(57)【要約】【課題】本明細書は、出力端が補機バッテリに接続されている２個の電圧コンバータを備えた電源システムに関し、補機バッテリの電力不足によって、予期せずに走行に支障が生じることを防止する技術を提供する。【解決手段】電源システム２は、補機バッテリ８と、出力端が補機バッテリ８に接続されている２個の電圧コンバータ１１、１２と、コントローラ１０を備えている。コントローラ１０は、いずれか一方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、補機バッテリ８の電力で動作する補機の消費電力を制限する。コントローラ１０は、両方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、電源システム２の再起動を禁止する。上記の処理により、補機バッテリ８の残量不足によって予期せずに走行に支障が生じることが回避される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に搭載されている電源システムであり、
補機バッテリと、
出力端が前記補機バッテリに接続されている２個の電圧コンバータと、
２個の前記電圧コンバータを制御するコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、
いずれか一方の前記電圧コンバータに異常が検知された場合は、前記補機バッテリの電力で動作する補機の消費電力を制限し、
両方の前記電圧コンバータに異常が検知された場合は、当該電源システムの再起動を禁止する、電源システム。
【請求項２】
前記コントローラは、一方の前記電圧コンバータに与える第１出力指令値に、前記補機バッテリの電圧よりも大きい所定の閾値電圧を超える電圧を設定するとともに、他方の前記電圧コンバータに与える第２出力指令値に、前記閾値電圧を下回る電圧を設定し、共通の前記出力端の電圧が前記閾値電圧を超えない場合、前記一方の電圧コンバータが異常と判定する、請求項１に記載の電源システム。
【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、自動車用の電源システムに関する。特に、２個の電圧コンバータの出力端が補機バッテリに接続されている電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車では、電子機器に電力を供給するバッテリを補機バッテリと呼ぶことがある。逆に、補機バッテリから電力供給を受けて動作するデバイスを補機と総称することがある。補機には、車両を制御するコントローラが含まれるため、補機バッテリの残量が少なくなると、自動車の電源システムを起動することができなくなる。特許文献１に、２個の電圧コンバータの出力端が共に補機バッテリに接続されている電源システムが開示されている。２個の電圧コンバータの入力端はメインバッテリに接続されている。メインバッテリは、走行用モータに電力を供給する電源である。一方の電圧コンバータが故障しても、他方の電圧コンバータで補機バッテリを充電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共に補機バッテリに接続された２個の電圧コンバータのうち１個が故障した場合、残りの電圧コンバータについて異常を検知できることが望ましい。両方の電圧コンバータが故障すると、補機バッテリを充電することができなくなり、いずれ補機バッテリの残量が不足して自動車の走行に支障をきたすようになるからである。また、１個の電圧コンバータが故障し、他の電圧コンバータが正常の場合、補機の消費電力が大きいと、充電が十分でなくなるおそれがある。他方の電圧コンバータが正常であっても、補機バッテリの残量が不足するおそれがある。本明細書は、出力端が補機バッテリに接続されている２個の電圧コンバータを備えた電源システムに関し、補機バッテリの電力不足によって、予期せずに走行に支障が生じることを防止する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電源システムは、補機バッテリと、出力端が補機バッテリに接続されている２個の電圧コンバータと、コントローラを備えている。コントローラは、いずれか一方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、補機バッテリの電力で動作する補機の消費電力を制限する。コントローラは、両方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、電源システムの再起動を禁止する。本明細書が開示する電源システムは、１個の電圧コンバータで異常が検知された場合は、補機全体の消費電力を抑える。そうすることで、１個のみの電圧コンバータによる充電不足を回避する。また、両方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、コントローラは、自動車の電源システムの再起動を禁止する。即ち、ユーザが自動車のメインスイッチをオフした後は、再度メインスイッチがオンされても、電源システムを起動させない。上記の処理により、補機バッテリの残量不足によって予期せずに走行に支障が生じることが回避される。
【０００６】
コントローラは、例えば、次のアルゴリズムで電圧コンバータの異常を検知することができる。コントローラは、一方の電圧コンバータに与える第１出力指令値に、補機バッテリの電圧よりも大きい所定の閾値電圧を超える電圧を設定するとともに、他方の電圧コンバータに与える第２出力指令値に、閾値電圧を下回る電圧を設定する。このとき、共通の出力端の電圧が閾値電圧を超えない場合、コントローラは、一方の電圧コンバータで異常が発生していると判定する。また、それぞれの電圧コンバータが、自己チェック機能を有しており、自己チェック機能によって異常が検知された場合に電圧コンバータからコントローラへ通知が送信されるように構成されていてもよい。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】実施例の電源システムを含む電気自動車の電力系のブロック図である。
【図２】電圧コンバータ監視処理のフローチャートである。
【図３】電圧コンバータ監視処理のフローチャートである（図２の続き）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例の電源システム２を説明する。実施例の電源システム２は、電気自動車１００に搭載されている。図１に、電気自動車１００のブロック図を示す。電気自動車１００は、走行用のモータ７を備えている。
【００１０】
電気自動車１００は、電源システム２、昇圧コンバータ５、インバータ６、補機２０を備えている。電源システム２は、走行用のモータ７を駆動する高電圧の電力と、補機２０を駆動する低電圧の電力を供給する。補機２０とは、低電圧で動作する電気機器の総称であり、例えば、カーナビゲーション装置２１やルームランプ２２などである。電気自動車１００のボディには、低電圧電力線１５が配策されており、図示は省略しているが、カーナビゲーション装置２１やルームランプ２２以外にも様々な補機が低電圧電力線１５に接続されている。以下では、カーナビゲーション装置２１などの補機を、補機２０と総称する。補機２０の駆動電圧は、例えば１２ボルトである。一方、モータ７の駆動電圧は例えば２００ボルトを超える電圧である。
【００１１】
電源システム２は、メインバッテリ３、補機バッテリ８、システムメインリレ−４、第１電圧コンバータ１１、第２電圧コンバータ１２、電圧センサ１３、電源コントローラ１０を備えている。
【００１２】
メインバッテリ３は、モータ７の駆動電力を蓄えている電源であり、その出力は例えば２００ボルトである。メインバッテリ３は、システムメインリレ−４を介して昇圧コンバータ５に接続されている。昇圧コンバータ５は、電気自動車１００のアクセルが深く踏まれたときなど、モータ７に大出力が要求されるときに、メインバッテリ３の電圧を昇圧してインバータ６へ供給する。インバータ６は、昇圧された直流電力をモータ７の駆動に適した交流電力に変換する。インバータ６が出力する交流電力によってモータ７が駆動する。昇圧コンバータ５の昇圧比は、車両全体の制御を司る上位コントローラ１６が、アクセル開度や車速などに応じて決定し、昇圧コンバータ５へ指令する。
【００１３】
電源システム２の説明に戻る。システムメインリレ−４は、車両のメインスイッチ（不図示）がオンに切り換えられると、上位コントローラ１６によって閉じられる（即ち、導通状態となる）。システムメインリレ−４は、車両のメインスイッチがオフに切り換えられると、上位コントローラ１６によって開かれる（即ち、遮断状態となる）。システムメインリレ−４は、車両のメインスイッチがオフの間、メインバッテリ３を昇圧コンバータ（即ち、車両の駆動系）から切り離して車両の安全性を高めるために設けられている。
【００１４】
補機バッテリ８は、車両内の補機２０に電力を供給するための電源である。逆に言えば、補機２０とは、先に述べたように、補機バッテリ８から電力供給を受けて動作するデバイスの総称である。補機バッテリ８の正極端は、先に述べた低電圧電力線１５に接続されている。なお、補機バッテリ８の電力系の負極は、ボディグランドを介して補機２０と補機バッテリ８の間で相互に通じている。補機バッテリ８の出力電圧は例えば１２ボルトである。後述するように、補機バッテリ８は、主に、メインバッテリ３の電力で充電される。
【００１５】
電源システム２は、２個の電圧コンバータ（第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２）を備えている。第１電圧コンバータ１１は、単純な降圧コンバータであり、入力端はシステムメインリレ−４を介さずに直接にメインバッテリ３に接続されている。第１電圧コンバータ１１の出力端は、低電圧電力線１５に接続されている。別言すれば、第１電圧コンバータ１１の出力端は補機バッテリ８に接続されている。第１電圧コンバータ１１は、直接にメインバッテリ３に接続されているので、システムメインリレ−４が開いているときでも、補機バッテリ８を充電することができる。
【００１６】
第２電圧コンバータ１２の高電圧端は、システムメインリレ−４を介してメインバッテリ３に接続されている。第２電圧コンバータ１２の低電圧端は低電圧電力線１５に接続されている。第２電圧コンバータ１２は、メインバッテリ３の電圧を降圧して低電圧電力線１５に供給する降圧機能と、補機バッテリ８の電圧を昇圧して高電圧端から出力する昇圧機能を有している。第２電圧コンバータ１２は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。第２電圧コンバータ１２の昇圧機能は、システムメインリレ−４を閉じるのに先立って、補機バッテリ８の電力で昇圧コンバータ５が内蔵するコンデンサをプリチャージするために備えられている。
【００１７】
本実施例では、第２電圧コンバータ１２の降圧機能に着目するため、便宜的に、第２電圧コンバータ１２の低電圧端を出力端と称し、高電圧端を入力端と称する。第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２は、共に、入力端がメインバッテリ３に接続されており、出力端が低電圧電力線１５（即ち、補機バッテリ８）に接続されている。補機バッテリ８は、第１電圧コンバータ１１によって、あるいは、第２電圧コンバータ１２によって、メインバッテリ３の電力で充電されることができる。
【００１８】
なお、昇圧コンバータ５も双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。ブレーキが踏まれた際、モータ７は発電する。モータ７の発電で得た回生電力は、インバータ６で交流電力から直流電力に変換され、昇圧コンバータ５の降圧機能によって、メインバッテリ３の電圧まで降圧される。車両の走行中は、補機バッテリ８は、回生電力で充電されることもある。
【００１９】
第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２は、共に、電源コントローラ１０によって制御される。低電圧電力線１５には電圧センサ１３が備えられており、電源コントローラ１０は、電圧センサ１３の計測電圧に基づいて、第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２を制御し、補機バッテリ８の充電量を適正な範囲に保持する。なお、電源コントローラ１０と上位コントローラ１６も、補機バッテリ８の電力で動作する補機２０に属する。
【００２０】
補機バッテリ８は、第１電圧コンバータ１１あるいは第２電圧コンバータ１２を介してメインバッテリ３の電力で充電される。補機バッテリ８の残量が不足すると、補機２０を駆動することができなくなる。上位コントローラ１６や電源コントローラ１０も補機であるから、補機バッテリ８の電力が不足すると、電気自動車１００は走行できなくなるおそれがある。第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２の両方で不具合が発生すると、予期しないときに補機バッテリ８の電力不足によって電気自動車１００の走行に支障が生じるおそれがある。いずれか一方の電圧コンバータで不具合が発生した場合でも、補機２０の消費電力が大きいと、補機バッテリ８の残量が少なくなるおそれがある。電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２を定期的にチェックし、電圧コンバータの異常によって補機バッテリ８の電力不足が生じないようにする。電源コントローラ１０は、電圧コンバータで異常が検知された場合には、電気自動車１００が予期せずに走行不能となることがないように、予防策を講じる。以下、電源コントローラ１０による電圧コンバータの監視処理を説明する。
【００２１】
監視処理の説明の前に、いくつかの前提を説明する。第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２は、それぞれ、自己チェック機能を有している。第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２は、自己チェック機能により異常を検知すると、異常発生を電源コントローラ１０に通知するように構成されている。
【００２２】
電源コントローラ１０の電圧コンバータ監視プログラムには、いくつかのフラグが用意されている。各フラグは、不揮発性メモリに領域が確保されており、電源が切れてもデータが保存される。以下、フラグについて説明する。なお、すべてのフラグのデフォルト値は「０」である。
【００２３】
ＤＤＣ１異常フラグは、第１電圧コンバータ１１で異常が検知されると、「１」が設定される。ＤＤＣ２異常フラグは、第２電圧コンバータ１２で異常が検知されると、「１」が設定される。なお、「ＤＤＣ１」は、第１電圧コンバータ１１の略称であり、「ＤＤＣ２」は第２電圧コンバータ１２の略称である。電圧コンバータの異常は、電圧コンバータ自身の自己チェック機能により検知される場合と、電源コントローラ１０の監視プログラムによって検知される場合がある。いずれの場合でも、異常が検知されると、異常フラグに「１」が設定される。
【００２４】
フェイル走行フラグは、いずれかの電圧コンバータで異常が検知されると、「１」が設定される。フェイル走行フラグは、車両全体の制御を司る上位コントローラ１６が参照する。フェイル走行フラグに「１」が設定されている場合、上位コントローラ１６は、走行中の補機２０の総消費電力が所定の閾値電力以下となるように、補機２０の動作を制限する。
【００２５】
再起動禁止フラグは、電源コントローラ１０の監視プログラムにて、両方の電圧コンバータで異常が検知された場合に「１」が設定される。電源コントローラ１０は、車両のメインスイッチが入れられたときに、再起動禁止フラグを参照する。再起動禁止フラグに「１」が設定されていた場合、電源コントローラ１０は、電源システム２を起動しない。再起動禁止フラグは、上位コントローラ１６も参照する。上位コントローラ１６は、再起動禁止フラグに「１」が設定されていた場合、インストルメントパネルに、再起動できない旨を知らせるメッセージを表示する。
【００２６】
図２と図３を参照して、電源コントローラ１０が実行する監視処理を説明する。電源コントローラ１０は、定期的に、図２と図３の処理を実行する。
【００２７】
電源コントローラ１０は、まず、第１電圧コンバータ１１または第２電圧コンバータ１２から、自己チェック機能による異常検知を知らせる信号（異常検知信号）を受信したか否かを判定する（ステップＳ２）。異常検知信号を受信していた場合、電源コントローラ１０は、異常検知信号に対応する電圧コンバータの異常フラグに「１」を設定する（ステップＳ３）。電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１から異常検知信号を受信した場合は、ＤＤＣ１異常フラグに「１」を設定する。電源コントローラ１０は、第２電圧コンバータ１２から異常検知信号を受信した場合は、ＤＤＣ２異常フラグに「１」を設定する。
【００２８】
次に電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１に対する出力指令値（Ｖ１指令値）に、低電圧ＶＬを設定し、第２電圧コンバータ１２に対する出力指令値（Ｖ２指令値）に、高電圧ＶＨを設定する（ステップＳ４）。低電圧ＶＬは、補機バッテリ８の定格電圧よりもわずかに高く、かつ、閾値電圧Ｖｔｈよりも低い電圧である。高電圧ＶＨは、閾値電圧Ｖｔｈよりも高い電圧である。閾値電圧Ｖｔｈは、補機バッテリ８の定格電圧よりも高い電圧であり、例えば、１３ボルトに設定されている。補機バッテリ８の定格電圧は、例えば１２ボルトである。上記の電圧の大小関係は、補機バッテリ８の電圧＜低電圧ＶＬ＜閾値電圧Ｖｔｈ＜高電圧ＶＨ、となる。なお、低電圧ＶＬは、補機バッテリ８を充電するときの通常の指令値である。
【００２９】
電源コントローラ１０は、ステップＳ４にて、上記した指令値を設定して各電圧コンバータに指令する。次に、電源コントローラ１０は、低電圧電力線１５に接続されている電圧センサ１３の計測値を取得し、閾値電圧Ｖｔｈと比較する（ステップＳ５）。電圧センサ１３の計測値は、第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２の共通の出力端の電圧に相当する。電圧センサ１３の計測値が閾値電圧Ｖｔｈを超えていた場合、第２電圧コンバータ１２が指令値に追従して動作していることを意味する。即ち、第２電圧コンバータ１２が正常であることが判明する。一方、電圧センサ１３の計測値が閾値電圧Ｖｔｈを下回っていた場合、高電圧ＶＨの出力指令にもかかわらずに第２電圧コンバータ１２の出力が閾値電圧Ｖｔｈを下回っているので、電源コントローラ１０は、第２電圧コンバータ１２で異常が発生していると判定する。その場合、電源コントローラ１０は、ＤＤＣ２異常フラグに「１」を設定する（ステップＳ５：ＮＯ、Ｓ６）。
【００３０】
次に、電源コントローラ１０は、出力指令値を入れ替える。即ち、電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１に対する出力指令値（Ｖ１指令値）に、高電圧ＶＨを設定し、第２電圧コンバータ１２に対する出力指令値（Ｖ２指令値）に、低電圧ＶＬを設定する（ステップＳ７）。電源コントローラ１０は、新たな指令値を各電圧コンバータに出力し、電圧センサ１３の計測値を閾値電圧Ｖｔｈと比較する（ステップＳ８）。ステップＳ５、Ｓ６の処理と同様に、電圧センサ１３の計測値が閾値電圧Ｖｔｈを下回っていた場合、電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１で異常が発生していると判定し、ＤＤＣ１異常フラグに「１」を設定する（ステップＳ８：ＮＯ、Ｓ９）。
【００３１】
次に、電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１、第２電圧コンバータ１２への出力指令値を共に低電圧ＶＬに設定する（ステップＳ１０）。以下、図３の処理に続く。
【００３２】
上記の処理を実行した後、電源コントローラ１０は、２個の異常フラグを参照する（ステップＳ２１）。ＤＤＣ１異常フラグとＤＤＣ２異常フラグの両方が「０」の場合、両方の電圧コンバータが正常であるので、電源コントローラ１０は、監視処理を終了する（ステップＳ２１：ＮＯ、リターン）。
【００３３】
一方、少なくとも一方の異常フラグに「１」が設定されていた場合、電源コントローラ１０は、フェイル走行フラグに「１」を設定する（ステップＳ２１：ＹＥＳ、ステップＳ２２）。先に述べたように、フェイル走行フラグに「１」が設定された場合、上位コントローラ１６は、補機２０の総消費電力が所定の閾値電力以下となるように、補機２０の動作を制限する。補機の総消費電力を抑えることで、一方の電圧コンバータが故障しており、残りの電圧コンバータのみで補機バッテリ８を充電する場合でも、補機バッテリ８の残量が不足してしまうことが回避される。上位コントローラ１６は、走行に関与しない補機２０（例えば、オーディオやエアコンなど）から消費電力を抑制する。
【００３４】
ＤＤＣ１異常フラグとＤＤＣ２異常フラグの両方に「１」が設定されている場合、即ち、第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２の両方で異常が検知された場合、電源コントローラ１０は、再起動禁止フラグに「１」を設定する（ステップＳ２３：ＹＥＳ、Ｓ２４）。先に述べたように、再起動禁止フラグに「１」が設定された場合、電源コントローラ１０は、次に車両のメインスイッチがオンに切り換えられたときに、電源システム２を起動しない。
【００３５】
最後に、電源コントローラ１０は、第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２の両方で異常が発生していることを示すダイアグを記憶する（ステップＳ２５）。図における「ダイアグ」とは、ダイアグメモリに略である。ダイアグメモリは、車両が搭載している不揮発性メモリであり、車両のメンテナンススタッフが参照して車両の状態を知るためのメモリである。
【００３６】
ステップＳ２３の判定がＮＯの場合、即ち、いずれか一方の電圧コンバータで異常が発生し、他方の電圧コンバータは正常である場合、電源コントローラ１０は、異常が発生している電圧コンバータのダイアグを記憶する。即ち、第１電圧コンバータ１１で異常が検知されている場合は、第１電圧コンバータ１１で異常が発生していることを示すダイアグをメモリに記憶する（ステップＳ２６：ＹＥＳ、Ｓ２７）。第２電圧コンバータ１２で異常が検知されている場合は、第２電圧コンバータ１２で異常が発生していることを示すダイアグをメモリに記憶する（ステップＳ２６：ＮＯ、Ｓ２８）。
【００３７】
以上の処理の特徴をまとめると以下の通りである。電源システム２は、第１電圧コンバータ１１と第２電圧コンバータ１２のいずれかで異常が発生している場合は、補機２０の総消費電力を所定の閾値電力以下となるように制限する。両方の電圧コンバータで異常が発生した場合は、電源システム２は、自身の再起動を禁止する。すなわち、電源システム２は、車両のメインスイッチが次回にオフからオンに切り換わったときに、起動しない。
【００３８】
上記の処理により、電圧コンバータの異常により、走行中に補機バッテリ８が残量不足となることが回避される。
【００３９】
実施例の電源システム２の特徴は以下の通りである。電源システムは、走行用のモータを備えている自動車に搭載される。電源システム２は、モータ用の電力を蓄える直流電源（メインバッテリ３）と、補機バッテリ８と、２個の電圧コンバータ１１、１２と、電源コントローラ１０を備えている。２個の電圧コンバータの入力端（高電圧端）は、直流電源（メインバッテリ３）に接続されている。２個の電圧コンバータの出力端は、補機バッテリ８に接続されている。コントローラはそれぞれの電圧コンバータに出力指令を与え、電圧コンバータを制御する。電圧コンバータは、出力がコントローラの指令値に追従するように動作する。コントローラは、いずれか一方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、補機バッテリの電力で動作する補機の消費電力を制限する。コントローラは、両方の電圧コンバータに異常が検知された場合は、電源システムの次回の再起動を禁止する。本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用されてもよい。即ち、補機バッテリの他に電源システムが有する直流電源は、燃料電池であってもよい。補機バッテリは、再充電が可能な二次電池である。
【００４０】
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】
【００４１】
２：電源システム
３：メインバッテリ
５：昇圧コンバータ
６：インバータ
７：モータ
８：補機バッテリ
１０：電源コントローラ
１１：第１電圧コンバータ
１２：第２電圧コンバータ
１３：電圧センサ
１５：低電圧電力線
１６：上位コントローラ
２０：補機
２１：カーナビゲーション装置
２２：ルームランプ
１００：電気自動車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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