JP2008101590A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ電圧を、着脱可能な昇圧装置により昇圧を行うことにより、車両グレードやオプション選択により異なる電気負荷の大きさに応じた、適切なスペックの昇圧装置を用いた電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、バッテリから２０の電力を複数の電気負荷６０に供給する電源装置９０であって、
前記バッテリと前記複数の電気負荷の少なくとも１つとの間に、前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧装置１０を、着脱可能に設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリからの電圧を昇圧して電気負荷に供給する電源装置に関し、特に、着脱可能な昇圧装置を含む電源装置に関する。

従来から、車両が信号待ち等で停車しているときに、エンジンを一時的に自動停止させるアイドリングストップ車両が知られている。かかるアイドリングストップ車両においては、クランキング時に大きな消費電力を要するため、停止頻度の高い市街地等ではバッテリ電源の消耗が激しくなり、クランキング時にバッテリ電圧が低下して、作動中の電気負荷に種々の不具合を生じる場合がある。

かかる不都合を防止するため、バッテリと電気負荷との間にバッテリ電圧を補償するバッテリ電圧補償手段を設け、スタータ手段の作動に伴ってバッテリ電圧が設定値以下に低下したときに、電圧補償手段を作動させる制御手段を備えたアイドルストップ車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３８９８４号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、電気負荷の大きさはユーザ毎に異なるにも関わらず、いかなるユーザにも対応するため、電気負荷が最大の場合を想定し、電圧補償手段は十分な余裕を持ったスペックで設計対応せざるを得なかった。従って、電気負荷が小さいユーザに対しても、オーバースペックとなる電源装置を搭載した車両を提供せざるを得ないという問題があった。

そこで、本発明では、バッテリ電圧を、着脱可能な昇圧装置により昇圧を行うことにより、車両グレードやオプション選択により異なる電気負荷の大きさに応じた、適切なスペックの昇圧装置を用いた電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る電源装置は、バッテリからの電力を複数の電気負荷に供給する電源装置であって、
前記バッテリと前記複数の電気負荷の少なくとも１つとの間に、前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧装置を、着脱可能に設けたことを特徴とする。これにより、電気負荷の大きさに応じて昇圧装置を変更することができ、車両ごとに最適な昇圧装置を選択することができる。

第２の発明は、第１の発明に係る電源装置において、
前記バッテリから分岐した複数の電力供給系統を有し、
前記昇圧装置は、前記複数の電力供給系統の少なくとも１つに設けられたことを特徴とする。これにより、電力供給系統の電気負荷の性質と大きさに応じて昇圧装置を選択することができ、性質と大きさの異なる電気負荷に個別に対応した適切な電源装置とすることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る電源装置において、
前記昇圧装置は、ソケット式リレーと交換可能であることを特徴とする。これにより、昇圧装置着脱のための専用装置を必要とせず、車両に通常設けられているリレーソケットに装着するだけで、昇圧装置を電源装置に組み込むことができる。

第４の発明は、第１又〜第３の発明に係る電源装置において、
前記昇圧装置は、リレーケース内に収容されることを特徴とする。これにより、昇圧装置を小型化することができる。

第５の発明は、第１〜４の発明に係る電源装置において、
前記昇圧装置は、リレー機能及び／又はヒューズ機能を含むことを特徴とする。これにより、車両に通常装着するリレー又はヒューズと交換可能となり、リレー又はヒューズを昇圧装置と別に設ける必要がなくなる。

第６の発明に係る昇圧装置は、電圧を昇圧する昇圧回路を有する昇圧装置であって、
前記昇圧回路と、リレー手段及び／又はヒューズ手段をリレーケース内に備えたことを特徴とする。これにより、リレー機能又はヒューズ機能を兼ね備えた昇圧装置とすることができ、従来のリレー又はヒューズを装着する場所にそのままリレー又はヒューズと交換して利用できる。

本発明によれば、昇圧装置を着脱可能とすることにより、電気負荷の大きさに応じて昇圧装置を選択することができ、ユーザの要求に応じた適切なスペックの電源装置を提供することができる。

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、本実施例に係る電源装置９０の電気的構成を示す機能ブロック図である。図１において、本実施例に係る電源装置９０は、バッテリ２０と、昇圧装置１０とから構成される。これらに関連する構成要素として、スタータ３０と、エコランＥＣＵ（電子制御ユニット）４０と、スイッチ５０と、電気負荷６０とを備えてよい。

図１において、本実施例に係る電源装置９０は、バッテリ２０から供給される電力供給系統が、電気負荷の系統に応じて、プラビー系４９、ＡＣＣ系５１、及びＩＧ系５２の３系統に分割されている。この分割数は、もっと多くても少なくてもよく、例えば、ＩＧ系がエンジン系に関連するＩＧ１系と、それ以外のＩＧ２系とに分割され、４系統に構成されてもよい。そして、各々の電力供給系統は、昇圧装置１１、１２、１３により電圧が昇圧され、電気負荷６１、６２、６３に各々電力を供給する構成となっている。

次に、図１の個々の構成要素について説明する。

バッテリ２０は、車両に搭載され、車両内の電気系統に電力を供給するための電源であって、蓄電池が好適に用いられる。バッテリ２０は、例えば鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオン電池等、種々の形式のものを用いてよいが、好適には鉛バッテリが用いられる。また、バッテリ２０は、複数設けられてもよいが、本実施例に係る電源装置９０においては、１つだけ設けられてもよい。なお、図示しないが、バッテリ２０は、オルタネータに接続され、走行中にオルタネータで発電する電力を充電するように構成されてよい。

スタータ３０は、エンジンを始動させるための手段であって、バッテリ２０に接続されて設けられてよい。スタータ３０は、運転者のイグニッションキーの始動操作に伴って、バッテリ２０からの電流により作動して、エンジンをクランキングしてよい。また、スタータ３０は、運転開始時のエンジン始動のみならず、例えば、車両がアイドリングストップ機能を備えている場合には、自動停止した車両のエンジンを再起動するために、一定条件化で自動的に作動するように構成されてよい。

エコランＥＣＵ４０は、アイドリングストップ等の、燃料消費量の節減と二酸化炭素等の排出ガスの低減を目的とした車両走行、いわゆるエコランと呼ばれている走行方式を実行するための制御を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、電子制御ユニット）である。エコランＥＣＵ４０は、エンジンの始動・停止及び坂道発進補助制御等を管理するための制御を行う。本実施例においては、エコランＥＣＵ４０は、昇圧装置１１、１２、１３の各々に接続されており、エコラン走行の制御を昇圧装置１１、１２、１３の制御にも反映させている。例えば、バッテリ２０から、昇圧装置１１、１２、１３を介して電気負荷６１、６２、６３に供給される電圧が低下して、不具合を起こさないように、後述する昇圧起動信号又はゲート起動信号を昇圧装置１０に送って制御する。

スイッチ５０は、バッテリ２０から電流を供給する経路の接続・非接続を、運転者のキー操作に応じて切り替える。スイッチ５０は、電源の供給系統毎に設けられてよく、例えば、車両内アクセサリーの電源を入れるＡＣＣ系スイッチ５１と、イグニッションスイッチが入ったときに電源が入るＩＧ系スイッチ５２とが、各々電源系統毎に設けられてよい。また、プラビー系４９のように、スイッチ５０が設けられていない系統を備えていてもよい。

これらは、電気負荷６０の性質によって定められてよく、例えば時計や記憶メモリ等を備えたＡＶＮ（オーディオ・ビジュアル・ナビゲーション・システム）６１のような電気負荷であれば、車両に乗らない駐車中も作動している必要があるので、スイッチ５０は不要である。また、標準装備のラジオや車内灯（図示せず）であれば、ＡＣＣ系スイッチ５１が入ったときに動作すればよく、ＥＰＳ（電動式パワーステアリング）６３１と、ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ、アンチロック・ブレーキ・システム）６３２は、車両の運転中にのみ作動すればよいので、ＩＧ系スイッチ５２が入ったときに電源に接続されれば足りる。

昇圧装置１０は、バッテリ２０から供給された電圧を昇圧して、出力電圧を一定に保つための手段であり、バッテリ２０と電気負荷６０との間に設けられてよい。昇圧装置１０は、例えば、本来のバッテリ２０の電圧が１２Ｖのときに、１１Ｖしか供給されなかったら、バッテリ電圧を本来の１２Ｖに昇圧して電気負荷６０に供給する役割を果たす。これにより、バッテリ２０の電圧が変動しても、電気負荷６０に安定した電圧を供給できる。なお、明細書又は図面において、昇圧装置１０をＢＢＣ（バックアップ・ブースト・コンバータ）と記述する場合があるが、これも本実施例に係る昇圧装置１０と同一の対象を示している。

昇圧装置１０は、バッテリ２０から分岐した複数の電源系統毎に設けられてよく、例えば、プラビー系４９の昇圧装置１１と、ＡＣＣ系５１の昇圧装置１２と、ＩＧ系５２の昇圧装置１３が、各々別個に設けられてよい。また、昇圧装置１０は、必ずしも総ての電源系統に設けられていなくてもよく、必要な電源系統に選択的に設けられてもよい。例えば、複数の電源系統のうち、少なくとも１つに昇圧装置１０を設けるようにしてもよい。このように、全部の電気負荷６０を対象としてバッテリ近くに１つの大きな昇圧装置１０を設けるのではなく、電源系統毎に分割して昇圧装置１０を設けることにより、各電源系統の電気負荷６１、６２、６３の消費電流の大きさに応じた昇圧装置１１、１２、１３を各々選択して設置することが可能となる。

昇圧装置１０は、電源装置９０に着脱可能に構成される。このように構成することにより、電源装置９０を、車種や電気負荷６０のオプション選択の差異があっても、個別に設計又は組み付けを行う必要がなくなり、電気負荷６１、６２、６３の大きさや性質に応じて、最適な昇圧装置１０を選択して装着することができる。

例えば、ＡＶＮ６１を充実させて、車両内をリスニングルームのようにしたいユーザには、大きな電気負荷６１に対応した１０Ａ程度の大電流に耐えうる昇圧装置１１を装着するのが好ましい。逆に、ＡＶＮの負荷が軽い、又は装備しないユーザに対しては、小さな電気負荷に対応した、例えば電流レベル１Ａ未満に対応する昇圧装置１１を装着するか、又は昇圧装置１１を装着しないという選択も可能となる。更に、例えば、ユーザの嗜好が変化し、ＡＶＮ６１の種類が途中で変更された場合には、それに応じて昇圧装置１１を交換することも可能となる。

また、昇圧装置１０は、例えば、車両のエンジンルームや室内に標準的に設けられているリレーボックス又はヒューズボックス内のリレーソケットやヒューズ装着箇所に着脱可能に装着されてよい。一般的に、車両には、バッテリ２０から分岐した電源系統毎又は特定の電気負荷６０の上流に、リレーボックッス又はヒューズボックスが設けられているので、これらを利用することにより、昇圧装置６０を適切な電気負荷６０の単位に分割して設置することが可能となる。また、昇圧装置１０をソケット式リレーやヒューズと交換可能に構成することにより、昇圧装置１０の着脱のために専用の装置を必要とせず、昇圧装置１０の搭載の容易性が図れる。更に、昇圧装置１０は、既存の標準リレーソケットを利用して装着するため、あらゆる車両に適用可能となり、エコランシステムの機能を備えていない車両との共通化も可能となる。

更に、昇圧装置１０は、昇圧機能だけでなく、リレー機能及び／又はヒューズ機能を備えてよい。従って、昇圧装置１０は、昇圧機能を実現する昇圧回路の他、リレー手段及び／又はヒューズ手段を備えてよい。昇圧装置１０は、リレー機能及び／又はヒューズ機能を備えることにより、各車両が既に備えている電源系統用又は特定の個別の電気負荷６０用のリレー又はヒューズとそのまま置き換えることができる。更に、例えば、昇圧装置１０を、ソケット式リレーと交換可能に装着用端子を外部に備え、かつリレー手段及びヒューズ手段を内蔵して構成すれば、車両のリレーボックス内のリレーソケットに装着してリレー機能を代用させるだけでなく、単独で使用されているヒューズを廃止することも可能となる。

昇圧装置１０は、電気負荷６０の消費電流又は定格電流に応じて、適切な電流ランクの昇圧装置１０が選択できるように、複数種類用意されてよいが、必ずしも電気負荷６０に個別に対応して設計・製造するのではなく、例えば、３種類程度に標準化されてもよい。昇圧装置１０を個別に設計・製造して用意するのではなく、標準化することにより、設計や製造に要するコストを低減することができる。

例えば、電気負荷６０の消費電流又は定格電流を１Ａ未満、５Ａ以下程度、１０Ａ程度のランクで分類し、それぞれに対応させて３種類の昇圧装置３０を標準化して用意しておけば、電気負荷６１、６２、６３の各々の大きさに応じて、任意の組み合わせで昇圧装置１０を選択して装着することができる。このように、ある程度標準化された昇圧装置１０の種類を複数用意することにより、コストを上げることなく、種々の電気負荷６０の組み合わせパターンに柔軟に対応でき、電気負荷６０の大きさに対応した適切なスペックの電源装置９０を提供することができる。

次に、電気負荷６０の説明を行う。電気負荷６０は、バッテリ２０から供給される電力により作動する負荷対象であり、ＥＰＳ６３１やＡＢＳ６３２の車両走行に関係する車両に当初から備えられた部品の他、ＥＴＣ車載器６２やＡＶＮ６１等の車両に搭載される電装品も含まれる。

電気負荷６０は、例えば、車両に搭載した電装設備の中でも、アイドリングストップを実行した後の起動時に、電圧低下により作動しないと支障がある電気負荷についてのみ、昇圧装置１０が接続されるように構成してよい。例えば、図１においては、ＡＶＮ６１は、電圧低下によりリセットされると初期画面からまた画面が起動するという不都合を生じるし、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）車載器６２であれば、立ち上がりが遅いので、例えばゲートの直前で車両が列をなしていて、アイドリングストップがかかった場合には、高速道路に入場してもすぐにＥＴＣ車載器が立ち上がらないという不都合が生じ得る。また、アイドリングストップ後にエンジンが起動して走行が始まっても、ＥＰＳ６３１が一時停止したままでは、ハンドルが重くなって操舵が困難になるし、ＡＢＳ６３２が一時停止したままでは、急ブレーキをせざるを得ない状況に陥った場合には危険を招く。

また、例えば電気負荷６０には、図１には図示されていないが、オートマチックミッション用のＣＶＴ電動オイルポンプ、メータ照明、坂道発進補助機能のヒルホールド手段等が含まれてもよい。オートマチックミッション用のＣＶＴ電動オイルポンプは、オートマチック車において、スムーズな発進を行うために必要であり、また、メータ照明は、電圧低下により照度が低下すると、見え難くなったり、体裁上好ましくないからである。また、ヒルホールド機能は、坂道発進時に、意図しない車両の後退を防ぎ、坂道発進を補助する機能であり、停止するのは好ましくないので、昇圧装置１０により供給電圧を保持することが好ましい。

なお、アイドリングストップ時に一時停止したとしても支障がない他の電気負荷については、昇圧装置１０を接続することなく、上述の電源系統であるプラビー系４９、ＡＣＣ系５０、ＩＧ系５１に各々直接接続してよい。

また、電気負荷６１、６２、６３は、その消費電流又は定格電流は異なっていてもよい。上述のように、電気負荷６１、６２、６３は、車両のグレードやオプションにより、その消費電流又は定格電流は異なり得る。このような場合でも、昇圧装置１１、１２、１３を適切に選択してバッテリ２０と電気負荷６０との間に装着設置することにより、種々の電気負荷６１、６２、６３に対応して、アイドリングストップを実行しても、起動時の電圧低下を防げるスペックとすることができる。

なお、アイドリングストップ機能を備えた車両の場合、例えばバッテリ２０の他に、リチウムイオン電池等の高電圧バッテリをアイドリングストップからの起動時専用のバッテリとして用いる場合があるが、バッテリが増えるとメインテナンスの手間や労力も増加する。本実施例に係る電源装置９０によれば、バッテリ２０を鉛バッテリ１つとしても、昇圧装置１０を適切に利用することにより、アイドリングストップからの起動時の電圧低下を防ぐことができ、メインテナンスの手間が少なく燃費効率のよい車両を提供することが可能となる。

次に、昇圧装置１０の構成について説明する。

図２は、昇圧装置１０の構成の一例を示した図であり、図２（ａ）は昇圧装置の内部構成図の例、図２（ｂ）は昇圧装置１０がソケット式リレーのケース内部に収容された例を示す外形図である。

図２（ａ）において、昇圧装置１０は、昇圧回路１０１、コイル１０２、ダイオード１０３、コンデンサ１０４とから構成される。昇圧装置１０の機能を簡単に説明すると、昇圧回路１０１にはパワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｃｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子が備えられている。昇圧装置１０は、例えばエコランＥＣＵ４０等、外部から昇圧起動信号が入力されたときに起動してよい。起動後は、以下の動作を行う。

昇圧装置１０は、入力端子からバッテリ電圧が入力されたときに、スイッチング素子を入れたり切ったりして、コイル１０２に蓄えられた電力を、電圧を一定にして昇圧回路１０１で保持する。そしてその蓄えた電力を、昇圧出力としてダイオード１０３により一定方向に流し、コンデンサ１０４が電荷を蓄え、一定電圧を保持するようにする。入力側が変動しても、いつもコンデンサ１０４には同じ電圧が常に保たれるようにフィードバック制御し、入力電圧が下がったとしても、ＯＵＴ端子とＧＮＤ端子から出力される出力電圧は常に一定に保たれるようにする。例えば、入力電圧が１２Ｖなら、常に出力電圧は１２Ｖとなるように昇圧制御する。なお、昇圧回路１０１の内部回路構成は、昇圧機能を実現できるものであれば、どのような構成でもよく、一般的に利用される昇圧回路を利用してよい。

図２（ｂ）は、図２（ａ）で説明した本実施例に係る昇圧装置１０を、標準リレーソケット装着できるソケット式リレーに収容した外形側面図である。図２（ａ）で説明した昇圧装置１０の内部構成が、ソケット式リレーのリレーケース１０５内に収容され、ケース１０５の底部に備えられた装着端子１０６により、標準リレーソケットに挿入して装着できるように構成されている。このように、昇圧装置１０をリレーのリレーケース１０５内に収容することにより、昇圧装置１０をリレーと交換可能とすることができ、昇圧装置装着のために専用の着脱装置の準備が不要となり、既存の種々の車両に適用可能となる。また、リレーケース１０５内に収容するので、昇圧装置１０を小型に構成でき、省スペースにも資することになる。

図３は、標準リレーソケット７０の端子挿入孔７１を上から見た上面図である。標準リレーソケット７０は、車両のエンジンルームや、室内に設けられていてよい。図２（ｂ）に示した昇圧装置１０の装着端子１０６が、図３に示した標準リレーソケット７０の挿入孔（ソケット孔）７１に挿入されて装着される。また、昇圧装置１０が不要になったら、装着端子（装着プラグ）１０６を標準リレーソケット７０の挿入孔７１から引き抜くことにより、容易に脱着できるように構成されている。このように、昇圧装置１０は、車両に標準的に設けられている標準リレーソケット７０に着脱可能に構成することにより、車両毎に最適な昇圧装置１０を利用できるとともに、異なる車種の車両間でも、昇圧装置１０を共通して利用できる。

図４は、従来から用いられている標準リレー８０を示した回路図である。コイル８１による電磁スイッチとして構成され、コイルに電流が流れると接点８２が通電する簡単な構成となっている。この入力端子と出力端子に、図２（ａ）に示す昇圧装置１０の入力端子と出力端子を対応させることにより、標準リレーソケット７０に装着される標準リレー８０との交換装着が可能となる。

次に、図２（ａ）に示した昇圧装置１０に、更に他の機能を追加した昇圧装置１０の例について説明する。

図５は、ヒューズ機能を内蔵した昇圧装置１０ａの内部構成の一例を示す図である。図５において、フィードバック用の接点Ａとコンデンサ１０４との間にヒューズ機能を有するヒューズ手段１０７を設け、過電流又は異常な温度上昇をモニタするための接続線をＢ点から昇圧回路１０１に出した点が図２（ａ）と異なっている。

図５において、ヒューズ手段１０７は、通常のヒューズの他、自己復帰型サーキットプロテクタ、サーマルＭＯＳ、ＩＰＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等を用いてよい。これらにより、異常温度上昇時や過電流時には回路を遮断することができる。また、自己復帰型を用いれば、温度が低下すれば自動的に復帰するので、取り扱いも容易である。このように、昇圧装置１０の内部にヒューズ機能を持たせることにより、電源系統４９、５０、５１又は電気負荷６１、６２、６３に対応して設けられたヒューズボックス等に装着されたヒューズ手段と交換することができ、スペースを要せずコンパクトに昇圧装置１０ａを装着することができる。

なお、図５の態様の昇圧装置１０ａも、図２に示した態様と同様に、起動は、外部から昇圧起動信号が入力されることにより起動されてよい。また、Ｂ点のモニタ用の接続線は設けられていない態様であってもよい。

図６は、リレー機能を内蔵した昇圧装置１０ｂの内部構成の一例を示す図である。図６における昇圧装置１０ｂは、図２における昇圧装置１０とは、入力端子への外部昇圧起動信号の入力が無くなってゲート起動信号の入力に変わった点でまず異なっている。これに伴い、ゲート回路１０８が備えられ、これが図２のダイオード１０３から置き換わったパワーＭＯＳ−ＦＥＴ等のリレー手段１０９をスイッチング制御する点で更に異なっている。ここで、昇圧回路１０１は、リレー手段１０９のスイッチング動作に対応して起動するように、ゲート回路１０８からのリレー手段１０９へのスイッチング制御信号が、昇圧回路１０１にも送られるように構成されている。なお、リレー手段１０９は、通常のリレーの他、ＦＥＴ全般やトランジスタ等のスイッチング素子を利用してよいが、好適にはパワーＭＯＳ−ＦＥＴが用いられる。本実施例では、パワーＭＯＳ−ＦＥＴを例に挙げて説明するが、これに限定する趣旨ではない。また、ゲート信号は、エコランＥＣＵ４０等、外部の制御手段から送られて入力されてよい。

ここで、図６における昇圧装置１０ｂは、ゲート起動のオン信号が、図４に示したリレーをオンさせるのと同様に、リレー手段１０９であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴをオンさせるので、リレーと交換可能なリレー機能を備えている。また、リレー手段１０９のオン・オフ信号が昇圧回路１０１にも送られ、昇圧回路１０１も起動するので、昇圧機能も同時に果たす。図６における昇圧装置１０ｂを、図２（ｂ）において示したソケット式リレーのケース１０５内に収容することにより、従来の標準リレーと完全に交換可能な昇圧装置１０ｂとすることができる。

図７は、ヒューズ機能及びリレー機能の双方を備えた昇圧装置１０ｃの内部構成の一例を示した図である。図７における昇圧装置１０ｃは、昇圧起動及びゲート起動の信号を、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）信号を用いて、２種類以上の情報区別が出来る通信フォーマットを利用している。

図７における昇圧装置１０ｃは、図５のヒューズ機能を備えた昇圧装置１０ａ及び図６のリレー機能を備えた昇圧装置１０ｂを足し合わせたものとなり、ヒューズ手段１０７を備えるとともに、リレー手段１０９であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴを備えている。そして、昇圧回路１０１と、ゲート回路１０８とを備え、入力された昇圧起動信号の種類を区別して昇圧回路１０１及びゲート回路１０８を起動するための起動回路１１０を更に備えている。起動回路１１０は、昇圧起動信号がＰＷＭ信号のデューティ比により区別できる信号が入力されたときに、その信号に基づいて昇圧回路１０１に起動信号を送ったり、ゲート回路１０８に制御信号を送ったりする役割を果たす。

図８は、起動回路１１０に入力される昇圧起動信号の一例を示した図である。図８においては、待機信号は７５％のデューティ比のパルス、ゲートＯＮの信号は５０％のデューティ比のパルス、昇圧起動信号は２５％のデューティ比のパルスを用いて入力信号の種類を区別するようにしている。

図８において、例えば、最初に電源がＯＮになったときは一定時間待機状態が続き、この状態が７５％デューティ比のパルス信号で表現されて起動回路１１０に入力されれば、昇圧装置１０ｃは待機状態に入る。次に、５０％のデューティ比のパルス信号が起動回路１１０に入力されれば、起動回路１１０はゲート回路１０８にゲートＯＮの信号を送る。ゲート回路１０８は、起動回路１１０から入力されたＯＮ信号に基づいて、リレー手段１０９であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴをＯＮにして、電気負荷６０に電力が送られる。次に、２５％のデューティ比のパルス信号が起動回路１１０に入力されれば、起動回路１１０は、昇圧回路１０１に昇圧起動信号を送り、昇圧回路１０１が起動する。以下、このようなＰＷＭ信号による制御が繰り返されてよい。そして、電源がＯＦＦになったら、昇圧起動信号もＯＦＦとなる。

このように、例えばＰＷＭ信号を用いることにより、１つの入力信号に、２種以上の情報を盛り込むことができ、昇圧回路１０１への起動信号とゲート回路１０８へのゲート信号を区別して１つの入力信号に含めることができる。

従って、図７に対応させると、昇圧起動信号で起動する昇圧回路１０１と、ゲート信号で起動するゲート回路１０８の双方を備えていても、昇圧起動信号を、２種類の情報を区別できるものとし、これに基づいて起動回路１１０が昇圧回路１０１及びゲート回路１０８に起動信号を送れば、１つの端子に、２つの回路の起動信号を入力して制御することができる。このように構成することにより、端子の数は標準リレーと同じく４つのままで、ヒューズ機能及びリレー機能を備えた昇圧装置１０ｃを実現することができ、より省スペースの電源装置９０を提供できる。なお、他の構成要素については、図２、図５及び図６における説明と同様であるので、その説明を省略する。

次に、昇圧装置１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内部構成の具体的な回路構成について説明する。

図９は、図２で説明した昇圧装置１０の例を、更に具体的に回路図に示した図である。図２と同様の構成要素については、同一の参照符号を付している。昇圧回路１０１の内部構成は、デューティ駆動部１１１と、スイッチング手段１１２であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴと、抵抗１１３と、サンプルホールド部１１４と、比較器１１５と、電圧フィードバック部１１６と、電流フィードバック部１１７と、比較器１１８とを含んでよい。また、必要に応じてフェイルセーフ部１１９を備えてもよい。なお、スイッチング手段１１２は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ以外にも、他の種類のＦＥＴ、トランジスタ等の素子を利用してよいが、本実施例では、パワーＭＯＳ−ＦＥＴを一例として適用する。

図９において、入力端子から昇圧起動信号が入力されたら、その信号に基づいてデューティ駆動部１１１でデューティ駆動信号が出力され、スイッチング素子１１２であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴを駆動制御する。スイッチング素子１１２は、オンのとき導通し、コイル１０２がエネルギーを蓄積する。スイッチング素子１１２がオフのときには、コイル１０２が蓄えたエネルギーがダイオード１０３を通ってコンデンサ１０４に蓄えられ、一定電圧を保つように制御される。

出力電圧は、サンプルホールド１１４により、所定の周期で検出され、比較器１１５により、設定電圧との比較がなされて、その信号が電圧フィードバック部１１６に送られる。電圧フィードバック部１１６では、出力電圧が設定電圧より低ければ、デューティ駆動部１１１がもっと高デューティ比の信号を出力して、コイル１０２にもっとエネルギーを蓄えるようなスイッチング制御を行うフィードバック信号を出力する。一方、設定電圧より高ければ、デューティ駆動部１１１が逆にもっと低いデューティ比の信号を出力して、コイル１０２のエネルギー蓄積量を高くしないようなスイッチング素子１１２のスイッチング制御を行うフィードバック信号を出力する。

一方、スイッチング素子１１２とグランドの間には抵抗１１３が設けられ、ここでスイッチング素子１１２がオン状態のときの電流が検出される。検出された電流は、電流フィードバック部１１７に送られ、電流のフィードバック信号が出力され、比較器１１８に送られる。比較器１１８では、電圧フィードバック部１１６からのフィードバック信号と、電流フィードバック部１１７からの出力信号が比較され、どちらのフィードバックが優先されるかの比較がなされる。そして、優先する方のフィードバックが反映され、それに基づいてデューティ駆動部１１１によるスイッチング素子１１２のスイッチング制御に反映される。

なお、通常は、電圧フィードバックの方が優先されてよく、電流フィードバックは補助的に用いられてよい。簡素に構成したい場合には、電流フィードバック機能を設けず、電圧フィードバック機能だけを設けてもよく、フィードバック系を、サンプルホールド１１４、比較器１１５、電圧フィードバック部１１６のみで構成し、電圧フィードバック部１１６からデューティ駆動部１１１に直接フィードバック電圧信号が帰還入力されるように構成してもよい。

また、必要に応じて、フェイルセーフ部１１９を設けてよい。フェイルセーフ部１１９により、過電圧、過電流、過熱等が検出され、このような状態にあるときは、昇圧装置１０を停止させるような自己安全制御がなされてよい。これにより、昇圧装置１０の内部回路の誤動作による暴走を防ぐことができる。

なお、図９に示した回路構成は一例にすぎず、所望の電圧を一定に保つ昇圧機能を実現
できれば、他の回路構成で実現されてもよい。

図１０は、ヒューズ機能を備えた昇圧装置１０ａの回路構成の一例を示した図である。図１０において、図５又は図９と同様の構成要素については、同一の参照符号を付している。図１０においては、ヒューズ機能を備えたヒューズ手段１０７を更に備えた点で、図９に示した昇圧装置１０と相違する。

ヒューズ手段１０７は、出力電流が反映される位置に設けられてよく、例えば、図１０のように、電圧フィードバック用の接続点とコンデンサ１０４との間に接続されて設けられてよい。ヒューズ手段１０７は、その設けられた位置において回路が過電流又は過熱状態となったときに、回路を遮断できればよく、例えば、自己復帰型サーキットプロテクタ、サーマルＭＯＳ、インテリジェント・パワー・デバイス等を利用してよい。

なお、ヒューズ手段１０７は、過電流又は異常温度上昇時に回路を遮断できればよいので、通常のヒューズ手段１０７自身が切断して回路を遮断する形式のものの他、回路の過電流又は異常温度上昇を検出器により検出し、それらが検出されたときに、回路を接点動作で開として遮断する形式であってもよい。このような場合には、過電流又は異常温度上昇がなくなったら、閉に戻る自己復帰型のヒューズ手段１０７であってもよい。また、例えば、ヒューズ手段１０７の位置に検出器が配置されてモニタリングされ、モニタリングされた信号に基づいて別の箇所で回路を遮断する制御を行うような構成としてもよい。

このように、昇圧装置１０ａにヒューズ機能を内蔵することにより、ヒューズとの交換使用や、通常のヒューズを廃止することも可能となる。なお、他の構成要素については、図９と同様であるので、その説明を省略する。

図１１は、リレー機能を内蔵した昇圧装置１０ｂの回路構成の一例を示した図である。図１１において、図６、図９及び図１０の昇圧装置１０ｂ、１０、１０ａと同様の構成要素については、同一の参照符号を付している。

図１１において、昇圧起動信号が入力端子から入力されず、ゲート起動信号が入力され、ゲート回路１０８を駆動する点で、図９及び図１０の昇圧装置１０、１０ａの回路構成とまず大きく異なっている。そしてまた、ゲート回路１０８のゲート駆動用トランジスタ１２０が、リレー手段１０９をオン・オフ制御し、そのオン・オフ信号がデューティ駆動部１１１にも送られている点でも、図９及び図１０の昇圧装置１０、１０ａの回路構成と異なっている。

図１１において、入力端子からゲート起動のオン又はオフの信号が入力されたら、これに基づいて、ゲート駆動用トランジスタ１２０がオン又はオフする。ゲート駆動用トランジスタ１２０のオン又はオフの信号に基づいて、リレー手段１０９であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴのゲートが駆動し、オン又はオフする。リレー手段１０９は、オン信号により導通して電気負荷６０と導通し、オフ信号により非導通となるので、リレーと同様の動作となり、リレー機能を果たすことになる。

また、ゲート駆動用トランジスタ１２０のゲート駆動制御信号は、デューティ駆動部１１１に並行して入力されるので、この信号に対応して、デューティ駆動部１１１は、スイッチング素子１１２であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴをスイッチング駆動する。即ち、リレー手段１０９のパワーＭＯＳ ＦＥＴをオフとし、スイッチング素子１１２のパワーＭＯＳ ＦＥＴをオンとすれば、電力エネルギーはコイル１０２に蓄積され、リレー手段１０９をオンとして、かつスイッチング素子１１２をオフとすれば、コイル１０２に蓄えられた電力エネルギーがコンデンサ１０４に移動する。昇圧装置１０ｂは、このようなスイッチング動作により、昇圧回路１０１を駆動してよい。なお、他の構成要素の動作については、図９における説明と同様であるので、その説明を省略する。

このように、リレー手段１０９を備え、リレー機能を有する昇圧装置１０ｂとして構成することにより、標準リレーとの置き換えが可能となる。

図１２は、ヒューズ機能及びリレー機能の双方を備えた昇圧装置１０ｃの内部回路構成の一例を示す回路図である。図１２において、図７、図１０及び図１１の昇圧装置１０ｃ、１０ａ、１０ｂと同様の構成要素については、同一の参照符号を付している。

図１２における昇圧装置１０ｃは、基本的には図１０の昇圧装置１０ａと図１１の昇圧装置１０ｂを組み合わせた態様となっている。図１２において、昇圧起動信号が外部から入力されるが、その信号が起動回路１１０にまず入力され、起動回路１１０から昇圧回路１０１のデューティ駆動部１１１と、ゲート回路１０８のゲート駆動用とランジスタ１２０に信号が振り分けられるように構成されている点が、単なる図１０の昇圧装置１０ａと図１１の昇圧装置１０ｂとを足し合わせたものとは異なる点である。

起動回路１１０は、例えば、図８において示したような、信号の種類を区別できる昇圧起動信号が入力されたときに、これに基づいて昇圧回路１０１及びゲート回路１０８の起動信号を出力する回路である。従って、図７及び図８で説明したように、待機状態の信号が入力されれば昇圧装置１０ｃを待機状態とし、ゲートＯＮの信号が入力されればゲート回路１０８のゲート駆動トランジスタ１２０を駆動し、リレー手段１０９であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴをオン駆動する。また、昇圧起動の信号が入力されれば、デューティ駆動部１１１を駆動させて昇圧回路１０１を起動させる。

ここで、ゲート回路１０８のゲート駆動トランジスタ１２０から送られる信号は、リレー手段１０９にのみ送られ、デューティ駆動部１１１には送られない点が、図１１のリレー機能を有する昇圧装置１０ｂの回路とは異なっている。これは、昇圧回路１０１を起動するデューティ駆動部１１１の制御は、外部のエコランＥＣＵ４０等から送られてくる昇圧起動信号により最初から完全に制御されているため、ゲート駆動制御信号を送って同期を取る必要がないからである。

なお、ヒューズ手段１０７については、例えば図１０で説明した回路図と同様の位置に設けてよく、電気負荷６０への過電流又は異常な温度上昇による影響を防ぐように構成してよい。

このように、本実施例に係る昇圧装置１０ｃは、複数種類の情報を含めることができるＰＷＭ信号等を利用し、ヒューズ機能及びリレー機能の双方を内蔵して構成することにより、標準リレーとの交換を可能にするとともに、既存のヒューズを利用する必要のない昇圧装置１０ｃとすることができる。

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。

本実施例に係る電源装置９０の電気的構成を示す機能ブロック図である。 昇圧装置１０の構成の一例を示した図である。図２（ａ）は昇圧装置の内部構成図の例である。図２（ｂ）は昇圧装置１０がソケット式リレーのケース内部に収容された例を示す外形図である。 標準リレーソケット７０の端子挿入孔７１を上から見た上面図である。 従来から用いられている標準リレー８０を示した回路図である。 ヒューズ機能を内蔵した昇圧装置１０ａの内部構成の一例を示す図である。 リレー機能を内蔵した昇圧装置１０ｂの内部構成の一例を示す図である。 ヒューズ機能及びリレー機能の双方を備えた昇圧装置１０ｃの内部構成の一例を示した図である。 起動回路１１０に入力される昇圧起動信号の一例を示した図である。 図２で説明した昇圧装置１０の例を、更に詳細に回路図に示した図である。 ヒューズ機能を備えた昇圧装置１０ａの回路構成の一例を示した図である。 リレー機能を内蔵した昇圧装置１０ｂの回路構成の一例を示した図である。 ヒューズ機能及びリレー機能の双方を備えた昇圧装置１０ｃの回路構成の一例を示した図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１２、１３ 昇圧装置
２０ バッテリ
３０ スタータ
４０ エコランＥＣＵ
４９ プラビー系電源系統
５０ スイッチ
５１ ＡＣＣ系スイッチ
５２ ＩＧ系スイッチ
６０ 電気負荷
６１ ＡＶＮ（オーディオ・ビジュアル・ナビゲーションシステム）
６２ ＥＴＣ車載器
６３ ＩＧ系電気負荷
７０ 標準リレーソケット
７１ 端子挿入孔
８０ 標準リレー
８１、１０２ コイル
８２ 接点
９０ 電源装置
１０１ 昇圧回路
１０３ ダイオード
１０４ コンデンサ
１０５ ケース
１０６ 装着端子
１０７ ヒューズ手段
１０８ ゲート回路
１０９ リレー手段
１１０ 起動回路
１１１ デューティ駆動部
１１２ スイッチング素子
１１３ 抵抗
１１４ サンプルホールド部
１１５、１１８ 比較器
１１６ 電圧フィードバック部
１１７ 電流フィードバック部
１１９ フェイルセーフ部
１２０ ゲート駆動用トランジスタ
６３１ ＥＰＳ（電動式パワーステアリング）
６３２ ＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）

Claims (6)

1. バッテリからの電力を複数の電気負荷に供給する電源装置であって、
   前記バッテリと前記複数の電気負荷の少なくとも１つとの間に、前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧装置を、着脱可能に設けたことを特徴とする電源装置。
2. 前記バッテリから分岐した複数の電力供給系統を有し、
   前記昇圧装置は、前記複数の電力供給系統の少なくとも１つに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記昇圧装置は、ソケット式リレーと交換可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記昇圧装置は、リレーケース内に収容されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電源装置。
5. 前記昇圧装置は、リレー機能及び／又はヒューズ機能を含むことを特徴とする請求項１乃至４に記載の電源装置。
6. 電圧を昇圧する昇圧回路を有する昇圧装置であって、
   前記昇圧回路と、リレー手段及び／又はヒューズ手段をリレーケース内に備えたことを特徴とする昇圧装置。

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