JP2007131134A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電圧電源側の所定の負荷にＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに必要な電圧を供給して、低電圧電源側の所定の負荷に対する電力供給系に必要な冗長性を付与すること。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の入出力側に低電圧電源１２と高電圧電源１４がそれぞれ接続された車両用電源装置において、前記高電圧電源は、高電圧端子１４ａとグランドとの間に低電圧端子１４ｂを有し、該低電圧端子からの給電ライン７０が、低電圧電源側の所定の負荷３１に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく直接接続されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力側に低電圧電源と高電圧電源がそれぞれ接続された車両用電源装置に関する。

従来から、複数の負荷へ所定電圧かつ所要電流による直流供給を行うバッテリと、前記バッテリに入力直流電圧を変換して直流供給を行う電圧変換手段と、前記負荷に対する通電を指示するオン制御信号を取り取り込んだ直後に前記電圧変換手段を起動する制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする車載用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−７１８３４号公報

しかしながら、上述の従来技術のように、ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力側に低電圧電源と高電圧電源がそれぞれ接続された車両用電源装置においては、高電圧電源が、低電圧電源側の負荷に対してバックアップ電源として機能することもできる。しかしながら、高電圧電源がバックアップ電源として機能する際、低電圧電源側の負荷にＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧電源から電圧を供給すると、ＤＣ／ＤＣコンバータによる損失を伴ってしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、低電圧電源側の所定の負荷にＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに必要な電圧ないし電流を供給して、低電圧電源側の所定の負荷に対する電力供給系に必要な冗長性を付与することができる車両用電源装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力側に低電圧電源と高電圧電源がそれぞれ接続された車両用電源装置において、
前記高電圧電源は、高電圧端子に加えて低電圧端子を有し、
該高電圧端子からの給電ラインが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧電源及び低電圧電源側の負荷に接続され、
該低電圧端子からの給電ラインが、低電圧電源側の所定の負荷に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく直接接続されることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、前記高電圧電源の高電圧端子からの給電ラインが、比較的短い期間で大きな電力を必要とする短期大電力負荷に直接接続されると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧電源及び低電圧電源側の負荷に接続されることを特徴とする。

第１の発明によれば、低電圧電源側の所定の負荷に対して、高電圧電源の低電圧端子から新たな給電ラインを介して電圧供給可能とすることで、所定の負荷にＤＣ／ＤＣコンバータを介さない給電ラインにより、所定の負荷に対する電力供給系に必要な冗長性を付与することができる。

第２の発明によれば、短期大電力負荷の動作時に消費する大電力に起因して、低電圧電源側の負荷の適切な動作が阻害されることを防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による車両用電源装置の一実施例を示すシステム構成図である。本発明による車両用電源装置は、定格電圧の異なる２つのバッテリ１２，１４を備えている。本実施例では、バッテリ１２は、１２Ｖ程度の電圧を有する鉛バッテリ（メインバッテリ）であり、一方、バッテリ１４は、４２Ｖ程度の電圧を有するリチウムイオンバッテリである。但し、バッテリ１２として、その他のバッテリが用いられても良く、また、同様に、バッテリ１４として、例えば燃料電池や電気２重層キャパシタ等の容量性負荷のような、その他のバッテリが用いられても良い。

２つのバッテリ１２，１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の入出力側にそれぞれ接続されている。即ち、バッテリ１２の＋端子とリチウムイオンバッテリ１４の＋端子（高電圧端子）１４ａとが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００を介して互いに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、例えば、図２に示すような同期整流型の非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであってよい。

バッテリ１２側には、エンジンの回転により発電する直流発電機３４（以下、「オルタネータ３４」という。）が接続される。オルタネータ３４の発電量は、例えばエンジンを制御するＥＣＵ（ＥＦＩ・ＥＣＵ）により、車両の走行状態に応じて制御される。例えば、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時には、オルタネータ３４の発電電圧は、バッテリ１２の放電が生じないような値（例えば１４Ｖ）に調整される。また、車両減速時（回生ブレーキ作動時）には、オルタネータ３４の発電電圧は、定常走行時やアイドル運転時に比して大きな値に調整される。また、車両加速時には、アイドルストップ中（即ち、エンジン停止中）と同様、オルタネータ３４の発電電圧はゼロになる（即ち、発電が行われない）。尚、本発明は、オルタネータ３４の発電制御を特定するものでなく、如何なる態様の発電制御に対しても適用可能である。

鉛バッテリ１２側には、スタータ１８が直接的に接続されている。スタータ１８は、車両の動力源として機能するエンジンに取り付けられている。スタータ１８は、鉛バッテリ１２から直接供給される電力を用いて、エンジンを停止状態から始動させる始動装置として機能する。

鉛バッテリ１２側には、第１負荷３０が接続される。第１負荷３０は、エンジン（それを制御するＥＣＵを含む、以下同じ）、トランスミッション、オーディオ装置、空調装置、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングシグナルランプ、コーナーランプ等のランプ類、カーナビゲーション、メータ類、デフォガ、ワイパやパワーウィンドを駆動するアクチュエータ等を含む、各種補機（車載機器）である。

第１負荷３０は、大きく分類して、オーディオ装置、カーナビゲーション、各種セキュリティーシステム等の暗電流負荷３３、車両の安全性を確保する上で電力供給に冗長性を付与することが必須ないし望ましい負荷３１（以下、「要冗長負荷３１」という）、及び、その他の一般負荷３２に分けられる。要冗長負荷３１とは、典型的には、車両の制動機能を確保する上で必須となるブレーキシステム（それを制御するＥＣＵを含む）であり、その他、緊急時等に外部施設（センタ）に通信を行う緊急通報システム（メーデーシステム）等である。

リチウムイオンバッテリ１４側には、比較的短い時間で大きな電力を必要とするいわゆる第２負荷（短期大電力負荷）４０が接続される。短期大電力負荷４０は、典型的には、電動式パワーステアリング装置や、電動スタビライザ（アクチュエータを備えるアクティブスタビライザ）等である。

通常動作時、第１負荷３０は、鉛バッテリ１２又はオルタネータ３４から電力供給を受け、第２負荷（短期大電力負荷）４０は、リチウムイオンバッテリ１４から電力供給を受ける。また、リチウムイオンバッテリ１４の容量が低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００により鉛バッテリ１２の電源電圧が昇圧されて、リチウムイオンバッテリ１４の充電が行われる。

尚、上述のように、本実施例では、短期大電力負荷４０がリチウムイオンバッテリ１４から電力供給を受けるので、短期大電力負荷が鉛バッテリ１２から電力供給を受ける構成とは異なり、短期大電力負荷４０の動作時に、鉛バッテリ１２から電力供給を受ける第１負荷３０の誤作動（ランプの明滅を含む）が生ずる虞が無くなる。

ところで、車両に搭載される各種電気機器（負荷）は、多種多様であり、その中でも、ブレーキシステム等のように、特に車両の安全性に関わる重要な負荷（要冗長負荷３１）に対しては、電力供給系に冗長性を持たせる必要がある。即ち、上述のような車両用電源システムにおいては、鉛バッテリ１２の残容量の低下（例えば長期の車両放置により暗電流による鉛バッテリ１２の残容量の低下）により、要冗長負荷３１が鉛バッテリ１２又はオルタネータ３４から必要な電圧（又は電流、以下同じ）の供給を受けられない状況が想定される。従って、かかる状況では、要冗長負荷３１への必要な電力供給を確保すべく、バックアップ電源からの電圧供給が必要となる。

そこで、本実施例では、図１に示すように、要冗長負荷３１には、鉛バッテリ１２又はオルタネータ３４（又はリチウムイオンバッテリ１４の高電圧端子１４ａ）から電力供給を受けるための通常給電ライン２０に加えて、リチウムイオンバッテリ１４からバックアップ電源の供給を受けるための給電ライン７０（以下、「バックアップライン７０」）という）が接続される。

バックアップライン７０は、リチウムイオンバッテリ１４に設けられた低電圧端子１４ｂから引き出され、要冗長負荷３１の接続端子に直接接続される。低電圧端子１４ｂは、リチウムイオンバッテリ１４の高電圧端子１４ａとグランドの間の１２Ｖ端子として設定される。リチウムイオンバッテリ１４は、１２Ｖタップ付きのリチウムイオンバッテリとして構成され、バックアップライン７０は、要冗長負荷３１に対して１２Ｖの電源電圧を供給する給電ラインを構成する。尚、低電圧端子１４ｂは、例えば、リチウムイオンバッテリ１４を構成する積層セルの適切なセル部分（１２Ｖに相当するセル部分）にタップを付けることで形成することができる。

従って、本実施例によれば、要冗長負荷３１に対して個別のバックアップ電源を新たに設定することなく、リチウムイオンバッテリ１４をバックアップ電源として効果的に利用することで、要冗長負荷３１に対して、個別のバックアップ電源を設定した場合と同様のバックアップ機能を実現することができる。他言すると、本実施例によれば、要冗長負荷３１に個別のバックアップ電源に接続するのに代えて、リチウムイオンバッテリ１４に設けた低電圧端子１４ｂを接続することで、個別のバックアップ電源を必要としない低コストな構成で、要冗長負荷３１に必要な冗長性を与えることができる。

例えば、本実施例では、要冗長負荷３１が鉛バッテリ１２又はオルタネータ３４から必要な電圧の供給を受けられない状況が所定時間継続した場合には、要冗長負荷３１に対する給電ラインが、通常給電ライン２０からバックアップライン７０に切り替えられる。これにより、要冗長負荷３１に対する給電ラインがバックアップライン７０に切り替えられると、要冗長負荷３１はリチウムイオンバッテリ１４から電力供給を受けることができるので、要冗長負荷３１に対して必要な電圧が供給されない状況が長時間継続することが防止される。尚、上述のような要冗長負荷３１に対する給電ラインの切替は、２つの給電ライン２０，７０が接続されるロジック回路（ダイオードオア接続を含む。）により実現されてもよいし、通常給電ライン２０の状態に応じたスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御（コントローラにより２つの給電ライン２０，７０間の切替制御）により実現されてもよい。

また、本実施例によれば、リチウムイオンバッテリ１４の状態（ＳＯＣ）は検知が容易であるため、リチウムイオンバッテリ１４の一部を上述の如くバックアップ電源として用いることで、鉛電池やコンデンサ等をバックアップ電源として用いた場合に検知が困難なバックアップ電源の状態を、容易且つ高精度に検知することが可能となる。

また、本実施例では、要冗長負荷３１は、鉛バッテリ１２又はオルタネータ３４から必要な電圧の供給を受けられない状況において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００を介することなく、リチウムイオンバッテリ１４からの電力供給を受けることができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の異常等に影響を受けない信頼性の高いバックアップ電源システムを実現することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００を介することで生ずるＤＣ／ＤＣコンバータ１００での損失が無く、無駄の少ない効率的なバックアップ電源システムを実現することができる。

但し、本実施例による上述のバックアップ方法は、リチウムイオンバッテリ１４の電源電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１００を介して降圧して要冗長負荷３１に供給するバックアップ方法と何ら相反するものではなく、これら２つのバックアップ方法を適宜に組み合わせて用いることも可能である。

尚、本実施例において、複数の要冗長負荷３１が存在する場合には、図３に示すように、各要冗長負荷３１を、リチウムイオンバッテリ１４の低電圧端子１４ｂに対して並列的に接続することで、各要冗長負荷３１に対して個別のバックアップ電源を設定することなく、各要冗長負荷３１に対して個別のバックアップ電源を設定した場合と同様のバックアップ機能を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

以上のとおり本発明による車両用電源システムは、鉄道をはじめとする各種車両の電源システムとして用いることができ、例えば自動車分野においては、燃料電池車をはじめとするハイブリッド電気自動車の主電源や、電気自動車の回生システム用電源等に用いることができる。

本発明による車両用電源装置の一実施例を示すシステム構成図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の一例を示す図である。 車両用電源装置のその他の一実施例を示すシステム構成図である。

符号の説明

１２ 鉛バッテリ
１４ リチウムイオンバッテリ
１４ａ 高電圧端子
１４ｂ 低電圧端子１４
１８ スタータ
２０ 通常供給ライン
３０ 第１負荷
３１ 要冗長負荷
３２ 一般負荷
３３ 暗電流負荷
３４ オルタネータ
４０ 第２負荷
７０ バックアップライン
１００ ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims (2)

1. ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力側に低電圧電源と高電圧電源がそれぞれ接続された車両用電源装置において、
   前記高電圧電源は、高電圧端子に加えて低電圧端子を有し、
   該高電圧端子からの給電ラインが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧電源及び低電圧電源側の負荷に接続され、
   該低電圧端子からの給電ラインが、低電圧電源側の所定の負荷に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく直接接続されることを特徴とする、車両用電源装置。
2. 前記高電圧電源の高電圧端子からの給電ラインが、比較的短い期間で大きな電力を必要とする短期大電力負荷に直接接続されると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧電源及び低電圧電源側の負荷に接続される、請求項１に記載の車両用電源装置。

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