JP2009089536A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源システムにおいて、高電圧蓄電装置に異常が生じた場合でも、高電圧作動負荷に電力を供給できるようにすることである。
【解決手段】電源システム１０は、高電圧電源としての高電圧バッテリ１２と燃料電池２２とを有し、低電圧電源として低電圧バッテリ３４を有する。また、燃料電池２２と高電圧バッテリ１２との間に高電圧用の電圧変換器１８が備えられ、さらに回転電機２６に接続されるＭ／Ｇインバータ２４、高電圧で作動するＦＣ補機に接続されるＦＣ補機インバータ２８、低電圧バッテリ３４の低電圧電力と高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力との間で昇圧または降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ３２とを備える。制御部６０は、高電圧バッテリ側の電力供給に異常があるか否かを判断し、その判断に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ３２を降圧モードから昇圧モードに切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに係り、特に、高電圧蓄電装置と低電圧蓄電装置とを有する電源システムに関する。

例えば回転電機を用いて駆動される車両には、高電圧バッテリ、燃料電池、インバータ回路等を含む電源システムが搭載され、回転電機、必要な補機、車両搭載電気機器等に電力が供給される。

例えば、特許文献１には、駆動モータを駆動するに際して、高電圧補機類と弱電補機類を駆動し、燃料電池スタックに発電反応をさせ、燃料電池スタックにて発電した電力を、インバータ回路を介して駆動モータに供給する燃料電池システムが述べられている。ここで、高電圧補機類は、燃料電池スタックの発電や車両の運転に必要な各種機器であり、燃料電池スタックおよび高電圧用バッテリから高電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給される電力により駆動され、弱電補機類は１４Ｖ系といった弱電の補機で、高電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータ回路との間に低電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されることが述べられている。

特許文献２には、燃料電池システムにおいて高電圧２次電池を有せず、１２Ｖバッテリのみを有するシステムが述べられている。この場合に、所定値を超える急加速等の要求があるときは、１２Ｖバッテリの低電圧電力を昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧電力に変換し、走行可能電力供給時間を求めてその時間内だけ駆動インバータに供給することが開示されている。

特許文献３には、燃料電池システムにおいて高電圧２次電池を有せず、１２Ｖバッテリと１２Ｖ／３５０Ｖの間の昇圧モード及び降圧モードを有するＤＣ／ＤＣコンバータを有するシステムが述べられている。この場合に、車速が４ｋｍ／ｈ以下でブレーキがかけられ非走行モードであるような低負荷であると判断されると、燃料電池を停止させ、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替えることが開示されている。これにより、次に再始動するときに、低電圧電力を昇圧した高電圧電力で燃料電池のコンプレッサに供給する立ち上がりを速くすることができると述べられている。

特開２００４−１９３０６３号公報 特開２００２−１１２４０８号公報 特開２００３−３０４６０６号公報

特許文献１に述べられているような構成、すなわち高電圧バッテリと低電圧バッテリとを有し、高電圧で作動する補機がある構成の場合、高電圧バッテリに故障が生じると、高電圧で作動する補機が作動しなくなる。特に、燃料電池を備え、その補機が高電圧で作動する場合には、高電圧バッテリが故障すると、燃料電池用の補機が作動しなくなり、燃料電池が作動できなくなる。特許文献２，３においては、低電圧バッテリの低電圧電力を高電圧に変換することが述べられているが、これらは高電圧バッテリを有しない場合である。

このように従来技術においては、高電圧バッテリである高電圧蓄電装置に異常または故障が起きた場合の対処が困難である。

本発明の目的は、高電圧蓄電装置に異常が生じた場合でも、高電圧作動負荷に電力を供給できる電源システムを提供することである。他の目的は、燃料電池を含むシステムにおいて、高電圧蓄電装置に異常が生じても、燃料電池の起動を支障なく行える電源システムを提供することである。

本発明に係る電源システムは、高電圧蓄電装置と高電圧負荷との間に高電圧蓄電装置と並列に接続され、高電圧から低電圧への降圧モードと、低電圧から高電圧への昇圧モードとを有するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される低電圧蓄電装置と、高電圧蓄電装置に関する蓄電装置状態信号に基づき、高電圧蓄電装置からの電力供給が正常か異常かを判断し、異常のときに蓄電装置異常信号を出力する手段と、蓄電装置異常信号が出力されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替え低電圧蓄電装置の電力を高電圧に変換し高電圧負荷を駆動する切り替え手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電源システムにおいて、高電圧蓄電装置からの電力供給が正常であると判断されるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧モードで作動し、高電圧蓄電装置の電力で高電圧負荷が駆動されることが好ましい。

また、本発明に係る電源システムにおいて、バッテリ状態信号は、高電圧バッテリの電圧信号、または高電圧バッテリに関する温度信号、または高電圧バッテリに関する充電状態信号、または高電圧バッテリと高電圧負荷との間に設けられるシステムメインリレーの開閉状態信号の中の少なくとも１つを含むことが好ましい。

また、本発明に係る電源システムにおいて、燃料電池を備え、高電圧負荷には、燃料電池に燃料ガスを供給する補機または酸化ガスを供給する補機を含むことが好ましい。

また、本発明に係る電源システムにおいて、燃料電池を備え、切り替え手段は、燃料電池の発電前において、蓄電装置異常信号が出力されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替えることが好ましい。

上記構成により、電源システムは、高電圧蓄電装置と高電圧負荷との間に高電圧蓄電装置と並列に接続され、高電圧から低電圧への降圧モードと、低電圧から高電圧への昇圧モードとを有するＤＣ／ＤＣコンバータを備え、高電圧蓄電装置について蓄電装置異常信号が出力されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替え低電圧蓄電装置の電力を高電圧に変換し高電圧負荷を駆動する。これにより、高電圧蓄電装置に異常が生じた場合でも、高電圧作動負荷に電力を供給できる。

また、電源システムにおいて、高電圧蓄電装置からの電力供給が正常であると判断されるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧モードで作動し、高電圧蓄電装置の電力で高電圧負荷が駆動される。低電圧蓄電装置の電力容量は余り大きくないので、正常状態においては高電圧蓄電装置の電力を用いることで、低電圧蓄電装置の過度の放電を抑制できる。

また、電源システムにおいて、バッテリ状態信号は、高電圧バッテリの電圧信号、または高電圧バッテリに関する温度信号、または高電圧バッテリに関する充電状態信号、または高電圧バッテリと高電圧負荷との間に設けられるシステムメインリレーの開閉状態信号の中の少なくとも１つを含む。これにより、高電圧蓄電装置そのものの異常のみならず、高電圧蓄電装置側からの高電圧電力の供給に異常が生じた場合でも、高電圧作動負荷に電力を供給できる。

また、燃料電池を備える電源システムにおいては、高電圧負荷には、燃料電池に燃料ガスを供給する補機または酸化ガスを供給する補機を含む。したがって、高電圧蓄電装置に異常が生じた場合でも、燃料電池用補機に電力を供給でき、燃料電池の作動を確保できる。

また、燃料電池を備える電源システムにおいては、燃料電池の発電前において、蓄電装置異常信号が出力されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替える。燃料電池の発電前に高電圧蓄電装置に異常が生じると、これらのいずれからも燃料電池用補機に電力が供給できなくなるが、この場合でも、低電圧電力を昇圧して燃料電池用補機に電力を供給でき、燃料電池の起動を確保できる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、燃料電池と、高電圧バッテリである高電圧蓄電装置と、低電圧バッテリである低電圧蓄電装置とを備える電源システムとして説明するが、燃料電池を含まず、高電圧蓄電装置と低電圧蓄電装置とを備え、高電圧で作動する負荷を有するシステムでもよい。その場合には、車両はエンジンと回転電機とを備えるハイブリッド車両であってもよい。なお以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。車両に搭載される回転電機の数は複数であってもよい。なお、以下で説明する電圧値等は説明のための一例であり、それ以外の適当な値であってもよい。

図１は、車両に搭載される電源システム１０の構成図である。電源システム１０は、高電圧電源としての高電圧バッテリ１２と燃料電池２２とを有し、低電圧電源として低電圧バッテリ３４を有する。また、燃料電池２２と高電圧バッテリ１２との間の電圧差を調整して電力のやり取りを行う高電圧用の電圧変換器１８を備える。ここで、高電圧とは、例えば、約３００Ｖ程度の電圧であり、低電圧とは、例えば、約１２Ｖ程度の電圧である。

そして、電源システム１０は、電力の供給先として、大別して３種類の負荷を対象とし、そのためにＭ／Ｇインバータ２４、ＦＣ補機インバータ２８、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２とを備える。また、電源システム１０は、これらの各構成要素の作動を全体として制御する制御部６０を備える。

負荷の１つは、回転電機２６である。回転電機２６は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。

負荷の２つ目は、高電圧で作動する車両搭載機器である。図１ではその代表的なものとしてＦＣ補機３０が示されている。ＦＣ補機３０とは、燃料電池（ＦＣ）に用いられる装置で、燃料電池に燃料ガスを供給する補機または酸化ガスを供給する補機等である。例えば、大気を酸化ガス源として、これを高圧化するエアコンプレッサ、水素を燃料ガスとして、これを循環させるための水素ポンプ等である。このほかに、燃料電池等を冷却する冷却水ポンプもＦＣ補機に含まれる。

負荷の３つ目は、低電圧で作動する車両搭載機器である。例えば、マイクロコンピュータ、車両用空調機、オーディオ機器、各種センサ、各種小型モータ等であり、図１ではこれらを代表して１２Ｖ補機３６として示されている。

図１に示されるように、電源システム１０は、３種類の負荷と電力のやり取りを行うために、次のような構成を有する。すなわち、高電圧電源としての高電圧バッテリ１２と燃料電池２２とが高電圧用の電圧変換器１８を介して並列に接続される。そして、第１の負荷である回転電機２６との間で高電圧電力のやり取りを行うために、燃料電池２２と電圧変換器１８との間にこれらに並列に接続されるＭ／Ｇインバータ２４を備える。また、第２の負荷であるＦＣ補機３０に高電圧電力を供給するために、高電圧バッテリ１２と電圧変換器１８との間にこれらに並列に接続されるＦＣ補機インバータ２８を備える。また、第３の負荷である１２Ｖ補機３６に電力を供給するため、低電圧バッテリ３４が１２Ｖ補機３６に接続される。

そして、低電圧バッテリ３４に充電電力を供給するため、高電圧バッテリ１２と電圧変換器１８との間にこれらに並列に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ３２を備える。なお、このＤＣ／ＤＣコンバータ３２は後述するように、双方向コンバータの機能を有し、低電圧バッテリ３４の低電圧電力を高電圧電力に変換することもできる。

このように、電源システム１０は、高電圧バッテリ１２と電圧変換器１８との間に、これらに並列にＦＣ補機インバータ２８とＤＣ／ＤＣコンバータ３２が電気的に接続されて配置され、燃料電池２２と電圧変換器１８との間に、これらに並列にＭ／Ｇインバータ２４が電気的に接続されて配置される。このほかに、電源システム１０は、システムメインリレー１４、高電圧バッテリ１２の側の平滑コンデンサ１６、燃料電池２２の側の平滑コンデンサ２０を備え、また、電圧変換器１８の高電圧バッテリ１２の側の電圧を検出する高電圧検出器４０と、低電圧バッテリ３４の端子電圧を検出する低電圧検出器４２とを備える。

また、電源システム１０には、上記のように各構成要素の作動を全体として制御する制御部６０を備える。制御部６０は、高電圧バッテリ１２、システムメインリレー１４、燃料電池２２、高電圧検出器４０、低電圧検出器４２のそれぞれに接続されて、これらの状態を受け取り、これらの状態に基づく指令を与えるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２に接続される。

図１において、高電圧バッテリ１２は、高電圧蓄電装置であって、例えば、約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池を用いることができる。また、電気二重層キャパシタの高電圧用キャパシタを高電圧蓄電装置として用いることができる。高電圧バッテリ１２の状態は、電圧値、温度、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と呼ばれる充電状態量等によって監視することができる。これらのデータは、バッテリ状態量として、適当な信号線を介し、制御部６０に伝送される。

システムメインリレー１４は、高電圧バッテリ１２の側において高電圧電力ラインのオン・オフを行うためのリレーである。高電圧電力を遮断する際のリレー溶着を考慮して、正極母線側と負極母線側にそれぞれ１つずつのリレーが設けられる。また、いずれか側の母線に、電流制限抵抗を接続したもう１つのリレーを設けることが好ましい。

システムメインリレー１４は、図１に示されるように、高電圧バッテリ１２と電圧変換器１８との間であって、ＦＣ補機インバータ２８あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ３２が接続されるよりも、高電圧バッテリ１２の側に設けられる。換言すれば、システムメインリレー１４は、高電圧バッテリ１２と、これに接続されて高電圧電力が供給される負荷との間に設けられるリレーであり、このリレーが開放状態となるときは、高電圧バッテリ１２から一切の高電圧電力が外部の負荷に供給されなくなるものである。システムメインリレー１４の開閉状態は、高電圧バッテリ１２の高電圧電力の供給が正常か異常かを判断するデータの１つであるので、適当な検出手段を用いて、その検出結果が適当な信号線を介して制御部６０に伝送される。

高電圧バッテリ１２の側の平滑コンデンサ１６は、高電圧バッテリ１２の側の正極母線、負極母線の間の電圧等の変動を吸収し、直流電力として脈動を抑制する機能を有する大容量コンデンサである。

高電圧バッテリ１２の側の平滑コンデンサ１６に並列に配置される高電圧検出器４０は、システムメインリレー１４と電圧変換器１８とを接続する正極母線と負極母線との間の電圧を検出する電圧検出手段である。高電圧検出器４０の検出値は、適当な信号線を介して制御部６０に伝送される。

電圧変換器１８は、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力と、燃料電池２２の側の高電圧電力とのあいだで電圧変換を行って、電力のやり取りを行う機能を有する高電圧用の電圧変換器である。電圧変換器１８は、高電圧バッテリ１２の電圧と、燃料電池２２の電圧との間に予め定めておいた範囲以上の相違があるときに、調整を行う。例えば、燃料電池２２の側の電圧が高電圧バッテリ１２の側の電圧より高いときは、高電圧バッテリ１２の側の電圧を降圧して燃料電池２２の側に電力を供給し、逆に燃料電池２２の側の電圧が高電圧バッテリ１２の側の電圧より高いときは、燃料電池２２の側の電圧を降圧して高電圧バッテリ１２の側に電力を供給する。

高電圧バッテリ１２の電圧と、燃料電池２２の電圧とについては、高電圧バッテリ１２の方が高い電圧である場合もあり、逆に燃料電池２２の方が高い電圧である場合もある。したがって、高電圧用の電圧変換器１８は、双方向に、昇圧または降圧を行うことができる回路構成を有する双方向昇圧降圧コンバータである。

燃料電池２２の側の平滑コンデンサ２０は、燃料電池２２の側の正極母線、負極母線の間の電圧等の変動を吸収し、直流電力として脈動を抑制する機能を有する大容量コンデンサである。

燃料電池２２は、燃料電池セルを複数組み合わせて、例えば約３００Ｖ程度の高電圧の発電電力を取り出せるように構成された一種の組電池で、燃料電池スタックとも呼ばれる。ここで、各燃料電池セルは、アノード側に燃料ガスとして水素を供給し、カソード側に酸化ガスとして空気を供給し、固体高分子膜である電解質膜を通しての電池化学反応によって必要な電力を取り出す機能を有する。この燃料電池２２を作動させるためには、上記のＦＣ補機３０の作動が必要である。燃料電池２２の作動状態は、図示されていないＦＣ制御部によって制御される。ＦＣ制御部からは、燃料電池２２の作動状態に関する情報が適当な信号線を介し、制御部６０に伝送される。図１では、燃料電池２２と制御部６０との間の信号線が示されているが、この信号線によって燃料電池２２の作動状態が制御部６０に伝送される。

Ｍ／Ｇインバータ２４は、高電圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、モータ・ジェネレータである回転電機２６に供給する機能と、逆にモータ・ジェネレータである回転電機２６からの交流三相回生電力を高電圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。上記のように、Ｍ／Ｇインバータ２４は、電圧変換器１８と燃料電池２２との間に、これらに並列に接続されて配置されるので、回転電機２６には、燃料電池２２の側の高電圧電力が供給されることになる。なお、車両が制動状態のときは、回転電機２６は発電機として機能し、回生エネルギがＭ／Ｇインバータ２４を介し、高電圧電力として回収されることになる。

ＦＣ補機インバータ２８も、Ｍ／Ｇインバータ２４と同様に、高電圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、ＦＣ補機３０に供給する機能を有する回路である。上記のように、ＦＣ補機インバータ２８は、高電圧バッテリ１２と電圧変換器１８との間にこれらに並列に接続されるので、ＦＣ補機３０等の高電圧作動補機には、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力が供給されることになる。

低電圧バッテリ３４は、鉛蓄電池等で構成され、１２Ｖ補機３６等の低電圧負荷に電力を供給する機能を有する。このように、１２Ｖ補機３６等には、低電圧バッテリ３４から低電圧電力が供給される。

低電圧バッテリ３４に接続される低電圧検出器４２は、低電圧バッテリ３４の電圧状態を監視する機能を有する電圧検出手段である。低電圧検出器４２の検出データは、適当な信号線を介して制御部６０に伝送される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、高電圧と低電圧との間の電圧変換を行う機能を有する回路である。ここでは、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力と、低電圧バッテリ３４の側の１２Ｖの低電圧との間の電圧変換を行う。例えば、低電圧バッテリ３４が放電によって電圧が下りすぎるときは、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力を降圧して１２Ｖ電力とし、低電圧バッテリ３４を充電する。また、後述するように、高電圧バッテリ１２の側に故障等があって、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力の供給に制限が生じるときには、低電圧バッテリ３４の側の低電圧電力を昇圧して、高電圧電力とし、電圧変換器１８の高電圧バッテリ１２側に供給することができる。ここで、前者を降圧モード、後者を昇圧モードと呼ぶことにすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、降圧モードと昇圧モードとを有する電圧変換器である。

ここでは、高電圧バッテリ１２の側の電圧は、低電圧バッテリ３４の側の電圧に比べ、必ず高いので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、一方向に、昇圧または降圧を行うことができる回路構成を有する。上記の高電圧用の電圧変換器１８が双方向昇圧降圧コンバータであるのに対し、このＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、一方向昇圧降圧コンバータである。

図２と図３に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の構成と、昇圧モードと降圧モードとにおける電力の流れを示す。図２は、昇圧モードの様子を示し、図３は、降圧モードの様子を示す。これらの図に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、リアクトル５０のエネルギ蓄積作用を利用し、正極母線側のスイッチング素子５２と負極母線側のスイッチング素子５６のオン・オフのデューティを調整することで、所望の昇圧または降圧を行うことができる。なお、スイッチング素子５２，５６には、それぞれ並列にダイオード５４，５８が接続されている。

図２の昇圧モードにおいては、低電圧Ｖ_Lの側の低電圧電力が昇圧されて、高電圧Ｖ_Hの側に電力が供給される。ここでは、最初にスイッチング素子５６がオン、スイッチング素子５２がオフとされることで、リアクトル５０に電流が流れ、低電圧Ｖ_Lの側の電力がリアクトル５０にエネルギとして蓄えられる。次に、スイッチング素子５２をオン、スイッチング素子５６をオフとすることで、リアクトル５０に蓄えられたエネルギが高電圧Ｖ_Hの側に放出される。図１で説明したように、高電圧バッテリ１２の側には平滑コンデンサ１６が設けられているので、放出されたエネルギは、高電圧電力として平滑コンデンサ１６に供給される。このようにして、低電圧バッテリ３４の低電圧電力が、昇圧されて高電圧電力として平滑コンデンサ１６に供給される。

図３の降圧モードにおいては、高電圧Ｖ_Hの側の高電圧電力が降圧されて、低電圧Ｖ_Lの側に電力が供給される。ここでは、最初にスイッチング素子５２がオン、スイッチング素子５６がオフとされることで、リアクトル５０に電流が流れ、高電圧Ｖ_Hの側の電力がリアクトル５０にエネルギとして蓄えられる。次に、スイッチング素子５６をオン、スイッチング素子５２をオフとすることで、リアクトル５０に蓄えられたエネルギが低電圧Ｖ_Lの側に放出され、これによって低電圧バッテリ３４が充電される。このようにして、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力が、降圧されて低電圧電力として低電圧バッテリ３４に供給される。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、スイッチング素子５２，５６のスイッチングの順序、すなわちスイッチングのデューティの制御によって、昇圧モードと降圧モードとを切り替えることができる。通常の場合は、高電圧バッテリ１２の側に高電圧電力が十分あるので、その高電圧電力を必要に応じて降圧し、低電圧バッテリ３４の側に充電電量として供給する降圧モードである。降圧のデューティは、低電圧バッテリ３４の充電状態、すなわち低電圧検出器４２の検出値に応じて行うことができる。一方、高電圧バッテリ１２の側に高電圧電力の供給が途絶え、あるいは供給に制限が生じた場合には、制御部６０の指令によって、昇圧モードに切り替わる。昇圧のデューティは、高電圧バッテリ１２の側の電力供給状態、すなわち高電圧検出器４０の検出値に応じて行うことができる。

再び図１に戻り、制御部６０は、上記のように、電源システム１０の各構成要素の作動を全体として制御する機能を有する。ここでは、特に、高電圧バッテリ１２の側の高電圧電力の供給に支障が生じた場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧変換を降圧モードから昇圧モードに切り替え、低電圧電力を高電圧電力に変換させて、高電圧バッテリ１２の側に供給させる機能を有する。具体的には、高電圧バッテリ異常判断モジュール６２と、昇圧・降圧モード切替モジュール６４とを含んで構成される。

ここで、高電圧バッテリ異常判断モジュール６２は、高電圧バッテリ１２から伝送されるバッテリ状態量と、システムメインリレー１４から伝送される開閉状態とに基づいて、高電圧蓄電装置である高電圧バッテリ１２からの電圧供給が正常か異常かを判断し、異常のときに蓄電装置異常信号を出力する機能を有する。なお、蓄電装置異常信号が出力されるときは、高電圧バッテリ１２の側からの高電圧電力の供給に支障が生じているので、ＦＣ補機３０等による電力消費のために、高電圧バッテリ１２の側の平滑コンデンサ１６の電圧、すなわち高電圧検出器４０の検出値が低下し、場合によってはＦＣ補機３０等の作動に支障が生じる状態に対応する。

昇圧・降圧モード切替モジュール６４は、蓄電装置異常信号が出力された場合に、必要に応じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧変換モードを降圧モードから昇圧モードに切り替え、低電圧蓄電装置である低電圧バッテリ３４の低電圧電力を昇圧して高電圧電力に変換し、高電圧で作動する負荷に供給する機能を有する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の作動を、低電圧検出器４２の検出値に応じてデューティを設定する降圧モードから、高電圧検出器４０の検出値に応じてデューティを設定する昇圧モードに切り替える。

降圧モードから昇圧モードに切り替えることが必要である場合としては、高電圧バッテリ１２の側の平滑コンデンサ１６の充電状態が高電圧で作動する負荷に十分な電力を供給できない場合等である。図１の例では、燃料電池２２の起動時等がこれに相当する。つまり、燃料電池２２の起動時のときは、電圧変換器１８を介しての燃料電池２２からの高電圧電力の供給がなく、したがって、蓄電装置異常信号が出力される状態では、平滑コンデンサ１６の充電状態がＦＣ補機３０を駆動するのに十分でないことが生じえる。このほかに、燃料電池２２の発電状態に支障がある場合、あるいは、燃料電池２２からの電力供給に制限が生じている場合等においても、高電圧で作動する負荷である回転電機２６を駆動するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を降圧モードから昇圧モードに切り替えることが必要とされることがある。

かかる制御部６０は、車載用に適したコンピュータで構成できる。制御部６０は、独立したコンピュータで構成することもできるが、その機能を他の車載用コンピュータの機能とすることもできる。例えば、ハイブリッドＣＰＵを有する車両の場合、制御部６０の機能をハイブリッドＣＰＵにもたせてもよい。また、制御部６０の各機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、電源システム制御プログラムの中の高電圧蓄電装置異常処理プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成の作用、特に制御部６０の各機能の内容につき、図４のフローチャートを用いて説明する。以下では、図１から図３の符号を用いて説明する。図４は、高電圧バッテリ１２の側の電力供給に異常が生じる場合における手順を示すフローチャートで、各手順は、対応する電源システム制御プログラムの中の高電圧蓄電装置異常処理プログラムの各処理手順にそれぞれ対応する。

電源システム制御プログラムが立ち上がると、まず、燃料電池２２が起動時であるか否かが判断される（Ｓ１０）。具体的には、燃料電池２２からの燃料電池の作動状態の情報が伝送されるので、これによって、燃料電池２２が起動時であるか否かが制御部６０によって判断される。燃料電池２２が起動時であると判断されないときは、燃料電池２２の側から高電圧電力が電圧変換器１８を介してＦＣ補機インバータ２８に供給可能であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧変換モードは、通常のモード、すなわち降圧モードとされる（Ｓ１４）。

燃料電池２２が起動時であると判断されると、次に高電圧バッテリ側の状態について異常か否かが判断される（Ｓ１２）。この手順は、制御部６０の高電圧バッテリ異常判断モジュール６２の機能によって実行される。すなわち、上記のように、高電圧バッテリ１２のＳＯＣ等のバッテリ状態量、システムメインリレー１４の開閉状態等に基づいて、高電圧バッテリ１２からの高電圧電力の供給に支障が生じているか否かが判断される。例えば、ＳＯＣが予め定めた状態の範囲を超えていて、放電禁止となっているか否か、システムメインリレー１４が開状態のままで作動不良となっているか否か等が判断される。

高電圧バッテリ１２の側からの高電圧電力供給に異常があると判断されないときは、高電圧バッテリ１２の側から高電圧電力がＦＣ補機インバータ２８に供給可能であるので、Ｓ１４に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧変換モードは、通常のモード、すなわち降圧モードとされる。

高電圧バッテリ１２の側からの高電圧電力供給に異常があると判断されるときは、燃料電池２２の側からも、高電圧バッテリ１２の側からも、高電圧電力がＦＣ補機インバータ２８に供給されない可能性があるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧変換モードは、通常のモードから昇圧モードに切り替えられる（Ｓ１６）。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のデューティの設定を、低電圧検出器４２の検出値に応じて行う降圧モードから、高電圧検出器４０の検出値に応じて行う昇圧モードに切り替える。この手順は、制御部６０の昇圧・降圧モード切替モジュール６４の機能によって実行される。これにより、低電圧バッテリ３４の低電圧電力が高電圧電力に変換され、ＦＣ補機インバータ２８を介して、ＦＣ補機３０に供給され、燃料電池２２の起動が確保される。

このように、高電圧バッテリ１２の側からの電力供給に支障が生じる場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧変換モードを降圧モードから昇圧モードに切り替えることで、高電圧で作動する負荷に対し、必要な高電圧電力を供給することができる。

本発明に係る実施の形態において、車両に搭載される電源システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧モードの様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧モードの様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、高電圧バッテリの側の電力供給に異常が生じる場合における手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 電源システム、１２ 高電圧バッテリ、１４ システムメインリレー、１６，２０ 平滑コンデンサ、１８ 電圧変換器、２２ 燃料電池、２４ Ｍ／Ｇインバータ、２６ 回転電機、２８ ＦＣ補機インバータ、３０ ＦＣ補機、３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３４ 低電圧バッテリ、３６ １２Ｖ補機、４０ 高電圧検出器、４２ 低電圧検出器、５０ リアクトル、５２，５６ スイッチング素子、５４，５８ ダイオード、６０ 制御部、６２ 高電圧バッテリ異常判断モジュール、６４ 昇圧・降圧モード切替モジュール。

Claims (5)

1. 高電圧蓄電装置と高電圧負荷との間に高電圧蓄電装置と並列に接続され、高電圧から低電圧への降圧モードと、低電圧から高電圧への昇圧モードとを有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される低電圧蓄電装置と、
   高電圧蓄電装置に関する蓄電装置状態信号に基づき、高電圧蓄電装置からの電力供給が正常か異常かを判断し、異常のときに蓄電装置異常信号を出力する手段と、
   蓄電装置異常信号が出力されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替え低電圧蓄電装置の電力を高電圧に変換し高電圧負荷を駆動する切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする電源システム。
2. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   高電圧蓄電装置からの電力供給が正常であると判断されるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧モードで作動し、高電圧蓄電装置の電力で高電圧負荷が駆動されることを特徴とする電源システム。
3. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   バッテリ状態信号は、高電圧バッテリの電圧信号、または高電圧バッテリに関する温度信号、または高電圧バッテリに関する充電状態信号、または高電圧バッテリと高電圧負荷との間に設けられるシステムメインリレーの開閉状態信号の中の少なくとも１つを含むことを特徴とする電源システム。
4. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   燃料電池を備え、
   高電圧負荷には、燃料電池に燃料ガスを供給する補機または酸化ガスを供給する補機を含むことを特徴とする電源システム。
5. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   燃料電池を備え、
   切り替え手段は、燃料電池の発電前において、蓄電装置異常信号が出力されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧モードに切り替えることを特徴とする電源システム。

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