JP7717629B2 - 電源制御装置および電源制御方法 - Google Patents

電源制御装置および電源制御方法

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Description

開示の実施形態は、電源制御装置および電源制御方法に関する。
第1電源の電力を第1負荷に供給する第1系統と、第2電源の電力を第2負荷に供給する第2系統と、第1系統および第2系統を接続する系統間スイッチと、系統間スイッチを制御する制御部とを備える電源制御装置がある(例えば、特許文献1参照)。
電源制御装置の制御部は、通常時に系統間スイッチを導通して、第1電源から第1系統および第2系統に電力を供給する。そして、制御部は、第1系統または第2系統の電圧が地絡閾値以下になると、地絡が発生したと判定して系統間スイッチを遮断し、第1系統および第2系統のうち地絡が検出されてない正常な方の系統によってFOP(フェールオペレーション)を実施する。
特開2019-62727号公報
しかしながら、電源制御装置は、例えば、第2系統の電圧に基づいて地絡を検出する場合、第1系統において地絡が発生すると、第1系統よりも後に第2系統の電圧が低下することから第1系統の地絡の検出が遅れるため、地絡検出の応答性能に改善の余地がある。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、地絡検出の応答性能を向上させることができる電源制御装置および電源制御方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る電源制御装置は、第1系統と、第2系統と、接続部と、制御部とを備える。第1系統は、第1電源の電力を第1負荷に供給する。第2系統は、第2電源の電力を第2負荷に供給する。接続部は、前記第1系統および前記第2系統を接続する。制御部は、前記第1電源の電圧が第1の閾値以下になると前記接続部を遮断し、前記第2電源の電圧が前記第1の閾値より小さい第2の閾値以下になると前記接続部を遮断する。
実施形態の一態様に係る電源制御装置および電源制御方法は、地絡検出の応答性能を向上させることができるという効果を奏する。
図1は、第1実施形態に係る電源制御装置の構成例を示す説明図である。 図2は、第1実施形態に係る電源制御装置の動作例を示す説明図である。 図3は、第1実施形態に係る第1制御部の構成例を示す説明図である。 図4は、第1実施形態に係る第2制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 図5は、第2実施形態に係る電源制御装置の構成例を示す説明図である。 図6は、第2実施形態に係る制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、電源制御装置および電源制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下では、自動運転機能を備える車両に搭載されて負荷へ電力を供給する電源制御装置を例に挙げて説明するが、実施形態に係る電源制御装置は、自動運転機能を備えていない車両に搭載されてもよい。
実施形態に係る電源制御装置は、電気自動車、ハイブリット自動車、または、内燃機関によって走行するエンジン自動車に搭載される。なお、実施形態に係る電源制御装置は、第1電源と第2電源とを備え、第1電源に電源失陥が発生した場合に、第2電源によって第1電源をバックアップしてFOP(フェイルオペレーション)を実施する任意の装置に搭載されてもよい。
[1.第1実施形態]
[1.1.第1実施形態に係る電源制御装置の構成および動作]
図1は、第1実施形態に係る電源制御装置1の構成例を示す説明図である。図2は、第1実施形態に係る電源制御装置1の動作例を示す説明図である。
図1に示すように、電源制御装置1は、第1電源10と、自動運転制御装置110とに接続される。さらに、電源制御装置1は、第1負荷の一例であるFOP負荷101および一般負荷102に接続される。
第1電源10は、例えば電源制御装置1がエンジン自動車に搭載される場合、発電機と、鉛バッテリとを含む。なお、第1電源10の電池は、鉛バッテリ以外の任意の2次電池であってもよい。
発電機は、例えば、走行する車両の運動エネルギーを電気に変換して発電するオルタネータである。発電機は、発電した電力による鉛バッテリおよび後述する第2電源の充電、FOP負荷101および一般負荷102への電力供給を行う。
第1電源10は、電源制御装置1が電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載される場合、DC/DCコンバータと、鉛バッテリとを含む。この場合、DC/DCコンバータは、発電機と、鉛バッテリよりも電圧が高い高圧バッテリとに接続され、発電機および高圧バッテリの電圧を降圧して電源制御装置1に出力する。高圧バッテリは、例えば、電気自動車やハイブリット自動車に搭載される車両駆動用のバッテリである。
FOP負荷101は、自動運転中に動作するステアリングモータ、電動ブレーキ装置、車載カメラ、およびレーダ等である。一般負荷102は、例えば、ディスプレイ、エアコン、オーディオ、ビデオ、および各種ライト等を含む。自動運転制御装置110は、FOP負荷101を動作させて、車両を自動運転制御する装置である。
電源制御装置1は、第2電源20を備える。第2電源20は、例えば、リチウムイオンバッテリを備える。なお、第2電源20が備える電池は、リチウムイオンバッテリ以外の2次電池であってもよい。第2電源20は、第1電源10による電力供給ができなくなった場合のバックアップ用電源である。
電源制御装置1は、第1電源10の電力を第1負荷の一例であるFOP負荷101および一般負荷102に供給する第1系統11と、第2電源20の電力を第2負荷の一例であるFOP負荷101および一般負荷102に供給する第2系統21とを備える。
さらに、電源制御装置1は、接続部2と、制御部3と、電池用スイッチ4と、第1電圧センサ51と、第2電圧センサ52とを備える。第1電圧センサ51は、第1系統11の電圧を検出し、検出結果を制御部3に出力する。第2電圧センサ52は、第2系統21の電圧を検出し、検出結果を制御部3に出力する。
接続部2は、第1系統11と第2系統21とを導通および遮断可能に接続する。接続部2は、例えば、第1系統11と第2系統21とを接続する系統間スイッチである。接続部2は、制御部3による制御によって導通と遮断とが切り替えられる。
なお、接続部2は、例えば、DC/DCコンバータであってもよい。この場合、制御部3は、DC/DCコンバータを動作させて第1系統11と第2系統21とを導通させ、DC/DCコンバータの動作を停止させることによって、第1系統11と第2系統21とを遮断する。
電池用スイッチ4は、第2電源20と第2系統21とを導通および遮断可能に接続するスイッチである。電池用スイッチ4は、制御部3による制御によって導通と遮断とが切り替えられる。
制御部3は、接続部2および電池用スイッチ4を制御する。制御部3は、例えば、地絡などの電源失陥が発生していない通常時には、電池用スイッチ4を遮断し、接続部2を導通する。これにより、電源制御装置1は、図1に示すように、第1電源10からFOP負荷101および一般負荷102に電力を供給する。
また、制御部3は、第1電圧センサ51および第2電圧センサ52の検出結果に基づいて、第1系統11または第2系統21における地絡の発生を検出すると、接続部2を遮断し、電池用スイッチ4を導通する。
これにより、図2に示すように、電源制御装置1は、第1電源10からFOP負荷101および一般負荷102に電力を供給すると共に、第2電源20からFOP負荷101および一般負荷102に電力を供給する。
その後、制御部3は、第1電圧センサ51の検出結果が所定時間経過後に地絡閾値を超えるまで復帰し、第2電圧センサ52の検出結果が所定時間経過後も地絡閾値未満であれば、第2系統21の地絡と判定し、電池用スイッチ4を遮断する。これにより、電源制御装置1は、第1電源10によってFOP負荷101への電力供給を継続できる。
また、制御部3は、第1電圧センサ51の検出結果が所定時間経過後も地絡閾値未満であり、第2電圧センサ52の検出結果が所定時間経過後に地絡閾値を超えるまで復帰すれば、第1系統11の地絡と判定する。この場合、電源制御装置1は、第2電源20によってFOP負荷101への電力供給を継続できる。
具体的には、制御部3は、第1制御部31と、第2制御部32とを備える。第1制御部31は、ハードウェアによって構成される。第1制御部31は、第1電圧センサ51および第2電圧センサ52の検出結果に基づいて、第1系統11または第2系統21における地絡の発生を仮判定する。第1制御部31は、地絡が発生したと仮判定すると、ハードウェアによって即座に接続部2を遮断し、電池用スイッチ4を遮断して、地絡の発生を第2制御部32に通知する。
第2制御部32は、ソフトウェアによって構成される。例えば、第2制御部32は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。なお、第2制御部32は、一部または全部がASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成されてもよい。
第2制御部32は、第1制御部31から地絡の発生の通知を受けると、第1制御部31による接続部2および電池用スイッチ4の制御を引き継ぐ。すなわち、第2制御部32は、接続部2を遮断し、電池用スイッチ4を導通する制御を継続する。
そして、第2制御部32は、CPUがROMに記憶されたプログラムを、RAMを作業領域として使用して実行することにより、第1系統11および第2系統21のうち、地絡が発生している方の系統を判定する。
第2制御部32は、第2系統21の地絡と判定した場合、上記したように、電池用スイッチ4を遮断し、第1電源10によってFOP負荷101に電力を供給させる。第2制御部32は、第1系統11の地絡と判定した場合、上記したように、電池用スイッチ4の導通を継続させ、第2電源20によってFOP負荷101に電力を供給させる。
ここで、制御部3は、例えば、第2系統21の電圧に基づいて地絡を検出する場合、第1系統11において地絡が発生すると、第1系統11よりも後に第2系統21の電圧が低下することから第1系統11の地絡の検出が遅れる。つまり、制御部3は、地絡検出の応答性能が低下する。
そこで、実施形態に係る制御部3は、第1電源10の電圧が第1の閾値以下になると接続部2を遮断し、第2電源20の電圧が第1の閾値より小さい第2の閾値以下になると接続部2を遮断する。
つまり、制御部3は、第1系統11の電圧が第1の閾値以下、または、第2系統21の電圧が第1の閾値よりも小さい第2の閾値以下になると、第1系統11または第2系統21に地絡が発生したと判定し、接続部2を遮断して電池用スイッチ4を導通する。
したがって、制御部3は、第2系統21の電圧に基づいて地絡を検出することにより、第2系統21の地絡検出の応答性を向上させることができる。また、制御部3は、第2の閾値よりも大きな第1の閾値と第1系統11の電圧とを比較して地絡を検出することにより、第1系統11の地絡検出の応答性を向上させることができる。
具体的には、第1制御部31は、第1電源10の電圧が第1の閾値以下、または、第2電源20の電圧が第1の閾値より小さい第2の閾値以下になると、第1系統11または第2系統21に地絡が発生したと仮判定して接続部2を遮断するハードウェアを有する。第2制御部32は、第1制御部31によって地絡が発生したと仮判定された後に、第1系統11の電圧および第2系統21の電圧に基づいて地絡が発生した系統を本判定するソフトウェアを有する。
このように、第1制御部31は、安価なハードウェアによって構成されるので、ソフトウェアで地絡を検出することに比べ、検出の応答性を高めることができると共に、制御部3の製造コストを低減することができる。次に、図3を参照して、第1制御部31の構成例について説明する。図3は、第1実施形態に係る第1制御部31の構成例を示す説明図である。
図3に示すように、第1制御部31は、第1比較器33と、第2比較器34と、OR回路35とを備える。また、第1制御部31は、第1の閾値36と、第1の閾値36よりも小さい第2の閾値37を基準電圧として有する。
第1比較器33は、第1電圧センサ51によって検出される第1系統11の電圧(第1電源10の電圧)V1と第1の閾値36とを比較し、第1系統11の電圧V1が第1の閾値36以下であれば、地絡したと仮判定したことを示すH(ハイレベル)の信号をOR回路35に出力する。第1比較器33は、第1系統11の電圧V1が第1の閾値36以下でなければ、正常であることを示すL(ローレベル)の信号をOR回路35に出力する。
第2比較器34は、第2電圧センサ52によって検出される第2系統21の電圧(第2電源20の電圧)V2と第2の閾値37とを比較し、第2系統21の電圧V2が第2の閾値37以下であれば、地絡したと仮判定したことを示すH(ハイレベル)の信号をOR回路35に出力する。第2比較器34は、第2系統21の電圧V2が第2の閾値37以下でなければ、正常であることを示すL(ローレベル)の信号をOR回路35に出力する。
OR回路35は、第1比較器33または第2比較器34からHの信号が入力される場合に、Hの信号を接続部2、第2制御部32、および電池用スイッチ4に出力する。OR回路35から第2制御部32に出力されるHの信号は、地絡が発生したと仮判定したことの通知となる。接続部2は、OR回路35からHの信号が入力されると導通から遮断に切り替わる。電池用スイッチ4は、OR回路35からHの信号が入力されると遮断から導通に切り替わる。
なお、第1制御部31は、ハードウェアで構成されるため、厳密には、第1制御部31が「地絡が発生したと仮判定する」ことはないが、便宜上、本明細書においては、第1比較器33または第2比較器34からHの信号が出力されることをもって、地絡が発生したと仮判定するとしている。
[1.2.第1実施形態に係る制御部が実行する処理]
次に、図4を参照して、第2制御部32が実行する処理について説明する。図4は、第1実施形態に係る第2制御部32が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
図4に示すように、第2制御部32は、第1制御部31から仮判定の通知があるか否かを判定する(ステップS101)。第2制御部32は、仮判定の通知がないと判定した場合(ステップS101,No)、処理を終了し、ステップS101から再度処理を開始する。
第2制御部32は、仮判定の通知があると判定した場合(ステップS101,Yes)、接続部2の遮断を継続し(ステップS102)、電池用スイッチ4の導通を継続する(ステップS103)。その後、第2制御部32は、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下か否かを判定する(ステップS104)。第3の閾値は、例えば、第2の閾値37よりも小さい値とする。
第2制御部32は、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下であると判定した場合(ステップS104,Yes)、第1系統11の地絡と本判定し(ステップS105)、処理を終了する。このとき、第2制御部32は、第1系統11で地絡が発生したことを自動運転制御装置110に通知する。これにより、自動運転制御装置110は、FOP負荷101を動作させて車両の退避走行を開始する。
また、第2制御部32は、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下でないと判定した場合(ステップS104,No)、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下か否かを判定する(ステップS106)。第2制御部32は、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下であると判定した場合(ステップS106,Yes)、第2系統21の地絡と本判定し(ステップS107)、処理を終了する。このように、第2制御部32は、第1系統11の電圧V1および第2系統21の電圧V2を第2の閾値より小さい第3の閾値と比較することで、地絡が発生した系統を本判定できる。
このとき、第2制御部32は、第2系統21で地絡が発生したことを自動運転制御装置110に通知する。これにより、自動運転制御装置110は、FOP負荷101を動作させて車両の退避走行を開始する。なお、第3の閾値は第2の閾値37と同じでもよいが、第3の閾値を第2の閾値37より小さくすることで本判定の精度を向上することができる。
また、第2制御部32は、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下でないと判定した場合(ステップS106,No)、第1制御部31による地絡の仮判定は、一時的な過電圧やノイズ等に起因した誤検出であったと判断し、電池用スイッチ4を導通し(ステップS108)、接続部2を導通して(ステップS109)、通常時動作に復帰する。その後、第2制御部32は、処理を終了し、ステップS101から再度処理を開始する。
なお、ステップS105で本判定を行う場合、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下の状態(ステップS104,Yes)が所定時間以上続いたときに、第1系統11の地絡と本判定することが望ましい。ステップS107で本判定を行う場合も同様に、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下の状態(ステップS106,Yes)が所定時間以上続いたときに、第2系統21の地絡と本判定することが望ましい。
[2.第2実施形態]
[2.1.第2実施形態に係る電源制御装置の構成および動作]
つぎに、図5を参照して、第2実施形態に係る電源制御装置1aの構成および動作について説明する。図5は、第2実施形態に係る電源制御装置1aの構成例を示す説明図である。
図5に示すように、電源制御装置1aは、制御部3aの構成が第1実施形態に係る電源制御装置1の制御部3とは異なる。制御部3aは、ソフトウェアによって構成される。例えば、制御部3aは、CPU、ROM、RAMなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。
制御部3aは、第1制御部31および第2制御部32に代えて、CPUがROMに記憶されたプログラムを、RAMを作業領域として使用して実行することにより機能する仮異常判定部31aと本異常判定部32aとを備える。
仮異常判定部31aは、第1電源10の電圧V1が第1の閾値36以下、または、第2電源20の電圧V2が第1の閾値36より小さい第2の閾値37以下になると、第1系統11または第2系統21に地絡が発生したと仮判定して接続部2を遮断するソフトウェアを有する。つまり、仮異常判定部31aは、ソフトウェアを実行することによって、第1制御部31と同様の制御を行う。なお、ここでの第1の閾値36および第2の閾値37は、予め不揮発性メモリに記憶された値である。
また、本異常判定部32aは、仮異常判定部31aによって地絡が発生したと仮判定された後に、第1電源10の電圧および第2電源20の電圧に基づいて地絡が発生した系統を本判定するソフトウェアを有する。つまり、本異常判定部32aは、ソフトウェアを実行することによって、第2制御部32と同様の制御を行う。
制御部3aによれば、チップ内にハードウェアによって構成される第1制御部31を設けずとも、ソフトウェアによって実現される仮異常判定部31aによって、第1制御部31と同様に地絡の発生を仮判定することができる。したがって、制御部3aは、ハードウェアの占有面積を縮小することにより、さらなる小型化が可能になる。
[2.2.第2実施形態に係る制御部が実行する処理]
次に、図6を参照して、第2実施形態に係る制御部3aが実行する処理について説明する。図6は、第2実施形態に係る制御部3aが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
図6に示すように、制御部3aでは、まず、仮異常判定部31aが仮異常判定部31aは、第1系統11の電圧V1が第1の閾値36以下であるか否かを判定する(ステップS201)。
仮異常判定部31aは、第1系統11の電圧V1が第1の閾値36以下であると判定した場合(ステップS201,Yes)、処理をステップS203に移す。仮異常判定部31aは、第1系統11の電圧V1が第1の閾値36以下でないと判定した場合(ステップS201,No)、第2系統21の電圧V2が第2の閾値37以下か否かを判定する(ステップS202)。
仮異常判定部31aは、第2系統21の電圧V2が第2の閾値37以下でないと判定した場合(ステップS202,No)、処理を終了し、ステップS201から再度処理を開始する。仮異常判定部31aは、第2系統21の電圧V2が第2の閾値37以下であると判定した場合(ステップS202,Yes)、接続部2を遮断し(ステップS203)、電池用スイッチ4を導通する(ステップS204)。
その後、本異常判定部32aは、図4に示す第2制御部32により実行されるステップS104~S109と同様の処理を実行する。具体的には、本異常判定部32aは、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下か否かを判定する(ステップS104)。第3の閾値は、例えば、第2の閾値37よりも小さい値とする。
本異常判定部32aは、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下であると判定した場合(ステップS104,Yes)、第1系統11の地絡と本判定し(ステップS105)、処理を終了する。このとき、本異常判定部32aは、第1系統11で地絡が発生したことを自動運転制御装置110に通知する。これにより、自動運転制御装置110は、FOP負荷101を動作させて車両の退避走行を開始する。
また、本異常判定部32aは、第1系統11の電圧V1が第3の閾値以下でないと判定した場合(ステップS104,No)、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下か否かを判定する(ステップ106)。本異常判定部32aは、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下であると判定した場合(ステップS106,Yes)、第2系統21の地絡と本判定し(ステップS107)、処理を終了する。このように、本異常判定部32aは、第1系統11の電圧V1および第2系統21の電圧V2を第2の閾値より小さい第2の閾値と比較することで、地絡が発生した系統を本判定できる。
このとき、本異常判定部32aは、第2系統21で地絡が発生したことを自動運転制御装置110に通知する。これにより、自動運転制御装置110は、FOP負荷101を動作させて車両の退避走行を開始する。なお、本実施形態においても、第3の閾値は第2の閾値37と同じでもよいが、第3の閾値を第2の閾値37より小さくすることで本判定の精度を向上することができる。
また、本異常判定部32aは、第2系統21の電圧V2が第3の閾値以下でないと判定した場合(ステップS106,No)、電池用スイッチ4を導通し(ステップS108)、接続部2を導通して(ステップS109)、通常時動作に復帰する。その後、本異常判定部32aは、処理を終了し、ステップS201から再度処理を開始する。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1,1a 電源制御装置
10 第1電源
20 第2電源
11 第1系統
21 第2系統
2 接続部
3,3a 制御部
31 第1制御部
32 第2制御部
33 第1比較器
34 第2比較器
35 OR回路
36 第1の閾値
37 第2の閾値
31a 仮異常判定部
32a 本異常判定部
4 電池用スイッチ
51 第1電圧センサ
52 第2電圧センサ
101 FOP負荷
102 一般負荷
110 自動運転制御装置

Claims (5)

  1. 第1電源の電力を第1負荷に供給する第1系統と、
    第2電源の電力を第2負荷に供給する第2系統と、
    前記第1系統および前記第2系統を接続する接続部と、
    前記第1電源の電圧が第1の閾値以下になると前記接続部を遮断し、
    前記第1電源の電圧が第1の閾値以下、または、前記第2電源の電圧が前記第1の閾値より小さい第2の閾値以下になると、前記第1系統または前記第2系統に異常が発生したと仮判定して前記接続部を遮断するハードウェアを有する第1制御部と、
    前記第1制御部によって異常が発生したと仮判定された後に、前記第1電源の電圧および前記第2電源の電圧に基づいて異常が発生した系統を本判定するソフトウェアを有する第2制御部と
    を備える電源制御装置。
  2. 前記第2制御部は、
    前記第1電源の電圧および前記第2電源の電圧を前記第2の閾値以下である第3の閾値と比較して異常が発生した系統を本判定する請求項に記載の電源制御装置。
  3. 第1電源の電力を第1負荷に供給する第1系統と、
    第2電源の電力を第2負荷に供給する第2系統と、
    前記第1系統および前記第2系統を接続する接続部と、
    前記第1電源の電圧が第1の閾値以下、または、前記第2電源の電圧が前記第1の閾値より小さい第2の閾値以下になると、前記第1系統または前記第2系統に異常が発生したと仮判定して前記接続部を遮断するソフトウェアを有する仮異常判定部と、
    前記仮異常判定部によって異常が発生したと仮判定された後に、前記第1電源の電圧および前記第2電源の電圧に基づいて異常が発生した系統を本判定するソフトウェアを有する本異常判定部と
    を備える電源制御装置。
  4. 前記本異常判定部は、
    前記第1電源の電圧および前記第2電源の電圧を前記第2の閾値以下である第3の閾値と比較して異常が発生した系統を本判定する請求項に記載の電源制御装置。
  5. 第1電源の電力を第1負荷に供給する第1系統と、
    第2電源の電力を第2負荷に供給する第2系統と、
    前記第1系統および前記第2系統を接続する接続部と
    を備える電源装置を制御装置が制御する電源制御方法であって、
    前記第1電源の電圧が第1の閾値以下、または、前記第2電源の電圧が前記第1の閾値より小さい第2の閾値以下になると、前記第1系統または前記第2系統に異常が発生したと仮判定して前記接続部を遮断し、
    前記異常が発生したと仮判定した後に、前記第1電源の電圧および前記第2電源の電圧に基づいて異常が発生した系統を本判定する
    電源制御方法。
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