(57)【要約】【課題】温度のバラツキを低減し、冷却系統を小型化可能な電力供給装置を提供する。【解決手段】モータジェネレータ４に電力を供給可能なバッテリモジュール１１〜１５間の電気的な接続状態を直列接続、並列接続に切り替えるスイッチ２１〜２６を備え、スイッチ２１〜２６のうちいずれかの温度が所定温度よりも高くなった場合には、温度が所定温度よりも高くなったスイッチに流れる電流が小さくなるようにスイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを制御し、スイッチ２１〜２６の直並列状態を切り替える。【選択図】図１
2008067500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を消費する電力消費手段に前記電力を供給する複数の電源と、
前記複数の電源を直列、または並列に接続する回路と、
前記回路に設けられ、前記複数の電源間の電気的な接続状態を、直列接続もしくは並列接続に切り替える複数の切替手段と、
前記切替手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記切替手段の温度が所定温度よりも高い場合には、前記所定温度よりも高くなった前記切替手段に流れる電流が小さくなるように前記切替手段の接続を制御する切替制御手段と、を備えた電力供給装置。
【請求項２】
前記温度検出手段は、前記切替手段の電気的特性に基づいて、前記切替手段の温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記温度検出手段は、前記切替手段の外気温度に基づいて、前記温度を補正することを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は、前記複数の電源間の電気的な接続状態に基づいて、前記温度を補正することを特徴とする請求項２または３に記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記切替制御手段は、前記複数の電源から前記電力消費手段へ供給する電力を略一定として、前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記切替制御手段は、複数の切替手段の中で、前記温度が前記所定温度よりも高くなった場合に、前記温度が前記所定温度よりも高くなった前記切替手段を開放し、かつ前記複数の電源から前記電力消費手段に印加する電圧が、前記切替手段を開放する前と同じ電圧となるように、前記切替手段の接続を制御することを特徴とする請求項５に記載の電力供給装置。
【請求項７】
電力を消費する電力消費手段に前記電力を供給する複数の電源と、
前記複数の電源を直列、または並列に接続する回路と、
前記回路に設けられ、前記複数の電源間の電気的な接続状態を、直列接続もしくは並列接続に切り替える複数の切替手段と、
前記切替手段の温度を検出する温度検出手段と、を備えた電力供給装置の電力供給方法において、
前記温度検出手段によって前記切替手段の温度を検出し、
前記切替手段の温度が所定温度よりも高い場合には、前記所定温度よりも高くなった前記切替手段に流れる電流が小さくなるように、前記切替手段の接続を制御することを特徴とする電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力供給装置および電力供給装置の電力供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータジェネレータに電力を供給する電力供給装置において、モータジェネレータへの印加電圧が小さい場合には、電力供給装置内の複数のバッテリモジュールの接続状態を並列接続として電力供給装置の出力電圧を小さくすることで、インバータの損失を低減し、また、モータジェネレータへの印加電圧が大きい場合には、電力供給装置内の複数のバッテリモジュールの接続状態を直列接続として逆起電圧を抑制しつつ、電流を流し、出力を大きくするものが特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平５−２３６６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の発明では、アクセル開度により切替スイッチの直並列を直接切り替える構成と成っていたため、切替スイッチの通過電流の大きさにより、切替スイッチの温度にバラツキが発生し、冷却系統の大型化による車両への搭載性の悪化、コストの上昇といった問題点がある。
【０００４】
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、切替スイッチの温度のバラツキを低減して例えばモータジェネレータに電力を供給し、冷却系統を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、電力を消費する電力消費手段に電力を供給する複数の電源と、複数の電源を直列、または並列に接続する回路と、回路に設けられ、複数の電源間の電気的な接続状態を、直列接続または並列接続に切り替える複数の切替手段と、切替手段の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出した複数の切替手段の温度に基づいて、切替手段の接続を制御する切替制御手段と、を備える。
【０００６】
また、電力を消費する電力消費手段に電力を供給する複数の電源と、複数の電源を直列、または並列に接続する回路と、回路に設けられ、複数の電源間の電気的な接続状態を、直列接続もしくは並列接続に切り替える複数の切替手段と、切替手段の温度を検出する温度検出手段と、を備えた電力供給装置の電力供給方法において、温度検出手段によって切替手段の温度を検出し、切替手段の温度が所定温度よりも高い場合には、所定温度よりも高くなった切替手段に流れる電流が小さくなるように、切替手段の接続を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、複数の電源間の電気的な接続状態を直列接続または並列並列に切り替える切替手段を、切替手段の温度に基づいて制御するので、例えば或る切替手段の温度が所定温度よりも高くなった場合に、その切替手段に流れる電流が小さくなるように、切替手段を制御し、切替手段の温度のバラツキを低減し、冷却系統を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の第１実施形態の電力供給システムについて図１の概略構成図を用いて説明する。この実施形態では、車両に搭載された電力供給システムについて説明するが、これに限られることはない。
【０００９】
この実施形態の電力供給システムは、モータジェネレータ（電力消費手段）４と、モータジェネレータ４に電力を供給する電力供給部１と、電力供給部１とモータジェネレータ４との間に設けたインバータ３と、インバータ３と電力供給部１との間に設けた遮断機２と、を備える。
【００１０】
モータジェネレータ４は、インバータ３を介して電力供給部１から供給された電力によって、出力軸を回転させて、車輪に駆動力を与える。また、車両の制動時には、車輪から伝達される回転によって発電を行い、インバータ３を介して後述する電力供給部１の蓄電ユニット１ｂに電力を供給する。
【００１１】
インバータ３は、入力端に平滑コンデンサ５を備え、電力供給部１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ４に交流電力を供給し、またモータジェネレータ４の交流発電電力を直流電力に変換して電力供給部１に直流電力を供給する。
【００１２】
電力供給部１は、蓄電ユニット１ｂと、蓄電ユニット１ｂを制御する制御部１ａと、を備える。
【００１３】
蓄電ユニット１ｂは、複数のバッテリモジュール（電源）１１〜１３と、バッテリモジュール１１〜１３を電気的に直並列に接続する回路７と、回路７に設けられバッテリモジュール１１〜１３の電気的な接続状態を直列、または並列に切り替えることが可能なスイッチ（切替手段）２１〜２６と、を備える。
【００１４】
バッテリモジュール１１〜１３は、ニッケル水素電池やキャパシタなどの電力貯蔵手段である。なお、各バッテリモジュール１１〜１３の電圧は、各バッテリモジュール１１〜１３のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）によって変化するが、この実施形態では、説明のため同一の電圧Ｖ１とする。また、蓄電ユニット１ｂの電圧、つまりインバータ３に接続する端子間の電圧を電圧Ｖｂａｔとする。
【００１５】
スイッチ２１〜２６は、半導体スイッチであり、スイッチ２２、２３、２５、２６は、バッテリモジュール１１、１２、１３を並列接続するためのスイッチであり、各スイッチがＯＮとなることで、バッテリモジュール１１、１２、１３を並列に接続する。また、スイッチ２１、２４は、バッテリモジュール１１、１２、１３を直列接続するためのスイッチであり、各スイッチがＯＮとなることで、バッテリモジュール１１、１２、１３を直列に接続する。つまり、スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを適宜切り替えることで、バッテリモジュール１１、１２、１３間の接続状態を、それぞれ並列接続、直列接続に切り替る。
【００１６】
次に、制御部１ａについて図２のブロック図を用いて説明する。
【００１７】
制御部１ａは、ドライバの要求する要求負荷に応じて、蓄電ユニット１ｂからモータジェネレータ２へ供給する電力を算出する電力算出部Ｃ１０１と、バッテリモジュール１１〜１３のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部Ｃ２０１と、スイッチ２１〜２６を流れる電流、スイッチ２１〜２６の電圧などの電気的特性に基づいてスイッチ２１〜２６の温度を推定する温度推定部Ｃ３０１と、蓄電ユニット１ｂを流れる電流の電流経路と電流が流れているスイッチの使用時間と外気温とから温度推定部Ｃ３０１によって推定した推定温度を補正する推定温度補正部（温度推定部Ｃ３０１と推定温度補正部Ｃ３０２が温度検出手段を構成する）Ｃ３０２と、推定温度補正部Ｃ３０２によって推定した推定温度によってスイッチ２１〜２６の素子の状態を判定する素子状態判定部Ｃ３０３と、素子状態判定部Ｃ３０３によって判定した素子の状態とバッテリモジュール１１〜１３のＳＯＣとモータジェネレータ２へ供給する電力とに基づいて、スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替える切り替え制御部（切替制御手段）Ｃ４０１と、を備える。
【００１８】
なお、温度推定部Ｃ３０１、推定温度補正部Ｃ３０２においてスイッチ２１〜２６の温度を温度センサなどによって検出しても良い。
【００１９】
ここで、切り替え制御部Ｃ４０１によってスイッチ２１〜２６を切り替えた場合のバッテリモジュール１１〜１３の接続状態と、スイッチ２１〜２６に流れる電流の通過状態について、図３〜図６を用いて説明する。
【００２０】
図３は、スイッチ２２、２３、２５、２６をＯＮとし、スイッチ２１、２４をＯＦＦとした場合の蓄電ユニット１ｂを示す回路図である。以下、この状態を接続状態１とする。
【００２１】
接続状態１では、バッテリモジュール１１、１２、１３はそれぞれ並列接続であり、蓄電ユニット１ｂの電圧Ｖｂａｔ、蓄電ユニット１ｂの電流Ｉｂａｔ、蓄電ユニット１ｂの出力Ｐｖ、スイッチ２２〜２６を流れる各電流ｉｓｗ２２〜ｉｓｗ２６は、バッテリモジュール１１〜１３を流れる電流をｉとすると、
Ｐｖ＝Ｖｂａｔ×Ｉｂａｔ
Ｖｂａｔ＝Ｖ１
Ｉｂａｔ＝３ｉ
ｉｓｗ２２＝ｉｓｗ２６＝２ｉ
ｉｓｗ２３＝ｉｓｗ２５＝ｉ
となる。なお、蓄電ユニット１ｂから取り出す出力Ｐｖは、以下において説明する各接続状態において一定とする。
【００２２】
接続状態１では、スイッチ２２とスイッチ２６とに電流２ｉが流れるので、スイッチ２２、２６の温度は、スイッチ２３、２５と比較して大きくなる。
【００２３】
図４は、スイッチ２１、２５、２６をＯＮとし、スイッチ２２、２３、２４をＯＦＦとした場合の蓄電ユニット１ｂを示す回路図である。以下、この状態を接続状態２とする。
【００２４】
接続状態２では、バッテリモジュール１２とバッテリモジュール１３とが並列に接続し、バッテリモジュール１１が、バッテリモジュール１２とバッテリモジュール１３に対して直列に接続する直並列混在状態である。接続状態２における蓄電ユニット１ｂの電圧Ｖｂａｔなどは、
Ｖｂａｔ＝２Ｖ１
Ｉｂａｔ＝３ｉ／２
ｉｓｗ２１＝３ｉ／２
ｉｓｗ２５＝ｉｓｗ２６＝３ｉ／４
となる。
【００２５】
接続状態２では、スイッチ２１に電流３ｉ／２が流れ、スイッチ２５、２６に電流３ｉ／４が流れる。
【００２６】
図５は、スイッチ２２、２３、２４をＯＮとし、スイッチ２１、２４、２６をＯＦＦとした場合の蓄電ユニット１ｂを示す回路図である。以下、この状態を接続状態３とする。
【００２７】
接続状態３では、バッテリモジュール１１とバッテリモジュール１２とが並列に接続し、バッテリモジュール１４が、バッテリモジュール１１とバッテリモジュール１２に対して直列に接続する直並列混在状態である。接続状態３における蓄電ユニット１ｂの電圧Ｖｂａｔなどは、
Ｖｂａｔ＝２Ｖ１
Ｉｂａｔ＝３ｉ／２
ｉｓｗ２４＝３ｉ／２
ｉｓｗ２２＝ｉｓｗ２３＝３ｉ／４
となる。
【００２８】
接続状態３では、スイッチ２４に電流３ｉ／２が流れ、スイッチ２２、２３に電流３ｉ／４が流れる。
【００２９】
図６は、スイッチ２１、２４をＯＮとし、スイッチ２２、２３、２５、２６をＯＦＦとする場合の蓄電ユニット１ｂを示す回路図である。以下、この状態を接続状態４とする。
【００３０】
接続状態４では、バッテリモジュール１１〜１３を直列に接続する。接続状態４における蓄電ユニット１ｂの電圧Ｖｂａｔなどは、
Ｖｂａｔ＝３Ｖ１
Ｉｂａｔ＝ｉ
ｉｓｗ２１＝ｉｓｗ２４＝ｉ
となる。
【００３１】
接続状態４では、スイッチ２１、２４に電流ｉが流れる。
【００３２】
接続状態１〜４におけるスイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦ状態を図７（ａ）に示し、スイッチ２１〜２６に流れる電流を図７（ｂ）に示す。
【００３３】
例えば、接続状態１ではスイッチ２２、２６に２ｉの電流が流れ、他のスイッチと比較して、スイッチ２２、２６の温度が上昇するが、スイッチ２２、２６の温度が予め設定される所定温度よりも高くなると、スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、接続状態１から接続状態２〜４へ変更する。これによって、スイッチ２２、２６に流れる電流を小さくし、スイッチ２２、２６を冷却することができる。なお、所定温度は、スイッチの損失を抑制し、応答性を確保でき、劣化を抑制する温度である。
【００３４】
また、例えば接続状態２ではスイッチ２１に３ｉ／２の電流が流れ、他のスイッチと比較して、スイッチ２１の温度が上昇するが、スイッチ２１の温度が予め設定された所定温度よりも高くなると、スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、接続状態２から接続状態１、３、４へ変更する。このとき、接続状態２から接続状態３へ切り替えると、蓄電装置２、３とでは、蓄電ユニット１ｂの電圧Ｖｂａｔを変えることなく、電流の流れるスイッチを完全に切り替えることができる。
【００３５】
ここで、スイッチ２２の温度変化について図８を用いて説明する。なお、スイッチ２１〜２６の接続状態は、接続状態１、接続状態４、接続状態１、接続状態２の順番に変更されるものとする。
【００３６】
時間ｔ０において、接続状態１になると、スイッチ２２には電流２ｉが流れるので、スイッチ２２の温度が高くなる。
【００３７】
時間ｔ１において、スイッチ２２の温度が所定温度となると、接続状態１から接続状態４へ変更される。これによって、スイッチ２２はＯＦＦとなり、スイッチ２２には電流が流れず、スイッチ２２は冷却される。
【００３８】
時間ｔ２において、スイッチ２２以外のスイッチの温度が所定温度となり、接続状態４から接続状態１へ変更される。これによって、スイッチ２２がＯＮとなり、スイッチ２２には電流２ｉが流れ、スイッチ２２の温度が上昇する。
【００３９】
時間ｔ３において、スイッチ２２の温度が所定温度となると、接続状態１から接続状態２へ変更される。これによって、スイッチ２２はＯＦＦとなり、スイッチ２２には電流が流れず、スイッチ２２は冷却される。
【００４０】
以上のように、スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、バッテリモジュール１１〜１３の接続状態を切り替えることで、蓄電ユニット１ｂから取り出す出力を一定として、スイッチ２１〜２６に流れる電流を変更することができる。各接続状態で、ＯＮとなっているスイッチの温度が所定温度よりも高くなると、接続状態を変更し、温度の高くなったスイッチへ流れる電流を小さく、またはゼロとし、スイッチの温度上昇を抑制することができる。
【００４１】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００４２】
この実施形態では、バッテリモジュール１１〜１５の電気的な接続状態を並列、または直列に切り替えるスイッチ２１〜２６のいずれかの温度が所定温度よりも高くなると、温度が高くなったスイッチへ流れる電流が小さくなるように、スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えバッテリモジュール１１〜１５間の電気的な接続状態を切り替える。これによって、温度が高くなったスイッチの温度を低くすることができ、スイッチを冷却するための冷却系統を小型化することができる。また、スイッチの温度上昇による劣化を抑制することができる。また、スイッチの温度上昇による損失の増大抑制し、スイッチの応答性の低下を抑制することができる。
【００４３】
スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替える際に、蓄電ユニット１ｂから取り出される出力を一定とすることができる。
【００４４】
スイッチ２１〜２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えてバッテリモジュール１１〜１５の接続状態を切り替える場合に、蓄電ユニット１ｂの電圧Ｖｂａｔを一定としてバッテリモジュール１１〜１５の接続状態（接続状態２、３）を切り替えることができる。
【００４５】
次に本発明の第２実施形態について図９を用いて説明する。図９は、蓄電ユニット３０の回路図であり、この実施形態の蓄電ユニット３０は、バッテリモジュール１１、１２と、バッテリモジュール１１、１２の電気的な接続状態を直列、または並列に切り替えるスイッチ２１〜２３と、を備える。
【００４６】
２つのバッテリモジュール１１、１２を備える蓄電ユニット３０において、スイッチ２２、２３をＯＮとし、スイッチ２１をＯＦＦとすることで、バッテリモジュール１１、１２を並列に接続する。また、スイッチ２１をＯＮとし、スイッチ２２、２３をＯＦＦとすることで、バッテリモジュール１１、１２を直列に接続する。
【００４７】
バッテリモジュール１１、１２を並列に接続した場合には、スイッチ２２、２３に電流ｉが流れ、バッテリモジュール１１、１２を直列に接続した場合には、スイッチ２１に電流ｉが流れる。
【００４８】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。
【００４９】
２つのバッテリモジュール１１、１２を備えた蓄電ユニットにおいても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態の電力供給システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の制御部のブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態のスイッチの接続状態の例を示す回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態のスイッチの接続状態の例を示す回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態のスイッチの接続状態の例を示す回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態のスイッチの接続状態の例を示す回路図である。
【図７（ａ）】本発明の第１実施形態のスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。
【図７（ｂ）】本発明の第１実施形態のスイッチに流れる電流を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態のスイッチの温度変化を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態の蓄電ユニットの回路図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    電力供給装置
１ａ  制御部
１ｂ、３０  蓄電ユニット
４    モータジェネレータ（電力消費手段）
７    回路
１１〜１３    バッテリモジュール（電源）
２１〜２６    スイッチ（切替手段）
【図１】
2008067500.tif 000003
【図２】
2008067500.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008067500.tif 000006
【図５】
2008067500.tif 000007
【図６】
2008067500.tif 000008
【図７（ａ）】
2008067500.tif 000009
【図７（ｂ）】
2008067500.tif 000010
【図８】
2008067500.tif 000011
【図９】
2008067500.tif 000012