(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランス（Ｔｒ１１，Ｔｒ１１ａ，Ｔｒ２１，Ｔｒ３１）及びスイッチング素子（Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２８，Ｑ３１〜Ｑ３４）を備える電力変換回路（１０，１０ａ，２０，３０，３０ａ）を介して、一次側回路から二次側回路へ電力を供給する電力変換装置の制御装置（３００）であって、
前記一次側回路の電流値を検出する電流検出部と、
前記電流値の平均値を取得する平均値取得部と、
前記平均値を指令する値である指令値を取得する指令値取得部と、
前記平均値に基づいて前記指令値を補正し、ピーク指令値を算出するピーク指令値算出部と、
前記電流値のピーク値が前記ピーク指令値となるように前記スイッチング素子を制御する制御指令部と、を備える、制御装置。
【請求項２】
トランス（Ｔｒ１１，Ｔｒ２１，Ｔｒ３１）及びスイッチング素子（Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２８，Ｑ３１〜Ｑ３４）を備える電力変換回路（１０，１０ａ，２０，３０，３０ａ）を介して、一次側回路から二次側回路へ電力を供給する電力変換装置の制御装置（３００）であって、
前記二次側回路の電流値を二次側電流として検出する二次側電流検出部と、
前記一次側回路の電流値を一次側電流として検出する一次側電流検出部と、
前記二次側電流の平均値を取得する平均値取得部と、
前記平均値を指令する値である指令値を取得する指令値取得部と、
前記平均値に基づいて前記指令値を補正し、ピーク指令値を算出するピーク指令値算出部と、
前記一次側電流のピーク値が前記ピーク指令値となるように前記スイッチング素子を制御する制御指令部と、を備える、制御装置。
【請求項３】
前記平均値と、前記指令値との差を取得し、その差に基づいて補正値を算出するフィードバック制御部をさらに備え、
前記ピーク指令値算出部は、前記補正値に基づいて前記指令値を補正して前記ピーク指令値を算出する、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記フィードバック制御部は、前記補正値を前記指令値よりも小さい値に制限する、請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記一次側回路の電圧及び前記二次側回路の電圧をそれぞれ検出する電圧検出部をさらに備え、
前記ピーク指令値算出部は、前記電圧に基づいて前記一次側回路の電流値の前記平均値からのリプル量を求め、そのリプル量を前記指令値に加算して前記ピーク指令値を算出する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御指令部は、前記指令値に鋸歯状波の増加量を加算し前記ピーク指令値とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記指令値取得部は、前記平均値を指令する値である電流指令値と、出力される電力を指令する値である電力指令値と、二次側回路の電圧とをさらに取得し、
前記電力指令値を前記二次側回路の電圧により除算した値と、前記電流指令値とのうち、小さい方の値を前記指令値とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧側回路と低圧側回路との間に、トランス及びスイッチング素子を備える電力変換回路を設け、高圧側回路と低圧側回路との間での電力の授受を行うものとして、特許文献１に記載の電力変換装置がある。特許文献１に記載の電力変換装置では、入力電圧及び出力電圧に基づいて出力電流に対する電流指令値を求め、その電流指令値に基づいてピーク電流制御を行うことで、出力電流の平均値を電流指令値としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５０４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トランスを介して電力の授受を行う場合、コイルのインダクタンスのばらつき等により、出力電流のばらつきが生ずることがある。また、電圧を検出して電流指令値を求める場合では、検出値のばらつきにより、電流指令値の算出精度が低下することがある。その結果として、平均電流に対する制御の精度が低下する。一方で、ピーク電流制御を行わず、出力電流の平均値が指令値となるように制御する場合には、出力電流に対する制御の精度は高いものの、応答性が悪く、過電流が生ずる場合や、偏磁が生ずる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、電流制御の応答性、及び、出力される電流の精度を共に向上させることができる、電力変換装置の制御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】
本発明は、トランス及びスイッチング素子を備える電力変換回路を介して、一次側回路から二次側回路へ電力を供給する電力変換装置の制御装置であって、前記一次側回路の電流値を検出する電流検出部と、前記電流値の平均値を取得する平均値取得部と、前記平均値を指令する値である指令値を取得する指令値取得部と、前記平均値に基づいて前記指令値を補正し、ピーク指令値を算出するピーク指令値算出部と、前記電流値のピーク値が前記ピーク指令値となるように前記スイッチング素子を制御する制御指令部と、を備える。
【０００７】
上記構成では、電流値の平均値により指令値を補正してピーク指令値を得ることにより、平均電流制御の制御による精度を向上させることができ、さらに、そのピーク指令値によりスイッチング素子の制御を行うため、ピーク電流制御の応答性を得ることができる。よって、電流制御の応答性、及び出力される電流の精度を共に向上させることができる。
【０００８】
また、本発明は、トランス及びスイッチング素子を備える電力変換回路を介して、一次側回路から二次側回路へ電力を供給する電力変換装置の制御装置であって、前記二次側回路の電流値を二次側電流として検出する二次側電流検出部と、前記一次側回路の電流値を一次側電流として検出する一次側電流検出部と、前記二次側電流の平均値を取得する平均値取得部と、前記平均値を指令する値である指令値を取得する指令値取得部と、前記平均値に基づいて前記指令値を補正し、ピーク指令値を算出するピーク指令値算出部と、前記一次側電流のピーク値が前記ピーク指令値となるように前記スイッチング素子を制御する制御指令部と、を備える。
【０００９】
この構成においても、二次側電流の平均値により指令値を補正してピーク指令値を得ることにより、平均電流制御の制御による精度を向上させることができ、さらに、そのピーク指令値と一次側電流とを用いてスイッチング素子の制御を行うため、ピーク電流制御の応答性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換装置の回路図である。
【図２】電力変換装置により昇圧を行う場合のタイムチャートである。
【図３】制御部が実行する処理を示す制御ブロック図である。
【図４】制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図６】電力変換装置により降圧を行う場合のタイムチャートである。
【図７】第２実施形態における制御部が実行する処理を示す制御ブロック図である。
【図８】第３実施形態における昇圧処理を示す制御ブロック図である。
【図９】第３実施形態における降圧処理を示す制御ブロック図である。
【図１０】第４実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図１１】第５実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図１２】第６実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図１３】第７実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、公称電圧が１２Ｖである鉛バッテリ等の補機バッテリと、公称電圧が数百Ｖであるリチウムイオンバッテリ等の主バッテリとを備えるハイブリッドカーに搭載される。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置は、低圧側回路に設けられる補機バッテリ１００の電力を、電力変換回路１０を介して高圧側回路に設けられる主バッテリ２００、又はコンデンサ２０１へと供給するものである。このとき、低圧側回路から高圧側回路へと電力を供給するものであるから、低圧側回路を一次側回路と称することができ、高圧側回路を二次側回路と称することができる。
【００１４】
電力変換回路１０は、トランスＴｒ１１と、ＭＯＳＦＥＴである第１〜第６スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６を備えている。トランスＴｒ１１は、互いに磁気的に結合した第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２とにより構成され、第１コイルＬ１１は、センタータップを有している。第２コイルＬ１２の巻数は、第１コイルＬ１１の巻数のＮ／２倍である。すなわち、第２コイルＬ１２の巻数が、第１コイルＬ１１のいずれか一方の端からセンタータップまでの巻数のＮ倍となっている。
【００１５】
第１コイルＬ１１の両端は、それぞれ、第１スイッチング素子Ｑ１１のドレイン、第２スイッチング素子Ｑ１２のドレインに接続されている。一方、第１スイッチング素子Ｑ１１のソースと第２スイッチング素子Ｑ１２のソースとが接続されている。
【００１６】
補機バッテリ１００は、チョークコイルＬ１３を介して電力変換回路１０と接続されている。具体的には、チョークコイルＬ１３の一端が補機バッテリ１００の正極に接続され、チョークコイルＬ１３の他端が、第１コイルＬ１１のセンタータップに接続されている。一方、第１スイッチング素子Ｑ１１のソースと第２スイッチング素子Ｑ１２のソースとの接続点は、補機バッテリ１００の負極に接続されている。また、補機バッテリ１００には、コンデンサ１０１が並列接続されている。
【００１７】
第２コイルＬ１２の端部の一方は、第３スイッチング素子Ｑ１３のソース及び第４スイッチング素子Ｑ１４のドレインに接続されている。第２コイルＬ１２の端部の他方は、第５スイッチング素子Ｑ１５のソース及び第６スイッチング素子Ｑ１６のドレインに接続されている。第３スイッチング素子Ｑ１３のドレイン及び第５スイッチング素子Ｑ１５のドレインは、主バッテリ２００の正極側に接続されており、第４スイッチング素子Ｑ１４のソース及び第６スイッチング素子Ｑ１６のソースは、主バッテリ２００の負極側に接続されている。この主バッテリ２００には、コンデンサ２０１が並列接続されている。
【００１８】
電力変換装置は、補機バッテリ１００の電圧である低圧側電圧ＶＬを検出する低圧側電圧検出部１０２、チョークコイルＬ１３を流れる電流（入力側の回路を流れる電流）である低圧側電流ＩＬを検出する低圧側電流検出部１０３、及び、高圧側の電圧である高圧側電圧ＶＨを検出する高圧側電圧検出部２０２を備えている。検出された低圧側電圧ＶＬ、高圧側電圧ＶＨ、及び低圧側電流ＩＬは、制御部３００へ入力される。なお、上述した通り、本実施形態では一次側回路である低圧側回路から二次側回路である高圧側回路へと電力を供給するものであるため、低圧側電圧ＶＬ、低圧側電流ＩＬは、それぞれ一次側電圧、一次側電流と称することができ、高圧側電圧ＶＨは二次側電圧と称することができる。また、低圧側電圧検出部１０２、低圧側電流検出部１０３、高圧側電圧検出部２０２は、それぞれ、一次側電圧検出部、一次側電流検出部、二側電圧検出部と称することができる。
【００１９】
本実施形態では、補機バッテリ１００から主バッテリ２００への電力の供給、または、補機バッテリ１００からコンデンサ２０１への電力の供給を行う。この際に、電力変換装置は、電流入力型プッシュプルＤＣＤＣコンバータとして機能する。充電は、車両の電源がＯＮとなった場合に、車両に搭載されているＥＣＵ内で充電開始指令が生成され、開始される。
【００２０】
図２は、補機バッテリ１００から主バッテリ２００へ電力を供給する場合における、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２の開閉状態と、そのときの低圧側電流ＩＬとを示している。この制御では、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２が共にＯＮである制御Ａと、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２の一方がＯＮであり他方がＯＦＦである制御Ｂとを交互に繰り返す制御を行う。第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２の制御周期は共にＴｓであり、位相差は１／２Ｔｓである。各制御周期の始期において、それぞれＯＮ制御が開始され、ＯＦＦ制御を開始する時期を可変とすることにより、低圧側電流ＩＬの平均値ＩＬ＿ａｖｅが電流指令値ＩＬ＊となるように制御する。
【００２１】
このとき、制御Ａが行われる期間における電流の増加量と、制御Ｂが行われる期間における電流の減少量が等しければ、低圧側電流ＩＬの過剰な増加を抑制することができる。制御Ａが行われる期間と制御Ｂが行われる期間の長さの比を１未満の数であるＤを用いて、Ｄ：（１−Ｄ）とすると、次式（１）が成立し、次式（２）によりＤが求まる。
【００２２】
【数１】
0006384422.tif 000002
加えて、低調波発振を抑制すべく、低圧側電流ＩＬにスロープ電流Ｉｓを加算した値が定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃとなるように、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２をＯＦＦとするタイミングを制御する。このスロープ電流Ｉｓは、直線的に増加する仮想的な値である。なお、スロープ電流Ｉｓのその時間当たりの増加量をｍとしている。このとき、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃは、低圧側電流ＩＬの平均値ＩＬ＿ａｖｅからのリプル量ΔＩＬ、及び加算されるスロープ電流の変化量ΔＩｓを用いて、次式（３）で算出することができる。なお、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを算出するうえで、ＰＩ制御を行うため、式（３）においてフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉを加算している。
【００２３】
【数２】
0006384422.tif 000003
続いて、制御部が実行する処理を、図３の制御ブロック図により説明する。定電圧制御部４０では、高圧側電圧ＶＨの電圧指令値ＶＨ＊をメモリから読み出して、定電圧制御におけるピーク電流の指令値である定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖを算出する。詳しくは、徐変部４１は、入力された電圧指令値ＶＨ＊が変化した場合に、高圧側電圧ＶＨが急激に変動しないように電圧指令値ＶＨ＊を徐々に変化させる。偏差算出部４２は、徐変された電圧指令値ＶＨ＊と、検出した高圧側電圧ＶＨとの偏差を算出する。ＰＩ制御部４３は、入力された出力電圧指令値Ｖｏ＊と出力電圧Ｖｏとの偏差を減らすべく、偏差に比例する値と偏差の時間積分に比例する値との和を、定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖとして出力する。
【００２４】
定電流制御部５０では、低圧側電流ＩＬの平均値ＩＬ＿ａｖｅについての指令値である電流指令値ＩＬ＊を、メモリから読み出して制御に用いる。このとき、定電流制御部５０は指令値取得部として機能する。電流指令値ＩＬ＊は、ＰＩ制御部５１に入力される。ＰＩ制御部５１は、加えて、低圧側電流ＩＬの実電流である平均値ＩＬ＿ａｖｅを取得する。このとき、定電流制御部５０は平均値取得部として機能する。この平均値ＩＬ＿ａｖｅは、低圧側電流検出部１０３により検出された低圧側電流ＩＬを所定期間蓄積し、その値を平均化したものである。電流指令値ＩＬ＊と平均値ＩＬ＿ａｖｅは加算部５２に入力され、加算部５２は、電流指令値ＩＬ＊と平均値ＩＬ＿ａｖｅの差分をとる。この差分はＰＩ制御器５３に入力され、ＰＩ制御器５３は、入力された電流指令値ＩＬ＊と平均値ＩＬ＿ａｖｅの差を減らすべく、偏差に比例する値と偏差の時間積分に比例する値との和をフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉとして出力する。このフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉはリミッタ５４へ入力される。リミッタ５４では、フィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉの出力値が上限値よりも大きければ、その出力値を上限値に制限する。この上限値は、電流指令値ＩＬ＊よりも小さい値に設定されている。リミッタ５４を経たフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉは、加算器５５において電流指令値ＩＬ＊に加算され、ＰＩ制御部５１から出力される。なおＰＩ制御部５１はフィードバック制御を行うため、フィードバック制御部と呼ぶこともできる。
【００２５】
一方、電流補正部５７には、低圧側電圧ＶＬ及び高圧側電圧ＶＨが入力され、電流指令値ＩＬ＊の補正量を出力する。この補正値は上式（３）に基づくものであり、加算器５６で電流指令値ＩＬ＊とフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉとの和に加算されることにより、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃが得られる。
【００２６】
なお、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃは、ピーク電流制御に用いられる指令値であるため、ピーク指令値と呼ぶことができ、定電流制御部５０は、ピーク指令値算出部と呼ぶことができる。
【００２７】
定電圧制御部４０から出力された定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖ、及び、定電流制御部５０から出力された定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃは、指令値選択部６０に入力される。指令値選択部６０は、定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖ及び定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃのうち、小さい方の値をピーク電流制御部７０に入力する。
【００２８】
指令値選択部６０から出力された定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖ及び定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃの一方は、ピーク電流制御部７０のＤＡ変換器７１においてアナログ値に変換され、コンパレータ７２のマイナス端子に入力される。
【００２９】
一方、ピーク電流制御部７０のスロープ補償部７３は、レジスタの値により得られるスロープ電流Ｉｓの値を信号として生成し、ＤＡ変換器７４に入力する。このスロープ電流Ｉｓは、上述した通り、各制御周期において０Ａから直線的に単調増加する鋸歯状波の信号である。そして、ＤＡ変換器７４によりアナログ波形とされたスロープ電流Ｉｓと低圧側電流ＩＬとを、加算部７５において加算して、コンパレータ７２のプラス端子に入力する。なお、スロープ補償部７３は、直接アナログ波形を生成し、ＤＡ変換器７４を介さずコンパレータ７２に入力するものとしてもよい。
【００３０】
コンパレータ７２は、マイナス端子に入力された、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃ及び定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖの一方と、プラス端子に入力された、低圧側電流ＩＬにスロープ電流Ｉｓが加算された値との比較を行う。そして、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも小さい期間において、ハイ状態の信号をＲＳフリップフロップ７７のＳ端子に入力し、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも大きい期間において、ロー状態の信号をＲＳフリップフロップ７７のＳ端子に入力する。また、ＲＳフリップフロップ７７のＲ端子には、クロック７６からクロック信号が入力される。
【００３１】
ＲＳフリップフロップ７７は、コンパレータ７２の出力がハイとなれば、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２の一方へオフ指令を送信し、制御Ａから制御Ｂへと切り替える。そして、１制御周期が経過すれば、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２を共にＯＮとする信号を送信することにより、制御Ｂから制御Ａへと切り替える。
【００３２】
ＲＳフリップフロップ７７の出力は、Ｄｕｔｙ制限部７８へ入力される。このＤｕｔｙ制限部７８では、各制御の期間の長さが上限値を超えていればその上限値に設定され、下限値を下回っていれば、下限値に設定される。そして、第１スイッチング素子Ｑ１１及び第２スイッチング素子Ｑ１２へ制御信号が送信される。
【００３３】
なお、ピーク電流制御部７０は、各スイッチング素子へ制御指令をおこなうものであるため、制御指令部と呼ぶことができる。
【００３４】
この制御部３００が実行する一連の処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。図４のフローチャートに係る処理は、所定の制御周期毎に繰り返し行われる。
【００３５】
まず、充電開始の指示を取得したか否かを判定する（Ｓ１０１）。この充電開始の指示は、例えば、上位の制御装置であるＥＣＵ等から送信される。充電開始の指示を取得していない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、一連の制御を行わず、待機状態を継続する。
【００３６】
充電開始の指示を取得すれば、メモリから電流指令値ＩＬ＊及び電圧指令値ＶＬ＊を取得し（Ｓ１０２，Ｓ１０３）、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃ及び定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖを算出する（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。続いて、算出した定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃと定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖについて、どちらが小さいかを判定する（Ｓ１０６）。定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃのほうが小さいと判定すれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃによりピーク電流制御を行う（Ｓ１０７）。定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖのほうが小さいと判定すれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖによりピーク電流制御を行う（Ｓ１０８）。なお、図中、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃと定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖが等しい場合には定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを用いてピーク電流制御を行うものとしているが、定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖも同じ値であるため、定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖを用いてもよい。
【００３７】
ピーク電流制御が行われた後、充電終了の指示を取得したか否かを判定する（Ｓ１０９）。この充電終了の指示は、充電開始の指示と同様に、上位の制御装置であるＥＣＵ等から送信される。充電終了の指示を取得していない場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、再度Ｓ１０２〜Ｓ１０８の制御を行う。充電終了の指示を取得すれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、一連の処理を終了し、再び充電開始の指示についての待機状態へと移行する。
【００３８】
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、以下の効果を奏する。
【００３９】
・ＰＩ制御部５１により、電流指令値ＩＬ＊と平均値ＩＬ＿ａｖｅの偏差をとり、その偏差を用いて電流指令値ＩＬ＊を補正して定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを算出するものとしている。そして、その定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを用いて、ピーク電流制御部７０でピーク電流制御を行うものとしている。これにより、平均電流制御による制御の精度と、ピーク電流制御による制御の応答性とを両立することができる。
【００４０】
・ＰＩ制御部５１にリミッタ５４を設けているため、フィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉが過剰に大きくなることがなく、負荷の急変時等における過電流を抑制することができる。
【００４１】
・ＰＩ制御部５１の出力値に、電流補正部５７が算出する電流のリプル量ΔＩＬ及びスロープ電流の変化量ΔＩｓを加算するものとしている。これにより、ＰＩ制御部５１において電流指令値ＩＬ＊に加算されるフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉを、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃに対して相対的に小さくすることができ、負荷の急変時等における過電流を抑制することができる。
【００４２】
＜第２実施形態＞
本実施形態では電力変換装置の構成が第１実施形態と一部異なっている。また、制御部３００が実行する処理が第１実施形態と異なっている。本実施形態では、主バッテリ２００が接続された高圧側回路から補機バッテリ１００が接続された低圧側回路へと電力を供給する。このとき、高圧側回路から低圧側回路へと電力を供給するものであるから、高圧側回路を一次側回路と称することができ、低圧側回路を二次側回路と称することができる。
【００４３】
図５は、本実施形態における電力変換装置の回路図である。電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置に対して、高圧側電流検出部２０３を設け、主バッテリ２００側の回路に流れる電流である高圧側電流ＩＨを検出するものとしている。この高圧側電流検出部２０３の検出値は、低圧側電流ＩＬ、低圧側電圧ＶＬ及び高圧側電圧ＶＨとともに、制御部３００へ入力される。なお、上述した通り、本実施形態では一次側回路である高圧側回路から二次側回路である低圧側回路へと電力を供給するものであるため、高圧側電圧ＶＨ、高圧側電流ＩＨは、それぞれ一次側電圧、一次側電流と称することができ、低圧側電圧ＶＬ、低圧側電流ＩＬは、それぞれは二次側電圧と、二次側電流と称することができる。また、低圧側電圧検出部１０２、低圧側電流検出部１０３、高圧側電圧検出部２０２、高圧側電流検出部２０３は、それぞれ、二次側電圧検出部、二次側電流検出部、一次側電圧検出部、一次側電流検出部と称することができる。
【００４４】
図６は、主バッテリ２００から補機バッテリ１００へ、降圧を行い電力を供給する場合における、第３〜第６スイッチング素子Ｑ１３〜Ｑ１６の開閉状態と、そのときの低圧側電流ＩＬとを示している。この制御でも、制御Ａと制御Ｂとを交互に繰り返す制御を行う。第３〜第６スイッチング素子Ｑ１３〜Ｑ１６の制御周期はいずれもＴｓである。このとき、第３スイッチング素子Ｑ１３と第６スイッチング素子Ｑ１６とを同期させて制御し、第４スイッチング素子Ｑ１４と第５スイッチング素子Ｑ１５とを同期させて制御する。また、第３スイッチング素子Ｑ１３及び第６スイッチング素子Ｑ１６の制御周期と、第４スイッチング素子Ｑ１４と第５スイッチング素子Ｑ１５の制御周期の位相差は、半周期（Ｔｓ／２）である。制御周期の始期において、それぞれＯＮ制御が開始され、ＯＦＦ制御を開始する時期を可変とすることにより、低圧側電流ＩＬの平均値ＩＬ＿ａｖｅが電流指令値ＩＬ＊となるように制御する。
【００４５】
このとき、制御Ａが行われる期間における電流の増加量と、制御Ｂが行われる期間における電流の減少量が等しければ、低圧側電流ＩＬの過剰な増加を抑制することができる。制御Ａが行われる期間と制御Ｂが行われる期間の長さの比を１未満の数であるＤを用いて、Ｄ：（１−Ｄ）とすると、次式（４）が成立し、次式（５）によりＤが求まる。
【００４６】
【数３】
0006384422.tif 000004
加えて、低調波発振を抑制すべく、低圧側電流ＩＬにスロープ電流Ｉｓを加算した値が定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃとなるように、第３スイッチング素子Ｑ１３及び第６スイッチング素子Ｑ１６をＯＦＦとするタイミング、又は、第４スイッチング素子Ｑ１４及び第５スイッチング素子Ｑ１５をＯＦＦとするタイミングを制御する。このスロープ電流Ｉｓは、直線的に増加する仮想的な値である。スロープ電流Ｉｓのその時間当たりの増加量をｍとしている。また、受電側である補機バッテリ１００側の回路には励磁電流ＩＭが生ずるため、その励磁電流ＩＭの変化量ΔＩＭも加算する。この励磁電流ＩＭの時間当たりの変化量は、高圧側電圧ＶＨを励磁インダクタンスＬＭで除算することにより得ることができる。このとき、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃは、低圧側電流ＩＬの平均値ＩＬ＿ａｖｅからのリプル量ΔＩＬ、励磁電流ＩＭの変化量ΔＩＭ、及び加算されるスロープ電流の変化量ΔＩｓを用いて、次式（６）で算出することができる。なお、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを算出するうえで、ＰＩ制御を行うため、第１実施形態と同様に、式（６）においてフィードバック補正値ＩＬ＿ｐｉを加算している。
【００４７】
【数４】
0006384422.tif 000005
続いて、制御部３００が実行する処理を、図７の制御ブロック図により説明する。定電圧制御部４０では、定電圧制御部４０では、低圧側電圧ＶＬの電圧指令値ＶＬ＊をメモリから読み出し、低圧側電圧ＶＬとの偏差をとり、定電圧制御におけるピーク電流の指令値である定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖを算出する。この定電圧制御部４０が実行する具体的処理については、第１実施形態と同様の処理である。
【００４８】
定電流制御部５０では、第１実施形態と同様に、低圧側電流ＩＬの平均値ＩＬ＿ａｖｅについての指令値である電流指令値ＩＬ＊を、メモリから読み出して制御に用いる。また、第１実施形態と同様に、低圧側電流ＩＬの実電流である平均値ＩＬ＿ａｖｅを取得し、平均値ＩＬ＿ａｖｅと電流指令値ＩＬ＊の偏差を電流指令値ＩＬ＊に加算した値に、電流補正部５７が算出した補正値を加算し、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを算出する。
【００４９】
定電圧制御部４０が算出した定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖ、及び定電流制御部５０が算出した定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃは、指令値選択部６０に入力され、小さい方の値が、ピーク電流制御部７０へ入力される。
【００５０】
ピーク電流制御部７０では、スロープ補償部７３から出力されたスロープ電流Ｉｓを高圧側電流ＩＨに加算し、コンパレータ７２のプラス端子に入力する。すなわち、第１実施形態とことなり、低圧側電流ＩＬではなく、高圧側電流ＩＨによりピーク電流制御を行う。なお、他の構成については、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００５１】
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は第１実施形態に準ずる効果を奏する。
【００５２】
＜第３実施形態＞
本実施形態は、制御部３００が実行する処理が第１実施形態及び第２実施形態と一部異なっている。図８は、本実施形態に係る制御部３００が、補機バッテリ１００から主バッテリ２００へと電力を供給する際に実行する処理を示す制御ブロック図である。
【００５３】
定電流制御部５０は、電流指令値ＩＬ＊に加えて、電力指令値Ｐ＊をメモリから読み出して取得する。この電力指令値Ｐ＊は、主バッテリ２００へ供給される電力を示している。電力指令値Ｐ＊は除算器５８へ入力され、この除算器５８において、電力指令値Ｐ＊が高圧側電圧ＶＨにより除算される。
【００５４】
電力指令値Ｐ＊を高圧側電圧ＶＨで除算した値は、最小値選択部５９へ入力される。この最小値選択部５９には、電流指令値ＩＬ＊も入力され、電力指令値Ｐ＊を高圧側電圧ＶＨで除算した値と、電流指令値ＩＬ＊とのうち、小さいほうの値が出力される。すなわち、電力指令値Ｐ＊を高圧側電圧ＶＨで除算した値のほうが電流指令値ＩＬ＊よりも小さい場合、その値を電流指令値ＩＬ＊に代えて、第１実施形態に係る各処理を行うこととなる。
【００５５】
図９は、本実施形態に係る制御部３００が、主バッテリ２００から補機バッテリ１００へと電力を供給する際に実行する処理を示す制御ブロック図である。
【００５６】
図８で示した昇圧の場合と同様に、定電流制御部５０は、電流指令値ＩＬ＊に加えて、電力指令値Ｐ＊をメモリから読み出して取得する。電力指令値Ｐ＊は除算器５８へ入力され、この除算器５８において、電力指令値Ｐ＊が低圧側電圧ＶＬにより除算されることとなる。そして、電力指令値Ｐ＊を低圧側電圧ＶＬで除算した値と電流指令値ＩＬ＊とが最小値選択部５９で比較され、小さいほうの値が第２実施形態に係る各処理に用いられることとなる。
【００５７】
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は第１実施形態に準ずる効果、又は第２実施形態に準ずる効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００５８】
・定電流制御部５０において、電力指令値Ｐ＊を高圧側電圧ＶＨ又は低圧側電圧ＶＬで除算した値と、電流指令値ＩＬ＊とのうち、小さい方の値を用いて定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃを算出しているため、定電流制御から定電圧制御への過渡期において、電力指令値Ｐ＊を用いた制御を行うことができる。
【００５９】
＜第４実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は回路の一部が第１実施形態と異なっている。図１０は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。電力変換回路１０ａにおいて、トランスＴｒ１１ａを構成する第１コイルＬ１１ａの端部のそれぞれに、第１スイッチング素子Ｑ１１ａのソース、第２スイッチング素子Ｑ１２ａのソースがそれぞれ接続されている。一方で、第１スイッチング素子Ｑ１１ａのドレインと第２スイッチング素子Ｑ１２ａのドレインは接続され、その接続点はチョークコイルＬ１３の一端に接続される。また、第１コイルＬ１１のセンタータップは、補機バッテリ１００の負極に接続される。なお、第２コイルＬ１２側の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。このとき、制御部３００が実行する処理は、第１〜第３実施形態と同様のものとなる。
【００６０】
＜第５実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は回路の一部が第１実施形態と異なっている。図１１は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。電力変換装置が備える電力変換回路２０は、第１コイルＬ２１及び第２コイルＬ２２からなるトランスＴｒ２１と、ＭＯＳＦＥＴである第１〜第８スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２８を備えている。第１コイルＬ２１と第２コイルＬ２２の巻数比は、１：Ｎである。
【００６１】
第１スイッチング素子Ｑ２１のソースと、第２スイッチング素子Ｑ２２のドレインとが接続され、その接続点には第１コイルＬ２１の一端が接続されている。一方、第３スイッチング素子Ｑ２３のソースと第４スイッチング素子Ｑ２４のドレインとが接続され、その接続点には第１コイルＬ２１の他端が接続されている。第１スイッチング素子Ｑ２１のドレイン及び第３スイッチング素子Ｑ２３のドレインは、チョークコイルＬ２３の一端に接続され、チョークコイルＬ２３の他端は補機バッテリ１００の正極に接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２２のソース及び第４スイッチング素子Ｑ２４のソースは、補機バッテリ１００の負極に接続されている。
【００６２】
第２コイルＬ２２側に設けられる第５〜第８スイッチング素子Ｑ２５〜Ｑ２８については、第１実施形態の第３〜第６スイッチング素子Ｑ１３〜Ｑ１６と同様に接続されるため、その説明を省略する。また、制御部３００が実行する処理は、第１〜第３実施形態に準ずるものとなる。
【００６３】
＜第６実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は回路の一部が第１実施形態と異なっている。図１２は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。電力変換装置が備える電力変換回路３０は、トランスＴｒ３１、第１〜第４スイッチング素子Ｑ３１〜Ｑ３４、第１〜第４ダイオードＤ３１〜Ｄ３４、及びコンデンサＣ３０を含んで構成されている。トランスＴｒ３１の入力側として設けられる第１コイルＬ３１には、ＭＯＳＦＥＴである第２スイッチング素子Ｑ３２が直列接続されて直列接続体をなし、その直列接続体にＭＯＳＦＥＴである第１スイッチング素子Ｑ３１が並列接続されている。より具体的には、第１コイルＬ３１の一端に第１スイッチング素子Ｑ３１のドレインが接続されており、第１コイルＬ３１の他端に第２スイッチング素子Ｑ３２のドレインが接続されている。そして、第１スイッチング素子Ｑ３１のソースと第２スイッチング素子Ｑ３２のソースが接続されている。
【００６４】
第１スイッチング素子Ｑ３１のドレインと第１コイルＬ３１との接続点は、チョークコイルＬ３３を介して補機バッテリ１００の正極に接続されている。一方、第１スイッチング素子Ｑ３１のソースと第２スイッチング素子Ｑ３２のソースとの接続点は、補機バッテリ１００の負極に接続されている。
【００６５】
トランスＴｒ３１の出力側には第１コイルＬ３１と磁気的に結合する第２コイルＬ３２が設けられている。第１コイルＬ３１と第２コイルＬ３２との巻数比は、１：Ｎである。出力側では、ＭＯＳＦＥＴである第３スイッチング素子Ｑ３３とコンデンサＣ３０とが直列接続されて直列接続体をなし、その直列接続体と第２コイルＬ３２とが並列接続されて並列接続体をなしている。その並列接続体には、ＭＯＳＦＥＴである第４スイッチング素子Ｑ３４が直列接続されている。より具体的には、第２コイルＬ３２の一端とコンデンサＣ３０の一端とが接続され、コンデンサＣ３０の他端と第３スイッチング素子Ｑ３３のドレインが接続され、第２コイルＬ３２の他端と第３スイッチング素子Ｑ３３のソースが接続されている。第２コイルＬ３２と第３スイッチング素子Ｑ３３のソースとの接続点には、第４スイッチング素子Ｑ３４のドレインが接続されている。第２コイルＬ３２とコンデンサＣ３０との接続点は、主バッテリ２００の正極に接続されており、第４スイッチング素子Ｑ３４のソースは主バッテリ２００の負極に接続されている。
【００６６】
なお、制御部３００が実行する処理は、第１〜第３実施形態に準ずるものとなる。
【００６７】
＜第７実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は回路の一部が第６実施形態と異なっている。図１３は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。トランスＴｒ３１の出力側を構成する第２コイルＬ３２の一端は主バッテリ２００の正極に接続されており、他端は第４スイッチング素子Ｑ３４ａのドレインに接続されている。第２コイルＬ３２と第４スイッチング素子Ｑ３４ａのドレインとの接続点は、コンデンサＣ３０ａを介して第３スイッチング素子Ｑ３３ａのソースに接続されており、第４スイッチング素子Ｑ３４ａのソースは第３スイッチング素子Ｑ３３ａのドレインに接続されている。この第４スイッチング素子Ｑ３４ａと第３スイッチング素子Ｑ３３ａの接続点は、主バッテリ２００の負極に接続されている。なお、第３スイッチング素子Ｑ３３ａには第３ダイオードＤ３３ａが逆方向に並列接続されており、第４スイッチング素子Ｑ３４には第４ダイオードＤ３４ａが逆方向に並列接続されている。
【００６８】
なお、第１コイルＬ３１側の構成については第６実施形態と同様である。また、制御部３００が実行する処理は、第１〜第３実施形態に準ずるものとなる。
【００６９】
＜変形例＞
・各実施形態において、定電流制御部５０にＰＩ制御部５１を設け、ＰＩ制御を行うものとしたが、ＰＩ制御以外のフィードバック制御を行うものとしてもよい。
【００７０】
・各実施形態において、昇圧制御及び降圧制御をいずれも行うものとしているが、一方の制御のみを行うものとしてもよい。この場合には、昇圧制御のみをおこなうものであれば、高圧側の回路にスイッチング素子を設けず、その代わりに整流素子を設けるものとすればよい。また、降圧制御のみをおこなうものであれば、低圧側の回路にスイッチング素子を設けず、その代わりに整流素子を設けるものとすればよい。
【００７１】
・各実施形態において、電力変換装置をハイブリッドカーに搭載するものとしたが、搭載対象はこれにかぎられず、低圧側の回路と高圧側の回路とのあいだで電力の授受を行うものであればよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０…電力変換回路、１０ａ…電力変換回路、２０…電力変換回路、３０…電力変換回路、３００…制御部、Ｔｒ１１，Ｔｒ１１ａ，Ｔｒ２１，Ｔｒ３１…トランス、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２８，Ｑ３１〜Ｑ３４…スイッチング素子。
【図１】
0006384422.tif 000006
【図２】
0006384422.tif 000007
【図３】
0006384422.tif 000008
【図４】
0006384422.tif 000009
【図５】
0006384422.tif 000010
【図６】
0006384422.tif 000011
【図７】
0006384422.tif 000012
【図８】
0006384422.tif 000013
【図９】
0006384422.tif 000014
【図１０】
0006384422.tif 000015
【図１１】
0006384422.tif 000016
【図１２】
0006384422.tif 000017
【図１３】
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