JP2019221038A

JP2019221038A - 電源装置

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Publication number: JP2019221038A
Application number: JP2018115548A
Authority: JP
Inventors: 鎌田　誠二; Seiji Kamata; 誠二鎌田
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-18
Also published as: JP7064395B2

Abstract

【課題】高電圧バッテリ及び低電圧バッテリのいずれか一方に異常が生じた場合でも、電気負荷の動作を停止させずに、当該電気負荷を動作させる。【解決手段】高電圧バッテリからの電力及び低電圧バッテリからの電力のそれぞれの電力を前記車両に搭載された複数の電気負荷に配分可能な電源配分装置を備え、前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリ及び前記低電圧バッテリのいずれか一方のバッテリに異常が発生した場合には、他方のバッテリからの電力を前記各電気負荷に配分することを特徴とする、電源装置を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関する。

下記特許文献１には、補機用の低電圧バッテリと、車両に搭載された走行用モータを駆動させるための高電圧バッテリを備え、高電圧バッテリから出力される電力を降圧して複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit））に供給する車両用の電源装置が開示されている。

特開２０１１−１９４９６４号公報

しかしながら、上記電源装置において、高電圧バッテリ又は低電圧バッテリに異常が生じた場合には、補機類やＥＣＵ等の電気負荷に電力を供給することができず、電気負荷の動作が停止してしまう。その結果、車両システム全体が停止してしまう虞がある。

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、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリのいずれか一方に異常が生じた場合でも、電気負荷の動作を停止させないことである。

本発明の一態様は、車両に搭載された走行用モータを駆動させるための高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリからの電力により充電される低電圧バッテリと、を備える電源装置であって、前記高電圧バッテリからの電力及び前記低電圧バッテリからの電力のそれぞれの電力を前記車両に搭載された複数の電気負荷に配分可能な電源配分装置を備え、前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリ及び前記低電圧バッテリのいずれか一方のバッテリに異常が発生した場合には、他方のバッテリからの電力を前記各電気負荷に配分することを特徴とする、電源装置である。

本発明の一態様は、上述の電源装置であって、前記低電圧バッテリからの電力を前記電源配分装置に供給する第１のモードと、前記高電圧バッテリからの電力を前記電源配分装置に供給する第２のモードと、を備え、前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリに異常が発生した場合には、前記第１のモードに切り替え、前記低電圧バッテリに異常が発生した場合には、前記第２のモードに切り替える。

本発明の一態様は、上述の電源装置であって、前記高電圧バッテリの電力を降圧して前記低電圧バッテリに供給することで、当該低電圧バッテリを充電する降圧コンバータを備え、前記電源配分装置は、前記第２のモードにおいて、前記降圧コンバータにより降圧された前記高電圧バッテリの電力を前記各電気負荷に配分する。

本発明の一態様は、上述の電源装置であって、前記複数の電気負荷は、動作電圧が異なる複数の電気負荷を含み、前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリからの電力及び前記低電圧バッテリからの電力のそれぞれの電力から、前記各動作電圧に対応する前記電気負荷の動作電源をそれぞれ生成する。

以上説明したように、本発明によれば、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリのいずれか一方に異常が生じた場合でも、電気負荷の動作を停止させずに、当該電気負荷を動作させることができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置３を備えた車両システムＡの概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る電源装置３の動作（第１のモードから第２のモードへの切り替え）のフロー図である。本発明の一実施形態に係る電源装置３の動作（第２のモードから第１のモードへの切り替え）のフロー図である。本発明の一実施形態に係る電源装置３を備えた車両システムＡの概略構成の変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電源装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置３を備えた車両システムＡの概略構成の一例を示す図である。車両システムＡは、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載され、当該車両の走行を制御するとともに、当該車両に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）や補機類等の電気負荷１へ電力供給を行う。
以下に、本発明の一実施形態に係る車両システムＡの概略構成について説明する。

図１に示すように、車両システムＡは、複数の電気負荷１、走行用モータ２、及び電源装置３を備える。

複数の電気負荷１は、電源装置３から供給される電力によって動作する電気負荷であって、走行用モータ２を駆動させるために走行用モータに印加する電圧よりも低い電圧で動作する。複数の電気負荷１は、例えば、車両に搭載されているＥＣＵや補機類である。この補機類とは、例えば、パワーステアリング装置や投光装置等である。

また、この複数の電気負荷１には、動作電圧が異なる複数の電気負荷を含む。本実施形態では、動作電圧が４８Ｖである電気負荷１を「第１の電気負荷１ａ」、動作電圧が１４Ｖである電気負荷１を「第２の電気負荷１ｂ」、動作電圧が５Ｖである電気負荷１を「第３の電気負荷１ｃ」と称する。

走行用モータ２は、車両が走行するための駆動源であり、電源装置３から供給される電力により回転駆動する。

電源装置３は、複数の電気負荷１及び走行用モータ２に電力を供給する装置である。
以下に、本発明の一実施形態に係る電源装置３の概略構成について、説明する。

電源装置３は、高電圧バッテリ４、昇圧コンバータ５、インバータ６、降圧コンバータ７、低電圧バッテリ８、スイッチ９及び電源配分装置１０を備える。

高電圧バッテリ４は、主に走行用モータ２に電力を供給するためのバッテリである。したがって、走行用モータ２は、高電圧バッテリ４からの電力により駆動する。例えば、高電圧バッテリ４のバッテリ電圧ＶｂＨは、数百Ｖなどの高い直流電圧である。
また、高電圧バッテリ４の電力は、複数の電気負荷１を動作させるために用いられる。

昇圧コンバータ５は、高電圧バッテリ４から出力される電力を昇圧してインバータ６に出力する。

インバータ６は、昇圧コンバータにより昇圧された高電圧バッテリ４の電力を交流に変換して走行用モータ２に供給する。したがって、走行用モータ２は、インバータ６から供給される交流電力に基づいて回転駆動する。これにより、この回転力が車両の車輪に伝達され、車両は走行することができる。

降圧コンバータ７は、電源配分装置１０からの制御により、高電圧バッテリ４の電力を降圧して低電圧バッテリ８及び電源配分装置１０に供給する。例えば、降圧コンバータ７は、高電圧バッテリ４のバッテリ電圧ＶｂＨを１４Ｖの直流電圧Ｖｒに降圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。

低電圧バッテリ８は、高電圧バッテリ４からの電力により充電される。本実施形態では、低電圧バッテリ８は、降圧コンバータの出力に接続され、その降圧コンバータ７より降圧された高電圧バッテリの電力により充電される。さらに、低電圧バッテリ８は、電源配分装置１０に接続されており、低電圧バッテリ８の電力を電源配分装置１０に供給することができる。

低電圧バッテリ８のバッテリ電圧ＶｂＬは、バッテリ電圧ＶｂＨよりも低い電圧であって、例えば、１２Ｖである。この低電圧バッテリ８の電力は、複数の電気負荷１を動作させるために用いられる。

本実施形態では、低電圧バッテリ８のプラス端子と、降圧コンバータ７の出力とが電力ラインＬ１で接続されており、この電力ラインＬ１を介して降圧コンバータ７から供給される高電圧バッテリ４の電力により低電圧バッテリ８が充電される。
電源ラインＬ２は、電源ラインＬ１の途中（接続点ｎ）から分岐して電源配分装置１０の入力に接続されている。したがって、この電源ラインＬ２を介して低電圧バッテリ８の電力や降圧コンバータ７により降圧された高電圧バッテリ４の電力が電源配分装置１０に供給される。

スイッチ９は、電力ラインＬ１において、接続点ｎと低電圧バッテリ８との間に設けられている。このスイッチ９のオン状態又はオフ状態は、電源配分装置１０により制御される。

電源配分装置１０は、高電圧バッテリ４からの電力及び低電圧バッテリ８からの電力のそれぞれの電力を複数の電気負荷１に配分可能である。そして、電源配分装置１０は、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８のいずれか一方のバッテリに異常が発生した場合には、他方のバッテリからの電力を各電気負荷１に配分する。ここで、バッテリの異常とは、バッテリ電圧が所定値未満に低下した場合や、バッテリのＳＯＣ（State Of Charge）が所定範囲外となった場合、バッテリの消失、バッテリ電圧やＳＯＣの急激に変化した場合等である。

以下に、本実施形態に係る電源配分装置１０の概略構成について、説明する。
電源配分装置１０は、スイッチング電源１１ａ、スイッチング電源１１ｂ、及びスイッチング電源１１ｃ、及び制御部１２を備える。

スイッチング電源１１ａは、電源ラインＬ２に接続されており、電源ラインＬ２から得られる電力から、第１の電気負荷１ａの動作電源Ｂａを生成して、第１の電気負荷１ａに供給する。この動作電源Ｂａは、第１の電気負荷１ａの動作電圧に対応する電源である。

例えば、スイッチング電源１１ａに対して電源ラインＬ２を介して低電圧バッテリ８からの電力が供給されている場合には、低電圧バッテリ８からスイッチング電源１１ａにバッテリ電圧ＶｂＬが入力されている。したがって、スイッチング電源１１ａは、バッテリ電圧ＶｂＬを昇圧して第１の電気負荷１ａの動作電圧に相当する電圧（４８Ｖ）を生成して各第１の電気負荷１ａに供給する。

また、スイッチング電源１１ａに対して電源ラインＬ２を介して降圧コンバータ７からの電力が供給されている場合には、降圧コンバータ７からスイッチング電源１１ａに直流電圧Ｖｒが入力されている。したがって、スイッチング電源１１ａは、直流電圧Ｖｒを昇圧して第１の電気負荷１ａの動作電圧に相当する電圧（４８Ｖ）を生成して各第１の電気負荷１ａに供給する。

スイッチング電源１１ｂは、電源ラインＬ２に接続されており、電源ラインＬ２から得られる電力から、第２の電気負荷１ｂの動作電源Ｂｂを生成して、第２の電気負荷１ｂに供給する。この動作電源Ｂｂは、第２の電気負荷１ｂの動作電圧に対応する電源である。

例えば、スイッチング電源１１ｂに対して電源ラインＬ２を介して低電圧バッテリ８からの電力が供給されている場合には、スイッチング電源１１ｂは、バッテリ電圧ＶｂＬを昇圧して第２の電気負荷１ｂの動作電圧に相当する電圧（１４Ｖ）を生成して各第２の電気負荷１ｂに供給する。

また、スイッチング電源１１ｂに対して電源ラインＬ２を介して降圧コンバータ７からの電力が供給されている場合には、スイッチング電源１１ｂは、直流電圧Ｖｒを昇圧又は降圧して第２の電気負荷１ｂの動作電圧に相当する電圧（１４Ｖ）を生成して各第２の電気負荷１ｂに供給する。

スイッチング電源１１ｃは、電源ラインＬ２に接続されており、電源ラインＬ２から得られる電力から、第３の電気負荷１ｃの動作電源Ｂｃを生成して、第３の電気負荷１ｃに供給する。この動作電源Ｂｃは、第３の電気負荷１ｃの動作電圧に対応する電源である。

例えば、スイッチング電源１１ｃに対して電源ラインＬ２を介して低電圧バッテリ８からの電力が供給されている場合には、スイッチング電源１１ｃは、バッテリ電圧ＶｂＬを降圧して第３の電気負荷１ｃの動作電圧に相当する電圧（５Ｖ）を生成して各第３の電気負荷１ｃに供給する。

また、スイッチング電源１１ｃに対して電源ラインＬ２を介して降圧コンバータ７からの電力が供給されている場合には、スイッチング電源１１ｃは、直流電圧Ｖｒを降圧して第３の電気負荷１ｃの動作電圧に相当する電圧（５Ｖ）を生成して各第３の電気負荷１ｃに供給する。

このように、電源配分装置１０には、第１の電気負荷１ａ、第２の電気負荷１ｂ、及び第３の電気負荷１ｃのそれぞれに対応した電源を生成するために複数のスイッチング電源１１ａ〜１１ｃが設けられている。

制御部１２は、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８のいずれか一方のバッテリに異常が発生したか否かを判定する。そして、制御部１２は、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８のいずれか一方のバッテリに異常が発生した場合には、他方のバッテリからの電力を電源配分装置１０に供給させる。

ここで、制御部１２は、低電圧バッテリ８からの電力を電源配分装置１０に供給する第１のモードと、高電圧バッテリ４からの電力を電源配分装置１０に供給する第２のモードと、を切り替えることができる。
より具体的には、第１のモードでは、制御部１２は、低電圧バッテリ８が充電されている状態において、降圧コンバータ７の駆動を停止させて、スイッチ９をオン状態に制御することで電源配分装置１０へ低電圧バッテリ８の電力を供給する。一方、第２のモードでは、制御部１２は、降圧コンバータ７を駆動させて、スイッチ９をオフ状態に制御することで、電源配分装置１０へ高電圧バッテリ４の電力を供給する。

さらに、制御部１２は、スイッチ９をオン状態に制御することで、高電圧バッテリ４の電力を低電圧バッテリ８に供給させ、低電圧バッテリ８を充電させることができる。

以下に、本発明の実施形態に係る電源装置３の動作について、図２及び図３を用いて説明する。

まず、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８の双方に異常がない場合に第１のモードで電源配分装置１０に電力を供給している場合を例として、図２を用いて説明する。

電源配分装置１０は、低電圧バッテリ８のバッテリ電圧ＶｂＬが第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＬが第１閾値以上である場合には、低電圧バッテリ８には異常が発生していないとして、第１のモードによる電力供給を継続する（ステップＳ１０２）。一方、電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＬが第１閾値未満である場合には、低電圧バッテリ８に異常が発生していると判定する。この場合には、電源配分装置１０は、第２のモードに切り替えために、高電圧バッテリ４の異常の有無を判定する。

具体的には、電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＨが第２閾値以上である否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＨが第２閾値以上であると判定した場合には、高電圧バッテリ４には異常が発生していないとして、第１のモードから第２のモードに切り替える（ステップＳ１０４）。これにより、電源配分装置１０は、降圧コンバータ７から供給された高電圧バッテリ４の電力から動作電源Ｂａ〜Ｂｃを生成する。したがって、低電圧バッテリ８に異常が発生して使用不能になった場合であっても、電気負荷１の動作を停止させずに、電気負荷１を動作させることができる。なお、バッテリ電圧ＶｂＨが第２閾値未満である場合、すなわち、高電圧バッテリ４に異常が発生した場合には、電源配分装置１０は、降圧コンバータ７の駆動を停止するとともに、スイッチ９をオフ状態に制御することで、電気負荷１への電力供給を停止する（ステップＳ１０５）。

次に、別の例として、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８の双方に異常がない場合に第２のモードで電源配分装置１０に電力を供給している場合について、図３を参照して、説明する。

電源配分装置１０は、高電圧バッテリ４のバッテリ電圧ＶｂＨが第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＨが第２閾値以上である場合には、高電圧バッテリ４には異常が発生していないとして、第２のモードによる電力供給を継続する（ステップＳ２０２）。一方、電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＨが第２閾値未満である場合には、高電圧バッテリ４に異常が発生していると判定する。この場合には、電源配分装置１０は、第１のモードに切り替えために、低電圧バッテリ８の異常の有無を判定する。

具体的には、電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＬが第１閾値以上である否かを判定する（ステップＳ２０３）。そして、電源配分装置１０は、バッテリ電圧ＶｂＬが第１閾値以上であると判定した場合には、低電圧バッテリ８には異常が発生していないとして、第２のモードから第１のモードに切り替える（ステップＳ２０４）。これにより、電源配分装置１０は、低電圧バッテリ８の電力から動作電源Ｂａ〜Ｂｃを生成する。したがって、高電圧バッテリ４に異常が発生して使用不能になった場合であっても、電気負荷１の動作を停止させずに、電気負荷１を動作させることができる。なお、バッテリ電圧ＶｂＬが第１閾値未満である場合、すなわち、低電圧バッテリ８に異常が発生した場合には、電源配分装置１０は、降圧コンバータ７の駆動を停止するとともに、スイッチ９をオフ状態に制御することで、電気負荷１への電力供給を停止する（ステップＳ２０５）。

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。

（変形例１）
上記実施形態では、第１のモード及び第２のモードの双方において、電源ラインＬ２を介して電源配分装置１０に電力を供給したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第１のモードにおいて低電圧バッテリ８の電力を電源配分装置１０に供給する経路と、第２のモードにおいて高電圧バッテリ４の電力を電源配分装置１０に供給する経路とを異なるように構成してもよい。例えば、図３に示すように、電源装置３は、低電圧バッテリ８及びスイッチ９の間と、電源配分装置１０とを接続する電源ラインＬ３を備えてもよい。これにより、電源配分装置１０は、第１のモードにおいて、降圧コンバータ７を停止させることで電源ラインＬ３を介して低電圧バッテリ８の電力を電源配分装置１０に供給し、第２のモードにおいて、降圧コンバータ７を駆動させてスイッチ９をオフ状態に制御することで電源ラインＬ２を介して高電圧バッテリ４の電力を電源配分装置１０に供給してもよい。

（変形例２）
電源配分装置１０は、高電圧バッテリ４に異常が発生したとして第１のモードに切り替えて低電圧バッテリ８の電力で電気負荷１を駆動する場合には、安全面を考慮して、ＥＣＵやハザードランプを優先的に電力供給してもよい。すなわち、電源配分装置１０は、第１のモードにおいて、エアコンやワイパ装置等の安全上必ずしも駆動することが必要でない補機への電力供給を停止してもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る電源装置３は、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８のいずれか一方のバッテリに異常が発生した場合には、他方のバッテリからの電力を各電気負荷１に配分する。

このような構成によれば、高電圧バッテリ４及び低電圧バッテリ８のいずれか一方に異常が生じた場合でも、電気負荷１の動作を停止させずに、電気負荷１を動作させることができる。これにより、車両システム全体が停止することを防止することができる。

Ａ車両システム
１電気負荷
２走行用モータ
３電源装置
４高電圧バッテリ
５昇圧コンバータ
６インバータ
７降圧コンバータ
８低電圧バッテリ
９スイッチ
１０電源配分装置

Claims

車両に搭載された走行用モータを駆動させるための高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリからの電力により充電される低電圧バッテリと、を備える電源装置であって、
前記高電圧バッテリからの電力及び前記低電圧バッテリからの電力のそれぞれの電力を前記車両に搭載された複数の電気負荷に配分可能な電源配分装置を備え、
前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリ及び前記低電圧バッテリのいずれか一方のバッテリに異常が発生した場合には、他方のバッテリからの電力を前記各電気負荷に配分することを特徴とする、電源装置。
前記低電圧バッテリからの電力を前記電源配分装置に供給する第１のモードと、
前記高電圧バッテリからの電力を前記電源配分装置に供給する第２のモードと、
を備え、
前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリに異常が発生した場合には、前記第１のモードに切り替え、前記低電圧バッテリに異常が発生した場合には、前記第２のモードに切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
前記高電圧バッテリの電力を降圧して前記低電圧バッテリに供給することで、当該低電圧バッテリを充電する降圧コンバータを備え、
前記電源配分装置は、前記第２のモードにおいて、前記降圧コンバータにより降圧された前記高電圧バッテリの電力を前記各電気負荷に配分することを特徴とする、請求項２に記載の電源装置。
前記複数の電気負荷は、動作電圧が異なる複数の電気負荷を含み、
前記電源配分装置は、前記高電圧バッテリからの電力及び前記低電圧バッテリからの電力のそれぞれの電力から、前記各動作電圧に対応する前記電気負荷の動作電源をそれぞれ生成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。