WO2011036784A1

WO2011036784A1 - 車両の電源システム

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Publication number: WO2011036784A1
Application number: PCT/JP2009/066736
Authority: WO
Inventors: 直美松本; 遠齢洪
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-03-31

Abstract

　車両の電源システムは、蓄電装置（１１０）と、外部電源から供給される交流電力を用いて、蓄電装置（１１０）を充電するように構成された充電装置（２００）と、補機バッテリ（１８０）と、選択回路（２８０）とを備える。充電装置（２００）は、外部電源から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（２３０）と、ＡＣ／ＤＣコンバータ（２３０）を制御するための制御回路（２２０）と、制御電源部（２１０）とを含む。そして、電源システムは、選択回路（２８０）において、制御電源部（２１０）からの出力電圧に応じて、制御電源部（２１０）および補機バッテリ（１８０）のいずれか一方からの出力電圧を制御電源として制御回路（２２０）に供給する。

Description

車両の電源システム

　本発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、外部電源から供給される電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電する充電制御に関する。

　近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの電動車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。

　ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）から車載の蓄電装置の充電が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。

　特開２００９－２７７７４号公報（特許文献１）には、外部充電が可能な車両において、外部充電中に、充電器により変換された外部電源からの電力を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータを間欠的に駆動することによって、補機バッテリを充電する構成が開示される。

　特開２００９－２７７７４号公報（特許文献１）に開示された構成によれば、外部充電中に常にＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する場合と比較して、間欠運転によってＤＣ／ＤＣコンバータによる電力変換時の損失を低減できるので、充電効率を向上することができる。

特開２００９－２７７７４号公報

　外部電源から走行用の蓄電装置の充電を行なう車両においては、蓄電装置を充電するための充電装置用の制御電源は、補機バッテリから供給される場合がある。このような場合、外部充電を行なっている際には、補機バッテリを充電するためにＤＣ／ＤＣコンバータを駆動することが必要となる。

　特開２００９－２７７７４号公報（特許文献１）に開示されるＤＣ／ＤＣコンバータは、補機バッテリの充電だけでなく、車両全体の低電圧系（補機系）の電源を供給しているため、その出力は充電装置の制御電源として必要な電力と比較して大きい。そのため、特開２００９－２７７７４号公報（特許文献１）のように、外部充電時に充電装置の制御電源のためだけにＤＣ／ＤＣコンバータを駆動するのはオーバスペックであり、小電力による電圧変換のために電力変換効率が悪くなるおそれがある。

　また、外部充電中は、このＤＣ／ＤＣコンバータは、充電装置によって交流電圧から変換された直流電圧をさらに降圧する。このように、複数回の電力変換が行われるために、システム全体での充電効率が低下するという問題がある。

　また、補機バッテリ以外から充電装置の制御電源を供給する場合では、ユーザの誤操作や停電などによって外部電源が停止された場合でも、充電動作を適切に停止させることが必要とされる。

　本発明は、このような問題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、外部電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した車両において、外部充電時の充電効率の低下を防止するとともに、外部充電中に外部電源が停止された場合でも充電動作を適切に停止することができる電源システムを提供することである。

　本発明の車両の電源システムは、充電が可能な蓄電装置と、外部電源から供給される交流電力を用いて、蓄電装置を充電するように構成された充電装置と、補機に電力を供給するための補機バッテリとを備える。また、充電装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するための第１の制御装置と、制御電源部とを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部電源から供給される交流電力を、蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。制御電源部は、外部電源から供給される交流電力を用いて、第１の制御装置を駆動するための制御電源を生成する。そして、電源システムは、制御電源部からの第１の出力電圧に応じて、第１の出力電圧および補機バッテリからの第２の出力電圧のいずれか一方を、制御電源として選択するように構成された選択回路をさらに備える。

　好ましくは、選択回路は、第１の出力電圧および第２の出力電圧のうち、出力電圧が高いほうから制御電源が供給されるように選択する。

　好ましくは、選択回路は、アノードが制御電源部に接続され、カソードが第１の制御装置に接続された第１のダイオードと、アノードが補機バッテリに接続され、カソードが第１のダイオードのカソードに接続された第２のダイオードとを含む。

　好ましくは、選択回路は、第１の出力電圧が基準値より大きい場合は、第１の出力電圧を制御電源として選択する一方で、第１の出力電圧が基準値以下の場合は、第２の出力電圧を制御電源として選択する。

　好ましくは、電源システムは、選択回路を制御するための第２の制御装置をさらに備える。そして、第２の制御装置は、第１の出力電圧が基準値より大きい場合は、第１の出力電圧が第１の制御装置に供給されるように選択回路を制御する一方で、第１の出力電圧が基準値以下の場合は、第２の出力電圧が第１の制御装置に供給されるように選択回路を制御する。

　好ましくは、第２の制御装置は、選択回路において、第２の出力電圧が選択されている状態が所定期間継続された場合に異常を検出する。

　好ましくは、第２の制御装置は、異常が検出された場合に、蓄電装置への充電を停止するように充電装置を制御する。

　好ましくは、電源システムは、充電装置から出力される直流電圧を、補機バッテリを充電するための電圧に降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備える。そして、第２の制御装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電している場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータによって補機バッテリが充電されているときは、第２の出力電圧が第１の制御装置に供給されるように選択回路を制御する。

　好ましくは、制御電源部は、外部電源の電圧を降圧する降圧回路と、外部電源からの交流電力を直流電力に整流するように構成された整流回路とを含む。

　本発明によれば、外部電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した車両の電源システムにおいて、外部充電時の充電効率の低下を防止するとともに、外部充電中に外部電源が停止された場合でも充電動作を適切に停止することができる。

本発明の実施の形態１に従う電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。ＰＣＵの内部構成の一例を示す図である。制御電源部の内部構造の例を示す図である。制御電源部の内部構造の他の例を示す図である。制御回路の制御電源を補機バッテリのみから供給する構成を有する比較例の車両の全体ブロック図である。実施の形態２に従う電源システムにおける選択回路の詳細な回路の一例を示す図である。実施の形態３に従う電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。実施の形態３において、ＥＣＵで実行される制御電源の切替制御を説明するための機能ブロック図である。実施の形態３において、ＥＣＵで実行される制御電源の切替制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。実施の形態３の変形例において、ＥＣＵで実行される制御電源の切替制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　[実施の形態１]
　図１は、本発明の実施の形態１に従う電源システムを搭載した車両１００の全体ブロック図である。

　図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（以下、ＳＭＲ（System　Main　Relay）とも称する。）１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power　Control　Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）とも称する。）３００とを備える。

　蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

　蓄電装置１１０は、ＳＭＲ１１５を介してモータジェネレータ１３０を駆動するためのＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力は、たとえば２００Ｖである。

　ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線ＰＬ１，ＮＬ１にそれぞれ介挿される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

　図２は、ＰＣＵ１２０の内部構成の一例を示す図である。
　図２を参照して、ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

　コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と電力線ＨＰＬ，ＮＬ１との間で電力変換を行なう。

　インバータ１２２は、電力線ＨＰＬ，ＮＬ１に接続される。インバータ１２２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩに基づいてモータジェネレータ１３０を駆動する。

　コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１，ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、電力線ＨＰＬ，ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＨＰＬ，ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

　再び図１を参照して、モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

　モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

　また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を強調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。

　すなわち、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力を発生するための電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車などを含む。

　図示された車両１００の構成から、モータジェネレータ１３０、動力伝達ギア１４０および駆動輪１５０を除いた部分によって、車両の電源システムが構成される。

　電源システムは、さらに低電圧系（補機系）の構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０と、補機バッテリ１８０と、補機負荷１９０とを含む。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１に接続され、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤに基づいて、蓄電装置１１０から供給される直流電圧を電圧変換する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線ＰＬ３を介して補機バッテリ１８０、補機負荷１９０およびＥＣＵ３００などの車両全体の低電圧系に電力を供給する。

　補機バッテリ１８０は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ１８０の出力電圧は、蓄電装置１１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。

　補機負荷１９０には、たとえばランプ類、オーディオ、ナビゲーションシステムなどが含まれる。

　ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

　ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ１２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０、およびＳＭＲ１１５などを制御するための制御信号を出力する。

　電源システムは、外部電源２６０からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、接続部２５０と、充電装置２００と、リレー２４０、選択回路２８０とを含む。また、充電装置２００は、制御電源部２１０と、制御回路２２０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０とを含む。

　接続部２５０には、充電ケーブルの充電コネクタ２７０が接続される。そして、外部電源２６０からの電力が、充電ケーブルを介して車両１００に伝達される。

　リレー２４０は、蓄電装置１１０と充電装置２００とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ２にそれぞれ介挿される。そして、リレー２４０は、充電装置２００に含まれる制御回路２２０からの制御信号ＳＥ２に基づいて、蓄電装置１１０と充電装置２００との間での電力の供給と遮断とを切替える。

　充電装置２００に含まれるＡＣ／ＤＣコンバータ２３０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２により接続部２５０に接続される。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０は、リレー２４０を介して蓄電装置１１０と接続される。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０は、制御回路２２０からの制御信号ＰＷＥに基づいて、外部電源２６０から供給される交流電力を、蓄電装置１１０が充電可能な直流電力に変換する。

　制御電源部２１０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２に接続され、外部電源２６０からの交流電力を用いて、制御回路２２０を駆動するための制御電源を生成する。

　図３は、制御電源部２１０の内部構造の例を示す図である。
　図３を参照して、制御電源部２１０は、外部電源２６０からの交流電圧を降圧するための変圧器ＴＲ１と、降圧された交流電圧を整流するためのダイオードブリッジ２１１と、整流された直流電圧を平滑化するためのコンデンサＣ１０とを含む。

　また、図４には、制御電源部の内部構造の他の例が示される。図４に示される制御電源部２１０Ａは、外部電源２６０からの交流電圧を降圧するための変圧器ＴＲ２と、降圧された交流電圧を整流するためのダイオードＤ２１，Ｄ２２と、整流された直流電圧を平滑化するためのコンデンサＣ２０およびリアクトルＬ１０とを含む。

　なお、制御電源部の内部構造は、上記の構成には限定されず、電圧を降圧するための降圧回路および交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を含むものであれば適用可能である。そして、図３および図４のように、スイッチング素子を含まない構成とすることで、外部電源２６０からの交流電力が接続部２５０へ供給されると、外部からの制御を要せずに所望の制御電源を生成することができる。

　再び図１を参照して、制御電源部２１０で生成された制御電源は、選択回路２８０を経由して制御回路２２０へ供給される。

　選択回路２８０は、ダイオードＤ１，Ｄ２を含む。ダイオードＤ１のアノードは制御電源部２１０から制御電源が出力される電力線ＰＬ４に接続される。ダイオードＤ１のカソードは制御回路２２０に制御電源を供給するための電力線ＰＬ５に接続される。ダイオードＤ２のアノードは、電力線ＰＬ３に接続される。ダイオードＤ２のカソードは、ダイオードＤ１のカソードに接続される。

　選択回路２８０をこのような構成とすることで、制御回路２２０は、制御電源部２１０から出力される直流電圧および補機バッテリ１８０から出力される直流電圧のいずれかから制御電源が供給される。

　図５は、制御回路２２０の制御電源を補機バッテリ１８０のみから供給する構成を有する比較例の車両１００＃の全体ブロック図である。

　図５を参照して、車両１００＃の充電装置２００＃には、図１のような制御電源部２１０が含まれていない。そして、電力線ＰＬ５は、電力線ＰＬ３に直接接続され、制御回路２２０の制御電源は補機バッテリ１８０から供給される。

　このような構成の場合、たとえば長期間車両を放置した状態などでは、補機バッテリ１８０の充電電力が低下していた場合には、制御回路２２０が起動できないために外部充電を行なうことができない。

　また、外部充電を行なっている場合には、補機バッテリ１８０の充電電力が低下しないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が駆動されて補機バッテリ１８０が充電される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、上述のように補機バッテリ１８０だけでなく、ＥＣＵ３００や補機負荷１９０などの車両全体の低電圧系に電力を供給するために、たとえば数ｋＷ程度の出力を有する。

　一方、充電装置に含まれる制御回路２２０が必要とする制御電源は、たとえば１００Ｗ程度と小さいので、外部充電時に制御回路２２０の制御電源のためだけにＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を駆動すると、電力変換効率が悪くなる。

　また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０で交流電圧から変換された直流電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０で降圧しており、電力変換回数が増えるので、さらに効率が低下する。その結果、外部充電中のシステム全体の充電効率が低下してしまうおそれがある。

　本実施の形態においては、充電装置２００に含まれる制御電源部２１０によって、制御回路２２０の制御電源が生成される。これによって、補機バッテリ１８０の充電電力が低下している場合であっても、外部電源２６０からの電力によって制御回路２２０を駆動して外部充電を行なうことができる。また、制御電源専用の回路であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０と比較して定格出力を小さくすることができ、さらに電力変換回数も１回とできるので、充電効率の低下を防止することができる。

　ここで、充電装置２００に含まれるＡＣ／ＤＣコンバータ２３０は、一般的にはスイッチング素子（図示せず）を含み、制御回路２２０からの制御信号に従ってスイッチング素子をオンまたはオフに制御することによって電力変換が行なわれる。そのため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０が電力変換動作を行なっているときに、制御回路２２０からの制御信号が途絶えてしまうと、これらのスイッチング素子の状態が不定となってしまい、短絡などが発生するおそれがある。

　そのため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０が電力変換を停止する際には、制御回路２２０によってスイッチング素子を所定の状態とすることが必要となる。

　本実施の形態においては、上述の説明のように、選択回路２８０により制御電源部２１０および補機バッテリ１８０のいずれからも制御電源が供給可能となっている。このような構成において、制御電源部２１０の出力電圧を補機バッテリ１８０の出力電圧よりも若干高く設定することで、通常は制御電源部２１０から制御回路２２０の制御電源が供給される。

　そして、たとえば外部充電中に、ユーザの充電コネクタ操作や外部電源２６０の停電により外部電源２６０からの交流電力が停止したり、制御電源部２１０の故障などによって、制御電源部２１０からの制御電源の電圧が低下した場合であっても、補機バッテリ１８０から引き続いて制御回路２２０に制御電源が供給される。

　これによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０のスイッチング素子を所定の状態として電力変換動作を停止することが可能となる。

　［実施の形態２］
　実施の形態１においては、選択回路２８０では、制御電源部２１０からの電圧および補機バッテリ１８０からの電圧のうちの電圧の高いほうから、制御回路２２０へ制御電源が供給される構成について説明した。

　充電効率の観点からは、制御電源部２１０からの電圧により制御回路２２０が駆動可能であるときには、できるだけ制御電源部２１０から制御回路２２０に制御電源を供給することが望ましい。しかし、実施の形態１の選択回路２８０の構成では、制御電源部２１０からの電圧（たとえば１２Ｖ）が制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値（たとえば９Ｖ）よりも大きい場合であっても、補機バッテリ１８０からの電圧の方が高いとき（たとえば１３Ｖ）には、補機バッテリ１８０から制御電源が供給されてしまう。

　そこで、実施の形態２においては、制御電源部２１０からの電圧が制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値よりも大きい場合には、優先的に制御電源部２１０から制御回路２２０に制御電源を供給する構成について説明する。

　図６は、実施の形態２に従う電源システムにおける選択回路２８０Ａの詳細な回路の一例を示す図である。なお、実施の形態２においては、図１の選択回路２８０が図６に示される選択回路２８０Ａに置き換えられる。

　図６を参照して、選択回路２８０Ａは、比較器ＣＭＰ１０と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、リレーＲＹ１０と、反転器ＩＮＶ１０とを含む。

　リレーＲＹ１０は、電力線ＰＬ４と電力線ＰＬ５とを結ぶ経路に介挿される。リレーＲＹ１０の接点が閉じられることにより、制御電源部２１０からの電圧が制御回路２２０の制御電源として供給される。

　スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）などのような半導体スイッチング素子を含む。

　スイッチＳＷ１は、コレクタがリレーＲＹ１０の駆動コイルを介して電圧ノードＶＣＣに接続され、エミッタが接地される。スイッチＳＷ１がオンされることにより、駆動コイルの励磁電流が流れてリレーＲＹ１０の接点が閉じられる。

　スイッチＳＷ２は、コレクタが電力線ＰＬ３に接続され、エミッタが電力線ＰＬ５に接続される。スイッチＳＷ２がオンされることにより、補機バッテリ１８０からの電圧が制御回路２２０の制御電源として供給される。

　比較器ＣＭＰ１０の正の入力端子は、抵抗Ｒ１０，Ｒ２０を介して接地された電力線ＰＬ４の経路において、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ２０との接続ノードに接続される。すなわち、比較器ＣＭＰ１０の正の入力端子には、制御電源部２１０からの出力電圧が分圧された電圧が入力される。また、比較器ＣＭＰ１０の負の入力端子には、制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値を表わす基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。

　比較器ＣＭＰ１０の出力端子は、ゲート抵抗ＧＲ１を介して、スイッチＳＷ１のゲートに接続される。また比較器ＣＭＰ１０の出力端子は、反転器ＩＮＶ１０およびゲート抵抗ＧＲ２を介してスイッチＳＷ２のゲートに接続される。

　この選択回路２８０Ａの動作について以下に説明する。
　比較器ＣＭＰ１０は、正の入力端子に入力される制御電源部２１０からの出力電圧が分圧された電圧と、負の入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。そして、比較器ＣＭＰ１０は、制御電源部２１０からの出力電圧が分圧された電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより大きいときには、出力端子の電圧をＨｉｇｈに設定する。

　比較器ＣＭＰ１０の出力端子の電圧がＨｉｇｈに設定されると、スイッチＳＷ１がオンに設定されるとともに、反転器ＩＮＶ１０によりスイッチＳＷ２がオフに設定される。これによって、リレーＲＹ１０の接点が閉じられて、制御電源部２１０からの電圧が制御回路２２０の制御電源として供給される。

　一方、制御電源部２１０からの出力電圧が分圧された電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下のときには、比較器ＣＭＰ１０の出力がＬｏｗに設定される。これによって、スイッチＳＷ１がオフに設定されるとともに、スイッチＳＷ２がオンに設定される。その結果、リレーＲＹ１０の接点が開放され制御電源部２１０からの電圧が遮断されるとともに、補機バッテリ１８０からの電圧が制御回路２２０の制御電源として供給される。

　選択回路２８０Ａを、このような構成とすることで、制御電源部２１０からの電圧が制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値よりも大きい場合には、優先的に制御電源部２１０から制御回路２２０に制御電源を供給することができる。

　なお、上述の選択回路２８０Ａの回路構成は一例であり、制御電源部２１０からの出力電圧と基準電圧とを比較して、制御電源部２１０からの電圧と補機バッテリ１８０からの電圧とを切替える機能を有する回路であれば、どのような回路であってもよい。

　［実施の形態３］
　実施の形態１および実施の形態２においては、選択回路２８０，２８０ＡはＥＣＵ３００などによって制御されない電子回路で構成されていた。

　実施の形態３においては、制御電源の切替えの判断をＥＣＵ３００において実行し、ＥＣＵ３００によって選択回路が制御される構成について説明する。

　図７は、実施の形態３に従う電源システムを搭載した車両１００Ｂの全体ブロック図である。図７においては、実施の形態１の図１における選択回路２８０が選択回路２８０Ｂに置き換わり、さらに電圧センサ２１５および警告装置ＤＳＰが追加された構成となっている。図７において、図１と重複する要素についての説明は繰り返さない。

　図７を参照して、選択回路２８０Ｂは、接続端子Ｔ１～Ｔ３を含む。接続端子Ｔ１には電力線ＰＬ３が接続され、接続端子Ｔ２には電力線ＰＬ４が接続される。また、接続端子Ｔ３には電力線ＰＬ５が接続される。

　選択回路２８０Ｂは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＣＴＬに従って、接続端子Ｔ３を、接続端子Ｔ１またはＴ２と接続するように切替える。具体的には、制御信号ＣＴＬがオフに設定されると接続端子Ｔ２とＴ３とが接続され、制御信号ＣＴＬがオンに設定されると接続端子Ｔ１とＴ３とが接続される。

　電圧センサ２１５は、制御電源部２１０に設けられ、制御電源部２１０から出力される電圧を検出して、その検出値ＶＡＣをＥＣＵ３００に出力する。

　ＥＣＵ３００は、電圧センサ２１５から制御電源部２１０の出力電圧の電圧検出値ＶＡＣを受ける。ＥＣＵ３００は、この電圧検出値ＶＡＣと制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭとを比較する。そして、ＥＣＵ３００は、この比較結果に基づいて、制御信号ＣＴＬを出力することによって選択回路２８０Ｂを切替える。

　また、ＥＣＵ３００は、制御回路２２０の制御電源が制御電源部２１０の出力電圧から補機バッテリ１８０の出力電圧に切替えた場合に、その状態が所定期間継続されたときには、外部電源２６０または制御電源部２１０に何らかの異常のおそれがあるとして、ＥＣＵ３００は、制御回路２２０へ停止信号ＳＴＰを出力して充電動作を停止させる。さらに、ユーザに対して充電動作を停止したことを知らせるために、アラーム信号ＡＬＭを警告装置ＤＳＰに出力する。

　警告装置ＤＳＰは、たとえば表示用ランプや液晶表示パネルなどで構成され、アラーム信号ＡＬＭが入力されると、充電動作を停止したことをユーザに知らせるために、表示ランプを点灯／点滅させたり、表示パネルに表示をさせたりする。

　なお、警告装置ＤＳＰは視覚的なものだけに限らず、たとえばブザーなどの聴覚的なものであってもよい。

　図８は、実施の形態３において、ＥＣＵ３００で実行される制御電源の切替制御を説明するための機能ブロック図である。

　図８を参照して、ＥＣＵ３００は、入力部３１０と、判定部３２０と、切替制御部３３０と、充電制御部３４０と、アラーム出力部３５０とを含む。図８で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

　入力部３１０は、電圧センサ２１５からの電圧検出値ＶＡＣを受ける。そして、入力された電圧検出値ＶＡＣを判定部３２０へ出力する。

　判定部３２０は、入力部からの電圧検出値ＶＡＣと、制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭとを比較する。そして、判定部３２０は、その比較結果に基づいて切替フラグＦＬＧを設定して、切替制御部３３０およびアラーム出力部３５０に出力する。具体的には、判定部３２０は、電圧検出値ＶＡＣが下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭより大きい場合には切替フラグＦＬＧをオフに設定する一方で、電圧検出値ＶＡＣが下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭ以下の場合には切替フラグＦＬＧをオンに設定する。

　切替制御部３３０は、判定部３２０からの切替フラグＦＬＧに基づいて、選択回路２８０Ｂを制御するための制御信号ＣＴＬを設定する。具体的には、切替制御部３３０は、切替フラグＦＬＧがオフの場合には、制御電源部２１０からの出力電圧を制御電源とするように制御信号ＣＴＬをオフに設定する。また、切替制御部３３０は、切替フラグＦＬＧがオンの場合には、補機バッテリ１８０からの出力電圧を制御電源とするように制御信号ＣＴＬをオンに設定する。そして、切替制御部３３０は、設定した制御信号ＣＴＬを選択回路２８０Ｂに出力する。

　アラーム出力部３５０は、判定部３２０からの切替フラグＦＬＧがオフからオンに切替わった場合、すなわち制御電源の供給が制御電源部２１０から補機バッテリ１８０に切替わった場合に、その切替わった状態が所定期間継続しているか否かを判定する。そして、アラーム出力部３５０は、切替わった状態が所定期間継続した場合には、アラーム信号ＡＬＭをオンに設定する。そして、アラーム出力部３５０は、アラーム信号ＡＬＭを充電制御部３４０および警告装置ＤＳＰへ出力する。

　充電制御部３４０は、アラーム出力部３５０から受けたアラーム信号ＡＬＭがオンに設定されると、充電動作を停止するための停止信号ＳＴＰを制御回路２２０へ出力する。制御回路２２０は、この停止信号ＳＴＰに応じて、電力変換動作を停止するようにＡＣ／ＤＣコンバータ２３０を制御する。

　図９は、実施の形態３において、ＥＣＵ３００で実行される制御電源の切替制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図９および後述する図１０に示されるフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

　図７および図９を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１１０において、電圧センサ２１５からの電圧検出値ＶＡＣを検出する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、電圧検出値ＶＡＣが制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭより大きいか否かを判定する。

　電圧検出値ＶＡＣが下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭより大きい場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められ、ＥＣＵ３００は、制御電源部２１０からの出力電圧を制御電源として選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＣＴＬをオフに設定して選択回路２８０Ｂへ出力する。

　一方、電圧検出値ＶＡＣが下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭ以下の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に進められ、ＥＣＵ３００は、補機バッテリからの出力電圧を制御電源として選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＣＴＬをオンに設定して選択回路２８０Ｂへ出力する。

　次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にてタイマをカウントアップする。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６０にてこのタイマによって、補機バッテリ１８０に切替わってから所定期間が経過したか否かを判定する。

　所定期間が経過していない場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、メインルーチンに処理が戻される。

　補機バッテリ１８０に切替わった状態が継続されている場合には、この処理が起動されるごとにＳ１５０にてタイマがカウントアップされる。

　そして、補機バッテリ１８０に切替わった状態が継続されて所定期間が経過した場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１７０に進められ、ＥＣＵ３００は、アラーム信号ＡＬＭをオンに設定して警告装置ＤＳＰに出力する。

　その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８０にて制御回路２２０に停止信号ＳＴＰを出力して充電動作を停止させる。そして、処理がメインルーチンに戻される。

　なお、たとえば停電が解消されて、タイマがカウントアップされている途中で電圧検出値ＶＡＣが下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭより大きくなった場合には、Ｓ１３０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、制御電源部２１０からの出力電圧を制御電源として再度選択する。このとき、図示しないがタイマはリセットされる。

　以上のような処理に従って制御を行なうことによって、制御電源部２１０からの電圧が制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値よりも大きい場合には、優先的に制御電源部２１０から制御回路２２０に制御電源を供給することができる。さらに、補機バッテリ１８０へ切替わった状態が継続される場合には、適切に充電停止を行なえるとともに、ユーザに対する警告を行なうことができる。

　なお、上記では本切替制御をＥＣＵ３００で行なう場合について説明したが、制御回路２２０でこの制御を行なう構成としてもよい。この場合には、選択回路２８０Ｂおよび警告装置ＤＳＰは、制御回路２２０からの制御信号によって制御される。

　［実施の形態３の変形例］
　実施の形態３においては、制御電源部２１０の出力電圧が制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値よりも大きい場合には、優先的に制御電源部２１０からの出力電圧を制御回路２２０の制御電源とする構成いついて説明した。

　ところで、本実施の形態における電源システムでは、外部充電中に、たとえば補機バッテリ１８０の充電が必要となったり補機負荷１９０を駆動することが必要となったりした場合には、外部充電中であってもＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が駆動される場合がある。

　このように、外部充電以外の要求によってＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が駆動されている場合であれば、制御回路２２０の制御電源を補機バッテリ１８０から供給しても、充電効率を低下させるおそれはない。逆に、このような状態で、制御電源部２１０から制御回路２２０の制御電源を供給した場合には、制御電源部２１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１７０の両方により電力変換が行なわれるので、充電効率の低下を招いてしまう可能性がある。

　そのため、実施の形態３の変形例では、外部運転中にＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が運転されている場合には、制御電源部２１０からの出力電圧にかかわらず、補機バッテリ１８０から制御回路２２０の制御電源を供給する構成について説明する。

　図１０は、実施の形態３の変形例において、ＥＣＵ３００で実行される制御電源の切替制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図１０は、実施の形態３の図９のフローチャートにステップＳ１００およびＳ１９０が追加されたものとなっている。図１０において、図９と重複するステップについての説明は繰り返さない。

　図１０を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ１００にて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が運転中であるか否かを判定する。この判定は、図８の機能ブロックの判定部３２０において、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を駆動する制御信号ＰＷＤに基づいて行なわれる。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が運転中である場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１９０に進められ、ＥＣＵ３００は、補機バッテリ１８０からの出力電圧を制御電源として選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＣＴＬをオンに設定して選択回路２８０Ｂへ出力する。

　一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が停止中である場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に進められ、図９の説明と同様に、制御電源部２１０の出力電圧の検出値ＶＡＣと制御回路２２０が駆動可能な電圧の下限値ＶＣＲ＿ＬＩＭとの比較に基づいて、制御電源の給電元を切替える。

　以上のような処理に従って制御することによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が運転中である場合には、制御電源部２１０の出力電圧にかかわらず補機バッテリ１８０からの出力電圧を制御回路２２０の制御電源とすることができ、充電効率の低下を防止することができる。

　なお、本実施の形態における制御回路２２０およびＥＣＵ３００は、それぞれ本発明の「第１の制御装置」および「第２の制御装置」の一例である。

　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、上記した実施の形態の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。

　１００，１００Ｂ　車両、１１０　蓄電装置、１２０　ＰＣＵ、１２１　コンバータ、１２２　インバータ、１３０　モータジェネレータ、１４０　動力伝達ギア、１５０　駆動輪、１７０　ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８０　補機バッテリ、１９０　補機負荷、２００　充電装置、２１０，２１０Ａ　制御電源部、２１１　ダイオードブリッジ、２１５　電圧センサ、２２０　制御回路、２３０　ＡＣ／ＤＣコンバータ、２４０，ＲＹ１０　リレー、２５０　接続部、２６０　外部電源、２７０　充電コネクタ、２８０，２８０Ａ，２８０Ｂ　選択回路、３００　ＥＣＵ、３１０　入力部、３２０　判定部、３３０　切替制御部、３４０　充電制御部、３５０　アラーム出力部、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＨＰＬ，ＮＬ１，ＰＬ１～ＰＬ５　電力線、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０，Ｃ２　コンデンサ、ＣＭＰ１０　比較器、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ２１，Ｄ２２　ダイオード、ＤＳＰ　警告装置、ＧＲ１，ＧＲ２　ゲート抵抗、ＩＮＶ１０　反転器、Ｌ１０　リアクトル、Ｒ１０，Ｒ２０　抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２　スイッチ、Ｔ１～Ｔ３　接続端子、ＴＲ１，ＴＲ２　変圧器、ＶＣＣ　電圧ノード。

Claims

　車両の電源システムであって、
　充電が可能な蓄電装置（１１０）と、
　外部電源から供給される交流電力を用いて、前記蓄電装置（１１０）を充電するように構成された充電装置（２００）と、
　補機に電力を供給するための補機バッテリ（１８０）とを備え、
　前記充電装置（２００）は、
　前記外部電源から供給される交流電力を、前記蓄電装置（１１０）を充電するための直流電力に変換するように構成されたＡＣ／ＤＣコンバータ（２３０）と、
　前記ＡＣ／ＤＣコンバータ（２３０）を制御するための第１の制御装置（２２０）と、
　前記外部電源から供給される交流電力を用いて、前記第１の制御装置（２２０）を駆動するための制御電源を生成するように構成された制御電源部（２１０）とを含み、
　前記電源システムは、
　前記制御電源部（２１０）からの第１の出力電圧に応じて、前記第１の出力電圧および前記補機バッテリ（１８０）からの第２の出力電圧のいずれか一方を、前記制御電源として選択するように構成された選択回路（２８０，２８０Ａ，２８０Ｂ）をさらに備える、車両の電源システム。
　前記選択回路（２８０）は、前記第１の出力電圧および前記第２の出力電圧のうち、出力電圧が高いほうから前記制御電源が供給されるように選択する、請求の範囲第１項に記載の車両の電源システム。
　前記選択回路（２８０）は、
　アノードが前記制御電源部（２１０）に接続され、カソードが前記第１の制御装置（２２０）に接続された第１のダイオード（Ｄ１）と、
　アノードが前記補機バッテリ（１８０）に接続され、カソードが前記第１のダイオード（Ｄ１）のカソードに接続された第２のダイオード（Ｄ２）とを含む、請求の範囲第２項に記載の車両の電源システム。
　前記選択回路（２８０Ａ，２８０Ｂ）は、前記第１の出力電圧が基準値より大きい場合は、前記第１の出力電圧を前記制御電源として選択する一方で、前記第１の出力電圧が基準値以下の場合は、前記第２の出力電圧を前記制御電源として選択する、請求の範囲第１項に記載の車両の電源システム。
　前記選択回路（２８０Ｂ）を制御するための第２の制御装置（３００）をさらに備え、
　前記第２の制御装置（３００）は、前記第１の出力電圧が前記基準値より大きい場合は、前記第１の出力電圧が前記第１の制御装置（２２０）に供給されるように前記選択回路（２８０Ｂ）を制御する一方で、前記第１の出力電圧が前記基準値以下の場合は、前記第２の出力電圧が前記第１の制御装置（２２０）に供給されるように前記選択回路（２８０Ｂ）を制御する、請求の範囲第４項に記載の車両の電源システム。
　前記第２の制御装置（３００）は、前記選択回路（２８０Ｂ）において、前記第２の出力電圧が選択されている状態が所定期間継続された場合に異常を検出する、請求の範囲第５項に記載の車両の電源システム。
　前記第２の制御装置（３００）は、前記異常が検出された場合に、前記蓄電装置（１１０）への充電を停止するように前記充電装置（２００）を制御する、請求の範囲第６項に記載の車両の電源システム。
　前記充電装置（２００）から出力される直流電圧を、前記補機バッテリ（１８０）を充電するための電圧に降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（１７０）をさらに備え、
　前記第２の制御装置（３００）は、前記外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置（１１０）を充電している場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１７０）によって前記補機バッテリ（１８０）が充電されているときは、前記第２の出力電圧が前記第１の制御装置（２２０）に供給されるように前記選択回路（２８０Ｂ）を制御する、請求の範囲第５項に記載の車両の電源システム。
　前記制御電源部（２１０）は、
　前記外部電源の電圧を降圧する降圧回路（ＴＲ１，ＴＲ２）と、
　前記外部電源からの交流電力を直流電力に整流するように構成された整流回路（２２１，Ｄ２１，Ｄ２２）とを含む、請求の範囲第１項に記載の車両の電源システム。