(57)【要約】【課題】センサユニットを統合したＤＣ−ＤＣコンバータに、各センサの信号を直接取り込み、低圧電池と高圧電池間の電力授受を効率よく制御する。また、冷却装置を制御する機能を持たせて冷却装置を効率的に駆動し、省エネルギーおよび車両の静音向上を図る。【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータは、高圧電池２と低圧電池４との間の電力授受を行う主回路部２１と、高圧電池センサ信号検出部１７と、低圧電池センサ信号検出部１８と、高圧電池センサ信号検出部および低圧電池センサ信号検出部からの検出データに基づいて電池状況を算出する演算部１４と、主回路部を制御する制御部１５と、冷却装置制御部４２とを具備し、制御部は、演算部が算出した電池状況に基づき主回路部の出力電圧および出力電流を制御し、冷却装置制御部は、演算部の指令に基づき冷却装置を制御する構成とした。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド自動車の発電電動機および高圧負荷に電力授受可能に接続された高圧電池を含む高圧電源系と、低圧負荷に電力を供給する低圧電池を含む低圧電源系と、の間に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
該高圧電池と該低圧電池との間の電力授受を行う主回路部と、
前記高圧電池および前記低圧電池に取り付けられた電池センサからの信号を高圧電池センサ信号検出部および低圧電池センサ信号検出部に入力し、デジタル信号に変換して出力する電池監視装置との間で、該電池監視装置が送信する該デジタル信号よりなる電池監視情報あるいは該ＤＣ−ＤＣコンバータの動作指令を受信し、車両ＥＣＵとの間で該ＤＣ−ＤＣコンバータの動作指令を送受信する信号送受信部と、
該電池センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して出力する電池センサ検出部と、
該信号送受信部の受信した該電池監視情報に基づいて前記高圧電池および前記低圧電池の充電状況と負荷状況を演算する演算部と、
該演算部からの動作指令に基づいて該主回路部を制御する制御部と、を具備していることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記高圧電池センサ信号検出部および前記低圧電池センサ信号検出部が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ内に形成され、
該高圧電池センサ信号検出部は、
前記高圧電池に取り付けられた前記電池センサを構成する前記高圧電池の電圧を検出する電圧センサ、前記高圧電池の電流を検出する電流センサおよび前記高圧電池の温度を検出する温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して出力し、
該低圧電池センサ信号検出部は、
前記低圧電池に取り付けられた前記電池センサを構成する前記低圧電池の電圧を検出する電圧センサ、前記低圧電池の電流を検出する電流センサおよび前記低圧電池の温度を検出する温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して出力し、
前記演算部は、
該高圧電池センサ信号検出部および該低圧電池センサ信号検出部が出力する該デジタル信号に基づいて前記高圧電池および前記低圧電池の充電状況と負荷状況を演算し、
前記制御部は、前記演算部が算出した前記高圧電池および前記低圧電池の充電状況と負荷状況の両方、もしくはどちらかの充電状況と負荷状況に基づき、前記主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記高圧電池センサ信号検出部を構成する前記高圧電池の電圧を検出する前記電圧センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して高圧電池電圧データとして出力する電圧検出部と、
前記高圧電池の電流を検出する前記電流センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して高圧電池電流データとして出力する電流検出部と、
前記高圧電池の温度を検出する前記温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して高圧電池温度データとして出力する温度検出部と、
前記低圧電池センサ信号検出部を構成する前記低圧電池の電圧を検出する前記電圧センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して低圧電池電圧データとして出力する電圧検出部と、
前記低圧電池の電流を検出する前記電流センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して低圧電池電流データとして出力する電流検出部と、
前記低圧電池の温度を検出する前記温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して低圧電池温度データとして出力する温度検出部と、
のすべて、またはいずれかの検出部を具備していることを特徴とする請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記演算部は、前記高圧電池電圧データ、前記高圧電池電流データおよび前記高圧電池温度データのすべて、またはいずれかのデータから前記高圧電池の充電状況と負荷状況を算出し、前記制御部は、算出された前記高圧電池の充電状況と負荷状況に基づき、前記主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴とする請求項２および３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記演算部は、前記低圧電池電圧データ、前記低圧電池電流データおよび前記低圧電池温度データのすべて、またはいずれかのデータから前記低圧電池の充電状況と負荷状況を算出し、前記制御部は、算出された前記低圧電池の充電状況と負荷状況に基づき、前記主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴とする請求項２および３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記演算部が、前記低圧電池センサ信号検出部が出力する前記低圧電池電流データに基づいて前記低圧電池の電流が放電であると判定した時は、前記制御部は、前記主回路部の出力電圧を前記低圧電池の電圧値以上に制御することを特徴とする請求項５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記制御部は、前記演算部において前記高圧電池温度データ、前記高圧電池電流データおよび前記高圧電池電圧データのすべて、またはいずれかのデータから算出された前記高圧電池のＳＯＣ、
前記低圧電池温度データ、前記低圧電池電流データおよび前記低圧電池電圧データのすべて、またはいずれかのデータから算出された前記低圧電池のＳＯＣの両方、またはどちらかの該ＳＯＣに基づき、前記主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴とする請求項２および３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記演算部が、前記高圧電池センサ信号検出部が出力する前記高圧電池温度データに基づいて算出した前記高圧電池のＳＯＣが所定値よりも低いと判定した時は、前記制御部は、前記主回路部の最大出力電圧または最大出力電流を所定電圧以下または所定電流以下となるように制御することを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記演算部が、前記高圧電池温度データから算出した前記高圧電池のＳＯＣが第一の基準値よりも低く、前記低圧電池温度データから算出した前記低圧電池のＳＯＣが第二の基準値よりも高いと判定した時は、前記制御部は、前記主回路部の出力電流が所定電流以下となるように制限することを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記主回路部は、前記高圧電池側と前記低圧電池側との電力授受が双方向に可能であり、前記演算部が、前記高圧電池温度データから算出した前記高圧電池のＳＯＣが第一の所定値よりも低く、前記低圧電池温度データから算出した前記低圧電池のＳＯＣが第二の所定値よりも高いと判定した時は、前記制御部は、前記低圧電池側から前記高圧電池側に昇圧給電を行うように前記主回路部を制御することを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記主回路部は、前記高圧電池側と前記低圧電池側との電力授受が双方向に可能であり、前記演算部が、
前記高圧電池の温度が所定温度よりも低い、
前記高圧電池のＳＯＣが第一の所定値よりも低い、
前記高圧電池のＳＯＣが第一の所定値よりも低く、かつ、前記低圧電池のＳＯＣが第二の所定値よりも高い、
との条件のうち、すべての条件、あるいはいずれかの条件に該当すると判定した時は、前記制御部は、前記発電電動機の起動時に前記低圧電池側から前記高圧電池側に昇圧給電を行うように前記主回路部を制御することを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記高圧電池は、共通の冷却装置から流入する冷媒によって冷却され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該ＤＣ−ＤＣコンバータの温度を検出する温度センサと、該温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換してコンバータ温度データとして前記演算部に出力する温度検出部と、該冷却装置を制御する冷却装置制御部とを備え、前記演算部が前記高圧電池温度データおよび前記コンバータ温度データから、前記高圧電池の温度あるいは前記ＤＣ−ＤＣコンバータの温度のいずれかが所定の温度に達したと判定した時は、該冷却装置制御部が前記冷却装置の駆動信号を発生することを特徴とする請求項１〜１１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１３】
前記演算部は、前記高圧電池温度データ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力および前記コンバータ温度データの関数として前記冷却装置の冷媒流量を算出し、前記冷却装置制御部は、前記演算部の指令に基づき該冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１４】
前記冷却装置は、冷媒が上流に位置する前記冷却装置から前記高圧電池、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの順に流れるように冷媒通路が形成され、該冷媒が前段の前記高圧電池を経由して後段の前記ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる時は、前記制御部は、前記演算部が前記高圧電池データから算出した前記高圧電池の温度に基づいて前記ＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電流を制御することを特徴とする請求項１２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１５】
前記冷却装置は、冷媒が上流に位置する前記冷却装置から前記高圧電池に流れる第一の冷媒通路と、前記冷却装置から前記ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる第二の冷媒通路とが並列に形成され、該冷媒が前記冷却装置から前記高圧電池と前記ＤＣ−ＤＣコンバータに並列に流れる時は、前記演算部が前記高圧電池データから算出した前記高圧電池の温度を前記高圧電池の規格上限温度と、前記コンバータ温度データから算出した前記ＤＣ−ＤＣコンバータの温度を前記ＤＣ−ＤＣコンバータの規格上限温度と比較演算して、前記高圧電池および前記ＤＣ−ＤＣコンバータに流す冷媒の比率を決定し、前記冷却装置制御部は、前記演算部の指令に基づいて前記高圧電池および前記ＤＣ−ＤＣコンバータに流す前記冷媒の比率を制御することを特徴とする請求項１２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車の高圧負荷に電力を供給する高圧電池を含む高圧電源系と低圧負荷が接続された低圧電池を含む低圧電源系との間に接続されて、高圧電池および低圧電池の充電状況および負荷状況の情報に基づき電力授受の制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータは、図５に示すように、低圧電池に取り付けられた電圧センサからの信号をＤＣ−ＤＣコンバータに備えられた電圧検出部に入力し、検出した電圧値に基づきＰＭＷ制御によりＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が一定電圧となるように制御されている。
また、低圧電池の温度については、温度に関する情報は電池に取り付けられた温度センサからの信号を車両ＥＣＵで検出し演算した結果に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータに出力電圧指令として送信される。ＤＣ−ＤＣコンバータは車両ＥＣＵからの出力電圧指令に基づいた出力電圧制御を実施する。
高圧電池の状態監視については、高圧電池に取り付けられた電圧センサ、電流センサおよび温度センサからの信号を電池ＥＣＵに設けられた高圧電池検出部で検出し、それらの検出データから高圧電池状態を演算部で演算し、車両ＥＣＵに送信する。車両ＥＣＵでは、それらの情報に基づいてモータ走行の制限や電池の充電量を決定し、ＤＣ−ＤＣコンバータおよび車両のその他の装置に指令をだす。
上記のように、低圧電池の電圧センサ信号はＤＣ−ＤＣコンバータに入力される。一方、低圧電池の温度センサ信号は車両ＥＣＵに入力される。また、高圧電池の電圧センサ信号、電流センサ信号および温度センサ信号は電池ＥＣＵに入力され演算結果は車両ＥＣＵに送られる。また、その目的もＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧制御であったり、モータ走行の制限であったり、電池の充電量の制限であったりする。
このように低圧電池および高圧電池のセンサ情報は、ＤＣ−ＤＣコンバータの効率的な制御という見地からは充分に活用されているとはいえなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、従来、ＤＣ−ＤＣコンバータとは別に設けられていたセンサユニットの機能の一部または全体をＤＣ−ＤＣコンバータに統合することで、低圧電池および高圧電池に取り付けられている電圧センサ、電流センサおよび温度センサの信号を効率よくＤＣ−ＤＣコンバータに取り入れ、機器間の配線を削減し信号の質を向上させ、さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ単独で低圧電池データおよび高圧電池データを分析し、その情報に基づいて低圧電池と高圧電池間の電力の授受を最適の状態に制御することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを課題としている。
また、上記ＤＣ−ＤＣコンバータに高圧電池およびＤＣ−ＤＣコンバータ自身の温度情報に基づいて冷却装置を制御する機能を持たせることで、冷却装置を効率的に駆動し、省エネルギーおよび車両の静音向上を達成したＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を解決するための手段として、請求項１の発明は、ハイブリッド自動車の発電電動機および高圧負荷に電力授受可能に接続された高圧電池を含む高圧電源系と、低圧負荷に電力を供給する低圧電池を含む低圧電源系と、の間に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、高圧電池と低圧電池との間の電力授受を行う主回路部と、高圧電池および低圧電池に取り付けられた電池センサからの信号を高圧電池センサ信号検出部および低圧電池センサ信号検出部に入力し、デジタル信号に変換して出力する電池監視装置との間で、電池監視装置が送信する該デジタル信号よりなる電池監視情報あるいはＤＣ−ＤＣコンバータの動作指令を受信し、車両ＥＣＵとの間でＤＣ−ＤＣコンバータの動作指令を送受信する信号送受信部と、電池センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して出力する電池センサ検出部と、信号送受信部の受信した電池監視情報に基づいて高圧電池および低圧電池の充電状況と負荷状況を演算する演算部と、演算部からの動作指令に基づいて主回路部を制御する制御部と、を具備していることを特徴としている。
【０００５】
すなわち、本発明は、高圧電源系と低圧電源系との間に接続されて、高圧電源側と低圧電源側との間で電力の授受を行うＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、電池監視装置から高圧電池および低圧電池の電池監視情報およびＤＣ−ＤＣコンバータの動作指令を受信するとともに、車両ＥＣＵとの間でＤＣ−ＤＣコンバータの動作指令を送受信する手段を有し、かつ、電池センサからの信号を検出する手段も備えているので、高圧電池および低圧電池の状況データを常時、直接ＤＣ−ＤＣコンバータに取り入れることができ、さらに、上記の動作指令に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータの効率的な制御も可能となっている。
また、演算部もＤＣ−ＤＣコンバータ内に備えられた構成となっているので、高圧電池および低圧電池の充電状況、ならびに高圧負荷および低圧負荷の状況に応じた最適の制御をＤＣ−ＤＣコンバータが実施することができ、ハイブリッド自動車の高圧電源系と低圧電源系およびＤＣ−ＤＣコンバータからなる電源システムの効率化と簡素化をコストアップすることなく実現している。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、高圧電池センサ信号検出部および低圧電池センサ信号検出部がＤＣ−ＤＣコンバータ内に形成され、高圧電池センサ信号検出部は、高圧電池に取り付けられた電池センサを構成する高圧電池の電圧を検出する電圧センサ、高圧電池の電流を検出する電流センサおよび高圧電池の温度を検出する温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して出力する。
また、低圧電池センサ信号検出部は、低圧電池に取り付けられた電池センサを構成する低圧電池の電圧を検出する電圧センサ、低圧電池の電流を検出する電流センサおよび低圧電池の温度を検出する温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して出力する。
また、演算部は、高圧電池センサ信号検出部および低圧電池センサ信号検出部が出力するデジタル信号に基づいて高圧電池および低圧電池の充電状況と負荷状況を演算する。
そして、制御部は、演算部が算出した高圧電池および低圧電池の充電状況と負荷状況の両方、もしくはどちらかの充電状況と負荷状況に基づき、主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴とした構成となっている。
【０００７】
従って、本発明によれば、高圧電池センサ信号検出部および低圧電池センサ信号検出部がＤＣ−ＤＣコンバータ内に形成され、両電池の電池センサ信号が直接ＤＣ−ＤＣコンバータ内に取り入れられているので、ＤＣ−ＤＣコンバータと他の機器との信号のやり取りも少なくなり、ハイブリッド自動車の高圧電源系と低圧電源系およびＤＣ−ＤＣコンバータからなる電源システムの簡素化、高性能化および効率化をコストアップすることなく実現している。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、高圧電池センサ信号検出部を構成する高圧電池の電圧を検出する電圧センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して高圧電池電圧データとして出力する電圧検出部と、高圧電池の電流を検出する電流センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して高圧電池電流データとして出力する電流検出部と、高圧電池の温度を検出する温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して高圧電池温度データとして出力する温度検出部と、また、低圧電池センサ信号検出部を構成する低圧電池の電圧を検出する電圧センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して低圧電池電圧データとして出力する電圧検出部と、低圧電池の電流を検出する電流センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して低圧電池電流データとして出力する電流検出部と、低圧電池の温度を検出する温度センサからの信号を入力し、デジタル信号に変換して低圧電池温度データとして出力する温度検出部と、のすべて、またはいずれかの検出部を具備していることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、高圧電池および低圧電池の電圧データ、電流データおよび温度データを常時ＤＣ−ＤＣコンバータに直接取り込み、監視する構成となっているので電池状況と負荷状況を正確に把握してＤＣ−ＤＣコンバータに最適の制御を実施することができる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、演算部は、高圧電池電圧データ、高圧電池電流データおよび高圧電池温度データのすべてのデータ、もしくはいずれかデータから高圧電池の充電状況と負荷状況を算出し、制御部は、算出された高圧電池の充電状況と負荷状況に基づき、主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、高圧電池の充電状況と負荷状況を監視しながら、高圧電池を効率よく運用することができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項２または３の発明において、演算部は、低圧電池電圧データ、低圧電池電流データおよび低圧電池温度データのすべてのデータ、もしくはいずれかデータから低圧電池の充電状況と負荷状況を算出し、制御部は、算出された低圧電池の充電状況と負荷状況に基づき、主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、低圧電池の充電状況と負荷状況に応じて高圧電池側からの送電電力を制御することで、高圧電池および低圧電池を保護するとともに効率よく運用することができる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、演算部が、低圧電池センサ信号検出部が出力する低圧電池電流データに基づいて低圧電池の電流が放電であると判定した時は、制御部は、主回路部の出力電圧を低圧電池の電圧値以上に制御することを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、低圧電池の電流の検出データから低圧電池が放電状態であると判定される場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低圧電池の電圧値以上に設定制御することで、低圧電池の放電量を抑制したり、低圧電池の充電を行ったりできる。
なお、この発明は低圧電池のＳＯＣの演算が不要であり、簡素な方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項２および３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、制御部は、演算部において高圧電池温度データ、高圧電池電流データおよび高圧電池電圧データのすべて、またはいずれかのデータから算出された高圧電池のＳＯＣ、低圧電池温度データ、低圧電池電流データおよび低圧電池電圧データのすべて、またはいずれかのデータから算出された低圧電池のＳＯＣの両方、もしくはどちらかのＳＯＣに基づき、主回路部の出力電圧および出力電流を制御することを特徴としている。
なお、本発明で使用しているＳＯＣ（State of Charge）とは、電池の充電率のことで、電池の満充電のときの電池容量に対する現在の電池容量（充電状態）であらわす。例えば、満充電のときの電池容量が３０ＡＨの電池の現在の電池容量が１５ＡＨとすると、ＳＯＣは０．５（１５／３０＝０．５）であるとする。
【００１７】
本発明では、高圧電池および低圧電池の温度、電流および電圧のデータのうちの任意のデータから算出した高圧電池および低圧電池の両方、あるいはどちらかの充電状況から高圧電池側から低圧電池側への送電電力を制御することで、高圧電池および低圧電池を保護するとともに効率よく運用することができる。
また、低圧電池の充電状況を直接監視しているので、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータと低圧電池とが離れて設置されていても、その間のハーネスの電圧降下を考慮することなくＤＣ−ＤＣコンバータを制御することができる。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、演算部が、高圧電池センサ信号検出部が出力する高圧電池温度データに基づいて算出した高圧電池のＳＯＣが所定値よりも低いと判定した時は、制御部は、主回路部の最大出力電圧または最大出力電流を所定電圧以下または所定電流以下となるように制御することを特徴としている。
【００１９】
本発明によれば、高圧電池のＳＯＣが低い場合には、高圧電池側から低圧電池側への電力の流入を制限することにより、高圧電池の放電を抑制して低圧電池の電力を使用するようにする。高圧電池の充放電効率とＳＯＣとの関係からＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流を充放電効率が最もよい点に制限する構成とすることで電源システムのシステム効率を向上させることができる。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、演算部が、高圧電池温度データから算出した高圧電池のＳＯＣが第一の基準値よりも低く、低圧電池温度データから算出した低圧電池のＳＯＣが第二の基準値よりも高いと判定した時は、制御部は、主回路部の出力電流が所定電流以下となるように制限することを特徴としている。
【００２１】
本発明によれば、高圧電池のＳＯＣと低圧電池のＳＯＣ、すなわち両電池の充電状況に基づいて高圧電池の充放電効率が最もよい点にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流を制限する構成としているので、高圧電池の保護とともに低圧電池の充電率も考慮しながら低圧電池も積極的に利用する効率的な電源システムの運用が可能となる。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータが高圧電池側と低圧電池側との電力授受が双方向に可能な機能をもつ場合で、演算部が、高圧電池温度データから算出した高圧電池のＳＯＣが第一の所定値よりも低く、低圧電池温度データから算出した低圧電池のＳＯＣが第二の所定値よりも高いと判定した時は、制御部は、低圧電池側から高圧電池側に昇圧給電を行うように主回路部を制御することを特徴としている。
【００２３】
本発明によれば、電力授受の方向が双方向の機能を備えたものとなっているので、高圧電池や高圧負荷および低圧電池の充電状況に応じて電力送電の方向を低圧電池側から高圧電池側に選択制御してシステム効率を向上することができ、特に高圧電池の小型化が期待できる。
【００２４】
請求項１１の発明は、請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータが双方向に電力授受可能な機能をもつ場合で、高圧電池の温度が所定温度よりも低い、高圧電池のＳＯＣが第一の所定値よりも低い、または、高圧電池のＳＯＣが第一の所定値よりも低く、かつ、前記低圧電池のＳＯＣが第二の所定値よりも高い、との３条件のうち、すべての条件、あるいはいずれかの条件に該当すると演算部が判定した時は、制御部は、発電電動機の起動時に低圧電池側から高圧電池側に昇圧給電を行うように主回路部を制御することを特徴としている。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、発電電動機によるエンジン始動時には高圧電池から大電力を供給する必要があるが、低温時には電池の機能が低下するため高圧電池としては大きな容量のものが必要とされている。しかし、低温時に低圧電池側から高圧電池側に給電して起動電力の一部を低圧電池が負担する構成とすることで高圧電池の小容量化、軽量化を図ることができる。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１〜１１の発明において、ＤＣ−ＤＣコンバータおよび高圧電池は、共通の冷却装置から流入する冷媒によって冷却され、ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＤＣ−ＤＣコンバータの温度を検出する温度センサと、温度センサからの信号を入力しデジタル信号に変換してコンバータ温度データとして演算部に出力する温度検出部と、冷却装置を制御する冷却装置制御部とを備え、演算部が高圧電池温度データおよびコンバータ温度データから、高圧電池の温度あるいはＤＣ−ＤＣコンバータの温度のいずれかが所定の温度に達したと判定した時は、冷却装置制御部が冷却装置の駆動信号を発生することを特徴としている。
【００２７】
すなわち、本発明によれば、高圧電池またはＤＣ−ＤＣコンバータのいずれかが規定した温度に達した時にのみ冷却装置を作動させる構成としているので、冷却用のファンを常時使用することがなく必要な時のみ冷却を行うことで省エネルギー効果が大きく、かつ車両としての静音環境を保つ上で効果が大きい。
【００２８】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、演算部は、高圧電池温度データ、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力およびコンバータ温度データの関数として冷却装置の冷媒流量を算出し、冷却装置制御部は、演算部の指令に基づき冷媒流量を制御することを特徴としている。
【００２９】
本発明によれば、高圧電池の温度とＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力および温度の状況に応じて冷却装置の冷媒流量を増減しているので冷却ファンの駆動を必要最低限に抑えることができ、省エネルギー効果の向上と車両の静音環境保持により効果がある。
【００３０】
請求項１４の発明は、請求項１２の発明において、冷却装置は、冷媒が上流に位置する冷却装置から高圧電池、ＤＣ−ＤＣコンバータの順に流れるように冷媒通路が形成され、冷媒が前段の高圧電池を経由して後段のＤＣ−ＤＣコンバータに流れる構成となっており、制御部は、演算部が高圧電池データから算出した高圧電池の温度に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電流を制御することを特徴としている。
【００３１】
本発明のように、冷却装置の冷媒が高圧電池、ＤＣ−ＤＣコンバータの順に流れる場合には、前段の高圧電池の温度により冷媒の温度が決定されるので、後段のＤＣ−ＤＣコンバータの温度も冷媒の温度（すなわち、高圧電池の検出温度に対応した温度）との関係から推定される。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電流を高圧電池の温度との関係から演算して制御することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を途切れることなく安定して供給することができる。
【００３２】
請求項１５の発明は、請求項１２の発明において、冷却装置は、冷媒が上流に位置する冷却装置から高圧電池に流れる第一の冷媒通路と、冷却装置からＤＣ−ＤＣコンバータに流れる第二の冷媒通路とが並列に形成され、冷媒が冷却装置から高圧電池とＤＣ−ＤＣコンバータに並列に流れる。演算部は高圧電池の温度とＤＣ−ＤＣコンバータの温度とを、それぞれに設定された規格上限温度と比較演算して、高圧電池およびＤＣ−ＤＣコンバータに流す冷媒の比率を決定し、冷却装置制御部は、演算部の指令に基づいて高圧電池およびＤＣ−ＤＣコンバータに流す冷媒の比率を制御することを特徴としている。
【００３３】
すなわち、本発明によれば、高圧電池およびＤＣ−ＤＣコンバータの温度を常時それぞれの規格上限温度と比較して余裕の少ない方に、流す冷媒の量を多くするよう制御することができるので余裕のない方を保護するとともに温度上昇による出力停止などを防止することができる。
なお、ここで規格上限温度とは、高圧電池あるいはＤＣ−ＤＣコンバータの正常動作が可能な温度の上限値として設定した温度である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は以上説明したものであるから、次に述べるような効果がある。
ＤＣ−ＤＣコンバータにセンサユニットの一部、または全体を統合したことで、高圧電池および低圧電池の電圧、電流および温度の情報と両電池の負荷状況を直接ＤＣ−ＤＣコンバータに取り込み、信号の質を向上させるとともにＤＣ−ＤＣコンバータと高圧電源系および低圧電源系を含めた電源システムにおいて、効率的な電力の授受を実施することができる。
また、マイコン演算部でＤＣ−ＤＣコンバータの異常検出、出力電圧制御の処理をできるので車両ＥＣＵとの配線削減ができ、コスト低減および特性向上が達成できる。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータに冷却装置を制御する機能を持たせる場合は、省エネルギーを促進し、車両の静音向上の効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を適用した実施例を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明を適用した実施例１の構成を示すブロック図で請求項１に対応する。図１において、１０はＤＣ−ＤＣコンバータ、１は発電電動機、２は高圧電池（定格３００Ｖ）、３は高圧負荷、４は低圧電池（定格１４Ｖ）、５は低圧負荷、６はイグニッションスイッチ、７は車両ＥＣＵ、８は電池監視装置である。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、高圧電池２と低圧電池４との間で電力授受を行う主回路部１１と、低圧電池に取り付けられた電池センサの信号を入力する電池センサ検出部１２と、電池監視装置８の出力信号を受信し、演算部１４および車両ＥＣＵ７に出力する信号送受信部１３と、信号送受信部１３の出力する電池センサの検出データおよび電池センサ検出部１２の出力する電池センサの検出データに基づいて電池状況を演算する演算部１４と、演算結果に基づいて主回路部１１の電力授受を制御する制御部１５およびコンバータ部異常検出部１６から構成されている。
【００３７】
次に実施例１の動作について説明する。エンジン始動時、あるいはエンジン始動後の通常の車両の運転時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、電池監視装置８の高圧電池センサ信号検出部１７および低圧電池センサ信号検出部１８の出力するデジタル信号に変換された電池センサ信号を受信して、演算部１４において、高圧電池２および低圧電池４の電池状況と負荷状況を演算する。このとき、高圧電池センサ信号検出部１７の出力する高圧電池２に取り付けられた電池センサの信号および低圧電池センサ信号検出部１８の出力する低圧電池４に取り付けられた電池センサの信号は、信号送受信部１３を介して演算部１４に送られる。
演算部１４での演算結果に基づいて、演算部１４から制御部１５に主回路部１１の制御指令が送られ、制御部１５は、その指令に基づいて主回路部１１を制御する。
主回路部１１の制御は、電力を順方向に送電（高圧電池側から低圧電池側に給電する）するときは、主回路部の二次側（低圧電池側）の出力電圧と出力電流をコントロールし、
電力を逆方向に送電（低圧電池側から高圧電池側に給電する）するときは、主回路部の一次側（高圧電池側）の出力電圧と出力電流をコントロールしている。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０には、電池センサ検出部１２が備えられているので、低圧電池センサ信号を直接ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に入力し、その検出データに基づき制御部１５が主回路部１１を制御することも可能な構成となっている。
さらに、信号送受信部１３は、電池監視装置８から送られる電池センサの信号を受信して演算部１４に送るとともに、電池ＥＣＵ７にも同時に送信する。
【００３８】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２（請求項２〜９に対応）の構成を示すブロック図であり、実施例１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０と異なる点は、主回路部２１の電力授受の方向が順方向であることと、高圧電池センサ信号検出部１７および低圧電池センサ信号検出部１８がＤＣ−ＤＣコンバータ内に設けられていることである。
その他の発電電動機１、高圧電池２、高圧負荷３、低圧電池４、低圧負荷５、イグニッションスイッチ６、車両ＥＣＵ７、高圧電池センサ信号検出部１７、低圧電池センサ信号検出部１８、演算部１４、制御部１５およびコンバータ部異常検出部１６は図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０と同様のものである。従って、実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０と同じ符号を付してある。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、高圧電池から低圧電池へ電力送電を行う主回路部２１と、高圧電池に取り付けられた電圧センサ、電流センサおよび温度センサの信号を入力する高圧電池センサ信号検出部１７と、低圧電池に取り付けられた電圧センサ、電流センサおよび温度センサの信号を入力する低圧電池センサ信号検出部１８と、各センサの検出データに基づいて電池状況を演算する演算部１４と、演算結果に基づいて主回路部２１の低圧電池側への出力電圧および出力電流を制御する制御部１５およびコンバータ部異常検出部１６から構成されている。
なお、高圧電池センサ信号検出部１７と低圧電池センサ信号検出部１８には、電圧検出部、電流検出部および温度検出部がそれぞれ設けられている。
【００４０】
次に実施例２の動作について説明する。請求項６に対応する発明においては、エンジン始動後の通常の車両の運転時に、低圧電池４に取り付けられている電流センサが検出した信号は低圧電池センサ信号検出部１３の電流検出部に入力される。電流検出部でデジタル信号に変換された低圧電池４の電流に関する電流データは演算部１４に入力される。演算部１４においては電流データをあらかじめ演算部１４に記憶されている低圧電池４の電池状況データに基づいて放電状態にあるか否かを判定し、低圧電池４が放電状態にあると判定した時は、制御部１５に対して主回路部２１の低圧電池側への出力電圧を所定電圧値以上に設定するよう出力制御指令が出される。制御部１５では、出力制御指令に基づいてＰＭＷ制御部が主回路部２１のスイッチング素子（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング周波数のデューティ比を制御することで主回路部２１の出力電圧を制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータのＰＭＷ制御による電圧および電流制御の動作については公知であるので詳細な説明は省略する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が、低圧電池４の電圧値以上に設定されることにより低圧負荷への給電がＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して高圧電池側から行われ、また、低圧電池４の充電も同時に行うこともできる。
【００４１】
次に実施例２において、請求項８に対応する発明の動作は以下のようになる。
高圧電池２に取り付けられている温度センサが検出した信号は高圧電池センサ信号検出部１２に備えられている温度検出部においてデジタル信号に変換され、演算部１４に入力される。演算部１４に入力された高圧電池２の温度データから演算部１４では高圧電池２のＳＯＣを算出し、そのＳＯＣをあらかじめ演算部１４に記憶されている設定値と比較して高圧電池２のＳＯＣの値に応じて高圧電池側から低圧電池側に送電する電力量を決定し、制御部１５が主回路部２１の最大出力電圧または最大出力電流を所定値以下に制御する。そのため、高圧電池２は不要な放電から保護される。
【００４２】
高圧電池のＳＯＣによるＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧または出力電流制限におけるＳＯＣ基準値設定の方法には、ＳＯＣを何段階かのクラスに分け、そのクラスに対応して出力電圧または出力電流を変えていく方法、高圧電池の充放電効率が最大となるＳＯＣの値を基準値とする方法、あるいは使用する高圧電池の電池特性のＳＯＣと出力電圧または出力電流との関係から基準値を決める方法等がある。
【００４３】
また、請求項９に対応する発明の動作は、ＤＣ−ＤＣコンバータの高圧電池側から低圧電池側に送電する電力量を決定する根拠として高圧電池のＳＯＣと低圧電池のＳＯＣを使用するもので、その他の動作は請求項８の発明と同様である。
【００４４】
上記の発明の実施例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を制御するための高圧電池および低圧電池の情報を得るための電圧センサ、電流センサおよび温度センサは、すべてのセンサを使用しているものではない。
例えば、請求項６の発明では、低圧電池に取り付けられた電流センサの検出データの情報に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御している。この場合、その他のセンサ（低圧電池の電圧センサ、温度センサおよび高圧電池の電圧センサ、電流センサ、温度センサ）は、すべて所定の位置に取り付けられ、低圧電池センサ検出部または高圧電池センサ検出部に接続されたものでもよい。あるいは、低圧電池の電流センサ以外は備えられていないものでもよい。
【００４５】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３（請求項１０〜１１に対応）を示すブロック図であり、実施例２と異なる点は、主回路部３１が双方向となっていることで、その他の発電電動機１、高圧電池２、高圧負荷３、低圧電池４、低圧負荷５、イグニッションスイッチ６、車両ＥＣＵ７、高圧電池センサ信号検出部１７、低圧電池センサ信号検出部１８、演算部１４、制御部１５およびコンバータ部異常検出部１６は図１および図２のＤＣ−ＤＣコンバータと同様のものである。従って、実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０と同じ符号を付してある。
【００４６】
実施例３の請求項１０に対応する発明の動作は次のようになる。高圧電池センサ信号検出部１７の温度検出部に入力され、デジタル信号に変換され出力した高圧電池の温度データと、低圧電池センサ信号検出部１８の温度検出部に入力され、デジタル信号に変換され出力した低圧電池の温度データは、演算部１４に入力し、演算部１４において、高圧電池のＳＯＣおよび低圧電池のＳＯＣを算出し、その二つのＳＯＣから低圧電池から高圧電池側へ給電すべきか否かを判定する。  判定は演算部１４に記憶されているそれぞれに設定された基準値と比較することで行われる。低圧電池から高圧電池側へ給電するとの判定がなされた場合は演算部１４から制御部１５に出力制御指令が出され、制御部１５は主回路部３１を構成しているスイッチング素子（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦ駆動することで低圧電池側から高圧電池側へ電力を昇圧して供給する。
なお、主回路部３１の具体的な電力の昇圧送電動作については、周知のことなので説明を省略する。
【００４７】
また、請求項１１に対応する発明は、実施例３において発電電動機の起動時に低圧電池側から高圧電池側へ電力を供給する判定基準として、高圧電池および低圧電池のＳＯＣとともに、高圧電池の温度データを加えたもので、その他の動作は請求項１０の発明と同様である。
【００４８】
なお、請求項２〜９に記載の発明は、実施例２で説明したように主回路部の電力送電の方向が一次側から二次側への順方向のみの構成となっているが、実施例３のように主回路部が双方向の構成であれば電力送電の方向として順方向も含まれているので、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいても請求項２〜９の発明を実施することは当然可能である。
【００４９】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４（請求項１２〜１５に対応）を示すブロック図であり、実施例１〜３と異なる点はＤＣ−ＤＣコンバータ４０内に冷却装置制御部４２を持っていることと、ＤＣ−ＤＣコンバータの温度を検出する温度センサーと温度検出部４１が備えられていることである。
温度センサーは、高温となる主回路部の半導体部品や温度余裕が最も少ない部品の温度検出が可能な箇所、あるいはケースに取り付けられている。また、複数の温度センサーを使用してもよい。
その他のＤＣ−ＤＣコンバータ４０の構成は主回路部２１（又は３１）、制御部１５、演算部１４、高圧電池センサ信号検出部１７、低圧電池センサ信号検出部１８、およびコンバータ部異常検出部１６となっている。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０には、発電電動機１、高圧電池２、高圧負荷３、低圧電池４、低圧負荷５、イグニッションスイッチ６、車両ＥＣＵ７、および高圧電池２と低圧電池４に取り付けられた電池センサーが接続されている。
冷却装置制御部４２には冷却装置駆動部４３を備えた冷却装置４４が接続されている。
【００５０】
実施例４において、請求項１２に対応する発明の動作は次のようになる。高圧電池２に取り付けられている温度センサの信号は、高圧電池センサ信号検出部１２の温度検出部で温度データとして検出され演算部１４に送られる。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０自体の温度は、温度検出部４１で検出された温度データが同様に演算部１４に送られる。演算部１４では高圧電池の温度データおよびＤＣ−ＤＣコンバータの温度データを演算部１４に記憶しているそれぞれの冷却開始として設定されている温度に達しているかどうかの判定を行う。判定結果が高圧電池あるいはＤＣ−ＤＣコンバータの温度が設定温度以上であれば冷却装置運転開始の指令が演算部１４から冷却装置制御部４１に送られ、冷却装置制御部４２は冷却装置駆動部４３を介して冷却装置４４の運転をスタートさせる。逆に冷却装置運転中に高圧電池およびＤＣ−ＤＣコンバータの両者の温度が設定温度以下となったときは冷却停止の指令が出される。
なお、通常、冷却装置運転開始の設定温度と運転停止の設定温度とは異なった温度を設定する（運転停止の温度を運転開始の温度より低く設定する）。
【００５１】
以下に述べる請求項１３〜１５の発明も実施例４の構成において実施される。
請求項１３の発明は冷却装置制御の基となるデータとして、高圧電池の温度データ、ＤＣ−ＤＣコンバータの温度データおよび出力を使用する。ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力データを加えることで今後のＤＣ−ＤＣコンバータの温度上昇の程度が推定され（出力電力が大きければ発熱が大となる）、冷媒流量加減のより正確なデータを得ることができる。
請求項１４の発明は、図６に示すように冷却装置が直列配置となっており、冷媒が高圧電池からＤＣ−ＤＣコンバータの順に流れる構成となっている。従って、冷媒の温度は前段の高圧電池の温度と関連づけられ、後段のＤＣ−ＤＣコンバータの温度は高圧電池を通過してきた冷媒の温度で決定されるので、高圧電池の温度データをもとにＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電流を変えていく構成としている。本発明では高圧電池の温度データからＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電流を決定する演算は演算部１４で行われ、制御部１５に指令が出される。
請求項１５の発明は、図７に示すように冷却装置が並列配置となっており、冷却装置を出た冷媒は高圧電池を冷却する冷媒通路とＤＣ−ＤＣコンバータを冷却する冷媒通路を並列に流れる。
演算部１４は、温度センサによって検出された高圧電池の温度データとＤＣ−ＤＣコンバータの温度データを、あらかじめ設定されている規格上限温度（ＤＣ−ＤＣコンバータが正常動作可能な上限温度）と比較して高圧電池およびＤＣ−ＤＣコンバータに流す冷媒量を決定し、冷却装置制御部４２に冷却装置の制御指令を発する。制御指令に基づき冷却装置制御部４２は冷却装置駆動部４３を介して冷却装置４４の冷媒流量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１を示すブロック図である。
【図２】実施例２を示すブロック図である。
【図３】実施例３を示すブロック図である。
【図４】実施例４を示すブロック図である。
【図５】従来のＤＣ−ＤＣコンバータと高圧電源系および低圧電源系を示すブロック図である。
【図６】冷却装置の冷媒が直列に流れる構成を示すブロック図である。
【図７】冷却装置の冷媒が並列に流れる構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：発電電動機
２：高圧電池
３：高圧負荷
４：低圧電池
５：低圧負荷
６：イグニッションスイッチ
７：車両ＥＣＵ
８：電池監視装置
９：電池ＥＣＵ
１０、２０、３０、４０：ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１、２１、３１：主回路部
１２：電池センサ検出部
１３：信号送受信部
１４：演算部
１５：制御部
１６：コンバータ異常検出部
１７：高圧電池センサ信号検出部
１８：低圧電池センサ信号検出部
４１：温度検出部
４２：冷却装置制御部
４３：冷却装置駆動部
４４：冷却装置
４５：冷媒通路
１１１、１１２：入力端子
１１３、１１４：出力端子
【図１】
2006034006.tif 000003
【図２】
2006034006.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006034006.tif 000006
【図５】
2006034006.tif 000007
【図６】
2006034006.tif 000008
【図７】
2006034006.tif 000009