JP2019129686A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ及び電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】過度な高速化及び大電流化が不要なＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源システムを提供する。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータは、車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電器の電圧が第１電圧より低い場合、二次電池の電圧を変換して蓄電器を充電し、蓄電器の電圧が前記第１電圧より高い第２電圧以上である場合、蓄電器の電圧を変換して二次電池を充電する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力を一時的に蓄電する蓄電器及び二次電池の間に接続される双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ、並びに該ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源システムに関する。

従来、車両には鉛蓄電池等の補機バッテリが搭載されており、ＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ハイブリッド車）、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：プラグインハイブリッド車）、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；電気自動車）等のモータを有する車両では駆動用の高圧の二次電池が搭載されている。また、低で動作する補機負荷に対して安定的に電力供給を行うため、一般的には補機バッテリが設けられる。

高圧の二次電池及び補機バッテリは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されており、補機バッテリの残存容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低下した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが高圧の二次電池の電圧を降圧して補機バッテリの充電を行う。通常、補機負荷に対してはＤＣ／ＤＣコンバータが給電を行うが、ＤＣ／ＤＣコンバータにより補機負荷の電力を賄えない場合には補機バッテリからも給電が行われる（例えば、特許文献１参照）。

ここで、補機バッテリがリチウムイオン電池の場合は、過充電保護のためにリチウムイオン電池の電圧レベルを一定以下に保つ必要があり、且つ、放電時に補機負荷に対して安定した電圧を供給する必要があるため、補機バッテリと補機負荷及び降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとの間に双方向のＤＣ／ＤＣコンバータを設ける方法が考えられる。

特開２０１３−０１３１９６号広報

しかしながら、車両の走行中は補機負荷の負荷変動が大きいために、特許文献１に開示された技術によれば補機バッテリに対する充放電が不規則に発生する。このような充放電の都度、補機負荷が接続された低圧ラインには瞬間的に大電流が流れるため、上記の双方向のＤＣ／ＤＣコンバータを設けた場合は、このＤＣ／ＤＣコンバータの回路規模が増大するという問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過度な高速化及び大電流化が不要なＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源システムを提供することにある。

本発明の一態様に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、前記車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記蓄電器の電圧が第１電圧より低い場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電し、前記蓄電器の電圧が前記第１電圧より高い第２電圧以上である場合、前記蓄電器の電圧を変換して前記二次電池を充電する。

本発明の一態様に係る電源システムは、上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電器とを備える。

なお、本願は、このような特徴的な処理部を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源システムとして実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする二次電池の充放電方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの一部又は全部を半導体集積回路として実現したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又は電源システムを含む他のシステムとして実現したりすることができる。

上記によれば、過度な高速化及び大電流化が不要となる。

実施形態１に係る電源システムの構成例を示すブロック図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示すブロック図である。 低圧電池の充電及び放電と、ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧及び降圧との関係を示すタイミングチャートである。 実施形態１に係る電源システムで駆動回路の動作を制御するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 実施形態１に係る電源システムで駆動回路の動作を制御するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 変形例１に係る電源システムの構成例を示すブロック図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（１）本発明の一態様に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、前記車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記蓄電器の電圧が第１電圧より低い場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電し、前記蓄電器の電圧が前記第１電圧より高い第２電圧以上である場合、前記蓄電器の電圧を変換して前記二次電池を充電する。

本態様にあっては、車両の負荷に接続された蓄電器が負荷との間で一時的に電力を蓄電し、蓄電器及び車載の二次電池の間に接続されたＤＣ／Ｃコンバータが双方向に電圧変換する。負荷の消費電流が急増して蓄電器の電圧が第１電圧より低下した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが二次電池を放電させて蓄電器を充電する。また、負荷からの回生電力で蓄電器の電圧が第２電圧以上となった場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが蓄電器を放電させて二次電池を充電する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷変動が発生してから充放電を開始するまでの応答時間を過度に短くせずに済み、併せて充放電開始時のピーク電流が抑制される。

（２）前記二次電池は、リチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池であることが好ましい。

二次電池がリチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池である場合、エネルギー密度が高いため、容積及び質量が比較的小さくとも、負荷に対する電源の供給が好適にバックアップされる。
（３）前記蓄電器は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池を含むことが好ましい。

蓄電器が電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池である場合、急速な充放電特性に優れているため、負荷電流の急激な変動による負荷の電圧変動が好適に防止される。

（４）本発明の一態様に係る電源システムは、上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電器とを備える。

本態様にあっては、ＤＣ／ＤＣコンバータと蓄電器とを一体化することができる。

（５）前記二次電池を更に備えることが好ましい。

電源システムには、蓄電器に加えて二次電池が更に含まれており、これらがＤＣ／ＤＣコンバータと一体的に管理される。

（６）前記負荷は、前記車両に搭載される第２の二次電池の電圧を降圧する第２のＤＣ／ＤＣコンバータから電力が供給されることが好ましい。

第２のＤＣ／ＤＣコンバータが第２の二次電池の電圧を降圧して負荷に電力を供給するため、ＤＣ／ＤＣコンバータの充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。

（７）前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを更に備えることが好ましい。

電源システムには、蓄電器に加えて第２のＤＣ／ＤＣコンバータが更に含まれており、これらがＤＣ／ＤＣコンバータと一体的に管理される。

（８）前記負荷は、前記車両に搭載されたエンジンに連動して発電する車載発電機から電力が供給されることが好ましい。

車載発電機が負荷に電力を供給するため、ＤＣ／ＤＣコンバータの充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。

（９）前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記二次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定値より低下した場合、前記負荷に供給される電圧を変換して前記二次電池を充電することが好ましい。

二次電池のＳＯＣが所定値より低下した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが、第２のＤＣ／ＤＣコンバータから負荷に供給される電圧を変換して二次電池を充電するため、二次電池のＳＯＣが一定以上に保持される。

（１０）前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記二次電池の充電中に前記蓄電器の電圧が前記第１電圧より低下した場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電することが好ましい。

二次電池が充電中であっても、蓄電器の電圧が第１電圧より低下した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが二次電池の充電を停止し、二次電池を放電させて蓄電器を充電する。これにより、二次電池が充電中であるか否かに関わらず、蓄電器では抑えきれない負荷の電圧変動が、二次電池からの電力によって抑制される。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電源システムＳの構成例を示すブロック図である。電源システムＳは、車両Ｃに搭載された低圧電池１００（二次電池に相当）を充放電するＤＣ／ＤＣコンバータ１と、車両Ｃの負荷群２００に接続されて電力を一時的に蓄電する蓄電器２とを少なくとも備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、低圧電池１００及び蓄電器２の間に接続されており、双方向に電圧を変換する。低圧電池１００が電源システムＳに含まれていてもよい。

低圧電池１００は、例えばリチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、従来の鉛蓄電池と比較して体積エネルギー密度及び質量エネルギー密度が遙かに高いため、負荷群２００に対する電源のバックアップとして好適である。

蓄電器２は、例えば電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ＝Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）又はリチウムイオンキャパシタであり、低圧電池１００よりも内部抵抗が低く、短時間での充放電が可能である。リチウムイオン電池を蓄電器２として用いてもよい。

負荷群２００は、車両Ｃを駆動するための高圧電池３００（第２の二次電池に相当）の電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３（第２のＤＣ／ＤＣコンバータに相当）から一定の電源電圧が定常的に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３が電源システムＳに含まれてもよい。

図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の構成例を示すブロック図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、トランジスタという）等のスイッチング素子を含む２つのアームＡ，Ｂを有するフルブリッジ回路（以下、単にフルブリッジ回路という）と、各トランジスタをオン／オフに駆動する駆動回路１１を有する駆動制御部１０とを備える。

アームＡのトランジスタＱ１は、ドレインが平滑用のコンデンサＣ１１の一端に接続されると共に抵抗器Ｒ１１を介して低圧電池１００の一端に接続され、ソースがトランジスタＱ２のドレイン及びインダクタＬ１の一端に接続され、ゲートが駆動回路１１に接続されている。トランジスタＱ２は、ソースが共通電位に接続され、ゲートが駆動回路１１に接続されている。コンデンサＣ１１の他端及び低圧電池１００の他端は、共通電位に接続されている。抵抗器Ｒ１１の両端は増幅器Ｚ１の入力端子に接続されている。増幅器Ｚ１は電流センスアンプであり、抵抗器Ｒ１１に流れる電流に比例した電圧を駆動制御部１０に与えるようになっている。

アームＢのトランジスタＱ３は、ドレインが平滑用のコンデンサＣ１２の一端及び蓄電器２の一端に接続され、ソースがトランジスタＱ４のドレイン及びインダクタＬ１の他端に接続され、ゲートが駆動回路１１に接続されている。トランジスタＱ４は、ソースが共通電位に接続され、ゲートが駆動回路１１に接続されている。コンデンサＣ１２の他端及び蓄電器２の他端は、共通電位に接続されている。

駆動制御部１０は、駆動回路１１に加えて、駆動回路１１に対する制御を行うマイクロコンピュータ（以下マイコンという）１２と、ＰＷＭ信号を生成するための三角波を発生して駆動回路１１に与える三角波発生回路１３と、増幅器１４とを有する。駆動回路１１には、低圧電池１００の電圧Ｖ１及び蓄電器２の電圧Ｖ２が与えられる他に、マイコン１２から低圧電池１００の充電／放電を指示する信号と、フルブリッジ回路の駆動／停止を指示する信号とが与えられる。

マイコン１２は、不図示のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が実行するソフトウェアにより、信号処理を実現する。マイコン１２には、低圧電池１００の電圧Ｖ１及び蓄電器２の電圧Ｖ２と、抵抗器Ｒ１１で検出されて増幅器Ｚ１で増幅された充放電電流を示す電圧信号とが入力されている。マイコン１２は、これらの電圧及び電圧信号をＡ／Ｄ変換して信号処理の入力値とする。

具体的には、マイコン１２は、蓄電器２の電圧Ｖ２に基づいて、低圧電池１００の充電／放電を指示する信号と、フルブリッジ回路の駆動／停止を指示する信号とを駆動回路１１に与える。マイコン１２は、また、低圧電池１００の電圧Ｖ１と、充放電電流を示す電圧信号とに基づいて、低圧電池１００のＳＯＣを時系列的に算出する。マイコン１２は、更に、充電及び放電夫々について異なる目標電流を示すレベル信号を増幅器１４に与える。

増幅器１４は、非反転入力端子が増幅器Ｚ１の出力端子に接続されており、充放電の目標電流を示すレベル信号が反転入力端子に与えられる。増幅器１４はエラーアンプであり、目標電流に対する、抵抗器Ｒ１１に流れる電流の誤差を増幅して、誤差電圧を駆動回路１１に与える。

駆動回路１１は、マイコン１２から与えられる充電／放電を指示する信号に応じて、フルブリッジ回路による電圧の変換方向を決定する。駆動回路１１は、決定した電圧の変換方向と、電圧Ｖ１及びＶ２の大きさとに応じて、アームＡ，Ｂ夫々による降圧、昇圧又は素通しの動作を決定する。

アームＡ又はＢの動作が降圧に決定された場合、駆動回路１１からトランジスタＱ１又はＱ３にＰＷＭ信号が与えられる。アームＡ又はＢの動作が昇圧に決定された場合、駆動回路１１からトランジスタＱ２又はＱ４にＰＷＭ信号が与えられる。ＰＷＭ信号は、例えば増幅器１４からの誤差電圧と、三角波発生回路１３からの三角波とを比較することによって生成される。アームＡ又はＢの動作が素通しに決定された場合、トランジスタＱ１又はＱ３がオンに固定され、トランジスタＱ２又はＱ４がオフに固定される。いわゆるデッドタイムを除けば、トランジスタＱ１及びＱ２、並びにトランジスタＱ３及びＱ４は相補的にオンされる。

図３は、低圧電池１００の充電及び放電と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１による昇圧及び降圧との関係を示すタイミングチャートである。図３に４段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてあり、縦軸は広義の状態を表す。最上段のタイミングチャートは、マイコン１２から与えられる充電／放電を指示する信号に応じて充電及び放電の状態が継続する期間を表す。上から２段目のタイミングチャートは、駆動回路１１に与えられる電圧Ｖ１及びＶ２の高低関係が変化するタイミングの一例を表す。上から３段目及び４段目のタイミングチャートは、充電及び放電の状態と、電圧Ｖ１及びＶ２の高低関係とに基づいて決定されるアームＡ及びＢによる昇圧及び降圧の動作が継続する期間を表す。

ここでは、時刻ｔ０からｔ２までの期間に低圧電池１００が充電され、時刻ｔ２で充電が中断され、時刻ｔ２からｔ４までの期間に低圧電池１００が放電されるものとする。また、時刻ｔ０からｔ１（ｔ０＜ｔ１＜ｔ２）までの期間中と、時刻ｔ３からｔ４（ｔ２＜ｔ３＜ｔ４）までの期間中は、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より低く、時刻ｔ１からｔ３までの期間中は、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より高いものとする。

例えば、低圧電池１００の充電が決定された期間のうち、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より低い時刻ｔ０からｔ１までの期間中は、アームＡが素通しに制御され、且つアームＢによって電圧Ｖ２が降圧され、この降圧期間中に抵抗器Ｒ１１を流れる電流が、充電の目標電流と一致するようにＰＷＭ制御される。電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より高い時刻ｔ１からｔ２までの期間中は、アームＢが素通しに制御され、且つアームＡによって電圧Ｖ２が昇圧され、この昇圧期間中に抵抗器Ｒ１１を流れる電流が、充電の目標電流と一致するようにＰＷＭ制御される。時刻ｔ１にて、アームＢによる降圧からアームＡによる昇圧に切り替える方法については、様々な技術が既に提案されているので、ここでの説明を省略する。

同様に、低圧電池１００の放電に切り替えられた期間のうち、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より高い時刻ｔ２からｔ３までの期間中は、アームＢが素通しに制御され、且つアームＡによって電圧Ｖ１が降圧され、この降圧期間中に抵抗器Ｒ１１を流れる電流が、放電の目標電流と一致するようにＰＷＭ制御される。電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より低い時刻ｔ３からｔ４までの期間中は、アームＡが素通しに制御され、且つアームＢによって電圧Ｖ１が昇圧され、この昇圧期間中に抵抗器Ｒ１１を流れる電流が、放電の目標電流と一致するようにＰＷＭ制御される。

以上の駆動制御部１０における駆動回路１１及び増幅器１４の動作説明は、ハードウェアによって電圧信号等を処理する場合を例にしたものであるが、マイコン１２が実行するソフトウェアによって信号処理を行い、その結果によってトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を駆動するようにしてもよい。また、以上の動作説明は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との高低関係が一意に定まらないことを前提としていたが、例えば電圧Ｖ１が常に電圧Ｖ２より高い場合は、アームＢが不要となり、トランジスタＱ４が削減され、トランジスタＱ３が導線で置き換えられる。同様に、電圧Ｖ１が常に電圧Ｖ２より低い場合は、アームＡが不要となり、トランジスタＱ２が削減され、トランジスタＱ１が導線で置き換えられる。

上述の構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、低圧電池１００の電池電圧又はＳＯＣが低下した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から負荷群２００に供給される電圧を変換して低圧電池１００を緩やかに充電する。低圧電池１００がＤＣ／ＤＣコンバータ３からの電力により、直接的に充電されるようにしてもよい。この場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が低圧電池１００の電圧を変換して負荷群２００及び蓄電器２に電源電圧を供給することとなる。

負荷群２００にリアクタンス成分が含まれている場合等に、上記電源電圧が短時間内に急変動したときは、蓄電器２が電源電圧の変動を抑える。例えば、高圧電池３００等の高圧系は、安全のために車体からフローティングされており、車両Ｃの始動時にフローティングを解除するリレーに突入電流が流れるが、このような場合であっても、蓄電器２からの放電電流で電源電圧の低下が抑えられる。低圧電池１００又はＤＣ／ＤＣコンバータ１が故障した場合は、蓄電器２が一定時間だけ負荷群２００に動作電力を供給する。

具体的には、負荷群２００の電源電圧、即ち蓄電器２の電圧が第１電圧より低い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が低圧電池１００の電圧を変換して低圧電池１００を放電させることにより、蓄電器２が充電されて電圧が上昇する。低圧電池１００の放電は、例えば許容される最大限の電流にて行われ、蓄電器２の電圧が標準電圧（即ち負荷群２００の定格電圧に相当する電圧）まで上昇したときに停止される。例えば低圧電池１００のＳＯＣが低下して充電が進行している場合であっても、低圧電池１００の充電が中断されて上記の放電が行われる。

同様に、蓄電器２の電圧が第１電圧より高い第２電圧以上である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が蓄電器２の電圧を変換して低圧電池１００を充電することにより、蓄電器２が放電されて電圧が低下する。低圧電池１００の充電は、例えば許容される最大限の電流にて行われ、蓄電器２の電圧が標準電圧まで低下したときに停止される。

以下では、上述した駆動制御部１０の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、マイコン１２に予め格納されているコンピュータプログラムに従って不図示のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという）により実行される。図４及び図５は、実施形態１に係る電源システムＳで駆動回路１１の動作を制御するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図４，５の処理は、例えば一定の時間間隔で起動される。図中の低速充電フラグは、低速充電の実行を示すフラグであり、初期値を０としてマイコン１２内蔵のＲＡＭに記憶される。

図４の処理が起動された場合、ＣＰＵは、蓄電器２の電圧Ｖｃを取得し（Ｓ１１）、取得した電圧Ｖｃが第１電圧より低いか否かを判定する（Ｓ１２）。第１電圧は、負荷群２００が動作する電源電圧の下限である６Ｖより若干高い電圧である。電圧Ｖｃが第１電圧より低い場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して放電を指示する信号を設定する（Ｓ１３）と共に、増幅器１４に対して放電の目標電流を示すレベル信号を設定する（Ｓ１４）。これにより、後述する低速充電が行われている場合であっても、放電への切り替えが行われる。

ステップＳ１２で電圧Ｖｃが第１電圧より低くない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵは、電圧Ｖｃが第２電圧以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。第２電圧は、第１電圧より高い電圧であり、負荷群２００が動作する電源電圧の上限である１４Ｖより若干低い電圧である。電圧Ｖｃが第２電圧以上ではない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵは、後述するステップＳ３１に処理を移す。

ステップＳ１５で電圧Ｖｃが第２電圧以上である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して充電を指示する信号を設定する（Ｓ１６）と共に、増幅器１４に対して急速充電の目標電流を示すレベル信号を設定する（Ｓ１７）。急速充電の目標電流を示すレベル信号は、放電の目標電流を示すレベル信号と比較して、大きさが同等で極性が互いに逆である。

ステップＳ１４又はＳ１７で放電又は急速充電の目標電流を設定した場合、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して駆動を指示する信号を設定する（Ｓ１８）。これにより、駆動回路１１は、放電が指示されていた場合に低圧電池１００を放電させて蓄電器２を充電し、充電が指示されていた場合に蓄電器２を放電させて低圧電池１００を充電するように各トランジスタをオン／オフに駆動する。この場合、放電電流は放電の目標電流と一致するように、充電電流は急速充電の目標電流と一致するように制御される。放電電流又は充電電流が大きいほど、且つ充放電の開始が早いほど、過度に低下又は上昇した蓄電器２の電圧の回復が早まるのは言うまでもない。

次いで、ＣＰＵは、所定時間だけ待機して（Ｓ１９）蓄電器２の電圧が適当に変化するのを待ち受けた後、蓄電器２の電圧Ｖｃを取得し（Ｓ２０）、取得した電圧Ｖｃが標準電圧に達したか否かを判定する（Ｓ２１）。標準電圧は、負荷群２００が標準的に要求する動作電圧であり、例えば１２Ｖである。電圧Ｖｃが標準電圧に達していない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵは、蓄電器２の電圧を判定する処理を繰り返すために、ステップＳ１９に処理を移す。

一方、電圧Ｖｃが標準電圧に達した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、即ち、電圧Ｖｃが第１電圧から標準電圧まで上昇するか、又はで電圧Ｖｃが第２電圧から標準電圧まで低下した場合、ＣＰＵは、低速充電フラグが１にセットされているか否かを判定する（Ｓ２２）。低速充電フラグが１にセットされていない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、即ち低速充電が実行されていなかった場合、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して停止を指示する信号を設定して（Ｓ２３）図４の処理を終了する。

一方、低速充電フラグが１にセットされている場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、即ち低速充電が実行されていた場合、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して充電を指示する信号を設定する（Ｓ２４）と共に、増幅器１４に対して低速充電の目標電流を示すレベル信号を設定して（Ｓ２５）図４，５の処理を終了する。

図５に移って、ＣＰＵは、低圧電池１００のＳＯＣが第１閾値（所定値に相当）より小さいか否かを判定する（Ｓ３１）。第１閾値は、適当に設定されたＳＯＣの下限値である。ＣＰＵは、図４，５に示す処理とは異なる処理にて、時系列的にＳＯＣを算出しているものとする。

ＳＯＣが第１閾値より小さい場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して充電を指示する信号を設定する（Ｓ３２）と共に、増幅器１４に対して低速充電の目標電流を示すレベル信号を設定する（Ｓ３３）。低速充電の目標電流は、急速充電の目標電流よりも小さい電流にすることができる。その後、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して駆動を指示する信号を設定し（Ｓ３４）、更に低速充電フラグを１にセットしておいて（Ｓ３５）、次の起動を待ち受けるために図４，５の処理を終了する。

一方、ステップＳ３１でＳＯＣが第１閾値より小さくない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、ＣＰＵは、ＳＯＣが第１閾値より大きい第２閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ３６）。ＳＯＣが第１閾値未満でもなく第２閾値以上でもない場合（Ｓ３６：ＮＯ）、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して特段の信号も設定せずに図４，５の処理を終了する。一方、ＳＯＣが第２閾値以上である場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、駆動回路１１に対して停止を指示する信号を設定し（Ｓ３７）、更に低速充電フラグを０にクリアして（Ｓ３８）、図４，５の処理を終了する。

以上のように本実施形態１によれば、車両Ｃの負荷群２００に接続された蓄電器２が負荷群２００との間で一時的に電力を蓄電し、蓄電器２及び低圧電池１００の間に接続されたＤＣ／Ｃコンバータ１が双方向に電圧変換する。負荷群２００の消費電流が急増して蓄電器２の電圧が第１電圧より低下した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が低圧電池１００を放電させて蓄電器２を充電する。また、負荷群２００からの回生電力で蓄電器２の電圧が第２電圧以上となった場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が蓄電器２を放電させて低圧電池１００を充電する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、負荷変動が発生してから充放電を開始するまでの応答時間を過度に短くせずに済み、併せて充放電開始時のピーク電流が抑制される。従って、負荷変動を抑制すべく負荷群２００に電流を入出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１の過度な高速化及び大電流化を不要とすることができる。

また、実施形態１によれば、低圧電池１００がリチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池であり、エネルギー密度が高いため、容積及び質量が比較的小さくとも、負荷群２００に対する電源の供給を好適にバックアップすることができる。

更に、実施形態１によれば、蓄電器２が電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池であり、急速な充放電特性に優れているため、負荷電流の急激な変動による負荷群２００の電圧変動を好適に防止することができる。

更に、実施形態１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と蓄電器２とを一体化することができる。

更に、実施形態１によれば、電源システムＳには、蓄電器２に加えて低圧電池１００が更に含まれており、これらをＤＣ／ＤＣコンバータ１と一体的に管理することができる。

更に、実施形態１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が高圧電池３００の電圧を降圧して負荷群２００に定常的に電力を供給するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。

更に、実施形態１によれば、電源システムＳには、蓄電器２に加えてＤＣ／ＤＣコンバータ３が更に含まれており、これらをＤＣ／ＤＣコンバータ１と一体的に管理することができる。

更に、実施形態１によれば、低圧電池１００のＳＯＣが第１閾値より低下した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から負荷群２００に供給される電圧を変換して低圧電池１００を充電するため、低圧電池１００のＳＯＣを一定以上に保持することができる。

更に、実施形態１によれば、低圧電池１００が低速充電中であっても、蓄電器２の電圧が第１電圧より低下した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が低圧電池１００の充電を停止し、低圧電池１００を放電させて蓄電器２を充電する。従って、低圧電池１００が充電中であるか否かに関わらず、蓄電器２では抑えきれない負荷群２００の電圧変動を、低圧電池１００からの電力によって抑制することができる。

（変形例１）
実施形態１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が高圧電池３００の電圧を降圧して負荷群２００に電力を供給する形態であるのに対し、変形例１は、車載のオルタネータ４００（車載発電機に相当）が負荷群２００に電力を供給する形態である。図６は、変形例１に係る電源システムＳ１の構成例を示すブロック図である。電源システムＳ１では、負荷群２００は、車両Ｃのエンジンに連動して発電するオルタネータ４００から一定の電源電圧が供給される。その他の接続構成については実施形態１の図１に示すものと同様であるため、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。

本変形例１にあっては、実施形態１の高圧電池３００及びＤＣ／ＤＣコンバータ３がオルタネータ４００に置き換わっているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の動作は実施形態１の場合と同様である。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、低圧電池１００の電池電圧又はＳＯＣが低下した場合に、オルタネータ４００から負荷群２００に供給される電圧を変換して低圧電池１００を緩やかに充電する。低圧電池１００がオルタネータ４００からの電力により、直接的に充電されるようにしてもよい。この場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が低圧電池１００の電圧を変換して負荷群２００及び蓄電器２に電源電圧を供給することとなる。

また、負荷群２００の電源電圧、即ち蓄電器２の電圧が第１電圧より低い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が低圧電池１００の電圧を変換して低圧電池１００を放電させることにより、蓄電器２が充電されて電圧が上昇する。同様に、蓄電器２の電圧が第１電圧より高い第２電圧以上である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が蓄電器２の電圧を変換して低圧電池１００を充電することにより、蓄電器２が放電されて電圧が低下する。

本変形例１に係る電源システムＳ１で駆動回路１１の動作を制御するＣＰＵの処理手順は、実施形態１の図４，５に示すものと同様であるため、フローチャートの図示及びその説明を省略する。

以上のように本変形例１によれば、オルタネータ４００が負荷群２００に電力を供給するためオルタネータ４００から低圧電池１００に電力が供給されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の充放電の頻度が下がって損失が抑えられる。

１、３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２ 蓄電器
１０ 駆動制御部
１１ 駆動回路
１２ マイコン
１３ 三角波発生回路
１４ 増幅器
１００ 低圧電池
２００ 負荷群
３００ 高圧電池
４００ オルタネータ
Ａ、Ｂ アーム
Ｃ 車両
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４ トランジスタ
Ｃ１１、Ｃ１２ コンデンサ
Ｌ１ インダクタ
Ｒ１１ 抵抗器
Ｚ１ 増幅器

Claims (10)

1. 車両の負荷に接続されて一時的に電力を蓄電する蓄電器と、前記車両に搭載された二次電池との間に接続されて双方向に電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータであって、
   前記蓄電器の電圧が第１電圧より低い場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電し、
   前記蓄電器の電圧が前記第１電圧より高い第２電圧以上である場合、前記蓄電器の電圧を変換して前記二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記二次電池は、リチウムイオン電池を含む非水電解質二次電池である請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記蓄電器は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン電池を含む請求項１又は２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電器とを備える電源システム。
5. 前記二次電池を更に備える請求項４に記載の電源システム。
6. 前記負荷は、前記車両に搭載される第２の二次電池の電圧を降圧する第２のＤＣ／ＤＣコンバータから電力が供給される請求項４又は５に記載の電源システム。
7. 前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを更に備える請求項６に記載の電源システム。
8. 前記負荷は、前記車両に搭載されたエンジンに連動して発電する車載発電機から電力が供給される請求項４又は５に記載の電源システム。
9. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記二次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定値より低下した場合、前記負荷に供給される電圧を変換して前記二次電池を充電する請求項６から８の何れか１項に記載の電源システム。
10. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記二次電池の充電中に前記蓄電器の電圧が前記第１電圧より低下した場合、前記二次電池の電圧を変換して前記蓄電器を充電する請求項９に記載の電源システム。

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