特許 6753940 直流給電システム

(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】6753940

(24)【登録日】2020年8月24日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】直流給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20200831BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 302D

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-543506(P2018-543506)

(86)(22)【出願日】2016年10月4日

(86)【国際出願番号】JP2016079447

(87)【国際公開番号】WO2018066055

(87)【国際公開日】20180412

【審査請求日】2019年9月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000163006

【氏名又は名称】興和株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】508058147

【氏名又は名称】東京整流器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100153763

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 広之

(72)【発明者】

【氏名】加藤 章利

(72)【発明者】

【氏名】満処 寛昭

【審査官】 下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２１７６５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１８３５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０２６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９６９２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００ − ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ − ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主電源と、前記主電源から電力供給を受ける補助電源と、を含む外部装置に第１ケーブルを介して接続される第１入力端子と、
前記第１入力端子を介して前記外部装置から供給される直流電力の電圧を変換して出力する第１電力変換部と、
前記第１電力変換部の入力電圧を検出する第１入力電圧検出部と、
前記第１入力電圧検出部により検出された入力電圧が下限電圧以下である場合、前記第１電力変換部を停止させる第１コントローラと、
を備え、
前記下限電圧は、前記主電源が出力する最小電圧付近に設定される、
直流給電システム。

【請求項2】

前記第１入力端子は、前記外部装置における前記主電源と前記補助電源との双方に接続された箇所に前記第１ケーブルを介して接続される、
請求項１に記載の直流給電システム。

【請求項3】

前記下限電圧は、前記補助電源の最大電圧よりも低い値に設定される、
請求項１又は２に記載の直流給電システム。

【請求項4】

前記第１電力変換部の出力側に設けられる複数の出力端子であって、それぞれ定電圧の直流電力を出力する複数の出力端子を更に備える、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の直流給電システム。

【請求項5】

前記第１電力変換部と前記複数の出力端子との間に設けられ、前記第１電力変換部と前記複数の出力端子に第２ケーブルを介して接続される第２電力変換部であって、前記第１電力変換部により出力される直流電力の電圧を変換して前記複数の出力端子のそれぞれに定電圧の直流電力を出力する第２電力変換部を更に備える、
請求項４に記載の直流給電システム。

【請求項6】

前記第１電力変換部は、前記第１入力端子が設けられた第１の筐体に収容され、
前記第２電力変換部は、前記複数の出力端子が設けられた第２の筐体に収容され、
前記第１の筐体には、更に、前記第１電力変換部の出力端子に接続される第１出力端子が設けられ、
前記第２の筐体には、更に、前記第２電力変換部の入力端子に接続される第２入力端子が設けられ、
前記第１出力端子と前記第２入力端子が前記第２ケーブルで接続される、
請求項５に記載の直流給電システム。

【請求項7】

前記第１電力変換部の出力電圧を検出する第１出力電圧検出部を更に備え、
前記第１電力変換部は、前記第１入力端子を介して前記外部装置から供給される直流電力の電圧を昇圧して出力し、
前記第１コントローラは、前記第１出力電圧検出部により検出された出力電圧が、前記第１電力変換部により昇圧される直流電力の電圧以上である場合に、前記第１電力変換部を停止させる、
請求項１から６のうちいずれか一項に記載の直流給電システム。

【請求項8】

前記第１電力変換部の出力側には、更に、前記補助電源の基準電圧に比して大きい基準電圧を有する他の電源が接続可能であり、
前記第１コントローラは、前記第１出力電圧検出部により検出された前記他の電源から出力された直流電力の電圧に基づいて、前記第１電力変換部による前記直流電力の昇圧の度合を低下させる、
請求項７に記載の直流給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力供給源からの電力を分配して、複数の負荷に電力を供給する装置が知られている（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２０１４−１９２９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の技術では、電力供給源から電力の供給を過度に受けてしまう場合があった。例えば、電力供給源が二次電池である場合、過度な電力供給によって二次電池が劣化するおそれがあった。

【0005】

また、電力供給源が車両を駆動させるための二次電池である場合、過度な電力供給によって二次電池の残量が少なくなって、いわゆるバッテリ上がりの状態となり、車両を駆動させるという本来の使用用途として二次電池を利用することができなくなってしまう場合があった。

【0006】

本発明の目的は、適切な範囲で電力供給源から電力の供給を受けることができる直流給電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記問題を解決する本発明の一態様は、主電源と、前記主電源から電力供給を受ける補助電源と、を含む外部装置に第１ケーブルを介して接続される第１入力端子と、前記第１入力端子を介して前記外部装置から供給される直流電力の電圧を変換して出力する第１電力変換部と、前記第１電力変換部の入力電圧を検出する第１入力電圧検出部と、前記第１入力電圧検出部により検出された入力電圧が下限電圧以下である場合、前記第１電力変換部を停止させる第１コントローラと、を備え、前記下限電圧は、前記主電源が出力する最小電圧付近に設定される直流給電システムである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、適切な範囲で電力供給源から電力の供給を受けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態における直流給電システムを模式的に示す図である。

【図2】電源装置１０を搭載する車両Ｍの構成の一例を示す図である。

【図3】電源装置１０を搭載する車両Ｍの構成の他の例を示す図である。

【図4】第１の筐体１００Ａに収容された電源側電力変換装置１００の構成の一例を示す図である。

【図5】第１の実施形態における電源側コントローラ１３０による処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図6】第２の筐体２００Ａに収容された負荷側電力変換装置２００の構成の一例を示す図である。

【図7】第１の筐体１００Ａに収容された電源側電力変換装置１００の構成の他の例を示す図である。

【図8】第２の実施形態における電源側コントローラ１３０による処理の流れの一例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】

【0010】

以下、本発明の一実施形態における直流給電システムについて図面を参照して説明する。

【0011】

＜第１の実施形態＞
［全体構成］
図１は、第１の実施形態における直流給電システムを模式的に示す図である。図示のように、直流給電システムは、例えば、車両Ｍに搭載された電源装置１０（「外部装置」の一例）に接続される。車両Ｍは、ガソリンエンジンなどの内燃機関を動力源としたエンジン車両であってもよいし、ハイブリッド自動車であってもよいし、電気自動車であってもよいし、燃料電池車であってもよい。

【0012】

電源装置１０は、主電源と、主電源から電力供給を受ける補助電源とを含む。車両Ｍに搭載された構成としては、主電源は、エンジンおよびオルタネータ、車両の運動エネルギーを用いて発電するモータ、ＡＣ‐ＤＣコンバータ、ＤＣ‐ＤＣコンバータ、ハイブリッド用二次電池、電気自動車の走行用二次電池のいずれか又は組み合わせであり、補助電源は、車載負荷（後述するように、いわゆる補機であり、エンジンを搭載する車両であればエンジンのスタータモータを含んでよい）を駆動するための二次電池である。詳しくは、後述する。

【0013】

直流給電システムは、例えば、第１の筐体１００Ａに収容された電源側電力変換装置１００と、第２の筐体２００Ａに収容された負荷側電力変換装置２００とを備える。負荷側電力変換装置２００には、負荷Ｌが接続される。電源装置１０と電源側電力変換装置１００は、入力ケーブルＣＡａを介して互いに接続される。また、電源側電力変換装置１００と負荷側電力変換装置２００は、中間ケーブルＣＡｂを介して互いに接続される。入力ケーブルＣＡａおよび中間ケーブルＣＡｂは、電源側電力変換装置１００や負荷側電力変換装置２００に対して着脱可能なものであってもよいし、固定的に接続されたものであってもよい。入力ケーブルＣＡａは、「第１ケーブル」の一例であり、中間ケーブルＣＡｂは、「第２ケーブル」の一例である。

【0014】

例えば、電源側電力変換装置１００は、車両Ｍの近傍に載置されて使用され、負荷側電力変換装置２００は、負荷Ｌの近傍に載置されて使用される。図１では便宜上、電源側電力変換装置１００が車両Ｍの外部に載置されているように示しているが、電源側電力変換装置１００は、車両Ｍの車室内に置かれて使用されてもよい。この場合、入力ケーブルＣＡａの一方の端部は、ボンネットが完全に閉まっておらずロックされていない、いわゆる半開き状態のボンネットの隙間からエンジンルーム内部に挿入されて、電源装置１０と接続される。入力ケーブルＣＡａの他方の端部は、車両Ｍの窓から車室内に導入され、車室内に置かれた電源側電力変換装置１００と接続される。また、中間ケーブルＣＡｂも同様に、車両Ｍの窓から車室外に導出され、負荷側電力変換装置２００と接続される。電源側電力変換装置１００および負荷側電力変換装置２００は、中間ケーブルＣＡｂを介して接続されるため、例えば、互いに十数［ｍ］〜数百［ｍ］離れた状態で使用することができる。

【0015】

電源側電力変換装置１００は、電源装置１０から入力ケーブルＣＡａを介して供給される直流電力を昇圧して、負荷側電力変換装置２００に出力する。また、電源側電力変換装置１００は、第１の筐体１００Ａに設けられたスイッチＳＷのオン・オフに応じて、作動状態または停止状態のいずれかの状態となる。スイッチＳＷは、例えば、利用者によってオンまたはオフに操作される。

【0016】

負荷側電力変換装置２００は、電源側電力変換装置１００により出力される電力を降圧して、負荷Ｌに供給する。

【0017】

負荷Ｌは、照明機器、ラジオ、家電機器、スマートフォンや携帯電話などの任意の電子機器または電動機器であり、直流電力によって動作する。

【0018】

［電源装置］
図２は、電源装置１０を搭載する車両Ｍの構成の一例を示す図である。図示の例では、車両Ｍは、専ら内燃機関を動力源としたエンジン車両であるものとしている。車両Ｍは、例えば、電源装置１０と、車載負荷２０とを備える。電源装置１０は、例えば、エンジン１１と、オルタネータ１２と、二次電池１４と、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６とを備える。

【0019】

例えば、オルタネータ１２は、シャフトＳＦおよび図示しないベルトによってエンジン１１と連結されており、エンジン１１の回転力を利用して交流電力を発電し、整流器によって直流電力に変換する。

【0020】

車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６は、オルタネータ１２により出力された直流電力（ＤＣ）を降圧して、二次電池１４や車載負荷２０に出力する。車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６により変換された直流電力は、例えば、１３．５〜１４．０［Ｖ］程度の電圧を有しており、オルタネータ１２の種類や使用環境に応じて数［Ｖ］程度変動する場合があり、１１［Ｖ］程度となる場合がある。

【0021】

二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池である。二次電池１４の基準電力の電圧（基準電圧）は、車載規格に適合したものであり、例えば、１２［Ｖ］や２４［Ｖ］程度である。二次電池１４の基準電圧は、例えば、定格電圧、公称電圧などと称される電圧である。二次電池１４は、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６により出力された直流電力を蓄電（充電）したり、蓄電した電力を放電したりする。

【0022】

車載負荷２０は、例えば、エアコン、照明灯、車両室内の各種表示装置、オーディオなどである。車載負荷２０は、エンジン１１を始動させるスタータモータを含んでもよい。車載負荷２０は、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６により出力された直流電力や、二次電池１４により放電された直流電力を利用して動作する。

【0023】

図示のように、入力ケーブルＣＡａは、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６と二次電池１４との双方に接続された箇所（例えば、二次電池１４の端子）に、クリップ（不図示）等を介して接続される。従って、電源側電力変換装置１００には、二次電池１４により放電された直流電力や、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６により出力された直流電力が、入力ケーブルＣＡａを介して供給され得る。

【0024】

図３は、電源装置１０を搭載する車両Ｍの構成の他の例を示す図である。図示の例では、車両Ｍは、ハイブリッド自動車であるものとしている。ハイブリッド自動車である車両Ｍに搭載される電源装置１０は、例えば、エンジン１１と、車載ＡＤ‐ＤＣコンバータ１３と、二次電池１４と、駆動モータ１５と、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６と、ハイブリッド用二次電池１７とを備える。

【0025】

駆動モータ１５は、シャフトＳＦによってエンジン１１と連結されており、車両Ｍが減速する際に減少する運動エネルギーを用いて発電し、発電した交流電力を車載ＡＤ‐ＤＣコンバータ１３に出力する。また、駆動モータ１５は、車載ＡＤ‐ＤＣコンバータ１３により出力された電力を利用して回転することで、エンジン１１をアシストする。なお、このような仕組みに変えて、発電用モータと駆動用（或いは回生用）モータとを別々に備える仕組みであってもよい。

【0026】

車載ＡＤ‐ＤＣコンバータ１３は、駆動モータ１５により発電された交流電力（ＡＣ）を直流電力（ＤＣ）に変換すると共に降圧して、車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６やハイブリッド用二次電池１７に出力する。また、車載ＡＤ‐ＤＣコンバータ１３は、ハイブリッド用二次電池１７により放電された直流電力を交流電力に変換すると共に昇圧して、図示しないインバータなどを介して駆動モータ１５に出力する。

【0027】

車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ１６は、車載ＡＤ‐ＤＣコンバータ１３またはハイブリッド用二次電池１７により出力された直流電力を降圧して、二次電池１４や車載負荷２０に出力する。

【0028】

ハイブリッド用二次電池１７は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、レドックス・フロー電池などであり、二次電池１４の出力電圧に比して高い出力電圧を有すると共に、二次電池１４の容量に比して数倍から数十倍程度大きい容量を有する。

【0029】

［電源側電力変換装置］
図４は、第１の筐体１００Ａに収容された電源側電力変換装置１００の構成の一例を示す図である。図示のように、第１の筐体１００Ａには、電源側入力端子ＩＬａと、電源側出力端子ＯＬａと、スイッチＳＷとが設けられており、第１の筐体１００Ａの外部から、電源側入力端子ＩＬａに入力ケーブルＣＡａが接続されると共に、電源側出力端子ＯＬａに中間ケーブルＣＡｂが接続される。電源側入力端子ＩＬａは、「第１入力端子」の一例である。

【0030】

電源側電力変換装置１００は、例えば、入力側電圧検出部１０１と、入力側電流検出部１０２と、出力側電流検出部１０３と、出力側電圧検出部１０４と、ダイオード１０５と、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０と、コントローラ用（以下、ＣＴＬ用）ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２０と、電源側コントローラ１３０とを備える。入力側電圧検出部１０１は、「第１入力電圧検出部」の一例であり、出力側電圧検出部１０４は、「第１出力電圧検出部」の一例である。また、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０は、「第１電力変換部」の一例であり、電源側コントローラ１３０は、「第１コントローラ」の一例である。

【0031】

電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０は、電源側入力端子ＩＬａを介して供給された直流電力を昇圧して、電源側出力端子ＯＬａの側に出力する。例えば、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０は、電源側入力端子ＩＬａと接続される入力端子を介して供給される直流電力に対して、所望のデューティ比でスイッチング素子をスイッチングすることによって、昇圧を行う。例えば、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０は、直流電力を６０［Ｖ］程度に昇圧する。

【0032】

入力側電圧検出部１０１および入力側電流検出部１０２は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の入力側に設けられる。入力側電圧検出部１０１は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の入力端子の正極と負極の間の電圧（入力電圧Ｖｉｎ）を検出する。入力側電流検出部１０２は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の入力端子の正極に流れる電流（入力電流Ｉｉｎ）を検出する。

【0033】

出力側電流検出部１０３、出力側電圧検出部１０４およびダイオード１０５は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力側に設けられる。出力側電流検出部１０３は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力端子の正極に流れる電流（出力電流Ｉｏｕｔ）を検出する。出力側電圧検出部１０４は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力端子の正極と負極の間の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）を検出する。入力側および出力側のこれらの検出部は、検出値を示す検出信号を電源側コントローラ１３０に出力する。ダイオード１０５は、電源側出力端子ＯＬａから電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力端子に電流が流れるのを阻止する。

【0034】

ＣＴＬ用ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２０は、電源側入力端子ＩＬａを介して出力される直流電力を、電源側コントローラ１３０が利用可能な電力に変換して電源側コントローラ１３０に出力する。

【0035】

電源側コントローラ１３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリ（不図示）に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、電源側コントローラ１３０の機能の一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現されてもよい。電源側コントローラ１３０は、ＣＴＬ用ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２０によって変換された電力が供給されることで動作する。

【0036】

電源側コントローラ１３０は、各種検出部により出力された検出信号に基づいて、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御する。以下、電源側コントローラ１３０による処理の流れについてフローチャートを用いて説明する。

【0037】

図５は、第１の実施形態における電源側コントローラ１３０による処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、本フローチャートの処理中にスイッチＳＷがオフに操作された場合、電源側コントローラ１３０は、割込み処理として、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させてよい。

【0038】

まず、電源側コントローラ１３０は、ＣＴＬ用ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２０から電力が供給されると、プログラムメモリからプログラムを読み出して処理を開始する（ステップＳ１００）。

【0039】

次に、電源側コントローラ１３０は、入力側電圧検出部１０１により出力された検出信号を参照して、入力電圧Ｖｉｎが第１範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。第１範囲とは、二次電池１４の基準電圧の一つである１２［Ｖ］を基準とした電圧範囲である。例えば、第１範囲は、１２［Ｖ］を基準とした下限値９［Ｖ］から上限値１４［Ｖ］程度の電圧範囲である。

【0040】

電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第１範囲内である場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御する際の制御パラメータを、第１パラメータにセットする（ステップＳ１０４）。制御パラメータは、例えば、入力電圧Ｖｉｎに対する下限電圧ＶｉｎＬおよび上限電圧ＶｉｎＨ、入力電流Ｉｉｎに対する上限電流ＩｉｎＨ、昇圧比α、出力電圧Ｖｏｕｔに対する下限電圧ＶｏｕｔＬおよび上限電圧ＶｏｕｔＨ、出力電流Ｉｏｕｔに対する上限電流ＩｏｕｔＨなどを含む。

【0041】

下限電圧ＶｉｎＬは、例えば、オルタネータ１２などの「主電源」が供給する電圧の最小値付近の値であり、且つ、「補助電源」である二次電池１４の基準電圧よりも若干低い値に設定される。「主電源」が供給する電圧の最小値とは、例えばオルタネータ１２の発電電圧の最小値（例えば１１．０［Ｖ］）である。また、この値は、二次電池１４の基準電圧未満の値でもある。下限電圧ＶｉｎＬは、例えば、「主電源」が供給する電圧の最小値を基準に、プラス側とマイナス側に５％程度の変動幅の範囲内で設定される。例えば、「主電源」が供給する電圧の最小値が１１［Ｖ］である場合、下限電圧ＶｉｎＬは、１０．４５〜１１.５５［Ｖ］の範囲内で設定される。なお、当該変動幅は、「主電源」が供給する電圧の最小値のマイナス側のみ、またはプラス側のみであってもよい。

【0042】

上限電圧ＶｉｎＨは、例えば、第１範囲の上限電圧よりも若干低い値である。若干低い値とは、例えば、比較対象の値に比して１割程度低い値のことである。例えば、第１範囲の上限電圧を１４［Ｖ］とした場合、上限電圧ＶｉｎＨは、１割程度低い１２［Ｖ］、１３［Ｖ］などに設定される。上限電流ＩｉｎＨは、例えば、二次電池１４が放電可能な最大電流の半分程度の電流値に設定される。

【0043】

下限電圧ＶｏｕｔＬ、上限電圧ＶｏｕｔＨおよび上限電流ＩｏｕｔＨは、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０から出力されることが想定される直流電力に基づいて設定される。具体的には、下限電圧ＶｏｕｔＬ、上限電圧ＶｏｕｔＨおよび上限電流ＩｏｕｔＨは、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０における昇圧比αに基づいて設定される。

【0044】

例えば、電源側コントローラ１３０は、第１パラメータとして、入力電圧Ｖｉｎに対する下限電圧ＶｉｎＬ値を１１［Ｖ］程度、上限電圧ＶｉｎＨ値を１３［Ｖ］程度、入力電流Ｉｉｎに対する上限電流ＩｉｎＨ値を２８［Ａ］程度、昇圧比αを５倍程度に設定する。また、電源側コントローラ１３０は、昇圧比αを５倍程度に設定したことから、第１パラメータとして、更に、出力電圧Ｖｏｕｔに対する上限電圧ＶｏｕｔＨを、想定される入力電圧Ｖｉｎの５倍を超える値（例えば昇圧後の出力電圧Ｖｏｕｔの１割増し程度の値）に設定し、出力電圧Ｖｏｕｔに対する下限電圧ＶｏｕｔＬを、上限電圧ＶｏｕｔＨの数［Ｖ］程度小さい値に設定し、出力電流Ｉｏｕｔに対する上限電流ＩｏｕｔＨを、想定される入力電流Ｉｉｎの１／５倍未満の値に設定する。

【0045】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第１範囲内でない場合、更に入力電圧Ｖｉｎが第２範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。第２範囲とは、二次電池１４の基準電圧の一つである２４［Ｖ］を基準とした電圧範囲である。例えば、第２範囲は、２４［Ｖ］を基準とした下限値１８［Ｖ］から上限値３０［Ｖ］程度の電圧範囲である。

【0046】

電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第２範囲内である場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御する際の制御パラメータを、第２パラメータにセットする（ステップＳ１０８）。例えば、電源側コントローラ１３０は、第２パラメータとして、入力電圧Ｖｉｎに対する下限電圧ＶｉｎＬ値を２２［Ｖ］程度、上限電圧ＶｉｎＨ値を２６［Ｖ］程度、入力電流Ｉｉｎに対する上限電流ＩｉｎＨ値を１４［Ａ］程度、昇圧比αを２．５倍程度に設定する。また、電源側コントローラ１３０は、昇圧比αを２．５倍程度に設定したことから、第２パラメータとして、更に、出力電圧Ｖｏｕｔに対する上限電圧ＶｏｕｔＨを、想定される入力電圧Ｖｉｎの２．５倍を超える値に設定し、出力電圧Ｖｏｕｔに対する下限電圧ＶｏｕｔＬを、上限電圧ＶｏｕｔＨの数［Ｖ］程度小さい値に設定し、出力電流Ｉｏｕｔに対する上限電流ＩｏｕｔＨを、想定される入力電流Ｉｉｎの１／２．５倍未満の値に設定する。

【0047】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第２範囲内でない場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる（ステップＳ１１０）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。

【0048】

次に、電源側コントローラ１３０は、制御パラメータを参照して、入力電圧Ｖｉｎが下限電圧ＶｉｎＬを超え、且つ上限電圧ＶｉｎＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。

【0049】

電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが、下限電圧ＶｉｎＬ以下である場合、または上限電圧ＶｉｎＨ以上である場合、Ｓ１１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。このように、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが、少なくとも下限電圧ＶｉｎＬ以下である場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。

【0050】

ここで、基準電圧は、二次電池１４の満充電のときの電圧に近い値であるため、少し放電することで、放電電力の電圧が下限電圧ＶｉｎＬを下回ることになる。従って、直流給電システムが電源装置１０から電力供給を受け続けても、二次電池１４は、ある程度の充電率を保った状態で維持される。この結果、二次電池１４が過放電の状態（いわゆるバッテリ上がりの状態）となるのを防止することができ、適切な範囲で電源装置１０から電力の供給を受けることができる。

【0051】

また、電源装置１０から直流電力が電源側入力端子ＩＬａに出力されている際に、「主電源」の発電電圧にばらつきが生じる場合がある。この場合、下限電圧ＶｉｎＬを、電圧のばらつきを考慮せずに「主電源」の発電電圧の最小値よりも有意に高い電圧（例えば１１．５［Ｖ］程度）に設定した場合、入力電圧Ｖｉｎが下限電圧ＶｉｎＬ以下となって、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０が停止することになり、負荷Ｌへの電力供給が頻繁に停止してしまう場合がある。

【0052】

これに対して、下限電圧ＶｉｎＬを「主電源」の発電電圧の最小値に設定することで、電圧のばらつきを許容して「主電源」から電力供給を受けるため、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０が頻繁に停止されるのを抑制し、負荷Ｌに安定して電力を供給しやすくなる。

【0053】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが、下限電圧ＶｉｎＬを超え、且つ上限電圧ＶｉｎＨ未満である場合、入力側電流検出部１０２により出力された検出信号と、制御パラメータを参照して、入力電流Ｉｉｎが上限電流ＩｉｎＨを超えるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。

【0054】

電源側コントローラ１３０は、入力電流Ｉｉｎが上限電流ＩｉｎＨを超える場合、Ｓ１１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。これによって、二次電池１４により瞬間的に大きな電力が放電されるのを抑制することができる。

【0055】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電流Ｉｉｎが上限電流ＩｉｎＨを超えない場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御して、制御パラメータが示す昇圧比αで直流電力を昇圧させる（ステップＳ１１６）。

【0056】

次に、電源側コントローラ１３０は、出力側電圧検出部１０４により出力された検出信号と、制御パラメータとを参照して、出力電圧Ｖｏｕｔが下限電圧ＶｏｕｔＬを超え、且つ上限電圧ＶｏｕｔＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１８）。電源側コントローラ１３０は、出力電圧Ｖｏｕｔが下限電圧ＶｏｕｔＬ以下である場合、または上限電圧ＶｏｕｔＨ以上である場合、Ｓ１１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。

【0057】

一方、電源側コントローラ１３０は、出力電圧Ｖｏｕｔが下限電圧ＶｏｕｔＬを超え、且つ上限電圧ＶｏｕｔＨ未満である場合、出力側電流検出部１０３により出力された検出信号と、制御パラメータとを参照して、出力電流Ｉｏｕｔが上限電流ＩｏｕｔＨを超えるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。電源側コントローラ１３０は、出力電流Ｉｏｕｔが上限電流ＩｏｕｔＨを超えない場合、Ｓ１１２の処理に移行する。

【0058】

一方、電源側コントローラ１３０は、出力電流Ｉｏｕｔが上限電流ＩｏｕｔＨを超えた場合、Ｓ１１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。これによって、例えば、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の故障などによって異常な直流電力が出力される場合に、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させることができる。また、電力線が短絡などして、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力側に、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔよりも高電圧な電力が漏洩した場合、あるいは他の電源が接続された場合に出力電圧Ｖｏｕｔが、下限電圧ＶｏｕｔＬ以下または上限電圧ＶｏｕｔＨ以上となるため、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させることができる。この結果、直流給電システムの安全性を高めることができる。

【0059】

［負荷側電力変換装置］
図６は、第２の筐体２００Ａに収容された負荷側電力変換装置２００の構成の一例を示す図である。図示のように、第２の筐体２００Ａには、負荷側入力端子ＩＬｂと、複数の負荷側出力端子ＯＬｂとが設けられている。また、負荷側入力端子ＩＬｂには、第２の筐体２００Ａの外部から、不図示の中間ケーブルＣＡｂが接続されると共に、負荷側出力端子ＯＬｂに不図示の負荷Ｌと接続するためのケーブルが接続される。複数の負荷側出力端子ＯＬｂは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格のケーブルが接続可能なＵＳＢ端子であり、出力電圧５［Ｖ］、出力電流１［Ａ］程度に維持される。例えば、負荷側出力端子ＯＬｂは、４０個程度設けられてよい。

【0060】

負荷側電力変換装置２００は、例えば、負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ２１０−１、２１０−２を備える。図示の例では、負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータは、２つずつ備えられているが、第２の筐体２００Ａに設ける負荷側出力端子ＯＬｂの数に応じて、１つまたは３つ以上に変更されてもよい。以下、これらの負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータを区別せずに、単に負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ２１０として説明する。負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ２１０は、「第２電力変換部」の一例である。

【0061】

負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ２１０は、負荷側入力端子ＩＬｂを介して供給された直流電力を降圧して、負荷側出力端子ＯＬｂの側に出力する。例えば、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０は、負荷側入力端子ＩＬｂと接続される入力端子を介して供給される直流電力に対して、所望のデューティ比でスイッチング素子をスイッチングすることによって、降圧を行う。例えば、負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ２１０は、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０により昇圧された直流電力の電圧に対応するために、およそ３６［Ｖ］から７２［Ｖ］程度の電圧範囲（以下、第３範囲と称する）内の直流電力を降圧してＵＳＢ規格の５［Ｖ］に変換する。負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ２１０は、降圧した直流電力を、各負荷側出力端子ＯＬｂに出力する。

【0062】

以上説明した第１の実施形態における直流給電システムによれば、オルタネータ１２などの主電源と、主電源から電力供給を受ける補助電源としての二次電池１４と、を含む電源装置１０に入力ケーブルＣＡａを介して接続される電源側入力端子ＩＬａと、電源側入力端子ＩＬａを介して電源装置１０から供給される直流電力の電圧を変換して出力する電源側ＤＣ-ＤＣコンバータ１１０と、電源側ＤＣ-ＤＣコンバータ１１０の入力電圧Ｖｉｎを検出する入力側電圧検出部１０１と、入力電圧Ｖｉｎが下限電圧ＶｉｎＬ以下である場合、電源側ＤＣ-ＤＣコンバータ１１０を停止させる電源側コントローラ１３０を備えるため、適切な範囲で電源装置１０から電力の供給を受けることができる。この結果、電源装置１０がエンジン車両に搭載された場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０に対して出力される電力を監視することによって、二次電池１４が過放電の状態となるのを防止することができる。また、電源装置１０がハイブリッド自動車に搭載された場合も同様に、二次電池１４およびハイブリッド用二次電池１７が過放電の状態となるのを防止することができる。

【0063】

また、上述した第１の実施形態によれば、例えば、災害時に、発電所からの系統電力の供給が停止した場合、直流給電システムを利用することで、車両Ｍに搭載された「主電源」または「補助電源」の電力を一時的に利用して、被災者の身の回りの電子機器などを作動させることができる。

【0064】

また、上述した第１の実施形態によれば、中間ケーブルＣＡｂによって電源側電力変換装置１００と負荷側電力変換装置２００とを接続するため、車両Ｍから離れた避難所などで電力を使用することができる。

【0065】

また、上述した第１の実施形態によれば、２段階で電圧変換を行うため、中間ケーブルＣＡｂによる電圧降下の影響を抑制することができる。

【0066】

また、上述した第１の実施形態によれば、「主電源」または「補助電源」により供給される電力を比較的低電圧なＵＳＢ規格の電圧に変換するため、ラジオや携帯電話などの消費電力量の少ない機器を長期間使用することができる。この結果、災害情報などを取得しやすくなり、特に被災者にとっての利便性を向上させることができる。

【0067】

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１の筐体１００Ａに、第３入力端子ＩＬａ＃が設けられている点で第１の実施形態と異なる。第３入力端子ＩＬａ＃には、例えば、電源装置１０に含まれる「補助電源」の基準電圧に比して大きい基準電圧を有する他電源がケーブルなどを介して接続される。他電源は、例えば、フォークリフトなどの特殊な車両に搭載された二次電池であり、４８［Ｖ］程度の直流電力を出力する。以下では、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。

【0068】

図７は、第１の筐体１００Ａに収容された電源側電力変換装置１００の構成の他の例を示す図である。図示のように、第１の筐体１００Ａには、電源側入力端子ＩＬａと、電源側出力端子ＯＬａと、スイッチＳＷと、第３入力端子ＩＬａ＃とが設けられており、第１の筐体１００Ａの外部から、電源側入力端子ＩＬａに入力ケーブルＣＡａが接続されると共に、電源側出力端子ＯＬａに中間ケーブルＣＡｂが接続される。また、第３入力端子ＩＬａ＃は、他電源の二次電池の出力端子と接続されたケーブルと接続される。他電源の二次電池により出力された直流電力は、第３入力端子ＩＬａ＃を介して、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０の出力側に出力される。

【0069】

以下、第２の実施形態における電源側コントローラ１３０による処理についてフローチャートを用いて説明する。

【0070】

図８は、第２の実施形態における電源側コントローラ１３０による処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、本フローチャートの処理中にスイッチＳＷがオフに操作された場合、電源側コントローラ１３０は、割込み処理として、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させてよい。

【0071】

まず、電源側コントローラ１３０は、ＣＴＬ用ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２０から電力が供給されると、プログラムメモリからプログラムを読み出して処理を開始する（ステップＳ３００）。

【0072】

次に、電源側コントローラ１３０は、入力側電圧検出部１０１により出力された検出信号を参照して、入力電圧Ｖｉｎが第１範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。

【0073】

電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第１範囲内である場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御する際の制御パラメータを、第１パラメータにセットする（ステップＳ３０４）。

【0074】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第１範囲内でない場合、更に入力電圧Ｖｉｎが第２範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。

【0075】

電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第２範囲内である場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御する際の制御パラメータを、第２パラメータにセットする（ステップＳ３０８）。

【0076】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが第２範囲内でない場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる（ステップＳ３１０）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。

【0077】

次に、電源側コントローラ１３０は、出力側電流検出部１０３により出力された検出信号を参照して、第３入力端子ＩＬａ＃に他電源が接続されたか否かを判定する（ステップＳ３１２）。例えば、電源側コントローラ１３０は、出力電流Ｉｏｕｔが所定値よりも大きくなった場合、第３入力端子ＩＬａ＃に他電源が接続されたと判定する。所定値は、例えば、所定期間にわたって出力側電流検出部１０３により検出された出力電圧の平均値などである。また、第３入力端子ＩＬａ＃に、ケーブルの嵌め込みを検知するスイッチが設けられている場合、電源側コントローラ１３０は、当該スイッチの状態に基づいて、第３入力端子ＩＬａ＃に他電源が接続されたか否かを判定してもよい。

【0078】

電源側コントローラ１３０は、第３入力端子ＩＬａ＃に他電源が接続された場合、セットした制御パラメータのうち、昇圧比α、下限電圧ＶｏｕｔＬ、上限電圧ＶｏｕｔＨおよび上限電流ＩｏｕｔＨを変更する（ステップＳ３１４）。例えば、電源側コントローラ１３０は、出力側電圧検出部１０４により出力された検出信号を参照して、他電源である二次電池から出力された直流電力の電圧がいくつであるのかを特定し、特定した電圧に基づいて昇圧比αを変更する。具体的には、電源側コントローラ１３０は、昇圧される出力電圧Ｖｏｕｔが他電源である二次電池の出力電圧４８［Ｖ］よりも小さくなるように、第１パラメータでは３．５倍程度に、第２パラメータでは１．８倍程度に昇圧比αを変更する。また、電源側コントローラ１３０は、昇圧比αの変更に伴って、下限電圧ＶｏｕｔＬ、上限電圧ＶｏｕｔＨおよび上限電流ＩｏｕｔＨも変更する。これによって、第３入力端子ＩＬａ＃に接続された他電源から、電源側電力変換装置１００に対して電流が流入するのを抑制することができる。

【0079】

次に、電源側コントローラ１３０は、制御パラメータを参照して、入力電圧Ｖｉｎが下限電圧ＶｉｎＬを超え、且つ上限電圧ＶｉｎＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３１６）。電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが、下限電圧ＶｉｎＬ以下である場合、または上限電圧ＶｉｎＨ以上である場合、Ｓ３１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。

【0080】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電圧Ｖｉｎが、下限電圧ＶｉｎＬを超え、且つ上限電圧ＶｉｎＨ未満である場合、入力側電流検出部１０２により出力された検出信号と、制御パラメータを参照して、入力電流Ｉｉｎが上限電流ＩｉｎＨを超えるか否かを判定する（ステップＳ３１８）。

【0081】

電源側コントローラ１３０は、入力電流Ｉｉｎが上限電流ＩｉｎＨを超える場合、Ｓ３１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。

【0082】

一方、電源側コントローラ１３０は、入力電流Ｉｉｎが上限電流ＩｉｎＨを超えない場合、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を制御して、制御パラメータが示す昇圧比αで直流電力を昇圧させる（ステップＳ３２０）。

【0083】

次に、電源側コントローラ１３０は、出力側電圧検出部１０４により出力された検出信号と、制御パラメータとを参照して、出力電圧Ｖｏｕｔが下限電圧ＶｏｕｔＬを超え、且つ上限電圧ＶｏｕｔＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３２２）。電源側コントローラ１３０は、出力電圧Ｖｏｕｔが下限電圧ＶｏｕｔＬ以下である場合、または上限電圧ＶｏｕｔＨ以上である場合、Ｓ３１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。

【0084】

一方、電源側コントローラ１３０は、出力電圧Ｖｏｕｔが下限電圧ＶｏｕｔＬを超え、且つ上限電圧ＶｏｕｔＨ未満である場合、出力側電流検出部１０３により出力された検出信号と、制御パラメータとを参照して、出力電流Ｉｏｕｔが上限電流ＩｏｕｔＨを超えるか否かを判定する（ステップＳ３２４）。電源側コントローラ１３０は、出力電流Ｉｏｕｔが上限電流ＩｏｕｔＨを超えない場合、Ｓ３１２の処理に移行する。

【0085】

一方、電源側コントローラ１３０は、出力電流Ｉｏｕｔが上限電流ＩｏｕｔＨを超えた場合、Ｓ３１０の処理に移り、電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１０を停止させる。これによって、本フローチャートの処理が終了する。

【0086】

以上説明した第２の実施形態における直流給電システムによれば、上述した第１の実施形態と同様に、適切な範囲で電源装置１０から電力の供給を受けることができる。

【0087】

また、上述した第２の実施形態における直流給電システムによれば、更に第３入力端子ＩＬａ＃を備えるため、出力電圧が１２［Ｖ］、２４［Ｖ］、４８［Ｖ］といった多様な種類の電力供給源に対応することができ、より長時間にわたって電力を負荷Ｌに供給することができる。この結果、利用者にとっての利便性を更に向上させることができる。

【0088】

以下、他の実施形態（変形例）について説明する。上述した実施形態では、直流給電システムは、車両Ｍに搭載された電源装置１０から電力供給を受けるものとして説明したがこれに限られず、例えば、家屋に設置された燃料電池から電力供給を受けてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１０…電源装置、１１…エンジン、１２…オルタネータ、１３…車載ＡＣ‐ＤＣコンバータ、１４…二次電池、１５…駆動モータ、１６…車載ＤＣ‐ＤＣコンバータ、１７…ハイブリッド用二次電池、ＳＦ…シャフト、２０…車載負荷、１００…電源側電力変換装置、１０１…入力側電圧検出部、１０２…入力側電流検出部、１０３…出力側電流検出部、１０４…出力側電圧検出部、１０５…ダイオード、１１０…電源側ＤＣ‐ＤＣコンバータ、１２０…ＣＴＬ用ＤＣ‐ＤＣコンバータ、１３０…電源側コントローラ、１００Ａ…第１の筐体１００Ａ、ＩＬａ…電源側入力端子、ＯＬａ…電源側出力端子、２００…負荷側電力変換装置、２１０…負荷側ＤＣ‐ＤＣコンバータ、２００Ａ…第２の筐体、ＩＬｂ…負荷側入力端子、ＯＬｂ…負荷側出力端子、Ｌ…負荷、Ｍ…車両、ＣＡａ…入力ケーブル、Ｃａｂ…中間ケーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】