JP6477342B2 - Automobile - Google Patents
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Description
本明細書が開示する技術は、メインバッテリと、メインバッテリより低電圧なサブバッテリを有する自動車に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to an automobile having a main battery and a sub battery having a lower voltage than the main battery.
特許文献1に、メインバッテリと、メインバッテリから供給される電力を制御して走行用モータ等に電力を供給する電力制御ユニットと、メインバッテリより低電圧なサブバッテリと、サブバッテリから供給される電力を利用してメインバッテリと電力制御ユニットの間においてメイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、サブバッテリから供給される電力によって動作する複数の補機を備えるハイブリッド車が開示されている。このハイブリッド車では、システム起動の際に、スイッチがメイン電源配線を非導通から導通に切り替える前に、サブバッテリから複数の補機に電力を供給することによって、複数の補機に初期動作を実行させる。システム起動時のサブバッテリ電圧が所定値よりも低い場合は、複数の補機の初期動作のタイミングに時間差を設けて複数の補機に初期動作を実行させる。これにより、サブバッテリが複数の補機に異なるタイミングで初期動作のための電力を供給することができるため、サブバッテリ電圧が低下している状況であっても、システムを起動できるようにしている。 In Patent Document 1, a main battery, a power control unit that controls power supplied from the main battery to supply power to a traveling motor, a sub battery having a lower voltage than the main battery, and a sub battery are supplied. A hybrid vehicle is disclosed that includes a switch that switches between conduction and non-conduction of the main power supply wiring between the main battery and the power control unit using electric power, and a plurality of auxiliary machines that are operated by electric power supplied from the sub-battery. . In this hybrid vehicle, when the system is started, before the switch switches the main power supply wiring from non-conduction to conduction, the power is supplied from the sub-battery to the multiple auxiliary machines to perform initial operations on the multiple auxiliary machines. Let When the sub-battery voltage at the time of system startup is lower than a predetermined value, a time difference is provided in the timing of the initial operation of the plurality of auxiliary devices to cause the plurality of auxiliary devices to execute the initial operation. As a result, the sub-battery can supply power for initial operation to a plurality of auxiliary machines at different timings, so that the system can be started even in a situation where the sub-battery voltage is lowered. .
システム起動時のサブバッテリ電圧が非常に低下していると、サブバッテリからの電力ではスイッチを切り換えることができず、メインバッテリと電力制御ユニットの間を導通させられない場合がある。この場合は、上記の技術によってもシステムを起動することができない。 When the sub-battery voltage at the time of starting the system is very low, the switch cannot be switched by the power from the sub-battery, and the main battery and the power control unit may not be conducted. In this case, the system cannot be activated even by the above technique.
本明細書では、サブバッテリ電圧が非常に低下してサブバッテリからの電力でスイッチを切り換えることができない場合に対処する技術を開示する。 The present specification discloses a technique for dealing with a case where the switch cannot be switched by power from the sub battery because the sub battery voltage is very low.
本明細書が開示する自動車は、メインバッテリと、メインバッテリに接続されているメイン電源配線と、メイン電源配線に接続されているとともにメイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを含んでいる電力制御ユニットと、メインバッテリより低電圧なサブバッテリと、サブバッテリに接続されているサブ電源配線と、サブバッテリから供給される電力を利用してメインバッテリと電力制御ユニットの間でメイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、サブバッテリから供給される電力によって動作する複数の補機を備えている。さらに、第1コイルと第2コイルと第3コイルを含むトランスと、スイッチよりもメインバッテリ側のメイン電源配線と第1コイルを接続する第1回路と、スイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電源配線と第2コイルを接続する第2回路と、サブ電源配線と第3コイルを接続する第3回路を備えている。 The automobile disclosed in this specification includes a main battery, a main power supply wiring connected to the main battery, and a power that includes a smoothing capacitor connected to the main power supply wiring and smoothing the voltage of the main power supply wiring. The control unit, the sub-battery having a voltage lower than that of the main battery, the sub power wiring connected to the sub battery, and the main power wiring between the main battery and the power control unit using the power supplied from the sub battery. A switch that switches between conduction and non-conduction, and a plurality of auxiliary machines that operate with electric power supplied from the sub-battery are provided. Furthermore, a transformer including a first coil, a second coil, and a third coil, a main circuit on the main battery side of the switch and the first circuit connecting the first coil, and a main power source on the power control unit side of the switch A second circuit for connecting the wiring and the second coil, and a third circuit for connecting the sub power supply wiring and the third coil are provided.
第1回路はDC−ACコンバータの機能を有し、第2回路はAC−DCコンバータの機能を有し、第3回路はAC−DCコンバータの機能を有している。第1回路が動作すると、DCからACにコンバートされた電流が第1コイルに流れ、第1コイルがトランスの一次コイルとなる。その場合、第2コイルと第3コイルがトランスの二次コイルとなり、二次コイルにAC電流は発生する。このAC電流は第3回路によってDCにコンバートされ、サブ電源配線に供給される。複数の補機のうちの1つは、制御装置であり、その制御装置は、サブバッテリから供給される電力で動作する。その制御装置は、下記の制御手順を実行するように設定されている。即ち、スイッチによってメイン電源配線を非導通から導通に切り換えるに先立って第1回路を動作させる。するとメインバッテリからトランスを介してサブ電源配線に電力を供給する供給処理は開始する。その後に、複数の補機のうち第1回路の動作に関与しない補機にサブバッテリから電力を供給する。同時に、第1回路の動作中に、メインバッテリからトランスと第2回路を介して平滑コンデンサに電力を供給するプリチャージを実行する。前記プリチャージ完了後に、スイッチを切り換えてメイン電源配線を非導通から導通に切り換える処理手順を実行する。 The first circuit has a function of a DC-AC converter, the second circuit has a function of an AC-DC converter, and the third circuit has a function of an AC-DC converter. When the first circuit operates, the current converted from DC to AC flows to the first coil, and the first coil becomes the primary coil of the transformer. In that case, the second coil and the third coil become secondary coils of the transformer, and an AC current is generated in the secondary coil. This AC current is converted to DC by the third circuit and supplied to the sub power supply wiring. One of the plurality of auxiliary machines is a control device, and the control device operates with electric power supplied from the sub-battery. The control device is set to execute the following control procedure. That is, the first circuit is operated before the main power supply wiring is switched from non-conduction to conduction by the switch. Then, the supply process for supplying power from the main battery to the sub power supply wiring via the transformer starts. Then, electric power is supplied from the sub battery to the auxiliary equipment which is not involved in the operation of the first circuit of the plurality of auxiliary devices. At the same time, during the operation of the first circuit, precharging is performed to supply power from the main battery to the smoothing capacitor via the transformer and the second circuit. After completion of the precharge, a processing procedure for switching the main power supply wiring from non-conductive to conductive is performed by switching the switch.
上記の自動車では、スイッチによってメイン電源配線を非導通から導通に切り換える前に、第1回路を動作させてメインバッテリからサブ電源配線への電力の供給処理を開始する。その後にスイッチを切り換える。スイッチを切り換える際には、メインバッテリからサブ電源配線に電力が既に供給されており、供給処理が開始される前にサブバッテリからの電力ではスイッチを切り換えることができない状態でも、スイッチを切り換えることができる。この構成では、供給処理が開始される前にサブバッテリが供給する電力で制御装置と第1回路が動作できることを必要とする。一方で、供給処理が開始される前に複数の補機のうち第1回路の動作に関与しない補機に電力を供給しなくて済む。このため、供給処理が開始される前にサブバッテリ電圧が非常に低下している状況でもスイッチを切り換えることができる。 In the above automobile, before the main power supply wiring is switched from non-conduction to conduction by the switch, the first circuit is operated to start supplying power from the main battery to the sub power supply wiring. Then change the switch. When switching the switch, even if the power is already supplied from the main battery to the sub power supply wiring and the switch cannot be switched by the power from the sub battery before the supply process is started, the switch can be switched. it can. In this configuration, the control device and the first circuit need to be able to operate with the power supplied by the sub-battery before the supply process is started. On the other hand, before the supply process is started, it is not necessary to supply power to the auxiliary machines that are not involved in the operation of the first circuit among the plurality of auxiliary machines. For this reason, the switch can be switched even in a situation where the sub-battery voltage is very low before the supply process is started.
本明細書が開示する技術の詳細およびさらなる改良は発明を実施するための形態の欄において詳細に説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in detail in the section of Detailed Description.
図1に示す本実施例のハイブリッド車2は、メインバッテリ4の電力を利用して走行することもできるし、エンジン100を利用して走行することもできる。メインバッテリ4の電力を利用して走行する場合、ハイブリッド車2は、メインバッテリ4から供給される電力により第2モータ8を駆動し、第2モータ8の動力によって駆動輪(図示せず)を回転させる。エンジン100を利用して走行する場合には、ハイブリッド車2は、第1モータ6をセルモータとして使用しエンジン100を始動させる。そして、ハイブリッド車2は、動力分割機構102によって、エンジン100が発生させた動力の一部を駆動輪に伝達する一方、エンジン100の動力の残りを第1モータ6に伝達させて、第1モータ6に発電させる。第1モータ6で発電した電力は、第2モータ8に供給して駆動輪の回転に利用することもできるし、メインバッテリ4、サブバッテリ22に充電することもできる。なお、エンジン100を利用して走行している際に、さらにメインバッテリ4からも第2モータ8に電力を供給して、駆動輪を回転させることも可能である。走行中のハイブリッド車2が減速する際には、第2モータ8で回生発電し、第2モータ8で発電した電力をメインバッテリ4に充電することができる。
The
ハイブリッド車2は、モータ6、8とエンジン100と動力分割機構102の他に、電源システム1と、複数の補機26を備える。電源システム1は、メインバッテリ4と、サブバッテリ22と、電力制御ユニット(PCU)12と、第1回路28と、第2回路30と、第3回路32と、トランス36と、メイン電源配線10と、サブ電源配線24を備える。メインバッテリ4は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。本実施例では、メインバッテリ4の電圧は300V程度である。メインバッテリ4の電圧は、電圧センサ50で計測されている。ハイブリッド車2は、エンジン100の動力を用いて第1モータ6で発電し、第1モータ6で発電した電力をメインバッテリ4に充電することができる。また、走行中のハイブリッド車2が減速する際に、第2モータ8で回生発電し、第2モータ8で発電した電力をメインバッテリ4に充電することもできる。
The
メインバッテリ4は、メイン電源配線10を介して、PCU12に接続されている。メイン電源配線10は、メインバッテリ4の正極端子に接続された正極線10aと、メインバッテリ4の負極端子に接続された負極線10bを備えている。
The main battery 4 is connected to the PCU 12 via the main
PCU12は、メインバッテリ4と第1モータ6および第2モータ8の間に設けられている。PCU12は、平滑コンデンサ14と、コンバータ16と、インバータ18を備えている。平滑コンデンサ14は、メイン電源配線10の電圧を平滑化する。平滑コンデンサ14の電圧は、電圧センサ53で計測されている。コンバータ16は、メインバッテリ4から供給される電力の電圧を、必要に応じて第1モータ6や第2モータ8の駆動に適した電圧まで昇圧する。また、コンバータ16は、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力の電圧を、メインバッテリ4への充電に適した電圧まで降圧することもできる。本実施例では、第1モータ6や第2モータ8の駆動に用いる電圧は600V程度である。インバータ18は、メインバッテリ4から供給される直流電力を、第1モータ6や第2モータ8の駆動のための三相交流電力に変換する。また、インバータ18は、第1モータ6や第2モータ8が発電した三相交流電力を、メインバッテリ4へ充電するための直流電力に変換することもできる。
The PCU 12 is provided between the main battery 4 and the
メインバッテリ4とPCU12の間には、システムメインリレー(SMR)20が設けられている。SMR20は、メイン電源配線10の正極線10aの導通と非導通を切り換えるスイッチ20aと、メイン電源配線10の負極線10bの導通と非導通を切り換えるスイッチ20bを備えている。すなわち、SMR20は、サブバッテリ22から供給される電力を利用してスイッチ20a、20bのオンとオフを切り換えることによって、メイン電源配線10の導通と非導通を切り換える。
A system main relay (SMR) 20 is provided between the main battery 4 and the
ハイブリッド車2は、メインバッテリ4よりも低電圧のサブバッテリ22を備えている。サブバッテリ22は、鉛電池等の二次電池である。本実施例では、サブバッテリ22の電圧は13V〜14.5V程度である。サブバッテリ22の電圧は、電圧センサ54で計測されている。サブ電源配線24の電流値は、電流センサ52で計測されている。
The
サブバッテリ22は、サブ電源配線24を介して、複数の補機26に接続されている。サブバッテリ22は、複数の補機26のそれぞれに電力を供給する。複数の補機26は、電子制御ユニット(ECU)60と、図示しない空調装置、ナビゲーション装置、パワーステアリング、オーディオ装置、シートヒータ、ヘッドランプやルームランプ等の照明装置等を含む。ECU60は、CPUとメモリを含む。ECU60は、電源システム1及びECU60以外の複数の補機26に接続され、メモリに格納されたプログラムに従って、電源システム1及びECU60以外の複数の補機26を制御する。
The sub-battery 22 is connected to a plurality of
SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10とトランス36の第1コイル36cの間に第1回路28が接続されている。後に詳述するが、トランス36は、第1コイル36cの他に、第2コイル36aと第3コイル36bを備える。SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10と第2コイル36aとの間に第2回路30が接続されている。また、サブ電源配線24と第3コイル36bとの間に第3回路32が接続されている。SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10は、第1回路28とトランス36と第3回路32を介して、サブ電源配線24に接続されている。第1回路28とトランス36と第3回路32の組合せは、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。第1回路28とトランス36と第3回路32の組合せは、いわゆる双方向DC−DCコンバータであり、昇降圧DC−DCコンバータということができる。なお、第1回路28とトランス36と第3回路32の組合せは、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行わなくてもよい。
A
SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10とサブ電源配線24は、第2回路30とトランス36と第3回路32を介して接続されている。第2回路30とトランス36と第3回路32の組合せは、SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、サブ電源配線24からSMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。即ち、第2回路30とトランス36と第3回路32の組合せは、いわゆる双方向DC−DCコンバータであり、昇降圧DC−DCコンバータということができる。
The main
さらに、SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10とSMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10は、第1回路28とトランス36と第2回路30を介して接続されている。第1回路28とトランス36と第2回路30の組合せは、SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10からSMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10へ電力を供給する供給動作を行うこともできるし、SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10からSMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10へ電力を供給する供給動作を行うこともできる。なお、第1回路28とトランス36と第2回路30の組合せは、SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10からSMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10へ電力を供給する供給動作を行わなくてもよい。
Further, the main
電源システム1では、第1回路28、第2回路30及び第3回路32が動作することによって、SMR20の導通/非導通に関わらず、メイン電源配線10とサブ電源配線24の間で電力を融通し合うことができる。具体的には、第2回路30とトランス36と第3回路32の組合せが降圧動作を行うことで、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力をサブバッテリ22に充電することができる。また、第2回路30とトランス36と第3回路32の組合せが昇圧動作を行うことで、サブバッテリ22の電力を利用して第1モータ6や第2モータ8を駆動することができる。また、第1回路28とトランス36と第3回路32の組合せが降圧動作を行うことで、メインバッテリ4からの電力をサブバッテリ22に充電することができる。また、第1回路28とトランス36と第3回路32の組合せが昇圧動作を行うことで、サブバッテリ22からの電力をメインバッテリ4に充電することができる。さらに、SMR20が非導通であっても、第1回路28とトランス36と第2回路30の組合せが供給動作を行うことで、メインバッテリ4からの電力をサブ電源配線24を介さずにPCU12に供給することもできるし、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力をメインバッテリ4に充電することもできる。
In the power supply system 1, the
図2に、第1〜第3回路28、30、32とトランス36の概略の構成を示す。第1〜第3回路28、30、32とトランス36は、1個の筐体58に収容されている。第1回路28は、接続配線78を介して、メイン電源配線10に接続されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the first to
第1回路28は、フィルタ44と、スイッチング回路46と、逆流防止スイッチ45を備える。フィルタ44は、コンデンサ44aを備える。フィルタ44は、メイン電源配線10側でのノイズの発生を抑制する。逆流防止スイッチ45は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、第1回路28からメインバッテリ4側のメイン電源配線10に電力が供給可能な状態(即ちスイッチング素子がオンの状態)と不可能な状態(即ちスイッチング素子がオフの状態)を切り換える。
The
スイッチング回路46は、スイッチング素子46a、46b、46c、46dと、それぞれのスイッチング素子46a、46b、46c、46dに並列に接続された還流ダイオード46e、46f、46g、46hを備えている。スイッチング素子46aとスイッチング素子46bは直列に接続されており、スイッチング素子46cとスイッチング素子46dは直列に接続されている。
The switching
スイッチング回路46は、トランス36に接続されている。トランス36は、3個のコイル36a、36b、36cを備える。第1コイル36cは、接続配線76を介して、スイッチング回路46に接続されている。即ち、第1回路28は、SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10と第1コイル36cを接続する。第2コイル36aは、接続配線72を介して第2回路30のスイッチング回路34に接続されている。第3コイル36bは、接続配線74を介して第3回路32のスイッチング回路38に接続されている。トランス36では、第2コイル36aから第3コイル36bへ降圧して電力を供給することもできるし、第3コイル36bから第2コイル36aへ昇圧して電力を供給することもできる。さらに、トランス36では、第1コイル36cから第3コイル36bへ降圧して電力を供給することもできるし、第3コイル36bから第1コイル36cへ昇圧して電力を供給することもできる。また、第1コイル36cから第2コイル36aへ電圧を変化させずに電力を供給することもできるし、第2コイル36aから第1コイル36cへ電圧を変化させずに電力を供給することもできる。
The switching
第1コイル36cの一端は、接続配線76を介してスイッチング素子46aとスイッチング素子46bの間に接続されており、第1コイル36cの他端は、接続配線76を介してスイッチング素子46cとスイッチング素子46dの間に接続されている。
One end of the
スイッチング回路46では、スイッチング素子46a、46b、46c、46dのそれぞれのオンオフが所定のタイミングで切り替えられることによって、メイン電源配線10からスイッチング回路46に供給される直流電力を交流電力へと変換する。即ち、スイッチング回路46は、DC−ACコンバータとして機能する。また、スイッチング回路46では、ダイオード46e、46f、46g、46hによって、トランス36から供給される交流電力を直流電力に変換する。即ち、スイッチング回路46は、AC−DCコンバータ(即ち整流器)としても機能する。
In the switching
第1回路28は、制御回路43によって制御されている。具体的には、制御回路43は、スイッチング回路46のスイッチング素子46a、46b、46c、46d及び逆流防止スイッチ45の動作を制御する。
The
第2コイル36aに接続されている第2回路30は、接続配線70を介して、メイン電源配線10に接続されている。即ち、第2回路30は、SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10と第2コイル36aを接続する。第2回路30は、フィルタ33と、スイッチング回路34と、逆流防止スイッチ31を備える。フィルタ33は、コンデンサ33aを備える。フィルタ33は、メイン電源配線10側でのノイズの発生を抑制する。逆流防止スイッチ31は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、第2回路30からPCU12側のメイン電源配線10に電力が供給可能な状態(即ちスイッチング素子がオンの状態)と不可能な状態(即ちスイッチング素子がオフの状態)を切り換える。
The
スイッチング回路34は、スイッチング素子34a、34b、34c、34dと、それぞれのスイッチング素子34a、34b、34c、34dに並列に接続された還流ダイオード34e、34f、34g、34hを備えている。スイッチング素子34aとスイッチング素子34bは直列に接続されており、スイッチング素子34cとスイッチング素子34dは直列に接続されている。第2コイル36aの一端は、接続配線72を介してスイッチング素子34aとスイッチング素子34bの間に接続されており、第2コイル36aの他端は、接続配線72を介してスイッチング素子34cとスイッチング素子34dの間に接続されている。
The switching
スイッチング回路34では、スイッチング素子34a、34b、34c、34dのそれぞれのオンオフが所定のタイミングで切り替えられることによって、メイン電源配線10からスイッチング回路34に供給される直流電力を交流電力へと変換する。即ち、スイッチング回路34は、DC−ACコンバータとして機能する。また、スイッチング回路34では、ダイオード34e、34f、34g、34hによって、トランス36から供給される交流電力を直流電力に変換する。即ち、スイッチング回路34は、AC−DCコンバータ(即ち整流器)としても機能する。
In the switching
第3コイル36bに接続されている第3回路32は、サブ電源配線24に接続されている。即ち、第2回路32は、サブ電源配線24と第3コイル36bを接続する。第3回路32は、フィルタ40と、スイッチング回路38と、逆流防止スイッチ41と、を備える。フィルタ40は、インダクタ40aとコンデンサ40bを備えている。フィルタ40は、サブ電源配線24側でのノイズの発生を抑制する。逆流防止スイッチ41は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、第3回路32からサブ電源配線24に電力が供給可能な状態(即ちスイッチング素子がオンの状態)と不可能な状態(即ちスイッチング素子がオフの状態)を切り換える。
The
スイッチング回路38は、スイッチング素子38a、38b、38c、38dと、それぞれのスイッチング素子38a、38b、38c、38dに並列に接続された還流ダイオード38e、38f、38g、38hと、インダクタ38iと、コンデンサ38jを備えている。スイッチング素子38aとスイッチング素子38bは直列に接続されており、スイッチング素子38cとスイッチング素子38dは直列に接続されている。第3コイル36bの一端は、接続配線74を介してスイッチング素子38aとスイッチング素子38bの間に接続されており、第3コイル36bの他端は、接続配線74を介してスイッチング素子38cとスイッチング素子38dの間に接続されている。
The switching
スイッチング回路38では、スイッチング素子38a、38b、38c、38dのそれぞれのオンオフが所定のタイミングで切り替えられることによって、サブ電源配線24からスイッチング回路38に供給される直流電力を交流電力へと変換する。即ち、スイッチング回路38は、DC−ACコンバータとして機能する。また、スイッチング回路38では、ダイオード38e、38f、38g、38hによって、トランス36から供給される交流電力を直流電力に変換する。即ち、スイッチング回路38は、AC−DCコンバータ(即ち整流器)としても機能する。
In the switching
第2回路30と第3回路32は、制御回路42によって制御される。具体的には、制御回路42は、第2回路30のスイッチング回路34のスイッチング素子34a、34b、34c、34d及び逆流防止スイッチ31と、第3回路32のスイッチング回路38のスイッチング素子38a、38b、38c、38d及び逆流防止スイッチ41の動作を制御する。
The
次いで、第1〜第3回路28、30、32の動作について説明する。最初に、第2回路30と第3回路32とが動作することによって、第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する場合を説明する。第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する際には、第2回路30のスイッチング回路34においてスイッチング素子34a、34b、34c、34dが動作してDC−ACコンバータとして機能することによって、メイン電源配線10から供給される直流電力を交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧をトランス36において降圧して、第3回路32のスイッチング回路38がAC−DCコンバータとして機能することによって交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、スイッチング回路38では、還流ダイオード38e、38f、38g、38hによる整流と、インダクタ38iおよびコンデンサ38jによる平滑化がなされる。これによって、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給することができる。なお、スイッチング回路38がAC−DCコンバータとして機能する際に、スイッチング素子38a、38b、38c、38dのそれぞれは、並列に接続されている還流ダイオード38e、38f、38g、38hに電流が流れる間オンされる。これにより、還流ダイオード38e、38f、38g、38hに流れる電流を低減させることができる。
Next, operations of the first to
次いで、第2回路30と第3回路32とが動作することによって、第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが昇圧動作を実行する場合を説明する。第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが昇圧動作を実行する際には、第3回路32のスイッチング回路38においてスイッチング素子38a、38b、38c、38dが動作してDC−ACコンバータとして機能することによって、サブ電源配線24から供給される直流電力から交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧をトランス36において昇圧して、第2回路30のスイッチング回路34がAC−DCコンバータとして機能することによって交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、スイッチング回路34では、還流ダイオード34e、34f、34g、34hによる整流がなされ、フィルタ33において平滑化がなされる。これによって、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給することができる。なお、スイッチング回路34がAC−DCコンバータとして機能する際に、スイッチング素子34a、34b、34c、34dのそれぞれは、並列に接続されている還流ダイオード34e、34f、34g、34hに電流が流れる間オンされる。これにより、還流ダイオード34e、34f、34g、34hに流れる電流を低減させることができる。
Next, a case where the combination of the
第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せの昇降圧動作中では、第1回路28の逆流防止スイッチ45を第1回路28からメインバッテリ4側のメイン電源配線10に供給不可能な状態に維持することによって、メインバッテリ4側のメイン電源配線10に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。
During the step-up / step-down operation of the combination of the
次いで、第1回路28と第3回路32とが動作することによって、第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する場合を説明する。第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する際には、第1回路28のスイッチング回路46においてスイッチング素子46a、46b、46c、46dが動作してDC−ACコンバータとして機能することによって、メイン電源配線10から供給される直流電力から交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧をトランス36において降圧して、第3回路32のスイッチング回路38がAC−DCコンバータとして機能することによって交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、スイッチング回路38は、第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する場合と同様に動作する。これによって、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給することができる。
Next, the case where the combination of the
次いで、第1回路28と第3回路32とが動作することによって、第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが昇圧動作を実行する場合を説明する。第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが昇圧動作を実行する際には、第3回路32のスイッチング回路38は、第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せの昇圧動作の場合と同様に、DC−ACコンバータとして機能することによって、サブ電源配線24から供給される直流電力から交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧をトランス36において昇圧して、第1回路28のスイッチング回路46がAC−DCコンバータとして機能することによって交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、スイッチング回路46では、還流ダイオード46e、46f、46g、46hによる整流がなされ、フィルタ44において平滑化がなされる。これによって、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給することができる。なお、スイッチング回路46がAC−DCコンバータとして機能する際に、スイッチング素子46a、46b、46c、46dのそれぞれは、並列に接続されている還流ダイオード46e、46f、46g、46hに電流が流れる間オンされる。これにより、還流ダイオード46e、46f、46g、46hに流れる電流を低減させることができる。
Next, the case where the combination of the
第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せの昇降圧動作中では、第2回路30の逆流防止スイッチ31を第2回路30からPCU12側のメイン電源配線10に供給不可能な状態に維持することによって、PCU12側のメイン電源配線10に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。
During the step-up / step-down operation of the combination of the
次いで、第1回路28と第2回路30とが動作することによって、第1回路28とトランス36と第2回路30との組合せが供給動作を実行する場合を説明する。第1回路28とトランス36と第2回路30との組合せが供給動作を実行する際には、第1回路28のスイッチング回路46は、第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する場合と同様に、DC−ACコンバータとして機能することによって、メイン電源配線10から供給される直流電力から交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧をトランス36において電圧を変えずに、第2回路30のスイッチング回路34において交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、スイッチング回路34は、第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが昇圧動作を実行する場合と同様に、AC−DCコンバータとして機能することによって交流電力から直流電力へと変換する。これによって、SMR20がメイン電源配線10を非導通に維持した状態で、SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10からSMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10へ電圧を変えずに電力を供給することができる。
Next, the case where the combination of the
また、第1回路28とトランス36と第2回路30との組合せが供給動作を実行する際に、第2回路30のスイッチング回路34が、第2回路30とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行する場合と同様に、DC−ACコンバータとして機能することによって、メイン電源配線10から供給される直流電力から交流電力へと変換する。そして、変換された交流電圧をトランス36において電圧を変えずに、第1回路28のスイッチング回路46において交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、スイッチング回路46は、第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが昇圧動作を実行する場合と同様に、AC−DCコンバータとして機能することによって交流電力から直流電力へと変換する。これによって、SMR20がメイン電源配線10を非導通に維持した状態で、SMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10からSMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10へ電圧を変えずに電力を供給することができる。
Further, when the combination of the
この供給動作中では、第3回路32の逆流防止スイッチ41を第3回路32からサブ電源配線24に供給不可能な状態に維持することによって、サブ電源配線24に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。
During this supply operation, power is unintentionally supplied to the sub
上記した第1〜第3回路28、30、32の動作によって、メインバッテリ4側のメイン電源配線10とPCU12側のメイン電源配線10とサブ電源配線24の間で、電力を融通し合うことができる。この結果、車両に蓄電される電力を有効に利用することができる。
Through the operations of the first to
図2に示した第1〜第3回路28、30、32の具体的な回路構成はあくまでも一例であり、第2回路30と第3回路32では、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作と、サブ電源配線24からメイン電源配線10へ昇圧して電力を供給する昇圧動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。また、第1回路28も同様に、メイン電源配線10からサブ電源配線24へ降圧して電力を供給する降圧動作と、SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電源配線10からSMR20よりもPCU12側のメイン電源配線10へ供給動作が可能であれば、どのような構成のものを用いてもよい。制御回路42、43は、ECU60によって制御される。
The specific circuit configuration of the first to
ハイブリッド車2において、運転者が例えばイグニションスイッチをオフからオンに切り替えると、電源システム1が起動する。図3を参照して、ハイブリッド車2で実行される電源システム1を起動するための起動処理を説明する。
In the
起動処理では、まず、S12において、ハイブリッド車2において、複数の補機26のうちECU60のみが起動される。一方で、ECU60以外の複数の補機26は、起動されない。次いで、S14では、S12で起動されたECU60は、第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を実行するように、制御回路42、43に、第1回路28及び第3回路30を作動させるための指示を送信する。この結果、第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せが降圧動作を開始することによって、SMR20がメイン電源配線10を非導通に維持した状態で、メインバッテリ4からサブバッテリ22への電力供給が開始される。この降圧動作では、第1回路28のスイッチング回路46がDC−ACコンバータとして機能し、第3回路32のスイッチング回路38がAC−DCコンバータとして機能する。ECU60は、さらに、制御回路42、43に、逆流防止スイッチ45、31をオフにさせ、逆流防止スイッチ41をオンにさせるための指示を送信する。
In the activation process, first, in S12, only the
次いで、S16では、ECU60は、第1回路28とトランス36と第2回路30の組合せが供給動作を実行するように、制御回路42に第2回路を作動させるための指示を送信する。なお、第1回路28は、S14で作動されDC−ACコンバータとして動作中である。この結果、第1回路28とトランス36と第2回路30との組合せが供給動作を開始することによって、SMR20がメイン電源配線10を非導通に維持した状態で、メインバッテリ4からPCU12への電力供給が開始される。ECU60は、さらに、制御回路42に、逆流防止スイッチ31をオンにさせるための指示を送信する。
Next, in S <b> 16, the
SMR20を非導通から導通へ切り換える際に、メインバッテリ4の電圧と、PCU12の平滑コンデンサ14の電圧が相違していると、SMR20が導通に切り換わった直後にメイン電源配線10に大きな突入電流が流れる。ハイブリッド車2では、SMR20を非導通から導通へ切り換える前に、メインバッテリ4の電圧と平滑コンデンサ14の電圧を一致させるために、平滑コンデンサ14のプリチャージを行う。
When the
S18では、ECU60は、電圧センサ50で計測されるメインバッテリ4の電圧VBと、電圧センサ56で計測される平滑コンデンサ14の電圧VLとの差(VB−VL)が、所定の電位差Vz以下であるか否かを判断する。所定の電位差Vzは、SMR20を非導通から導通に切り換えた直後にメインバッテリ4から平滑コンデンサ14へ流れる突入電流などによって、SMR20のスイッチ20a、20bの各接点が溶着したり、スイッチ20a、20bが機能不能になったりしない程度の電圧差である。
In S18, the
メインバッテリ4の電圧VBと平滑コンデンサ14の電圧VLとの差(VB−VL)が、所定の電位差Vz以下でない場合には(S18でNO)、電圧VBと平滑コンデンサ14の電圧VLとの差(VB−VL)が、所定の電位差Vz以下となるまで、S18の処理を繰り返し実行する。これにより、SMR20を非導通から導通に切り換えた直後にメインバッテリ4から平滑コンデンサ14へ流れる突入電流などによって、SMR20のスイッチ20a、20bに不具合が生じるのを防ぐ。一方、所定の電位差Vz以下である場合には(S18でYES)、S20において、ECU60は、第1〜第3回路28、30、32の動作を停止させ、逆流防止スイッチ31、41、45をオフにするための信号を、制御回路42、43に送信して、サブバッテリ22の充電及びプリチャージを終了する。
If the difference (VB−VL) between the voltage VB of the main battery 4 and the voltage VL of the smoothing
次いで、S22では、ECU60は、SMR20を非導通から導通に切り換える。この結果、メインバッテリ4からPCU12へSMR20を介して電力を供給することができる。これにより、メインバッテリ4の電力を利用して、モータ6、8を駆動させることができる。メイン電源配線10が非導通から導通に切り換わる時点では、プリチャージが既に終了している。このため、SMR20を非導通から導通に切り換えたときに、メインバッテリ4から平滑コンデンサ14に大きな突入電流が流れない。なお、SMR20を非導通から導通に切り換える際に、第1〜第3回路28、30、32の動作を停止させなくてもよい。即ち、S20の処理が、S22の処理よりも後に実行されてもよい。この構成では、メインバッテリ4からサブ電源配線24に電力が供給されている間に、SMR20が非導通から導通に切り換えられ、サブ電源配線24に供給される電力を利用して、SMR20を非導通から導通に切り換えてもよい。
Next, in S22, the
次に、S24では、ECU60は、複数の補機26のうち、ECU60以外の補機を動作させる。ECU60以外の補機は、サブバッテリ22から供給される電力によって動作する。ECU60以外の補機に電力が供給されるタイミングでは、サブバッテリ22は、メインバッテリ4からの電力によって充電されている。このため、サブバッテリ22の電力が不足して補機が動作することができなくなる状況を回避することができる。
Next, in S24, the
上記の構成では、SMR20によってメイン電源配線10を非導通から導通に切り換える前に、複数の補機26のうちECU60のみを起動する。そして、ECU60が第1回路28とトランス36と第3回路32との組合せに降圧動作を実行されることによって、SMR20によって非導通から導通に切り換える前に、メインバッテリ4からサブバッテリ22へ電力を供給することができる。このため、図3の起動処理が実行される前では、サブバッテリ22がSMR20を非導通から導通に切り換えるために必要な電力を供給できないほど充電電力量が低下していても、ECU60の起動と、第1回路28とトランス36と第3回路32の組合せの降圧動作を実行するだけの電力量が残存していればよい。これにより、S22においてサブバッテリ22がSMR20に電力を供給すべきタイミングでは、SMR20に必要な電力を供給することができる。なお、図3の起動処理において、ECU60は、S20を実行する前に、サブバッテリ22の電圧、即ち電圧センサ54の電圧VSが所定値以上か否かを判断し、電圧VSが所定値以上である場合に、S20に進んでもよい。
In the above configuration, before the main
また、S16、S18のプリチャージでは、メインバッテリ4からPCU12に電力を供給する。この構成によると、サブバッテリ22からPCU12に電力を供給しなくてもよく、プリチャージによってサブバッテリ22の充電電力量が低下することを防止することができる。
In the precharge in S16 and S18, power is supplied from the main battery 4 to the
第1〜第3回路28、30、32の構成は、上記の実施例の構成に限定されない。例えば、サブ電源配線24から電力を供給しない構成を採用する場合、第3回路32は、スイッチング素子38a〜38dを有していなくてもよい。すなわち、第3回路32は、AC−DCコンバータとして機能する一方、DC−ACコンバータとして機能しなくてもよい。
The configurations of the first to
さらに、PCU12側のメイン電源配線10から電力を供給しない構成を採用する場合、第2回路30は、スイッチング素子34a〜34dを有していなくてもよい。すなわち、第2回路30は、AC−DCコンバータとして機能する一方、DC−ACコンバータとして機能しなくてもよい。
Furthermore, when adopting a configuration in which power is not supplied from the main
また、メインバッテリ4側のメイン電源配線10に電力を供給しない構成を採用する場合、第1回路28は、DC−ACコンバータとして機能する一方、AC−DCコンバータとして機能しなくてもよい。
When adopting a configuration in which power is not supplied to the main
なお、少なくとも、第1回路28がDC−ACコンバータの機能を有し、第3回路32がAC−DCコンバータの機能を有していればよい。
It is sufficient that at least the
ECU60は、1個のCPUと1個のメモリを含んでいてもよく、複数のCPUを含んでいてもよく、複数のメモリを含んでいてもよい。また、ECU60は、複数のECUが別個に配置されるように構成されていてもよい。例えば、ECU60が第1のECUと第2のECUを含む複数のECUを含んでおり、第1のECUが第1〜第3回路28、30、32を制御し、第2のECUがECU60以外の補機を制御する場合、図3のS12では、第1のECUを起動し、第2のECUを起動しなくてもよい。ECU60が複数のECUを含む場合、図3のS12では、S14〜S22を実行するために必要なECU、即ち、第1〜第3回路28、30、32を動作させるためのECUと、電圧センサ50、53から電圧VB、VLを取得するECUと、SMRを制御するECUを起動し、他のECUを起動しなくてもよい。
The
図3のS12では、ECU60のみを起動させているが、ECU60以外の複数の補機26のうち、少なくとも1個の補機を、S22の処理の前に起動させてもよい。例えば、ハイブリッド車2のインストルメントパネルを動作させて、電源システム1が起動中であることを示してもよい。あるいは、動作に必要な電力が低い補機を動作させてもよい。この場合、少なくとも1個の補機(例えば動作に必要な電力が高い補機)をS22の処理の前に起動しなければよい。
In S12 of FIG. 3, only the
逆流防止スイッチ31、41、45の少なくとも1つは、対応するコイルと対応する電源配線との間で電力が供給されないように遮断する遮断スイッチであってもよい。例えば、逆流防止スイッチ31を遮断スイッチに置換する場合、遮断スイッチがオンである場合、第2コイル36aとPCU12側のメイン電源配線10の間で電力の供給が可能となる一方、遮断スイッチがオフである場合、第2コイル36aとPCU12側のメイン電源配線10の間で電力の供給が不可能となってもよい。
At least one of the backflow prevention switches 31, 41, 45 may be a cut-off switch that cuts off power so that power is not supplied between the corresponding coil and the corresponding power supply wiring. For example, when the
また、スイッチング回路34、38、46がAC−DCコンバータとして機能する場合、スイッチング回路34、38、46に含まれるスイッチング素子34a、34b、34c、34d、38a、38b、38c、38d、46a、46b、46c、46dは、動作せずにオフ(即ち非導通)で維持されていてもよい。
When the switching
上記の実施例では、ハイブリッド車2が「自動車」の一例である。しかしながら、「自動車」は、エンジンを備えず走行用のモータだけを備える電気自動車であってもよい。
In the above embodiment, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
幾つかの実施形態では、電力制御ユニットが、メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを含んでいてもよい。第2回路がAC−DCコンバータの機能を有していてもよい。第1回路の動作中に、メインバッテリからトランスと第2回路を介して平滑コンデンサに電力を供給するプリチャージを実行し、プリチャージ完了後に、スイッチを切り換えてメイン電源配線を非導通から前記導通に切り換える処理手順を実行してもよい。この構成によると、メインバッテリから電力制御ユニットに電力を供給して平滑コンデンサのプリチャージを行うことによって、スイッチを非導通から導通へ切り換えた直後に、メインバッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧の相違によってメイン電源配線に大きな突入電流が流れることを防止することができる。 In some embodiments, the power control unit may include a smoothing capacitor that smoothes the voltage of the main power supply wiring. The second circuit may have the function of an AC-DC converter. During operation of the first circuit, precharge is performed to supply power from the main battery to the smoothing capacitor via the transformer and the second circuit, and after the precharge is completed, the switch is switched to switch the main power supply wiring from the non-conductive state to the conductive state. A processing procedure for switching to may be executed. According to this configuration, the difference between the voltage of the main battery and the voltage of the smoothing capacitor immediately after switching the switch from non-conduction to conduction by supplying power from the main battery to the power control unit and precharging the smoothing capacitor. Therefore, it is possible to prevent a large inrush current from flowing through the main power supply wiring.
1 :電源システム
2 :ハイブリッド車
4 :メインバッテリ
10 :メイン電源配線
12 :PCU
14 :平滑コンデンサ
20 :SMR
22 :サブバッテリ
24 :サブ電源配線
26 :補機
28 :第1回路
30 :第2回路
31、41、45 :逆流防止スイッチ
32 :第3回路
36 :トランス
36a :第2コイル
36b :第3コイル
36c :第1コイル
1: Power supply system 2: Hybrid vehicle 4: Main battery 10: Main power supply wiring 12: PCU
14: Smoothing capacitor 20: SMR
22: Sub battery 24: Sub power supply wiring 26: Auxiliary machine 28: First circuit 30:
Claims (1)
前記メインバッテリに接続されているメイン電源配線と、
前記メイン電源配線に接続されているとともに前記メイン電源配線の電圧を平滑化する平滑コンデンサを含んでいる電力制御ユニットと、
前記メインバッテリより低電圧なサブバッテリと、
前記サブバッテリに接続されているサブ電源配線と、
前記サブバッテリから供給される電力によって、前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間で、前記メイン電源配線の導通と非導通を切り換えるスイッチと、
前記サブバッテリから供給される電力によって動作する複数の補機と、
第1コイルと第2コイルと第3コイルを含むトランスと、
前記スイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電源配線と前記第1コイルを接続する第1回路と、
前記スイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電源配線と前記第2コイルを接続する第2回路と、
前記サブ電源配線と前記第3コイルを接続する第3回路と、
を備えており、
前記第1回路がDC−ACコンバータの機能を有し、
前記第2回路がAC−DCコンバータの機能を有し、
前記第3回路がAC−DCコンバータの機能を有し、
前記複数の補機のうちの1つは、制御装置であり、
前記制御装置が、前記スイッチによって前記メイン電源配線を前記非導通から前記導通に切り換えるに先立って、前記第1回路を動作させて前記メインバッテリから前記トランスと前記第3回路を介して前記サブ電源配線に電力を供給する供給処理を開始し、その後に、前記複数の補機のうち前記第1回路の動作に関与しない補機に前記サブバッテリから電力を供給するとともに、前記第1回路の動作中に、前記メインバッテリから前記トランスと前記第2回路を介して前記平滑コンデンサに電力を供給するプリチャージを実行し、前記プリチャージ完了後に、前記スイッチを切り換えて前記メイン電源配線を前記非導通から前記導通に切り換える処理手順を実行する、自動車。 A main battery,
Main power supply wiring connected to the main battery;
A power control unit connected to the main power supply wiring and including a smoothing capacitor for smoothing the voltage of the main power supply wiring ;
A sub battery having a lower voltage than the main battery;
Sub power supply wiring connected to the sub battery;
A switch that switches between conduction and non-conduction of the main power supply wiring between the main battery and the power control unit by power supplied from the sub-battery,
A plurality of auxiliary machines operated by electric power supplied from the sub-battery;
A transformer including a first coil, a second coil, and a third coil;
A first circuit that connects the main coil and the first coil on the main battery side of the switch;
A second circuit that connects the main coil and the second coil closer to the power control unit than the switch;
A third circuit connecting the sub power supply wiring and the third coil;
With
The first circuit has a function of a DC-AC converter;
The second circuit has a function of an AC-DC converter;
The third circuit has an AC-DC converter function;
One of the plurality of auxiliary machines is a control device,
Prior to switching the main power supply wiring from the non-conductive state to the conductive state by the switch, the control device operates the first circuit so that the sub power source is connected from the main battery via the transformer and the third circuit. Supply processing for supplying power to the wiring is started, and thereafter, power is supplied from the sub-battery to the auxiliary machines not involved in the operation of the first circuit among the plurality of auxiliary machines, and the operation of the first circuit During the precharge, power is supplied from the main battery to the smoothing capacitor via the transformer and the second circuit, and after the precharge is completed, the switch is switched to disconnect the main power supply wiring from the non-conduction An automobile that executes a processing procedure for switching from continuity to conduction.
Priority Applications (1)
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