JP6458712B2

JP6458712B2 - 車両用電源システム

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Publication number: JP6458712B2
Application number: JP2015223411A
Authority: JP
Inventors: 勇二西; 宏昌田中; 康隆花岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: JP2017093226A

Description

本発明は、車両用電源システムの構造に関する。

近年、エンジンとモータを駆動源とするハイブリッド車両や、モータによって駆動される電気自動車等の電動車両が多く用いられている。このような電動車両にはモータに駆動電力を供給するメインバッテリが搭載されている。また、電動車両には、例えば、パワーステアリング装置、油圧装置、窓の開閉装置、メインバッテリの冷却装置等のように小型モータによって駆動される機器や、照明装置等の多くの補機が搭載されている。これらの補機の駆動電力はメインバッテリよりも電圧の低い補機バッテリから供給される。従来、補機バッテリは、オルタネータ等の発電装置によって充電する場合が多かった。

このような電動車両では、車両の走行によりメインバッテリへの充放電が繰り返されるとメインバッテリが劣化し、メインバッテリの入出力電力が制限される場合がある。メインバッテリの入出力電力が制限されると要求動力を出力できずドライバビリティが低下したり、回生電力をメインバッテリに十分に充電できずエネルギ効率が低下したりするという問題があった。

そこで、図１６に示すように、インバータ２０２を介して車両駆動用のモータジェネレータ２０３に電力を供給するメインバッテリ２０１と補機バッテリ２０５とを双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０４を介して並列に接続し、メインバッテリ２０１が劣化した際の出力電力の不足分を補機バッテリ２０５で補うとともに、十分な電力回生を行えるようにしてエネルギ効率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図１６に示す電源システム２００は、補機バッテリ２０５から補機負荷２０６に連続的な電力供給行い、補機バッテリ２０５の残存容量（ＳＯＣ）が低下したら双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０４によって補機バッテリ２０５の充電を行うものである。

特開２０１５−７６９５８号公報

ところで、補機バッテリには、鉛蓄電池が用いられることが多い。鉛蓄電池は数年で交換したり、バッテリ液を点検したりするなどメンテナンスが必要であること、重量が大きい等の欠点があることから、より軽量でメンテナンスが殆んど必要ないリチウムイオン電池で補機バッテリを構成する要求が高まってきている。

しかし、リチウムイオン電池は、電圧が略一定の鉛蓄電池と異なり、残存容量（ＳＯＣ）によって電圧が変化する。このため、図１６に示すような、補機バッテリ２０５から補機負荷２０６に連続的な電力供給行い、補機バッテリ２０５の残存容量（ＳＯＣ）が低下したら双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０４によって補機バッテリ２０５の充電を行う従来技術の電源システム２００において、補機バッテリ２０５をリチウムイオン電池で構成した場合、補機バッテリ２０５から所定の電圧を補機負荷２０６に供給したり、補機バッテリ２０５を充電したりするために補機バッテリ２０５の残存容量（ＳＯＣ）に応じて常時昇圧動作または降圧動作を行う専用のＤＣ／ＤＣコンバータ２０７（図１６に破線で示す）を補機バッテリ２０５と直列に設けることが必要となる。この場合、補機バッテリ２０５を充放電する際に大きな電圧変換損失が発生する。

また、専用のＤＣ／ＤＣコンバータ２０７が１系統しかない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０７が故障した場合、補機バッテリ２０５から補機負荷２０６への電力供給ができず、電動車両が起動不能に陥る場合や、補機バッテリ２０５の充電ができず、補機バッテリ２０５が過放電になる場合がある。

そこで、本発明は、補機バッテリの充放電の際の電圧変換損失を低減することを目的とする。

本発明の車両用電源システムは、車両駆動用バッテリと、前記車両駆動用バッテリの電圧を変換する電圧変換器と、前記電圧変換器の目標出力電圧より電圧の低い補機バッテリと、を含み、前記車両駆動用バッテリの電力を前記電圧変換器から補機負荷に供給する電源システムであって、第１スイッチング素子を含み、前記補機負荷と前記補機バッテリとの間に接続され、前記電圧変換器の出力電圧が前記補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に、前記第１スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力を供給する放電回路と、第２スイッチング素子を含み、前記電圧変換器と前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合に、前記第２スイッチング素子をオン・オフさせて前記電圧変換器の出力電圧を降圧して前記補機バッテリに充電を行う充電回路と、前記充電回路と前記放電回路の動作を調整するコントローラと、を備え、前記放電回路の前記補機負荷に接続されている端部は前記電圧変換器にも接続されており、前記コントローラは、前記充電回路の前記第２スイッチング素子のオープン故障を検出した場合で、且つ、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合には、前記放電回路の前記第１スイッチング素子をオンとし、前記電圧変換器から前記補機バッテリの充電を行うこと、を特徴とする。

このように、補機バッテリの電圧を電圧変換器の目標出力電圧よりも低い電圧とし、補機負荷への連続的な電力供給は電圧変換器によって行い、補機バッテリは、電圧変換器が動作していない場合等、電圧変換器の出力電圧が補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に補機負荷に断続的に電力を供給する構成とすることにより、従来技術のように補機バッテリから連続的に電力を出力する場合より補機バッテリの放電量が少なくなるとともに、補機バッテリの必要充電量も少なくなる。このため、第１、第２スイッチング素子のオン・オフ動作時間が短くなり、従来技術に比べて電圧変換損失を低減することができると共に、充電回路の第２スイッチング素子がオープン故障した場合でも補機バッテリの充電を行うことができるので、補機バッテリの過放電を抑制できる。

本発明の車両用電源システムは、車両駆動用バッテリと、前記車両駆動用バッテリの電圧を変換する電圧変換器と、前記電圧変換器の目標出力電圧より電圧の低い補機バッテリと、を含み、前記車両駆動用バッテリの電力を前記電圧変換器から補機負荷に供給する電源システムであって、第１スイッチング素子を含み、前記補機負荷と前記補機バッテリとの間に接続され、前記電圧変換器の出力電圧が前記補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に、前記第１スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力を供給する放電回路と、第２スイッチング素子を含み、前記電圧変換器と前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合に、前記第２スイッチング素子をオン・オフさせて前記電圧変換器の出力電圧を降圧して前記補機バッテリに充電を行う充電回路と、前記充電回路と前記放電回路の動作を調整するコントローラと、を備え、前記充電回路の前記電圧変換器に接続されている端部は前記補機負荷にも接続されており、前記コントローラは、前記放電回路の前記第１スイッチング素子のオープン故障を検出した場合で、且つ、前記補機バッテリの電圧が前記電圧変換器の出力電圧よりも高い場合に、前記充電回路の前記第２スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力供給を行うこと、を特徴とする。

これにより、放電回路の第１スイッチング素子がオープン故障した場合でも、車両の起動時或いは退避走行時に補機負荷への電力供給を行うことができる。

本発明の車両用電源システムにおいて、前記補機バッテリと前記充電回路及び前記放電回路との間に接続された補機リレーを備え、前記コントローラは、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのいずれか一方または両方が短絡故障した場合には、前記補機リレーを遮断してもよい。

これにより、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのいずれか一方または両方が短絡故障した場合に、充電回路または放電回路を通して電圧変換器から補機バッテリに過剰な電流が流れ込むことを抑制し、補機バッテリを好適に保護することができる。

本発明は、補機バッテリの充放電の際の電圧変換損失を低減することができる。

本発明の実施形態における電源システムの構成を示す系統図である。本発明の実施形態における電源システムの補機バッテリのＳＯＣに対する電圧Ｖｂの変化とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃの変化を示すグラフである。本発明の実施形態における電源システムの放電動作を示すフローチャートである。車両起動時における補機負荷への電流の流れを示す説明図である。通常走行時における補機負荷への電流の流れを示す説明図である。通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合におけるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃと補機バッテリの電圧Ｖｂの変化を示すグラフである。通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合における補機バッテリの電流ＩｂとＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流Ｉｄｃと補機負荷の要求電流Ｉｒｅｑの時間変化を示すグラフである。通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合の電流の流れを示す説明図である。本実施形態における電源システムの充電動作を示すフローチャートである。通常走行中に補機バッテリを充電する際の電流の流れを示す説明図である。本実施形態における電源システムにおいて、充電回路がオープン故障した際の動作を示すフローチャートである。本実施形態における電源システムにおいて、通常走行中に充電回路がオープン故障した際に放電回路を通して補機バッテリを充電する際の電流の流れを示す説明図である。本実施形態における電源システムにおいて、放電回路がオープン故障した際の動作を示すフローチャートである。本実施形態における電源システムにおいて、放電回路がオープン故障した際に充電回路を通して補機負荷に電力を供給して車両を起動する場合の電流の流れを示す説明図である。本実施形態における電源システムにおいて、放電回路がオープン故障で通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合の電流の流れを示す説明図である。本実施形態における電源システムにおいて、充電回路、放電回路が短絡故障した際の動作を示すフローチャートである。従来技術の電源システムの構成を示す系統図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態の車両用の電源システム１００について説明する。図１に示すように、本実施形態の電源システム１００は、車両駆動用バッテリであるメインバッテリ１０と、メインバッテリ１０の電圧を降圧する電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、補機バッテリ２３と、補機バッテリ２３の残存容量（ＳＯＣ）が所定の閾値以下となった場合にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを降圧して補機バッテリ２３に充電を行う充電回路３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合に補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力供給を行う放電回路４０と、コントローラ７０とを備えている。なお、図１において、一点鎖線は信号線を示す。

図１に示すように、メインバッテリ１０は高圧ライン６１によってインバータ１２に接続され、インバータ１２には車両駆動用のモータジェネレータ１３が接続されている。高圧ライン６１には、システムメインリレー１１が配置されている。システムメインリレー１１のインバータ１２の側の高圧ライン６１とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とは接続ライン６３で接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機負荷２２との間は、低圧ライン６４で接続されている。ここで補機負荷２２は、例えば、パワーステアリング装置、油圧装置、窓の開閉装置、メインバッテリ１０の冷却装置等を駆動する小型モータや、照明装置等を含む。低圧ライン６４の中間点５４と放電回路４０の出力端５６とは第１補機バッテリライン６５によって接続され、放電回路４０の入力端５５と補機バッテリ２３とは第２補機バッテリライン６７で接続されている。第１補機バッテリライン６５の中間点５２と充電回路３０の入力端５７との間は充電回路入力ライン６６ａで接続され、充電回路３０の出力端５８と第２補機バッテリライン６７の中間点５１との間は、充電回路出力ライン６６ｂで接続されている。第２補機バッテリライン６７には、補機バッテリ２３の側から順に電流センサ２６、ヒューズ２７、補機リレー２８が接続されている。また、補機リレー２８と中間点５１との間には、ツェナーダイオード２９が接続されている。ツェナーダイオード２９は、補機バッテリ２３に充電を行った際に補機バッテリ２３に過電圧がかかることを防止する。

このように、充電回路３０は、低圧ライン６４と、第１、第２補機バッテリライン６５，６７と、充電回路入力ライン６６ａと、充電回路出力ライン６６ｂとによってＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機バッテリ２３との間に接続されている。充電回路３０の入力端５７は、充電回路３０のＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続されている端部であり、低圧ライン６４を介して補機負荷２２にも接続されている。また、放電回路４０は、低圧ライン６４と第１、第２補機バッテリライン６５，６７とによって補機負荷２２と補機バッテリ２３との間に接接続されており、放電回路４０の出力端５６は、放電回路４０の補機負荷２２に接続されている端部であり、低圧ライン６４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２１にも接続されている。

充電回路３０は、入力端５７と出力端５８との間に直列に接続された第２スイッチング素子９２とリアクトル３２と、第２スイッチング素子９２とリアクトル３２との間の接続点５３とグランドとの間に接続されたコンデンサ３４と第３スイッチング素子９３と、第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３の各ゲートに接続され第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３のオン・オフ動作を制御する充電制御ＩＣ３５と、を含んでいる。第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３は、それぞれ寄生ダイオード９２ａ，９３ａを有している。充電回路３０は、第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３と交互にオン・オフ動作させて入力端５７に入力された電圧を降圧して出力端５８から出力する機能を有している。なお、充電回路３０は、上記の様な構成にかかわらず、入力電圧を降圧して出力できる回路であれば、例えば、降圧チョッパ回路や降圧スイッチングレギュレータ等で構成してもよい。

放電回路４０は、入力端５５と出力端５６との間に接続された第１スイッチング素子９１と、第１スイッチング素子９１のゲートに接続されて第１スイッチング素子９１をオン・オフさせる放電制御ＩＣ４２とを含んでいる。第１スイッチング素子９１は寄生ダイオード９１ａを有している。また、放電制御ＩＣ４２は、第１補機バッテリライン６５の中間点５２と第２補機バッテリライン６７の中間点５１とに接続され、各中間点５１，５２の電圧を検出する。中間点５２の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃに等しく、補機リレー２８がオンの場合には中間点５１の電圧は補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等いから、放電制御ＩＣ４２は、補機リレー２８がオンの場合には、補機バッテリ２３の電圧ＶｂとＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを検出する。

補機バッテリ２３には、電圧Ｖｂを検出する電圧センサ２４と、温度Ｔｂを検出する温度センサ２５とが取り付けられている。

図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、充電制御ＩＣ３５と、放電制御ＩＣ４２と、補機リレー２８と、電圧センサ２４と、温度センサ２５と、電流センサ２６とはコントローラ７０に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、充電制御ＩＣ３５、放電制御ＩＣ４２、補機リレー２８とはコントローラ７０の指令によって動作する。だたし、放電制御ＩＣ４２は、コントローラ７０と独立して単独で第１スイッチング素子９１をオン・オフすることもできる。また、電圧センサ２４、温度センサ２５、電流センサ２６の検出した各信号はコントローラ７０に入力される。さらに、放電制御ＩＣ４２が検出した中間点５１，５２の各電圧の信号も放電制御ＩＣからコントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、内部に演算処理を行うＣＰＵ７１と、制御プログラムや制御データを格納するメモリ７２を含むコンピュータである。コントローラ７０は、接続線６８で補機バッテリ２３と接続されるとともに接続線６９、低圧ライン６４でＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続され、補機バッテリ２３或いはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から動作電力が供給される。

本実施形態の補機バッテリ２３はリチウムイオン電池で構成されており、図２の破線で示すように残存容量（ＳＯＣ）が大きくなるに従って電圧Ｖｂが高くなる。残存容量（ＳＯＣ）は、満充電容量（Ａ・ｈ）に対するバッテリの充電量（Ａ・ｈ）の割合（％）であり、満充電で１００％である。以下の説明では、残存容量（ＳＯＣ）は、ＳＯＣという。図２に示すように、本実施形態の補機バッテリ２３は、ＳＯＣが０％の電圧ＶｂはＶ０であり、ＳＯＣが１００％（満充電）の電圧ＶｂはＶ０よりも高いＶ１００であり、ＳＯＣが大きくなるに従って、電圧ＶｂはＶ０からＶ１００まで変化する。この補機バッテリ２３のＶ０からＶ１００までの電圧変化範囲は、補機負荷２２を断続的に駆動可能な電圧範囲である。また、図２の一点鎖線は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧がＶｄ０の場合の出力電圧Ｖｄｃを示す。図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０は、補機バッテリ２３の満充電電圧であるＶ１００よりも高くなっている（Ｖｄｃ＞Ｖ１００）。従って、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０よりも低くなっている（Ｖｂ＜Ｖｄ０）。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０は、補機負荷２２を連続的に駆動可能な電圧である。

以上のように構成された電源システム１００の動作について説明する。最初に図３から図７Ｂを参照して補機バッテリ２３の放電動作について説明する。

＜放電制御＞
放電回路４０の放電制御ＩＣ４２は、補機リレー２８がオンの場合に補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等しい中間点５１の電圧と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃと等しい中間点５２の電圧を検出している。そして、図３のステップＳ１０１に示すように、放電制御ＩＣ４２は、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃの場合）には、図３のステップＳ１０２に進んで第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３を放電させ、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力を供給する。また、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１でＮＯと判断した場合、つまり、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃ以下（Ｖｂ≦Ｖｄｃ）の場合、第１スイッチング素子９１をオフとして補機バッテリ２３の放電を停止する。

＜車両起動時の放電回路の動作＞
図４に示すように、車両のスタートスイッチがオンとされて車両が起動すると、コントローラ７０の指令により補機リレー２８がオンとなる。すると、中間点５１の電圧は補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等しくなる。これにより、放電制御ＩＣ４２は、補機バッテリ２３の電圧ＶｂとＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃとを検出する。

この時点では、まだシステムメインリレー１１はオフでＤＣ／ＤＣコンバータ２１も停止しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃはゼロとなっている。このため、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１で補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）と判断して、図３のステップＳ１０２に進んで第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３を放電させ、補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を行う。

すると、図４の矢印Ｒ１に示すように、補機バッテリ２３から補機負荷２２に向かって電流が流れる。また、第１スイッチング素子９１がオフからオンになるまでの間は、放電回路４０の寄生ダイオード９１ａを通って補機バッテリ２３から補機負荷２２に向かって電流が流れるので、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い場合には、時間遅れ無く補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を行うことができる。なお、車両が停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が停止した場合も上記と同様に補機バッテリ２３から補機負荷２２へ電力供給を行う。

＜通常走行時の放電回路の動作＞
先に図４を参照して説明したように、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力が供給されると、図示しないＥＣＵが起動する。ＥＣＵは、システムメインリレー１１をオンにしてメインバッテリ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とを接続する。また、コントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作を開始すると、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０となる（Ｖｂ≦Ｖｄｃ＝Ｖｄ０）。すると、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１でＮＯと判断し、第１スイッチング素子９１をオフとして、補機バッテリ２３の放電を停止し、補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を停止する。

補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給が停止されると、図５の矢印Ｒ２，Ｒ４に示すようにメインバッテリ１０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に供給される。また、図５の矢印Ｒ３に示すように、メインバッテリ１０の電力は、インバータ１２からモータジェネレータ１３に供給され、車両は通常走行を行う。車両が通常走行を行っている間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれるので、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオフのままとする。

このように、本実施形態の電源システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作していない車両の起動時、或いは車両の停止時には、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力を供給し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作している通常走行中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から連続的に補機負荷２２への電力供給を行う。

＜通常走行中の補機負荷のラッシュ電流発生時の放電回路の動作＞
図６Ａの時刻ゼロから時刻ｔ１までの間のように、車両が通常走行中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃ（図６Ａ中に一点鎖線で示す）は、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれている。また、図６Ｂの時刻ゼロから時刻ｔ１までの間のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流Ｉｄｃ（図６Ｂ中に一点鎖線で示す）は、補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑ（図６Ｂ中に実線で示す）に等しくなっている。この時の出力電流Ｉｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが目標出力電圧Ｖｄ０の場合の上限出力電流Ｉｄｍａｘよりも小さい。

補機負荷２２には、パワーステアリング装置、油圧装置を駆動する小型モータが含まれている。これらの小型モータは、運転者が急ハンドルや急ブレーキの操作をした場合、急速な動作をするために短時間で大きな電流（ラッシュ電流）が必要になる。このため、図６Ｂの時刻ｔ１で急ハンドル或いは急ブレーキの操作がされた場合には、図６Ｂに実線で示すように補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑは時刻ｔ１以降、急速に大きくなっていく。これにつれて、図６Ｂに破線で示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流Ｉｄも急速に大きくなっていく。そして、図６Ｂの時刻ｔ２にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流Ｉｄが上限出力電流Ｉｄｍａｘに達すると、図６Ａの一点鎖線に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、出力電圧Ｖｄｃを目標出力電圧Ｖｄ０に維持することができず、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは目標出力電圧Ｖｄ０から低下し始める。

図６Ａの時刻ｔ３にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合、つまり、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高くなった場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）には、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１でＹＥＳと判断してステップＳ１０２に進み、第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３の放電を開始する。すると、図６Ｂに破線で示すように、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電流Ｉｂが流れ出す。この時、図７の矢印Ｒ４で示すように補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から出力電流Ｉｄが流れるとともに、図７の矢印Ｒ１で示すように補機バッテリ２３から電流Ｉｂが流れる。従って、補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機バッテリ２３とから電力が供給される。補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力が供給されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの供給電力と補機バッテリ２３からの供給電力のバランスにより、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも少し低い電圧に保たれる。

図６Ｂに示すように、時刻ｔ３に急ハンドル或いは急ブレーキの操作が終わると、補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑはピーク電流Ｉｐｅａｋから急速に低下する。すると、図６Ａに示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが上昇し始め、図６Ａの時刻ｔ４に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ以上となる（Ｖｂ≦Ｖｄｃ）。すると、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１でＮＯと判断して図３のステップＳ１０３に示すように、第１スイッチング素子９１をオフとする。これにより、図６Ｂの時刻ｔ４の後、補機バッテリ２３の電流Ｉｂはゼロとなる。また、図６Ｂに示す時刻ｔ４の後、補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑは急速に低下してくるので、これにつれて、図６Ａに示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが上昇してくる。

そして、図６Ｂの時刻ｔ５に補機負荷２２の要求電流ＩｒｅｑがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の上限出力電流Ｉｄｍａｘよりも小さくなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは目標出力電圧Ｖｄ０に戻る。そして、時刻ｔ６に車両が通常走行に戻ると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれ、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオフに保つ。

以上説明したように、通常走行中に急ハンドル或いは急ブレーキの操作が行われ、補機負荷２２のラッシュ電流が発生して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）には、放電制御ＩＣ４２は第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３を放電させて補機負荷２２への供給電力をバックアップする。また、補機負荷２２のラッシュ電流が発生しておらず、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くならない場合には、補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から連続的に電力が供給される。

このように、本実施形態の電源システム１００は、通常走行時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から連続的に補機負荷２２への電力供給を行い、補機負荷２２のラッシュ電流が発生した場合には、断続的に補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の供給電力をバックアップする。

＜充電制御＞
次に、図８，９を参照しながら補機バッテリ２３の充電動作について説明する。コントローラ７０は、メモリ７２に補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂ、温度ＴｂとＳＯＣとの関係を示すマップを格納している。コントローラ７０は、図８のステップＳ２０１に示すように、電圧センサ２４、電流センサ２６、温度センサ２５で検出した補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂ、温度Ｔｂと、このマップに基づいて補機バッテリ２３のＳＯＣを計算し、所定の閾値である充電開始閾値Ｃａと比較する。そして、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電開始閾値Ｃａ以下となった場合、図８のステップＳ２０２に進み、放電制御ＩＣ４２が検出した中間点５１，５２の電圧をそれぞれ補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃと補機バッテリ２３の電圧Ｖｂとを比較する。そして、図８のステップＳ２０２でＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ以上の場合には（Ｖｄｃ≧Ｖｂ）、図８のステップＳ２０３に進み、充電制御ＩＣ３５に充電回路３０の起動指令を出力するとともに、放電制御ＩＣ４２で検出した補機バッテリ２３の電圧Ｖｂを充電制御ＩＣ３５に出力する。

充電回路３０が起動したら、コントローラ７０は、図８のステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０１と同様に補機バッテリ２３のＳＯＣを計算し、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上になるまで充電回路３０の動作を維持するとともに、充電制御ＩＣ３５に放電制御ＩＣ４２で検出した補機バッテリ２３の電圧Ｖｂを出力する（ステップＳ２０３）。そして、コントローラ７０は、図８のステップＳ２０４で補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上となったら、ステップＳ２０５に進み、充電制御ＩＣ３５に充電回路３０の動作を停止する指令を出力する。

一方、コントローラ７０は、図８のステップＳ２０１でＮＯと判断した場合、及び、図８のステップＳ２０２でＮＯと判断した場合には、充電回路３０を起動せずに最初に戻り、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５を繰り返す。

充電制御ＩＣ３５は、コントローラ７０からの起動指令が入力されたら、第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３とを交互にオン・オフさせてＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを補機バッテリ２３の充電電圧Ｖｃｈに降圧する。充電電圧Ｖｃｈは、コントローラ７０から入力された補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一或いは少し高い電圧である。補機バッテリ２３の電圧Ｖｂは、図２に示すようにＳＯＣによってＶ０からＶ１００まで変化するので、充電制御ＩＣ３５は、コントローラ７０から入力された補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに基づいて第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３のデューティ比を変化させて充電電圧Ｖｃｈが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一或いは少し高い電圧となるように調整する。なお、補機バッテリ２３の充電電圧Ｖｃｈを変化させず、図２を参照して説明した補機バッテリ２３の満充電電圧であるＶ１００として充電するようにしてもよい。

＜通常走行中の補機バッテリの充電動作＞
先に図５を参照して説明したと同様、車両が通常走行している場合には、図９の矢印Ｒ２，Ｒ４に示すようにメインバッテリ１０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれるので、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオフのままとしている。充電制御ＩＣ３５にコントローラ７０からの起動指令が入力されると、充電制御ＩＣ３５は、第２スイッチング素子９２、第３スイッチング素子９３を交互にオン・オフさせてＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを充電電圧Ｖｃｈに降圧し、図９の矢印Ｒ５に示すように補機バッテリ２３に充電する。

以上説明した充電制御において、充電開始閾値Ｃａ、充電停止閾値Ｃｂはいろいろな値をとることが可能であるが、例えば、充電開始閾値Ｃａは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂがあまり低くならないように、５０〜６０％程度、充電停止閾値Ｃｂは高いほど車両停止期間を長くできるが、あまり高くすると補機バッテリ２３を過充電してしまう可能性があるので、８０〜９０％程度としてもよい。また、先に述べたように、補機バッテリ２３からの電力供給は、車両の起動時、停止時のようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１が停止している場合や、補機負荷２２にラッシュ電流が流れる場合で、通常走行中には補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給は行われない。このため、補機バッテリ２３の放電量は少なく、必要な充電量も少ない。

＜本実施形態の電源システムの基本な効果＞
以上説明したように、本実施形態の電源システム１００は、補機バッテリ２３の電圧ＶｂをＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０よりも低い電圧とし、補機負荷２２への連続的な電力供給はＤＣ／ＤＣコンバータ２１によって行い、補機バッテリ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作していない車両の起動時、車両の停止時、或いは、補機負荷２２にラッシュ電流が発生してＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電力が不足して出力電圧Ｖｄｃが低下した場合に、断続的に補機負荷２２に電力を供給する。このため、補機バッテリ２３から補機負荷２２への放電量が少なくなるとともに、第１スイッチング素子９１を常にオン・オフ動作させる必要が無い。また、補機バッテリ２３の放電量が少ないので、補機バッテリ２３の必要充電量も少なくなり、第２スイッチング素子９２、第３スイッチング素子９３も常にオン・オフ動作を行う必要が無い。これにより、図１６に示す従来技術の電源システム２００のように、補機バッテリ２０５によって補機負荷２０６への電力供給を行い、専用のＤＣ／ＤＣコンバータ２０７を常に昇圧動作或いは降圧動作させる構成に比べて電圧変換損失を低減することができる。

＜充電回路のオープン故障時の動作＞
次に、図１０，１１を参照しながら充電回路３０の第２スイッチング素子９２がオープン故障した場合の電源システム１００の動作について説明する。先に、図１〜図９を参照して説明した部分には同様の符号を付して説明は省略する。

充電回路３０を起動してＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機バッテリ２３の充電を行うと、図２に示す補機バッテリ２３のＳＯＣに対する電圧Ｖｂのグラフに示すように、充電によりＳＯＣが高くなるに従って、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂも高くなってくる。しかし、充電回路３０の第２スイッチング素子９２がオープン故障した場合には補機バッテリ２３への充電ができないため、コントローラ７０が充電制御ＩＣ３５に起動指令を出力しても、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一電圧となる中間点５１の電圧が上昇してこない。そこで、コントローラ７０は、図８のステップＳ２０３で充電制御ＩＣ３５に充電回路３０の起動指令を出力した後、放電制御ＩＣ４２から取得した中間点５１の電圧が上昇してこない場合には、図１０のステップＳ３０１で充電回路３０の第２スイッチング素子９２がオープン故障していると判断し、図１０のステップＳ３０２に進む。

コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０２で、図８のステップＳ２０１と同様の方法で補機バッテリ２３のＳＯＣを計算し、所定の閾値である充電開始閾値Ｃａと比較する。そして、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電開始閾値Ｃａ以下の場合には、図１０のステップＳ３０３に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを補機バッテリ２３の充電電圧Ｖｃｈとなるように調整する。充電電圧Ｖｃｈは、先に充電制御で説明したように、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一か少し高い電圧である。そして、コントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが充電電圧Ｖｃｈとなったことを確認したら、図１０のステップＳ３０４に進み、放電制御ＩＣ４２に第１スイッチング素子９１を強制的にオンとする指令を出力する。この指令により、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオンとする。第１スイッチング素子９１がオンとなると、図１１の矢印Ｒ６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から放電回路４０を通って補機バッテリ２３に電流が流れ、補機バッテリ２３の充電が行われる。

コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０５において、図８のステップＳ２０１と同様に補機バッテリ２３のＳＯＣを計算し補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上になるまで第１スイッチング素子９１の強制オンを維持する。また、コントローラ７０は、充電によりＳＯＣが上昇して補機バッテリ２３の電圧Ｖｂが上昇したら、これに合わせて充電電圧Ｖｃｈを上昇させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを上昇させていく。そして、コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０５で補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上となったら、ステップＳ３０６に進み、放電制御ＩＣ４２に第１スイッチング素子９１をオフとする信号を出力する。この指令により、放電制御ＩＣ４２は第１スイッチング素子９１をオフとする。そして、コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０７に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを目標出力電圧Ｖｄ０としてルーチンを終了する。

＜通常走行中に充電回路がオープン故障した際の補機バッテリの充電＞
車両が通常走行している場合には、図５を参照して説明したように、システムメインリレー１１がオンでＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作しており、図５の矢印Ｒ２，Ｒ４に示すように、メインバッテリ１０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に供給されている。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高くなっている。

この際、図８のステップＳ２０１で説明したように、コントローラ７０が補機バッテリ２３のＳＯＣが充電開始閾値Ｃａ以下となっていると判断した場合には、コントローラ７０は、図８のステップＳ２０２に進む。通常走行中、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高いので（Ｖｄｃ≧Ｖｂ）、コントローラ７０は、図８のステップＳ２０２でＹＥＳと判断して図８のステップＳ２０３に進んで充電回路３０の充電制御ＩＣ３５に起動指令を出力する。

コントローラ７０は、放電制御ＩＣ４２から取得した中間点５１の電圧が上昇してこない場合には、図１０のステップＳ３０１で充電回路３０の第２スイッチング素子９２がオープン故障していると判断し、図１０のステップＳ３０２に進む。補機バッテリ２３のＳＯＣは充電開始閾値Ｃａ以下となっているから、コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０２でＹＥＳと判断して図１０のステップＳ３０３に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の充電電圧Ｖｃｈとなるように調整する。

この場合、補機負荷２２への供給電圧も充電電圧Ｖｃｈとなる。先に述べたように、充電電圧Ｖｃｈは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一か少し高い電圧であり、図２を参照して説明したように、補機バッテリ２３のＶ０からＶ１００の電圧範囲は補機負荷２２を断続的に駆動可能な電圧である。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の電圧を充電電圧Ｖｃｈまで低下させても補機負荷２２は断続的に動作可能であり、図１１の矢印Ｒ２，Ｒ４に示すように、メインバッテリ１０の電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に供給され、補機負荷２２は動作を続ける。また、充電電圧Ｖｃｈは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一か少し高い電圧であるから（Ｖｂ≦Ｖｃｈ）、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１でＮＯと判断して第１スイッチング素子９１をオフとしている。

次に、コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０４に進み、放電制御ＩＣ４２に第１スイッチング素子９１を強制的にオンとする指令を出力する。この指令により、放電制御ＩＣ４２は、それまで、オフとしていた第１スイッチング素子９１をオンとする。これにより、図１１の矢印Ｒ６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から放電回路４０の第１スイッチング素子９１を通って補機バッテリ２３に電流が流れ、補機バッテリ２３の充電が行われる。

そして、図１０のステップＳ３０４、Ｓ３０５に示すように、コントローラ７０は、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂとなるまで第１スイッチング素子９１の強制オンを継続し、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上となったら、図１０のステップＳ３０６に進み、第１スイッチング素子９１をオフとする。これにより、放電回路４０は図３を参照して説明した放電制御に戻る。

補機バッテリ２３の充電が終了したら、コントローラ７０は、図１０のステップＳ３０７に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを充電電圧Ｖｃｈから目標出力電圧Ｖｄ０とする。これにより、車両は、図５を参照して説明した通常走行状態に戻る。

なお、コントローラ７０は、第１スイッチング素子９１を強制オンにして補機バッテリ２３を充電する際に、放電制御ＩＣ４２から取得した中間点５１の電圧及び電流センサ２６によって取得した補機バッテリ２３の電流Ｉｂの絶対値が所定値以上となった場合には、補機バッテリ２３に過電圧、過電流が加わったと判断し、補機リレー２８をオフとして補機バッテリ２３を保護する。また、図８のステップＳ２０１に示すように、車両の通常走行中に補機バッテリ２３のＳＯＣが充電開始閾値Ｃａを超えていた場合には、コントローラ７０は、補機バッテリ２３の充電を行わずにルーチンを終了する。この場合、放電回路４０は、図３〜７を参照して説明したような放電制御を行う。

以上説明したように、本実施形態の電源システム１００は、充電回路３０の第２スイッチング素子９２がオープン故障した際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを充電電圧Ｖｃｈに低下させてから放電回路４０の第１スイッチング素子９１を強制オンとして補機バッテリ２３の充電を行うことができるので、補機バッテリ２３の過放電を抑制することができる。また、充電回路３０がオープン故障した場合でも、車両は通常走行、退避走行を継続することができる。

＜放電回路のオープン故障時の動作＞
次に、図１２〜１４を参照して放電回路４０の第１スイッチング素子９１がオープン故障した際の動作について説明する。先に図１〜１１を参照して説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）、第１スイッチング素子９１がオフ（オープン）の状態でも第１スイッチング素子９１の寄生ダイオード９１ａを通して補機バッテリ２３から補機負荷２２に電流が流れる。しかし、寄生ダイオード９１ａは抵抗が大きいので、電圧降下が大きく、放電制御ＩＣ４２が検出する中間点５１と中間点５２との電圧の間に電圧差ができる。一方、第１スイッチング素子９１はオンとなると抵抗がほとんどないので、補機バッテリ２３からＤＣ／ＤＣコンバータ２１に電流が流れても中間点５１と中間点５２との間にはほとんど電圧差ができない。そこで、コントローラ７０は、図１２のステップＳ４０１で、放電制御ＩＣ４２が第１スイッチング素子９１をオンとする信号を出力している場合に、放電制御ＩＣ４２から取得した中間点５１の電圧と中間点５２の電圧との間の電圧差が所定期間継続した場合に第１スイッチング素子９１がオープン故障を起こしていると判断する。そして、ステップＳ４０２に進み、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高くなっていることを確認したら、図１２のステップＳ４０３に進み、充電制御ＩＣ３５に充電回路３０を放電モードとする指令を出力する。充電制御ＩＣ３５はこの指令によって第２スイッチング素子９２を強制オンとし、第３スイッチング素子９３をオフ固定とする。すると図１３の矢印Ｒ７に示すように、補機バッテリ２３から充電回路３０を通って補機負荷２２に電力が供給される。

＜放電回路オープン故障時の車両起動＞
図１３に示すように、車両のスタートスイッチがオンとされて車両が起動すると、コントローラ７０の指令により補機リレー２８がオンとなる。すると、中間点５１の電圧は補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等しくなる。これにより、放電制御ＩＣ４２は、中間点５１の電圧を検出することにより補機バッテリ２３の電圧Ｖｂを検出し、中間点５２の電圧を検出することによりＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを検出する。

この時点では、図１３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が停止しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃはゼロとなっており、放電制御ＩＣ４２は、図３のステップＳ１０１に示すように、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）と判断して、図２のステップＳ１０２に進んで第１スイッチング素子９１をオンとする信号を出力する。

補機リレー２８がオンとなり、中間点５１の電圧が補機バッテリ２３の電圧Ｖｂとなると、図１３の矢印Ｒ８に示すように、補機バッテリ２３から第１スイッチング素子９１の寄生ダイオード９１ａを通って補機負荷２２に電流が流れる。寄生ダイオード９１ａは抵抗が大きいので、中間点５１の電圧と中間点５２の電圧との間には、電圧差が生じている。

コントローラ７０は、放電制御ＩＣ４２から取得した中間点５１の電圧と中間点５２の電圧との間の電圧差が所定期間継続した場合、図１２のステップＳ４０１に示すように、第１スイッチング素子９１がオープン故障を起こしていると判断する。この時点では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は停止しており、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高いので、コントローラ７０は、図１２のステップＳ４０２でＹＥＳと判断して図１２のステップＳ４０３に進み、充電制御ＩＣ３５に充電回路３０を放電モードとする指令を出力する。充電制御ＩＣ３５はこの指令によって第２スイッチング素子９２を強制オンとし、第３スイッチング素子９３をオフ固定とする。すると図１３の矢印Ｒ７に示すように、補機バッテリ２３から充電回路３０を通って補機負荷２２に電力が供給される。

補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力が供給されると、図示しないＥＣＵが起動し、システムメインリレー１１をオンとする。そして、コントローラ７０がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に電力が供給され、車両の起動が完了し、車両は図５に示すような通常走行が可能となる。このように、放電回路４０の第１スイッチング素子９１がオープン故障した場合でも、充電回路３０を放電モードにして車両の起動行うことができる。

＜放電回路オープン故障で通常走行中に補機負荷のラッシュ電流発生時の動作＞
通常走行中に補機負荷のラッシュ電流した場合に、放電制御ＩＣ４２が第１スイッチング素子９１にオン指令を出力しているにも関わらず、中間点５１の電圧と中間点５２の電圧と間の電圧差が所定時間継続した場合には、コントローラ７０は、放電回路４０の第１スイッチング素子９１がオープン故障していると判断して充電回路３０の第２スイッチング素子９２をオンとする。これにより、図１４の矢印Ｒ７に示すように補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力が供給される。先に図６Ａ，図６Ｂ、図７を参照して説明したように、補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機バッテリ２３とから電力が供給される。このように、放電回路４０の第１スイッチング素子９１がオープン故障した場合でも、充電回路３０を放電モードにし、補機負荷２２にラッシュ電流が発生した場合にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電力をバックアップする。これにより、車両は通常走行或いは退避走行を継続することができる。

なお、コントローラ７０は、充電回路３０を放電モードにして補機バッテリ２３の放電を行った場合に、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電開始閾値Ｃａ以下になった場合、或いは、電流センサ２６によって取得した補機バッテリ２３の電流Ｉｂの絶対値が所定値以上となった場合には、補機バッテリ２３の過放電或いは過電流が発生したと判断し、補機リレー２８をオフにして補機バッテリ２３の保護を行う。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い場合には、コントローラ７０は、図８，９を参照して説明したような充電動作を行う。

以上説明したように、本実施形態の電源システム１００は、放電回路４０の第１スイッチング素子９１がオープン故障した場合でも、充電回路３０を放電モードにして車両の起動時や、通常走行中に補機負荷のラッシュ電流が発生した時に補機負荷２２へ電力供給を行うことができる。

＜充電回路、放電回路の短絡故障の際の動作＞
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１によって補機負荷２２に電力を供給している場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高くなっている。この場合に、充電回路３０の第２スイッチング素子９２と放電回路４０の第１スイッチング素子９１のいずれか一方、または両方が短絡故障すると中間点５１の電圧が補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高いＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃに上昇する。このため、コントローラ７０は、図１５のステップＳ５０１において、放電制御ＩＣ４２から取得した中間点５１の電圧が電圧センサ２４によって取得した補機バッテリ２３の電圧よりも高い場合には、第２スイッチング素子９２または第１スイッチング素子９１のいずれか一方または両方が短絡故障したと判断し、図１５のステップＳ５０２に進む。そして、図１５のステップＳ５０２でＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高いことを確認したら、図１５のステップＳ５０３に進んで補機リレー２８をオフにする。

なお、コントローラ７０は、図１５のステップＳ５０１で短絡故障が発生していないと判断した場合、及び、ステップＳ５０２でＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧よりも高くない（Ｖｄｃ≦Ｖｂ）と判断した場合には、補機リレー２８をオフにせず、ルーチンを終了する。

これにより、第２スイッチング素子９２または第１スイッチング素子９１のいずれか一方または両方が短絡故障した場合に、充電回路３０または放電回路４０を通してＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機バッテリ２３に過剰な電流が流れ込むことを抑制し、補機バッテリ２３を保護することができる。

１０，２０１メインバッテリ、１１システムメインリレー、１２，２０２インバータ、１３，２０３モータジェネレータ、２１，２０７ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２，２０６補機負荷、２３，２０５補機バッテリ、２４電圧センサ、２５温度センサ、２６電流センサ、２７ヒューズ、２８補機リレー、２９ツェナーダイオード、３０充電回路、３２リアクトル、３４コンデンサ、３５充電制御ＩＣ、４０放電回路、４２放電制御ＩＣ、５１，５２，５４中間点、５３接続点、５５，５７入力端、５６，５８出力端、６１高圧ライン、６３接続ライン、６４低圧ライン、６５第１補機バッテリライン、６６ａ充電回路入力ライン、６６ｂ充電回路出力ライン、６７第２補機バッテリライン、６８，６９接続線、７０コントローラ、７１ＣＰＵ、７２メモリ、９１第１スイッチング素子、９１ａ，９２ａ，９３ａ寄生ダイオード、９２第２スイッチング素子、９３第３スイッチング素子、１００，２００電源システム、２０４双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

Claims

車両駆動用バッテリと、
前記車両駆動用バッテリの電圧を変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器の目標出力電圧より電圧の低い補機バッテリと、を含み、
前記車両駆動用バッテリの電力を前記電圧変換器から補機負荷に供給する電源システムであって、
第１スイッチング素子を含み、前記補機負荷と前記補機バッテリとの間に接続され、前記電圧変換器の出力電圧が前記補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に、前記第１スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力を供給する放電回路と、
第２スイッチング素子を含み、前記電圧変換器と前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合に、前記第２スイッチング素子をオン・オフさせて前記電圧変換器の出力電圧を降圧して前記補機バッテリに充電を行う充電回路と、
前記充電回路と前記放電回路の動作を調整するコントローラと、を備え、
前記放電回路の前記補機負荷に接続されている端部は前記電圧変換器にも接続されており、
前記コントローラは、
前記充電回路の前記第２スイッチング素子のオープン故障を検出した場合で、且つ、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合には、前記放電回路の前記第１スイッチング素子をオンとし、前記電圧変換器から前記補機バッテリの充電を行うこと、
を特徴とする車両用電源システム。
車両駆動用バッテリと、
前記車両駆動用バッテリの電圧を変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器の目標出力電圧より電圧の低い補機バッテリと、を含み、
前記車両駆動用バッテリの電力を前記電圧変換器から補機負荷に供給する電源システムであって、
第１スイッチング素子を含み、前記補機負荷と前記補機バッテリとの間に接続され、前記電圧変換器の出力電圧が前記補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に、前記第１スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力を供給する放電回路と、
第２スイッチング素子を含み、前記電圧変換器と前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合に、前記第２スイッチング素子をオン・オフさせて前記電圧変換器の出力電圧を降圧して前記補機バッテリに充電を行う充電回路と、
前記充電回路と前記放電回路の動作を調整するコントローラと、を備え、
前記充電回路の前記電圧変換器に接続されている端部は前記補機負荷にも接続されており、
前記コントローラは、
前記放電回路の前記第１スイッチング素子のオープン故障を検出した場合で、且つ、前記補機バッテリの電圧が前記電圧変換器の出力電圧よりも高い場合に、前記充電回路の前記第２スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力供給を行うこと、
を特徴とする車両用電源システム。
請求項１または２に記載の車両用電源システムであって、
前記補機バッテリと前記充電回路及び前記放電回路との間に接続された補機リレーを備え、
前記コントローラは、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのいずれか一方または両方が短絡故障した場合には、前記補機リレーを遮断する車両用電源システム。