JP6673046B2 - 電気自動車用の電源システム - Google Patents

Description

本明細書は、電気自動車用の電源システムを開示する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。

電気自動車は、走行用のモータと、走行用モータの駆動電圧よりも低い電圧で作動する低電圧機器を備える。それゆえ、電気自動車の電源システムは、走行用モータを駆動する回路に高電圧の電力を供給するとともに、低電圧機器に低電圧の電力を供給する能力が要求される。そのような電源システムの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の電源システムは、メインバッテリ、メイン電力線、サブ電力線、システムスイッチ、２個のＤＣ−ＤＣコンバータ（第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ）、コントローラを備えている。電気自動車は、メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する電力制御ユニットを備えており、その電力制御ユニットとメインバッテリがメイン電力線で接続されている。システムスイッチは、メイン電源線に備えられており、メインバッテリと電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換える。なお、メイン電力線を導通状態にすることを「システムスイッチを閉じる」と表記し、メイン電力線を非導通状態にすることを「システムスイッチを開放する」と表記する場合がある。

サブ電力線は、低電圧機器へ駆動電力を伝送する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりもメインバッテリ側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。コントローラは、第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。

システムスイッチは、ユーザが操作する車両メインスイッチ（スタートスイッチ）のＯＮ／ＯＦＦに応じて開閉される。車両メインスイッチがＯＦＦの間、システムスイッチが開放され、高電圧系（走行用モータと電力制御ユニット）がメインバッテリから完全に切り離され、車両の確実な安全性が確保される。

システムスイッチが閉じられるまでは、コントローラは第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、サブ電力線を介して低電圧機器に電力が供給される。システムスイッチが閉じられた後、コントローラは、第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータを適宜に制御し、低電圧機器全体の消費電力を賄う。

特許文献１の図５に例示されているように、車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられたとき、コントローラは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させ、その後、システムスイッチを開放する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータが動作中、即ち、システムスイッチに電流が流れている状態でシステムスイッチを開放すると、スパイク状のノイズ電流が発生し、システムスイッチやシステムスイッチに導通している機器がダメージを受ける虞があるからである。

特開２００８−５６２２号公報

近年の電気自動車は電気系が複雑化しており、複数のコントローラが互いに通信しながら様々なデバイスを制御している。典型的には、上記した第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するコントローラとは別に、車両メインスイッチの動作を監視するとともにシステムスイッチを制御するコントローラが備えられている場合がある。説明の便宜上、前者のコントローラをＤＤＣコントローラと称し、後者のコントローラをメインコントローラと称する。メインコントローラは、車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられると、ＤＤＣコントローラに第１ＤＣ−ＤＣコンバータの停止を指令し、次いで、システムスイッチを開放する。

メインコントローラとＤＤＣコントローラが上記した協調関係にあるとき、メインコントローラとＤＤＣコントローラの間で通信不良が生じた場合、次の問題が生じる。先に述べたように、システムスイッチを開放するのに先立って第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止することが望ましい。しかし、通信不良が生じた場合、ＤＤＣコントローラはメインコントローラからの指令を受けられないため、メインコントローラは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作中にシステムスイッチを開放しなければならなくなる。システムスイッチに電流が流れている間にシステムスイッチを開放すると、先に述べたようにスパイク状のノイズ電流が発生する虞がある。システムスイッチ開放時のノイズ電流発生を避けるため、通信不良が生じたときに第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させることが考えられる。しかし、通信不良が生じた後も、車両メインスイッチがＯＦＦされるまでは、走行可能であることが望ましい。第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止してしまうと、低電圧機器に供給する電力が不足する可能性があり、その場合、走行に支障を来す虞がある。

本明細書は、ＤＤＣコントローラとメインコントローラの間で通信不良が生じた場合であっても、走行中は低電圧機器に十分な電力を供給できるとともに、車両メインスイッチがＯＦＦされたときにシステムスイッチを安全に開放することのできる技術を提供する。

本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリ、メイン電力線、サブ電力線、システムスイッチ、第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＤＣコントローラ、メインコントローラを備える。メイン電力線は、電力制御ユニットとメインバッテリを接続している。電力制御ユニットは、メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換するデバイスである。サブ電力線は、メインバッテリよりも低い電圧で動作する低電圧機器に電力を伝送する。システムスイッチは、メイン電力線に備えられており、メインバッテリと電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換える。第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムスイッチよりもメインバッテリ側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。ＤＤＣコントローラは、第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。メインコントローラは、車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられたときに、第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させる停止指令信号をＤＤＣコントローラへ送信し、次いで、システムスイッチを開放する。ＤＤＣコントローラは、メインコントローラとの間で通信不良が生じた場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力目標電圧を第１電圧に設定して第１ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するとともに、第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力目標電圧を第１電圧よりも高い第２電圧に設定して第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。メインコントローラは、通信不良が生じている間に車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられたとき、停止指令信号を送信することなく、複数の低電圧機器の総消費電力が第２ＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電力を越えないように低電圧機器を制御するとともに、システムスイッチを開放する。

第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータはともにサブ電力線に接続されている。従って、第２電圧が第１電圧よりも高いので、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは動作していても事実上電力は出力されず、第２ＤＣ−ＤＣコンバータだけが低電圧機器へ電力を供給することになる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力には限界があり、低電圧機器の総消費電力が第２ＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電力を越えると、第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が下がる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が第１電圧を下回ると、第１ＤＣ−ＤＣコンバータからも電力供給が始まる。こうして、低電圧機器に十分な電力を供給することができる。

一方、メインコントローラは、通信不良が生じている間に車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換わると、低電圧機器の総消費電力が第２ＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電力を越えないように低電圧機器を制御する。低電圧機器の総消費電力が最大出力電圧を越えなければ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータはその出力目標電圧である第２電圧を保持することができ、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは電力を出力しない。このとき、システムスイッチには電流が流れない。そのような状態でメインコントローラはシステムスイッチを開放する。従って、スパイク状のノイズ電流が発生することもなく、安全にシステムスイッチを開放することができる。

本明細書が開示する電気自動車用の電源システムは、ＤＤＣコントローラとメインコントローラの間に通信不良が発生し、両コントローラの協調が出来なくなった場合でも、走行中は低電圧機器に十分な電力を供給できるとともに、車両メインスイッチがＯＦＦされたときにシステムスイッチを安全に開放することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電源システムを含むハイブリッド車の電力系のブロック図である。 図２（Ａ）は、通信不良が検知されたときのＤＤＣコントローラの処理を示す。図２（Ｂ）は、通信不良発生後に車両メインスイッチがＯＦＦされたときのメインコントローラの処理を示す。

図面を参照して実施例の電源システム２を説明する。電源システム２は、ハイブリッド車１００に搭載されている。図１に電源システム２を含むハイブリッド車１００の電気系統のブロック図を示す。ハイブリッド車１００は、エンジン６１の動力、及び／又は、第１モータ６、第２モータ８の動力により走行することができる。モータを利用する場合、ハイブリッド車１００は、メインバッテリ４から供給される電力により第２モータ８を駆動し、第２モータ８の動力によって駆動輪（図示せず）を回転させる。エンジン６１を利用して走行する場合には、ハイブリッド車１００は、第１モータ６をセルモータとして使用しエンジン６１を始動させる。そして、ハイブリッド車１００は、動力分配機構６２によって、エンジン６１が発生させた動力の一部を駆動輪に伝達する一方で、残りの動力を第１モータ６に伝達させて第１モータ６で発電する。第１モータ６で発電した電力は、第２モータ８に供給して駆動輪の回転に利用したり、メインバッテリ４の充電に利用したりすることができる。

なお、エンジン６１を利用して走行している際、メインバッテリ４から第２モータ８に電力を供給して、駆動力を増大させることも可能である。一方、走行中のハイブリッド車１００が減速する際には、第２モータ８で回生発電し、第２モータ８で発電した電力でメインバッテリ４を充電することができる。このように、第１モータ６と第２モータ８は、発電機としても機能する。その意味で、第１モータ６と第２モータ８は、「モータジェネレータ」と称することができる。図１の「ＭＧ１」が第１モータ６（第１モータジェネレータ）を表し、「ＭＧ２」が第２モータ８（第２モータジェネレータ）を表す。第１モータ６と第２モータ８は、「走行モータ」と称することもできる。図１の「ＰＣＵ」は、後述する電力制御ユニット１２を示す。

電源システム２は、メインバッテリ４、サブバッテリ２２、システムメインリレー２０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、ＤＤＣ制御ユニット４３、ＨＶ制御ユニット４５を備えている。以下では説明を簡単にするため、便宜上、システムメインリレー２０をＳＭＲ２０と表記し、ＤＤＣ制御ユニット４３をＤＤＣ−ＥＣＵ４３と表記し、ＨＶ制御ユニット４５をＨＶ−ＥＣＵ４５する。さらに、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を第１ＤＤＣ２８と表記し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を第２ＤＤＣ３０と表記する。図１では、第１ＤＤＣ２８は「ＤＤＣ１」と表記されており、第２ＤＤＣ３０は「ＤＤＣ２」と表記されている。また、後述する電力制御ユニット１２をＰＣＵ１２と表記する。

ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０、ＰＣＵ１２等と通信線４７で接続されており、それらを制御する。ＰＣＵ１２（電力制御ユニット１２）とは、メインバッテリ４から供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換するデバイスである。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５は、通信線４４で接続されている。ＨＶ−ＥＣＵ４５とＳＭＲ２０は通信線４８で接続されている。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、通信線４９を介して車両メインスイッチ４６に接続されている。車両メインスイッチ４６は、車両の運転席に備えられているスイッチであり、車両全体システムを起動するスイッチである。車両メインスイッチ４６は、イグニッションスイッチと呼ばれることがあり、電気自動車（ハイブリッド車）では、スタートスイッチと呼ばれることもある。

メインバッテリ４は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（充電可能電池）である。本実施例では、メインバッテリ４の電圧は約３００Ｖ（ボルト）である。メインバッテリ４は、メイン電力線１０を介してＰＣＵ１２に接続されている。メイン電力線１０には、ＳＭＲ２０が備えられている。ＳＭＲ２０は、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間の導通と非導通を切り換える。なお、「非導通」は、「遮断」と表現する場合もある。また、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を導通させることを、「ＳＭＲ２０を閉じる」と表現し、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を遮断することを、「ＳＭＲ２０」を開く、と表現する場合がある。

ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４と、第１モータ６及び第２モータ８との間に設けられている。ＰＣＵ１２は、平滑コンデンサ１４、１５、コンバータ１６及びインバータ１７を備えている。平滑コンデンサ１４は、メイン電力線１０の電流を平滑化する。より詳しく表現すると、平滑コンデンサ１４は、メインバッテリ４から供給される電力の電流を平滑化する。平滑コンデンサ１５は、コンバータ１６とインバータ１７の間に流れる電力の電流を平滑化する。

ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４から供給される電力を第１モータ６及び第２モータ８（走行モータ）の駆動用電力に変換する。コンバータ１６は、メインバッテリ４から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１モータ６や第２モータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。またコンバータ１６は、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力の電圧を、メインバッテリ４の充電に適した電圧まで降圧させたりもする。即ち、コンバータ１６は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。コンバータ１６には、メインバッテリ４からの電流が流れる複数のパワー素子が実装されている。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。本実施例では、第１モータ６や第２モータ８の駆動に用いる電圧は約６００Ｖである。

インバータ１７は、２個のモータ（第１モータ６と第２モータ８）の夫々に対応して、２組のインバータ回路を備えている。インバータ１７は、コンバータ１６から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に変換して第１モータ６や第２モータ８を駆動する三相交流電力を供給したり、第１モータ６や第２モータ８が発電した三相交流電力を直流電力に変換してコンバータ１６へ供給したりする。また、インバータ１７は、第１モータ６及び第２モータ８の一方が発電した三相交流電力を、一旦、直流電力に変換しさらに三相交流電力に変換して、第１モータ６及び第２モータ８の他方に供給したりもする。インバータ１７にも、メインバッテリ４からの電流が流れる複数のパワー素子が実装されている。インバータ回路の構成もよく知られているので詳しい説明は省略する。

ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａには、エアコン５０も接続されている。エアコン５０は消費電力が大きいので、サブ電力線２４（後述）ではなく、メイン電力線１０に接続されており、メインバッテリ４から電力供給を受けるようになっている。

サブバッテリ２２について説明する。サブバッテリ２２の出力電圧は、メインバッテリ４の出力電圧よりも低い。サブバッテリ２２は、典型的には、鉛蓄電池で構成される二次電池（充電可能電池）である。本実施例では、サブバッテリ２２の電圧は約１３Ｖである。サブバッテリ２２は、サブ電力線２４を介して、低電圧機器４１に接続されている。低電圧機器４１とは、サブバッテリ２２の電圧（別言すればメインバッテリ４の電圧よりも低い電圧）で動作する機器の総称である。サブ電力線２４が、サブバッテリ２２から（あるいは、後述する第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０から）低電圧機器４１に電力を伝送する。低電圧機器４１には、例えば、ブレーキランプ４１ａ、ヘッドライト４１ｂなどがある。低電圧機器４１にはその他、ルームランプ、ナビゲーション装置、オーディオ装置などもある。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３やＨＶ−ＥＣＵ４５も低電圧機器の一つとして、サブバッテリ２２から電力供給を受ける。なお、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３やＨＶ−ＥＣＵ４５など、走行能力にとって重要な制御ユニットは、独自のバッテリを備えており、所定の期間は、サブ電力線２４からの電力供給がなくとも動作することができる。車両の導電性のボデーが、サブ電力線２４の負極線を兼ねる場合がある。負極線の電位は接地電位（基準電位）と呼ばれることがある。

ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側のメイン電力線１０ａとサブ電力線２４との間に、第１ＤＤＣ２８（第１ＤＣ−ＤＣコンバータ）が接続されている。第１ＤＤＣ２８は、メイン電力線１０を流れる電力を降圧してサブ電力線２４へ供給する降圧動作と、サブ電力線２４を流れる電力を昇圧してメイン電力線１０へ供給する昇圧動作を行うことができる。典型的には、降圧動作は、メインバッテリ４の電力を降圧してサブ電力線２４に供給することである。第１ＤＤＣ２８も、先のコンバータ１６と同様に、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。ハイブリッド車１００では、第１ＤＤＣ２８が降圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０が非導通のときであっても、第１モータ６や第２モータ８が発電した回生電力でサブバッテリ２２を充電することができる。また、ハイブリッド車１００では、第１ＤＤＣ２８が昇圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０が非導通のときでも、サブバッテリ２２の電力を利用して第１モータ６や第２モータ８を駆動することができる。さらに、後述する第２ＤＤＣ３０が降圧動作を行い、第１ＤＤＣ２８が昇圧動作を行うと、ＳＭＲ２０が非導通のときでもメインバッテリ４の電力をＰＣＵ１２に供給し、第１モータ６と第２モータ８を駆動することもできる。

ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側のメイン電力線１０ｂとサブ電力線２４の間に、第２ＤＤＣ３０（第２ＤＣ−ＤＣコンバータ）が接続されている。第２ＤＤＣ３０は、メイン電力線１０を流れる電力を降圧してサブ電力線２４へ供給する降圧動作を行うことができる。第２ＤＤＣ３０は、いわゆる降圧コンバータである。ハイブリッド車１００では、ＳＭＲ２０の導通時に、第１ＤＤＣ２８が降圧動作を行い、かつ第２ＤＤＣ３０が降圧動作を行う。これにより、メインバッテリ４からの電力や、第１モータ６や第２モータ８が発電した電力を、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０の両方を介して、サブバッテリ２２に充電することができる。この場合、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０のいずれか一方を介してサブバッテリ２２に充電する場合に比べて、サブバッテリ２２に供給される電流が大きくなる。そのため、サブバッテリ２２の充電に要する時間が短くなる。

ＳＭＲ２０は、車両メインスイッチ４６がＯＦＦの間は開かれており、メインバッテリ４とＰＣＵ１２の間を遮断している。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、車両メインスイッチ４６の状態をモニタしており、車両メインスイッチ４６がＯＦＦからＯＮに切り換えられると、ＳＭＲ２０を閉じ、メインバッテリ４とＰＣＵ１２を接続する。メインバッテリ４とＰＣＵ１２が接続されると、第１モータ６と第２モータ８に電力を供給可能な状態、即ち、走行可能な状態になる。

平滑コンデンサ１４が放電された状態、即ち、平滑コンデンサ１４の両端電圧が低い状態でＳＭＲ２０を接続すると、メインバッテリ４からＰＣＵ１２（コンバータ１６とインバータ１７）に突入電流が流れる。突入電流は、コンバータ１６やインバータ１７のパワー素子にダメージを与える可能性がある。そこで、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、ＳＭＲ２０を閉じるのに先立って、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３に指令を送り、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０を使って平滑コンデンサ１４を充電する（プリチャージする）。より具体的には、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、第２ＤＤＣ３０に降圧動作を行わせてメインバッテリ４の電力をサブ電力線２４に供給するとともに、第１ＤＤＣ２８に昇圧動作を行わせ、メインバッテリ４の電力を、サブ電力線２４を介して、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａに供給する。ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２の側のメイン電力線１０ａには、平滑コンデンサ１４が並列に接続されているため、上記の処理により、メインバッテリ４の電力で平滑コンデンサ１４がプリチャージされる。プリチャージが完了すると、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、ＳＭＲ２０を閉じる。プリチャージ後は、ＳＭＲ２０のメインバッテリ４の側の電圧と、ＰＣＵ１２の側の電圧がほぼ等しいので突入電流は流れない。

ＳＭＲ２０が閉じられた後は、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、第１ＤＤＣ２８の動作を昇圧動作から降圧動作に切り換える。即ち、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、メイン電力線１０の電力を降圧してサブ電力線２４に供給するように第１ＤＤＣ２８を制御する。ＳＭＲ２０が閉じられた後、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、複数の低電圧機器４１の総消費電力に応じて、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０の出力を調整する。

ＨＶ−ＥＣＵ４５とＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、通信線４４で通信可能に接続されている。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、ＰＣＵ１２、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０を制御する電源系のコントローラである。これに対してＨＶ−ＥＣＵ４５は、車両メインスイッチ４６などユーザが操作するスイッチ類の状態をモニタしたり、アクセル開度と車速とメインバッテリ４の残量などから、車に要求される駆動トルクをエンジン６１の目標駆動トルクとモータ６、８の目標駆動トルクに分配したりする。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、車両全体を統括する司令塔のコントローラである。

車両メインスイッチ４６がＯＮからＯＦＦに切り換えられたときのＨＶ−ＥＣＵ４５とＤＤＣ−ＥＣＵ４３の処理を説明する。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、車両メインスイッチ４６がＯＮからＯＦＦに切り換えられると、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３に対して第１ＤＤＣ２８を停止させる停止指令信号を、通信線４４を介して送信する。停止指令信号を受信したＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、第１ＤＤＣ２８を停止する。なお、このとき、第２ＤＤＣ３０は、降圧動作を継続しており、第２ＤＤＣ３０を通じてメインバッテリ４からサブ電力線２４へ電力供給が続けられる。それゆえ、車両メインスイッチ４６がＯＦＦに切り換えられても低電圧機器４１を使用し続けることができる。

第１ＤＤＣ２８が停止した後、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、ＳＲＭ２０を開く。こうして、車両メインスイッチ４６がＯＦＦに切り換えられた後、ＳＭＲ２０が開放され、ＰＣＵ１２からメインバッテリ４が完全に切り離される。なお、車両メインスイッチ４６は、正確には３段階に切り換え可能であり、それらは、Ｒｅａｄｙ−ＯＮ、Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ、ＯＦＦと呼ばれる。「Ｒｅａｄｙ−ＯＮ」は、走行可能な状態を意味し、本実施例のこれまでの説明における「ＯＮ」に相当する。「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」は、ＳＭＲ２０は開放された状態にあり、走行することはできないが、低電圧機器４１は利用可能である状態を意味する。本実施例のこれまでの説明における「ＯＦＦ」が、この「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」に相当する。「ＯＦＦ」は、システム起動のためのデバイス（ＨＶ−ＥＣＵ４５など）を除き、他の低電圧機器４１の利用ができない状態を意味する。車両メインスイッチ４６がＲｅａｙ−ＯＦＦからＯＦＦに切り換わったとき、ＨＶ−ＥＣＵ４５はＤＤＣ−ＥＣＵ４３に指令し、第２ＤＤＣ３０を停止させる。

本明細書では、ＳＭＲ２０の切換時の処理に着目するので、車両メインスイッチ４６の３段階（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ／Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ／ＯＦＦ）のうち、実施例のこれまでの説明と同様に、「Ｒｅａｄｙ−ＯＮ」を「ＯＮ」と称し、「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」を「ＯＦＦ」と称して説明を続ける。

ＨＶ−ＥＣＵ４５とＤＤＣ−ＥＣＵ４３の間に通信不良が生じると、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、ＨＶ−ＥＣＵ４５から停止指令信号を受け取ることができなくなる。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、車両メインスイッチ４６がＯＮからＯＦＦに切り換えられたことを検知すると、ＳＭＲ２０を開放しなければならないが、ＳＭＲ２０の開放に先立って第１ＤＤＣ２８を停止することができなくなる。第１ＤＤＣ２８が動作しておりＳＭＲ２０に電流が流れている状態でＳＭＲ２０を開放すると、ＳＭＲ２０の接点にアーク放電が生じたり、メイン電力線１０にスパイク状のノイズ電流が生じたりしてＳＭＲ２０や他のデバイスがダメージを受ける虞がある。通信不良が発生した時点で第１ＤＤＣ２８を停止することも考えられるが、そうすると、低電圧機器４１にはサブバッテリ２２と第２ＤＤＣ３０からは電力が供給されるが、第１ＤＤＣ２８からの電力供給がなくなるため、走行に支障が生じる虞がある。そこで、電源システム２は、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５との間に通信不良が生じると、図２のフローチャートの処理を行い、走行中の低電圧機器４１への十分な電力供給を確保しつつ、車両メインスイッチ４６がＯＦＦに切り換えられたときにＳＭＲ２０を安全に開放する。

なお、通信不良の検知は、例えば次の手法による。通信線４４は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５の間の通信線４４がＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の場合は、データのやり取りにハンドシェイクプロトコルが実行されるため、そのハンドシェイクプロトコルで通信不良を検知し得る。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５の間の通信が他のプロトコルで行われる場合は、例えばＣＲＣなどのチェック機能で通信不良を検知し得る。

図２（Ａ）は、通信不良を検知したときのＤＤＣ−ＥＣＵ４３の処理を示す。図２（Ｂ）は、通信不良を検知した後、車両メインスイッチ４６がＯＮからＯＦＦに切り換えられたときのＨＶ−ＥＣＵ４５の処理を示す。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、通信不良を検知すると、第１ＤＤＣ２８に対して、出力電圧を電圧Ｖ１に保持する定電圧制御を実行する（Ｓ２）。また、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、第２ＤＤＣ３０に対して、出力電圧を電圧Ｖ２に保持する定電圧制御を実行する（Ｓ２）。別言すれば、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３は、第１ＤＤＣ２８の出力目標電圧を電圧Ｖ１に設定して第１ＤＤＣ２８を定電圧制御するとともに、第２ＤＤＣ３０の出力目標電圧を電圧Ｖ２に設定して第２ＤＤＣ３０を定電圧制御する。ここで、電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも大きい値に設定されている。また、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、低電圧機器４１の作動電圧以上に設定される。さらに、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、サブバッテリ２２の出力電圧よりも高い値に設定されている。ステップＳ２を実行すると、複数の低電圧機器４１への電力供給は、次のようになる。複数の低電圧機器４１の総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電圧よりも小さい場合、第２ＤＤＣ３０は、出力目標電圧である電圧Ｖ２を保持できる。第１ＤＤＣ２８の出力目標電圧Ｖ１は電圧Ｖ２よりも低いから、第１ＤＤＣ２８は動作していても、実質的には出力はゼロである。すなわち、低電圧機器４１へは、第２ＤＤＣ３０のみから電力が供給される。また、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２はともにサブバッテリ２２の出力電圧よりも高いので、第１ＤＤＣ２８または第２ＤＤＣ３０の出力電圧が電圧Ｖ１より大きい場合、サブバッテリ２２からは電力が出力されない。

走行中は、様々な低電圧機器４１が起動したり停止したり、出力を変更したりする。すなわち、走行中は、複数の低電圧機器４１の総消費電力が変化する。第２ＤＤＣ３０が出力できる電力には限界があり、総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電圧を越えると、第２ＤＤＣ３０は出力電圧を電圧Ｖ２に保持できなくなり、その出力電圧は低下する。第２ＤＤＣ３０の出力電圧が電圧Ｖ１以下になると、出力目標電圧が電圧Ｖ１に設定されている第１ＤＤＣ２８から電力が出力される。低電圧機器４１には、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０の双方から電力が供給されることになり、十分な電力を低電圧機器４１に供給し得る。走行中にＨＶ−ＥＣＵ４５とＤＤＣ−ＥＣＵ４３の間に通信不良が発生しても、低電圧機器４１に十分な電力を供給し続けることができる。なお、第１ＤＤＣ２８と第２ＤＤＣ３０の合計出力でも電力が不足する場合、第１ＤＤＣ２８の出力電圧と第２ＤＤＣ３０の出力電圧は共に低下していく、第１ＤＤＣ２８、第２ＤＤＣ３０の出力電圧がサブバッテリ２２の出力電圧よりも低くなると、サブバッテリ２２からも低電圧機器４１へ電力が供給される。

一方、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、通信不良の発生後に車両メインスイッチ４６のＯＮからＯＦＦへの切換を検知したら、図２（Ｂ）の処理を実行する。なお、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、夫々の低電圧機器４１の動作をモニタしており、動作中の全ての低電圧機器４１の総消費電力を把握している。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、低電圧機器４１の総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電力以上であるか否かをチェックする（Ｓ３）。ＨＶ−ＥＣＵ４５には、予め、第２ＤＤＣ３０の最大出力電力の値が記憶されている。低電圧機器４１の総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電力以上である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、動作中の低電圧機器４１の特定の一つの出力を下げる（Ｓ４）。例えば、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、低電圧機器４１の一つであるヒータの設定温度を下げ、ヒータの出力を下げる。そうすると、ヒータの消費電力が下がる。従って低電圧機器４１の総消費電力が下がる。ステップＳ４を実行すると、処理はステップＳ３に戻り、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、再度、総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電力以上であるか否かをチェックする（Ｓ３）。

低電圧機器４１の総消費電力が依然第２ＤＤＣ３０の最大出力電力以上である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、動作中の低電圧機器４１の別の一つの出力を下げる（Ｓ４）。例えば、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、オーディオの出力を下げる。そうすると、オーディオの消費電力が下がり、低電圧機器４１の総消費電力が下がる。ＨＶ−ＥＣＵ４５は、総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電力を下回るまで、ステップＳ４の処理を繰り返す。なお、ＨＶ−ＥＣＵ４５には、出力を下げる低電圧機器４１の順番が設定されており、その順番に沿って低電圧機器４１を選定し、その出力を下げていく。

総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電力を下回ると（Ｓ３：ＮＯ）、ＨＶ−ＥＣＵ４５は、ＳＭＲ２０を開放する（Ｓ５）。総消費電力が第２ＤＤＣ３０の最大出力電力を下回っている場合、図２（Ａ）の説明のときに述べたように、第２ＤＤＣ３０の出力電圧は電圧Ｖ２に保持され、第１ＤＤＣ２８からは電力が出力されない。即ち、ステップＳ５においてＨＶ−ＥＣＵ４５がＳＭＲ２０を開放するとき、ＳＭＲ２０には電流が流れていない。ＳＭＲ２０を開放するときにアーク放電が発生したり、スパイク状のノイズ電流が発生したりしないので、ＳＭＲ２０とその周辺のデバイスにダメージを与えることがない。即ち、電源システム２は、安全にＳＭＲ２０を開放することができる。

図２（Ａ）の処理は、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３が実行し、図２（Ｂ）の処理はＨＶ−ＥＣＵ４５が実行する。ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５の間で通信不良が発生しているため、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５は相互に協調することができず、図２（Ａ）の処理と図２（Ｂ）の処理は、それぞれ独立に実行される。実施例の電源システム２は、ＤＤＣ−ＥＣＵ４３とＨＶ−ＥＣＵ４５が連携して動作することができずとも、走行中に低電圧機器４１に十分な電力を供給することができるとともに、車両メインスイッチ４６がＯＦＦされたときにＳＭＲ２０を安全に開放することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のＳＭＲ２０が請求項の「システムスイッチ」の一例に相当する。第１ＤＤＣ２８が請求項の「第１ＤＣ−ＤＣコンバータ」の一例に相当する。第２ＤＤＣ３０が請求項の「第２ＤＣ−ＤＣコンバータ」の一例に相当する。実施例のＤＤＣ−ＥＣＵ４３が請求項の「ＤＤＣコントローラ」の一例に相当する、実施例のＨＶ−ＥＣＵ４５が、請求項の「メインコントローラ」の一例に相当する。

第２ＤＤＣ３０は、メイン電力線１０の電力を降圧してサブ電力線２４へ供給する降圧動作の他に、サブ電力線２４の電力を昇圧してメイン電力線１０に供給する昇圧動作が可能な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。実施例の電源システム２は、走行用にエンジンとモータの双方を備えるハイブリッド車に適用されている。本明細書が開示する電源システムは、エンジンを備えない電気自動車に適用することも可能である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電源システム
４：メインバッテリ
６：第１モータ
８：第２モータ
１０：メイン電力線
１２：電力制御ユニット（ＰＣＵ）
１４、１５：平滑コンデンサ
１６：コンバータ
１７：インバータ
２０：システムメインリレー（ＳＭＲ）
２２：サブバッテリ
２４：サブ電力線
２８：第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（第１ＤＤＣ）
３０：第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（第２ＤＤＣ）
４１：低電圧機器
４３：ＤＤＣ制御ユニット（ＤＤＣ−ＥＣＵ）
４５：ＨＶ制御ユニット（ＨＶ−ＥＣＵ）
４６：車両メインスイッチ
５０：エアコン
６１：エンジン
６２：動力分配機構
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. メインバッテリと、
   前記メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する電力制御ユニットと前記メインバッテリを接続するメイン電力線と、
   前記メイン電力線に備えられており、前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換えるシステムスイッチと、
   前記メインバッテリよりも低い電圧で動作する低電圧機器へ電力を伝送するサブ電力線と、
   前記システムスイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電力線と前記サブ電力線の間に接続されており、前記メイン電力線の電力を降圧して前記サブ電力線へ供給する降圧動作が可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記システムスイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電力線と前記サブ電力線の間に接続されており、前記メイン電力線の電力を降圧して前記サブ電力線へ供給する降圧動作が可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するＤＤＣコントローラと、
   車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられたときに、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させる停止指令信号を前記ＤＤＣコントローラへ送信し、次いで、前記システムスイッチを開放するメインコントローラと、
   を備えており、
   前記ＤＤＣコントローラは、前記メインコントローラとの間で通信不良が生じた場合、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力目標電圧を第１電圧に設定して前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するとともに、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの出力目標電圧を前記第１電圧よりも高い第２電圧に設定して前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
   前記メインコントローラは、前記通信不良が生じている間に前記車両メインスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換えられたとき、前記停止指令信号を送信することなく、複数の前記低電圧機器の総消費電力が前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電力を越えないように前記低電圧機器を制御するとともに、前記システムスイッチを開放する、電気自動車用の電源システム。

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