JP2008001316A

JP2008001316A - 車載用電源装置

Info

Publication number: JP2008001316A
Application number: JP2006175275A
Authority: JP
Inventors: Shogo Mori; 昌吾森
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP4779823B2

Abstract

【課題】ＡＣ出力およびＤＣ出力を提供する車載用電源装置において、未知のＡＣ負荷が接続する場合であっても各負荷に適切に電力を供給できるようにする。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、所定のＤＣ電圧を生成する。ＤＣ出力は、自動車の走行に必要な機器に供給される。ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により生成されるＤＣ電圧を交流に変換する。ＡＣ出力は、コンセントプラグに導かれる。コントローラ１３は、ＤＣ出力およびＡＣ出力の総電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力を超えると、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２によるＡＣ出力を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＣ出力およびＤＣ出力を提供する車載用電源装置に係わる。

従来より、ＡＣ出力およびＤＣ出力の双方を提供可能な電源装置が知られている。例えば、特許文献１には、給電部、給電部と交流負荷との間に設けられるスイッチ、給電部と直流負荷との間に設けられるスイッチ、及びそれらのスイッチを制御する制御部を備える電源装置が記載されている。そして、この電源装置は、給電部の能力および各負荷が必要とする電力が既知であることを前提とし、動作すべき負荷の組み合わせに応じて、給電部へ過剰な負担がかからないようにスイッチを制御する。これにより、給電部への過剰な負担を避けながら、負荷を効率よく動作させることができる。
特開昭６３−６９４３４号公報

特許文献１に記載の電源装置においては、各負荷が必要とする電力が未知である場合には、スイッチを適切に制御することができず、各負荷に適切に電力を供給できないおそれがある。例えば、電源装置のＡＣ出力がコンセントプラグに導かれる場合には、そのコンセントプラグに接続される負荷によっては、いずれかの負荷に必要な電力を供給できなくなることがある。

また、特許文献１では、負荷の優先順位については特に考慮されていない。すなわち、例えば、停止することが許されない負荷が電源装置に接続される場合に、各スイッチをどのように制御すべきかについては記載がない。なお、電源装置が自動車に搭載される場合には、その自動車の走行のために使用される電気機器は、停止することが許されない負荷に相当する。

本発明は、ＡＣ出力およびＤＣ出力を提供する車載用電源装置において、未知の負荷が接続する場合であっても各負荷に適切に電力を供給できるようにすることである。

本発明の車載用電源装置は、ＤＣ出力が自動車の走行のための電気機器に供給され、ＡＣ出力がコンセントプラグに導かれる構成であり、ＤＣ出力を提供するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流に変換してＡＣ出力を提供するＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ出力の電力およびＡＣ出力の電力の和を表す総電力と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力とを比較する比較手段と、前記総電力が前記最大電力よりも大きいときに前記ＡＣ出力を制限する制限手段、を有する。

ＤＣ出力が供給される電気機器は、自動車の走行のために使用されるので、電力が不足することは許されない。他方、ＡＣ出力はコンセントプラグに導かれるので、どのような負荷が接続されるのかは未知である。そこで、制限手段は、総電力がＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力よりも大きくなるときには、ＡＣ出力を制限する。これにより、自動車の走行に必要な優先度の高い負荷に確実に電力が供給される。

上述の車載用電源装置において、ＤＣ出力の電力およびＡＣ出力の電力を検出する検出手段をさらに備えるようにしてもよい。この構成によれば、実際に負荷に供給される電力が検出されるので、ＤＣ出力およびＡＣ出力への電力の割当てを効率よく行うことができる。

また、本発明の他の態様の車載用電源装置は、ＤＣ出力が自動車の走行のための電気機器に供給され、ＡＣ出力がコンセントプラグに導かれる構成であり、ＤＣ出力を提供するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流に変換してＡＣ出力を提供するＤＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ負荷の要求電力を表す信号を受け付ける受付手段と、ＡＣ出力の電力を検出する検出手段と、前記要求電力および検出されたＡＣ出力の電力の和を表す総電力と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力とを比較する比較手段と、前記総電力が前記最大電力よりも大きいときに前記ＡＣ出力を制限する制限手段、を有する車載用電源装置。この構成によれば、ＤＣ出力の電力を検出する必要がなくなる。

さらに、制御手段は、当該電源装置を搭載する自動車が運転状態であるときに前記ＡＣ出力を制限するようにしてもよい。ＤＣ出力が供給される電気機器は、自動車の走行のために動作するので、自動車が運転状態でないときは、ＤＣ出力の電力を確保するためにＡＣ出力を制限する必要がない。なお、「運転状態」とは、自動車が走行しているときだけでなく、自動車自体は停止しているもののその走行のためのエンジンまたは走行のためのモータの駆動装置が起動されている状態を含む。

本発明によれば、ＡＣ出力およびＤＣ出力を提供する車載用電源装置において、未知の負荷が接続する場合であっても各負荷に適切に電力を供給できる。

図１は、本発明の実施形態の電源装置の構成を示す図である。この電源装置１は、自動車等に搭載される車載用電源装置であり、ＡＣ出力およびＤＣ出力を提供する。
図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、バッテリ２１から出力されるＤＣ電圧を所定のＤＣ電圧に変換する。この実施例では、電源装置１が提供するＡＣ出力が１００Ｖ系であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、１００√２ＶのＤＣ電圧を生成する。なお、電源装置１が提供するＡＣ出力が２００Ｖ系である場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は２００√２ＶのＤＣ電圧を生成する。また、バッテリ２１の出力電圧は１２Ｖの場合や数百Ｖの場合があり、ＡＣ出力は１００Ｖ系の場合や２００Ｖ系の場合がある。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、バッテリ２１の出力電圧とＡＣ出力に必要なＤＣ電圧との関係に応じて、適宜、昇圧コンバータまたは降圧コンバータが設けられる。さらに、バッテリ２１の出力電圧がＡＣ出力に必要なＤＣ電圧を跨いで変動する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は昇降圧コンバータであってもよい。

ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力されるＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する。この実施例では、１００Ｖ系のＡＣ出力が提供される。なお、ＡＣ出力の周波数は、商用電源と同じであり、例えば、５０／６０Ｈｚである。

ＡＣ出力は、コンセントプラグに導かれる。すなわち、この電源装置１には、所望のＡＣ負荷を接続することができる。一方、ＤＣ出力は、電源装置１を搭載する自動車の走行に必要な電気機器に接続される。この実施例では、ＤＣ出力は、インバータを介して電動パワーステアリングシステム（以下、ＰＳシステム）のためのモータに供給される。ここで、ＰＳシステムは、自動車の走行に際して必要な機器であるのに対し、コンセントプラグに接続される機器（例えば、テレビ等）は、自動車の走行に際して必ずしも必要ではない。すなわち、ＤＣ負荷としてのＰＳシステムは、少なくとも自動車が運転状態であるときには、コンセントプラグに接続される機器よりも優先度の高い機器である。

コントローラ（比較手段、制限手段）１３は、ＤＣ出力の電力およびＡＣ出力の電力を検出し、それらに応じてＤＣ／ＡＣコンバータ１２によるＡＣ出力を制限する。ここで、ＤＣ出力およびＡＣ出力の電圧は既知である。したがって、ＤＣ出力およびＡＣ出力の出力電流を検出すれば、それぞれ対応する電力を算出することができる。この実施例では、電流センサＳ１（検出手段）を利用してＤＣ出力の出力電流が検出され、電流センサＳ２（検出手段）を利用してＡＣ出力の出力電流が検出される。なお、コントローラ１３は、例えば、マイコンにより実現される。

図２は、図１に示す電源装置のコントローラ１３の処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電源装置１が動作している期間は継続して所定の時間間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１では、ＤＣ出力の電力を読み取る。ステップＳ２では、ＡＣ出力の電力を読み取る。ステップＳ３（比較手段）では、「ＤＣ出力の電力＋ＡＣ出力の電力」と「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」とを比較する。ここで「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」とは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に過剰な負担がかからない範囲での上限値である最大定格電力を意味する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、短時間であれば、その最大定格電力よりも大きな電力を供給することができる。なお、「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」は、コントローラ１３に予め設定されているものとする。

「ＤＣ出力の電力＋ＡＣ出力の電力」が「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」以下であれば、ステップＳ１に戻る。この場合、電源装置１に接続されているすべての負荷に十分な電力が供給される。一方、「ＤＣ出力の電力＋ＡＣ出力の電力」が「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」を超えていれば、ステップＳ４（制限手段）において、ＡＣ出力を制限する。具体的には、コントローラ１３は、たとえば、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２の出力を停止する。この場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２のスイッチング動作が停止される。あるいは、コントローラ１３は、ＡＣ出力を「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力−ＤＣ出力の電力」にまで低下させるようにしてもよい。この場合、例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティの上限値が「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力−ＤＣ出力の電力」に応じて設定される。

このように、実施形態の電源装置１は、自動車の走行に必要な負荷に対して優先的に電力を供給する構成であり、ＤＣ出力およびＡＣ出力の総電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力を超える場合には、ＡＣ出力を制限する。したがって、自動車の走行に必要な電気機器に対して確実に電力を供給できる。また、ＤＣ出力の電力が低いときは、余った電力をＡＣ出力に供給することができるので、電源装置１を効率的に使用することができる。なお、ＤＣ負荷としてのＰＳシステムは、ステアリングの操舵時にのみ電力を必要とするので、基本的に、ＡＣ出力の制限は一時的なものである。

なお、上述の実施例では、ＤＣ出力およびＡＣ出力の電力をそれぞれ検出しているが、ＰＳシステムが消費し得る最大電力は既知である。したがって、図２に示すフローチャートのステップＳ３（及びステップＳ４）において、検出したＤＣ電力値を使用する代わりに所定の固定値（すなわち、ＰＳシステムが消費し得る最大電力値）を使用してもよい。また、ＤＣ出力およびＡＣ出力の電力をそれぞれ検出する代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の総出力およびＤＣ／ＡＣコンバータ１２の入力を読み取るようにしてもよい。

さらに、ＡＣ出力の制限は、自動車の走行時にのみ行うようにしてもよい。すなわち、コントローラ１３は、エンジンのオン／オフを検出し、エンジンがオン状態である場合に限り図２に示すフローチャートを実行するようにしてもよい。

図３は、他の実施形態の電源装置の構成を示す図である。図３に示す構成では、ＰＳシステムの要求する電力を表す信号が車両側コントローラ３１を介して電源装置２に通知される。そして、コントローラ１３は、通知される要求電力および検出されるＡＣ出力の電力に応じて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２によるＡＣ出力を制限する。なお、ＰＳシステムは、自動車の運転者によってステアリングが操舵されたときに、そのステアリングの角度および角速度に応じて決まる電力を車両側コントローラ２１に要求する。

図４は、図３に示す電源装置のコントローラ１４の処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、基本的には、図２を参照しながら説明した手順と同じである。ただし、ステップＳ１１（受付手段）では、ＤＣ出力の電力を検出する代わりに、車両側コントローラ３１から要求電力を表す通知を受信する。また、ステップＳ１３（比較手段）では、「ＤＣ出力の要求電力＋ＡＣ出力の検出電力」と「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」とを比較する。そして、「ＤＣ出力の要求電力＋ＡＣ出力の検出電力」が「ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の最大電力」を超えていた場合には、ステップＳ１４（制限手段）においてＡＣ出力を制限する。

本発明の実施形態の電源装置の構成を示す図である。図１に示す電源装置のコントローラの処理を示すフローチャートである。他の実施形態の電源装置の構成を示す図である。図３に示す電源装置のコントローラの処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１、２電源装置
１１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ＤＣ／ＡＣコンバータ
１３、１４コントローラ
３１車両側コントローラ

Claims

ＤＣ出力が自動車の走行のための電気機器に供給され、ＡＣ出力がコンセントプラグに導かれる車載用電源装置であって、
ＤＣ出力を提供するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流に変換してＡＣ出力を提供するＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記ＤＣ出力の電力およびＡＣ出力の電力の和を表す総電力と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力とを比較する比較手段と、
前記総電力が前記最大電力よりも大きいときに前記ＡＣ出力を制限する制限手段、
を有する車載用電源装置。
ＤＣ出力の電力およびＡＣ出力の電力を検出する検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車載用電源装置。
ＤＣ出力が自動車の走行のための電気機器に供給され、ＡＣ出力がコンセントプラグに導かれる車載用電源装置であって、
ＤＣ出力を提供するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流に変換してＡＣ出力を提供するＤＣ／ＡＣコンバータと、
ＤＣ負荷の要求電力を表す信号を受け付ける受付手段と、
ＡＣ出力の電力を検出する検出手段と、
前記要求電力および検出されたＡＣ出力の電力の和を表す総電力と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力とを比較する比較手段と、
前記総電力が前記最大電力よりも大きいときに前記ＡＣ出力を制限する制限手段、
を有する車載用電源装置。
前記制限手段は、当該電源装置を搭載する自動車が運転状態であるときに前記ＡＣ出力を制限する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載用電源装置。