(57)【要約】【課題】より簡単な構成で蓄電装置が過充電状態にあるときに負荷回路によって発電された電力を蓄電可能な回路を有する電源装置システムを提供することである。【解決手段】電源装置システム１０において、回転電機を有する負荷回路に接続される蓄電装置１２と、負荷回路から蓄電装置１２に対して行われる充電によって蓄電装置１２が過充電状態となっているか否かを判定する過充電判定手段と、蓄電装置１２が過充電状態であると判定されたときに作動する昇降圧回路と、昇降圧回路の作動によって負荷回路からの電力を充電し、その充電した電力を蓄電装置１２と負荷回路の少なくとも１つに対して供給するコンデンサと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機を有する負荷回路に接続される蓄電装置と、
負荷回路から蓄電装置に対して行われる充電によって蓄電装置が過充電状態となっているか否かを判定する過充電判定手段と、
蓄電装置が過充電状態であると判定されたときに作動する昇降圧回路と、
昇降圧回路の作動によって負荷回路からの電力を充電し、その充電した電力を蓄電装置と負荷回路の少なくとも１つに対して供給するコンデンサと、
を備える電源装置システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置システムにおいて、
前記コンデンサに充電された電力値を測定する電力値測定手段と、
回転電機が力行状態にあるときに回転電機に供給する電力は、前記コンデンサに充電された電力により優先的に供給され、前記コンデンサに充電された電力値が所定の電力値以下となったときに蓄電装置により供給されるように切り替えを行う切替手段とをさらに備えることを特徴とする電源装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置システムに係り、特に、回転電機を有する電源装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと回転電機を備えたハイブリッド自動車等において、回転電機が発電機として機能する場合には発電された電気エネルギが蓄電装置に充電される。しかし、蓄電装置への充電が継続して蓄電装置の充電状態が満充電状態になり、さらに充電を継続して行うと過充電となり蓄電装置の寿命を縮める可能性がある。
【０００３】
特許文献１に記載されている車両の制御装置は、蓄電機構の電力を用いてモータジェネレータを作動させることにより駆動される車両の制御装置であって、蓄電機構の電力を昇降圧するための昇降圧手段と、昇降圧手段を制御するための制御手段とを含む。昇降圧手段は、昇圧動作の際に昇降圧手段の内部に電力が貯えられる。制御手段は、モータジェネレータを作動させて発電された電力を蓄電機構へ供給することができない場合に、昇降圧手段の内部に電力を貯えるように、昇降圧手段を制御するための手段を含む。ここでは、昇降圧手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、昇圧動作の際にＤＣ／ＤＣコンバータの平滑コンデンサに電力が蓄えられる。制御手段は、モータジェネレータを作動させて発電された電力を蓄電機構へ供給することができない場合に、平滑コンデンサに電力を蓄えるように、昇降圧手段を制御することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の構成によれば、モータジェネレータで発電された電力を蓄電機構に供給することができない場合に、その電力をＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサを利用して蓄電することができる。しかし、特許文献１の構成では従来から存在するＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサを流用して電力を充電しており、充電した電力を使用するには従来のＤＣ／ＤＣコンバータの制御に新たな制御を加える必要があり制御が複雑となる。
【０００６】
本発明の目的は、より簡単な構成で蓄電装置が過充電状態にあるときに負荷回路によって発電された電力を蓄電可能な回路を有する電源装置システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電源装置システムは、回転電機を有する負荷回路に接続される蓄電装置と、負荷回路から蓄電装置に対して行われる充電によって蓄電装置が過充電状態となっているか否かを判定する過充電判定手段と、蓄電装置が過充電状態であると判定されたときに作動する昇降圧回路と、昇降圧回路の作動によって負荷回路からの電力を充電し、その充電した電力を蓄電装置と負荷回路の少なくとも１つに対して供給するコンデンサと、を備える電源装置システムである。
【０００８】
また、本発明に係る電源装置システムにおいて、前記コンデンサに充電された電力値を測定する電力値測定手段と、回転電機が力行状態にあるときに回転電機に供給する電力は、前記コンデンサに充電された電力により優先的に供給され、前記コンデンサに充電された電力値が所定の電力値以下となったときに蓄電装置により供給されるように切り替えを行う切替手段とをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の電源装置システムによれば、蓄電装置が過充電状態であると判定されたときに昇降圧回路の作動によって回転電機を有する負荷回路からの電力をコンデンサに充電することができる。
【００１０】
また、上記構成の電源装置システムによれば、昇降圧回路の作動によってコンデンサに充電された電力を蓄電装置と負荷回路の少なくとも１つに対して供給することで、充電された電力を有効に活用することができる。
【００１１】
また、上記構成の電力値測定手段と切替手段とを有する電源装置システムによれば、蓄電装置から負荷回路に対して供給する電力を抑制することができる。これにより、蓄電装置内の内部抵抗で消費される電力損失を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では容量素子としてコンデンサを用いて説明するがキャパシタであってもよい。また、以下では電源装置システムは２つのモータジェネレータを有するものとして説明するが、個数に限定はなく、例えば１つのモータジェネレータを有するものであってもよい。また、以下では回転電機によって駆動される車両はハイブリッド車両であるとして説明するが電気自動車であってもよい。また、この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の電源装置システム１０を示す図である。電源装置システム１０は、電源装置１００と制御部１１０とを含んで構成される。第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０とは電源装置１００によって駆動される。以下、電源装置１００について説明して、第１モータジェネレータ６０、第２モータジェネレータ７０、制御部１１０の順に説明する。なお、ここでは電源装置システム１０は回転電機によって駆動される車両であるハイブリッド車両に用いられるものとして説明する。
【００１４】
電源装置１００は、蓄電装置１２と、電流センサ１４と、第１リレー回路部１６と、第２リレー回路部２０と、第３リレー回路部２３と、コンデンサ２８，４０と、昇降圧コンバータ３９と、第１インバータ回路２００と、第２インバータ回路３００と、充電用昇降圧コンバータ８０と、充電用コンデンサ９０とを含んで構成される。
【００１５】
蓄電装置１２は、第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０に対して電力を供給するためのバッテリである。また、蓄電装置１２は、充放電可能な直流電源であって、例えばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。電流センサ１４は、蓄電装置１２の一方側端子に直列に接続され、蓄電装置１２に対して流れる電流値を計測する電流センサである。なお、蓄電装置１２に対して流れる電流値は、電流センサ１４を用いて計測するものとして説明するが、電源装置システム１０の蓄電装置１２によって駆動される回路についての電力総計値をコンデンサ２８の両端電圧ＶLで除算した値から推定して求めてもよい。
【００１６】
第１リレー回路部１６は、電流センサ１４に直列に接続されるリレーであり、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは切断の制御を行う。第２リレー回路部２０は、抵抗素子２２と、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは切断の制御を行うリレー１８とが直列に接続されて構成される。また、第２リレー回路部２０は、蓄電装置１２の他方側端子に直列に接続される。第３リレー回路部２３は、第２リレー回路部２０に並列に接続されるリレーであり、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは切断の制御を行う。
【００１７】
コンデンサ２８は、電源ライン２４と接地ライン２６との間に接続され、電源ライン２４と接地ライン２６との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。
【００１８】
昇降圧コンバータ３９は、電源ライン２４と直列に接続されるコイル３０と、コイル３０と電源ライン５０との間に接続されるトランジスタ３２と、コイル３０と接地ライン５２との間に接続されるトランジスタ３４と、トランジスタ３２に並列に接続されるダイオード３６と、トランジスタ３４に並列に接続されるダイオード３８とを含んで構成される。
【００１９】
昇降圧コンバータ３９は、制御部１１０からの制御信号に基づいて、蓄電装置１２から受け取る直流電圧についてコイル３０を用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ライン５０に供給する。より具体的には、昇降圧コンバータ３９は制御部１１０からの制御信号に基づいて、トランジスタ３４のスイッチング動作に応じて流れる電流をコイル３０に電磁エネルギとして蓄積する。これにより蓄電装置１２からの直流電圧を昇圧する。そして、昇降圧コンバータ３９は、その昇圧した昇圧電圧をトランジスタ３４がオフされたタイミングに同期してダイオード３６を介して電源ライン５０へ出力する。
【００２０】
また、昇降圧コンバータ３９は、制御部１１０からの制御信号に基づいて、第１インバータ回路２００あるいは第２インバータ回路３００から受ける直流電圧を降圧し、蓄電装置１２を充電する。
【００２１】
コンデンサ４０は、電源ライン５０と接地ライン５２との間に接続され、電源ライン５０と接地ライン５２との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。
【００２２】
第１インバータ回路２００の構成要素として、電源ライン５０と接地ライン５２との間にトランジスタ２１０とトランジスタ２２０とが直列接続される。また、トランジスタ２１０にはダイオード２１２が並列に接続され、トランジスタ２２０にはダイオード２２２が並列に接続される。
【００２３】
第１インバータ回路２００の別の構成要素として、電源ライン５０と接地ライン５２との間にトランジスタ２３０とトランジスタ２４０とが直列接続される。そして、トランジスタ２３０にはダイオード２３２が並列に接続され、トランジスタ２４０にはダイオード２４２が並列に接続される。
【００２４】
第１インバータ回路２００のさらに別の構成要素として、電源ライン５０と接地ライン５２との間にトランジスタ２５０とトランジスタ２６０とが直列接続される。そして、トランジスタ２５０にはダイオード２５２が並列に接続され、トランジスタ２６０にはダイオード２６２が並列に接続される。なお、図１に示されるように第２インバータ回路３００も第１インバータ回路２００と同様の要素で構成されるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、力行時にはコンデンサ４０の直流電圧を交流電圧に変換して第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０に供給し、これにより第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０が回転駆動される。また、第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、回生時には第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０で発電された交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置１２に供給し、これにより蓄電装置１２が充電される。
【００２６】
充電用昇降圧コンバータ８０は、電源ライン５０に一方端が接続される充電用コイル８８と、充電用コイル８８の他方端に接続される充電用トランジスタ８４，８７と、充電用トランジスタ８４，８７に並列に接続される充電用ダイオード８２，８５とを含んで構成される。
【００２７】
充電用昇降圧コンバータ８０は、制御部１１０からの制御信号に基づいて、第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０によって発電された電圧について充電用コイル８８を用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を後述する充電用コンデンサ９０に供給する。より具体的には、充電用昇降圧コンバータ８０は、制御部１１０からの制御信号に基づいて、充電用トランジスタ８７のスイッチング動作に応じて流れる電流を充電用コイル８８に電磁エネルギとして蓄積する。これにより第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０によって発電された電圧を昇圧する。そして、充電用昇降圧コンバータ８０は、その昇圧した昇圧電圧を充電用トランジスタ８７がオフされたタイミングに同期して充電用ダイオード８２を介して充電用コンデンサ９０へ出力する。
【００２８】
また、充電用昇降圧コンバータ８０は、制御部１１０からの制御信号に基づいて充電用コンデンサ９０の両端電圧を降圧する。充電用昇降圧コンバータ８０の昇圧比あるいは降圧比は充電用トランジスタ８４，８７のオンオフデューティ比で決まる。
【００２９】
充電用コンデンサ９０は、直列接続される充電用トランジスタ８４，８７に並列に接続される。充電用コンデンサ９０は、充電用昇降圧コンバータ８０によって昇圧された電圧に応じて第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０によって発電された電力が充電される。そして、その充電された電力は充電用昇降圧コンバータ８０によって降圧された電圧に応じて蓄電装置１２および負荷回路のうち少なくとも１つに対して供給する。具体的には、充電用コンデンサ９０に蓄積された電力は蓄電装置１２の充電と第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０の力行のために使用される。なお、充電用コンデンサ９０に蓄積された電力は、コンデンサの容量値と両端電圧によって算出することができる。
【００３０】
第１モータジェネレータ６０は、Ｕ相コイル６２とＶ相コイル６４とＷ相コイル６６とを含んで構成される。Ｕ相コイル６２は、トランジスタ２１０とトランジスタ２２０との接続点と中性点６８との間に接続されるコイルである。Ｖ相コイル６４は、トランジスタ２３０とトランジスタ２４０との接続点と中性点６８との間に接続されるコイルである。Ｗ相コイル６６は、トランジスタ２５０とトランジスタ２６０との接続点と中性点６８との間に接続されるコイルである。第１モータジェネレータ６０は、車両の力行時には電動機として機能し、車両の回生時には発電機として機能する。なお、図１に示されるように第２モータジェネレータ７０は第１モータジェネレータ６０と同様の要素で構成されるため、詳細な説明は省略する。
【００３１】
制御部１１０は、電源制御システム１０において電源装置１００を制御する制御装置である。制御部１１０は、昇降圧コンバータ３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００と充電用昇降圧コンバータ８０を構成する各トランジスタのオンオフ制御を行って各回路を機能させている。また、制御部１１０は蓄電装置１２の充電状態を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を監視する機能を有する。蓄電装置１２のＳＯＣは、蓄電装置１２に対する電流の出入りを電流センサ１４で計測する等によって算出することができる。さらに、制御部１１０は、充電用コンデンサ９０に蓄えられた電力値が所定の電力値以上であるか否かを判定する。
【００３２】
また、制御部１１０は、第１リレー回路部１６と第２リレー回路部２０と第３リレー回路部２３を制御する。ここで、蓄電装置１２と電源ライン２４及び接地ライン２６に接続される負荷回路とを接続している状態をＳＭＲ接続と呼び、蓄電装置１２と負荷回路とを切断している状態をＳＭＲ開放と呼ぶ。ＳＭＲ接続とは、第１リレー回路部１６のリレーが接続状態であって、第２リレー回路部２０のリレー１８と第３リレー回路部２３のリレーのうち少なくともいずれか一方が接続状態にあることをいう。また、ＳＭＲ開放とは、第１リレー回路部１６のリレーが切断状態であり、第２リレー回路部２０のリレー１８及び第３リレー回路部２３のリレーが切断状態であることをいう。なお、負荷回路は、ここではコンデンサ２８，４０と昇降圧コンバータ３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００と第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０とをあわせたものを示す。
【００３３】
続いて、上記構成からなる電源装置システム１０の動作について図１，２を参照して説明する。図２は、電源装置システム１０において蓄電装置１２が過充電状態となった際に充電用昇降圧コンバータ８０によって充電用コンデンサ９０を充電する手順を示すフローチャートである。
【００３４】
制御部１１０は、蓄電装置１２が過充電状態にあるか否かを判断する（Ｓ２）。蓄電装置１２が過充電状態でなければＥＮＤ処理へと進む。
【００３５】
蓄電装置１２が過充電状態にあれば、ＳＭＲ開放状態となるように第１リレー回路部１６と第２リレー回路部２０と第３リレー回路部２３を制御する（Ｓ４）。これにより、第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０から蓄電装置１２に対する充電を停止することができる。次にＳ６へと進む。
【００３６】
充電用トランジスタ８４，８７をオンオフさせそれらのデューティを調整することで、充電用コンデンサ９０の両端電圧を昇圧する（Ｓ６）。このように充電用コンデンサ９０は、昇圧された両端電圧に応じて第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０によって発電された電力を充電することができる。また、充電用コンデンサ９０の容量をＣとして、その両端電圧をＶとすれば充電用コンデンサ９０に蓄積されるエネルギは１／２ＣＶ2として表すことができ、両端電圧を昇圧することで蓄積されるエネルギを大きくすることができるため、コンデンサの容量値は比較的小さい値で済ませることができる。
【００３７】
続いて、蓄電装置１２が過充電状態となって充電用コンデンサ９０に充電された電力を有効に活用する電源装置システム１０の動作について図１，３を用いて説明する。図３は、電源装置システム１０において充電用コンデンサ９０に充電された電力を有効に活用する手順を示すフローチャートである。
【００３８】
電源装置システム１０において蓄電装置１２が過充電状態となって充電用コンデンサ９０には十分な電力が充電された状態とする。このとき、制御部１１０はＳＭＲ開放状態となるように制御している（Ｓ１２）。
【００３９】
電源装置システム１０が搭載される車両が加速状態にあるか否かを判断する（Ｓ１４）。車両が加速状態でなければＳ１８へと進む。
【００４０】
車両が加速状態であると判断すれば、充電用昇降圧コンバータ８０の充電用トランジスタ８４，８７のオンオフ制御を行うことで充電用コンデンサ９０の両端電圧を降圧する（Ｓ１６）。充電用コンデンサ９０の両端電圧が降圧されれば、蓄積された電力は、その両端電圧に応じて蓄電装置１２の充電と第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０の力行のために供給される。その後Ｓ１８へと進む。
【００４１】
電源装置システム１０が搭載される車両が減速状態にあるか否かを判断する（Ｓ１８）。車両が減速状態でなければＳ２２へと進む。
【００４２】
車両が減速状態であると判断すれば、充電用昇降圧コンバータ８０の充電用トランジスタ８４，８７のオンオフ制御を行うことで充電用コンデンサ９０の両端電圧を昇圧する（Ｓ２０）。充電用コンデンサ９０の両端電圧が昇圧されれば、その電圧に応じて第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０によって発電された電力を充電用コンデンサ９０に充電することができる。その後Ｓ２２へと進む。
【００４３】
充電用コンデンサ９０に蓄積された電力が所定の電力値以上であるか否かを判断する（Ｓ２２）。充電用コンデンサ９０に蓄積された電力が所定の電力値以上であればＳ１４へ戻る。
【００４４】
充電用コンデンサ９０に蓄積された電力が所定の電力値以上でなければ、ＳＭＲ接続となるように第１リレー回路部１６と第２リレー回路部２０と第３リレー回路部２３とを制御する（Ｓ２４）。その後ＥＮＤ処理へと進む。このように、充電用コンデンサ９０に電力が蓄積された場合に車両の加速の際にはその電力を優先的に使用し、車両が減速した際には充電用コンデンサ９０に電力を蓄積するということを繰り返し、可能な限り充電用コンデンサ９０に蓄えられた電力で車両の加減速をする。これにより、蓄電装置１２の内部抵抗で消費される損失等を減らすことができるので車両の燃費向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態の電源装置システムを示す図である。
【図２】電源装置システムにおいて蓄電装置が過充電状態となった際に充電用昇降圧コンバータによって充電用コンデンサを充電する手順を示すフローチャートである。
【図３】電源装置システムにおいて充電用コンデンサに充電された電力を有効に活用する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  電源制御システム、１２  蓄電装置、１４  電流センサ、１６  第１リレー回路部、１８  リレー、２０  第２リレー回路部、２２  抵抗素子、２３  第３リレー回路部、２４，５０  電源ライン、２６，５２  接地ライン、２８，４０  コンデンサ、３０  コイル、３２，３４，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０  トランジスタ、３６，３８，２１２，２２２，２３２，２４２，２５２，２６２  ダイオード、３９  昇降圧コンバータ、４０  コンデンサ、６０  第１モータジェネレータ、６２  Ｕ相コイル、６４  Ｖ相コイル、６６  Ｗ相コイル、６８  中性点、７０  第２モータジェネレータ、８０  充電用昇降圧コンバータ、８２，８５  充電用ダイオード、８４，８７  充電用トランジスタ、８８  充電用コイル、９０  充電用コンデンサ、１００  電源装置、１１０  制御部、２００  第１インバータ回路、３００  第２インバータ回路。
【図１】
2010114973.tif 000003
【図２】
2010114973.tif 000004
【図３】
2010114973.tif 000005