特開 2025-2214 電源システム

(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】P2025002214

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   B60R 16/02 20060101AFI20241226BHJP

   E05B 77/02 20140101ALI20241226BHJP

   E05B 81/80 20140101ALI20241226BHJP

   B60R 16/033 20060101ALI20241226BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20241226BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

B60R16/02 645D

E05B77/02

E05B81/80

B60R16/033 C

H02J1/00 304H

H02J7/34 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102235

(22)【出願日】2023-06-22

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】弁理士法人小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 健介

【テーマコード（参考）】

2E250

5G165

5G503

【Ｆターム（参考）】

2E250AA21

2E250HH01

2E250JJ31

2E250JJ48

2E250LL01

5G165DA01

5G165EA02

5G165EA04

5G165FA01

5G165LA07

5G165NA06

5G165NA10

5G503AA04

5G503AA07

5G503BA01

5G503BA02

5G503BB02

5G503DA05

5G503DA16

5G503DA17

5G503DA18

5G503GA15

5G503GB03

5G503GD03

5G503GD06

(57)【要約】

【課題】サイズの大型化、部品点数の増大、およびコストの増大などを抑制することができる電源システムを提供する。
【解決手段】第１電源のバックアップ用に設けられた第２電源から複数の車載機器への電力供給を制御する車両用の電源システムであって、第２電源と第１車載機器との間に挿入されるリレーを備え、第２電源による第１電源のバックアップ動作中に車両の衝突が検出されると、第２電源から第２車載機器に供給する電力を、リレーを介して第１車載機器に並列的に供給することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電源のバックアップ用に設けられた第２電源から複数の車載機器への電力供給を制御する車両用の電源システムであって、
前記第２電源と第１車載機器との間に挿入されるリレーを備え、
前記第２電源による前記第１電源のバックアップ動作中に車両の衝突が検出されると、前記第２電源から第２車載機器に供給する電力を、前記リレーを介して前記第１車載機器に並列的に供給する、
電源システム。

【請求項2】

前記リレーは、励磁式メカニカルリレーであり、車両の衝突が検出されたことに応じてコイル部に励磁電流を流して接点を導通状態に制御することによって、前記第２電源から前記第１車載機器への電力供給を行う、
請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

前記第１車載機器は、車両のドアの施錠／解錠の制御をモーターアクチュエーターによって行う機器であり、
前記第２車載機器は、車両のドアの施錠／解錠の制御をラッチ機構によって行う機器である、
請求項１または２に記載の電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、メイン電源のバックアップ用に設けられたサブ電源から複数の車載機器への電力供給を制御する車両用の電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、サブバッテリとしてのコンデンサと、コンデンサの充電経路に設けられ降圧動作を行う充電回路と、コンデンサの出力経路に設けられた昇圧回路と、昇圧回路に接続されたドアロック解除出力端子とを有する、バックアップ電源装置が開示されている。この特許文献１に記載されたバックアップ電源装置は、事故などでメインバッテリが損傷するなどの緊急時に、モーターを使用してドアを施錠／解錠するドアロック（メカドア）システムのバックアップを、コンデンサを用いて実施するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５６１８０２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、上述のドアロックシステムと、ラッチ機構を使用してドアを施錠／解錠するＥラッチシステムとの、両方が搭載されている車両が存在する。このようなドアロックシステムとＥラッチシステムとの両方を搭載した車両において各システムのバックアップ処理を実現させようとした場合、各々のシステムのドアアンロック制御が異なることから、バックアップに必要なサブバッテリが個別に必要となる。そこで、サブバッテリを１つにすべく２つのシステムのバックアップ機能を１つに統合しようとしても、制御の変更をする必要が生じたり（制御の複雑化）、サブバッテリ以外の部品の点数が増加してしまったり、するおそれがあり、容易なものではない。

【0005】

このように、ドアロックシステムとＥラッチシステムとの両方を緊急時にバックアップ処理できる電源システムについては、サイズの大型化、部品点数の増加、およびコスト増大の点で、さらなる検討の余地がある。

【0006】

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、サイズの大型化、部品点数の増大、およびコストの増大などを抑制することができる、電源システム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】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、第１電源のバックアップ用に設けられた第２電源から複数の車載機器への電力供給を制御する車両用の電源システムであって、第２電源と第１車載機器との間に挿入されるリレーを備え、第２電源による第１電源のバックアップ動作中に車両の衝突が検出されると、第２電源から第２車載機器に供給する電力を、リレーを介して第１車載機器に並列的に供給することを特徴とする、電源システムである。

【発明の効果】

【0008】

上記本開示の電源システムによれば、サイズの大型化、部品点数の増大、およびコストの増大などを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る電源システムとその周辺部の機能ブロック図

【図2】電源システムが実行する電力供給制御の処理フローチャート

【図3】本開示の一実施形態に係る電源システムの変形例とその周辺部の機能ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示による電源システムは、サブ電源とメカドアシステムとの間にリレーを設けて、サブ電源によるメイン電源のバックアップ動作中に車両の衝突が検出されると、サブ電源からＥラッチシステムに供給する電力を、リレーを介してメカドアシステムにも並列的に供給する。これにより、１つのサブ電源からの単出力でメカドアシステムおよびＥラッチシステムの両方をバックアップ給電することができる（バックアップ機能の統合）。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0011】

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る電源システム１００とその周辺部の機能ブロック図である。図１に例示した機能ブロックは、電源システム１００と、ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０を含む複数のシステムと、第１電源３００と、を備えている。この電源システム１００、ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、ブレーキ２５０、および第１電源３００は、車両に搭載され得る。

【0012】

第１電源３００は、ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０などの複数のシステムに電力を供給する、電力供給源（＋Ｂ電源）である。この第１電源３００としては、発電を行うオルタネーターおよび発電電力を所定の電圧に変換するＤＣＤＣコンバーターなどを含む発電機や、リチウムイオン電池や鉛蓄電池などの充放電可能に構成された二次電池（バッテリー）など、所定の電源構成を例示することができる。

【0013】

ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０などの複数のシステムは、車両に関する所定の機能を実現するための車載機器であり、特に冗長的な電源構成を必要とするシステムとすることができる。これら複数のシステムは、第１電源３００から電源システム１００を介さずに電力の供給をそれぞれ受けることができ、また電源システム１００から第１電源３００に基づいたバックアップ電力の供給を受けることができるように、それぞれ接続および構成されている。なお、車両に搭載される複数のシステムは、図１に示したものに限られない。

【0014】

ＳＢＷ２１０は、変速機（図示せず）のギア段変更を電気信号で行うことができるシフトバイワイヤ制御を行うシステムである。このＳＢＷ２１０には、ドライバーのシフト操作を電気信号に変換する電子制御ユニットであるＳＢＷ－ＥＣＵや、このＳＢＷ－ＥＣＵから指示される電気信号に基づいてギア段を変更するアクチュエーターであるＳＢＷ－ＡＣＴなど、が含まれる。ＳＢＷ２１０は、後述する統合型サブバッテリ１１０から給電可能にＳＷ１１５の出力（Ａ出力）と接続されている。

【0015】

ボデーＥＣＵ２２０は、車両に搭載される機器である電子制御ユニットの１つであり、いわゆる車両のボデー系に関する制御を行う。本実施形態のボデーＥＣＵ２２０は、車両の衝突が発生したことを検知することができ、車両の衝突を検知した場合には所定のＴＲＧ信号を電源システム１００に出力する。このＴＲＧ信号は、例えば、車両の衝突を検知しなければＨｉｇｈレベルに、車両の衝突を検知すればＬｏｗレベルになる信号とすることができる。ボデーＥＣＵ２２０は、後述する統合型サブバッテリ１１０から給電可能にＳＷ１１６の出力（Ｂ１出力）と接続されている。

【0016】

メカドア２３０は、車両のドアの施錠／解錠を行うことができるドアロック制御を行うシステムである。このメカドア２３０には、ドライバーの施解錠操作を電気信号に変換する電子制御ユニットであるドアアンロックＥＣＵや、このドアアンロックＥＣＵから指示される電気信号に基づいて車両のドアの施錠状態および解錠状態を変更するモーターアクチュエーターであるドアアンロックＡＣＴなど、が含まれる。メカドア２３０としては、車速感応オートドアシステムを例示できる。

【0017】

Ｅラッチ２４０は、メカドア２３０と同様、車両のドアの施錠／解錠を行うことができるドアロック制御を行う他のシステムである。このＥラッチ２４０は、モーター駆動のためのメカニカルリレーによる電源切り替えが不要な電気式のラッチ機構を有する。Ｅラッチ２４０は、後述する統合型サブバッテリ１１０から給電可能にＳＷ１１７の出力（Ｂ２出力）と接続されている。

【0018】

ブレーキ２５０は、車両に制動力を発生させることが可能なブレーキ制御を行うシステムである。このブレーキ２５０には、ドライバーのブレーキ操作を電気信号に変換する電子制御ユニットであるブレーキＥＣＵや、このブレーキＥＣＵから指示される電気信号に基づいて制動力を発生させるアクチュエーターであるブレーキＡＣＴなど、が含まれる。ブレーキ２５０は、後述する統合型サブバッテリ１１０から給電可能にＳＷ１１８の出力（Ｃ出力）と接続されている。

【0019】

電源システム１００は、メイン電源である第１電源３００の電源失陥などによって、第１電源３００からＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０への電力供給に異常が生じたときに、ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０に電力をバックアップ供給するためのサブ電源として機能する構成である。

【0020】

図１に例示した電源システム１００は、第２電源１１１、ＤＤＣ１１２、衝突判定部１１３、制御部１１４、および複数のＳＷ１１５～１１８を含む統合型サブバッテリ１１０と、リレー１２１と、ダイオード１２２と、を備えている。

【0021】

第２電源１１１は、例えば充放電可能に構成されたリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリー）やキャパシタなどの蓄電素子で構成される、電力供給源である。この第２電源１１１は、メイン電力供給源である第１電源３００を緊急時などにバックアップするためのサブ電力供給源として設けられている。第２電源１１１は、第１電源３００の電力を充電可能に、また自らが蓄えた電力（バックアップ電力）をＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０に放電可能に、ＤＤＣ１１２と接続されている。

【0022】

ＤＤＣ１１２は、第２電源１１１の電力を充放電するためのＤＣＤＣコンバーター（昇降圧タイプ）である。このＤＤＣ１１２は、制御部１１４の指示（電圧指令値など）に基づいて、第１電源３００から入力する電力を所定の電圧の電力に変換して第２電源１１１に出力したり、第２電源１１１に蓄えられた電力を所定の電圧の電力に変換して複数のＳＷ１１５～１１８を介してＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０に出力したり、することができる。

【0023】

衝突判定部１１３は、ボデーＥＣＵ２２０からＴＲＧ信号を入力し、このＴＲＧ信号に基づいて車両の衝突が発生したか否かを判定するための構成である。具体的には、衝突判定部１１３は、ＬｏｗレベルのＴＲＧ信号を入力した場合には、車両の衝突が発生したと判定する。衝突判定部１１３によって車両の衝突ありと判定されると、その判定に関する情報が制御部１１４に通知される。

【0024】

制御部１１４は、第１電源３００の給電状態および衝突判定部１１３から入力される判定に関する情報に基づいて、ＤＤＣ１１２の動作制御および複数のＳＷ１１５～１１８の切り替え制御を行うための構成である。制御部１１４は、第１電源３００の給電状態を、第１電源３００から直接または第１電源３００を監視／制御するＥＣＵなど（図示せず）から間接的に取得することができる。この制御部１１４は、何らかの原因（例えば、第１電源３００の異常、配線の断線や地絡など）によって第１電源３００の電源失陥が生じた場合および衝突判定部１１３において車両の衝突ありと判定された場合に、複数のＳＷ１１５～１１８の接続状態（導通／遮断）を適切に切り替えて、第２電源１１１からＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０へのバックアップ給電を好適に制御する。この制御部１１４によるバックアップ給電制御の詳細については、後述する。

【0025】

複数のＳＷ１１５～１１８は、第２電源１１１からＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０に対する、電力供給の状態（供給／非供給）を切り替えるための構成である。ＳＷ１１５は、ＤＤＣ１１２とＳＢＷ２１０との間に設けられる。ＳＷ１１６は、ＤＤＣ１１２とボデーＥＣＵ２２０との間に設けられる。ＳＷ１１７は、ＤＤＣ１１２とＥラッチ２４０との間に設けられる。ＳＷ１１８は、ＤＤＣ１１２とブレーキ２５０との間に設けられる。これらのＳＷ１１５～１１８には、制御部１１４の指示に基づいて動作するメカニカルスイッチや半導体スイッチなどのスイッチ素子が用いられる。

【0026】

リレー１２１は、メカドア２３０へのバックアップ給電を制御するための構成であり、統合型サブバッテリ１１０とメカドア２３０との間に設けられる。このリレー１２１には、例えば単極単投型の励磁式メカニカルリレーが用いられる。励磁式メカニカルリレーにおいて、コイル部はＳＷ１１６の出力（Ｂ１出力）とボデーＥＣＵ２２０が出力するＴＲＧ信号が流れる配線との間に接続され、接点部はＳＷ１１７の出力（Ｂ２出力）とメカドア２３０（の電源ライン）との間に接続される。なお、図１に例示する構成では、リレー１２１のコイル部の電源として、ボデーＥＣＵ２２０用のＳＷ１１６のＢ１出力を使用しているが、図３に示す構成のように、Ｅラッチ２４０用のＳＷ１１７のＢ２出力をリレー１２１のコイル部の電源に使用してもよい。この接続によって、バックアップが必要なときには、Ｅラッチ２４０に対しては統合型サブバッテリ１１０から直接電源供給を、メカドア２３０に対しては統合型サブバッテリ１１０からリレー１２１を介して電源供給を行う構成が構築される。

【0027】

ダイオード１２２は、リレー１２１のコイル部端とＴＲＧ信号の配線との間に、コイル部端からＴＲＧ信号の配線への方向を順方向として、挿入される。このダイオード１２２は、ＴＲＧ信号がＨｉｇｈレベルである場合（衝突検知がない通常時）に、リレー１２１のコイル部を介してＳＷ１１６やボデーＥＣＵ２２０に意図しない電流が流れること（ＴＲＧ信号からＢ１出力への電流逆流）を防止するために設けられる。このダイオード１２２によって、電流逆流に起因する統合型サブバッテリ１１０の故障検知誤作動を防ぐことができる。

【0028】

［制御］
次に、図２をさらに参照して、本開示の一実施形態に係る電源システム１００の動作を説明する。図２は、電源システム１００が実行するバックアップ電力供給制御の処理手順を説明するフローチャートである。この図２に示したバックアップ電力供給制御は、例えば車両のイグニッションリレーがオン（ＩＧＲ－ＯＮ）されると開始される。

【0029】

（ステップＳ２０１）
電源システム１００は、第２電源１１１における必要な充電を完了させる。この充電完了によって、第１電源３００の電源失陥が発生した場合などに、第２電源１１１を用いたＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０へのバックアップ給電が可能な状態となる。第２電源１１１への必要な充電が完了すると、ステップＳ２０２に処理が進む。

【0030】

（ステップＳ２０２）
電源システム１００は、第１電源３００の電源失陥が発生したか否かを判断する。第１電源３００の電源失陥とは、例えば第１電源３００の異常や故障、電力供給ラインの断線や地絡など、第１電源３００からＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、メカドア２３０、Ｅラッチ２４０、およびブレーキ２５０へ、正常に電力が供給できなくなる状態が含まれる。電源システム１００が、第１電源３００の電源失陥が発生したと判断した場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進む。一方、電源システム１００が、第１電源３００の電源失陥が発生していないと判断した場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、本バックアップ電力供給制御が終了する。

【0031】

（ステップＳ２０３）
電源システム１００は、統合型サブバッテリ１１０から、ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、およびブレーキ２５０へバックアップ電力が供給できるように、制御部１１４によってＳＷ１１５～１１８の状態をそれぞれ切り替える。具体的には、電源システム１００は、ＳＷ１１５を導通状態に制御してＡ出力の供給をオンにし、ＳＷ１１６を導通状態に制御してＢ１出力の供給をオンにし、ＳＷ１１７を遮断状態に制御してＢ２出力の供給をオフにし、およびＳＷ１１８を導通状態に制御してＣ出力の供給をオンにする。ＳＢＷ２１０、ボデーＥＣＵ２２０、およびブレーキ２５０へのバックアップ給電が可能な状態にＳＷ１１５～１１８がそれぞれ制御されると、ステップＳ２０４に処理が進む。

【0032】

（ステップＳ２０４）
電源システム１００は、衝突判定部１１３によって車両の衝突が発生したと判定されたか否かを判断する。この判定は、ボデーＥＣＵ２２０が車両の衝突を検知したことに応じて変化させるＴＲＧ信号のＬｏｗレベルを検出することで行われる。車両の衝突が発生したと判定された場合は（ステップＳ２０４、はい）、ステップＳ２０５に処理が進む。一方、車両の衝突が発生したと判定されない場合は（ステップＳ２０４、いいえ）、Ｂ２出力の供給をオフにしたままの状態で本バックアップ電力供給制御が終了する。

【0033】

（ステップＳ２０５）
電源システム１００は、制御部１１４によってＳＷ１１７を導通状態に制御して、Ｂ２出力を供給オフから供給オンに切り替える。Ｂ２出力が供給オンに制御されると、ステップＳ２０６に処理が進む。

【0034】

（ステップＳ２０６）
電源システム１００は、ＳＷ１１７の導通状態への切り替えによって、統合型サブバッテリ１１０からＥラッチ２４０へバックアップ電力の供給が可能な状態となる（バックアップ給電）。Ｅラッチ２４０へのバックアップ給電が可能な状態になると、ステップＳ２０７に処理が進む。

【0035】

（ステップＳ２０７）
電源システム１００は、Ｂ２出力を供給オンに制御することによって、リレー１２１を介した統合型サブバッテリ１１０からの電力供給を開始する（リレー供給オン）。上記ステップＳ２０４においてボデーＥＣＵ２２０が車両の衝突を検知したことに応じてＴＲＧ信号がＬｏｗレベルになっており、リレー１２１のコイル部に励磁電流が流れて接点部がすでに導通状態になっている。このため、Ｂ２出力が供給オンにされることで、それに伴ってリレー供給がオン状態に遷移する。リレー供給がオンされると、ステップＳ２０８に処理が進む。

【0036】

（ステップＳ２０８）
電源システム１００は、リレー供給のオンによって、統合型サブバッテリ１１０からメカドア２３０へのバックアップ給電が可能な状態にする。メカドア２３０へのバックアップ給電が可能な状態にリレー１２１が制御されると、本バックアップ電力供給制御が終了する。

【0037】

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係る電源システム（電源システム１００）によれば、メイン電力供給源（第１電源３００）のバックアップ用に設けられたサブ電力供給源（第２電源１１１）と予め定めた第１車載機器（メカドア２３０）との間にリレー回路（リレー１２１、ダイオード１２２）を設ける。そして、本実施形態の電源システムは、サブ電力供給源によるメイン電力供給源のバックアップ動作中に車両の衝突が検出されると、サブ電力供給源から予め定めた第２車載機器（Ｅラッチ２４０）に供給する電力を、リレー回路を介して第１車載機器にも並列的に供給する制御を行う。

【0038】

このリレー回路を用いた制御によって、システム制御が異なる第１車載機器および第２車載機器の個々に対してバックアップに必要なサブバッテリをそれぞれ設けることなく、１つのサブバッテリを用いて第１車載機器および第２車載機器の２つのバックアップ機能を１つに統合することができる。したがって、電源システム１００のサイズが大型化してしまうことや、部品の点数が増大してしまうことや、システムコストが増大してしまうことなどを、抑制できることが期待できる。

【0039】

以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、電源システムだけでなく、電源システムが行う制御方法、その制御方法のプログラム、そのプログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的記憶媒体、電源システムを備えた車両などとして捉えることが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本開示の電源システムは、統合型サブバッテリを用いてＳＢＷ／ボデー／ドアアンロック（メカドア、Ｅラッチ）／ブレーキといった複数の車載機器にバックアップ電力を供給するためのシステムとして利用可能である。

【符号の説明】

【0041】

１００ 電源システム
１１０ 統合型サブバッテリ
１１１ 第２電源
１１２ ＤＤＣ
１１３ 衝突判定部
１１４ 制御部
１１５～１１８ ＳＷ
１２１ リレー
１２２ ダイオード
２１０ ＳＢＷ
２２０ ボデーＥＣＵ
２３０ メカドア
２４０ Ｅラッチ
２５０ ブレーキ
３００ 第１電源

【図1】

【図2】

【図3】