(57)【要約】【課題】電気負荷に対して、低消費電力で安定して電力を供給可能な電源システムおよびそれを搭載した車両を提供する。【解決手段】電源システムは、高電圧バッテリ１０からの直流電圧ＶＨを降圧して電圧ＶＬ１を電源ラインＳＰＬ１に出力するスイッチング電源回路３０と、電源ラインＳＰＬ１に接続され、電圧ＶＬ１を受けて充電される補機バッテリ２０と、電源ラインＳＰＬ１からの電圧ＶＬ１を電圧ＶＬ２に降圧して電源ラインＳＰＬ２に出力する降圧チョッパ回路４０と、電源ラインＳＰＬ２に接続され、電圧ＶＬ２を受けて駆動する第２補機１３０とを備える。電圧ＶＬ２は、第２補機１３０の正常動作が保証される動作電圧下限値とされる。降圧チョッパ回路４０は、車両の停止中、または電圧ＶＬ２に電圧低下が発生した場合には、降圧動作を停止し、電源ラインＳＰＬ１に供給される電圧ＶＬ１を直接的に電源ラインＳＰＬ２に供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧を第１電源線に出力する電源回路と、
前記第１電源線に接続され、前記第１の電圧を受けて充電される蓄電部と、
前記第１電源線からの前記第１の電圧を第２の電圧に降圧して第２電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、
前記第２電源線に接続され、前記第２の電圧を受けて駆動する電気負荷とを備え、
前記電気負荷は、前記第２の電圧を、正常動作が保証される動作電圧下限値として有し、
前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、前記電圧変換回路における降圧動作を停止させるとともに、電圧変換比を略１に固定する電圧低下保護手段をさらに備える、電源システム。
【請求項２】
前記電圧低下保護手段は、前記第２電源線の電圧が前記第２の電圧を下回ったときに、前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたことを検出する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記電圧低下保護手段は、前記電源回路が停止中であるときに、前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたことを検出する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記電圧変換回路は、前記第１電源線と前記第２電源線との間に接続されるスイッチング素子を少なくとも含むチョッパ回路からなり、
前記第２電源線の電圧が前記第２の電圧となるデューティー比を設定して前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備え、
前記電圧低下保護手段は、前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、前記スイッチング素子をオン状態に維持する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記電気負荷には、無線機器が含まれ、
前記制御手段は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を、前記無線機器の使用周波数とは異なる周波数に設定する、請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記電源回路は、電源からの電源電圧を降圧して前記第１の電圧を前記第１電源線に出力するスイッチング電源を含み、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源システムと、
前記電源から電力の供給を受けて車輪を駆動する回転電機とを備える車両。
【請求項７】
前記電気負荷は、前記車両の制御装置を含む、請求項６に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気負荷に電力を供給するための電源システムおよびそれを搭載した車両に関し、特に、単一の主電源の電圧を変換した副電源系を出力する電源システムにおいて、副電源系に接続される電気負荷に、低消費電力で安定して電力を供給するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、電動モータの駆動力により走行するハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。これらの電動車両には、駆動源である電動モータに電力を供給するための電源システムが搭載されている。
【０００３】
この電源システムにおいては、電動モータに給電するための主電源の他に、電気負荷に給電するために、主電源の電圧を変換した副電源系を有する構成が提案されている。これによれば、主電源としては高電圧のバッテリが用いられており、副電源系は、主電源の電圧を、電気負荷の定格電圧に対応した電圧に降圧する降圧コンバータにより構成されている。
【０００４】
このような降圧コンバータとして、たとえば特開平９−３２２５３１号公報（特許文献１）には、入力側の直流電圧を制御信号に基づいてスイッチングしてパルス信号化するスイッチング手段と、入力側の直流電圧が電源電圧として供給され、該電源電圧が予め規定された最低動作電圧以上の場合に制御信号を生成する制御手段と、パルス信号に対して平滑化を行なう平滑コイルを有し、平滑化を行なった電圧を出力電圧として出力側へ送出する平滑手段とを備えた降圧チョッパ回路が開示されている。これによれば、入力側の直流電圧がパルス信号化された後に平滑コイルで平滑化されるときに、平滑コイルと電磁結合されたコイルに発生する誘導電圧が整流および平滑化されて入力側の直流電圧に加算される。そのため、該直流電圧よりも数Ｖ高い電圧が制御手段の電源電圧として供給される。したがって、該直流電圧が低下しても、制御手段に供給される電源電圧は、該制御手段が正常に動作する範囲となる。
【特許文献１】特開平９−３２２５３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４２０８号公報
【特許文献３】特開２００４−２２９４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の降圧チョッパ回路によれば、入力側の直流電圧が低下しても、該直流電圧を電源電圧とする制御手段は正常に動作することができる。
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の降圧チョッパ回路においては、制御手段には、該直流電圧よりも数Ｖ高い電圧が電源電圧として供給されるため、制御手段の消費電力は、該直流電圧からの加算分に応じて増加するという問題が生じていた。その結果、降圧チョッパ回路の正常動作が確保されるという反面、降圧チョッパ回路による電力損失を増大させることから、低消費電力化には不適合なものとなっていた。
【０００７】
それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電気負荷に対して低消費電力で安定して電力を供給可能な電源システムおよびそれを搭載した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面によれば、電源システムは、第１の電圧を第１電源線に出力する電源回路と、第１電源線に接続され、第１の電圧を受けて充電される蓄電部と、第１電源線からの第１の電圧を第２の電圧に降圧して第２電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、第２電源線に接続され、第２の電圧を受けて駆動する電気負荷とを備える。電気負荷は、第２の電圧を、正常動作が保証される動作電圧下限値として有する。電源システムは、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、電圧変換回路における降圧動作を停止させるとともに、電圧変換比を略１に固定する電圧低下保護手段をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、電圧低下保護手段は、第２電源線の電圧が第２の電圧を下回ったときに、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたことを検出する。
【００１０】
好ましくは、電圧低下保護手段は、電源回路が停止中であるときに、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたことを検出する。
【００１１】
好ましくは、電圧変換回路は、第１電源線と第２電源線との間に接続されるスイッチング素子を少なくとも含むチョッパ回路からなる。電源システムは、第２電源線の電圧が第２の電圧となるデューティー比を設定してスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備える。電圧低下保護手段は、電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、スイッチング素子をオン状態に維持する。
【００１２】
好ましくは、電気負荷には、無線機器が含まれる。制御手段は、スイッチング素子のスイッチング周波数を、無線機器の使用周波数とは異なる周波数に設定する。
【００１３】
この発明の別の局面に従えば、電源回路は、電源からの電源電圧を降圧して第１の電圧を第１電源線に出力するスイッチング電源を含む。車両は、上記のいずれかの電源システムと、電源から電力の供給を受けて車輪を駆動する回転電機とを備える。
【００１４】
好ましくは、電気負荷は、車両の制御装置を含む。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、主電源の電圧を変換した副電源系を出力する電源システムにおいて、該副電源系に接続される電気負荷に、低消費電力で安定して電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【００１８】
図１を参照して、この発明の実施の形態に従う車両は、代表的にハイブリッド車両であり、内燃機関（図示せず）とモータＭ１とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。さらに、車両は、このモータＭ１に電力を供給するための高電圧バッテリ１０を搭載する。高電圧バッテリ１０は、車両駆動用のモータＭ１のメインバッテリであり、たとえばニッケル水素やリチウムイオンバッテリからなる。なお、高電圧バッテリ１０を、このような二次電池ではなく、電気二重層コンデンサ等の蓄電用の大容量キャパシタで構成してもよい。
【００１９】
昇圧コンバータ１２は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間の電圧ＶＨを昇圧して電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２の間に出力する。インバータ１４は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ１の間の直流電圧を電源電圧として受け、三相交流電流を作り出すようにスイッチング制御される。そして、インバータ１４によってモータＭ１は駆動され、モータＭ１によって図示しないディファレンシャルギヤや車輪が回転される。
【００２０】
（補機負荷）
車両は、補機バッテリ２０と、複数の補機負荷１１０，１３０と、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１００とをさらに備える。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、後述する方法によって電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１の間の電圧ＶＨを互いに異なる複数の電圧ＶＬ１，ＶＬ２に降圧して、複数の補機負荷および補機バッテリ２０にそれぞれ供給する。
【００２２】
具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、電圧ＶＨを電圧ＶＬ１に降圧して電源ラインＳＰＬ１に供給する。電源ラインＳＰＬ１には補機バッテリ２０および第１補機１１０が接続されている。
【００２３】
補機バッテリ２０は、本願発明における「蓄電部」を構成し、一例として鉛蓄電池などからなる。補機バッテリ２０は、電源ラインＳＰＬ１からの直流電力で充電される一方、第１補機１１０へその蓄えた電力を供給する。すなわち、補機バッテリ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電力と、第１補機１１０の需要電力とのアンバランスを補うための電力バッファとしても機能する。
【００２４】
第１補機１１０は、電源ラインＳＰＬ１から電圧ＶＬ１の供給を受けて作動する。なお、第１補機１１０は、補機バッテリ２０の出力電圧（たとえば、１２Ｖ）と同電圧で作動する補機負荷の総称である。
【００２５】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、電圧ＶＨ２を電圧ＶＬ１よりも低い電圧ＶＬ２に降圧して電源ラインＳＰＬ２に供給する。電源ラインＳＰＬ２には第２補機１３０が接続されている。
【００２６】
第２補機１３０は、補機バッテリ２０の出力電圧に比較して低電圧（たとえば、９Ｖ）で作動する補機負荷の総称であり、一例として、エンジン制御用ＥＣＵ（Electronic Control Unit）、ハイブリッド制御用ＥＣＵ、インバータ１４および昇圧コンバータ１２のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）中の制御部、バッテリ制御用ＥＣＵなどの複数のＥＣＵを含む。また、第２補機１３０は、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、車内灯などを含む。これらは、車両搭乗者に対して快適な室内環境を提供するための補機負荷である。
【００２７】
ここで、本実施の形態において、電源ラインＳＰＬ２に供給される電圧ＶＬ２は、第２補機１３０の正常動作が保証される動作電圧の下限値とされる。これにより、第２補機１３０は、電源ラインＳＰＬ１に接続される第１補機１１０とは異なり、補機バッテリ２０の出力電圧よりも低電圧である動作電圧下限値レベルの電圧を受けて作動する。その結果、第２補機１３０の消費電力は、第１補機１１０と比較して低電力に抑えられる。
【００２８】
また、電源ラインＳＰＬ１においては、第１補機１１０の消費電力の急激な増加に起因して電圧ＶＬ１の低下が発生する場合がある。さらに、この電圧ＶＬ１の低下は、補機バッテリ２０の劣化度合いによっても発生する可能性がある。そのため、電源ラインＳＰＬ１に対し、第１補機１１０および第２補機１３０を並列に接続する構成とした場合には、電圧ＶＬ１の低下に対して第２補機１３０の動作電圧を保証するための電圧保証回路を、第２補機１３０を構成する各電気負荷の内部に設ける必要がある。
【００２９】
これに対して、本実施の形態では、電源ラインＳＰＬ１と電源ラインＳＰＬ２との間に接続される降圧チョッパ回路４０が一元的に電圧保証回路としての機能を担うことから、各電気負荷の内部電圧保証回路を設置することによって損失が増大するのを抑制することができる。その結果、第２補機１３０に対して、効率的かつ安定的な給電が可能となる。
【００３０】
なお、このような第２補機１３０における省電力化および動作の安定化の両立は、後述する降圧チョッパ回路４０の有する電圧低下保護機能により、電源ラインＳＰＬ２に安定的に電圧が供給されることによって確保されるものである。
【００３１】
制御装置５０は、昇圧コンバータ１２の昇圧制御およびインバータ１４のスイッチング制御を行なうとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の降圧制御を行なう。なお、制御装置５０は、第２補機１３０に含まれる複数のＥＣＵが制御情報を相互に通信することによって実現されるものでも良い。
【００３２】
（ＤＣ／ＤＣコンバータの構成）
図２は、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ１００の構成を示した回路図である。
【００３３】
図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、スイッチング電源回路３０と、降圧チョッパ回路４０とを備える。
【００３４】
スイッチング電源回路３０は、高電圧バッテリ１０から電力を受けて交流電流を発生するブリッジ回路と、１次側がブリッジ回路から電力を受けるトランスＴｒと、トランスＴｒの２次側に生じる交流電流を整流する整流回路とを含む。
【００３５】
ブリッジ回路は、高電圧バッテリ１０にコレクタが接続されたトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のエミッタにコレクタが接続され、接地ラインＳＬ１にエミッタが接続されたトランジスタＱ２と、高電圧バッテリ１０にコレクタが接続されたトランジスタＱ３と、トランジスタＱ３のエミッタにコレクタが接続され、接地ラインＳＬ１にエミッタが接続されたトランジスタＱ４とを含む。トランジスタＱ１〜Ｑ４の各ベースは、図１の制御装置５０によって降圧動作を指示する制御信号が与えられるとスイッチング制御される。
【００３６】
トランスＴｒは、一方端がトランジスタＱ１のエミッタに接続され他方端がトランジスタＱ３のエミッタに接続される１次側コイルＬ２と、直列接続された２次側コイルＬ３，Ｌ４と、１次側コイルＬ２と２次側コイルＬ３，Ｌ４とを電磁的に結合する鉄心とを含む。
【００３７】
整流回路は、ダイオードＤ５，Ｄ６と、コイルＬ５と、平滑コンデンサＣ２とを含む。ダイオードＤ５，Ｄ６の各カソードは共にコイルＬ５の一方端と接続される。ダイオードＤ５のアノードは、２次側コイルＬ３の一方端に接続される。ダイオードＤ６のアノードは、２次側コイルＬ４の一方端に接続される。２次側コイルＬ３の他方端と２次側コイルＬ４の他方端は共に接地ラインＳＬ２に接続される。コイルＬ５の他方端は電源ラインＳＰＬ１に接続される。平滑コンデンサＣ２は電源ラインＳＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間に接続される。
【００３８】
スイッチング電源回路３０は、トランスＴｒの１次側コイルＬ２に接続されたトランジスタＱ１〜Ｑ４のスイッチング動作により高電圧バッテリ１０からの直流入力電圧ＶＨをスイッチングし、スイッチング出力をトランスＴｒの２次側コイルＬ３，Ｌ４に取り出す。このようなトランジスタのスイッチング動作に伴ない、２次側コイルに現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑コンデンサＣ２によって直流電圧ＶＬ１に変換されて電源ラインＳＰＬ１に出力される。
【００３９】
降圧チョッパ回路４０は、スイッチング素子であるトランジスタＱ７，Ｑ８と、ダイオードＤ７，Ｄ８と、コイルＬ７，Ｌ８と、平滑コンデンサＣ３，Ｃ４とを含む。
【００４０】
トランジスタＱ７，Ｑ８は、電源ラインＳＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間に直列に接続される。そして、トランジスタＱ７のコレクタは電源ラインＳＰＬ１に接続され、トランジスタＱ８のエミッタが接地ラインＳＬ２に接続される。また、各トランジスタＱ７，Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ７，Ｄ８がそれぞれ接続される。
【００４１】
コイルＬ７の一方端はトランジスタＱ７のコレクタに接続され、他方端は電源ラインＳＰＬ１に接続される。コイルＬ８の一方端はトランジスタＱ７とトランジスタＱ８との中間点、すなわち、トランジスタＱ７のエミッタとトランジスタＱ８のコレクタとに接続され、他方端は電源ラインＳＰＬ２に接続される。トランジスタＱ７，Ｑ８の各ベースは、図１の制御装置５０によって降圧動作を指示する制御信号が与えられるとスイッチング制御される。
【００４２】
平滑コンデンサＣ３は、電源ラインＳＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間に接続される。平滑コンデンサＣ４は、電源ラインＳＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に接続される。
【００４３】
降圧チョッパ回路４０は、制御装置５０からの制御信号に応じて、スイッチング電源回路３０から出力された直流電圧ＶＬ１を電圧ＶＬ２に降圧して電源ラインＳＰＬ２に供給する。
【００４４】
より具体的には、降圧チョッパ回路４０は、降圧動作時において、制御装置５０からの制御信号に基づいて、トランジスタＱ７を所定のデューティー比でオン／オフさせ、かつ、トランジスタＱ８をオフ状態に維持させる。トランジスタＱ７のオン期間においては、電源ラインＳＰＬ１からトランジスタＱ７およびコイルＬ８の順に介して充電電流が電源ラインＳＰＬ２へ流れる。続いて、トランジスタＱ７がオン状態からオフ状態に遷移すると、コイルＬ８の電流変化を妨げるように磁束が発生するので、充電電流は、ダイオードＤ８、コイルＬ８および電源ラインＳＰＬ２を順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的に見ると、電源ラインＳＰＬ１および接地ラインＳＬ２を介して直流電力が供給されるのはトランジスタＱ７のオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると、降圧チョッパ回路４０から電源ラインＳＰＬ２へ供給される直流電力の平均電圧は、電源ラインＳＰＬ１および接地ラインＳＬ２間の直流電圧ＶＬ１にデューティー比を乗じた値となる。
【００４５】
平滑コンデンサＣ４は、電源ラインＳＰＬ２に出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧ＶＬ２を第２補機１３０（図１）へ供給する。
【００４６】
また、降圧チョッパ回路４０は、その降圧機能が損なわれた場合には、制御装置５０からの制御信号に応じて、スイッチング電源回路３０または補機バッテリ２０から電源ラインＳＰＬ１から供給された直流電圧ＶＬ１を直接的に（すなわち、降圧せずに）電源ラインＳＰＬ２へ供給する。
【００４７】
より具体的には、降圧チョッパ回路４０は、降圧動作を停止するとともに、制御装置５０からの制御信号に基づいて、トランジスタＱ７をオン状態に維持し、かつ、トランジスタＱ８をオフ状態に維持する。その結果、降圧チョッパ回路４０における電圧変換比は略１となり、降圧チョッパ回路４０から電源ラインＳＰＬ２および接地ラインＳＬ２に供給される直流電力の電圧は、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１に略等しい電圧となる。
【００４８】
このように降圧チョッパ回路４０は、スイッチング電源回路３０から受けた直流電力を降圧する降圧機能に加えて、該降圧機能が損なわれた場合には、電源ラインＳＰＬ１に出力された電圧ＶＬ１を直接的に電源ラインＳＰＬ２に供給する電圧低下保護機能を有するものである。この結果、以下に述べるように、本実施の形態に従うＤＣ／ＤＣコンバータ１００によれば、電源ラインＳＰＬ２に対して第２補機１３０の動作電圧下限値を安定して供給することができる。その結果、第２補機１３０を低消費電力で、かつ安定的に作動することが可能となる。
【００４９】
図３は、図２のＤＣ／ＤＣコンバータ１００で実行される電圧変換動作について説明するための図である。
【００５０】
図３を参照して、降圧チョッパ回路４０の降圧機能が損なわれていない通常時においては、高電圧バッテリ１０から供給された直流電力は、図中のラインＬＮ１に示すように、スイッチング電源回路３０において電圧ＶＬ１に降圧されて電源ラインＳＰＬ１および補機バッテリ２０に供給される。そして、降圧後の直流電力は、図中のラインＬＮ２に示すように降圧チョッパ回路４０において、さらに電圧ＶＬ２に降圧されて電源ラインＳＰＬ２に供給される。
【００５１】
このようにＤＣ／ＤＣコンバータ１００に２段階の降圧機能を持たせた構成とすることによって、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１に対して並列接続される２個のＤＣ／ＤＣコンバータを一体化することができる。その結果、電源システムを小型化できる。
【００５２】
また、上述したように、電源ラインＳＰＬ２に供給される電圧ＶＬ２は、第２補機１３０の動作電圧下限値に相当することから、第２補機１３０における消費電力を低減することができる。
【００５３】
その一方で、車両の停止中においても、スイッチング電源回路３０がスイッチング動作を行なうと、大きな消費電流がＤＣ／ＤＣコンバータ１００に駆動されることから、省電力化の観点からは、車両の停止中には、スイッチング電源回路３０のスイッチング動作も停止させることが望ましい。この場合、スイッチング電源回路３０から電源ラインＳＰＬ１に対する電力供給が遮断されるため、電源ラインＳＰＬ１に接続される第１補機１１０は、補機バッテリ２０から電力の供給を受けて作動する。
【００５４】
これに対して、電源ラインＳＰＬ２に接続される第２補機１３０においては、スイッチング電源回路３０から受けた直流電力を降圧する降圧機能が損なわれてしまうために電源ラインＳＰＬ２に対する電力供給が遮断され、正常に作動できない可能性がある。
【００５５】
そこで、本実施の形態においては、スイッチング電源回路３０が停止することにより降圧チョッパ回路４０の降圧機能が損なわれたと判断された場合には、図４中のラインＬＮ３で示すように、降圧チョッパ回路４０の降圧動作を停止するとともに、補機バッテリ２０からの直流電力を、電圧変換比を略１に固定して電源ラインＳＰＬ２に供給する構成とする。これによれば、スイッチング電源回路３０の停止中においても、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２を第２補機１３０の動作電圧下限値を下回るのを抑制することができる。その結果、車両の停止中におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１００の消費電力を抑えつつ、第２補機１３０の安定動作を保証することができる。
【００５６】
なお、本明細書においては、スイッチング電源回路３０から電源ラインＳＰＬ１に出力された電力を降圧して電源ラインＳＰＬ２に供給するように降圧動作を行なう制御モードを「通常モード」と称する。これに対して、スイッチング電源回路３０のスイッチング動作の停止時において、スイッチング電源回路３０に代えて補機バッテリ２０から電源ラインＳＰＬ１に出力された電力を、電圧変換比を略１に固定して電源ラインＳＰＬ２に供給するように降圧動作を停止する制御モードを「バックアップモード」とも称する。
【００５７】
また、通常モードの実行中においても、トランジスタＱ７またはＱ８のスイッチング制御の異常などによって降圧チョッパ回路４０の降圧機能が損なわれた場合には、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２が低下して、第２補機１３０の動作電圧下限値を下回る可能性がある。
【００５８】
そこで、本実施の形態においては、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２が所定の閾値Ｖｔｈを下回ったことが検出された場合には、降圧チョッパ回路４０の降圧動作を停止するとともに、図５中のラインＬＮ４に示すように、スイッチング電源回路３０からの直流電力を、電圧変換比を略１に固定して電源ラインＳＰＬ２に供給する構成とする。これによれば、降圧チョッパ回路４０の異常検出時に直ちに第２補機１３０への電力供給が遮断されるのを回避することができる。その結果、異常検出時の車両の安全を保証するフェイルセーフ機能が確保される。
【００５９】
なお、本明細書では、電源ラインＳＰＬ２の電圧低下の検出時に、スイッチング電源回路３０から電源ラインＳＰＬ１に出力された電力を、電圧変換比を略１に固定して電源ラインＳＰＬ２に供給するように降圧動作を停止する制御モードを、「フェイルセーフモード」とも称する。
【００６０】
図６は、電源ラインＳＰＬ１，ＳＰＬ２の電圧ＶＬ１，ＶＬ２の時間的変化の一例を示す図である。
【００６１】
図６を参照して、まず時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、車両が停止しているものとする。この期間においては、スイッチング電源回路３０のスイッチング動作が停止しているため、降圧チョッパ回路４０は、バックアップモード（図４）を実行する。このバックアップモードでは、電源ラインＳＰＬ２には、補機バッテリ２０からの直流電力が直接的に供給される。したがって、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２は、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１と同じく、補機バッテリ２０の出力電圧（たとえば１２Ｖ）に維持されている。
【００６２】
次に、時刻ｔ２において車両がシステム起動状態（ＩＧオン状態）となると、スイッチング電源回路３０が作動することにより、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１は、高電圧バッテリ１０からの出力電圧ＶＨを降圧した電圧（たとえば、１４Ｖ）にまで上昇する。そして、時刻ｔ３において、降圧チョッパ回路４０が作動して通常モード（図３）の実行を開始すると、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２は、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１を降圧した電圧（たとえば、９Ｖ）に維持される。
【００６３】
そして、時刻ｔ４において車両がシステム停止状態（ＩＧオフ状態）となると、再び降圧チョッパ回路４０は、通常モードからバックアップモードに切替わる。
【００６４】
このように、降圧チョッパ回路４０が通常モードおよびバックアップモードを切替えて実行することにより、電源ラインＳＰＬ２には、車両の停止中および走行中に拘わらず、第２補機１３０の動作電圧下限値に相当する電圧が安定して供給されることとなる。その結果、第２補機１３０の省電力化および安定動作を実現できる。
【００６５】
これに対して、通常モードの実行中に、降圧チョッパ回路４０の降圧機能が損なわれた場合には、図中の時刻ｔ７に示すように、電源ラインＳＰＬ２に電圧低下が発生する。この場合には、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２が所定の閾値Ｖｔｈを下回ったことを検出して、降圧チョッパ回路４０を、通常モードからフェイルセーフモード（図５）に切替える。これにより、電源ラインＳＰＬ２には電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１が直接的に供給されるため、電圧ＶＬ２は、電圧ＶＬ１と同等レベルにまで上昇する。その結果、降圧チョッパ回路４０の異常検出後においても、第２補機１３０の安定動作を保証できる。
【００６６】
図７は、通常モード（図３）を実行しているときの電源ラインＳＰＬ１，ＳＰＬ２の電圧ＶＬ１，ＶＬ２の時間的変化一例を示す図である。
【００６７】
図７を参照して、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１は、第１補機１１０の消費電力の急激な増加や補機バッテリ２０の劣化状態に起因した変動幅を有している。その一方で、電源ラインＳＰＬ２に供給される電圧ＶＬ２は、降圧チョッパ回路４０の降圧機能によって、第２補機１３０の動作電圧下限値に維持されている。
【００６８】
このように電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２を第２補機１３０の動作電圧下限値に維持することによって、第２補機１３０の消費電流を低減することができる。詳細には、電気負荷の動作電圧と消費電流との間には、図８のような関係が成立している。この図８によれば、消費電流は、保護電圧（電気負荷の作動に必要な最低電圧）を下限として動作電圧が高くなるにつれて増大している。このような関係において、第２補機１３０の動作電圧は、図中の点Ｐ１に示されるように、動作電圧下限値に維持されるため、消費電流を低減することが可能となる。
【００６９】
以上に述べたように、本実施の形態に従う電源システムによれば、電気負荷の省電力化および動作の安定化の両立を実現することができる。この結果、車両の走行性能および快適な車内環境を確保しながら、車両のエネルギー効率を向上することができる。
【００７０】
図１および図２に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、スイッチング電源回路３０が「電源回路」に相当し、補機バッテリ２０が「蓄電部」に相当し、降圧チョッパ回路４０が「電圧変換回路」に相当し、第２補機１３０が「電気負荷」に相応する。
【００７１】
以上の処理は、図９に示すような処理フローまとめることができる。
（フローチャート）
図９は、この発明の実施の形態に従う降圧チョッパ回路４０を制御する制御装置５０（図１）で実行されるプログラムの制御構造を説明するためのフローチャートである。
【００７２】
図９を参照して、制御装置５０は、車両がシステム起動状態（ＩＧオン状態）になったか否かを判断する（ステップＳ０１）。車両がシステム起動状態でない場合（ステップＳ０１においてＮＯの場合）には、制御装置５０は、降圧チョッパ回路４０（図２）をバックアップモード（図４）とする。この場合、降圧チョッパ回路４０は、降圧動作を停止するとともに、制御装置５０からの制御信号に基づいて、トランジスタＱ７をオン状態に維持し、かつ、トランジスタＱ８をオフ状態に維持する（ステップＳ０８）。これにより、降圧チョッパ回路４０における電圧変換比は略１となり、降圧チョッパ回路４０から電源ラインＳＰＬ２には、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１に略等しい電圧が供給される。
【００７３】
これに対して、車両がシステム起動状態になった場合（ステップＳ０１においてＹＥＳの場合）には、制御装置５０は、スイッチング電源回路３０（図２）を作動して、高電圧バッテリ１０（図１）からの出力電圧ＶＨを電圧ＶＬ１に降圧して電源ラインＳＰＬ１に供給する（ステップＳ０２）。
【００７４】
次に、制御装置５０は、電源ラインＳＰＬ１および接地ラインＳＬ２の間に配された電圧センサ（図示せず）からの入力される検出信号に基づいて、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１を取得する。また、制御装置５０は、電源ラインＳＰＬ２および接地ラインＳＬ２の間に配された電圧センサ（図示せず）から入力される検出信号に基づいて、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２を取得する（ステップＳ０３）。そして、制御装置５０は、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１が所定の基準値Ｖｓｔ１よりも高いか否かを判断する（ステップＳ０４）。なお、所定の基準値Ｖｓｔ１は、スイッチング電源回路３０の降圧機能が正常であるか否かを判断するための電圧であって、本実施の形態では、補機バッテリ２０の出力電圧よりも若干高い電圧（たとえば、１３Ｖ）に予め設定されている。
【００７５】
電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１が所定の基準値Ｖｓｔ１以下の場合（ステップＳ０４においてＮＯの場合）には、制御装置５０は、スイッチング電源回路３０の降圧機能が損なわれたと判断して、電圧変換動作に係る処理を終了する。
【００７６】
これに対して、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１が所定の基準値Ｖｓｔ１よりも高い場合（ステップＳ０４においてＹＥＳの場合）には、制御装置５０は、スイッチング電源回路３０の降圧機能が正常であると判断して、降圧チョッパ回路４０を作動する（ステップＳ０５）。
【００７７】
このとき、制御装置５０は、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２が所定の閾値Ｖｔｈよりも低いか否かを判断し（ステップＳ０６）、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２が所定の閾値Ｖｔｈ以上の場合（ステップＳ０６においてＮＯの場合）には、降圧チョッパ回路４０を通常モード（図３）とする。この場合、降圧チョッパ回路４０は、制御装置５０からの制御信号に基づいて、トランジスタＱ７を所定のデューティー比でオン／オフさせ、かつ、トランジスタＱ８をオフ状態に維持させる（ステップＳ０７）。これにより、降圧チョッパ回路４０から電源ラインＳＰＬ２へ供給される直流電力の平均電圧は、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１にデューティー比を乗じた値となる。
【００７８】
これに対して、電源ラインＳＰＬ２の電圧ＶＬ２が所定の閾値Ｖｔｈよりも低い場合（ステップＳ０６においてＹＥＳの場合）には、制御装置５０は、降圧チョッパ回路４０の降圧機能が損なわれたと判断して、降圧チョッパ回路４０をフェイルセーフモード（図５）とする。この場合、降圧チョッパ回路４０は、降圧動作を停止するとともに、制御装置５０からの制御信号に基づいて、トランジスタＱ７をオン状態に維持し、かつ、トランジスタＱ８をオフ状態に維持する（ステップＳ０８）。これにより、降圧チョッパ回路４０における電圧変換比は略１となり、降圧チョッパ回路４０から電源ラインＳＰＬ２には、電源ラインＳＰＬ１の電圧ＶＬ１に略等しい電圧が供給される。
【００７９】
（変更例）
なお、図２に示されるスイッチング電源回路３０および降圧チョッパ回路４０については、各々のトランジスタをオン／オフするスイッチング周波数を、車両に搭載される無線機器（たとえばカーオーディオなどの無線受信機）の使用周波数とは異なる周波数に設定することにより、スイッチング動作時に発生する電気的ノイズが、無線機器の通信信号に混入して無線機器にノイズを発生させるのを回避することができる。
【００８０】
図１０は、スイッチング電源回路３０および降圧チョッパ回路４０におけるスイッチング周波数の一例を示す図である。
【００８１】
図１０を参照して、無線機器の使用周波数（たとえばラジオ受信機であれば、数百〜数千ｋＨｚ程度）を挟んで、低周波側にスイッチング電源回路３０のスイッチング周波数が設定されるとともに、高周波側に降圧チョッパ回路４０のスイッチング周波数が設定される。なお、これらのスイッチング周波数は、無線機器の使用周波数と重なり合わない範囲において、スイッチング損失などとの兼ね合いを考慮して適正な値に設定することができる。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】図１のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示した回路図である。
【図３】図２のＤＣ／ＤＣコンバータで実行される電圧変換動作について説明するための図である。
【図４】バックアップモードの実行時にＤＣ／ＤＣコンバータで実行される電圧変換動作について説明するための図である。
【図５】フェイルセーフモードの実行時にＤＣ／ＤＣコンバータで実行される電圧変換動作について説明するための図である。
【図６】電源ラインの電圧の時間的変化を示す図である。
【図７】降圧チョッパ回路が通常モードを実行しているときの電源ラインの電圧変化の一例を示す図である。
【図８】電気負荷の動作電圧と消費電流との関係を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態に従う降圧チョッパ回路を制御する制御装置で実行されるプログラムの制御構造を説明するためのフローチャートである。
【図１０】スイッチング電源回路および降圧チョッパ回路におけるスイッチング周波数の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  高電圧バッテリ、１２  昇圧コンバータ、１４  インバータ、２０  補機バッテリ、３０  スイッチング電源回路、４０  降圧チョッパ回路、５０  制御装置、１００  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１０  第１補機、１３０  第２補機、Ｃ２〜Ｃ４  平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｌ１〜Ｌ８  コイル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＳＰＬ１，ＳＰＬ２  電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８  トランジスタ、ＳＬ１，ＳＬ２  接地ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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