JP7104878B2 - 電源装置および電源システム - Google Patents

Description

この発明は、電源装置および電源システムに関する。

下記特許文献１には、電源システムが開示されている。特許文献１の電源システムでは、リチウムイオン電池３０からスイッチ５４を介して電気負荷４３に電力を供給する状態（第２状態または第３状態）と、鉛蓄電池２０からスイッチ５３を介して電気負荷４３に電力を供給する状態（第４状態または第５状態）とがある。スイッチ５３およびスイッチ５４が共に異常によりオフ状態とされると、電気負荷４３に電力を供給できなくなる。そこで、スイッチ５５を有する第１バイパス経路Ｂ１およびスイッチ５６を有する第２バイパス経路Ｂ２を設け、スイッチ５３またはスイッチ５４に異常が発生したときには、スイッチ５５およびスイッチ５６をオン状態にすることにより、鉛蓄電池２０から第１バイパス経路Ｂ１および第２バイパス経路Ｂ２を介して、電気負荷４３に電力を供給する。

なお、特許文献１の電源システムでは、リチウムイオン電池３０と鉛蓄電池２０との両方を利用して、電気負荷４３に電力を供給する状態は存在しない。

特開２０１５－１６８２９２号公報

この発明の目的は、主電源のみによって負荷に電力を供給するモードと、主電源および補助電源の両方を用いて負荷に電力を供給するモードとを有する電源装置において、電源装置に異常が発生したときに、主電源から負荷に電力を供給することが可能となる電源装置および電源システムを提供することである。

請求項１に記載の発明は、負荷（１２）に電力を供給することが可能な主電源（３１）および補助電源（５５）と、前記主電源に基づいて前記補助電源を充電するための充電回路（５３）と、前記補助電源から負荷への電力供給をオンオフする切替回路（５４）と、前記主電源と前記負荷とをバイパススイッチを介して接続するバイパス回路とを含む、電源装置（３０）である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、電源装置に異常が発生したときに、主電源から負荷に電力を供給することが可能となる。
請求項２に記載の発明は、前記補助電源が１つのキャパシタまたは直列接続された複数のキャパシタからなる、請求項１に記載の電源装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電源装置と、前記電源装置に異常が発生したときに、前記バイパススイッチをオン状態にするバイパス制御装置（３３）を含む、電源システムである。

この構成では、電源装置に異常が発生したときに、主電源から負荷に電力を供給することが可能となる。
請求項４に記載の発明は、前記バイパススイッチを駆動するためのスイッチ駆動回路（３５）を含み、前記バイパス制御装置は、当該バイパス制御装置の電源がオンでかつ前記バイパス制御装置に異常が発生したときまたは当該バイパス制御装置の電源がオンでかつ前記電源装置に異常が発生したときに、前記スイッチ駆動回路に第１レベルの第１スイッチ制御信号を出力し、当該バイパス制御装置の電源がオンでかつ前記電源装置が正常であるときに、前記スイッチ駆動回路に前記第１レベルとは異なる第２レベルの第２スイッチ制御信号を出力するように構成されており、前記スイッチ駆動回路は、前記バイパス制御装置から前記第１スイッチ制御信号が出力されたときには、前記バイパススイッチをオン状態にし、前記バイパス制御装置から前記第２スイッチ制御信号が出力されたときには、前記バイパススイッチをオフ状態にするように構成されている、請求項３に記載の電源システムである。

この構成では、バイパス制御装置に故障が発生したときにおいても、主電源から負荷に電力を供給することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、図１の電動パワーステアリング装置の電気的構成を示す回路図である。 図３は、主として、ＥＰＳ用ＥＣＵの構成を示すブロック図である。 図４は、第２のゲート駆動回路の構成例を示す電気回路図である。 図５は、電源制御用ＥＣＵの動作を説明するためのフローチャートである。

以下では、この発明の実施形態を、添付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装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクをステアリングシャフト６に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。

ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助が可能となっている。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４が設けられている。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ２４によって検出される車速Ｖ等は、ＥＰＳ用ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＰＳ用ＥＣＵ１２は、これらの入力等に基づいて、電動モータ１８を制御することにより、いわゆるアシスト制御を行う。

ＥＰＳ用ＥＣＵ１２内のモータ駆動回路４２および電源ＩＣ４３（図３参照）には、主電源３１および補助電源装置３２内の補助電源５５（図２参照）のいずれか一方または両方によって電力が供給される。補助電源装置３２は、電源制御用ＥＣＵ３３によって制御される。ＥＰＳ用ＥＣＵ１２と電源制御用ＥＣＵ３３とは通信線を介して接続されている。

主電源３１と補助電源装置３２とによって電源装置３０が構成される。電源制御用ＥＣＵ３３は、電源装置３０を制御する制御装置の一例である。
図２は、電動パワーステアリング装置１の電気的構成を示す回路図である。図３は、主として、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２の構成を示すブロック図である。
図３を参照して、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータからなるモータ制御回路４１と、モータ制御回路４１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給するモータ駆動回路（インバータ回路）４２と、モータ制御回路４１用の電源を生成するための電源ＩＣ４３とを含んでいる。ＥＰＳ用ＥＣＵ１２には、電動モータ１８に流れるモータ電流を検出するための電流センサ４４の出力信号が入力される。

モータ制御回路４１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴと、車速センサ２４によって検出される車速Ｖと、電流センサ４４によって検出されるモータ電流とに基づいて、モータ駆動回路４２を駆動制御する。具体的には、モータ制御回路４１は、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて目標電流値を設定し、電動モータ１８に流れるモータ電流が目標電流値と等しくなるように、モータ駆動回路４２を駆動制御する。

図２を参照して、補助電源装置３２は、主電源３１に直列に接続されている。補助電源装置３２は、電源リレー（電源スイッチ）５１と、第１逆接保護リレー５２と、充電回路５３と、放電回路（切替回路）５４と、補助電源５５と、バイパスリレー（バイパススイッチ）５７と、第２逆接保護リレー５８とを含む。
電源リレー５１と第１逆接保護リレー５２とが、主電源３１の正極側端子と充電回路５３との間に配置されている。第１逆接保護リレー５２と充電回路５３との接続点をＰ１として、第１逆接保護リレー５２は、電源リレー５１と接続点Ｐ１との間に接続されている。電源リレー５１は、スイッチング素子５１Ａと、主電源３１に対して逆方向となるようにスイッチング素子５１Ａに並列接続されたダイオード５１Ｂとからなる。この実施形態の電源リレー５１は、ダイオード５１Ｂが内蔵されたｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）からなる。

第１逆接保護リレー５２は、主電源３１が誤って逆接続された場合に回路を保護するためのリレーである。第１逆接保護リレー５２は、スイッチング素子５２Ａと、正しく接続された主電源３１に対して順方向となるようにスイッチング素子５２Ａに並列接続されたダイオード５２Ｂとからなる。この実施形態の第１逆接保護リレー５２は、ダイオード５２Ｂが内蔵されたｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴからなる。

充電回路５３は、補助電源５５を充電するための回路である。充電回路５３は、直列接続された一対のスイッチング素子６１Ａ，６２Ａと、これらのスイッチング素子６１Ａ，６２Ａの接続点Ｐ２と接続点Ｐ１との間に接続された昇圧コイル６３とを含む。上段側のスイッチング素子６１Ａには、主電源３１に対して順方向（補助電源５５に対して逆方向）となるようにダイオード６１Ｂが並列接続されている。下段側のスイッチング素子６２Ａには、主電源３１に対して逆方向となるようにダイオード６２Ｂが並列接続されている。この実施形態では、スイッチング素子６１Ａ，６２Ａは、それぞれダイオード６１Ｂ,６２Ｂが内蔵されたｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴからなる。

上段側のスイッチング素子６１Ａのソースは、接続点Ｐ２で下段側のスイッチング素子６２Ａのドレインに接続されている。下段側のスイッチング素子６２Ａのソースは接地されている。上段側のスイッチング素子６１Ａのドレインは、補助電源５５の出力側端子に接続されている。上段側のスイッチング素子６１Ａと補助電源５５の出力側端子との接続点をＰ３で示す。補助電源５５の出力側端子は、スイッチング素子６１Ａおよび昇圧コイル６３を介して接続点Ｐ１に接続されている。接続点Ｐ１と補助電源５５の入力側端子との接続点をＰ４で示す。

補助電源５５は、第１キャパシタ５５Ａと、第１キャパシタ５５Ａに直列接続された第２キャパシタ５５Ｂとからなる。補助電源５５における第１キャパシタ５５Ａ側の端子（入力側端子）が接続点Ｐ４に接続されている。補助電源５５における第２キャパシタ５５Ｂ側の端子（出力側端子）が接続点Ｐ３に接続されている。
接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に、放電回路５４が接続されている。放電回路５４は、直列接続された一対のスイッチング素子７１Ａ，７２Ａからなる。上段側のスイッチング素子７１Ａには、補助電源５５に対して逆方向となるようにダイオード７１Ｂが並列接続されている。下段側のスイッチング素子７２Ａには、主電源３１に対して順方向となるようにダイオード７２Ｂが並列接続されている。この実施形態では、スイッチング素子７１Ａ，７２Ａは、それぞれダイオード７１Ｂ,７２Ｂが内蔵されたｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴからなる。

上段側のスイッチング素子７１Ａのソースは、接続点Ｐ５で下段側のスイッチング素子７２Ａのドレインに接続されている。上段側のスイッチング素子７１Ａのドレインは、接続点Ｐ３に接続されている。下段側のスイッチング素子７２Ａのソースは、接続点Ｐ４に接続されている。一対のスイッチング素子７１Ａ，７２Ａの接続点Ｐ５は、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２内のモータ駆動回路４２および電源ＩＣ４３に接続されている。

この実施形態では、補助電源装置３２に故障（異常）が発生した場合にも、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２に電力を供給できるようにするために、バイパス回路８１が設けられている。補助電源装置３２の故障（異常）とは、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２、充電回路５３内のスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ、放電回路５４内の７１Ａ，７２Ａ等の故障（異常）をいう。バイパス回路８１は、主電源３１とＥＰＳ用ＥＣＵ１２とを、バイパスリレー５７および第２逆接保護リレー５８を介して電気的に接続する。

バイパス回路８１の一端は、主電源３１の正極側端子に接続されている。バイパス回路８１の他端は、接続点Ｐ５とＥＰＳ用ＥＣＵ１２とを接続する接続線に接続されている。接続点Ｐ５とＥＰＳ用ＥＣＵ１２とを接続する接続線と、バイパス回路８１の他端との接続点をＰ６で示す。
バイパスリレー５７は、スイッチング素子５７Ａと、主電源３１に対して逆方向となるようにスイッチング素子５７Ａに並列接続されたダイオード５７Ｂとからなる。この実施形態では、スイッチング素子５７Ａは、ダイオード５７Ｂが内蔵されたｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子５７Ａのドレインが主電源３１の正極側端子に接続されている。

第２逆接保護リレー５８は、バイパスリレー５７と接続点Ｐ６との間に接続されている。第２逆接保護リレー５８は、主電源３１が誤って逆接続された場合に回路を保護するためのリレーである。第２逆接保護リレー５８は、スイッチング素子５８Ａと、正しく接続された主電源３１に対して順方向となるようにスイッチング素子５８Ａに並列接続されたダイオード５８Ｂとからなる。この実施形態では、スイッチング素子５８Ａは、ダイオード５８Ｂが内蔵されたｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子５８Ａのソースがスイッチング素子５７Ａのソースに接続され、スイッチング素子５８Ａのドレインが接続点Ｐ６に接続されている。

主電源３１の端子間電圧（主電源電圧Ｖｂ）は、第１電圧センサ９１によって検出される。補助電源５５の端子間電圧（補助電源電圧Ｖｃ）は、第２電圧センサ９２によって検出される。接続点Ｐ２の電圧（充電中点電圧Ｖｄ）は、第３電圧センサ９３によって検出される。接続点Ｐ５の電圧（放電中点電圧Ｖｅ）は、第４電圧センサ９４によって検出される。主電源３１の出力電流（主電源電流ｉｂ）は、電流センサ９５によって検出される。

各電圧センサ９１～９４の検出値および電流センサ９５の検出値は、電源制御用ＥＣＵ３３に入力される。電源制御用ＥＣＵ３３には、イグニッションキーの状態を表すイグニッション状態検知信号（図示略）が入力する。電源制御用ＥＣＵ３３は、リレー５１，５２，５７，５８およびスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをそれぞれ駆動するための複数のゲート駆動回路およびマイクロピュータ（以下、「マイコン３４」という）を含んでいる。マイコン３４は、電源制御処理を行う。具体的には、マイコン３４は、イグニッション状態検知信号、各電圧センサ９１～９４の検出値および電流センサ９５の検出値等に基づいて、前記複数のゲート駆動回路を制御する。

バイパスリレー５７のスイッチング素子５７Ａおよび第２逆接保護リレー５８のスイッチング素子５８Ａ以外のスイッチング素子５１Ａ，５２Ａ，６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをそれぞれ駆動するための複数のゲート駆動回路としては、第１のゲート駆動回路（図示略）が用いられている。一方、バイパスリレー５７のスイッチング素子５７Ａおよび第２逆接保護リレー５８のスイッチング素子５８Ａをそれぞれ駆動するためのゲート駆動回路としては、それぞれに用意された第２のゲート駆動回路３５（図４参照）が用いられている。

スイッチング素子５１Ａ、５２Ａ、６１Ａ、６２Ａ、７１Ａまたは７２Ａをオンさせたぃ場合には、マイコン３４は、対応する第１のゲート駆動回路に、Ｈレベルのゲート制御信号を出力する。第１のゲート駆動回路は、マイコン３４からＨレベルのゲート制御信号が送られてくると、対応するスイッチング素子をオンさせる。
一方、スイッチング素子５１Ａ、５２Ａ、６１Ａ、６２Ａ、７１Ａまたは７２Ａをオフさせたい場合には、マイコン３４は、対応する第１のゲート駆動回路に、Ｌレベルのゲート制御信号を出力する。第１のゲート駆動回路は、マイコン３４からＬレベルのゲート制御信号が送られてくると、対応するスイッチング素子をオフさせる。

スイッチング素子５７Ａまたは５８Ａをオンさせたい場合には、マイコン３４は、対応する第２のゲート駆動回路３５に、Ｌレベルのゲート制御信号を出力する。第２のゲート駆動回路３５は、マイコン３４からＬレベルのゲート制御信号が送られてくると、対応するスイッチング素子をオンさせる。
一方、スイッチング素子５７Ａまたは５８Ａをオフさせたい場合には、マイコン３４は、対応する第２のゲート駆動回路３５に、Ｈレベルのゲート制御信号を出力する。第２のゲート駆動回路３５は、マイコン３４からＨレベルのゲート制御信号が送られてくると、対応するスイッチング素子をオフさせる。

図４は、スイッチング素子５７Ａを駆動するための第２のゲート駆動回路の構成例を示す電気回路図である。スイッチング素子５８Ａを駆動するための第２のゲート駆動回路の構成も、スイッチング素子５７Ａを駆動するための第２のゲート駆動回路と同様であるのでその説明を省略する。
スイッチング素子５７Ａを駆動するため第２のゲート駆動回路（スイッチ駆動回路）３５は、マイコン３４に接続された信号反転回路１０１と、信号反転回路１０１に接続されたゲートドライバＩＣ１０２とを含んでいる。ゲートドライバＩＣ１０２は、スイッチング素子５７Ａのゲートに接続されている。

信号反転回路１０１は、ＮＰＮ型デジタルトランジスタ１１２を含んでいる。デジタルトランジスタ１１２のコレクタ（Ｃ）は、＋５Ｖの直流電圧が供給される電力供給端子１１４に、抵抗１１３を介して接続されている。デジタルトランジスタ１１２のエミッタ（Ｅ）は、接地されている。イグニッションキーがオフされているときには、電力供給端子１１４には直流電圧は供給されていない。イグニッションキーがオンされると、電力供給端子１１４に＋５Ｖの直流電圧が供給されるようになる。

デジタルトランジスタ１１２のベース（Ｂ）は、ダイオード１１１を介してマイコン３４に接続されている。ダイオード１１１のアノードがマイコン３４に接続され、ダイオード１１１のカソードがデジタルトランジスタ１１２のベース（Ｂ）に接続されている。デジタルトランジスタ１１２のコレクタ（Ｃ）と抵抗１１３との接続点は、ドライバＩＣ１０２に接続されている。ドライバＩＣ１０２は、入力電圧がＨレベルになると、スイッチング素子５７Ａをオンさせるためのゲート駆動信号を出力する。

マイコン３４から信号反転回路１０１に与えられるゲート制御信号がＨレベルであるときには、デジタルトランジスタ１１２がオンするので、電力供給端子１１４から、抵抗１１３およびデジタルトランジスタ１１２を介して接地へと電流が流れる。このため、ドライバＩＣ１０２への入力電圧はＬレベルとなる。したがって、スイッチング素子５７Ａはオフ状態となる。

マイコン３４から信号反転回路１０１に与えられるゲート制御信号がＬレベルになると、デジタルトランジスタ１１２がオフとなるので、電力供給端子１１４に供給されている直流電圧がドライバＩＣ１０２に印可される。これにより、ドライバＩＣ１０２への入力電圧はＨレベルとなるので、スイッチング素子５７Ａはオン状態となる。ただし、イグニッションキーがオフされている場合には、電力供給端子１１４には直流電圧が供給されないため、マイコン３４から信号反転回路１０１に与えられるゲート制御信号がＬレベルであっても、スイッチング素子５７Ａはオフ状態となる。

スイッチング素子５７Ａおよび５８Ａを駆動させるためのゲート駆動回路として、前述の第２のゲート駆動回路３５が用いられているので、マイコン３４が故障した場合にも、イグニッションキーがオン状態であれば、スイッチング素子５７Ａおよび５８Ａをオン状態にすることができる。これにより、マイコン３４が故障した場合にも、主電源３１からバイパス回路８１を介して、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２に電力を供給することが可能となる。

以下、電源制御用ＥＣＵ３３（マイコン３４）の動作について、詳しく説明する。
イグニッションキーがオン操作されたときには、そのことを示すイグニッション状態検知信号（以下、「イグニッションオン状態信号」という。）が電源制御用ＥＣＵ３３に入力される。イグニッションオン状態信号が入力されると、電源制御用ＥＣＵ３３は、初期設定を行う。具体的には、電源制御用ＥＣＵ３３は、バイパスリレー５７、第２逆接保護リレー５８、スイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａをオフとし、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２およびスイッチング素子７２Ａをオンとする。なお、スイッチング素子７１Ａ,７２Ａに関し、スイッチング素子７２Ａをオフとし、スイッチング素子７１Ａをオンとするようにしてもよい。

電源制御用ＥＣＵ３３は、初期設定の後に、電圧センサ９１～９４および電流センサ９５等の検出値に基いて、補助電源装置３２内の４つのスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをオンオフ制御する。また、電源制御用ＥＣＵ３３は、電圧センサ９１～９４および電流センサ９５等の検出値に基いて、補助電源装置３２に故障が発生したか否かを監視する。補助電源装置３２の故障の監視は、充電回路５３および放電回路５４の少なくとも一方の故障（異常）を監視するものであってもよい。

電源制御用ＥＣＵ３３は、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２の消費電力に応じた値に基づいて、４つのスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ｂを制御する。具体的には、電源制御用ＥＣＵ３３は、主電源電力ＰＳに基づいて、４つのスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ｂを制御する。主電源電力ＰＳは、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２がアシスト制御のためにモータ駆動回路４２を駆動することで消費する主電源３１の実電力である。主電源電力ＰＳは、電流センサ９５によって検出される主電源電流ｉｂと、第１電圧センサ９１によって検出される主電源電圧Ｖｂとの積を演算することにより求められる。

より具体的には、主電源電力ＰＳが予め定められた出力電圧切替用閾値ＫＥ未満であるときには、電源制御用ＥＣＵ３３は、例えば、放電回路５４内の上段側のスイッチング素子７１Ａをオフに設定し、下段側のスイッチング素子７２Ａをオンに設定する。これにより、主電源３１のみによってモータ駆動回路４２に電力が供給される。このように、主電源３１のみによってＥＰＳ用ＥＣＵ１２に電力が供給される電力供給モード（電力供給状態）を「通常出力電圧モード（通常出力電圧状態）」という場合がある。

また、主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ未満であるときには、電源制御用ＥＣＵ３３は、必要に応じて、充電回路５３内の一対のスイッチング素子６１Ａ，６２Ａを交互にオンさせる。これにより、接続点Ｐ１における出力電圧（主電源電圧）が昇圧されて、補助電源５５に印加される。これにより、補助電源５５（第１キャパシタ５５Ａおよび第２キャパシタ５５Ｂ）が充電される。

主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ以上であるときには、電源制御用ＥＣＵ３３は、充電回路５３内の一対のスイッチング素子６１Ａ，６２Ａをオフ状態とする。また、電源制御用ＥＣＵ３３は、放電回路５４内の上段側のスイッチング素子７１Ａをオンに設定し、下段側のスイッチング素子７２Ａをオフに設定する。これにより、主電源３１および補助電源５５の両方によってモータ駆動回路４２に電力が供給される。この場合、主電源３１の電圧に補助電源５５の電圧が上乗せされた電圧がモータ駆動回路４２に印加される。

電源制御用ＥＣＵ３３は、主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ以上であるときに、放電回路５４内の一対のスイッチング素子７１Ａ，７２Ａを交互にオンさせてもよい。この場合も、主電源３１および補助電源５５の両方によってモータ駆動回路４２に電力が供給される。このように主電源３１および補助電源５５の両方を利用してＥＰＳ用ＥＣＵ１２に電力が供給される電力供給モード（電力供給状態）を「高出力電圧モード（高出力電圧状態）」という場合がある。

補助電源装置３２の故障（異常）が検出された場合には、電源制御用ＥＣＵ３３は、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２、スイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをオフとし、バイパスリレー５７および第２逆接保護リレー５８をオンとする。
イグニッションキーがオフ操作されたときには、そのことを示すイグニッション状態検知信号（以下、「イグニッションオフ状態信号」という。）が電源制御用ＥＣＵ３３に入力される。電源制御用ＥＣＵ３３は、イグニッションオフ状態信号が入力されると、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２およびスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをオフにする。この際、マイコン３４から第２のゲート駆動回路３５に与えられるゲート制御信号はＬレベルとされるが、前述したように、電圧供給端子１１４へは電圧が供給されなくなるため、バイパスリレー５７および第２逆接保護リレー５８はオフ状態となる。

図５は、電源制御用ＥＣＵ３３の動作を説明するためのフローチャートである。
電源制御用ＥＣＵ３３は、イグニッションオン状態信号が入力されると(ステップＳ１：ＹＥＳ)、初期設定を行う(ステップＳ２)。この初期設定では、電源制御用ＥＣＵ３３は、バイパスリレー５７、第２逆接保護リレー５８、スイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａをオフとし、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２およびスイッチング素子７２Ａをオンとする。これにより、電力供給モードは、通常出力電圧モードとなる。

なお、前述したように、スイッチング素子７１Ａ,７２Ａに関し、スイッチング素子７２Ａをオフとし、スイッチング素子７１Ａをオンとするようにしてもよい。このようにした場合には、電力供給モードは、高出力電圧モードとなる。
次に、電源制御用ＥＣＵ３３は、補助電源装置３２の故障が検出されたか否かを判別する(ステップＳ３)。補助電源装置３２の故障が検出されなかった場合には(ステップＳ３：ＮＯ)、電源制御用ＥＣＵ３３は、第１電圧センサ９１によって検出される主電源電圧Ｖｂ、第２電圧センサ９２によって検出される補助電源電圧Ｖｃおよび電流センサ９５によって検出される主電源電流ｉｂを取得する(ステップＳ４)。

次に、電源制御用ＥＣＵ３３は、ステップＳ４で取得された主電源電圧Ｖｄと主電源電流ｉｂとを乗算することにより主電源電力ＰＳを演算する(ステップＳ５)。そして、電源制御用ＥＣＵ３３は、主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ以上であるか否かを判別する(ステップＳ６)。
主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ未満である場合には(ステップＳ６：ＮＯ)、電源制御用ＥＣＵ３３は、放電回路５４内の上段側のスイッチング素子７１Ａをオフに設定し、下段側のスイッチング素子７２Ａをオンに設定する(ステップＳ７)。これにより、補助電源５５の放電が実行されている場合には、その放電が停止される。また、これにより、電力供給モードが通常出力電圧モードとなる。

この後、電源制御用ＥＣＵ３３は、補助電源電圧Ｖｃが所定の充電判別用閾値Ｖｔｈ（Ｖｔｈ＞０）未満であるか否かを判別する(ステップＳ８)。この判別は、補助電源５５の過充電を防止するために行われている。充電判別用閾値Ｖｔｈは、補助電源５５の上限電圧と等しい値またはそれよりも若干小さい値に設定される。補助電源電圧Ｖｃが充電判別用閾値Ｖｔｈ以上であれば(ステップＳ８：ＮＯ)、電源制御用ＥＣＵ３３は、充電回路５３内の２つのスイッチング素子６１Ａ，６２Ａをともにオフに設定する（ステップＳ９)。そして、電源制御用ＥＣＵ３３は、イグニッションオフ状態信号が入力されたか否かを判別する（ステップＳ１３)。イグニッションオフ状態信号が入力されていなければ(ステップＳ１３：ＮＯ)、電源制御用ＥＣＵ３３はステップＳ３に戻る。

前記ステップＳ８において、補助電源電圧Ｖｃが充電判別用閾値Ｖｔｈ未満であると判別された場合には(ステップＳ８：ＹＥＳ)、電源制御用ＥＣＵ３３は、補助電源５５の充電処理を開始する(ステップＳ１０)。具体的には、電源制御用ＥＣＵ３３は、充電回路５３内の一対のスイッチング素子６１Ａ，６２Ａを交互にオンさせて、接続点Ｐ３に昇圧電圧を発生させる。これにより、補助電源５５が充電される。なお、ステップＳ８からステップＳ１０に移行した場合に、既に充電処理が開始されている場合には、電源制御用ＥＣＵ３３は充電処理を継続して行う。

この後、電源制御用ＥＣＵ３３は、ステップＳ１３に移行し、イグニッションオフ状態信号が入力されたか否かを判別する。イグニッションオフ状態信号が入力されていなければ(ステップＳ１３：ＮＯ)、電源制御用ＥＣＵ３３はステップＳ３に戻る。
前記ステップＳ６で、主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ以上であると判別された場合には(ステップＳ６：ＹＥＳ)、電源制御用ＥＣＵ３３は、充電回路５３内の２つのスイッチング素子６１Ａ，６２Ａをともにオフに設定する(ステップＳ１１)。これにより、充電処理が実行中である場合には、充電処理が停止される。

次に、電源制御用ＥＣＵ３３は、放電回路５４内の上段側のスイッチング素子７１Ａをオンに設定し、下段側のスイッチング素子７２Ａをオフに設定する(ステップＳ１２)。これにより、電力供給モードが高出力電圧モードとなる。
この後、電源制御用ＥＣＵ３３は、ステップＳ１３に移行し、イグニッションオフ状態信号が入力されたか否かを判別する。イグニッションオフ状態信号が入力されていなければ(ステップＳ１３：ＮＯ)、電源制御用ＥＣＵ３３はステップＳ３に戻る。

ステップＳ１３において、イグニッションオフ状態信号が入力されていると判別された場合には(ステップＳ１３：ＹＥＳ)、電源制御用ＥＣＵ３３はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、電源制御用ＥＣＵ３３は、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２およびスイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをオフにする。そして、電源制御用ＥＣＵ３３は、今回の電源制御処理を終了する。

前記ステップＳ３において、補助電源装置３２の故障が検出された場合には(ステップＳ３：ＹＥＳ)、電源制御用ＥＣＵ３３は、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、電源制御用ＥＣＵ３３は、電源リレー５１、第１逆接保護リレー５２、スイッチング素子６１Ａ，６２Ａ，７１Ａ，７２Ａをオフとし、バイパスリレー５７および第２逆接保護リレー５８をオンとする。また、電源制御用ＥＣＵ３３は、図示しない表示装置に、アシスト力低下のおそれがある旨の警告を表示する(ステップＳ１６)。そして、電源制御用ＥＣＵ３３は、電源制御処理を終了する。

この実施形態では、電動パワ－ステアリング装置１の動作中において、補助電源装置３２の故障が検出されたときにも、主電源３１からバイパス回路８１を介してＥＰＳ用ＥＣＵ１２に電力を供給することができる。これにより、補助電源装置３２に故障が発生した場合にも、操舵補助を継続して行うことが可能となる。
また、前述の実施形態では、電源制御用ＥＣＵ３３内のマイコン３４が故障した場合でも、操舵補助を継続して行うことが可能となる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の実施形態では、主電源電力ＰＳが出力電圧切替用閾値ＫＥ以上であるか否かに基づいて、通常出力電圧モードと高出力電圧モードとを切り替えている。しかし、ＥＰＳ用ＥＣＵ１２の消費電力（モータ駆動回路４２の消費電力）が所定の出力電圧切替用閾値以上であるか否かに基づいて、通常出力電圧モードと高出力電圧モードとを切り替えてもよい。

前述した実施形態では、補助電源は、２つのキャパシタから構成されているが、１つのキャパシタから構成されていてもよいし、３以上のキャパシタから構成されていてもよい。また、補助電源は、１または複数のキャパシタ以外の電源要素から構成されていてもよい。キャパシタ以外の電源要素としては、全固体電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。

また、前述の実施形態では、この発明による電源装置（電源システム）を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、この発明は電動モータを含むパワーステアリング装置であれば、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置等の電動パワーステアリング装置以外のパワーステアリング装置にも適用することができる。
また、この発明は、パワーステアリング装置以外の装置にも適用することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…電動パワーステアリング装置、１２…ＥＰＳ用ＥＣＵ、３０…電源装置、３１…主電源、３２…補助電源装置、３３…電源制御用ＥＣＵ、４１…モータ制御回路、４２…モータ駆動回路、５１…電源リレー、５３…充電回路、５４…放電回路、５５…補助電源、５７…バイパスリレー、８１…バイパス回路、９１～９４…電圧センサ、９５…電流センサ

Claims (2)

1. 負荷に電力を供給することが可能な主電源および補助電源と、
   前記主電源に基づいて前記補助電源を充電するための充電回路と、
   前記補助電源から負荷への電力供給をオンオフする切替回路と、
   前記主電源から前記充電回路および前記切替回路への電力供給をオンオフする電源スイッチと、
   前記主電源と前記負荷とをバイパススイッチを介して接続するバイパス回路と、
   前記バイパススイッチを駆動するためのスイッチ駆動回路と、
   前記電源スイッチ、前記充電回路および前記切替回路のうちの少なくとも１つに異常が発生したときに、前記スイッチ駆動回路を介して前記バイパススイッチをオン状態にするバイパス制御装置とを含み、
   前記バイパス制御装置は、前記電源スイッチ、前記充電回路および前記切替回路のうちの少なくとも１つに異常が発生したときに、前記スイッチ駆動回路にＬレベルの第１スイッチ制御信号を出力し、前記スイッチ駆動回路の電源がオンでかつ前記電源スイッチ、前記充電回路および前記切替回路が正常であるときには、前記スイッチ駆動回路にＨレベルの第２スイッチ制御信号を出力するように構成されており、
   前記スイッチ駆動回路は、前記バイパス制御装置から前記第１スイッチ制御信号が出力されたときには、前記バイパススイッチをオン状態にし、前記バイパス制御装置から前記第２スイッチ制御信号が出力されたときには、前記バイパススイッチをオフ状態にするように構成されている、電源システム 。
2. 前記補助電源が１つのキャパシタまたは直列接続された複数のキャパシタからなる、請求項１に記載の電源システム。

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