JPWO2006022362A1 - 電源装置 - Google Patents

Abstract

二次電池（１０）の冷却ファン（３０）およびＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）の冷却ファン（４０）は、並列配置されて同一の排気路（８０）を共有する。二次電池（１０）には、吸気側の温度センサ（１２）および排気側の温度センサ（１４）が取付けられる。冷却ファン（３０）の故障時には、冷却ファン（４０）の作動に伴う、排気路（８０）を介した排気（９０）の回り込み成分（９５）によって、二次電池（１０）内の吸気側および排気側の間で温度偏差が拡大する。制御回路（５０）は、この現象に基づき、両方の冷却ファン（３０，４０）に作動指令が出ている場合には、温度センサ（１２，１４）の検出温度（Ｔｂ１，Ｔｂ２）の温度差の監視により、冷却ファン（３０）の故障を検知する。これにより、各冷却ファンにセンサを設けることなく故障検出が可能となる。

Description

この発明は、電源装置に関し、より特定的には、複数の電圧発生装置および冷却装置を備えた電源装置中の冷却装置の故障検出および、冷却装置間の協調制御に関する。

ハイブリッド自動車を初めとする種々の機器およびシステムで、二次電池を含む電源システムが用いられている。二次電池では、充放電に伴って生じる発熱によって二次電池自身の温度が上昇すると、充電効率が急激に低下してしまう温度領域が存在する。したがって、このような電源システムには二次電池用の冷却装置が必要とされる。
従来、この種の二次電池用冷却装置としては、二次電池の温度に応じて冷却ファンをオン・オフ制御して二次電池を冷却する構成が提案されている。冷却ファンの運転によって温度上昇を抑えることにより、二次電池の温度を適正な温度範囲に保つことができる。
しかしながら、二次電池用冷却装置に異常が発生することがある。たとえば、断線などの原因により冷却ファンが作動不能になったり、冷却ファンの制御系異常などの原因により冷却ファンが制御不能になったりする場合がある。また、冷却装置に機械的な異常や電気的な異常が存在しないものの、冷却風の通路にゴミが詰まって冷却媒体である空気の流通を妨げることもある。こうした冷却ファンの異常は、二次電池の冷却に直接影響を与え、二次電池の使用時における所望性能の発揮を阻害する。このような点を考慮して、二次電池用冷却ファンの故障を検出する構成が種々提案されている。
たとえば、二次電池冷却用の冷却ファンを備えた電源装置において、入出力電力やバッテリ温度および冷媒温度の温度差からバッテリの想定温度変化量を算出し、当該想定温度変化量と実温度変化量との比較結果に基づいてバッテリ冷却ファンの故障を検知する構成が提案されている（たとえば特開２００１−８６６０１号公報）。
あるいは、バッテリ冷却ファンへの駆動信号出力後に冷却風温度を監視して、冷却風の温度低下が小さい場合にバッテリ冷却ファンの故障を検出する構成（たとえば特開２００１−２１０３８９号公報）や、充放電電流と冷却状態とから算出される推定電池温度と実電池温度との偏差が大きい場合に冷却システムの故障を検知する構成（たとえば特開２００１−３１３０９２号公報）等が提案されている。
しかしながら、二次電池と近接して発熱源となり得る他の電源（電圧発生装置）が配置される場合には、両者を効率的に冷却するための構成が求められる。たとえば、二次電池に近接して、他の機器類へ電源電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータが配置される電源装置において、このような構成が必要となる。
このような電源装置においては、二次電池およびＤＣ／ＤＣコンバータの双方に対して十分な冷却能力を確保するために、それぞれに対応して独立の冷却ファンを設け、それらを並列配置する構成が採用される。
このような並列配置構成では、冷却ファン同士が近接され、冷却媒体（冷媒）である空気の流れが互いに影響を及ぼすことがあることから、両冷却ファンの協調制御を行なう必要がある。また、回転数センサ等の配置によって冷却ファンの故障を検出する構成とすることは、冷却ファンの配置個数の増加に伴い故障検出用センサの配置個数が増えるためコストの上昇を招く。特に、故障検出用センサそのものの不良も考慮すれば、冷却ファンの配置個数の増加に伴い、故障検出信頼性が低下してしまう。
したがって、冷却ファンが複数個配置される電源装置では、冷却ファンの動作状態を検出するセンサを設けることなく、冷却ファンの故障検出を行なうことが望まれる。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の電圧発生装置にそれぞれに対応して冷却装置が並列に設けられた冷却構成の電源装置において、各冷却装置の動作状態を検出するセンサを設けることなく、冷却装置の故障検出を可能とすることである。
この発明の他の目的は、上記冷却構成の電源装置において、並列配置された複数の冷却装置間での協調制御を行なって、各電圧発生装置を十分に冷却することである。
この発明による電源装置は、第１の電圧発生装置と、第２の電圧発生装置と、第１の冷却装置と、第２の冷却装置と、冷媒排出路と、第１および第２の温度センサと、制御回路とを備える。第１の電圧発生装置は、自身を冷却するための冷媒が通過する第１の冷媒路を有する。第２の電圧発生装置は、自身を冷却するための冷媒が通過する第２の冷媒路を有する。第１の冷却装置は、第１の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給する。第２の冷却装置は、第２の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給する。冷媒排出路は、第１および第２の冷媒路の冷媒排出側と共通に接続される。第１の温度センサは、第１の電圧発生装置に取付けられる。第２の温度センサは、第１の電圧発生装置において、第１の温度センサよりも相対的に冷媒排出側に取付けられる。制御回路は、第１および第２の冷却装置の動作を制御する。特に、制御回路は、第１および第２の冷却装置に作動指示を発している場合において、第１および第２の温度センサのそれぞれによる検出温度間の温度差が基準値より大きいときに第１の冷却装置の故障を検出する。
上記電源装置では、冷媒排出路（たとえば排気路）を共有して第１および第２の冷却装置が並列に配置されるため、第１の冷却装置の故障時には、第２の冷却装置の作動に伴って冷媒排出路を介した排出冷媒（代表的には排気）の回り込みが発生する。この現象に基づき、第１の電圧発生装置の冷媒吸入側（吸気側）と冷媒排出側（排気側）との間の温度差が拡大して所定の基準値より大きくなることに対応させて、第１の冷却装置に回転数センサ等の故障検出用センサを設けることなく、第１の冷却装置の故障を効率的に検出することができる。
好ましくは、この発明による電源装置は、第３の温度センサをさらに備える。第３の温度センサは、第２の電圧発生装置に取付けられる。さらに、制御回路は、第３の温度センサの検出温度に基づき第２の電圧発生装置を冷却するために第２の冷却装置を作動させる場合には、第２の冷媒路から排出された冷媒が冷媒排出路を介して第１の冷媒路へ回り込むのを防ぐように、第１および第２の温度センサの検出温度に基づき第１の電圧発生装置が冷却不要と判断されるときにも第１の冷却装置を補助的に作動させる。
上記電源装置では、第２の冷却装置の作動時には、第１の電圧発生装置が冷却不要と判断されるときにも、第１の冷却装置を補助的に作動させるので、第２の電圧発生装置の冷媒路からの排出冷媒が共通の冷媒排出路（排気路）を介して第１の電圧発生装置の冷媒路へ回り込むことを防止できる。この結果、第１の冷却装置の正常時には、第１の電圧発生装置の冷媒吸入側（吸気側）および冷媒排出側（排気側）での温度偏差を縮小できる。
また好ましくは、この発明による電源装置において、補助的に作動される場合における第１の冷却装置からの冷媒流量は、第１の冷却装置が第１の電圧発生装置を冷却するために作動される場合の冷媒流量と比較して小さく設定される。
上記電源装置では、補助的に作動される場合での第１の冷却装置の冷媒流量を、第１の電圧発生装置を冷却する場合の冷媒流量より小さく、具体的には、冷媒排出路（排気路）を介した排出冷媒（温排気）の回り込み防止に必要なレベルに抑えることができる。この結果、補助作動時および冷却時の冷媒流量を一律に設定する場合と比較して、第１の冷却装置の駆動電力および発生音を低減できる。
さらに好ましくは、この発明による電源装置において、第１の電圧発生装置は二次電池であり、第２の電圧発生装置は、電力用半導体スイッチング素子を内蔵する電力変換器である。
上記電源装置では、二次電池および電力変換器ならびにそれぞれの冷却装置が並列配置された構成において、装置内の温度偏差が大きくなる二次電池に対応する冷却装置の故障を、二次電池に取付けられた複数の温度センサの検出温度に基づいて効率的に検出することができる。
あるいは、この発明による電源装置は、第１の電圧発生装置と、第２の電圧発生装置と、第１の冷却装置と、第２の冷却装置と、冷媒排出路と、制御回路とを備える。第１の電圧発生装置は、自身を冷却するための冷媒が通過する第１の冷媒路を有する。第２の電圧発生装置は、自身を冷却するための冷媒が通過する第２の冷媒路を有する。第１の冷却装置は、第１の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給する。第２の冷却装置は、第２の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給する。冷媒排出路は、第１および第２の冷媒路の冷媒排出側と共通に接続される。制御回路は、第１および第２の冷却装置の動作を制御する。特に、制御回路は、第１および第２の冷却装置のうち一方の冷却装置を作動させる場合に、他方の冷却装置に対応する電圧発生装置が冷却不要であるときにも他方の冷却装置を作動させる。
上記電源装置では、冷媒排出路（排気路）を共有して第１および第２の冷却装置が並列に配置されるため、一方の冷却装置のみを作動させた場合には、冷媒排出路を介した排出冷媒（温排気）の回り込みによる、他方の冷却装置に対応する電圧発生装置の温度上昇が懸念される。したがって、一方の冷却装置の作動時には、対応の電圧発生装置が冷却不要であるときにも他方の冷却装置を作動させることにより、上記のような排出冷媒（温排気）の回り込み発生を防止して、各電圧発生装置を十分に冷却できる。
好ましくは、この発明による電源装置では、制御回路は、第１および第２の電圧発生装置に設けられた温度センサの出力に基づいて、第１および第２の冷却装置の動作を制御する。
上記電源装置では、各温度センサによる温度実測値に基づいて各冷却装置の作動を制御するので、各電圧発生装置を制御目標温度以下により確実に維持できる。
さらに好ましくは、この発明による電源装置では、制御回路は、一方の冷却装置を作動させる場合に、他方の冷却装置に対応する電圧発生装置が冷却不要であるときにも他方の冷却装置を作動させる際には、一方の冷却装置からの冷媒流量を他方の冷却装置からの冷媒流量よりも相対的に多く設定する。
上記電源装置では、本来冷媒供給が不要であっても補助的作動される冷却装置の冷媒流量を、電圧発生装置の冷却のために作動する冷却装置からの冷媒流量より小さく、具体的には、冷媒排出路（排気路）を介した排出冷媒（温排気）の回り込み防止に必要なレベルに抑えることができる。この結果、冷媒流量を一律に設定する場合と比較して、補助的作動時の冷却装置の消費電力および発生音を低減できる。
あるいは好ましくは、この発明による電源装置では、制御回路は、第１の電圧発生装置を第１の基準温度以下に維持するように第１の冷却装置の動作を制御するとともに、第２の電圧発生装置を第２の基準温度以下に維持するように第２の冷却装置の動作を制御する。第１の基準温度は、第２の基準温度よりも低く、さらに、制御回路は、第２の電圧発生装置を冷却するために第２の冷却装置を作動させる場合に、第１の電圧発生装置が冷却不要であるときにも第１の冷却装置を作動させる。
上記電源装置では、電圧発生装置間で制御目標となる基準温度が異なる場合に、排出冷媒回り込みの防止のために冷却不要時にも補助的に作動させる冷却装置を、基準温度が低い側の電圧発生装置に対応する第１の冷却装置に限定する。すなわち、基準温度が低い電圧発生装置から基準温度が高い電圧発生装置への排出冷媒回り込みは電圧発生装置の温度上昇への悪影響が小さい点を考慮して、基準温度が高い電圧発生装置に対応する第２の冷却装置については上記のような補助的作動を非実行として、消費電力および発生音を低減できる。
さらに好ましくは、この発明による電源装置では、制御回路は、第２の冷却装置を作動させる場合に、第１の電圧発生装置が冷却不要であるときにも第１の冷却装置を作動させる際には、第２の冷却装置からの冷媒流量を第１の冷却装置からの冷媒流量よりも相対的に多く設定する。
上記電源装置では、冷却不要時に補助的に作動させる冷却装置（第１の冷却装置）の冷媒流量を、電圧発生装置の冷却のために作動する冷却装置（第２の冷却装置）からの冷媒流量より小さく、具体的には、冷媒排出路（排気路）を介した排出冷媒（排気）の回り込み防止に必要なレベルに抑えることができる。この結果、冷媒流量を一律に設定する場合と比較して、補助的作動時における第１の冷却装置での消費電力および発生音を低減できる。
また好ましくは、この発明による電源装置は、第１および第２のダクトをさらに備える。第１のダクトは、第１の冷却装置の吐出側と第１の冷媒路との間に設けられる。第２のダクトは、第１のダクトから分岐して設けられる。さらに、第２の冷却装置の吸入側および吐出側は、第２のダクトおよび第２の冷媒路とそれぞれ連結される。
上記電源装置では、第１の冷却装置の吸入側に冷媒の導入路を設けるのみで、第１および第２の冷却装置のそれぞれから冷媒を供給することが可能である。さらに、冷媒排出路（排気路）についても第１および第２の冷却装置間で共用できるので、コンパクトな冷却構成により、第１および第２の電圧発生装置の両方を冷却できる。
さらに好ましくは、この発明による電源装置では、制御回路は、第１および第２の電圧発生装置をそれぞれの制御目標温度以下に維持するように、第１および第２の冷却装置の動作を制御する。特に、第１の電圧発生装置は二次電池であり、第２の電圧発生装置は、電力用半導体スイッチング素子を内蔵する電力変換器である。また、電力変換器の制御目標温度は、二次電池の制御目標温度よりも高い。
上記電源装置では、二次電池および電力変換器ならびにそれぞれの冷却装置が並列配置された構成において、特に、制御目標温度が相対的に低い二次電池への排出冷媒（排気）の回り込み発生を防止して、二次電池および電力変換器を十分に冷却できる。
したがって、この発明による電源装置では、複数の電圧発生装置のそれぞれに対応した冷却装置が並列に設けられ、かつ、冷媒排出路（排気路）が統合された構成において、各冷却装置の動作状態を検出するセンサを設けることなく、冷却装置の故障を検出できる。
また、この発明による電源装置では、複数の電圧発生装置のそれぞれに対応した冷却装置が並列に設けられ、かつ、冷媒排出路（排気路）が統合された構成において、冷却装置間で協調制御を行なってそれぞれの電圧発生装置を十分に冷却することができる。

図１は、この発明の実施の形態による電源装置の構成例を説明するブロック図である。
図２は、図１に示した電源装置における二次電池およびＤＣ／ＤＣコンバータの温度の推移を説明する図である。
図３は、図１に示した冷却ファンの動作例を説明する図である。
図４は、この発明の実施の形態による電源装置における二次電池用冷却ファンの故障検出方法を説明するフローチャートである。
図５は、この発明の実施の形態による電源装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ用冷却ファンの故障検出方法を説明するフローチャートである。
図６は、この発明の実施の形態による電源装置の他の構成例を説明するブロック図である。
図７は、図１および図６に示した電源装置での各ケースにおける冷却ファンの動作制御を説明する図である。

以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。
図１は、この発明の実施の形態による電源装置１００の構成を示すブロック図である。
図１を参照して、電源装置１００は、「第１の電源（電圧発生装置）」の代表例として示される二次電池１０と、「第２の電源（電圧発生装置）」に対応する電力変換器の代表例として示されるＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、二次電池１０に対応して設けられた冷却ファン３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に対応して設けられた冷却ファン４０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０とを備える。
電源装置１００における冷却ファン３０は、この発明における「第１の冷却装置」に対応し、冷却ファン４０は、この発明における「第２の冷却装置」に対応する。また、ＥＣＵ５０は、この発明における「制御回路」に対応し、予めプログラムされた一連の処理を実行するためのマイクロコンピュータ・メモリ等で構成される。
二次電池１０は、冷媒路１５を有する。冷却ファン３０は、吸気した冷媒（代表的には空気）を、冷媒路１５の吸気側（冷媒吸入側）へ送出する。冷却ファン３０からの冷媒は、冷媒路１５の通過時に二次電池１０との間で熱交換を行なった後、冷媒路１５の排気側（冷媒排出側）と接続された排気路８０へ排出される。
同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、冷媒路２５を有する。冷却ファン４０は、吸気した冷媒を、冷媒路２５の吸気側（冷媒吸入側）へ送出する。冷却ファン４０からの冷媒は、冷媒路２５の通過時にＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間で熱交換を行なった後、冷媒路２５の排気側（冷媒排出側）と接続された排気路８０へ排出される。すなわち、排気路８０は、この発明における「冷媒排出路」に対応する。
なお、冷媒路１５および２５は、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０で十分な冷却効率が得られるようにその形状等が設計されるが、図１においては模式的に直線状に示している。
このように、冷媒路１５および２５の排気側が共通の排気路８０へ接続されているため、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０から排気された熱交換後の冷媒は統合されて排気される。また、排気路８０は、二次電池１０の冷却用に多量の冷媒を送出する冷却ファン３０に近づけて配置されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から出力された排気９０には、排気路８０へ向かうのみならず、二次電池１０側に逆流する回り込み成分９５が発生する可能性がある。
ここで、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０の発熱特性に関して説明する。
二次電池１０は、比較的大型であり、充放電動作に伴う電気化学反応により発熱するため、発熱のエネルギ密度が比較的小さく、かつ発熱範囲が広くなる。このため、装置内での温度偏差が大きくなる傾向にあるので、二次電池１０に対しては複数の温度センサを設ける必要がある。この実施の形態では、二次電池１０に対して、冷却ファン３０に近い吸気側（冷媒吸入側）および排気路８０に近い排気側（冷媒排出側）にそれぞれ取付けられた温度センサ１２および１４が少なくとも設けられる。
温度センサ１２，１４は、電池セル内部に取付けることが困難であるため、電池セルの筐体表面において、内部からの温度伝導性が比較的高い構造の部位に対応して取付けられる。温度センサ１２での検出温度Ｔｂ１および温度センサ１４での検出温度Ｔｂ２は、制御回路５０へ送出される。
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、内蔵される電力用半導体スイッチング素子（図示せず）が高周波スイッチング動作に伴って発熱する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の発熱のエネルギ密度は比較的大きく、かつ発熱範囲は狭くなる。したがって、動作時の温度上昇は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の方が速く、かつ大きくなる傾向にある。このため、この実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に対しては、単一の温度センサ２２が設けられる。温度センサ２２は、電力用半導体スイッチング素子の配置個所に対応して取付けられる。温度センサ２２での検出温度Ｔｄは、制御回路５０へ送出される。
制御回路５０は、温度センサ１２，１４および２２での検出温度Ｔｂ１，Ｔｂ２，Ｔｄに応じて、冷却ファン３０および４０の動作、すなわち、各冷却ファンの作動（オン）・非作動（オフ）ならびに作動時における冷媒の設定流量を制御する。具体的には、設定冷媒流量に応じて、冷却ファンの回転数が制御される。なお、以下では、二次電池１０に設けられた温度センサ１２，１４の検出温度Ｔｂ１，Ｔｂ２を「バッテリ温度」とも称し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に設けられた温度センサ２２の検出温度Ｔｄを「コンバータ温度」とも称する。
電源装置１００における温度センサ１２は、この発明における「第１の温度センサ」に対応し、温度センサ１４はこの発明における「第２の温度センサ」に対応する。また、温度センサ２２は、この発明における「第３の温度センサ」に対応する。
次に、図２および図３を用いて、冷却ファン３０および４０の動作を説明する。
図２を参照して、電源装置１００の起動により、コンバータ温度Ｔｄおよびバッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２はともに上昇を始める。電源装置１００の起動時においては、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０ともに温度上昇は未だ小さいので、図３に示されるように、制御回路５０により冷却ファン３０，４０はいずれも非作動（オフ）とされる。
再び図２を参照して、電源装置１００の起動後には、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０の温度は、それぞれの発熱により徐々に上昇する。上述のようにＤＣ／ＤＣコンバータ２０の発熱量の方が相対的に大きいため、コンバータ温度Ｔｄの方が、バッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２よりも上昇速度が速い。
このため、時刻ｔ１において、コンバータ温度Ｔｄが基準温度Ｔｄｒを超えることに応じて、冷却ファン４０に作動指示が発せられる。具体的には、図３に示すように、制御回路５０が所定の冷媒設定流量Ｘ１に対応した回転数指令を冷却ファン４０へ発することにより、冷却ファン４０はオフ状態からオン状態に切換えられる。これにより、時刻ｔ１以降において、コンバータ温度Ｔｄの上昇は抑制される。
一方、温度上昇が緩やかな二次電池１０では、時刻ｔ１において、バッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２は、冷却が必要なレベルには上昇していない。しかしながら、図１に示した、ＤＣ／ＤＣコンバータからの排気９０の回り込み成分９５の発生を防ぐために、制御回路５０は、冷却ファン４０のみならず、冷却ファン３０についても補助的に作動させる。具体的には、補助作動時の冷媒設定流量Ｙ１に対応した回転数指令が制御回路５０から冷却ファン３０へ発せられる。これにより、図１に示した、ＤＣ／ＤＣコンバータからの排気９０は、二次電池１０の冷媒路１５へ逆流することなく、排気路８０へ導かれる。
再び図２を参照して、上記のように冷却ファン３０および４０が協調的に動作することにより、バッテリ温度Ｔｂ１（吸気側）およびＴｂ２（排気側）は、両者の温度差ΔＴｂ（ΔＴｂ＝｜Ｔｂ１−Ｔｂ２｜）がそれほど拡大することなく上昇を続ける。
その後の時刻ｔ２において、制御回路５０は、バッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２の少なくとも一方が基準温度Ｔｂｒを超えることに応答して、二次電池１０の冷却が必要となったと判断する。
これにより、図３に示すように、制御回路５０は、冷却時の冷媒設定流量Ｙ２に対応した回転数指令を冷却ファン４０へ発する。なお、冷却ファン３０において、冷却時の冷媒設定流量Ｙ２は、補助作動時の冷媒設定流量Ｙ１よりも大きく設定される。このように、冷却が不要である補助作動時の冷却ファン３０の冷媒設定流量を、排気の回り込み防止に必要なレベルに抑えることにより、補助作動時および冷却時の冷媒流量を一律に設定する場合と比較して、冷却ファン３０の駆動電力を防止できる。
なお、冷却ファン３０，４０の動作について、冷却時における冷媒設定流量Ｘ１，Ｙ２（図３）は、検出温度Ｔｂ１，Ｔｂ２，Ｔｄに応じて、複数段階に設定してもよい。
再び図２を参照して、上記のように二次電池１０を積極的に冷却するための冷媒量が冷却ファン３０から供給されることにより、バッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２の上昇が抑制される。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０からの排気９０の回り込みが発生しないため、バッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２の温度差ΔＴｂは、比較的小さいまま維持される。
これに対し、冷却ファン３０の故障時におけるバッテリ温度は、図３中の符号♯Ｔｂ１および♯Ｔｂ２に示されるように推移する。
上述のように、冷却ファンの故障原因としては、断線などの電気的異常や機械的故障による作動不能や制御系異常による制御不能が考えられる。あるいは、冷却ファンに機械的な異常や電気的な異常が存在しないものの、冷却風の通路にゴミ等が詰まって冷媒（空気）の流通が妨げられることも考えられる。
冷却ファン３０の故障時には、冷却ファン４０が稼働する時刻ｔ１以降および二次電池１０の冷却が必要となる時刻ｔ２以降において、冷却ファン３０に対して作動指示は発せられるものの、冷媒路１５に対して実際には冷媒（空気）が送出されない。
上昇を続けるバッテリ温度♯Ｔｂ１および♯Ｔｂ２について、排気側の温度♯Ｔｂ２の方が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０からの排気９０の回り込みの影響により、吸気側の温度♯Ｔｂ１よりも高くなる。このため、電源装置１００では、冷却ファン３０の故障時には、冷却ファン４０の作動に伴って温度差Δ♯Ｔｂ（Δ♯Ｔｂ＝｜♯Ｔｂ１−♯Ｔｂ２｜）が大きくなるという特徴的な現象が発生する。
この現象に基づき、この発明の実施の形態による電源装置１００では、図４に説明する冷却ファン故障検出ルーチンにより、冷却ファン３０に回転検出センサを設けることなく、その故障を検出する。図４に示す冷却ファン故障検出ルーチンは、ＥＣＵ５０へ予めプログラムされて実行される。
図４は、二次電池用の冷却ファン３０の冷却能力が十分であるか、すなわち冷却ファン３０に故障が発生しているかどうかを検知するための故障検出方法を説明するフローチャートである。
図４を参照して、この発明の実施の形態による電源装置１００における冷却ファン３０の故障検出ルーチンでは、まず、温度センサ１２および１４によって検出されたバッテリ温度Ｔｂ１およびＴｂ２が所定周期でサンプリングされる（ステップＳ１００）。サンプリングされたバッテリ温度Ｔｂ１およびＴｂ２について、両者の温度差が判定基準値Ｔｒｂより大きいかどうか、すなわち｜Ｔｂ１−Ｔｂ２｜＞Ｔｒｂが成立するかどうかが判定される（ステップＳ１１０）。
温度差｜Ｔｂ１−Ｔｂ２｜が判定基準値Ｔｒｂより大きい場合には（ステップＳ１１０におけるＹＥＳ判定時）、冷却ファン３０および４０に作動指示が発せられているかどうかが確認される（ステップＳ１２０）。
冷却ファン３０および４０に作動指示が出ているにもかかわらず、排気路８０を介した排気の回り込み現象によって、二次電池内の温度差｜Ｔｂ１−Ｔｂ２｜が拡大している場合には（ステップＳ１２０におけるＹＥＳ判定時）、冷却ファン３０の故障を検出する（ステップＳ１３０）。
冷却ファン３０の故障検出時には（ステップＳ１３０におけるＹＥＳ判定時）、故障処理が行なわれる（ステップＳ１４０）。故障処理としては、まず、冷却ファン３０が故障し、修理が必要であることがユーザに対して検知される。さらに、冷却ファン３０による冷却能力の低下に伴い、二次電池１０の充放電動作を制限するような制御が行なわれる。これにより、二次電池１０における発熱を抑えつつ、電源装置１００からの出力を絞った状態での非常退避的な運転が可能となる。
冷却ファン３０の故障が検出されない間は（ステップＳ１１０，Ｓ１２０におけるＮＯ判定時）、バッテリ温度Ｔｂ１，Ｔｂ２のサンプリングに基づく、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の故障判定処理が、所定周期で繰り返し実行される。
このように、この発明の実施の形態による電源装置では、冷却ファン３０，４０の並列配置構成を利用して、回転数センサ等の故障検出用センサを設けることなく、二次電池１０内の温度差に基づいて、冷却ファン３０の故障を効率的に検出することができる。
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０については、発熱部位が比較的狭いため、単一の温度センサ２２によって検出されるコンバータ温度Ｔｄのみに基づいて、冷却ファン４０の冷却能力が十分であるか、すなわち冷却ファン４０に故障が発生しているかどうかを検知することができる。
図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ用の冷却ファン４０の冷却能力が十分であるか、すなわち冷却ファン４０の故障を検知するための故障検出方法を説明するフローチャートである。
図５を参照して、この発明の実施の形態による電源装置１００における冷却ファン４０の故障検出ルーチンでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に設けられた温度センサ２２によってコンバータ温度Ｔｄが所定周期でサンプリングされる（ステップＳ２００）。サンプリングされたコンバータ温度Ｔｄは、判定基準値Ｔｒｄ（判定基準値Ｔｒｄ≧基準温度Ｔｄｒに設定）より大きいかどうか、すなわちＴｄ＞Ｔｒｄが成立するかどうかを判定される（ステップＳ２１０）。
コンバータ温度Ｔｄが判定基準値Ｔｒｄより大きい場合には（ステップＳ２１０におけるＹＥＳ判定時）、少なくとも冷却ファン４０に作動指示が発せられているかどうかが確認される（ステップＳ２２０）。
冷却ファン４０に作動指示が出ているにもかかわらず、コンバータ温度Ｔｄが上昇している場合には（ステップＳ２２０におけるＹＥＳ判定時）、冷却ファン４０の故障を検出する（ステップＳ２３０）。
冷却ファン４０の故障検出時には（ステップＳ２３０におけるＹＥＳ判定時）、ステップＳ１４０と同様の故障処理が行なわれる（ステップＳ２４０）。すなわち、冷却ファン４０の故障がユーザに対して検知されるとともに、冷却ファン４０による冷却能力の低下に伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電力を制限するような制御が行なわれる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０における発熱を抑えつつ、電源装置１００からの出力を絞った状態での非常退避的な運転が可能となる。
冷却ファン４０の故障が検出されない間は（ステップＳ２１０，Ｓ２２０におけるＮＯ判定時）、コンバータ温度Ｔｄのサンプリングに基づく、ステップＳ２００〜Ｓ２２０の故障判定処理が、所定周期で繰り返し実行される。
このように、冷却ファン４０の冷却対象であるＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、排気の回り込みによる温度偏差が発生し難い構成であるため、一般的な構成に従い、冷却対象の温度検出値に基づいて、冷却ファンの故障検出を行なうことができる。
二次電池を含んで構成される電源装置１００は、たとえばハイブリッド自動車に搭載される。このような場合には、二次電池１０は後段に配置されたインバータによる電力変換を介して、主に車両駆動用モータの電源となる。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、他の補機類用の電源となる。このような二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０が並列配置される構成において、冷却系に異常が発生した場合には、上述のように、運転者に対して冷却ファンの故障発生を検知して、修理を促す通知をするとともに、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を絞ることにより、非常退避的な車両運転を続行することが可能となる。
特に、電源装置１００がハイブリッド自動車に用いられる場合には、二次電池１０の出力が大容量となるため、必要なセル数が大きくなり、二次電池１０内の温度偏差がさらに拡大することとなる。このため、この発明の実施の形態による冷却系を備えた電源装置は、ハイブリッド自動車への搭載に好適である。
図６には、本発明の実施の形態による電源装置の他の構成例が示される。
図６を図１と比較して、図６に示した電源装置１００♯では、冷却ファン３０の吐出側と冷媒路１５との間に設けられたダクト３１から分岐したダクト３２が設けられ、冷却ファン４０の吸入側はダクト３２と連結される点が図１に示した電源装置１００と異なる。すなわち、電源装置１００♯では、冷却ファン３０の吸入側に冷媒の導入路２９を設けるのみで、冷媒路１５，２５の両方へ冷媒を供給可能な構成となっている。
この結果、電源装置１００♯では、冷媒の導入路および排気路の双方について、冷却ファン３０，４０間で共用できるので、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０双方の冷却構成をコンパクトに設けることができる。
電源装置１００♯のその他の部分の構成については、図１に示した電源装置１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。また、制御回路５０による冷却ファン３０，４０の制御についても、電源装置１００と同様の協調制御を行なう。
制御回路５０は、基本的には、バッテリ温度Ｔｂおよび基準温度Ｔｂｒの比較に基づいて二次電池１０の冷却要／冷却不要を判断し、かつ、コンバータ温度Ｔｄおよび基準温度Ｔｄｒの比較に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２０の冷却要／冷却不要を判断する。
制御回路５０は、基本的には、二次電池１０が冷却要と判断されるときに冷却ファン３０を作動し、二次電池１０が冷却不要と判断されるときに冷却ファン３０を非作動とする。同様に、制御回路５０は、基本的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が冷却要と判断されるときに冷却ファン４０を作動し、二次電池１０が冷却不要と判断されるときに冷却ファン４０を非作動とする。
ここで、バッテリ温度Ｔｂおよびコンバータ温度Ｔｄは、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０の冷却が必要かどうかを判定するために用いる温度である。すなわち、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０に複数の温度センサを配置する場合には、それぞれの温度センサによる検出温度中の最大値や平均値を採用したり、または特定の部位に設けられた温度センサによる検出温度を代表的に採用することができる。
図７に示されるように、制御回路５０は、Ｔｂ＞ＴｂｒかつＴｄ＞Ｔｄｒの場合には、冷却ファン３０および４０の両方を作動させ、Ｔｂ≦ＴｂｒかつＴｄ≦Ｔｄｒの場合には、冷却ファン３０および４０の両方とも非作動とする。
Ｔｄ＞ＴｄｒかつＴｂ≦Ｔｂｒの場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の冷却が必要である一方で、二次電池１０は冷却が不要である。しかしながら、既に説明したように、冷却ファン４０のみを作動させると、基準温度が相対的に高いＤＣ／ＤＣコンバータ２０から基準温度が相対的に低い二次電池１０への排気回り込み成分９５の発生により、二次電池１０の温度上昇が懸念される。したがって、制御回路５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を冷却するために冷却ファン４０を作動するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータからの排気９０の回り込み成分９５の発生を防止するために、本来作動不要である冷却ファン３０を補助的に作動させる。
なお、図２で説明したのと同様に、補助的な作動時における冷却ファン３０の冷媒流量は、冷却時（作動時）の冷媒流量と比較して小さく設定される。したがって、このケースにおける、冷却ファン３０の冷媒流量は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を冷却するために作動される冷却ファン４０の冷媒流量よりも小さく設定される。
これに対して、Ｔｄ≦ＴｄｒかつＴｂ＞Ｔｂｒの場合には、基準温度が相対的に低い二次電池１０に対応する冷却ファン３０のみを動作させても、この排気の回り込み成分によって、基準温度が相対的に高いＤＣ／ＤＣコンバータ２０の温度を著しく上昇させる懸念は少ない。したがって、制御回路５０は、二次電池１０を冷却するために冷却ファン３０を作動するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に対応する冷却ファン４０を補助的に作動させることなく非作動とする。
このように、温度上昇への悪影響が小さい排気回り込み成分については、発生を防止するための冷却ファンの補助的作動を行なわないことで消費電力の増加および作動音（騒音）の発生を回避できる。
なお、冷媒路１５へ過高温または過低温の冷媒が給されると、二次電池１０の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、制御回路５０は、冷媒導入路２９に設けられた温度センサ（図示せず）によって吸入冷媒温度Ｔｒｅを監視し、吸入冷媒温度Ｔｒｅが所定の基準範囲を外れて高温あるいは低温である場合には、バッテリ温度Ｔｂに関わらず、二次電池１０を冷却不要と判断する。すなわち、吸入冷媒温度Ｔｒｅが基準範囲外である場合には、図７における冷却ポンプ３０の制御は、実際のバッテリ温度Ｔｂに関わらず、Ｔｂ≦Ｔｂｒのケースと同様に取り扱われる。
図７を用いて説明した冷却ファン３０，４０の動作制御は、上記のように、図１の電源装置１００および図６の電源装置１００♯に共通に適用可能である。すなわち、電源装置１００，１００♯のいずれにおいても、並列配置された冷却ファン３０，４０について図７に示すような協調制御を行なって、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０の両方を十分に冷却することができる。
なお、図６に示した電源装置は、上記のようにコンパクトな構成によって二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０双方を冷却できるので、狭小スペースへ配置することが要求されるハイブリッド自動車への搭載に好適である。
また、本実施の形態において、制御回路５０による冷却ファン３０，４０の動作制御に必要なバッテリ温度Ｔｂおよびコンバータ温度Ｔｄは、二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０に設けられた温度センサによる測定値を用いたが、これに代えて二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態に基づく温度推定値をバッテリ温度Ｔｂおよびコンバータ温度Ｔｄとして用いてもよい。ただし、温度センサ測定値に基づいて冷却ファンを制御とする方が、より確実に二次電池１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御目標温度以下に維持できる。
また、本実施の形態で例示した電源装置１００，１００♯において、二次電池１０に代えて、他の電気供給源、たとえば、燃料電池等の他種の電池や、外部からの供給電荷を蓄積する蓄電装置としてのキャパシタ等を適用することも可能である。
なお、本実施の形態では、並列配置される冷却対象（電圧発生装置）が二次電池および電力用半導体スイッチング素子を内蔵したＤＣ／ＤＣコンバータである電源装置の構成を説明したが、本願発明の適用は、このような構成に限定されるものではない。すなわち、冷却対象（電圧発生装置）およびそれぞれに対応する冷却装置が並列配置され、かつ、各冷却装置の冷媒排出側が共通に接続される冷却構成を有する電源装置であれば、冷却対象（電圧発生装置）ならびに冷媒および冷却装置を限定することなく、本願発明を適用可能である。
その際には、冷却対象（電圧発生装置）の特性（制御目標温度、発熱特性等）に応じて、排出された冷媒回り込み防止のための補助的作動の対象となる冷却装置を適宜決定することができる。たとえば、同種の電圧発生装置および冷却装置が並列配置される構成では、各冷却装置について、他の冷却装置が作動した場合には補助的作動させることが好ましい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明による電源装置は、ハイブリッド自動車への搭載機器を始めとする種々の電気機器への電源供給に利用することができる。

Claims (11)

1. 自身を冷却するための冷媒が通過する第１の冷媒路（１５）を有する第１の電圧発生装置（１０）と、
   自身を冷却するための冷媒が通過する第２の冷媒路（２５）を有する第２の電圧発生装置（２０）と、
   前記第１の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給する第１の冷却装置（３０）と、
   前記第２の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給する第２の冷却装置（４０）と、
   前記第１および第２の冷媒路の冷媒排出側と共通に接続された冷媒排出路（８０）と、
   前記第１の電圧発生装置に取付けられた第１の温度センサ（１２）と、
   前記第１の電圧発生装置において、前記第１の温度センサよりも相対的に冷媒排出側に取付けられた第２の温度センサ（１４）と、
   前記第１および第２の冷却装置の動作を制御する制御回路（５０）とを備え、
   前記制御回路は、前記第１および第２の冷却装置に作動指示を発している場合において、前記第１および第２の温度センサのそれぞれによる検出温度間の温度差（ΔＴｂ，ΔＴｂ♯）が基準値より大きいときに前記第１の冷却装置の故障を検出する、電源装置。
2. 前記第２の電圧発生装置に取付けられた第３の温度センサ（２２）をさらに備え、
   前記制御回路（５０）は、前記第３の温度センサの検出温度に基づき前記第２の電圧発生装置（２０）を冷却するために前記第２の冷却装置（４０）を作動させる場合には、前記第２の冷媒路（２５）から排出された冷媒が前記冷媒排出路（８０）を介して前記第１の冷媒路（１５）へ回り込むのを防ぐように、前記第１および第２の温度センサの検出温度（Ｔｂ１，Ｔｂ２）に基づき前記第１の電圧発生装置が冷却不要と判断されるときにも前記第１の冷却装置（３０）を補助的に作動させる、請求の範囲第１項に記載の電源装置。
3. 前記補助的に作動される場合における前記第１の冷却装置（３０）からの冷媒流量（Ｙ１）は、前記第１の冷却装置が前記第１の電圧発生装置（１０）を冷却するために作動される場合における冷媒流量（Ｙ２）と比較して小さく設定される、請求の範囲第２項に記載の電源装置。
4. 前記第１の電圧発生装置（１０）は二次電池であり、
   前記第２の電圧発生装置（２０）は、電力用半導体スイッチング素子を内蔵する電力変換器である、請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 自身を冷却するための冷媒が通過する第１の冷媒路（１５）を有する第１の電圧発生装置（１０）と、
   自身を冷却するための冷媒が通過する第２の冷媒路（２５）を有する第２の電圧発生装置（２０）と、
   前記第１の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給するための第１の冷却装置（３０）と、
   前記第２の冷媒路の冷媒吸入側へ冷媒を供給するための第２の冷却装置（４０）と、
   前記第１および第２の冷媒路の冷媒排出側と共通に接続された冷媒排出路（８０）と、
   前記第１および第２の冷却装置の動作を制御する制御回路（５０）とを備え、
   前記制御回路は、前記第１および第２の冷却装置のうち一方の冷却装置を作動させる場合に、他方の冷却装置に対応する電圧発生装置が冷却不要であるときにも前記他方の冷却装置を作動させる、電源装置。
6. 前記制御回路（５０）は、前記第１および第２の電圧発生装置（１０，２０）に設けられた温度センサ（１２，１４，２２）の出力に基づいて、前記第１および第２の冷却装置（３０，４０）の動作を制御する、請求の範囲第５項に記載の電源装置。
7. 前記制御回路（５０）は、前記一方の冷却装置を作動させる場合に、前記他方の冷却装置に対応する電圧発生装置が冷却不要であるときにも前記他方の冷却装置を作動させる際には、前記一方の冷却装置からの冷媒流量を前記他方の冷却装置からの冷媒流量よりも相対的に多く設定する、請求の範囲第５項または第６項に記載の電源装置。
8. 前記制御回路（５０）は、前記第１の電圧発生装置（１０）を第１の基準温度（Ｔｂｒ）以下に維持するように前記前記第１の冷却装置（３０）の動作を制御するとともに、前記第２の電圧発生装置（２０）を第２の基準温度（Ｔｄｒ）以下に維持するように前記第２の冷却装置（４０）の動作を制御し、
   前記第１の基準温度は、前記第２の基準温度よりも低く、
   前記制御回路は、前記第２の電圧発生装置を冷却するために前記第２の冷却装置を作動させる場合に、前記第１の電圧発生装置が冷却不要であるときにも前記第１の冷却装置を作動させる、請求の範囲第５項に記載の電源装置。
9. 前記制御回路（５０）は、前記第２の冷却装置（４０）を作動させる場合に、前記第１の電圧発生装置（１０）が冷却不要であるときにも前記第１の冷却装置（３０）を作動させる際には、前記第２の冷却装置からの冷媒流量を前記第１の冷却装置からの冷媒流量よりも相対的に多く設定する、請求の範囲第８項に記載の電源装置。
10. 前記第１の冷却装置（３０）の吐出側と前記第１の冷媒路（１５）との間に設けられた第１のダクト（３１）と、
    前記第１のダクトから分岐された第２のダクト（３２）とをさらに備え、
    前記第２の冷却装置（４０）の吸入側および吐出側は、前記第２のダクトおよび前記第２の冷媒路とそれぞれ連結される、請求の範囲第５項に記載の電源装置。
11. 前記制御回路（５０）は、前記第１および第２の電圧発生装置（１０，２０）をそれぞれの制御目標温度（Ｔｂｒ、Ｔｄｒ）以下に維持するように、前記第１および第２の冷却装置（３０，４０）の動作を制御し、
    前記第１の電圧発生装置は二次電池であり、
    前記第２の電圧発生装置は、電力用半導体スイッチング素子を内蔵する電力変換器であり、
    前記電力変換器の前記制御目標温度（Ｔｄｒ）は、前記二次電池の前記制御目標温度（Ｔｂｒ）よりも高い、請求の範囲第５項、第６項および第８項〜第１０項のいずれか１項に記載の電源装置。

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