(57)【要約】【課題】本明細書は、並列に接続されている複数の電圧コンバータを備えた電源システムに関し、温度センサを用いずに電圧コンバータの過度の温度上昇を防ぐ。【解決手段】電源システム１０は、メインバッテリ１１、サブバッテリ１２、第１／第２電圧コンバータ１３／１４、コントローラ１５を備えている。第１／第２電圧コンバータ１３／１４は、メインバッテリ１１と補機電力線１６の間に接続されており、メインバッテリ１１の出力電圧を降圧して補機電力線１６に電力を供給する。コントローラ１５は、（１）複数の補機のうち、動作している補機の総消費電力が所定の電力閾値を超えた場合、及び、（２）パワーステアリングのハンドルの舵角が所定の舵角閾値を超えた場合、の一方が成立したときに第１／第２電圧コンバータ１３／１４を動作させる。コントローラは、（１）と（２）のいずれも成立していない場合は、第２電圧コンバータ１４を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用のモータに供給する電力を蓄えているメインバッテリと、
補機電力線を介してパワーステアリングのアクチュエータを含む複数の補機に電力を供給するサブバッテリと、
前記メインバッテリと前記補機電力線の間に接続されており、前記メインバッテリの出力電圧を降圧して前記補機電力線に電力を供給する第１電圧コンバータ及び第２電圧コンバータと、
コントローラと、を備えており、
前記コントローラは、
（１）複数の前記補機のうち、動作している前記補機の総消費電力が所定の電力閾値を超えた場合、及び、
（２）前記パワーステアリングのハンドルの舵角が所定の舵角閾値を超えた場合、
の一方が成立したときに前記第１電圧コンバータ及び前記第２電圧コンバータを動作させ、前記（１）と前記（２）のいずれも成立していない場合は、前記第２電圧コンバータを停止する、電気自動車用の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電気自動車用の電源システムに関する。本明細書が開示する電源システムは、並列に接続されている複数の電圧コンバータを備えている。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、走行用のモータに供給する電力を蓄えているメインバッテリと、メインバッテリとモータの間に接続される電力変換器を備えている（例えば特許文献１）。電気自動車は、メインバッテリの出力電圧よりも低い電圧で駆動する複数の補機を備えており、複数の補機のために、出力電圧がメインバッテリの出力電圧よりも低いサブバッテリも備えている。メインバッテリとサブバッテリの間に２個の電圧コンバータが並列に接続される。
【０００３】
電気自動車では、負荷の変動が大きい。負荷変動に対して効率よく電圧を変換できるように、複数の電圧コンバータの並列接続が採用される場合がある。負荷が小さい場合は、１個の電圧コンバータのみを駆動する。負荷が大きい場合は２個の電圧コンバータを駆動する。並列に接続された複数の電圧コンバータの動作数を調整することで、各電圧コンバータを効率の良い範囲で動作させることができるとともに、大電流要求にも対応することができる。
【０００４】
特許文献１には、並列に接続された複数の電圧コンバータの温度の平準化を測るべく、温度の低い電圧コンバータを優先して使う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術は、換言すれば、温度の高くなった電圧コンバータを優先して休ませる技術である。本明細書が開示する技術は、電気自動車用の電源システムに関し、温度が高くなる前に、電圧コンバータの負荷を下げ、なるべく電圧コンバータの温度が高くならないようにする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリ、サブバッテリ、第１電圧コンバータ、第２電圧コンバータ、コントローラを備えている。メインバッテリは、走行用のモータに供給する電力を蓄える。サブバッテリは、補機電力線を介して、パワーステアリングのアクチュエータを含む複数の補機に電力を供給する。第１電圧コンバータ及び第２電圧コンバータは、メインバッテリと補機電力線の間に接続されており、メインバッテリの出力電圧を降圧して補機電力線に電力を供給する。コントローラは、（１）複数の補機のうち、動作している補機の総消費電力が所定の電力閾値を超えた場合、及び、（２）パワーステアリングのハンドルの舵角が所定の舵角閾値を超えた場合、の一方が成立したときに第１電圧コンバータ及び第２電圧コンバータを動作させる。コントローラは、（１）と（２）のいずれも成立していない場合は、第２電圧コンバータを停止する。なお、補機の駆動電圧は一定であるので、補機の総消費電力は、補機に流れる総電流と等価である。すなわち、上記（１）の処理は、複数の補機のうち、動作している補機に流れる総電流が所定の電流閾値を超えた場合に第１電圧コンバータと第２電圧コンバータをータを動作させることと等価である。
【０００８】
上記（１）の場合は、動作中の補機群の消費電力が大きくなる場合である。動作中の補機群の消費電力が大きくなる場合に、２個の電圧コンバータを動作させることで、第１電圧コンバータの温度が高くなることを防止する。上記（２）の場合は、ハンドルの舵角が最大舵角になる可能性が生じる場合である。ハンドルの舵角が最大舵角に達すると、パワーステアリングのアクチュエータに瞬時電流が発生し、消費電力が大きくなる。上記（１）の場合は、その後に補機の消費電力が急増する可能性が高い。上記（２）の場合に第１電圧コンバータと第２電圧コンバータを起動させておくことで、ハンドル舵角が最大舵角に達して消費電力が急増する場合に備えて、予め第１電圧コンバータの負荷を下げておくことができる。温度が高くなる頻度が少なくなれば、電圧コンバータの劣化の進行を抑えることができ、寿命を延ばすことができる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の電源システムを含む電気自動車のブロック図である。
【図２】電圧コンバータの温度管理処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して実施例の電源システム１０を説明する。実施例の電源システム１０は、電気自動車２に搭載されている。電気自動車２は、電源システム１０と、電力変換器４３、走行用のモータ４４、様々な補機２０を備えている。電源システム１０は、モータ４４に電力を供給するメインバッテリ１１と、補機２０に電力を供給するサブバッテリ１２を含んでいる。メインバッテリ１１の出力電圧は１００ボルト以上であり、サブバッテリ１２の出力電圧は５０ボルト以下、典型的には１２ボルトである。補機２０とは、電気自動車２に搭載されている電気デバイスのうち、駆動電圧がメインバッテリ１１の出力電圧よりも低く、サブバッテリ１２の出力電圧に等しいデバイスの総称である。メインバッテリ１１はシステムメインリレー４１とともにバッテリパック４２に収容されている。サブバッテリ１２は、車両のフロントコンパートメントに搭載されている。
【００１２】
電気自動車２は、モータ４４で走行する。メインバッテリ１１が、モータ４４を駆動するための電力を蓄えている。モータ４４とメインバッテリ１１の間に電力変換器４３が接続されている。電力変換器４３は、メインバッテリ１１の出力電圧を昇圧する電圧コンバータと、昇圧後の直流電力をモータ４４の駆動に適した交流電力に変換するインバータを含んでいる。
【００１３】
電源システム１０は、先に述べたメインバッテリ１１とサブバッテリ１２のほか、第１電圧コンバータ１３、第２電圧コンバータ１４、コントローラ１５、補機電力線１６を備えている。第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４のそれぞれの高電圧端は、システムメインリレー４１（メインバッテリ１１）と電力変換器４３を接続する主電力線４５に接続されている。第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４のそれぞれの低電圧端は、補機電力線１６に接続されている。換言すれば、第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４は、主電力線４５と補機電力線１６の間に並列に接続されている。さらに別言すれば、第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４は、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２の間に並列に接続されている。
【００１４】
第２電圧コンバータ１４は、分岐ボックス４６を介して主電力線４５に接続されている。分岐ボックス４６には、充電インレット４７が接続されている。充電インレット４７は、車両外部の電源のケーブルを接続可能である。充電インレット４７を介して車両外部の電源をメインバッテリ１１に接続することで、メインバッテリ１１を車両外部の電源で充電することが可能である。
【００１５】
第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４の低電圧端の正極が補機電力線１６に接続されている。第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４の低圧端の負極は、ボディグランドＢＧに接続されている。補機電力線１６は、車両のボディに張り巡らされており、様々な補機２０に電力を供給する。補機２０の負極はボディグランドＢＧに接続されている。ボディグランドＢＧは、車両の導電性のボディそのものである。第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４の低点圧端の負極は、補機２０の負極とボディグランドＢＧを介して接続される。
【００１６】
補機電力線１６にサブバッテリ１２の正極が接続されている。サブバッテリ１２の負極もボディグランドＢＧに接続されており、ボディグランドＢＧを介して補機２０の負極と接続される。
【００１７】
第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４はいずれも、メインバッテリ１１の電圧を降圧して補機電力線１６へ供給することができる。なお、第１電圧コンバータ１３は昇圧機能も有しており、補機電力線１６を介して接続されているサブバッテリ１２の電圧を昇圧し、昇圧後の直流電力を電力変換器４３へ供給することができる。メインバッテリ１１が何らかの理由で使えなくなったとき、第１電圧コンバータ１３の昇圧機能を使ってサブバッテリ１２の電力を昇圧して電力変換器４３へ供給することで、短時間ではあるがモータ４４を駆動することができる。
【００１８】
第１電圧コンバータ１３、第２電圧コンバータ１４、電力変換器４３、システムメインリレー４１、分岐ボックス４６は、コントローラ１５によって制御される。図１ではコントローラ１５を１個の矩形で描いているが、コントローラ１５の機能は、複数のコンピュータによって分散処理されるように構成されていてもよい。
【００１９】
先に述べたように、補機２０は、サブバッテリ１２の出力電圧で駆動される電気デバイスの総称である。補機２０には、デフォッガ２１、エアコン２２、ラジエータファン２３、カーナビゲーション２４、パワーステアリング駆動装置２５などがある。それらは補機電力線１６を介してサブバッテリ１２から電力供給を受ける。先に述べたように、補機２０の負極はボディグランドＢＧを介してサブバッテリ１２の負極に接続される。
【００２０】
補機２０には、サブバッテリ１２から電力が供給される。サブバッテリ１２の残電力が少なくなると、コントローラ１５が、第１電圧コンバータ１３を起動し、メインバッテリ１１の電力を降圧して補機電力線１６に供給する。
【００２１】
複数の電圧コンバータを並列に接続することで、負荷が小さいときには第１電圧コンバータ１３を駆動し、負荷が大きい場合は第１電圧コンバータ１３を駆動するとともに第２電圧コンバータ１４を駆動する。負荷（補機２０の総消費電力）の大きさに応じて駆動する電圧コンバータの駆動数を調整することで、それぞれの電圧コンバータを効率の良い範囲で使えるとともに大きな負荷（大きな総消費電力）にも対応することができる。
【００２２】
電圧コンバータは発熱量が大きい。第１電圧コンバータ１３に温度センサを搭載し、第１電圧コンバータ１３の温度が高くなったら第２電圧コンバータ１４を起動し、第１電圧コンバータ１３の負荷を下げる制御が考えられる。しかしながら、その場合、温度センサとその処理回路を備えるためのコストが嵩む。実施例の電源システム１０では、第１電圧コンバータ１３の温度が上昇する可能性が高い場合に第２電圧コンバータ１４を起動し、第１電圧コンバータ１３の過度の温度上昇を未然に防ぐ。実施例の電源システム１０は、第１電圧コンバータ１３に温度センサを備えることなく、第１電圧コンバータ１３の過度の温度上昇を防ぐことができる。
【００２３】
図２に、コントローラ１５が実行する温度管理処理のフローチャートを示す。コントローラ１５と補機２０とは、車内ネットワーク１７で接続されており、コントローラ１５は補機２０の様々な情報を得ることができる。また、コントローラ１５には、複数の補機２０のそれぞれの消費電力のデータが予め記憶されている。コントローラ１５は、図２の処理を定期的に実行する。コントローラ１５は、例えば１秒間間隔で図２の処理を実行する。
【００２４】
コントローラ１５は、車内ネットワーク１７を介して現在稼働中の補機２０を特定する。そして、自身が有している消費電力のデータを参照し、現在動作している補機２０の総消費電力を算出する。コントローラ１５は、現在動作している補機２０の総消費電力を電力閾値Ｐｔｈと比較する（ステップＳ２）。総消費電力が電力閾値Ｐｔｈを超えていた場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、コントローラ１５は、第２電圧コンバータ１４を起動する（ステップＳ４）。
【００２５】
総消費電力が電力閾値Ｐｔｈを超えていない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、コントローラ１５は、車内ネットワーク１７を介してパワーステアリング駆動装置２５から現在のハンドル舵角を取得する。コントローラ１５は、ハンドル舵角が舵角閾値Ａｔｈを越えていた場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、第２電圧コンバータ１４を起動する（ステップＳ４）。
【００２６】
コントローラ１５は、ハンドル舵角が舵角閾値Ａｔｈを超えていない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、第２電圧コンバータ１４が動作していたら第２電圧コンバータ１４を停止し、処理を終了する（ステップＳ５）。
【００２７】
図２の処理の利点を説明する。コントローラ１５は、稼働中の補機２０の総消費電力が所定の電力閾値Ｐｔｈを超えている場合、第１電圧コンバータ１３に加えて第２電圧コンバータ１４を動作させる。コントローラ１５は、第１電圧コンバータ１３の出力電力を下げ、その分、第２電圧コンバータ１４に出力させる。例えばコントローラ１５は、第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４のそれぞれが、補機２０の総消費電力の半分を負担するように、第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４を制御する。
【００２８】
稼働中の補機２０の総消費電力が所定の電力閾値Ｐｔｈを超えている場合、２個の電圧コンバータを使ってメインバッテリ１１から補機電力線１６に電力を供給する。第１電圧コンバータ１３の負荷が下がるので、第１電圧コンバータ１３の発熱量が下がり、第１電圧コンバータ１３の温度上昇が抑えられる。この処理により、温度センサを用いることなく、第１電圧コンバータ１３の過度の温度上昇を抑えることができる。
【００２９】
また、コントローラ１５は、パワーステアリングのハンドル舵角が所定の舵角閾値Ａｔｈを超えている場合、第１電圧コンバータ１３に加えて第２電圧コンバータ１４を動作させる。ハンドル舵角が舵角限界値に達すると、パワーステアリング駆動装置２５のモータの回転が急停止する。なお、パワーステアリング駆動装置２５とは、ハンドルの舵角を増幅して車輪を操舵するための電動モータである。パワーステアリング駆動装置２５（電動モータ）の回転が急停止すると、電動モータの逆起電力が減少し、電動モータに流れる電流が急増する。その結果、補機２０の総消費電力が急増する。図２のステップＳ３とＳ４の処理は、第１電圧コンバータ１３の負荷が急増する可能性が高い場合に予め第２電圧コンバータ１４を起動しておくことで、第１電圧コンバータ１３の負荷を事前に下げておく。その結果、消費電力が急増したときでも第１電圧コンバータ１３の負荷の増大に起因する過度の温度上昇を抑えることができる。
【００３０】
図２で示したフローチャートの処理のポイントは以下の通りである。コントローラ１５は次の（１）と（２）のいずれかが成立した場合、第１電圧コンバータ１３と第２電圧コンバータ１４を動作させる。（１）と（２）のいずれも成立していない場合は、第２電圧コンバータ１４が動作していたら停止する。（１）複数の補機２０のうち、動作している補機２０の総消費電力が電力閾値Ｐｔｈを超えた場合、（２）パワーステアリングのハンドルの舵角が舵角閾値Ａｔｈを超えた場合。
【００３１】
上記した（１）と（２）のいずれもが成立していない場合（すなわち、図２のステップＳ２とＳ３の判断いずれもＮＯの場合）、コントローラ１５は、第１電圧コンバータ１３も停止してもよい。コントローラ１５は、図２のステップＳ２とＳ３の判断がいずれもＮＯであってサブバッテリ１２の残電力が十分に大きい場合に限り、第１電圧コンバータ１３を停止するようにしてもよい。
【００３２】
本明細書が開示する技術に関する留意点を述べる。パワーステアリング駆動装置の電動モータが、パワーステアリングのアクチュエータの一例である。
【００３３】
本明細書における電気自動車には、走行用のモータとともにエンジンを備えているハイブリッド車と、燃料電池を電源として備えている自動車を含む。ハイブリッド車は、エンジンの出力トルクで車輪を駆動するパラレルタイプと、エンジンは発電機を駆動し、発電機の電力でバッテリを充電するリシーズタイプのいずれであってもよい。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
２：電気自動車
１０：電源システム
１１：メインバッテリ
１２：サブバッテリ
１３：第１電圧コンバータ
１４：第２電圧コンバータ
１５：コントローラ
１６：補機電力線
１７：車内ネットワーク
２０：補機
２１：デフォッガ
２２：エアコン
２３：ラジエータファン
２４：カーナビゲーション
２５：パワーステアリング駆動装置
４１：システムメインリレー
４２：バッテリパック
４３：電力変換器
４４：モータ
４５：主電力線
４６：分岐ボックス
４７：充電インレット
【図１】
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【図２】
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