(57)【要約】【課題】ＤＣ‐ＤＣコンバータを使用せずに、第１バッテリとは出力電圧が異なる第２バッテリによって第１バッテリの負荷の動作を保障可能な給電制御装置および給電制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る給電制御装置は、監視部と、制御部とを備える。監視部は、第１バッテリの状態を監視する。制御部は、監視部によって第１バッテリの異常が検出された場合に、第１バッテリよりも高い電圧を供給可能な第２バッテリが有する複数のバッテリセルのうち所定のバッテリセルを除くバッテリセルから正常時の第１バッテリの電圧に相当する電圧を第１バッテリの負荷へ供給させる。【選択図】図２
2020010513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バッテリの状態を監視する監視部と、
前記監視部によって前記第１バッテリの異常が検出された場合に、前記第１バッテリよりも高い電圧を供給可能な第２バッテリが有する複数のバッテリセルのうち所定のバッテリセルを除くバッテリセルから正常時の前記第１バッテリの電圧に相当する電圧を前記第１バッテリの負荷へ供給させる制御部と
を備えることを特徴とする給電制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記所定のバッテリセルを短絡し、前記第２バッテリの電圧出力端子と前記第１バッテリの負荷とを接続して前記第２バッテリから前記第１バッテリの負荷へ電圧を供給させる
ことを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記所定のバッテリセルの低電位側に接続されるバッテリセルの電圧出力端子と前記第１バッテリの負荷とを接続して前記第２バッテリから前記第１バッテリの負荷へ電圧を供給させる
ことを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
各前記バッテリセルと並列に接続される複数の並列スイッチを制御して前記所定のバッテリセルを短絡することで前記第２バッテリの出力電圧を正常時の前記第１バッテリの電圧に相当する電圧にし、前記第２バッテリの電圧出力端子と前記第１バッテリの負荷とを接続して前記第２バッテリから前記第１バッテリの負荷へ電圧を供給させる
ことを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項５】
第１バッテリの状態を監視する監視工程と、
前記監視工程によって前記第１バッテリの異常が検出された場合に、前記第１バッテリよりも高い電圧を供給可能な第２バッテリが有する複数のバッテリセルのうち所定のバッテリセルを除くバッテリセルから正常時の前記第１バッテリの電圧に相当する電圧を前記第１バッテリの負荷へ供給させる制御工程と
を含むことを特徴とする給電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、給電制御装置および給電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉛蓄電池等の第１バッテリと、出力電圧が第１バッテリとは異なるリチウムイオン電池等の第２バッテリとを備え、第１バッテリが使用不能になる場合に、第２バッテリから第１バッテリの負荷へ電圧を供給して負荷の動作を保障するシステムがある。
【０００３】
かかるシステムでは、第２バッテリの出力電圧を、例えば、ＤＣ‐ＤＣコンバータによって第１バッテリの正常時の出力電圧に相当する電圧となるように変圧してから負荷へ供給することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−９４２９７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、第２バッテリによって第１バッテリの負荷の動作を保障するためにＤＣ‐ＤＣコンバータを使用する場合、ＤＣ‐ＤＣコンバータの放熱機構が必要になるほか、ＤＣ‐ＤＣコンバータの発熱によるエネルギーの損失が問題となる。
【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、ＤＣ‐ＤＣコンバータを使用せずに、第１バッテリとは出力電圧が異なる第２バッテリによって第１バッテリの負荷の動作を保障可能な給電制御装置および給電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給電制御装置は、監視部と、制御部とを備える。監視部は、第１バッテリの状態を監視する。制御部は、前記監視部によって前記第１バッテリの異常が検出された場合に、前記第１バッテリよりも高い電圧を供給可能な第２バッテリが有する複数のバッテリセルのうち所定のバッテリセルを除くバッテリセルから正常時の前記第１バッテリの電圧に相当する電圧を前記第１バッテリの負荷へ供給させる。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様に係る給電制御装置および給電制御方法は、ＤＣ‐ＤＣコンバータを使用せずに、第１バッテリとは出力電圧が異なる第２バッテリによって第１バッテリの負荷の動作を保障することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る給電制御システムの正常時の状態を示す説明図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る給電制御システムの異常発生時の状態を示す説明図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る給電制御システムの正常時の状態を示す説明図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る給電制御システムの異常発生時の状態を示す説明図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る給電制御システムの構成の一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、給電制御装置および給電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、実施形態に係る給電制御装置が車両に搭載されるバッテリから負荷への電力供給制御を行う車載装置である場合について説明するが、実施形態に係る給電制御装置は、車載装置に限定されるものではない。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る給電制御システム１の正常時の状態を示す説明図である。図２は、第１実施形態に係る給電制御システム１の異常発生時の状態を示す説明図である。
【００１２】
図１に示すように、給電制御システム１は、給電制御装置２、鉛バッテリ１１、Ｌｉ（Lithium  ion）バッテリ１２、自動運転制御ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１３、およびＡ（Air）／Ｃ（Conditioner）アクチュエータ１４を含む。
【００１３】
鉛バッテリ１１は、第１バッテリの一例であり、正常時に１２Ｖの電圧を出力する。Ｌｉバッテリ１２は、第１バッテリよりも高い電圧を供給可能な第２バッテリの一例であり、複数のバッテリセルが直列に接続されて１５Ｖの電圧を出力する。
【００１４】
ここでは、出力電圧が３Ｖの５個のバッテリセル１２０，１２１，１２２，１２３，１２４が直列に接続されるＬｉバッテリ１２を例に挙げて説明する。かかるＬｉバッテリ１２は、所定のバッテリセル１２０と並列に接続され所定のバッテリセル１２０を短絡する電圧切替スイッチ３３を備える。
【００１５】
自動運転制御ＥＣＵ１３は、第１バッテリの負荷の一例であり、給電制御システム１が搭載される車両が自動運転によって走行する場合に、車両の走行、操舵、および制動等の制御を自動的に行う制御装置である。ここでは、自動運転制御ＥＣＵ１３の動作保証電圧が７〜１３Ｖであるものとする。
【００１６】
Ａ／Ｃアクチュエータ１４は、第２バッテリの負荷の一例であり、車両の空調装置を制御する制御装置である。ここでは、Ａ／Ｃアクチュエータ１４の動作保証電圧が１４〜１６Ｖであるものとする。なお、給電制御装置２は、動作保証電圧が７〜１６Ｖであるものとする。
【００１７】
鉛バッテリ１１は、第１給電スイッチ３１によって自動運転制御ＥＣＵ１３と接離可能に接続される。Ｌｉバッテリ１２は、給電制御装置２とＡ／Ｃアクチュエータ１４とに接続され、給電制御装置２およびＡ／Ｃアクチュエータ１４へ電力を供給する。また、Ｌｉバッテリ１２は、第２給電スイッチ３２によって自動運転制御ＥＣＵ１３と接離可能に接続される。
【００１８】
給電制御装置２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。
【００１９】
給電制御装置２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機能する監視部２１と、制御部２２とを備える。なお、給電制御装置２が備える監視部２１および制御部２２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。
【００２０】
また、図１に示す給電制御装置２の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。
【００２１】
監視部２１は、鉛バッテリ１１の状態を監視する。具体的には、監視部２１は、鉛バッテリ１１の出力電圧を取得して（図１に示す点線矢印参照）監視する。そして、監視部２１は、例えば、鉛バッテリ１１の出力電圧が自動運転制御ＥＣＵ１３の動作保証電圧の下限値よりも高い場合に、鉛バッテリ１１の状態を正常と判定して判定結果を制御部２２へ出力する。
【００２２】
また、監視部２１は、鉛バッテリ１１の出力電圧が自動運転制御ＥＣＵ１３の動作保証電圧の下限値に達する場合に、鉛バッテリ１１を異常と判定して判定結果を制御部２２へ出力する。
【００２３】
制御部２２は、監視部２１から入力される判定結果に応じて第１給電スイッチ３１、第２給電スイッチ３２、および電圧切替スイッチ３３の状態を切替えることによって、自動運転制御ＥＣＵ１３およびＡ／Ｃアクチュエータ１４への給電制御を行う。
【００２４】
制御部２２は、監視部２１から鉛バッテリ１１が正常であることを示す判定結果が入力される場合、図１に示すように、第１給電スイッチ３１を接続状態にし、第２給電スイッチ３２および電圧切替スイッチ３３を切断状態にする。
【００２５】
これにより、自動運転制御ＥＣＵ１３は、鉛バッテリ１１から供給される１２Ｖの電圧によって正常に動作することができる。また、Ａ／Ｃアクチュエータ１４は、Ｌｉバッテリ１２から供給される１５Ｖの電圧によって正常に動作することができる。
【００２６】
その後、監視部２１は、何らかの原因で鉛バッテリ１１の出力電圧が自動運転制御ＥＣＵ１３の動作保証電圧の下限値である７Ｖまで低下した場合、鉛バッテリ１１が異常であることを示す判定結果を制御部２２へ出力する。かかる場合に、自動運転制御ＥＣＵ１３は、鉛バッテリ１１の出力電圧がこれ以上低下すると正常に動作することができなくなり、車両の自動運転制御に支障をきたす恐れがある。
【００２７】
そこで、制御部２２は、監視部２１から鉛バッテリ１１が異常であることを示す判定結果が入力される場合、図２に示すように、第１給電スイッチ３１を切断状態にし、第２給電スイッチ３２および電圧切替スイッチ３３を接続状態にする。
【００２８】
こうして、制御部２２は、監視部２１によって鉛バッテリ１１の異常が検出された場合に、Ｌｉバッテリ１２が備える複数のバッテリセル１２０〜１２４のうち、所定のバッテリセル１２０を除くバッテリセル１２１〜１２４から正常時の鉛バッテリ１１の電圧に相当する１２Ｖの電圧を自動運転制御ＥＣＵ１３へ供給させる。
【００２９】
より詳細には、Ｌｉバッテリ１２が備える複数のバッテリセル１２０〜１２４のうち、最も高電位側に位置するバッテリセル１２０を電圧切替スイッチ３３で短絡し、上から２番目に位置するバッテリセル１２１以下で構成される４個のバッテリセル１２１〜１２４により約１２Ｖの電圧を供給する。
【００３０】
なお、短絡するバッテリセルは最も高電位側に位置するバッテリセル１２０でなくてもよい。例えば、上から２番目に位置するバッテリセル１２１と並列に電圧切替スイッチ３３を設け、電圧切替スイッチ３３でバッテリセル１２１を短絡することで、バッテリセル１２０、１２２〜１２４の４個のセルで１２Ｖを生成し、最も高電位側に位置するバッテリセル１２０から１２Ｖの電圧を供給するようにしてもよい。
【００３１】
これにより、給電制御装置２は、ＤＣ−ＣＤコンバータを使用せずに、鉛バッテリ１１とは出力電圧が異なるＬｉバッテリ１２によって自動運転制御ＥＣＵ１３の動作を保障することができる。
【００３２】
また、給電制御装置２は、第１給電スイッチ３１を切断状態にし、第２給電スイッチ３２および電圧切替スイッチ３３を接続状態にするという簡易な制御によって、鉛バッテリ１１に異常が発生しても自動運転制御ＥＣＵ１３の動作を保障することができる。
【００３３】
なお、給電制御システム１では、図２に示す状態の場合、Ｌｉバッテリ１２からＡ／Ｃアクチュエータ１４に供給される電圧がＡ／Ｃアクチュエータ１４の動作保証電圧を下回るため、Ａ／Ｃアクチュエータ１４が正常に動作しなくなることがある。
【００３４】
しかし、給電制御システム１では、Ａ／Ｃアクチュエータ１４が車両の走行安全性に直接影響をおよぼすことがなく、自動運転制御ＥＣＵ１３を正常に動作させることができるので、車両の安全走行を確保することができる。
【００３５】
なお、制御部２２は、電圧切替スイッチ３３を接続状態にする場合、図示を省略した他のスイッチを制御し、図１においてバッテリセル１２１よりも上（電圧出力端子１０２に近い位置）に記載されているバッテリセル１２０、すなわち電圧切替スイッチ３３と並列接続されたバッテリセル１２０を電圧供給経路から切断する。これにより、制御部２２は、電圧切替スイッチ３３によって短絡されるバッテリセル１２０の破損を防止することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、図３および図４を参照し、第２実施形態に係る給電制御システム１ａについて説明する。図３は、第２実施形態に係る給電制御システム１ａの正常時の状態を示す説明図である。図４は、第２実施形態に係る給電制御システム１ａの異常発生時の状態を示す説明図である。
【００３７】
なお、ここでは、図３および図４に示す構成要素のうち、図１および図２に示す構成要素と同一の構成要素については、図１および図２に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
【００３８】
図３に示すように、第２実施形態に係るＬｉバッテリ１２ａは、図１に示す電圧切替スイッチ３３を備えておらず、所定のバッテリセル１２０の低電位側に接続されるバッテリセル１２１の電圧出力端子が第３給電スイッチ３２ａを介して自動運転制御ＥＣＵ１３と接離可能に接続される。
【００３９】
また、Ｌｉバッテリ１２ａの電圧出力端子１０２は、給電制御装置２ａおよびＡ／Ｃアクチュエータ１４に接続され、給電制御装置２ａおよびＡ／Ｃアクチュエータ１４には電圧を供給するが、自動運転制御ＥＣＵ１３には接続されない。
【００４０】
そして、給電制御装置２ａの制御部２２ａは、監視部２１から鉛バッテリ１１が正常であることを示す判定結果が入力される場合、図３に示すように、第１給電スイッチ３１を接続状態にし、第３給電スイッチ３２ａを切断状態にする。
【００４１】
これにより、自動運転制御ＥＣＵ１３は、鉛バッテリ１１から供給される１２Ｖの電圧によって正常に動作することができる。また、Ａ／Ｃアクチュエータ１４は、Ｌｉバッテリ１２から供給される１５Ｖの電圧によって正常に動作することができる。
【００４２】
その後、監視部２１は、何らかの原因で鉛バッテリ１１の出力電圧が自動運転制御ＥＣＵ１３の動作保証電圧の下限値である７Ｖまで低下した場合、鉛バッテリ１１が異常であることを示す判定結果を制御部２２ａへ出力する。
【００４３】
かかる場合に、制御部２２ａは、図４に示すように、第１給電スイッチ３１を切断状態にし、第３給電スイッチ３２ａを接続状態にする。こうして、制御部２２ａは、Ｌｉバッテリ１２ａが備える複数のバッテリセル１２０〜１２４のうち所定のバッテリセル１２０の低電位側に接続されるバッテリセル１２１から正常時の鉛バッテリ１１の電圧に相当する１２Ｖの電圧を自動運転制御ＥＣＵ１３へ供給させる。
【００４４】
また、この期間もＬｉバッテリ１２ａは、Ａ／Ｃアクチュエータ１４へ継続して１５Ｖの電圧を供給することが可能である。これにより、給電制御装置２ａは、ＤＣ−ＣＤコンバータを使用せずに、自動運転制御ＥＣＵ１３の動作だけでなく、Ａ／Ｃアクチュエータ１４の動作も保障することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、図５を参照し、第３実施形態に係る給電制御システム１ｂについて説明する。図５は、第３実施形態に係る給電制御システム１ｂの構成の一例を示す説明図である。なお、ここでは、図５に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
【００４６】
図５に示すように、第３実施形態に係る給電制御システム１ｂは、Ｌｉバッテリ１２ｂの構成と、給電制御装置２ｂの制御部２２ｂがＬｉバッテリ１２ｂに対して行う制御だけが第１実施形態に係る給電制御システム１とは異なる。
【００４７】
Ｌｉバッテリ１２ｂは、５個のバッテリセル１２０，１２１，１２２，１２３，１２４に対して、それぞれ並列に接続される並列スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｄ，３３ｅを備える。
【００４８】
なお、ここでは、図示を省略しているが、Ｌｉバッテリ１２ｂは、各バッテリセル１２０，１２１，１２２，１２３，１２４を個別にＬｉバッテリ１２ｂの電圧供給経路から切断可能な切断スイッチを備える。
【００４９】
給電制御装置２ｂの制御部２２ｂは、監視部２１から鉛バッテリ１１が正常であることを示す判定結果が入力される場合、図５に示すように、全ての並列スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｄ，３３ｅを切断状態にする。
【００５０】
このとき、制御部２２ｂは、全ての切断スイッチを接続状態にして、５個のバッテリセル１２０，１２１，１２２，１２３，１２４を直列に接続させる。そして、制御部２２ｂは、第１給電スイッチ３１を接続状態にし、第２給電スイッチ３２を切断状態にする。
【００５１】
これにより、自動運転制御ＥＣＵ１３は、鉛バッテリ１１から供給される１２Ｖの電圧によって正常に動作することができる。また、Ａ／Ｃアクチュエータ１４は、Ｌｉバッテリ１２から供給される１５Ｖの電圧によって正常に動作することができる。
【００５２】
その後、監視部２１は、何らかの原因で鉛バッテリ１１の出力電圧が自動運転制御ＥＣＵ１３の動作保証電圧の下限値である７Ｖまで低下した場合、鉛バッテリ１１が異常であることを示す判定結果を制御部２２ａへ出力する。
【００５３】
かかる場合に、制御部２２ｂは、第１給電スイッチ３１を切断状態にし、並列スイッチ３３ａを接続状態にすることで最も高電位側に接続されているバッテリセル１２０を短絡してから第３給電スイッチ３２ａを接続状態にする。このとき、制御部２２ｂは、バッテリセル１２０を保護するため、切断スイッチを制御して、バッテリセル１２０をＬｉバッテリ１２ｂの電圧供給経路から切断する。
【００５４】
このように、制御部２２ｂは、各バッテリセル１２０〜１２４と並列に接続される複数の並列スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｄ，３３ｅを制御してＬｉバッテリ１２ｂの出力電圧を正常時の鉛バッテリ１１の電圧に相当する１２Ｖにする。
【００５５】
これにより、制御部２２ｂは、Ｌｉバッテリ１２ｂから正常時の鉛バッテリ１１の電圧に相当する１２Ｖの電圧を自動運転制御ＥＣＵ１３へ供給することで、自動運転制御ＥＣＵ１３の動作を保障することができる。
【００５６】
また、このとき、制御部２２ｂは、例えば、５個のバッテリセル１２０〜１２４のうち、充放電能力が最も劣化しているものを使用せずにＬｉバッテリ１２ｂから自動運転制御ＥＣＵ１３へ１２Ｖの電圧を供給することもできる。
【００５７】
例えば、制御部２２ｂは、各バッテリセル１２０〜１２４の充放電能力を監視し、所定のバッテリセル１２１の充放電能力が最も劣化していた場合、所定のバッテリセル１２１を迂回（短絡：ショートカット）する接続経路を形成する。
【００５８】
具体的には、制御部２２ｂは、所定のバッテリセル１２１と並列に接続された並列スイッチ３３ｂだけを接続状態にして、他の並列スイッチ３３ａ，３３ｃ，３４ｄ，３３ｅを切断状態にする。このとき、制御部２２ｂは、切断スイッチを制御して、所定のバッテリセル１２１だけをＬｉバッテリ１２ｂの電圧供給経路から切断する。
【００５９】
これにより、制御部２２ｂは、所定のバッテリセル１２１を使用せずにＬｉバッテリ１２ｂから自動運転制御ＥＣＵ１３へ１２Ｖの電圧を供給することができ、充放電能力が劣化したバッテリセル１２１の充放電性能がさらに進むことを抑制することができる。
【００６０】
また、制御部２２ｂは、Ｌｉバッテリ１２ｂの並列スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｄ，３３ｅ、および切断スイッチを制御することによって、３Ｖ、６Ｖ、９Ｖ、１２Ｖ、１５Ｖという５種類の電圧をＬｉバッテリ１２ｂから出力させることが可能である。
【００６１】
これにより、制御部２２ｂは、鉛バッテリ１１の正常時の電圧よりも出力電圧が低い第３バッテリから電圧供給を受けている他の負荷に対しても、第３バッテリに異常が発生した場合、負荷の動作保証電圧に応じた電圧を供給することができる。
【００６２】
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】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ  給電制御システム
１１  鉛バッテリ
１２，１２ａ，１２ｂ  Ｌｉバッテリ
１３  自動運転制御ＥＣＵ
１４  Ａ／Ｃアクチュエータ
２，２ａ，２ｂ  給電制御装置
２１  監視部
２２，２２ａ，２２ｂ  制御部
３１  第１給電スイッチ
３２  第２給電スイッチ
３３  電圧切替スイッチ
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｄ，３３ｅ  並列スイッチ
１２０，１２１，１２２，１２３，１２４  バッテリセル
【図１】
2020010513.tif 000003
【図２】
2020010513.tif 000004
【図３】
2020010513.tif 000005
【図４】
2020010513.tif 000006
【図５】
2020010513.tif 000007