(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源から電力の供給を受けて第１の負荷及び第２の負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記第１の電源の正極側にアノードが接続され、前記第１の負荷の入力にカソードが接続されたダイオードと、
前記ダイオードのカソードと前記第１の負荷の入力との間に第２の電源からの電力供給経路を形成するための第１スイッチと、
前記ダイオードに並列に接続された第２スイッチと、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムであって、
前記第２の負荷は、昇降圧チョッパ回路を含むことを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電源システムであって、
前記昇降圧チョッパ回路はインバータ回路に接続され、
前記インバータ回路の正極入力が前記第１スイッチを介して前記第１の負荷に接続されて前記第２の電源となることを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システムであって、
前記第１スイッチは、ＩＧＢＴであることを特徴とする電源システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源システムであって、
前記第１スイッチに並列に接続されたダイオードを備えることを特徴とする電源システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムであって、
前記第１の負荷は、車両の補機を含み、
前記第２の負荷は、前記車両を駆動する電動機を含むことを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、昇圧チョッパとインバータとを組み合わせてモータ・ジェネレータを駆動する電源システムが用いられている。このような電源システムは、ハイブリッド自動車や電気自動車等の駆動に利用されている。
【０００３】
図６は、従来の電源システムの構成を示している。電源システムは、電源回路１００、バッテリ１０２、リレー１０４及びインバータ１０６を含んで構成される。電源回路１００は、インバータ１０６を介してモータ・ジェネレータ１０８，１１０に接続される。バッテリ１０２は、リレー１０４を介して電源回路１００に接続され、電源回路１００に電力を供給する。電源回路１００は、昇降圧チョッパ回路を含んで構成され、上アーム、下アームをスイッチングすることにより昇圧・降圧を行う。電源システムは、力行状態においてモータ・ジェネレータ１０８，１１０に電力を供給し、回生状態においてモータ・ジェネレータ１０８，１１０から電力を回収するために用いられる。また、バッテリ１０２は、リレー１０４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）１１２に接続される。ＤＤＣ１１２は、鉛バッテリへの充放電に用いられる。鉛バッテリは、車両のイグニション等の補機に電力を供給するために用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の電源システムにおいて、電源回路１００の下アーム１００ｂが短絡故障した場合、コンデンサＣＢが短絡経路により放電されて端子電圧が０Ｖとなる。このような状態では、ＤＤＣ１１２から電力を供給できなくなる。車両では、ＤＤＣ１１２から電力が供給されなくなると鉛バッテリが数秒から数分で枯渇してしまい、イグニション等を含む補機類に電力を供給できなくなり、車両走行ができなくなるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の1つの態様は、第１の電源から電力の供給を受けて第１の負荷及び第２の負荷に電力を供給する電源システムであって、前記第１の電源の正極側にアノードが接続され、前記第１の負荷の入力にカソードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードと前記第１の負荷の入力との間に第２の電源からの電力供給経路を形成するためのスイッチと、を備えることを特徴とする電源システムである。
【０００６】
ここで、前記第２の負荷は、昇降圧チョッパ回路を含むことが好適である。前記昇降圧チョッパはインバータ回路に接続され、前記インバータ回路の正極入力が前記スイッチを介して前記第１の負荷に接続されて前記第２の電源となることが好適である。
【０００７】
また、前記スイッチは、ＩＧＢＴであることが好適である。また、前記ダイオードに並列に接続されたスイッチを備えることが好適である。また、前記スイッチに並列に接続されたダイオードを備えることが好適である。
【０００８】
また、前記第１の負荷は、車両の補機を含み、前記第２の負荷は、前記車両を駆動する電動機を含むことが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、１つの負荷が短絡故障したときであっても他の負荷へ電力を供給し続けることができる電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における電源システムの構成の別例を示す図である。
【図３】第２の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。
【図４】第３の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。
【図５】第４の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。
【図６】従来の電源システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における電源システム２００は、図１に示すように、電源回路２０２、バッテリ２０４、リレー２０６、インバータ２０８、モータ・ジェネレータ（ＭＧ）２１０，２１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）２１４に接続されて使用される。
【００１２】
電源回路２０２は、コンデンサＣＢ、インダクタＬ、上アーム２０２ａ、下アーム２０２ｂ、コンデンサＣＶＨを含んで構成される昇降圧チョッパ回路を備える。
【００１３】
バッテリ２０４は、リレー２０６を介して電源システム２００の正入力端子（ＩＮ＋）及び負入力端子（ＩＮ−）に接続される。また、バッテリ２０４には、保護回路としてヒューズを設けてもよい。
【００１４】
コンデンサＣＢは、正入力端子（ＩＮ＋）と負入力端子（ＩＮ−）との間に接続される。上アーム２０２ａは、スイッチ１０ａ及びダイオード１２ａの並列回路からなる。上アーム２０２ａは、スイッチ１０ａのコレクタとダイオード１２ａのカソードとが接続され、スイッチ１０ａのエミッタとダイオード１２ａのアノードが接続される。下アーム２０２ｂは、スイッチ１０ｂ及びダイオード１２ｂの並列回路からなる。下アーム２０２ｂは、スイッチ１０ｂのコレクタとダイオード１２ｂのカソードとが接続され、スイッチ１０ｂのエミッタとダイオード１２ｂのアノードが接続される。なお、本実施の形態では、スイッチ１０ａ，１０ｂは、トランジスタとしたが、ＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子としてもよい。上アーム２０２ａと下アーム２０２ｂは直列に接続される。上アーム２０２ａと下アーム２０２ｂの接続点Ｘは、インダクタＬを介して正入力端子（ＩＮ＋）に接続される。上アーム２０２ａのダイオード１２ａのアノードは正出力端子（ＯＵＴ＋）に接続される。下アーム２０２ｂのダイオード１２ｂのカソードは負入力端子（ＩＮ−）及び負出力端子（ＯＵＴ−）に共通に接続される。
【００１５】
本実施の形態では、第１の負荷として、インバータ２０８及びＭＧ２１０，２１２が電源回路２０２に接続される。ＭＧ２１０，２１２は、インバータ２０８を介して電源回路２０２の正出力端子（ＯＵＴ＋）と負出力端子（ＯＵＴ−）との間に接続される。ＭＧ２１０，２１２は、ハイブリッド自動車、電動自動車等の駆動動力や回生用ジェネレータ等として利用することができる。
【００１６】
また、第２の負荷として、ＤＤＣ２１４が電源回路２０２に接続される。ＤＤＣ２１４は、正入力端子（ＩＮ＋）と負入力端子（ＩＮ−）の間に接続される。ＤＤＣ２１４は、車両に搭載される鉛バッテリ等に接続され、鉛バッテリに対して電圧を昇降圧して供給する。鉛バッテリは、イグニッション等の補機に電力を供給するために用いることができる。
【００１７】
本実施の形態では、電源回路２０２にダイオード２０及びスイッチ２２が設けられる。ダイオード２０及びスイッチ２２は、電源回路２０２に故障が生じた際にもＤＤＣ２１４に電力を供給し続けることを可能とするために設けられる。なお、図２に示すように、スイッチ２２は例えばＩＧＢＴ３０で構成することができる。
【００１８】
ダイオード２０は、正入力端子（ＩＮ＋）とＤＤＣ２１４の間に接続される。ダイオード２０のアノードが正入力端子（ＩＮ＋）に接続され、ダイオード２０のカソードがＤＤＣ２１４に接続される。また、スイッチ２２は、正出力端子（ＯＵＴ＋）とダイオード２０のカソードの間に接続される。
【００１９】
第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）へ電力を供給する場合（力行時）、リレー２０６がオン状態とされ、バッテリ２０４から電源回路２０２に電力が供給される。電源回路２０２は、上アーム２０２ａのスイッチ１０ａと下アーム２０２ｂのスイッチ１０ｂとのスイッチングのタイミングを制御することによって接続点Ｘと負入力端子（ＩＮ−）との間に印加される電圧を昇圧してインバータ２０８を介してＭＧ２１０，２１２に電力が供給される。これによって、ＭＧ２１０，２１２が駆動される。
【００２０】
一方、第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）から電力を回収する場合（回生時）、インバータ２０８を介してＭＧ２１０，２１２から電源回路２０２に電力が供給される。電源回路２０２は、正出力端子（ＯＵＴ＋）と負出力端子（ＯＵＴ−）との間に印加される電圧を降圧して正入力端子（ＩＮ＋）と負入力端子（ＩＮ−）との間へ出力する。これによって、バッテリ２０４を充電し、ＤＤＣ２１４へ電力が供給される。
【００２１】
正常時には、以上のように電源システム２００は機能する。次に、下アーム２０２ｂのスイッチ１０ｂが短絡故障したときの電源回路２０２の作用について説明する。なお、スイッチ１０ｂが短絡故障した時点で上アーム２０２ａのスイッチ１０ａはオフ状態にされるものとする。
【００２２】
スイッチ１０ｂが短絡故障すると、インダクタＬを介してコンデンサＣＢの両端が短絡されて、コンデンサＣＢが完全に放電される。また、リレー２０６及びインダクタＬを介してバッテリ２０４が短絡され、ヒューズ等の保護回路によってバッテリ２０４が電源回路２０２から切り離される。
【００２３】
一方、スイッチ２２をオン状態にすることによって、第２の負荷（ＤＤＣ２１４）に電力が供給可能となる。すなわち、ＭＧ２１０又はＭＧ２１２を発電機として回生動作させることによって正出力端子（ＯＵＴ＋）と負出力端子（ＯＵＴ−）との間に電圧を印加すると、スイッチ２２を介してＤＤＣ２１４にも電圧を印加することができる。このとき、正入力端子（ＩＮ＋）に対してダイオード２０が逆バイアス状態となるので、ダイオード２０によってＤＤＣ２１４と正入力端子（ＩＮ＋）は遮断される。
【００２４】
このようにして、本実施の形態おける電源システム２００では、下アーム２０２ｂのスイッチ１０ｂに短絡故障が生じた状態においても第２の負荷（ＤＤＣ２１４）に電力を供給することができる。したがって、第２の負荷（ＤＤＣ２１４）に接続される補機等の外部回路に電力を供給でき、車両等が起動不可能になる等の事態を避けることができる。
【００２５】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における電源システム３００では、ＩＧＢＴ３０（スイッチ２２）にダイオード３２を並列に接続することによって、第２の負荷（ＤＤＣ２１４）側から第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）側へ電力を供給することができる構成としている。
【００２６】
第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）側から第２の負荷（ＤＤＣ２１４）へ電力を回生する場合は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。第２の負荷（ＤＤＣ２１４）から第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）へ電力を供給する場合（力行時）、ダイオード２０のカソードの電位が正出力端子（ＯＵＴ＋）よりも高くなるとダイオード３２を介してＤＤＣ２１４から正出力端子（ＯＵＴ＋）へ電力が供給される。自動車等では、電力は、例えば、ＤＤＣ２１４に接続された鉛バッテリ等から供給することができる。
【００２７】
なお、第１の実施の形態における電源システム２００においてもＩＧＢＴ３０等のスイッチング素子の逆バイアス下での漏れ電流を利用して第２の負荷（ＤＤＣ２１４）側から第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）側へ電力を供給することができる。
【００２８】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態における電源システム３０２では、下アーム２０２ｂのスイッチ１０ｂの短絡故障が回復したときに第２の負荷（ＤＤＣ２１４）から第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）へ電力を供給することができる構成としている。
【００２９】
電源システム３０２では、ダイオード２０と並列にＩＧＢＴ３４を設ける。下アーム２０２ｂのスイッチ１０ｂの短絡故障が回復した場合、ヒューズ等の保護回路によってバッテリ２０４から電力が供給できない状態においてＩＧＢＴ３４をオン状態とすることによって、インダクタＬ及びダイオード１２ａを介してＤＤＣ２１４からインバータ２０８及びＭＧ２１０，２１２へ電力を供給することができる。
【００３０】
＜第４の実施の形態＞
上記第１から第３の実施の形態では、下アーム２０２ｂのスイッチ１０ｂの短絡故障した際に第１の負荷（ＭＧ２１０，２１２）から第２の負荷（ＤＤＣ２１４）へ電力を供給する態様とした。ただし、これに限定されるものではなく、図５に示すように、電力源４００を別途設けた電源システム３０４としてもよい。
【００３１】
本実施の形態においてもスイッチ２２をオン状態にすることによって、第２の負荷（ＤＤＣ２１４）に電力が供給可能となる。すなわち、電力源４００を電力供給源とすることによって正出力端子（ＯＵＴ＋）と負出力端子（ＯＵＴ−）との間に電圧を印加すると、スイッチ２２を介してＤＤＣ２１４に電圧を印加することができる。このとき、正入力端子（ＩＮ＋）に対してダイオード２０が逆バイアス状態となるので、ダイオード２０によってＤＤＣ２１４と正入力端子（ＩＮ＋）は遮断される。
【符号の説明】
【００３２】
１０ａ，１０ｂ  スイッチ、１２ａ，１２ｂ  ダイオード、２０  ダイオード、２２  スイッチ、３２  ダイオード、１００  電源回路、１００ａ  上アーム、１００ｂ  下アーム、１０２  バッテリ、１０４  リレー、１０６  インバータ、１０８，１１０  モータ・ジェネレータ、２００，３００，３０２，３０４  電源システム、２０２  電源回路、２０２ａ  上アーム、２０２ｂ  下アーム、２０４  バッテリ、２０６  リレー、２０８  インバータ，４００  電力源。
【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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