电力供给系统的制作方法

本发明涉及一种电力供给系统，其例如可用于向车载系统中的重要负载提供电力。

背景技术：

汽车等的车辆具有用于实现稳定行驶的各种功能。此外，例如，可以安装更高级的功能，例如驾驶员的驾驶操作辅助或驾驶的自动化，并且将来倾向于增加越来越多的高级功能。

用于实现这种高级功能的车载系统包括例如需要持续运行的重要电子部件，例如用于捕获车辆外部图像的车载摄像机以及用于监视车辆外部的障碍物的车载雷达。此外，这种车载电气部件，即负载，通常通过使用由车辆供给的电源电力来工作。

因此，在被安装于车辆的电力供给系统中，特别是对于重要负载，要求不中断电源电力的供给。因此，例如，在配置有高级功能的车辆中，作为车载电源，有时不仅配备主电池而且配备副电池。即，当由于主电池等故障而不能从主电池向重要负载供给电源电力时，代替主电池，可以从副电池供给电源电力。

例如，专利文献1的电池系统控制装置包括主电池和副电池。两个开关串联连接在主电池侧的电源线和副电池侧的电源线之间。因此，通过控制两个开关，可以从主电池向每个负载提供电源电力，并且也可以从副电池提供电源电力。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：jp-a-2016-187235

技术实现要素：

[发明要解决的技术问题]

在包括主电池和副电池的普通车载系统中，通常，从主电池侧向每个负载供给电源电力，并且副电池侧的电源线通过开关与负载断开连接。然后，当检测到主电池的电源由于某种原因而被中断时，控制开关，以使副电池侧的电源线被连接至负载。因此，即使当来自主电池的电力被中断时，由于也可以从副电池将电源电力供给至负载，从而可以防止由于电源电力的中断而导致的负载的功能停止。

但是，当将要被供给至重要负载的电源电力的供给源从主电池侧切换到副电池侧时，发生暂时的操作延迟。也就是说，可以想到，从当来自主电池的电力实际上被中断到控制单元检测到该状态为止的延迟，以及从当控制单元控制开关到当开关实际上被切换且副电池侧的电源开始被供给至负载为止的延迟。

因此，在从当来自主电池的电力供给被中断到副电池侧的电源电力开始被供给至负载的期间，例如约为几秒钟，电源电力不被供给至负载。即，负载可能无法持续地运行。结果，汽车中的驾驶辅助功能、自动驾驶功能等可能无法持续地工作。

例如，如果重要负载其自身内置有大容量电容器或大容量电池，则有可能在从当来自主电池的电力被中断到当副电池侧的电源电力开始被供给至负载的期间，避免功能停止。但是，由于大容量的电容器或电池较大且较重，因此不希望在负载中内置电容器或电池。此外，还存在整个车载系统的成本增加的担忧。

鉴于上述情况而提出了本发明，并且其目的在于提供一种电力供给系统，其能够在当由于来自主电池的电力中断等而将对重要负载的电源电力的供给源从主电池侧切换至副电池侧时，防止对重要负载的电源电力供给的暂时停止。

[用于解决技术问题的方法]

为了实现上述目的，根据本发明的电力供给系统的特征在于以下(1)至(5)。

(1)一种电力供给系统，其具有主电源、副电源、一个或多个负载以及被配置为控制从所述主电源和所述副电源到所述负载的电力供给的接通/断开的开关，所述电力供给系统包括：

第一开关，其被连接在所述主电源和所述负载之间，并且其接通/断开能够被控制；

第二开关，其被连接在所述副电源和所述负载之间，并且其接通/断开能够被控制；和

逆流防止电路，其被配置为防止所述主电源和所述副电源之间的电流逆流，并且

在至少所述第二开关处于断开状态的状态下，所述逆流防止电路在从所述副电源到所述负载的方向上允许电流通过。

(2)根据上述(1)所述的电力供给系统，其中，所述逆流防止电路包括：第一二极管，其被配置为在从所述主电源到所述负载的电源线的方向上允许电流通过，并且在相反方向上防止电流通过；以及第二二极管，其被配置为在从所述副电源到所述负载的所述电源线的方向上允许电流通过，并且在相反方向上防止电流通过，

所述第一开关和所述第一二极管并联连接，并且

所述第二开关和所述第二二极管并联连接。

(3)根据上述(2)所述的电力供给系统，其中，所述第一二极管和所述第二二极管中的至少一个是寄生在构成所述第一开关和/或所述第二开关的半导体开关装置中的体二极管。

(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的电力供给系统，还包括：电源控制单元，其被配置为控制所述第一开关的接通/断开以及所述第二开关的接通/断开，

所述电源控制单元被配置为根据检测以下至少一项的结果来控制所述第一开关的接通/断开以及所述第二开关的接通/断开：在所述第二开关附近的温度变化；在主电源侧流动的电流；和被连接到所述负载的电源线中的电流方向。

(5)根据上述(1)至(4)中任一项所述的电力供给系统，其中，所述负载包括有助于车辆的驾驶自动化的一个或多个传感器装置。

根据具有上述(1)的结构的电力供给系统，当电源电力的向负载的供给源由于来自主电源的电力中断而从主电源侧切换到副电源侧时，可以避免电源电力临时性停止向负载供给。即，由于逆流防止电路在来自主电源的电力被中断到第二开关被接通的时间段内的定时，在从副电源到负载的方向上允许电流通过，从而，可以在不使用第二开关的电流路径的情况下将副电源的电源电力供给至负载。换句话说，当来自主电源的电力被中断时，立即从副电源侧向负载供给电源电力，从而使得即使需要花费时间来切换电源电力的供给源时，向负载的电力供给不被中断，而且也不会在负载中发生功能停止。

根据具有上述(2)的结构的电力供给系统，上述第一二极管在从主电源到负载的电源线的方向上允许电流通过，并且在相反方向上防止电流通过。上述第二二极管在从副电源到负载的电源线的方向上允许电流通过，并且在相反方向上防止电流通过。进一步，由于第一开关和第一二极管并联连接，所以即使当第一开关处于断开状态时，电流也可以在第一二极管的正向流动，并且可以向负载供电。此外，由于第二开关和第二二极管并联连接，所以即使当第二开关处于断开状态时，电流也可以在第二二极管的正向流动，并且可以向负载供给电力。

根据具有上述(3)的结构的电力供给系统，可以用较少的组件来配置必要的电路。例如，由于诸如mos场效应晶体管(fet)的半导体开关装置具有寄生在其结构中的体二极管，所以当将体二极管用作第一二极管或第二二极管时，就无需添加该第一二极管或第二二极管作为新的组件，从而可以减少组件的数量。

根据具有上述(4)的结构的电力供给系统，由于上述电源控制单元可以掌握来自电源的电力中断，因此可以执行适当的控制。例如，当将体二极管用作第二二极管时，体二极管有可能在通电期间发热并且温度升高，而且电流值的上限必须比通常的严格。然而，由于电源控制单元执行适当的控制，所以可以避免在体二极管中出现问题。

根据具有上述(5)的结构的电力供给系统，可以防止被供给至传感器装置的电源电力的暂时中断等的发生。结果，可以期望提高车辆的驾驶自动化的可靠性。

[发明效果]

根据本发明的电力供给系统，当电源电力的向重要负载的供给源由于来自主电池的电力中断而从主电池侧切换到副电池侧等时，可以防止电源电力向重要负载的供给临时停止。即，由于逆流防止电路在来自主电源的电力被中断到第二开关被接通的时间段内的定时，在从副电源到负载的方向上允许电流通过，从而，可以在不使用第二开关的电流路径的情况下将副电源的电源电力提供给负载。换句话说，当发生来自主电源的电力中断时，立即从副电源侧向负载提供电源电力，从而使得即使需要花费时间来切换电源电力的供给源时，向负载的电力供给不被中断，而且也不会在负载中发生功能停止。

以上简要地叙述了本发明。此外，通过阅读下面将参照附图描述的用于实施本发明的模式(在下文中称为“实施方式”)，将阐明本发明的细节。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施方式的电力供给系统的结构示例的电路图。

图2是示意性地示出图1所示的电力供给系统中的多个状态一览的图表。

图3a、3b和3c是示出图1所示的电力供给系统在不同状态下的电源电流路径的电路图。

图4是示出图1所示的电力供给系统的操作示例的流程图。

具体实施方式

以下，将参考附图描述根据本发明的具体实施方式。

图1是示出根据本发明的一实施方式的电力供给系统10的结构示例的电路图。

根据本实施方式的电力供给系统10被配置为假设在诸如汽车的车辆上实现了向诸如各种电气部件的负载提供电源电力的功能。特别地，本实施方式的电力供给系统10具有特殊功能，以使不会对重要负载中断包括暂时中断在内的电源电力的供给。

电力供给系统10包括车载电池11作为主电源。此外，在来自主电源的电力被中断的情况下，还设置有副电池13。交流发电机(alt)12在主车辆的运转期间产生电力并输出dc电源电力。交流发电机12所提供的电源电力可被用于给车载电池11和副电池13充电。

作为一个示例，将从车载电池11输出的额定电源电压和从副电池13输出的额定电源电压设定为约12v。由于充电操作等的影响，车载电池11的输出电压(例如14v)高于副电池13的输出电压。

在如图1所示的例子中，一般负载21和重要负载22、23作为安装在主车辆中的负载而存在。一般负载21例如对应于一般电气部件，诸如车辆内部照明灯、后视镜驱动电机、车窗开闭电机、门锁电机、刮水器驱动电机和加热器。

重要负载22是用于驾驶操作辅助和驾驶自动化的电气部件，并且对应于例如捕获主车辆的诸如前方的图像的车载摄像机，或者对图像进行数字处理以掌握主车辆与道路之间的位置关系并检测障碍物等的电子控制单元(ecu)。

重要负载23是用于驾驶操作辅助和驾驶自动化的电气部件，并且对应于例如用于监视周围状况(诸如主车辆的前方、侧面或后方)的雷达以检测障碍物。

如果重要负载22、23的功能即使在短时间内停止，则可能不利地影响驾驶状况的掌握，并且还可能会降低自动驾驶等的可靠性。因此，有必要防止在切换电源电力的供给源期间暂时中断对重要负载22、23的电力供给。

在图1所示的示例中，一般负载21被连接至电源线41，并且重要负载22、23被连接至电源线42。此外，车载电池11和交流发电机12被连接到电源线41，并且副电池13被连接到电源线43。

经由半导体开关装置14连接主电源侧的电源线41和负载侧的电源线42。经由半导体开关装置15连接副电源侧的电源线43和电源线42。

如图1所示，本实施方式的半导体开关装置14、15都是可以控制其的导通的接通/断开的mos功率fet。因此，半导体开关装置14包括寄生在其中的体二极管14a，并且半导体开关装置15也包括体二极管15a。

半导体开关装置14的体二极管14a被以如下极性连接，即使得在从主电源侧的电源线41到重要负载侧的电源线42的方向上允许导通，并且反向的电流被阻断。此外，半导体开关装置15的体二极管15a被以如下的极性连接，即使得在从副电源侧的电源线43到重要负载侧的电源线42的方向上允许导通，并且反向的电流被阻断。与通常的电路结构不同，在本实施方式的电力供给系统10中，体二极管14a、15a被积极地用于实现特殊功能。

如图1所示，在半导体开关装置15的附近设置有温度传感器31。设置温度传感器31以检测由体二极管15a的发热所引起的温度变化。

电流传感器32被连接至主电源侧的电源线41。电流传感器32被用于检测从车载电池11流向负载侧的电源电流i01的大小。电流传感器32可以由例如具有非常小的电阻值的电阻器和以高灵敏度检测电阻器的两端之间的微小电位差的检测器构成。

此外，电流传感器33被连接至重要负载22、23的电源线42。电流传感器33被用于检测流过电源线42的电源电流i02的电流流动方向。也就是说，通过电流传感器33的输出区分电源电流i02从车载电池11流向重要负载22、23的状态和电源电流i02从副电池13流向重要负载22、23的状态。

电力供给系统10包括用于控制整个电力供给系统10的电源控制单元16。电源控制单元16被配置为包括诸如微型计算机的控制元件的电子控制单元。

图1所示的电源控制单元16可以使用控制信号sg1来控制半导体开关装置14的接通/断开。此外，电源控制单元16可以使用控制信号sg2来控制半导体开关装置15的接通/断开。通过监视信号sg3、sg4和sg5，电源控制单元16可以分别掌握温度传感器31和电流传感器32、33的检测状态。

图2是示意性地示出图1所示的电力供给系统10中的多个状态一览的图表。图3a、3b和3c是示出图1所示的电力供给系统10在不同状态下的电源电流路径的电路图。

[状态a]

在车辆的正常运转状态下，如在图2所示的“状态a”下，半导体开关装置14接通，半导体开关装置15断开。因此，如图3a所示，电源电流i01流过半导体开关装置14的主体，并且车载电池11的电源电力被供给至重要负载22、23。

此外，由于车载电池11的电压通常高于副电池13的电压，从而相反方向上的偏置电压被供给至体二极管15a，并且体二极管15a防止电流逆流。由于半导体开关装置15断开，电流(i03)不会从副电池13流向电源线42。其结果，仅主电源向重要负载22、23供电。

[状态b]

当来自主电源的电力由于某种原因而被中断时，在电源线41中没有产生预定的电源电压。然而，难以瞬时掌握来自主电源的电力中断的发生，并且来自主电源的电力被中断后立即得到图2所示的“状态b”。在“状态b”下，与“状态a”同样地，半导体开关装置14也接通，半导体开关装置15保持断开。

然而，当电源线42的电压降低并且低于副电池13的电压时，正向上的偏置电压被施加于体二极管15a，并且体二极管15a进入导电状态。因此，如图3b所示，电源电流i03流经通过体二极管15a的路径，并且副电池13的电源被供给至重要负载22、23。

即，当来自主电源的电力中断发生时，状态从“状态a”转变为“状态b”，从而可以将副电池13的电源电力供给至重要负载22、23而无需切换半导体开关装置14、15的状态。因此，即使当来自主电源的电力被中断时，重要负载22、23也能够持续地工作。

因此，当为了使得电源电流i03积极地流动的目的而使用体二极管15a时，需要预先考虑到由发热引起的温度升高和电流值的限制来设计体二极管15a。

由于半导体开关装置14在“状态b”下接通，因此副电池13的电源电力也经由电源线43、体二极管15a、电源线42和半导体开关装置14而被供给至一般负载21。

[状态c]

当图1所示的电源控制单元16检测到来自主电源的电力中断时，在电源控制单元16的控制下，状态从图2中的“状态b”转变为“状态c”。如图2所示，在“状态c”中，半导体开关装置14断开，并且半导体开关装置15接通。

因此，如图3c所示，电源电流i03流经通过半导体开关装置15的主体，并且副电池13的电源电力被供给至重要负载22、23。在这种情况下，由于半导体开关装置15的主体在导通状态下的电阻值小于体二极管15a的电阻值，所以流过体二极管15a的电流很大程度地减小。

此外，由于半导体开关装置14断开，并且反向上的偏置电压被施加至体二极管14a，所以阻止了从电源线42到电源线41的方向上的电流，并且停止了一般负载21的电源电力供给。

如上所述，当来自主电源的电力被中断时，由于电力供给系统10的状态从“状态a”经由“状态b”转变为“状态c”，因此即使在来自主电源的电力中断的检测中出现延迟并且需要花费时间来切换半导体开关装置14、15的接通/断开的状态时，对重要负载22、23的电源电力供给也不会被中断。

[电力供给系统的运转]

图4是示出图1所示的电力供给系统10的操作示例的流程图。图4所示的控制由电源控制单元16执行。

在来自主电源的电力供给没有被中断的初始状态下，电源控制单元16在第一步骤s11中输出控制信号sg1、sg2，主电源侧的半导体开关装置14接通，并且副电池13侧的半导体开关装置15断开。结果，获得图2所示的“状态a”。即，如图3a所示，电源电流i01流动并且来自车载电池11的电源电力被供给至重要负载22、23。

在步骤s12中，电源控制单元16监视信号sg3、sg4和sg5的状态。该监视使得可以识别出来自主电源的电力中断的发生。即，当来自主电源的电力被中断时，状态从图2中的“状态a”转变为“状态b”，并且如图3b所示，电源电流i03流过体二极管15a。因此，体二极管15a产生热量并且温度升高，从而可以通过温度传感器31检测到该变化。

此外，由于当来自主电源的电力被中断时状态从图3的a的状态变化为图3的b的状态，流过电源线41的电源电流i01很大程度地减小。因此，通过使用电流传感器32检测电源电流i01的大小，可以识别来自主电源的电力中断的发生。

此外，由于当发生来自主电源的电力中断时状态从图3的a的状态变化为图3的b的状态，流过电源线42的电流的方向相应地改变。因此，通过使用电流传感器33检测电源线42中电流的方向，可以识别来自主电源的电力中断的发生。

基于在步骤s12中监视到的信号sg3、sg4和sg5的状态，电源控制单元16基于诸如体二极管15a的温度上升、流经电源线41的电源电流i01减小、和流经电源线42的电流方向的变化，一个或多个条件的综合来识别来自主电源的电力中断的发生。此外，当检测到来自主电源的电力中断时，处理从步骤s13进入步骤s14。

在步骤s14中，电源控制单元16切换控制信号sg1和sg2的状态，主电源侧的半导体开关装置14断开，并且副电池13侧的半导体开关装置15接通。结果，获得图2所示的“状态c”。即，如图3c所示，电源电流i03流经通过半导体开关装置15的主体的路径，并且来自副电池13的电源电力被供给至重要负载22、23。

当然，电力供给系统10的电路通过电源控制单元16执行步骤s14而在转变为“状态c”之前转变为“状态b”，所以如图3b所示，电源电流i03在步骤s14被执行之前流经体二极管15a。因此，即使在步骤s14的执行定时发生了延迟，也不会中断对重要负载22、23的电源电力供给。

在转变到“状态c”之后，电源控制单元16在步骤s15中监视信号sg3、sg4和sg5的状态。因此，来自主电源的电力供给是否从被中断的状态中恢复得以确定。

当主电源恢复到正常状态时，电源控制单元16从步骤s16进入步骤s17，并且状态转变为“状态a”。即，切换控制信号sg1和sg2的状态，半导体开关装置14接通，并且半导体开关装置15断开。因此，获得如图3a所示的状态，并且来自车载电池11的电源电力经由电源线41、半导体开关装置14和电源线42而再次被供给至重要负载22、23。

即使在电源控制单元16在步骤s17的控制下将状态从图3c的状态切换到图3a的状态之前，由于当恢复主电源时电源电流i01流动，所以对重要负载22、23的电源电力供给在切换期间不被中断。

即，当主电源恢复时，由于电源线41的电压高于电源线42的电压，体二极管14a被正向电压偏置，并且即使当半导体开关装置14断开时，电源电流i01也流过体二极管14a。

如上所述，在根据本实施方式的电力供给系统10中，当来自主电源的电力由于车载电池11等的故障而被中断时，可以防止向重要负载22、23的电源电力供给被暂时中断。即，如图3b所示，由于即使在电源控制单元16接通半导体开关装置15之前的定时，电源电流i03也流过体二极管15a的路径，因此副电池13的电源电力也可以被立即供给至重要负载22、23。

因此，可以提高向用于驾驶辅助和自动驾驶的诸如车载摄像机和雷达的重要负载22、23的电源电力供给的可靠性，并且可以提高车辆驾驶的安全性。

另外，当来自主电源的电力被中断时，电源控制单元16接通半导体开关装置15，因此可以避免体二极管15a继续发热。此外，通过断开半导体开关装置14，可以防止副电池13的电源电力流向电源线41侧，并且可以延长消耗副电池13的电源电力之前的时间。

此外，电源控制单元16检测体二极管15a附近的温度变化、流经电源线41的电源电流i01的大小以及流经电源线42的电源电流i02的方向，可以正确地识别出来自主电源的电力中断的发生。

如图1所示的每个半导体开关装置14、15例如可以由除半导体开关装置之外的诸如机械继电器的组件代替。然而，在那种情况下，必须与每个接触点并联连接具有与体二极管14a和15a中的每一个等效的功能的新部件，即，二极管。然而，采用如图1所示的半导体开关装置14、15的优点在于减少部件数量以及减小尺寸和重量。

通过仅监视由电源控制单元16在图4的步骤s12中监视到的信号sg3至sg5中任一个，就可以识别出来自主电源的电力中断的发生。可以基于信号sg3至sg5的多个状态的适当综合来识别来自主电源的电力中断的发生。

这里，将在下述[1]至[5]中简要总结如上述本发明的实施例的电力供给系统的特征。

[1]一种电力供给系统(10)，其具有主电源(车载电池11)、副电源(副电池13)、一个或多个负载(重要负载22、23)、以及被配置为控制从上述主电源和上述副电源对上述负载的电力供给的接通/断开的开关，上述电力供给系统包括：

第一开关(半导体开关装置14)，其被连接在上述主电源和上述负载之间，并且其接通/断开能够被控制；

第二开关(半导体开关装置15)，其被连接在上述副电源和上述负载之间，并且其接通/断开能够被控制；和

逆流防止电路(体二极管14a、15a)，其被配置为防止上述主电源和上述副电源之间的电流逆流，并且

在至少上述第二开关处于断开状态的状态下，上述逆流防止电路(体二极管15a)在从上述副电源到上述负载的方向上允许电流通过。

[2]根据上述[1]所述的电力供给系统，其中，上述逆流防止电路包括：第一二极管(体二极管14a)，其被配置为在从上述主电源到上述负载的电源线的方向上允许电流通过并且在相反方向上防止电流通过；以及第二二极管(体二极管15a)，其被配置为允许电流在从上述副电源到上述负载的电源线的方向允许电流通过，并且防止电流在相反方向上防止电流通过，

上述第一开关和上述第一二极管并联连接，并且

上述第二开关和上述第二二极管并联连接。

[3]根据上述[2]所述的电力供给系统，其中，上述第一二极管和上述第二二极管中至少一个是寄生在构成第一开关和/或第二开关的半导体开关装置(14、15)中的体二极管(14a、15a)。

[4]根据上述[1]至[3]中任一项所述的电力供给系统，还包括电源控制单元(16)，其被配置为控制上述第一开关的接通/断开以及上述第二开关的接通/断开，并且

上述电源控制单元根据检测到以下至少一个结果来控制上述第一开关的接通/断开以及上述第二开关的接通/断开(s12至s14)：在上述第二开关附近的温度变化；在主电源侧流动的电流；和被连接到负载的电源线中的电流方向。

[5]根据上述[1]至[4]中任一项所述的电力供给系统，其中，所述负载包括有助于车辆的驾驶自动化的一个或多个传感器装置(重要负载22、23)。

[附图标记说明]

10电力供给系统

11车载电池

12交流发电机

13副电池

14、15半导体开关装置

14a、15a体二极管

16电源控制单元

21一般负载

22、23重要负载

31温度传感器

32、33电流传感器

41、42、43电源线

44接地

i01、i02、i03电源电流

sg1、sg2控制信号

sg3、sg4、sg5信号