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公開番号2021136823
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020033266
出願日20200228
発明の名称バックアップ電源
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H02J 7/34 20060101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】第1電源の失陥時に逸早く第2電源から補機への電力供給が行われるようにすること。
【解決手段】バックアップ電源40は、第2電源41と、電力ラインL10と、2つの電力用スイッチング素子42,43と、第1変換部44と、第2変換部45と、制御装置46と、を備える。電力ラインL10は、第1電源22と、補機30と、を接続している。第2電源41は、第1電源22の失陥時に補機30に電力を供給するためのものである。第2変換部45は、第2電源41から入力された電圧を昇圧して出力する昇圧回路である。第2変換部45は、第2電源41から入力された電圧を第1電源22の出力電圧よりも低い電圧であり、かつ、補機30を駆動できる電圧に昇圧させて出力する。制御装置46は、自動運転が開始されることを契機として、第2変換部45を駆動させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
自動運転車両に搭載されるバックアップ電源であって、
前記自動運転車両に搭載された第1電源の電力を補機に供給する電力ラインと、
第2電源と、
前記第2電源の電力を変換して、前記電力ラインに前記第1電源の出力電圧よりも低い電圧を出力する電力変換部と、
前記自動運転車両の自動運転の開始を契機として、前記電力変換部を駆動させる駆動制御部と、を備えるバックアップ電源。
続きを表示(約 300 文字)【請求項2】
車両に搭載されるバックアップ電源であって、
前記車両に搭載された第1電源の電力を補機に供給する電力ラインと、
前記電力ラインに設けられており、前記第1電源から前記補機への電力の供給と遮断を切り替える電力用スイッチング素子と、
第2電源と、
前記第2電源の電力を変換して、前記電力ラインに前記第1電源の出力電圧よりも低い電圧を出力する電力変換部と、
前記補機の駆動が開始されることを契機として前記電力用スイッチング素子をオンにし、前記電力用スイッチング素子をオンにした後に前記電力変換部を駆動させる駆動制御部と、を備えるバックアップ電源。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、バックアップ電源に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
車両は、電力によって駆動する補機と、補機に電力を供給する第1電源と、を備える。補機は、第1電源からの電力によって駆動する。特許文献1に記載されているように、車両は、第1電源が失陥した場合であっても、補機に電力を供給できるようにバックアップ電源を備えている場合がある。バックアップ電源は、第2電源と、第2電源の電力を変換して出力する電力変換部と、を備える。第1電源が失陥し、第1電源の電力により補機が駆動できない場合、電力変換部を介して第2電源から供給される電力により補機が駆動される。特許文献1では、異常検出部によって第1電源の異常が検出され、かつ、車両の速度が閾値以下の場合に第2電源から補機に電力の供給が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−61304号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、異常検出部によって第1電源の異常が検出されてから、第2電源の電力が補機に供給される。異常検出部により異常が検出されるまでは、第1電源が失陥している場合であっても第2電源の電力が補機に供給されない。このため、第1電源が失陥してから、第2電源の電力が供給されるまでの間は補機への電力の供給が途絶えるおそれがある。バックアップ電源によっては、第1電源が失陥した場合に、第2電源からの電力の供給を逸早く行うことが望まれる。
【0005】
本発明の目的は、第1電源の失陥時に逸早く第2電源から補機への電力供給が行われるバックアップ電源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するバックアップ電源は、自動運転車両に搭載されるバックアップ電源であって、前記自動運転車両に搭載された第1電源の電力を補機に供給する電力ラインと、第2電源と、前記第2電源の電力を変換して、前記電力ラインに前記第1電源の出力電圧よりも低い電圧を出力する電力変換部と、前記自動運転車両の自動運転の開始を契機として、前記電力変換部を駆動させる駆動制御部と、を備える。
【0007】
自動運転車両の自動運転が開始されることを契機として、電力変換部が駆動される。これにより、電力変換部から電力ラインに第1電源の出力電圧よりも低い電圧が出力されている状態が維持される。電力変換部から出力される電圧は、第1電源の出力電圧より低いため、第1電源が失陥していない場合、電力変換部からの電力は補機に供給されない。第1電源が失陥した場合には、第1電源の出力電圧が電力ラインに加わらなくなり、出力変換部から補機に電力ラインを介して電力が供給されるようになる。自動運転の開始を契機として電力変換部を駆動させることで、第1電源が失陥してから電力変換部を駆動させる場合に比べて、第1電源の失陥時に逸早く第2電源から補機への電力供給を行うことができる。
【0008】
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、前記車両に搭載された第1電源の電力を補機に供給する電力ラインと、前記電力ラインに設けられており、前記第1電源から前記補機への電力の供給と遮断を切り替える電力用スイッチング素子と、第2電源と、前記第2電源の電力を変換して、前記電力ラインに前記第1電源の出力電圧よりも低い電圧を出力する電力変換部と、前記補機の駆動が開始されることを契機として前記電力用スイッチング素子をオンにし、前記電力用スイッチング素子をオンにした後に前記電力変換部を駆動させる駆動制御部と、を備える。
【0009】
補機の駆動が開始されることを契機として、電力用スイッチング素子がオンにされ、電力用スイッチング素子がオンにされた後に、電力変換部が駆動される。これにより、電力変換部から電力ラインに第1電源の出力電圧よりも低い電圧が出力されている状態が維持される。電力変換部から出力される電圧は、第1電源の出力電圧より低いため、第1電源が失陥していない場合、電力変換部からの電力は補機に供給されない。第1電源が失陥した場合には、第1電源の出力電圧が電力ラインに加わらなくなり、出力変換部から補機に電力ラインを介して電力が供給されるようになる。第1電源の失陥を検出してから電力変換部を駆動させる場合に比べて、第1電源の失陥時に逸早く第2電源から補機への電力供給を行うことができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、第1電源の失陥時に逸早く第2電源から補機への電力供給が行われる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
バックアップ電源が搭載される車両の一部を示す回路図。
第1実施形態において車両、バックアップ電源、自動運転、及び第2変換部の関係を示すタイムチャート。
第2実施形態において補機、電力用スイッチング素子及び第2変換部の関係を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(第1実施形態)
以下、バックアップ電源の第1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、操作部81と、ECU80と、DC/DCコンバータ20と、バッテリ21と、複数の補機30と、バックアップ電源40と、を備える。第1実施形態の車両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。
【0013】
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。
【0014】
操作部81は、自動運転のオンとオフとを切り替えるためのものである。操作部81は、車両10の搭乗者により操作される。自動運転のオンとは、自動運転が行われる状態であり、自動運転のオフとは、自動運転が行われない状態である。スタートスイッチSWにより車両10を起動状態とした後に、操作部81を操作することで車両10の自動運転が開始される。
【0015】
ECU80は、CPUや記憶装置を備える電子制御ユニット:Electronic Control Unitである。ECU80は、操作部81の操作を検出する。ECU80は、自動運転がオンにされると、車両10の自動運転を開始する。
【0016】
DC/DCコンバータ20は、例えば、公称電圧が200[V]のメインバッテリに接続されており、メインバッテリから入力された電圧を降圧して出力する。メインバッテリは、車両10を走行させるモータの電力源となるバッテリである。
【0017】
バッテリ21は、補機30を駆動するための電力源となる補機用のバッテリである。バッテリ21としては、鉛蓄電池を用いているが、充放電可能な二次電池であれば、どのようなものを用いてもよい。DC/DCコンバータ20とバッテリ21とは互いに並列接続されている。DC/DCコンバータ20及びバッテリ21の出力電圧は、12[V]である。
【0018】
DC/DCコンバータ20の出力電力は、補機30に供給される。また、DC/DCコンバータ20の出力電力は、バッテリ21にも供給され、これによりバッテリ21が充電される。バッテリ21の出力電力は、補機30に供給される。DC/DCコンバータ20及びバッテリ21は、補機30の電力源となる第1電源として機能している。以下の説明において、適宜、バッテリ21、及びDC/DCコンバータ20を総称して第1電源22と称する。
【0019】
補機30は、ブレーキモータ、ステアリングモータ、カメラ、ミリ波レーダー等、自動運転を行うために必要となる電装品である。複数の補機30同士は互いに並列接続されている。なお、図示は省略するが、車両10は自動運転に関する補機30に加えて、自動運転に関わらない補機を備える。自動運転に関わらない補機は、当該補機が駆動していなかったとしても車両10の自動運転が行われるものであり、例えば、オーディオが挙げられる。
【0020】
バックアップ電源40は、第1電源22と、補機30と、の間に設けられている。第1電源22は、バックアップ電源40を介して自動運転に関する補機30に接続されているといえる。なお、自動運転に関わらない補機については、バックアップ電源40を介して第1電源22に接続されていてもよいし、バックアップ電源40を介することなく第1電源22に接続されていてもよい。
【0021】
バックアップ電源40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40は、第1電源22が失陥した場合に補機30に電力を供給する。なお、第1電源22の失陥とは、第1電源22の異常、第1電源22と補機30とを接続する配線の故障などにより、第1電源22から補機30に電力が供給されない状態である。
【0022】
バックアップ電源40は、第2電源41と、電力ラインL10と、2つの電力用スイッチング素子42,43と、第1変換部44と、第2変換部45と、ダイオード50と、電圧センサ47と、電流センサ48と、制御装置46と、駆動回路60と、を備える。
【0023】
第2電源41は、第1電源22の失陥時に補機30に電力を供給するためのものである。第2電源41は、複数のリチウムイオン二次電池を直列接続したものを用いているが、充放電可能な二次電池を用いたものであれば、どのようなものを用いてもよい。第2電源41は、第1電源22の出力電圧よりも低い電圧を出力する。第2電源41は、例えば、7[V]の電圧を出力する。
【0024】
電力ラインL10は、第1電源22と、補機30と、を接続している。DC/DCコンバータ20及びバッテリ21から出力された電力は、電力ラインL10によって補機30に供給される。
【0025】
2つの電力用スイッチング素子42,43は、電力ラインL10に設けられている。2つの電力用スイッチング素子42,43としては、nチャネルのMOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorが用いられているが、pチャネルのMOSFETやIGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor等の他のスイッチング素子を用いてもよい。電力用スイッチング素子42,43としては、ノーマリーオン型のMOSFETが用いられている。2つの電力用スイッチング素子42,43は、それぞれ、ドレイン−ソース間に寄生ダイオードDを備える。2つの電力用スイッチング素子42,43は、互いに直列接続されている。2つの電力用スイッチング素子42,43のうち一方を第1電力用スイッチング素子42、第1電力用スイッチング素子42とは異なる電力用スイッチング素子43を第2電力用スイッチング素子43とする。第1電力用スイッチング素子42のソースは、第2電力用スイッチング素子43のソースに接続されている。第1電力用スイッチング素子42のドレインは、第1電源22に接続されている。第2電力用スイッチング素子43のドレインは補機30に接続されている。2つの寄生ダイオードDのアノード同士は互いに接続されている。2つの電力用スイッチング素子42,43の両方がオンされることによって第1電源22から補機30に電力が供給される。2つの電力用スイッチング素子42,43の両方がオフされることで、第1電源22から補機30への電力の供給が遮断される。電力用スイッチング素子42,43は、第1電源22から補機30への電力の供給と遮断を切り替えている。
【0026】
第1変換部44は、第1電源22から入力された電圧を降圧して出力する降圧回路である。第1変換部44は、2つのスイッチング素子Q1,Q2と、コイルL1と、を備える。2つのスイッチング素子Q1,Q2は互いに直列接続されている。2つのスイッチング素子Q1,Q2は、電力ラインL10における第1電源22と第1電力用スイッチング素子42との間と、グランドとの間に設けられている。スイッチング素子Q1,Q2としては、nチャネルのMOSFETが用いられている。スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとは互いに接続されている。スイッチング素子Q2のソースはグランドに接続されている。スイッチング素子Q1,Q2のゲートには、制御装置46が接続されている。2つのスイッチング素子Q1,Q2同士の間には、コイルL1が接続されている。コイルL1は、第2電源41に接続されている。コイルL1は、2つのスイッチング素子Q1,Q2同士の間と、第2電源41とを接続しているといえる。第1変換部44から出力された電圧は、第2電源41に加わる。
【0027】
ダイオード50は、電力ラインL10とスイッチング素子Q1との間に設けられている。ダイオード50は、スイッチング素子Q1と直列接続されている。ダイオード50のカソードはスイッチング素子Q1のドレインに接続されており、ダイオード50のアノードは電力ラインL10に接続されている。
【0028】
電力変換部としての第2変換部45は、第2電源41から入力された電圧を昇圧して出力する昇圧回路である。第2変換部45は、スイッチング素子Q3,Q4と、コイルL2と、を備える。2つのスイッチング素子Q3,Q4は互いに直列接続されている。2つのスイッチング素子Q3,Q4は、電力ラインL10における第2電力用スイッチング素子43と補機30との間と、グランドとの間に設けられている。スイッチング素子Q3,Q4としては、nチャネルのMOSFETが用いられている。スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインとは互いに接続されている。スイッチング素子Q3のドレインは、電力ラインL10における第2電力用スイッチング素子43と補機30との間に接続されている。スイッチング素子Q4のソースはグランドに接続されている。スイッチング素子Q3,Q4のゲートには、制御装置46が接続されている。2つのスイッチング素子Q3,Q4同士の間には、コイルL2が接続されている。コイルL2は、第2電源41に接続されている。コイルL2は、2つのスイッチング素子Q3,Q4同士の間と第2電源41とを接続しているといえる。第2変換部45から出力された電圧は、電力ラインL10に加わる。第2変換部45は、第2電源41から入力された電圧を第1電源22の出力電圧よりも低い電圧であり、かつ、補機30を駆動できる電圧に昇圧させて出力する。第2変換部45は、例えば、10[V]〜11[V]の電圧を出力する。
【0029】
電圧センサ47は、電力ラインL10に接続されている。電圧センサ47は、第1電源22からバックアップ電源40に入力される電圧を検出する。電圧センサ47の検出結果は、制御装置46に取得される。
【0030】
電流センサ48は、第2電源41に直列接続されている。電流センサ48は、第1変換部44から第2電源41に流れる充電電流と、第2電源41から第2変換部45に流れる放電電流を検出する。電流センサ48の検出結果は、制御装置46に取得される。
(【0031】以降は省略されています)

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