JP2019193437A

JP2019193437A - 電源システム

Info

Publication number: JP2019193437A
Application number: JP2018083915A
Authority: JP
Inventors: 寿夫丹羽; Toshio Niwa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-10-31

Abstract

【課題】冗長電源を構成することなく、地絡失陥が発生した場合でも負荷への電力供給を維持できる電源システムを提供する。【解決手段】電源システムは、発電機、蓄電器、及び発電機と蓄電器との間に直列に設けられ発電機及び蓄電器から所定の負荷へ電力供給が可能な複数の電力分配器を構成に含む。複数の電力分配器は、それぞれ、発電機側に隣接する第１機器を開閉可能に接続する第１スイッチと、蓄電器側に隣接する第２機器を開閉可能に接続する第２スイッチと、過電流を検知した場合に第１スイッチ及び第２スイッチを流れる過電流の方向を示す通知を第１機器及び第２機器に送信すると共に、第１機器及び第２機器から通知を受信する過電流検知通信部と、過電流検知通信部が送受信した通知に示された過電流の方向に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチの開閉状態を制御するスイッチ制御部と、を備える。【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。

特許文献１に、冗長電源構成を有する電源システムが開示されている。この電源システムは、発電機と、第１の電力供給経路によって発電機に接続されたメインバッテリーと、第１の電力供給経路と並列的に設けられる第２の電力供給経路によって発電機に接続されたサブバッテリーとを備えることで、第１の電力供給経路からだけでなく、この第１の電力供給経路に地絡などの失陥が発生した場合などの緊急時には第２の電力供給経路からも負荷に電力を供給できるようにしている。

特開２０１６−１５３２７８号公報

上記特許文献１に記載された冗長電源構成を採用した電源システムでは、常用的に負荷へ電力を供給するメインバッテリーを設ける他に、失陥発生時などの緊急的に負荷に電力をバックアップ供給するためのサブバッテリーを設ける必要があり、システムに搭載するバッテリーコストが高くなる。よって、このバッテリーコストを低減させるために、電源システムの構成を改善する余地がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バックアップ用バッテリーを用いた冗長電源を構成することなく、電力供給経路に地絡などの失陥が発生した場合でも負荷への電力供給を維持することができる、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、発電機、蓄電器、発電機と蓄電器との間に直列に設けられ発電機及び蓄電器から所定の負荷へ電力供給が可能な複数の電力分配器、を含む電源システムであって、複数の電力分配器は、それぞれ、発電機側に隣接する第１機器を開閉可能に接続する第１スイッチと、蓄電器側に隣接する第２機器を開閉可能に接続する第２スイッチと、過電流を検知した場合に第１スイッチ及び第２スイッチを流れる過電流の方向を示す通知を第１機器及び第２機器に送信すると共に、第１機器及び第２機器から通知を受信する過電流検知通信部と、過電流検知通信部が送受信した通知に示された過電流の方向に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチの開閉状態を制御するスイッチ制御部と、を備える、ことを特徴とする。

この一態様の電源システムでは、発電機と蓄電器との間にスイッチ付きの電力分配器を複数直列に接続して、この複数の電力分配器を、過電流を検知した場合に過電流が流れる方向を相互に通知し合える構成にしている。この構成によって、各電力分配器は、自機器と隣接する機器に流れる過電流の方向から、過電流の発生原因である失陥箇所の方向を推定することができる。従って、各電力分配器は、その失陥箇所を電力供給経路から切り離すように各スイッチの開閉状態を適切に制御することで、発電機又は蓄電器から負荷へ電力を供給することができる。

上記本発明の電源システムによれば、バックアップ用バッテリーを用いた冗長電源を構成することなく、電力供給経路に地絡などの失陥が発生した場合でも負荷への電力供給を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る電源システムの概略構成を示す図複数の電力分配器がそれぞれ実行するスイッチ制御の処理手順を示すフローチャート複数の電力分配器が実行するスイッチ制御の具体例を示した図

［概要］
本発明の電源システムは、発電機と蓄電器との間にスイッチ付きの電力分配器を複数直列に接続し、この複数の電力分配器を、過電流を検知した場合に過電流が流れる方向を隣り合う機器で相互に通知し合える構成にする。この構成を用いて、過電流を検知したときの通知に基づいてスイッチの開閉状態を適切に制御することで、過電流が流れる失陥箇所を電力供給経路から切り離すことができる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電源システム１の概略構成を示す図である。図１に例示した電源システム１は、発電機１０と、蓄電器２０と、複数の電力分配器３０と、を備えて構成されている。複数の電力分配器３０には、それぞれ所定の負荷４０が接続されている。なお、電力分配器３０及び負荷４０の数は、図１に示した数に限定されるものではなく、任意の数を電源システム１に含めることができる。

発電機１０は、発電によって得られた電力を、複数の電力分配器３０を介して複数の負荷４０及び蓄電器２０に供給することができる構成である。この発電機１０は、典型的にはオルタネーターである。なお、発電機１０に代えて、充放電可能に構成されたバッテリーを使用しても構わない。

蓄電器２０は、蓄えている電力を、複数の電力分配器３０を介して複数の負荷４０に供給することができる構成である。この蓄電器２０は、典型的にはリチウムイオン電池などの充放電可能に構成されたバッテリーである。

複数の電力分配器３０は、発電機１０と蓄電器２０との間に直列に設けられており、発電機１０及び蓄電器２０から供給される電力を、ヒューズなどが挿入された分配線ＤＬで接続された負荷４０に分配するための構成である。この複数の電力分配器３０は、それぞれ、第１スイッチ３１と、第２スイッチ３２と、過電流検知通信部３３及びスイッチ制御部３４を含む電子回路と、を備えている。

なお、以下の説明では、特に区別して説明する必要がある場合には、発電機１０に接続される電力分配器３０を「電力分配器３０(alt)」と、蓄電器２０に接続される電力分配器３０を「電力分配器３０(bat)」と、それ以外の電力分配器３０を「電力分配器３０(mid)」と表記する。

第１スイッチ３１は、分配線ＤＬの分岐点から発電機１０側となる一方端子までの間に設けられ、一方端子に接続される隣接する機器（以下「第１機器」という）と分配線ＤＬに接続された負荷４０とを開閉可能に接続する。電力分配器３０(mid)及び電力分配器３０(bat)の第１スイッチ３１には、第１機器として電力分配器３０(alt)又は電力分配器３０(mid)が接続される。電力分配器３０(alt)の第１スイッチ３１には、第１機器として発電機１０が接続される。

第２スイッチ３２は、分配線ＤＬの分岐点から蓄電器２０側となる他方端子までの間に設けられ、他方端子に接続される隣接する機器（以下「第２機器」という）と分配線ＤＬに接続された負荷４０とを開閉可能に接続する。電力分配器３０(mid)及び電力分配器３０(alt)の第２スイッチ３２には、第２機器として電力分配器３０(bat)又は電力分配器３０(mid)が接続される。電力分配器３０(bat)の第２スイッチ３２には、第２機器として蓄電器２０が接続される。

過電流検知通信部３３は、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２に、所定値以上の電流（以下「過電流」という）が流れたこと及び過電流が流れる方向を検知するための構成である。そして、過電流検知通信部３３は、過電流を検知した場合にスイッチに流れる過電流の方向を示す通知を第１機器及び第２機器に送信し、また過電流を検知した第１機器及び第２機器（の過電流検知通信部３３）から各機器のスイッチに流れる過電流の方向を示す通知を受信する。この送受信した通知は、後述するスイッチ制御部３４による第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の制御に用いられる。

上記通知は、電力分配器３０同士を電気配線で双方向に接続し、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗの電気信号を切り替えて用いることによって実施することができる。過電流が流れる方向は、例えば、電力分配器３０の一方端子から他方端子へ流れる方向（便宜上「右方向」という）であればＨｉｇｈレベルの電気信号と定義し、電力分配器３０の他方端子から一方端子へ流れる方向（便宜上「左方向」という）であればＬｏｗレベルの電気信号と定義することができる。なお、発電機１０に隣接する電力分配器３０(alt)は、発電機１０がスイッチを持たないため発電機１０への通知は行わず、また発電機１０からの供給電流は常に上記右方向であるため発電機１０から受信する通知はＨｉｇｈレベルに固定される。また、蓄電器２０に隣接する電力分配器３０(bat)は、蓄電器２０がスイッチを持たないため蓄電器２０への通知は行わず、また蓄電器２０からの供給電流は常に上記左方向であるため蓄電器２０から受信する通知はＬｏｗレベルに固定される。

スイッチ制御部３４は、過電流検知通信部３３が送受信した上記通知に基づいて、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の開閉状態を制御するための構成である。このスイッチ制御部３４は、上記通知に基づいて、例えば地絡などの過電流が流れる異常が発生した箇所を発電機１０及び蓄電器２０から切り離すように、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の開閉状態を制御する。

［制御］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る電源システム１による制御を説明する。図２は、複数の電力分配器３０がそれぞれ実行するスイッチ制御の処理手順を示すフローチャートである。

図２に示すスイッチ制御は、過電流及び過電流が流れる方向を検知した任意の電力分配器３０（以下「自機器」という）によって開始される。

ステップＳ２０１：スイッチ制御部３４は、第１スイッチ３１を開放（ＯＦＦ）して自機器に隣接する第１機器との接続を遮断し、かつ、第２スイッチ３２を開放（ＯＦＦ）して自機器に隣接する第２機器との接続を遮断する。これにより、実行するスイッチ制御が確定するまでに、過電流が無駄に流れることを防止することができる。

ステップＳ２０２：過電流検知通信部３３は、自機器に流れる過電流の方向を判断する。自機器の過電流の方向が「左（第１機器の方向）」である場合にはステップＳ２０３に処理を進め、自機器の過電流の方向が「右（第２機器の方向）」である場合にはステップＳ２０４に処理を進める。

ステップＳ２０３：過電流検知通信部３３は、過電流の方向を「左」とした通知を第１機器及び第２機器へ送信する。

ステップＳ２０４：過電流検知通信部３３は、過電流の方向を「右」とした通知を第１機器及び第２機器へ送信する。

ステップＳ２０５：過電流検知通信部３３は、第１機器及び第２機器から過電流方向を示す通知を受信する。なお、このステップでは、少なくとも第１機器から過電流方向を示す通知を受信すればよい。

ステップＳ２０６：過電流検知通信部３３は、第１機器及び第２機器から過電流の方向を示す通知を受信する。なお、このステップでは、少なくとも第２機器から過電流の方向を示す通知を受信すればよい。

ステップＳ２０７：スイッチ制御部３４は、過電流検知通信部３３が第１機器から受信した通知に基づいて、第１機器に流れる過電流の方向を判断する。第１機器の過電流の方向が「左」である場合にはステップＳ２０９に処理を進め、第１機器の過電流の方向が「右」である場合にはステップＳ２１０に処理を進める。

ステップＳ２０８：スイッチ制御部３４は、過電流検知通信部３３が第２機器から受信した通知に基づいて、第２機器に流れる過電流の方向を判断する。第２機器の過電流の方向が「左」である場合にはステップＳ２１１に処理を進め、第２機器の過電流の方向が「右」である場合にはステップＳ２１２に処理を進める。

ステップＳ２０９：スイッチ制御部３４は、自機器と第１機器とで過電流が流れる方向が「左」で一致することから、第１機器よりも先方（発電機１０側）の位置で過電流の原因となる地絡などが生じていると判定する。この判定に基づいて、スイッチ制御部３４は、第１スイッチ３１を閉成（ＯＮ）して第１機器を自機器に接続し、かつ、第２スイッチ３２を閉成（ＯＮ）して第２機器を自機器に接続する。この制御により、自機器及び第１機器には、蓄電器２０から電力が供給されるようになる。

ステップＳ２１０：スイッチ制御部３４は、自機器と第１機器とで過電流が流れる方向が一致しないことから、自機器と第１機器との間の位置で過電流の原因となる地絡などが生じていると判定する。この判定に基づいて、スイッチ制御部３４は、第１スイッチ３１を開放（ＯＦＦ）のままにして第１機器との接続遮断を維持し、かつ、第２スイッチ３２を閉成（ＯＮ）して第２機器を自機器に接続する。この制御により、自機器には、蓄電器２０から電力が供給されるようになる。

ステップＳ２１１：スイッチ制御部３４は、自機器と第２機器とで過電流が流れる方向が一致しないことから、自機器と第２機器との間の位置で過電流の原因となる地絡などが生じていると判定する。この判定に基づいて、スイッチ制御部３４は、第１スイッチ３１を閉成（ＯＮ）して第１機器を自機器に接続し、かつ、第２スイッチ３２を開放（ＯＦＦ）のままにして第２機器との接続遮断を維持する。この制御により、自機器には、発電機１０から電力が供給されるようになる。

ステップＳ２１２：スイッチ制御部３４は、自機器と第２機器とで過電流が流れる方向が「右」で一致することから、第２機器よりも先方（蓄電器２０側）の位置で過電流の原因となる地絡などが生じていると判定する。この判定に基づいて、スイッチ制御部３４は、第１スイッチ３１を閉成（ＯＮ）して第１機器を自機器に接続し、かつ、第２スイッチ３２を閉成（ＯＮ）して第２機器を自機器に接続する。この制御により、自機器及び第２機器には、発電機１０から電力が供給されるようになる。

上記ステップＳ２０９乃至Ｓ２１２のいずれかによって第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の開閉状態の制御が実行されると、本スイッチ制御が終了する。

図３は、複数の電力分配器３０が実行するスイッチ制御の具体例を示した図である。図３（ａ）に示す箇所で地絡が生じた場合には、発電機１０及び蓄電器２０の双方から地絡箇所に向かって過電流が流れる。この場合、各電力分配器３０は、検知した過電流の方向を図３（ａ）に示すように相互に通知する。各電力分配器３０は、自機器の通知と隣接する機器の通知とを比較する。そして、図３（ｂ）に示すように、各電力分配器３０は、過電流の方向が一致する場合にはその機器間のスイッチは閉成し、過電流の方向が一致しない場合にはその機器間のスイッチを開放する。

［作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係る電源システム１によれば、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２を有する電力分配器３０を複数直列に接続して、この複数の電力分配器３０を、過電流を検知した場合に過電流が流れる方向を相互に通知し合える構成にしている。そして、本電源システム１では、この構成を用いて通知に示された過電流の方向に基づいて失陥箇所を推定し、失陥箇所だけを電力供給経路から切り離すように第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の開閉状態を制御している。

この制御によって、発電機１０から失陥箇所を切り離すために開放させている第１スイッチ３１までの導通経路が確保され、また蓄電器２０から失陥箇所を切り離すために開放させている第２スイッチ３２までの導通経路が確保されるので、発電機１０及び蓄電器２０のいずれかから電力分配器３０を介して負荷４０へ電力を供給することができる。よって、バックアップ用バッテリーを用いた冗長電源を構成することなく、電力供給経路に地絡などの失陥が発生した場合でも負荷４０への電力供給を維持することができる。

［応用例］
なお、上記実施形態では、隣接する２つの電力分配器３０の間で失陥が発生した場合のスイッチ制御を説明した。しかし、本実施形態に係る電源システム１の構成では、電力分配器３０内における分配線ＤＬや負荷４０で失陥が発生した場合にも応用可能である。この場合には、第１スイッチ３１に流れる過電流の方向と第２スイッチ３２に流れる過電流の方向とが一致していれば双方のスイッチを閉成し、一致していなければ双方のスイッチを共に開放するように制御する。これにより、電力分配器３０内で発生した失陥箇所を電力供給経路から切り離すことができる。

本発明の電源システムは、発電機と蓄電器とを備えた車両などに利用可能である。

１電源システム
１０発電機
２０蓄電器
３０電力分配器
３１第１スイッチ
３２第２スイッチ
３３過電流検知通信部
３４スイッチ制御部
４０負荷
ＤＬ分配線

Claims

発電機、蓄電器、及び前記発電機と前記蓄電器との間に直列に設けられ前記発電機及び前記蓄電器から所定の負荷へ電力供給が可能な複数の電力分配器、を含む電源システムであって、
前記複数の電力分配器は、それぞれ、
前記発電機側に隣接する第１機器を開閉可能に接続する第１スイッチと、
前記蓄電器側に隣接する第２機器を開閉可能に接続する第２スイッチと、
過電流を検知した場合に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを流れる過電流の方向を示す通知を前記第１機器及び前記第２機器に送信すると共に、前記第１機器及び前記第２機器から前記通知を受信する過電流検知通信部と、
前記過電流検知通信部が送受信した前記通知に示された過電流の方向に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの開閉状態を制御するスイッチ制御部と、を備える、
電源システム。