JP7287017B2 - 移動体用電源システム - Google Patents

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Description

この明細書における開示は、移動体用電源システムに関する。
特許文献1は、車両内にループ状に配線された電源線を有する乗物内の電力供給装置を開示している。ループ状に配線された電源線には、バッテリが接続されて電源が入力されている。ループ状に配線された電源線には、様々なモジュールが接続されて電源供給されている。従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
特開2001-328494号公報
従来技術の構成では、ループ状に配線された電源線に対して、電源であるバッテリと負荷である複数のモジュールなどが接続されている。このため、バッテリと導通している電流経路上で地絡などの異常が生じた場合や、移動体の安全な移動に不可欠な負荷と導通している電流経路上で異常が生じた場合などへの対策として、多くのスイッチや多くの電源線を備える必要があった。言い換えると、電源システムの冗長性を高めるために、電源システムが複雑化していた。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、移動体用電源システムにはさらなる改良が求められている。
開示される1つの目的は、簡素な構成で冗長性を高めた移動体用電源システムを提供することにある。
ここに開示された移動体用電源システムは、通常負荷(23、24、326、427)に電力を供給するための通常電源(21、22、322、325、425)と、通常電源と接続している通常電流経路(11)と、通常電源とは異なる電源であって、負荷として同一の機能を有する第1冗長負荷(41a、41b)と第2冗長負荷(42a、42b)とを有する冗長負荷(40)に電力を供給するための冗長電源(41r、42r)と、冗長電源と接続している冗長電流経路(31r、32r、331r、332r)と、通常電流経路と冗長電流経路との間に設けられ、第1冗長負荷と接続している第1電流経路(31a、331a、731a)と、通常電流経路と冗長電流経路との間であって、第1電流経路に並列に設けられ、第2冗長負荷と接続している第2電流経路(32a、332a、732a)と、通常電流経路と第1電流経路との接続状態を切り替える第1通常スイッチ(36m、236m、336m)と、通常電流経路と第2電流経路との接続状態を切り替える第2通常スイッチ(37m、237r2、337m)とを有する経路スイッチ(30、230、330、430)と、経路スイッチのオン状態とオフ状態との切り替えを制御する制御部(50)とを備え、通常電源は、通常負荷と接続するとともに、第1冗長負荷と第2冗長負荷との少なくとも一方に接続可能であり、経路スイッチは、冗長電流経路と第1電流経路との接続状態を切り替える第1冗長スイッチ(36r、236r、336r)と、冗長電流経路と第2電流経路との接続状態を切り替える第2冗長スイッチ(37r、237r1、337r)とを有し、通常電流経路と冗長電流経路と第1電流経路と第2電流経路とは、経路スイッチを介して環状に接続されている。
開示された移動体用電源システムによると、通常電源は、通常負荷と接続するとともに、第1冗長負荷と第2冗長負荷との少なくとも一方に接続可能である。このため、通常電源を用いて、通常負荷に加えて第1冗長負荷や第2冗長負荷にも電力を供給できる。したがって、通常電源から第1冗長負荷や第2冗長負荷に電力を供給しない場合に比べて、冗長負荷に電力を供給可能な電源を多く確保することができる。言い換えると、通常電源を冗長負荷の冗長性を高めるための電源として有効利用できる。よって、簡素な構成で冗長性を高めた移動体用電源システムを提供できる。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
移動体用電源システムの概略構成を示す図である。 第1配電装置の概略構成を示す図である。 移動体用電源システムが車両に搭載された状態を示す図である。 移動体用電源システムの制御に関するブロック図である。 移動体用電源システムの制御に関するフローチャートである。 第2実施形態における移動体用電源システムの概略構成を示す図である。 第3実施形態における移動体用電源システムの概略構成を示す図である。 第4実施形態における移動体用電源システムの概略構成を示す図である。 第5実施形態における移動体用電源システムの概略構成を示す図である。 第6実施形態における移動体用電源システムの概略構成を示す図である。 第7実施形態における移動体用電源システムが車両に搭載された状態を示す図である。
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
第1実施形態
移動体用電源システム1は、電力を用いて駆動する電気負荷を複数備える移動体に対して、電力を供給するためのシステムである。移動体用電源システム1は、例えばエンジンや走行用モータなどの原動機を用いて走行する自動車に搭載可能である。以下では、移動体用電源システム1が自動車に搭載されている場合を例に説明を行う。ただし、移動体としては、自動車や二輪車などの車両に限られず船舶、航空機、輸送機器等でもよい。
図1において、移動体用電源システム1は、補機電池21と発電機22と冗長電池41rとを備えている。補機電池21と冗長電池41rとは、電気負荷である電気機器に供給するための電力を蓄える装置である。補機電池21と冗長電池41rとは、充放電可能な直流電圧源である。補機電池21と冗長電池41rの定格電圧は、例えば12Vである。補機電池21と冗長電池41rとしては、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池や、キャパシタを採用することができる。補機電池21は、冗長電池41rよりも蓄電容量の大きな電池である。補機電池21の蓄電容量は、例えば50~60Ahである。補機電池21は、大きな蓄電容量を確保しやすい鉛蓄電池やリチウムイオン電池が特に好ましい。一方、冗長電池41rの蓄電容量は、例えば5~10Ahである。冗長電池41rは、エネルギー密度が高く小型化しやすいリチウムイオン電池が特に好ましい。
発電機22は、様々な機器に供給するための電力を生成する装置である。補機電池21と発電機22とは、通常電源の一例を提供する。ここで、通常電源としては、補機電池21と発電機22との両方によって構成されるものに限られない。通常電源を補機電池21と発電機22とのどちらか一方で構成してもよい。あるいは、通常電源を補機電池21と発電機22とに加えて別の電源を用いて構成してもよい。冗長電池41rは、冗長電源の一例を提供している。ただし、冗長電源を冗長電池41rのような電池に代えて発電装置で構成してもよい。あるいは、冗長電源を冗長電池41rに加えて別の電源を用いて構成してもよい。
移動体用電源システム1は、通常電流経路11と冗長電流経路31rと第1電流経路31aと第2電流経路32aとを備えている。通常電流経路11には、補機電池21および発電機22が接続されている。通常電流経路11には、始動機23と空調装置24が接続されている。始動機23は、原動機の始動に用いられる装置であって、一時的に大きな電力を消費する負荷である。空調装置24は、車室内の温度制御や窓曇りの解消などに用いられる装置であって、サーボモータや空調運転中にわたって電力を消費する送風機などを含んでいる負荷である。始動機23と空調装置24とは、通常電源である補機電池21と発電機22とに対して常時接続されている負荷である。始動機23と空調装置24とは、通常負荷の一例を提供する。ここで、通常負荷は、電源失陥時に最悪動作停止しても車両の安全に対して影響が小さい機器である。通常負荷は、電源失陥が許容される負荷である。通常負荷は、始動機23と空調装置24との2つの負荷に限られない。例えば、パワーウィンドウに用いられるモータなども通常負荷として通常電流経路11に接続可能である。
通常電流経路11には、通常電流経路11を流れる電流の大きさを計測する通常電流センサ19が設けられている。通常電流センサ19は、補機電池21から第1電流経路31aに至るまでの電流経路と、補機電池21から第2電流経路32aに至るまでの電流経路との共通部分に設けられている。言い換えると、通常電流センサ19は、補機電池21を含む通常電流経路11から第1電流経路31aや第2電流経路32aに向かって流れる電流の大きさを計測可能な位置に設けられている。
冗長電流経路31rには、冗長電池41rが接続されている。また、冗長電流経路31rには、負荷が常時接続されていない。このため、冗長電流経路31rは、複数の負荷を常時接続している通常電流経路11に比べて、負荷の故障などに起因する異常が引き起こされにくく、信頼度の高い電流経路である。冗長電流経路31rには、冗長電池41rから流れる電流の大きさを計測する冗長電流センサ91が接続されている。第1電流経路31aは、通常電流経路11と冗長電流経路31rとの間に設けられている。第2電流経路32aは、通常電流経路11と冗長電流経路31rとの間であって、第1電流経路31aと並列に設けられている。
通常電流経路11と第1電流経路31aとの間には、1Mスイッチ36mが設けられている。1Mスイッチ36mは、通常電流経路11と第1電流経路31aとが接続したオン状態と、通常電流経路11と第1電流経路31aとが分離したオフ状態とを切り替える装置である。冗長電流経路31rと第1電流経路31aとの間には、1Rスイッチ36rが設けられている。1Rスイッチ36rは、冗長電流経路31rと第1電流経路31aとが接続したオン状態と、冗長電流経路31rと第1電流経路31aとが分離したオフ状態とを切り替える装置である。1Mスイッチ36mは、第1通常スイッチの一例を提供する。1Rスイッチ36rは、第1冗長スイッチの一例を提供する。
通常電流経路11と第2電流経路32aとの間には、2Mスイッチ37mが設けられている。2Mスイッチ37mは、通常電流経路11と第2電流経路32aとが接続したオン状態と、通常電流経路11と第2電流経路32aとが分離したオフ状態とを切り替える装置である。冗長電流経路31rと第2電流経路32aとの間には、2Rスイッチ37rが設けられている。2Rスイッチ37rは、冗長電流経路31rと第2電流経路32aとが接続したオン状態と、冗長電流経路31rと第2電流経路32aとが分離したオフ状態とを切り替える装置である。2Mスイッチ37mは、第2通常スイッチの一例を提供する。2Rスイッチ37rは、第2冗長スイッチの一例を提供する。
1Mスイッチ36mと1Rスイッチ36rと2Mスイッチ37mと2Rスイッチ37rとは、電流経路の切り替えを行う経路スイッチ30を構成している。経路スイッチ30には、例えば、接点を有する機械式のリレーを採用可能である。経路スイッチ30には、例えば、MOSFETやIGBTなどの半導体スイッチのような機械的な接点を有さないスイッチを採用可能である。経路スイッチ30として半導体スイッチを採用した場合には、機械式のリレーに比べて高速に切り替え制御を行いやすい。
経路スイッチ30が全てオン状態である場合に、通常電流経路11と冗長電流経路31rと第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、環状の電流経路をなすこととなる。また、1Mスイッチ36mと2Mスイッチ37mとがオフ状態の場合は、冗長電池41rが始動機23と空調装置24とから分離された状態である。また、1Mスイッチ36mと2Mスイッチ37mがオフ状態、かつ、1Rスイッチ36rと2Rスイッチ37rとがオン状態の場合には、冗長電池41rが始動機23と空調装置24には電力を供給せず、冗長負荷40に電力を供給する状態である。
第1電流経路31aには、第1電動パワーステアリング装置41aと第1カメラ41bとが接続されている。以下では、第1電動パワーステアリング装置41aを第1EPS41aと称することがある。第1EPS41aは、操舵力をアシストするモータを備えている負荷である。第1カメラ41bは、車両周辺監視を目的とした撮像装置である。ただし、第1カメラ41bの代わりにLIDARを用いて車両周辺監視を行うように構成してもよい。第1EPS41aと第1カメラ41bとは、安定した電圧の供給を要求する負荷である。安定した電圧とは、所望の動作を継続するための動作保証電圧範囲内の電圧である。第1EPS41aと第1カメラ41bとは、補機電池21と冗長電池41rとのどちらからも電力供給を受けられる負荷である。第1EPS41aは、第1冗長負荷の一例を提供している。第1カメラ41bは、第1冗長負荷の一例を提供している。
第2電流経路32aには、第2電動パワーステアリング装置42aと第2カメラ42bとが接続されている。以下では、第2電動パワーステアリング装置42aを第2EPS42aと称することがある。第2EPS42aは、操舵力をアシストするモータを備えている負荷である。第2カメラ42bは、車両周辺監視を目的とした撮像装置である。ただし、第2カメラ42bの代わりにLIDARを用いて車両周辺監視を行うように構成してもよい。第2EPS42aと第2カメラ42bとは、安定した電圧の供給を要求する負荷である。ここで、安定した電圧とは、所望の動作を継続するための動作保証電圧範囲内の電圧である。第2EPS42aと第2カメラ42bとは、補機電池21と冗長電池41rとのどちらからも電力供給を受けられる負荷である。第2EPS42aは、第2冗長負荷の一例を提供している。第2カメラ42bは、第2冗長負荷の一例を提供している。
第1EPS41aと第2EPS42aとは、一連の電動パワーステアリング装置を構成している。電動パワーステアリング装置は、一部の電源が失陥した際においても動作継続する必要がある装置である。第1EPS41aと第2EPS42aとは、どちらか一方が故障した場合でも残りの一方を用いることで電動パワーステアリング装置としての機能を発揮可能である。すなわち、電力供給の経路が冗長であるだけでなく、電動パワーステアリング装置を構成する負荷としても冗長である。ここで、第1EPS41aと第2EPS42aとのどちらか一方の負荷のみが適切に機能する場合においては、第1EPS41aと第2EPS42aとの両方の負荷が適切に機能する場合に比べて、操舵性能が低下する。このため、通常時は、第1EPS41aと第2EPS42aとの両方の負荷を用いることで、操舵性能が良好な状態を維持する。第1EPS41aと第2EPS42aとは、原動機が駆動していない状態では、電力供給が不要であり、原動機が駆動している走行可能な状態においては、電力供給が必要な負荷である。第1EPS41aと第2EPS42aとは、移動用負荷の一例を提供する。
第1カメラ41bと第2カメラ42bとは、一連の周辺監視装置を構成している。周辺監視装置は、一部の電源が失陥した際においても動作継続する必要がある装置である。第1カメラ41bと第2カメラ42bとは、どちらか一方が故障した場合でも残りの一方を用いることで周辺監視装置としての機能を発揮可能である。すなわち、電力供給の経路が冗長であるだけでなく、周辺監視装置を構成する負荷としても冗長である。ここで、第1カメラ41bと第2カメラ42bとのどちらか一方の負荷のみが適切に機能する場合においては、第1カメラ41bと第2カメラ42bとの両方の負荷が適切に機能する場合に比べて、周辺監視性能が低下する。このため、通常時は、第1カメラ41bと第2カメラ42bとの両方の負荷を用いることで、周辺監視性能が良好な状態を維持する。第1カメラ41bを撮像装置とし、第2カメラ42bをLIDARとするなどして、異なる装置を用いて周辺監視という機能を冗長に構成してもよい。第1カメラ41bと第2カメラ42bとは、原動機の駆動に関わらず電力供給が必要な負荷である。第1カメラ41bと第2カメラ42bとは、常用負荷の一例を提供する。
第1EPS41aと第2EPS42aと第1カメラ41bと第2カメラ42bとは、冗長負荷40を構成している。言い換えると、冗長負荷40は、第1EPS41aと第1カメラ41bとを含む第1冗長負荷と、第2EPS42aと第2カメラ42bとを含む第2冗長負荷とを有している。冗長負荷40として、第1EPS41aと第2EPS42aと第1カメラ41bと第2カメラ42b以外の負荷を含んでいてもよい。冗長負荷40は、第1EPS41aと第2EPS42aと第1カメラ41bと第2カメラ42bとに代えて、冗長性を高める必要のある別の負荷で構成されてもよい。
移動体用電源システム1は、キースイッチ5と電源遷移制御部55と第1配電装置51と第2配電装置52とを備えている。キースイッチ5は、乗員の操作によって車両の駆動状態を切り替えるためのスイッチである。キースイッチ5は、例えばオフ状態とアクセサリ(ACC)状態とイグニッション(IG)状態との複数の状態を切り替えるためのスイッチである。キースイッチ5としては、乗員が押すことで状態の切り替えを行うプッシュボタンを採用可能である。
電源遷移制御部55は、キースイッチ5が押された回数やキースイッチ5が押された際にブレーキが踏まれているかなどの電源遷移情報を取得する。電源遷移制御部55は、現在の車両の状態がオフ状態とアクセサリ状態とイグニッション状態とのどの状態であるかを示す遷移信号を出力する。
第1配電装置51と第2配電装置52とは、移動体がオフ状態とアクセサリ状態とイグニッション状態とのどの状態であるかによって、どの経路に電流を流すかを切り替える装置である。第1配電装置51は、第1電流経路31aに接続している。第2配電装置52は、第2電流経路32aに接続している。第1配電装置51は、配電装置の一例を提供する。第2配電装置52は、配電装置の一例を提供する。
移動体用電源システム1は、信号線60と、第1イグニッション経路61aと、第1アクセサリ経路61bと、第2イグニッション経路62aと、第2アクセサリ経路62bとを備えている。信号線60は、キースイッチ5と電源遷移制御部55と第1配電装置51と第2配電装置52とを接続している。信号線60は、遷移信号をやり取りするための経路を提供している。信号線60は、例えばCAN(登録商標)等の車内ネットワークの一部を構成している。第1イグニッション経路61aは、第1配電装置51と第1EPS41aとを接続している。第1アクセサリ経路61bは、第1配電装置51と第1カメラ41bとを接続している。第2イグニッション経路62aは、第2配電装置52と第2EPS42aとを接続している。第2アクセサリ経路62bは、第2配電装置52と第2カメラ42bとを接続している。
第1EPS41aの一部分と第2EPS42aの一部分とには、車両のオフ状態とアクセサリ状態とイグニッション状態とによらず、起動電圧(+B)の電力が供給されている。ただし、第1EPS41aの一部分と第2EPS42aの一部分とのみに電力が供給されている状態では、電動パワーステアリング装置としての機能を発揮することができない状態である。また、車両のイグニッション状態においては、第1EPS41aの全体と第2EPS42aの全体とに電力が供給されることとなる。これにより、第1EPS41aと第2EPS42aとが電動パワーステアリング装置としての機能を発揮できる状態となる。第1カメラ41bの一部分と第2カメラ42bの一部分とには、車両のオフ状態とアクセサリ状態とイグニッション状態とによらず、電力が供給されている。ただし、第1カメラ41bの一部分と第2カメラ42bの一部分とのみに電力が供給されている状態では、周辺監視機能を発揮することができない状態である。また、車両のアクセサリ状態とイグニッション状態とにおいては、第1カメラ41bの全体と第2カメラ42bの全体とに電力が供給されることとなる。これにより、第1カメラ41bと第2カメラ42bとが周辺監視機能を発揮できる状態となる。
図2において、第1配電装置51は、配電制御部56とイグニッションリレー57とアクセサリリレー58とを備えている。配電制御部56は、電源遷移制御部55を介してキースイッチ5から出力された遷移信号を受け取る。配電制御部56は、イグニッションリレー57とアクセサリリレー58とに開閉の切り替えを行うための開閉信号を出力する。
イグニッションリレー57は、配電制御部56から出力された開閉信号に基づいて開閉を切り替える。イグニッションリレー57のオフ状態においては、イグニッションリレー57を介して第1電流経路31aから第1EPS41aに向かって電流が流れることができない。イグニッションリレー57のオン状態においては、イグニッションリレー57を介して第1電流経路31aから第1EPS41aに向かって電流が流れることができる。
アクセサリリレー58は、配電制御部56から出力された開閉信号に基づいて開閉を切り替える。アクセサリリレー58のオフ状態においては、アクセサリリレー58を介して第1電流経路31aから第1カメラ41bに向かって電流が流れることができない。アクセサリリレー58のオン状態においては、アクセサリリレー58を介して第1電流経路31aから第1カメラ41bに向かって電流が流れることができる。
車両のオフ状態を示す遷移信号を受け取ると、配電制御部56は、イグニッションリレー57とアクセサリリレー58との両方をオフ状態とする。言い換えると、配電制御部56は、第1配電装置51を通って第1EPS41aや第1カメラ41bに電流が流れず、第1EPS41aと第1カメラ41bとが両方とも駆動されない状態とする。
車両のアクセサリ状態を示す遷移信号を受け取ると、配電制御部56は、イグニッションリレー57をオフ状態とし、アクセサリリレー58をオン状態とする。言い換えると、配電制御部56は、第1配電装置51を通って第1EPS41aには電流が流れず、第1カメラ41bのみに電流が流れる状態とする。このアクセサリ状態では、第1EPS41aは駆動されず、第1カメラ41bのみが駆動している。
車両のイグニッション状態を示す遷移信号を受け取ると、配電制御部56は、イグニッションリレー57とアクセサリリレー58との両方をオン状態とする。言い換えると、配電制御部56は、第1配電装置51を通って第1EPS41aと第1カメラ41bとの両方に電流が流れる状態とする。このイグニッション状態では、第1EPS41aと第1カメラ41bとが両方とも駆動される状態である。
図3において、移動体用電源システム1は、車両に搭載された状態である。補機電池21と発電機22と始動機23と空調装置24とは、車両の前方に設けられている。一方、冗長電池41rは、車両の後方に設けられている。言い換えると、補機電池21と冗長電池41rとは、車両の前後方向に互いに離間して設けられている。このため、車両の前方に外部から衝撃が加えられた場合には、冗長電池41rを正常な電源として機能させやすい。一方、車両の後方に外部から衝撃が加えられた場合には、補機電池21を正常な電源として機能させやすい。言い換えると、補機電池21と冗長電池41rとの位置関係は、車両の一部に衝撃が加えられた場合であっても、補機電池21と冗長電池41rとの両方が同時に故障することを抑制しやすい配置である。
第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、車両の中央部分に対し左右に分かれた経路を通過するように車両の前方から後方にわたって設けられている。ここで、車両の中央部分を通り、かつ、車両の前後方向に沿って延びる仮想線P1を仮想する。第1電流経路31aは、仮想線P1よりも右側に設けられている。第2電流経路32aは、仮想線P1よりも左側に設けられている。第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、仮想線P1を軸にして互いに左右対称に配置されている。言い換えると、第1電流経路31aの経路長と第2電流経路32aの経路長とは、等しい長さである。それに加えて、第1電流経路31aが曲げられている位置や曲げられている向きは、第2電流経路32aが曲げられている位置や曲げられている向きに対応している。第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、車両の左方や右方に偏った位置で互いに左右対称な関係でもよい。第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、仮想線P1を軸として厳密に左右対称な関係でなくてもよい。
第1電流経路31aの経路長と第2電流経路32aの経路長とは、略等しい長さである。ここで、第1電流経路31aの経路長とは、第1電流経路31aにおいて、1Mスイッチ36mから1Rスイッチ36rまでの長さのことである。第2電流経路32aの経路長とは、第2電流経路32aにおいて、2Mスイッチ37mから2Rスイッチ37rまでの長さのことである。第1電流経路31aの経路長と第2電流経路32aの経路長との長さの差は、第1電流経路31aの経路長と第2電流経路32aの経路長との平均値の50%以下である。
第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、材料や太さが互いに略等しい電源線である。このため、略左右対称かつ経路長が略等しい関係にある第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、互いのインダクタンスも略等しい値となる。第1電流経路31aのインダクタンスは、1Mスイッチ36mから1Rスイッチ36rまでの第1電流経路31aのインダクタンスを計測することとなる。第2電流経路32aのインダクタンスは、2Mスイッチ37mから2Rスイッチ37rまでの第2電流経路32aのインダクタンスを計測することとなる。ここで、通常電流経路11と冗長電流経路31rとについても、電源線としての材料や太さが第1電流経路31aおよび第2電流経路32aと略等しい。ただし、電源線の材料や太さを場所によって変えて電流経路を構成してもよい。
通常電流経路11における1Mスイッチ36mから2Mスイッチ37mまでの部分の経路長は、第1電流経路31aの経路長や第2電流経路32aの経路長よりも短い。言い換えると、第1電流経路31aのインダクタンスは、通常電流経路11における1Mスイッチ36mから2Mスイッチ37mまでの部分のインダクタンスよりも第2電流経路32aのインダクタンスに近い値である。同様に、冗長電流経路31rにおける1Rスイッチ36rから2Rスイッチ37rまでの部分の経路長は、第1電流経路31aの経路長や第2電流経路32aの経路長よりも短い。言い換えると、第1電流経路31aのインダクタンスは、冗長電流経路31rにおける1Rスイッチ36rから2Rスイッチ37rまでの部分のインダクタンスよりも第2電流経路32aのインダクタンスに近い値である。
図4は、制御システムを示す図である。この明細書における制御装置(ECU)は、電子制御装置(Electronic Control Unit)とも呼ばれる場合がある。制御装置は、(a)if-then-else形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または(b)機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。
制御装置は、少なくとも1つのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアのプロセッサである少なくとも1つのハードウェアプロセッサを含む。ハードウェアプロセッサは、以下の(i)、(ii)、または(iii)により提供することができる。
(i)ハードウェアプロセッサは、少なくとも1つのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくとも1つのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくとも1つのメモリと、少なくとも1つのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、CPU:Central Processing Unit、GPU:Graphics Processing Unit、RISC-CPUなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび/またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。
(ii)ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット(ゲート回路)を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ASIC:Application-Specific Integrated Circuit、FPGA:Field Programmable Gate Array、PGA:Programmable Gate Array、CPLD:Complex Programmable Logic Deviceなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび/またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。
(iii)ハードウェアプロセッサは、上記(i)と上記(ii)との組み合わせである場合がある。(i)と(ii)とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、(ii)の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。
制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。
この開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部およびその手法は、1つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部およびその手法は、1つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと1つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された1つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
図4において、制御部50は、電源遷移制御部55を備えている。電源遷移制御部55は、キースイッチ5に接続している。電源遷移制御部55は、乗員によるキースイッチ5の操作による情報を取得する。より具体的には、キースイッチ5がオフ状態であるか、アクセサリ状態であるか、イグニッション状態であるかの情報を取得する。制御部50は、通常電流センサ19と冗長電流センサ91とに接続している。制御部50は、通常電流センサ19と冗長電流センサ91とを用いて計測された電流値を取得する。また、制御部50は、空調用センサを用いて空調運転に必要な情報を取得する。また、制御部50は、ハンドル操作を検知して車両の操舵に必要な情報を取得する。
制御部50は、発電機22と始動機23と空調装置24とに接続している。制御部50は、発電機22を制御して必要な電力を生成する。制御部50は、始動機23を制御して内燃機関や電動機を適切に始動させる。制御部50は、空調装置24を制御して車室内を快適な空調状態に維持する。制御部50は、始動機23と空調装置24との2つの負荷以外にも通常負荷と接続されており、通常負荷の駆動を制御する。
制御部50は、補機電池21と冗長電池41rとに接続している。制御部50は、補機電池21と冗長電池41rから蓄電量の情報を取得し、補機電池21と冗長電池41rとの蓄電量を適切な範囲内に維持するように制御する。すなわち、例えば補機電池21と冗長電池41rとの蓄電量が少ない場合には、発電機22で発電を行い補機電池21と冗長電池41rとに充電を行う。
制御部50は、経路スイッチ30に接続している。すなわち、制御部50は、1Mスイッチ36mと1Rスイッチ36rと2Mスイッチ37mと2Rスイッチ37rとに接続している。制御部50は、通常電流センサ19や冗長電流センサ91などの電流値に基づいて、経路スイッチ30のオン状態とオフ状態との切り替えを制御する。制御部50による経路スイッチ30の制御の詳細については、後に詳述する。
制御部50は、第1EPS41aと第1カメラ41bとに接続している。制御部50は、第1EPS41aを駆動してパワーステアリング装置としての機能を発揮させる。制御部50は、第1カメラ41bを駆動して周辺監視装置としての機能を発揮させる。電源遷移制御部55は、第1配電装置51に接続している。電源遷移制御部55は、第1配電装置51を駆動して第1EPS41aや第1カメラ41bに駆動用の電力を供給するタイミングを制御する。言い換えると、電源遷移制御部55は、第1配電装置51を駆動して第1EPS41aや第1カメラ41bに関する電源遷移を制御する。この第1配電装置51を介して冗長負荷40に電力を供給することで、各負荷の動作シーケンスをキースイッチ5に連動させることが可能となる。これにより、従来から用いている各負荷の設計製造を大きく変更することなく利用することが可能となる。
制御部50は、第2EPS42aと第2カメラ42bとに接続している。制御部50は、第2EPS42aを駆動してパワーステアリング装置としての機能を発揮させる。制御部50は、第2カメラ42bを駆動して周辺監視装置としての機能を発揮させる。電源遷移制御部55は、第2配電装置52に接続している。電源遷移制御部55は、第2配電装置52を駆動して第2EPS42aや第2カメラ42bに駆動用の電力を供給するタイミングを制御する。言い換えると、電源遷移制御部55は、第2配電装置52を駆動して第2EPS42aや第2カメラ42bに関する電源遷移を制御する。この第2配電装置52を介して冗長負荷40に電力を供給することで、各負荷の動作シーケンスをキースイッチ5に連動させることが可能となる。これによって、従来から用いている各負荷の設計製造を大きく変更することなく利用することが可能となる。
制御部50による経路スイッチ30のオン状態とオフ状態との切り替え制御の一例について以下に説明する。地絡などの異常の有無を検知する異常検知を行う前の状態においては、経路スイッチ30は全てオン状態である。すなわち、補機電池21と冗長電池41rとの両方の電源が冗長負荷40に電力を供給している状態である。この状態において、移動体用電源システム1のいずれかの場所に地絡が発生すると、補機電池21と冗長電池41rとの両方の電源から地絡箇所に向かって大電流が流れることとなる。このため、移動体用電源システム1に地絡などの不具合によって意図しない大電流が流れている場合には、大電流が流れ続けることを速やかに抑制する必要がある。
図5において、地絡などの異常検知が開始されると、ステップS101で電流の大きさを計測する。この時、通常電流センサ19と冗長電流センサ91との両方の電流センサを用いて電流の大きさを計測する。電流を計測した後、ステップS102に進む。
ステップS102では、計測した電流値が所定値以上であるか否かを判定する。通常電流センサ19で計測した電流値と冗長電流センサ91で計測した電流値とのどちらか一方でも所定値以上である場合には、移動体用電源システム1に地絡などの不具合が生じていると判断してステップS103に進む。ここで、地絡などの不具合は、移動体用電源システム1を構成する各負荷や電源や電流経路など様々な部分で発生し得る。一方、通常電流センサ19で計測した電流値と冗長電流センサ91で計測した電流値との両方とも所定値未満である場合には、移動体用電源システム1は適切に稼動していると判断して異常検知に関する制御を終了する。
ステップS103では、制御部50が異常フラグ信号を出力する。言い換えると、自動運転や運転補助などの運転制御を行う運転制御部に対して、移動体用電源システム1のいずれかの箇所で異常が発生していることを、異常フラグとして送信する。異常フラグ信号を出力した後、ステップS104に進む。
ステップS104では、TOR(Take Over Request)を開始する。TORとは、異常時に自動運転を停止させる目的で運転者に運転責務を渡す要求を出すことである。TORの要求に運転者が応じた場合には、自動運転から手動運転に切り替えることとなる。TORの要求に運転者が応じない場合には、自動運転を維持した状態でMRM(Minimum Risk Maneuver)を開始する。MRMとは、自動運転で走行レーン内あるいは路肩へ寄って停車する運転制御である。MRMを開始した後、ステップS105に進む。ステップS104において、初めから手動運転である場合には、TORやMRMを開始せずにステップS105に進む。
ステップS105では、1Mスイッチ36mと2Rスイッチ37rとをオフ状態とする。この時、2Mスイッチ37mと1Rスイッチ36rとのオン状態を維持する。これにより、通常電流経路11は、第1電流経路31aと分離されて、第2電流経路32aのみと導通した状態となる。一方、冗長電流経路31rは、第2電流経路32aと分離されて、第1電流経路31aのみと導通した状態となる。すなわち、移動体用電源システム1が、補機電池21を有するメイン系統と冗長電池41rを有する冗長系統との2つの電力系統に分離された状態となる。電力系統を2つに分離した後、ステップS106に進む。
ステップS106では、冗長電流経路31rを流れる電流の大きさ計測する。この時、冗長電流経路31rは、第2電流経路32aと分離されて、第1電流経路31aのみと導通した状態である。このため、冗長電流センサ91は、冗長電流経路31rから第1電流経路31aに向かって流れる電流の大きさを計測することとなる。電流を計測した後、ステップS107に進む。
ステップS107では、冗長電流センサ91で計測した電流の大きさが所定値以上であるか否かを判定する。冗長電流センサ91で計測した電流の大きさが所定値以上である場合には、冗長電池41rと通電している冗長系統において異常が発生していると判断してステップS111に進む。一方、冗長電流センサ91で計測した電流の大きさが所定値未満である場合には、補機電池21と通電しているメイン系統において異常が発生していると判断してステップS121に進む。
ステップS111では、1Rスイッチ36rをオフ状態とする。これにより、第1電流経路31aと冗長電流経路31rとが分離されて、第1電流経路31aが他の電流経路から分離した状態となる。地絡などの異常が発生している第1電流経路31aを他の電流経路から分離することで、補機電池21や冗長電池41rなどから地絡箇所に向かって大電流が流れてしまい、各電気負荷の駆動に必要な電圧が維持できなくなることを抑制できる。第1電流経路31aを他の電流経路から分離した後、ステップS112に進む。
ステップS112では、2Rスイッチ37rをオン状態とする。これにより、第2電流経路32aと冗長電流経路31rとが接続されて、第2電流経路32aが通常電流経路11と冗長電流経路31rとの2つの電流経路と接続した状態となる。このため、第2電流経路32aに接続されている第2EPS42aと第2カメラ42bとに対して、補機電池21と冗長電池41rとの2つの電源を用いて電力を安定して供給することができる。第1電流経路31aを分離し、第2電流経路32aを通常電流経路11および冗長電流経路31rに接続した状態を維持して、異常検知を終了する。
ステップS121では、2Mスイッチ37mをオフ状態とする。これにより、第2電流経路32aと通常電流経路11とが分離されて、第2電流経路32aが他の電流経路から分離した状態となる。地絡などの異常が発生している第2電流経路32aを他の電流経路から分離することで、補機電池21や冗長電池41rなどから地絡箇所に向かって大電流が流れてしまい、各電気負荷の駆動に必要な電圧が維持できなくなることを抑制できる。第2電流経路32aを他の電流経路から分離した後、ステップS122に進む。
ステップS122では、1Mスイッチ36mをオン状態とする。これにより、第1電流経路31aと通常電流経路11とが接続されて、第1電流経路31aが通常電流経路11と冗長電流経路31rとの2つの電流経路と接続した状態となる。このため、第1電流経路31aに接続されている第1EPS41aと第1カメラ41bとに対して、補機電池21と冗長電池41rとの2つの電源を用いて電力を安定して供給することができる。第2電流経路32aを分離し、第1電流経路31aを通常電流経路11および冗長電流経路31rに接続した状態を維持して、異常検知を終了する。
移動体用電源システム1における異常検知は、例えば所定時間ごとに定期的に繰り返し実行する。これにより、車両の走行中に地絡などの異常が生じた場合であっても、地絡が引き起こされている部分を補機電池21や冗長電池41rなどの電源から分離できる。
異常検知を行う場合に、電流を計測する代わりに電圧や温度など電流以外の物理量を用いて異常の有無を検知するようにしてもよい。例えば、温度を計測することで、異常な発熱を検知した場合に異常が発生していると判断できる。また、電流と電流以外の物理量とを組み合わせて異常の有無を検知してもよい。
ステップS101は、通常電流センサ19と冗長電流センサ91との両方の電流センサを用いて電流の大きさを計測する代わりに、通常電流センサ19と冗長電流センサ91とのどちらか一方で電流の大きさを計測してもよい。これによると、移動体用電源システム1に設ける電流センサの数を減らすことができる。
ステップS105は、1Mスイッチ36mと2Rスイッチ37rとをオフ状態とする代わりに、1Rスイッチ36rと2Mスイッチ37mとをオフ状態にしてもよい。これによると、通常電流経路11は、第2電流経路32aと分離されて、第1電流経路31aのみと導通した状態となる。一方、冗長電流経路31rは、第1電流経路31aと分離されて、第2電流経路32aのみと導通した状態となる。すなわち、移動体用電源システム1が、メイン系統と冗長系統との2つの電力系統に分離された状態となる。
ステップS105において、通常負荷である空調装置24を強制的に停止させて、通常負荷で消費する電力を一時的に低減してもよい。これによると、補機電池21に蓄えられている電力を冗長負荷40の駆動により多く用いることができる。このため、冗長負荷40に電力が供給できなくなることを抑制しやすい。この場合、異常検知制御が終了して、冗長負荷40への電力供給が安定したタイミングで通常負荷の停止状態を解除することが好ましい。
ステップS106は、冗長電流経路31rを流れる電流の大きさを計測する代わりに、通常電流経路11を流れる電流を計測してもよい。言い換えると、冗長電流センサ91での電流値の計測に代えて、通常電流センサ19での電流値の計測を行ってもよい。これによると、通常電流経路11に導通している電流経路において地絡などの異常が発生しているか否かを判断することができる。言い換えると、メイン系統に異常が生じているのか、冗長系統に異常が生じているのかを判断することができる。
ステップS112は、省略してもよい。これによると、地絡が生じている第1電流経路31aを他の電流経路から分離した状態で、補機電池21によって通常負荷と第1EPS41aと第1カメラ41bとに対して電力を供給できる。この時、冗長電池41rが補機電池21および発電機22から分離されているため、補機電池21や発電機22から出力された電力が冗長電池41rの充電に使われることがない。このため、冗長電池41rに影響されることなく、第1EPS41aと第1カメラ41bとに対して安定した電圧を供給しやすい。同様に、ステップS122を省略してもよい。
上述した実施形態によると、通常電源の一部を構成する補機電池21は、始動機23と空調装置24とに接続するとともに、第1冗長負荷と第2冗長負荷との少なくとも一方に接続可能である。このため、始動機23と空調装置24とを有する通常負荷に対して電力を供給する補機電池21を用いて、冗長負荷40に電力を供給することができる。言い換えると、補機電池21が通常負荷のみでなく、冗長負荷40に対しても電力を供給可能である。したがって、冗長性を高めるための電源として補機電池21を用いない場合に比べて、多くの電源から冗長負荷40に電力を供給することができる。よって、移動体用電源システム1において、補機電池21を有効利用して簡素な構成で冗長性を高めることができる。通常電源の一部を構成する発電機22についても、補機電池21と同様に通常負荷のみでなく、冗長負荷40に対しても電力を供給可能である。したがって、発電機22を有効利用して簡素な構成で冗長性を高めることができる。
通常電流経路11と冗長電流経路31rと第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、経路スイッチ30を介して環状に接続されている。このため、環状をなす電流経路の一部分が断線した場合であっても、通常電流経路11と冗長電流経路31rと第1電流経路31aと第2電流経路32aとが接続された導通状態を維持できる。したがって、冗長負荷40に電力を安定して供給しやすい。
第1電流経路31aのインダクタンスは、通常電流経路11における1Mスイッチ36mから2Mスイッチ37mまでの部分のインダクタンスよりも第2電流経路32aのインダクタンスに近い値である。言い換えると、第1電流経路31aのインダクタンスは、第2電流経路32aと略等しい値である。このため、第1電流経路31aや第2電流経路32aに過渡電流が流れる場合に誘起される起電圧が略等しくなる。したがって、環状をなす電流経路に無用な循環電流が流れることを抑制できる。よって、過渡電流に起因する損失を低減できる。
第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、仮想線P1に対して、互いに左右対称な位置に配置されている。このため、第1電流経路31aと第2電流経路32aの長さや曲げ状態などが略一致することとなる。したがって、第1電流経路31aのインダクタンスと第2電流経路32aのインダクタンスとを略等しい値としやすい。
補機電池21および発電機22は、始動機23および空調装置24と常時接続されている。それに加えて、冗長電池41rは、始動機23および空調装置24から分離した状態で第1冗長負荷と第2冗長負荷との少なくとも一方に接続可能である。このため、始動機23や空調装置24は、補機電池21から常に電力供給を受けて安定して駆動することができる。また、例えば始動機23に地絡などの異常が生じた場合には、冗長電池41rを始動機23から分離した状態で冗長負荷40に電力を供給できる。したがって、冗長電池41rが通常電流経路11で発生した地絡の影響を受けることなく、冗長負荷40に対して電力供給を行うことができる。よって、冗長電池41rに蓄えられている電力を用いて退避走行が可能である。
通常電源は、通常負荷に供給する電力を蓄電可能な補機電池21であり、冗長電源は、補機電池21よりも蓄電容量の小さな冗長電池41rである。このため、補機電池21と冗長電池41rとを同等の蓄電容量の電池とする場合に比べて、冗長電池41rを小型で軽量にしやすい。したがって、移動体用電源システム1全体を小型で軽量に設計しやすい。移動体においては、体積が大きいほど空気などの流体から受ける抵抗が大きくなるため、移動体全体を小型化することは非常に重要である。また、移動体においては、重量が重いほど移動に要するエネルギーが多く必要となるため、移動体全体を軽量化することは非常に重要である。
通常電源は、補機電池21に常時接続されて設けられ、通常負荷に供給する電力を発電可能な発電機22を備えている。このため、発電機22での発電量を調整することで、通常負荷や冗長負荷40に供給する電力が不足することを抑制できる。したがって、通常負荷と冗長負荷40とを安定して駆動することができる。また、発電機22は、冗長電池41rよりも蓄電容量の大きな補機電池21と常時接続されている。このため、発電機22を冗長電池41rと常時接続する場合に比べて、経路スイッチ30の接続状態によらず、多くの電力を蓄電しやすい。
制御部50は、第1冗長負荷に異常が生じていることを検知した場合に、1Mスイッチ36mと1Rスイッチ36rとをオフ状態とし、2Mスイッチ37mと2Rスイッチ37rとをオン状態とする。このため、第1電流経路31aを補機電池21および冗長電池41rから分離することができる。したがって、補機電池21および冗長電池41rに蓄えられた電力を、正常に機能している第2EPS42aおよび第2カメラ42bに安定して供給できる。特に、自動運転を行う車両においては、電動操舵機能や周辺監視機能は、非常に重要な機能である。よって、電動操舵機能や周辺監視機能を担う負荷を冗長に構成した移動体用電源システム1を自動運転車両に適用することは非常に有用である。
制御部50は、異常検知制御において、いずれかの冗長負荷40における異常を検知した場合に、補機電池21と冗長電池41rとを互いに分離する。言い換えると、異常検知制御において、電流値が所定値以上の場合に経路スイッチ30を制御して移動体用電源システム1を一時的に2系統に分離する。このため、1つの異常箇所に対して、補機電池21と冗長電池41rとの2つの電源が電力供給を継続してしまうことがない。言い換えると、補機電池21と冗長電池41rとのどちらか一方は、異常箇所の影響を受けることなく異常が発生していない冗長負荷40に電力供給を継続することができる。したがって、正常な冗長負荷40に対して電力供給を継続することができる。
制御部50は、異常検知制御において、異常の発生している冗長負荷40と異常の発生していない冗長負荷40とのそれぞれが、補機電池21または冗長電池41rのいずれか一方と接続するように経路スイッチ30を制御する。このため、異常検知制御において、異常の発生していない冗長負荷40に対しての電力供給を安定して継続することができる。したがって、異常の発生していない冗長負荷40を用いて電動パワーステアリングの機能や周辺監視の機能などを継続できる。
アクセサリ状態の場合に、第1EPS41aには、電力を供給せずに第1カメラ41bに電力を供給し、イグニッション状態の場合に、第1EPS41aと第1カメラ41bとの両方に電力を供給する第1配電装置51を備えている。このため、第1配電装置51によって、第1EPS41aと第1カメラ41bとのそれぞれに適切なタイミングで電力を供給させることができる。
第1配電装置51は、受け取った遷移信号に応じてイグニッションリレー57とアクセサリリレー58とのオン状態とオフ状態とを切り替える配電制御部56を備えている。このため、第1配電装置51に遷移信号を送ることで、第1EPS41aと第1カメラ41bへの電源遷移のタイミングを適切に制御することができる。したがって、従来の構成から大きく変更することなく、第1EPS41aと第1カメラ41bとの動作シーケンスをキースイッチ5に連動させることが可能となる。
冗長負荷40は、第1冗長負荷と第2冗長負荷とを備えている。このため、第1冗長負荷の一部をなす第1EPS41aが故障した場合であっても、第2EPS42aを用いて電動パワーステアリング装置としての機能を発揮可能である。また、第1カメラ41bへの電力供給が停止した場合であっても、第2カメラ42bへの電力供給を継続することで、周辺監視機能を継続することができる。したがって、冗長負荷40の一部が故障した場合であっても、残りの負荷を用いて必要な機能を発揮させやすい。
通常電源として、補機電池21と発電機22とを備えている。このため、補機電池21や冗長電池41rに蓄えられている電力が減少した場合に、発電機22で生成した電力を用いて補機電池21や冗長電池41rに充電することができる。したがって、必要な電力が不足してしまい、冗長負荷40に適切な電力供給ができないといった事態を抑制しやすい。
ステップS111で1Rスイッチ36rをオフ状態とした後、ステップS112で2Rスイッチ37rをオン状態としている。言い換えると、冗長電池41rを正常に機能している第2電流経路32aに接続するよりも先に、冗長電池41rを異常が発生している第1電流経路31aから分離している。このため、異常が発生している第1電流経路31aを速やかに冗長電池41rから分離することができる。したがって、第1電流経路31a上で生じた異常によって冗長電池41rの電力が大きく失われることを抑制しやすい。
第2実施形態
以下では、前述の実施形態における冗長電池41rを第1冗長電池41rと称する。前述の実施形態における冗長電流経路31rを第1冗長電流経路31rと称する。前述の実施形態における冗長電流センサ91を第1冗長電流センサ91と称する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、移動体用電源システム1が第1冗長電池41rと第2冗長電池42rとを備えている。それに加えて、移動体用電源システム1は、第3電動パワーステアリング装置43aと第3カメラ43bとに導通している第3電流経路33aを備えている。
図6において、移動体用電源システム1は、通常電流経路11と第1電流経路31aと第1冗長電流経路31rと第2電流経路32aと第2冗長電流経路32rと第3電流経路33aとを備えている。
第2冗長電流経路32rと第3電流経路33aとは、通常電流経路11と第1冗長電流経路31rとの間であって、通常電流経路11と第2電流経路32aとの間に設けられている。
通常電流経路11と第1電流経路31aとの間には、1Mスイッチ236mが設けられている。1Mスイッチ236mは、通常電流経路11と第1電流経路31aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第1冗長電流経路31rと第1電流経路31aとの間には、1Rスイッチ236rが設けられている。1Rスイッチ236rは、第1冗長電流経路31rと第1電流経路31aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。1Mスイッチ236mは、第1通常スイッチの一例を提供する。1Rスイッチ236rは、第1冗長スイッチの一例を提供する。
第1冗長電流経路31rと第2電流経路32aとの間には、2R1スイッチ237r1が設けられている。2R1スイッチ237r1は、第1冗長電流経路31rと第2電流経路32aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第2冗長電流経路32rと第2電流経路32aとの間には、2R2スイッチ237r2が設けられている。2R2スイッチ237r2は、第2冗長電流経路32rと第2電流経路32aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。2R2スイッチ237r2は、他の電流経路やスイッチを介して通常電流経路11と第2電流経路32aとの接続と分離とを切り替えている。2R2スイッチ237r2は、第2通常スイッチの一例を提供する。2R1スイッチ237r1は、第2冗長スイッチの一例を提供する。
通常電流経路11と第3電流経路33aとの間には、3Mスイッチ238mが設けられている。3Mスイッチ238mは、通常電流経路11と第3電流経路33aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第2冗長電流経路32rと第3電流経路33aとの間には、3Rスイッチ238rが設けられている。3Rスイッチ238rは、第2冗長電流経路32rと第3電流経路33aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。3Mスイッチ238mは、第2通常スイッチの一例を提供する。3Rスイッチ238rは、第2通常スイッチの一例を提供する。
1Mスイッチ236m、1Rスイッチ236r、2R1スイッチ237r1、2R2スイッチ237r2、3Mスイッチ238mおよび3Rスイッチ238rは、電流経路の切り替えを行う経路スイッチ230を構成している。経路スイッチ230が全てオン状態の場合に、通常電流経路11、第1電流経路31a、第1冗長電流経路31r、第2電流経路32a、第2冗長電流経路32rおよび第3電流経路33aは、環状の電流経路をなす。言い換えると、通常電流経路11、第1電流経路31a、第1冗長電流経路31r、第2電流経路32a、第2冗長電流経路32rおよび経路スイッチ230は、他の電流経路を介して環状の電流経路をなしている。
第2冗長電流経路32rには、第2冗長電池42rが接続されている。また、第2冗長電流経路32rには、負荷が常時接続されていない。第2冗長電流経路32rには、第2冗長電池42rから流れる電流の大きさを計測する第2冗長電流センサ92が接続されている。第2冗長電池42rは、定格電圧や蓄電容量などの性能が第1冗長電池41rに略等しい電池である。第2冗長電流経路32rは、冗長電流経路の一例を提供する。第2冗長電池42rは、冗長電池の一例を提供する。
第3電流経路33aには、第3電動パワーステアリング装置43aと第3カメラ43bとが接続されている。以下では、第3電動パワーステアリング装置43aを第3EPS43aと称することがある。第3EPS43aは、操舵力をアシストするモータを備えている負荷である。第3カメラ43bは、車両周辺監視を目的とした撮像装置である。ただし、第3カメラ43bの代わりにLIDARを用いて車両周辺監視を行うように構成してもよい。第3EPS43aと第3カメラ43bとは、補機電池21と第2冗長電池42rとのどちらからも電力供給を受けられる負荷である。第3EPS43aは、第3冗長負荷の一例を提供している。第3カメラ43bは、第3冗長負荷の一例を提供している。
第1EPS41aと第2EPS42aと第3EPS43aとは、一連の電動パワーステアリング装置を構成している。第1EPS41aと第2EPS42aと第3EPS43aとは、いずれか1つの装置が故障した場合でも残りの装置を用いることで電動パワーステアリング装置としての機能を発揮可能である。すなわち、電力供給経路が冗長であるだけでなく、電動パワーステアリング装置を構成する負荷としても冗長である。通常時は、第1EPS41aと第2EPS42aと第3EPS43aとの全ての負荷を用いることで、良好な操舵性能を維持する。
第1カメラ41bと第2カメラ42bと第3カメラ43bとは、一連の周辺監視装置を構成している。第1カメラ41bと第2カメラ42bと第3カメラ43bとは、いずれか1つの装置が故障した場合でも残りの装置を用いることで周辺監視装置としての機能を発揮可能である。すなわち、電力供給経路が冗長であるだけでなく、周辺監視装置を構成する負荷としても冗長である。通常時は、第1カメラ41bと第2カメラ42bと第3カメラ43bとの全ての負荷を用いることで、周辺監視性能が良好な状態を維持する。第1カメラ41bを撮像装置とし、第2カメラ42bをLIDARとし、第3カメラ43bをミリ波レーダーとするなどして、異なる装置を用いて周辺監視という機能を冗長に構成してもよい。
第1EPS41aと第2EPS42aと第3EPS43aと第1カメラ41bと第2カメラ42bと第3カメラ43bとは、冗長負荷40を構成している。言い換えると、冗長負荷40は、第1EPS41aと第1カメラ41bとを含む第1冗長負荷と、第2EPS42aと第2カメラ42bとを含む第2冗長負荷と、第3EPS43aと第3カメラ43bとを含む第3冗長負荷とを有している。
移動体用電源システム1において、各電流センサ19、91、92のいずれかで所定値以上の電流を検知した場合には、経路スイッチ230の一部をオフ状態とする。より詳細には、1Mスイッチ236mと2R1スイッチ237r1と3Rスイッチ238rをオフ状態とする。一方、1Rスイッチ236rと2R2スイッチ237r2と3Mスイッチ238mとは、オン状態を維持する。これにより、第1EPS41aと第1カメラ41bとは、第1冗長電池41rと接続し、それ以外の電源からは切り離された状態となる。また、第2EPS42aと第2カメラ42bとは、第2冗長電池42rと接続し、それ以外の電源からは切り離された状態となる。また、第3EPS43aと第3カメラ43bとは、補機電池21および発電機22と接続し、それ以外の電源からは切り離された状態となる。このように、電源同士が互いに分離して、それぞれが異なる冗長負荷40に電力を供給する状態とする。この状態において、異常箇所がどの電流経路に属しているかを電流値などの物理量から特定する。
移動体用電源システム1において、異常箇所が例えば第2EPS42aである場合、2R1スイッチ237r1と2R2スイッチ237r2とをオフ状態とする。それに加えて、1Mスイッチ236m、1Rスイッチ236r、3Mスイッチ238mおよび3Rスイッチ238rとをオン状態とする。すなわち、異常箇所である第2EPS42aと接続している第2電流経路32aを移動体用電源システム1の各電源から分離するように経路スイッチ230を制御する。これにより、第2EPS42aと第2カメラ42bを除く冗長負荷40に対して、補機電池21と第1冗長電池41rと第2冗長電池42rとを用いて安定して電力を供給することができる。また、発電機22で生成した電力を補機電池21と第1冗長電池41rと第2冗長電池42rとに対して供給することで各電池への充電も可能である。
上述した実施形態によると、第1冗長電池41rとは別の電池である第2冗長電池42rを有する移動体用電源システム1において、制御部50は、経路スイッチ230のオンオフを制御している。このため、異常が発生している電流経路を移動体用電源システム1の各電源から分離することで、冗長負荷40の冗長性を高めることができる。また、補機電池21、第1冗長電池41rおよび第2冗長電池42rが、複数の異なる負荷に対して、選択的に電力を供給可能である。このため、冗長負荷40が複数の電源から電力供給を受けて安定して動作しやすい。
通常電流経路11と第2電流経路32aとの間に第2冗長電流経路32rおよび第3電流経路33a以外の電流経路やスイッチを備えてもよい。すなわち、環状をなす電流経路に別の負荷や電源を追加接続可能である。このため、負荷の数や種類が増えても、移動体用電源システム1の電流経路を容易に拡張可能である。
第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、Y結線経路331を備え、電流経路が複数の環状をなすように構成されている。
図7において、移動体用電源システム1は、通常電流経路11と第1電流経路331aと第1冗長電流経路331rと第2電流経路332aと第2冗長電流経路332rと第3電流経路333aと第3冗長電流経路333rとY結線経路331とを備えている。Y結線経路331は、負荷や電源を備えていない電流経路である。第1冗長電流経路331rは、冗長電流経路の一例を提供する。第2冗長電流経路332rは、冗長電流経路の一例を提供する。
通常電流経路11は、低電圧経路11aと高電圧経路11bとを備えている。低電圧経路11aは、例えば電圧が12Vの電流経路である。高電圧経路11bは、例えば電圧が300Vの電流経路である。低電圧経路11aはプラス側が配線により接続されており、マイナス側は車体金属を利用して接続されているマイナス接地系で回路を構成している。高電圧経路11bは、プラス側の経路とマイナス側の経路との2つの経路を備えている。低電圧経路11aと高電圧経路11bとの間には、コンバータ329が設けられている。コンバータ329は、直流電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換するDCDCコンバータである。コンバータ329は、高電圧経路11bの高電圧を低電圧経路11aの低電圧まで降圧させる。
低電圧経路11aには、シートヒータ326が接続されている。シートヒータ326は、座席を暖めるためのヒータである。シートヒータ326は、流れる電流を熱に変換して加熱する電気ヒータである。シートヒータ326は、通常負荷の一例を提供する。
高電圧経路11bには、空調装置24とモータジェネレータ322と高電圧電池325とが接続されている。以下では、モータジェネレータ322をMG322と称することがある。高電圧電池325は、電気自動車やハイブリット自動車や燃料電池自動車などの車両に搭載される。高電圧電池325は、走行用のモータとして機能するMG322に供給するための電力を蓄える装置である。高電圧電池325の定格電圧は、例えば300Vである。高電圧電池325は、通常電源の一例を提供している。
MG322は、走行用のモータとしての機能だけでなく、車両の減速時に発生する回生エネルギーなどを利用して発電する機能を有している。MG322は、回転電機とも呼ばれる。また、MG322には、高電圧電池325の直流電圧がインバータによって交流電圧に変換されて供給されている。MG322は、通常電源の一例を提供する。MG322は、発電機の一例を提供する。MG322は、原動機の一例を提供する。
第1電流経路331aと第1冗長電流経路331rとは、通常電流経路11とY結線経路331との間に設けられている。第2電流経路332aと第2冗長電流経路332rとは、通常電流経路11とY結線経路331との間であって、第1電流経路331aと第1冗長電流経路331rとに並列に設けられている。第3電流経路333aと第3冗長電流経路333rとは、通常電流経路11とY結線経路331との間であって、第1電流経路331aと第1冗長電流経路331rとに並列に設けられている。
通常電流経路11と第1電流経路331aとの間には、1Mスイッチ336mが設けられている。1Mスイッチ336mは、通常電流経路11と第1電流経路331aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第1冗長電流経路331rと第1電流経路331aとの間には、1Rスイッチ336rが設けられている。1Rスイッチ336rは、第1冗長電流経路331rと第1電流経路331aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第1冗長電流経路331rとY結線経路331との間には、1Yスイッチ336yが設けられている。1Yスイッチ336yは、第1冗長電流経路331rとY結線経路331とが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。1Mスイッチ336mは、第1通常スイッチの一例を提供する。1Rスイッチ336rは、第1冗長スイッチの一例を提供する。
通常電流経路11と第2電流経路332aとの間には、2Mスイッチ337mが設けられている。2Mスイッチ337mは、通常電流経路11と第2電流経路332aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第2冗長電流経路332rと第2電流経路332aとの間には、2Rスイッチ337rが設けられている。2Rスイッチ337rは、第2冗長電流経路332rと第2電流経路332aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第2冗長電流経路332rとY結線経路331との間には、2Yスイッチ337yが設けられている。2Yスイッチ337yは、第2冗長電流経路332rとY結線経路331とが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。2Mスイッチ337mは、第2通常スイッチの一例を提供する。2Rスイッチ337rは、第2冗長スイッチの一例を提供する。
通常電流経路11と第3電流経路333aとの間には、3Mスイッチ338mが設けられている。3Mスイッチ338mは、通常電流経路11と第3電流経路333aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第3冗長電流経路333rと第3電流経路333aとの間には、3Rスイッチ338rが設けられている。3Rスイッチ338rは、第3冗長電流経路333rと第3電流経路333aとが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。第3冗長電流経路333rとY結線経路331との間には、3Yスイッチ338yが設けられている。3Yスイッチ338yは、第3冗長電流経路333rとY結線経路331とが接続したオン状態と分離したオフ状態とを切り替える装置である。1Yスイッチ336yは、第2冗長スイッチの一例を提供する。2Yスイッチ337yは、第2冗長スイッチの一例を提供する。
1Mスイッチ336m、1Rスイッチ336r、1Yスイッチ336y、2Mスイッチ337m、2Rスイッチ337r、2Yスイッチ337y、3Mスイッチ338m、3Rスイッチ338rおよび3Yスイッチ338yは、経路スイッチ330を構成している。経路スイッチ330が全てオン状態の場合に、通常電流経路11、第1電流経路331a、第1冗長電流経路331r、第2電流経路332a、第2冗長電流経路332r、第3電流経路333a、第3冗長電流経路333rおよびY結線経路331は、環状の電流経路を複数構成する。
第1電流経路331aには、第1EPS41aが接続されている。第1冗長電流経路331rには、第1冗長電池41rと第1カメラ41bとが接続されている。第1冗長電流経路331rには、第1冗長電池41rから流れる電流の大きさを計測する第1冗長電流センサ91が接続されている。
第2電流経路332aには、第2EPS42aが接続されている。第2冗長電流経路332rには、第2冗長電池42rと第2カメラ42bとが接続されている。第2冗長電流経路332rには、第2冗長電池42rから流れる電流の大きさを計測する第2冗長電流センサ92が接続されている。
第3電流経路333aには、第3EPS43aが接続されている。第3冗長電流経路333rには、第3冗長電池43rと第3カメラ43bとが接続されている。第3冗長電池43rは、定格電圧や蓄電容量などの性能が第1冗長電池41rや第2冗長電池42rに略等しい電池である。第3冗長電流経路333rには、第3冗長電池43rから流れる電流の大きさを計測する第3冗長電流センサ93が接続されている。
移動体用電源システム1において、各電流センサ19、91、92、93のいずれかで所定値以上の電流を検知した場合には、経路スイッチ330の一部をオフ状態とする。より詳細には、1Mスイッチ336m、1Yスイッチ336y、2Mスイッチ337m、2Yスイッチ337y、3Mスイッチ338mおよび3Yスイッチ338yをオフ状態とする。一方、1Rスイッチ336rと2Rスイッチ337rと3Rスイッチ338rとは、オン状態を維持する。これにより、第1EPS41aと第1カメラ41bとは、第1冗長電池41rと接続し、それ以外の電源から切り離された状態となる。また、第2EPS42aと第2カメラ42bとは、第2冗長電池42rと接続し、それ以外の電源から切り離された状態となる。また、第3EPS43aと第3カメラ43bとは、第3冗長電池43rと接続し、それ以外の電源から切り離された状態となる。補機電池21などの通常電源は、冗長負荷40と接続されていない状態である。このように、電源同士が互いに分離して、それぞれが異なる冗長負荷40に電力を供給する状態とする。この状態において、異常箇所がどの電流経路に属しているかを電流値などの物理量から特定する。
移動体用電源システム1において、例えば異常箇所が第2EPS42aである場合、2Mスイッチ337mと2Rスイッチ337rとをオフ状態とし、残りの経路スイッチ330をオン状態とする。すなわち、異常箇所である第2EPS42aと接続している第2電流経路332aを移動体用電源システム1の各電源から分離するように経路スイッチ330を制御する。これにより、第2EPS42aを除く冗長負荷40に対して、補機電池21を含む通常電源と第1冗長電池41rと第2冗長電池42rと第3冗長電池43rとを用いて安定して電力を供給することができる。また、MG322で生成した電力を補機電池21と第1冗長電池41rと第2冗長電池42rと第3冗長電池43と高電圧電池325に対して供給することで各電池への充電も可能である。
上述した実施形態によると、第1冗長電池41rと第1カメラ41bとが常時接続されている。このため、第1カメラ41bは、第1冗長電池41rから常に電力供給を受けることができる。したがって、経路スイッチ330のオープン故障などの異常によって、第1カメラ41bに電力が供給できなくなるといった事態を抑制しやすい。
コンバータ329を用いて高電圧電池325の高電圧を降圧して冗長負荷40に供給している。このため、高電圧電池325を高電圧が必要な負荷以外の負荷に対しても電力供給が可能な電源として機能させることができる。
第4実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、電流経路の一部が三角結線されている。
図8において、高電圧経路11bには、48V電池425と電動サスペンション427とが接続されている。48V電池425は、定格電圧が48Vの直流電圧源である。室内灯426などの12Vの電圧で駆動する負荷に対しては、定格電圧が12Vの直流電圧源である補機電池21から電力供給を行う。一方、電動サスペンション427などの48Vの電圧で駆動する負荷に対しては、48V電池425から電力供給を行う。ただし、48V電池425は、シートヒータ326などの12Vの電圧で駆動する負荷に対しても、コンバータ329を用いて電圧を12Vまで降圧させて電力供給を行う。電動サスペンション427は、電気的に減衰力を制御する装置である。電動サスペンション427としては、車体のロールを低減するための装置である電動スタビライザなどを含んでいてもよい。48V電池425は、通常電源の一例を提供する。室内灯426は、通常負荷の一例を提供する。電動サスペンション427は、通常負荷の一例を提供する。
移動体用電源システム1の電流経路は、第1冗長電流経路331rの一部と第2冗長電流経路332rの一部と第3冗長電流経路333rの一部とによって三角結線されている。すなわち、第1冗長電流経路331rと第2冗長電流経路332rとの間には、第1三角スイッチ436aが設けられている。それに加えて、第2冗長電流経路332rと第3冗長電流経路333rとの間には、第2三角スイッチ437aが設けられている。それに加えて、第3冗長電流経路333rと第1冗長電流経路331rとの間には、第3三角スイッチ438aが設けられている。
1Mスイッチ336m、1Rスイッチ336r、第1三角スイッチ436a、2Mスイッチ337m、2Rスイッチ337r、第2三角スイッチ437a、3Mスイッチ338m、3Rスイッチ338rおよび第3三角スイッチ438aは、経路スイッチ430を構成している。経路スイッチ430が全てオン状態の場合に、通常電流経路11、第1電流経路331a、第1冗長電流経路331r、第2電流経路332a、第2冗長電流経路332r、第3電流経路333a、第3冗長電流経路333rは、環状の電流経路を複数構成する。
移動体用電源システム1において、例えば第2カメラ42bに地絡が生じた場合、2Rスイッチ337rと第1三角スイッチ436aと第2三角スイッチ437aとをオフ状態とし、残りの経路スイッチ430をオン状態とする。すなわち、地絡箇所である第2カメラ42bと接続している第2冗長電流経路332rを移動体用電源システム1の各電源から分離するように経路スイッチ430を制御する。これにより、第2カメラ42bを除く冗長負荷40に対して、補機電池21と第1冗長電池41rと第3冗長電池43rとを用いて安定して電力を供給することができる。また、MG322で生成した電力を補機電池21と第1冗長電池41rと第3冗長電池43と48V電池425とに対して供給することで各電池への充電も可能である。
上述した実施形態によると、電流経路の一部が三角結線されている。このため、仮に第1三角スイッチ436aが故障してオン状態にできない場合であっても、第2三角スイッチ437aと第3三角スイッチ438aとをオン状態とすることで、第1冗長電流経路331rを第2冗長電流経路332rと等電位とすることができる。
第5実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、第1コンバータ541dを介して第1EPS41aに電力が供給されている。
図9において、第1電流経路31aには、第1コンバータ541dを介して第1EPS41aが接続されている。また、第1電流経路31aにおける第1コンバータ541dと第1EPS41aとの間の部分と接続して第1コンデンサ541cを備えている。第1コンバータ541dは、補機電池21や冗長電池41rや発電機22から出力された電圧値を変換する装置であって、直流電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換するDCDCコンバータである。第1コンバータ541dは、例えば12Vの直流電圧を48Vに昇圧する昇圧コンバータである。第1コンデンサ541cは、第1EPS41aに安定して48Vの電圧を供給するために一時的に電荷を蓄える部品である。ただし、第1コンバータ541dが、第1EPS41aの駆動に必要な電力を安定して出力可能である場合には、第1コンデンサ541cを備えなくてもよい。
第2電流経路32aには、第2コンバータ542dを介して第2EPS42aが接続されている。また、第2電流経路32aにおける第2コンバータ542dと第2EPS42aとの間の部分と接続して第2コンデンサ542cを備えている。第2コンバータ542dは、補機電池21や冗長電池41rや発電機22から出力された電圧値を変換する装置であって、直流電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換するDCDCコンバータである。第2コンバータ542dは、例えば12Vの直流電圧を48Vに昇圧する昇圧コンバータである。第2コンデンサ542cは、第2EPS42aに安定して48Vの電圧を供給するために一時的に電荷を蓄える部品である。ただし、第2コンバータ542dが、第2EPS42aの駆動に必要な電力を安定して出力可能である場合には、第2コンデンサ542cを備えなくてもよい。第1コンバータ541dと第2コンバータ542dとは、コンバータの一例を提供する。
第1電流経路31aには、室内灯541eが接続されている。室内灯541eは、冗長性を高める必要のない負荷である。言い換えると、環状に接続される電流経路に、冗長負荷40以外の負荷である室内灯541eと冗長負荷40とが並んで接続されている。室内灯541eに地絡が生じた場合には、室内灯541eに向かって大電流が流れ、第1EPS41a第1カメラ41bに対して適切な電流が流れなくなる。すなわち、第1EPS41aや第1カメラ41bにおいて、適切に電力供給を受けられない異常が発生することとなる。また、第1電流経路31aを構成する電源線の被覆がはがれるなどして、第1電流経路31aの電源線が地絡する場合がある。この場合においても、電源線の地絡箇所に向かって大電流が流れ、第1EPS41a第1カメラ41bに対して適切な電流が流れなくなる。すなわち、第1EPS41aや第1カメラ41bにおいて、適切な電力供給を受けられない異常が発生することとなる。
1Mスイッチ36mに対応して第1通常電流センサ519aが配置されている。2Mスイッチ37mに対応して第2通常電流センサ519bが配置されている。第1通常電流センサ519aと第2通常電流センサ519bとは、通常電流センサ519を構成している。1Rスイッチ36rに対応して第1冗長電流センサ591aが配置されている。2Rスイッチ37rに対応して、第2冗長電流センサ591bが配置されている。第1冗長電流センサ591aと第2冗長電流センサ591bとは、冗長電流センサ591を構成している。
通常電流センサ519と冗長電流センサ591とは、磁界を電流に変換する磁電変換装置である。通常電流センサ519と冗長電流センサ591とは、例えばホール素子を用いたセンサである。通常電流センサ519と冗長電流センサ591とは、電流経路の周囲に略環状に設けられている。通常電流センサ519と冗長電流センサ591とは、計測対象である電流経路を流れている電流によって発生する磁界を検出して電流の大きさを非接触で計測可能である。
複数の経路スイッチ30それぞれに対応して通常電流センサ519や冗長電流センサ591を設けることにより、どの電流経路で異常が発生しているかを複数の電流センサを用いて素早く絞り込むことができる。また、通常電流センサ519などの電流センサに代えて、電流以外の物理量を計測することで、異常が生じているか否かを把握するようにしてもよい。
上述した実施形態によると、第1コンバータ541dおよび第2コンバータ542dを備えている。このため、冗長負荷40を構成する複数の負荷に対して、供給する電圧の大きさを個別に変更可能である。したがって、必要な電圧の異なる負荷のために電流経路や電源を別途設ける必要がない。よって、簡素な構成で冗長性を確保した移動体用電源システム1を提供できる。また、上述の各電流センサ519a、519b、591a、591bは、ホール素子を用いたセンサの他、経路スイッチ30に直列に挿入したシャント抵抗の両端の電圧を測定する等の構成も採用できる。これによると、各電流センサ519a、519b、591a、591bを簡素な構成で提供できる。
第6実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、第1電流経路31aに第1冗長電池41rが常時接続され、第2電流経路32aに第2冗長電池42rが常時接続されている。
図10において、第1電流経路31aには、第1EPS41aと第1カメラ41bとに加えて、第1冗長電池41rが接続されている。言い換えると、第1電流経路31aと第1冗長電流経路31rとは、連続する電流経路である。第1EPS41aと第1カメラ41bとは、第1冗長電池41rと常時接続されている。
第2電流経路32aには、第2EPS42aと第2カメラ42bとに加えて、第2冗長電池42rが接続されている。言い換えると、第2電流経路32aと第2冗長電流経路32rとは、連続する電流経路である。第2EPS42aと第2カメラ42bとは、第2冗長電池42rと常時接続されている。経路スイッチ30は、1Mスイッチ36mと2Mスイッチ37mとの2つのスイッチによって構成されている。
移動体用電源システム1に異常が発生していない場合には、1Mスイッチ36mと2Mスイッチ37mとは、オン状態である。このため、通常電流経路11と第1電流経路31aと第2電流経路32aとは、導通状態である。この導通状態における冗長負荷40は、補機電池21、発電機22、第1冗長電池41rおよび第2冗長電池42rから電力の供給を受けることとなる。
移動体用電源システム1において、例えば第2EPS42aに地絡が生じた場合、2Mスイッチ37mをオフ状態とし、1Mスイッチ36mをオン状態とする。すなわち、地絡箇所である第2EPS42aと接続している第2電流経路32aを移動体用電源システム1の補機電池21と第1冗長電池41rから分離するように経路スイッチ30を制御する。これにより、第1EPS41aと第1カメラ41bに対して、補機電池21と第1冗長電池41rとを用いて安定して電力を供給することができる。また、発電機22で生成した電力を補機電池21と第1冗長電池41rとに対して供給することで第1EPS41aと第1カメラ41bとの駆動に用いる電池への充電も可能である。
上述した実施形態によると、通常電流経路11と第1電流経路31aとを1Mスイッチ36mを介して、互いに分離可能に接続している。また、通常電流経路11と第2電流経路32aとを2Mスイッチ37mを介して、互いに分離可能に接続している。このため、1Mスイッチ36mと2Mスイッチ37mの切り替え制御によって、補機電池21および発電機22と接続する負荷を簡単に切り替えることができる。したがって、冗長負荷40のうち異常の生じている負荷を補機電池21から分離させて、残りの正常な冗長負荷40に対して補機電池21および発電機22を用いて電力を供給することができる。よって、補機電池21や発電機22を冗長負荷40に電力を供給するための電源に用いない場合に比べて、簡素な構成で冗長性を高めた移動体用電源システム1を提供できる。
上述の構成の場合、1Mスイッチ36mがオープン故障すると第1冗長電池41rへの充電ができなくなる。この対策として、1Mスイッチ36mを並列接続された複数のスイッチで構成するなどして冗長性を確保することも可能である。冗長性を高める対象は、1Mスイッチ36mに限られず、2Mスイッチ37mの冗長性を高めるように構成してもよい。
第7実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、第1電流経路31aと第2電流経路32aとが互いに平行に設けられている。
図11において、通常電流経路11と冗長電流経路31rとは、車両の前方に設けられている。第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、車両前方右寄りの位置から車両後方を経由して車両前方左寄りの位置まで連続して設けられている。第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、U字状の電流経路を形成している。
第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、互いに等間隔に離間した状態を維持して設けられている。言い換えると、第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、全体にわたって互いに平行に設けられている。第2電流経路732aは、第1電流経路731aよりも内側に設けられている。ここで、第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、厳密に平行な関係でなくてもよい。また、第1電流経路731aと第2電流経路732aとが、全長にわたって略平行な関係になくてもよい。例えば、第1電流経路731aと第2電流経路732aとが、一部分交差していてもよい。一部分が平行でない場合には、第1電流経路731aと第2電流経路732aとが平行な部分の長さが、平行でない部分の長さに比べて長いことが好ましい。第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、左右方向や前後方向に略等間隔に離間するのではなく、上下方向に略等間隔に離間してもよい。
第2電流経路732aの経路長は、第1電流経路731aの経路長よりもわずかに短い。ただし、第1電流経路731aの経路長と第2電流経路732aの経路長との長さの差は、第1電流経路731aの経路長と第2電流経路732aの経路長との平均値の50%以下である。
上述した実施形態によると、第1電流経路731aと第2電流経路732aとは、互いに平行な位置に配置されている。このため、第1電流経路731aと第2電流経路732aの曲げ状態などが略一致することとなる。したがって、第1電流経路731aのインダクタンスと第2電流経路732aのインダクタンスとを略等しい値に設計しやすい。よって、過渡電流が循環して発生する損失を低減しやすい。
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
1 移動体用電源システム、 5 キースイッチ、 11 通常電流経路、 21 補機電池(通常電源)、 22 発電機(通常電源)、 23 始動機(通常負荷)、 24 空調装置(通常負荷)、 30 経路スイッチ、 31a 第1電流経路、 31r 冗長電流経路(第1冗長電流経路)、 32a 第2電流経路、 36m 1Mスイッチ(第1通常スイッチ)、 36r 1Rスイッチ(第1冗長スイッチ)、 37m 2Mスイッチ(第2通常スイッチ)、 37r 2Rスイッチ(第2冗長スイッチ)、 40 冗長負荷、 41a 第1EPS(第1冗長負荷、移動用負荷)、 41b 第1カメラ(第1冗長負荷、常用負荷)、 41r 冗長電池(冗長電源、第1冗長電池)、 42a 第2EPS(第2冗長負荷、移動用負荷)、 42b 第2カメラ(第2冗長負荷、常用負荷)、 50 制御部、 51 第1配電装置(配電装置)、 52 第2配電装置(配電装置)、 56 配電制御部、 57 イグニッションリレー、 58 アクセサリリレー、 60 信号線、 230 経路スイッチ、 322 モータジェネレータ(通常負荷、通常電源、発電機) 329 コンバータ、 330 経路スイッチ、 430 経路スイッチ、 541d 第1コンバータ(コンバータ)、 542d 第2コンバータ(コンバータ) 731a 第1電流経路、 732a 第2電流経路、 P1 仮想線

Claims (12)

  1. 通常負荷(23、24、326、427)に電力を供給するための通常電源(21、22、322、325、425)と、
    前記通常電源と接続している通常電流経路(11)と、
    前記通常電源とは異なる電源であって、負荷として同一の機能を有する第1冗長負荷(41a、41b)と第2冗長負荷(42a、42b)とを有する冗長負荷(40)に電力を供給するための冗長電源(41r、42r)と、
    前記冗長電源と接続している冗長電流経路(31r、32r、331r、332r)と、
    前記通常電流経路と前記冗長電流経路との間に設けられ、前記第1冗長負荷と接続している第1電流経路(31a、331a、731a)と、
    前記通常電流経路と前記冗長電流経路との間であって、前記第1電流経路に並列に設けられ、前記第2冗長負荷と接続している第2電流経路(32a、332a、732a)と、
    前記通常電流経路と前記第1電流経路との接続状態を切り替える第1通常スイッチ(36m、236m、336m)と、前記通常電流経路と前記第2電流経路との接続状態を切り替える第2通常スイッチ(37m、237r2、337m)とを有する経路スイッチ(30、230、330、430)と、
    前記経路スイッチのオン状態とオフ状態との切り替えを制御する制御部(50)とを備え、
    前記通常電源は、前記通常負荷と接続するとともに、前記第1冗長負荷と前記第2冗長負荷との少なくとも一方に接続可能であり、
    前記経路スイッチは、前記冗長電流経路と前記第1電流経路との接続状態を切り替える第1冗長スイッチ(36r、236r、336r)と、前記冗長電流経路と前記第2電流経路との接続状態を切り替える第2冗長スイッチ(37r、237r1、337r)とを有し、
    前記通常電流経路と前記冗長電流経路と前記第1電流経路と前記第2電流経路とは、前記経路スイッチを介して環状に接続されている移動体用電源システム。
  2. 前記第1電流経路のインダクタンスは、前記通常電流経路における前記第1通常スイッチから前記第2通常スイッチまでの部分のインダクタンスよりも前記第2電流経路のインダクタンスに近い値である請求項に記載の移動体用電源システム。
  3. 前記第1電流経路(31a)と前記第2電流経路(32a)とは、移動体の前後方向に沿う仮想線(P1)に対して、互いに左右対称な位置に配置されている請求項に記載の移動体用電源システム。
  4. 前記第1電流経路(731a)と前記第2電流経路(732a)とは、互いに平行な位置に配置されている請求項に記載の移動体用電源システム。
  5. 前記制御部は、いずれかの前記冗長負荷において、適切に電力供給を受けられない異常を検知した場合に、前記通常電源と前記冗長電源とを互いに分離し、かつ、異常の発生している前記冗長負荷と異常の発生していない前記冗長負荷とのそれぞれが、前記通常電源または前記冗長電源のいずれか一方と接続するように前記経路スイッチを制御する請求項から請求項のいずれかに記載の移動体用電源システム。
  6. 前記制御部は、前記冗長負荷のうち、前記第1冗長負荷に異常が生じていることを検知した場合に、前記第1通常スイッチと前記第1冗長スイッチとをオフ状態とし、前記第2通常スイッチと前記第2冗長スイッチとをオン状態とする請求項から請求項のいずれかに記載の移動体用電源システム。
  7. 前記通常電源は、前記通常負荷と常時接続され、
    前記冗長電源は、前記通常負荷と分離した状態で前記第1冗長負荷と前記第2冗長負荷との少なくとも一方に接続可能である請求項1から請求項のいずれかに記載の移動体用電源システム。
  8. 前記通常電源は、前記通常負荷に供給する電力を蓄電可能な補機電池(21)であり、
    前記冗長電源は、前記補機電池よりも蓄電容量の小さな冗長電池(41r、42r)である請求項1から請求項のいずれかに記載の移動体用電源システム。
  9. 前記通常電源は、前記補機電池に加えて、前記通常負荷に供給する電力を発電可能な発電機(22、322)を備えている請求項に記載の移動体用電源システム。
  10. 前記冗長負荷は、移動体の移動に用いる原動機が駆動していない状態においては電力供給が不要な移動用負荷(41a、42a)と、前記原動機の駆動によらず電力供給が必要な常用負荷(41b、42b)とを有し、
    キースイッチ(5)の状態がアクセサリ状態の場合に、前記移動用負荷には電力を供給せずに前記常用負荷に電力を供給し、前記キースイッチの状態がイグニッション状態の場合に、前記移動用負荷と前記常用負荷との両方に電力を供給する配電装置(51、52)を備えている請求項1から請求項のいずれかに記載の移動体用電源システム。
  11. 前記配電装置は、
    イグニッションリレー(57)と、
    アクセサリリレー(58)と、
    信号線(60)を介して前記キースイッチから出力される遷移信号を受け取る配電制御部(56)とを備え、
    前記配電制御部は、前記アクセサリ状態を示す前記遷移信号を受け取った場合に、前記イグニッションリレーをオフ状態、かつ、前記アクセサリリレーをオン状態とし、前記イグニッション状態を示す前記遷移信号を受け取った場合に、前記イグニッションリレーと前記アクセサリリレーとの両方をオン状態とする請求項10に記載の移動体用電源システム。
  12. 前記冗長負荷に供給する電圧の大きさを変換するコンバータ(329、541d、542d)を備えている請求項1から請求項11のいずれかに記載の移動体用電源システム。
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