電力変換制御装置
【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることが可能な電力変換制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率が最大となる最大効率出力電流よりも大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を低下させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とから補機負荷１６に電力を供給させる。制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流が最大効率出力電流よりも小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を増大させて、補機負荷１６と低圧バッテリ１４とに電力を供給させる。
【解決手段】制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率が最大となる最大効率出力電流よりも大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を低下させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とから補機負荷１６に電力を供給させる。制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流が最大効率出力電流よりも小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を増大させて、補機負荷１６と低圧バッテリ１４とに電力を供給させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する電力変換制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧バッテリ（例えば３６Ｖ等）と低圧バッテリ（例えば１２Ｖ等）とを車両に搭載し
、高電圧で走行用モータを駆動するとともに低電圧で電装系等の補機を駆動することが提案されている。低圧バッテリの電圧が低下したとき等に、高圧バッテリの出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで降圧し、低圧バッテリを充電する構成が採用されている。一般的に、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率は、ＤＣ−ＤＣコンバータに対する入力電流及び入力電圧と出力電流及び出力電圧とに応じて変動する。
【０００３】
下記の特許文献１には、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力段と出力段とにそれぞれ電流・電圧センサを設け、電流・電圧センサからの入出力電流・電圧に基づいて、マスターＤＣ−ＤＣコンバータとスレーブＤＣ−ＤＣコンバータとを制御する電源回路が開示されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、補機に電力を供給する低圧バッテリの温度と補機の消費電力とに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、高圧バッテリの電圧を降圧して低圧バッテリに供給する電力装置が開示されている。
【０００５】
また、下記の特許文献３には、３６Ｖバッテリの電圧変動に対応するために、ＤＣ−ＤＣコンバータをフィードフォーワード制御し、３６Ｖバッテリの電圧を降圧して１２Ｖバッテリに供給する装置が開示されている。
【０００６】
また、下記の特許文献４には、記憶装置に記憶されている効率データを参照し、変換効率が所定値以上となる車両の状態及びタイミングにて、ＤＣ−ＤＣコンバータを作動させる装置が開示されている。
【０００７】
また、下記の特許文献５には、交流を直流に変換する手段と直流によってモータを駆動する手段との接続点に、二次電池システムが接続されたエアコンシステムが開示されている。このエアコンシステムにおいては、二次電池システムと交流を直流に変換する手段との間に、ＤＣ−ＤＣコンバータが設けられている。そして、エアコンの負荷が高いときのみ、二次電池システムから電力を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２３５２５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０８７７号公報
【特許文献３】特開２００２−３１５３１３号公報
【特許文献４】特開２００５−２４５０８６号公報
【特許文献５】特開平１０−１１７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば高圧バッテリの出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで降圧し、電装系等の補機を駆動する場合がある。駆動すべき補機の種類や数によっては、ＤＣ−ＤＣコンバータに高い負荷がかかり、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が低下するおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることが可能な電力変換制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第１のバッテリと、車両に搭載された補機と、前記補機に接続され前記第１のバッテリよりも電圧が低い第２のバッテリと、に接続され、前記第１のバッテリからの入力電力を変換して出力電力を前記補機と前記第２のバッテリとのうち少なくとも一方に供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が最大となる最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低下させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる制御手段と、を有することを特徴とする電力変換制御装置である。
【００１２】
また、本発明に係る電力変換制御装置であって、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を増大させて前記補機に電力を供給させつつ前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る電力変換制御装置であって、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さく、前記第２のバッテリの充電率が所定値未満の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る電力変換制御装置であって、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記第２のバッテリの出力電圧と等しくして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が最大効率出力電流よりも大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低下させ、ＤＣ−ＤＣコンバータと低圧バッテリとから補機に電力を供給することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明によると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が最大効率出力電流よりも小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を増大させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率の特性を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【図４】ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率の特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に係る車両の駆動装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る電力変換制御装置について説明する。図１及び図３は、本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。図２及び図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率の特性を示す図である。
【００１９】
図１及び図３には、本実施形態に係る回路が示されている。図１及び図３に示す回路は、例えばハイブリット車両や電気自動車等の車両に搭載される。高圧バッテリ１０と低圧バッテリ１４とが設けられ、高圧バッテリ１０と低圧バッテリ１４との間にＤＣ−ＤＣコンバータ１２が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とを接続する電力ラインから分岐して補機負荷１６が接続されている。制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とに接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とを制御する。
【００２０】
高圧バッテリ１０には、例えば３６Ｖ等の充放電可能なバッテリが用いられる。高圧バッテリ１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して、低圧バッテリ１４と補機負荷１６とに電力を供給することが可能となっている。また、高圧バッテリ１０は、図示しないインバータを介して図示しない走行用モータに接続されており、走行用モータに電力を供給する。なお、高圧バッテリ１０が、第１のバッテリの一例に相当する。
【００２１】
低圧バッテリ１４には、高圧バッテリ１０よりも電圧が低いバッテリが用いられる。低圧バッテリ１４には、例えば１２Ｖ等の充放電可能なバッテリが用いられる。低圧バッテリ１４は、補機負荷１６に電力を供給することが可能となっている。また、低圧バッテリ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して高圧バッテリ１０から電力を受けて充電され得る。なお、低圧バッテリ１４が、第２のバッテリの一例に相当する。
【００２２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、制御装置１８の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、高圧バッテリ１０から供給された電圧を低圧に変換し、低圧バッテリ１４と補機負荷１６とに電力を供給する。
【００２３】
補機負荷１６は、車両に搭載される電装系等である。補機負荷１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して高圧バッテリ１０から電力を受けて駆動する。または、補機負荷１６は、低圧バッテリ１４から電力を受けて駆動してもよい。または、補機負荷１６は、高圧バッテリ１０と低圧バッテリ１４とから電力を受けて駆動してもよい。
【００２４】
制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とに接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とを制御する。例えば、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧が目標の出力電圧になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御する。また、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の電圧をモニタする。
【００２５】
図２及び図４に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率の特性を示す。横軸はＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電流ＩOUTを示し、縦軸はＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率Ｅを示す。図２に示すように、電力変換効率Ｅは山形の特性を有し、出力電流がＩMAXのときに最大変換効率ＥMAXとなる。ＩMAXを最大効率出力電流と称することとする。電力変換効率の特性を示す電力変換効率データは、例えば制御装置１８に予め記憶されている。
【００２６】
次に、本実施形態に係る電力変換制御装置の動作について説明する。制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電圧ＶOUTが予め設定されたデフォルトの電圧値（初期電圧値）になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御する。デフォルトの電圧値は、例えば車両に搭載されている機器等によって予め決定されており、例えば制御装置１８に記憶されている。
【００２７】
そして、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電流ＩOUTに基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御する。具体的には、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとを比較し、出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとの大小関係に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御する。
【００２８】
まず、図１及び図２を参照して、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さい場合について説明する。例えば図２に示すように、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さいＩMの場合には、電力変換効率Ｅは最大変換効率ＥMAXよりも低いＥMとなる。この場合、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対する電圧指令値を上げることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大させる。すなわち、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大させる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとが増大し、出力電流ＩOUTはＩMから最大効率出力電流ＩMAXとなる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力された出力電流ＩOUTは、低圧バッテリ１４と補機負荷１６とに流れる。例えば図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBが流れ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRが流れる。出力電流ＩOUTは、電流ＩBと電流ＩRとの和である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが増大するため、低圧バッテリ１４に供給される電流ＩBも増大する。そのため、低圧バッテリ１４の充電に寄与する電流が増大することとなる。
【００２９】
以上のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを増大させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させることが可能となる。すなわち、補機負荷１６で消費される電力が比較的少ない場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを増大させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さいＩMの場合に、低圧バッテリ１４の充電率（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）に応じて、低圧バッテリ１４を充電するか否かを決めてもよい。この場合、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣをモニタし、充電率ＳＯＣが予め設定された第１の閾値未満の場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給させ、低圧バッテリ１４を充電させる。すなわち、低圧バッテリ１２の充電率ＳＯＣが少なく、充電する必要がある場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４の電流ＩBを供給して低圧バッテリ１４を充電する。充電率ＳＯＣの第１の閾値は、制御装置１８に予め記憶されていてもよいし、操作者が図示しない入力装置によって第１の閾値を入力するようにしてもよい。充電率ＳＯＣの第１の閾値は任意の値でよく、一例として５０％であってもよいし、３０％であってもよい。例えば、低圧バッテリ１４の入力段（出力段）に図示しないスイッチを設け、低圧バッテリ１２の充電率ＳＯＣが第１の閾値未満の場合に、制御装置１８はそのスイッチをオン状態にし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給させる。すなわち、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さく、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第１の閾値未満の場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRを供給するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給する。一方、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第１の閾値以上の場合には、スイッチをオフ状態とすることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給しない。例えば、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが満状態に近い場合には、低圧バッテリ１４を充電しない。
【００３１】
次に、図３及び図４を参照して、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きい場合について説明する。例えば図４に示すように、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きいＩNの場合には、電力変換効率Ｅは最大変換効率ＥMAXよりも低いＥNとなる。この場合、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対する電圧指令値を下げることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを低下させる。例えば、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対する電圧指令値を下げることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを低下させる。すなわち、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを低下させる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとが減少し、出力電流ＩOUTはＩNから最大効率出力電流ＩMAXとなる。一例として、制御装置１８は、低圧バッテリ１４をモニタし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTが低圧バッテリ１４から出力される出力電圧ＶLOWと等しくなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御してもよい。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとが減少し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTは低圧バッテリ１４の出力電圧ＶLOWと等しくなる。例えば図３に示すように、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBが流れ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に出力電流ＩOUTが流れる。従って、補機負荷１６には、出力電流ＩOUTと電流ＩBとの和である電流ＩR（＝ＩOUT＋ＩB）が流れる。
【００３２】
以上のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを減少させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の発熱量を低減することが可能となる。すなわち、補機負荷１６で消費される電力が比較的大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを減少させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とから補機負荷１６に電力を供給することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅを向上させつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の発熱量を低減することが可能となる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電流ＩOUTを減少させた分、低圧バッテリ１４から電流ＩBを補機負荷１６に供給することにより、補機負荷１６を十分に駆動させることが可能となる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電流ＩOUTを減少させても、低圧バッテリ１４から電流ＩBを補機負荷１６に供給することにより、補機負荷１６に電力を十分に供給することができる。
【００３３】
また、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きいＩNの場合に、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣに応じて、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に対して電流ＩBを供給してもよい。この場合、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣをモニタし、充電率ＳＯＣが予め設定された第２の閾値以上の場合に、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給させる。すなわち、補機負荷１６に対して電力を供給することが可能な程度の電力が低圧バッテリ１４に残っている場合に、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給する。充電率ＳＯＣの第２の閾値は、制御装置１８に予め記憶されていてもよいし、操作者が図示しない入力装置によって第２の閾値を入力するようにしてもよい。充電率ＳＯＣの第２の閾値は任意の値でよく、一例として５０％であってもよいし、８０％であってもよい。例えば、低圧バッテリ１４の出力段（入力段）に図示しないスイッチを設け、低圧バッテリ１２の充電率ＳＯＣが第２の閾値以上の場合に、制御装置１８はそのスイッチをオン状態にし、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給させる。すなわち、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きく、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第２の閾値以上の場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRを供給するとともに、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給する。一方、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第２の閾値未満の場合には、スイッチをオフ状態とすることにより、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給しない。例えば、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが完全放電に近い場合には、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給しない。そして、図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さいＩMの場合に、制御装置１８は、スイッチをオン状態にすることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRを供給するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給する。これにより、低圧バッテリ１４が充電される。
【００３４】
次に、図５を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTを制御する方法について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【００３５】
一例として、図５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段に電流センサ２１を設ける。電流センサ２１は制御装置１８に接続されている。電流センサ２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電流ＩOUTを測定し、出力電流ＩOUTの値を制御装置１８に出力する。制御装置１８は、電流センサ２１によって測定された出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとを比較し、上述したように、出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとの大小関係に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御する。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段に電流センサ２１を設ける代わりに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の入力段に電流センサ２２を設けてもよい。電流センサ２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される入力電流ＩINを測定し、入力電流ＩINの値を制御装置１８に出力する。この場合、制御装置１８は、入力電流ＩINと、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される入力電圧ＶINとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。すなわち、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶINとに応じて、入力電流ＩINから変換される出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。このように、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶINとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTと出力電圧ＶOUTとを制御する。なお、高圧バッテリ１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１２との間の電力ラインに図示しない電圧センサを設け、その電圧センサによって高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される入力電圧ＶINを測定すればよい。
【００３７】
次に、図６を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTを制御する別の方法について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る車両の駆動装置を示すブロック図である。図６には、一例としてハイブリッド車両の概略を示している。図５に示す例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段又は入力段に電流センサ２１又は電流センサ２２を設けているが、電流センサ２１，２２を設けずに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される入力電流ＩINを求めてもよい。
【００３８】
図６に示す回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、高圧バッテリ１０から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示しないエンジンによる駆動時、又は車両の制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルを備えた固定子と、回転子とを含む。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端は、中点で互いに接続され、他端はインバータ２０に接続されている。例えば、２つの回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のうちの一方が高圧バッテリ１０を充電するための発電機として用いられ、他方が主として車両走行用としての駆動モータとして用いられる。すなわち、図示しないエンジンによって一方の回転電機（例えばＭＧ１）を駆動して発電機として用い、発電された電力を高圧バッテリ１０に供給する。また、他方の回転電機（例えばＭＧ２）を車両走行のために用いて、力行時には高圧バッテリ１０から電力の供給を受けてモータとして機能して車両の車軸を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、高圧バッテリ１０に供給する。
【００３９】
インバータ２０は、制御装置１８の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間での電力変換を行う。インバータ２０は、高圧バッテリ１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１２とを接続する電力ラインから分岐して接続されている。また、インバータ２０は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と制御装置１８とに接続されている。回転電機ＭＧ１を発電機として機能させるとき、インバータ２０は、回転電機ＭＧ１からの交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ１０に充電電流として供給する機能を有する。また、インバータ２０は、車両が力行のとき、高圧バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、回転電機ＭＧ２に供給する機能を有する。また、インバータ２０は、車両が制動のとき、回転電機ＭＧ２からの交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ１０に供給する機能を有する。
【００４０】
高圧バッテリ１０の出力段には電流センサ３１が設けられている。電流センサ３１は、高圧バッテリ１０から出力された出力電流ＩHを測定し、出力電流ＩHの値を制御装置１８に出力する。また、インバータ２０と回転電機ＭＧ１とを接続する電力ラインには、電流センサ３２が設けられている。また、インバータ２０と回転電機ＭＧ２とを接続する電力ラインには、電流センサ３３が設けられている。電流センサ３２は、インバータ２０と回転電機ＭＧ１とを接続する電力ラインに流れる電流ＩMG1を測定し、電流ＩMG1の値を制御装置１８に出力する。また、電流センサ３３は、インバータ２０と回転電機ＭＧ２とを接続する電力ラインに流れる電流ＩMG2を測定し、電流ＩMG2の値を制御装置１８に出力する。電流センサ３１，３２，３３は、車両に設けられている既存の電流センサである。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２をモータとして機能させる場合、インバータ２０は、高圧バッテリ１０から供給された入力電圧ＶLを昇圧し、昇圧後の出力電圧ＶHを回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に供給する。例えば、回転電機ＭＧ２をモータとして機能させる場合には、インバータ２０は、入力電圧ＶLを昇圧して出力電圧ＶHを回転電機ＭＧ２に供給する。また、入力電圧ＶLの値と出力電圧ＶHの値とは、インバータ２０から制御装置１８に出力される。
【００４１】
例えば高圧バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換して回転電機ＭＧ２に供給する場合について説明する。この場合、制御装置１８は、電流センサ３３が検知した電流ＩMG2と回転電機ＭＧ２に供給された出力電圧ＶHとに基づいて、回転電機ＭＧ２で消費された消費電力ＰMG2を求める。また、制御装置１８は、インバータ２０の効率から得られるインバータ２０で損失される電力を取得する。例えば、インバータ２０の出力電流と出力電圧とで規定される効率マップを、制御装置１８に予め記憶しておく。制御装置１８は、その効率マップを参照し、インバータ２０で損失された電力を取得する。そして、制御装置１８は、回転電機ＭＧ２で消費された消費電力ＰMG2に、インバータ２０で損失された電力を加えることにより、高圧バッテリ１０からインバータ２０に供給された入力電力ＰINを求める。制御装置１８は、入力電力ＰINを高圧バッテリ１０から供給された入力電圧ＶLで除算することにより、高圧バッテリ１０からインバータ２０に入力した入力電流ＩINVを求める。そして、制御装置１８は、高圧バッテリ１０の出力電流ＩHからインバータ２０の入力電流ＩINVを減算することにより、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力する入力電流ＩIN（＝ＩH−ＩINV）を求める。高圧バッテリ１０からの電力ラインは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２とインバータ２０とに分岐しているため、高圧バッテリ１０の出力電流ＩHからインバータ２０の入力電流ＩINVを減算することにより、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力する入力電流ＩINを求めることができる。
【００４２】
そして、制御装置１８は、入力電流ＩINと、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される入力電圧ＶLとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。すなわち、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶLとに応じて、入力電流ＩINから電力変換される出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。このように、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶINとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTと出力電圧ＶOUTとを制御する。
【００４３】
以上のように、車両に設けられている既存の電流センサ３１，３２，３３を用いることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段又は入力段に電流センサ２１又は電流センサ２２を設けなくても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される入力電流ＩINを求めて、出力電圧ＶOUT及び出力電流ＩOUTを制御することができる。電流センサ２１，２２を新たに追加する必要がないため、電力変換制御装置のコストの増加を抑制しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、インバータ２０の入力段に図示しない電流センサを設け、その電流センサによってインバータ２０に入力する入力電流ＩINVを測定してもよい。その入力電流ＩINVを示す値は、電流センサから制御装置１８に出力される。この場合、制御装置１８は、高圧バッテリ１０の出力電流ＩHからインバータ２０の入力電流ＩINVを減算することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力する入力電流ＩINを求める。
【００４５】
なお、制御装置１８は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。具体的には、制御装置１８の機能は、記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により実行されることによって実現される。この制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、制御装置１８は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置１８は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 高圧バッテリ、１２ コンバータ、１４ 低圧バッテリ、１６ 補機負荷、１８ 制御装置、２０ インバータ、２１，２２，３１，３２，３３ 電流センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ 回転電機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する電力変換制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧バッテリ（例えば３６Ｖ等）と低圧バッテリ（例えば１２Ｖ等）とを車両に搭載し
、高電圧で走行用モータを駆動するとともに低電圧で電装系等の補機を駆動することが提案されている。低圧バッテリの電圧が低下したとき等に、高圧バッテリの出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで降圧し、低圧バッテリを充電する構成が採用されている。一般的に、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率は、ＤＣ−ＤＣコンバータに対する入力電流及び入力電圧と出力電流及び出力電圧とに応じて変動する。
【０００３】
下記の特許文献１には、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力段と出力段とにそれぞれ電流・電圧センサを設け、電流・電圧センサからの入出力電流・電圧に基づいて、マスターＤＣ−ＤＣコンバータとスレーブＤＣ−ＤＣコンバータとを制御する電源回路が開示されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、補機に電力を供給する低圧バッテリの温度と補機の消費電力とに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、高圧バッテリの電圧を降圧して低圧バッテリに供給する電力装置が開示されている。
【０００５】
また、下記の特許文献３には、３６Ｖバッテリの電圧変動に対応するために、ＤＣ−ＤＣコンバータをフィードフォーワード制御し、３６Ｖバッテリの電圧を降圧して１２Ｖバッテリに供給する装置が開示されている。
【０００６】
また、下記の特許文献４には、記憶装置に記憶されている効率データを参照し、変換効率が所定値以上となる車両の状態及びタイミングにて、ＤＣ−ＤＣコンバータを作動させる装置が開示されている。
【０００７】
また、下記の特許文献５には、交流を直流に変換する手段と直流によってモータを駆動する手段との接続点に、二次電池システムが接続されたエアコンシステムが開示されている。このエアコンシステムにおいては、二次電池システムと交流を直流に変換する手段との間に、ＤＣ−ＤＣコンバータが設けられている。そして、エアコンの負荷が高いときのみ、二次電池システムから電力を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２３５２５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０８７７号公報
【特許文献３】特開２００２−３１５３１３号公報
【特許文献４】特開２００５−２４５０８６号公報
【特許文献５】特開平１０−１１７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば高圧バッテリの出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで降圧し、電装系等の補機を駆動する場合がある。駆動すべき補機の種類や数によっては、ＤＣ−ＤＣコンバータに高い負荷がかかり、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が低下するおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることが可能な電力変換制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第１のバッテリと、車両に搭載された補機と、前記補機に接続され前記第１のバッテリよりも電圧が低い第２のバッテリと、に接続され、前記第１のバッテリからの入力電力を変換して出力電力を前記補機と前記第２のバッテリとのうち少なくとも一方に供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が最大となる最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低下させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる制御手段と、を有することを特徴とする電力変換制御装置である。
【００１２】
また、本発明に係る電力変換制御装置であって、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を増大させて前記補機に電力を供給させつつ前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る電力変換制御装置であって、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さく、前記第２のバッテリの充電率が所定値未満の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る電力変換制御装置であって、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記第２のバッテリの出力電圧と等しくして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が最大効率出力電流よりも大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低下させ、ＤＣ−ＤＣコンバータと低圧バッテリとから補機に電力を供給することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明によると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が最大効率出力電流よりも小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を増大させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率の特性を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【図４】ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率の特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に係る車両の駆動装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る電力変換制御装置について説明する。図１及び図３は、本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。図２及び図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率の特性を示す図である。
【００１９】
図１及び図３には、本実施形態に係る回路が示されている。図１及び図３に示す回路は、例えばハイブリット車両や電気自動車等の車両に搭載される。高圧バッテリ１０と低圧バッテリ１４とが設けられ、高圧バッテリ１０と低圧バッテリ１４との間にＤＣ−ＤＣコンバータ１２が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とを接続する電力ラインから分岐して補機負荷１６が接続されている。制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とに接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とを制御する。
【００２０】
高圧バッテリ１０には、例えば３６Ｖ等の充放電可能なバッテリが用いられる。高圧バッテリ１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して、低圧バッテリ１４と補機負荷１６とに電力を供給することが可能となっている。また、高圧バッテリ１０は、図示しないインバータを介して図示しない走行用モータに接続されており、走行用モータに電力を供給する。なお、高圧バッテリ１０が、第１のバッテリの一例に相当する。
【００２１】
低圧バッテリ１４には、高圧バッテリ１０よりも電圧が低いバッテリが用いられる。低圧バッテリ１４には、例えば１２Ｖ等の充放電可能なバッテリが用いられる。低圧バッテリ１４は、補機負荷１６に電力を供給することが可能となっている。また、低圧バッテリ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して高圧バッテリ１０から電力を受けて充電され得る。なお、低圧バッテリ１４が、第２のバッテリの一例に相当する。
【００２２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、制御装置１８の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、高圧バッテリ１０から供給された電圧を低圧に変換し、低圧バッテリ１４と補機負荷１６とに電力を供給する。
【００２３】
補機負荷１６は、車両に搭載される電装系等である。補機負荷１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して高圧バッテリ１０から電力を受けて駆動する。または、補機負荷１６は、低圧バッテリ１４から電力を受けて駆動してもよい。または、補機負荷１６は、高圧バッテリ１０と低圧バッテリ１４とから電力を受けて駆動してもよい。
【００２４】
制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とに接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とを制御する。例えば、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧が目標の出力電圧になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御する。また、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の電圧をモニタする。
【００２５】
図２及び図４に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率の特性を示す。横軸はＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電流ＩOUTを示し、縦軸はＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率Ｅを示す。図２に示すように、電力変換効率Ｅは山形の特性を有し、出力電流がＩMAXのときに最大変換効率ＥMAXとなる。ＩMAXを最大効率出力電流と称することとする。電力変換効率の特性を示す電力変換効率データは、例えば制御装置１８に予め記憶されている。
【００２６】
次に、本実施形態に係る電力変換制御装置の動作について説明する。制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電圧ＶOUTが予め設定されたデフォルトの電圧値（初期電圧値）になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御する。デフォルトの電圧値は、例えば車両に搭載されている機器等によって予め決定されており、例えば制御装置１８に記憶されている。
【００２７】
そして、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電流ＩOUTに基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御する。具体的には、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとを比較し、出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとの大小関係に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御する。
【００２８】
まず、図１及び図２を参照して、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さい場合について説明する。例えば図２に示すように、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さいＩMの場合には、電力変換効率Ｅは最大変換効率ＥMAXよりも低いＥMとなる。この場合、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対する電圧指令値を上げることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大させる。すなわち、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大させる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとが増大し、出力電流ＩOUTはＩMから最大効率出力電流ＩMAXとなる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力された出力電流ＩOUTは、低圧バッテリ１４と補機負荷１６とに流れる。例えば図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBが流れ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRが流れる。出力電流ＩOUTは、電流ＩBと電流ＩRとの和である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが増大するため、低圧バッテリ１４に供給される電流ＩBも増大する。そのため、低圧バッテリ１４の充電に寄与する電流が増大することとなる。
【００２９】
以上のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを増大させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させることが可能となる。すなわち、補機負荷１６で消費される電力が比較的少ない場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを増大させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さいＩMの場合に、低圧バッテリ１４の充電率（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）に応じて、低圧バッテリ１４を充電するか否かを決めてもよい。この場合、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣをモニタし、充電率ＳＯＣが予め設定された第１の閾値未満の場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給させ、低圧バッテリ１４を充電させる。すなわち、低圧バッテリ１２の充電率ＳＯＣが少なく、充電する必要がある場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４の電流ＩBを供給して低圧バッテリ１４を充電する。充電率ＳＯＣの第１の閾値は、制御装置１８に予め記憶されていてもよいし、操作者が図示しない入力装置によって第１の閾値を入力するようにしてもよい。充電率ＳＯＣの第１の閾値は任意の値でよく、一例として５０％であってもよいし、３０％であってもよい。例えば、低圧バッテリ１４の入力段（出力段）に図示しないスイッチを設け、低圧バッテリ１２の充電率ＳＯＣが第１の閾値未満の場合に、制御装置１８はそのスイッチをオン状態にし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給させる。すなわち、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さく、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第１の閾値未満の場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRを供給するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給する。一方、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第１の閾値以上の場合には、スイッチをオフ状態とすることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給しない。例えば、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが満状態に近い場合には、低圧バッテリ１４を充電しない。
【００３１】
次に、図３及び図４を参照して、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きい場合について説明する。例えば図４に示すように、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きいＩNの場合には、電力変換効率Ｅは最大変換効率ＥMAXよりも低いＥNとなる。この場合、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対する電圧指令値を下げることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを低下させる。例えば、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対する電圧指令値を下げることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを低下させる。すなわち、制御装置１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを低下させる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとが減少し、出力電流ＩOUTはＩNから最大効率出力電流ＩMAXとなる。一例として、制御装置１８は、低圧バッテリ１４をモニタし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTが低圧バッテリ１４から出力される出力電圧ＶLOWと等しくなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子のスイッチングを制御してもよい。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとが減少し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTは低圧バッテリ１４の出力電圧ＶLOWと等しくなる。例えば図３に示すように、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBが流れ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に出力電流ＩOUTが流れる。従って、補機負荷１６には、出力電流ＩOUTと電流ＩBとの和である電流ＩR（＝ＩOUT＋ＩB）が流れる。
【００３２】
以上のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを減少させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の発熱量を低減することが可能となる。すなわち、補機負荷１６で消費される電力が比較的大きい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTと出力電流ＩOUTとを減少させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と低圧バッテリ１４とから補機負荷１６に電力を供給することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅを向上させつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の発熱量を低減することが可能となる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電流ＩOUTを減少させた分、低圧バッテリ１４から電流ＩBを補機負荷１６に供給することにより、補機負荷１６を十分に駆動させることが可能となる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電流ＩOUTを減少させても、低圧バッテリ１４から電流ＩBを補機負荷１６に供給することにより、補機負荷１６に電力を十分に供給することができる。
【００３３】
また、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きいＩNの場合に、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣに応じて、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に対して電流ＩBを供給してもよい。この場合、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣをモニタし、充電率ＳＯＣが予め設定された第２の閾値以上の場合に、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給させる。すなわち、補機負荷１６に対して電力を供給することが可能な程度の電力が低圧バッテリ１４に残っている場合に、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給する。充電率ＳＯＣの第２の閾値は、制御装置１８に予め記憶されていてもよいし、操作者が図示しない入力装置によって第２の閾値を入力するようにしてもよい。充電率ＳＯＣの第２の閾値は任意の値でよく、一例として５０％であってもよいし、８０％であってもよい。例えば、低圧バッテリ１４の出力段（入力段）に図示しないスイッチを設け、低圧バッテリ１２の充電率ＳＯＣが第２の閾値以上の場合に、制御装置１８はそのスイッチをオン状態にし、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給させる。すなわち、出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも大きく、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第２の閾値以上の場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRを供給するとともに、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給する。一方、制御装置１８は、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが第２の閾値未満の場合には、スイッチをオフ状態とすることにより、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給しない。例えば、低圧バッテリ１４の充電率ＳＯＣが完全放電に近い場合には、低圧バッテリ１４から補機負荷１６に電流ＩBを供給しない。そして、図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXよりも小さいＩMの場合に、制御装置１８は、スイッチをオン状態にすることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から補機負荷１６に電流ＩRを供給するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から低圧バッテリ１４に電流ＩBを供給する。これにより、低圧バッテリ１４が充電される。
【００３４】
次に、図５を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTを制御する方法について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る電力変換制御装置を示すブロック図である。
【００３５】
一例として、図５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段に電流センサ２１を設ける。電流センサ２１は制御装置１８に接続されている。電流センサ２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される出力電流ＩOUTを測定し、出力電流ＩOUTの値を制御装置１８に出力する。制御装置１８は、電流センサ２１によって測定された出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとを比較し、上述したように、出力電流ＩOUTと最大効率出力電流ＩMAXとの大小関係に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御する。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段に電流センサ２１を設ける代わりに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の入力段に電流センサ２２を設けてもよい。電流センサ２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される入力電流ＩINを測定し、入力電流ＩINの値を制御装置１８に出力する。この場合、制御装置１８は、入力電流ＩINと、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される入力電圧ＶINとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。すなわち、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶINとに応じて、入力電流ＩINから変換される出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。このように、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶINとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTと出力電圧ＶOUTとを制御する。なお、高圧バッテリ１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１２との間の電力ラインに図示しない電圧センサを設け、その電圧センサによって高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される入力電圧ＶINを測定すればよい。
【００３７】
次に、図６を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTを制御する別の方法について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る車両の駆動装置を示すブロック図である。図６には、一例としてハイブリッド車両の概略を示している。図５に示す例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段又は入力段に電流センサ２１又は電流センサ２２を設けているが、電流センサ２１，２２を設けずに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される入力電流ＩINを求めてもよい。
【００３８】
図６に示す回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、高圧バッテリ１０から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示しないエンジンによる駆動時、又は車両の制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルを備えた固定子と、回転子とを含む。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端は、中点で互いに接続され、他端はインバータ２０に接続されている。例えば、２つの回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のうちの一方が高圧バッテリ１０を充電するための発電機として用いられ、他方が主として車両走行用としての駆動モータとして用いられる。すなわち、図示しないエンジンによって一方の回転電機（例えばＭＧ１）を駆動して発電機として用い、発電された電力を高圧バッテリ１０に供給する。また、他方の回転電機（例えばＭＧ２）を車両走行のために用いて、力行時には高圧バッテリ１０から電力の供給を受けてモータとして機能して車両の車軸を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、高圧バッテリ１０に供給する。
【００３９】
インバータ２０は、制御装置１８の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間での電力変換を行う。インバータ２０は、高圧バッテリ１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１２とを接続する電力ラインから分岐して接続されている。また、インバータ２０は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と制御装置１８とに接続されている。回転電機ＭＧ１を発電機として機能させるとき、インバータ２０は、回転電機ＭＧ１からの交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ１０に充電電流として供給する機能を有する。また、インバータ２０は、車両が力行のとき、高圧バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、回転電機ＭＧ２に供給する機能を有する。また、インバータ２０は、車両が制動のとき、回転電機ＭＧ２からの交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ１０に供給する機能を有する。
【００４０】
高圧バッテリ１０の出力段には電流センサ３１が設けられている。電流センサ３１は、高圧バッテリ１０から出力された出力電流ＩHを測定し、出力電流ＩHの値を制御装置１８に出力する。また、インバータ２０と回転電機ＭＧ１とを接続する電力ラインには、電流センサ３２が設けられている。また、インバータ２０と回転電機ＭＧ２とを接続する電力ラインには、電流センサ３３が設けられている。電流センサ３２は、インバータ２０と回転電機ＭＧ１とを接続する電力ラインに流れる電流ＩMG1を測定し、電流ＩMG1の値を制御装置１８に出力する。また、電流センサ３３は、インバータ２０と回転電機ＭＧ２とを接続する電力ラインに流れる電流ＩMG2を測定し、電流ＩMG2の値を制御装置１８に出力する。電流センサ３１，３２，３３は、車両に設けられている既存の電流センサである。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２をモータとして機能させる場合、インバータ２０は、高圧バッテリ１０から供給された入力電圧ＶLを昇圧し、昇圧後の出力電圧ＶHを回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に供給する。例えば、回転電機ＭＧ２をモータとして機能させる場合には、インバータ２０は、入力電圧ＶLを昇圧して出力電圧ＶHを回転電機ＭＧ２に供給する。また、入力電圧ＶLの値と出力電圧ＶHの値とは、インバータ２０から制御装置１８に出力される。
【００４１】
例えば高圧バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換して回転電機ＭＧ２に供給する場合について説明する。この場合、制御装置１８は、電流センサ３３が検知した電流ＩMG2と回転電機ＭＧ２に供給された出力電圧ＶHとに基づいて、回転電機ＭＧ２で消費された消費電力ＰMG2を求める。また、制御装置１８は、インバータ２０の効率から得られるインバータ２０で損失される電力を取得する。例えば、インバータ２０の出力電流と出力電圧とで規定される効率マップを、制御装置１８に予め記憶しておく。制御装置１８は、その効率マップを参照し、インバータ２０で損失された電力を取得する。そして、制御装置１８は、回転電機ＭＧ２で消費された消費電力ＰMG2に、インバータ２０で損失された電力を加えることにより、高圧バッテリ１０からインバータ２０に供給された入力電力ＰINを求める。制御装置１８は、入力電力ＰINを高圧バッテリ１０から供給された入力電圧ＶLで除算することにより、高圧バッテリ１０からインバータ２０に入力した入力電流ＩINVを求める。そして、制御装置１８は、高圧バッテリ１０の出力電流ＩHからインバータ２０の入力電流ＩINVを減算することにより、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力する入力電流ＩIN（＝ＩH−ＩINV）を求める。高圧バッテリ１０からの電力ラインは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２とインバータ２０とに分岐しているため、高圧バッテリ１０の出力電流ＩHからインバータ２０の入力電流ＩINVを減算することにより、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力する入力電流ＩINを求めることができる。
【００４２】
そして、制御装置１８は、入力電流ＩINと、高圧バッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される入力電圧ＶLとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率Ｅが最大変換効率ＥMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。すなわち、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶLとに応じて、入力電流ＩINから電力変換される出力電流ＩOUTが最大効率出力電流ＩMAXとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶOUTを増大又は低下させる。このように、制御装置１８は、入力電流ＩINと入力電圧ＶINとに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電流ＩOUTと出力電圧ＶOUTとを制御する。
【００４３】
以上のように、車両に設けられている既存の電流センサ３１，３２，３３を用いることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力段又は入力段に電流センサ２１又は電流センサ２２を設けなくても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される入力電流ＩINを求めて、出力電圧ＶOUT及び出力電流ＩOUTを制御することができる。電流センサ２１，２２を新たに追加する必要がないため、電力変換制御装置のコストの増加を抑制しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換効率を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、インバータ２０の入力段に図示しない電流センサを設け、その電流センサによってインバータ２０に入力する入力電流ＩINVを測定してもよい。その入力電流ＩINVを示す値は、電流センサから制御装置１８に出力される。この場合、制御装置１８は、高圧バッテリ１０の出力電流ＩHからインバータ２０の入力電流ＩINVを減算することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力する入力電流ＩINを求める。
【００４５】
なお、制御装置１８は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。具体的には、制御装置１８の機能は、記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により実行されることによって実現される。この制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、制御装置１８は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置１８は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 高圧バッテリ、１２ コンバータ、１４ 低圧バッテリ、１６ 補機負荷、１８ 制御装置、２０ インバータ、２１，２２，３１，３２，３３ 電流センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ 回転電機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のバッテリと、車両に搭載された補機と、前記補機に接続され前記第１のバッテリよりも電圧が低い第２のバッテリと、に接続され、前記第１のバッテリからの入力電力を変換して出力電力を前記補機と前記第２のバッテリとのうち少なくとも一方に供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が最大となる最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低下させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる制御手段と、
を有することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換制御装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を増大させて前記補機に電力を供給させつつ前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、
ことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換制御装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さく、前記第２のバッテリの充電率が所定値未満の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、
ことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換制御装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記第２のバッテリの出力電圧と等しくして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる、
ことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１】
第１のバッテリと、車両に搭載された補機と、前記補機に接続され前記第１のバッテリよりも電圧が低い第２のバッテリと、に接続され、前記第１のバッテリからの入力電力を変換して出力電力を前記補機と前記第２のバッテリとのうち少なくとも一方に供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が最大となる最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を低下させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる制御手段と、
を有することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換制御装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を増大させて前記補機に電力を供給させつつ前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、
ことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換制御装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも小さく、前記第２のバッテリの充電率が所定値未満の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２のバッテリに電力を供給させて前記第２のバッテリを充電させる、
ことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換制御装置であって、
前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が前記最大効率出力電流よりも大きい場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記第２のバッテリの出力電圧と等しくして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２のバッテリとから前記補機に電力を供給させる、
ことを特徴とする電力変換制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４４７４８（Ｐ２０１２−２４４７４８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１９７４（Ｐ２０１１−１１１９７４）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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