JP6686782B2

JP6686782B2 - 電源システム

Info

Publication number: JP6686782B2
Application number: JP2016155600A
Authority: JP
Inventors: 聖弥片岡; 智子大庭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-08-08
Also published as: JP2018026901A

Description

本発明は、電源システムに関し、詳しくは、高電圧系からの電力を降圧して低電圧系に供給する降圧回路を備える電源システムに関する。

従来、この種の電源システムとしては、高電圧バッテリと車載機器に電力を供給する低電圧バッテリとの間にマスタ降圧回路とスレーブ降圧回路とを並列接続したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、マスタ降圧回路によって車載機器に電力を供給する指示とスレーブ降圧回路によって車載機器に電力を供給する指示とを順次行ない、マスタ降圧回路の出力電圧やスレーブ降圧回路の出力電圧に基づいて電源システムの異常の有無を判断している。

特開２０１３−８１３４９号公報

しかしながら、上述の電源システムでは、並列接続した２つの降圧回路を用いて異常を判断しているため、この技術を高電圧系からの電力を１つの降圧回路によって降圧して低電圧系に供給するものに適用することができない。また、降圧回路の出力電圧が過電圧に至る要因として、降圧回路の異常と外的要因とを考えることができるため、単に降圧回路の異常と特定することはできない。さらに、降圧回路の出力電圧が過電圧に至ったときでも外的要因である場合には降圧回路を復帰駆動することが望まれる。

本発明の電源システムは、降圧回路の異常をより適正に判断すると共に降圧回路に異常が生じていないときには降圧回路を適正に復帰駆動することを主目的とする。

本発明の電源システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電源システムは、
高電圧系からの電力を降圧して前記高電圧系より電圧の低い低電圧系に供給する降圧回路と、前記降圧回路を制御する制御装置と、を備える電源システムであって、
前記制御装置は、前記降圧回路の出力電圧が過電圧判定用の第１閾値以上であるのを検出したときには、
前記降圧回路を停止し、
前記降圧回路の出力電圧が前記第１閾値以上であるのを検出したときの前記降圧回路の出力電流が電流閾値以上のときには前記降圧回路に異常が生じていると判定し、
前記降圧回路の出力電圧が前記第１閾値以上であるのを検出したときの前記降圧回路の出力電流が前記電流閾値未満のときには前記降圧回路の出力電圧が前記第１閾値より小さい復帰判定用の第２閾値以下になると前記降圧回路を駆動する、
ことを特徴とする。

この本発明の電源システムでは、降圧回路の出力電圧が過電圧判定用の第１閾値以上であるのを検出したときには降圧回路を停止する。そして、降圧回路の出力電圧が第１閾値以上であるのを検出したときの降圧回路の出力電流が電流閾値以上のときには降圧回路に異常が生じていると判定する。単に降圧回路の出力電圧が第１閾値以上であるだけで降圧回路の異常を判定するものに比して、より適正に降圧回路の異常を判定することができる。なお、降圧回路の異常が判定された場合には、降圧回路の駆動停止は継続される。一方、降圧回路の出力電圧が第１閾値以上であるのを検出したときの降圧回路の出力電流が電流閾値未満のときには降圧回路の出力電圧が第１閾値より小さい復帰判定用の第２閾値以下になると降圧回路を駆動する。外的要因により降圧回路の出力電圧が第１閾値以上になったときには降圧回路の出力電流は小さくなるから、降圧回路の出力電流が電流閾値未満のときには外的要因であると判断するのである。この場合、降圧回路に異常は生じていないと判断できるから、降圧回路の出力電圧が第２閾値以下に低下してから、降圧回路の駆動を再開するのである。これにより、降圧回路に異常が生じていないときには降圧回路を適正に復帰駆動することができる。

本発明の一実施例としての電源システム２０の構成の概略を示す構成図である。制御装置６０により実行される過電圧異常制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。降圧回路５０に異常が生じたことにより低電圧系４０が過電圧になった際の出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃと降圧回路５０の駆動状態の時間変化の一例を示す説明図である。外的要因により低電圧系４０が過電圧になった際の出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃと降圧回路５０の駆動状態の時間変化の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電源システム２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源システム２０は、高電圧バッテリ３２が接続された高電圧系３０と、高電圧バッテリ３２より低電圧の低電圧バッテリ４２や車載機器などの負荷４４が接続された低電圧系４０と、高電圧系３０からの電力を降圧して低電圧系４０に供給する降圧回路５０と、降圧回路５０を制御する制御装置６０とを備える。

降圧回路５０は、図示しない１つのリアクトルと２つのスイッチング素子とからなる周知のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されており、制御装置６０からのスイッチング制御信号により２つのスイッチング素子をスイッチングすることにより、高電圧系３０の電力を降圧して低電圧系４０に供給する。

制御装置６０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に図示しないＲＯＭやＲＡＭ，フラッシュメモリ，入出力ポートなどを備える。制御装置６０には、降圧回路５０の低電圧系４０側に取り付けられた電圧センサ５４からの出力電圧Ｖｄｃや降圧回路５０の低電圧系４０側に取り付けられた電流センサ５６からの出力電流Ｉｄｃなどが入力ポートを介して入力されている。また、制御装置６０からは、降圧回路５０へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された電源システム２０の動作、特に降圧回路５０の出力側（低電圧系４０）が過電圧になった際の動作について説明する。図２は、降圧回路５０の駆動が開始されたときに制御装置６０により実行される過電圧異常制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

過電圧異常制御ルーチンが実行されると、制御装置６０は、まず、電圧センサ５４からの出力電圧Ｖｄｃと電流センサ５６からの出力電流Ｉｄｃとを入力し（ステップＳ１００）、入力した出力電圧Ｖｄｃを閾値Ｖｒｅｆ１と比較する処理を実行する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆ１は、過電圧判定用の閾値であり、低電圧系４０の通常の電圧範囲の上限電圧より若干高い電圧を用いることができる。出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１未満のときには、低電圧系４０に過電圧は発生していないと判断しステップＳ１００の出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃの入力処理に戻る。したがって、出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１未満の間は、出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃの入力処理と出力電圧Ｖｄｃを閾値Ｖｒｅｆ１と比較する処理とが繰り返し実行される。

出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上のときには、低電圧系４０に過電圧が生じていると判断し、降圧回路５０を駆動停止し（ステップＳ１２０）、出力電流Ｉｄｃを閾値Ｉｒｅｆと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｉｒｅｆは、低電圧系４０の過電圧が降圧回路５０の異常であるか外的要因であるかを判定するための閾値であり、降圧回路５０を駆動しているときの通常の電流範囲の下限電流値やその近傍の電流値を用いることができる。低電圧系４０の過電圧が降圧回路５０の異常であるときには、降圧回路５０から通常の電流範囲の下限電流値より大きな電流が流れるはずであるから、出力電流Ｉｄｃは閾値Ｉｒｅｆ以上となる。一方、低電圧系４０の過電圧が外的要因であるときには、過電圧により降圧回路５０から電流は流れなくなるため、出力電流Ｉｄｃは閾値Ｉｒｅｆ未満となる。実施例では、こうした原理に基づいて低電圧系４０の過電圧が降圧回路５０の異常であるか外的要因であるかを判定している。出力電流Ｉｄｃが閾値Ｉｒｅｆ以上のときには、降圧回路５０に異常が生じていると判断し、降圧回路５０の異常を出力し（ステップＳ１４０）、降圧回路５０を再駆動することなく本ルーチンを終了する。

出力電流Ｉｄｃが閾値Ｉｒｅｆ未満のときには、降圧回路５０に異常は生じていないと判断し、電圧センサ５４からの出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ２未満に至るのを待つ（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆ２は、低電圧系４０の過電圧が終了したために降圧回路５０の再駆動を判定するための閾値であり、低電圧系４０の通常の電圧範囲内の上限電圧近傍の電圧やその電圧より小さな電圧を用いることができる。出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ２以下に至ると、降圧回路５０を再駆動して（ステップＳ１７０）、ステップＳ１００の出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃの入力処理に戻る。

図３は、降圧回路５０に異常が生じたことにより低電圧系４０が過電圧になった際の降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃと降圧回路５０の駆動状態の時間変化の一例を示す説明図である。図４は、外的要因により低電圧系４０が過電圧になった際の降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃと出力電流Ｉｄｃと降圧回路５０の駆動状態の時間変化の一例を示す説明図である。降圧回路５０に異常が生じたことにより低電圧系４０が過電圧になる場合、図３に示すように、時間Ｔ１１に降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上となったときに、降圧回路５０の出力電流Ｉｄｃは閾値Ｉｒｅｆ以上を保持しているから、降圧回路５０に異常が生じていると判定される。これらの判定に要した時間を経過した時間Ｔ１２に降圧回路５０の駆動が停止され、このため、降圧回路５０の出力電流Ｉｄｃは値０となる。なお、降圧回路５０に異常が生じているから、その後は降圧回路５０は再駆動されない。一方、外的要因により低電圧系４０が過電圧になる場合、図４に示すように、時間Ｔ２１に降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上となったときに、降圧回路５０の出力電流Ｉｄｃは閾値Ｉｒｅｆ未満となるから、降圧回路５０には異常は生じていないと判定される。これらの判定に要した時間を経過した時間Ｔ２２に出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上となったことに伴って降圧回路５０の駆動が停止される。その後、駆動停止している降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ２以下に至る時間Ｔ２３に降圧回路５０の再駆動（復帰）が判定され、この判定に要した時間を経過した時間Ｔ２４に降圧回路５０が再駆動される。このため、降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが上昇し、降圧回路５０の出力電流Ｉｄｃも上昇する。

以上説明した実施例の電源システム２０では、降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが低電圧系４０の過電圧を判定する閾値Ｖｒｅｆ１以上のときには、まず、降圧回路５０を駆動停止する。そして、降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上に至ったときの降圧回路５０の出力電流Ｉｄｃが閾値Ｉｒｅｆ以上のときには、降圧回路５０に異常が生じていると判断する。これにより、降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ以上であることだけで降圧回路５０に異常が生じていると判定するものに比して、より適正に降圧回路５０の異常を判定することができる。一方、降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上に至ったときの降圧回路５０の出力電流Ｉｄｃが閾値Ｉｒｅｆ未満のときには、降圧回路５０の出力電圧Ｖｄｃが再起動（復帰）を判定する閾値Ｖｒｅｆ２以下に至るのを待って降圧回路５０を再駆動（復帰）する。これにより、降圧回路５０に異常が生じていないときには降圧回路５０を適正に再駆動（復帰）することができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電源システムの製造産業などに利用可能である。

２０電源システム、３０高電圧系、３２高電圧バッテリ、４０低電圧系、４２低電圧バッテリ、４４負荷、５０降圧回路、５４電圧センサ、５６電流センサ、６０制御装置。

Claims

高電圧系からの電力を降圧して前記高電圧系より電圧の低い低電圧系に供給する降圧回路と、前記降圧回路を制御する制御装置と、を備える電源システムであって、
前記制御装置は、前記降圧回路の出力電圧が過電圧判定用の第１閾値以上であるのを検出したときには、
前記降圧回路を停止し、
前記降圧回路の出力電圧が前記第１閾値以上であるのを検出したときの前記降圧回路の出力電流が電流閾値以上のときには前記降圧回路に異常が生じていると判定し、
前記降圧回路の出力電圧が前記第１閾値以上であるのを検出したときの前記降圧回路の出力電流が前記電流閾値未満のときには前記降圧回路の出力電圧が前記第１閾値より小さい復帰判定用の第２閾値以下になると前記降圧回路を駆動する、
ことを特徴とする電源システム。