(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主バッテリ（１０）と、前記主バッテリよりも定格電圧が低い補機バッテリ（１１）とを備える電源システムに適用される電源装置（１２）であって、
前記主バッテリと前記補機バッテリとの間に接続され、前記主バッテリから供給される電力を降圧して補機バッテリ側へ供給する機能と、前記補機バッテリから供給される電力を昇圧して主バッテリ側へ供給する機能とを有し、スイッチング素子により前記降圧及び前記昇圧を行う電力変換回路（２０）と、
前記電力変換回路の前記スイッチング素子を制御する制御回路（２１）と、
前記主バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する高圧側制御電源（２２）と、
前記補機バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する低圧側制御電源（２３）と、を備え、
前記主バッテリの容量が所定値よりも小さくなった場合に、
前記低圧側制御電源から前記制御回路へ電力を供給し、且つ、前記電力変換回路は、前記補機バッテリから前記主バッテリ側へ電力を供給することを特徴とする、電源装置。
【請求項２】
前記補機バッテリの容量が所定値よりも小さくなった場合に、
前記高圧側制御電源から前記制御回路へ電力を供給し、且つ、前記電力変換回路は、前記主バッテリから前記補機バッテリ側へ電力を供給することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
主バッテリ（１０）と、前記主バッテリよりも定格電圧が低い補機バッテリ（１１）とを備える電源システムに適用される電源装置（１２）であって、
前記主バッテリと前記補機バッテリとの間に接続され、前記主バッテリから供給される電力を降圧して補機バッテリ側へ供給する機能と、前記補機バッテリから供給される電力を昇圧して主バッテリ側へ供給する機能とを有し、スイッチング素子により前記降圧及び前記昇圧を行う電力変換回路（２０）と、
前記電力変換回路の前記スイッチング素子を制御する制御回路（２１）と、
前記主バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する高圧側制御電源（２２）と、
前記補機バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する低圧側制御電源（２３）と、を備え、
前記補機バッテリの容量が所定値よりも小さくなった場合に、
前記高圧側制御電源から前記制御回路へ電力を供給し、且つ、前記電力変換回路は、前記主バッテリから前記補機バッテリ側へ電力を供給することを特徴とする、電源装置。
【請求項４】
前記主バッテリは、前記補機バッテリよりも最大容量及び定格電圧が大きいものであり、
前記補機バッテリに接続された負荷（１５）をさらに備え、
前記負荷へ暗電流を供給する場合には、前記高圧側制御電源から前記制御回路へ電力を供給し、且つ、前記電力変換回路は、前記主バッテリから供給される電力を降圧することにより前記暗電流を供給することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
主バッテリ（１０）と、前記主バッテリよりも定格電圧が低い補機バッテリ（１１）とを備える電源システムに適用される電源装置（１２）であって、
前記主バッテリと前記補機バッテリとの間に接続され、前記主バッテリから供給される電力を降圧して補機バッテリ側へ供給する機能と、前記補機バッテリから供給される電力を昇圧して主バッテリ側へ供給する機能とを有し、スイッチング素子により前記降圧及び前記昇圧を行う電力変換回路（２０）と、
前記電力変換回路の前記スイッチング素子を制御する制御回路（２１）と、
前記主バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する高圧側制御電源（２２）と、
前記補機バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する低圧側制御電源（２３）と、を備え、
前記主バッテリは、前記補機バッテリよりも最大容量及び定格電圧が大きいものであり、
前記補機バッテリに接続された負荷（１５）をさらに備え、
前記負荷へ暗電流を供給する場合には、前記高圧側制御電源から前記制御回路へ電力を供給し、且つ、前記電力変換回路は、前記主バッテリから供給される電力を降圧することにより前記暗電流を供給することを特徴とする、電源装置。
【請求項６】
前記電力変換回路を構成する回路として、
前記主バッテリと前記補機バッテリとの間に接続され、前記主バッテリから供給される電力を降圧して補機バッテリ側へ供給する機能を有し、スイッチング素子により前記降圧を行う第１電力変換回路（２４）と、
前記主バッテリと前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリから供給される電力を昇圧して主バッテリ側へ供給する機能を有し、スイッチング素子により前記昇圧を行う第２電力変換回路（２７）と、を備え
前記制御回路を構成する回路として、前記第１電力変換回路の前記スイッチング素子を制御する第１制御回路（２５）と、前記第２電力変換回路の前記スイッチング素子を制御する第２制御回路（２８）と、を備え、
前記高圧側制御電源は、前記第１制御回路へ電力を供給するように構成され、前記低圧側制御電源は、前記第２制御回路へ電力を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載され、バッテリから供給される電力を昇降圧して出力する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主バッテリと補機バッテリとを備え、ＤＣＤＣコンバータを介して主バッテリと補機バッテリとの間で電力の授受を行うものとして、特許文献１に記載の電源システムがある。
【０００３】
特許文献１に記載の電源システムでは、ＤＣＤＣコンバータを制御する制御回路へ電力を供給する制御電源は、補機バッテリから供給される電力を降圧することにより、制御回路への電力の供給を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９４６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電源システムでは、制御電源へ補機バッテリから電力を供給しているため、補機バッテリの容量が低下した場合には、補機バッテリから制御電源への電力の供給ができなくなる。この場合、制御電源から制御回路への電力が供給されないため、電力変換回路のスイッチング素子の駆動もできない。その結果して、主バッテリから補機バッテリへの電力の供給が不能となる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、複数のバッテリのいずれかの容量が低下した場合においても、バッテリ間の電力の授受を可能とする電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、主バッテリと、前記主バッテリよりも定格電圧が低い補機バッテリとを備える電源システムに適用される電源装置であって、前記主バッテリと前記補機バッテリとの間に接続され、前記主バッテリから供給される電力を降圧して補機バッテリ側へ供給する機能と、前記補機バッテリから供給される電力を昇圧して主バッテリ側へ供給する機能とを有し、スイッチング素子により前記降圧及び前記昇圧を行う電力変換回路と、前記電力変換回路の前記スイッチング素子を制御する制御回路と、前記主バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する高圧側制御電源と、前記補機バッテリから供給される電圧を降圧し、前記制御回路へ電力を供給する低圧側制御電源と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、主バッテリの容量が低下した場合等、高圧側制御電源から制御回路への電力の供給ができなくなった場合には、低圧側制御電源から制御回路へ電力を供給することができる。そのため、電力変換回路を介して、補機バッテリから主バッテリ側へ電力を供給することができる。
【０００９】
一方、補機バッテリの容量が低下した場合等、低圧側制御電源から制御回路への電力の供給ができなくなった場合においても、高圧側制御電源から制御回路へ電力を供給することができる。そのため、電力変換回路を介して、主バッテリから補機バッテリ側へ電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る電源システムの回路図である。
【図２】第１実施形態における、主バッテリから補機バッテリ側へ電力を供給する場合の電気経路を示している。
【図３】第１実施形態における、補機バッテリから主バッテリ側へ電力を供給する場合の電気経路を示している。
【図４】第２実施形態に係る電源システムの回路図である。
【図５】第２実施形態における、主バッテリから補機バッテリ側へ電力を供給する場合の電気経路を示している。
【図６】第２実施形態における、補機バッテリから主バッテリ側へ電力を供給する場合の電気経路を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
本実施形態に係る電源システムの回路図を図１に示す。本実施形態に係る電源システムは、車両に搭載されるものであり、主バッテリ１０が設けられた高電圧回路と、補機バッテリ１１が設けられた低電圧回路とを、電源装置であるＤＣＤＣコンバータ１２を介して接続し、高電圧回路と低電圧回路との間で電力の授受を行う。
【００１３】
主バッテリ１０は、複数の電池セルが直列接続されたリチウムイオンバッテリである。この主バッテリ１０の定格電圧は、例えば２８８Ｖである。補機バッテリ１１は、鉛バッテリであり、定格電圧は例えば１２Ｖである。なお、主バッテリ１０と補機バッテリ１１の種類及び定格電圧はこれらに限られず、主バッテリ１０の定格電圧が補機バッテリ１１の定格電圧よりも高いものであればよい。また、主バッテリ１０の最大容量は、補機バッテリ１１の最大容量よりも相対的に大きくなるように設計されている。
【００１４】
主バッテリ１０が設けられた高電圧回路には高圧負荷１３が設けられており、主バッテリ１０と高圧負荷１３とはシステムメインリレー１４を介して接続されている。高圧負荷１３としては、例えば、車両を駆動するモータへ電力を供給するパワーコントロールユニット等が挙げられる。システムメインリレー１４は、主バッテリ１０と高圧負荷１３との接続及び遮断を行うものであり、車両の停止時等には、主バッテリ１０と高圧負荷１３とは、システムメインリレー１４により遮断される。
【００１５】
補機バッテリ１１が設けられた低電圧回路には、低圧負荷１５が設けられている。低圧負荷１５としては、各種の灯火機器や、ＥＣＵ、ナビゲーション装置、オーディオ、盗難防止装置等の電子機器が挙げられる。これら電子機器へは、内蔵するメモリに電力の供給を継続するために、暗電流を流す必要がある。
【００１６】
ＤＣＤＣコンバータ１２は、電力変換回路２０と、ドライバ２１と、高圧側制御電源２２と、低圧側制御電源２３とを含んで構成されている。電力変換回路２０は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を備えた周知の回路であって、主バッテリ１０から供給される電力を降圧して低電圧回路へ供給する機能と、補機バッテリ１１から供給される電力を昇圧して高電圧回路へ供給する機能とを有している。ドライバ２１は、マイコンを備えた制御回路であり、電力変換回路２０のスイッチング素子へ制御信号を送信する。電力変換回路２０では、ドライバ２１から送信された制御信号によりスイッチング素子が開閉し、供給された電力を昇圧又は降圧して出力する。このドライバ２１へは、高圧側制御電源２２及び低圧側制御電源２３の一方から電力が供給される。
【００１７】
高圧側制御電源２２は、主バッテリ１０から供給された電力を降圧してドライバ２１へ供給する機能を有している。一方、低圧側制御電源２３は、補機バッテリ１１から供給された電力を降圧してドライバ２１へ供給する機能を有している。高圧側制御電源２２及び低圧側制御電源２３は、共にトランスを備えており、入力された電力を例えば５Ｖに降圧する定電圧電源である。
【００１８】
なお、電力変換回路２０を介して電力の授受を行う際には、主バッテリ１０と補機バッテリ１１との容量をそれぞれ監視し、一方の容量が所定値を下回ることを条件として、電力の授受を開始すればよい。また、高圧負荷１３及び低圧負荷１５の要求電力をそれぞれ監視し、その要求電力が所定値を上回った場合に、電力の授受を開始してもよい。これらの監視は、ドライバ２１、高圧側制御電源２２及び低圧側制御電源２３が、電源システムの各所に設けられた電圧センサ及び電流センサの検出値を取得し、その検出値に基づいて行われればよい。
【００１９】
図２は、車両停止中において補機バッテリ１１の容量が低下し、補機バッテリ１１から低圧負荷１５への電力の供給が不能になった場合の電気経路を示している。この場合では、補機バッテリ１１から供給される電力はＥＣＵを起動させるうえで不十分であり、車両を起動させることができない。
【００２０】
そのため、運転者からのメインスイッチに対する操作に基づき、高圧側制御電源２２は、主バッテリ１０から供給される電力を降圧してドライバ２１へ供給する。電力変換回路２０は、ドライバ２１から送信された制御信号により駆動し、主バッテリ１０から供給された電力を降圧して補機バッテリ１１及び低圧負荷１５へと供給する。これにより、低圧負荷１５であるＥＣＵを起動させることができる。
【００２１】
なお、このとき、補機バッテリ１１への補充電及び低圧負荷１５への電力の供給を優先させるべく、システムメインリレー１４は、オフとされている。これは、車両が起動してエンジンによる発電が開始されれば、主バッテリ１０及び補機バッテリ１１への電力の供給が可能となり、それにより、高圧負荷１３への電力の供給も可能となるためである。そのため、車両の起動後に、システムメインリレー１４はオンとされる。
【００２２】
一方、高圧バッテリの容量が低下し、主バッテリ１０から高圧負荷１３への電力の供給が不能になった場合の電気経路を図３に示す。
【００２３】
高圧側制御電源２２は、主バッテリ１０の容量低下を検知しているため、ドライバ２１への電力の供給を停止している。一方、低圧側制御電源２３は、補機バッテリ１１から供給される電力を降圧してドライバ２１へ供給する。電力変換回路２０は、ドライバ２１から送信された制御信号により駆動し、主バッテリ１０から供給された電力を降圧して補機バッテリ１１及び低圧負荷１５へと供給する。
【００２４】
ところで、低圧負荷１５には、ＥＣＵ、ナビゲーション装置、オーディオ、盗難防止装置等の電子機器が含まれている。これら電子機器へは、内蔵するメモリへの電力の供給を継続するために、暗電流を流す必要がある。このとき、一般的には、補機バッテリ１１から低圧負荷１５へ暗電流を供給している。しかしながら、補機バッテリ１１は主バッテリ１０に対して相対的に最大容量が小さく、暗電流の供給により容量が低下し、劣化が進行する。
【００２５】
そこで、本実施形態では、高圧側制御電源２２が、車両のメインスイッチがオフとされることを契機として、ドライバ２１への電力の供給を行い、主バッテリ１０から電力変換回路２０を介した暗電流の供給を開始する。なお、暗電流を供給する際の電気経路は、図２で示した電気経路と同様のものであるため、その説明を省略する。
【００２６】
上記構成により、本実施形態に係る電源システムは以下の効果を奏する。
【００２７】
・補機バッテリ１１の容量が低下した場合には、主バッテリ１０から供給される電力を高圧側制御電源２２により降圧し、その高圧側制御電源２２から供給される電力により電力変換回路２０を駆動している。そのため、補機バッテリ１１の容量が低下した場合において、電力変換回路２０の駆動が不能となる事態を回避することができる。加えて、主バッテリ１０から低電圧回路側へ電力変換回路２０を介して供給される電力を供給することにより、補機バッテリ１１への補充電及び低圧負荷１５の起動を行うことができる。
【００２８】
・主バッテリ１０の容量が低下した場合には、補機バッテリ１１から供給される電力を低圧側制御電源２３により降圧し、その低圧側制御電源２３から供給される電力により電力変換回路２０を駆動している。そのため、主バッテリ１０の容量が低下した場合において、電力変換回路２０の駆動が不能となる事態を回避することができる。加えて、補機バッテリ１１から高電圧回路側へ電力変換回路２０を介して供給される電力を供給することにより、主バッテリ１０への補充電を行うことができる。
【００２９】
・低圧負荷１５への暗電流の供給を、補機バッテリ１１に対して相対的に最大容量の大きい主バッテリ１０の電力により行っている。そのため、補機バッテリ１１には、暗電流の供給に伴う容量の低下が生ずることがなく、容量の低下に伴う劣化を抑制することができる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る電源システムの回路図を図４に示す。本実施形態に係る電源システムは、第１実施形態車両に搭載されるものであり、主バッテリ１０が設けられた高電圧回路と、補機バッテリ１１が設けられた低電圧回路とは、電源装置である第１ＤＣＤＣコンバータ１６を介して接続されており、高電圧回路と低電圧回路との間で電力の授受を行う。
【００３１】
主バッテリ１０が設けられた高電圧回路には高圧負荷１３が設けられており、主バッテリ１０と高圧負荷１３とはシステムメインリレー１４を介して接続されている。
【００３２】
加えて、高電圧回路と低電圧回路とは、電源装置である第２ＤＣＤＣコンバータ１７を介して接続されている。この第２ＤＣＤＣコンバータ１７は、システムメインリレー１４に対して、高圧負荷１３側に接続されている。
【００３３】
第１ＤＣＤＣコンバータ１６は、第１電力変換回路２４と、第１ドライバ２５と、高圧側制御電源２６とを含んで構成されている。第１電力変換回路２４は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を備えた周知の回路であって、主バッテリ１０から供給される電力を降圧して低電圧回路へ供給する機能と、補機バッテリ１１から供給される電力を昇圧して高電圧回路へ供給する機能とを有している。第１ドライバ２５は、マイコンを備えた制御回路であり、第１電力変換回路２４のスイッチング素子へ制御信号を送信する。第１電力変換回路２４では、第１ドライバ２５から送信された制御信号によりスイッチング素子が開閉し、供給された電力を昇圧又は降圧して出力する。この第１ドライバ２５へは、高圧側制御電源２６から電力が供給される。
【００３４】
第２ＤＣＤＣコンバータ１７は、第２電力変換回路２７と、第２ドライバ２８と、低圧側制御電源２９とを含んで構成されている。
【００３５】
第２電力変換回路２７は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を備えた周知の回路であって、補機バッテリ１１から供給される電力を昇圧して高電圧回路へ供給する機能のみを有している。第２ドライバ２８は、マイコンを備えた制御回路であり、第２電力変換回路２７のスイッチング素子へ制御信号を送信する。第２電力変換回路２７では、第２ドライバ２８から送信された制御信号によりスイッチング素子が開閉し、供給された電力を昇圧又は降圧して出力する。この第２ドライバ２８へは、低圧側制御電源２９から電力が供給される。
【００３６】
なお、本実施形態における高圧側制御電源２６及び低圧側制御電源２９は、第１実施形態における高圧側制御電源２２及び低圧側制御電源２３と実質的に同一のものであるため、その説明を省略する。
【００３７】
続いて、第１ＤＣＤＣコンバータ１６又は第２ＤＣＤＣコンバータ１７のいずれか一方を用いて電力の授受を行う場合の電気経路を、図５及び図６を用いて説明する。
【００３８】
図５は、補機バッテリ１１の容量が低下し、補機バッテリ１１から低圧負荷１５への電力の供給が不能になった場合の電気経路を示している。この場合では、補機バッテリ１１から供給される電力は低圧負荷１５であるＥＣＵを起動させるうえで不十分であり、車両を起動させることができない。
【００３９】
そのため、運転者からのメインスイッチへの操作に基づき、高圧側制御電源２６は、主バッテリ１０から供給される電力を降圧して第１ドライバ２５へ供給する。第１電力変換回路２４は、第１ドライバ２５から送信された制御信号により駆動し、主バッテリ１０から供給された電力を降圧して補機バッテリ１１及び低圧負荷１５へと供給する。これにより、低圧負荷１５であるＥＣＵを起動させることができる。なお、このとき、第１実施形態と同様に、補機バッテリ１１への補充電及び低圧負荷１５への電力の供給を優先させるべく、システムメインリレー１４は、オフとされている。
【００４０】
図６は、主バッテリ１０の容量が低下し、主バッテリ１０から高圧負荷１３への電力の供給が不能になった場合の電気経路を示している。
【００４１】
低圧側制御電源２９は、補機バッテリ１１から供給される電力を降圧して第２ドライバ２８へ供給する。第２電力変換回路２７は、第２ドライバ２８から送信された制御信号により駆動し、補機バッテリ１１から供給された電力を昇圧して出力する。この場合には、システムメインリレー１４をオンとしたうえで、主バッテリ１０及び高圧負荷１３へ電力の供給を行うものとしてもよいし、システムメインリレー１４をオンとせず、高圧負荷１３へのみ電力の供給を行うものとしてもよい。
【００４２】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、車両の非起動時には主バッテリ１０から第１ＤＣＤＣコンバータ１６を介して、低圧負荷１５へ暗電流を供給する。この場合の電気経路は、図５に示したものと同様のものとなる。
【００４３】
上記構成により、本実施形態に係る電源システムは、第１実施形態に係る電源システムが奏する効果に準ずる効果を奏する。
＜変形例＞
・第２実施形態において、第１電力変換回路２４を双方向での電力の授受を可能なものとしているが、この限りではなく、少なくとも主バッテリ１０から供給される電力を降圧する機能を備えていればよい。
【００４４】
・第２実施形態において、第２電力変換回路２７を、補機バッテリ１１から供給される電力を昇圧する機能のみを有するものとしているが、この限りではなく、双方向での電力の授受を可能なものとしてもよい。
【００４５】
・第２実施形態では、第２ＤＣＤＣコンバータ１７をシステムメインリレー１４よりも高圧負荷１３側に設けているが、システムメインリレー１４よりも主バッテリ１０側に設けるものとしてもよい。
【００４６】
・第２実施形態において、第１ＤＣＤＣコンバータ１６と第２ＤＣＤＣコンバータ１７とを設けるものとしているが、ＤＣＤＣコンバータの数はこれに限られず、３以上のＤＣＤＣコンバータを設けてもよい。
【００４７】
・上記各実施形態において、主バッテリ１０と補機バッテリ１１とを設けるものとしているが、バッテリの数はこれに限られず、３以上のバッテリを設けてもよい。この場合には、各バッテリ間で電力の授受が可能となるように、ＤＣＤＣコンバータを設けるものとすればよい。
【００４８】
・上記実施形態では、電源システムが車両に搭載されるものとしたが、搭載対象は車両に限られることはなく、車両以外の移動体に搭載することもでき、また、移動体以外にも搭載することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…主バッテリ、１１…補機バッテリ、２０…電力変換回路、２１…ドライバ、２２…高圧側制御電源、２３…低圧側制御電源、２４…第１電力変換回路、２５…第１ドライバ、２６…高圧側制御電源、２７…第２電力変換回路、２８…第２ドライバ、２９…低圧側制御電源。
【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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