JP2007336631A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電源システムに関し、直流−直流電圧変換器に接続された系統の異常を判定することにある。
【解決手段】低電圧系１０と高電圧系１２との間に設けられ、低電圧系１０と高電圧系１２との間の双方向に或いは片方向に、出力電圧を変換して電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ３０を備える電源システムにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の低電圧系１０側に設けられた低圧系コンデンサ３４から流れ出る放電電流の電流値Ｉｃを所定閾値Ｉｃｔｈ以上と比較することにより、その低圧系コンデンサ３４からその低圧系コンデンサ３４が接続された側の低電圧系１０に電力が供給されるかを検知する。そして、その検知結果に基づいて、低電圧系１０に異常が生じているか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両などに搭載された電源システムに係り、特に、高電圧系と低電圧系との間に設けられ、一方の系の電力を電圧変換して他方の系に供給する直流−直流電圧変換器を備える電源システムに関する。

従来から、高電圧系と低電圧系との間に直流−直流電圧変換器（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を設けた電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＤＣ−ＤＣコンバータは、高電圧系と低電圧系との間に介在するインダクタンスと、インダクタンスと接地端子との間に設けられるコンデンサと、を有している。ＤＣ−ＤＣコンバータは、一方の系の電力をインダクタンスとコンデンサとを用いて電圧変換して他方の系に供給する。従って、上記の電源システムによれば、低電圧系から高電圧系へ若しくは高電圧系から低電圧系へ又は双方に電力を供給することが可能である。

また、上記の電源システムにおいては、低電圧系に設けられた低圧バッテリの端子間電圧や温度に基づいてその低圧バッテリが良好な状態にあるか否かが検知される。そして、低圧バッテリが良好な状態にない場合には、高電圧系側から低電圧系側に、低電圧系に設けられた負荷の消費電力に応じた電力が供給され、その負荷の作動が許可される。このため、低圧バッテリが過放電され或いは過充電されるのを抑止することが可能となっていると共に、低電圧系の負荷が作動可能な機会をできるだけ確保することが可能となっている。
特開２００４−３２０８７７号公報

ところで、上記の電源システムにおいて、低電圧系のバッテリが良好な状態にあるか否かの検知は、そのバッテリに設けられた電圧センサ及び温度センサなどを用いてなされる。一方、低電圧系にはバッテリ以外にオルタネータなどを含む複数の電力供給装置が設けられることがあるが、この際、低圧バッテリの故障及びオルタネータの故障を含む低電圧系の異常を判定するのに、各電力供給装置ごとにセンサを配設することが必要になると、システムが複雑化するおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で直流−直流電圧変換器に接続された系統の異常を判定することが可能な電源システムを提供することを目的とする。

上記の目的は、高電圧系と低電圧系との間に設けられ、少なくとも一方の系統の電力を電圧変換して他方の系統に供給する直流−直流電圧変換器を備える電源システムであって、前記直流−直流電圧変換器の有する平滑用コンデンサから該平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されるかを検知する電力供給検知手段と、前記電力供給検知手段による検知結果に基づいて前記平滑用コンデンサが接続された側の系統の異常を判定する異常判定手段と、を備える電源システムにより達成される。

この態様の発明において、直流−直流電圧変換器は、高電圧系及び低電圧系の少なくとも一方の系の電力を電圧変換して他方の系に供給するのに、平滑化を施す平滑用コンデンサを用いる。この平滑用コンデンサに流れる電流は、通常動作時は、ある定められた範囲に限られるが、一方、その平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じているときは、その範囲を大きく超える。本発明においては、平滑用コンデンサからその平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されるかの検知結果に基づいてその平滑用コンデンサが接続された側の系統の異常が判定される。この点、高電圧系又は低電圧系の異常判定を直流−直流電圧変換器内に設けた素子を用いて行うことが可能であるので、従って、本発明によれば、簡素な構成で系統の異常を判定することができる。

この場合、上記した電源システムにおいて、前記電力供給検知手段は、前記平滑用コンデンサから流れ出る電流値が所定閾値以上である場合に、該平滑用コンデンサから該平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されていると判定し、前記異常判定手段は、前記電力供給検知手段により前記平滑用コンデンサから前記平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されていると判定された場合に、該平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じていると判定することとすればよい。

また、上記した電源システムにおいて、前記平滑用コンデンサが接続された側の系統と前記直流−直流電圧変換器との間に介在され、両者間を導通・遮断する切替手段と、前記異常判定手段により前記平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じていることが判定された場合に、該平滑用コンデンサが接続された側の系統と前記直流−直流電圧変換器との間を遮断すべく、前記切替手段を開放する異常時制御手段と、を備えることとすれば、異常が生じた系統を切替手段により直流−直流電圧変換器から切り離すことができる。

この場合、前記平滑用コンデンサが接続された側の系統が、前記直流−直流電圧変換器に前記切替手段を介して接続すると共にかつ前記切替手段を介さずにも接続する冗長系負荷を有し、前記異常判定手段により前記平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じていることが判定された場合に、前記冗長系負荷に対して、前記直流−直流電圧変換器側から前記切替手段を介さずに直接に給電がなされることとすれば、系統に異常が生じて切替手段が開放されても、他の系統から直流−直流電圧変換器を介して給電して冗長系負荷を作動させることができる。

尚、上記した電源システムにおいて、前記切替手段は、前記直流−直流電圧変換器内に配置されていることとしてもよいし、また、前記直流−直流電圧変換器外に配置されていることとしてもよい。

本発明によれば、簡素な構成で直流−直流電圧変換器に接続された系統の異常を判定することができる。

以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例である電源システムの構成図を示す。本実施例のシステムは、例えば車両などに搭載され、電源電圧を昇圧しかつ降圧するための昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを制御するシステムである。

図１に示す如く、本実施例のシステムは、低電圧系１０と高電圧系１２との２つの系統を備えている。低電圧系１０は、二次バッテリ１４及び発電機１６を有している。二次バッテリ１４は、約１２Ｖ程度の出力電圧を有する例えば鉛バッテリ等である。また、発電機１６は、車両の回生ブレーキや車両動力の一つである車両エンジンの回転により発電する発電機である。また、高電圧系１２は、二次バッテリ１８を有している。二次バッテリ１８は、約３６Ｖ程度の出力電圧を有する例えばニッケル水素バッテリ等の大容量バッテリである。以下、二次バッテリ１４を低圧系バッテリ１４と、二次バッテリ１８を高圧系バッテリ１８と、それぞれ称す。

低電圧系１０は、また、ブロワモータやコンプレッサ，電熱ヒータなどの空調装置や緊急通報装置（メーデ）などの電気負荷２０，２２を有している。低圧系バッテリ１４及び発電機１６は、蓄えている電力又は発電した電力を主に電気負荷２０，２２に放電・供給する。電気負荷２０，２２は、低圧系バッテリ１４の蓄えている電力や発電機１６の発電した電力が供給されることにより作動可能となる。

高電圧系１２は、また、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）や電動スタビライザ，車両動力の一つである駆動モータなどの電気負荷２４を有している。高圧系バッテリ１８は、蓄えている電力を主に電気負荷２４に放電・供給する。電気負荷２４は、高圧系バッテリ１８の蓄えている電力が供給されることにより作動可能となる。

また、本実施例のシステムは、直流−直流電圧変換器（以下、ＤＣ−ＤＣコンバータと称す）３０を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、低電圧系１０と高電圧系１２との間に介在されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、低電圧系１０と高電圧系１２との間の双方向に入力電圧を変換して電力を供給出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、インダクタンス３２と、低圧系コンデンサ３４と、高圧系コンデンサ３６と、からなる昇降圧回路を有している。インダクタンス３２は、低圧系１０と高圧系１２とを結ぶ線路上に直列に接続されている。低圧系コンデンサ３４は、インダクタンス３２の低圧系１０側の端子と接地端子との間に接続されている。また、高圧系コンデンサ３６は、インダクタンス３２の高圧系１２側の端子と接地端子との間に接続されている。低圧系コンデンサ３４及び高圧系コンデンサ３６は、低圧系バッテリ１４や発電機１６から供給される電力又は高圧系バッテリ１８から供給される電力を蓄えかつ放出することが可能である。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、電子制御ユニットである制御部３８と、一対のスイッチング素子４０，４２と、を有している。スイッチング素子４０，４２はそれぞれ、例えば半導体により構成されたＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子４０は、一端がインダクタンス３２の高圧系１２側の端子に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。スイッチング素子４２は、一端がインダクタンス３２の高圧系１２側の端子に接続されかつ他端が高圧系１２に接続されたものとなっている。

上記した制御部３８は、スイッチング素子４０，４２の各ゲートに接続しており、それらのスイッチング素子４０，４２をそれぞれスイッチング駆動する。制御部３８は、低圧系１０から高圧系１２への昇圧変換又は高圧系１２から低圧系１０への降圧変換を実現すべく、スイッチング素子４０とスイッチング素子４２とを互いに反転動作させる。スイッチング素子４０，４２はそれぞれ、制御部３８からの駆動指令に従ってスイッチング動作する。

低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２との間には、切替スイッチ４４が介在されている。すなわち、低電圧系１０の低圧系バッテリ１４及び発電機１６は、切替スイッチ４４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２側に接続されている。この切替スイッチ４４は、例えば図２に示す如く半導体により構成されたＭＯＳＦＥＴである。切替スイッチ４４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０内に配置されており、そのゲートが上記した制御部３８に接続されている。制御部３８は、後に詳述の如く適宜、切替スイッチ４４をスイッチング駆動する。切替スイッチ４４は、制御部３８からの駆動指令に従ってスイッチング動作し、低電圧系１０とインダクタンス３２との間を導通・遮断する。

低電圧系１０の有する電気負荷２０，２２のうち電気負荷２０は、低電圧系１０の異常・故障時には作動する必要のない負荷（例えば各種ライトやブロアモータなど）である。電気負荷２０は、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に並列に接続されていると共に、切替スイッチ４４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２側に接続されている。

一方、電気負荷２２は、低電圧系１０の異常・故障時にも作動する必要のある負荷（例えば緊急通報装置やブレーキ装置など）である。電気負荷２２は、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に並列に接続されていると共に、切替スイッチ４４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２側に接続されており、更に、切替スイッチ４４を介さずにもＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２側に接続されている。すなわち、電気負荷２２には、低電圧系１０の異常・故障時にも電源供給可能に、低電圧系１０からの電源供給ライン４６と共に、切替スイッチ４４を介さないＤＣ−ＤＣコンバータ３０からの電源供給ライン４８が接続されている。尚、電気負荷２２は、電源供給ライン４６を通じて供給された電流が電源供給ライン４８側に流れ込まないように、また、電源供給ライン４８を通じて供給された電流が電源供給ライン４６側に流れ込まないように構成されている。

また、制御部３８には、電流検出器５０が接続されている。電流検出器５０は、低圧系コンデンサ３４とその低圧系コンデンサ３４がインダクタンス３２及び切替スイッチ４４に接続する点とを結ぶライン上に配設されている。電流検出器５０は、電流プローブやシャント抵抗を用いて低圧系コンデンサ３４に入力しその低圧系コンデンサ３４から出力する電流に応じた信号を出力する。電流検出器５０の出力は、制御部３８に供給される。制御部３８は、電流検出器５０の出力に基づいて、低圧系コンデンサ３４に流れる電流Ｉｃを検出する。尚、以下では、電流Ｉｃの向きについて、低圧系コンデンサ３４から放電する方向を正（＋）とし、低圧系コンデンサ３４に充電される方向を負（−）とする。

次に、本実施例の電源システムの動作について説明する。

本実施例のシステムにおいて、低電圧系１０の電気負荷２０，２２の作動が要求されると、低圧系バッテリ１４又は発電機１６からその電気負荷２０，２２へ電力供給が行われる。この場合には、電気負荷２０，２２の作動が可能になる。また、高電圧系１２の電気負荷２４の作動が要求されると、高圧系バッテリ１８からその電気負荷２４へ電力供給が行われる。この場合には、電気負荷２４の作動が可能になる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の制御部３８は、低電圧系１０の電圧状態（例えば低圧系バッテリ１４の残存容量など）と高電圧系１２の電圧状態（例えば高圧系バッテリ１８の残存容量など）との関係に基づいて、低電圧系１０から高電圧系１２への昇圧変換が必要であるか否かを判別し、また、逆に高電圧系１２から低電圧系１０への降圧変換が必要であるか否かを判別することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を起動すべきか否かを判別する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を起動すべきときは、切替スイッチ４４をオンして低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０とを導通すると共に、また、両電圧系１０，１２の状態に応じて一対のスイッチング素子４０，４２のデューティ比を設定する。

制御部３８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０により昇圧変換を行うべきときは、まず、設定デューティ比に応じてスイッチング素子４０をオンしかつスイッチング素子４２をオフする。スイッチング素子４０がオン動作しかつスイッチング素子４２がオフ動作すると、インダクタンス３２に低電圧系１０から高電圧系１２へ向いて電流が流れることで、そのインダクタンス３２に電力が蓄積される。制御部３８は、インダクタンス３２に電力が蓄積された状態で、次に、設定デューティ比に応じてスイッチング素子４０をオフしかつスイッチング素子４２をオンする。スイッチング素子４０がオフ動作しかつスイッチング素子４２がオン動作すると、インダクタンス３２に蓄積されていた電力が平滑された状態で高電圧系１２側に放出されて、低電圧系１０側の電圧よりも高い電圧が高電圧系１２に出力される。

また、制御部３８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０により降圧変換を行うべきときは、まず、設定デューティ比に応じてスイッチング素子４０をオフしかつスイッチング素子４２をオンする。スイッチング素子４０がオフ動作しかつスイッチング素子４２がオン動作すると、インダクタンス３２に高電圧系１２から低電圧系１０へ向いて電流が流れることで、そのインダクタンス３２に電力が蓄積されると共に、低圧系コンデンサ３４に電荷が蓄積され、更に、低電圧系１０に電力が供給される。制御部３８は、インダクタンス３２に電力が蓄積された状態で、次に、設定デューティ比に応じてスイッチング素子４０をオンしかつスイッチング素子４２をオフする。スイッチング素子４０がオン動作しかつスイッチング素子４２がオフ動作すると、インダクタンス３２及び低圧系コンデンサ３４に蓄積されていた電力が平滑化された状態で低電圧系１２側に放出されて、高電圧系１０側の電圧よりも低い電圧が高電圧系１２に出力される。

従って、本実施例のシステムによれば、一対のスイッチング素子４０，４２を互いに反転動作させつつ所定のデューティ比でオン・オフ駆動を繰り返すことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を動作させて、低電圧系１０と高電圧系１２との間を同期整流で電圧変換させることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング制御によって低電圧系１０の電圧を所望のとおり昇圧し又は高電圧系１２の電圧を所望のとおり降圧しつつ、低電圧系１０又は高電圧系１２の有する電力を高電圧系１２又は低電圧系１０に供給することが可能となっている。

ところで、低電圧系１０において発電機１６が給電できない故障や低圧系バッテリ１４のオープンや短絡などの故障が生ずることがある。これらの故障を検知する手法としては、発電機１６及び低圧系バッテリ１４にそれぞれ電圧センサや電流センサを設け、個別に故障判定を行うことが考えられる。しかしながら、かかる手法では、低電圧系１０の異常を検知するのに多くのセンサ類を設けることが必要になり、電源システムが複雑化するおそれがある。

また、低電圧系１０に設けられた電気負荷２２は、上記の如く、メーデ装置などの低電圧系１０の異常時にも作動する必要のある負荷であるので、低電圧系１０に異常が生じた場合にも、その電源供給を可能とすることが必要である。

これに対して、本実施例のシステムは、以下に詳細に示す如く、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に接続された低電圧系１０の異常を簡素な構成で検知すると共に、更に、低電圧系１０の異常が生じた場合にその低電圧系１０をＤＣ−ＤＣコンバータ３０から切り離しつつ冗長系の電気負荷２２に電源供給を行うこととしている。以下、図３及び図４を参照して、本実施例の特徴部について説明する。

図３は、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０において低圧系コンデンサ３４に流れる電流Ｉｃと切替スイッチ４４のオン・オフとの関係を表した図を示す。また、図４は、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０において制御部３８が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。

本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、上記の如く、低電圧系１０側に設けられた低圧系コンデンサ３４を有している。低圧系コンデンサ３４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の作動時に放出電力の平滑化を図るうえで必要な部品であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が通常どおり作動する際には予め定められた所定の範囲でリプル電流が流れるものである。

一方、低電圧系１０の低圧系バッテリ１４のオープンや短絡の故障や発電機の故障が生じた場合には、低圧系バッテリ１４や発電機１６から低電圧系１０の電気負荷２０，２２に電力を供給することが困難となって、この際、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の低電圧系１０側に設けられた低圧系コンデンサ３４から多くの電力が持ち出され、通常生じ得るリプル電流の範囲を超える過大な放電電流が流れ出る。従って、低圧系コンデンサ３４を流れる電流を監視することとすれば、低電圧系１０の各種の異常を検知することは可能である。

また、本実施例において、低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２との間には、上記の如く、切替スイッチ４４が介在されている。低電圧系１０の電気負荷２０，２２のうち電気負荷２０は、切替スイッチ４４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２側に接続されているが、電気負荷２２は、その接続の他に更に、切替スイッチ４４を介さずにもＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２側に接続されている。従って、低電圧系１０の異常が生じた場合に、その低電圧系１０をＤＣ−ＤＣコンバータ３０から切り離すこととしても、高電圧系１２からそのＤＣ−ＤＣコンバータ３０を経由して直接に冗長系の電気負荷２２に電源を供給することは可能である。

そこで、本実施例の電源システムにおいては、上記の如く、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２と低電圧系１０とを結ぶ電源供給ラインと低圧系コンデンサ３４とを結ぶライン上に電流検出器５０が設けられており、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の制御部３８がその電流検出器５０の出力に基づいてそのラインに流れる電流すなわち低圧系コンデンサ３４から放電され或いは低圧系コンデンサ３４に充電される電流Ｉｃを検出することによりそのコンデンサ電流Ｉｃの監視を行う（ステップ１００）。

制御部３８は、低圧系コンデンサ３４に流れる電流Ｉｃを検出すると、その検出電流値Ｉｃを予め定められた所定の閾値Ｉｃｔｈと比較する（ステップ１０２）。この所定の閾値Ｉｃｔｈは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の通常作動時に低圧系コンデンサ３４に流れ得るリプル電流の範囲具体的には放電側に流れる最大のリプル電流よりも大きく、低電圧系１０に異常が生じたと判断できる電流値である。

その比較の結果、検出電流値Ｉｃが閾値Ｉｃｔｈ未満であるときは、通常どおりＤＣ−ＤＣコンバータ３０の作動に伴うリプル電流が低圧系コンデンサ３４に流れていると判断して、何ら処理を行わない。一方、検出電流値Ｉｃが閾値Ｉｃｔｈ以上であるときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の通常作動に伴うリプル電流よりも大きな放電電流が低圧系コンデンサ３４から流れ出ており、低電圧系１０に異常が生じたと判断する。そして、この場合には、低電圧系１０側とＤＣ−ＤＣコンバータ３０側との間を遮断すべく、切替スイッチ４４をオフにする（ステップ１０４）。

かかる構成によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に内蔵された低圧系コンデンサ３４を流れる電流Ｉｃを監視して、通常のリプル電流よりも大きな閾値Ｉｃｔｈを超える放電電流が流れたときに、低電圧系１０に異常が生じたと判定することができる。この場合には、低電圧系１０の異常を検知するのに、低圧系バッテリ１４及び発電機１６ごとに電流検出器などを設けることは不要であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０内にのみ検出素子を設けることとすれば十分である。また、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に流れる電流値を個別に検出することは不要であって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の低圧系コンデンサ３４を流れる電流Ｉｃを監視することとすれば十分である。

従って、本実施例の電源システムによれば、低電圧系１０の異常検知をＤＣ−ＤＣコンバータ３０内に設けた素子のみで行うことが可能であるので、簡素な構成で低電圧系１０の異常を検知することが可能となっている。このため、安価でかつ少ない組み付け工数で低電圧系１０の異常検知システムを構築することが可能である。

また、上記の構成によれば、通常作動時にはオンとされる切替スイッチ４４を、低電圧系１０に異常が生じたことが検知された場合にオフとすることができる。切替スイッチ４４がオフにされると、低電圧系１０（具体的には、低圧系バッテリ１４、発電機１６、及び電気負荷２０）はＤＣ−ＤＣコンバータ３０から切り離されるが、一方、低電圧系１０の電気負荷２２は依然として電源供給ライン４８を通じてＤＣ−ＤＣコンバータ３０との接続を継続する。この場合には、高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して低電圧系１０の低圧系バッテリ１４や発電機１６，電気負荷２０に電力が供給されることは生じ得ないが、電気負荷２２には高電圧系１２からのＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介した電力は供給され得る。

従って、本実施例の電源システムによれば、異常が生じた低電圧系１０を切替スイッチ４４の開放によりＤＣ−ＤＣコンバータ３０から切り離しつつ、その低電圧系１０の電気負荷２２には高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して給電することが可能である。この点、本実施例の電源システムにおいては、異常が生じた低電圧系１０に高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して無駄に電力が供給されるのを防止することが可能となっている。また、低電圧系１０に例えば電源供給ライン４６の断線などに起因して低圧系バッテリ１４や発電機１６からの給電が不可能となる異常が生じても、冗長系の電気負荷２２に対しては電源供給を行うことが可能となっており、その電気負荷２２の作動を確保することが可能となっている。

尚、上記の第１実施例においては、低電圧系１０及び高電圧計１２が特許請求の範囲に記載した「系統」に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が特許請求の範囲に記載した「直流−直流電圧変換器」に、低圧系コンデンサ３４が特許請求の範囲に記載した「平滑用コンデンサ」に、切替スイッチ４４が特許請求の範囲に記載した「切替手段」に、電気負荷２２が特許請求の範囲に記載した「冗長系負荷」に、それぞれ相当している。

また、上記の第１実施例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の有する制御部３８が、電流検出器５０による低圧系コンデンサ３４の検出電流値Ｉｃを予め定められた所定の閾値Ｉｃｔｈと比較することにより特許請求の範囲に記載した「電力供給検知手段」が、その比較結果に基づいて低電圧系１０の異常を判定することにより特許請求の範囲に記載した「異常判定手段」が、低電圧系１０の異常時に切替スイッチ４４をオフにすることにより特許請求の範囲に記載した「異常時制御手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の第１実施例においては、低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２との間を導通・遮断する切替スイッチ４４を図２に示す如き構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成により実現することとしてもよい。

上記した第１実施例では、低圧系コンデンサ３４とその低圧系コンデンサ３４がインダクタンス３２及び切替スイッチ４４に接続する点とを結ぶライン上に配設された電流検出器５０を用いて、低電圧系１０に生ずる異常を判定することとしている。これに対して、本発明の第２実施例においては、低電圧系１０の異常を検知するうえで、低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２との間を導通・遮断する切替スイッチに付属された電流検出機能を用いることとしている。

図５は、本実施例の電源システムの構成図を示す。尚、図５に示すシステムにおいて、図１に示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。すなわち、本実施例の電源システムは、上記第１実施例の電源システムと同様に、低電圧系１０と高電圧系１２との間に介在されたＤＣ−ＤＣコンバータ１００を備えている。

低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１００のインダクタンス３２との間には、切替スイッチ１０２が介在されている。すなわち、低電圧系１０の低圧系バッテリ１４及び発電機１６は、切替スイッチ１０２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１００のインダクタンス３２側に接続されている。切替スイッチ１０２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００内に配置されており、そのゲートが上記した制御部３８に接続されている。

また、切替スイッチ１０２は、例えば半導体により構成されたセンスＭＯＦＥＴであって、その両端間すなわち低電圧系１０側とインダクタンス３２側との間に流れる電流を検出する機能を有している。切替スイッチ１０２の出力は、制御部３８に供給される。制御部３８は、切替スイッチ１０２の出力に基づいて、その切替スイッチ１０２の両端に流れる電流を検出する。

電気負荷２０は、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に並列に接続されていると共に、切替スイッチ１０２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１００のインダクタンス３２側に接続されている。一方、電気負荷２２は、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に並列に接続されていると共に、切替スイッチ１０２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１００のインダクタンス３２側に接続されており、更に、切替スイッチ１０２を介さずにもＤＣ−ＤＣコンバータ１００のインダクタンス３２側に接続されている。

本実施例のシステムにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の制御部３８は、低電圧系１０の電圧状態と高電圧系１２の電圧状態との関係に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００を起動すべきか否かを判別し、起動すべきと判別するときは、切替スイッチ１０２をオンすると共に、適宜スイッチング素子４０，４２をオン・オフする。

ところで、低電圧系１０の低圧系バッテリ１４のオープンや短絡の故障や発電機の故障が生じた場合には、低圧系バッテリ１４や発電機１６から低電圧系１０の電気負荷２０，２２に電力を供給することが困難となって、この際、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の低電圧系１０側に設けられた低圧系コンデンサ３４から多くの電力が持ち出され、通常生じ得るリプル電流の範囲を超える過大な放電電流が流れ出、切替スイッチ１０２を介して低電圧系１０側に流れる。従って、切替スイッチ１０２を流れる電流を監視することとしても、低圧系コンデンサ３４からの放電電流を間接的に監視することができ、低電圧系１０の各種の異常を検知することは可能である。

そこで、本実施例のシステムにおいて、制御部３８は、切替スイッチ１０２からの出力に基づいてその両端間に流れる電流を監視して、その検出電流値を予め定められた所定の閾値と比較する。尚、この所定の閾値は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の通常作動時に低圧系コンデンサ３４に流れ得るリプル電流の範囲具体的には放電側に流れる最大のリプル電流よりも大きく、低電圧系１０に異常が生じたと判断できる電流値である。

そして、検出電流値が閾値未満であるときは、通常どおりＤＣ−ＤＣコンバータ１００の作動に伴うリプル電流が低圧系コンデンサ３４に流れていると判断して、何ら処理を行わない。一方、検出電流値が閾値以上であるときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の通常作動に伴うリプル電流よりも大きな放電電流が低圧系コンデンサ３４から流れ出て、切替スイッチ１０２を介して低電圧系１０側に流れており、低電圧系１０に異常が生じたと判断する。そして、この場合には、低電圧系１０側とＤＣ−ＤＣコンバータ１００側との間を遮断すべく、切替スイッチ１０２をオフにする。

かかる構成においても、切替スイッチ１０２の両端間に流れる電流の監視により間接的に低圧コンデンサ３４を流れる電流を監視して、通常のリプル電流よりも大きな閾値を超える放電電流が流れたときに、低電圧系１０に異常が生じたと判定することができる。この場合においても、低電圧系１０の異常を検知するのに、低圧系バッテリ１４及び発電機１６ごとに電流検出器などを設けることは不要であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００内にのみ検出素子を設けることとすれば十分である。また、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に流れる電流値を個別に検出することは不要であって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の低圧系コンデンサ３４を流れる電流Ｉｃを監視することとすれば十分である。従って、本実施例の電源システムによれば、低電圧系１０の異常検知をＤＣ−ＤＣコンバータ１００内に設けた素子のみで行うことが可能であるので、簡素な構成で低電圧系１０の異常を検知することが可能となっている。

また、上記の構成においても、通常作動時にはオンとされる切替スイッチ１０２を、低電圧系１０に異常が生じたことが検知された場合にオフとすることができる。切替スイッチ１０２がオフにされると、低電圧系１０（具体的には、低圧系バッテリ１４、発電機１６、及び電気負荷２０）はＤＣ−ＤＣコンバータ１００から切り離されるが、一方、低電圧系１０の電気負荷２２は依然として電源供給ライン４８を通じてＤＣ−ＤＣコンバータ１００との接続を継続する。この場合には、高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ１００を介して低電圧系１０の低圧系バッテリ１４や発電機１６，電気負荷２０に電力が供給されることは生じ得ないが、電気負荷２２には高電圧系１２からのＤＣ−ＤＣコンバータ１００を介した電力は供給され得る。従って、本実施例の電源システムによれば、異常が生じた低電圧系１０を切替スイッチ１０２の開放によりＤＣ−ＤＣコンバータ１００から切り離しつつ、その低電圧系１０の電気負荷２２には高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ１００を介して給電することが可能である。

これらの点で、本実施例の電源システムにおいても、上記第１実施例のシステムと同様の効果を得ることが可能となっている。

尚、上記の第２実施例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が特許請求の範囲に記載した「直流−直流電圧変換器」に、切替スイッチ１０２が特許請求の範囲に記載した「切替手段」に、それぞれ相当していると共に、制御部３８が、切替スイッチ１０２の電流検出機能による低圧系コンデンサ３４からの電流値を予め定められた所定の閾値と比較することにより特許請求の範囲に記載した「電力供給検知手段」が、その比較結果に基づいて低電圧系１０の異常を判定することにより特許請求の範囲に記載した「異常判定手段」が、低電圧系１０の異常時に切替スイッチ１０２をオフにすることにより特許請求の範囲に記載した「異常時制御手段」が、それぞれ実現されている。

上記した第１実施例では、低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３０のインダクタンス３２との間を導通・遮断する切替スイッチ４４を、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０内に配置することとしている。これに対して、本発明の第３実施例においては、その切替スイッチをＤＣ−ＤＣコンバータ３０外に配置することとしている。

図６は、本実施例の電源システムの構成図を示す。尚、図６に示すシステムにおいて、図１に示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。すなわち、本実施例の電源システムは、上記第１実施例の電源システムと同様に、低電圧系１０と高電圧系１２との間に介在されたＤＣ−ＤＣコンバータ２００を備えている。

低電圧系１０とＤＣ−ＤＣコンバータ２００のインダクタンス３２との間には、切替スイッチ２０２が介在されている。すなわち、低電圧系１０の低圧系バッテリ１４及び発電機１６は、切替スイッチ２０２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２００のインダクタンス３２側に接続されている。切替スイッチ２０２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００外に配置されている。

電気負荷２０は、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に並列に接続されていると共に、切替スイッチ２０２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２００のインダクタンス３２側に接続されている。一方、電気負荷２２は、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に並列に接続されていると共に、切替スイッチ２０２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ２００のインダクタンス３２側に接続されており、更に、切替スイッチ２０２を介さずにもＤＣ−ＤＣコンバータ２００のインダクタンス３２側に接続されている。

本実施例のシステムにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の制御部３８は、低電圧系１０の電圧状態と高電圧系１２の電圧状態との関係に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を起動すべきか否かを判別し、起動すべきと判別するときは、切替スイッチ２０２をオンすると共に、適宜スイッチング素子４０，４２をオン・オフする。

制御部３８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００に内蔵する電流検出器５０の出力に基づいてそのラインに流れる電流すなわち低圧系コンデンサ３４から放電され或いは低圧系コンデンサ３４に充電される電流Ｉｃを検出することによりそのコンデンサ電流Ｉｃの監視を行い、その検出電流値Ｉｃを予め定められた所定の閾値Ｉｃｔｈと比較する。

そして、検出電流値Ｉｃが閾値未満Ｉｃｔｈであるときは、通常どおりＤＣ−ＤＣコンバータ２００の作動に伴うリプル電流が低圧系コンデンサ３４に流れていると判断して、何ら処理を行わない。一方、検出電流値Ｉｃが閾値Ｉｃｔｈ以上であるときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の通常作動に伴うリプル電流よりも大きな放電電流が低圧系コンデンサ３４から流れ出ており、低電圧系１０に異常が生じたと判断する。そして、この場合には、低電圧系１０側とＤＣ−ＤＣコンバータ２００側との間を遮断すべく、切替スイッチ２０２をオフにする。

かかる構成においても、低圧コンデンサ３４を流れる電流を監視して、通常のリプル電流よりも大きな閾値を超える放電電流が流れたときに、低電圧系１０に異常が生じたと判定することができる。この場合においても、低電圧系１０の異常を検知するのに、低圧系バッテリ１４及び発電機１６ごとに電流検出器などを設けることは不要であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００内にのみ検出素子を設けることとすれば十分である。また、低圧系バッテリ１４及び発電機１６に流れる電流値を個別に検出することは不要であって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の低圧系コンデンサ３４を流れる電流Ｉｃを監視することとすれば十分である。従って、本実施例の電源システムによれば、低電圧系１０の異常検知をＤＣ−ＤＣコンバータ２００内に設けた素子のみで行うことが可能であるので、簡素な構成で低電圧系１０の異常を検知することが可能となっている。

また、上記の構成においても、通常作動時にはオンとされる切替スイッチ２０２を、低電圧系１０に異常が生じたことが検知された場合にオフとすることができる。切替スイッチ２０２がオフにされると、低電圧系１０（具体的には、低圧系バッテリ１４、発電機１６、及び電気負荷２０）はＤＣ−ＤＣコンバータ２００から切り離されるが、一方、低電圧系１０の電気負荷２２は依然として電源供給ライン４８を通じてＤＣ−ＤＣコンバータ２００との接続を継続する。この場合には、高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介して低電圧系１０の低圧系バッテリ１４や発電機１６，電気負荷２０に電力が供給されることは生じ得ないが、電気負荷２２には高電圧系１２からのＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介した電力は供給され得る。従って、本実施例の電源システムによれば、異常が生じた低電圧系１０を切替スイッチ２０２の開放によりＤＣ−ＤＣコンバータ２００から切り離しつつ、その低電圧系１０の電気負荷２２には高電圧系１２からＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介して給電することが可能である。

これらの点で、本実施例の電源システムにおいても、上記第１実施例のシステムと同様の効果を得ることが可能となっている。

尚、上記の第３実施例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が特許請求の範囲に記載した「直流−直流電圧変換器」に、切替スイッチ２０２が特許請求の範囲に記載した「切替手段」に、それぞれ相当していると共に、制御部３８が、低電圧系１０の異常時に切替スイッチ２０２をオフにすることにより特許請求の範囲に記載した「異常時制御手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の第１乃至第３実施例のシステムは、ＤＣ−ＤＣコンバータの低電圧系１０側に設けられた低圧系コンデンサ３４を流れる電流を監視して、低電圧系１０の異常を判定するシステムの例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧系１２側に設けられた高圧系コンデンサ３６を流れる電流を監視して、高電圧系１２の異常を判定するシステムに適用することも可能である。

また、上記の第１乃至第３実施例のシステムにおいては、ＤＣ−ＤＣコンバータを低電圧系１０と高電圧系１２との間の双方向に入力電圧を変換して電力を供給出力する昇降圧型のものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、低電圧系１０から入力される電力を昇圧して高電圧系１２へ出力する昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータに適用したものであってもよく、また、高電圧系１２から入力される電力を降圧して低電圧系１０へ出力する降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに適用したものであってもよい。

本発明の第１実施例である電源システムの構成図である。 本実施例の電源システムが備える切替スイッチの構成図である。 本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて低圧系コンデンサに流れる電流Ｉｃと切替スイッチのオン・オフとの関係を表した図である。 本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。 本発明の第２実施例である電源システムの構成図である。 本発明の第３実施例である電源システムの構成図である。

符号の説明

１０ 低電圧系
１２ 高電圧系
２２ 電気負荷
３０，１００，２００ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３４ 低圧系コンデンサ
３８ 制御部
４４，１０２，２０２ 切替スイッチ

Claims (6)

1. 高電圧系と低電圧系との間に設けられ、少なくとも一方の系統の電力を電圧変換して他方の系統に供給する直流−直流電圧変換器を備える電源システムであって、
   前記直流−直流電圧変換器の有する平滑用コンデンサから該平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されるかを検知する電力供給検知手段と、
   前記電力供給検知手段による検知結果に基づいて前記平滑用コンデンサが接続された側の系統の異常を判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする電源システム。
2. 前記電力供給検知手段は、前記平滑用コンデンサから流れ出る電流値が所定閾値以上である場合に、該平滑用コンデンサから該平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されていると判定し、
   前記異常判定手段は、前記電力供給検知手段により前記平滑用コンデンサから前記平滑用コンデンサが接続された側の系統に電力が供給されていると判定された場合に、該平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１記載の電源システム。
3. 前記平滑用コンデンサが接続された側の系統と前記直流−直流電圧変換器との間に介在され、両者間を導通・遮断する切替手段と、
   前記異常判定手段により前記平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じていることが判定された場合に、該平滑用コンデンサが接続された側の系統と前記直流−直流電圧変換器との間を遮断すべく、前記切替手段を開放する異常時制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電源システム。
4. 前記平滑用コンデンサが接続された側の系統が、前記直流−直流電圧変換器に前記切替手段を介して接続すると共にかつ前記切替手段を介さずにも接続する冗長系負荷を有し、
   前記異常判定手段により前記平滑用コンデンサが接続された側の系統に異常が生じていることが判定された場合に、前記冗長系負荷に対して、前記直流−直流電圧変換器側から前記切替手段を介さずに直接に給電がなされることを特徴とする請求項３記載の電源システム。
5. 前記切替手段は、前記直流−直流電圧変換器内に配置されていることを特徴とする請求項３又は４記載の電源システム。
6. 前記切替手段は、前記直流−直流電圧変換器外に配置されていることを特徴とする請求項３又は４記載の電源システム。

Images