JP2005261047A

JP2005261047A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2005261047A
Application number: JP2004067580A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mihara; 孝三原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US20050200202A1

Abstract

【課題】複数の車両用制御装置に個別に設けられている電源回路を共通化することで、複数の車両用制御装置からなる車両制御システムを性能を確保しつつ小型化できる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の車両用電源装置は、突入電流制限回路と、昇圧回路と、バックアップ電源回路と、第１のワイヤーハーネスと、第２のワイヤーハーネスとを備えている。そして、第１のワイヤーハーネスにエアバッグ制御用ＥＣＵが、第２のワイヤーハーネスにエンジン制御用ＥＣＵ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ等がそれぞれ接続されている。これにより、それぞれのＥＣＵに個別に設けられていた電源回路が共通化され、複数のＥＣＵからなるシステムを性能を確保しつつ小型化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される複数の制御装置に電源を供給する車両用電源装置に関する。

近年、自動車等の車両には、エンジン制御装置、電動パワーステアリング装置、エアバッグ装置等の多くの車両用制御装置が搭載されている。

ところで、エンジン制御装置として、例えば、特開２００１−１５２９３９号公報に開示されている内燃機関制御装置がある。この内燃機関制御装置は、点火コイルを駆動する点火駆動回路と燃料噴射弁を駆動する噴射駆動回路とにバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路を備えている。この昇圧回路の出力電圧は点火駆動回路により点火コイルに印加され、点火プラグが火花放電する。さらに、噴射駆動回路により燃料噴射弁の駆動コイルに印加され、燃料噴射弁が開閉する。

また、電動パワーステアリング装置として、例えば、特開２００３−２６７２３５号公報に開示されている電動パワーステアリング装置がある。この電動パワーステアリング装置は、バッテリや充電発電機の電圧を昇圧する昇圧回路を備えている。この昇圧回路の出力電圧は電動機駆動回路に供給されモータが駆動力を発生する。

さらに、エアバッグ装置として、例えば、特開平１１−２４５７６２号公報に開示されている車両用乗員保護システムがある。この車両用乗員保護システムは、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、バッテリ電圧及び昇圧回路の出力電圧とで充電されるバックアップ回路とを備えている。バックアップ回路の出力電圧は駆動回路を介してスキブに印加され、起動電流が流れることでスキブが点火する。
特開２００１−１５２９３９号公報特開２００３−２６７２３５号公報特開平１１−２４５７６２号公報

しかし、これらの車両用制御装置には、それぞれに同じ機能を有する昇圧回路やバックアップ回路等の電源回路が個別に設けられているため、複数の車両用制御装置で車両用制御システムを構成する場合、車両用制御システムを小型化することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数の車両用制御装置に個別に設けられている電源回路を共通化することで、複数の車両用制御装置からなる車両用制御システムを性能を確保しつつ小型化できる車両用電源装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、複数の車両用制御装置に設けられている安定化電源回路とバックアップ電源回路とを共通化するとともに、電圧降下の小さい配線でバックアップ電源回路と電気負荷とを接続して車両用電源装置を構成することで、性能を確保しつつ車両制御システムを小型できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の車両用電源装置は、バッテリに接続され前記バッテリからの入力電圧を前記入力電圧と異なる安定した出力電圧に変換する安定化電源回路と、前記安定化電源回路の出力電圧によって充電されるバックアップ電源回路と、前記安定化電源回路及び前記バックアップ電源回路を少なくとも前記バックアップ電源回路から給電されることで作動する第１の電気負荷に接続するとともに電圧降下が小さく前記バックアップ電源回路から前記第１の電気負荷に前記第１の電気負荷の作動可能な電圧を供給することができる抵抗値である第１の配線と、前記安定化電源回路を前記安定化電源回路から給電されることで作動する第２の電気負荷に接続する第２の配線とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の車両用電源装置は、請求項１に記載の車両用電源装置において、さらに、前記車両用電源装置は、さらに、前記バッテリと前記安定化電源回路との間にスイッチを介してバッテリに接続され前記スイッチの投入時に流れる突入電流を制限する突入電流制限回路を有することを特徴とする。

請求項３に記載の車両用電源装置は、請求項１又は２に記載の車両用電源装置において、さらに、前記安定化電源回路は、前記バッテリからの入力電圧を前記入力電圧より高い安定した電圧に昇圧して出力する昇圧回路であることを特徴とする。

請求項４に記載の車両用電源装置は、は、請求項１乃至３に記載の車両用電源装置において、さらに、前記第１の電気負荷は、車両乗員を保護する車両用乗員保護装置であることを特徴とする。

請求項５に記載の車両用電源装置は、請求項１乃至４に記載の車両用電源装置において、さらに、前記第２の電気負荷は、内燃機関の燃料噴射又は点火を制御する内燃機関制御装置、モータによってステアリングの操舵力を補助する電動パワーステアリング装置、車室内の空調を制御する車両用空調装置又は車両の制動を制御する車両用ブレーキ装置の少なくともいずれかであることを特徴とする。

請求項１に記載の車両用電源装置によれば、少なくともバックアップ電源回路から第１の電気負荷に給電することで第１の電気負荷を作動させるとともに、安定化電源回路から第２の電気負荷に給電することで第２の電気負荷を作動させることができる。また、バックアップ電源回路から第１の配線を介して第１の電気負荷に給電することで、第１の電気負荷に第１の電気負荷の作動可能な電圧を確実に供給することができる。そのため、第１の電気負荷及び第２の電気負荷に確実に給電でき、第１の電気負荷及び第２の電気負荷の性能を確保することができる。さらに、第１の電気負荷及び第２の電気負荷に個別に電源回路を設ける必要がなくなり、車両用電源装置を含む第１の電気負荷及び第２の電気負荷によって構成されるシステムを小型化することができる。

請求項２に記載の車両用電源装置によれば、突入電流制限回路でスイッチの投入時に流れる突入電流を制限することができる。そのため、突入電流制限回路の後段に接続される安定化電源回路を保護することで、車両用電源装置の信頼性を向上することができる。

請求項３に記載の車両用電源装置によれば、バッテリ電圧より高い電圧で作動する第１の電気負荷及び第２の電気負荷の性能を確保するとともに、車両用電源装置を含む第１の電気負荷及び第２の電気負荷によって構成されるシステムを小型化することができる。

請求項４に記載の車両用電源装置によれば、車両衝突時の衝撃によりバッテリがはずれた場合でも、バックアップ電源回路から給電することで、車両用乗員保護装置を確実に作動させることができる。そのため、車両用乗員保護装置の性能を確保しつつ車両用乗員保護装置を小型化することができる。

請求項５に記載の車両用電源装置によれば、車両用電源装置に接続される内燃機関制御装置、電動パワーステアリング装置、車両用空調装置又は車両用ブレーキ装置の性能を確保しつつこれら装置を小型化することができる。

本実施形態は、本発明に係る車両用電源装置を、車両に搭載されているエアバッグ制御用ＥＣＵ、エンジン制御用ＥＣＵ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ等の複数のＥＣＵに電圧を供給する電源装置に適用した例を示す。

本実施形態における車両用電源装置の回路図を図１に示す。そして、この回路図を参照し、構造、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、図１を参照して具体的構造について説明する。図１に示すように、車両用電源装置１は、突入電流制限回路２と、昇圧回路３（安定化電源回路）と、バックアップ電源回路４と、第１のワイヤーハーネス５（第１の配線）と、第２のワイヤーハーネス６（第２の配線）とから構成されている。

突入電流制限回路２は、後述するイグニッションスイッチ７の投入時に流れる突入電流を制限する回路であり、突入電流制限抵抗２ａで構成されている。突入電流制限抵抗２ａの一端はイグニッションスイッチ７を介して、例えば１２Ｖのバッテリ８の正極端に接続され、バッテリ８の負極端は車体に接地されている。突入電流制限抵抗２ａの他端は昇圧回路３に接続されている。

昇圧回路３は、イグニッションスイッチ７を介して入力されるバッテリ８の電圧をバッテリ８の電圧より高い後述する複数のＥＣＵ９、１０ａ〜１０ｄに必要な高電圧に昇圧する回路である。昇圧回路３は、入力電圧平滑コンデンサ３ａと、チョークコイル３ｂと、ダイオード３ｃと、出力電圧平滑コンデンサ３ｄと、電界効果トランジスタ３ｅと、トランジスタ駆動回路３ｆと、電流検出抵抗３ｇとから構成されている。

入力電圧平滑コンデンサ３ａは突入電流制限抵抗２ａを介して入力されるバッテリ８の電圧を平滑する素子である。入力電圧平滑コンデンサ３ａの一端は突入電流制限抵抗２ａの他端に接続され、他端は車体に設置されている。チョークコイル３ｂは磁気エネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。チョークコイル３ｂの一端は突入電流制限抵抗２ａと入力電圧平滑コンデンサ３ａの接続点に、他端はダイオード３ｃのアノードにそれぞれ接続されている。ダイオード３ｃのカソードは出力電圧平滑コンデンサ３ｄの一端とバックアップ電源回路４とにそれぞれ接続され、出力電圧平滑コンデンサ３ｄの他端は車体に接地されている。電界効果トランジスタ３ｅは、チョークコイル３ｂに流れる電流を制御するためのスイッチング素子である。電界効果トランジスタ３ｅのドレインはチョークコイル３ｂとダイオード３ｃの接続点に、ゲートはトランジスタ駆動回路３ｆにそれぞれ接続され、ソースは電流検出抵抗３ｇを介して車体に接地されている。

トランジスタ駆動回路３ｆは電界効果トランジスタ３ｅをスイッチングするための駆動信号を出力する回路である。トランジスタ駆動回路３ｆの入力端子は電界効果トランジスタ３ｅのソースと電流検出抵抗３ｇの接続点に、別の入力端子はダイオード３ｃと出力電圧平滑コンデンサ３ｄの接続点にそれぞれ接続され、出力端子は電界効果トランジスタ３ｅのゲートに接続されている。

バックアップ電源回路４は、昇圧回路３が電圧を供給できなくなった場合に、昇圧回路３に換わって電圧を短時間供給する回路であり、充電電流制限抵抗４ａと、バックアップコンデンサ４ｂと、ダイオード４ｃとから構成されている。充電電流制限抵抗４ａの一端はダイオード３ｃと出力電圧平滑コンデンサ３ｄの接続点に、他端はバックアップコンデンサ４ｂの一端にそれぞれ接続され、バックアップコンデンサ４ｂの他端は車体に接地されている。ダイオード４ｃのアノードは充電電流制限抵抗４ａとバックアップコンデンサ４ｂの接続点に、カソードは電流検出抵抗４ａの一端にそれぞれ接続されている。

第１のワイヤーハーネス５は、昇圧回路３とバックアップ電源回路４とを昇圧回路３とバックアップ電源回路４から給電される高電圧によって作動する後述するエアバッグ制御用ＥＣＵ９に接続する導体線径が太く導体長が短い低抵抗の配線である。第１のワイヤーハーネス５の一端はダイオード３ｃと充電電流制限抵抗４ａとダイオード４ｃの接続点に、他端は車両用電源装置１の近傍に配設されるエアバッグ制御用ＥＣＵ９にそれぞれ接続されている。

エアバッグ制御用ＥＣＵ９は車両衝突時に乗員を保護するエアバッグの制御装置である。エアバッグ制御用ＥＣＵ９は、昇圧回路３から給電されることで作動し、車両衝突時に乗員を保護する。さらに、車両衝突時の衝撃によりバッテリ８の端子がはずれた場合でも、エアバッグ制御用ＥＣＵ９は、バックアップ電源回路４から給電されることで作動し、乗員を保護する。

第２のワイヤーハーネス６は、昇圧回路３を昇圧回路３から給電される高電圧によって作動するエンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄにそれぞれ接続する配線である。第２のワイヤーハーネス６は第１のワイヤーハーネス５のように低抵抗にする必要はなく、接続されるそれぞれのＥＣＵ１０ａ〜１０ｄに充分な電圧を供給できる導体線径及び導体長に設定されている。第２のワイヤーハーネス６の一端はダイオード３ｃと充電電流制限抵抗４ａとダイオード４ｃの接続点に、他端はエンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄにそれぞれ接続されている。

エンジン制御用ＥＣＵ１０ａは、昇圧回路３から給電されることで作動し、エンジンの燃料噴射又は点火を制御する。電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂは、昇圧回路３から給電されることで作動し、モータによってステアリングの操舵力を補助する。エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃは、昇圧回路３から給電されることで作動し、車室内の空調を制御する。ブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄは、昇圧回路３から給電されることで作動し、車両の制動を制御する。ところで、これらのＥＣＵ１０ａ〜１０ｄはバックアップ電源回路４からも給電されている。このバックアップ電源回路４からの給電は、これらのＥＣＵ１０ａ〜１０ｄにとっては本来必要ないものであるが、何ら悪影響を与えるものではない。

次に、具体的動作について説明する。イグニッションスイッチ７がオンされると、バッテリ８の電圧が突入電流制限抵抗２ａを介して昇圧回路３に入力される。昇圧回路３の入力電圧平滑コンデンサ３ａはバッテリ８の電圧を平滑にする。このとき、入力電圧平滑コンデンサ３ａとバッテリ８との間には突入電流制限抵抗２ａが接続されているため、イグニッションスイッチ７の投入に伴う大きな突入電流が入力電圧平滑コンデンサ３ａに流れることはない。

平滑化されたバッテリ８の電圧はチョークコイル３ｂの一端に印加される。電界効果トランジスタ３ｅがオンすると、チョークコイル３ｂから電界効果トランジスタ３ｅを経て電流検出抵抗３ｇに至る経路で電流が流れ、チョークコイル３ｂに磁気エネルギーが蓄積される。電界効果トランジスタ３ｅがオフすると、チョークコイル３ｂに蓄積された磁気エネルギーがダイオード３ｃを介して放出され、出力電圧平滑コンデンサ３ｄが充電される。このとき、チョークコイル３ｂの両端に電圧が誘起されため出力電圧平滑コンデンサ３ｄの電圧はバッテリ８の電圧より高電圧となる。

電界効果トランジスタ３ｅがオンすることでチョークコイル３ｂに流れる電流は、電流検出抵抗３ｇにより電圧に変化されトランジスタ駆動回路３ｆに入力される。出力電圧平滑コンデンサ３ｄの電圧はトランジスタ駆動回路３ｆに入力される。トランジスタ駆動回路３ｆは、電流検出抵抗３ｇの電圧と出力電圧平滑コンデンサ３ｄの電圧とをそれぞれ所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて電界効果トランジスタ３ｅをスイッチングするための駆動信号を出力する。

電界効果トランジスタ３ｅがトランジスタ駆動回路３ｆの駆動信号に基づいてスイッチングすることで、昇圧回路３はバッテリ８の電圧を安定した所定の高電圧に昇圧して出力する。昇圧回路３の出力電圧は第１のワイヤーハーネス５を介してエアバッグ制御用ＥＣＵに供給される。また、第２のワイヤーハーネス６を介してエンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄにそれぞれ供給される。さらに、充電電流制限抵抗４ａを介してバックアップコンデンサ４ｂに印加される。バックアップコンデンサ４ｂは昇圧回路３の出力電圧によって充電され、昇圧回路３の出力電圧と同じ電圧になる。

バックアップコンデンサ４ａの電圧はダイオード４ｃ及び第１のワイヤーハーネスを介してエアバッグ制御用ＥＣＵ９に供給される。また、ダイオード４ｃ及び第２のワイヤーハーネス６を介してエンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄにそれぞれ供給される。

これにより、エアバッグ制御用ＥＣＵ９は昇圧回路２とバックアップ電源回路４とから給電されることで作動し、乗員を保護する。また、車両衝突時の衝撃によりバッテリ８の端子がはずれた場合でも、エアバッグ制御用ＥＣＵ９は、バックアップ電源回路４から給電されることで作動し、乗員を保護する。エンジン制御用ＥＣＵ１０ａは、昇圧回路３から給電されることで作動し、エンジンの燃料噴射又は点火を制御する。電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂは、昇圧回路３から給電されることで作動し、モータによってステアリングの操舵力を補助する。エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃは、昇圧回路３から給電されることで作動し、車室内の空調を制御する。ブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄは、昇圧回路３から給電されることで作動し、車両の制動を制御する。

最後に具体的効果について説明する。
第１の実施形態によれば、車両用電源装置１は、昇圧回路３とバックアップ電源回路４とからエアバッグ制御用ＥＣＵ９に給電することでエアバッグ制御用ＥＣＵ９を作動させることができる。車両衝突時の衝撃によりバッテリ８の端子がはずれた場合でも、バックアップ電源回路４から給電することでエアバッグ制御用ＥＣＵ９を確実に作動させることができる。また、昇圧回路３からエンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄに給電することでこれらのＥＣＵ１０ａ〜１０ｄを作動させることができる。さらに、バックアップ電源回路４から抵抗値の低い第１のワイヤーハーネス５を介してエアバッグ制御用ＥＣＵ９に給電することで第１のワイヤーハーネス５における電圧降下を抑え、バックアップ電源回路４からエアバッグ制御用ＥＣＵ９に充分な電圧を供給することができる。そのため、エアバッグ制御用ＥＣＵ９、エンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄに確実に給電でき、これらのＥＣＵ９、１０ａ〜１０ｄの性能を確保することができる。さらに、これらのＥＣＵ９、１０ａ〜１０ｄに個別に電源回路を設ける必要がなくなり、車両用電源装置を含むＥＣＵ９、１０ａ〜１０ｄによって構成されるシステムを小型化することができる。

また、車両用電源装置１は、突入電流制限回路２でイグニッションスイッチの投入時に
昇圧回路３に流れる突入電流を制限することができる。

なお、上述した実施形態においては、車両用電源装置１の第１のワイヤーハーネス５にエアバッグ制御用ＥＣＵ９が接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。昇圧回路３とバックアップ電源回路４とから給電され高電圧によって作動するＥＣＵであればよい。

また、上述した実施形態においては、車両用電源装置１の第２のワイヤーハーネス６にエンジン制御用ＥＣＵ１０ａ、電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ１０ｂ、エアコン制御用ＥＣＵ１０ｃ及びブレーキ制御用ＥＣＵ１０ｄが接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。昇圧回路３から給電される高電圧によって作動するＥＣＵであればよい。

本実施形態における車両用電源装置の回路図を示す。

符号の説明

１・・・車両用電源装置
２・・・突入電流制限回路
２ａ・・・突入電流制限抵抗
３・・・昇圧回路（安定化電源回路）
３ａ・・・入力電圧平滑コンデンサ
３ｂ・・・チョークコイル
３ｃ・・・ダイオード
３ｄ・・・出力電圧平滑コンデンサ
３ｅ・・・電界効果トランジスタ
３ｆ・・・トランジスタ駆動回路
３ｇ・・・電流検出抵抗
４・・・バックアップ電源回路
４ａ・・・充電電流制限抵抗
４ｂ・・・バックアップコンデンサ
４ｃ・・・ダイオード
５・・・第１のワイヤーハーネス（第１の配線）
６・・・第２のワイヤーハーネス（第２の配線）
７・・・イグニッションスイッチ
８・・・バッテリ
９・・・エアバッグ制御用ＥＣＵ（第１の電気負荷・車両用乗員保護装置）
１０ａ・・・エンジン制御用ＥＣＵ（第２の電気負荷、内燃機関制御装置）
１０ｂ・・・電動パワーステアリング制御用ＥＣＵ（第２の電気負荷、電動パワーステアリング装置）
１０ｃ・・・エアコン制御用ＥＣＵ（第２の電気負荷、車両用空調装置）
１０ｄ・・・ブレーキ制御用ＥＣＵ（第２の電気負荷、車両用ブレーキ装置）

Claims

バッテリに接続され前記バッテリからの入力電圧を前記入力電圧と異なる安定した出力電圧に変換する安定化電源回路と、前記安定化電源回路の出力電圧によって充電されるバックアップ電源回路と、前記安定化電源回路及び前記バックアップ電源回路を少なくとも前記バックアップ電源回路から給電されることで作動する第１の電気負荷に接続するとともに電圧降下が小さく前記バックアップ電源回路から前記第１の電気負荷に前記第１の電気負荷の作動可能な電圧を供給することができる抵抗値である第１の配線と、前記安定化電源回路を前記安定化電源回路から給電されることで作動する第２の電気負荷に接続する第２の配線とを有することを特徴とする車両用電源装置。
前記車両用電源装置は、さらに、前記バッテリと前記安定化電源回路との間にスイッチを介してバッテリに接続され前記スイッチの投入時に流れる突入電流を制限する突入電流制限回路を有することを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
前記安定化電源回路は、前記バッテリからの入力電圧を前記入力電圧より高い安定した電圧に昇圧して出力する昇圧回路であることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用電源装置。
前記第１の電気負荷は、車両乗員を保護する車両用乗員保護装置であることを特徴とする請求項１乃至３記載の車両用電源回路。
前記第２の電気負荷は、内燃機関の燃料噴射又は点火を制御する内燃機関制御装置、モータによってステアリングの操舵力を補助する電動パワーステアリング装置、車室内の空調を制御する車両用空調装置又は車両の制動を制御する車両用ブレーキ装置の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４記載の車両用電源装置。