JP2022108553A - 車載電源装置および車載電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冗長電源システムの安全性を向上させることができる車載電源装置および車載電源制御方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る車載電源装置は、第１系統と、第２系統と、系統間スイッチと、検知部と、判定部と、接続制御部とを備える。第１系統は、第１電源の電力が第１負荷に供給される。第２系統は、第２電源の電力が第２負荷に供給される。系統間スイッチは、第１系統および第２系統を接続切断可能である。検知部は、第１系統および第２系統の電源失陥を検知する。判定部は、電源失陥が復帰の目途がない電源失陥か否かを判定する。接続制御部は、一方の系統の電源失陥が検知される場合に、系統間スイッチを遮断して他方の系統によって車両に退避走行を行わせ、復帰の目途がない電源失陥の場合、系統間スイッチの再接続を禁止し、復帰の目途がある電源失陥の場合、系統間スイッチの再接続を許可する。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、車載電源装置および車載電源制御方法に関する。

従来、車両の走行中に電源失陥が発生しても、安全な場所まで退避走行させて停車させることができるように、第１電源と第２電源とを備え、一方の電源系統に地絡が発生した場合に、他方の電源から車載機器（負荷）へ電力を供給する冗長電源システムがある。

例えば、冗長電源システムは、第１電源から第１負荷へ電力を供給する第１系統と、第２電源から第１負荷と同一の機能を備える第２負荷へ電力を供給する第２系統とを備える。そして、冗長電源システムは、第１系統および第２系統のうち一方の系統に地絡が発生した場合に、他方の系統によってフェイルセーフ制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－６１２４０号公報

車両に搭載される冗長電源システムは、高い安全性が要求される。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、冗長電源システムの安全性を向上させることができる車載電源装置および車載電源制御方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る車載電源装置は、第１系統と、第２系統と、系統間スイッチと、検知部と、判定部と、接続制御部とを備える。第１系統は、第１電源の電力が自動運転用の第１負荷に供給される。第２系統は、第２電源の電力が自動運転用の第２負荷に供給される。系統間スイッチは、前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能である。検知部は、前記第１系統および前記第２系統の電源失陥を検知する。判定部は、前記電源失陥が復帰の目途がない電源失陥か否かを判定する。接続制御部は、前記第１系統および前記第２系統のうち一方の系統の電源失陥が検知される場合に、前記系統間スイッチを遮断して電源失陥が生じていない他方の系統によって車両に退避走行を行わせ、復帰の目途がない電源失陥の場合、前記系統間スイッチの再接続を禁止し、復帰の目途がある電源失陥の場合、前記系統間スイッチの再接続を許可する。

実施形態の一態様に係る車載電源装置および車載電源制御方法は、冗長電源システムの安全性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車載電源装置の構成例を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。 図３は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。 図４は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。 図５は、実施形態に係る制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。 図７は、実施形態に係る制御部が実行する処理の変形例を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係る車載電源装置の動作例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、車載電源装置および車載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この発明が限定されるものではない。以下では、自動運転機能を備える車両に搭載されて負荷へ電力を供給する車載電源装置を例に挙げて説明するが、実施形態に係る車載電源装置は、自動運転機能を備えていない車両に搭載されてもよい。

図１は、実施形態に係る車載電源装置の構成例を示す説明図である。図１に示すように、実施形態に係る車載電源装置１は、第１電源１０と、第１負荷１０１と、第２負荷１０２と、自動運転制御装置１００とに接続される。

第１負荷１０１および第２負荷１０２は、自動運転用の負荷を含む。例えば、第１負荷１０１は、自動運転中に動作するステアリングモータ、電動ブレーキ装置、車載カメラ、およびレーダ等を含む。また、第１負荷１０１は、エアコン、オーディオ、ビデオ、各種ライト等の一般負荷も含む。

第２負荷１０２は、少なくとも、ステアリングモータ、電動ブレーキ装置、車載カメラ、およびレーダ等の自動運転中に動作する装置を含む。第１負荷１０１および第２負荷１０２は、車載電源装置１から供給される電力によって動作する。自動運転制御装置１００は、第１負荷１０１および第２負荷１０２を動作させて、車両を自動運転制御する制御装置である。

車載電源装置１は、第２電源２０と、制御部３と、系統間スイッチ４とを備える。さらに、車載電源装置１は、電流センサ５１，５２，５３と、電圧センサ５４，５５とを備える。また、系統間スイッチ４と第１電源１０との接続点Ｐと第１負荷１０１との間には、第１ヒューズ６１が設けられる。第１ヒューズ６１は、第１負荷１０１へ過電流が流れる場合に溶断することによって、第１負荷１０１を過電流から保護する。

また、系統間スイッチ４と第２電源２０との接続点Ｑと第２負荷との間には、第２ヒューズ６２が設けられる。第２ヒューズ６２は、第２負荷１０２へ過電流が流れる場合に溶断することによって、過電流から第２負荷１０２を保護する。なお、車載電源装置１は、第１ヒューズ６１および第２ヒューズ６２のうち、いずれか一方だけが設けられる場合もある。

第１電源１０は、例えば、鉛バッテリである。第１電源１０は、通常時に第１負荷１０１および第２負荷１０２に電力を供給する。第１電源１０と第１ヒューズ６１との間には、電圧センサ５４と電流センサ５２とが接続される。また、第１電源１０と第１ヒューズ６１との接続点Ｐと系統間スイッチ４１との間には、電流センサ５１が接続される。

電圧センサ５４は、第１電源１０の出力電圧を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。電流センサ５２は、第１電源１０および第１負荷１０１間を流れる電流を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。なお、電流センサ５２は、第１ヒューズ６１と第１負荷１０１との間に設けられてもよい。電流センサ５１は、系統間スイッチ４を流れる電流を検出して、検出結果を制御部３へ出力する。

第２電源２０は、例えば、リチウムイオンバッテリである。第２電源２０は、第１電源１０による電力供給ができなくなった場合のバックアップ用電源である。第２電源２０は、通常動作時の放電を抑制するため、第１電源１０よりも出力電圧が若干低くなうように充電される。

第２電源２０と第２ヒューズ６２との間には、電圧センサ５５と電流センサ５３とが接続される。電圧センサ５５は、第２電源２０の出力電圧を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。電流センサ５３は、第２電源２０および第２負荷１０２間を流れる電流を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。なお、電流センサ５３は、第２ヒューズ６２と第２負荷１０２との間に設けられてもよい。

かかる車載電源装置１は、第１電源１０の電力が自動運転用の第１負荷１０１に供給される第１系統１１０と、第２電源２０の電力が自動運転用の第２負荷１０２に供給される第２系統１２０とを備える。系統間スイッチ４は、第１系統１１０と第２系統１２０とを接続切断可能に接続する。

これにより、車載電源装置１は、第１系統１１０および第２系統１２０のうち、一方の系統に電源失陥が発生しても、系統間スイッチ４を遮断して、他方の系統よって電力を供給することにより、車両を安全な場所まで退避走行させて停車させることができる。

制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。制御部３０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行することにより機能する検知部３１と、判定部３２と、接続制御部３３とを備える。

なお、制御部３が備える検知部３１、判定部３２、および接続制御部３３は、一部または全部がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

制御部３が備える検知部３１、判定部３２、および接続制御部３３は、それぞれ以下に説明する情報処理の作用を実現または実行する。なお、制御部２の内部構成は、図１に示した構成に限られず、後述する情報処理を行う構成であれば他の構成であってもよい。

検知部３１は、第１系統１１０および第２系統１２０の電源失陥を検知する。判定部３２は、電源失陥が復帰の目途がない電源失陥か否かを判定する。接続制御部３３は、電流センサ５１，５２，５３および電圧センサ５４，５５から入力される検出結果に基づいて、系統間スイッチ４を制御することにより、第１電源１０または第２電源２０から第１負荷１０１と第２負荷１０２とに電力を供給する。

以下、図２～図８を参照して、車載電源装置１の動作について説明する。図２に示すように、第１系統１１０および第２系統１２０が失陥していない通常動作時の場合、接続制御部３３は、系統間スイッチ４を接続する。

このとき、第２電源２０は、第１電源１０よりも出力電圧が若干低くなるように充電されている。このため、通常動作時では、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２に電力が供給される。これにより、車載電源装置１は、通常動作時に第２電源２０が放電することを抑制することができる。

なお、第２電源２０の出力にスイッチが設けられる場合、通常動作時に、このスイッチを遮断しておくことで、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２に電力を供給することもできる。これにより、車載電源装置１は、通常動作時に第２電源２０が放電することを防止することができる。

車載電源装置１では、通常時動作中に検知部３１によって第１系統１１０または第２系統１２０の失陥が検知される場合がある。接続制御部３３は、通常時動作中に第１系統１１０および第２系統１２０のうち一方の系統の電源失陥が検知される場合、系統間スイッチ４を遮断して電源失陥が生じていない他方の系統を使用して自動運転制御装置１００に車両の退避走行を行わせる。

接続制御部３３は、例えば、第１系統１１０の電源失陥が検知される場合、系統間スイッチ４を遮断し、図１に示す第２系統１２０によって第２電源２０から第２負荷１０２に電力を供給して、車両に退避走行を行わせる。

また、接続制御部３３は、例えば、第２系統１２０の電源失陥が検知される場合、系統間スイッチ４を遮断し、図１に示す第１系統１１０によって第１電源１０から第１負荷１０１に電力を供給して、車両に退避走行を行わせる。これにより、第１系統１１０および第２系統１２０のうち一方の系統の電源失陥が検知されても、車両を安全に退避走行させることができる。このように、車載電源装置１によれば、冗長電源システムの安全性を向上させることができる。

ここで、第１系統１１０または第２系統１２０に生じる電源失陥には、復帰の目途がある電源失陥と、復帰の目途がない電源失陥とがある。例えば、図３に示すように、第１系統１１０では、第１ヒューズ６１よりも上流、つまり、第１電源１０と第１ヒューズ６１との間で地絡２００という電源失陥が生じる場合がある。

このとき、第１ヒューズ６１には過電流が流れないため、第１ヒューズ６１は、切断されない。そして、かかる電源失陥は、例えば、配線に付着した水滴とアースとのショートによる地絡２００であった場合、水滴が蒸発すれば復帰するため、復帰の目途がある電源失陥である。

なお、第２系統１２０においても、第２ヒューズ６２よりも上流、つまり、第２電源２０と第２ヒューズ６２との間で地絡が生じる場合がある。このとき、第２ヒューズ６２には過電流が流れないため、第２ヒューズ６２は、切断されない。そして、かかる電源失陥は、例えば、配線に付着した水滴とアースとのショートによる地絡であった場合、水滴が蒸発すれば復帰するため、復帰の目途がある電源失陥である。

これに対して、図４に示すように、第１系統１１０では、第１ヒューズ６１よりも下流、つまり、第１ヒューズ６１と第１負荷１０１との間で地絡２０１が生じる場合がある。このとき、第１ヒューズ６１には過電流が流れるため、第１ヒューズ６１は、切断される。このため、かかる電源失陥は、復帰の目途がない電源失陥である。

なお、第２系統１２０においても、第２ヒューズ６２よりも下流、つまり、第２ヒューズ６２と第２負荷１０２との間で地絡が生じる場合がある。このとき、第２ヒューズ６２には過電流が流れるため、第２ヒューズ６２は、切断される。このため、かかる電源失陥は、復帰の目途がない電源失陥である。

このように、第１系統１１０または第２系統１２０に生じる電源失陥には、復帰の目途がある電源失陥と、復帰の目途がない電源失陥とがある。そこで、接続制御部３３は、電源失陥が検知されて系統間スイッチ４を遮断した後、第１系統１１０または第２系統１２０に生じる電源失陥が復帰のある電源失陥か、復帰の目途がない電源失陥かに応じて、系統間スイッチ４の制御を変更する。

図５は、実施形態に係る制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。制御部３は、通常動作時に図５に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。図５に示すように、まず、検知部３１は、地絡を検知したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。このとき、検知部３１は、電流センサ５１によって検出される電流が地絡閾値を超える過電流であった場合に、第１系統１１０または第２系統１２０に地絡が発生したことを検知する。

さらに、検知部３１は、過電流が第２系統１２０から第１系統１１０へ流れる場合に、第１系統１１０の地絡と判定する。また、検知部３１は、過電流が第１系統１１０から第２系統へ流れる場合に、第２系統１２０の地絡と判定する。制御部３は、検知部３１によって地絡が検知されない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、処理を終了して再度、ステップＳ１０１から処理を開始する。

接続制御部３３は、検知部３１によって地絡が検知された場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、地絡が発生していない方の電源から地絡が発生している方の電源への放電を阻止するため、系統間スイッチ４を遮断する（ステップＳ１０２）。その後、接続制御部３３は、自動運転制御装置１００に車両の退避走行指示を行う（ステップＳ１０３）。

その後、接続制御部３３は、電源失陥が検知された系統の電源電圧が復帰したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。このとき、接続制御部３３は、第１系統１１０に電源失陥が発生していた場合、電圧センサ５４から入力される検出結果に基づいて、第１電源１０の電圧が復帰したか否かを判定する。また、接続制御部３３は、第２系統１２０に電源失陥が発生していた場合、電圧センサ５５から入力される検出結果に基づいて、第２電源２０の電圧が復帰したか否かを判定する。

制御部３は、電源電圧が復帰しないと接続制御部３３によって判定された場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、処理を終了して再度、ステップＳ１０１から処理を開始する。判定部３２は、電源電圧が復帰したと接続制御部３３によって判定された場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、復帰の目途がない電源失陥か否かを判定する（ステップＳ１０５）。

このとき、判定部３２は、第１系統１１０に電源失陥が発生していた場合、電流センサ５２によって電流が検出されなければ、第１ヒューズ６１が断線したことを示すため、復帰の目途がない電源失陥と判定し、電流が検出されれば、第１ヒューズ６１が切断していないことを示すため、復帰の目途がある電源失陥と判定する。

そして、接続制御部３３は、判定部によって復帰の目途がない電源失陥と判定された場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、自動運転に支障をきたすため、系統間スイッチ４の再接続を禁止し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

これにより、車載電源装置１は、例えば、図６に示すように、地絡２０１によって第１ヒューズ６１が切断された場合に、第２系統１２０によって第２電源２０から第２負荷１０２へ電力を供給することによって、車両に退避走行を行わせることができる。このように、車載電源装置１は、冗長電源システムの安全性を向上させることができる。

また、車載電源装置１は、第２ヒューズ６２と第２負荷１０２との間で地絡が発生し、第２ヒューズ６２が切断された場合には、図１に示す第１系統１１０によって、第１電源１０から第１負荷１０１へ電力を供給し、車両に退避走行を行わせることができる。このように、車載電源装置１は、冗長電源システムの安全性を向上させることができる。

また、接続制御部３３は、判定部によって復帰の目途がある電源失陥と判定された場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、系統間スイッチ４の再接続を許可して再接続し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

これにより、車載電源装置１は、第１ヒューズ６１または第２ヒューズ６２の上流で生じた地絡が復帰した場合、第１ヒューズ６１および第２ヒューズ６２が共に切断されておらず、自動運転に支障をきたすことがないため、図２に示す給電状態に復帰させることができる。このように、車載電源装置１は、電源失陥が検知されても、第１ヒューズ６１および第２ヒューズ６２が切断されていなければ、自動運転に復帰させることができる。

なお、図５に示す処理は一例であり、制御部３が実行する処理は種々の変形が可能である。図７は、実施形態に係る制御部が実行する処理の変形例を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、検知部３１は、地絡を検知したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。このとき、検知部３１は、電流センサ５１によって検出される電流が地絡閾値を超える過電流であった場合に、第１系統１１０または第２系統１２０に地絡が発生したことを検知する。

さらに、検知部３１は、過電流が第２系統１２０から第１系統１１０へ流れる場合に、第１系統１１０の地絡と判定する。また、検知部３１は、過電流が第１系統１１０から第２系統へ流れる場合に、第２系統１２０の地絡と判定する。制御部３は、検知部３１によって地絡が検知されない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、処理を終了して再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。

接続制御部３３は、検知部３１によって地絡が検知された場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、地絡が発生していない方の電源から地絡が発生している方の電源への放電を阻止するため、系統間スイッチ４を遮断する（ステップＳ２０２）。その後、接続制御部３３は、自動運転制御装置１００に車両の退避走行指示を行う（ステップＳ２０３）。

その後、接続制御部３３は、第１ヒューズ６１または第２ヒューズ６２の上流、つまり、第１ヒューズ６１と第１電源１０との間または第２ヒューズ６２と第２電源２０との間に地絡がないか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

接続制御部３３は、第１電源１０の電圧が復帰していた場合、第１ヒューズ６１の上流に地絡がないと判定し、第１電源１０の電圧が復帰していない場合、第１ヒューズ６１の上流に地絡があると判定する。また、接続制御部３３は、第２電源２０の電圧が復帰していた場合、第２ヒューズ６２の上流に地絡がないと判定し、第２電源２０の電圧が復帰していない場合、第２ヒューズ６２の上流に地絡があると判定する。

接続制御部３３は、第１ヒューズ６１または第２ヒューズ６２の上流に地絡があると判定した場合（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、処理を終了して再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。接続制御部３３は、第１ヒューズ６１または第２ヒューズ６２の上流に地絡がないと判定した場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、系統間スイッチ４の再接続を許可して再接続し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。

図７に示す処理では、車載電源装置１は、例えば、図８に示すように、第１ヒューズ６１の下流、つまり第１ヒューズ６１と第１負荷１０１との間に地絡２０１が発生して第１ヒューズ６１が切断していても、第１ヒューズ６１の上流に地絡が発生していなければ、系統間スイッチ４を接続する。

このため、車載電源装置１は、第１ヒューズ６１が切断されていても、第１電源１０および第２電源２０から第２負荷１０２に電力を供給して、車両に退避走行を行わせることができる。これにより、車載電源装置１は、第１電源１０または第２電源２０のいずれか一方によって退避走行を行わせる場合に比べて、退避走行可能な時間を延長することができる。このように、車載電源装置１は、冗長電源システムの安全性を向上させることができる。

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 車載電源装置
１０ 第１電源
２０ 第２電源
３ 制御部
３１ 検知部
３２ 判定部
３３ 接続制御部
４ 系統間スイッチ
５１，５２，５３ 電流センサ
５４，５５ 電圧センサ
６１ 第１ヒューズ
６２ 第２ヒューズ
１００ 自動運転制御装置
１０１ 第１負荷
１０２ 第２負荷
１１０ 第１系統
１２０ 第２系統

Claims (5)

1. 第１電源の電力が自動運転用の第１負荷に供給される第１系統と、
   第２電源の電力が自動運転用の第２負荷に供給される第２系統と、
   前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能な系統間スイッチと、
   前記第１系統および前記第２系統の電源失陥を検知する検知部と、
   前記電源失陥が復帰の目途がない電源失陥か否かを判定する判定部と、
   前記第１系統および前記第２系統のうち一方の系統の電源失陥が検知される場合に、前記系統間スイッチを遮断して電源失陥が生じていない他方の系統によって車両に退避走行を行わせ、復帰の目途がない電源失陥の場合、前記系統間スイッチの再接続を禁止し、復帰の目途がある電源失陥の場合、前記系統間スイッチの再接続を許可する接続制御部と
   を備えることを特徴とする車載電源装置。
2. 前記第１系統における前記系統間スイッチと前記第１電源との接続点と前記第１負荷との間に第１ヒューズが設けられ、
   前記復帰の目途がない電源失陥は、前記第１ヒューズの断線である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載電源装置。
3. 前記第２系統における前記系統間スイッチと前記第２電源との接続点と前記第２負荷との間に第２ヒューズが設けられ、
   前記復帰の目途がない電源失陥は、前記第２ヒューズの断線である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載電源装置。
4. 第１電源の電力が自動運転用の第１負荷に供給される第１系統と、
   第２電源の電力が自動運転用の第２負荷に供給される第２系統と、
   前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能な系統間スイッチと、
   前記第１系統における前記系統間スイッチと前記第１電源との接続点と前記第１負荷との間、および前記第２系統における前記系統間スイッチと前記第２電源との接続点と前記第２負荷との間の少なくともいずれか一方に設けられるヒューズと、
   前記第１系統および前記第２系統の電源失陥を検知する検知部と、
   前記第１系統および前記第２系統のうち一方の系統の電源失陥が検知される場合に、前記系統間スイッチを遮断して電源失陥が生じていない他方の系統によって車両に退避走行を行わせ、電流供給経路における前記ヒューズよりも上流に地絡がない場合、前記系統間スイッチの再接続を許可する接続制御部と
   を備えることを特徴とする車載電源装置。
5. 車載電源装置の接続制御部が実行する車載電源制御方法であって、
   前記車載電源装置は、
   第１電源の電力が自動運転用の第１負荷に供給される第１系統と、
   第２電源の電力が自動運転用の第２負荷に供給される第２系統と、
   前記第１系統および前記第２系統を接続切断可能な系統間スイッチと、
   前記第１系統および前記第２系統の電源失陥を検知する検知部と、
   前記電源失陥が復帰の目途がない電源失陥か否かを判定する判定部と
   を備え、
   前記接続制御部が、前記第１系統および前記第２系統のうち一方の系統の電源失陥が検知される場合に、前記系統間スイッチを遮断して電源失陥が生じていない他方の系統によって車両に退避走行を行わせ、復帰の目途がない電源失陥の場合、前記系統間スイッチの再接続を禁止し、復帰の目途がある電源失陥の場合、前記系統間スイッチの再接続を許可する制御工程
   を含むことを特徴とする車載電源制御方法。

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