JP2015226360A - 車載用ｄｃｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】車載用ＤＣＤＣコンバータの外部からのノイズによる影響を抑制して車両の低電圧蓄電池の状態を高精度に検出でき、低電圧蓄電池の状態に応じて低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御することができる低コストな車載用ＤＣＤＣコンバータを得る。
【解決手段】低電圧蓄電池に隣接して設置され、低電圧蓄電池の電流値を測定し、センサ信号線を介してアナログ電流値として出力する電流センサと、電流センサが出力するアナログ電流値をデジタル変換してデジタル状態値として出力する状態検出部と、低電圧蓄電池のデジタル状態値に基づいて、低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する制御演算部と、を備え、電流センサ、センサ信号線、および状態検出部は、車載用ＤＣＤＣコンバータ内部に統合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、作動電圧が異なる低電圧蓄電池および高電圧蓄電池を有する車両に搭載され、低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する車載用ＤＣＤＣコンバータに関するものである。

従来より、車両には、蓄電池の状態を管理しながら車両全体の電力制御や動力制御を行うための複数の制御装置が搭載されている。また、蓄電池を含む電源系の構成部品には、電気状態や温度状態等の状態検知用センサと信号線が実装されている。

係る構成においては、複数の制御装置の間で同じセンサ情報を参照する場合や機能配置が適切でない場合に、通信経由でセンサ情報を入力したり、あるいは制御装置間で類似機能が存在したりといった実装が行われている。このため、ＤＣＤＣコンバータが担う蓄電池間の電力授受において、効率的な制御が行われているとは言えなかった。

これに対し、蓄電池間の電力授受に係る各種センサの検出部を、ＤＣＤＣコンバータの内部に備える方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のＤＣＤＣコンバータは、検知した蓄電池の状態と電気負荷の状態に応じて、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池の間で電力授受の制御を行っている。

一方で、ＤＣＤＣコンバータ本体の車両搭載位置については、電力損失の低減や高電圧蓄電池周辺のサイズ低減を目的として、低電圧蓄電池に隣接設置する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４２５９４１１号公報 特開２０１３−２２９９１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１では、低電圧蓄電池に搭載された電流センサの出力値を検出してデジタル値に変換する電流検出部をＤＣＤＣコンバータに統合することで、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池の間の電力授受を効率的に制御している。

しかし、特許文献１では、蓄電池の電流を測定する電流センサと、電流センサの出力値をデジタル変換する電流検出部とを繋ぐセンサ信号線が、ＤＣＤＣコンバータの外部に存在している。このため、センサ信号線が外部から受けるノイズの影響により、電流検出精度が低下してしまうという問題点があった。

また、特許文献２では、ＤＣＤＣコンバータを低電圧蓄電池に隣接させて設置し、低電圧配線を短くすることにより電力損失を低減している。しかし、この手法でも、センサ信号線がノイズの影響を受けてしまうことには変わりはなく、特許文献１の場合と同様に、電流検出精度が低下するという問題点を解決できていない。

このように、特許文献１および特許文献２の車載用ＤＣＤＣコンバータでは、車両の低電圧蓄電池の状態の検出精度が外部ノイズの影響により低下してしまう。この結果、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池の間の電力の授受を、低電圧蓄電池の充電率の状態に応じて効果的に制御できなくなってしまうという課題があった。また、センサ信号線にシールド等を施すことにより外部ノイズの影響を抑制しようとすると、部品コストが上昇してしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車載用ＤＣＤＣコンバータの外部からのノイズによる影響を抑制して車両の低電圧蓄電池の状態を高精度に検出でき、低電圧蓄電池の状態に応じて低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御することができる低コストな車載用ＤＣＤＣコンバータを得ることを目的とする。

本発明に係る車載用ＤＣＤＣコンバータは、作動電圧が異なる低電圧蓄電池および高電圧蓄電池を有する車両に搭載され、低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する車載用ＤＣＤＣコンバータであって、低電圧蓄電池に隣接して設置され、低電圧蓄電池の電流値を測定し、センサ信号線を介してアナログ電流値として出力する電流センサと、低電圧蓄電池の電流値、電圧値、および温度の状態値のうち、少なくとも電流センサが出力するアナログ電流値を含む状態値をアナログ状態値として入力するとともに、アナログ状態値をデジタル変換してデジタル状態値として出力する状態検出部と、低電圧蓄電池のデジタル状態値に基づいて、低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する制御演算部と、を備え、電流センサ、センサ信号線、および状態検出部は、車載用ＤＣＤＣコンバータ内部に統合されており、制御演算部は、低電圧蓄電池のデジタル状態値に基づいて低電圧蓄電池の充電率を計算するとともに、低電圧蓄電池の充電率が予め定めた第１の閾値未満である場合には、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池へ電力を降圧供給するものである。

本発明に係る車載用ＤＣＤＣコンバータは、車両の低電圧蓄電池の電流値を測定する電流センサ、測定した電流値をデジタル変換する電流検出部、および電流センサと電流検出部を繋ぐセンサ信号線を、車載用ＤＣＤＣコンバータのモジュール内部に格納している。この結果、車載用ＤＣＤＣコンバータの外部からのノイズによる影響を抑制して車両の低電圧蓄電池の状態を高精度に検出でき、低電圧蓄電池の状態に応じて低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御することができる低コストな車載用ＤＣＤＣコンバータを得ることができる。

この発明の実施の形態１における車載用ＤＣＤＣコンバータを搭載した車載用電源システムの概略構成図である。 この発明の実施の形態１における車載用ＤＣＤＣコンバータのレイアウトの例示図である。 この発明の実施の形態１における、キーオフ中に高電圧蓄電池と低電圧蓄電池との間で電力を授受する条件および手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１における、低電圧蓄電池の内部抵抗による、充電率の判定値の補正テーブルを示す図である。 この発明の実施の形態１における、低電圧蓄電池の温度による、充電率の判定値の補正テーブルを示す図である。 この発明の実施の形態２における車載用ＤＣＤＣコンバータを搭載した車載用電源システムの概略構成図である。 この発明の実施の形態２における、キーオフ中に高電圧蓄電池と低電圧蓄電池との間で電力を授受する条件および手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態２における、高電圧蓄電池の内部抵抗による、充電率の判定値の補正テーブルを示す図である。 この発明の実施の形態２における、高電圧蓄電池の温度による、充電率の判定値の補正テーブルを示す図である。

以下、この発明における車載用ＤＣＤＣコンバータの好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における車載用ＤＣＤＣコンバータ１を搭載した車載用電源システムの概略構成図である。図１に示す電源システムは、高圧系電気負荷１０１、高圧系電気負荷１０１に電力を供給する高電圧蓄電池１０２、高電圧蓄電池１０２の状態を検知する二次電池の状態検知装置１０３、低圧系電気負荷１０４、低圧系電気負荷１０４に電力を供給する低電圧蓄電池１０５、内燃機関併設の発電電動機１０６、および、高圧側と低圧側で電力授受を行うＤＣＤＣコンバータ１０７を備えて構成される。

ここで、二次電池の状態検知装置１０３は、高電圧蓄電池１０２の入出力電流を検出する電流センサ１０８からの信号を検出する電流検出部１０９、二次電池の状態検知装置１０３の内部または高電圧蓄電池１０２の付近に設置された図示しない温度センサからの信号を検出する温度検出部１１０、二次電池の状態検知装置１０３の内部に設置された図示しない電圧センサからの信号を検出する電圧検出部１１１、および、上記３つの状態検出部１０９〜１１１（電流検出部１０９、温度検出部１１０、および電圧検出部１１１）からの信号を基に高電圧蓄電池１０２の状態を演算する演算部１１２を備えて構成される。

また、ＤＣＤＣコンバータ１０７は、高圧側と低圧側で電力授受を行う主回路部１１３、低電圧蓄電池１０５の入出力電流が流れるシャント抵抗（電流センサ）１１４、シャント抵抗１１４での電圧降下を検出して増幅／ＡＤ変換等を行う電流検出部１１５、図示しない温度センサ、温度センサからの信号を検出する温度検出部１１６、図示しない電圧センサ、電圧センサからの信号を検出する電圧検出部１１７、上記３つの状態検出部１１５〜１１７（電流検出部１１５、温度検出部１１６、および電圧検出部１１７）から受信した信号により低電圧蓄電池１０５の状態を演算する演算部１１８、および、演算部１１８からの信号と二次電池の状態検知装置１０３から受信した信号とに基づいて主回路部１１３を制御する制御部１１９を備えて構成される。

図１において、高電圧蓄電池１０２は、発電電動機１０６と電力の授受ができるように、発電電動機１０６に接続されている。また、高電圧蓄電池１０２は、高圧系電気負荷１０１に電力を供給できるように、高圧系電気負荷１０１に接続されている。更に、高圧系電気負荷１０１と発電電動機１０６は、高電圧蓄電池１０２に対して並列に接続されている。

また、低電圧蓄電池１０５は、低圧系電気負荷１０４に電力を供給できるように、低圧系電気負荷１０４に接続されている。

また、ＤＣＤＣコンバータ１０７は、高電圧蓄電池１０２を含む高圧系と、低電圧蓄電池１０５を含む低圧系で電力の授受ができるように、低電圧蓄電池１０５と高電圧蓄電池１０２に接続されている。

二次電池の状態検知装置１０３の各状態検出部１０９〜１１１と演算部１１２とは、センサ信号線ｓ１で接続されており、各状態検出部１０９〜１１１は、演算部１１２へ検出値を出力している。二次電池の状態検知装置１０３内部の演算部１１２とＤＣＤＣコンバータ１０７内部の制御部１１９とは、信号線ｓ２で接続されており、演算部１１２は、制御部１１９へ高電圧蓄電池１０２の状態に関する演算結果を出力している。

また、ＤＣＤＣコンバータ１０７の各状態検出部１１５〜１１７と演算部１１８とは、センサ信号線ｓ３で接続されており、各状態検出部１１５〜１１７は、演算部１１８へ検出値を出力している。ＤＣＤＣコンバータ１０７内部の、演算部１１８と制御部１１９は、信号線ｓ４で接続されており、演算部１１８は制御部１１９へ低電圧蓄電池１０５の状態に関する演算結果を出力している。

また、制御部１１９と主回路部１１３は、信号線ｓ５で接続されており、制御部１１９は主回路部１１３へ制御指令を出力している。

ＤＣＤＣコンバータ１０７は、高電圧側から低電圧側へ電力を降圧供給する場合には、低電圧蓄電池１０５の状態を基にした制御部１１９からの指令に基づいて、低電圧側への出力電圧が低電圧蓄電池１０５の電圧値以上となるように主回路部１１３を制御する。これにより、高電圧蓄電池１０２から低圧系電気負荷１０４への給電が、ＤＣＤＣコンバータ１０７を介して行われ、低電圧蓄電池１０５への充電も同時に行われる。この結果、低電圧蓄電池１０５が過放電状態となることを防止し、過放電が原因のライフサイクルを短縮する低電圧蓄電池１０５の劣化を防ぐことができる。

またＤＣＤＣコンバータ１０７は、低電圧側から高電圧側へ電力を昇圧供給する場合には、低電圧蓄電池１０５の状態を基にした制御部１１９からの指令に基づいて、高電圧側への出力電圧が高電圧蓄電池１０２の電圧値以上となるように主回路部１１３を制御する。これにより、低電圧蓄電池１０５から高圧系電気負荷１０１への給電が、ＤＣＤＣコンバータ１０７を介して行われ、高電圧蓄電池１０２への充電も同時に行われる。この結果、低電圧蓄電池１０５の過充電による充電受入性低下を抑えることができる。

図２は、この発明の実施の形態１における車載用ＤＣＤＣコンバータのレイアウトの例示図である。周知の方法であるが、低電圧蓄電池１０５は、バッテリーホルダ２０１と、ボルト２０２、ボルト２０３で、バッテリートレイ２０４に組み付けられている。

また、ＤＣＤＣコンバータ１０７は、ボルト２０５、ボルト２０６でバッテリートレイ２０４に組み付けられている。

また、低電圧蓄電池の正極端子２０７は、ＤＣＤＣコンバータ１０７の低圧側正極端子２０８とバッテリ取付け端子付きのバスバー２０９で接続されている。

また、ＤＣＤＣコンバータ１０７の高圧側正極端子２１０は、図示しない高電圧蓄電池の正極端子、高圧系電気負荷、および発電電動機と、銅線ｓ１１で接続されている。ＤＣＤＣコンバータ１０７の高圧側負極端子２１１は、図示しない車両のボディと、銅線ｓ１２で接続されている。信号端子２１２は、図示しない高圧側の二次電池の状態検知装置や車両ＥＣＵと、信号線ｓ８で接続されている。

シャント抵抗１１４は、正極側端子部２１３および負極側端子部２１４の間に配置され、かつ、ＤＣＤＣコンバータ１０７に貫通して統合されている。ＤＣＤＣコンバータ１０７内部に抵抗体が配置され、シャント抵抗の正極側端子部２１３およびシャント抵抗の負極側端子部２１４が外に出た構造となっている。また、低電圧蓄電池の負極端子２１５は、ＤＣＤＣコンバータ１０７に統合されたシャント抵抗の負極側端子部２１４と、銅線ｓ９で接続されている。また、シャント抵抗の正極側端子部２１３は、図示しない車両のボディと銅線ｓ１０で接続されている。

車載用ＤＣＤＣコンバータを、図２のようにレイアウトすることにより、シャント抵抗１１４と電流検出部１１５間のノイズの原因となる外部配線が不要となるため、電流検出精度が向上する。この結果、低電圧蓄電池１０５が過放電とならないように、低電圧蓄電池１０５の充電率に基づいて電力の授受の制御することにより、低電圧蓄電池１０５は、規定のライフサイクルにおいて規定の電力供給を満足することができる。また、従来より使用しているシャント抵抗１１４をＤＣＤＣコンバータ１０７のモジュール内に統合することにより、シールド等によるコストアップ無しで本実施の形態１の構成を実現することができる。

ここで、低電圧蓄電池１０５（例えば鉛蓄電池）は、充電率が低い状態で維持され続けると、サルフェーション等により劣化の進行が早い。また、車両を長期間放置等で、低電圧蓄電池１０５の充電が行われなかった場合には、自己放電や暗電流による電力消費により、低電圧蓄電池１０５の充電率が低下して、車両が始動不可となる可能性がある。

そこで、本実施の形態１では、さらに、ＤＣＤＣコンバータ１０７において、低電圧蓄電池１０５に対して電力が供給されないキーオフ中の電力の授受の条件と手順を定めた。なお、以下に示す電力の授受の条件と手順は、車両がキーオフ中の場合に最も効果を有するものではあるが、必ずしもキーオフ中に限定されるものではなく、車両の運転状態に依らず効果を有するものである。

図３は、この発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータ１０７における、キーオフ中に高電圧蓄電池１０２と低電圧蓄電池１０５との間で電力を授受する条件および手順を示すフロー図である。図３を参照して、キーオフ中における、高電圧蓄電池１０２と低電圧蓄電池１０５との間の電力の授受の条件と手順について説明する。

キーオフ中、ステップｓ３１において、演算部１１８は、各状態検出部１１５〜１１７が出力する低電圧蓄電池１０５の状態値のうち、少なくとも電流検出部１１５が出力する低電圧蓄電池１０５の電流値を含む情報に基づいて、低電圧蓄電池１０５の充電率（以下、「ＳＯＣ１」という）を演算する。そして、演算部１１８は、演算したＳＯＣ１を制御部１１９に出力する。

ここで、低電圧蓄電池１０５の性能劣化を抑えて、長期間の信頼性を確保するため、また、十分な充電電力の受入性を確保するためには、低電圧蓄電池１０５の充電率範囲を制限する必要がある。

そこで、制御部１１９は、ステップｓ３２において、低電圧蓄電池１０５の充電率の比較対象となる予め定めた第１の閾値を、例えば９０％とし、ＳＯＣ１が９０％未満か否かを判定する。そして、ＳＯＣ１が９０％未満の場合には、制御部１１９は、低電圧蓄電池１０５が過放電状態であると判断し、ステップｓ３３において、高電圧蓄電池１０２から低電圧蓄電池１０５へ電力を降圧供給する。

また、制御部１１９は、ステップｓ３４において、低電圧蓄電池１０５の充電率の比較対象となる予め定めた第２の閾値を、例えば、９５％とし、ＳＯＣ１が９５％以上か否か判定する。そして、ＳＯＣ１が９５％以上の場合には、制御部１１９は、低電圧蓄電池１０５が過充電状態であると判断し、ステップｓ３５において低電圧蓄電池１０５から高電圧蓄電池１０２へ電力を昇圧供給する。

なお、ＤＣＤＣコンバータ１０７が、昇圧機能を持たず、降圧機能のみ持つ場合は、ステップｓ３４、ステップｓ３５は存在しない。

また、低電圧蓄電池の内部抵抗を基に上記充電率の第１の閾値または第２の閾値を補正し、充電率が補正した第１の閾値未満となった場合に、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池へ電力授受を行っても良い。あるいは、充電率が補正した第２の閾値以上となった場合に、低電圧蓄電池から高電圧蓄電池へ電力授受を行っても良い。例えば、内部抵抗大の場合、充電率の第１の閾値を９０％から９３％に引上げる。それにより、始動時において、スタータへの電力供給不足を解消し、エンジンを正常に始動させることができる。このように内部抵抗に応じてＳＯＣ１の判定値を設定することで、エンジン始動時において、劣化が進めば低電圧蓄電池の充電率を高めに制御することができ、安定した電力を供給することができる。

長期間の使用により、劣化が進んだ低電圧蓄電池は、内部抵抗が増大しているため、スタータへの電力供給が不十分となり、エンジンを正常に始動できない場合がある。また、内部抵抗が増大すると、始動時に低電圧蓄電池の電圧降下が大きくなる。低電圧蓄電池の電圧が大きく低下してしまうと、図示しない点火装置および図示しない車両制御装置を適切に動作させることができないので、結果として、エンジンを正常に始動させることができない場合がある。一方で、低電圧蓄電池は充電率が高いほど、また劣化が少ないほど、内部抵抗が小さくなる。

そこで本発明は、図４に示す、あらかじめ規定した低電圧蓄電池の内部抵抗による、充電率の判定値の補正用のテーブルを記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、キーオフ中に取得した低電圧蓄電池の内部抵抗と、上記テーブルを基にＳＯＣ１の判定値を算出する。

例えば、低電圧蓄電池が所定の充電率において、内部抵抗がＩＲ１の場合は、ＳＯＣ１の判定値をＳＯＣｔｈ１とし、劣化などにより内部抵抗が増大し、内部抵抗がＩＲ２となった場合、ＳＯＣｔｈ２とする。このように、内部抵抗に応じてＳＯＣ１の判定値を設定することで、エンジン始動時において、劣化が進めば低電圧蓄電池の充電率を高めに制御することができ、安定した電力を供給することができる。

低温度環境下へ低電圧蓄電池を長期間放置した場合、内部抵抗が高くなるため、上述の理由によりエンジン始動性は悪くなる。一方で、低電圧蓄電池は温度が高いほど、内部抵抗が小さくなる。

そこで本発明は、図５に示すような、あらかじめ規定した低電圧蓄電池の温度による、充電率の判定値の補正用のテーブルを記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、キーオフ中に取得した低電圧蓄電池の温度と、上記テーブルを基にＳＯＣ１の判定値を算出する。

例えば、低電圧蓄電池が所定の充電率において、上記温度がＴ１の場合は、ＳＯＣ１の判定値をＳＯＣｔｈ３とし、低温度環境下への長期間放置等により、温度がＴ２となった場合、ＳＯＣｔｈ４とする。このように、低電圧蓄電池の温度に応じてＳＯＣ１の判定値を設定することで、エンジン始動時においても、安定した電力を供給することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、電流センサと電流検出部とを繋ぐ、外部からのノイズによる影響を受けやすいセンサ信号線が、車載用ＤＣＤＣコンバータの内部に格納される或いは不要となるため、電流検出精度が向上する。さらに、低電圧蓄電池が過放電とならないように、低電圧蓄電池の充電率に基づいて電力の授受の制御をするため、低電圧蓄電池は、規定のライフサイクルにおいて、規定の電力供給を満足することができる。また、従来より使用の電流センサをＤＣＤＣコンバータのモジュール内に統合することにより、コストアップ無しで本発明を実現することができる。

さらに、ＤＣＤＣコンバータは、車両の運転状態に依らず、低電圧蓄電池の充電率に基づいて蓄電池間で電力の授受を行うことができる。この結果、低電圧蓄電池は、車両始動時を含め、常に安定した電力供給を満足できるとともに、低電圧蓄電池の劣化を効果的に抑制することができる。

また、低電圧蓄電池の内部抵抗値または温度と第１の閾値または第２の閾値の補正量との関係を規定したテーブルを記憶部に記憶しておき、低電圧蓄電池のデジタル状態値に基づいて低電圧蓄電池の内部抵抗値または温度を取得するとともに、テーブルに従って低電圧蓄電池の内部抵抗値または温度から第１の閾値または第２の閾値を補正することで、エンジン始動時においても、安定した電力を供給することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、低電圧蓄電池１０５が過放電状態や過充電状態とならないように、ＤＣＤＣコンバータ１０７が、低電圧蓄電池１０５の充電率に基づいて電力の授受の制御をする方法について説明した。本実施の形態２では、高電圧蓄電池１０２が過充電状態や過放電状態とならないようにＤＣＤＣコンバータ１０７が、更に、高電圧蓄電池１０２の充電率にも基づいて電力の授受の制御をする方法について説明する。

図６は、この発明の実施の形態２における車載用ＤＣＤＣコンバータを搭載した車載用電源システムの概略構成図である。図６に示すＤＣＤＣコンバータ４０１は、先の実施の形態１におけるＤＣＤＣコンバータ１０７に対して、更に、高電圧蓄電池１０２の入出力電流を検出する電流センサ１０８からの信号を検出する電流検出部４０２、図示しない温度センサからの信号を検出する温度検出部４０３、図示しない電圧センサからの信号を検出する電圧検出部４０４を備えるとともに、演算部１１８の代わりに、低電圧側の各状態検出部１１５〜１１７と高圧側の各状態検出部４０２〜４０４の両方からの信号を受信する演算部４０５を備えている。

ＤＣＤＣコンバータ４０１の各状態検出部４０２〜４０４と演算部４０５とは、信号線ｓ６で接続されており、各状態検出部４０２〜４０４は、演算部４０５へ検出値を出力している。ＤＣＤＣコンバータ４０１内部の、演算部４０５と制御部１１９は、信号線ｓ７で接続されており、演算部４０５は、制御部１１９へ、低電圧蓄電池１０５の充電率および高電圧蓄電池１０２の充電率の演算結果を出力している。

なお、上述した箇所以外は、先の実施の形態１と同じであり、同一部分には同一符号を付して説明を割愛する。

本実施の形態２のＤＣＤＣコンバータ４０１は、高電圧蓄電池１０２の状態を基に、高電圧側から低電圧側へ電力を降圧供給する場合に、制御部１１９からの指令に基づいて、主回路部１１３において低電圧側への出力電圧を、低電圧蓄電池１０５の電圧値以上に設定する。これにより、高電圧蓄電池１０２側から低圧系電気負荷１０４への給電が、ＤＣＤＣコンバータ４０１を介して行われ、同時に低電圧蓄電池１０５への充電も行われる。

これにより、ＤＣＤＣコンバータ４０１は、高電圧蓄電池１０２が過充電とならないように、高電圧蓄電池１０２の充電率に基づいて電力の授受の制御することにより、高電圧蓄電池１０２の過充電状態を抑制して高電圧蓄電池１０２の劣化の進行を抑制し、かつ、発熱、発火を未然に防止することができる。この結果、高電圧蓄電池１０２は、規定のライフサイクルにおいて規定の電力供給を満足することができる。

ここで、高電圧蓄電池１０２（例えば、Ｌｉイオンバッテリ）は、充電率が低い過放電状態の時、電極溶解により、劣化が進行する。一方、充電率が高い過充電状態では、劣化の進行が早いだけでなく、発熱、発火の原因になる可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、さらに、ＤＣＤＣコンバータ４０１において、キーオフ中の電力の授受の条件と手順を定めた。なお、以下に示す電力の授受の条件と手順は、車両がキーオフ中の場合に最も効果を有するものではあるが、必ずしもキーオフ中に限定されるものではなく、車両の運転状態に依らず効果を有するものである。

図７は、この発明の実施の形態２に係るＤＣＤＣコンバータ４０１における、キーオフ中に高電圧蓄電池１０２と低電圧蓄電池１０５との間で電力を授受する条件および手順を示すフロー図である。図７を参照して、キーオフ中における、高電圧蓄電池１０２と低電圧蓄電池１０５の電力授受の条件と手順について説明する。

キーオフ中、ステップｓ７１において、演算部４０５は、各状態検出部４０２〜４０４が出力する高電圧蓄電池１０２の状態値のうち、少なくとも電流検出部４０２が出力する高電圧蓄電池１０２の電流値を含む情報に基づいて、高電圧蓄電池１０２の充電率（以下、ＳＯＣ２という）を演算する。そして、演算部４０５は、演算したＳＯＣ２を制御部１１９に出力する。

ここで、高電圧蓄電池１０２の性能劣化を抑えて、長期間の信頼性を確保するためには、高電圧蓄電池１０２の充電率範囲を制限する必要がある。

そこで、制御部１１９は、ステップｓ７２において、高電圧蓄電池１０２の充電率の比較対象となる予め定めた第３の閾値を、例えば８０％とし、ＳＯＣ２が８０％以上か否かを判定する。そして、ＳＯＣ２が８０％以上の場合には、制御部１１９は、高電圧蓄電池１０２が過充電状態であると判断し、ステップｓ７３において、高電圧蓄電池１０２から低電圧蓄電池１０５へ電力を降圧供給する。

また、制御部１１９は、ステップｓ７４において、高電圧蓄電池１０２の充電率の比較対象となる予め定めた第４の閾値を、例えば２０％とし、ＳＯＣ２が２０％未満か否かを判定する。そして、ＳＯＣ２が２０％未満の場合には、制御部１１９は、高電圧蓄電池１０２が過放電状態であると判断し、ステップｓ７５において、低電圧蓄電池１０５から高電圧蓄電池１０２へ電力を昇圧供給する。

なお、ＤＣＤＣコンバータ１０７が、昇圧機能を持たず、降圧機能のみ持つ場合は、ステップｓ７４、ステップｓ７５は存在しない。

また、高電圧蓄電池の内部抵抗を基に上記充電率の第３の閾値または第４の閾値を補正し、充電率が補正した第３の閾値以上となった場合に、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池へ電力授受を行っても良い。あるいは、充電率が補正した第４の閾値未満となった場合に、低電圧蓄電池から高電圧蓄電池へ電力授受を行っても良い。例えば、内部抵抗大の場合、充電率の第４の閾値を２０％から２３％に引上げる。それにより、高圧蓄電池の電力でエンジンを始動する場合、エンジン始動において、必要な電力の安定供給が可能となる。

本発明は、図８に示す、あらかじめ規定した高電圧蓄電池の内部抵抗による、充電率の判定値の補正用のテーブルを記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、キーオフ中に取得した高電圧蓄電池の内部抵抗と、上記テーブルを基にＳＯＣ２の判定値を算出する。

例えば、高電圧蓄電池が所定の充電率において、内部抵抗がＩＲ３の場合は、ＳＯＣ２の判定値をＳＯＣｔｈ５とし、劣化などにより内部抵抗が増大し、内部抵抗がＩＲ４となった場合、ＳＯＣｔｈ６とする。このように、内部抵抗に応じてＳＯＣ２の判定値を設定することで、エンジン始動時においても、安定した電力を供給することができる。

また低温度環境下へ高電圧蓄電池を長期間放置した場合、内部抵抗が高くなるため、上述の低電圧蓄電池の場合と同じ理由によりエンジン始動性は悪くなる。一方で、高電圧蓄電池は温度が高いほど、内部抵抗が小さくなる。

そこで本発明は、図９に示すような、あらかじめ規定した高電圧蓄電池の温度による、充電率の判定値の補正用のテーブルを記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、キーオフ中に取得した高電圧蓄電池の温度と、上記テーブルを基にＳＯＣ２の判定値を算出する。

例えば、高電圧蓄電池が所定の充電率において、上記温度がＴ３の場合は、ＳＯＣ２の判定値をＳＯＣｔｈ７とし、低温度環境下への長期間放置等により、温度がＴ４となった場合、ＳＯＣｔｈ８とする。このように、高電圧蓄電池の温度に応じてＳＯＣ２の判定値を設定することで、エンジン始動時においても、安定した電力を供給することができる。

なお、図７では、キーオフ中の高電圧蓄電池１０２の充電率を基に電力の授受を行う方法について示したが、当然ながら、キーオフ中の低電圧蓄電池１０５および高電圧蓄電池１０２の両蓄電池の充電率を基に制御するようにしても良い。この場合は、低電圧蓄電池１０５の充電率を、外部ノイズを抑制して高精度に測定することができるので、より効果的に両蓄電池の電力の授受を行うことができる。

また、電力の授受の変換効率が最適となるような、高電圧蓄電池の電圧値と低電圧蓄電池の電流値との関係を規定したテーブルを記憶部（図示せず）に記憶しておき、高電圧蓄電池の第２のデジタル状態値に基づいて高電圧蓄電池の電圧を取得するとともに、電力の授受の変換効率が最適な低電圧蓄電池の電流値となるように、高電圧蓄電池の電圧値からテーブルに従って、低電圧蓄電池の電圧値を主回路部に指令することも可能である。

以上のように、実施の形態２によれば、高電圧蓄電池が過充電とならないように、高電圧蓄電池の充電率に基づいて電力の授受の制御をする。この結果、ＤＣＤＣコンバータは、高電圧蓄電池の劣化の進行を抑制し、かつ、発熱、発火を未然に防止することができるとともに、高電圧蓄電池は、規定のライフサイクルにおいて規定の電力供給を満足することができる。

さらに、ＤＣＤＣコンバータは、車両の運転状態に依らず、高電圧蓄電池の充電率に基づいて蓄電池間で電力の授受を行うことができる。この結果、高電圧蓄電池を常に適正な状態に管理できるとともに、高電圧蓄電池の劣化を効果的に抑制することができる。

なお、本発明は、先の実施の形態１および本実施の形態２の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、以下に例示する方法をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

本実施の形態１および本実施の形態２では、図２おいて、ＤＣＤＣコンバータ１０７は、内部にシャント抵抗を搭載するとしたが、代わりに非接触式の電流センサを搭載しても良い。この場合、シャント抵抗の代わりに銅線がＤＣＤＣコンバータ１０７、４０１と、内部の電流センサを貫通して配線される。本手法においても、電流センサと電流検出部とを繋ぐ、外部からのノイズによる影響を受けやすいセンサ信号線が、車載用ＤＣＤＣコンバータの内部に格納される或いは不要となるため、電流検出精度が向上する。

本実施の形態１および本実施の形態２では、銅線とバスバーにより、ＤＣＤＣコンバータ１０７、４０１と低電圧蓄電池１０５間の配線をするとしていたが、バスバーでの配線を銅線に、銅線での配線をバスバーに変更しても良い。

本発明では高圧系と低圧系のＧＮＤを共通とする、非絶縁方式として、記載しているが、低圧側の負極をボディから切り離すことで絶縁方式としても良い。その場合、図２において、銅線ｓ１２はボディには接続されず、図示しない高電圧蓄電池の負極に直接接続される。

本実施の形態１および本実施の形態２では、図２に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１０７、４０１をボルトで組み付けられると記載していたが、他の組み付け方法でも良い。

アナログ方式のみならずＬＩＮ等の通信方式を採用する外付け電流センサに対しても、本発明では電流検出精度が向上する。例えば、通信を介せば、クロック周波数の違いや通信遅れ等により精度落ちが発生する。また、外部配線は内部配線に比して環境条件が厳しい。更にコネクタを有せば、嵌め合いの分だけ故障率が増加する。しかし、本発明では、外部からのノイズによる影響を受けやすいセンサ信号線が、車載用ＤＣＤＣコンバータの内部に格納される或いは不要となるため、電流検出精度が向上する。

本実施の形態１および本実施の形態２では、図３および図７に示すように、キーオフ中の低電圧蓄電池１０５または高電圧蓄電池１０２の充電率を基に、電力授受を実施していたが、この条件に限定されるものではなく、両蓄電池の充電率を基に制御しても良い。例えば、ＳＯＣ１が９０％未満、かつＳＯＣ２が２０％以上の場合に、高電圧蓄電池１０２から低電圧蓄電池１０５へ電力授受を実施する。また、充電率について、ＳＯＣ１の判定値を９０％、ＳＯＣ２の判定値を２０％としたが、この値に限定されるものではない。

低電圧蓄電池の温度と記載したが、ＤＣＤＣコンバータの温度検出値を基に算出した、他の温度としても良い。例えばＤＣＤＣコンバータの温度検出値を補正した値等でも良いことは言うまでもない。

本実施の形態１および本実施の形態２では、高電圧蓄電池１０２と低電圧蓄電池１０５の一例として、それぞれ鉛蓄電池とＬｉイオンバッテリを記載したが、これに限定されるものではない。

先の実施の形態２において、高電圧蓄電池の充電率を基に、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池の電力授受を行うが、高電圧蓄電池の充電率が所定値よりも高く、低電圧蓄電池が満充電の場合、高電圧蓄電池の充電率を減らすため、ユーザに感知されない電気負荷へ給電しても良い。これにより、高電圧蓄電池の過充電状態を抑制して、安全性を向上できると共に、高電圧蓄電池は規定のライフサイクルにおいて、規定の電力供給を満足することができる。

本実施の形態１および本実施の形態２では、ＤＣＤＣコンバータ１０７、４０１は、単方向ＤＣＤＣコンバータか、双方向ＤＣＤＣコンバータのどちらでも良い。なお、ＤＣＤＣコンバータ１０７、４０１が昇圧機能を備える場合は、高電圧蓄電池１０２が過放電状態に陥れば、汎用のバッテリチャージャを低電圧蓄電池１０５に接続することで充電が可能である。

１０１ 高圧系電気負荷、１０２ 高電圧蓄電池、１０３ 二次電池の状態検知装置、１０４ 低圧系電気負荷、１０５ 低電圧蓄電池、１０６ 発電電動機、１０７、４０１ ＤＣＤＣコンバータ、１０８ 電流センサ、１０９、１１５、４０２ 電流検出部、１１０、１１６、４０３ 温度検出部、１１１、１１７、４０４ 電圧検出部、１１２、１１８、４０５ 演算部、１１３ 主回路部、１１４ シャント抵抗（電流センサ）、１１９ 制御部、２０１ バッテリーホルダ、２０２、２０３、２０５、２０６ ボルト、２０４ バッテリートレイ、２０７ 低電圧蓄電池の正極端子、２０８ 低圧側正極端子、２０９ バッテリ取付け端子付きのバスバー、２１０ 高圧側正極端子、２１１ 負極端子、２１２ 信号端子、２１３ シャント抵抗の正極側端子部、２１４ シャント抵抗の負極側端子部、２１５ 低電圧蓄電池の負極端子、ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８ 信号線、ｓ９、ｓ１０、ｓ１１、ｓ１２ 銅線。

本発明に係る車載用ＤＣＤＣコンバータは、作動電圧が異なる低電圧蓄電池および高電圧蓄電池を有する車両に搭載され、低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する車載用ＤＣＤＣコンバータであって、低電圧蓄電池に隣接して設置され、低電圧蓄電池の電流値を測定し、センサ信号線を介してアナログ電流値として出力する電流センサと、低電圧蓄電池の電流値、電圧値、および温度の状態値のうち、少なくとも電流センサが出力するアナログ電流値を含む状態値をアナログ状態値として入力するとともに、アナログ状態値をデジタル変換してデジタル状態値として出力する状態検出部と、高電圧蓄電池の電流値、電圧値、および温度の状態値のうち、少なくとも電流値を含む状態値を第２のアナログ状態値として入力するとともに、第２のアナログ状態値をデジタル変換して第２のデジタル状態値として出力する第２の状態検出部と、低電圧蓄電池のデジタル状態値および高電圧蓄電池の第２のデジタル状態値に基づいて、低電圧蓄電池と高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する制御演算部と、を備え、電流センサ、センサ信号線、および状態検出部は、車載用ＤＣＤＣコンバータ内部に統合されており、制御演算部は、低電圧蓄電池のデジタル状態値に基づいて低電圧蓄電池の充電率を計算するとともに、第２のデジタル状態値に基づいて、高電圧蓄電池の充電率を計算し、低電圧蓄電池の充電率および高電圧蓄電池の両方の充電率を基に、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力の降圧供給を実行するか、低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力の昇圧供給を実行するかを判断し、電力授受の制御を行うものである。

Claims (10)

1. 作動電圧が異なる低電圧蓄電池および高電圧蓄電池を有する車両に搭載され、前記低電圧蓄電池と前記高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する車載用ＤＣＤＣコンバータであって、
   前記低電圧蓄電池に隣接して設置され、前記低電圧蓄電池の電流値を測定し、センサ信号線を介してアナログ電流値として出力する電流センサと、
   前記低電圧蓄電池の電流値、電圧値、および温度の状態値のうち、少なくとも前記電流センサが出力する前記アナログ電流値を含む状態値をアナログ状態値として入力するとともに、前記アナログ状態値をデジタル変換してデジタル状態値として出力する状態検出部と、
   前記低電圧蓄電池の前記デジタル状態値に基づいて、前記低電圧蓄電池と前記高電圧蓄電池との間の電力の授受を制御する制御演算部と、
   を備え、
   前記電流センサ、前記センサ信号線、および前記状態検出部は、前記車載用ＤＣＤＣコンバータ内部に統合されており、
   前記制御演算部は、前記低電圧蓄電池の前記デジタル状態値に基づいて前記低電圧蓄電池の充電率を計算するとともに、前記低電圧蓄電池の充電率が予め定めた第１の閾値未満である場合には、前記高電圧蓄電池から前記低電圧蓄電池へ電力を降圧供給する
   車載用ＤＣＤＣコンバータ。
2. 前記低電圧蓄電池の充電率が予め定めた第２の閾値以上である場合には、前記低電圧蓄電池から前記高電圧蓄電池へ電力を昇圧供給する
   請求項１に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
3. 前記低電圧蓄電池の内部抵抗値と前記第１の閾値または前記第２の閾値の補正量との関係を規定した第１のテーブルを記憶部に記憶しており、
   前記制御演算部は、前記低電圧蓄電池の前記デジタル状態値に基づいて前記低電圧蓄電池の前記内部抵抗値を計算するとともに、前記第１のテーブルに従って前記低電圧蓄電池の前記内部抵抗値から前記第１の閾値または前記第２の閾値を補正する
   請求項１または２に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
4. 前記低電圧蓄電池の温度値と前記第１の閾値または前記第２の閾値の補正量との関係を規定した第２のテーブルを記憶部に記憶しており、
   前記制御演算部は、前記低電圧蓄電池の前記デジタル状態値に基づいて前記低電圧蓄電池の前記温度を取得するとともに、前記第２のテーブルに従って前記低電圧蓄電池の前記温度から前記第１の閾値または前記第２の閾値を補正する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
5. 前記高電圧蓄電池の電流値、電圧値、および温度の状態値のうち、少なくとも電流値を含む状態値を第２のアナログ状態値として入力するとともに、前記第２のアナログ状態値をデジタル変換して第２のデジタル状態値として出力する第２の状態検出部を更に備え、
   前記制御演算部は、前記第２のデジタル状態値に基づいて、前記高電圧蓄電池の充電率を計算するとともに、前記高電圧蓄電池の充電率が予め定めた第３の閾値以上である場合には、前記高電圧蓄電池から前記低電圧蓄電池へ電力を降圧供給する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
6. 前記高電圧蓄電池の充電率が予め定めた第４の閾値未満である場合には、前記低電圧蓄電池から前記高電圧蓄電池へ電力を昇圧供給する
   請求項５に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
7. 前記高電圧蓄電池の内部抵抗値と前記第３の閾値または前記第４の閾値の補正量との関係を規定した第３のテーブルを記憶部に記憶しており、
   前記制御演算部は、前記高電圧蓄電池の前記第２のデジタル状態値に基づいて前記高電圧蓄電池の前記内部抵抗値を計算するとともに、前記第３のテーブルに従って前記高電圧蓄電池の前記内部抵抗値から前記第３の閾値または前記第４の閾値を補正する
   請求項５または６に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
8. 前記高電圧蓄電池の温度値と前記第３の閾値または前記第４の閾値の補正量との関係を規定した第４のテーブルを記憶部に記憶しており、
   前記制御演算部は、前記高電圧蓄電池の前記第２のデジタル状態値に基づいて前記高電圧蓄電池の前記温度を取得するとともに、前記第４のテーブルに従って前記高電圧蓄電池の前記温度から前記第３の閾値または前記第４の閾値を補正する
   請求項５から７のいずれか１項に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
9. 前記電流センサは、前記車載用ＤＣＤＣコンバータの内部を貫通するシャント抵抗であり、前記シャント抵抗の正極側端子部および前記シャント抵抗の負極側端子部を前記車載用ＤＣＤＣコンバータの外部に有し、前記シャント抵抗の負極側端子部は前記低電圧蓄電池の低電圧蓄電池の負極端子に接続され、前記シャント抵抗の正極側端子部は前記車両のボディに接続されている
   請求項１から８のいずれか１項に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。
10. 前記電力の授受の変換効率が最適となるような、前記高電圧蓄電池の電圧値と前記低電圧蓄電池の電流値との関係を規定した第３のテーブルを記憶部に記憶しており、
    前記制御演算部は、前記高電圧蓄電池の前記第２のデジタル状態値に基づいて前記高電圧蓄電池の前記電圧を取得するとともに、前記高電圧蓄電池の電圧値から前記第３のテーブルに従って得られる前記低電圧蓄電池の電流値となるように前記低電圧蓄電池の電圧値を制御する
    請求項１から９のいずれか１項に記載の車載用ＤＣＤＣコンバータ。

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