(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電力の電圧値を調整するＤＣ−ＤＣコンバータと、
電圧値が調整された前記電力を蓄電するキャパシタと、
前記キャパシタの負極とグランドとの間に設けられたスイッチと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記電圧値の調整動作を行っていないタイミングで前記スイッチに電流を供給する電流供給回路と、
前記スイッチをオン状態からオフ状態に制御した場合に前記電流供給回路から前記スイッチに電流が流れるか否かに従って前記スイッチの故障の有無を判定し、前記スイッチをオフ状態からオン状態に制御した場合に前記電流供給回路から前記スイッチに電流が流れるか否かに従って前記スイッチの故障の有無を判定する制御部と
を含む電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムであって、
前記電流供給回路は、
前記制御部と一端が接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗の他端と一端が接続され、グランドと他端が接続された第２の抵抗と、
前記第１の抵抗の前記他端とベース端子が接続され、前記第２の抵抗の前記他端とエミッタ端子が接続された第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのコレクタ端子と一端が接続された第３の抵抗と、
前記第３の抵抗の他端と一端が接続され、所定の電圧源と他端が接続された第４の抵抗と、
前記第４の抵抗の前記一端とベース端子が接続され、前記電圧源とエミッタ端子が接続された第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタのコレクタ端子と一端が接続され、前記キャパシタの負極側にある前記スイッチの端子と他端が接続された第５の抵抗と、
前記第５の抵抗の他端とグランドとの間の電圧値を測定する電圧センサと
を含み、
前記制御部は、
前記スイッチをオン状態からオフ状態にし、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタをオフ状態からオン状態にした場合に、前記電圧センサにより測定された前記電圧値に従って前記スイッチの故障の有無を判定し、
前記スイッチをオフ状態からオン状態にし、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタをオフ状態からオン状態にした場合に、前記電圧センサにより測定された前記電圧値に従って前記スイッチの故障の有無を判定する
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、
前記制御部は、
前記スイッチをオン状態からオフ状態にし、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタをオフ状態からオン状態にし、
前記電圧センサにより測定された前記電圧値がハイレベルならば前記スイッチは正常であると判定し、前記電圧センサにより測定された前記電圧値がローレベルならば前記スイッチはオン故障していると判定し、
前記スイッチをオフ状態からオン状態にし、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタをオフ状態からオン状態にし、
前記電圧センサにより測定された前記電圧値がローレベルならば前記スイッチは正常であると判定し、前記電圧センサにより測定された前記電圧値がハイレベルならば前記スイッチはオフ故障していると判定する
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】
近年、車両減速時にオルタネータにより発電された回生電力を蓄電するために、補機バッテリの他にキャパシタを含む電源システムが搭載された車両がある。こうしたキャパシタには、ＤＣ−ＤＣ（Direct Current - Direct Current）コンバータにより回生電力の電圧値が調整された上で蓄電される。ＤＣ−ＤＣコンバータの不具合等に起因してキャパシタの定格電圧を超える過電圧がＤＣ−ＤＣコンバータからキャパシタへ出力された場合、キャパシタが破損する可能性がある。そこで、キャパシタに過電圧が印加されることを防止するために、次のように構成することが考えられる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータとキャパシタとの間にスイッチが設けられる。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力が過電圧であることが検出されると、スイッチがオフにされてキャパシタへの充電が停止される。
【０００３】
なお、関連する技術として特許文献１に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の構成では、過電圧が検出されない場合にはスイッチが正常にオンにされ、過電圧が検出された場合にはスイッチが正常にオフにされることが要求される。このため、上記の構成が採られた電源システムの信頼性を高めるためには、スイッチの故障の有無が判定できることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、キャパシタの負極とグランドとの間にスイッチが設けられる場合には、キャパシタの負極側がグランドに対してフローティング状態となる。このため、キャパシタの負極とグランドとの間の電位差に基づいてスイッチのオフ故障及びオン故障の有無を判定することはできない。
【０００７】
本発明の一側面に係る目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータから過電圧が出力された場合にキャパシタへの充電を停止させるために該キャパシタの負極とグランドとの間に設けられたスイッチの故障の有無を判定できる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一つの形態である電源システムは、ＤＣ−ＤＣコンバータ、キャパシタ、スイッチ、電流供給回路、及び制御部を含む。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力された電力の電圧値を調整する。キャパシタは、電圧値が調整された電力を蓄電する。スイッチは、キャパシタの負極とグランドとの間に設けられる。
【０００９】
電流供給回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータが電圧値の調整動作を行っていないタイミングでスイッチに電流を供給する。制御部は、スイッチをオン状態からオフ状態に制御した場合に電流供給回路からスイッチに電流が流れるか否かに従ってスイッチの故障の有無を判定する。また、制御部は、スイッチをオフ状態からオン状態に制御した場合に電流供給回路からスイッチに電流が流れるか否かに従ってスイッチの故障の有無を判定する。
【発明の効果】
【００１０】
一実施形態に従った電源システムよれば、ＤＣ−ＤＣコンバータから過電圧が出力された場合にキャパシタへの充電を停止させるために該キャパシタの負極とグランドとの間に設けられたスイッチの故障の有無を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に従った電源システムの構成例を示す図である。
【図２】実施形態に従った電流供給回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った電源システムの構成例を示す図である。図１に示す電源システム１は、例えば、車両に搭載される。電源システム１は、オルタネータ１１、バッテリ１２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、キャパシタ１４、電圧センサ１５、及びスイッチ１６を含む。
【００１３】
オルタネータ１１は、例えば、車両減速時に車輪（図示せず）から伝達された運動エネルギを電気エネルギに変換することで発電する。また、オルタネータ１１は、例えば、バッテリ１２やキャパシタ１４の蓄電量が減少した場合に、車両内のエンジン（図示せず）から伝達された運動エネルギを電気エネルギに変換することで発電する。
【００１４】
バッテリ１２は、例えば、鉛蓄電池である。バッテリ１２は、例えば、車両内の電装機器（図示せず）を動作させるための電力を蓄電する。また、バッテリ１２に蓄電された電力は、例えば、キャパシタ１４の蓄電量が減少した場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介してキャパシタ１４に給電するためにも用いられる。
【００１５】
バッテリ１２には、オルタネータ１１により発電された電力が蓄電される。また、バッテリ１２には、キャパシタ１４から供給された電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して蓄電される。
【００１６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、入力された電力の電圧値を調整する。すなわち、図１に示す構成例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、オルタネータ１１又はバッテリ１２から出力された電力の電圧値を調整し、電圧値が調整された電力をキャパシタ１４へ出力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１４から出力された電力の電圧値を調整し、電圧値が調整された電力をバッテリ１２へ出力する。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータであってよい。
【００１７】
なお、本明細書において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３による電圧値の調整とは、昇圧及び降圧の何れか一方を行うことを意味する。例えば、バッテリ１２の定格電圧よりもキャパシタ１４の定格電圧が低い場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、バッテリ１２からの出力電圧をキャパシタ１４の定格電圧に応じて降圧してキャパシタ１４へ供給する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１４からの出力電圧をバッテリ１２の定格電圧に応じて昇圧してバッテリ１２へ供給する。一方、バッテリ１２の定格電圧よりもキャパシタ１４の定格電圧が高い場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、バッテリ１２からの出力電圧をキャパシタ１４の定格電圧に応じて昇圧してキャパシタ１４へ供給する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１４からの出力電圧をバッテリ１２の定格電圧に応じて降圧してバッテリ１２へ供給する。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、昇圧動作及び降圧動作が可能なＤＣ−ＤＣコンバータであってよい。
【００１８】
キャパシタ１４は、例えば、アイドリングストップ等により停止中のエンジンを始動する際にスタータモータ（図示せず）を駆動するための電力を蓄電する。また、キャパシタ１４は、例えば、エンジンの始動後でオルタネータの停止中に、車両内の電装機器を動作させるための電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介してバッテリ１２に供給する。
【００１９】
キャパシタ１４には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３により電圧値が調整された電力が蓄電される。例えば、キャパシタ１４には、車両減速時等の際にオルタネータ１１により発電された電力（回生電力）がＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して蓄電される。また、キャパシタ１４には、バッテリ１２から供給された電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して蓄電される。
【００２０】
電圧センサ１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３からの出力電圧の値を測定する。
スイッチ１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３から過電圧が出力された場合にキャパシタ１４への充電を停止させるためのスイッチである。図１に示す構成例では、スイッチ１６は、キャパシタ１４の負極とグランドとの間に設けられる。グランド側にあるスイッチ１６の端子が車両のボデーに接続される場合、該端子とグランドとを接続するためのハーネスは不要になる。したがって、キャパシタ１４の負極とグランドとの間にスイッチ１６を設ければ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とキャパシタ１４との間にスイッチ１６を設けるためのハーネスの本数を削減でき、組み付けの自由度を上げることができる。
【００２１】
図１に示す構成例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、制御部１３１及び電流供給回路１３２を含む。
制御部１３１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３全体の動作を制御する。例えば、制御部１３１は、電圧センサ１５により測定された、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧の値が所定値を超えるか否かを監視する。所定値は、例えば、キャパシタ１４の定格電圧である。所定値を超える出力電圧が検出された場合、制御部１３１はスイッチ１６をオフにする。スイッチ１６がオフにされると、キャパシタ１４への充電が停止される。このため、所定値を超える過電圧がキャパシタ１４に印加されることを防止できる。
【００２２】
なお、図１に示す一例とは異なり、次のように構成してもよい。すなわち、制御部１３１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧の値を、走行ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の、電源システム１全体を制御する制御装置（図示せず）へ送信する。制御装置は、受信した出力電圧の値が所定値を超える場合、スイッチ１６をオフにする。こうした構成によっても、所定値を超える過電圧がキャパシタ１４に印加されることを防止できる。
【００２３】
電流供給回路１３２は、スイッチ１６の故障の有無を判定するためにスイッチ１６に電流を供給する回路である。スイッチ１６の故障の有無を判定するために電流供給回路１３２が用いられる理由は以下の説明のとおりである。
【００２４】
例えば、スイッチ１６の代わりに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とキャパシタ１４の正極との間にスイッチが設けられる構成を仮定する。この仮定の構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とキャパシタ１４との間の電位差をスイッチのオン時及びオフ時に夫々測定し、測定された各電位差に基づいてスイッチのオフ故障及びオン故障の有無を判定することが可能である。しかしながら、図１に示すように、キャパシタ１４の負極とグランドとの間にスイッチ１６が設けられる場合には、キャパシタ１４の負極側がグランドに対してフローティング状態となる。このため、キャパシタ１４の負極とグランドとの間の電位差に基づいてスイッチ１６のオフ故障及びオン故障の有無を判定することはできない。そこで、スイッチ１６の故障の有無を判定するために、スイッチ１６の両端子に接続された電流供給回路１３２が設けられる。そして、スイッチ１６がオン状態からオフ状態に制御された場合に電流供給回路１３２から供給された電流がスイッチ１６に流れればスイッチ１６のオン故障と判定されるように構成される。また、スイッチ１６がオフ状態からオン状態に制御された場合に電流供給回路１３２から供給された電流がスイッチ１６に流れなければスイッチ１６のオフ故障と判定されるように構成される。
【００２５】
電流供給回路１３２は、制御部１３１の制御に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３が電圧値の調整動作を行っていない所定のタイミングでスイッチ１６に電流を供給する。例えば、電流供給回路１３２は、制御部１３１の制御に従って、エンジンを始動及び停止させるイグニッションキー（図示せず）がオン又はオフにされたタイミングでスイッチ１６に電流を供給する。
【００２６】
図２は、実施形態に従った電流供給回路の構成例を示す図である。図２に示す構成例では、電流供給回路１３２は、第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３、第４の抵抗Ｒ４、第５の抵抗Ｒ５、第１のトランジスタＴ１、第２のトランジスタＴ２、及び電圧センサＳｖを含む。
【００２７】
第１の抵抗Ｒ１の一端は制御部１３１と接続される。第２の抵抗Ｒ２の一端は第１の抵抗Ｒ１の他端と接続され、第２の抵抗Ｒ２の他端はグランドと接続される。第１のトランジスタＴ１のベース端子は第１の抵抗Ｒ１の他端と接続され、第１のトランジスタＴ１のエミッタ端子は第２の抵抗Ｒ２の他端と接続される。第３の抵抗Ｒ３の一端は第１のトランジスタＴ１のコレクタ端子と接続される。
【００２８】
第４の抵抗Ｒ４の一端は第３の抵抗Ｒ３の他端と接続され、第４の抵抗Ｒ４の他端は所定の電圧源Ｖｃｃと接続される。第２のトランジスタＴ２のベース端子は第４の抵抗Ｒ４の一端と接続され、第２のトランジスタＴ２のエミッタ端子は電圧源Ｖｃｃと接続される。第５の抵抗Ｒ５の一端は第２のトランジスタＴ２のコレクタ端子と接続され、第５の抵抗Ｒ５の他端はキャパシタ１４の負極側にあるスイッチ１６の端子と接続される。
【００２９】
電圧センサＳｖは、第５の抵抗Ｒ５の他端とグランドとの間の電圧値を測定する。制御部１３１は、第１のトランジスタＴ１のベース電流とスイッチ１６のオン及びオフとの制御を実行する。そして、制御部１３１は、こうした制御を実行した際に電圧センサＳｖにより測定された電圧値に従って、第５の抵抗Ｒ５からスイッチ１６に電流が流れているか否かを判定する。
【００３０】
具体的には、例えば、制御部１３１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３が電圧値の調整動作を行っていない所定のタイミングにおいて、オン状態のスイッチ１６をオフ状態にする。また、制御部１３１は、第１のトランジスタＴ１がオフ状態からオン状態になるように第１のトランジスタＴ１のベース端子に電流を流す。第１のトランジスタＴ１がオン状態になると、電圧源Ｖｃｃとグランドとの電位差に従って、第４の抵抗Ｒ４及び第３の抵抗Ｒ３を介して第１のトランジスタＴ１のコレクタからエミッタへ電流が流れる。また、第３の抵抗Ｒ３を介して第２のトランジスタＴ２のベース端子に電流が流れ、第２のトランジスタＴ２はオフ状態からオン状態になる。この結果、制御部１３１の制御によってスイッチ１６が正常にオフ状態にあるならば、第２のトランジスタＴ２及び第５の抵抗Ｒ５を介してスイッチ１６に電流が流れない。一方、故障によりスイッチがオン状態にあるならば、第２のトランジスタＴ２及び第５の抵抗Ｒ５を介してスイッチ１６に電流が流れる。そこで、電圧センサＳｖにより測定された電圧値がハイレベル、すなわち電圧源Ｖｃｃの電圧値に近い値であるならば、制御部１３１は、スイッチ１６に電流が流れていない、すなわち、スイッチ１６は正常であると判定する。一方、電圧センサＳｖにより測定された電圧値がローレベル、すなわち０であるならば、制御部１３１は、スイッチ１６に電流が流れている、すなわち、スイッチ１６はオン故障していると判定する。
【００３１】
次に、制御部１３１は、第１のトランジスタＴ１がオン状態からオフ状態になるように第１のトランジスタＴ１のベース端子に流れる電流を減少させる。第１のトランジスタＴ１がオフ状態になると、第２のトランジスタＴ２のベース端子に流れる電流が減少し、第２のトランジスタＴ２はオン状態からオフ状態になる。
【００３２】
第１のトランジスタＴ１及び第２のトランジスタＴ２をオフ状態にすると、制御部１３１は、オフ状態のスイッチ１６をオン状態にする。そして、制御部１３１は、第１のトランジスタＴ１がオフ状態からオン状態になるように第１のトランジスタＴ１のベース端子に電流を流し、第１のトランジスタＴ１と共に第２のトランジスタＴ２をオン状態にする。この結果、制御部１３１の制御によってスイッチ１６が正常にオン状態にあるならば、第２のトランジスタＴ２及び第５の抵抗Ｒ５を介してスイッチ１６に電流が流れる。一方、故障によりスイッチがオフ状態にあるならば、第２のトランジスタＴ２及び第５の抵抗Ｒ５を介してはスイッチ１６に電流が流れない。そこで、電圧センサＳｖにより測定された電圧値がローレベル、すなわち０であるならば、制御部１３１は、スイッチ１６に電流が流れている、すなわち、スイッチ１６は正常であると判定する。一方、電圧センサＳｖにより測定された電圧値がハイレベル、すなわち電圧源Ｖｃｃの電圧値に近い値であるならば、制御部１３１は、スイッチ１６に電流が流れていない、すなわち、スイッチ１６はオフ故障していると判定する。
【００３３】
スイッチ１６のオン故障及びオフ故障の少なくとも一方が検出された場合、制御部１３１は、検出されたスイッチ１６の故障を走行ＥＣＵ等の制御装置（図示せず）へ送信してもよい。
【００３４】
スイッチ１６の故障判定が上述のように所定のタイミングで実行されると、制御部１３１は、第１のトランジスタＴ１がオン状態からオフ状態になるように第１のトランジスタＴ１のベース端子に流れる電流を減少させる。第１のトランジスタＴ１がオフ状態になると、第２のトランジスタＴ２のベース端子に流れる電流が減少し、第２のトランジスタＴ２はオン状態からオフ状態になる。この結果、第２のトランジスタＴ２及び第５の抵抗Ｒ５を介した電流はスイッチ１６に流れない。したがって、スイッチ１６の故障判定が上述のように所定のタイミングで実行されても、所定のタイミング以外の期間でＤＣ−ＤＣコンバータ１３が行う電力の電圧値の調整動作には影響を及ぼさない。
【００３５】
以上の説明から理解できるように、実施形態に従った電源システムよれば、ＤＣ−ＤＣコンバータから過電圧が出力された場合にキャパシタへの充電を停止させるために該キャパシタの負極とグランドとの間に設けられたスイッチの故障の有無を判定でき、電源システムの信頼性を向上させることができる。
【００３６】
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    電源システム
１１    オルタネータ
１２    バッテリ
１３    ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３１    制御部
１３２    電流供給回路
１４    キャパシタ
１５    電圧センサ
１６    スイッチ
Ｒ１    第１の抵抗
Ｒ２    第２の抵抗
Ｒ３    第３の抵抗
Ｒ４    第４の抵抗
Ｒ５    第５の抵抗
Ｔ１    第１のトランジスタ
Ｔ２    第２のトランジスタ
Ｓｖ    電圧センサ
Ｖｃｃ      電圧源
【図１】
0006424784.tif 000002
【図２】
0006424784.tif 000003