JP2011087408A - 車両の電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の電源システムにおいて、外部電源から電力が供給される場合に、外部電源からの電力によって制御装置を起動して車両を始動する。
【解決手段】車両の電源システムは、補機バッテリ１５０と、外部充電が可能な蓄電装置１１０と、蓄電装置１１０からの電力を用いて負荷を駆動するＰＣＵ１２０と、システムメインリレーＳＭＲと、補機バッテリ１５０から制御用の電源電圧が供給され、車両を始動するためのＥＣＵ１６０とを備える。そして、ＥＣＵ１６０は、外部電源から電力が供給される場合は、制御用の電源電圧が外部電源によって供給され得るように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、車両外部の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２００９−１３１０７７号公報（特許文献１）には、車両外部の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、外部電源からの充電時に、メインバッテリを充電する直流電力を降圧するための補機用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を用いて、補機用バッテリを充電する構成が開示される。

特開２００９−１３１０７７号公報 特開２００１−３５２６９０号公報 特開２００８−０２２６２８号公報 特開２００５−０３９８８５号公報 特開２００８−００６９９６号公報

特開２００９−１３１０７７号公報（特許文献１）に開示される補機用ＤＣ／ＤＣコンバータは、通常走行時に補機および補機バッテリに電力を供給することが必要であるため、比較的大容量のコンバータが用いられる。そのため、外部電源からの充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）時に補機用バッテリを充電するような比較的負荷が小さい場合に使用すると、補機用バッテリを充電するために必要とされる容量をまかなう程度の小容量のコンバータを使用する場合と比較して、相対的に充電効率が悪くなるという問題がある。

また、外部充電を行なう場合、外部電力を無駄に使用せず、かつ充電時間を短縮するために、充電効率を可能な限り向上させることが必要となる。

さらに、このような電動車両においては、補機バッテリが完全に放電してしまった場合には制御装置が起動できないために、車両を始動できない場合がある。このような場合には、外部電源からの電力によって補機バッテリを充電するか、別の車両のバッテリの電力を用いて始動するいわゆるジャンプスタートによって車両を始動する必要がある。

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、外部電源から電力が供給される場合に、外部電源からの電力によって制御装置を起動して車両を始動することが可能な車両の電源システムを提供することである。

本発明による車両の電源システムは、負荷に電源を供給するための車両の電源システムであって、補機バッテリと、蓄電装置と、駆動装置と、第１の開閉器と、第１の制御装置とを備える。蓄電装置は、車両外部の外部電源からの電力により充電が可能である。駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて負荷を駆動する。第１の開閉器は、蓄電装置と駆動装置とを結ぶ経路に介挿される。第１の制御装置は、補機バッテリから制御用の電源電圧が供給され、車両を始動するために駆動装置および第１の開閉器を制御する。そして、第１の制御装置は、外部電源から電力が供給される場合は、制御用の電源電圧が外部電源によって供給され得るように構成される。

好ましくは、電源システムは、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、充電装置とをさらに備える。第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置と駆動装置とを結ぶ経路からの直流電圧を、補機バッテリの充電電圧に降圧する。充電装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する外部充電が可能である。また、充電装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータと、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、第２の制御装置とを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部電源からの交流電力を、蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、第１のＤＣ／ＤＣコンバータよりも小容量であり、蓄電装置とＡＣ／ＤＣコンバータとを結ぶ経路からの直流電圧を降圧するとともに、第１の制御装置に制御用の電源電圧の供給ができるように構成される。そして、第２の制御装置は、外部電源からの電力が供給される場合は、外部電源からの電力により起動されるとともに、蓄電装置からの直流電圧を降圧して第１の制御装置へ供給するように、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

好ましくは、電源システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと第１の制御装置とを結ぶ経路に介挿された第２の開閉器と、蓄電装置と充電装置とを結ぶ経路に介挿された第３の開閉器とをさらに備える。そして、第２の制御装置は、外部電源から電力が供給される場合は、第２の開閉器および第３の開閉器を閉成するように制御する。

好ましくは、第２の制御装置は、外部電源の電圧が第１の基準値より大きい場合に、蓄電装置からの直流電圧を降圧して第１の制御装置に供給するように、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、第２の開閉器）および第３の開閉器を制御する。

好ましくは、電源システムは、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、充電装置とをさらに備える。第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置と駆動装置とを結ぶ経路からの直流電圧を、補機バッテリの充電電圧に降圧する。充電装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する外部充電が可能である。また、充電装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータと、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、第２の制御装置とを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部電源からの交流電力を、蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、第１のＤＣ／ＤＣコンバータよりも小容量であり、蓄電装置とＡＣ／ＤＣコンバータとを結ぶ経路からの直流電圧を降圧するとともに、第１の制御装置に制御用の電源電圧の供給ができるように構成される。そして、第２の制御装置は、外部充電時に、蓄電装置からの直流電圧を降圧して補機バッテリへ供給するように、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

好ましくは、電源システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと補機バッテリとを結ぶ経路に介挿された第２の開閉器をさらに備える。そして、第２の制御装置は、外部電源の電圧が第２の基準値より大きい場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータを駆動して蓄電装置を充電するとともに、補機バッテリの充電状態を検出し、充電状態が低下しているときには第２の開閉器を閉成することによって補機バッテリを充電する。

好ましくは、電源システムは、補機負荷と、蓄電装置と駆動装置とを結ぶ経路からの直流電圧を補機負荷の電源電圧に変換するための第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する外部充電が可能に構成された充電装置とをさらに備える。また、充電装置は、外部電源からの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ように構成されたＡＣ／ＤＣコンバータと、第１のＤＣ／ＤＣコンバータよりも小容量であり、蓄電装置とＡＣ／ＤＣコンバータとを結ぶ経路からの直流電圧を降圧するとともに、補機負荷に電源電圧の供給ができるように構成された第２のＤＣ／ＤＣコンバータとを含む。

好ましくは、電源システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと補機負荷とを結ぶ経路に介挿された第２の開閉器と、蓄電装置と充電装置とを結ぶ経路に介挿された第３の開閉器とをさらに備える。そして、第１の制御装置は、外部電源からの電力が供給されていない場合に、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流がしきい値よりも大きいときは、第２の開閉器および第３の開閉器を閉成するとともに、第２のＤＣ／ＤＣコンバータから補機負荷の電源電圧が供給されるように第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

好ましくは、電源システムは、蓄電装置と充電装置とを結ぶ経路に介挿された第３の開閉器をさらに備える。そして、第１の制御装置は、外部電源からの電力が供給されていない場合に、イグニッションがオフとされたときには、第３の開閉器を閉成するとともに、第２のＤＣ／ＤＣコンバータから補機負荷の電源電圧が供給されるように第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

好ましくは、第１の制御装置は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータから補機負荷への電源電圧の供給が停止し、かつ補機バッテリの充電状態がしきい値よりも低い場合は、所定期間の間、第２のＤＣ／ＤＣコンバータから補機負荷への電源電圧の供給を継続する。

本発明によれば、外部電源によって充電可能な車両の電源システムにおいて、外部電源から電力が供給される場合に、外部電源からの電力によって制御装置を起動して車両を始動することができる。

本発明の実施の形態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。 起動回路の詳細な構成例を示す図である。 本実施の形態において、車両の接続部に、外部電源として低電圧直流電源が接続された場合の車両の全体ブロック図である。 外部充電の際に外部の交流電力から車両に電力を供給するための充電ケーブルの充電コネクタ付近の構成例を示す図である。 本実施の形態における低電圧直流電源の例を示す図である。 実施の形態１における外部低電圧直流電源による車両始動のための給電制御を説明するためのタイムチャートである。 本実施の形態１の電源システムにおいて実行される、外部低電圧直流電源による車両始動のための給電制御処理を説明するためフローチャートである。 実施の形態２の電源システムにおいて実行される、補機バッテリの充電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。 走行中における車両の全体ブロック図である。 実施の形態３における電力バックアップ制御を説明するための図である。 実施の形態３の電源システムにおいて実行される、電力バックアップ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４における車両の全体ブロック図である。 補機電力のバックアップとして大容量のコンデンサを用いる場合の比較例を説明するための図である。 比較例における車両停止時の時間的な状態変化を示す図である。 実施の形態４における車両停止時の補機電力バックアップ制御について説明するための図である。 実施の形態４における、図１５に対応する車両停止時の時間的な状態変化を示す図である。 実施の形態４において電源システムで実行される補機電力バックアップ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（System Main Relay）ＳＭＲ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２６０と、駆動輪２７０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）１６０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の正極端および負極端は、システムメインリレーＳＭＲに含まれるスイッチＳＷ１およびＳＷ２を介して負荷である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。

システムメインリレーＳＭＲに含まれるスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線ＰＬ１およびＮＬ１にそれぞれ介挿される。そして、システムメインリレーＳＭＲは、ＥＣＵ１６０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、ＥＣＵ１６０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、ＥＣＵ１６０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およびＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１および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およびＮＬ１の間に設けられ、電力線ＨＰＬおよび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２６０を介して駆動輪２７０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２７０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を協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、車両駆動力発生用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２６０および駆動輪２７０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、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、補機バッテリ１５０と、補機負荷１７０とを含む。

メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、電力線ＰＬ１およびＮＬ１に接続され、ＥＣＵ１６０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、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、電力線ＰＬ３を経由して、補機負荷１７０およびＥＣＵ１６０に電源電圧を供給するとともに、補機バッテリ１５０に充電電力を供給する。システムメインリレーＳＭＲが開放されて、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が電圧変換動作を中止しているときには、補機バッテリ１５０から補機負荷１７０およびＥＣＵ１６０に対して電力の供給が行なわれる。

補機バッテリ１５０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１５０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。

ＥＣＵ１６０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）で処理することも可能である。

ＥＣＵ１６０は、ＰＣＵ１２０、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を駆動するための制御信号を生成して出力する。また、ＥＣＵ１６０は、システムメインリレーＳＭＲを制御するための制御信号ＳＥ１を出力する。

ＥＣＵ１６０は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の動作状態を示すデューティＤＵＴＹを受ける。また、ＥＣＵ１６０は、イグニッションがオフされたことを示す信号ＩＧ−ＯＦＦを受ける。

電源システムは、外部電源３００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３２０と、充電装置２００と、スイッチＳＷ３，ＳＷ４とを含む。

接続部３２０には、充電ケーブルの充電コネクタ３１０が接続される。そして、外部電源３００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。

スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、蓄電装置１１０と充電装置２００とを結ぶ電力線ＰＬ２およびＮＬ２にそれぞれ介挿される。そして、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、蓄電装置１１０を監視するための電池監視部１８０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は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０と、制御部２１０とを含む。制御部２１０は、さらに起動回路２２０と、充電制御部２３０とを含む。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して接続部３２０と接続される。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０は、電力線ＰＬ２およびＮＬ２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２４０は、充電制御部２３０からの制御信号ＰＷＥに基づいて、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２によって供給される外部電源３００からの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。ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０は、その変換した直流電力を電力線ＰＬ２およびＮＬ２に出力する。

サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、電力線ＰＬ２およびＮＬ２に接続される。そして、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０から出力される直流電力、または蓄電装置１１０から供給される直流電力を、充電制御部２３０からの制御信号ＰＷＦに基づいて降圧し、電力線ＰＬ４を介してＡＣ／ＤＣコンバータ２４０および充電制御部２３０へ制御用の電源電圧を供給する。

また、電力線ＰＬ４はダイオードＤ１およびスイッチＳＷ５を介して電力線ＰＬ３に接続される。これによって、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、降圧した直流電力を補機バッテリ１５０および補機負荷１７０などの補機系へ供給することもできる。

充電制御部２３０は、いずれも図示しないがＣＰＵ、記憶装置および入出力バッファを含む。充電制御部２３０は、制御信号ＰＷＥおよびＰＷＦを出力して、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０およびサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０のそれぞれを制御するとともに、制御信号ＳＥ３を出力してスイッチＳＷ５の開閉を制御する。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。

また、充電制御部２３０は、電圧センサ１９０によって検出された補機バッテリ１５０の電圧Ｖｂａｔの検出値を受ける。

起動回路２２０は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２に接続され、外部充電時に接続部３２０に接続される外部電源からの電力を用いて、充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０を起動するための制御用の電源電圧を電力線ＰＬ５へ出力する。

図３は、起動回路２２０の詳細な構成例を示す図である。
図３を参照して、起動回路２２０は、整流回路２２１と、電圧センサ２２２と、抵抗Ｒ１０，Ｒ２０と、ツェナーダイオードＺＤ１と、オペアンプＯＰとを含む。また、整流回路２２１は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４によって構成されるダイオードブリッジと、コンデンサＣ１０とを含む。

ダイオードブリッジは、直列接続されたダイオードＤ１１およびＤ１２と、直列接続されたダイオードＤ１３およびＤ１４とが、電力線ＰＳ，ＮＳの間に並列に接続される。また、ダイオードＤ１１およびＤ１２の接続ノードには電力線ＡＣＬ１が接続され、ダイオードＤ１３およびＤ１４の接続ノードには電力線ＡＣＬ２が接続される。これによって、外部電源３００から供給される交流電圧が整流される。

コンデンサＣ１０は、電力線ＰＳ，ＮＳの間に接続され、ダイオードブリッジで整流された直流電圧の電圧変動を減少させる。

電圧センサ２２２は、電力線ＰＳ，ＮＳの間に接続され、整流された直流電圧の電圧を検出する。そして、電圧検出値Ｖａを充電制御部２３０へ出力する。

ツェナーダイオードＺＤ１のアノードは電力線ＮＳに接続され、カソードは抵抗Ｒ１０の一方端に接続される。抵抗Ｒ１０の他方端は電力線ＰＳに接続される。なお、電力線ＮＳは接地される。

オペアンプＯＰの正の入力端は、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ１０との接続ノードに接続される。また、オペアンプＯＰの負の入力端は、オペアンプＯＰの出力端に接続される。すなわち、オペアンプＯＰはいわゆるボルテージフォロアとして機能する。また、オペアンプＯＰの出力端は電力線ＰＬ５に接続される。

抵抗Ｒ２０は、一方端がオペアンプＯＰの出力端に接続され、他方端が電力線ＮＳに接続される。

このような構成とすることで、起動回路２２０は、外部電源３００から電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２へ電力が供給されると、所定の直流電圧である起動電圧Ｖｂ（たとえば１２Ｖ程度）を生成することができる。そして、起動回路２２０は、生成した起動電圧Ｖｂを、電力線ＰＬ５を介して、充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０に出力する。充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０は、起動電圧Ｖｂを制御用の電源電圧として使用する。

また、起動回路２２０は、図３に破線で示したように、外部電源として直流電源３００＃が接続された場合にも、起動電圧Ｖｂを出力することができる。

なお、起動回路２２０については、上述の構成には限られず、外部から与えられる交流電源および直流電源から、所定の直流電圧が出力できればどのような構成であっても構わない。

再び図１を参照して、充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０には、電力線ＰＬ３により、補機バッテリ１５０からも制御用の電源電圧が供給される。充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０は、これら複数の経路から供給される制御用の電源電圧のいずれかによって動作するように構成される。

さらに、後述するように、充電制御部２３０および電池監視部１８０に対して、ＥＣＵ１６０から起動信号ＳＵＰが出力される。

このような構成とすることで、外部充電時以外のときにおいても、充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０へ制御用の電源電圧の供給および起動が可能となる。

図１に示すような、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両においては、車両走行のための電力は高電圧かつ大容量の蓄電装置１１０から供給されるが、低電圧系のＰＣＵ１２０および補機負荷１７０などを制御するためのＥＣＵ１６０の制御用の電源電圧は、一般的に低電圧かつ小容量の補機バッテリ１５０から電力が供給される。

ところが、たとえば長期間車両を運転しなかったり、車両停止中にライトなどを点灯した状態で放置されたりして、補機バッテリ１５０が完全に放電してしまった場合には、補機バッテリ１５０からＥＣＵ１６０に制御用の電源電圧が供給できなくなる。そうすると、車両の始動ができなくなるおそれがある。このような場合には、特開２００９−１３１０７７号公報に開示されるような構成を用いることによって、外部からの交流電源を用いて補機バッテリ１５０を充電して車両を始動したり、他の車両のバッテリを補機バッテリ１５０に接続して車両を始動するいわゆるジャンプスタートをすることによって車両の始動をすることが必要となる。

しかしながら、外部充電するための外部電源が近くになかったり、他の車両による救援が困難な場合には、車両の始動ができないという場合が発生する。

そこで、本実施の形態においては、補機バッテリが放電してしまい、車両の始動ができなくなった場合に、乾電池等からの低電圧直流電源を用いて車両の始動を行なうことができる車両の電源システムを提供する。

図４は、本実施の形態において、車両１００の接続部３２０に、外部電源として低電圧直流電源３００＃が接続された場合の車両の全体ブロック図である。図４においては、低電圧直流電源３００＃以外の構成は図１と同様であり、図１と重複する要素についての説明は繰り返さない。

図４を参照して、低電圧直流電源３００＃は、たとえば乾電池や小容量の充電可能なバッテリなどを含んで構成される。低電圧直流電源３００＃の出力電圧は、たとえば１４Ｖ程度である。

低電圧直流電源３００＃は、外部充電時の充電ケーブルと同様に、接続部３２０に接続される。図５および図６を用いて、低電圧直流電源３００＃の構成例について説明する。

図５は、外部充電の際に外部の交流電力から車両１００に電力を供給するための充電ケーブル３３０の充電コネクタ３１０付近の構成例を示す図である。

図５を参照して、充電コネクタ３１０は、操作スイッチ３１４と、カプラ部３１５と、ラッチ部３１６とを含む。カプラ部３１５には、図示しない複数の接続端子が設けられ、車両１００の接続部３２０にカプラ部３１５が挿入されることによって、ケーブル部３４０を介して外部電源３００から供給される電力が車両１００に伝達される。

操作スイッチ３１４は、充電コネクタ３１０を接続部３２０に接続した際の、抜け防止のためのラッチ部３１６を動作させるための解除ボタンである。操作スイッチ３１４の操作に連動してラッチ部３１６が動作する。

図６は、本実施の形態における低電圧直流電源３００＃の例を示す図である。図６を参照して、低電圧直流電源３００＃は、図５で示した充電ケーブル３３０と同様の充電コネクタ３１０を有しており、車両１００の接続部３２０への接続が可能である。また、低電圧直流電源３００＃は、乾電池等により構成される電池パック３１２をさらに含み、車両１００の接続部３２０へ接続されることにより、電池パック３１２からの直流電力が車両１００に伝達される。なお、図６では、電池パック３１２が充電コネクタ３１０本体に接して設けられる構成となっているが、低電圧直流電源３００＃の構成はこれに限定されるものではない。たとえば、電池パック３１２を充電コネクタ３１０とは別個に設けられる構成とし、電池パック３１２と充電コネクタ３１０との間をケーブル等で接続する構成としてもよい。

再び図４を参照して、補機バッテリ１５０が放電してしまい車両の始動ができない状態となった場合を考える。この場合、ＥＣＵ１６０、電池監視部１８０および充電制御部２３０等に制御用の電源電圧が供給されないので、ＥＣＵ１６０、電池監視部１８０および充電制御部２３０を起動することができない。

低電圧直流電源３００＃が車両１００の接続部３２０に接続されると、低電圧直流電源３００＃からの直流電力が電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して起動回路２２０に供給される。

図３で説明したように、起動回路２２０においては、交流電力および直流電力のいずれからも起動電圧Ｖｂの出力が可能である。そして、電力線ＰＬ５を介して、起動電圧Ｖｂが、充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０へ供給される。

電池監視部１８０は、起動回路２２０からの起動電圧Ｖｂが供給されると、それに応じて制御信号ＳＥ２を出力する。そして、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、この制御信号ＳＥ２にしたがって接点が閉じられ、蓄電装置１１０からの電力が電力線ＰＬ２，ＮＬ２に供給される。すなわち、起動電圧Ｖｂは、制御用の電源電圧であるとともに、スイッチＳＷ３，ＳＷ４を駆動するための駆動信号を兼ねている。

充電制御部２３０は、起動回路２２０からの起動電圧Ｖｂが供給されると、電池監視部１８０と同様に、それに応じて制御信号ＰＷＦをサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０に出力する。サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、この制御信号ＰＷＦに基づいて、蓄電装置１１０からの直流電圧を降圧する。これによって、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０で降圧された直流電圧が、ＥＣＵ１６０、補機バッテリ１５０および補機負荷１７０に供給される。その結果、ＥＣＵ１６０に制御用の電源電圧が供給され起動できるので、車両１００の始動が可能となる。

上述の構成では、低電圧直流電源３００＃は、起動回路２２０において、充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０を起動するための制御用の電源電圧を出力するためだけに使用される。なお、低電圧直流電源３００＃からＥＣＵ１６０、補機バッテリ１５０および補機負荷１７０に直接電力を供給することも可能であるが、補機バッテリ１５０の充電および一部の補機負荷１７０によって電力が消費されることを考慮すると、低電圧直流電源３００＃の容量を大きくする必要がある。そのため、低電圧直流電源３００＃を小容量とするためには、起動回路２２０に電力を供給する構成とすることが好適である。

また、図示しないが、車両外部からの低電圧直流電源３００＃により、直接ＥＣＵ１６０に制御用の電源電圧を供給する構成とすることも可能である。

図７は、実施の形態１における外部低電圧直流電源による車両始動のための給電制御を説明するためのタイムチャートである。図７の横軸には時間が示されており、縦軸には外部電源の電圧検出値Ｖａ、起動回路２２０からの起動電圧Ｖｂ、電池監視部１８０からのスイッチＳＷ３，ＳＷ４の制御信号ＳＥ２、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の出力電圧Ｖｏｕｔ１、および充電制御部２３０からのスイッチＳＷ５の制御信号ＳＥ３が示される。

図４および図７を参照して、時刻ｔ１において、低電圧直流電源３００＃の充電コネクタ３１０が車両１００の接続部３２０に接続されると、入力電圧Ｖａが上昇する。

時刻ｔ２において、電圧Ｖａが基準値のＶｄｃより大きくなると、起動回路２２０は、起動電圧Ｖｂを充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０に出力する。

時刻ｔ３において、この起動電圧Ｖｂに応じて、電池監視部１８０が制御信号ＳＥ２を出力してスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点を閉じる。また、充電制御部２３０が、起動電圧Ｖｂに応じて制御信号ＳＥ３を出力してスイッチＳＷ５の接点を閉じる。

時刻ｔ４において、充電制御部２３０は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を駆動する。そして、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、蓄電装置１１０からの直流電圧を降圧して、電力線ＰＬ４に降圧した直流電圧を出力する。これによって、蓄電装置１１０からの電力を用いて、補機バッテリ１５０、ＥＣＵ１６０および補機負荷１７０に電力が供給される。その結果、ＥＣＵ１６０の起動が可能となるので、補機バッテリ１５０が放電した場合であっても、小容量の低電圧直流電源３００＃を用いて車両１００を始動することができる。

図８は、本実施の形態１の電源システムにおいて実行される、外部低電圧直流電源による車両始動のための給電制御処理を説明するためフローチャートである。図８および後述する図９に示されるフローチャートの各ステップは、起動回路２２０、充電制御部２３０または電池監視部１８０により、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所定の周期で実行される。

図４および図８を参照して、電源システムは、Ｓ４００にて、起動回路２２０において、外部の低電圧直流電源３００＃からの入力電圧Ｖａが基準値Ｖｄｃより大きいか否かが判定される。ここで、基準値Ｖｄｃは充電制御部２３０および電池監視部１８０が起動可能な電源電圧のしきい値である。

入力電圧Ｖａが基準値Ｖｄｃより大きい場合（Ｓ４００にてＹＥＳ）は、次にＳ４１０に処理が進められ、電源システムは、起動回路２２０において起動電圧Ｖｂを出力することによって、充電制御部２３０および電池監視部１８０を起動する。なお、起動回路２２０は、図３の例に示すような回路であるので、入力電圧Ｖａが基準値Ｖｄｃより大きくなった場合に、所望の起動電圧Ｖｂが出力される。

電源システムは、Ｓ４２０にて、電池監視部１８０において制御信号ＳＥ２を出力してスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点を閉じる。これにより、蓄電装置１１０から電力線ＰＬ２，ＮＬ２に電力が供給される。

そして、電源システムは、Ｓ４３０にて、充電制御部２３０において制御信号ＳＥ３を出力してスイッチＳＷ５の接点を閉じる。

その後、電源システムは、Ｓ４４０にて、充電制御部２３０において制御信号ＰＷＦを出力する。これにより、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０によって蓄電装置１１０からの直流電圧が降圧され、ＥＣＵ１６０、補機バッテリ１５０および補機負荷１７０に供給される。

一方、入力電圧Ｖａが基準値Ｖｄｃより以下の場合（Ｓ４００にてＮＯ）は、入力電圧Ｖａが充電制御部２３０および電池監視部１８０を起動できるだけの電圧に達していないので、Ｓ４１０からＳ４４０までの処理がスキップされ処理が終了される。

以上のような処理に従って制御することによって、小容量の低電圧直流電源３００＃を用いて、ＥＣＵ１６０、補機バッテリ１５０および補機負荷１７０に電源を供給することが可能となる。これにより、補機バッテリ１５０が放電した場合であっても、小容量の低電圧直流電源３００＃を用いて車両１００を始動することができる。

[実施の形態２]
図１に示される電源システムの起動回路２２０においては、図３で説明したように、入力される電源が交流および直流のいずれでも、起動電圧Ｖｂの出力が可能である。そして、実施の形態１同様にスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点が閉じられ、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が起動されるが、補機バッテリ１５０が十分に充電されている状態であれば、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの電力を補機バッテリ１５０や補機負荷１７０などの補機系に必ずしも供給する必要はない。また外部充電中に、常に補機バッテリ１５０の充電を行なうと、システム全体での消費電力が大きくなるので、外部充電の効率が悪化してしまうおそれがある。

そこで、実施の形態２では、実施の形態１と同様の構成の電源システムにおいて、外部電源３００からの交流電力によって外部充電を行なっている場合に、補機バッテリ１５０の充電状態に応じて、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの電力によって補機バッテリ１５０の充電の実行および停止を切替える手法について説明する。

図１を再び参照して、充電制御部２３０は、補機バッテリ１５０に設置されている電圧センサ１９０が検出した補機バッテリ１５０の電圧検出値Ｖｂａｔを受ける。充電制御部２３０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０を駆動して外部充電が開始されると、補機バッテリ１５０の電圧検出値Ｖｂａｔにより、補機バッテリ１５０の充電状態が十分であるかどうかを判定する。そして、充電制御部２３０は、電圧検出値Ｖｂａｔによって補機バッテリ１５０の充電状態が低下していると判定した場合には、スイッチＳＷ５の接点を閉じる。これによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４０によって変換された外部電源３００からの電力がサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０により降圧されて、補機バッテリ１５０が充電される。

このように、補機バッテリ１５０の充電が必要なときに、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０から補機バッテリ１５０へ電力を供給することで、外部充電時に常に補機バッテリ１５０へ電力を供給する場合と比較してシステム全体の消費電力を減少できる。その結果、充電効率を向上させることができるので、外部電力を無駄に使用せず、かつ充電時間を短縮することが可能となる。

図９は、実施の形態２の電源システムにおいて実行される、補機バッテリの充電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においては、実施の形態１の図８のフローチャートの、ステップＳ４２１、Ｓ４２２およびＳ４２５が追加されたものとなっている。図９において、図８と重複するステップについての説明は繰り返さない。

図１および図９を参照して、電源システムは、Ｓ４１０にて、起動回路２２０から起動電圧Ｖｂが出力されることによって充電制御部２３０および電池監視部１８０が起動されると、処理がＳ４２０に進められて、電池監視部１８０においてスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点が閉じられる。

そして、次に電源システムは、Ｓ４２１にて、充電制御部２３０において、入力電圧Ｖａが基準値Ｖａｃより大きいか否かを判定する。ここで、基準値Ｖａｃは、外部充電を行なうための電力であるかを判定する基準値であり、Ｖｄｃ＜Ｖａｃとなるような基準値に設定される。

入力電圧Ｖａが基準値Ｖａｃより大きい場合（Ｓ４２１にてＹＥＳ）は、電源システムは、Ｓ４２２にて、充電制御部２３０においてＡＣ／ＤＣコンバータ２４０を起動する。これによって、外部電源３００からの交流電力が、蓄電装置１１０を充電するための直流電力に変換されて、蓄電装置１１０に供給される。

そして、次に処理がＳ４２５に進められ、電源システムは、充電制御部２３０において補機バッテリ１５０の電圧Ｖｂａｔが基準値Ｖｔｈより大きいか否かを判定する。

補機バッテリ１５０の電圧Ｖｂａｔが基準値Ｖｔｈ以下の場合（Ｓ４２５にてＮＯ）、すなわち補機バッテリ１５０の充電が必要である場合は、処理がＳ４３０に進められ、電源システムは、充電制御部２３０においてスイッチＳＷ５の接点を閉じる。そして処理がＳ４４０に進められて、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が起動される。これによって、補機バッテリ１５０に電力が供給されて補機バッテリ１５０の充電が開始される。

一方、補機バッテリ１５０の電圧Ｖｂａｔが基準値Ｖｔｈより大きい場合（Ｓ４２５にてＹＥＳ）、すなわち補機バッテリ１５０の充電が不要である場合は、Ｓ４３０がスキップされて処理がＳ４４０に進められて、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が起動される。

なお、入力電圧Ｖａが基準値Ｖａｃ以下の場合（Ｓ４２１にてＮＯ）は、外部充電は行なわれず、処理がＳ４３０に進められる。そして実施の形態１と同様にスイッチＳＷ５の接点が閉じられて、補機系に電力が供給される。

このような制御を行なうことによって、実施の形態１と同様に補機バッテリ１５０が放電した場合であっても、外部からの電源によって車両が始動できるとともに、蓄電装置１１０の外部充電中に補機バッテリ１５０の充電が不要である場合には、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの補機バッテリ１５０への給電が停止される。その結果、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の負荷が軽減されてシステム全体の消費電力が減少するので、外部充電時の充電効率を向上させることができる。

[実施の形態３]
図１に示される電源システムにおいては、車両１００の走行中には、蓄電装置１１０からの直流電圧を、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が降圧して、補機バッテリ１５０や補機負荷１７０等の補機系に供給している。

車両走行中に、補機バッテリ１５０や補機負荷１７０による消費電力が大きくなり、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の定格電流を超過するような場合には、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０のおいては、その特性によって超過した出力電流に応じて出力電圧が低下する。そうすると、補機バッテリ１５０が十分に充電できなかったり、補機負荷１７０が適切に動作できなくなるおそれがある。

また、このような事態を起こさないためには、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の容量を大きくすることが必要となるが、容量を大きくすることは、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の大型化およびコストの上昇につながるので好ましくない。

そこで、実施の形態３では、実施の形態１と同様の構成の電源システムにおいて、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の負荷が大きい場合に、充電装置２００のサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を駆動することによって、蓄電装置１１０からの電力を補機系に供給してバックアップする手法について説明する。このように、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が高負荷の場合に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０によりメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０をバックアップすることにより、補機系に供給される電力の不足を防止できるとともに、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の容量を小さくすることができる。

図１０は、走行中における車両１００の全体ブロック図である。図１０においては、車両１００が走行中であるので、接続部３２０には充電コネクタは接続されておらず、外部電源からの電力は供給されない。その他の要素については図１と同様であり、各要素の説明は繰り返さない。

図１０を参照して、車両１００が走行中の場合には、通常はスイッチＳＷ３〜ＳＷ５の接点は開放されており、充電装置２００も起動されていない。

図１で説明したように、ＥＣＵ１６０にはメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の駆動状態を示すデューティＤＵＴＹが入力される。そして、ＥＣＵ１６０は、このデューティＤＵＴＹに基づいて、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が高負荷であるか否かを判定する。そして、高負荷であると判定されると、ＥＣＵ１６０は、起動信号ＳＵＰを充電制御部２３０および電池監視部１８０に出力する。

充電制御部２３０、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０および電池監視部１８０には、電力線ＰＬ３が接続されているので、補機バッテリ１５０またはメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から制御用の電源電圧が供給される。

ＥＣＵ１６０からの起動信号ＳＵＰが入力されると、実施の形態１の場合と同様に、電池監視部１８０にってスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点が閉じられるとともに、充電制御部２３０によりサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０およびスイッチＳＷ５が制御される。これによって、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０から、不足する電力が補機系に供給される。

図１１は、実施の形態３における電力バックアップ制御を説明するための図である。図１１においては、横軸にメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電流Ｉｏｕｔ２が示され、縦軸にはメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０のデューティＤＵＴＹ、起動信号ＳＵＰおよびサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が示される。

図１１を参照して、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、出力電流Ｉｏｕｔ２が定格電流ＩＬＩＭに達するまでは、出力電圧Ｖｏｕｔ２として所定の一定電圧を出力することができる。しかし、出力電流Ｉｏｕｔ２が定格電流ＩＬＩＭを超過すると、過電流リミッタによりメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電圧Ｖｏｕｔ２が低下する。

また、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０のデューティＤＵＴＹは、出力電流Ｉｏｕｔ２の増加にあわせて大きくなる。そして、定格電流ＩＬＩＭにおいて、デューティＤＵＴＹは上限値（たとえば、最大値である１００％）となる。

ＥＣＵ１６０は、このデューティＤＵＴＹが、この上限値以下の基準値αとなった場合に、起動信号ＳＵＰをオンに設定して電池監視部１８０および充電制御部２３０へ出力する。この起動信号ＳＵＰに応じて、電池監視部１８０および充電制御部２３０が起動される。そして、スイッチＳＷ３〜ＳＷ５の接点が閉じられ、かつサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が制御される。これによって、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が所定の電圧まで上昇する。その結果、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電流Ｉｏｕｔ２が定格電流ＩＬＩＭを超過することによる出力電圧Ｖｏｕｔ２の低下が防止できるとともに、不足する電力をサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０でバックアップすることができる。

図１２は、実施の形態３の電源システムにおいて実行される、電力バックアップ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１２および後述する図１８に示されるフローチャートの各ステップは、ＥＣＵ１６０、充電制御部２３０または電池監視部１８０により、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所定の周期で実行される。

図１２を参照して、電源システムは、Ｓ５００にて、ＥＣＵ１６０においてメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０のデューティＤＵＴＹを取得する。

そして、電源システムは、Ｓ５１０にて、ＥＣＵ１６０において取得したデューティＤＵＴＹが基準値αより大きいか否かを判断する。

デューティＤＵＴＹが基準値αより大きい場合（Ｓ５１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ５２０に進められ、電源システムは、ＥＣＵ１６０において起動信号ＳＵＰを充電制御部２３０および電池監視部１８０に出力する。これによって、充電制御部２３０および電池監視部１８０が起動される。

そして、電源システムは、電池監視部１８０においてスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点を閉じるとともに（Ｓ５３０）、充電制御部２３０においてスイッチＳＷ５の接点を閉じる（Ｓ５４０）。

その後、電源システムは、Ｓ５５０にて、充電制御部２３０においてサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を駆動することによって、蓄電装置１１０からの直流電圧を変換して補機系に供給する。

一方、デューティＤＵＴＹが基準値α以下の場合（Ｓ５１０にてＮＯ）は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電圧Ｖｏｕｔ２が低下するおそれはないので、Ｓ５２０〜Ｓ５５０のステップがスキップされて処理が終了する。

以上のような処理によって制御されることにより、車両走行中にメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が高負荷となった場合は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からも補機系に電力が供給されるため、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の定格電流を超過することによる電圧低下が防止できる。さらに、必要なときだけサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が駆動されるので、常にサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が駆動される場合と比較してシステムの消費電力を低下でき、燃費効率の悪化を防止することができる。

[実施の形態４]
イグニッションがオフとなって車両の運転が停止された場合であっても、運転終了直後においてはまだ運転者が乗車している場合も考えられるので、ブレーキやシフト装置、およびエアバッグなどの運転操作，安全に関連する補機については一定の期間は動作可能とする必要がある。

イグニッションがオフとなると、図１においては、システムメインリレーＳＭＲが開放されるとメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から補機負荷１７０へ電力が供給されないので、通常は補機バッテリ１５０から補機負荷１７０に電力が供給される。しかし、補機バッテリ１５０に故障等が発生すると、補機バッテリ１５０から補機負荷１７０へ電力の供給ができなくなるおそれがある。これを防止するために、補機バッテリ１５０に並列に接続されたコンデンサを設けて補機バッテリ１５０をバックアップする構成が採用される場合がある。このコンデンサは、上記の運転操作，安全に関連する補機を一定期間駆動することができる必要があるため、比較的大容量のものが必要とされる。

実施の形態４では、実施の形態１と同様の構成の電源システムにおいて、イグニッションがオフとなった場合に、一定期間の間、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０から補機負荷１７０へ電力を供給する補機電力バックアップ制御を行なう。このような構成とすることで、補機バッテリ１５０が故障等の場合であっても、一定期間は補機負荷１７０を駆動できるとともに、上述の大容量のコンデンサの配置を省略することができる。

図１３は、実施の形態４における、車両の全体ブロック図である。図１３は、実施の形態３の図１０において、ダイオードＤ１０のカソードから補機負荷１７０へ接続される電力線ＰＬ６が追加されている。このような構成とすることで、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０から出力される電源電圧が、補機装置１７０へ直接供給される。

図１４から図１７を用いて、車両停止時の補機電力バックアップ制御について説明する。

図１４は、補機電力バックアップ制御を採用しない場合、すなわち補機電力のバックアップとして大容量のコンデンサを用いる場合の比較例を説明するための図である。

図１４を参照して、補機負荷１７０は、第１の補機１７１と、第２の補機１７２と、コンデンサＣ２０とを含む。第１の補機１７１、第２の補機１７２およびコンデンサＣ２０は、補機バッテリ１５０に並列に接続される。なお、補機バッテリ１５０の正極端と、第１の補機１７１およびコンデンサＣ２０とを結ぶ経路には、ダイオードＤ２０が介挿される。

第１の補機１７１は、上述した運転操作，安全に関連する補機であり、たとえばＥＣＢ（Electronic Controlled Braking System）、シフト装置およびエアバッグなどが含まれる。また、第２の補機１７２は、運転操作，安全には関連しない補機であり、たとえばオーディオ、ナビゲーションシステム、ワイパーおよびヒータなどが含まれる。

イグニッションがオフとされ、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの電力が電力線ＰＬ３に供給されなくなった場合、補機バッテリ１５０が正常であれば、補機バッテリ１５０からの電力が第１の補機１７１および第２の補機１７２に供給される。

しかし、補機バッテリ１５０が故障して電力線ＰＬ３に電力が供給できない場合には、図１４中の矢印ＡＲ１のように、コンデンサＣ２０に蓄えられた電力が第１の補機１７１に供給される。

この比較例における、車両停止時の時間的な状態変化を図１５に示す。図１５においては、横軸には時間が示され、縦軸には車両状態、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、第２の補機１７２にかかる電圧および第１の補機１７１にかかる電圧（すなわち、コンデンサＣ２０の電圧）が示される。

図１５を参照して、時刻ｔ１１となるまでは、車両のイグニッションがオンの状態である。この状態においては、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が動作中なので、所定の電圧（たとえば１２Ｖ）が第１の補機１７１および第２の補機１７２に供給される。

時刻ｔ１２において、イグニッションがオフとされるが、イグニッションがオフとされてから所定のタイマＴＩＭ１の期間は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から継続して電力が供給される。

そして、タイマＴＩＭ１の経過する時刻ｔ１２において、システムメインリレーＳＭＲが開放され、かつメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が停止することによって出力電圧Ｖｏｕｔ２はゼロとなる。このとき、補機バッテリ１５０が正常であれば、補機バッテリ１５０から第１の補機１７１および第２の補機１７２に、図１５中の破線ＤＬ１，ＤＬ２のように引き続き一定の電力が供給される。

しかし、補機バッテリ１５０が故障等により電力の供給ができない場合には、図１５中の実線のように、出力電圧Ｖｏｕｔ２の低下に伴って、第２の補機１７２にかかる電圧がゼロとなる。

一方、第１の補機１７１については、コンデンサＣ２０に蓄えられた電力が供給される。第１の補機１７１にかかる電圧は、コンデンサＣ２０の放電にともなって徐々に低下する。

そして、時刻ｔ１３において、車両の停止を確定する。この時刻ｔ１３については、たとえばイグニッションがオフされてから所定のタイマＴＩＭ２（ＴＩＭ１＜ＴＩＭ２）が経過する期間としてもよいし、車両のドアロックが閉とされたタイミングとしてもよい。

図１６は、実施の形態４における車両停止時の補機電力バックアップ制御について説明するための図である。

図１６においては、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が、電力線ＰＬ６を介して第１の補機１７１に接続される。そして、イグニッションがオフされると、一定期間の間、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの電力が第１の補機１７１に供給される。これによって、イグニッションがオフとされ、かつメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から電力線ＰＬ３への電力が供給されなくなった場合に、さらに補機バッテリ１５０が故障していたとしても、図１６中の矢印ＡＲ２のように、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの電力が第１の補機１７１に供給される。その結果、イグニッションがオフされてから一定期間の間に第１の補機１７１を駆動でき、かつ大容量のコンデンサＣ２０が不要となる。

図１７は、実施の形態４の補機電力バックアップ制御を採用した場合の、上述の図１５に対応する車両停止時の時間的な状態変化を示す図である。図１７においては、横軸には時間が示され、縦軸には車両状態、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、第１の補機１７１にかかる電圧およびサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が示される。

図１７を参照して、時刻ｔ２１において、イグニッションがオフとされると、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が継続して動作している間に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が起動される。そして、時刻ｔ２２において、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が上昇する。

そして、イグニッションがオフされてからタイマＴＩＭ１が経過した時刻ｔ２３において、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの電力の供給が停止されて、出力電圧Ｖｏｕｔ２がゼロとなる。このとき、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの電力が電力線ＰＬ６を介して第１の補機１７１に供給されているので、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの電力の供給が停止されても、第１の補機１７１にかかる電圧は低下しない。

そして、車両の停止が確定される時刻ｔ２４において、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が停止される。これによって、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの電力供給が停止され、第１の補機１７１にかかる電圧もゼロに低下する。

なお、上記の説明においては、補機バッテリ１５０が故障していることを前提として説明したが、補機バッテリ１５０が正常である場合には、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０によるバックアップは必ずしも必要ではない。そのため、メインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を停止した後に、補機バッテリ１５０の充電状態を確認し、補機バッテリ１５０が正常である場合に、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を停止するようにしてもよい。

図１８は、実施の形態４において電源システムで実行される補機電力バックアップ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１８を参照して、電源システムは、Ｓ６００にて、ＥＣＵ１６０においてイグニッションがオフされたか否かを判定する。

イグニッションがオフされた場合（Ｓ６００にてＹＥＳ）は、Ｓ６１０に処理が進められ、電源システムは、ＥＣＵ１６０において起動信号ＳＵＰを出力して、電池監視部１８０および充電制御部２３０を起動する。

そして、電源システムは、電池監視部１８０においてスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接点を閉じる（Ｓ６２０）。

その後、電源システムは、Ｓ６４０にて、充電制御部２３０においてサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を駆動することによって、蓄電装置１１０からの直流電圧を変換し、電力線ＰＬ６を介して補機負荷１７０の第１の補機１７１に電源電圧を供給する。

引き続き、電源システムは、Ｓ６５０にて、ＥＣＵ１６０においてメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を停止する。

そして、電源システムは、Ｓ６６０にて、充電制御部２３０において補機バッテリ１５０の電圧Ｖｂａｔが基準値Ｖｔｈ＃より大きいか否かを判定する。

電圧Ｖｂａｔが基準値Ｖｔｈ＃より大きい場合（Ｓ６６０にてＹＥＳ）は、補機バッテリ１５０は正常であるので、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０によるバックアップは不要である。そのため、Ｓ６７０に処理が進められ、電源システムは、充電制御部２３０においてサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を停止する。

一方、電圧Ｖｂａｔが基準値Ｖｔｈ＃以下の場合（Ｓ６６０にてＮＯ）は、補機バッテリ１５０による第１の補機１７１への電源電圧の供給が不可能であり、電源システムは、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０によるバックアップが必要であると判定する。そして、Ｓ６８０に処理が進められ、電源システムは、充電制御部２３０においてサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の運転を継続する。

そして、電源システムは、Ｓ６９０にて、ＥＣＵ１６０においてイグニッションがオフされてから所定期間が経過したか否かを判定する。

所定期間が経過した場合（Ｓ６９０にてＹＥＳ）は、電源システムは、ＥＣＵ１６０において起動信号ＳＵＰの出力を停止することによってサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０を停止する（Ｓ６７０）。

所定期間が経過していない場合（Ｓ６９０にてＮＯ）は、Ｓ６８０に処理が戻され、サブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の運転が継続される。

一方、イグニッションがオフにされていない場合（Ｓ６００にてＮＯ）は、補機電力バックアップ制御は不要であるので、処理が終了される。

以上のような処理にしたがって制御することによって、車両が停止された場合に、一定期間の間、第１の補機１７１の駆動が可能となるとともに、大容量のバックアップ用のコンデンサＣ２０の配置を省略することができる。

なお、本実施の形態におけるメインＤＣ／ＤＣコンバータ１４０およびサブＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、それぞれ本発明の「第１のＤＣ／ＤＣコンバータ」および「第２のＤＣ／ＤＣコンバータ」の一例である。本実施の形態におけるＳＭＲは、本発明の「第１の開閉器」の一例である。本実施の形態におけるＳＷ５は、本発明の「第２の開閉器」の一例である。本実施の形態におけるＳＷ３，ＳＷ４は、本発明の「第３の開閉器」の一例である。また、本実施の形態におけるＥＣＵ１６０は、本発明における「第１の制御装置」の一例である。本実施の形態における制御部２１０は、本発明における「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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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 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 メインＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ 補機バッテリ、１６０ ＥＣＵ、１７０ 補機負荷、１７１ 第１の補機、１７２ 第２の補機、１８０ 電池監視部、１９０，２２２ 電圧センサ、２００ 充電装置、２１０ 制御部、２２０ 起動回路、２２１ 整流回路、２３０ 充電制御部、２４０ サブＤＣ／ＤＣコンバータ、２５０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２６０ 動力伝達ギア、２７０ 駆動輪、３００ 外部電源、３００＃ 低電圧直流電源、３１０ 充電コネクタ、３１２ 電池パック、３１４ 操作スイッチ、３１５ カプラ部、３１６ ラッチ部、３２０ 接続部、３３０ 充電ケーブル、３４０ ケーブル部、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＨＰＬ，ＮＬ１，ＮＬ２，ＮＳ，ＰＬ１〜ＰＬ６，ＰＳ 電力線、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０，Ｃ２０ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２０ ダイオード、ＯＰ オペアンプ、Ｒ１０，Ｒ２０ 抵抗、ＳＭＲ システムメインリレー、ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ、ＺＤ１ ツェナーダイオード。

Claims (10)

1. 負荷に電源を供給するための車両の電源システムであって、
   補機バッテリと、
   車両外部の外部電源からの電力により充電が可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置からの電力を用いて前記負荷を駆動するように構成された駆動装置と、
   前記蓄電装置と前記駆動装置とを結ぶ経路に介挿された第１の開閉器と、
   前記補機バッテリから制御用の電源電圧が供給され、前記車両を始動するために前記駆動装置および前記第１の開閉器を制御するための第１の制御装置とを備え、
   前記第１の制御装置は、前記外部電源から電力が供給される場合は、前記制御用の電源電圧が前記外部電源によって供給され得るように構成される、車両の電源システム。
2. 前記蓄電装置と前記駆動装置とを結ぶ経路からの直流電圧を、前記補機バッテリの充電電圧に降圧するように構成された第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する外部充電が可能に構成された充電装置とをさらに備え、
   前記充電装置は、
   前記外部電源からの交流電力を、前記蓄電装置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コンバータと、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータよりも小容量であり、前記蓄電装置と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとを結ぶ経路からの直流電圧を降圧するとともに、前記第１の制御装置に前記制御用の電源電圧の供給ができるように構成された第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記外部電源からの電力が供給される場合は、前記外部電源からの電力により起動されるとともに、前記蓄電装置からの直流電圧を降圧して前記第１の制御装置へ供給するように、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するための第２の制御装置とを含む、請求項１に記載の車両の電源システム。
3. 前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第１の制御装置とを結ぶ経路に介挿された第２の開閉器と、
   前記蓄電装置と前記充電装置とを結ぶ経路に介挿された第３の開閉器とをさらに備え、
   前記第２の制御装置は、前記外部電源から電力が供給される場合は、前記第２の開閉器および前記第３の開閉器を閉成するように制御する、請求項２に記載の車両の電源システム。
4. 前記第２の制御装置は、前記外部電源の電圧が第１の基準値より大きい場合に、前記蓄電装置からの直流電圧を降圧して前記第１の制御装置に供給するように、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２の開閉器および前記第３の開閉器を制御する、請求項３に記載の車両の電源システム。
5. 前記蓄電装置と前記駆動装置とを結ぶ経路からの直流電圧を、前記補機バッテリの充電電圧に降圧するように構成された第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する外部充電が可能に構成された充電装置とをさらに備え、
   前記充電装置は、
   前記外部電源からの交流電力を、前記蓄電装置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コンバータと、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータよりも小容量であり、前記蓄電装置と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとを結ぶ経路からの直流電圧を降圧するとともに、前記補機バッテリを充電するための電力の供給ができるように構成された第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記外部充電時に、前記蓄電装置からの直流電圧を降圧して前記補機バッテリへ供給するように、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するための第２の制御装置とを含む、請求項１に記載の車両の電源システム。
6. 前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記補機バッテリとを結ぶ経路に介挿された第２の開閉器をさらに備え、
   前記第２の制御装置は、前記外部電源の電圧が第２の基準値より大きい場合に、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを駆動して前記蓄電装置を充電するとともに、前記補機バッテリの充電状態を検出し、前記充電状態が低下しているときには前記第２の開閉器を閉成することによって前記補機バッテリを充電する、請求項５に記載の車両の電源システム。
7. 補機負荷と、
   前記蓄電装置と前記駆動装置とを結ぶ経路からの直流電圧を前記補機負荷の電源電圧に変換するための第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する外部充電が可能に構成された充電装置とをさらに備え、
   前記充電装置は、
   前記外部電源からの交流電力を前記蓄電装置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コンバータと、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータよりも小容量であり、前記蓄電装置と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとを結ぶ経路からの直流電圧を降圧するとともに、前記補機負荷に電源電圧の供給ができるように構成された第２のＤＣ／ＤＣコンバータとを含む、請求項１に記載の車両の電源システム。
8. 前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記補機負荷とを結ぶ経路に介挿された第２の開閉器と、
   前記蓄電装置と前記充電装置とを結ぶ経路に介挿された第３の開閉器とをさらに備え、
   前記第１の制御装置は、前記外部電源からの電力が供給されていない場合に、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流がしきい値よりも大きいときは、前記第２の開閉器および前記第３の開閉器を閉成するとともに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータから前記補機負荷の電源電圧が供給されるように前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項７に記載の車両の電源システム。
9. 前記蓄電装置と前記充電装置とを結ぶ経路に介挿された第３の開閉器をさらに備え、
   前記第１の制御装置は、前記外部電源からの電力が供給されていない場合に、イグニッションがオフとされたときには、前記第３の開閉器を閉成するとともに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータから前記補機負荷の電源電圧が供給されるように前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項７に記載の車両の電源システム。
10. 前記第１の制御装置は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから前記補機負荷への電源電圧の供給が停止し、かつ前記補機バッテリの充電状態がしきい値よりも低い場合は、所定期間の間、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータから前記補機負荷への電源電圧の供給を継続する、請求項９に記載の車両の電源システム。

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