JP7041600B2 - Power system - Google Patents
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Description
本発明は、電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system.
近年、例えば自動車等の車両では、複数の異なる電圧で駆動状態になる多様な負荷が搭載される。このような多様な負荷に電力を供給するために、異なる電圧を供給可能な電源システムが知られている(例えば、特許文献1)。 In recent years, for example, a vehicle such as an automobile is loaded with various loads that are driven by a plurality of different voltages. In order to supply electric power to such various loads, a power supply system capable of supplying different voltages is known (for example, Patent Document 1).
電源システムは、例えば負荷に供給する異なる電圧に応じた、複数のバッテリを備える。このような電源システムは、例えば複数のバッテリのうちの1つのバッテリが故障すると、電力を供給できなくなる虞がある。 The power supply system includes, for example, a plurality of batteries depending on different voltages supplied to the load. Such a power supply system may not be able to supply power if, for example, one of the plurality of batteries fails.
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、信頼性が向上された、電源システムを提供することにある。 An object of the present invention made in view of this point is to provide a power supply system with improved reliability.
上記課題を解決するために、第1の観点に係る電源システムは、
ループ状に接続された、双方向の電力変換が可能な複数のコンバータと、
前記複数のコンバータにおいて隣接するコンバータ間に設けられた複数のバッテリと、
前記複数のコンバータを制御可能なコントローラと、
を備え、
前記複数のバッテリは、
第1バッテリと、
前記第1バッテリよりも公称電圧が低い第2バッテリと、
前記第2バッテリよりも公称電圧が低い第3バッテリと、を含み、
前記複数のコンバータは、
前記第1バッテリと前記第2バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第1コンバータと、
前記第2バッテリと前記第3バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第2コンバータと、
前記第3バッテリと前記第1バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第3コンバータと、を含む。
In order to solve the above problems, the power supply system according to the first viewpoint is
Multiple converters connected in a loop and capable of bidirectional power conversion,
In the plurality of converters, a plurality of batteries provided between adjacent converters and
With a controller that can control the multiple converters,
Equipped with
The plurality of batteries are
With the first battery
A second battery whose nominal voltage is lower than that of the first battery,
Includes a third battery, which has a lower nominal voltage than the second battery.
The plurality of converters
A first converter capable of bidirectional power conversion between the first battery and the second battery,
A second converter capable of bidirectional power conversion between the second battery and the third battery,
Includes a third converter capable of bidirectional power conversion between the third battery and the first battery.
第1の観点に係る電源システムによれば、信頼性が向上され得る。 According to the power supply system according to the first aspect, reliability can be improved.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、本開示の電源システムは、ハイブリット車又は電気自動車等の車両に搭載されるものとして説明する。ただし、本開示の電源システムは、電力を消費する任意の装置に搭載されてよい。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the power supply system of the present disclosure will be described as being mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. However, the power supply system of the present disclosure may be mounted on any device that consumes power.
(第1実施形態)
[システム構成]
図1は、第1実施形態に係る電源システム1のブロック図である。図1において、各ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを示す。また、図1において、各ブロックを結ぶ破線は、制御の流れを示す。
(First Embodiment)
[System configuration]
FIG. 1 is a block diagram of the
電源システム1は、ハイブリット車又は電気自動車等の車両に搭載される。電源システム1は、後述の第1バッテリ21を充電する際、交流電源2に接続される。交流電源2は、住宅又は充電スタンド等に設けられ得る。交流電源2は、商用交流電源であってよい。交流電源2は、三相形式の交流電源であってよい。又は、交流電源2は、単相3線形式の交流電源であってもよいし、単相2線形式の交流電源であってもよい。交流電源2は、例えば85V~265Vの範囲の、交流電圧を供給可能である。
The
電源システム1は、ループ状に接続された、第1コンバータ11と、第2コンバータ12と、第3コンバータ13とを備える。さらに、電源システム1は、第1バッテリ21と、第2バッテリ22と、第3バッテリ23と、モータ31と、補機32と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)33と、メモリ40と、コントローラ41とを備える。加えて、電源システム1は、第4コンバータ14を備えてよい。
The
図1に示す電源システム1では、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13の3つのコンバータが、ループ状に接続される。ただし、電源システム1では、例えばバッテリの数に応じて、2つのコンバータがループ状に接続されてもよいし、4つ以上のコンバータがループ状に接続されてもよい。
In the
以下、第1バッテリ21の公称電圧は、例えば250V~450Vの範囲の高電圧(以下、「HV」と記載する)であるものとする。ただし、第1バッテリ21の公称電圧は、モータ31の駆動電圧に応じた任意の電圧であってよい。また、第2バッテリ22の公称電圧は、48Vであるものとする。ただし、第2バッテリ22の公称電圧は、第1バッテリ21の公称電圧よりも低ければ、補機32の駆動電圧に応じた任意の電圧であってよい。また、第3バッテリ23の公称電圧は、12Vであるものとする。ただし、第3バッテリ23の公称電圧は、第2バッテリ22の公称電圧よりも低ければ、ECU33の駆動電圧に応じた任意の電圧であってよい。
Hereinafter, the nominal voltage of the
第1コンバータ11は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第1コンバータ11は、双方向の電力変換が可能である。第1コンバータ11は、例えば、双方向のDC-DCコンバータである。第1コンバータ11は、第1バッテリ21と第2バッテリ22との間で双方向の電力変換が可能である。
The
例えば、第1コンバータ11は、コントローラ41の制御に基づいて、第1バッテリ21から供給される電圧HVを、第2バッテリ22の充電に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を第2バッテリ22に供給する。又は、第1コンバータ11は、コントローラ41の制御に基づいて、第1バッテリ21から供給される電圧HVを、補機32の駆動に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を、補機32に供給する。又は、第1コンバータ11は、コントローラ41の制御に基づいて、第2バッテリ22から供給される電圧48Vを、モータ31の駆動に適した電圧まで昇圧し、昇圧後の直流電圧をモータ31に供給する。
For example, the
第2コンバータ12は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第2コンバータ12は、双方向の電力変換が可能である。第2コンバータ12は、例えば、双方向のDC-DCコンバータである。第2コンバータ12は、第2バッテリ22と第3バッテリ23との間で双方向の電力変換が可能である。
The
例えば、第2コンバータ12は、コントローラ41の制御に基づいて、第2バッテリ22から供給される電圧48Vを、第3バッテリ23の充電に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を第3バッテリ23に供給する。又は、第2コンバータ12は、コントローラ41の制御に基づいて、第3バッテリ23から供給される電圧12Vを、第2バッテリ22の充電に適した電圧まで昇圧し、昇圧後の直流電圧を第2バッテリ22に供給する。又は、第2コンバータ12は、コントローラ41の制御に基づいて、第2バッテリ22から供給される48Vを、ECU33の駆動に適した電圧に降圧し、降圧後の直流電圧をECU33に供給する。
For example, the
第3コンバータ13は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第3コンバータ13は、双方向の電力変換が可能である。第3コンバータ13は、例えば、双方向のDC-DCコンバータである。第3コンバータ13は、第1バッテリ21と第3バッテリ23との間で双方向の電力変換が可能である。
The
例えば、第3コンバータ13は、コントローラ41の制御に基づいて、第1バッテリ21から供給される電圧HVを、第3バッテリ23の充電に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を第3バッテリ23に供給する。又は、第3コンバータ13は、コントローラ41の制御に基づいて、第1バッテリ21から供給される電圧HVを、ECU33の駆動に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧をECU33に供給する。又は、第3コンバータ13は、コントローラ41の制御に基づいて、第3バッテリ23から供給される電圧12Vを、モータ31の駆動に適した電圧まで昇圧し、昇圧後の直流電圧をモータ31に供給する。
For example, the
第4コンバータ14は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第4コンバータ14は、双方向の電力変換が可能である。第4コンバータ14は、例えば、双方向のAC-DCコンバータである。
The
例えば、第4コンバータ14は、コントローラ41の制御に基づいて、交流電源2から供給される交流電力を直流電力に変換する。さらに、第4コンバータ14は、コントローラ41の制御に基づいて、変換した直流電力の電圧を、電圧HVまで昇圧する。第4コンバータ14は、昇圧後の直流電圧を第1バッテリ21に供給する。
For example, the
第1バッテリ21は、リチウムイオンバッテリを含んで構成されてよい。第1バッテリ21は、第1コンバータ11と第3コンバータ13との間に設けられる。例えば、第1バッテリ21の正極側の端子は、第1コンバータ11と第3コンバータ13との間に接続される。第1バッテリ21とモータ31は、外部に対し絶縁される。
The
第1バッテリ21は、例えば第4コンバータ14を介して、交流電源2から供給される電力によって、充電される。第1バッテリ21は、充電された電力を放電することにより、直流電力を、第1コンバータ11、第3コンバータ13及びモータ31の少なくとも何れかに供給可能である。
The
第1バッテリ21は、モータ31に電力を供給するために用いられる。そのため、第1バッテリ21の公称容量は、第2バッテリ22の公称容量及び第3バッテリの公称容量と比べると、大きい。このため、電源システム1では、交流電源2からの電力によって第1バッテリ21を充電する。次に、第1バッテリ21に充電された電力を放電することにより、後述のように第2バッテリ22及び第3バッテリ23を充電する。
The
第2バッテリ22は、リチウムイオンバッテリを含んで構成されてよい。第2バッテリ22は、第1コンバータ11と第2コンバータ12との間に設けられる。例えば、第2バッテリの正極側の端子は、第1コンバータ11と第2コンバータ12との間に接続される。また、第2バッテリ22の負極側の端子は、電源システム1を搭載する車両の筐体(ボディ)に接続される。
The
第2バッテリ22の公称電圧は、第1バッテリ21の公称電圧よりも低い。第2バッテリ22は、例えば第1コンバータ11を介して、第1バッテリ21から供給される電力によって、充電される。第2バッテリ22は、充電された電力を放電することにより、直流電力を、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び補機32の少なくとも何れかに供給可能である。
The nominal voltage of the
第3バッテリ23は、リチウムイオンバッテリを含んで構成されてよい。第3バッテリ23は、第2コンバータ12と第3コンバータ13との間に設けられる。例えば、第3バッテリ23の正極側の端子は、第2コンバータ12と第3コンバータ13との間に接続される。また、第3バッテリ23の負極側の端子は、電源システム1を搭載する車両の筐体(ボディ)に接続される。
The
第3バッテリ23の公称電圧は、第2バッテリ22の公称電圧よりも低い。第3バッテリ23は、例えば第3コンバータ13を介して、第1バッテリ21から供給される電力によって、充電される。第3バッテリ23は、充電された電力を放電することにより、直流電力を、第2コンバータ12、第3コンバータ13及びECU33の少なくとも何れかに供給可能である。
The nominal voltage of the
モータ31は、第1バッテリ21から供給される電力により、回転駆動力を生成する。モータ31によって生成された回転駆動力は、電源システム1を搭載する車両のタイヤに伝達される。電源システム1を搭載する車両は、タイヤに回転駆動力が伝達されることにより、走行する。モータ31は、HEV用モータ又はEV用モータであってよい。
The
補機32は、第2バッテリ22から供給される電力により、駆動する。図1では、1つの補機32が第2バッテリ22に接続されているが、複数の補機32が第2バッテリ22に接続されてもよい。補機32は、電源システム1が搭載される車両が備える多様な機器であってよい。例えば、補機32は、電動パワーステアリング、電動サスペンション、自動運転用のセンサ又は電動アクチュエータ等であってよい。
The
ECU33は、第3バッテリ23から供給される電力により、駆動する。図1では、1つのECU33が第3バッテリ23に接続されているが、複数のECU33が第3バッテリ23に接続されてもよい。ECU33は、モータ31を制御する制御ユニット、又は、補機32に含まれる機器を制御する制御ユニット等であってよい。
The
メモリ40は、コントローラ41に接続される。メモリ40は、コントローラ41から取得した情報を格納する。メモリ40は、コントローラ41のワーキングメモリとして機能してよい。メモリ40は、コントローラ41が実行するプログラムを格納してよい。メモリ40は、例えば、半導体メモリで構成されるが、これには限られず、磁気記憶媒体で構成されてよいし、他の記憶媒体で構成されてよい。メモリ40は、コントローラ41の一部として含まれてよい。
The
コントローラ41は、制御手順を規定したプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサで構成されてよい。コントローラ41は、ECU33の一種であってよい。
The
コントローラ41は、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14を制御可能である。例えば、コントローラ41は、第1コンバータ11等へ制御信号を出力することにより、第1コンバータ11等を制御する。
The
コントローラ41は、第1バッテリ21、第2バッテリ22及び第3バッテリ23の異常を検出可能であってよい。
The
例えば、コントローラ41は、第1バッテリ21が故障したとき、第1バッテリ21が異常であると検出する。この場合、コントローラ41は、第1バッテリ21に含まれる各セル電圧等を監視するBMS(Battery Management System)によって、第1バッテリ21の故障を検出してよい。同様に、例えば、コントローラ41は、第2バッテリ22が故障したとき、第2バッテリ22が異常であると検出する。同様に、例えば、コントローラ41は、第3バッテリ23が故障したとき、第3バッテリ23が異常であると検出する。
For example, when the
例えば、コントローラ41は、第1バッテリ21の端子が第1コンバータ11等から開放されたとき及び第1バッテリ21の端子が短絡したとき、第1バッテリ21が異常であると検出する。開放された端子は、「オープン端子」ともいう。また、短絡した端子は、「ショート端子」ともいう。この場合、コントローラ41は、第1バッテリ21の端子間の電圧を監視することにより、第1バッテリ21においてオープン端子及びショート端子を検出してもよい。同様に、例えば、コントローラ41は、第2バッテリ22においてオープン端子又はショート端子を検出したとき、第2バッテリ22が異常であると検出する。同様に、例えば、コントローラ41は、第3バッテリ23においてオープン端子又はショート端子を検出したとき、第3バッテリ23が異常であると検出する。
For example, the
コントローラ41は、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13の異常を検出可能であってよい。
The
例えば、コントローラ41は、第1コンバータ11の出力電流又は出力電圧が所定範囲外であるとき、第1コンバータ11が異常であると検出する。この場合、コントローラ41は、第1コンバータ11の出力を監視することにより、第1コンバータ11の異常を検出してよい。同様に、例えば、コントローラ41は、第2コンバータ12の出力電流又は出力電圧が所定範囲外であるとき、第2コンバータ12が異常であると検出する。同様に、例えば、コントローラ41は、第3コンバータ13の出力電流又は出力電圧が所定範囲外であるとき、第3コンバータ13が異常であると検出する。
For example, the
[正常時]
コントローラ41は、電源システム1が交流電源2に接続されている間、第4コンバータ14へ制御信号を出力することにより、第4コンバータ14を制御して、交流電源2からの電力によって第1バッテリ21を充電する。
[Normal]
The
コントローラ41は、例えば電源システム1を搭載する車両の走行中、第1コンバータ11及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に供給された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する。このときの電力の経路は、図1に示す経路P1及び経路P2となる。経路P1は、第1バッテリ21から第1コンバータ11を介して第2バッテリ22へ流れる電力の経路である。経路P2は、第1バッテリ21から第3コンバータ13を介して第3バッテリ23へ流れる電力の経路である。
For example, the
このような制御によって、第2バッテリ22は、充電されて、補機32に電力を供給することが可能になる。また、このような制御によって、第3バッテリ23は、充電されて、ECU33及びコントローラ41に電力を供給することが可能になる。
By such control, the
[第1バッテリの異常時]
コントローラ41は、第1バッテリ21の異常を検出すると、故障した第1バッテリをリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ41は、第1コンバータ11を制御して、第2バッテリ22に充電された電力を、第1バッテリ21に接続された負荷としてのモータ31に供給する。このときの電力の経路は、図2に示す経路P3となる。経路P3は、第2バッテリ22から第1コンバータ11を介してモータ31へ流れる電力の経路である。
[When the first battery is abnormal]
When the
このような制御によって、第1バッテリ21に異常が生じても、モータ31は、第2バッテリ22から供給される電力により、しばらくの間、駆動し続けることができる。つまり、電源システム1を搭載する車両は、例えば走行中に第1バッテリ21に異常が生じても、しばらくの間、モータ31を駆動させ続けて走行することができる。これにより、当該車両は、例えば道路脇のような、安全な位置まで走行した後、停車することができる。
By such control, even if an abnormality occurs in the
なお、コントローラ41は、例えば第2バッテリ22の充電率SOCが所定値を下回るとき、第3コンバータ13を制御して、第3バッテリ23に充電された電力を、第1バッテリ21に接続された負荷としてのモータ31に供給してもよい。このときの電力の経路は、図2に示す経路P4となる。経路P4は、第3バッテリ23から第3コンバータ13を介してモータ31へ流れる電力の経路である。
The
[第2バッテリの異常時]
コントローラ41は、第2バッテリ22の異常を検出すると、故障した第2バッテリ22をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ41は、第1コンバータ11を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22に接続された負荷としての補機32に供給する。このときの電力の経路は、図3に示す経路P5となる。経路P5は、第1バッテリ21から第1コンバータ11を介して補機32へ流れる電力の経路である。
[When the second battery is abnormal]
When the
このような制御によって、第2バッテリ22に異常が生じても、補機32は、第1バッテリ21からの電力によって駆動し続けることができる。つまり、電源システム1を搭載する車両は、例えば走行中に第2バッテリ22に異常が生じても、補機32を駆動させることが可能になる。
By such control, even if an abnormality occurs in the
なお、コントローラ41は、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22に接続された負荷としての補機32に供給してもよい。例えば、コントローラ41は、第2バッテリ22の異常に加えて第1コンバータ11の異常を検出したとき、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21からの電力を、補機32に供給してもよい。このときの電力の経路は、図3に示す経路P6となる。経路P6は、第1バッテリ21から第3コンバータ13及び第2コンバータ12を介して補機32へ流れる電力の経路である。
The
[第3バッテリの異常時]
コントローラ41は、第3バッテリ23の異常を検出すると、故障した第3バッテリ23をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ41は、第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第3バッテリ23に接続された負荷としてのECU33及びコントローラ41に供給する。このときの電力の経路は、図4に示す経路P7となる。経路P7は、第1バッテリ21から第3コンバータ13を介してECU33等へ流れる電力の経路である。
[When the third battery is abnormal]
When the
このような制御によって、第3バッテリ23に異常が生じても、ECU33等は、第1バッテリ21からの電力によって駆動し続けることができる。つまり、電源システム1を搭載する車両は、例えば走行中に第3バッテリ23に異常が生じても、ECU33等を駆動し続けることができる。
By such control, even if an abnormality occurs in the
なお、コントローラ41は、例えば第3バッテリ23の異常に加えて第3コンバータ13の異常を検出したとき、第2コンバータ12を制御して、第2バッテリ22に充電された電力を、第3バッテリ23に接続された負荷としてのECU33等に供給してもよい。このときの電力の経路は、図4に示す経路P8となる。経路P8は、第2バッテリ22から第2コンバータ12を介してECU33等へ流れる電力の経路である。
When the
[第1コンバータの異常時]
コントローラ41は、第1コンバータ11の異常を検出すると、第1コンバータ11をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から切り離す。コントローラ41は、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する。このときの電力の経路は、図5に示す経路P9となる。経路P9は、第1バッテリ21から第3コンバータ13を介して第3バッテリ23へ流れる電力の経路、及び、第1バッテリ21から第3コンバータ13及び第2コンバータ12を介して第2バッテリ22へ流れる電力の経路である。
[When the first converter is abnormal]
When the
このような制御によって、第1コンバータ11に異常が生じても、第1バッテリ21からの電力によって、第2バッテリ22及び第3バッテリ23を充電することができる。これにより、補機32は、第2バッテリ22から供給される電力により駆動し続けることができる。また、ECU33及びコントローラ41は、第3バッテリ23から供給される電力により駆動し続けることができる。
By such control, even if an abnormality occurs in the
[第3コンバータの異常時]
コントローラ41は、第3コンバータ13の異常を検出すると、第3コンバータ13をリレー等の手段(図示せず)によって、他の回路素子から切り離す。コントローラ41は、第1コンバータ11及び第2コンバータ12を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する。このときの電力の経路は、図6に示す経路P10となる。経路P10は、第1バッテリ21から第1コンバータ11を介して第2バッテリ22へ流れる電力の経路、及び、第1バッテリ21から第1コンバータ11及び第2コンバータ12を介して第3バッテリ23へ流れる電力の経路である。
[When the third converter is abnormal]
When the
このような制御によって、第3コンバータ13に異常が生じても、第1バッテリ21からの電力によって、第2バッテリ22及び第3バッテリ23を充電することができる。これにより、補機32は、第2バッテリ22から供給される電力により駆動し続けることができる。また、ECU33及びコントローラ41は、第3バッテリ23から供給される電力により駆動し続けることができる。
By such control, even if an abnormality occurs in the
[システム動作]
図7は、第1実施形態に係る電源システム1の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、コントローラ41は、電源システム1を搭載する車両が走行を始めると、図7に示す処理を開始する。また、コントローラ41は、電源システム1を搭載する車両が走行を停止すると、図7に示す処理を終了する。
[System operation]
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the
コントローラ41は、第1バッテリ21が異常であるか否か判定する(ステップS10)。コントローラ41は、第1バッテリ21が異常であると判定するとき(ステップS10:Yes)、ステップS11の処理に進む。一方、コントローラ41は、第1バッテリ21が異常であると判定しないとき(ステップS10:No)、ステップS12の処理に進む。
The
ステップS11の処理では、コントローラ41は、第1コンバータ11を制御して、第2バッテリ22に充電された電力を、第1バッテリ21に接続された負荷としてのモータ31に供給する(参照:図2の経路P3)。
In the process of step S11, the
ステップS12の処理では、コントローラ41は、第2バッテリ22が異常であるか否か判定する。コントローラ41は、第2バッテリ22が異常であると判定するとき(ステップS12:Yes)、ステップS13の処理に進む。一方、コントローラ41は、第2バッテリ22が異常であると判定しないとき(ステップS12:No)、ステップS14の処理に進む。
In the process of step S12, the
ステップS13の処理では、コントローラ41は、第1コンバータ11を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22に接続された負荷としての補機32に供給する(参照:図3の経路P5)。
In the process of step S13, the
ステップS14の処理では、コントローラ41は、第3バッテリ23が異常であるか否か判定する。コントローラ41は、第3バッテリ23が異常であると判定するとき(ステップS14:Yes)、ステップS15の処理に進む。一方、コントローラ41は、第3バッテリ23が異常であると判定しないとき(ステップS14:No)、ステップS10の処理に戻る。
In the process of step S14, the
ステップS15の処理では、コントローラ41は、第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第3バッテリ23に接続された負荷としてのECU33及びコントローラ41に供給する(参照:図4の経路P7)。
In the process of step S15, the
なお、ステップS11の処理において、コントローラ41は、第3コンバータ13を制御して、第3バッテリ23に充電された電力を、第1バッテリ21に接続された負荷としてのモータ31に供給してもよい(参照:図2の経路P4)。
In the process of step S11, the
また、ステップS13の処理において、コントローラ41は、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、を、第2バッテリ22に接続された負荷としての補機32に供給してもよい(参照:図3の経路P6)。
Further, in the process of step S13, the
また、ステップS15の処理において、コントローラ41は、第2コンバータ12を制御して、第2バッテリ22に充電された電力を、第3バッテリ23に接続された負荷としてのECU33等に供給してもよい(参照:図4の経路P8)。
Further, in the process of step S15, the
図8は、第1実施形態に係る電源システム1の動作の他の例を示すフローチャートである。例えば、コントローラ41は、電源システム1を搭載する車両が走行を始めると、図8に示す処理を開始する。また、コントローラ41は、電源システム1を搭載する車両が走行を停止すると、図8に示す処理を終了する。なお、コントローラ41は、図7に示す処理と並行して、図8に示す処理を実行してよい。
FIG. 8 is a flowchart showing another example of the operation of the
コントローラ41は、第1コンバータ11が異常であるか否か判定する(ステップS20)。コントローラ41は、第1コンバータ11が異常であると判定するとき(ステップS20:Yes)、ステップS21の処理に進む。一方、コントローラ41は、第1コンバータ11が異常であると判定しないとき(ステップS20:No)、ステップS22の処理に進む。
The
ステップS21の処理では、コントローラ41は、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する(参照:図5の経路P9)。
In the process of step S21, the
ステップS22の処理では、コントローラ41は、第3コンバータ13が異常であるか否か判定する。コントローラ41は、第3コンバータ13が異常であると判定するとき(ステップS22:Yes)、ステップS23の処理に進む。一方、コントローラ41は、第3コンバータ13が異常であると判定しないとき(ステップS22:No)、ステップS20の処理に戻る。
In the process of step S22, the
ステップS23の処理では、コントローラ41は、第1コンバータ11及び第2コンバータ12を制御して、第1バッテリ21に充電された電力を、第2バッテリ22及び第3バッテリ23に供給する(参照:図6の経路P10)。
In the process of step S23, the
以上のように第1実施形態に係る電源システム1では、図1に示すように、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13がループ状に接続される。さらに、第1バッテリ21が第1コンバータ11と第3コンバータ13との間に設けられ、第2バッテリ22が第1コンバータ11と第2コンバータ12との間に設けられ、第3バッテリ23が第2コンバータ12と第3コンバータとの間に設けられる。このような構成によって、電源システム1が備える第1コンバータ11等及び第1バッテリ21等の何れに異常が生じても、負荷へ電力を供給し続けることができる。従って、第1実施形態によれば、信頼性が向上された、電源システム1が提供され得る。
As described above, in the
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14に採用可能な回路構成について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the circuit configurations that can be adopted for the
[DC-DCコンバータの回路構成]
第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13に採用可能な回路構成について、図9を参照して説明する。以下、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13を特に区別しない場合、「コンバータ10」と総称する。
[Circuit configuration of DC-DC converter]
The circuit configurations that can be adopted for the
図9は、第2実施形態に係るDC-DCコンバータの回路図である。換言すると、図9は、コンバータ10の回路図である。コンバータ10は、バッテリ20Aとバッテリ20Bとの間に接続される。バッテリ20Aの公称電圧は、バッテリ20Bの公称電圧よりも、低いものとする。つまり、コンバータ10が第1コンバータ11である場合、バッテリ20Aは図1に示す第2バッテリ22となり、バッテリ20Bは図1に示す第1バッテリ21となる。また、コンバータ10が第2コンバータ12である場合、バッテリ20Aは図1に示す第3バッテリ23となり、バッテリ20Bは図1に示す第2バッテリ22となる。また、コンバータ10が第3コンバータ13である場合、バッテリ20Aは、図1に示す第3バッテリ23となり、バッテリ20Bは図1に示す第1バッテリ21となる。
FIG. 9 is a circuit diagram of the DC-DC converter according to the second embodiment. In other words, FIG. 9 is a circuit diagram of the
コンバータ10は、駆動回路50と、スイッチング回路51A,51Bと、平滑コンデンサ52A,52Bと、トランス60とを備える。さらに、コンバータ10は、トランスと回路を切り離すためのスイッチ90A,90Bを備えてよい。
The
駆動回路50は、図1に示すコントローラ41からの制御信号に基づいて、スイッチング回路51A,51Bを、所定のタイミングでオンオフさせるパルス波の駆動信号を生成する。パルス波である駆動信号の周波数は、「駆動周波数」とも記載する。駆動回路50は、生成した駆動信号を、スイッチング回路51A,51Bに出力する。
The
駆動回路50は、図1に示すコントローラ41からの制御信号に基づいて、スイッチ90A,90Bをオンオフに制御する制御信号を生成する。駆動回路50は、生成した制御信号を、スイッチ90A,90Bに出力する。コントローラ41は、コンバータ10を動作させるときには90A90Bをオンさせ、それ以外の時はオフさせる。
The
スイッチング回路51Aは、バッテリ20Aとトランス60との間に接続される。スイッチング回路51Aは、フルブリッジ方式の回路である。スイッチング回路51Aは、コンバータ10がバッテリ20A側の電圧をバッテリ20B側の電圧に昇圧する場合、駆動回路50からの駆動信号により、駆動する。スイッチング回路51Aは、スイッチング素子Q1A,Q2A,QA3,Q4Aを有する。
The
スイッチング素子Q1A~Q4Aは、N型MOSFETであってよい。例えば、スイッチング素子Q1A~Q4Aは、パワーMOSFETであってよい。なお、スイッチング素子Q1A~Q4Aは、MOSFETに限定されない。例えば、スイッチング素子Q1A~Q4Aは、バイポーラトランジスタ又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってよい。 The switching elements Q1A to Q4A may be N-type MOSFETs. For example, the switching elements Q1A to Q4A may be power MOSFETs. The switching elements Q1A to Q4A are not limited to MOSFETs. For example, the switching elements Q1A to Q4A may be bipolar transistors or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
スイッチング素子Q1A,Q3Aのドレインは、バッテリ20Aの正極側の端子に接続される。スイッチング素子Q2A,Q4Aのソースは、バッテリ20Aの負極側の端子に接続される。スイッチング素子Q1Aのソース及びスイッチング素子Q2Aのドレインは、トランス60の巻線70の一方の端部に接続される。スイッチング素子Q3Aのソース及びスイッチング素子Q4Aのドレインは、トランス60の巻線70の他方の端部に接続される。
The drains of the switching elements Q1A and Q3A are connected to the terminals on the positive electrode side of the
スイッチング素子Q1A~Q4Aのゲートには、駆動回路50からの駆動信号が入力される。駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Q1A,Q4Aがオンになるとき、スイッチング素子Q2A,Q3Aはオフになる。また、スイッチング素子Q1A,Q4Aがオフになるとき、スイッチング素子Q2A,Q3Aはオンになる。換言すると、駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Q1A,Q4Aとスイッチング素子Q2A,Q3Aとは、駆動周波数で、交互にオンオフする。スイッチング素子Q1A,Q4Aとスイッチング素子Q2A,Q3Aとが駆動周波数で交互にオンオフすることにより、トランス60の巻線70には、駆動周波数の交流電流が流れる。トランス60の巻線70に交流電流が流れることにより、トランス60の巻線80に誘導起電力が生じる。
A drive signal from the
スイッチング回路51Bは、バッテリ20Bとトランス60との間に接続される。スイッチング回路51Bは、フルブリッジ方式の回路である。スイッチング回路51Bは、コンバータ10がバッテリ20B側の電圧をバッテリ20A側の電圧に降圧する場合、駆動回路50からの駆動信号により、駆動する。スイッチング回路51Bは、スイッチング素子Q1B,Q2B,Q3B,Q4Bを有する。
The
スイッチング素子Q1B~Q4Bは、N型MOSFETであってよい。例えば、スイッチング素子Q1B~Q4Bは、パワーMOSFETであってよい。なお、スイッチング素子Q1B~Q4Bは、MOSFETに限定されない。例えば、スイッチング素子Q1B~Q4Bは、バイポーラトランジスタ又はIGBTであってよい。 The switching elements Q1B to Q4B may be N-type MOSFETs. For example, the switching elements Q1B to Q4B may be power MOSFETs. The switching elements Q1B to Q4B are not limited to MOSFETs. For example, the switching elements Q1B to Q4B may be bipolar transistors or IGBTs.
スイッチング素子Q1B,Q3Bのドレインは、バッテリ20Bの正極側の端子に接続される。スイッチング素子Q2B,Q4Bのソースは、バッテリ20Bの負極側の端子に接続される。スイッチング素子Q1Bのソース及びスイッチング素子Q2Bのドレインは、トランス60の巻線80の一方の端部に接続される。スイッチング素子Q3Bのソース及びスイッチング素子Q4Bのドレインは、トランス60の巻線80の他方の端部に接続される。
The drains of the switching elements Q1B and Q3B are connected to the terminals on the positive electrode side of the
スイッチング素子Q1B~Q4Bのゲートには、駆動回路50からの駆動信号が入力される。駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Q1B,Q4Bがオンになるとき、スイッチング素子Q2B,Q3Bはオフになる。また、スイッチング素子Q1B,Q4Bがオフになるとき、スイッチング素子Q2B,Q3Bはオンになる。換言すると、駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Q1B,Q4Bとスイッチング素子Q2B,Q3Bとは、駆動周波数で、交互にオンオフする。スイッチング素子Q1B,Q4Bとスイッチング素子Q2B,Q3Bとが駆動周波数で交互にオンオフすることにより、トランス60の巻線80には、駆動周波数の交流電流が流れる。トランス60の巻線80に交流電流が流れることにより、トランス60の巻線70に誘導起電力が生じる。
A drive signal from the
平滑コンデンサ52Aは、バッテリ20Aとスイッチング回路51Aとの間に設けられる。平滑コンデンサ52Aは、スイッチング回路51Aとバッテリ20Aとの間の電圧を平滑化させる。
The smoothing
平滑コンデンサ52Bは、バッテリ20Bとスイッチング回路51Bとの間に設けられる。平滑コンデンサ52Bは、スイッチング回路51Bとバッテリ20Bとの間の電圧を平滑化する。
The smoothing
トランス60は、絶縁トランスである。トランス60は、プレーナ型トランスであってよい。ただし、トランス60は、プレーナ型トランスに限定されない。例えば、トランス60は、ボビン及び導電線を含んで構成されるトランスであってよい。
The
以下、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13のそれぞれが有するトランス60を区別する場合、第1コンバータ11が有するトランス60は、「トランス61」と記載する。また、第2コンバータ12が有するトランス60は、「トランス62」と記載する。また、第3コンバータ13が有するトランス60は、「トランス63」と記載する。
Hereinafter, when the
トランス60は、コア65と、巻線70と、巻線80とを有する。トランス61,62,63は、コア65を共有して構成される。この構成については、図11及び図12を参照して後述する。
The
巻線70は、トランス60がプレーナ型トランスである場合、導体パターンとして形成される。巻線70は、コンバータ10がバッテリ20A側の電圧を、バッテリ20B側の電圧に昇圧する場合、「一次巻線」ともいう。また、巻線70は、コンバータ10がバッテリ20B側の電圧を、バッテリ20A側の電圧に降圧する場合、「二次巻線」ともいう。巻線70の巻き数と巻線80の巻き数は、コンバータ10が昇圧及び降圧する電圧に基づいて、適宜設定される。
The winding 70 is formed as a conductor pattern when the
以下、トランス61~63のそれぞれが有する巻線70を区別する場合、トランス61が有する(すなわち、第1コンバータ11が有する)巻線70は、「巻線71」と記載する。また、トランス62が有する(すなわち、第2コンバータ12が有する)巻線70は、「巻線72」と記載する。また、また、トランス63が有する(すなわち、第3コンバータ13が有する)巻線70は、「巻線73」と記載する。
Hereinafter, when the winding 70 included in each of the
巻線80は、トランス60がプレーナ型トランスである場合、導体パターンとして形成される。巻線80は、コンバータ10がバッテリ20A側の電圧を、バッテリ20B側の電圧に昇圧する場合、「二次巻線」ともいう。また、巻線70は、コンバータ10がバッテリ20B側の電圧を、バッテリ20A側の電圧に降圧する場合、「一次巻線」ともいう。
The winding 80 is formed as a conductor pattern when the
以下、トランス61~63のそれぞれが有する巻線80を区別する場合、トランス61が有する(すなわち、第1コンバータ11が有する)巻線80は、「巻線81」と記載する。また、トランス62が有する(すなわち、第2コンバータ12が有する)巻線80は、「巻線82」と記載する。また、また、トランス63が有する(すなわち、第3コンバータ13が有する)巻線80は、「巻線83」と記載する。
Hereinafter, when the winding 80 included in each of the
スイッチ90A,90Bは、スイッチング素子Q1A等と同様に、N型MOSFETであってよい。例えば、スイッチ90A,90Bは、パワーMOSFETであってよい。なお、スイッチ90A,90Bは、MOSFETに限定されない。例えば、スイッチ90A,90Bは、バイポーラトランジスタ又はIGBTであってよい。
The
以下、第1コンバータ11、第2コンバータ12及び第3コンバータ13のそれぞれが備えるスイッチ90A,90Bを区別する場合、第1コンバータ11が備えるスイッチ90A及びスイッチ90Bは、「スイッチ91A」及び「スイッチ91B」と記載する。また、第2コンバータ12が備えるスイッチ90A及びスイッチ90Bは、「スイッチ92A」及び「スイッチ92B」と記載する。また、第3コンバータ13が備えるスイッチ90A及びスイッチ90Bは、「スイッチ93A」及び「スイッチ93B」と記載する。
Hereinafter, when the
スイッチ90Aは、バッテリ20Aとスイッチング回路51Aとの間に設けられる。例えば、スイッチ90Aは、バッテリ20Aの負極側の端子と、スイッチング回路51Aのスイッチング素子Q2Aのソースとの間に設けられる。スイッチ90Bは、バッテリ20Bとスイッチング回路51Bとの間に設けられる。例えば、スイッチ90Bは、バッテリ20Bの負極側の端子と、スイッチング回路51Bのスイッチング素子Q4Bのソースとの間に設けられる。
The
スイッチ90A,90Bは、駆動回路50からの制御信号に基づいて、トランス60を他の構成要素から切り離す。例えば、スイッチ90Aは、駆動回路50からの制御信号に基づいてオフすることにより、トランス60及びスイッチング回路51Aと、平滑コンデンサ52A及びバッテリ20Aとの間の接続を切り離す。例えば、スイッチ90Bは、駆動回路50からの制御信号に基づいてオフすることにより、トランス60及びスイッチング回路51Bと、平滑コンデンサ52B及びバッテリ20Bとの間の接続を切り離す。
The
なお、スイッチ90Aは、バッテリ20Aの正極側の端子と、スイッチング回路51Aのスイッチング素子Q1Aのドレインとの間に設けられてもよい。また、スイッチ90Bは、バッテリ20Bの正極側の端子と、スイッチング回路51Bのスイッチング素子Q3Bのドレインとの間に設けられてもよい。この場合、スイッチ90A,90Bは、P型MOSFETであってよい。
The
[AC-DCコンバータの回路構成]
図10は、第2実施形態に係るAC-DCコンバータの回路図である。換言すると、図10は、第4コンバータ14の回路図である。第4コンバータ14は、コンバータ10と、整流回路15とを有する。
[Circuit configuration of AC-DC converter]
FIG. 10 is a circuit diagram of the AC-DC converter according to the second embodiment. In other words, FIG. 10 is a circuit diagram of the
コンバータ10は、整流回路15と第1バッテリ21との間に接続される。コンバータ10は、整流回路15からの電圧を、所定電圧に昇圧した後、第1バッテリ21に供給する。
The
以下、第4コンバータ14のコンバータ10が有するトランス60は、「トランス64」とも記載する。また、トランス64の巻線70は、「巻線74」とも記載する。トランス64の巻線80は、「巻線84」とも記載する。第4コンバータ14のコンバータ10が有するスイッチ90A及びスイッチ90Bは、「スイッチ94A」及び「スイッチ94B」とも記載する。
Hereinafter, the
トランス64は、上述のトランス61,62,63と、コア65を共有して、構成されてよい。この構成については、図11及び図12を参照して後述する。
The
整流回路15は、スイッチング素子及びインダクタを含んで構成されてよい。整流回路15は、三相全波整流方式の回路であってもよいし、三相半波整流方式の回路であってもよい。整流回路15は、交流電源2に接続され得る。整流回路15は、交流電源2からの交流電流を、整流することにより、直流電流に変換する。
The
[トランスの構成]
図11は、第2実施形態に係るプレーナ型トランスの斜視図である。図12は、図11に示すL-L線におけるプレーナ型トランスの断面図である。なお、図12には、コア65の内部に形成される閉磁路の磁束を破線で示す。
[Transformer configuration]
FIG. 11 is a perspective view of the planar type transformer according to the second embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of a planar transformer on the LL line shown in FIG. In FIG. 12, the magnetic flux of the closed magnetic path formed inside the
プレーナ型トランス100は、図11及び図12に示すように、コア65と、巻線71,72,73,74と、巻線81,82,83,84と、基板110とを備える。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
コア65は、フェライト等の磁性部材で構成されてよい。コア65は、断面構造がE字状である一対のE型コアを、互いの3本の脚部が向き合うように組み合わせることにより構成されてよい。コア65は、図12に示すように、中脚部66と、側脚部67-1,67-2と、上面部68と、下面部69とを含む。
The core 65 may be made of a magnetic member such as ferrite. The core 65 may be configured by combining a pair of E-shaped cores having an E-shaped cross section so that the three legs face each other. As shown in FIG. 12, the
中脚部66は、図11及び図12に示すように、巻線71~74の中央に位置する開口、及び、巻線81~84の中央に位置する開口に挿入される。換言すると、巻線71~74及び巻線81~84は、中脚部66を中心として、巻かれた状態となる。中脚部66には、ギャップ66aが設けられてよい。中脚部66にギャップ66aを設けることにより、コア65の内部に形成される閉磁路の磁束密度を低下させることができ、コア65における磁気飽和を防ぐことができる。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
側脚部67-1は、図11に示すように、基板110の一方の外側に位置する。側脚部67-2は、図11に示すように、基板110の他方の外側に位置する。
As shown in FIG. 11, the side leg portion 67-1 is located on the outer side of one side of the
上面部68は、図12に示すように、中脚部66の上部と、側脚部67-1,67-2の上部とを連結する。下面部69は、図12に示すように、中脚部66の下部と、側脚部67-1,67-2の下部とを連結する。
As shown in FIG. 12, the
巻線71~74,81~84は、銅等の導体を用いて形成される導体パターンである。巻線71~74,81~84は、その中央に開口を有する。上述のように、巻線71,81は、トランス61に含まれる。また、巻線72,82は、トランス62に含まれる。また、巻線73,83は、トランス63に含まれる。また、巻線74,84は、トランス64に含まれる。
The
基板110は、絶縁材料を含んで構成される。基板110は、図12に示すように、基板111,112,113,114,115,116,117,118を含む。
The
基板111の上面には、巻線81が配置される。基板111の下面には、巻線71が配置される。基板112の上面には、巻線82が配置される。基板112の下面には、巻線72が配置される。基板113の上面には、巻線83が配置される。基板113の下面には、巻線73が配置される。基板114の上面には、巻線84が配置される。基板114の下面には、巻線74が配置される。
A winding 81 is arranged on the upper surface of the
基板115は、巻線71と巻線82との間に配置される。基板116は、巻線72と巻線83との間に配置される。基板117は、巻線73と巻線84との間に配置される。
The
このように、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14のそれぞれのトランス61~64は、コア65を共有して構成することができる。このような構成により、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14を小型化することができる。従って、電源システム1を小型化することができる。また、トランス61~64をプレーナ型トランスとして構成することで、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14をより小型化することができる。
As described above, the
[駆動周波数の選択]
トランス61~64がコア65を共有して構成される場合、第1コンバータ11等の駆動周波数を適宜選択することにより、コア65における磁気飽和を防ぐことができる。以下、この内容について説明する。
[Selection of drive frequency]
When the
図9に示すコンバータ10が駆動するときに図12に示す中脚部66に生じる磁束密度をBとする。このとき、磁束密度Bが、以下の式(1)を満たせば、コア65における磁気飽和を防ぐことができる。
B<Bmax
A>φ/Bmax 式(1)
式(1)において、Bmaxは、コア65の飽和磁束密度である。Bmaxは、コア65の磁気特性に応じた値となる。つまり、Bmaxは、コア65を構成する磁性材料に応じた値となる。Aは、図12に示す中脚部66の断面積である。磁束φは、図9に示すコンバータ10が駆動するときに、中脚部66に生じる磁束φである。
Let B be the magnetic flux density generated in the
B <Bmax
A> φ / Bmax equation (1)
In the formula (1), Bmax is the saturation magnetic flux density of the
ここで、磁束φは、以下の式(2),(3)によって算出される。
上述の式(2)及び式(3)から、Vが最も大きくなるコンバータ10が駆動するとき、式(1)における磁束密度Bは、最も大きくなり得る。図1に示す構成では、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14のうち、第1コンバータ11が駆動するとき、Vは、最も大きくなり得る。
From the above equations (2) and (3), the magnetic flux density B in the equation (1) can be the largest when the
そこで、第1コンバータ11の駆動周波数が、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14の駆動周波数よりも、高くなるように設定する。さらに、第1コンバータ11の駆動周波数が式(1)を満たすように設定する。換言すると、第1コンバータ11の駆動周波数fは、コア65の磁気特性に応じて決定される。このような構成によって、コア65における磁気飽和を防ぐことができる。さらに、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14を、第1コンバータ11の駆動周波数よりも低い駆動周波数で駆動させることで、第2コンバータ12等における電力変換効率を向上させることができる。
Therefore, the drive frequency of the
[コントローラの処理]
第2実施形態では、図1に示すコントローラ41は、スイッチ91A~94A,91B~94Bを制御して、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14が同時に駆動しないように制御する。
[Controller processing]
In the second embodiment, the
例えば、図1に示すコントローラ41が、第1コンバータ11、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14のうち、第1コンバータ11を駆動させるものとする。このとき、コントローラ41は、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14を駆動させないように制御する。この場合、図1に示すコントローラ41は、スイッチ91A,91Bがオンするように、第1コンバータ11が有する図9に示す駆動回路50に制御信号を出力する。また、コントローラ41は、スイッチ92A~94A,92B~94Bがオフするように、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14のそれぞれが有する図9に示す駆動回路50に制御信号を出力する。このような制御によって、第1コンバータ11では、トランス61が、平滑コンデンサ52A等の他の構成要素と接続される。また、このような制御によって、第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14では、トランス62~64が他の構成要素から分離される。これにより、駆動しない第2コンバータ12、第3コンバータ13及び第4コンバータ14において、トランス62~64から他の構成要素へ意図しない電流が漏れ出ることを防ぐことができる。
For example, it is assumed that the
なお、スイッチ90A,90Bを設ける構成は、図9に示す構成に限定されない。例えば、図13に示すような構成であってよい。
The configuration in which the
[DC-DCコンバータの他の回路構成]
図13は、第2実施形態の他の例に係るDC-DCコンバータの回路図である。図13では、図9に示す構成の一部を示す。第1コンバータ11a、第2コンバータ12a、第3コンバータ13a及び第4コンバータ14aは、同様のDC-DCコンバータを採用可能である。以下では、第1コンバータ11aを例に説明する。
[Other circuit configurations of DC-DC converter]
FIG. 13 is a circuit diagram of a DC-DC converter according to another example of the second embodiment. FIG. 13 shows a part of the configuration shown in FIG. Similar DC-DC converters can be adopted as the
第1コンバータ11aは、巻線71とスイッチング回路51Aとの間にスイッチ121A,122Aを有する。第1コンバータ11aは、巻線81とスイッチング回路51Bとの間にスイッチ121B,122Bを有する。
The
スイッチ121A,122Aは、リレー回路を含んで構成されてよい。スイッチ121Aは、巻線71の一方の端部と、図9に示すスイッチング回路51Aのスイッチング素子Q1Aのソース及びスイッチング素子Q2Aのドレインとの間に設けられる。スイッチ122Aは、巻線71の他方の端部と、図9に示すスイッチング回路51Aのスイッチング素子Q3Aのソース及びスイッチング素子Q4Aのドレインとの間に設けられる。
The
スイッチ121A,122Aは、図1に示すコントローラ41からの制御信号に基づいて、導通及び遮断を切替える。
The
スイッチ121B,122Bは、リレー回路を含んで構成されてよい。スイッチ121Bは、巻線81の一方の端部と、図9に示すスイッチング回路51Bのスイッチング素子Q1Bのソース及びスイッチング素子Q2Bのドレインとの間に設けられる。スイッチ122Bは、巻線81の他方の端部と、図9に示すスイッチング回路51Bのスイッチング素子Q3Bのソース及びスイッチング素子Q4Bのドレインとの間に設けられる。
The
スイッチ121B,122Bは、図1に示すコントローラ41からの制御信号に基づいて、導通及び遮断を切替える。
The
本開示に係る一実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を1つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。 Although one embodiment according to the present disclosure has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications or modifications based on the present disclosure. It should be noted, therefore, that these modifications or modifications are within the scope of this disclosure. For example, the functions and the like included in each means can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of means and the like can be combined or divided into one.
例えば、上述の第2実施形態では、図11及び図12に示すように、トランス61~64がコア65を共有して構成されると説明した。ただし、図1に示す電源システム1が第4コンバータ14を備えない場合、トランス61~63がコア65を共有して構成されてよい。
For example, in the above-mentioned second embodiment, it has been described that the
1 電源システム
2 交流電源
10 コンバータ
11,11a 第1コンバータ
12,12a 第2コンバータ
13,13a 第3コンバータ
14,14a 第4コンバータ
15 整流回路
20A,20B バッテリ
21 第1バッテリ
22 第2バッテリ
23 第3バッテリ
31 モータ(負荷)
32 補機(負荷)
33 ECU(負荷)
40 メモリ
41 コントローラ
50 駆動回路
51A,51B スイッチング回路
52A,52B 平滑コンデンサ
60,61~64 トランス
65 コア
66 中脚部
66a ギャップ
67-1,67-2 側脚部
68 上面部
69 下面部
70~74,80~84 巻線
90A~94A,90B~94B スイッチ
100 プレーナ型トランス
110~117 基板
121A,121B,122A,122B スイッチ
P1~P10 経路
Q1A~Q4A,Q1B~Q4B スイッチング素子
1 Power supply system 2
32 Auxiliary equipment (load)
33 ECU (load)
40
Claims (12)
前記複数のコンバータにおいて隣接するコンバータ間に設けられた複数のバッテリと、
前記複数のコンバータを制御可能なコントローラと、
を備え、
前記複数のバッテリは、
第1バッテリと、
前記第1バッテリよりも公称電圧が低い第2バッテリと、
前記第2バッテリよりも公称電圧が低い第3バッテリと、を含み、
前記複数のコンバータは、
前記第1バッテリと前記第2バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第1コンバータと、
前記第2バッテリと前記第3バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第2コンバータと、
前記第3バッテリと前記第1バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第3コンバータと、を含む、電源システム。 Multiple converters connected in a loop and capable of bidirectional power conversion,
In the plurality of converters, a plurality of batteries provided between adjacent converters and
With a controller that can control the multiple converters,
Equipped with
The plurality of batteries are
With the first battery
A second battery whose nominal voltage is lower than that of the first battery,
Includes a third battery, which has a lower nominal voltage than the second battery.
The plurality of converters
A first converter capable of bidirectional power conversion between the first battery and the second battery,
A second converter capable of bidirectional power conversion between the second battery and the third battery,
A power supply system comprising a third converter capable of bidirectional power conversion between the third battery and the first battery .
前記コントローラは、前記第1コンバータ及び前記第3コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリ及び前記第3バッテリに供給する、電源システム。 In the power supply system according to claim 1 ,
The controller controls the first converter and the third converter to supply the electric power charged in the first battery to the second battery and the third battery.
前記コントローラは、前記第1バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第1バッテリの異常を検出すると、前記第1コンバータを制御して、前記第2バッテリに充電された電力を、前記第1バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。 In the power supply system according to claim 2 ,
The controller can detect the abnormality of the first battery, and the controller can detect the abnormality of the first battery.
When the controller detects an abnormality in the first battery, the controller controls the first converter to supply electric power charged in the second battery to a load connected to the first battery.
前記コントローラは、前記第2バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第2バッテリの異常を検出すると、前記第1コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。 In the power supply system according to claim 2 ,
The controller can detect an abnormality of the second battery, and the controller can detect the abnormality of the second battery.
When the controller detects an abnormality in the second battery, the controller controls the first converter to supply electric power charged in the first battery to a load connected to the second battery.
前記コントローラは、前記第3バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第3バッテリの異常を検出すると、前記第3コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第3バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。 In the power supply system according to claim 2 ,
The controller can detect an abnormality of the third battery, and the controller can detect the abnormality of the third battery.
When the controller detects an abnormality in the third battery, the controller controls the third converter to supply electric power charged in the first battery to a load connected to the third battery.
前記コントローラは、前記第1コンバータの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第1コンバータの異常を検出すると、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリ及び前記第3バッテリに供給する、電源システム。 In the power supply system according to claim 2 ,
The controller can detect an abnormality in the first converter, and can detect an abnormality in the first converter.
When the controller detects an abnormality in the first converter, it controls the second converter and the third converter to supply the electric power charged in the first battery to the second battery and the third battery. Power system.
前記コントローラは、前記第3コンバータの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第3コンバータの異常を検出すると、前記第1コンバータ及び前記第2コンバータを制御して、前記第1バッテリに充電された電力を、前記第2バッテリ及び前記第3バッテリに供給する、電源システム。 In the power supply system according to claim 2 ,
The controller can detect an abnormality of the third converter, and can detect an abnormality of the third converter.
When the controller detects an abnormality in the third converter, it controls the first converter and the second converter to supply the electric power charged in the first battery to the second battery and the third battery. Power system.
前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのそれぞれのトランスは、コアを共有して構成される、電源システム。 In the power supply system according to any one of claims 1 to 7 .
A power supply system in which each transformer of the first converter, the second converter, and the third converter shares a core.
前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのそれぞれのトランスは、プレーナ型トランスである、電源システム。 In the power supply system according to claim 8 ,
The transformers of the first converter, the second converter, and the third converter are planar transformers, which are power supply systems.
前記第1コンバータの駆動周波数は、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータの駆動周波数よりも高く、
前記第1コンバータの駆動周波数は、前記コアの磁気特性に応じて決定される、電源システム。 In the power supply system according to claim 8 or 9 .
The drive frequency of the first converter is higher than the drive frequencies of the second converter and the third converter.
A power supply system in which the drive frequency of the first converter is determined according to the magnetic characteristics of the core.
前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのそれぞれにおいて、少なくも前記トランスを他の構成要素から切り離すスイッチが設けられる、電源システム。 In the power supply system according to claim 8 or 9 .
A power supply system in which at least a switch for disconnecting the transformer from other components is provided in each of the first converter, the second converter, and the third converter.
前記コントローラは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ及び前記第3コンバータのうちの制御対象ではないコンバータでは、前記スイッチを制御して、少なくも前記トランスを他の構成要素から切り離す、電源システム。 In the power supply system according to claim 11 ,
The controller is a power supply system that controls the switch in the non-controlled converters of the first converter, the second converter, and the third converter to disconnect at least the transformer from other components.
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