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(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】P2024103943
(43)【公開日】2024-08-02
(54)【発明の名称】電源装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 1/00 20060101AFI20240726BHJP
   H02J 7/00 20060101ALI20240726BHJP
【FI】
H02J1/00 304E
H02J7/00 302C
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023007900
(22)【出願日】2023-01-23
(71)【出願人】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100134832
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100165308
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100115048
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 康弘
(72)【発明者】
【氏名】益井 秀彰
【テーマコード(参考)】
5G165
5G503
【Fターム(参考)】
5G165EA02
5G165GA04
5G503AA04
5G503BA04
5G503BB01
5G503DA02
5G503GB03
(57)【要約】
【課題】電源冗長化する負荷の変更が容易な電源装置を提供する。
【解決手段】第1の電源を接続するための第1の電源用端子110と、第2の電源を接続するための第2の電源用端子120と、の間に電力変換器130を接続し、第1の電源用端子110と電力変換器130との間に遮断回路140を接続し、電力変換器130と遮断回路140との間の第1の接続点CP1と、電力変換器130と第2の電源用端子12-との間の第2の接続点CP2と、の間に第1のスイッチ150および第2のスイッチ160を接続し、負荷と接続するための複数の負荷用端子170と、複数の負荷用端子170と一対一に対応している複数の負荷用スイッチ180と、を備えるようにし、複数の負荷用端子170の各々を、対応する負荷用スイッチ180を介して、第1のスイッチ150と第2のスイッチ160とを接続するラインに接続する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の電源を接続するための第1の電源用端子と、
第2の電源を接続するための第2の電源用端子と、
前記第1の電源用端子と前記第2の電源用端子との間に接続された電力変換器と、
前記第1の電源用端子と前記電力変換器との間に接続された遮断回路と、
前記電力変換器と前記遮断回路との間の第1の接続点と、前記電力変換器と前記第2の電源用端子との間の第2の接続点と、の間に接続された第1のスイッチおよび第2のスイッチと、
負荷と接続するための複数の負荷用端子と、
前記複数の負荷用端子と一対一に対応している複数の負荷用スイッチと、を有し、
前記複数の負荷用端子の各々は、対応する負荷用スイッチを介して、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを接続するラインに接続している、電源装置。
【請求項2】
前記第1のスイッチは、
前記第1の接続点と、前記複数の負荷用スイッチと、の間に接続され、
前記第1の接続点から前記複数の負荷用スイッチへの方向が順方向であるボディダイオードを有したスイッチング素子であり、
前記第2のスイッチは、
前記第2の接続点と、前記複数の負荷用スイッチと、の間に接続され、
前記第2の接続点から前記複数の負荷用スイッチへの方向が順方向であるボディダイオードを有するスイッチング素子である、請求項1に記載の電源装置。
【請求項3】
前記負荷用スイッチは、インテリジェント・パワー・デバイスである、請求項1に記載の電源装置。
【請求項4】
前記遮断回路と、前記第1のスイッチと、前記第2のスイッチと、前記負荷用スイッチと、を制御する制御部をさらに有し、
前記第1のスイッチは、前記第1の接続点と、前記複数の負荷用端子と、の間に接続され、
前記第2のスイッチは、前記第2の接続点と、前記複数の負荷用端子と、の間に接続され、
前記制御部は、前記第1の電源用端子に接続された電源に正常でないときに、
前記遮断回路を遮断状態にし、
前記第1のスイッチをオフにし、
前記第2のスイッチをオンにし、
前記複数の負荷用端子のうち、電源冗長が必要な負荷である第1の負荷が接続される負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオンにし、
前記複数の負荷用端子のうち、電源冗長が必要でない負荷である第2の負荷が接続される負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオフにする、請求項1に記載の電源装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記第1の電源用端子に接続された電源に正常であり、前記複数の負荷用端子に接続された負荷のうちの一部の負荷が使用されていないときに、
前記遮断回路を遮断状態にし、
前記第1のスイッチとオフにし、
前記第2のスイッチをオンにし、
前記複数の負荷用端子のうち、使用されている負荷が接続された負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオンにし、
前記複数の負荷用端子のうち、使用されていない負荷が接続された負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオフにする、請求項4に記載の電源装置。
【請求項6】
請求項1に記載の電源装置の前記遮断回路と、前記第1のスイッチと、前記第2のスイッチと、前記負荷用スイッチと、を制御するための、コンピュータにより実行される制御方法であって、
前記第1の電源用端子に接続された電源に異常が発生したときに、
前記遮断回路と前記第1のスイッチ素子とをオフにし、
前記第2のスイッチ素子をオンにし、
前記複数の負荷用端子のうち、電源冗長が必要な負荷である第1の負荷が接続される負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオンにし、
前記複数の負荷用端子のうち、電源冗長が必要でない負荷である第2の負荷が接続される負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオフにする、制御方法。
【請求項7】
請求項6に記載の制御方法をコンピュータに実行させる制御プログラム。
【請求項8】
請求項7に記載の制御プログラムを記憶しているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
車両が使用されている間、走行、操舵、停止、ドア開閉などの機能に関する負荷への電力の供給は維持され続ける必要がある。このため、メインバッテリに加え、サブバッテリを備えることで、電源の冗長化を実現する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2021-29093号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示された技術のように、従来の技術では、回路設計時に、電源冗長化された回路と電源冗長されていない回路とが分けて設計されていた。このため、電源冗長化されていない負荷を電源冗長化しようとした場合、回路を改めて設計し直す必要があった。
【0005】
そこで、本発明は、電源冗長化する負荷の変更が容易な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】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る電源装置は、第1の電源を接続するための第1の電源用端子と、第2の電源を接続するための第2の電源用端子と、前記第1の電源用端子と前記第2の電源用端子との間に接続された電力変換器と、前記第1の電源用端子と前記電力変換器との間に接続された遮断回路と、前記電力変換器と前記遮断回路との間の第1の接続点と、前記電力変換器と前記第2の電源用端子との間の第2の接続点と、の間に接続された第1のスイッチおよび第2のスイッチと、負荷と接続するための複数の負荷用端子と、前記複数の負荷用端子と一対一に対応している複数の負荷用スイッチと、を有し、前記複数の負荷用端子の各々は、対応する負荷用スイッチを介して、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを接続するラインに接続している。
【0007】
本発明の一実施形態に係る制御方法は、前記電源装置の前記遮断回路と、前記第1のスイッチと、前記第2のスイッチと、前記負荷用スイッチと、を制御するための、コンピュータにより実行される制御方法であって、前記第1の電源用端子に接続された電源に異常が発生したときに、前記遮断回路と前記第1のスイッチ素子とをオフにし、前記第2のスイッチ素子をオンにし、前記複数の負荷用端子のうち、電源冗長が必要な負荷である第1の負荷が接続される負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオンにし、前記複数の負荷用端子のうち、電源冗長が必要でない負荷である第2の負荷が接続される負荷用端子に対応する負荷用スイッチをオフにする。
【0008】
本発明の一実施形態に係る制御プログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。
【0009】
本発明の一実施形態に係る記憶媒体は、前記制御プログラムを記憶しているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、電源冗長化する負荷の変更が容易な電源装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の一実施形態に係る電源装置100を示す図である。
図2】通常時の電力の流れを説明する図である。
図3】第1の電源用端子110に接続された第1の電源が正常でないときの電力の流れを説明する図である。
図4】制御部190における処理動作の一例を示す図である。
図5】本発明の一実施形態に係る電源装置100を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
<電源装置100>
図1は、本発明の一実施形態に係る電源装置100を示す図である。電源装置100は、第1の電源用端子110と、第2の電源用端子120と、電力変換器130と、遮断回路140と、第1のスイッチ150と、第2のスイッチ160と、複数の負荷用端子170と、複数の負荷用スイッチ180と、制御部190と、を有する。
【0013】
第1の電源用端子110は、第1の電源を接続するための端子である。第1の電源は、例えば、図1に示すように、メインバッテリMBである。第1の電源用端子110は、図1に示すように、オルタネータALTが接続されるようにしても良い。
【0014】
第2の電源用端子120は、第2の電源を接続するための端子である。第2の電源は、例えば、図1に示すように、サブバッテリSBである。
【0015】
電力変換器130は、DC/DCコンバータであり、入力された電力を変換し、変換された電力を出力する。電力変換器130は、第1の電源用端子120と第2の電源用端子130との間に接続されている。第1の電源用端子110に第1の電源としてメインバッテリMBが接続され、第2の電源用端子120に第2の電源としてサブバッテリSBが接続されている場合、電力変換器130は、例えば、メインバッテリMBから出力された電力を、サブバッテリSBに供給する。
【0016】
遮断回路140は、2つの端子を有し、2つの端子の間が接続された接続状態と、2つの端子の間が遮断された遮断状態と、の間で切り替わる。遮断回路140は、第1の電源用端子110と電力変換器130との間に接続されている。遮断回路140は、例えば、Back to Back接続された2つのスイッチング素子(例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor))により構成するようにすると良い。
【0017】
第1のスイッチ150と第2のスイッチ160は、電力変換器130と遮断回路140との間の第1の接続点CP1と、電力変換器130と第2の電源用端子120との間の第2の接続点CP2と、の間に接続されている。図1に示すように、第1のスイッチ150は、第1の接続点CP1側に接続され、第2のスイッチ150は、第2の接続点CP2側に接続されている。
【0018】
複数の負荷用端子170の各々は、負荷を接続するための端子であり、複数の負荷用スイッチ180と一対一対応している。複数の負荷用端子170の各々は、図1に示すように、対応する負荷用スイッチ180を介して、第1のスイッチ150と第2のスイッチ160とを接続するラインに接続されている。負荷用端子170に接続される負荷は、電源冗長が必要な負荷である第1の負荷L1(例えば、走行、操舵、停止、ドア開閉の機能に関する負荷)と、電源冗長が必要でない負荷である第2の負荷L2と、を含む。図1の示した例では、電源装置100は、2つの負荷用端子170を有しており、一方の負荷用端子170には、第1の負荷L1が接続されており、他方の負荷用端子170には、第2の負荷L2が接続されている。複数の負荷用スイッチ180の各々は、例えば、インテリジェント・パワー・デバイス(Intelligent Power Device: IPD)である。
【0019】
よって、本実施形態では、第1のスイッチ150は、第1の接続点CP1と複数の負荷用スイッチ180との間に接続されることになる。つまり、本実施形態では、第1の電源用端子110と複数の負荷用端子170との間に、遮断回路140、第1のスイッチ150、負荷用スイッチ180が接続される。このため、本実施形態では、遮断回路140が接続状態であり、第1のスイッチ150がオンであり、負荷用スイッチ180がオンであるとき、第1の電源用端子110と負荷用端子170が電気的に接続された状態になり、図2に示すように、第1の電源用端子110に接続された第1の電源(例えば、メインバッテリMB)から、負荷用端子170に接続された負荷(図3に示した例では、第1の負荷L1)に、遮断回路140、第1のスイッチ150、負荷用スイッチ180を介して電力を供給される。
【0020】
また、本実施形態では、第2のスイッチ160は、第2の接続点CP2と複数の負荷用スイッチ180との間に接続されることになる。つまり、本実施形態では、第2の電源用端子120と複数の負荷用端子170との間に、第2のスイッチ160、負荷用スイッチ180が接続される。このため、第2のスイッチ160がオンであり、負荷用スイッチ180がオンであるとき、第2の電源用端子120と負荷用端子170が電気的に接続された状態になり、図3に示すように、第2の電源用端子120に接続された電源(例えば、サブバッテリSB)から、負荷用端子170に接続された負荷(図3に示した例では、第2の負荷L2)に、第2のスイッチ160、負荷用スイッチ180を介して電力が供給される。
【0021】
制御部190は、遮断回路140と、第1のスイッチ150と、第2のスイッチ160と、複数の負荷用スイッチ180と、を制御する。制御部190は、例えば、コンピュータにより構成される。制御部190は、第1の電源用端子120に接続された電源(例えば、メインバッテリMB)の正常であるのか否かに基づいて、遮断回路140と、第1のスイッチ150と、第2のスイッチ160と、複数の負荷用スイッチ180と、を制御する。制御部190は、例えば、第1の電源用端子120に入力される電力の電圧値を測定し、その測定された電圧値が所定の値以上であるときに、第1の電源用端子120に接続された電源(例えば、メインバッテリMB)は正常であると判断する。
【0022】
<通常時の制御>
通常時、つまり、第1の電源用端子110に接続された第1の電源(例えば、メインバッテリMB)が正常であるとき、図2に示すように、制御部190は、遮断回路140を接続状態にし、第1のスイッチ150と、複数の負荷用スイッチ180をオンにし、第2のスイッチ160をオフにする。このため、本実施形態では、第1の電源用端子120に接続された電源が正常であるときに、図2に示すように、第1の電源用端子120に接続された電源から、負荷用端子170に接続された負荷Lに電力を供給することが可能である。
【0023】
<メインバッテリMBに正常でないときの制御>
第1の電源用端子110に接続された第1の電源(例えば、メインバッテリMB)が正常でないとき、制御部190は、図3に示すように、遮断回路140を遮断状態にし、第1のスイッチ150をオフにし、第2のスイッチ160をオンにする。また、このとき、制御部190は、図3に示すように、第1の負荷L1(電源冗長が必要な負荷)が接続される負荷用端子170に対応する負荷用スイッチ180をオンにし、第2の負荷L2(電源冗長が必要でない負荷)が接続される負荷用端子170に対応する負荷用スイッチ180をオフにする。このとき、制御部190は、複数の負荷用端子170の各々に、第1の負荷L1が接続されているのか、第2の負荷L2が負荷されているのか、に関する情報を記憶しておき、この情報に基づいて、負荷用スイッチ180の制御するようにすると良い。
【0024】
このため、本実施形態では、第1の電源用端子120に接続された電源が正常でないときに、図3の示すように、電源冗長が必要な負荷(第1の負荷L1)に、第2の電源用端子120に接続された電源(例えば、サブバッテリSB)から電力が供給することが可能である。
【0025】
また、本実施形態では、電源冗長が必要でない負荷(第2の負荷L2)を電源冗長が必要である負荷(第1の負荷L1)に変更する際に、制御部190のソフトウェアを変更するのみで良く、回路の設計を変更する必要がない。よって、本実施形態では、電源冗長化する負荷の変更が容易な電源装置を提供することが可能である。
【0026】
図4は、制御部190における処理動作の一例を示す図である。制御部190は、第1の電源用端子110に接続された第1の電源(例えば、メインバッテリMB)が正常である間(ステップS401、YES)、制御部190は、遮断回路140を接続状態にし、第1のスイッチ150と、複数の負荷用スイッチ180をオンにし、第2のスイッチ160をオフにする(ステップS402)。第1の電源用端子110に接続された第1の電源(例えば、メインバッテリMB)が正常でなくなったときに(ステップS402、NO)、遮断回路140を遮断状態にし、第1のスイッチ150をオフにし、第2のスイッチ160をオンにし、第1の負荷L1(電源冗長が必要な負荷)が接続される負荷用端子170に対応する負荷用スイッチ180をオンにし、第2の負荷L2(電源冗長が必要でない負荷)が接続される負荷用端子170に対応する負荷用スイッチ180をオフにする(ステップS403)。
【0027】
<サブバッテリSBの活用>
第1の電源用端子110にメインバッテリMBが接続され、第2の電源用端子120にサブバッテリSBが接続されており、メインバッテリMBが正常であるとき(つまり、通常時)にも、メインバッテリMBの代わりに、サブバッテリSBを使用するようにしても良い。
【0028】
例えば、制御部190は、第1の電源用端子110に接続された第1の電源に正常であり、複数の負荷用端子170に接続された負荷のうちの一部の負荷(例えば、第1の負荷L1)が使用されていないときに、遮断回路140を遮断状態にし、第1のスイッチ150をオフにし、第2のスイッチ160をオンにし、複数の負荷用端子170のうち、使用されている負荷が接続された負荷用端子170に対応する負荷用スイッチ180をオンにし、複数の負荷用端子170のうち、使用されていない負荷が接続された負荷用端子170に対応する負荷用スイッチ180をオフにするようにしても良い。
【0029】
このようにすることで、メインバッテリMBの使用時間を低減することが可能となり、メインバッテリMBの寿命を延ばすことが可能になる。
【0030】
<第1のスイッチ150および第2のスイッチ160>
第1のスイッチ150は、例えば、図5に示すように、ボディダイオードを有するスイッチング素子(例えば、MOSFET)とすると良い。このとき、逆流を防ぐために、ボディダイオードの順方向は、第1の接続点CP1から負荷用スイッチ180への方向とする。図5に示した例では、第1のスイッチ150は、N型MOSFETであり、ソースが第1の接続点CP1に接続され、ドレインが負荷用スイッチ180に接続されている。
【0031】
第2のスイッチ160は、例えば、図5に示すように、ボディダイオードを有するスイッチング素子(例えば、MOSFET)とすると良い。このとき、逆流を防ぐために、ボディダイオードの順方向は、第2の接続点CP2から負荷用スイッチ180への方向とする。図5に示した例では、第1のスイッチ150は、N型MOSFETであり、ソースが第2の接続点CP2に接続され、ドレインが負荷用スイッチ180に接続されている。
【0032】
図5に示すように、第1のスイッチ150と第2のスイッチ160を、ボディダイオードを有するスイッチング素子とし、第1のスイッチ150のボディダイオードの順方向を、第1の接続点CP1から負荷用スイッチ180への方向とし、第2のスイッチ160のボディダイオードの順方向を、第2の接続点CP2から負荷用スイッチ180への方向とした場合、第1のスイッチ150と第2のスイッチ160との接続は、Back to Back接続となる。このため、このようにした場合、第1のスイッチ150と第2のスイッチ160のいずれかがオフであるときに、第1のスイッチ150と第2のスイッチ160の両方を通る電力の流れは生じない。
【0033】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。
【符号の説明】
【0034】
100 電源装置
110 第1の電源用端子
120 第2の電源用端子
130 電力変換器
140 遮断回路
150 第1のスイッチ
160 第2のスイッチ
170 負荷用端子
180 負荷用スイッチ
190 制御部
図1
図2
図3
図4
図5