JP2017103949A - Power supply system - Google Patents

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尭志 野澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system including: a fuse for separating a step-up switching element from a circuit when the element is shorted; and a mechanism for melting down the fuse using a voltage converter, reading for the event of the fuse not melting down at a shorting.SOLUTION: A power supply system 2 includes a first voltage converter 10 that has a low-voltage terminal 3 and a high-voltage terminal 4 respectively connected to a main battery 12 and an inverter 14a. A second voltage converter 21 has a low-voltage terminal and a high-voltage terminal respectively connected to a sub-battery 25 and the first voltage converter 10. The first voltage converter 10 includes a fuse 19 that is serially connected to a step-up switching element 7b. In a case where the fuse 19 is not melted down when a shorting failure occurs to the step-up switching element 7b, a controller 11 activates a second voltage converter 21 to supply the first voltage converter 10 with power of the sub-battery 25, thus melting down the fuse 19.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書が開示する技術は、走行用モータを備えた自動車に適した電源システムに関する。走行用モータを備えた自動車の典型は、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などである。   The technology disclosed in this specification relates to a power supply system suitable for an automobile including a traveling motor. Typical examples of automobiles equipped with a traveling motor are electric cars, hybrid cars, fuel cell cars, and the like.

特許文献1に記載されている電気自動車は、バッテリと昇圧コンバータを備えた電源システムを搭載している。昇圧コンバータは、バッテリの電力を昇圧し、走行用モータのインバータに電力を供給する。昇圧コンバータは、その高電圧端の正極と負極の間に接続されている昇圧スイッチング素子と、一端が昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が低電圧端の正極に接続されているリアクトルと、低電圧端の正極と負極の間に接続されているコンデンサと、昇圧スイッチング素子と直列に接続されている遮断機を備える。昇圧コンバータのコントローラは、昇圧スイッチング素子の短絡故障が検出されたときに、遮断機を作動させ、昇圧スイッチング素子を回路から切り離す。昇圧スイッチング素子が切り離されて回路の短絡が解消することで、電圧コンバータは昇圧動作はできずともバッテリの電力をインバータに供給することができ、走行を継続することができる。特許文献1では、火薬式の遮断機が推奨されている。火薬式の遮断機は、応答が早く、また、確実に昇圧スイッチング素子を切り離すことができる。   The electric vehicle described in Patent Document 1 includes a power supply system including a battery and a boost converter. The boost converter boosts the electric power of the battery and supplies the electric power to the inverter of the traveling motor. The step-up converter has a step-up switching element connected between the positive and negative electrodes at its high voltage end, one end connected to the high potential side of the step-up switching element, and the other end connected to the positive end at the low voltage end. A reactor, a capacitor connected between a positive electrode and a negative electrode at a low voltage end, and a circuit breaker connected in series with the step-up switching element. The controller of the boost converter activates the circuit breaker and disconnects the boost switching element from the circuit when a short circuit failure of the boost switching element is detected. By disconnecting the step-up switching element and eliminating the short circuit, the voltage converter can supply the battery power to the inverter even if it cannot perform the step-up operation, and can continue running. In Patent Document 1, an explosive type circuit breaker is recommended. The explosive circuit breaker has a quick response and can reliably disconnect the step-up switching element.

特開2014−54102号公報JP 2014-54102 A

火薬式の遮断機、あるいは、ソレノイドやメカニカルリレーを用いた高性能の遮断機は高価である。電源システムのコストを抑えるには、安価な熱溶断式のヒューズを上記の遮断機の代わりに利用できるとよい。しかしながら、高性能な遮断機に比較するとヒューズは信頼性に劣り、短絡時に素早く切れない虞がある。ところで、電気自動車用の電源システムは、走行用モータのためのバッテリ(メインバッテリ)の他に、低電圧機器(補機)のためのバッテリ(サブバッテリ)を搭載している場合がある。その場合、電源システムは、メインバッテリの電力を降圧してサブバッテリを充電する別の電圧コンバータを伴う。本明細書は、昇圧スイッチング素子を回路から切り離すヒューズを備えるとともに、昇圧スイッチング素子の短絡故障時に仮にヒューズが切れなかったときに備えて別の電圧コンバータを利用してヒューズを強制的に溶断する仕組みを備えた電源システムを提供する。   Explosive-type circuit breakers or high-performance circuit breakers using solenoids or mechanical relays are expensive. In order to reduce the cost of the power supply system, it is preferable to use an inexpensive thermal fusing type fuse instead of the circuit breaker. However, compared with a high-performance circuit breaker, the fuse is inferior in reliability and may not be quickly blown when a short circuit occurs. Incidentally, a power supply system for an electric vehicle may be equipped with a battery (sub battery) for a low voltage device (auxiliary machine) in addition to a battery (main battery) for a driving motor. In that case, the power supply system involves another voltage converter that steps down the power of the main battery and charges the sub-battery. The present specification includes a fuse for disconnecting a boost switching element from a circuit, and a mechanism for forcibly blowing a fuse using another voltage converter in preparation for a case where the fuse is not blown at the time of a short circuit failure of the boost switching element A power supply system including

本明細書が開示する電源システムは、走行用モータを備える自動車に好適なデバイスである。その電源システムは、直流電力を出力する主電源、及び、主電源よりも低電圧の直流電力を出力する副電源と、第1電圧コンバータと、第2電圧コンバータと、コントローラを備える。第1電圧コンバータは、上記した昇圧コンバータに相当する。以下では、説明の便宜のため、第1電圧コンバータの低電圧端と高電圧端をそれぞれ第1低電圧端、第1高電圧端と称し、第2電圧コンバータの低電圧端と高電圧端をそれぞれ第2低電圧端、第2高電圧端と称する。第1電圧コンバータは、第1低電圧端が主電源に接続されており、第1高電圧端が走行用モータを駆動するインバータに接続されており、主電源の電力を昇圧してインバータに供給する。第2電圧コンバータは、第2低電圧端が副電源に接続されており、第2高電圧端が第1低電圧端又は第1高電圧端に接続されており、副電源の電力を昇圧して第1電圧コンバータに供給する。なお、第2電圧コンバータは、主電源の電力を降圧して第2低電圧端に出力する降圧機能を有していてもよい。第1電圧コンバータは、昇圧スイッチング素子と、リアクトルと、コンデンサと、ヒューズを備えている。昇圧スイッチング素子は、第1高電圧端の正極と負極の間に接続されている。リアクトルは、その一端が昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が第1低電圧端の正極に接続されている。コンデンサは、第1低電圧端の正極と負極の間に接続されている。ヒューズは、昇圧スイッチング素子と直列に接続されている。ヒューズは、昇圧スイッチング素子が短絡して過電流が流れると溶断する仕様であるが、不具合により溶断しないことが有り得る。そこで、コントローラは、ヒューズが溶断しなかったとき、第2電圧コンバータを作動させ、ヒューズ電圧を加えて(電流を流して)ヒューズを溶断する。なお、ヒューズが溶断したか否かの判定の例については、実施形態の欄において説明する。   The power supply system disclosed in this specification is a device suitable for an automobile including a driving motor. The power supply system includes a main power supply that outputs DC power, a sub-power supply that outputs DC power having a voltage lower than that of the main power supply, a first voltage converter, a second voltage converter, and a controller. The first voltage converter corresponds to the boost converter described above. Hereinafter, for convenience of explanation, the low voltage end and the high voltage end of the first voltage converter are referred to as the first low voltage end and the first high voltage end, respectively, and the low voltage end and the high voltage end of the second voltage converter are referred to as the first low voltage end and the first high voltage end, respectively. These are referred to as a second low voltage end and a second high voltage end, respectively. The first voltage converter has a first low-voltage end connected to the main power supply, and a first high-voltage end connected to an inverter that drives the traveling motor, and boosts the power of the main power supply and supplies it to the inverter To do. The second voltage converter has a second low voltage end connected to the sub power supply, a second high voltage end connected to the first low voltage end or the first high voltage end, and boosts the power of the sub power supply. To the first voltage converter. The second voltage converter may have a step-down function for stepping down the power of the main power source and outputting it to the second low voltage end. The first voltage converter includes a step-up switching element, a reactor, a capacitor, and a fuse. The step-up switching element is connected between the positive electrode and the negative electrode at the first high voltage end. One end of the reactor is connected to the high potential side of the step-up switching element, and the other end is connected to the positive electrode of the first low voltage end. The capacitor is connected between the positive electrode and the negative electrode at the first low voltage end. The fuse is connected in series with the step-up switching element. The fuse has a specification that blows when an overcurrent flows due to a short circuit of the step-up switching element, but may not blow due to a malfunction. Therefore, when the fuse is not blown, the controller activates the second voltage converter, applies the fuse voltage (flows current), and blows the fuse. An example of determining whether or not the fuse has blown will be described in the section of the embodiment.

上記の電源システムは、安価なヒューズを採用するとともに、昇圧スイッチング素子の短絡時に仮にヒューズが切れなかった場合にヒューズを強制的に溶断する手段を備えており、安価なヒューズの信頼性の低さを補う。本明細書が開示する技術の詳細およびさらなる改良は発明を実施するための形態の欄において詳細に説明する。   The above power supply system employs an inexpensive fuse and has means for forcibly blowing the fuse if the fuse is not blown when the boost switching element is short-circuited. Make up. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in detail in the section of Detailed Description.

実施例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。It is a block diagram of the electric system of the hybrid vehicle containing the power supply system of an Example. 動力分割機構のスケルトン図である。It is a skeleton figure of a power split mechanism. 短絡故障時の処理(短絡対策処理)のフローチャートである。It is a flowchart of the process at the time of a short circuit failure (short circuit countermeasure process). 第1変形例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。It is a block diagram of the electric system of the hybrid vehicle containing the power supply system of a 1st modification. 第2変形例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。It is a block diagram of the electric system of the hybrid vehicle containing the power supply system of a 2nd modification. 第3変形例の電源システムを含むハイブリッド車の電気系統のブロック図である。It is a block diagram of the electric system of the hybrid vehicle containing the power supply system of a 3rd modification.

図面を参照して実施例の電源システムを説明する。実施例の電源システムは、ハイブリッド車に適用されている。図1に、実施例の電源システム2を含むハイブリッド車100の電気系統のブロック図を示す。ハイブリッド車100は、走行用に、エンジン16と2個のモータ(第1モータ15a、第2モータ15b)を備える。なお、第1モータ15aは、主として発電とエンジンのクランキングを行う。第1モータ15aは、直接には車両の推進力を出力しないが、後述する動力分割機構30においてエンジントルクの一部を車軸に伝達することに寄与する。それゆえ第1モータ15aも走行用のモータとみなす。また、電気自動車やハイブリッド車の技術分野では、車両の駆動トルクに寄与するモータが発電機を兼ねることがよくある。本実施例の第1モータ15aと第2モータ15bも発電することがあるが、本明細書では、発電する機能も含めて「モータ」と称する。   A power supply system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power supply system of the embodiment is applied to a hybrid vehicle. FIG. 1 shows a block diagram of an electric system of a hybrid vehicle 100 including the power supply system 2 of the embodiment. The hybrid vehicle 100 includes an engine 16 and two motors (a first motor 15a and a second motor 15b) for traveling. The first motor 15a mainly performs power generation and engine cranking. The first motor 15a does not directly output the driving force of the vehicle, but contributes to transmitting a part of the engine torque to the axle in the power split mechanism 30 described later. Therefore, the first motor 15a is also regarded as a traveling motor. In the technical field of electric vehicles and hybrid vehicles, a motor that contributes to the driving torque of the vehicle often serves as a generator. Although the first motor 15a and the second motor 15b of the present embodiment may generate electric power, they are also referred to as “motors” including the function of generating electric power in this specification.

実施例の電源システム2は、メインバッテリ12、サブバッテリ25、システムメインリレー13、第1電圧コンバータ10、第2電圧コンバータ21、及び、コントローラ11を備える。電源システム2は、モータ15aを駆動するインバータ14aと、モータ15bを駆動するインバータ14bに電力を供給するとともに、補機26にも電力を供給する。補機26とは、ルームランプやカーオーディオなど、低電圧で動作するデバイスの総称である。電源システム2については後に詳しく説明する。   The power supply system 2 according to the embodiment includes a main battery 12, a sub battery 25, a system main relay 13, a first voltage converter 10, a second voltage converter 21, and a controller 11. The power supply system 2 supplies power to the inverter 14a that drives the motor 15a and the inverter 14b that drives the motor 15b, and also supplies power to the auxiliary machine 26. The auxiliary machine 26 is a generic name for devices that operate at a low voltage, such as room lamps and car audio. The power supply system 2 will be described in detail later.

エンジン16の出力トルクと第1モータ15a、第2モータ15bの出力トルクは動力分割機構30によって適宜に分割、合成される。ここで、図2を参照して動力分割機構30について説明する。   The output torque of the engine 16 and the output torque of the first motor 15a and the second motor 15b are appropriately divided and combined by the power split mechanism 30. Here, the power split mechanism 30 will be described with reference to FIG.

図2は、動力分割機構30のスケルトン図である。動力分割機構30は、プラネタリギア31を主な部品とするギアセットである。プラネタリギア31のサンギア31aが第1モータ15aに係合しており、キャリア31bがエンジン16に係合しており、リングギア31cがアイドルギア32を介して車軸17に係合している。車軸17の先はデファレンシャルギア34が連結され、その先に駆動輪35が取り付けられている。車軸17には、リダクションギア33を介して第2モータ15bが係合している。なお、サンギア31aと第1モータ15aの間、あるいは、エンジン16とキャリア31bの間には別のギアが介在してもよい。第2モータ15bと車軸17の間にリダクションギア33とは別のギアが介在してもよい。   FIG. 2 is a skeleton diagram of the power split mechanism 30. The power split mechanism 30 is a gear set having a planetary gear 31 as a main component. The sun gear 31a of the planetary gear 31 is engaged with the first motor 15a, the carrier 31b is engaged with the engine 16, and the ring gear 31c is engaged with the axle 17 via the idle gear 32. A differential gear 34 is connected to the tip of the axle 17 and a driving wheel 35 is attached to the tip of the differential gear 34. A second motor 15 b is engaged with the axle 17 via a reduction gear 33. Note that another gear may be interposed between the sun gear 31a and the first motor 15a, or between the engine 16 and the carrier 31b. A gear different from the reduction gear 33 may be interposed between the second motor 15 b and the axle 17.

ハイブリッド車100は、発進時、及び、中低速域のエンジン効率の低い車速領域では、エンジン16を停止し、第2モータ15bで走行する。中高速域のエンジン効率の高い車速領域では、エンジン16を作動させる。エンジン16で走行する場合、車軸17に連結されているリングギア31cにエンジントルクが伝達されるように、サンギア31aに現れる反力を第1モータ15aが支える。このとき、第1モータ15aは、サンギア31aに現れる反力で発電する。発電で得た電力で第2モータ15bを駆動し、車両の推進力を補助する。サンギア31aに現れる反力を支える第1モータ15aのトルクを負のトルクと称する。   The hybrid vehicle 100 stops the engine 16 and travels by the second motor 15b at the time of start-up and in a vehicle speed range where the engine efficiency is low in the middle / low speed range. The engine 16 is operated in a vehicle speed range where the engine efficiency is high in the middle and high speed range. When traveling by the engine 16, the first motor 15a supports the reaction force that appears in the sun gear 31a so that the engine torque is transmitted to the ring gear 31c connected to the axle 17. At this time, the first motor 15a generates power with a reaction force that appears in the sun gear 31a. The second motor 15b is driven with the electric power obtained by the power generation to assist the driving force of the vehicle. The torque of the first motor 15a that supports the reaction force that appears in the sun gear 31a is referred to as negative torque.

仮にサンギア31aが無負荷であると、プラネタリギア31の特性により、リングギア31cにトルクが伝わらずにエンジンの回転数が上昇してしまう。即ちエンジンが吹き上がってしまう。第1モータ15aは、エンジン16の出力トルクに対して逆向きの負のトルクを与え、エンジンの吹き上がりを抑えるとともにエンジンのトルクの一部がリングギア31c(即ち車軸17)に伝達されるように補助する。   If the sun gear 31a is unloaded, due to the characteristics of the planetary gear 31, the engine speed increases without torque being transmitted to the ring gear 31c. That is, the engine blows up. The first motor 15a applies a negative torque opposite to the output torque of the engine 16 to suppress the engine blow-up and transmit a part of the engine torque to the ring gear 31c (that is, the axle 17). To assist.

第1モータ15aが与える負のトルクとは、出力軸側から駆動されることを意味し、第1モータ15aは負のトルク(即ち出力軸側から駆動されるトルク)によって回転し、発電する。第1モータ15aの負のトルクの大きさは、第1モータ15aの起電力に依存し、その起電力は第1インバータ14aのスイッチング動作により調整される。第1モータ15aは、エンジン16のクランキングにも用いられる。第1モータ15aが出力する正のトルクも第1インバータ14aによって調整される。即ち、第1モータ15aが正のトルクを出力する場合も負のトルクを出力する場合も第1インバータ14aによって制御される。   The negative torque provided by the first motor 15a means that the first motor 15a is driven from the output shaft side, and the first motor 15a is rotated by negative torque (that is, torque driven from the output shaft side) to generate electric power. The magnitude of the negative torque of the first motor 15a depends on the electromotive force of the first motor 15a, and the electromotive force is adjusted by the switching operation of the first inverter 14a. The first motor 15 a is also used for cranking the engine 16. The positive torque output from the first motor 15a is also adjusted by the first inverter 14a. In other words, whether the first motor 15a outputs a positive torque or a negative torque is controlled by the first inverter 14a.

エンジン16を停止して第2モータ15bで走行する場合も、図2の動力分割機構30(特にプラネタリギア31)の特性により、第2モータ15bの出力トルクの一部によって第1モータ15aが回転し、発電する。第1モータ15aの発電によって得た電力は、第2モータ15bの駆動に使われる。   Even when the engine 16 is stopped and the second motor 15b travels, the first motor 15a is rotated by a part of the output torque of the second motor 15b due to the characteristics of the power split mechanism 30 (particularly the planetary gear 31) of FIG. And generate electricity. The electric power obtained by the power generation of the first motor 15a is used to drive the second motor 15b.

ハイブリッド車100は、大きな加速力が必要な場合にはエンジン16を作動させるとともに、メインバッテリ12の電力も使って第2モータ15bの出力を高める。ハイブリッド車100は、ブレーキペダルが踏まれたときには、エンジン16を停止し、車両の慣性力によって逆駆動される第1モータ15a、第2モータ15bによって発電する。発電で得た電力はメインバッテリ12の充電や補機26(図1参照)の駆動に用いられる。   The hybrid vehicle 100 operates the engine 16 when a large acceleration force is required, and also uses the power of the main battery 12 to increase the output of the second motor 15b. When the brake pedal is depressed, the hybrid vehicle 100 stops the engine 16 and generates power by the first motor 15a and the second motor 15b that are reversely driven by the inertia force of the vehicle. The electric power obtained by power generation is used for charging the main battery 12 and driving the auxiliary machine 26 (see FIG. 1).

第2モータ15bの出力トルクは第2インバータ14bによって調整される。先に述べたようにブレーキペダルが踏まれたときには第2モータ15bも発電する。第2モータ15bの発電力は、第2モータ15bの起電力に依存し、その起電力は第2インバータ14bのスイッチング動作により調整される。即ち、第2モータ15bも、正のトルク出力と負のトルク出力に関わらずに第2インバータ14bによって制御される。   The output torque of the second motor 15b is adjusted by the second inverter 14b. As described above, when the brake pedal is depressed, the second motor 15b also generates power. The generated power of the second motor 15b depends on the electromotive force of the second motor 15b, and the electromotive force is adjusted by the switching operation of the second inverter 14b. That is, the second motor 15b is also controlled by the second inverter 14b regardless of the positive torque output and the negative torque output.

以上の通り、第1モータ15aと第2モータ15bは、プラネタリギア31を介してエンジン16と連動して回転する。いずれのモータも、車両の駆動トルクを得ることに機械的にも電気的にも寄与する。それゆえ、先に述べたように、第1モータ15a、第2モータ15bをともに走行用のモータと称する。なお、以下では、メインバッテリ12の電力を使わずに主にエンジン16を利用して走行することを、バッテリレス走行という。バッテリレス走行では、メインバッテリ12は使わないが、第1モータ15aによる回生電力を使って第2モータ15bを駆動し、車両の推進力を補助することがあってもよい。   As described above, the first motor 15 a and the second motor 15 b rotate in conjunction with the engine 16 via the planetary gear 31. Both motors contribute mechanically and electrically to obtaining the driving torque of the vehicle. Therefore, as described above, both the first motor 15a and the second motor 15b are called traveling motors. In the following, traveling using mainly the engine 16 without using the power of the main battery 12 is referred to as battery-less traveling. In battery-less travel, the main battery 12 is not used, but the second motor 15b may be driven using regenerative power from the first motor 15a to assist the propulsive force of the vehicle.

図1に戻り、ハイブリッド車100の電気系統の説明に戻る。ハイブリッド車100は、第1インバータ14a、第2インバータ14b、電源システム2、補機26を備える。電源システム2は、メインバッテリ12、サブバッテリ25、システムメインリレー13、第1電圧コンバータ10、第2電圧コンバータ21などを備える。第1電圧コンバータ10は、メインバッテリ12の電圧を昇圧して第1、第2インバータ14a、14bに供給する昇圧機能と、第1、第2インバータ14a、14bが出力する回生電力を降圧してメインバッテリ12に供給する降圧機能の両方を有する。即ち、第1電圧コンバータ10は、双方向DC−DCコンバータである。第1電圧コンバータ10の低電圧端3は、システムメインリレー13を介してメインバッテリ12に接続されている。第1電圧コンバータ10の高電圧端4は第1、第2インバータ14a、14bに接続されている。第1インバータ14aは第1モータ15aに交流電力を供給する。第2インバータ14bは第2モータ15bに交流電力を供給する。   Returning to FIG. 1, the description returns to the electric system of the hybrid vehicle 100. The hybrid vehicle 100 includes a first inverter 14a, a second inverter 14b, a power supply system 2, and an auxiliary machine 26. The power supply system 2 includes a main battery 12, a sub battery 25, a system main relay 13, a first voltage converter 10, a second voltage converter 21, and the like. The first voltage converter 10 boosts the voltage of the main battery 12 and supplies it to the first and second inverters 14a and 14b, and reduces the regenerative power output from the first and second inverters 14a and 14b. It has both a step-down function for supplying to the main battery 12. That is, the first voltage converter 10 is a bidirectional DC-DC converter. The low voltage end 3 of the first voltage converter 10 is connected to the main battery 12 via the system main relay 13. The high voltage terminal 4 of the first voltage converter 10 is connected to the first and second inverters 14a and 14b. The first inverter 14a supplies AC power to the first motor 15a. The second inverter 14b supplies AC power to the second motor 15b.

第1電圧コンバータ10の低電圧端3には、さらに、第2電圧コンバータ21が接続されている。第2電圧コンバータ21も双方向DC−DCコンバータである。説明の便宜上、第1電圧コンバータ10の低電圧端と高電圧端をそれぞれ第1低電圧端3、第1高電圧端4と称し、第2電圧コンバータ21の低電圧端と高電圧端をそれぞれ第2低電圧端24、第2高電圧端23と称する。第2電圧コンバータ21の低電圧端(第2低電圧端24)はサブバッテリ25(及び補機26)に接続されており、高電圧端(第2高電圧端23)は第1電圧コンバータ10の第1低電圧端3に接続されている。なお、第2電圧コンバータ21の低電圧端(第2低電圧端24)の負極は、ボディグランドGを介してサブバッテリ25の負極と接続されている。補機26の負極もボディグランドGを介してサブバッテリ25の負極と接続されている。   A second voltage converter 21 is further connected to the low voltage end 3 of the first voltage converter 10. The second voltage converter 21 is also a bidirectional DC-DC converter. For convenience of explanation, the low voltage end and the high voltage end of the first voltage converter 10 are referred to as a first low voltage end 3 and a first high voltage end 4, respectively, and the low voltage end and the high voltage end of the second voltage converter 21 are respectively referred to as a first low voltage end 3 and a first high voltage end 4. The second low voltage end 24 and the second high voltage end 23 are referred to. The low voltage end (second low voltage end 24) of the second voltage converter 21 is connected to the sub-battery 25 (and auxiliary machine 26), and the high voltage end (second high voltage end 23) is connected to the first voltage converter 10. Is connected to the first low-voltage end 3 of the circuit. Note that the negative electrode of the low voltage end (second low voltage end 24) of the second voltage converter 21 is connected to the negative electrode of the sub-battery 25 via the body ground G. The negative electrode of the auxiliary machine 26 is also connected to the negative electrode of the sub battery 25 via the body ground G.

メインバッテリ12の出力電圧は約300ボルトであり、サブバッテリ25の出力電圧は約12ボルトである。即ち、サブバッテリ25は、メインバッテリ12よりも低電圧の直流電力を出力する。メインバッテリ12は、例えばリチウムイオン電池であり、サブバッテリ25は例えば鉛バッテリである。いずれのバッテリも充電が可能なリチャージャブルバッテリである。サブバッテリ25は、キャパシタであってもよい。メインバッテリ12の電力は主に第1、第2モータ15a、15bの駆動に用いられ、サブバッテリ25の電力は主に補機26の駆動に用いられる。   The output voltage of the main battery 12 is about 300 volts, and the output voltage of the sub battery 25 is about 12 volts. That is, the sub battery 25 outputs DC power having a lower voltage than the main battery 12. The main battery 12 is, for example, a lithium ion battery, and the sub battery 25 is, for example, a lead battery. Both batteries are rechargeable batteries that can be charged. The sub battery 25 may be a capacitor. The electric power of the main battery 12 is mainly used for driving the first and second motors 15a and 15b, and the electric power of the sub battery 25 is mainly used for driving the auxiliary machine 26.

第1電圧コンバータ10は、メインバッテリ12の出力電圧を、第1、第2インバータ14a、14b(即ち、第1、第2モータ15a、15b)が必要とする電圧まで昇圧する。その昇圧電圧は、例えば約600ボルトである。第2電圧コンバータ21は、メインバッテリ12の出力電力を、約12ボルトに降圧してサブバッテリ25や補機26に供給する。   The first voltage converter 10 boosts the output voltage of the main battery 12 to a voltage required by the first and second inverters 14a and 14b (that is, the first and second motors 15a and 15b). The boosted voltage is about 600 volts, for example. The second voltage converter 21 steps down the output power of the main battery 12 to about 12 volts and supplies it to the sub battery 25 and the auxiliary machine 26.

第2電圧コンバータ21は、また、サブバッテリ25の約12ボルトの電力を昇圧して第2高電圧端23(第1低電圧端3)に出力することもできる。第2電圧コンバータ21は、メインバッテリ12が使えない場合にサブバッテリ25の電力を昇圧して第1電圧コンバータ10に供給する。メインバッテリ12が使えず、エンジン16も停止している場合、第2電圧コンバータ21と第1電圧コンバータ10と第1インバータ14aを作動させ、サブバッテリ25の電力で第1モータ15aを駆動し、エンジン16をクランキングする。エンジン16が始動すれば、バッテリレス走行が可能となる。   The second voltage converter 21 can also boost the power of about 12 volts of the sub-battery 25 and output it to the second high voltage terminal 23 (first low voltage terminal 3). The second voltage converter 21 boosts the power of the sub battery 25 and supplies it to the first voltage converter 10 when the main battery 12 cannot be used. When the main battery 12 cannot be used and the engine 16 is also stopped, the second voltage converter 21, the first voltage converter 10, and the first inverter 14a are operated, and the first motor 15a is driven by the power of the sub battery 25. Crank the engine 16. When the engine 16 is started, battery-less travel is possible.

第1電圧コンバータ10の回路を説明する。第1電圧コンバータ10は、2個のスイッチング素子7a、7b、2個のダイオード8a、8b、フィルタコンデンサ5、電流センサ28、電圧センサ29、リアクトル6を備える。2個のスイッチング素子7a、7bは、第1電圧コンバータ10の高電圧端(第1高電圧端4)の正極4aと負極4bの間に直列に接続されている。直列接続の高電位側に位置するスイッチング素子7aは主として降圧に関与するので降圧スイッチング素子7aと称する場合がある。直列接続の低電位側に位置するスイッチング素子7bは主として昇圧に関与するので昇圧スイッチング素子7bと称する場合がある。2個のスイッチング素子の両方を示すときには、スイッチング素子7a、7bと称する。2個のスイッチング素子7a、7bは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。2個のダイオード8a、8bはそれぞれ、スイッチング素子7a、7bのそれぞれに逆並列に接続されている。ダイオード8a、8bは還流ダイオードとも呼ばれる。なお、ダイオード8aは主として昇圧に関与し、ダイオード8bは主として降圧に関与する。   A circuit of the first voltage converter 10 will be described. The first voltage converter 10 includes two switching elements 7a and 7b, two diodes 8a and 8b, a filter capacitor 5, a current sensor 28, a voltage sensor 29, and a reactor 6. The two switching elements 7 a and 7 b are connected in series between the positive electrode 4 a and the negative electrode 4 b at the high voltage end (first high voltage end 4) of the first voltage converter 10. Since the switching element 7a located on the high potential side of the series connection is mainly involved in stepping down, it may be referred to as step-down switching element 7a. Since the switching element 7b located on the low potential side of the series connection is mainly involved in boosting, it may be referred to as the boosting switching element 7b. When both of the two switching elements are shown, they are called switching elements 7a and 7b. The two switching elements 7a and 7b are, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBT). The two diodes 8a and 8b are respectively connected in antiparallel to the switching elements 7a and 7b. The diodes 8a and 8b are also called free-wheeling diodes. The diode 8a is mainly involved in boosting, and the diode 8b is mainly involved in stepping down.

リアクトル6は、その一端が、2個のスイッチング素子7a、7bの直列接続の中点に接続されており、他端は第1低電圧端3の正極3aに接続されている。フィルタコンデンサ5は、第1低電圧端3の正極3aと負極3bの間に接続されている。第1低電圧端3の負極3bは第1高電圧端4の負極4bと直接に接続されている。電圧センサ29は、第1低電圧端3の正極3aと負極3bの間に接続されている。電流センサ28は、リアクトル6を流れる電流を計測する。電圧センサ29は、第1低電圧端3の正極3aと負極3bの間の電圧、即ち、メインバッテリ12から供給される電力の電圧を計測する。電流センサ28と電圧センサ29の計測結果はコントローラ11に送信される。   One end of the reactor 6 is connected to the midpoint of the series connection of the two switching elements 7 a and 7 b, and the other end is connected to the positive electrode 3 a of the first low voltage end 3. The filter capacitor 5 is connected between the positive electrode 3 a and the negative electrode 3 b of the first low voltage end 3. The negative electrode 3 b of the first low voltage end 3 is directly connected to the negative electrode 4 b of the first high voltage end 4. The voltage sensor 29 is connected between the positive electrode 3 a and the negative electrode 3 b of the first low voltage end 3. The current sensor 28 measures the current flowing through the reactor 6. The voltage sensor 29 measures the voltage between the positive electrode 3 a and the negative electrode 3 b of the first low voltage terminal 3, that is, the voltage of the electric power supplied from the main battery 12. The measurement results of the current sensor 28 and the voltage sensor 29 are transmitted to the controller 11.

第1電圧コンバータ10の回路構成は次のように別言することができる。昇圧スイッチング素子7bは、第1高電圧端4の正極4aと負極4bの間に接続されている。リアクトル6は、一端が昇圧スイッチング素子7bの高電位側に接続されており、他端が第1低電圧端3の正極3aに接続されている。フィルタコンデンサ5は、第1低電圧端3の正極3aと負極3bの間に接続されている。降圧スイッチング素子7aは、昇圧スイッチング素子7bとリアクトル6の接続点と、第1高電圧端4の正極4aの間に接続されている。スイッチング素子7a、7bの夫々にダイオード8a、8bが接続されている。なお、昇圧スイッチング素子7bと直列にヒューズ19が接続されている。ヒューズ19については後述する。   The circuit configuration of the first voltage converter 10 can be stated differently as follows. The step-up switching element 7 b is connected between the positive electrode 4 a and the negative electrode 4 b of the first high voltage end 4. The reactor 6 has one end connected to the high potential side of the step-up switching element 7 b and the other end connected to the positive electrode 3 a of the first low voltage end 3. The filter capacitor 5 is connected between the positive electrode 3 a and the negative electrode 3 b of the first low voltage end 3. The step-down switching element 7 a is connected between a connection point between the step-up switching element 7 b and the reactor 6 and the positive electrode 4 a of the first high voltage end 4. Diodes 8a and 8b are connected to the switching elements 7a and 7b, respectively. A fuse 19 is connected in series with the step-up switching element 7b. The fuse 19 will be described later.

第1電圧コンバータ10の第1高電圧端4の正極4aと負極4bの間には、平滑コンデンサ9が接続されている。平滑コンデンサ9は、第1電圧コンバータ10から第1、第2インバータ14a、14bに供給される電流の脈動を抑制するために挿入されている。   A smoothing capacitor 9 is connected between the positive electrode 4 a and the negative electrode 4 b of the first high voltage terminal 4 of the first voltage converter 10. The smoothing capacitor 9 is inserted to suppress pulsation of current supplied from the first voltage converter 10 to the first and second inverters 14a and 14b.

先に述べたように、第1電圧コンバータ10は双方向DC−DCコンバータである。第1電圧コンバータ10、及び、第1、第2インバータ14a、14b、第2電圧コンバータ21は、コントローラ11によって制御される。図1の記号、CMD_d1、CMD_d2は、それぞれ、第1、第2電圧コンバータ10、21への指令信号を意味する。図1の記号CMD_i1、CMD_i2は、それぞれ、第1、第2インバータ14a、14bへの指令信号を意味する。記号CMD_rは、システムメインリレー13への指令信号を意味する。すなわち、コントローラ11は、システムメインリレー13の開閉も制御する。コントローラ11は、車両のメインスイッチが入れられるとシステムメインリレー13を閉じ、メインバッテリ12と第1電圧コンバータ10を電気的に接続する。   As described above, the first voltage converter 10 is a bidirectional DC-DC converter. The first voltage converter 10, the first and second inverters 14 a and 14 b, and the second voltage converter 21 are controlled by the controller 11. The symbols CMD_d1 and CMD_d2 in FIG. 1 mean command signals to the first and second voltage converters 10 and 21, respectively. Symbols CMD_i1 and CMD_i2 in FIG. 1 mean command signals to the first and second inverters 14a and 14b, respectively. Symbol CMD_r means a command signal to the system main relay 13. That is, the controller 11 also controls opening and closing of the system main relay 13. When the vehicle main switch is turned on, the controller 11 closes the system main relay 13 and electrically connects the main battery 12 and the first voltage converter 10.

コントローラ11は、アクセルペダルやブレーキペダルの情報、速度、メインバッテリ12の残量、エンジン燃料の残量などから車両が出力すべきトルク(要求トルク)を決定するとともに、要求トルクのエンジンとモータへの配分も決定する。そして、コントローラ11は、第1、第2モータ15a、15bが出力すべきトルク、及び、サブバッテリ25へ供給すべき電力に応じて、第1、第2電圧コンバータ10、21、及び、第1、第2インバータ14a、14bへ適切な指令を送る。   The controller 11 determines the torque (requested torque) that the vehicle should output from information on the accelerator pedal and the brake pedal, the speed, the remaining amount of the main battery 12, the remaining amount of engine fuel, and the like, and sends the requested torque to the engine and motor. Also determine the distribution. Then, the controller 11 controls the first and second voltage converters 10, 21, and 1st according to the torque to be output by the first and second motors 15 a and 15 b and the power to be supplied to the sub-battery 25. Then, an appropriate command is sent to the second inverters 14a and 14b.

電源システム2は、2個のヒューズ(ヒューズ18、ヒューズ19)を備えている。ヒューズ18は、メインバッテリ12とシステムメインリレー13の間に設けられている。ヒューズ19は昇圧スイッチング素子7bと直列に接続されている。いずれのヒューズも熱溶断タイプのものである。ヒューズ18は、メインバッテリ12で短絡などの不具合が生じた場合に第1電圧コンバータ10などの電子機器を保護するために設けられている。   The power supply system 2 includes two fuses (fuse 18 and fuse 19). The fuse 18 is provided between the main battery 12 and the system main relay 13. The fuse 19 is connected in series with the step-up switching element 7b. Both fuses are of the thermal fusing type. The fuse 18 is provided to protect electronic devices such as the first voltage converter 10 when a failure such as a short circuit occurs in the main battery 12.

ヒューズ19は、昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bが短絡故障を起こしたときに昇圧スイッチング素子7bとダイオード8bを回路から切り離すために設けられている。昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bが短絡故障した場合、第1電圧コンバータ10は、昇圧も降圧もできなくなる。しかし、第1電圧コンバータ10の第1低電圧端3の正極3aと負極3bの間(第1高電圧端4の正極4aと負極4bの間)の短絡が解消すれば、メインバッテリ12の電力をその出力電圧のままインバータ14a、14bに供給することは可能となる。即ち、メインバッテリ12の電力で第1、第2モータ15a、15bを駆動し、走行を続けることができる。あるいは、エンジン16が停止していた場合には、第1電圧コンバータ10が昇圧機能と降圧機能を失っても正極と負極が短絡していなければ、第2電圧コンバータ21を使ってメインバッテリ12の電力で第1モータ15aを駆動し、エンジン16をクランキングすることができる。あるいはまた、エンジン16が停止していた場合には、第1電圧コンバータ10が昇圧機能と降圧機能を失っても正極と負極が短絡していなければ、第2電圧コンバータ21と第1インバータ14aを使ってサブバッテリ25の電力で第1モータ15aを駆動し、エンジン16をクランキングすることができる。エンジン16が始動すれば、バッテリレス走行を続けることができる。   The fuse 19 is provided to disconnect the boost switching element 7b and the diode 8b from the circuit when the boost switching element 7b or the diode 8b causes a short circuit failure. When the step-up switching element 7b or the diode 8b is short-circuited, the first voltage converter 10 cannot perform step-up or step-down. However, if the short circuit between the positive electrode 3a and the negative electrode 3b of the first low voltage terminal 3 (between the positive electrode 4a and the negative electrode 4b of the first high voltage terminal 4) of the first voltage converter 10 is resolved, the power of the main battery 12 is restored. Can be supplied to the inverters 14a and 14b without changing the output voltage. That is, the first and second motors 15a and 15b can be driven by the power of the main battery 12 to continue running. Alternatively, when the engine 16 is stopped, if the first voltage converter 10 loses the step-up function and the step-down function and the positive electrode and the negative electrode are not short-circuited, the second voltage converter 21 is used. The first motor 15a can be driven by electric power, and the engine 16 can be cranked. Alternatively, if the engine 16 is stopped, the second voltage converter 21 and the first inverter 14a are connected if the positive and negative electrodes are not short-circuited even if the first voltage converter 10 loses the step-up function and the step-down function. It is possible to drive the first motor 15a with the electric power of the sub battery 25 and crank the engine 16. If the engine 16 is started, battery-less traveling can be continued.

このように、電源システム2は、昇圧スイッチング素子7bとダイオード8bの一方が短絡故障を生じても、ヒューズ19が溶断することによって第1高電圧端4に所定の電力を供給することができる。ただし、ヒューズ19は先に述べたように熱溶断タイプであり、火薬式等の遮断機よりも低コストであるが信頼性が高くない。昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bの短絡時にヒューズ19が溶断されないと、走行を続けることができなくなる。   As described above, the power supply system 2 can supply predetermined power to the first high-voltage end 4 by blowing the fuse 19 even if one of the step-up switching element 7b and the diode 8b causes a short circuit failure. However, as described above, the fuse 19 is a thermal fusing type, and is lower in cost than a gunpowder type breaker or the like, but is not highly reliable. If the fuse 19 is not blown when the step-up switching element 7b or the diode 8b is short-circuited, traveling cannot be continued.

そこで電源システム2は、万が一ヒューズ19が溶断しない場合は、第2電圧コンバータ21を使ってサブバッテリ25の電力でヒューズ19の両端電圧を増し、ヒューズ19を強制的に溶断する。次に、ヒューズ19の強制溶断を含めた短絡時の処理を、図3のフローチャートを参照して説明する。   Therefore, in the unlikely event that the fuse 19 does not blow, the power supply system 2 uses the second voltage converter 21 to increase the voltage across the fuse 19 with the power of the sub-battery 25 and forcibly blows the fuse 19. Next, the process at the time of short circuit including the forced fusing of the fuse 19 is demonstrated with reference to the flowchart of FIG.

図3は、第1電圧コンバータ10で短絡故障が検知されたときの対策処理(短絡対策処理)のフローチャートである。図3の処理は、コントローラ11が実行する。コントローラ11は、第1低電圧端3の両端電圧を計測する電圧センサ29を備えており、電圧センサ29の計測値がゼロに近い所定閾値を下回ったら昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bで短絡故障が生じたとして、図3の処理を開始する。なお、図3における記号「SMR」はシステムメインリレー13を意味し、「DDC2」は第2電圧コンバータ21を意味する。また、記号「VL」は、第1電圧コンバータ10の低電圧端(第1低電圧端3)の正極3aと負極3bの間の電圧を意味する。記号「Vth」は、ゼロに近い所定の電圧値(破断判定閾値電圧)を意味する。   FIG. 3 is a flowchart of countermeasure processing (short circuit countermeasure processing) when a short circuit failure is detected in the first voltage converter 10. The controller 11 executes the process of FIG. The controller 11 includes a voltage sensor 29 that measures the voltage across the first low voltage terminal 3, and if the measured value of the voltage sensor 29 falls below a predetermined threshold value close to zero, a short circuit failure occurs in the boost switching element 7b or the diode 8b. As a result, the processing of FIG. 3 is started. In FIG. 3, the symbol “SMR” means the system main relay 13, and “DDC2” means the second voltage converter 21. Further, the symbol “VL” means a voltage between the positive electrode 3 a and the negative electrode 3 b at the low voltage end (first low voltage end 3) of the first voltage converter 10. The symbol “Vth” means a predetermined voltage value (breakage determination threshold voltage) close to zero.

なお、昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bの短絡故障以外にも、例えばフィルタコンデンサ5の短絡故障のときにも電圧センサ29の計測値が所定閾値を下回る。フィルタコンデンサ5短絡故障検知は、別の処理で行われる。例えば、コントローラ11は、電圧センサ29の計測値と電流センサ28の計測値の両方の情報を使って、フィルタコンデンサ5の短絡を判断する。本明細書は、昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bの短絡故障時の処理に焦点をあてて説明するものである。   In addition to the short circuit failure of the boost switching element 7b or the diode 8b, the measured value of the voltage sensor 29 falls below a predetermined threshold value, for example, when the filter capacitor 5 has a short circuit failure. The filter capacitor 5 short-circuit failure detection is performed by another process. For example, the controller 11 determines whether the filter capacitor 5 is short-circuited using information on both the measured value of the voltage sensor 29 and the measured value of the current sensor 28. This specification will focus on the processing at the time of a short-circuit failure of the step-up switching element 7b or the diode 8b.

短絡が検知されると、コントローラ11はまず、システムメインリレー13を開き、メインバッテリ12を第1電圧コンバータ10から切り離す(S2)。これは、第1電圧コンバータ10の短絡の影響がメインバッテリ12に及ばないようにするためである。具体的には、ヒューズ18の溶断を防ぐとともに、メインバッテリ12の過放電を防ぐためである。   When a short circuit is detected, the controller 11 first opens the system main relay 13 and disconnects the main battery 12 from the first voltage converter 10 (S2). This is to prevent the main battery 12 from being affected by the short circuit of the first voltage converter 10. Specifically, the fuse 18 is prevented from being blown and the main battery 12 is prevented from being overdischarged.

次にコントローラ11は、エンジン16が停止中か否かをチェックする(S3)。エンジン16が停止中でない場合(S3:NO)、即ち、エンジン16が動作中の場合、コントローラ11は、降圧スイッチング素子7aをオフし、第1電圧コンバータ10を第1インバータ14a(第2インバータ14b)から切り離す(S12)。そして、コントローラ11は、走行モードをバッテリレス走行モードに設定する(S10)。先に述べたように、バッテリレス走行モードとは、メインバッテリ12の電力を使わずに主にエンジン16を利用して走行するモードである。   Next, the controller 11 checks whether or not the engine 16 is stopped (S3). When the engine 16 is not stopped (S3: NO), that is, when the engine 16 is operating, the controller 11 turns off the step-down switching element 7a and turns the first voltage converter 10 into the first inverter 14a (second inverter 14b). (S12). Then, the controller 11 sets the travel mode to the batteryless travel mode (S10). As described above, the battery-less traveling mode is a mode in which traveling is performed mainly using the engine 16 without using the power of the main battery 12.

一方、ステップS3にて、エンジン16が停止中の場合(S3:YES)、コントローラ11は、第2電圧コンバータ21による昇圧動作を開始する(S4)。第2電圧コンバータ21が昇圧動作を開始すると、第2電圧コンバータ21の第2高電圧端23、即ち、第1電圧コンバータ10の低電圧端3の間に電力が供給される。   On the other hand, when the engine 16 is stopped in step S3 (S3: YES), the controller 11 starts a boost operation by the second voltage converter 21 (S4). When the second voltage converter 21 starts a boost operation, power is supplied between the second high voltage end 23 of the second voltage converter 21, that is, the low voltage end 3 of the first voltage converter 10.

昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bが短絡した場合、通常であれば、ステップS2によりシステムメインリレー13を開く前に、ヒューズ19に過電流が流れ、ヒューズ19が溶断する。ヒューズ19が溶断すれば、第1電圧コンバータ10の短絡は解消する。ヒューズ19が溶断していれば、ステップS4で第2電圧コンバータ21の昇圧動作を開始すると、第2電圧コンバータ21の高電圧端(第2高電圧端23)から出力される電力により、第1低電圧端3の正極3aと負極3bの間の電圧VLが上昇する。電圧VLが所定の電圧(破断判定閾値電圧Vth)以上に上昇すれば、ヒューズ19が溶断していると判断できる(S5:YES)。一方、電圧VLが破断判定閾値電圧Vthを上回らなければ(S5:NO)、ヒューズ19は正常に溶断せず、つながったままになっていると判定できる。破断判定閾値電圧Vthにはゼロに近い値が設定されている。また、図示していないが、ステップS4の処理の後、ヒューズ19が溶断していない場合に電圧VLが上昇するのを待つために数秒のウエイト時間が設定されている。   When the step-up switching element 7b or the diode 8b is short-circuited, normally, before the system main relay 13 is opened in step S2, an overcurrent flows through the fuse 19 and the fuse 19 is blown. If the fuse 19 is blown, the short circuit of the first voltage converter 10 is eliminated. If the fuse 19 is blown, when the step-up operation of the second voltage converter 21 is started in step S4, the first voltage is generated by the power output from the high voltage end (second high voltage end 23) of the second voltage converter 21. The voltage VL between the positive electrode 3a and the negative electrode 3b at the low voltage end 3 increases. If the voltage VL rises above a predetermined voltage (breakage determination threshold voltage Vth), it can be determined that the fuse 19 is blown (S5: YES). On the other hand, if the voltage VL does not exceed the rupture determination threshold voltage Vth (S5: NO), it can be determined that the fuse 19 is not normally blown and remains connected. A value close to zero is set for the breakage determination threshold voltage Vth. Although not shown, a wait time of several seconds is set to wait for the voltage VL to rise when the fuse 19 is not blown after the process of step S4.

ヒューズ19が溶断していなかった場合、即ち、第2電圧コンバータ21が昇圧動作を開始しても電圧VLが破断判定閾値電圧Vthを越えない場合(S5:NO)、コントローラ11は、第2電圧コンバータ21の出力を上げる(S6)。すなわち、ヒューズ19の両端にさらなる電圧を加える。コントローラ11は、ヒューズ19が溶断するまで、即ち、ステップS5の判断が「YES」となるまで、第2電圧コンバータ21の出力を増加する(S5:NO、S6)。ステップS5とS6のループを繰り返すうちにヒューズ19が溶断すると、ステップS5の判断が「YES」となる。なお、昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bのいずれかが短絡故障を生じたときにヒューズ19が適切に溶断している場合は、ステップS4の処理の次のステップS5の処理において判断が「YES」となる。   When the fuse 19 is not blown, that is, when the voltage VL does not exceed the breakage determination threshold voltage Vth even when the second voltage converter 21 starts the boosting operation (S5: NO), the controller 11 The output of the converter 21 is increased (S6). That is, a further voltage is applied across the fuse 19. The controller 11 increases the output of the second voltage converter 21 until the fuse 19 is blown, that is, until the determination in step S5 becomes “YES” (S5: NO, S6). If the fuse 19 is blown while repeating the loop of steps S5 and S6, the determination in step S5 is “YES”. If the fuse 19 is appropriately blown when either the step-up switching element 7b or the diode 8b is short-circuited, the determination is “YES” in the process of step S5 following the process of step S4. Become.

ステップS5の判断が「YES」の場合、コントローラ11は、モータ15aがエンジン16をクランキングするのに十分な電力が第1インバータ14aに供給されるように、第2電圧コンバータ21の出力を調整する(S7)。第2電圧コンバータ21の出力電圧がクランキングに適切な値になったらコントローラ11は、第1インバータ14aを作動させ、即ち、第1モータ15aを駆動し、エンジン16をクランキングする(S8)。エンジン16が始動したらコントローラ11は第2電圧コンバータ21を停止する(S9)。そして、コントローラ11は、走行モードをバッテリレス走行モードに設定し、処理を終了する(S10)。バッテリレス走行モードについては先に述べた通りである。   When the determination in step S5 is “YES”, the controller 11 adjusts the output of the second voltage converter 21 so that the electric power sufficient for the motor 15a to crank the engine 16 is supplied to the first inverter 14a. (S7). When the output voltage of the second voltage converter 21 reaches an appropriate value for cranking, the controller 11 operates the first inverter 14a, that is, drives the first motor 15a and cranks the engine 16 (S8). When the engine 16 is started, the controller 11 stops the second voltage converter 21 (S9). Then, the controller 11 sets the travel mode to the batteryless travel mode, and ends the process (S10). The batteryless driving mode is as described above.

図3のフローチャートの処理、特に、ステップS5、S6が、ヒューズ19の強制溶断の処理に相当する。ステップS5、S6を含む図3の処理を備えることで、電源システム2は、安価なヒューズ19が万が一正常に溶断しないときにサブバッテリ25と第2電圧コンバータ21を使ってヒューズ19を強制的に溶断することができる。即ち、電源システム2は、昇圧スイッチング素子7bとダイオード8bのいずれかが短絡故障を起こした場合、昇圧スイッチング素子7bとダイオード8bを確実に回路から切り離すことができ、走行を続けることができる。   The process of the flowchart of FIG. 3, particularly steps S <b> 5 and S <b> 6, correspond to the process of forcibly blowing the fuse 19. By including the processing of FIG. 3 including steps S5 and S6, the power supply system 2 forces the fuse 19 using the sub battery 25 and the second voltage converter 21 when the cheap fuse 19 does not normally blow out. Can be melted. That is, the power supply system 2 can reliably disconnect the step-up switching element 7b and the diode 8b from the circuit when one of the step-up switching element 7b and the diode 8b causes a short circuit failure, and can continue running.

なお、図示は省略しているが、ステップS5とS6のループを繰り返してもヒューズ19が溶断せずに電圧VLが上限値に達した場合の処理は別に設けてある。   Although illustration is omitted, a process is separately provided when the voltage VL reaches the upper limit value without the fuse 19 being blown even if the loop of steps S5 and S6 is repeated.

変形例の電源システムについて説明する。図4に、第1変形例の電源システム2aを含むハイブリッド車100aのブロック図を示す。図4のブロック図において、図1のブロック図と同じ部品には同じ符号を付した。第1のブロック図の部品と同じ部品については説明を省略する。   A modified power supply system will be described. FIG. 4 shows a block diagram of a hybrid vehicle 100a including the power supply system 2a of the first modification. In the block diagram of FIG. 4, the same components as those in the block diagram of FIG. The description of the same components as those in the first block diagram is omitted.

第1変形例の電源システム2aは、第2電圧コンバータ21の高電圧端(第2高電圧端23)の接続先が実施例の電源システム2と異なる。実施例の電源システム2では、第2高電圧端23は、第1電圧コンバータ10の低電圧端(第1低電圧端3)に接続されていたが、第1変形例では、第1電圧コンバータ10の高電圧端(第1高電圧端4)に接続されている点が異なる。図4の電源システム2aの場合、図3の処理において、ステップS4の前に、降圧スイッチング素子7aをオンする(導通状態にする)処理が追加される。降圧スイッチング素子7aをオンすることによって、第1高電圧端4からヒューズ19の両端へ電圧を加えることができるようになる。降圧スイッチング素子7aをオンする処理以外は、図3の処理がそのまま使える。   The power supply system 2a of the first modification is different from the power supply system 2 of the embodiment in the connection destination of the high voltage end (second high voltage end 23) of the second voltage converter 21. In the power supply system 2 of the embodiment, the second high voltage end 23 is connected to the low voltage end (first low voltage end 3) of the first voltage converter 10, but in the first modification, the first voltage converter 23 It is different in that it is connected to 10 high voltage terminals (first high voltage terminal 4). In the case of the power supply system 2a of FIG. 4, in the process of FIG. 3, a process of turning on (stepping down) the step-down switching element 7a is added before step S4. By turning on the step-down switching element 7a, a voltage can be applied from the first high voltage end 4 to both ends of the fuse 19. Except for the process of turning on the step-down switching element 7a, the process of FIG. 3 can be used as it is.

図5に、第2変形例の電源システム2bを含むハイブリッド車100bのブロック図を示す。図5のブロック図において、図1のブロック図と同じ部品には同じ符号を付した。第1のブロック図の部品と同じ部品については説明を省略する。   FIG. 5 shows a block diagram of a hybrid vehicle 100b including the power supply system 2b of the second modified example. In the block diagram of FIG. 5, the same components as those in the block diagram of FIG. The description of the same components as those in the first block diagram is omitted.

第2変形例の電源システム2bは、図1の電源システム2に、第3電圧コンバータ41が追加されている。第3電圧コンバータ41は、降圧動作のみができる電圧コンバータであり、高電圧端(第3高電圧端42)がメインバッテリ12に接続されており、低電圧端(第3低電圧端43)はサブバッテリ25に接続されている。なお、第3高電圧端42は、システムメインリレー13よりもメインバッテリ側でメインバッテリ12に接続されている。また、第3低電圧端43の負極は、ボディグランドGを介してサブバッテリ25の負極と接続されている。第3電圧コンバータ41もコントローラ11に制御される。図5中の符号CMD_d3が、コントローラ11から第3電圧コンバータ41への指令信号を意味する。なお、第3高電圧端42とメインバッテリ12の間には別のヒューズ45が備えられている。   In the power supply system 2b of the second modification, a third voltage converter 41 is added to the power supply system 2 of FIG. The third voltage converter 41 is a voltage converter that can perform only a step-down operation. The high voltage end (third high voltage end 42) is connected to the main battery 12, and the low voltage end (third low voltage end 43) is Connected to the sub-battery 25. The third high voltage terminal 42 is connected to the main battery 12 on the main battery side with respect to the system main relay 13. Further, the negative electrode of the third low voltage end 43 is connected to the negative electrode of the sub battery 25 via the body ground G. The third voltage converter 41 is also controlled by the controller 11. A symbol CMD_d3 in FIG. 5 means a command signal from the controller 11 to the third voltage converter 41. Note that another fuse 45 is provided between the third high voltage terminal 42 and the main battery 12.

先に述べたように、第3電圧コンバータ41は、システムメインリレー13よりもメインバッテリ側でメインバッテリ12に接続されている。それゆえ、電源システム2bは、システムメインリレー13が開かれていても、メインバッテリ12を使ってサブバッテリ25を充電することができる。電源システム2bを採用する場合、バッテリレス走行モードにおいて、エンジン16で走行しつつ、コントローラ11は、第3電圧コンバータ41を使ってサブバッテリ25を充電する。   As described above, the third voltage converter 41 is connected to the main battery 12 on the main battery side with respect to the system main relay 13. Therefore, the power supply system 2b can charge the sub battery 25 using the main battery 12 even when the system main relay 13 is opened. When the power supply system 2 b is employed, the controller 11 charges the sub battery 25 using the third voltage converter 41 while traveling with the engine 16 in the battery-less travel mode.

図5の変形例の場合において、第2電圧コンバータ21の高電圧端(第2高電圧端23)は、第1電圧コンバータ10の高電圧端(第1高電圧端4)に接続されていてもよい。   5, the high voltage end (second high voltage end 23) of the second voltage converter 21 is connected to the high voltage end (first high voltage end 4) of the first voltage converter 10. Also good.

図6に、第3変形例の電源システム2cを含むハイブリッド車100cのブロック図を示す。図6のブロック図において、図1のブロック図と同じ部品には同じ符号を付した。第1のブロック図の部品と同じ部品については説明を省略する。   FIG. 6 shows a block diagram of a hybrid vehicle 100c including the power supply system 2c of the third modified example. In the block diagram of FIG. 6, the same components as those in the block diagram of FIG. The description of the same components as those in the first block diagram is omitted.

第3変形例の電源システム2cは、図1の電源システム2の第2電圧コンバータ21の代わりに、マルチ入力電圧コンバータ50を備える。マルチ入力電圧コンバータ50は、3個の入出力端の間で電圧を変換する電圧コンバータである。マルチ入力電圧コンバータ50は、3個のコイル51a、51b、51cを有するトランス51と、各コイルに付随する第1回路52a、第2回路52b、第3回路52cを備える。第1回路52aの入出力端(第1入出力端53a)は、第1電圧コンバータ10の低電圧端(第1低電圧端3)に接続されている。第2回路52bの入出力端(第2入出力端53b)は、サブバッテリ25に接続されている。第3回路52cの入出力端(第3入出力端53c)は、メインバッテリ12に接続されている。なお、第3回路52cの入出力端(第3入出力端53c)は、システムメインリレー13よりもメインバッテリ側でメインバッテリ12に接続されている。なお、第3入出力端53cとメインバッテリ12の間には別のヒューズ45が備えられている。   The power supply system 2c of the third modification includes a multi-input voltage converter 50 instead of the second voltage converter 21 of the power supply system 2 of FIG. The multi-input voltage converter 50 is a voltage converter that converts a voltage between three input / output terminals. The multi-input voltage converter 50 includes a transformer 51 having three coils 51a, 51b, 51c, and a first circuit 52a, a second circuit 52b, and a third circuit 52c associated with each coil. The input / output terminal (first input / output terminal 53a) of the first circuit 52a is connected to the low voltage terminal (first low voltage terminal 3) of the first voltage converter 10. The input / output terminal (second input / output terminal 53b) of the second circuit 52b is connected to the sub-battery 25. The input / output terminal (third input / output terminal 53 c) of the third circuit 52 c is connected to the main battery 12. The input / output terminal (third input / output terminal 53c) of the third circuit 52c is connected to the main battery 12 on the main battery side with respect to the system main relay 13. Note that another fuse 45 is provided between the third input / output terminal 53 c and the main battery 12.

各回路は、入出力端に印加された直流電力を交流に変換して対応するコイルへ流す。各回路は、対応するコイルに流れる誘導電流を直流に変換して入出力端へ出力することもできる。トランス51において、第1入出力端53aの電圧が最も高く、次に第3入出力端53cの電圧が高く、第2入出力端53bの電圧が最も低くなるように、各コイルの巻数が定められている。マルチ入力電圧コンバータ50は、第1入出力端53aに供給される直流電力を降圧して第2入出力端53bへ出力することができる。この降圧動作により、第1モータ15aが生成した回生電力でサブバッテリ25を充電することができる。また、マルチ入力電圧コンバータ50は、第2入出力端53bに供給される電力、及び/又は、第3入出力端53cに供給される電力を昇圧して第1入出力端53aに出力することができる。すなわち、マルチ入力電圧コンバータ50は、サブバッテリ25の電力またはメインバッテリ12の電力を電圧変換して第1電圧コンバータ10の低電圧端(第1低電圧端)に供給することができる。それゆえ、第3変形例の電源システム2cも、図3の処理を実行することができる。また、第3変形例の電源システム2cは、第2変形例の電源システム2bと同様に、バッテリレス走行モードにおいて、エンジン16で走行しつつ、マルチ入力電圧コンバータ50により、メインバッテリ12を使ってサブバッテリ25を充電することができる。   Each circuit converts the DC power applied to the input / output terminals into AC and flows it to the corresponding coil. Each circuit can also convert the induced current flowing in the corresponding coil into a direct current and output it to the input / output terminal. In the transformer 51, the number of turns of each coil is determined so that the voltage at the first input / output terminal 53a is the highest, the voltage at the third input / output terminal 53c is the next highest, and the voltage at the second input / output terminal 53b is the lowest. It has been. The multi-input voltage converter 50 can step down DC power supplied to the first input / output terminal 53a and output it to the second input / output terminal 53b. With this step-down operation, the sub-battery 25 can be charged with the regenerative power generated by the first motor 15a. The multi-input voltage converter 50 boosts the power supplied to the second input / output terminal 53b and / or the power supplied to the third input / output terminal 53c and outputs the boosted power to the first input / output terminal 53a. Can do. That is, the multi-input voltage converter 50 can convert the power of the sub-battery 25 or the power of the main battery 12 and supply it to the low voltage end (first low voltage end) of the first voltage converter 10. Therefore, the power supply system 2c of the third modified example can also execute the process of FIG. Similarly to the power supply system 2b of the second modification, the power supply system 2c of the third modification uses the main battery 12 by the multi-input voltage converter 50 while running on the engine 16 in the battery-less running mode. The sub battery 25 can be charged.

図6の変形例の場合において、マルチ入力電圧コンバータ50の第1入出力端53aは、第1電圧コンバータ10の高電圧端(第1高電圧端4)に接続されていてもよい。   In the case of the modification of FIG. 6, the first input / output terminal 53 a of the multi-input voltage converter 50 may be connected to the high voltage terminal (first high voltage terminal 4) of the first voltage converter 10.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図3の短絡対策処理のステップS4の判断がNOの場合、ヒューズ19の強制切断は行われない。本明細書が開示する技術は、昇圧スイッチング素子7b又はダイオード8bで短絡故障が生じたときであってヒューズ19が切断しない場合であっても、他の条件によってはヒューズ19を強制切断しない態様を含む。   Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. When the determination in step S4 of the short circuit countermeasure process in FIG. 3 is NO, the fuse 19 is not forcibly cut. The technique disclosed in this specification is a mode in which the fuse 19 is not forcibly cut depending on other conditions even when a short circuit failure occurs in the step-up switching element 7b or the diode 8b and the fuse 19 is not cut. Including.

第1電圧コンバータ10が降圧動作を有しない場合もある。例えば、メインバッテリ12の代わりに燃料電池が接続されている場合には、充電が必要ないので降圧動作は不要である。その場合、第1電圧コンバータ10は、降圧スイッチング素子7aを必要としない。また、昇圧スイッチング素子7bに逆並列に接続されているダイオード8bも必要としない。その場合の第1電圧コンバータの回路構成は次の通りである。第1電圧コンバータは、昇圧スイッチング素子と、リアクトルと、コンデンサと、ヒューズを備える。昇圧スイッチング素子は、第1電圧コンバータの高電圧端(第1高電圧端)の正極と負極の間に接続されている。リアクトルは、一端が昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が第1電圧コンバータの低電圧端(第1低電圧端)の正極に接続されている。コンデンサは、第1低電圧端の正極と負極の間に接続されている。ヒューズは、昇圧スイッチング素子と直列に接続されている。第1電圧コンバータが降圧機能を有さない場合は、コントローラ11は、昇圧スイッチング素子7bの短絡故障が検出されたときに、第2電圧コンバータ21を作動させ、ヒューズに電圧を加えてヒューズを溶断する。   The first voltage converter 10 may not have a step-down operation. For example, when a fuel cell is connected instead of the main battery 12, charging is not necessary, so that the step-down operation is unnecessary. In that case, the first voltage converter 10 does not require the step-down switching element 7a. Further, the diode 8b connected in antiparallel to the step-up switching element 7b is not required. The circuit configuration of the first voltage converter in that case is as follows. The first voltage converter includes a step-up switching element, a reactor, a capacitor, and a fuse. The step-up switching element is connected between the positive electrode and the negative electrode of the high voltage end (first high voltage end) of the first voltage converter. One end of the reactor is connected to the high potential side of the step-up switching element, and the other end is connected to the positive electrode of the low voltage end (first low voltage end) of the first voltage converter. The capacitor is connected between the positive electrode and the negative electrode at the first low voltage end. The fuse is connected in series with the step-up switching element. When the first voltage converter does not have a step-down function, the controller 11 activates the second voltage converter 21 when a short-circuit failure of the step-up switching element 7b is detected, and a voltage is applied to the fuse to blow the fuse. To do.

図1ではコントローラ11は一つの矩形で表したが、実施例におけるコントローラ11の機能は、複数のプロセッサが協調して実現するものであってもよい。実施例の電源システムでは、ヒューズ19は昇圧スイッチング素子7bの低電位側に直列に接続されている。ヒューズ19は、昇圧スイッチング素子7bの高電位側に直列に接続されていてもよい。   In FIG. 1, the controller 11 is represented by one rectangle, but the function of the controller 11 in the embodiment may be realized by a plurality of processors in cooperation. In the power supply system of the embodiment, the fuse 19 is connected in series to the low potential side of the step-up switching element 7b. The fuse 19 may be connected in series to the high potential side of the step-up switching element 7b.

実施例の第1インバータ14aと第1モータ15aがそれぞれ請求項の「インバータ」、「モータ」の一例に相当する。実施例のフィルタコンデンサ5が請求項の「コンデンサ」の一例に相当する。実施例の第2電圧コンバータ21とマルチ入力電圧コンバータ50が請求項の「第2電圧コンバータ」の例に相当する。実施例のメインバッテリ12が請求項の「主電源」の一例に相当し、サブバッテリ25が請求項の「副電源」の一例に相当する。主電源は、リチウムイオン電池などの化学電池のほか、燃料電池であってもよい。本明細書が開示する技術では、大容量のキャパシタを副電源として採用してもよい。   The first inverter 14a and the first motor 15a in the embodiment correspond to examples of “inverter” and “motor” in the claims, respectively. The filter capacitor 5 of the embodiment corresponds to an example of a “capacitor” in the claims. The second voltage converter 21 and the multi-input voltage converter 50 of the embodiment correspond to an example of “second voltage converter” in the claims. The main battery 12 of the embodiment corresponds to an example of “main power source” in the claims, and the sub battery 25 corresponds to an example of “sub power source” in the claims. The main power source may be a fuel cell in addition to a chemical cell such as a lithium ion battery. In the technology disclosed in this specification, a large-capacity capacitor may be employed as the sub power source.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2、2a、2b、2c:電源システム
3:第1低電圧端
4:第1高電圧端
5:フィルタコンデンサ
6:リアクトル
7a:降圧スイッチング素子
7b:昇圧スイッチング素子
8a、8b:ダイオード
9:平滑コンデンサ
10:第1電圧コンバータ
11:コントローラ
12:メインバッテリ
13:システムメインリレー
14a:第1インバータ
14b:第2インバータ
15a:第1モータ
15b:第2モータ
16:エンジン
17:車軸
18、19、45:ヒューズ
21:第2電圧コンバータ
23:第2高電圧端
24:第2低電圧端
25:サブバッテリ
26:補機
28:電流センサ
29:電圧センサ
30:動力分割機構
31:プラネタリギア
35:駆動輪
41:第3電圧コンバータ
42:第3高電圧端
43:第3低電圧端
50:マルチ入力電圧コンバータ
51:トランス
100、100a、100b、100c:ハイブリッド車
2, 2a, 2b, 2c: power supply system 3: first low voltage end 4: first high voltage end 5: filter capacitor 6: reactor 7a: step-down switching element 7b: step-up switching element 8a, 8b: diode 9: smoothing capacitor 10: first voltage converter 11: controller 12: main battery 13: system main relay 14a: first inverter 14b: second inverter 15a: first motor 15b: second motor 16: engine 17: axles 18, 19, 45: Fuse 21: Second voltage converter 23: Second high voltage terminal 24: Second low voltage terminal 25: Sub battery 26: Auxiliary machine 28: Current sensor 29: Voltage sensor 30: Power split mechanism 31: Planetary gear 35: Drive wheel 41: third voltage converter 42: third high voltage terminal 43: third low voltage terminal 50: multi-input voltage converter Over data 51: transformer 100,100a, 100b, 100c: hybrid vehicles

Claims (2)

走行用モータを備える自動車用の電源システムであり、
直流電力を出力する主電源と、
前記主電源よりも低電圧の直流電力を出力する副電源と、
第1低電圧端が前記主電源に接続されており、第1高電圧端が前記走行用モータを駆動するインバータに接続されており、前記主電源の電力を昇圧して前記インバータに供給する第1電圧コンバータと、
第2低電圧端が前記副電源に接続されており、第2高電圧端が前記第1低電圧端又は前記第1高電圧端に接続されており、前記副電源の電力を昇圧して前記第1電圧コンバータに供給する第2電圧コンバータと、
コントローラと、
を備えており、
前記第1電圧コンバータは、
前記第1高電圧端の正極と負極の間に接続されている昇圧スイッチング素子と、
一端が前記昇圧スイッチング素子の高電位側に接続されており、他端が前記第1低電圧端の正極に接続されているリアクトルと、
前記第1低電圧端の正極と負極の間に接続されているコンデンサと、
前記昇圧スイッチング素子と直列に接続されているヒューズと、
を備えており、
前記コントローラは、前記昇圧スイッチング素子の短絡故障が検出されたとき前記ヒューズが溶断していない場合に前記第2電圧コンバータを作動させ、前記ヒューズに電圧を加えて前記ヒューズを溶断する、
電源システム。
It is a power supply system for automobiles equipped with a traveling motor,
A main power supply that outputs DC power;
A sub power source that outputs DC power having a lower voltage than the main power source;
A first low voltage terminal is connected to the main power source, a first high voltage terminal is connected to an inverter that drives the traveling motor, and a first power source of the main power source is boosted and supplied to the inverter. One voltage converter;
A second low voltage end is connected to the sub power source, a second high voltage end is connected to the first low voltage end or the first high voltage end, and the power of the sub power source is boosted to increase the power A second voltage converter for supplying to the first voltage converter;
A controller,
With
The first voltage converter includes:
A step-up switching element connected between a positive electrode and a negative electrode of the first high-voltage end;
A reactor having one end connected to the high potential side of the step-up switching element and the other end connected to the positive electrode of the first low voltage end;
A capacitor connected between a positive electrode and a negative electrode of the first low voltage end;
A fuse connected in series with the step-up switching element;
With
The controller activates the second voltage converter when the fuse is not blown when a short circuit fault of the boost switching element is detected, and applies a voltage to the fuse to blow the fuse.
Power system.
前記昇圧スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードをさらに備えており、
前記コントローラは、前記昇圧スイッチング素子と前記ダイオードの一方の短絡故障が検出されたときに、前記第2電圧コンバータを作動させ、前記ヒューズに電圧を加えて前記ヒューズを溶断する、請求項1に記載の電源システム。
A diode connected in anti-parallel to the step-up switching element;
2. The controller according to claim 1, wherein the controller activates the second voltage converter and applies a voltage to the fuse to blow the fuse when a short circuit failure of one of the boost switching element and the diode is detected. Power system.
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