JP7452411B2

JP7452411B2 - バックアップ電源

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Publication number: JP7452411B2
Application number: JP2020217727A
Authority: JP
Inventors: 亘横山
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: JP2022102780A

Description

本発明は、バックアップ電源に関する。

システムの冗長度を確保するために、メイン蓄電装置とは異なるバックアップ蓄電装置が車両に設けられる場合がある。このようなバックアップ電源は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のバックアップ電源は、例えば、メイン蓄電装置の電力供給に異常が生じた場合に、バックアップ蓄電装置の電力を負荷に供給することで、負荷のバックアップを可能とする。

特開２０２０－０６３００７号公報

ところで、バックアップ蓄電装置の蓄電容量には限りがある。そのため、バックアップの重要性の低い負荷にまでバックアップ蓄電装置の電力を供給してしまうと、バックアップの際にバックアップ蓄電装置に必要な電力量が増加する。

上記課題を解決するバックアップ電源は、車両に搭載されるバックアップ電源であって、電力を貯蔵可能なメイン蓄電装置から入力される入力電圧を第１負荷に印加する第１ラインと、前記第１ラインに接続され、前記第１負荷とは異なる第２負荷に前記入力電圧を印加する第２ラインと、前記第１ラインにおいて、前記第１ラインと前記第２ラインとの接続点と前記第１負荷との間に設けられる第１スイッチと、前記第２ラインにおいて、前記接続点と前記第２負荷との間に設けられる第２スイッチと、電力を貯蔵可能なバックアップ蓄電装置を備えるバックアップ蓄電部と、制御部と、を備え、前記バックアップ蓄電部は、前記第２スイッチと前記第２負荷との間に接続され、前記制御部は、取得部と、第１開放部と、第２開放部と、を備え、前記取得部は、前記入力電圧を取得可能に構成され、前記第１開放部は、前記取得部の取得した前記入力電圧が第１判定値以下になった場合に前記第１スイッチを開放し、前記第２開放部は、前記取得部の取得した前記入力電圧が第２判定値以下になった場合に前記第２スイッチを開放し、前記第２判定値は、前記第１判定値未満でかつ前記第２負荷の最小動作電圧より大きい。

これにより、入力電圧が低下すると、取得部の取得した入力電圧が第１判定値以下となった後に第２判定値以下となる。そのため、取得電圧が第２判定値以下となる前、すなわち、第２スイッチが開放される前に、第１スイッチが開放される。このとき、バックアップ蓄電装置の電力は、第１負荷に供給されず、かつ、第２負荷に供給される。したがって、バックアップ蓄電装置が電力供給可能な対象が制限され、バックアップの際に必要なバックアップ蓄電装置の電力量が小さくなる。

上記バックアップ電源では、前記入力電圧を測定する測定部を備え、前記取得部は、前記入力電圧を前記測定部から直接取得可能に構成されていてもよい。
例えば、取得部が他の機器を介して測定部から入力電圧を取得する場合、他の機器が取得部及び測定部と信号の授受をする必要がある。そのため、測定部が測定を行ってから取得部が測定部の測定結果を取得するまでに必要な時間が長くなる。取得部は、実際の時刻から当該時間経過前の入力電圧を取得しているため、取得部が取得した入力電圧と実際の時刻における入力電圧との誤差が大きくなる。

ここで、取得部が測定部から入力電圧を直接取得可能に構成されているため、他の機器との信号の授受に要する時間が短縮される。これに伴い、測定部が入力電圧の測定を行ってから取得部が測定部の測定結果を取得するまでに必要な時間が短縮される。したがって、取得部が取得した入力電圧と実際の時刻における入力電圧との誤差を小さくすることができる。

上記バックアップ電源では、前記バックアップ蓄電装置の蓄電容量は、前記メイン蓄電装置の蓄電容量より小さくてもよい。
蓄電装置の体格は、蓄電容量の増大に伴い、蓄電装置の体積エネルギー密度に応じて、増大する。そのため、バックアップ蓄電装置の蓄電容量がメイン電源の蓄電容量より小さいことにより、バックアップのために必要な蓄電容量を確保しつつ、バックアップ蓄電装置が必要以上に大型化することが抑制される。したがって、バックアップ電源の小型化を図ることができる。

本発明によれば、バックアップの際にバックアップ蓄電装置に必要な電力量を小さくすることができる。

バックアップ電源が適用される車両全体の概略回路図。制御部としての制御装置の処理の一例を示すフローチャート。第１判定値付近での第１スイッチの動作の一例を示すための図。第２判定値付近での第２スイッチの動作の一例を示すための図。

＜構成＞
以下、車両に搭載されるバックアップ電源の一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両１０は、スタートスイッチＳＷと、メイン電源２０と、メイン負荷３０と、第１負荷４０と、第２負荷５０と、バックアップ電源６０と、を備える。車両１０は、自動運転車両である。自動運転車両には、自動運転レベル３～自動運転レベル５の車両に限られず、自動運転レベル１及び自動運転レベル２の車両も含まれる。即ち、自動運転車両には、搭乗者による運転操作を必要とせずに運転が行われる車両に限られず、搭乗者による運転操作を主体とし、搭乗者に対する運転支援が行われる車両も含む。自動運転車両は、搭乗者の運転操作による手動運転が行われる手動運転モードと、自動運転が行われる自動運転モードとを切替可能である。自動運転モードでは、自動運転支援機能が発揮され、ハンドル操作やブレーキ動作が自動で行われる。

スタートスイッチＳＷは、車両１０の起動状態と停止状態とを切り替えるためのスイッチである。スタートスイッチＳＷは、例えば、車両１０の搭乗者により操作される。起動状態とは、車両１０の走行が可能な状態である。停止状態とは、車両１０の走行を行えない状態である。

メイン電源２０は、電力源２１と、メイン電力変換器２２と、メイン蓄電装置２３と、メイン出力端子２４と、を備える。
電力源２１は、例えば、公称電圧が２００［Ｖ］のバッテリである。電力源２１は、例えば、車両１０を走行させるモータの電力源となる。電力源２１としては、例えば、充放電可能な蓄電装置を複数接続したものが挙げられる。本実施形態の車両１０は、電力源２１の電力によって駆動するモータによって走行可能な電気自動車又はハイブリッド自動車である。

メイン電力変換器２２は、電力源２１の出力電圧を降圧させて出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。
メイン蓄電装置２３は、例えば、充放電可能な二次電池であり、リチウムイオン蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタなど、任意の形態を取ることができる。メイン蓄電装置２３の公称電圧は、例えば、１２［Ｖ］である。

メイン出力端子２４は、メイン電源２０の電圧を出力する端子である。メイン出力端子２４は、メイン電力変換器２２の出力端子と、メイン蓄電装置２３の正極に電気的に接続されている。したがって、メイン蓄電装置２３は、メイン電力変換器２２と並列に接続されている。なお、ここでいう「電気的に接続」とは、別部材を介して間接的に接続されるものも別部材を介さず直接接続されるものも含むものとする。

メイン負荷３０は、電力が供給されることによって動作する装置である。メイン負荷３０は、車両１０に係る種々の電装品を含み、自動運転の際に用いられる電装品を含む。自動運転の際に用いられる電装品とは、自動運転の際に使用されればよく、手動運転の際に使用されるものであっても、手動運転の際には使用されないものであってもよい。自動運転の際に用いられる電装品は、少なくとも、電動パワーステアリングシステムを含む。なお、当該電装品は、カメラやミリ波レーダー等を含んでもよい。メイン負荷３０は、メイン出力端子２４と接続されている。したがって、メイン負荷３０の動作に必要な電力は、メイン電源２０から供給可能に構成されている。メイン負荷３０の動作電圧範囲は、例えば、９［Ｖ］～１６［Ｖ］である。

第１負荷４０は、電力が供給されることによって動作する装置である。第１負荷４０は、車両１０に係る種々の電装品、特に、ヒーターやオーディオ等の搭乗者の快適性に係る電装品を含み、自動運転を行うために必要となる電装品を含まない。

第２負荷５０は、所定の動作電圧範囲の電圧を入力することにより、動作する装置である。第２負荷５０は、メイン負荷３０と同様に、自動運転を行うために必要となる電装品を含む。所定の動作電圧範囲とは、負荷の正常な動作を保証する入力電圧の範囲であり、例えば、９［Ｖ］～１６［Ｖ］である。以下の説明では、第２負荷５０の動作電圧範囲の最小値を、第２負荷５０の最小動作電圧Ｖｂと称することがある。本実施形態では、メイン負荷３０と第２負荷５０とで自動運転に関する機能冗長を図っている。詳細にいえば、同一機能を発揮する異なる装置をメイン負荷３０と第２負荷５０に分けて設けることで、自動運転の異種冗長化を図っている。

バックアップ電源６０は、メイン電源２０と、第１負荷４０及び第２負荷５０と、の間に設けられている。そのため、メイン電源２０は、バックアップ電源６０を介して、第１負荷４０及び第２負荷５０に接続されている。バックアップ電源６０は、フェールオペレーショナル電源である。バックアップ電源６０は、第１ライン６１と、第２ライン６２と、接続点６３と、第１スイッチ６４と、第２スイッチ６５と、測定部６６と、バックアップ蓄電部７０と、制御部としての制御装置８０と、を備える。

第１ライン６１は、メイン出力端子２４と第１負荷４０とを接続している。これにより、第１ライン６１は、メイン電源２０からの入力電圧Ｖｉｎを第１負荷４０に印加する。以下の説明では、メイン電源２０からの入力電圧Ｖｉｎを単に「入力電圧Ｖｉｎ」と称することがある。本実施形態では、入力電圧Ｖｉｎは、メイン出力端子２４から出力される電圧と等しい。

第２ライン６２は、第１ライン６１と第２負荷５０とを接続している。したがって、第２ライン６２は、第１ライン６１に接続されており、入力電圧を第１負荷４０とは異なる第２負荷５０に印加するといえる。

接続点６３は、第１ライン６１と第２ライン６２とが接続される点である。
第１スイッチ６４は、第１ライン６１において、接続点６３と第１負荷４０との間に設けられている。

第２スイッチ６５は、第２ライン６２において、接続点６３と第２負荷５０との間に設けられている。したがって、メイン負荷３０、第１負荷４０、及び第２負荷５０は、メイン電源２０に対して並列接続されている。なお、第１スイッチ６４及び第２スイッチ６５は、電磁的に操作可能であれば任意であるが、例えば、リレー回路、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistorなどが挙げられる。

測定部６６は、入力電圧Ｖｉｎを測定可能に構成されている。
バックアップ蓄電部７０は、第２負荷５０に電圧を印加可能に構成されている。具体的には、バックアップ蓄電部７０は、第２ライン６２において、第２スイッチ６５と第２負荷５０との間に接続される。バックアップ蓄電部７０は、バックアップ蓄電装置７１と、バックアップ電力変換器７２と、ダイオード７３と、を備える。

バックアップ蓄電装置７１は、例えば、充放電可能な二次電池であり、電力を貯蔵可能に構成されている。バックアップ蓄電装置７１は、リチウムイオン蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタなど、任意の形態を取ることができる。なお、本実施形態では、バックアップ蓄電装置７１の蓄電容量は、メイン蓄電装置２３の蓄電容量より小さい。バックアップ蓄電装置７１は、自己放電や車両１０のバックアップの際に電力を放出する。そのため、バックアップ蓄電装置７１の貯蔵する電力が枯渇しないように、バックアップ蓄電装置７１は充電可能に構成されている。バックアップ蓄電装置７１の充電には任意の方法が適用可能であるが、例えば、外部電源と図示しない充電端子とを接続することによる有線方式の充電や、ワイヤレス電力伝送による充電などが適用可能である。

バックアップ電力変換器７２は、バックアップ蓄電装置７１の電圧を変換して、第２ライン６２に出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。バックアップ電力変換器７２は、車両１０が起動状態の場合に動作するように構成されている。メイン電源２０に地絡故障等の異常が生じていない場合、バックアップ電力変換器７２の出力電圧は、メイン蓄電装置２３の出力電圧より低い。そのため、車両１０が起動状態の場合でも、メイン電源２０の地絡故障等の異常によりメイン電源２０の出力電圧が低下しない限り、バックアップ蓄電部７０の電力は、第２負荷５０に供給されない。バックアップ電力変換器７２の出力電圧は、バックアップのための十分な電力を貯蔵している場合に第２負荷５０の最小動作電圧Ｖｂ以上であればよい。

ダイオード７３は、バックアップ電力変換器７２の出力側と、第２ライン６２との間に設けられている。ダイオード７３は、バックアップ電力変換器７２の出力電圧を第２ライン６２に印加可能にするとともに、入力電圧Ｖｉｎが第２ライン６２を介してバックアップ蓄電装置７１及びバックアップ電力変換器７２に印加されることを抑制する。

制御装置８０は、プロセッサ８１と、記憶部８２と、を備える。プロセッサ８１としては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）が用いられる。記憶部８２は、RAM（Random access memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部８２は、処理をプロセッサ８１に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部８２、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置８０は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置８０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ８１、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

制御装置８０は、記憶部８２に、過電圧判定値Ｖ０と、第１判定値Ｖ１１と、第２判定値Ｖ２１と、を記憶している。
制御装置８０は、入力電圧Ｖｉｎを測定部６６から直接取得可能に構成されている。なお、「直接取得可能に構成されている」とは、制御装置８０とは異なる機器、例えば、CAN：Controller Area NetworkやLIN：Local Interconnect Networkなどの車両用通信プロトコルに従った通信を行うための機器などを介さずに、制御装置８０が測定部６６から入力電圧Ｖｉｎを取得可能に構成されていることをいう。

制御装置８０が入力電圧Ｖｉｎを取得するまでの間には、所定の遅延時間Δｔが存在する。遅延時間Δｔは、測定部６６と制御装置８０との信号の授受に必要な時間が含まれる。したがって、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎは、制御装置８０が入力電圧Ｖｉｎを取得した時刻から遅延時間Δｔだけ前の時刻に測定部６６が測定した入力電圧Ｖｉｎとなる。

制御装置８０は、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎと、過電圧判定値Ｖ０、第１判定値Ｖ１１、及び第２判定値Ｖ２１との大小を判定可能に構成されている。制御装置８０は、第１スイッチ６４及び第２スイッチ６５を制御可能に構成されている。

＜作用＞
以下、本実施形態における作用について、制御装置８０の処理とあわせて説明する。制御装置８０は、以下の処理を所定の制御周期で繰り返し行う。なお、処理の開始時点において、車両１０は、起動状態であり、通常走行を行っているものとする。なお、通常走行とは、車両１０の走行の継続に支障のある異常、例えば、メイン電源２０の出力電圧の異常など、が生じていない場合における走行である。

図２に示すように、まず、ステップＳ１０において、制御装置８０は、測定部６６から定期的に入力電圧Ｖｉｎを取得する。したがって、制御装置８０は、入力電圧Ｖｉｎを取得可能に構成された取得部を備えているといえる。このとき、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎは、上述したように、制御装置８０が入力電圧Ｖｉｎを取得した時刻から遅延時間Δｔだけ前の時刻に測定部６６が測定した入力電圧Ｖｉｎとなる。

次に、ステップＳ１１において、制御装置８０は、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが過電圧判定値Ｖ０より低いか否かを判定する。電力源２１の過電圧やメイン電力変換器２２の動作不良等の異常により、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが、メイン負荷３０及び第２負荷５０の動作電圧範囲を上回る可能性がある。過電圧判定値Ｖ０は、このような異常の有無を判定するために用いられる値である。

ステップＳ１１の判定結果が否定の場合、制御装置８０は、ステップＳ１２に進み、第１スイッチ６４及び第２スイッチ６５を開放する。次に、ステップＳ１３において、車両１０は、退避走行を開始する。なお、退避走行とは、車両１０の走行中に異常が生じた場合に車両１０を安全な場所、例えば、非常駐車帯や道路脇などに移動させるための走行である。

一方、ステップＳ１１の判定結果が肯定の場合、制御装置８０は、ステップＳ２０に進み、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第２判定値Ｖ２１以下か否かを判定する。メイン電源２０の失陥や地絡故障等の異常により、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが、メイン負荷３０及び第２負荷５０の動作電圧範囲を下回る可能性がある。第２判定値Ｖ２１は、このような異常の有無を判定するために用いられる値である。

ステップＳ２０の判定結果が肯定の場合、制御装置８０は、ステップＳ１２に進み、後述する手法により、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが第２目標値Ｖ２２以下となる前に第２スイッチ６５を開放する。第２目標値Ｖ２２は、第２判定値Ｖ２１より低い値であり、第２負荷５０の最小動作電圧Ｖｂより大きければよい。したがって、制御装置８０は、取得部の取得した入力電圧Ｖｉｎが第２判定値Ｖ２１以下になった場合に第２スイッチ６５を開放する第２開放部を備えるといえる。第２判定値Ｖ２１は、第２目標値Ｖ２２より大きい。そのため、第２判定値Ｖ２１は、第２負荷５０の最小動作電圧Ｖｂより大きいといえる。次に、ステップＳ１３において、車両１０は、退避走行を開始する。

一方、ステップＳ２０の判定結果が否定の場合、制御装置８０は、ステップＳ３０に進み、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１以下か否かを判定する。所定の操作、例えば、ブレーキ操作やステアリング操作、の開始時には、一時的に開始前に比べて大きな電流、例えば、突入電流、がメイン電源２０からメイン負荷３０に流れることがある。以下の説明では、所定の操作の開始前に比べて大きな電流を、「開始電流」と称することがある。メイン蓄電装置２３の劣化によってメイン蓄電装置２３の内部抵抗が大きくなると、メイン蓄電装置２３の出力電圧が低下する。このとき、上述した異常が発生していない場合であっても、第２負荷５０を安定して動作させるための入力電圧Ｖｉｎが不足する可能性がある。第１判定値Ｖ１１は、このような入力電圧Ｖｉｎの不足を判定するために用いられる値である。第１判定値Ｖ１１は、第２判定値Ｖ２１よりも大きく、過電圧判定値Ｖ０より小さい。したがって、第２判定値Ｖ２１は、第１判定値Ｖ１１未満である。

ステップＳ３０の判定結果が肯定の場合、制御装置８０は、ステップＳ３１に進み、後述する手段により、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが第１目標値Ｖ１２以下となる前に第１スイッチ６４を開放する。第１目標値Ｖ１２は、第２判定値Ｖ２１以上であって、かつ、第１判定値Ｖ１１未満の値であればよく、本実施形態では、第２判定値Ｖ２１と等しい。したがって、制御装置８０は、取得部の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１以下になった場合に第１スイッチ６４を開放する第１開放部を備えるといえる。次に、ステップＳ３２において、車両１０は、通常走行を継続する。

一方、ステップＳ３０の判定結果が否定の場合、制御装置８０は、ステップＳ４０に進み、第１スイッチ６４が閉じているか否かを判定する。制御装置８０の判定結果が肯定の場合、制御装置８０は、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２において、車両１０は、通常走行を継続する。一方、制御装置８０の判定結果が否定の場合、制御装置８０は、ステップＳ４１に進み、第１スイッチ６４を閉じる。次に、ステップＳ３２において、車両１０は、通常走行を継続する。

次に、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１以下となった場合における第１スイッチ６４の動作の詳細について説明する。所定の操作、例えば、ブレーキ操作やステアリング操作など、によってバックアップ電源６０に入力される入力電圧Ｖｉｎが低下する場合について、一例として説明する。なお、図３及び図４において、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ１として示され、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ２として示される。

図３に示すように、バックアップ電源６０に入力される入力電圧Ｖｉｎの低下が、第１時刻ｔ１に開始する。なお、説明の簡略化のため、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎは第１時刻ｔ１と同時に低下するものとするが、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎの低下は、第１時刻ｔ１から所定の時間の経過後に生じる場合でも同様である。また、第１時刻ｔ１における入力電圧Ｖｉｎの低下が発生する前の入力電圧Ｖｉｎを「通常電圧Ｖ１」と称することがある。なお、通常電圧Ｖ１は、第１判定値Ｖ１１よりも高い。

第２時刻ｔ２において、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎは、第１判定値Ｖ１１以下となる。ここで、上述したように、測定部６６が入力電圧Ｖｉｎを測定してから制御装置８０が入力電圧Ｖｉｎを取得するまでの間には、所定の遅延時間Δｔが存在する。そのため、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１と等しくなる第３時刻ｔ３は、第２時刻ｔ２から遅延時間Δｔ経過時点である。これにより、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎとバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎとの間には遅延時間Δｔに起因する誤差ε１が生じる。誤差ε１の最大値は、入力電圧Ｖｉｎの低下速度におおよそ比例する。以下の説明では、第１時刻ｔ１から第３時刻ｔ３までのバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎの低下速度の最大値を、「第１低下速度ｄＶ１／ｄｔ」と称することがある。

制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１以下となったとき、すなわち、第３時刻ｔ３において、ステップＳ３０における結果が肯定となる。したがって、制御装置８０は、ステップＳ３１に進み、第１スイッチ６４を開放する。第１目標値Ｖ１２は、第１判定値Ｖ１１より少なくとも誤差ε１の最大値だけ低い値に設定されている。そのため、第３時刻ｔ３において、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが第１目標値Ｖ１２を下回る前に、第１スイッチ６４が開放される。

第１スイッチ６４が開放されることにより、メイン電源２０から第１負荷４０への電力の供給が止まる。上述したように、第１負荷４０は搭乗者の快適性に係る電装品を含み、自動運転を行うために必要となる電装品を含まないため、第１負荷４０への電力の供給の停止が車両１０の通常走行への影響は小さい。

第１スイッチ６４の開放とともに、メイン蓄電装置２３から第１負荷４０への電流の流入が停止するため、メイン蓄電装置２３からの電流の総量が減少する。そのため、内部抵抗によるメイン蓄電装置２３の出力電圧の低下が抑制される。また、上述したように、開始電流は一時的なものであるため、開始電流の流入が終われば、メイン蓄電装置２３の出力電圧は、通常電圧Ｖ１に向かって回復する。このとき、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎ及び制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎもまた、通常電圧Ｖ１に向かって回復する。

その結果、第４時刻ｔ４において、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１より大きくなる。このとき、制御装置８０は、上述の処理に従って、ステップＳ４１に進み、第１スイッチ６４を閉じる。このとき、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎは、第１判定値Ｖ１１よりも大きい値まで回復している。

次に、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第２判定値Ｖ２１以下になった場合における第２スイッチ６５の動作の詳細について説明する。以下では、ステップＳ３１の処理の後、すなわち、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが第１目標値Ｖ１２以下となる前に第１スイッチ６４を開放した後も、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎの低下が継続する場合について説明する。したがって、以下の説明では、すでに第１スイッチ６４が開放されているものとし、第１スイッチ６４の動作についての説明を省略する。また、以下の説明では、バックアップ蓄電装置７１がバックアップに必要な電力量を貯蔵しており、バックアップ蓄電部７０の出力電圧は、第２目標値Ｖ２２と等しいものとする。

図４に示すように、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎの低下が継続した結果、第５時刻ｔ５において、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎは、第２判定値Ｖ２１以下となる。上述した所定の遅延時間Δｔが存在するため、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第２判定値Ｖ２１と等しくなる第６時刻ｔ６は、第５時刻ｔ５から遅延時間Δｔ経過時点である。このとき、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎとバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎとの間には誤差ε２が生じる。誤差ε２の最大値は、遅延時間Δｔ及び入力電圧Ｖｉｎの低下速度にそれぞれ比例する。以下の説明では、第５時刻ｔ５から第６時刻ｔ６までのバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎの低下速度の最大値を、「第２低下速度ｄＶ２／ｄｔ」と称することがある。

制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第２判定値Ｖ２１以下となったとき、すなわち、第６時刻ｔ６において、ステップＳ２０における結果が肯定となる。したがって、制御装置８０は、ステップＳ１２に進み、第２スイッチ６５を開放する。なお、上述したように、第１スイッチ６４はすでに開放されているため、制御装置８０は、第１スイッチ６４を再度開放する必要はない。ここで、第２目標値Ｖ２２は、第２判定値Ｖ２１より少なくとも誤差ε２の最大値だけ低い値に設定されている。そのため、第６時刻ｔ６において、バックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎが第２目標値Ｖ２２を下回る前に、第２スイッチ６５が開放される。上述したように、第２目標値Ｖ２２は最小動作電圧Ｖｂより大きいため、第２ライン６２は、入力電圧Ｖｉｎが最小動作電圧Ｖｂを下回る前に開放される。

第６時刻以降では、第２スイッチ６５が開放されたことにより、メイン電源２０から第２負荷５０への電力供給が断たれる。これに伴い、ダイオード７３に対してバックアップ電力変換器７２の出力側から順バイアス電圧が印加される。したがって、バックアップ蓄電部７０から第２負荷５０への電力の供給及び電圧の印加が開始される。上述したように、バックアップ蓄電部７０は第２スイッチ６５と第２負荷５０との間に接続されているため、第２スイッチ６５の開放によってバックアップ蓄電部７０とメイン負荷３０及び第１負荷４０との接続が切り離される。そのため、バックアップ蓄電部７０の出力電圧は、メイン負荷３０及び第１負荷４０には印加されない。

＜効果＞
以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第１判定値Ｖ１１以下となったとき、第１スイッチ６４が開放され、第１判定値Ｖ１１より低い第２判定値Ｖ２１以下となったときに第２スイッチ６５が開放される。これにより、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎが第２判定値Ｖ２１以下となる場合、第１スイッチ６４が開放された後に、第２スイッチ６５が開放される。このとき、バックアップ蓄電装置７１の電力は、第１負荷４０に供給されず、かつ、第２負荷５０に供給される。したがって、バックアップ蓄電部７０は、第２負荷５０のみに電力を供給可能となるため、バックアップの際にバックアップ蓄電装置７１に必要な電力量を小さくすることができる。

（２）例えば、制御装置８０が他の機器を介して測定部６６から入力電圧Ｖｉｎを取得する場合、他の機器が制御装置８０及び測定部６６と信号の授受をする必要があるため、遅延時間Δｔが長くなる。そのため、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎとバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎとの誤差ε１，ε２が大きくなる。

本実施形態では、制御装置８０が測定部６６から入力電圧Ｖｉｎを直接取得可能に構成されている。そのため、制御装置８０と他の機器との信号の授受に要する時間が短縮され、これに伴い、遅延時間Δｔが短縮される。したがって、制御装置８０の取得した入力電圧Ｖｉｎとバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎとの間の誤差ε１，ε２を減らすことができる。

また、制御装置８０は、測定部６６から取得した入力電圧Ｖｉｎをもとに第１スイッチ６４及び第２スイッチ６５を開閉するため、遅延時間Δｔを短縮することにより、第１スイッチ６４及び第２スイッチ６５をバックアップ電源６０に入力された入力電圧Ｖｉｎに対してより正確に動作可能とすることができる。

（３）メイン蓄電装置２３及びバックアップ蓄電装置７１の体格は、蓄電容量の増大に伴い、メイン蓄電装置２３及びバックアップ蓄電装置７１のそれぞれの体積エネルギー密度に応じて増大する。しかし、本実施形態では、バックアップ蓄電装置７１の蓄電容量は、メイン蓄電装置２３の蓄電容量よりも小さい。これにより、車両１０の退避走行に必要な電力量を確保しつつ、バックアップ蓄電装置７１の体格を小さくすることができる。

（４）第１低下速度ｄＶ１／ｄｔ及び第２低下速度ｄＶ２／ｄｔは、予め試験等により導出されたものを用いている。これにより、例えば、制御装置８０が第１低下速度ｄＶ１／ｄｔ及び第２低下速度ｄＶ２／ｄｔを入力電圧Ｖｉｎの取得結果から逐次導出する場合に比べて、制御装置８０の計算処理を軽減し、遅延時間Δｔを短くすることができる。

＜変形例＞
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○本実施形態における制御装置８０の処理は、あくまで一例であり、これに限られない。例えば、ステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理を単一の処理としてもよいし、処理の順序を入れ替えてもよい。この場合、ステップＳ１１はなくてもよい。

○制御装置８０の各処理は、単一のハードウェアによって実現される必要はない。例えば、複数のハードウェアの並列処理により実現されていてもよい。
○制御装置８０は、測定部６６から直接取得可能に構成されていなくてもよい。例えば、制御装置８０は、CAN：Controller Area NetworkやLIN：Local Interconnect Networkなどの車両用通信プロトコルに対応する機器を介して、測定部６６から入力電圧Ｖｉｎを取得しても良い。また、制御装置８０は、無線通信によって入力電圧Ｖｉｎを測定部６６から取得可能に構成されていてもよい。これらの場合、制御装置８０が入力電圧Ｖｉｎを測定部６６から取得可能に構成されていれば、測定部６６は、バックアップ電源６０に設けられていなくてもよい。

○第１低下速度ｄＶ１／ｄｔ及び第２低下速度ｄＶ２／ｄｔは、予め試験等により導出したものに限られない。例えば、第１低下速度ｄＶ１／ｄｔ及び第２低下速度ｄＶ２／ｄｔは、測定部６６の測定結果から導出したものを用いてもよいし、ブレーキ操作やステアリング操作など、操作の種類と入力電圧Ｖｉｎから推定したものを用いてもよい。

○第１目標値Ｖ１２は、実際に制御装置８０等で設定されている必要はなく、遅延時間Δｔ及び第１低下速度ｄＶ１／ｄｔなどから定められる仮想的な値であってもよい。第２目標値Ｖ２２についても同様である。

○バックアップ蓄電装置７１の蓄電容量は、メイン蓄電装置２３の蓄電容量以上であってもよい。バックアップ蓄電装置７１の蓄電容量は、バックアップ蓄電部７０が車両１０の退避走行に必要な電力を供給可能であれば任意である。

○バックアップ蓄電部７０の構成は、本実施形態のものに限らない。例えば、バックアップ蓄電部７０は、バックアップ電力変換器７２を介して電圧を出力しなくてもよい。この場合、バックアップ蓄電装置７１の電圧がバックアップ蓄電部７０の出力電圧となる。したがって、適切な電圧を出力するバックアップ蓄電装置７１を選択すればよい。

○バックアップ蓄電部７０は、１つに限らず、複数設けられていても良い。
○第１スイッチ６４及び第２スイッチ６５は、それぞれ、１つに限らず、複数設けられていてもよい。

○バックアップ電源６０が搭載される車両１０は、自動運転車両に限らない。例えば、手動によってのみ運転が行われる車両に搭載されてもよい。

１０…車両、２３…メイン蓄電装置、４０…第１負荷、５０…第２負荷、６０…バックアップ電源、６１…第１ライン、６２…第２ライン、６３…接続点、６４…第１スイッチ、６５…第２スイッチ、６６…測定部、７０…バックアップ蓄電部、７１…バックアップ蓄電装置、８０…制御装置、Ｖｂ…最小動作電圧、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖ１１…第１判定値、Ｖ２１…第２判定値。

Claims

車両に搭載されるバックアップ電源であって、
電力を貯蔵可能なメイン蓄電装置から入力される入力電圧を第１負荷に印加する第１ラインと、
前記第１ラインに接続され、前記第１負荷とは異なる第２負荷に前記入力電圧を印加する第２ラインと、
前記第１ラインにおいて、前記第１ラインと前記第２ラインとの接続点と前記第１負荷との間に設けられる第１スイッチと、
前記第２ラインにおいて、前記接続点と前記第２負荷との間に設けられる第２スイッチと、
電力を貯蔵可能なバックアップ蓄電装置を備えるバックアップ蓄電部と、
制御部と、を備え、
前記バックアップ蓄電部は、前記第２スイッチと前記第２負荷との間に接続され、
前記制御部は、
取得部と、第１開放部と、第２開放部と、を備え、
前記取得部は、前記入力電圧を取得可能に構成され、
前記第１開放部は、前記取得部の取得した前記入力電圧が第１判定値以下になった場合に前記第１スイッチを開放し、
前記第２開放部は、前記取得部の取得した前記入力電圧が第２判定値以下になった場合に前記第２スイッチを開放し、
前記第２判定値は、前記第１判定値未満でかつ前記第２負荷の最小動作電圧より大きい、バックアップ電源。
前記入力電圧を測定する測定部を備え、
前記取得部は、前記入力電圧を前記測定部から直接取得可能に構成された、請求項１に記載のバックアップ電源。
前記バックアップ蓄電装置の蓄電容量は、前記メイン蓄電装置の蓄電容量より小さい、請求項１又は請求項２に記載のバックアップ電源。