(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの動力を利用して発電する発電装置と、
異常時に外部電源に接続される異常時用電源端子と、
入力電力を昇圧または降圧して出力することができる双方向電圧変換器と、
前記双方向電圧変換器と前記発電装置との間に接続された充放電可能なバッテリであって、正常時には当該発電装置からの電力により充電され、異常時には前記異常時用電源端子に接続された外部電源からの電力を前記双方向電圧変換器で昇圧して得られる電力により充電される高電圧バッテリと、
前記発電装置から前記高電圧バッテリを介して供給される電力を前記双方向電圧変換器で降圧して得られる電力により充電される低電圧バッテリと、
前記双方向電圧変換器を冷却するための冷却装置と、
前記冷却装置を、正常時には前記高電圧バッテリからの電力で駆動し、異常時には前記異常時用源源端子からの電力で駆動する駆動制御装置を備えたことを特徴とする車両用電源システム。
【請求項２】
前記駆動制御装置は、前記双方向電圧変換器の温度に応じて前記冷却装置の出力を変化させること特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより駆動される発電装置から高電圧バッテリを介して供給される電力を低電圧バッテリに対応する充電電圧に降圧するとともに、外部電源から供給される電力を高電圧バッテリに対応する充電電圧に昇圧する双方向電圧変換器を備えた車両用電源システムに関し、より詳細には、双方向電圧変換器を冷却するための冷却装置への電力供給方法を改良した車両用電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の車両では１２Ｖバッテリを備えた１４Ｖ出力の電源システムが採用されてきたが、搭載するエレクトロニクス機器の増加により、１４Ｖ出力の電源システムでは消費電力がまかないきれない状況になりつつある。そこで、最近は、１４Ｖ出力の電源システムに代わって３６Ｖの高電圧バッテリを備えた４２Ｖ出力の電源システムの採用が見込まれている。現在はその移行期にあり、４２Ｖ出力の電源システムであっても３６Ｖの高電圧バッテリと１２Ｖの低電圧バッテリの両方が搭載されて、大容量負荷および低容量負荷のそれぞれに電力供給が行えるようにしている。
【０００３】
この種の従来の車両用電源システムの構成例を図２に示す。図中、２１は３６Ｖの高電圧バッテリ、２２は１２Ｖの低電圧バッテリである。
【０００４】
通常時には、エンジンにより回転駆動される発電装置（ＭＧ：モータジェネレータ）２３で発電した交流電力が、図示しないＡＣ／ＤＣ変換器により実効電圧４２Ｖの直流電力に変換されて、高電圧バッテリ２１を充電する。同時に、モータジェネレータ２３で発電した電力は、高電圧バッテリ２１を介して双方向電圧変換器（双方向ＤＣ／ＤＣ変換器）２４に入力することにより降圧されて、低電圧バッテリ２２を充電する。
何らかの理由で、高電圧バッテリ２１が空になり、モータジェネレータ２３が起動できなくなった場合、図示しない低電圧の外部電源を異常用電源端子２５に接続して高電圧バッテリ２１の充電が行われる。その際、外部電源からの電力は、双方向電圧変換器２４で昇圧して、高電圧バッテリ２１に供給される。
【０００５】
双方向電圧変換器２４は、コントローラ２６によって制御される。すなわち、コントローラ２６は双方向電圧変換器２４に対し、通常時には、高電圧バッテリ２１からの入力電力を低電圧バッテリ２２に対応した充電電圧に降圧するように命令を与え、異常時には、外部電源からの電力を高電圧バッテリ２１に対応した充電電圧に昇圧するように命令を与える。
【０００６】
また、コントローラ２６は、ドライバ回路２７にファン駆動信号を与える。ファン駆動信号を受け取ったドライバ回路２７は、高電圧バッテリ２１から冷却ファン２８への電力供給路に設けられたスイッチ素子２９をオン（導通）し、冷却ファン２８を駆動させる。これにより、双方向電圧変換器２４の過熱が冷却ファン２８によって防止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の車両用電源システムは、冷却ファン２８を高電圧バッテリ２１の電力で駆動する構成になっているため、通常時すなわち、高電圧バッテリ２１が使用可能な時にしか冷却ファン２８を駆動させることができない。つまり、双方向電圧変換器２４は外部電源からの電力によって高電圧バッテリ２１の充電を行っている間にあっても発熱するため、過熱の虞がある。しかし、従来の車両用電源システムでは、外部電源からの電力によって高電圧バッテリ２１の充電を行っている間は、双方向電圧変換器２４を冷却することができない。このため、双方向電圧変換器２４が過熱により機能劣化したり、破損したりするという問題がある。仮に、高電圧バッテリ２１を充電するために、双方向電圧変換器２４によって昇圧した外部電源の電力で冷却ファン２８を駆動させるとすると、充電する高電圧バッテリ２１の電力の一部が奪われることとなって、高電圧バッテリ２１の充電効率が大幅に低下する。
【０００８】
本発明は上記した事情に基づきなされたものであり、その目的は、双方向電圧変換器の低電圧側に接続された外部電源からの電力によって高電圧バッテリの充電を行う場合における双方向電圧変換器の過熱を防止できる車両用電源システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る車両用電源システムは、エンジンを駆動源として発電する発電装置と、外部電源に接続される異常時用電源端子と、入力電力を昇圧したり降圧したりして出力することができる双方向電圧変換器と、前記双方向電圧変換器と前記発電装置との間に接続された充放電可能なバッテリであって、通常時には前記発電装置からの電力により充電され、異常時には前記異常時用電源端子に接続された外部電源からの電力を前記双方向電圧変換器で昇圧して得られる電力により充電される高電圧バッテリと、前記発電装置から前記高電圧バッテリを介して供給される電力を前記双方向電圧変換器で降圧して得られる電力により充電される低電圧バッテリと、前記双方向電圧変換器を冷却するための冷却装置と、前記冷却装置を、通常時には前記高電圧バッテリからの電力で駆動し、異常時には前記異常時用源源端子からの電力で駆動する駆動制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の車両用電源システムにおいて、前記駆動制御装置は、前記双方向電圧変換器の温度に応じて前記冷却装置の出力を変化させることが望ましい。
【００１１】
上記のように構成した本発明の車両用電源システムでは、通常時には、発電装置の電力により高電圧バッテリが充電され、さらに、高電圧バッテリおよび双方向電圧変換器を介して低電圧バッテリが充電される。この時、駆動制御手段は、冷却装置を高電圧バッテリの電力で駆動する。異常時には、異常時用電源端子に接続された外部電源からの電力が、双方向電圧変換器で昇圧されて、高電圧バッテリに供給されることにより、高電圧バッテリの充電が行われる。この時、駆動制御手段は、異常時用源源端子に接続された外部電源からの電力によって冷却装置を駆動する。
【００１２】
このように、本発明の車両用電源システムでは、通常時には、高電圧バッテリの電力で冷却装置を駆動し、異常時すなわち、何らかの理由で高電圧バッテリが放電して電力が空になった時には、外部電源からの電力で冷却装置を駆動して、双方向電圧変換器を冷却するようにしたので、異常時に外部電源により高電圧バッテリを充電する際においても、双方向電圧変換器の過熱を防止できる。
【００１３】
また、双方向電圧変換器の温度に応じてこれを冷却する冷却装置の出力を変化させることにより、外部電源からの電力で高電圧バッテリを充電する際に、外部電源の電力を無駄に消費しないようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両用電源システムの好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る車両用電源システムの一実施の形態の概略構成図である。
【００１５】
この車両用電源システム１は、４２Ｖの高電圧電源部２と１４Ｖの低電圧電源部３とを有している。高電圧電源部２は、充放電可能な３６Ｖの高電圧バッテリ４と図示しないエンジンを駆動源として発電するモータジェネレータ（ＭＧ）５とを備えている。低電圧電源部３は、充放電可能な１２Ｖの低電圧バッテリ６と図示しない外部電源が接続される異常時用電源端子７とを備えている。異常時用電源端子７には、必要に応じて外部電源が接続される。外部電源には、他車両のバッテリなどが使用される。
【００１６】
図示していないが、高電圧バッテリ４には、イグナイタ、ワイパモータ、リアウィンドの熱線デフォッガ、ドアトリムのウィンドモータといった４２Ｖを定格容量とする大容量負荷が接続される。低電圧バッテリ６には、ヘッド及びテールの各ランプ、ホーン、ダッシュボード内のメータ、アクセサリ類、ルームランプといった１４Ｖを定格容量とする低容量負荷が接続される。
【００１７】
高電圧バッテリ４と低電圧バッテリ６との間には、双方向電圧変換器（双方向ＤＣ／ＤＣ変換器）８が設けられている。双方向電圧変換器８は、高電圧バッテリ４側からの入力電力を降圧して低電圧バッテリ６側に出力したり、逆に、低電圧バッテリ６側からの入力電力を昇圧して高電圧バッテリ４側に出力したりすることができる。双方向電圧変換器８における昇圧／降圧の切り替えおよび目標出力電圧の設定はコントローラ９からの制御信号に従って行われる。双方向電圧変換器８からコントローラ９へは、ダイアグノシス信号が送られる。このダイアグノシス信号には、双方向電圧変換器８の入出力電圧の異常や温度の異常、あるいは各時点の温度などを示す信号が含まれる。
【００１８】
コントローラ９は、双方向電圧変換器８からのダイアグノシス信号に基づいて高電圧バッテリ４の状態を常時監視し、通常時すなわち高電圧バッテリ４が使用可能の時は、高電圧バッテリ４からの入力電力を低電圧バッテリ６に対応した充電電圧に降圧するように命令を与え、異常時すなわち高電圧バッテリ４の電力が空の時には、外部電源からの電力を高電圧バッテリ４に対応した充電電圧に昇圧するように命令を与える。
【００１９】
双方向電圧変換器８の近傍には、モータ駆動型の冷却ファン１０が設けられている。冷却ファン１０には、供給電圧の異なる２つの電力供給路すなわち、高電圧バッテリ４から電力の供給を受けるための高電圧側電力供給路１１と、異常時用電源端子７に接続された外部電源から電力の供給を受けるための低電圧側電力供給路１２とが接続されている。高電圧側電力供給路１１には、高電圧バッテリ４から冷却ファン１０への電力の供給をオン／オフするための第１のスイッチ素子１３が設けられている。低電圧側電力供給路１２には、異常時用電源端子７に接続された外部電源から冷却ファン１０への電力の供給をオン／オフするための第２のスイッチ素子１４が設けられている。これらの第１および第２のスイッチ素子１３、１４は、ドライバ回路１５によってオン／オフ駆動される。ドライバ回路１５は、コントローラ９からのファン駆動信号に従って動作する。
【００２０】
コントローラ９は、通常時には、第１のスイッチ素子１３をオンすると同時に、第２のスイッチ素子１４をオフにして高電圧バッテリ４から冷却ファン１０へ電力を供給するように指示するファン駆動信号をドライバ回路１５に与え、異常時には、第２のスイッチ素子１４をオンすると同時に、第１のスイッチ素子１３をオフにして異常時用電源端子７に接続された外部電源から冷却ファン１０へ電力を供給するように指示するファン駆動信号をドライバ回路１５に与える。
ファン駆動信号には、双方向電圧変換器８の温度などによってファン回転数を変化させるためのデューティ比制御信号が含まれる。
【００２１】
ドライバ回路１５は、コントローラ９からのファン駆動信号に従って、第１および第２のスイッチ素子１３、１４を別々にオン／オフ駆動するとともに、ファン駆動信号に含まれるデューティ比制御信号に従って、電力供給側すなわちオン状態とする側のスイッチ素子のデューティ比（オン時間とオフ時間の比）を変化させる。
【００２２】
上記のように構成されたこの実施の形態の車両用電源システム１は以下のように動作する。
【００２３】
通常時には、モータジェネレータ５で発電された交流電力が図示しないＡＣ／ＤＣ変換器により実効電圧４２Ｖの直流電力に変換され、高電圧バッテリ４に充電される。同時に、モータジェネレータ５で発電された電力は、高電圧バッテリ４を介して双方向電圧変換器８に入力されることにより降圧され、低電圧バッテリ６に充電される。この時には、ドライバ回路１５が高電圧側電力供給路１１に設けられた第１のスイッチ素子１３をオンすることにより、高電圧バッテリ４の電力で冷却ファン１０を駆動する。
【００２４】
異常時には、外部電源を異常用電源端子７に接続することにより高電圧バッテリ４の充電が行われる。その際、外部電源からの電力は、双方向電圧変換器８で昇圧されて、高電圧バッテリ４に供給される。この時には、ドライバ回路１５が低電圧側電力供給路１２に設けられた第２のスイッチ素子１４をオンすることにより、低電圧バッテリ６の電力で冷却ファン１０を駆動する。
また、ドライバ回路１５はデューティ比制御信号に従って第２のスイッチ素子１４のデューティ比を変化させることにより、双方向電圧変換器８の温度に応じて冷却ファン１０の回転数を変化させる。
【００２５】
上記のように、この実施の形態の車両用電源システム１では、通常時には高電圧バッテリ４の電力で冷却ファン１０を駆動し、異常時には異常用電源端子７に接続された外部電源の電力で冷却ファン１０を駆動して、双方向電圧変換器８を冷却するようにしたので、通常時においても異常時においても、双方向電圧変換器８の過熱を防止できる。
【００２６】
また、異常時に、双方向電圧変換器８の温度に応じて冷却ファン１０の回転数（出力）を変化させるようにしたので、外部電源からの電力で高電圧バッテリを充電する際に、外部電源の電力を無駄に消費しないようにすることができる。したがって、外部電源として他の車両のバッテリを使用した場合に、そのバッテリの消耗量を軽減できる。
【００２７】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の例では、冷却装置として冷却ファン１０を用いたが、これに代えてペルチェ素子を使用してもよい。冷却装置としてペルチェ素子を使用した場合、双方向電圧変換器８の温度に応じてペルチェ素子の吸熱量を変化させることが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用電源システムによれば、通常時には、高電圧バッテリの電力で冷却装置を駆動し、異常時には、異常用電源端子に接続された外部電源の電力で冷却装置を駆動して、双方向電圧変換器を冷却するようにしたので、通常時においても異常時においても、双方向電圧変換器の過熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる車両用電源システムの一実施の形態の概略構成図である。
【図２】従来の車両用電源システムの構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  車両用電源システム
２  高電圧電源部
３  低電圧電源部
４  高電圧バッテリ
５  モータジェネレータ（発電装置）
６  低電圧バッテリ
７  異常時用電源端子
８  双方向電圧変換器
９  コントローラ（駆動制御装置）
１０  冷却ファン（冷却装置）
１１  高電圧側電力供給路
１２  低電圧側電力供給路
１３  第１のスイッチ素子
１４  第２のスイッチ素子
１５  ドライバ回路（駆動制御装置）
【図１】
0003773182.tif 000002
【図２】
0003773182.tif 000003