JP7677253B2 - 電源制御装置、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、電力供給源から複数の負荷への電力供給を制御する車両用の電源制御装置などに関する。

特許文献１に、メイン電力供給源のバックアップ用としてキャパシタからなる蓄電素子を用いて、メイン電力供給源の電圧喪失などの電源失陥時に蓄電素子から負荷へ電力をバックアップ供給する電源システムが、開示されている。

特開２０１８－１８２９３５号公報

複数の負荷に対して同時にバックアップ給電が必要となった場合、それらの負荷が備えるアクチュエーター（ＡＣＴ）などが消費する突入電流が重なることが考えられる。突入電流の重なりによって大きな電流が電源ラインに流れてしまうと、キャパシタの寄生抵抗や配線抵抗などによって瞬間的な電圧低下が発生し、バックアップ給電の動作に支障が生じてしまうおそれがある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バックアップ給電において負荷が消費する突入電流の重なりを抑制することができる電源制御装置などを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、第１の電力供給源のバックアップ用に設けられた第２の電力供給源から複数の負荷への電力供給を制御する車両用の電源制御装置であって、第２の電力供給源の電力を第１の負荷に供給して第２の負荷に供給しない第１のモードと、第２の電力供給源の電力を第２の負荷に供給して第１の負荷に供給しない第２のモードとを、切り替える切り替え部と、車両の状態に基づいて切り替え部のモード切り替えを制御する制御部と、を備える、電源制御装置である。

上記本開示の電源制御装置などによれば、第１の負荷への電力供給と第２の負荷への電力供給とが同時に発生しないため、第２の電力供給源の電力を用いたバックアップ給電において、複数の負荷が消費する突入電流の重なりを抑制することができる。

本開示の一実施形態に係る電源制御装置とその周辺部の機能ブロック図 電源制御装置が実行する電力供給制御の処理フローチャート 電源制御装置が実行する変形例の電力供給制御の処理フローチャート

本開示による車両用の電源制御装置は、メイン電源が失陥して冗長電源によってドアアンロックシステムとブレーキシステムとにバックアップ給電する必要が生じた場合、ドアアンロックアクチュエーターの作動による突入電流とブレーキアクチュエーターの作動による突入電流とが重ならないようにする。これにより、冗長電源からの大電流の放電による瞬間的な出力電圧低下の発生を回避できる。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る電源制御装置１００とその周辺部の機能ブロック図である。図１に例示した機能ブロックは、電源制御装置１００と、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０を含む複数のシステムと、第１の電力供給源３００と、を備えている。この電源制御装置１００、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、ブレーキシステム２３０、及び第１の電力供給源３００は、車両に搭載される。

第１の電力供給源３００は、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０に電力を供給するメイン電源（＋Ｂ電源）である。この第１の電力供給源３００としては、発電を行うオルタネーター及び発電電力を所定の電圧に変換するＤＣＤＣコンバーターなどを含む発電機や、鉛蓄電池などの充放電可能に構成された二次電池（補機バッテリー）など、所定の電源構成を例示できる。

ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０などの複数のシステムは、車両に関する所定の機能を実現するための車載機器（車載負荷）であり、特に冗長的な電源構成を必要とするシステムとすることができる。これら複数のシステムは、第１の電力供給源３００から電源制御装置１００を介さずにメイン電力の供給をそれぞれ受けることができ（図示せず）、また電源制御装置１００から第１の電力供給源３００に基づいたバックアップ電力の供給を受けることができるように、それぞれ接続及び構成されている。車両に搭載される複数のシステムは、図１に示したものに限られない。

ＳＢＷシステム２１０は、変速機（図示せず）のギア段変更を電気信号で行うことができるシフトバイワイヤ（ＳＢＷ）制御機器である。このＳＢＷシステム２１０には、ドライバーのシフト操作を電気信号に変換する電子制御ユニットであるＳＢＷ＿ＥＣＵ２１２、及びこのＳＢＷ＿ＥＣＵ２１２から指示される電気信号に基づいてギア段を変更するアクチュエーターであるＳＢＷ＿ＡＣＴ２１１が、含まれる。このＳＢＷ＿ＡＣＴ２１１では、例えば、車両ドアの開扉時にシフトをパーキングの位置に入れる制御を行うタイミングで負荷電流が生じる。

ドアアンロックシステム２２０は、車両ドアのロック／アンロックを電気信号で行うことができる施解錠制御機器である。このドアアンロックシステム２２０には、ドライバーの施解錠操作を電気信号に変換する電子制御ユニットであるドアアンロックＥＣＵ２２２、及びこのドアアンロックＥＣＵ２２２から指示される電気信号に基づいて車両ドアのロック状態及びアンロック状態を変更するアクチュエーターであるドアアンロックＡＣＴ２２１が、含まれる。このドアアンロックＡＣＴ２２１では、例えば、車両の衝突の発生から所定の時間（例えば１０秒）が経過したタイミングで負荷電流が生じる。

ブレーキシステム２３０は、車両に制動力を発生させることが可能なブレーキ制御機器である。このブレーキシステム２３０には、ドライバーのブレーキ操作を電気信号に変換する電子制御ユニットであるブレーキＥＣＵ２３２、及びこのブレーキＥＣＵ２３２から指示される電気信号に基づいて制動力を発生させるアクチュエーターであるブレーキＡＣＴ２３１が、含まれる。このブレーキＡＣＴ２３１では、例えば、メイン電源の失陥後にドライバーからブレーキ操作が入力されたタイミングで負荷電流が生じる。

電源制御装置１００は、第１の電力供給源３００の電源失陥などによって第１の電力供給源３００からＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０への電力供給に異常が生じたときに、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０に電力をバックアップ供給するためのサブ電源（冗長電源）である。

図１に例示した電源制御装置１００は、第２の電力供給源１１０と、充放電回路１２０と、検出部１３０と、切り替え部１４０と、制御部１５０と、複数のリレー１６１～１６５と、を備えている。

第２の電力供給源１１０は、例えば、充放電可能に構成されたリチウムイオン電池などの二次電池やキャパシタなどの蓄電素子である。この第２の電力供給源１１０は、第１の電力供給源３００のバックアップ用に設けられている。第２の電力供給源１１０は、第１の電力供給源３００の電力を充電可能に、また自らが蓄えた電力をＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０に放電可能に、充放電回路１２０と接続されている。

充放電回路１２０は、リレー１６１を介して第１の電力供給源３００の電力を入力し、第２の電力供給源１１０に出力するための回路である。また、充放電回路１２０は、第２の電力供給源１１０の電力を入力し、リレー１６２～１６５及び切り替え部１４０を介してＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０に出力するための回路である。この充放電回路１２０には、例えばＤＣＤＣコンバーターを用いることができる。充放電回路１２０は、制御部１５０などの指示に基づいて、第２の電力供給源１１０を充放電することができる。

検出部１３０は、予め定めた車両の状態を検出するための構成である。この検出部１３０は、予め定めた車両の状態として、第１の電力供給源３００の異常（電源失陥など）が発生した状態を検出する（第１の検出部）。また、検出部１３０は、予め定めた車両の状態として、車両の衝突が発生した状態又は車両の速度が低下した状態を検出する（第２の検出部）。検出部１３０によって予め定めた車両の状態が検出されると、制御部１５０に通知される。

切り替え部１４０は、第１の電力供給源３００又は第２の電力供給源１１０から、ドアアンロックＡＣＴ２２１及びブレーキＡＣＴ２３１に対する、電力供給の状態を切り替えるための構成である。この切り替え部１４０には、第２の電力供給源１１０の電力を、ブレーキＡＣＴ２３１（第１の負荷）に供給して、ドアアンロックＡＣＴ２２１（第２の負荷）に供給しない状態である「第１のモード」と、第２の電力供給源１１０の電力を、ドアアンロックＡＣＴ２２１（第２の負荷）に供給して、ブレーキＡＣＴ２３１（第１の負荷）に供給しない状態である「第２のモード」と、が存在する。切り替え部１４０は、制御部１５０の指示に基づいて、この第１のモードと第２のモードとを選択的に切り替えることができる。切り替え部１４０は、例えば、電気的な導通／遮断の状態を切り替えることができるリレーを、充放電回路１２０とブレーキＡＣＴ２３１との間に挿入し（第１のリレー）、充放電回路１２０とドアアンロックＡＣＴ２２１との間に挿入して（第２のリレー）、構成されてもよい。

制御部１５０は、検出部１３０によって検出された車両の状態に基づいて、切り替え部１４０における電力供給の状態（第１のモード又は第２のモード）を切り替えるモード切り替えを制御するための構成であり、例えばマイコンなどである。また、制御部１５０は、充放電回路１２０の状態を制御することができる。また、制御部１５０は、複数のリレー１６１～１６５の導通／遮断の状態を制御することができる。制御部１５０が行う制御の詳細については、後述する。

複数のリレー１６１～１６５は、制御部１５０などの指示に基づいて、電気的な導通／遮断の状態を切り替えることができるスイッチ素子である。リレー１６１は、一方端子が第１の電力供給源３００に接続され、他方端子が充放電回路１２０に接続されている。リレー１６２は、一方端子が充放電回路１２０に接続され、他方端子がＳＢＷ＿ＡＣＴ２１１に接続される。リレー１６３は、一方端子が充放電回路１２０に接続され、他方端子がＳＢＷ＿ＥＣＵ２１２に接続される。リレー１６４は、一方端子が充放電回路１２０に接続され、他方端子がドアアンロックＥＣＵ２２２に接続される。リレー１６５は、一方端子が充放電回路１２０に接続され、他方端子がブレーキＥＣＵ２３２に接続される。複数のリレー１６１～１６５の数は、図１に示したものに限られず、電源制御装置１００に接続される複数のシステムの数に応じて増減する。

上述した電源制御装置１００の一部又は全部の構成は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスなどを含んだ電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成され得る。この電子制御ユニットは、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、上述した充放電回路１２０、検出部１３０、切り替え部１４０、及び制御部１５０の一部又は全部の機能を実現する。

［制御］
次に、図２をさらに参照して、電源制御装置１００によって実行される制御を説明する。図２は、電源制御装置１００の各構成が実行する電力供給制御の処理手順を説明するフローチャートである。この図２に示した電力供給制御は、例えば車両のイグニッションがオン（ＩＧ－ＯＮ）されると開始される。

（ステップＳ２０１）
電源制御装置１００は、第２の電力供給源１１０における必要な充電を完了させる。この充電完了によって、第１の電力供給源３００に異常が発生した場合などに、第２の電力供給源１１０を用いたＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へのバックアップ給電が可能な状態となる。第２の電力供給源１１０への充電が完了すると、ステップＳ２０２に処理が進む。

（ステップＳ２０２）
電源制御装置１００は、検出部１３０によって、第１の電力供給源３００に異常が発生したことが検出されたか否かを判断する。第１の電力供給源３００の異常とは、例えば電源失陥や地絡など、第１の電力供給源３００からＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へ電力供給ができなくなる状態である。第１の電力供給源３００に異常の発生が検出された場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進み、第１の電力供給源３００に異常の発生が検出されない場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、本電力供給制御が終了する。

（ステップＳ２０３）
電源制御装置１００は、切り替え部１４０及び制御部１５０によって、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へのバックアップ給電状態を制御する。具体的には、電源制御装置１００は、ＳＢＷ＿ＡＣＴ２１１、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２１２、ドアアンロックＥＣＵ２２２、ブレーキＡＣＴ２３１、及びブレーキＥＣＵ２３２に対しては、電力を供給できる状態（導通状態）にそれぞれ制御し、ドアアンロックＡＣＴ２２１のみを電力が供給できない状態（遮断状態）に制御する。つまり、切り替え部１４０が第１のモードに切り替わる。

この第１の電力供給源３００の異常時に第１のモードとする理由は、異常発生時は車両が走行している可能性が高いと考えられ、この状況では車両ドアの解錠操作よりもドライバーによるブレーキ操作への即応性を優先すべきだからである。電力供給可能な状態を第１のモードとしておくことで、例えばブレーキ操作とドアアンロック操作とが同時に入力されたとしても、ブレーキ操作のみが受け付けられ２つの操作の突入電流が重なることがなくなる。複数のシステムへのバックアップ給電状態が第１のモードに制御されると、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０４）
電源制御装置１００は、検出部１３０によって、車両の衝突が発生したことが検出されたか否かを判断する。車両の衝突とは、例えば、先行車両や対向車両、信号機やガードレールなどの物標への追突や接触である。車両の衝突の発生が検出された場合は（ステップＳ２０４、はい）、ステップＳ２０５に処理が進み、車両の衝突の発生が検出されない場合は（ステップＳ２０４、いいえ）、ステップＳ２０７に処理が進む。

（ステップＳ２０５）
電源制御装置１００は、切り替え部１４０及び制御部１５０によって、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へのバックアップ給電状態を制御する。具体的には、電源制御装置１００は、ＳＢＷ＿ＡＣＴ２１１、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２１２、ドアアンロックＡＣＴ２２１、ドアアンロックＥＣＵ２２２、及びブレーキＥＣＵ２３２に対しては、電力を供給できる状態（導通状態）にそれぞれ制御し、ブレーキＡＣＴ２３１のみを電力が供給できない状態（遮断状態）に制御する。つまり、切り替え部１４０が第２のモードに切り替わる。

この第１の電力供給源３００の異常発生後の車両衝突時に第２のモードとする理由は、車両が衝突したことによって車両の速度が極端に低くなった又は車両が停車した可能性が高いと考えられ、この状況ではドライバーによるブレーキ操作が発生する確率が低く脱出のために車両ドアの解錠操作を優先すべきだからである。電力供給可能な状態を第２のモードとしておくことで、例えばブレーキ操作とドアアンロック操作とが同時に入力されたとしても、ドアアンロック操作のみが受け付けられ２つの操作の突入電流が重なることがなくなる。複数のシステムへのバックアップ給電状態が第２のモードに制御されると、ステップＳ２０６に処理が進む。

（ステップＳ２０６）
電源制御装置１００は、ドアアンロックシステム２２０に対して、第２の電力供給源１１０からバックアップ電力の供給を実施する。このとき、ＳＢＷシステム２１０とブレーキＥＣＵ２３２とに対しても、第２の電力供給源１１０からバックアップ電力の供給が実施される。ドアアンロックシステム２２０へのバックアップ給電が実施されると、本電力供給制御が終了する。

（ステップＳ２０７）
電源制御装置１００は、ブレーキシステム２３０に対して、第２の電力供給源１１０からバックアップ電力の供給を実施する。このとき、ＳＢＷシステム２１０とドアアンロックＥＣＵ２２２とに対しても、第２の電力供給源１１０からバックアップ電力の供給が実施される。ブレーキシステム２３０へのバックアップ給電が実施されると、本電力供給制御が終了する。

なお、バックアップ電力の供給状態を制御するアクチュエーターとして、ドアアンロックＡＣＴ２２１に代えて、ＳＢＷ＿ＡＣＴ２１１やそれ以外のアクチュエーターを用いてもよい。この場合、車両の衝突の検出によって切り替える第１のモードと第２のモードとの順序を入れ替えて制御してもよい。

［変形例］
図３を参照して、電源制御装置１００の各構成が実行する変形例の電力供給制御の処理手順を説明するフローチャートである。この図３に示した変形例の電力供給制御は、図２のステップＳ２０４の処理をステップＳ３０４の処理に代えたものである。変形例の電力供給制御におけるその他の処理については、図２の電力供給制御における処理と同様であるため説明を一部省略する。

ステップＳ２０３においてＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へのバックアップ給電状態が第１のモードに制御されると、ステップＳ３０４に処理が進む。

（ステップＳ３０４）
電源制御装置１００は、検出部１３０によって、車両の速度が所定値以下に低下したことが検出されたか否かを判断する。この判断は、車両衝突の判断と同義であり、このため所定の値は、車両の衝突によって車両の速度低下を想定して出来るだけ小さい値（例えば５ｋｍ／ｈ未満）に設定することができる。車両の速度が所定値以下になったことが検出された場合は（ステップＳ３０４、はい）、ステップＳ２０５に処理が進み、車両の速度が所定値以下になったことが検出されない場合は（ステップＳ３０４、いいえ）、ステップＳ２０７に処理が進む。

ステップＳ２０５では、ＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へのバックアップ給電状態が第２のモードに制御される。この第１の電力供給源３００の異常発生後の車速の低下時に第２のモードとする理由は、上述した車両の衝突時と同様に、車両の速度が極端に低くなった又は車両が停車した状況ではドライバーによるブレーキ操作が発生する確率が低く脱出のために車両ドアの解錠操作を優先すべきだからである。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係る電源制御装置１００では、第１の電力供給源３００（メイン電源）をバックアップする第２の電力供給源１１０（冗長電源）からＳＢＷシステム２１０、ドアアンロックシステム２２０、及びブレーキシステム２３０へ電力供給を行う際、車両の衝突の判断又は車速の低下の判断に基づいて、ドアアンロックＡＣＴ２２１及びブレーキＡＣＴ２３１のいずれか一方のみをバックアップ給電しない状態に制御する。

この制御によって、ドライバーからブレーキ操作とドアアンロック操作とが同時に指示された場合であっても、ブレーキ操作又はドアアンロック操作のどちらかだけが受け付けられる。よって、ブレーキ操作の実行による突入電流とドアアンロック操作の実行による突入電流とが重なって、第２の電力供給源１１０から放電されてしまうことがなくなる。従って、第２の電力供給源１１０の出力電圧が瞬間的に大きく低下してしまうことを抑制でき、第２の電力供給源１１０からのバックアップ給電の動作に支障が生じること（制御マイコンのリセットなど）を回避することができる。

また、第２の電力供給源１１０であるキャパシタなどの容量を増大させる必要がないため、電源制御装置１００のコストアップや重量アップ、サイズアップを防止することができる。また、第２の電力供給源１１０の出力電圧を予め高く設定して電圧低下に備えると行った対策も必要なくなり、キャパシタなどの寿命の劣化を抑制することができる。

以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、電源制御装置だけでなく、電源制御装置が行う方法、その方法のプログラム、そのプログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的記憶媒体、電源制御装置を備えた車両などとして捉えることが可能である。

本開示の電源制御装置は、ＳＢＷ／ドアアンロック／ブレーキといった複数のシステム（負荷）にバックアップ電力を供給するための蓄電部を有する車両用のバックアップ統合型電源として利用可能である。

１００ 電源制御装置
１１０ 第２の電力供給源
１２０ 充放電回路
１３０ 検出部
１４０ 切り替え部
１５０ 制御部
１６１～１６５ リレー
２１０ ＳＢＷシステム
２１１ ＳＢＷ＿ＡＣＴ
２１２ ＳＢＷ＿ＥＣＵ
２２０ ドアアンロックシステム
２２１ ドアアンロックＡＣＴ
２２２ ドアアンロックＥＣＵ
２３０ ブレーキシステム
２３１ ブレーキＡＣＴ
２３２ ブレーキＥＣＵ
３００ 第１の電力供給源

Claims (6)

1. 第１の電力供給源のバックアップ用に設けられた第２の電力供給源から複数の負荷への電力供給を制御する車両用の電源制御装置であって、
   前記第２の電力供給源の電力を第１の負荷に供給して第２の負荷に供給しない第１のモードと、前記第２の電力供給源の電力を前記第２の負荷に供給して前記第１の負荷に供給しない第２のモードとを、切り替える切り替え部と、
   車両の状態に基づいて前記切り替え部のモード切り替えを制御する制御部と、
   前記第１の電力供給源の異常を検出する第１の検出部と、
   前記車両の状態として前記車両の衝突の発生を検出する第２の検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の電力供給源の異常が検出された場合、前記切り替え部を前記第１のモードに切り替え、前記第１の電力供給源の異常が検出されて前記第１のモードで給電中に前記車両の衝突が検出された場合、前記切り替え部を前記第２のモードに切り替える、電源制御装置。
2. 前記車両の状態として前記車両の速度を検出する第２の検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１の電力供給源の異常が検出されて前記第１のモードで給電中に前記車両の速度が所定値以下になったことが検出された場合、前記切り替え部を前記第２のモードに切り替える、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記切り替え部は、前記第２の電力供給源と前記第１の負荷との間に挿入される第１のリレーと、前記第２の電力供給源と前記第２の負荷との間に挿入される第２のリレーと、を含み、
   前記制御部は、前記第１のリレー及び前記第２のリレーの導通／遮断を制御する、請求項１に記載の電源制御装置。
4. 前記第１の負荷がブレーキアクチュエーターであり、前記第２の負荷がドアアンロックアクチュエーターである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源制御装置。
5. 第１の電力供給源のバックアップ用に設けられた第２の電力供給源から複数の負荷への電力供給を制御する車両用の電源制御装置が実行する制御方法であって、
   前記第１の電力供給源の異常を検出するステップと、
   前記車両の状態として前記車両の衝突の発生を検出するステップと、
   前記第１の電力供給源の異常が検出された場合、前記第２の電力供給源の電力を第１の負荷に供給して第２の負荷に供給しない第１のモードに切り替えるステップと、
   前記第１の電力供給源の異常が検出されて前記第１のモードで給電中に車両の衝突が検出された場合、前記第１のモードから、前記第２の電力供給源の電力を前記第２の負荷に供給して前記第１の負荷に供給しない第２のモードに切り替えるステップと、を含む、制御方法。
6. 第１の電力供給源のバックアップ用に設けられた第２の電力供給源から複数の負荷への電力供給を制御する車両用の電源制御装置のコンピューターに実行させる制御プログラムであって、
   前記第１の電力供給源の異常を検出するステップと、
   前記車両の状態として前記車両の衝突の発生を検出するステップと、
   前記第１の電力供給源の異常が検出された場合、前記第２の電力供給源の電力を第１の負荷に供給して第２の負荷に供給しない第１のモードに切り替えるステップと、
   前記第１の電力供給源の異常が検出されて前記第１のモードで給電中に車両の衝突が検出された場合、前記第１のモードから、前記第２の電力供給源の電力を前記第２の負荷に供給して前記第１の負荷に供給しない第２のモードに切り替えるステップと、を含む、制御プログラム。