JP2016201929A - 電源装置および電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 平滑コンデンサに残留する電荷を速やかに放電する。【解決手段】 第１バッテリＢ１に直流電源を供給する直流電源回路１と、直流電源回路の出力側に接続された平滑コンデンサ２と、直流電源回路が出力する電圧を異なる電圧に変換し、第２バッテリＢ２に直流電源を供給する電圧変換回路３と、電圧変換回路における電圧の変換を制御する制御部４と、電圧変換回路の入力電圧を検出する入力電圧検出部５と、第１バッテリを電源装置と電気的に接続切断する開閉器７と、入力電圧検出部が検出する入力電圧が第１電圧基準値未満の場合、制御部による電圧変換の制御を停止させる制御停止部６とを備え、制御停止部は、開閉器が切断状態となった場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間前記制御部による電圧変換の制御を継続した後、制御部による電圧変換の制御を停止させる電源装置１０。【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電源とその直流電源により充電される高圧バッテリの電圧を低圧に変換するＤＣＤＣコンバータを備える電源装置およびその制御方法に関する。

従来から、車両用の直流電源と、その直流電源により充電される高圧バッテリの電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータなどの電圧変換回路と、電圧を平滑化するためのコンデンサを備える電源装置等において、そのコンデンサに溜まった電荷を放電する仕組みについては広く知られている。

例えば、特許文献１は、キースイッチオフ後にＤＣリンクコンデンサを速やかに放電することを目的とした電気自動車のモータ駆動制御装置を開示する。このモータ駆動制御装置は、キースイッチのオフ後に、バッテリの全負荷を開閉する負荷開閉器を開路するとともに補機回路を起動し、ＤＣリンクコンデンサの充電電荷を補機回路により放電する。これにより、放電抵抗器を設置せずに、キースイッチオフ後にＤＣリンクコンデンサの残留電荷を速やかに放電することができ、メインバッテリの無駄な電力消費が避けられ、キースイッチオフ後に速やかにメインテナンスに取り掛かることができる（他、同等の技術として、特許文献２を参照）。

また、特許文献３は、車両用電源装置において、充電器が外部電源から電力を受けて主蓄電装置および補機用蓄電装置を充電するように構成され、主蓄電装置へ出力される充電電力を平滑化するコンデンサを含むことを開示する。この車両用電源装置は、コンデンサの残留電荷を補機用蓄電装置が受入可能なように、充電器による補機用蓄電装置の充電を制御し、充電器による主蓄電装置の充電の終了後、コンデンサの残留電荷を補機用蓄電装置へ放電するように充電器を制御する。

また、特許文献４は、比較的高い電流継続によるメインスイッチング素子の熱破壊に対しては検出電流に達しないため保護動作できないといった課題を解決することを目的とした電源保護装置を開示する。この電源保護装置は、メインスイッチング素子に流れる電流を検出する過負荷検知部と、一次ＤＣ入力電圧が所定値以下となったことを検出する低入力検知部からなり、メインスイッチング素子に流れる電流が所定値以上となり且つＤＣ一次入力が所定値以下となった時、メインスイッチング素子のスイッチングを停止する過負荷保護回路とから構成される。

また、特許文献５は、逆電流または回生電流が発生する前にそれを確実に回避することを目的とした同期整流型のスイッチング電源を開示する。このスイッチング電源では、通常動作時は、出力電圧に基づいて生成した制御信号を、トランスの一次側巻線を励磁する励磁用スイッチ回路およびトランスの出力を整流する整流用スイッチ回路に供給する。モニタ回路がモニタする入力電圧が所定値以下に低下すると、整流用スイッチ回路に供給されるべき制御信号が遮断され、整流用スイッチ回路が停止する。

特開平１０−２２４９０２号公報 特開平０３−２２２６０２号公報 国際公開ＷＯ２０１２／０４９７５５号公報 特開２００５−３０４１２８号公報 特開２００４−３３６９０８号公報

本発明では、充電動作終了後または車両の走行終了後バッテリを取り外す場合に、平滑コンデンサに残留する電荷を速やかに放電する電源装置および電源装置の制御方法を提供する。

上記課題を解決するために、バッテリを充電すると共に異なる直流電圧に変換する電源装置であって、第１バッテリに直流電源を供給する直流電源回路と、その直流電源回路の出力側に接続された平滑コンデンサと、直流電源回路が出力する電圧を異なる電圧に変換し、第２バッテリに直流電源を供給する電圧変換回路と、その電圧変換回路における電圧の変換を制御する制御部と、電圧変換回路の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、第１バッテリを電源装置と電気的に接続切断する開閉器と、入力電圧検出部が検出する入力電圧が第１電圧基準値未満の場合、制御部による電圧変換の制御を停止させる制御停止部と、を備え、制御停止部は、開閉器が切断状態となった場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間制御部による電圧変換の制御を継続した後、制御部による電圧変換の制御を停止させる、電源装置が提供される。
これによれば、電圧変換回路に入力される電圧が、電圧変換の制御を停止させる基準値未満になっても、バッテリが切断状態である場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間電圧変換を行うことで、充電動作終了後または車両の走行終了後バッテリを取り外す場合に、平滑コンデンサに残留する電荷を速やかに放電する電源装置を提供できる。

さらに、制御停止部は、入力電圧検出部が検出した入力電圧が第１電圧基準値より小さい第２電圧基準値未満になった時、制御部による電圧変換の制御を停止させることを特徴としてもよい。
これによれば、電圧変換回路に入力される電圧が所定の電圧基準値未満になるまで電圧変換の制御を行うことで、平滑コンデンサに残留する電荷を確実に安全な電荷とすることができる。

上記課題を解決するために、第１のバッテリに直流電源を供給する直流電源回路と、その直流電源回路の出力側に接続された平滑コンデンサと、直流電源回路が出力する電圧を異なる電圧に変換し他のバッテリに直流電源を供給する電圧変換回路とを有する電源装置を制御する制御方法であって、電圧変換回路に入力される電圧が所定の基準値未満の場合に電圧変換の制御を停止させ、第１のバッテリが切断状態である場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間電圧変換回路は電圧変換を継続した後停止する、制御方法が提供される。
これによれば、電圧変換回路に入力される電圧が、電圧変換の制御を停止させる基準値未満になっても、バッテリが切断状態である場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間電圧変換を行うことで、充電動作終了後または車両の走行終了後バッテリを取り外す場合に、平滑コンデンサに残留する電荷を速やかに放電する電源装置の制御方法を提供できる。

以上説明したように、本発明によれば、充電動作終了後または車両の走行終了後バッテリを取り外す場合に、平滑コンデンサに残留する電荷を速やかに放電する電源装置および電源装置の制御方法を提供できる。

本発明に係る第一実施例の電源装置を示すブロック図。 本発明に係る第一実施例の電源装置における制御方法を示すフローチャート。 本発明に係る第一実施例の電源装置において、充電時の動作を示す説明ブロック図。 本発明に係る第一実施例の電源装置において、充電終了時の動作を示す説明ブロック図。 本発明に係る第一実施例の電源装置において、高圧バッテリ切断時の動作を示す説明ブロック図。 本発明に係る第一実施例の電源装置において、放電完了時を示す説明ブロック図。 本発明に係る第一実施例の電源装置において、（Ａ）開閉器切断時の電圧特性を示す特性図、（Ｂ）開閉器接続時の電圧特性を示す特性図。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における電源装置１０を説明する。本発明に係る電源装置は、商用交流電源から直流に変換することで直流電源となり、または、車両の駆動力などを動力源とする発電機から得られる電力を基に直流電源となる、バッテリ（二次電池）に対する充電機能を有すると共に、その直流電源の電圧を異なる電圧に昇圧または降圧するＤＣＤＣ変換機能を備える。

本実施例に係る電源装置１０は、商用交流電源からＡＣＤＣ変換を行う直流電源回路１を備える。直流電源回路１は、商用交流電源から変換された高圧の直流電圧（たとえば、３００Ｖ）を高圧バッテリＢ１（第１バッテリ）に供給する。直流電源回路１のＡＣＤＣ変換は公知の方法で行う。

電源装置１０は、さらに、直流電源回路１の出力側に接続された、より具体的には直流電源回路１の正極ＯＨに一端を、負極ＯＬに他端を接続された平滑コンデンサ２を備える。平滑コンデンサ２は、高圧バッテリＢ１へ供給する電圧の平滑化に寄与するものであるが、充電終了時等にはこの平滑コンデンサ２も充電されているので残存電荷を有する。このとき、高圧バッテリＢ１を取り外そうとすると、平滑コンデンサ２に残存された電荷によって、作業者が感電するおそれがある。そのために、充電終了などの後平滑コンデンサ２に残存した電荷を速やかに放電する必要がある。

電源装置１０は、さらに、直流電源回路１が出力する電圧を異なる電圧に変換し、高圧バッテリＢ１とは別のバッテリＢ２（第２バッテリ）に直流電源を供給する、所謂ＤＣＤＣ変換を行う電圧変換回路３を備える。本実施例では、バッテリＢ２はたとえば１２Ｖであり、電圧変換回路３は、たとえば３００Ｖから１２Ｖへ降圧を行う電圧変換を行う。電圧変換回路３は、４つの電界効果トランジスタＱを含み、直流電源回路１の正極ＯＨに一端を、負極ＯＬに他端を接続されたブリッジ回路や、トランス部Ｔを有し、そのＤＣＤＣ変換は公知の方法で行う。なお、バッテリＢ２は、車両等が備える電子機器などの負荷Ｌに対して電力を供給する。

電源装置１０は、さらに、電圧変換回路３における電圧の変換を制御する制御部４を備える。制御部４は、マイコンなどからなり、ブリッジ回路を適宜制御して、直流電源回路１の出力する電圧をバッテリＢ２の電圧に適合するように電圧変換を行う。

電源装置１０は、さらに、直流電源回路１の正極ＯＨに一端を、負極ＯＬに他端を接続され、電圧変換回路３の入力電圧を検出する入力電圧検出部５を備える。入力電圧検出部５は、直流電源回路１の出力電圧および電圧変換回路３の入力電圧を検出する電圧センサである。

電源装置１０は、さらに、高圧バッテリＢ１を電源装置１０と電気的に接続切断する開閉器７を有する。開閉器７が接続状態の時には、高圧バッテリＢ１は、直流電源回路１の正極ＯＨに一端を、負極ＯＬに他端を接続されているが、開閉器７が切断状態の時には、電源装置１０の回路からは切り離される。開閉器７は、高圧バッテリＢ１を取り外そうとする場合、高圧バッテリＢ１を電源装置１０から電気的に切り離す。なお、電源装置１０は、開閉器７の接続切断状態を検知する開閉器状態検知部（図示せず）を備えていてもよい。また、開閉器７の代わりに、高圧バッテリＢ１からの電源供給が停止したことを検知する電源停止検知部を備えて、電源供給が停止したことを検知して高圧バッテリＢ１が電源装置１０から取り外されたこととしてもよい。

電源装置１０は、さらに、制御部４による電圧変換の制御を停止させる制御停止部６を備える。制御停止部６は、入力電圧検出部５と制御部４に接続され、入力電圧検出部５が検出した電圧変換回路３への入力電圧を基にして制御部４の電圧変換制御を制御する。制御停止部６は、後述するように、高圧バッテリＢ１が電源装置１０に接続されている場合には、所定の入力電圧（第１電圧基準値）になるまで制御部４の電圧変換を行いバッテリＢ２と負荷Ｌに電力を供給し、その所定の入力電圧未満になったら電圧変換を停止させる。また、制御停止部６は、高圧バッテリＢ１が切断されている場合には、負荷Ｌの使用の有無を問わず、所定の時間の間や所定の入力電圧（第２電圧基準値）になるまで制御部４の電圧変換を行い放電させ、その所定の時間経過後またはその所定の入力電圧（第２電圧基準値）未満になったら電圧変換を停止して放電を停止させる。

図２〜６を参照し、電源装置１０の制御方法について説明する。なお、フローチャートにおけるＳはステップを意味する。図３は、電源装置１０が商用交流電源から充電を行っていたり、車両の走行により充電を行っている場合を示す。この場合、電源装置１０においては、直流電源回路１がＡＣＤＣ変換を行いたとえば３００Ｖで高圧バッテリＢ１に充電を行うと共に、制御部４が電圧変換回路３を制御してたとえば１２ＶにＤＣＤＣ変換を行いバッテリＢ２と負荷Ｌへ電力を供給する。この場合、平滑コンデンサ２にも電荷が充電される。

図２のフローチャートは、図３が示す充電が終了したときからを示している。すなわち、このフローチャートは、Ｓ１０において、電源装置１０が商用交流電源からの充電や車両の走行による充電が終了したことにより始まる。電源装置１０は、Ｓ１００において、電源装置１０を使用する設備や車両などが完全に動作を停止したか否かをチェックする。電源装置１０は、完全に動作を停止してない場合は、特に何も行わない。

電源装置１０は、Ｓ１０２において、開閉器７が高圧バッテリＢ１を切断している状態か否かをチェックする。電源装置１０は、高圧バッテリＢ１が接続されている状態である場合、Ｓ１１０において、バッテリＢ２に接続されている負荷Ｌが使用状態であるか否かを確認する。電源装置１０は、負荷Ｌが使用状態でなければ特に何も行わないが、使用状態である場合、Ｓ１１２において、制御部４により電圧変換の制御を行うことにより、バッテリＢ２を充電すると共に負荷Ｌへ電力を供給する。すなわち、電源装置１０は、図４に示すように、バッテリＢ２を充電したり負荷Ｌへ電力を供給するために、高圧バッテリＢ１に充電された電力を基にして電圧変換を行う。

高圧バッテリＢ１は、使用され続けると徐々に電圧が降下してくる。高圧バッテリＢ１がある所定の電圧（第１電圧基準値）より低くなると、高圧バッテリＢ１に充電された電力を消費はするがバッテリＢ２に有効に充電されなくなる。そこで、電源装置１０は、Ｓ１１４において、高圧バッテリＢ１の出力電圧、換言すれば入力電圧検出部５が検出する入力電圧がその所定の電圧（たとえば、２００Ｖ）より小さくなるか否かをチェックする。電源装置１０は、入力電圧がその所定の電圧以上であれば電力変換を行うが、入力電圧がその所定の電圧未満となった場合には、Ｓ１１６において、制御部４による電圧変換を停止し、バッテリＢ２の充電と負荷Ｌへの電力供給を停止する。

Ｓ１０２において高圧バッテリＢ１が切断されている状態である場合、電源装置１０は、Ｓ１０４において、平滑コンデンサ２に充電された電荷を放電するために電圧変換を行う。図５に示すように、開閉器７により高圧バッテリＢ１が本装置から切り離された場合にも、平滑コンデンサ２に充電されて残存していた電荷は、制御部４により電圧変換の制御を行うことにより放電され、その電荷はバッテリＢ２に充電される。充電後高圧バッテリＢ１を取り外そうとすると、平滑コンデンサ２に残存された電荷によって作業者が感電するおそれがあったが、このようにすることで平滑コンデンサ２に残存した電荷を速やかに放電することができ、感電を防止することができる。

電源装置１０は、Ｓ１０６において、平滑コンデンサ２に充電された電荷を十分に放電した否かを確認する。平滑コンデンサ２に充電された電荷が十分に放電されたか否かを確認するには、たとえば、平滑コンデンサ２を所定時間放電したか否か、平滑コンデンサ２から所定量の電荷が放電されたか否かなどを確認する。

また、平滑コンデンサ２に充電された電荷が十分に放電されたか否かを確認するには、平滑コンデンサ２の残留電荷による電圧（入力電圧検出部５が検出した入力電圧）がＳ１１４における電圧変換の制御を停止させる第１電圧基準値より小さい所定の電圧である第２電圧基準値未満になった否かにより確認してもよい。なお、第２電圧基準値は、たとえば２０Ｖ程度の低い電圧であり、感電することはない値である。また、平滑コンデンサ２に残留する電荷がたとえば３００Ｖから２０Ｖになるまでの時間や電荷量は、予め実験などで容易に求めることができる。このように、電圧変換回路３に入力される電圧が所定の電圧基準値（第２電圧基準値）未満になるまで電圧変換の制御を行うことで、平滑コンデンサ２に残留する電荷を確実に安全な電荷とすることができる。

そして、電源装置１０は、平滑コンデンサ２から十分に電荷を放電したと判断された場合には、Ｓ１０８において、電圧変換を停止して放電を停止する。図６は、放電完了時を示し、高圧バッテリＢ１は本装置から切り離されており、平滑コンデンサ２にはほとんど電荷が残留していない状態を示している。

図７は、開閉器７が切断時と接続時における電圧特性を示す特性図である。電源装置１０は、満充電電圧になるまで充電を行い、満充電になった時に充電を終了する。そして、本図（Ｂ）では、電源装置１０を使用する車両などが完全に動作を停止した後開閉器７が接続状態で、負荷Ｌに電源を供給する共にバッテリＢ２を充電するために電圧変換動作を行う。この電圧変換動作は、バッテリＢ２を有効に充電できなくなる電圧（第１電圧基準値）に到達した時に、すなわち電圧変換回路３への入力電圧がその第１電圧基準値を下回った時に終了する。

一方、本図（Ａ）に示すように、電源装置１０を使用する車両などが完全に動作を停止した後開閉器７が切断状態となった場合は、平滑コンデンサ２に充電された電荷を十分に放電するために電圧変換動作を行う。この電圧変換動作は、第１電圧基準値よりも低く感電を起こすことが無い電圧（第２電圧基準値）まで放電を行い、電圧変換回路３への入力電圧がその第２電圧基準値を下回った時に終了する。

上述したように、電源装置１０は、動作停止後、高圧バッテリＢ１が接続状態か切断状態かにより、異なる目的で電圧変換動作を行う。電源装置１０は、入力電圧検出部５が検出する入力電圧が、開閉器７が接続状態においては制御部４による電圧変換の制御を停止させる第１電圧基準値未満になっても、開閉器７が切断状態となった場合には、平滑コンデンサ２に充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間制御部４による電圧変換の制御を継続した後、制御部４による電圧変換の制御を停止させる。これによれば、充電動作終了後または車両の走行終了後高圧バッテリＢ１を取り外す場合に、平滑コンデンサ２に残留する電荷を速やかに放電する電源装置１０を提供できる。

また、上述した内容は、一のバッテリに直流電源を供給する直流電源回路と、直流電源回路の出力側に接続された平滑コンデンサと、直流電源回路が出力する電圧を異なる電圧に変換し他のバッテリに直流電源を供給する電圧変換回路とを有する電源装置を制御する制御方法と捉えることもできる。すなわち、この方法は、電圧変換回路に入力される電圧が、電圧変換の制御を停止させる基準値未満になっても、一のバッテリが切断状態である場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間電圧変換回路は電圧変換を継続した後停止する制御方法である。これによれば、電圧変換回路に入力される電圧が、電圧変換の制御を停止させる基準値未満になっても、バッテリが切断状態である場合には、平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間電圧変換を行うことで、充電動作終了後または車両の走行終了後バッテリを取り外す場合に、平滑コンデンサに残留する電荷を速やかに放電する電源装置の制御方法を提供できる。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

１ 直流電源回路
２ 平滑コンデンサ
３ 電圧変換回路
４ 制御部
５ 入力電圧検出部
６ 制御停止部
７ 開閉器
１０ 電源装置
Ｂ１ 高圧バッテリ（第１バッテリ）
Ｂ２ バッテリ（第２バッテリ）
Ｌ 負荷
Ｑ 電界効果トランジスタ
Ｔ トランス部
ＯＨ、ＯＬ 直流電源回路出力部

Claims (3)

1. バッテリを充電すると共に異なる直流電圧に変換する電源装置であって、
   第１バッテリに直流電源を供給する直流電源回路と、
   前記直流電源回路の出力側に接続された平滑コンデンサと、
   前記直流電源回路が出力する電圧を異なる電圧に変換し、第２バッテリに直流電源を供給する電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路における電圧の変換を制御する制御部と、
   前記電圧変換回路の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
   前記第１バッテリを前記電源装置と電気的に接続切断する開閉器と、
   前記入力電圧検出部が検出する入力電圧が第１電圧基準値未満の場合、前記制御部による電圧変換の制御を停止させる制御停止部と、
   を備え、
   前記制御停止部は、前記開閉器が切断状態となった場合には、前記平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間前記制御部による電圧変換の制御を継続した後、前記制御部による電圧変換の制御を停止させる、
   電源装置。
2. 前記制御停止部は、前記入力電圧検出部が検出した入力電圧が前記第１電圧基準値より小さい第２電圧基準値未満になった時、前記制御部による電圧変換の制御を停止させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 第１のバッテリに直流電源を供給する直流電源回路と、前記直流電源回路の出力側に接続された平滑コンデンサと、前記直流電源回路が出力する電圧を異なる電圧に変換し他のバッテリに直流電源を供給する電圧変換回路とを有する電源装置を制御する制御方法であって、
   前記電圧変換回路に入力される電圧が所定の基準値未満の場合に電圧変換の制御を停止させ、
   前記第１のバッテリが切断状態である場合には、前記平滑コンデンサに充電された電荷が所定量放電されるように所定の時間前記電圧変換回路は電圧変換を継続した後停止する、
   制御方法。