JP2023076253A - 電源装置および制御方法 - Google Patents

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大樹 白島
Daiki Shiratori
健 松本
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Abstract

Figure 2023076253000001
【課題】プログラムの更新のために使用する第2電源の電力を低減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、接続部と、制御部とを備える。第1系統は、第1電源の電力をマイクロコンピュータを含む第1負荷に供給する。第2系統は、第2電源の電力をマイクロコンピュータを含む第2負荷に供給する。接続部は、第1系統と第2系統とを導通および遮断可能である。制御部は、マイクロコンピュータのプログラムの更新が行われるときに、第1系統の電圧情報が所定値以上の場合は、接続部を遮断して第1電源の電力をマイクロコンピュータに供給し、電圧情報が所定値未満の場合は、接続部を遮断して第1電源の電力および第2電源の電力をマイクロコンピュータに供給する。
【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。
車両に搭載されるECU(Electronic Control Unit)のプログラムの更新をメインバッテリの電力によって行っているときに、メインバッテリの電圧が低下すると、電源をサブバッテリに切り替えるシステムがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2003-191803号公報
しかしながら、例えば、第1電源からECUに電力供給する第1系統と、第2電源からECUに電力供給する第2系統とを備える冗長電源システムの場合、プログラムの更新のために第2電源の電力を消費しすぎることは好ましくない。
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、プログラムの更新のために使用する第2電源の電力を低減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、接続部と、制御部とを備える。第1系統は、第1電源の電力をマイクロコンピュータを含む第1負荷に供給する。第2系統は、第2電源の電力を前記マイクロコンピュータを含む第2負荷に供給する。接続部は、前記第1系統と前記第2系統とを導通および遮断可能である。制御部は、前記マイクロコンピュータのプログラムの更新が行われるときに、前記第1系統の電圧情報が所定値以上の場合は、前記接続部を遮断して前記第1電源の電力を前記マイクロコンピュータに供給し、前記電圧情報が前記所定値未満の場合は、前記接続部を遮断して前記第1電源の電力および前記第2電源の電力を前記マイクロコンピュータに供給する。
実施形態の一態様に係る電源装置および制御方法は、プログラムの更新のために使用する第2電源の電力を低減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。
以下、添付図面を参照して、電源装置およ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。
実施形態に係る電源装置は、電気自動車、ハイブリット自動車、または、内燃機関によって走行するエンジン自動車に搭載される。なお、実施形態に係る電源装置は、第1電源と第2電源とを備え、第1電源に電源失陥が発生した場合に、第2電源によって第1電源をバックアップしてFOP(フェイルオペレーション)を実施する任意の装置に搭載されてもよい。
[1.電源装置の構成]
実施形態に係る電源装置が搭載される車両は、車両に搭載されるECU(Electronic Control Unit)に内蔵されるマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」と記載する)のプログラムを車両の駐車中に更新(以下「リプロ(リプログラム)」と記載する)する機能を備える。なお、ここでの駐車中とは、車両のIG(イグニッションスイッチ)がオフの期間のことである。
実施形態に係る電源装置は、IGがオンの期間にECUを含む全ての車載装置に電力を供給し、リプロ中には、リプロ対象のマイコンを有するECUおよびリプロに関連する車載装置に電力を供給する。図1は、実施形態に係る電源装置1の構成例を示す説明図である。なお、図1には、IGがオフの期間における電源装置1の状態を示している。
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、自動運転制御装置100と、リプロ制御装置130とに接続される。リプロ制御装置130は、例えば、インターネット等の通信ネットワークNを介してサーバ装置131と無線通信可能に接続される。
サーバ装置131は、あるECUのマイコンの最新プログラムが公開された場合に、通信ネットワークNを介してリプロ制御装置130に最新プログラムを送信する。リプロ制御装置130は、最新プログラムを受信すると、更新対象のECUのプログラムを最新プログラムに更新する。
また、電源装置1は、第1負荷の一例である第1ECU101および第2ECU102と、第2負荷の一例である第1ECU101および第2ECU102とに接続される。さらに、電源装置1は、第1ECU101および第2ECU102以外の図示しない一般負荷にも接続され、各一般負荷に電力を供給する。
電源装置1は、第1系統110と、第2系統120とを備える。第1系統110は、第1負荷スイッチ43を介して、第1電源10の電力を第1ECU101に供給する。第1系統110は、第1負荷スイッチ44を介して、第1電源10の電力を第2ECU102に供給する。
第1負荷スイッチ43は、第1系統110と第1ECU101とを接続および遮断可能なスイッチである。第1負荷スイッチ44は、第1系統110と第2ECU102とを接続および遮断可能なスイッチである。
第2系統120は、電池用スイッチ42および第2負荷スイッチ45を介して、後述する第2電源20の電力を第1ECU101に供給する。第2系統120は、電池用スイッチ42および第2負荷スイッチ46を介して、後述する第2電源20の電力を第2ECU102に供給する。
電池用スイッチ42は、後述する第2電源20と第2系統120とを導通および遮断可能なスイッチである。第2負荷スイッチ45は、第2系統120と第1ECU101とを接続および遮断可能なスイッチである。第2負荷スイッチ46は、第2系統120と第2ECU102とを接続および遮断可能なスイッチである。
第1ECU101および第2ECU102は、自動運転用の負荷であり、それぞれ制御用のマイコンを備える。例えば、第1ECU101および第2ECU102は、自動運転中に動作するステアリングモータ制御装置、電動ブレーキ装置、車載カメラ、およびレーダ等である。なお、前述した一般負荷は、例えば、ディスプレイ、エアコン、オーディオ、ビデオ、および各種ライト等を含む。第1ECU101、第2ECU102への第1系統110からの電力と第2系統120からの電力は、各ECU内でダイオードORで供給される。
第1ECU101、第2ECU102、および一般負荷は、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1ECU101および第2ECU102などを動作させて、車両を自動運転制御する装置である。
第1電源10は、電源装置1がエンジン自動車に搭載される場合、発電機12と、鉛バッテリ(以下、「PbB11」と記載する)とを含む。なお、第1電源10の電池は、PbB11以外の任意の2次電池であってもよい。
発電機12は、例えば、走行する車両の運動エネルギーを電気に変換して発電するオルタネータである。発電機12は、発電した電力によってPbB11および第2電源20の充電を行う。また、発電機12は、第1ECU101、第2ECU102、および一般負荷への電力供給を行う。PbB11は、第1ECU101、第2ECU102、および一般負荷への電力供給を行う。
第1電源10は、電源装置1が電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載される場合、DC/DCコンバータ(以下、「DC/DC」と記載する)と、PbB11とを含む。この場合、DC/DCは、発電機と、PbB11よりも電圧が高い高圧バッテリとに接続され、発電機および高圧バッテリの電圧を降圧して第1系統110に出力する。発電機は、例えば、オルタネータである。高圧バッテリは、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。
電源装置1は、第2電源20と、制御部3と、接続部41と、電池用スイッチ42と、第1負荷スイッチ43,44と、第2負荷スイッチ45,46と、電圧センサ5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。なお、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。
接続部41は、第1系統110と第2系統120とを導通および遮断可能なスイッチである。電池用スイッチ42は、第2電源20を第2系統120に導通および遮断可能なスイッチである。電圧センサ5は、第1系統110に設けられ、第1系統110の電圧を検出し、検出結果を制御部3に出力する。
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、接続部41、電池用スイッチ42、第1負荷スイッチ43,44、および第2負荷スイッチ45,46を制御する。制御部3は、IGがオフの期間には、図1に示すように、接続部41、電池用スイッチ42、第1負荷スイッチ43,44、および第2負荷スイッチ45,46を遮断する。
また、制御部3は、電源装置1が通常時動作中である場合、接続部41、第1負荷スイッチ43,44、および第2負荷スイッチ45,46を導通し、電池用スイッチ42を遮断する。そして、制御部3は、電圧センサ5から入力される検出結果に基づいて、第1系統110の地絡を検出する。制御部3による地絡の検出方法の具体例については、後述する。
制御部3は、第1系統110の地絡を検出した場合、その旨を自動運転制御装置100に通知する。なお、制御部3は、第1系統110の地絡を検出した場合、自動運転が不可能な状態である旨を自動運転制御装置100に通知してもよい。また、制御部3は、第1系統110の地絡を検出していない場合、自動運転が可能な状態である旨を自動運転制御装置100に通知してもよい。
制御部3は、第1系統110に地絡が発生した場合には、接続部41を遮断し、電池用スイッチ42を導通して、第2電源20から第1ECU101および第2ECU102に電力を供給する。
これにより、電源装置1は、自動運転中に第1系統110が地絡しても、第2系統120を使用し、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、電源装置1の動作例について説明する。
[2.電源装置の通常時動作]
制御部3は、第1系統110に地絡が発生していない通常時には、図2に示すように、第1負荷スイッチ43,44および第2負荷スイッチ45,46を導通する。そして、制御部3は、電池用スイッチ42を遮断した状態で接続部41を導通し、第1電源10から第1ECU101、第2ECU102、および一般負荷に電力を供給する。
[3.電源装置の第1系統地絡発生時動作]
図3に示すように、電源装置1では、第1系統110で地絡200が発生する場合がある。第1系統110で地絡200が発生すると、地絡点に向けて過電流が流れるため、第1系統110の電圧が低下する。
このため、制御部3は、電圧センサ5によって検出される第1系統110の電圧が地絡閾値以下になると、第1系統110で地絡が発生したと判定する。そして、制御部3は、第1系統110の地絡200を検出すると、接続部41、第1負荷スイッチ43,44を遮断し、電池用スイッチ42を導通して、第2電源20から第1ECU101および第2ECU102に電力を供給する。
そして、制御部3は、第1系統110で地絡200が発生したことを自動運転制御装置100に通知する。これにより、自動運転制御装置100は、第2電源20から供給される電力によって第1ECU101および第2ECU102を動作させて、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。
このように、第2電源20は、第1系統110で地絡200が発生した場合のバックアップ電源として機能するため、例えば、第1ECU101および第2ECU102のプログラムの更新など、退避走行以外の目的では極力電力を使用しないことが望ましい。このため、制御部3は、プログラムの更新のために使用する第2電源20の電力を低減できるように、リプロを行う。
[4.電源装置のリプロ時動作]
図4に示すように、サーバ装置131は、例えば、第1ECU101の最新プログラムPが公開された場合、通信ネットワークNを介して最新プログラムPをリプロ制御装置130へ無線通信により送信する。なお、サーバ装置131は、整備工場などにおいて、通信ケーブルによりリプロ制御装置130と接続される場合には、最新プログラムPを有線通信によりリプロ制御装置130へ送信する。
リプロ制御装置130は、IGオフ中はスリープ状態になっており、サーバ装置131からの通信要求に応答して起動し、PbB11から供給される電力によって、サーバ装置131から最新プログラムPを受信する。そしてリプロ制御装置130は、最新プログラムPを受信すると、リプロ開始信号Sとリプロ対象(この場合は第1ECU101)のECU情報とを制御部3に送信する。
制御部3は、リプロ開始信号Sを受信すると、車両が駐車中か否かを判定し、駐車中であれば、電圧センサ5から第1系統110の電圧情報を取得し、電圧情報が所定値以上か否かを判定する。
例えば、制御部3は、電圧情報として第1電源10の電圧値を取得し、第1電源10の電圧値が所定値以上か否かを判定する。この場合の所定値は、例えば、プログラムの更新を正常に行うことができる電圧の下限値である。なお、この下限値は、マイコンが動作を停止する電圧より高めにマージンを持った値である。
また、制御部3は、例えば、電圧情報として、第1電源10からライン13を介して第1電源10の充電状態の高さを示す値を取得する構成であってもよい。第1電源10の充電状態の高さを示す値は、例えば、PbB11のSOC(State Of Charge)である。この場合、所定値は、例えば、プログラムの更新を正常に行うことができるSOCの下限値である。
そして、制御部3は、第1電源10の電圧情報が所定値以上の場合は、接続部41を遮断し、第1負荷スイッチ43を導通し、第1負荷スイッチ44および第2負荷スイッチ45,46を遮断して、第1電源10の電力をリプロ対象の第1ECU101に供給する。そして、リプロ制御装置130は、最新プログラムPを第1ECU101に送信してリプロを行う。
リプロ制御装置130は、この期間、第1電源10の電圧情報が所定以上となっているので、中断することなく正常リプロを継続することができる。また、制御部3は、この期間、電池用スイッチ42を遮断するので、リプロのために第2電源の電力を使用することを防止できる。
また、制御部3は、電圧情報として第1電源10の電圧値を取得する構成であれば、リプロを正常に行える電圧を第1ECU101に供給できるので、中断することなく正常リプロを継続することができる。また、制御部3は、電圧情報として第1電源10の充電状態の高さを示す値を取得する構成でも、中断することなく正常リプロを継続することができる。
また、制御部3は、電圧情報が所定値以上の場合、第2負荷スイッチ45,46を遮断するので、例えば、電池用スイッチ42がオン固着していた場合であっても、第2電源20から第1ECU101および第2ECU102への電力供給を防止することができる。
また、制御部3は、電圧情報が所定値以上の場合、第1負荷スイッチ43を導通し、第1負荷スイッチ44を遮断するので、リプロと無関係な第2ECU102への不必要な電力供給を防止することができる。
その後、制御部3は、リプロによって第1電源10の電力が低下し、取得する電圧情報が所定値未満になった場合、接続部41を遮断して第1電源10の電力および第2電源20の電力をリプロ対象の第1ECU101に供給する。
具体的には、制御部3は、図5に示すように、接続部41を遮断し、電池用スイッチ42を導通し、第2負荷スイッチ45を導通して、第1電源10および第2電源20の電力をリプロ対象の第1ECU101に供給する。そして、リプロ制御装置130は、最新プログラムPを第1ECU101に送信してリプロを継続する。
このとき、第1電源10の電圧低下により第2電源20の電圧の方が第1電源10の電圧より高いため、第2電源20の電圧が第1電源10の電圧に低下するまでの期間は、第2電源20から第1ECU101に電力が供給される。第2電源20の電圧が第1電源10の電圧に一致するまで低下すると、以降は第1電源10と第2電源20の両方から第1ECU101に電力が供給される。
これにより、制御部3は、第1系統110の電圧情報が所定値未満になっても、第2電源20の電力によって第1ECU101のリプロに必要な電力を補うことができるので、正常にリプロを完了させることができる。
また、制御部3は、第1系統110の電圧情報が所定値未満になったときに限り、第2電源20から第1ECU101へ電力を供給し、この間も第1電源10から第1ECU101への電力を継続させるので、リプロに使用する第2電源20の電力を低減できる。
[5.制御部が実行する処理]
次に、図6を参照して、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。図6は、実施形態に係る電源装置1の制御部3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、図6に示す処理を繰り返し実行する。
具体的には、図6に示すように、制御部3は、まず、リプロ開始信号Sを受信したか否かを判定する(ステップS101)。そして、制御部3は、リプロ開始信号Sを受信しないと判定した場合(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。
また、制御部3は、リプロ開始信号Sを受信したと判定した場合(ステップS101,Yes)、駐車中か否かを判定する(ステップS102)。制御部3は、駐車中でないと判定した場合(ステップS102,No)、駐車中と判定するまでステップS102の判定処理を繰り返す。
そして、制御部3は、駐車中であると判定した場合(ステップS102,Yes)、第1系統110の電圧情報が所定値以上であるか否かを判定する(ステップS103)。制御部3は、第1系統110の電圧情報が所定値以上であると判定した場合(ステップS103,Yes)、接続部41を遮断し(ステップS104)、電池用スイッチ42を遮断する(ステップS105)。
そして、制御部3は、第1電源10からリプロ対象のECUに電力を供給する(ステップS106)。このとき、制御部3は、リプロ対象のECUに接続された第1負荷スイッチを導通し、リプロ対象でないECUに接続された第1負荷スイッチを遮断し、全ての第2負荷スイッチを遮断して、第1電源10からリプロ対象のECUに電力を供給する。
その後、制御部3は、リプロが完了したか否かを判定する(ステップS107)。制御部3は、リプロが完了していないと判定した場合(ステップS107,No)、処理をステップS103に移す。また、制御部3は、リプロが完了したと判定した場合(ステップS107,Yes)、処理を終了して、再度ステップS101から処理を開始する。
また、ステップS103において、制御部3は、第1系統110の電圧情報が所定値以上でない、つまり、電圧情報が所定値未満であると判定した場合(ステップS103,No)、接続部41を遮断する(ステップS108)。
そして、制御部3は、電池用スイッチ42を導通し(ステップS109)、第1電源10および第2電源20からリプロ対象のECUに電力を供給する(ステップS110)。このとき、制御部3は、リプロ対象のECUに接続された第2負荷スイッチを導通して、第2電源20からリプロ対象のECUに電力を供給する。その後、制御部3は、処理をステップS107へ移す。
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 電源装置
10 第1電源
11 PbB
12 発電機
13 ライン
20 第2電源
21 LiB
3 制御部
41 接続部
42 電池用スイッチ
43,44 第1負荷スイッチ
45,46 第2負荷スイッチ
5 電圧センサ
100 自動運転制御装置
101 第1ECU
102 第2ECU
130 リプロ制御装置
131 サーバ装置
N 通信ネットワーク
P 最新プログラム
S リプロ開始信号

Claims (6)

  1. 第1電源の電力をマイクロコンピュータを含む第1負荷に供給する第1系統と、
    第2電源の電力を前記マイクロコンピュータを含む第2負荷に供給する第2系統と、
    前記第1系統と前記第2系統とを導通および遮断可能な接続部と、
    前記マイクロコンピュータのプログラムの更新が行われるときに、前記第1系統の電圧情報が所定値以上の場合は、前記接続部を遮断して前記第1電源の電力を前記マイクロコンピュータに供給し、前記電圧情報が前記所定値未満の場合は、前記接続部を遮断して前記第1電源の電力および前記第2電源の電力を前記マイクロコンピュータに供給する制御部と
    を備える電源装置。
  2. 前記第2電源と前記第2系統とを導通および遮断可能な電池用スイッチをさらに備え、
    前記制御部は、
    前記プログラムの更新が行われるときに、前記第1系統の電圧情報が前記所定値以上の場合は、前記電池用スイッチを遮断し、前記電圧情報が前記所定値未満の場合は、前記電池用スイッチを導通する
    請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記第1系統と前記マイクロコンピュータとを導通および遮断可能な第1負荷スイッチと、前記第2系統と前記マイクロコンピュータとを導通および遮断可能な第2負荷スイッチとをさらに備え、
    前記制御部は、
    前記プログラムの更新が行われるときに、前記第1系統の電圧情報が前記所定値以上の場合は、前記第1負荷スイッチを導通して、前記第2負荷スイッチを遮断し、前記電圧情報が前記所定値未満の場合は、前記第1負荷スイッチおよび前記第2負荷スイッチを導通する
    請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記電圧情報は、前記第1電源の電圧値であり、
    前記所定値は、前記プログラムの更新を正常に行うことができる第1電源の電圧の下限値である
    請求項1~3のいずれか一つに記載の電源装置。
  5. 前記電圧情報は、前記第1電源の充電状態の高さを示す値であり、
    前記所定値は、前記プログラムの更新を正常に行うことができる第1電源の充電状態の高さを示す値の下限値である
    請求項1~3のいずれか一つに記載の電源装置。
  6. 第1電源の電力をマイクロコンピュータを含む第1負荷に供給する第1系統と、
    第2電源の電力を前記マイクロコンピュータを含む第2負荷に供給する第2系統と、
    前記第1系統と前記第2系統とを導通および遮断可能な接続部と、
    前記接続部を制御する制御部とを備える電源装置の前記制御部が、
    前記マイクロコンピュータのプログラムの更新が行われるときは、前記第1系統の電圧情報が所定値以上の場合は、前記接続部を遮断して前記第1電源の電力を前記マイクロコンピュータに供給し、
    前記電圧情報が前記所定値未満の場合は、前記接続部を遮断して前記第1電源の電力および前記第2電源の電力を前記マイクロコンピュータに供給する
    制御方法。
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