JP2004255902A - 電源分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各エリアの部品を共用化・標準化し、スペース効率を上げる。
【解決手段】車内ネットワークの主幹線１から各エリアに電源分配を行う場合に、主幹線１に接続される共通部３の共通部本体ケース１１、パワーＭＯＳＦＥＴであるスイッチング電源用制御集積回路（ＩＰＳ）１３及び配線部品１５の寸法及び形状を、少なくとも自動車内の各エリア間で共通とする。従来、各エリア毎に個別に設計及び製造していた電源分配箱に比較して、部品の共通化及び標準化を行うことができ、大量生産によるコスト削減を図ることができる。フューズ及びリレーを内蔵していた従来の電源分配箱に比較して、パワーＭＯＳＦＥＴを仕様することでスペース効率を向上する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車内で種々の車載機器が搭載されるにあたって、これらの車載機器を搭載するために空間上割り当てられたエリア毎に設置され、当該エリア内の単数または複数の車載機器に電源を分配する電源分配装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御技術の発展に伴い、自動車内には、エンジン始動、車輌走行、停止及び操舵角等の走行系の車載機器以外に、各種オーディオ機器やエアコン等のアクセサリ系の車載機器が搭載されるようになっている。これらの車載機器を操作及び制御する場合、通常は、車室内のインストゥルメント・パネル内等に制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を設置し、この電子制御ユニットと各車載機器との間で通信を行いながら、電子制御ユニットからの指示に基づいて各電装機器が動作するようになっている。
【０００３】
このように、各車載機器は、これらが電子制御ユニットとの間で通信を行いながら電気式に駆動する装置であることから、電源の供給を受ける以外に、電子制御ユニットとの間で制御信号の送受信を行う必要がある。したがって、各車載電源系は、電源系の電線と制御信号系の電線のそれぞれに接続される必要があることから、自動車内の配線構成は、車載機器が増大するとともに複雑化・煩雑化してきた。特に、多くの車載機器を操作制御するための電子制御ユニットが設置されるインストゥルメント・パネル内は、配線のためのスペースが多大となってしまい、スペース的に限界となっていた。
【０００４】
そこで、近年、自動車内の各エリア毎に、そのエリア内の単数または複数の車載機器に電源を分岐させて供給する電源分配箱が設置されるようになり、電子制御ユニットと電装機器との通信は、個別に配線することが行われつつある。このような構成を採用すると、各エリア内で可及的に配線を完結させるようにでき、エリア間や各エリアと電子制御ユニットとの間については、比較的シンプルな主幹線を用いた車内ネットワークを通じて接続を行うことが可能なことから、インストゥルメント・パネル内などのスペース効率が向上する利点がある。
【０００５】
ここで、電源分配箱は、各エリア毎にひとつずつ設けられるもので、各エリアにおいて各車載機器に電源を分配するバスバー等の配線部品と、電線を保護するためのヒューズやリレー等のパワーデバイスとを備えるものである。
【０００６】
参考のために、この発明に関連する先行技術文献を例示しておく。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２２８１９０公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、上述のように、自動車内の電線の配策を簡素化する目的で、各エリア毎に電源分配箱をそれぞれ設置していたが、この電源分配箱は、各エリアの様々な車載機器に対応するため、各エリア毎に個別に設計し且つ生産しなければならなかった。このため、電源分配箱を含めた各エリア間での部品の共用化や、車種を越えた電源分配箱の標準化が困難であり、そのために、電源分配箱の大量生産化に限界がある他、各電源分配箱内においてもヒューズやリレー等の組付けを必要とするため、製造工程に手間がかかり、全体としてコスト高となっていた。
【０００９】
また、電源分配箱には、ヒューズやリレー等の各種電気部品が必要であるため小型化に限界があり、個々のエリア毎にそれぞれ電源分配箱を設置することとなると、全体として設置スペースを多く必要としていた。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、各エリアの部品の共用化及び標準化が可及的に可能で、安価且つスペース効率の良い電源分配装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、自動車内で種々の車載機器が搭載されるにあたって、これらの車載機器を搭載するために空間上割り当てられたエリア毎に設置され、当該エリア内の単数または複数の車載機器に電源を分配する電源分配装置であって、車内ネットワークの主幹線に接続される共通部と、前記共通部に係脱自在に接続されるとともに各エリア内の車載機器に接続されるエリア別対応部とを備え、前記共通部が、共通部本体ケースと、前記共通部本体ケースに支持されて車内ネットワークの主幹線に接続される複数のスイッチング電源用制御集積回路と、前記共通部本体ケース内の配線を行う配線部品とを備え、前記共通部本体ケース、前記スイッチング電源用制御集積回路及び前記配線部品の寸法及び形状が、少なくとも自動車内の各エリア間で共通とされるものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電源分配装置であって、前記スイッチング電源用制御集積回路が、回路自己保護及び自己診断を行う半導体集積回路であるものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電源分配装置であって、前記スイッチング電源用制御集積回路が、前記車載機器の仕様に応じた複数の種類の半導体集積回路から選択されて適用され、前記共通部本体ケースに、前記スイッチング電源用制御集積回路を選択して収納することの可能な同一形状且つ同一寸法のソケットが形成されるものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源分配装置であって、前記エリア内に設置された電子制御ユニットを前記主幹線に接続するための接続手段を有し、当該接続手段により、前記電子制御ユニットが前記主幹線を通じて前記スイッチング電源用制御集積回路に制御信号を与えることが可能に接続され、前記スイッチング電源用制御集積回路が、前記制御信号に基づいて前記各車載機器に電源を分配するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一の実施の形態に係る電源分配装置（スマートコネクタ）ＳＣを示す分解斜視図、図２は同じくその機能ブロック図である。尚、この明細書において、「エリア」という場合は、自動車内で種々の車載機器が搭載されるにあたって、これらの車載機器を搭載するために空間上割り当てられた設計上の領域を言うものとし、通常は、単一のエリアに単一または複数の車載機器が搭載される。
【００１６】
このスマートコネクタＳＣは、図１及び図２の如く、各エリア毎に、ヒューズ及びリレー等が内蔵された従来の電源分配箱に代えて１個ずつ設置されるもので、車内ネットワークの主幹線１に接続される共通部３と、この共通部３に係脱自在に接続されるとともに各エリア内の車載機器に接続されるエリア別対応部５とから構成されている。
【００１７】
共通部３は、全てのスマートコネクタＳＣに共通に標準化されて製造されるものであって、共通部本体ケース１１と、共通部本体ケース１１に支持されて車内ネットワークの主幹線１に接続される３個のスイッチング電源用制御集積回路１３と、共通部本体ケース１１内の配線を行う３個のバスバー（配線部品）１５とを備える。
【００１８】
共通部本体ケース１１は、３個のスイッチング電源用制御集積回路１３を収納支持する集積回路支持部１７と、車内ネットワークの主幹線１に係脱自在に接続するネットワークコネクタ部１８と、バスバー１５を固定支持するバスバー支持部１９とが一体成形されてなる。
【００１９】
集積回路支持部１７は、各スイッチング電源用制御集積回路１３を挿脱自在に保持するための３つのソケット２１が形成されており、各ソケット２１は、共通部本体ケース１１の外側方向に向けて、各スイッチング電源用制御集積回路１３を挿脱するための開口２３が形成され、共通部本体ケース１１の内側（バスバー支持部１９側）が、各スイッチング電源用制御集積回路１３とエリア別対応部５とを接続可能となるよう開放されている。各ソケット２１は、スイッチング電源用制御集積回路１３が適宜選択されて挿入できるように、同形状且つ同寸法に設定されている。
【００２０】
ネットワークコネクタ部１８は、図示しない主幹線１からの幹線コネクタ（図示省略）が挿脱自在に係合接続されるもので、その主幹線１からの幹線コネクタの端子挿入用であり、且つバスバー支持部１９側からバスバー１５の一部２７が挿入される開口２５が形成されている。
【００２１】
バスバー支持部１９は、３つのバスバー１５を保持する保持溝（図示省略）が形成され、各保持溝は、バスバー１５の一部（接続端子部）２７，２９，３１がスイッチング電源用制御集積回路１３や主幹線１からの幹線コネクタの端子に接続するよう、集積回路支持部１７の内部通孔及びネットワークコネクタ部１８の開口２５に開放されている。また、バスバー支持部１９の外側面は、エリア別対応部５の後述する第１の挿入部４５が嵌合されるように開放されている。
【００２２】
スイッチング電源用制御集積回路１３は、インテリジェント・パワー・スイッチ（ＩＰＳ）と称される低損失のパワーＭＯＳＦＥＴ内蔵の半導体集積回路（ＩＣ）であって、回路自己保護及び自己診断を行う機能と、主幹線１から与えられた制御信号に基づいて電源供給の各端子３５へのスイッチング切替え（電源分配）を行う機能とを有している。このスイッチング電源用制御集積回路１３は、例えば定格電流が３アンペアのものと１アンペアのものの２種類が存在し、いずれかが適宜選択されて集積回路支持部１７の開口２３に挿脱自在に挿入支持される。
【００２３】
３個のスイッチング電源用制御集積回路１３は、外形が同形状且つ同寸法に設定されており、これにより、定格電流が異なる種類の任意のスイッチング電源用制御集積回路１３を、集積回路支持部１７のいずれのソケット２１にも支障なく挿入することが可能となっている。
【００２４】
３つのバスバー１５のうちの２つのバスバー１５ａ，１５ｂは、ネットワークコネクタ部１８に係合する主幹線１からの幹線コネクタと集積回路支持部１７内のスイッチング電源用制御集積回路１３とを結線するためのものであり、残りの１つのバスバー１５ｃは、３個のスイッチング電源用制御集積回路１３のうち最上段のものと中段のものとを結線するためのものである。
【００２５】
エリア別対応部５は、エリア毎に異なった車載機器が搭載されることから、これらの車載機器への電源供給経路の別を考慮して、エリア別に個別に設計されるもので、エリア別対応部本体ケース４１と、このエリア別対応部本体ケース４１内に収納されてエリア内の各車載機器に接続されるバスバー（配線部品）４３とを備える。
【００２６】
エリア別対応部本体ケース４１は、バスバー４３を収納して共通部本体ケース１１のバスバー支持部１９内に挿入される第１の挿入部４５と、車載機器からのコネクタが挿入される第２の挿入部４７とを備える。そして、これらの両挿入部４５，４７は、車載機器からのコネクタの端子がバスバー４３に接続されるよう、内部で挿通されている。
【００２７】
バスバー４３は、車載機器側のコネクタ端子（車載機器内のＥＣＵまたは各エリアに設けられたメインＥＣＵのコネクタを含む）に接続されるもので、第２の挿入部４７側から挿入されて、第１の挿入部４５内に支持される。バスバー４３の一部４３ａは、第１の挿入部４５の一部に形成された端子孔４９を通じて、共通部３側に突出される。そして、共通部３とエリア別対応部５とが接続される際に、バスバー４３の一部４３ａがスイッチング電源用制御集積回路１３の端子３５やコネクタ部１８に接続される主幹線１からの幹線コネクタに接続される。
【００２８】
具体的には、図２の如く、各車載機器の電源端子は、バスバー４３を通じて、それぞれの定格電流に応じたスイッチング電源用制御集積回路１３の各端子３５に接続される。
【００２９】
また、各エリア内の電子制御ユニット５３は、信号経路としてバスバー４３を通じて主幹線１に接続され、さらにこの主幹線１を通じて各スイッチング電源用制御集積回路１３に接続されることになる。この場合、バスバー４３は、エリア内に設置された電子制御ユニット５３を主幹線１に接続するための接続手段として機能する。
【００３０】
上記構成のスマートコネクタＳＣの組み立て工程時においては、共通部３の共通部本体ケース１１の集積回路支持部１７の３つのソケット２１内に、それぞれスイッチング電源用制御集積回路１３が収納される。この際、スイッチング電源用制御集積回路１３の各端子３５が、集積回路支持部１７の共通部本体ケース１１の内側（バスバー支持部１９側）に向くように挿入されて収納される。そして、バスバー支持部１９内にバスバー１５を支持する。この際、バスバー１５の一部（接続端子部）２９，３１を、スイッチング電源用制御集積回路１３の各端子３５に接続する。
【００３１】
また、エリア別対応部５では、バスバー４３を第２の挿入部４７側から挿入し、第１の挿入部４５内に支持する。この際、バスバー４３の一部４３ａは、第１の挿入部４５の一部に形成された端子孔４９を通じて、共通部３側に突出される。
【００３２】
そして、エリア別対応部５の第１の挿入部４５を、共通部３のバスバー支持部１９内の開放された開口に挿入して嵌合する。この際、エリア別対応部５のバスバー４３の一部４３ａが端子孔４９を通じて共通部３側に突出されていることから、これらのバスバー４３の一部４３ａが、スイッチング電源用制御集積回路１３の端子３５に接続され、またコネクタ部１８内に突出されて主幹線１からの幹線コネクタに接続可能な状態となる。
【００３３】
この場合、共通部３については、共通部本体ケース１１、バスバー１５及びスイッチング電源用制御集積回路１３といった各部品の仕様が標準化されているため、その大量生産化によるコスト削減が達成できる利点がある。尚、３つのソケット２１内に挿入されるスイッチング電源用制御集積回路１３については、上述のように定格電流が３アンペアのものと１アンペアのものの２種類があるが、これらは同形状且つ同寸法であり、いずれのソケット２１内にも適合するため、適宜挿入選択を行うだけで、エリア別対応部本体ケース４１の仕様、ひいては各エリア毎の車載機器の構成仕様に容易に適合することができる。
【００３４】
あるいは、エリア内に車載機器が少ない場合には、スイッチング電源用制御集積回路１３が３個も必要なく、１個または２個で足りる場合もある。この場合は、必要な個数分だけのスイッチング電源用制御集積回路１３を必要なソケット２１にのみ収納して使用すればよい。
【００３５】
また、従来使用されてきた電源分配箱に比べて、ヒューズやリレー等を使用せずに、ＩＣであるスイッチング電源用制御集積回路１３を使用して電源分配、回路自己保護及び自己診断を行っているので、飛躍時に小型化を達成できる。
【００３６】
次に、スマートコネクタＳＣの使用方法を説明する。
【００３７】
まず、エリア別対応部５の第２の挿入部４７に、各エリア内の車載機器側から引き出されたコネクタ（図示省略）を接続し、スイッチング電源用制御集積回路１３と車載機器とを接続する。また、共通部３のネットワークコネクタ部１８には、図２の如く、車内ネットワークの主幹線１が接続される。
【００３８】
ところで、図２の如く、各エリア内の電子制御ユニット５３は、信号経路として、バスバー４３及び主幹線１を通じて各スイッチング電源用制御集積回路１３に接続されることになる。そして、電子制御ユニット５３から与えられた制御信号に基づいて、各スイッチング電源用制御集積回路１３が主幹線１からの電源をスイッチ切替えして、各車載機器に分配する。この間、各スイッチング電源用制御集積回路１３は、回路自己保護及び自己診断を行うので、従来の電源分配箱のようにヒューズ及びリレー等を設けなくても、過電流の防止や過負荷に対する制御を容易に行うことができる。
【００３９】
ところで、自動車の場合、スイッチング電源用制御集積回路１３で分配される電源は、単一の系統ではなく、複数の電源系統が設定される。
【００４０】
例えば、エンジン始動、車輌走行、停止及び操舵角等の制御といった自動車の駆動系の電源系統は「走行系」と称される。また、オーディオやエアコン等の付加機能についての電源系統は「アクセサリ系」と称される。さらに、上記の「走行系」に関連して、エンジンがかかっている旨を伝達するための信号や、車輌走行、停止及び操舵角制御等の状態を検出した結果についてのデータの制御情報を送受信するための電源系統は、「アクセサリ系」よりも安全性の面で重視すべきであることから、「アクセサリ系」とは別の「制御情報系」と称する。
【００４１】
これらの各電源系統は、自動車走行時における安全性に寄与する度合いが異なっており、定格電流等の仕様が異なるため、それぞれ別々のスイッチング電源用制御集積回路１３で電源分配を行うこととしている。
【００４２】
これらの「走行系」であるか「アクセサリ系」であるか「制御情報系」であるかの別は、電子制御ユニット５３からの制御信号内に、電源系統を特定するための信号を含ませて通信を行い、スイッチング電源用制御集積回路１３側で、いずれの系統であるかを特定判断するようにする。そして、その特定された系統に適合した電源分配を行うようにする。
【００４３】
以上のように、各エリア毎に、スイッチング電源用制御集積回路１３を内蔵したスマートコネクタＳＣを用いれば、車内ネットワークの主幹線１を通じて電子制御ユニット５３と通信を行いながら、各スマートコネクタＳＣ側で分散型処理を行って電源分配を行うことができ、これによって主幹線１を簡素化することで自動車内の電線の配策を簡素化できる。
【００４４】
そして、形状及び寸法が標準化されたスイッチング電源用制御集積回路１３で自己保護及び診断機能などの制御を行うこととし、このスイッチング電源用制御集積回路１３を、共通部３のソケット２１内に挿脱自在に装着できるようにしているので、必要な個数、必要な容量のスイッチング電源用制御集積回路１３を自由に選択して搭載することができ、共通部３に使用する各部材を可及的に標準化しても、それぞれのエリア毎の車載機器の構成に高い自由度で対応することができる。したがって、共通部３の大量生産によるコスト低減を図ることができる。
【００４５】
また、スイッチング電源用制御集積回路１３を半導体集積回路で構成しているので、ヒューズやリレー等を備えた従来の電源分配箱に比べて省スペース化を図ることができる。
【００４６】
特に、自動車においては、図３のように、メーターエリア６１、エアコンエリア６２、コンソールエリア６３、ＬＨ（レフトハンド）エリア６４、ステアリングエリア６５、オーディオエリア６６、ＲＨ（ライトハンド）エリア６７等の多くのエリアが存在し、それぞれのエリア６１〜６７において車載機器６８が存在することから、電線の配策の簡素化や省スペース化の利点は大きいものとなる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、車内ネットワークの主幹線から各エリアに電源分配を行う場合に、車内ネットワークの主幹線に接続される共通部の共通部本体ケース、スイッチング電源用制御集積回路及び配線部品の寸法及び形状を、少なくとも自動車内の各エリア間で共通としているので、従来、各エリア毎に個別に設計及び製造していた電源分配箱に比較して、部品の共通化及び標準化を行うことができ、大量生産によるコスト削減を図ることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、スイッチング電源用制御集積回路が、回路自己保護及び自己診断を行う半導体集積回路であるので、フューズ及びリレー等を内蔵していた電源分配箱に比較して、スペース効率を向上でき、自動車内での設置スペース効率を向上することができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、スイッチング電源用制御集積回路が、車載機器の仕様に応じた複数の種類の半導体集積回路から選択されて適用され、共通部本体ケースに、スイッチング電源用制御集積回路を選択して収納することの可能な同一形状且つ同一寸法のソケットが形成されるので、どのような車載機器の仕様構成であっても、これに適合するようにスイッチング電源用制御集積回路を入れ替えて適用すればいいだけなので、標準化した部品を用いながら、様々な車載機器の仕様構成に容易に対応することができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明によれば、接続手段により、電子制御ユニットが主幹線を通じてスイッチング電源用制御集積回路に制御信号を与えるように構成しているので、電子制御ユニットからスイッチング電源用制御集積回路に制御信号を与える際の電線経路として主幹線を利用することができる。したがって、主幹線の有効利用を図ることができるとともに、各エリアの電子制御ユニットから他のエリアの電子制御ユニットに、何らかの信号を与えることも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る電源分配装置を示す分解斜視図である。
【図２】この発明の一の実施の形態に係る電源分配装置を示す機能ブロック図である。
【図３】自動車における電源分配装置の適用例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 主幹線
３ 共通部
５ エリア別対応部
１１ 共通部本体ケース
１３ スイッチング電源用制御集積回路
１５ バスバー
１７ 集積回路支持部
１８ ネットワークコネクタ部
１９ バスバー支持部
２１ ソケット
４１ エリア別対応部本体ケース
４３ バスバー
５３ 電子制御ユニット
６１〜６７ エリア
６８ 車載機器
ＳＣ スマートコネクタ

Claims (4)

1. 自動車内で種々の車載機器が搭載されるにあたって、これらの車載機器を搭載するために空間上割り当てられたエリア毎に設置され、当該エリア内の単数または複数の車載機器に電源を分配する電源分配装置であって、
   車内ネットワークの主幹線に接続される共通部と、
   前記共通部に係脱自在に接続されるとともに各エリア内の車載機器に接続されるエリア別対応部と
   を備え、
   前記共通部が、
   共通部本体ケースと、
   前記共通部本体ケースに支持されて車内ネットワークの主幹線に接続される複数のスイッチング電源用制御集積回路と、
   前記共通部本体ケース内の配線を行う配線部品と
   を備え、
   前記共通部本体ケース、前記スイッチング電源用制御集積回路及び前記配線部品の寸法及び形状が、少なくとも自動車内の各エリア間で共通とされることを特徴とする電源分配装置。
2. 請求項１に記載の電源分配装置であって、
   前記スイッチング電源用制御集積回路が、回路自己保護及び自己診断を行う半導体集積回路であることを特徴とする電源分配装置。
3. 請求項２に記載の電源分配装置であって、
   前記スイッチング電源用制御集積回路が、前記車載機器の仕様に応じた複数の種類の半導体集積回路から選択されて適用され、
   前記共通部本体ケースに、前記スイッチング電源用制御集積回路を選択して収納することの可能な同一形状且つ同一寸法のソケットが形成されることを特徴とする電源分配装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源分配装置であって、
   前記エリア内に設置された電子制御ユニットを前記主幹線に接続するための接続手段を有し、当該接続手段により、前記電子制御ユニットが前記主幹線を通じて前記スイッチング電源用制御集積回路に制御信号を与えることが可能に接続され、
   前記スイッチング電源用制御集積回路が、前記制御信号に基づいて前記各車載機器に電源を分配する電源分配装置。

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