JP2022099763A

JP2022099763A - 電源装置及び電源制御方法

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Publication number: JP2022099763A
Application number: JP2020213749A
Authority: JP
Inventors: 輝芳小山; Teruyoshi Koyama
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: JP7050142B1

Abstract

【課題】放電効率の低下を抑えつつ、バッテリの逆接続による事故の発生を防止すること。【解決手段】実施形態に係る電源装置は、降圧電源回路と、昇圧電源回路と、ダイオードと、コンデンサと、マイコンと、を有する。降圧電源回路は、第１のバッテリの電圧を降圧させて負荷に出力する。昇圧電源回路は、第２のバッテリの電圧を昇圧させて負荷に出力する。ダイオードは、昇圧電源回路の出力と並列に設けられる。コンデンサは、ダイオードと接続される。マイコンは、第２のバッテリの電圧とコンデンサの電圧との関係に基づき、第２のバッテリからの放電を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び電源制御方法に関する。

近年、車両盗難追跡及びレッカー移動通知等の機能がＴＣＵ（Telematics Control Unit：テレマティクス制御ユニット）に搭載されている。これらの機能は、車両バッテリを外されても機能が有効となり続けるよう、リチウムイオン二次電池等の予備バッテリを用いて実施される。

また、これらの機能は、イグニッションオフのときに有効になることから、イグニッションオフのときも常に予備バッテリは通電されている必要がある。

ここで、予備バッテリの劣化やその他の事由により予備バッテリが交換される際、オペレーションの誤りによって予備バッテリが逆接続されてしまう場合がある。そのような場合、予備バッテリが短絡状態になり、回路の破壊、バッテリの発火及び発煙等の事故が起こり得る。

これに対し、例えば、バッテリの逆接続時に電源ＩＣを保護するために、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）を配置する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６－２０８７０７号公報

しかしながら、従来技術では、予備バッテリの放電効率が低下する場合がある。例えば、ＭＯＳＦＥＴがオフのままで予備バッテリから放電を行うと、ボディーダイオード経由での放電となるため放電効率が低下する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放電効率の低下を抑えつつ、バッテリの逆接続による事故の発生を防止することができる電源装置及び電源制御方法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、本発明に係る電源装置は、降圧電源回路と、昇圧電源回路と、ダイオードと、コンデンサと、マイコンと、を有する。降圧電源回路は、第１の電源の電圧を降圧させて負荷に出力する。昇圧電源回路は、第２の電源の電圧を昇圧させて負荷に出力する。ダイオードは、昇圧電源回路の出力と並列に設けられる。コンデンサは、ダイオードと接続される。マイコンは、第２の電源の電圧とコンデンサの電圧との関係に基づき、第２の電源からの放電を制御する。

本発明によれば、放電効率の低下を抑えつつ、バッテリの逆接続による事故の発生を防止することができる。

図１は、実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。図２は、実施形態に係る電源装置の処理手順を示すフローチャートである。図３は、従来の電源装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源装置及び電源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本発明が限定されるものではない。

まず、図３を用いて、従来の電源装置について説明する。図３は、従来の電源装置の構成を示す図である。

図３に示すように、電源制御システム１ａは、電源装置１０ａ、負荷２１ａ、負荷２２ａ、負荷２３ａを有する。電源装置１０ａは、降圧電源回路１１ａ、昇圧電源回路１２ａ及びマイコン１３ａを有する。

降圧電源回路１１ａは、メインバッテリであるバッテリＢ１ａの電圧を降圧させて各負荷に出力する。

一方、昇圧電源回路１２ａは、予備バッテリであるバッテリＢ２ａの電圧を昇圧させて各負荷に出力する。

ここで、バッテリＢ２ａが逆接続された場合の事故の発生を防止するため、ＦＥＴ（Field effect transistor）Ｑ１ａはオフ、ＦＥＴＱ２ａはオンの状態にされている。

この場合、バッテリＢ２ａへの充電電流は遮断され、バッテリＢ２ａからの放電電流が通電状態となる。

しかし、ＦＥＴＱ１ａがオフのままでバッテリＢ２ａから放電を行うと、ＦＥＴＱ１ａのボディーダイオード経由での放電となるため放電効率が悪く、機能が有効に作動する時間が短くなってしまう。

ＦＥＴＱ１ａをオンにすれば放電効率を向上させることができる。そこで、バッテリＢ２ａの電圧Ｖ１ａをマイコン１３ａで読み取って逆接続されているか否かを確認する方法が考えられる。

しかしながら、ショットキーバリアダイオードＤ１ａの逆方向リーク電流によって電圧Ｖ１ａが上昇し、あたかもバッテリＢ２ａが正常に接続されているかのように誤判定するリスクがある。

また、ショットキーバリアダイオードＤ１ａのリーク電流分を定期的にディスチャージする回路を設け、電圧Ｖ１ａを読み取る方法も考えられるが、バッテリＢ２ａのエネルギーを無駄に消費してしまう。

本実施形態の１つの目的は、ここで説明した従来の電源装置１０ａの問題点を解決することである。

図１を用いて、本実施形態の電源装置について説明する。図１は、実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。

図１に示すように、電源制御システム１は、電源装置１０、負荷２１、負荷２２、負荷２３を有する。電源装置１０は、降圧電源回路１１、昇圧電源回路１２及びマイコン１３を有する。

電源制御システム１は例えば車両である。その場合、電源装置１０は車両の主電源を供給する。

また、負荷２１、負荷２２、負荷２３は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）トランシーバ、通信モジュール、ＧＰＳ（Global Positioning System）に関する機器等である。

降圧電源回路１１は、バッテリＢ１の電圧を降圧させて負荷に出力する。バッテリＢ１は第１の電源の一例である。

昇圧電源回路１２は、バッテリＢ２の電圧を昇圧させて負荷に出力する。バッテリＢ２は第２の電源の一例である。

ここで、主電源は、バッテリＢ１からの通電がある場合バッテリＢ１から供給され、盗難等によりバッテリＢ１が取り外された場合は、バッテリＢ２から供給される。

バッテリＢ２の充電及び放電は、ＦＥＴＱ１及びＦＥＴＱ２によって制御される。

ＦＥＴＱ１がオフの場合、バッテリＢ２への充電電流が遮断される。一方、ＦＥＴＱ１がオンの場合、バッテリＢ２への充電電流が通電される。

また、ＦＥＴＱ２がオフの場合、バッテリＢ２からの放電電流が遮断される。一方、ＦＥＴＱ２がオンの場合、バッテリＢ２からの放電電流が通電される。

従来の電源装置の場合と同様に、ＦＥＴＱ１がオフの状態でＦＥＴＱ２がオンになると、バッテリＢ２はボディーダイオード経由で放電を行うことになり、放電効率が低下する。

ＦＥＴＱ１を安全にオンにすることができれば、放電効率の低下を回避することができる。マイコン１３は、所定の条件に基づきバッテリＢ２からの放電を制御する。マイコン１３は制御部の一例である。

マイコン１３は、ＦＥＴＱ１のオンオフを変更することで放電を制御してもよいし、ＦＥＴＱ１が安全にオンにできる状態にあることを所定のシステム等に通知することで放電を制御してもよい。

マイコン１３は、電源装置１０に備えられた、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ１を含むモニタ回路を利用して、ＦＥＴＱ１をオンにできる状態であるか否かを判定する。

図１に示すように、ダイオードＤ２は、昇圧電源回路１２の出力と並列に設けられる。また、コンデンサＣ１は、ダイオードＤ２と接続される。

マイコン１３は、バッテリＢ２の電圧Ｖ１とコンデンサＣ１の電圧Ｖ２との関係に基づき、バッテリＢ２からの放電を制御する。

例えば、マイコン１３は以下の手順で制御を行う。まず、マイコン１３は、バッテリＢ２の電圧Ｖ１とコンデンサＣ１の電圧Ｖ２とを定期的に測定する。

そして、マイコン１３は、バッテリＢ２の電圧Ｖ１とコンデンサＣ１の電圧Ｖ２との関係に関する所定の条件が満たされるか否かを判定し、所定の条件が満たされた場合、バッテリＢ２からの放電を制御する。

例えば、マイコン１３は、コンデンサＣ１の電圧Ｖ２がバッテリＢ２の電圧より大きい場合に、ドレイン側がバッテリＢ２と接続されたＦＥＴＱ１をオンにする。

電圧Ｖ１より電圧Ｖ２の方が高くなると、昇圧電源回路１２はバッテリＢ２のエネルギーを使って昇圧動作していることになり、バッテリＢ２は順接続されていることになる。

このため、マイコン１３は、Ｖ１＜Ｖ２を検出することによって、ＦＥＴＱ１をオンする（安全にオンにすることができる）と判定する。

一方、バッテリＢ１が接続されている場合、主電源は降圧電源回路１１により供給されるため、昇圧電源回路１２は動作しない。その結果、Ｖ１＞Ｖ２の関係になっている。

このため、マイコン１３は、Ｖ１＞Ｖ２を検出した場合、バッテリＢ２が順接続か逆接続かは判断できないが、少なくともバッテリＢ１が接続された状態ではあるため、ＦＥＴＱ１をオンにしない（オンにする必要がない）と判定する。

また、マイコン１３は、ＦＥＴＱ１をオンにすると判定した場合、ＦＥＴＱ１を安全にオンにできることを所定のシステム等に通知してもよい。

ＦＥＴＱ１をオンにする必要があるのは、意図的な取り外し及び故障等によりバッテリＢ１の喪失が発生した場合である。

そこで、マイコン１３は、バッテリＢ１の出力の低下が検知された場合に、バッテリＢ２の電圧Ｖ１とコンデンサＣ１の電圧Ｖ２との関係に基づき、バッテリＢ２からの放電を制御してもよい。

マイコン１３は、このような冗長な判定を行うことにより、誤判定のリスクを低減させることができる。

なお、図１に示すように、昇圧電源回路１２に備えられたショットキーバリアダイオードＤ１のアノード側にダイオードＤ２が接続される。

これにより、マイコン１３は、ショットキーバリアダイオードＤ１のリーク電流を考慮した上でＦＥＴＱ１の制御を行うことができる。

図２を用いて、電源装置１０の処理手順を説明する。図２は、実施形態に係る電源装置の処理手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、電源装置１０は、車両バッテリの電圧を測定する（ステップＳ１０１）。例えば、図１のバッテリＢ１が車両バッテリに相当する。

電源装置１０は、車両バッテリの電圧の低下を検知しない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、引き続き車両バッテリの電圧を測定する。

電源装置１０は、車両バッテリの電圧の低下を検知した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進む。

ここで、Ｖ１＜Ｖ２でない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、電源装置１０は処理を終了する。

一方、Ｖ１＜Ｖ２である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、電源装置１０はＦＥＴＱ１をオンにする（ステップＳ１０４）。また、このとき電源装置１０は、ＦＥＴＱ１を安全にオンにできることを通知してもよい。

図１に示すように、電圧Ｖ１は、バッテリＢ２の電圧である。また、電圧Ｖ２は、モニタ回路のコンデンサＣ１の電圧である。

上述してきたように、実施形態に係る電源装置１０は、降圧電源回路１１と、昇圧電源回路１２と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ１と、マイコン１３と、を有する。降圧電源回路１１は、バッテリＢ１の電圧を降圧させて負荷に出力する。昇圧電源回路１２は、バッテリＢ２の電圧を昇圧させて負荷に出力する。ダイオードＤ２は、昇圧電源回路１２の出力と並列に設けられる。コンデンサＣ１は、ダイオードＤ２と接続される。マイコン１３は、バッテリＢ２の電圧Ｖ１とコンデンサＣ１の電圧Ｖ２との関係に基づき、バッテリＢ２からの放電を制御する。

これにより、電源装置１０は、例えば第２のバッテリに接続されたＦＥＴをオンにしてよいか否かを判定することができる。その結果、本実施形態によれば、放電効率の低下を抑えつつ、バッテリの逆接続による事故の発生を防止することができる。

本実施形態を車両に適用することができる。その場合、電源制御システム１は車両であり、電源装置１０は車両の主電源である。また、バッテリＢ１は車両バッテリに相当する。また、バッテリＢ２は予備バッテリに相当する。

本実施形態を車両に適用した場合、予備バッテリの交換の際に、誤って逆接続された場合であっても、ショート電流による電池の発火、破損、ＴＣＵ回路の破壊が発生しないように、あらかじめ充電電流の遮断用のＦＥＴＱ１をオフにした状態でのスタンバイが可能になる。

また、本実施形態では、ほぼ電力を消費せずにＦＥＴＱ１をオンにしてよいか否かを判定することができる。

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及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及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又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電源制御システム
１０電源装置
１１降圧電源回路
１２昇圧電源回路
１３マイコン
２１、２２、２３負荷
Ｂ１、Ｂ２バッテリ
Ｃ１コンデンサ
Ｄ１ショットキーバリアダイオード
Ｄ２ダイオード
Ｑ１、Ｑ２ＦＥＴ
Ｖ１、Ｖ２電圧

Claims

第１の電源の電圧を降圧させて負荷に出力する降圧電源回路と、
第２の電源の電圧を昇圧させて前記負荷に出力する昇圧電源回路と、
前記昇圧電源回路の出力と並列に設けられたダイオードと
前記ダイオードと接続されたコンデンサと、
前記第２の電源の電圧と前記コンデンサの電圧との関係に基づき、前記第２の電源からの放電を制御する制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。
前記制御部は、前記第２の電源の電圧と前記コンデンサの電圧とを定期的に測定し、前記第２の電源の電圧と前記コンデンサの電圧との関係に関する所定の条件が満たされるか否かを判定し、前記所定の条件が満たされた場合、前記第２の電源からの放電を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記制御部は、前記コンデンサの電圧が前記第２の電源の電圧より大きい場合に、ドレイン側が前記第２の電源と接続されたＦＥＴをオンにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
前記制御部は、前記第１の電源の出力の低下が検知された場合に、前記第２の電源の電圧と前記コンデンサの電圧との関係に基づき、前記第２の電源からの放電を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
前記昇圧電源回路に備えられたショットキーバリアダイオードのアノード側に前記ダイオードのアノードが接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。
第１の電源の電圧を降圧させて負荷に出力する降圧電源回路と、
第２の電源の電圧を昇圧させて前記負荷に出力する昇圧電源回路と、
前記昇圧電源回路の出力と並列に設けられたダイオードと
前記ダイオードと接続されたコンデンサと、
を有する電源装置をコンピュータが制御する電源制御方法であって、
前記第２の電源の電圧と前記コンデンサの電圧との関係に基づき、前記第２の電源からの放電を制御する制御工程を含むことを特徴とする電源制御方法。