JP2020072591A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】メインＤＤＣの故障時にも車両を継続して走行させる。【解決手段】車両用電源システム（１００）は、バッテリ（１３０）と補機系との間に設けられたメインＤＣＤＣコンバータ（１５０）と、バッテリを充電するための充電器（１２０）内に設けられたサブＤＣＤＣコンバータ（１２５）と、メインＤＣＤＣコンバータを介さない経路でバッテリと接続されたＡＣインバータ（１７０）と、ＡＣインバータと充電器との電気的接続を切替可能な放電リレー（１８０）と、バッテリから補機系への電力供給を制御する制御部（１９０）とを備える。制御部は、メインＤＣＤＣコンバータが正常な場合には、メインＤＣＤＣコンバータを介して、電力を補機系へと供給し、メインＤＣＤＣコンバータが正常でない場合には、ＡＣインバータ、放電リレー、及びサブＤＣＤＣコンバータを介して、電力を補機系へと供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の各部に電力を供給する車両用電源システム技術分野に関する。

この種のシステムとして、メインバッテリの電力を、ＤＣＤＣコンバータ（以下、適宜「ＤＤＣ」と称する）を介して補機系に供給するものが知られている。例えば特許文献１では、メインバッテリで回収しきれなかった電力を、メインＤＤＣを用いて補機バッテリに充電する技術が開示されている。特許文献２では、メインバッテリの充電が制限されている場合に、メインＤＤＣとＡＣＤＣコンバータとで配分を決めて、補機に電力を供給する技術が開示されている。

特開２０１２−２２３０４３号公報 国際公開第２０１２／１４０７４６号

上述した特許文献に記載されている技術では、メインＤＤＣの故障時には補機系に電力を供給することができなくなる。このため、メインＤＤＣの故障がしてしまうと、車両が走行不可能になってしまうおそれがある。より具体的には、故障箇所が一部だけであっても（即ち、メインＤＤＣの故障だけで、その他の部分は正常であっても）、それだけで車両が走行不可能になってしまうという技術的問題点を有している。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、メインＤＤＣの故障時にも車両を継続して走行させることが可能な車両用電源システムを提供することを課題とする。

本発明に係る車両用電源システムの一態様では、バッテリと補機系との間に設けられたメインＤＣＤＣコンバータと、前記バッテリを充電するための充電器内に設けられたサブＤＣＤＣコンバータと、前記メインＤＣＤＣコンバータを介さない経路で前記バッテリと接続されたＡＣインバータと、前記ＡＣインバータと前記充電器との電気的接続を切替可能な放電リレーと、前記バッテリから前記補機系への電力供給を制御する制御部とを備える車両用電源システムであって、前記制御部は、（ｉ）前記メインＤＣＤＣコンバータが正常に動作している場合には、前記メインＤＣＤＣコンバータを介して、前記バッテリの電力を前記補機系へと供給し、（ｉｉ）前記メインＤＣＤＣコンバータが正常に動作していない場合には、前記ＡＣインバータ、前記放電リレー、及び前記サブＤＣＤＣコンバータを介して、前記バッテリの電力を前記補機系へと供給する。

実施形態に係る車両用電源システムの回路構成を示すブロック図である。 実施形態に係る車両用電源システムの動作の流れを示すフローチャートである。 メインＤＤＣの故障に応じた電力供給の経路の変化を示す概念図である。

以下、図面を参照して車両用電源システムの実施形態について説明する。

（回路構成）
まず、本実施形態に係る車両用電源システムの回路構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両用電源システムの回路構成を示すブロック図である。

図１において、本実施形態に係る車両用電源システム１００は、例えばハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両に搭載されており、該車両の各部に対して駆動電力を供給することが可能に構成されている。車両用電源システム１１０は、その主な構成要素として、外部電源入力部１１０と、充電器１２０と、バッテリ１３０と、切替部１４０と、メインＤＤＣ１５０と、補機系出力部１６０と、ＡＣインバータ１７０と、放電リレー１８０と、制御ユニット１９０とを備えて構成されている。

外部電源入力部１１０は、外部電源（例えば、家庭用ＡＣ１００／２００∨コンセント）から供給される電力を入力可能に構成されている。外部電源入力１１０から入力された電力は、充電器１２０に出力される構成となっている。

充電器１２０は、外聞電源入力部１１０から供給される電力をバッテリ１３０に充電するための動作を実行可能に構成されている。また、本実施形態に係る充電器１２０は特に、サブＤＤＣ１２５を備えている。サブＤＤＣ１２５は、入力された電力を変換し、補機系出力部１６０に出力可能なＤＣＤＣコンバータである。サブＤＤＣ１２５は、後述する付記における「サブＤＣＤＣコンバータ」の一具体例である。

バッテリ１３０は、例えばリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池を含んで構成されている。バッテリ１３０は、車両の駆動力を発生させるための電力（例えば、図示せぬモータジェネレータ等を駆動する電力）を供給可能である他、車両の補機系（即ち、車両に搭載される各種補機や補機バッテリ等を含む低電圧系）に電力を供給可能に構成されている。

切替部１４０は、バッテリからの電力供給経路を切替可能なスイッチを含んで構成されている。具体的には、切替部１４０は、バッテリからの電力をメインＤＤＣ１５０側に供給するか、それともＡＣインバータ１７０側に供給するかを切替可能に構成されている。

メインＤＤＣ１５０は、バッテリ１３０からの電力を、補機系に供給するのに適した電圧（即ち、低電圧）に変換するＤＣＤＣコンバータである。メインＤＤＣ１５０は、バッテリ１３０から切替部１４０を介して供給される電力を変換して、補機系出力部１６０に出力することが可能に構成されている。メインＤＤＣ１５０は、後述する付記における「メインＤＣＤＣコンバータ」の一具体例である。

補機系出力部１６０は、メインＤＤＣ１５０及びサブＤＤＣ１２５の各々から供給される電力を、車両の補機系に出力可能に構成されている。

ＡＣインバータ１７０は、入力される電力をＡＣ−ＤＣ間で変換して出力可能なインバータである。ＡＣインバータ１７０は、例えば車室内にＡＣ１００Ｖを出力する場合に動作する。また、本実施形態に係るＡＣインバータ１７０は特に、バッテリ１３０から切替部１４０を介して入力される電力を、放電リレー１８０を介して充電器１２０側に供給することが可能に構成されている。

放電リレー１８０は、ＡＣインバータ１７０及び充電器１２０間の電気的接続を切替可能なスイッチを含んで構成されている。放電リレー１８０が接続された状態となると、ＡＣインバータ１７０から出力される電力が充電器１２０に供給されるようになる。

制御ユニット１９０は、車両用電源システム１００の各部の動作を制御可能に構成されたコントロールユニット（例えば、ＰＣＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。本実施形態に係る制御ユニット１５０は、少なくとも切替部１４０のオンオフ（言い換えれば、バッテリ１３０からの電力供給経路）、及び放電リレー１８０のオンオフ（言い換えれば、ＡＣインバータ１７０から充電器１２０への電力供給可否）を切替可能に構成されている。制御ユニット１９０は、後述する付記における「制御部」の一具体例である。

なお、車両用電源システム１００は、上述した各部の他にも複数の構成要素を含んで構成されるが、本実施形態との関連性が薄く、既存の技術を適用して構成することができるものについては、適宜図示を省略している。

（動作説明）
次に、本実施形態に係る車両用電源システム１００による動作（特に、バッテリから補機系への電力供給経路を変更する際の動作）について、図２を参照して説明する。図２は、実施形態に係る車両用電源システムの動作の流れを示すフローチャートである。なお、図２の各処理は、制御ユニット１９０で実行されるものである。

図２に示すように、本実施形態に係る車両用電源システム１００の動作時には、まずメインＤＤＣ１５０に異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。メインＤＤＣ１５０の異常は、例えばＮＯＤＤ信号を参照して判定することができる。なお、メインＤＤＣ１５０に異常が発生していないと判定された場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、車両において通常走行が継続される（ステップＳ１２）。具体的には、バッテリ１３０からの電力をメインＤＤＣ１５０で変換して補機系に出力する動作が実行され続ける。

一方、メインＤＤＣ１５０に異常が発生していると判定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、サブＤＤＣ１２５に異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。サブＤＤＣ１２５の異常は、例えば充電ＩＦ回路（図示せず）から送られてくるサブＤＤＣ１２５の状態変数を参照して判定することができる。

サブＤＤＣ１２５に異常が発生してないと判定された場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、ＣＨＲ（充電器１２０内部の充電リレー（図示せず））の溶着診断において異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＣＨＲ溶着診断は、例えば複数の放電リレースイッチ（例えば、ＣＨＲＢ、ＣＨＲＧ）を１つずつ動かし、充電電圧ＶＣＨＧの有無を確認することで行える。

ＣＨＲの溶着診断において異常が発生していないと判定された場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、ＡＣインバータ１７０に異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。ＡＣインバータ１７０の異常は、例えば充電ＩＦ回路から送られてくるＡＣインバータ１７０の状態変数を参照して判定することができる。

ＡＣインバータ１７０に異常が発生していないと判定された場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、放電リレー１８０の溶着診断において異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。放電リレーの溶着診断は、例えば複数の放電リレースイッチ（例えば、ＡＣＲＢ、ＡＣＲＧ）を１つずつ動かし、ＡＣ電圧の有無を確認することで行える。

放電リレー１８０の溶着診断において異常が発生していないと判定された場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、車両においてサブＤＤＣ１２５を利用した退避走行が行われる。退避走行時には、バッテリ１３０からの電力が、メインＤＤＣ１５０側ではなく、ＡＣインバータ１７０側に流れるように切替部１４０が制御される。また、放電リレー１８０が、ＡＣインバータ１７０及び充電器１２０間を電気的に接続するように制御される。その上で、サブＤＤＣ１２５及びＡＣインバータ１７０が駆動されることで、バッテリ１３０からの電力が、サブＤＤＣ１２５を介して補機系へと出力される。

なお、サブＤＤＣ１２５に異常が発生していると判定された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ＣＨＲの溶着診断において異常が発生していると判定された場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＡＣインバータ１７０に異常が発生していると判定された場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、又は放電リレー１８０の溶着診断において異常が発生していると判定された場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）には、退避走行も不可能であると判断し、車両がＲｅａｄｙ−ＯＦＦとされる（ステップＳ１８）。

（技術的効果）
次に、本実施形態に係る車両用電源システム１００によって得られる技術的効果について、図３を参照して説明する。図３は、メインＤＤＣの故障に応じた電力供給の経路の変化を示す概念図である。

図３に示すように、本実施形態に係る車両用電源システム１００によれば、メインＤＤＣ１５０が正常に動作している場合には、バッテリ１３０、切替部１４０、メインＤＤＣ、補機出力部１７０という経路で、車両の補機系へと電力供給が行われる。一方で、メインＤＤＣ１５０に異常が発生している場合には、バッテリ１３０、切替部１４０、ＡＣインバータ１８０、放電リレー１９０、サブＤＤＣ１２５、補機出力部１７０という経路で、車両の補機系へと電力供給が行われる。

以上の結果、本実施形態に係る車両用電源システム１００は、メインＤＤＣ１５０に異常が発生した場合でも、補機系への電力供給を継続することができる。このため、車両用電源システム１００を搭載した車両は、メインＤＤＣ１５０の故障時にも走行を継続することができる。なお、ＡＣインバータ１８０、放電リレー１９０、サブＤＤＣ１２５は、メインＤＤＣ１５０の故障時以外にも利用可能なものであり、退避走行時の電力供給ルートとしてだけ機能するものではない。よって、本実施形態に係る車両用電源システム１００によれば、退避走行専用の電力供給経路を別途設ける場合と比較して、システム構成の複雑化を防止することができる。

＜付記＞
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

（付記１）
付記１に記載の車両用電源システムは、バッテリと補機系との間に設けられたメインＤＣＤＣコンバータと、前記バッテリを充電するための充電器内に設けられたサブＤＣＤＣコンバータと、前記メインＤＣＤＣコンバータを介さない経路で前記バッテリと接続されたＡＣインバータと、前記ＡＣインバータと前記充電器との電気的接続を切替可能な放電リレーと、前記バッテリから前記補機系への電力供給を制御する制御部とを備える車両用電源システムであって、前記制御部は、（ｉ）前記メインＤＣＤＣコンバータが正常に動作している場合には、前記メインＤＣＤＣコンバータを介して、前記バッテリの電力を前記補機系へと供給し、（ｉｉ）前記メインＤＣＤＣコンバータが正常に動作していない場合には、前記ＡＣインバータ、前記放電リレー、及び前記サブＤＣＤＣコンバータを介して、前記バッテリの電力を前記補機系へと供給する。

付記１に記載の車両用電源システムによれば、バッテリから補機系へと電力を供給するメインＤＤＣが故障してしまった場合であっても、メインＤＤＣを介さない他の経路（具体的には、ＡＣインバータ、放電リレー、及びサブＤＣＤＣコンバータの各々を介する経路）を用いて、バッテリから補機系へと電力を供給することができる。このため、メインＤＤＣが故障した場合にも、車両の走行を継続させることが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両用電源システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１００ 車両用電源システム
１１０ 外部電源入力部
１２０ 充電器
１２５ サブＤＤＣ
１３０ バッテリ
１４０ 切替部
１５０ 制御ユニット
１６０ メインＤＤＣ
１７０ 補機系出力部
１８０ ＡＣインバータ
１９０ 放電リレー

Claims (1)

1. バッテリと補機系との間に設けられたメインＤＣＤＣコンバータと、
   前記バッテリを充電するための充電器内に設けられたサブＤＣＤＣコンバータと、
   前記メインＤＣＤＣコンバータを介さない経路で前記バッテリと接続されたＡＣインバータと、
   前記ＡＣインバータと前記充電器との電気的接続を切替可能な放電リレーと、
   前記バッテリから前記補機系への電力供給を制御する制御部と
   を備える車両用電源システムであって、
   前記制御部は、（ｉ）前記メインＤＣＤＣコンバータが正常に動作している場合には、前記メインＤＣＤＣコンバータを介して、前記バッテリの電力を前記補機系へと供給し、（ｉｉ）前記メインＤＣＤＣコンバータが正常に動作していない場合には、前記ＡＣインバータ、前記放電リレー、及び前記サブＤＣＤＣコンバータを介して、前記バッテリの電力を前記補機系へと供給する
   ことを特徴とする車両用電源システム。

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