WO2012131969A1

WO2012131969A1 - 車両の電源システム

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Publication number: WO2012131969A1
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Inventors: 山本　晃
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Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-04
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Abstract

　モータ（Ｍ１）を駆動するための駆動装置に地絡故障が発生した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１００）内部では、一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなるＹコンデンサの接続点を介して高圧検出部（１４０）に高圧ノイズが侵入する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（１００）の制御部（１３０）は、高圧検出部（１４０）の検出値に、駆動装置の地絡故障による異常が検出された場合には、一次側のフルブリッジ回路を構成するスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４）のデューティを制限する。

Description

車両の電源システム

　この発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、車載蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、車載蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを備えた車両の電源システムに関する。

　従来より、電動機によって車両駆動力を発生可能に構成された、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両では、当該電動機を駆動するための電力を蓄積する蓄電装置（たとえば、メインバッテリ）と、低電圧の補機駆動用の蓄電装置（たとえば、補機バッテリ）との２種類を搭載する構成が採用されている。走行用電動機の駆動に適した出力電圧と、ヘッドライトや空調機器等の補機あるいは電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic　Control　Unit）等の制御機器の定格電圧とが大きく異なるからである。

　このような構成では、特開２０１０－１０４１０６号公報（特許文献１）に記載されるように、メインバッテリの出力電圧を電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が降圧し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機および補機バッテリに供給することが一般的である。

　この特許文献１には、発電装置から出力される高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換する電力変換器と、この電力変換器で変換された電力が供給されるバッテリおよび電気負荷とを備えてなる電力供給装置が開示される。当該電力供給装置において、発電装置および電力変換器の入力側線路の間、ならびに電力変換器の出力側線路およびバッテリの間には、第１の遮断器および第２の遮断器がそれぞれ介装されている。特許文献１では、電力変換器に地絡故障または開放故障が発生した場合には、上記第１の遮断器および第２の遮断器を遮断する。

特開２０１０－１０４１０６号公報特開２０１０－８１７０３号公報特開２００９－２９６７５６号公報特開２００９－２８４６９１号公報

　上記の特許文献１では、電力変換器に地絡故障または開放故障が発生すると、第１の遮断器および第２の遮断器の遮断動作によって発電装置からバッテリへの給電経路が遮断されるものの、バッテリに蓄えられた電力を用いて電気負荷の作動を継続することができる。

　しかしながら、このような状態が継続すると、バッテリからの放電が促進されることによって、バッテリの出力電圧が低下する。この結果、電気負荷を正常に動作できなくなる虞がある。

　それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、駆動装置に地絡故障が発生した場合であっても、補機に安定して電力を供給可能な車両の電源システムを提供することである。

　この発明のある局面に従えば、車両の電源システムは、蓄電装置と、蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを備える。車両の電源システムは、蓄電装置の端子間に直列に接続され、かつ、その接続点が接地された一対のコンデンサと、スイッチング素子のスイッチング動作によって一対のコンデンサの出力電圧を降圧して補機に供給するための電圧変換器と、一対のコンデンサの出力電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部の検出値に応じて設定されるデューティに従って、スイッチング素子をスイッチング制御するための制御部とを備える。制御部は、電圧検出部の検出値に駆動装置の地絡故障による異常が検出された場合には、デューティを制限してスイッチング素子をスイッチング制御する。

　好ましくは、制御部は、異常が検出された場合には、デューティを、一対のコンデンサの出力電圧範囲の上限値に対応させて予め設定されたデューティの許容範囲の上限値に固定する。

　好ましくは、制御部は、少なくともスイッチング素子の耐圧に基づいて、デューティの許容範囲を設定する。

　好ましくは、駆動装置は、異常が検出された場合には、一対のコンデンサの出力電圧範囲の下限値を引き上げる。

　好ましくは、駆動装置は、デューティをデューティの許容範囲の上限値に固定したときの電圧変換器の出力電圧が、補機の正常動作が保証される電圧を上回るように、出力電圧範囲の下限値を設定する。

　本発明によれば、車載蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、車載蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを備える車両の電源システムにおいて、駆動装置に地絡故障が発生した場合であっても、補機に安定して電力を供給することができる。

本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した電動車両の概略構成図である。図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を説明するための回路図である。高圧システムの地絡故障が発生した場合における低圧システムの状態を説明する概要図である。高圧システムに地絡故障が発生した場合に、高圧検出部から出力されるパルス信号の波形の一例を示す図である。従来の電源システムにおいて、高圧システムに短絡故障が作動した場合のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するタイミングチャートである。本発明の実施の形態に係る電源システムにおいて、高圧システムに地絡故障が作動した場合のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するタイミングチャートである。デューティ指令値の許容範囲を説明する図である。本発明の実施の形態の変更例に係る電源システムにおけるＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図である。

　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

　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電動車両の概略構成図である。

　図１を参照して、電動車両５は、メインバッテリ１０と、コンバータ１２と、インバータ１４と、車両駆動用のモータＭ１と、動力伝達ギヤ１５と、駆動輪１６と、制御装置５０とを備える。図１の構成から、モータＭ１、動力伝達ギヤ１５および、駆動輪１６を除いた部分によって、電動車両５の電源システムが構成される。

　メインバッテリ１０は、モータＭ１を駆動するための電力を蓄積する「蓄電装置」の一例として示される。メインバッテリ１０は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって蓄電装置を構成してもよい。

　コンバータ１２は、正線ＰＬおよび負線ＮＬの間の電圧ＶＬ（すなわち、メインバッテリ１０の入出力電圧）と、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬの間の電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１４の入力電圧）との間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。すなわち、メインバッテリ１０の入出力電圧ＶＬと、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬ間の直流電圧ＶＨとは、双方向に昇圧または降圧される。コンバータ１２における昇降圧動作は、制御装置５０からのスイッチング指令に従ってそれぞれ制御される。また、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬの間には、平滑コンデンサＣが接続される。

　インバータ１４は、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬ間の直流電力と、モータＭ１に入出力される交流電力との間で、双方向の電力変換を実行する。具体的には、インバータ１４は、制御装置５０からのスイッチング指令に応じて、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬ間の直流電圧ＶＨを三相交流電圧に変換して、モータＭ１に供給する。この三相交流電圧によって、モータＭ１の出力トルクが制御される。

　モータＭ１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ヤ１５を介して駆動輪１６に伝達されて、電動車両５を走行させる。一方、電動車両５の回生制動時には、モータＭ１は、駆動輪１６の減速に伴って交流電力を発電する。このとき、インバータ１４は、制御装置５０からのスイッチング指令に応じて、モータＭ１が発生する交流電力を直流電力に変換し、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬへ供給する。この直流電力は、さらに、コンバータ１２によってメインバッテリ１０に供給される。これにより、減速時や降坂走行時にメインバッテリ１０が充電される。

　なお、モータＭ１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Ｍ１を協調的に動作させることによって、電動車両５の必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いてメインバッテリ１０を充電することも可能である。すなわち、電動車両５は、走行用電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、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、燃料自動車等を含む。

　制御装置５０は、代表的には、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）やＲＯＭ（Read　Only　Memory）などのメモリ領域と、入出力インターフェイスとを主体として構成された電子制御装置（ＥＣＵ）により構成される。そして、制御装置５０は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読出して実行することによって、車両走行および充放電に係る制御を実行する。なお、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

　電動車両５は、上述したメインバッテリ系のシステム（以下、高圧システムという）に加えて、補機電源系のシステム（以下、低圧システムという）をさらに備える。なお、高圧システムは、車体に接続された接地ノード（車両アース）から絶縁されているのに対して、低圧システムは、車両アースを基準として動作する。

　具体的には、電動車両５は、補機バッテリ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００と、補機負荷１１０とをさらに備える。補機バッテリ２０は、たとえば鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ２０の電圧は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。補機バッテリ２０から補機負荷に対して電力が供給される。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧ＶＬ（メインバッテリ１０の出力電圧）を降圧して、電源配線ＡＭＤに出力する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、接地ノードＧ１および電源配線ＡＭＤの間の直流電圧に相当する。

　補機負荷１１０は、電源配線ＡＭＤまたは補機バッテリ２０から電圧の供給を受けて動作する。補機負荷１１０は、オーディオ機器、ナビゲーション機器、照明機器（ハザードランプ、室内灯、ヘッドランプ等）などを含む。さらに、補機負荷１１０は、電動パワーステアリング機構、電動オイルポンプ、電子制御の小型モータ等の車両走行に直接用いられる走行系負荷を含む。また、制御装置５０（ＥＣＵ）についても、補機バッテリ２０または電源配線ＡＭＤからの電力によって動作する。補機負荷１１０は、電源配線ＡＭＤまたは補機バッテリ２０からの電圧によって動作するこれらの補機負荷を代表的に示したものである。

　図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１００の詳細な構成を説明するための回路図である。

　図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、コンバータ部１２０と、コンバータ部１２０を制御するための制御部１３０とから成る。

　コンバータ部１２０は、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、フルブリッジ回路を構成する電力用半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と、トランスＴｒと、変換回路（ＡＣ／ＤＣ）１２２とを含む。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４にそれぞれ対応して、逆並列ダイオードＤ１～Ｄ４が設けられる。

　コンデンサＣ１およびＣ２は、正線ＰＬおよび負線ＮＬの間に直列接続され、かつ、その接続点（ノードＮ）が接地ノードＧ１に接続されている。コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２は、同一容量のものである。一対のコンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続体は、Ｙコンデンサを構成する。そして、このＹコンデンサと、インダクタＬ１およびコンデンサＣ３とは、ＬＣフィルタを構成する。ＬＣフィルタは、正線ＰＬおよび負線ＮＬへのコモンモード電流の重畳によって入力電圧ＶＬ（正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧）が変動するのを抑制する。

　電力用半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４（以下、単に「スイッチング素子」と称する）として、図２にはトランジスタが例示される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフは、制御部１３０からの信号Ｓ１～Ｓ４に応じて制御される。フルブリッジ回路は、メインバッテリ１０からの電圧ＶＬを交流電圧に変換して、トランスＴｒの一次側コイル１０１に出力する。すなわち、一次側コイル１０１に生じる交流電圧の振幅、周波数および位相は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４によって制御できる。

　トランスＴｒは、一次側コイル１０１と、二次側コイル１０２，１０３と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２，１０３を電磁的に結合するための鉄心とを含む。

　二次側コイル１０２および１０３には、一次側コイル１０１の電圧に応じた交流電圧がそれぞれ発生される。二次側コイル１０２に生じる交流電圧の振幅は、一次側コイル１０１の交流電圧と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２の巻数比とによって決まる。同様に、二次側コイル１０３に生じる交流電圧の振幅は、一次側コイル１０１の交流電圧と、一次側コイル１０１および二次側コイル１０４の巻数比とによって決まる。

　二次側コイル１０２の一方端は、変換回路１２２を介して電源配線ＡＭＤに接続される。二次側コイル１０２の他方端は接地ノードＧ１に接続される。二次側コイル１０３の一方端は、二次側コイル１０２の他方端と同様に接地ノードＧ１に接続される。二次側コイル１０３の他方端は、二次側コイル１０２の一方端と同様に、変換回路１２２を介して電源配線ＡＭＤに接続される。二次側コイル１０２の一方端および二次側コイル１０３の一方端同士、ならびに、二次側コイル１０２の他方端および二次側コイル１０３の他方端同士が同位相となるように、一次側コイル１０１から二次側コイル１０２，１０３へ交流電圧が伝達される。

　変換回路１２２は、二次側コイル１０２，１０３に伝達された交流電圧を直流電圧に変換して電源配線ＡＭＤおよび接地ノードＧ１の間に出力する。変換回路１２２が変換した直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃに相当する。

　変換回路１２２は、ダイオードＤ５，Ｄ６と、インダクタＬ２と、コンデンサＣ４とを有する。ダイオードＤ５は、二次側コイル１０２に生じた交流電圧を整流する。ダイオードＤ６は、二次側コイル１０３に生じた交流電圧を整流する。ダイオードＤ５，Ｄ６によって整流された電圧は、インダクタＬ２およびコンデンサＣ４によるＬＣフィルタによって、直流電圧に変換される。

　以上に示す構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、一次側のフルブリッジ回路によって発生する一次側コイル１０１の交流電圧の振幅に応じて制御することができる。したがって、制御部１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃの目標値である電圧指令値と、電源配線ＡＭＤの電圧との比較に基づいて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフ（デューティ）を制御する。

　具体的には、制御部１３０は、高圧検出部１４０と、フォトカプラ１６０と、マイコン１８０とを含む。

　高圧検出部１４０は、一対のコンデンサＣ１およびＣ２から成るＹコンデンサの端子間の電圧ＶＬ（すなわち、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧）を検出し、その検出結果をフォトカプラ１６０を介してマイコン１８０へ出力する。

　具体的には、高圧検出部１４０は、ＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）回路（図示せず）を含む。ＰＷＭ回路は、一定周波数で発振する発振回路と、当該発振回路により生成される三角波信号と電圧ＶＬの振幅とを比較するコンパレータとからなる。ＰＷＭ回路は、電圧ＶＬの振幅を、振幅が一定のパルスの幅に変調する。高圧検出部１４０は、ＰＷＭ回路によって変調されたパルス信号をフォトカプラ１６０へ出力する。

　フォトカプラ１６０は、トランスＴｒの一次側と二次側とを絶縁するための絶縁回路を構成する。フォトカプラ１６０は、図示は省略するが、発光素子である発光ダイオードと、受光素子であるフォトトランジスタとからなる。高圧検出部１４０からのパルス信号に応答して発光ダイオードが発光すると、この発光ダイオードからの光信号に基づいてフォトトランジスタがオンオフされる。

　マイコン１８０は、フォトカプラ１６０のフォトトランジスタのオンオフ（デューティ）に基づいて、電圧ＶＬの検出値を取得する。さらに、マイコン１８０は、電源配線ＡＭＤおよび接地ノードＧ１の間に設けられた低圧検出部（図示せず）から出力電圧Ｖｄｃの検出値を取得する。マイコン１８０は、電圧指令値から出力電圧Ｖｄｃの検出値を減算すると、出力電圧Ｖｄｃを電圧指令値に一致させるための制御演算（たとえば比例積分制御）を実行する。そして、マイコン１８０は、算出結果に基づいてデューティ指令値を設定すると、その設定したデューティ指令値に従って、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフを制御するための信号Ｓ１～Ｓ４を生成してコンバータ部１２０へ出力する。

　ここで、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング制御において、マイコン１８０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ指令値に上限値（以下、「デューティ指令上限値」という）を設けている。このデューティ指令上限値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部に設けられる素子（スイッチング素子およびダイオード等）に過電圧が印加されるのを回避するために設けられる。デューティ指令上限値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００に入力される電圧ＶＬに応じて可変の値をとる。

　具体的には、デューティ指令上限値は、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧ＶＬの電圧範囲に基づいて設定される。電圧ＶＬの電圧範囲は、メインバッテリ１０の出力電圧範囲によって定まる。メインバッテリ１０の出力電圧は、高圧システムにおけるメインバッテリ１０およびモータＭ１間での電力のやり取り、すなわち、メインバッテリ１０の充放電に応じて変動する。デューティ指令上限値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部の素子に印加される電圧が、当該素子の耐圧を超えることがないように、電圧ＶＬ（すなわち、メインバッテリ１０の出力電圧）に応じて可変に設定される。

　このように、予め設定されたデューティ指令上限値を超えない範囲でスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティを制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、内部の素子の損傷を防止しつつ、出力電圧を補機バッテリ２０および補機負荷１１０に供給することができる。

　しかしながら、図１に示す電動車両５において、モータＭ１に電力を供給するための電力ケーブルあるいはインバータ１４が車両アースに短絡するといった、高圧システムの地絡故障が発生した場合には、高圧システムと接地ノードＧ１との間に漏電経路が形成される。これにより、接地ノードＧ１の電位が変動する。この場合、接地ノードＧ１を基準として動作する低圧システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００において、図３に示すように、接地ノードＧ１に接続されるＹコンデンサの接続点（ノードＮ）を経由して、高圧検出部１４０に高圧ノイズが侵入するという不具合が生じる。

　図４は、高圧システムに地絡故障が発生した場合に、高圧検出部１４０から出力されるパルス信号の波形の一例を示す図である。なお、図４は、インバータ１４およびモータＭ１間に配設された電力ケーブルが地絡した場合を想定している。

　図４を参照して、高圧システムの正常時には、高圧検出部１４０からは電圧ＶＬの検出値に応じたデューティのパルス信号が出力される。これに対して、電力ケーブルに地絡故障が発生した場合には、接地ノードＧ１の電位の変動に応じて、高圧ノイズが高圧検出部１４０に侵入する。なお、この高圧ノイズは、インバータ１４に含まれるスイッチング素子がターンオンまたはターンオフするタイミングごとに発生する。高圧検出部１４０は、高圧ノイズの影響によって電圧ＶＬの検出値を正確に検出することが困難となる。この場合には、高圧検出部１４０からマイコン１８０に対して電圧ＶＬの検出値を伝達することができないという通信異常が発生する。

　上記のように高圧検出部１４０に通信異常が発生すると、誤った電圧検出値に基づいてコンバータ部１２０が制御されてしまうため、これに起因してＤＣ／ＤＣコンバータ１００が過大な電圧を出力してしまう虞がある。このような不具合を回避するため、従来の電源システムでは、高圧検出部に通信異常が発生すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ内部の素子もしくはＤＣ／ＤＣコンバータに接続される補機負荷および補機バッテリを保護するための内部保護機能が作動することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧の出力を強制的に停止させていた。

　図５は、従来の電源システムにおいて、高圧システムに短絡故障が作動した場合のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するタイミングチャートである。

　図５を参照して、時刻ｔ１において、高圧検出部に通信異常が生じたと判定されると、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、一次側のフルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ指令値を０（％）まで低下させる。これにより、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４はすべてオフ状態とされる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃは略０Ｖにまで低下する。

　したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止した時刻ｔ１以降においては、出力電圧Ｖｄｃによって補機バッテリ２０を充電することができなくなるため、電源配線ＡＭＤに対する補機バッテリ２０の放電が促進される。そして、この放電によって補機バッテリ２０の出力電圧が低下すると、補機負荷１１０の動作に支障が生じる虞がある。

　ここで、上記の問題点を解決するためには、高圧検出部１４０への高圧ノイズの侵入を回避する対策を講じることが望まれる。この対策の１つとして、地絡故障時に高圧ノイズの侵入経路となるＹコンデンサをＤＣ／ＤＣコンバータ１００から排除することが考えられる。しかしながら、Ｙコンデンサを排除すると、高圧システムと車両アースとの浮遊容量が小さい場合には、いわゆるラジオノイズが増大して、制御装置５０を含む車載電子機器に悪影響を与えることが懸念される。

　あるいは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部に設けられるフィルタを強化することが考えられる。しかしながら、フィルタを強化することで高圧ノイズの侵入を遮断できる反面、高圧検出部１４０の検出感度を落としてしまう虞がある。

　そこで、本実施の形態に係る電源システムでは、高圧検出部１４０に通信異常が生じた場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００を出力を制限した状態で作動させる。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の内部に設けられた素子の保護を確保できるレベルにまで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力を制限する。

　図６は、本発明の実施の形態に係る電源システムにおいて、高圧システムに地絡故障が作動した場合のＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作を説明するタイミングチャートである。

　図６を参照して、時刻ｔ１において、高圧検出部１４０に通信異常が生じたと判定されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の制御部１３０は、一次側のフルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ指令値を所定値Ｄ２（％）に固定する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは所定電圧Ｖ２まで低下する。なお、所定電圧Ｖ２は、電圧ＶＬ、デューティ指令値Ｄ２および、一次側コイル１０１および二次側コイル１０２の巻数比によって決まる。

　ここで、デューティ指令値における所定値Ｄ２（％）は、メインバッテリ１０の出力電圧が最大となるときのデューティ指令値の許容範囲に基づいて設定される。図７は、デューティ指令値の許容範囲を説明する図である。図７において、横軸はＤＣ／ＤＣコンバータ１００に入力される電圧ＶＬを示し、縦軸は一次側のフルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティを示す。なお、電圧ＶＬは、正線ＰＬおよび負線ＮＬ間の電圧であり、メインバッテリ１０の出力電圧に相当する。

　図７を参照して、電圧ＶＬは、メインバッテリ１０の充放電制御におけるメインバッテリ１０の出力電圧の変動範囲に対応する所定の電圧範囲を有している。以下では、この電圧範囲の上限をＶｍａｘ（電圧上限値）と称し、電圧範囲の下限をＶｍｉｎ（電圧下限値）と称することとする。

　この電圧ＶＬの電圧範囲に対応させて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ指令値の許容範囲が設定される。具体的には、デューティ指令値の許容範囲の上限値（すなわち、デューティ指令上限値）は、コンバータ部１２０の内部の素子（スイッチング素子およびダイオード）に印加される電圧がこれらの素子の耐圧を超えないように、電圧ＶＬに応じて可変に設定される。図中のラインｋ１は、電圧ＶＬとデューティ指令上限値との関係を示したものである。

　この関係によれば、電圧ＶＬが電圧下限値Ｖｍｉｎとなるときには、デューティ指令上限値はＤ１（％）に設定される。これに対して、電圧ＶＬが電圧上限値Ｖｍａｘとなるときには、デューティ指令上限値は、Ｄ１（％）よりも小さいＤ２（％）に設定される。このように、電圧ＶＬの電圧範囲に応じてデューティ指令上限値を可変に設定することにより、メインバッテリ１０の充放電に伴なって電圧ＶＬが変動した場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００内部の素子に過大な電圧が印加されるのを回避することができる。

　そして、制御部１３０は、高圧検出部１４０に通信異常が生じたと判定したときには、デューティ比を、電圧ＶＬが電圧上限値Ｖｍａｘとなるときのデューティ指令上限値Ｄ２に固定する。これは、通信異常によって高圧検出部１４０から誤った電圧検出値が伝達される可能性が高いことから、電圧検出値に拘らず電圧ＶＬが電圧上限値Ｖｍａｘとなる場合を想定してデューティ比を制限するものである。したがって、通信異常と判定された後において、電圧上限値Ｖｍａｘに等しい電圧ＶＬがＤＣ／ＤＣコンバータ１００に入力された場合であっても、内部の素子に耐圧を超える電圧が印加されるのを確実に回避することができる。

　このように、本発明の実施の形態に従う電源システムによれば、高圧システムの地絡故障に起因してＤＣ／ＤＣコンバータ１００の高圧検出部１４０に通信異常が発生した場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の作動を継続することができる。特に、デューティを制限したことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、内部の素子を損傷させることなく電源配線ＡＭＤに電力を出力し続けることができる。この結果、補機負荷１１０の作動に対応して補機バッテリ２０の出力電圧が低下した場合にも、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機バッテリ２０および補機負荷１１０に供給することができる。

　［変更例］
　上記のように、デューティを電圧ＶＬが電圧上限値Ｖｍａｘとなるときのデューティ指令上限値Ｄ２に固定したことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖｄｃは、図８のラインｋ２に示すように、電圧ＶＬが低くなるに従って低下することとなる。すなわち、出力電圧Ｖｄｃは、電圧ＶＬが通常電圧範囲の上限値Ｖｍａｘとなるときに最大となり（Ｖｄｃ＝Ｖｄｍａｘ）、電圧ＶＬが通常電圧範囲の下限値Ｖｍｉｎとなるときに最小となる（Ｖｄｃ＝Ｖｄｍｉｎ）。そのため、出力電圧Ｖｄｃが補機負荷１１０の正常動作が保証される電圧（図中の閾値電圧Ｖｔｈとする）を下回ってしまう虞がある。

　このような不具合を回避するために、高圧検出部１４０に通信異常が発生した場合には、電圧ＶＬの電圧範囲の下限値Ｖｍｉｎを引き上げるようにしてもよい。具体的には、図８に示すように、電圧ＶＬの電圧範囲の下限値Ｖｍｉｎ♯を、出力電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｔｈとなるときの電圧ＶＬとする。したがって、電圧ＶＬ（メインバッテリ１０の出力電圧）がこの制限された電圧範囲内に収まるように、メインバッテリ１０の充放電制御が行なわれる。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、内部の素子を損傷させることなく、補機負荷１１０の正常動作が保証される電圧を電源配線ＡＭＤに出力し続けることができる。

　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。

　この発明は、蓄電装置と、蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する駆動装置と、蓄電装置から電力を受けて動作する補機とを搭載した車両に適用することができる。

　１０　メインバッテリ、１２　コンバータ、１４　インバータ、１５　動力伝達ギヤ、１６　駆動輪、２０　補機バッテリ、５０　制御装置、１００　ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０１　一次側コイル、１０２～１０４　二次側コイル、１１０　補機負荷、１２０　コンバータ部、１２２　変換回路、１３０　制御部、１４０　高圧検出部、１６０　フォトカプラ、１８０　マイコン、ＡＭＤ　電源配線、Ｃ，Ｃ１～Ｃ４　コンデンサ、Ｄ１～Ｄ６　ダイオード、Ｌ１，Ｌ２　インダクタ、Ｍ１　モータ、ＭＮＬ　負母線、ＭＰＬ　正母線、ＮＬ　負線、ＰＬ　正線、Ｑ１～Ｑ４　スイッチング素子。

Claims

　蓄電装置（１０）と、前記蓄電装置（１０）から電力を受けて車両駆動力を発生するための駆動装置と、前記蓄電装置（１０）から電力を受けて動作する補機（１１０）とを備えた車両の電源システムであって、
　前記蓄電装置（１０）の端子間に直列に接続され、かつ、その接続点が接地された一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）と、
　スイッチング素子のスイッチング動作によって前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の出力電圧を降圧して前記補機（１１０）に供給するための電圧変換器（１００）と、
　前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の出力電圧を検出する電圧検出部（１４０）と、
　前記電圧検出部（１４０）の検出値に応じて設定されるデューティに従って、前記スイッチング素子をスイッチング制御するための制御部（１３０）とを備え、
　前記制御部（１３０）は、前記電圧検出部（１４０）の検出値に前記駆動装置の地絡故障による異常が検出された場合には、前記デューティを制限して前記スイッチング素子をスイッチング制御する、車両の電源システム。
　前記制御部（１３０）は、前記異常が検出された場合には、前記デューティを、前記一対のコンデンサの出力電圧範囲の上限値に対応させて予め設定された前記デューティの許容範囲の上限値に固定する、請求項１に記載の車両の電源システム。
　前記制御部（１３０）は、少なくとも前記スイッチング素子の耐圧に基づいて、前記デューティの許容範囲を設定する、請求項２に記載の車両の電源システム。
　前記駆動装置は、前記異常が検出された場合には、前記一対のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の出力電圧範囲の下限値を引き上げる、請求項２に記載の車両の電源システム。
　前記駆動装置は、前記デューティを前記デューティの許容範囲の上限値に固定したときの前記電圧変換器（１００）の出力電圧が、前記補機（１１０）の正常動作が保証される電圧を上回るように、前記出力電圧範囲の下限値を設定する、請求項４に記載の車両の電源システム。