特開 2021-197750 電源システムの制御装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-197750(P2021-197750A)

(43)【公開日】2021年12月27日

(54)【発明の名称】電源システムの制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20211129BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20211129BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 303C

   H02J7/00 P

   H02M3/155 U

   H02M3/155 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-100236(P2020-100236)

(22)【出願日】2020年6月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三宅 隆資

(72)【発明者】

【氏名】鄭 直樹

(72)【発明者】

【氏名】筒 雄樹

(72)【発明者】

【氏名】筧 淳平

(72)【発明者】

【氏名】杉田 美樹

(72)【発明者】

【氏名】安藤 裕也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健明

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 耕巳

【テーマコード（参考）】

5G503

5H730

【Ｆターム（参考）】

5G503AA04

5G503BA02

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA11

5G503CC02

5G503DA04

5G503FA06

5G503GB03

5G503GD03

5G503GD06

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB14

5H730BB86

5H730DD04

5H730DD41

5H730EE16

5H730EE57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FD41

5H730FF09

5H730FG12

5H730XX03

5H730XX12

5H730XX15

5H730XX23

5H730XX32

5H730XX35

5H730XX42

(57)【要約】

【課題】バッテリ充電時、電源システムにおける過電流の発生を抑制することができる電源システムの制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】実施形態の一態様に係る電源システムの制御装置においては、検出部と、電流余裕度算出部と、電流値算出部と、電源制御部とを備える。検出部は、補機バッテリの電圧および電流を検出する。電流余裕度算出部は、補機バッテリの電圧および電流に基づいて、充電中の補機バッテリに供給可能な電流値を示す電流余裕度を算出する。電流値算出部は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する前回の電圧指令値と補機バッテリの電圧との電圧差と、補機バッテリの電流とに基づいて、単位電圧差あたりの電流値を算出する。電源制御部は、電流余裕度と単位電圧差あたりの電流値とに基づいて算出される今回の電圧指令値を用いた電圧制御により、補機バッテリに供給される電流を制限する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１バッテリと、前記第１バッテリより出力電圧が低い第２バッテリと、前記第１バッテリから出力される電力の電圧を昇降圧可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電力を降圧させて前記第２バッテリを充電可能であり、かつ、前記第２バッテリから出力される電力を昇圧可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む電源システムの制御装置であって、
前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを介して出力された電力で充電される前記第２バッテリの電圧および電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記第２バッテリの電圧および電流に基づいて、充電中の前記第２バッテリに供給可能な電流値を示す電流余裕度を算出する電流余裕度算出部と、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する前回の電圧指令値と前記検出部によって検出された前記第２バッテリの電圧との差を電圧差として算出し、算出された前記電圧差と前記検出部によって検出された前記第２バッテリの電流とに基づいて単位電圧差あたりの電流値を算出する電流値算出部と、
前記電流余裕度算出部によって算出された前記電流余裕度と前記電流値算出部によって算出された前記単位電圧差あたりの電流値とに基づいて、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する今回の電圧指令値を算出し、算出された前記今回の電圧指令値を用いた電圧制御により前記第２バッテリに供給される電流を制限する電源制御部と
を備えることを特徴とする電源システムの制御装置。

【請求項2】

前記電流余裕度算出部は、
充電中の前記第２バッテリに供給可能な電力の上限を示す電力制限値を前記第２バッテリの電圧で除算して電流制限値を算出し、算出された前記電流制限値から前記第２バッテリの電流を減算して前記電流余裕度を算出すること
を特徴とする請求項１に記載の電源システムの制御装置。

【請求項3】

前記電流余裕度算出部は、
前記電流制限値から、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの特性に応じて設定される電流マージンおよび前記第２バッテリの電流を減算して前記電流余裕度を算出すること
を特徴とする請求項２に記載の電源システムの制御装置。

【請求項4】

前記電源制御部は、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する前記前回の電圧指令値に、前記電流余裕度を前記単位電圧差あたりの電流値で除算して得た値を加算して前記今回の電圧指令値を算出すること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源システムの制御装置。

【請求項5】

第１バッテリと、前記第１バッテリより出力電圧が低い第２バッテリと、前記第１バッテリから出力される電力の電圧を昇降圧可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電力を降圧させて前記第２バッテリを充電可能であり、かつ、前記第２バッテリから出力される電力を昇圧可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む電源システムの制御方法であって、
前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを介して出力された電力で充電される前記第２バッテリの電圧および電流を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された前記第２バッテリの電圧および電流に基づいて、充電中の前記第２バッテリに供給可能な電流値を示す電流余裕度を算出する電流余裕度算出工程と、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する前回の電圧指令値と前記検出工程によって検出された前記第２バッテリの電圧との差を電圧差として算出し、算出された前記電圧差と前記検出工程によって検出された前記第２バッテリの電流とに基づいて単位電圧差あたりの電流値を算出する電流値算出工程と、
前記電流余裕度算出工程によって算出された前記電流余裕度と前記電流値算出工程によって算出された前記単位電圧差あたりの電流値とに基づいて、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する今回の電圧指令値を算出し、算出された前記今回の電圧指令値を用いた電圧制御により前記第２バッテリに供給される電流を制限する電源制御工程と
を含むことを特徴とする電源システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源システムの制御装置および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えばバッテリから、車両に搭載されたエアコンなどの負荷へ電力を供給する電源システムの制御装置に関する技術が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−７９３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電源システムは、例えば高圧系の第１バッテリと、低圧系の第２バッテリと、第１バッテリと第２バッテリとの間に設けられるＤＣ−ＤＣコンバータとを備える。そして、電源システムの制御装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動を制御することで、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電力で第２バッテリの充電を行うことができる。

【0005】

しかしながら、従来技術には、第２バッテリがＤＣ−ＤＣコンバータを用いて充電される際、電源システムにおける過電流の発生を抑制するという点で改善の余地があった。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリ充電時、電源システムにおける過電流の発生を抑制することができる電源システムの制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１バッテリと、前記第１バッテリより出力電圧が低い第２バッテリと、前記第１バッテリから出力される電力の電圧を昇降圧可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電力を降圧させて前記第２バッテリを充電可能であり、かつ、前記第２バッテリから出力される電力を昇圧可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む電源システムの制御装置であって、検出部と、電流余裕度算出部と、電流値算出部と、電源制御部とを備える。

【0008】

検出部は、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを介して出力された電力で充電される前記第２バッテリの電圧および電流を検出する。電流余裕度算出部は、前記検出部によって検出された前記第２バッテリの電圧および電流に基づいて、充電中の前記第２バッテリに供給可能な電流値を示す電流余裕度を算出する。電流値算出部は、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する前回の電圧指令値と前記検出部によって検出された前記第２バッテリの電圧との差を電圧差として算出し、算出された前記電圧差と前記検出部によって検出された前記第２バッテリの電流とに基づいて単位電圧差あたりの電流値を算出する。電源制御部は、前記電流余裕度算出部によって算出された前記電流余裕度と前記電流値算出部によって算出された前記単位電圧差あたりの電流値とに基づいて、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータに対する今回の電圧指令値を算出し、算出された前記今回の電圧指令値を用いた電圧制御により前記第２バッテリに供給される電流を制限する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、バッテリ充電時、電源システムにおける過電流の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る制御装置を含む電源システムの構成例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る制御装置を含む電源システムの構成例を示すブロック図である。

【図3】図３は、単位電圧差あたりの電流値などを説明するための図である。

【図4】図４は、電流余裕度などを説明するための図である。

【図5】図５は、制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源システムの制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0012】

また、以下では、制御装置が、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の車両に搭載される電源システムを制御する場合を一例に挙げて説明する。なお、制御装置の制御対象は、車両に搭載される電源システムに限定されず、任意の機器に搭載される電源システムであってもよい。

【0013】

（制御装置を含む電源システムの全体構成）
まず、図１を用いて、実施形態に係る制御装置を含む電源システムについて説明する。図１は、実施形態に係る制御装置を含む電源システムの構成例を示す図である。

【0014】

図１に示すように、電源システム１は、メインバッテリ１０と、補機バッテリ２０と、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と、保護リレー５０と、ダイオード６０と、充放電スイッチ７０と、制御装置１００とを備える。

【0015】

このように、電源システム１は、メインバッテリ１０および補機バッテリ２０の２つの電池を備える２電源システムである。なお、電源システム１は、電池を二重化した２電源システムに限定されるものではなく、電池の数は１つ、あるいは３つ以上であってもよい。

【0016】

また、電源システム１は、負荷２００に対して電力を供給することができる。負荷２００は、車両に搭載される電気機器（補機）である。例えば、負荷２００は、電動パワーステアリング装置やエアコン、ナビゲーション装置、オーディオ機器等であるが、これらは例示であって限定されるものではない。

【0017】

電源システム１のメインバッテリ１０は、定格電圧が比較的高い高圧系のバッテリである。メインバッテリ１０は、充電または放電を行う二次電池であって、例えばリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ：Lithium-Ion rechargeable Battery）であるが、これに限られず、鉛バッテリなどその他の種類の二次電池であってもよい。

【0018】

メインバッテリ１０は、例えば走行用モータ（図示略）を動力源として用いている間、高電圧の電力をインバータ（図示略）を介して走行用モータへ供給する。また、メインバッテリ１０は、車両の制動時や減速時に走行用モータが発電機として機能する場合、発電された電力がインバータを介して入力され、蓄電する。また、メインバッテリ１０は、後述するように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して電力を負荷（補機）２００に供給する。

【0019】

補機バッテリ２０は、定格電圧が比較的低い低圧系のバッテリである。すなわち、補機バッテリ２０は、メインバッテリ１０より出力電圧が低いバッテリである。補機バッテリ２０は、充電または放電を行う二次電池であって、例えばリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）である。

【0020】

補機バッテリ２０は、後述するように、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０等を介して電力を負荷（補機）２００に供給する。また、補機バッテリ２０は、例えばメインバッテリ１０の補助電源となる。なお、メインバッテリ１０は、第１バッテリの一例であり、補機バッテリ２０は、第２バッテリの一例である。

【0021】

メインバッテリ１０と補機バッテリ２０との間には、メインバッテリ１０側から順に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０および保護リレー５０が直列に接続される。また、上記した負荷２００は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０との間に接続される。

【0022】

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、メインバッテリ１０や、発電機として機能する走行用モータから出力される電力の電圧を昇圧または降圧する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０によって昇圧または降圧された電力は、負荷２００の作動時には負荷２００に供給され、また、補機バッテリ２０の充電時には第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０へ出力される。

【0023】

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、入力された電力を変圧することが可能であり、詳しくは双方向に昇圧または降圧することが可能である。例えば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から出力される電力を降圧させて補機バッテリ２０へ出力し、補機バッテリ２０を充電することができる。また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、補機バッテリ２０から出力される電力を昇圧して負荷２００へ出力（供給）することができる。

【0024】

具体的には、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、第１〜第４スイッチング素子４１〜４４、コイル４５、および、第１、第２コンデンサ４６，４７を含む。なお、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、いわゆるフルブリッジ型の双方向ＤＣ-ＤＣコンバータである。

【0025】

第１〜第４スイッチング素子４１〜４４としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）を用いることができる。第１〜第４スイッチング素子４１〜４４のソース・ドレイン間には、寄生ダイオードがそれぞれ接続される。なお、第１〜第４スイッチング素子４１〜４４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの他の電荷効果トランジスタであってもよい。

【0026】

第１スイッチング素子４１、コイル４５および第３スイッチング素子４３は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と補機バッテリ２０（正確には保護リレー５０）とを結ぶ電力線上に直列に接続される。

【0027】

詳しくは、第１スイッチング素子４１は、ドレインが第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に接続され、ソースがコイル４５の一端に接続される。第３スイッチング素子４３は、ソースがコイル４５の他端に接続され、ドレインが補機バッテリ２０側に接続される。

【0028】

第２スイッチング素子４２は、ドレインが第１スイッチング素子４１とコイル４５の一端とを結ぶ電力線に接続され、ソースが接地される。第４スイッチング素子４４は、ドレインがコイル４５の他端と第３スイッチング素子４３とを結ぶ電力線に接続され、ソースが接地される。上記した第１〜第４スイッチング素子４１〜４４のゲートは、制御装置１００に接続される。

【0029】

第１コンデンサ４６は、一端が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と第１スイッチング素子４１とを結ぶ電力線に接続され、他端が接地される。第２コンデンサ４７は、一端が第３スイッチング素子４３と補機バッテリ２０（正確には保護リレー５０）とを結ぶ電力線に接続され、他端が接地される。

【0030】

上記のように構成された第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、制御装置１００により駆動されることで、入力された電力の電圧を昇圧または降圧することができる。例えば、制御装置１００は、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２とを交互にオン／オフすることで、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から入力された電力を降圧させて補機バッテリ２０へ出力することができる。なお、このときの第３スイッチング素子４３はオン、第４スイッチング素子４４はオフされる。

【0031】

詳しくは、補機バッテリ２０を充電する場合、第１スイッチング素子４１がオンになると、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側から電流がコイル４５に流れることでコイル４５にエネルギーが蓄積され、第２スイッチング素子４２がオンになると、コイル４５に蓄積されたエネルギーが第２コンデンサ４７に出力されて蓄電される。これにより、入力された電圧より低い電圧の電力が平滑されて補機バッテリ２０へ出力され、補機バッテリ２０を充電する。なお、制御装置１００は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から出力される電力の電圧が電圧指令値となるように、第１、第２スイッチング素子４１，４２のオン／オフ時間を調整するが、かかる電圧指令値については後に詳説する。

【0032】

また、例えば、制御装置１００は、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２とを交互にオン／オフすることで、補機バッテリ２０から出力される電力を昇圧させて負荷２００へ出力（放電）することができる。なお、このときの第３スイッチング素子４３はオン、第４スイッチング素子４４はオフされる。

【0033】

詳しくは、補機バッテリ２０を放電する場合、第２スイッチング素子４２がオンになると、補機バッテリ２０側から電流がコイル４５に流れることでコイル４５にエネルギーが蓄積され、第１スイッチング素子４１がオンになると、コイル４５に蓄積されたエネルギーが第１コンデンサ４６に出力されて蓄電される。これにより、入力された電圧より高い電圧の電力が平滑されて負荷２００へ出力（放電）される。

【0034】

なお、制御装置１００は、例えば第３スイッチング素子４３と第４スイッチング素子４４とを交互にオン／オフすることで、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から入力された電力を昇圧させたり、補機バッテリ２０から入力された電力を降圧させたりすることもできる。

【0035】

保護リレー５０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と補機バッテリ２０との間に直列に接続される。かかる保護リレー５０は、補機バッテリ２０等を含む電源システム１に異常が発生した場合に、補機バッテリ２０を保護するリレーである。保護リレー５０は、制御装置１００により動作が制御される。

【0036】

具体的には、制御装置１００は、補機バッテリ２０等に異常が発生していない通常時、保護リレー５０をオンする。制御装置１００は、例えば補機バッテリ２０の電流や電圧などを監視し、補機バッテリ２０に過電流や過電圧が生じたと判定された場合など、補機バッテリ２０等に異常が発生すると、保護リレー５０をオフする。これにより、補機バッテリ２０を保護することができる。

【0037】

ダイオード６０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に並列に接続される。ダイオード６０は、カソードが第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０とを結ぶ電力線に接続され、アノードが第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と補機バッテリ２０（正確には保護リレー５０）とを結ぶ電力線に接続される。

【0038】

ダイオード６０は、負荷２００への暗電流を供給する。すなわち、例えば車両のイグニションオフ時などにおいて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は停止される。このとき、補機バッテリ２０に蓄電された電力は、ダイオード６０を介して暗電流として負荷２００へ供給される。

【0039】

充放電スイッチ７０は、ダイオード６０および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に並列に接続される。具体的には、充放電スイッチ７０は、一端が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０とを結ぶ電力線に接続され、他端が第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と補機バッテリ２０（正確には保護リレー５０）とを結ぶ電力線に接続される。

【0040】

充放電スイッチ７０は、制御装置１００により動作が制御される。例えば、制御装置１００は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端電圧を監視する、詳しくは第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側の電圧と補機バッテリ２０側の電圧とを監視する。制御装置１００は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端電圧の差（正確には差の絶対値）が所定値未満の場合に充放電スイッチ７０をオフし、両端電圧の差（正確には差の絶対値）が所定値以上の場合に充放電スイッチ７０をオンする。これにより、補機バッテリ２０の充放電を適切に行うことができる。

【0041】

すなわち、例えば負荷２００における電力消費が急激に増加した場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から負荷２００への電力供給に加え、補機バッテリ２０から電力を負荷２００に供給（放電）する必要がある。このとき、制御装置１００は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対し、補機バッテリ２０からの電力を昇圧させて負荷２００に供給する制御を行うが、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の応答が遅れることがある。

【0042】

そこで、制御装置１００は、充放電スイッチ７０をオンし、補機バッテリ２０からの電力が充放電スイッチ７０を介して負荷２００に供給されるようにする。詳しくは、負荷２００の電力消費が急激に増加すると、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側の電圧は比較的大きく低下する。そのため、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端電圧の差が所定値以上となり、制御装置１００は、充放電スイッチ７０をオンする。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の応答が遅れた場合であっても、補機バッテリ２０の電力を充放電スイッチ７０を介して負荷２００へ供給することができ、よって補機バッテリ２０の充放電を適切に行うことができる。

【0043】

また、例えばサージが発生した場合にも、充放電スイッチ７０がオンされ、かかるサージが補機バッテリ２０で吸収される。詳しくは、例えば負荷２００である電動パワーステアリング装置は、ハンドルが急激に操作されると、車両の状態によっては意図しない回生電流が生じてサージが発生することがある。

【0044】

サージの発生により、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側の電圧は比較的大きく増加する。そのため、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端電圧の差が所定値以上となり、制御装置１００は、充放電スイッチ７０をオンする。これにより、負荷２００と補機バッテリ２０とが充放電スイッチ７０を介して電気的に接続され、上記したサージを補機バッテリ２０で吸収することができる。

【0045】

なお、上記した所定値は、例えば補機バッテリ２０から電力を負荷２００に供給する必要があると判定できるような値、かつ、サージが発生して補機バッテリ２０で吸収する必要があると判定できるような値に設定されるが、これに限定されるものではない。すなわち、所定値は、補機バッテリ２０から電力を負荷２００に供給する必要があると判定できるような値、または、サージが発生して補機バッテリ２０で吸収する必要があると判定できるような値に設定されてもよいし、任意の値に設定されてもよい。

【0046】

制御装置１００は、上記したように、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を制御することで、補機バッテリ２０の充電および放電を制御する。

【0047】

ところで、従来技術には、補機バッテリ２０の充電の際、電源システム１における過電流の発生を抑制するという点で改善の余地があった。すなわち、従来技術に係る制御装置は、補機バッテリ２０充電時、補機バッテリ２０の電圧が電圧指令値となるように第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を制御するが、かかる電圧指令値の算出の際、補機バッテリ２０に対して供給可能な電流の制限（上限）が考慮されていなかった。そのため、従来技術では、補機バッテリ２０充電時に、補機バッテリ２０の電流が過電流になるおそれがあり、また、過電流になった場合であっても、補機バッテリ２０の電圧が電圧指令値に到達するまで充電が継続されるおそれがあった。

【0048】

そこで、本実施形態に係る制御装置１００にあっては、補機バッテリ２０の充電時、電源システム１における過電流の発生を抑制することができるような構成とした。

【0049】

（制御装置の構成）
次に、図２を参照して、実施形態に係る制御装置１００を含む電源システム１の構成について詳しく説明する。図２は、実施形態に係る制御装置１００を含む電源システム１の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

【0050】

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

【0051】

図２に示すように、電源システム１は、各種センサ８０、上記した第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０、保護リレー５０、充放電スイッチ７０および制御装置１００などを備える。

【0052】

各種センサ８０は、メインバッテリ１０や補機バッテリ２０の状態、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の入力側および出力側（言い換えると第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端側）の状態を計測するセンサ群である。例えば、各種センサ８０には、メインバッテリ１０の電圧および電流を計測するセンサ、補機バッテリ２０の電圧および電流を計測するセンサが含まれる。また、例えば各種センサ８０には、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端側の電圧および電流を計測するセンサ（詳しくは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側の電圧および電流を計測するセンサ、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の補機バッテリ２０側の電圧および電流を計測するセンサ）などが含まれる。

【0053】

なお、上記では、各種センサ８０を具体的に説明したが、これら全てを備える必要はなく、一部を備えるようにしてもよい。また、各種センサ８０は、その他の種類のセンサを含んでもよい。

【0054】

電源システム１の制御装置１００は、制御部１１０と、記憶部１２０とを備える。記憶部１２０は、例えば、データフラッシュや不揮発性メモリ、レジスタといった記憶デバイスであり、各種のプログラムや情報などを記憶する。

【0055】

制御部１１０は、検出部１１１と、電流余裕度算出部１１２と、電流値算出部１１３と、電源制御部１１４とを備える。制御部１１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

【0056】

コンピュータのＣＰＵは、例えば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部１１０の検出部１１１、電流余裕度算出部１１２、電流値算出部１１３および電源制御部１１４として機能する。

【0057】

また、制御部１１０の検出部１１１、電流余裕度算出部１１２、電流値算出部１１３および電源制御部１１４の少なくともいずれか一部または全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

【0058】

本実施形態に係る制御部１１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対して電圧指令値を出力し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から出力される電力の電圧が電圧指令値となるような電圧制御を実行する。以下では、かかる電圧指令値の算出を中心に詳しく説明する。

【0059】

検出部１１１は、各種センサ８０からの出力に基づいて、メインバッテリ１０や補機バッテリ２０の状態、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端側の状態を検出することができる。例えば、検出部１１１は、各種センサ８０の出力に基づいて、メインバッテリ１０の電圧および電流を検出する。

【0060】

また、例えば、検出部１１１は、各種センサ８０の出力に基づいて、補機バッテリ２０の電圧および電流を検出する。すなわち、検出部１１１は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して出力された電力で充電される補機バッテリ２０の電圧および電流を検出することができる。また、検出部１１１は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して負荷２００へ放電する補機バッテリ２０の電圧および電流を検出することができる。

【0061】

また、例えば、検出部１１１は、各種センサ８０の出力に基づいて、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端側の電圧および電流を検出する。詳しくは、検出部１１１は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側の電圧および電流、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の補機バッテリ２０側の電圧および電流を検出することができる。

【0062】

検出部１１１は、検出された補機バッテリ２０の電圧および電流など各種の値を示す信号を、電流余裕度算出部１１２、電流値算出部１１３および電源制御部１１４などへ出力する。

【0063】

電流余裕度算出部１１２は、電圧指令値の算出に用いられる「電流余裕度」を算出する。電流余裕度は、充電中の補機バッテリ２０に供給可能な電流値を示す。例えば、電流余裕度算出部１１２は、検出部１１１によって検出された補機バッテリ２０の電圧および電流などに基づいて、電流余裕度を算出する。

【0064】

なお、以下では、検出部１１１によって検出された補機バッテリ２０の電圧を「検出電圧」、検出された補機バッテリ２０の電流を「検出電流」と記載する場合がある。また、検出電圧は、補機バッテリ２０の電池総電圧であるともいえる。

【0065】

具体的には、電流余裕度算出部１１２は、下記の式（１）を用いて電流余裕度を算出する。
電流余裕度＝（（電力制限値÷検出電圧）−電流マージン）−検出電流
・・・式（１）

【0066】

ここで、式（１）中の電流余裕度や電流マージン、後述する単位電圧差あたりの電流値などについて、図３および図４を参照しつつ説明する。図３および図４は、電流余裕度などを説明するための図である。なお、図３は、補機バッテリ２０の検出電圧を実線で示すグラフである。図４は、補機バッテリ２０の検出電流を実線で示すグラフである。

【0067】

電流余裕度算出部１１２は、先ず、充電中の補機バッテリ２０に供給可能な電流の上限を示す電流制限値［Ａ］を算出する。なお、図４では、電流制限値を一点鎖線で示している。具体的には、電流余裕度算出部１１２は、式（１）に示すように、電力制限値［Ｗ］を検出電圧［Ｖ］（図３参照）で除算することで、電流制限値を算出することができる。

【0068】

ここで、式（１）中の電力制限値は、充電中の補機バッテリ２０に供給可能な電力の上限を示す値である。かかる電力制限値は、補機バッテリ２０の状態や特性に応じて変化する。例えば、電力制限値は、補機バッテリ２０の電圧、電流、温度、残容量、満充電容量などに応じて変化する。従って、本実施形態においては、例えば、電力制限値に関するマップ情報を記憶部１２０に記憶させておき、電流余裕度算出部１１２が、マップ情報と補機バッテリ２０の電圧等とに基づいて電力制限値を求めてもよいし、実験等を通じて得られる所定の計算式に補機バッテリ２０の電圧等を代入して電力制限値を求めてもよい。なお、上記した電力制限値を求める手法は、あくまでも例示であって限定されるものではない。

【0069】

電流制限値は、上記のように電力制限値を検出電圧で除算して得られる値である。そのため、例えば仮に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から出力される電力の電流が電流制限値を超えた場合、言い換えると、補機バッテリ２０の電流が電流制限値を超えた場合、補機バッテリ２０は過電流の状態であると推定される。そのため、本実施形態にあっては、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から出力される電力の電流が電流制限値を超えないような電圧指令値を算出する。

【0070】

具体的には、電流余裕度算出部１１２は、式（１）に示すように、電力制限値を検出電圧で除算して得た電流制限値から、電流マージン［Ａ］（図４参照）を減算して、目標電流値［Ａ］を算出する。なお、図４では、目標電流値を破線で示している。目標電流値は、補機バッテリ２０充電時における電圧制御の際に目標となる電流値である。

【0071】

そして、電流余裕度算出部１１２は、目標電流値から検出電流を減算して電流余裕度［Ａ］（図４参照）を算出する。このように、電流余裕度は、現在の補機バッテリ２０の状態から得られる電力制限値、検出電圧等に基づいて算出された目標電流値から現在の補機バッテリ２０の電流（すなわち検出電流）を減算することで算出される。そのため、電流余裕度は、充電中の補機バッテリ２０に対してどの程度の電流を供給することが可能かを示す余裕の度合いであるともいえる。そして、電流余裕度算出部１１２は、算出された電流余裕度を示す信号を電源制御部１１４へ出力する。

【0072】

図２の説明を続けると、電流値算出部１１３は、電圧指令値の算出に用いられる「単位電圧差あたりの電流値」［Ａ／Ｖ］を算出する。単位電圧差あたりの電流値は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に出力されている電圧指令値と、現在の補機バッテリ２０の電圧（すなわち検出電圧）との差に対して、補機バッテリ２０に電流がどの程度流れているかを示す値（換算値）である。

【0073】

具体的には、電流値算出部１１３は、下記の式（２）を用いて単位電圧差あたりの電流値を算出する。
単位電圧差あたりの電流値＝検出電流÷（前回電圧指令値−検出電圧）
・・・式（２）

【0074】

詳説すると、電流値算出部１１３は、前回電圧指令値［Ｖ］を、後述する電源制御部１１４から取得する。上記した前回電圧指令値は、前回の電圧制御処理で算出され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対して出力されている電圧指令値である。

【0075】

電流値算出部１１３は、式（２）に示すように、取得された前回電圧指令値と検出電圧との差を電圧差（図３参照）として算出する。電流値算出部１１３は、算出された電圧差と検出電流とに基づいて単位電圧差あたりの電流値を算出する。具体的には、電流値算出部１１３は、検出電流を電圧差で除算することで、単位電圧差あたりの電流値を算出する。そして、電流値算出部１１３は、算出された単位電圧差あたりの電流値を示す信号を電源制御部１１４へ出力する。

【0076】

電源制御部１１４は、今回の電圧制御処理で第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対して出力する電圧指令値［Ｖ］（以下、「今回電圧指令値」と記載する場合がある）を算出する。具体的には、電源制御部１１４は、下記の式（３）を用いて今回電圧指令値を算出する。
今回電圧指令値＝前回電圧指令値＋（電流余裕度÷単位電圧差あたりの電流値）
・・・式（３）

【0077】

詳しくは、電源制御部１１４は、電流余裕度と単位電圧差あたりの電流値とに基づいて、今回の電圧制御処理で制御したい電圧量［Ｖ］を算出する。具体的には、電源制御部１１４は、式（３）に示すように、電流余裕度を単位電圧差あたりの電流値で除算することで、電圧量を算出する。続いて、電源制御部１１４は、前回電圧指令値に、算出された電圧量を加算することで、今回電圧指令値を算出する。これにより、現在の補機バッテリ２０の状態に即した今回電圧指令値を算出することができる。

【0078】

そして、電源制御部１１４は、算出された今回電圧指令値を用いた電圧制御を第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対して実行し、補機バッテリ２０に供給される電流を制限する。

【0079】

詳しくは、電源制御部１１４は、補機バッテリ２０の電圧が今回電圧指令値となるような電圧制御を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対して実行する。このとき、今回電圧指令値は、上記した電流余裕度や単位電圧差あたりの電流値などに基づいて算出されることから、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電流、言い換えると、補機バッテリ２０の電流が電流制限値（図４参照）を超えないようにすることができる。

【0080】

かかる電流制限値は、上記したように、補機バッテリ２０が過電流の状態であると推定されるしきい値である。従って、本実施形態にあっては、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電流が電流制限値を超えないような今回電圧指令値で電圧制御を行うことで、補機バッテリ２０に供給される電流を制限し、これにより補機バッテリ２０の充電時、電源システム１の補機バッテリ２０における過電流の発生を抑制することができる。

【0081】

また、電源制御部１１４は、今回電圧指令値を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の一次側の電圧、すなわち第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０側の電圧未満となるように算出してもよい。これにより、補機バッテリ２０の充電時に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電圧（二次側の電圧）が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の一次側の電圧より高くなることを抑制することができる。そのため、例えば第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から補機バッテリ２０へ出力される充電電流が、ダイオード６０や充放電スイッチ７０を経由して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の一次側へ流れる回り込みを防止することができる。

【0082】

電源制御部１１４は、保護リレー５０を制御することができる。例えば、電源制御部１１４は、検出電流や検出電圧などに基づいて補機バッテリ２０等に異常が発生しているか否かを判定する。電源制御部１１４は、例えば何らかの理由で補機バッテリ２０に過電流や過電圧などの異常が発生していると判定された場合、保護リレー５０をオフし、補機バッテリ２０を保護する。

【0083】

電源制御部１１４は、充放電スイッチ７０を制御することができる。例えば、電源制御部１１４は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の両端電圧の差が所定値未満の場合に充放電スイッチ７０をオフし、差が所定値以上の場合に充放電スイッチ７０をオンする。これにより、補機バッテリ２０の電力を充放電スイッチ７０を介して負荷２００へ供給したり、サージを補機バッテリ２０で吸収したりすることができることは、既に述べた通りである。

【0084】

（制御装置の処理手順）
次に、図５を用いて実施形態に係る制御装置１００が実行する処理手順について説明する。図５は、制御装置１００が実行する処理手順を示すフローチャートである。

【0085】

図５に示すように、制御装置１００の制御部１１０は、補機バッテリ２０の電圧および電流を検出する（ステップＳ１０）。続いて、制御部１１０は、検出された補機バッテリ２０の電圧および電流、電力制限値、電流マージンなどに基づいて電流余裕度を算出する（ステップＳ１１）。

【0086】

次いで、制御部１１０は、前回電圧指令値と補機バッテリ２０の電圧との電圧差と、補機バッテリ２０の電流とに基づいて単位電圧差あたりの電流値を算出する（ステップＳ１２）。次いで、制御部１１０は、電流余裕度と、単位電圧差あたりの電流値と、前回電圧指令値とに基づいて、今回電圧指令値を算出する（ステップＳ１３）。そして、制御部１１０は、算出された今回電圧指令値を用いた電圧制御を第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対して実行する（ステップＳ１４）。

【0087】

上述してきたように、実施形態は、メインバッテリ１０（第１バッテリの一例）と、メインバッテリ１０より出力電圧が低い補機バッテリ２０（第２バッテリの一例）と、メインバッテリ１０から出力される電力の電圧を昇降圧可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０と、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から出力される電力を降圧させて補機バッテリ２０を充電可能であり、かつ、補機バッテリ２０から出力される電力を昇圧可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０とを含む電源システム１の制御装置１００であって、検出部１１１と、電流余裕度算出部１１２と、電流値算出部１１３と、電源制御部１１４とを備える。

【0088】

検出部１１１は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して出力された電力で充電される補機バッテリ２０の電圧および電流を検出する。電流余裕度算出部１１２は、検出部１１１によって検出された補機バッテリ２０の電圧および電流に基づいて、充電中の補機バッテリ２０に供給可能な電流値を示す電流余裕度を算出する。

【0089】

電流値算出部１１３は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対する前回の電圧指令値と検出部１１１によって検出された補機バッテリ２０の電圧との差を電圧差として算出し、算出された電圧差と検出部によって検出された補機バッテリ２０の電流とに基づいて単位電圧差あたりの電流値を算出する。電源制御部１１４は、電流余裕度算出部１１２によって算出された電流余裕度と電流値算出部１１３によって算出された単位電圧差あたりの電流値とに基づいて、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０に対する今回の電圧指令値を算出し、算出された今回の電圧指令値を用いた電圧制御により補機バッテリ２０に供給される電流を制限する。これにより、制御装置１００にあっては、補機バッテリ２０充電時、電源システム１における過電流の発生を抑制することができる。

【0090】

また、電流余裕度算出部１１２は、充電中の補機バッテリ２０に供給可能な電力の上限を示す電力制限値を補機バッテリ２０の電圧で除算して電流制限値を算出し、算出された電流制限値から補機バッテリ２０の電流を減算して電流余裕度を算出する。これにより、現在の補機バッテリ２０の状態に即した電流余裕度を精度良く算出することが可能になる。

【0091】

また、式（１）や図４に示した電流マージンは、例えば第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の特性に応じて設定されてもよい。例えば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０において出力電流が早期に上昇する特性である場合、言い換えると、立ち上がりが早く出力電流の上昇に関する応答性が比較的高い特性である場合、電流マージンは、比較的大きい値に設定されてもよい。これにより、例えば第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電流が、何らかの理由で目標電流値を超えた場合であっても、電流制限値は超えないようにすることができ、よって補機バッテリ２０における過電流の発生をより一層抑制することができる。

【0092】

また、例えば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４０において出力電流がゆっくり上昇する特性である場合、言い換えると、立ち上がりが遅く出力電流の上昇に関する応答性が比較的低い特性である場合、電流マージンは、比較的小さい値に設定されてもよい。これにより、目標電流値を、充電中の補機バッテリ２０に供給可能な電流の上限を示す電流制限値に対して可能な限り近い値で追従させることができ、よって現在の補機バッテリ２０の状態により即した電流余裕度を算出することが可能になる。

【0093】

このように、電流値算出部１１３は、電流制限値から、補機バッテリ２０の特性に応じて設定される電流マージンおよび補機バッテリ２０の電流を減算して電流余裕度を算出してもよい。これにより、補機バッテリ２０における過電流の発生をより一層抑制したり、現在の補機バッテリ２０の状態により即した電流余裕度を算出したりすることが可能になる。

【0094】

なお、図４では、電流マージンが一定値である例を示したが、これに限られず、可変の値に設定されてもよい。また、上記した電流マージンの設定は、あくまでも例示であって限定されるものではなく、電流マージンは任意の値に設定可能である。

【0095】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0096】

１ 電源システム
１０ メインバッテリ（第１バッテリの一例）
２０ 補機バッテリ（第２バッテリの一例）
３０ 第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
４０ 第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
１００ 制御装置
１１１ 検出部
１１２ 電流余裕度算出部
１１３ 電流値算出部
１１４ 電源制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】