図面 (/)

技術 車両用電源システム

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 永石雅和
出願日 2016年8月24日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-163720
公開日 2018年3月1日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2018-033231
状態 特許登録済
技術分野 DC‐DCコンバータ
主要キーワード 駆動台数 動作頻度 DC制御 損失電力 デバイス群 温度取得 技術要素 最大電流値
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

複数のDC−DCコンバータを有する車両用電源システムの効率化を実現することができる技術を提供する。

解決手段

本明細書が開示する車両用電源システム2の一形態は、並列に接続された複数のDC−DCコンバータ28,30を有する。車両用電源システム2は、複数のDC−DCコンバータ28,30を冷却する冷却媒体が流れる冷却流路PFと、冷却媒体の温度を取得する温度取得手段Stと、を備える。車両用電源システム2は、さらに、複数の前記DC−DCコンバータ28,30の出力電流と、複数の前記DC−DCコンバータ28,30の出力電圧と、取得された前記温度と、を用いて、DC−DCコンバータ28,30の駆動台数ごとの損失電力を特定する損失特定手段60を備え、特定された損失電力のうち、最も小さい損失電力となるDC−DCコンバータの駆動台数を選択する台数選択手段60を備える。

概要

背景

車両用電源システムとして、複数のDC−DCコンバータを接続したシステムが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、1つのDC−DCコンバータであるマスタDC−DCコンバータが出力可能最大電流値を、もう1つのDC−DCコンバータであるスレーブDC−DCコンバータが出力可能な最大電流値よりも小さく設定した電源システムが開示されている。この電源システムでは、車両側要求電力が大きくなる場合に、マスタDC−DCコンバータとともに、早期にスレーブDC−DCコンバータに要求電力の一部を負担させる。

概要

複数のDC−DCコンバータを有する車両用電源システムの効率化を実現することができる技術を提供する。本明細書が開示する車両用電源システム2の一形態は、並列に接続された複数のDC−DCコンバータ28,30を有する。車両用電源システム2は、複数のDC−DCコンバータ28,30を冷却する冷却媒体が流れる冷却流路PFと、冷却媒体の温度を取得する温度取得手段Stと、を備える。車両用電源システム2は、さらに、複数の前記DC−DCコンバータ28,30の出力電流と、複数の前記DC−DCコンバータ28,30の出力電圧と、取得された前記温度と、を用いて、DC−DCコンバータ28,30の駆動台数ごとの損失電力を特定する損失特定手段60を備え、特定された損失電力のうち、最も小さい損失電力となるDC−DCコンバータの駆動台数を選択する台数選択手段60を備える。

目的

本明細書では、複数のDC−DCコンバータを有する車両用電源システムの効率化を実現することができる技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

並列に接続された複数のDC−DCコンバータを有する車両用電源システムであって、複数の前記DC−DCコンバータを冷却する冷却媒体が流れる冷却流路と、前記冷却媒体の温度を取得する温度取得手段と、複数の前記DC−DCコンバータの出力電流と、複数の前記DC−DCコンバータの出力電圧と、取得された前記温度と、を用いて、前記DC−DCコンバータの駆動台数ごとの損失電力を特定する損失特定手段と、特定された前記損失電力のうち、最も小さい損失電力となる前記DC−DCコンバータの駆動台数を選択する台数選択手段と、を備える、車両用電源システム。

技術分野

0001

本明細書が開示する技術は、車両用電源システムに関する。

背景技術

0002

車両用電源システムとして、複数のDC−DCコンバータを接続したシステムが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、1つのDC−DCコンバータであるマスタDC−DCコンバータが出力可能最大電流値を、もう1つのDC−DCコンバータであるスレーブDC−DCコンバータが出力可能な最大電流値よりも小さく設定した電源システムが開示されている。この電源システムでは、車両側要求電力が大きくなる場合に、マスタDC−DCコンバータとともに、早期にスレーブDC−DCコンバータに要求電力の一部を負担させる。

先行技術

0003

特開2013−81349号公報

発明が解決しようとする課題

0004

車両の燃費の効率化が求められており、車両に搭載される車両用電源システムの効率化も求められている。複数のDC−DCコンバータを有する車両用電源システムでは、DC−DCコンバータの動作状況がシステムの効率化に影響する。DC−DCコンバータにおける損失電力は、DC−DCコンバータの温度やシステム内で作動するDC−DCコンバータの台数によって変化する。しかしながら、特許文献1に開示された電源システムでは、スレーブDC−DCコンバータの動作頻度を上昇させることで、電源システムの異常判定の頻度の低下を防止しているものの、電源システムの効率化については、考慮されていない。

0005

本明細書では、複数のDC−DCコンバータを有する車両用電源システムの効率化を実現することができる技術を提供する。

課題を解決するための手段

0006

本明細書が開示する車両用電源システムの一形態は、並列に接続された複数のDC−DCコンバータを有する。車両用電源システムは、複数のDC−DCコンバータを冷却する冷却媒体が流れる冷却流路と、冷却媒体の温度を取得する温度取得手段と、を備える。車両用電源システムは、さらに、複数の前記DC−DCコンバータの出力電流と、複数の前記DC−DCコンバータの出力電圧と、取得された前記温度と、を用いて、DC−DCコンバータの駆動台数ごとの損失電力を特定する損失特定手段を備え、特定された損失電力のうち、最も小さい損失電力となるDC−DCコンバータの駆動台数を選択する台数選択手段を備える。この形態の車両用電源システムによれば、台数選択手段が損失特定手段によって特定された損失電力を基に、DC−DCコンバータの駆動台数を選択するため、車両用電源システムの損失電力を最小化できる。これにより、車両用電源システムの効率化を実現できる。

0007

本明細書が開示する技術の詳細およびさらなる改良は発明を実施するための形態の欄において詳細に説明する。

図面の簡単な説明

0008

実施例の車両用電源システムを含む電気自動車電気系統ブロック図である。
ECUが実行するDCDC制御処理のフローチャートである。
出力電流値出力電圧値水温とで特定される1台駆動時損失の一例の説明図である。
出力電圧値がB1(V)で水温がT1(℃)の場合の1台駆動時損失と2台駆動時損失との関係の一例を表すグラフである。

実施例

0009

図面を参照して実施例の車両用電源システム2を説明する。図1は、実施例の車両用電源システム2を含む電気自動車の電気系統のブロック図である。車両用電源システム2は、電気自動車に搭載されるシステムであって、走行用モータを駆動させるためのシステムである。なお、本明細書における「電気自動車」には、エンジンを備えず走行用モータだけを備える電気自動車と、走行用のモータとエンジンとを共に備えるハイブリッド車との双方を含む。本実施例では、ハイブリッド車に搭載された車両用電源システム2を一例として説明する。

0010

車両用電源システム2は、メインバッテリ4と、モータ6と、インバータ18と、システムメインリレー20(以下、「SMR20」と呼ぶ)と、サブバッテリ22と、補機26と、第1コンバータ28と、第2コンバータ30と、冷却システム40と、電子制御ユニット60(以下、「ECU60」と呼ぶ)と、を備えている。

0011

メインバッテリ4は、ニッケル水素電池リチウムイオン電池等の二次電池である。本実施例では、メインバッテリ4の電圧は300ボルト(V)程度である。ハイブリッド車としての電気自動車は、エンジン(図示せず)の動力を利用して走行することもできるし、メインバッテリ4の電力を利用して走行することもできる。電気自動車がエンジンの動力を利用して走行する場合には、エンジンが発生させた動力の一部を駆動輪(図示せず)に伝達して、駆動輪を回転させる。なお、エンジンを始動させる際には、メインバッテリ4からの電力をモータ6に供給し、モータ6をセルモータとして機能させて、駆動輪を回転させる。電気自動車は、エンジンの動力を用いてモータ6で発電し、モータ6で発電した電力をメインバッテリ4に充電できる。また、走行中の電気自動車が減速する際に、モータ6で回生発電し、モータ6で発電した電力をメインバッテリ4に充電することもできる。図1に示すように、メインバッテリ4には、メインバッテリ4の電圧を測定する電圧センサ4aが取り付けられている。

0012

インバータ18は、メインバッテリ4から供給される直流電力を、モータ6を駆動させるための三相交流電力に変換する。また、インバータ18は、モータ6が発電した三相交流電力を、メインバッテリ4へ充電するための直流電力に変換することもできる。

0013

SMR20は、インバータ18と、メインバッテリ4および第2コンバータ30と、の導通と非導通とを切り替える。SMR20は、メインバッテリ4とインバータ18との間に設けられている。SMR20は、正極線の導通と非導通とを切り換えるスイッチ20aと、負極線の導通と非導通とを切り換えるスイッチ20bと、を備えている。

0014

サブバッテリ22は、鉛電池等の二次電池である。本実施例では、サブバッテリ22の電圧は13V〜14.5V程度である。サブバッテリ22は、後述する第1コンバータ28および第2コンバータ30を挟んで、メインバッテリ4、SMR20、インバータ18、およびモータ6が設けられた一次側の反対である二次側に設けられている。サブバッテリ22は、配線を介して、パワーステアリングエアコン等の補機26に接続されている。図1において、補機26を示す一つの矩形(AUX)には、電気自動車の全ての補機が含まれる。補機26は、サブバッテリの電力で作動するデバイス群の総称である。そのため、補機26とは別に示された後述の冷却システム40に含まれるポンプPMも、補機26の一つである。

0015

第1コンバータ28は、直流電圧を変換できるDC−DCコンバータである。第1コンバータ28は、車両用電源システム2において、一次側のインバータ18と二次側との間に設けられている。換言すると、一次側と二次側とは、第1コンバータ28および後述する第2コンバータ30によって分けられている。第1コンバータ28は、一次側の電圧を一次側の電圧よりも低い電圧に降圧させた電力を、二次側に供給する降圧動作を実行できる。さらに、第1コンバータ28は、二次側の電圧を二次側の電圧よりも高い電圧に昇圧させた電力を、一次側に供給する昇圧動作も実行できる。すなわち、第1コンバータ28は、いわゆる双方向コンバータである。本実施例の車両用電源システム2では、第1コンバータ28が降圧動作を行うことで、SMR20の導通/非導通に関わらず、モータ6が発電した電力を二次側に供給することができる。二次側に供給された電力は、サブバッテリ22を充電ための電力、および、補機26を駆動させるための電力として使われる。また、車両用電源システム2では、第1コンバータ28が昇圧動作を行うことで、SMR20の導通/非導通に関わらず、サブバッテリ22の電力がモータを駆動させる電力として使われる。

0016

第2コンバータ30は、直流電圧を変換できるDC−DCコンバータである。第2コンバータ30は、車両用電源システム2において、一次側のメインバッテリ4と二次側との間に設けられている。第2コンバータ30は、一次側の電圧を一次側の電圧よりも低い電圧に降圧させた電力を、二次側に供給する降圧動作を実行できる。第2コンバータ30は、双方向コンバータの第1コンバータ28とは異なり、いわゆる単方向コンバータである降圧コンバータである。第2コンバータ30の性能は、第1コンバータ28の性能と同じである。本実施例の車両用電源システム2では、SMR20が導通している間、第1コンバータ28が降圧動作を行い、かつ、第2コンバータ30も降圧動作を行う。これにより、一次側の電力を、第1コンバータ28と第2コンバータ30とのそれぞれを介して、二次側に供給できる。なお、第1コンバータ28および第2コンバータ30が一次側と二次側とを分けるため、換言すると、車両用電源システム2では、第1コンバータ28と第2コンバータ30とは、並列に接続されている。

0017

第1コンバータ28と第2コンバータ30とのそれぞれは、一次側と二次側とのそれぞれの電圧および電流計測する電圧計および電流計を有している。計測された電圧および電流は、後述するECU60が実行する第1コンバータ28および第2コンバータ30の制御に用いられる。

0018

冷却システム40は、第1コンバータ28および第2コンバータ30を冷却するためのシステムである。図1に示すように、冷却システム40は、冷却媒体が内部に流れる冷却流路PFと、ポンプPMと、水温センサStとを備えている。冷却流路PFは、第1コンバータ28および第2コンバータ30を冷却する1つの循環路である。換言すると、冷却流路PFを流れる冷却媒体によって、第1コンバータ28と第2コンバータ30とのそれぞれが冷却される。本実施例では、冷却流路PFの内部を流れる冷却媒体は、冷却水である。ポンプPMは、冷却流路PFの内部を流れる冷却媒体を循環させる。ポンプPMは、補機26の1つであり、電力が供給されることで稼動する。水温センサStは、冷却流路PFの内部を循環する冷却媒体の水温を検出する。検出された水温は、後述のECU60によって実行される後述のDCDC制御処理で用いられる。なお、水温センサStは、「温度取得手段」の一例である。

0019

図2は、ECU60が実行するDCDC制御処理のフローチャートである。DCDC制御処理では、ECU60が、取得した第1コンバータ28の電圧値等を用いて、第1コンバータ28および第2コンバータ30を駆動させるか、第1コンバータ28または第2コンバータ30のみを駆動させるかを決定する処理である。なお、ECU60は、「損失特定手段」および「台数選択手段」の一例である。

0020

初めに、ECU60は、DC−DCコンバータである第1コンバータ28および第2コンバータ30の出力電流値を取得する(ステップS11)。ECU60は、第1コンバータ28および第2コンバータ30の出力電流値を、第1コンバータ28および第2コンバータ30が有する電流計から取得する。次に、ECU60は、第1コンバータ28および第2コンバータ30の出力電圧値を取得する(ステップS13)。ECU60は、出力電流値と同じように、第1コンバータ28および第2コンバータ30の出力電圧値を、第1コンバータ28および第2コンバータ30が有する電圧計から取得する。次に、ECU60は、水温センサStから、冷却流路PFの水温を取得する(ステップS15)。

0021

ECU60は、取得した第1コンバータ28および第2コンバータ30の出力電流値および出力電圧値と、取得した冷却流路PFの水温と、に基づいて、第1コンバータ28または第2コンバータ30を駆動させた場合の電力の損失である1台駆動時損失と、第1コンバータ28および第2コンバータ30を駆動させた場合の電力の損失である2台駆動時損失と、を特定する。ECU60は、特定した1台駆動時損失が2台駆動時損失以下であるか否かを判定する(ステップS17)。

0022

図3は、出力電流値と出力電圧値と水温とを用いて、ECU60に記憶されているマップから特定される1台駆動時損失の一例の説明図である。ECU60は、1台駆動時における複数の出力電流値について、出力電流値ごとの出力電流値と水温と損失との関係を表す複数のマップを予め記憶している。ECU60は、2台駆動時における複数の出力電流値について、1台駆動時における複数の出力電流値と同様に、複数のマップを記憶している。これら複数のマップは、予め実験又はシミュレーションによって特定され、ECU60に記憶される。図3には、第1コンバータ28のみが駆動し、出力電流値が60アンペア(A)、出力電圧値が14ボルト(V)、水温が摂氏50度(℃)の場合に、1台駆動時損失(図3におけるハッチングしたセル)がXワット(W)(例えばX=80)であることが表されている。なお、図3では、簡略化のため、各セルに損失が「・」で示されているが、実際には、この「・」のセルには、それぞれの条件に対応する1台駆動時損失が示されている。ECU60は、出力電流値と出力電圧値と水温とを取得すると、取得した出力電流値に基づいてマップを選択し、取得した出力電圧値と水温とに対応する1台駆動時損失と2台駆動時損失とを特定できる。なお、図3とは異なるマップに基づいて、ECU60は、出力電流値が60A、衆力電圧値が14V、水温が50℃の場合、2台駆動時損失をYW(例えばY=100)と特定する。

0023

図2のステップS17の処理において、ECU60は、1台駆動時損失のXWの方が2台駆動時損失のYW以下であると判定すると(ステップS17:YES)、第1コンバータ28のみの1台駆動を開始し(ステップS19)、DCDC制御処理を終了する。一方、ステップS17の処理において、ECU60は、1台駆動時損失のXWの方が2台駆動時損失のYWよりも大きいと判定すると(ステップS17:NO)、第1コンバータ28および第2コンバータ30を駆動する2台駆動を開始し(ステップS21)、DCDC制御処理を終了する。

0024

図4は、出力電圧値がB1(V)で水温がT1(℃)の場合の1台駆動時損失と2台駆動時損失との関係の一例を表すグラフである。図4では、出力電圧値がB1(V)の場合に、横軸を出力電流値とするとともに縦軸電力損失としたとき、1台駆動時損失が破線で表され、2台駆動時損失が実線で表されている。図4に示す例では、出力電流値がA1(A)以下の場合に、1台駆動時損失が2台駆動時損失よりも小さく、一方で、出力電流値がA1(A)を超える場合に、1台駆動時損失が2台駆動時損失よりも大きい。この場合、ECU60は、出力電流値がA1(A)以下の場合に1台駆動損失を実行し、出力電流値がA1(A)を超える場合に2台駆動損失を実行する。

0025

以上説明したように、車両用電源システム2は、並列に接続された第1コンバータ28と第2コンバータ30とを有している。車両用電源システム2は、第1コンバータ28および第2コンバータ30を冷却する冷却流路PFと、冷却流路PFを流れる冷却媒体の水温を検出する水温センサStを有している。車両用電源システム2が有するECU60は、第1コンバータ28および第2コンバータ30のそれぞれの出力電流値および出力電圧値と、冷却流路PFを流れる冷却媒体の温度と、を用いて、1台駆動時損失および2台駆動時損失を特定する。ECU60は、特定した1台駆動時損失および2台駆動時損失の内、小さい電力損失となる駆動台数のDC−DCコンバータを駆動する。そのため、本実施例の車両用電源システム2では、複数のDC−DCコンバータを有する場合に、車両用電源システム2の損失電力を最小化したDC−DCコンバータの駆動台数を選択できる。これにより、車両用電源システム2の効率化を実現できる。

0026

なお、上記実施例では、車両用電源システム2が有する複数のDC−DCコンバータとして、第1コンバータ28および第2コンバータ30の2台のDC−DCコンバータを一例として説明したが、DC−DCコンバータの台数は、3台以上であってもよい。また、上記実施例では、第1コンバータ28が双方向コンバータであり、第2コンバータ30が単方向コンバータであったが、複数のDC−DCコンバータについては、種々変形可能であり、例えば、第1コンバータ28および第2コンバータ30が双方向コンバータであってもよい。また、上記実施例では、第1コンバータ28の性能と第2コンバータ30の性能とが一緒であり、1台駆動の場合には、第1コンバータ28が駆動させられたが、異なる性能のDC−DCコンバータが並列に接続されて、ECU60は、最小の損失電力となるDC−DCコンバータの駆動台数を選択してもよい。

0027

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

0028

2:車両用電源システム
4:メインバッテリ
4a:電圧センサ
6:モータ
18:インバータ
20:SMR(システムメインリレー)
20a,20b:スイッチ
22:サブバッテリ
26:補機
28:第1コンバータ
30:第2コンバータ
40:冷却システム
60:電子制御ユニット
PF:冷却流路
PM:ポンプ
St:水温センサ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ