JP2003111384A - 補充電源システム - Google Patents

補充電源システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数個のDC/DCコンバータを並列接続した補
充電源システムの寿命を向上させる。 【解決手段】 複数個のDC/DCコンバータ５、６、７を
並列接続し、負荷１１、１２の電力使用量に合わせて起
動させるＤＣ／ＤＣコンバータの数を変化させ、所定の
起動順序で順番に起動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主電源とともに補助
バッテリを有する補充電源システムの改良に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】主電源とともに補助バッテリを有する補
助電源システムとして、特開２００１−２８８０７号公
報に記載された燃料電池を主電源として２次電池を補助
バッテリとした燃料電池車両などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】主電源の電力の電圧を
ＤＣ／ＤＣコンバータで変換して補助バッテリや補機負
荷へ供給することが一般的である。ここで大きな電流を
扱う場合には大容量のＤＣ／ＤＣコンバータが必要にな
るが、ハーネスの容量も増大してしまうことなどを考慮
すると、１つの補助バッテリに対して、複数のDC/DCコ
ンバータを並列で接続する方が現実的である場合が多
い。
【０００４】その際、その複数のDC/DCコンバータへの
起動・停止動作を１つの信号（並列動作）で行い全ての
DC/DCコンバータを常時同時に運転させると、複数のDC/
DCコンバータの電流-電圧特性にバラツキがあった場合
に、同じ電圧で運転したときに1番電流が多くなるDC/DC
コンバータの使用頻度（負荷、電流の累積）が他のDC/D
Cコンバータの使用頻度に比べて高くなる。このため、
使用頻度が高いDC/DCコンバータはDC/DC他のコンバータ
に比べて寿命が短なる。システム寿命を１つのDC/DCコ
ンバータが寿命を迎えた時点と規定すると、一番使用頻
度が高いDC/DCコンバータに依存することになりシステ
ム寿命が短くなる。
【０００５】また、寿命となったDC/DCコンバータのみ
を交換しシステムとして再使用は可能だが、交換の手間
が発生したり、交換するための部品が必要になるなど、
コストアップに繋がるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決する手段】第１の発明は、主電源と、主電
源から電力の電圧を変換して出力する複数個のDC/DCコ
ンバータと、補助バッテリから構成され、DC/DCコンバ
ータで変換した電力を補助バッテリに充電もしくは負荷
へ供給する補助電源システムにおいて、複数個のDC/DC
コンバータを並列に接続し、負荷の電力使用量に合わせ
て、起動させるDC/DCコンバータの数を変化させ、所定
の起動順序で順番に起動させるように構成する。
【０００７】第２の発明は、第1の発明において、所定
の起動順序を規定順序で変化させるように構成する。
【０００８】第３の発明は、第1の発明において、所定
の起動順序を各DC/DCコンバータの電圧−電流特性によ
って設定するように構成する。
【０００９】第４の発明は、第３の発明において、所定
の起動順序を各DC/DCコンバータの電圧特性によって設
定するように構成する。
【００１０】第５の発明は、第３の発明において、所定
の起動順序を各DC/DCコンバータの電流特性によって設
定するように構成する。
【００１１】第６の発明は、第１の発明において、所定
の起動順序を各DC/DCコンバータの累積負荷によって変
化させるように構成する。
【００１２】
【発明の効果】第１の発明によれば、負荷の使用電力量
に合わせて所定の起動順序でDC/DCコンバータを起動さ
せる構成なので、負荷が集中しないように起動順序を設
定して複数のDC/DCコンバータの負荷を分散できるた
め、１つのコンバータの寿命だけが短くなることなく、
システムとしての寿命向上が図れる。
【００１３】第２の発明によれば、所定の起動順序を規
定順序で変化させる構成なので、部品追加することな
く、また個々のDC/DCコンバータの特性のバラツキを把
握しなくともシステム起動時間に対する個々のDC/DCコ
ンバータの稼動時間をより一層分散させることができ、
システムとしての寿命向上が図れる。
【００１４】第３〜第５の発明によれば、複数のDC/DC
コンバータの起動順序を、同時に運転させた場合の使用
頻度に影響を与えるDC/DCコンバータの電圧-電流特性を
考慮して変化させる構成なので、システム起動時間に対
する個々のDC/DCコンバータの稼動時間をさらに分散出
来、システムとしての寿命向上が図れる。
【００１５】第４の発明によれば、電圧特性で変化させ
る構成なので、特性の把握が容易（電圧の測定のみで可
能）となり、システム構成を簡略化できる。
【００１６】第５の発明によれば、電流特性で変化させ
る構成なので、特性の把握が容易（電流の測定のみで可
能）となり、システム構成を簡略化できる。
【００１７】第６の発明によれば、複数のDC/DCコンバ
ータの起動順序をDC/DCコンバータの累積負荷に応じて
変化させる構成なので、DC/DCコンバータの稼動時間を
均等化出来るため、特にシステム全体の寿命をさらに向
上できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】第一実施例につき説明する。
【００１９】図１は本発明の第一実施形態の構成を示
す。
【００２０】この補充電源システムは本発明を適用した
車両用補充電源システムである。
【００２１】燃料電池などにより構成される主電源１７
からの電力の電圧を変換する３個のDC/DCコンバータ５
〜７を並列に接続し、各DC/DCコンバータの出力を各々
ヒューズF/L２〜F/L４を介して補助バッテリ１に供給す
る。
【００２２】DC/DCコンバータ5〜7にはそれぞれに動作
指令を出すコントロールユニットC/U8が接続され、動作
指令に応じて主電源からの電力を変換する。
【００２３】また、リレー9、10は補助バッテリ1から並
列に接続され、コントロールユニットC/U8の指令によ
り、補器負荷11、12への電力を断続するように接続され
ている。DC/DCコンバータ5〜7により変換される電力は
補助バッテリ1の充電に使われると共に、補器負荷を動
作させる電源として使用される。
【００２４】イグニッションスイッチIGN１８は運転者
のイグニッションキーの操作を信号化するものである。
【００２５】ここでDC/DCコンバータ5〜７の個々の出力
の電流−電圧特性が図２（Ａ）の様な場合の動作を説明
する。
【００２６】3個同時に動作させると、トータルの負荷
が50A以内ではDC/DC５のみで電圧変換を実施する。
【００２７】トータルの負荷が50A以上100A以内では、D
C/DC５は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC６が0A〜50Aの
範囲で電圧変換を実施する。トータルの負荷が100A以上
150A以内では、DC/DC５、DC/DC６は50Aで電圧変換しつ
づけ、DC/DC７が0A〜50Aの範囲で電圧変換を行う。ま
た、特性が図２（B）の様な場合の動作を説明する。
【００２８】3個同時に動作させると、トータルの負荷
が25A以内（DC/DC5しか動作しない電圧）ではDC/DC5の
み電圧変換を実施する。トータルの負荷が25A以上75A以
内（DC/DC5とDC/DC6が動作する電圧）では、DC/DC5は25
A〜50Aの範囲、DC/DC2は0A〜25Aの範囲で電圧変換を実
施する。
【００２９】トータルの負荷が75A以上100A以内では、D
C/DC5は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC6が25A〜50Aの範
囲で電圧変換を実施する。
【００３０】トータルの負荷が100A以上150A以内では、
DC/DC5、DC/DC6は50Aで電圧変換しつづけ、DC/DC7が0A
〜50Aの範囲で電圧変換を行う。この様にDC/DCコンバー
タ5〜７を常時並列接続して同時に使用すると、変換電
圧が高いDC/DCコンバータ5は常時電圧変換を行う事にな
り、使用頻度（作動時間）が高くなり、DC/DCコンバー
タ６、７よりも早く寿命を迎えてしまう。
【００３１】そこで本実施形態では、負荷の電力使用量
に合わせて、所定の起動順序で１個づつ順番に起動さ
せ、更に起動順序を規定順序で変化させていくことで使
用頻度を分散させる。
【００３２】以下起動に関する制御動作を説明する。
【００３３】所定の起動順序としてパターンを３つ設
け、 パターン１＝DC/DC５→DC/DC６→DC/DC７ パターン２＝DC/DC６→DC/DC７→DC/DC５ パターン３＝DC/DC７→DC/DC５→DC/DC６ とし、起動順序を変化させる規定順序としては、ＩＧＮ
がOFF→ONへと変化するごと、つまり車両のイグニッシ
ョンキーをＯＮへ操作（IGN ON）するごとにパターンを
１→２→３→１と変更させていく。
【００３４】図３は主としてコントロールユニットC/U8
で行われる本制御の概要を示すフローチャートである。
【００３５】ステップＳ1では、今回ステップＳ１を通
のがIGN ON後最初であるかを判定し、最初であればス
テップＳ２〜Ｓ５で起動順序を設定する。ステップＳ２
で前回の起動順序のパターンがどれであったかを判定
し、それに応じてステップＳ３〜Ｓ５に進み今回の起動
順序のパターンを決定する。ステップＳ６では補器負荷
１１、１２の負荷状態(要求電力)を検出する。ステップ
Ｓ７では補器負荷１１、１２の負荷状態(要求電力)に応
じて動作させるDC/DCコンバータの数を決定し、設定さ
れた起動順序のパターンに従いDC/DCコンバータの起動
を行う。
【００３６】補器負荷１１、１２の動作はC/U８により
制御可能なため、C/U8内に補器負荷11、12の消費電力を
記憶させ、補器負荷11、12の動作状況（電力使用状況）
に応じて動作させるDC/DCコンバータの数を変化させ
る。停止させる時は起動時とは逆の順序で停止させる。
なお、この実施形態ではIGN ON毎に起動順序を変更し
ていたが、これに限らずIGN ONの毎回でなくとも、数
回毎等としても勿論良い。
【００３７】次に第２の実施形態につき説明する。
【００３８】図４は本実施形態の構成を示している。第
1実施形態と異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明
を省略する。
【００３９】第1実施形態の構成に加えて、補助バッテ
リ１に電圧検出手段13を設ける。
【００４０】本実施形態では、所定の起動順序を各DC/D
Cコンバータの電圧-電流特性のうちの電圧特性の関係
（同じ電流を取り出す場合の出力電圧の大小関係）に応
じて起動順序を設定する。
【００４１】図５は本制御の概要を示すフローチャート
である。本制御においては起動順序の設定はIGN ONが
初回（車両製造後初めて）の時、及び、特殊モード時
（修理・点検時）のみ実施する。
【００４２】ステップＳ２1ではIGN ONが初回（車両製
造後初めて）であるか、ステップＳ２２では、特殊モー
ド時（修理・点検時）であるかを判定する。
【００４３】ステップＳ２１、２２のいずれかがＹＥＳ
であればステップＳ２３で補器負荷１１、補器負荷１２
を停止する。ステップＳ２４ではDC/DCコンバータ5に対
して起動指令を出す。この時の補助バッテリ１の電圧値
を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間
隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。
この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介
し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）D
C/DCコンバータ7を起動させる。この時の補助バッテリ
１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。ステ
ップＳ２５では、ステップＳ２4で検出した電圧値の変
化からDC/DCコンバータ5〜7の電圧特性（変換電圧）の
大小関係を把握する。
【００４４】ここで、電圧検出手段13に現れる電圧は作
動している複数のDC/DCコンバータのうち、最も電圧特
性の高いDC/DCコンバータの電圧になる。したがって、
図２のような大小関係の特性であったとすると、このス
テップでは5＞6、5＞7であることが判明し、6と7の関係
は不明である。
【００４５】ステップＳ２6で一度C/U8からDC/DCコンバ
ータ5〜7に停止指令を出す。
【００４６】次にステップＳ２７ではC/U8から先ずDC/D
Cコンバータ6に対して起動指令を出す。この時の補助バ
ッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送
る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバー
タ7を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を
電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔
を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5を起動させる。こ
の時の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介
し、C/U8に送る。ステップＳ２８では、ステップＳ２７
で検出した電圧値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電
圧特性（変換電圧）の大小関係を把握する。（6＞7、5
＞7、５＞６となる。）ステップＳ２9で再度、C/U8から
DC/DCコンバータ5〜7に停止指令を出す。
【００４７】ステップＳ３０ではC/U8から先ずDC/DCコ
ンバータ7に対して起動指令を出す。この時の補助バッ
テリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/U8に送る。
その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5
を起動させる。この時の補助バッテリ１の電圧値を電圧
検出手段13を介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置
き（1秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。この時
の補助バッテリ１の電圧値を電圧検出手段13を介し、C/
U8に送る。
【００４８】ステップＳ３１では、ステップＳ３０で検
出した電圧値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の大小関
係を把握する。（5＞7、5＞6、6と7の関係は不明）な
お、ステップＳ２４〜Ｓ３０のDC/DCコンバータの動作
と電圧変化の様子を図６に示す。
【００４９】ステップＳ３２では、上記ステップＳ２
５、Ｓ２８、Ｓ３１の結果により3個のDC/DCコンバータ
の電圧特性の大小関係（今回の例では5＞6＞7）を把握
し、通常起動時以降の起動順序を電圧特性の小さい順
（今回の例では７→６→５）に設定する。
【００５０】ステップＳ３３、Ｓ３４は各々第１の実施
形態のステップＳ６，Ｓ７と同様である。
【００５１】これにより起動時は電圧特性の小さなDC/D
Cコンバータの使用頻度が大きくなるが、負荷が大きく
なり、複数個で動作させると、電圧特性の小さいDC/DC
コンバータの負荷が少なくなるため使用頻度の偏りが相
殺できる。これにより、各コンバータの寿命の偏りも解
消されシステムとしての寿命が延びる。なお、本実施形
態では車載後に各DC/DCコンバータの電圧特性を測定す
るものであるが、これに限らず、例えば車載前に各DC/D
Cコンバータの電圧特性を測定してその大小関係に基づ
き起動順序を予めをC/U8に記憶させておいても良い。そ
の場合には上述のステップＳ２１〜Ｓ３２は省略でき
る。
【００５２】次に第3の実施形態につき説明する。
【００５３】図７は本実施形態の構成を示している。第
1実施例、第2実施例と異なる部分のみ説明し、共通の部
分は説明を省略する。第1実施形態の構成に加えて、DC/
DCコンバータ5〜7の内部に各々電流検出手段14〜16を設
ける。
【００５４】本実施形態では、所定の起動順序を各DC/D
Cコンバータの電圧−電流特性のうちの電流特性の関係
（同じ電圧を出力する場合の出力電流の大小関係）に応
じて起動順序を設定する。
【００５５】図8は本制御の概要を示すフローチャート
である。
【００５６】本制御も起動順序の設定はIGN ONが初回
（車両製造後初めて）の時、及び、特殊モード時（修理
・点検時）のみ実施する。
【００５７】ステップＳ４1〜Ｓ４３は第２の実施形態
のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様である。ステップＳ４
４では先ずDC/DCコンバータ5に対して起動指令を出す。
この時のDC/DCコンバータ5の電流値を電流検出手段14を
介し、C/U8に送る。その後、一定間隔を置き（１秒程
度）DC/DCコンバータ6を起動させる。この時のDC/DCコ
ンバータ6の電流値を電流検出手段15を介し、C/U8に送
る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバー
タ7を起動させる。この時のDC/DCコンバータ7の電流値
を電流検出手段16を介し、C/U8に送る。
【００５８】ステップＳ４５では、ステップＳ４４で検
出した電流値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電流特
性（同じ電圧で流れる電流の大きさ）の大小関係を把握
する。
【００５９】ここで、前述したように、低負荷である
と、電流特性の大きいDC/DCコンバータのみに電流が流
れる。したがって、図２のような大小関係の特性であっ
たとすると、このステップでは5＞6、5＞7であることが
判明し、6と7の関係は不明である。
【００６０】ステップＳ４６で一度C/U8からDC/DCコン
バータ5〜7に停止指令を出す。
【００６１】次にステップＳ４７ではC/U8から先ずDC/D
Cコンバータ6に対して起動指令を出す。この時のDC/DC
コンバータ6の電流値を電流検出手段15を介し、C/U8に
送る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバ
ータ7を起動させる。この時のDC/DCコンバータ7の電流
値を電流検出手段16を介し、C/U8に送る。その後、一定
間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ5を起動させ
る。この時のDC/DCコンバータ5の電流値を電流検出手段
14を介し、C/U8に送る。
【００６２】ステップＳ４８では、ステップＳ４７で検
出した電流値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の電流特
性の大小関係を把握する。（6＞7、5＞7、5＞6とな
る。） ステップＳ４９で再度、C/U8からDC/DCコンバータ5〜7
に停止指令を出す。
【００６３】ステップＳ５０ではC/U8から先ずDC/DCコ
ンバータ7に対して起動指令を出す。この時のDC/DCコン
バータ7の電流値を電流検出手段16を介し、C/U8に送
る。その後、一定間隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバー
タ5を起動させる。この時のDC/DCコンバータ5の電流値
を電流検出手段14を介し、C/U8に送る。その後、一定間
隔を置き（1秒程度）DC/DCコンバータ6を起動させる。
この時のDC/DCコンバータ6の電流値を電流検出手段15を
介し、C/U8に送る。ステップＳ５１では、ステップＳ５
１で検出した電流値の変化からDC/DCコンバータ5〜7の
電流特性の大小関係を把握する。（5＞7、5＞6、6と7の
関係は不明。） なお、ステップＳ４４〜Ｓ５０のDC/DCコンバータの動
作と電流値の変化の様子を図９に示す。
【００６４】ステップＳ５２では上記ステップＳ２５、
Ｓ２８、Ｓ３１の結果により3個のDC/DCコンバータの電
流特性の大小関係（今回の例では5＞6＞7）を把握し、
通常起動時以降の起動順を電流特性の小さい順（今回の
例では7→6→5）に設定する。
【００６５】ステップＳ５３，Ｓ５４は各々第１の実施
形態のステップＳ６、Ｓ７と同様である。
【００６６】これにより起動時は電流特性の小さいDC/D
Cコンバータの使用頻度が大きくなるが、負荷が大きく
なり、複数個で動作させると、電流特性の小さいDC/DC
コンバータの負荷が少なくなるため使用頻度の偏りが相
殺できる。
【００６７】なお、本実施形態では車載後に各DC/DCコ
ンバータの電流特性を測定するものであるが、これに限
らず、例えば車載前に各DC/DCコンバータの電流特性を
測定してその大小関係に基づき起動順序を予めをC/U8に
記憶させておいても良い。その場合には上述のステップ
Ｓ４１〜Ｓ５２は省略できる。
【００６８】次に第4の実施形態につき説明する。
【００６９】ハード構成は第３の実施形態と同じであ
る。以下前述の実施形態と共通の部分は説明を省略す
る。
【００７０】本実施形態では、所定の起動順序を各DC/D
Cコンバータの累積負荷によって変化させる。
【００７１】図１０は本制御の概要を示すフローチャー
トである。ステップＳ７０では、今回ステップＳ７０を
通のがIGN ON後最初であるかあるかを判定し、最初で
あればステップＳ７１で、IGN ONが初回(車両製造後初
めて)であるかを判定し、初回の時はステップＳ７２で
起動順序を５→６→７とする。ここでの順序には特に意
味は任意の順序とすれば良い。
【００７２】ステップＳ７３，Ｓ７４は各々第１の実施
形態のステップＳ６、Ｓ７と同様に、補器負荷１１、１
２の負荷状態(要求電力)に応じて動作させるDC/DCコン
バータの数を決定し、設定された起動順序のパターンに
従いDC/DCコンバータの起動を行う。
【００７３】ここでステップＳ７５で各DC/DCコンバー
タ5〜７の動作時電流を各電流検出手段14〜１６を介
し、C/U8に送り、C/U8内で送られてきた各々の電流値の
累積値（累積電流値）を求め、これを記憶する。この累
積電流値が各DC/DCコンバータの累積負荷に相当する。
この累積電流値はIGN OFF後にもC/U8内で記憶させる。
次回のIGN ONでは、ステップＳ７１からステップＳ７
６に移行する。
【００７４】ここでは記憶された各DC/DCコンバータの
累積電流値を比較し、今回の起動順序は累積電流値の少
ない順とする。
【００７５】これにより、各DC/DCコンバータの使用頻
度を均一化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の車両用補充電源シス
テムの構成図である。
【図２】第１の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧
−電流特性の例である。
【図３】第１の実施形態の制御概要を示すフローチャー
トである。
【図４】本発明の第２の実施形態の車両用補充電源シス
テムの構成図である。
【図５】第２の実施形態の制御概要を示すフローチャー
トである。
【図６】第２の実施形態の作用を示すタイムチャートで
ある。
【図７】本発明の第３の実施形態の車両用補充電源シス
テムの構成図である。
【図８】第３の実施形態の制御概要を示すフローチャー
トである。
【図９】第３の実施形態の作用を示すタイムチャートで
ある。
【図１０】第４の実施形態の制御概要を示すフローチャ
ートである。
【符号の説明】 １ 補助バッテリ ２ ヒューズ（F/L） ３ ヒューズ（F/L） ４ ヒューズ（F/L） ５ DC/DCコンバータ ６ DC/DCコンバータ ７ DC/DCコンバータ ８ コントロールユニットC/U ９ 負荷用リレー １０ 負荷用リレー １１ 補器負荷 １２ 補器負荷 １３ 電圧検出手段 １４ 電流検出手段 １５ 電流検出手段 １６ 電流検出手段 １７ 主電源 １８ イグニッションスイッチIGN

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主電源と、 主電源からの電力の電圧を変換して出力する複数個のDC
    /DCコンバータと、 補助バッテリから構成され、 前記DC/DCコンバータで変換した電力を前記補助バッテ
    リに充電もしくは負荷へ供給する補助電源システムにお
    いて、 前記複数個のDC/DCコンバータを並列に接続し、前記負
    荷の電力使用量に合わせて、起動させるDC/DCコンバー
    タの数を変化させ、所定の起動順序で順番に起動させる
    ことを特徴とする補充電源システム。
  2. 【請求項２】 前記所定の起動順序を規定順序で変化さ
    せる事を特徴とする請求項1に記載の補充電源システ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記所定の起動順序を各DC/DCコンバー
    タの電圧−電流特性によって設定する事を特徴とする請
    求項1に記載の補充電源システム。
  4. 【請求項４】 前記所定の起動順序を各DC/DCコンバー
    タの電圧特性によって設定する事を特徴とする請求項３
    に記載の補充電源システム。
  5. 【請求項５】 前記所定の起動順序を各DC/DCコンバー
    タの電流特性によって設定する事を特徴とする請求項３
    に記載の補充電源システム。
  6. 【請求項６】 前記所定の起動順序を各DC/DCコンバー
    タの累積負荷によって変化させる事を特徴とする請求項
    1に記載の補充電源システム。
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