JP7334096B2 - 電力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力制御装置に関する。
下記特許文献1には、車両に搭載されるパワーコントロールユニット(電力制御装置)が開示されている。この電力制御装置は、外部に設けられた補機バッテリからの電力を動作源として、駆動用バッテリから走行用モータへの電力を制御するECUを備える。ECUは、ECU用の第1の電源線及び第2のグランド線を介して補機バッテリと電気的に接続されることで、当該補機バッテリから電力を取得している。
ところで、何らかの異常状態により補機バッテリからECUに電力が供給されなくなるとECUの動作が停止してしまう。そこで、このような事態を回避すべく、補機バッテリからECUへの電力供給が停止された場合には、ECUに電力を供給するためのバックアップ電源が必要である。
特開平9-233830号公報
ここで、上記電力制御装置は、補機バッテリから得られる電力から制御電源を生成する直流電源を備えることが多い。そして、上記バックアップ電源は、この直流電源で生成された制御電源により動作してECUに電力を供給する場合がある。さらに、上記バックアップ電源は、第2のグランド線の電位を基準にしてECUに電力を供給する。
したがって、このような場合では、異常状態により第1の電源線及び第2のグランド線が断線して補機バッテリからECUへの電力供給が停止するだけでなく、補機バッテリから制御電源に電力を供給する第2の電源線も断線してしまった場合には、上記基準及び制御電源が喪失し、バックアップ電源の動作が停止してしまう場合がある。その結果、ECUへの電力供給が停止してしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、第1の電源線、第2の電源線及び第2のグランド線が断線した場合であっても、バックアップ電源からECUへの電力供給を可能とする電力制御装置を提供することである。
(1)本発明の一態様は、車両に搭載される電力制御装置であって、前記車両に搭載されたバッテリから電力が給電されるECUと、前記バッテリから給電される電力から制御電源を生成する直流電源と、前記制御電源を動作源として動作して、前記バッテリからECUへの給電が停止された場合には前記ECUへ電力を供給し、前記バッテリから直流電源への給電が停止された場合には前記直流電源へ電力を供給するバックアップ電源と、前記直流電源のグランド端子に接続された第1のグランドラインと、前記バックアップ電源のグランド端子に接続された第2のグランドラインと、前記第1のグランドラインと前記第2のグランドラインとを電気的に接続して、前記第1のグランドラインから前記第2のグランドラインへ一方向に電流を流す経路を形成する電流経路形成手段と、前記電流経路形成手段に直列に接続されたノイズ抑制部品と、を備える電力制御装置である。
(2)上記(1)の電力制御装置であって、前記電流経路形成手段は、アノードが前記第1のグランドラインに電気的に接続され、カソードが前記第2のグランドラインに電気的に接続されているダイオードであってもよい。
(3)上記(2)の電力制御装置であって、前記ノイズ抑制部品は、インダクタであり、前記インダクタは、第1端部が前記カソードに接続され、第2端部が前記第2のグランドラインに接続されていてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、第1の電源線、第2の電源線及び第2のグランド線が断線した場合であっても、バックアップ電源からECUへ電力を供給することができる。
実施形態に係る電力制御装置を備えた車両Aの構成を示す図である。 本実施形態に係る電力制御装置4の動作を説明する図である。 本実施形態に係る電流経路形成手段11を説明する図である。
以下、本実施形態に係る電力制御装置を、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係る電力制御装置を備えた車両Aの構成を示す図である。なお、図1に示す車両Aは、例えばハイブリッド自動車や電気自動車である。
図1に示すように、車両Aは、第1のバッテリ1、第2のバッテリ2、モータ3及び電力制御装置4を備える。
第1のバッテリ1は、例えばリチウムイオン電池等の再充電が可能な二次電池である。この第1のバッテリ1は、いわゆる高圧バッテリであって、モータ3の駆動に用いられる。
第2のバッテリ2は、例えばリチウムイオン電池等の再充電が可能な二次電池である。この第2のバッテリ2は、いわゆる低圧バッテリであって、補機等の低圧系機器に電力を供給する。
モータ3は、車両Aの走行用の電動機でもよいし、車両Aのエンジンにより駆動される発電機として用いられるとともに当該エンジンを始動するための電動機であってもよいし、その両方であってもよい。
電力制御装置4は、第1のバッテリ1及びモータ3のそれぞれに接続されており、第1のバッテリ1からの直流の電力W1を交流電力に変換してモータ3に供給する。また、電力制御装置4は、モータ3で発生した交流電力である回生電力を直流電力に変換して第1のバッテリ1に供給してもよい。すなわち、電力制御装置4は、第1のバッテリ1とモータ3との間の電力の供給を制御する。
また、電力制御装置4は、第2のバッテリ2に接続されており、第2のバッテリ2の直流の電力W2を低圧系機器の電源として用いる。
以下に、本実施形態に係る電力制御装置4の概略構成の一例について、説明する。
本実施形態に係る電力制御装置4は、コンデンサ5、インバータ6、コネクタ7、直流電源8、バックアップ電源9、ECU(Electronic Control Unit)10、電流経路形成手段11及びノイズ抑制部品12を備える。
コンデンサ5は、第1のバッテリ1とインバータ6との間に設けられた平滑用のコンデンサである。コンデンサ5は、第1の端部が第1のバッテリ1の正極端子に接続され、第2の端部が第1のバッテリ1の負極端子に接続される。
インバータ6は、モータ3を回転駆動する。なお、インバータ6は、ECU10に制御されてもよい。
コネクタ7は、電力制御装置4を第2のバッテリ2に接続するための接続手段である。
例えば、コネクタ7は、第1の端子72及び第2の端子73を備える。
第1の端子72は、第2のグランド(GND2)に接続される。第2のグランド(GND2)は、バックアップ電源9及びECU10を動作させるための基準電位である。具体的には、第1の端子72は、第2のグランド用の接続線L2(GND2線)に接続され、第2のグランド(GND2)に接地される。例えば、接続線L2は、第1の端部が第1の端子72に接続され、第2の端部が第2のグランド(GND2)に接続されている。
なお、第2のグランド(GND2)と第1のグランド(GND1)とが車両Aの車体に対して一点で接続され、第2のグランド(GND2)は第1のグランド(GND1)より電位が高い。
第2の端子73は、接続線L3(第1の電源線)を介して第2のバッテリ2の正極端子に接続される。例えば、接続線L3は、第1の端部が第2の端子73に接続され、第2の端部が第2のバッテリ2の正極端子に接続されている。
直流電源8は、第2のバッテリ2から給電される電力W2から制御電源Vsを生成する。具体的には、直流電源8は、電源端子8a、グランド端子8b及び出力端子8cを備える。電源端子8aは、第1の電源ラインPL1を介して第2のバッテリ2の正極端子に接続されている。ここで、第1の電源ラインPL1は、接続線L4(第2の電源線)を介して第2のバッテリ2の正極端子に接続される。接続線L4は、第1の端部が第1の電源ラインPL1に接続され、第2の端部が第2のバッテリ2の正極端子に接続されている。
グランド端子8bは、第1のグランドラインGND1Lに接続される。出力端子8cは、バックアップ電源9に接続されている。直流電源8は、グランド端子8bの電位、すなわち第1のグランドラインGND1Lの電位を基準として、電力W2から制御電源Vsを生成し、その制御電源Vsを出力端子8cから出力する。
なお、第1のグランドラインGND1Lには、接続線L1が接続されている。この接続線L1は、第1の端部が第1のグランドラインGND1Lに接続され、第2の端部が第2のバッテリ2の負極端子に接続されている。そして、第2のバッテリ2の負極端子は、第1のグランド(GND1)に接続される。
バックアップ電源9は、制御電源Vsを動作源として動作して、第1のバッテリ1からの電力W1から電力W3を生成する。例えば、バックアップ電源9は、第1のバッテリ1からの電力W1を降圧して電力W3を生成する。
バックアップ電源9は、第2のバッテリ2からECU10への給電が停止された場合にはECU10へ電力W3を供給し、第2のバッテリ2から直流電源8への給電が停止された場合には直流電源8へ電力W3を供給する。
具体的には、バックアップ電源9は、電源端子9a、グランド端子9b、第1の入力端子9c、第2の入力端子9d及び出力端子9eを備える。電源端子9aは、第2の電源ラインPL2を介して出力端子8cに接続されている。グランド端子9bは、第2のグランドラインGND2Lに接続されている。第2のグランドラインGND2Lは、第1の端子72に接続されている。したがって、グランド端子9bは、第2のグランドラインGND2Lを介して第1の端子72に接続される。第1の入力端子9cは、コンデンサ5の第1の端部に接続されている。第2の入力端子9dは、コンデンサ5の第2の端部に接続されている。出力端子9eは、第3の電源ラインPL3を介してECU10に接続されている。また、出力端子9eは、第3の電源ラインPL3を介して直流電源8の電源端子8aに接続されている。
第3の電源ラインPL3は、途中の分岐点Nで分岐電源ラインPL3aと分岐電源ラインPL3bとに分岐している。
分岐電源ラインPL3aは、第1の端部が分岐点Nに接続され、第2の端部が直流電源8の電源端子8dに接続されている。
第2の分岐電源ラインPL3bは、第1の端部が分岐点Nに接続され、第2の端部がECU10に接続されている。
バックアップ電源9は、グランド端子9bの電位、すなわち第2のグランドラインGND2Lの電位を基準として、第1の入力端子9cと第2の入力端子9dとに入力された電力W1から電力W3を生成して当該電力W3を出力端子9eから出力する。
ECU10は、車両Aに搭載された第2のバッテリ2から電力W2が給電され動作する。ただし、ECU10は、第2のバッテリ2からの給電が停止された場合には、バックアップ電源9から電力W3が給電されることで動作を継続する。本実施形態に係るECU10は、インバータ6の動作を制御してモータ3の駆動を制御する、いわゆるモータECUである。
ただし、本実施形態に係るECU10は、モータECUに限定されず、車両Aに搭載されたECUであればよい。
ECU10は、第1の電源端子10a、第2の電源端子10b及びグランド端子10cを備える。
第1の電源端子10aは、第4の電源ラインPL4を介して第2の端子73に接続されている。第2の電源端子10bは、第2の分岐電源ラインPL3bに接続されている。グランド端子10cは、第2のグランドラインGND2Lを介して第1の端子72に接続されている。ECU10は、グランド端子10cの電位、すなわち第2のグランドラインGND2Lの電位を基準として動作する。
ECU10は、第4の電源ラインPL4を介して第1の電源端子10aに入力した電力W2に基づいて動作する。ECU10は、電力W2が消失した場合には、第3の電源ラインPL3bを介して第2の電源端子10bに入力した電力W3に基づいて動作する。
電流経路形成手段11は、第1のグランドラインGND1Lと第2のグランドラインGND2Lとを電気的に接続し、電位の高い第2のグランドラインGND2Lから第1のグランドラインGND1Lへ意図しない電流が流れることを防ぐために、第1のグランドラインGND1Lから第2のグランドラインGND2Lへ一方向に電流を流す経路を形成する。また、外部負荷101が第2のバッテリ2に並列に接続された場合において、電流経路形成手段11は、図3に示す補機供給及びバッテリ充電用の電源100から外部負荷101への電流ループIRを変えないように、第1のグランドラインGND1Lから第2のグランドラインGND2Lへの電流を一方向に制限する。
例えば、電流経路形成手段11は、ダイオードである。なお、本実施形態では、電流経路形成手段11がダイオードである場合について説明するが、ダイオードに限らず、第1のグランドラインGND1Lから第2のグランドラインGND2Lへ一方向に電流を流す経路を形成するものであればよい。例えば、第2のグランドラインGND2Lの電位が第1のグランドラインGND1Lの電位よりも低下したことを検知して接続するスイッチでもよい。
電流経路形成手段11は、アノードが第1のグランドラインGND1Lに接続され、カソードがノイズ抑制部品12を介して第2のグランドラインGND2Lに接続されている。
ノイズ抑制部品12は、電流経路形成手段11に直列に接続されている。ここで、ダイオードによって、第1のグランドラインGND1Lと第2のグランドラインGND2Lとを電気的に接続した場合、通常状態の回路(後述のI1、I2)ではなく、異常状態の回路(後述のI3、I4)が形成される。この回路の場合、通常状態とは異なる回路となるため、通常状態での回路では発生しなかったノイズが発生する虞がある。そこで、ノイズ抑制部品12を、電流経路形成手段11に直列に接続することで、電流経路形成手段11の電気的接続によって発生するノイズを低減することができる。
本実施形態では、ノイズ抑制部品12は、インダクタである。具体的には、ノイズ抑制部品12(インダクタ)は、第1端部が電流経路形成手段11のカソードに接続され、第2端部が第2のグランドラインGND2Lに接続されている。ただし、ノイズ抑制部品12は、電流経路形成手段11によって形成された第3の回路I3を伝搬する伝導ノイズ(電流経路形成手段11から発生するノイズを含む)を抑制できればよく、インダクタには限定されない。
次に、本実施形態に係る電力制御装置4の動作について説明する。まず、電力制御装置4の通常状態の動作(通常動作)について、図2(a)を用いて説明する。図2(a)は、本実施形態に係る電力制御装置4の通常動作を示す図である。
接続線L1~L4が断線していない通常状態では、第2のバッテリ2の正極端子から出力された電流が、接続線L4、第1の電源ラインPL1、直流電源8、第1のグランドラインGND1L、及び接続線L1を経由して、第2のバッテリ2の負極端子に戻る第1の回路I1が形成されている。したがって、第1の回路I1を流れる電流によって第2のバッテリ2から直流電源8に電力W2が給電され、直流電源8は、その電力W2により動作して制御電源Vsを生成する。そして、直流電源8は、生成した制御電源Vsを出力端子8cから出力する。そのため、バックアップ電源9は、その制御電源Vsによって動作している。
また、通常状態では、第2のバッテリ2の正極端子から出力された電流が、接続線L3、第4の電源ラインPL4、ECU10、第2のグランドラインGND2L、及び接続線L2を経由して、第2のバッテリ2の負極端子に戻る第2の回路I2が形成されている。したがって、第2の回路I2を流れる電流によって第2のバッテリ2からECU10に電力W2が給電され、ECU10は、その電力W2により動作する。
次に、本実施形態に係る電力制御装置4の異常状態の動作について、図2(b)を用いて説明する。図2(b)は、本実施形態に係る電力制御装置4の異常状態の動作を示す図である。ここで、異常状態とは、接続線L2~L4が断線した場合やコネクタ7が外れた場合等によって、第1の端子72と第2のグランドとの電気的接続、第2の端子73と第2のバッテリ2の正極端子との電気的接続と第2のバッテリ2の正極端子との電気的接続がすべて解除された状態である。この異常状態では、図2(a)に示す第1の回路I1及び第2の回路I2は形成されない。
この異常状態では、バックアップ電源9の出力端子9eから出力された電流が、第3の電源ラインPL3、分岐電源ラインPL3a、直流電源8、第1のグランドラインGND1L、電流経路形成手段11、ノイズ抑制部品12、第2のグランドラインGND2Lを経由してバックアップ電源9のグランド端子9bに戻る第3の回路I3が形成される。また、この異常状態では、バックアップ電源9の出力端子9eから出力された電流が、第3の電源ラインPL3、分岐電源ラインPL3b、ECU10、第2のグランドラインGND2Lを経由してバックアップ電源9のグランド端子9bに戻る第4の回路I4が形成される。
したがって、直流電源8は、第3の回路I3の形成によって、バックアップ電源9から電力W3を取得して、この電力W3により動作を継続する。すなわち、電流経路形成手段11によって、第1のグランドラインGND1Lから第2のグランドラインGND2Lへ一方向に電流を流す経路が形成されているため、第3の回路I3が形成される。そのため、異常状態であっても、直流電源8は、バックアップ電源9からの電力W3により動作を継続することができる。そして、バックアップ電源9は、直流電源8の動作の継続により異常状態であっても直流電源8から直流電源Vsが供給されるため、第4の回路I4によりECU10に電力W3を供給することができる。さらに、第3の回路I3は、ノイズ抑制部品12を備えている。これにより、電力制御装置4は、ノイズの影響を抑制することができる。
このように、バックアップ電源9は、異常状態であっても第3の回路I3によって動作を継続することができ、直流電源8及びECU10に対して電力W3を供給することができる。
なお、例えば、接続線L3及びL4が断線した場合には、図2(b)に示すように、第3の回路I3及び第4の回路I4が形成される。したがって、ECU10は、バックアップ電源9から電力W3が供給される。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
以上、説明したように、本実施形態に係る電力制御装置4は、第1のグランドラインGND1Lと第2のグランドラインGND2Lとを備える。そして、電力制御装置4は、第1のグランドラインGND1Lと第2のグランドラインGND2Lとを電気的に接続して、第1のグランドラインGND1Lから第2のグランドラインGND2Lへ一方向に電流を流す経路を形成する電流経路形成手段11を備える。また、電力制御装置4は、電流経路形成手段11に直列に接続されたノイズ抑制部品12を備える。
このような構成により、異常状態になった場合であっても、バックアップ電源9からECU10へ電力を供給することができ、且つ、電流経路形成手段11によって形成された経路を伝搬する伝導ノイズの抑制することができる。
1 第1のバッテリ
2 第2のバッテリ
3 モータ
4 電力制御装置
7 コネクタ
8 直流電源
9 バックアップ電源
10 ECU
11 電流経路形成手段
GND1L 第1のグランドライン
GND2L 第2のグランドライン

Claims (3)

  1. 車両に搭載される電力制御装置であって、
    前記車両に搭載されたバッテリから電力が給電されるECUと、
    前記バッテリから給電される電力から制御電源を生成する直流電源と、
    前記制御電源を動作源として動作して、前記バッテリからECUへの給電が停止された場合には前記ECUへ電力を供給し、前記バッテリから直流電源への給電が停止された場合には前記直流電源へ電力を供給するバックアップ電源と、
    前記直流電源のグランド端子に接続された第1のグランドラインと、
    前記バックアップ電源のグランド端子に接続された第2のグランドラインと、
    前記第1のグランドラインと前記第2のグランドラインとを電気的に接続して、前記第1のグランドラインから前記第2のグランドラインへ一方向に電流を流す経路を形成する電流経路形成手段と、
    前記電流経路形成手段に直列に接続されたノイズ抑制部品と、
    を備える電力制御装置。
  2. 前記電流経路形成手段は、アノードが前記第1のグランドラインに電気的に接続され、カソードが前記第2のグランドラインに電気的に接続されているダイオードであることを特徴とする、請求項1に記載の電力制御装置。
  3. 前記ノイズ抑制部品は、インダクタであり、
    前記インダクタは、第1端部が前記カソードに接続され、第2端部が前記第2のグランドラインに接続されている、ことを特徴とする請求項2に記載の電力制御装置。
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