特開 2023-119789 車両用電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023119789

(43)【公開日】2023-08-29

(54)【発明の名称】車両用電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230822BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022847

(22)【出願日】2022-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 辰徳

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 考生

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB14

5H730BB57

5H730DD04

5H730EE57

5H730FD11

5H730XX02

5H730XX22

(57)【要約】

【課題】過電流の発生を抑制しつつ遮断スイッチの閉固着故障を判定できるようにする。
【解決手段】車両用電源装置は、直流電源と、直流電源から直流電源スイッチを介して電力が供給されるＤＣ－ＤＣコンバータと、直流電源スイッチとＤＣ－ＤＣコンバータとの間に接続され且つ直流電源からの電力供給を遮断する遮断スイッチと、直流電源スイッチと遮断スイッチとの間に設けられた蓄電素子と、蓄電素子の残電圧を検出する電圧モニタと、を備える。車両用電源装置は、直流電源スイッチが開の状態において、遮断スイッチを閉にしたうえでＤＣ－ＤＣコンバータによる昇圧動作を行うことによって蓄電素子のチャージを実行し、上記チャージの実行後に遮断スイッチを開にしたうえでＤＣ－ＤＣコンバータによる降圧動作を実行し、降圧動作の実行後に電圧モニタによって残電圧が検出されない場合、遮断スイッチに閉固着故障が生じていると判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源と、
前記直流電源から直流電源スイッチを介して電力が供給されるＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記直流電源スイッチと前記ＤＣ－ＤＣコンバータとの間に接続され、前記直流電源からの電力供給を遮断する遮断スイッチと、
前記直流電源スイッチと前記遮断スイッチとの間に設けられた蓄電素子と、
前記蓄電素子の残電圧を検出する電圧モニタと、
を備える車両用電源装置であって、
前記車両用電源装置は、前記直流電源スイッチが開の状態において、
前記遮断スイッチを閉にしたうえで、前記ＤＣ－ＤＣコンバータによる昇圧動作を行うことによって前記蓄電素子のチャージを実行し、
前記チャージの実行後に、前記遮断スイッチを開にしたうえで前記ＤＣ－ＤＣコンバータによる降圧動作を実行し、
前記降圧動作の実行後に前記電圧モニタによって前記残電圧が検出されない場合、前記遮断スイッチに閉固着故障が生じていると判定する
車両用電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両用電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、直流電源からＤＣ開閉器を介して電力が供給されるコンバータを含む電力変換装置を開示している。この電力変換装置は、直流電源からの供給電流を検出する電流検出器による過電流の検出、あるいはコンバータの出力電圧を検出する電圧検出器による過電圧の検出に基づいて異常発生を判断した場合に、上記異常発生の判断に応じてＤＣ開閉器を動作させて直流電源からの電力供給を遮断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－００７９０９号公報

【特許文献2】特開２０１８－１２９９５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

直流電源から直流電源スイッチを介して電力が供給されるＤＣ－ＤＣコンバータと、直流電源スイッチとＤＣ－ＤＣコンバータとの間に接続され且つ直流電源からの電力供給を遮断する遮断スイッチと、を備える車両用電源装置における遮断スイッチの異常検出には、次のような課題がある。すなわち、遮断スイッチの閉固着故障とＤＣ－ＤＣコンバータ内部の地絡故障とが発生している場合、遮断スイッチの異常を検出するためにＤＣ－ＤＣコンバータが直流電源に接続されると（換言すると、直流電源スイッチが閉とされると）、過電流が発生する恐れがある。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、過電流の発生を抑制しつつ遮断スイッチの閉固着故障を判定できるようにした車両用電源装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る車両用電源装置は、直流電源と、ＤＣ－ＤＣコンバータと、遮断スイッチと、蓄電素子と、電圧モニタと、を備える。ＤＣ－ＤＣコンバータには、直流電源から直流電源スイッチを介して電力が供給される。遮断スイッチは、直流電源スイッチとＤＣ－ＤＣコンバータとの間に接続され、直流電源からの電力供給を遮断する。蓄電素子は、直流電源スイッチと遮断スイッチとの間に設けられている。電圧モニタは、蓄電素子の残電圧を検出する。車両用電源装置は、直流電源スイッチが開の状態において、遮断スイッチを閉にしたうえでＤＣ－ＤＣコンバータによる昇圧動作を行うことによって蓄電素子のチャージを実行し、上記チャージの実行後に遮断スイッチを開にしたうえでＤＣ－ＤＣコンバータによる降圧動作を実行し、降圧動作の実行後に電圧モニタによって残電圧が検出されない場合、遮断スイッチに閉固着故障が生じていると判定する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、直流電源スイッチを閉とする必要なしに、遮断スイッチの閉固着故障を判定できる。このため、遮断スイッチの閉固着故障とともにＤＣ－ＤＣコンバータ内部の地絡故障が生じている場合であっても、ＤＣ－ＤＣコンバータに過電流が発生することを抑制しつつ、遮断スイッチの閉固着故障を判定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る車両用電源装置の構成の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る技術思想が限定されるものではない。

【0010】

１．車両用電源装置の構成
図１は、実施の形態に係る車両用電源装置１０の構成の一例を示す回路図である。車両用電源装置１０は、直流電源１２と、直流電源スイッチ１４と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６と、遮断スイッチ１８と、蓄電素子２０と、第１及び第２の電圧モニタ２２、２４と、を備えている。

【0011】

直流電源１２は、車両に電力を供給する。より詳細には、一例として、直流電源１２は、４８Ｖのバッテリである。直流電源スイッチ１４の開閉は、図示が省略された電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。

【0012】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１６は、制御ＩＣ（制御集積回路）２６と、スイッチング素子２８、３０と、リアクトル３２、３４と、コンデンサ３６、３８と、を備え、直流電源１２から直流電源スイッチ１４を介して供給される電力のＤＣ－ＤＣ変換を行うように構成されている。より詳細には、一例として、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６は、直流電源１２からの４８Ｖのバッテリ電圧を、車載補機用バッテリ（図示省略）の電圧（例えば、１２Ｖ）に変換する。制御ＩＣ２６は、プロセッサを含み、スイッチング素子２８、３０を制御することによってＤＣ－ＤＣコンバータ１６による昇圧動作及び降圧動作を制御可能に構成されている。図１には、降圧動作時にＤＣ－ＤＣコンバータ１６の内部を流れる降圧電流が表されている。制御ＩＣ２６は、直流電源１２以外の電源（例えば上記の車載補機用バッテリ）から供給される電力によって作動する。

【0013】

図１に示す一例では、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６、遮断スイッチ１８、蓄電素子２０、並びに第１及び第２の電圧モニタ２２、２４は、１つのＤＣ－ＤＣコンバータユニットとして構成されている。

【0014】

遮断スイッチ１８は、直流電源スイッチ１４とＤＣ－ＤＣコンバータ１６との間に接続され、直流電源１２からの電力供給を遮断する。遮断スイッチ１８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６の保護のために設けられている。遮断スイッチ１８の開閉は、制御ＩＣ２６によって制御される。

【0015】

蓄電素子（例えば、コンデンサ）２０は、直流電源スイッチ１４と遮断スイッチ１８との間に設けられている。より詳細には、蓄電素子２０の一端は、直流電源１２の高電位電極に接続された高電位ラインＰに接続されており、その他端は信号用接地に接続されている。付け加えると、蓄電素子２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６から見て、遮断スイッチ１８の外側に配置されている。

【0016】

第１の電圧モニタ２２は、直流電源スイッチ１４と蓄電素子２０との間に設けられており、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６の入力電圧Ｖ１を検出する。第１の電圧モニタ２２は、入力電圧Ｖ１を検出するための電気抵抗４０及び４２を含む。より詳細には、直列に接続された電気抵抗４０及び４２の組の一端は高電位ラインＰに接続されており、その他端は信号用接地に接続されている。付け加えると、入力電圧Ｖ１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６から見て、遮断スイッチ１８の外側における入力電圧に相当する。また、第１の電圧モニタ２２は、後述の遮断スイッチ１８の異常検出処理における蓄電素子２０の残電圧の検出に用いられる。このため、第１の電圧モニタ２２は、本開示に係る「電圧モニタ」の一例に相当する。

【0017】

第２の電圧モニタ２４は、遮断スイッチ１８とＤＣ－ＤＣコンバータ１６との間に設けられており、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６の入力電圧Ｖ２を検出する。第２の電圧モニタ２４は、入力電圧Ｖ２を検出するための電気抵抗４４及び４６を含む。より詳細には、直列に接続された電気抵抗４４及び４６の組の一端は高電位ラインＰに接続されており、その他端は信号用接地に接続されている。付け加えると、入力電圧Ｖ２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６から見て、遮断スイッチ１８の内側における入力電圧に相当する。

【0018】

２．遮断スイッチの異常検出処理
上述のように構成された車両用電源装置１０において、制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８の異常検出処理を次のように実行する。なお、当該異常検出処理は、例えば、車両のパワースイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＮとされた後に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６の正規の動作を開始する前に実行される。

【0019】

具体的には、異常検出処理は、直流電源１２がＤＣ－ＤＣコンバータ１６に接続される前に（すなわち、直流電源スイッチ１４が開の状態（ＯＦＦ状態）において）、次のような手順１～７で実行される。なお、手順１、２、及び５のそれぞれにおける後述の移行の条件が成立しない場合、制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８又はＤＣ－ＤＣコンバータ１６等、車両用電源装置１０のシステムの構成要素に異常があると判断し、異常検出処理を中止する。そして、制御ＩＣ２６は異常通知を行う。

【0020】

＜手順１＞
制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８を閉（ＯＮ）とする。ここで、第１の電圧モニタ２２は、入力電圧Ｖ１が閾値未満の場合には所定のＬｏ電圧を制御ＩＣ２６に対して出力し、入力電圧Ｖ１が閾値以上の場合には所定のＨｉ電圧を制御ＩＣ２６に対して出力する。このことは、第２の電圧モニタ２４についても同様である。制御ＩＣ２６は、受け取った入力電圧Ｖ１及びＶ２がともにＬｏ電圧であることを条件として、次の手順２に移行する。

【0021】

＜手順２＞
制御ＩＣ２６は、直流電源１２以外の電源（例えば、上記の車載補機用バッテリ）からの電力を利用して、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６による昇圧動作を行う。その結果、蓄電素子２０がチャージされる。遮断スイッチ１８が閉状態で行われた当該昇圧動作による蓄電素子２０のチャージが完了すると、入力電圧Ｖ１及びＶ２はともにＨｉ電圧になるはずである。そこで、制御ＩＣ２６は、入力電圧Ｖ１及びＶ２はともにＨｉ電圧であることを条件として、次の手順３に移行する。

【0022】

＜手順３＞
制御ＩＣ２６は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６による上記の昇圧動作を停止する。

【0023】

＜手順４＞
制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８を開（ＯＦＦ）とする。

【0024】

＜手順５＞
制御ＩＣ２６は、直流電源１２以外の電源（例えば、上記の車載補機用バッテリ）からの電力を利用して、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６による降圧動作を行う。遮断スイッチ１８が開の状態で当該降圧動作が行われると、遮断スイッチ１８の内側の入力電圧Ｖ２が低下するはずである。そこで、制御ＩＣ２６は、入力電圧Ｖ２がＬｏ電圧であることを条件として、次の手順６に移行する。

【0025】

＜手順６＞
制御ＩＣ２６は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６による上記の降圧動作を停止する。

【0026】

＜手順７＞
制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８の外側の入力電圧Ｖ１がＨｉ電圧であるかＬｏ電圧であるかを判定する。換言すると、制御ＩＣ２６は、蓄電素子２０の残電圧があるか否かを判定する。

【0027】

その結果、入力電圧Ｖ１がＨｉ電圧である場合（つまり、蓄電素子２０の残電圧が検出された場合）には、制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８は正常であると判定する。一方、入力電圧Ｖ１がＬｏ電圧である場合（つまり、蓄電素子２０の残電圧が検出されない場合）には、制御ＩＣ２６は、遮断スイッチ１８は異常である（つまり、遮断スイッチ１８に閉固着故障が生じている）と判定する。

【0028】

３．効果
以上説明したように、本実施形態に係る異常検出処理によれば、直流電源スイッチ１４を閉（ＯＮ）とする必要なしに、遮断スイッチ１８の閉固着故障を判定できる。このため、遮断スイッチ１８の閉固着故障とともにＤＣ－ＤＣコンバータ１６内部の地絡故障が生じている場合であっても、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６に過電流が発生することを抑制しつつ、遮断スイッチ１８の閉固着故障を判定することが可能となる。

【符号の説明】

【0029】

１０ 車両用電源装置
１２ 直流電源
１４ 直流電源スイッチ
１６ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１８ 遮断スイッチ
２０ 蓄電素子
２２ 第１の電圧モニタ
２４ 第２の電圧モニタ
２６ 制御ＩＣ

【図1】