JP2023086278A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電器が過充電及び残量不足になることを防止しつつ、蓄電器のオープン故障の検知を行うことができる電源システムを提供する。【解決手段】電源システム１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に電気的に接続された第１バッテリ６と、第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とを検出する電流センサ１０と、第１バッテリ６が正常である状態では、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流値と第１バッテリ６から出力される電流値とが交互に検出されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行する充放電制御部１４と、オープン故障検知制御の実行時に電流センサ１０により電流が検出されないときは、第１バッテリ６のオープン故障が発生していると判定するオープン故障判定部１５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関する。

近年、車両の自動運転等の技術進展により、車両の負荷への電力の安定供給に関する議論がなされている。負荷に電力を供給する電源システムとしては、例えばＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子にバッテリと負荷とを並列に接続する構成が知られている。このような構成においては、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を負荷に供給することができない状態になった場合等の緊急時に、バッテリから負荷へ電力を供給することができる。このため、緊急時にバッテリから負荷へ電力を供給することができるように、定期的にバッテリのオープン故障の有無を検知することが望ましい。

例えば特許文献１には、自動車両の電源バッテリの断線検出システムが記載されている。特許文献１に記載の電源バッテリの断線検出システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された低電圧バッテリと、低電圧バッテリと並列に接続された負荷と、低電圧バッテリに流れる電流の電流値を検出する電流センサと、低電圧バッテリが充電または放電するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御すると共に、電流センサの検出値に基づいて低電圧バッテリが断線しているかどうかを検出する電子コントロールユニットとを備えている。

特表２０１６－５２８８７０号公報

上記従来技術においては、低電圧バッテリが充電されるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているときに、低電圧バッテリ内の断線の有無を検出するか、或いは低電圧バッテリが放電するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているときに、低電圧バッテリ内の断線の有無を検出している。しかし、低電圧バッテリの充電状態を一定時間継続させると、低電圧バッテリの過充電につながる。また、低電圧バッテリの放電状態を一定時間継続させると、低電圧バッテリの充電率が低下し、低電圧バッテリの残量が減少してしまう。例えばＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を負荷に供給することができない状態になった場合等の緊急時に、低電圧バッテリの残量が低下していると、低電圧バッテリから負荷に電力を供給することができなくなる。

本発明の目的は、蓄電器が過充電及び残量不足になることを防止しつつ、蓄電器のオープン故障の検知を行うことができる電源システムを提供することである。

本発明の一態様に係る電源システムは、直流電圧変換器と、負荷に接続されると共に直流電圧変換器に電気的に接続され、直流電圧変換器からの出力電力が供給される第１配線と、第１配線及び直流電圧変換器と電気的に接続される第２配線と、第２配線に接続され、第２配線に出力電力を供給すると共に直流電圧変換器の出力電力が供給される蓄電器と、蓄電器に入力される電流の電流値と蓄電器から出力される電流の電流値とを検出する電流検出部と、蓄電器が正常である状態では、電流検出部によって蓄電器に入力される電流の電流値と蓄電器から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、直流電圧変換器の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行する制御部と、オープン故障検知制御の実行時に電流検出部により電流値が検出されないときは、蓄電器のオープン故障が発生していると判定する判定部とを備える。

このような電源システムにおいては、蓄電器が正常である状態では、電流検出部によって蓄電器に入力される電流の電流値と蓄電器から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、直流電圧変換器の出力電力を変動させるオープン故障検知制御が実行される。オープン故障検知制御の実行時に電流検出部により電流が検出されないときは、蓄電器のオープン故障が発生していると判定される。このように蓄電器に入力される電流の電流値と蓄電器から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように直流電圧変換器の出力電力を変動させることにより、蓄電器が正常である状態では、蓄電器の充電及び放電が交互に行われることになる。従って、蓄電器の充電のみを行って、蓄電器のオープン故障の有無を検知する場合に比べて、蓄電器の充電状態の継続時間が短縮されるため、蓄電器が必要以上に充電されることが抑制される。また、蓄電器の放電のみを行って、蓄電器のオープン故障の有無を検知する場合に比べて、蓄電器の放電状態の継続時間が短縮されるため、蓄電器の充電率が必要以上に低下することが抑制される。これにより、蓄電器が過充電及び残量不足になることを防止しつつ、蓄電器のオープン故障の検知が行われる。

制御部は、蓄電器が正常である状態では、電流検出部により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくようにオープン故障検知制御を実行してもよい。このような構成では、電流検出部により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくように、蓄電器の充電及び放電が交互に行われることになる。従って、オープン故障検知制御の実行によって蓄電器の充電率が大きく変動することが抑制される。

電源システムは、蓄電器の充電率を検知する充電率検知部を更に備え、制御部は、蓄電器の充電率が規定値よりも低いときは、蓄電器の充電率が規定値に達するまで、蓄電器に継続して直流電圧変換器の出力電力が供給されるように直流電圧変換器を制御し、蓄電器の充電率が規定値に達した後、オープン故障検知制御を実行してもよい。このような構成では、蓄電器の充電率が規定値よりも低いときは、蓄電器の充電率が規定値に達するまで蓄電器の充電が行われることとなる。従って、蓄電器の自然放電により蓄電器の充電率が低くなっても、オープン故障検知制御の実行時には、蓄電器の充電率が規定値に維持される。

本発明によれば、蓄電器が過充電及び残量不足になることを防止しつつ、蓄電器のオープン故障の検知を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。 図１に示されたＥＣＵにより実行される処理手順の詳細を示すフローチャートである。 バッテリのオープン故障が発生しない正常時における動作の一例を示すタイミング図である。 バッテリのオープン故障が発生したときの動作の一例を示すタイミング図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態の電源システム１は、自動車等の車両に搭載されている。車両は、複数の負荷２を備えている。負荷２は、電源システム１から電力を供給されて動作する。負荷２は、例えばランプ類、カーナビゲーション、エアコン及びワイパー等である。

電源システム１は、入力配線３と、第１配線４と、第２配線５と、第１バッテリ６と、第２バッテリ７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、電圧センサ９と、電流センサ１０と、ＥＣＵ１１（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）と、警告器１２とを備えている。

入力配線３は、第２バッテリ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８とを電気的に接続している。第１配線４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子と各負荷２とを接続している。即ち、第１配線４は、各負荷２に接続されると共にＤＣ／ＤＣコンバータ８と電気的に接続されている。

第２配線５は、第１配線４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子と第１バッテリ６とを接続している。即ち、第２配線５は、第１バッテリ６に接続されると共に第１配線４及びＤＣ／ＤＣコンバータ８と電気的に接続されている。

第１バッテリ６と各負荷２とは、第１配線４、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子及び第２配線５経由で電気的に接続されている。即ち、第１バッテリ６と各負荷２とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子に並列に接続されており、第１バッテリ６から出力される電力がＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子経由で各負荷２に供給できるようになっている。

第２バッテリ７には、例えば車両の走行モータの駆動に使われる電圧が蓄えられている。本実施形態の第２バッテリ７は、第１バッテリ６よりも高い電圧を有する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、第１配線４及び第２配線５に出力電力を供給する直流電圧変換器である。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、直流電圧を異なる電圧値を有する直流電圧に変換して出力する。本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ８は、第２バッテリ７から入力された電圧を降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力は、ＥＣＵ１１からの制御信号に応じて変動可能である。

第１バッテリ６は、第２配線５に出力電力を供給すると共に第２配線５を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力が供給される蓄電器である。第１バッテリ６には、負荷２の動作に必要な電圧が蓄えられている。第１バッテリ６としては、例えば鉛バッテリまたはリチウムイオンバッテリ等が使用される。第１バッテリ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から第１配線４への出力電力の供給を補助する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から第１配線４に供給される出力電力が低下したときに、その低下分の電力が第１バッテリ６から第２配線５を介して第１配線４に供給される。

電圧センサ９は、第１バッテリ６の電圧を検出するセンサである。電流センサ１０は、第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とを検出するセンサ（電流検出部）である。

ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。ＥＣＵ１１は、電圧センサ９及び電流センサ１０の検出値に基づいて、第１バッテリ６が充放電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御すると共に、第１バッテリ６のオープン故障の有無を検知し、その検知結果に応じて警告器１２を制御する。

警告器１２は、第１バッテリ６のオープン故障が検知されたときに、車両の運転者に対して警告を行う機器である。警告器１２は、警告表示や警告音等により警告を行う。警告器１２は、例えばカーナビゲーションであってもよい。

ＥＣＵ１１は、充電率推定部１３と、充放電制御部１４と、オープン故障判定部１５とを有している。

充電率推定部１３は、例えば電圧センサ９の検出値に基づいて、第１バッテリ６の充電率（ＳＯＣ：State of charge）を推定する。充電率推定部１３は、電圧センサ９と協働して第１バッテリ６の充電率を検知する充電率検知部を構成している。

充放電制御部１４は、電流センサ１０の検出値に基づいて、第１バッテリ６が充放電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ８をフィードバック制御する。充放電制御部１４は、第１バッテリ６が正常である状態では、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行する制御部を構成している。

第１バッテリ６が正常である状態では、第１バッテリ６が充電されるときは、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値が検出され、第１バッテリ６が放電するときは、電流センサ１０によって第１バッテリ６から出力される電流の電流値が検出される。第１バッテリ６に入力される電流の電流値は、電流センサ１０によりプラス（＋）の電流値として検出される。第１バッテリ６から出力される電流の電流値は、電流センサ１０によりマイナス（－）の電流値として検出される。

オープン故障検知制御は、第１バッテリ６のオープン故障の検知を行うための制御である。第１バッテリ６のオープン故障は、第１バッテリ６内の断線や、第１バッテリ６の端子が外れること等によって発生する。第１バッテリ６内の断線は、第１バッテリ６内の機械的破損、第１バッテリ６内への腐食性物質の侵入または第１バッテリ６の経時劣化等により生じ得る。

充放電制御部１４は、第１バッテリ６が正常である状態では、電流センサ１０により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくようにオープン故障検知制御を実行する。

また、充放電制御部１４は、充電率推定部１３により推定された第１バッテリ６の充電率が規定値よりも低いときは、第１バッテリ６の充電率が規定値に達するまで、第１バッテリ６に継続してＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力が供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御する。そして、充放電制御部１４は、第１バッテリ６の充電率が規定値に達した後、オープン故障検知制御を実行する。

オープン故障判定部１５は、充放電制御部１４によるオープン故障検知制御の実行時、もしくは第１バッテリ６の充電率が規定値に達するまで第１バッテリ６に継続してＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力が供給されるときに、少なくとも電流センサ１０により電流値が検出されない場合は、第１バッテリ６のオープン故障が発生していると判定する判定部を構成している。

例えば第１バッテリ６内の断線が発生すると、第１バッテリ６に電流が流れないため、電流センサ１０により検出される電流値がゼロとなる。なお、例えば第１バッテリ６の端子が外れかかった状態では、第１バッテリ６の正常時に第１バッテリ６に流れる電流の電流値よりも低い値ではあるが電流は流れるため、電流センサ１０によって電流値が検出される。このようなオープン故障には至っていないが、近い将来オープン故障が発生する状態（以降、オープン故障しかかっている状態とする）も検知したい場合は、オープン故障判定部１５は、電流センサ１０により検出される電流値がゼロである場合に加え、電流センサ１０により検出される電流値の絶対値が所定時間にわたって故障閾値以下である場合も、第１バッテリ６のオープン故障が発生していると判定すればよい。なお、故障閾値は、少なくとも第１バッテリ６の正常時に検出される電流値の絶対値よりも低い値である。

図２は、ＥＣＵ１１により実行される処理手順の詳細を示すフローチャートである。イグニッションスイッチ１６（図１参照）がＯＮ操作されたときに、ＥＣＵ１１により図２に示されるフローが実行される。

ＥＣＵ１１は、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作されたと判断したときは、電圧センサ９の検出値を取得する（手順Ｓ１０１）。そして、ＥＣＵ１１は、電圧センサ９の検出値に基づいて、第１バッテリ６の充電率を推定する（手順Ｓ１０２）。

具体的には、ＥＣＵ１１は、電圧センサ９の検出値に基づいて第１バッテリ６の開放電圧を推定し、第１バッテリ６の開放電圧から第１バッテリ６の充電率を求める。なお、第１バッテリ６は、開放電圧が高くなるに従って充電率が高くなるような特性を有している。

続いて、ＥＣＵ１１は、第１バッテリ６の充電率が予め決められた規定値以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。規定値は、第１バッテリ６の充電率の上限値（例えば８５％～９５％）であり、過充電状態に該当せず、かつＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を負荷２に供給することができない状態になった場合等に、第１バッテリ６から負荷２へ電力を供給することができる値に設定されている。

ＥＣＵ１１は、第１バッテリ６の充電率が規定値よりも低いと判断したときは、所定時間に亘って第１バッテリ６が充電を行うための充電用電圧Ｖ１（図３（ｃ）及び図４（ｃ）参照）を出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御すると共に、定期的に電流センサ１０の検出値を取得する（手順Ｓ１０４）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から第１バッテリ６に電力が供給される。

そして、ＥＣＵ１１は、電流センサ１０の検出値（以降、バッテリ電流値とする）の絶対値が一定時間連続して故障閾値（前述）以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。

ＥＣＵ１１は、バッテリ電流値の絶対値が一定時間連続して故障閾値以下であるという条件を満たしていないときは、第１バッテリ６のオープン故障が発生していないと判定し（手順Ｓ１０６）、上記の手順Ｓ１０１に戻る。

ＥＣＵ１１は、バッテリ電流値の絶対値が一定時間連続して故障閾値以下であるという条件を満たすときは、第１バッテリ６のオープン故障が発生していると判定する（手順Ｓ１０７）。そして、ＥＣＵ１１は、警告器１２に警告信号を出力し（手順Ｓ１０８）、本処理を終了する。すると、警告器１２により警告が行われる。

ＥＣＵ１１は、手順Ｓ１０３で第１バッテリ６の充電率が規定値以上であると判断したときは、所定時間に亘って、第１バッテリ６が正常である状態で、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行すると共に、定期的に電流センサ１０の検出値を取得する（手順Ｓ１０９）。

オープン故障検知制御は、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値が検出されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御する第１期間Ｐ１と、電流センサ１０によって第１バッテリ６から出力される電流の電流値が検出されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御する第２期間Ｐ２とからなる期間を１周期とする制御である（図３（ｄ）参照）。

本実施形態のＥＣＵ１１は、第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２とが交互に発生するようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御している。これにより、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８からは、充電用電圧Ｖ１の電圧値よりも低い電圧値である第１検知用電圧Ｖ１２及び第２検知用電圧Ｖ２２が交互に出力される。即ち、オープン故障検知制御時のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖ２は、（Ｖ１２＋Ｖ２２）／２を中心とした矩形波状となっている。

さらに詳述すると、本実施形態のＥＣＵ１１は、第１バッテリ６が正常である状態において、第１期間Ｐ１中の電流値の積分値と第２期間Ｐ２中の電流値の積分値とが一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御している。即ち、本実施形態のＥＣＵ１１は、第１バッテリ６が正常である状態では、電流センサ１０により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくようにオープン故障検知制御を実行していると言える。

なお、手順Ｓ１０９において、ＥＣＵ１１は、少なくとも第１期間Ｐ１の間に１回、第２期間Ｐ２の間に１回、電流センサ１０の検出値を取得する。

続いて、ＥＣＵ１１は、バッテリ電流値の絶対値が一定時間連続して故障閾値以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１０）。

ＥＣＵ１１は、バッテリ電流値の絶対値が一定時間連続して故障閾値以下であるという条件を満たしているときは、第１バッテリ６のオープン故障が発生していると判定する（手順Ｓ１１１）。そして、ＥＣＵ１１は、警告器１２に警告信号を出力し（手順Ｓ１１２）、本処理を終了する。すると、警告器１２により警告が行われる。

ＥＣＵ１１は、バッテリ電流値の絶対値が一定時間連続して故障閾値以下であるという条件を満たしていないときは、第１バッテリ６のオープン故障が発生していないと判定する（手順Ｓ１１３）。

続いて、ＥＣＵ１１は、イグニッションスイッチ１６（図１参照）の操作信号に基づいて、イグニッションスイッチ１６がＯＦＦ操作されたかどうかを判断する（手順Ｓ１１４）。ＥＣＵ１１は、イグニッションスイッチ１６がＯＦＦ操作されていないと判断したときは、上記の手順Ｓ１０９を再度実行する。ＥＣＵ１１は、イグニッションスイッチ１６がＯＦＦ操作されていると判断したときは、本処理を終了する。

ここで、充電率推定部１３は、上記の手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。充放電制御部１４は、上記の手順Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０９を実行する。オープン故障判定部１５は、手順Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１１０，Ｓ１１１，Ｓ１１３を実行する。

以上において、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作される前は、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、第１バッテリ６が自然放電されるため、第１バッテリ６の充電率が低下している。このため、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作されると、図３（ｃ）に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から充電用電圧Ｖ１が出力される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ８からの出力電力が第１バッテリ６に供給されると、図３（ｂ）に示されるように、第１バッテリ６が充電されることで、第１バッテリ６の充電率が上昇する。

そして、図３（ｂ），（ｃ）に示されるように、時間ｔ１において、第１バッテリ６の充電率が規定値Ａに達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８からの充電用電圧Ｖ１の出力が完了する。そして、ＥＣＵ１１は、オープン故障検知制御を実行する。

ここで、第１バッテリ６のオープン故障が発生していない、もしくは第１バッテリ６がオープン故障しかかっている状態でない正常状態では、図３（ｄ）に示されるように、電流センサ１０によって、第１バッテリ６に入力される電流の電流値（故障閾値よりも絶対値が大きい電流値）と第１バッテリ６から出力される電流の電流値（故障閾値よりも絶対値が大きい電流値）とが交互に検出される。つまり、電流センサ１０により検出される電流値は、ゼロを中心として交互にプラス及びマイナスとなる。本実施形態では、第１バッテリ６に入力されるプラスの電流の電流値の絶対値は、第１バッテリ６から出力されるマイナスの電流の電流値の絶対値と等しいものとする。

一方、オープン故障検知制御の実行中に、第１バッテリ６のオープン故障が発生するか、第１バッテリ６がオープン故障しかかっている状態となると、第１バッテリ６のオープン故障が発生した時点ｔ２以降、電流センサ１０により電流値が検出されないか（図４（ｄ）参照）、もしくは電流センサ１０により検出される電流値の絶対値が故障閾値以下となるため、第１バッテリ６のオープン故障が発生したと判定される。なお、図４（ａ）～（ｃ）は、図３（ａ）～（ｃ）と同様である。

第１バッテリ６のオープン故障が発生したと判定されると、警告器１２により警告が行われる。このため、車両の運転者は、警告器１２の警告によって第１バッテリ６のオープン故障が発生したことが直ちに分かる。この場合には、車両の自動運転を終了し、例えば手動運転により車両を近くのディーラーや修理工場等まで走行させ、第１バッテリ６の交換を行うようにする。

また、イグニッションスイッチ１６がＯＦＦである期間、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ８から充電用電圧Ｖ１が出力されているときに、第１バッテリ６のオープン故障が発生したとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から充電用電圧Ｖ１が出力されている間、ＥＣＵ１１が電流センサ１０の検出値を取得して第１バッテリ６のオープン故障が発生しているか否かを判定しているため、第１バッテリ６のオープン故障が発生していることが分かる。

以上のように本実施形態にあっては、第１バッテリ６が正常である状態では、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御が実行される。オープン故障検知制御の実行時に電流センサ１０により電流値が検出されないときは、第１バッテリ６のオープン故障が発生していると判定される。このように第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが交互に検出されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させることにより、第１バッテリ６が正常である状態では、第１バッテリ６の充電及び放電が交互に行われることになる。従って、第１バッテリ６の充電のみを行って、第１バッテリ６のオープン故障の有無を検知する場合に比べて、第１バッテリ６の充電状態の継続時間が短縮されるため、第１バッテリ６が必要以上に充電されることが抑制される。また、第１バッテリ６の放電のみを行って、第１バッテリ６のオープン故障の有無を検知する場合に比べて、第１バッテリ６の放電状態の継続時間が短縮されるため、第１バッテリ６の充電率が必要以上に低下することが抑制される。これにより、第１バッテリ６が過充電及び残量不足になることを防止しつつ、第１バッテリ６のオープン故障の検知が行われる。その結果、電源等を別途搭載する必要が無くなるため、低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態では、第１バッテリ６が正常である状態では、電流センサ１０により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくようにオープン故障検知制御が実行される。このため、電流センサ１０により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくように、第１バッテリ６の充電及び放電が交互に行われることになる。従って、オープン故障検知制御の実行によって第１バッテリ６の充電率が大きく変動することが抑制される。

また、本実施形態では、第１バッテリ６の充電率が規定値よりも低いときは、第１バッテリ６の充電率が規定値に達するまで、第１バッテリ６に継続してＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力が供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ８が制御され、第１バッテリ６の充電率が規定値に達した後、オープン故障検知制御が実行される。このため、第１バッテリ６の充電率が規定値よりも低いときは、第１バッテリ６の充電率が規定値に達するまで第１バッテリ６の充電が行われることとなる。従って、第１バッテリ６の自然放電により第１バッテリ６の充電率が低くなっても、オープン故障検知制御の実行時には、第１バッテリ６の充電率が規定値に維持される。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態のＥＣＵ１１は、第１バッテリ６が正常である状態では、第１期間Ｐ１中の電流値の積分値と第２期間Ｐ２中の電流値の積分値とが一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御しているが、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行するのであれば、特にそのような形態には限られない。

例えば、第１期間Ｐ１中の電流値の積分値のほうが第２期間Ｐ２中の電流値の積分値よりも大きくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御してもよい。この場合には、第１バッテリ６の充電率を徐々に高くすることができる。従って、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作された後、例えば状況によっては第１バッテリ６に充電用電圧Ｖ１を供給しなくてもよい。

また、第１期間Ｐ１中の電流値の積分値のほうが第２期間Ｐ２中の電流値の積分値よりも小さくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御してもよい。この場合には、第１バッテリ６の充電率を徐々に下げることができる。従って、例えば第１バッテリ６の充電状態が満充電に近いときに、第１バッテリ６の過充電を防ぐことができるし、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を負荷２に供給することができない状態となった場合等の緊急時に、第１バッテリ６から負荷２に電力を供給することができる。

また、上記実施形態では、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作された後、イグニッションスイッチ１６がОＦＦ操作されるまで、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御が連続的に行われているが、特にそのような形態には限られない。イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作された後、イグニッションスイッチ１６がОＦＦ操作されるまで、例えば間欠的にオープン故障検知制御を行ってもよい。つまり、オープン故障検知制御を開始してからイグニッションスイッチ１６がОＦＦ操作されるまで、継続的にオープン故障検知制御を行わなくてもよい。

また、上記実施形態では、１つの電流センサ１０によって、第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが検出されているが、特にそのような形態には限られない。第１バッテリ６に入力される電流値のみを検出する電流センサと、第１バッテリ６から出力される電流値のみを検出する電流センサという別々の電流センサを使用してもよい。この場合には、２つの電流センサが電流検出部を構成することとなる。

また、上記実施形態では、オープン故障検知制御時のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖ２は矩形波状となっているが、特にそのような形態には限られない。ＥＣＵ１１は、電流センサ１０によって第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行するのであれば、正弦波状となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電力を変動させてもよい。

また、上記実施形態では、電圧センサ９により検出された第１バッテリ６の電圧に基づいて第１バッテリ６の開放電圧が推定され、第１バッテリ６の開放電圧から第１バッテリ６の充電率が求められているが、特にそのような形態には限られない。例えば、電流センサによって第１バッテリ６に入力される電流の電流値と第１バッテリ６から出力される電流の電流値とを検出し、第１バッテリ６の電流積算値を算出し、その電流積算値から第１バッテリ６の充電率を推定してもよい。

また、上記実施形態では、電流センサ１０の検出値に基づいて、第１バッテリ６の充放電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ８がフィードバック制御されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧を検出する電圧センサを用い、その電圧センサの検出値に基づいて、第１バッテリ６の充放電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ８をフィードバック制御してもよい。また、当該電圧センサ及び電流センサ１０の検出値に基づいて、第１バッテリ６の充放電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ８をフィードバック制御してもよい。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ１１は、充電率推定部１３、充放電制御部１４及びオープン故障判定部１５を有しているが、特にそのような形態には限られない。ＥＣＵ１１は、少なくとも充放電制御部１４及びオープン故障判定部１５の機能を有していればよい。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ１１は、上記の手順Ｓ１０１～Ｓ１０６を実行しているが、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作された時点で、第１バッテリ６の充電率が規定値以上であることが既に分かっている場合には、イグニッションスイッチ１６がＯＮ操作された後、直ぐにオープン故障検知制御を実行してもよい。

また、上記実施形態では、第１バッテリ６と各負荷２とは、第１配線４、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子及び第２配線５経由で電気的に接続されているが、特にそのような形態には限られない。第１バッテリ６と各負荷２とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子に並列に接続されており、第１バッテリ６からの出力電力が各負荷２に供給できるように電気的に接続されていれば、どのような接続態様であってもよい。

また、上記実施形態では、第１配線４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子と各負荷２とに接続されているが、特にそのような形態には限られない。第１配線４は、少なくとも負荷２に接続されると共にＤＣ／ＤＣコンバータ８に電気的に接続されていればよい。例えば、第１配線４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子とフィルタ回路を介して電気的に接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、第２配線５は、第１配線４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子と第１バッテリ６とに接続されているが、特にそのような形態には限られない。第２配線５は、第１バッテリ６に接続されると共に第１配線４及びＤＣ／ＤＣコンバータ８に電気的に接続されていればよい。例えば、第２配線５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子とフィルタ回路を介して電気的に接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、第２バッテリ７が第１バッテリ６よりも高い電圧を有しているが、特にその形態には限られず、第１バッテリ６が第２バッテリ７よりも高い電圧を有していてもよい。この場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、第２バッテリ７から入力された電圧を昇圧して出力する。

また、本発明は、特にバッテリには限られず、キャパシタ等の蓄電器のオープン故障の検知にも適用可能である。

１…電源システム、２…負荷、４…第１配線、５…第２配線、６…第１バッテリ（蓄電器）、８…ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流電圧変換器）、９…電圧センサ（充電率検知部）、１０…電流センサ（電流検出部）、１３…充電率推定部（充電率検知部）、１４…充放電制御部（制御部）、１５…オープン故障判定部（判定部）。

例えば特許文献１には、自動車両の電源バッテリの断線検出システムが記載されている。特許文献１に記載の電源バッテリの断線検出システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された低電圧バッテリと、低電圧バッテリと並列に接続された負荷と、低電圧バッテリに流れる電流の電流値を検出する電流センサと、低電圧バッテリを充電または放電するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御すると共に、電流センサの検出値に基づいて低電圧バッテリが断線しているかどうかを検出する電子コントロールユニットとを備えている。

上記従来技術においては、低電圧バッテリにＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電力が供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているときに、低電圧バッテリ内の断線の有無を検出するか、或いは低電圧バッテリが放電するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているときに、低電圧バッテリ内の断線の有無を検出している。しかし、低電圧バッテリの充電状態を一定時間継続させると、低電圧バッテリの過充電につながる。また、低電圧バッテリの放電状態を一定時間継続させると、低電圧バッテリの充電率が低下し、低電圧バッテリの残量が減少してしまう。例えばＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を負荷に供給することができない状態になった場合等の緊急時に、低電圧バッテリの残量が低下していると、低電圧バッテリから負荷に電力を供給することができなくなる。

第２配線５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子と第１バッテリ６とを接続している。即ち、第２配線５は、第１バッテリ６に接続されると共に第１配線４及びＤＣ／ＤＣコンバータ８と電気的に接続されている。

ＥＣＵ１１は、第１バッテリ６の充電率が規定値よりも低いと判断したときは、所定時間に亘って第１バッテリ６の充電を行うための充電用電圧Ｖ１（図３（ｃ）及び図４（ｃ）参照）を出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御すると共に、定期的に電流センサ１０の検出値を取得する（手順Ｓ１０４）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から第１バッテリ６に電力が供給される。

ここで、第１バッテリ６のオープン故障が発生していない、もしくは第１バッテリ６がオープン故障しかかっている状態でない正常状態では、図３（ｄ）に示されるように、オープン故障検知制御を実行すると、電流センサ１０によって、第１バッテリ６に入力される電流の電流値（故障閾値よりも絶対値が大きい電流値）と第１バッテリ６から出力される電流の電流値（故障閾値よりも絶対値が大きい電流値）とが交互に検出される。つまり、電流センサ１０により検出される電流値は、ゼロを中心として交互にプラス及びマイナスとなる。本実施形態では、第１バッテリ６に入力されるプラスの電流の電流値の絶対値は、第１バッテリ６から出力されるマイナスの電流の電流値の絶対値と等しいものとする。

また、上記実施形態では、第２配線５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子と第１バッテリ６とに接続されているが、特にそのような形態には限られない。第２配線５は、第１バッテリ６に接続されると共に第１配線４及びＤＣ／ＤＣコンバータ８に電気的に接続されていればよい。例えば、第２配線５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子とフィルタ回路を介して電気的に接続されていてもよい。

Claims (3)

1. 直流電圧変換器と、
   負荷に接続されると共に前記直流電圧変換器に電気的に接続され、前記直流電圧変換器からの出力電力が供給される第１配線と、
   前記第１配線及び前記直流電圧変換器と電気的に接続される第２配線と、
   前記第２配線に接続され、前記第２配線に出力電力を供給すると共に前記直流電圧変換器の出力電力が供給される蓄電器と、
   前記蓄電器に入力される電流の電流値と前記蓄電器から出力される電流の電流値とを検出する電流検出部と、
   前記蓄電器が正常である状態では、前記電流検出部によって前記蓄電器に入力される電流の電流値と前記蓄電器から出力される電流の電流値とが交互に検出されるように、前記直流電圧変換器の出力電力を変動させるオープン故障検知制御を実行する制御部と、
   前記オープン故障検知制御の実行時に前記電流検出部により電流値が検出されないときは、前記蓄電器のオープン故障が発生していると判定する判定部とを備える電源システム。
2. 前記制御部は、前記蓄電器が正常である状態では、前記電流検出部により検出される単位時間当たりの平均電流値がゼロに近づくように前記オープン故障検知制御を実行する請求項１記載の電源システム。
3. 前記蓄電器の充電率を検知する充電率検知部を更に備え、
   前記制御部は、前記蓄電器の充電率が規定値よりも低いときは、前記蓄電器の充電率が前記規定値に達するまで、前記蓄電器に継続して前記直流電圧変換器の出力電力が供給されるように前記直流電圧変換器を制御し、前記蓄電器の充電率が前記規定値に達した後、前記オープン故障検知制御を実行する請求項１または２記載の電源システム。

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