JP2008005622A - 車両電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電圧系と高電圧系との2つの電圧範囲に対応した出力を行いつつも、車両電源装置の小型化・軽量化を図る。
【解決手段】車両電源装置１は、高電圧バッテリセル２と、高電圧リレー３と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４とが１ユニット化されている。ここで、高電圧回路上には、車両システムの状況に応じて、高電圧バッテリセル２と高電圧補機との間の電気的な接続を遮断する高電圧リレー３が設けられている。メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、遮断手段よりも蓄電手段側の高電圧回路と、低電圧回路との間に接続されており、高電圧バッテリセル２から給電される第１の電圧範囲の電圧を、第２の電圧範囲の電圧に降圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両電源装置に係り、特に、電気自動車、ハイブリット自動車、燃料電池自動車に搭載される電源装置に関する。

電気自動車、ハイブリット自動車、燃料電池自動車の登場に伴い、車両に用いられる電源電圧の高電圧化が進んでいる。例えば、特許文献１には、１４V系（低電圧系）用のバッテリと、４２Ｖ系（高電圧系）用バッテリとを単一のパッケージケース内に組み込み、低電圧系と高電圧系との2つの電圧範囲に対応した出力を行う車両電源装置が開示されている。低電圧系の電源部品と、高電圧系の電源部品とを別箇所に分離して配置した場合、２つの電源部品を接続するハーネスの長尺化に伴い、コストと電気的損失とが増加するという問題があるが、かかる手法によれば、この問題を解決することができる。
特開２００４−１１４７７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、電源装置内に、低電圧系のバッテリと高電圧系のバッテリとをそれぞれ組み込む必要があり、それぞれのバッテリによって全体の重量が増加してしまうという不都合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、互いに異なる２つの電圧範囲に対応した出力を行いつつも、車両電源装置の小型化・軽量化を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、蓄電手段と、遮断手段と、第１の変換手段とを有する車両電源装置を提供する。ここで、蓄電手段は、第１の電圧範囲の電圧で給電を行う。遮断手段は、第１の電圧範囲の給電を受けて動作する高電圧補機と、蓄電手段とを電気的に接続する高電圧回路上に設けられており、車両システムの状況に応じて、蓄電手段と高電圧補機との電気的な接続を遮断させる。第１の変換手段は、遮断手段よりも蓄電手段側の高電圧回路と、第１の電圧範囲よりも低い第２の電圧範囲の給電を受けて動作する低電圧補機が接続する低電圧回路との間に接続されており、高電圧回路を介して蓄電手段から給電される第１の電圧範囲の電圧を、第２の電圧範囲の電圧に降圧する。

本発明によれば、第１の変換手段は、遮断手段よりも蓄電手段側に接続されている。そのため、車両システムの停止時も含めて常時降圧動作を行って低電圧回路へ電力を供給することができる。これにより、車両システムの停止時に、低電圧補機に対して待機電力等を供給するために設置されている低電圧バッテリを省略することができるので、車両電源装置の小型化および軽量化を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両の全体構成図である。本実施形態における車両は、車両電源装置１を駆動用電源として走行する電気自動車である。なお、同図に示す車両の全体構成図は、説明の便宜上、実際の車両構成よりも簡略化して描かれている。この車両は、１４Ｖよりも高い高電圧系と、１４Ｖの低電圧系とを含む２つの電圧系統からなる配電システムを有している。

車両に搭載された車両電源装置１は、高電圧系に対応した第１の電圧範囲（例えば、３００〜５００Ｖ）で給電を行うとともに、低電圧系に対応した第２の電圧範囲（例えば、８〜１６Ｖ）で給電を行う。車両電源装置１は、高電圧回路Ｌhighを介して、第１の電圧範囲内の給電を受けて動作する高電圧補機に接続されているとともに、低電圧回路Ｌlowを介して、第２の電圧範囲内の給電を受けて動作する低電圧補機に接続されている。高電圧補機としては、例えば、走行用電動機１０、エアコンファンや冷却水循環用ポンプの電動機（図示せず）が挙げられる。また、低電圧補機としては、例えば、コントローラ５、高電圧リレー３を含む各種リレー等が挙げられる。ここで、第１の電圧範囲と第２の電圧範囲とは、例示した範囲に限定されるものではなく、互いに異なる電圧範囲となっていればよく、この場合、第１の電圧範囲の下限値は、第２の電圧範囲の上限値よりも大きくなっている。

車両電源装置１は、高電圧バッテリセル２と、高電圧リレー３と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４とを主体に構成されており、これらの構成要素がユニット化されている。

高電圧バッテリセル２は、複数の電池セル（例えば、リチウムイオン電池）が電気的に直列接続されて、第１の電圧範囲内の電圧（例えば、４００Ｖ）で充放電を行うバッテリ（蓄電手段）である。この高電圧バッテリセル２から放電される電力は、高電圧回路Ｌhighを介して高電圧補機に供給され、また、後述するメインＤＣ／ＤＣコンバータ４によって降圧された後に、低電圧回路Ｌlowを介して低電圧補機に供給される。

高電圧リレー３は、高電圧バッテリセル２と、高電圧補機との間の高電圧回路Ｌhigh上に設けられており、自己の開閉状態に応じて、高電圧バッテリセル２と高電圧補機との電気的な接続を遮断することができる。高電圧リレー３の開閉状態は、車両システムの状況に応じて、後述するコントローラ５によって制御される。高電圧リレー３は、例えば、車両システムの停止時に開となり、高電圧バッテリセル２と高電圧補機との電気的な接続を遮断する。

メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、高電圧バッテリセル２からの４００Ｖの直流電圧を、第２の電圧範囲内の電圧（例えば、１２Ｖ）の直流電圧に降圧する。このメインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、一方（入力側）が、高電圧リレー３よりも高電圧バッテリセル２側の高電圧回路Ｌhighに接続され、他方（出力側）が、低電圧回路Ｌlowに接続されている。

コントローラ５は、車両電源装置１を含む車両の各部を制御する制御手段である。コントローラ５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。コントローラ５は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従い、車両制御に関する各種の演算を行う。本実施形態との関係において、コントローラ５は、高電圧リレー３の開閉状態を切り替えたり、後述するサブＤＣ／ＤＣコンバータ６の起動・停止を制御したりする。

このような車両電源装置１を含む車両の配電システムには、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６が設けられている。具体的には、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、車両電源装置１の高電圧リレー３が閉状態であることを前提に、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４と同様、高電圧バッテリセル２からの４００Ｖの直流電圧を、第２の電圧範囲内の電圧値（例えば、１２Ｖ）の直流電圧に降圧する。このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４と異なり、車両電源装置１の外に設けられている。すなわち、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、その入力側が、高電圧リレー３よりも下流側（高電圧バッテリセル２と対向する側）の高電圧回路Ｌhighに接続され、その出力側が、低電圧回路Ｌlowに接続されている。サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の起動・停止に関する制御は、上述したコントローラ５によって実行される。なお、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６も、広義において、車両電源装置１の構成要素として機能する。

このような車両電源装置１を備える車両において、コントローラ５は、運転者のキー操作（キーオン）を検知すると、車両システムの起動を開始するとともに、高電圧リレー３を閉じて、高電圧回路Ｌhighに高電圧電力を供給する。高電圧回路Ｌhighに接続するメインＤＣ／ＤＣコンバータ４と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６とはそれぞれ降圧動作を行い、低電圧回路Ｌlowを介して、システムの起動に必要な低電圧補機に対して低電圧電力を供給し、車両システムの起動を実施する。車両システムの起動が完了すると、アクセルペダル１１を踏んだ度合い、すなわち、アクセルペダル１１の操作量（アクセル開度）に応じたアクセル開度信号がコントローラ５に出力される。コントローラ５は、アクセル開度信号と、電子制御装置１２から走行用電動機１０の回転数などの通信信号とを取得すると、これらの情報に基づいて、必要な走行用電動機１０の出力を演算する。そして、コントローラ５は、演算された出力に応じた信号を電子制御装置１２に出力する。電子制御装置１２は、高電圧回路Ｌhighから高電圧電力を受けると、走行用電動機１０が所望の出力になるように、交流高電圧回路を介して走行用電動機１０に交流電力を供給する。走行用電動機１０の出力は、ギヤ１３、駆動軸１４、ホイール１５を通じてタイヤ１６へと伝達され、これにより、車輪に駆動力が発生する。

また、運転者がステアリングホイール１７を操作すると、連動してステアリングシャフト１８が回転し、これに伴い、ラックバー１９が駆動して、ホイール１５およびタイヤ１６の向きを変えて操舵を行う。この場合、電動パワーステアリングユニット２０は、ステアリングホイール１７の操作に対応するステアリングシャフト１８の回転量に応じて、回転トルクを補助し、運転者の操舵に必要な力を軽減する。運転者による操舵の度合い、すなわち、ステアリングシャフト１８の回転量は、電動パワーステアリングユニット２０によって検出され、ステアリング位置信号としてコントローラ５へ出力される。なお、低電圧回路Ｌlowは、高電圧リレー３、アクセルペダル１１、電動パワーステアリングユニット２０、電子制御装置１２などにも接続されているが、図１では、省略して描かれている。

このように本実施形態において、車両電源装置１は、高電圧バッテリセル２と、高電圧リレー３と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４とで構成されている。ここで、高電圧バッテリセル２は、第１の電圧範囲の電圧で給電を行う蓄電手段である。高電圧リレー３は、高電圧補機と、高電圧バッテリセル２とを電気的に接続する高電圧回路Ｌhigh上に設けられており、車両システムの状況に応じて、高電圧バッテリセル２と高電圧補機との間の電気的な接続を遮断する遮断手段である。メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、高電圧リレー３よりも高電圧バッテリセル２側の高電圧回路Ｌhighと、低電圧補機が接続される低電圧回路Ｌlowとの間に接続されており、高電圧回路Ｌhighを介して高電圧バッテリセル２から給電される第１の電圧範囲の電圧を、第２の電圧範囲の電圧に降圧する第１の変換手段である。

かかる構成によれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、高電圧リレー３より高電圧バッテリセル２側に接続されている。そのため、車両システムの停止時といった、高電圧リレー３による高電圧回路Ｌhighの遮断時も含めて常時降圧動作を行って低電圧回路Ｌlowへ電力を供給することができる。これにより、車両システム停止時に、低電圧補機に対して待機電力等を供給するために設置されている低電圧バッテリを省略することができるので、車両電源装置１の小型化および軽量化、ひいては、車両の小型化および軽量化を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、電気自動車を例示して説明を行ったが、本発明はこれに限定されず、バッテリを電源装置の一つして備える種々の車両に適用することができる。例えば、エンジンと走行用電動モータを併用するハイブリット自動車、燃料電池を発電手段として備える燃料電池自動車といった種々の車両の電源装置として適用することができる。かかるケースにおいても、車両システム停止時に、低電圧補機に対して待機電力等を供給するために設置されている低電圧バッテリを省略することができるので、車両電源装置１の小型化および軽量化、ひいては、車両の小型化および軽量化を図ることができる。

図２は、第１の実施形態の変形例である車両電源装置１が適用された車両の全体構成図である。同図に示すように、車両電源装置１には、外部から絶縁物の棒などを介して、乗員が高電圧系に直接触ることなく高電圧回路Ｌhighの接続状態を遮断可能なスイッチ７が設けられている。このスイッチ７は、例えば、高電圧回路ＬhighのメインＤＣ／ＤＣコンバータ４の接続部位と、高電圧バッテリセル２との間に設けられており、自己の開閉状態に応じて、高電圧回路Ｌhighを遮断することができる。換言すれば、車両電源装置１は、乗員による操作に応じて、高電圧バッテリセル２からメインＤＣ／ＤＣコンバータ４への給電を停止するスイッチ（操作手段）７をさらに有していてもよい。

かかる構成によれば、スイッチ７を操作することにより、高電圧バッテリセル２からメインＤＣ／ＤＣコンバータ４への高電圧電力の供給を停止することができる。ところで、車両システムを停止した状態で長期間放置する場合、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４から低電圧回路Ｌlowへ給電していると、高電圧バッテリセル２のエネルギーがなくなる可能性がある。しかしながら、スイッチ７などでメインＤＣ／ＤＣコンバータ４への給電を停止させることにより、高電圧バッテリセル２のエネルギー消費を抑制することができる。（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両について説明する。この第２の実施形態における特徴の一つは、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４から低電圧回路Ｌlowを介して低電圧補機に供給される電力（以下「メイン側電力」という）と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６から低電圧回路Ｌlowを介して低電圧補機に供給される電力（以下「サブ側電力」という）との電力供給割合が設定されている点である。なお、システム構成については、第１の実施形態と同様であるため、本実施形態における詳細な説明は省略する。

図３は、第２の実施形態におけるメイン側電力とサブ側電力との電力供給割合を示す説明図である。同図において、期間Ａは、車両システムが起動を開始してから、高電圧リレー３によって高電圧補機と高電圧バッテリセル２との電気的な接続が行われるまで、すなわち、高電圧リレー３が閉じるまでの期間に相当する。この期間Ａ内では、低電圧回路Ｌlowに対して、高電圧リレー３を閉じるまでに低電圧補機において消費される電力を供給する必要がある。このような電力としては、高電圧リレー３を動作させるための電力Ｐm1と、その他の低電圧補機を動作させるための電力Ｐm2とが該当する。ここで、電力Ｐm2としては、代表的に、コントローラ５の消費電力、インパネ等のランプの消費電力や、車内の時計の消費電力などが挙げられる。また、車両が、燃料電池自動車の場合には、燃料電池を制御するコントローラの消費電力もこれに含まれる。

期間Ｂは、車両システムの起動が完了した後の車両停止状態の期間に相当し、この期間Ｂ内では、車両停止中に低電圧補機において消費される電力を低電圧回路Ｌlow側に供給する必要がある。車両停止中に必要な電力としては、上述した低電圧補機の消費電力Ｐm2の他に、代表的には、車両の状態を検出する各種センサの消費電力や、電子制御装置１２の消費電力、電動パワーステアリングユニット２０の消費電力などが挙げられる。

一方、期間Ｃは、車両走行中の期間に相当し、この期間Ｃ内では、車両走行中に低電圧補機において消費される電力を低電圧回路Ｌlow側に供給する必要がある。車両走行中に必要な電力としては、上述した低電圧補機の消費電力Ｐm2、各種センサの消費電力や、電子制御装置１２の消費電力、電動パワーステアリングユニット２０の消費電力の他に、車両の走行に伴い電力が増減するような低電圧補機（電動パワーステアリングユニット２０等）の消費電力などが挙げられる。このような各期間Ａ〜Ｃにおける電力の最大値は、車両に搭載される個々の低電圧補機の最大消費電力と、各低電圧補機の使用されるシチュエーション（期間）とに基づいて、実験やシミュレーションを通じて予め取得することができ。

メイン側電力とサブ側電力との電力供給割合は、「０」から低電圧補機で消費される最大電力の範囲内において、任意に決定することができる。本実施形態において、メイン側電力は、車両システムが起動を開始してから、高電圧リレー３を閉じるまでの間に必要な電力（期間Ａに相当する電力）が上限として決定されている。換言すれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、車両システムが起動を開始してから、高電圧リレー３を閉じるまでの間に低電圧補機において消費される電力を供給し得る出力を備えている。したがって、図３に示す期間Ａでは、低電圧補機に供給される電力は、メイン側電力、すなわち、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からの供給される電力によって賄われる。一方、図３に示す期間Ｂまたは期間Ｃでは、低電圧補機に供給される電力は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からの電力によって賄われるとともに、その不足分（トータルの電力−メイン側電力）がサブ側電力、すなわち、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６からの電力によって賄われる。

図４は、第２の実施形態における、車両システムの起動開始から起動完了までの車両システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、コントローラ５は、キーオンされたか否か、すなわち、運転者によって車両のイグニッションスイッチがオンされたか否かを判断する。第１の実施形態で詳述したように、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、高電圧リレー３よりも高電圧バッテリセル２側に接続されているため、車両システム停止時も含めて常時降圧動作を行って低電圧回路Ｌlow側へ電力を供給している。そのため、低電圧補機を駆動するためのバッテリを備えずとも、起動処理を行うことができる。このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、キーオンされた場合には、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、キーオンされていない場合には、所定時間後に再度ステップ１０に戻る。

ステップ１１において、コントローラ５は、高電圧リレー３を閉じる。これにより、高電圧リレー３によって遮断されていた、車両電源装置１（具体的には、高電圧バッテリセル２）と高電圧補機とが電気的に接続される。また、高電圧リレー３を閉じることにより、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６に供給される電力系統も確保されることとなる。

ステップ１２（Ｓ１２）において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動させる。ステップ１３（Ｓ１３）において、コントローラ５は、起動に必要な補機を駆動した上で、本処理を終了する。

図５は、第２の実施形態における車両システムの停止処理の手順を示すフローチャートである。まず、ステップ３０（Ｓ３０）において、コントローラ５は、キーオフされたか否か、すなわち、運転者によって車両のイグニッションスイッチがオフされたか否かを判断する。ステップ３０において肯定判定された場合、すなわち、キーオフされた場合には、ステップ３１（Ｓ３１）に進む。ステップ３０において否定判定された場合、すなわち、キーオフされていない場合には、所定時間後に再度ステップ３０に戻る。

ステップ３１において、コントローラ５は、駆動している補機を停止させ、ステップ３２（Ｓ３２）において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させる。そして、ステップ３３（Ｓ３３）において、コントローラ５は、高電圧リレー３を開けた上で、本処理を終了する。これにより、高電圧リレー３によって接続されていた、車両電源装置１（具体的には、高電圧バッテリセル２）と高電圧補機とが電気的に遮断される。また、高電圧リレー３を開けることにより、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６側への電力供給も停止されることとなる。

このように本実施形態において、車両電源装置１は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６をさらに有している。このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、高電圧リレー３を介して高電圧バッテリセル２と対向する側の高電圧回路Ｌhighと、低電圧回路Ｌlowとの間に接続されており、高電圧回路Ｌhighを介して高電圧バッテリセル２から給電される第１の電圧範囲の電圧を、第２の電圧範囲の電圧に降圧する。また、このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、低電圧補機において消費される電力に対する、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４から出力される電力の不足に応じて、電力を出力する。ここで、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、は、車両システムが起動を開始してから、高電圧リレー３によって高電圧補機と高電圧バッテリセル２との電気的な接続が行われるまでの期間に低電圧補機において消費される電力を供給し得る出力を備えている。

かかる構成によれば、車両電源装置１に内蔵されたメインＤＣ／ＤＣコンバータ４が、高電圧リレー３を投入するまでに低電圧補機において消費される電力を供給する能力を有している。そのため、車両システム停止状態では高電圧リレー３が開けられていたとしても、起動時にこれ閉じることが可能となる。これにより高電圧回路Ｌhighには常時高電圧が印加されず、消費エネルギーの抑制を図ることができるとともに、より安全な車両システムを構成することができる。

また車両システムの停止状態では、必要な低電圧補機の消費電力は車両走行中と比較する極めて小さい。そのため、車両システムが停止した状態において、車両走行中の低電圧補機の消費電力を供給し得る程度の出力を備えるＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、低電圧補機に対して電力を供給した場合、車両全体のエネルギー効率が悪くなるという可能性がある。これに対して、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４を、高電圧リレー３を閉じるまでの必要最低限の出力仕様とすることで、車両全体のエネルギー効率の悪化を抑制することができる。また、車両システムの起動時に高電圧リレー３を閉じることで、起動中にサブＤＣ／ＤＣコンバータ６の運転を開始することができので、起動以後に必要な低電圧補機の消費電力を供給することも可能となる。また、かかる構成によれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４の大容量化を抑制することができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両について説明する。この第３の実施形態における特徴の一つは、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からのメイン側電力と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６からのサブ側電力との電力供給割合が設定されている点である。なお、システム構成については、第１の実施形態と同様であるため、本実施形態における詳細な説明は省略する。

図６は、第３の実施形態におけるメイン側電力とサブ側電力との電力供給割合を示す説明図であり、第２の実施形態において説明した図３に対応する図である。本実施形態において、メイン側電力は、図６に示すように、車両システムの起動が完了した後の車両停止状態において低電圧補機において消費される電力（期間Ｂに相当する電力）が上限として決定されている。換言すれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、車両システムの起動が完了した後の車両停止状態において低電圧補機において消費される電力を供給し得る出力を備える。したがって、図６に示す期間Ａまたは期間Ｂでは、低電圧補機に供給される電力は、メイン側電力、すなわち、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からの供給される電力によって賄われる。一方、図６に示す期間Ｃでは、低電圧補機に供給される電力は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からの電力によって賄われるとともに、その不足分（トータルの電力−メイン側電力）をサブ側電力、すなわち、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６からの電力によって賄われる。

図７は、第３の実施形態における車両システムの起動開始から起動完了までの車両システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、上述した第２の実施形態にかかる起動処理の手順を概ね同じであり、同一の処理については同一のステップ番号を付すこととして、その詳細な説明は省力する。ここで、第３の実施形態の起動処理が、第２の実施形態のそれと相違する点は、ステップ１１の処理に続きステップ１３へと進み、ステップ１２、すなわち、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動させるステップを行わないことである。

図８は、第３の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ５０において、コントローラ５は、アクセル開度信号に基づいて、アクセルペダル１１が踏まれているか否かを判定する。ステップ５０において肯定判定された場合、すなわち、アクセルペダル１１が踏み込まれている場合には、ステップ５１（Ｓ５１）に進む。一方、ステップ５０において否定判定された場合、すなわち、アクセルペダル１１が踏み込まれていない場合には、所定時間後に再度ステップ５０に戻る。

ステップ５１において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動させる。ステップ５２（Ｓ５２）において、コントローラ５は、アクセル開度信号に基づいて、アクセルペダル１１の踏込量、すなわち、アクセル開度を検出する。ステップ５３（Ｓ５３）において、コントローラ５は、アクセル開度と電子制御装置１２から走行用電動機１０の回転数などの通信信号を取得すると、これらの情報に基づいて、必要な走行用電動機１０の出力を演算する。ステップ５４において、コントローラ５は、演算された出力に応じた通信信号を、電子制御装置１２に対して出力する。ステップ５５（Ｓ５５）において、電子制御装置１２は、走行用電動機１０が、コントローラ５において演算された出力になるように、交流高電圧回路Ｌhighを介して交流電力を供給し、これにより、走行用電動機１０の出力を制御する。

ステップ５６（Ｓ５６）において、コントローラ５は、運転者によって車両のイグニッションスイッチがオフされたか否か、すなわち、キーオフされたか否かを判断する。ステップ５６において肯定判定された場合、すなわち、キーオフされた場合には、ステップ５７（Ｓ５７）に進む。ステップ５６において否定判定された場合、すなわち、キーオフされていない場合には、ステップ５２に戻る。ステップ５７において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させる。

図９は、第３の実施形態における、車両システムの停止処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、上述した第２の実施形態にかかる停止処理の手順を概ね同じであり、同一の処理については同一のステップ番号を付すこととして、その詳細な説明は省力する。ここで、第３の実施形態の停止処理が、第２の実施形態のそれと相違する点は、ステップ３１において、コントローラ５が、駆動している補機を停止させ、ステップ３３において、コントローラ５が、高電圧リレー３が開けた上で、本処理を終了する点にある。換言すれば、第３の実施形態の停止処理では、図５に示すステップ３０，３２の処理は行われない。

このように本実施形態によれば、車両電源装置１は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６をさらに有している。このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、高電圧リレー３を介して高電圧バッテリセル２と対向する側の高電圧回路Ｌhighと、低電圧回路Ｌlowとの間に接続されており、高電圧回路Ｌhighを介して高電圧バッテリセル２から給電される第１の電圧範囲の電圧を、第２の電圧範囲の電圧に降圧する。また、このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、低電圧補機において消費される電力に対する、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４から出力される電力の不足に応じて、電力を出力する。ここで、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、車両システムの起動が完了した後の車両停止状態において低電圧補機において消費される電力を供給し得る出力を備えている。

かかる構成によれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４が、車両システムの起動が完了した後の車両停止状態において低電圧補機において消費される電力を供給する能力を有している。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率が低下する、低負荷の状態でサブＤＣ／ＤＣコンバータ６を動作させるといったシチュエーションの発生が抑制されるので、車両全体のエネルギー効率の向上を図ることができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両について説明する。この第４の実施形態における特徴の一つは、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からのメイン側電力と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６からのサブ側電力との電力供給割合が設定されている点である。なお、システム構成については、第１の実施形態と同様であるため、本実施形態における詳細な説明は省略する。

図１０は、第４の実施形態におけるメイン側電力とサブ側電力との電力供給割合を示す説明図であり、第２の実施形態において説明した図３に対応する図である。本実施形態において、メイン側電力は、図１０に示すように、サブ側電力と同等に設定されている。換言すれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力と同等となっている。したがって、図１０に示す期間Ａ、期間Ｂ、または、期間Ｃの一部（低電圧補機の消費電力≦メイン側電力）では、低電圧補機に供給される電力は、メイン側電力、すなわち、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からの供給される電力によって賄われる。

一方、期間Ｃの一部（低電圧補機の消費電力＞メイン側電力）では、低電圧補機に供給される電力は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４からの電力によって賄われるとともに、その不足分（トータルの電力−メイン側電力）をサブ側電力、すなわち、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６からの電力によって賄われる。

図１１は、第４の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、上述した第３の実施形態にかかる処理手順を概ね同じであり、同一の処理については同一のステップ番号を付すこととして、詳細な説明は省力する。また、車両システムの起動処理の手順、および、車両システムの停止処理の手順については、第３の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

まず、コントローラ５は、ステップ５２において、アクセル開度を検出し、ステップ５３において、走行用電動機１０の出力を演算する。ステップ５３に続くステップ５８において、コントローラ５は、低電圧補機において消費される電力の総量に基づいて、この総量がメイン側電力よりも大きいか否か、すなわち、サブ側電力も必要か否かを判断する。ステップ５８において肯定判定された場合、すなわち、サブ側電力も必要な場合には、ステップ５１に進む。そして、ステップ５１において、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動する。一方、ステップ５８において否定判定された場合、すなわち、サブ側電力が必要ではない場合には、ステップ５１の処理をスキップして、ステップ５４に進む。

ステップ５４において、コントローラ５は、演算された出力に応じた通信信号を、電子制御装置１２に対して出力する。ステップ５５において、電子制御装置１２は、走行用電動機１０の出力を制御する。ステップ５６において、コントローラ５は、キーオフされたか否かを判断する。ステップ５６において肯定判定された場合、すなわち、キーオフされた場合には、ステップ５７に進む。ステップ５６において否定判定された場合、すなわち、キーオフされていない場合には、所定時間後にステップ５２に戻り、上述した処理を再度実行する。ステップ５７において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させる。

このように本実施形態によれば、車両電源装置１は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６をさらに有している。このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、高電圧リレー３を介して高電圧バッテリセル２と対向する側の高電圧回路Ｌhighと、低電圧回路Ｌlowとの間に接続されており、高電圧回路Ｌhighを介して高電圧バッテリセル２から給電される第１の電圧範囲の電圧を、第２の電圧範囲の電圧に降圧する。また、このサブＤＣ／ＤＣコンバータ６は、低電圧補機において消費される電力に対する、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４から出力される電力の不足に応じて、電力を出力する。ここで、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６と同等の出力を備えている。

かかる構成によれば、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４、或いは、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６が故障した場合でも、少なくとも半分の低電圧補機の消費電力を供給することができるので、車両退避のための走行が可能となる。また、一つのＤＣ／ＤＣコンバータの出力が大きいため、車両運転中などでも一部のＤＣ／ＤＣコンバータを停止させることも可能となる。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両について説明する。この第５の実施形態は、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理において第４の実施形態のそれと相違している。

図１２は、第５の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、上述した第４の実施形態にかかる処理手順と概ね同じであり、同一の処理については同一のステップ番号を付すこととして、その詳細な説明は省力する。

まず、ステップ５９において、コントローラ５は、車両がアイドルストップ状態であるか否かを判断する。ステップ５９において肯定判定された場合、すなわち、車両がアイドルステップ状態である場合には、ステップ６０に進む。このステップ６０において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させた後に、所定時間後にステップ５９に戻り、上述した処理を再度実行する。一方、ステップ５９において否定判定された場合、すなわち、車両がアイドルストップ状態でない場合には、ステップ５２に進む。そして、第４の実施形態と同様に、ステップ５２以降の処理が行われる。なお、この第５の実施形態では、ステップ５６において否定判定された場合、すなわち、キーオフされていない場合には、所定時間後にステップ５９に戻り、上述した処理を再度実行する。

このように本実施形態によれば、アイドルストップ状態である場合に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の動作を停止させるコントローラ（制御手段）５をさらに有している。かかる構成によれば、アイドルストップを条件に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止することにより、アイドルストップ時の車両全体のエネルギー効率の向上を図ることができる。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両について説明する。この第６の実施形態は、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理において第４の実施形態のそれと相違している。

図１３は、第６の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、上述した第５の実施形態にかかる処理手順を概ね同じであり、同一の処理については同一のステップ番号を付すこととして、その詳細な説明は省力する。

まず、ステップ５９において、コントローラ５は、車両がアイドルストップ状態であるか否かを判断する。ステップ５９において肯定判定された場合、すなわち、車両がアイドルステップ状態である場合には、ステップ６１に進む。ステップ６１において、コントローラ５は、図示しないシフトレバーのポジションを検出するセンサからの検出信号に基づいて、シフトレバーがＮレンジまたはＰレンジであるか否かを判断する。このステップ６０において否定判定された場合、すなわち、シフトレバーがＮレンジおよびＰレンジでない場合には、ステップ５９に戻る。一方、ステップ６１において肯定判定された場合、すなわち、シフトレバーがＮレンジまたはＰレンジである場合には、ステップ６０に進む。そして、ステップ６０において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させた後に、所定時間後にステップ５９に戻り、上述した処理を再度実行する。

一方、ステップ５９において否定判定された場合、すなわち、車両がアイドルストップ状態でない場合には、ステップ５２に進む。そして、第４の実施形態に示すように、ステップ５２以降の処理が行われる。なお、この第６の実施形態では、ステップ５６において否定判定された場合、すなわち、キーオフされていない場合には、所定時間後にステップ５９に戻り、上述した処理を再度実行する。

このように本実施形態によれば、アイドルストップ状態であり、かつ、車両のシフト位置がＮ（ニュートラル）レンジまたはＰ（パーキング）レンジである場合に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の動作を停止させるコントローラ（制御手段）５をさらに有している。例えば、急加速時に消費電力が急激に増加するような低電圧補機を考えた場合、アイドルストップ中に運転しているＤＣ／ＤＣコンバータのみでは供給電力が不足するような場合を想定する。この点、本実施形態によれば、運転者がＮレンジまたはＰレンジ以外、例えば、Ｄ（ドライブ）レンジに操作することにより、アイドルストップ状態であっても、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６が起動される。そのため、運転者の発進要求への応答性の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、アイドルストップ状態であっても、シフトレバーのポジションがＮレンジまたはＰレンジでない場合には、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６は起動したままとなっている。これにより応答性の向上を図っているが、このような判断は、シフトレバーのポジションがＮレンジまたはＰレンジでない場合以外にも、ステアリング操作に基づいて、行ってもよい。

図１４は、第６の実施形態の変形例である、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。同図のステップ６２に示すように、コントローラ５は、ステアリング位置信号に基づいて、ステアリング操作がないか否かを判断する。このステップ６２において否定判定された場合、すなわち、ステアリング操作がある場合には、ステップ５９に戻る。一方、ステップ６２において肯定判定された場合、すなわち、ステアリング操作がない場合には、ステップ６０に進む。そして、ステップ６０において、コントローラ５は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させた後に、所定時間後にステップ５９に戻り、上述した処理を再度実行する。

このように、本実施形態は、アイドルストップ状態であっても、車両の乗員がステアリングを操作していない場合に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の動作を停止させてもよい。かかる構成によれば、アイドルストップ状態であっても、ステアリグ操作が行われた場合には、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６が起動されることとなる。すなわち、ステアリング操作に伴い低電圧補機（具体的には、電動パワーステアリングユニット２０）の消費電力が増えるようなケースでは、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６が予め起動されることとなる。そのため、低電圧補機の消費電力が不足してからサブＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動する場合と比較して、車両の応答性の向上を図ることができる。

（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両について説明する。この第７の実施形態は、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理において第４の実施形態のそれと相違している。

図１５は、第７の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、上述した第４の実施形態にかかる処理手順を概ね同じであり、同一の処理については同一のステップ番号を付すこととして、その詳細な説明は省力する。この第７の実施形態にかかる処理手順が、第４の実施形態にかかるそれと相違する点は、ステップ５８において肯定判定された後に、ステップ６０に進み、その後に、ステップ５４の処理を実行することである。ここで、ステップ６０では、コントローラ５がサブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させる処理が行われる。

このように本実施形態によれば、走行中でもサブＤＣ／ＤＣコンバータ６からの電力供給が不要な場合には、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止している。換言すれば、低電圧補機の消費電力と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力可能な電力とに基づいて、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の動作を停止させている。これにより、不必要にサブＤＣ／ＤＣコンバータ６を動作させる必要がなくなるため、車両全体のエネルギー効率の向上を図ることができる。

図１６は、第７の実施形態の変形例としての、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、ステップ５８において否定判定された場合には、ステップ６２に示す処理をおこなってもよい。このステップ６２において、コントローラ５は、現在の低電圧補機の消費電力と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力上限値とに基づいて、アクセルが全開された場合に、メイン側電力のみでは電力の供給不足となるか否かを判断する。このステップ６２において肯定判定された場合、すなわち、電力の供給不足である場合には、ステップ５１に進み、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動する。一方、ステップ６２において否定判定された場合、すなわち、電力の供給不足でない場合には、ステップ６０に進み、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止した上で、ステップ５４に進む。

かかる手法によれば、車両の乗員によるアクセル操作量（アクセル開度）に基づいて、サブＤＣ／ＤＣコンバータ６の動作を停止させるコントローラ（制御手段）５をさらに有している。かかる構成によれば、低電圧補機の消費電力が急激に増加しないような場合、すなわち、アクセル開度が十分に大きい場合にサブＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止するといった措置を講ずることができる。これにより、アクセル開度を反映しない制御手法と比較して、車両応答性の向上を図ることができる。

なお、上述した各実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載したものであり、かかる記載のみに本発明を限定するものではない。したがって、上記の各実施形態に開示された手法は、本発明の技術的範囲に包含される範囲においてその変更等が可能である。例えば、各実施形態では、車両電源装置１としてＤＣ／ＤＣコンバータを２つ使用した構成であるが、それ以上の個数のＤＣ／ＤＣコンバータを使用してもよい。また、各実施形態に個別に記載した内容を、複合的に用いることも可能である。

第１の実施形態にかかる車両電源装置１が適用された車両の全体構成図 第１の実施形態の変形例である車両電源装置１が適用された車両の全体構成図 第２の実施形態におけるメイン側電力とサブ側電力との電力供給割合を示す説明図 第２の実施形態における、車両システムの起動開始から起動完了までの車両システムの起動処理の手順を示すフローチャート 第２の実施形態における車両システムの停止処理の手順を示すフローチャート 第３の実施形態におけるメイン側電力とサブ側電力との電力供給割合を示す説明図 第３の実施形態における車両システムの起動開始から起動完了までの車両システムの起動処理の手順を示すフローチャート 第３の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート 第３の実施形態における、車両システムの停止処理の手順を示すフローチャート 第４の実施形態におけるメイン側電力とサブ側電力との電力供給割合を示す説明図 第４の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート 第５の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート 第６の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート 第６の実施形態の変形例である、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート 第７の実施形態における、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート 第７の実施形態の変形例としての、車両システムの起動完了後から車両走行中の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１ 車両電源装置
２ 高電圧バッテリセル
３ 高電圧リレー
４ コンバータ
５ コントローラ
６ コンバータ
７ スイッチ
１０ 走行用電動機
１１ アクセルペダル
１２ 電子制御装置
１３ ギヤ
１４ 駆動軸
１５ ホイール
１６ タイヤ
１７ ステアリングホイール
１８ ステアリングシャフト
１９ ラックバー
２０ 電動パワーステアリングユニット

Claims (13)

1. 車両電源装置において、
   第１の電圧範囲の電圧で給電を行う蓄電手段と、
   前記第１の電圧範囲の給電を受けて動作する高電圧補機と、前記蓄電手段とを電気的に接続する高電圧回路上に設けられており、車両システムの状況に応じて、前記蓄電手段と前記高電圧補機との電気的な接続を遮断させる遮断手段と、
   前記遮断手段よりも前記蓄電手段側の前記高電圧回路と、前記第１の電圧範囲よりも低い第２の電圧範囲の給電を受けて動作する低電圧補機が接続する低電圧回路との間に接続されており、前記高電圧回路を介して前記蓄電手段から給電される前記第１の電圧範囲の電圧を、前記第２の電圧範囲の電圧に降圧する第１の変換手段と
   を有することを特徴とする車両電源装置。
2. 前記低電圧補機および前記高電圧補機は、電気自動車に搭載された補機であることを特徴とする請求項１に記載された車両電源装置。
3. 前記低電圧補機および前記高電圧補機は、ハイブリッド自動車に搭載された補機であることを特徴とする請求項１に記載された車両電源装置。
4. 前記低電圧補機および前記高電圧補機は、燃料電池自動車に搭載された補機であることを特徴とする請求項１に記載された車両電源装置。
5. 乗員による操作に応じて、前記蓄電手段から前記第１の変換手段への給電を停止する操作手段をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された車両電源装置。
6. 前記遮断手段を介して前記蓄電手段と対向する側の前記高電圧回路と、前記低電圧回路との間に接続されており、前記高電圧回路を介して前記蓄電手段から給電される前記第１の電圧範囲の電圧を、前記第２の電圧範囲の電圧に降圧するとともに、前記低電圧補機において消費される電力に対する、前記第１の変換手段から出力される電力の不足に応じて、電力を出力する第２の変換手段をさらに有し、
   前記第１の変換手段は、車両システムが起動を開始してから、前記遮断手段によって前記高電圧補機と前記蓄電手段との電気的な接続が行われるまでの期間に前記低電圧補機において消費される電力を供給し得る出力を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された車両電源装置。
7. 前記遮断手段を介して前記蓄電手段と対向する側の前記高電圧回路と、前記低電圧回路との間に接続されており、前記高電圧回路を介して前記蓄電手段から給電される前記第１の電圧範囲の電圧を、前記第２の電圧範囲の電圧に降圧するとともに、前記低電圧補機において消費される電力に対する、前記第１の変換手段から出力される電力の不足に応じて、電力を出力する第２の変換手段をさらに有し、
   前記第１の変換手段は、車両システムの起動が完了した後の車両停止状態において前記低電圧補機において消費される電力を供給し得る出力を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された車両電源装置。
8. 前記遮断手段を介して前記蓄電手段と対向する側の前記高電圧回路と、前記低電圧回路との間に接続されており、前記高電圧回路を介して前記蓄電手段から給電される前記第１の電圧範囲の電圧を、前記第２の電圧範囲の電圧に降圧するとともに、前記低電圧補機において消費される電力に対する、前記第１の変換手段から出力される電力の不足に応じて、電力を出力する第２の変換手段をさらに有し、
   前記第１の変換手段は、前記第２の変換手段と同等の出力を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された車両電源装置。
9. アイドルストップ状態である場合に、前記第２の変換手段の動作を停止させる制御手段をさらに有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載された車両電源装置。
10. アイドルストップ状態であり、かつ、車両のシフト位置がニュートラルレンジまたはパーキングレンジである場合に、前記第２の変換手段の動作を停止させる制御手段をさらに有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載された車両電源装置。
11. アイドルストップ状態であり、かつ、車両の乗員がステアリングを操作していない場合に、前記第２の変換手段の動作を停止させる制御手段をさらに有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載された車両電源装置。
12. 前記低電圧補機の消費電力と、前記第１の変換手段から出力可能な電力とに基づいて、前記第２の変換手段の動作を停止させる制御手段をさらに有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載された車両電源装置。
13. 車両の乗員によるアクセル操作量に基づいて、前記第２の変換手段の動作を停止させる制御手段をさらに有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載された車両電源装置。

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