(57)【要約】【課題】昇圧スイッチング素子の短絡時に当該素子を回路から切り離すヒューズを備えるとともに、短絡時にヒューズが切れなかったときに備えて電圧コンバータを利用してヒューズを溶断する仕組みを備えた電源システムを提供する。【解決手段】電源システム２の第１電圧コンバータ１０は、低電圧端３と高電圧端４がそれぞれメインバッテリ１２とインバータ１４ａに接続されている。第２電圧コンバータ２５は、低電圧端と高電圧端がそれぞれサブバッテリ２５と第１電圧コンバータ１０に接続されている。第１電圧コンバータ１０は、昇圧スイッチング素子７ｂと直列に接続されているヒューズ１９を備えている。コントローラ１１は、昇圧スイッチング素子７ｂが短絡故障を生じたときにヒューズ１９が溶断していない場合、第２電圧コンバータ２１を作動させ、サブバッテリ２５の電力を第１電圧コンバータ１０に供給してヒューズ１９を溶断する。【選択図】図１
2017103949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用モータを備える自動車用の電源システムであり、
直流電力を出力する主電源と、
前記主電源よりも低電圧の直流電力を出力する副電源と、
第１低電圧端が前記主電源に接続されており、第１高電圧端が前記走行用モータを駆動するインバータに接続されており、前記主電源の電力を昇圧して前記インバータに供給する第１電圧コンバータと、
第２低電圧端が前記副電源に接続されており、第２高電圧端が前記第１低電圧端又は前記第１高電圧端に接続されており、前記副電源の電力を昇圧して前記第１電圧コンバータに供給する第２電圧コンバータと、
コントローラと、
を備えており、
前記第１電圧コンバータは、
前記第１高電圧端の正極と負極の間に接続されている昇圧スイッチング素子と、
一端が前記昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が前記第１低電圧端の正極に接続されているリアクトルと、
前記第１低電圧端の正極と負極の間に接続されているコンデンサと、
前記昇圧スイッチング素子と直列に接続されているヒューズと、
を備えており、
前記コントローラは、前記昇圧スイッチング素子の短絡故障が検出されたとき前記ヒューズが溶断していない場合に前記第２電圧コンバータを作動させ、前記ヒューズに電圧を加えて前記ヒューズを溶断する、
電源システム。
【請求項２】
前記昇圧スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードをさらに備えており、
前記コントローラは、前記昇圧スイッチング素子と前記ダイオードの一方の短絡故障が検出されたときに、前記第２電圧コンバータを作動させ、前記ヒューズに電圧を加えて前記ヒューズを溶断する、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、走行用モータを備えた自動車に適した電源システムに関する。走行用モータを備えた自動車の典型は、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている電気自動車は、バッテリと昇圧コンバータを備えた電源システムを搭載している。昇圧コンバータは、バッテリの電力を昇圧し、走行用モータのインバータに電力を供給する。昇圧コンバータは、その高電圧端の正極と負極の間に接続されている昇圧スイッチング素子と、一端が昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が低電圧端の正極に接続されているリアクトルと、低電圧端の正極と負極の間に接続されているコンデンサと、昇圧スイッチング素子と直列に接続されている遮断機を備える。昇圧コンバータのコントローラは、昇圧スイッチング素子の短絡故障が検出されたときに、遮断機を作動させ、昇圧スイッチング素子を回路から切り離す。昇圧スイッチング素子が切り離されて回路の短絡が解消することで、電圧コンバータは昇圧動作はできずともバッテリの電力をインバータに供給することができ、走行を継続することができる。特許文献１では、火薬式の遮断機が推奨されている。火薬式の遮断機は、応答が早く、また、確実に昇圧スイッチング素子を切り離すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５４１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火薬式の遮断機、あるいは、ソレノイドやメカニカルリレーを用いた高性能の遮断機は高価である。電源システムのコストを抑えるには、安価な熱溶断式のヒューズを上記の遮断機の代わりに利用できるとよい。しかしながら、高性能な遮断機に比較するとヒューズは信頼性に劣り、短絡時に素早く切れない虞がある。ところで、電気自動車用の電源システムは、走行用モータのためのバッテリ（メインバッテリ）の他に、低電圧機器（補機）のためのバッテリ（サブバッテリ）を搭載している場合がある。その場合、電源システムは、メインバッテリの電力を降圧してサブバッテリを充電する別の電圧コンバータを伴う。本明細書は、昇圧スイッチング素子を回路から切り離すヒューズを備えるとともに、昇圧スイッチング素子の短絡故障時に仮にヒューズが切れなかったときに備えて別の電圧コンバータを利用してヒューズを強制的に溶断する仕組みを備えた電源システムを提供する。
【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、走行用モータを備える自動車に好適なデバイスである。その電源システムは、直流電力を出力する主電源、及び、主電源よりも低電圧の直流電力を出力する副電源と、第１電圧コンバータと、第２電圧コンバータと、コントローラを備える。第１電圧コンバータは、上記した昇圧コンバータに相当する。以下では、説明の便宜のため、第１電圧コンバータの低電圧端と高電圧端をそれぞれ第１低電圧端、第１高電圧端と称し、第２電圧コンバータの低電圧端と高電圧端をそれぞれ第２低電圧端、第２高電圧端と称する。第１電圧コンバータは、第１低電圧端が主電源に接続されており、第１高電圧端が走行用モータを駆動するインバータに接続されており、主電源の電力を昇圧してインバータに供給する。第２電圧コンバータは、第２低電圧端が副電源に接続されており、第２高電圧端が第１低電圧端又は第１高電圧端に接続されており、副電源の電力を昇圧して第１電圧コンバータに供給する。なお、第２電圧コンバータは、主電源の電力を降圧して第２低電圧端に出力する降圧機能を有していてもよい。第１電圧コンバータは、昇圧スイッチング素子と、リアクトルと、コンデンサと、ヒューズを備えている。昇圧スイッチング素子は、第１高電圧端の正極と負極の間に接続されている。リアクトルは、その一端が昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が第１低電圧端の正極に接続されている。コンデンサは、第１低電圧端の正極と負極の間に接続されている。ヒューズは、昇圧スイッチング素子と直列に接続されている。ヒューズは、昇圧スイッチング素子が短絡して過電流が流れると溶断する仕様であるが、不具合により溶断しないことが有り得る。そこで、コントローラは、ヒューズが溶断しなかったとき、第２電圧コンバータを作動させ、ヒューズ電圧を加えて（電流を流して）ヒューズを溶断する。なお、ヒューズが溶断したか否かの判定の例については、実施形態の欄において説明する。
【０００６】
上記の電源システムは、安価なヒューズを採用するとともに、昇圧スイッチング素子の短絡時に仮にヒューズが切れなかった場合にヒューズを強制的に溶断する手段を備えており、安価なヒューズの信頼性の低さを補う。本明細書が開示する技術の詳細およびさらなる改良は発明を実施するための形態の欄において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。
【図２】動力分割機構のスケルトン図である。
【図３】短絡故障時の処理（短絡対策処理）のフローチャートである。
【図４】第１変形例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。
【図５】第２変形例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。
【図６】第３変形例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して実施例の電源システムを説明する。実施例の電源システムは、ハイブリッド車に適用されている。図１に、実施例の電源システム２を含むハイブリッド車１００の電気系統のブロック図を示す。ハイブリッド車１００は、走行用に、エンジン１６と２個のモータ（第１モータ１５ａ、第２モータ１５ｂ）を備える。なお、第１モータ１５ａは、主として発電とエンジンのクランキングを行う。第１モータ１５ａは、直接には車両の推進力を出力しないが、後述する動力分割機構３０においてエンジントルクの一部を車軸に伝達することに寄与する。それゆえ第１モータ１５ａも走行用のモータとみなす。また、電気自動車やハイブリッド車の技術分野では、車両の駆動トルクに寄与するモータが発電機を兼ねることがよくある。本実施例の第１モータ１５ａと第２モータ１５ｂも発電することがあるが、本明細書では、発電する機能も含めて「モータ」と称する。
【０００９】
実施例の電源システム２は、メインバッテリ１２、サブバッテリ２５、システムメインリレー１３、第１電圧コンバータ１０、第２電圧コンバータ２１、及び、コントローラ１１を備える。電源システム２は、モータ１５ａを駆動するインバータ１４ａと、モータ１５ｂを駆動するインバータ１４ｂに電力を供給するとともに、補機２６にも電力を供給する。補機２６とは、ルームランプやカーオーディオなど、低電圧で動作するデバイスの総称である。電源システム２については後に詳しく説明する。
【００１０】
エンジン１６の出力トルクと第１モータ１５ａ、第２モータ１５ｂの出力トルクは動力分割機構３０によって適宜に分割、合成される。ここで、図２を参照して動力分割機構３０について説明する。
【００１１】
図２は、動力分割機構３０のスケルトン図である。動力分割機構３０は、プラネタリギア３１を主な部品とするギアセットである。プラネタリギア３１のサンギア３１ａが第１モータ１５ａに係合しており、キャリア３１ｂがエンジン１６に係合しており、リングギア３１ｃがアイドルギア３２を介して車軸１７に係合している。車軸１７の先はデファレンシャルギア３４が連結され、その先に駆動輪３５が取り付けられている。車軸１７には、リダクションギア３３を介して第２モータ１５ｂが係合している。なお、サンギア３１ａと第１モータ１５ａの間、あるいは、エンジン１６とキャリア３１ｂの間には別のギアが介在してもよい。第２モータ１５ｂと車軸１７の間にリダクションギア３３とは別のギアが介在してもよい。
【００１２】
ハイブリッド車１００は、発進時、及び、中低速域のエンジン効率の低い車速領域では、エンジン１６を停止し、第２モータ１５ｂで走行する。中高速域のエンジン効率の高い車速領域では、エンジン１６を作動させる。エンジン１６で走行する場合、車軸１７に連結されているリングギア３１ｃにエンジントルクが伝達されるように、サンギア３１ａに現れる反力を第１モータ１５ａが支える。このとき、第１モータ１５ａは、サンギア３１ａに現れる反力で発電する。発電で得た電力で第２モータ１５ｂを駆動し、車両の推進力を補助する。サンギア３１ａに現れる反力を支える第１モータ１５ａのトルクを負のトルクと称する。
【００１３】
仮にサンギア３１ａが無負荷であると、プラネタリギア３１の特性により、リングギア３１ｃにトルクが伝わらずにエンジンの回転数が上昇してしまう。即ちエンジンが吹き上がってしまう。第１モータ１５ａは、エンジン１６の出力トルクに対して逆向きの負のトルクを与え、エンジンの吹き上がりを抑えるとともにエンジンのトルクの一部がリングギア３１ｃ（即ち車軸１７）に伝達されるように補助する。
【００１４】
第１モータ１５ａが与える負のトルクとは、出力軸側から駆動されることを意味し、第１モータ１５ａは負のトルク（即ち出力軸側から駆動されるトルク）によって回転し、発電する。第１モータ１５ａの負のトルクの大きさは、第１モータ１５ａの起電力に依存し、その起電力は第１インバータ１４ａのスイッチング動作により調整される。第１モータ１５ａは、エンジン１６のクランキングにも用いられる。第１モータ１５ａが出力する正のトルクも第１インバータ１４ａによって調整される。即ち、第１モータ１５ａが正のトルクを出力する場合も負のトルクを出力する場合も第１インバータ１４ａによって制御される。
【００１５】
エンジン１６を停止して第２モータ１５ｂで走行する場合も、図２の動力分割機構３０（特にプラネタリギア３１）の特性により、第２モータ１５ｂの出力トルクの一部によって第１モータ１５ａが回転し、発電する。第１モータ１５ａの発電によって得た電力は、第２モータ１５ｂの駆動に使われる。
【００１６】
ハイブリッド車１００は、大きな加速力が必要な場合にはエンジン１６を作動させるとともに、メインバッテリ１２の電力も使って第２モータ１５ｂの出力を高める。ハイブリッド車１００は、ブレーキペダルが踏まれたときには、エンジン１６を停止し、車両の慣性力によって逆駆動される第１モータ１５ａ、第２モータ１５ｂによって発電する。発電で得た電力はメインバッテリ１２の充電や補機２６（図１参照）の駆動に用いられる。
【００１７】
第２モータ１５ｂの出力トルクは第２インバータ１４ｂによって調整される。先に述べたようにブレーキペダルが踏まれたときには第２モータ１５ｂも発電する。第２モータ１５ｂの発電力は、第２モータ１５ｂの起電力に依存し、その起電力は第２インバータ１４ｂのスイッチング動作により調整される。即ち、第２モータ１５ｂも、正のトルク出力と負のトルク出力に関わらずに第２インバータ１４ｂによって制御される。
【００１８】
以上の通り、第１モータ１５ａと第２モータ１５ｂは、プラネタリギア３１を介してエンジン１６と連動して回転する。いずれのモータも、車両の駆動トルクを得ることに機械的にも電気的にも寄与する。それゆえ、先に述べたように、第１モータ１５ａ、第２モータ１５ｂをともに走行用のモータと称する。なお、以下では、メインバッテリ１２の電力を使わずに主にエンジン１６を利用して走行することを、バッテリレス走行という。バッテリレス走行では、メインバッテリ１２は使わないが、第１モータ１５ａによる回生電力を使って第２モータ１５ｂを駆動し、車両の推進力を補助することがあってもよい。
【００１９】
図１に戻り、ハイブリッド車１００の電気系統の説明に戻る。ハイブリッド車１００は、第１インバータ１４ａ、第２インバータ１４ｂ、電源システム２、補機２６を備える。電源システム２は、メインバッテリ１２、サブバッテリ２５、システムメインリレー１３、第１電圧コンバータ１０、第２電圧コンバータ２１などを備える。第１電圧コンバータ１０は、メインバッテリ１２の電圧を昇圧して第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂに供給する昇圧機能と、第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂが出力する回生電力を降圧してメインバッテリ１２に供給する降圧機能の両方を有する。即ち、第１電圧コンバータ１０は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。第１電圧コンバータ１０の低電圧端３は、システムメインリレー１３を介してメインバッテリ１２に接続されている。第１電圧コンバータ１０の高電圧端４は第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂに接続されている。第１インバータ１４ａは第１モータ１５ａに交流電力を供給する。第２インバータ１４ｂは第２モータ１５ｂに交流電力を供給する。
【００２０】
第１電圧コンバータ１０の低電圧端３には、さらに、第２電圧コンバータ２１が接続されている。第２電圧コンバータ２１も双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。説明の便宜上、第１電圧コンバータ１０の低電圧端と高電圧端をそれぞれ第１低電圧端３、第１高電圧端４と称し、第２電圧コンバータ２１の低電圧端と高電圧端をそれぞれ第２低電圧端２４、第２高電圧端２３と称する。第２電圧コンバータ２１の低電圧端（第２低電圧端２４）はサブバッテリ２５（及び補機２６）に接続されており、高電圧端（第２高電圧端２３）は第１電圧コンバータ１０の第１低電圧端３に接続されている。なお、第２電圧コンバータ２１の低電圧端（第２低電圧端２４）の負極は、ボディグランドＧを介してサブバッテリ２５の負極と接続されている。補機２６の負極もボディグランドＧを介してサブバッテリ２５の負極と接続されている。
【００２１】
メインバッテリ１２の出力電圧は約３００ボルトであり、サブバッテリ２５の出力電圧は約１２ボルトである。即ち、サブバッテリ２５は、メインバッテリ１２よりも低電圧の直流電力を出力する。メインバッテリ１２は、例えばリチウムイオン電池であり、サブバッテリ２５は例えば鉛バッテリである。いずれのバッテリも充電が可能なリチャージャブルバッテリである。サブバッテリ２５は、キャパシタであってもよい。メインバッテリ１２の電力は主に第１、第２モータ１５ａ、１５ｂの駆動に用いられ、サブバッテリ２５の電力は主に補機２６の駆動に用いられる。
【００２２】
第１電圧コンバータ１０は、メインバッテリ１２の出力電圧を、第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂ（即ち、第１、第２モータ１５ａ、１５ｂ）が必要とする電圧まで昇圧する。その昇圧電圧は、例えば約６００ボルトである。第２電圧コンバータ２１は、メインバッテリ１２の出力電力を、約１２ボルトに降圧してサブバッテリ２５や補機２６に供給する。
【００２３】
第２電圧コンバータ２１は、また、サブバッテリ２５の約１２ボルトの電力を昇圧して第２高電圧端２３（第１低電圧端３）に出力することもできる。第２電圧コンバータ２１は、メインバッテリ１２が使えない場合にサブバッテリ２５の電力を昇圧して第１電圧コンバータ１０に供給する。メインバッテリ１２が使えず、エンジン１６も停止している場合、第２電圧コンバータ２１と第１電圧コンバータ１０と第１インバータ１４ａを作動させ、サブバッテリ２５の電力で第１モータ１５ａを駆動し、エンジン１６をクランキングする。エンジン１６が始動すれば、バッテリレス走行が可能となる。
【００２４】
第１電圧コンバータ１０の回路を説明する。第１電圧コンバータ１０は、２個のスイッチング素子７ａ、７ｂ、２個のダイオード８ａ、８ｂ、フィルタコンデンサ５、電流センサ２８、電圧センサ２９、リアクトル６を備える。２個のスイッチング素子７ａ、７ｂは、第１電圧コンバータ１０の高電圧端（第１高電圧端４）の正極４ａと負極４ｂの間に直列に接続されている。直列接続の高電位側に位置するスイッチング素子７ａは主として降圧に関与するので降圧スイッチング素子７ａと称する場合がある。直列接続の低電位側に位置するスイッチング素子７ｂは主として昇圧に関与するので昇圧スイッチング素子７ｂと称する場合がある。２個のスイッチング素子の両方を示すときには、スイッチング素子７ａ、７ｂと称する。２個のスイッチング素子７ａ、７ｂは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。２個のダイオード８ａ、８ｂはそれぞれ、スイッチング素子７ａ、７ｂのそれぞれに逆並列に接続されている。ダイオード８ａ、８ｂは還流ダイオードとも呼ばれる。なお、ダイオード８ａは主として昇圧に関与し、ダイオード８ｂは主として降圧に関与する。
【００２５】
リアクトル６は、その一端が、２個のスイッチング素子７ａ、７ｂの直列接続の中点に接続されており、他端は第１低電圧端３の正極３ａに接続されている。フィルタコンデンサ５は、第１低電圧端３の正極３ａと負極３ｂの間に接続されている。第１低電圧端３の負極３ｂは第１高電圧端４の負極４ｂと直接に接続されている。電圧センサ２９は、第１低電圧端３の正極３ａと負極３ｂの間に接続されている。電流センサ２８は、リアクトル６を流れる電流を計測する。電圧センサ２９は、第１低電圧端３の正極３ａと負極３ｂの間の電圧、即ち、メインバッテリ１２から供給される電力の電圧を計測する。電流センサ２８と電圧センサ２９の計測結果はコントローラ１１に送信される。
【００２６】
第１電圧コンバータ１０の回路構成は次のように別言することができる。昇圧スイッチング素子７ｂは、第１高電圧端４の正極４ａと負極４ｂの間に接続されている。リアクトル６は、一端が昇圧スイッチング素子７ｂの高電位側に接続されており、他端が第１低電圧端３の正極３ａに接続されている。フィルタコンデンサ５は、第１低電圧端３の正極３ａと負極３ｂの間に接続されている。降圧スイッチング素子７ａは、昇圧スイッチング素子７ｂとリアクトル６の接続点と、第１高電圧端４の正極４ａの間に接続されている。スイッチング素子７ａ、７ｂの夫々にダイオード８ａ、８ｂが接続されている。なお、昇圧スイッチング素子７ｂと直列にヒューズ１９が接続されている。ヒューズ１９については後述する。
【００２７】
第１電圧コンバータ１０の第１高電圧端４の正極４ａと負極４ｂの間には、平滑コンデンサ９が接続されている。平滑コンデンサ９は、第１電圧コンバータ１０から第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂに供給される電流の脈動を抑制するために挿入されている。
【００２８】
先に述べたように、第１電圧コンバータ１０は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。第１電圧コンバータ１０、及び、第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂ、第２電圧コンバータ２１は、コントローラ１１によって制御される。図１の記号、ＣＭＤ＿ｄ１、ＣＭＤ＿ｄ２は、それぞれ、第１、第２電圧コンバータ１０、２１への指令信号を意味する。図１の記号ＣＭＤ＿ｉ１、ＣＭＤ＿ｉ２は、それぞれ、第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂへの指令信号を意味する。記号ＣＭＤ＿ｒは、システムメインリレー１３への指令信号を意味する。すなわち、コントローラ１１は、システムメインリレー１３の開閉も制御する。コントローラ１１は、車両のメインスイッチが入れられるとシステムメインリレー１３を閉じ、メインバッテリ１２と第１電圧コンバータ１０を電気的に接続する。
【００２９】
コントローラ１１は、アクセルペダルやブレーキペダルの情報、速度、メインバッテリ１２の残量、エンジン燃料の残量などから車両が出力すべきトルク（要求トルク）を決定するとともに、要求トルクのエンジンとモータへの配分も決定する。そして、コントローラ１１は、第１、第２モータ１５ａ、１５ｂが出力すべきトルク、及び、サブバッテリ２５へ供給すべき電力に応じて、第１、第２電圧コンバータ１０、２１、及び、第１、第２インバータ１４ａ、１４ｂへ適切な指令を送る。
【００３０】
電源システム２は、２個のヒューズ（ヒューズ１８、ヒューズ１９）を備えている。ヒューズ１８は、メインバッテリ１２とシステムメインリレー１３の間に設けられている。ヒューズ１９は昇圧スイッチング素子７ｂと直列に接続されている。いずれのヒューズも熱溶断タイプのものである。ヒューズ１８は、メインバッテリ１２で短絡などの不具合が生じた場合に第１電圧コンバータ１０などの電子機器を保護するために設けられている。
【００３１】
ヒューズ１９は、昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂが短絡故障を起こしたときに昇圧スイッチング素子７ｂとダイオード８ｂを回路から切り離すために設けられている。昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂが短絡故障した場合、第１電圧コンバータ１０は、昇圧も降圧もできなくなる。しかし、第１電圧コンバータ１０の第１低電圧端３の正極３ａと負極３ｂの間（第１高電圧端４の正極４ａと負極４ｂの間）の短絡が解消すれば、メインバッテリ１２の電力をその出力電圧のままインバータ１４ａ、１４ｂに供給することは可能となる。即ち、メインバッテリ１２の電力で第１、第２モータ１５ａ、１５ｂを駆動し、走行を続けることができる。あるいは、エンジン１６が停止していた場合には、第１電圧コンバータ１０が昇圧機能と降圧機能を失っても正極と負極が短絡していなければ、第２電圧コンバータ２１を使ってメインバッテリ１２の電力で第１モータ１５ａを駆動し、エンジン１６をクランキングすることができる。あるいはまた、エンジン１６が停止していた場合には、第１電圧コンバータ１０が昇圧機能と降圧機能を失っても正極と負極が短絡していなければ、第２電圧コンバータ２１と第１インバータ１４ａを使ってサブバッテリ２５の電力で第１モータ１５ａを駆動し、エンジン１６をクランキングすることができる。エンジン１６が始動すれば、バッテリレス走行を続けることができる。
【００３２】
このように、電源システム２は、昇圧スイッチング素子７ｂとダイオード８ｂの一方が短絡故障を生じても、ヒューズ１９が溶断することによって第１高電圧端４に所定の電力を供給することができる。ただし、ヒューズ１９は先に述べたように熱溶断タイプであり、火薬式等の遮断機よりも低コストであるが信頼性が高くない。昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂの短絡時にヒューズ１９が溶断されないと、走行を続けることができなくなる。
【００３３】
そこで電源システム２は、万が一ヒューズ１９が溶断しない場合は、第２電圧コンバータ２１を使ってサブバッテリ２５の電力でヒューズ１９の両端電圧を増し、ヒューズ１９を強制的に溶断する。次に、ヒューズ１９の強制溶断を含めた短絡時の処理を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
図３は、第１電圧コンバータ１０で短絡故障が検知されたときの対策処理（短絡対策処理）のフローチャートである。図３の処理は、コントローラ１１が実行する。コントローラ１１は、第１低電圧端３の両端電圧を計測する電圧センサ２９を備えており、電圧センサ２９の計測値がゼロに近い所定閾値を下回ったら昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂで短絡故障が生じたとして、図３の処理を開始する。なお、図３における記号「ＳＭＲ」はシステムメインリレー１３を意味し、「ＤＤＣ２」は第２電圧コンバータ２１を意味する。また、記号「ＶＬ」は、第１電圧コンバータ１０の低電圧端（第１低電圧端３）の正極３ａと負極３ｂの間の電圧を意味する。記号「Ｖｔｈ」は、ゼロに近い所定の電圧値（破断判定閾値電圧）を意味する。
【００３５】
なお、昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂの短絡故障以外にも、例えばフィルタコンデンサ５の短絡故障のときにも電圧センサ２９の計測値が所定閾値を下回る。フィルタコンデンサ５短絡故障検知は、別の処理で行われる。例えば、コントローラ１１は、電圧センサ２９の計測値と電流センサ２８の計測値の両方の情報を使って、フィルタコンデンサ５の短絡を判断する。本明細書は、昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂの短絡故障時の処理に焦点をあてて説明するものである。
【００３６】
短絡が検知されると、コントローラ１１はまず、システムメインリレー１３を開き、メインバッテリ１２を第１電圧コンバータ１０から切り離す（Ｓ２）。これは、第１電圧コンバータ１０の短絡の影響がメインバッテリ１２に及ばないようにするためである。具体的には、ヒューズ１８の溶断を防ぐとともに、メインバッテリ１２の過放電を防ぐためである。
【００３７】
次にコントローラ１１は、エンジン１６が停止中か否かをチェックする（Ｓ３）。エンジン１６が停止中でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、即ち、エンジン１６が動作中の場合、コントローラ１１は、降圧スイッチング素子７ａをオフし、第１電圧コンバータ１０を第１インバータ１４ａ（第２インバータ１４ｂ）から切り離す（Ｓ１２）。そして、コントローラ１１は、走行モードをバッテリレス走行モードに設定する（Ｓ１０）。先に述べたように、バッテリレス走行モードとは、メインバッテリ１２の電力を使わずに主にエンジン１６を利用して走行するモードである。
【００３８】
一方、ステップＳ３にて、エンジン１６が停止中の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、第２電圧コンバータ２１による昇圧動作を開始する（Ｓ４）。第２電圧コンバータ２１が昇圧動作を開始すると、第２電圧コンバータ２１の第２高電圧端２３、即ち、第１電圧コンバータ１０の低電圧端３の間に電力が供給される。
【００３９】
昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂが短絡した場合、通常であれば、ステップＳ２によりシステムメインリレー１３を開く前に、ヒューズ１９に過電流が流れ、ヒューズ１９が溶断する。ヒューズ１９が溶断すれば、第１電圧コンバータ１０の短絡は解消する。ヒューズ１９が溶断していれば、ステップＳ４で第２電圧コンバータ２１の昇圧動作を開始すると、第２電圧コンバータ２１の高電圧端（第２高電圧端２３）から出力される電力により、第１低電圧端３の正極３ａと負極３ｂの間の電圧ＶＬが上昇する。電圧ＶＬが所定の電圧（破断判定閾値電圧Ｖｔｈ）以上に上昇すれば、ヒューズ１９が溶断していると判断できる（Ｓ５：ＹＥＳ）。一方、電圧ＶＬが破断判定閾値電圧Ｖｔｈを上回らなければ（Ｓ５：ＮＯ）、ヒューズ１９は正常に溶断せず、つながったままになっていると判定できる。破断判定閾値電圧Ｖｔｈにはゼロに近い値が設定されている。また、図示していないが、ステップＳ４の処理の後、ヒューズ１９が溶断していない場合に電圧ＶＬが上昇するのを待つために数秒のウエイト時間が設定されている。
【００４０】
ヒューズ１９が溶断していなかった場合、即ち、第２電圧コンバータ２１が昇圧動作を開始しても電圧ＶＬが破断判定閾値電圧Ｖｔｈを越えない場合（Ｓ５：ＮＯ）、コントローラ１１は、第２電圧コンバータ２１の出力を上げる（Ｓ６）。すなわち、ヒューズ１９の両端にさらなる電圧を加える。コントローラ１１は、ヒューズ１９が溶断するまで、即ち、ステップＳ５の判断が「ＹＥＳ」となるまで、第２電圧コンバータ２１の出力を増加する（Ｓ５：ＮＯ、Ｓ６）。ステップＳ５とＳ６のループを繰り返すうちにヒューズ１９が溶断すると、ステップＳ５の判断が「ＹＥＳ」となる。なお、昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂのいずれかが短絡故障を生じたときにヒューズ１９が適切に溶断している場合は、ステップＳ４の処理の次のステップＳ５の処理において判断が「ＹＥＳ」となる。
【００４１】
ステップＳ５の判断が「ＹＥＳ」の場合、コントローラ１１は、モータ１５ａがエンジン１６をクランキングするのに十分な電力が第１インバータ１４ａに供給されるように、第２電圧コンバータ２１の出力を調整する（Ｓ７）。第２電圧コンバータ２１の出力電圧がクランキングに適切な値になったらコントローラ１１は、第１インバータ１４ａを作動させ、即ち、第１モータ１５ａを駆動し、エンジン１６をクランキングする（Ｓ８）。エンジン１６が始動したらコントローラ１１は第２電圧コンバータ２１を停止する（Ｓ９）。そして、コントローラ１１は、走行モードをバッテリレス走行モードに設定し、処理を終了する（Ｓ１０）。バッテリレス走行モードについては先に述べた通りである。
【００４２】
図３のフローチャートの処理、特に、ステップＳ５、Ｓ６が、ヒューズ１９の強制溶断の処理に相当する。ステップＳ５、Ｓ６を含む図３の処理を備えることで、電源システム２は、安価なヒューズ１９が万が一正常に溶断しないときにサブバッテリ２５と第２電圧コンバータ２１を使ってヒューズ１９を強制的に溶断することができる。即ち、電源システム２は、昇圧スイッチング素子７ｂとダイオード８ｂのいずれかが短絡故障を起こした場合、昇圧スイッチング素子７ｂとダイオード８ｂを確実に回路から切り離すことができ、走行を続けることができる。
【００４３】
なお、図示は省略しているが、ステップＳ５とＳ６のループを繰り返してもヒューズ１９が溶断せずに電圧ＶＬが上限値に達した場合の処理は別に設けてある。
【００４４】
変形例の電源システムについて説明する。図４に、第１変形例の電源システム２ａを含むハイブリッド車１００ａのブロック図を示す。図４のブロック図において、図１のブロック図と同じ部品には同じ符号を付した。第１のブロック図の部品と同じ部品については説明を省略する。
【００４５】
第１変形例の電源システム２ａは、第２電圧コンバータ２１の高電圧端（第２高電圧端２３）の接続先が実施例の電源システム２と異なる。実施例の電源システム２では、第２高電圧端２３は、第１電圧コンバータ１０の低電圧端（第１低電圧端３）に接続されていたが、第１変形例では、第１電圧コンバータ１０の高電圧端（第１高電圧端４）に接続されている点が異なる。図４の電源システム２ａの場合、図３の処理において、ステップＳ４の前に、降圧スイッチング素子７ａをオンする（導通状態にする）処理が追加される。降圧スイッチング素子７ａをオンすることによって、第１高電圧端４からヒューズ１９の両端へ電圧を加えることができるようになる。降圧スイッチング素子７ａをオンする処理以外は、図３の処理がそのまま使える。
【００４６】
図５に、第２変形例の電源システム２ｂを含むハイブリッド車１００ｂのブロック図を示す。図５のブロック図において、図１のブロック図と同じ部品には同じ符号を付した。第１のブロック図の部品と同じ部品については説明を省略する。
【００４７】
第２変形例の電源システム２ｂは、図１の電源システム２に、第３電圧コンバータ４１が追加されている。第３電圧コンバータ４１は、降圧動作のみができる電圧コンバータであり、高電圧端（第３高電圧端４２）がメインバッテリ１２に接続されており、低電圧端（第３低電圧端４３）はサブバッテリ２５に接続されている。なお、第３高電圧端４２は、システムメインリレー１３よりもメインバッテリ側でメインバッテリ１２に接続されている。また、第３低電圧端４３の負極は、ボディグランドＧを介してサブバッテリ２５の負極と接続されている。第３電圧コンバータ４１もコントローラ１１に制御される。図５中の符号ＣＭＤ＿ｄ３が、コントローラ１１から第３電圧コンバータ４１への指令信号を意味する。なお、第３高電圧端４２とメインバッテリ１２の間には別のヒューズ４５が備えられている。
【００４８】
先に述べたように、第３電圧コンバータ４１は、システムメインリレー１３よりもメインバッテリ側でメインバッテリ１２に接続されている。それゆえ、電源システム２ｂは、システムメインリレー１３が開かれていても、メインバッテリ１２を使ってサブバッテリ２５を充電することができる。電源システム２ｂを採用する場合、バッテリレス走行モードにおいて、エンジン１６で走行しつつ、コントローラ１１は、第３電圧コンバータ４１を使ってサブバッテリ２５を充電する。
【００４９】
図５の変形例の場合において、第２電圧コンバータ２１の高電圧端（第２高電圧端２３）は、第１電圧コンバータ１０の高電圧端（第１高電圧端４）に接続されていてもよい。
【００５０】
図６に、第３変形例の電源システム２ｃを含むハイブリッド車１００ｃのブロック図を示す。図６のブロック図において、図１のブロック図と同じ部品には同じ符号を付した。第１のブロック図の部品と同じ部品については説明を省略する。
【００５１】
第３変形例の電源システム２ｃは、図１の電源システム２の第２電圧コンバータ２１の代わりに、マルチ入力電圧コンバータ５０を備える。マルチ入力電圧コンバータ５０は、３個の入出力端の間で電圧を変換する電圧コンバータである。マルチ入力電圧コンバータ５０は、３個のコイル５１ａ、５１ｂ、５１ｃを有するトランス５１と、各コイルに付随する第１回路５２ａ、第２回路５２ｂ、第３回路５２ｃを備える。第１回路５２ａの入出力端（第１入出力端５３ａ）は、第１電圧コンバータ１０の低電圧端（第１低電圧端３）に接続されている。第２回路５２ｂの入出力端（第２入出力端５３ｂ）は、サブバッテリ２５に接続されている。第３回路５２ｃの入出力端（第３入出力端５３ｃ）は、メインバッテリ１２に接続されている。なお、第３回路５２ｃの入出力端（第３入出力端５３ｃ）は、システムメインリレー１３よりもメインバッテリ側でメインバッテリ１２に接続されている。なお、第３入出力端５３ｃとメインバッテリ１２の間には別のヒューズ４５が備えられている。
【００５２】
各回路は、入出力端に印加された直流電力を交流に変換して対応するコイルへ流す。各回路は、対応するコイルに流れる誘導電流を直流に変換して入出力端へ出力することもできる。トランス５１において、第１入出力端５３ａの電圧が最も高く、次に第３入出力端５３ｃの電圧が高く、第２入出力端５３ｂの電圧が最も低くなるように、各コイルの巻数が定められている。マルチ入力電圧コンバータ５０は、第１入出力端５３ａに供給される直流電力を降圧して第２入出力端５３ｂへ出力することができる。この降圧動作により、第１モータ１５ａが生成した回生電力でサブバッテリ２５を充電することができる。また、マルチ入力電圧コンバータ５０は、第２入出力端５３ｂに供給される電力、及び／又は、第３入出力端５３ｃに供給される電力を昇圧して第１入出力端５３ａに出力することができる。すなわち、マルチ入力電圧コンバータ５０は、サブバッテリ２５の電力またはメインバッテリ１２の電力を電圧変換して第１電圧コンバータ１０の低電圧端（第１低電圧端）に供給することができる。それゆえ、第３変形例の電源システム２ｃも、図３の処理を実行することができる。また、第３変形例の電源システム２ｃは、第２変形例の電源システム２ｂと同様に、バッテリレス走行モードにおいて、エンジン１６で走行しつつ、マルチ入力電圧コンバータ５０により、メインバッテリ１２を使ってサブバッテリ２５を充電することができる。
【００５３】
図６の変形例の場合において、マルチ入力電圧コンバータ５０の第１入出力端５３ａは、第１電圧コンバータ１０の高電圧端（第１高電圧端４）に接続されていてもよい。
【００５４】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図３の短絡対策処理のステップＳ４の判断がＮＯの場合、ヒューズ１９の強制切断は行われない。本明細書が開示する技術は、昇圧スイッチング素子７ｂ又はダイオード８ｂで短絡故障が生じたときであってヒューズ１９が切断しない場合であっても、他の条件によってはヒューズ１９を強制切断しない態様を含む。
【００５５】
第１電圧コンバータ１０が降圧動作を有しない場合もある。例えば、メインバッテリ１２の代わりに燃料電池が接続されている場合には、充電が必要ないので降圧動作は不要である。その場合、第１電圧コンバータ１０は、降圧スイッチング素子７ａを必要としない。また、昇圧スイッチング素子７ｂに逆並列に接続されているダイオード８ｂも必要としない。その場合の第１電圧コンバータの回路構成は次の通りである。第１電圧コンバータは、昇圧スイッチング素子と、リアクトルと、コンデンサと、ヒューズを備える。昇圧スイッチング素子は、第１電圧コンバータの高電圧端（第１高電圧端）の正極と負極の間に接続されている。リアクトルは、一端が昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が第１電圧コンバータの低電圧端（第１低電圧端）の正極に接続されている。コンデンサは、第１低電圧端の正極と負極の間に接続されている。ヒューズは、昇圧スイッチング素子と直列に接続されている。第１電圧コンバータが降圧機能を有さない場合は、コントローラ１１は、昇圧スイッチング素子７ｂの短絡故障が検出されたときに、第２電圧コンバータ２１を作動させ、ヒューズに電圧を加えてヒューズを溶断する。
【００５６】
図１ではコントローラ１１は一つの矩形で表したが、実施例におけるコントローラ１１の機能は、複数のプロセッサが協調して実現するものであってもよい。実施例の電源システムでは、ヒューズ１９は昇圧スイッチング素子７ｂの低電位側に直列に接続されている。ヒューズ１９は、昇圧スイッチング素子７ｂの高電位側に直列に接続されていてもよい。
【００５７】
実施例の第１インバータ１４ａと第１モータ１５ａがそれぞれ請求項の「インバータ」、「モータ」の一例に相当する。実施例のフィルタコンデンサ５が請求項の「コンデンサ」の一例に相当する。実施例の第２電圧コンバータ２１とマルチ入力電圧コンバータ５０が請求項の「第２電圧コンバータ」の例に相当する。実施例のメインバッテリ１２が請求項の「主電源」の一例に相当し、サブバッテリ２５が請求項の「副電源」の一例に相当する。主電源は、リチウムイオン電池などの化学電池のほか、燃料電池であってもよい。本明細書が開示する技術では、大容量のキャパシタを副電源として採用してもよい。
【００５８】
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】
【００５９】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：電源システム
３：第１低電圧端
４：第１高電圧端
５：フィルタコンデンサ
６：リアクトル
７ａ：降圧スイッチング素子
７ｂ：昇圧スイッチング素子
８ａ、８ｂ：ダイオード
９：平滑コンデンサ
１０：第１電圧コンバータ
１１：コントローラ
１２：メインバッテリ
１３：システムメインリレー
１４ａ：第１インバータ
１４ｂ：第２インバータ
１５ａ：第１モータ
１５ｂ：第２モータ
１６：エンジン
１７：車軸
１８、１９、４５：ヒューズ
２１：第２電圧コンバータ
２３：第２高電圧端
２４：第２低電圧端
２５：サブバッテリ
２６：補機
２８：電流センサ
２９：電圧センサ
３０：動力分割機構
３１：プラネタリギア
３５：駆動輪
４１：第３電圧コンバータ
４２：第３高電圧端
４３：第３低電圧端
５０：マルチ入力電圧コンバータ
５１：トランス
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：ハイブリッド車
【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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