(57)【要約】【課題】電圧変換時のエネルギー損失を低減することができる電圧変換装置を提供する。【解決手段】電圧変換装置１は、複数の二次電池３ａ〜３ｄで構成される直流電源３と、直流電源３の第１直流電圧Ｖ１で駆動する第１負荷４と、第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換する電圧変換部６と、電圧変換部６を介して各二次電池３ａ〜３ｄに接続され、第２直流電圧Ｖ２により駆動する第２負荷５と、各二次電池３ａ〜３ｄの状態を監視する制御部８とを備える。電圧変換部６は、各二次電池３ａ〜３ｄの正極および負極のそれぞれと第２負荷５との間に配置されるスイッチ６ａ〜６ｈを複数備える。各スイッチ６ａ〜６ｈは、各二次電池３ａ〜３ｄと第２負荷５との間を導通または非導通状態に切り替え可能にする。制御部８は、各二次電池３ａ〜３ｄの状態に基づいて、第２直流電圧Ｖ２を第２負荷５に印加するように、複数のスイッチ６ａ〜６ｈを切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池により構成される直流電源と、
前記直流電源の第１直流電圧により駆動する第１負荷と、
前記第１直流電圧を、当該第１直流電圧よりも低い第２直流電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部を介して各前記二次電池に接続され、かつ前記第２直流電圧により駆動する第２負荷と、
各前記二次電池の状態を監視し、かつ前記電圧変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記電圧変換部は、
各前記二次電池の正極および負極のそれぞれと前記第２負荷との間に配置されるスイッチを複数備え、
各前記スイッチは、
各前記二次電池と前記第２負荷との間を導通状態または非導通状態に切り替え可能にし、
前記制御部は、
各前記二次電池の状態に基づいて、前記第２直流電圧を前記第２負荷に印加するように、複数の前記スイッチを切り替える、
ことを特徴とする電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費規制の流れから、４８Ｖの直流電源を利用したモータ・ジェネレータでエンジンをアシストするマイルドハイブリッド車（ＭＨＥＶ）が実用化されている。マイルドハイブリッド車は、例えば、４８Ｖの直流電源と１２Ｖの直流電源をＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続する構成を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８７７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電圧変換装置では、４８Ｖの直流電圧を１２Ｖの直流電圧に変換するためにＤＣ／ＤＣコンバータが利用されているが、電圧変換時にエネルギー損失が生じる点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、電圧変換時のエネルギー損失を低減することができる電圧変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る電圧変換装置は、複数の二次電池により構成される直流電源と、前記直流電源の第１直流電圧により駆動する第１負荷と、前記第１直流電圧を、当該第１直流電圧よりも低い第２直流電圧に変換する電圧変換部と、前記電圧変換部を介して各前記二次電池に接続され、かつ前記第２直流電圧により駆動する第２負荷と、各前記二次電池の状態を監視し、かつ前記電圧変換部を制御する制御部と、を備え、前記電圧変換部は、各前記二次電池の正極および負極のそれぞれと前記第２負荷との間に配置されるスイッチを複数備え、各前記スイッチは、各前記二次電池と前記第２負荷との間を導通状態または非導通状態に切り替え可能にし、前記制御部は、各前記二次電池の状態に基づいて、前記第２直流電圧を前記第２負荷に印加するように、複数の前記スイッチを切り替える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電圧変換装置によれば、電圧変換時のエネルギー損失を低減することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る電圧変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る電圧変換装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００１０】
［実施形態］
図１は、実施形態に係る電圧変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１１】
本実施形態に係る電圧変換装置１は、例えば、マイルドハイブリッド車（ＭＨＥＶ）などの車両に搭載され、組電池から異なる電圧を取り出すことが可能なものである。マイルドハイブリッド車は、一般的なハイブリッド（ＨＥＶ）車よりも小型の組電池とモータとを搭載し、エンジンを主たる駆動源とし、組電池によりモータを駆動してエンジンをアシストするものである。本実施形態における電圧変換装置１は、図１に示すように、オルタネータ２と、直流電源３と、第１負荷４と、第２負荷５と、電圧変換部６と、電流検出器７と、制御部８とを備える。
【００１２】
オルタネータ（ＡＬＴ）２は、機械的な動力を電力に変換する発電機としての機能を有する。オルタネータ２は、例えば、車両の車輪やエンジンから伝達される動力によって発電する。オルタネータ２は、直流電源３に接続され、当該直流電源３の充電を行うことができる。
【００１３】
直流電源３は、例えば車載用組電池であり、直列に接続された複数の二次電池３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより構成される。直流電源３は、第１負荷４に接続され、当該第１負荷４に第１直流電圧Ｖ１を印加する。第１直流電圧Ｖ１は、例えば４８Ｖである。各二次電池３ａ〜３ｄは、充放電が可能なものであり、例えばリチウムイオン電池である。各二次電池３ａ〜３ｄは、電圧変換部６を介して第２負荷５に接続され、第２負荷５に第２直流電圧Ｖ２を印加することが可能である。第２直流電圧Ｖ２は、第１直流電圧Ｖ１よりも低く、例えば１２Ｖである。
【００１４】
第１負荷４は、直流電源３に接続され、当該直流電源３の第１直流電圧Ｖ１により駆動するものである。第１負荷４は、４８Ｖ系負荷であり、例えば車両に搭載される電動パワーステアリング、電動ＶＤＣ（Vehicle  Dynamics  Control）、エアコン等が含まれる。
【００１５】
第２負荷５は、電圧変換部６を介して各二次電池３ａ〜３ｄに接続され、各二次電池３ａ〜３ｄの第２直流電圧Ｖ２により駆動するものである。第２負荷５は、１２Ｖ系負荷であり、例えば車両に搭載されるヘッドライト、オーディオ、メータ、ストップランプ、ウィンカー、エンジン電装品等が含まれる。
【００１６】
電圧変換部６は、第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換するものである。電圧変換部６は、複数のスイッチ（ＳＷ）６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈを含んで構成される。各スイッチ６ａ〜６ｈは、各二次電池３ａ〜３ｄの正極および負極のそれぞれと第２負荷５との間に配置される。スイッチ６ａは、一方が二次電池３ａの正極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｂは、一方が二次電池３ａの負極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｃは、一方が二次電池３ｂの正極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｄは、一方が二次電池３ｂの負極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｅは、一方が二次電池３ｃの正極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｆは、一方が二次電池３ｃの負極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｇは、一方が二次電池３ｄの正極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。スイッチ６ｈは、一方が二次電池３ｄの負極側に接続され、他方が第２負荷５に接続される。各スイッチ６ａ〜６ｈは、各二次電池３ａ〜３ｄと第２負荷５との間を導通状態または非導通状態に切り替え可能にする。各スイッチ６ａ〜６ｈは、ＯＮのときに導通状態となり、ＯＦＦのときに非導通状態となる。各スイッチ６ａ〜６ｈは、制御部８に接続され、制御部８によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。具体的には、各スイッチ６ａ〜６ｈは、制御部８からのＯＮ信号によりＯＮし、ＯＦＦ信号によりＯＦＦする。
【００１７】
電流検出器７は、直流電源３とアースとの間に配置され、直流電源３を流れる電流の値を検出するものである。電流検出器７は、例えば、専用のカスタムＩＣであるＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）で構成される。電流検出器７は、制御部８に接続され、検出した電流値を制御部８に出力する。
【００１８】
制御部８は、各二次電池３ａ〜３ｄの状態を監視し、かつ電圧変換部６を制御するものである。制御部８は、例えばマイクロコンピュータ又はＬＳＩ（Large  Scale  Integration）等で構成される。制御部８は、例えば電流検出器７から出力される電流値に基づいて、直流電源３の状態を監視する機能を有する。制御部８は、電圧変換部６内の複数のスイッチ６ａ〜６ｈに接続し、ＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力して各スイッチ６ａ〜６ｈのＯＮ／ＯＦＦを制御する。制御部８は、各二次電池３ａ〜３ｄの状態に基づいて、第２直流電圧Ｖ２を第２負荷５に印加するように、複数のスイッチ６ａ〜６ｈを切り替える。
【００１９】
次に、本実施形態に係る電圧変換装置１のスイッチ切り替え動作について説明する。なお、本動作は、例えば、制御部８内のＣＰＵ（Central  Processing  Unit）がメモリから読み出したプログラムを実行することにより実行される。
【００２０】
制御部８は、オルタネータ２による直流電源３の充電時および直流電源３による第１負荷４の駆動時にかかわらず、電流検出器７からの電流値に基づいて、直流電源３の状態を監視する。制御部８は、例えば、事前にスイッチ６ｇ，６ｈにＯＮ信号を出力してこれらをＯＮ状態にし、かつ他のスイッチ６ａ〜６ｆにＯＦＦ信号を出力してこれらをＯＦＦ状態にする。これにより、第２負荷５は、二次電池３ｄの第２直流電圧Ｖ２により駆動する。
【００２１】
次に、制御部８は、電流検出器７からの電流値が低下した場合、例えば直流電源３に片減りが生じたものと判定し、各スイッチ６ａ〜６ｈの切り替えを行う。制御部８は、例えばスイッチ６ｇ，６ｈにＯＦＦ信号を出力してこれらをＯＦＦ状態にし、かつスイッチ６ａ，６ｂにＯＮ信号を出力してこれらをＯＮ状態にする。これにより、第２負荷５は、二次電池３ａの第２直流電圧Ｖ２により駆動する。
【００２２】
以上のように、本実施形態に係る電圧変換装置１は、簡易な構成で直流電源３から異なる直流電圧を容易に取り出すことが可能となり、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用することで生じる電圧変換時のエネルギー損失を低減することが可能となる。また、本実施形態に係る電圧変換装置１は、複数の二次電池３ａ〜３ｄにより構成される直流電源３を備えるので、各二次電池３ａ〜３ｄの組み合わせにより、第１直流電圧Ｖ１および第２直流電圧Ｖ２を容易に変更することが可能となる。また、本実施形態に係る電圧変換装置１は、第１直流電圧Ｖ１で駆動する第１負荷４と、第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換する電圧変換部６と、電圧変換部６を介して各二次電池３ａ〜３ｄに接続され、かつ第２直流電圧Ｖ２により駆動する第２負荷５とを備える。これにより、駆動電圧が異なる第１負荷４、第２負荷５を同時に駆動することが可能となる。また、本実施形態に係る電圧変換装置１は、電圧変換部６が複数のスイッチ６ａ〜６ｈを備え、各スイッチ６ａ〜６ｈが各二次電池３ａ〜３ｄと第２負荷５との間を導通状態または非導通状態に切り替え可能に構成される。これにより、各二次電池３ａ〜３ｄと第２負荷５との接続の切り替えを容易に行うことが可能となる。また、本実施形態に係る電圧変換装置１は、制御部８が、各二次電池３ａ〜３ｄの状態に基づいて、第２直流電圧Ｖ２を第２負荷５に印加するように、複数のスイッチ６ａ〜６ｈを切り替える。これにより、直流電源３に生じた片減りを効率よく解消することが可能となり、直流電源３の寿命を延ばすことが容易になる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、第１直流電圧Ｖ１が４８Ｖ、第２直流電圧Ｖ２が１２Ｖとしているが、このような電圧に限定されるものではなく、第２直流電圧Ｖ２が第１直流電圧より低い電圧であれば、どのような電圧であってもよい。例えば、第１直流電圧Ｖ１が４８Ｖで、第２直流電圧Ｖ２が２４Ｖであってもよく、第１直流電圧Ｖ１が２４Ｖで第２直流電圧Ｖ２が１２Ｖであってもよい。ここで制御部８は、例えば、第１直流電圧Ｖ１が４８Ｖで、第２直流電圧Ｖ２が２４Ｖである場合、２４Ｖを第２負荷５（ここでは２４Ｖ負荷）に印加するように、スイッチ６ａ〜６ｈを切り替える。一例として、制御部８は、スイッチ６ａ，６ｄにＯＮ信号を出力してこれらをＯＮ状態にし、かつ他のスイッチ６ｂ，６ｃ，６ｅ〜６ｈにＯＦＦ信号を出力してこれらをＯＦＦ状態にする。
【００２４】
また、上記実施形態では、直流電源３は、１２Ｖの二次電池を直列に４つ接続して構成された組電池であるが、４つに限定されるものではなく、２つ以上であればよい。例えば、２４Ｖの二次電池を直列に２つ接続した組電池であってもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では、オルタネータ２は、機械的な動力を電力に変換する発電機としているが、これに限定されず、発電機としての機能と、供給される電力を機械的な動力に変換するモータ機能とを有するモータ・ジェネレータであってもよい。モータ・ジェネレータは、例えば、車輪やエンジンから伝達される動力によって発電するオルタネータとして用いられることや、直流電源３から供給される電力を消費してエンジンを始動するスタータモータとして用いられることができる。また、モータ・ジェネレータは、車両の走行用の動力源として用いられてもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、直流電源３の状態を監視する方法として、電流検出器７により直流電源３の電流値を検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、電圧変換装置１が、各二次電池３ａ〜３ｄの直流電圧を検出する電圧検出器を複数備え、各電圧検出器で検出された二次電池３ａ〜３ｄの電圧に基づいて二次電池３ａ〜３ｄの状態を監視する構成であってもよい。この場合、各電圧検出器は、各二次電池３ａ〜３ｄの電圧値を制御部８に出力する。制御部８は、検出された各二次電池３ａ〜３ｄの電圧値に基づいて、各二次電池３ａ〜３ｄの状態を判定する。
【符号の説明】
【００２７】
１  電圧変換装置
２  オルタネータ
３  直流電源
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  二次電池
４  第１負荷
５  第２負荷
６  電圧変換部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈ  スイッチ
７  電流検出器
８  制御部
【図１】
2019115102.tif 000003