JP2018093633A - 車載電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載電源装置の小型化および軽量化。
【解決手段】
直流電圧入力部８と、直流電圧出力部９と、直流電圧入力部８と直流電圧出力部９との間に接続配置された、複数のＤＣＤＣコンバータ１３を有する第１コンバータ群１０と、
第１コンバータ群１０に並列に接続配置されて第１コンバータ群１０よりも少ないＤＣＤＣコンバータ１３を有する第２コンバータ群１１と、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１とに接続され、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１とを制御する電源制御部１２と、を含む。電源制御部１２は、第１コンバータ群１０における出力可能電力と基準電力とを比較し、出力可能電力が基準電力よりも小さいときには、第２コンバータ群１１の少なくとも１つのＤＣＤＣコンバータ１３を起動させて、出力可能電力を前記基準電力以上にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種車両に使用される車載電源装置に関するものである。

以下、従来の車載電源装置について図面を用いて説明する。図３は従来の車載電源装置の構成を示した回路ブロック図であり、高電圧側電源１から負荷２への電力供給および鉛バッテリー３への充電のために、高電圧側電源１と負荷２および鉛バッテリー３との間に電源装置４が配置されていた。電源装置４には第１コンバータ５と第２コンバータ６とが並列に配置され、通常は第１コンバータ５と第２コンバータ６の何れか一方が通常動作用コンバータとして、負荷２および鉛バッテリー３へ電力を供給し、第１コンバータ５と第２コンバータ６の他方がバックアップ用コンバータとして配置されていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１４−８２９２９号公報

しかしながら、従来の車載電源装置では、電源装置４は通常時に動作するコンバータと通常では動作しないバックアップ用のコンバータとの、同等の特性を有した２つのコンバータが配置される。これにより、電源装置４が動作するために最低限必要なコンバータに伴う重量や容積に対し、電源装置４はコンバータについて概ね２倍の重量や容積を有するものであった。

この結果として、電源装置４を搭載する車両の構造や燃費に制約が生じるという課題を有するものであった。

そこで本発明は、車載電源装置を小型化および軽量化させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、直流電圧入力部と、直流電圧出力部と、前記直流電圧入力部と前記直流電圧出力部との間に接続配置された、複数のＤＣＤＣコンバータを有する第１コンバータ群と、前記第１コンバータ群に並列に接続配置されて前記第１コンバータ群よりも少ないＤＣＤＣコンバータを有する第２コンバータ群と、前記第１コンバータ群および前記第２コンバータ群とに接続され、前記第１コンバータ群および前記第２コンバータ群とを制御する電源制御部と、を備え、前記電源制御部は、前記第１コンバータ群における出力可能電力と基準電力とを比較し、前記出力可能電力が前記基準電力よりも小さいときには、前記第２コンバータ群の少なくとも１つのＤＣＤＣコンバータを起動させて、前記出力可能電力を前記基準電力以上にする、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、第１コンバータ群からの出力電力が不足する事態が生じた際には、第
２コンバータ群のＤＣＤＣコンバータが起動することによって、出力電力の不足分を補うことで電源に接続された負荷の動作を安定させる。

このとき、第２コンバータ群は不足分の電力を補うだけでよいので、第１コンバータ群と同等の電力容量を有する必要がない。したがって第２コンバータ群は、第１コンバータ群よりも小さな容積と軽量化されたコンバータ群として第１コンバータ群に付加されればよい。

この結果、第１コンバータ群および第２コンバータ群を有する車載電源装置は、小型化および軽量化が可能となり、車両の構造や燃費に対する制約を生じ難くすることができる。

本発明の実施の形態における車載電源装置の構成を示した回路ブロック図 本発明の実施の形態における車載電源装置を搭載した車両のブロック図 従来の車載電源装置の構成を示した回路ブロック図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における車載電源装置の構成を示した回路ブロック図であり、車載電源装置７は、直流電圧入力部８と、直流電圧出力部９と、第１コンバータ群１０と、第２コンバータ群１１と、電源制御部１２とを含む。

第１コンバータ群１０は複数のＤＣＤＣコンバータ１３を有し、直流電圧入力部８と直流電圧出力部９との間に接続配置されている。第２コンバータ群１１は、第１コンバータ群１０が有するＤＣＤＣコンバータ１３よりも少ないＤＣＤＣコンバータ１３を有し、第１コンバータ群１０に対して並列に接続配置されている。また、電源制御部１２は、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１に接続されていて、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１の動作を制御する。

電源制御部１２は、第１コンバータ群１０における出力可能電力を検出し、さらに出力可能電力と基準電力とを比較する。そして電源制御部１２は、出力可能電力が基準電力よりも小さいと判定したきには、第２コンバータ群１１の少なくとも１つのＤＣＤＣコンバータ１３を起動させる。これにより車載電源装置７からの出力可能電力を基準電力以上にする。

以上の構成および動作により、第１コンバータ群１０からの出力電力が不足する事態が生じた際には、第２コンバータ群１１のＤＣＤＣコンバータ１３が起動する。これによって、第１コンバータ群１０からの出力電力の不足分を第２コンバータ群１１のＤＣＤＣコンバータ１３が補うことで車載電源装置７に接続された車両負荷１４の動作を安定させることができる。

このとき、第２コンバータ群１１は不足分の電力を補うだけでよいので、第１コンバータ群１０と同等の電力容量を有する必要がない。したがって第２コンバータ群１１は、第１コンバータ群１０よりも小さな容積と軽量化されたコンバータ群として第１コンバータ群１０に付加されればよい。

この結果、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１を有する車載電源装置７
は、小型化および軽量化が可能となり、車載電源装置７を搭載する車両の構造や燃費に対する制約を生じ難くすることができる。当然ながら、個々のＤＣＤＣコンバータ１３の員数が抑制され、また、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１を総合した電力容量が抑制されるので、車載電源装置７のコストもまた抑制される。

さらに、車載電源装置７は複数のＤＣＤＣコンバータ１３を有する第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１によって構成されているため、特に複数のＤＣＤＣコンバータ１３によって構成される第１コンバータ群１０において、個々のＤＣＤＣコンバータ１３が重複して異常事態に陥ることで車両負荷１４へ基準電力を供給できなくなる状況の発生は極めて低い発生率に抑制される。したがって、一般的に直流電圧出力部９と車両負荷１４との間へ、車載電源装置７に対して並列に配置される鉛バッテリー（図示せず）を配置する必要性を除去することができる。

以下、車載電源装置７の構成および動作について詳しく説明する。図２は本発明の実施の形態における車載電源装置を搭載した車両のブロック図であり、車両１５の車体１６に搭載された車載電源装置７は、直流電圧入力部８で高電圧直流電源１７に接続されている。高電圧直流電源１７は例えば、２４Ｖや４８Ｖなどの出力電圧を有するリチウムバッテリーなどであり、高電圧直流電源１７は車体１６に搭載された発電機１８などにより適宜充電される。

高電圧直流電源１７から出力される電力は、並列に接続配置された第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１へ供給されることが可能な状態となっている。通常、第１コンバータ群１０は電源制御部１２によって第２コンバータ群１１よりも優先的に駆動されて、直流電圧出力部９を介して車両負荷１４へ基準電力以上の電力を供給することが可能な状態に設定されている。ここで、基準電力とは、車両負荷１４が正常に動作することが可能な電圧と電流とによる電力である。また、車両負荷１４は車両１５に応じて概ね予め決定されているため、基準電力の値も車両１５に対応した値として予め決定されていればよい。

電源制御部１２は、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１の動作を制御するとともに、第１コンバータ群１０の出力可能電力を検知している。電源制御部１２が第１コンバータ群１０の出力可能電力を検知するタイミングは車両１５に配置されたエンジンスイッチ１９がオンとなったあとは常時であってもよい。あるいは、エンジンスイッチ１９がオンとなった直後で多くの車両負荷１４がまだ動作していない状況から電源制御部１２が第１コンバータ群１０の出力可能電力を検知し始め、この検知動作が定期的に間隔を設けて実施されてもよい。特にエンジンスイッチ１９がオンとなった直後に検知が実施される場合、車両負荷１４の多くがまだ動作していない状況であるので、第１コンバータ群１０の出力可能電力は容易にかつ正確に検知することが可能となる。またあるいは、急激に車両負荷１４が大きくなったタイミングに電源制御部１２が第１コンバータ群１０に対する検知を実行してもよい。

また、電源制御部１２は、第１コンバータ群１０を包括して出力可能電力を検知しても、あるいは、第１コンバータ群１０を構成し並列に接続された状態の個々のＤＣＤＣコンバータ１３の個別出力可能電力を検知したうえで出力可能電力を検知してもよい。さらに、第２コンバータ群１１に関しては、第２コンバータ群１１を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３の個別出力可能電力を、第１コンバータ群１０の出力可能電力を検知する際に同時に検知すればよい。第２コンバータ群１１においてもまた、個々のＤＣＤＣコンバータ１３は並列に接続された状態となっている。

電源制御部１２が第１コンバータ群１０に対して上記のように出力可能電力を検知して
出力可能電力が基準電力以上であれば、第１コンバータ群１０が正常に動作していると電源制御部１２は判定する。したがってこの場合は、車両負荷１４で大きな電力が必要となっても、電力の供給は第１コンバータ群１０が全てを負担することになる。

この一方で、出力可能電力が基準電力よりも小さいときは、第１コンバータ群１０が正常に動作していないと電源制御部１２は判定する。このとき、電源制御部１２は基準電力に対する出力可能電力の不足分を算出し、不足分の電力を補うために電源制御部１２は第２コンバータ群１１を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３のうち任意のＤＣＤＣコンバータ１３を動作させる。つまり、電源制御部１２は第１コンバータ群１０と第２コンバータ群１１との双方から得られる電力が基準電力以上となるようにＤＣＤＣコンバータ１３を制御する。

電源制御部１２が第２コンバータ群１１を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３のうち任意のＤＣＤＣコンバータ１３を動作させるときには、当然ながら、第２コンバータ群１１を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３のうち、個別出力可能電力が正常なＤＣＤＣコンバータ１３を電源制御部１２が選択する。ここで、第１コンバータ群１０を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３、および第２コンバータ群１１を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３は全てが概ね同一の出力電力容量を有していればよい。これにより、第１コンバータ群１０における電力の不足分の算出や、不足分の電力を補うための電源制御部１２による第２コンバータ群１１に対する制御はさらに容易で、かつ正確となる。

また、第１コンバータ群１０における出力可能電力が基準電力よりも小さいときは、第１コンバータ群１０を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３のうちの異常状態のＤＣＤＣコンバータ１３を特定したうえで、電源制御部１２は車両１５に設けられた警告装置（図示せず）などに警告を発し、車両１５の搭乗者へ異常状態のＤＣＤＣコンバータ１３に対する補修等を促すとよい。

図１や図２では便宜上、連続して配列された特定のＤＣＤＣコンバータ１３の集団を第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１として示している。しかしながら、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１はともに、配置場所などによって区分されるのではなく、電源制御部１２が選択的に、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１のそれぞれを構成するＤＣＤＣコンバータ１３を決定すればよい。このため、全てのＤＣＤＣコンバータ１３を一箇所に集約して配置する必要は無く、車両１５への衝撃などから受ける損傷に対するリスクを分散させることができる。

したがって、当初設定した第１コンバータ群１０を構成するＤＣＤＣコンバータ１３のうちの１つ、あるいは複数に故障などの異常が生じた場合は、車両１５の起動が停止した後に次回の車両１５の起動を行う際には、異常が生じたＤＣＤＣコンバータ１３を第２コンバータ群１１へと分類設定し、前回の車両１５の起動時には第２コンバータ群１１を構成していたうちの正常なＤＣＤＣコンバータ１３を選択したうえで第１コンバータ群１０を構成するように入れ替えるように電源制御部１２が指示、設定すればよい。これにより、通常はメインのコンバータ群として動作して車両負荷１４へ電力を供給する第１コンバータ群１０は、常時において健全な状態を維持することができる。

以上の車載電源装置７における構成と動作により、第２コンバータ群１１は不足分の電力を補うことができればよい。つまり、第２コンバータ群１１は第１コンバータ群１０と同等の電力容量を有する必要がない。したがって第２コンバータ群１１は、第１コンバータ群１０よりも少ない員数のＤＣＤＣコンバータ１３を有することで、第１コンバータ群１０よりも小さな容積を有し、かつ、軽量化されたコンバータ群として第１コンバータ群１０に付加されればよい。

この結果、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１を有する車載電源装置７は、小型化および軽量化が可能となり、車載電源装置７を搭載する車両の構造や燃費に対する制約を生じ難くすることができる。当然ながら、個々のＤＣＤＣコンバータ１３の員数が抑制され、また、第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１を総合した電力容量が小さく抑えられるので、車載電源装置７のコストもまた抑制される。

また、第２コンバータ群１１が複数のＤＣＤＣコンバータ１３によって構成されている場合、一部のＤＣＤＣコンバータ１３に障害が生じても、第２コンバータ群１１が第１コンバータ群１０における電力不足を補う動作は殆どの状況で可能となる。言い換えると、第２コンバータ群１１を構成するＤＣＤＣコンバータ１３の員数は、第１コンバータ群１０を構成するＤＣＤＣコンバータ１３の員数に比較して大幅に小さくてもよい。

さらに、車載電源装置７は複数のＤＣＤＣコンバータ１３を有する第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１を有した構成とされているため、複数のコンバータ群を構成する個々のＤＣＤＣコンバータ１３が重複して異常事態に陥って車両負荷１４へ基準電力を供給できなくなり、車両１５の起動不良や突然の動作停止などが生じる発生率を、単独のコンバータで電源装置が構成される場合に比較して極めて低い発生率に抑制することができる。したがって、一般的に直流電圧出力部９と車両負荷１４との間へ、車載電源装置７に対して並列に配置される鉛バッテリー（図示せず）を配置しなくても車載電源装置７による車両負荷１４への電力供給のみで対応が可能となる。この結果、車載電源装置７は、車載電源装置７における小型化および軽量化のみならず、鉛バッテリー（図示せず）相当の軽量化を実現することも可能となり、車載電源装置７は車載電源装置７を搭載する車両１５の燃費をさらに向上させることを可能とする。

以上の説明では、車載電源装置７は第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１を有した形態としている。しかしながら、車載電源装置７は第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１に加えて、第３コンバータ群（図示せず）や第４コンバータ群（図示せず）など、複数のコンバータ群をさらに有してもよい。この場合においても、それぞれのコンバータ群に並列配置される個々のＤＣＤＣコンバータ１３は全てが概ね同一の出力電力容量を有していればよい。そして、第２コンバータ群１１と第３コンバータ群（図示せず）と第４コンバータ群（図示せず）とが有するＤＣＤＣコンバータ１３の員数の総数は、第１コンバータ群１０が有するＤＣＤＣコンバータ１３の員数よりも少なく、それぞれのコンバータ群において個々のＤＣＤＣコンバータ１３は並列に接続されている。

第１コンバータ群１０に加えて複数のコンバータ群を有する場合においても、電源制御部１２は第１コンバータ群１０を他のコンバータ群よりも優先的に駆動されて、直流電圧出力部９を介して車両負荷１４へ基準電力以上の電力を供給することが可能な状態に設定されている。第１コンバータ群１０以外の複数のコンバータ群は、第１コンバータ群１０における不足分の電力を補うだけでよいので、第１コンバータ群１０と同等の電力容量を有する必要がない。したがって複数のコンバータ群は、第１コンバータ群１０よりも小さな容積と軽量化されたコンバータ群として第１コンバータ群１０に付加されればよい。

また、先に述べたように、図１や図２では便宜上、連続して配列された特定のＤＣＤＣコンバータ１３の集団を第１コンバータ群１０および第２コンバータ群１１として示している。しかしながら、第１コンバータ群１０および複数のコンバータ群はともに、配置場所などによって区分されるのではなく、電源制御部１２が選択的に、第１コンバータ群１０および複数のコンバータ群のそれぞれを構成するＤＣＤＣコンバータ１３を決定すればよい。

したがって、当初設定した第１コンバータ群１０を構成するＤＣＤＣコンバータ１３のうちの１つや複数に故障などの異常が生じた場合は、車両１５の起動が停止した後に次回の車両１５の起動を行う際には、異常が生じたＤＣＤＣコンバータ１３を複数のコンバータ群のうち最も下位序列のコンバータ群へと分類設定し、前回の車両１５の起動時には複数のコンバータ群を構成していたうちの正常なＤＣＤＣコンバータ１３を選択したうえで第１コンバータ群１０を構成するように入れ替えるように設定すればよい。これにより、通常はメインのコンバータ群として動作して車両負荷１４へ電力を供給する第１コンバータ群１０は、常時において健全な状態を維持することができる。

本発明の車載電源装置は、小型化および軽量化が可能であるという効果を有し、各種車両において有用である。

７ 車載電源装置
８ 直流電圧入力部
９ 直流電圧出力部
１０ 第１コンバータ群
１１ 第２コンバータ群
１２ 電源制御部
１３ ＤＣＤＣコンバータ
１４ 車両負荷
１５ 車両
１６ 車体
１７ 高電圧直流電源
１８ 発電機
１９ エンジンスイッチ

Claims (5)

1. 直流電圧入力部と、
   直流電圧出力部と、
   前記直流電圧入力部と前記直流電圧出力部との間に接続配置された、複数のＤＣＤＣコンバータを有する第１コンバータ群と、
   前記第１コンバータ群に並列に接続配置されて前記第１コンバータ群よりも少ないＤＣＤＣコンバータを有する第２コンバータ群と、
   前記第１コンバータ群および前記第２コンバータ群とに接続され、前記第１コンバータ群および前記第２コンバータ群とを制御する電源制御部と、
   を備え、
   前記電源制御部は、
   前記第１コンバータ群における出力可能電力と基準電力とを比較し、
   前記出力可能電力が前記基準電力よりも小さいときには、前記第２コンバータ群の少なくとも１つのＤＣＤＣコンバータを起動させて、
   前記出力可能電力を前記基準電力以上にする、
   車載電源装置。
2. 前記電源制御部は、
   エンジンスイッチがオフからオンへと切り替えられた後に、前記第１コンバータ群における出力可能電力と基準電力とを比較する、
   請求項１に記載の車載電源装置。
3. 前記第１コンバータ群および前記第２コンバータ群を構成する個々のＤＣＤＣコンバータは、同一の出力電力容量を有する、
   請求項１に記載の車載電源装置。
4. 第３コンバータ群をさらに備え、
   前記第２コンバータ群と前記第３コンバータ群とが有するＤＣＤＣコンバータは、
   前記第１コンバータ群が有するＤＣＤＣコンバータよりも少なく、
   前記電源制御部は、
   前記第１コンバータ群における出力可能電力と基準電力とを比較し、
   前記出力可能電力が前記基準電力よりも小さいときには、前記第２コンバータ群および前記第３コンバータ群の少なくとも１つのＤＣＤＣコンバータを起動させて、
   前記出力可能電力を前記基準電力以上にする、
   請求項１に記載の車載電源装置。
5. 複数のコンバータ群をさらに備え、
   前記第２コンバータ群と前記複数のコンバータ群とが有するＤＣＤＣコンバータは、
   前記第１コンバータ群が有するＤＣＤＣコンバータよりも少なく、
   前記電源制御部は、
   前記第１コンバータ群における出力可能電力と基準電力とを比較し、
   前記出力可能電力が前記基準電力よりも小さいときには、前記第２コンバータ群および前記複数のコンバータ群の少なくとも１つのＤＣＤＣコンバータを起動させて、
   前記出力可能電力を前記基準電力以上にする、
   請求項１に記載の車載電源装置。

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