電源装置及び車両用電源装置
【課題】ジャンプスタート時等で、電圧変換器に流れる逆電流が発生した場合に、電圧変換器を構成するスイッチ素子の損傷を防止する機能を有する電源装置及び車両用電源装置を提供することを目的としている
【解決手段】電圧変換器２１は、メインスイッチ１０を介して入力された第一のバッテリ１の直流を、スイッチ素子５ａ，５ｂで構成される整流回路５と、コイル７とコンデンサ８とで構成される平滑回路と、により電圧変換して出力する。電圧検出器１１により検出された出力端電圧Ｖｔに基づいて、逆電流の有無を判定し、メインスイッチ１０の開放及びスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動の停止を実行させて、電圧変換器２１の保護を図る。
【解決手段】電圧変換器２１は、メインスイッチ１０を介して入力された第一のバッテリ１の直流を、スイッチ素子５ａ，５ｂで構成される整流回路５と、コイル７とコンデンサ８とで構成される平滑回路と、により電圧変換して出力する。電圧検出器１１により検出された出力端電圧Ｖｔに基づいて、逆電流の有無を判定し、メインスイッチ１０の開放及びスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動の停止を実行させて、電圧変換器２１の保護を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期整流方式による電源装置及び車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車など、高電圧バッテリや高出力モータを搭載する車両が注目されている。このような車両には、高電圧バッテリの電力を変換して第二のバッテリに供給するため、または高出力モータが発電した電力を変換して高電圧バッテリに供給するための電圧変換器などが搭載されている。そこで、近年、電圧変換器の変換効率向上などを目的として、同期整流方式の電圧変換器が広く用いられている。
【０００３】
図８は、一般的な同期整流方式の電圧変換器を備えた電源装置の主要図を示すものである。ここでは、１次側に電圧変換器２１の入力電源として、第一のバッテリ１が接続されており、２次側に第二のバッテリ２が接続されている。１次側のインバータ回路３としてのスイッチ素子３ａ〜３ｄは、それぞれ電圧変換器制御回路４によって制御される。また、２次側の整流回路５としてのスイッチ素子５ａ及び５ｂも同様に電圧変換器制御回路４によって制御される。トランス６は、１次側と２次側の回路を電気的に絶縁し、インバータ回路３のスイッチ素子３ａ〜３ｄによって励磁された電力を２次側に伝達する。
【０００４】
整流回路５のスイッチ素子５ａは、トランス６の一方の出力端と第二のバッテリ２の負極との間に設けられており、スイッチ素子５ｂは、スイッチ素子５ａが接続されているトランス６の出力端とは異なる出力端と第二のバッテリ２の負極の間に設けられている。また、トランス６のセンタと第二のバッテリ２の正極の間にコイル７が設けられている。コイル７と第二のバッテリ２との間に、第二のバッテリ２と並列にコンデンサ８が設けられている。
【０００５】
上記電圧変換器２１は、インバータ回路３のスイッチ素子３ａ〜３ｄを電圧変換器制御装置４の制御信号によって適切に駆動することで、トランス６を励磁する。そのとき、整流回路５のスイッチ素子５ａ及び５ｂを電圧変換器制御装置４の制御信号によって適切に駆動することで、励磁されたトランス６の電力が２次側回路に伝達される。トランス６の２次側に伝達された電力は、コイル７やコンデンサ８に蓄えられて、第二のバッテリ２を充電する。
【０００６】
しかし、電圧変換器２１及び第二のバッテリ２の状態によっては、第二のバッテリ２から電圧変換器２１側に電流が逆流する現象が発生するという問題がある。例えば、整流回路５のスイッチ素子５ａまたは５ｂがオン状態で、第二のバッテリ２の電圧Ｅ２が電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い場合には、第二のバッテリ２から第一のバッテリ１の方に電流が逆流してしまう。
【０００７】
上記問題を解決するために、特許文献１に示されるスイッチング電源では、第一のバッテリ電圧をモニタし、そのとき電圧変換器が出せる最大電圧と出力電圧を比較し、第一のバッテリ電圧が出力電圧よりも低い場合に、整流スイッチ回路のスイッチ素子を停止させて、逆流を防止している。
【０００８】
また、特許文献２に示される電源装置では、第一のバッテリからインバータ回路のスイッチ素子に流れる電流をモニタし、その電流値が閾値を下回り逆流を検出した場合に、整流回路のスイッチ素子を停止させて、逆流を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３３６９０８号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば、自動車をジャンプスタート（自動車の第二のバッテリの電圧が低下した場合に、他のバッテリから電力を供給して、バッテリ上がりを起こした自動車の第二のバッテリのエネルギーを充電する作業）させる場合は、第二のバッテリ２と電圧変換器の電圧差が大きいため第二のバッテリ２側から電圧変換器側に大きな電流が逆流する。大きな電流が流れた場合には、スイッチ素子が短絡して故障が発生する可能性がある。
【００１１】
特許文献１にあっては、ジャンプスタート時において、入力電圧が高い場合には、充電側バッテリの電圧が高くならないとスイッチ素子を停止させることができないため第二のバッテリから電圧変換器に逆流が発生する可能性があるという問題があった。また、特許文献１及び特許文献２にあっては、逆流の可能性があるとき、あるいは逆流を検出したときに電圧変換器のスイッチ素子をオフ（遮断）させて逆流を防止しているが、スイッチ素子が短絡により故障した場合には、スイッチ素子をオフ（遮断）できずに、回路に大きな電流が流れるため、場合によっては、電圧変換器が損傷する可能性があるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ジャンプスタート時等で、第二バッテリ側から電圧変換器に流れる逆電流が発生した場合に、電圧変換器を構成するスイッチ素子の損傷を防止する機能を有する電源装置及び車両用電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る電源装置は、複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器を備え、前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記複数のスイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る電源装置は、複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、前記電源装置の入力端に設けられたメインスイッチと、前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器と、を備え、前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記メインスイッチの開放および前記複数のスイッチ素子の駆動の停止のいずれか一方または両方を実行させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項８に係る車両用電源装置は、前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置が車両に搭載され、前記車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジである場合において、前記逆電流の有無の判定を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電源装置によれば、電源装置の出力端電圧に基づいて、逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、電圧変換器のスイッチ素子の駆動を停止させることにより、逆電流による電源装置の故障発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る電源装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２に係る電源装置の概略構成図である。
【図４】実施の形態２における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態３に係る電源装置の概略構成図である。
【図６】実施の形態３における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態４における車両用電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図８】一般的な同期整流方式の電圧変換器を備えた電源装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る電源装置について、図１から図７に基づいて説明する。本実施の形態の電源装置として、電気自動車（ＥＶ）ハイブリッド自動車（ＥＨ）に搭載される電源装置を例に説明する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電源装置の概略構成図であり、図２は、実施の形態１における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００２０】
図１に示すように、電源装置２０は、１次側に入力電源として接続された第一のバッテリ（高電圧バッテリ）１の直流を交流に変換する整流回路５と、この整流回路５を構成する直列に配置されたスイッチ素子５ａ，５ｂと、スイッチ素子５ａ及びスイッチ素子５ｂの中間点に接続されたコイル７と、コイル７に直列に接続されたコンデンサ８と、コンデンサ８に接続された電圧検出器１１と、で構成される電圧変換器２１と、電圧検出器１１で検出された出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを制御する電圧変換器制御装置４と、により構成されている。また、電圧変換器２１の出力端には、第二のバッテリ（補機バッテリ）２が接続されており、第一のバッテリ１には、負荷１２が接続されている。
【００２１】
次に、実施の形態１に係る電源装置の動作の詳細について説明する。
電圧変換器２１は、スイッチ素子５ａ，５ｂで構成される整流回路５と、コイル７とコンデンサ８とで構成される平滑回路による同期整流方式による電圧変換を行うもので、電圧変換器制御装置４により整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを交互に動作させることにより、第一のバッテリ１からの入力電圧Ｖｉｎは、一旦、整流回路５により電圧方向が一方向のパルス状電圧に変換された後、コイル７とコンデンサ８で構成される平滑回路のローパスフィルタにより、整流されたパルス状電圧を平滑することによって直流電圧に変換され、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧検出器１１にて検出され、その情報は電圧変換器制御装置４に送られる。この出力電圧Ｖｏｕｔにより、出力端に接続された第二のバッテリ２を充電することができる。ここで、出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチ素子５ａ，５ｂの開閉時間により決定される。
【００２２】
例えば、電気自動車において、ジャンプスタートとした場合など、電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも出力端電圧（第二のバッテリ２側の電圧）Ｖｔが高い場合に、出力側から入力側に流れる逆電流が発生し、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂのいずれかが導通状態にあると、この逆電流より素子耐圧を超えると損傷を受け、短絡故障が発生し
機能しなくなることがある。これを防止するため、出力端電圧Ｖｔが所定値Ｖｔｈを超えた場合に、電圧変換器制御装置４は、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動を停止させる。これにより、入力側への逆流を防止することができ、スイッチ素子５ａ，５ｂの損傷を回避することができる。
【００２３】
ここで、所定値Ｖｔｈは、第二バッテリ２の電圧Ｅ２に対応して決められる値であり、普通自動車用であれば１２Ｖ程度、トラック用であれば２４Ｖ程度である。例えば、電圧変換器２１は、第一のバッテリ１の電圧Ｅ１の４００Ｖを１２Ｖあるいは２４Ｖの出力電圧Ｖｏｕｔに調整して、これら第二のバッテリ２を充電するよう設定されている。ジャンプスタートで、他のバッテリから第二のバッテリ２を充電する際、出力端電圧Ｖｔが出力電圧Ｖｏｕｔ（≒１２Ｖ、普通自動車）よりも高くなった場合に逆電流が発生する。すなわち、Ｖｔ＞Ｖｔｈ（＝Ｅ２）を満たす場合に逆電流が発生する。例えば、ジャンプスタートで、出力端電圧Ｖｔが１４Ｖとなった場合に、電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが１２Ｖである場合に電流の逆流が引き起こされる。
【００２４】
続いて、実施の形態１における電源装置２０での処理手順を図２に示すフローチャートを用いて説明する。電圧変換器制御処理（ステップＳ３０）では、まず、ジャンプスタート等により、電圧検出器１１は、出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い出力端電圧Ｖｔを検出する。電圧変換器制御装置４は、この出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較し（ステップＳ３１）、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、整流回路５の駆動を停止させる（ステップＳ３２）。これに対して、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、電圧変換器制御装置４は、整流回路５の駆動を継続させる（ステップＳ３３）。この処理の終了後、戻って監視を継続する。
【００２５】
このように、実施の形態１に係る電源装置によれば、電圧検出器により出力端電圧Ｖｔを検出し、この出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈと比較し、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、整流回路の駆動を停止させることにより、逆電流によるスイッチ素子の損傷を防止することができるという顕著な効果が期待できる。
【００２６】
なお、上記説明では、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを制御するために出力電圧Ｖｏｕｔの検出を行っている電圧検出器１１を用いて、出力端電圧Ｖｔの変化を検出する場合について説明したが、出力端電圧Ｖｔを検出するために、別途電圧検出器を設ける場合であってもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る電源装置の概略構成図であり、図４は、実施の形態１における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００２８】
図３に示す実施の形態２に係る電源装置において、図１に示す実施の形態１に係る電源装置と異なる点は、１次側に入力電源として接続された第一のバッテリ１と整流回路５との間に、メインスイッチ１０が設けられている点と、電圧検出器１１による出力端電圧Ｖｔの検出結果により、このメインスイッチ１０の開閉を操作する主制御装置９が設けられている点であり、他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。このメインスイッチ１０は、第一のバッテリ１から車両全体（モータやヒータなど）に電力を供給するスイッチである。
【００２９】
次に、実施の形態２に係る電源装置の動作の詳細について説明する。
スイッチ素子５ａ，５ｂで構成される整流回路５と、コイル７とコンデンサ８とで構成
される平滑回路と、による同期整流方式による電圧変換動作については、上述した実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。出力端電圧Ｖｔは、電圧検出器１１にて検出され、その情報は電圧変換器制御装置４及び主制御装置９に送られる。
【００３０】
電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも出力端電圧Ｖｔ（第二のバッテリ２側の電圧）が高い場合に、出力側から入力側に流れる逆電流が発生し、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂのいずれかが導通状態にあると、この逆電流より素子耐圧を超えると損傷を受け、短絡故障が発生し機能しなくなることがある。そこで、実施の形態１では、逆電流が発生する場合には、出力端電圧Ｖｔが大きくなることから、所定値Ｖｔｈを超える場合に、電圧変換器制御装置４が、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動を停止させているが、これに対して、実施の形態２では、逆電流が発生する場合には、出力端電圧Ｖｔの時間微分値ｄＶｔ／ｄｔも大きく変化するので、これを利用して逆電流の発生の有無を判定している。そこで、実施の形態２では、時間変化率（時間微分値）ｄＶｔ／ｄｔと予め設定された所定値Ｄｔｈとを比較し、時間変化率ｄＶｔ／ｄｔがＤｔｈを超えた場合に、主制御装置９が、メインスイッチ１０を開放（オフ）して、第一のバッテリ１を電圧変換器２１から遮断させ、あるいは電圧変換器制御装置４が、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動を停止させる。これにより、入力側への逆流を防止することができ、スイッチ素子５ａ，５ｂの損傷を回避することができる。
【００３１】
ここで、所定値Ｄｔｈは、例えば、ジャンプスタート時の出力端電圧Ｖｔの時間変化を基に決定される。例えば、普通自動車用バッテリにトラック用バッテリを用いて、ジャンプスタートすると、出力端電圧Ｖｔが増大する。この時想定される時間変化率をＤｔｈとする。
【００３２】
続いて、実施の形態２における電源装置２０での処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。主制御装置処理（ステップＳ４０）では、まず、主制御装置９は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔを用いて、その時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを算出し、予め設定された所定値Ｄｔｈと比較し（ステップＳ４１）、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、メインスイッチ１０を開放（オフ）し、第一のバッテリ１を遮断させる（ステップＳ４２）、これに対して、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、メインスイッチ１０の導通（オン）を継続させる（ステップＳ４３）。この処理を終了後、戻って、次の電圧変換器制御処理（ステップＳ４４）に移行する。
【００３３】
電圧変換器制御処理（ステップＳ４４）では、同様に、電圧変換器制御装置４は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔを用いて、その時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを算出し、予め設定された所定値Ｄｔｈと比較し（ステップＳ４５）、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、整流回路５の駆動を停止させる（ステップＳ４６）、これに対して、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、整流回路５の駆動を継続させる（ステップＳ４７）。この処理を終了後、戻って監視を継続する。
【００３４】
出力端電圧Ｖｔの時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを逆電流の判定に用いることにより、出力端電圧Ｖｔがジャンプスタートされた電圧に上昇しきるまでの間に、スイッチ素子を停止させることができるので、出力端電圧Ｖｔを判定に用いた実施の形態１よりも、さらに速くスイッチ素子を停止させることができる。
【００３５】
このように、実施の形態２に係る電源装置によれば、電圧検出器により出力端電圧Ｖｔを検出し、この出力端電圧Ｖｔから算出された時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを算出し、予め設定された所定値Ｄｔｈと比較し、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たす場合には、逆電流が発生
しているものと判定し、メインスイッチを開放あるいは整流回路の駆動を停止させることにより、より早く逆電流によるスイッチ素子の損傷を防止することができるという顕著な効果が期待できる。
【００３６】
なお、ここでは、メインスイッチ１０の開閉を主制御装置９によるものとしたが、電圧変換器制御装置４が行ってもよく、また、整流回路５の駆動の停止を主制御装置９が行ってもよい。
【００３７】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る電源装置の概略構成図であり、図６は、実施の形態３における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００３８】
図５に示すように、電源装置２０は、メインスイッチ１０を介して１次側に入力電源として接続された第一のバッテリ１の直流を交流に変換するインバータ回路３と、このインバータ回路３を構成するフルブリッジ形状に配置されたスイッチ素子３ａから３ｄと、インバータ回路３の出力が１次巻線６ａに接続されたトランス６と、トランス６の２次巻線６ｂに接続された整流回路５と、この整流回路５を構成する直列に配置されたスイッチ素子５ａ，５ｂと、２次巻線６ｂの中間端子に接続されたコイル７と、コイル７に直列に接続されたコンデンサ８と、コンデンサ８に接続された電圧検出器１１と、で構成される電圧変換器２１と、電圧検出器１１で検出された出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、インバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ及び整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを制御する電圧変換器制御装置４と、メインスイッチ１０の開閉を制御する主制御装置９と、により構成されている。また、電圧変換器２１の出力端には、第二のバッテリ２が接続されており、第一のバッテリ１には、負荷１２が接続されている。
【００３９】
実施の形態３の電源装置は、実施の形態１の整流回路５の前段にトランス６を介して４個のスイッチ素子３ａから３ｄがブリッジ形状に配置されたインバータ回路３が備えられているものである。
【００４０】
次に、実施の形態３に係る電源装置の動作の詳細について説明する。
インバータ回路３は、４個のスイッチ素子３ａから３ｄなるフルブリッジ構成となっており、入力電源である第一のバッテリ１から入力電圧Ｖｉｎをスイッチ素子３ａから３ｄの導通と開放動作をスイッチングして交流電圧を発生させ、トランス６の１次巻線６ａに交流電圧を入力する。トランス６は入力された交流電圧を巻線比に降圧して、２次巻線６ｂに交流電圧を出力する。整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂは、交流電圧をスイッチングにより同期整流して電圧方向が一方向のパルス状電圧に整流する。次に、コイル７とコンデンサ８で構成される平滑回路のローパスフィルタにより、整流されたパルス状電圧を直流電圧に変換して出力する。出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧検出器１１にて検出され、その情報は電圧変換器制御装置４及び主制御装置９に送られる。
【００４１】
電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも出力端電圧Ｖｔが高い場合に、出力側から入力側に流れる逆電流が発生し、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂのいずれかが導通状態にあると、この逆電流より素子耐圧を超えると損傷を受け、短絡故障が発生し機能しなくなることがある。これを防止するため、出力端電圧Ｖｔが所定値Ｖｔｈを超えた場合に、主制御装置９は、メインスイッチ１０を開放（オフ）し、電圧変換器制御装置４は、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂあるいはインバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄの駆動を停止させる。これにより、入力側への電流の逆流を防止することができ、スイッチ素子３ａから３ｄ及びスイッチ素子５ａ，５ｂの損傷を回避することができる。
【００４２】
続いて、実施の形態３における電源装置２０での処理手順を図６に示すフローチャート
を用いて説明する。主制御装置処理（ステップＳ５０）では、まず、主制御装置９は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較する（ステップＳ５１）。Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、メインスイッチ１０を開放（オフ）させる（ステップＳ５２）、これに対して、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、メインスイッチ１０の導通を継続させる（ステップＳ５３）。この処理を終了後、戻って、次の電圧変換器制御処理（ステップＳ５４）に移行する。
【００４３】
電圧変換器制御処理（ステップＳ５４）では、同様に、電圧変換器制御装置４は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較する（ステップＳ５１）。Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、インバータ回路３と整流回路５のどちらかまたは両方の駆動を停止させる（ステップＳ５６）。これに対して、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、インバータ回路３及び整流回路５の駆動を継続させる（ステップＳ５７）。この処理を終了後、戻って監視を継続する。
【００４４】
電圧変換器２１の出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとの関係が、Ｖｔ＞Ｖｔｈとなった場合に、まず、主制御装置９がメインスイッチ１０を開放（オフ）した後、電圧変換器制御装置４がインバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ、あるいは整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを停止する。これにより、もし、インバータ回路３と整流回路５のスイッチ素子が両方短絡故障している場合に、高電圧の第一のバッテリ１から大電流が流れてしまう可能性があるが、メインスイッチ１０が切断されていれば、第一のバッテリ１から大電流が流れ込むことがなく、車両の安全を確保することができる。
【００４５】
上記説明では、インバータ回路３と整流回路５のどちらかまたは両方の駆動を停止させるとしたが、２次側の整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを停止させるだけでもよいが、１次側のインバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄも停止させることで、インバータ回路３に逆流により過電流が流れることを保護することができる。
【００４６】
ここで、負荷１２としては、例えば、ヒータ、エアコンまたはモータなどがある。
【００４７】
このように、実施の形態３における電源装置によれば、電圧検出器により出力端電圧Ｖｔを検出し、この出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈと比較し、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、スイッチを開放（オフ）、あるいはインバータ回路３と整流回路５のどちらかまたは両方の駆動を停止させることにより、逆電流によるインバータ回路３や整流回路５を構成するスイッチ素子の損傷を確実に防止することができるという顕著な効果が期待できる。
【００４８】
なお、実施の形態３では、逆電流の発生の有無を、出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較する場合について説明したが、実施の形態２と同様、出力端電圧Ｖｔの時間変化率ｄＶｔ／ｄｔと所定値Ｄｔｈとを比較する場合であってもよい。
【００４９】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４における車両用電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００５０】
実施の形態４の車両用電源装置では、実施の形態３の電源装置２０の構成を用い、この電源装置２０が車両（電気自動車）に搭載された場合の処理手順を示すものである。
【００５１】
逆流現象は、ジャンプスタートしたときなどの電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔより
出力端電圧Ｖｔが上昇した場合に起こりうる。しかし、車両が走行中に本発明の電圧変換器２１の動作を停止させる機能が働くと車両システムに不具合が生じる可能性があるので、実施の形態４においては、車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジ以外ではこの機能が動作しないように安全性を確保するものである。
【００５２】
すなわち、車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジにあって、電圧変換器２１の出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとの関係が、Ｖｔ＞Ｖｔｈとなった場合にのみ主制御装置９がメインスイッチ１０を開放（オフ）する。電圧変換器制御装置４が、インバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ、または、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを停止させる。
【００５３】
続いて、実施の形態４における電源装置２０での処理手順を図６に示すフローチャートを用いて説明する。主制御装置処理（ステップＳ６０）では、まず、主制御装置９は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較し、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たし、かつシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジであるかどうか判定する（ステップＳ６１）。この条件を満たす場合には、逆電流が発生し、かつ車両が走行状態にないことを確認して、メインスイッチ１０を開放（オフ）させる（ステップＳ６２）、これに対して、この条件を満たしていない場合には、メインスイッチ１０の導通（オン）を継続させる（ステップＳ６３）。この処理を終了後、戻って監視を継続する。
【００５４】
メインスイッチ１０が開放（オフ）された場合、続けて、実施の形態３と同様、電圧変換器制御処理により、インバータ回路３や整流回路５のスイッチ素子の駆動を停止させる（図示せず）。
【００５５】
これにより、電圧変換器２１の他、第一のバッテリ１の電力を使用する機器、例えば、ヒータ、エアコンまたはモータなどの負荷１２への電路を遮断する
【００５６】
このように、実施の形態４における電源装置によれば、逆電流の発生とシフトレバーの状態とを合わせて判定することにより、車両が走行中である場合には、処理動作を行わないようにさせているので、車両の安全性を確保することができるという顕著な効果が期待できる。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、充電側バッテリ（第二のバッテリ）側の出力端電圧で逆電流の発生の有無を判定しているので、入力側バッテリ（第一のバッテリ）、インバータ回路あるいは整流回路の状況に関わらず逆電流を防止することができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、Ｖｔ＞Ｖｔｈ、あるいはｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを用いて逆電流の判定を行うとしているが、これ以外にも、逆電流の判定を行うことが可能である。例えば、第二のバッテリ２を充電している場合には、電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔは、第二のバッテリ２の電圧Ｅ２よりも高くなるが、第二のバッテリ２を放電させる場合には、第二のバッテリ２の電圧Ｅ２（Ｖｔｈ）よりも電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが低くなる。この変化を検出して、スイッチ素子を停止させてもよい。また、電圧変換器２１に何らかの不具合が生じて、設定された出力電圧Ｖｏｕｔが得られず、出力電圧Ｖｏｕｔが第二のバッテリ２の電圧Ｅ２（Ｖｔｈ）よりも低くなった場合にも逆電流が発生する。この場合にも、ＶｏｕｔをＶｔｈと比較する（判定条件をＶｏｕｔ＜Ｖｔｈとする）ことにより、上記の手法を適用することができる。
【００５９】
また、上記の実施の形態において、電圧変換器２１の回路方式は、チョッパ回路またはフルブリッジ回路で構成する例について説明したが、これに限らず同期整流方式であれば、ハーフブリッジ回路、フォワードコンバータまたはフライバックコンバータなどであっても構わない。また、インバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ及び整流回路５スイッチ素子５ａ，５ｂは、ＭＯＳＦＥＴで構成する例を示したが、これに限らずスイッチ機能があるものであれば、ＦＥＴやＩＧＢＴなどでも構わない。また、フルブリッジ回路の整流方式は、センタータップ方式で構成する例を示したが、カレントダブラ方式などであっても構わない。また、メインスイッチ１０は、一個で構成する例を示したが、これに限らず第一のバッテリ、負荷それぞれにスイッチを設ける等、複数個で構成しても構わない。
【００６０】
また、上記実施の形態では、電源装置が電気自動車に搭載され、ジャンプスタート時に発生する逆電流を防止する場合について説明したが、スイッチ素子を備えた同期整流方式による電圧変換器を用いる機器であれば適用することができる。
【００６１】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００６２】
また、図中、同一符号は、同一または、相当部分を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１ 第一のバッテリ
２ 第二のバッテリ
３ インバータ回路 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ スイッチ素子
４ 電圧変換器制御装置
５ 整流回路 ５ａ，５ｂ スイッチ素子
６ トランス
７ コイル
８ コンデンサ
９ 主制御装置
１０ メインスイッチ
２０ 電源装置
２１ 電圧変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期整流方式による電源装置及び車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車など、高電圧バッテリや高出力モータを搭載する車両が注目されている。このような車両には、高電圧バッテリの電力を変換して第二のバッテリに供給するため、または高出力モータが発電した電力を変換して高電圧バッテリに供給するための電圧変換器などが搭載されている。そこで、近年、電圧変換器の変換効率向上などを目的として、同期整流方式の電圧変換器が広く用いられている。
【０００３】
図８は、一般的な同期整流方式の電圧変換器を備えた電源装置の主要図を示すものである。ここでは、１次側に電圧変換器２１の入力電源として、第一のバッテリ１が接続されており、２次側に第二のバッテリ２が接続されている。１次側のインバータ回路３としてのスイッチ素子３ａ〜３ｄは、それぞれ電圧変換器制御回路４によって制御される。また、２次側の整流回路５としてのスイッチ素子５ａ及び５ｂも同様に電圧変換器制御回路４によって制御される。トランス６は、１次側と２次側の回路を電気的に絶縁し、インバータ回路３のスイッチ素子３ａ〜３ｄによって励磁された電力を２次側に伝達する。
【０００４】
整流回路５のスイッチ素子５ａは、トランス６の一方の出力端と第二のバッテリ２の負極との間に設けられており、スイッチ素子５ｂは、スイッチ素子５ａが接続されているトランス６の出力端とは異なる出力端と第二のバッテリ２の負極の間に設けられている。また、トランス６のセンタと第二のバッテリ２の正極の間にコイル７が設けられている。コイル７と第二のバッテリ２との間に、第二のバッテリ２と並列にコンデンサ８が設けられている。
【０００５】
上記電圧変換器２１は、インバータ回路３のスイッチ素子３ａ〜３ｄを電圧変換器制御装置４の制御信号によって適切に駆動することで、トランス６を励磁する。そのとき、整流回路５のスイッチ素子５ａ及び５ｂを電圧変換器制御装置４の制御信号によって適切に駆動することで、励磁されたトランス６の電力が２次側回路に伝達される。トランス６の２次側に伝達された電力は、コイル７やコンデンサ８に蓄えられて、第二のバッテリ２を充電する。
【０００６】
しかし、電圧変換器２１及び第二のバッテリ２の状態によっては、第二のバッテリ２から電圧変換器２１側に電流が逆流する現象が発生するという問題がある。例えば、整流回路５のスイッチ素子５ａまたは５ｂがオン状態で、第二のバッテリ２の電圧Ｅ２が電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い場合には、第二のバッテリ２から第一のバッテリ１の方に電流が逆流してしまう。
【０００７】
上記問題を解決するために、特許文献１に示されるスイッチング電源では、第一のバッテリ電圧をモニタし、そのとき電圧変換器が出せる最大電圧と出力電圧を比較し、第一のバッテリ電圧が出力電圧よりも低い場合に、整流スイッチ回路のスイッチ素子を停止させて、逆流を防止している。
【０００８】
また、特許文献２に示される電源装置では、第一のバッテリからインバータ回路のスイッチ素子に流れる電流をモニタし、その電流値が閾値を下回り逆流を検出した場合に、整流回路のスイッチ素子を停止させて、逆流を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３３６９０８号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば、自動車をジャンプスタート（自動車の第二のバッテリの電圧が低下した場合に、他のバッテリから電力を供給して、バッテリ上がりを起こした自動車の第二のバッテリのエネルギーを充電する作業）させる場合は、第二のバッテリ２と電圧変換器の電圧差が大きいため第二のバッテリ２側から電圧変換器側に大きな電流が逆流する。大きな電流が流れた場合には、スイッチ素子が短絡して故障が発生する可能性がある。
【００１１】
特許文献１にあっては、ジャンプスタート時において、入力電圧が高い場合には、充電側バッテリの電圧が高くならないとスイッチ素子を停止させることができないため第二のバッテリから電圧変換器に逆流が発生する可能性があるという問題があった。また、特許文献１及び特許文献２にあっては、逆流の可能性があるとき、あるいは逆流を検出したときに電圧変換器のスイッチ素子をオフ（遮断）させて逆流を防止しているが、スイッチ素子が短絡により故障した場合には、スイッチ素子をオフ（遮断）できずに、回路に大きな電流が流れるため、場合によっては、電圧変換器が損傷する可能性があるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ジャンプスタート時等で、第二バッテリ側から電圧変換器に流れる逆電流が発生した場合に、電圧変換器を構成するスイッチ素子の損傷を防止する機能を有する電源装置及び車両用電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る電源装置は、複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器を備え、前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記複数のスイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る電源装置は、複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、前記電源装置の入力端に設けられたメインスイッチと、前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器と、を備え、前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記メインスイッチの開放および前記複数のスイッチ素子の駆動の停止のいずれか一方または両方を実行させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項８に係る車両用電源装置は、前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置が車両に搭載され、前記車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジである場合において、前記逆電流の有無の判定を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電源装置によれば、電源装置の出力端電圧に基づいて、逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、電圧変換器のスイッチ素子の駆動を停止させることにより、逆電流による電源装置の故障発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る電源装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２に係る電源装置の概略構成図である。
【図４】実施の形態２における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態３に係る電源装置の概略構成図である。
【図６】実施の形態３における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態４における車両用電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【図８】一般的な同期整流方式の電圧変換器を備えた電源装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る電源装置について、図１から図７に基づいて説明する。本実施の形態の電源装置として、電気自動車（ＥＶ）ハイブリッド自動車（ＥＨ）に搭載される電源装置を例に説明する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電源装置の概略構成図であり、図２は、実施の形態１における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００２０】
図１に示すように、電源装置２０は、１次側に入力電源として接続された第一のバッテリ（高電圧バッテリ）１の直流を交流に変換する整流回路５と、この整流回路５を構成する直列に配置されたスイッチ素子５ａ，５ｂと、スイッチ素子５ａ及びスイッチ素子５ｂの中間点に接続されたコイル７と、コイル７に直列に接続されたコンデンサ８と、コンデンサ８に接続された電圧検出器１１と、で構成される電圧変換器２１と、電圧検出器１１で検出された出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを制御する電圧変換器制御装置４と、により構成されている。また、電圧変換器２１の出力端には、第二のバッテリ（補機バッテリ）２が接続されており、第一のバッテリ１には、負荷１２が接続されている。
【００２１】
次に、実施の形態１に係る電源装置の動作の詳細について説明する。
電圧変換器２１は、スイッチ素子５ａ，５ｂで構成される整流回路５と、コイル７とコンデンサ８とで構成される平滑回路による同期整流方式による電圧変換を行うもので、電圧変換器制御装置４により整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを交互に動作させることにより、第一のバッテリ１からの入力電圧Ｖｉｎは、一旦、整流回路５により電圧方向が一方向のパルス状電圧に変換された後、コイル７とコンデンサ８で構成される平滑回路のローパスフィルタにより、整流されたパルス状電圧を平滑することによって直流電圧に変換され、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧検出器１１にて検出され、その情報は電圧変換器制御装置４に送られる。この出力電圧Ｖｏｕｔにより、出力端に接続された第二のバッテリ２を充電することができる。ここで、出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチ素子５ａ，５ｂの開閉時間により決定される。
【００２２】
例えば、電気自動車において、ジャンプスタートとした場合など、電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも出力端電圧（第二のバッテリ２側の電圧）Ｖｔが高い場合に、出力側から入力側に流れる逆電流が発生し、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂのいずれかが導通状態にあると、この逆電流より素子耐圧を超えると損傷を受け、短絡故障が発生し
機能しなくなることがある。これを防止するため、出力端電圧Ｖｔが所定値Ｖｔｈを超えた場合に、電圧変換器制御装置４は、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動を停止させる。これにより、入力側への逆流を防止することができ、スイッチ素子５ａ，５ｂの損傷を回避することができる。
【００２３】
ここで、所定値Ｖｔｈは、第二バッテリ２の電圧Ｅ２に対応して決められる値であり、普通自動車用であれば１２Ｖ程度、トラック用であれば２４Ｖ程度である。例えば、電圧変換器２１は、第一のバッテリ１の電圧Ｅ１の４００Ｖを１２Ｖあるいは２４Ｖの出力電圧Ｖｏｕｔに調整して、これら第二のバッテリ２を充電するよう設定されている。ジャンプスタートで、他のバッテリから第二のバッテリ２を充電する際、出力端電圧Ｖｔが出力電圧Ｖｏｕｔ（≒１２Ｖ、普通自動車）よりも高くなった場合に逆電流が発生する。すなわち、Ｖｔ＞Ｖｔｈ（＝Ｅ２）を満たす場合に逆電流が発生する。例えば、ジャンプスタートで、出力端電圧Ｖｔが１４Ｖとなった場合に、電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが１２Ｖである場合に電流の逆流が引き起こされる。
【００２４】
続いて、実施の形態１における電源装置２０での処理手順を図２に示すフローチャートを用いて説明する。電圧変換器制御処理（ステップＳ３０）では、まず、ジャンプスタート等により、電圧検出器１１は、出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い出力端電圧Ｖｔを検出する。電圧変換器制御装置４は、この出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較し（ステップＳ３１）、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、整流回路５の駆動を停止させる（ステップＳ３２）。これに対して、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、電圧変換器制御装置４は、整流回路５の駆動を継続させる（ステップＳ３３）。この処理の終了後、戻って監視を継続する。
【００２５】
このように、実施の形態１に係る電源装置によれば、電圧検出器により出力端電圧Ｖｔを検出し、この出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈと比較し、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、整流回路の駆動を停止させることにより、逆電流によるスイッチ素子の損傷を防止することができるという顕著な効果が期待できる。
【００２６】
なお、上記説明では、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを制御するために出力電圧Ｖｏｕｔの検出を行っている電圧検出器１１を用いて、出力端電圧Ｖｔの変化を検出する場合について説明したが、出力端電圧Ｖｔを検出するために、別途電圧検出器を設ける場合であってもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る電源装置の概略構成図であり、図４は、実施の形態１における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００２８】
図３に示す実施の形態２に係る電源装置において、図１に示す実施の形態１に係る電源装置と異なる点は、１次側に入力電源として接続された第一のバッテリ１と整流回路５との間に、メインスイッチ１０が設けられている点と、電圧検出器１１による出力端電圧Ｖｔの検出結果により、このメインスイッチ１０の開閉を操作する主制御装置９が設けられている点であり、他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。このメインスイッチ１０は、第一のバッテリ１から車両全体（モータやヒータなど）に電力を供給するスイッチである。
【００２９】
次に、実施の形態２に係る電源装置の動作の詳細について説明する。
スイッチ素子５ａ，５ｂで構成される整流回路５と、コイル７とコンデンサ８とで構成
される平滑回路と、による同期整流方式による電圧変換動作については、上述した実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。出力端電圧Ｖｔは、電圧検出器１１にて検出され、その情報は電圧変換器制御装置４及び主制御装置９に送られる。
【００３０】
電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも出力端電圧Ｖｔ（第二のバッテリ２側の電圧）が高い場合に、出力側から入力側に流れる逆電流が発生し、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂのいずれかが導通状態にあると、この逆電流より素子耐圧を超えると損傷を受け、短絡故障が発生し機能しなくなることがある。そこで、実施の形態１では、逆電流が発生する場合には、出力端電圧Ｖｔが大きくなることから、所定値Ｖｔｈを超える場合に、電圧変換器制御装置４が、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動を停止させているが、これに対して、実施の形態２では、逆電流が発生する場合には、出力端電圧Ｖｔの時間微分値ｄＶｔ／ｄｔも大きく変化するので、これを利用して逆電流の発生の有無を判定している。そこで、実施の形態２では、時間変化率（時間微分値）ｄＶｔ／ｄｔと予め設定された所定値Ｄｔｈとを比較し、時間変化率ｄＶｔ／ｄｔがＤｔｈを超えた場合に、主制御装置９が、メインスイッチ１０を開放（オフ）して、第一のバッテリ１を電圧変換器２１から遮断させ、あるいは電圧変換器制御装置４が、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂの駆動を停止させる。これにより、入力側への逆流を防止することができ、スイッチ素子５ａ，５ｂの損傷を回避することができる。
【００３１】
ここで、所定値Ｄｔｈは、例えば、ジャンプスタート時の出力端電圧Ｖｔの時間変化を基に決定される。例えば、普通自動車用バッテリにトラック用バッテリを用いて、ジャンプスタートすると、出力端電圧Ｖｔが増大する。この時想定される時間変化率をＤｔｈとする。
【００３２】
続いて、実施の形態２における電源装置２０での処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。主制御装置処理（ステップＳ４０）では、まず、主制御装置９は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔを用いて、その時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを算出し、予め設定された所定値Ｄｔｈと比較し（ステップＳ４１）、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、メインスイッチ１０を開放（オフ）し、第一のバッテリ１を遮断させる（ステップＳ４２）、これに対して、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、メインスイッチ１０の導通（オン）を継続させる（ステップＳ４３）。この処理を終了後、戻って、次の電圧変換器制御処理（ステップＳ４４）に移行する。
【００３３】
電圧変換器制御処理（ステップＳ４４）では、同様に、電圧変換器制御装置４は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔを用いて、その時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを算出し、予め設定された所定値Ｄｔｈと比較し（ステップＳ４５）、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、整流回路５の駆動を停止させる（ステップＳ４６）、これに対して、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、整流回路５の駆動を継続させる（ステップＳ４７）。この処理を終了後、戻って監視を継続する。
【００３４】
出力端電圧Ｖｔの時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを逆電流の判定に用いることにより、出力端電圧Ｖｔがジャンプスタートされた電圧に上昇しきるまでの間に、スイッチ素子を停止させることができるので、出力端電圧Ｖｔを判定に用いた実施の形態１よりも、さらに速くスイッチ素子を停止させることができる。
【００３５】
このように、実施の形態２に係る電源装置によれば、電圧検出器により出力端電圧Ｖｔを検出し、この出力端電圧Ｖｔから算出された時間変化率ｄＶｔ／ｄｔを算出し、予め設定された所定値Ｄｔｈと比較し、ｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを満たす場合には、逆電流が発生
しているものと判定し、メインスイッチを開放あるいは整流回路の駆動を停止させることにより、より早く逆電流によるスイッチ素子の損傷を防止することができるという顕著な効果が期待できる。
【００３６】
なお、ここでは、メインスイッチ１０の開閉を主制御装置９によるものとしたが、電圧変換器制御装置４が行ってもよく、また、整流回路５の駆動の停止を主制御装置９が行ってもよい。
【００３７】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る電源装置の概略構成図であり、図６は、実施の形態３における電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００３８】
図５に示すように、電源装置２０は、メインスイッチ１０を介して１次側に入力電源として接続された第一のバッテリ１の直流を交流に変換するインバータ回路３と、このインバータ回路３を構成するフルブリッジ形状に配置されたスイッチ素子３ａから３ｄと、インバータ回路３の出力が１次巻線６ａに接続されたトランス６と、トランス６の２次巻線６ｂに接続された整流回路５と、この整流回路５を構成する直列に配置されたスイッチ素子５ａ，５ｂと、２次巻線６ｂの中間端子に接続されたコイル７と、コイル７に直列に接続されたコンデンサ８と、コンデンサ８に接続された電圧検出器１１と、で構成される電圧変換器２１と、電圧検出器１１で検出された出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、インバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ及び整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを制御する電圧変換器制御装置４と、メインスイッチ１０の開閉を制御する主制御装置９と、により構成されている。また、電圧変換器２１の出力端には、第二のバッテリ２が接続されており、第一のバッテリ１には、負荷１２が接続されている。
【００３９】
実施の形態３の電源装置は、実施の形態１の整流回路５の前段にトランス６を介して４個のスイッチ素子３ａから３ｄがブリッジ形状に配置されたインバータ回路３が備えられているものである。
【００４０】
次に、実施の形態３に係る電源装置の動作の詳細について説明する。
インバータ回路３は、４個のスイッチ素子３ａから３ｄなるフルブリッジ構成となっており、入力電源である第一のバッテリ１から入力電圧Ｖｉｎをスイッチ素子３ａから３ｄの導通と開放動作をスイッチングして交流電圧を発生させ、トランス６の１次巻線６ａに交流電圧を入力する。トランス６は入力された交流電圧を巻線比に降圧して、２次巻線６ｂに交流電圧を出力する。整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂは、交流電圧をスイッチングにより同期整流して電圧方向が一方向のパルス状電圧に整流する。次に、コイル７とコンデンサ８で構成される平滑回路のローパスフィルタにより、整流されたパルス状電圧を直流電圧に変換して出力する。出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧検出器１１にて検出され、その情報は電圧変換器制御装置４及び主制御装置９に送られる。
【００４１】
電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔよりも出力端電圧Ｖｔが高い場合に、出力側から入力側に流れる逆電流が発生し、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂのいずれかが導通状態にあると、この逆電流より素子耐圧を超えると損傷を受け、短絡故障が発生し機能しなくなることがある。これを防止するため、出力端電圧Ｖｔが所定値Ｖｔｈを超えた場合に、主制御装置９は、メインスイッチ１０を開放（オフ）し、電圧変換器制御装置４は、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂあるいはインバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄの駆動を停止させる。これにより、入力側への電流の逆流を防止することができ、スイッチ素子３ａから３ｄ及びスイッチ素子５ａ，５ｂの損傷を回避することができる。
【００４２】
続いて、実施の形態３における電源装置２０での処理手順を図６に示すフローチャート
を用いて説明する。主制御装置処理（ステップＳ５０）では、まず、主制御装置９は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較する（ステップＳ５１）。Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、メインスイッチ１０を開放（オフ）させる（ステップＳ５２）、これに対して、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、メインスイッチ１０の導通を継続させる（ステップＳ５３）。この処理を終了後、戻って、次の電圧変換器制御処理（ステップＳ５４）に移行する。
【００４３】
電圧変換器制御処理（ステップＳ５４）では、同様に、電圧変換器制御装置４は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較する（ステップＳ５１）。Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、インバータ回路３と整流回路５のどちらかまたは両方の駆動を停止させる（ステップＳ５６）。これに対して、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たしていない場合には、逆電流は発生していないものと判定し、インバータ回路３及び整流回路５の駆動を継続させる（ステップＳ５７）。この処理を終了後、戻って監視を継続する。
【００４４】
電圧変換器２１の出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとの関係が、Ｖｔ＞Ｖｔｈとなった場合に、まず、主制御装置９がメインスイッチ１０を開放（オフ）した後、電圧変換器制御装置４がインバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ、あるいは整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを停止する。これにより、もし、インバータ回路３と整流回路５のスイッチ素子が両方短絡故障している場合に、高電圧の第一のバッテリ１から大電流が流れてしまう可能性があるが、メインスイッチ１０が切断されていれば、第一のバッテリ１から大電流が流れ込むことがなく、車両の安全を確保することができる。
【００４５】
上記説明では、インバータ回路３と整流回路５のどちらかまたは両方の駆動を停止させるとしたが、２次側の整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを停止させるだけでもよいが、１次側のインバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄも停止させることで、インバータ回路３に逆流により過電流が流れることを保護することができる。
【００４６】
ここで、負荷１２としては、例えば、ヒータ、エアコンまたはモータなどがある。
【００４７】
このように、実施の形態３における電源装置によれば、電圧検出器により出力端電圧Ｖｔを検出し、この出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈと比較し、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たす場合には、逆電流が発生しているものと判定し、スイッチを開放（オフ）、あるいはインバータ回路３と整流回路５のどちらかまたは両方の駆動を停止させることにより、逆電流によるインバータ回路３や整流回路５を構成するスイッチ素子の損傷を確実に防止することができるという顕著な効果が期待できる。
【００４８】
なお、実施の形態３では、逆電流の発生の有無を、出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較する場合について説明したが、実施の形態２と同様、出力端電圧Ｖｔの時間変化率ｄＶｔ／ｄｔと所定値Ｄｔｈとを比較する場合であってもよい。
【００４９】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４における車両用電源装置での処理手順を示すフローチャートである。
【００５０】
実施の形態４の車両用電源装置では、実施の形態３の電源装置２０の構成を用い、この電源装置２０が車両（電気自動車）に搭載された場合の処理手順を示すものである。
【００５１】
逆流現象は、ジャンプスタートしたときなどの電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔより
出力端電圧Ｖｔが上昇した場合に起こりうる。しかし、車両が走行中に本発明の電圧変換器２１の動作を停止させる機能が働くと車両システムに不具合が生じる可能性があるので、実施の形態４においては、車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジ以外ではこの機能が動作しないように安全性を確保するものである。
【００５２】
すなわち、車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジにあって、電圧変換器２１の出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとの関係が、Ｖｔ＞Ｖｔｈとなった場合にのみ主制御装置９がメインスイッチ１０を開放（オフ）する。電圧変換器制御装置４が、インバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ、または、整流回路５のスイッチ素子５ａ，５ｂを停止させる。
【００５３】
続いて、実施の形態４における電源装置２０での処理手順を図６に示すフローチャートを用いて説明する。主制御装置処理（ステップＳ６０）では、まず、主制御装置９は、電圧検出器１１にて検出された出力端電圧Ｖｔと予め設定された所定値Ｖｔｈとを比較し、Ｖｔ＞Ｖｔｈを満たし、かつシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジであるかどうか判定する（ステップＳ６１）。この条件を満たす場合には、逆電流が発生し、かつ車両が走行状態にないことを確認して、メインスイッチ１０を開放（オフ）させる（ステップＳ６２）、これに対して、この条件を満たしていない場合には、メインスイッチ１０の導通（オン）を継続させる（ステップＳ６３）。この処理を終了後、戻って監視を継続する。
【００５４】
メインスイッチ１０が開放（オフ）された場合、続けて、実施の形態３と同様、電圧変換器制御処理により、インバータ回路３や整流回路５のスイッチ素子の駆動を停止させる（図示せず）。
【００５５】
これにより、電圧変換器２１の他、第一のバッテリ１の電力を使用する機器、例えば、ヒータ、エアコンまたはモータなどの負荷１２への電路を遮断する
【００５６】
このように、実施の形態４における電源装置によれば、逆電流の発生とシフトレバーの状態とを合わせて判定することにより、車両が走行中である場合には、処理動作を行わないようにさせているので、車両の安全性を確保することができるという顕著な効果が期待できる。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、充電側バッテリ（第二のバッテリ）側の出力端電圧で逆電流の発生の有無を判定しているので、入力側バッテリ（第一のバッテリ）、インバータ回路あるいは整流回路の状況に関わらず逆電流を防止することができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、Ｖｔ＞Ｖｔｈ、あるいはｄＶｔ／ｄｔ＞Ｄｔｈを用いて逆電流の判定を行うとしているが、これ以外にも、逆電流の判定を行うことが可能である。例えば、第二のバッテリ２を充電している場合には、電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔは、第二のバッテリ２の電圧Ｅ２よりも高くなるが、第二のバッテリ２を放電させる場合には、第二のバッテリ２の電圧Ｅ２（Ｖｔｈ）よりも電圧変換器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが低くなる。この変化を検出して、スイッチ素子を停止させてもよい。また、電圧変換器２１に何らかの不具合が生じて、設定された出力電圧Ｖｏｕｔが得られず、出力電圧Ｖｏｕｔが第二のバッテリ２の電圧Ｅ２（Ｖｔｈ）よりも低くなった場合にも逆電流が発生する。この場合にも、ＶｏｕｔをＶｔｈと比較する（判定条件をＶｏｕｔ＜Ｖｔｈとする）ことにより、上記の手法を適用することができる。
【００５９】
また、上記の実施の形態において、電圧変換器２１の回路方式は、チョッパ回路またはフルブリッジ回路で構成する例について説明したが、これに限らず同期整流方式であれば、ハーフブリッジ回路、フォワードコンバータまたはフライバックコンバータなどであっても構わない。また、インバータ回路３のスイッチ素子３ａから３ｄ及び整流回路５スイッチ素子５ａ，５ｂは、ＭＯＳＦＥＴで構成する例を示したが、これに限らずスイッチ機能があるものであれば、ＦＥＴやＩＧＢＴなどでも構わない。また、フルブリッジ回路の整流方式は、センタータップ方式で構成する例を示したが、カレントダブラ方式などであっても構わない。また、メインスイッチ１０は、一個で構成する例を示したが、これに限らず第一のバッテリ、負荷それぞれにスイッチを設ける等、複数個で構成しても構わない。
【００６０】
また、上記実施の形態では、電源装置が電気自動車に搭載され、ジャンプスタート時に発生する逆電流を防止する場合について説明したが、スイッチ素子を備えた同期整流方式による電圧変換器を用いる機器であれば適用することができる。
【００６１】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００６２】
また、図中、同一符号は、同一または、相当部分を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１ 第一のバッテリ
２ 第二のバッテリ
３ インバータ回路 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ スイッチ素子
４ 電圧変換器制御装置
５ 整流回路 ５ａ，５ｂ スイッチ素子
６ トランス
７ コイル
８ コンデンサ
９ 主制御装置
１０ メインスイッチ
２０ 電源装置
２１ 電圧変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、
前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器を備え、
前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記複数のスイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、
前記電源装置の入力端に設けられたメインスイッチと、
前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器と、を備え、
前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記メインスイッチの開放および前記複数のスイッチ素子の駆動の停止のいずれか一方または両方を実行させることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記整流回路の前段にトランスを介して複数のスイッチ素子がブリッジ状に構成されたインバータ回路が備えられ、前記逆電流があると判定された場合に、前記インバータ回路の複数のスイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記メインスイッチが開放された後、前記整流回路の複数スイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記メインスイッチが開放された後、前記整流回路の複数スイッチ素子および前記インバータ回路の複数のスイッチ素子のいずれか一方または両方の駆動を停止させることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項６】
前記逆電流の有無の判定が、前記出力端電圧と予め設定された所定値とを比較することによるものであり、前記出力端電圧が前記所定値以上である場合に逆電流があると判定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記逆電流の有無の判定が、前記出力端電圧の時間変化率と予め設定された所定値とを比較することによるものであり、前記時間変化率が前記所定値以上である場合に逆電流があると判定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置が車両に搭載され、前記車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジである場合において、前記逆電流の有無の判定を行うことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項１】
複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、
前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器を備え、
前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記複数のスイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
複数のスイッチ素子で構成される整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、により直流電力を出力する電源装置であって、
前記電源装置の入力端に設けられたメインスイッチと、
前記電源装置の出力端に設けられた電圧検出器と、を備え、
前記電圧検出器により検出された出力端電圧に基づいて、前記出力端から前記入力端に流れる逆電流の有無を判定し、逆電流があると判定された場合に、前記メインスイッチの開放および前記複数のスイッチ素子の駆動の停止のいずれか一方または両方を実行させることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記整流回路の前段にトランスを介して複数のスイッチ素子がブリッジ状に構成されたインバータ回路が備えられ、前記逆電流があると判定された場合に、前記インバータ回路の複数のスイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記メインスイッチが開放された後、前記整流回路の複数スイッチ素子の駆動を停止させることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記メインスイッチが開放された後、前記整流回路の複数スイッチ素子および前記インバータ回路の複数のスイッチ素子のいずれか一方または両方の駆動を停止させることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項６】
前記逆電流の有無の判定が、前記出力端電圧と予め設定された所定値とを比較することによるものであり、前記出力端電圧が前記所定値以上である場合に逆電流があると判定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記逆電流の有無の判定が、前記出力端電圧の時間変化率と予め設定された所定値とを比較することによるものであり、前記時間変化率が前記所定値以上である場合に逆電流があると判定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置が車両に搭載され、前記車両のシフトレバーがＰレンジまたはＮレンジである場合において、前記逆電流の有無の判定を行うことを特徴とする車両用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０００４０（Ｐ２０１３−１０００４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５２８１（Ｐ２０１１−２４５２８１）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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