JP2015100171A - 電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置に対して断続出力を行う電力変換システムにおいて、構成の簡素化を図りつつ、断線異常を適正に判定できるようにする。
【解決手段】電気負荷８及びサブバッテリ７に接続され、電圧を変換し電気負荷８及びサブバッテリ７に対して電力の出力を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、サブバッテリ７の出力電圧を検出する電圧センサ１０１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流を検出する電流センサ１０２と、制御部１１とを備える電力変換システムである。制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を制御して、電圧センサ１０１の検出値がＶ１を下回った場合に出力を開始し、その後、サブバッテリ７の充電状態に応じて出力を停止する。更に、出力実施時に電流センサ１０２の検出値が異常判定値Ｉｅまで上昇しない場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０とサブバッテリ７及び電気負荷８とを接続する接続経路Ｌに断線異常が生じたと判定する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電圧を変換し、蓄電装置及び電気負荷に対して電力を出力する電力変換システムに関する。

バッテリ（蓄電装置）の充電状態に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータからバッテリに対して断続的に出力を実施する電力変換システムが知られている。このような断続出力を行う電力変換システムにおいて、断線異常を判定したいという要求がある。

その異常判定を実施する技術として、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とバッテリ電圧とを各々検出するとともにその差圧を算出し、算出された差圧が所定の閾値以上となった場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が印加される経路に異常が生じていると判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許４３７８７０８号公報

特許文献１では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が印加される経路に異常が生じているか否かを判定する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とバッテリ電圧とを各々検出し、それら両電圧を比較することが強いられる。したがって、構成の簡素化を図る上での妨げになっていると考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、蓄電装置に対して断続出力を行う電力変換システムにおいて、構成の簡素化を図りつつ、断線異常を適正に判定できるようにすることができる電力変換システムを提供することを目的とする。

本発明は、電気負荷（８）及び前記電気負荷に対して電力を供給する蓄電装置（７）に接続され、供給される直流電力の電圧を変換し前記電気負荷及び前記蓄電装置に対して電力の出力を行うＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）と、前記蓄電装置の出力電圧を検出する電圧検出部（１０１）と、前記電圧検出部の検出値が第１所定電圧を下回った場合に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を開始し、その後、前記蓄電装置の充電状態に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止する制御手段（１１）と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（１０２）と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力実施時において前記電流検出部の検出値が所定の異常判定値まで上昇するかしないかを判定し、前記電流検出部の検出値が前記異常判定値まで上昇しないと判定された場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電装置及び前記電気負荷とを接続する接続経路（Ｌ）に断線異常が生じたと判定する異常判定手段（１１）と、を備えることを特徴とする電力変換システムである。

ＤＣ／ＤＣコンバータでは蓄電装置の端子電圧が第１所定電圧以下に低下した場合に電力出力が開始され、その出力開始により、蓄電装置から電気負荷に対して電力が供給されるよりも優先して、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気負荷に対して電力が供給される。また加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータからは蓄電装置の充電用の電流も出力される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力開始当初においては電流が自ずと大きい状態となる。この場合、断線異常が生じている状態とそうでない状態との差異が明確になることから、断線異常を適正に判定できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の検出値を用いるだけで断線異常の判定を実施することが可能となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とバッテリ電圧とを各々検出する従来技術と比べて構成の簡素化が可能となる。

ハイブリッド車の構成図。 電力変換システムの電気的構成図。 ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流−変換効率特性図。 モード切替処理のフローチャート。 出力制御処理のフローチャート。 断続出力モード時におけるタイミングチャート。

本実施形態における電力変換システムは、ハイブリッド車に搭載され、メインバッテリから供給される電力を変換して、電気負荷と蓄電装置としてのサブバッテリとに出力する。メインバッテリはリチウムイオン蓄電池の組電池であり、サブバッテリは鉛蓄電池である。メインバッテリの出力電圧は略２００Ｖ、サブバッテリの出力電圧は略１２Ｖである。

図１に、上記ハイブリッド車の構成を示す。このハイブリッド車は、内燃機関２及びモータジェネレータ４の駆動力が、動力分配装置３を介してシャフト２１、駆動輪２０へと伝達される。

モータジェネレータ４は、動力分配装置３に駆動力を付与する機能に加えて、ハイブリッド車の運転状態に応じて、動力分配装置３から付与される駆動力により発電を行う機能を有している。モータジェネレータ４において発電された交流電力は、インバータ５によって直流電力に変換され、メインバッテリ６に充電される。メインバッテリ６に充電された電力は、インバータ５によって交流電力に変換されモータジェネレータ４に供給され、また、電力変換装置１００によって降圧されサブバッテリ７に供給される。サブバッテリ７は、低電圧（１２Ｖ）を要求する電気負荷８に対して電力を供給する。

図２に本実施形態における電力変換システムの電気的構成図を示す。電力変換装置１００において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成され、メインバッテリ６の出力電力を降圧し、サブバッテリ７及び電気負荷８へ出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のメインバッテリ側端子Ｐ１には、パワースイッチング素子１３及びトランス１４の一次側コイル１４ａが直列に接続されている。また、トランス１４の二次側コイル１４ｂにダイオード１５及びコイル１７が直列に接続されている。ダイオード１５のカソードと接地電位との間にはダイオード１６が接続されており、コイル１７の出力側端子と接地電位との間にはコンデンサ１８が接続されている。コイル１７及びコンデンサ１８はローパスフィルタを構成している。

こうした構成において、パワースイッチング素子１３のオン操作及びオフ操作を繰り返すスイッチング制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が制御される。また、コンデンサ１８とＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２の電圧に応じた信号を出力する電圧センサ１０１が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０とサブバッテリ７とは、出力端子Ｐ２及び配線から構成される接続経路Ｌを介して接続されている。接続経路Ｌにおける電圧損失はほぼ０であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２の電圧とサブバッテリ７の出力電圧とは等しいと見なすことができる。このため、電圧センサ１０１はサブバッテリ７の出力電圧を検出する電圧検出部として機能する。

また、コンデンサ１８とＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２から出力される出力電流Ｉｏｕｔに応じた信号を出力する電流検出部としての電流センサ１０２が設けられている。

スイッチング制御は制御部１１によって行われる。制御部１１は、ＣＰＵや記憶装置を備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１１は、電圧センサ１０１及び電流センサ１０２から入力される信号及び車両全体の制御を行うＥＣＵ３０からの指令に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が所定の電圧量及び電流量となるように制御を行う。具体的には、ドライバ１２を介してパワースイッチング素子１３に駆動パルスを出力することで、パワースイッチング素子１３のオン操作及びオフ操作を行う。

制御手段としての制御部１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力の出力を制御する。言い換えると、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される電圧又は電流が所望の電圧値又は電流値となるように、パワースイッチング素子１３のオン期間とオフ期間との比（デューティ）を調整する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では、電力出力の状態に応じて出力電圧の指令値Ｖｏｕｔが可変に設定され、そのＶｏｕｔに応じて出力電圧が調整されるが、電圧センサ１０１には出力端子Ｐ２を介してサブバッテリ７の出力電圧が印加されることから、電圧センサ１０１においては常にサブバッテリ７の出力電圧が検出される（検出値Ｖａ＝バッテリ電圧）。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力停止時には、出力電圧の指令値Ｖｏｕｔは０Ｖになるが、電圧センサ１０１の検出値Ｖａは０Ｖではなくサブバッテリ７の出力電圧となる。

制御部１１は、サブバッテリ７の蓄電状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を実施するようにしており、サブバッテリ７から電気負荷８への電力供給状態においてサブバッテリ７の出力電圧があらかじめ定めた基準電圧の下限値Ｖ１以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を開始させる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力により、サブバッテリ７への充電に加えて、電気負荷８への電力供給が実施される。なお、基準電圧は、各電気負荷８の適正な駆動を可能にする電圧範囲で定められており、下限値がＶ１、上限値がＶ２である。その下限値Ｖ１は、各電気負荷８が駆動可能な電圧のうち最も高いものに所定のマージン電圧を加えた値である。なお、基準電圧の下限値Ｖ１は、サブバッテリ７の劣化抑制の観点から、サブバッテリ７が過放電の状態にならないような値に設定されていてもよい。また、基準電圧の上限値Ｖ２は、リップル電圧及びノイズなどを考慮して、サブバッテリ７や電気負荷８が過電圧とならないような値に設定されている。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の変換効率Ｅは、図３に示すような変換特性を有しており、その変換特性においては、変換効率Ｅが最高値Ｅ０（例えば８５％）となる所定電流Ｉ０（例えば２０Ａ）が存在している。すなわち、図３において、出力電流Ｉｏｕｔが所定電流Ｉ０未満の場合には、出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴って変換効率Ｅが増加する。出力電流Ｉｏｕｔが所定電流Ｉ０になると、変換効率Ｅが最高値Ｅ０になる。また、出力電流ＩｏｕｔがＩ０より大きくなると、出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴って緩やかに変換効率Ｅが低下する。

本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０において高い変換効率を維持した状態で電力変換が実施されるようにすべく、上記のような変換特性に基づいて出力電流Ｉｏｕｔの制御を実施することとしている。具体的には、変換効率Ｅが所定値Ｅ１（例えば８０％）以上となる基準電流域Ｘ（Ｉ１〜Ｉ２）を定め、その基準電流域Ｘの下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２の間で出力電流Ｉｏｕｔが維持されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制御するようにしている。

この場合、制限手段としての制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０で電力出力が行われる状態下で、出力電流Ｉｏｕｔが上限値Ｉ２を上回らないように電流制限を実施する。また、サブバッテリ７の充電が進み、出力電流Ｉｏｕｔが低下する場合には、制御部１１は、出力電流Ｉｏｕｔが下限値Ｉ１より小さくなったことを条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力出力を停止させる。本実施形態では、基準電流域Ｘにより基準電流が規定されており、上記の電流制御により出力電流Ｉｏｕｔを基準電流で維持できるようになっている。こうして出力電流ＩｏｕｔをＩ１〜Ｉ２の範囲内で制御することにより、変換効率Ｅの低下が抑制され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０における電力損失が抑えられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では、サブバッテリ７の出力電圧がＶ１を下回った場合に電力出力が開始され、出力電流ＩｏｕｔがＩ１を下回った場合に電力出力が停止される。この電力出力の開始及び停止が繰り返し実施されることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の断続出力が実施される。

また、本実施形態では、断続出力モードと連続出力モードとが設定されており、断続出力モードでは、そのモード下において電力出力の開始及び停止が繰り返し実施され、連続出力モードでは、そのモード下において電力出力の状態が継続されるようになっている。この場合、それら両モードの切替は、電気負荷８の駆動要求に応じて実施される。

つまり、複数の電気負荷８の少なくとも一部は、所定の駆動条件によって駆動する駆動負荷であり、その駆動負荷の多くが駆動すると、電気負荷８全体として要求する負荷電流Ｉｒが増加する。この場合、電気負荷８の要求電流が比較的大きければ、その電気負荷８の駆動を優先することが望ましい。そこで本実施形態では、電気負荷８の要求電流の大小判定を行うための電流値Ｉ３を定めておき、負荷要求電流が電流値Ｉ３よりも大きい場合には連続出力モードとし、その連続出力モードにおいて出力電流Ｉｏｕｔの制限を実施しないようにする。連続出力モードでは、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値Ｖｏｕｔを、基準電圧範囲のうち所定の電圧であるＶ３（Ｖ１≦Ｖ３≦Ｖ２）に設定する定電圧制御を行う。電流制限が実施されない連続出力モードによれば、電気負荷８に流れる電流が負荷要求電流を下回り、それにより電気負荷８の動作が不安定になることを抑制できる。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０とサブバッテリ７及び電気負荷８とを接続する接続経路Ｌに断線異常が発生することが考えられる。接続経路Ｌにおける断線異常とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２において接続経路Ｌを形成する配線との接続が外れることや、その配線が切断されることなどのいわゆるオープン故障のことである。以下、接続経路Ｌの断線異常に関する異常判定について説明する。

本実施形態における制御部１１は、電圧センサ１０１の検出値Ｖａ（サブバッテリ７の出力電圧）がＶ１を下回った場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力の開始に伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０からサブバッテリ７及び電気負荷８へと出力電流Ｉｏｕｔが流れる。この場合、接続経路Ｌに断線異常が生じていなければ、電流センサ１０２により検出される出力電流Ｉｏｕｔ（Ｉｏｕｔ検出値）はサブバッテリ７へ流れる充電電流Ｉｂと電気負荷８へと流れる負荷電流Ｉｒの合計値となる。

これに対して、接続経路Ｌにおいて断線異常が生じていると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力実施時にＤＣ／ＤＣコンバータ１０からサブバッテリ７及び電気負荷８へと電流が出力されず、電流センサ１０２により検出される出力電流ＩｏｕｔはＤＣ／ＤＣコンバータ１０の内部を流れる微少電流の相当値となる。つまり、断続出力モードにおける出力実施状態では、正常時の出力電流Ｉｏｕｔ（充電電流Ｉｂと負荷電流Ｉｒの合計値）と断線異常時の出力電流Ｉｏｕｔ（微少電流）との差異が明確となる。

更に、本実施形態では、変換効率Ｅを向上させるために、出力電圧の指令値ＶｏｕｔをＶ２に設定することで出力電流Ｉｏｕｔを大きくする構成としている。そこで、異常判定手段としての制御部１１は、出力実施状態において電圧センサ１０１の検出値Ｖａ（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧）がＶ２まで上昇した状態で、電流センサ１０２によって検出される出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅまで上昇しているか否かを判定する。そして、制御部１１は、出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅまで上昇しない場合に断線異常が発生していると判定する。制御部１１は、ＥＣＵ３０に断線異常を通知し、ＥＣＵ３０は車両のユーザに退避走行を促す。

また、本実施形態では、出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの下限値Ｉ１以上、上限値Ｉ２以下に制御する。つまり、断線異常が生じていない場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始直後を除き、出力電流ＩｏｕｔはＩ１以上Ｉ２以下の値となる。そこで、異常判定値Ｉｅを、基準電流域Ｘの下限値Ｉ１より小さい値に設定することで、断線異常が生じていないにも関わらず、断線異常が生じているとする誤判定を抑制することができる。

図４にＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モード切替処理のフローチャートを示す。制御モード切替処理は制御部１１によって所定周期ごとに繰り返し行われる。

ステップＳ０１において、ＥＣＵ３０から電気負荷８の動作状況を取得して、電気負荷８の要求電流がＩ３以下か否かを判定する。電気負荷８の要求電流がＩ３以下の場合（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードを断続出力モードに設定して処理を終了する。また、電気負荷８の要求電流がＩ３より大きい場合（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードを連続出力モードに設定して処理を終了する。

図５にＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力制御処理のフローチャートを示す。この出力制御処理は制御部１１によって所定周期ごとに繰り返し行われる。

ステップＳ１１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードが断続出力モードか連続出力モードかを判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードが連続出力モードである場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１２において出力電圧の指令値Ｖｏｕｔを所定電圧Ｖ３に設定して処理を終了する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御モードが断続出力モードである場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力実施状態であるか否かを判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力停止状態である場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１４において、電圧センサ１０１の検出値Ｖａ（サブバッテリ７の出力電圧）が基準電圧の下限値Ｖ１より低いか否かを判定する。検出値ＶａがＶ１以上の場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０によるサブバッテリ７の充電が不要であるため、ステップＳ１５においてＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値Ｖｏｕｔを０Ｖに設定し処理を終了する。

また、検出値ＶａがＶ１より低い場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１６において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力実施状態に設定する。ステップＳ１７において、出力電圧の指令値ＶｏｕｔをＶ２に設定して処理を終了する。Ｖ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始直後において、基準電流域Ｘの上限値Ｉ２を上回る電流の上昇変化を生じさせることを可能とする電圧値であり、これが「初期指令値」に相当する。初期指令値としてのＶ２の設定により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始直後には出力電流Ｉｏｕｔが速やかに上昇するものとなっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力実施状態である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、検出値Ｖａが上限値Ｖ２に達しているか否かを判定する。検出値ＶａがＶ２より低い場合（Ｓ１８：ＮＯ）、ステップＳ１９において、出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達しているか否かを判定する。出力電流ＩｏｕｔがＩ２より小さい場合（Ｓ１９：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。このとき、出力電圧の指令値ＶｏｕｔがＶ２に設定された状態が維持される。

出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達している場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２０において、出力電流ＩｏｕｔがＩ２で維持されるように定電流制御を行い、処理を終了する。ステップＳ２０における定電流制御によれば、出力電流ＩｏｕｔがＩ２を維持することで出力電流ＩｏｕｔがＩ２を上回るように変化することが抑制される。

検出値ＶａがＶ２に達している場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ２１において、出力電流Ｉｏｕｔが断線異常を判定する際の異常判定値Ｉｅより大きいか否かを判定する。出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅまで上昇していない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２２において、断線異常が発生している旨の判定を行う。そして、ステップＳ２３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態とし、処理を終了する。

出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅより大きい場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの下限値Ｉ１より小さいか否かを判定する。出力電流ＩｏｕｔがＩ１以上の場合（Ｓ２４：ＮＯ）、ステップＳ２５において、検出値ＶａがＶ２で維持されるように定電圧制御を実施する。そして、サブバッテリ７の充電に伴い出力電流Ｉｏｕｔが減少し、出力電流Ｉｏｕｔが下限値Ｉ１より小さくなると（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ステップＳ２６において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態とし処理を終了する。

図６に本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力制御に関するタイミングチャートを示す。このタイミングチャートに表す全期間にわたって、電気負荷８に流れる電流はＩ３より小さい一定値であるとする。

時刻Ｔ１において、サブバッテリ７の出力電圧（検出値Ｖａ）が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力停止中における電力消費に伴いＶ１まで低下する。サブバッテリ７の出力電圧がＶ１まで低下することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力実施状態とされ電力出力が開始される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値ＶｏｕｔとしてＶ２が設定され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔが速やかに増加する。

時刻Ｔ２では、出力電流Ｉｏｕｔの急峻変化に際して出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達し、Ｔ２以降、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では出力電流ＩｏｕｔがＩ２となるように定電流制御が実施される。すなわち、Ｔ１〜Ｔ２の期間では、出力電流Ｉｏｕｔが上昇許容値であるＩ２まで一気に上昇する。このとき、出力電流ＩｏｕｔがＩ２に達するタイミングは検出値ＶａがＶ２に達する以前のタイミングであり、時刻Ｔ２以後においては、サブバッテリ７の開放端電圧（蓄電池に電流が流れていない場合での端子間電圧）の上昇に応じて検出値Ｖａが上昇する。つまり、出力電流Ｉｏｕｔのうちサブバッテリ７への充電電流は、サブバッテリ７の内部抵抗に依存して流れ、かつ開放端電圧と出力電圧（Ｖａ）との差に比例するものとなる。この場合、定電流制御が行われて充電電流が一定になっている状態下では、充電に伴いサブバッテリ７の開放端電圧が増加するのに応じて、サブバッテリ７の出力電圧（Ｖａ）が上昇する。

その後、時刻Ｔ３において検出値ＶａがＶ２に達すると、それ以降、検出値ＶａがＶ２で維持されるように定電圧制御が実施される。検出値Ｖａが一定に維持されている状態下では、充電に伴いサブバッテリ７の開放端電圧が増加するのに応じて、充電電流が減少していく。このため、出力電流Ｉｏｕｔが減少していく。

時刻Ｔ４において出力電流ＩｏｕｔがＩ１に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が停止される。その後、サブバッテリ７から電気負荷８に対して電力供給が実施される。サブバッテリ７の放電に伴い、時刻Ｔ５において検出値ＶａがＶ１まで低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が再度開始される。

時刻Ｔ１０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力実施状態から出力停止状態とされた後、時刻Ｔ１１において、接続経路Ｌに断線異常が生じたとする。断線異常の発生に伴い、電圧センサ１０１によって検出される電圧Ｖａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のＬＣローパスフィルタを構成するコンデンサ１８の電圧となる。コンデンサ１８の電圧は、コンデンサ１８と閉ループを構成する配線及び素子の抵抗成分による電力消費に伴って徐々に減少していく。

時刻Ｔ１２において、コンデンサ１８の電圧がＶ１以下となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力実施状態とされＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が開始される。ここで、接続経路Ｌに断線異常が発生しているため、出力電流Ｉｏｕｔの検出値としてＤＣ／ＤＣコンバータ１０の内部を流れる微少電流が検出される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値ＶｏｕｔがＶ２に設定されており、また、出力電流Ｉｏｕｔの検出値が小さくＩ２を上限値とする電流制限も実施されないため、電圧センサ１０１の検出値Ｖａは、速やかにＶ１からＶ２へと上昇する。時刻Ｔ１３において、電圧センサ１０１の検出値ＶａはＶ２となる。時刻Ｔ１３において出力電流Ｉｏｕｔが微少電流であり異常判定値Ｉｅより小さいため、異常判定手段としての制御部１１は断線異常が発生していると判定して、ＥＣＵ３０に通知する。なお、出力実施中（図６のＴ１〜Ｔ４）において、断線異常が生じた場合、電圧センサ１０１の検出値ＶａがＶ２になった時点で断線異常を判定することができる。

以下、本実施形態の奏する効果を述べる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では電圧センサ１０１の検出値ＶａがＶ１以下に低下した場合に電力出力が開始され、その出力開始後には、サブバッテリ７から電気負荷８に対して電力が供給されるよりも優先して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から電気負荷８に対して電力が供給される。また加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０からはサブバッテリ７の充電用の電流Ｉｂも出力される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始当初においては出力電流Ｉｏｕｔが自ずと大きい状態となる。この場合、接続経路Ｌにおいて断線異常が生じている状態とそうでない状態との差異が明確になることから、断線異常を適正に判定できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔの検出値を用いるだけで断線異常の判定を実施することが可能となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧とバッテリ電圧とを各々検出する従来技術と比べて構成の簡素化が可能となる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧の指令値ＶｏｕｔをＶ１より高いＶ２に設定する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧がＶ２まで上昇すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０からサブバッテリ７に対し大きな電流が出力される。そこで、電圧センサ１０１の検出値Ｖａ（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧）がＶ２まで上昇した時に出力電流Ｉｏｕｔの検出値に基づく断線異常の判定を行うと、断線異常が生じている状態とそうでない状態との差異が明確になることから、好適に断線異常の判定を行うことができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２の電圧をサブバッテリ７の出力電圧として検出する構成とした。一般的に、ＤＣ／ＤＣコンバータは出力平滑のためのローパスフィルタの構成要素としてコンデンサ１８を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の断続出力が行われる場合には、その断続出力に応じてコンデンサ１８の電圧上昇及び降下が生じる。そして、接続経路Ｌに断線が生じた場合においてもＤＣ／ＤＣコンバータ１０の断続出力が行われることで、同様にコンデンサ１８の電圧上昇及び降下が生じる。この場合、断線異常が生じた場合でも、出力端子Ｐ２の電圧がＶ１まで低下するとＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が開始され、その時のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔに基づいて断線異常の判定を実施できる。なお、この時の出力電流ＩｏｕｔはＤＣ／ＤＣコンバータ１０の内部電流分のみとなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔは異常判定値Ｉｅより小さい値となる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端子Ｐ２の電圧をサブバッテリ７の出力電圧として検出する構成とすると、サブバッテリ７に電圧センサを設け制御部１１がその電圧センサからサブバッテリ７の出力電圧を取得する構成と比較して、構成をより簡素化することができる。

（他の実施形態）
・電気負荷８の電流の要求量、即ち負荷電流Ｉｒに基づいて、異常判定値Ｉｅを可変に設定する構成としてもよい。具体的には、図５におけるステップＳ２１の前において、負荷電流Ｉｒに基づいて異常判定値Ｉｅを設定する処理を追加するとよい。負荷電流Ｉｒが小さい場合に、異常判定値Ｉｅを大きく設定すると、断線異常を誤判定するおそれがある。そこで、負荷電流Ｉｒが小さい場合には、その要求量に応じて異常判定値Ｉｅを小さく設定する。このように異常判定値Ｉｅの設定を行うことで、電気負荷８の駆動状況が変化しても適正に断線異常を判定できる。

・サブバッテリ７への充電電流Ｉｂに応じて異常判定値Ｉｅを可変に設定する構成としてもよい。具体的には、図５におけるステップＳ２１の前において、充電電流Ｉｂに基づいて異常判定値Ｉｅを設定する処理を追加するとよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０において、本来流れるべき出力電流Ｉｏｕｔはサブバッテリ７への充電電流Ｉｂに応じたものになる。また、充電電流Ｉｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始後の出力電圧の上昇に応じて増加し、充電に伴うサブバッテリ７の開放端電圧の上昇に応じて減少する。この点、サブバッテリ７への充電電流Ｉｂに応じて異常判定値Ｉｅを可変に設定することで、異常判定の精度を向上させることができる。

・出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの下限値Ｉ１より小さい場合に、サブバッテリ７の充電が進んだと判定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態とする構成とした。これに代えて、他の方法でサブバッテリ７の充電状態を判定し、出力を停止する構成としてもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力を開始しその後所定時間が経過した時点で、サブバッテリ７が充分に充電されたと見なし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態とする構成としてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力を開始し、その後サブバッテリ７に流れた充電電流Ｉｂからサブバッテリ７に充電された充電量を算出し、その充電量が所定値以上となったことを条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態とする構成としてもよい。

・出力電流Ｉｏｕｔが基準電流域Ｘの上限値Ｉ２を上回らないように電流制限を実施する構成とした。これに代えて、出力電流Ｉｏｕｔの制限を実施しない構成としてもよい。具体的には、図５におけるステップＳ１９とＳ２０の処理を省略する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始時に速やかにＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧が上昇することから、断線異常の発生の有無がより明確となり、好適に断線異常の判定を行うことが可能になる。

・上記実施形態では、電圧センサ１０１の検出値ＶａがＶ２に達した時点において、出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅまで上昇しない場合に断線異常が生じていると判定する構成とした。これに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始後、所定の時間が経過するまでの期間において、出力電流Ｉｏｕｔを監視し、その出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅまで上昇しない場合に断線異常が生じていると判定する構成としてもよい。ここで、出力電流Ｉｏｕｔを監視する所定の時間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧がＶ２まで上昇すると想定される時間に設定するとよい。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力開始後、出力電流Ｉｏｕｔが異常判定値Ｉｅより低い時間が所定の時間以上継続した場合に断線異常が生じていると判定する構成としてもよい。

・上記実施形態では、基準電流として、Ｉ１〜Ｉ２の幅の基準電流域Ｘを定め、Ｉ２を超えないように電流制御をした。これに代えて、基準電流を、変換効率Ｅが最高のＥ０となる所定の電流点Ｉ０として定め、その電流点Ｉ０を超えないように出力電流Ｉｏｕｔを制限する、即ち、出力電流Ｉｏｕｔが所定電流Ｉ０となるように定電流制御を行う構成としてもよい。つまりこの場合、電流点Ｉ０は、電流Ｉｏｕｔの上昇に伴いその電流点Ｉ０を上回るとＤＣ／ＤＣコンバータ１０の変換効率Ｅが低下する値として定められている。

・電圧センサ１０１の検出値ＶａがＶ２に達すると、検出値ＶａがＶ２で維持されるように定電圧制御を行う構成としたが（図６のＴ３〜Ｔ４参照）、これを省略し、検出値ＶａがＶ２に達したことを条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を出力停止状態にする構成としてもよい。

・上記実施形態の電力変換システムは、断続出力モードと連続出力モードとを切り替えて動作する構成としたが、断続出力モードのみで動作する構成としてもよい。

・上記実施形態の電力変換システムは、電圧検出部としての電圧センサ１０１、電流検出部としての電流センサ１０２、制限手段としての制御部１１、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を備える電力変換装置１００によって実現したが、これを変更してもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の外部に制御部を設ける構成としてもよい。具体的には、ＥＣＵ３０が上記実施形態における制御部１１の機能を有する構成としてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流センサは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の外部にあってもよい。また、サブバッテリ７の出力電圧を検出する電圧センサは、サブバッテリ７が備えている構成としてもよい。

・電力変換システムは、車両に搭載されるものでなくてもよい。例えば、建設機械や農業用機械等に搭載されるものであってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力供給源として、メインバッテリ６のような蓄電池に代えて、定電圧電源などを用いてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータとして、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、これに代えて、非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータなど他のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。

・サブバッテリ７は、鉛蓄電池以外の蓄電池、例えば、リチウムイオン蓄電池であってもよい。また、蓄電池に代えて、電気二重層キャパシタのような蓄電装置であってもよい。

７…サブバッテリ（蓄電装置）、８…電気負荷、１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１…制御部（制御手段、異常判定手段）、１０１…電圧センサ（電圧検出部）、１０２…電流センサ（電流検出部）。

Claims (5)

1. 電気負荷（８）及び前記電気負荷に対して電力を供給する蓄電装置（７）に接続され、供給される直流電力の電圧を変換し前記電気負荷及び前記蓄電装置に対して電力の出力を行うＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）と、
   前記蓄電装置の出力電圧を検出する電圧検出部（１０１）と、
   前記電圧検出部の検出値が第１所定電圧を下回った場合に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を開始し、その後、前記蓄電装置の充電状態に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止する制御手段（１１）と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（１０２）と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力実施時において前記電流検出部の検出値が所定の異常判定値まで上昇するかしないかを判定し、前記電流検出部の検出値が前記異常判定値まで上昇しないと判定された場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電装置及び前記電気負荷とを接続する接続経路（Ｌ）に断線異常が生じたと判定する異常判定手段（１１）と、を備えることを特徴とする電力変換システム。
2. 前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力開始後、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の指令値を前記第１所定電圧より高い第２所定電圧に設定し、
   前記異常判定手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記第２所定電圧まで上昇した状態で、前記断線異常の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記電気負荷は、その駆動の状況に応じて電流の要求量が異なるものであり、
   前記異常判定手段は、前記電気負荷の電流の要求量に基づいて前記異常判定値を可変に設定する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換システム。
4. 前記蓄電装置に対して供給される充電電流に基づいて前記異常判定値を可変に設定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
5. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記接続経路を介して前記蓄電装置に接続される出力端子（Ｐ２）と、その出力端子に接続される前記電圧検出部とを備え、
   前記電圧検出部は、前記出力端子の電圧を前記蓄電装置の出力電圧として検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換システム。

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