JP7589624B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電源システムに関する。

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。

特開２０１８－１９６１７７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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 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 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 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 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 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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。

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