(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と、
主電源からの電力の電圧を変換して出力する複数個のDC/DCコンバータと、
補助バッテリから構成され、
前記DC/DCコンバータで変換した電力を前記補助バッテリに充電もしくは負荷へ供給する電源システムにおいて、
前記複数個のDC/DCコンバータを並列に接続し、前記負荷の電力使用量に合わせて、起動させるDC/DCコンバータの数を変化させるとともに、電源システムの状態に従って設定された起動順序で順番に起動させることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記起動順序を規定順序で変化させることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記起動順序を各DC/DCコンバータの電圧−電流特性によって設定することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記起動順序を各DC/DCコンバータの電圧特性によって設定することを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記起動順序を各DC/DCコンバータの電流特性によって設定することを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
【請求項６】
前記起動順序を各DC/DCコンバータの累積負荷によって変化させることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主電源とともに補助バッテリを有する電源システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
主電源とともに補助バッテリを有する補助電源システムとして、特開２００１−２８８０７号公報に記載された燃料電池を主電源として２次電池を補助バッテリとした燃料電池車両などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
主電源の電力の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで変換して補助バッテリや補機負荷へ供給することが一般的である。ここで大きな電流を扱う場合には大容量のＤＣ／ＤＣコンバータが必要になるが、ハーネスの容量も増大してしまうことなどを考慮すると、１つの補助バッテリに対して、複数のDC/DCコンバータを並列で接続する方が現実的である場合が多い。
【０００４】
その際、その複数のDC/DCコンバータへの起動・停止動作を１つの信号（並列動作）で行い全てのDC/DCコンバータを常時同時に運転させると、複数のDC/DCコンバータの電流-電圧特性にバラツキがあった場合に、同じ電圧で運転したときに1番電流が多くなるDC/DCコンバータの使用頻度（負荷、電流の累積）が他のDC/DCコンバータの使用頻度に比べて高くなる。このため、使用頻度が高いDC/DCコンバータはDC/DC他のコンバータに比べて寿命が短なる。システム寿命を１つのDC/DCコンバータが寿命を迎えた時点と規定すると、一番使用頻度が高いDC/DCコンバータに依存することになりシステム寿命が短くなる。
【０００５】
また、寿命となったDC/DCコンバータのみを交換しシステムとして再使用は可能だが、交換の手間が発生したり、交換するための部品が必要になるなど、コストアップに繋がるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、主電源と、主電源から電力の電圧を変換して出力する複数個のDC/DCコンバータと、補助バッテリから構成され、DC/DCコンバータで変換した電力を補助バッテリに充電もしくは負荷へ供給する電源システムにおいて、複数個のDC/DCコンバータを並列に接続し、負荷の電力使用量に合わせて、起動させるDC/DCコンバータの数を変化させるとともに、電源システムの状態に従って設定された起動順序で順番に起動させるように構成する。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記起動順序を規定順序で変化させるように構成する。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、前記起動順序を各DC/DCコンバータの電圧−電流特性によって設定するように構成する。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、前記起動順序を各DC/DCコンバータの電圧特性によって設定するように構成する。
【００１０】
第５の発明は、第３の発明において、前記起動順序を各DC/DCコンバータの電流特性によって設定するように構成する。
【００１１】
第６の発明は、第１の発明において、前記起動順序を各DC/DCコンバータの累積負荷によって変化させるように構成する。
【００１２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、負荷の使用電力量に合わせて起動させるDC／DCコンバータの数を変化させるとともに、電源システムの状態に従って設定された起動順序でDC/DCコンバータを起動させる構成なので、負荷が集中しないように起動順序を設定して複数のDC/DCコンバータの負荷を分散できるため、１つのコンバータの寿命だけが短くなることなく、システムとしての寿命向上が図れる。
【００１３】
第２の発明によれば、前記起動順序を規定順序で変化させる構成なので、部品追加することなく、また個々のDC/DCコンバータの特性のバラツキを把握しなくともシステム起動時間に対する個々のDC/DCコンバータの稼動時間をより一層分散させることができ、システムとしての寿命向上が図れる。
【００１４】
第３〜第５の発明によれば、複数のDC/DCコンバータの起動順序を、同時に運転させた場合の使用頻度に影響を与えるDC/DCコンバータの電圧-電流特性を考慮して変化させる構成なので、システム起動時間に対する個々のDC/DCコンバータの稼動時間をさらに分散出来、システムとしての寿命向上が図れる。
【００１５】
第４の発明によれば、電圧特性で変化させる構成なので、特性の把握が容易（電圧の測定のみで可能）となり、システム構成を簡略化できる。
【００１６】
第５の発明によれば、電流特性で変化させる構成なので、特性の把握が容易（電流の測定のみで可能）となり、システム構成を簡略化できる。
【００１７】
第６の発明によれば、複数のDC/DCコンバータの起動順序をDC/DCコンバータの累積負荷に応じて変化させる構成なので、DC/DCコンバータの稼動時間を均等化出来るため、特にシステム全体の寿命をさらに向上できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
第一実施例につき説明する。
【００１９】
図１は本発明の第一実施形態の構成を示す。
【００２０】
この電源システムは本発明を適用した車両用電源システムである。
【００２１】
燃料電池などにより構成される主電源１７からの電力の電圧を変換する３個のDC/DCコンバータ５〜７を並列に接続し、各DC/DCコンバータの出力を各々ヒューズF/L２〜F/L４を介して補助バッテリ１に供給する。
【００２２】
DC/DCコンバータ5〜7にはそれぞれに動作指令を出すコントロールユニットC/U8が接続され、動作指令に応じて主電源からの電力を変換する。
【００２３】
また、リレー9、10は補助バッテリ1から並列に接続され、コントロールユニットC/U8の指令により、補器負荷11、12への電力を断続するように接続されている。DC/DCコンバータ5〜7により変換される電力は補助バッテリ1の充電に使われると共に、補器負荷を動作させる電源として使用される。
【００２４】
イグニッションスイッチIGN１８は運転者のイグニッションキーの操作を信号化するものである。
【００２５】
ここでDC/DCコンバータ5〜７の個々の出力の電流−電圧特性が図２（Ａ）の様な場合の動作を説明する。
【００２６】
3個同時に動作させると、トータルの負荷が50A以内ではDC/DC５のみで電圧変換を実施する。
【００２７】
トータルの負荷が50A以上100A以内では、DC/DC５は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC６が0A〜50Aの範囲で電圧変換を実施する。
トータルの負荷が100A以上150A以内では、DC/DC５、DC/DC６は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC７が0A〜50Aの範囲で電圧変換を行う。
また、特性が図２（B）の様な場合の動作を説明する。
【００２８】
３個同時に動作させると、トータルの負荷が25A以内（DC/DC5しか動作しない電圧）ではDC/DC5のみ電圧変換を実施する。トータルの負荷が25A以上75A以内（DC/DC5とDC/DC6が動作する電圧）では、DC/DC5は25A〜50Aの範囲、DC/DC6は0A〜25Aの範囲で電圧変換を実施する。
【００２９】
トータルの負荷が75A以上100A以内では、DC/DC5は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC6が25A〜50Aの範囲で電圧変換を実施する。
【００３０】
トータルの負荷が100A以上150A以内では、DC/DC5、DC/DC6は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC7が0A〜50Aの範囲で電圧変換を行う。
この様にDC/DCコンバータ5〜７を常時並列接続して同時に使用すると、変換電圧が高いDC/DCコンバータ5は常時電圧変換を行う事になり、使用頻度（作動時間）が高くなり、DC/DCコンバータ６、７よりも早く寿命を迎えてしまう。
【００３１】
そこで本実施形態では、負荷の電力使用量に合わせて、設定された起動順序で１個づつ順番に起動させ、更に起動順序を規定順序で変化させていくことで使用頻度を分散させる。
【００３２】
以下起動に関する制御動作を説明する。
【００３３】
所定の起動順序としてパターンを３つ設け、
パターン１＝DC/DC５→DC/DC６→DC/DC７
パターン２＝DC/DC６→DC/DC７→DC/DC５
パターン３＝DC/DC７→DC/DC５→DC/DC６
とし、起動順序を変化させる規定順序としては、ＩＧＮがOFF→ONへと変化するごと、つまり車両のイグニッションキーをＯＮへ操作（IGN ON）するごとにパターンを１→２→３→１と変更させていく。
【００３４】
図３は主としてコントロールユニットC/U8で行われる本制御の概要を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ1では、今回ステップＳ１を通るのがIGN  ON後最初であるかを判定し、最初であればステップＳ２〜Ｓ５で起動順序を設定する。
ステップＳ２で前回の起動順序のパターンがどれであったかを判定し、それに応じてステップＳ３〜Ｓ５に進み今回の起動順序のパターンを決定する。
ステップＳ６では補器負荷１１、１２の負荷状態(要求電力)を検出する。
ステップＳ７では補器負荷１１、１２の負荷状態(要求電力)に応じて動作させるDC/DCコンバータの数を決定し、設定された起動順序のパターンに従いDC/DCコンバータの起動を行う。
【００３６】
補器負荷１１、１２の動作はC/U８により制御可能なため、C/U8内に補器負荷11、12の消費電力を記憶させ、補器負荷11、12の動作状況（電力使用状況）に応じて動作させるDC/DCコンバータの数を変化させる。停止させる時は起動時とは逆の順序で停止させる。
なお、この実施形態ではIGN  ON毎に起動順序を変更していたが、これに限らずIGN  ONの毎回でなくとも、数回毎等としても勿論良い。
【００３７】
次に第２の実施形態につき説明する。
【００３８】
図４は本実施形態の構成を示している。第1実施形態と異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
【００３９】
第1実施形態の構成に加えて、補助バッテリ１に電圧検出手段13を設ける。
【００４０】
本実施形態では、所定の起動順序を各DC/DCコンバータの電圧-電流特性のうちの電圧特性の関係（同じ電流を取り出す場合の出力電圧の大小関係）に応じて起動順序を設定する。
【００４１】
図５は本制御の概要を示すフローチャートである。
本制御においては起動順序の設定はIGN  ONが初回（車両製造後初めて）の時、及び、特殊モード時（修理・点検時）のみ実施する。
【００４２】
ステップＳ２1ではIGN  ONが初回（車両製造後初めて）であるか、ステップＳ２２では、特殊モード時（修理・点検時）であるかを判定する。
【００４３】
ステップＳ２１、２２のいずれかがＹＥＳであればステップＳ２３で補器負荷１１、補器負荷１２を停止する。ステップＳ２４ではDC/DCコンバータ5に対して起動指令を出す。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ7を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。ステップＳ２５では、ステップＳ２4で検出した電圧値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電圧特性（変換電圧）の大小関係を把握する。
【００４４】
ここで、電圧検出手段13に現れる電圧は作動している複数のDC/DCコンバータのうち、最も電圧特性の高いDC/DCコンバータの電圧になる。したがって、図２のような大小関係の特性であったとすると、このステップでは5＞6、5＞7であることが判明し、6と7の関係は不明である。
【００４５】
ステップＳ２6で一度C/U8からDC/DCコンバータ5〜7に停止指令を出す。
【００４６】
次にステップＳ２７ではC/U8から先ずDC/DCコンバータ6に対して起動指令を出す。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ7を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。
ステップＳ２８では、ステップＳ２７で検出した電圧値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電圧特性（変換電圧）の大小関係を把握する。（6＞7、5＞7、５＞６となる。）
ステップＳ２9で再度、C/U8からDC/DCコンバータ5〜7に停止指令を出す。
【００４７】
ステップＳ３０ではC/U8から先ずDC/DCコンバータ7に対して起動指令を出す。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。
【００４８】
ステップＳ３１では、ステップＳ３０で検出した電圧値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の大小関係を把握する。（5＞7、5＞6、6と7の関係は不明）
なお、ステップＳ２４〜Ｓ３０のDC/DCコンバータの動作と電圧変化の様子を図６に示す。
【００４９】
ステップＳ３２では、上記ステップＳ２５、Ｓ２８、Ｓ３１の結果により3個のDC/DCコンバータの電圧特性の大小関係（今回の例では5＞6＞7）を把握し、通常起動時以降の起動順序を電圧特性の小さい順（今回の例では７→６→５）に設定する。
【００５０】
ステップＳ３３、Ｓ３４は各々第１の実施形態のステップＳ６，Ｓ７と同様である。
【００５１】
これにより起動時は電圧特性の小さなDC/DCコンバータの使用頻度が大きくなるが、負荷が大きくなり、複数個で動作させると、電圧特性の小さいDC/DCコンバータの負荷が少なくなるため使用頻度の偏りが相殺できる。これにより、各コンバータの寿命の偏りも解消されシステムとしての寿命が延びる。
なお、本実施形態では車載後に各DC/DCコンバータの電圧特性を測定するものであるが、これに限らず、例えば車載前に各DC/DCコンバータの電圧特性を測定してその大小関係に基づき起動順序を予めをC/U8に記憶させておいても良い。その場合には上述のステップＳ２１〜Ｓ３２は省略できる。
【００５２】
次に第3の実施形態につき説明する。
【００５３】
図７は本実施形態の構成を示している。第1実施例、第2実施例と異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
第1実施形態の構成に加えて、DC/DCコンバータ5〜7の内部に各々電流検出手段14〜16を設ける。
【００５４】
本実施形態では、所定の起動順序を各DC/DCコンバータの電圧−電流特性のうちの電流特性の関係（同じ電圧を出力する場合の出力電流の大小関係）に応じて起動順序を設定する。
【００５５】
図8は本制御の概要を示すフローチャートである。
【００５６】
本制御も起動順序の設定はIGN  ONが初回（車両製造後初めて）の時、及び、特殊モード時（修理・点検時）のみ実施する。
【００５７】
ステップＳ４1〜Ｓ４３は第２の実施形態のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様である。ステップＳ４４では先ずDC/DCコンバータ5に対して起動指令を出す。この時のDC/DCコンバータ5の電流値を電流検出手段14を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（１秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。この時のDC/DCコンバータ6の電流値を電流検出手段15を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ7を起動させる。この時のDC/DCコンバータ7の電流値を電流検出手段16を介し、C/U8に送る。
【００５８】
ステップＳ４５では、ステップＳ４４で検出した電流値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電流特性（同じ電圧で流れる電流の大きさ）の大小関係を把握する。
【００５９】
ここで、前述したように、低負荷であると、電流特性の大きいDC/DCコンバータのみに電流が流れる。したがって、図２のような大小関係の特性であったとすると、このステップでは5＞6、5＞7であることが判明し、6と7の関係は不明である。
【００６０】
ステップＳ４６で一度C/U8からDC/DCコンバータ5〜7に停止指令を出す。
【００６１】
次にステップＳ４７ではC/U8から先ずDC/DCコンバータ6に対して起動指令を出す。この時のDC/DCコンバータ6の電流値を電流検出手段15を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ7を起動させる。この時のDC/DCコンバータ7の電流値を電流検出手段16を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5を起動させる。この時のDC/DCコンバータ5の電流値を電流検出手段14を介し、C/U8に送る。
【００６２】
ステップＳ４８では、ステップＳ４７で検出した電流値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電流特性の大小関係を把握する。（6＞7、5＞7、5＞6となる。）
ステップＳ４９で再度、C/U8からDC/DCコンバータ5〜7に停止指令を出す。
【００６３】
ステップＳ５０ではC/U8から先ずDC/DCコンバータ7に対して起動指令を出す。この時のDC/DCコンバータ7の電流値を電流検出手段16を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5を起動させる。この時のDC/DCコンバータ5の電流値を電流検出手段14を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。この時のDC/DCコンバータ6の電流値を電流検出手段15を介し、C/U8に送る。ステップＳ５１では、ステップＳ５１で検出した電流値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電流特性の大小関係を把握する。（5＞7、5＞6、6と7の関係は不明。）
なお、ステップＳ４４〜Ｓ５０のDC/DCコンバータの動作と電流値の変化の様子を図９に示す。
【００６４】
ステップＳ５２では上記ステップＳ２５、Ｓ２８、Ｓ３１の結果により3個のDC/DCコンバータの電流特性の大小関係（今回の例では5＞6＞7）を把握し、通常起動時以降の起動順を電流特性の小さい順（今回の例では7→6→5）に設定する。
【００６５】
ステップＳ５３，Ｓ５４は各々第１の実施形態のステップＳ６、Ｓ７と同様である。
【００６６】
これにより起動時は電流特性の小さいDC/DCコンバータの使用頻度が大きくなるが、負荷が大きくなり、複数個で動作させると、電流特性の小さいDC/DCコンバータの負荷が少なくなるため使用頻度の偏りが相殺できる。
【００６７】
なお、本実施形態では車載後に各DC/DCコンバータの電流特性を測定するものであるが、これに限らず、例えば車載前に各DC/DCコンバータの電流特性を測定してその大小関係に基づき起動順序を予めをC/U8に記憶させておいても良い。その場合には上述のステップＳ４１〜Ｓ５２は省略できる。
【００６８】
次に第4の実施形態につき説明する。
【００６９】
ハード構成は第３の実施形態と同じである。以下前述の実施形態と共通の部分は説明を省略する。
【００７０】
本実施形態では、所定の起動順序を各DC/DCコンバータの累積負荷によって変化させる。
【００７１】
図１０は本制御の概要を示すフローチャートである。
ステップＳ７０では、今回ステップＳ７０を通のがIGN  ON後最初であるか否かを判定し、最初であればステップＳ７１で、IGN ONが初回(車両製造後初めて)であるかを判定し、初回の時はステップＳ７２で起動順序を５→６→７とする。
ここでの順序には特に意味は任意の順序とすれば良い。
【００７２】
ステップＳ７３，Ｓ７４は各々第１の実施形態のステップＳ６、Ｓ７と同様に、補器負荷１１、１２の負荷状態(要求電力)に応じて動作させるDC/DCコンバータの数を決定し、設定された起動順序のパターンに従いDC/DCコンバータの起動を行う。
【００７３】
ここでステップＳ７５で各DC/DCコンバータ5〜７の動作時電流を各電流検出手段14〜１６を介し、C/U8に送り、C/U8内で送られてきた各々の電流値の累積値（累積電流値）を求め、これを記憶する。この累積電流値が各DC/DCコンバータの累積負荷に相当する。この累積電流値はIGN  OFF後にもC/U8内で記憶させる。
次回のIGN  ONでは、ステップＳ７１からステップＳ７６に移行する。
【００７４】
ここでは記憶された各DC/DCコンバータの累積電流値を比較し、今回の起動順序は累積電流値の少ない順とする。
【００７５】
これにより、各DC/DCコンバータの使用頻度を均一化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の車両用電源システムの構成図である。
【図２】第１の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧−電流特性の例である。
【図３】第１の実施形態の制御概要を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態の車両用電源システムの構成図である。
【図５】第２の実施形態の制御概要を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態の作用を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態の車両用電源システムの構成図である。
【図８】第３の実施形態の制御概要を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施形態の作用を示すタイムチャートである。
【図１０】第４の実施形態の制御概要を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  補助バッテリ
２  ヒューズ（F/L）
３  ヒューズ（F/L）
４  ヒューズ（F/L）
５  DC/DCコンバータ
６  DC/DCコンバータ
７  DC/DCコンバータ
８  コントロールユニットC/U
９  負荷用リレー
１０  負荷用リレー
１１  補器負荷
１２  補器負荷
１３  電圧検出手段
１４  電流検出手段
１５  電流検出手段
１６  電流検出手段
１７  主電源
１８  イグニッションスイッチIGN
【図１】
0003695379.tif 000002
【図２】
0003695379.tif 000003
【図３】
0003695379.tif 000004
【図４】
0003695379.tif 000005
【図５】
0003695379.tif 000006
【図６】
0003695379.tif 000007
【図７】
0003695379.tif 000008
【図８】
0003695379.tif 000009
【図９】
0003695379.tif 000010
【図１０】
0003695379.tif 000011