JP2019146415A - 車両用電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】冗長電源の構成が可能であり、かつ、搭載するバッテリーのコストや重量を低減することができる車両用電源システムを提供する。【解決手段】手動運転と自動運転とを切り替え可能な車両に搭載される車両用電源システムであって、それぞれ独立して設けられる第１系統の電源ライン１０１及び第２系統の電源ライン１０２の一方又は両方から電力供給を受けることが可能な負荷３０と、第１のバッテリー１１と、第２のバッテリー１２と、車両の状態に基づいて電源ラインとバッテリーとの接続を制御する接続制御装置２０と、を備え、接続制御装置２０は、車両が手動運転状態である場合は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を第１系統の電源ライン１０１に並列接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、手動運転と自動運転とを切り替え可能な車両に搭載される車両用電源システムに関する。
特許文献１及び２に、それぞれ独立したバッテリーを設けた２つの電源系統を備えることによって冗長電源を構成した車両用電源システムが、開示されている。
特開平６−０１４４０５号公報 特開２００４−１３５３７１号公報
上記特許文献１及び２に記載された車両用電源システムは、２つのバッテリーのそれぞれが一方の電源系統の電源を担う構成であるため、各バッテリーは電源系統に接続された負荷が必要とする電力を全て賄うことができる容量を持たなければならない。このため、電源システムに搭載するバッテリーの総容量が大きくなり、電源システムのコストや重量が増加するといった課題がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、冗長電源の構成が可能であり、かつ、搭載するバッテリーのコストや重量を低減することができる車両用電源システムを、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、手動運転と自動運転とを切り替え可能な車両に搭載される車両用電源システムであって、それぞれ独立して設けられる第１系統の電源ライン及び第２系統の電源ラインの一方又は両方から電力供給を受けることが可能な負荷と、第１のバッテリーと、第２のバッテリーと、車両の状態に基づいて電源ラインとバッテリーとの接続を制御する接続制御装置と、を備え、接続制御装置は、車両が手動運転状態である場合は、第１のバッテリー及び第２のバッテリーの両方を第１系統の電源ラインに並列接続する、ことを特徴とする。
この一態様の車両用電源システムでは、車両が手動運転状態である場合は、第１のバッテリー及び第２のバッテリーを一体的に扱い、両方のバッテリーを第１系統の電源ラインに並列接続する。この構成により、第１のバッテリー及び第２のバッテリーは、負荷が要求する電力を２つの合計容量で賄えばよくなるため、１つのバッテリーで負荷が要求する電力を賄わなければならない構成に比べて、電源システムに搭載するバッテリーの総容量が小さくなる。
また、この一態様において、接続制御装置は、車両が自動運転状態である場合は、第１のバッテリーを第１系統の電源ラインに接続し、第２のバッテリーを第２系統の電源ラインに接続することができる。
この態様の車両用電源システムでは、車両が手動運転状態から自動運転状態に切り替わった場合には、手動運転時において一体的に扱っていた第１のバッテリーと第２のバッテリーとを分割して、各バッテリーを各電源ラインにそれぞれ接続する。この構成により、バックアップ用のバッテリーを個別に用意することなく、自動運転時に冗長電源構成を形成することができる。
また、この一態様において、接続制御装置は、第１系統の電源ライン及び第２系統の電源ラインの一方で電源失陥が発生した場合は、第１のバッテリー及び第２のバッテリーの両方を第１系統の電源ライン及び第２系統の電源ラインの他方に並列接続することができる。
この態様の車両用電源システムでは、第１系統の電源ライン及び第２系統の電源ラインの一方で電源失陥が発生した場合は、第１のバッテリー及び第２のバッテリーの両方を第１系統の電源ライン及び第２系統の電源ラインの他方に並列接続する。この構成により、いずれか一方の電源ラインで電源失陥が発生した場合でも、他方の電源ラインから負荷に電源供給を継続して行うことができる。
上記本発明の車両用電源システムによれば、冗長電源の構成が可能であり、かつ、搭載するバッテリーのコストや重量を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る車両用電源システムの概略構成を示す図 手動運転時における接続制御装置のスイッチ接続状態を説明する図 自動運転時における接続制御装置のスイッチ接続状態を説明する図 電源失陥時における接続制御装置のスイッチ接続状態を説明する図 本実施形態に係る車両用電源システムの他の概略構成を示す図
［概要］
本発明の２系統の電源ラインを冗長的に構成した車両用電源システムでは、補機バッテリーを２つに分割して用意し、手動運転時には２つの補機バッテリーを主電源ラインに並列接続して使用し、自動運転時には２つの補機バッテリーを分割して各電源ラインにそれぞれ接続して使用する。この構成により、手動運転時には１つの補機バッテリーとして、自動運転時には補機バッテリーの１つをバックアップ電源として利用できるので、バッテリーのコストや重量を低減することができる。
［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電源システム１の概略構成を示す図である。図１に示した車両用電源システム１は、第１のバッテリー１１と、第２のバッテリー１２と、接続制御装置２０と、負荷３０と、第３のバッテリー４０と、第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）５１と、第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）５２と、を備えて構成されている。
本実施形態に係る車両用電源システム１は、例えば、ドライバーによる手動運転と自動運転機能による自動運転との切り替えが可能な車両に搭載される。
第３のバッテリー４０は、例えばリチウムイオン電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。第３のバッテリー４０は、自らが蓄えている電力を、第１のＤＣＤＣコンバーター５１及び第２のＤＣＤＣコンバーター５２へ、並列に供給できるように構成されている。この第３のバッテリー４０は、車両用としては高電圧の駆動用バッテリーが該当する。
第１のＤＣＤＣコンバーター５１は、第３のバッテリー４０から供給される高電圧の電力を所定の低電圧の電力に変換して、第１系統の電源ライン１０１に出力することができる構成である。本車両用電源システム１では、第１系統の電源ライン１０１の電源は、車両の手動運転時において負荷３０に電力を供給する主電源として使用される。
第２のＤＣＤＣコンバーター５２は、第３のバッテリー４０から供給される高電圧の電力を所定の低電圧の電力に変換して、第２系統の電源ライン１０２に出力することができる構成である。本車両用電源システム１では、第２系統の電源ライン１０２の電源は、車両の自動運転時において第１系統の電源ライン１０１と並行して負荷３０に電力を供給する冗長電源として使用される。
第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２は、それぞれ、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。第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２は、接続制御装置２０に接続されており、接続制御装置２０の制御に従って、自らが蓄えている電力を第１系統の電源ライン１０１又は第２系統の電源ライン１０２に出力できるように構成されている。この第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２は、車両用としては低電圧（例えば１２Ｖ）の補機バッテリーが該当する。
接続制御装置２０は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２と第１系統の電源ライン１０１及び第２系統の電源ライン１０２との接続を制御するための構成である。この接続制御装置２０は、リレーなどの４つのスイッチ２１〜２４を含んでおり、これらのスイッチ２１〜２４の開閉を個別に制御することができる。スイッチ２１は、第１のバッテリー１１と第１系統の電源ライン１０１との間に設けられ、スイッチＯＮによって第１のバッテリー１１を第１系統の電源ライン１０１に接続する。スイッチ２２は、第１のバッテリー１１と第２系統の電源ライン１０２との間に設けられ、スイッチＯＮによって第１のバッテリー１１を第２系統の電源ライン１０２に接続する。スイッチ２３は、第２のバッテリー１２と第１系統の電源ライン１０１との間に設けられ、スイッチＯＮによって第２のバッテリー１２を第１系統の電源ライン１０１に接続する。スイッチ２４は、第２のバッテリー１２と第２系統の電源ライン１０２との間に設けられ、スイッチＯＮによって第２のバッテリー１２を第２系統の電源ライン１０２に接続する。
負荷３０は、第１系統の電源ライン１０１及び第２系統の電源ライン１０２の一方又は両方から電力供給を受けることが可能な１つ以上の車載装置である。図１では、自動運転の制御にかかわる装置（自動運転ＥＣＵ）３１、ブレーキの制御にかかわる装置３２、電動ステアリングの制御にかかわる装置（ＥＰＳ）３３などを負荷３０として例示しているが、負荷３０はこれらに限られるものではない。なお、図１に例示した自動運転ＥＣＵ３１、ブレーキ３２、及びＥＰＳ３３は、電源ラインが失陥したときなどの緊急時に車両を安全に退避行動させるための機能を担う自動運転に必要な重要負荷である。
［接続制御］
次に、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃをさらに参照して、本発明の一実施形態に係る車両用電源システム１の接続制御装置２０が実行するスイッチ２１〜２４の接続制御を説明する。
図２Ａは、車両が手動運転状態である場合の接続制御装置２０におけるスイッチ２１〜２４の接続状態を説明する図である。この手動運転時には、スイッチ２１及びスイッチ２３がＯＮ状態、かつ、スイッチ２２及びスイッチ２４がＯＦＦ状態となる。従って、接続制御装置２０は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を第１系統の電源ライン１０１に並列接続した構成となる。
この手動運転時の構成では、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２を１つのバッテリー（補機バッテリー）と見なして一体的に扱う。これにより、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２は、負荷３０が要求する電力を２つの合計容量で賄えばよくなるので、１つのバッテリーで負荷３０が要求する電力を賄わなければならない先行文献の構成に比べて、車両用電源システム１に搭載するバッテリーの総容量を小さくすることができる。例えば、負荷３０が要求する電力を賄うために必要なバッテリー容量が４０Ａｈである場合には、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の容量をそれぞれ２０Ａｈとすることができる。
図２Ｂは、車両が自動運転状態である場合の接続制御装置２０におけるスイッチ２１〜２４の接続状態を説明する図である。この自動運転時には、スイッチ２１及びスイッチ２４がＯＮ状態、かつ、スイッチ２２及びスイッチ２３がＯＦＦ状態となる。従って、接続制御装置２０は、第１のバッテリー１１を第１系統の電源ライン１０１に接続し、かつ、第２のバッテリー１２を第２系統の電源ライン１０２に接続した構成となる。
この自動運転時の構成では、手動運転時において一体的に扱っていた第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２を分割し、一方を第１系統の電源ライン１０１を介して、他方を第２系統の電源ライン１０２を介して、それぞれ負荷３０に電源を供給する。これにより、補機バッテリーの１つである第２のバッテリー１２をバックアップ電源として利用できるので、バックアップ用のバッテリーを個別に用意することなく、自動運転時に冗長電源構成を形成することができる。
図２Ｃは、第１系統の電源ライン１０１で電源失陥が発生した場合の接続制御装置２０におけるスイッチ２１〜２４の接続状態を説明する図である。このような電源失陥時には、スイッチ２１及びスイッチ２３がＯＦＦ状態、かつ、スイッチ２２及びスイッチ２４がＯＮ状態となる。従って、接続制御装置２０は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を第２系統の電源ライン１０２に並列接続した構成となる。
このような構成により、第１系統の電源ライン１０１で電源失陥が発生した場合でも、負荷３０に電源供給を継続して行うことができる。なお、第２系統の電源ライン１０２で電源失陥が発生した場合には、スイッチ２１及びスイッチ２３がＯＮ状態、かつ、スイッチ２２及びスイッチ２４がＯＦＦ状態となり、接続制御装置２０は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を第１系統の電源ライン１０１に並列接続した構成となる。
なお、上記実施形態では、４つのスイッチ２１〜２４を含む接続制御装置２０を備えた車両用電源システム１を例示した。しかし、図３に示すように、３つのスイッチ６１〜６３を含む接続制御装置６０を備えた車両用電源システム２としてもよい。
この接続制御装置６０では、車両が手動運転状態である場合に、スイッチ６１及びスイッチ６３をＯＮ状態、かつ、スイッチ６２をＯＦＦ状態として、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を第１系統の電源ライン１０１に並列接続する。また、車両が自動運転状態である場合に、スイッチ６１及びスイッチ６２をＯＮ状態、かつ、スイッチ６３をＯＦＦ状態として（図３の状態）、第１のバッテリー１１を第１系統の電源ライン１０１に接続し、かつ、第２のバッテリー１２を第２系統の電源ライン１０２に接続する。また、いずれかの電源ラインで電源失陥が発生した場合には、電源失陥が発生した電源ラインに接続されたスイッチだけをＯＦＦ状態とし、残りのスイッチを全てＯＮ状態として、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を電源失陥が発生していない電源ラインに並列接続する。
［本実施形態における作用・効果］
上述した本実施形態に係る車両用電源システム１、２によれば、車両が手動運転状態である場合は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を第１系統の電源ライン１０１に並列接続する。この構成により、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２は、負荷３０が要求する電力を２つの合計容量で賄えばよくなるため、１つのバッテリーで負荷が要求する電力を賄わなければならない構成に比べて、電源システム１、２に搭載するバッテリーの総容量が小さくなる。
また、本実施形態に係る車両用電源システム１、２によれば、車両が手動運転状態から自動運転状態に切り替わった場合には、第１のバッテリー１１と第２のバッテリー１２とを分割して、第１のバッテリー１１を第１系統の電源ライン１０１に接続し、第２のバッテリー１２を第２系統の電源ライン１０２に接続する。この構成により、バックアップ用のバッテリーを個別に用意することなく、自動運転時に冗長電源構成を形成することができる。
さらに、本実施形態に係る車両用電源システム１、２によれば、第１系統の電源ライン１０１及び第２系統の電源ライン１０２の一方で電源失陥が発生した場合は、第１のバッテリー１１及び第２のバッテリー１２の両方を、第１系統の電源ライン１０１及び第２系統の電源ライン１０２の電源失陥が発生していない他方に並列接続する。この構成により、いずれか一方の電源ラインで電源失陥が発生した場合でも、他方の電源ラインから負荷に電源供給を継続して行うことができる。
本発明の車両用電源システムは、手動運転と自動運転とを切り替え可能であって２つの電源系統を冗長的に構成した車両などに利用可能である。
１、２ 車両用電源システム
１１ 第１のバッテリー
１２ 第２のバッテリー
２０、６０ 接続制御装置
２１〜２４、６１〜６３ スイッチ
３０ 負荷
４０ 第３のバッテリー
５１ 第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
５２ 第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
１０１ 第１系統の電源ライン
１０２ 第２系統の電源ライン

Claims (3)

  1. 手動運転と自動運転とを切り替え可能な車両に搭載される車両用電源システムであって、
    それぞれ独立して設けられる第１系統の電源ライン及び第２系統の電源ラインの一方又は両方から電力供給を受けることが可能な負荷と、
    第１のバッテリーと、
    第２のバッテリーと、
    車両の状態に基づいて前記電源ラインと前記バッテリーとの接続を制御する接続制御装置と、を備え、
    前記接続制御装置は、車両が手動運転状態である場合は、前記第１のバッテリー及び前記第２のバッテリーの両方を前記第１系統の電源ラインに並列接続する、
    車両用電源システム。
  2. 前記接続制御装置は、車両が自動運転状態である場合は、前記第１のバッテリーを前記第１系統の電源ラインに接続し、前記第２のバッテリーを前記第２系統の電源ラインに接続する、
    請求項１に記載の車両用電源システム。
  3. 前記接続制御装置は、前記第１系統の電源ライン及び前記第２系統の電源ラインの一方で電源失陥が発生した場合は、前記第１のバッテリー及び前記第２のバッテリーの両方を前記第１系統の電源ライン及び前記第２系統の電源ラインの他方に並列接続する、
    請求項１に記載の車両用電源システム。
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