(57)【要約】【課題】アイドルストップ後のエンジン再始動及び主電源の失陥時に、通常負荷のバックアップ機能を維持できる冗長電源システムを提供する。【解決手段】主電源及び副電源から第１負荷へ冗長電源を供給可能であり、主電源から電圧変動抑制が必要な第２負荷へ電源供給可能である冗長電源システム。ＤＤＣと副電源とを通電遮断可能に接続する第１リレーと、ＤＤＣと第２負荷とを通電遮断可能に接続する第２リレーと、副電源と第１負荷とを接続するレギュレーターと、第１及び第２リレーの通電遮断状態を制御する制御部とを備え、制御部は、エンジン再始動処理では、第１リレーを遮断かつ第２リレーを通電して第２負荷をＤＤＣ経由で主電源に接続し、第１負荷をレギュレーターを介して副電源に接続し、同処理で主電源失陥の場合、第１リレーを通電かつ第２リレーを遮断して第２負荷を主電源から切り離し、第１負荷をＤＤＣを介して副電源に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン電源及びバックアップ電源から第１の負荷へ冗長的に電源を供給可能であり、前記メイン電源から電圧変動抑制が必要な第２の負荷へ電源を供給可能である、冗長電源システムであって、
前記バックアップ電源と前記第１の負荷との間に設けられるＤＣＤＣコンバーターと、
前記ＤＣＤＣコンバーターと前記バックアップ電源とを、通電及び遮断可能に接続する第１のリレーと、
前記ＤＣＤＣコンバーターと前記第２の負荷とを、通電及び遮断可能に接続する第２のリレーと、
前記メイン電源と前記ＤＣＤＣコンバーターとを、通電及び遮断可能に接続する第３のリレーと、
前記メイン電源と前記第２の負荷とを、通電及び遮断可能に接続する第４のリレーと、
前記バックアップ電源と前記第１の負荷とを接続するレギュレーターと、
各前記リレーの通電及び遮断の状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
アイドルストップ後のエンジン再始動処理においては、前記第１のリレー及び前記第４のリレーを遮断しかつ前記第２のリレー及び前記第３のリレーを通電して、前記第２の負荷を前記ＤＣＤＣコンバーターを介して前記メイン電源に接続し、前記第１の負荷を前記レギュレーターを介して前記バックアップ電源に接続し、
前記アイドルストップ後のエンジン再始動処理において前記メイン電源が失陥した場合には、前記第１のリレーを通電しかつ前記第２のリレー、前記第３のリレー、及び前記第４のリレーを遮断して、前記第２の負荷を前記メイン電源から切り離し、前記第１の負荷を前記ＤＣＤＣコンバーターを介して前記バックアップ電源に接続する、
冗長電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冗長電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
停車時にエンジンを止めて燃費向上を図る、いわゆるアイドルストップ＆スタート機能を搭載した車両がある。この機能を搭載した車両の電源システムでは、アイドルストップ後のエンジン再始動時における大電流消費に伴って生じる電圧変動の影響を、安定した電圧を必要とする負荷（以下「保護負荷」という）に及ばないようにするため、保護負荷の前段に電圧変動を抑制するＤＣＤＣコンバーターを挿入する対策がある。図５に、電変抑制用ＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）を設けた、保護負荷以外の負荷（以下「通常負荷」という）に対して冗長構成を採用した冗長電源システム２００の構成例を示す。
【０００３】
図５に例示した冗長電源システム２００の構成では、電変抑制用とバックアップ電源用とで２つのＤＣＤＣコンバーターを使用している。そこで、ＤＣＤＣコンバーターを１つにした電源システムの構成が特許文献１及び２で提案されている。これらの特許文献に記載された従来の電源システムでは、バックアップ電源と保護負荷とを同じＤＣＤＣコンバーターを介してスターターなどと接続している。これにより、従来の電源システムでは、エンジンをアイドルストップさせた後のエンジン再始動処理時にはＤＣＤＣコンバーターを制御して保護負荷をスターターから切り離すことで、スターターでの大電流消費に伴う電圧変動の影響を保護負荷に及ばないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１５４５７９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の特許文献に記載された電源システムでは、バックアップ電源がＤＣＤＣコンバーターを介して通常負荷に接続されている。よって、アイドルストップ後のエンジン再始動処理においてＤＣＤＣコンバーターを制御して保護負荷をスターターから切り離してしまうと、バックアップ電源も通常負荷から切り離されることになるため、アイドルストップ後のエンジン再始動処理中にメイン電源が失陥してしまうと、通常負荷をバックアップすることができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アイドルストップ後のエンジン再始動処理及びその処理でのメイン電源の失陥時において、通常負荷に対するバックアップ機能を維持することができる冗長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、本発明の一態様は、メイン電源及びバックアップ電源から第１の負荷へ冗長的に電源を供給可能であり、メイン電源から電圧変動抑制が必要な第２の負荷へ電源を供給可能である、冗長電源システムであって、バックアップ電源と第１の負荷との間に設けられるＤＣＤＣコンバーターと、ＤＣＤＣコンバーターとバックアップ電源とを通電及び遮断可能に接続する第１のリレーと、ＤＣＤＣコンバーターと第２の負荷とを通電及び遮断可能に接続する第２のリレーと、メイン電源とＤＣＤＣコンバーターとを通電及び遮断可能に接続する第３のリレーと、メイン電源と第２の負荷とを通電及び遮断可能に接続する第４のリレーと、バックアップ電源と第１の負荷とを接続するレギュレーターと、第１及び第２のリレーの通電及び遮断の状態を制御する制御部と、を備え、制御部は、アイドルストップ後のエンジン再始動処理においては、第１のリレー及び第４のリレーを遮断しかつ第２のリレー及び第３のリレーを通電して、第２の負荷をＤＣＤＣコンバーターを介してメイン電源に接続し、第１の負荷をレギュレーターを介してバックアップ電源に接続し、アイドルストップ後のエンジン再始動処理においてメイン電源が失陥した場合には、第１のリレーを通電しかつ第２のリレー、第３のリレー、及び第４のリレーを遮断して、第２の負荷をメイン電源から切り離し、第１の負荷をＤＣＤＣコンバーターを介してバックアップ電源に接続する。
【発明の効果】
【０００８】
上記本発明の冗長電源システムによれば、アイドルストップ後のエンジン再始動処理及びその処理でのメイン電源の失陥時において、通常負荷（第１の負荷）に対するバックアップ機能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る冗長電源システムの概略構成を示す図
【図２】リレー制御によって形成される電源経路を説明する図
【図３】リレー制御によって形成される電源経路を説明する図
【図４】リレー制御によって形成される電源経路を説明する図
【図５】従来の冗長電源システムの概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施形態］
以下、図面を用いて本発明を実施するための一実施形態を説明する。
【００１１】
本実施形態に係る冗長電源システムは、バックアップ電源から通常負荷に給電する経路と、メイン電源からＤＣＤＣコンバーターを介して保護負荷に給電する経路とを設け、複数のリレーを用いて車両の状態に応じて接続状態を適切に切り替える。
【００１２】
＜構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る冗長電源システム１００の概略構成を示す図である。図１に例示した冗長電源システム１００は、オルタネーター（ＡＬＴ）１１と、スターター（ＳＴ）１２と、第１の電源１３と、第１の負荷１４と、双方向ＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）１５と、第２の電源１６と、第２の負荷１７と、レギュレーター（Ｒｅｇ）１８と、制御部２０と、第１のリレーＲＬ１と、第２のリレーＲＬ２と、第３のリレーＲＬ３と、第４のリレーＲＬ４と、を備えている。本冗長電源システム１００は、例えばアイドルストップ＆スタート機能を搭載した車両に用いることができる。
【００１３】
オルタネーター１１は、エンジンによって駆動されることで生じる回転力を電気エネルギーに変換して発電する発電装置である。オルタネーター１１は、発生させた電力を第１の電源１３及び第１の負荷１４などに送出する。
【００１４】
スターター１２は、エンジンをクランキングして始動させる始動装置である。このスターター１２は、第１の電源１３から供給される電力で作動する。
【００１５】
第１の電源１３は、充放電可能に構成された蓄電装置である。この第１の電源１３は、例えば鉛蓄電池とすることができる。第１の電源１３は、オルタネーター１１、スターター１２、及び第１の負荷１４に接続されており、オルタネーター１１が発生した電力を蓄えたり、自らが蓄えている電力をスターター１２や第１の負荷１４に供給したりする、いわゆるメイン電源として機能する。
【００１６】
第１の負荷１４は、第１の電源１３から供給される電力で動作し、所定の機能を実現する車載機器である。より具体的には、第１の負荷１４は、メイン電源である第１の電源１３が失陥したときでも動作を継続する必要がある車載機器である。この第１の負荷１４は、第１の電源１３とは独立して、第２の電源１６からも電源を供給することができるように、電源が二重に構成されている。図１に例示する構成では、第１の負荷１４は、第１の電源１３とは整流素子Ｄ１を介して電力供給可能に接続されており、第２の電源１６とは双方向ＤＣＤＣコンバーター１５及び整流素子Ｄ２を介して電力供給可能に接続されると共にレギュレーター１８を介して接続されている。整流素子Ｄ１及びＤ２は、例えばダイオードとすることができる。整流素子Ｄ１のアノードと整流素子Ｄ２のアノードとの間には、第３のリレーＲＬ３が挿入されている。
【００１７】
第１の負荷１４が実現する機能の一例としては、ドアアンロック機能、シフトバイワイヤー機能、及び電動パーキングブレーキ機能など、車両に異常が発生した場合であっても車両を安全な場所まで走行させて停車させるために必要な機能（走る・曲がる・止まる）を動作させることができるものが挙げられる。
【００１８】
双方向ＤＣＤＣコンバーター１５は、１次側に入力された電圧を所定の電圧に変換して２次側に出力することができ、また２次側に入力された電圧を所定の電圧に変換して１次側に出力することができる、双方向型の電圧変換器である。この双方向ＤＣＤＣコンバーター１５は、１次側が第３のリレーＲＬ３を介して第１の電源１３に接続されており、２次側が第１のリレーＲＬ１を介して第２の電源１６に接続されている。
【００１９】
第２の電源１６は、充放電可能に構成された蓄電装置である。この第２の電源１６は、例えば電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electrical Double Layer Capacitor）とすることができる。電気二重層キャパシタを蓄電材として用いる場合は、劣化を防ぐために、駐車中は電荷をゼロ又は極力少なくした状態とし、車両を起動した時（イグニッションＯＮ後など）に充電を行って使用することが望ましい。よって、電気二重層キャパシタの容量を無駄なく使い切るために、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５が用いられる。第２の電源１６は、第１のリレーＲＬ１、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５、及び第３のリレーＲＬ３を介してオルタネーター１１に接続されており、オルタネーター１１が発生した電力を双方向ＤＣＤＣコンバーター１５で変換して蓄えたり、自らが蓄えている電力を双方向ＤＣＤＣコンバーター１５で変換して第１の負荷１４に供給したりする。また、第２の電源１６は、自らが蓄えている電力をレギュレーター１８を介して第１の負荷１４に供給する。よって、第２の電源１６は、第１の電源１３に対してバックアップ電源として機能する。
【００２０】
第２の負荷１７は、第１の電源１３から供給される電力で動作し、所定の機能を実現する車載機器である。より具体的には、第２の負荷１７は、第１の電源１３に生じる電圧変動を抑制して安定した電圧を必要とする車載機器である。この第２の負荷１７は、第４のリレーＲＬ４を介して第１の電源１３と接続されており、また第３のリレーＲＬ３、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５、及び第２のリレーＲＬ２を介して第１の電源１３と接続されている。
【００２１】
レギュレーター１８は、第２の電源１６と第１の負荷１４との間に挿入され、第２の電源１６を入力して一定の電圧を第１の負荷１４に出力することができる。このレギュレーター１８には、例えば入出力間の電圧差が小さくても動作する低ドロップアウト型（ＬＤＯ：Low Dropout）のリニアレギュレーターを用いることができる。あるいは、レギュレーター１８に、スイッチング動作を行うＤＣＤＣコンバーターを用いてもよい。
【００２２】
第１のリレーＲＬ１は、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５と第２の電源１６との間に挿入され、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５と第２の電源１６とを通電及び遮断可能に接続する。第２のリレーＲＬ２は、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５と第２の負荷１７との間に挿入され、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５と第２の負荷１７とを通電及び遮断可能に接続する。第３のリレーＲＬ３は、第１の電源１３と双方向ＤＣＤＣコンバーター１５との間に挿入され、第１の電源１３と双方向ＤＣＤＣコンバーター１５とを通電及び遮断可能に接続する。第４のリレーＲＬ４は、第１の電源１３と第２の負荷１７との間に挿入され、第１の電源１３と第２の負荷１７とを通電及び遮断可能に接続する。この第１〜第４のリレーＲＬ１〜ＲＬ４には、例えば半導体リレーを用いることができる。
【００２３】
制御部２０は、図示しない車載装置から所定の車両情報を取得する。車両情報には、車両の走行状態、アイドルストップ後のエンジン再始動（ブレーキペダルの開放）の有無、第１の電源１３の状態、及び第２の電源１６の状態が、少なくとも含まれる。そして、制御部２０は、取得した車両情報に基づいて、第１のリレーＲＬ１、第２のリレーＲＬ２、第３のリレーＲＬ３、及び第４のリレーＲＬ４の通電（ＯＮ）及び遮断（ＯＦＦ）の状態を制御する。この制御部２０によるリレー制御方法については、以降に説明を行う。
【００２４】
＜制御＞
図２乃至図４をさらに参照して、本実施形態に係る冗長電源システム１００が実行するリレー制御を説明する。図２乃至図４は、車両の特定の状態におけるリレー制御によって形成される電源経路を説明する図である。
【００２５】
図２は、車両が通常に運転（走行）している場合に、制御部２０のリレー制御によって形成される電源経路を示している。この状態では、第１のリレーＲＬ１及び第４のリレーＲＬ４を通電（ＯＮ）に、第２のリレーＲＬ２を遮断（ＯＦＦ）に制御される。第３のリレーＲＬ３は、原則は遮断（ＯＦＦ）に制御されるが、第２の電源１６の蓄電状態（充電や放電の必要がある場合）に応じて、通電（ＯＮ）に適宜制御される。
【００２６】
このリレー制御によって、第１の電源１３→整流素子Ｄ１→第１の負荷１４という電源経路が形成されて、第１の負荷１４には整流素子Ｄ１を介して第１の電源１３から電力が供給される（通常給電）。また、第２の電源１６→双方向ＤＣＤＣコンバーター１５→整流素子Ｄ２→第１の負荷１４という電源経路が形成されて、第１の負荷１４には双方向ＤＣＤＣコンバーター１５及び整流素子Ｄ２を介して第２の電源１６から電力の供給が可能となる（バックアップ給電）。なお、第２の電源１６と第１の負荷１４との間の電圧差がレギュレーター１８が動作可能な電圧差であれば、レギュレーター１８を介しても、第２の電源１６から第１の負荷１４にバックアップ給電が可能となる。一方、上記リレー制御によって、第１の電源１３→第２の負荷１７という電源経路が形成されて、第２の負荷１７には第１の電源１３から直接電力が供給される。
【００２７】
このように、第１の電源１３に生じる電圧変動が第２の負荷１７に影響を及ぼさない場面である場合には、第１の負荷１４に対して第１の電源１３による通常給電と第２の電源１６によるバックアップ給電との冗長電源構成を維持しつつ、第２の負荷１７に対しては第１の電源１３から直接給電することができる。
【００２８】
図３は、車両が停止してアイドリングをストップさせた後にエンジンの再始動処理を実施している場合に、制御部２０のリレー制御によって形成される電源経路を示している。この状態では、第１のリレーＲＬ１及び第４のリレーＲＬ４を遮断（ＯＦＦ）に、第２のリレーＲＬ２及び第３のリレーＲＬ３を通電（ＯＮ）に制御される。
【００２９】
このリレー制御によって、第１の電源１３→整流素子Ｄ１→第１の負荷１４という電源経路が形成されて、第１の負荷１４には整流素子Ｄ１を介して第１の電源１３から電力が供給される（通常給電）。また、第２の電源１６→レギュレーター１８→第１の負荷１４という電源経路が形成されて、第１の負荷１４にはレギュレーター１８を介して第２の電源１６から電力の供給が可能となる（バックアップ給電）。一方、上記リレー制御によって、第１の電源１３→双方向ＤＣＤＣコンバーター１５→第２の負荷１７という電源経路が形成されて、第２の負荷１７には双方向ＤＣＤＣコンバーター１５を介して第１の電源１３から電力が供給される。
【００３０】
このように、スターター１２の作動によって第１の電源１３に生じる電圧変動が第２の負荷１７に影響を及ぼす場面である場合には、第１の負荷１４に対して第１の電源１３による通常給電と第２の電源１６によるバックアップ給電との冗長電源構成を維持しつつ、第２の負荷１７に対しては双方向ＤＣＤＣコンバーター１５を介して電圧変動を抑制した電力を第１の電源１３から供給することができる。
【００３１】
図４は、車両が停止してアイドリングをストップさせた後にエンジンの再始動処理を実施している最中に第１の電源１３の失陥が生じた場合に、制御部２０のリレー制御によって形成される電源経路を示している。この状態では、第１のリレーＲＬ１を通電（ＯＮ）に、第２のリレーＲＬ２、第３のリレーＲＬ３及び第４のリレーＲＬ４を遮断（ＯＦＦ）に制御される。
【００３２】
このリレー制御によって、第２の負荷１７への給電は絶たれるものの、通常給電が不可能になった第１の負荷１４に対しては、第２の電源１６→双方向ＤＣＤＣコンバーター１５→整流素子Ｄ２→第１の負荷１４という電源経路が形成されて、バックアップ給電が行われる。
【００３３】
なお、第１の電源１３の失陥発生から第１のリレーＲＬ１が遮断（ＯＦＦ）から通電（ＯＮ）へ切り替わるまでに遅延があると、第１の負荷１４への給電が瞬間的に断たれて（瞬断）第１の負荷１４がリセットしてしまうおそれがある。そこで、この対策として本実施形態では、レギュレーター１８を第２の電源１６と第１の負荷１４との間に挿入して給電経路を確保し、遅延によって生じる第１の負荷１４への電力供給の瞬断の影響を抑制している。
【００３４】
［作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係る冗長電源システム１００によれば、第１の電源１３から及びＤＣＤＣコンバーターを介して第２の電源１６から第１の負荷１４へ冗長的に電源を供給し、第１の電源１３から第２の負荷１７へ電源を供給するシステム構成において、第２の電源１６と第１の負荷１４との間にレギュレーター１８を挿入し、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５から第２の負荷１７へ給電する経路を設ける。そして、制御部２０は、アイドルストップ後のエンジン再始動処理では、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５を介して第２の負荷１７へ給電され、かつ、レギュレーター１８を介して第１の負荷１４へバックアップ給電されるように、各リレーを制御する。また、制御部２０は、アイドルストップ後のエンジン再始動処理でのメイン電源の失陥時には、第２の負荷１７へ給電を停止し、双方向ＤＣＤＣコンバーター１５を介して第１の負荷１４へバックアップ給電されるように、各リレーを制御する。
【００３５】
この制御により、アイドルストップ後のエンジン再始動処理には、第１の負荷１４に対して通常給電及びバックアップ給電による冗長電源構成を維持しつつ、第２の負荷１７には電圧変動を抑制した電力を供給することができる。また、アイドルストップ後のエンジン再始動処理でのメイン電源の失陥時には、第１の負荷１４に対してバックアップバックアップ給電を継続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の冗長電源システムは、アイドルストップ＆スタート機能を搭載した車両などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  オルタネーター（ＡＬＴ）
１２  スターター（ＳＴ）
１３  第１の電源
１４  第１の負荷
１５  双方向ＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
１６  第２の電源
１７  第２の負荷
１８  レギュレーター（Ｒｅｇ）
２０  制御部
１００、２００  冗長電源システム
ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４  リレー
【図１】
2020026215.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020026215.tif 000005
【図４】
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【図５】
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