JP2009096383A

JP2009096383A - 車両用電源管理装置

Info

Publication number: JP2009096383A
Application number: JP2007271223A
Authority: JP
Inventors: Shin Takahashi; 伸高橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-05-07
Also published as: CN101412387B; CN101412387A; DE102008050272A1; US20090102425A1

Abstract

【課題】過度の負荷制限を抑制することができ、エンジンの吹き上がりの頻度を低減することができ、コストダウンを図ることができる車両用電源管理装置を提供すること。
【解決手段】電気負荷が起動されたことを検知し、この電気負荷が負荷制限可能な電気負荷であるか負荷制限不可能な電気負荷かを判別する電気負荷判別部１０６と、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１０２と、検出されたバッテリ電圧に基づいて負荷制限を実施するか否かを判定する負荷制限判定部１０８と、負荷制限を実施する際に負荷制限の対象となる電気負荷を指定して負荷制限を実施する負荷制限コントロール部１１０とを備える。負荷制限判定部１０８は、バッテリ電圧の電圧低下が所定値よりも大きく、かつ、その低下時間が所定時間よりも長いときに負荷制限を実施する判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された各種の電気負荷の起動を制御する車両用電源管理装置に関する。

従来から、電源の供給能力が所定レベルを下回っているときに電源コントローラによって電気負荷の起動を制限するようにした車両内電源供給システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このシステムでは、起動を遅らせることが可能な電気負荷と起動を遅らせることができない電気負荷とを判別し、起動を遅らせることが可能な電気負荷の起動を制限し、複数の電気負荷を同時に起動しないように起動タイミングを遅らせることで、電源電圧の低下を抑制している。
特開２００７−１６１０１６号公報（第５−１２頁、図１−５）

ところで、特許文献１に開示された車両内電源供給システムでは、起動を遅らせることができない電気負荷が同時に起動された場合には大電流が流れ、電源電圧は低下する。電源コントローラは、この電圧低下を検知すると負荷制限を行なうため、その分車両用発電機の負荷が軽くなってエンジンの負荷も軽くなる。よって、負荷制限をしたときに、エンジン回転の吹き上がりを起こす可能性がある。特に、突入電流が発生して短時間でも電圧低下が生じると、電源コントローラは負荷制限を行うので、負荷制限を行なう頻度が過剰になるおそれがある。また、負荷制限するか否かは、電源ラインに流れる電流と流すことができる電流とを比較して判断しているが、それぞれの電流値を推定しているため、電流センサが必要になってコストアップにつながる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、過度の負荷制限を抑制することができ、エンジンの吹き上がりの頻度を低減することができ、コストダウンを図ることができる車両用電源管理装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用電源管理装置は、電気負荷が起動されたことを検知し、この電気負荷が負荷制限可能な電気負荷であるか負荷制限不可能な電気負荷かを判別する電気負荷判別手段と、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧に基づいて、負荷制限を実施するか否かを判定する負荷制限判定手段と、負荷制限判定手段による判定結果に基づいて負荷制限を実施する際に、負荷制限の対象となる電気負荷を指定する制限負荷指定手段と、負荷制限判定手段によって負荷制限を実施する判定がなされたときに、制限負荷指定手段によって指定された電気負荷に対して負荷制限を実施する負荷制限実施手段とを備え、負荷制限判定手段は、バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧の電圧低下が所定値よりも大きく、かつ、その低下時間が所定時間よりも長いときに負荷制限を実施する判定を行っている。

これにより、短時間の突入電流では負荷制限を実施しないので、過度の負荷制限を抑制することができ、適正な負荷制限を実施することが可能となる。また、過度の負荷制限が抑制されることに伴い、車両用発電機の負荷が頻繁に軽くなることもなく、エンジン回転が吹き上がりを起こす頻度を低減することができる。また、負荷制限の本来の目的である消費電力の低減やバッテリ電圧を維持することによる電気負荷の誤動作やシステムダウンを防止することができる。また、電流ではなくバッテリ電圧に基づく制御を行うことにより、電流センサが不要になり、コストダウンを図ることができる効果もある。

また、上述した負荷制限実施手段による負荷制限の実施は、通信による指示に応じて行うことが望ましい。通信で負荷制限の実施の指示を送ることにより、外乱の影響を受けにくくすることができ、信頼性を向上させることができる。

また、上述した負荷制限実施手段による負荷制限の実施は、電気負荷に対応するスイッチを直接オンオフ制御することにより行うことが望ましい。これにより、構成を簡素化することができるため、さらにコストダウンを図ることができる。

また、上述した負荷制限実施手段による負荷制限の実施対象となる複数の電気負荷は、通信によって負荷制限の指示を行う電気負荷と、スイッチを直接オンオフ制御することにより負荷制限を行う電気負荷とが混在することが望ましい。これにより、様々な種類の電気負荷に対して負荷制限を実施することができる。

また、負荷制限の対象となる複数の電気負荷のそれぞれに対応する複数のスイッチを有し、これら複数のスイッチが一箇所に配置されたスイッチング手段を備えることが望ましい。これにより、複数のスイッチを一箇所に配置して冷却を一括して行うことが可能になり、冷却効率の向上およびコストダウンが可能になる。

また、起動を遅延させることが可能な電気負荷が負荷制限可能な電気負荷として、起動を遅延させることができない電気負荷が負荷制限不可能な電気負荷として予め分けられており、負荷制限実施手段は、起動を遅延させることが可能な電気負荷を対象に起動を遅延させることにより負荷制限を行うことが望ましい。このように、起動の遅延が可能な電気負荷の遅延を遅らせる負荷制限を実施することにより、複数の電気負荷の起動が同時に指示された場合の電源電圧の低下を抑制することができる。

また、起動を遅延させることが可能な電気負荷は、車両の安全走行に関係しない電気負荷であり、起動を遅延させることができない電気負荷は、車両の安全走行に関係する電気負荷と、車両の乗員の操作に応答して作動してその作動状態を乗員が確認可能な電気負荷であることが望ましい。これにより、車両の安全走行を維持するとともに、乗員の操作指示に対応して電気負荷が動作しないことにより生じる操作性の低下を防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用電源管理装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の車両用電源管理装置を含む車両用電源システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用電源システムは、車両用発電機（ＡＬＴ）１０、バッテリ２０、電気負荷３０、３２、３４、３６、ＥＣＵ４０、４２、４４、スイッチ５０、車両用電源管理装置１００を含んで構成されている。これらの各構成は、電源ラインＰおよび通信線Ｃを介して接続されている。

車両用発電機１０は、エンジン（図示せず）によって回転駆動されており、各種の電気負荷３０、３２、３４、３６に対する動作電力やバッテリ２０に対する充電電力を供給する。車両用発電機１０にはレギュレター（Ｒ）１２が内蔵されている。ＥＣＵ（電子制御装置）４０は、電気負荷３０の作動状態を制御するためのものである。同様に、ＥＣＵ４２は電気負荷３２の作動状態を制御するためのものである。ＥＣＵ４４は電気負荷３４の作動状態を制御するためのものである。これらの電気負荷３０、３２、３４は、対応するＥＣＵ４０、４２、４４を介して電源ラインＰおよび通信線Ｃに接続されている。また、電気負荷３６は、スイッチ５０を介して電源ラインＰに接続されている。このスイッチ５０は、通信線Ｃを介さずに車両用電源管理装置１００によって直接オンオフ制御される。

車両用電源管理装置１００は、所定の電気負荷に対して負荷制限を実施するためのものであり、バッテリ電圧検出部１０２、通信インタフェース部１０４、電気負荷判別部１０６、負荷制限判定部１０８、負荷制限コントロール部１１０を含んで構成されている。

バッテリ電圧検出部１０２は、バッテリ２０の端子電圧（バッテリ電圧）を検出する。通信インタフェース部１０４は、通信線Ｃとの間で信号の入出力制御を行うものであり、所定の通信プロトコルにしたがって信号を送信あるいは受信する。

電気負荷判別部１０６は、通信インタフェース部１０４を介して各電気負荷３０、３２、３４、３６が起動されたことを検知し、これらの電気負荷が負荷制限可能な電気負荷であるか負荷制限不可能な電気負荷かを判別する。なお、電気負荷３６には通信線Ｃが接続されていないため、電気負荷３６が起動されたことを示す信号が通信線Ｃとは別経路を経由して通信インタフェース部１０４を介して、あるいは直接電気負荷判別部１０６に入力されるものとする。

また、本実施形態では、起動を遅延させることが可能な電気負荷が負荷制限可能な電気負荷として扱われ、起動を遅延させることができない電気負荷が負荷制限不可能な電気負荷として扱われる。これらの分類は予め固定的に行われている。

さらに具体的には、起動を遅延させることが可能な電気負荷としては、車両の安全走行に関係しない電気負荷が対応している。例えば、起動が遅延可能な電気負荷には、ブレーキ装置のポンプを駆動する電動モータ、空調装置の送風ファンモータなど安全走行に支障の無い電気負荷が含まれる。ブレーキ装置のポンプは、油圧回路内の圧力低下を検知したときに起動して油圧回路を所定圧に維持するものであり、起動タイミングを遅らせても支障はない。

また、起動を遅延させることができない電気負荷としては、車両の安全走行に関係する電気負荷と、車両の乗員の操作に応答して作動してその作動状態を乗員が確認可能な電気負荷が対応している。例えば、起動が遅延不可の電気負荷としては、電動パワーステアリング装置の電動モータ、ブレーキ装置の電磁ソレノイド弁、サスペンション制御装置の減衰力調整用アクチュエータなど安全走行を維持するために必要な電気負荷や、パワーウインド装置の電動モータ、ワイパー装置の電動モータなどのスイッチ操作に応答して乗員が作動状況を確認できる電気負荷が含まれる。

図１に示す４つの電気負荷の内、３つの電気負荷３０、３２、３４は、それぞれに対応するＥＣＵ４０、４２、４４に対して通信で指示を行うことにより動作開始や停止を指示することができる。残りの電気負荷３６については、通信線Ｃを介さずにスイッチ５０を直接オンオフ制御することにより、動作の開始や停止を指示することができる。また、本実施形態では、これら４つの電気負荷３０、３２、３４、３６が起動を遅延させることが可能な電気負荷であり、起動を遅延させることができない電気負荷については図示が省略されている。

負荷制限判定部１０８は、バッテリ電圧検出部１０２によって検出されたバッテリ電圧に基づいて負荷制限を実施するか否かを判定する。より具体的には、負荷制限判定部１０８は、バッテリ電圧検出部１０２によって検出されたバッテリ電圧の突入電流による電圧低下が所定値よりも大きく、かつ、その低下時間が所定時間よりも長いときに負荷制限を実施する判定を行う。

負荷制限コントロール部１１０は、負荷制限判定部１０８による判定結果に基づいて負荷制限を実施する際に、負荷制限の対象となる電気負荷を指定するとともに、この指定した電気負荷に対して負荷制限を実施する。

上述した電気負荷判別部１０６が電気負荷判別手段に、バッテリ電圧検出部１０２がバッテリ電圧検出手段に、負荷制限判定部１０８が負荷制限判定手段に、負荷制限コントロール部１１０が制限負荷指定手段、負荷制限実施手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車両用電源システムはこのような構成を有しており、次に、車両用電源管理装置１００の動作を説明する。図２は、車両用電源管理装置１００によって行われる負荷制限の動作手順を示す流れ図である。

いずれかの電気負荷が起動されると、電気負荷判別部１０６は、この起動を検知する（ステップ１００）。次に、負荷制限判定部１０８は、バッテリ電圧検出部１０２によって検出されたバッテリ電圧の突入電流による電圧低下が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０１）。この判定は、電気負荷起動前のバッテリ電圧から所定値を差し引いた電圧（後述する図４および図５に示す「所定電圧」）よりも電気負荷起動後のバッテリ電圧が低下したか否かを監視することにより行われる。バッテリ電圧の電圧低下量が所定値よりも小さい場合にはステップ１０１の判定において否定判断が行われる。この場合には負荷制限を行わずに処理が終了し、起動された電気負荷の作動状態がそのまま維持される。

また、バッテリ電圧の電圧低下量が所定値よりも大きい場合にはステップ１０１の判定において肯定判断が行われる。次に、負荷制限判定部１０８は、バッテリ電圧の低下時間が所定時間よりも長いか否かを判定する（ステップ１０２）。バッテリ電圧の低下時間が所定時間よりも短い場合には否定判断が行われる。この場合には負荷制限を行わずに処理が終了し、起動された電気負荷の作動状態がそのまま維持される。

また、バッテリ電圧の低下時間が所定時間よりも長い場合にはステップ１０２の判定において肯定判断が行われ、次に、負荷制限コントロール部１１０は、起動された電気負荷に対して負荷制限を実施する（ステップ１０３）。このようにして、電気負荷が起動された場合にこの電気負荷に対する負荷制限の実施の要否を判定するための一連の処理が終了する。

図３は、負荷制限の具体的な動作手順を示す流れ図である。図２のステップ１０３において負荷制限が開始されると、まず、負荷制限コントロール部１１０は、起動された電気負荷の種類を判定する（ステップ１１０）。起動を遅延させることができない電気負荷の場合（遅延が禁止されている複数の電気負荷のいずれかの場合）には、負荷制限コントロール部１１０は、早急にこの電気負荷を起動する（ステップ１１１）。なお、実際には既に起動されてバッテリ電圧の低下が生じているので、その起動を維持する動作が行われる。

また、起動を遅延させることが可能な電気負荷の場合には、負荷制限コントロール部１１０は、起動を遅延した後再度この電気負荷を起動する（ステップ１１２）。具体的には、電気負荷３０、３２、３４については、負荷制限コントロール部１１０は、一旦起動された電気負荷の作動を中止するとともに所定時間経過後に再度起動を行う指示を通信線Ｃを介して通信でＥＣＵ４０、４２、４４に向けて送る。また、電気負荷３６については、負荷制限コントロール部１１０は、スイッチ５０をオフ状態に切り替えることにより一旦起動された電気負荷３６の作動を中止するとともに、所定時間経過後にスイッチ５０をオン状態に切り替えて電気負荷３６を再度起動する。

図４は、負荷制限が実施されない場合の具体例を示す図である。図４において、「電気負荷信号」は電気負荷の作動を指示する信号であり、この信号がハイレベルのときに電気負荷が作動状態になる。また、「負荷電流」は電気負荷に流れる電流であり、電気負荷の突入電流やモータ等のロック電流もこれに含まれる。電気負荷の起動とともにバッテリ電圧が低下するが、図４（Ｂ）に示すようにバッテリ電圧の電圧低下が小さく、バッテリ電圧が所定電圧以上を維持している場合には、図２のステップ１０１の判定において否定判断が行われ、負荷制限が実施されない。

また、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、電気負荷の起動直後の突入期間に大きな突入電流が流れてバッテリ電圧の電圧低下が大きくなり、バッテリ電圧が所定電圧よりも低くなった場合であっても、この電圧低下の時間が所定時間よりも長くない場合には、図２のステップ１０２において否定判断が行われ、負荷制限が実施されない。

さらに、図４（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、電気負荷の起動後に継続的に大電流が流れてバッテリ電圧の低下時間が所定時間よりも長くなった場合であっても、バッテリ電圧の電圧低下が小さく、バッテリ電圧が所定電圧以上を維持している場合には、図２のステップ１０１の判定において否定判断が行われ、負荷制限が実施されない。

図５は、負荷制限が実施される場合の具体例を示す図である。図５に示すように、電気負荷の起動後に大きな突入電流が流れ、バッテリ電圧の電圧低下が大きくなってバッテリ電圧が所定電圧よりも低くなり（図２のステップ１０１の判定において肯定判断）、かつ、バッテリ電圧の低下時間が所定時間よりも長くなると（図２のステップ１０２の判定において肯定判断）、負荷制限が実施される。なお、図５に示した例では、電気負荷起動後にその作動を維持した場合のバッテリ電圧を示したが、実際には、バッテリ電圧の低下時間が所定時間を超えた時点で負荷制限が実施されるため、その時点からバッテリ電圧が上昇する。また、図４および図５に示す例では、バッテリ電圧の低下時間の開始タイミングは電気負荷の起動時であるが、バッテリ電圧が所定電圧以下になった時点をバッテリ電圧の低下時間の開始タイミングとしてもよい。

このように、本実施形態の車両用電源管理装置１００では、短時間の突入電流では負荷制限を実施しないので、過度の負荷制限を抑制することができ、適正な負荷制限を実施することが可能となる。また、過度の負荷制限が抑制されることに伴い、車両用発電機１０の負荷が頻繁に軽くなることもなく、エンジン回転が吹き上がりを起こす頻度を低減することができる。また、負荷制限の本来の目的である消費電力の低減やバッテリ電圧を維持することによる電気負荷の誤動作やシステムダウンを防止することができる。また、電流ではなくバッテリ電圧に基づく制御を行うことにより、電流センサが不要になり、コストダウンを図ることができる効果もある。

特に、起動を遅延させることが可能な電気負荷が負荷制限可能な電気負荷として、起動を遅延させることができない電気負荷が負荷制限不可能な電気負荷として予め分けられており、起動を遅延させることが可能な電気負荷を対象に起動を遅延させることにより負荷制限が実施される。このように、起動の遅延が可能な電気負荷の遅延を遅らせる負荷制限を実施することにより、複数の電気負荷の起動が同時に指示された場合の電源電圧の低下を抑制することができる。

また、起動を遅延させることが可能な電気負荷として、車両の安全走行に関係しない電気負荷が設定され、起動を遅延させることができない電気負荷として、車両の安全走行に関係する電気負荷と、車両の乗員の操作に応答して作動してその作動状態を乗員が確認可能な電気負荷が設定されている。これにより、車両の安全走行を維持するとともに、乗員の操作指示に対応して電気負荷が動作しないことにより生じる操作性の低下を防止することができる。

また、通信で負荷制限の実施の指示を送ることにより、外乱の影響を受けにくくすることができ、信頼性を向上させることができる。一方、負荷制限の実施を、電気負荷に対応するスイッチ５０を直接オンオフ制御することにより行うことにより、構成を簡素化することができるため、さらにコストダウンを図ることができる。あるいは、これらを混在させることにより、様々な種類の電気負荷に対して負荷制限を実施することができる。

図６は、変形例の車両用電源管理装置を含む車両用電源システムの全体構成を示す図である。図６に示す車両用電源管理装置１００Ａは、図１に示す車両用電源管理装置１００に対して、電気負荷３０、３２、３４、３６のそれぞれと電源ラインＰとの接続をオンオフ制御するスイッチ手段５０Ａを追加した点が主に異なっている。このスイッチ手段５０Ａは、負荷制限の対象となる複数の電気負荷３０、３２、３４、３６のそれぞれに対応する複数のスイッチを有し、これら複数のスイッチが一箇所に配置されたものである。なお、図６に示すスイッチ手段５０Ａは、車両用電源管理装置１００Ａ内に設けられているが、車両用電源管理装置１００Ａの外部に設けるようにしてもよい。このようなスイッチ手段５０Ａを用いることにより、複数のスイッチを一箇所に配置して冷却を一括して行うことが可能になり、冷却効率の向上およびコストダウンが可能になる。

一実施形態の車両用電源管理装置を含む車両用電源システムの全体構成を示す図である。車両用電源管理装置によって行われる負荷制限の動作手順を示す流れ図である。負荷制限の具体的な動作手順を示す流れ図である。負荷制限が実施されない場合の具体例を示す図である。負荷制限が実施される場合の具体例を示す図である。変形例の車両用電源管理装置を含む車両用電源システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

１０車両用発電機（ＡＬＴ）
２０バッテリ
３０、３２、３４、３６電気負荷
４０、４２、４４ＥＣＵ
５０スイッチ
１００車両用電源管理装置
１０２バッテリ電圧検出部
１０４通信インタフェース部
１０６電気負荷判別部
１０８負荷制限判定部
１１０負荷制限コントロール部

Claims

電気負荷が起動されたことを検知し、この電気負荷が負荷制限可能な電気負荷であるか負荷制限不可能な電気負荷かを判別する電気負荷判別手段と、
バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
前記バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧に基づいて、負荷制限を実施するか否かを判定する負荷制限判定手段と、
前記負荷制限判定手段による判定結果に基づいて負荷制限を実施する際に、負荷制限の対象となる電気負荷を指定する制限負荷指定手段と、
前記負荷制限判定手段によって負荷制限を実施する判定がなされたときに、前記制限負荷指定手段によって指定された電気負荷に対して負荷制限を実施する負荷制限実施手段と、
を備え、前記負荷制限判定手段は、前記バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧の電圧低下が所定値よりも大きく、かつ、その低下時間が所定時間よりも長いときに負荷制限を実施する判定を行うことを特徴とする車両用電源管理装置。
請求項１において、
前記負荷制限実施手段による負荷制限の実施は、通信による指示に応じて行うことを特徴とする車両用電源管理装置。
請求項１において、
前記負荷制限実施手段による負荷制限の実施は、電気負荷に対応するスイッチを直接オンオフ制御することにより行うことを特徴とする車両用電源管理装置。
請求項１において、
前記負荷制限実施手段による負荷制限の実施対象となる複数の電気負荷は、通信によって負荷制限の指示を行う電気負荷と、スイッチを直接オンオフ制御することにより負荷制限を行う電気負荷とが混在することを特徴とする車両用電源管理装置。
請求項１において、
負荷制限の対象となる複数の電気負荷のそれぞれに対応する複数のスイッチを有し、これら複数のスイッチが一箇所に配置されたスイッチング手段を備えることを特徴とする車両用電源管理装置。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
起動を遅延させることが可能な電気負荷が負荷制限可能な電気負荷として、起動を遅延させることができない電気負荷が負荷制限不可能な電気負荷として予め分けられており、
前記負荷制限実施手段は、起動を遅延させることが可能な電気負荷を対象に起動を遅延させることにより負荷制限を行うことを特徴とする車両用電源管理装置。
請求項６において、
起動を遅延させることが可能な電気負荷は、車両の安全走行に関係しない電気負荷であり、起動を遅延させることができない電気負荷は、車両の安全走行に関係する電気負荷と、車両の乗員の操作に応答して作動してその作動状態を乗員が確認可能な電気負荷であることを特徴とする車両用電源管理装置。