(57)【要約】【課題】部品点数の増加を抑制しつつ昇圧回路の下アームに短絡故障が生じたときでも電気負荷を駆動する。【解決手段】電源システムは、バッテリと、バッテリの正極側ラインに接続されるリアクトルと、リアクトルと上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子を有する昇圧回路と、正極側ラインおよび負極側ラインに接続される充電装置と、下アーム用スイッチング素子と負極側ラインとの第１接続と充電装置と前記負極側ラインとの第２接続とを切り替える切替リレーと、を備える。昇圧回路の下アーム用スイッチング素子に短絡故障が生じたときには、切替リレーにより充電装置とバッテリの負極側ラインとの第２接続とし、下アーム用スイッチング素子を切り離してバッテリの電力を昇圧せずに電気負荷に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、
前記蓄電装置の正極側ラインに接続されるリアクトルと、前記リアクトルと電気負荷の正極側とに接続される上アーム用スイッチング素子と、前記リアクトルと前記上アーム用スイッチング素子との接続点と前記蓄電装置の負極側ラインとに接続される下アーム用スイッチング素子と、前記上アーム用スイッチング素子および前記下アーム用スイッチング素子に並列に且つ逆方向に接続された２つのダイオードと、を備える昇圧回路と、
前記正極側ラインおよび前記負極側ラインに接続される充電装置と、
を備える電源システムであって、
前記下アーム用スイッチング素子と前記負極側ラインとの第１接続と前記充電装置と前記負極側ラインとの第２接続とを切り替える切替リレー、
を備える電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関し、詳しくは、バッテリからの電力を昇圧して電気負荷に供給する昇圧回路を備える電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電源システムとしては、バッテリからの電力を昇圧して電気負荷に供給する昇圧回路を備えるシステムにおいて、昇圧回路の下アームをバイパスするバイパス経路を２つの切替スイッチを用いて取り付けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、昇圧回路の下アームに短絡故障が生じたときにバイパス経路を用いて下アームとバッテリとの接続を解除することにより、下アームの短絡故障時でもバッテリからの電力により電気負荷を駆動することができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５８３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の電源システムでは、昇圧回路の下アームの短絡故障時に電気負荷を駆動するためにバイパス経路と２つの切替スイッチを必要とするため、部品点数が増加する。また、このバイパス経路と２つの切替スイッチは昇圧回路の下アームの短絡故障時にしか使用されないものであるが、下アームの故障時には作動する必要があるため頻繁に故障診断を行なう必要があり、故障の発生率が増加する。
【０００５】
本発明の電源システムは、部品点数の増加を抑制しつつ昇圧回路の下アームに短絡故障が生じたときでも電気負荷を駆動することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電源システムは、
蓄電装置と、
前記蓄電装置の正極側ラインに接続されるリアクトルと、前記リアクトルと電気負荷の正極側とに接続される上アーム用スイッチング素子と、前記リアクトルと前記上アーム用スイッチング素子との接続点と前記蓄電装置の負極側ラインとに接続される下アーム用スイッチング素子と、前記上アーム用スイッチング素子および前記下アーム用スイッチング素子に並列に且つ逆方向に接続された２つのダイオードと、を備える昇圧回路と、
前記正極側ラインおよび前記負極側ラインに接続される充電装置と、
を備える電源システムであって、
前記下アーム用スイッチング素子と前記負極側ラインとの第１接続と前記充電装置と前記負極側ラインとの第２接続とを切り替える切替リレー、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の電源システムでは、切替リレーにより、昇圧回路の下アーム用スイッチング素子とバッテリの負極側ラインとの第１接続と充電装置とバッテリの負極側ラインとの第２接続とを切り替える。通常時には、切替リレーにより昇圧回路の下アーム用スイッチング素子とバッテリの負極側ラインとの第１接続とし、バッテリからの電力を昇圧回路により昇圧して電気負荷に供給する。バッテリを充電するときには、切替リレーにより充電装置とバッテリの負極側ラインとの第２接続とし、充電装置によりバッテリを充電する。昇圧回路の下アーム用スイッチング素子に短絡故障が生じたときには、切替リレーにより充電装置とバッテリの負極側ラインとの第２接続とし、下アーム用スイッチング素子を切り離してバッテリの電力を昇圧せずに電気負荷に供給する。切替リレーを追加するだけでよいから、バイパス経路と２つの切替スイッチを追加するものに比して、部品点数が増加するのを抑制することができ、故障の発生率を抑制することができる。これらの結果、部品点数の増加を抑制しつつ昇圧回路の下アーム用スイッチング素子に短絡故障が生じたときでも電気負荷を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての電源システム２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】通常時の電源システム２０における切替リレー５０の状態と電流の流れを示す説明図である。
【図３】充電時の電源システム２０における切替リレー５０の状態と電流の流れを示す説明図である。
【図４】昇圧回路２６の下アームのトランジスタＴ２に短絡故障が生じたときの電源システム２０における切替リレー５０の状態と電流の流れを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての電源システム２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源システム２０は、バッテリ２２の電力を昇圧して電気負荷１０に供給すると共に充電器４０により外部電源からの電力によりバッテリ２２を充電することが可能な電源システムとして構成されており、図示するように、バッテリ２２と、システムメインリレー２４と、昇圧回路２６と、充電器４０と、切替リレー５０と、制御装置６０とを備える。
【００１２】
バッテリ２２は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの二次電池として構成されており、電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂに接続されている。
【００１３】
システムメインリレー２４は、電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂに取り付けられており、正極側リレーＳＢと負極側リレーＳＧとプリチャージ用リレーＳＰとプリチャージ用抵抗ＲＰとを備える。また、電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂには、平滑用のフィルタコンデンサ３２が接続されている。
【００１４】
昇圧回路２６は、２つのトランジスタＴ１，Ｔ２とトランジスタＴ１，Ｔ２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。リアクトルＬは、電池側正極ライン３０ａに接続されており、トランジスタＴ１は、リアクトルＬと電気負荷に接続された負荷側正極ライン３４ａに接続されている。トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１とリアクトルＬとの接続点と切替リレー５０を介して電気負荷に接続された負荷側負極ライン３４ｂおよび電池側負極ライン３０ｂに接続されている。なお、電池側負極ライン３０ｂと負荷側負極ライン３４ｂは直接接続されている。したがって、トランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフすることにより、電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂの電力を昇圧して負荷側正極ライン３４ａおよび負荷側負極ライン３４ｂに供給したり、負荷側正極ライン３４ａおよび負荷側負極ライン３４ｂの電力を降圧して電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂに供給したりすることができる。なお、負荷側正極ライン３４ａおよび負荷側負極ライン３４ｂには、平滑用の平滑コンデンサ３６が接続されている。
【００１５】
充電器４０は、交流電力の外部電源にインレット４２を接続し、外部電源からの電力を用いてバッテリ２２を充電するものであり、図示しないが交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、直流電力の電圧を変更するＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する一般的な充電器として構成されている。充電器４０の出力側の正極端子は、リレー４４を介して充電器側正極ライン４６ａにより電池側正極ライン３０ａに接続されており、負極端子は、充電器側負極ライン４６ｂにより切替リレー５０を介して負荷側負極ライン３４ｂおよび電池側負極ライン３０ｂに接続されている。
【００１６】
切替リレー５０は、電池側負極ライン３０ｂおよび負荷側負極ライン３４ｂに接続された切替端子と、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２に接続された第１節点と、充電器４０が接続された充電器側負極ライン４６ｂに接続された第２節点と、を有する。切替リレー５０は、切替端子を第１節点との接続と第２節点との接続のうち第１節点との接続に切り替えることにより、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２を電池側負極ライン３０ｂおよび負荷側負極ライン３４ｂに接続し、切替端子を第１節点との接続と第２節点との接続のうち第２節点との接続に切り替えることにより、充電器４０が接続された充電器側負極ライン４６ｂを電池側負極ライン３０ｂおよび負荷側負極ライン３４ｂに接続する。
【００１７】
制御装置６０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ、入力ポート、出力ポートなどを備える。制御装置６０には、図示しない各種センサからの検出信号などが入力ポートを介して入力されている。制御装置６０からは、システムメインリレー２４への駆動制御信号や、昇圧回路２６へのスイッチング制御信号、充電器４０への駆動制御信号、リレー４４への駆動制御信号、切替リレー５０への駆動制御信号などが出力されている。
【００１８】
次に、こうして構成された実施例の電源システム２０の動作について説明する。バッテリ２２の電力を昇圧回路２６により昇圧して電気負荷１０に供給する際（通常時）の電源システム２０における切替リレー５０の状態と電流の流れを図２に示す。図中、太破線の矢印は電流の流れを示す。この場合、リレー４４はオフとされており、切替リレー５０は切替端子が第１節点に接続されている。切替リレー５０の切替端子が第１節点に接続されているから、トランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフすることにより、電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂの電力を昇圧して負荷側正極ライン３４ａおよび負荷側負極ライン３４ｂに供給することができる。電流は、バッテリ２２の正極からシステムメインリレー２４を介して電池側正極ライン３０ａを通り、リアクトルＬ，トランジスタＴ１を介して負荷側正極ライン３４ａを通って電気負荷１０に流れ、電気負荷１０から負荷側負極ライン３４ｂおよび電池側負極ライン３０ｂを通ってバッテリ２２の負極に流れる。
【００１９】
充電器４０を用いてバッテリ２２を充電する際（充電時）の電源システム２０における切替リレー５０の状態と電流の流れを図３に示す。図中、太破線の矢印は電流の流れを示す。この場合、リレー４４はオンとされており、切替リレー５０は切替端子が第２節点に接続されている。リレー４４がオンであり、且つ、切替リレー５０の切替端子が第２節点に接続されているから、充電器４０からの電力の電圧をバッテリ２２の電圧より大きくすることによりバッテリ２２を充電することができる。電流は、充電器４０の出力側の正極からリレー４４を介して充電器側正極ライン４６ａおよび電池側正極ライン３０ａを通ってシステムメインリレー２４を介してバッテリ２２の正極に流れ、バッテリ２２の負極からシステムメインリレー２４を介して電池側負極ライン３０ｂを通り、切替リレー５０を介して充電器側負極ライン４６ｂを通って充電器４０の出力側の負極に流れる。
【００２０】
昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２に短絡故障が生じた際（故障時）の電源システム２０における切替リレー５０の状態と電流の流れを図４に示す。この場合、リレー４４はオフとされており、切替リレー５０の切替端子が第２節点に接続されているから、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２は電池側負極ライン３０ｂおよび負荷側負極ライン３４から切り離される。このため、電流は、バッテリ２２の正極からシステムメインリレー２４を介して電池側正極ライン３０ａを通り、リアクトルＬ，ダイオードＤ１を介して負荷側正極ライン３４ａを通って電気負荷１０に流れ、電気負荷１０から負荷側負極ライン３４ｂおよび電池側負極ライン３０ｂを通ってバッテリ２２の負極に流れる。
【００２１】
以上説明した実施例の電源システム２０では、電池側負極ライン３０ｂおよび負荷側負極ライン３４ｂに接続された切替端子を、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２に接続された第１節点と接続したり、充電器４０が接続された充電器側負極ライン４６ｂに接続された第２節点と接続したりするのを切り替える切替リレー５０を備える。通常時には、切替リレー５０の切替端子を第１節点に接続することにより、トランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフすることにより、電池側正極ライン３０ａおよび電池側負極ライン３０ｂの電力を昇圧して負荷側正極ライン３４ａおよび負荷側負極ライン３４ｂに供給する。外部電源によりバッテリ２２を充電するときには、切替リレー５０の切替端子を第２節点に接続することにより、充電器４０を用いてバッテリ２２を充電する。そして、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２に短絡故障が生じたときには、切替リレー５０の切替端子を第２節点に接続することにより、バッテリ２２の電力を電気負荷１０に供給する。切替リレー５０を追加するだけだから、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２をバイパスするバイパス経路とこれを接続する２つのスイッチを有するものに比して、部品点数を少なくすることができ、故障の発生頻度を少なくすることができる。これらの結果、部品点数の増加を抑制しつつ、昇圧回路２６の下アームを構成するトランジスタＴ２に短絡故障が生じたときでも電気負荷１０を駆動することができる。
【００２２】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、電源システムの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  電気負荷、２０  電源システム、２２  バッテリ、２４  システムメインリレー、２６  昇圧回路、３０ａ  電池側正極ライン、３０ｂ  電池側負極ライン、３２  フィルタコンデンサ、３４ａ  負荷側正極ライン、３４ｂ  負荷側負極ライン、３６  平滑コンデンサ、４０  充電器、４２  インレット、４４  リレー、４６ａ  充電器側正極ライン、４６ｂ  充電器側負極ライン、５０  切替リレー、６０  制御装置、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、ＳＢ  正極側リレー、ＳＧ  負極側リレー、ＳＰ  プリチャージ用リレー、ＲＰ  プリチャージ用抵抗、Ｔ１，Ｔ２  トランジスタ、Ｌ  リアクトル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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