JP2002205612A - 車両用電源制御装置 - Google Patents

車両用電源制御装置

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JP2002205612A
JP2002205612A JP2001305430A JP2001305430A JP2002205612A JP 2002205612 A JP2002205612 A JP 2002205612A JP 2001305430 A JP2001305430 A JP 2001305430A JP 2001305430 A JP2001305430 A JP 2001305430A JP 2002205612 A JP2002205612 A JP 2002205612A
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power
power supply
power source
electric
switch
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JP2001305430A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Koni
満 紺井
Shinichi Sakamoto
伸一 坂本
Tatsuya Yoshida
龍也 吉田
Hiroyuki Saito
博之 斎藤
Kiyoshi Horibe
清 堀部
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】イグニッションスイッチの電源を分配,通電,
遮断する機能を多重通信と、半導体スイッチング素子を
使用して分散し、イグニッションスイッチやヒューズボ
ックスに集中する電源ケーブルを削減させる。 【解決手段】バッテリ電源からの電源線の途中に電源を
遮断する電源遮断器を配置し、その電源遮断器からさら
に電源線を配線する。さらにその電源線の途中に電源端
末を設置し、そこから電気負荷に対して電力を供給す
る。また、電源の分配,電気負荷に対する電源供給の制
御を多重通信によって行う。電源供給を行うスイッチン
グ素子に自己保護機能のある素子を使用する事によって
ヒューズ機能をスイッチング素子に持たせる事もできる
ので、ヒューズを削減でき、制御信号用の電線だけでな
く、電源供給用の電線も減少させ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明にかかる電力供給装置
及びその方法、それに用いる半導体回路装置あるいは集
約配線装置は、特に自動車用の実施例を説明したが、基
本的な技術は自動車に限らず、電源から遠くはなれた多
数の電気負荷を有する、例えば電車,飛行機,船舶等他
の乗物にも広く適用できる。
【0002】
【従来の技術】従来の乗物の電力供給装置は、乗物に搭
載した電源といくつもの電気負荷の1つ1つとの間は溶
断ヒューズを介して長い電源線で接続されている。電源
線がショートした時はこのヒューズを溶断して、電源か
ら電気負荷を切り離している。従来の乗物の電気負荷の
制御においては、各電気負荷の制御の為のコントローラ
を統合して、通信機能と演算機能を有する少ないコント
ローラで複数の電気負荷の制御信号を演算し、通信線で
接続された端末装置に制御信号を送信し、端末装置に接
続されたいくつかの電気負荷を制御するいわゆる集約配
線システムが知られている(例えば、米国特許第4,771,
382 号,5,113,410 号,4,855,896 号,5,438,506号等
参照)。
【0003】しかし、電源線は、あいかわらず電源から
各電気負荷乃至は電気負荷の駆動回路へ直接配線されて
おり、電気負荷の数だけあるいはそれ以上の電源線が必
要で、乗物の床や天上及びボディ内部は、電線で満たさ
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、基本的に
は、乗物の新しい電力供給装置を提供することを主目的
とし、具体的には乗物の電力供給装置の電源線を減少さ
せることを一つの目的としており、また別の発明では、
溶断ヒューズをなくすことを目的としており、更に別の
発明では、新しい電力供給方法を提供することを目的と
しており、更にまた別の発明では電力の供給に供する新
しい半導体回路装置を提供することを目的としており、
更に別の発明では電力供給制御システムと統合した新し
い集約配線装置を提供することを目的としており、更に
別の発明では、自動車の特定の電気負荷の新しい電力供
給装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、電装品が集中する箇所の近傍に、各電装品を集中制
御する制御装置、もしくは集中的に電源供給を行う電源
端末を配置し、電装品制御装置へのワイヤーハーネスを
必要最低限のものに限定して省線化する。また、制御装
置内で、保護機能を内蔵する半導体スイッチング素子を
使用することで、リレー,ヒューズの機能を取り込み、
メンテナンスフリー化する事により、現在あるリレー,
ヒューズを廃止する。
【0006】また、電装品を駆動する駆動素子をインテ
リジェント化(電装品の短絡事故でも故障しない機能)
する事により、リレーやヒューズを廃止できる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。
【0008】図1は、システム全体を示す、システム構
成図である。このシステムは、大きく分けて負荷装置に
電源供給を行う電源供給系統と、車両のエンジンを始動
する為に使用するスタータモータ系の2つの電源系があ
る。バッテリ1から供給される電力は、メイン電源ケー
ブル2を経由して、スタータリレー3と、電源遮断器5
に供給される。スタータリレー3は、大電流の流れるス
タータモータ4の電流をON−OFFするのに使用され
るリレーである。このリレー3がONすると、スタータ
モータ4に電流が流れエンジンを始動する力となる。
【0009】電源遮断器5に供給された電力は、遮断素
子を経由して、それぞれ電源ケーブル6,7,8に分配
され、各電源ケーブルに接続される電源端末14,1
5,16に接続される。本実施例では、この電源ケーブ
ルを電源遮断器5を中心にスター状に放出して各電源端
末に接続されているが、バス状やツリー状に接続しても
良い。
【0010】各電源端末に接続される装置類18,1
9,20,21,22は、前記電源端末より電力の供給
を受けて動作する負荷装置であり、これは、モータやラ
ンプであり、また、車両に配置される何らかの制御装置
であったりする。通常これらの負荷装置は、イグニッシ
ョンキースイッチの操作位置や、他のスイッチ(例えば
ヘッドランプの点灯スイッチ)により直接駆動されてい
る。
【0011】イグニッションキースイッチ9は、エンジ
ンキー10により操作されるスイッチである。通常の場
合、このスイッチの操作位置により、電源供給の経路の
選択や通電,遮断を制御している。そして、このスイッ
チから出力される信号(電源線)が車両内の各電気負荷
を駆動する電源としてヒューズを通して縦横無尽に張り
巡らされている。
【0012】本発明は、この縦横無尽に張り巡らされる
電源線を極力省線化する事を第1の目的としている。
【0013】図2は、電源遮断器5の内部構成図であ
る。本実施例では、ここに、熱で溶断する通常の機械式
ヒューズを使用している。ここでは、各電源ケーブル
6,7,8にそれぞれ6a,7a,8aのヒューズを挿
入し、電源端末までの電源ケーブルの短絡事故,電源端
末の2重故障時の保護を目的としている。
【0014】図3は、エンジンキー10を挿入するイグ
ニッションスイッチ9のキー挿入口を示すもので、図の
中央部にある長方形の穴にエンジンキー10を差し込む
様になっている。このイグニッションスイッチは、エン
ジンキーを差し込むと作動範囲内の4つの位置に回転す
る事ができ、それぞれ左端から「OFF」,「ACC」,
「RUN」,「START」の位置がある。
【0015】「OFF」位置では、バッテリ1から直接
電源供給を受ける電気負荷以外の電源を遮断する位置で
あり、「ACC」位置は、車両に接続されるラジオなど
のアクセサリ負荷に電源を供給する位置であり、「RU
N」位置は、車両を運転するのに必要な電気負荷に電源
を供給する位置で、「START」位置は、エンジンを
始動させる為にスタータモータ4を回転させる、スター
タリレー3をONする位置である。本実施例では、本発
明である電源制御装置に何らかの異常が発生して、全く
機能しなくなっても、スタータモータ4を回せる構成に
しているので、例えば、踏切内で突然異常が発生して
も、車両を移動させる事が出来るようにしている。
【0016】図4は、イグニッションスイッチ9の内部
構成図である、イグニッションスイッチに接続されてい
る各信号線11,12,13は、それぞれ、内部で車体
アースに接続されるスイッチA,B,Cに接続されてい
る。信号線11は、スタータリレー3に接続され、スイ
ッチAがONされると、スタータモータ4に電源を供給
される。また、信号線11,12,13は、電源端末1
5と16に接続されてイグニッションスイッチの位置情
報を知るための信号線として使用される。
【0017】図5は、前記したイグニッションスイッチ
9のスイッチ位置と、内蔵されているスイッチA,B,
Cのおのおのの関係を示す真理値表である。例えば、イ
グニションスイッチが「RUN」位置にあるときは、ス
イッチAがOFF,スイッチBがON,スイッチCがO
Nである事を示している。
【0018】図6は、電源端末14の内部構成図であ
る。
【0019】電源回路30は、電源端末の内部回路に電
源を供給する安定化電源で、電源ケーブル6から電源供
給を受けている。この安定化電圧は、供給線34を使用
して通信IC33とマイコン32に使用される。データ
バス35は、他の電源端末との通信に使用されるデータ
を通信IC33を介して行うためのものである。
【0020】電力線31は、FET36,39に接続さ
れ、電気負荷を駆動する電源として使用される。FET
は電界効果トランジスタの略称で、負荷駆動素子の一種
であり、本発明では、内部に温度検出機能を持つものを
採用している。
【0021】温度検出機能は、FETの内部チップ温度
が150℃(本実施例の場合)を越えると、自動的に遮
断動作を行い、素子自体の破壊を保護する機能である。
本発明では、こういった自己保護機能を持つスイッチン
グ素子を積極的に採用して、ヒューズ機能を代用させて
いる。こうする事により、車両に多量に使用されている
ヒューズを削減する事ができるメリットがある。
【0022】FET36,39はマイコン37により、
信号線37,40によりON−OFFの制御が行われてお
り、FET36がONした場合、負荷電源線38を通し
て電力線31の電力が負荷装置18に供給される。同様
に、FET39がONした場合、負荷電源線41を通し
て電力線31の電力が負荷装置19に供給される。
【0023】図7は、電源端末16の内部ブロック構成
図である。図6の電源端末との相違は、イグニッション
スイッチ9の3つの信号11,12,13を取り込んで
いる所であり、他の部分の機能は同一のものであるの
で、割愛する。
【0024】マイコン51は、取り込んだイグニッショ
ンスイッチ9の情報を基に、イグニッションスイッチの
エンジンキーの位置を判断し、その情報を通信IC52
を介してシステムに接続されるすべての電源端末にその
データを知らせる。こうして知らされたイグニッション
スイッチの情報を基に、各電源端末は、自分に接続され
る電気負荷に電源供給する事により、今まで、イグニッ
ションスイッチに一極集中していた電源供給の切り換
え、通電,遮断の機能を効率良く分散できる様になるの
で、イグニッションスイッチに接続されていた大電流に
耐えられる太い電源線を小電流線に変更できる。また、
各電源端末で使用される電源を供給するためのスイッチ
ング素子を自己保護機能のある素子を使用する事によ
り、ヒューズを削減する事が出来る。さらに、縦横無尽
に張り巡らされていた電源線を前記した2つの機能によ
り、簡略化できるので、車両全体として総電源線の本数
を削減できるメリットがある。
【0025】なお、電源端末が電力を供給するのは、な
にかの制御ユニットであったり、モータやランプであっ
ても差し支えない。電源端末のある電気負荷の集中する
部分には、いろいろなスイッチがあるので、例えば、運
転席パワーウィンドーの開放スイッチのONを取り込ん
で、運転席ドアに内蔵した電源端末から、パワーウィン
ドーを開放する様にモータを作動しても良い訳である。
【0026】ここで、電気負荷に電源を供給しているス
イッチング素子について説明する。図8は、電源端末1
4の一部を抜き出したものである。FET36は、マイ
コン32からの駆動信号37により電力線31の電力を
負荷装置18に供給する部分を示している。この駆動の
関係と、負荷装置18が出力信号線38の所で短絡した
場合の動作を図9を用いて説明する。
【0027】図9は、駆動信号37,負荷の状態、その
時の出力状態を示すタイミングチャートである。通常、
負荷の駆動信号と出力信号の関係は、相関がとれてお
り、駆動信号が「HI」になれば出力信号も「HI」に
なり、負荷装置18に電力が供給される。この状態で、
出力信号が車体アース等に短絡すると、出力電流が大き
くなり、FETのチップ温度が上昇する。前記した通
り、本実施例では、温度検出機能がついているFETを
使用しているので、チップ温度が高くなり、150℃を
越えると自動的に出力信号を遮断する。図9で、温度検
出遅延時間とあるのは、自動遮断するまでのタイムラグ
である。実際の時間は、数ミリ秒程度であるので、今ま
でのヒューズに比べると十分に早い時間で遮断してくれ
る。したがって、現在パワーウィンドーモータ等に内蔵
されているアマーチャコイルの焼損防止用バイメタル式
温度遮断器をモータから削除できるので、車両全体とし
てさらにコストダウンする事も可能になる。
【0028】以後、本発明の動作をフローチャートを用
いて説明する。
【0029】まず図10を用いて、イグニッションスイ
ッチ9の信号を取り込む部分を説明をする。この処理
は、電源端末16のマイコン51が一定時間毎に定期的
に繰り返し実行される定時間割り込み処理の中で行われ
ている。定時間で処理を行うのは、スイッチのチャタリ
ングを取り除くフィルタ処理がやりやすいからである。
まず、ステップ101でアクセサリスイッチ(図4のス
イッチC)がONになっているかどうか判断され、ON
であればステップ102でアクセサリスイッチがONで
ある旨を示す「IGN(ACC)」フラグが“1”にセ
ットされる。また、否であればステップ103で、フラ
グが“0”にクリアされる。
【0030】続いてステップ204でイグニッションR
UNスイッチ(図4のスイッチB)がONになっている
かどうか判断される。これも同様にスイッチがONであ
ればステップ105でフラグ「IGN(ON)」が
“1”にセットされ、否であればステップ106で
“0”にクリアされる。最後に、ステップ107でイグ
ニッションSTARTスイッチ(図4のスイッチA)が
ONになっているかどうか判断される。これも同様にス
イッチがONであればステップ108でフラグ「IGN
(ON)」が“1”にセットされ、否であればステップ
109“0”にクリアされて、処理を終了する。
【0031】ところで、車両にとってエンジンキーで、
イグニッションスイッチを操作することは、重要な事で
ある。取り込みを間違えたりする事は、本発明にとっ
て、電源供給の制御を間違える事につながるので、この
イグニッションスイッチの信号取り込みを2重化してあ
る。図1で、イグニッションスイッチの信号が電源端末
15と16に取り込まれているのは、こうした理由と、
もう1つ、例えば、電源ケーブル8が短絡事故を起こし
て電源遮断器5のヒューズ8aが溶断してもイグニッシ
ョンスイッチの状態を見失わない様にする為である。
【0032】したがって、図10と同一の処理フローが
電源端末15内のマイコンにおいても実施されている。
それが、図11の電源端末15のマイコンが実施してい
るイグニッションスイッチの信号を取り込む処理であ
る。基本的に、図10と全く同一処理であるので、説明
を割愛する。
【0033】次に、各電源端末のマイコンが通信ICを
介してデータを送信する処理について説明する。
【0034】図12は、マイコンが行っているデータ送
信処理300のフローチャートである。ステップ301
で、まず前回送信したデータと、前記した定時間割り込
み処理で取り込んだデータの比較が行われる。ステップ
302で、データが一致していた(スイッチの入力に変
化が無い)場合、そのまま処理を終了してデータ送信は
行われない。スイッチの入力に変化があった場合、ステ
ップ303で、今回取り込んだデータを送信データとし
て通信IC81にセットし、ステップ304で、通信I
Cに対し送信指令を行う。続いて、ステップ305で取
り込んだデータ(送信したデータ)を前回送信したデー
タとして格納し、処理を終了する。
【0035】次に、受信する処理を説明する。基本的に
通信ICは、データを受信すると、データを受信した旨
を知らせる機能があるため、本実施例では、この信号で
割り込み処理を実行して通信ICが受信したデータを吸
い上げる処理を行っている。この処理が図13に示す、
データ受信処理400である。
【0036】ステップ401で、受信したデータがどこ
から送信されたデータかを判断すべく、送信局のアドレ
スを入手する。続いて、ステップ402で受信したデー
タを入手し、ステップ403で、ステップ401のアド
レスを基に受信したデータを格納すべきRAMのアドレ
スをデコードして、ステップ404でRAMにデータを
格納して処理を終了する。この様に送信局毎に専用にデ
ータを格納するエリアをRAMに確保する事により、他
の処理においても必要なデータがRAMを参照する事に
より、すぐに入手できる様になる。
【0037】図14は、前記した2つのイグニッション
スイッチ取り込み処理(図10と図11)の異常判定フ
ローである。ステップ501で、図10のスイッチ信号
取込処理1で取り込んだ情報と図11のスイッチ信号取
込処理2で取り込んだ情報の比較が行われ、両者が一致
していた場合、ステップ505でアラームの停止が実施
され終了する。ここでのアラームは、運転手に車両に異
常がある事を知らせる事ができれば、何でも良いので、
省略する。
【0038】ステップ501で、両者が不一致した場
合、ステップ502で、今まで出力していた電源供給の
状況と両者のイグニッションスイッチの出力状況とで比
較が行われる。そして、ステップ503で、一致しない
スイッチ信号取込処理の方の入力状況が無視され、ステ
ップ504で異常発生アラームの出力が行われる。
【0039】このように、今まで出力していた電源供給
の状況から異常を判断する事により、間違いの無い電源
供給指示をする事ができるので、イグニッションスイッ
チの取り込みによる誤動作を防止できる。
【0040】続いて、これらの情報を基に、電源端末が
電源供給を行う処理を図15の電源端末14の電源供給
処理600で説明する。
【0041】まず、ステップ601で、イグニッション
スイッチが「START」位置にあるかどうかフラグ
「IGN(ST)」でチェックされる。このフラグは、
このフラグは、図10もしくは図11でセットしたデー
タである。
【0042】スタータ位置にある場合、つまりエンジン
を始動しようとしている場合であるが、この場合、ステ
ップ603で、FET36がOFFされる。これは、エ
ンジン始動の為に不要な電力消費を抑えるために行って
いる処理である。
【0043】ステップ601で、イグニッションスイッ
チが「START」位置に無い場合、ステップ602
で、イグニッションスイッチのアクセサリ電源スイッチ
がONになっているかどうかフラグ「IGN(AC
C)」でチェックされる。フラグ「IGN(ACC)」が
“1”であればステップ604で、FET36をONす
べく駆動信号37を「ハイ」にする。また、フラグ「I
GN(ACC)」が“0”であればステップ603で駆動
信号37を「ロー」にする。したがって、FET36は、
イグニッションスイッチがアクセサリ位置にあるとき電
源が供給される負荷装置18に電源供給を行うスイッチ
ング素子であることがわかる。
【0044】次に、ステップ605で、イグニッション
スイッチがONになっているかどうかフラグ「IGN
(ON)」により判断される。このフラグも前記した
「IGN(ACC)」と同様、図10もしくは図11で
セットしたデータである。フラグ「IGN(ON)」が
“1”であるならば、ステップ607でFET39をO
Nするべく駆動信号40を「ハイ」にする。また“0”
であればステップ606で駆動信号40を「ロー」にし
て処理を終了する。このことから、FET39は、イグ
ニッションスイッチがON位置にあるとき電源が供給さ
れる負荷装置19に電源供給を行うスイッチング素子で
あることがわかる。
【0045】以上のように、バッテリ電源からの電源線
の途中に電源を遮断する電源遮断器を配置し、その電源
遮断器からさらに電源線を配線する。さらにその電源線
の途中に電源端末を設置し、そこから電気負荷に対して
電力を供給する。また、電源の分配,電気負荷に対する
電源供給の制御を多重通信によって行う事により、イグ
ニッションスイッチ周辺に集中していた電力線を細線化
でき、電源供給を行うスイッチング素子に自己保護機能
のある素子を使用する事によってヒューズ機能をスイッ
チング素子に持たせる事ができるので、ヒューズを削減
できるので、制御信号用の電線だけでなく、電源供給用
の電線も減少させ得るシステムを構築する事が出来る。
【0046】なお、電源供給を機械的に行っているイグ
ニッションキー(エンジンキー)スイッチの機能を多重
通信を使用して分散配置し、電気負荷に対し最適に配置
された電源供給装置のON−OFFを通信データを使用
して実施することにより、イグニッションキーに関係す
る電源線を省線化できる。
【0047】
【発明の効果】本発明は、主に車両の電装品負荷を駆動
する方法に関するもので、車両のヒューズやワイヤーハ
ーネスの削減といった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すシステム構成図であ
る。
【図2】本発明の一実施例に使用される電源遮断器の構
成図である。
【図3】本発明の一実施例に使用されるイグニッション
スイッチの説明図である。
【図4】本発明の一実施例に使用されるイグニッション
スイッチの説明図である。
【図5】本発明の一実施例に使用されるイグニッション
スイッチの説明図である。
【図6】本発明の一実施例を示す内部ブロック図であ
る。
【図7】本発明の一実施例を示す内部ブロック図であ
る。
【図8】本発明の一実施例を示す内部ブロック図であ
る。
【図9】本発明の一実施例を示すタイミングチャートで
ある。
【図10】本発明の動作原理を示すフローチャートであ
る。
【図11】本発明の動作原理を示すフローチャートであ
る。
【図12】本発明の動作原理を示すフローチャートであ
る。
【図13】本発明の動作原理を示すフローチャートであ
る。
【図14】本発明の動作原理を示すフローチャートであ
る。
【図15】本発明の動作原理を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1…バッテリ、2…メイン電源ケーブル、3…スタータ
リレー、4…スタータモータ、5…電源遮断器、6,
7,8…電源ケーブル、9…イグニッションスイッチ、
10…エンジンキー、14,15,16…電源端末、1
7…通信線、18,19,20,21,22…負荷装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 伸一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 吉田 龍也 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 斎藤 博之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 堀部 清 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内 Fターム(参考) 5G034 AA08 AB04 AC03 AC09 AE03 AE06 5G363 AA08 BA02 DC02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自動車に搭載される電装品が集中する箇所
    の近傍に、各電装品を集中制御する制御装置を配置した
    構造をとる電気負荷駆動装置において、複数の電気負荷
    駆動装置に供給される電源ケーブルをツリー状もしく
    は、スター状に配線し、前記ツリー状もしくは、スター
    状に配線された電源ケーブルの一部に、前記ツリー状も
    しくは、スター状に配線した電源ケーブルの少なくとも
    1つ以上が短絡事故を起こしても、他の電源ケーブルに
    影響を与えない様に電源遮断器を備えている事を特徴と
    する車両用電源制御装置。
  2. 【請求項2】自動車に搭載される電装品が集中する箇所
    の近傍に、各電装品を集中制御する制御装置を配置した
    構造をとる電気負荷駆動装置において、電装品への電力
    供給を行うためのスイッチング素子に過温度を検出する
    事により、自動的に電力供給を遮断できる温度遮断機能
    付きの半導体素子を使用した事を特徴とする車両用電源
    制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009102003A (ja) * 2008-11-25 2009-05-14 Toyota Motor Corp ソフトウェア更新装置およびソフトウェア更新方法

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