JP2012183901A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イグニッション電源を制御する車両用電源装置において、ＩＧリレーを駆動する系統の断線時や低電圧時でもイグニッション電源をオンし続け、さらに過電流によるプリント基板等の焼損を防止する。
【解決手段】電源ライン１１を介して車載電源１０に接続された＋Ｂライン１２がリレー駆動回路２１に接続されている。＋Ｂライン１２（＋Ｂ内部ライン２５）とイグニッション電源１３から分岐されたＩＧライン１４（ＩＧ内部ライン２６）との間には、＋Ｂライン１２の断線を検出する断線検出回路６０が設けられる。それらライン２５、２６の間には過電流もしくは過熱保護機能付きのＭＯＳＦＥＴ７０が設けられる。＋Ｂライン１２が断線した場合には、断線検出回路６０を構成するコンパレータ６１の出力が発生して、ＭＯＳＦＥＴ７０が導通する。リレー駆動回路２１にはＩＧライン１４から入力電圧が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載電源からの給電を制御する車両用電源装置に関する。

車両においては、イグニッションスイッチのオンオフ状態に応じて給電の有無が切り替わるイグニッション電源に、エンジンの点火系の車載装置など各種車載装置が接続されている（例えば特許文献１参照）。しかし、車両走行中にイグニッション電源がオフになると車両走行に重大な影響を及ぼすおそれがあるので、車両走行中にイグニッション電源がオフになることは絶対に避ける必要がある。そこで、従来では、イグニッション電源をオンにするメインの系統に不具合が生じてもイグニション電源がオフにならないように、メインの系統に加えてバックアップの系統を確保していた。

ここで、図２は、イグニッション電源をオンに維持するバックアップの系統が設けられた従来の車両用電源装置１００を示している。車両用電源装置１００では、車載電源１０に接続された電源ライン１１上に、車載電源１０からの給電の有無を切り替えるＩＧリレー３０が設けられている。また、車両用電源装置１００では、イグニッション電源１３を制御する電源制御ＥＣＵ２０が設けられている。その電源制御ＥＣＵ２０にはＩＧリレー３０の駆動を制御するリレー駆動回路２１が設けられており、そのリレー駆動回路２１に、車載電源１０に接続されたライン１２（以下、「＋Ｂライン」という）から入力電圧が入力されるようになっている。なお、その＋Ｂライン１２には、＋Ｂライン１２に過電流が流れるのを防止するためのヒューズ４１が設けられている。リレー駆動回路２１は、イグニッションスイッチ（図示外）がオン状態になっているときに、＋Ｂライン１２から入力された入力電圧に基づいてＩＧリレー３０を駆動する駆動電圧をＩＧリレー３０に供給する。駆動電圧が供給されるとＩＧリレー３０の接点が閉じて、イグニッション電源１３（ＩＧリレー３０を介して出力される電源）がオンになる。

また、車両用電源装置１００では、イグニッション電源１３から分岐したライン１４（以下、「ＩＧライン」という）が電源制御ＥＣＵ２０に引き込まれている。そして、電源制御ＥＣＵ２０内において、＋Ｂライン１２とＩＧライン１４とがライン２９で接続されている。これによって、＋Ｂライン１２のヒューズ４１が切れたり、＋Ｂライン１２のコネクタ２３が外れたりした場合であっても、ＩＧライン１４からリレー駆動回路２１に電圧が入力されるので、リレー駆動回路２１は、ＩＧリレー３０を駆動する駆動電圧を供給し続けることができる。つまり、イグニッション電源１３をオンにし続けることができる。このように、従来では、＋Ｂライン１２に不具合が発生してもイグニション電源１３がオフにならないように、ＩＧライン１４によってフェールセーフを確保していた。

特開２００９−１０１７７８号公報

ところで、イグニッション電源１３は、クランキング時（エンジン始動時）など、リレー駆動回路２１に入力される入力電圧が低電圧の場合にもオンし続ける必要がある。そのために、図２に示すような整流ダイオード９１を、＋Ｂライン１２やＩＧライン１４に実装することができない。整流ダイオード９１を実装すると、整流ダイオード９１の電圧降下によって、リレー駆動回路２１に入力される入力電圧が低下し、クランキング時などではＩＧリレー３０に駆動電圧を供給できなくなってしまうためである。

しかしながら、図２に示すように、＋Ｂライン１２に他のＥＣＵ５０が接続されている場合、＋Ｂライン１２のヒューズ４１が切れると、ＩＧライン１４から他のＥＣＵ５０の方向（図２の矢印Ｐ１）に電流が回り込んでしまう。この場合、他のＥＣＵ５０の負荷によっては回り込みの電流が過電流となってしまい、電源制御ＥＣＵ２０内のプリント基板等が焼損してしまう可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、＋Ｂラインに対応するラインの断線時にもイグニッション電源がオフにならないようにフェールセーフを確保し、かつ入力電圧が低電圧の場合にもイグニッション電源がオンし続ける低電圧性能を確保しつつ、電流の回り込みによるプリント基板等の焼損を防止できる車両用電源装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両用電源装置は、車載電源に接続され、前記車載電源からの給電の有無を切り替えるリレーと、
電圧が供給された第１ラインから入力電圧が供給されて、その入力電圧に基づいて前記リレーを駆動する駆動電圧を前記リレーに供給するリレー駆動回路と、
前記第１ラインの断線を検出する断線検出回路と、
前記第１ラインとは別のラインであって電圧が供給された第２ラインと前記リレー駆動回路の入力点との間に設けられ、前記断線検出回路が前記断線を検出しない間は前記第２ラインと前記リレー駆動回路の入力点との間を遮断状態に維持する一方で、前記断線を検出した場合には前記第２ラインと前記リレー駆動回路の入力点との間を導通状態に切り替えるスイッチング手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、リレー駆動回路に入力電圧を供給する第１ラインと、その第１ラインとは別の第２ラインとが、スイッチング手段を介して接続される。第１ラインが断線していない間はそのスイッチング手段は遮断状態に維持され、この場合には、リレー駆動回路には第１ラインから入力電圧が供給される。また、この場合には、第２ラインはリレー駆動回路の入力点と遮断されているので、リレー駆動回路の入力点に接続されるラインに他の車載装置が接続されていたとしても、第２ラインからその車載装置への電流の回り込みを防止できる。よって、電流の回り込みによるプリント基板等の焼損を防止できる。一方、第１ラインが断線した場合には、スイッチング手段が導通して、第２ラインとリレー駆動回路の入力点とが導通するので、第２ラインからリレー駆動回路に入力電圧を供給することができる。よって、リレー駆動回路はリレーを駆動する駆動電圧を供給し続けてイグニッション電源をオンし続けることができる（フェールセーフを確保できる）。さらに、第１ラインや第２ラインに電流の回り込み防止のための整流ダイオードを設ける必要がないので、低電圧性能も確保できる。

また、本発明におけるスイッチング手段は過電流もしくは過熱保護機能付きのトランジスタであることを特徴とする。このようにスイッチング手段をトランジスタで構成することで、第２ラインとリレー駆動回路の入力点との間の導通／遮断を簡易に切り替えることができる。また、そのトランジスタは過電流もしくは過熱保護機能付きのものであるので、第２ラインとリレー駆動回路とが導通した際に、第２ラインから車載装置に電流の回り込みが発生したとしても、過電流もしくは過熱となるのを防止できる。よって、電流の回り込みによるプリント基板等の焼損を防止できる。

また、本発明における断線検出回路は、第２ラインの電圧を基準として定められた基準電圧に対して第１ラインの電圧が小さくなったことを検出する回路であることを特徴とする。

これによれば、断線検出回路は、第１ラインの電圧が基準電圧より小さくなったことを検出するので、第１ラインの断線を確実に検出できる。また、その基準電圧は第２ラインの電圧を基準として定められたものであるので、第２ラインの電圧を基準として第１ラインの電圧が低下したか否かを判断できる。よって、第１ラインの電圧の低下（断線）を検出した場合には、第１ラインの電圧よりも大きい第２ラインの電圧をリレー駆動回路に供給することができる。

また、本発明における第１ラインは車載電源に接続されたラインであり、
第２ラインは、リレーを介して出力される電源であるイグニッション電源に接続されたラインであることを特徴とする。

これによれば、第１ラインは車載電源に接続されたラインであるので、第１ラインが断線していない間は車載電源からの電圧をリレー駆動回路に入力することができる。また、第２ラインはイグニッション電源に接続されたラインであるので、第１ラインが断線したときのバックアップのラインを簡易に構成することができる。

車両用電源装置１の構成図である。 従来の車両用電源装置１００の構成図である。

以下、本発明に係る車両用電源装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の車両用電源装置１の構成図である。なお、図１において、図２に示す従来の車両用電源装置１００の構成と変更がない部分には同一符号を付している。先ず、車両用電源装置１の構成について説明する。図１に示すように、車両用電源装置１は車載電源１０を備えている。その車載電源１０は、例えば１２Ｖの直流電圧を供給する鉛蓄電池とされる。車載電源１０にはワイヤーハーネスで構成された電源ライン１１が接続されており、その電源ライン１１上にＩＧリレー３０が設けられている。なお、電源ライン１１上にはヒューズ４２が設けられている。ＩＧリレー３０は、車載電源１０からの給電の有無を切り替えるリレーである。詳細には、ＩＧリレー３０は、インダクタ３１及びスイッチ３２を含んで構成され、インダクタ３１への通電の有無によってスイッチ３２の接点の開閉が切り替わるものである。

ＩＧリレー３０の出力端子３３にはイグニッション電源を構成するライン１３（以下、そのライン１３をイグニッション電源１３という）が接続されている。そのイグニッション電源１３は、ＩＧリレー３０が駆動していないとき（スイッチ３２の接点が開いているとき）にはオフ状態（給電無し）とされ、ＩＧリレー３０が駆動しているとき（スイッチ３２の接点が閉じているとき）にはオン状態（給電有り）とされる。イグニッション電源１３には各種の車載装置５５が接続されている。その車載装置５５としては、例えば、エンジンの点火装置、スタータモータ、エンジンＥＣＵ、エアコンＥＣＵ、メータＥＣＵなどがある。

また、車両用電源装置１は、イグニッション電源１３の給電を制御する電源制御ＥＣＵ２を備えている。その電源制御ＥＣＵ２は、ＩＧリレー３０の駆動を制御するリレー駆動回路２１及びマイコン２７を備えている。リレー駆動回路２１は、ＩＧリレー３０を駆動する（インダクタ３１を通電してスイッチ３２を導通状態にする）のに必要な駆動電圧を出力する回路である。リレー駆動回路２１の出力点は電源制御ＥＣＵ２の出力コネクタ２２に接続されており、その出力コネクタ２２にはＩＧリレー３０のインダクタ３１が接続されている。したがって、リレー駆動回路２１から出力された駆動電圧が、電源制御ＥＣＵ２の出力コネクタ２２を介してＩＧリレー３０のインダクタ３１に供給されるようになっている。

リレー駆動回路２１が駆動電圧を出力するために、リレー駆動回路２１の入力点２１ａには一定の大きさ以上の電圧が入力されるようになっている。具体的には、電源ライン１１から分岐する形でワイヤーハーネスで構成された＋Ｂライン１２（本発明の「第１ライン」に相当する）が設けられ、その＋Ｂライン１２が電源制御ＥＣＵ２の＋Ｂコネクタ２３に接続されている。なお、＋Ｂライン１２にはヒューズ４１が設けられている。したがって、＋Ｂライン１２に過電流が流れた場合には、ヒューズ４１が切れて、＋Ｂライン１２が断線することになる。電源制御ＥＣＵ２の内部においては、＋Ｂコネクタ２３に接続されたライン２５（以下、＋Ｂ内部ラインという）に、リレー駆動回路２１の入力点２１ａが接続されている。このように、リレー駆動回路２１には、電源ライン１１→＋Ｂライン１２→＋Ｂ内部ライン２５を介して、車載電源１０から電圧（入力電圧）が供給されるようになっている。リレー駆動回路２１は、供給された入力電圧に応じた電圧を、ＩＧリレー３０を駆動する駆動電圧として出力している。したがって、入力電圧の供給が停止された場合には、リレー駆動回路２１は駆動電圧の供給ができなくなる。

リレー駆動回路２１は、イグニッション電源１３のオンを指示する制御信号がマイコン２７から供給された場合にＩＧリレー３０を駆動する駆動電圧を出力し、それ以外は駆動電圧を出力しないように構成されている。そのマイコン２７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されたコンピュータであり、イグニッション電源１３をオンにすべきか否かを判断して、オンにすべきと判断した場合には、リレー駆動回路２１に上記制御信号を供給するものである。詳細には、マイコン２７にはイグニッションスイッチ５７が接続されており、マイコン２７は、そのイグニッションスイッチ５７が操作されたか否かを判断する。そして、マイコン２７は、イグニッションスイッチ５７が操作されたと判断した場合に制御信号をリレー駆動回路２１に供給している。なお、メカ式のキーをキーシリンダに挿入しなくてもイグニションスイッチをオンにできるシステム（スマートエントリーシステム）におけるプッシュ式のイグニッションスイッチ５７を採用している場合には、マイコン２７は、イグニッションスイッチ５７の操作に加え、電子キーが車内に有ることを判断した上で、ＩＧリレー３０の駆動を指示する制御信号をリレー駆動回路２１に供給している。

図１に示すように、ワイヤーハーネスで構成されたＩＧライン１４（本発明の「第２ライン」に相当する）がイグニッション電源１３から分岐されており、そのＩＧライン１４は、電源制御ＥＣＵ２のＩＧコネクタ２４に接続されている。電源制御ＥＣＵ２の内部には、そのＩＧコネクタ２４に接続されたライン２６（以下、ＩＧ内部ラインという）が設けられている。そのＩＧ内部ライン２６には、イグニッション電源１３がオンにされている限り、イグニッション電源１３の電圧が供給されることになる。電源制御ＥＣＵ２には、＋Ｂ内部ライン２５とＩＧ内部ライン２６との間に、＋Ｂライン１２の断線を検出する断線検出回路６０が設けられている。その断線検出回路６０は、コンパレータ６１、分圧回路６２、抵抗６３から構成されている。コンパレータ６１は、２つの入力端子を有しており、一方の入力端子には分圧回路６２が接続されており、他方の入力端子には抵抗６３が接続されている。分圧回路６２は、ＩＧ内部ライン２６に接続されており、ＩＧライン１４（厳密には、ＩＧ内部ライン２６）の電圧を分圧する回路である。本実施形態では、分圧回路６２は抵抗６２ａ、６２ｂから構成されている。そして、ＩＧ内部ライン２６の電圧を抵抗６２ａ、６２ｂで分圧した電圧（以下、基準電圧という）が、コンパレータ６１の一方の入力端子に入力されるようになっている。

また、コンパレータ６１の他方の入力端子には、抵抗６３を介して＋Ｂ内部ライン２５が接続されている。したがって、コンパレータ６１の他方の入力端子には、＋Ｂ内部ライン２５の電圧、すなわち＋Ｂライン１２の電圧が入力されるようになっている。なお、上記のようにＩＧ内部ライン２６の電圧を分圧回路６２で分圧しているのは、正常時（＋Ｂライン１２が断線していない時）においては＋Ｂライン１２からコンパレータ６１に入力される電圧を、ＩＧ内部ライン２６から入力される電圧（基準電圧）よりも高くするためである。基準電圧の大きさが例えばＩＧ内部ライン２６の電圧の７割程度となるように、分圧回路６２の各抵抗６２ａ、６２ｂの値が設定されている。

コンパレータ６１は出力端子を有し、＋Ｂライン１２（＋Ｂ内部ライン２５）の電圧が基準電圧より大きいときには、その出力端子には出力が発生されない。これに対し、＋Ｂライン１２の電圧が基準電圧より小さいときには、コンパレータ６１の出力端子には出力が発生される。より具体的には、コンパレータ６１はオープンコレクタ出力とされており、＋Ｂライン１２の電圧が基準電圧より大きいときには出力はオープンの状態となり、＋Ｂライン１２の電圧が基準電圧より小さいときには出力はグランドに短絡された状態となる。コンパレータ６１の出力端子は、抵抗５１を介して、後述するＭＯＳＦＥＴ７０のゲート端子７１に接続されている。

さらに、電源制御ＥＣＵ２には、＋Ｂ内部ライン２５とＩＧ内部ライン２６との間に、ｐチャンネルのＭＯＳＦＥＴ７０（本発明の「スイッチング手段」に相当する）が設けられている。詳細には、ＭＯＳＦＥＴ７０のゲート端子７１が上記したようにコンパレータ６１の出力端子に接続され、ソース端子７２がＩＧ内部ライン２６に接続され、ドレイン端子７３が＋Ｂ内部ライン２５に接続されている。そのＭＯＳＦＥＴ７０は、ゲート−ソース間の電圧が一定以上の場合にソース−ドレイン間が導通し、それ以外ではソース−ドレイン間が遮断するスイッチング素子である。また、ＭＯＳＦＥＴ７０には過電流もしくは過熱保護機能が付いている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ７０は、例えば１Ａ以上の電流が流れた場合（もしくは、１Ａ以上の電流に相当する熱が発生した場合）に強制的に遮断状態になる。なお、ゲート端子７１とＩＧ内部ライン２６との間には、ゲート端子７１の電位を安定させるための抵抗５２が設けられている。

なお、＋Ｂライン１２に分岐する形でライン１５が設けられており、そのライン１５に、電源制御ＥＣＵ２以外の他のＥＣＵ５０が接続されている。つまり、他のＥＣＵ５０には、イグニッション電源１３のオンオフにかかわらず、車載電源１０から直接給電されるようになっている。他のＥＣＵ５０としては、例えばヘッドランプの点灯を制御するＥＣＵなどがある。

次に、車両用電源装置１の作用を説明する。＋Ｂライン１２が断線していない間（＋Ｂライン１２のヒューズ４１が切れたり、＋Ｂライン１２が＋Ｂコネクタ２３から外れたりしていない間）では、コンパレータ６１には、正常時の＋Ｂライン１２の電圧（車載電源１０の電圧）が入力される。その＋Ｂライン１２の電圧は基準電圧よりも大きいので、コンパレータ６１の出力（オープンコレクタ出力）はオープンとなる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ７０のゲート端子７１は高電位（ＩＧ内部ライン２６の電位）となって、ＭＯＳＦＥＴ７０は遮断される。この場合には、リレー駆動回路２１には、＋Ｂライン１２から入力電圧が供給されることになる。

このように、＋Ｂライン１２が正常の場合には、ＩＧライン１４（ＩＧ内部ライン２６）からの系統が切断されるので、ＩＧライン１４から他のＥＣＵ５０に電流が回り込んでしまうのを防止できる。

これに対して、＋Ｂライン１２が断線した場合（＋Ｂライン１２のヒューズ４１が切れたり、＋Ｂライン１２が＋Ｂコネクタ２３から外れたりした場合）には、＋Ｂ内部ライン２５からコンパレータ６１に入力される電圧が基準電圧よりも小さくなる。よって、コンパレータ６１の出力はグランドに短絡される。この場合には、ＭＯＳＦＥＴ７０のゲート端子７１は低電位となり、ゲート−ソース間に電位差が生じるのでＭＯＳＦＥＴ７１は導通される。この場合、ＩＧライン１４（ＩＧ内部ライン２６）とリレー駆動回路２１の入力点２１ａとの間が導通状態になるので、リレー駆動回路２１には、ＩＧライン１４から入力電圧が供給されることになる。

これによって、＋Ｂライン１２が切断されたとしてもリレー駆動回路２１に入力電圧を供給してＩＧリレー３０を駆動し続けることができ、その結果、イグニッション電源１３をオンし続けることができる。つまり、フェールセーフを確保することができる。また、ＩＧ内部ライン２６からＭＯＳＦＥＴ７０を介して他のＥＣＵ５０の方向に電流の回り込みが生ずる場合があるが、ＭＯＳＦＥＴ７０には過電流もしくは過熱保護機能が付いているので、回り込みの電流によって、電源制御ＥＣＵ２内のプリント基板やワイヤーハーネス等の焼損を防止できる。さらに、＋Ｂ内部ライン２５やＩＧ内部ライン２６に整流ダイオードを設ける必要がないので低電圧性能も確保することができる。

以上、本発明に係る車両用電源装置は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々変形することができる。例えば、上記実施形態では、＋Ｂライン１２の断線時には、イグニッション電源１３からのＩＧライン１４でバックアップをしていたが、電圧が供給されたラインであればどのラインからバックアップをしても良い。また、上記実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ７０で、ＩＧライン１４とリレー駆動回路２１の入力点２１ａとの間の導通／遮断を切り替えていたが、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング手段の採用を排除するものではない。

１ 車両用電源装置
１０ 車載電源
１１ 電源ライン
１２ ＋Ｂライン（第１ライン）
１３ イグニッション電源
１４ ＩＧライン（第２ライン）
２ 電源制御ＥＣＵ
２１ リレー駆動回路
２１ａ リレー駆動回路の入力点
３０ ＩＧリレー（リレー）
６０ 断線検出回路
７０ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング手段）

Claims (4)

1. 車載電源に接続され、前記車載電源からの給電の有無を切り替えるリレーと、
   電圧が供給された第１ラインから入力電圧が供給されて、その入力電圧に基づいて前記リレーを駆動する駆動電圧を前記リレーに供給するリレー駆動回路と、
   前記第１ラインの断線を検出する断線検出回路と、
   前記第１ラインとは別のラインであって電圧が供給された第２ラインと前記リレー駆動回路の入力点との間に設けられ、前記断線検出回路が前記断線を検出しない間は前記第２ラインと前記リレー駆動回路の入力点との間を遮断状態に維持する一方で、前記断線を検出した場合には前記第２ラインと前記リレー駆動回路の入力点との間を導通状態に切り替えるスイッチング手段と、を備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記スイッチング手段は過電流もしくは過熱保護機能付きのトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記断線検出回路は、前記第２ラインの電圧を基準として定められた基準電圧に対して前記第１ラインの電圧が小さくなったことを検出する回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源装置。
4. 前記第１ラインは前記車載電源に接続されたラインであり、
   前記第２ラインは、前記リレーを介して出力される電源であるイグニッション電源に接続されたラインであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電源装置。