JP7768110B2 - 電力制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、電源システムの出力電力を制御する電力制御装置に関する。

特許文献１に、車両のエンジン始動をより確実に行うことが可能な制御装置が開示されている。この特許文献１には、出力電流が閾値以上となった場合に出力電圧を低下させることによって出力電流を制限するＤＣＤＣコンバーターを使用して、エンジン始動用のモーターに電力を供給してエンジンを始動させる際、閾値を通常時よりも大きくするブースト制御を行うことが記載されている。

特開２０２０－１５７８６１号公報

通常、ＤＣＤＣコンバーターには、許容される出力電流の上限値（出力限界）がある。このため、ＤＣＤＣコンバーターから出力される電力が供給先の負荷が要求する電力に満たない場合、上記特許文献１に記載されたブースト制御を行って閾値を上昇させたとしても、ＤＣＤＣコンバーターからの電流が足りずに必要な電力を負荷に供給できないおそれがある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ＤＣＤＣコンバーターの出力限界を超える電流を供給先の負荷が必要とする場合であっても、必要な電力を負荷に供給することができる電力制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、バッテリーの電力を負荷に供給するＤＣＤＣコンバーターと、発電した電力を負荷へ供給可能にＤＣＤＣコンバーターと並列に接続されるオルタネーターと、を構成に含む、電源システムを制御する電力制御装置であって、ＤＣＤＣコンバーターが負荷に出力する電流を監視する監視部と、ＤＣＤＣコンバーターおよびオルタネーターの動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、監視部が監視するＤＣＤＣコンバーターの出力電流が第１の閾値以上である場合は、オルタネーターを発電するように制御し、監視部が監視するＤＣＤＣコンバーターの出力電流が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合は、オルタネーターを発電しないように制御する、電力制御装置である。

上記本開示の電力制御装置によれば、ＤＣＤＣコンバーターの出力限界を超える電流を供給先の負荷が必要とする場合、ＤＣＤＣコンバーターとオルタネーターとが並行して負荷に電力を出力するため、必要な電力を負荷に供給することができる。

本開示の一実施形態に係る電力制御装置とその周辺部のブロック図 電力制御装置が実行する電力制御の処理フローチャート

本開示の電力制御装置は、バッテリーから負荷に電力を供給するＤＣＤＣコンバーターと、ＤＣＤＣコンバーターと並列に負荷に接続されるオルタネーターと、を構成に含む電源システムを制御する。電力制御装置は、ＤＣＤＣコンバーターから負荷への電力供給だけではＤＣＤＣコンバーターが出力限界を超えてしまう場合、ＤＣＤＣコンバーターとオルタネーターとからそれぞれ負荷に電力を並行供給する。この並行供給の制御によって、必要な電力を負荷に供給することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施形態］
＜構成＞
図１は、本開示の一実施形態に係る電力制御装置３００とその周辺部の概略構成を示す機能ブロック図である。図１に例示した機能ブロックは、電源システム１００と、負荷２００と、電力制御装置３００と、エンジン４００と、を備えている。

この電力制御装置３００は、例えば、内燃機関であるエンジン４００を動力源として用いるハイブリッド自動車（ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）などの車両に搭載される。

電源システム１００は、負荷２００に電力を供給するための構成である。この電源システム１００は、バッテリー１１０と、ＤＣＤＣコンバーター１２０と、オルタネーター１３０と、を備えている。

バッテリー１１０は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成された二次電池である。バッテリー１１０は、蓄えている電力をＤＣＤＣコンバーター１２０に出力することができる。このバッテリー１１０としては、車両の走行に利用される駆動用バッテリーを例示できる。

ＤＣＤＣコンバーター１２０は、バッテリー１１０と負荷２００とを接続して設けられ、バッテリー１１０の電力を負荷２００に適した電圧の電力に変換して、負荷２００に出力する電圧変換器である。このＤＣＤＣコンバーター１２０は、電力制御装置３００と信号線（図１の点線）で接続されており、負荷２００からの要求などに応じた電力制御装置３００の指示によって動作が制御される。このＤＣＤＣコンバーター１２０としては、バッテリー１１０の電圧を降圧して負荷２００に出力する降圧型のＤＣＤＣコンバーターを例示できる。

オルタネーター１３０は、エンジン４００の駆動に応じて発電することができる発電機である。このオルタネーター１３０は、ＤＣＤＣコンバーター１２０の電力と共に自らの発電電力を負荷２００に出力できるように、ＤＣＤＣコンバーター１２０と並列に接続されている。このオルタネーター１３０による発電電力の出力の可否は、電力制御装置３００によって制御される。

電力制御装置３００は、ＤＣＤＣコンバーター１２０および／またはオルタネーター１３０から負荷２００への電力供給を制御するための構成である。この電力制御装置３００は、監視部３１０と、制御部３２０と、を備えている。

監視部３１０は、電力供給のためにＤＣＤＣコンバーター１２０が負荷２００に出力する電流を監視する。このＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流は、電源システム１００などに設けられた電流センサー（図示せず）などを用いて取得することができる。

制御部３２０は、ＤＣＤＣコンバーター１２０およびオルタネーター１３０の動作を制御する。より具体的には、制御部３２０は、負荷２００の電力要求などに応じて、ＤＣＤＣコンバーター１２０に対してバッテリー１１０から負荷２００への電力供給を実施するための指示を行う。また、制御部３２０は、監視部３１０が監視するＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流に基づいて、オルタネーター１３０の動作（発電状態）を制御する。このオルタネーター１３０の動作に関する制御については、後述する。

上述した電力制御装置３００の一部または全部は、典型的にはマイコンなどのプロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスなどを含んだ電子制御ユニット（ＨＶ＿ＥＣＵ、ＥＦＩ＿ＥＣＵなど）によって構成され得る。この電子制御ユニットは、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、上述した監視部３１０および制御部３２０が行う一部または全部の機能を実現することができる。

負荷２００は、車両に搭載された電力を消費する電子機器や装備などである。この負荷２００は、ＤＣＤＣコンバーター１２０を介して供給されるバッテリー１１０の電力および／またはオルタネーター１３０で発電された電力によって動作するように構成されている。なお、負荷２００は、図示しない他のバッテリー（補機バッテリーなど）の電力で動作してもよい。

＜制御＞
次に、図２をさらに参照して、本実施形態に係る電力制御装置３００が実施する制御を説明する。図２は、電力制御装置３００の制御部３２０が実行する電力制御の処理手順を説明するフローチャートである。図２に例示する電力制御は、例えば負荷２００によって電力の供給が要求される（または電力の消費が発生する）と開始される。

（ステップＳ２０１）
制御部３２０は、ＤＣＤＣコンバーター１２０に対して、負荷２００に電力を供給するように指示する。供給電力は、負荷２００の要求や負荷２００に接続される他のバッテリー（図示せず）の物理量（電圧、電流）などに応じて定まる電圧指示値によって制御される。制御部３２０によってＤＣＤＣコンバーター１２０に電力供給が指示されると、ステップＳ２０２に処理が進む。

（ステップＳ２０２）
制御部３２０は、監視部３１０が監視するＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流を取得し、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第１の閾値以上であるか否かを判断する。この判断は、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が自らの出力限界を超えていないか否かを確認するために行われる。よって、第１の閾値は、ＤＣＤＣコンバーター１２０に出力が許容される電流の上限値に基づいて、この上限値よりも低い任意の値に設定することができる。

制御部３２０が、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第１の閾値以上であると判断した場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０４に処理が進む。一方、制御部３２０が、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第１の閾値未満であると判断した場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、ステップＳ２０３に処理が進む。

（ステップＳ２０３）
制御部３２０は、監視部３１０が監視するＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流を取得し、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第２の閾値以下であるか否かを判断する。この判断は、上記ステップＳ２０２で第１の閾値以上であると判断したＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が直ちに第１の閾値未満に変化することによる制御の影響を回避するために行われる。つまり、この判断は、後述するステップＳ２０４による第１の状態とステップＳ２０５による第２の状態との間の遷移が頻繁に行われないよう、ヒステリシスを持たせるために実施される。よって、第２の閾値は、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が軽微に変動しても第１の状態と第２の状態とが短期間で頻繁に切り替わることがない第１の閾値よりも小さい任意の値に設定することができる。

制御部３２０が、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第２の閾値以下であると判断した場合は（ステップＳ２０３、はい）、ステップＳ２０５に処理が進む。一方、制御部３２０が、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第２の閾値を超えると判断した場合は（ステップＳ２０３、いいえ）、本電力制御が終了する。

（ステップＳ２０４）
制御部３２０は、エンジン４００の始動を要求するフラグをＯＮに設定する。このフラグのＯＮ設定に応じて、所定の電子制御ユニットの制御によってエンジン４００が始動する（すでに稼働している場合には、その動作が継続される）。制御部３２０によってエンジン始動要求フラグがＯＮに設定されると、ステップＳ２０６に処理が進む。

（ステップＳ２０５）
制御部３２０は、エンジン４００の始動を要求するフラグをＯＦＦに設定する。このフラグのＯＦＦ設定に応じて、所定の電子制御ユニットの制御によって稼働中のエンジン４００が停止する（すでに停止している場合には、その動作が継続される）。制御部３２０によってエンジン始動要求フラグがＯＦＦに設定されると、ステップＳ２０７に処理が進む。

（ステップＳ２０６）
制御部３２０は、エンジン４００の稼働に伴ってオルタネーター１３０が発電する電力を、オルタネーター１３０から負荷２００へ供給させる。これによって、ＤＣＤＣコンバーター１２０とオルタネーター１３０とからそれぞれ負荷２００に電力を並行供給することができる。制御部３２０によってオルタネーター１３０の発電電力が負荷２００に供給されると、本電力制御が終了する。

（ステップＳ２０７）
制御部３２０は、エンジン４００の停止に伴ってオルタネーター１３０の発電が停止し、オルタネーター１３０から負荷２００への電力供給を停止させる。これによって、ＤＣＤＣコンバーター１２０のみから負荷２００に電力を供給する初期の状態に戻る。制御部３２０によってオルタネーター１３０から負荷２００に対する電力供給が停止されると、本電力制御が終了する。

［作用・効果］
以上のように、本開示の一実施形態に係る電力制御装置３００によれば、バッテリー１１０の電力を負荷２００に供給するＤＣＤＣコンバーター１２０と、発電した電力を負荷２００へ供給可能にＤＣＤＣコンバーター１２０と並列に接続されるオルタネーター１３０と、を構成に含む、電源システム１００において、バッテリー１１０の電力を負荷２００に供給するＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第１の閾値以上である場合は、エンジン４００を始動させてオルタネーター１３０を発電するように制御し、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力電流が第２の閾値以下である場合は、オルタネーター１３０を発電しないように制御する。

この制御によって、ＤＣＤＣコンバーター１２０の出力限界を超える電流を電力供給先である負荷２００が必要とする場合には、ＤＣＤＣコンバーター１２０とオルタネーター１３０とが並行して負荷２００に電力を出力するため、必要な電力を負荷２００に供給することができる。

以上、本開示の一実施形態を説明したが、本開示は、電力制御装置だけではなく、プロセッサやメモリなどを備えた電力制御装置が実行する方法、この方法を実行するためのプログラム、プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的記憶媒体、および電力制御装置を搭載した車両などとして捉えることが可能である。

本開示の電力制御装置は、ＤＣＤＣコンバーターとオルタネーターとを備えた電源システムを搭載した車両などに利用可能である。

１００ 電源システム
１１０ バッテリー
１２０ ＤＣＤＣコンバーター
１３０ オルタネーター
２００ 負荷
３００ 電力制御装置
３１０ 監視部
３２０ 制御部
４００ エンジン

Claims (3)

1. バッテリーの電力を負荷に供給するＤＣＤＣコンバーターと、発電した電力を前記負荷へ供給可能に前記ＤＣＤＣコンバーターと並列に接続されるオルタネーターと、を構成に含む、電源システムを制御する電力制御装置であって、
   前記ＤＣＤＣコンバーターが前記負荷に出力する電流を監視する監視部と、
   前記ＤＣＤＣコンバーターおよび前記オルタネーターの動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記負荷からの電力要求に応じて前記ＤＣＤＣコンバーターの作動を指示している状態において、
   前記監視部が監視する前記ＤＣＤＣコンバーターの出力電流が第１の閾値以上である場合は、前記オルタネーターを発電するように制御し、
   前記監視部が監視する前記ＤＣＤＣコンバーターの出力電流が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合は、前記オルタネーターを発電しないように制御する、
   電力制御装置。
2. 前記第１の閾値は、前記ＤＣＤＣコンバーターに出力が許容される電流の上限値に基づいて設定される、
   請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記電源システムが車両に搭載されており、
   前記制御部は、前記車両のエンジンを始動または停止させることによって前記オルタネーターの発電状態を制御する、
   請求項１または２に記載の電力制御装置。