JP5645679B2

JP5645679B2 - 電圧変換装置

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Publication number: JP5645679B2
Application number: JP2011008432A
Authority: JP
Inventors: 靖理大元; 真幸花谷; 肇玉那覇; 勇作井戸; 孝治蜂谷
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: JP2012151999A

Description

本発明は、高電圧バッテリの直流電圧をスイッチングして低電圧の直流電圧に変換する電圧変換装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッドカーには、走行用モータを駆動するための高電圧バッテリが搭載されるとともに、各種の車載電装品（補機）に電力を供給する低電圧バッテリが搭載される。また、高電圧バッテリの電圧を、低電圧バッテリを充電するための低電圧の直流電圧に変換する電圧変換装置が搭載される。この電圧変換装置としては、一般に、高電圧バッテリの直流電圧をスイッチングするスイッチング回路と、このスイッチング回路のパルス出力が一次側に与えられるトランスと、このトランス二次側から取り出される交流電圧を整流する整流回路とを備えたＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる。

後掲の特許文献１には、ＤＣ−ＤＣコンバータの例が記載されている。特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータは、出力回路に予期しない大電流が流れたこと（ハーフショート）を検出するためのリップル電圧検出回路を備えている。ハーフショートが発生すると、出力回路における交流リップル成分が増大し、リップル電圧検出回路がリップルを検出する。リップルが検出されると、スイッチング素子に直列接続されたスイッチが非導通となり、スイッチング素子への電流供給が停止される。これにより、ハーフショートに起因するスイッチング素子の特性劣化や破損などの不具合が回避される。

特許文献２には、リップルに基づいて補機用バッテリの接続が断たれたことを検出する技術が記載されている。特許文献２では、モータの中性点に、補機用バッテリの正極と補機負荷が接続されている。そして、補機負荷へ電源を供給する電源ラインにおける電圧（中性点電圧）を検出し、この中性点電圧のリップル成分が一定以上となった場合に、補機用バッテリが外れたことを検出する。

特開２０１０−１６９６２号公報特開２００４−４８９２１号公報

本発明の第１の課題は、上述した電圧変換装置において、負荷への電力供給元が高電圧バッテリであるか低電圧バッテリであるかを判定できるようにすることにある。

本発明の第２の課題は、出力側の電圧が異常である場合に、低電圧バッテリと高電圧バッテリのどちらに異常が発生しているかを判別できるようにすることにある。

本発明の第３の課題は、電圧変換装置の動作状態を考慮した上で、低電圧バッテリと高電圧バッテリのどちらに異常が発生しているかを判別できるようにすることにある。

本発明に係る電圧変換装置は、高電圧バッテリの直流電圧をスイッチングして低電圧の直流電圧に変換する電圧変換部を有し、この電圧変換部で変換された直流電圧を、負荷とこの負荷へ電力を供給する低電圧バッテリとが接続された電源ラインへ出力する電圧変換装置であって、電圧変換部の出力側の電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれているか否かを判別し、当該判別結果に基づいて、負荷への電力供給元が高電圧バッテリであるか低電圧バッテリであるかを判定する判定手段とを備えている。判定手段は、電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれている場合は、電力供給元が高電圧バッテリであると判定し、電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれていない場合は、電力供給元が低電圧バッテリであると判定する。

このように構成したので、電圧検出部で検出された電圧のリップルの有無により、負荷への電力供給元が高電圧バッテリであるのか、低電圧バッテリであるのかを判定することができる。

また、本発明において、判定手段は、電圧検出部で検出された電圧の値が、あらかじめ定められた所定範囲にあるか否かを検証し、当該電圧値が所定範囲にない場合に、判定した電力供給元が高電圧バッテリであれば、当該高電圧バッテリ側（高電圧バッテリや電圧変換部等）で異常が発生したと判断し、判定した電力供給元が低電圧バッテリであれば、当該低電圧バッテリ側で異常が発生したと判断する。

このようにすると、検出電圧値に基づいて、高電圧バッテリと低電圧バッテリのいずれの側に異常が発生しているかを判別することができる。

本発明において、判定手段は、電圧変換装置の動作状態を示す信号を上位装置から取得し、当該動作状態と、リップル有無の判別結果と、電圧検出部で検出された電圧の値が所定範囲にあるか否かの検証結果とに基づいて、高電圧バッテリと低電圧バッテリのいずれの側で異常が発生したかを判断するようにしてもよい。

このようにすると、検出電圧値によっては異常が発生した電力供給元を判別できない場合でも、電圧変換装置の動作状態を考慮することで、高電圧バッテリと低電圧バッテリのいずれの側に異常が発生したかを判別することが可能となる。

本発明の電圧変換装置によれば、出力側の電圧のリップル有無に基づいて、高電圧バッテリから電力が供給されているのか、低電圧バッテリから電力が供給されているのかを判定することができる。

本発明の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの電気的構成を示したブロック図である。ＤＣ−ＤＣコンバータの動作パターンを示したテーブルである。パターン（４）の場合における検出電圧の波形図である。パターン（４）からパターン（１）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（１）の場合における出力電圧の波形図である。パターン（１）からパターン（４）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（４）からパターン（７）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（４）からパターン（１０）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（１）からパターン（１０）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（１）からパターン（７）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（６）からパターン（９）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（６）からパターン（１２）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（３）からパターン（１２）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。パターン（３）からパターン（６）へ遷移した場合における検出電圧の波形図である。

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。以下では、電気自動車またはハイブリッドカーに搭載される電圧変換装置を例に挙げる。

まず、図１を参照して、電圧変換装置の構成について説明する。図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、入力側に接続される高電圧バッテリ１の直流電圧をスイッチングして、低電圧の直流電圧に変換する電圧変換装置を構成する。高電圧バッテリ１の電圧Ｖａは、例えば、ＤＣ３００Ｖである。この高電圧バッテリ１は、外部の充電装置からの充電が可能なバッテリであって、図示しない走行用モータの駆動回路等にも電力を供給する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力側の電源ライン４には、負荷３と、この負荷３へ電力を供給する低電圧バッテリ２とが接続されている。低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂは、例えば、ＤＣ１２Ｖである。この低電圧バッテリ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｏにより充電が可能なバッテリである。負荷３は、補機系の負荷であって、例えば、パワーウィンドウ装置、電動パワーステアリング装置、オーディオ装置、ワイパー装置などを含む。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、フィルタ回路１０、電圧変換部１６、電圧検出部１７、制御部１８、およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号生成部１９を備えている。

フィルタ回路１０は、高電圧バッテリ１の電圧に含まれるノイズを除去する。電圧変換部１６は、スイッチング回路１１、トランス１２、および整流回路１３から構成される。スイッチング回路１１は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）などの図示しない半導体スイッチング素子を有する公知の回路からなる。この半導体スイッチング素子は、ＰＷＭ信号生成部１９から与えられるＰＷＭ信号により、オン・オフのスイッチング動作を行なう。トランス１２の一次側は、スイッチング回路１１の出力側に接続されており、トランス１２の二次側は、整流回路１３の入力側に接続されている。整流回路１３は、ダイオード整流方式や同期整流方式などの公知の整流回路からなる。なお、整流回路１３には、平滑用のコイルやコンデンサも備わっている。整流回路１３で整流・平滑された直流電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｏとして、電源ライン４へ出力される。

電圧変換部１６の出力側には、電圧検出部１７が設けられている。電圧検出部１７は、直列に接続された抵抗１４および抵抗１５からなる。これらの抵抗１４、１５は、電源ライン４の電圧を分圧する分圧回路を構成する。抵抗１４の一端は電源ライン４に接続され、他端は抵抗１５の一端に接続されている。抵抗１５の他端はグランドに接続されている。抵抗１４と抵抗１５との接続点ｎは、制御部１８およびＰＷＭ信号生成部１９に接続されている。制御部１８は、ＰＷＭ信号生成部１９に対して、出力電圧の指令値Ｖｒｅｆを出力する。ＰＷＭ信号生成部１９は、所定のデューティ比を有するＰＷＭ信号をスイッチング回路１１へ出力する。

制御部１８は、マイクロコンピュータから構成され、ＣＡＮ（Control Area Network）通信バス５に接続されている。このＣＡＮ通信バス５は、車両の各部を統轄的に制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）２００に接続されている。このため、制御部１８とＥＣＵ２００とは、ＣＡＮ通信バス５を介して相互に通信を行う。また、負荷３も、ＣＡＮ通信バス５に接続されており、このＣＡＮ通信バス５を介してＥＣＵ２００と通信を行う。制御部１８は、本発明における判定手段の一実施形態であり、ＥＣＵ２００は、本発明における上位装置の一実施形態である。

次に、以上の構成からなるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作について説明する。

高電圧バッテリ１の直流電圧Ｖａは、入力電圧ＶｉとしてＤＣ−ＤＣコンバータ１００へ与えられ、フィルタ回路１０によりノイズが除去された後、スイッチング回路１１へ入力される。スイッチング回路１１は、ＰＷＭ信号生成部１９から与えられるＰＷＭ信号に基づき、直流電圧をスイッチングして、所定のデューティ比を有する高周波のパルス電圧を出力する。このパルス電圧は、トランス１２を介して整流回路１３へ与えられ、整流回路１３で整流および平滑されて、直流電圧に変換される。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力側の電源ライン４に、低圧の直流電圧Ｖｏが出力される。低電圧バッテリ２は、この出力電圧Ｖｏにより充電され、充電電力を負荷３へ供給する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００において、電圧変換部１６の出力電圧Ｖｏは、電圧検出部１７を構成する抵抗１４、１５により分圧される。抵抗１４、１５の接続点ｎには、これらの抵抗の分圧比で決まる電圧Ｖｓが現われる。この電圧Ｖｓは、リップル電圧検出用の電圧として制御部１８に与えられるとともに、フィードバック制御用の出力電圧検出値として、ＰＷＭ信号生成部１９に与えられる。なお、出力電圧Ｖｏが低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂより低い場合（Ｖｏ＜Ｖｂ）には、電圧Ｖｓは、電圧Ｖｂを抵抗１４、１５で分圧した値となる。

ＰＷＭ信号生成部１９は、制御部１８からの指令値Ｖｒｅｆと、電圧検出部１７の出力である検出値Ｖｓとの偏差に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を演算し、当該デューティ比を持ったＰＷＭ信号を生成してスイッチング回路１１へ出力する。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｏが指令値Ｖｒｅｆとなるように、フィードバック制御が行なわれる。なお、制御部１８からの指令値Ｖｒｅｆは、一定値である場合と、変化する場合とがある。

一方、制御部１８は、電圧検出部１７から入力される電圧Ｖｓに基づいて、負荷３への電力供給元の判別を行う。以下、その詳細を説明する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、上述したように、高電圧バッテリ１の直流電圧をスイッチングして高電圧を低電圧に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作している場合は、出力電圧Ｖｏにリップル成分が含まれる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作していない場合は、低電圧バッテリ２から負荷３へ直流電圧Ｖｂが供給されるが、この電圧には、リップル成分は含まれていない。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作／不動作は、ＥＣＵ２００からＣＡＮ通信バス５を介して制御部１８へ送られる指令信号に基づいて決定される。

したがって、電圧Ｖｏまたは電圧Ｖｂを分圧して得られる電圧Ｖｓのリップルの有無に基づいて、負荷３への電力供給元が高電圧バッテリ１であるのか、低電圧バッテリ２であるのかを判定することができる。すなわち、制御部１８は、電圧Ｖｓにリップルが含まれている場合は、負荷３への電力供給元が高電圧バッテリ１であると判定する。一方、制御部１８は、電圧Ｖｓにリップルが含まれていない場合は、負荷３への電力供給元が低電圧バッテリ２であると判定する。

なお、電圧Ｖｓにリップルが含まれている場合で、かつ、制御部１８からの指令値Ｖｒｅｆが一定値の場合は、スイッチング回路１１のスイッチングによるリップルが、電圧Ｖｓから検出される。一方、電圧Ｖｓにリップルが含まれている場合で、かつ、制御部１８からの指令値Ｖｒｅｆが変化する場合は、指令値Ｖｒｅｆの変化によるリップルが、電圧Ｖｓから検出される。

リップル有無の判定には、公知の方法を採用することができる。例えば、電圧Ｖｓの波形から上限ピーク値と下限ピーク値とを検出し、それらの差が一定値以上であればリップルありと判定し、一定値未満であればリップルなしと判定する。また、そのリップルの周波数がＤＣ−ＤＣコンバータ１００で使用されているＰＷＭ信号生成部１０の周波数と同じであれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００からのリップルありと判定することもできる。

このようにして、電圧検出部１７で検出された電圧Ｖｓを制御部１８に取り込むことにより、電圧Ｖｓのリップル有無に基づいて、負荷３への電力供給元を判別することができる。これにより、例えば、消費電力の大きい負荷３が作動している状況下で、電力供給元が低電圧バッテリ２であると判定されたときは、電力供給元を低電圧バッテリ２から高電圧バッテリ１へ切り替えるような制御が可能となる。また、電力供給元の判別結果を、図示しない表示部に表示するようにしてもよい。

以上述べた動作は、回路が正常状態である場合に、電力供給元を判別する基本動作である。制御部１８は、これに加えて、電圧Ｖｓの値が異常である場合に、高電圧バッテリ１側（以下「高圧側」という）と低電圧バッテリ２側（以下「低圧側」という）のいずれで異常が発生したかを判別する機能を備えている。これについては、後で詳細に説明する。なお、高圧側の異常には、高電圧バッテリ１の異常のほか、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００のスイッチング回路１１やＰＷＭ信号生成回路１９等の異常も含まれる。

図２のテーブルは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作パターンを示している。図２では、ＤＣ−ＤＣコンバータを「ＤＤＣ」と表記している（図３以下も同様）。「ＣＡＮ信号」は、ＣＡＮ通信バス５を介してＥＣＵ２００から制御部１８へ送られる、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作または停止を指令する信号である。図２からわかるように、動作パターンには、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作状態と低電圧バッテリ２の動作状態とに応じて、（１）〜（１２）の１２種類のパターンがある。

パターン（１）〜（３）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が停止している場合の動作パターンである。この場合、Ｖｏ＝０なので、リップル有無の判定結果は「リップルなし」である。また、ＣＡＮ信号は「ＤＤＣ停止」の指令信号である。パターン（１）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが正常な場合のパターンである。パターン（２）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に高い場合のパターンである。パターン（３）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に低い場合のパターンである。

パターン（４）〜（６）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常に動作している場合の動作パターンである。この場合、Ｖｏ＞Ｖｂなので、リップル有無の判定結果は「リップルあり」となる。また、ＣＡＮ信号は「ＤＤＣ動作」の指令信号である。パターン（４）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが正常な場合のパターンである。パターン（５）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に高い場合のパターンである。パターン（６）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に低い場合のパターンである。

パターン（７）〜（９）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作しているが、出力電圧Ｖｏが異常に高い場合の動作パターンである。この場合、Ｖｏ＞Ｖｂなので、リップル有無の判定結果は「リップルあり」となる。また、ＣＡＮ信号は「ＤＤＣ動作」の指令信号である。パターン（７）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが正常な場合のパターンである。パターン（８）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に高い場合のパターンである。パターン（９）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に低い場合のパターンである。

パターン（１０）〜（１２）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作しているが、出力電圧Ｖｏが異常に低い場合の動作パターンである。この場合、Ｖｏ≦Ｖｂなので、リップル有無の判定結果は「リップルなし」となる。また、ＣＡＮ信号は「ＤＤＣ動作」の指令信号である。パターン（１０）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが正常な場合のパターンである。パターン（１１）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に高い場合のパターンである。パターン（１２）は、低電圧バッテリ２の電圧Ｖｂが異常に低い場合のパターンである。

パターン（４）〜（９）の場合は、「リップルあり」なので、制御部１８は、前述したように、電力供給元が高電圧バッテリ１であると判定する。パターン（１）〜（３）およびパターン（１０）〜（１２）の場合は、「リップルなし」なので、制御部１８は、前述したように、電力供給元が低電圧バッテリ２であると判定する。

次に、図２の各パターンと、図３〜図１４に示す電圧Ｖｓの波形図とを用いて、制御部１８の動作をさらに詳細に説明する。図３〜図１４において、Ｖｅｈは異常電圧の上限閾値、Ｖｅｌは異常電圧の下限閾値、Ｖｍは正常時の低電圧バッテリ２の電圧（電圧Ｖｂを抵抗１４、１５で分圧した値）を表している。図３〜図６は、異常が発生していない場合の波形図の例であり、図７〜図１４は、異常が発生している場合の波形図の例である。

図３は、図２のパターン（４）が継続する場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の正常動作により、電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。また、低電圧バッテリ２の状態も正常である。タイミングｔにおいては、制御部１８からＰＷＭ信号生成部１９に与えられる出力電圧の指令値Ｖｒｅｆが変更される。この結果、電圧Ｖｓが上昇するが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は正常に動作しており、Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあって、正常値を維持する。また、低電圧バッテリ２の状態も正常である。図３の場合は、回路が正常状態にあるので、制御部１８は異常を判定しない。

図４は、パターン（４）からパターン（１）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の正常動作により、電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。また、低電圧バッテリ２の状態も正常である。タイミングｔにおいては、制御部１８に動作停止のＣＡＮ信号が与えられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作を停止する。この結果、電圧Ｖｓは、リップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍとなる。低電圧バッテリ２の状態は正常である。図４の場合も、回路が正常状態にあるので、制御部１８は異常を判定しない。

図５は、パターン（１）が継続する場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は停止状態にあり、電圧Ｖｓは、リップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍとなる。低電圧バッテリ２の状態は正常である。タイミングｔにおいては、低電圧バッテリ２の電圧が変化し、Ｖｓの値が減少する。しかし、Ｖｓの値は上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値を維持する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、引き続き、動作停止状態にある。図５の場合も、回路が正常状態にあるので、制御部１８は異常を判定しない。

図６は、パターン（１）からパターン（４）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は停止状態にあり、電圧Ｖｓは、リップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍとなる。低電圧バッテリ２の状態は正常である。タイミングｔにおいては、制御部１８に動作開始のＣＡＮ信号が与えられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常に動作を開始する。この結果、電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。また、低電圧バッテリ２の状態も正常である。図６の場合も、回路が正常状態にあるので、制御部１８は異常を判定しない。

図７は、パターン（４）からパターン（７）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の正常動作により、電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。また、低電圧バッテリ２の状態も正常である。タイミングｔにおいては、動作中のＤＣ−ＤＣコンバータ１００（または高電圧バッテリ１）に異常が発生する。異常が発生しても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は動作を継続するが、出力電圧Ｖｏが異常に高くなって、電圧Ｖｓが上限閾値Ｖｅｈを超える。一方、低電圧バッテリ２の状態は正常である。

図７の場合は、制御部１８は、パターン（７）において、リップルを含む電圧Ｖｓが上限閾値Ｖｅｈを超えたことで、高圧側に異常が発生したと判定する。

図８は、パターン（４）からパターン（１０）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の正常動作により、電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。また、低電圧バッテリ２の状態も正常である。タイミングｔにおいては、動作中のＤＣ−ＤＣコンバータ１００（または高電圧バッテリ１）に異常が発生する。異常が発生しても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は動作を継続するが、出力電圧Ｖｏが異常に低くなって、Ｖｏ＜Ｖｂとなる。一方、低電圧バッテリ２の状態は正常である。このため、電圧Ｖｓはリップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍとなる。

図８の場合は、制御部１８は、パターン（１０）において、ＣＡＮ信号がＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作指令信号であるにもかかわらず、リップルを含まない電圧Ｖｓが検出されたことにより、高圧側に異常が発生したと判定する。

図９は、パターン（１）からパターン（１０）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は停止状態にあり、電圧Ｖｓは、リップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍとなる。低電圧バッテリ２の状態は正常である。タイミングｔにおいては、制御部１８に動作開始のＣＡＮ信号が与えられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作を開始する。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００（または高電圧バッテリ１）に異常があるため、出力電圧Ｖｏが上がらない。このため、電圧Ｖｓは、リップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍを維持する。

図９の場合は、制御部１８は、パターン（１０）において、ＣＡＮ信号がＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作指令信号であるにもかかわらず、リップルを含まない電圧Ｖｓが検出されたことにより、高圧側に故障が発生したと判定する。

図１０は、パターン（１）からパターン（７）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は停止状態にあり、電圧Ｖｓは、リップルを含まない低電圧バッテリ２の電圧Ｖｍとなる。低電圧バッテリ２の状態は正常である。タイミングｔにおいては、制御部１８に動作開始のＣＡＮ信号が与えられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作を開始する。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００（または高電圧バッテリ１）に異常があるため、出力電圧Ｖｏが異常に高くなり、電圧Ｖｓが上限閾値Ｖｅｈを超える。一方、低電圧バッテリ２の状態は正常である。

図１０の場合は、制御部１８は、パターン（７）において、リップルを含む電圧Ｖｓが上限閾値Ｖｅｈを超えたことで、高圧側に異常が発生したと判定する。

図１１は、パターン（６）からパターン（９）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の正常動作により、検出電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。一方、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎて異常状態にある。タイミングｔにおいては、制御部１８からＰＷＭ信号生成部１９に与えられる出力電圧の指令値Ｖｒｅｆが変更された結果、出力電圧Ｖｏが上がりすぎて、電圧Ｖｓが上限閾値Ｖｅｈを超える。また、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎる異常状態を継続する。

図１１の場合は、パターン（６）において、低電圧バッテリ２が異常状態にあるが、リップルを含む電圧Ｖｓが正常値を示していることから、制御部１８は、高電圧バッテリ１から正常に電力供給が行われていると判定する（低電圧バッテリ２の異常は判定できない）。一方、パターン（９）においては、リップルを含む電圧Ｖｓが上限閾値Ｖｅｈを超えることから、制御部１８は、高圧側に異常が発生したと判定する（低電圧バッテリ２の異常は判定できない）。

図１２は、パターン（６）からパターン（１２）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の正常動作により、検出電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。一方、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎて異常状態にある。タイミングｔにおいては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００（または高電圧バッテリ１）の異常により、出力電圧Ｖｏが急に低下し、Ｖｏ＜Ｖｂとなる。また、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎる異常状態を継続する。このため、電圧Ｖｓは、下限閾値Ｖｅｌを下回るリップルを含まない電圧となる。

図１２の場合は、パターン（６）において、低電圧バッテリ２が異常状態にあるが、リップルを含む電圧Ｖｓが正常値を示していることから、制御部１８は、高電圧バッテリ１から正常に電力供給が行われていると判定する（低電圧バッテリ２の異常は判定できない）。一方、パターン（１２）においては、ＣＡＮ信号がＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作指令信号であるにもかかわらず、リップルを含まない電圧Ｖｓが検出されたことにより、制御部１８は、高圧側に異常が発生したと判定する。さらに、制御部１８は、リップルを含まない電圧Ｖｓが下限閾値Ｖｅｌを下回っていることにより、低圧側にも異常が発生したと判定する。

図１３は、パターン（３）からパターン（１２）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は停止状態にある。一方、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎて異常状態にある。このときの電圧Ｖｓは、下限閾値Ｖｅｌを下回るリップルを含まない電圧となる。タイミングｔにおいては、制御部１８に動作開始のＣＡＮ信号が与えられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が動作を開始する。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００（または高電圧バッテリ１）に異常があるため、出力電圧Ｖｏが上がらない。また、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎる異常状態を継続する。このため、電圧Ｖｓは、引き続き、下限閾値Ｖｅｌを下回るリップルを含まない電圧となる。

図１３の場合は、パターン（３）において、リップルを含まない電圧Ｖｓが下限閾値Ｖｅｌを下回ることから、制御部１８は、低圧側に異常が発生したと判定する。一方、パターン（１２）においては、ＣＡＮ信号がＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作指令信号であるにもかかわらず、リップルを含まない電圧Ｖｓが検出されたことにより、制御部１８は、高圧側に異常が発生したと判定する。さらに、制御部１８は、リップルを含まない電圧Ｖｓが下限閾値Ｖｅｌを下回っていることにより、低圧側にも異常が発生したと判定する。

図１４は、パターン（３）からパターン（６）へ遷移した場合の波形図である。タイミングｔまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は停止状態にある。一方、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎて異常状態にある。このときの電圧Ｖｓは、下限閾値Ｖｅｌを下回るリップルを含まない電圧となる。タイミングｔにおいては、制御部１８に動作開始のＣＡＮ信号が与えられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常に動作を開始する。この結果、電圧Ｖｓはリップルを含んだ波形となる。Ｖｓの値は、上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあり、正常値となっている。一方、低電圧バッテリ２は、電圧が低すぎる異常状態を継続する。

図１４の場合は、パターン（３）において、リップルを含まない電圧Ｖｓが下限閾値Ｖｅｌを下回ることから、制御部１８は、低圧側に異常が発生したと判定する。一方、パターン（６）においては、低電圧バッテリ２が異常状態にあるが、リップルを含む電圧Ｖｓが正常値を示していることから、制御部１８は、高電圧バッテリ１から正常に電力供給が行われていると判定する（低電圧バッテリ２の異常は判定できない）。

このように、上述した実施形態においては、電圧検出部１７で検出された電圧Ｖｓのリップル有無により、負荷３への電力供給元が高電圧バッテリ１であるのか、低電圧バッテリ２であるのかを判定することができる。

また、上述した実施形態においては、電圧検出部１７で検出された電圧Ｖｓの値が、あらかじめ定められた所定範囲、すなわち上限閾値Ｖｅｈと下限閾値Ｖｅｌの間にあるか否かを検証する。そして、ＶｓがＶｅｈとＶｅｌの間にない場合に、電力供給元が高電圧バッテリであれば、高圧側で異常が発生したと判断し、電力供給元が低電圧バッテリであれば、低圧側で異常が発生したと判断する。これにより、電圧Ｖｓの値に基づいて、高圧側と低圧側のいずれに異常が発生しているかを判別することができる（図７および図１０のパターン（７）、図１１のパターン（９）、図１２および図１３のパターン（１２）、図１３および図１４のパターン（３）を参照）。

さらに、上述した実施形態においては、制御部１８が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作状態（動作または停止）を示すＣＡＮ信号を、上位装置であるＥＣＵ２００から取得し、当該動作状態と、リップル有無の判別結果と、電圧検出部１７で検出された電圧Ｖｓの値が所定範囲にあるか否かの検証結果とに基づいて、高圧側と低圧側のいずれで異常が発生したかを判断する。このため、電圧Ｖｓの値によっては故障した電力供給元を判別できない場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作状態を考慮することで、高圧側と低圧側のいずれで異常が発生したかを判別することが可能となる（図８および図９のパターン（１０）、図１２および図１３のパターン（１２）を参照）。

なお、制御部１８は、異常が発生したと判断した場合に、ＣＡＮ通信バス５を介して、異常発生を示す信号をＥＣＵ２００へ送信する。ＥＣＵ２００は、受信した信号に基づいて、所定の処理を実行する。

本発明では、以上述べた以外にも、種々の実施形態を採用することができる。例えば、低電圧バッテリ２の電圧を検出するバッテリセンサ（図示省略）を、電圧検出部１７とは別に設け、当該センサの検出結果に基づいて、低電圧バッテリ２の異常を判定してもよい。

また、前記実施形態では、ＰＷＭ信号生成部１９が制御部１８から独立して設けられているが、ＰＷＭ信号生成部１９は制御部１８に内蔵されていてもよい。

さらに、前記実施形態では、電気自動車またはハイブリッドカーに搭載される電圧変換装置を例に挙げたが、本発明は、これ以外の用途にも適用することができる。

１高電圧バッテリ
２低電圧バッテリ
３負荷
４電源ライン
１６電圧変換部
１７電圧検出部
１８制御部（判定手段）
１００ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換装置）
２００ＥＣＵ（上位装置）

Claims

高電圧バッテリの直流電圧をスイッチングして低電圧の直流電圧に変換する電圧変換部を有し、前記電圧変換部で変換された直流電圧を、負荷とこの負荷へ電力を供給する低電圧バッテリとが接続された電源ラインへ出力する電圧変換装置において、
前記電圧変換部の出力側の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれているか否かを判別し、当該判別結果に基づいて、前記負荷への電力供給元が前記高電圧バッテリであるか前記低電圧バッテリであるかを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段は、
前記電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれている場合は、前記電力供給元が前記高電圧バッテリであると判定し、
前記電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれていない場合は、前記電力供給元が前記低電圧バッテリであると判定し、
さらに、前記電圧検出部で検出された電圧の値が、あらかじめ定められた所定範囲にあるか否かを検証し、
当該電圧値が所定範囲にない場合に、判定した電力供給元が前記高電圧バッテリであれば、当該高電圧バッテリ側で異常が発生したと判断し、判定した電力供給元が前記低電圧バッテリであれば、当該低電圧バッテリ側で異常が発生したと判断することを特徴とする電圧変換装置。
請求項１に記載の電圧変換装置において、
前記判定手段は、前記電圧変換装置の動作状態を示す信号を上位装置から取得し、当該動作状態と、前記リップル有無の判別結果と、前記電圧検出部で検出された電圧の値が前記所定範囲にあるか否かの検証結果とに基づいて、前記高電圧バッテリと前記低電圧バッテリのいずれの側で異常が発生したかを判断することを特徴とする電圧変換装置。
請求項２に記載の電圧変換装置において、
前記判定手段は、前記動作状態を示す信号が動作指令信号である場合に、
前記電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれておらず、かつ、当該電圧の値が前記所定範囲にあるときは、高電圧バッテリ側で異常が発生したと判断し、
前記電圧検出部で検出された電圧にリップルが含まれておらず、かつ、当該電圧の値が前記所定範囲にないときは、高電圧バッテリ側および低電圧バッテリ側で異常が発生したと判断することを特徴とする電圧変換装置。