(57)【要約】【課題】DCDCコンバータの効率を改善する。【解決手段】ステップＳ１において、高圧バッテリが充電中でないと判定された場合、ステップＳ４において、DCDCコンバータの出力電流Ioutに基づいて、DCDCコンバータのスイッチング回路のスイッチング周波数が設定される。一方、ステップＳ１において、高圧バッテリが充電中であると判定された場合、ステップＳ６において、予め設定されている充電時のスイッチング周波数に設定される。ステップＳ７において、スイッチング回路のスイッチング周波数が、ステップＳ４またはＳ６で設定された値に変更される。本発明は、例えば、電動車両用のDCDCコンバータに適用できる。【選択図】図６
2012060820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子を駆動することにより、第１のバッテリの電圧を降圧し、その降圧電圧を第２のバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段の負荷量を検出する負荷量検出手段と、
前記第１のバッテリが充電中であるか否かを検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記負荷量に基づいて設定し、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中であることを検出した場合、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を予め定められた値に設定するスイッチング周波数設定手段と、
前記スイッチング周波数設定手段において設定されたスイッチング周波数で前記スイッチング素子を駆動するように制御するスイッチング制御手段と
を備えることを特徴とするDCDCコンバータ。
【請求項２】
前記スイッチング周波数設定手段は、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記負荷量が小さいほど前記スイッチング周波数を低く設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のDCDCコンバータ。
【請求項３】
前記スイッチング素子の周辺の温度を検出する温度検出手段を
さらに備え、
前記スイッチング周波数設定手段は、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記負荷量および前記スイッチング素子の周辺の温度に基づいて、前記スイッチング周波数を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のDCDCコンバータ。
【請求項４】
前記負荷量検出手段は、前記負荷量の予測値を取得し、
前記スイッチング周波数設定手段は、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記負荷量または前記負荷量の予測値に基づいて、前記スイッチング周波数を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のDCDCコンバータ。
【請求項５】
スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子を駆動することにより、第１のバッテリの電圧を降圧し、その降圧電圧を第２のバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段と、
前記第１のバッテリが充電中であるか否かを検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記第１のバッテリが充電中であることを検出した場合と比較して、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を高い値に設定するスイッチング周波数設定手段と、
前記スイッチング周波数設定手段において設定されたスイッチング周波数で前記スイッチング素子を駆動するように制御するスイッチング制御手段と
を備えることを特徴とするDCDCコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、DCDCコンバータに関し、特に、効率を改善するようにしたDCDCコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
EV（Electric Vehicle、電気自動車）、HEV（Hybrid Electric Vehicle、ハイブリッドカー）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー）などの電動車両には、高圧バッテリと低圧バッテリの２種類のバッテリが通常設けられる。
【０００３】
高圧バッテリは、例えば、電動車両の車輪を駆動し走行させるための主動力モータ、A/C（エアコンディショナ）のコンプレッサモータなどの高電圧の負荷（以下、高圧負荷と称する）用の電源として主に使用される。
【０００４】
一方、低圧バッテリは、例えば、各種のECU（Electronic Control Unit）、EPS（電動パワーステアリング）、電動ブレーキ、カーオーディオ機器、ワイパー、パワーウインドウ用のモータ、照明ランプなどの低電圧の負荷（以下、低圧負荷と称する）用の電源として主に使用される。
【０００５】
また、低圧バッテリの充電は、例えば、高圧バッテリの電圧をDCDCコンバータにより降圧して供給することにより行われる。
【０００６】
ところで、従来、DCDCコンバータ等のスイッチング電源では、電力の損失を削減し、高効率化するための工夫がなされている。
【０００７】
例えば、出力電力に合わせて周波数を切り替えてスイッチングロスを軽減するスイッチング電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、軽負荷時にスイッチングトランジスタのパルス幅変調制御における周波数を低くすることにより、内部クロックを発生させる際に必要とされる消費電流のうち、スイッチングトランジスタのゲート容量をチャージあるいはディスチャージするために必要とされる電流量を低減するDCDCコンバータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
さらに、DCDCコンバータの出力電流に応じて、DCDCコンバータの発振周波数を可変することにより、エネルギー変換効率の高い電源回路を実現することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
また、負荷機器の負荷の高い状態の時にスイッチング周波数を可変することで、機器の省電力化を図るとともに、高効率で高性能な安定化電源装置を実現することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１１】
さらに、出力電流が増加過程にある場合、切替電流値I1で低スイッチング周波数から高スイッチング周波数に周波数を切り替え、出力電流が減少過程にある場合、切替電流値I1より低い切替電流値I2で高スイッチング周波数から低スイッチング周波数に周波数を切り替えることで、スイッチング電源装置の高効率化を実現することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１２】
また、高効率化を目的とするものでないが、従来、騒音問題を解消するために、電気車のモータ駆動用のインバータとバッテリ充電用のコンバータを兼用した電力変換制御装置において、モータ駆動時は、電流が大きいため、可能な範囲でスイッチングの回数を少なくし、スイッチング素子での損失を小さくし、バッテリ充電時は、電流が小さく損失が小さいため、搬送波周波数を超可聴周波数領域の周波数にすることが提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１３】
一般的に、DCDCコンバータは、低負荷時、すなわちDCDCコンバータの負荷の消費電力が低いときに効率が下がる。これは、例えば、DCDCコンバータの出力電力に対して、その制御に必要な電力の割合が高くなったり、DCDCコンバータに用いられる共振電源が低電流時にZVS（Zero Voltage Switching）を行えなくなったりすることなどに起因する。
【００１４】
一方、電動車両を家庭用のコンセント（英語でoutlet）に接続して充電（いわゆるプラグイン充電）する際、電動車両が停止した状態で、低圧バッテリを充電するためにDCDCコンバータが動作する。このとき、DCDCコンバータは、電動車両の動作時と比較して出力電力が非常に小さいため、効率が低下する。しかも、プラグイン充電は長時間（例えば、８時間）かかるため、DCDCコンバータの電力損失の総計は大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−２２２４２９号公報
【特許文献２】特開２０００−２０１４７３号公報
【特許文献３】特開平１０−３２３０２７号公報
【特許文献４】特開２００４−３２８８３４号公報
【特許文献５】特開２００７−６８３４９号公報
【特許文献６】特開平７−３３６８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、DCDCコンバータの効率を改善できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の側面のDCDCコンバータは、スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子を駆動することにより、第１のバッテリの電圧を降圧し、その降圧電圧を第２のバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段と、前記電力変換手段の負荷量を検出する負荷量検出手段と、前記第１のバッテリが充電中であるか否かを検出する充電検出手段と、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記負荷量に基づいて設定し、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中であることを検出した場合、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を予め定められた値に設定するスイッチング周波数設定手段と、前記スイッチング周波数設定手段において設定されたスイッチング周波数で前記スイッチング素子を駆動するように制御するスイッチング制御手段とを備える。
【００１８】
本発明の第１のDCDCコンバータにおいては、第１のバッテリの電圧が降圧されて第２のバッテリおよび負荷に供給され、電力変換手段の負荷量が検出され、前記第１のバッテリが充電中であるか否かが検出され、前記第１のバッテリが充電中でないことが検出された場合、前記スイッチング素子のスイッチング周波数が前記負荷量に基づいて設定され、前記第１のバッテリが充電中であることが検出された場合、前記スイッチング素子のスイッチング周波数が予め定められた値に設定され、設定された前記スイッチング周波数で前記スイッチング素子が駆動される。
【００１９】
従って、DCDCコンバータの効率を改善することができる。
【００２０】
この電力変換手段は、例えば、共振電源からなるスイッチング電源により構成される。この負荷量検出手段、充電検出手段、周波数設定手段、スイッチング制御手段は、例えば、CPU、MPUなどの演算装置により構成される。
【００２１】
このスイッチング周波数設定手段には、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記負荷量が小さいほど前記スイッチング周波数を低く設定させることができる。
【００２２】
これにより、DCDCコンバータの効率をさらに改善することができる。
【００２３】
前記スイッチング素子の周辺の温度を検出する温度検出手段をさらに設け、このスイッチング周波数設定手段には、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記負荷量および前記スイッチング素子の周辺の温度に基づいて、前記スイッチング周波数を設定させることができる。
【００２４】
これにより、スイッチング素子の温度上昇を抑制し、DCDCコンバータの効率をさらに改善することができる。
【００２５】
この温度検出手段は、例えば、温度センサにより構成される。
【００２６】
この負荷量検出手段には、前記負荷量の予測値を取得させ、このスイッチング周波数設定手段には、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記負荷量または前記負荷量の予測値に基づいて、前記スイッチング周波数を設定させることができる。
【００２７】
これにより、負荷量の変動に迅速に追従して、スイッチング周波数を適切な値に制御することができ、その結果、DCDCコンバータの効率をさらに改善することができる。
【００２８】
本発明の第２の側面のDCDCコンバータは、スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子を駆動することにより、第１のバッテリの電圧を降圧し、その降圧電圧を第２のバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段と、前記第１のバッテリが充電中であるか否かを検出する充電検出手段と、前記充電検出手段が前記第１のバッテリが充電中でないことを検出した場合、前記第１のバッテリが充電中であることを検出した場合と比較して、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を高い値に設定するスイッチング周波数設定手段と、前記スイッチング周波数設定手段において設定されたスイッチング周波数で前記スイッチング素子を駆動するように制御するスイッチング制御手段とを備える。
【００２９】
本発明の第２の側面のDCDCコンバータにおいては、第１のバッテリの電圧が降圧されて第２のバッテリおよび負荷に供給され、前記第１のバッテリが充電中であるか否かが検出され、前記第１のバッテリが充電中でないことが検出された場合、前記第１のバッテリが充電中であることが検出された場合と比較して、前記スイッチング素子のスイッチング周波数が高い値に設定され、設定された前記スイッチング周波数で前記スイッチング素子を駆動される。
【００３０】
従って、DCDCコンバータの効率を改善することができる。
【００３１】
この電力変換手段は、例えば、共振電源からなるスイッチング電源により構成される。この充電検出手段、周波数設定手段、スイッチング制御手段は、例えば、CPU、MPUなどの演算装置により構成される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の第１側面または第２の側面によれば、DCDCコンバータの効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用したDCDCコンバータを搭載した電動車両の電気系統の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用したDCDCコンバータの構成例を示す回路図である。
【図３】スイッチング損失について説明するためのグラフである。
【図４】DCDCコンバータの電力変換部の構成例を示す回路図である。
【図５】制御部の機能の構成例を示すブロック図である。
【図６】周波数制御処理の第１の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図７】周波数変更処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図８】周波数制御処理の第２の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図９】周波数制御処理の第３の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００３５】
＜１．実施の形態＞
［電動車両１０１の電気系統の構成例］
図１は、本発明を適用したDCDCコンバータを搭載した電動車両の電気系統の構成例を示すブロック図である。
【００３６】
電動車両１０１は、高圧バッテリ１１３を動力源とする電動車両である。高圧バッテリ１１３の充電は、急速充電および通常充電の２種類の充電方法により行うことができる。大電流を消費する急速充電は、電動車両１０１の高圧バッテリ１１３を専用の急速充電装置（不図示）に接続し、短時間で充電を行う充電方法である。一方、急速充電に比べて小さな電流を消費する通常充電は、専用の充電ケーブルを介して、車両１の車載充電器１１１を一般家庭やオフィスなどにある標準的なコンセント（英語でOutlet）に接続し、接続したコンセントの先にある電源から供給される電力を用いて、車載充電器１１１が高圧バッテリ１１３の充電を行う充電方法である。
【００３７】
BMU１１２は、車載充電器１１１および急速充電装置とCAN（Controller Area Network）に準拠した通信を行い、高圧バッテリ１１３の通常充電および急速充電の制御を行う。また、BMU１１２は、インバータ１１４およびDCDCコンバータ１１６とCANに準拠した通信を行い、インバータ１１４およびDCDCコンバータ１１６の動作状況等を示す情報を取得したり、高圧バッテリ１１３の状態を示す情報を供給したりする。
【００３８】
高圧バッテリ１１３の電力は、インバータ１４により直流から交流に変換され、電動車両１０１の走行を駆動するモータ１１５に供給される。また、高圧バッテリ１１３の電力は、DCDCコンバータ１１６により、所定の電圧に降圧され、低圧バッテリ１１７および低圧負荷１１８に供給される。さらに、高圧バッテリ１１３の電力は、モータ１１５およびDCDCコンバータ１１６以外にも、例えば、図示せぬエアコンディショナのコンプレッサモータなど高電圧で動作する高圧負荷に供給される。
【００３９】
低圧バッテリ１１７は、DCDCコンバータ１１６から供給される電力により充電されるとともに、低圧負荷１１８に電力を供給する。
【００４０】
低圧負荷１１８は、例えば、各種のECU、EPS、電動ブレーキ、カーオーディオ機器、カーナビゲーション装置、ワイパー、パワーウインドウ用のモータ、照明ランプなどの低電圧で動作する負荷を含む。また、低圧負荷１１８の一部（例えば、ECUなど）は、CANに準拠した通信を行い、DCDCコンバータ１１６等と各種の信号や情報の授受を行う。
【００４１】
図２は、DCDCコンバータ１１６の構成例を示す回路図である。
【００４２】
DCDCコンバータ１１６は、電力変換部１３１、電源１３２、電流センサ１３３、入力電流I/F１３４、温度センサ１３５、出力電圧I/F１３６、制御部１３７、および、ドライブ回路１３８を含むように構成される。また、電力変換部１３１は、フィルタ回路１５１、スイッチング回路１５２、トランス１５３、ダイオード１５４ａ、１５４ｂ、コイル１５５、および、コンデンサ１５６を含むように構成される。
【００４３】
また、DCDCコンバータ１１６の入力端子Pinは、高圧バッテリ１１３の正極に接続され、入力端子Ninは、高圧バッテリ１１３の負極に接続されている。DCDCコンバータ１１６の出力端子Poutは、低圧バッテリ１１７の正極に接続され、出力端子GNDは、低圧バッテリ１１７の負極に接続されるとともに、接地されている。
【００４４】
さらに、図２には、図１の低圧負荷１１８に含まれるECU１７１が図示されている。ECU１７１は、電流センサ１８１および出力電流I/F１８２を含むように構成される。
【００４５】
電力変換部１３１のスイッチング回路１５２は、例えば、MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのスイッチング素子を用いた、フルブリッジ方式、ハーフブリッジ方式などのインバータにより構成される。そして、高圧バッテリ１１３から供給される電力は、スイッチング回路１５２により交流変換される。フィルタ回路１５１は、スイッチング回路１５２のスイッチング制御により生じる高周波のノイズを、DCDCコンバータ１１６の入力側から外部に漏れないように除去する役割を果たす。また、フィルタ回路１５１は、図１に示されるモータ１１５からの駆動ノイズを除去する役割も有する。
【００４６】
スイッチング回路１５２により交流変換された電力は、トランス１５３により電圧変換されるとともに、トランス１５３およびダイオード１５４ａ，１５４ｂにより構成される整流回路により所定の電圧（例えば、14V）に直流変換される。そして、コイル１５５およびコンデンサ１５６により構成されるLCフィルタにより高調波成分が除去されて、電圧が変換された直流電力が出力される。
【００４７】
電源１３２は、高圧バッテリ１１３から供給される電力の電圧を所定の電圧（例えば、12V）に変換し、制御部１３７に動作用の電源として供給する。
【００４８】
電流センサ１３３は、スイッチング回路１５２に入力される前の電流、すなわち、DCDCコンバータ１１６の入力電流Iinを検出し、検出結果を示す信号を入力電流I/F１３４に供給する。
【００４９】
入力電流I/F１３４は、例えば、入力電流Iinの検出結果を示すアナログの信号をデジタルの信号に変換して、制御部１３７に供給する。
【００５０】
温度センサ１３５は、例えば、スイッチング回路１５２内のスイッチング素子の周辺に設置され、周囲の温度の検出を行う。温度センサ１３５は、検出した温度を示す信号を制御部１３７に供給する。
【００５１】
出力電圧I/F１３６は、例えば、DCDCコンバータ１１６（電力変換部１３１）の出力電圧Voutを示すデジタルの信号を生成し、制御部１３７に供給する。
【００５２】
ECU１７１の電流センサ１８１は、例えば、DCDCコンバータ１１６（電力変換部１３１）の出力電流Ioutを検出し、検出結果を示す信号を出力電流I/F１８２に供給する。
【００５３】
出力電流I/F１８２は、例えば、出力電流Ioutの検出結果を示すアナログの信号をデジタルの信号に変換して、制御部１３７に供給する。
【００５４】
制御部１３７は、入力電流Iin、出力電圧Vout、および、出力電流Ioutに基づいて、スイッチング回路１５２のスイッチング周波数および電力変換部１３１の出力電圧Voutの指令値を設定し、設定した指令値をドライブ回路１３８に通知する。また、制御部１３７は、BMU１１２、ECU１７１などと外部の装置とCANを介した通信を行い、各種の信号や情報の授受を行う。さらに、制御部１３７には、電動車両の電源のオン／オフを行うためのイグニッションスイッチまたはスタートスイッチから、電源の起動または停止を指令するイグニッション信号が入力される。
【００５５】
ドライブ回路１３８は、制御部１３７により指令されたスイッチング周波数の駆動信号をスイッチング回路１５２に供給するとともに、スイッチング回路１５２のPWM制御（例えば、Duty比の制御など）を行い、電力変換部１３１の出力電圧Voutが制御部１３７からの指令値になるように、スイッチング回路１５２の出力電圧を制御する。
【００５６】
ところで、スイッチング回路１５２がハードスイッチング方式である場合、スイッチング素子のターンオン時およびターンオフ時の損失（以下、スイッチング損失と称する）が、DCDCコンバータ１１６の変換効率を低下させる大きな要因の一つとなる。
【００５７】
図３は、スイッチング回路１５２がハードスイッチング方式である場合のスイッチング素子のターンオン時およびターンオフ時のドレイン−ソース間電圧Vdsとドレイン電流Idの波形の例を示すグラフである。この図に示されるように、ハードスイッチング方式のスイッチング回路１５２では、スイッチング素子がターンオンする期間Paおよびターンオフする期間Pbにおいて、電圧Vds×電流Idがゼロにならないため、スイッチング損失が発生する。
【００５８】
このスイッチング損失は、スイッチング回路１５２のスイッチング周波数を高くするほど増大する。一方、スイッチング周波数を高くするほど、スイッチング回路１５２を小型化することができる。
【００５９】
このようなスイッチング損失を改善する手法として、ZVSを行うことができる共振電源が知られている。そこで、DCDCコンバータ１１６の電力変換部１３１は、例えば、図４に示される共振電源により構成される。
【００６０】
図４の電力変換部１３１において、フィルタ回路１５１は、コンデンサにより構成される。また、スイッチング回路１５２は、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄ、コンデンサ２０２ａ乃至２０２ｄ、および、コイル２０３からなる単相フルブリッジ方式のインバータにより構成される。
【００６１】
より具体的には、スイッチング素子２０１ａのドレインは、DCDCコンバータ１１６の入力端子Pin、スイッチング素子２０１ｃのドレインに接続されている。スイッチング素子２０１ａのソースは、スイッチング素子２０１ｂのドレインおよびコイル２０３の一端に接続されている。スイッチング素子２０１ｂのソースは、DCDCコンバータ１１６の入力端子Nin、および、スイッチング素子２０１ｄのソースに接続されている。スイッチング素子２０１ｃのソースは、スイッチング素子２０１ｄのドレイン、および、トランス１５３の入力端子に接続されている。コイル２０３の一端であって、スイッチング素子２０１ａのソースに接続されている一端と異なる一端は、トランス１５３の入力端子であって、スイッチング素子２０１ｄのドレインと接続されている入力端子と異なる入力端子に接続されている。また、コンデンサ２０２ａ乃至２０２ｄは、それぞれスイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄのドレイン−ソース間に接続されている。
【００６２】
そして、スイッチング回路１５２では、コンデンサ２０２ａ乃至２０２ｄとコイル２０３を共振させ、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄのターンオンまたはターンオフする瞬間のドレイン−ソース間の電圧をゼロにすることにより、すなわち、ZVSを行うことにより、スイッチング損失をゼロにする。
【００６３】
しかし、スイッチング回路１５２は、低負荷時にZVSを行うことができない。そのため、低負荷時に、DCDCコンバータ１１６の出力電力に対するスイッチング損失の割合が大きくなり、効率が低下する。そこで、図６乃至図９などを参照して後述するように、DCDCコンバータ１１６では、低負荷時の効率を向上させる対策が施されている。
【００６４】
［制御部１３７の構成例］
図５は、制御部１３７の機能の構成例を示すブロック図である。制御部１３７は、通信部２５１、充電検出部２５２、負荷量検出部２５３、温度検出部２５４、スイッチング周波数設定部２５５、および、出力制御部２５６を含むように構成される。
【００６５】
通信部２５１は、BMU１１２、ECU１７１、および、低圧負荷１１８に含まれるその他のECUなどとCANに準拠した通信を行い、各種の信号や情報の授受を行う。また、通信部２５１は、取得した信号や情報を、必要に応じて充電検出部２５２、負荷量検出部２５３、および、スイッチング周波数設定部２５５に供給する。
【００６６】
充電検出部２５２は、通信部２５１を介してBMU１１２から供給される情報に基づいて、高圧バッテリ１１３が充電中であるか否かを検出し、検出結果を負荷量検出部２５３、温度検出部２５４、および、スイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【００６７】
負荷量検出部２５３は、ECU１７１の出力電流I/F１３６から供給される信号に基づいて、電力変換部１３１の負荷量を示す出力電流Ioutを検出し、検出結果をスイッチング周波数設定部２５５および出力制御部２５６に通知する。また、負荷量検出部２５３は、通信部２５１を介して、図示せぬECUなどから低圧負荷１１８の負荷量の予測値（以下、負荷予測値と称する）を取得し、取得した負荷予測値をスイッチング周波数設定部２５５に通知する。さらに、負荷量検出部２５３は、通信部２５１を介してECU１７１の電源のオン／オフを制御する。
【００６８】
温度検出部２５４は、温度センサ１３５から供給される信号に基づいて、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄ周辺の温度を検出し、検出結果をスイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【００６９】
スイッチング周波数設定部２５５は、出力電流Iout、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄ周辺の温度、および、負荷予測値に基づいて、スイッチング回路１５２のスイッチング周波数を設定する。スイッチング周波数設定部２５５は、設定したスイッチング周波数を出力制御部２５６に通知する。
【００７０】
出力制御部２５６は、入力電流I/F１３４から供給される信号に基づいて、入力電流Iinを検出し、出力電圧I/F１３６から供給される信号に基づいて、出力電圧Voutを検出する。出力制御部２５６は、入力電流Iin、出力電圧Vout、および、出力電流Ioutに基づいて、電力変換部１３１の出力電圧Voutの指令値を設定し、設定した指令値をドライブ回路１３８に通知する。また、出力制御部２５６は、スイッチング周波数設定部２５５により設定されたスイッチング周波数を指令値としてドライブ回路１３８に通知する。
【００７１】
［周波数制御処理の第１の実施の形態］
次に、図６のフローチャートを参照して、DCDCコンバータ１１６により実行される周波数制御処理について説明する。なお、この処理は、例えば、DCDCコンバータ１１６の始動とともに開始され、DCDCコンバータ１１６の停止とともに終了する。
【００７２】
ステップＳ１において、充電検出部２５２は、通信部２５１を介してBMU１１２から供給される情報に基づいて、高圧バッテリ１１３が充電中であるか否かを判定する。高圧バッテリ１１３が充電中でないと判定された場合、処理はステップＳ２に進む。このとき、充電検出部２５２は、高圧バッテリ１１３が充電中でないことを負荷量検出部２５３、温度検出部２５４、および、スイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【００７３】
ステップＳ２において、負荷量検出部２５３は、電流センサ１８１の電源をオンする。具体的には、負荷量検出部２５３は、通信部２５１を介して、ECU１７１に起動信号を供給する。これにより、ECU１７１の電源がオンされ、ECU１７１に搭載されている電流センサ１８１および出力電流I/F１８２の電源がオンされる。そして、電流センサ１８１は、DCDCコンバータ１１６の出力電流Ioutの検出を開始する。
【００７４】
なお、すでにECU１７１の電源がオンされている場合、このステップＳ２の処理は省略される。
【００７５】
ステップＳ３において、負荷量検出部２５３は、出力電流Ioutを検出する。すなわち、負荷量検出部２５３は、ECU１７１の出力電流I/F１３６から供給される信号に基づいて、電力変換部１３１の負荷量を示す出力電流Ioutを検出する。負荷量検出部２５３は、出力電流Ioutの検出結果をスイッチング周波数設定部２５５および出力制御部２５６に通知する。
【００７６】
ステップＳ４において、スイッチング周波数設定部２５５は、出力電流Ioutに基づいて、スイッチング周波数を設定する。例えば、スイッチング周波数設定部２５５は、出力電流Ioutに基づいて、所定の複数のレベルの周波数の中から１つを選択し、スイッチング回路１５２を駆動するスイッチング周波数に設定する。なお、このとき、出力電流Ioutが大きいほど、すなわち、低圧負荷１１８の負荷量が大きいほど、高いスイッチング周波数が選択され、出力電流Ioutが小さいほど、すなわち、低圧負荷１１８の負荷量が小さいほど、低いスイッチング周波数が選択される。例えば、低いスイッチング周波数として80kHzを用い、中間のスイッチング周波数として100kHzを用い、高いスイッチング周波数として120kHzを用いることができる。スイッチング周波数設定部２５５は、選択したスイッチング周波数を出力制御部２５６に通知する。
【００７７】
その後、処理はステップＳ７に進む。
【００７８】
一方、ステップＳ１において、高圧バッテリ１１３が充電中であると判定された場合、処理はステップＳ５に進む。このとき、充電検出部２５２は、高圧バッテリ１１３が充電中であることを負荷量検出部２５３、温度検出部２５４、および、スイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【００７９】
ステップＳ５において、負荷量検出部２５３は、電流センサ１８１の電源をオフする。具体的には、負荷量検出部２５３は、通信部２５１を介して、ECU１７１に停止信号を供給する。これにより、ECU１７１の電源がオフされ、ECU１７１に搭載されている電流センサ１８１および出力電流I/F１８２の電源がオフされる。
【００８０】
ステップＳ６において、スイッチング周波数設定部２５５は、充電時のスイッチング周波数に設定する。すなわち、スイッチング周波数設定部２５５は、予め定められている充電時のスイッチング周波数を、スイッチング回路１５２を駆動するスイッチング周波数に設定する。なお、この充電時のスイッチング周波数は、例えば、高圧バッテリ１１３が充電中でない場合に設定されるスイッチング周波数の最小値以下の周波数（例えば、80kHz）に設定される。スイッチング周波数設定部２５５は、設定したスイッチング周波数を出力制御部２５６に通知する。
【００８１】
その後、処理はステップＳ７に進む。
【００８２】
なお、すでにECU１７１の電源がオフされ、充電時のスイッチング周波数に設定されている場合、このステップＳ５およびＳ６の処理は省略される。
【００８３】
ステップＳ７において、出力制御部２５６は、周波数変更処理を実行する。ここで、図７のフローチャートを参照して、周波数変更処理の詳細について説明する。
【００８４】
ステップＳ２１において、出力制御部２５６は、現在ドライブ回路１３８がスイッチング回路１５２を駆動しているスイッチング周波数を検出する。
【００８５】
ステップＳ２２において、出力制御部２５６は、現在のスイッチング周波数と、上述した図６のステップＳ４またはステップＳ６の処理で設定されたスイッチング周波数が等しいか否かを判定する。現在のスイッチング周波数と設定されたスイッチング周波数が異なると判定された場合、処理はステップＳ２３に進む。
【００８６】
ステップＳ２３において、スイッチング回路１５２は、スイッチングを停止する。具体的には、出力制御部２５６は、ドライブ回路１３８にスイッチングの停止を指令し、ドライブ回路１３８は、スイッチング回路１５２への駆動信号の供給を停止する。これにより、スイッチング回路１５２は、スイッチングを停止する。
【００８７】
ステップＳ２４において、ドライブ回路１３８は、スイッチング周波数を切り替える。具体的には、出力制御部２５６は、スイッチング周波数設定部２５５より新たに設定されたスイッチング周波数を指令値としてドライブ回路１３８に通知する。ドライブ回路１３８は、スイッチング回路１５２の駆動信号の生成に用いるキャリア信号の周波数（キャリア周波数）を、指令されたスイッチング周波数に対応する値に変更する。
【００８８】
ステップＳ２５において、スイッチング回路１５２は、スイッチングを再開する。具体的には、ドライブ回路１３８は、スイッチング回路１５２への駆動信号の供給を再開する。これにより、スイッチング回路１５２は、新しく設定されたスイッチング周波数でスイッチングを再開する。
【００８９】
このように、スイッチング周波数の切替時にスイッチング回路１５２の動作を所定の時間（例えば、10μ秒）停止させることにより、スイッチング周波数の切替時に発生する恐れのある出力電圧の過電圧をを防止することができる。
【００９０】
ステップＳ２６において、出力制御部２５６は、スイッチング周波数を切り替えてから所定の時間が経過したか否かを判定する。この処理は、スイッチング周波数を切り替えてから所定の時間が経過したと判定されるまで繰り返され、スイッチング周波数を切り替えてから所定の時間が経過したと判定された場合、周波数変更処理は終了する。
【００９１】
これにより、スイッチング周波数を切り替えた後、所定の時間再度の切替えが禁止されるため、充電信号のチャタリング等により、スイッチング周波数が振動してしまうことが防止される。
【００９２】
図６に戻り、ステップＳ７の周波数変更処理の終了後、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が繰り返し実行される。
【００９３】
以上のようにして、高圧バッテリ１１３の充電中と充電中でないときに分けて、スイッチング回路１５２のスイッチング周波数を制御することにより、DCDCコンバータ１１６の効率を改善することができる。
【００９４】
具体的には、高圧バッテリ１１３が充電中でない場合、例えば、電動車両の走行中には、低圧負荷１１８に含まれる負荷のうち使用されるものが増え、DCDCコンバータ１１６の負荷が大きくなるとともに、負荷の変動も大きくなる。これに対して、高圧バッテリ１１３の充電中は、低圧負荷１１８に含まれる負荷のうち使用されるものが一部の電装品などに限定され、DCDCコンバータ１１６の負荷は小さくなるとともに、負荷の変動も小さくなる。一方、上述したように、スイッチング回路１５２におけるスイッチング損失は低負荷時に増大する。従って、高圧バッテリ１１３の充電中のスイッチング周波数を低く設定することにより、スイッチング損失を削減し、DCDCコンバータ１１６の効率を改善することができる。
【００９５】
また、高圧バッテリ１１３の充電中と充電中でない場合のスイッチング周波数の制御は、BMU１１２からの情報のみに基づいて実行することができ、簡易な構成により実現することができる。
【００９６】
さらに、上述したように、高圧バッテリ１１３を充電していないときに、DCDCコンバータ１１６の負荷量（出力電流Iout）が小さくなるほどスイッチング周波数を低く設定することにより、DCDCコンバータ１１６の効率をさらに改善することができる。
【００９７】
さらに、上述したように、高圧バッテリ１１３の充電中に、使用しないECU１７１の電源をオフするようにすることにより、消費電力を削減することができる。
【００９８】
［周波数制御処理の第２の実施の形態］
次に、図８のフローチャートを参照して、DCDCコンバータ１１６により実行される周波数制御処理の第２の実施の形態について説明する。なお、この処理は、例えば、DCDCコンバータ１１６の始動とともに開始され、DCDCコンバータ１１６の停止とともに終了する。
【００９９】
ステップＳ５１において、図６のステップＳ１の処理と同様に、高圧バッテリ１１３が充電中であるか否かが判定され、高圧バッテリ１１３が充電中でないと判定された場合、処理はステップＳ５２に進む。
【０１００】
ステップＳ５２において、図６のステップＳ２の処理と同様に、電流センサ１８１の電源がオンされる。
【０１０１】
ステップＳ５３において、制御部１３７は、出力電流Iout、温度に関する情報を取得する。具体的には、負荷量検出部２５３は、図６のステップＳ３の処理と同様にして、出力電流Ioutを検出し、検出結果をスイッチング周波数設定部２５５および出力制御部２５６に通知する。また、温度検出部２５４は、温度センサ１３５から供給される信号に基づいて、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄ周辺の温度を検出し、検出結果をスイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【０１０２】
ステップＳ５４において、図６のステップＳ４の処理と同様に、出力電流Ioutに基づいて、スイッチング周波数が設定される。
【０１０３】
ステップＳ５５において、スイッチング周波数設定部２５５は、スイッチング周波数の設定値が、現在の温度における上限値以下であるか否かを判定する。具体的には、温度センサ１３５により検出される温度に対して、スイッチング周波数の上限値が予め定められている。そして、スイッチング周波数設定部２５５は、ステップＳ５４の処理で設定されたスイッチング周波数と、ステップＳ５３の処理で検出された温度におけるスイッチング周波数の上限値とを比較し、スイッチング周波数の設定値が上限値より大きいと判定した場合、処理はステップＳ５６に進む。
【０１０４】
ステップＳ５６において、スイッチング周波数設定部２５５は、スイッチング周波数を現在の温度における上限値に設定する。その後、処理はステップＳ５９に進む。
【０１０５】
一方、ステップＳ５５において、スイッチング周波数の設定値が、現在の温度における上限値以下であると判定された場合、ステップＳ５６の処理はスキップされ、スイッチング周波数の設定値が変更されずに、処理はステップＳ５９に進む。
【０１０６】
また、ステップＳ５１において、高圧バッテリ１１３が充電中であると判定された場合、処理はステップＳ５７に進む。
【０１０７】
ステップＳ５７において、図６のステップＳ５の処理と同様に、電流センサ１８１の電源がオフされ、ステップＳ５８において、図６のステップＳ６の処理と同様に、充電時のスイッチング周波数に設定される。その後、処理はステップＳ５９に進む。
【０１０８】
ステップＳ５９において、図７を参照して上述した周波数変更処理が実行され、その後、処理はステップＳ５１に戻り、ステップＳ５１以降の処理が実行される。
【０１０９】
以上のようにして、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄ周辺の温度が高い場合、スイッチング周波数が低く設定される。これにより、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄの温度上昇を抑制し、温度上昇による電力損失を軽減することができる。
【０１１０】
［周波数制御処理の第３の実施の形態］
次に、図９のフローチャートを参照して、DCDCコンバータ１１６により実行される周波数制御処理の第３の実施の形態について説明する。なお、この処理は、例えば、DCDCコンバータ１１６の始動とともに開始され、DCDCコンバータ１１６の停止とともに終了する。
【０１１１】
ステップＳ１０１において、図６のステップＳ１の処理と同様に、高圧バッテリ１１３が充電中であるか否かが判定され、高圧バッテリ１１３が充電中でないと判定された場合、処理はステップＳ５２に進む。
【０１１２】
ステップＳ５２において、図６のステップＳ２の処理と同様に、電流センサ１８１の電源がオンされる。
【０１１３】
ステップＳ１０３において、制御部１３７は、出力電流Iout、温度、および、負荷予測値に関する情報を取得する。具体的には、負荷量検出部２５３は、図６のステップＳ２の処理と同様にして、出力電流Ioutを検出し、検出結果を出力制御部２５６に通知する。また、温度検出部２５４は、温度センサ１３５から供給される信号に基づいて、スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄ周辺の温度を検出し、検出結果をスイッチング周波数設定部２５５に通知する。さらに、負荷量検出部２５３は、通信部２５１を介して、図示せぬECUなどから低圧負荷１１８の負荷予測値を取得する。
【０１１４】
ステップＳ１０４において、負荷量検出部２５３は、予測負荷変化量が所定の閾値未満であるか否かを判定する。具体的には、負荷量検出部２５３は、現在の出力電流Ioutと低圧負荷１１８の負荷予測値に基づいて、負荷量の変化量の予測値である予測負荷変化量を算出する。そして、負荷量検出部２５３が、算出した負荷予測変化量が所定の閾値未満であると判定した場合、処理はステップＳ１０５に進む。このとき、負荷量検出部２５３は、出力電流Ioutの検出結果をスイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【０１１５】
ステップＳ１０５において、図６のステップＳ４の処理と同様に、出力電流Ioutに基づいて、スイッチング周波数が設定される。その後、処理はステップＳ１０７に進む。
【０１１６】
一方、ステップＳ１０４において、予測負荷変化量が所定の閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ１０６に進む。このとき、負荷量検出部２５３は、低圧負荷１１８の負荷予測値をスイッチング周波数設定部２５５に通知する。
【０１１７】
ステップＳ１０６において、スイッチング周波数設定部２５５は、出力電流Ioutの代わりに、低圧負荷１１８の負荷予測値に基づいて、図６のステップＳ４の処理と同様にして、スイッチング周波数を設定する。その後、処理はステップＳ１０７に進む。
【０１１８】
ステップＳ１０７において、図８のステップＳ５５の処理と同様に、スイッチング周波数の設定値が、現在の温度における上限値以下であるか否かが判定され、スイッチング周波数の設定値が上限値より大きいと判定された場合、処理はステップＳ１０８に進む。
【０１１９】
ステップＳ１０８において、図８のステップＳ５６の処理と同様に、スイッチング周波数が現在の温度における上限値に設定される。その後、処理はステップＳ１１１に進む。
【０１２０】
一方、ステップＳ１０７において、スイッチング周波数の設定値が、現在の温度における上限値以下であると判定された場合、ステップＳ１０８の処理はスキップされ、処理はステップＳ１１１に進む。
【０１２１】
また、ステップＳ１０１において、高圧バッテリ１１３が充電中であると判定された場合、処理はステップＳ１０９に進む。
【０１２２】
ステップＳ１０９において、図６のステップＳ５の処理と同様に、電流センサ１８１の電源がオフされ、ステップＳ１１０において、図６のステップＳ６の処理と同様に、充電時のスイッチング周波数に設定される。その後、処理はステップＳ１１１に進む。
【０１２３】
ステップＳ１１１において、図７を参照して上述した周波数変更処理が実行され、その後、処理はステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１以降の処理が実行される。
【０１２４】
これにより、低圧負荷１１８の負荷量の変動に迅速に追従して、スイッチング周波数を適切な値に制御することができ、その結果、DCDCコンバータ１１６の効率をさらに改善することができる。
【０１２５】
＜２．変形例＞
なお、高圧バッテリ１１３の充電中にも、利用者が車内でエアコンディショナやカーオーディオ機器などの電装品を使用することが考えられる。従って、例えば、高圧バッテリ１１３の充電中に、電動車両の施錠状態等に基づいて、車内に人がいないと判定した場合、充電時のスイッチング周波数に設定し、それ以外の場合、通常のスイッチング周波数の制御を行ったり、充電時のスイッチング周波数より高い周波数に設定するようにしてもよい。あるいは、例えば、高圧バッテリ１１３の充電中に、イグニッション信号等に基づいて、車内で利用者が電装品を使用していないと判定した場合、充電時のスイッチング周波数に設定し、それ以外の場合、通常のスイッチング周波数の制御を行ったり、充電中のスイッチング周波数より高い周波数に設定するようにしてもよい。
【０１２６】
また、スイッチング周波数の切替えは、ソフトウエアまたはハードウエアのいずれで行うようにしてもよい。ハードウエアにより行う場合、例えば、ラダー上に組んだスイッチのオン／オフを制御し、周波数設定用抵抗値を切り替えることにより実現される。
【０１２７】
さらに、以上の説明では、高圧バッテリ１１３が充電中でない場合、出力電流Ioutに基づいてスイッチング周波数を変更する例を示したが、未充電時のスイッチング周波数を固定するようにして、高圧バッテリ１１３の充電の有無のみに基づいて、スイッチング周波数を制御するようにすることも可能である。
【０１２８】
また、電流センサ１３３および電流センサ１８１の代わりに、シャント抵抗やカレントトランスを用いるようにしてもよい。
【０１２９】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、制御部１３７など、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１３０】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１３１】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０１  電動車両
１１２  BMU
１１３  高圧バッテリ
１１６  DCDCコンバータ
１１７  低圧バッテリ
１１８  低圧負荷
１３１  電力変換部
１３３  電流センサ
１３４  入力電流I/F
１３５  温度センサ
１３６  出力電圧I/F
１３７  制御部
１３８  ドライブ回路
１５２  スイッチング回路
１５３  トランス
１５４ａ、１５４ｂ  ダイオード
１５５  コイル
１５６  コンデンサ
１７１  ECU
１８１  電流センサ
１８２  出力電流I/F
２０１ａ乃至２０１ｄ  スイッチング素子
２０２ａ乃至２０２ｄ  コンデンサ
２０３  コイル
２５１  通信部
２５２  充電検出部
２５３  負荷量検出部
２５４  温度検出部
２５５  スイッチング周波数設定部
２５６  出力制御部
【図１】
2012060820.tif 000003
【図２】
2012060820.tif 000004
【図３】
2012060820.tif 000005
【図４】
2012060820.tif 000006
【図５】
2012060820.tif 000007
【図６】
2012060820.tif 000008
【図７】
2012060820.tif 000009
【図８】
2012060820.tif 000010
【図９】
2012060820.tif 000011