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JP7589624B2 - Power System - Google Patents
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JP7589624B2 - Power System - Google Patents

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Description

本発明は、電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system.

特開2018-196177号公報には、電源システムの一部に異常が生じた場合であっても、インバータを含む電気負荷への給電を継続することのできる電源システムが開示されている(背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。)。この電源システムでは、相対的に高電圧の2つの高圧電源(10,11)と、相対的に低電圧の1つの低圧電源(70)とを備え、一方の高圧電源(10)と低圧電源(70)との間、及び他方の高圧電源(11)と低圧電源(70)との間に、それぞれ直流コンバータ(50,60)を1つずつ備えている。低圧電源(70)へは、それぞれの直流コンバータ(50,60)を介して給電可能に構成されている。一方の直流コンバータ(50又は60)が故障した場合には、他方の直流コンバータ(60又は50)を介して低圧電源(70)への給電を継続することができる。これにより、低圧電源(70)から電力を供給される電気負荷(71)への給電を継続することができる。 JP 2018-196177 A discloses a power supply system that can continue to supply power to an electric load including an inverter even if an abnormality occurs in a part of the power supply system (reference numerals in parentheses in the background art are those of the referenced document). This power supply system includes two relatively high-voltage power supplies (10, 11) and one relatively low-voltage power supply (70), and includes one DC converter (50, 60) between one high-voltage power supply (10) and the low-voltage power supply (70), and between the other high-voltage power supply (11) and the low-voltage power supply (70). The low-voltage power supply (70) is configured to be able to supply power via each DC converter (50, 60). If one DC converter (50 or 60) fails, power can be continued to be supplied to the low-voltage power supply (70) via the other DC converter (60 or 50). This allows power to be continuously supplied to the electrical load (71) that receives power from the low-voltage power source (70).

特開2018-196177号公報JP 2018-196177 A

上記の電源システムは、直流コンバータや低圧電源の故障を想定したフェールセーフ技術を提案しているが、故障は高圧電源やその供給経路において生じる場合もある。また、低圧電源(70)から電力の供給を受ける電気負荷には、電力供給の継続が必ずしも必要ではないものが含まれている可能性もある。昨今、様々なシステムにおいて電動化や自動化が進められている。電動化や自動化を進めるには、製品システム全体での適切な電気的負荷分散や、負荷分散に見合った電力供給形態が求められる。このため、上記の電源システムにはまだ改善の余地がある。 The above power supply system proposes fail-safe technology that assumes failure of the DC converter or low-voltage power supply, but failures may occur in the high-voltage power supply or its supply path. In addition, the electrical loads that receive power from the low-voltage power supply (70) may include those that do not necessarily require a continuous power supply. Recently, electrification and automation have been promoted in various systems. Promoting electrification and automation requires appropriate electrical load distribution throughout the entire product system and a power supply form that is appropriate for the load distribution. For this reason, there is still room for improvement in the above power supply system.

上記に鑑みて、相対的に高電圧で動作する負荷と低電圧で動作する負荷とに電力を供給する電源システムを適切に構築する技術の提供が望まれる。 In light of the above, it is desirable to provide technology that can appropriately construct a power supply system that supplies power to loads that operate at relatively high voltages and loads that operate at relatively low voltages.

上記に鑑みた、第1蓄電装置と、第2蓄電装置と、前記第1蓄電装置に電気的に接続された第1インバータと、前記第2蓄電装置に電気的に接続された第2インバータと、を備えた電源システムは、前記第1蓄電装置から入力される入力電圧を降圧して出力する第1降圧コンバータと、前記第2蓄電装置から入力される入力電圧を降圧して出力する第2降圧コンバータと、第1負荷群と、第2負荷群と、を備え、前記第1降圧コンバータ及び前記第2降圧コンバータの何れか一方の降圧コンバータから前記第1負荷群に電力が供給され、前記第1降圧コンバータ及び前記第2降圧コンバータの何れか他方の前記降圧コンバータから前記第2負荷群に電力が供給される。 In view of the above, a power supply system including a first storage device, a second storage device, a first inverter electrically connected to the first storage device, and a second inverter electrically connected to the second storage device includes a first step-down converter that steps down and outputs an input voltage input from the first storage device, a second step-down converter that steps down and outputs an input voltage input from the second storage device, a first load group, and a second load group, in which power is supplied from one of the first step-down converter and the second step-down converter to the first load group, and power is supplied from the other step-down converter of the first step-down converter and the second step-down converter to the second load group.

この構成によれば、蓄電装置からインバータに電力を供給すると共に、蓄電装置から降圧コンバータを介して第1負荷群及び第2負荷群にも電力を供給することができる。つまり、インバータに比べて低電圧で動作する電気的負荷に電力を供給するために、別の電源を備える必要がなく、電源システムを簡素化することができる。また、第1負荷群と第2負荷群とに、それぞれ異なる降圧コンバータを介して異なる蓄電装置から電力が供給されるため、蓄電装置に蓄電された電力をバランスよく用いることができる。即ち、本構成によれば、相対的に高電圧で動作する負荷と低電圧で動作する負荷とに電力を供給する電源システムを適切に構築することができる。 According to this configuration, power can be supplied from the storage device to the inverter, and also from the storage device to the first load group and the second load group via the step-down converter. In other words, there is no need to provide a separate power source to supply power to electrical loads that operate at a lower voltage than the inverter, and the power supply system can be simplified. In addition, because power is supplied from different storage devices via different step-down converters to the first load group and the second load group, the power stored in the storage devices can be used in a balanced manner. In other words, according to this configuration, a power supply system can be appropriately constructed that supplies power to loads that operate at a relatively high voltage and loads that operate at a low voltage.

電源システムのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する例示的且つ非限定的な実施形態についての以下の記載から明確となる。 Further features and advantages of the power supply system will become apparent from the following description of exemplary, non-limiting embodiments, which are illustrated in the drawings.

電源システムの第1の構成例を示す模式的回路ブロック図FIG. 1 is a schematic circuit block diagram showing a first configuration example of a power supply system; 電源システムの第2の構成例を示す模式的回路ブロック図FIG. 2 is a schematic circuit block diagram showing a second configuration example of a power supply system; シングル降圧コンバータの構成例を示す模式的回路ブロック図Schematic circuit block diagram showing a configuration example of a single step-down converter マルチ降圧コンバータの構成例を示す模式的回路ブロック図Schematic circuit block diagram showing a configuration example of a multi-step-down converter 電源システムの第3の構成例を示す模式的回路ブロック図FIG. 11 is a schematic circuit block diagram showing a third configuration example of a power supply system; 電源システムの第4の構成例を示す模式的回路ブロック図FIG. 13 is a schematic circuit block diagram showing a fourth configuration example of the power supply system.

以下、電源システムの実施形態を、回転電機を車両の駆動力源とする車両におけるシステムを例として説明する。しかし、当該電源システムが車両以外に用いられることを妨げるものではない。図1、図2、図5、図6は、電源システム100の構成を示す模式的回路ブロック図である。詳細は後述するが、図1のブロック図は、電源システム100の第1の構成例を示しており、他の構成例と区別する場合には、第1電源システム100Aと称する。同様に、第2の構成例を示す図2のブロック図における電源システム100は、第2電源システム100Bと称する。同様に、第3の構成例を示す図5のブロック図における電源システム100は、第3電源システム100Cと称し、第4の構成例を示す図6のブロック図における電源システム100は、第4電源システム100Dと称する。それぞれに共通する事項など、これらをそれぞれ区別する必要がない場合には、単に電源システム100と称して説明する。 The following describes an embodiment of the power supply system using a system in a vehicle that uses a rotating electric machine as a driving force source for the vehicle as an example. However, this does not prevent the power supply system from being used in other applications. Figures 1, 2, 5, and 6 are schematic circuit block diagrams showing the configuration of a power supply system 100. Although details will be described later, the block diagram of Figure 1 shows a first configuration example of the power supply system 100, and when distinguishing it from other configuration examples, it will be referred to as a first power supply system 100A. Similarly, the power supply system 100 in the block diagram of Figure 2 showing the second configuration example will be referred to as a second power supply system 100B. Similarly, the power supply system 100 in the block diagram of Figure 5 showing the third configuration example will be referred to as a third power supply system 100C, and the power supply system 100 in the block diagram of Figure 6 showing the fourth configuration example will be referred to as a fourth power supply system 100D. When there is no need to distinguish between them, such as when there are matters common to each of them, they will be simply referred to as the power supply system 100.

回転電機80は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両において車輪の駆動力源となるものである。回転電機80は、互いに独立した複数相(本実施形態では3相)のステータコイル8(オープン巻線)を有するオープン巻線型の回転電機である。ステータコイル8の両端には、それぞれ独立して制御されて直流と複数相(ここでは3相)の交流との間で電力を変換するインバータ30が1つずつ接続されている。つまり、ステータコイル8の一端側には第1インバータ31が接続され、ステータコイル8の他端側には第2インバータ32が接続されている。以下、第1インバータ31と第2インバータ32とを区別する必要がない場合には単にインバータ30と称して説明する。 The rotating electric machine 80 is a driving force source for the wheels of a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. The rotating electric machine 80 is an open-winding type rotating electric machine having a stator coil 8 (open winding) of multiple phases (three phases in this embodiment) that are independent of each other. An inverter 30 that is controlled independently and converts power between direct current and multiple phases (three phases in this embodiment) of alternating current is connected to each end of the stator coil 8. That is, a first inverter 31 is connected to one end of the stator coil 8, and a second inverter 32 is connected to the other end of the stator coil 8. Hereinafter, when there is no need to distinguish between the first inverter 31 and the second inverter 32, they will be simply referred to as inverters 30.

尚、本実施形態では、オープン巻線型の回転電機を例示しているが、回転電機80はこの形態に限らない。例えば、中性点で接続された複数相のステータコイルの組を2組備えたデュアル巻線型の回転電機が、それぞれのステータコイルに独立して接続された2つのインバータによって駆動制御される形態であってもよい。 In this embodiment, an open-winding type rotating electric machine is exemplified, but the rotating electric machine 80 is not limited to this form. For example, a dual-winding type rotating electric machine having two sets of multi-phase stator coils connected at a neutral point may be driven and controlled by two inverters independently connected to each of the stator coils.

インバータ30は、複数のスイッチング素子3を有して構成される。スイッチング素子3には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられる。図1等には、スイッチング素子3としてIGBTが用いられる形態を例示している。本実施形態では、第1インバータ31と第2インバータ32とは、同じ種類のスイッチング素子3を用いた同じ回路構成のインバータ30である。 The inverter 30 is configured with a plurality of switching elements 3. The switching elements 3 may be IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) or power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). FIG. 1 and other figures show an example in which IGBTs are used as the switching elements 3. In this embodiment, the first inverter 31 and the second inverter 32 are inverters 30 with the same circuit configuration using the same type of switching elements 3.

2つのインバータ30は、それぞれ交流1相分のアームが上段側スイッチング素子3Hと下段側スイッチング素子3Lとの直列回路により構成されている。各スイッチング素子3には、負極から正極へ向かう方向(下段側から上段側へ向かう方向)を順方向として、並列にフリーホイールダイオードが備えられている。尚、複数相のアームにおいて、上段側スイッチング素子3Hを含む側を上段側アームと称し、下段側スイッチング素子3Lを含む側を下段側アームと称する。 The two inverters 30 each have an AC arm for one phase that is configured as a series circuit of an upper-stage switching element 3H and a lower-stage switching element 3L. Each switching element 3 is provided with a freewheel diode in parallel, with the forward direction being from the negative pole to the positive pole (from the lower side to the upper side). In the multi-phase arms, the side that includes the upper-stage switching element 3H is referred to as the upper-stage arm, and the side that includes the lower-stage switching element 3L is referred to as the lower-stage arm.

また、本実施形態では、2つのインバータ30はそれぞれ独立した高圧直流電源(蓄電装置E)に接続されている。また、インバータ30と蓄電装置Eとの間には、それぞれ直流電圧を平滑化する直流リンクコンデンサ4(平滑コンデンサ)が備えられている。具体的には、第1インバータ31は、直流側に第1直流リンクコンデンサ41が接続されると共に、直流側が第1蓄電装置E1に接続され、交流側が複数相のステータコイル8の一端側に接続されて、直流と複数相の交流との間で電力を変換する。第2インバータ32は、直流側に第2直流リンクコンデンサ42が接続されると共に、直流側が第2蓄電装置E2に接続され、交流側が複数相のステータコイル8の他端側に接続されて、直流と複数相の交流との間で電力を変換する。 In this embodiment, the two inverters 30 are connected to independent high-voltage DC power sources (electricity storage devices E). Between the inverters 30 and the electricity storage devices E, DC link capacitors 4 (smoothing capacitors) are provided to smooth the DC voltage. Specifically, the first inverter 31 has a first DC link capacitor 41 connected to its DC side, a DC side connected to the first electricity storage device E1, and an AC side connected to one end of the multi-phase stator coil 8, to convert power between DC and multi-phase AC. The second inverter 32 has a second DC link capacitor 42 connected to its DC side, a DC side connected to the second electricity storage device E2, and an AC side connected to the other end of the multi-phase stator coil 8, to convert power between DC and multi-phase AC.

図1等に示すように、第1インバータ31は、第1コンタクタMC1を介して第1蓄電装置E1に接続されており、第2インバータ32は、第2コンタクタMC2を介して第2蓄電装置E2に接続されている。第1コンタクタMC1は、閉状態(オン状態)で第1インバータ31と第1蓄電装置E1とを電気的に接続し、開状態(オフ状態)で第1インバータ31と第1蓄電装置E1との電気的接続を遮断する。同様に、第2コンタクタMC2は、閉状態(オン状態)で第2インバータ32と第2蓄電装置E2とを電気的に接続し、開状態(オフ状態)で第2インバータ32と第2蓄電装置E2との電気的接続を遮断する。第1コンタクタMC1及び第2コンタクタMC2は、例えばリレーによって構成されている。 As shown in FIG. 1 etc., the first inverter 31 is connected to the first storage device E1 via the first contactor MC1, and the second inverter 32 is connected to the second storage device E2 via the second contactor MC2. The first contactor MC1 electrically connects the first inverter 31 and the first storage device E1 in a closed state (on state), and cuts off the electrical connection between the first inverter 31 and the first storage device E1 in an open state (off state). Similarly, the second contactor MC2 electrically connects the second inverter 32 and the second storage device E2 in a closed state (on state), and cuts off the electrical connection between the second inverter 32 and the second storage device E2 in an open state (off state). The first contactor MC1 and the second contactor MC2 are, for example, configured by relays.

例えば、第1蓄電装置E1及び第2蓄電装置E2は、電圧や蓄電容量などの定格が同等の直流電源である。また、第1直流リンクコンデンサ41及び第2直流リンクコンデンサも、容量などの定格が同等のコンデンサである。尚、後述するように、第3電源システム100C及び第4電源システム100Dでは、例えば蓄電装置Eの蓄電容量や直流リンクコンデンサ4の静電容量が異なる場合もある。蓄電装置Eの定格電圧は、200ボルトから400ボルト程度である。蓄電装置Eは、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池(バッテリ)や、電気二重層キャパシタなどにより構成されている。例えば、不図示のオンボードチャージャー及び充電コネクタを介して商用電源に接続されることによって、蓄電装置Eを充電することができる。 For example, the first storage device E1 and the second storage device E2 are DC power sources with the same ratings, such as voltage and storage capacity. The first DC link capacitor 41 and the second DC link capacitor are also capacitors with the same ratings, such as capacity. As described later, in the third power supply system 100C and the fourth power supply system 100D, for example, the storage capacity of the storage device E and the capacitance of the DC link capacitor 4 may be different. The rated voltage of the storage device E is about 200 volts to 400 volts. The storage device E is composed of, for example, a secondary battery (battery) such as a nickel-metal hydride battery or a lithium-ion battery, or an electric double layer capacitor. For example, the storage device E can be charged by being connected to a commercial power source via an on-board charger and a charging connector (not shown).

また、回転電機80は、電動機としても発電機としても機能することができる。回転電機80は、インバータ30を介して蓄電装置Eからの電力を動力に変換する(力行)。或いは、回転電機80は、車輪等から伝達される回転駆動力を電力に変換し、インバータ30を介して蓄電装置Eを充電する(回生)。即ち、蓄電装置Eは、商用電源を介して充電されるだけでなく、回転電機80によっても充電される。 The rotating electric machine 80 can also function as both an electric motor and a generator. The rotating electric machine 80 converts the electric power from the power storage device E via the inverter 30 into motive power (power running). Alternatively, the rotating electric machine 80 converts the rotational driving force transmitted from the wheels, etc. into electric power, and charges the power storage device E via the inverter 30 (regeneration). In other words, the power storage device E is charged not only via a commercial power source, but also by the rotating electric machine 80.

インバータ30は、不図示の回転電機制御装置により制御される。本実施形態では、自動運転システムを搭載した電気自動車を例示しており、回転電機制御装置は、電気自動車用の駆動制御装置として構成されている。回転電機制御装置は、第1インバータ31と第2インバータ32とのそれぞれを、互いに独立した制御方式で制御可能である(制御方式の詳細については後述する)。回転電機制御装置は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、回転電機制御装置は、不図示の車両制御装置等の他の制御装置等から提供される回転電機80の目標トルク(トルク指令)に基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ30を介して回転電機80を制御する。 The inverter 30 is controlled by a rotating electric machine control device (not shown). In this embodiment, an electric vehicle equipped with an automatic driving system is illustrated, and the rotating electric machine control device is configured as a drive control device for the electric vehicle. The rotating electric machine control device can control the first inverter 31 and the second inverter 32 using control methods independent of each other (the details of the control methods will be described later). The rotating electric machine control device is constructed with a logic circuit such as a microcomputer as its core component. For example, the rotating electric machine control device performs current feedback control using a vector control method based on a target torque (torque command) of the rotating electric machine 80 provided from another control device such as a vehicle control device (not shown), and controls the rotating electric machine 80 via the inverter 30.

回転電機80の各相のステータコイル8を流れる実電流は不図示の電流センサにより検出され、回転電機80のロータの各時点での磁極位置は、レゾルバなどの不図示の回転センサにより検出される。回転電機制御装置は、電流センサ及び回転センサの検出結果を用いて、電流フィードバック制御を実行する。回転電機制御装置は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア(プログラム)との協働により実現される。 The actual current flowing through the stator coil 8 of each phase of the rotating electric machine 80 is detected by a current sensor (not shown), and the magnetic pole position of the rotor of the rotating electric machine 80 at each point in time is detected by a rotation sensor (not shown), such as a resolver. The rotating electric machine control device performs current feedback control using the detection results of the current sensor and the rotation sensor. The rotating electric machine control device is configured with various functional units for current feedback control, and each functional unit is realized by the cooperation of hardware such as a microcomputer and software (programs).

回転電機制御装置は、第1インバータ31及び第2インバータ32を構成するスイッチング素子3のスイッチングパターンの形態として、例えば電気角の一周期においてパターンの異なる複数のパルスが出力されるパルス幅変調制御や、電気角の一周期において1つのパルスが出力される矩形波制御を実行することができる。尚、上述したように、回転電機制御装置は、第1インバータ31と第2インバータ32とのそれぞれを、互いに独立した制御方式で制御可能である。 The rotating electric machine control device can execute, for example, pulse width modulation control in which multiple pulses with different patterns are output in one period of the electrical angle, or square wave control in which one pulse is output in one period of the electrical angle, as the switching pattern form of the switching elements 3 that constitute the first inverter 31 and the second inverter 32. As described above, the rotating electric machine control device can control each of the first inverter 31 and the second inverter 32 using a control method independent of each other.

また、回転電機制御装置は、インバータ30や回転電機80に異常が検出されたような場合のフェールセーフ制御として、シャットダウン制御やアクティブショートサーキット制御を実行することができる。シャットダウン制御は、インバータ30を構成する全てのスイッチング素子3へのスイッチング制御信号を非アクティブ状態にしてインバータ30をオフ状態にする制御である。アクティブショートサーキット制御は、複数相全てのアームの上段側スイッチング素子3H或いは複数相全てのアームの下段側スイッチング素子3Lの何れか一方側をオン状態とし、他方側をオフ状態とする制御である。尚、複数相全てのアームの上段側スイッチング素子3Hをオン状態とし、複数相全てのアームの下段側スイッチング素子3Lをオフ状態とする場合を上段側アクティブショートサーキット制御と称する。また、複数相全てのアームの下段側スイッチング素子3Lをオン状態とし、複数相全てのアームの上段側スイッチング素子3Hをオフ状態とする場合を下段側アクティブショートサーキット制御と称する。 The rotating electric machine control device can also execute shutdown control or active short circuit control as a fail-safe control in the case where an abnormality is detected in the inverter 30 or the rotating electric machine 80. Shutdown control is a control in which the switching control signal to all switching elements 3 constituting the inverter 30 is made inactive to turn the inverter 30 off. Active short circuit control is a control in which either one side of the upper-stage switching elements 3H of all arms of the multiple phases or the lower-stage switching elements 3L of all arms of the multiple phases is turned on and the other side is turned off. Note that the case where the upper-stage switching elements 3H of all arms of the multiple phases are turned on and the lower-stage switching elements 3L of all arms of the multiple phases are turned off is referred to as upper-stage active short circuit control. Also, the case where the lower-stage switching elements 3L of all arms of the multiple phases are turned on and the upper-stage switching elements 3H of all arms of the multiple phases are turned off is referred to as lower-stage active short circuit control.

本実施形態のように、ステータコイル8の両端にそれぞれインバータ30が接続されている場合、一方のインバータ30をアクティブショートサーキット制御によって短絡させると、複数相のステータコイル8が当該一方のインバータ30において短絡される。つまり、当該一方のインバータ30が中性点となって、ステータコイル8がY型結線されることになる。上述したように、回転電機制御装置は、第1インバータ31と第2インバータ32とのそれぞれを、互いに独立した制御方式で制御可能である。このため、回転電機制御装置は、2つのインバータ30を介してオープン巻線型の回転電機80を制御する形態と、1つのインバータ30(アクティブショートサーキット制御されていない側のインバータ30)を介してY型結線の回転電機80を制御する形態とを実現することができる。 In the present embodiment, when inverters 30 are connected to both ends of the stator coil 8, when one inverter 30 is short-circuited by active short circuit control, the multi-phase stator coils 8 are short-circuited in the one inverter 30. In other words, the one inverter 30 becomes the neutral point, and the stator coils 8 are Y-connected. As described above, the rotating electric machine control device can control the first inverter 31 and the second inverter 32 by independent control methods. Therefore, the rotating electric machine control device can realize a form in which an open winding type rotating electric machine 80 is controlled via two inverters 30, and a form in which a Y-connected rotating electric machine 80 is controlled via one inverter 30 (the inverter 30 not controlled by active short circuit).

車両は、種々のシステムを備えている。例えば、車両は、少なくとも、電動ステアリングシステム、自動ブレーキシステム、周辺監視システム、ナビゲーションシステム、エアコンディショナーシステム、デフロスターシステム、電動シートシステム、シートヒータシステムを備えている。それぞれのシステムの間は、CAN(Controller Area Network)などの車内ネットワークによって接続されており、情報の授受が可能に構成されている。 A vehicle is equipped with various systems. For example, a vehicle is equipped with at least an electric steering system, an automatic braking system, a perimeter monitoring system, a navigation system, an air conditioning system, a defroster system, an electric seat system, and a seat heater system. Each system is connected to an in-vehicle network such as a Controller Area Network (CAN), allowing the exchange of information.

電動ステアリングシステムは、ドライバーによるステアリング操作の補助や、自動運転時における操舵を行うシステムである。自動ブレーキシステムは、ドライバーによる制動操作の補助や、自動運転時における制動、及び障害物等を検知した場合の制動を行うシステムである。周辺監視システムは、道路標識や道路標示の認識、走行経路への障害物の進入、駐車時における車両周辺の物体の監視等を行うシステムである。ナビゲーションシステムは、目的地までの経路の探索、及び目的までの案内を行うシステムである。エアコンディショナーシステムは、車室内の温度や湿度を整えるシステムである。デフロスターシステムは、車両の窓の曇りを抑制するシステムである。電動シートシステムは、車両のシート位置を調整するシステムである。シートヒータシステムは、寒冷期等においてシートを温めるシステムである。 The electric steering system is a system that assists the driver in steering operations and steers the vehicle during autonomous driving. The automatic braking system is a system that assists the driver in braking operations, brakes the vehicle during autonomous driving, and brakes the vehicle when an obstacle is detected. The surrounding monitoring system is a system that recognizes road signs and road markings, monitors the intrusion of obstacles into the driving route, and monitors objects around the vehicle when parking. The navigation system is a system that searches for a route to a destination and provides guidance to the destination. The air conditioning system is a system that regulates the temperature and humidity inside the vehicle. The defroster system is a system that prevents the vehicle's windows from fogging up. The electric seat system is a system that adjusts the position of the vehicle's seats. The seat heater system is a system that warms the seats during cold seasons, etc.

ここで、車両制御装置、回転電機制御装置、自動ブレーキシステム、周辺監視システム、ナビゲーションシステム、電動シートシステムは、例えば12ボルト程度の低電圧が定格の負荷群であり、ここでは「低電圧負荷群」と称する。電動ステアリングシステム、エアコンディショナーシステム、デフロスターシステム、シートヒータシステムは、例えば42ボルト程度の中電圧が定格の負荷群であり、ここでは、「中電圧負荷群」と称する。尚、定格の電圧が200~400ボルトの蓄電装置Eに接続されたインバータ30(第1インバータ31及び第2インバータ32)は、200~400ボルトが定格の負荷群であり、ここでは「高電圧負荷群」と称する。以上は、定格電圧による電気的負荷の分類である。 Here, the vehicle control device, rotating electrical machine control device, automatic braking system, perimeter monitoring system, navigation system, and power seat system are load groups rated at a low voltage of, for example, about 12 volts, and are referred to here as the "low voltage load group." The electric steering system, air conditioner system, defroster system, and seat heater system are load groups rated at a medium voltage of, for example, about 42 volts, and are referred to here as the "medium voltage load group." Note that the inverter 30 (first inverter 31 and second inverter 32) connected to the power storage device E, which has a rated voltage of 200 to 400 volts, is a load group rated at 200 to 400 volts, and are referred to here as the "high voltage load group." The above is a classification of electrical loads by rated voltage.

一方、例えば車両に搭載される電気的負荷には、車両に何らかの異常が生じている場合でも、動作を継続することが好ましい負荷、つまり電力供給の重要度の高い負荷と、車両に何らかの異常が生じている場合には例えば節電のために動作を停止しても問題のない負荷、つまり電力供給の重要度の低い負荷とがある。ここでは、そのように重要度が高い負荷を、緊急時でも電源供給が必要な負荷である第1負荷群EL(Emergency Load)と称し、重要度が低い負荷を、緊急時には電源供給を中止してもよい第2負荷群NEL(Non-Emergency Load)と称する。第1負荷群EL及び第2負荷群NEL共に、インバータ30の直流側の定格電圧(蓄電装置E(第1蓄電装置E1及び第2蓄電装置E2)の定格電圧)よりも低電圧を定格電圧とする電気的負荷である。 On the other hand, for example, among the electrical loads mounted on a vehicle, there are loads that are preferably continued to operate even if some abnormality occurs in the vehicle, i.e., loads with high importance of power supply, and loads that can be stopped to save power if some abnormality occurs in the vehicle, i.e., loads with low importance of power supply. Here, such loads with high importance are referred to as the first load group EL (Emergency Load), which is a load that requires power supply even in an emergency, and loads with low importance are referred to as the second load group NEL (Non-Emergency Load), which may stop power supply in an emergency. Both the first load group EL and the second load group NEL are electrical loads with a rated voltage lower than the rated voltage of the DC side of the inverter 30 (the rated voltage of the power storage device E (the first power storage device E1 and the second power storage device E2)).

例えば、上記のシステムの場合、「高電圧負荷群」に属するインバータ30、「中電圧負荷群」に属する電動ステアリングシステム、エアコンディショナーシステム、「低電圧負荷群」に属する車両制御装置、回転電機制御装置、自動ブレーキシステム、周辺監視システム、ナビゲーションシステムは、第1負荷群ELに属する。その他の負荷は、第2負荷群NELに属する。以上、本実施形態では、上記の各負荷は、下記の表1のように分類される。尚、下記の説明においては、インバータ30を除き、蓄電装置Eから付加的に電力を供給される負荷について、第1負荷群ELと第2負荷群NELとに分けて説明する。従って、インバータ30は、第1負荷群EL及び第2負荷群NELの何れにも属していない。 For example, in the case of the above system, the inverter 30, which belongs to the "high voltage load group," the electric steering system, the air conditioner system, which belong to the "medium voltage load group," and the vehicle control device, rotating electrical control device, automatic braking system, surroundings monitoring system, and navigation system, which belong to the "low voltage load group," belong to the first load group EL. The other loads belong to the second load group NEL. In this embodiment, the above loads are classified as shown in Table 1 below. In the following explanation, the loads to which power is additionally supplied from the power storage device E, excluding the inverter 30, are explained as being divided into the first load group EL and the second load group NEL. Therefore, the inverter 30 does not belong to either the first load group EL or the second load group NEL.

Figure 0007589624000001
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上述したように、電源システム100は、2つの直流電源(蓄電装置E)を備えている。これらは、インバータ30等の高電圧負荷群に電力を供給する高圧直流電源であるから、電源システム100は、低電圧負荷群や中電圧負荷群に適切な定格電圧を供給するための降圧コンバータ10を備えている。詳細は後述するが、図1及び図5に示す形態(第1電源システム100A及び第3電源システム100C)では、降圧コンバータ10として、蓄電装置Eからの200ボルト~400ボルト程度の高電圧の入力電圧Vinを、共に12ボルト程度の低電圧(第1電圧V1)に降圧する第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2を備えている。図2に示す形態(第2電源システム100B)では、入力電圧Vinを共に、12ボルト程度の低電圧(第1電圧V1)及び42ボルト程度の中電圧(第2電圧V2)に降圧する第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2を備えている。図6に示す形態(第4電源システム100D)では、入力電圧Vinを第1電圧V1に降圧する第1降圧コンバータ1と、入力電圧Vinを第1電圧V1及び第2電圧V2に降圧する第2降圧コンバータ2とを備えている。 As described above, the power supply system 100 includes two DC power sources (electric storage device E). These are high-voltage DC power sources that supply power to high-voltage loads such as the inverter 30, so the power supply system 100 includes a step-down converter 10 for supplying an appropriate rated voltage to low-voltage loads and medium-voltage loads. Details will be described later, but in the configurations shown in Figures 1 and 5 (first power supply system 100A and third power supply system 100C), the step-down converter 10 includes a first step-down converter 1 and a second step-down converter 2 that step-down the high-voltage input voltage Vin of about 200 to 400 volts from the electric storage device E to a low voltage (first voltage V1) of about 12 volts. In the configuration shown in Figure 2 (second power supply system 100B), the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 that step-down the input voltage Vin to a low voltage (first voltage V1) of about 12 volts and a medium voltage (second voltage V2) of about 42 volts are included. The embodiment shown in FIG. 6 (fourth power supply system 100D) includes a first step-down converter 1 that steps down the input voltage Vin to a first voltage V1, and a second step-down converter 2 that steps down the input voltage Vin to the first voltage V1 and the second voltage V2.

尚、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2について、入力電圧Vinを第1電圧V1にのみ降圧する降圧コンバータ10と、入力電圧Vinを第1電圧V1及び第2電圧V2に降圧する降圧コンバータ10とを区別する場合、前者(第1電圧V1にのみ降圧)をシングル降圧コンバータ11と称し、後者(第1電圧V1及び第2電圧V2に降圧)をマルチ降圧コンバータ12と称する。また、第1電圧V1は、例えば定格が12ボルト(11~13ボルト程度)或いは24ボルト(22~26ボルト)であり、第2電圧V2は、例えば定格が36ボルト(32~40ボルト)、42ボルト(38~46ボルト)、或いは48ボルト(43~53ボルト)である。 When distinguishing between the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2, a step-down converter 10 that steps down the input voltage Vin only to the first voltage V1 and a step-down converter 10 that steps down the input voltage Vin to the first voltage V1 and the second voltage V2, the former (step-down to the first voltage V1 only) is called a single step-down converter 11, and the latter (step-down to the first voltage V1 and the second voltage V2) is called a multi-step-down converter 12. The first voltage V1 is, for example, rated at 12 volts (approximately 11 to 13 volts) or 24 volts (22 to 26 volts), and the second voltage V2 is, for example, rated at 36 volts (32 to 40 volts), 42 volts (38 to 46 volts), or 48 volts (43 to 53 volts).

図3は、シングル降圧コンバータ11の一例を模式的に示しており、図4は、マルチ降圧コンバータ12の一例を模式的に示している。本実施形態では、降圧コンバータ10は、トランスTを備えた絶縁型コンバータである。シングル降圧コンバータ11は、1組のトランスTを備え、マルチ降圧コンバータ12は、2組のトランスT(第1トランスT1及び第2トランスT2)を備えている。シングル降圧コンバータ11及びマルチ降圧コンバータ12共に、一次側コイルTPは蓄電装置Eにスイッチング素子を介して接続されている。スイッチング素子がスイッチングすることにより、入力電圧Vinが断続的に一次側コイルに印加され、電磁誘導によって二次側コイルTSに交流電圧が誘起される。二次側回路には、整流用ダイオードD及び平滑コンデンサCが備えられている。整流用ダイオードDによって交流電圧が直流に整流され、整流の際に生じる脈動が平滑コンデンサCによって平滑化される。 Figure 3 shows an example of a single step-down converter 11, and Figure 4 shows an example of a multi-step-down converter 12. In this embodiment, the step-down converter 10 is an isolated converter equipped with a transformer T. The single step-down converter 11 includes one set of transformers T, and the multi-step-down converter 12 includes two sets of transformers T (a first transformer T1 and a second transformer T2). In both the single step-down converter 11 and the multi-step-down converter 12, the primary coil TP is connected to the power storage device E via a switching element. By switching the switching element, the input voltage Vin is intermittently applied to the primary coil, and an AC voltage is induced in the secondary coil TS by electromagnetic induction. The secondary circuit includes a rectifier diode D and a smoothing capacitor C. The AC voltage is rectified to DC by the rectifier diode D, and the pulsation generated during rectification is smoothed by the smoothing capacitor C.

図1、図2、図5、図6に示すように、電源システム100は、第1蓄電装置E1と、第2蓄電装置E2と、第1蓄電装置E1に電気的に接続された第1インバータ31と、第2蓄電装置E2に電気的に接続された第2インバータ32と、第1蓄電装置E1から入力される入力電圧Vinを降圧して出力する第1降圧コンバータ1と、第2蓄電装置E2から入力される入力電圧Vinを降圧して出力する第2降圧コンバータ2と、第1負荷群ELと、第2負荷群NELとを備えている。そして、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2の何れか一方の降圧コンバータ10から第1負荷群ELに電力が供給され、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2の何れか他方の降圧コンバータ10から第2負荷群NELに電力が供給される。 As shown in Figures 1, 2, 5, and 6, the power supply system 100 includes a first storage device E1, a second storage device E2, a first inverter 31 electrically connected to the first storage device E1, a second inverter 32 electrically connected to the second storage device E2, a first step-down converter 1 that steps down and outputs the input voltage Vin input from the first storage device E1, a second step-down converter 2 that steps down and outputs the input voltage Vin input from the second storage device E2, a first load group EL, and a second load group NEL. Then, power is supplied to the first load group EL from the step-down converter 10 of either the first step-down converter 1 or the second step-down converter 2, and power is supplied to the second load group NEL from the step-down converter 10 of the other of the first step-down converter 1 or the second step-down converter 2.

電源システム100がこのように構成されることによって、蓄電装置Eからインバータ30に電力を供給すると共に、蓄電装置Eから降圧コンバータ10を介して第1負荷群EL及び第2負荷群NELにも電力を供給することができる。つまり、インバータ30に比べて低電圧で動作する電気的負荷に電力を供給するために、別の電源を備える必要がなく、電源システムを簡素化することができる。 By configuring the power supply system 100 in this manner, power can be supplied from the storage device E to the inverter 30, and power can also be supplied from the storage device E to the first load group EL and the second load group NEL via the step-down converter 10. In other words, there is no need to provide a separate power supply to supply power to an electrical load that operates at a lower voltage than the inverter 30, and the power supply system can be simplified.

尚、図1及び図5に示すように、第1電源システム100A及び第3電源システム100Cでは、第1降圧コンバータ1は、第1蓄電装置E1から入力される入力電圧Vinを降圧して第1電圧V1を出力し、第2降圧コンバータ2も、第2蓄電装置E2から入力される入力電圧Vinを降圧して第1電圧V1を出力する。第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2は、図3に示すシングル降圧コンバータ11として構成されている。 As shown in Figs. 1 and 5, in the first power supply system 100A and the third power supply system 100C, the first step-down converter 1 steps down the input voltage Vin input from the first power storage device E1 to output the first voltage V1, and the second step-down converter 2 steps down the input voltage Vin input from the second power storage device E2 to output the first voltage V1. The first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 are configured as a single step-down converter 11 shown in Fig. 3.

また、図2に示すように、第2電源システム100Bでは、第1降圧コンバータ1は、第1蓄電装置E1から入力される入力電圧Vinを降圧して第1電圧V1及び第1電圧V1よりも高い第2電圧V2を出力し、第2降圧コンバータ2も、第2蓄電装置E2から入力される入力電圧Vinを降圧して第1電圧V1及び第2電圧V2を出力する。第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2は、図4に示すマルチ降圧コンバータ12として構成されている。 As shown in FIG. 2, in the second power supply system 100B, the first step-down converter 1 steps down the input voltage Vin input from the first power storage device E1 to output a first voltage V1 and a second voltage V2 higher than the first voltage V1, and the second step-down converter 2 steps down the input voltage Vin input from the second power storage device E2 to output a first voltage V1 and a second voltage V2. The first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 are configured as a multi-step-down converter 12 shown in FIG. 4.

また、図6に示すように、第4電源システム100Dでは、第1降圧コンバータ1は、第1蓄電装置E1から入力される入力電圧Vinを降圧して第1電圧V1出力し、第2降圧コンバータ2は、第2蓄電装置E2から入力される入力電圧Vinを降圧して第1電圧V1及び第1電圧V1よりも高い第2電圧V2を出力する。第1降圧コンバータ1は、図3に示すシングル降圧コンバータ11として構成されており、第2降圧コンバータ2は、図4に示すマルチ降圧コンバータ12として構成されている。 As shown in FIG. 6, in the fourth power supply system 100D, the first step-down converter 1 steps down the input voltage Vin input from the first power storage device E1 to output a first voltage V1, and the second step-down converter 2 steps down the input voltage Vin input from the second power storage device E2 to output the first voltage V1 and a second voltage V2 higher than the first voltage V1. The first step-down converter 1 is configured as a single step-down converter 11 shown in FIG. 3, and the second step-down converter 2 is configured as a multi-step-down converter 12 shown in FIG. 4.

図1、図5及び下記の表2に示すように、第1電源システム100A及び第3電源システム100Cでは、第1負荷群EL及び第2負荷群NELの双方に、第1電圧V1が供給されている。第1負荷群EL及び第2負荷群NEL共に、中電圧負荷が含まれているが、これらを本来の定格電圧よりも低電圧の第1電圧V1で動作させることによって、電源システム100を簡素化することができる。そして、これにより、電源システム100のコストの低減が図れる可能性がある。尚、それぞれの負荷において昇圧レギュレータなどを用いて、適宜、第1電圧V1よりも高い電圧に昇圧されることを妨げるものではない。 As shown in Figures 1 and 5 and Table 2 below, in the first power supply system 100A and the third power supply system 100C, the first voltage V1 is supplied to both the first load group EL and the second load group NEL. Both the first load group EL and the second load group NEL include medium voltage loads, but by operating these at the first voltage V1, which is lower than the original rated voltage, the power supply system 100 can be simplified. This may potentially reduce the cost of the power supply system 100. However, this does not prevent each load from being boosted to a voltage higher than the first voltage V1 using a boost regulator or the like as appropriate.

Figure 0007589624000002
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図2、図6及び下記の表3に示すように、第2電源システム100B及び第4電源システム100Dでは、第1負荷群ELに第1電圧V1が供給され、第2負荷群NELに第2電圧V2が供給されている。第2負荷群NELに含まれている中電圧負荷には、本来の定格電圧である第2電圧V2が供給されるが、第1負荷群ELに含まれている中電圧負荷には、本来の定格電圧よりも低電圧の第1電圧V1が供給されている。第1負荷群ELに含まれている中電圧負荷を本来の定格電圧よりも低電圧の第1電圧V1で動作させることによって、後述するように、異常が発生した場合も考慮した電源システム100を簡素化することができる。尚、第1負荷群ELに含まれている中電圧負荷のそれぞれにおいて昇圧レギュレータなどを用いて、適宜、第1電圧V1よりも高い電圧に昇圧されることを妨げるものではない。 2, 6 and Table 3 below, in the second power supply system 100B and the fourth power supply system 100D, the first load group EL is supplied with the first voltage V1, and the second load group NEL is supplied with the second voltage V2. The medium voltage loads included in the second load group NEL are supplied with the second voltage V2, which is the original rated voltage, while the medium voltage loads included in the first load group EL are supplied with the first voltage V1, which is lower than the original rated voltage. By operating the medium voltage loads included in the first load group EL at the first voltage V1, which is lower than the original rated voltage, as described below, the power supply system 100 can be simplified to take into account the occurrence of an abnormality. Note that this does not prevent each of the medium voltage loads included in the first load group EL from being boosted to a voltage higher than the first voltage V1 as appropriate using a boost regulator or the like.

Figure 0007589624000003
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図1及び図2に示すように、第1電源システム100A及び第2電源システム100Bでは、第1負荷群ELが、第1スイッチS1を介して第1降圧コンバータ1と電気的に接続されており、第2負荷群NELが、第2スイッチS2を介して第2降圧コンバータ2と電気的に接続されている。さらに、第1負荷群ELは、第3スイッチS3を介して第2降圧コンバータ2とも電気的に接続されており、第2負荷群NELは、第4スイッチS4を介して第1降圧コンバータ1とも電気的に接続されている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, in the first power supply system 100A and the second power supply system 100B, the first load group EL is electrically connected to the first step-down converter 1 via the first switch S1, and the second load group NEL is electrically connected to the second step-down converter 2 via the second switch S2. Furthermore, the first load group EL is also electrically connected to the second step-down converter 2 via the third switch S3, and the second load group NEL is also electrically connected to the first step-down converter 1 via the fourth switch S4.

尚、第2電源システム100Bの降圧コンバータ10は、共にマルチ降圧コンバータ12であるから、より具体的には、第1負荷群ELは、第1降圧コンバータ1から第1電圧V1を供給可能に、第1スイッチS1を介して第1降圧コンバータと電気的に接続され、第2負荷群NELは、第2降圧コンバータ2から第2電圧V2を供給可能に、第2スイッチS2を介して第2降圧コンバータ2と電気的に接続されている。さらに、第1負荷群ELは、第2降圧コンバータ2からも第1電圧V1を供給可能に、第3スイッチS3を介して第2降圧コンバータ2と電気的に接続され、第2負荷群NELは、第1降圧コンバータ1からも第2電圧V2を供給可能に、第4スイッチS4を介して第1降圧コンバータ1と電気的に接続されている。 The step-down converters 10 of the second power supply system 100B are both multi-step-down converters 12. More specifically, the first load group EL is electrically connected to the first step-down converter 1 via the first switch S1 so that the first voltage V1 can be supplied from the first step-down converter 1, and the second load group NEL is electrically connected to the second step-down converter 2 via the second switch S2 so that the second voltage V2 can be supplied from the second step-down converter 2. Furthermore, the first load group EL is electrically connected to the second step-down converter 2 via the third switch S3 so that the first voltage V1 can also be supplied from the second step-down converter 2, and the second load group NEL is electrically connected to the first step-down converter 1 via the fourth switch S4 so that the second voltage V2 can also be supplied from the first step-down converter 1.

また、図5及び図6に示すように、第3電源システム100C及び第4電源システム100Dでは、第1負荷群ELが、第1スイッチS1を介して第1降圧コンバータ1と電気的に接続されており、第2負荷群NELが、第2スイッチS2を介して第2降圧コンバータ2と電気的に接続されている。さらに、第1負荷群ELは、第3スイッチS3を介して第2降圧コンバータ2とも電気的に接続されている。第2負荷群NELは、第1降圧コンバータ1とは電気的に接続されていない。 As shown in Figs. 5 and 6, in the third power supply system 100C and the fourth power supply system 100D, the first load group EL is electrically connected to the first step-down converter 1 via the first switch S1, and the second load group NEL is electrically connected to the second step-down converter 2 via the second switch S2. Furthermore, the first load group EL is also electrically connected to the second step-down converter 2 via the third switch S3. The second load group NEL is not electrically connected to the first step-down converter 1.

尚、第4電源システム100Dの第2降圧コンバータ2はマルチ降圧コンバータ12であるから、より具体的には、第1負荷群ELは、第1降圧コンバータ1から第1電圧V1を供給可能に、第1スイッチS1を介して第1降圧コンバータと電気的に接続され、第2負荷群NELは、第2降圧コンバータ2から第2電圧V2を供給可能に、第2スイッチS2を介して第2降圧コンバータ2と電気的に接続されている。さらに、第1負荷群ELは、第2降圧コンバータ2からも第1電圧V1を供給可能に、第3スイッチS3を介して第2降圧コンバータ2と電気的に接続されている。第1降圧コンバータ1はシングル降圧コンバータ11であるから、第2負荷群NELは、第1降圧コンバータ1からは第2電圧V2を供給可能には接続されていない。 Since the second step-down converter 2 of the fourth power supply system 100D is a multi-step-down converter 12, more specifically, the first load group EL is electrically connected to the first step-down converter 1 via the first switch S1 so that the first voltage V1 can be supplied from the first step-down converter 1, and the second load group NEL is electrically connected to the second step-down converter 2 via the second switch S2 so that the second voltage V2 can be supplied from the second step-down converter 2. Furthermore, the first load group EL is electrically connected to the second step-down converter 2 via the third switch S3 so that the first voltage V1 can also be supplied from the second step-down converter 2. Since the first step-down converter 1 is a single step-down converter 11, the second load group NEL is not connected so that the first step-down converter 1 can supply the second voltage V2.

即ち、4つの形態の電源システム100に共通して、少なくとも第1負荷群ELは、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2の双方から選択的に電力が供給可能に、双方の降圧コンバータ10に電気的に接続されている。第2負荷群NELは、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2の少なくとも一方から電力が供給可能に、当該一方の降圧コンバータ10に電気的に接続されている。 That is, in common to the four forms of the power supply system 100, at least the first load group EL is electrically connected to both the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 so that power can be selectively supplied from both of them. The second load group NEL is electrically connected to at least one of the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 so that power can be supplied from that one step-down converter 10.

上記のような構成により、4つの形態の電源システム100に共通して、降圧コンバータ10の何れか一方からの電力供給ができない場合、何れか他方の降圧コンバータ10から少なくとも第1負荷群ELに電力が供給可能である。従って、電源システム100に故障等が生じた場合でも、少なくとも第1負荷群ELへの電力供給を継続することができる。例えば、2つの降圧コンバータ10の内の何れか一方が故障した場合、或いは、何れか一方の降圧コンバータ10への蓄電装置Eからの電力供給が途絶えた場合(蓄電装置Eの故障、第1コンタクタMC1或いは第2コンタクタMC2の開放等)であっても、第1負荷群ELへの電力の供給を継続することができる。 With the above-mentioned configuration, in common to the four forms of power supply system 100, when power cannot be supplied from one of the step-down converters 10, power can be supplied from the other step-down converter 10 to at least the first load group EL. Therefore, even if a failure occurs in the power supply system 100, power supply to at least the first load group EL can be continued. For example, even if one of the two step-down converters 10 fails, or if the power supply from the storage device E to one of the step-down converters 10 is cut off (due to failure of the storage device E, opening of the first contactor MC1 or the second contactor MC2, etc.), power supply to the first load group EL can be continued.

尚、上述したように、第1負荷群ELは、第2負荷群NELに比べて、電力供給の優先度の高い電気的負荷である。電力供給の優先度に応じて電気的負荷を分類することで、適切に電源システム100における電源供給の設計、管理、制御等を行うことができる。また、例えば、降圧コンバータ10の何れか一方からの電力供給ができない場合に、何れか他方の降圧コンバータ10から少なくとも第1負荷群に電力が供給されるように構成されている場合には、電力供給の優先度の高い第1負荷群ELに適切に電力を供給することができる。 As described above, the first load group EL is an electrical load that has a higher priority for power supply than the second load group NEL. By classifying the electrical loads according to the priority of power supply, it is possible to appropriately design, manage, control, etc. the power supply in the power supply system 100. Also, for example, if power cannot be supplied from one of the step-down converters 10, and power is supplied from the other step-down converter 10 to at least the first load group, power can be appropriately supplied to the first load group EL, which has a higher priority for power supply.

例えば、図1に示す第1電源システム100Aでは、第1スイッチS1~第4スイッチS4を下記の表4に示すように制御することによって、電源システム100に故障等が生じた場合でも、少なくとも第1負荷群ELへの電力供給を継続することができる。 For example, in the first power supply system 100A shown in FIG. 1, by controlling the first switch S1 to the fourth switch S4 as shown in Table 4 below, even if a failure or the like occurs in the power supply system 100, it is possible to continue supplying power to at least the first load group EL.

Figure 0007589624000004
Figure 0007589624000004

また、例えば、図2に示す第2電源システム100Bでは、第1スイッチS1~第4スイッチS4を下記の表5に示すように制御することによって、電源システム100に故障等が生じた場合でも、少なくとも第1負荷群ELへの電力供給を継続することができる。 For example, in the second power supply system 100B shown in FIG. 2, by controlling the first switch S1 to the fourth switch S4 as shown in Table 5 below, even if a failure or the like occurs in the power supply system 100, it is possible to continue supplying power to at least the first load group EL.

Figure 0007589624000005
Figure 0007589624000005

ここで、表4及び表5に示すように、第1電源システム100A及び第2電源システム100Bでは、正常時に第1パターン及び第2パターンによる電力供給が可能である。つまり、第1電源システム100A及び第2電源システム100Bでは、正常時に第1負荷群ELに電力を供給する降圧コンバータ10と、第2負荷群NELに電力を供給する降圧コンバータ10とを切り替えることができる。これにより、第1蓄電装置E1及び第2蓄電装置E2の何れか一方の充電残量が低下するようなことを抑制して、第1蓄電装置E1及び第2蓄電装置E2のバランスを保つことが容易である。 As shown in Tables 4 and 5, the first power supply system 100A and the second power supply system 100B can supply power in the first and second patterns under normal conditions. In other words, the first power supply system 100A and the second power supply system 100B can switch between the step-down converter 10 that supplies power to the first load group EL and the step-down converter 10 that supplies power to the second load group NEL under normal conditions. This makes it easy to maintain a balance between the first and second storage devices E1 and E2 by preventing the remaining charge of either the first or second storage device E1 or E2 from decreasing.

即ち、電源システム100は、第1負荷群ELに電力を供給する降圧コンバータ10と、第2負荷群NELに電力を供給する降圧コンバータ10とが、予め規定された切り替え条件に従って入れ替えられると好適である。ここで、切り替え条件とは、所定の時間ごとでも良いし、第1蓄電装置E1の充電状態(SOC:state of charge)と第2蓄電装置E2の充電状態とに基づき、SOCの差が予め規定された値以上となった場合、等である。このように、切り替えることによって、2つの蓄電装置Eをバランス良く用いることができる。尚、切り替え条件の判定のため、回転電機制御装置には、蓄電装置EのSOCの情報がフィードバックされていると好適である。 That is, it is preferable that the power supply system 100 switches between the step-down converter 10 that supplies power to the first load group EL and the step-down converter 10 that supplies power to the second load group NEL according to a predefined switching condition. Here, the switching condition may be at a predetermined time interval, or when the difference in SOC based on the state of charge (SOC) of the first storage device E1 and the state of charge of the second storage device E2 becomes equal to or exceeds a predefined value. By switching in this way, the two storage devices E can be used in a balanced manner. It is preferable that information on the SOC of the storage device E is fed back to the rotating electrical machine control device to determine the switching condition.

尚、表4及び表5には記載していないが、第1蓄電装置E1と第2蓄電装置E2とのバランスを考慮しなければ、異常時において第2負荷群NELへの電力供給が行われることを妨げるものではない。例えば、第1降圧コンバータ1を介した電力供給ができなくなった場合、第3スイッチS3をON状態として第2降圧コンバータ2から第1負荷群ELに電力を供給すると共に、第2スイッチS2もON状態として第2降圧コンバータ2から第2負荷群NELに電力を供給してもよい。或いは、第2降圧コンバータ2を介した電力供給ができなくなった場合、第1スイッチS1をON状態として第1降圧コンバータ1から第1負荷群ELに電力を供給すると共に、第4スイッチS4もON状態として第1降圧コンバータ1から第2負荷群NELに電力を供給してもよい。 Although not shown in Tables 4 and 5, if the balance between the first storage device E1 and the second storage device E2 is not taken into consideration, power supply to the second load group NEL is not prevented in the event of an abnormality. For example, if power supply via the first step-down converter 1 is no longer possible, the third switch S3 may be turned on to supply power from the second step-down converter 2 to the first load group EL, and the second switch S2 may also be turned on to supply power from the second step-down converter 2 to the second load group NEL. Alternatively, if power supply via the second step-down converter 2 is no longer possible, the first switch S1 may be turned on to supply power from the first step-down converter 1 to the first load group EL, and the fourth switch S4 may also be turned on to supply power from the first step-down converter 1 to the second load group NEL.

また、例えば、図5に示す第3電源システム100Cでは、第1スイッチS1~第3スイッチS3を下記の表6に示すように制御することによって、電源システム100に故障等が生じた場合でも、少なくとも第1負荷群ELへの電力供給を継続することができる。 For example, in the third power supply system 100C shown in FIG. 5, by controlling the first switch S1 to the third switch S3 as shown in Table 6 below, even if a failure or the like occurs in the power supply system 100, it is possible to continue supplying power to at least the first load group EL.

Figure 0007589624000006
Figure 0007589624000006

また、例えば、図6に示す第4電源システム100Dでは、第1スイッチS1~第3スイッチS3を下記の表7に示すように制御することによって、電源システム100に故障等が生じた場合でも、少なくとも第1負荷群ELへの電力供給を継続することができる。 For example, in the fourth power supply system 100D shown in FIG. 6, by controlling the first switch S1 to the third switch S3 as shown in Table 7 below, even if a failure or the like occurs in the power supply system 100, it is possible to continue supplying power to at least the first load group EL.

Figure 0007589624000007
Figure 0007589624000007

表6及び表7に示すように、第3電源システム100C及び第4電源システム100Dでは、第1降圧コンバータ1は、第1負荷群ELへ電力を供給可能であり、第2降圧コンバータ2は、第1負荷群EL及び第2負荷群NELに電力を供給可能である。第3電源システム100C及び第4電源システム100Dでは、第1電源システム100A及び第2電源システム100Bとは異なり、第1降圧コンバータ1は、第2負荷群NELへ電力を供給することができない。従って、上述したように、第1負荷群ELに電力を供給する降圧コンバータ10と、第2負荷群NELに電力を供給する降圧コンバータ10とを入れ替えることができない。尚、第1負荷群ELは、何れの降圧コンバータ10からも電力を供給可能であるから、少なくとも第1負荷群ELへの電力供給は、電源システム100に異常が生じても継続することができる。 As shown in Tables 6 and 7, in the third power supply system 100C and the fourth power supply system 100D, the first step-down converter 1 can supply power to the first load group EL, and the second step-down converter 2 can supply power to the first load group EL and the second load group NEL. In the third power supply system 100C and the fourth power supply system 100D, unlike the first power supply system 100A and the second power supply system 100B, the first step-down converter 1 cannot supply power to the second load group NEL. Therefore, as described above, the step-down converter 10 that supplies power to the first load group EL and the step-down converter 10 that supplies power to the second load group NEL cannot be switched. Since the first load group EL can be supplied with power from either step-down converter 10, the power supply to at least the first load group EL can be continued even if an abnormality occurs in the power supply system 100.

第3電源システム100C及び第4電源システム100Dでは、正常時において第1負荷群ELに電力を供給する降圧コンバータ10が第1降圧コンバータ1に固定され、第2負荷群NELに電力を供給する降圧コンバータ10が第2降圧コンバータ2に固定される。従って、正常時において第1負荷群ELに電力を供給する蓄電装置Eも第1蓄電装置E1に固定され、第2負荷群NELに電力を供給する蓄電装置Eも第2蓄電装置E2に固定される。よって、第1蓄電装置E1の充電状態(SOC)と第2蓄電装置E2の充電状態との差が大きくなり、2つの蓄電装置Eをバランス良く用いることができない場合がある。 In the third power supply system 100C and the fourth power supply system 100D, the step-down converter 10 that supplies power to the first load group EL during normal operation is fixed to the first step-down converter 1, and the step-down converter 10 that supplies power to the second load group NEL is fixed to the second step-down converter 2. Therefore, the storage device E that supplies power to the first load group EL during normal operation is also fixed to the first storage device E1, and the storage device E that supplies power to the second load group NEL is also fixed to the second storage device E2. As a result, the difference between the state of charge (SOC) of the first storage device E1 and the state of charge of the second storage device E2 becomes large, and it may not be possible to use the two storage devices E in a balanced manner.

そこで、第1降圧コンバータ1の定格が、第1負荷群ELの最大負荷に基づいて設定され、第2降圧コンバータ2の定格が、第1負荷群ELの最大負荷及び第2負荷群NELの最大負荷の内の大きい方に基づいて設定されていると好適である。第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2が、それぞれの降圧コンバータ10を介した供給先の最大負荷に応じた定格を有するように構成されることで、不必要に回路規模が大きくなるようなことが抑制される。 Therefore, it is preferable that the rating of the first step-down converter 1 is set based on the maximum load of the first load group EL, and the rating of the second step-down converter 2 is set based on the larger of the maximum load of the first load group EL and the maximum load of the second load group NEL. By configuring the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 to have ratings according to the maximum load of the supply destination via each step-down converter 10, it is possible to prevent the circuit size from becoming unnecessarily large.

尚、表6及び表7に示したように、正常時には第2降圧コンバータ2から第2負荷群NELに電力が供給され、異常時には第2降圧コンバータ2から第2負荷群NELへの電力の供給が遮断されると共に第1負荷群ELへ電力が供給される。一般的に、正常時の稼働時間の方が遙かに長いから、異常時における第1負荷群ELへの電力供給を可能とするために、第2降圧コンバータ2の定格を設定することは好ましくない。従って、第1負荷群ELと第2負荷群NELとは、第1負荷群ELの最大負荷よりも第2負荷群NELの最大負荷の方が大きくなるように分類されると好適である。 As shown in Tables 6 and 7, power is supplied from the second step-down converter 2 to the second load group NEL during normal operation, and power supply from the second step-down converter 2 to the second load group NEL is cut off and power is supplied to the first load group EL during abnormal operation. In general, the operating time during normal operation is much longer, so it is not preferable to set the rating of the second step-down converter 2 to enable power supply to the first load group EL during abnormal operation. Therefore, it is preferable to classify the first load group EL and the second load group NEL so that the maximum load of the second load group NEL is greater than the maximum load of the first load group EL.

第2負荷群NELは、中電圧を定格とするような比較的消費電力の大きい負荷群である。従って、例えば、第1負荷群ELの最大負荷と、第2負荷群NELの最大負荷との比が、1:2となるように、負荷が分類されると好適である。当該最大負荷に応じて、第1降圧コンバータ1と第2降圧コンバータ2とを適切に構成することができる。何れか一方の降圧コンバータ10を小型化できる可能性があるため、電源システム100の簡素化、低コスト化を図ることができる。同様に、蓄電装置Eの容量についても、異ならせることができる可能性がある。 The second load group NEL is a load group with relatively high power consumption, such as a load rated at a medium voltage. Therefore, it is preferable to classify the loads so that the ratio of the maximum load of the first load group EL to the maximum load of the second load group NEL is 1:2, for example. The first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 can be appropriately configured according to the maximum load. Since it is possible to reduce the size of one of the step-down converters 10, it is possible to simplify the power supply system 100 and reduce costs. Similarly, it is possible to make the capacity of the storage device E different.

尚、表6及び表7には記載していないが、第2蓄電装置E2からの放電量を考慮しなければ(考慮する必要が無ければ)、異常時において第2負荷群NELへの電力供給が行われることを妨げるものではない。例えば、第1降圧コンバータ1を介した電力供給ができなくなった場合、第3スイッチS3をON状態として第2降圧コンバータ2から第1負荷群ELに電力を供給すると共に、第2スイッチS2もON状態として第2降圧コンバータ2から第2負荷群NELに電力を供給してもよい。 Although not shown in Tables 6 and 7, if the discharge amount from the second power storage device E2 is not taken into consideration (if there is no need to take it into consideration), this does not prevent power from being supplied to the second load group NEL in the event of an abnormality. For example, if power supply via the first step-down converter 1 is no longer possible, the third switch S3 may be turned on to supply power from the second step-down converter 2 to the first load group EL, and the second switch S2 may also be turned on to supply power from the second step-down converter 2 to the second load group NEL.

ところで、上記において、4つの形態の電源システム100に共通して、降圧コンバータ10の何れか一方からの電力供給ができない場合、何れか他方の降圧コンバータ10から少なくとも第1負荷群ELに電力が供給可能であることを説明した。また、「降圧コンバータ10の何れか一方からの電力供給ができない場合」について、2つの降圧コンバータ10の内の何れか一方が故障した場合、或いは、何れか一方の降圧コンバータ10への蓄電装置Eからの電力供給が途絶えた場合(蓄電装置Eの故障、第1コンタクタMC1或いは第2コンタクタMC2の開放等)を例示した。ここで、「何れか一方の降圧コンバータ10への蓄電装置Eからの電力供給が途絶えた場合」について、補足する。 In the above, it has been explained that, in common to the four forms of the power supply system 100, when power cannot be supplied from one of the step-down converters 10, power can be supplied from the other step-down converter 10 to at least the first load group EL. In addition, when "power cannot be supplied from one of the step-down converters 10", a case where one of the two step-down converters 10 fails, or when the power supply from the power storage device E to one of the step-down converters 10 is cut off (when the power storage device E fails, the first contactor MC1 or the second contactor MC2 is opened, etc.) is exemplified. Here, a supplementary explanation is given regarding "when the power supply from the power storage device E to one of the step-down converters 10 is cut off".

通常動作時においては、第1コンタクタMC1及び第2コンタクタMC2が閉状態(オン状態)に制御されて、第1蓄電装置E1から第1降圧コンバータ1に電力が供給され、第2蓄電装置E2から第2降圧コンバータ2に電力が供給される。そして、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2を介して第1負荷群EL及び第2負荷群NELに電力が供給される。 During normal operation, the first contactor MC1 and the second contactor MC2 are controlled to a closed state (on state), and power is supplied from the first power storage device E1 to the first step-down converter 1, and power is supplied from the second power storage device E2 to the second step-down converter 2. Then, power is supplied to the first load group EL and the second load group NEL via the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2.

ここで、第1コンタクタMC1或いは第2コンタクタMC2に何らかの異常(故障や衝撃による開放など)が生じると、蓄電装置Eと降圧コンバータ10との電気的接続も遮断される。その結果、降圧コンバータ10から負荷への電力供給も途絶することになる。また、蓄電装置E自体に異常が生じた場合には、第1コンタクタMC1及び第2コンタクタMC2が閉状態であっても、蓄電装置Eからの電力供給が途絶する。蓄電装置Eの異常とは、例えば蓄電装置Eを構成する複数のバッテリーセルの内の少なくとも一部の損傷や、蓄電装置Eの充放電を管理するバッテリーコントローラの故障等である。回転電機制御装置には、第1コンタクタMC1及び第2コンタクタMC2の状態を示す情報、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2それぞれから出力される第1電圧V1及び第2電圧V2の検出結果等がフィードバックされていると好適である。 Here, if any abnormality (such as failure or opening due to impact) occurs in the first contactor MC1 or the second contactor MC2, the electrical connection between the storage device E and the step-down converter 10 is also cut off. As a result, the power supply from the step-down converter 10 to the load is also cut off. In addition, if an abnormality occurs in the storage device E itself, the power supply from the storage device E is cut off even if the first contactor MC1 and the second contactor MC2 are in the closed state. An abnormality in the storage device E is, for example, damage to at least a part of the multiple battery cells that make up the storage device E, or a failure of the battery controller that manages the charging and discharging of the storage device E. It is preferable that the rotating electrical machine control device is fed back with information indicating the state of the first contactor MC1 and the second contactor MC2, the detection results of the first voltage V1 and the second voltage V2 output from the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2, etc.

また、インバータ30に異常が生じた場合には、上述したように、フェールセーフ制御として、第1コンタクタMC1或いは第2コンタクタMC2が開状態(オフ状態)に制御されて、当該インバータ30と蓄電装置Eとの電気的接続が遮断される。尚、当該インバータ30は、上述したようにアクティブショートサーキット制御されることによって短絡され、異常が生じていない側のインバータ30によって回転電機80が駆動される。 If an abnormality occurs in the inverter 30, as described above, the first contactor MC1 or the second contactor MC2 is controlled to the open state (off state) as a fail-safe control, and the electrical connection between the inverter 30 and the storage device E is cut off. The inverter 30 is short-circuited by the active short circuit control as described above, and the rotating electric machine 80 is driven by the inverter 30 on the side where no abnormality occurs.

このようなフェールセーフ制御が実行される場合、回転電機80を駆動するために、一方の蓄電装置Eの放電量が多くなる可能性があるため、上述したように、少なくとも第1負荷群ELにのみ電力の供給が継続されると好適である。 When such fail-safe control is executed, there is a possibility that one of the power storage devices E will discharge a large amount in order to drive the rotating electric machine 80, so as described above, it is preferable to continue the supply of power only to at least the first load group EL.

第1蓄電装置E1、第2蓄電装置E2、第1インバータ31、第2インバータ32の何れかが故障した場合にこのような制御が実行されることによって、第1負荷群ELへの電力の供給を継続すると共に、異常を生じていない一方のインバータ30を用いて回転電機80の駆動制御を継続することができる。これにより、例えば、車両を修理工場や、安全な駐車場所まで適切に移動させることも可能となる。 By executing this control when any of the first storage device E1, the second storage device E2, the first inverter 31, or the second inverter 32 fails, it is possible to continue supplying power to the first load group EL and to continue driving and controlling the rotating electric machine 80 using the other inverter 30 that is not malfunctioning. This makes it possible, for example, to appropriately move the vehicle to a repair shop or a safe parking location.

また、上記においては、第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2としてトランスTを備えた絶縁型のコンバータを用いる形態を例示して説明した。絶縁型のコンバータの場合、インバータ30及び蓄電装置Eを含む高電圧回路の基準電位と、第1負荷群EL及び第2負荷群NELとを含む低電圧回路及び中電圧回路の基準電位が分離され、それぞれの回路が独立した構成を容易に構築することができる。これにより、それぞれの回路の干渉、相互作用を抑制し易くなる。しかし、別の方法で干渉や相互作用が抑制できる場合、或いは干渉や相互作用の影響が小さい場合などでは、絶縁型に限らず、チョッパ型などの他の構成のコンバータによって第1降圧コンバータ1及び第2降圧コンバータ2が構成されていてもよい。 In the above, an example was described in which an insulated converter equipped with a transformer T is used as the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2. In the case of an insulated converter, the reference potential of the high-voltage circuit including the inverter 30 and the storage device E is separated from the reference potential of the low-voltage circuit and the medium-voltage circuit including the first load group EL and the second load group NEL, and each circuit can be easily configured as an independent circuit. This makes it easier to suppress interference and interaction between the circuits. However, in cases where interference and interaction can be suppressed by another method or where the effects of interference and interaction are small, the first step-down converter 1 and the second step-down converter 2 may be configured by converters of other configurations, such as chopper type, rather than being limited to the insulated type.

1:第1降圧コンバータ、2:第2降圧コンバータ、10:降圧コンバータ、30:インバータ、31:第1インバータ、32:第2インバータ、100:電源システム、100A:第1電源システム(電源システム)、100B:第2電源システム(電源システム)、100C:第3電源システム(電源システム)、100D:第4電源システム(電源システム)、E:蓄電装置、E1:第1蓄電装置、E2:第2蓄電装置、Vin:入力電圧、V1:第1電圧、V2:第2電圧 1: first step-down converter, 2: second step-down converter, 10: step-down converter, 30: inverter, 31: first inverter, 32: second inverter, 100: power supply system, 100A: first power supply system (power supply system), 100B: second power supply system (power supply system), 100C: third power supply system (power supply system), 100D: fourth power supply system (power supply system), E: power storage device, E1: first power storage device, E2: second power storage device, Vin: input voltage, V1: first voltage, V2: second voltage

Claims (5)

第1蓄電装置と、
第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置に電気的に接続された第1インバータと、
前記第2蓄電装置に電気的に接続された第2インバータと、を備えた電源システムであって、
前記第1蓄電装置から入力される入力電圧を降圧して出力する第1降圧コンバータと、
前記第2蓄電装置から入力される入力電圧を降圧して出力する第2降圧コンバータと、
第1負荷群と、
第2負荷群と、を備え、
前記第1降圧コンバータ及び前記第2降圧コンバータの何れか一方の降圧コンバータから前記第1負荷群に電力が供給され、
前記第1降圧コンバータ及び前記第2降圧コンバータの何れか他方の前記降圧コンバータから前記第2負荷群に電力が供給される、電源システム。
A first power storage device;
A second power storage device;
a first inverter electrically connected to the first power storage device;
A power supply system including: a second inverter electrically connected to the second storage device,
a first step-down converter that steps down and outputs an input voltage input from the first power storage device;
a second step-down converter that steps down and outputs an input voltage input from the second power storage device;
A first loading group;
a second load group;
power is supplied to the first load group from one of the first step-down converter and the second step-down converter;
a power supply system in which power is supplied to the second load group from the other of the first step-down converter and the second step-down converter.
前記降圧コンバータの何れか一方からの電力供給ができない場合、何れか他方の前記降圧コンバータから少なくとも前記第1負荷群に電力が供給される、請求項1に記載の電源システム。 The power supply system according to claim 1, wherein when power cannot be supplied from one of the step-down converters, power is supplied to at least the first load group from the other step-down converter. 前記第1負荷群は、前記第2負荷群に比べて、電力供給の優先度の高い電気的負荷である、請求項1又は2に記載の電源システム。 The power supply system according to claim 1 or 2, wherein the first load group is an electrical load having a higher priority for power supply than the second load group. 前記第1負荷群に電力を供給する前記降圧コンバータと、前記第2負荷群に電力を供給する前記降圧コンバータとが、予め規定された切り替え条件に従って入れ替えられる、請求項1から3の何れか一項に記載の電源システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the step-down converter supplying power to the first load group and the step-down converter supplying power to the second load group are switched according to a predefined switching condition. 前記第1降圧コンバータは、前記第1負荷群へ電力を供給可能であり、
前記第2降圧コンバータは、前記第1負荷群及び前記第2負荷群に電力を供給可能であり、
前記第1降圧コンバータの定格は、前記第1負荷群の最大負荷に基づいて設定され、
前記第2降圧コンバータの定格は、前記第1負荷群の最大負荷及び前記第2負荷群の最大負荷の内の大きい方に基づいて設定されている、請求項1から3の何れか一項に記載の電源システム。
the first buck converter is capable of supplying power to the first group of loads;
the second step-down converter is capable of supplying power to the first load group and the second load group;
a rating of the first buck converter is set based on a maximum load of the first load group;
4. The power supply system according to claim 1, wherein a rating of the second step-down converter is set based on a larger one of a maximum load of the first load group and a maximum load of the second load group.
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