WO2021182447A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
Definitions
- This disclosure relates to a power conversion device.
- a technique is adopted in which the voltage of a high-voltage battery (for example, DC 300V) is converted into a low voltage (for example, DC 14V) by a DC-DC converter and supplied to a load.
- a high-voltage battery for example, DC 300V
- a low voltage for example, DC 14V
- the current capacity of one DC-DC converter may be insufficient.
- Patent Document 1 discloses a DC voltage converter in which a plurality of DC-DC converters are connected in parallel.
- the output voltage of the DCDC converter on the master side is set higher than the output voltage on the slave side, and the current value is almost half of the average load current consumption value, and the current value is smaller than the maximum allowable current value. It is set as a current limit value.
- the technique of Patent Document 1 aims to equalize the life of each DCDC converter connected in parallel by this configuration.
- One of the purposes of the present disclosure is to perform an operation suitable for a load state in a power conversion device in which a plurality of power conversion units are connected in parallel.
- the power conversion device which is one of the present disclosures, is A power conversion device that converts power between a first conductive path and a second conductive path.
- a first power conversion unit that performs power conversion and a second power conversion unit are provided.
- the first power conversion unit performs an operation of converting the power input from the first conductive path via the first input path and outputting the power to the second conductive path via the first output path.
- the second power conversion unit is connected in parallel to the first power conversion unit, converts power input from the first conductive path via the second input path, and converts the power input from the first conductive path via the second output path.
- the operation of outputting electric power to the second conductive path is performed, and the operation is performed.
- the first power conversion unit and the second power conversion unit When the value of the output current output via the second conductive path is less than the first threshold value, only the second power conversion unit of the first power conversion unit and the second power conversion unit operates.
- the first operating state and the value of the output current are equal to or greater than the first threshold value or greater than or equal to the second threshold value larger than the first threshold value, the first power conversion unit and the second power conversion unit It switches to at least the second operating state in which the first power conversion unit operates.
- the power conversion device which is one of the present disclosures, can operate according to the load state in a configuration in which a plurality of power conversion units are connected in parallel.
- FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an in-vehicle power supply system including the power conversion device of the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating the electrical configuration of the power conversion device of the first embodiment.
- FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a specific configuration of a first power conversion unit in the power conversion device of the first embodiment.
- FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the control unit in the power conversion device of the first embodiment.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating the flow of switching control performed by the power conversion device of the first embodiment.
- FIG. 6 is a graph showing the relationship between the output current and the efficiency when only each of the first power supply unit and the second power supply unit is operated in the power conversion device of the first embodiment.
- FIG. 7 is a flowchart illustrating the flow of switching control performed by the power conversion device of another embodiment.
- a power conversion device that performs power conversion between a first conductive path and a second conductive path, comprising a first power conversion unit that performs power conversion and a second power conversion unit.
- the 1 power conversion unit performs an operation of converting the power input from the first conductive path via the first input path and outputting the power to the second conductive path via the first output path, and the first
- the two power conversion units are connected in parallel to the first power conversion unit, convert the power input from the first conductive path via the second input path, and convert the power input from the first conductive path via the second output path.
- the operation of outputting power to the two conductive paths is performed, and when the value of the output current output via the second conductive path is less than the first threshold value, the first power conversion unit and the second power conversion unit
- the first operating state in which only the second power conversion unit operates, and the first when the value of the output current is equal to or greater than the first threshold or greater than or equal to the second threshold larger than the first threshold.
- a power conversion device that switches to a second operating state in which at least the first power conversion unit of the power conversion unit and the second power conversion unit operates.
- the power conversion device of the above [1] has a second power in a light load state in which the value of the output current from the power conversion device is less than the first threshold value and a state in which the value of the output current is larger than in the light load state. It is possible to switch between a state in which only the conversion unit is operated and a state in which at least the first power conversion unit is operated. Therefore, in a configuration in which a plurality of power conversion units are connected in parallel, it is possible to perform an operation according to a load state.
- the power conversion device of the above [1] works more advantageously when the configuration or state is such that it is desirable to operate only the second power conversion unit when the value of the output current is less than the first threshold value.
- operating only the second power conversion unit may operate both power conversion units or only the first power conversion unit. It works favorably in configurations that are more efficient or more likely to be more efficient than in the case.
- a first current value detection unit that detects the value of the first current output by the first power conversion unit via the first output path, and a second power conversion unit via the second output path.
- the first power conversion unit and the second power conversion unit include a second current value detection unit that detects the value of the second current to be output, and the first current value detection unit detects the first power conversion unit and the second power conversion unit.
- the power conversion device according to [1] which switches between the first operating state and the second operating state based on the value of one current and the value of the second current detected by the second current value detecting unit.
- the power conversion device of the above [2] has a first operating state and a second operation based on the value of the first current output by the first power conversion unit and the value of the second current output by the second power conversion unit. You can switch between states.
- This power conversion device is advantageous, for example, in a configuration or environment in which it is desired to perform the above switching without directly detecting the value of the output current.
- the power conversion device of the above [3] can operate both power conversion units when the value of the output current is relatively large, it is possible to improve the responsiveness in a situation where the responsiveness tends to decrease. On the other hand, when the value of the output current is relatively small, this power conversion device can enjoy the merit of operating only the second power conversion unit and operating only the second power conversion unit.
- the power conversion device of the above [4] enjoys the merit of operating only the second power conversion unit and operating only the second power conversion unit in a light load state in which the value of the output current is less than the first threshold value. obtain. Further, this power conversion device can improve the responsiveness by operating both power conversion units in a heavy load state in which the value of the output current is equal to or higher than the second threshold value. Further, this power supply device has an advantage that only the first power conversion unit is operated and only the first power conversion unit is operated in a medium load state in which the value of the output current is equal to or more than the first threshold value and less than the second threshold value. Can be enjoyed.
- the power conversion device of the above [4] when the power conversion device of the above [4] has a configuration in which the number of operations of the second power conversion unit is likely to be larger than that of the first power conversion unit in the light load state and the heavy load state, the first power conversion unit is in the medium load state. By operating only the power conversion unit, it is possible to suppress the bias in the number of operations.
- the power conversion device of the above [4] is also advantageous when there are other circumstances in which it is desired to suppress the operation of the second power conversion unit in a medium load state.
- the power conversion device of the above [5] can improve the power conversion efficiency by operating only the second power conversion unit when the output current value is less than the first threshold value in a light load state.
- the control unit has a control unit that controls the first power conversion unit and the second power conversion unit, and the control unit performs the first power conversion when the value of the output current is less than the first threshold value.
- the unit and the second power conversion unit are controlled to the first operating state and the value of the output current is equal to or greater than the first threshold value or equal to or greater than the second threshold value, the first power conversion unit and the said The power conversion device according to any one of [1] to [5], which controls the second power conversion unit to the second operating state.
- the power conversion device of the above [6] can cause a plurality of power conversion units connected in parallel to operate according to the load state under the control of the control unit.
- the power conversion device of the above [7] can relatively suppress the rated current of the second power supply, and can preferentially use the second power supply having a small rated current in a light load state.
- the first power conversion unit of the first power conversion unit and the second power conversion unit when the value of the output current is the first threshold value or more or the second threshold value or more in a heavy load state.
- the power conversion efficiency when only is operating is higher when only the second power conversion unit of the first power conversion unit and the second power conversion unit is operating in the heavy load state.
- the power conversion device according to any one of [1] to [7], which is larger than the power conversion efficiency of.
- the power conversion device can operate the second power conversion unit to improve the power conversion efficiency when the output current value is equal to or higher than the first threshold value or is equal to or higher than the second threshold value.
- the first power supply operates in a constant voltage mode for controlling the voltage of the first output path to the first target voltage
- the second power supply operates. Is configured to switch between a constant current mode in which the current in the second output path is controlled to a current limit value and a constant voltage mode in which the voltage in the second output path is controlled to a second target voltage. Is set to be larger than the first target voltage, the constant current mode is maintained when the current of the second output path is the current limit value, and the current of the second output path is lower than the current limit value.
- the power conversion device according to any one of [1] to [8], which switches to a constant voltage mode on the condition that.
- the power conversion device of the above [9] can operate the first power supply in the constant voltage mode, and can operate the second power supply by switching between the constant voltage mode and the constant current mode.
- This power conversion device can operate the second power supply in the constant current mode when the output current is required to some extent and the current in the second output path is maintained at the current limit value.
- the second power supply can be operated in the constant voltage mode on condition that the value of the output current is greatly reduced and the current value of the second output path is lower than the current limit value.
- the vehicle-mounted power supply system 100 can function as a vehicle-mounted DC voltage supply system mounted on a vehicle such as an electric vehicle.
- the power supply system 100 may supply a constant DC voltage to the load 110.
- the power supply system 100 includes a power conversion device 101 and a battery 102.
- the load 110 may be any electric device mounted on the vehicle, and may be, for example, an accessory device (cell motor, alternator, radiator cooling fan, etc.) necessary for operating the engine or motor.
- the type of load 110 is not limited, and may include an electric power steering system, an electric parking brake, lighting, a wiper drive unit, a navigation device, and the like.
- the battery 102 is a battery (for example, a secondary battery) that supplies a high voltage (for example, 300 V).
- the positive electrode terminal on the high potential side of the battery 102 is electrically connected to the first conductive path 11.
- the negative electrode terminal on the low potential side of the battery 102 is electrically connected to a ground (not shown).
- the power conversion device 101 mainly includes a first power supply 104, a second power supply 106, and a control unit 108.
- the first power supply 104 and the second power supply 106 are connected in parallel between the first conductive path 11 and the second conductive path 12, and specifically, the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 21. 22 is connected in parallel between the first conductive path 11 and the second conductive path 12.
- the power conversion device 101 is a device that performs power conversion between the first conductive path 11 and the second conductive path 12.
- the power conversion device 101 steps down the input voltage input from the battery 102 via the first conductive path 11 and applies an output voltage lower than the voltage of the first conductive path 11 to the second conductive path 12. Can be done.
- voltage means a potential difference from a reference potential.
- the voltage of the first conductive path 11 means the potential difference between the first conductive path 11 and the reference potential
- the voltage of the second conductive path 12 means the potential difference between the second conductive path 12 and the reference potential.
- the conductive path that generates the reference potential on the first conductive path 11 side and the conductive path that generates the reference potential on the second conductive path 12 side are insulated.
- Both the first power supply 104 and the second power supply 106 function as DC-DC converters.
- the first power supply 104 and the second power supply 106 convert the DC voltage VH input from the battery 102 into predetermined output voltages V1 and V2, respectively, and output the DC voltage VH from their respective output terminals.
- the first power supply 104 includes a first power conversion unit 21 that performs power conversion, an in-power supply control unit 31 that drives the first power conversion unit 21, an interface unit 61, and a first voltage. It has a value detection unit 41 and a first current value detection unit 51.
- the in-power supply control unit 31 corresponds to an example of the first drive unit.
- the interface unit 61 is also referred to as an IF unit 61.
- the first power conversion unit 21 converts the electric power input from the first conductive path 11 via the first input path 71, and outputs the electric power to the second conductive path 12 via the first output path 81. conduct.
- the first input path 71 is a conductive path branched from the first conductive path 11, one end of which is electrically connected to the first conductive path 11 and the other end of which is electrically connected to the first power conversion unit 21. ..
- One end of the first output path 81 is electrically connected to the first power conversion unit 21, and the other end is electrically connected to the second conductive path 12.
- the first power conversion unit 21 is configured as, for example, a full-bridge type isolated DCDC converter as shown in FIG. In the configuration of FIG. 3, the first voltage value detection unit 41, the first current value detection unit 51, and the like are omitted.
- the first power conversion unit 21 includes an input circuit unit 21X, a transformer unit 21Y, and an output circuit unit 21Z.
- the input circuit unit 21X includes a plurality of semiconductor switch elements 21A, 21B, 21C, 21D and a capacitor 21E, and is electrically connected to the primary coil 21F of the transformer unit 21Y.
- the input circuit unit 21X generates an AC voltage in the primary coil 21F according to the switching operation of the plurality of semiconductor switch elements 21A, 21B, 21C, 21D.
- the switching operation of the plurality of semiconductor switch elements 21A, 21B, 21C, and 21D is controlled by the in-power supply control unit 31, and specifically, CV (Constant Voltage) control described later is performed.
- the output circuit section 21Z includes diodes 21J and 21K, an inductor 21L, and a capacitor 21M, is electrically connected to the secondary coil 21G and 21H of the transformer section 21Y, and is an AC voltage applied to the secondary coil 21G and 21H. Is rectified and a DC voltage is output.
- the first power conversion unit 21 performs voltage conversion by switching operations of the semiconductor switch elements 21A, 21B, 21C, and 21D.
- the first power conversion unit 21 steps down the input voltage VH (potential difference between the first conductive path 11 and the conductive path 13A on the ground side) applied to the first conductive path 11 and lowers the first output path 81. Generates an output voltage (potential difference between the first output path 81 and the conductive path 13B on the ground side).
- the conductive paths 13A and 13B are reference conductive paths maintained at, for example, about 0 V.
- the first current value detection unit 51 is interposed in the middle of the first output path 81.
- the first current value detection unit 51 detects the value of the current flowing through the first output path 81 (first current value I1), and inputs a signal indicating the first current value I1 to the in-power supply control unit 31.
- the first power conversion unit 21 performs a power conversion operation (specifically, a step-down operation)
- the first current value detection unit 51 outputs the output current output by the first power conversion unit 21 via the first output path 81. Is detected as the first current value I1.
- the first voltage value detection unit 41 detects the voltage value (first voltage value V1) of the first output path 81, and inputs a signal indicating the first voltage value V1 to the in-power supply control unit 31.
- the first voltage value detection unit 41 detects the value of the output voltage applied by the first power conversion unit 21 to the first output path 81 as the first voltage value V1. Then, a signal indicating this output voltage is input to the power supply internal control unit 31.
- the IF unit 61 receives the data transmitted from the control unit 108 and inputs it to the power supply in-power control unit 31. Further, the IF unit 61 may cooperate with the in-power supply control unit 31 to transmit the first current value I1 acquired by the in-power supply control unit 31 to the control unit 108.
- the in-power supply control unit 31 is configured as a control device having an information processing function, and is configured by, for example, a microcomputer including an internal memory.
- the internal memory stores a program to be executed by the in-power supply control unit 31 and necessary parameters.
- the in-power supply control unit 31 can control the first power conversion unit 21 based on the data received from the IF unit 61. For example, the in-power supply control unit 31 calculates a set value required for the operation of the first power conversion unit 21 and sets it in the first power conversion unit 21.
- control unit 108 operates so as to give a constant output voltage target value to the first power supply 104.
- the output voltage target value given to the first power supply 104 by the control unit 108 is also referred to as a “first target voltage”.
- the mode in which a constant target voltage is output by the above CV control is also referred to as a constant voltage mode.
- the first power supply 104 When the first target voltage is given by the control unit 108, the first power supply 104 performs a voltage conversion operation (step-down operation) so that the voltage of the first output path 81 becomes the first target voltage. Specifically, the in-power supply control unit 31 drives the first power conversion unit 21 so as to output the first target voltage to the first output path 81.
- the first power conversion unit 21 operates in a constant voltage mode by being driven by the in-power supply control unit 31 (the above-mentioned CV control), steps down the DC voltage VH input from the battery 102, and sets the voltage of the first output path 81 to the above.
- the voltage conversion operation is performed so as to be the first target voltage.
- the second power supply 106 includes a second power conversion unit 22 that performs power conversion, an in-power supply control unit 32 that drives the second power conversion unit 22, an interface unit 62, and a second voltage. It has a value detecting unit 42 and a second current value detecting unit 52.
- the in-power supply control unit 32 corresponds to an example of the second drive unit.
- the interface unit 62 is also referred to as an IF unit 62.
- the second power conversion unit 22 is connected in parallel to the first power conversion unit 21, converts the power input from the first conductive path 11 via the second input path 72, and forms the second output path 82.
- the operation of outputting electric power to the second conductive path 12 is performed.
- the second input path 72 is a conductive path branched from the first conductive path 11, one end of which is electrically connected to the first conductive path 11 and the other end of which is electrically connected to the second power conversion unit 22. ..
- One end of the second output path 82 is electrically connected to the second power conversion unit 22, and the other end is electrically connected to the second conductive path 12.
- the second power conversion unit 22 is configured as, for example, a full-bridge type isolated DCDC converter similar to the first power conversion unit 21 shown in FIG.
- the second power conversion unit 22 also performs voltage conversion by switching operations of a plurality of semiconductor switch elements (not shown), steps down the input voltage VH applied to the first conductive path 11, and outputs the voltage to the second output path 82. Generate a voltage.
- the second current value detection unit 52 is interposed in the middle of the second output path 82.
- the second current value detection unit 52 detects the value of the current flowing through the second output path 82 (second current value I2), and inputs a signal indicating the second current value I2 to the in-power supply control unit 32.
- the second power conversion unit 22 performs a power conversion operation (specifically, a step-down operation)
- the second current value detection unit 52 outputs the output current output by the second power conversion unit 22 via the second output path 82. Is detected as the second current value I2.
- the second voltage value detection unit 42 detects the voltage value (second voltage value V2) of the second output path 82, and inputs a signal indicating the second voltage value V2 to the in-power supply control unit 32.
- the second voltage value detection unit 42 detects the value of the output voltage applied by the second power conversion unit 22 to the second output path 82 as the second voltage value V2. Then, a signal indicating this output voltage is input to the power supply internal control unit 32.
- the IF unit 62 receives the data transmitted from the control unit 108 and inputs it to the power supply in-power control unit 32. Further, the IF unit 62 may cooperate with the in-power supply control unit 32 to transmit the second current value I2 acquired by the in-power supply control unit 32 to the control unit 108.
- the in-power supply control unit 32 is configured as a control device having an information processing function, and is configured by, for example, a microcomputer including an internal memory.
- the internal memory stores a program to be executed by the in-power supply control unit 32, necessary parameters, and the like.
- the in-power supply control unit 32 can control the second power conversion unit 22 based on the data received from the IF unit 62. For example, the power supply in-power control unit 32 calculates a set value required for the operation of the second power conversion unit 22 and sets it in the second power conversion unit 22.
- control unit 108 operates so as to give a constant output voltage target value to the second power supply 106.
- the output voltage target value given to the second power supply 106 by the control unit 108 is also referred to as a “second target voltage”.
- the control unit 108 operates so as to give a constant current limit value to the second power supply 106.
- the second target voltage is, for example, a value slightly higher than the first target voltage.
- the second power supply 106 is given the above-mentioned second target voltage and current limit value by the control unit 108, and operates under CVCC (Constant Voltage Constant Curent) control.
- the second power supply 106 can also operate in a constant voltage mode that outputs a designated constant voltage (second target voltage) by the above-mentioned CV control. Further, the second power supply 106 can also output a designated constant current value (the above current limit value) by CC (Constant Current) control.
- the mode that outputs the specified constant current value is also referred to as the constant current mode. That is, the second power supply 106 can operate by switching between the operation in the constant voltage mode and the constant current mode.
- the second power conversion unit 22 operates in a constant voltage mode or a constant current mode by being driven by the power supply internal control unit 32 (the above-mentioned CVCC control).
- the second power conversion unit 22 When operating in the constant voltage mode, the second power conversion unit 22 performs a voltage conversion operation in which the DC voltage VH input from the battery 102 is stepped down and the voltage in the second output path 82 is set as the second target voltage.
- the second power conversion unit 22 When operating in the constant current mode, the second power conversion unit 22 performs a voltage conversion operation in which the DC voltage VH input from the battery 102 is stepped down and the current in the second output path 82 is set as the current limit value.
- the in-power supply control unit 32 operates the second power conversion unit 22 in the constant current mode when the second current value I2 is maintained at the current limit value.
- the in-power supply control unit 32 switches between the constant voltage mode and the constant current mode with the feedback calculation result when operating in the constant voltage mode and the constant current mode. It is performed based on the feedback calculation result when operating and the arbitration result of.
- the feedback calculation result when operating in the constant voltage mode is an operation amount calculated by performing a feedback calculation (for example, PI calculation or PID calculation) based on the deviation between the second target voltage and the second voltage value V2. be.
- This manipulated variable is an manipulated variable that attempts to bring the second voltage value V2 closer to the second target voltage.
- the feedback calculation result when operating in the constant current mode is an operation amount calculated by performing a feedback calculation (for example, PI calculation or PID calculation) based on the deviation between the current limit value and the second current value I2. ..
- This manipulated variable is an manipulated variable that attempts to bring the second current value I2 closer to the current limit value.
- the control unit 32 in the power supply periodically updates the operation amount (update of the duty), and when the above arbitration is performed, the change in the operation amount from the previous cycle (specifically, the change in duty). Adopt the mode in which the feedback calculation result is obtained.
- the power conversion device 101 switches between at least the first operating state, the second operating state, and the third operating state according to the value IL of the output current supplied from the power conversion device 101 via the second conductive path 12.
- the first operating state when the value IL of the output current output via the second conductive path 12 is less than the first threshold value Is1, the second of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 Only the power conversion unit 22 is in operation.
- the second operating state is a state in which the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 operate when the value IL of the output current is equal to or higher than the second threshold value Is2, which is larger than the first threshold value Is1.
- the third operating state when the output current value IL is equal to or more than the first threshold value Is1 and less than the second threshold value Is2, only the second power conversion unit 22 of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 Is in a working state.
- the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 have a first current value I1 detected by the first current value detection unit 51 and a second current detected by the second current value detection unit 52.
- the first operating state and the second operating state are switched based on the value I2 of.
- the control unit 108 includes a CPU (Central Processing Unit) 120, a memory 122, an interface unit (hereinafter referred to as an IF unit) 124, and a bus 126. Data transmission between each unit in the control unit 108 is performed via the bus 126.
- the memory 122 has one or more storage media, and includes, for example, a rewritable semiconductor non-volatile memory.
- the memory 122 stores a program executed by the CPU 120, predetermined parameters, and the like. A part of the memory 122 is used as a work area when the CPU 120 executes a program.
- the control unit 108 is, for example, an ECU (Electronic Control Unit) of an electric vehicle or the like.
- the CPU 120 controls the operations of the first power supply 104 and the second power supply 106. That is, the CPU 120 transmits the first target voltage to the first power supply 104 via the IF unit 124. Further, the CPU 120 transmits a second target voltage and a limit value of the output current in the constant current mode (hereinafter, also referred to as a current limit value) to the second power supply 106 via the IF unit 124.
- the first power supply 104 can operate in the constant voltage mode based on the first target voltage given by the control unit 108, and operates so as to output a voltage equal to the first target voltage.
- the second power supply 106 operates so as to output a current equal to the current limit value given by the control unit 108 when operating in the constant current mode, and the second power supply 106 given by the control unit 108 when operating in the constant voltage mode. It operates to output a voltage equal to the target voltage.
- the control unit 108 has a function of controlling the first power supply 104 and the second power supply 106. Specifically, the control unit 108 controls the first power conversion unit 21 by giving an instruction to the first power supply 104, and controls the second power conversion unit 22 by giving an instruction to the second power supply 106. In the present embodiment, the control unit 108 controls the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 to the first operating state when the value IL of the output current is less than the first threshold value Is1. Further, the control unit 108 controls the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 to the second operating state when the value IL of the output current is equal to or higher than the second threshold value Is2. Further, the control unit 108 controls the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 to the third operating state when the output current value IL is equal to or more than the first threshold value Is1 and less than the second threshold value Is2.
- control unit 108 uses the first power based on the first current value I1 detected by the first current value detection unit 51 and the second current value I2 detected by the second current value detection unit 52.
- the conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 are switched to the first operating state, the second operating state, and the third operating state.
- the control unit 108 can execute the switching control shown in FIG.
- the switching control shown in FIG. 5 is realized by the control unit 108 (specifically, for example, the CPU 120) reading a predetermined program from the memory 122 and executing the program.
- the control unit 108 can continuously communicate with the first power supply 104 and the second power supply 106.
- the control unit 108 continuously acquires the first current value I1 from the first power source 104, and continuously acquires the first current value I1 from the second power source 106.
- the control unit 108 adds the first current value I1 and the second current value I2 to calculate the current value IL of the second conductive path 12. That is, the control unit 108 can continuously monitor the current value IL of the second conductive path 12 based on the first current value I1 and the second current value I2.
- the control unit 108 starts the switching control shown in FIG. 5 when a predetermined start condition is satisfied (for example, when the vehicle is in the starting state or when other start conditions are satisfied).
- a predetermined start condition for example, when the vehicle is in the starting state or when other start conditions are satisfied.
- the control unit 108 first determines in step S10 whether or not the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is equal to or higher than the first threshold value Is1.
- step S10 When the control unit 108 determines in step S10 that the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is not equal to or higher than the first threshold value Is1 (less than the first threshold value Is1), the first power supply 104 and the first power supply 104 are determined in step S14. 2
- the power supply 106 is controlled to the first operating state.
- the first operating state is a state in which only the second power conversion unit 22 of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 operates.
- the control unit 108 controls step S14 by, for example, giving an operation prohibition signal to the first power supply 104, and giving an operation permission signal, the second target voltage, and the current limit value to the second power supply 106. conduct.
- the first power supply 104 stops the first power conversion unit 21 when an operation prohibition signal is given from the control unit 108.
- the second power supply 106 operates in the constant voltage mode or the constant current mode by the above-mentioned CVCC control.
- CVCC control is performed, the second power supply 106 maintains the constant current mode when the current of the second output path 82 is the current limit value, and the current of the second output path 82 is lower than the current limit value. On condition that, the mode is switched to the constant voltage mode in which the second target voltage is set as the target value.
- FIG. 6 shows the relationship between the output current value IL and the efficiency (power conversion efficiency) when only the first power conversion unit 21 of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 is operating. It is a graph shown by a broken line. Further, FIG.
- the sixth shows the output current value IL and the efficiency (power conversion efficiency) when only the second power conversion unit 22 of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 is operating. It is a graph which shows the relationship with a solid line.
- the first threshold value Is1 is higher than the efficiency of the above-mentioned "when only the first power conversion unit 21 is operating" in the current range where the output current value IL is lower than the first threshold value Is1.
- the efficiency of "when only the conversion unit 22 is operating” is set to be higher.
- the efficiency (power conversion efficiency) in the present specification is the ratio of the output power P2 output via the second conductive path 12 to the input power P1 input via the first conductive path 11 P2 / P1. Is.
- step S10 When the control unit 108 determines in step S10 that the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is equal to or higher than the first threshold value Is1, the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is the second threshold value Is2 in step S11. It is determined whether or not it is the above.
- the control unit 108 determines in step S11 that the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is not equal to or higher than the second threshold value Is2 (less than the second threshold value Is2), the control unit 108 determines in step S13 that the first power supply 104 and the first power supply 104 and the second 2 The power supply 106 is controlled to the third operating state.
- the third operating state is a state in which only the first power conversion unit 21 of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 operates.
- the control unit 108 controls step S13 by, for example, giving an operation prohibition signal to the second power supply 106, and giving an operation permission signal and the first target voltage to the first power supply 104.
- the second power supply 106 stops the second power conversion unit 22 when an operation prohibition signal is given from the control unit 108.
- the first power supply 104 operates in a constant voltage mode in which the first target voltage is set as a target value by the above-mentioned CV control.
- the second threshold value Is2 is more efficient than the above-mentioned "when only the second power conversion unit 22 is operating" in the current range equal to or higher than the second threshold value Is2.
- the efficiency of "when only the unit 21 is operating" is set to be higher.
- step S11 When the control unit 108 determines in step S11 that the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is equal to or higher than the second threshold value Is2, the control unit 108 sets the first power supply 104 and the second power supply 106 in the second operating state in step S12.
- the second operating state is a state in which the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22 operate.
- the control unit 108 gives the control of step S12, for example, an operation permission signal and the first target voltage to the first power supply 104, and the operation permission signal, the second target voltage, and the above to the second power supply 106. This is done by giving a current limit value.
- the first power supply 104 When the operation permission signal and the first target voltage are given by the control unit 108, the first power supply 104 operates in a constant voltage mode in which the first target voltage is set as a target value by the above-mentioned CV control.
- the second power supply 106 When the operation permission signal, the second target voltage, and the current limit value are given by the control unit 108, the second power supply 106 operates in the constant voltage mode or the constant current mode by the above-mentioned CVCC control.
- CVCC control When CVCC control is performed, the second power supply 106 maintains the constant current mode when the current of the second output path 82 is the current limit value, and the current of the second output path 82 is lower than the current limit value. On condition that, the mode is switched to the constant voltage mode in which the second target voltage is set as the target value.
- the power conversion device 101 switches the operating state between a light load state in which the value IL of the output current from the power conversion device 101 is less than the first threshold value Is1 and a state in which the output current value is larger than in the light load state. obtain. Specifically, the power conversion device 101 can switch between a state in which only the second power conversion unit 22 is operated and a state in which at least the first power conversion unit 21 is operated. Therefore, in a configuration in which a plurality of power conversion units are connected in parallel, it is possible to perform an operation according to a load state.
- the power conversion device 101 works even more advantageously when the configuration or state is such that it is desirable to operate only the second power conversion unit 22 when the value IL of the output current is less than the first threshold value Is1. For example, in this power conversion device 101, when the value IL of the output current is less than the first threshold value Is1, it is more efficient to operate only the second power conversion unit 22 than to operate the first power conversion unit 21. It works even more advantageously in a configuration where there is a high possibility that the power will improve. When the power conversion device 101 has the characteristics as shown in FIG. 6, when the output current value IL is less than the first threshold value Is1 in a light load state, only the second power conversion unit 22 is operated to improve the power conversion efficiency. Can be enhanced.
- the power conversion device 101 is preferably configured to operate the first power conversion unit when the output current value IL is the first threshold value Is1 or more, or the second threshold value Is2 or more, which is larger than the first threshold value Is1. It works even more favorably when it is in a state. For example, in the power conversion device 101, when the output current value IL is the first threshold value Is1 or more, or when the second threshold value Is2 or more, the first power conversion unit 21 is operated so that only the second power conversion unit 22 is operated. It works advantageously in configurations that are likely to be more efficient than in operation. When the power conversion device 101 has the characteristics as shown in FIG. 6, the second power conversion unit 22 is operated to improve the power conversion efficiency when the output current value IL is the second threshold value Is2 or more in a heavy load state. Can be enhanced.
- the power conversion device 101 has a first operating state and a second operating state based on the value of the first current output by the first power conversion unit 21 and the value of the second current output by the second power conversion unit 22. Can be switched.
- the power conversion device 101 is advantageous, for example, in a configuration or environment in which it is desired to perform the above switching without directly detecting the value IL of the output current outside the power conversion device 101.
- the power conversion device 101 enjoys the merit of operating only the second power conversion unit 22 and operating only the second power conversion unit 22 in a light load state in which the output current value IL is less than the first threshold value Is1. obtain. Further, the power conversion device 101 can operate both power conversion units to improve the responsiveness in a heavy load state in which the output current value IL is the second threshold value Is2 or more. Further, the power conversion device 101 operates only the first power conversion unit 21 to operate only the first power conversion unit 21 in a medium load state in which the output current value IL is equal to or more than the first threshold value Is1 and less than the second threshold value Is2. You can enjoy the benefits of operating it.
- the power conversion device 101 when the power conversion device 101 has a configuration in which the number of operations of the second power conversion unit 22 is likely to be larger than that of the first power conversion unit 21 in the light load state and the heavy load state, the first power conversion is performed in the medium load state. By operating only the unit 21, it is possible to suppress the bias in the number of operations.
- the power conversion device 101 is also advantageous when there are other circumstances in which it is desired to suppress the operation of the second power conversion unit 22 in a medium load state.
- the power conversion device 101 can cause a plurality of power conversion units connected in parallel to operate according to the load state under the control of the control unit 108.
- the rated current of the second power supply 106 is smaller than the rated current of the first power supply 104, and the second power supply 106 having a smaller rated current is preferentially used in a light load state. Can be done.
- the power conversion device 101 can operate the first power supply 104 in a constant voltage mode with the first target voltage as a target value, and targets the second power supply 106 with a second target voltage higher than the first target voltage. It can be operated by switching between the constant voltage mode and the constant current mode, which are the values.
- the power conversion device 101 can operate the second power supply 106 in the constant current mode when the output current value IL is required to some extent and the current in the second output path 82 is maintained at the current limit value.
- the power conversion device 101 can operate the second power supply 106 in the constant voltage mode on condition that the value IL of the output current is greatly reduced and the current of the second output path 82 is lower than the current limit value.
- the power conversion device is a device including the control unit 108, but a device such as the control unit 108 that does not include control may be a power conversion device.
- a device such as the control unit 108 that does not include control may be a power conversion device.
- the portion of the power conversion device 101 excluding the control unit 108 may be the power conversion device.
- the isolated DCDC converter as shown in FIG. 3 is exemplified as a specific configuration of the first power conversion unit 21 and the second power conversion unit 22, but a DCDC converter other than the configuration shown in FIG. 3 is used. You may.
- the light load state is when the output current value IL is less than the first threshold value Is1
- the heavy load is when the output current value IL is greater than or equal to the first threshold value Is2.
- a case where the output current value IL is less than the first threshold value Is1 may be a light load state
- a case where the output current value IL is not more than the first threshold value Is1 may be a heavy load state.
- the second operating state may be a state in which at least the first power conversion unit of the first power conversion unit and the second power conversion unit operates when the value of the output current is equal to or higher than the first threshold value. ..
- the second operating state may be a state in which only the first power conversion unit of the first power conversion unit and the second power conversion unit operates, and is a state in which both power conversion units operate. May be good.
- Such a feature may be realized by, for example, the switching control as shown in FIG. 7.
- the control unit 108 performs the control as shown in FIG. 7 instead of the control of FIG. 5, when a predetermined start condition is satisfied (for example, when the vehicle is in the starting state, or other start conditions are satisfied). Case), the switching control shown in FIG. 7 is started.
- a predetermined start condition for example, when the vehicle is in the starting state, or other start conditions are satisfied.
- the control unit 108 first determines in step S21 whether or not the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is equal to or higher than the threshold value (first threshold value Is1). When the control unit 108 determines in step S21 that the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is not equal to or higher than the threshold value (first threshold value Is1) (less than the first threshold value Is1), the first power source is determined in step S23. The 104 and the second power supply 106 are controlled to the first operating state. The method in which the control unit 108 controls the first power supply 104 and the second power supply 106 to the first operating state is the same as in the first embodiment, and is the same as in step S14 in FIG.
- control unit 108 determines in step S21 that the output current value IL flowing through the second conductive path 12 is equal to or higher than the threshold value (first threshold value Is1), the control unit 108 uses the first power supply 104 and the second power supply 106 in step S22. 2 Control to the operating state.
- the method in which the control unit 108 controls the first power supply 104 and the second power supply 106 to the second operating state is the same as in the second embodiment, and is the same as in step S12 in FIG.
- the power supply system 100 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle, but the present invention is not limited to this.
- the power supply system 100 may be mounted on a vehicle of a type other than these, for example, a PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) or a HEV (Hybrid Electric Vehicle), or may be mounted on a device other than the vehicle.
- a PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle
- HEV Hybrid Electric Vehicle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
電力変換装置(101)は、第2導電路(12)を介して出力される出力電流の値が第1閾値未満である場合に第1電力変換部(21)及び第2電力変換部(22)のうちの第2電力変換部(22)のみが動作する第1動作状態に切り替わり得る。電力変換装置(101)は、出力電流の値が第1閾値以上である場合又は第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に第1電力変換部(21)及び第2電力変換部(22)のうちの少なくとも第1電力変換部(21)が動作する第2動作状態に切り替わり得る。
Description
本開示は、電力変換装置に関する。
電気自動車等においては、高電圧バッテリ(例えば、直流300V)の電圧をDC-DCコンバータにより低電圧(例えば、直流14V)に変換して負荷に供給する技術が採用されている。この種の電力変換装置では、電力供給先の負荷の必要電流が大きい場合、1つのDC-DCコンバータでは電流容量が不足してしまうことがある。その対策として、例えば、複数のDC-DCコンバータを並列接続して使用することが考えられる。
特許文献1には、複数のDC-DCコンバータを並列接続してなる直流電圧変換装置が開示されている。この直流電圧変換装置は、マスタ側のDCDCコンバータの出力電圧がスレーブ側の出力電圧よりも高く設定され、負荷消費電流平均値のほぼ半分の電流値であり最大許容電流値よりも小さい電流値が電流制限値として設定される。特許文献1の技術は、この構成により、並列接続されるDCDCコンバータの各寿命の均等化を図ることを目的としている。
しかし、複数の電力変換部を並列に接続した電力変換装置では、負荷が軽負荷状態である場合の適正な動作状態と、負荷が重負荷状態である場合の適正な動作状態とが異なることが想定される。特許文献1の技術は、並列に接続される複数の電力変換部に対して負荷状態に適した制御を行うことを想定しておらず、この点で改善の余地がある。
本開示は、複数の電力変換部が並列に接続された電力変換装置において負荷状態に適した動作を行うことを目的の一つとする。
本開示の一つである電力変換装置は、
第1導電路と第2導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
電力変換を行う第1電力変換部と、第2電力変換部と、を備え、
前記第1電力変換部は、前記第1導電路から第1入力路を介して入力される電力を変換し、第1出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、
前記第2電力変換部は、前記第1電力変換部に対して並列に接続され、前記第1導電路から第2入力路を介して入力される電力を変換し、第2出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、
前記第2導電路を介して出力される出力電流の値が第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作する第1動作状態と、前記出力電流の値が前記第1閾値以上である場合又は前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの少なくとも前記第1電力変換部が動作する第2動作状態と、に切り替わる。
第1導電路と第2導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
電力変換を行う第1電力変換部と、第2電力変換部と、を備え、
前記第1電力変換部は、前記第1導電路から第1入力路を介して入力される電力を変換し、第1出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、
前記第2電力変換部は、前記第1電力変換部に対して並列に接続され、前記第1導電路から第2入力路を介して入力される電力を変換し、第2出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、
前記第2導電路を介して出力される出力電流の値が第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作する第1動作状態と、前記出力電流の値が前記第1閾値以上である場合又は前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの少なくとも前記第1電力変換部が動作する第2動作状態と、に切り替わる。
本開示の一つである電力変換装置は、複数の電力変換部が並列に接続された構成において、負荷状態に応じた動作を行うことができる。
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔1〕~〔9〕の特徴は、矛盾しない範囲でどのように組み合わされてもよい。
〔1〕第1導電路と第2導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、電力変換を行う第1電力変換部と、第2電力変換部と、を備え、前記第1電力変換部は、前記第1導電路から第1入力路を介して入力される電力を変換し、第1出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、前記第2電力変換部は、前記第1電力変換部に対して並列に接続され、前記第1導電路から第2入力路を介して入力される電力を変換し、第2出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、前記第2導電路を介して出力される出力電流の値が第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作する第1動作状態と、前記出力電流の値が前記第1閾値以上である場合又は前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの少なくとも前記第1電力変換部が動作する第2動作状態と、に切り替わる電力変換装置。
上記〔1〕の電力変換装置は、電力変換装置からの出力電流の値が第1閾値未満である軽負荷状態と軽負荷状態のときよりも出力電流の値が大きい状態とで、第2電力変換部のみを動作させる状態と、少なくとも第1電力変換部を動作させる状態とを切り替えることができる。よって、複数の電力変換部が並列に接続された構成において、負荷状態に応じた動作を行うことができる。
上記〔1〕の電力変換装置は、出力電流の値が第1閾値未満である場合に第2電力変換部のみを動作させることが望ましい構成又は状態である場合に、一層有利に作用する。例えば、この電力変換装置は、出力電流値が第1閾値未満である場合に第2電力変換部のみを動作させた方が両電力変換部を動作させる場合又は第1電力変換部のみを動作させる場合よりも効率が良くなる構成又は効率が良くなる可能性が高い構成では有利に作用する。また、上記〔1〕の電力変換装置は、出力電流の値が第1閾値以上である場合又は第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に第1電力変換部を動作させることが望ましい構成又は状態である場合に、一層有利に作用する。例えば、この電力変換装置は、出力電流値が第1閾値以上である場合又は上記第2閾値以上である場合に、第1電力変換部を動作させた方が第2電力変換部のみを動作させる場合よりも効率が良くなる構成又は効率が良くなる可能性が高い構成では有利に作用する。
〔2〕前記第1電力変換部が前記第1出力路を介して出力する第1電流の値を検出する第1電流値検出部と、前記第2電力変換部が前記第2出力路を介して出力する第2電流の値を検出する第2電流値検出部と、を有し、前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部は、前記第1電流値検出部が検出する前記第1電流の値と前記第2電流値検出部が検出する前記第2電流の値とに基づいて前記第1動作状態と前記第2動作状態とに切り替わる〔1〕に記載の電力変換装置。
上記〔2〕の電力変換装置は、第1電力変換部が出力する第1電流の値と第2電力変換部が出力する第2電流の値とに基づいて、第1動作状態と第2動作状態とを切り替えることができる。この電力変換装置は、例えば、出力電流の値を直接的に検出せずに上記切り替えを行うことが望まれる構成又は環境において有利である。
〔3〕前記第2動作状態は、前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部がいずれも動作する状態である〔1〕又は〔2〕に記載の電力変換装置。
上記〔3〕の電力変換装置は、出力電流の値が相対的に大きい場合に両電力変換部を動作させることができるため、応答性が低下しやすい状況下において応答性を高めることができる。一方で、この電力変換装置は、出力電流の値が相対的に小さい場合には、第2電力変換部のみを動作させ、第2電力変換部のみを動作させることのメリットを享受し得る。
〔4〕前記第1動作状態は、前記出力電流の値が前記第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作する状態であり、前記第2動作状態は、前記出力電流の値が前記第1閾値よりも大きい前記第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部が動作する状態であり、更に、前記出力電流の値が前記第1閾値以上且つ前記第2閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第1電力変換部のみが動作する第3動作状態に切り替わる〔1〕から〔3〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。
上記〔4〕の電力変換装置は、出力電流の値が第1閾値未満である軽負荷状態では第2電力変換部のみを動作させて第2電力変換部のみを動作させることのメリットを享受し得る。また、この電力変換装置は、出力電流の値が第2閾値以上である重負荷状態では両電力変換部を動作させて応答性を高め得る。更に、この電力供給装置は、出力電流の値が第1閾値以上且つ第2閾値未満である中負荷状態では第1電力変換部のみを動作させて第1電力変換部のみを動作させることのメリットを享受し得る。
例えば、上記〔4〕の電力変換装置が、軽負荷状態及び重負荷状態において第1電力変換部よりも第2電力変換部の動作回数が多くなりやすい構成をなす場合、中負荷状態において第1電力変換部のみを動作させることで動作回数の偏りを抑えることができる。或いは、上記〔4〕の電力変換装置は、中負荷状態において第2電力変換部の動作を抑制することが望まれるその他の事情がある場合にも有利になる。
〔5〕前記出力電流の値が前記第1閾値未満の軽負荷状態のときに前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作している場合の電力変換効率のほうが、前記軽負荷状態のときに前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第1電力変換部のみが動作している場合の電力変換効率よりも大きい〔1〕から〔4〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。
上記〔5〕の電力変換装置は、出力電流の値が第1閾値未満の軽負荷状態のときには、第2電力変換部のみを動作させて電力変換効率を高めることができる。
〔6〕前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記出力電流の値が前記第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部を前記第1動作状態に制御し、前記出力電流の値が前記第1閾値以上である場合又は前記第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部を前記第2動作状態に制御する〔1〕から〔5〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。
上記〔6〕の電力変換装置は、制御部の制御により、並列に接続された複数の電力変換部に対して負荷状態に応じた動作を行わせることができる。
〔7〕前記第1電源の定格電流よりも前記第2電源の定格電流のほうが小さい〔1〕から〔6〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。
上記〔7〕の電力変換装置は、第2電源の定格電流を相対的に抑えることができ、軽負荷状態のときには、定格電流の小さい第2電源を優先的に使用することができる。
〔8〕前記出力電流の値が前記第1閾値以上又は前記第2閾値以上である重負荷状態のときに前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第1電力変換部のみが動作している場合の電力変換効率のほうが、前記重負荷状態のときに前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作している場合の電力変換効率よりも大きい〔1〕から〔7〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。
上記〔8〕の電力変換装置は、出力電流の値が第1閾値以上又は第2閾値以上である重負荷状態のときには、第2電力変換部を動作させて電力変換効率を高めることができる。
〔9〕前記第1電源及び前記第2電源が共に動作する場合、前記第1電源は、前記第1出力路の電圧を第1目標電圧に制御する定電圧モードで動作し、前記第2電源は、前記第2出力路の電流を電流制限値に制御する定電流モードと前記第2出力路の電圧を第2目標電圧に制御する定電圧モードとに切り替わる構成をなし、前記第2目標電圧が前記第1目標電圧よりも大きく設定され、前記第2出力路の電流が前記電流制限値である場合に定電流モードが維持され、前記第2出力路の電流が前記電流制限値を下回ることを条件として定電圧モードに切り替わる〔1〕から〔8〕のいずれか一つに記載の電力変換装置。
上記〔9〕の電力変換装置は、第1電源を定電圧モードで動作させることができ、第2電源を定電圧モードと定電流モードとに切り替えて動作させることができる。この電力変換装置は、出力電流がある程度要求されて第2出力路の電流が電流制限値で維持される場合には、第2電源を定電流モードで動作させることができる。一方で、この電力変換装置は、出力電流の値が大きく低下して第2出力路の電流値が電流制限値を下回ることを条件として、第2電源を定電圧モードで動作させ得る。
<第1実施形態>
1.全体構成
図1で示される第1実施形態に係る車載用の電源システム100は、例えば電気自動車等の車両に搭載される車載用の直流電圧供給システムとして機能し得る。電源システム100は、負荷110に一定の直流電圧を供給し得る。電源システム100は、電力変換装置101とバッテリ102とを備える。
1.全体構成
図1で示される第1実施形態に係る車載用の電源システム100は、例えば電気自動車等の車両に搭載される車載用の直流電圧供給システムとして機能し得る。電源システム100は、負荷110に一定の直流電圧を供給し得る。電源システム100は、電力変換装置101とバッテリ102とを備える。
負荷110は、車両に搭載される電気機器であればよく、例えば、エンジンやモータを稼動するのに必要な付属機器(セルモータ、オルタネータ及びラジエータクーリングファン等)であってもよい。負荷110の種類は限定されず、電動パワーステアリングシステム、電動パーキングブレーキ、照明、ワイパー駆動部、ナビゲーション装置等を含んでいてもよい。
バッテリ102は、高電圧(例えば300V)を供給するバッテリ(例えば2次電池)である。バッテリ102における高電位側の正極端子は、第1導電路11に電気的に接続されている。バッテリ102における低電位側の負極端子は、図示されていないグラウンドに電気的に接続されている。
電力変換装置101は、主に、第1電源104と第2電源106と制御部108とを備える。第1電源104及び第2電源106は、第1導電路11と第2導電路12との間に並列に接続されており、具体的には、第1電力変換部21と第2電力変換部22とが第1導電路11と第2導電路12との間に並列に接続されている。電力変換装置101は、第1導電路11と第2導電路12との間で電力変換を行う装置である。電力変換装置101は、バッテリ102から第1導電路11を介して入力される入力電圧を降圧し、第2導電路12に対して第1導電路11の電圧よりも低い出力電圧を印加する動作を行い得る。
なお、本明細書において、特別な説明が無い限り、電圧とは基準電位との電位差を意味する。例えば、第1導電路11の電圧は、第1導電路11と基準電位との電位差を意味し、第2導電路12の電圧は、第2導電路12と基準電位との電位差を意味する。なお、以下の代表例では、第1導電路11側の基準電位を生じさせる導電路と第2導電路12側の基準電位を生じさせる導電路は絶縁されている。
第1電源104及び第2電源106は、いずれもDC-DCコンバータとして機能する。第1電源104及び第2電源106はそれぞれ、バッテリ102から入力される直流電圧VHを所定の出力電圧V1及びV2にそれぞれ変換して、各々の出力端子から出力する。
図2に示されるように、第1電源104は、電力変換を行う第1電力変換部21と、第1電力変換部21を駆動する電源内制御部31と、インタフェース部61と、第1電圧値検出部41と、第1電流値検出部51と、を有する。電源内制御部31は、第1駆動部の一例に相当する。以下の説明では、インタフェース部61は、IF部61とも称される。
第1電力変換部21は、第1導電路11から第1入力路71を介して入力される電力を変換し、第1出力路81を介して第2導電路12に電力を出力する動作を行う。第1入力路71は、第1導電路11から分岐した導電路であり、一端が第1導電路11に電気的に接続され、他端が第1電力変換部21に電気的に接続される。第1出力路81は、一端が第1電力変換部21に電気的に接続され、他端が第2導電路12に電気的に接続される。
第1電力変換部21は、例えば、図3のようなフルブリッジ方式の絶縁型のDCDCコンバータとして構成されている。なお、図3の構成では、第1電圧値検出部41や第1電流値検出部51などは省略されている。第1電力変換部21は、入力回路部21X、トランス部21Y、出力回路部21Zを有する。入力回路部21Xは、複数の半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dと、コンデンサ21Eとを備え、トランス部21Yの一次側コイル21Fに電気的に接続される。入力回路部21Xは、複数の半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dのスイッチング動作に応じて一次側コイル21Fに交流電圧を生じさせる。複数の半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dのスイッチング動作の制御は電源内制御部31によって行われ、具体的には後述のCV(Constant Voltage)制御が行われる。出力回路部21Zは、ダイオード21J,21K、インダクタ21L、コンデンサ21Mを備え、トランス部21Yの二次側コイル21G,21Hに電気的に接続され、二次側コイル21G,21Hに印加される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。第1電力変換部21は、半導体スイッチ素子21A,21B,21C,21Dのスイッチング動作によって電圧変換を行う。そして、第1電力変換部21は、第1導電路11に印加された入力電圧VH(第1導電路11とグラウンド側の導電路13Aとの間の電位差)を降圧し、第1出力路81に出力電圧(第1出力路81とグラウンド側の導電路13Bとの間の電位差)を生じさせる。導電路13A,13Bは、例えば0V程度に維持される基準導電路である。
第1電流値検出部51は、第1出力路81の途中に介在する。第1電流値検出部51は、第1出力路81を流れる電流の値(第1電流値I1)を検出し、第1電流値I1を示す信号を電源内制御部31に入力する。第1電力変換部21が電力変換動作(具体的には降圧動作)を行う場合、第1電流値検出部51は、第1電力変換部21が第1出力路81を介して出力する出力電流の値を第1電流値I1として検出する。
第1電圧値検出部41は、第1出力路81の電圧値(第1電圧値V1)を検出し、電源内制御部31に第1電圧値V1を示す信号を入力する。第1電力変換部21が電力変換動作を行う場合、第1電圧値検出部41は、第1電力変換部21が第1出力路81に印加する出力電圧の値を第1電圧値V1として検出し、この出力電圧を示す信号を電源内制御部31に入力する。
IF部61は、制御部108から伝送されるデータを受信し、電源内制御部31に入力する。更に、IF部61は、電源内制御部31と協働し、電源内制御部31が取得した第1電流値I1を制御部108に送信し得る。
電源内制御部31は、情報処理機能を有する制御装置として構成され、例えば、内部メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されている。内部メモリには、電源内制御部31が実行すべきプログラム及び必要なパラメータ等が記憶されている。電源内制御部31は、IF部61から受信したデータに基づき、第1電力変換部21を制御し得る。例えば、電源内制御部31は、第1電力変換部21の動作に必要な設定値を算出し、第1電力変換部21に設定する。
本構成では、制御部108は、第1電源104に対して一定の出力電圧目標値を与えるように動作する。以下の説明では、制御部108が第1電源104に与える出力電圧目標値は「第1目標電圧」とも称される。また、以下の説明では、上記のCV制御によって一定の目標電圧を出力するモードは、定電圧モードとも称される。
第1電源104は、制御部108から上記第1目標電圧が与えられた場合、第1出力路81の電圧を上記第1目標電圧とするように電圧変換動作(降圧動作)を行う。具体的には、電源内制御部31は、第1出力路81に上記第1目標電圧を出力させるように第1電力変換部21を駆動する。第1電力変換部21は、電源内制御部31による駆動(上記CV制御)によって定電圧モードで動作し、バッテリ102から入力される直流電圧VHを降圧し、第1出力路81の電圧を上記第1目標電圧とするように電圧変換動作を行う。
図2に示されるように、第2電源106は、電力変換を行う第2電力変換部22と、第2電力変換部22を駆動する電源内制御部32と、インタフェース部62と、第2電圧値検出部42と、第2電流値検出部52と、を有する。電源内制御部32は、第2駆動部の一例に相当する。以下の説明では、インタフェース部62は、IF部62とも称される。
第2電力変換部22は、第1電力変換部21に対して並列に接続され、第1導電路11から第2入力路72を介して入力される電力を変換し、第2出力路82を介して第2導電路12に電力を出力する動作を行う。第2入力路72は、第1導電路11から分岐した導電路であり、一端が第1導電路11に電気的に接続され、他端が第2電力変換部22に電気的に接続される。第2出力路82は、一端が第2電力変換部22に電気的に接続され、他端が第2導電路12に電気的に接続される。
第2電力変換部22は、例えば、図3で示される第1電力変換部21と同様のフルブリッジ方式の絶縁型のDCDCコンバータとして構成されている。この第2電力変換部22も、図示されていない複数の半導体スイッチ素子のスイッチング動作によって電圧変換を行い、第1導電路11に印加された入力電圧VHを降圧し、第2出力路82に出力電圧を生じさせる。
第2電流値検出部52は、第2出力路82の途中に介在する。第2電流値検出部52は、第2出力路82を流れる電流の値(第2電流値I2)を検出し、第2電流値I2を示す信号を電源内制御部32に入力する。第2電力変換部22が電力変換動作(具体的には降圧動作)を行う場合、第2電流値検出部52は、第2電力変換部22が第2出力路82を介して出力する出力電流の値を第2電流値I2として検出する。
第2電圧値検出部42は、第2出力路82の電圧値(第2電圧値V2)を検出し、電源内制御部32に第2電圧値V2を示す信号を入力する。第2電力変換部22が電力変換動作を行う場合、第2電圧値検出部42は、第2電力変換部22が第2出力路82に印加する出力電圧の値を第2電圧値V2として検出し、この出力電圧を示す信号を電源内制御部32に入力する。
IF部62は、制御部108から伝送されるデータを受信し、電源内制御部32に入力する。更に、IF部62は、電源内制御部32と協働し、電源内制御部32が取得した第2電流値I2を制御部108に送信し得る。
電源内制御部32は、情報処理機能を有する制御装置として構成され、例えば、内部メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されている。内部メモリには、電源内制御部32が実行すべきプログラム及び必要なパラメータ等が記憶されている。電源内制御部32は、IF部62から受信したデータに基づき、第2電力変換部22を制御し得る。例えば、電源内制御部32は、第2電力変換部22の動作に必要な設定値を算出し、第2電力変換部22に設定する。
2.制御の具体例
本構成では、制御部108は、第2電源106に対して一定の出力電圧目標値を与えるように動作する。以下の説明では、制御部108が第2電源106に与える出力電圧目標値は「第2目標電圧」とも称される。更に、制御部108は、第2電源106に対して一定の電流制限値を与えるように動作する。なお、第2目標電圧は、例えば、第1目標電圧よりも少し高い値とされる。
本構成では、制御部108は、第2電源106に対して一定の出力電圧目標値を与えるように動作する。以下の説明では、制御部108が第2電源106に与える出力電圧目標値は「第2目標電圧」とも称される。更に、制御部108は、第2電源106に対して一定の電流制限値を与えるように動作する。なお、第2目標電圧は、例えば、第1目標電圧よりも少し高い値とされる。
第2電源106は、制御部108から上記第2目標電圧及び電流制限値が与えられ、CVCC(Constant Voltage Constant Current)制御により動作する。第2電源106は、上述のCV制御により、指定された一定電圧(第2目標電圧)を出力する定電圧モードでも動作することができる。また、第2電源106は、CC(Constant Current)制御により、指定された一定電流値(上記電流制限値)を出力することもできるようになっている。以下の説明では、指定された一定電流値を出力するモードは定電流モードとも称される。つまり、第2電源106は、定電圧モードでの動作と定電流モードとを切り替えて動作し得る。
第2電力変換部22は、電源内制御部32による駆動(上記CVCC制御)によって定電圧モード又は定電流モードで動作する。第2電力変換部22は、定電圧モードで動作する場合、バッテリ102から入力される直流電圧VHを降圧し、第2出力路82の電圧を上記第2目標電圧とする電圧変換動作を行う。第2電力変換部22は、定電流モードで動作する場合、バッテリ102から入力される直流電圧VHを降圧し、第2出力路82の電流を上記電流制限値とする電圧変換動作を行う。電源内制御部32は、第2電流値I2が電流制限値で維持される場合、第2電力変換部22を定電流モードで動作させる。電源内制御部32は、第2電流値I2が電流制限値よりも小さい場合、定電圧モードと定電流モードとの切り替えを、定電圧モードで動作する場合のフィードバック演算結果と、定電流モードで動作する場合のフィードバック演算結果と、の調停結果に基づいて行う。定電圧モードで動作する場合のフィードバック演算結果は、第2目標電圧と第2電圧値V2との偏差に基づいてフィードバック演算(例えば、PI演算又はPID演算)を行うことで算出される操作量である。この操作量は、第2電圧値V2を第2目標電圧に近づけようとする操作量である。定電流モードで動作する場合のフィードバック演算結果は、電流制限値と第2電流値I2との偏差に基づいてフィードバック演算(例えば、PI演算又はPID演算)を行うことで算出される操作量である。この操作量は、第2電流値I2を電流制限値に近づけようとする操作量である。電源内制御部32は、操作量の更新(デューティの更新)を周期的に行い、上記の調停を行う場合には、先回の周期からの操作量の変化(具体的にはデューティの変化)がより小さくなるフィードバック演算結果が得られたモードを採用する。
電力変換装置101は、電力変換装置101から第2導電路12を介して供給される出力電流の値ILに応じて、少なくとも第1動作状態と第2動作状態と第3動作状態とに切り替わる。出力電流の値ILは、第1電源104の出力電流値(第1電流値I1)及び第2電源106の出力電流値(第2電流値I2)の合計値である(IL=I1+I2)。従って、本構成では、電力変換装置101は、第1電流値I1及び第2電流値I2に基づいて第1動作状態、第2動作状態、第3動作状態に切り替わるようになっている。
第1動作状態は、第2導電路12を介して出力される出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である場合に第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第2電力変換部22のみが動作する状態である。第2動作状態は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1よりも大きい第2閾値Ith2以上である場合に第1電力変換部21及び第2電力変換部22が動作する状態である。第3動作状態は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1以上且つ第2閾値Ith2未満である場合に第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第2電力変換部22のみが動作する状態である。具体的には、第1電力変換部21及び第2電力変換部22は、第1電流値検出部51が検出する第1電流の値I1と第2電流値検出部52が検出する第2電流の値I2とに基づいて第1動作状態と第2動作状態とに切り替わるようになっている。
図4に示されるように、制御部108は、CPU(Central Processing Unit)120、メモリ122、インタフェース部(以下、IF部という)124及びバス126を含む。制御部108における各部の間のデータ伝送は、バス126を介して行なわれる。メモリ122は、1以上の記憶媒体を有し、例えば、書換可能な半導体不揮発性メモリ等を含む。メモリ122には、CPU120が実行するプログラム及び所定のパラメータ等が記憶されている。メモリ122の一部の領域は、CPU120がプログラムを実行するときにワークエリアとして使用される。制御部108は、例えば、電気自動車等のECU(Electronic Control Unit)である。
CPU120は、第1電源104及び第2電源106の動作を制御する。すなわち、CPU120は、IF部124を介して第1電源104に対して、第1目標電圧を伝送する。また、CPU120は、IF部124を介して第2電源106に対して、第2目標電圧、及び、定電流モード時の出力電流の制限値(以下、電流制限値ともいう)を伝送する。第1電源104は、制御部108から与えられた第1目標電圧に基づいて定電圧モードで動作しうるようになっており、第1目標電圧に等しい電圧を出力するように動作する。第2電源106は、定電流モードで動作するときには制御部108から与えられた電流制限値に等しい電流を出力するように動作し、定電圧モードで動作するときには制御部108から与えられた第2目標電圧に等しい電圧を出力するように動作する。
制御部108は、第1電源104及び第2電源106を制御する機能を有する。具体的には、制御部108は、第1電源104に指示を与えることで第1電力変換部21を制御し、第2電源106に指示を与えることで第2電力変換部22を制御する。本実施形態では、制御部108は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である場合に第1電力変換部21及び第2電力変換部22を第1動作状態に制御する。また、制御部108は、出力電流の値ILが第2閾値Ith2以上である場合に第1電力変換部21及び第2電力変換部22を第2動作状態に制御する。更に、制御部108は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1以上且つ第2閾値Ith2未満である場合に第1電力変換部21及び第2電力変換部22を第3動作状態に制御する。
具体的には、制御部108は、第1電流値検出部51が検出する第1電流の値I1と第2電流値検出部52が検出する第2電流の値I2とに基づいて第1電力変換部21及び第2電力変換部22を第1動作状態、第2動作状態、第3動作状態に切り替える。
制御部108は、図5で示される切替制御を実行し得る。図5で示される切替制御は、制御部108(具体的には、例えばCPU120)が、所定のプログラムをメモリ122から読出して実行することにより実現される。図5で示される切替制御を行うにあたって、制御部108は、第1電源104及び第2電源106と継続的に通信を行い得る。制御部108は、第1電源104から継続的に第1電流値I1を取得し、第2電源106から継続的に第1電流値I1を取得する。そして、制御部108は、第1電流値I1及び第2電流値I2を加算して第2導電路12の電流値ILを算出する。つまり、制御部108は、第1電流値I1及び第2電流値I2に基づいて継続的に第2導電路12の電流値ILを監視し得る。
制御部108は、所定の開始条件が成立した場合(例えば、車両が始動状態となった場合、又はその他の開始条件が成立した場合)に図5で示される切替制御を開始する。制御部108は、図5の切替制御を開始した場合、まず、ステップS10において、第2導電路12を流れる出力電流値ILが第1閾値Ith1以上であるか否かを判定する。
制御部108は、ステップS10において第2導電路12を流れる出力電流値ILが第1閾値Ith1以上でない(第1閾値Ith1未満である)と判定した場合、ステップS14において、第1電源104及び第2電源106を第1動作状態に制御する。第1動作状態は、第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第2電力変換部22のみが動作する状態である。制御部108は、ステップS14の制御を、例えば第1電源104に対して動作禁止信号を与え、第2電源106に対して動作許可信号、上記第2目標電圧、上記電流制限値を与えることで行う。第1電源104は、制御部108から動作禁止信号が与えられた場合、第1電力変換部21を停止させる。第2電源106は、制御部108から上記動作許可信号、上記第2目標電圧、上記電流制限値が与えられた場合、上述のCVCC制御により定電圧モード又は定電流モードで動作する。第2電源106は、CVCC制御が行われる場合、第2出力路82の電流が上記電流制限値である場合に定電流モードが維持され、第2出力路82の電流が上記電流制限値を下回ることを条件として上記第2目標電圧を目標値とする定電圧モードに切り替わる。
ここで、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満の軽負荷状態のときに第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第2電力変換部22のみが動作している場合の電力変換効率をE2とする。そして、上記軽負荷状態のときに第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第1電力変換部21のみが動作している場合の電力変換効率をE1とする。電力変換装置101では、E2のほうがE1よりも大きく、E2>E1となっている。図6は、第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第1電力変換部21のみが動作している場合の出力電流の値ILと効率(電力変換効率)との関係を破線で示すグラフである。また、図6は、第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第2電力変換部22のみが動作している場合の出力電流の値ILと効率(電力変換効率)との関係を実線で示すグラフである。第1閾値Ith1は、この第1閾値Ith1よりも出力電流の値ILが低い電流範囲において上記の「第1電力変換部21のみが動作している場合」の効率よりも上記の「第2電力変換部22のみが動作している場合」の効率のほうが大きくなるように設定される。なお、本明細書における効率(電力変換効率)とは、第1導電路11を介して入力される入力電力P1に対する、第2導電路12を介して出力される出力電力P2の割合P2/P1である。
制御部108は、ステップS10において第2導電路12を流れる出力電流値ILが第1閾値Ith1以上である判定した場合、ステップS11において第2導電路12を流れる出力電流値ILが第2閾値Ith2以上であるか否かを判定する。制御部108は、ステップS11において第2導電路12を流れる出力電流値ILが第2閾値Ith2以上でない(第2閾値Ith2未満である)と判定した場合、ステップS13において、第1電源104及び第2電源106を第3動作状態に制御する。第3動作状態は、第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第1電力変換部21のみが動作する状態である。制御部108は、ステップS13の制御を、例えば第2電源106に対して動作禁止信号を与え、第1電源104に対して動作許可信号及び上記第1目標電圧を与えることで行う。第2電源106は、制御部108から動作禁止信号が与えられた場合、第2電力変換部22を停止させる。第1電源104は、制御部108から上記動作許可信号及び上記第1目標電圧が与えられた場合、上述のCV制御により、上記第1目標電圧を目標値とする定電圧モードで動作する。
ここで、出力電流の値ILが第2閾値Ith2以上の重負荷状態のときに第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第1電力変換部21のみが動作している場合の電力変換効率をE3とする。そして、上記重負荷状態のときに第1電力変換部21及び第2電力変換部22のうちの第2電力変換部22のみが動作している場合の電力変換効率をE4とする。電力変換装置101では、E3のほうがE4よりも大きく、E3>E4となっている。図6のように、第2閾値Ith2は、この第2閾値Ith2以上の電流範囲において上記の「第2電力変換部22のみが動作している場合」の効率よりも上記の「第1電力変換部21のみが動作している場合」の効率のほうが大きくなるように設定される。
制御部108は、ステップS11において第2導電路12を流れる出力電流値ILが第2閾値Ith2以上であると判定した場合、ステップS12において、第1電源104及び第2電源106を第2動作状態に制御する。第2動作状態は、第1電力変換部21及び第2電力変換部22が動作する状態である。制御部108は、ステップS12の制御を、例えば、第1電源104に対して動作許可信号及び上記第1目標電圧を与え、第2電源106に対して動作許可信号、上記第2目標電圧、上記電流制限値を与えることで行う。第1電源104は、制御部108から上記動作許可信号及び上記第1目標電圧が与えられた場合、上述のCV制御により、上記第1目標電圧を目標値とする定電圧モードで動作する。第2電源106は、制御部108から上記動作許可信号、上記第2目標電圧、上記電流制限値が与えられた場合、上述のCVCC制御により定電圧モード又は定電流モードで動作する。第2電源106は、CVCC制御が行われる場合、第2出力路82の電流が上記電流制限値である場合に定電流モードが維持され、第2出力路82の電流が上記電流制限値を下回ることを条件として上記第2目標電圧を目標値とする定電圧モードに切り替わる。
本開示の効果の例示は、以下の通りである。
電力変換装置101は、電力変換装置101からの出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である軽負荷状態と軽負荷状態のときよりも出力電流の値が大きい状態とで、動作状態を切り替え得る。具体的には、電力変換装置101は、第2電力変換部22のみを動作させる状態と、少なくとも第1電力変換部21を動作させる状態とを切り替えることができる。よって、複数の電力変換部が並列に接続された構成において、負荷状態に応じた動作を行うことができる。
電力変換装置101は、電力変換装置101からの出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である軽負荷状態と軽負荷状態のときよりも出力電流の値が大きい状態とで、動作状態を切り替え得る。具体的には、電力変換装置101は、第2電力変換部22のみを動作させる状態と、少なくとも第1電力変換部21を動作させる状態とを切り替えることができる。よって、複数の電力変換部が並列に接続された構成において、負荷状態に応じた動作を行うことができる。
電力変換装置101は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である場合に第2電力変換部22のみを動作させることが望ましい構成又は状態である場合に、一層有利に作用する。例えば、この電力変換装置101は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である場合に第2電力変換部22のみを動作させた方が第1電力変換部21を動作させる場合よりも効率が良くなる可能性が高い構成などでは一層有利に作用する。電力変換装置101が図6のような特徴を有する場合には、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満の軽負荷状態のときに第2電力変換部22のみを動作させて電力変換効率を高めることができる。
電力変換装置101は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1以上である場合又は第1閾値Ith1よりも大きい第2閾値Ith2以上である場合に第1電力変換部を動作させることが望ましい構成又は状態である場合に、一層有利に作用する。例えば、電力変換装置101は、出力電流値ILが第1閾値Ith1以上の場合又は上記第2閾値Ith2以上の場合に第1電力変換部21を動作させた方が第2電力変換部22のみを動作させる場合よりも効率が良くなる可能性が高い構成などでは有利に作用する。電力変換装置101が図6のような特徴を有する場合には、出力電流の値ILが第2閾値Ith2以上である重負荷状態のときに第2電力変換部22を動作させて電力変換効率を高めることができる。
電力変換装置101は、第1電力変換部21が出力する第1電流の値と第2電力変換部22が出力する第2電流の値とに基づいて、第1動作状態と第2動作状態とを切り替えることができる。この電力変換装置101は、例えば、出力電流の値ILを電力変換装置101外で直接的に検出せずに上記切り替えを行うことが望まれる構成又は環境において有利である。
電力変換装置101は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である軽負荷状態では第2電力変換部22のみを動作させて第2電力変換部22のみを動作させることのメリットを享受し得る。また、電力変換装置101は、出力電流の値ILが第2閾値Ith2以上である重負荷状態では両電力変換部を動作させて応答性を高め得る。更に、電力変換装置101は、出力電流の値ILが第1閾値Ith1以上且つ第2閾値Ith2未満である中負荷状態では第1電力変換部21のみを動作させて第1電力変換部21のみを動作させることのメリットを享受し得る。
例えば、電力変換装置101が、軽負荷状態及び重負荷状態において第1電力変換部21よりも第2電力変換部22の動作回数が多くなりやすい構成をなす場合、中負荷状態において第1電力変換部21のみを動作させることで動作回数の偏りを抑えることができる。或いは、電力変換装置101は、中負荷状態において第2電力変換部22の動作を抑制することが望まれるその他の事情がある場合にも有利になる。
電力変換装置101は、制御部108の制御により、並列に接続された複数の電力変換部に対して負荷状態に応じた動作を行わせることができる。
電力変換装置101は、第1電源104の定格電流よりも第2電源106の定格電流のほうが小さくなっており、軽負荷状態のときには、定格電流の小さい第2電源106を優先的に使用することができる。
電力変換装置101は、第1電源104を、第1目標電圧を目標値とする定電圧モードで動作させることができ、第2電源106を、第1目標電圧よりも高い第2目標電圧を目標値とする定電圧モードと定電流モードとに切り替えて動作させることができる。電力変換装置101は、出力電流の値ILがある程度要求されて第2出力路82の電流が電流制限値で維持される場合には、第2電源106を定電流モードで動作させることができる。一方で、電力変換装置101は、出力電流の値ILが大きく低下して第2出力路82の電流が電流制限値を下回ることを条件として、第2電源106を定電圧モードで動作させ得る。
<他の実施形態>
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
上記実施形態では、電力変換装置が上記制御部108を含む装置であったが、上記制御部108のような制御を含まない装置が電力変換装置とされてもよい。例えば、電力変換装置101から上記制御部108を除いた部分が電力変換装置とされてもよい。
上記実施形態では、第1電力変換部21及び第2電力変換部22の具体的構成として、図3のような絶縁型DCDCコンバータが例示されたが、図3の構成以外のDCDCコンバータが用いられてもよい。
上記実施形態では、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である場合が軽負荷状態であり、出力電流の値ILが第1閾値Ith1よりも大きい第2閾値Ith2以上である場合が重負荷状態であったが、この例に限定されない。例えば、出力電流の値ILが第1閾値Ith1未満である場合が軽負荷状態であり、出力電流の値ILが第1閾値Ith1以上である場合が重負荷状態であってもよい。そして、第2動作状態は、出力電流の値が第1閾値以上である場合に第1電力変換部及び第2電力変換部のうちの少なくとも第1電力変換部が動作する状態であってもよい。この場合、第2動作状態は、第1電力変換部及び第2電力変換部のうちの第1電力変換部のみが動作する状態であってもよく、両電力変換部が動作する状態であってもよい。このような特徴は、例えば、図7のような切替制御によって実現されてもよい。制御部108は、図5の制御に代えて図7のような制御を行う場合、所定の開始条件が成立した場合(例えば、車両が始動状態となった場合、又はその他の開始条件が成立した場合)に図7で示される切替制御を開始する。制御部108は、図7の切替制御を開始した場合、まず、ステップS21において第2導電路12を流れる出力電流値ILが閾値(第1閾値Ith1)以上であるか否かを判定する。制御部108は、ステップS21において第2導電路12を流れる出力電流値ILが閾値(第1閾値Ith1)以上でない(第1閾値Ith1未満である)と判定した場合、ステップS23において、第1電源104及び第2電源106を第1動作状態に制御する。制御部108が、第1電源104及び第2電源106を第1動作状態に制御する方法は第1実施形態と同様であり、図5のステップS14と同様である。制御部108は、ステップS21において第2導電路12を流れる出力電流値ILが閾値(第1閾値Ith1)以上であると判定した場合、ステップS22において、第1電源104及び第2電源106を第2動作状態に制御する。制御部108が、第1電源104及び第2電源106を第2動作状態に制御する方法は第2実施形態と同様であり、図5のステップS12と同様である。
上記実施形態では、電源システム100が電気自動車などの車両に搭載されるが、これに限定されない。電源システム100は、これら以外の種類の車両、例えば、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)に搭載されてもよく、車両以外の装置に搭載されてもよい。
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
11 :第1導電路
12 :第2導電路
13A :導電路
13B :導電路
21 :第1電力変換部
21A :半導体スイッチ素子
21B :半導体スイッチ素子
21C :半導体スイッチ素子
21D :半導体スイッチ素子
21E :コンデンサ
21F :一次側コイル
21G :二次側コイル
21H :二次側コイル
21J :ダイオード
21K :ダイオード
21L :インダクタ
21M :コンデンサ
21X :入力回路部
21Y :トランス部
21Z :出力回路部
22 :第2電力変換部
31 :電源内制御部(第1駆動部)
32 :電源内制御部(第2駆動部)
41 :第1電圧値検出部
42 :第2電圧値検出部
51 :第1電流値検出部
52 :第2電流値検出部
61 :インタフェース部
62 :インタフェース部
71 :第1入力路
72 :第2入力路
81 :第1出力路
82 :第2出力路
100 :電源システム
101 :電力変換装置
102 :バッテリ
104 :第1電源
106 :第2電源
108 :制御部
110 :負荷
120 :CPU
122 :メモリ
124 :IF部
126 :バス
12 :第2導電路
13A :導電路
13B :導電路
21 :第1電力変換部
21A :半導体スイッチ素子
21B :半導体スイッチ素子
21C :半導体スイッチ素子
21D :半導体スイッチ素子
21E :コンデンサ
21F :一次側コイル
21G :二次側コイル
21H :二次側コイル
21J :ダイオード
21K :ダイオード
21L :インダクタ
21M :コンデンサ
21X :入力回路部
21Y :トランス部
21Z :出力回路部
22 :第2電力変換部
31 :電源内制御部(第1駆動部)
32 :電源内制御部(第2駆動部)
41 :第1電圧値検出部
42 :第2電圧値検出部
51 :第1電流値検出部
52 :第2電流値検出部
61 :インタフェース部
62 :インタフェース部
71 :第1入力路
72 :第2入力路
81 :第1出力路
82 :第2出力路
100 :電源システム
101 :電力変換装置
102 :バッテリ
104 :第1電源
106 :第2電源
108 :制御部
110 :負荷
120 :CPU
122 :メモリ
124 :IF部
126 :バス
Claims (6)
- 第1導電路と第2導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
電力変換を行う第1電力変換部と、第2電力変換部と、を備え、
前記第1電力変換部は、前記第1導電路から第1入力路を介して入力される電力を変換し、第1出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、
前記第2電力変換部は、前記第1電力変換部に対して並列に接続され、前記第1導電路から第2入力路を介して入力される電力を変換し、第2出力路を介して前記第2導電路に電力を出力する動作を行い、
前記第2導電路を介して出力される出力電流の値が第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作する第1動作状態と、前記出力電流の値が前記第1閾値以上である場合又は前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの少なくとも前記第1電力変換部が動作する第2動作状態と、に切り替わる電力変換装置。 - 前記第1電力変換部が前記第1出力路を介して出力する第1電流の値を検出する第1電流値検出部と、
前記第2電力変換部が前記第2出力路を介して出力する第2電流の値を検出する第2電流値検出部と、
を有し、
前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部は、前記第1電流値検出部が検出する前記第1電流の値と前記第2電流値検出部が検出する前記第2電流の値とに基づいて前記第1動作状態と前記第2動作状態とに切り替わる請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第2動作状態は、前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部がいずれも動作する状態である請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記第1動作状態は、前記出力電流の値が前記第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作する状態であり、
前記第2動作状態は、前記出力電流の値が前記第1閾値よりも大きい前記第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部が動作する状態であり、
更に、前記出力電流の値が前記第1閾値以上且つ前記第2閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第1電力変換部のみが動作する第3動作状態に切り替わる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記出力電流の値が前記第1閾値未満の軽負荷状態のときに前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第2電力変換部のみが動作している場合の電力変換効率のほうが、前記軽負荷状態のときに前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部のうちの前記第1電力変換部のみが動作している場合の電力変換効率よりも大きい請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記出力電流の値が前記第1閾値未満である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部を前記第1動作状態に制御し、前記出力電流の値が前記第1閾値以上である場合又は前記第2閾値以上である場合に前記第1電力変換部及び前記第2電力変換部を前記第2動作状態に制御する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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- 2020-03-11 JP JP2020041441A patent/JP2021145426A/ja active Pending
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2021
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JP2021145426A (ja) | 2021-09-24 |
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