JP2018182799A

JP2018182799A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2018182799A
Application number: JP2017074445A
Authority: JP
Inventors: 好紘山▲崎▼; Yoshihiro Yamazaki
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】サブ電源により負荷部への電力供給の冗長性を実現した上で、サブ電源の劣化を抑制することができる車両用電源装置を提供する。【解決手段】車両用電源装置１は、主電源１０と、サブ電源４０と、切替回路５０と、冗長回路６０と、制御部８０とを備える。サブ電源４０は、主電源１０及び要安定負荷部３２に接続され、要安定負荷部３２に供給する電力の電圧が主電源１０から要安定負荷部３２に供給される電力の電圧より低い。切替回路５０は、主電源１０とサブ電源４０との間に設けられ、主電源１０とサブ電源４０との電気的な接続をオン又はオフに切り替える。冗長回路６０は、切替回路５０とは異なる回路であって、サブ電源４０と要安定負荷部３２との間にダイオード６１を有し、当該ダイオード６１を介してサブ電源４０から要安定負荷部３２に電力が供給される。制御部８０は、切替回路５０に接続され、当該切替回路５０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源装置に関する。

従来、例えば、ハイブリッド車両や電気自動車（ＥＶ；ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の車両には、車両の電源を制御する車両用電源装置が搭載されている。この車両用電源装置は、例えば、ＤＣＤＣコンバータを介して負荷部に電力を供給する高電圧の主電源と、主電源から負荷部に電力を供給できない場合に優先度の高い負荷部に電力を供給する非常用の低電圧のサブ電源とを備えている。車両用電源装置は、例えば、主電源とサブ電源とが接続され、主電源から供給される電力によりサブ電源を充電する場合がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１６−１３７８３６号公報

ところで、従来の車両用電源装置は、例えば、主電源により負荷部を駆動時にサブ電源が自然放電等により放電された場合、主電源とサブ電源との電位差により主電源からサブ電源に電力が供給され、当該主電源から供給された電力によりサブ電源を充電する場合がある。このため、従来の車両用電源装置は、サブ電源が充電と放電とを繰り返すことにより当該サブ電源の劣化を招くおそれがあり、この点で更なる改善の余地がある。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サブ電源による電力供給の冗長性を実現した上で、サブ電源の劣化を抑制することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両用電源装置は、負荷部に接続され、前記負荷部に電力を供給する主電源と、前記主電源及び前記負荷部に接続され、前記主電源によって充電可能であり、前記負荷部に供給する電力の電圧が前記主電源から前記負荷部に供給される前記電力の電圧より低いサブ電源と、前記主電源と前記サブ電源との間に設けられ、前記主電源と前記サブ電源との電気的な接続をオン又はオフに切り替える切替回路と、前記切替回路とは異なる回路であって、前記サブ電源と前記負荷部との間にダイオードを有し、前記ダイオードを介して前記サブ電源から前記負荷部に電力が供給される冗長回路と、前記切替回路に接続され、前記切替回路を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、上記車両用電源装置において、前記サブ電源の残容量を検出する検出器を備え、前記制御部は、前記検出器に接続され、前記検出器により検出された前記残容量に基づいて前記切替回路をオン又はオフに制御することが好ましい。

また、上記車両用電源装置において、前記制御部は、前記検出器により検出された前記残容量が第一基準値以下の場合、前記切替回路をオンし、前記主電源から供給される前記電力により前記サブ電源を充電し、前記検出器により検出された前記残容量が前記第一基準値より大きい第二基準値を超える場合、前記切替回路をオフし、前記主電源から供給される前記電力により前記サブ電源を充電しないことが好ましい。

本発明に係る車両用電源装置は、主電源とサブ電源との電気的な接続をオン又はオフに切り替える切替回路と、ダイオードを介してサブ電源から負荷部に電力が供給される冗長回路と、を備える。これにより、車両用電源装置は、主電源から負荷部に電力が供給できない場合、サブ電源から冗長回路を介して負荷部に電力を供給することができる。また、車両用電源装置は、主電源によりサブ電源を充電する充電頻度を抑制することができる。この結果、車両用電源装置は、サブ電源による電力供給の冗長性を実現した上で、サブ電源の劣化を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。図３は、変形例に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
実施形態に係る車両用電源装置１について説明する。車両用電源装置１は、車両の電源を制御する装置であり、例えば、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッドカー（ＰＨＥＶ；Ｐｌｕｇ−ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ；ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の車両に搭載される。車両用電源装置１は、ＤＣＤＣコンバータ２０を介して高電圧の主電源１０から負荷群３０及び低電圧のサブ電源４０に電力を供給し、主電源１０から負荷群３０に電力を供給できない場合にサブ電源４０から負荷群３０の要安定負荷部３２に電力を供給するものである。以下、車両用電源装置１について詳細に説明する。

車両用電源装置１は、主電源１０と、ＤＣＤＣコンバータ２０と、負荷群３０と、サブ電源４０と、切替回路５０と、冗長回路６０と、検出器７０と、制御部８０とを備える。車両用電源装置１は、全体の構成として、主電源１０と負荷群３０とが接続され、さらに、主電源１０とサブ電源４０とが切替回路５０を介して接続され、サブ電源４０と負荷群３０の要安定負荷部３２とが冗長回路６０を介して接続されている。

主電源１０は、電圧がサブ電源４０よりも高いバッテリである。主電源１０は、ＤＣＤＣコンバータ２０を介して負荷群３０に接続され、負荷群３０に電力を供給する。

ＤＣＤＣコンバータ２０は、直流電圧を変圧する変換器である。ＤＣＤＣコンバータ２０は、図示しないスイッチング回路等を備え、当該スイッチング回路のオン・オフ制御により主電源１０から供給される電力の電圧を変更する。ＤＣＤＣコンバータ２０は、主電源１０と負荷群３０との間に設けられ、例えば、主電源１０から供給される電力の電圧を降圧し、降圧した電力を負荷群３０に供給する。ＤＣＤＣコンバータ２０は、さらに、切替回路５０を介してサブ電源４０に接続され、降圧した電力をサブ電源４０に供給する。なお、ＤＣＤＣコンバータ２０は、負荷群３０の消費電力の変動に対して応答性がよいものが好ましく、また、スイッチング回路の動作周波数が高周波数帯域（ＭＨｚ帯域）であることが好ましい。

負荷群３０は、一般負荷部３１及び要安定負荷部３２を含む負荷部の集合体である。一般負荷部３１は、車両の乗員が快適に過ごすための機器であり、例えば、オーディオや空調機器等である。一般負荷部３１は、ＤＣＤＣコンバータ２０と切替回路５０との間の電線５２に接続されている。一般負荷部３１は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して電力が供給される。

要安定負荷部３２は、車両の走行に関する機器であり、例えば、ヘッドランプや電動パワーステアリング等である。要安定負荷部３２は、主電源１０及びサブ電源４０に接続されている。例えば、要安定負荷部３２は、ＤＣＤＣコンバータ２０を介して主電源１０に接続され、かつ、冗長回路６０を介してサブ電源４０に接続されている。要安定負荷部３２は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して電力が供給される。また、要安定負荷部３２は、サブ電源４０から冗長回路６０を介して電力が供給される。

サブ電源４０は、電圧が主電源１０よりも低いバッテリである。サブ電源４０は、冗長回路６０を介して要安定負荷部３２に接続されている。サブ電源４０は、要安定負荷部３２に供給する電力の電圧が、主電源１０から要安定負荷部３２に供給される電力の電圧より低い。これにより、車両用電源装置１は、主電源１０から要安定負荷部３２に電力を供給することができる場合、主電源１０とサブ電源４０との電位差により、主電源１０から要安定負荷部３２に電力が供給される。また、車両用電源装置１は、例えば、ＤＣＤＣコンバータ２０の不良等により主電源１０から要安定負荷部３２に電力を供給できない場合、サブ電源４０から要安定負荷部３２に電力が供給される。サブ電源４０は、さらに、ＤＣＤＣコンバータ２０及び切替回路５０を介して主電源１０に接続されている。サブ電源４０は、切替回路５０がオンされた場合、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して供給される電力により充電される。また、サブ電源４０は、切替回路５０がオフされた場合、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して供給される電力が停止され、当該電力により充電されない。サブ電源４０は、例えば、自然放電等により当該サブ電源４０の残容量が減少した場合に充電される。

切替回路５０は、電気的な接続をオン又はオフに切り替える回路である。切替回路５０は、例えば、主電源１０とサブ電源４０との間に設けられ、主電源１０とサブ電源４０との電気的な接続をオン又はオフに切り替える。切替回路５０は、リレー５１と、電線５２とを含んで構成される。リレー５１は、例えば、可動接点等を用いて機械的な動きにより信号を伝えるメカニカルリレーや、半導体スイッチング素子等を含む電子回路により信号を伝える半導体リレー等である。リレー５１は、ＤＣＤＣコンバータ２０とサブ電源４０との間の電線５２に設けられている。リレー５１は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介してサブ電源４０に供給される電力をオン又はオフに切り替える。

冗長回路６０は、サブ電源４０から要安定負荷部３２に電力が供給される回路である。冗長回路６０は、ダイオード６１と、電線６２とを含んで構成される。ダイオード６１は、サブ電源４０と要安定負荷部３２との間の電線６２に設けられている。ダイオード６１は、アノード端子が電線６２を介してサブ電源４０の陽極に接続され、カソード端子が電線６２を介して要安定負荷部３２に接続されている。冗長回路６０は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して要安定負荷部３２に電力が供給可能な場合、サブ電源４０の電圧よりも主電源１０の電圧が高いので、冗長回路６０のダイオード６１に逆方向バイアスの電圧が印加される。これにより、主電源１０から要安定負荷部３２に電力が供給され、サブ電源４０から冗長回路６０を介して要安定負荷部３２に電力が供給されない。また、冗長回路６０は、ＤＣＤＣコンバータ２０の不良等により主電源１０から要安定負荷部３２に電力が供給できない場合、主電源１０の電圧よりもサブ電源４０の電圧が高いので、ダイオード６１に順方向バイアスの電圧が印加される。これにより、サブ電源４０から冗長回路６０を介して要安定負荷部３２に電力が供給され、主電源１０から要安定負荷部３２に電力が供給されない。

検出器７０は、電源容量を検出する機器である。検出器７０は、例えば、サブ電源４０及び制御部８０に接続され、サブ電源４０の残容量（電圧）を検出し、検出したサブ電源４０の残容量を制御部８０に出力する。

制御部８０は、ＤＣＤＣコンバータ２０に接続され、当該ＤＣＤＣコンバータ２０を制御するコントローラである。制御部８０は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部８０は、例えば、ＤＣＤＣコンバータ２０のスイッチング回路のデューティ比を変更することにより、ＤＣＤＣコンバータ２０から出力される電力の電圧を変更する。制御部８０は、例えば、所定のデューティ比に基づいてＤＣＤＣコンバータ２０を制御したにも関わらず、ＤＣＤＣコンバータ２０から電力が供給されない場合、ＤＣＤＣコンバータ２０の不良と判断する。制御部８０は、さらに、検出器７０及び切替回路５０に接続される。制御部８０は、検出器７０により検出された残容量に基づいて切替回路５０のリレー５１をオン又はオフに制御する。例えば、制御部８０は、サブ電源４０の残容量（電圧）からサブ電源４０の充電率（ＳＯＣ；ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を算出し、当該充電率に基づいてリレー５１を制御する。

次に、図２に示すフローチャートを参照して、車両用電源装置１の動作例について説明する。この例では、前提として、切替回路５０のリレー５１がオフされている。車両用電源装置１の制御部８０は、サブ電源４０の残容量が第一基準値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、第一基準値は、サブ電源４０の残容量の下限値を示す値であり、サブ電源４０を充電すべきか否かを判定するための閾値である。制御部８０は、検出器７０により検出された残容量と第一基準値とを比較し、検出器７０により検出された残容量が第一基準値を超える場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、リレー５１のオフを維持する。つまり、制御部８０は、サブ電源４０の残容量が十分にあるため、サブ電源４０を充電する必要がないと判定し、主電源１０からサブ電源４０に電力を供給しないように制御する。また、制御部８０は、検出器７０により検出された残容量が第一基準値以下の場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、サブ電源４０の残容量が第二基準値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、第二基準値は、サブ電源４０の充電量の上限値を示す値であり、サブ電源４０の充電を停止すべきか否かを判定するための閾値である。制御部８０は、サブ電源４０の残容量が第二基準値以下である場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、リレー５１をオンする（ステップＳ３）。そして、制御部８０は、ＤＣＤＣコンバータ２０のデューティ比を変更し、ＤＣＤＣコンバータ２０を充電用の出力電圧に設定する（ステップＳ４）。これにより、制御部８０は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して電力をサブ電源４０に供給し、当該サブ電源４０を充電することができる。この場合、制御部８０は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して一般負荷部３１及び要安定負荷部３２にも電力を供給可能である。制御部８０は、上述のステップＳ２で、サブ電源４０の残容量が第二基準値を超える場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、サブ電源４０の充電が完了したと判定する。そして、制御部８０は、ＤＣＤＣコンバータ２０のデューティ比を変更し、ＤＣＤＣコンバータ２０を通常用の出力電圧に設定し（ステップＳ５）、リレー５１をオフする（ステップＳ６）。これにより、制御部８０は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介してサブ電源４０に供給される電力を停止し、当該サブ電源４０の充電を停止することができる。なお、制御部８０は、主電源１０からＤＣＤＣコンバータ２０を介して一般負荷部３１及び要安定負荷部３２に電力を供給している。

以上のように、実施形態に係る車両用電源装置１は、主電源１０と、サブ電源４０と、切替回路５０と、冗長回路６０と、制御部８０とを備える。主電源１０は、要安定負荷部３２に接続され、当該要安定負荷部３２に電力を供給する。サブ電源４０は、主電源１０及び要安定負荷部３２に接続され、主電源１０によって充電可能であり、要安定負荷部３２に供給する電力の電圧が主電源１０から要安定負荷部３２に供給される電力の電圧より低い。切替回路５０は、主電源１０とサブ電源４０との間に設けられ、主電源１０とサブ電源４０との電気的な接続をオン又はオフに切り替える。冗長回路６０は、切替回路５０とは異なる回路であって、サブ電源４０と要安定負荷部３２との間にダイオード６１を有し、当該ダイオード６１を介してサブ電源４０から要安定負荷部３２に電力が供給される。制御部８０は、切替回路５０に接続され、当該切替回路５０を制御する。

これにより、車両用電源装置１は、主電源１０から要安定負荷部３２に電力が供給できない場合、サブ電源４０から冗長回路６０を介して要安定負荷部３２に電力を供給することができる。また、車両用電源装置１は、切替回路５０をオンにすることにより、主電源１０から供給される電力によりサブ電源４０を充電することができる。また、車両用電源装置１は、切替回路５０をオフにすることにより、主電源１０からサブ電源４０に供給される電力を停止し、サブ電源４０の充電を停止することができる。これにより、車両用電源装置１は、主電源１０からサブ電源４０に供給される電力を制御することができるので、サブ電源４０の充電頻度を抑制することができる。この結果、車両用電源装置１は、サブ電源４０により要安定負荷部３２への電力供給の冗長性を実現した上で、サブ電源４０の劣化を抑制することができる。また、車両用電源装置１は、従来の劣化を考慮したバッテリ容量を削減することができ、従来のサブバッテリよりもサブ電源４０を小型化することができる。

また、車両用電源装置１は、サブ電源４０の残容量を検出する検出器７０を備え、制御部８０は、検出器７０に接続され、検出器７０により検出された残容量に基づいて切替回路５０をオン又はオフに制御する。これにより、車両用電源装置１は、サブ電源４０の残容量が少ない場合、サブ電源４０を充電し、サブ電源４０の残容量が多い場合、サブ電源４０を充電しないように制御することができる。

また、車両用電源装置１において、制御部８０は、検出器７０により検出された残容量が第一基準値以下の場合、切替回路５０をオンし、主電源１０から供給される電力によりサブ電源４０を充電する。また、制御部８０は、検出器７０により検出された残容量が第一基準値より大きい第二基準値を超える場合、切替回路５０をオフし、主電源１０から供給される電力によりサブ電源４０を充電しない。これにより、車両用電源装置１は、第一基準値及び第二基準値によるヒステリシス領域（不感帯）を用いて切替回路５０を制御するので、サブ電源４０を適切に充電することができる。

〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。車両用電源装置１は、ＤＣＤＣコンバータ２０の不良等により主電源１０から電力を供給できない場合に、サブ電源４０から要安定負荷部３２に電力を供給する例について説明した。この場合、車両用電源装置１は、一般負荷部３１に対して電力を供給していないが、サブ電源４０から一般負荷部３１に対して電力を供給するようにしてもよい。例えば、車両用電源装置１の制御部８０は、図３に示すように、ＤＣＤＣコンバータ２０が不良であるか否かを判定する（ステップＴ１）。制御部８０は、ＤＣＤＣコンバータ２０が不良である場合（ステップＴ１；Ｙｅｓ）、リレー５１をオンにする（ステップＴ２）。これにより、制御部８０は、サブ電源４０と一般負荷部３１とを接続し、サブ電源４０から一般負荷部３１にも電力を供給することができる。なお、上述のステップＴ１で、制御部８０は、ＤＣＤＣコンバータ２０が不良でない場合（ステップＴ１；Ｎｏ）、上述のステップＴ２の処理を省略する。

１車両用電源装置
１０主電源
３２要安定負荷部（負荷部）
４０サブ電源
５０切替回路
６０冗長回路
６１ダイオード
７０検出器
８０制御部

Claims

負荷部に接続され、前記負荷部に電力を供給する主電源と、
前記主電源及び前記負荷部に接続され、前記主電源によって充電可能であり、前記負荷部に供給する電力の電圧が前記主電源から前記負荷部に供給される前記電力の電圧より低いサブ電源と、
前記主電源と前記サブ電源との間に設けられ、前記主電源と前記サブ電源との電気的な接続をオン又はオフに切り替える切替回路と、
前記切替回路とは異なる回路であって、前記サブ電源と前記負荷部との間にダイオードを有し、前記ダイオードを介して前記サブ電源から前記負荷部に電力が供給される冗長回路と、
前記切替回路に接続され、前記切替回路を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする車両用電源装置。
前記サブ電源の残容量を検出する検出器を備え、
前記制御部は、
前記検出器に接続され、前記検出器により検出された前記残容量に基づいて前記切替回路をオン又はオフに制御する請求項１に記載の車両用電源装置。
前記制御部は、
前記検出器により検出された前記残容量が第一基準値以下の場合、前記切替回路をオンし、前記主電源から供給される前記電力により前記サブ電源を充電し、
前記検出器により検出された前記残容量が前記第一基準値より大きい第二基準値を超える場合、前記切替回路をオフし、前記主電源から供給される前記電力により前記サブ電源を充電しない請求項２に記載の車両用電源装置。