JP7375365B2 - 車両用電源装置の制御方法、及び車両用電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両用電源装置の制御方法、及び車両用電源装置に関する。
近年、モータを駆動源とする電気自動車の普及が進んでいる。このような車両には、モータに電力を供給するリチウムイオン電池等の駆動用電源が搭載されている。駆動用電源が出力した直流電力は、インバータ等の車載機器に供給され、交流電力に変換された後にモータに供給される。電気自動車には、駆動用電源の他にも、インバータ等を制御する制御装置や、当該制御装置に電力を供給する補機用電源も搭載されている。
車両の走行に必要な大きなトルクをモータで発生させるため、駆動用電源は高電圧の直流電力を出力する。この電力は、車載機器の回路のコンデンサ等に電荷として蓄えられる。車両が障害物（例えば、他車両や路上の構造物等）と衝突する事故が発生した際の安全性を高めるために、法規では、車両の衝突から所定時間内に、所定の車載機器の電圧を所定値以下となるまで低下させることが義務付けられている。そのような放電の方法として、インバータを動作させて車載機器からモータに電荷を供給し、モータにおいて電気エネルギを熱エネルギに変換するものが知られている。また、法規は、車両の衝突時に、乗員の脱出を可能にするため、車両のドアを速やかに解錠することも義務付けている。
スペースの制約から、上述した補機用電源は、車両前部のモータルームに設けられることが多い。車両が正面衝突した場合等でも、インバータを制御する制御装置や、車両のドアロックを制御する制御装置に電力をより安定的に供給する手段として、補機用電源の他に、バックアップ用電源を車両に搭載することが考えられる。
特許文献１は、車両のドアの解錠装置をしている。当該装置は、主電源から独立しているバックアップ用電源（予備電源）を備えており、このバックアップ用電源から、ドアロックを制御する制御装置に電力を供給する。この構成によれば、主電源から電力を供給できなくなった場合でも、バックアップ用電源から制御装置に電力を供給し、ドアの解錠を行うことが可能になる。
上述した法規に確実に対応するため、ドアの解錠のみならず、車載機器の放電も、バックアップ用電源から供給する電力を用いて行うことが考えられる。しかしながら、車両の衝突後、短時間に大きな電力を出力可能なバックアップ用電源を用いようとすると、当該バックアップ用電源が大型化するという課題があった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、バックアップ用電源から供給される電力を用いてドアの解錠及び車載機器の放電を確実に行うことができる車両用電源装置の制御方法、及び車両用電源装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明は、車両用電源装置の制御方法であって、車両用電源装置は、車両の駆動力を発生させるモータに電力を供給する駆動用電源と、モータへの電力の供給を制御するモータ制御装置、及び、車両のドアの施錠及び解錠を行うドアロックへの電力の供給を制御するドアロック制御装置に、電力を供給する補機用電源と、駆動用電源及び補機用電源と別体で設けられ、電力を供給するバックアップ用電源と、を備えており、制御方法は、車両が障害物と衝突したか否かを判定する衝突判定ステップと、衝突判定ステップにおいて車両が障害物と衝突したと判定された場合に、バックアップ用電源から供給される電力を用いてモータ制御装置を動作させ、車両が障害物と衝突する前に駆動用電源から電力の供給を受けていた車載機器が蓄えている電荷をモータに供給させることによって車載機器を放電させる放電ステップと、放電ステップが終了した後に、バックアップ用電源から供給される電力を用いてドアロック制御装置を動作させ、ドアの解錠を行う解錠ステップと、を有する、ことを特徴とする。
この構成によれば、車両が障害物と衝突した場合、まず、放電ステップにより、バックアップ用電源から供給される電力を用いて車載機器を放電させる。そして、放電ステップが終了した後に、解錠ステップにより、バックアップ用電源から供給される電力を用いてドアの解錠を行う。このように、電圧降下が顕著に生じる開始タイミングを異ならせることにより、モータ制御装置及びドアロック制御装置のそれぞれの動作に十分な電力を供給し、車載機器の放電及び車両のドアの解錠を行うことができる。
上述した目的を達成するために、本発明の他の形態は、車両用電源装置であって、車両の駆動力を発生させるモータへの電力の供給を制御するモータ制御装置と、車両のドアの施錠及び解錠を行うドアロックへの電力の供給を制御するドアロック制御装置と、モータに電力を供給する駆動用電源と、モータ制御装置及びドアロック制御装置に電力を供給する補機用電源と、駆動用電源及び補機用電源と別体で設けられ、電力を供給するバックアップ用電源と、車両が障害物と衝突したか否かを判定する衝突判定装置と、を備え、衝突判定装置が、車両が障害物と衝突したと判定した場合に、モータ制御装置は、バックアップ用電源から供給される電力を用いて動作し、車両が障害物と衝突する前に駆動用電源から電力の供給を受けていた車載機器が蓄えている電荷をモータに供給させることによって車載機器を放電させる放電制御を実行し、ドアロック制御装置は、放電制御の実行終了後に、バックアップ用電源から供給される電力を用いて動作し、ドアの解錠を行う解錠制御を実行する、ことを特徴とする。
この形態でも、電圧降下が顕著に生じる開始タイミングを異ならせることにより、モータ制御装置及びドアロック制御装置のそれぞれの動作に十分な電力を供給し、車載機器の放電及び車両のドアの解錠を行うことができる。
本発明によれば、バックアップ用電源から供給される電力を用いてドアの解錠及び車載機器の放電を確実に行うことができる車両用電源装置の制御方法、及び車両用電源装置を提供することを目的とする。
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る車両用電源装置２について説明する。まず、図１を参照して、車両用電源装置２を搭載した車両１について説明する。図１は、車両用電源装置２を搭載した車両１のレイアウト図であり、車両１の前部を示している。
車両１の不図示の運転席及び助手席の前方には、モータルーム１１が形成されている。モータルーム１１には、モータ１２及びインバータ１３が配置されている。モータ１２は、交流電力の供給を受けてトルクを発生させ、車両１の前輪１０を回転させる回転電機である。インバータ１３は、複数のコンデンサやスイッチング素子を有する電子機器である。インバータ１３は、スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることによって直流電力を三相の交流電力に変換し、モータ１２に供給する。また、モータルームには、後述する駆動用電源２１から供給される電力を変圧する不図示のコンバータ等の機器も配置されている。
また、車両１は、運転席側のドア１４ｄ、助手席側のドア１４ｐと、それぞれの施錠及び解錠を行うドアロック１５ｄ，１５ｐを備えている。ドアロック１５ｄ，１５ｐは、不図示のアクチュエータを有している。当該アクチュエータが、受信する施錠信号と解錠信号に基づいて動作することにより、ドア１４ｄ，１４ｐの施錠及び解錠が行われる。
車両用電源装置２は、このような構成を備えている車両１に搭載され、車載機器に対し、その動作に必要な電力を供給する。車両用電源装置２は、駆動用電源２１及び補機用電源２２を備えている。
駆動用電源２１は、電力を蓄えるリチウムイオン電池である。駆動用電源２１は、車両前後方向及び車両幅方向において車両１の略中央部に配置されており、車両１の運転席及び助手席の下方から、後部座席の下方まで延びている。車両１の後部側面には不図示の充電口が設けられており、駆動用電源２１は、車両１の外部からこの充電口を介して供給される電力を蓄えることができる。駆動用電源２１は、ハーネス２１ａを介して、高電圧の直流電力をインバータ１３に出力できるように構成されている。
補機用電源２２は、１２Ｖの直流電力を出力可能な鉛蓄電池である。補機用電源２２は、モータルーム１１に配置されている。補機用電源２２は、不図示の発電機が発生させた電力の供給を受け、該電力を蓄えることができるように構成されている。
さらに、車両用電源装置２は、モータ制御装置２３、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐ、衝突判定装置２５、及び加速度センサ２６を備えている。これらの車載機器は、車両１に搭載された不図示のＣＡＮ（Controller Area Network）を介して、所定のプロトロコルを用いて互いに通信可能に構成されている。
モータ制御装置２３は、モータ１２への電力の供給を制御する電子制御装置である。モータ制御装置２３は、モータルーム１１に配置されている。詳細には、モータ制御装置２３は、インバータ１３に制御信号を送信してインバータ１３からモータ１２に供給する電力を制御し、これにより、モータ１２の動作を制御する。
ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、それぞれ、ドアロック１５ｄ，１５ｐを制御する電子制御装置である。ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ドア１４ｄ，１４ｐの近傍に配置されている。ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ドアロック１５ｄ，１５ｐに施錠信号及び解錠信号を送信することにより、ドアロック１５ｄ，１５ｐのアクチュエータを動作させ、ドア１４ｄ，１４ｐの施錠及び解錠を行う。つまり、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、各アクチュエータが動作するのに十分な電力を、施錠信号及び解錠信号として、ドアロック１５ｄ，１５ｐに供給する。ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、それぞれ、ドアロック１５ｄ，１５ｐとユニット化されていてもよい。
衝突判定装置２５は、車両１が障害物（例えば、他車両や路上の構造物等）と衝突したか否かを判定する電子機器である。衝突判定装置２５は、モータルーム１１に配置されている。衝突判定装置２５は、車両１の加速度を検出する加速度センサ２６から信号を受信し、当該信号に基づいて、車両１が障害物と衝突したか否かを判定する。詳細には、衝突判定装置２５は、加速度センサ２６から受信する信号に基づく値を積分し、所定期間における積分値が閾値を超えた場合に、車両１が障害物と衝突したと判定する。衝突判定装置２５は、車両１が障害物と衝突したと判定した場合、モータ制御装置２３、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐや、不図示のエアバッグ装置に衝突信号を送信する。
さらに、車両用電源装置２は、バックアップ用電源２７を備えている。バックアップ用電源２７は、電力を蓄えることができるキャパシタである。バックアップ用電源２７は、駆動用電源２１及び補機用電源２２と別体で設けられ、助手席の下方に配置されている。バックアップ用電源２７の容量は、駆動用電源２１や補機用電源２２の容量よりも小さい。
図１は、補機用電源２２の電力供給経路を、補機用電源２２から延びる実線の矢印として示している。補機用電源２２は、インバータ１３、モータ制御装置２３、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐ、及び衝突判定装置２５に電力を供給することができる。
また、図１は、バックアップ用電源２７の電力供給経路を、バックアップ用電源２７から延びる破線の矢印として示している。バックアップ用電源２７は、インバータ１３、モータ制御装置２３、及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐに電力を供給することができる。
車両１が障害物と衝突することなく、正常に動作している場合、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、補機用電源２２から供給される電力を用いて動作することができる。モータ制御装置２３は、インバータ１３を制御することによってモータ１２の動作を制御し、モータ１２に走行用のトルクを発生させる。また、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、乗員の要求等に応じて、ドア１４ｄ，１４ｐの施錠及び解錠を行う。このとき、補機用電源２２は、単独で、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐの動作に十分な電力を出力する。つまり、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、バックアップ用電源２７から電力の供給を受けることなく、補機用電源２２から供給される電力のみを用いて動作することができる。
これに対し、車両１が障害物と衝突し、補機用電源２２やその電力供給経路が損傷し、補機用電源２２からモータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐに電力を供給できない場合、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて動作することができる。つまり、バックアップ用電源２７は、単独で、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐの動作に十分な電力を出力する。
次に、図２を参照しながら、車両１が障害物と衝突した場合のモータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐの動作について説明する。図２は、バックアップ用電源２７からモータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐに流れる電流を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１に、車両１が障害物と衝突したと衝突判定装置２５が判定すると、衝突判定装置２５は、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐに衝突信号を送信する。そして、まず、当該衝突信号を受信したモータ制御装置２３が、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて、動作を開始する。このとき、バックアップ用電源２７からモータ制御装置２３に電流Ｉ1が流れる。
バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて動作するモータ制御装置２３は、インバータ１３を制御して、インバータ１３等の車載機器のコンデンサ等に蓄えられていた電荷をモータ１２に供給させる。詳細には、モータ制御装置２３は、インバータ１３のスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを適宜切り替え、トルクを発生させない電流（「ｄ軸電流」と称される。）がモータ１２に流れるように、車載機器からモータ１２に電荷を供給させる。この結果、モータ１２において電気エネルギが熱エネルギに変換され、車載機器の放電が行われる。
時刻ｔ1から時間ｔaが経過した時刻ｔ2に、モータ制御装置２３は、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いた動作を停止する。時間ｔaは、車載機器を放電させるのに十分な時間（例えば、５秒）に設定されている。
時刻ｔ2から時間ｔbが経過した時刻ｔ3に、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて、動作を開始する。このとき、バックアップ用電源２７からドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐのそれぞれに、電流Ｉ2が流れる。電流Ｉ2は、前述した電流Ｉ1よりも大きい。
バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて動作するドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ドアロック１５ｄ，１５ｐに解錠信号を送信し、それぞれのアクチュエータを動作させる。この結果、ドア１４ｄ，１４ｐの解錠が行われる。
解錠信号の送信を終えた時刻ｔ4に、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いた動作を停止する。車載機器が放電し、ドア１４ｄ，１４ｐが解錠されたことにより、乗員は、ドア１４ｄ，１４ｐを介して安全に脱出することができる。
次に、図３を参照しながら、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが実行する処理について説明する。図３は、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが実行する処理を示すフローチャートである。当該処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１では、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが、衝突判定装置２５から衝突信号を受信したか否かを判定する。衝突信号を受信していないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いることなく、処理を終了する。これに対し、衝突信号を受信したと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ステップＳ２に進む。ステップＳ１は、本発明に係る「衝突判定ステップ」に相当する。
ステップＳ２では、モータ制御装置２３が、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて、動作を開始する。そして、モータ制御装置２３は、ステップＳ３で、放電制御を実行する。つまり、モータ制御装置２３は、インバータ１３等の車載機器のコンデンサ等に蓄えられていた電荷をモータ１２に供給させ、車載機器を放電させる。ステップＳ３は、本発明に係る「放電ステップ」に相当する。
ステップＳ４では、モータ制御装置２３が、モータ制御装置２３の動作開始から時間ｔaが経過したか否かを判定する。時間ｔaが経過したと判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、モータ制御装置２３は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、モータ制御装置２３が、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いた動作を停止する。これにより、モータ制御装置２３は、放電制御の実行を終了する。
ステップＳ６では、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、モータ制御装置２３がバックアップ用電源２７から供給される電力を用いた動作を停止してから時間ｔbが経過したか否かを判定する。時間ｔbが経過したと判定した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて、動作を開始する。そして、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ステップＳ８で、解錠制御を実行する。つまり、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ドアロック１５ｄ，１５ｐに解錠信号を送信し、それぞれのアクチュエータを動作させ、ドア１４ｄ，１４ｐの解錠を行う。ステップＳ８は、本発明に係る「解錠ステップ」に相当する。
解錠信号の送信後、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、ステップＳ９で、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いた動作を停止する。
次に、本実施形態の構成に基づく作用効果について説明する。
上記構成によれば、車両１が障害物と衝突した場合、まず、放電ステップにより、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて車載機器を放電させる。そして、放電ステップの開始タイミング（図２に示される時刻ｔ1）から所定時間（図２に示される時間ｔa）経過後に、解錠ステップにより、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いてドア１４ｄ，１４ｐの解錠を行う。このように、電圧降下が顕著に生じる開始タイミングを異ならせることにより、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐのそれぞれの動作に十分な電力を供給し、車載機器の放電及び車両のドア１４ｄ，１４ｐの解錠を行うことができる。
また、放電ステップが終了した後に、解錠ステップを開始する。この構成によれば、モータ制御装置２３及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐのそれぞれの動作に十分な電力を、より確実に供給し、車載機器の放電及び車両１のドア１４ｄ，１４ｐの解錠を行うことができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
上記実施形態では、モータ制御装置２３がバックアップ用電源２７から供給される電力を用いた動作を停止した時刻ｔ2から時間ｔbが経過した後に、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて動作を開始する。しかしながら、本発明は、この形態に限定されない。例えば、図４に示されるように、時刻ｔ2において、モータ制御装置２３の動作停止と同時に、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐが、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて動作を開始してもよい。図４は、別実施形態に係る車両用電源装置のバックアップ用電源からモータ制御装置及びドアロック制御装置に流れる電流を示すタイムチャートである。また、ドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、モータ制御装置２３の動作停止に先駆けて、バックアップ用電源２７から供給される電力を用いて動作を開始してもよい。
また、上記実施形態では、図１に示されるように、インバータ１３、モータ制御装置２３、及びドアロック制御装置２４ｄ，２４ｐは、バックアップ用電源２７と電気的に接続されている。本発明では、インバータ１３等とバックアップ用電源２７とを電気的に接続／切断するように切替可能なリレーを設けてもよい。この場合、例えば、衝突判定装置２５から受信する衝突信号に基づいて、インバータ１３等がバックアップ用電源２７と電気的に接続されるように当該リレーを切り替えれば、車両１が障害物と衝突した場合のみ、バックアップ用電源２７から電力を供給することができる。
１ 車両
１２ モータ
１３ インバータ（車載機器）
１４ｄ，１４ｐ ドア
１５ｄ，１５ｐ ドアロック
２ 車両用電源装置
２１ 駆動用電源
２２ 補機用電源
２３ モータ制御装置
２４ｄ，２４ｐ ドアロック制御装置
２５ 衝突判定装置
２７ バックアップ用電源
１２ モータ
１３ インバータ（車載機器）
１４ｄ，１４ｐ ドア
１５ｄ，１５ｐ ドアロック
２ 車両用電源装置
２１ 駆動用電源
２２ 補機用電源
２３ モータ制御装置
２４ｄ，２４ｐ ドアロック制御装置
２５ 衝突判定装置
２７ バックアップ用電源
Claims (2)
- 車両用電源装置の制御方法であって、
前記車両用電源装置は、
車両の駆動力を発生させるモータに電力を供給する駆動用電源と、
前記モータへの電力の供給を制御するモータ制御装置、及び、前記車両のドアの施錠及び解錠を行うドアロックへの電力の供給を制御するドアロック制御装置に、電力を供給する補機用電源と、
前記駆動用電源及び前記補機用電源と別体で設けられ、電力を供給するバックアップ用電源と、を備えており、
前記制御方法は、
前記車両が障害物と衝突したか否かを判定する衝突判定ステップと、
前記衝突判定ステップにおいて前記車両が障害物と衝突したと判定された場合に、前記バックアップ用電源から供給される電力を用いて前記モータ制御装置を動作させ、前記車両が障害物と衝突する前に前記駆動用電源から電力の供給を受けていた車載機器が蓄えている電荷を前記モータに供給させることによって該車載機器を放電させる放電ステップと、
前記放電ステップが終了した後に、前記バックアップ用電源から供給される電力を用いて前記ドアロック制御装置を動作させ、前記ドアの解錠を行う解錠ステップと、を有する、
ことを特徴とする、車両用電源装置の制御方法。 - 車両用電源装置であって、
車両の駆動力を発生させるモータへの電力の供給を制御するモータ制御装置と、
前記車両のドアの施錠及び解錠を行うドアロックへの電力の供給を制御するドアロック制御装置と、
前記モータに電力を供給する駆動用電源と、
前記モータ制御装置及び前記ドアロック制御装置に電力を供給する補機用電源と、
前記駆動用電源及び前記補機用電源と別体で設けられ、電力を供給するバックアップ用電源と、
前記車両が障害物と衝突したか否かを判定する衝突判定装置と、を備え、
前記衝突判定装置が、前記車両が障害物と衝突したと判定した場合に、
前記モータ制御装置は、前記バックアップ用電源から供給される電力を用いて動作し、前記車両が障害物と衝突する前に前記駆動用電源から電力の供給を受けていた車載機器が蓄えている電荷を前記モータに供給させることによって該車載機器を放電させる放電制御を実行し、
前記ドアロック制御装置は、前記放電制御の実行終了後に、前記バックアップ用電源から供給される電力を用いて動作し、前記ドアの解錠を行う解錠制御を実行する、
ことを特徴とする車両用電源装置。
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