特許 7491361 給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 W

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022188760

(22)【出願日】2022-11-25

(62)【分割の表示】P 2019090043の分割

【原出願日】2019-05-10

(65)【公開番号】P2023011026

(43)【公開日】2023-01-20

【審査請求日】2022-11-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】竹本 大輝

【審査官】福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１８１９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５７７３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧系統と補機系統との間に設けられた第１のＤＣＤＣコンバータから前記補機系統への第１出力電流を検知する第１検知部と、
前記高圧系統と前記補機系統との間に設けられた第２のＤＣＤＣコンバータから前記補機系統への第２出力電流を検知する第２検知部と、
前記補機系統に接続された補機電池からの第３出力電流を検知する第３検知部と、
前記第１検知部、前記第２検知部及び前記第３検知部による出力電流の検知結果に基づいて前記第２のＤＣＤＣコンバータの出力を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記第１出力電流、前記第２出力電流及び前記第３出力電流の和である負荷電流値に、０よりも大きく１よりも小さい係数αを乗じて求めた、前記第２のＤＣＤＣコンバータの目標電流値を前記第２のＤＣＤＣコンバータへ送信する給電装置。

【請求項2】

高圧系統と補機系統との間に設けられた第１のＤＣＤＣコンバータから前記補機系統への第１出力電流を検知する第１検知部と、
前記高圧系統と前記補機系統との間に設けられた第２のＤＣＤＣコンバータから前記補機系統への第２出力電流を検知する第２検知部と、
前記補機系統に接続された補機電池からの第３出力電流を検知する第３検知部と、
前記第１検知部、前記第２検知部及び前記第３検知部による出力電流の検知結果に基づいて前記第２のＤＣＤＣコンバータの出力を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記第１出力電流、前記第２出力電流及び前記第３出力電流の和である負荷電流値が第１のＤＣＤＣコンバータの最大電流値よりも小さい閾値電流以下の場合は、前記第２のＤＣＤＣコンバータの目標電流値として０を前記第２のＤＣＤＣコンバータへ送信し、前記負荷電流値が前記閾値電流を超える場合は、前記負荷電流値から前記閾値電流を減算し、０よりも大きく１よりも小さい係数βを乗じて求めた値を、前記目標電流値として前記第２のＤＣＤＣコンバータへ送信する給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は給電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数並列に接続されたＤＣＤＣコンバータによって所定の電力供給対象に電力を供給すべく、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－０９０５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のＤＣＤＣコンバータを並列に接続してそれぞれの出力電圧を目標電圧に制御する場合、図７に示すように、出力電圧が高い第１のＤＣＤＣコンバータから優先的に電流を出力させる制御になる。そして、第１のＤＣＤＣコンバータの出力が最大値に達した後も補機系統の負荷が更に増加した場合、補機系統の電圧が目標値を下回ったことを検知したことを契機として、第２のＤＣＤＣコンバータに対する電圧指示値を増加させて補機系統の電圧を回復させる制御になる。

【0005】

このように、複数のＤＣＤＣコンバータを並列に接続してそれぞれの出力電圧を目標電圧に制御する場合、図７に「電圧低下」と表記して示す領域において、補機系統の電圧の一時的な低下が生ずることがあり、これに伴い、補機系統の負荷であるランプの明るさが一時的に低下したり、ワイパの払拭速度が一時的に低下するなどの不具合が生ずることがあった。

【0006】

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、補機系統の電圧が変動することを抑制できる給電装置を得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様に係る給電装置は、高圧系統と補機系統との間に設けられた第１のＤＣＤＣコンバータからの第１出力電流を検知する第１検知部と、前記高圧系統と前記補機系統との間に設けられた第２のＤＣＤＣコンバータからの第２出力電流を検知する第２検知部と、前記補機系統に接続された補機電池からの第３出力電流を検知する第３検知部と、前記第１検知部、前記第２検知部及び前記第３検知部による出力電流の検知結果に基づいて前記第２のＤＣＤＣコンバータの出力を制御する制御部と、を含んでいる。

【0008】

第１の態様では、第１のＤＣＤＣコンバータからの第１出力電流の検知結果、第２のＤＣＤＣコンバータからの第２出力電流の検知結果、及び、補機電池からの第３出力電流の検知結果に基づいて第２のＤＣＤＣコンバータの出力を制御する。これにより、補機系統の負荷の変動に伴って補機系統の電圧が変動するよりも前の段階で、出力電流の検知結果に基づいて第２のＤＣＤＣコンバータの出力を制御することができるので、補機系統の電圧が変動することを抑制することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、補機系統の電圧が変動することを抑制できる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る給電装置の概略構成図である。

【図2】第１実施形態における制御フローを示すブロック図である。

【図3】第１実施形態における各ＤＤＣの出力電流の関係を示す線図である。

【図4】第２実施形態における制御フローを示すブロック図である。

【図5】第２実施形態における各ＤＤＣの出力電流の関係を示す線図である。

【図6】給電装置の他の構成を示す概略構成図である。

【図7】従来技術における各ＤＤＣの出力電流の関係を示す線図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

【0012】

〔第１実施形態〕
図１に示す給電装置１０は、車両に搭載されており、当該車両は、車両を走行させるモータとして動作したり発電機として動作する図示しないモータ・ジェネレータ(以下「ＭＧ」という)、高圧バッテリ１２、及び、高圧バッテリ１２よりも低電圧の補機バッテリ１４が各々搭載されている。なお、車両はＨＶ（Hybrid Vehicle）でもよいしＥＶ（Electric Vehicle）でもよい。

【0013】

高圧バッテリ１２は図示しないパワー・コントロール・ユニット（以下「ＰＣＵ」という）に接続されており、ＰＣＵにはＭＧが接続されている。ＰＣＵは、交流電力の直流電力への変換及び直流電力の交流電力への変換が可能なインバータを含んでいる。ＭＧがモータとして動作する場合には、高圧バッテリ１２からＰＣＵを経由してＭＧへ電力が供給され、ＭＧが発電機として動作する場合には、ＭＧで発電された電力がＰＣＵを経由して高圧バッテリ１２に供給されることで、高圧バッテリ１２が充電される。

【0014】

給電装置１０は、第１ＤＣＤＣコンバータ（以下、ＤＣＤＣコンバータを「ＤＤＣ」という）１６、第２ＤＤＣ１８及び制御部３８を含んでいる。第１ＤＤＣ１６及び第２ＤＤＣ１８の高圧側は並列に接続されており、電気配線２０、２２を介して高圧バッテリ１２に接続されている。高圧バッテリ１２及び電気配線２０、２２は車両の高圧系統２４を形成している。

【0015】

また、第１ＤＤＣ１６及び第２ＤＤＣ１８の低圧側は並列に接続されており、電気配線２６を介して補機バッテリ１４及び補機系統負荷２８が各々接続されている。補機系統負荷２８の一例は、高圧バッテリ１２に送風して冷却するファン、ＰＣＵのインバータに冷却水を供給するウォータポンプ、ランプなどの照明機器、ワイパモータを含む各種のアクチュエータなどである。補機バッテリ１４、補機系統負荷２８及び電気配線２６は車両の補機系統３０を形成している。

【0016】

なお、本実施形態において、第１ＤＤＣ１６は車両の設計当初より設けられていたＤＤＣであり、第２ＤＤＣ１８は第１ＤＤＣ１６の出力を補うために追加設置されたＤＤＣである。第１ＤＤＣ１６の低圧側には、第１ＤＤＣ１６の出力電流を検知する第１電流センサ３２が追加設置されている。第１電流センサ３２は第２ＤＤＣ１８と信号線で接続されている。一方、第２ＤＤＣ１８には、第２ＤＤＣ１８の低圧側の出力電流を検知する第２電流センサ３４が内蔵されている。また、補機バッテリ１４と電気配線２６との間には、補機バッテリ１４の出力電流を検知する第３電流センサ３６が設けられている。

【0017】

なお、第１電流センサ３２は第１検知部の一例であり、第２電流センサ３４は第２検知部の一例であり、第３電流センサ３６は第３検知部の一例である。また、図示は省略するが、第１ＤＤＣ１６には、第１ＤＤＣ１６の低圧側の出力電圧を検知する電圧センサが内蔵されており、第２ＤＤＣ１８には、第２ＤＤＣ１８の低圧側の出力電圧を検知する電圧センサが内蔵されている。

【0018】

また、制御部３８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ４２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性の記憶部４４及び通信Ｉ／Ｆ（Inter Face）４６を含んでいる。ＣＰＵ４０、メモリ４２、記憶部４４及び通信Ｉ／Ｆ４６は内部バス４８を介して互いに接続されている。

【0019】

制御部３８は第１ＤＤＣ１６、第２ＤＤＣ１８及び第３電流センサ３６と信号線を介して各々接続されている。本実施形態において、制御部３８は、第１電流センサ３２による第１ＤＤＣ１６の出力電流の検知結果及び第２電流センサ３４による第２ＤＤＣ１８の出力電流の検知結果を第２ＤＤＣ１８から受信し、第３電流センサ３６による補機バッテリ１４の出力電流の検知結果を第３電流センサ３６から直接受信する。

【0020】

次に本第１実施形態の作用を説明する。制御部３８は、補機バッテリ１４の温度や同一の車両に搭載された他のＥＣＵ(Electronic Control Unit)からの要求などに基づいて、第１ＤＤＣ１６の目標電圧値を決定し、決定した目標電圧値を第１ＤＤＣ１６へ送信する。第１ＤＤＣ１６は、制御部３８から受信した目標電圧値に対する、第１ＤＤＣ１６に内蔵された電圧センサによって検出された第１ＤＤＣ１６の出力電圧の検知結果の差に基づいて、第１ＤＤＣ１６に内蔵されたスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御することで、第１ＤＤＣ１６の出力電圧を制御する。

【0021】

一方、制御部３８は、第２ＤＤＣ１８に対して以下の制御を行う。すなわち、図２に示すように、制御部３８は、第１電流センサ３２によって検知された第１ＤＤＣ１６の出力電流値及び第２電流センサ３４によって検知された第２ＤＤＣ１８の出力電流値を第２ＤＤＣ１８から取得すると共に、第３電流センサ３６によって検知された補機バッテリ１４の出力電流値を第３電流センサ３６から取得する。

【0022】

次に、制御部３８は、図２に加算部５０として示すように、第１ＤＤＣ１６の出力電流値、第２ＤＤＣ１８の出力電流値及び補機バッテリ１４の出力電流値の和を負荷電流値として演算する。

【0023】

続いて、制御部３８は、図２に乗算部５２として示すように、負荷電流値に所定の係数αを乗算する。なお、係数αは０よりも大きく１よりも小さい値であり、一例としては、第２ＤＤＣ１８の最大電流値を、第１ＤＤＣ１６の最大電流値と第２ＤＤＣ１８の最大電流値との和で除算した値を用いることができる。

【0024】

そして、制御部３８は、図２に示すように、負荷電流値に係数αを乗じた値を、第２ＤＤＣ１８の目標電流値として第２ＤＤＣ１８へ送信する。

【0025】

第２ＤＤＣ１８は、図２に減算部６０として示すように、第２電流センサ３４によって検知された第２ＤＤＣ１８の出力電流値と、制御部３８から受信した第２ＤＤＣ１８の目標電流値と、の差を電流値偏差として演算する。次に、第２ＤＤＣ１８は、図２にＤＵＴＹ変換部６２として示すように、電流値偏差をデューティ比（第１のデューティ比）へ変換する。

【0026】

続いて、第２ＤＤＣ１８は、図２に減算部６４として示すように、第１のデューティ比と、図２に示すＰＩＤ演算部６６から保護機能部６８を経由して出力される第２のデューティ比と、の偏差を演算する。また、第２ＤＤＣ１８は、ＰＩＤ演算部６６として示すように、デューティ比の偏差に基づきＰＩＤ制御（Proportional Integral Differential Controller）を行うことでデューティ比の操作量（第２のデューティ比）を演算する。

【0027】

また、第２ＤＤＣ１８は、第２ＤＤＣ１８の出力電圧値が電圧上限値を超えた場合及び第２ＤＤＣ１８の出力電流値が電流上限値を越えた場合にデューティ比を制限する保護機能処理（保護機能部６８）を行う。そして第２ＤＤＣ１８は、保護機能処理を経て得られたデューティ比に基づいて、第２ＤＤＣ１８に内蔵されたスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御することで、第２ＤＤＣ１８の出力電流を制御する。これにより、第１のデューティ比と第２のデューティ比との偏差が０になるように出力電流のフィードバック制御が行われる。

【0028】

上述した制御により得られる、第１ＤＤＣ１６の出力電流と第２ＤＤＣ１８の出力電流との関係を図３に示す。図３に示すように、第１実施形態では、第２ＤＤＣ１８の出力電流が、第１ＤＤＣ１６の出力電流値、第２ＤＤＣ１８の出力電流値及び補機バッテリ１４の出力電流値の和である負荷電流値に比例するように、第２ＤＤＣ１８の出力が制御される。

【0029】

第１実施形態に係る給電装置１０は、高圧系統２４と補機系統３０との間に設けられた第１ＤＤＣ１６からの出力電流を第１電流センサ３２が検知し、高圧系統２４と補機系統３０との間に設けられた第２ＤＤＣ１８からの出力電流を第２電流センサ３４が検知する。また、補機系統３０に接続された補機バッテリ１４からの出力電流を第３電流センサ３６が検知し、制御部３８は、第１電流センサ３２、第２電流センサ３４及び第３電流センサ３６による出力電流の検知結果に基づいて第２ＤＤＣ１８の出力を制御する。これにより、補機系統負荷２８の変動に伴って補機系統３０の電圧が変動するよりも前の段階で、出力電流の検知結果に基づいて第２ＤＤＣ１８の出力を制御することができるので、補機系統３０の電圧が変動することを抑制することができる。

【0030】

また、第１実施形態において、制御部３８は、第１ＤＤＣ１６の出力が最大値に達するよりも前の段階で第２ＤＤＣ１８から電流が出力されるように、第２ＤＤＣ１８の出力を制御する。これにより、第１ＤＤＣ１６の出力が最大値に達した後に補機系統の負荷が変動したことに起因して補機系統３０の電圧が変動することを回避することができる。

【0031】

また、第１実施形態において、制御部３８は、第２ＤＤＣ１８からの出力電流の大きさが、第１ＤＤＣ１６からの出力電流、第２ＤＤＣ１８からの出力電流及び補機バッテリ１４からの出力電流の和である負荷電流値に比例するように、第２ＤＤＣ１８の出力を制御する。これにより、全ての負荷領域に亘って第１ＤＤＣ１６及び第２ＤＤＣ１８から一定の割合で電流が出力されることになり、第１ＤＤＣ１６及び第２ＤＤＣ１８を均等に動作させることができるので、第１ＤＤＣ１６の発熱量と第２ＤＤＣ１８の発熱量との差を小さくすることができる。

【0032】

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態は第１実施形態と同一の構成であるので、各部分に同一の符号を付して構成の説明を省略する。

【0033】

第２実施形態において、制御部３８は、第２ＤＤＣ１８に対して以下の制御を行う。すなわち、図４に示すように、制御部３８は、第１電流センサ３２によって検知された第１ＤＤＣ１６の出力電流値及び第２電流センサ３４によって検知された第２ＤＤＣ１８の出力電流値を第２ＤＤＣ１８から取得すると共に、第３電流センサ３６によって検知された補機バッテリ１４の出力電流値を第３電流センサ３６から取得する。

【0034】

次に、制御部３８は、図４に加算部５０として示すように、第１ＤＤＣ１６の出力電流値、第２ＤＤＣ１８の出力電流値及び補機バッテリ１４の出力電流値の和を負荷電流値として演算する。

【0035】

次に、制御部３８は、図４に減算部５４として示すように、負荷電流値から閾値電流Ａthを減算し、図４に乗算部５６として示すように、負荷電流値から閾値電流Ａthを減算した電流値に所定の係数βを乗算する。なお、係数βは０よりも大きく１よりも小さい値であり、一例としては、第２ＤＤＣ１８の最大電流値を、第１ＤＤＣ１６の最大電流値と第２ＤＤＣ１８の最大電流値との和で除算した値を用いることができる。また、閾値電流Ａthは第１ＤＤＣ１６の最大電流値よりも小さい値である。

【0036】

そして、制御部３８は、図４に切替部５８として示すように、負荷電流値が閾値電流Ａth以下の場合は、第２ＤＤＣ１８の目標電流値として第２ＤＤＣ１８へ０を送信し、負荷電流値が閾値電流Ａthを超える場合は、第２ＤＤＣ１８の目標電流値として、負荷電流値から閾値電流Ａthを減算した電流値に所定の係数βを乗算した値を第２ＤＤＣ１８へ送信する。なお、第２ＤＤＣ１８の動作は第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

【0037】

上述した制御により得られる、第１ＤＤＣ１６の出力電流と第２ＤＤＣ１８の出力電流との関係を図５に示す。図５に示すように、第２実施形態では、負荷電流値が閾値電流Ａth以下の負荷領域においては、第２ＤＤＣ１８の出力電流が０になり、負荷電流値が閾値電流Ａthを超える負荷領域においては、負荷電流値から閾値電流Ａthを減算した値に比例するように、第２ＤＤＣ１８の出力が制御される。

【0038】

これにより、負荷電流値が閾値電流Ａth以下の第１の負荷領域では第１ＤＤＣ１６のみから電流が出力され、負荷電流値が閾値電流Ａthを超える第２の負荷領域では第１ＤＤＣ１６及び第２ＤＤＣ１８から電流が出力されることになる。従って、例えば第１ＤＤＣ１６の方が第２ＤＤＣ１８よりも効率が高いなどの場合に、補機系統３０の電圧が変動することを抑制しつつ、第１ＤＤＣ１６を優先的に動作させることができる。

【0039】

すなわち、第１ＤＤＣ１６は、車両の設計当初より設けられているＤＤＣであり、冷却方式として水冷が採用されることが多い。一方、第２ＤＤＣ１８は、追加設置されたＤＤＣであるので、冷却方式として空冷が採用されることが多く、また、車両毎の専用設計ではない汎用のＤＤＣが採用されることがあるため、これらの場合、第１ＤＤＣ１６よりも効率が低くなる。これに対して第２実施形態では、負荷電流値が閾値電流Ａth以下の低負荷領域において、効率の低い第２ＤＤＣ１８の出力を０としているので、低負荷領域における給電装置１０の効率を向上させることができる。

【0040】

また、第２実施形態においても、負荷電流値が閾値電流Ａthを超える高負荷領域において、制御部３８は、第１ＤＤＣ１６の出力が最大値に達するよりも前の段階で第２ＤＤＣ１８から電流が出力されるように、第２ＤＤＣ１８の出力を制御する。これにより、第１ＤＤＣ１６の出力が最大値に達した後に補機系統の負荷が変動したことに起因して補機系統３０の電圧が変動することを回避することができる。

【0041】

なお、上記では、図３及び図５に示すように、第２ＤＤＣ１８の最大出力電流が第１ＤＤＣ１６の最大出力電流よりも小さい場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２ＤＤＣ１８の最大出力電流は第１ＤＤＣ１６の最大出力電流と同じでもよいし、第２ＤＤＣ１８の最大出力電流が第１ＤＤＣ１６の最大出力電流よりも大きくてもよい。

【0042】

また、上記では第１電流センサ３２が第１ＤＤＣ１６の低圧側に追加設置され、第１電流センサ３２による第１ＤＤＣ１６の低圧側の出力電流の検知結果が、第２ＤＤＣ１８を経由して制御部３８に出力される態様を説明した。しかし、これに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、第１電流センサ３２が第１ＤＤＣ１６に内蔵されており、第１電流センサ３２による第１ＤＤＣ１６の出力電流の検知結果が、第１ＤＤＣ１６を経由して制御部３８に出力される構成であってもよい。また、第１電流センサ３２及び第２電流センサ３４による出力電流の検知結果が、第３電流センサ３６と同様に、センサ３２、３４から直接制御部３８へ出力される構成であってもよい。

【0043】

また、上記では第２ＤＤＣ１８に対しては出力電流を制御する一方で、第１ＤＤＣ１６に対しては出力電圧を制御する態様を説明したが、これに限定されるものではなく、第１ＤＤＣ１６に対しても出力電流を制御するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0044】

１０ 給電装置
１４ 補機バッテリ（補機電池）
１６ 第１ＤＤＣ（第１のＤＣＤＣコンバータ）
１８ 第２ＤＤＣ（第２のＤＣＤＣコンバータ）
２４ 高圧系統
２８ 補機系統負荷
３０ 補機系統
３２ 第１電流センサ（第１検知部）
３４ 第２電流センサ（第２検知部）
３６ 第３電流センサ（第３検知部）
３８ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】