JP2008228376A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリと当該バッテリを充電するオルタネータとの接続が開放した際に、オルタネータの発電電圧の急上昇を防止することができる電源制御装置を提供する。
【解決手段】オルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放した場合であっても、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２が、オルタネータ１２の発電電流を低圧電源用バッテリ１４に接続されていない高圧電源用バッテリ１８や高圧負荷５１に流す。このため、オルタネータ１２の発電電流の急減少が抑制されることによって、オルタネータ１２のステータコイルの逆起電圧の発生を防ぎ、オルタネータ１２の発電電圧の急上昇を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は電源制御装置に関し、特に、バッテリと当該バッテリを充電するオルタネータとの接続が開放した際に、オルタネータの発電電圧の急上昇を防止するための電源制御装置に関するものである。

電源回路においては、異常時において機器が損傷しないようにサージ電圧及びサージ電流の発生を防止する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の電力系統における全ての発電機の出力電力及び遮断器の状態を入力回路と多重伝送回路とを通じて得ることにより、全ての電力系統の発電機または遮断器で発生する可能性のある異常トリップを想定して遮断可能な負荷に応じて負荷投入遮断用遮断器を選定しておき、全系統の発電機または第１の投入遮断手段に異常トリップが発生した場合には、その状態に応じて選択遮断を行う構成が開示されている。
特開平５−２０７６６１号公報

ところで車両等には、バッテリと当該バッテリを充電するオルタネータとが搭載されているが、オルタネータに接続されたバッテリのバッテリ端子が外れたり、バッテリヒューズが切れることにより、バッテリとオルタネータとの接続が開放となる場合がある。この場合、オルタネータは誘導性のため、オルタネータの発電電流が急減したことに伴いオルタネータのステータコイルの逆起電圧が急増することによって、オルタネータの発電電圧が急上昇することがある。このようなオルタネータの発電電圧が急上昇する場合を想定して、同一電源上に配置された車両ＥＣＵ等の制御機器の平滑コンデンサ、ダイオード等は高耐圧のものにする必要があり、素子のコスト高を招いている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリと当該バッテリを充電するオルタネータとの接続が開放した際に、オルタネータの発電電圧の急上昇を防止することができる電源制御装置を提供することにある。

本発明は、第１バッテリと、第１バッテリを充電するオルタネータと、オルタネータと第１バッテリとの接続状態を検出する検出手段と、検出手段がオルタネータと第１バッテリとの接続が開放したことを検出したときは、オルタネータの発電電流を第１バッテリに接続されていない他の負荷に印加するオルタネータ発電電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、オルタネータと第１バッテリとの接続が開放した場合であっても、オルタネータ発電電圧制御手段が、オルタネータの発電電流を第１バッテリに接続されていない他の負荷に流すため、オルタネータの発電電流の急減少が抑制されることによって、オルタネータのステータコイルの逆起電圧の発生を防ぎ、オルタネータの発電電圧の急上昇を防止することができる。

この場合、オルタネータの発電電圧を昇圧して第１バッテリに接続されていない他の負荷に印加する昇圧コンバータをさらに備えたものであることが好適である。

この構成によれば、昇圧コンバータが、第１バッテリに接続されていない他の負荷に適した電圧にオルタネータの発電電圧を昇圧して印加することが可能となる。また、昇圧コンバータがオルタネータの発電電圧を昇圧するため、オルタネータの発電電流の急減少を抑制して発電電圧を制御することが一層容易となる。

また、オルタネータ発電電圧制御手段が、第１バッテリよりも充電電圧の高い第２バッテリにオルタネータの発電電流を印加するため、充電電圧の高い第２バッテリに電流の変化分を吸収させることにより、より効果的にオルタネータの発電電流の急減少を抑制して、オルタネータの発電電圧の急上昇を防止することができる。また、同時に第２バッテリを充電することが可能となる。

本発明の電源制御装置によれば、バッテリと当該バッテリを充電するオルタネータとの接続が開放した際に、オルタネータの発電電圧の急上昇を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電源制御装置について添付図面を参照して説明する。

本実施形態の電源制御装置は自動車に搭載され自動車の電気機器の電力系統を制御するためのものである。まず、自動車の電力系統の概略について説明する。図１は電気式４輪駆動車の電気機器の配置を示すブロック図であり、図２は電気式パワーステアリングを備えた自動車の電気機器の配置を示すブロック図である。

図１に示すように、電気式４輪駆動車においては、エンジン１０の駆動力により発電するオルタネータ１２が、低圧電源用バッテリ１４を充電する。低圧電源用バッテリ１４は、自動車のヘッドライトやオーディオ装置等の１２Ｖで動作する低圧負荷５０に電圧を印加する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は低圧電源用バッテリ１４の１２Ｖの電圧を４２Ｖに昇圧し、高圧電源用バッテリ１８及びインバータ２０に印加する。高圧電源用バッテリ１８は４２Ｖの電圧をインバータ２０に印加する。インバータ２０は４２Ｖの直流電圧を交流に変換し、後輪駆動用モータ２２を駆動する。また、図２に示すような、電気式パワーステアリングを備えた自動車では、インバータ２０は４２Ｖの直流電圧を交流に変換し、ステアリング駆動用モータ２４を駆動する。

図３は、実施形態に係る電源制御装置の構成を示す回路図である。図３に示すように、本実施形態の電源制御装置は、オルタネータ１２、低圧電源用バッテリ１４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６、高圧電源用バッテリ１８、レギュレータ２６、オルタネータ電圧計２８、バッテリ接続端子（ヒューズ）３０、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２、低圧負荷５０及び高圧負荷５１を備えている。

オルタネータ１２は、エンジン１０の駆動力により発電して、バッテリ接続端子（ヒューズ）３０を介して接続された低圧電源用バッテリ１４を充電し、１２Ｖで動作する低圧負荷５０に電圧を印加するためのものである。オルタネータ１２の発電電圧は、レギュレータ２６によって安定化される。オルタネータ１２の端子ｂｐ−端子ｇｄ間のオルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴは、オルタネータ電圧計２８によって計測され、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２に出力される。

低圧電源用バッテリ１４は、バッテリ接続端子（ヒューズ）３０を介してオルタネータ１２より充電される。また、低圧電源用バッテリ１４は１２Ｖで動作する低圧負荷５０に電圧を供給するためのものである。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴは、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２に出力される。また、低圧負荷５０を流れる負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤも、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２に出力される。低圧電源用バッテリ１４は、特許請求の範囲に記載の第１バッテリとして機能する。

オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２は、オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴ、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴ及び負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤに基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６に動作信号Ｉ_ＤＤＣ１を供給するためのものである。オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２は、特許請求の範囲に記載の検出手段及びオルタネータ発電電圧制御手段として機能する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２からの動作信号Ｉ_ＤＤＣ１によってオルタネータ１２の発電電圧を昇圧して、高圧電源用バッテリ１８、高圧負荷５１に印加するためのものである。これにより、オルタネータ１２からのコンバータ電流Ｉ_ＤＤＣを制御することができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、特許請求の範囲に記載の昇圧コンバータとして機能する。

高圧電源用バッテリ１８は、４２Ｖで動作する高圧負荷５１に電圧を印加するためのものである。高圧負荷５１は、図１の後輪駆動用モータ２２や図２のステアリング駆動用モータ２４等の４２Ｖで駆動する負荷を意味する。

次に、本実施形態の電源制御装置の動作について説明する。図４は、実施形態に係る電源制御装置の動作を示すフロー図である。図４に示すように、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２が、オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴとバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴとの差が所定の閾値１以上に大きいか否かを比較する（Ｓ１）。オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴ−バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴ≧閾値１である場合は、低圧電源用バッテリ１４のバッテリ接続端子３０が外れたり、ヒューズが切れたりしてオルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放となった可能性が高いため、以下のステップに進む。なお、オルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放になったか否かを判定するために、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴや負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤの値に基づいて判定を行っても良い。

オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２が、オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴが素子耐圧を下回る任意の閾値２以上に大きいか否かを比較する（Ｓ２）。オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴ≧閾値２である場合は、素子が破損する可能性があるため、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６を作動させる（Ｓ３）。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、最初にオルタネータ１２からＤＣ−ＤＣコンバータ１６に印加されるコンバータ電流Ｉ_ＤＤＣと低圧負荷５０を流れる負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤが等しくなるように、オルタネータ１２の発電電圧を昇圧して、高圧電源用バッテリ１８及び高圧負荷５１に印加する（Ｓ４）。その後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、時間の経過ごとに所定の勾配ΔＩ_ＤＤＣでコンバータ電流Ｉ_ＤＤＣが減少していくように昇圧する度合いを制御し（Ｓ５）、コンバータ電流Ｉ_ＤＤＣが０になるまで繰り返す（Ｓ６）。オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２は、コンバータ電流Ｉ_ＤＤＣが０になったときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６の動作を停止させる（Ｓ７）。

本実施形態においては、オルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放した場合であっても、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２が、オルタネータ１２の発電電流を低圧電源用バッテリ１４に接続されていない高圧電源用バッテリ１８や高圧負荷５１に流すため、オルタネータ１２の発電電流の急減少が抑制されることによって、オルタネータ１２のステータコイルの逆起電圧の発生を防ぎ、オルタネータ１２の発電電圧の急上昇を防止することができる。

すなわち、図５に示すように、図３の回路において、負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤが急減した場合であっても、オルタネータ１２に低圧電源用バッテリ１４が接続されている場合は、負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤの変化分を低圧電源用バッテリ１４が一時的に吸収するため、オルタネータ電流Ｉ_ＡＬＴの変化は急激なものにはならない。そのため、図６に示すように、オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴの変動も小さなものとなる。

一方、図７に示すように、オルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放となる場合は、急減する負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤの値がそのままオルタネータ電流Ｉ_ＡＬＴの値となる。そのため、オルタネータ電流Ｉ_ＡＬＴの急減によりオルタネータ１２のステータコイルの逆起電圧が急増し、オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴの変動が大きくなる。

しかしながら、本実施形態においては、オルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放となった場合でも、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２が、オルタネータＩ_ＡＬＴを低圧電源用バッテリ１４に接続されていない高圧電源用バッテリ１８や高圧負荷５１に流しつつ徐々に減少させるため、図３に示すように、オルタネータ電流Ｉ_ＡＬＴの変化は急激なものにならない。そのため、本実施形態では図４に示すように、オルタネータ１２と低圧電源用バッテリ１４との接続が開放となった場合でも、オルタネータ電圧Ｖ_ＡＬＴの変動を小さなものとできる。これにより、オルタネータ１２に接続する低圧負荷５０や、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６に使用する素子の耐圧を低いものとすることができ、部品のコストダウンが可能となる。

特に、本実施形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６が、低圧電源用バッテリ１４に接続されていない高圧電源用バッテリ１８や高圧負荷５１に適した電圧にオルタネータ１２の発電電圧を昇圧して印加することが可能となる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６がオルタネータ１２の発電電圧を昇圧し、オルタネータＩ_ＡＬＴが徐々に減少するように制御するため、オルタネータ１２の発電電流の急減少を抑制して発電電圧を制御することが一層容易となる。

さらに、本実施形態においては、オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ３２が、低圧電源用バッテリ１４よりも充電電圧の高い高圧電源用バッテリ１８にオルタネータ１２の発電電流を印加するため、充電電圧の高い高圧電源用バッテリ１８に電流の変化分を吸収させることにより、より効果的にオルタネータ１２の発電電流の急減少を抑制して、オルタネータ１２の発電電圧の急上昇を防止することができる。また、同時に高圧電源用バッテリ１８を充電することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、低圧電源用バッテリとオルタネータとの接続が開放したときに、高圧電源用バッテリにオルタネータの発電電流を印加する態様を中心に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、高圧電源用バッテリが搭載されていない軽自動車等の場合は、低圧電源用バッテリとオルタネータとの接続が開放したときに、高圧用キャパシタ等にオルタネータの発電電流を印加するようにしても良い。

電気式４輪駆動車の電気機器の配置を示すブロック図である。 電気式パワーステアリングを備えた自動車の電気機器の配置を示すブロック図である。 実施形態に係る電源制御装置の構成を示す回路図である。 実施形態に係る電源制御装置の動作を示すフロー図である。 低圧電源用バッテリが接続されている場合のオルタネータ電流、負荷電流及びバッテリ電流を示す波形図である。 低圧電源用バッテリが接続されている場合のオルタネータ電圧、負荷電圧及びバッテリ電圧を示す波形図である。 低圧電源用バッテリが接続されていない場合のオルタネータ電流、負荷電流及びバッテリ電流を示す波形図である。 低圧電源用バッテリが接続されていない場合のオルタネータ電圧、負荷電圧及びバッテリ電圧を示す波形図である。

符号の説明

１０…エンジン、１２…オルタネータ、１４…低圧電源用バッテリ、１６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１８…高圧電源用バッテリ、２０…インバータ、２２…後輪駆動用モータ、２４…ステアリング駆動用モータ、２６…レギュレータ、２８…オルタネータ電圧計、３０…バッテリ接続端子、３２…オルタネータ発電電圧急上昇防止コントローラ、５０…低圧負荷、５１…高圧負荷。

Claims (3)

1. 第１バッテリと、
   前記第１バッテリを充電するオルタネータと、
   前記オルタネータと前記第１バッテリとの接続状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段が前記オルタネータと前記第１バッテリとの接続が開放したことを検出したときは、前記オルタネータの発電電流を前記第１バッテリに接続されていない他の負荷に印加するオルタネータ発電電圧制御手段と、
   を備えた電源制御装置。
2. 前記オルタネータの発電電圧を昇圧して前記第１バッテリに接続されていない他の負荷に印加する昇圧コンバータをさらに備えた、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記第１バッテリに接続されていない他の負荷は、前記第１バッテリよりも充電電圧の高い第２バッテリである、請求項１又は２に記載の電源制御装置。

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