特許 7565803 車載電源装置および車載電源制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】車載電源装置および車載電源制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60R 16/03 20060101AFI20241004BHJP

   B60R 16/033 20060101ALI20241004BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241004BHJP

   B60W 10/24 20060101ALI20241004BHJP

   B60W 30/09 20120101ALI20241004BHJP

   B60W 10/04 20060101ALI20241004BHJP

   B60W 10/18 20120101ALI20241004BHJP

   B60W 10/20 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B60R16/03 A

B60R16/033 B

H02J7/00 302C

B60W10/24

B60W30/09

B60W10/00 120

B60W10/20

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021003607

(22)【出願日】2021-01-13

(65)【公開番号】P2022108552

(43)【公開日】2022-07-26

【審査請求日】2023-12-05

(73)【特許権者】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】白島 大樹

(72)【発明者】

【氏名】松本 健

【審査官】池田 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０２９２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０７８１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０９７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７７５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０７８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２２２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６１２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２８８７４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｒ １６／０２ － １６／０３３

Ｂ６０Ｗ １０／００ － ６０／００

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電源の電力が第１負荷に供給される第１系統と、
第２電源の電力が第２負荷に供給される第２系統と、
前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能な系統間スイッチと、
ダイオードを介して前記第２電源を充電する充電経路と、
前記充電経路をバイパスするバイパススイッチと、
前記バイパススイッチをオンして前記第２電源の電力を前記第２負荷に供給する放電経路を前記第２系統に形成する制御部と
を備え、
前記第１負荷および前記第２負荷は、
自動運転用の負荷を含み、
前記制御部は、
通常時に前記系統間スイッチをオンし、前記バイパススイッチをオフし、
前記第１電源または前記第２電源の失陥時には、前記系統間スイッチおよび前記バイパススイッチを制御して前記第１負荷または前記第２負荷による車両の退避走行制御を自動運転制御装置に実行させる
ことを特徴とする車載電源装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第２電源の充電中は前記車両の手動運転制御から自動運転制御への切り替えを前記自動運転制御装置に対して禁止する
ことを特徴とする請求項１に記載の車載電源装置。

【請求項3】

前記第１電源は、
発電機と鉛バッテリとを含み、
前記制御部は、
前記発電機が失陥した場合に、前記系統間スイッチをオンし、前記バイパススイッチをオンして、前記自動運転制御装置に前記車両の退避走行制御を実行させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載電源装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記鉛バッテリが失陥した場合に、前記系統間スイッチをオフし、前記バイパススイッチをオンして、前記第２電源による前記車両の退避走行制御を前記自動運転制御装置に実行させる
ことを特徴とする請求項３に記載の車載電源装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第２電源が失陥した場合に、前記系統間スイッチをオフし、前記バイパススイッチをオフして、前記第１電源による前記車両の退避走行制御を前記自動運転制御装置に実行させる
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の車載電源装置。

【請求項6】

車載電源装置の制御部が実行する車載電源制御方法であって、
前記車載電源装置は、
第１電源の電力が第１負荷に供給される第１系統と、
第２電源の電力が第２負荷に供給される第２系統と、
前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能な系統間スイッチと、
ダイオードを介して前記第２電源を充電する充電経路と、
前記充電経路をバイパスするバイパススイッチと
を備え、
前記第１負荷および前記第２負荷は、
自動運転用の負荷を含み、
前記制御部が、前記バイパススイッチをオンして前記第２電源の電力を前記第２負荷に供給する放電経路を前記第２系統に形成し、
通常時に前記系統間スイッチをオンし、前記バイパススイッチをオフし、
前記第１電源または前記第２電源の失陥時には、前記系統間スイッチおよび前記バイパススイッチを制御して前記第１負荷または前記第２負荷による車両の退避走行制御を自動運転制御装置に実行させる制御工程
を含むことを特徴とする車載電源制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、車載電源装置および車載電源制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両の走行中に電源失陥が発生しても、安全な場所まで退避走行させて停車させることができるように、第１電源と第２電源とを備え、一方の電源系統に地絡が発生した場合に、他方の電源から車載機器（負荷）へ電力を供給する冗長電源システムがある。

【0003】

例えば、冗長電源システムは、第１電源から第１負荷へ電力を供給する第１系統と、第２電源から第１負荷と同一の機能を備える第２負荷へ電力を供給する第２系統とを備える。そして、冗長電源システムは、第１系統および第２系統のうち一方の系統に地絡が発生した場合に、他方の系統によってフェイルセーフ制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－６１２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、冗長電源システムでは、第１電源および第２電源のうち高価な方の電源が過度に放電して劣化すると交換が必要となり、大きなコストが掛かる。

【0006】

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、第１電源および第２電源のうち一方の電源を優先的に放電させることができる車載電源装置および車載電源制御方法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】

実施形態の一態様に係る車載電源装置は、第１系統と、第２系統と、系統間スイッチと、充電経路と、バイパススイッチと、制御部とを備える。第１系統は、第１電源の電力が第１負荷に供給される。第２系統は、第２電源の電力が第２負荷に供給される。系統間スイッチは、前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能である。充電経路は、ダイオードを介して前記第２電源を充電する。バイパススイッチは、前記充電経路をバイパスする。制御部は、前記バイパススイッチをオンして前記第２電源の電力を前記第２負荷に供給する放電経路を前記第２系統に形成する。

【発明の効果】

【0008】

実施形態の一態様に係る車載電源装置および車載電源制御方法は、第１電源および第２電源のうち比較的放電の許容量が大きな方の電源を優先的に放電させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る車載電源装置の構成例を示す説明図である。

【図2】図２は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【図3】図３は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【図4】図４は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【図5】図５は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【図6】図６は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【図7】図７は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、車載電源装置および車載電源制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下では、自動運転機能を備える車両に搭載されて負荷へ電力を供給する車載電源装置を例に挙げて説明するが、実施形態に係る車載電源装置は、自動運転機能を備えていない車両に搭載されてもよい。

【0011】

［１．車載電源装置の構成］
図１は、実施形態に係る車載電源装置の構成例を示す説明図である。図１に示すように、実施形態に係る車載電源装置１は、第１電源１０と、第１負荷１０１と、第２負荷１０２と、自動運転制御装置１００とに接続される。

【0012】

第１負荷１０１および第２負荷１０２は、自動運転用の負荷を含む。例えば、第１負荷１０１は、自動運転中に動作するステアリングモータ、電動ブレーキ装置、車載カメラ、およびレーダ等を含む。また、第１負荷１０１は、エアコン、オーディオ、ビデオ、各種ライト等の一般負荷も含む。

【0013】

第２負荷１０２は、少なくとも、ステアリングモータ、電動ブレーキ装置、車載カメラ、およびレーダ等の自動運転中に動作する装置を含む。第１負荷１０１および第２負荷１０２は、車載電源装置１から供給される電力によって動作する。自動運転制御装置１００は、第１負荷１０１および第２負荷１０２を動作させて、車両を自動運転制御する制御装置である。

【0014】

車載電源装置１は、第２電源２０と、制御部３と、系統間スイッチ４１と、バイパススイッチ４２とを備える。さらに、車載電源装置１は、電流センサ５１，５３と、電圧センサ５２とを備える。

【0015】

第１電源１０は、発電機１１と、鉛バッテリ（以下、「ＰｂＢ１２」と記載する）とを含む。発電機１１は、車両の回生エネルギーを電力に変換して発電する装置である。なお、発電機１１は、車両がエンジンを備える場合、エンジンの回転力を電力に変換して発電するオルタネータであってもよい。発電機１１は、ＰｂＢ１２の充電、第１負荷１０１への電力供給、および第２電源２０の充電を行う。

【0016】

発電機１１とＰｂＢ１２との間には、電流センサ５１が接続される。発電機１１およびＰｂＢ１２と第１負荷１０１との間には、電圧センサ５２が接続される。系統間スイッチ４１と、第１電源１０および第１負荷１０１との間には、電流センサ５３が接続される。

【0017】

電流センサ５１は、発電機１１から出力される電流を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。電圧センサ５２は、発電機１１およびＰｂＢ１２から出力される電圧を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。電流センサ５３は、系統間スイッチ４１を流れる電流を検出して、検出結果を制御部３へ出力する。

【0018】

第２電源２０は、例えば、リチウムイオンバッテリ（以下、「ＬｉＢ２１」と記載する）を含む。ＬｉＢ２１は、ＰｂＢ１２に比べて高価な２次電池である。第２電源２０は、第１電源１０による電力供給ができなくなった場合のバックアップ用電源である。

【0019】

第２電源２０は、ダイオード４３を介して系統間スイッチ４１および第２負荷２０２と接続される。ダイオード４３は、アノードが系統間スイッチ４１および第２負荷２０２に接続され、カソードがＬｉＢ２１に接続される。これにより、ダイオード４３を介して第２電源２０を充電する充電経路１２１が形成される。

【0020】

また、第２電源２０は、充電経路１２１をバイパスするバイパススイッチ４２を介して系統間スイッチ４１および第２負荷２０２に接続される。バイパススイッチ４２がオンされると、第２電源２０の電力を第２負荷１０２に供給する放電経路１２２が形成される。

【0021】

かかる車載電源装置１は、第１電源１０から第１負荷１０１へ電力を供給する第１系統１１０と、第２電源２０から第２負荷１０２へ電力を供給する第２系統１２０とを備える。系統間スイッチ４１は、第１系統１１０と第２系統１２０とを接続切断可能に接続する。

【0022】

これにより、車載電源装置１は、第１系統１１０および第２系統１２０のうち、一方の系統に電源失陥が発生しても、系統間スイッチ４１をオフにして、他方の系統よって電力を供給することにより、車両を安全な場所まで退避走行させて停車させることができる。

【0023】

制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。制御部３は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行することにより、車載電源装置１の動作を制御する。

【0024】

なお、制御部３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。制御部３は、電流センサ５１，５３および電圧センサ５２から入力される検出結果に基づいて、系統間スイッチ４１およびバイパススイッチ４２を制御することにより、第１電源１０または第２電源２０から第１負荷１０１と第２負荷１０２とに電力を供給する。

【0025】

以下、図２～図７を参照して、車載電源装置１の動作例について説明する。図２～図７は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

【0026】

［２．通常時動作］
図２に示すように、制御部３は、第１電源１０および第２電源２０が失陥していない通常時に、系統間スイッチ４１をオンし、バイパススイッチ４２をオフして、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２へ電力を供給する。

【0027】

［３．充電時動作］
図３に示すように、車載電源装置１では、制御部３によって系統間スイッチ４１がオンされ、バイパススイッチ４２がオフされた通常時動中に、例えば、自然放電等によってＬｉＢ２１の電圧が所定の電圧以下になると、自動的にＬｉＢ２１の充電が開始される。

【0028】

具体的には、ＬｉＢ２１の電圧が低下して、ダイオード４３のアノード電圧とカソード電圧との電位差が、ダイオード４３による電圧降下分の電位差よりも大きくなると、自然に充電経路１２１に電流が流れ、ＬｉＢ２１の充電が開始される。そして、ダイオード４３のアノード電圧とカソード電圧との電位差が、ダイオード４３による電圧降下分の電位差と等しくなると、自然にＬｉＢ２１の充電が終了される。

【0029】

ＬｉＢ２１の充電終了時点の電圧、つまり第２電源２０の出力電圧は、ダイオード４３による電圧降下分だけ、第１電源１０の出力電圧よりも低い。このため、車載電源装置１は、図２に示す通常時動作中において、出力電圧が高い第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２へ優先的に電力を供給する。これにより、車載電源装置１は、第２電源２０の不要な放電を抑制することによって、ＰｂＢ１２よりも高価なＬｉＢ２１の劣化を抑制することができる。

【0030】

また、制御部３は、第２電源２０の充電中は車両の手動運転制御から自動運転制御への切り替えを自動運転制御装置１００に対して禁止する。これにより、車載電源装置１は、ＬｉＢ２１の充電状態が十分でなく、バックアップの準備が不完全な状態で、車両の自動運転制御が開始されることを防止することができる。

【0031】

［４．発電機失陥時動作］
制御部３は、第１電源１０または第２電源２０の失陥時には、系統間スイッチ４１およびバイパススイッチ４２を制御して、第１負荷１０１または第２負荷１０２による車両の退避走行制御を自動運転制御装置１００に実行させる。これにより、車載電源装置１は、第１電源１０または第２電源２０が失陥しても、車両を安全に退避走行させて停車させることができる。

【0032】

例えば、図４に示すように、発電機１１が失陥した場合に、系統間スイッチ４１をオンし、バイパススイッチ４２をオンして、自動運転制御装置１００に車両の退避走行制御を実行させる。このとき、前述したように、ＰｂＢ１２の出力電圧がＬｉＢ２１の出力電圧よりも高い。このため、車載電源装置１では、ＰｂＢ１２から第１負荷１０１および第２負荷１０２へ優先的に電力が供給されるので、ＬｉＢ２１の放電を抑制することができる。

【0033】

その後、図５に示すように、ＰｂＢ１２の出力電圧が放電によって低下し、ＬｉＢ２１の出力電圧よりも低くなると、自然に第２電源２０から第１負荷１０１および第２負荷１０２へ電力が供給されるようになる。

【0034】

このように、車載電源装置１は、発電機１１が失陥した場合に、第２電源２０の放電を抑制しつつ、ＰｂＢ１２に充電された電力と、ＬｉＢ２１に充電された電力とを無駄なく有効に使用することで、安全に退避走行を完了させることができる。

【0035】

なお、ここでは、発電機１１が失陥した場合に、系統間スイッチ４１とバイパススイッチ４２とを同時にオンする場合について説明したが、制御部３は、系統間スイッチ４１をオンした後、ＰｂＢ１２の出力電圧がＬｉＢ２１の出力電圧と等しくなるまで低下した場合に、バイパススイッチ４２をオンすることもできる。

【0036】

この場合、制御部３は、電圧センサ５２からＰｂＢ１２の出力電圧を取得し、ＰｂＢ１２の出力電圧が、予め定められたＬｉＢ２１の満充電時の出力電圧と等しくなった場合に、バイパススイッチ４２をオンする。

【0037】

なお、ＬｉＢ２１の出力に電圧センサが設けられる場合、制御部３は、その電圧センサによって検出される電圧と、電圧センサ５２によって検出される電圧とが等しくなった場合に、バイパススイッチ４２をオンにする。

【0038】

これにより、車載電源装置１は、ＰｂＢ１２の電力をより有効に退避走行のために使用することができる。具体的には、系統間スイッチ４１とバイパススイッチ４２とを同時にオンする場合、ＰｂＢ１２の方がＬｉＢ２１よりも電圧が高いため、ＰｂＢ１２から出力される電流は、第１負荷１０１および第２負荷１０２だけでなく、一部が放電経路１２２を介してＬｉＢ２１へも供給されることがある。

【0039】

そこで、制御部３は、ＰｂＢ１２の出力電圧がＬｉＢ２１出力電圧と等しくなった場合に、バイパススイッチ４２をオンすることによって、ＰｂＢ１２に充電されている電力を無駄なく第１負荷１０１および第２負荷１０２へ供給することができる。

【0040】

なお、制御部３は、発電機１１が失陥して系統間スイッチ４１をオンにした後、ＰｂＢ１２の出力電圧が少なくともＬｉＢ２１出力電圧と等しくなるまでの間に、バイパススイッチ４２をオンしてもよい。これによっても、車載電源装置１は、ＰｂＢ１２の電力をある程度有効に退避走行のために使用することができる。

【0041】

［５．ＰｂＢ失陥時動作］
図６に示すように、制御部３は、ＰｂＢ１２が失陥した場合に、系統間スイッチ４１をオフし、バイパススイッチ４２をオンして、第２電源２０による車両の退避走行制御部を自動運転制御装置１００に実行させる。これにより、自動運転制御装置１００は、ＰｂＢ１２が失陥した場合に、ＬｉＢ２１に充電された電力を使用して第２負荷１０２を駆動することにより、車両を安全に退避走行させることができる。

【0042】

なお、制御部３は、第１系統１１０における地絡の発生を検知することもできる。制御部３は、電流センサ５３によって検出される電流が地絡閾値を超える過電流であった場合に、第１系統１１０または第２系統１２０に地絡が発生したことを検知する。

【0043】

そして、制御部３は、過電流が系統間スイッチ４１を第２系統１２０から第１系統１１０に向かって流れた場合に、第１系統１１０に地絡が発生したと判定する。制御部３は、第１系統１１０において地絡が発生した場合にも、ＰｂＢ１２失陥時と同じく、系統間スイッチ４１をオフし、バイパススイッチ４２をオンして、第２電源２０による車両の退避走行制御を自動運転制御装置１００に実行させる。これにより、自動運転制御装置１００は、第１系統１１０に地絡が発生しても、車両を安全に退避走行させることができる。

【0044】

［６．第２電源失陥時動作］
図７に示すように、制御部３は、第２電源２０が失陥した場合に、系統間スイッチ４１をオフし、バイパススイッチ４２をオフして、第１電源１０による車両の退避走行制御を自動運転制御装置１００に実行させる。これにより、自動運転制御装置１００は、第２電源２０が失陥した場合に、発電機１１によって発電される電力、またはＰｂＢ１２に充電された電力を使用して第１負荷１０１を駆動することにより、車両を安全に退避走行させることができる。

【0045】

なお、制御部３は、第２系統１２０における地絡の発生を検知することもできる。制御部３は、電流センサ５３によって検出される電流が地絡閾値を超える過電流であった場合に、第１系統１１０または第２系統１２０に地絡が発生したことを検知する。

【0046】

そして、制御部３は、過電流が系統間スイッチ４１を第１系統１１０から第２系統１２０に向かって流れた場合に、第２系統１２０に地絡が発生したと判定する。制御部３は、第２系統１２０において地絡が発生した場合にも、第２電源失陥時と同じく、系統間スイッチ４１をオフし、バイパススイッチ４２をオフして、第１電源１０による車両の退避走行制御を自動運転制御装置１００に実行させる。これにより、自動運転制御装置１００は、第２系統１２０に地絡が発生しても、車両を安全に退避走行させることができる。

【0047】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ 車載電源装置
１０ 第１電源
１１ 発電機
１２ ＰｂＢ
２０ 第２電源
２１ ＬｉＢ
３ 制御部
４１ 系統間スイッチ
４２ バイパススイッチ
４３ ダイオード
５１，５３ 電流センサ
５２ 電圧センサ
１００ 自動運転制御装置
１０１ 第１負荷
１０２ 第２負荷
１１０ 第１系統
１２０ 第２系統
１２１ 充電経路
１２２ 放電経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】