JP2004222404A - 車両の給電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】車載用電源から電圧変換器を介して低電圧用負荷へ給電が行われる回路において、正常時は電圧変換器の安定した運転を確保しながら、電圧変換器の過負荷運転時に適正な補給をすること。
【解決手段】オルタネータ１０等の車載用電源から複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８を介して車載負荷に給電が行われる回路において、コンバータ１８の出力側回路と低電圧バッテリー２０とを直接接続し、コンバータ１６，１７と低電圧バッテリー２０との間に開閉スイッチ２２，２４を適宜介在させる。通常運転時は各スイッチ２２，２４を開いてコンバータ出力側回路同士の独立性を保持し、コンバータ１６，１７の過負荷運転時には適当な開閉スイッチを閉じて低電圧バッテリー２０からの電力補給が行われるようにする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両に搭載される電源（オルタネータやバッテリー）から電装品等の車載負荷に対して適正な電圧で電力を供給するための給電回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両装備の電子化は目覚ましく、車両に搭載される電気負荷も多様化している。例えばステアリング装置やブレーキ装置をはじめとするアクチュエータ類の電動化も検討が進められている。しかし、かかる車載アクチュエータは使用電圧が高いため、現行の低電圧電源では対応が困難である。
【０００３】
そこで、特許文献１には、従来の低電圧電源よりも出力電圧の高い高電圧電源（例えば３６Ｖ電源）及び電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータを用いて高電圧用負荷と低電圧用負荷の双方に給電を行うことを可能にした回路が開示されている。
【０００４】
この回路では、高電圧用負荷に対しては前記高電圧電源から直接給電が行われる一方、低電圧用負荷に対しては前記高電圧電源の出力が前記ＤＣ／ＤＣコンバータで一旦降圧されてから供給される。また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側回路には補助低圧電源である低電圧バッテリーが接続されており、この低電圧バッテリーから補助的に車載負荷へ直接（ＤＣ／ＤＣコンバータを介さず）電力が供給されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４５３３３号公報（第２頁，図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記給電回路において、単一の電圧変換器のみを用いて全ての低電圧用負荷へ電力供給を行うようにすると、当該電圧変換器の負荷が非常に大きくなり、その大型化が免れ得ない。また、当該電圧変換器が故障すると全ての低電圧用負荷への給電に支障が生じることとなり、リスクも大きくなる。
【０００７】
このような不都合を解消する手段として、複数の電圧変換器を併用し、各電圧変換器に低電圧用負荷を適宜振り分けることが考えられる。すなわち、複数の電圧変換器の入力側を共通の車載用電源に接続し、各電圧変換器の出力側にこれに対応する低電圧用負荷を接続して、各電圧変換器ごとに相互独立して電力供給を行うことが考えられる。ただし、この場合、各電圧変換器の出力側回路に対して補助低圧電源をどのように供給するかが課題となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記のように複数の電圧変換器を併用する場合、その出力側回路に補助低圧電源を供給する態様として、▲１▼複数の出力側回路にそれぞれ個別に補助低圧電源を接続するか、もしくは▲２▼複数の出力側回路に共通の補助低圧電源を接続することが考えられる。
【０００９】
ここで、▲１▼の場合、前記電圧変換器の個数と等しい個数の補助低圧電源を車両に搭載しなければならず、コスト及び設置スペースのいずれの面からみても実用には供し難い。一方、▲２▼の場合、各出力側回路にそのまま前記補助低圧電源を接続すると、当該出力側回路同士が常に通電された状態となるため、各電圧変換器を相互独立して駆動することができなくなり、各電圧変換器の駆動負荷のバランスをとることが非常に難しくなる。具体的には、特定の電圧変換器に負荷が集中して過負荷運転となったり、逆に特定の電圧変換器に負荷があまりかからずその能力を活かしきれなくなったりするおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、共通の車載用電源に複数の電圧変換器の入力側がそれぞれ相互並列に接続され、各電圧変換器の出力側にそれぞれ当該電圧変換器に対応する車載負荷が接続され、前記車載用電源から前記各電圧変換器を通じて前記各車載負荷に電力が供給される車両の給電回路であって、前記各電圧変換器の出力側回路に対してその出力電圧と略同等の電圧をもつ電力を補助的に供給するための補助低圧電源と、この補助低圧電源と特定の電圧変換器の出力側回路との間に介在し、両者を通電させる閉状態と遮断する開状態とに切換えられる回路切換手段とを備え、全ての回路切換手段が開状態にあるときには各電圧変換器の出力側回路同士の遮断が保たれ、特定の電圧変換器の出力側回路と前記補助低圧電源との間に介在する回路切換手段が閉状態に切換えられることにより当該回路切換手段を通じて前記特定の出力側回路に前記補助低圧電源から電力供給が行われるように当該回路切換手段が配置されているものである。
【００１１】
この回路によれば、通常運転時には全ての回路切換手段を開状態にすることにより各電圧変換器の出力側回路同士を遮断して相互独立性を保持できるため、各電圧変換器を安定した状態で駆動しながら、当該電圧変換器を通じてこれに対応する車載負荷へ給電を行うことができる。
【００１２】
一方、いずれかの電圧変換器の負荷が大きくなる等してその出力側回路への補助低圧電源の供給が必要になった場合には、当該出力側回路と補助低圧電源との間に介在する回路切換手段を閉状態に切換えることにより、当該回路切換手段を通じて前記補助低圧電源から前記出力側回路に電力補給をすることができる。
【００１３】
なお、この切換によって出力側回路同士が通電された状態となるが、かかる状態はＤＣ／ＤＣコンバータの過負荷駆動を回避するための一時的なものであり、過負荷状態が解消すれば再び回路切換手段を開状態にして出力側回路同士の独立性を回復させることができる。
【００１４】
前記回路切換手段は全ての電圧変換器の出力側回路と補助低圧電源との間に介在してもよいが、各電圧変換器の出力側回路のうちのいずれか一つにのみ前記回路切換手段を介さずに前記補助低圧電源が直接接続され、他の出力側回路と前記補助低圧電源との間に前記回路切換手段が介在している構成としても、各回路切換手段を全て開状態にすることにより、各出力側回路同士の独立性を保持することができる。しかも、一つの出力側回路には回路切換手段を介さずに常時補助低圧電源を接続しておくことができるので、例えば消費電力の大きな車載負荷や暗電流を要する車載負荷が接続される出力側回路に前記補助低圧電源を常時接続するようにしておけば、効率の高い回路切換手段の使用ができる。
【００１５】
この場合、各電圧変換器の出力側回路のうち前記補助低圧電源が直接接続されている出力側回路とそれ以外の出力側回路との間に前記回路切換手段を介在させるようにしても、当該回路切換手段によって後者の出力側回路と補助低圧電源との通電のオンオフを切換えることが可能になる。さらに、この回路では、いずれかの電圧変換器が故障して出力不能になったとき、その出力側回路に対し、前記回路切換手段を閉じることによって、故障していない電圧変換器から一時的に給電を行うといった措置を行うことも可能である。
【００１６】
本発明では、さらに、前記各電圧変換器の駆動状態に応じて前記回路切換手段の開閉制御を行う開閉制御手段を備えることにより、適正な回路切換（回路切換手段の開閉切換）を自動的に行わせることが可能になる。
【００１７】
より具体的に、前記開閉制御手段としては、各電圧変換器の負荷率またはこれに相当する値を検出する負荷率検出手段と、前記負荷率またはこれに相当する値が予め設定された許容範囲内にあるときは全ての回路切換手段を開状態にし、前記電圧変換器のうち当該電圧変換器と前記補助低圧電源との間に回路切換手段が介在している電圧変換器についてその負荷率またはこれに相当する値が許容範囲を超えるときは当該負荷率またはこれに相当する値が許容範囲を超えている電圧変換器に対して前記補助低圧電源から電力供給が行われるように適当な回路切換手段を閉状態にする切換操作手段とを備えたものが、好適である。
【００１８】
この構成によれば、負荷率検出手段で検出された各電圧変換器の負荷率に基づき、全ての回路切換手段を開状態にして出力側回路同士の独立性を保つか、あるいは、適当な回路切換手段を閉状態にして過負荷状態の電圧変換器の出力側回路に非常給電を行うかの判断が自動的に行われ、その判断に基づいて適正な回路切換が実行される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に示す回路は、車載用電源であるオルタネータ１０及び高電圧バッテリー１２と、複数（図では３つ）の電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８とを備えている。
【００２０】
オルタネータ１０は、エンジン動力を利用して交流電圧を生成する交流発電機と、その出力電圧を直流電圧に変換する整流回路とを具備し、この整流回路から高電圧（例えば４２Ｖ電圧）の直流電力を出力する。その電力は、そのまま高電圧用負荷（例えば使用電圧が４２Ｖの負荷）に供給されるとともに、余剰分が高電圧バッテリー（例えば３６Ｖバッテリー）１２に蓄えられる。また、この高電圧バッテリー１２からは車両のスタータモータ１４に対して給電が行われる。
【００２１】
一方、従来から車載されている低電圧用負荷（例えば使用電圧が１４Ｖの負荷）への給電は、前記オルタネータ１０や高電圧バッテリー１２の高電圧直流電源から前記各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８を経由して行われる。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８には、それぞれ対応する低電圧用負荷が接続されており、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８は、前記高電圧直流電源の出力電圧をインバータで一旦交流電圧に変換し、これを降圧（例えば１４Ｖまで降圧）してから直流電圧に戻して各車載負荷に供給するように構成されている。
【００２２】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８の出力部には、その出力電流を検出するための電流検出手段（例えば電流センサ）が設けられている。
【００２３】
また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の出力側回路（車載負荷への給電経路）はＤＣ／ＤＣコンバータ同士で互いに独立しているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力側回路とＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力側回路との間には回路切換手段である開閉スイッチ２２が介在し、当該開閉スイッチ２２が閉じることによって両出力側回路同士が通電されるようになっている。同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力側回路とＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力側回路との間にも回路切換手段である開閉スイッチ２４が介在し、当該開閉スイッチ２４が閉じることによって両出力側回路同士が通電されるようになっている。
【００２４】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力側回路には、低電圧バッテリー２０が直接（開閉スイッチを介さずに）接続されている。この低電圧バッテリー２０は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧と略等しい電圧をもつ補助低圧電源（例えば１２Ｖバッテリー）である。
【００２５】
前記各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８及び開閉スイッチ２２，２４には、電子コントロールユニット（開閉制御手段）２６が接続されている。この電子コントロールユニット２６は、必要なＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８に対して駆動指令信号を入力することにより、当該ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動状態（入力電圧を降下させてから出力する状態）にする機能を有するとともに、本発明にかかる機能として、負荷率演算手段２７及び切換操作手段２８を含んでいる。
【００２６】
負荷率演算手段２７は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７，１８の定格電流を記憶するとともに、これらのＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８に設けられた電流センサにより検出される出力電流と前記定格電流とから負荷率（＝検出電流／定格電流）を演算するものである。従って、この負荷率演算手段２７と前記各電流センサとにより、本発明にかかる「負荷率検出手段」が構成されている。
【００２７】
なお、本発明は、必ずしも前記定義にかかる「負荷率」を検出するものに限らず、これに相当する値、すなわち、各電圧変換器の過負荷状態を判定するのに適したパラメータを検出すれば適正な制御を実行することが可能である。
切換操作手段２８は、前記負荷率演算手段２７で演算された各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の負荷率に基づき、前記各開閉スイッチ２２，２４の開閉切換等を行うものである。具体的には次のとおりである。
【００２８】
１）いずれのＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の負荷率も許容範囲内である場合（例えば１００％未満である場合）、両開閉スイッチ２２，２４をともに開状態にする。すなわち、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の出力側回路同士の独立を保つ。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の負荷率が許容範囲を超えている場合（例えば１００％以上である場合）も、このＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力側回路には低電圧バッテリー２０が直結されていて開閉スイッチ２２，２４を操作する必要がないので、両スイッチ２２，２４を開状態に保つ。
【００２９】
２）ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７のうちいずれかの負荷率が許容範囲を超えている場合には、車室内に設けられた警告ランプ３０を点灯させて非常運転実行の警告を行わせるとともに、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側回路に設けられている車載負荷に対して低電圧バッテリー２０から補助給電が行われるように、適当な開閉スイッチをそれまでの開状態から閉状態に切換える。
【００３０】
例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の負荷率が許容範囲を超えている場合、切換操作手段２８は開閉スイッチ２２，２４のうちの開閉スイッチ２４のみを閉状態に切換え、低電圧バッテリー２０から開閉スイッチ２４を通じてＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力側回路に一時的に低電圧電源が供給されるように回路を切換える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の負荷率が許容範囲を超えている場合には、切換操作手段２８は開閉スイッチ２２，２４の双方を閉状態に切換え、両開閉スイッチ２２，２４を通じて低電圧バッテリー２０からＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力側回路に一時的に低電圧電源が供給されるように回路を切換える。
【００３１】
このような給電回路によれば、通常運転時には両開閉スイッチ２２，２４を開いて各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の出力側回路を相互独立させることにより各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の安定した運転を担保しながら、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７，１８のいずれかが過負荷となったときには開閉スイッチ２２，２４のうちの適当なものを閉じるだけの簡単な動作で適正な電力補給をすることができる。
【００３２】
なお、図例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１７の出力側回路同士の間、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７，１８の出力側回路同士の間に、それぞれ開閉スイッチ２２，２４が設けられたものとなっているが、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１６，１８同士の間にも開閉スイッチを介在させれば、当該開閉スイッチを閉じるだけでＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力側回路に低電圧バッテリー２０からの電源補給をすることが可能になる。
【００３３】
また、図示の回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力側回路に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力側回路に低電圧バッテリー２０を直接接続するようにすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の過負荷時には開閉スイッチ２２を閉じるだけで、またＤＣ／ＤＣコンバータ１８の過負荷時には開閉スイッチ２４を閉じるだけで、それぞれ低電圧電源を補給することが可能になる。
【００３４】
さらに、図示の回路では、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１７が故障して出力不能となった場合に、開閉スイッチ２４を開くことによってＤＣ／ＤＣコンバータ１８や低電圧バッテリー２０からＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力側回路に緊急的に給電するといった制御を行うことも可能であり、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ故障時にも給電を持続することが可能となる。ただし、本発明は必ずしもこのような故障時の緊急的な回路切換制御を行うものに限られる趣旨ではない。
【００３５】
ここで、何れのＤＣ／ＤＣコンバータの出力側回路に低電圧バッテリー２０を直接接続するかについては、仕様に応じて最も適したものを選定すればよい。具体的には、低電圧バッテリー２０からの電力供給を必要とする頻度が非常に高い回路、例えば、比較的消費電力の大きな電装品や暗電流を必要とする電装品が接続されている出力側回路に低電圧バッテリー２０を直接接続するのが好ましい。
【００３６】
ただし、本発明では必ずしもいずれかの出力側回路に低電圧バッテリー２０を直接接続する必要はなく、例えば図１の回路において全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１６〜１８の出力側回路と低電圧バッテリー２０との間に開閉スイッチ等の回路切換手段を介在させてもよい。
【００３７】
その他、本発明は次のような実施の態様をとることも可能である。
【００３８】
・本発明では電圧変換器の具体的な構成を問わず、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他、車載用電源から供給される電力を適当な電圧まで降下させて所定の車載負荷へ供給するものであれば広く適用が可能である。
【００３９】
・本発明では電圧変換器や回路切換手段の具体的な個数を問わず、複数の電圧変換器を併用する回路に広く適用が可能である。例えば、図１の回路において電圧変換器として２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１７，１８のみを具備する場合には、回路切換手段としては開閉スイッチ２４のみを設ければよいことになる。逆に、電圧変換器が多数にわたる場合には複数の補助低圧電源を併用してもよく、この場合でも、複数の電圧変換器の出力側回路に共通の補助低圧電源を適宜回路切換手段を介して接続することにより、補助低圧電源の個数を電圧変換器の個数よりも確実に減らすことが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明は、共通の車載用電源に相互並列に接続された電圧変換器を備えるとともに、特定の電圧変換器の出力側回路と補助低圧電源との間に開閉切換可能な回路切換手段が設けられ、いずれかの電圧変換器が過負荷となったときにその出力側回路と前記補助低圧電源との間に介在する回路切換手段を閉状態にすることにより当該出力側回路に低圧電源が補給できるようにしたものであるので、通常運転時には回路切換手段を開状態にすることによって出力側回路同士の独立性を保ちながら、いずれかの電圧変換器の過負荷運転時には適当な回路切換手段を閉じるだけの簡単な操作で当該電圧変換器の出力側回路への低電圧電源の補給ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる車両の給電回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ オルタネータ（車載用電源）
１２ 高電圧バッテリー（車載用電源）
１６，１７，１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
２０ 低電圧バッテリー（補助低圧電源）
２２，２４ 開閉スイッチ（回路切換手段）
２６ 電子コントロールユニット（開閉制御手段）
２７ 負荷率演算手段
２８ 切換操作手段

Claims (5)

1. 共通の車載用電源に複数の電圧変換器の入力側がそれぞれ相互並列に接続され、各電圧変換器の出力側にそれぞれ当該電圧変換器に対応する車載負荷が接続され、前記車載用電源から前記各電圧変換器を通じて前記各車載負荷に電力が供給される車両の給電回路であって、前記各電圧変換器の出力側回路に対してその出力電圧と略同等の電圧をもつ電力を補助的に供給するための補助低圧電源と、この補助低圧電源と特定の電圧変換器の出力側回路との間に介在し、両者を通電させる閉状態と遮断する開状態とに切換えられる回路切換手段とを備え、全ての回路切換手段が開状態にあるときには各電圧変換器の出力側回路同士の遮断が保たれ、特定の電圧変換器の出力側回路と前記補助低圧電源との間に介在する回路切換手段が閉状態に切換えられることにより当該回路切換手段を通じて前記特定の出力側回路に前記補助低圧電源から電力供給が行われるように当該回路切換手段が配置されていることを特徴とする車両の給電回路。
2. 請求項１記載の車両の給電回路において、各電圧変換器の出力側回路のうちのいずれか一つにのみ前記回路切換手段を介さずに前記補助低圧電源が直接接続され、他の出力側回路と前記補助低圧電源との間に前記回路切換手段が介在していることを特徴とする車両の給電回路。
3. 請求項２記載の車両の給電回路において、各電圧変換器の出力側回路のうち前記補助低圧電源が直接接続されている出力側回路とそれ以外の出力側回路との間に前記回路切換手段が介在していることを特徴とする車両の給電回路。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の車両の給電回路において、前記各電圧変換器の駆動状態に応じて前記回路切換手段の開閉制御を行う開閉制御手段を備えたことを特徴とする車両の給電回路。
5. 請求項４記載の車両の給電回路において、前記開閉制御手段は、各電圧変換器の負荷率またはこれに相当する値を検出する負荷率検出手段と、前記負荷率またはこれに相当する値が予め設定された許容範囲内にあるときは全ての回路切換手段を開状態にし、前記電圧変換器のうち当該電圧変換器と前記補助低圧電源との間に回路切換手段が介在している電圧変換器についてその負荷率またはこれに相当する値が許容範囲を超えるときは当該負荷率またはこれに相当する値が許容範囲を超えている電圧変換器に対して前記補助低圧電源から電力供給が行われるように適当な回路切換手段を閉状態にする切換操作手段とを備えたことを特徴とする車両の給電回路。

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