JP2013233082A

JP2013233082A - 電源装置システム

Info

Publication number: JP2013233082A
Application number: JP2013162236A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Hirasawa; 崇彦平沢; Kentaro Matsumoto; 健太朗松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】電力制限等の情報に基づいて蓄電装置を保護する電源装置システムを提供することである。
【解決手段】負荷回路に接続される蓄電装置１２と、蓄電装置１２に対する入出力電力が制限された制限値を検出する制限値検出手段と、蓄電装置１２に対して流れる電流値を取得する電流値取得手段と、蓄電装置１２と負荷回路との間に設けられ、蓄電装置１２と負荷回路とを接続状態あるいは切断状態に切り替えるリレー回路部と、を備える電源装置システム１０であって、リレー回路部は、制限値検出手段が検出した値が所定の値であり、電流値取得手段が取得した電流値が所定の時間継続して閾値を超えている場合に蓄電装置１２と負荷回路とを切断状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置システムに係り、特に、リレーを有する電源装置システムに関する。

高圧の蓄電装置を含む電源装置システムによって駆動されるインバータ回路を搭載したハイブリッド車両において、蓄電装置の低温時あるいは高温時または電池容量が低下してしまった場合に蓄電装置に対する入出力電力（ＷＩＮ／ＷＯＵＴ）が制限されることがある。しかし、インバータ回路の故障等により、蓄電装置に対してその電力制限以上の入出力が行われる場合があるため、電力制限等の情報に基づいて蓄電装置を保護する必要がある。

本発明に関連する文献として、例えば特許文献１には、電動機への目標トルクに基づいて蓄電装置の目標充放電電力を算出する目標充放電電力算出手段と、蓄電装置の実充放電電力を算出する実充放電算出手段と、目標充放電電力と実充放電電力の差の絶対値と所定値との比較結果に基づいて、電流検出部の異常を判定する異常判定手段を備えるモータの制御装置が記載されている。ここで、所定値は駆動電力指令値であることが述べられている。

特開２００３−３３３７０１号公報

上記特許文献１には、目標充放電電力と実充放電電力の差の絶対値と駆動電力指令値との比較結果に基づいて電流検出部の異常を判定することは記載されているが、電力制限やその他の情報に基づいて蓄電装置を保護する手段については、具体的に開示されていない。

本発明の目的は、電力制限等の情報に基づいて蓄電装置を保護する電源装置システムを提供することである。

本発明に係る電源装置システムは、負荷回路に接続される蓄電装置と、蓄電装置に対する入出力電力が制限された制限値を検出する制限値検出手段と、蓄電装置に対して流れる電流値を取得する電流値取得手段と、蓄電装置と負荷回路との間に設けられ、蓄電装置と負荷回路とを接続状態あるいは切断状態に切り替えるリレー回路部と、を備える電源装置システムであって、リレー回路部は、制限値検出手段が検出した値が０であり、電流値取得手段が取得した電流値がインバータを構成する要素の故障のため、所定の時間継続して閾値を超えている場合に蓄電装置と負荷回路とを切断状態にする電源装置システム。

上記構成の電源装置システムによれば、入出力電力が制限されている場合に蓄電装置に対する電流値が所定の時間継続して閾値を超えているときに蓄電装置と負荷回路を切断状態とする。これにより、電力制限や蓄電装置に対する電流値等の情報に基づいて蓄電装置を保護することができる。

本発明の一実施形態の電源装置システム１０を示す図である。本発明の一実施形態の電源装置システム１０の動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態の電源装置システム１０を示す図である。電源装置システム１０は、電源装置１００と制御部１１０とを含んで構成される。第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０とは電源装置１００によって駆動される。以下、電源装置１００について説明して、第１モータジェネレータ６０、第２モータジェネレータ７０、制御部１１０の順に説明する。

電源装置１００は、蓄電装置１２と、電流センサ１４と、第１リレー回路部１６と、第２リレー回路部２０と、第３リレー回路部２３と、コンデンサ２８，４０と、昇降圧コンバータ３９と、第１インバータ回路２００と、第２インバータ回路３００とを含んで構成される。

蓄電装置１２は、第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０に電力を供給するためのバッテリである。また、蓄電装置１２は、充放電可能な直流電源であって、例えばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。電流センサ１４は、蓄電装置１２の一方側端子に直列に接続され、蓄電装置１２に対して流れる電流値を計測する電流センサである。なお、蓄電装置１２に対して流れる電流値は、電流センサ１４を用いて計測するものとして説明するが、電源装置システム１０の蓄電装置１２によって駆動される回路についての電力総計値をコンデンサ２８の両端電圧Ｖ_Lで除算した値から推定して求めてもよい。

第１リレー回路部１６は、電流センサ１４に直列に接続されるリレーであり、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは切断の制御を行う。第２リレー回路部２０は、抵抗素子２２と、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは切断の制御を行うリレー１８とが直列に接続されて構成される。また、第２リレー回路部２０は、蓄電装置１２の他方側端子に直列に接続される。第３リレー回路部２３は、第２リレー回路部に並列に接続されるリレーであり、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは切断の制御を行う。

コンデンサ２８は、電源ライン２４と接地ライン２６との間に接続され、電源ライン２４と接地ライン２６との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。

昇降圧コンバータ３９は、電源ライン２４の直列に接続されるコイル３０と、コイル３０と電源ライン５０との間に接続されるトランジスタ３２と、コイル３０と接地ライン５２との間に接続されるトランジスタ３４と、トランジスタ３２に並列に接続されるダイオード３６と、トランジスタ３４に並列に接続されるダイオード３８とを含んで構成される。

昇降圧コンバータ３９は、制御部１１０からの制御信号に基づいて、蓄電装置１２から受け取る直流電圧についてコイル３０を用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ライン５０に供給する。より具体的には、昇降圧コンバータ３９は制御部１１０からの制御信号に基づいて、トランジスタ３４のスイッチング動作に応じて流れる電流をコイル３０に電磁エネルギーとして蓄積する。これにより蓄電装置１２からの直流電圧を昇圧する。そして、昇降圧コンバータ３９は、その昇圧した昇圧電圧をトランジスタ３４がオフされたタイミングに同期してダイオード３６を介して電源ライン５０へ出力する。

また、昇降圧コンバータ３９は、制御部１１０からの制御信号に基づいて、第１インバータ回路２００あるいは第２インバータ回路３００から受ける直流電圧を降圧し、蓄電装置１２を充電する。

コンデンサ４０は、電源ライン５０と接地ライン５２との間に接続され、電源ライン５０と接地ライン５２との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。

第１インバータ回路２００の構成要素として、電源ライン５０と接地ライン５２との間にトランジスタ２１０とトランジスタ２２０とが直列接続される。また、トランジスタ２１０にはダイオード２１２が並列に接続され、トランジスタ２２０にはダイオード２２２が並列に接続される。

第１インバータ回路２００の別の構成要素として、電源ライン５０と接地ライン５２との間にトランジスタ２３０とトランジスタ２４０とが直列接続される。そして、トランジスタ２３０にはダイオード２３２が並列に接続され、トランジスタ２４０にはダイオード２４２が並列に接続される。

第１インバータ回路２００のさらに別の構成要素として、電源ライン５０と接地ライン５２との間にトランジスタ２５０とトランジスタ２６０とが直列接続される。そして、トランジスタ２５０にはダイオード２５２が並列に接続され、トランジスタ２６０にはダイオード２６２が並列に接続される。なお、図１に示されるように第２インバータ回路３００も第１インバータ回路と同様の要素で構成されるため、詳細な説明は省略する。

第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、力行時にはコンデンサ４０の直流電圧を交流電圧に変換して第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０に供給し、これにより第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０が回転駆動される。また、第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、回生時には第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０で発電された交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置１２に供給し、これにより蓄電装置１２が充電される。

第１モータジェネレータ６０は、Ｕ相コイル６２とＶ相コイル６４とＷ相コイル６６とを含んで構成される。Ｕ相コイル６２は、トランジスタ２１０とトランジスタ２２０との接続点と中性点６８との間に接続されるコイルである。Ｖ相コイル６４は、トランジスタ２３０とトランジスタ２４０との接続点と中性点６８との間に接続されるコイルである。Ｗ相コイル６６は、トランジスタ２５０とトランジスタ２６０との接続点と中性点６８との間に接続されるコイルである。なお、図１に示されるように第２モータジェネレータ７０は第１モータジェネレータ６０と同様の要素で構成されるため、詳細な説明は省略する。

制御部１１０は、電源装置１００を制御する制御装置である。制御部１１０は、昇降圧コンバータ３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００を構成する各トランジスタのオンオフ制御を行って各回路を機能させている。

また、制御部１１０は、第１リレー回路部１６と第２リレー回路部２０と第３リレー回路部２３を制御する。具体的には、初期状態では第１リレー回路部１６のリレーも第２リレー回路部２０のリレー１８も第３リレー回路部２３のリレーも切断状態となっている。制御部１１０は、ユーザ等から電源装置１００の起動信号（ＩＧ−ＯＮ（イグニッションオン））を受けてから、第１リレー回路部１６のリレーを接続状態とする。そして、ある一定の時間を経過してから第２リレー回路部２０のリレー１８を接続状態として電源装置１００を起動状態とする。さらに、ある一定の時間を経過してから第３リレー回路部２３のリレーを接続状態としてから第２リレー回路部２０のリレー１８を切断状態とする。ここで、蓄電装置１２と電源ライン２４及び接地ライン２６に接続される負荷回路とを接続している状態をＳＭＲ接続と呼び、蓄電装置１２と負荷回路とを切断している状態をＳＭＲ開放と呼ぶ。ここで、ＳＭＲ接続とは、第１リレー回路部１６のリレーが接続状態であって、第２リレー回路部２０のリレー１８と第３リレー回路部２３のうち少なくともいずれか一方が接続状態にあることをいう。また、ＳＭＲ開放とは、第１リレー回路部１６のリレーが切断状態であり、第２リレー回路部２０のリレー１８及び第３リレー回路部２３のリレーが切断状態であることをいう。なお、負荷回路は、ここではコンデンサ２８，４０と昇降圧コンバータ３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００とをあわせたものを示す。

さらに、制御部１１０は蓄電装置１２の温度が高温状態あるいは低温状態または電池容量の低下状態の際になされる蓄電装置１２に対する入出力電力（ＷＩＮ／ＷＯＵＴ）の制限の制限値を検出する機能を有する。また、制御部１１０は、電流センサ１４が計測した電流値を受けて、上記のように検出した入出力電力の制限値が所定の値（０ｋＷ）のときに、電流値が所定の時間継続してある閾値を超えている場合には第１リレー回路部１６のリレー及び第２リレー回路部２０のリレー１８及び第３リレー回路部２３のリレーを切断状態とするＳＭＲ開放制御を行う。このとき、ＳＭＲ開放として第１リレー回路部１６を切断状態とするだけでもよく、また第１リレー回路部１６が接続状態のままで第２リレー回路部２０のリレー１８及び第３リレー回路部２３の双方を切断状態とするだけであってもよい。なお、入出力電力の制限値の検出は、制御部１１０で設定した制限値を検出してもよく、制御部１１０が外部の制限値設定回路から制限値の情報を受け取って検出してもよい。

また、上記では入出力電力の制限値は０ｋＷであるとして説明するが０ｋＷに限定されず、例えば０ｋＷ付近の値であってもよい。さらに、上記の閾値は電流センサ１４におけるＡ／Ｄ誤差等を考慮した０Ａ付近の値であり、上記の所定の時間とは電流センサ１４における測定ノイズ等を考慮して信頼性が確保できるために十分長い時間である。

続いて、上記構成からなる電源装置システム１０の動作について図１，２を参照して説明する。図２は、電源装置システム１０の動作を示すフローチャートである。制御部１１０は、ユーザ等からの電源装置システム１０の起動信号であるＩＧ−ＯＮの指令があるか否かを判断する（Ｓ２）。

制御部１１０がＩＧ−ＯＮの指令がないと判断されれば、リターン処理へと進む。制御部１１０がＩＧ−ＯＮの指令があると判断されれば、ＳＭＲ接続がなされているか否かが判断される（Ｓ４）。ここで、制御部１１０が行うＳＭＲ接続されているか否かについての判断は、第１リレー回路部１６のリレーが接続状態であり、第２リレー回路部２０のリレー１８及び第３リレー回路部２３のリレーのうち少なくとも一方が接続状態にあるときはＳＭＲ接続されていると判断し、その他の状態はＳＭＲ接続されていないと判断する。

制御部１１０がＳＭＲ接続されていないと判断すればリターン処理へと進む。制御部１１０がＳＭＲ接続されていると判断すれば、制御部１１０はＷＩＮ／ＷＯＵＴの制限値が０ｋＷであるか否かを判断する（Ｓ６）。制御部１１０がＷＩＮ／ＷＯＵＴの制限値が０ｋＷでないと判断した場合には、リターン処理へと進む。

制御部１１０がＷＩＮ／ＷＯＵＴの制限値が０ｋＷであると判断した場合には、制御部１１０は電流センサ１４によって検出された値が閾値以上のまま所定の時間継続しているか否かを判断する（Ｓ８）。制御部１１０が電流センサ１４によって検出された電流値が所定の時間継続して閾値以上でないと判断すればリターン処理へと進む。制御部１１０は電流センサ１４によって検出された電流値が所定の時間継続して閾値以上であると判断すれば、第１リレー回路部１６のリレー及び第２リレー回路部２０のリレー１８及び第３リレー回路部２３のリレーを切断状態としてＳＭＲ開放制御を行う(Ｓ１０）。その後、リターン処理へと進む。

上記のように、蓄電装置１２に対する入出力制限値が０であるときに、電流センサ１４に検出された電流値が所定の時間継続して閾値以上であればＳＭＲ開放とする。したがって、例えば第１インバータ回路２００あるいは第２インバータ回路３００を構成する要素が故障することにより蓄電装置１２に対して流れる電流を停止することができ、蓄電装置１２を保護することができる。

１０電源装置システム、１２蓄電装置、１４電流センサ、１６第１リレー回路部、１８リレー、２０第２リレー回路部、２２抵抗素子、２３第３リレー回路部、２４，５０電源ライン、２６，５２接地ライン、２８，４０コンデンサ、３０コイル、３２，３４，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０トランジスタ、３６，３８，２１２，２２２，２３２，２４２，２５２，２６２ダイオード、３９昇降圧コンバータ、６０第１モータジェネレータ、６２Ｕ相コイル、６４Ｖ相コイル、６６Ｗ相コイル、６８中性点、７０第２モータジェネレータ、１００電源装置、１１０制御部、２００第１インバータ回路、３００第２インバータ回路。

Claims

負荷回路に接続される蓄電装置と、
蓄電装置に対する入出力電力が制限された制限値を検出する制限値検出手段と、
蓄電装置に対して流れる電流値を取得する電流値取得手段と、
蓄電装置と負荷回路との間に設けられ、蓄電装置と負荷回路とを接続状態あるいは切断状態に切り替えるリレー回路部と、
を備える電源装置システムであって、
リレー回路部は、
制限値検出手段が検出した値が０であり、
電流値取得手段が取得した電流値がインバータを構成する要素の故障のため、所定の時間継続して閾値を超えている場合に蓄電装置と負荷回路とを切断状態にする電源装置システム。