JP2019103323A - 電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】DCDCコンバーター(DDC)に上位ECUから出力電圧指示が来なくなった場合でも、DDCを所定の出力電圧にて動作できる電源システムを提供する。【解決手段】高圧バッテリーの電圧を所定の電圧に変換して低圧バッテリー及び低圧負荷へ出力するDDCと、高圧バッテリーとDDCとの接続状態を切り替えるリレーと、DDCに設けられ、IG信号の状態及び上位ECUの指示に基づいてDDCの出力電圧を制御する制御部とを備え、制御部は、IG信号のオフからオンへの状態遷移に基づいてDDCを起動し、起動後リレーによって高圧バッテリーがDDCに接続されるとDDCから第1低電圧を出力し、第1低電圧を出力した後上位ECUから出力電圧の指示があれば、DDCから指示された電圧を出力し、第1低電圧を出力した後第1時間を経過するまでに上位ECUから出力電圧の指示が無ければ、DDCから第1低電圧よりも高い固定電圧を出力する。【選択図】図1

Description

本発明は、車両に搭載される電源システムに関する。
例えば、特許文献1及び特許文献2に、上位ECUによる出力電圧の指示に基づいて、DCDCコンバーターが高圧バッテリーから低圧バッテリーや低圧負荷へ電力供給を行う電源システムが、開示されている。
特開2012−060819号公報 特開2012−182894号公報
上記特許文献に記載された電源システムは、上位ECUが故障したり、上位ECUがDCDCコンバーターへ出力電圧を指示する配線が断線したりして、DCDCコンバーターに出力電圧指示が来なくなると、DCDCコンバーターが停止してしまい、低圧バッテリーや低圧負荷への電力供給が無くなる。このため、いずれ低圧バッテリーが上がってしまい、低圧負荷が正常に動作しなくなる虞がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、DCDCコンバーターに上位ECUから出力電圧指示が来なくなった場合でも、DCDCコンバーターを所定の出力電圧にて動作させることができる電源システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、上位ECUの指示に基づいて、高圧バッテリーから低圧バッテリー及び低圧負荷へ電源供給を行う電源システムであって、高圧バッテリーの電圧を所定の電圧に変換して低圧バッテリー及び低圧負荷へ出力するDCDCコンバーターと、高圧バッテリーとDCDCコンバーターとの接続状態を切り替えるリレーと、DCDCコンバーターに設けられ、IG信号の状態及び上位ECUの指示に基づいてDCDCコンバーターの出力電圧を制御する制御部と、を備え、制御部は、IG信号のOFFからONへの状態遷移に基づいてDCDCコンバーターを起動し、起動後リレーによって高圧バッテリーがDCDCコンバーターに接続されるとDCDCコンバーターから所定の第1低電圧を出力し、第1低電圧を出力した後上位ECUから出力電圧の指示があれば、DCDCコンバーターから指示された電圧を出力し、第1低電圧を出力した後所定の第1時間を経過するまでに上位ECUから出力電圧の指示が無ければ、DCDCコンバーターから第1低電圧よりも高い所定の固定電圧を出力する、ことを特徴とする。
この制御では、IG信号のOFFからONへの状態遷移をトリガとしてDCDCコンバーターを起動させる。DCDCコンバーターの起動後、高圧バッテリーとDCDCコンバーターとがリレーで接続されても、第1時間が経過するまでに上位ECUから出力電圧指示が無ければ、DCDCコンバーターから固定電圧を出力する。
よって、DCDCコンバーターは、上位ECUから出力電圧指示が来なくても、IG信号に基づいて、第1時間を経過すれば自律的に固定電圧を出力することができる。従って、DCDCコンバーターは、固定電圧で低圧バッテリーを充電したり、固定電圧に基づく電力を低圧負荷に供給したりすることができる。
また、上記一態様の電源システムにおいて、制御部は、IG信号のONからOFFへの状態遷移に基づいてDCDCコンバーターから固定電圧よりも低い所定の第2低電圧を出力し、第2低電圧を出力した後に上位ECUから出力電圧の指示が無くなるか又は所定の第2時間が経過すれば、DCDCコンバーターからの電圧出力を停止してもよい。
この制御では、IG信号のONからOFFへの状態遷移後、第2時間が経過するまでに上位ECUから出力電圧指示が無ければ、DCDCコンバーターからの電圧出力を停止する。よって、DCDCコンバーターは、自律的に固定電圧を出力した後、上位ECUからの出力電圧指示が無くても、IG信号に基づいて、第2時間を経過すれば自律的に電圧の出力を停止することができる。従って、DCDCコンバーターが不必要に稼働し続けて無駄に電力を消費することを回避できる。
また、上記一態様の電源システムにおいて、制御部は、リレーによって高圧バッテリーとDCDCコンバーターとが切断される前に、DCDCコンバーターからの電圧出力を停止することができる。
これにより、リレーに流れる電流がゼロの状態でリレーがOFFされるので、リレーの接点が固着する不具合の発生を防ぐことができる。
また、上記一態様の電源システムにおいて、第1低電圧及び第2低電圧は、低圧バッテリーの電圧とほぼ同一かつリレーに流れる電流がほぼゼロの電圧に設定することができる。
これにより、リレーに流れる電流がほぼゼロの状態でリレーがONされるので、リレーの接点が固着する不具合の発生を防ぐことができる。また、DCDCコンバーターから第2低電圧が出力されている状態でリレーがOFFされても、リレーに流れる電流がほぼゼロなのでリレーの接点が固着する不具合の発生を防ぐことができる。
また、上記一態様の電源システムにおいて、固定電圧を低圧バッテリーを充電できる最低限の電圧に設定しておけば、上位ECUからDCDCコンバーターに出力電圧指示が来なくなっても低圧バッテリーの充電を行うことができる。
上記本発明の電源システムによれば、DCDCコンバーターに上位ECUから出力電圧指示が来なくなった場合でも、DCDCコンバーターを所定の出力電圧にて動作させることができる。
本発明の一実施形態に係る電源システムの構成例を示す図 上位ECUからDCDCコンバーターに対して出力電圧指示が行われる正常動作におけるタイミングチャート 上位ECUからDCDCコンバーターに対して出力電圧指示が行われない異常動作におけるタイミングチャート 本発明の一実施形態に係る電源システムの構成例を示す図
[概要]
本実施形態に係る電源システムは、上位ECUの指示に基づいて、高圧バッテリーから低圧バッテリー及び低圧負荷へ電源供給を行う電源システムである。この電源システムでは、IG信号のOFFからONへの状態遷移をトリガとしてDCDCコンバーターを起動させ、その起動後から所定の時間が経過するまでに上位ECUから出力電圧指示が無ければ、DCDCコンバーターから固定電圧を出力する。これにより、故障などで上位ECUから出力電圧指示が来なくても、DCDCコンバーターは、IG信号に基づいて自律的に固定電圧を出力することができる。従って、DCDCコンバーターを所定の出力電圧にて動作させることができる。
[電源システムの構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る電源システム1の構成例を示す図である。図1に例示した本実施形態の電源システム1は、高圧バッテリー10と、高圧遮断リレー20と、DCDCコンバーター30と、低圧バッテリー40と、上位ECU50と、を備えている。なお、図1では、電力信号が流れる配線を太線で示し、制御信号などが流れる配線を矢印細線で示している。
高圧バッテリー10は、例えばリチウム電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この高圧バッテリー10は、高圧遮断リレー20を介してDCDCコンバーター30と接続されている。
高圧遮断リレー20は、高圧バッテリー10とDCDCコンバーター30との間に挿入され、図示しない電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)の制御に基づいて、高圧バッテリー10とDCDCコンバーター30との接続状態を切り替えるON/OFF制御を行うための構成である。図1に示す高圧遮断リレー20は、正極側と負極側とのそれぞれにリレーを設けているが、どちらか一方の極側だけにリレーを設けるだけでもよい。
DCDCコンバーター30は、高圧バッテリー10の電圧を所定の電圧に変換して、低圧バッテリー40及び低圧負荷60へ出力するための構成である。このDCDCコンバーター30は、電力変換部31、制御部32、電流検出部33、及び電圧検出部34を、含んでいる。
電力変換部31は、高圧バッテリー10の電力(電圧、電流)を入力し、制御部32の制御に従って、低圧バッテリー40を充電するため及び/又は低圧負荷60へ供給するための電力(電圧、電流)を、低圧バッテリー40及び低圧負荷60へ出力することができる。
電流検出部33は、例えば電流センサで構成されており、DCDCコンバーター30(電力変換部31)から低圧バッテリー40及び低圧負荷60に流れ込む電流(出力電流)を検出するために設けられている。この電流検出部33で検出された電流値は、制御部32へ出力される。
電圧検出部34は、例えば電圧センサで構成されており、DCDCコンバーター30(電力変換部31)の正負出力端子間に現れる電圧(出力電圧)を検出するために設けられている。この電圧検出部34で検出された電圧値は、制御部32へ出力される。
制御部32は、上位ECU50から出力電圧指示を、IGスイッチ70からIG信号を、電流検出部33から電流値を、電圧検出部34から電圧値を、それぞれ取得する。そして、制御部32は、上位ECU50の出力電圧指示、IG信号の状態、電流値、及び電圧値に基づいて、DCDCコンバーター30(電力変換部31)の動作状態や出力電圧を最適に制御する。
なお、上述したDCDCコンバーター30の全て又は一部の構成は、典型的には中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)、メモリ、及び入出力インターフェースを含んだ電子制御ユニット(ECU)として構成される。電子制御ユニットでは、メモリに格納されたプログラムをCPUが読み出して実行することによって、上述した所定の機能が実現される。
低圧バッテリー40は、例えば鉛電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この低圧バッテリー40は、DCDCコンバーター30から出力される電力によって充電可能にDCDCコンバーター30と接続されている。また、低圧バッテリー40は、低圧負荷60と接続されており、この低圧負荷60に必要な電力を供給する。低圧バッテリー40の電圧は、高圧バッテリー10の電圧よりも低く設定される。
上位ECU50は、DCDCコンバーター30の制御部32よりも上位層の制御を司る電子制御ユニット(ECU)である。この上位ECU50は、DCDCコンバーター30が出力すべき電圧を、出力電圧指示を用いてDCDCコンバーター30の制御部32に指示する。出力電圧指示は、例えば、DCDCコンバーター30の電力変換部31のスイッチング動作を指令するPWM信号のデューティ比とすることができる。また、上位ECU50は、高圧遮断リレー20のON/OFF制御を行うECU(図示せず)を監視して、高圧遮断リレー20の接続状態を取得することができる。
低圧負荷60は、例えば、電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ装置、オーディオ装置、ワイパー装置、パワーウインドウ装置、灯火装置など、が該当する。
[電源システムが実行する制御]
次に、図2及び図3をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る電源システム1が実行する制御を説明する。図2は、上位ECU50からDCDCコンバーター(DDC)30の制御部32に対して出力電圧指示が行われる正常動作におけるタイミングチャートを示す図である。図3は、上位ECU50からDCDCコンバーター(DDC)30の制御部32に対して出力電圧指示が行われない異常動作におけるタイミングチャートを示す図である。
まず、図2に示した正常動作における各タイミングTa1〜Ta6に実行される処理を説明する。
<タイミングTa1>
ユーザーなどによってIGスイッチ70が操作されることで、IG信号がOFFからONへ状態遷移する。このIG信号の状態遷移に基づいて、DCDCコンバーター30が起動してスタンバイ状態となる。これにより、DCDCコンバーター30は、いつでも電源を低圧バッテリー40及び低圧負荷60に供給できる状態となる。
<タイミングTa2>
高圧遮断リレー20によって高圧バッテリー10がDCDCコンバーター30に接続され、高圧バッテリー10の高電圧がDCDCコンバーター30の入力側に印加される。この電圧印加に応じて、DCDCコンバーター30は、自律動作によって電流をほぼゼロとした所定の第1低電圧を出力側に出力する。
この第1低電圧は、車両での予め定めた適合処理を行うことなどによって決定される。例えば、第1低電圧を、低圧バッテリー40の蓄電量(SOC)が少なく放電を許容できない場合に、上位ECU50からの出力電圧指示に従って速やかに低圧バッテリー40の充電を開始できる電圧とすることができる。具体的には、低圧バッテリー40のバッテリー上がりを防ぐことができる最低限の電圧(例えば12.5V〜12.9V)が考えられる。なお、低圧バッテリー40の蓄電量(SOC)が多くて放電を許容できる場合又は放電の影響が小さい場合などには、DCDCコンバーター30において自律動作による出力を行わないようにしても構わない。
<タイミングTa3>
第1低電圧を出力した後、DCDCコンバーター30は、上位ECU50から出力電圧指示を受けることによって、通常の可変制御を実行して指示された電圧を出力側に出力する。
<タイミングTa4>
ユーザーなどによってIGスイッチ70が操作されることで、IG信号がONからOFFへ状態遷移する。このIG信号の状態遷移に基づいて、DCDCコンバーター30は、自律動作によって出力側に出力する電圧を、電流をほぼゼロとした所定の第2低電圧に制限する。ここで、IG信号がONからOFFへ状態遷移しても、直ちに上位ECU50の出力電圧指示を無くさない理由は、例えばIG信号がOFFでも動作するECUやアクチュエーターに電力を供給するためや、DCDCコンバーター30が高電圧で動作中に突然停止するなどの事象を回避するためである。
この第2低電圧は、上述した第1低電圧と同様に、車両での予め定めた適合処理を行うことなどによって決定される。第2低電圧は、第1低電圧と同一の値であってもよいし異なる値であってもよい。
<タイミングTa5>
第2低電圧を出力した後、DCDCコンバーター30は、上位ECU50からの出力電圧指示が無くなることに応じて、電圧の出力を停止する。この「出力電圧指示が無くなる」とは、今まで継続的にあった出力電圧指示が終了すること以外にも、0V電圧の出力指示が来ることや、DCDCコンバーター30の出力停止指示が来ることをも含む概念である。
<タイミングTa6>
高圧遮断リレー20によって高圧バッテリー10とDCDCコンバーター30との接続が切断され、DCDCコンバーター30の入力側に印加されていた高圧バッテリー10の高電圧が遮断される。
次に、図3に示した異常動作における各タイミングTb1〜Tb6に実行される処理を説明する。
<タイミングTb1>
ユーザーなどによってIGスイッチ70が操作されることで、IG信号がOFFからONへ状態遷移する。このIG信号の状態遷移に基づいて、DCDCコンバーター30が起動してスタンバイ状態となる。これにより、DCDCコンバーター30は、いつでも電源を低圧バッテリー40及び低圧負荷60供給できる状態となる。
<タイミングTb2>
高圧遮断リレー20によって高圧バッテリー10がDCDCコンバーター30に接続され、高圧バッテリー10の高電圧がDCDCコンバーター30の入力側に印加される。この電圧印加に応じて、DCDCコンバーター30は、自律動作によって電流をほぼゼロとした所定の第1低電圧を出力側に出力する。第1低電圧については、上述したとおりである。
<タイミングTb3>
第1低電圧を出力した後、所定の第1時間を経過するまでに上位ECU50から出力電圧指示が来ない場合、DCDCコンバーター30は、自律動作によって所定の固定電圧を出力側に出力する。この第1時間は、正常動作であれば、第1低電圧を出力してから、上位ECU50から出力電圧指示が来るタイミング(上記タイミングTa3)までの時間よりも長く、かつ、低圧負荷60に十分な電力供給が必要となるまでの所定の時間よりも短く、設定される。例えば、第1時間を10秒とすることができる。また、固定電圧は、車両での予め定めた適合処理を行うことなどによって決定される。例えば、固定電圧は、第1低電圧よりも高い低圧バッテリー40を充電することができる最低限の電圧(例えば13.5V)とすることができる。
<タイミングTb4>
ユーザーなどによってIGスイッチ70が操作されることで、IG信号がONからOFFへ状態遷移する。このIG信号の状態遷移に基づいて、DCDCコンバーター30は、自律動作によって出力側に出力する電圧を、電流をほぼゼロとした所定の第2低電圧に制限する。ここで、IG信号がONからOFFへ状態遷移しても、直ちに上位ECU50の出力電圧指示を無くさない理由は、例えばDCDCコンバーター30が高電圧で動作中に突然停止するなどの事象を回避するためである。第2低電圧については、上述したとおりである。
<タイミングTb5>
第2低電圧を出力した後、所定の第2時間を経過するまでに上位ECU50から0V電圧の出力指示やDCDCコンバーター30の出力停止指示が来ない場合、DCDCコンバーター30は、自律動作によって電圧の出力を停止する。この第2時間は、正常動作であれば、IG信号がONからOFFへ状態遷移してから、上位ECU50からの出力電圧指示が無くなる(上記タイミングTa5)までの時間よりも長く、かつ、高圧遮断リレー20によって高圧バッテリー10とDCDCコンバーター30との接続が切断されるまでの所定の時間よりも短く、設定される。例えば、第2時間を20秒とすることができる。
<タイミングTb6>
高圧遮断リレー20によって高圧バッテリー10とDCDCコンバーター30との接続が切断され、DCDCコンバーター30の入力側に印加されていた高圧バッテリー10の高電圧が遮断される。
[本実施形態における効果]
上述した本発明の一実施形態に係る電源システム1によれば、IG信号のOFFからONへの状態遷移をトリガとしてDCDCコンバーター30を起動させる。DCDCコンバーター30の起動後、高圧バッテリー10とDCDCコンバーター30とが高圧遮断リレー20で接続されても、第1時間が経過するまでに上位ECU50から出力電圧指示が無ければ、DCDCコンバーター30から固定電圧を出力する。
これにより、DCDCコンバーター30は、上位ECU50から出力電圧指示が来なくても、IG信号に基づいて、第1時間を経過すれば自律的に固定電圧を出力することができる。従って、DCDCコンバーター30は、固定電圧で低圧バッテリー40を充電したり、固定電圧に基づく電力を低圧負荷60に供給したりすることができる。
また、本実施形態に係る電源システム1によれば、制御部32は、IG信号のONからOFFへの状態遷移に基づいてDCDCコンバーター30から固定電圧よりも低い第2低電圧を出力し、第2低電圧を出力した後に上位ECU50から出力電圧の指示が無くなるか又は第2時間が経過すれば、DCDCコンバーター30からの電圧出力を停止する。
これにより、IG信号のONからOFFへの状態遷移後、第2時間が経過するまでに上位ECU50から出力電圧指示が無ければ、DCDCコンバーター30からの電圧出力を停止することができる。よって、DCDCコンバーター30は、自律的に固定電圧を出力した後、上位ECU50からの出力電圧指示が無くても、IG信号に基づいて、第2時間を経過すれば自律的に電圧の出力を停止することができる。従って、DCDCコンバーター30が不必要に稼働し続けて無駄に電力を消費することを回避できる。
[応用例]
なお、本実施形態に係る電源システム1では、上位ECU50の出力電圧指示を、上位ECU50とDCDCコンバーター30の制御部32とを接続した専用線(じか線)で送受信し、IGスイッチ70に基づくIG信号を、IGスイッチ70とDCDCコンバーター30の制御部32とを接続した専用線(じか線)で送受信する、構成を説明した。
しかしながら、図4に示す電源システム2のように、上位ECU50、DCDCコンバーター30、及びIGスイッチ70を管理するECU80が、CANバス90などの車内ネットワークで接続された構成であれば、出力電圧指示及びIG信号の一方又は両方をCAN(Controller Area Network)通信によって送受信するようにしても構わない。この場合には、DCDCコンバーター30は、CAN信号の受信によって起動できる機能を有する必要がある。
本発明の電源システムは、高圧バッテリーから低圧バッテリー及び低圧負荷へ電源供給を行う車両などに利用可能である。
1、2 電源システム
10 高圧バッテリー
20 高圧遮断リレー
30 DCDCコンバーター
31 電力変換部
32 制御部
33 電流検出部
34 電圧検出部
40 低圧バッテリー
50 上位ECU
60 低圧負荷
70 IGスイッチ
80 ECU
90 CANバス

Claims (5)

  1. 上位ECUの指示に基づいて、高圧バッテリーから低圧バッテリー及び低圧負荷へ電源供給を行う電源システムであって、
    前記高圧バッテリーの電圧を所定の電圧に変換して、前記低圧バッテリー及び前記低圧負荷へ出力するDCDCコンバーターと、
    前記高圧バッテリーと前記DCDCコンバーターとの接続状態を切り替えるリレーと、
    前記DCDCコンバーターに設けられ、IG信号の状態及び前記上位ECUの指示に基づいて、前記DCDCコンバーターの出力電圧を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記IG信号のOFFからONへの状態遷移に基づいて、前記DCDCコンバーターを起動し、
    前記起動後、前記リレーによって前記高圧バッテリーが前記DCDCコンバーターに接続されると、前記DCDCコンバーターから所定の第1低電圧を出力し、
    前記第1低電圧を出力した後、前記上位ECUから出力電圧の指示があれば、前記DCDCコンバーターから当該指示された電圧を出力し、
    前記第1低電圧を出力した後、所定の第1時間を経過するまでに前記上位ECUから出力電圧の指示が無ければ、前記DCDCコンバーターから前記第1低電圧よりも高い所定の固定電圧を出力する、
    電源システム。
  2. 前記制御部は、
    前記IG信号のONからOFFへの状態遷移に基づいて、前記DCDCコンバーターから前記固定電圧よりも低い所定の第2低電圧を出力し、
    前記第2低電圧を出力した後、前記上位ECUから出力電圧の指示がなくなるか、又は所定の第2時間が経過すれば、前記DCDCコンバーターからの電圧出力を停止する、
    請求項1に記載の電源システム。
  3. 前記制御部は、前記リレーによって前記高圧バッテリーと前記DCDCコンバーターとが切断される前に、前記DCDCコンバーターからの電圧出力を停止する、
    請求項2に記載の電源システム。
  4. 前記第1低電圧及び前記第2低電圧は、前記低圧バッテリーの電圧とほぼ同一かつ前記リレーに流れる電流がほぼゼロの電圧に設定される、
    請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電源システム。
  5. 前記固定電圧は、前記低圧バッテリーを充電することができる最低限の電圧に設定される、
    請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電源システム。
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