を適宜、援用する。
 本例の電源装置1に設けられているバッテリ12は、電源装置1から取り外し可能なバッテリであり、外部充電装置90に接続して、外部電源91により充電可能なバッテリである。外部充電装置90は、外部充電装置70と比較して小型の充電装置であって、住宅内に設定可能な充電装置である。外部電源91は家庭用の100V又は200Vの交流電源である。充電器92の構成は充電器72と同じである。バッテリ15は、バッテリ12と同様のバッテリであって、バッテリ12の予備(補助)バッテリである。
 これにより、例えば、本例の電源装置を備えた車両のユーザがマンションや団地などの総合住宅に住んでいて、ユーザ所有の駐車場に、外部充電装置が設置されていない場合には、バッテリ12を住宅内に持ち込み、外部充電装置90を用いて、家庭用電源である外部電源91からバッテリ12を充電することができる。また、バッテリ12の充電中に、予備のバッテリ15を電源装置に搭載することで、バッテリ12の充電中に、車両を駆動させることができる。
 またバッテリ11及び補助バッテリ15の容量が少なく、バッテリ12の充電容量が満充電容量に達している場合には、補助バッテリ15とバッテリ12を入れ替えることで、電源装置1内で、充電を必要とするバッテリはバッテリ1のみになる。そのため、バッテリ11及び補助バッテリ15を電源装置1に搭載していた場合と比べて、本発明は、補助バッテリ15とバッテリ12とを入れ替えることで、全体の充電時間を短くすることができる。
《第4実施形態》
 図9は、発明の他の実施形態に係る電源装置のブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、バッテリ12を接続していない点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1~第3実施形態の記載を適宜、援用する。
 図9に示すように、本例の電源装置1には、バッテリ12が接続されていない。そのため、電源装置1を備えた車両の走行中、バッテリ11は、モータ30だけではなく、負荷51a~51dにも電力を供給する。
 制御部10は、バッテリ11の充電状態(SOC)又は出力電圧(V)に基づいて、双方向電力変換部41を制御して、バッテリ11の電力をDC/DCコンバータ60に供給する。なお、バッテリ11の充電状態(SOC)と出力電圧(V)との間には、図2に示すような相関性があるため、コントローラ100において、バッテリ1の出力電圧を検出することは、充電状態を検出することと等価である。
 DC/DCコンバータ60には、DC/DCコンバータ60への入力電圧(2次側の回路から入力される入力電圧)に対して、動作する電圧範囲(Vcd)が予め設定されている。そして、DC/DCコンバータ60を動作させるためには、入力電圧を動作電圧範囲内に収めなければならない。バッテリ11は、高圧バッテリであり、バッテリ11の充電状態(SOC)が高い場合には、バッテリ11の出力電圧は、動作範囲の上限電圧よりも高くなっている。
 コントローラ100は、バッテリ11の出力電圧と、DC/DCコンバータ60の動作範囲とを比較して、出力電圧が動作範囲の上限電圧より高い場合には、双方向電力変換部41のスイッチング素子のオン、オフを切り換えることで、1次側からの入力電圧を降圧させて、2次側への出力電圧を動作電圧範囲内に収める。双方向電力変換部41の2次側への出力電圧は、DC/DCコンバータ60に、大きな電圧変動なく入力される。これにより、コントローラ100は、バッテリ11の出力電圧に応じて、双方向電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作させて、バッテリ11の出力電圧をDC/DCコンバータ60の電圧動作範囲内に降圧させる。
 一方、バッテリ11の出力電圧が、動作電圧範囲の上限電圧より低く、動作電圧範囲内である場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態のままにして、1次側からの入力電圧の降下電圧を小さくして、2次側に出力させる。双方向電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作せず、オン状態のままで維持させた場合には、双方向電力変換部41の入出力間における電圧降下は、スイッチング素子のオン抵抗による電圧降下となる。すなわち、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態に維持させた場合の電圧降下は、スイッチング素子をスイッチング動作させた場合の電圧降下と比較して、小さくなる。そのため、本例では、バッテリ11の出力電圧が動作範囲内である場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態のままにして、バッテリ1の電力をDC/DCコンバータ60に入力させる。
 次に、図10を用いて、バッテリ11のSOC、バッテリ11の出力電圧(V)、双方向電力変換部41の2次側の出力電圧(Vc2)、及び、双方向電力変換部41の動作状態の関係を説明する。図10(a)はバッテリ11のSOCに対する出力電圧(V)の特性を、図10(b)はバッテリ11のSOCに対する双方向電力変換部41の2次側の出力電圧(Vc2)の特性を、図10(c)はバッテリ11のSOCに対する双方向電力変換部41の動作状態を説明するためのグラフである。
 双方向電力変換部41の電圧の動作電圧範囲をVcdとすると、バッテリ11の出力電圧(V)が動作電圧範囲(Vcd)の上限電圧(Vh1)となる点が、双方向電力変換部41の動作状態の変化点となる。そして、バッテリ11の充電状態と出力電圧との間には、図2に示す相関性があるため、バッテリ11の出力電圧(Vh1)に対応するバッテリ11の充電状態(SOCh1)が、双方向電力変換部41の動作状態の変化点となる。
 図10に示すように、バッテリ11の充電状態がSOCh1(%)から100パーセントの間では、バッテリ11の出力電圧(V)が上限電圧(Vh1)より高い。コントローラ100は、出力電圧(V)を上限電圧(Vh1)に降圧させるために、双方向電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作させる。これにより、図10(b)に示すように、双方向電力変換部41の2次側の出力電圧(Vc2)は上限電圧(Vh1)以下となり、DC/DCコンバータ60を動作範囲内で動作させることができる。
 また、バッテリ11の充電状態が0パーセントからSOCh1(%)の間では、バッテリ11の出力電圧(V)は上限電圧(Vh1)以下であり、動作電圧範囲(Vcd)内である。コントローラ100は、出力電圧(V)を大きく降圧させなくてもよいため、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態で維持させる。これにより、図10(b)に示すように、双方向電力変換部41の2次側の出力電圧(Vc2)をDC/DCコンバータ60を動作電圧範囲内に収めることができる。
 上記のように、本例において、コントローラ100は、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態にして、バッテリ11の電圧をDC/DCコンバータ60の動作電圧の範囲内で、DC/DCコンバータ60に出力させる。これにより、バッテリ11の出力電圧に応じて、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態にしたままで、DC/DCコンバータ60に電力を供給させることができるため、双方電力変換部41における電力損失を抑制することができる。その結果として、本例の電源装置1を備えた車両の走行距離を伸ばすことができる。
 なお、本例は、バッテリ11の出力電圧(V)が上限電圧(Vh1)以下になった場合に、双方向電力変換部41のスイッチング素子をオン状態にしたが、スイッチング素子のオン抵抗による電圧降下分を考慮して、スイッチング素子をオン状態にするバッテリ11の出力電圧(V)の閾値電圧を、上限電圧(Vh1)より高い電圧に設定してもよい。
《第5実施形態》
 図11は、発明の他の実施形態に係る電源装置における、バッテリ11、12の電圧特性及び充電制御モードを説明するためのグラフである。本例では上述した第1実施形態に対して、バッテリ12の充電制御が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1~第4実施形態の記載を適宜、援用する。
 本例に係る電源装置1について、図3及び図11を用いて説明する。本例では、充電ポート80が外部充電装置70に接続されている場合に、バッテリ11及びバッテリ12を充電する。本例の電源装置1及び外部充電装置70の構成は、図3に示す構成と同様であるため説明を省略する。以下、コントローラ100による充電制御について説明する。
 コントローラ100は、外部充電装置70による充電制御を行う場合に、バッテリ12よりバッテリ11の充電を優先させる。そのため、まず、コントローラ100は、双方向電力変換部41を停止させて、外部充電装置70からの電力をバッテリ11に供給する。
 バッテリ11には、二次電池121の性質及び容量に応じて、満充電を示す充電状態として、満充電状態(SOCmax1)が設定されている。同様に、バッテリ12にも、満充電状態(SOCmax2)が設定されている。また、バッテリ11の充電からバッテリ12の充電に切り換えるための閾値充電状態(SOCch)が設定されている。閾値充電状態(SOCch)は満充電状態(SOCmax1)より低いSOCが設定されている。
 バッテリ11の充電状態が閾値充電状態(SOCch)以下である場合には、コントローラ100は、双方向電力変換部41を停止させた状態のままで、バッテリ11を充電する。
 一方、バッテリ11の充電状態が閾値充電状態(SOCch)より高くなると、コントローラ100は、一旦、外部電源装置70からの充電を停止させる。外部充電装置70からの充電を停止させるためには、コントローラ100が、外部充電装置70のコントローラ100に対して、充電を停止させる旨の信号を送信する。もしくは、コントローラ100が、充電器72を制御する機能を有している場合には、充電器72に対して、充電停止の制御信号を送信する。なお、この状態で、外部充電装置70と電源装置1との間は、電気的に接続されたままであり、外部充電装置70の接続端子は充電ポート80に接続された状態である。
 外部充電装置70からの充電が停止すると、コントローラ100は、双方向電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作させて、バッテリ11に充電された電力を、双方向電力変換部41を介して、バッテリ12に供給し、バッテリ12を充電する。
 コントローラ100は、バッテリ12の電圧からバッテリ12の充電状態を管理している。そして、バッテリ12の充電状態が満充電状態(SOCmax2)より低い場合には、双方向電力変換部41の動作を継続する。バッテリ12の充電状態が満充電状態(SOCmax2)に達すると、コントローラ100は、双方向電力変換部41の動作を停止する。
 そして、コントローラ100は、再び、外部充電装置70による、バッテリ11の充電制御を開始して、バッテリ11の充電容量が満充電容量(SOCmax1)になるまで充電する。
 次に、図11を用いて、バッテリ11、12の充電状態(SOC、SOC)と、バッテリ11、12の充電制御モードについて、時系列で説明する。図11(a)は時間に対するバッテリ11のSOC特性を示し、図11(b)は時間に対するバッテリ12のSOC特性を示し、図11(c)はバッテリ11の充電制御モードの遷移を説明し、図11(d)はバッテリ12の充電制御モードの遷移を説明するグラフである。なお、説明を容易にするために、初期条件として、バッテリ11、12の充電状態を0パーセントする。
 コントローラ100は、時間(0)で、外部充電装置70が接続されたことを認識すると、バッテリ11の充電制御モードを、充電モードに設定する。バッテリ11の充電制御モードを充電モードに設定した場合には、コントローラ100は双方電力変換部41を停止し、外部充電装置70からの電力をバッテリ11に供給する。時間(0)から時間(t)の間では、充電時間の経過と共に、バッテリ11の充電状態は徐々に高くなっていく。コントローラ100は、バッテリ11の充電中、バッテリ11の電圧からバッテリ11の充電状態を管理している。
 そして、時間(t)で、バッテリ11の充電状態が閾値充電状態(SOCch)に達するため、コントローラ100は、バッテリ11の充電制御モードを停止モードにし、バッテリ12の充電制御モードを充電モードとする。バッテリ12の充電制御モードを充電モードに設定した場合には、コントローラ100は双方電力変換部41のスイッチング素子をスイッチング動作させて、バッテリ11からの電力をバッテリ12に供給する。バッテリ11の充電制御モードは停止モードになり、コントローラ100は外部充電装置70からの電力供給を停止させる。
 時間(t)から時間(t)の間では、充電時間の経過と共に、バッテリ12の充電状態は徐々に高くなっていく。一方、バッテリ11の充電状態は、バッテリ12への電力供給に伴い、徐々に低下していく。コントローラ100は、バッテリ12の充電中、バッテリ12の電圧から、バッテリ12の充電状態を管理している。
 時間(t)で、バッテリ12の充電状態が満充電状態(SOCmax2)に達するため、コントローラ100は、バッテリ12の充電制御モードを停止モードにし、バッテリ11の充電制御モードを充電モードとする。そして、時間(t)から時間(t)の間に、バッテリ11の充電状態は再び上昇し、時間(t)で、バッテリ11の充電状態が満充電状態(SOCmax1)に達して、コントローラ100は、バッテリ11、12の充電制御を終了する。
 上記のように、本例は、バッテリ11の充電容量が閾値充電状態(SOCch)より高く、バッテリ12の充電容量が満充電状態(SOCmax2)より低い場合には、双方向電力変換部41を動作させて、バッテリ11の電力をバッテリ12に供給することでバッテリ12を充電し、バッテリ12の充電容量が満充電容量(SOCmax2)である場合には、双方向電力変換部41の動作を停止して、外部電源71からの電力をバッテリ11に供給して、バッテリ11を充電する。これにより、外部電源71からの電力による充電時には、双方向電力変換部41の動作が停止しているため、双方向電力変換部41によるノイズの発生を抑制することができる。またバッテリ12を充電させている時には、外部充電装置70は充電のための電力供給を行っていないため、双方向電力変換部41によりノイズが発生したとしても、外部充電装置70への動作に対する影響を防ぐことができる。
 なお、本例の閾値充電状態(SOCch)が本発明の「所定の閾値容量」に相当する。
100…電源装置
 11、12、13、14…バッテリ
  111、121、141…二次電池
  112、122、142…スイッチ
 20…インバータ
 30…モータ
 41…電力変換部
 51a~51d…負荷
 60…DC/DCコンバータ
 70、90…外部充電装置
  71、91…外部電源
  72、92…充電器
 80…充電ポート

Claims (11)

  1.  少なくともモータに電力を供給する第1バッテリと、
     前記モータ以外の第1負荷に電力を供給する第2バッテリと、
     前記第1バッテリと前記第2バッテリとの間に接続され、少なくとも前記第1バッテリの直流電力を変換して前記第1負荷又は前記第2バッテリに直流電力を出力する第1電力変換器と、
     外部電源により前記第1バッテリを充電する場合に、前記第1電力変換器の動作を停止させる制御部とを備える
    ことを特徴とする電源装置。
  2. 前記第1バッテリは、前記第1バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータを介して前記モータに接続され、
    前記外部電源により供給される充電電力は、前記インバータの直流側から前記第1電力変換器を介さずに前記第1バッテリに供給される
    ことを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  3. 前記第1バッテリの満充電電圧は、前記第2バッテリの満充電電圧より高い
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。
  4. 前記制御部は、
     前記第2バッテリの充電状態が予め設定された第1充電状態閾値より高い場合には、前記第1電力変換器の動作を停止させる
    ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の電源装置。
  5. 前記制御部は、
     前記第2バッテリの充電状態が予め設定された第1充電状態閾値より低い場合には、前記第1電力変換器を動作させて、前記第1バッテリの直流電力を前記第1電力変換器を介して前記第1負荷に供給する
    ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の電源装置。
  6. 前記制御部は、
     前記第2バッテリの充電状態が、前記第1充電状態閾値より低く、かつ、前記第1充電状態閾値より低い第2充電状態閾値より高い場合には、前記第1電力変換器から前記第1負荷に出力される出力電流を制御して、前記第1バッテリの直流電力及び前記第2バッテリの直流電力を前記第1負荷に供給する
    ことを特徴とする請求項5記載の電源装置。
  7. 前記制御部は、
     前記第2バッテリの充電状態が、前記第1充電状態閾値より低い第2充電状態閾値より低い場合には、前記第2バッテリの出力電圧に基づいて、前記第1電力変換器から前記第1負荷への出力電圧を制御して、前記第1バッテリの直流電力を前記第1負荷に供給し、前記第2バッテリからの放電を抑制する
    ことを特徴とする請求項5記載の電源装置。
  8. 前記第1バッテリは、前記第1バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータを介して前記モータに接続され、
    前記制御部は、
     前記第1電力変換器の動作を制御して、前記モータの回生による電力を、前記第1電力変換器及び前記インバータを介して前記第2バッテリ又は前記第1負荷に供給する
    ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の電源装置。
  9. 前記第2バッテリは前記電源装置から取り外し可能なバッテリである
    ことを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の電源装置。
  10. 前記第1電力変換器と、前記第1負荷と異なる第2負荷との間に、直流電力を変換する第2電力変換器をさらに備え、
    前記制御部は、
     前記第1電力変換器に含まれるスイッチング素子をオン状態に維持して、前記第1バッテリの電圧を、前記第2電力変換器の動作電圧の範囲内で、前記第2電力変換器に出力させる
    ことを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の電源装置。
  11. 前記制御部は、
     前記第1バッテリの充電容量が前記第1バッテリの所定の閾値容量より高く、前記第2バッテリの充電容量が前記第2バッテリの満充電容量より低い場合には、前記第1電力変換器を動作させて、前記第1バッテリの直流電力を前記第1電力変換器を介して前記第2バッテリに供給して前記第2バッテリを充電し、
     前記第2バッテリの充電容量が前記第2バッテリの満充電容量である場合には、前記第1電力変換器の動作を停止して、前記外部電源からの電力を前記第1バッテリに供給して前記第1バッテリを充電する
    ことを特徴とする請求項1~10のいずれか一項に記載の電源装置。
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