JP2017229108A - 電気自動車用の電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】２個のコンバータを備える電源システムに関し、コンデンサのプリチャージが完了次第直ちにシステムスイッチを閉じることのできる技術を提供する。
【解決手段】電源システム２は、メインバッテリ４（ＭＢ）、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０を備える。第１ＤＤＣ２８は、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側とサブ電力線２４の間に接続されており、昇降圧動作が可能なコンバータである。第２ＤＤＣ３０は、ＳＭＲ２０よりもＭＢの側とサブ電力線２４の間に接続されており、降圧動作が可能なコンバータである。ＥＣＵ６０は、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０を制御してコンデンサの充電を開始するとともに、ＭＢの充電開始時電圧を記憶する。コンデンサの両端電圧と充電開始時電圧との差が第１電圧差よりも小さくなったら第２ＤＤＣを停止する。コンデンサの両端電圧とＭＢの電圧との差が第２電圧差よりも小さくなったらＳＭＲ２０を閉じる。
【選択図】図１

Description

本明細書は、電気自動車用の電源装置を開示する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含む。

特許文献１に、電気自動車用の電源システムの一例が開示されている。その電源システムは、メインバッテリ、サブバッテリ、電力制御ユニット、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。電力制御ユニットは、メインバッテリから供給される電力の電流を平滑化するコンデンサを備えているとともに、メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する。メインバッテリと電力制御ユニットはメイン電力線で接続されている。サブバッテリは、メインバッテリの出力電圧よりも低い電圧で動作する低電圧機器に電力を供給する。サブバッテリと低電圧機器は、サブ電力線に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、メイン電力線とサブ電力線の間で接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータは、メインバッテリの電力を使ってサブバッテリを充電したり、メインバッテリから低電圧機器へ電力を供給するために備えられている。サブバッテリは、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作していないときに低電圧機器に駆動用電力を供給する。

メイン電力線には、メインバッテリと電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換えるシステムスイッチが備えられている。なお、ＤＣ―ＤＣコンバータは、システムスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続される。車両のメインスイッチがオフしているときはシステムスイッチが解放されており、メインバッテリと電力制御ユニットの間が遮断される。システムスイッチが閉じられて車両は走行可能になる。

電力制御ユニットのコンデンサが完全に放電した状態でシステムスイッチを導通状態に切り換えると、メインバッテリから電力制御ユニットに突入電流が流れ、電力制御ユニットの半導体素子にダメージを与える虞がある。そこで、特許文献１の電源システムでは、サブ電力線の電力を昇圧してメイン電力線に供給する昇圧動作も行うことができるＤＣ−ＤＣコンバータを採用する。その電源システムでは、サブバッテリの電力をＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧してコンデンサを充電し、メインバッテリの電圧とコンデンサの両端電圧の差が所定の許容電圧差よりも小さくなったら、システムスイッチを閉じる。そうすることによって、システムスイッチを閉じたときの突入電流を低減する。

特開２００７−３１８８４９号公報

本願の発明者は、システムスイッチを閉じる前のコンデンサの充電に要する時間を短くすべく、上記した電源システムに第２のＤＣ−ＤＣコンバータを導入した。なお、２個のＤＣ−ＤＣコンバータを区別するため、先のＤＣ−ＤＣコンバータを第１ＤＣ−ＤＣコンバータと称し、新たに導入するＤＣ−ＤＣコンバータを第２ＤＣ−ＤＣコンバータと称する。また、システムスイッチを閉じる前のコンデンサの充電を以下ではプリチャージと称する場合がある。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりもメインバッテリ側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続される。第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。その電源システムでは、システムスイッチを閉じる前に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータに降圧動作をさせながら第１ＤＣ−ＤＣコンバータに昇圧動作をさせることで、メインバッテリの電力でコンデンサを高速にプリチャージすることができる。プリチャージに要する時間が短縮できると、電源システムの動作開始からシステムスイッチを閉じるまでの所要時間、即ち、車両が走行できるようになるまでの時間が短縮できる。

他方、サブ電力線には低電圧機器が接続されており、プリチャージ中に低電圧機器の消費電力が変動すると、サブ電力線に接続されている第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が変動する。第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流の変動に伴い、第２ＤＣ−ＤＣコンバータに電力を供給しているメインバッテリの電圧が変動する。先に述べたように、コントローラは、プリチャージによってコンデンサの両端電圧ＶＬとメインバッテリの電圧（バッテリ電圧ＶＢ）との電圧差ｄＶが所定の許容電圧差よりも小さくなったら（即ち、プリチャージが完了したら）、システムスイッチを閉じる。プリチャージの間、バッテリ電圧ＶＢが変動すると、メインバッテリの電圧測定のタイミングによっては、バッテリ電圧ＶＢの変動の山あるいは谷を計測してしまう可能性がある。その場合、コンデンサの両端電圧ＶＬが十分に高くなっていても、電圧差ｄＶが許容電圧差よりも大きくなってしまう虞がある。せっかくメインバッテリの電力を使ってプリチャージ時間の短縮を図ろうとしても、メインバッテリの電圧変動により電圧差ｄＶが小さくなったことを検知するタイミングが遅れ、システムスイッチを閉じるまでに時間がかかってしまう。本明細書は、上記した第１、第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備える電源システムに関し、プリチャージ中のメインバッテリの電圧変動を抑え、プリチャージが完了したことを直ちに検知してシステムスイッチを閉じることのできる技術を提供する。

本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリ、サブバッテリ、電力制御ユニット、第１、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、コントローラを備える。電力制御ユニットは、メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する。また、電力制御ユニットは、メインバッテリから供給される電力の電流を平滑化するコンデンサを備える。メインバッテリと電力制御ユニットはメイン電力線で接続されている。メイン電力線には、メインバッテリと電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換えるシステムスイッチが備えられている。サブバッテリの電圧はメインバッテリの電圧よりも低い。サブバッテリは、メインバッテリの電圧よりも低い電圧で動作する低電圧機器に電力を供給する。サブバッテリと低電圧機器は、サブ電力線で接続されている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、サブ電力線の電力を昇圧してメイン電力線へ供給する昇圧動作と、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりもメインバッテリ側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。コントローラは、第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータとシステムスイッチを制御する。コントローラは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータに降圧動作を行わせるとともに第１ＤＣ−ＤＣコンバータに昇圧動作を行わせて電力制御ユニットのコンデンサの充電を開始する。同時にコントローラは、メインバッテリの充電開始時電圧を取得し記憶する。コントローラは、コンデンサの両端電圧と充電開始時電圧との差が所定の第１許容電圧差よりも小さくなったら第２ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する。コントローラは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータを使って電力制御ユニット側のメイン電力線への電力供給を継続する。コントローラは、コンデンサの両端電圧とメインバッテリの電圧との差が所定の第２許容電圧差よりも小さくなったらシステムスイッチを閉じる。

本明細書が開示する電源システムでは、コントローラは、コンデンサへの充電を開始した後、コンデンサの両端電圧と充電開始時電圧との差が所定の第１許容電圧差よりも小さくなったら第２ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する。第２ＤＣ−ＤＣコンバータを停止することで、第２ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側の変動、即ち、メインバッテリの電圧変動が抑えられる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ停止後は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータを使ってシステムスイッチよりも電力制御側のメイン電力線への電力供給を継続する。この電力供給は、メイン電力線に接続されている他のデバイスへ電力を供給し、コンデンサの両端電圧が低下しないようにするためである。最後にコントローラは、コンデンサの両端電圧と前記メインバッテリの電圧との差（電圧差ｄＶ）が所定の第２許容電圧差よりも小さくなったら前記システムスイッチを閉じる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータを停止したことでメインバッテリの電圧変動が抑えられているので、速やかに電圧差ｄＶが第２許容電圧差内であることを検知することができる。その結果、コンデンサのプリチャージが完了したら直ちにシステムスイッチを閉じることができる。即ち、本明細書が開示する電源システムは、コンデンサのプリチャージが完了次第、速やかにシステムスイッチを閉じることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電源システムを含むハイブリッド車の電力系のブロック図である。 プリチャージ処理のフローチャートである。 図３（Ａ）は、コンデンサの両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢの時間変化を示すグラフである。図３（Ｂ）は、補機の負荷変動を模式的に表したグラフである。図３（Ｃ）は、第２ＤＤＣ３０（第２ＤＣ−ＤＣコンバータ）の出力電流のグラフである。

図面を参照して実施例の電源システム２を説明する。電源システム２は、ハイブリッド車１００に搭載されている。図１に電源システム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、エンジン６１の動力、及び／又は、第１モータ６、第２モータ８の動力により走行することができる。モータを利用する場合、ハイブリッド車１００は、メインバッテリ４から供給される電力により第２モータ８を駆動し、第２モータ８の動力によって駆動輪（図示せず）を回転させる。エンジン６１を利用して走行する場合には、ハイブリッド車１００は、第１モータ６をセルモータとして使用しエンジン６１を始動させる。そして、ハイブリッド車１００は、動力分配機構６２によって、エンジン６１が発生させた動力の一部を駆動輪に伝達する一方で、残りの動力を第１モータ６に伝達させて第１モータ６で発電する。第１モータ６で発電した電力は、第２モータ８に供給して駆動輪の回転に利用したり、メインバッテリ４に充電したりすることもできる。

なお、エンジン６１を利用して走行している際、メインバッテリ４から第２モータ８に電力を供給して、駆動力を増大させることも可能である。一方、走行中のハイブリッド車１００が減速する際には、第２モータ８で回生発電し、第２モータ８で発電した電力でメインバッテリ４を充電することができる。このように、第１モータ６と第２モータ８は、発電機としても機能する。その意味で、第１モータ６と第２モータ８は、「モータジェネレータ」と称することができる。図１の「ＭＧ１」が第１モータ６（第１モータジェネレータ）を表し、「ＭＧ２」が第２モータ８（第２モータジェネレータ）を表す。第１モータ６と第２モータ８は、「走行モータ」と称することもできる。

電源システム２は、メインバッテリ４、サブバッテリ２２、電力制御ユニット１２、システムメインリレー２０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、電子制御ユニット６０を備えている。以下では説明を簡単にするため、便宜上、電力制御ユニット１２をＰＣＵ１２と表記し、システムメインリレー２０をＳＭＲ２０と表記し、電子制御ユニット６０をＥＣＵ６０と表記する。さらに、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を第１ＤＤＣ２８と表記し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を第２ＤＤＣ３０と表記する。図１では、第１ＤＤＣ２８は「ＤＤＣ１」と表記されており、第２ＤＤＣ３０は「ＤＤＣ２」と表記されている。また、ＥＣＵ６０は、ＳＭＲ２０、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０、ＰＣＵ１２等と通信線で接続されており、それらを制御する。図１では、ＥＣＵ６０と他のユニットを接続する通信線は描かれていない。

メインバッテリ４は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（充電可能電池）である。本実施例では、メインバッテリ４の電圧は約３００Ｖ（ボルト）である。メインバッテリ４は、メイン電力線１０を介してＰＣＵ１２に接続されている。ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４の側のメイン電力線１０ｂに、メインバッテリ４の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）を計測する電圧センサ１９が備えられている。バッテリ電圧ＶＢは、ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４の側のメイン電力線１０ｂの電圧に相当する。

メイン電力線１０には、ＳＭＲ２０が備えられている。ＳＭＲ２０は、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間の導通と非導通を切り換える。なお、「非導通」は、「遮断」と表現する場合もある。また、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を導通させることを、「ＳＭＲ２０を閉じる」と表現し、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を遮断することを、「ＳＭＲ２０」を開く、と表現する場合がある。

ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４と、第１モータ６及び第２モータ８との間に設けられている。ＰＣＵ１２は、平滑コンデンサ１４、１５、電圧センサ１８、コンバータ１６及びインバータ１７を備えている。平滑コンデンサ１４は、メイン電力線１０の電流を平滑化する。より詳しく表現すると、平滑コンデンサ１４は、メインバッテリ４から供給される電力の電流を平滑化する。電圧センサ１８は、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬを測定する。平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬは、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａの電圧に相当する。平滑コンデンサ１５は、コンバータ１６とインバータ１７の間に流れる電力の電流を平滑化する。

ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４から供給される電力を第１モータ６及び第２モータ８（走行モータ）の駆動用電力に変換する。コンバータ１６は、メインバッテリ４から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１モータ６や第２モータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。またコンバータ１６は、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力の電圧を、メインバッテリ４の充電に適した電圧まで降圧させたりもする。即ち、コンバータ１６は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。コンバータ１６には、メインバッテリ４からの電流が流れる複数のパワー素子が実装されている。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。本実施例では、第１モータ６や第２モータ８の駆動に用いる電圧は約６００Ｖである。

インバータ１７は、２個のモータ（第１モータ６と第２モータ８）の夫々に対応して、２組のインバータ回路を備えている。インバータ１７は、コンバータ１６から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第１モータ６や第２モータ８を駆動する三相交流電力を供給したり、第１モータ６や第２モータ８が発電した三相交流電力を直流電力に変換してコンバータ１６へ供給したりする。また、インバータ１７は、第１モータ６及び第２モータ８の一方が発電した三相交流電力を、一旦、直流電力に変換しさらに三相交流電力に変換して、第１モータ６及び第２モータ８の他方に供給したりもする。インバータ１７にも、メインバッテリ４からの電流が流れる複数のパワー素子が実装されている。インバータ回路の構成もよく知られているので詳しい説明は省略する。

平滑コンデンサ１４が放電した状態でＳＭＲ２０を閉じると、メインバッテリ４からＰＣＵ１２へ突入電流が流れ、コンバータ１６とインバータ１７のパワー素子がダメージを受ける虞がある。突入電流対策については後述する。

ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａには、エアコン５０も接続されている。エアコン５０は消費電力が大きいので、サブ電力線２４（後述）ではなく、メイン電力線１０に接続されており、メインバッテリ４から電力供給を受けるようになっている。

サブバッテリ２２について説明する。サブバッテリ２２の出力電圧は、メインバッテリ４の出力電圧よりも低い。サブバッテリ２２は、典型的には、鉛蓄電池で構成される二次電池（充電可能電池）である。本実施例では、サブバッテリ２２の電圧は約１３Ｖである。サブバッテリ２２は、サブ電力線２４を介して、補機２６に接続されている。図１では、記号「ＡＵＸ」が補機を意味する。補機２６は、メインバッテリ４の電圧よりも低い電圧（サブバッテリ２２の電圧）で動作する機器（低電圧機器）の総称である。図１では、補機２６を一つの矩形で表しているが、補機２６は、ルームランプ、ナビゲーションシステム、カーオーディオなど、複数の低電圧機器を含む。ＥＣＵ６０も補機２６の一つとして、サブバッテリ２２から電力供給を受ける。車両の導電性のボデーが、サブ電力線２４の負極線を兼ねる場合がある。サブ電力線２４の負極線の電位は接地電位（基準電位）と呼ばれることがある。

ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電力線１０ａとサブ電力線２４との間に、第１ＤＤＣ２８（第１ＤＣ−ＤＣコンバータ）が接続されている。第１ＤＤＣ２８は、メイン電力線１０を流れる電力を降圧してサブ電力線２４へ供給する降圧動作と、サブ電力線２４を流れる電力を昇圧してメイン電力線１０へ供給する昇圧動作を行うことができる。第１ＤＤＣ２８も、先のコンバータ１６と同様に、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。ハイブリッド車１００では、第１ＤＤＣ２８が降圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０が非導通のときであっても、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力でサブバッテリ２２を充電することができる。また、ハイブリッド車１００では、第１ＤＤＣ２８が昇圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０が非導通のときでも、サブバッテリ２２の電力を利用して第１モータ６や第２モータ８を駆動することができる。

ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側のメイン電力線１０ｂとサブ電力線２４の間に、第２ＤＤＣ３０（第２ＤＣ−ＤＣコンバータ）が接続されている。第２ＤＤＣ３０は、メイン電力線１０を流れる電力を降圧してサブ電力線２４へ供給する降圧動作を行うことができる。第２ＤＤＣ３０は、いわゆる降圧コンバータである。ハイブリッド車１００では、ＳＭＲ２０の導通時に、第１ＤＤＣ２８が降圧動作を行い、かつ第２ＤＤＣ３０が降圧動作を行う。これにより、メインバッテリ４からの電力や、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力を、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０の両方を介して、サブバッテリ２２に充電することができる。この場合、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０のいずれか一方を介してサブバッテリ２２に充電する場合に比べて、サブバッテリ２２に供給される電流が大きくなる。そのため、サブバッテリ２２の充電に要する時間が短くなる。

ＥＣＵ６０には、電圧センサ１８、１９など、ハイブリッド車１００に搭載された各種のセンサの検出信号が入力される。本実施例では、電圧センサ１８から平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬの検出信号が入力される。また、電圧センサ１９から、メインバッテリ４の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）の検出信号が入力される。ＥＣＵ６０は、ＰＣＵ１２、ＳＭＲ２０、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０など、ハイブリッド車１００の電気系統を構成する各構成要素を制御する。また、ＥＣＵ６０は、エンジン６１の点火機構、燃料噴射機構、給排気機構等の動作を制御する。図１では、ＥＣＵ６０を一つの矩形で描いているが、ＥＣＵ６０の機能は、複数のプロセッサの連携で実現されてもよい。

ＳＭＲ２０は、不図示の車両メインスイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＦＦの間は開かれており、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を遮断している。車両メインスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換えられると、ＥＣＵ６０がＳＭＲ２０を閉じ、メインバッテリ４とＰＣＵ１２を接続する。メインバッテリ４とＰＣＵ１２が接続されると、第１モータ６と第２モータ８に電力を供給可能な状態、即ち、走行可能な状態になる。前述したように、平滑コンデンサ１４が放電された状態、即ち、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬが低い状態でＳＭＲ２０を接続すると、メインバッテリ４からＰＣＵ１２（コンバータ１６とインバータ１７）に突入電流が流れる。突入電流は、コンバータ１６やインバータ１７のパワー素子にダメージを与える可能性がある。そこで、ＥＣＵ６０は、ＳＭＲ２０を閉じるのに先立って、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０を使って平滑コンデンサ１４を充電する（プリチャージする）。より具体的には、第２ＤＤＣ３０に降圧動作を行わせてメインバッテリ４の電力をサブ電力線２４に供給するとともに、第１ＤＤＣ２８に昇圧動作を行わせ、メインバッテリ４の電力を、サブ電力線２４を介して、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａに供給する。ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａには、平滑コンデンサ１４が並列に接続されているため、上記の処理により、メインバッテリ４の電力で平滑コンデンサ１４がプリチャージされる。

図２に、車両メインスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換えられたときにＥＣＵ６０が実行するプリチャージ処理のフローチャートを示す。図２を参照しつつ、プリチャージ処理を詳しく説明する。まず、ＥＣＵは、平滑コンデンサ１４の充電開始時にメインバッテリ４の電圧を計測する。そのときの電圧を充電開始時電圧ＶＢ０と表記する。ＥＣＵ６０は、充電開始時電圧ＶＢ０を取得し記憶する（Ｓ４）。メインバッテリ４の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）は、電圧センサ１９により計測される。

次にＥＣＵ６０は、第２ＤＤＣ３０を起動する（Ｓ５）。第２ＤＤＣ３０が動作を開始すると、第２ＤＤＣ３０がメインバッテリ４の電力を降圧してサブ電力線２４に供給するので、メインバッテリ４の電圧が下がる。また、後述するように、プリチャージ中に補機２６の負荷が変動し、その負荷変動に影響されて第２ＤＤＣ３０の出力電流も変動する。

次にＥＣＵ６０は、第１ＤＤＣ２８に昇圧動作を開始させる（Ｓ６）。第１ＤＤＣ２８が昇圧動作を開始すると、サブ電力線２４から電力がＳＭＲ２０よりＰＣＵ１２側のメイン電力線１０ａに供給され、平滑コンデンサ１４のプリチャージが開始される。平滑コンデンサ１４のプリチャージが進むにつれて、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬが上昇する。ＥＣＵ６０は、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬと充電開始時電圧ＶＢ０との差が第１許容電圧差ｄＶｘ１より小さくなるまで第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０を駆動する（Ｓ７：ＮＯ）。平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬは、電圧センサ１８で計測される。平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬと充電開始時電圧ＶＢ０との差が第１許容電圧差ｄＶｘ１より小さくなったら、ＥＣＵ６０は、第２ＤＤＣ３０を停止する（Ｓ７：ＹＥＳ、Ｓ８）。次にＥＣＵ６０は、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬがそのまま一定値を保持するように第１ＤＤＣ２８を制御する（Ｓ９）。第１許容電圧差ｄＶｘ１は、例えば２０ボルトに設定される。

ステップＳ９において、両端電圧ＶＬが一定値を保持するようにＥＣＵ６０が第１ＤＤＣ２８を制御するのは次の理由による。先に述べたように、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａには、エアコン５０などのデバイスが接続されている。即ち、平滑コンデンサ１４には、エアコン５０などの他のデバイスが接続されている。また、平滑コンデンサ１４には、不図示の放電抵抗も接続されている。平滑コンデンサ１４に接続されている他のデバイス（エアコン５０や放電抵抗など）が電力を消費すると、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬが低下してしまう。ステップＳ９の処理により、他のデバイスが電力を消費しても両端電圧ＶＬは一定に保たれる。

次にＥＣＵ６０は、タイマをスタートさせ（Ｓ１０）、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬとメインバッテリ４の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）の差が第２許容電圧差ｄＶｘ２より小さくなるまで待つ（Ｓ１１：ＮＯ、Ｓ１３：ＮＯ、Ｓ１１）。タイマは、両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢとの差が第２許容電圧差ｄＶｘ２より小さくなるのを待つ猶予時間を計測するために導入される。以下では、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬとメインバッテリ４の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）の差を、電圧差ｄＶと表記する。第２許容電圧差ｄＶｘ２は、例えば１０ボルトに設定される。

電圧差ｄＶが第２許容電圧差ｄＶｘ２よりも小さくなることをもって、プリチャージが完了する。ＥＣＵ６０は、電圧差ｄＶが第２許容電圧差ｄＶｘ２よりも小さくなったら（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＳＭＲ２０を閉じ（Ｓ１２）、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を導通させる。平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬがバッテリ電圧ＶＢに近くなっているので、ＳＭＲ２０を閉じたときにＳＭＲ２０よりＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａに大きな突入電流が流れることはない。

ＥＣＵ６０は、猶予時間Ｔｘの間、電圧差ｄＶが第２許容電圧差ｄＶｘ２よりも小さくなるのを待つ（Ｓ１３：ＮＯ、Ｓ１１）。ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０でスタートしたタイマが所定の猶予時間Ｔｘを越えても電圧差ｄＶが第２許容電圧差ｄＶｘ２よりも小さくならない場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、何らかの異常が発生していると判断し、エラー処理を実行する（Ｓ１４）。

上記処理の利点を説明する。図３（Ａ）に、バッテリ電圧ＶＢと両端電圧ＶＬの時間変化を示し、図３（Ｂ）に補機２６の負荷変動を示し、図３（Ｃ）に第２ＤＤＣ３０の出力電流の時間変化を示す。図３では、時刻Ｔ０にプリチャージが開始され、時刻Ｔ１に図２のステップＳ７の判定がＹＥＳになると仮定する。即ち、時刻Ｔ１で第２ＤＤＣ３０が停止する。また、時刻Ｔ２に、図２のステップＳ１１の判定がＹＥＳになると仮定する。

先に述べたように、サブ電力線２４には補機２６が接続されており、補機２６の動作により、補機２６が消費する電流（補機負荷）は変化する。図３（Ｂ）の波線グラフが、補機の負荷変動を模式的に表している。サブ電力線２４には、第２ＤＤＣ３０によってメインバッテリ４の電力が降圧されて供給される。補機の負荷変動に対応するためには、第２ＤＤＣ３０の出力電流も、図３（Ｂ）の負荷変動に合わせて変化させる必要がある。図３（Ｃ）の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、補機負荷変動に合わせて第２ＤＤＣ３０の出力電流も変動する。図３（Ｃ）の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの出力電流の変動の波形は、図３（Ｂ）の補機の負荷変動の波形と同期している。第２ＤＤＣ３０の入力側はメインバッテリ４に接続されている。それゆえ、メインバッテリ４の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）は、メインバッテリ４の内部抵抗の値に、第２ＤＤＣ３０の出力電流の変動分を乗じた分だけ変動する。図３（Ａ）において時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間、第２ＤＤＣ３０の出力電流の変動に応じてメインバッテリ４の電圧も変動している。図３（Ａ）の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までのバッテリ電圧ＶＢの変動の波形は、図３（Ｃ）の第２ＤＤＣ３０の出力電流の負荷変動の波形の正負を逆転させた波形となっている（出力電流が増加すると、メインバッテリ４の電圧が下がる）。

時刻Ｔ０以降、第１ＤＤＣ２８が昇圧動作を開始し、サブ電力線２４の電力を昇圧してＰＣＵ１２側のメイン電力線１０ａに供給するので平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬが徐々に上昇する。図３（Ａ）の波線が示しているように、バッテリ電圧ＶＢは、第２ＤＤＣ３０の出力変動に応じて大きく変動する。それゆえ、両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢの差（電圧差ｄＶ）も変動する。バッテリ電圧ＶＢが変動している間に電圧差ｄＶと所定の許容電圧差を比較した場合、バッテリ電圧ＶＢの計測タイミングが悪く、電圧変動の山あるいは谷を計測してしまうと、電圧差ｄＶが許容電圧差よりも小さいという判定がなかなかできない可能性がある。そこで、ＥＣＵ６０は、先に記憶した充電開始時電圧ＶＢ０と両端電圧ＶＬを比較する（図２のステップＳ７）。記憶している充電開始時電圧ＶＢ０は一定であるから、実際に両端電圧ＶＬと充電開始時電圧ＶＢ０との電圧差が所定の許容電圧差より小さくなれば、そのことが直ちに検知される。例えば、図３の時刻Ｔ１において、両端電圧ＶＬと充電開始時電圧ＶＢ０との電圧差ｄＶａが第１許容電圧差ｄＶｘ１よりも小さくなる。同じ時刻Ｔ１において、そのときのバッテリ電圧ＶＢと両端電圧ＶＬとの電圧差ｄＶｂは、第１許容電圧差ｄＶｘ１よりも大きい。仮に、各時刻のバッテリ電圧ＶＢと両端電圧ＶＬの電圧差（リアルタイム電圧差）と第１許容電圧差ｄＶｘ１を比較した場合、時刻Ｔ１には、リアルタイム電圧差が許容電圧差よりも小さくなるという判定は出ないことになる。実施例のＥＣＵ６０は、メインバッテリ４の充電開始時電圧ＶＢ０を使って両端電圧ＶＬがバッテリ電圧に近くなったことを検知するので、その検知が速やかに行える。

両端電圧ＶＬと充電開始時電圧ＶＢ０との電圧差が第１許容電圧差ｄＶｘ１より小さくなったことが検知されると、ＥＣＵ６０は第２ＤＤＣ３０を停止する（Ｓ７：ＹＥＳ、Ｓ８）。時刻Ｔ１でステップＳ７の判定がＹＥＳとなり、第２ＤＤＣ３０が停止される。その結果、時刻Ｔ１以降、第２ＤＤＣ３０の出力電流はゼロとなる（図３（Ｃ）参照）。第２ＤＤＣ３０が停止するので、バッテリ電圧ＶＢの変動がなくなる。図３（Ａ）に示すように、時刻Ｔ１以降、バッテリ電圧ＶＢは一定の値に近づく。ＥＣＵ６０は、両端電圧ＶＬと各時刻のバッテリ電圧ＶＢの電圧差が第２許容電圧差ｄＶｘ２よりも小さくなったら、ＳＭＲ２０を閉じる（Ｓ１２）。図３（Ａ）の例では、時刻Ｔ２において、電圧差ｄＶｃが第２許容電圧差ｄＶｘ２よりも小さくなる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間帯は、バッテリ電圧ＶＢの変動が収まるまでに要する時間である。ＳＭＲ２０を閉じたとき、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢに大きな差がないので大きな突入電流が流れることが防止される。

実施例の処理では、両端電圧ＶＬが十分に大きくなるまでは、第２ＤＤＣ３０を使って多くの電力を平滑コンデンサ１４に供給し、プリチャージを早める。ＥＣＵ６０は、両端電圧ＶＬと、一定値である充電開始時電圧ＶＢ０との電圧差が第１許容電圧差ｄＶｘ１よりも小さくなったときに、第２ＤＤＣ３０を停止する。すなわち、両端電圧ＶＬが概ねバッテリ電圧に近づいたら第２ＤＤＣ３０を停止し、バッテリ電圧の変動を抑える。次に、より正確に両端電圧ＶＬがバッテリ電圧ＶＢに近づくのを待つ。両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢの電圧差ｄＶが十分に小さくなったら（即ち電圧差ｄＶ＜第２許容電圧差ｄＶｘ２となったら）、ＳＭＲ２０を閉じる。ＳＭＲ２０を閉じたとき、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢに大きな差がないので、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａへ大きな突入電流が流れることが防止される。

実施例の電源システム２は、平滑コンデンサ１４の両端電圧ＶＬとバッテリ電圧ＶＢとの差が許容電圧差よりも小さくなったことを速やかに検知することができ、その後に直ちにＳＭＲ２０を閉じることができる。別言すれば、実施例の電源システム２は、平滑コンデンサ１４のプリチャージの完了を速やかに検知することができる。実施例の電源システム２は、プリチャージの開始からＳＭＲ２０を閉じるまでの所要時間を短縮することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のＳＭＲ２０が請求項の「システムスイッチ」の一例に相当する。実施例では、第１許容電圧差ｄＶｘ１と第２許容電圧差ｄＶｘ２には、異なる値が設定されていた。第１許容電圧差ｄＶｘ１と第２許容電圧差ｄＶｘ２は同じ値であってもよい。図２のフローチャートでは、ＥＣＵ６０は、メインバッテリ４の電圧（充電開始時電圧ＶＢ０）を取得してから、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０を起動した。ＥＣＵ６０は、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０を起動してからメインバッテリ４の電圧（充電開始時電圧ＶＢ０）を取得してもよい。

第２ＤＤＣ３０は、メイン電力線１０の電力を降圧してサブ電力線２４へ供給する降圧動作の他に、サブ電力線２４の電力を昇圧してメイン電力線１０に供給する昇圧動作が可能な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。実施例の電源システム２は、走行用にエンジンとモータの双方を備えるハイブリッド車に適用されている。本明細書が開示する電源システムは、エンジンを備えない電気自動車に適用することも可能である。

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。

２：電源システム
４：メインバッテリ
６：第１モータ
８：第２モータ
１０：メイン電力線
１２：電力制御ユニット（ＰＣＵ）
１４、１５：平滑コンデンサ
１６：コンバータ
１７：インバータ
１８、１９：電圧センサ
２０：システムメインリレー（ＳＭＲ）
２２：サブバッテリ
２４：サブ電力線
２６：補機
２８：第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（第１ＤＤＣ）
３０：第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（第２ＤＤＣ）
５０：エアコン
６０：電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６１：エンジン
６２：動力分配機構
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. メインバッテリと、
   前記メインバッテリから供給される電力の電流を平滑化するコンデンサを備えており、前記メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する電力制御ユニットと、
   前記メインバッテリと前記電力制御ユニットを接続するメイン電力線と、
   前記メイン電力線に備えられており、前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換えるシステムスイッチと、
   出力電圧が前記メインバッテリよりも低いサブバッテリと、
   前記サブバッテリと低電圧機器を接続するサブ電力線と、
   前記システムスイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電力線と前記サブ電力線の間に接続されており、前記サブ電力線の電力を昇圧して前記メイン電力線へ供給する昇圧動作及び前記メイン電力線の電力を降圧して前記サブ電力線へ供給する降圧動作が可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記システムスイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電力線と前記サブ電力線の間に接続されており、前記メイン電力線の電力を降圧して前記サブ電力線へ供給する降圧動作が可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータと前記システムスイッチを制御するコントローラと、を備えており、
   前記コントローラは、
   前記メインバッテリの電圧（充電開始時電圧）を取得するとともに、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに降圧動作を行わせ前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータに昇圧動作を行わせて前記コンデンサの充電を開始し、
   前記コンデンサの両端電圧と前記充電開始時電圧との差が第１許容電圧差よりも小さくなったら前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを停止し、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータを使って前記電力制御ユニット側の前記メイン電力線への電力供給を継続し、
   前記コンデンサの両端電圧と前記メインバッテリの電圧との差が第２許容電圧差よりも小さくなったら前記システムスイッチを閉じる、ことを特徴とする電気自動車用の電源システム。

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