特開 2023-155534 電力供給システム

(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】P2023155534

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】電力供給システム

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/10 20060101AFI20231016BHJP

【ＦＩ】

G05F1/10 C

G05F1/10 301B

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022064899

(22)【出願日】2022-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金川 信康

(72)【発明者】

【氏名】中野 洋

(72)【発明者】

【氏名】十文字 賢太郎

【テーマコード（参考）】

5H410

【Ｆターム（参考）】

5H410BB05

5H410CC02

5H410DD02

5H410EA11

5H410EB01

5H410EB09

5H410FF05

5H410FF25

(57)【要約】

【課題】所定の故障時動作継続性を実現するための冗長性を抑えると共に、必要不可欠な冗長性を電流経路上の負荷分散などの電力配電機能の性能向上に活かすことを目的とする。
【解決手段】本発明に係る電力供給システムは、車両内の単一負荷に電力を供給する複数の電力源と、単一負荷と複数の電力源のそれぞれとの間を接続する複数の電力供給経路と、複数の電力供給経路のうち少なくとも１つに流れる電流を調整する電流調整部と、を備え、電流制御部は、電力供給経路それぞれの電気的状態の状態量を比較し、該状態量の差が所定の条件を満たしたときに、該状態量の差を減じるように電力供給経路を流れる電流を調整する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両内の単一負荷に電力を供給する複数の電力源と、
前記単一負荷と前記複数の電力源のそれぞれとの間を接続する複数の電力供給経路と、
前記複数の電力供給経路のうち少なくとも１つに流れる電流を調整する電流調整部と、を備え、
前記電流調整部は、前記電力供給経路それぞれの電気的状態の状態量を比較し、該状態量の差が所定の条件を満たしたときに、該状態量の差を減じるように前記電力供給経路を流れる電流を調整する、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記電流調整部は、前記複数の電力供給経路のそれぞれに流れる電流を調整する、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項3】

請求項２に記載の電力供給システムであって、
前記電流調整部は、前記複数の電力供給経路それぞれを流れる電流を異なるデューティサイクルのパルス幅変調によって調整する、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項4】

請求項２に記載の電力供給システムであって、
前記複数の電力供給経路のうち少なくとも一部の複数の電力供給経路を流れる電流のオン期間の一部が重なっている、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項5】

請求項３に記載の電力供給システムであって、
前記複数の電力供給経路のうちの一部の電力供給経路を流れる前記デューティサイクルが１００％である、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項6】

請求項３に記載の電力供給システムであって、
前記パルス幅変調の周期が前記電力供給経路の熱時定数よりも小さい、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項7】

請求項３に記載の電力供給システムであって、
前記複数の電力供給経路からの複数の入力電力を該入力電力とは異なる電圧の単一の出力電力に変換する電圧変換装置を有し、
前記パルス幅変調が前記電圧変換装置によって実行される、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項8】

請求項３に記載の電力供給システムであって、
前記複数の電力供給経路それぞれの電力源側に接続された電子制御ユニットをさらに有し、
前記電子制御ユニットによって前記パルス幅変調が行われる、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項9】

請求項８に記載の電力供給システムであって、
前記電子制御ユニットが、前記複数の電力供給経路に流れる電流を計測する機能を有する、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項10】

請求項８に記載の電力供給システムであって、
前記電子制御ユニットが、前記複数の電力供給経路の温度を推定する機能を有する、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項11】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記電気的状態は、前記電力供給経路の配線抵抗の温度である、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項12】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記電気的状態は、前記電力供給経路に接続された電源の容量である、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項13】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記電気的状態は、前記電力供給経路に接続された電源の電圧である、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項14】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
それぞれの前記電力供給経路が、複数のケーブルが結束された束線からなる、
ことを特徴とする電力供給システム。

【請求項15】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記複数の電力供給経路の一部に故障が生じた場合には、前記複数の電力供給経路のうち他の電力供給経路からのみ電力を供給する、
ことを特徴とする電力供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電力供給システムにかかり、例えば、電動化自動車に好適な車載用電力供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

以前から、電動パワーステアリングや電動ブレーキなどの自動車の補機の電動化が進展してきた。さらに近年になって、ハイブリッド車や電気自動車に代表されるように主機自体の電動化も進んでいる。また自動運転化も進み、今後は故障時においても自動車の運転が徐々に人間の介在なしに自律的、自動的な動作により完結することが求められるようになる。以上のような背景から、自動車の電動化、自動化を支える車載用電力供給系の高性能化、高信頼性（故障時動作継続性）が求められるようになってきている。

【0003】

上記技術に関し、例えば特許文献１には制御部の冗長化に加えて電源部の冗長化についての技術が開示されており、かつ電源部故障時には制御部を省電力モードで動作させる技術も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－１９３７２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以上述べた従来技術によれば、故障時動作継続の為に電力配電機能を冗長化するとコスト増加につながるために、コスト削減に関してさらなる考慮が望まれる。
そこで本発明では、所定の故障時動作継続性を実現するための冗長性を抑えると共に、必要不可欠な冗長性を電流経路上の負荷分散などの電力配電機能の性能向上に活かすことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために本発明に係る電力供給システムは、車両内の単一負荷に電力を供給する複数の電力源と、単一負荷と複数の電力源のそれぞれとの間を接続する複数の電力供給経路と、複数の電力供給経路のうち少なくとも１つに流れる電流を調整する電流調整部と、を備え、電流調整部は、電力供給経路それぞれの電気的状態の状態量を比較し、該状態量の差が所定の条件を満たしたときに、該状態量の差を減じるように電力供給経路を流れる電流を調整する。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、上記構成を採用することにより、所定の故障時動作継続性を実現するための冗長性を抑えると共に、必要不可欠な冗長性を電流経路上の負荷分散などの電力配電機能の性能向上に活かすことが可能になる。
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の基本構成を示す模式図。

【図2】本発明の基本構成において下流側に制御用可変抵抗器を設けた構成を示す図。

【図3】本発明の基本構成においてスイッチングによる制御を示す図。

【図4】本発明の基本構成においてスイッチングを組み合わせた制御を示す図。

【図5】電圧源の出力電圧制御とスイッチング制御との組み合わせを説明するための図。

【図6】一実施例に係る電子制御ユニットの構成を示すブロック図。

【図7】制御部の機能構成を示すブロック図。

【図8】平均電流に基づく制御部の処理を示す図。

【図9】電流の２乗平均に基づく制御部の処理を示す図。

【図10】ワイヤーハーネスに接続する電子制御ユニットの構成を示すブロック図。

【図11】合計電流に基づく制御部の処理を示す図。

【図12】温度上昇に基づく制御部の処理を示す図。

【図13】故障対応機能を有する制御部の構成を示す図。

【図14】故障対応機能を有する制御部の処理を示す図。

【図15】車載用電力供給網の概要を示すブロック図。

【図16】重要負荷への電力供給の一例を示す図。

【図17】重要負荷への電力供給の他の例を示す図。

【図18】２入力スイッチングレギュレータの構成の一例を示す図。

【図19】２入力スイッチングレギュレータの構成の他の例を示す図。

【図20】２入力スイッチングレギュレータの構成の他の例を示す図。

【図21】２入力スイッチングレギュレータの構成の他の例を示す図。

【図22】２入力スイッチングレギュレータを用いた車載用電力供給網の構成の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面に従い、本発明の実施例について説明する。

【0010】

図１は本発明に係る電力供給システムの一実施例における基本的な構成を示す図である。
電力供給システムは、単一の負荷ＲＬに電力を供給する複数の電力源と、負荷ＲＬと複数の電力源との間を接続する複数の電流経路２０－１、２０－２と、複数の電流経路２０－１、２０－２のそれぞれに設けられ、電流経路２０－１、２０－２を流れる電流を調整する電流調整手段１０－１、１０－２と、を備える。なお、複数の電力源の電圧をそれぞれＶ１、Ｖ２、電流経路２０－１、２０－２の配線抵抗をそれぞれｒ１、ｒ２とする。また、図１では電流調整手段１０－１、１０－２は電流経路２０－１、２０－２の上流側に配置されているが、下流側に配置してもよい。ここで、電流経路の上流側とは、電力源と負荷との間において比較的電力源に近い領域を指し、下流側とは、負荷に近い領域のことを指す。

【0011】

電流調整手段１０－１、１０－２は例えば、ＦＥＴ等の（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子からなる制御用可変抵抗器を採用できる。図２に、電流調整手段１０－１として電流経路の下流側に制御用可変抵抗器ｒｃ１を直列に挿入した例を示す。

【0012】

図３は、スイッチングにより電流経路に流れる電流を調整する例を示す。図３（ａ）に示すように、本実施例においては電流調整手段１０－１として電流経路２０－１の上流側にスイッチング素子ＳＷ１が配置されている。スイッチング素子ＳＷ１により、電流経路２０－１に流れる電流のオンオフを切り替え、電流経路２０－２に流れる電流は常時オンとしている。この時の波形が図３（ｂ）に示されている。

【0013】

図３（ｂ）に示されるように、電流経路２０－１に流れる電流Ｉ１はＳＷ１がオンしている間に流れ、ＳＷ１がオフしている時間β１の間には０となる。一方の電流経路２０－２に流れる電流Ｉ２は、ＳＷ１がオフしている時間β１の間にはすべての電流が電流経路２０－２に流れるため増加し、ＳＷ１がオンしている間には電流経路２０－１にも電流が流れるために減少する。この構成によれば、複数の電流経路がある場合、一部の電流経路には常に電流が流れることになる。したがって、他の電流経路の電流を遮断したときでも回路全体としては電流が急激に０となることはない。通常のスイッチングレギュレータにおいては、流れる電流が急激に０になったときにはフライバック電圧やノイズが発生して回路故障を引き起こすおそれがあり、これらを抑制するために還流ダイオードやチョークコイル等が必要となるが、本実施例によればこれらは不要となる。さらに、一方の電流経路を流れる電流を調整することで、一方の電流経路に発熱が集中することを防止することが可能になり、電流経路間の発熱のバランスを保つことが可能になる。なお、本実施例においては電流経路が２つである場合を説明したが、電流経路の数はこれに限られない。

【0014】

ここで、電力源の出力電圧をＶ１、Ｖ２、電流経路の抵抗をｒ１、ｒ２、負荷の抵抗をＲＬとしたときの電流経路２０－１、２０－２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２を求める。点Ａにおける電圧に着目すると、キルヒホッフの法則により、
Ｖ１－ｒ１ Ｉ１＝Ｖ２ － ｒ２ Ｉ２＝（Ｉ１ ＋ Ｉ２） ＲＬ・・・（１）
ここで、式（１）第１辺＝第２辺より、
Ｉ１＝（Ｖ１－Ｖ２＋ｒ２ Ｉ２）／ｒ１・・・（２）
さらに、式（１）第２辺＝第３辺より、第３辺に式（２）を代入すると、
Ｉ２＝｛（ＲＬ＋ｒ１） Ｖ２－ＲＬ Ｖ１｝／｛ｒ１ ｒ２＋（ｒ１＋ｒ２） ＲＬ｝・・・（３）
式（２）を式（３）に代入すると、
Ｉ１＝｛（ＲＬ＋ｒ２） Ｖ１－ＲＬ Ｖ２｝／｛ｒ１ ｒ２＋（ｒ１＋ｒ２） ＲＬ｝・・・（４）
となる。

【0015】

続いて、電流経路２０－１、電流経路２０－２のいずれかをβ１、β２の時間だけオフ（デューティサイクルは１－β１、または１－β２）とし、他方の電流経路を常時オン（デューティサイクルは１）としたときの電流経路２０－１、２０－２に流れる平均電流Ｉ１ａｖｅ、Ｉ２ａｖｅを求める。

【0016】

まず、図３（ｂ）に示すように電流経路２０－１をβ１だけオフ（デューティサイクルは１－β１）とし、電流経路２０－２を常時オン（デューティサイクルは１）としたときの電流経路２０－１には、オンとしている時にのみ電流Ｉ１が流れるため、
Ｉ１ａｖｅ＝（１－β１） Ｉ１・・・（５）
となる。

【0017】

一方、電流経路２０－２には、電流経路２０－１がオンの時には式（３）で得られるＩ２が流れ、電流経路２０－１がオフの時には、
Ｉ２’＝Ｖ２／（ｒ２＋ＲＬ）・・・（６）
なる電流が流れ、その平均電流は
Ｉ２ａｖｅ＝（１－β１）Ｉ２＋β１ Ｉ２’・・・（７）
となる。

【0018】

同様に、電流経路２０－２をβ２だけオフ（デューティサイクルは１－β２）とし、電流経路２０－１を常時オン（デューティサイクルは１）としたときの電流経路２０－２には、オンとしている時にのみ電流Ｉ２が流れるため、
Ｉ２ａｖｅ＝（１－β２）Ｉ２・・・（８）
となる。

【0019】

一方、電流経路２０－１には、電流経路２０－２がオンの時には式（４）で得られるＩ１、電流経路２０－２がオフの時には、
Ｉ１’＝Ｖ１／（ｒ１＋ＲＬ）・・・（９）
なる電流が流れ、平均電流は
Ｉ１ａｖｅ＝（１－β１）Ｉ１＋β１ Ｉ１’・・・（１０）
となる。

【0020】

図４は、電流経路２０－１、２０－２の双方に電流調整手段を配置し、パルス幅変調（ＰＷＭ；Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって電流経路２０－１、２０－２に流れる電流を調整する構成を示す図である。本実施例においては、図４（ａ）左側に示すように、電流調整手段１０－１、１０－２（図１参照）として電流経路２０－１、２０－２の上流側にスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２が設けられている。そして、電流経路２０－１、２０－２に流れる電流をＳＷ１、ＳＷ２をオンオフさせることにより調整する。

【0021】

具体的には、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２を交互にオンオフさせ、電流経路２０－１を時間β１だけオフにし、電流経路２０－２をβ２だけオフにする。この場合において、図４（ｂ）に示すように双方をオンさせる時間をオーバーラップさせる（デューティ時間β１、β２をオーバーラップさせない）ことにより、片側の電流経路には常に電流が流れることになる。このため、他方の電流経路の電流を遮断したときでも回路全体としては電流が急激に０となることはないので、通常のスイッチングレギュレータに必要となる還流ダイオードやチョークコイル等は不要となる。さらに、一方の電流経路を流れる電流を調整することで、一方の電流経路に発熱が集中することを防止することが可能になり、電流経路間の発熱のバランスを保つことが可能になる。また、電流経路をオフにする時間β１、β２は適宜設定可能である。

【0022】

さらに望ましくは、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２によるスイッチングを時間当たりの電流変化率ｄｉ／ｄｔを制限したソフトスイッチングとすることで、電流経路２０－１、２０－２のインダクタンスによるサージやノイズも抑えることができる。なお、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２はＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子を用いることが可能で、ソフトスイッチングはゲート駆動電圧を緩やかに変化するように制御するか、抵抗、キャパシタによる時定数回路を持たせることで実行可能である。

【0023】

また、本発明による電流経路間の電流の調整は、上述のように電流経路間の発熱のバランスを取り、一方の電流経路の発熱が集中することを防止することも可能である。そのためにはＰＷＭのスイッチングの周期が電流経路の熱時定数よりも短ければよい。具体的には数百ｍｓ～数ｓ程度の遅い周期でよい。そのため、スイッチング回数に比例するスイッチング損失の増加も無視できる。

【0024】

なお、図３、４に示すように電流経路２０－１、電流経路２０－２に流れる電流をＰＷＭスイッチングすることにより調整する方法は、いずれかの電流経路に電流が流れていない期間が生じ、電流経路の利用効率が低下する。言い換えれば、電流経路の発熱は電流の２乗に比例するため、時間当たりの平均電流が同じならば、電流を断続させるよりも一定の電流を流し続けたほうが電流経路全体の発熱を小さくすることができる。例えば、電流Ｉを流し続けたときと、電流２Ｉをデューティ５０％で流した時では平均電流はどちらもＩであるが、発熱は電流の２乗に比例するから前者の発熱をＩ^２Ｒとすると後者の発熱は（２Ｉ）^２Ｒ／２＝２Ｉ^２Ｒとなる。

【0025】

一方で、図２に示すように制御用可変抵抗器ｒｃ１により電流調整をする実施例では制御用可変抵抗器でＩ^２Ｒなる発熱が発生する。両者の発熱の増加には大きな差はないが、図２に示す実施例では発熱が制御用可変抵抗器ｒｃ１に集中するため、発熱を放熱させるための放熱器などの放熱実装に新たなコストがかかるのに対して、図３、４に示す実施例では発熱が電流経路全体に広く分散するので、放熱器を設ける必要がなく、コスト削減を達成できる。

【0026】

図５は、電流経路２０－１、２０－２に流れる電流を調整する際に流れる電流差の大きさによって電流の調整方法を変更する例を示す図である。

【0027】

先に述べたように電流経路２０－１、２０－２に流れる電流をＰＷＭにより調整する方法は、いずれかの電流経路に電流が流れていない期間が生じ、上述の通り電流経路の利用効率が低下する。したがって、電流経路２０－１、２０－２に流れる電流を電圧源の出力電圧Ｖ１、Ｖ２により調整し、両電流経路に常に電流が流れるようにしたほうが電流経路の利用効率が向上し、電流経路全体の発熱を小さくすることができる。

【0028】

一方で、電圧源の出力電圧Ｖ１、Ｖ２を調整できる範囲には負荷の動作電圧範囲などにより限界がある。例えば、１２Ｖ系の電力源の出力電圧範囲は１２Ｖ付近（例えば１２Ｖ～１４Ｖ）であり、大幅に出力電圧がこの範囲から大幅に逸脱すると負荷の動作に不具合が生じる。また電力源がスイッチング動作によるレギュレータやＤＣ／ＤＣコンバータである場合には出力電圧を調整できるが、電力源が２次電池の場合には出力電圧は充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に依存するため出力電圧だけを独立して変えることができない。

【0029】

そこで、図５に示すように電流経路２０－１、２０－２に流れる電流比（Ｉ２ａｖｅ／Ｉ１ａｖｅ）が一定範囲内にあり、出力電圧Ｖ１、Ｖ２がＶｍａｘ～Ｖｍｉｎの範囲内で調整できる場合には電圧源の出力電圧Ｖ１、Ｖ２により電流経路２０－１、２０－２に流れる電流を調整する。そして、電流経路２０－１、２０－２に流れる電流差が大きく、出力電圧Ｖ１、Ｖ２がＶｍａｘ～Ｖｍｉｎの範囲内で調整できない場合にはＰＷＭスイッチング（デューティ時間β１、β２の設定）により電流経路２０－１、２０－２に流れる電流を制御してバランスさせる。このようにして、ＰＷＭと出力電圧調整とを組み合わせることによって、電流経路全体の発熱を低減し、効率を最適化することが可能となる。なお、図５は電流比について示しているが、電流経路２０－１、２０－２の発熱量の比を用いることも可能である。

【0030】

図６は、本発明を実現するための電子制御ユニットの構成の一例を示すブロック図である。電力源１００－１、１００－２はそれぞれ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００－１、２００－２に電力を供給し、電子制御ユニット２００－１、２００－２は電流経路２０－１、２０－２に流れる電流を調整する。電子制御ユニット２００－１、２００－２には電流検出機能または電流検出のためのシャント抵抗ｒｓ１、ｒｓ２、電流を調整する制御部１１０－１、１１０－２、電流をスイッチングするスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２をそれぞれ有する。

【0031】

制御部１１０－１、１１０－２は電流検出機能または電流検出のためのシャント抵抗ｒｓ１、ｒｓ２で検出した電流経路２０－１、２０－２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２の値やその平均値、２乗平均値、電流Ｉ１、Ｉ２の値から推定した電流経路２０－１、２０－２の発熱量に基づき、電流をスイッチングするスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２をオンオフさせたり、電力源１００－１、１００－２の出力電圧Ｖ１、Ｖ２の設定値を制御する。電力源１００－１、１００－２、制御部１１０－１、１１０－２の間は通信路４０で結ばれており、通信路４０を経由して電力源１００－１、１００－２の出力電圧Ｖ１、Ｖ２の設定値や、電流Ｉ１、Ｉ２の値などが伝送される。なお通信路４０の形態は個別の配線でもネットワークでもよい。

【0032】

制御部１１０－１、１１０－２の機能構成の例を図７に示す。図７（ａ）に示すように制御部１１０－１は、電流Ｉ１、Ｉ２の平均値Ｉ１ａｖｅ、Ｉ２ａｖｅの差Ｉ１ａｖｅ－Ｉ２ａｖｅ（以下、ΔＩ１）が閾値Ｉｔｈ１未満の場合には、電流経路２０－１を流れる電流の調整は行わない。平均電流差ΔＩ１が閾値Ｉｔｈ１以上閾値Ｉｔｈ２未満の場合には、電力源１００－１の出力電圧Ｖ１の設定値を制御することによって電流調整を行う。さらに平均電流差ΔＩ１が閾値Ｉｔｈ２以上の場合にはＰＷＭスイッチング（デューティ時間β１の設定）により電流制御動作を行う。

【0033】

また、図７（ｂ）に示すように、制御部１１０－２についても、平均電流差Ｉ２ａｖｅ－Ｉ１ａｖｅ（ΔＩ２）と閾値Iｔｈ１、Ｉｔｈ２との大小関係によって電流経路２０－２を流れる電流を調整する。なお、以上から理解されるように、閾値Ｉｔｈ１及びＩｔｈ２は、電力源１００－１、１００－２の出力電力を調整できる下限値及び上限値に対応している。

【0034】

なおここで、図７に示すｇ、ｆは関数で、入出力が一定の比例係数による比例関係にあってもよく、ＰＩＤ制御系であっても良い。また平均電流Ｉ１ａｖｅ、Ｉ２ａｖｅを求める際、所定期間の電流Ｉ１、Ｉ２の積分値や指数移動平均などによる方法を採用できる。指数移動平均によれば過去の指数移動平均の計算結果と電流の現在値にそれぞれ係数を掛けて加算すれば最新の指数移動平均値を得られ、所定の周期ごとにこの演算を繰り返せばよいので計算量を削減することができる。

【0035】

以上の制御部１１０－１よる動作を表としてまとめたものを図８（ａ）に示す。同様に制御部１１０－２による動作についても図８（ｂ）の通りとなる。

【0036】

また、電流経路２０－１、２０－２での発熱は電流の２乗に比例するため、電流経路２０－１、２０－２上の発熱量と比例関係にある電流の２乗平均Ｉ１^２ａｖｅ、Ｉ２^２ａｖｅを指標として制御部１１０－１、１１０－２が行う動作を図９に示す。図９（ａ）に示すように、制御部１１０－１は、電流の２乗平均差Ｉ１^２ａｖｅ－Ｉ２^２ａｖｅ（以下Δ１１^２）が閾値Ｉｔｈ１未満の場合には、両者の発熱量を調整する必要がないため、電流経路２０－１を流れる電流の調整は行わない。Δ１^２が閾値Ｉｔｈ１以上閾値Ｉｔｈ２未満の場合には、電力源１００－１の出力電圧Ｖ１の設定値を制御することによって電流調整を行う。さらにΔ１^２が閾値Ｉｔｈ２以上の場合にはＰＷＭスイッチング（デューティ時間β１の設定）により電流制御動作を行う。

【0037】

また、図９（ｂ）に示すように、制御部１１０－２についても、電流の２乗平均差Ｉ２^２ａｖｅ－Ｉ１^２ａｖｅ（Δ１２^２）と閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２との大小関係によって電流経路２０－２を流れる電流を調整する。

【0038】

以上述べた実施例によれば、複数設けた電流経路２０－１、２０－２間で正常時には電力供給量（平均電流、電流の２乗平均、合計電流、温度上昇）をバランスよく分担させることで、電力供給効率を最適化して、電流経路２０－１、２０－２それぞれに求められる定格容量を削減することが可能となる。また、電流経路２０－１、２０－２間での電力供給量のバランスがとれていない場合、電力供給量が大きい方の電流経路に故障が生じた場合に電力供給能力の予備力が低下してしまう。しかしながら、本実施例のように電流経路２０－１、２０－２間での電力供給量をバランスよく調整することにより、一方の電流経路の故障時の他方の電流経路からの電力供給能力の予備力を保証することが可能となる。

【0039】

さらに同様に、正常時には電流経路２０－１、２０－２間で電源容量（バッテリーの充電残量、電圧）のバランスを図ることで、一方の電流経路の故障時の他方の電流経路からの電力供給能力の予備力を保証することが可能となる。

【0040】

上記の例においては、電流経路２０－１、２０－２が単一の信号線により構成されるものとして説明したが、車載用電力供給網においては、図１０に示すように電流経路が複数の電線や制御信号線を束ねたワイヤーハーネスと呼ばれる束線として配線されることが多い。そこで電子制御ユニット２００－１、２００－２は図１０に示すように複数の電線に電力を供給し、電流検出機能またはシャント抵抗ｒｓ１１～ｒｓ２ｎによりそれぞれの電線に流れる電流Ｉ１１～Ｉ２ｎを検出し、それらに基づき制御部１１０－１、１１０－２による電流調整動作を行えばよい。

【0041】

このように、電流経路が複数の電線や制御信号線を束ねたワイヤーハーネスと呼ばれる束線として配線される場合に対応して、電流経路２０－１、２０－２に流れる合計電流ΣＩ１、ΣＩ２を指標として電流制御動作を行う制御部１１０－１、１１０－２の動作を図１１に示す。

【0042】

電流経路２０－１、２０－２を流れる合計電流ΣＩ１、ΣＩ２はそれぞれ
ΣＩ１＝ΣＩ１ｊ（ｊは１からｍ）・・・（１１）
ΣＩ２＝ΣＩ２ｊ（ｊは１からｎ）・・・（１２）
の式により表される。

【0043】

そして、制御部１１０－１、１１０－２は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、上記の合計電流の差ΣＩ１－ΣＩ２（ΔΣＩ１）、ΣＩ２－ΣＩ１（ΔΣＩ２）と閾値ｌｔｈ１、ｌｔｈ２との大小関係によって、電流経路２０－１、２０－２を流れる電流を調整する。

【0044】

また、制御部１１０－１、１１０－２は、電流経路２０－１、２０－２での温度上昇Θ１、Θ２を指標として電流を調整することも可能である。その際に制御部１１０－１、１１０－２が行う動作を図１２に示す。この場合も、他の例と同様に、制御部１１０－１、１１０－２は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、上記の温度上昇の差Θ１－Θ２（ΔΘ１）、Θ２－Θ１（ΔΘ２）と閾値Θｔｈ１、Θｔｈ２との大小関係によって、電流経路２０－１、２０－２を流れる電流を調整する。なお、温度上昇Θ１、Θ２は実測値でもよいが、電流経路２０－１、２０－２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２または合計電流ΣＩ１、ΣＩ２に基づく推定値でもよい。

【0045】

次に、２本ある電流経路のうち一方の電力経路に故障が生じた場合に制御部１１０－１、１１０－２が行う動作を図１３に示す。図１３（ａ）に示すように、制御部１１０－１には、電流経路２０－２の負荷への接続を切り替えるスイッチング素子ＳＷ３が設けられている。そして制御部１１０－１は、電流経路２０－２のステータスがＯＫの時、すなわち電流経路２０－２に故障が生じていない場合にはＳＷ３をオンにして、電流経路２０－２の負荷への接続をオンにし、以上で説明した実施例と同様の動作をする。電流経路２０－２のステータスがＮＧの時、すなわち電流経路２０－２に故障が生じている場合にはスイッチング素子ＳＷ３が０を選択して電流経路２０－２の負荷への接続を切り離す。そして、制御部１１０－１は電流経路２０－１を流れる電流を調整せずに、定格通りに負荷に電力を供給する。電流経路２０－２を制御する制御部１１０－２についても、図１３（ｂ）に示すように電流経路２０－１のステータスに基づき同様な動作をする。これにより、一方の電力経路に故障が生じた場合には、他方の電力供給経路からのみ電力を供給することができ、動作を継続することが可能となる。

【0046】

なお、本実施例による電流調整動作は、電流経路２０－１、２０－２が過熱したとき、すなわち電流経路２０－１、２０－２の温度の実測値あるいは推定値が所定の閾値よりも高いときにのみ実施し、過熱していないとき、すなわち電流経路２０－１、２０－２の温度の実測値あるいは推定値が所定の閾値よりも低いときには実施しないようにしても良い。

【0047】

この場合に制御部１１０－１、１１０－２が行う動作を図１４に示す。図１４（ａ）に示すように、制御部１１０－１は、電流経路２０－２が正常、すなわち故障が生じておらず、かつ過熱している時には図８等で説明した電流調整を行う。そして、電流経路２０－２が異常である、すなわち故障が生じているとき、または電流経路２０－２が過熱していないときには電流制限動作を実施しない。また、制御部１１０－２についても、制御部１１０－１と同様に、図１４（ｂ）に示す動作を行う。

【0048】

本実施例によれば、過熱がないときには電流調整を行う必要がなく、電流経路を流れる電流に大きな差が生じていると推定される場合にのみ調整すればよく、運用の簡便化を図ることが可能になる。

【0049】

本発明の一実施例に係る電力供給システムが搭載される車載用電力供給網の一例を図１５に示す。図１５に示すように、一実施例に係る電力供給システムが搭載された車両は、ステアリングＥＣＵ２００－５や自動運転（ＡＤ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｒｉｖｉｎｇ）ＥＣＵ２００－６、各ＥＣＵ間の通信の仲立ちとなるセントラルゲートウェイ（不図示）などの重要負荷にはそれぞれ複数の電力源１００－１、１００－２から電子制御ユニット２００－１、２００－２、電流経路２０－１、２０－２経由で電力が供給される。そして、電力源１００－１、１００－２、電子制御ユニット２００－１、２００－２、電流経路２０－１、２０－２のいずれかで故障が発生して、一方の電流経路からの電力供給が停止した場合であっても、図１３及び図１４で説明した動作を行い、他方の電流経路から電力供給を行うことによって重要負荷の動作を継続させることができる。

【0050】

なお、重要負荷以外の非重要負荷の多くには電流経路２０－１、２０－２のいずれかのみから電力が供給される。非重要負荷としては、エンターテイメント系やエアコン（Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のためのヒートポンプ、ヒータ、電動ファン、ボディ系などが考えられる。正常時、すなわち電流経路に故障が生じていない場合には電流経路２０－１、２０－２から非重要負荷並び重要負荷に電力が供給され、非重要負荷への電力供給により電流経路２０－１、２０－２を流れる電流に差が生じる。しかし、電流経路２０－１、２０－２の両方から電力が供給される重要負荷への電力供給を本発明により調整することにより電流経路２０－１、２０－２からの電力供給量のバランスをとることができる。また、電流経路２０－１、２０－２のいずれかで故障が発生した場合には、他方の電流経路から重要負荷に電力が供給され、非重要負荷への電力供給を削減または停止することで正常な側の電流経路の電力供給能力に余裕をもたせることが可能である。特に、ヒートポンプ、ヒータ、電動ファンなどは熱時定数が比較的大きいため、短時間停止させることの影響が小さい場合が多い。

【0051】

以下では、ステアリングＥＣＵ２００－５や自動運転ＥＣＵ２００－６などの重要負荷に電流経路２０－１、２０－２の両方から電力を供給する方法の具体例について説明する。最も単純な方法として、図１５に示すように、電流がダイオードを経由して重要負荷に電流が供給される。また、マイコンなどのＥＣＵ２００の主要部が例えば１２Ｖ系から５Ｖなどの降圧した電圧で動作する場合には図１６に示すように、降圧するためのレギュレータ３００－１、３００－２を複数備えてレギュレータ３００－１、３００－２により降圧した電圧出力を、ダイオードを経由してＥＣＵ２００に供給することが考えられる。また図１７に示すようにＥＣＵ２００を構成するマイコンの冗長性確保のために複数のマイコン２１０－１、２１０－２を備えている場合には、電流経路２０－１、２０－２ごとに独立して複数備えたレギュレータ３００－１、３００－２により降圧した電圧出力をそれぞれマイコン２１０－１、２１０－２に供給することも考えられる。なお、図１７の場合には、図１６とは異なりレギュレータ３００－１、３００－２とマイコン２１０－１、２１０－２との間はダイオードを介さずに直結されている。

【0052】

さらに図１８に、は複数の電流経路２０－１、２０－２からの電力をスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２でスイッチングすることで降圧させるスイッチング電源３１０の一例が示されている。本実施例では、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングのデューティサイクルを変えることにより出力電圧を制御できるうえ、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングのデューティサイクルに差を持たせることで、電流経路２０－１、２０－２からの電流を制御することができる。なおＬは平滑用のチョークコイル、Ｃは平滑用のキャパシタ、Ｄは還流ダイオードである。

【0053】

図１９に、スイッチング電源３１０のさらに詳細な構成を示す。出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差はスイッチング電源３１０の制御部ＣＮＴＲＬ１、ＣＮＴＲＬ２に入力され、出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差が０となるようにフィードバック制御される。ここで、ＣＮＴＲＬ２にはＤｕｔｙ ｏｆｆｓｅｔを加算された信号が入力されるため、スイッチング素子ＳＷ２はスイッチング素子ＳＷ１とは異なるデューティサイクルでスイッチング動作をし、電流経路２０－１、２０－２からの電流Ｉ１、Ｉ２を異なる値に設定することができる。

【0054】

図２０に、スイッチング電源３１０のさらに詳細な構成を示す。スイッチング電源３１０の制御部ＣＮＴＲＬ１、ＣＮＴＲＬ２は入力信号とのこぎり波または三角波発生回路ＯＳＣの出力とを比較する比較器ＣＭＰ１、ＣＭＰ２により構成することができる。ＣＭＰ１、ＣＭＰ２は入力信号とのこぎり波または三角波発生回路ＯＳＣの出力とを比較することにより所定のデューティサイクルでＳＷ１、ＳＷ２を駆動するため、電流経路２０－１、２０－２からの電流Ｉ１、Ｉ２を異なる値に設定することができる。

【0055】

さらに、図２１に示すように、のこぎり波または三角波発生回路ＯＳＣの出力を反転増幅器３２０により反転させて比較器ＣＭＰ２に入力すれば、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は逆相で交互にスイッチング動作をするため、スイッチング周波数すなわちリプル周波数が２倍となってＬとＣの積の値を１／２とすることができるため、ＬとＣの値を小さくすることができ、コスト削減につながる。

【0056】

なお、１２Ｖから５Ｖへの降圧変換に限らず、図２２に示すようにＥＣＵ２００－１～２００－３間の基幹電源系を２４Ｖ～４８Ｖ系の中電圧とし、各ＥＣＵ（例えばＥＣＵ２００－３）に接続する末端の負荷への末端電源系には基幹電源系から降圧した１２Ｖを供給する際にも本実施例によるスイッチング電源３１０を用いることができる。

【0057】

以上で説明した本発明の実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）本発明に係る電力供給システムは、車両内の単一負荷に電力を供給する複数の電力源と、単一負荷と複数の電力源のそれぞれとの間を接続する複数の電力供給経路と、複数の電力供給経路に流れる電流を調整する電流調整部と、を備え、電流制御部は、電力供給経路それぞれの電気的状態の状態量を比較し、該状態量の差が所定の条件を満たしたときに、該状態量の差を減じるように電力供給経路を流れる電流を調整する。

【0058】

上記構成により、一方の電流経路に故障が発生した場合でも負荷への電力供給を継続することができ、特に重要負荷の動作を継続させることが可能となる。さらに電流経路に故障が発生していない正常時には、複数設けた電流経路間で電力供給量をバランスよく分担させることで、それぞれの電流経路に求められる容量を削減することができる。

【0059】

（２）電流調整部は、前記複数の電力供給経路のそれぞれに流れる電流を調整する。これにより、電力供給経路が複数あり、そのそれぞれについて電力を調整する必要がある場合にも対応が可能となる。

【0060】

（３）電流調整部は、複数の電力供給経路それぞれを流れる電流を異なるデューティサイクルのパルス幅変調によって調整する。これにより、デューティサイクルを適切に設定して、電力供給経路の利用効率を最適化することが可能になる。

【0061】

（４）複数の電力供給経路のうち少なくとも一部の複数の電力供給経路を流れる電流のオン期間の一部が重なっている。これにより、常にいずれかの電力供給経路には電流が流れているため、いずれかの電流経路の電流を遮断したときでも回路全体としては電流が急激に０となることはないため、通常のスイッチングレギュレータに必要となる還流ダイオードやチョークコイル等が不要となる。

【0062】

（５）複数の電力供給経路のうちの一部の電力供給経路を流れるデューティサイクルが１００％である。これにより、この電力供給経路の発熱が、ＰＷＭ制御する電力供給経路よりも減少するため、回路全体としての発熱も低減させることが可能になる。

【0063】

（６）パルス幅変調の周期が電力供給経路の熱時定数よりも小さい。具体的には、数百ｍｓ～数ｓ程度の遅い周期でよい。そのため、スイッチング回数に比例するスイッチング損失の増加を無視することが可能になる。

【0064】

（７）複数の電力供給経路からの複数の入力電力を該入力電力とは異なる電圧の単一の出力電力に変換する電圧変換装置を有し、パルス幅変調が電圧変換装置によって実行される。自動車内部は、例えば動作電圧が２４～４８Ｖの基幹電源系、１２Ｖの末端電源系、及び５Ｖの各種ＥＣＵで構成されており、上記と同様に、自動車分野における本発明の有効性が確保される。

【0065】

（８）複数の電力供給経路それぞれの電力源側に接続された電子制御ユニットをさらに有し、電子制御ユニットによってパルス幅変調が行われる。また、電子制御ユニットは、複数の電力供給経路に流れる電流を計測する機能、及び／または複数の電力供給経路の温度を推定する機能を有する。近年開発が進められているゾーンアーキテクチャ構成等を有する自動車に対して本発明は好適に適用可能である。

【0066】

（９）電気的状態は、電力供給経路の配線抵抗の温度、電力供給経路に接続された電源の容量または電圧である。これにより、種々の観点から電力供給経路の状態を監視することが可能になり、適切な電流の調整方法を採用することができる。

【0067】

（１０）それぞれの電力供給経路が、複数のケーブルが結束された束線からなる。本発明は、このような構成を有する物、例えば自動車に対して好適に適用可能である。

【0068】

（１１）複数の電力供給経路の一部に故障が生じた場合には、複数の電力供給経路のうち他の電力供給経路からのみ電力を供給する。これにより、互いに補完的に構成されているため、重要負荷への電力供給が途切れることを防止できる。

【0069】

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0070】

２０－１、２０－１……電流経路（電力供給経路）、３０……負荷、１００－１、１００－２……電力源、１１０－１、１１０－２……制御部（電流調整部）、２００－１、２００－２……電子制御ユニット、３００－１、３００－２……レギュレータ（電圧変換装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】