JP2022125004A - 電源装置および制御方法 - Google Patents

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健 松本
Takeshi Matsumoto
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Minoru Yoshimura
寛 松本
Hiroshi Matsumoto
圭一 米▲崎▼
Keiichi Yonezaki
竜輝 前田
Tatsuki Maeda
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Abstract

【課題】第２電源の通常時の放電を抑えつつ、第１系統に電源失陥が発生した場合に、第２負荷への電力供給が瞬断されることを防止することができる電源装置および制御方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る電源装置は、第１系統と、第２系統と、系統間スイッチと、制御部と、バックアップ回路とを備える。第１系統は、第１負荷に接続される。第２系統は、第２負荷に接続される。系統間スイッチは、第１系統と第２系統とを接続切断可能である。制御部は、通常時には第１電源の電力を第１系統および第２系統に供給し、第１系統の失陥の検出時には系統間スイッチを遮断し、第２系統に第２電源の電力を供給する。バックアップ回路は、第２電源の放電を規制する放電規制部を有する。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、電源装置および制御方法に関する。
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、他方の電源系統によって車載機器（負荷）へ電力を供給する冗長電源システムがある。
冗長電源システムは、第１負荷に接続される第１系統と、第１負荷と同一の機能を備える第２負荷に接続される第２系統と、第１系統および第２系統間を接続切断可能な系統間スイッチとを備える（例えば、特許文献１参照）。
冗長電源システムは、通常時には、系統間スイッチを接続して第１電源から第１負荷および第２負荷へ電力を供給する。そして、冗長電源システムは、第１系統に地絡などの電源失陥が発生すると、系統間スイッチを遮断して第２電源から第２負荷へ電力を供給してバックアップ制御を行う。
また、冗長電源システムは、第２電源によるバックアップ制御のために、通常時に、第２電源の放電を抑えることが望ましい。第２電源の電圧が低下していれば、十分な時間バックアップ制御が行えないからである。そのため、通常時は、第２電源を第２系統から切り離し、第１系統に電源失陥が発生したときに、第２電源を第２系統に接続してバックアップ制御を行う。
特開２０１７－６１２４０号公報
しかしながら、冗長電源システムでは、第１系統に電源失陥が発生したとき、系統間スイッチを遮断してから第２電源を第２系統に接続するまでの間に、第２負荷への電力供給が瞬断されることがある。
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、第２電源の通常時の放電を抑えつつ、第１系統に電源失陥が発生した場合に、第２負荷への電力供給が瞬断されることを抑制することができる電源装置および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電源装置は、第１系統と、第２系統と、系統間スイッチと、制御部と、バックアップ回路とを備える。第１系統は、第１負荷に接続される。第２系統は、第２負荷に接続される。系統間スイッチは、前記第１系統と前記第２系統とを接続切断可能である。制御部は、通常時には第１電源の電力を前記第１系統および前記第２系統に供給し、前記第１系統の失陥の検出時には前記系統間スイッチを遮断し、前記第２系統に第２電源の電力を供給する。バックアップ回路は、前記第２電源の放電を規制する放電規制部を有する。
実施形態の一態様に係る電源装置および制御方法は、第２電源の通常時の放電を抑えつつ、第１系統に電源失陥が発生した場合に、第２負荷への電力供給が瞬断されることを抑制す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、実施形態に係る電源装置の動作例を示す説明図である。 図６は、実施形態に係る電源装置の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７は、第１変形例に係る電源装置の構成例を示す説明図である。 図８は、第２変形例に係る電源装置の構成例を示す説明図である。 図９は、第２変形例に係る電源装置の動作例を示す説明図である。 図１０は、第２変形例に係る電源装置の動作例を示す説明図である。 図１１は、第２変形例に係る電源装置の動作例を示す説明図である。 図１２は、第２変形例に係る電源装置の動作例を示す説明図である。 図１３は、第２変形例に係る電源装置の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１４は、第３変形例に係る電源装置の構成例を示す説明図である。 図１５は、第４変形例に係る電源装置の構成例を示す説明図である。 図１６は、第５変形例に係る電源装置の構成例を示す説明図である。 図１７は、第５変形例に係る電源装置の制御部を示す説明図である。
以下、添付図面を参照して、電源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。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電源装置を例に挙げて説明するが、実施形態に係る電源装置は、自動運転機能を備えていない車両に搭載されてもよい。
［１．電源装置の構成］
図１に示すように、実施形態に係る電源装置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。電源装置１は、第１負荷１０１に接続される第１系統１１０と、第２負荷１０２に接続される第２系統１２０とを備える。
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、ディスプレイ、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、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装置である。
第１電源１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「ＤＣ／ＤＣ１１」と記載する）と、鉛バッテリ（以下、「ＰｂＢ１２」と記載する）とを含む。なお、第１電源１０の電池は、ＰｂＢ１２以外の任意の２次電池であってもよい。
ＤＣ／ＤＣ１１は、車両の回生エネルギーを電力に変換して発電する発電機、および図示しないＰｂＢ１２より高い高圧バッテリに接続され、発電機および高圧バッテリの電圧を第１系統に降圧して出力する。前記高圧バッテリとは例えば、電気自動車やハイブリット自動車に搭載される車両駆動用のバッテリである。発電機は、車両がエンジンを備える場合、エンジンの回転力を電力に変換して発電するオルタネータであってもよい。ＤＣ／ＤＣ１１は、ＰｂＢ１２の充電、第１負荷１０１への電力供給、第２負荷１０２への電力供給、および後述する第２電源２０の充電を行う。
電源装置１は、第２電源２０と、系統間スイッチ４１と、電池用スイッチ４２と、制御部３と、バックアップ回路６０とを備える。さらに、電源装置１は、電流センサ５１と、電圧センサ５２とを備える。
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、リチウムイオンバッテリ（以下、「ＬｉＢ２１」と記載する）を備える。第２電源２０の電池は、ＬｉＢ２１以外の任意の２次電池であってもよい。
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。電池用スイッチ４２は、ＬｉＢ２１とバックアップ回路６０とを接続切断可能に接続する。バックアップ回路６０は、規制スイッチ６１と、放電規制部６２とを備える。
規制スイッチ６１は、電池用スイッチ４２と、系統間スイッチ４１および第２負荷１０２との間に接続される。放電規制部６２は、規制スイッチ６１に並列接続される。放電規制部６２は、直列に接続された複数（ここでは、３個）の整流素子（ダイオード）６３によって構成される。放電規制部６２は、アノードが電池用スイッチ４２を介してＬｉＢ２１に接続され、カソードが系統間スイッチ４１および第２負荷１０２に接続される。
系統間スイッチ４と第１系統１１０との間には、電流センサ５１が接続される。電流センサ５１は、系統間スイッチ４と第２系統１２０との間に接続されてもよい。電流センサ５１は、系統間スイッチ４を流れる電流の電流値を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。第２電源２０と電池用スイッチ４２との間には、電圧センサ５２が接続される。電圧センサ５２は、ＬｉＢ２１の電圧値を検出し、検出結果を制御部３へ出力する。
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。なお、制御部３は、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、電源装置１の動作を制御する。制御部３は、電流センサ５１から入力される検出結果に基づいて、系統間スイッチ４１、電池用スイッチ４２、および規制スイッチ６１をオンオフ制御して、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。
また、制御部３は、電圧センサ５２から入力される検出結果に基づいて、電池用スイッチ４２および規制スイッチ６１をオンオフ制御して、第１電源１０から供給される電力によってＬｉＢ２１の充電制御を行う。
制御部３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た場合に、他方の系統よって負荷へ電力を供給する。これにより、電源装置１は、自動運転制御装置１００によって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。
次に、図２～図５を参照し、電源装置１の動作について説明する。図２～図５では、電源装置１の動作の理解を容易にするため、制御部３、電流センサ５１、および電圧センサ５２の図示を省略している。
［２．電源装置の通常時動作］
制御部３は、第１系統１１０に地絡等の電源失陥が発生していない通常時には、図２に示すように、系統間スイッチ４１を導通し、電池用スイッチ４２を導通し、規制スイッチ６１を遮断して、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２へ電力を供給する。
このとき、電池用スイッチ４２が導通しているので、ＬｉＢ２１から電池用スイッチ４２と放電規制部６２とを介して第２負荷１０２に至る電流の経路が形成される。ただし、電池用スイッチ４２と第２負荷１０２との間には、放電規制部６２の３個のダイオードドロップ分の電位差がある。つまり、放電規制部６２のカソードの電圧が、ＬｉＢ２１の電圧よりもダイオードドロップ分の電位以上低くなれば、放電規制部６２が導通する。
このため、放電規制部６２は、例えば、第１電源１０の電圧と第２電源２０の電圧とが同一であっても、バックアップ回路６０から第２電源２０の電力が不必要に放電されることを防止することができる。具体的には、第１電源１０の電圧と第２電源２０の電圧とが同一である場合、放電規制部６２は導通しないため、第２電源２０の電力が放電されることはない。また、第１電源１０の電圧は、通常時、第１負荷１０１や第２負荷１０２の駆動により変動する可能性があるが、かかる電圧変動が生じたとしても、第１電源１０の電圧が第２電源２０の電圧よりもダイオードドロップ分の電位以上に低下しない限り放電規制部６２は導通しない。このように、放電規制部６２は、電源装置１の通常時動作中に、第２電源２０の放電を規制する。なお、放電規制部６２のダイオード６３の個数は、第１電源１０の最大電圧と第２電源２０の最大電圧との差や、通常時の想定される第１電源１０の電圧変動による電圧低下で、放電規制部６２が導通しないように設定すればよい。
［３．電源装置の充電時動作］
制御部３は、図２に示す通常時動作中に、電圧センサ５２（図１参照）の検出結果に基づいて、ＬｉＢ２１の電圧値を監視している。制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧値がバックアップ可能な電圧値よりも低くなり、第２電源２０から第２負荷１０２への電力供給によって所定のバックアップを完了できないと判定した場合に、第２電源２０の充電を開始する。
制御部３は、例えば、ＬｉＢ２１の電圧値が充電閾値未満になると、図３に示すように、規制スイッチ６１を導通する。このとき、系統間スイッチ４１および電池用スイッチ４２は、導通したままである。
これにより、電源装置１は、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２への電力供給を継続しつつ、第１電源１０から系統間スイッチ４１、規制スイッチ６１、および電池用スイッチ４２を経由してＬｉＢ２１へ電力を供給し、第２電源２０を充電できる。
また、電源装置１によれば、通常時動作時には放電規制部６２のダイオード６３によって第２電源２０の不必要な放電を防止しつつ、第２電源２０の電圧が低下したときには、第２電源２０を充電できる。その後、制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧値が充電閾値以上になると、規制スイッチ６１を遮断して、第２電源２０の充電を終了し、図２に示す通常時動作に戻る。
［４．電源装置の第１系統地絡時動作］
電源装置１では、通常時動作中に第１系統１１０において電源失陥の一例である地絡が発生することがある。図４に示す例では、第１系統１１０において地絡２００が発生している。
制御部３は、電流センサ５１（図１参照）の検出結果に基づいて、系統間スイッチ４１を流れる電流の電流値を監視している。制御部３は、系統間スイッチ４１を流れる電流の電流値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、制御部３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２００と判定する。また、制御部３は、過電流が第１系統１１０から第２系統１２０へ流れる場合に、第２系統１２０の地絡と判定する。
第１系統１１０において地絡２００が発生した場合、地絡ポイントへ電流が流れ込み、第１負荷１０１および第２負荷１０２へ電力供給ができなくなる。このため、電源装置１は、系統間スイッチ４１を遮断し、第２電源２０から第２負荷１０２へ電力を供給してバックアップ制御を行う必要がある。
ここで、バックアップ回路６０を備えていない一般的な電源装置は、第１系統１１０に地絡２００が発生してから、系統間スイッチ４１を遮断するが、第２電源２０の通常時の放電を抑えるためには電池用スイッチ４２を通常時に遮断しておく必要があり、系統間スイッチ４１の遮断後に電池用スイッチ４２を導通させる。そのため、系統間スイッチ４１を遮断してから電池用スイッチ４２を導通させるまで、第２負荷１０２への電力供給が瞬断されることがある。
そこで、実施形態に係る電源装置１は、放電規制部６２を備える。放電規制部６２は、前述したように、通常時動作中には、カソードに第２電源２０の電圧とほぼ等しい第１電源１０の電圧が印加されているので、第２負荷１０２へ電流を流さない。ただし、放電規制部６２は、第１系統１１０において地絡２００が発生し、系統間スイッチ４１が遮断すると、第１電源１０の電圧が印可されなくなるため、カソードの電圧が第２電源２０の電圧よりもダイオードドロップ分以上低くなり、図４のように自然に第２負荷１０２への電力供給を開始する。
すなわち、放電規制部６２は、系統間スイッチ４１が遮断された瞬間に導通し、第２負荷１０２への電力供給を開始する。なお、第１系統が地絡すると、厳密には、系統間スイッチ４１が遮断されるまでの間にも放電規制部６２のカソードの電圧が低下し、ダイオードドロップ分の電圧差が生じると放電規制部６２が導通する可能性はある。そのときは、放電規制部６２を介して流れる電流は系統間スイッチ４１を介して地絡ポイントに流れることになる。しかし、第１電源１０の電圧が０まで落ち込む前に、系統間スイッチ４１が遮断されるため、系統間スイッチ４１が遮断されるまでの間に放電規制部６２が導通したとしても、第２負荷１０２への電力供給が瞬断されることはない。そして、系統間スイッチ４１の遮断後は放電規制部６２を介して直ちに確実に第２負荷１０２に電力を供給できる。
これにより、電源装置１は、図４に示すように、第１系統１１０において地絡２００が発生した場合、系統間スイッチ４１が遮断されるとただちに、ＬｉＢ２１から電池用スイッチ４２および放電規制部６２を介して、第２負荷１０２へ電力を供給することができる。したがって、電源装置１は、第１系統１１０に電源失陥が発生した場合に、第２負荷１０２への電力供給が瞬断されることを抑制することができる。その後、電源装置１は、バックアップ動作を行う。
［５．電源装置の第１系統地絡時バックアップ動作］
制御部３は、地絡検知動作を行うと、図５に示すように、系統間スイッチ４１を遮断した後、規制スイッチ６１を導通してバックアップ動作を行う。これにより、電源装置１は、地絡検知動作のときよりも高い電圧の電力を第２電源２０から第２負荷１０２へ供給する。
このように、電源装置１は、ダイオード６３を介する給電によって第２負荷１０２への電力供給の瞬断を防止した後には、ダイオード６３を介さない給電によって十分な電力で第２負荷１０２を駆動できる。
これにより、自動運転制御装置１００（図１参照）は、第２負荷１０２を使用して車両を退避走行させることができる。なお、第２系統１２０において地絡を検出した場合、制御部３は、系統間スイッチ４１を遮断すると共に電池用スイッチ４２を遮断し、第１電源１０から第１負荷１０１に電力を供給して車両を退避走行させることができる。
［６．制御部が実行する処理］
次に、図６を参照し、実施形態に係る電源装置１の制御部３が実行する処理について説明する。制御部３は、車両に電源が投入されている間、図６に示す処理を繰り返し実行する。
図６に示すように、制御部３は、まず、第１系統１１０の電源失陥を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。制御部３は、第１系統１１０の電源失陥を検出したと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、系統間スイッチ４１を遮断し、規制スイッチ６１を導通して（ステップＳ１０７）、処理を終了する。そして、制御部３は、再度、ステップＳ１０１から処理を開始する。
また、制御部３は、第１系統１１０の電源失陥を検出しないと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、系統間スイッチ４１を導通し、電池用スイッチ４２を導通し、規制スイッチ６１を遮断する（ステップＳ１０２）。
続いて、制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１０３）。制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、処理を終了する。そして、制御部３は、再度、ステップＳ１０１から処理を開始する。
また、制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値未満であると判定した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、規制スイッチ６１を導通することによって（ステップＳ１０４）、ＬｉＢ２１の充電を開始する。
その後、制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１０５）。制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になっていないと判定した場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になるまで、ステップＳ１０５の判定処理を繰り返す。
そして、制御部３は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になったと判定した場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、規制スイッチ６１を遮断し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。そして、制御部３は、再度、ステップＳ１０１から処理を開始する。
［７．第１変形例に係る電源装置の構成］
次に、図７を参照し、第１変形例に係る電源装置１ａについて説明する。ここでは、図７に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図１の実施形態は、第１電源１０の電圧と第２電源２０の電圧が等しいシステムの例であるが、変形例１は、第２電源２０の電圧が第１電源１０の電圧よりも低いシステムの例である。
図７に示すように、充電部６４は、第１電源１０の電圧を降圧して第２電源２０を充電するＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「ＤＣ／ＤＣ６５」と記載する）を備える。なお、充電部６４は、ＤＣ／ＤＣ６５以外の降圧回路を備える構成であってもよい。
電源装置１ａは、充電部６４をさらに備える点が電源装置１とは異なる。電源装置１ａの制御部は、系統間スイッチ４１、電池用スイッチ４２および規制スイッチ６１のオンオフ制御と、ＤＣ／ＤＣ６５の制御とを行う。
電源装置１ａの制御部は、第２電源２０を充電するとき以外は、電源装置１の制御部３と同様の動作を行う。電源装置１ａの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧値がバックアップ可能な電圧値よりも低くなり、第２電源２０から第２負荷１０２への電力供給によって所定のバックアップを完了できないと判定した場合に、ＤＣ／ＤＣ６５を駆動して第２電源２０の充電を開始する。
このとき、電源装置１ａは、通常時動作中と同様に、系統間スイッチ４１および電池用スイッチ４２を導通し、規制スイッチ６１を切断しているので、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２への電力供給を継続しながら、ＤＣ／ＤＣ６５を介して第２電源２０を充電できる。また、電源装置１ａは、第１電源１０の電圧が直接、第２電源２０へ印加されることを放電規制部６２によって防止することにより、第２電源２０の過充電を防止することができる。その後、電源装置１ａの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になると、ＤＣ／ＤＣ６５の駆動を停止させて第２電源２０の充電を終了する。
かかる電源装置１ａによれば、例えば、電源装置１ａのＬｉＢ２１が備える電池セルの数が、電源装置１のＬｉＢ２１が備える電池セルの数よりも少なく、第１電源１０の電圧よりも低い電圧での充電が必要な場合に、安全に第２電源２０を充電できる。
また、電源装置１ａによれば、例えば、電源失陥時のバックアップ制御に要する消費電力が比較的小さい車両の場合、電池セルの数を減少した低容量のＬｉＢ２１を採用することでコストを低減することができる。
［８．第２変形例に係る電源装置の構成］
次に、図８を参照し、第２変形例に係る電源装置１ｂの構成について説明する。ここでは、図８に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
図８に示すように、電源装置１ｂは、第１電源１０と第１負荷１０１と第２負荷１０２とに接続される。電源装置１ｂは、第１負荷１０１に接続される第１系統１１０と、第２負荷１０２に接続される第２系統１２０とを備える。
また、電源装置１ｂは、第２電源２０とバックアップ回路６０と、第１遮断スイッチ４３と、第２遮断スイッチ４４とを備える。バックアップ回路６０は、図１に示すバックアップ回路６０と同一の構成であり、第２電源２０と第１電源１０との間に接続される。
第１遮断スイッチ４３は、バックアップ回路６０と第１電源１０とを接続する配線の中間点Ｐと第１系統１１０とを接続切断可能に接続する。第２遮断スイッチ４４は、中間点Ｐと第２系統１２０とを接続切断可能に接続する。電源装置１ｂの制御部は、規制スイッチ６１、第１遮断スイッチ４３、および第２遮断スイッチ４４のオンオフ制御を行う。
［９．第２変形例に係る電源装置の通常時動作］
次に、図９を参照し、第２変形例に係る電源装置１ｂの通常時動作について説明する。図９に示すように、電源装置１ｂの制御部は、第１系統１１０および第２系統１２０に地絡等の電源失陥が発生していない通常時には、規制スイッチ６１を遮断し、第１遮断スイッチ４３および第２遮断スイッチ４４を導通する。
こうして電源装置１ｂは、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２へ電力を供給する。このとき、第２電源２０は、バックアップ回路６０の放電規制部６２によって放電が規制される。
これにより、電源装置１ｂでは、放電規制部６２のカソードの電圧が第２電源２０の電圧よりダイオードドロップ分以上低下しなければ、第２電源２０が放電しないので、通常時動作中に第２電源２０の不必要な放電を防止することができる。
［１０．第２変形例に係る電源装置の第１系統失陥時動作］
次に、図１０を参照し、第２変形例に係る電源装置１ｂの第１系統失陥時動作について説明する。図１０に示すように、第１系統１１０において地絡２００が発生した場合、電源装置１ｂの制御部は、第１遮断スイッチ４３を遮断し、規制スイッチ６１を導通する。
ここで、第１系統１１０において地絡２００が発生したときは、第１遮断スイッチ４３を遮断するまでは、第１電源１０から地絡ポイントに電流が流れ、第２負荷１０２の電圧が低下する。
このとき第２電源２０からもダイオード６３を介して地絡ポイントに電流が流れるがダイオード６３の分の電圧低下があるまではダイオード６３を介して地絡ポイントには電流が流れないため、第１電源１０の方が第２電源２０よりも早く電圧が低下する。
このため、地絡２００を検出して第１遮断スイッチ４３を遮断すると、この時点では規制スイッチ６１が遮断されているので、第１電源１０から第２負荷１０２に電力が供給されるが、第１電源１０の電圧が第２負荷１０２の駆動に必要な電圧未満になっている可能性がある。
しかし、電源装置１ｂでは、第１遮断スイッチ４３が遮断される前に、第１電源１０の電圧が放電規制部６２のカソードの電圧未満になると、第２電源２０からダイオード６３を介して瞬時に第２負荷１０２へ電力を供給することができる。
このとき、第２負荷１０２へ供給される電力は、ダイオード６３の分だけ第２電源２０の電圧よりも低くなるが、第２負荷１０２の動作に必要な電力以上は確保できている。その後、電源装置１ｂの制御部は、規制スイッチ６１を導通し第２負荷１０２により大きい電力を供給する。
［１１．第２変形例に係る電源装置の第２系統失陥時動作］
次に、図１１を参照し、第２変形例に係る電源装置１ｂの第２系統失陥時動作について説明する。図１１に示すように、第２系統１２０において地絡２００が発生した場合、電源装置１ｂの制御部は、第２遮断スイッチ４４を遮断し、規制スイッチ６１を導通する。
ここで、第２系統１２０において地絡２００が発生したときは、第２遮断スイッチ４４を遮断するまでは、第１電源１０から地絡ポイントに電流が流れ、第１負荷１０１の電圧が低下する。
このとき第２電源２０からもダイオード６３を介して地絡ポイントに電流が流れるがダイオード６３の分の電圧低下があるまではダイオード６３を介して地絡ポイントには電流が流れないため、第１電源１０の方が第２電源２０よりも早く電圧が低下する。
このため、地絡２００を検出して第２遮断スイッチ４４を遮断すると、この時点では規制スイッチ６１が遮断されているので、第１電源１０から第１負荷１０１に電力が供給されるが、第１電源１０の電圧が第１負荷１０１の駆動に必要な電圧未満になっている可能性がある。
しかし、電源装置１ｂでは、第２遮断スイッチ４４が遮断される前に、第１電源１０の電圧が放電規制部６２のカソードの電圧未満になると、第２電源２０からダイオード６３を介して瞬時に第１負荷１０１へ電力を供給することができる。
このとき、第１負荷１０１へ供給される電力は、ダイオード６３の分だけ第２電源２０の電圧よりも低くなるが、第１負荷１０１の動作に必要な電力以上は確保できている。その後、電源装置１ｂの制御部は、規制スイッチ６１を導通し第１負荷１０１により大きい電力を供給する。
［１２．第２変形例に係る電源装置の充電時動作］
次に、図１２を参照し、第２変形例に係る電源装置１ｂの充電時動作について説明する。図１２に示すように、電源装置１ｂの制御部は、通常時動作中に、ＬｉＢ２１の電圧値が充電閾値未満になると、規制スイッチ６１を導通する。このとき、系統間スイッチ４１および電池用スイッチ４２は、導通したままである。
これにより、電源装置１ｂは、第１電源１０から第１負荷１０１および第２負荷１０２への電力供給を継続しつつ、第１電源１０から規制スイッチ６１を経由してＬｉＢ２１へ電力を供給し、第２電源２０を充電できる。
また、電源装置１ｂによれば、通常時動作中には放電規制部６２のダイオード６３によって第２電源２０の不必要な放電を防止しつつ、第２電源２０の電圧が低下したときには、第２電源２０を充電できる。その後、電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧値が充電閾値以上になると、規制スイッチ６１を遮断して、第２電源２０の充電を終了し、通常時動作に戻る。
［１３．第２変形例に係る電源装置の制御部が実行する処理］
次に、図１３を参照し、第２変形例に係る電源装置１ｂの制御部が実行する処理について説明する。電源装置１ｂの制御部は、車両に電源が投入されている間、図１３に示す処理を繰り返し実行する。
図１３に示すように、電源装置１ｂの制御部は、まず、電源失陥を検出したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。電源装置１ｂの制御部は、電源失陥を検出したと判定した場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、第１系統１１０の電源失陥を検出したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。
電源装置１ｂの制御部は、第１系統１１０の電源失陥を検出したと判定した場合（ステップＳ２０７，Ｙｅｓ）、第１遮断スイッチ４３を遮断し、第２遮断スイッチ４４を導通し、規制スイッチ６１を導通して（ステップＳ２０８）、処理を終了する。そして、電源装置１ｂの制御部は、再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。
また、電源装置１ｂの制御部は、第１系統１１０の電源失陥を検出していないと判定した場合（ステップＳ２０７，Ｎｏ）、第２系統１２０の失陥であるため、第１遮断スイッチ４３を導通し、第２遮断スイッチ４４を遮断し、規制スイッチ６１を導通して（ステップＳ２０９）、処理を終了する。そして、電源装置１ｂの制御部は、再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。
また、電源装置１ｂの制御部は、電源失陥を検出していないと判定した場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、第１遮断スイッチ４３を導通し、第２遮断スイッチ４４を導通し、規制スイッチ６１を遮断する（ステップＳ２０２）。
その後、電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値未満か否かを判定する（ステップＳ２０３）。電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上であると判定した場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、処理を終了する。そして、電源装置１ｂの制御部は、再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。
また、電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値未満であると判定した場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、規制スイッチ６１を導通することによって（ステップＳ２０４）、ＬｉＢ２１の充電を開始する。
その後、電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ２０５）。電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になっていないと判定した場合（ステップＳ２０５，Ｎｏ）、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になるまで、ステップＳ２０５の判定処理を繰り返す。
そして、電源装置１ｂの制御部は、ＬｉＢ２１の電圧が充電閾値以上になったと判定した場合（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、規制スイッチ６１を遮断し（ステップＳ２０６）、処理を終了する。そして、電源装置１ｂの制御部は、再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。
［１４．第３変形例に係る電源装置の構成］
次に、図１４を参照し、第３変形例に係る電源装置１ｃについて説明する。ここでは、図１４に示す構成要素のうち、図８に示す構成要素と同一の構成要素については、図８に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
図１４に示すように、電源装置１ｃは、図８に示す電源装置１ｂが備える構成に加えて、電池用スイッチ４２と、第１電源用スイッチ４５とをさらに備える。電源装置１ｃの制御部は、電池用スイッチ４２、規制スイッチ６１、第１遮断スイッチ４３、第２遮断スイッチ４４、および第１電源用スイッチ４５のオンオフ制御を行う。
電源装置１ｃの制御部は、通常動作中には、電池用スイッチ４２および第１電源用スイッチ４５を導通し、規制スイッチ６１、第１遮断スイッチ４３、および第２遮断スイッチ４４に対しては、第２変形例に係る電源装置１ｂの制御部と同様の制御を行う。これにより、電源装置１ｃは、電源装置１ｂと同様の効果を奏する。
さらに、電源装置１ｃの制御部は、電池用スイッチ４２と第２電源２０との間で地絡が発生した場合、電池用スイッチ４２を遮断する。これにより、電源装置１ｃは、第２電源２０の電力出力点で地絡が発生しても、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ができる。
また、電源装置１ｃの制御部は、第１電源用スイッチ４５と第１電源１０との間で地絡が発生した場合、第１電源用スイッチ４５を遮断する。これにより、電源装置１ｃは、第１電源１０の電力出力点で地絡が発生しても、第２電源２０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ができる。
なお、第１変形例に係る充電部６４は、第２変形例および第３変形例に係るバックアップ回路６０に並列接続されてもよい。これにより、第２変形例に係る電源装置１ｂおよび第３変形例に係る電源装置１ｃは、電源失陥時のバックアップ制御に要する消費電力が比較的小さい車両の場合、電池セルの数を減少した低容量のＬｉＢ２１を採用することでコストを低減することができる。
［１５．第４変形例に係る電源装置］
次に、図１５を参照し、第４変形例に係る電源装置１ｄについて説明する。ここでは、図１５に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
図１５に示すように、電源装置１ｄは、電流センサ５１、電圧センサ５２、放電規制部６２を備えておらず、第１電圧センサ５３、第２電圧センサ５４、および充電部６４を備える構成が図１に示す電源装置１とは異なる。また、電源装置１ｄは、制御部３０の動作が図１に示す制御部３とは異なる。
第１電圧センサ５３は、第１系統１１０の電圧を検出し、検出結果を制御部３０に出力する。第２電圧センサ５４は、第２系統１２０の電圧を検出し、検出結果を制御部３０に出力する。充電部６４は、ＤＣ／ＤＣ６５を備える。
具体的には、電源装置１ｄは、第１系統１１０と、第２系統１２０と、系統間スイッチ４１と、充電部６４と、規制スイッチ６１と、制御部３０とを備える。充電部６４は、第２系統１２０に設けられ第１電源１０の電圧を降圧して第２電源２０を充電する。規制スイッチ６１は、充電部６４と並列に接続される。充電部６４および規制スイッチ６１は、制御部３０によって動作が制御される。
制御部３０は、通常時には系統間スイッチ４１を導通して第１電源１０の電力を第１系統１１０および第２系統１２０に供給する。そして、制御部３０は、第１系統１１０の失陥の検出時には系統間スイッチ４１の遮断と規制スイッチ６１の導通とを同じタイミングで制御し、第２系統１２０に第２電源２０の電力を供給する。また、制御部３０は、第２電源２０を充電するときは規制スイッチ６１を遮断し、第２系統１２０に第２電源２０の電力を供給するときは規制スイッチを導通する。
例えば、制御部３０は、第１電圧センサ５３または第２電圧センサ５４の検出結果が地絡閾値以下になると、第１系統１１０または第２系統１２０に地絡が発生したと判定し、系統間スイッチ４１の遮断と、規制スイッチ６１の導通とを同じタイミングで行う。
これにより、電源装置１ｄでは、第１系統１１０で地絡が発生したときに、系統間スイッチ４１の遮断と規制スイッチ６１の導通とが同じタイミングで制御されるため、第２負荷１０２に供給される電力の瞬断を防止できる。
また、制御部３０は、第２電源２０の充電量が低下するとＤＣ／ＤＣ６５を制御して第２電源を充電する。これにより、電源装置１ｄでは、第２電源２０の充電量が低下するとＤＣ／ＤＣ６５によって第２電源２０を充電できるため、自動運転制御装置１００による退避走行に必要な電力を第２電源２０に蓄えることができる。
また、電源装置１ｄは、例えば、第１系統１１０で地絡が発生しても、ＤＣ／ＤＣ６５を介することなく、第２電源２０から電池用スイッチ４２および規制スイッチ６１を介して第２負荷１０２に給電できるので、十分な電力で第２負荷１０２を駆動できる。これにより、自動運転制御装置１００は、第２負荷１０２を使用して車両を安全に退避走行させることができる。
［１６．第５変形例に係る電源装置］
次に、図１６および図１７を参照し、第５変形例に係る電源装置１ｅについて説明する。ここでは、図１６に示す構成要素のうち、図１５に示す構成要素と同一の構成要素については、図１５に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
図１６に示すように、第５変形例に係る電源装置１ｅは、制御部３１の構成が第４変形例に係る電源装置１ｄの制御部３０とは異なる。制御部３１は、第１制御部３２と第２制御部３３とを備える。
第１制御部３２は、通常時には系統間スイッチ４１を導通して第１電源１０の電力を第１系統１１０および第２系統１２０に供給する。そして、第１制御部３２は、第１系統１１０の失陥の検出時には系統間スイッチ４１を遮断して規制スイッチ６１を導通し、第２系統１２０に第２電源２０の電力を供給する。
第２制御部３３は、第１系統１１０または第２系統１２０の電圧低下を第１制御部３２の検出速度より速い速度で検出し、電圧低下を検出した場合は系統間スイッチ４１の遮断と規制スイッチ６１の導通とを同じタイミングで制御する。
具体的には、図１７に示すように、第２制御部３３は、例えば、ハードウェアによって構成され、第２電圧センサ５４の検出結果と地絡閾値とを比較するコンパレータである。そのため、第２制御部３３は、第２電圧センサ５４によって検出される第２系統１２０の電圧が地絡閾値以下になると、第１系統１１０または第２系統１２０で電源欠陥（例えば、地絡）が発生したことを第１制御部３２の検出速度より速い速度で検出する。そして、第２制御部３３は、電源失陥の発生を検出すると、系統間スイッチ４１の遮断と規制スイッチ６１の導通とを同時に制御すると共に、第１制御部３２に通知する。
これにより、電源装置１ｅは、例えば、第１系統１１０で地絡が発生した場合、即座に第１系統１１０と第２負荷１０２との接続を遮断し、同時に第２電源２０から第２負荷１０２への給電を開始できるので、第２負荷１０２に供給される電力の瞬断を防止できる。
また、第１制御部３２は、第２制御部３３が系統間スイッチ４１を遮断し、規制スイッチ６１を導通した後、第１系統１１０の電圧低下が継続している場合は第１系統１１０の失陥と判定する。また、第１制御部３２は、第２制御部３３が系統間スイッチ４１を遮断し、規制スイッチ６１を導通した後、第２系統１２０の電圧低下が継続している場合は第２系統１２０の失陥と判定する。
具体的には、第１制御部３２は、第２制御部３３によって第１系統１１０または第２系統１２０の地絡が検出された場合に、地絡が発生した方の系統を特定するソフトウェアを備える。第１制御部３２は、第２制御部３３から地絡発生の通知を受けると、系統間スイッチ４１の遮断制御と規制スイッチ６１の導通制御とを第２制御部３３から引き継ぐ。
そして、第１制御部３２は、第１電圧センサ５３および第２電圧センサ５４の検出結果に基づいて第１系統１１０および第２系統１２０のうち、どちらの系統で地絡が発生したかを判定する。
第１制御部３２は、所定周期で第１電圧センサ５３および第２電圧センサ５４の検出結果をサンプリングし、第１電圧センサ５３の検出結果が所定時間継続して地絡閾値以下であれば、第１系統１１０の地絡と判定する。また、第１制御部３２は、第２電圧センサ５４の検出結果が所定時間継続して地絡閾値以下であれば、第２系統１２０の地絡と判定する。
これにより、電源装置１ｅは、第１系統１１０および第２系統１２０のうち、どちらの系統で地絡が発生したかを正確に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。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 電源装置
１０ 第１電源
１１ ＤＣ／ＤＣ
１２ ＰｂＢ
２０ 第２電源
２１ ＬｉＢ
３，３０，３１ 制御部
３２ 第１制御部
３３ 第２制御部
４１ 系統間スイッチ
４２ 電池用スイッチ
４３ 第１遮断スイッチ
４４ 第２遮断スイッチ
４５ 第１電源用スイッチ
５１ 電流センサ
５２ 電圧センサ
５３ 第１電圧センサ
５４ 第２電圧センサ
６０ バックアップ回路
６１ 規制スイッチ
６２ 放電規制部
６３ ダイオード
６４ 充電部
６５ ＤＣ／ＤＣ
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
２００ 地絡

Claims (8)

  1. 第１負荷に接続される第１系統と、
    第２負荷に接続される第２系統と、
    前記第１系統と前記第２系統とを接続切断可能な系統間スイッチと、
    通常時には第１電源の電力を前記第１系統および前記第２系統に供給し、前記第１系統の失陥の検出時には前記系統間スイッチを遮断し、前記第２系統に第２電源の電力を供給する制御部と、
    前記第２電源の放電を規制する放電規制部を有するバックアップ回路と
    を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記バックアップ回路は、
    前記放電規制部と並列に接続される規制スイッチを備え、
    前記制御部は、通常時は前記規制スイッチを遮断し、前記失陥の検出により前記系統間スイッチを遮断する場合に、前記規制スイッチを導通する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記制御部は、
    前記第２電源を前記第１電源により充電するときに、前記規制スイッチを導通する
    ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
  4. 前記バックアップ回路と並列に接続され、前記第１電源の電圧を降圧して前記第２電源を充電する充電部
    をさらに備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の電源装置。
  5. 第１負荷に接続される第１系統と、
    第２負荷に接続される第２系統と、
    前記第１系統と前記第２系統とを接続切断可能な系統間スイッチと
    通常時に第１電源の電力を前記第１系統および前記第２系統に供給する制御部と
    を備える電源装置の制御方法であって、
    前記制御部が、
    前記第１系統の失陥の検出時に前記系統間スイッチを遮断し、第２電源から前記第２電源の放電を規制する放電規制部を有するバックアップ回路を介して前記第２系統に電力を供給すること
    を含むことを特徴とする制御方法。
  6. 第１負荷に接続される第１系統と、
    第２負荷に接続される第２系統と、
    前記第１系統と前記第２系統とを接続切断可能な系統間スイッチと、
    前記第２系統に設けられ第１電源の電圧を降圧して第２電源を充電する充電部と、
    前記充電部と並列に接続される規制スイッチと、
    通常時には前記系統間スイッチを導通して第１電源の電力を前記第１系統および前記第２系統に供給し、前記第１系統の失陥の検出時には前記系統間スイッチの遮断と前記規制スイッチの導通とを同じタイミングで制御し、前記第２系統に第２電源の電力を供給する制御部と
    を備え
    前記制御部は、前記第２電源を充電するときは前記規制スイッチを遮断し、前記第２系統に前記第２電源の電力を供給するときは前記規制スイッチを導通する
    ことを特徴とする電源装置。
  7. 前記制御部は、
    第１制御部と第２制御部とを備え、
    第１制御部は、
    通常時には前記系統間スイッチを導通して前記第１電源の電力を前記第１系統および前記第２系統に供給し、前記第１系統の失陥の検出時には前記系統間スイッチを遮断して前記規制スイッチを導通し、前記第２系統に前記第２電源の電力を供給し、
    前記第２制御部は、
    前記第１系統または前記第２系統の電圧低下を前記第１制御部の検出速度より速い速度で検出し、前記電圧低下を検出した場合は前記系統間スイッチの遮断と前記規制スイッチの導通とを同じタイミングで制御する
    請求項６に記載の電源装置。
  8. 前記第１制御部は、
    前記第２制御部が前記系統間スイッチを遮断し、前記規制スイッチを導通した後、前記第１系統の電圧低下が継続している場合は前記第１系統の失陥と判定し、第２系統の電圧低下が継続している場合は前記第２系統の失陥と判定する
    ことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
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