TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021012853
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210204
出願番号2019127581
出願日20190709
発明の名称電源システム
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/633 20140101AFI20210108BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】小型化を図ることができる電源システムを提供する。
【解決手段】電源システムは、蓄電池10に電気的に接続される電力変換回路50と、制御部100と、熱伝達部45とを備えている。制御部100は、電力変換回路50を構成する各スイッチQ1〜Q8をオンオフ制御することにより、蓄電池10及び電力変換回路50の間に電流を流す。熱伝達部45は、各スイッチQ1〜Q8のオンオフ制御に伴って電力変換回路50で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する。制御部100は、昇温対象要素の昇温要求がある場合、昇温要求がない場合よりも電力変換回路50で発生する熱量を増大させるように、各スイッチQ1〜Q8をオンオフ制御する昇温モード制御を実施する。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
蓄電部(10,11)に接続される電力変換回路(20,50)を備える電源システムにおいて、
前記電力変換回路を構成するスイッチ(Q1〜Q16,QA1〜QA4)をオンオフ制御することにより、前記蓄電部及び前記電力変換回路の間に電流を流す制御部(100)と、
前記スイッチのオンオフ制御に伴って前記電力変換回路で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する熱伝達部(45)と、を備え、
前記制御部は、前記昇温対象要素の昇温要求がある場合、該昇温要求がない場合よりも前記電力変換回路で発生する熱量を増大させるように、前記スイッチをオンオフ制御する昇温モード制御を実施する電源システム。
続きを表示(約 3,800 文字)【請求項2】
前記電力変換回路(50)は、
第1端子(CH1,CL1)及び第2端子(CH2,CL2)と、
前記第1端子と前記第2端子とを接続し、かつ、前記蓄電部に接続される電気経路(61,62)と、
互いに磁気結合される第1コイル(53a)及び第2コイル(53b)を有するトランス(53)と、
前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
前記第2コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、を備え、
前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記第1端子及び前記第2端子のうち、一方の端子に前記蓄電部からの電力が入力され、他方の端子から前記蓄電部へと電力を出力するように、前記第1変換スイッチ及び前記第2変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
【請求項3】
前記トランスは、前記第1コイル及び前記第2コイルと磁気結合する第3コイル(53c)を有し、
前記電力変換回路は、
第3端子(CH3,CL3)と、
前記第3コイルと前記第3コイルとに接続され、前記スイッチとして第3変換スイッチ(Q9〜Q12)を有する第3変換回路(54)と、を備える請求項2に記載の電源システム。
【請求項4】
前記電力変換回路(50)は、
第1端子(CH1,CL1)、第2端子(CH2,CL2)、第3端子(CH3,CL3)及び第4端子(CH4,CL4)と、
前記第1端子と前記第2端子とを接続し、かつ、前記蓄電部に接続される第1電気経路(61,62)と、
前記第3端子と前記第4端子とを接続する第2電気経路(63,64)と、
互いに磁気結合される第1コイル(56a)及び第2コイル(56b)を有する第1トランス(56)と、
互いに磁気結合される第3コイル(57a)及び第4コイル(57b)を有する第2トランス(57)と、
前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
前記第3コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、
前記第2コイルと前記第3端子とに接続され、前記スイッチとして第3変換スイッチ(Q9〜Q12)を有する第3変換回路(54)と、
前記第4コイルと前記第4端子とに接続され、前記スイッチとして第4変換スイッチ(Q13〜Q16)を有する第4変換回路(55)と、を備え、
前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記蓄電部の出力電力が、前記第1端子、前記第1変換回路、前記第1トランス、前記第3変換回路、前記第3端子、前記第2電気経路、前記第4端子、前記第4変換回路、前記第2トランス、前記第2変換回路、前記第2端子及び前記第1電気経路を含む経路を循環するように、前記第1変換スイッチ、前記第2変換スイッチ、前記第3変換スイッチ及び前記第4変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
【請求項5】
前記電力変換回路(20)は、
前記蓄電部の正極端子が接続される第1端子(C1)と、
前記蓄電部の負極端子が接続される第2端子(C2)と、
前記第1端子に第1端が接続された第1リアクトル(21)と、
前記第2端子に第1端が接続された第2リアクトル(22)と、
前記スイッチとしての第1上アームスイッチ(QA1)及び第1下アームスイッチ(QA2)の直列接続体を有し、前記第1上アームスイッチと前記第1下アームスイッチとの接続点に前記第1リアクトルの第2端が接続された第1ブリッジ回路(23)と、
前記スイッチとしての第2上アームスイッチ(QA3)及び第2下アームスイッチ(QA4)の直列接続体を有し、前記第2上アームスイッチと前記第2下アームスイッチとの接続点に前記第2リアクトルの第2端が接続された第2ブリッジ回路(24)と、を備え、
前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記蓄電部の出力電力が、前記第1端子、前記第1リアクトル、前記第1上アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ、前記第2リアクトル及び前記第2端子を含む経路を循環するように、前記第1上アームスイッチ、前記第1下アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
【請求項6】
前記電力変換回路(50)は、
第1端子(CH1,CL1)、第2端子(CH2,CL2)、第3端子(CH3,CL3)及び第4端子(CH4,CL4)と、
前記第1端子と前記第2端子とを接続し、かつ、前記蓄電部に接続される第1電気経路(61,62)と、
前記第3端子と前記第4端子とを接続する第2電気経路(63,64)と、
互いに磁気結合される第1コイル(58a)、第2コイル(58b)、第3コイル(58c)及び第4コイル(58d)を有するトランス(58)と、
前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
前記第4コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、
前記第2コイルと前記第3端子とに接続され、前記スイッチとして第3変換スイッチ(Q9〜Q12)を有する第3変換回路(54)と、
前記第3コイルと前記第4端子とに接続され、前記スイッチとして第4変換スイッチ(Q13〜Q16)を有する第4変換回路(55)と、を備え、
前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記蓄電部の出力電力が、前記第1端子、前記第1変換回路、前記第1コイル、前記第2コイル、前記第3変換回路、前記第3端子、前記第2電気経路、前記第4端子、前記第4変換回路、前記第3コイル、前記第4コイル、前記第2変換回路、前記第2端子及び前記第1電気経路を含む経路を循環するように、前記第1変換スイッチ、前記第2変換スイッチ、前記第3変換スイッチ及び前記第4変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
【請求項7】
前記蓄電部は、第1蓄電部(10)及び第2蓄電部(11)を含み、
前記電力変換回路(50)は、
前記第1蓄電部が接続される第1端子(CH1,CL1)と、
前記第2蓄電部が接続される第2端子(CH2,CL2)と、
互いに磁気結合される第1コイル(53a)及び第2コイル(53b)を有するトランス(53)と、
前記第1コイルと前記第1端子とに接続され、前記スイッチとして第1変換スイッチ(Q1〜Q4)を有する第1変換回路(51)と、
前記第2コイルと前記第2端子とに接続され、前記スイッチとして第2変換スイッチ(Q5〜Q8)を有する第2変換回路(52)と、を備え、
前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記第1蓄電部の出力電力を、前記第1端子、前記第1変換回路、前記トランス、前記第2変換回路及び前記第2端子を介して前記第2蓄電部に供給する第1処理と、前記第2蓄電部の出力電力を、前記第2端子、前記第2変換回路、前記トランス、前記第1変換回路及び前記第1端子を介して前記第1蓄電部に供給する第2処理とを交互に実施するように、前記第1変換スイッチ及び前記第2変換スイッチをオンオフ制御する請求項1に記載の電源システム。
【請求項8】
前記制御部は、前記第1処理において前記第1蓄電部から前記第2蓄電部へ供給される電力と、前記第2処理において前記第2蓄電部から前記第1蓄電部へ供給される電力とを異なる値に設定する請求項7に記載の電源システム。
【請求項9】
給電されることにより熱を発生し、発生した熱を前記熱伝達部に伝達させる発熱装置(300)を備える請求項1〜8のいずれか1項に記載の電源システム。
【請求項10】
前記制御部は、前記昇温要求がある場合、該昇温要求がない場合よりも、前記スイッチをオンするときの該スイッチのゲート電圧を低下させる請求項1〜9のいずれか1項に記載の電源システム。
【請求項11】
前記制御部は、前記昇温モード制御において、前記昇温対象要素の温度が低いほど、前記蓄電部の出力電力の上限値を大きくする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電源システム。
【請求項12】
走行動力源となる回転電機(40)を備える車両に搭載される電源システムにおいて、
前記電力変換回路とは別に設けられ、前記回転電機の電機子巻線に接続されたインバータ(30)を備える請求項1〜11のいずれか1項に記載の電源システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電池等の蓄電部に接続される電力変換回路を備える電源システムに関する。
続きを表示(約 5,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、特許文献1に見られるように、電気自動車に搭載され、電気自動車の走行動力源となるモータに電気的に接続された蓄電池を備える電源システムが知られている。このシステムでは、蓄電池付近に冷却水が流れる構成とされ、その冷却水が電熱ヒータにより加熱されるようになっている。電源システムは、電熱ヒータの出力を蓄電池の温度に応じて制御することにより、冷却水を昇温し、蓄電池の温度を所定温度範囲内に収めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第3451141号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
蓄電池を昇温させるために電熱ヒータが備えられると、電源システムが大型化する懸念がある。このため、蓄電池を昇温させる電源システムの体格を小型化することについては、未だ改善の余地がある。なお、電源システムとしては、昇温対象要素として蓄電池を備えるものに限らない。
【0005】
本発明は、小型化を図ることができる電源システムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、蓄電部に接続される電力変換回路を備える電源システムにおいて、
前記電力変換回路を構成するスイッチをオンオフ制御することにより、前記蓄電部及び前記電力変換回路の間に電流を流す制御部と、
前記スイッチのオンオフ制御に伴って前記電力変換回路で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する熱伝達部と、を備え、
前記制御部は、前記昇温対象要素の昇温要求がある場合、該昇温要求がない場合よりも前記電力変換回路で発生する熱量を増大させるように、前記スイッチをオンオフ制御する昇温モード制御を実施する。
【0007】
本発明では、蓄電部に接続される電力変換回路を用いて昇温対象要素を昇温させる。そのために、本発明は、電力変換回路を構成するスイッチをオンオフ制御することにより、蓄電部及び電力変換回路の間に電流を流す制御部と、スイッチのオンオフ制御に伴って電力変換回路で発生した熱を吸収して昇温対象要素に伝達する熱伝達部とを備えている。
【0008】
ここで、制御部は、昇温対象要素の昇温要求がある場合、昇温要求がない場合よりも電力変換回路で発生する熱量を増大させるように、スイッチをオンオフ制御する。このため、電力変換回路で発生する熱を用いて昇温対象要素を昇温させることができる。
【0009】
以上説明した本発明によれば、昇温対象要素を昇温させるための発熱装置を不要にできたり、発熱装置が設けられる場合であっても、その装置を小型化できたりすることができる。このため、本発明によれば、電源システムの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
第1実施形態に係る車載電源システムの全体構成図。
制御部の処理を示す機能ブロック図。
各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。
第1期間における電流流通経路を示す図。
第2期間における電流流通経路を示す図。
第3期間における電流流通経路を示す図。
第4期間における電流流通経路を示す図。
昇温モード制御の処理手順を示すフローチャート。
第2実施形態に係る電源システムの構成図。
昇温モード制御が実施される場合における各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。
昇温モード制御が実施されない場合における各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。
第3実施形態に係る電源システムの構成図。
制御部の処理を示す機能ブロック図。
各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。
第4実施形態に係る電源システムの構成図。
制御部の処理を示す機能ブロック図。
各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。
第5実施形態に係る電源システムの構成図。
各スイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。
第6実施形態に係る電源システムの構成図。
昇温モード制御の処理手順を示すフローチャート。
第7実施形態に係る電源システムの構成図。
第8実施形態に係る昇温モード制御の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<第1実施形態>
以下、本発明に係る電源システムを具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電源システムは、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)等の電動化車両に搭載されている。
【0012】
図1に示すように、車両に搭載される電源システムは、蓄電池10(蓄電部に相当)、DCDCコンバータ20、インバータ30及び車両の走行動力源となる回転電機40を備えている。蓄電池10は、充放電可能な2次電池であり、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。
【0013】
蓄電池10には、DCDCコンバータ20が接続されている。DCDCコンバータ20には、インバータ30を介して回転電機40の電機子巻線が電気的に接続されている。DCDCコンバータ20は、蓄電池10から入力される直流電圧を昇圧してインバータ30に出力する昇圧機能、及びインバータ30から入力された直流電圧を降圧して蓄電池10に出力する降圧機能を有している。
【0014】
インバータ30は、DCDCコンバータ20から出力された直流電力を交流電力に変換して回転電機40の電機子巻線に供給する力行動作を実施する。これにより、回転電機40のロータが回転駆動され、車両の駆動輪41を回転させる。一方、インバータ30は、回転電機40で発電された交流電力を直流電力に変換してDCDCコンバータ20に供給する回生動作を実施する。
【0015】
電源システムは、電力変換回路50を備えている。電力変換回路50は、第1フルブリッジ回路51(第1変換回路に相当)及び第2フルブリッジ回路52(第2変換回路に相当)を備えている。
【0016】
第1フルブリッジ回路51は、第1〜第4スイッチQ1〜Q4(第1変換スイッチに相当)を備えている。本実施形態において、第1〜第4スイッチQ1〜Q4は、NチャネルMOSFETである。第1スイッチQ1及び第3スイッチQ3のドレインには、電力変換回路50の第1高電位側端子CH1が接続されている。第1スイッチQ1のソースには、第2スイッチQ2のドレインが接続され、第3スイッチQ3のソースには、第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2スイッチQ2及び第4スイッチQ4のソースには、電力変換回路50の第1低電位側端子CL1が接続されている。第1フルブリッジ回路51は、直流電力及び交流電力のうち、一方を入力とし、他方を出力とする回路である。なお、本実施形態において、第1高電位側端子CH1及び第1低電位側端子CL1が第1端子に相当する。
【0017】
第2フルブリッジ回路52は、第5〜第8スイッチQ5〜Q8(第2変換スイッチに相当)を備えている。本実施形態において、第5〜第8スイッチQ5〜Q8は、NチャネルMOSFETである。第5スイッチQ5及び第7スイッチQ7のドレインには、電力変換回路50の第2高電位側端子CH2が接続されている。第5スイッチQ5のソースには、第6スイッチQ6のドレインが接続され、第7スイッチQ7のソースには、第8スイッチQ8のドレインが接続されている。第6スイッチQ6及び第8スイッチQ8のソースには、電力変換回路50の第2低電位側端子CL2が接続されている。なお、本実施形態において、第2高電位側端子CH2及び第2低電位側端子CL2が第2端子に相当する。
【0018】
電力変換回路50は、第1コイル53a及び第2コイル53bを有するトランス53を備えている。第1コイル53aの第1端には、第1スイッチQ1のソース及び第2スイッチQ2のドレインが接続され、第1コイル53aの第2端には、第3スイッチQ3のソース及び第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2コイル53bの第1端には、第5スイッチQ5のソース及び第6スイッチQ6のドレインが接続され、第2コイル53bの第2端には、第7スイッチQ7のソース及び第8スイッチQ8のドレインが接続されている。
【0019】
第1コイル53aと第2コイル53bとは、互いに磁気結合する。第1コイル53aの第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第2コイル53bには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。一方、第1コイル53aの第1端に対する第2端の電位が高くなる場合、第2コイル53bには、その第1端よりも第2端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。
【0020】
電力変換回路50は、高電位側電気経路61と低電位側電気経路62とを備えている。高電位側電気経路61は、第1高電位側端子CH1と第2高電位側端子CH2とを接続し、低電位側電気経路62は、第1低電位側端子CL1と第2低電位側端子CL2とを接続している。高電位側電気経路61には、蓄電池10の正極端子が接続され、低電位側電気経路62には、蓄電池10の負極端子が接続されている。
【0021】
電源システムは、熱伝達部45を備えている。本実施形態において、熱伝達部45は、第1〜第8スイッチQ1〜Q8、トランス53及び蓄電池10を熱交換対象要素とし、熱交換対象要素で発生する熱を吸収可能に構成されている。熱伝達部45は、吸収した熱を昇温対象要素に伝達し、昇温対象要素を昇温させる。昇温対象要素は、例えば、回転電機40及び蓄電池10のうち少なくとも1つである。
【0022】
熱伝達部45としては、例えば、熱交換対象要素と昇温対象要素との間で冷却水が循環する循環経路を備え、この冷却水を介して昇温対象要素を昇温させるものであってもよい。なお、熱伝達部45としては、これ以外にも例えば、冷却流体として気体(空気)が用いられるものであってもよい。また、熱伝達部45としては、例えば、冷却流体を用いず、熱交換対象要素及び昇温対象要素に当接するヒートシンク等の構成部材であってもよい。
【0023】
電源システムは、電圧センサ70、電流センサ80及び温度センサ90を備えている。電圧センサ70は、蓄電池10の端子間電圧を検出し、電流センサ80は、高電位側電気経路61に流れる電流を検出する。温度センサ90は、昇温対象要素の温度を検出する。電圧センサ70、電流センサ80及び温度センサ90の検出値は、電源システムが備える制御部100に入力される。
【0024】
制御部100は、DCDCコンバータ20、インバータ30及び電力変換回路50の各スイッチQ1〜Q8を制御する。
【0025】
続いて、図2を用いて、制御部100が実施する昇温モード制御について説明する。
【0026】
制御部100は、指令電流設定部110を備えている。指令電流設定部110は、指令電力制限部111、電流算出部112及び最小値選択部113を備えている。指令電力制限部111は、温度センサ90の検出温度Trに基づいて、入力された指令電力P2*を上限制限値Plimで制限する。本実施形態では、指令電力P2*が正の場合、蓄電池10の出力電力が、第1フルブリッジ回路51、トランス53、第2フルブリッジ回路52及び各電気経路61,62を介して蓄電池10に再度戻るような制御が実施される。一方、指令電力P2*が負の場合、蓄電池10の出力電力が、各電気経路61,62、第2フルブリッジ回路52、トランス53及び第1フルブリッジ回路51を介して蓄電池10に再度戻るような制御が実施される。
【0027】
指令電力制限部111は、入力された指令電力P2*が上限制限値Plimを超える場合、指令電力P2*として上限制限値Plimと同じ値を出力する。一方、指令電力制限部111は、入力された指令電力P2*が上限制限値Plim以下の場合、入力された指令電力P2*をそのまま出力する。
【0028】
指令電力制限部111は、検出温度Trが低いほど、上限制限値Plimを大きく設定する。つまり、検出温度Trが低いと電源システム周囲の環境温度が低いため、熱交換対象要素の冷却能力が十分であると考えられる。この場合、指令電力P2*を大きくしたとしても、電力変換回路50等の温度が過度に上昇しないと考えられる。
【0029】
電流算出部112は、指令電力制限部111から出力された指令電力P2*を、電圧センサ70の検出電圧である電源電圧V1rで除算することにより、第2高電位側端子CH2に流す指令電流I2fを算出する。指令電流I2fは、その符号が正の場合、高電位側電気経路61から第2高電位側端子CH2に向かう方向に電流が流れることを示し、負の場合、第2高電位側端子CH2から高電位側電気経路61に向かう方向に電流が流れることを示す。
【0030】
最小値選択部113は、電流算出部112により算出された指令電流I2fと、電流制限値I2limとのうち小さい方を最終的な指令電流Iref2として選択する。電流制限値I2limは、電源システムを過電流から保護するために設定されている。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社SOKEN
車両
株式会社SOKEN
燃焼器
株式会社SOKEN
燃焼器
株式会社SOKEN
燃焼器
株式会社SOKEN
受電機器
株式会社SOKEN
追跡装置
株式会社SOKEN
飛行装置
株式会社SOKEN
送風装置
株式会社SOKEN
送風装置
株式会社SOKEN
電磁装置
株式会社SOKEN
回転電機
株式会社SOKEN
蓄電装置
株式会社SOKEN
摩擦ダンパ
株式会社SOKEN
点火プラグ
株式会社SOKEN
電気自動車
株式会社SOKEN
レーダ装置
株式会社SOKEN
タイヤ装置
株式会社SOKEN
燃料噴射弁
株式会社SOKEN
燃料噴射弁
株式会社SOKEN
ガスセンサ
株式会社SOKEN
高圧タンク
株式会社SOKEN
ガスセンサ
株式会社SOKEN
ガスセンサ
株式会社SOKEN
送受電機器
株式会社SOKEN
半導体装置
株式会社SOKEN
電力変換装置
株式会社SOKEN
物体検知装置
株式会社SOKEN
表示制御装置
株式会社SOKEN
電源システム
株式会社SOKEN
表示制御装置
株式会社SOKEN
車両制御装置
株式会社SOKEN
電力変換装置
株式会社SOKEN
充電システム
株式会社SOKEN
電力変換装置
株式会社SOKEN
物体検出装置
株式会社SOKEN
電力変換装置
続きを見る