特開 2024-164602 電力供給ユニット及び移動体

(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】P2024164602

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】電力供給ユニット及び移動体

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20241120BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241120BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20241120BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20241120BHJP

   B60R 16/02 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 304E

H02J7/00 P

H02J7/00 302D

H02J1/00 306L

B60L50/60

B60L53/14

B60R16/02 645Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080207

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000231073

【氏名又は名称】日本航空電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117341

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】中村 和伸

【テーマコード（参考）】

5G165

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G165AA01

5G165BB10

5G165CA01

5G165DA02

5G165EA02

5G165GA09

5G165HA01

5G165HA09

5G165HA16

5G165JA04

5G165JA07

5G165LA01

5G165LA03

5G503AA01

5G503AA04

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA11

5G503GB03

5G503GD03

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC06

5H125BC21

5H125BC24

5H125DD02

5H125EE49

(57)【要約】

【課題】 バッテリ上がりの可能性を従来の車載用ＵＳＢチャージャーと同等以下に抑えつつ、より大きな給電能力を持つ電力供給ユニットを提供すること。
【解決手段】 電力供給ユニット１０は、主制御信号が入力される第１入力端１０１と、バッテリに接続される電源入力端１０３と、電源出力端１０５と、制御ユニット１２とを有する。制御ユニット１２は、電源入力端１０３に電圧を印加され、最大値の制御された出力電力を電源出力端１０５から外部に対して供給するものである。制御ユニット１２は、第１上限電力モードと、第２上限電力モードとを少なくとも有している。制御ユニット１２は、主制御信号がオン状態のとき第１上限電力モードで動作し、主制御信号がオフ状態のとき第２上限電力モードで動作する。第２上限電力モードのときの出力電力の最大値は、第１上限電力モードのときの出力電力の前記最大値より小さい。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動部と、前記駆動部を起動する際に操作する起動スイッチであって少なくとも主制御信号の状態を切り替える起動スイッチと、前記主制御信号がオン状態であり前記駆動部が稼働しているときに充電されるバッテリとを有する移動体に搭載される電力供給ユニットであって、
前記電力供給ユニットは、前記主制御信号が入力される第１入力端と、前記バッテリに接続される電源入力端と、電源出力端と、制御ユニットとを有しており、
前記制御ユニットは、前記電源入力端に電圧を印加され、最大値の制御された出力電力を前記電源出力端から外部に対して供給するものであり、
前記制御ユニットは、第１上限電力モードと、第２上限電力モードとを少なくとも有しており、
前記制御ユニットは、前記主制御信号がオン状態のとき前記第１上限電力モードで動作し、前記主制御信号がオフ状態のとき第２上限電力モードで動作するものであり、
前記第２上限電力モードのときの前記出力電力の前記最大値は、前記第１上限電力モードのときの前記出力電力の前記最大値より小さい
電力供給ユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の電力供給ユニットであって、
前記起動スイッチは、更に、副制御信号の状態を切り替えるものであり、
前記電力供給ユニットは、前記副制御信号が入力される第２入力端を更に有しており、
前記制御ユニットは、前記副制御信号がオン状態のときに動作し、前記副制御信号がオフ状態のときに動作を停止する
電力供給ユニット。

【請求項3】

請求項２に記載の電力供給ユニットであって、
前記制御ユニットは、ＵＳＢ ＰＤ規格に準拠している
電力供給ユニット。

【請求項4】

請求項３に記載の電力供給ユニットであって、
前記電力供給ユニットは、ＵＳＢ規格のコネクタを有しており、
前記電源出力端は、前記コネクタ内に配置されている
電力供給ユニット。

【請求項5】

駆動部と、バッテリと、起動スイッチと、請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載された電力供給ユニットとを備える移動体であって、
前記起動スイッチは、前記駆動部を起動する際に操作するものであり、かつ少なくとも前記主制御信号の状態を切り替えるものであり、
前記バッテリは、前記主制御信号がオン状態であり前記駆動部が稼働しているときに充電される
移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力供給ユニット及びそれを備える移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリを搭載する自動車等の車両には、様々な電気電子機器が搭載されている。そのような車両における消費電力の削減に関する技術として、特許文献１に記載されたものがある。

【0003】

特許文献１に記載されているように、一般に車両の電源モードには、（１）電源を遮断するオフモード、（２）アクセサリ電源のみをオンにするアクセサリモード、及び（３）すべての電源をオンにするオンモード、の三つのモードがある。

【0004】

ユーザの利便性向上のため、アクセサリモードにおいて使用できる電気電子機器（アクセサリ）の車両への搭載が増えている。ＵＳＢチャージャーも車両に搭載されるアクセサリの一つである。

【0005】

バッテリ上がりを避けるため、アクセサリモードにおける消費電力はできるだけ小さいことが望まれる。そのため、従来の車載用ＵＳＢチャージャーの供給可能電力は、所定の電力以下に制限されている。この制限は、電源モードに依存しない。つまり、従来の車載用ＵＳＢチャージャーの給電能力は、アクセサリモードのときとオンモードのときとで同じである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２３－４３７５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＵＳＢ ＰＤ規格によれば、給電器は、比較的大きな給電能力を持つことができる。このような給電器を車載用ＵＳＢチャージャーとして利用すれば、ユーザ機器への急速充電が可能になるなど、ユーザの利便性向上につながる。しかしながら、従来の車載用ＵＳＢチャージャーを単純にＵＳＢ ＰＤ規格に準拠した給電器に置き換えたのでは、バッテリ上がりを招く可能性が高まる。

【0008】

そこで、本発明は、バッテリ上がりの可能性を従来の車載用ＵＳＢチャージャーと同等以下に抑えつつ、より大きな給電能力を持つ電力供給ユニット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】

【0009】

本発明は上記目的を達成するため、バッテリ上がりが懸念されるアクセサリモードの場合とバッテリ上がりの心配のないオンモードの場合とを識別する。そして、アクセサリモードの場合には、比較的小さな給電能力で給電を行い、オンモードの場合には、比較的大きな給電能力で給電を行うようにすることで、ユーザの利便性の向上を図ることとした。

【0010】

詳しくは、本発明は、第１の電力供給ユニットとして、駆動部と、前記駆動部を起動する際に操作する起動スイッチであって少なくとも主制御信号の状態を切り替える起動スイッチと、前記主制御信号がオン状態であり前記駆動部が稼働しているときに充電されるバッテリとを有する移動体に搭載される電力供給ユニットであって、
前記電力供給ユニットは、前記主制御信号が入力される第１入力端と、前記バッテリに接続される電源入力端と、電源出力端と、制御ユニットとを有しており、
前記制御ユニットは、前記電源入力端に電圧を印加され、最大値の制御された出力電力を前記電源出力端から外部に対して供給するものであり、
前記制御ユニットは、第１上限電力モードと、第２上限電力モードとを少なくとも有しており、
前記制御ユニットは、前記主制御信号がオン状態のとき前記第１上限電力モードで動作し、前記主制御信号がオフ状態のとき第２上限電力モードで動作するものであり、
前記第２上限電力モードのときの前記出力電力の前記最大値は、前記第１上限電力モードのときの前記出力電力の前記最大値より小さい
電力供給ユニットを提供する。

【0011】

また、本発明は、第２の電力供給ユニットとして、第１の電力供給ユニットであって、
前記起動スイッチは、更に、副制御信号の状態を切り替えるものであり、
前記電力供給ユニットは、前記副制御信号が入力される第２入力端を更に有しており、
前記制御ユニットは、前記副制御信号がオン状態のときに動作し、前記副制御信号がオフ状態のときに動作を停止する
電力供給ユニットを提供する。

【0012】

また、本発明は、第３の電力供給ユニットとして、第２の電力供給ユニットであって、
前記制御ユニットは、ＵＳＢ ＰＤ規格に準拠している
電力供給ユニットを提供する。

【0013】

また、本発明は、第４の電力供給ユニットとして、第３の電力供給ユニットであって、
前記電力供給ユニットは、ＵＳＢ規格のコネクタを有しており、
前記電源出力端は、前記コネクタ内に配置されている
電力供給ユニットを提供する。

【0014】

さらに、本発明は、第１の移動体として、駆動部と、バッテリと、起動スイッチと、上記第１から第４の電力供給ユニットのいずれか一つとを備える移動体であって、
前記起動スイッチは、前記駆動部を起動する際に操作するものであり、かつ少なくとも前記主制御信号の状態を切り替えるものであり、
前記バッテリは、前記主制御信号がオン状態であり前記駆動部が稼働しているときに充電される
移動体を提供する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一側面による電力供給ユニットにおいて、制御ユニットは、主制御信号がオン状態のとき第１上限電力モードで動作し、主制御信号がオフ状態のとき第２上限電力モードで動作する。ここで、第２上限電力モードのときの出力電力の最大値は、第１上限電力モードのときの出力電力の最大値より小さい。これにより、電力供給ユニットは、バッテリ上がりが懸念される場合には比較的小さな電力での給電を行い、バッテリ上がりの心配がない場合には比較的大きな電力での給電を行うことができる。こうして、ユーザの利便性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施の形態による電力供給ユニットを示すブロック図である。

【図2】図１の電力供給ユニットを含む移動体における給電動作を説明するためのブロック図である。主制御信号はオフ状態であり、副制御信号はオン状態である。

【図3】図１の電力供給ユニットを含む移動体における給電動作を説明するための別のブロック図である。主制御信号及び副制御信号は、ともにオン状態である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（第１の実施の形態）
図１を参照すると、本発明の一実施の形態による電力供給ユニット１０は、第１入力端１０１と、電源入力端１０３と、電源出力端１０５と、制御ユニット１２とを有している。本実施の形態において、電力供給ユニット１０は、さらに第２入力端１０７を有している。ただし、第２入力端１０７は、本発明において必須ではない。

【0018】

図２に示されるように、電力供給ユニット１０は、移動体２０に搭載される。本実施の形態において、移動体２０はエンジン自動車である。ただし、本発明は、これに限られない。移動体２０は電気自動車、燃料電池自動車、オートバイ、電動バイクなどであってもよい。

【0019】

図２に示されるように、移動体２０は、駆動部２２と、起動スイッチ２４と、バッテリ２６とを有している。本実施の形態において、移動体２０は、さらにエネルギー源２８、電気電子機器３０を有している。本実施の形態において、電力供給ユニット１０は、電気電子機器３０とともにアクセサリ４０に分類される。電気電子機器３０には、様々な電気機器及び電子機器が含まれる。電力供給ユニット１０は、ユーザが使用する電気電子機器（ユーザ機器）５０への給電に用いられる。

【0020】

図２を参照して、エネルギー源２８は、例えばガソリン、軽油、水素などの燃料である。移動体２０が電気自動車の場合、エネルギー源２８は駆動用バッテリである。本実施の形態において、駆動部２２はエンジンである。移動体２０が電気自動車の場合、駆動部２２はモーターである。本実施の形態において、バッテリ２６は、鉛電池である。ただし、本発明はこれに限られない。バッテリ２６は、リチウムイオン電池等、他の種類の電池であってもよい。

【0021】

図２を参照して、起動スイッチ２４は、駆動部２２を起動する際にユーザが操作するスイッチである。起動スイッチ２４は、少なくとも主制御信号の状態を切り替える。本実施の形態において、起動スイッチ２４は、主制御信号のほかに副制御信号の状態も切り替える。本実施の形態において、起動スイッチ２４は、イグニッションスイッチである。移動体２０が電気自動車の場合、起動スイッチ２４は、パワースイッチである。

【0022】

一般に、イグニッションスイッチは、オフモード、アクセサリモード及びオンモードを有する。また、イグニッションスイッチは、駆動部２２を起動するスタータースイッチを兼ねる。以下の説明において、起動スイッチ２４は、オフモード、アクセサリモード及びオンモードを有するものとする。また、起動スイッチ２４がオン状態のとき、駆動部２２は起動され、稼働しているものとする。

【0023】

本実施の形態において、起動スイッチ２４がオフモードのとき、主制御信号及び副制御信号は、ともにオフ状態である。起動スイッチ２４がオフモードからアクセサリモードへ操作されると、主制御信号はオフ状態のままであり、副制御信号はオフ状態からオン状態へと切り替えられる。また、起動スイッチ２４がアクセサリモードからオンモードへ操作されると、副制御信号はオン状態のままであり、主制御信号はオフ状態からオン状態へ切り替えられる。

【0024】

図２を参照して、起動スイッチ２４がオフモードとき、バッテリ２６からアクセサリ４０への給電は停止している。起動スイッチ２４がオフモードからアクセサリモードへ操作されると、バッテリ２６からアクセサリ４０へ電力が供給される。このとき、駆動部２２は稼働しておらず、駆動部２２からバッテリ２６の給電は行われていない。したがって、アクセサリモードにおいて、アクセサリ４０での消費電力が大きいと、バッテリ２６が上がるおそれがある。

【0025】

図３を参照して、起動スイッチ２４がアクセサリモードからオンモードへ操作されると、バッテリ２６からアクセサリ４０へ電力が供給される。また、オンモードにおいて、駆動部２２からバッテリ２６へ給電が行われる。通常、駆動部２２の給電能力は、アクセサリ４０の消費電力よりも大きい。したがって、主制御信号がオン状態であり駆動部２２が稼働しているときバッテリ２６は充電される。よって、通常、オンモードにおいて、バッテリ２６が上がるおそれはない。

【0026】

再び図１を参照すると、電力供給ユニット１０の制御ユニット１２は、主制御信号状態検出部１４と、電力供給部１６とを有している。また、電力供給ユニット１０は、さらにコネクタ１８を有している。本実施の形態において、制御ユニット１２は、ＵＳＢ ＰＤ規格に準拠している。主制御信号状態検出部１４は、第１入力端１０１と電力供給部１６とに接続されている。電力供給部１６は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６１と、ＵＳＢ ＰＤコントローラ１６３とを有している。電力供給部１６は、電源入力端１０３と、第２入力端１０７と、電源出力端１０５とに接続されている。コネクタ１８は、電源出力端１０５に取り付けられている。換言すると、電源出力端１０５は、コネクタ１８内に配置されている。本実施の形態において、コネクタ１８は、ＵＳＢ規格に準拠するコネクタである。コネクタ１８は、例えば、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ－Ｃのコネクタであってよい。ただし、本発明は、これに限られない。コネクタ１８は、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ－Ｃのコネクタ以外のコネクタであってもよい。

【0027】

図１及び図２を参照して、電源入力端１０３は、バッテリ２６に接続されている。第１入力端１０１及び第２入力端１０７は起動スイッチ２４に接続されている。第１入力端１０１には、主制御信号が入力され、第２入力端１０７には、副制御信号が入力される。

【0028】

図１を参照して、電源入力端１０３にはバッテリ２６からの電圧が印加される。制御ユニット１２は、電源入力端１０３に電圧が印加されると、最大値の制御された出力電力を、電源出力端１０５を介して外部に対して供給する。制御ユニット１２は、出力電力の最大値を制御するために、第１上限電力モードと第２上限電力モードとを少なくとも有している。後述するように、制御ユニット１２は、主制御信号がオン状態のとき第１上限電力モードで動作し、主制御信号がオフ状態のとき第２上限電力モードで動作する。第１上限電力モードのときの出力電力の最大値（第１最大値）に比べ、第２上限電力モードのときの出力電力の最大値（第２最大値）は小さく設定されている。一例として、第１最大値は６０Ｗ＝２０Ｖ×３Ａであり、第２最大値は２７Ｗ（９Ｖ×３Ａ）である。

【0029】

図１及び図２を参照して、初期状態において、起動スイッチ２４は、オフモードであるこのとき、主制御信号及び副制御信号は、ともにオフ状態である。オフモードにおいて、制御ユニット１２は動作を停止した状態にある。

【0030】

図２を参照して、起動スイッチ２４が操作され、オフモードからアクセサリモードへ移行すると、副制御信号がオフ状態からオン状態へ切り替えられる。これにより、制御ユニット１２は停止状態から動作状態へ移行する。なお、主制御信号は、依然オフ状態である。主制御信号状態検出部１４は、主制御信号がオフ状態であることを検出し、それを電力供給部１６へ伝える。電力供給部１６は、主制御信号状態検出部１４からの検出信号に基づいて第２上限電力モードで動作する。詳しくは、電力供給部１６のＵＳＢ ＰＤコントローラ１６３は、主制御信号状態検出部１４から検出信号に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６１を制御し、電源出力端１０５へ供給する電力の最大値を第２最大値（＜第１最大値）に制限する。こうして、電力供給ユニット１０は、ユーザ機器５０への給電を、その最大値が第２最大値に制限された状態で行う。

【0031】

図３を参照して、起動スイッチ２４が再び操作され、アクセサリモードからオンモードへ移行すると、主制御信号はオフ状態からオン状態へ切り替わる。主制御信号状態検出部１４は、主制御信号がオン状態であることを検出し、それを電力供給部１６へ伝える。電力供給部１６は、主制御信号状態検出部１４からの検出信号に基づいて第１上限電力モードで動作する。詳しくは、電力供給部１６のＵＳＢ ＰＤコントローラ１６３は、主制御信号状態検出部１４から検出信号に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６１を制御し、電源出力端１０５へ供給する電力の最大値を第１最大値（＞第２最大値）に制限する。こうして、電力供給ユニット１０は、ユーザ機器５０への給電を、その最大値が第１最大値に制限された状態で行う。

【0032】

起動スイッチ２４が操作され、オンモードからアクセサリモードへ移行すると、主制御信号はオン状態からオフ状態へ切り替わる。主制御信号状態検出部１４は、主制御信号がオフ状態であることを検出し、それを電力供給部１６へ伝える。電力供給部１６は、主制御信号状態検出部１４からの検出信号に基づいて第２上限電力モードで動作する。すなわち、電力供給ユニット１０からユーザ機器５０への給電は、その最大値が第２最大値に制限される。

【0033】

起動スイッチ２４がさらに操作され、アクセサリモードからオフモードへ移行すると、副制御信号はオン状態からオフ状態へ切り替わる。これにより、電力供給ユニット１０を含むアクセサリ４０への給電が停止する。こうして、電力供給ユニット１０の制御ユニット１２は、副制御信号がオフ状態のときその動作を停止する。これにより、電力供給ユニット１０からユーザ機器５０への給電は停止する。

【0034】

以上説明したように、本実施の形態において、電力供給ユニット１０の供給電力の最大値は、アクセサリモードのときとオンモードとで異なっている。詳しくは、アクセサリモードのときの供給電力の最大値は、オンモードのときの供給電力の最大値よりも小さい。これにより、バッテリ２６が上がる可能性を従来の車載用ＵＳＢチャージャーと同等以下にできる。一方、オンモードのときの供給電力の最大値は、アクセサリモードのときの供給電力の最大値よりも大きい。これは、オンモードのときの供給電力の最大値は、従来の車載用ＵＳＢチャージャーの供給電力の最大値よりも大きいともいえる。これにより、電力供給ユニット１０は、ユーザ機器５０へ比較的大きな電力を供給することができる。例えば、電力供給ユニット１０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等に対して急速充電を行うことができる。

【0035】

以上、本発明について、実施の形態を掲げて説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、副制御信号がオン状態のときに、電力供給ユニット１０の制御ユニット１２が動作するようにしたが、副制御信号が存在しない場合、制御ユニット１２は、常時動作してもよい。その場合も、制御ユニット１２は、主制御信号がオン状態のとき第１上限電力モードで動作し、主制御信号がオフ状態のとき第２上限電力モードで動作すればよい。

【0036】

また、上記実施の形態において、バッテリ２６の充電は駆動部２２によって行われるが、移動体２０が電気自動車の場合、エネルギー源２８である駆動用バッテリからバッテリ２６へ給電を行ってもよい。その場合、駆動部２２は、稼働中、駆動用バッテリへの給電を行う。

【符号の説明】

【0037】

１０ 電力供給ユニット
１０１ 第１入力端
１０３ 電源入力端
１０５ 電源出力端
１０７ 第２入力端
１２ 制御ユニット
１４ 主制御信号状態検出部
１６ 電力供給部
１６１ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１６３ ＵＳＢ ＰＤコントローラ
１８ コネクタ
２０ 移動体
２２ 駆動部
２４ 起動スイッチ
２６ バッテリ
２８ エネルギー源
３０ 電気電子機器
４０ アクセサリ
５０ 電気電子機器（ユーザ機器）

【図1】

【図2】

【図3】