JP2021180574A - 電源システムの制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーが介挿される電流経路に過電流が生じた場合に、リレーに異常が発生することを防止することができる電源システムの制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】実施形態の一態様に係る制御装置においては、検出部と、リレー制御部と、発電制御部とを備える。検出部は、発電機とバッテリとを接続する電流経路における過電流を検出する。リレー制御部は、検出部によって過電流が検出された場合、発電機とバッテリとの間の電流経路に介挿されたリレーのオン状態を維持する。発電制御部は、リレー制御部によってリレーのオン状態が維持された状態で、発電機の発電を停止させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電源システムの制御装置および制御方法に関する。

従来、バッテリに接続されるリレーに短絡故障が発生した場合に、リレーをオンオフ制御することで、リレーにおける溶着故障の発生を回避するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／１２２６４８号

しかしながら、従来技術には、リレーが介挿される電流経路に過電流が生じた場合に、リレーに異常が発生することを防止するという点で、さらなる改善の余地があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リレーが介挿される電流経路に過電流が生じた場合に、リレーに異常が発生することを防止することができる電源システムの制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電源システムの制御装置において、検出部と、リレー制御部と、発電制御部とを備える。検出部は、発電機とバッテリとを接続する電流経路における過電流を検出する。リレー制御部は、前記検出部によって前記過電流が検出された場合、前記発電機と前記バッテリとの間の前記電流経路に介挿されたリレーのオン状態を維持する。発電制御部は、前記リレー制御部によって前記リレーのオン状態が維持された状態で、前記発電機の発電を停止させる。

本発明によれば、リレーが介挿される電流経路に過電流が生じた場合に、リレーに異常が発生することを防止することができる。

図１は、実施形態に係る制御装置を含む電源システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、制御装置を含む電源システムの構成を示すブロック図である。 図３は、制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源システムの制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、制御装置が、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、μＨＥＶ（Micro Hybrid Electric Vehicle）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の車両に搭載される電源システムを制御する場合を一例に挙げて説明する。なお、制御装置の制御対象は、車両に搭載される電源システムに限定されず、任意の機器に搭載される電源システムであってもよい。

（制御装置を含む電源システムの全体構成）
まず、図１を用いて、実施形態に係る制御装置を含む電源システムについて説明する。図１は、実施形態に係る制御装置を含む電源システムの構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、電源システム１は、発電機１１と、鉛バッテリ１２と、補機１３と、リレー１４と、制御装置２０とを含む。

なお、図１に示す例では、電源システム１は、鉛バッテリ１２を１つ備えるようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば電源システム１が、ＬＩＢ（Lithium-Ion rechargeable Battery（リチウムイオン二次電池））を備え、バッテリを二重化した２電源システムとしてもよい。さらには、電源システム１は、バッテリの数が３つ以上であってもよい。

発電機１１は、図示しないエンジンの回転を動力源として電力を生成する機器である。また、車両の減速時には回生ブレーキによる回生電力を生成する。なお、発電機１１は、オルタネータやジェネレータとも呼ばれる。また、発電機１１は、エンジンを始動する始動装置（スタータ）として機能してもよい。すなわち、発電機１１は、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）であってもよい。

また、発電機１１は、例えば制御装置２０からの指示に応じて電力を生成してもよい。そして、例えば発電した電力を鉛バッテリ１２へ供給することで、鉛バッテリ１２を充電する。

鉛バッテリ１２は、電極に鉛を用いた二次電池である。鉛バッテリ１２は、例えば車両に搭載される補機１３の電源となる。なお、鉛バッテリ１２は、バッテリの一例である。また、鉛バッテリ１２は、ＬＩＢなどその他の種類の二次電池であってもよい。

補機１３は、車両に搭載される電気機器（負荷）である。例えば、補機１３は、ナビゲーション装置やオーディオ機器、エアーコンディショナ等であるが、これらは例示であって限定されるものではない。補機１３は、鉛バッテリ１２から電力の供給を受けることができる。

上記した鉛バッテリ１２、発電機１１および補機１３は、並列接続される。例えば、発電機１１と鉛バッテリ１２とは、第１経路（電流経路）Ｌ１を介して接続される。補機１３は、第１経路Ｌ１に接続された第２経路（電流経路）Ｌ２、第１経路Ｌ１を介して鉛バッテリ１２に接続される。

リレー１４は、回路の短絡と開放を制御する開閉器である。リレー１４は、鉛バッテリ１２と発電機１１との間に介挿される。具体的には、リレー１４は、発電機１１と鉛バッテリ１２との間の第１経路Ｌ１に介挿される。詳しくは、リレー１４は、第１経路Ｌ１において、第２経路Ｌ２が接続される位置と発電機１１との間に介挿される。

リレー１４は、１対のトランジスタ１５１，１５２と、シャント抵抗１５３とを備える。なお、トランジスタ１５１，１５２としては、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではない。

１対のトランジスタ１５１，１５２は、直列に接続される。例えば、トランジスタ１５１は、一端が発電機１１に接続され、他端がトランジスタ１５２に接続される。トランジスタ１５２は、一端がトランジスタ１５１に接続され、他端が鉛バッテリ１２に接続される。

トランジスタ１５１，１５２は、スイッチング素子およびボディダイオードを有し、スイッチング素子とボディダイオードとが並列接続される。トランジスタ１５１，１５２のそれぞれが有するボディダイオードは、逆向きに設けられる。例えば、トランジスタ１５１のボディダイオードは、アノードがトランジスタ１５２に接続され、カソードが発電機１１に接続される。また、トランジスタ１５２のボディダイオードは、アノードがトランジスタ１５１に接続され、カソードが鉛バッテリ１２に接続される。これにより、例えばリレー１４は、オフされるとき（正確にはトランジスタ１５１，１５２のスイッチング素子がオフされるとき）、１対のトランジスタ１５１，１５２間に電流が流れないように構成される。

シャント抵抗１５３は、トランジスタ１５１とトランジスタ１５２との間に直列に接続される。例えば、シャント抵抗１５３は、制御装置２０によって両端に生じる電位差が検出され、検出した電位差に基づく電圧値からシャント抵抗１５３を流れる電流が測定される。なお、シャント抵抗１５３は、プルダウン抵抗に接続されていてもよい。また、シャント抵抗１５３は、トランジスタ１５１の発電機１１側、もしくはトランジスタ１５２の鉛バッテリ１２側に接続されてもよい。なお、上記では、シャント抵抗１５３を用いて電流を検出するようにしたが、これに限られず、例えばホール式の電流センサなどその他の種類の電流センサを用いて電流を検出してもよい。

上記したリレー１４と鉛バッテリ１２との間の第１経路Ｌ１には、ヒューズ１６が介挿される。詳しくは、ヒューズ１６は、第１経路Ｌ１において、鉛バッテリ１２と第２経路Ｌ２が接続される位置との間に介挿される。

上記のように構成された電源システム１において、発電機１１と鉛バッテリ１２とを接続する第１経路（電流経路）Ｌ１には、過電流が流れる場合がある。例えば、リレー１４がオン（導通）した状態にあるとき、図１に二点鎖線で示すように、第１経路Ｌ１においてリレー１４の鉛バッテリ１２側の点Ａで地絡が発生すると、第１経路Ｌ１には、発電機１１から地絡箇所へ過電流が流れる（矢印Ｂ１参照）。具体的には、リレー１４と鉛バッテリ１２とを接続するハーネスが何らかの原因で地絡すると、上記した過電流が第１経路Ｌ１に流れる。

リレー１４に過電流が流れ続けると、発熱量が増加し、発熱によるリレー１４の異常が発生するおそれがある。ここで、例えば仮に、過電流が流れた状態でリレー１４がオフされると、リレー１４のトランジスタ１５１，１５２におけるスイッチング損失が過度に増大し、破損などのリレーの異常が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態に係る制御装置２０にあっては、第１経路Ｌ１に過電流が生じた場合に、リレー１４に異常が発生することを防止することができるような構成とした。

なお、第１経路Ｌ１の点Ａで地絡が発生すると、第１経路Ｌ１には、鉛バッテリ１２から地絡箇所へも過電流が流れる（矢印Ｂ２参照）。かかる場合、第１経路Ｌ１において鉛バッテリ１２と地絡箇所との間に設けられたヒューズ１６が溶断し、鉛バッテリ１２等は保護される。

（制御装置の構成）
次に、図２を参照して、実施形態に係る制御装置２０を含む電源システム１の構成について詳しく説明する。図２は、実施形態に係る制御装置２０を含む電源システム１の構成を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２に示すように、電源システム１の制御装置２０は、入力部３１と、出力部３２と、制御部４０と、記憶部５０とを備える。制御部４０は、検出部４１と、リレー制御部４２と、発電制御部４３とを備える。

入力部３１は、リレー１４から、シャント抵抗１５３（図１参照）を流れる電流を示す信号が入力され、かかる信号を制御部４０へ出力する。

出力部３２は、リレー１４をオン（導通）あるいはオフ（遮断）するための信号を出力する。例えば、リレー１４をオンするためのオン信号は、リレー１４のトランジスタ１５１，１５２をオンする信号である。また、リレー１４をオフするためのオフ信号は、リレー１４のトランジスタ１５１，１５２をオフする信号である。

出力部３２は、発電機１１を制御する信号を出力する。例えば、出力部３２は、発電機１１の発電を停止させる停止信号を出力することができる。

記憶部５０は、例えば、データフラッシュや不揮発性メモリ、レジスタといった記憶デバイスであり、各種のプログラムや情報などを記憶する。

制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、例えば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部４０の検出部４１、リレー制御部４２および発電制御部４３として機能する。

また、制御部４０の検出部４１、リレー制御部４２および発電制御部４３の少なくともいずれか一部または全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

検出部４１は、発電機１１と鉛バッテリ１２とを接続する第１経路（電流経路）Ｌ１における過電流を検出することができる。例えば、検出部４１は、リレー１４のシャント抵抗１５３を流れる電流が、リレー１４の定格電流を超えた場合に、第１経路Ｌ１の過電流を検出する。なお、このときのリレー１４はオン（導通）されている。

検出部４１は、過電流が検出された場合、過電流が検出されたことを示す過電流検出信号をリレー制御部４２と発電制御部４３とに出力する。

なお、上記では、検出部４１は、リレー１４を流れる電流が定格電流を超えた場合に過電流を検出するようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば検出部４１は、リレー１４を流れる電流が、予め設定される任意の電流値を超えた場合に過電流を検出するなど、その他の手法で過電流を検出してもよい。さらに、検出部４１は、第１経路Ｌ１の任意の位置に、シャント抵抗１５３とは異なる電流センサを設け、かかる電流センサの出力に基づいて過電流を検出してもよい。

リレー制御部４２は、検出部４１によって過電流が検出された場合、言い換えると、上記した過電流検出信号が入力された場合、リレー１４のオン状態を維持する。すなわち、リレー制御部４２は、過電流が流れた状態のリレー１４に対し、出力部３２からのオン信号の出力を継続する。

発電制御部４３は、リレー１４のオン状態が維持された状態で、発電機１１の発電を停止させる。例えば、発電制御部４３は、停止信号を出力部３２を介して発電機１１へ出力する。これにより、発電機１１では発電が停止し、よってリレー１４に流れる電流が低下していき、最終的にはリレー１４において電流が流れない状態することができる。

このように、本実施形態においては、リレー１４のオン状態が維持された状態で発電機１１の発電を停止させるようにしたので、例えばリレー１４に過電流が流れ続けて発熱量が増加することはなく、よって発熱によるリレー１４の異常が発生することを防止することができる。

続いて、リレー制御部４２は、発電機１１の発電の停止後に、リレー１４をオフする。例えば、リレー制御部４２は、発電機１１の発電の停止によりリレー１４に電流が流れない状態になった場合に、リレー１４に対してオフ信号を出力部３２を介して出力する。これにより、リレー１４がオフされる。

なお、上記では、リレー制御部４２は、リレー１４に電流が流れない状態になった場合に、リレー１４をオフするようにしたが、これに限られない。すなわち、例えばリレー制御部４２は、発電機１１の発電の停止によりリレー１４を流れる電流が低下して定格電流未満になった場合に、リレー１４をオフするなど、発電停止後の任意のタイミングでリレー１４をオフしてもよい。

このように、本実施形態においては、発電機１１の発電の停止後にリレー１４をオフするように構成したので、例えば過電流の状態でリレー１４をオフした場合のように、リレー１４のトランジスタ１５１，１５２におけるスイッチング損失が過度に増大することはない。従って、スイッチング損失の増大に起因した破損などのリレーの異常が発生することを防止することができる。

また、本実施形態においては、上記のように構成することで、電源システム１で生じた過電流状態を安全に解除することが可能になる。

（制御装置の処理手順）
次に、図３を用いて実施形態に係る制御装置２０が実行する処理手順について説明する。図３は、制御装置２０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図３に示すように、制御装置２０の制御部４０は、発電機１１と鉛バッテリ１２とを接続する第１経路Ｌ１における過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１００）。制御部４０は、第１経路Ｌ１における過電流が検出されていないと判定された場合（ステップＳ１００，Ｎｏ）、処理を終了する。

一方、制御部４０は、第１経路Ｌ１における過電流が検出されたと判定された場合（ステップＳ１００，Ｙｅｓ）、リレー１４のオン状態を維持し（ステップＳ１０１）、続いて発電機１１の発電を停止させる（ステップＳ１０２）。制御部４０は、発電機１１の発電の停止後、リレー１４をオフする（ステップＳ１０３）。

上述してきたように、実施形態に係る制御装置２０は、検出部４１と、リレー制御部４２と、発電制御部４３とを備える。検出部４１は、発電機１１と鉛バッテリ１２とを接続する第１経路（電流経路）Ｌ１における過電流を検出する。リレー制御部４２は、検出部４１によって過電流が検出された場合、発電機１１と鉛バッテリ１２との間の第１経路Ｌ１に介挿されたリレー１４のオン状態を維持する。発電制御部４３は、リレー制御部４２によってリレー１４のオン状態が維持された状態で、発電機１１の発電を停止させる。これにより、リレー１４が介挿される第１経路Ｌ１に過電流が生じた場合に、リレー１４に異常が発生することを防止することができる、言い換えると、リレー１４を保護することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 電源システム
１１ 発電機
１２ 鉛バッテリ
１４ リレー
２０ 制御装置
４０ 制御部
４１ 検出部
４２ リレー制御部
４３ 発電制御部

Claims (3)

1. 発電機とバッテリとを接続する電流経路における過電流を検出する検出部と、
   前記検出部によって前記過電流が検出された場合、前記発電機と前記バッテリとの間の前記電流経路に介挿されたリレーのオン状態を維持するリレー制御部と、
   前記リレー制御部によって前記リレーのオン状態が維持された状態で、前記発電機の発電を停止させる発電制御部と
   を備えることを特徴とする電源システムの制御装置。
2. 前記リレー制御部は、
   前記発電制御部による前記発電機の発電の停止後に、前記リレーをオフすること
   を特徴とする請求項１に記載の電源システムの制御装置。
3. 発電機とバッテリとを接続する電流経路における過電流を検出する検出工程と、
   前記検出工程によって前記過電流が検出された場合、前記発電機と前記バッテリとの間の前記電流経路に介挿されたリレーのオン状態を維持するリレー制御工程と、
   前記リレー制御工程によって前記リレーのオン状態が維持された状態で、前記発電機の発電を停止させる発電制御工程と
   を含むことを特徴とする電源システムの制御方法。

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