JP2010083420A - 車両用補機の電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】メイン電源装置の保護と補機バッテリの急峻な電圧降下の防止とを高度に両立することが可能な車両用補機の電源システムを提供することである。
【解決手段】補機電源システム１０は、モータ駆動用バッテリ１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、補機バッテリ１３と、制御装置１７と、を備え、制御装置１７は、予め定められた定格電流に緩和係数を乗じることにより、定格電流より高い過渡制限値を設定する過渡制限値設定手段１８と、補機要求電流が定格電流を超過した場合に、過渡制限値を時間と共に降下させる過渡制限値降下手段１９と、を有し、過渡制限値が設定されている場合には、過渡制限値以下の電流分は第１電源装置から供給することを特徴とする。さらに、補機電源システム１０は、過渡制限値上昇手段２０、過渡制限起動手段２１、緩和係数変更手段２３を有することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用補機の電源システムに係り、特にハイブリッド車両等のモータ駆動車におけて、モータ駆動用バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び補機バッテリを備えた補機電源システムに関する。

車両に搭載される電動パワーステアリング、クーリングファン、ランプ、オーディオ、各電子制御ユニット（ＥＣＵ）等の車両用補機には、通常、エンジン車ではオルタネータから、ハイブリッド車両等のモータ駆動車ではモータ駆動用バッテリから、それぞれ電力が供給される。即ち、車両用補機のメイン電源装置は、一般的に、オルタネータ又はモータ駆動用バッテリを含む電源装置である。ハイブリッド車両では、エンジンによって駆動される発電機で発生した電力をモータ駆動用バッテリに充電して、モータ駆動用バッテリから車両駆動用のモータや補機に電力を供給している。モータ駆動用バッテリは高圧電源であるため、補機には、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して降圧された電力が供給される。また、ハイブリッド車両には、モータ駆動用バッテリの他に、電圧が概ね一定に保たれ補機の一部（例えば、一部のＥＣＵ）に電力供給する補機バッテリが搭載されており、補機バッテリにもモータ駆動用バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して降圧された電力が供給され、バッテリ電圧を一定に維持するように充電される。

上記ＤＣ／ＤＣコンバータには、入力直流電圧をＯＮ／ＯＦＦ操作するスイッチングトランジスタ（スイッチング素子）があり、このスイッチング素子の過熱抑制等の観点から定格電流が設定される。補機からの要求電流（補機要求電流）が、この定格電流を超える場合、定格電流を超えた電流分については、補機バッテリから供給されることになる。例えば、補機の起動時等には、瞬間的に過渡的な電力が要求される場合があり、補機要求電流がＤＣ／ＤＣコンバータの定格電流を超えることがある。図７に示すように、補機要求電流がＤＣ／ＤＣコンバータの定格電流を超えると、斜線で示す電流分が補機バッテリから持ち出され、図８に示すように、補機バッテリの急峻な電圧降下を引き起こすおそれがある。ここで、図７は、従来の補機電源システム（ハイブリッド車両）における電力供給状態を示す図であり、図８は、図７に示す電力供給状態において、補機バッテリの電圧が変動する様子を示す図である。なお、図８には、補機バッテリから電力を供給されるシステム（一部のＥＣＵ等）の作動に影響を及ぼすおそれがある電圧レベルを点線で示しているが、補機要求電流がＤＣ／ＤＣコンバータの定格電流を超えて、斜線で示す電流分が補機バッテリから持ち出されたときには、点線を下回る急峻な電圧降下が発生して、それらのシステムが停止するおそれがある。

ＤＣ／ＤＣコンバータの過熱抑制や図８に示す補機バッテリの急峻な電圧降下の防止を実現し得る装置等が幾つか開発されている。例えば、特許文献１には、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度が過熱領域にある場合に、出力電流制限と共に出力電圧制限も実施するＤＣ／ＤＣコンバータ装置が開示されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータの過熱状態時に、非過熱時制限電流値よりも小さい過熱時制限電流値を出力電流が超えないようにスイッチング素子を規制すると共に、非過熱時制限電圧値よりも小さくしかも負荷系が要求する最低要求電圧値以上の範囲で設定された過熱時制限電圧値を出力電圧が超えないようにスイッチング素子を規制するというものである。

また、特許文献２には、過電流対策のために２段のリミッタを備えた過電流保護回路が開示されている。具体的には、負荷電流が第１の設定値を超えた時に、直流出力電圧を垂下させて出力電流を制限する第１の過電流保護と、負荷電流が第１の設定値より低い第２の設定値を超え且つ設定時間を経過した時に、直流出力電圧を垂下させて出力電流を制限する第２の過電流保護とを行う構成を備えている。

特開２００６−２７１１３６号公報 特許第３５６１８７４号公報

しかしながら、特許文献１のＤＣ／ＤＣコンバータ装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの過熱抑制は可能であるが、補機バッテリの電圧降下については考慮されておらず、上記補機バッテリの急峻な電圧降下を防止することは困難である。また、特許文献２の過電流保護回路を補機電源システムに適用したとしても、上記２段のリミッタはいずれも定常値であるから、図７に示すように変動する補機消費電流（本明細書では、補機要求電流に従った補機消費電流が流れるものとし、補機消費電流と補機要求電流とは同じ電流値を意味する）に的確に対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含むメイン電源装置の保護と補機バッテリの急峻な電圧降下の防止とを高度に両立することは困難である。

本発明の目的は、メイン電源装置の保護と補機バッテリの急峻な電圧降下の防止とを高度に両立することが可能な車両用補機の電源システムを提供することである。

本発明に係る車両用補機の電源システムは、車両用補機に電力を供給する第１電源装置と、車両用補機からの補機要求電流が第１電源装置の定格電流を超えた場合に、定格電流を超えた電流分を車両用補機に供給する第２電源装置と、第１電源装置及び第２電源装置による電力供給を制御する制御装置と、を備える車両用補機の電源システムであって、制御装置は、予め定められた定格電流に緩和係数を乗じることにより、定格電流より高い過渡制限値を設定する過渡制限値設定手段と、補機要求電流が定格電流を超過した場合に、過渡制限値を時間と共に降下させる過渡制限値降下手段と、を有し、過渡制限値が設定されている場合には、過渡制限値以下の電流分は第１電源装置から供給することを特徴とする。

また、補機要求電流が定格電流以下となった場合に、降下させた過渡制限値を時間と共に上昇させ、過渡制限値設定手段によって設定される過渡制限値に戻す過渡制限値上昇手段を有することが好ましい。

また、補機の作動状態を監視すると共に、補機の作動状態に応じて、過渡制限値設定手段を起動させて過渡制限値を設定させる過渡制限起動手段を有することが好ましい。

また、車両は車両駆動用の駆動モータを備えたモータ駆動車であり、第１電源装置は、駆動モータに電力を供給するモータ駆動用バッテリと、モータ駆動用バッテリの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、を含み、車両用補機には、モータ駆動用バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して降圧された電力が供給されることが好ましい。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度を測定する温度センサを備え、制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度に応じて、緩和係数を変更する緩和係数変更手段を有することが好ましい。

本発明に係る車両用補機の電源システムによれば、予め定められた定格電流に緩和係数を乗じることにより、定格電流より高い過渡制限値を設定する過渡制限値設定手段と、補機要求電流が定格電流を超過した場合に、過渡制限値を時間と共に降下させる過渡制限値降下手段と、を有し、過渡制限値が設定されている場合には、過渡制限値以下の電流分は第１電源装置から供給されるので、第２電源装置における急峻な電圧降下を防止することができる。即ち、過渡制限値の設定により、補機要求電流が定格電流を超えた電流分の全てを直ちに第２電源装置から供給する必要がなく、第２電源装置の電力が急激に消費されることを防止できると共に、過渡制限値を時間と共に降下させることにより、第１電源装置が長時間に亘って定格電流を超える電流を供給することを防止できる。従って、第１電源装置の保護と第２電源装置の急峻な電圧降下の防止とを高度に両立することが可能である。

また、補機要求電流が定格電流以下となった場合に、降下させた過渡制限値を時間と共に上昇させ、過渡制限値設定手段によって設定される過渡制限値に戻す過渡制限値上昇手段を有する構成とすれば、一旦過渡制限値が降下した場合においても過渡制限値を設定できるので、繰り返し、上記の効果（第１電源装置の保護と第２電源装置の急峻な電圧降下の防止とを高度に両立すること）を得ることができる。また、降下させた過渡制限値を急激に上昇させず、時間と共に上昇させるので、定格電流を超えた電流を供給した第１電源装置が長時間に亘って過酷な状態、即ち、第１電源装置が長時間に亘って定格電流を超える電流を供給する状態にあることを防止できる。

また、補機の作動状態を監視すると共に、補機の作動状態に応じて、過渡制限値設定手段を起動させて過渡制限値を設定させる過渡制限起動手段を有する構成とすれば、補機の作動状態に応じて適切な対応が可能になる。例えば、補機の起動時等、第２電源装置の電圧が急峻に降下するおそれがある場合のみ、過渡制限値設定手段を起動させて過渡制限値を設定することができ、一方、補機の起動時等以外には、第１電源装置を定格電流で管理することができる。

また、第１電源装置が、駆動モータに電力を供給するモータ駆動用バッテリと、モータ駆動用バッテリの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、を含む構成においても、上記の各効果を奏することができ、例えば、過渡制限値設定手段及び過渡制限値降下手段により、補機バッテリの急峻な電圧降下を防止しつつも、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の過熱を抑制することができる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度を測定する温度センサを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度に応じて、緩和係数を変更する緩和係数変更手段を有する構成とすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の過熱をさらに高度なレベルで防止することが可能になる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの定格電流は、通常、高温状態を基準として設定されるため、低温状態では熱的に余裕がある設計となっているから、緩和係数変更手段により、熱的に余裕がある部分を考慮して、緩和係数を決定することにより、補機バッテリの電圧降下をさらに効果的に防止することも可能になる。

図面を用いて本発明に係る実施の形態につき以下詳細に説明する。図１は、ハイブリッド車両における補機電源システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、補機消費電力の変動に応じて、過渡制限値が時間と共に降下及び上昇する様子を示す図であり、モータ駆動用バッテリ及び補機バッテリによる電力供給状態を示している。図３は、図２に示す電力供給状態において、補機バッテリの電圧が変動する様子を示す図である。

図１に示すように、車両用補機の電源システム１０（以下、補機電源システム１０とする）は、車両用補機１１（以下、補機１１とする）に電力を供給する第１電源装置１２と、補機１１からの補機要求電流が第１電源装置１２の定格電流を超えた場合に、定格電流を超えた電流分を補機１１に供給する第２電源装置１３と、を備える。即ち、補機電源システム１０は、補機１１に電力を供給する電源を少なくとも２つ備える。

補機電源システム１０が適用できる車両としては、補機１１、第１電源装置１２、第２電源装置１３を備えた車両であれば、特に限定されず、例えば、エンジン車やハイブリッド車等のモータ駆動車が挙げられる。以下では、補機電源システム１０を適用する車両は、第１電源装置１２がモータ駆動用バッテリ１４及びＤＣ／ＤＣコンバータ１５を含むハイブリッド車として説明する。また、第２電源装置１３は、補機バッテリ１３として説明する。

ハイブリッド車両は、図示しない車両駆動用のモータと、エンジンとを、車両駆動源として備える車両である。さらに、ハイブリッド車両には、エンジンにより駆動される発電機が搭載され、その発電機によって発生した電力がモータ駆動用バッテリ１４に充電される。そして、モータ駆動用バッテリ１４から供給される直流電流がインバータによって交流電流に変換されてモータに供給される。一般的に、モータの出力制御は、インバータのスイッチング素子、及び昇圧コンバータが設けられる場合には昇圧コンバータのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦして供給電力を調整することにより行われる。一方、補機１１への電力供給は、モータへの電力供給経路とは異なり、後述するように、降圧コンバータであるＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して行われる。

補機１１とは、電動パワーステアリング、クーリングファン、ランプ、オーディオ、各電子制御ユニット（ＥＣＵ）等であって、エンジンや車両駆動用のモータ以外の装置や機器を意味する。このような補機１１の中には、微量の電力で動作する補機１１もあれば、起動時等において補機１１全体の電力消費量を支配するほどの大きな電力を消費する補機１１もある。ハイブリッド車両では、通常、上記発電機で発生した電力をモータ駆動用バッテリ１４に充電して、モータ駆動用バッテリ１４からこれら補機１１に電力を供給している。モータ駆動用バッテリ１４は、２００Ｖ程度の高圧電源であるため、補機１１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して降圧された電力が供給される。即ち、補機１１のメイン電源装置は、第１電源装置１２である。一方、補機バッテリ１３は、電圧が概ね一定に保たれ補機１１の一部（例えば、一部のＥＣＵ）に電力供給するバッテリであり、且つ、モータ駆動用バッテリ１４からの電力供給が規制された場合等に電力不足分を供給するバッテリである。補機バッテリ１１には、モータ駆動用バッテリ１４からＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して降圧された電力が供給され、電圧を一定に維持するように充電されている。

第１電源装置１２のモータ駆動用バッテリ１４は、上記のように、２００Ｖ程度の高圧電源であって、充放電可能な直流電源が使用され、具体的には、ニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ、及びリチウムイオンバッテリ等の２次バッテリを使用することができる。一方、補機バッテリ１３は、１２Ｖ程度の低圧電源であって、専ら鉛蓄電池が使用される。なお、モータ駆動用バッテリ１４には、バッテリの効率的な使用、或いはバッテリの劣化防止等の観点から、所定の充電率を上下限値とするＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電率）管理幅が設定されるのが一般的である。モータ駆動用バッテリ１４のＳＯＣ管理は、上記モータや発電機の出力を調整することにより行われる。

第１電源装置１２のＤＣ／ＤＣコンバータ１５とは、上記のように、高圧電源であるモータ駆動用バッテリ１４の電流を降圧して、補機１１に降圧した電力を供給する装置である。一般的に、モータ駆動用バッテリ１４の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５により２００Ｖから１４Ｖ程度にまで降圧される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、図示しないパワー回路と制御回路から構成され、パワー回路で制御回路からの駆動信号に基いて、スイッチングトランジスタ（スイッチング素子）が入力直流電圧をＯＮ／ＯＦＦ操作することにより降圧する。補機要求電流が大きい場合には、スイッチング素子が過熱状態となる場合があり、スイッチング素子の熱破壊を防止するために、図２に１点鎖線で示すように、上記定格電流（Ｉｌｉｍ）が設定される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の定格電流（Ｉｌｉｍ）とは、スイッチング素子の保護の観点から定められる許容電流値であって、継続してそのレベルの電流を供給した場合にもスイッチング素子が過熱状態とならない値に設定される。以下では、第１電源装置１２の定格電流とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の定格電流として説明する。

図１に示すように、補機電源システム１０は、第１電源装置１２及び第２電源装置１３（補機バッテリ１３）による電力供給を制御する制御装置１７を備える。制御装置１７は、後述する過渡制限値が設定されていない場合には、従来の補機電源システムと同様に、補機１１からの補機要求電流が第１電源装置１２の定格電流を超えた場合に、定格電流を超えた電流分については、補機バッテリ１３から供給するように制御を実行する。

一般的に、第１電源装置１２のＤＣ／ＤＣコンバータ１５及び補機バッテリ１３は、リレー２５を介して補機１１と電気的に接続されており、リレー２５のＯＮ／ＯＦＦ操作により補機１１への電力供給を制御することができる。また、補機１１によっては、補機負荷を変動させることにより消費電力が変動するものがある。制御装置１７は、これらリレー２５や補機負荷の制御を実行して、補機１１への電力供給状態を制御する機能を有する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と補機バッテリ１３との間には、一般的に、リレー２５等のスイッチ類が存在せず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５から定格電流以下の電流が補機１１Ａ等に供給される場合には、補機バッテリ１３にも電力が供給され補機バッテリ１３は充電されることになる。一方、補機バッテリ１３から補機１１に電力を供給するためには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の電圧を補機バッテリ１３の電圧（例えば、１２Ｖ）レベルに低下させる必要がある。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のスイッチング素子の制御も制御装置１７によって実行される。

上記のように、補機電源システム１０の目的は、メイン電源装置である第１電源装置１２、特にＤＣ／ＤＣコンバータ１５の保護と、補機バッテリ１３の急峻な電圧降下の防止と、を高度に両立することである。この目的を達成するために、制御装置１７は、過渡制限値設定手段１８と、過渡制限値降下手段１９と、を主要構成要素として有する。

過渡制限値設定手段１８は、予め定められた上記の定格電流に緩和係数（ｋ）を乗じることにより、定格電流より高い過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）を設定する機能を有する。緩和係数（ｋ）とは、定格電流（Ｉｌｉｍ）を緩和した過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）を算出するために使用する係数であって、１を超える値を持った数値である。定格電流に緩和係数を乗じて得られる過渡制限値とは、第１電源装置１２から供給する電流量を規定するための値であって、過渡制限値が設定されている場合には、過渡制限値以下の電流分は第１電源装置１２から供給される。即ち、過渡制限値は、短時間であれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のスイッチング素子にダメージを与えない電流値であり、スイッチング素子の保護及び補機バッテリ１３の電圧降下の防止を考慮して決定される。

過渡制限値は、定格電流に緩和係数を乗じて算出される値であるから、緩和係数が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のスイッチング素子の保護及び補機バッテリ１３の電圧降下の防止を考慮して決定されることになる。緩和係数は、予め定めた固定値とすることもできるが、後述するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度等に応じて変動する変動値とすることもできる。

上記のように、過渡制限値は、短時間であればスイッチング素子にダメージを与えない電流値であるが、継続して過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）レベルの電流を流すことはできない。従って、制御装置１７は、補機要求電流が定格電流を超過した場合に、過渡制限値を時間と共に降下させる過渡制限値降下手段１９を有する。図２に示すように、過渡制限値を時間と共に降下させることにより、初期の過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）レベルの電流が断続的に第１電源装置１２から供給されることを防止することができる。即ち、補機要求電流が定格電流を超過した状態が継続した場合には、過渡制限値は定格電流と一致するレベルまで降下することになる。

過渡制限値降下手段１９により、過渡制限値を降下させるタイミングは、補機要求電流が定格電流を超過して所定時間経過した後に降下を開始することもできるし、補機要求電流が定格電流を超過した場合に、直ちに降下を開始することもできる。なお、スイッチング素子にダメージを与えないようにするため、後者の設定であることが好ましい。いずれの場合でも、過渡制限値は、時間と共に所定の割合（以下、降下の傾きをΔＩｄとする）で降下する。

過渡制限値降下手段１９に設定される降下の傾きΔＩｄは、過渡制限値（緩和係数）と同様に、スイッチング素子の保護及び補機バッテリ１３の電圧降下の防止を考慮して決定される。初期過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）は、ΔＩｄ×ｔｄに従って降下する。ここで、ｔｄは、補機要求電流が定格電流を超過する超過時間であり、超過時間の長さに応じて、その時間が長い程、初期過渡制限値が降下することになる。例えば、超過時間ｔｄ１における過渡制限値の値は、Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ１である。以下では、特に区別する必要がある場合には、Ｉｌｉｍ×ｋが初期過渡制限値、Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄが降下時過渡制限値、後述するＩｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ＋ΔＩｕ×ｔｕが上昇時過渡制限値として説明する。

図２及び図３に示すように、過渡制限値設定手段１８により過渡制限値が設定されている場合には、過渡制限値以下の電流分は第１電源装置１２から供給される。即ち、過渡制限値を超える電流分が補機バッテリ１３から供給されることになる。そして、過渡制限値降下手段１９により、過渡制限値は、過渡制限値降下手段１９により時間と共に降下される。このような構成とすれば、図３に示すように、補機要求電流がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の定格電流を超えた場合でも、定格電流を超える全ての電流分が補機バッテリ１３から消費されることなく、補機バッテリ１３の電力が急激に消費されることを防止できると共に、第１電源装置１２のＤＣ／ＤＣコンバータ１５を確実に保護することができる。

即ち、短時間に過渡的な電流が消費されると、その電流量が定格電流を超え、補機バッテリ１３が充電される時間もないため、従来の構成では、図８に示すように、補機バッテリ１３の電圧が降下する。一方、補機電源システム１０によれば、過渡制限値の効果により、短時間に過渡的な電流が消費され、その電流量が定格電流を超えても、定格電流を超える電流分について、所定時間内においてはモータ駆動用バッテリ１４及び補機バッテリ１３で分担して供給するので、補機バッテリ１３から瞬間的に大電流が持ち出されることがなく、図３に示すように、バッテリ電圧の急峻な降下が生じない。なお、図２の右側ピークに示すような比較的緩やかな電力消費の場合、電力消費されつつ充電がなされ、システム停止に至るような急峻なバッテリ電圧の降下は起こりにくい。従って、後述する過渡制限起動手段２１を備え、短時間に過渡的な電流が消費されるおそれがある場合、例えば、大電流が必要である補機１１の起動時等にのみ、過渡制限値を設定することもできる。

補機電源システム１０は、スイッチング素子の過熱を防止するためにＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度を測定するＤＣ／ＤＣコンバータ温度センサ２２（以下、温度センサ２２とする）を備え、制御装置１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度に応じて、緩和係数を変更する緩和係数変更手段２３を有することができる。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の定格電流（Ｉｌｉｍ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の想定される最大の温度（ｍａｘＴ）において、スイッチング素子が熱破壊しないように設定される。即ち、ｍａｘＴを熱設計ポイントとして、定常値である定格電流が設定される。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度が低い条件下（例えば、外気が低い場合等）では、定格電流を超えた電流においてもスイッチング素子の熱破壊を生じない領域（熱的余裕領域）が存在する。図４において、熱的余裕領域は、実線で示すＤＣ／ＤＣコンバータ１５の実際の温度に対応したスイッチング素子の熱破壊を起こさない上限値と、１点鎖線で示す定常的な定格電流との間の領域である。緩和係数変更手段２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度をモニタリングして、熱的余裕領域を活用して緩和係数を変動させる機能を有する。

具体的に、緩和係数変更手段２３は、上限値と定格電流の差分を考慮して、緩和係数を変動させることができる。例えば、上限値と定格電流との差分に、予め設定しておいた定数を乗じる等（例えば、ｋ＝１＋定数×差分）して緩和係数とすることができる。即ち、熱設計ポイント（ｍａｘＴ）では、両者の差分がなくなり、ｋ＝１となり、過渡制限値と定格電流は等しくなる（即ち、過渡制限値は設定されない）。このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度に応じて、緩和係数を変更する構成とすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の過熱をさらに高度なレベルで防止することが可能になる。また、熱的余裕領域を考慮して、緩和係数を決定すれば、補機バッテリ１３の電圧降下をさらに効果的に防止することも可能になる。

図１に示すように、制御装置１７は、補機要求電流が定格電流以下となった場合に、降下させた過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ）を時間と共に上昇させ、過渡制限値設定手段１８によって設定される過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）に戻す過渡制限値上昇手段２０を有することが好ましい。過渡制限値上昇手段２０を有することにより、一旦降下した過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ）を初期過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）に戻す、或いは変更された新たな過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋｎｅｗ）に設定することが可能になって、繰り返し補機バッテリ１３の急峻な電圧降下を防止することができる。

過渡制限値上昇手段２０により、降下過渡制限値を上昇させるタイミングは、補機要求電流が定格電流を以下となって所定時間経過した後に上昇を開始することもできる。また、補機要求電流が定格電流以下となった場合に、直ちに上昇を開始することもできる。降下時過渡制限値は、時間と共に所定の割合（以下、上昇の傾きをΔＩｕとする）で上昇していく。即ち、降下時過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ）は、ΔＩｕ×ｔｕに従って上昇する。ここで、ｔｕは、降下時過渡制限値が初期過渡制限値等に戻るまでの時間であり、（降下時過渡制限値−初期過渡制限値）／ΔＩｕで求められる。従って、時間ｔｕ２における上昇時過渡制限値の値は、Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ＋ΔＩｕ×ｔｕ２となる。また、図２に示すように、過渡制限値の上昇過程において、再び補機要求電流が定格電流を超えた場合には、過渡制限値降下手段１９の機能により、ΔＩｄ×ｔｄで過渡制限値が降下することになる。

ΔＩｄ及びΔＩｕは、上記のように、スイッチング素子の保護及び補機バッテリ１３の電圧降下の防止を考慮して決定され、ΔＩｄの方が、ΔＩｕよりも大きくなるように設定されることが好ましい。ΔＩｄが、小さい値であれば、スイッチング素子の熱破壊を起こすおそれがあるが、ΔＩｕは、繰り返し初期過渡制限値を設定するためのものであり、また、ΔＩｕが小さすぎると、スイッチング素子の保護の観点から反って好ましくはない。例えば、ΔＩｄは数十ｍｓで初期過渡制限値から定格電流まで降下するような値、ΔＩｕは数秒で定格電流から初期過渡制限値まで上昇するような値とすることができる。また、ΔＩｄ及びΔＩｕは、予め設定された固定値であっても十分に上記目的（スイッチング素子の保護等）を達成できるが、緩和係数と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の温度等に応じて、変更可能な変動値とすることもできる。

図１に示すように、制御装置１７は、補機１１の作動状態を監視すると共に、補機１１の作動状態に応じて、過渡制限値設定手段１８を起動させて過渡制限値を設定させる過渡制限起動手段２１を有することが好ましい。過渡制限起動手段２１を有することにより、例えば、ユーザの操作や補機消費電力の上昇傾向等に連動させて過渡制限値を設定することが可能になる。従って、補機１１の起動時等、過渡的な電流が要求される可能性がある場合に的確に対応することができる。

例えば、図５では、ユーザが補機操作スイッチ２４を操作した時間を矢印で示しているが、過渡制限起動手段２１は、補機操作スイッチ２４の操作と連動して、過渡制限値を設定することもできる。図１において、補機１１Ｂが起動時に大電流を必要とする補機１１である場合、補機１１Ａの起動時には、過渡制限値を設定せず、補機１１Ｂの起動時にのみ過渡制限値を設定して過渡制限制御を実行することができる。また、図５に示すように、過渡制限値上昇手段２０を有さず、補機１１Ｂが起動されて、消費電流が定格電流を超えた後に、定格電流以下となった場合に、過渡制限を解除する設定とすることもできる。また、補機Ｂ１１のＯＦＦ操作に伴って解除することもできる。

上記各手段を有する制御装置１７は、ＣＰＵと、予め設定された緩和係数などのパラメータ、制御プログラム、各センサからの情報などを記憶する記録装置と、入出力ポートなどを備える装置であって、マイクロプロセッサ等によって構成されている。各手段の機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、記憶装置に記憶された制御プログラムを実行することにより実現できる。従って、上述の各手段は、制御プログラムに備えられていることが好ましい。なお、制御装置１７は、既存のＥＣＵ（例えば、車両マパーマネジメントＥＣＵ、HV−ＥＣＵ等）の一部に組み込むことができる。

上記構成の補機電源システム１０の作用について、図６を加えて以下詳細に説明する。図６は、図１に示す補機電源システムによる電力供給の制御手順を示すフローチャートである。なお、図６に示す補機１１Ｂは、起動時に大きな電流を必要とする補機１１であり、補機電源システム１０は、ユーザによって補機１１Ｂを起動するための補機操作スイッチ２４のＯＮ操作することと連動して過渡制限値を設定させる過渡制限起動手段２１を備える。なお、補機１１Ｂが起動される前においては、モータ駆動用バッテリ１４からＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して電力がその他の補機１１に供給されているものとする、

ユーザが補機１１Ｂを使用する場合、ユーザは補機１１Ｂに関わる補機操作スイッチ２４をＯＮ操作する（Ｓ１０）。補機操作スイッチ２４のＯＮ操作により補機１１Ｂが起動するが、具体的には、補機操作スイッチ２４のＯＮ操作による信号が制御装置１７に送信され、その操作信号を受信した制御装置１７が補機１１Ｂに関わるリレー２５Ｂを繋ぐために制御指令を与える。

リレー２５ＢがＯＮ操作されて、補機１１Ｂが起動される前、或いは補機１１Ｂが起動されると同時に、過渡制限値（Ｉｌｉｍ×ｋ）が設定される（Ｓ１１）。この手順は、過渡制限起動手段２１、及び過渡制限値設定手段１８の機能によって実行される。なお、補機１１Ｂの起動直後に過渡的な電流が要求されることを考慮すると、過渡制限値が設定されてから、リレー２５ＢがＯＮ操作されて補機１１Ｂが起動することが好ましい（Ｓ１２）。

上記のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の保護の観点から定格電流（Ｉｌｉｍ）が設定されており、制御装置１７は、補機１１Ｂを含む補機１１からの全要求電力が定格電流を超えた場合には、後述する制御を実行する。従って、制御装置１７は、補機要求電流（補機消費電流）が定格電流を超えたか否かを判定する（Ｓ１３）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５には、図示しない電流計が設けられ、過渡制限値降下手段１９の機能により、観測された電流値と定格電流とを比較して判定される。

Ｓ１３において、補機要求電流が定格電流を超えたと判断された場合には、初期過渡制限値を降下させる（Ｓ１４）。この手順は、過渡制限値降下手段１９の機能によって実行され、ΔＩｄ×ｔｄで過渡制限値の降下が実行される。従って、補機要求電流が定格電流を超えている時間がｔｄ１である場合には、降下時過渡制限値は、Ｉｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ１となる。

補機要求電流が定格電流以下になったか否かが判定され（Ｓ１５）、定格電流以下になったと判定された場合には、過渡制限値を上昇させ、初期過渡制限に再設定される（Ｓ１６）。この手順は、過渡制限値上昇手段２０の機能によって実行される。なお、緩和係数変更手段２３によって超過時間（ｔｄ）中に緩和係数が変更された場合には、新たな緩和係数（ｋｎｅｗ）を乗じて算出された新たな過渡制限値に設定することもできる。降下した過渡制限値の上昇速度は、ΔＩｕ×ｔｕであり、時間ｔｕ２経過後の過渡制限値は、ｌｉｍ×ｋ−ΔＩｄ×ｔｄ＋ΔＩｕ×ｔｕ２となる。

以上のように、図１に示す補機電源システム１０によれば、定格電流に緩和係数を乗じることにより、定格電流より高い過渡制限値を設定する過渡制限値設定手段１８と、補機要求電流が定格電流を超過した場合に、過渡制限値をΔＩｄ×ｔｄで降下させる過渡制限値降下手段１９と、さらに、補機要求電流が定格電流以下となった場合に、降下させた過渡制限値をΔＩｕ×ｔｕで上昇させ、過渡制限値設定手段１８によって設定される過渡制限値に戻す過渡制限値上昇手段２０と、を有するので、補機要求電流が定格電流を超えた電流分の全てを直ちに補機バッテリ１３から持ち出されることがなく、補機バッテリ１３における急峻な電圧降下を防止することができる。また、過渡制限値をΔＩｄ×ｔｄで降下させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５が長時間に亘って定格電流を超える電流を供給することを防止できる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の保護と補機バッテリ１３の急峻な電圧降下の防止とを高度に両立することが可能である。さらに、過渡制限値上昇手段２０によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に負担をかけることなく繰り返し過渡制限値を設定することができる。

以上、主にハイブリッド車を例に挙げて説明したが、上記のように、補機電源システム１０は、エンジン車にも適用することができ、エンジン車においては、通常走行時にメインで使用される第１電源装置１２は、オルタネータ及び整流器を含む電源装置である。整流器を内蔵したオルタネータが広く使用されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の場合と同様に、電源装置を保護するための定格電流が設定され、エンジン車においても上記と同様の電力供給制御を実行することができる。

ハイブリッド車両における補機電源システムの概略構成を示すブロック図である。 補機消費電力の変動に応じて、過渡制限値が時間と共に降下及び上昇する様子を示す図であり、モータ駆動用バッテリ及び補機バッテリによる電力供給状態を示している。 図２に示す電力供給状態において、補機バッテリの電圧が変動する様子を示す図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータ温度と、熱設計ポイント及びスイッチング素子が熱破壊を起こさない上限値との関係を示す図である。 過渡制限起動手段を有する補機電源システムにおいて、モータ駆動用バッテリ及び補機バッテリによる電力供給状態を示す図である。 図１に示す補機電源システムによる電力供給の制御手順を示すフローチャートである。 従来の補機電源システムにおいて、モータ駆動用バッテリ及び補機バッテリによる電力供給状態を示す図である。 図７に示す電力供給状態において、補機バッテリの電圧が変動する様子を示す図である。

符号の説明

１０ 車両用補機の電源システム、１１ 車両用補機、１２ 第１電源装置、１３ 第２電源装置（補機バッテリ）、１４ モータ駆動用バッテリ、１５ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７ 制御装置、１８ 過渡制限値設定手段、１９ 過渡制限値降下手段、２０ 過渡制限値上昇手段、２１ 過渡制限起動手段、２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ温度センサ、２３ 緩和係数変更手段、２４ 補機操作スイッチ、２５ リレー。

Claims (5)

1. 車両用補機に電力を供給する第１電源装置と、
   車両用補機からの補機要求電流が第１電源装置の定格電流を超えた場合に、定格電流を超えた電流分を車両用補機に供給する第２電源装置と、
   第１電源装置及び第２電源装置による電力供給を制御する制御装置と、
   を備える車両用補機の電源システムであって、
   制御装置は、
   予め定められた定格電流に緩和係数を乗じることにより、定格電流より高い過渡制限値を設定する過渡制限値設定手段と、
   補機要求電流が定格電流を超過した場合に、過渡制限値を時間と共に降下させる過渡制限値降下手段と、
   を有し、
   過渡制限値が設定されている場合には、過渡制限値以下の電流分は第１電源装置から供給することを特徴とする車両用補機の電源システム。
2. 請求項１に記載の車両用補機の電源システムにおいて、
   補機要求電流が定格電流以下となった場合に、降下させた過渡制限値を時間と共に上昇させ、過渡制限値設定手段によって設定される過渡制限値に戻す過渡制限値上昇手段を有することを特徴とする車両用補機の電源システム。
3. 請求項１又は２に記載の車両用補機の電源システムにおいて、
   補機の作動状態を監視すると共に、補機の作動状態に応じて、過渡制限値設定手段を起動させて過渡制限値を設定させる過渡制限起動手段を有することを特徴とする車両用補機の電源システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の車両用補機の電源システムにおいて、
   車両は車両駆動用の駆動モータを備えたモータ駆動車であり、
   第１電源装置は、
   駆動モータに電力を供給するモータ駆動用バッテリと、
   モータ駆動用バッテリの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   を含み、
   車両用補機には、モータ駆動用バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して降圧された電力が供給されることを特徴とする車両用補機の電源システム。
5. 請求項４に記載の車両用補機の電源システムにおいて、
   ＤＣ／ＤＣコンバータの温度を測定する温度センサを備え、
   制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度に応じて、緩和係数を変更する緩和係数変更手段を有することを特徴とする車両用補機の電源システム。

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