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公開番号2021136850
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020034184
出願日20200228
発明の名称電源システム
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/00 20060101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】複数の機器に電力を供給する電源システムにおいて内部電源部品を削減し、小型化および低コスト化する。
【解決手段】電源システムは、電源に接続される電力変換器と、電力変換器に接続される複数の電力消費機器と、を備える。各電力消費機器は、2以上の異なる内部電圧のうちのいずれかの内部電圧で制御される負荷を含む。電力変換器は、電源から出力される電力を利用して、複数の電力消費機器が使用する2以上の異なる内部電圧を生成する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
電源に接続される電力変換器と、
前記電力変換器に接続される複数の電力消費機器と、を備え、
各電力消費機器は、2以上の異なる内部電圧のうちのいずれかの内部電圧で制御される負荷を含み、
前記電力変換器は、前記電源から出力される電力を利用して、前記2以上の異なる内部電圧を生成する
ことを特徴とする電源システム。
続きを表示(約 870 文字)【請求項2】
前記電力変換器は、前記電源の電力を変換して出力する機能を備え、
各電力消費機器の負荷は、前記電力変換器から出力される電力を消費する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
【請求項3】
前記電力変換器は、
前記2以上の異なる内部電圧に対応する2以上のDC/DCコンバータと、
前記2以上のDC/DCコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
前記電力制御部は、前記複数の電力消費機器の動作に係わる指示に基づいて、前記2以上のDC/DCコンバータが生成する電力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
【請求項4】
前記電力制御部は、前記複数の電力消費機器の動作に係わる指示および各電力消費機器の優先度に基づいて、前記2以上のDC/DCコンバータが生成する電力を制御する
ことを特徴とする請求項3に記載の電源システム。
【請求項5】
前記複数の電力消費機器は、内部電圧ごとにグループ化され、
前記電力変換器は、グループごとに、電力消費機器に内部電圧を供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
【請求項6】
前記複数の電力消費機器は、内部電圧ごと且つ各電力消費機器の優先度ごとにグループ化され、
前記電力変換器は、グループごとに、電力消費機器に内部電圧を供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
【請求項7】
前記電力変換器および前記複数の電力消費機器は、車両に搭載される
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
【請求項8】
前記電源は高電圧バッテリであり、
前記電力変換器の出力側に、前記電力変換器から前記複数の電力消費機器の負荷に電力を供給するための電力バッファとして動作する低電圧バッテリが設けられる
ことを特徴とする請求項1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、複数の電力消費機器を備える電源システムに係わる。
続きを表示(約 5,600 文字)【背景技術】
【0002】
近年、自動車または産業車両等の車両には、様々な電気回路および電子機器が搭載されている。そして、車載バッテリから各電気回路および各電子機器に電力が供給される。ただし、車両に搭載される電気回路および電子機器に供給すべき電圧は、互いに同じではない。すなわち、様々な電圧を生成することが要求される。
【0003】
例えば、図1に示す例では、走行モータインバータ等の高電圧機器に加えて、パワーステアリング装置、ポンプ装置、センサ回路等の低電圧機器が車両に搭載されている。ここで、パワーステアリング装置およびポンプ装置は、内部電圧として直流5Vを必要とし、センサ回路は、内部電圧として直流3.3Vを必要とするものとする。内部電圧は、例えば、負荷を制御する制御デバイス等により使用される。
【0004】
高電圧機器には、高電圧バッテリから電力が供給される。また、低電圧機器には、電力変換器を介して電力が供給される。電力変換器は、DC/DCコンバータを含み、高電圧バッテリの出力電圧(例えば、250V)を所定の直流電圧(例えば、14V)に変換して出力する。低電圧バッテリは、電力バッファとして使用される。例えば、高電圧機器が大きな電力を要求し、電力変換器が十分な電力を出力できないときには、低電圧バッテリから低電圧機器に電力が供給されることがある。
【0005】
各低電圧機器は、自分が必要とする内部電圧を生成する内部電源を備える。例えば、パワーステアリング装置およびポンプ装置は、それぞれ、入力電圧を直流5Vに変換する内部電源を備える。また、センサ回路は、入力電圧を直流3.3Vに変換する内部電源を備える。
【0006】
なお、従来技術として、補機バッテリの入力電力に応じて外部充電時に用いられるDC/DCコンバータを適切に制御する方法が知られている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2016−111763号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述のように、各機器が必要とする内部電圧が異なる場合には、機器ごとに内部電源が設けられる。つまり、機器の数と同じ数の内部電源が必要になるので、車両全体のコストが高くなるおそれがある。また、各機器に設けられる内部電源が独立して動作するので、車両全体として電力効率が低下するおそれがある。なお、これらの問題は、車両のみにおいて発生するものではなく、必要な電圧が異なる複数の機器が実装される装置において発生し得る。
【0009】
本発明の1つの側面に係る目的は、複数の機器に電力を供給する電源システムにおいて内部電源部品を削減し、小型化および低コスト化することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の1つの態様の電源システムは、電源に接続される電力変換器と、前記電力変換器に接続される複数の電力消費機器と、を備える。各電力消費機器は、2以上の異なる内部電圧のうちのいずれかの内部電圧で制御される負荷を含む。前記電力変換器は、前記電源から出力される電力を利用して、前記2以上の異なる内部電圧を生成する。
【0011】
上記構成によれば、各電力消費機器は、内部電圧を生成するための電源を備える必要はない。よって、各電力消費機器の小型化および低コスト化が実現される。
【0012】
前記電力変換機器は、前記2以上の異なる内部電圧に対応する2以上のDC/DCコンバータと、前記2以上のDC/DCコンバータを制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部は、前記複数の電力消費機器の動作に係わる指示に基づいて、前記2以上のDC/DCコンバータが生成する電力を制御してもよい。この場合、内部電圧を生成するための消費電力が削減され、電源システムとして効率を改善することができる。
【0013】
複数の電力消費機器は、内部電圧ごと且つ各電力消費機器の優先度ごとにグループ化されてもよい。この場合、電力変換器は、グループごとに、電力消費機器に内部電圧を供給する。この構成によれば、例えば、電力変換器から複数の電力消費機器に十分な電力を供給できないときであっても、少なくとも優先度の高い電力消費機器は動作を継続できる。
【発明の効果】
【0014】
上述の態様によれば、複数の機器に電力を供給する電源システムの内部電源部品を削減し、小型化および低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
複数の機器に電力を供給するシステムの一例を示す図である。
本発明の実施形態に係わる電源システムの一例を示す図である。
電力変換器の一例を示す図である。
電力制御部がDC/DCコンバータを制御するために使用する制御テーブルの一例を示す図である。
本発明の実施形態に係わる電源システムのバリエーションを示す図である。
本発明の実施形態に係わる電源システムの他のバリエーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図2は、本発明の実施形態に係わる電源システムの一例を示す。本発明の実施形態に係わる電源システム100は、高電圧バッテリ1、電力変換器2、低電圧バッテリ3、複数の補機4〜6を備える。ただし、高電圧バッテリ1および低電圧バッテリ3は、電源システム100の構成要素でなくてもよい。すなわち、高電圧バッテリ1および低電圧バッテリ3は、電源システム100に接続する構成であってもよい。なお、電源システム100は、この実施例では、電気自動車等の車両に搭載されるものとする。
【0017】
高電圧バッテリ1は、例えば、不図示の充電器により充電される二次電池であり、電源システム100の電源として使用される。高電圧バッテリ1の出力電圧は、特に限定されるものではないが、例えば、250V〜400V程度である。
【0018】
電力変換器2は、高電圧バッテリ1に接続され、高電圧バッテリ1から与えられる電力を変換して出力する。また、電力変換器2は、複数のDC/DCコンバータを含み、複数の異なる出力電圧を生成することができる。この例では、電力変換器2は、直流14V、直流5V、直流3.3V、直流1.3Vを生成できる。
【0019】
低電圧バッテリ3は、高電圧バッテリ1から出力される電力を利用して充電される二次電池であり、電源システム100の電力バッファとして使用される。例えば、高電圧機器50が大きな電力を要求し、電力変換器2から補機4〜6に十分な電力を供給できないときには、低電圧バッテリ3から補機4〜6に電力が供給されることがある。
【0020】
補機4〜6は、車両に搭載される電気回路または電子機器である。具体的には、補機4〜6は、例えば、DC/ACインバータ、パワーステアリング装置、パワーウィンドウ装置、パワーシート装置、ワイパー装置、オーディオ装置、センサ回路、ドアミラー駆動装置、ポンプ、LED回路などに相当する。そして、補機4〜6は、それぞれ、電力変換器2に接続され、電力変換器2から与えられる電力で動作する。なお、各補機4〜6は、電力変換器2から与えられる電力を消費する電力消費機器の一例である。
【0021】
各補機4〜6は、負荷および制御部を含む。負荷は、当該補機の主要な動作を行う。例えば、パワーステアリング装置の負荷はモータであり、DC/ACインバータの負荷は、スイッチング素子を含むインバータ回路である。なお、各補機4〜6の負荷が使用する電圧は、実際には必ずしも同じではないが、この実施例では、説明を簡単にするために、各補機4〜6の負荷は、電力変換器2から与えられる直流14Vで動作するものとする。
【0022】
各補機4〜6の制御部は、対応する負荷を制御する回路または電子部品であり、図2に示す例では、マイコンにより実現される。制御部の動作電圧は、補機4〜6毎に異なっている。この実施例では、補機4(4a〜4c)の制御部は直流5Vで動作し、補機5(5a〜5c)の制御部は直流3.3Vで動作し、補機6(6a〜6c)の制御部は直流1.3Vで動作する。なお、制御部の動作電圧を「内部電圧」と呼ぶことがある。
【0023】
電力変換器2と各補機4〜6との間は、それぞれ、主電力線および制御系電力線で接続されている。主電力線Pは、電力変換器2から各補機4〜6に直流14Vを伝達する。制御系電力線S1は、電力変換器2から各補機4(4a〜4c)に直流5Vを伝達する。制御系電力線S2は、電力変換器2から各補機5(5a〜5c)に直流3.3Vを伝達する。制御系電力線S3は、電力変換器2から各補機6(6a〜6c)に直流1.3Vを伝達する。
【0024】
コントローラ30は、車両内で発生する指示に基づいて電力の使用に係わる電力制御指示を生成して電力変換器2に与える。例えば、車両の運転者がステアリングを操作したときには、コントローラ30は、パワーステアリング装置を駆動する旨の電力制御指示を生成して電力変換器2に与える。この場合、電力変換器2は、コントローラ30から与えられる指示に応じて電力変換器2内に実装されているDC/DCコンバータを制御することで必要な電力を生成する。なお、コントローラ30は、例えば、マイコンにより実現される。
【0025】
高電圧機器50は、車両に搭載される電気回路または電子機器である。高電圧機器50は、特に限定されるものではないが、例えば、車両の走行用モータ(または、走行用モータのためのインバータ回路)である。そして、高電圧機器50は、高電圧バッテリ1から与えられる電力で動作する。
【0026】
このように、本発明の実施形態に係わる電源システム100においては、電力変換器2が各補機4〜6の内部電圧(即ち、制御部の動作電圧)を生成し、電力変換器2から各補機4〜6に内部電圧が供給される。このため、各補機4〜6は、自分で内部電圧を生成するための内部電源を備える必要はない。したがって、各補機4〜6の構成が簡単になり、小型化および低コスト化が実現される。
【0027】
なお、電源システム100においては、図1に示す構成と比較して、電力変換器2と補機4〜6との間の配線の数が増加する。ただし、本発明の実施形態では、内部電圧に応じて補機4〜6をグループ化し、グループ毎に制御系電力線を設けることで、電力変換器2と補機4〜6との間の配線の数の増加を抑制している。具体的には、内部電圧が5Vであるグループに属する補機4a〜4cには、1本の制御系電力線S1を介して電力が供給される。同様に、内部電圧が3.3Vであるグループに属する補機5a〜5cには、1本の制御系電力線S2を介して電力が供給される。また、内部電圧が1.3Vであるグループに属する補機6a〜6cには、1本の制御系電力線S3を介して電力が供給される。ここで、各グループに属する補機は、対応する制御系電力線に対して芋づる式に接続される。具体的には、制御系電力線S1に補機4a〜4cが芋づる式に接続され、制御系電力線S2に補機5a〜5cが芋づる式に接続され、制御系電力線S3に補機6a〜6cが芋づる式に接続される。よって、内部電圧ごとにグループ化することで、電力変換器2と補機4〜6との間の配線の数が抑制される。
【0028】
図3は、電力変換器2の一例を示す。この例では、電力変換器2は、DC/DCコンバータ20〜23および電力制御部24を備える。なお、電力変換器2は、図3に示していない他の回路またはデバイスを備えてもよい。
【0029】
DC/DCコンバータ20〜23は、それぞれ入力電圧を所定の出力電圧に変換する。この実施例では、DC/DCコンバータ20、21、22、23は、入力電圧をそれぞれ14V、5V、3.3V、1.3Vに変換する。また、DC/DCコンバータ20〜23は、電力制御部24から与えられる指示に従って、対応する補機が必要とする電力を生成する。なお、DC/DCコンバータ20〜23がパルス幅変調方式で動作するときは、電力制御部24は、出力すべき出力に応じてパルスのデューティを表す指示を生成してもよい。
【0030】
電力制御部24は、コントローラ30から与えられる電力制御指示に従ってDC/DCコンバータ20〜23を制御する。ここで、コントローラ30は、車両内で発生する指示に基づいて電力制御指示を生成する。例えば、車両の運転者がステアリングを操作したときには、コントローラ30は、パワーステアリング装置を駆動する旨の電力制御指示を生成して電力変換器2に与える。そうすると、電力変換器2は、コントローラ30から与えられる電力制御指示に応じて、電力変換器2内に実装されているDC/DCコンバータを駆動する。なお、電力制御部24は、例えば、マイコンにより実現される。
(【0031】以降は省略されています)

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