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技術 配電システム及びその制御方法

出願人 矢崎総業株式会社
発明者 丸山晃則
出願日 2015年12月24日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2015-251038
公開日 2017年6月29日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-114253
状態 特許登録済
技術分野 車両用電気・流体回路 車両の電気的な推進・制動
主要キーワード 電源制御器 高電圧用バッテリ 電圧用バッテリ 機械式リレー EV車両 分岐経路 ヒータ出力 バッテリ数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月29日)のものです。
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図面 (4)

課題

ヒータ等の中圧駆動負荷搭載時において、車両に搭載されるバッテリは2個、DCDCコンバータは1個で、ヒータ及びヒータよりも低い電圧で駆動する補機の双方について適切に駆動させることができる配電システム及びその制御方法を提供する。

解決手段

配電システム1において、電源制御器70は、ヒータH及び一般負荷の双方を駆動させる場合、DC/DCコンバータ20を制御して第2電圧を出力させると共に第1スイッチ部40及び第2スイッチ部50を導通状態とする第1制御と、DC/DCコンバータ20を制御して中間電圧を出力させると共に第1スイッチ部40を遮断状態とし且つ第2スイッチ部50を導通状態のまま保持する第2制御とを、交互に繰り返す。

概要

背景

従来、例えば、42Vのバッテリ電圧を有する高電圧用バッテリと、12Vのバッテリ電圧を有する低電圧用バッテリとを備え、所要電力が250W以上の電装品には高電圧用バッテリからの電力を供給し、所要電力が250W未満の電装品には低電圧用バッテリからの電力を供給する配電システムが提案されている。この配電システムでは、高電圧用バッテリ側の電線等の細径化を図ることができる(例えば特許文献1参照)。

概要

ヒータ等の中圧駆動負荷搭載時において、車両に搭載されるバッテリは2個、DCDCコンバータは1個で、ヒータ及びヒータよりも低い電圧で駆動する補機の双方について適切に駆動させることができる配電システム及びその制御方法を提供する。配電システム1において、電源制御器70は、ヒータH及び一般負荷の双方を駆動させる場合、DC/DCコンバータ20を制御して第2電圧を出力させると共に第1スイッチ部40及び第2スイッチ部50を導通状態とする第1制御と、DC/DCコンバータ20を制御して中間電圧を出力させると共に第1スイッチ部40を遮断状態とし且つ第2スイッチ部50を導通状態のまま保持する第2制御とを、交互に繰り返す。

目的

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とする

効果

実績

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請求項1

車両走行用モータを駆動するために設けられ第1電圧出力可能走行用バッテリと、前記第1電圧を降圧して第2電圧とする機能、及び前記第1電圧を降圧して前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間電圧とする機能を有したDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータと前記第2電圧にて駆動する一般負荷とを接続する一般負荷用経路と、前記一般負荷用経路から分岐して、前記DC/DCコンバータと前記中間電圧にて駆動するヒータとを接続するヒータ用経路と、前記一般負荷用経路のうち前記ヒータ用経路の分岐点よりも下流側に設けられ導通状態遮断状態とで切替可能な第1スイッチ手段と、前記ヒータ用経路上に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能な第2スイッチ手段と、前記一般負荷用経路のうち前記第1スイッチ手段よりも下流側に接続され、前記第2電圧を出力可能な2次バッテリである補機用バッテリと、前記DC/DCコンバータ並びに前記第1及び第2スイッチ手段を制御可能な制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ヒータ及び前記一般負荷の双方を駆動させる場合、前記DC/DCコンバータを制御して前記第2電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を導通状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態とする第1制御と、前記DC/DCコンバータを制御して前記中間電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を遮断状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態のまま保持する第2制御とを、交互に繰り返す制御を実行することを特徴とする配電システム

請求項2

前記第1制御の期間は前記第2制御の期間よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の配電システム。

請求項3

前記制御手段は、前記ヒータへの前記中間電圧の供給を停止する場合、前記DC/DCコンバータの出力電圧が前記第2電圧であるタイミングで前記第2スイッチ手段をターンオフして遮断状態とすることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の配電システム。

請求項4

前記ヒータは複数であって、前記ヒータ用経路は複数に分岐してそれぞれが複数のヒータの1つに接続される複数の分岐経路を有し、前記第2スイッチ手段は、前記複数の分岐経路のそれぞれに設けられ、前記制御手段は、前記複数のヒータのうちの1つ以上及び前記一般負荷の双方を駆動させているときに、前記複数のヒータのうち前記1つ以上を除く他のヒータを更に駆動させる場合、前記第1制御中において前記他のヒータを駆動させるための第2スイッチ手段をターンオンして導通状態とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の配電システム。

請求項5

車両走行用のモータを駆動するために設けられ第1電圧を出力可能な走行用バッテリと、前記第1電圧を降圧して第2電圧とする機能、及び前記第1電圧を降圧して前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間電圧とする機能を有したDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータと前記第2電圧にて駆動する一般負荷とを接続する一般負荷用経路と、前記一般負荷用経路から分岐して、前記DC/DCコンバータと前記中間電圧にて駆動するヒータとを接続するヒータ用経路と、前記一般負荷用経路のうち前記ヒータ用経路の分岐点よりも下流側に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能な第1スイッチ手段と、前記ヒータ用経路上に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能な第2スイッチ手段と、前記一般負荷用経路のうち前記第1スイッチ手段よりも下流側に接続され、前記第2電圧を出力可能な2次バッテリである補機用バッテリとを備える配電システムの制御方法であって、前記DC/DCコンバータ並びに前記第1及び第2スイッチ手段を制御する制御工程と、を有し、前記制御工程では、前記ヒータ及び前記一般負荷の双方を駆動させる場合、前記DC/DCコンバータを制御して前記第2電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を導通状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態とする第1制御と、前記DC/DCコンバータを制御して前記中間電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を遮断状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態のまま保持する第2制御とを、交互に繰り返す制御を実行することを特徴とする配電システムの制御方法。

技術分野

0001

本発明は、配電システム及びその制御方法に関する。

背景技術

0002

従来、例えば、42Vのバッテリ電圧を有する高電圧用バッテリと、12Vのバッテリ電圧を有する低電圧用バッテリとを備え、所要電力が250W以上の電装品には高電圧用バッテリからの電力を供給し、所要電力が250W未満の電装品には低電圧用バッテリからの電力を供給する配電システムが提案されている。この配電システムでは、高電圧用バッテリ側の電線等の細径化を図ることができる(例えば特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2002−109963号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ここで、EV車両などのように、車両の走行モータを用いる車両においては、搭載されるバッテリは、走行用のバッテリと補機用のバッテリとの2つ、DCDCコンバータは1つであることが好ましい。しかし、走行用バッテリは、例えば200V〜400V程度となっているため、特許文献1に記載の配電システムのように、補機用に2つのバッテリを備えるものである場合には、走行用バッテリも含めて、少なくとも3つのバッテリと2つのDCDCコンバータとが必要となってしまう。すなわち、200V〜400Vのバッテリ電圧を有する走行用(高電圧用)バッテリと、12Vのバッテリ電圧を有する低電圧用バッテリと、42Vのバッテリ電圧を有する中電圧用バッテリ(走行用バッテリよりも電圧が低く中電圧用バッテリと称する)との少なくとも3つのバッテリと、12Vと48Vを作るための2つのDCDCコンバータが必要となってしまう。また、42Vの負荷が限定できる場合は42Vバッテリを削除できるが、その場合でも12Vのバッテリもしくは200V〜400Vのバッテリ電圧を有する走行用(高電圧用)バッテリから専用のDCDCコンバータを使って42Vを供給する必要があり、200V〜400Vのバッテリ電圧を有する走行用(高電圧用)バッテリから12Vのバッテリに供給するためのDCDCコンバータとは別にDCDCコンバータが必要となり、2個のバッテリに2個のDCDCコンバータが必要となり、価格が上昇してしまう。

0005

ここで、本件発明者は、12V等の低圧にて駆動する補機と、24V等の中圧にて駆動するヒータとを車両に搭載することを検討しており、このような場合にも補機用に2つのバッテリ(例えば12V用と24V用)を要してしまうことから、走行用バッテリを含めて少なくとも3つのバッテリもしくは2つのバッテリと2つのDCDCコンバータが必要となってしまう。

0006

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ヒータ等の中圧駆動負荷搭載時において、車両に搭載されるバッテリは2個、DCDCコンバータは1個で、ヒータ及びヒータよりも低い電圧で駆動する補機の双方について適切に駆動させることができる配電システム及びその制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る配電システムは、車両走行用のモータを駆動するために設けられ第1電圧を出力可能な走行用バッテリと、前記第1電圧を降圧して第2電圧とする機能、及び前記第1電圧を降圧して前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間電圧とする機能を有したDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータと前記第2電圧にて駆動する一般負荷とを接続する一般負荷用経路と、前記一般負荷用経路から分岐して、前記DC/DCコンバータと前記中間電圧にて駆動するヒータとを接続するヒータ用経路と、前記一般負荷用経路のうち前記ヒータ用経路の分岐点よりも下流側に設けられ導通状態遮断状態とで切替可能な第1スイッチ手段と、前記ヒータ用経路上に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能な第2スイッチ手段と、前記一般負荷用経路のうち前記第1スイッチ手段よりも下流側に接続され、前記第2電圧を出力可能な2次バッテリである補機用バッテリと、前記DC/DCコンバータ並びに前記第1及び第2スイッチ手段を制御可能な制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ヒータ及び前記一般負荷の双方を駆動させる場合、前記DC/DCコンバータを制御して前記第2電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を導通状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態とする第1制御と、前記DC/DCコンバータを制御して前記中間電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を遮断状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態のまま保持する第2制御とを、交互に繰り返す制御を実行することを特徴とする。

0008

また、本発明に係る配電システムの制御方法は、車両走行用のモータを駆動するために設けられ第1電圧を出力可能な走行用バッテリと、前記第1電圧を降圧して第2電圧とする機能、及び前記第1電圧を降圧して前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間電圧とする機能を有したDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータと前記第2電圧にて駆動する一般負荷とを接続する一般負荷用経路と、前記一般負荷用経路から分岐して、前記DC/DCコンバータと前記中間電圧にて駆動するヒータとを接続するヒータ用経路と、前記一般負荷用経路のうち前記ヒータ用経路の分岐点よりも下流側に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能な第1スイッチ手段と、前記ヒータ用経路上に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能な第2スイッチ手段と、前記一般負荷用経路のうち前記第1スイッチ手段よりも下流側に接続され、前記第2電圧を出力可能な2次バッテリである補機用バッテリとを備える配電システムの制御方法であって、前記DC/DCコンバータ並びに前記第1及び第2スイッチ手段を制御する制御工程と、を有し、前記制御工程では、前記ヒータ及び前記一般負荷の双方を駆動させる場合、前記DC/DCコンバータを制御して前記第2電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を導通状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態とする第1制御と、前記DC/DCコンバータを制御して前記中間電圧を出力させると共に前記第1スイッチ手段を遮断状態とし且つ前記第2スイッチ手段を導通状態のまま保持する第2制御とを、交互に繰り返す制御を実行することを特徴とする。

0009

本発明に係る配電システムによれば、ヒータ及び一般負荷の双方を駆動させる場合、第2制御において、DC/DCコンバータを制御して中間電圧を出力させると共に第1スイッチ手段を遮断状態とし且つ第2スイッチ手段を導通状態とする。このため、中間電圧がヒータに供給されてヒータを中間電圧にて駆動させることができる。この際、第1スイッチ手段よりも下流側に補機用バッテリが接続されていることから、一般負荷を補機用バッテリからの第2電圧によって駆動させることができる。

0010

また、第1制御においては、DC/DCコンバータを制御して第2電圧を出力させると共に第1スイッチ手段及び第2スイッチ手段を導通状態とする。このため、一般負荷側の経路である一般負荷用経路に対して第2電圧が供給されることとなり、一般負荷を駆動させることができる。この際、ヒータに対しては中間電圧が供給されず第2電圧が供給されるが、ヒータは中間電圧が供給されていないタイミングにおいて急激に温度が低下することはない。

0011

そして、上記の第1制御と第2制御とを交互に繰り返すことにより、ヒータを加熱しながら一般負荷を駆動させることができる。従って、ヒータの搭載時において、車両に搭載されるバッテリ数を減らし、ヒータ及びヒータよりも低い電圧で駆動する補機の双方について適切に駆動させることができる。

0012

また、本発明に係る配電システムにおいて、前記第1制御の期間は前記第2制御の期間よりも短いことが好ましい。

0013

この配電システムによれば、第1制御の期間が第2制御の期間よりも短いため、第1制御の期間が長くなってヒータが昇温し難く降温し易くなってしまうことを防止して、ヒータを適正に動作させることができる。

0014

また、本発明に係る配電システムにおいて、前記制御手段は、前記ヒータへの前記中間電圧の供給を停止する場合、前記DC/DCコンバータの出力電圧が前記第2電圧であるタイミングで前記第2スイッチ手段をターンオフして遮断状態とすることが好ましい。

0015

この配電システムによれば、ヒータへの中間電圧の供給を停止する場合、DC/DCコンバータの出力電圧が第2電圧であるタイミングで第2スイッチ手段をターンオフして遮断状態とする。このため、アーク対策等で高価なスイッチ手段を用いる必要が無くなる。

0016

また、本発明に係る配電システムにおいて、前記ヒータは複数であって、前記ヒータ用経路は複数に分岐してそれぞれが複数のヒータの1つに接続される複数の分岐経路を有し、前記第2スイッチ手段は、前記複数の分岐経路のそれぞれに設けられ、前記制御手段は、前記複数のヒータのうちの1つ以上及び前記一般負荷の双方を駆動させているときに、前記複数のヒータのうち前記1つ以上を除く他のヒータを更に駆動させる場合、前記第1制御中において前記他のヒータを駆動させるための第2スイッチ手段をターンオンして導通状態とすることが好ましい。

0017

この配電システムによれば、他のヒータを駆動させる場合、第1制御中において他のヒータを駆動させるための第2スイッチ手段をターンオンして導通状態とする。このため、アーク対策等で高価なスイッチ手段を用いる必要が無くなる。

発明の効果

0018

本発明によれば、ヒータの搭載時において、車両に搭載されるバッテリ数を2個、DCDCコンバータ1個で、ヒータ及びヒータよりも低い電圧で駆動する補機の双方について適切に駆動させることができる。

図面の簡単な説明

0019

本実施形態に係る配電システムの回路構成図である。
図1に示した配電システムの状態遷移図である。
図1に示した配電システムのタイミングチャートである。

実施例

0020

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

0021

図1は、本実施形態に係る配電システム1の回路構成図である。図1に示すように、本実施形態に係る配電システム1は、高圧電源(走行用バッテリ)10と、DC/DCコンバータ20と、一般負荷経路L1と、ヒータ用経路L2と、第1スイッチ部(第1スイッチ手段)40と、第2スイッチ部(第2スイッチ手段)50と、補機バッテリ(補機用バッテリ)60と、電源制御器(制御手段)70とを備えている。

0022

高圧電源10は、第1電圧(例えば200〜400V電圧)を出力可能なバッテリであり、走行用モータなどの第1電圧で駆動する負荷に対して第1電圧を出力する走行用バッテリである。また、高圧電源10は、DC/DCコンバータ20に接続されている。

0023

DC/DCコンバータ20は、第1電圧を降圧して第2電圧(例えば12V〜15V電圧)とする機能を有するものである。また、DC/DCコンバータ20は、第1電圧を降圧して第1電圧と第2電圧との間の中間電圧(例えば24V)とする機能も有するものである。

0024

一般負荷経路L1は、DC/DCコンバータ20と第2電圧で駆動する一般負荷とを接続する接続ラインである。また、ヒータ用経路L2は、一般負荷経路L1から分岐して、DC/DCコンバータ20と中間電圧にて駆動する例えば電熱線式のヒータHとを接続する接続ラインである。ここで、本実施形態ではヒータHは複数(2つ)である。このヒータ用経路L2は、複数(2つ)に分岐してそれぞれが複数のヒータHの1つに接続される複数(2つ)の分岐経路L21,L22を有している。

0025

第1スイッチ部40は、一般負荷経路L1のうちヒータ用経路L2の分岐点Bよりも下流側(一般負荷側であって、高圧電源10とは反対側)に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能なスイッチ手段である。本実施形態において第1スイッチ部40には例えばN型MOSFETが採用されているが、特にこれに限られるものではなく、機械式リレーや他の半導体リレーが採用されてもよい。

0026

なお、第1スイッチ部40並びに分岐点Bの周辺部である一般負荷経路L1及びヒータ用経路L2の一部は、系統分配器30を構成している。

0027

第2スイッチ部50は、ヒータ用経路L2上に設けられ導通状態と遮断状態とで切替可能なスイッチ手段である。詳細に第2スイッチ部50は複数(2つ)であって、それぞれが分岐経路L21,L22上に設けられている。すなわち、スイッチ部51が第1分岐経路L21上に設けられ、スイッチ部52が第2分岐経路L22上に設けられている。また、双方のスイッチ部51,52には、それぞれ機械式リレーが採用されているが、特にこれに限られるものではなく、半導体リレーが採用されてもよい。

0028

補機バッテリ60は、一般負荷経路L1のうち第1スイッチ部40よりも下流側に接続され、第2電圧を出力可能なバッテリである。この補機バッテリ60は、充電可能な二次電池によって構成されている。

0029

電源制御器70は、DC/DCコンバータ20、並びに、第1及び第2スイッチ部40,50を制御可能な制御部である。この電源制御器70は、例えば第1ヒータH1をオン又はオフする旨の入力信号H1SWを入力すると共に、第2ヒータH2をオン又はオフする旨の入力信号H2SWを入力する。また、電源制御器70は、DC/DCコンバータ20が第1電圧を入力して、第2電圧に降圧するか、中間電圧に降圧するかを指示する制御信号UTを出力するものである。DC/DCコンバータ20は、この制御信号OUTにて指示される電圧となるように降圧動作を行う。

0030

加えて、電源制御器70は、第1スイッチ部40をオンオフする制御信号V_NSWを出力するものである。第1スイッチ部40は、この制御信号V_NSWに基づいて導通状態と遮断状態とが切り替えられることとなる。第1スイッチ部40が導通状態となると、DC/DCコンバータ20と一般負荷とが導通状態となり、第1スイッチ部40が遮断状態となると、DC/DCコンバータ20と一般負荷とが遮断状態となる。なお、図1に示す例において、第1スイッチ部40はMOSFETであるため、制御信号V_NSWはMOSFETのゲート電極に入力される信号である。

0031

さらに、電源制御器70は、第2スイッチ部50(51,52)をオンオフする制御信号H1CNT,H2CNTを出力するものでもある。第2スイッチ部50(51,52)は、これら制御信号H1CNT,H2CNTに基づいて導通状態と遮断状態とが切り替えられることとなる。第2スイッチ部50(51,52)が導通状態となると、DC/DCコンバータ20とヒータHとが導通状態となり、第2スイッチ部50(51,52)が遮断状態となると、DC/DCコンバータ20とヒータHとが遮断状態となる。なお、図1に示す例において、第2スイッチ部50(51,52)は機械式リレーであるため、制御信号H1CNT,H2CNTは機械式リレーを構成するコイルに供給される電力信号となる。

0032

このような配電システム1においては、第1及び第2ヒータH1,H2をオン又はオフする旨の入力信号H1SW,H2SWの入力状態に応じて、3つ状態を遷移するようになっている。

0033

図2は、図1に示した配電システムの状態遷移図である。なお、図2の状態遷移図においてDC/DCコンバータ20から分岐点Bまでの区間における電圧値をVOUTとし、補機バッテリ60と一般負荷経路L1との接続点よりも下流側の電圧値をV_Nとし、分岐点Bから第2スイッチ部50までの区間における電圧値をV_Hと示している。

0034

図2に示すように、第1状態ST1は全ヒータH1,H2がオフの状態であり、第2状態ST2は少なくとも一方のヒータH1,H2がオンの状態であり、後述する第1制御を実行する状態である。第3状態ST3は少なくとも一方のヒータH1,H2がオンの状態であり、後述する第2制御を実行する状態である。なお、第1〜第3状態ST1〜ST3の全てにおいて、多数存在する一般負荷の少なくとも1つは駆動されるものとする。

0035

まず、第1状態ST1において電源制御器70は、制御信号OUTによって、DC/DCコンバータ20が第2電圧に降圧するように制御する。また、電源制御器70は、第1スイッチ部40を導通状態とする旨の制御信号V_NSWを送信する。このとき、電源制御器70は、スイッチ部51,52については導通状態とすることなく、オフする旨の制御信号H1CNT,H2CNTを送信する。

0036

このような第1状態ST1においては、電圧値VOUT=電圧値V_N=電圧値V_H=第2電圧となる。

0037

このような第1状態ST1から、電源制御器70が第1ヒータH1をオンする旨の入力信号H1SW、又は、第2ヒータH2をオンする旨の入力信号H2SWを入力した場合、配電システム1は第2状態ST2に移行する(符号SW1参照)。

0038

第2状態ST2において電源制御器70は、第1制御を実行する。すなわち、電源制御器70は、制御信号OUTによって、DC/DCコンバータ20が入力電圧を第2電圧に降圧するように制御する。また、電源制御器70は、第1スイッチ部40を導通状態とする旨の制御信号V_NSWを送信する。このとき、電源制御器70は、該当する第2スイッチ部50(51,52)を導通状態とする旨の制御信号H1CNT,H2CNTについても送信する。なお、電源制御器70は、該当しない第2スイッチ部50(51,52)については遮断状態とする旨の制御信号H1CNT,H2CNTを送信する。

0039

詳細に説明すると、第1ヒータH1をオンする旨の入力信号H1SWを入力した場合、電源制御器70は、該当する第2スイッチ部51を導通状態とする制御信号H1CNTを送信する。一方、第2ヒータH2をオンする旨の入力信号H2SWを入力した場合、電源制御器70は、該当する第2スイッチ部52を導通状態とする制御信号H2CNTを送信する。また、オンする旨の入力信号H1SW,H2SWを入力しないヒータH1,H2に対応するスイッチ部51,52については遮断状態とされる。

0040

このような第2状態ST2においては、第1状態ST1と同様に、電圧値VOUT=電圧値V_N=電圧値V_H=第2電圧となる。さらに、第2状態ST2は、第1期間(具体的には100ms)だけ維持される。そして、第1期間経過後に配電システム1は第3状態ST3に移行する(符号SW2参照)。

0041

第3状態ST3において電源制御器70は、第2制御を実行する。すなわち、電源制御器70は、制御信号OUTによって、DC/DCコンバータ20が中間電圧に降圧するように制御する。また、電源制御器70は、第1スイッチ部40を遮断状態とする旨の制御信号V_NSWを送信する。さらに、電源制御器70は、第2状態ST2と同様に、該当するスイッチ部51,52については導通状態を保持する旨の制御信号H1CNT,H2CNTを送信する。なお、電源制御器70は、該当しないスイッチ部51,52については遮断状態を保持する旨の制御信号H1CNT,H2CNTを送信する。

0042

このような第3状態ST3においては、電圧値VOUT=電圧値V_H=中間電圧となる。さらに、第3状態ST3は、第2期間(具体的には400ms)だけ維持される。そして、第2期間経過後に配電システム1は再度第2状態ST2に移行する(符号SW3参照)。

0043

ここで、ヒータH1,H2を適正に駆動するためには、第1期間が第2期間よりも短いことが好ましい。第2期間が短すぎると、ヒータH1,H2が昇温し難く且つ降温し易くなってしまうからである。

0044

さらに、図2からも明らかなように、電源制御器70は、双方のヒータH1,H2をオフする旨の入力信号H1SW,H2SWを入力した場合、第1状態ST1に移行する(符号SW4参照)。一方、双方のヒータH1,H2をオフする旨の入力信号H1SW,H2SWを入力しない場合には、第1状態ST1に移行することなく、配電システム1は、第2状態ST2と第3状態ST3と繰り返し移行し続けることとなる(符号SW2,SW3参照)。すなわち、電源制御器70は、第1制御と第2制御とを繰り返す制御を実行することとなる。

0045

次に、本実施形態に係る配電システム1の動作をタイミングチャートに沿って説明する。図3は、図1に示した配電システムのタイミングチャートである。なお、図3においては、複数のヒータHのうち第1ヒータH1(複数のヒータのうち1つ以上の一例)及び一般負荷の双方を駆動させているときに、第2ヒータH2(複数のヒータのうち上記1つ以上を除く他のヒータの一例)を駆動させる場合についても説明する。

0046

まず、時刻0において、電源制御器70に対して、第1及び第2ヒータH1,H2の双方をオフする旨の入力信号H1SW,H2SWが入力されているとする。この場合、配電システム1は第1状態ST1となっており、電源制御器70は、DC/DCコンバータ20の出力電圧を第2電圧とする。また、第1スイッチ部40を導通状態とし、第2スイッチ部51,52の双方を遮断状態として第1及び第2ヒータH1,H2の双方をオフする。

0047

その後、時刻t1において、第1ヒータH1をオンする旨の入力信号H1SWが入力されたとする。この場合、配電システム1は第2状態ST2に遷移し、電源制御器70は、第2スイッチ部51を導通状態とする。これにより、第1ヒータH1がオンする。この場合において、DC/DCコンバータ20の出力電圧は第2電圧で維持され、且つ、第1スイッチ部40も導通状態で維持される。また、第2スイッチ部52についても遮断状態で維持される。なお、第1スイッチ部40が導通状態であることから、一般負荷に第2電圧が供給されると共に補機バッテリ60は充電されることとなる。

0048

次いで、時刻t1から第1期間経過した時刻t2において、配電システム1は第3状態ST3に遷移する。これにより、電源制御器70は、DC/DCコンバータ20を制御して出力電圧を中間電圧とし、第1スイッチ部40を遮断状態とする。また、電源制御器70は、第2スイッチ部51を導通状態のまま保持する。なお、電源制御器70は、第2スイッチ部52についても遮断状態のまま保持する。これにより、第1ヒータH1に対して中間電圧を供給し、一般負荷に対しては補機バッテリ60からの電圧を供給することとなる。

0049

次いで、時刻t3において第2ヒータH2をオンする旨の入力信号H2SWが入力されたとする。この場合、電源制御器70は、第2スイッチ部52をすぐにターンオンせず、待機時間Twの経過を待つ。

0050

そして、時刻t2から第2期間経過した時刻t4において、すなわち時刻t3から待機時間Twが経過した時刻t4において、配電システム1は第2状態ST2に遷移する。電源制御器70は、このタイミングで第2スイッチ部52をターンオンする。すなわち、電源制御器70は、第1制御中において第2スイッチ部52をターンオンして導通状態とする。なお、時刻t4においては、DC/DCコンバータ20の出力電圧が第2電圧となり、第1スイッチ部40が導通状態とされる。また、第1スイッチ部40が導通状態であることから、一般負荷に第2電圧が供給されると共に補機バッテリ60は充電されることとなる。

0051

その後、時刻t4から第1期間経過した時刻t5において、配電システム1は第3状態ST3に遷移する。これにより、電源制御器70は、時刻t3と同様に、DC/DCコンバータ20を制御して出力電圧を中間電圧とし、第1スイッチ部40を遮断状態とする。また、電源制御器70は、第2スイッチ部51,52を導通状態のまま保持する。これにより、第1及び第2ヒータH1,H2に対して中間電圧を供給し、一般負荷に対しては補機バッテリ60からの電圧を供給することとなる。

0052

次いで、時刻t6において第2ヒータH2をオフする旨の入力信号H2SWが入力されたとする。この場合、電源制御器70は、第2スイッチ部52をすぐにターンオフせず、待機時間Twの経過を待つ。

0053

そして、時刻t5から第2期間経過した時刻t7において、すなわち時刻t6から待機時間Twが経過した時刻t7において、配電システム1は第2状態ST2に遷移する。電源制御器70は、このタイミングで第2スイッチ部52をターンオフする。このとき、DC/DCコンバータ20の出力電圧が第2電圧となっている。すなわち、電源制御器70は、DC/DCコンバータ20の出力電圧が第2電圧であるタイミングで、第2スイッチ部52をターンオフして遮断状態とする。なお、時刻t7においては、第1スイッチ部40が導通状態とされる。また、第1スイッチ部40が導通状態であることから、一般負荷に第2電圧が供給されると共に補機バッテリ60は充電されることとなる。

0054

次に、時刻t7から第1期間経過した時刻t8において、配電システム1は第3状態ST3に遷移する。これにより、電源制御器70は、時刻t3と同様に、DC/DCコンバータ20を制御して出力電圧を中間電圧とし、第1スイッチ部40を遮断状態とする。また、電源制御器70は、第2スイッチ部51を導通状態のまま保持する。これにより、第1ヒータH1に対して中間電圧を供給し、一般負荷に対しては補機バッテリ60からの電圧を供給することとなる。

0055

次いで、時刻t9において第1ヒータH1をオフする旨の入力信号H1SWが入力されたとする。この場合、電源制御器70は、第2スイッチ部51をすぐにターンオフせず、待機時間Twの経過を待つ。

0056

そして、時刻t8から第2期間経過した時刻t10において、すなわち時刻t9から待機時間Twが経過した時刻t10において、配電システム1は第1状態ST1に遷移する。電源制御器70は、このタイミングで第2スイッチ部51をターンオフする。このとき、DC/DCコンバータ20の出力電圧が第2電圧となっている。すなわち、電源制御器70は、DC/DCコンバータ20の出力電圧が第2電圧となっているタイミングで、第2スイッチ部51をターンオフして遮断状態とする。なお、時刻t10においては、第1スイッチ部40が導通状態とされる。

0057

このようにして、本実施形態に係る配電システム1及びその制御方法によれば、ヒータH及び一般負荷の双方を駆動させる場合、第2制御において、DC/DCコンバータ20を制御して中間電圧を出力させると共に第1スイッチ部40を遮断状態とし且つ第2スイッチ部50を導通状態とする。このため、中間電圧がヒータHに供給されてヒータHを中間電圧にて駆動させることができる。この際、第1スイッチ部Hよりも下流側に補機バッテリ60が接続されていることから、一般負荷を補機バッテリ60からの第2電圧によって駆動させることができる。

0058

また、第1制御においては、DC/DCコンバータ20を制御して第2電圧を出力させると共に第1スイッチ部40及び第2スイッチ部50を導通状態とする。このため、一般負荷側の経路である一般負荷用経路L1に対して第2電圧が供給されることとなり、一般負荷を駆動させることができる。この際、ヒータHに対しては中間電圧が供給されず第2電圧が供給されるが、ヒータHは中間電圧が供給されていないタイミングにおいて急激に温度が低下することはない。

0059

そして、上記の第1制御と第2制御とを交互に繰り返すことにより、ヒータHを加熱しながら一般負荷を駆動させることができる。従って、ヒータHの搭載時において、車両に搭載されるバッテリ数を減らし、ヒータH及びヒータHよりも低い電圧で駆動する補機(一般負荷)の双方について適切に駆動させることができる。

0060

さらに、補機バッテリ60が二次電池であり、第1制御時に充電可能な経路上に設けられているため、ヒータHを加熱しながら一般負荷を駆動させつつも、補機バッテリ60を充電することができる。

0061

加えて、従来の配電システムにおいてもDC/DCコンバータ20及び電源制御器70が用いられることが多く、本実施形態に係る構成をなすためには、DC/DCコンバータ20及び電源制御器70を改良し、系統別分配器30を追加で設ければよく、増加する構成も少ない。さらには、バッテリが1つ増えることと比較すると、コストやサイズ面でも優れている。

0062

なお、本実施形態において、第2電圧を12Vとし中間電圧を24Vとし、第1期間を100msとし第2期間を400msとした場合、目標とするヒータ出力を満たすための電流は12Vで駆動した場合の電流に対して54%の実行電流となり、ヒータ用経路L2の導体断面積を29%に減らしても同じ発熱量となる計算となる。電線の重量はほぼ導体の重さで決まるので、電線重量は1/3以下にでき、導体に用いる金属量も29%で済むので原材料費の削減につなげることもできる。

0063

また、第1期間が第2期間よりも短いため、第1期間が長くなってヒータHが昇温し難く降温し易くなってしまうことを防止して、ヒータHを適正に動作させることができる。

0064

また、ヒータHへの中間電圧の供給を停止する場合、DC/DCコンバータ20の出力電圧が第2電圧であるタイミングで第2スイッチ部50をターンオフして遮断状態とする。このため、アーク対策等で高価なスイッチ手段を用いる必要が無くなる。

0065

また、他のヒータHを駆動させる場合(例えば第1ヒータH1の駆動中に第2ヒータH2を駆動させる場合)、第1制御中において他のヒータH(例えば第2ヒータH2)を駆動させるための第2スイッチ部50(52)をターンオンして導通状態とする。このため、アーク対策等で高価なスイッチ手段を用いる必要が無くなる。

0066

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。

0067

例えば、本実施形態においてはヒータHの数は2つであるが、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。

0068

また、本実施形態においては電源制御器70からの信号が直接第1スイッチ部40及び第2スイッチ部50に入力され、これらが導通状態及び遮断状態で切り替えられているが、これに限らず、電源制御器70と第1スイッチ部40及び第2スイッチ部50との間に、他の制御部や回路等が介在しており、間接的に第1スイッチ部40及び第2スイッチ部50が導通状態及び遮断状態で切り替えられるようになっていてもよい。

0069

1 :配電システム
10 :高圧電源(走行用バッテリ)
20 :DC/DCコンバータ
30 :系統別分配器
40 :第1スイッチ部(第1スイッチ手段)
50,51,52 :第2スイッチ部(第2スイッチ手段)
60 :補機バッテリ(補機用バッテリ)
70 :電源制御器(制御手段)
B :分岐点
H,H1,H2 :ヒータ
L1 :一般負荷経路
L2 :ヒータ用経路
L21,L22 :分岐経路
ST1〜ST3 :第1〜第3状態
Tw :待機時間

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