JP2023165368A - Electrical power system - Google Patents

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隆志 山口
Takashi Yamaguchi
健介 高橋
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Abstract

To realize an electrical power system that can appropriately execute a vehicle stop operation without increasing the storage capacity of a backup power storage unit when the voltage of a primary power supply gradually decreases due to an abnormality.SOLUTION: An electrical power system includes a backup power supply 30 that supplies power to an on-vehicle load 40 when a voltage value Vp of a primary power supply 20 is smaller than a voltage value Vb of the backup power supply 30, an auxiliary charging circuit unit 50 that charges a power storage unit 34 from the primary power source 20, and a control unit 10 that controls charging and discharging of the primary power source 20 and the backup power source 30. When the backup power supply 30 does not supply power to the on-vehicle load 40, the control unit 10 causes the primary power supply 20 to charge the power storage unit 34, when the voltage value Vp of the primary power supply 20 is smaller than the voltage value Vb of the backup power supply 30 and is greater than or equal to a power failure determination voltage value Vl, the charging rate from the primary power source 20 to the power storage unit 34 is temporarily increased in preparation for a vehicle stop operation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、車載負荷に電力を供給する電源システムに関するものである。 The present invention relates to a power supply system that supplies power to an on-vehicle load.

従来から、各種の車載装置(車載負荷)に電力を供給する一次電源およびバックアップ電源を備えた電源システムが提案されている。このような電源システムでは、一次電源が失陥した場合、バックアップ電源によって車載負荷に対する電力供給が行われる。一次電源の失陥の検出後、速やかに一次電源からバックアップ電源に切り替え、間断なく車載負荷に電力を供給できるシステムとして、例えば、特許文献1の制動装置が開示されている。この特許文献1は、一次電源(第1電源系統)とバックアップ電源(第2電源系統)を並列接続している。平常時、一次電源の電圧は、バックアップ電源の電圧より高いため、一次電源から車載負荷へ電力供給が行われる。一方、一次電源が失陥し、一次電源の電圧がバックアップ電源の電圧より小さくなると、自動的に、車載負荷への電力供給はバックアップ電源が行う。ここで、バックアップ電源の電圧は、一次電源が失陥したと判定する際の基準電圧、すなわち、失陥検出電圧より高く設定される。これにより、特許文献1の制動装置は、一次電源が失陥した場合に、バックアップ電源から車載負荷への速やかな電力供給が可能となる。 BACKGROUND ART Power supply systems that include a primary power source and a backup power source that supply power to various on-vehicle devices (on-vehicle loads) have been proposed. In such a power supply system, when the primary power supply fails, the backup power supply supplies power to the on-vehicle load. For example, a braking device disclosed in Patent Document 1 is a system that can promptly switch from the primary power source to a backup power source after detecting a failure of the primary power source and continuously supply power to an on-vehicle load. In Patent Document 1, a primary power source (first power system) and a backup power source (second power system) are connected in parallel. In normal times, the voltage of the primary power source is higher than the voltage of the backup power source, so power is supplied from the primary power source to the on-vehicle load. On the other hand, if the primary power supply fails and the voltage of the primary power supply becomes lower than the voltage of the backup power supply, the backup power supply automatically supplies power to the on-vehicle load. Here, the voltage of the backup power supply is set higher than the reference voltage used to determine that the primary power supply has failed, that is, the failure detection voltage. As a result, the braking device of Patent Document 1 can quickly supply power from the backup power source to the on-vehicle load when the primary power source fails.

また、一次電源が失陥した際には、車載負荷は、車両を適切に停止させる動作(以下「車両停止動作」と呼ぶ)を実行する。したがって、バックアップ電源は、車載負荷が車両停止動作を行うに足りる電力を、蓄電部に確保する必要がある。 Further, when the primary power supply fails, the on-vehicle load performs an operation to appropriately stop the vehicle (hereinafter referred to as "vehicle stopping operation"). Therefore, the backup power supply needs to secure sufficient power in the power storage unit for the on-vehicle load to perform a vehicle stop operation.

特開2021-14173号公報JP 2021-14173 Publication

特許文献1に開示されるような従来の電源システムにおいては、平常時は一次電源の電圧はバックアップ電源の電圧より大きく、一次電源から車載負荷に電力が供給される。一方、一次電源の電圧が低下して一次電源とバックアップ電源の電圧値の大小関係が逆転したときは、バックアップ電源から車載負荷に電力が供給される。すなわち、一次電源の電圧がバックアップ電源の電圧より小さくなった時点で、バックアップ電源から車載負荷に電力が供給される。この一次電源の電圧がバックアップ電源の電圧未満となってから、一次電源が失陥判定されるまでの期間の間に、バックアップ電源は車載負荷に電力を供給するため、バックアップ電源の蓄電部の残容量は徐々に低下していく。その結果、実際にバックアップ電源から車載負荷に供給された電力を使い車両停止動作を行う段階になって、その車両停止動作を行うために必要な容量をバックアップ電源が確保されていない、という問題が発生するおそれがあった。 In the conventional power supply system as disclosed in Patent Document 1, the voltage of the primary power supply is higher than the voltage of the backup power supply during normal times, and power is supplied from the primary power supply to the on-vehicle load. On the other hand, when the voltage of the primary power source decreases and the magnitude relationship between the voltage values of the primary power source and the backup power source is reversed, power is supplied from the backup power source to the on-vehicle load. That is, when the voltage of the primary power source becomes lower than the voltage of the backup power source, power is supplied from the backup power source to the on-vehicle load. During the period from when the voltage of the primary power source becomes less than the voltage of the backup power source until it is determined that the primary power source has failed, the backup power source supplies power to the on-vehicle load. Capacity gradually decreases. As a result, when it comes to actually stopping the vehicle using the power supplied to the on-vehicle load from the backup power source, the problem arises that the backup power source does not have the necessary capacity to stop the vehicle. There was a risk that this would occur.

上記のような問題を回避するために、バックアップ電源の蓄電部(キャパシタ)の蓄電容量を大きくすることが考えられる。しかし、従来の蓄電部と比べて蓄電容量を大きくすることは、それに伴い自然放電量がより増えることにつながる。一次電源は、バックアップ電源の自然放電を補うべく、常時バックアップ電源を充電しているため、バックアップ電源の蓄電容量を大きくすると、一次電源からバックアップ電源の蓄電部に供給される電力量が増える。その結果、一次電源の消費電力が増加し、電源システム全体での発熱量が増加する。また、蓄電容量の大きな蓄電部は、その分、サイズが大きく、価格が高いため、電源システムのサイズ増加やコストアップという問題を招く。 In order to avoid the above problems, it is conceivable to increase the storage capacity of the storage unit (capacitor) of the backup power source. However, increasing the power storage capacity compared to the conventional power storage unit leads to an increase in the amount of natural discharge. Since the primary power source constantly charges the backup power source to compensate for the natural discharge of the backup power source, increasing the storage capacity of the backup power source increases the amount of power supplied from the primary power source to the storage unit of the backup power source. As a result, the power consumption of the primary power source increases, and the amount of heat generated in the entire power supply system increases. Furthermore, a power storage unit with a large power storage capacity is correspondingly large in size and expensive, leading to problems such as an increase in the size and cost of the power supply system.

そこで、本明細書では、一次電源に何らかの異常が発生し、一次電源の電圧が徐々に低下する場合でも、バックアップ電源の蓄電部の蓄電容量を上げることなく、車両停止動作を適切に実行できる電源システムを開示する。 Therefore, in this specification, even if some abnormality occurs in the primary power source and the voltage of the primary power source gradually decreases, the present invention provides a power source that can appropriately perform vehicle stopping operations without increasing the storage capacity of the power storage unit of the backup power source. Disclose the system.

本明細書で開示する電源システムは、車載負荷に電力を供給する一次電源と、蓄電部を有し、前記一次電源の電圧値がバックアップ電源の電圧値より小さいときに、前記車載負荷に電力を供給するバックアップ電源と、前記蓄電部に対し、前記一次電源から充電を行う補充電回路部と、前記一次電源および前記バックアップ電源の電力供給を制御する制御部と、を備える電源システムにおいて、前記制御部は、前記車載負荷に、前記一次電源および前記バックアップ電源の少なくとも一方から間断なく電力を供給させ、前記バックアップ電源から前記車載負荷への電力供給を行わずに前記バックアップ電源が待機しているとき、前記制御部は、前記蓄電部の充電容量が満充電に達するまで、前記一次電源から前記蓄電部に充電させ、前記一次電源の電圧値が前記バックアップ電源の電圧値より小さく、かつ、前記一次電源の電圧値が電源失陥判定電圧値以上のとき、前記制御部は、前記一次電源から前記蓄電部へ、前記バックアップ電源が待機しているときの充電レートより高い充電レートで充電させ、前記バックアップ電源に電力を補充させる、ことを特徴とする。 The power supply system disclosed in this specification includes a primary power source that supplies power to an on-vehicle load and a power storage unit, and supplies power to the on-vehicle load when a voltage value of the primary power source is smaller than a voltage value of a backup power source. A power supply system comprising: a backup power supply to supply; an auxiliary charging circuit unit that charges the power storage unit from the primary power supply; and a control unit that controls power supply of the primary power supply and the backup power supply, wherein the control unit The unit causes the on-vehicle load to be continuously supplied with power from at least one of the primary power source and the backup power source, and when the backup power source is on standby without power being supplied from the backup power source to the on-vehicle load. , the control unit causes the power storage unit to be charged from the primary power source until the charging capacity of the power storage unit reaches full charge, and the control unit is configured to charge the power storage unit from the primary power source until the charging capacity of the power storage unit reaches full charge, and the voltage value of the primary power source is smaller than the voltage value of the backup power source, and the control unit When the voltage value of the power source is equal to or higher than the power failure determination voltage value, the control unit causes the primary power source to charge the power storage unit at a charging rate higher than the charging rate when the backup power source is on standby; It is characterized by allowing the backup power supply to replenish power.

本明細書で開示の電源システムによれば、一次電源に何らかの異常が発生し、一次電源の電圧が徐々に低下する場合でも、バックアップ電源の蓄電部の蓄電容量を上げることなく、車両停止動作を適切に実行できる。 According to the power supply system disclosed in this specification, even if some abnormality occurs in the primary power supply and the voltage of the primary power supply gradually decreases, the vehicle stopping operation can be performed without increasing the storage capacity of the power storage unit of the backup power supply. Can be executed properly.

電源システムの全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a power supply system. 電源システムのシーケンス図である。It is a sequence diagram of a power supply system. 制御部の動作手順を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the operation procedure of a control part.

以下、図面を参照して電源システムについて説明する。 The power supply system will be described below with reference to the drawings.

図1は、車両に搭載された車載負荷40および車載負荷40に電力を供給する電源システム100の全体構成を示す図である。電源システム100は、制御部10と、一次電源20と、バックアップ電源30と、補充電回路部50と、第1~第4スイッチSW1~SW4とを備える。バックアップ電源30は、DCDC昇降圧部32と、キャパシタである蓄電部34とを備える。 FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an on-vehicle load 40 mounted on a vehicle and a power supply system 100 that supplies power to the on-vehicle load 40. The power supply system 100 includes a control unit 10, a primary power supply 20, a backup power supply 30, an auxiliary charging circuit unit 50, and first to fourth switches SW1 to SW4. Backup power supply 30 includes a DC/DC step-up/down section 32 and a power storage section 34 that is a capacitor.

一次電源20は、車載負荷40へ電力を供給するメイン電源である。一次電源20から車載負荷40への電力供給系統は少なくとも二つ設けられる。一つは第1スイッチSW1を介する系統であり、もう一つは第2スイッチSW2と第3スイッチSW3を介する系統である。第1スイッチSW1を介する電力供給系統は、車載負荷40の一部であるアクセサリ系に電力を供給する。例えば、第1スイッチSW1が閉状態になると、オーディオなどに電気を流すアクセサリ系へ、一次電源20から電力が供給される。第2スイッチSW2および第3スイッチSW3を介する電力供給系統は、車載負荷40の一部である。例えば、ECUや、ドア、ブレーキ系などに電力を供給する。 The primary power source 20 is a main power source that supplies power to the on-vehicle load 40. At least two power supply systems are provided from the primary power source 20 to the on-vehicle load 40. One is a system via the first switch SW1, and the other is a system via the second switch SW2 and the third switch SW3. The power supply system via the first switch SW1 supplies power to an accessory system that is a part of the on-vehicle load 40. For example, when the first switch SW1 is in a closed state, power is supplied from the primary power source 20 to an accessory system that supplies electricity to an audio device or the like. The power supply system via the second switch SW2 and the third switch SW3 is part of the on-vehicle load 40. For example, it supplies power to the ECU, doors, brake system, etc.

また、一次電源20は、バックアップ電源30の自然放電を補うために、バックアップ電源30の蓄電部34を充電する。図1に示すように、一次電源20と補充電回路部50は、第4スイッチSW4を介して接続されており、補充電回路部50とバックアップ電源30の蓄電部34も接続されている。一次電源20から蓄電部34への充電は、第4スイッチSW4が閉状態のとき、補充電回路部50を介して電力が供給されることにより実現する。すなわち、充電器の役割をする補充電回路部50が、一次電源20からの電力を変換し、蓄電部34へ印加することで、充電が行われる。 Further, the primary power source 20 charges the power storage unit 34 of the backup power source 30 in order to compensate for the natural discharge of the backup power source 30. As shown in FIG. 1, the primary power source 20 and the auxiliary charging circuit section 50 are connected via the fourth switch SW4, and the auxiliary charging circuit section 50 and the power storage section 34 of the backup power source 30 are also connected. Charging of the power storage unit 34 from the primary power source 20 is achieved by supplying electric power via the auxiliary charging circuit unit 50 when the fourth switch SW4 is in the closed state. That is, charging is performed by the auxiliary charging circuit unit 50 serving as a charger converting the electric power from the primary power source 20 and applying it to the power storage unit 34.

バックアップ電源30は、一次電源20と並列接続されており、一次電源20から車載負荷40への電力供給が正常に行われないときに、代わりに車載負荷40へ電力を供給する補助電源である。バックアップ電源30から車載負荷40への電力の供給は、後述する制御部10が、蓄電部34の出力電圧を、蓄電部34と直接接続されたDCDC昇降圧部32で所定の電圧に変圧させ、第3スイッチSW3を閉状態とすることで実現する。バックアップ電源30の車載負荷40への電力供給は、上記のとおり、第3スイッチSW3を介する電力供給系統で行われる。すなわち、バックアップ電源30は、非常時に一次電源20の代わりを務め、車載負荷40に電力を供給する。以降、本例において、車載負荷40とは、ECU、ドア、ブレーキ系などの車載装置を指す。平常時は、一次電源20の電圧は、DCDC昇降圧部32からの出力電圧(以下、「バックアップ電源30の電圧」と呼ぶ)より大きいため、一次電源20から車載負荷40に電力が供給される。一方、一次電源20に異常が発生し、一次電源20の電圧が低下すると、一次電源20とバックアップ電源30の電圧値の大小関係が逆転する。この両者の電圧値の大小関係が逆転したとき以降は、バックアップ電源30から車載負荷40に電力が供給される。 The backup power source 30 is connected in parallel with the primary power source 20, and is an auxiliary power source that supplies power to the on-vehicle load 40 instead when power is not normally supplied from the primary power source 20 to the on-vehicle load 40. To supply power from the backup power source 30 to the on-vehicle load 40, the control unit 10, which will be described later, transforms the output voltage of the power storage unit 34 to a predetermined voltage using a DC/DC step-up/down unit 32 directly connected to the power storage unit 34. This is achieved by closing the third switch SW3. As described above, the backup power supply 30 supplies power to the on-vehicle load 40 through the power supply system via the third switch SW3. That is, the backup power supply 30 serves as a substitute for the primary power supply 20 in an emergency and supplies power to the on-vehicle load 40. Hereinafter, in this example, the on-vehicle load 40 refers to on-vehicle devices such as an ECU, a door, and a brake system. In normal times, the voltage of the primary power supply 20 is higher than the output voltage from the DCDC buck-boost unit 32 (hereinafter referred to as "voltage of the backup power supply 30"), so power is supplied from the primary power supply 20 to the on-vehicle load 40. . On the other hand, when an abnormality occurs in the primary power source 20 and the voltage of the primary power source 20 decreases, the magnitude relationship between the voltage values of the primary power source 20 and the backup power source 30 is reversed. After the magnitude relationship between these two voltage values is reversed, power is supplied from the backup power supply 30 to the on-vehicle load 40.

制御部10は、CPU、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。制御部10は、第1~第4スイッチSW1~SW4の開閉を切り替える切替制御を行う。また、制御部10は、電源システム100から車載負荷40への電力供給を制御する。制御部10は、具体的には下記の制御を行う。バックアップ電源30自体の自然放電による電力消費を補うため、一次電源20からバックアップ電源30の蓄電部34への充電を制御する。また、一次電源20が失陥した場合、車両停止動作を行う。なお、本例において、「車両停止動作」とは、ECUリセットを回避し、車両を適切に停止する動作を指す。また、一次電源20が電源失陥判定値以上であって、一次電源20の電圧がバックアップ電源30の電圧より小さくなってから、所定期間の間、一次電源20からバックアップ電源30への単位時間当たりの充電量(以下、「充電レート」と呼ぶ)を上げる。さらに、当該所定期間経過後、ユーザに故障を通知する。なお、これらの制御部10の動作については、図2,3を参照して後ほど詳しく説明する。 The control unit 10 includes a microcomputer having a CPU, memory, and the like. The control unit 10 performs switching control to open and close the first to fourth switches SW1 to SW4. Further, the control unit 10 controls power supply from the power supply system 100 to the on-vehicle load 40. Specifically, the control unit 10 performs the following control. In order to compensate for power consumption due to natural discharge of the backup power source 30 itself, charging of the power storage unit 34 of the backup power source 30 from the primary power source 20 is controlled. Further, when the primary power source 20 fails, the vehicle is stopped. In this example, the "vehicle stopping operation" refers to an operation that avoids ECU reset and appropriately stops the vehicle. Furthermore, after the voltage of the primary power source 20 is equal to or higher than the power failure determination value and the voltage of the primary power source 20 becomes lower than the voltage of the backup power source 30, the power supply from the primary power source 20 to the backup power source 30 per unit time is performed for a predetermined period. Increase the amount of charge (hereinafter referred to as the "charging rate"). Furthermore, after the predetermined period has elapsed, the user is notified of the failure. Note that the operations of these control sections 10 will be described in detail later with reference to FIGS. 2 and 3.

次に、図2のシーケンス図を用いて、何らかの異常が発生して一次電源20の電圧が徐々に低下する場合の、電源システム100の作用を説明する。 Next, the operation of the power supply system 100 when some abnormality occurs and the voltage of the primary power supply 20 gradually decreases will be described using the sequence diagram of FIG. 2.

図2の一段目のグラフの実線のラインVpは、一次電源20の電圧値を示している。本例では、平常時の一次電源20の電圧をVmax、バックアップ電源30の電圧をVb、電源失陥判定電圧をVlとする。平常時(図のt0までの期間)の一次電源20の電圧Vp=Vmaxとバックアップ電源30の電圧Vbの大小関係は、Vp=Vmax>Vbという関係が成り立つ。また、電源失陥判定電圧Vlは、一次電源20の電圧Vpおよびバックアップ電源30の電圧Vbより小さいため、これらの大小関係は、Vp=Vmax>Vb>Vlという関係が成り立つ。二段目のグラフの実線のラインQbは、本明細書で開示する電源システム100のバックアップ電源30の残容量、すなわち、バックアップ電源30に残っている電力量を示している。一方、二点鎖線のラインQb’は、従来の電源システムのバックアップ電源の残容量を示している。バックアップ電源30の自然放電を補うために、一次電源20から、常時バックアップ電源30の蓄電部34に電力が供給される。また、一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vb以上のときは、バックアップ電源30から車載負荷40へ電力が供給されることはない。したがって、図のt1までの期間、Qbは満充電容量であるQmaxの値を保つ。三段目のグラフの実線のラインWbは、本明細書で開示する電源システム100の一次電源20からバックアップ電源30への充電レートを示している。一方、二点鎖線のラインWb’は、従来の電源システムの一次電源からバックアップ電源への充電レートを示している。さらに、図2の下二段のグラフは、それぞれ、ユーザへ通知する処理タイミングと車両停止処理タイミングを示す。 A solid line Vp in the first graph in FIG. 2 indicates the voltage value of the primary power source 20. In this example, the voltage of the primary power supply 20 during normal operation is Vmax, the voltage of the backup power supply 30 is Vb, and the power failure determination voltage is Vl. The magnitude relationship between the voltage Vp=Vmax of the primary power supply 20 and the voltage Vb of the backup power supply 30 during normal times (period up to t0 in the figure) is such that Vp=Vmax>Vb. Moreover, since the power supply failure determination voltage Vl is smaller than the voltage Vp of the primary power supply 20 and the voltage Vb of the backup power supply 30, the relationship in magnitude holds true: Vp=Vmax>Vb>Vl. A solid line Qb in the second graph indicates the remaining capacity of the backup power supply 30 of the power supply system 100 disclosed in this specification, that is, the amount of power remaining in the backup power supply 30. On the other hand, a two-dot chain line Qb' indicates the remaining capacity of the backup power supply of the conventional power supply system. In order to compensate for the natural discharge of the backup power source 30, power is constantly supplied from the primary power source 20 to the power storage unit 34 of the backup power source 30. Further, when the voltage Vp of the primary power source 20 is higher than the voltage Vb of the backup power source 30, no power is supplied from the backup power source 30 to the on-vehicle load 40. Therefore, Qb maintains the value of Qmax, which is the full charge capacity, during the period up to t1 in the figure. A solid line Wb in the third graph indicates the charging rate from the primary power source 20 to the backup power source 30 of the power source system 100 disclosed in this specification. On the other hand, a two-dot chain line Wb' indicates a charging rate from a primary power source to a backup power source in a conventional power source system. Further, the graphs in the lower two rows of FIG. 2 show the processing timing for notifying the user and the vehicle stop processing timing, respectively.

図2に示すように、平常時(t0までの期間)は、一次電源20の電圧Vp、バックアップ電源30の残容量Qb、および、一次電源20からバックアップ電源30への充電レートWbの各値は一定である。また、制御部10は、ユーザへの通知も車両停止も行わない。 As shown in FIG. 2, during normal times (period up to t0), the voltage Vp of the primary power source 20, the remaining capacity Qb of the backup power source 30, and the charging rate Wb from the primary power source 20 to the backup power source 30 are constant. Further, the control unit 10 neither notifies the user nor stops the vehicle.

次に、一次電源20に異常が発生し(t0時点)、一次電源20の電圧Vpが徐々に低下していく場合を考える。t0からt1の期間は、一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vb以上(Vp≧Vb)であるため、車載負荷40への電力供給は一次電源20が行い、バックアップ電源30から電力は消費されない。また、充電レートWb,Wb’は、W1の値のまま一定であるため、バックアップ電源30の残容量Qb,Qb’は、変化せずにQmaxの値のまま一定である。 Next, consider a case where an abnormality occurs in the primary power source 20 (at time t0) and the voltage Vp of the primary power source 20 gradually decreases. During the period from t0 to t1, the voltage Vp of the primary power supply 20 is higher than the voltage Vb of the backup power supply 30 (Vp≧Vb), so the primary power supply 20 supplies power to the on-vehicle load 40, and the power is not supplied from the backup power supply 30. Not consumed. Furthermore, since the charging rates Wb and Wb' remain constant at the value of W1, the remaining capacities Qb and Qb' of the backup power supply 30 do not change and remain constant at the value of Qmax.

一次電源20の電圧Vpが徐々に低下していき、バックアップ電源30の電圧Vbとの電圧値の大小関係が逆転すると、すなわち、VpがVb未満(Vp<Vb)となると(t1時点以降)、車載負荷40への電力供給はバックアップ電源30が引き継ぐ。一方で、一次電源20からバックアップ電源30への充電は引き続き行われるため、グラフのとおり、一次電源20の電圧Vpの値は減少し続ける。このt1以降、従来の電源システムのバックアップ電源の残容量Qb’は、減少を始める。これは、車載負荷40へ電力供給を行うことで消費電力が増える一方、充電レートWb’はW1のまま一定であるためである。一方、本明細書で開示する電源システム100では、制御部10が、補充電回路部50の能力を上げる。ここで、補充電回路部50の能力を上げるとは、一次電源20からバックアップ電源30への充電レートWbを、平常時の充電レートに比べて大きくすることを指す。具体的には、所定期間(t1からt2の期間)、一次電源20から蓄電部34への充電レートWbを、W1からW2に大幅に上げる。したがって、その所定期間(t1からt2の期間)の間は、バックアップ電源30の残容量Qbは、車載負荷40への電力供給にかかわらず減少せず、Qmaxのまま一定に保たれる。 When the voltage Vp of the primary power supply 20 gradually decreases and the magnitude relationship of the voltage value with the voltage Vb of the backup power supply 30 is reversed, that is, when Vp becomes less than Vb (Vp<Vb) (after time t1), The backup power supply 30 takes over power supply to the on-vehicle load 40. On the other hand, since charging from the primary power source 20 to the backup power source 30 continues, the value of the voltage Vp of the primary power source 20 continues to decrease as shown in the graph. After this t1, the remaining capacity Qb' of the backup power supply of the conventional power supply system starts to decrease. This is because, while power consumption increases by supplying power to the on-vehicle load 40, the charging rate Wb' remains constant at W1. On the other hand, in the power supply system 100 disclosed in this specification, the control unit 10 increases the capacity of the auxiliary charging circuit unit 50. Here, increasing the capacity of the auxiliary charging circuit unit 50 refers to increasing the charging rate Wb from the primary power source 20 to the backup power source 30 compared to the normal charging rate. Specifically, the charging rate Wb from the primary power source 20 to the power storage unit 34 is significantly increased from W1 to W2 for a predetermined period (period from t1 to t2). Therefore, during the predetermined period (period from t1 to t2), the remaining capacity Qb of the backup power supply 30 does not decrease regardless of the power supply to the on-vehicle load 40, and remains constant at Qmax.

図2の下から二段目のグラフに示すように、所定期間の経過後(t2後)すぐに、制御部10は、ユーザに一次電源20の異常の発生を通知する。例えば、制御部10は車載負荷40を制御し、故障警告灯を点灯させて、ユーザに通知する。t2後すぐにユーザへ通知することで、バックアップ電源30が満充電状態の段階で、一次電源20の故障を知ったユーザ自身が車両を適切に停止することが可能となる。 As shown in the second graph from the bottom of FIG. 2, immediately after a predetermined period of time (t2), the control unit 10 notifies the user of the occurrence of an abnormality in the primary power source 20. For example, the control unit 10 controls the on-vehicle load 40, turns on a failure warning light, and notifies the user. By notifying the user immediately after t2, the user himself/herself who learns of the failure of the primary power source 20 can appropriately stop the vehicle while the backup power source 30 is in a fully charged state.

上述したユーザ自身による車両停止操作がされ、車両システムが停止すれば制御部10の処理は終了となるが、ここでは、ユーザ自身による車両停止操作がなかった場合の処理について説明する。この場合、異常通知後も一次電圧の低下が継続することになる。そして、一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vlより小さくなったとき(Vp<Vl)、すなわち、バックアップ電源30が一次電源20を電源失陥と判定したとき(t3)、制御部10は、車両停止動作を実行する。図2より明らかなように、車両停止処理を行う時点(t3)での本明細書で開示する電源システム100のバックアップ電源30の残容量Qbは、従来の電源システムの残容量Qb’に比べて、大幅に大きくなる。これは、前述のとおり、所定期間(t1からt2の期間)、一次電源20から蓄電部34への充電レートWbをアップさせたことによる。すなわち、本来車両停止動作を行うために必要な電力量に加えて、t1からt2の間に、バックアップ電源30が車載負荷40へ供給した消費電力量分、バックアップ電源30の蓄電部34に電力が補充されたためである。このt3時点でバックアップ電源30の残容量Qbが十分に大きいということは、バックアップ電源30の蓄電部34の蓄電容量を上げることなく、車両停止動作を適切に実行できることとなる。 If the vehicle system is stopped by the above-described vehicle stop operation by the user himself/herself, the processing of the control unit 10 ends, but here, the processing in the case where the vehicle stop operation by the user himself/herself is not performed will be described. In this case, the primary voltage will continue to drop even after the abnormality notification. Then, when the voltage Vp of the primary power source 20 becomes smaller than the power failure determination voltage Vl (Vp<Vl), that is, when the backup power source 30 determines that the primary power source 20 has failed (t3), the control unit 10 executes a vehicle stop operation. As is clear from FIG. 2, the remaining capacity Qb of the backup power supply 30 of the power supply system 100 disclosed in this specification at the time (t3) when the vehicle stop process is performed is higher than the remaining capacity Qb' of the conventional power supply system. , becomes significantly larger. This is because, as described above, the charging rate Wb from the primary power source 20 to the power storage unit 34 is increased for a predetermined period (period from t1 to t2). That is, in addition to the amount of power originally required to stop the vehicle, the amount of power consumed by the backup power source 30 to the on-vehicle load 40 between t1 and t2 is stored in the power storage unit 34 of the backup power source 30. This is because it has been replenished. The fact that the remaining capacity Qb of the backup power source 30 is sufficiently large at this time point t3 means that the vehicle stopping operation can be appropriately executed without increasing the storage capacity of the power storage unit 34 of the backup power source 30.

次に、図3を用いて、一次電源20に異常が発生したときの、制御部10の動作手順を説明する。 Next, the operating procedure of the control unit 10 when an abnormality occurs in the primary power source 20 will be described using FIG. 3.

前述のとおり、平常時の一次電源20の電圧Vp、バックアップ電源30の電圧Vb、および、電源失陥判定電圧Vlの大小関係は、Vp=Vmax>Vb>Vlという関係が成り立つ。一次電源20に異常が発生した場合は、この大小関係が変化することとなり、それに伴い、制御部10は、車両停止動作が適切に行われるよう、電源システム100の各部を制御する。以下、詳説する。 As described above, the relationship between the voltage Vp of the primary power source 20, the voltage Vb of the backup power source 30, and the power failure determination voltage Vl during normal operation is Vp=Vmax>Vb>Vl. If an abnormality occurs in the primary power supply 20, this magnitude relationship will change, and accordingly, the control unit 10 controls each part of the power supply system 100 so that the vehicle stopping operation is performed appropriately. The details will be explained below.

平常時は、一次電源20から車載負荷40へ電力供給が行われるため、バックアップ電源30からの電力供給は待機状態となる。一方、バックアップ電源30自体の自然放電により電力が消費されているため、制御部10は、一次電源20からバックアップ電源30の蓄電部34への充電を制御する(ステップS10)。なお、この時点での充電レートは、自然放電分、すなわち、図2におけるW1である。続いて、制御部10は、一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vbより小さくなったか否かを判定する(ステップS12)。一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vp以上の場合には(ステップS12のNo)、後述するステップS16におけるカウントがリセットされ(ステップS13)、ステップS12に戻る。すなわち、一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vpより小さくなるまで、制御部10は、自然放電分の充電を継続させる。一方、一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vbより小さい場合には(ステップS12のYes)、バックアップ電源30から車載負荷40へ電力供給が開始される。そして、処理はステップS14に進む。 In normal times, power is supplied from the primary power supply 20 to the on-vehicle load 40, so power supply from the backup power supply 30 is in a standby state. On the other hand, since power is consumed due to natural discharge of the backup power source 30 itself, the control unit 10 controls charging of the power storage unit 34 of the backup power source 30 from the primary power source 20 (step S10). Note that the charging rate at this point is the natural discharge amount, that is, W1 in FIG. 2 . Subsequently, the control unit 10 determines whether the voltage Vp of the primary power source 20 has become smaller than the voltage Vb of the backup power source 30 (step S12). If the voltage Vp of the primary power source 20 is equal to or higher than the voltage Vp of the backup power source 30 (No in step S12), the count in step S16, which will be described later, is reset (step S13), and the process returns to step S12. That is, until the voltage Vp of the primary power source 20 becomes lower than the voltage Vp of the backup power source 30, the control unit 10 continues charging for the natural discharge amount. On the other hand, if the voltage Vp of the primary power source 20 is lower than the voltage Vb of the backup power source 30 (Yes in step S12), power supply from the backup power source 30 to the on-vehicle load 40 is started. The process then proceeds to step S14.

制御部10は、一次電源20の電圧Vpが、電源失陥判定電圧Vl以上か否かを判定する(ステップS14)。一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vlより小さい場合には(ステップS14のNo)、制御部10は、車両停止動作を開始する(ステップS24)。一方、一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vl以上の場合には(ステップS14のYes)、所定期間(本例では10秒とする)、補充電回路部50の能力をアップさせる(ステップS16)。このとき、制御部10はカウントアップする(ステップS16)。このステップS16の段階(図2ではt1以降)では、すでに、バックアップ電源30は車載負荷40に電力を供給している。さらにバックアップ電源30自体の自然放電により電力が消費されている。したがって、これらの消費電力を補う量を充電レートとする必要がある。制御部10は、10秒経過した後(ステップS18のYes)、補充電回路部50の能力アップを終了するとともに、ユーザに一次電源20の異常の発生を通知する(ステップS20)。一方、カウント値が10秒に満たない場合(ステップS18のNo)、ステップS12に戻り、S12からS18までの処理を繰り返す。したがって、10秒が経過する前に、一次電源20の電圧Vpがバックアップ電源30の電圧Vb以上に回復すれば(ステップS18でNo、ステップS12でNo)、カウント値がリセットされる(ステップS13)。また、10秒経過する前に、一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vl未満になれば(ステップS18でNo、ステップS12でYes、ステップS14でNo)、補充電回路部50の能力アップを即座に終了して、車両停止動作を開始する(ステップS24)。 The control unit 10 determines whether the voltage Vp of the primary power source 20 is equal to or higher than the power failure determination voltage Vl (step S14). If the voltage Vp of the primary power source 20 is smaller than the power failure determination voltage Vl (No in step S14), the control unit 10 starts the vehicle stopping operation (step S24). On the other hand, if the voltage Vp of the primary power source 20 is equal to or higher than the power failure determination voltage Vl (Yes in step S14), the capacity of the auxiliary charging circuit unit 50 is increased for a predetermined period (10 seconds in this example). Step S16). At this time, the control unit 10 counts up (step S16). At this step S16 (after t1 in FIG. 2), the backup power supply 30 is already supplying power to the on-vehicle load 40. Furthermore, power is consumed due to the natural discharge of the backup power supply 30 itself. Therefore, it is necessary to set the charging rate to an amount that compensates for these power consumptions. After 10 seconds have passed (Yes in step S18), the control unit 10 finishes increasing the capacity of the auxiliary charging circuit unit 50 and notifies the user of the occurrence of an abnormality in the primary power source 20 (step S20). On the other hand, if the count value is less than 10 seconds (No in step S18), the process returns to step S12 and the processes from S12 to S18 are repeated. Therefore, if the voltage Vp of the primary power supply 20 recovers to the voltage Vb of the backup power supply 30 or higher before 10 seconds elapse (No in step S18, No in step S12), the count value is reset (step S13). . Furthermore, if the voltage Vp of the primary power source 20 becomes less than the power failure determination voltage Vl before 10 seconds elapse (No in step S18, Yes in step S12, No in step S14), the capacity of the auxiliary charging circuit section 50 The up-down is immediately ended, and the vehicle stopping operation is started (step S24).

ステップS20でユーザに異常の発生を通知した後、制御部10は、再度一次電源20の電圧Vpと電源失陥判定電圧Vlを比較する。一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vlより小さい場合には(ステップS22のYes)、制御部10は、車両停止動作を開始し(ステップS24)、一連の処理を終了する。一方、一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vl以上の場合には(ステップS22のNo)、処理はステップS22に戻る。すなわち、一次電源20の電圧Vpが電源失陥判定電圧Vlより小さくなるまで、制御部10は、車両停止動作を開始せず、待機する。 After notifying the user of the occurrence of an abnormality in step S20, the control unit 10 again compares the voltage Vp of the primary power source 20 and the power failure determination voltage Vl. If the voltage Vp of the primary power source 20 is smaller than the power failure determination voltage Vl (Yes in step S22), the control unit 10 starts a vehicle stopping operation (step S24), and ends the series of processing. On the other hand, if the voltage Vp of the primary power source 20 is equal to or higher than the power failure determination voltage Vl (No in step S22), the process returns to step S22. That is, the control unit 10 waits without starting the vehicle stopping operation until the voltage Vp of the primary power source 20 becomes smaller than the power failure determination voltage Vl.

以上のように、本明細書で開示する電源システム100においては、一次電源20の電圧Vpが徐々に低下し、バックアップ電源30の電圧Vb以下となった場合に、所定期間、一次電源20からバックアップ電源30への充電レートWbを増やす。これにより、電源失陥判定時点で、車両停止動作に必要な電力を蓄電部34に確保することが可能となり、車両停止動作を適切に実行することができる。 As described above, in the power supply system 100 disclosed in this specification, when the voltage Vp of the primary power supply 20 gradually decreases and becomes equal to or lower than the voltage Vb of the backup power supply 30, the power supply system 100 provides backup power from the primary power supply 20 for a predetermined period of time. Increase the charging rate Wb to the power source 30. As a result, it is possible to secure the electric power necessary for the vehicle stopping operation in the power storage unit 34 at the time when the power supply failure is determined, and the vehicle stopping operation can be appropriately executed.

なお、これまでの説明は一例であり、少なくとも、一次電源20の電圧値が、バックアップ電源30の電圧値より小さく、かつ、電源失陥判定電圧以上のとき、一次電源20からバックアップ電源30への充電レートが、平常時の充電レートより大きければよい。その他の制御部10が行う処理は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では所定期間を10秒としたが、これに限定されず、また、ユーザに異常が発生したことを通知するタイミングは適宜変更可能である。 The explanation so far is an example, and at least when the voltage value of the primary power source 20 is smaller than the voltage value of the backup power source 30 and is equal to or higher than the power failure determination voltage, the voltage from the primary power source 20 to the backup power source 30 is It is sufficient that the charging rate is higher than the normal charging rate. Other processes performed by the control unit 10 may be changed as appropriate. For example, in this example, the predetermined period is 10 seconds, but it is not limited to this, and the timing of notifying the user that an abnormality has occurred can be changed as appropriate.

さらに、本例では、所定期間(図2のt1からt2の期間)経過後、t2時点でのバックアップ電源30の残容量Qbを、減少させておらずQmaxのままとした。しかし、少なくとも能力アップ動作を行うために、所定期間中の充電レートW2は、平常時における充電レートW1より大きければよく、したがって、W2>W1を満たす限り、所定期間が経過したt2時点でのバックアップ電源30の残容量Qbを、Qmaxより減少させてもよい。また、本例では、能力アップ動作を、所定の期間に限定して行っているが、能力アップ動作は、一次電源20が失陥したと判定されるまで継続してもよい。 Furthermore, in this example, after a predetermined period (period from t1 to t2 in FIG. 2) has elapsed, the remaining capacity Qb of the backup power supply 30 at time t2 is not reduced and remains at Qmax. However, in order to at least perform the capacity-up operation, the charging rate W2 during the predetermined period only needs to be higher than the charging rate W1 in normal times. Therefore, as long as W2>W1 is satisfied, the backup at time t2 after the predetermined period has elapsed. The remaining capacity Qb of the power supply 30 may be decreased from Qmax. Further, in this example, the capacity increasing operation is limited to a predetermined period, but the capacity increasing operation may continue until it is determined that the primary power source 20 has failed.

10 制御部、20 一次電源、30 バックアップ電源、32 DCDC昇降圧部、34 蓄電部、40 車載負荷、50 補充電回路部、100 電源システム。
Reference Signs List 10 control unit, 20 primary power supply, 30 backup power supply, 32 DCDC buck-boost unit, 34 power storage unit, 40 onboard load, 50 auxiliary charging circuit unit, 100 power supply system.

Claims (1)

車載負荷に電力を供給する一次電源と、
蓄電部を有し、前記一次電源の電圧値がバックアップ電源の電圧値より小さいときに、前記車載負荷に電力を供給するバックアップ電源と、
前記蓄電部に対し、前記一次電源から充電を行う補充電回路部と、
前記一次電源および前記バックアップ電源の電力供給を制御する制御部と、
を備える電源システムにおいて、
前記制御部は、前記車載負荷に、前記一次電源および前記バックアップ電源の少なくとも一方から間断なく電力を供給させ、
前記バックアップ電源から前記車載負荷への電力供給を行わずに前記バックアップ電源が待機しているとき、前記制御部は、前記蓄電部の充電容量が満充電に達するまで、前記一次電源から前記蓄電部に充電させ、
前記一次電源の電圧値が前記バックアップ電源の電圧値より小さく、かつ、前記一次電源の電圧値が電源失陥判定電圧値以上のとき、前記制御部は、前記一次電源から前記蓄電部へ、前記バックアップ電源が待機しているときの充電レートより高い充電レートで充電させ、前記バックアップ電源に電力を補充させる、
ことを特徴とする電源システム。
A primary power source that supplies power to an on-vehicle load;
a backup power supply having a power storage unit and supplying power to the on-vehicle load when the voltage value of the primary power supply is smaller than the voltage value of the backup power supply;
an auxiliary charging circuit unit that charges the power storage unit from the primary power source;
a control unit that controls power supply of the primary power source and the backup power source;
In a power supply system equipped with
The control unit causes the on-vehicle load to be continuously supplied with power from at least one of the primary power source and the backup power source,
When the backup power source is on standby without supplying power from the backup power source to the on-vehicle load, the control unit controls the supply of power from the primary power source to the power storage unit until the charging capacity of the power storage unit reaches full charge. charge it to
When the voltage value of the primary power source is smaller than the voltage value of the backup power source, and the voltage value of the primary power source is equal to or higher than a power failure determination voltage value, the control unit transmits the power from the primary power source to the power storage unit. replenishing power to the backup power source by charging at a higher charging rate than the charging rate when the backup power source is on standby;
A power supply system characterized by:
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