(57)【要約】【課題】簡単な構成で安価なハイブリッド自動車用の電源装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド自動車用の電源装置１００は、エンジン２０と、モータ・ジェネレータ２２と、モータドライブ回路３０と、主バッテリ２４と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、制御装置１０と、を含んでいる。モータドライブ回路３０は、インバータ回路３２と平滑コンデンサ３６とを有し、インバータ回路３２に供給される電圧を測定する電圧計３４を備えている。制御装置１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御する昇降圧制御手段１２と、補機バッテリの状態を判定する状態判定手段１４とを有しており、状態判定手段１４は、プリチャージにおける平滑コンデンサ３６の直流電圧が所定電圧に達するまでの昇圧時間に基づいて補機バッテリ４４の充電状態を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される発電機と、交流電力を直流電力にあるいは直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、発電機にて発電された電力を蓄積する主バッテリと、主バッテリで駆動されるモータと、インバータ回路と主バッテリとの間に並列に設けられた平滑コンデンサと、補機に直流電力を供給する補機バッテリと、を備え、補機バッテリより供給される直流電力を昇圧して平滑コンデンサをプリチャージするＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含むハイブリッド自動車用の電源装置において、
プリチャージにおける平滑コンデンサの直流電圧が所定電圧に達するまでの昇圧時間に基づいて補機バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段を有することを特徴とするハイブリッド自動車用の電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド自動車用の電源装置において、
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、さらに、
主バッテリの電圧を補機バッテリの充電電圧まで降圧して補機バッテリの充電を行う充電手段を有し、
充電状態判定手段にて補機バッテリの充電不足が検出された場合には、補機バッテリの充電状態に応じて主バッテリから補機バッテリに供給される充電電圧を上げることを特徴とするハイブリッド自動車用の電源装置。
【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用の電源装置に関し、特に補機バッテリより供給される直流電力を昇圧して平滑コンデンサをプリチャージするＤＣ／ＤＣコンバータを含むハイブリッド自動車用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車とエンジン駆動車との利点を有するハイブリッド自動車が、開発され実用に供されるようになった。最近のハイブリッド自動車では、電気自動車としての効率を高めるために主バッテリの電圧を数百ボルトの高電圧とし、モータの駆動と充電を効率よく制御するために高電圧で作動するインバータ回路とモータドライブ回路とを備えている。
【０００３】
通常、インバータ回路には平滑コンデンサが接続されている。この平滑コンデンサは電源投入時に突入電流がモータドライブ回路に流れるのを緩和するために設けられており、電源装置は平滑コンデンサを緩やかに充電するために抵抗器とスイッチとを備えている。この抵抗器およびスイッチには、高電圧・大電流が流れるため耐電圧・耐電流性能が要求される。その結果、抵抗器およびスイッチが高価になり、ひいては電源装置のコストアップとなる。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１には、インバータ回路への通電を開始する前に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して補機バッテリの電圧を昇圧し、所定の電圧に達するまで平滑コンデンサをプリチャージしたのち、主バッテリからの高電圧を供給する制御装置を備え、従来の電源装置に用いられている突入電流抑制用の抵抗器およびスイッチを削減する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０６１２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、突入電流抑制用の抵抗器およびスイッチを削減するために、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに電力を供給する補機バッテリの充電状態を電圧センサでモニタしながら制御をおこなっていた。このため、補機バッテリの充電状態を判定することはできなかった。判定するためには電流センサの追加が必要となり、コストアップは必須であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような問題を解決するために、本発明に係るハイブリッド自動車用の電源装置は、エンジンにより駆動される発電機と、交流電力を直流電力にあるいは直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、発電機にて発電された電力を蓄積する主バッテリと、主バッテリで駆動されるモータと、インバータ回路と主バッテリとの間に並列に設けられた平滑コンデンサと、補機に直流電力を供給する補機バッテリと、を備え、補機バッテリより供給される直流電力を昇圧して平滑コンデンサをプリチャージするＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含むハイブリッド自動車用の電源装置において、プリチャージにおける平滑コンデンサの直流電圧が所定電圧に達するまでの昇圧時間に基づいて補機バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るハイブリッド自動車用の電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、さらに、主バッテリの電圧を補機バッテリの充電電圧まで降圧して補機バッテリの充電を行う充電手段を有し、充電状態判定手段にて補機バッテリの充電不足が検出された場合には、補機バッテリの充電状態に応じて主バッテリから補機バッテリに供給される充電電圧を上げることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を用いることにより、補機バッテリの充電状態を検出するための電圧・電流センサを削減することが可能となりコストダウンが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には、ハイブリッド自動車用の電源装置１００の全体構成が示されている。ハイブリッド自動車用の電源装置１００は、モータ・ジェネレータ２２と、モータドライブ回路３０と、主バッテリ２４と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、制御装置１０と、を含んでいる。なお、モータ・ジェネレータ２２はエンジン２０から駆動されることで発電機として作動する。
【００１１】
モータドライブ回路３０は、インバータ回路３２と平滑コンデンサ３６とを有し、インバータ回路３２に供給される電圧（ＶＬ）を測定する電圧計３４を備えている。また、主バッテリ２４とモータドライブ回路３０との間には、主バッテリの電圧（ＶＢ）を測定する電圧計２６と、接続と分離を自在に行うコンタクタ２５とが設けられている。なお、モータドライブ回路などには、例えば２００ボルトの高電圧が主バッテリ２４から印加される。
【００１２】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は二つのポートを有しており、一方のポートには例えば２００ボルトが印加される電圧計３４や平滑コンデンサ３６などが接続され、他方のポートには例えば１２ボルトが印加される補機バッテリ４４や負荷４２などが接続されている。
【００１３】
次に、制御装置１０の概要を示す。制御装置１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０などを制御する昇降圧制御手段１２と、補機バッテリの状態を判定する状態判定手段１４とを備え、制御装置１０には、二つの電圧計（２６，３４）と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、コンタクタ２５と、が接続されている。
【００１４】
制御装置１０は、電圧計（２６，３４）からの情報に応じて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、コンタクタ２５と、を制御する。これにより、補機バッテリ４４の電力は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０で昇圧され、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は平滑コンデンサ３６をプリチャージする。また、制御装置１０の制御により双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、主バッテリの高電圧を降圧して補機バッテリ４４を充電する。
【００１５】
図２は、制御装置１０における処理の概要を示すフローチャートであり、イグニッションＯＮからインバータ作動までの初期処理の流れを示している。作動前の電源装置１００は、コンタクタ２５が“ＯＦＦ”状態なので、主バッテリ２４とモータドライブ回路３０は電気的に切り離された状態である。
【００１６】
最初に制御装置１０が、ハイブリッド自動車を始動するための“イグニッションＯＮ”を検知する。すると、プリチャージのために制御装置１０は、昇降圧制御手段１２をもちいて昇圧を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に指示する（Ｓ１０）。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が昇圧を開始すると、制御装置１０は平滑コンデンサ３６に接続された電圧計３４により電圧（ＶＬ）と昇圧時間を測定する。
【００１７】
制御装置１０は、電圧（ＶＬ）が主バッテリの電圧（ＶＢ）に達した時点で（Ｓ１２）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動を停止し、コンタクタ２５を“ＯＮ”状態とする（Ｓ１４）。制御装置１０は得られた昇圧時間により、補機バッテリ４４の充電状態を状態判定手段１４にて判定する。次に、昇降圧制御手段１２を用いて補機バッテリ４４の充電電圧を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ指示する（Ｓ１６）。このような処理を経てインバータ回路３２を始動（Ｓ１８）し、初期処理が終了する。
【００１８】
図３は補機バッテリ４４の充電状態を判定する状態判定手段１４の判定処理であり、図４は昇圧時間測定における時間−電圧のグラフである。図３と図４を用いて補機バッテリ４４の状態判定処理を示す。
【００１９】
制御装置１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ昇圧の指示を送信したのち、平滑コンデンサ３６へのプリチャージ（充電）が始まったことを電圧計３４の電圧（ＶＬ）で検出する（Ｓ２０）。制御装置１０は、昇圧時間測定を実行して昇圧開始から平滑コンデンサ３６に充電される電圧が電圧しきい値（例えば、１８０Ｖ）を越えるまでの昇圧時間を測定する（Ｓ２２）。
【００２０】
図４に示すように、制御装置１０は、例えば昇圧時間が２００ｍｓｅｃ以内であれば、“高ＳＯＣ（Ｓtate Ｏf Ｃharge：充電状態）”と判定し、プリチャージ後の充電モードに“通常充電”を設定する（Ｓ２４）。また、例えば昇圧時間が２００ｍｓｅｃを越え４００ｍｓｅｃ以内であれば、充電量が減少している“低ＳＯＣ”と判定し、プリチャージ後の充電モードに“急速受電”を設定する（Ｓ２９）。ここで、充電モードに“通常充電”または“急速充電”と設定された場合は“補機バッテリ：正常”であるので充電処理（Ｓ２６）をおこなうために判定処理を終了する。なお、充電処理は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて主バッテリの高電圧を補機バッテリの充電電圧に降圧して実行される。
【００２１】
昇圧時間が４００ｍｓｅｃを越える場合は、“低ＳＯＣ”より低い“極低ＳＯＣ”であり、なんらかの異常が発生している可能性があるので、電圧計３４（ＶＬ）にて測定された電圧レベルから異常の種類を判定する（Ｓ３０）。もし、電圧が０Ｖの場合は、制御装置１０は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の異常により昇圧が作動していないと判断する（Ｓ３２）。また、電圧が検出された場合、制御装置１０は後述する制限リミッタによる出力制限が作動した“補機バッテリ：劣化”と判断する（Ｓ３４）。なお、これらの判断結果は表示器（図示せず）に表示される。
【００２２】
なお、制御装置１０は、状態判定結果の充電モードに応じて“通常充電”時には例えば１４Ｖ、“急速充電”時には例えば１４．４Ｖ、を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に指示する。このような充電処理とすることで、補機バッテリ４４の充電不足を急速に回復させることが可能となる。
【００２３】
図５には、補機バッテリ４４の電流−電圧特性図が示されており、図５を用いて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の機能を説明する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ自身の保護を目的とした過電流制限リミッタと、補機バッテリ４４に接続されている補機の電圧確保の目的とした低電圧制限リミッタと、が設けられている。したがって、プリチャージ時において双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、低電圧制限リミッタ（例えば、８Ｖ）となるまで、かつ、補機バッテリから過電流制限リミッタ（例えば、１２０Ａ）まで電力を引き抜く制御をおこなう。この仕組みは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の電子回路で実現されている。なお、制限リミッタは公知の技術なので説明は省略する。
【００２４】
図５に示されるように、引き抜くことができる電流が大きいほど“高ＳＯＣ状態”であり、電圧低下（例えば１２Ｖ〜１０Ｖ）が少ない。“低ＳＯＣ状態”から“極低ＳＯＣ状態”となると引き抜くことができる電流はさらに小さくなり、電圧低下（例えば１２Ｖ〜８Ｖ）が大きくなる。特に、バッテリが“劣化”すると“極低ＳＯＣ状態”となる場合が多く、結果としてプリチャージ時における昇圧時間が長くなる。
【００２５】
本実施形態では、プリチャージ時における昇圧時間が補機バッテリのＳＯＣに応じて変化することを利用し、補機バッテリ４４の充電状態を検出するための電圧・電流センサを設けることなく補機バッテリ４４の充電状態を上述の時間−電圧のグラフから判定することが可能となる。
【００２６】
以上、上述したように、本実施形態に係る電源装置１００を用いることにより、補機バッテリ４４の充電状態を検出するための電圧・電流センサを削減することが可能となりコストダウンが実現できるという効果がある。
【００２７】
なお、本実施形態では、電圧しきい値（１８０Ｖ），昇圧時間判定しきい値（２００ｍｓｅｃ，４００ｍｓｅｃ）や充電電圧として設定した電圧値（１４Ｖ，１４．４Ｖ）を用いた例を説明したが、これに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る電源装置の全体構成図である。
【図２】制御装置におけるイグニッションＯＮからインバータ作動までの初期処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】補機バッテリの充電状態を判定する状態判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】昇圧時間測定における時間−電圧の立ち上がり特性を示したグラフである。
【図５】補機バッテリの電流−電圧特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  制御装置、１２  昇降圧制御手段、１４  状態判定手段、２０  エンジン、２２  モータ・ジェネレータ、２４  主バッテリ、２５  コンタクタ、２６，３４  電圧計、３０  モータドライブ回路、３２  インバータ回路、３６  平滑コンデンサ、４０  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、４２  負荷、４４  補機バッテリ、１００  電源装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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