特許 5943952 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943952

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 H

   H02M3/28 W

   H02M3/28 V

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-64105(P2014-64105)

(22)【出願日】2014年3月26日

(65)【公開番号】特開2015-186437(P2015-186437A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2015年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【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】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 健一

(72)【発明者】

【氏名】長下 賢一郎

(72)【発明者】

【氏名】平野 高弘

(72)【発明者】

【氏名】武藤 潤

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９３７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１２４５９５（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２００３−１１１４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５５６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５０８２７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電圧を出力する第１電源及び前記第１電圧とは異なる第２電圧を出力する第２電源を備える電源システムであって、
前記第１電源と前記第２電源との間における双方向電圧変換により双方向の電力授受が可能であり、
前記第１電源からの前記第１電圧を電圧変換して、前記第１電圧及び前記第２電圧と異なる第３電圧、及び、前記第１電圧、前記第２電圧及び前記第３電圧と異なる第４電圧を出力可能であり、
前記第２電源からの前記第２電圧を電圧変換して、前記第３電圧及び前記第４電圧を出力可能であり、
前記第１電源は、さらに第１サブ電源及び第２サブ電源からなり、
前記電力変換回路は、
前記第１サブ電源と前記第２電源との間における双方向電圧変換により双方向の電力授受が可能であり、前記第１サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第３電圧を出力可能である第１サブ電力変換回路と、
前記第２サブ電源と前記第２電源との間における双方向電圧変換により双方向の電力授受が可能であり、前記第２サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第４電圧を出力可能である第２サブ電力変換回路と、を含み、
前記第１サブ電力変換回路及び前記第２サブ電力変換回路を介して、前記第１サブ電源と前記第２サブ電源との間において双方向の電力授受が可能であることを特徴とする電源システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電源システムであって、
前記第１サブ電力変換回路及び前記第２サブ電力変換回路の少なくとも１つは、
第１の直流電源と変圧器の１次巻線との間に接続された第１スイッチング回路を含む第１双方向昇降圧回路と、
前記第３電圧の出力端子と前記変圧器の２次巻線との間に接続された第２スイッチング回路を含む第２双方向昇降圧回路と、
を含み、前記第１の直流電源の出力電圧と前記第３電圧との間で電圧変換を行うことを特徴とする電源システム。

【請求項3】

請求項２に記載の電源システムであって、
前記第３電圧は、前記第２電源の出力電圧である前記第２電圧よりも高圧であり、
前記第１サブ電力変換回路を用いて前記第２電源からの前記第２電圧を昇圧して前記第３電圧を出力可能であると共に、
前記第２サブ電力変換回路を用いて前記第２サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第３電圧を出力可能であることを特徴とする電源システム。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の電源システムであって、
前記第４電圧は、前記第２電圧よりも低圧であり、
前記第１サブ電力変換回路を用いて前記第１サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第４電圧を出力可能であると共に、
前記第１サブ電力変換回路及び前記第２サブ電力変換回路を用いて前記第２電圧を降圧して前記第４電圧を出力可能であることを特徴とする電源システム。

【請求項5】

請求項２に記載の電源システムであって、
前記第１サブ電源と前記第１サブ電力変換回路の前記第１双方向昇降圧回路との間に遮断器を備え、
前記第２サブ電源と前記第２サブ電力変換回路の前記第１双方向昇降圧回路との間に遮断器を備えることを特徴とする電源システム。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムであって、
前記第１サブ電源及び前記第２サブ電源は、複数の電池を直列接続して構成される前記第１電源を分割したものであることを特徴とする電源システム。

【請求項7】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムであって、
前記第１サブ電源と前記第２サブ電源との間において電力授受を行うことによって、前記第１サブ電源と前記第２サブ電源との電力バランスを調整することを特徴とする電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

第１の直流電源及び第２の直流電源の各々にＤＣ／ＡＣ変換を行うためのスイッチング回路からなる電力変換器を設け、それらの電力変換器間を変圧器で結合した電源システムが開示されている（特許文献１，２）。これらの電源システムでは、複数の電源からの電圧を昇圧／降圧することにより、電源電圧とは異なる電圧を出力することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第７，４０８，７９４号明細書

【特許文献2】特開２００６−１８７１４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の電源システムでは、スイッチング回路のデューティを調整することによって出力電圧を変えるので、１０Ｖ程度の低電圧の範囲では細かい電圧調整が困難である。例えば、１２Ｖの電圧出力と１４Ｖの電圧出力とを正確に切り替えて出力することが難しい。

【0005】

また、電力変換器に故障が生じた場合、すべての機能が停止する可能性があり、自動車等の信頼性を要するシステムへの適用ができない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の１つの態様は、第１電圧を出力する第１電源及び前記第１電圧とは異なる第２電圧を出力する第２電源を備える電源システムであって、前記第１電源と前記第２電源との間における双方向電圧変換により双方向の電力授受が可能であり、前記第１電源からの前記第１電圧を電圧変換して、前記第１電圧及び前記第２電圧と異なる第３電圧、及び、前記第１電圧、前記第２電圧及び前記第３電圧と異なる第４電圧を出力可能であり、前記第２電源からの前記第２電圧を電圧変換して、前記第３電圧及び前記第４電圧を出力可能である、電力変換回路を備えることを特徴とする電源システムである。

【0007】

ここで、前記第１電源は、さらに第１サブ電源及び第２サブ電源からなり、前記電力変換回路は、前記第１サブ電源と前記第２電源との間における双方向電圧変換により双方向の電力授受が可能であり、前記第１サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第３電圧を出力可能である第１サブ電力変換回路と、前記第２サブ電源と前記第２電源との間における双方向電圧変換により双方向の電力授受が可能であり、前記第２サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第４電圧を出力可能である第２サブ電力変換回路と、を含み、前記第１サブ電力変換回路及び前記第２サブ電力変換回路を介して、前記第１サブ電源と前記第２サブ電源との間において双方向の電力授受が可能であることが好適である。

【0008】

また、前記第１サブ電力変換回路及び前記第２サブ電力変換回路の少なくとも１つは、第１の直流電源と変圧器の１次巻線との間に接続された第１スイッチング回路を含む第１双方向昇降圧回路と、前記第３電圧の出力端子と前記変圧器の２次巻線との間に接続された第２スイッチング回路を含む第２双方向昇降圧回路と、を含み、前記第１の直流電源の出力電圧と前記第３電圧との間で電圧変換を行うことが好適である。

【0009】

また、前記第３電圧は、前記第２電源の出力電圧である前記第２電圧よりも高圧であり、前記第１サブ電力変換回路を用いて前記第２電源からの前記第２電圧を昇圧して前記第３電圧を出力可能であると共に、前記第２サブ電力変換回路を用いて前記第２サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第３電圧を出力可能であることが好適である。

【0010】

また、前記第４電圧は、前記第２電圧よりも低圧であり、前記第１サブ電力変換回路を用いて前記第１サブ電源からの電圧を電圧変換して前記第４電圧を出力可能であると共に、前記第１サブ電力変換回路及び前記第２サブ電力変換回路を用いて前記第２電圧を降圧して前記第４電圧を出力可能であることが好適である。

【0011】

また、前記第１サブ電源と前記第１サブ電力変換回路の前記第１双方向昇降圧回路との間に遮断器を備え、前記第２サブ電源と前記第２サブ電力変換回路の前記第１双方向昇降圧回路との間に遮断器を備えることが好適である。

【0012】

また、前記第１サブ電源及び前記第２サブ電源は、複数の電池を直列接続して構成される前記第１電源を分割したものであることが好適である。

【0013】

また、前記第１サブ電源と前記第２サブ電源との間において電力授受を行うことによって、前記第１サブ電源と前記第２サブ電源との電力バランスを調整することが好適である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、冗長性をもって複数の電源を供給可能な電源システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態におけるマルチポートコンバータの構成を示す図である。

【図3a】本発明の実施の形態における電力授受の態様を示す図である。

【図3b】本発明の実施の形態における電力授受の態様を示す図である。

【図3c】本発明の実施の形態における電力授受の態様を示す図である。

【図3d】本発明の実施の形態における電力授受の態様を示す図である。

【図4a】本発明の実施の形態における故障時又はシステム停止時の電力授受の態様を示す図である。

【図4b】本発明の実施の形態における故障時又はシステム停止時の電力授受の態様を示す図である。

【図4c】本発明の実施の形態における故障時又はシステム停止時の電力授受の態様を示す図である。

【図4d】本発明の実施の形態における故障時又はシステム停止時の電力授受の態様を示す図である。

【図4e】本発明の実施の形態における故障時又はシステム停止時の電力授受の態様を示す図である。

【図4f】本発明の実施の形態における故障時又はシステム停止時の電力授受の態様を示す図である。

【図5】本発明の変形例１における電源システムの構成を示す図である。

【図6】本発明の変形例１における電源システムの構成を示す図である。

【図7】本発明の変形例２における電源システムの構成を示す図である。

【図8】本発明の変形例３における電源システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施の形態における電源システム１００は、図１に示すように、第１電源１０、第２電源１２、電力変換回路１４及び遮断器１６（１６ａ〜１６ｃ）を含んで構成される。

【0017】

第１電源１０は、電源システム１００における直流の主機電源である。第１電源１０は、例えば、リチウムイオン充電池、ニッケル・水素充電池等を適用することができる。第１電源１０の出力電圧（第１電圧）Ｖ_１は、例えば、１００Ｖ以上３００Ｖ以下の範囲とされる。

【0018】

第１電源１０は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の駆動用のバッテリとして使用することができる。この場合、直接、又はインバータ等の直流／交流変換回路（図示しない）を介して、車両駆動用のモータ・ジェネレータ２００に接続すればよい。

【0019】

また、本実施の形態では、第１電源１０は、第１サブ電源１０ａ及び第２サブ電源１０ｂから構成される。第１サブ電源１０ａ及び第２サブ電源１０ｂは、同じ程度の出力容量及び出力電圧とすることが好適である。例えば、第１電源１０の出力電圧Ｖ_１が２００Ｖである場合、第１サブ電源１０ａの出力電圧（第１サブ電圧Ｖ_Ｓ１）及び第２サブ電源１０ｂの出力電圧（第２サブ電圧Ｖ_Ｓ２）がそれぞれ１００Ｖとなるように構成することが好適である。具体的には、図１に示すように、第１電源１０が複数の電池の直列接続体である場合、それを２分割した各電池群を第１サブ電源１０ａ及び第２サブ電源１０ｂとすればよい。

【0020】

第２電源１２は、電源システム１００における補機電源である。第２電源１２は、例えば、鉛充電池等を適用することができる。第２電源１２は、第１電源１０の負荷となる主機よりも低電力の補機負荷２０２に対する電源とされることが多く、その出力電圧（第２電圧）Ｖ_２は例えば１４Ｖとされる。

【0021】

電力変換回路１４は、第１電源１０（第１サブ電源１０ａ，第２サブ電源１０ｂ）及び第２電源１２から電力供給を受けて、第１電源１０及び第２電源１２の出力電圧とは異なる電圧を生成して出力する回路である。例えば、電力変換回路１４は、近年ハイブリッド自動車や電気自動車等において近年必要とされている大電力補機負荷２０４に対して電力を供給する。大電力補機負荷２０４に対する出力電圧（第３電圧）Ｖ_３は、第２電源１２の出力電圧Ｖ_２より高く設定され、例えば４０Ｖ以上４８Ｖ以下とされる。また、電力変換回路１４は、補機負荷２０２よりも低い電圧で動作する低電圧補機負荷２０６に対して電力を供給する。低電圧補機負荷２０６に対する出力電圧（第４電圧）Ｖ_４は、第２電源１２の出力電圧Ｖ_２より低く設定され、例えば１２Ｖとされる。

【0022】

遮断器１６ａ，１６ｂは、第１電源１０と電力変換回路１４との間の電気的接続を開閉するために設けられるスイッチである。遮断器１６ａは、第１サブ電源１０ａの高圧側端子と電力変換回路１４との間に設けられる。遮断器１６ｂは、第２サブ電源１０ｂの低圧側端子と電力変換回路１４との間に設けられる。また、遮断器１６ｃは、補機負荷２０２への電力供給ラインと低電圧補機負荷２０６への電力供給ラインとの間の電気的接続を開閉するために設けられるスイッチである。これらの遮断器１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、それぞれ独立して外部の制御ユニット（図示しない）から開閉制御可能とされる。

【0023】

ここで、図１に示すように、本実施の形態における電力変換回路１４は、第１サブ電力変換回路１４ａと第２サブ電力変換回路１４ｂとを含んで構成される。第１サブ電力変換回路１４ａ及び第２サブ電力変換回路１４ｂは、それぞれ複数の電源として機能するマルチポートコンバータである。

【0024】

図２は、第１サブ電力変換回路１４ａ及び第２サブ電力変換回路１４ｂの構成するマルチポートコンバータ３００を示す回路図である。マルチポートコンバータ３００は、図２に示すように、第１双方向昇降圧回路３０２、第２双方向昇降圧回路３０４及び絶縁変圧器３０６を含んで構成される。第１双方向昇降圧回路３０２は、第１電源１０（第１サブ電源１０ａ又は第２サブ電源１０ｂ）の端子Ｔ１，Ｔ２と絶縁変圧器３０６の１次巻線Ｌ１との間に接続される。第２双方向昇降圧回路３０４は、第３電圧Ｖ_３の端子Ｔ３及びＧＮＤと絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２との間に接続される。また、絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の途中から第２電圧Ｖ_２（又は第４電圧Ｖ_４）の端子Ｔ４が引き出される。

【0025】

第１双方向昇降圧回路３０２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を含んで構成される。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４には、それぞれダイオードが並列に接続される。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との直列回路と、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４とが直列回路と、が構成され、さらにそれらの直列回路が並列に接続される。また、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との接続の中点が絶縁変圧器３０６の１次巻線Ｌ１の片側の端子Ｍ１に接続され、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４との接続の中点が絶縁変圧器３０６の１次巻線Ｌ１の反対側の端子Ｍ２に接続される。

【0026】

第１双方向昇降圧回路３０２では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチングのタイミングを制御することによって、端子Ｔ１，Ｔ２に印加される第１電源１０（第１サブ電源１０ａ又は第２サブ電源１０ｂ）の出力電圧を電圧変換して絶縁変圧器３０６の１次巻線Ｌ１へ出力する。また、絶縁変圧器３０６の１次巻線Ｌ１の端子電圧を電圧変換して端子Ｔ１，Ｔ２に接続される第１電源１０（第１サブ電源１０ａ又は第２サブ電源１０ｂ）へ出力する。すなわち、第１双方向昇降圧回路３０２は、入力と出力を双方向に切り替えて出力することができる双方向昇降圧回路として機能する。

【0027】

第２双方向昇降圧回路３０４は、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８を含んで構成される。スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８には、それぞれダイオードが並列に接続される。スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６との直列回路と、スイッチング素子Ｓ７とスイッチング素子Ｓ８との直列回路と、が構成され、さらにそれらの直列回路が並列に接続される。また、スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６との接続の中点が絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の片側の端子Ｍ３に接続され、スイッチング素子Ｓ７とスイッチング素子Ｓ８との接続の中点が絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の反対側の端子Ｍ４に接続される。また、絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の高圧側と低圧側にリアクトルＲ１，Ｒ２がそれぞれ設けられる。

【0028】

第２双方向昇降圧回路３０４では、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８のスイッチングのタイミングを制御することによって、端子Ｔ３に印加される第３電圧Ｖ_３を電圧変換して絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２へ出力する。また、絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の端子電圧を電圧変換して端子Ｔ３に第３電圧Ｖ_３として出力する。すなわち、第２双方向昇降圧回路３０４は、入力と出力を双方向に切り替えて出力することができる双方向昇降圧回路として機能する。

【0029】

また、第２双方向昇降圧回路３０４では、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８のスイッチングのタイミングを制御することによって、端子Ｔ４に印加される第２電圧Ｖ_２（又は第４電圧Ｖ_４）を電圧変換して絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の中点へ出力する。また、絶縁変圧器３０６の２次巻線Ｌ２の中点の端子電圧を電圧変換して端子Ｔ４に第２電圧Ｖ_２（又は第４電圧Ｖ_４）として出力する。

【0030】

さらに、第２双方向昇降圧回路３０４では、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８のスイッチングのタイミングを制御することによって、端子Ｔ４に印加される第２電圧Ｖ_２（又は第４電圧Ｖ_４）を電圧変換して端子Ｔ３に第３電圧Ｖ_３として出力する。また、端子Ｔ３に印加される第３電圧Ｖ_３を電圧変換して端子Ｔ４に第２電圧Ｖ_２（又は第４電圧Ｖ_４）として出力する。

【0031】

絶縁変圧器３０６は、磁気的相互作用により１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２との巻線数比Ｎに応じて、１次巻線Ｌ１の端子電圧と２次巻線Ｌ２との端子電圧を相互に電圧変換して出力する。これにより、端子Ｔ１，Ｔ２に印加される第１電源１０（第１サブ電源１０ａ又は第２サブ電源１０ｂ）の出力電圧、第２電圧Ｖ_２（又は第４電圧Ｖ_４）及び第３電圧Ｖ_３を相互的に電圧変換して出力することを可能とする。

【0032】

なお、本実施の形態では、第１サブ電力変換回路１４ａ及び第２サブ電力変換回路１４ｂは同一の構成としたが、これに限定されるものではなく、それぞれ独立してマルチポートコンバータとして機能する回路であればよい。

【0033】

電源システム１００は、図１に示すように、このようなマルチポートコンバータ３００を第１サブ電力変換回路１４ａ及び第２サブ電力変換回路１４ｂとして備えている。第１サブ電力変換回路１４ａの端子Ｔ１，Ｔ２には第１サブ電源１０ａの高圧側端子及び低圧側端子がそれぞれ接続される。また、第２サブ電力変換回路１４ｂの端子Ｔ１，Ｔ２には第２サブ電源１０ｂの高圧側端子及び低圧側端子が接続される。また、第１サブ電力変換回路１４ａの端子Ｔ２と第２サブ電力変換回路１４ｂの端子Ｔ１が接続される。

【0034】

また、第１サブ電力変換回路１４ａの端子Ｔ３と第２サブ電力変換回路１４ｂの端子Ｔ３とが接続され、そこに大電力補機負荷２０４が接続される。第１サブ電力変換回路１４ａの端子Ｔ４には補機負荷２０２が接続される。第２サブ電力変換回路１４ｂの端子Ｔ４には低電圧補機負荷２０６が接続される。

【0035】

このような構成において、冗長性を持って電力の相互授受が可能となる。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１電源１０（第１サブ電源１０ａ及び第２サブ電源１０ｂ）の電圧１００Ｖ、補機負荷２０２の電圧１４Ｖ、大電力補機負荷２０４の電圧４０Ｖ〜４８Ｖ、低電圧補機負荷２０６の電圧１２Ｖを相互に変換して電力授受を行う方法を示す。ここで、通常時には、遮断器１６ａ，１６ｂは閉状態、遮断器１６ｃは開状態とされる。

【0036】

図３（ａ）は、大電力補機負荷２０４の電圧４０Ｖ〜４８Ｖを出力する方法を示す。すなわち、第１サブ電源１０ａから電力供給するラインａ−１、第２サブ電源１０ｂから電力供給するラインａ−２及び第２電源１２から電力供給するラインａ−３の３つの経路で電力を供給することができる。ラインａ−１では、第１サブ電源１０ａ→第１サブ電力変換回路１４ａの第１双方向昇降圧回路３０２→第１サブ電力変換回路１４ａの絶縁変圧器３０６→第１サブ電力変換回路１４ａの第２双方向昇降圧回路３０４→大電力補機負荷２０４の経路で１００Ｖから４０Ｖ〜４８Ｖへ電圧変換されて電力が供給される。また、ラインａ−２では、第２サブ電源１０ｂ→第２サブ電力変換回路１４ｂの第１双方向昇降圧回路３０２→第２サブ電力変換回路１４ｂの絶縁変圧器３０６→第２サブ電力変換回路１４ｂの第２双方向昇降圧回路３０４→大電力補機負荷２０４の経路で１００Ｖから４０Ｖ〜４８Ｖへ電圧変換されて電力が供給される。ラインａ−３では、第２電源１２→第１サブ電力変換回路１４ａの第２双方向昇降圧回路３０４→大電力補機負荷２０４の経路で１４Ｖから４０Ｖ〜４８Ｖへ電圧変換されて電力が供給される。なお、必要に応じて、これらの経路において逆方向に電力を供給することもできる。

【0037】

図３（ｂ）は、低電圧補機負荷２０６の電圧１２Ｖを出力する方法を示す。すなわち、第１サブ電源１０ａから電力供給するラインｂ−１、第２サブ電源１０ｂから電力供給するラインｂ−２及び第２電源１２から電力供給するラインｂ−３の３つの経路で電力を供給することができる。ラインｂ−１では、第１サブ電源１０ａ→第１サブ電力変換回路１４ａの第１双方向昇降圧回路３０２→第１サブ電力変換回路１４ａの絶縁変圧器３０６→第１サブ電力変換回路１４ａの第２双方向昇降圧回路３０４→第２サブ電力変換回路１４ｂの第２双方向昇降圧回路３０４の経路で１００Ｖから１２Ｖに電圧変換されて電力が供給される。ラインｂ−２では、第２サブ電源１０ｂ→第２サブ電力変換回路１４ｂの第１双方向昇降圧回路３０２→第２サブ電力変換回路１４ｂの絶縁変圧器３０６→第２サブ電力変換回路１４ｂの第２双方向昇降圧回路３０４の経路で１００Ｖから１２Ｖに電圧変換されて電力が供給される。ラインｂ−３では、第２電源１２→第１サブ電力変換回路１４ａの第２双方向昇降圧回路３０４→第２サブ電力変換回路１４ｂの第２双方向昇降圧回路３０４の経路で１４Ｖから１２Ｖに電圧変換されて電力が供給される。なお、必要に応じて、これらの経路において逆方向に電力を供給することもできる。

【0038】

図３（ｃ）は、補機負荷２０２の電圧１４Ｖを出力する方法を示す。すなわち、第１サブ電源１０ａから電力供給するラインｃ−１、第２サブ電源１０ｂから電力供給するラインｃ−２、第２電源１２から電力供給するラインｃ−３の３つの経路で電力を供給することができる。ラインｃ−１では、第１サブ電源１０ａ→第１サブ電力変換回路１４ａの第１双方向昇降圧回路３０２→第１サブ電力変換回路１４ａの絶縁変圧器３０６→補機負荷２０２の経路で１００Ｖから１４Ｖに電圧変換されて電力が供給される。ラインｃ−２では、第２サブ電源１０ｂ→第２サブ電力変換回路１４ｂの第１双方向昇降圧回路３０２→第２サブ電力変換回路１４ｂの絶縁変圧器３０６→第２サブ電力変換回路１４ｂの第２双方向昇降圧回路３０４→第１サブ電力変換回路１４ａの第２双方向昇降圧回路３０４→第１サブ電力変換回路１４ａの絶縁変圧器３０６→補機負荷２０２の経路で１００Ｖから１４Ｖに電圧変換されて電力が供給される。ラインｃ−３では、第２電源１２から補機負荷２０２へ直接電力が供給される。なお、必要に応じて、これらの経路において逆方向に電力を供給することもできる。

【0039】

図３（ｄ）は、第１サブ電源１０ａと第２サブ電源１０ｂとの間で電力授受を行う方法を示す。すなわち、ラインｄ−１では、第１サブ電源１０ａ→第１サブ電力変換回路１４ａの第１双方向昇降圧回路３０２→第１サブ電力変換回路１４ａの絶縁変圧器３０６→第１サブ電力変換回路１４ａの第２双方向昇降圧回路３０４→第２サブ電力変換回路１４ｂの第２双方向昇降圧回路３０４→第２サブ電力変換回路１４ｂの絶縁変圧器３０６→１４ｂの第１双方向昇降圧回路３０２→第２サブ電源１０ｂの経路で電力を供給することができる。また、その逆の方向に電力を供給することもできる。

【0040】

次に、本発明の実施の形態における電源システム１００の故障又はシステム停止時における電力供給の態様について説明する。

【0041】

図４（ａ）は、第１サブ電源１０ａが故障したときの電源システム１００における電力授受の方法を説明する図である。このとき、遮断器１６ａが開状態とされ、第１サブ電源１０ａは電源システム１００から切り離される。第１サブ電源１０ａが故障した場合においても、図４（ａ）において矢印で示すように、第２サブ電源１０ｂ、第２電源１２、補機負荷２０２、大電力補機負荷２０４及び低電圧補機負荷２０６の間において電力授受が可能である。

【0042】

図４（ｂ）は、第２サブ電源１０ｂが故障したときの電源システム１００における電力授受の方法を説明する図である。このとき、遮断器１６ｂが開状態とされ、第２サブ電源１０ｂが電源システム１００から切り離される。第２サブ電源１０ｂが故障した場合においても、図４（ｂ）において矢印で示すように、第１サブ電源１０ａ、第２電源１２、補機負荷２０２、大電力補機負荷２０４及び低電圧補機負荷２０６の間において電力授受が可能である。

【0043】

図４（ｃ）は、第１サブ電力変換回路１４ａが故障したときの電源システム１００における電力授受の方法を説明する図である。このとき、遮断器１６ａが開状態とされ、第１サブ電源１０ａは電源システム１００から切り離される。また、遮断器１６ｃが閉状態とされ、補機負荷２０２の電力供給ラインと低電圧補機負荷２０６の電力供給ラインが接続される。第１サブ電力変換回路１４ａが故障した場合においても、図４（ｃ）に示すように、第２サブ電源１０ｂ、第２電源１２、補機負荷２０２、大電力補機負荷２０４及び低電圧補機負荷２０６の間において電力授受が可能である。なお、補機負荷２０２に対しては、１４Ｖの電圧でなく、緊急時の代替として１２Ｖの電圧で電力が供給される。

【0044】

図４（ｄ）は、第２サブ電力変換回路１４ｂが故障したときの電源システム１００における電力授受の方法を説明する図である。このとき、遮断器１６ｂが開状態とされ、第２サブ電源１０ｂは電源システム１００から切り離される。また、遮断器１６ｃが閉状態とされ、補機負荷２０２の電力供給ラインと低電圧補機負荷２０６の電力供給ラインが接続される。第２サブ電力変換回路１４ｂが故障した場合においても、図４（ｄ）に示すように、第１サブ電源１０ａ、第２電源１２、補機負荷２０２、大電力補機負荷２０４及び低電圧補機負荷２０６の間において電力授受が可能である。なお、低電圧補機負荷２０６に対しては、１２Ｖの電圧でなく、緊急時の代替として１４Ｖの電圧で電力が供給される。

【0045】

図４（ｅ）は、第２電源１２が故障したときの電源システム１００における電力授受の方法を説明する図である。このとき、遮断器１６ｃが開状態とされ、補機負荷２０２の電力供給ラインと低電圧補機負荷２０６の電力供給ラインは遮断される。第２電源１２が故障した場合においても、図４（ｅ）において矢印で示すように、第１サブ電源１０ａ、第２サブ電源１０ｂ、補機負荷２０２、大電力補機負荷２０４及び低電圧補機負荷２０６の間において電力授受が可能である。

【0046】

図４（ｆ）は、第１サブ電力変換回路１４ａ及び第２サブ電力変換回路１４ｂが停止したときの電源システム１００における電力授受の方法を説明する図である。これは、電源システム１００を搭載した車両が停止した状態（システム停止、イグニッションオフ等）に該当する。このとき、遮断器１６ａ，１６ｂが開状態とされ、遮断器１６ｃが閉状態とされる。この場合、第２電源１２から補機負荷２０２及び低電圧補機負荷２０６に電力が供給される。補機負荷２０２及び低電圧補機負荷２０６には、電子制御ユニット（ＥＣＵＩ）やセキュリティ装置が含まれるので、第２電源１２から電力が供給されてこれらの最低限の機能を維持することができる。

【0047】

以上のように、本発明の実施の形態における電源システム１００では、回路や電源に異常や故障が生じた場合においてもその部位を電源システム１００から切り離し、冗長性をもって複数の電源を供給可能である。

【0048】

＜変形例１＞
図５は、本発明の変形例１における電源システム１０２の構成を示す。電源システム１０２では、第１サブ電力変換回路１４ａと第２サブ電力変換回路１４ｂにおいて共通である端子Ｔ３に、大電力補機負荷２０４の代り、又は、大電力補機負荷２０４と共に、太陽電池等の外部発電装置２１０が接続される。

【0049】

このような電源システム１０２においても、上記電源システム１００と同様に、第１サブ電源１０ａ、第２サブ電源１０ｂ及び第２電源１２から補機負荷２０２及び低電圧補機負荷２０６に対して電力を供給することができる。併せて、外部発電装置２１０から補機負荷２０２及び低電圧補機負荷２０６に対して電力を供給することも可能となる。

【0050】

さらに、外部発電装置２１０から第１サブ電源１０ａ、第２サブ電源１０ｂ及び第２電源１２に対して電力を供給して充電を行うこともできる。

【0051】

なお、外部発電装置２１０が不要であるユーザに対しては、図６に示すように、第１サブ電力変換回路１４ａと第２サブ電力変換回路１４ｂにおいて共通である端子Ｔ３を解放状態としてもよい。この場合、第１サブ電源１０ａ、第２サブ電源１０ｂ及び第２電源１２を用いて、出力電圧１００Ｖ、１４Ｖ及び１２Ｖの電源として利用することができる。

【0052】

＜変形例２＞
図７は、本発明の変形例２における電源システム１０４の構成を示す。電源システム１０４では、第２電源１２の代りに第３電源１８が低電圧補機負荷２０６の電力供給ラインに接続される。第３電源１８は、低電圧補機負荷２０６の定格電圧と同じ電圧の電源とすることが好適であり、例えば、リチウムイオン電池等を適用することができる。

【0053】

この場合、システム停止時において待機電力を必要とする負荷を低電圧補機負荷２０６にすべて含めれば遮断器１６ｃを設けない構成としてもよい。

【0054】

＜変形例３＞
図８は、本発明の変形例３における電源システム１０６の構成を示す。電源システム１０６では、高圧側の第１サブ電源１０ａ及び第２サブ電源１０ｂが互いに異なる出力電圧の電源１０ｃ，１０ｄに置き換えられている。この場合、電源１０ｃ，１０ｄの少なくとも一方に電力変換器２１２を設け、モータ・ジェネレータ２００に電力を供給する構成とする。図８では、電源１０ｄに電力変換器２１２を設けた例を示しているが、もちろん電源１０ｃに設けてもよいし、電源１０ｃ，１０ｄの両方に設けてもよい。

【0055】

このような構成とすることによって、低圧側の複数の電源供給に対する冗長性を保ちつつ、異なる電圧の電源からの電力供給及び相互の電力授受も可能となる。

【符号の説明】

【0056】

１０ 第１電源、１０ａ 第１サブ電源、１０ｂ 第２サブ電源、１０ｃ，１０ｄ 電源、１２ 第２電源、１４ 電力変換回路、１４ａ 第１サブ電力変換回路、１４ｂ 第２サブ電力変換回路、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 遮断器、１８ 電源、１００，１０２，１０４，１０６ 電源システム、２００ モータ・ジェネレータ、２０２ 補機負荷、２０４ 大電力補機負荷、２０６ 低電圧補機負荷、２１０ 外部発電装置、２１２ 電力変換器、３００ マルチポートコンバータ、３０２ 第１双方向昇降圧回路、３０４ 第２双方向昇降圧回路、３０６ 絶縁変圧器。

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】