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本发明将二次电池与电容器组合起来向负载提供电源，该电源装置具备：开关元件，其切换从上述电容器向上述负载的电源的提供；DC-DC转换器，其能够将上述二次电池的电压升高并提供到上述负载；以及控制部，其在上述电容器的电压小于能够驱动上述负载的最低电压的情况下，对上述开关元件进行脉冲控制，并且控制上述DC-DC转换器来使该DC-DC转换器与上述开关元件交替地输出脉冲电流，使得能够对交替地输出的脉冲电流进行合成来向上述负载提供电源。

1.  一种电源装置，将二次电池与电容器组合起来向负载提供电源，该 电源装置具备：
开关元件，其切换从上述电容器向上述负载的电源的提供；
DC-DC转换器，其能够将上述二次电池的电压升高并提供到上述负载； 以及
控制部，其在上述电容器的电压小于能够驱动上述负载的最低电压的情 况下，对上述开关元件进行脉冲控制，并且控制上述DC-DC转换器来使上述 DC-DC转换器与上述开关元件交替地输出脉冲电流，使得能够对交替地输出 的脉冲电流进行合成来向上述负载提供电源。

2.  根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
上述DC-DC转换器根据上述电容器的电压的下降来使升高上述二次电 池的电压的增益增大。

3.  根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
在上述电容器的电压为能够驱动上述负载的电压的情况下，上述开关元 件使得能够连续地从上述电容器向上述负载提供电源。

4.  根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
在上述电容器的电压低于比能够驱动上述负载的最低电压仅高出余量 电压的电压的情况下，上述控制部对上述开关元件进行脉冲控制，并且控制 上述DC-DC转换器来使上述DC-DC转换器与上述开关元件交替地输出脉冲 电流，使得能够对交替地输出的脉冲电流进行合成来向上述负载提供电源。

5.  根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
在上述电容器的电压低于比该电容器的最低工作电压仅高出余量电压 的电压的情况下，上述控制部将上述开关元件切换为断开状态，并且控制上 述DC-DC转换器使得能够连续地从上述二次电池向上述负载提供电源。

电源装置
技术领域
本发明涉及一种向负载提供电源的电源装置。
背景技术
以往以来，使用一种将电池与电容器组合起来向负载提供电源的电源装 置。在日本JP2006-345606A中公开了一种将电池与电容器并联连接的车辆用 电源系统。在该电源系统中，通过从电容器和电池提供的电能来驱动电动机 的逆变器。
发明内容
然而，在日本JP2006-345606A的电源系统中，当电容器的电压低于能够 驱动逆变器的电压时，无法再利用来自电容器的电能来驱动电动机。另外， 与在放电时电压缓慢下降的二次电池不同，电容器具有在放电时电压线性地 下降的特性。因此，当电容器的电压下降时，即便还残存有电能也无法再从 电容器提供电能来驱动逆变器。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于有效地活用电容器的电 能。
根据本发明的某一方式，提供一种将二次电池与电容器组合起来向负载 提供电源的电源装置，该电源装置具备：开关元件，其切换从上述电容器向 上述负载的电源的提供；DC-DC转换器，其能够将上述二次电池的电压升高 来提供到上述负载；以及控制部，其在上述电容器的电压小于能够驱动上述 负载的最低电压的情况下，对上述开关元件进行脉冲控制，并且控制上述 DC-DC转换器来使上述DC-DC转换器与上述开关元件交替地输出脉冲电 流，使得能够对交替地输出的脉冲电流进行合成来向上述负载提供电源。
下面参照附图来详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电源装置的电路图。
图2是本发明的实施方式的电源装置的框图。
图3是表示从电源装置向负载的电源提供控制的流程图。
图4是说明电源装置的作用的图。
具体实施方式
下面，参照图1至图4来说明本发明的实施方式的电源装置100。
首先，参照图1和图2来说明电源装置100的结构。
电源装置100是将二次电池1与电容器2组合起来向负载提供电源的装 置。该负载是被二次电池1和电容器2提供电源来驱动电动机5的逆变器50。 电源装置100应用于HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合动力型车辆)、 EV(Electric Vehicle：电动车辆)等。
首先，说明被电源装置100提供电源的逆变器50和由逆变器50驱动的电 动机5。
电动机5是搭载于HEV、EV的驱动用电动机。电动机5是利用三相交流 来生成旋转磁场而被驱动的三相感应电动发电机。电动机5具备定子和转子， 该定子在内周具有分别构成U相、V相以及W相的多个线圈(省略图示)，该转 子具有永磁体，在定子的内周旋转。电动机5的定子固定于车体(省略图示)， 转子的旋转轴与车轮的车轴(省略图示)连结。电动机5能够将电能转换为车轮 的旋转，并且能够将车轮的旋转转换为电能。
逆变器50是从由二次电池1和电容器2提供的直流电力生成交流电力的 电流变换机。逆变器50的额定电压为600V，能够驱动它的最低电压为350V。 该最低电压相当于能够驱动负载的最低电压。
逆变器50将从二次电池1和电容器2提供的直流电力转换为由相位依次 相差120度的U相、V相以及W相构成的三层的交流并提供到电动机5。
逆变器50具有正侧电力线51a、负侧电力线51b、U相电力线51u、V相电 力线51v、W相电力线51w。正侧电力线51a与二次电池1及电容器2的正极连 接。负侧电力线51b与二次电池1及电容器2的负极连接。U相电力线51u、V 相电力线51v以及W相电力线51w设置于正侧电力线51a与负侧电力线51b之 间。另外，在正侧电力线51a与负侧电力线51b之间并联连接有平滑电容器55， 该平滑电容器55使在二次电池1及电容器2与逆变器50之间流动的直流电力 平滑化。
逆变器50具有六个作为开关元件的IGBT(Insulated Gate Bipolar  Transistor：绝缘栅双极型晶体管)53u、54u、53v、54v、53w及54w。这些IGBT 53u～54w是具有反向地并联连接的整流二极管的带二极管的IGBT。
IGBT 53u与IGBT 54u串联地设置于U相电力线51u。U相电力线51u的 IGBT 53u与IGBT 54u之间与电动机5的构成U相的线圈连接。IGBT 53v与 IGBT 54v串联地设置于V相电力线51v。V相电力线51v的IGBT 53v与IGBT 54v之间与电动机5的构成V相的线圈连接。IGBT 53w与IGBT 54w串联地设置 于W相电力线51w。W相电力线51w的IGBT 53w与IGBT 54w之间与电动机5 的构成W相的线圈连接。
通过电动机控制器(省略图示)来控制IGBT 53u、54u、53v、54v、53w以 及54w，由此逆变器50生成交流电流来驱动电动机5。
接着，说明电源装置100的结构。
电源装置100具备：二次电池电源部11，其具有二次电池1；电容器电源 部21，其具有电容器2；以及作为控制部的控制器30(参照图2)，其控制从二 次电池1和电容器2向逆变器50的电源的提供。二次电池电源部11与电容器电 源部21并联连接。也就是说，二次电池1与电容器2并联连接。
二次电池1是锂离子二次电池、镍氢二次电池等化学电池。在此，二次 电池1的电压被设定为300V。对二次电池1设置检测SOC(State of Charge：充 电状态)并将对应的信号发送到控制器30的二次电池SOC检测器1a(参照图 2)。
电容器2是串联连接多个来设定成期望的电压并且并联连接多个来设定 成期望的蓄电容量的双电层电容器。在此，电容器2的电压被设定为600V。 对电容器2设置检测电压并将对应的信号发送到控制器30的电容器电压检测 器2a(参照图2)。
电容器电源部21具备开关元件25，该开关元件25切换从电容器2向逆变 器50的电源的提供。
开关元件25由控制器30进行开闭控制。开关元件25在被切换为接通状态 时，使得能够直接从电容器2向逆变器50提供电源。开关元件25例如是IGBT、 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化膜半 导体场效应晶体管)等能够以电气方式高速地进行开闭控制的开关。
开关元件25在电容器2的电压为能够驱动电动机5的电压的情况下，被切 换为接通状态，使得连续地从电容器2向逆变器50提供电源。当开关元件25 被切换为断开状态时，无法再从电容器2向逆变器50提供电源。
另外，开关元件25在被切换为接通状态时，使得能够将由电动机5发电 得到的电力直接充入到电容器2。由此，能够减少电容器2充电时的能量损耗。
二次电池电源部11具备DC-DC转换器15，在仅通过来自电容器2的电源 无法驱动逆变器50的情况下，该DC-DC转换器15能够将二次电池1的电压升 高并提供到电动机5。
DC-DC转换器15能够将二次电池1的电压升高并提供到电动机5，并且 能够将由电动机5发电得到的电力降压并充入到二次电池1。
DC-DC转换器15具备：电抗器16，其设置于二次电池1的下游；降压控 制晶体管17，其设置于电抗器16与电动机5的上游之间，能够通过切换将来 自电动机5的充电电压降低；以及升压控制晶体管18，其设置于电抗器16与 电动机5的下游之间，能够切换电抗器16的电流来利用感应电动势将向电动 机5提供的提供电压升高。
电抗器16在升压控制晶体管18导通时蓄积能量。而且，在升压控制晶体 管18变为截止时，从电容器2输入的电压以及由电抗器16中蓄积的能量产生 的感应电动势被输出。由此，电抗器16能够通过升压控制晶体管18的切换将 输入电压升高并输出。
通过控制器30来切换升压控制晶体管18。升压控制晶体管18是具有反向 地并联连接的整流二极管的带二极管的IGBT。升压控制晶体管18能够切换 电抗器16的电流来利用感应电动势将向电动机5提供的提供电压升高。
当将升压控制晶体管18切换为导通时，来自电容器2的正极的电流经由 电抗器16和升压控制晶体管18流向电容器2的负极。通过该电流的环路在电 抗器16中蓄积能量。
通过控制器30来切换降压控制晶体管17。降压控制晶体管17是具有反向 地并联连接的整流二极管的带二极管的IGBT。降压控制晶体管17能够通过 切换将来自电动机5的充电电压降低。降压控制晶体管17通过斩波控制将电 动机5发电得到的电力降压并充入到电容器2。
平滑电容器19使由降压控制晶体管17进行斩波控制后输出的电压平滑 化。由此，能够使向电容器2充入由电动机5发电得到的电力时的电压平滑化 进而稳定。
控制器30(参照图2)用于进行电源装置100的控制。控制器30是具备 CPU(中央运算处理装置)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)以及 I/O接口(输入输出接口)的微型计算机。RAM存储CPU的处理中的数据。ROM 预先存储CPU的控制程序等。I/O接口使用于与所连接的设备之间的信息的输 入输出。通过使CPU、RAM等按照ROM中保存的程序进行动作来实现电源 装置100的控制。
接着，参照图3和图4来说明控制器30对电源装置100的控制。控制器30 例如以每隔10毫秒的固定时间间隔反复执行图3示出的例程。在图4中，横轴 表示时间，纵轴从上到下依次表示电动机5的驱动力、电容器2的输出电压、 二次电池1的输出电压以及逆变器50的输入电压。
在步骤101中，控制器30读入由电容器电压检测器2a检测出的电容器2的 电压。
在步骤102中，控制器30判定电容器2的电压是否为第一设定电压以上。 当通过步骤102判定为电容器2的电压为第一设定电压以上时，转移到步骤 103，返回。
该第一设定电压被设定为相比于能够驱动逆变器50的最低电压仅高出 余量电压的值。在此，能够驱动逆变器50的最低电压为350V，因此第一设定 电压被设定为比350V略高的值。
在步骤103中，控制器30将开关元件25设为接通状态。由此，连续地从 电容器2向逆变器50提供电源来驱动电动机5。
该状态与图4中的t₀至t₁之间的时间相当。具体地说，从t₀起开始利用电 动机5的EV行驶，电容器2的电压成比例地下降与消耗掉的电能相当的量。 然后，该EV行驶持续到电容器2的电压接近能够驱动逆变器50的最低电压且 小于上述的第一设定电压为止。
此时，直接从电容器2向逆变器50提供电源，因此能量损耗小。因此， 能够发挥电容器2的特性，瞬间向逆变器50提供大电流。
另一方面，在通过步骤102判定为电容器的电压低于第一设定电压的情 况下，转移到步骤104。此时，在电容器2内残存有电能。在认为电能的减少 与电压的降低成比例的情况下，若设满充电时为100％，则从600V降低到350V 的电容器2内残存有约34％的电能。
以往，当电容器2的电压小于能够驱动逆变器50的最低电压时，即便电 容器2内残存有电能也不会从电容器2向逆变器50进行驱动。因此，在电源装 置100中，如以下那样利用电容器2内残存的电能。
在步骤104中，控制器30判定电容器2的电压是否为第二设定电压以上。 当通过步骤104判定为电容器2的电压为第二设定电压以上的情况下，转移到 步骤105，返回。另一方面，当通过步骤104判定为电容器的电压低于第二设 定电压的情况下，转移到步骤106，返回。
该第二设定电压被设定成相比于电容器2能够工作的最低电压即最低工 作电压仅高出余量电压的值。另外，第二设定电压被设定成比上述的第一设 定电压低的值。
在步骤105中，控制器30对开关元件25进行脉冲控制，并且控制DC-DC 转换器15来使该DC-DC转换器15与开关元件25交替地输出脉冲电流，使得能 够对交替地输出的脉冲电流进行合成来向对逆变器50提供电源。
该状态与图4中的t₁至t₂之间的时间相当。具体地说，当在t₁电容器2的电 压变得低于第一设定电压时，首先，控制器30将开关元件25设为断开状态， 停止从电容器2向逆变器50提供电源。同时，控制器30控制DC-DC转换器15 来将来自二次电池1的电源升高到比第一设定电压高的电压，使得从二次电 池1向逆变器50提供电源。接着，控制器30控制DC-DC转换器15来停止从二 次电池1向逆变器50提供电源。同时，控制器30将开关元件25设为接通状态， 使得从电容器2向逆变器50提供电源。
控制器30通过高速地反复执行这些动作来对来自电容器2的脉冲电流与 来自二次电池1的脉冲电流进行合成。由此，向逆变器50提供成为比能够驱 动逆变器50的最低电压高的电压的电源。因此，从t₀起开始的EV行驶经过t₁后还持续到t₂。该EV行驶持续到电容器2的电压接近最低工作电压且小于上 述的第二设定电压为止。
此时，通过平滑电容器55使向逆变器50输入的电源的电压增减平滑化。 另外，DC-DC转换器15使升高二次电池1的电压的增益与电容器2的电压的下 降相应地增大。由此，即使电容器2的电压逐渐下降，也能够补充相应的量。
在如以上那样电容器2的电压小于能够驱动逆变器50的最低电压的情况 下，控制器30对开关元件25进行脉冲控制，并且控制DC-DC转换器15来使该 DC-DC转换器15与开关元件25交替地输出脉冲电流，使得能够对交替地输出 的脉冲电流进行合成来向逆变器50提供电源。
由此，即使电容器2的电压低于能够驱动逆变器50的最低电压，也可以 通过控制开关元件25和DC-DC转换器15来对从电容器2和二次电池1交替地 输出的脉冲电流进行合成以对逆变器50提供电源。因而，能够使用电容器2 内残存的电能来驱动逆变器50，从而能够有效地活用电容器2的电能。
另外，由于能够有效地活用电容器2的电能，因此能够减小向逆变器50 输出相同的电能所需的电容器2的容量。因此，能够使电容器2小型轻量化。 另外，在将电源装置100应用于HEV的情况下，与以往相比能够进行EV行驶 的距离变长，因此能够降低发动机的燃油消耗量。
另一方面，在步骤106中，控制器30将开关元件25切换为断开状态，并 且控制DC-DC转换器15使得能够连续地从二次电池1向逆变器50提供电源。 在步骤106中，电容器2内的电能已经减少到无法使用的水平，因此使用二次 电池1来驱动逆变器50。具体地说，使二次电池1的电压从300V升高到上述的 第一设定电压来驱动逆变器50。
也就是说，在电容器2的电压变得低于第二设定电压的情况下，停止从 电容器2向逆变器50提供电源，开始仅从二次电池1经由DC-DC转换器15向逆 变器50提供电源。
该状态与图4中的t₂至t₃之间的时间相当。具体地说，通过DC-DC转换器 15将二次电池1的电压升高并提供到逆变器50，因此从t₀开始的EV行驶经过t₂后还持续到t₃为止。
而且，该EV行驶能够持续到由二次电池SOC检测器1a检测出的二次电池 1的SOC小于设定值为止。此外，在HEV的情况下，即使由二次电池SOC检 测器1a检测出的二次电池1的SOC小于设定值，也能够使车辆的发动机(省略 图示)工作而通过来自发动机的驱动力来行驶。
根据以上的实施方式，起到以下示出的效果。
在电源装置100中，在电容器2的电压低于能够驱动逆变器50的最低电压 的情况下，控制器30对开关元件25和DC-DC转换器15进行控制，对从电容器 2和二次电池1交替地输出的脉冲电流进行合成，使得能够向逆变器50提供电 源。此时，DC-DC转换器15能够将二次电池1的电压升高。
因此，通过将升压后的来自二次电池1的脉冲电流与来自电容器2的脉冲 电流合成，能够使向逆变器50提供的电源的电压升高到能够驱动逆变器50的 电压。因而，能够使用电容器2内残存的电能来驱动逆变器50，从而能够有 效地活用电容器2的电能。
另外，由于能够有效地活用电容器2的电能，因此能够减小向逆变器50 输出相同的电能所需的电容器2的容量。因此，能够使电容器2小型轻量化。 另外，在将电源装置100应用于HEV的情况下，与以往相比能够进行EV行驶 的距离变长，因此能够降低发动机的燃油消耗量。
以上说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过示出了本发明 的应用例的一部分，并不意味着将本发明的技术范围限定为上述实施方式的 具体结构。
例如，上述的实施方式中的电压等的数值是例示的数值，并不限定于这 些数值。
另外，在上述的实施方式中，通过控制器30来控制电源装置100，通过 电动机控制器(省略图示)来控制逆变器50。也可以取而代之通过单个控制器 来控制电源装置100和逆变器50。
另外，上述的各个IGBT是具有反向地并联连接的整流二极管的带二极 管的IGBT。也可以取而代之分别独立地设置不内置二极管的IGBT以及与 IGBT反向地并联连接的整流二极管。
本发明的实施例所包含的专属性质或特征如上那样记载于权利要求中。