JP2007020283A - 車両用電源制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 車両に搭載され、直列接続される２台のバッテリの放電量の均一化を図り、バッテリを長寿命化すると共に性能を十分に発揮させる。
【解決手段】 同一の電圧を出力すると共に互いに直列接続される第１バッテリ１１及び第２バッテリ１２と、第１バッテリ１１の出力電圧を変換する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ３０と、第２バッテリ１２の出力側とＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力側とに接続される負荷と、２つのバッテリの各々の出力側の電流を検知する第１バッテリ用電流センサ１６と、第２バッテリ用電流センサ１７と、２つの該電流センサの検知結果に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧を制御する電源制御手段３３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源制御システムに関し、詳しくは、自動車に搭載されて、直列に接続される２台のバッテリの放電量の均一化を図り、バッテリの長寿命化を図るものである。

近年、車両の高機能化に伴って給電を要する車載電装品等の負荷が急増しており、この中でモータ等の負荷が作動すると突入電流が流れるため、一時的にバッテリからの供給電力が不足する場合がある。
このような場合に対処する技術としては、例えば、特開平１１−２５２８１１号公報（特許文献１）が提供されている。

前記特許文献１に開示された車両用制御装置は、図２に示すように、共に１２Ｖの第１のバッテリ１と第２のバッテリ２とが直列接続され、第１のバッテリ１の出力側にＤＣ−ＤＣコンバータ３を接続することで２４Ｖの電圧を１２Ｖに降圧している。更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力側には、電気負荷４、５が接続されている。
また、第１のバッテリ１とＤＣ−ＤＣコンバータ３とを迂回する補助電源線Ｌ１には、第２のバッテリ２とスイッチ６とが接続されている。

前記構成とされることで、マイコンを内蔵する電源ユニット７は負荷起動時に所定時間だけスイッチ６を閉じて、電気負荷４、５に対してＤＣ−ＤＣコンバータ３からの電力に加えて第２のバッテリ２の出力側からの電力を供給できる。
つまり、負荷起動時等における突入電流を、第１のバッテリ１の出力側に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力と第２のバッテリ２の出力とで供給して、負荷に対する電力の供給不足を補うことができる。

しかしながら、上述の負荷起動時において、第２のバッテリ２は、第１のバッテリ１側への電力供給とスイッチ６側への電力供給との２つの系統を担っているので、第２のバッテリ２の放電量が大きくなる。その結果、２つのバッテリの残容量のバランスが崩れ、オルタネータ等（図示せず）によるバッテリ充電時に過充電や充電不足が発生し、２つバッテリの寿命が短くなったり、性能を十分に発揮することができなくなる場合がある。
更に、スイッチ６の切替タイミングを制御するためには、スイッチ６を含む電源ユニット７が通信線Ｌ２で各ＥＣＵ８Ａ〜８Ｃに接続された通信機能が必要となり、コストアップとなる問題もある。
特開平１１−２５２８１１号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、直列に接続される２台のバッテリの放電量の均一化を図り、残容量のバランスを整えて、充電時における過充電や充電不足を防止して、バッテリを長寿命化し、性能を十分に発揮させることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、同一の電圧を出力すると共に互いに直列接続される第１バッテリ及び第２バッテリと、
前記第１バッテリの出力電圧を変換する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第２バッテリの出力側と前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側とに接続される負荷と、
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの出力側の電流を検知する電流センサと、
前記電流センサの検知結果に基づいて、前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する電源制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用電源制御システムを提供している。

前記構成とすると、電源制御手段が、電流センサの検知結果に基づいて第１バッテリと第２バッテリの放電量を等しくするように、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御して、２つのバッテリの残容量を常に等しく保つことができる。
したがって、２つのバッテリの残容量バランスの不均衡が原因で、充電時における過充電や充電不足が生じることを防止して、バッテリの長寿命化を図ることができる。

前記第１バッテリの出力側を、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの出力電圧の和を定格電圧とする負荷に接続している。
前記構成とすると、２つのバッテリの出力電圧の和を定格電圧とする負荷にも電力を供給でき、単一のバッテリの電圧に合う負荷と、２つのバッテリが直列に接続された場合の電圧に合う負荷との２系統に電力を供給することができる。

以上の説明より、本発明によれば、直列に接続される２つのバッテリの残容量を常に等しく保つことができ、２つのバッテリの残容量バランスの不均衡が原因で、充電時における過充電や充電不足が生じることを防止できる。その結果、バッテリの長寿命化を図ることができると共に、バッテリの性能を十分に発させて使用することができる。
また、従来のように電源制御用の通信線を配線する必要もなくなるので、低コスト化できる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は車両等に搭載された車両用電源制御システム１０を示している。
前記車両用電源制御システム１０では、共に１２Ｖで同一の電圧を出力する第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とが直列接続されている。

第２バッテリ１２の一端側はアース接続され、他端側の出力側は、第２バッテリ１２の出力電流を検知する第２バッテリ用電流センサ１７を介して第１バッテリ１１と接続されている。
第２バッテリ１２と第１バッテリ１１との接続線上の分岐接点５２から１２Ｖの電圧で動作する負荷等へ電力を供給する１２Ｖ系給電線Ｃ４を分岐させ、該１２Ｖ系給電線Ｃ４上の分岐接点５３から第１バッテリ１１の出力電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力側に接続される分岐給電線Ｃ２を分岐させている。
前記１２Ｖの電圧で動作する負荷の例としては、モータ１９、ランプ２１、それらを制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）１８、スイッチ２０等である。

第１バッテリ１１の出力側には、出力電流を検知する第１バッテリ用電流センサ１６を介設した後に出力側の分岐接点５１で、２４Ｖの電圧で動作する負荷等へ電力を供給する２４Ｖ系給電線Ｃ３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力側に接続される分岐給電線Ｃ５とを分岐させ、自動車のエンジン始動により作動するオルタネータ１３の出力側と接続させている。

オルタネータ１３は第１バッテリ１１と接続されると共に第１バッテリ１１が第２バッテリとが直列に接続されているため、オルタネータ１３で２つの第１、第２バッテリ１１、１２を充電でき、２４Ｖ系給電線Ｃ３、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０へも給電できる。
また、第１バッテリ１１の出力側の電圧は、第１、第２バッテリ１１、１２の２つのバッテリの出力電圧の和である２４Ｖとなるので、２４Ｖ系給電線Ｃ３を接続することで、２つのバッテリの出力電圧の和を定格電圧とする負荷に電力を供給することができる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力側には、第１バッテリ１１の出力側の分岐接点５１に接続される分岐給電線Ｃ５と、１２Ｖ系給電線Ｃ４上の分岐接点５３に接続される分岐給電線Ｃ２とが接続されているので、１２Ｖの第１バッテリ１１の出力電圧が印加される。
該ＤＣ−ＤＣコンバータ３０には、互いに電気的に絶縁された一次側コイル３１ａと二次側コイル３１ｂとを有するトランス３１が設けられている。
該一次側コイル３１ａの一端には上記分岐給電線Ｃ５が接続され、他端にはトランジスタ３２のコレクタが接続されている。
該トランジスタ３２のエミッタには分岐給電線Ｃ２が接続され、トランジスタ３２のベースにはトランジスタ３２をスイッチング制御する電源制御手段３３が接続されている。

このように構成されているので、１２Ｖの第１バッテリ１１の出力電圧は、一次側コイル３１ａからトランジスタ３２間に印加されるのである。
したがって、トランジスタ３２のスイッチングによって、元々直流で１２Ｖの第１バッテリ１１の出力電圧は、一次側コイル３１ａにてパルス状の電圧となり、このパルス状の電圧が磁気的に接続される二次側コイル３１ｂに伝達されて変換されるのである。

前記電源制御手段３３は、第１バッテリ用電流センサ１６及び第２バッテリ用電流センサ１７に接続される（点線図示）と共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力接点４３にも接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧をモニタリングしている。
電源制御手段３３は、第１バッテリ用電流センサ１６及び第２バッテリ用電流センサ１７の検知結果に基づいてトランジスタ３２をスイッチング制御することで、一次側コイル３１ａの電圧のパルス幅を変化させ、二次側コイル３１ｂに発生する電圧を変化させて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧を制御している。

また、トランス３１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力側となる二次側コイル３１ｂの一端には整流用のダイオード３４の入力側が接続され、他端側は接地接点４２を介して接地されている。
ダイオード３４の出力側接点４１には、該ダイオード３４で整流された後の脈動する電圧を吸収、放電することによって平滑するための第１平滑用コンデンサ３５の一端と、平滑用コイル３６の一端が接続されている。
該平滑用コイル３６の他端側は、１２Ｖ系給電線Ｃ４に接続される出力線Ｃ１を接続するための出力接点４３に接続されており、該出力接点４３に第２平滑用コンデンサ３７の一端が接続されている。
尚、第１平滑用コンデンサ３５及び第２平滑用コンデンサ３７の他端側は、共に接地接点４２に接続されて接地される構成となっている。

次ぎに、前記構成の車両用電源制御システム１０における処理動作について説明する。
電源制御手段３３は、第１バッテリ用電流センサ１６及び第２バッテリ用電流センサ１７の検知結果から第１バッテリ１１と第２バッテリ１２の出力電流（放電量）を比較する。

放電量の比較の結果、第２バッテリ１２の放電量が第１バッテリ１１の放電量よりも大きい場合、電源制御手段３３は第１バッテリ１１と第２バッテリ１２の放電量が等しくなるまで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力接点４３の電圧が高くなるようにトランジスタ３２のスイッチングを制御する。
この場合に、電源制御手段３３は、トランジスタ３２のスイッチング周期におけるデューティー比（スイッチング周期に対するＯＮ時間の割合）を大きくすることで出力接点４３の電圧を高くする。
このように、電源制御手段３３によりＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力接点４３の電圧を高くなるように制御することで、第２バッテリ１２の放電量を抑制すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を動作するための第１バッテリ１１の放電量を増加させることで、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２の放電量を等しくすることができる。

前記の比較結果とは逆に、第１バッテリ１１の放電量が第２バッテリ１２の放電量よりも大きい場合、電源制御手段３３は、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２の放電量が等しくなるまで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力接点４３の電圧を低くなるようにトランジスタ３２のスイッチングを制御する。
この場合に、電源制御手段３３は、トランジスタ３２のスイッチング周期におけるデューティー比を小さくすることで出力接点４３の電圧を低くする。
このように、電源制御手段３３が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力接点４３の電圧を低くなるように制御することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を動作するための第１バッテリ１１の放電量を抑制すると共に、第２バッテリ１２の放電量を増加させることで、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２の放電量を等しくすることができる。

前記したように、第１、第２バッテリ１１の放電量を電流センサで検知して電源制御手段３３で比較して、比較結果に応じて、電源制御手段３３で第１バッテリ１１と第２バッテリ１２の放電量に不均衡が生じないようにＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧をモニタリングしながら常時制御しているため、第１、第２バッテリ１１、１２の残容量は常に等しく保つことができる。
その結果、２つのバッテリの残容量バランスの不均衡が原因で、充電時における過充電や充電不足が生じることを防止して、バッテリの長寿命化を図ることができる。
また、上述においては第１、第２バッテリ１１、１２の放電量を電流センサで検知していたが、この電流センサに替えて電圧センサを用いてもよい。
この場合に、電源制御手段３３は、該電圧センサで第１、第２バッテリ１１、１２の端子電圧を計測して、該端子電圧の差を比較する。このように端子電圧の差を比較することで、各バッテリの充電率の差を検知でき、各バッテリの放電量の不均衡を検知することが可能となる。

本発明の実施形態に車両用電源制御システムを示す図面である。 従来例を示す図面である。

符号の説明

１０ 車両用電源制御システム
１１ 第１バッテリ
１２ 第２バッテリ
１３ オルタネータ
１６ 第１バッテリ用電流センサ
１７ 第２バッテリ用電流センサ
３０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１ トランス

Claims (2)

1. 同一の電圧を出力すると共に互いに直列接続される第１バッテリ及び第２バッテリと、
   前記第１バッテリの出力電圧を変換する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第２バッテリの出力側と前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側とに接続される負荷と、
   前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの出力側の電流を検知する電流センサと、
   前記電流センサの検知結果に基づいて、前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する電源制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用電源制御システム。
2. 前記第１バッテリの出力側を、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの出力電圧の和を定格電圧とする負荷に接続する請求項１に記載の車両用電源制御システム。

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