JP2016201871A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能の故障によって、車両起動ができなくなることを抑制する。
【解決手段】本発明である蓄電システムは、メインバッテリとインバータとの間の電流経路に設けられるリレー装置と、上記電流経路に接続される平滑コンデンサと、メインバッテリからの電力を降圧して補機バッテリに出力し、補機バッテリからの電力を昇圧して上記電流経路に出力する双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータと、車両のイグニッションスイッチがオンされたときに、リレー装置がオンされる前に補機バッテリの電力を用いて平滑コンデンサを充電し、平滑コンデンサが充電された後にリレー装置をオンに制御するコントローラと、を有する。コントローラは、車両のイグニッションスイッチがオフされたとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障していれば、リレー装置をオンからオフに切り換えずに、電流経路の接続状態を維持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、昇圧動作および降圧動作を行う双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた蓄電システムに関する。

車両に搭載される電池システムは、車両起動時に、システムメインリレーをオフからオンに切り替え、バッテリおよびインバータ（モータ・ジェネレータ）を接続することで、起動状態（Ready-On）となる（例えば、特許文献１）。

バッテリの正極ライン及び負極ラインには、平滑コンデンサが接続されている。このため、バッテリおよびインバータを接続するときに、平滑コンデンサに突入電流が流れるおそれがある。特許文献１には、システムメインリレーをオンにして電池システムを起動する際に流れる突入電流を抑制する技術が開示されている。

具体的には、システムメインリレーをオンにする前に、双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機バッテリの電力を平滑コンデンサに充電する。平滑コンデンサの電圧をバッテリの電圧までプリチャージすることで、システムメインリレーがオンされたときに、平滑コンデンサに突入電流が流れることを抑制することができる。

特開２００７−３０２１２９号公報 特開２０１２−００５２９９号公報

特許文献１の構成では、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータが故障し、昇圧機能が発揮できない状態になると、システムメインリレーをオンにする前に、平滑コンデンサを充電することができない。

したがって、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が損なわれると、平滑コンデンサに突入電流が流れることを抑制できないため、電池システム保護の観点から、電池システムの起動ができないように制御する必要がある。

しかしながら、例えば、車両のイグニッションスイッチのオフに伴い、電池システムを停止状態にしてしまうと、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障しているため、次回の車両起動（電池システムの起動）を行うことができず、予期しない状況での車両停止となってしまうおそれがある。

本発明の蓄電システムは、車両の走行用モータに電力を供給するメインバッテリと、メインバッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに出力するインバータと、メインバッテリとインバータとの間の電流経路に設けられ、上記電流経路を接続状態と遮断状態との間で切り換えるリレー装置と、上記電流経路に接続される平滑コンデンサと、上記電流経路に接続され、メインバッテリからの電力を降圧して補機バッテリに出力するとともに、補機バッテリからの電力を昇圧して上記電流経路に出力する双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータと、車両のイグニッションスイッチがオンされたときに、リレー装置がオンされる前に補機バッテリの電力を用いて平滑コンデンサを充電し、平滑コンデンサが充電された後にリレー装置をオンに制御し、車両のイグニッションスイッチがオフされたときに、オンされているリレー装置をオフに制御するコントローラと、を有する。

コントローラは、車両のイグニッションスイッチがオフされたとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能の故障検出を行い、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障していると判別された場合に、リレー装置をオンからオフに切り換えずに、電流経路の接続状態を維持する。

本発明によれば、システムメインリレーをオンにする前に、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機バッテリの電力を平滑コンデンサに充電し、突入電流が流れることを抑制する蓄電システムにおいて、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障しているとき、車両のイグニッションスイッチがオフされても、リレー装置をオンからオフに切り換えずに、電流経路の接続状態を維持するので、車両のイグニッションスイッチのオフに伴って電池システムを停止状態にし、次回の車両起動（電池システムの起動）を行うことができない事態を回避することができる。

上記蓄電システムにおいて、コントローラは、リレー装置がオンされている状態で双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させ、昇圧動作に伴うメインバッテリ又は平滑コンデンサの電圧の変化、または電流経路を流れる電流の変化に基づいて、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出を行うことができる。

そして、コントローラは、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出を行うとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させる前に、メインバッテリの電圧を電圧センサで検出し、メインバッテリの電圧値が、メインバッテリの過充電に対して予め設定された上限電圧であるか否かを判別する。コントローラは、電圧センサの電圧値が上限電圧であると判別されたとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させてメインバッテリの電圧を低下させてから、故障検出のための双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作を行う。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作を行うと、補機バッテリの電力がメインバッテリに充電される。このとき、メインバッテリの電圧が上限電圧又はその付近である場合、昇圧動作に伴う充電によってメインバッテリが過充電状態になるおそれがある。このため、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させる前に、メインバッテリの電圧値が上限電圧であるか否かを判別し、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させてメインバッテリの電圧を低下させることにより、故障検知のための双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作に伴ってメインバッテリが過充電状態になることを抑制することができる。

上記蓄電システムにおいて、コントローラは、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障していると判別された場合、車両の運転席にユーザが着座しているか否かを検出する着座センサ及び運転席のドアの開閉状態を検出するドアセンサの検出結果に基づいて、ユーザが運転席に着座しておらず、かつドアが閉状態であるとき、リレー装置をオンからオフに切り換え、電流経路を遮断状態にすることができる。リレー装置は、所定の電源装置、例えば、補機バッテリから供給される電力によって駆動する。したがって、リレー装置をオンしてメインバッテリとインバータとの間の電流経路を接続状態に維持し続けると、補機バッテリの電力が消費され、補機バッテリの充電量が低下してしまう。そこで、メインバッテリとインバータとの間の電流経路を接続状態に維持し続ける判断基準として、ユーザが車両を離れるために意図してイグニッションスイッチをオフにした（ユーザが着座しておらず、かつドアが閉まっている）か否かを判別する。このように構成することで、ユーザが着座していたり、ドアが開いていたりする場合には、引き続き車両走行を行う可能性があると判断してメインバッテリとインバータとの間の電流経路を接続状態に維持し、イグニッションスイッチのオフ操作によって次回車両起動ができない状態を回避する。一方、ユーザが車両を離れるために意図してイグニッションスイッチをオフにしたときは、リレー装置をオンからオフに切り換え、電流経路を遮断状態にして補機バッテリの電力消費を抑制することができる。

車両に搭載される電池システムの構成を示す図である。 双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作による電池システムの起動処理を示すフローチャートである。 双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能の故障検出処理及び故障検出結果に基づくシステムメインリレーのオン／オフ制御の処理フローを示すフローチャートである。 車両に搭載される着座センサ及びドアセンサを含む構成ブロック図である。 双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能に故障が検出された後の、システムメインリレーのオン／オフ制御の処理フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１における電池システム（本発明の蓄電システムに相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例における電池システムの構成を示す概略図である。

メインバッテリ１０の正極端子及び負極端子は、正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬを介して、昇圧回路２４（インバータ２５）と接続されている。正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬは、本発明におけるメインバッテリ１０を負荷（例えば、後述するインバータ２５やモータ・ジェネレータＭＧ２）に接続する正負極の接続ラインである。メインバッテリ１０は、複数の単電池を有する組電池であり、単電池の数は、適宜設定することができる。ここで、メインバッテリ１０を構成する複数の単電池は、直列に接続したり、並列に接続したりすることができる。

なお、メインバッテリ１０の代わりに、１つの単電池を用いることもできる。単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

電圧センサ２０は、メインバッテリ１０の端子間電圧を検出し、検出結果（電圧値ＶＢ）をコントローラ４０に出力する。電流センサ２１は、メインバッテリ１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果（電流値ＩＢ）をコントローラ４０に出力する。

昇圧回路２４は、メインバッテリ１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ２５に出力したり、インバータ２５の出力電圧を降圧して降圧後の電力をメインバッテリ１０に出力したりすることができる。

昇圧回路２４は、リアクトル２４１と、ダイオード２４２，２４３と、スイッチング素子としてのトランジスタ（ｎｐｎ型トランジスタ）２４４，２４５と、電流センサ２４６と、を有する。リアクトル２４１は、一端がシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂに接続され、他端がトランジスタ２４４，２４５の接続点に接続されている。

トランジスタ２４４，２４５は、直列に接続されている。トランジスタ２４４，２４５のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオード２４２，２４３がそれぞれ接続されている。具体的には、ダイオード２４２，２４３のアノードが、トランジスタ２４４，２４５のエミッタと接続され、ダイオード２４２，２４３のカソードが、トランジスタ２４４，２４５のコレクタと接続されている。

昇圧回路２４の昇圧動作を行うとき、コントローラ４０は、トランジスタ２４５をオンにし、トランジスタ２４４をオフ状態にする。これにより、メインバッテリ１０からリアクトル２４１に電流が流れ、リアクトル２４１には、電流量に応じた磁場エネルギが蓄積される。次に、コントローラ４０は、トランジスタ２４５をオンからオフに切り替えることにより、リアクトル２４１からダイオード２４２を介して、インバータ２５に電流を流す。これにより、リアクトル２４１で蓄積されたエネルギが放出され、昇圧動作が行われる。また、降圧動作を行うとき、コントローラ４０は、トランジスタ２４４をオンにするとともに、トランジスタ２４５をオフにする。これにより、インバータ２５からの電力がメインバッテリ１０に供給され、メインバッテリ１０の充電が行われる。

電流センサ２４６は、リアクトル２４１とトランジスタ２４４，２４５の接続点との間の電流経路に設けられ、昇圧回路２４を流れる電流を検出し、検出結果（電流値ＩＬ）をコントローラ４０に出力する。電流センサ２４６は、リアクトル２４１に流れる電流を検出することができ、例えば、昇圧回路２４が昇圧動作を行うときに、リアクトル２４１からインバータ２５に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力することができる。

インバータ２５は、メインバッテリ１０から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータＭＧ２に出力する。モータ・ジェネレータ（本発明の走行用モータに相当する）ＭＧ２は、インバータ２５から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギ（動力）を生成する。

モータ・ジェネレータＭＧ２は、トランスミッション（変速機）ＴＭを介して駆動輪２６に接続される駆動軸に接続されている。モータ・ジェネレータＭＧ２の動力がトランスミッションＴＭを介して駆動軸に伝達され、駆動軸によって駆動輪２６に伝達される。モータ・ジェネレータＭＧ２が生成した動力がトランスミッションＴＭを介して駆動輪２６に伝達されることにより、メインバッテリ１０の電力を用いた車両走行を行わせることができる。

動力分割機構２７は、エンジン２８の動力を、駆動輪２６に伝達したり、モータ・ジェネレータＭＧ１に伝達したりする。モータ・ジェネレータＭＧ１は、エンジン２８の動力を受けて発電する。モータ・ジェネレータＭＧ１が生成した電力（交流電力）は、インバータ２５を介して、モータ・ジェネレータＭＧ２に供給されたり、メインバッテリ１０に供給されたりする。モータ・ジェネレータＭＧ１が生成した電力を、モータ・ジェネレータＭＧ２に供給すれば、モータ・ジェネレータＭＧ２が生成した運動エネルギによって、駆動輪２６を駆動することができる。モータ・ジェネレータＭＧ１が生成した電力をメインバッテリ１０に供給すれば、メインバッテリ１０を充電することができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータＭＧ２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２５は、モータ・ジェネレータＭＧ２が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力をメインバッテリ１０に出力する。これにより、メインバッテリ１０は、回生電力を蓄えることができる。

エンジン２８は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の内燃機関である。エンジン２８は、モータ・ジェネレータＭＧ１をエンジン始動用モータ（スタータ）として用い、始動することができる。メインバッテリ１０から所定の電力がモータ・ジェネレータＭＧ１に供給され、動力分割機構２７を介してモータ・ジェネレータＭＧ１がエンジン２８の駆動軸を回転させ、エンジン２８を始動させるように構成することができる。

正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられており、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。

正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬ（メインバッテリ１０とインバータ２５との間の電流経路）には、平滑コンデンサＣ１が接続されている。具体的には、平滑コンデンサＣ１の一端は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂおよび昇圧回路２４を接続する正極ラインＰＬであって、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の接点と昇圧回路２４との間に接続されている。また、平滑コンデンサＣ１の他端は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇおよび昇圧回路２４を接続する負極ラインＮＬであって、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の接点と昇圧回路２４との間に接続されている。電圧センサ２２は、平滑コンデンサＣ１の電圧を検出し、検出結果（電圧値ＶＬ）をコントローラ４０に出力する。

平滑コンデンサＣ２は、昇圧回路２４とインバータ２５との間の正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬに接続されている。電圧センサ２９は、平滑コンデンサＣ２の電圧を検出し、検出結果（電圧値ＶＨ）をコントローラ４０に出力する。

なお、本実施例では、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の電流経路に昇圧回路２４を設けているが、昇圧回路２４を省略してもよい。すなわち、メインバッテリ１０は、正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬを介してインバータ２５と直接接続することができる。平滑コンデンサＣ１は、メインバッテリ１０と昇圧回路２４との間の電圧を平滑化するコンデンサとして設けられている。平滑コンデンサＣ２は、昇圧回路２４とインバータ２５との間の電圧を平滑化するコンデンサとして設けられている。

双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、メインバッテリ１０やモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を補機３１や補機バッテリ３２に出力する。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂおよび昇圧回路２４の間の正極ラインＰＬと、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇおよび昇圧回路２４の間の負極ラインＮＬとに接続されている。

コントローラ４０は、電圧センサ２０や電流センサ２１、不図示の温度センサからの検出値に基づいてメインバッテリ１０のＳＯＣ（state of Charge）や満充電容量を算出してメインバッテリ１０の状態を管理するとともに、メインバッテリ１０の充放電動作、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇのオン／オフ動作、昇圧回路２４の駆動制御、インバータ２５の駆動制御を行う制御装置である。

コントローラ４０は、メモリ４０ａを有しており、メモリ４０ａには各種の情報が記憶されている。なお、メモリ４０ａは、コントローラ４０に対して外付けされる態様であってもよい。

ここで、本実施例の双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０について説明する。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンであるとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、メインバッテリ１０の電圧値ＶＢを降圧し、降圧後の電力を補機バッテリ３２や補機３１に出力する。メインバッテリ１０からの電力を補機バッテリ３２に供給することにより、補機バッテリ３２を充電することができる。

また、メインバッテリ１０からの電力を補機３１に供給することにより、補機３１を動作させることもできる。補機３１には、補機バッテリ３２からの電力を供給することもできる。補機バッテリ３２は、コントローラ４０やシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇを動作させるための電源となる。

なお、補機３１としては、例えば、電池システムを搭載する車両の車室空調装置（エアコンのインバータやモータ等）、ＡＶ機器、車室内の照明装置、ヘッドライト等の電力消費機器がある。

補機バッテリ３２としては、鉛蓄電池やニッケル水素電池などの二次電池が用いられる。補機バッテリ３２の電圧値ＶＡは、補機バッテリ３２の充放電に応じて変化し、電圧値ＶＢは、メインバッテリ１０の充放電に応じて変化する。ここで、電圧値ＶＡ，ＶＢが変化しても、電圧値ＶＡは電圧値ＶＢよりも低くなる。

また、電圧値ＶＡが基準電圧値に維持されるように、補機バッテリ３２の充電が制御される。具体的には、補機バッテリ３２の放電によって電圧値ＶＡが基準電圧値よりも低下したときには、電圧値ＶＡが基準電圧値に到達するように、補機バッテリ３２の充電が行われる。補機バッテリ３２の出力電力は補機３１に供給されるため、補機３１の動作電圧を確保するためには、電圧値ＶＡを基準電圧値に維持する必要がある。

上述したように、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、降圧動作および昇圧動作を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作は、コントローラ４０によって制御される。例えば、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、降圧動作を行うアクティブクランプフォワードコンバータに対して、昇圧動作の機能を追加したものである。

そして、図１に示す電池システムは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えることで、メインバッテリ１０およびインバータ２５を接続し、起動状態（Ready-On）にすることができる。このとき、メインバッテリ１０から平滑コンデンサＣ１に突入電流が流れてしまう。そこで、本実施例では、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替える前に、補機バッテリ３２から出力された電力を用いて、平滑コンデンサＣ１を充電するようにしている。

具体的には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替える前に、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、補機バッテリ３２の電圧値ＶＡを昇圧し、昇圧後の電力を平滑コンデンサＣ１に出力する。これにより、平滑コンデンサＣ１を充電することができる。

平滑コンデンサＣ１の充電によって、電圧値ＶＬを電圧値ＶＢと等しくしたり、電圧値ＶＬを電圧値ＶＢに近づけたりする。このように平滑コンデンサＣ１を予め充電しておけば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えたときに、メインバッテリ１０から平滑コンデンサＣ１に突入電流が流れることを抑制できる。

なお、平滑コンデンサＣ１が充電されるだけでなく、補機バッテリ３２から出力された電力によって、メインバッテリ１０を充電することもできる。ここで、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンであるときに、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介してメインバッテリ１０の充電を行うことができる。

図２は、メインバッテリ１０および昇圧回路２４（インバータ２５）を接続して、図１に示す電池システムを起動状態（Ready-On）にするための処理を示す。ここで、図２に示す処理は、コントローラ４０によって実行され、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったとき（ＩＧ−ＯＮ）に開始される。図２に示す処理を開始するとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇはオフである。

ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作を開始する。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が補機バッテリ３２の電圧値ＶＡを昇圧することにより、昇圧後の電力によって平滑コンデンサＣ１が充電され、電圧値ＶＬが上昇する。ステップＳ１０１の処理を開始する前では、平滑コンデンサＣ１が放電されており、電圧値ＶＬが０［Ｖ］となっている。

ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、電圧センサ２２によって検出された電圧値ＶＬが、電圧センサ２０によって検出された電圧値ＶＢ以上であるか否かを判別する。電圧値ＶＬが電圧値ＶＢよりも低いとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作が継続される。電圧値ＶＬが電圧値ＶＢ以上であるとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０３において、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作を終了する。ステップＳ１０４において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替える。これにより、図１に示す電池システムは起動状態となる。

本実施例では、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作によって、電圧値ＶＬが電圧値ＶＢ以上となるまで平滑コンデンサＣ１を充電しているが、これに限るものではない。具体的には、電圧値ＶＬが電圧値ＶＢよりも低い所定の電圧値以上となるまで、平滑コンデンサＣ１を充電することもできる。

なお、メインバッテリ１０およびインバータ２５の接続を遮断して、図１に示す電池システムを停止状態（Ready-Off）にするとき、コントローラ４０は、車両のイグニッションスイッチがオフされたことに伴い、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。このとき、コントローラ４０は、平滑コンデンサＣ１を放電させて電圧値ＶＬを０［Ｖ］にする。

このように本実施例では、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を利用し、車両のイグニッションスイッチがオンされたときに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンされる前に補機バッテリ３２の電力を用いて平滑コンデンサＣ１をプリチャージする。このため、突入電流を抑制するための別途の制限抵抗やリレー装置が不要となる。

一方で、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が故障し、昇圧機能が発揮できない状態になると、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンにする前に、補機バッテリ３２の電力を用いて平滑コンデンサＣ１をプリチャージすることができない。この場合、平滑コンデンサＣ１に突入電流が流れることを抑制できないため、電池システム保護の観点から、電池システムが起動できないように制御する必要がある。

しかしながら、車両のイグニッションスイッチのオフに伴い、電池システムを停止状態にしてしまうと、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が故障してるので、次回の車両起動（電池システムの起動）を行うことができず、路上停止などの予期しない状況での車両停止となるおそれがある。

そこで、本実施例では、車両のイグニッションスイッチがオフされたとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障検出を行い、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると判別された場合に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り換えずに、メインバッテリ１０とインバータ２５（昇圧回路２４）との間の電流経路の接続状態を維持する。

このように構成することで、車両のイグニッションスイッチのオフに伴って電池システムを停止状態にし、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していることで次回の車両起動（電池システムの起動）を行うことができない事態を回避することができる。

図３は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障検出処理及び故障検出結果に基づくシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇのオン／オフ制御の処理フローを示すフローチャートである。図３に示す処理は、コントローラ４０によって実行され、車両のイグニッションスイッチがオフされたタイミングで行うことができる。

図３に示すように、コントローラ４０は、車両のイグニッションスイッチがオフにされたとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフする前に、メインバッテリ１０の電圧値ＶＢ０を検出する（Ｓ３０１）。次に、コントローラ４０は、検出された電圧値ＶＢ０が、閾値ＶＢ_ｔｈよりも大きいか否かを判別する（Ｓ３０２）。

ここで、ステップＳ３０２の処理について説明する。閾値ＶＢ_ｔｈは、メインバッテリ１０の過充電に対して予め設定された上限電圧である。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障検出処理は、後述するように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンされている状態で双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を昇圧動作させ、昇圧動作に伴って電池システムの電流経路を流れる電流の変化または、メインバッテリ１０又は平滑コンデンサＣ１の電圧の変化に基づいて、判定する。

したがって、故障検出処理において、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作は、目標電圧がメインバッテリ１０の電圧値ＶＢよりも大きくなるように制御され、補機バッテリ３２の電力がメインバッテリ１０に充電されるように制御される。このため、メインバッテリ１０には、充電電流が流れるが、メインバッテリ１０の電圧が上限電圧又はその付近である場合、昇圧動作に伴う充電によって過充電状態になるおそれがある。

そこで、ステップＳ３０２の処理において、メインバッテリ１０の電圧値ＶＢ０が、閾値ＶＢ_ｔｈよりも大きいとき（Ｓ３０２のＹＥＳ）、コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を降圧動作させる（Ｓ３０３）。コントローラ４０は、メインバッテリ１０の電力を補機バッテリ３２に充電したり、補機３１に電力を供給したりして、メインバッテリ１０の電圧値ＶＢ０が、閾値ＶＢ_ｔｈよりも小さくなるまで、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に降圧動作を行わせる。コントローラ４０は、ステップＳ３０３の処理の後、ステップＳ３０１に戻り、メインバッテリ１０の電圧値ＶＢ０を検出する。メインバッテリ１０の電圧値ＶＢ０が、閾値ＶＢ_ｔｈよりも小さくなったとき（Ｓ３０２のＮＯ）、ステップＳ３０４に進む。

このように、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の故障検出を行うとき、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を昇圧動作させる前に、メインバッテリ１０の電圧を過充電に対して予め設定された上限電圧であるか否かを判別し、上限電圧であると判別されたときは、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を降圧動作させてメインバッテリ１０の電圧を低下させてから、故障検出のための双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作を行うように制御する。故障検知のための双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作によってメインバッテリ１０が過充電状態になることを抑制することができる。

ステップ３０２において、電圧値ＶＢ０が、閾値ＶＢ_ｔｈよりも小さいと判別されると（Ｓ３０２のＮＯ）、コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に昇圧動作を行わせる（Ｓ３０４）。上述のようにコントローラ４０は、電圧値ＶＢ０よりも大きい目標電圧を設定して駆動制御を行う。コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作中又は昇圧動作後のメインバッテリ１０の電圧値ＶＢ１を検出する（Ｓ３０５）。

コントローラ４０は、ステップＳ３０１で検出された電圧値ＶＢ０とステップＳ３０５で検出された電圧値ＶＢ１を比較し、電圧値ＶＢ１が電圧値ＶＢ０よりも大きいか否か、すなわち、電圧値ＶＢ１から電圧値ＶＢ０を差し引いた差分値ΔＶＢが、閾値ΔＶＢ_ｔｈ以上であるか否かを判別する（Ｓ３０６）。

上述したように、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作に伴い、メインバッテリ１０には、補機バッテリ３２の電力が充電されるので、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が正常に動作していれば、昇圧動作中又は昇圧動作後のメインバッテリ１０の電圧値ＶＢ１は、昇圧動作前の電圧値ＶＢ０よりも大きくなるはずである。

言い換えれば、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると、充電電流が流れない、又は設定される目標電圧に対応する所定の充電電流が流れない。このため、電圧値ＶＢ１は、電圧値ＶＢ０に対して変化しない、又は一定の電圧上昇を示さないことになる。閾値ΔＶＢ_ｔｈは、０よりも大きい値とすることができ、例えば、設定される目標電圧に応じて流れる充電電流値や双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を昇圧動作させる時間に応じて、適宜設定することができる。

コントローラ４０は、差分値ΔＶＢが、閾値ΔＶＢ_ｔｈ以上と判別された場合（Ｓ３０６のＹＥＳ）、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が正常であると判定し（Ｓ３０７）、車両のイグニッションスイッチがオフされたことに伴い、オン状態のシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフに制御して、電池システムを停止状態にする。

一方、コントローラ４０は、差分値ΔＶＢが、閾値ΔＶＢ_ｔｈよりも小さいと判別された場合（Ｓ３０６のＮＯ）、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障している（異常である）と判定する（Ｓ３０９）。コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り換えずに、メインバッテリ１０とインバータ２５（昇圧回路２４）との接続状態を維持する（Ｓ３１０）。すなわち、車両のイグニッションスイッチがオフされても、オンされているシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフに制御せずに、電池システムを停止状態にさせないように制御する。

なお、ステップＳ３１０の処理において、オンされているシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにしない期間を、所定期間に限定し、一定の期間が過ぎた後に、オンされているシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフに制御して、電池システムを停止状態にするようにしてもよい。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、上述のように補機バッテリ３２の電力によって駆動されるため、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにしない時間的制約を設け、メインバッテリ１０とインバータ２５（昇圧回路２４）との接続状態を維持するとしても、一定の期間経過後には、補機バッテリ３２の充電量低下を抑制するために、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフに制御することができる。

なお、図３に示した双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障検出処理では、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作前後のメインバッテリ１０の電圧値を比較しているが、これに限るものではない。

例えば、平滑コンデンサＣ１の電圧値ＶＬを検出して、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障検出処理を行うことができる。電圧値ＶＬは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンされ、メインバッテリ１０とインバータ２５（昇圧回路２４）とが接続状態であるとき、メインバッテリ１０の電圧値ＶＢと同じ電圧となる。

そこで、ステップＳ３０４の双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作前の電圧値ＶＬ０と電圧値ＶＬ１をそれぞれ電圧センサ２２で検出し、ステップＳ３０６において電圧値ＶＬ０と昇圧動作後（動作中を含む）の電圧値ＶＬ１を比較し、電圧値ＶＬ１から電圧値ＶＬ０を差し引いた差分値ΔＶＬが、閾値ΔＶＬ_ｔｈよりも大きいか否かを判別する。コントローラ４０は、差分値ΔＶＬが、閾値ΔＶＬ_ｔｈよりも大きいと判別された場合、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が正常であると判定する（Ｓ３０７）。一方、差分値ΔＶＢが、閾値ΔＶＢ_ｔｈよりも小さいと判別された場合、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障している（異常である）と判定する（Ｓ３０９）。

平滑コンデンサＣ２についても同様である。図１に示すように、昇圧回路２４が昇圧動作及び降圧動作していない状態（停止状態）では、正極ラインＰＬ及びダイオード２４２を介して平滑コンデンサＣ２にも正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬ間の電圧が印加される。コントローラ４０は、昇圧回路２４が停止している状態で、平滑コンデンサＣ１同様に、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作前後の電圧値ＶＨ０，ＶＨ１を電圧センサ２９で検出し、電圧値ＶＨ０，ＶＨ１を比較することで、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障判定を行うことができる。

さらに、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作前後でメインバッテリ１０又は平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧値を比較する以外にも、電流センサ２１，２４６の検出値を用いて、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障判定を行うこともできる。

上述のように、ステップＳ３０５の昇圧動作では、目標電圧がメインバッテリ１０の電圧値ＶＢよりも大きくなるように駆動制御が行われるため、補機バッテリ３２の電力がメインバッテリ１０に充電され、メインバッテリ１０に充電電流が流れる。そこで、コントローラ４０は、電流センサ２１又は電流センサ２４６の検出結果に基づいて、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の電流経路に充電電流が流れているか否かを判定することで、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能の故障判定を行うことができる。

具体的には、ステップＳ３０５において、コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作中の電流値ＩＢを電流センサ２１から取得する。コントローラ４０は、ステップＳ３０６において、検出された電流値ＩＢが閾値ＩＢ_ｔｈよりも大きいか否かを判別する。このとき、インバータ２５は、停止している状態なので、閾値ＩＢ_ｔｈ以上の充電電流が検出されれば、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が正常であると判定する（Ｓ３０７）。一方、閾値ＩＢ_ｔｈ以上の充電電流が検出されなければ、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると判定する（Ｓ３０９）。

電流センサ２４６で検出される電流値ＩＬについても同様であり、コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧動作中の電流値ＩＬを電流センサ２４６から取得することができる。検出された電流値ＩＬが閾値ＩＬ_ｔｈよりも大きければ、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が正常であると判定し（Ｓ３０７）、電流値ＩＬが閾値ＩＬ_ｔｈよりも小さければ、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると判定する（Ｓ３０９）。なお、閾値ＩＢ_ｔｈ，ＩＬ_ｔｈは、閾値ΔＶＢ_ｔｈ同様に、０よりも大きい値（放電電流をプラス、充電電流をマイナスとしている場合は、０よりも小さい値）とすることができ、例えば、設定される目標電圧に応じて流れる充電電流値に応じて、適宜設定することができる。

また、電圧値ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢ，ＩＬを用いた各故障判定においても、図３に示したステップ３０１からステップＳ３０３の過充電状態を抑制するためのメインバッテリ１０の降圧処理を行うことができる。

次に、図４は、車両に搭載される運転席の着座センサ５１及び運転席のドアセンサ５２を含む構成ブロック図である。

着座センサ５１は、例えば、運転席に着座するユーザによってシートに加わる圧力を検出する圧力センサである。着座センサ５１は、シートに加わる圧力に基づいてユーザが運転席に着座しているか否かを検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。例えば、着座センサ５１は、ユーザが着座していれば（ユーザの着座による圧力が検出されれば）、ＯＮ信号をコントローラ４０に出力し、ユーザが着座していなければ（ユーザの着座による圧力が検出されなければ）、ＯＦＦ信号をコントローラ４０に出力する。

ドアセンサ５２は、運転席のドアの開閉状態を検出するセンサである。例えば、ドアセンサ５２は、運転席のドアが閉まっていれば、ＯＮ信号をコントローラ４０に出力し、運転席のドアが開いていれば、ＯＦＦ信号をコントローラ４０に出力する。なお、着座センサ５１及びドアセンサ５２は、公知技術を適用することができる。

そして、図３の例では、コントローラ４０は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると判別された場合、ステップＳ３１０に示すように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにしないように制御していた。しかしながら、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｂは、補機バッテリ３２から供給される電力によって駆動される。したがって、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンしてメインバッテリ１０とインバータ２５の接続状態に維持し続けると、補機バッテリ３２の電力が消費され、補機バッテリ３２の充電量が低下してしまう。

そこで、車両の運転席にユーザが着座しているか否かを検出する着座センサ５１及び運転席のドアの開閉状態を検出するドアセンサ５２の検出結果に基づいて、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると判定されても、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の接続状態を維持せずに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り換え、遮断状態にする。

具体的には、コントローラ４０は、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の電流経路を接続状態に維持し続ける判断基準として、ユーザが車両を離れるために意図してイグニッションスイッチをオフにしたか（ユーザが着座しておらず、かつドアが閉まっているか）否かを判別する。

図５は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能に故障が検出された後の、着座センサ５１及びドアセンサ５２の検出結果を用いたステップＳ３１０の変形例を示す図である。

コントローラ４０は、ステップＳ３０９において双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の昇圧機能が故障していると判別された後に、運転席の着座センサ５１の検出結果を取得する（Ｓ３１０１）。コントローラ４０は、着座センサ５１の検出結果に基づいて、ユーザが運転席に着座しているか否かを判別する（Ｓ３１０２）。ユーザが着座していると判別された場合（Ｓ３１０２のＹＥＳ）、ステップＳ３１０６に進み、図３のステップＳ３１０と同様に、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の接続状態を維持するように制御する。

一方、コントローラ４０は、ユーザが運転席に着座していないと判別された場合（Ｓ３１０２のＮＯ）、運転席のドアセンサ５２の検出結果を取得する（Ｓ３１０３）。コントローラ４０は、ドアセンサ５２の検出結果に基づいて、運転席のドアが開いているか否かを判別する（Ｓ３１０４）。運転席のドアが開いていると判別された場合（Ｓ３１０４のＹＥＳ）、ステップＳ３１０６に進み、図３のステップＳ３１０と同様に、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の接続状態を維持するように制御する。

ステップＳ３１０４において、運転席のドアが開いていない（閉まっている）いると判別された場合（Ｓ３１０４のＮＯ）、コントローラ４０は、ユーザが運転席に着座しておらず、かつ運転席のドアが閉まっている状態であると判別し、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り換え、遮断状態にする（Ｓ３１０５）。

このように構成することで、ユーザが着座していたり、ドアが開いていたりする場合には、引き続き車両走行を行う可能性があると判断してメインバッテリ１０とインバータ２５との間の電流経路を接続状態に維持し、イグニッションスイッチのオフ操作によって次回車両起動ができない状態を回避する。

一方、ユーザが車両を離れるために意図してイグニッションスイッチをオフにしたときは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り換え、メインバッテリ１０とインバータ２５との間の電流経路を遮断状態にして補機バッテリ３２の電力消費を抑制する。

１０：メインバッテリ、２０，２２，２９：電圧センサ、２１，２４６：電流センサ、２４：昇圧回路、２５：インバータ、２６：駆動輪、２７：動力分割機構、２８：エンジン、３０：双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ、３１：補機、３２：補機バッテリ、４０：コントローラ、４０ａ：メモリ、５１：着座センサ、５２：ドアセンサ、Ｃ１，Ｃ２：コンデンサ、ＰＬ：正極ライン、ＮＬ：負極ライン、ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ：システムメインリレー

Claims (4)

1. 車両の走行用モータに電力を供給するメインバッテリと、
   前記メインバッテリの直流電力を交流電力に変換して前記走行用モータに出力するインバータと、
   前記メインバッテリと前記インバータとの間の電流経路に設けられ、前記電流経路を接続状態と遮断状態との間で切り換えるリレー装置と、
   前記電流経路に接続される平滑コンデンサと、
   前記電流経路に接続され、前記メインバッテリからの電力を降圧して補機バッテリに出力するとともに、前記補機バッテリからの電力を昇圧して前記電流経路に出力する双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   車両のイグニッションスイッチがオンされたときに、前記リレー装置がオンされる前に前記補機バッテリの電力を用いて前記平滑コンデンサを充電し、前記平滑コンデンサが充電された後に前記リレー装置をオンに制御し、車両のイグニッションスイッチがオフされたときに、オンされている前記リレー装置をオフに制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、車両のイグニッションスイッチがオフされたとき、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能の故障検出を行い、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障していると判別された場合に、前記リレー装置をオンからオフに切り換えずに、前記電流経路の接続状態を維持することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記コントローラは、前記リレー装置がオンされている状態で前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させ、昇圧動作に伴う前記メインバッテリ又は前記平滑コンデンサの電圧の変化、または前記電流経路を流れる電流の変化に基づいて、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記故障検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記メインバッテリの電圧を検出する電圧センサを備え、
   前記コントローラは、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させる前に、前記電圧センサによって検出された電圧値が、前記メインバッテリの過充電に対して予め設定された上限電圧であるか否かを判別し、前記電圧センサの電圧値が前記上限電圧であると判別されたとき、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させて前記メインバッテリの電圧を低下させることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記コントローラは、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能が故障していると判別された場合、車両の運転席にユーザが着座しているか否かを検出する着座センサ及び前記運転席のドアの開閉状態を検出するドアセンサの検出結果に基づいて、前記ユーザが前記運転席に着座しておらず、かつ前記ドアが閉状態であるとき、前記リレー装置をオンからオフに切り換え、前記電流経路を遮断状態にすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。

Images