(57)【要約】【課題】２つのバッテリの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際に突入電流が発生することを抑制可能な電源装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る電源装置は、第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、及び第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、第１バッテリと第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源装置であって、第２バッテリに補機部品が接続され、第１バッテリと第２バッテリとの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際、第１スイッチ素子をオン状態に制御すると共に第２スイッチ素子及び第３スイッチ素子を交互にオン／オフ状態に制御する制御手段を備える。【選択図】図７
2020048399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリと、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリと、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源装置であって、
前記第２バッテリに補機部品が接続され、
前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際、前記第１スイッチ素子をオン状態に制御すると共に前記第２スイッチ素子及び前記第３スイッチ素子を交互にオン／オフ状態に制御する制御手段を備える
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリと、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリと、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源装置であって、
前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換える際、前記第１バッテリの電圧が前記第２バッテリの電圧以上である場合、前記第１スイッチ素子をオン状態に制御すると共に前記第２スイッチ素子及び前記第３スイッチ素子を交互にオン／オフ状態に制御する制御手段を備える
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
車両に搭載され、該車両の停止要求がある場合、前記制御手段は、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの電圧差を解消した後に車両を停止することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのバッテリの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直列接続状態と並列接続状態との間で接続状態を切り換え可能な２つのバッテリと、２つのバッテリのうちの一方のバッテリに直列に接続されたリアクトル素子と、を備える電源装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０６４４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、補機部品が接続されているバッテリの電圧は補機部品への電力供給分だけ他方のバッテリの電圧より低くなるので、バッテリ間に電圧差が発生しやすい。このため、特許文献１に記載の電源装置によれば、一方のバッテリに補機部品が接続されている場合、バッテリの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際、バッテリ間の電圧差に起因して他方のバッテリから一方のバッテリへ大きな突入電流が流れる可能性がある。特に直列接続状態が続いた場合、一方のバッテリの電圧は補機部品への電力供給分だけ他方のバッテリの電圧より低くなりやすいので、このような課題が発生しやすい。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、２つのバッテリの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際に突入電流が発生することを抑制可能な電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る電源装置は、正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリと、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリと、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源装置であって、前記第２バッテリに補機部品が接続され、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際、前記第１スイッチ素子をオン状態に制御すると共に前記第２スイッチ素子及び前記第３スイッチ素子を交互にオン／オフ状態に制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る電源装置は、正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリと、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリと、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換え可能な電源装置であって、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換える際、前記第１バッテリの電圧が前記第２バッテリの電圧以上である場合、前記第１スイッチ素子をオン状態に制御すると共に前記第２スイッチ素子及び前記第３スイッチ素子を交互にオン／オフ状態に制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る電源装置は、上記発明において、車両に搭載され、該車両の停止要求がある場合、前記制御手段は、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの電圧差を解消した後に車両を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電源装置によれば、２つのバッテリの接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際に突入電流が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である電源装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す電源装置の構成を示す回路図である。
【図３】図３は、第１バッテリと第２バッテリとの接続状態が直列接続状態及び並列接続状態にあるときの第１〜第３スイッチ素子のオン／オフ状態を示す図である。
【図４】図４は、従来の電源装置の課題を説明するための図である。
【図５】図５は、従来の電源装置の課題を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態である電源装置の作用を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態である電源装置の動作を説明するための図である。
【図８】図８は、車両停止時にバッテリ間に電圧差がある場合の課題を説明するための図である。
【図９】図９は、車両停止時にバッテリ間に電圧差がある場合の課題を説明するための回路図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施形態である電源装置の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である電源装置の構成について説明する。
【００１２】
〔車両の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である電源装置が適用される車両の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である電源装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施形態である電源装置が適用される車両１は、ＨＶ（Hybrid  Vehicle）車両により構成され、エンジン（ＥＮＧ）２、電源装置３、第１インバータ（ＩＮＶ１）４ａ、第２インバータ（ＩＮＶ２）４ｂ、第１電動機（ＭＧ１）５ａ、及び第２電動機（ＭＧ２）５ｂを主な構成要素として備えている。なお、車両１は、ＨＶ車両に限定されることはなく、ＥＶ（Electric  Vehicle），ＰＨＶ（Plug-in  Hybrid  Vehicle），ＦＣＥＶ（Fuel  Cell  Electric  Vehicle）等であってもよい。
【００１４】
エンジン２は、ガソリンや軽油等を燃料として動力を出力する内燃機関によって構成され、後述するＨＶ電子制御ユニット（以下、ＨＶ−ＥＣＵと表記）１０２によって駆動制御される。
【００１５】
電源装置３は、正線ＰＬ及び負線ＮＬを介して第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに接続され、後述する電池電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと表記）１０１によって制御される。
【００１６】
第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂは、複数のスイッチ素子を備え、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有している。第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂは、ＨＶ−ＥＣＵ１０２による複数のスイッチ素子のオン／オフ制御によって、電源装置３から供給された直流電力を交流電力に変換して第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂに供給すると共に、第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂが発電した交流電力を直流電力に変換して電源装置３に供給する。
【００１７】
第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂは、同期発電電動機により構成されている。第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂはそれぞれ、第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂから供給された交流電力によって駆動されることにより車両駆動用の電動機として機能すると共に、車両１の駆動力を利用して交流電力を発電する発電機として機能する。
【００１８】
車両１は、制御系として、電池ＥＣＵ１０１及びＨＶ−ＥＣＵ１０２を備えている。
【００１９】
電池ＥＣＵ１０１は、電源装置３を構成する複数のバッテリの充電状態の管理や異常検出や電圧制御を実行する。電池ＥＣＵ１０１には、各バッテリの温度Ｔｂを示す電気信号、各バッテリの出力電圧Ｖｂを示す電気信号、各バッテリの出力電流Ｉｂを示す電気信号等の各種電気信号が入力される。電池ＥＣＵ１０１は、温度Ｔｂ、出力電圧Ｖｂ、出力電流Ｉｂ等に基づいて各バッテリの残容量を算出する。電池ＥＣＵ１０１は、出力電圧Ｖｂ、温度Ｔｂ、各バッテリの残容量等の各種信号をＨＶ−ＥＣＵ１０２に送信する。また、電池ＥＣＵ１０１は、ＨＶ−ＥＣＵ１０２から受信した指令信号に基づいて電源装置３に対する制御信号を出力する。
【００２０】
ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、電池ＥＣＵ１０１と相互に通信可能に構成されており、各種指令や各種センサの検知結果等の各種信号の送受信を行う。ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、車両１の走行時においてドライバの要求に応じた車両駆動力を発生させるために、エンジン２、第１インバータ４ａ、及び第２インバータ４ｂを制御すると共に、電源装置３の出力電圧ＶＨを制御する。ＨＶ−ＥＣＵ１０２には、イグニッションスイッチの操作信号ＩＧＣＮ、エンジン２の回転数ＮＥ、第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂの回転数、車速、アクセル開度、電源装置３の出力電圧ＶＨ、温度Ｔｂ、各バッテリの残容量等の各種信号が入力される。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、入力された情報に基づいて算出された、エンジン２に対する制御信号ＮＲｅｆ、第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに対するＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御信号である信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２、電源装置３の出力電圧を要求電圧に切り替えるための指令信号、及び電源装置３内のスイッチ素子に対するＰＷＭ制御信号である信号ＰＷＣ等を出力する。
【００２１】
電池ＥＣＵ１０１及びＨＶ−ＥＣＵ１０２は、物理的には、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及び入出力インターフェース等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路によって構成されている。電池ＥＣＵ１０１及びＨＶ−ＥＣＵ１０２の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに保持されているコンピュータプログラムをＲＡＭにロードして実行することによって、制御対象を動作させると共にＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００２２】
〔電源装置の構成〕
次に、図１〜図３を参照して、電源装置３の構成について説明する。図２は、図１に示す電源装置３の構成を示す回路図である。図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１バッテリと第２バッテリとの接続状態が直列接続状態及び並列接続状態にあるときの第１〜第３スイッチ素子のオン／オフ状態を示す図である。
【００２３】
図２に示すように、電源装置３は、正線ＰＬと第１ノードＮ１との間に接続された第１スイッチ素子Ｓ１と、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に接続された第２スイッチ素子Ｓ２と、第２ノードＮ２と負線ＮＬとの間に接続された第３スイッチ素子Ｓ３と、第１ノードＮ１及び負線ＮＬにそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリＢ１と、正線ＰＬと第３ノードＮ３との間に接続されたリアクトル素子Ｒと、第３ノードＮ３及び第２ノードＮ２にそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリＢ２と、第２バッテリＢ２の正極に接続された充電用正極端子ＰＰと、第１バッテリＢ１の負極に接続された充電用負極端子ＮＰと、正線ＰＬと負線ＮＬとの間に接続された図示しない平滑コンデンサＣＨと、を備えている。また、第２バッテリＢ２には、補機部品としての空調装置（Ａ／Ｃ）３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２が並列に接続されている。
【００２４】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、この電源装置３では、電池ＥＣＵ１０１が、第１スイッチ素子Ｓ１、第２スイッチ素子Ｓ２、及び第３スイッチ素子Ｓ３のオン／オフ状態を制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態と並列接続状態との間で切り換えることができる。具体的には、図３（ａ）に示すように、電池ＥＣＵ１０１が、第１スイッチ素子Ｓ１及び第３スイッチ素子Ｓ３をオフ状態、第２スイッチ素子Ｓ２をオン状態に制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２とは直列に接続されて電流ＩＬが流れる。これに対して、図３（ｂ）に示すように、電池ＥＣＵ１０１が、第１スイッチ素子Ｓ１及び第３スイッチ素子Ｓ３をオン状態、第２スイッチ素子Ｓ２をオフ状態に制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２とは並列に接続されて電流ＩＬ１及び電流ＩＬ２が流れる。
【００２５】
ところで、この電源装置３において、補機部品をリアクトル素子Ｒが接続されている第２バッテリＢ２ではなく第１バッテリＢ１に接続した場合、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の接続状態が直列接続状態にあるときには（時間ｔ＝ｔ１〜ｔ２）、第１バッテリＢ１の電圧（Ｂ１電圧）は補機部品への電力供給分だけ第２バッテリＢ２の電圧（Ｂ２電圧）よりも低くなる。このため、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際（時間ｔ＝ｔ２）、図５（ａ），（ｂ）に示すように、バッテリ間の電圧差に起因して第２バッテリＢ２から第１バッテリＢ１へ大きな突入電流が流れ、突入電流が素子耐圧値以上である場合には、素子が破損する可能性がある。
【００２６】
これに対して、本実施形態では、上述した通り、補機部品はリアクトル素子Ｒと接続されている第２バッテリＢ２に接続されている。このような構成によれば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の接続状態が直列接続状態にあるときには（時間ｔ＝ｔ１〜ｔ２）、第２バッテリＢ２の電圧（Ｂ２電圧）は補機部品への電力供給分だけ第１バッテリＢ１の電圧（Ｂ１電圧）よりも低くなるが、リアクトル素子Ｒと第１スイッチ素子Ｓ１、第２スイッチ素子Ｓ２、及び第３スイッチ素子Ｓ３によってバッテリ間の電圧差が突入電流が発生し得る大きさになることを抑制できる。具体的には、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際には（時間ｔ＝ｔ２）、Ｂ１電圧がＢ２電圧よりも大きくなるが、図７（ａ），（ｂ）に示すように、電池ＥＣＵ１０１が、第１スイッチ素子Ｓ１をオン状態に制御し、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３を交互にオン／オフ状態に制御（デューティ制御）することにより、第１バッテリＢ１から第２バッテリＢ２へ大きな突入電流が流れることを抑制できる。
【００２７】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である電源装置３では、リアクトル素子Ｒに接続されている第２バッテリＢ２に補機部品が接続され、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際、電池ＥＣＵ１０１が、第１スイッチ素子Ｓ１をオン状態に制御すると共に第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３を交互にオン／オフ状態に制御するので、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際に突入電流が発生することを抑制できる。
【００２８】
ところで、上記実施形態では、突入電流が発生することを抑制するためには、リアクトル素子Ｒに接続されている第２バッテリＢ２に空調装置３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２を接続するという補機部品の配置位置に制約が生じる。そこで、以下に示す他の実施形態により補機部品の配置位置の制約を受けることなく突入電流の発生を抑制してもよい。以下、図８〜図１０を参照して、本発明の一実施形態である電源装置３の構成について説明する。
【００２９】
上述した通り、上記実施形態では、第２バッテリＢ２に空調装置３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２が接続されているので、直列接続状態において第２バッテリＢ２から空調装置３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２に電力を供給した場合、空調装置３１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２による電力消費分だけ第２バッテリＢ２の電圧が第１バッテリＢ１の電圧よりも低くなる。このため、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えた際には、第１バッテリＢ１から第２バッテリＢ２に向かって電圧段差による突入電流が発生する可能性がある。また、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、このように第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間に電圧差がある状態で車両が停止した場合には（時間ｔ＝ｔ３）、図９に示すように充電用正極端子ＰＰ及び充電用負極端子ＮＰに充電器を接続して並列接続状態で充電電流ＩＬ３により第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２を充電しようとしても突入電流ＩＬ４が発生する可能性があるために充電を実施できない。
【００３０】
そこで、本実施形態では、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換える際、第１バッテリＢ１の電圧が第２バッテリＢ２の電圧以上である場合には、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、電池ＥＣＵ１０１が、第１スイッチ素子Ｓ１をオン状態に制御し、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３を交互にオン／オフ状態に制御（デューティ制御）する（時間ｔ＝ｔ１〜ｔ２）。そして、電池ＥＣＵ１０１は、第２スイッチ素子Ｓ２がオフ状態、第３スイッチ素子Ｓ３がオン状態にある状態を所定時間継続した後に第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換える（時間ｔ＝ｔ２〜ｔ３）。このような制御によれば、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との電圧差を解消した後に第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を直列接続状態から並列接続状態に切り換えるので、補機部品の配置位置の制約を受けることなく突入電流が発生することを抑制できる。また、車両の停止要求があった場合には、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との電圧差を解消した後に車両を停止させることにより、並列接続状態で充電を行うことができる。
【００３１】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１  車両
２  エンジン（ＥＮＧ）
３  電源装置
４ａ  第１インバータ（ＩＮＶ１）
４ｂ  第２インバータ（ＩＮＶ２）
５ａ  第１電動機（ＭＧ１）
５ｂ  第２電動機（ＭＧ２）
ＰＬ  正線
ＮＬ  負線
３１  空調装置（Ａ／Ｃ）
３２  ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）
１０１  電池電子制御ユニット（電池ＥＣＵ）
１０２  ＨＶ電子制御ユニット（ＨＶ−ＥＣＵ）
Ｂ１  第１バッテリ
Ｂ２  第２バッテリ
Ｎ１  第１ノード
Ｎ２  第２ノード
Ｎ３  第３ノード
Ｒ  リアクトル素子
Ｓ１  第１スイッチ素子
Ｓ２  第２スイッチ素子
Ｓ３  第３スイッチ素子
【図１】
2020048399.tif 000003
【図２】
2020048399.tif 000004
【図３】
2020048399.tif 000005
【図４】
2020048399.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020048399.tif 000008
【図７】
2020048399.tif 000009
【図８】
2020048399.tif 000010
【図９】
2020048399.tif 000011
【図１０】
2020048399.tif 000012