(57)【要約】【課題】電源を冗長化する際に、一方の電源に双方向ＤＣＤＣコンバータを接続した場合において、負荷への電力供給の信頼性を向上させる。【解決手段】第１バッテリおよび第２バッテリと接続し、負荷に電力を供給する電力分配システムであって、第１バッテリの出力電圧および第２バッテリの出力電圧を検出するとともに、第２バッテリの充放電動作を制御する双方向ＤＣＤＣコンバータと、第１バッテリの出力電圧および第２バッテリの出力電圧を検出し、この検出結果と双方向ＤＣＤＣコンバータにおける検出結果とに基づいて、第１バッテリおよび第２バッテリのどちらから負荷に電力を供給するかを判定する制御部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バッテリおよび第２バッテリと接続し、負荷に電力を供給する電力分配システムであって、
前記第１バッテリの出力電圧および前記第２バッテリの出力電圧を検出するとともに、前記第２バッテリの充放電動作を制御する双方向ＤＣＤＣコンバータと、
前記第１バッテリの出力電圧および前記第２バッテリの出力電圧を検出し、この検出結果と前記双方向ＤＣＤＣコンバータにおける検出結果とに基づいて、第１バッテリおよび第２バッテリのどちらから前記負荷に電力を供給するかを判定する制御部と、
を備えたことを特徴とする電力分配システム。
【請求項２】
前記制御部は、
自身と前記双方向ＤＣＤＣコンバータの少なくとも一方が、前記第１バッテリの出力電圧低下を検出した場合に、前記第２バッテリから前記負荷に電力を供給すると判定することを特徴とする請求項１に記載の電力分配システム。
【請求項３】
前記制御部は、
自身と前記双方向ＤＣＤＣコンバータの双方が、前記第１バッテリの出力電圧低下を検出した場合に、前記第２バッテリから前記負荷に電力を供給すると判定することを特徴とする請求項１に記載の電力分配システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メインバッテリおよびサブバッテリと接続し、負荷に電力を分配する電力分配システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両のＡＤＡＳ（先進運転安全支援システム）や自動運転に関する技術開発が進んでいる。これらに用いられる制御装置や各種センサは、電力で動作するため、バッテリからの電力供給が滞るとその機能を十分に発揮することができなくなる。このような状況を回避するために、車両にバッテリを複数台搭載して電源を冗長化することが行なわれている。
【０００３】
電源の冗長化に関して、特許文献１には、図１０に示すような電源装置が開示されている。この電源装置は、メインバッテリ３０１とサブバッテリ３０２とで電源を冗長化しており、両バッテリが電源ボックス３３１に接続されている。また、電源ボックス３３１には、モータ等の負荷３２２、ランプ等の負荷３２３が並列に接続されている。
【０００４】
電源ボックス３３１内にはマイコン３３２が備えられ、マイコン３３２には電源監視部３３３とリレー制御部３３４とが設けられている。電源監視部３３３は、メインバッテリ３０１およびサブバッテリ３０２の出力電圧を監視し、監視結果に基づいてリレー制御部３３４を駆動することで、メインバッテリ系のリレー３１２およびサブバッテリ系のリレー３１３の開閉動作を制御する。
【０００５】
特許文献１に記載された電源装置によれば、例えば、メインバッテリ３０１とサブバッテリ３０２の出力電圧を監視し、出力電圧が所定の閾値以下であるバッテリからは負荷に電力を供給しないようにする制御等を行なうことができる。これにより、一方のバッテリが失陥した場合であっても、負荷に安定して電力を供給することができるようになる。
【０００６】
ところで、バッテリを冗長化する際に、サブバッテリとして、従来の鉛バッテリに代えて、リチウムイオンバッテリを用いることが実用化されている。リチウムイオンバッテリは、エネルギー密度が高く、小型で軽量であるという特長を有するが、充電の際に厳密な電圧制御が必要とされるため、双方向ＤＣＤＣコンバータが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−２１４２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された電源装置において、サブバッテリとしてリチウムイオンバッテリを用いて、さらに双方向ＤＣＤＣコンバータを備えさせた場合であっても、それぞれのバッテリの出力電圧に基づいて電力供給経路を制御することによって負荷への電力供給の信頼性を向上させることができると考えられる。
【０００９】
しかしながら、さらなる信頼性向上のためには、バッテリ自体の失陥のみならず、出力電圧低下の誤検出等の制御系の不具合についても考慮することが望ましい。
【００１０】
そこで、本発明は、電源を冗長化する際に、一方の電源に双方向ＤＣＤＣコンバータを接続した場合において、負荷への電力供給の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の一態様である電力分配システムは、第１バッテリおよび第２バッテリと接続し、負荷に電力を供給する電力分配システムであって、前記第１バッテリの出力電圧および前記第２バッテリの出力電圧を検出するとともに、前記第２バッテリの充放電動作を制御する双方向ＤＣＤＣコンバータと、前記第１バッテリの出力電圧および前記第２バッテリの出力電圧を検出し、この検出結果と前記双方向ＤＣＤＣコンバータにおける検出結果とに基づいて、第１バッテリおよび第２バッテリのどちらから前記負荷に電力を供給するかを判定する制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記制御部は、自身と前記双方向ＤＣＤＣコンバータの少なくとも一方が、前記第１バッテリの出力電圧低下を検出した場合に、前記第２バッテリから前記負荷に電力を供給すると判定することができる。
あるいは、前記制御部は、自身と前記双方向ＤＣＤＣコンバータの双方が、前記第１バッテリの出力電圧低下を検出した場合に、前記第２バッテリから前記負荷に電力を供給すると判定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電源を冗長化する際に、一方の電源に双方向ＤＣＤＣコンバータを接続した場合において、負荷への電力供給の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る車両の電源装置を説明する図である。
【図２】双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０と電源分配ユニットとを示す図である。
【図３】制御部の機能ブロック図である。
【図４】双方向ＤＣＤＣコンバータの機能ブロック図である。
【図５】リレー制御部とＤＣＤＣコンバータ制御部の制御内容を説明する図である。
【図６】判定部の判定基準を説明する図である。
【図７】正常走行時の電力伝達経路を説明する図である。
【図８】バッテリ失陥時の電力伝達経路を説明する図である。
【図９】電源装置の別例を説明する図である。
【図１０】従来の電源冗長化の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る車両の電源装置１００を説明する図である。電源装置１００は、メインバッテリ１０１とサブバッテリ１０２とで電源を冗長化しており、両バッテリが電力分配システム１１０に接続されている。
【００１５】
また、電力分配システム１１０には、ブレーキＥＣＵ等の第１負荷１４１、ＡＤＡＳ  ＥＣＵ等の第２負荷１４２が接続されている。これらの負荷には車両の走行中に安定的に電力を供給する必要がある。ただし、電力分配システム１１０に接続される負荷はこれらに限られない。
【００１６】
メインバッテリ１０１は、例えば、鉛バッテリ（Ｐｂ）とすることができる。また、サブバッテリ１０２は、例えば、リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）とすることができる。リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）は、充電の際に厳密な電圧制御が必要とされるため、電力分配システム１１０は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０を備えている。
【００１７】
例えば、メインバッテリ１０１は、第１バッテリとして機能し、サブバッテリ１０２は、第２バッテリとして機能することができる。ただし、サブバッテリ１０２として用いるバッテリは、リチウムイオンバッテリに限定されない。例えば、キャパシタ等を用いてもよい。
【００１８】
また、電力分配システム１１０は、ＩＧリレー１１１、切替リレー１１２、制御部１２０、メインバッテリ１０１と接続するメイン端子１１６、サブバッテリ１０２と接続するサブ端子１１７、負荷と接続する負荷端子１１８を備えている。
【００１９】
本図の例では、負荷端子１１８は、複数個が並列に接続されており、負荷端子１１８ａに第１負荷１４１が接続され、負荷端子１１８ｂに第２負荷１４２が接続されている。メイン端子１１６には、オルタネータ１０３も接続されている。なお、本実施形態の説明に不要なリレー、電源供給配線、ヒューズ、負荷等は記載を省略している。
【００２０】
電力分配システム１１０は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０と、それ以外の部品で構成される電源分配ユニット１１０Ａとに区分けすることができる。双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０と電源分配ユニット１１０Ａとは、互いに通信を行ない、図２に示すように、一体化可能な構造としている。ここで、図２（ａ）は、電源分配ユニット１１０Ａと双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０とを分離したときの図であり、図２（ｂ）は、両者を一体化したときの図である。
【００２１】
双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０と電源分配ユニット１１０Ａとを一体化可能な構造としたことにより、両者を接続する径の太い電源用電線を削減できるとともに、通信用の信号ラインを最短化することによる耐ノイズ性を高めることができる。また、それぞれ複数の仕様を用意し、搭載対象車に応じた組み合わせの変更や設計変更等を容易に行なうことができる。
【００２２】
図１の説明に戻って、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０は、メイン端子１１６とサブ端子１１７との間に接続され、ＩＧリレー１１１は、メイン端子１１６と負荷端子１１８との間に接続され、切替リレー１１２は、サブ端子１１７と負荷端子１１８との間に接続されている。
【００２３】
サブ端子１１７を介してサブバッテリ１０２と接続する双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０は、その動作方向として、充電方向、放電方向、停止の３つの状態を切換えることができる。充電方向は、メイン端子１１６からサブ端子１１７方向の電力伝達であり、放電方向は、サブ端子１１７からメイン端子１１６方向の電力伝達である。ここでは、昇圧、降圧の有無については問わない。停止は、どちらの方向にも電力を伝達しない状態である。
【００２４】
制御部１２０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成することができ、プログラム等に従って、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の動作方向、ＩＧリレー１１１の開閉動作、切替リレー１１２の開閉動作等を制御する。
【００２５】
図３は、制御部１２０の機能ブロック図である。本図に示すように、制御部１２０は、メインバッテリ電圧検出部１２１、サブバッテリ電圧検出部１２２、走行状態検出部１２３、リレー制御部１２４、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５を備えている。
【００２６】
メインバッテリ電圧検出部１２１は、メイン端子１１６を介して接続されたメインバッテリ１０１の電圧を検出する。サブバッテリ電圧検出部１２２は、サブ端子１１７を介して接続されたサブバッテリ１０２の電圧を検出する。
【００２７】
走行状態検出部１２３は、走行中の車両が通常走行状態にあるのかセーリング状態にあるのかを判別する。ここで、セーリング状態とは、加速後にエンジンを停止して慣性走行している状態をいう。走行状態検出部１２３は、例えば、上位装置と通信を行なうこと等により走行状態を判別することができる。
【００２８】
リレー制御部１２４は、ＩＧリレー１１１、切替リレー１１２の開閉動作を制御する。ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５は、双方向ＤＣＤＣコンバータの動作方向を制御する。リレー制御部１２４とＤＣＤＣコンバータ制御部１２５は、以下に説明するように、メインバッテリ電圧検出部１２１、サブバッテリ電圧検出部１２２等に基づいて、メインバッテリ１０１あるいはサブバッテリ１０２の失陥を判定し、それぞれの制御を行なう。
【００２９】
図４は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の機能ブロック図である。本図に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０は、メインバッテリ電圧検出部１３１、サブバッテリ電圧検出部１３２、充放電制御部１３３を備えている。
【００３０】
メインバッテリ電圧検出部１３１は、メインバッテリ１０１の電圧を検出し、メインバッテリ１０１の出力電圧低下を検出した場合に、制御部１２０に通知する。サブバッテリ電圧検出部１３２は、サブバッテリ１０２の電圧を検出し、サブバッテリ１０２の出力電圧低下を検出した場合に、制御部１２０に通知する。なお、従来から、双方向ＤＣＤＣコンバータは、充放電制御動作のために入出力電圧を測定しており、この機能を本実施形態のメインバッテリ電圧検出部１３１、サブバッテリ電圧検出部１３２に流用することができる。
【００３１】
充放電制御部１３３は、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５の制御に基づいて、充電方向、放電方向、停止のいずれかの状態で動作を行ない、必要に応じて直流電圧変換処理を行なうことで、サブバッテリ１０２の充放電動作を制御する。
【００３２】
図５は、リレー制御部１２４とＤＣＤＣコンバータ制御部１２５の制御内容を説明する図である。本図では、車両が正常に走行している状態（図５（ａ））と、メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２のいずれかで故障等が発生しているバッテリ失陥状態（図５（ｂ））とで区分している。
【００３３】
正常に走行している状態（図５（ａ））では、通常走行であれば、リレー制御部１２４がＩＧリレー１１１をＯＮ（閉）にし、切替リレー１１２をＯＦＦ（開）にするとともに、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５が双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の動作方向を充電方向にする。
【００３４】
この結果、負荷への電源供給は、メインバッテリ１０１およびオルタネータ１０３から行なわれる。また、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の制御によりサブバッテリ１０２への充電も行なわれる。図６（ａ）は、このときの電源供給経路を模式的に表している。
【００３５】
一方、正常に走行している状態で、セーリング走行であれば、リレー制御部１２４がＩＧリレー１１１をＯＮにし、切替リレー１１２をＯＦＦにするとともに、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５が双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の動作方向を放電方向にする。これは、セーリング走行中はオルタネータ１０３が発電を行なわないためである。
【００３６】
この結果、負荷への電源供給は、メインバッテリ１０１およびサブバッテリ１０２から行なわれる。サブバッテリ１０２の放電は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０が制御する。図６（ｂ）は、このときの電源供給経路を模式的に表している。
【００３７】
バッテリ失陥が発生している状態（図５（ｂ））では、以下のような制御となる。メインバッテリ失陥の場合は、リレー制御部１２４がＩＧリレー１１１をＯＦＦにし、切替リレー１１２をＯＮにするとともに、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５が双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の動作を停止にする。また、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０がサブバッテリ１０２を放電状態に制御する。
【００３８】
この結果、負荷への電源供給は、サブバッテリ１０２から行なわれる。図７（ａ）は、このときの電源供給経路を模式的に表している。
【００３９】
サブバッテリ失陥の場合は、リレー制御部１２４がＩＧリレー１１１をＯＮにし、切替リレー１１２をＯＦＦにするとともに、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５が双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の動作を停止にする。
【００４０】
この結果、負荷への電源供給は、メインバッテリ１０１から行なわれる。図７（ｂ）は、このときの電源供給経路を模式的に表している。なお、メインバッテリ１０１に加え、オルタネータ１０３からも電源供給を行なってもよい。
【００４１】
次に、制メインバッテリ失陥、サブバッテリ失陥の判断について説明する。メインバッテリ失陥、サブバッテリ失陥の判断は、制御部１２０が、自身のメインバッテリ１０１とサブバッテリ１０２の電圧検出結果と、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０のメインバッテリ１０１とサブバッテリ１０２の電圧検出結果とに基づいて行なう。
【００４２】
すなわち、バッテリ失陥の判断に、制御部１２０の電圧検出結果だけでなく、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の電圧検出結果の両方を用いるようにしている。このように、本実施形態では、バッテリ失陥の判断に用いる電圧検出結果を冗長化することで、負荷への電力供給の信頼性を向上させるようにしている。
【００４３】
本実施形態では、制御部１２０の電圧検出結果と、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の電圧検出結果とを用いてバッテリ失陥を判断すれば足り、バッテリ失陥の判断基準については任意とすることができる。
【００４４】
例えば、図８（ａ）に示すように、制御部１２０、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の少なくとも一方がメインバッテリ１０１の電圧低下を検出した場合に、メインバッテリ失陥と判断し、少なくとも一方がサブバッテリ１０２の電圧低下を検出した場合に、サブバッテリ失陥と判断するようにすることができる。すなわち、論理和（ＯＲ）による判断である。
【００４５】
あるいは、図８（ｂ）に示すように、制御部１２０、双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の双方がメインバッテリ１０１の電圧低下を検出した場合に、メインバッテリ失陥と判断し、双方がサブバッテリ１０２の電圧低下を検出した場合に、サブバッテリ失陥と判断するようにすることができる。すなわち、論理積（ＡＮＤ）による判断である。
【００４６】
いずれの場合も、上述のように、メインバッテリ失陥と判断した場合には、サブバッテリ１０２から電源供給を行ない、サブバッテリ失陥と判断した場合には、メインバッテリ１０１から電源供給を行なう。
【００４７】
このように、本実施形態の電力分配システム１１０によれば、バッテリ電圧低下の検出を冗長化しているため、バッテリ失陥の誤検出を防ぎ、負荷への電力供給の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
ところで、上述の例では、切替リレー１１２を、サブ端子１１７と負荷端子１１８との間に接続するようにしていたが、図９（ａ）に示すように、切替リレー１１２を、メイン端子１１６と負荷端子１１８との間に接続するようにしてもよい。
【００４９】
この場合、メインバッテリ失陥時には、図９（ｂ）に示すように、リレー制御部１２４がＩＧリレー１１１をＯＦＦにし、切替リレー１１２をＯＮにするとともに、ＤＣＤＣコンバータ制御部１２５が双方向ＤＣＤＣコンバータ１３０の動作方向を放電方向にすればよい。
【符号の説明】
【００５０】
１００  電源装置
１０１  メインバッテリ
１０２  サブバッテリ
１０３  オルタネータ
１１０  電力分配システム
１１０Ａ  電源分配ユニット
１１１  ＩＧリレー
１１２  切替リレー
１１６  メイン端子
１１７  サブ端子
１１８  負荷端子
１２０  制御部
１２１  メインバッテリ電圧検出部
１２２  サブバッテリ電圧検出部
１２３  走行状態検出部
１２４  リレー制御部
１２５  ＤＣＤＣコンバータ制御部
１３０  双方向ＤＣＤＣコンバータ
１３１  メインバッテリ電圧検出部
１３２  サブバッテリ電圧検出部
１３３  充放電制御部
１４１  第１負荷
１４２  第２負荷
【図１】
2018196253.tif 000003
【図２】
2018196253.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018196253.tif 000009
【図８】
2018196253.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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