(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】電源装置は、２つのバッテリＢ１、Ｂ２を備え、スイッチ素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のオン／オフ状態を切り換えることにより、２つのバッテリＢ１、Ｂ２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である。電源装置は、一方のバッテリに直列に接続されたリアクトル素子Ｒ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、他方のバッテリに接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａと、を備える。【選択図】図９
2020048266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのバッテリを備え、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であって、
一方のバッテリに直列に接続されたリアクトル素子及びＤＣ／ＤＣコンバータと、他方のバッテリに接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えることを特徴とする電源装置。
【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】
特許文献１に記載の電源装置によれば、一方のバッテリにのみリアクトル素子が直列に接続されているので、２つのバッテリ間に電圧差が発生する。結果、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突入電流が発生する可能性がある。
【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】
本発明に係る電源装置は、２つのバッテリを備え、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であって、一方のバッテリに直列に接続されたリアクトル素子及びＤＣ／ＤＣコンバータと、他方のバッテリに接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電源装置によれば、リアクトル素子の有無に関係なくバッテリ間で電力を授受してバッテリ間に電力差が発生することを抑制できるので、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】
【０００８】
【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に示す蓄電部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、並列接続状態、及び第２バッテリの単独駆動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、従来の電源装置の課題を説明するための図である。
【図７】図７は、従来の電源装置の課題を説明するための図である。
【図８】図８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９】図９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１０】図１０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１１】図１１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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
〔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。
【００１１】
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。
【００１２】
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）１０５によって駆動制御される。
【００１３】
電源装置３は、正線６ａ及び負線６ｂ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と標記）１０４によって制御されている。なお、本実施形態では、電源装置と第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂとの間を流れる電力の平滑化を行うために、正線６ａと負線６ｂとの間にコンデンサ７が接続されている。
【００１４】
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−ＥＣＵ１０５による複数のスイッチ素子のオン／オフ制御によって第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂを回転駆動する。
【００１５】
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、第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂによって回転駆動されることによりモータ及びジェネレータとして機能する。
【００１６】
〔制御系の構成〕
次に、図１を参照して、車両１の制御系の構成について説明する。
【００１７】
図１に示すように、車両１は、制御系として、温度センサ１００、電圧センサ１０１、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、電池ＥＣＵ１０４、及びＨＶ−ＥＣＵ１０５を備えている。
【００１８】
温度センサ１００は、電源装置３内の蓄電部３３の近傍に設けられ、蓄電部３３の温度Ｔｂを検出し、検出信号を電池ＥＣＵ１０４に出力する。
【００１９】
電圧センサ１０１は、電源装置３内の正線ＰＬと負線ＮＬとの間の電圧差Ｖｂを検出し、検出信号を電池ＥＣＵ１０４に出力する。
【００２０】
電流センサ１０２は、電源装置３内の正線ＰＬを流れる電流Ｉｂを検出し、検出信号を電池ＥＣＵ１０４に出力する。
【００２１】
電圧センサ１０３は、コンデンサ７に掛かる電圧Ｖｈを検出し、検出信号をＨＶ−ＥＣＵ１０５に出力する。
【００２２】
電池ＥＣＵ１０４は、主に、蓄電部３３の充電状態の管理や異常検出や電圧制御を行う。電池ＥＣＵ１０４には、温度Ｔｂ、電圧差Ｖｂ、電流Ｉｂ等の各検出信号が入力される。電池ＥＣＵ１０４は、温度Ｔｂ、電圧差Ｖｂ、電流Ｉｂ等に基づいて蓄電部３３のＳＯＣ（State  Of  Charge）を算出する。電池ＥＣＵ１０４は、温度ＴｂやＳＯＣ等の各信号をＨＶ−ＥＣＵ１０５に送信する。また、電池ＥＣＵ１０４は、ＨＶ−ＥＣＵ１０５から受信した指令信号に基づいて蓄電部３３に対する制御信号を出力する。
【００２３】
ＨＶ−ＥＣＵ１０５は、電池ＥＣＵ１０４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信号の送受信を行う。ＨＶ−ＥＣＵ１０５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、蓄電部３３の電圧を制御する。ＨＶ−ＥＣＵ１０５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、電圧Ｖｈ、温度Ｔｂ、蓄電部３３のＳＯＣ等の各信号が入力される。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０５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、蓄電部３３の電圧を要求電圧に切り替えるための指令信号、及びコンバータ３４に対するＰＷＭ制御信号である信号ＰＷＣ等を出力する。
【００２４】
電池ＥＣＵ１０４及びＨＶ−ＥＣＵ１０５は、物理的には、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及び入出力等のインターフェース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である。電池ＥＣＵ１０４及びＨＶ−ＥＣＵ１０５の機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで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。
【００２５】
〔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に示す蓄電部３３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。
【００２６】
図１に示すように、電源装置３は、蓄電部３３及びコンバータ（ＣＯＮＶ）３４を備えている。
【００２７】
蓄電部３３は、電池ＥＣＵ１０４からの制御信号に従って第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂとの間で電力を充放電する機能を有している。図２に示すように、本実施形態では、蓄電部３３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、を備えている。また、第１バッテリＢ１には、補機バッテリ３２からの電力により駆動される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（双方向ＤＣ／ＤＣ）３３ａが接続され、第２バッテリＢ２には、補機バッテリ３２からの電力により駆動されるＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）３１が接続されている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１も双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、この蓄電部３３では、電池ＥＣＵ１０４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、並列接続状態、及び第２バッテリＢ２の単独駆動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ＥＣＵ１０４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。また、図３（ｂ）に示すように、電池ＥＣＵ１０４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。さらに、図３（ｃ）に示すように、電池ＥＣＵ１０４が、第１スイッチ素子Ｓ１及び第２スイッチ素子Ｓ２をオフ状態、第３スイッチ素子Ｓ３をオン状態に制御することにより、第２バッテリＢ２からのみ電力が供給されて電流ＩＬが流れる。
【００２９】
図１に戻る。コンバータ３４は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによって構成され、正線ＰＬ及び負線ＮＬを介して蓄電部３３に接続されている。コンバータ３４は、蓄電部３３から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１電動機５ａや第２電動機５ｂの駆動に適した電圧まで昇圧する。また、コンバータ３４は、第１電動機５ａや第２電動機５ｂが発電した電力の電圧を、蓄電部３３の充電に適した電圧まで降圧させる。
【００３０】
ところで、第１バッテリＢ１に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａが接続されていない場合において、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように第１バッテリＢ１の電圧が第２バッテリＢ２の電圧より大きい場合、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）には、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように第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３を交互にオン／オフ状態に切り換えることによって、第１バッテリＢ１に流れる突入電流を抑制しながら第１バッテリＢ１により第２バッテリＢ２を充電して第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態を並列接続状態に切り換えることができる。しかしながら、第１バッテリＢ１に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａが接続されていない場合において、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように第１バッテリＢ１の電圧が第２バッテリＢ２の電圧より小さい場合には、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（時間ｔ＝ｔ２）には、突入電流を抑制する方法がないため、第２バッテリＢ２により第１バッテリＢ１を充電することができず、図７（ａ），（ｂ）に示すように非常に大きな突入電流が発生し、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。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、上述した通り、第１バッテリＢ１には双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａが接続されている。このような構成によれば、図８（ａ）〜（ｃ）及び図９に示すように、リアクトル素子Ｒの有無に拘わらずＤＣ／ＤＣコンバータ３１、補機バッテリ３２、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａを介して第２バッテリＢ２により第１バッテリＢ１を充電して第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までの間に第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間の電圧差を解消できる。これにより、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から並列接続状態に切り換えた際（時間ｔ＝ｔ２）、突入電流が発生することを抑制できる。
【００３２】
なお、図１０（ａ）〜（ｃ）及び図１１に示すように、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態が並列接続状態にあるときは、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間の電力アンバランスを無くすように、第２バッテリＢ２からＤＣ／ＤＣコンバータ３１に電力を供給してもよい。また同様に、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との接続状態が直列接続状態にあるときは、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間の電力アンバランスを無くすように、第１バッテリＢ１から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａに電力を供給すると共に第２バッテリＢ２からＤＣ／ＤＣコンバータ３１に電力を供給してもよい。
【００３３】
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は、第２バッテリＢ２に直列に接続されたリアクトル素子Ｒ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、第１バッテリＢ１に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａと、を備える。そして、このような構成によれば、リアクトル素子の有無に関係なくバッテリ間で電力を授受してバッテリ間に電力差が発生することを抑制できるので、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。
【００３４】
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】
【００３５】
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）
６ａ，ＰＬ  正線
６ｂ，ＮＬ  負線
７  コンデンサ
３１  ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）
３２  補機バッテリ
３３  蓄電部
３３ａ  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（双方向ＤＣ／ＤＣ）
３４  コンバータ（ＣＯＮＶ）
１００  温度センサ
１０１，１０３  電圧センサ
１０２  電流センサ
１０４  電池電子制御ユニット（電池ＥＣＵ）
１０５  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】
2020048266.tif 000003
【図２】
2020048266.tif 000004
【図３】
2020048266.tif 000005
【図４】
2020048266.tif 000006
【図５】
2020048266.tif 000007
【図６】
2020048266.tif 000008
【図７】
2020048266.tif 000009
【図８】
2020048266.tif 000010
【図９】
2020048266.tif 000011
【図１０】
2020048266.tif 000012
【図１１】
2020048266.tif 000013