JP2014015133A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路の小型化又は回路部品の個数削減が可能となって、部品コストを低減することができる車両用電源装置の提供。
【解決手段】車載電源４，６から電源側ヒューズＦ１，Ｆ２を経由した電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ７，８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８が作動しているときはオフになるバイパス回路Ｓ１，Ｓ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８が変換した電圧を分岐して、複数の負荷Ｌ１〜Ｌ６へそれぞれの負荷側ヒューズＦ３〜Ｆ７を経由して与える分岐回路（Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｆ３〜Ｆ７）とを備える車両用電源装置。ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８、バイパス回路Ｓ１，Ｓ２、負荷側ヒューズＦ３〜Ｆ７及び分岐回路（Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｆ３〜Ｆ７）を同一の筺体１ａに収納し、バイパス回路Ｓ１，Ｓ２の電流容量を電源側ヒューズＦ１，Ｆ２の電流容量より小さくしてある構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載電源から電源側ヒューズを経由した電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータが変換した電圧を分岐して、複数の負荷へそれぞれの負荷側ヒューズを経由して与える分岐回路とを備える車両用電源装置に関するものである。

停車時にエンジンのアイドリングを停止して、燃費を向上させるアイドリングストップ車が増加しつつある。このような車両では、アイドリングストップ後にエンジンを再始動するが、アイドリングストップが頻発した場合、スタータ駆動に電力が消費され、バッテリ（蓄電池）の蓄電量が低下する。バッテリの蓄電量が低下すると、スタータ駆動時のバッテリ電圧（クランキング電圧）が、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の可動電圧を下回り、エンジンの再始動に失敗する虞がある。
その為、ＤＣ／ＤＣコンバータによりバッテリ電圧を昇圧する車両用電源装置を搭載して、アイドリングストップ後にＤＣ／ＤＣコンバータを作動させる車両がある。

図３は、従来のこのような車両用電源装置の概略構成例を示すブロック図である。
この車両用電源装置では、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ７，８の各入力端子が、それぞれ電源側ヒューズＦ１，Ｆ２を経由して図示しない車載電源に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８には、作動していないときにバイパスする為のバイパス回路（半導体スイッチ）Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ設けられている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８及び半導体スイッチＳ１，Ｓ２は、コンバータ用電気接続箱１に収納されている。

この車両用電源装置は、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側が、２つに分岐され、一方が負荷側ヒューズＦ４を経由してＥＣＵ等の負荷に接続され、他方がＡＣＣ（Accessory）リレーＲｙ１及び負荷側ヒューズＦ３を経由して負荷に接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力側が、２つに分岐され、一方が負荷側ヒューズＦ５を経由してＥＣＵ等の負荷に接続され、他方がＩＧ（Ignition）リレーＲｙ２を経由して、更に２つに分岐され、それぞれ負荷側ヒューズＦ６，Ｆ７を経由して負荷に接続されている。
ＡＣＣリレーＲｙ１、ＩＧリレーＲｙ２及び負荷側ヒューズＦ３〜Ｆ７は、補助電気接続箱２に収納されている。

特許文献１には、入力電源と、規定電圧以上の電圧で作動する負荷と、入力電源に入力端子が、負荷に出力端子が、それぞれ電気的に接続され、出力端子における出力電圧が規定電圧以上になるように安定化する昇圧コンバータと、入力端子と出力端子に電気的に接続されるリレーとを備えた電源装置が開示されている。入力電源、昇圧コンバータ、及びリレーに電気的に接続され、昇圧コンバータを作動させて入力端子から出力端子へ電力を出力する第１状態と、リレーをオンにして入力端子から出力端子へ電力を出力する第２状態とを切り替える際に、昇圧コンバータの動作とリレーのオン状態とが同時に行われるように制御する制御回路を備えている。

特開２０１０−１８３７５５号公報

上述した車両用電源装置では、コンバータ用電気接続箱１及び補助電気接続箱２間は、電線で接続され、電気接続箱内で保護されていない。その為、コンバータ用電気接続箱１及び補助電気接続箱２間の電線で短絡（ショート）した場合、半導体スイッチＳ１，Ｓ２が破壊される前に、電源側ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断するようになっている。つまり、半導体スイッチＳ１，Ｓ２の電流容量は、電源側ヒューズＦ１，Ｆ２の電流容量より大きくなっている。

ところが、電源側ヒューズＦ１，Ｆ２の電流容量は、その下流に接続される多数の負荷の通常電流の合計を考慮して大容量に定められており、半導体スイッチＳ１，Ｓ２は、更に大きな電流容量が求められので、必要以上に大きな電流容量に定められているという問題がある。また、その為、半導体スイッチＳ１，Ｓ２を、並列接続された複数の半導体スイッチで構成しなければならない場合があるという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路の小型化又は回路部品の個数削減が可能となって、部品コストを低減することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、車載電源から電源側ヒューズを経由した電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータが作動しているときはオフになる該ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路と、該ＤＣ／ＤＣコンバータが変換した電圧を分岐して、複数の負荷へそれぞれの負荷側ヒューズを経由して与える分岐回路とを備える車両用電源装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、バイパス回路、負荷側ヒューズ及び分岐回路を同一の筺体に収納し、前記バイパス回路の電流容量を前記電源側ヒューズの電流容量より小さくしてあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータが、車載電源から電源側ヒューズを経由した電圧を変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動しているとき（エンジン始動時）はオフになり、分岐回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータが変換した電圧を分岐して、複数の負荷へそれぞれの負荷側ヒューズを経由して与える。ＤＣ／ＤＣコンバータ、バイパス回路、負荷側ヒューズ及び分岐回路を同一の筺体に収納してあるので、負荷側は短絡する可能性がある。負荷側が短絡する場合、バイパス回路に流れる電流は、溶断する負荷側ヒューズの電流容量と短絡していない負荷の通常電流との合計電流が最大である。その為、バイパス回路の電流容量を電源側ヒューズの電流容量より小さくしてあっても、負荷側が短絡した場合に、バイパス回路には影響が及ばない。

例えば、下流側の負荷の通常電流が７５％以下となるようにヒューズの電流容量を定め、負荷の個数３、電源側ヒューズの電流容量ＩＲ、負荷側ヒューズの電流容量ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃ（ＩＬａ≧ＩＬｂ≧ＩＬｃ，ＩＲ＝ＩＬａ＋ＩＬｂ＋ＩＬｃ）とし、一時に複数の負荷が短絡することはないとする。
この場合、負荷側で短絡したときにバイパス回路に流れる最大電流は、ＩＬａ＋（ＩＬｂ＋ＩＬｃ）×０．７５であり、バイパス回路の電流容量ＩＢを、ＩＲ＞ＩＢ＞ＩＬａ＋（ＩＬｂ＋ＩＬｃ）×０．７５としても問題は生じない。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記バイパス回路は、１つの半導体スイッチ、又は並列接続された複数の半導体スイッチを有していることを特徴とする。

この車両用電源装置では、バイパス回路は、１つの半導体スイッチ、又は並列接続された複数の半導体スイッチを有しており、バイパス回路の電流容量が小さいので、半導体スイッチの小型化又は半導体スイッチの個数削減が可能となって、部品コストを低減することができる。

本発明に係る車両用電源装置によれば、バイパス回路の小型化又はバイパス回路の回路素子の個数削減が可能となって、部品コストを低減することができる車両用電源装置を実現することが可能である。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の動作の例を説明する為の説明図である。 従来の車両用電源装置の構成例を簡略化して示すブロック図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機）４が、エンジン３に連動して発電し整流した電力が、バッテリ６（蓄電池）に充電されると共に、ヒューズＦ１，Ｆ２を通じて、それぞれアクセサリスイッチ系及びイグニッションスイッチ系の各負荷群へ与えられる。

オルタネータ４及びバッテリ６の各プラス端子は、電源側ヒューズＦ１，Ｆ２の各一方の端子、及びスタータ５のプラス端子に接続され、スタータ５は、スタータスイッチ１２からのスタータ信号によりオン／オフ制御される。
電源側ヒューズＦ１の他方の端子は、半導体スイッチ（バイパス回路）Ｓ１の一方の端子に接続され、半導体スイッチＳ１の他方の端子は分岐され、その一方は、アクセサリスイッチ１１に連動するＡＣＣリレー（分岐回路）Ｒｙ１及び負荷側ヒューズ（分岐回路）Ｆ４を通じて、負荷Ｌ２，Ｌ３等の各プラス端子に接続されている。半導体スイッチＳ１の他方の端子の分岐された他方は、負荷側ヒューズ（分岐回路）Ｆ３を通じて、常時給電される負荷Ｌ１等のプラス端子に接続されている。

電源側ヒューズＦ２の他方の端子は、半導体スイッチ（バイパス回路）Ｓ２の一方の端子に接続されている。半導体スイッチＳ２の他方の端子は分岐され、その一方は、イグニッションスイッチ１０に連動するＩＧリレー（分岐回路）Ｒｙ２及び負荷側ヒューズ（分岐回路）Ｆ６を通じて、負荷Ｌ５のプラス端子に接続され、また、ＩＧリレーＲｙ２及び負荷側ヒューズ（分岐回路）Ｆ７を通じて、負荷Ｌ６のプラス端子に接続されている。半導体スイッチＳ２の他方の端子の分岐された他方は、負荷側ヒューズ（分岐回路）Ｆ５を通じて、常時給電される負荷Ｌ４等のプラス端子に接続されている。

ヒューズＦ１〜Ｆ７の各電流容量は、下流側の負荷の通常電流が例えばその７５％以下となるように定めてあり、一時に複数の負荷が短絡することはないとする。電源側ヒューズＦ１，Ｆ２の各電流容量は例えば３０Ａ、負荷側ヒューズＦ３，Ｆ４の電流容量は１５Ａ、１０Ａ、負荷側ヒューズＦ５，Ｆ６，Ｆ７の各電流容量は１０Ａとしてある。
半導体スイッチＳ１，Ｓ２の電流容量は、例えば２５Ａ，２７Ａとして、電源側ヒューズＦ１，Ｆ２の電流容量３０Ａより小さくしてある。半導体スイッチＳ１，Ｓ２をそれぞれ複数個並列接続して構成していた場合、電流容量が小さくなることにより、その個数を削減することが可能になることがある。

半導体スイッチＳ１，Ｓ２は、メカニカルリレーであっても良く、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記載）を有する制御部９により、それぞれオン又はオフに制御される。負荷Ｌ１〜Ｌ６の各マイナス端子は接地されている。
半導体スイッチＳ１、Ｓ２には、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ７，８が並列に接続されている。

制御部９は、スタータ信号、ＩＧ信号、ＡＣＣ信号及び昇圧信号を与えられ、これらの信号に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８にバッテリ６の出力電圧を昇圧させ、半導体スイッチＳ１，Ｓ２をオフにする。
半導体スイッチＳ１，Ｓ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８、制御部９、ＡＣＣリレーＲｙ１、ＩＧリレーＲｙ２及び負荷側ヒューズＦ３〜Ｆ７は、コンバータ用電気接続箱１ａに収納されている。

以下に、このような構成の車両用電源装置の動作の例を説明する。
車両が走行している間、オルタネータ４は発電し、赤信号等で一時停車した場合は、図示しないアイドリングストップ制御部によりエンジン３が停止し、オルタネータ４も発電を停止する（アイドリングストップ中）。
車両がアイドリングストップ中に、ブレーキペダルが踏込まれなくなる等、走行再開を予想させる操作が行われると、アイドリングストップ制御部から制御部９に昇圧信号が与えられ、制御部９は、これにより、昇圧するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７，８へ指令すると共に、半導体スイッチＳ１，Ｓ２をオフにする。

次に、スタータ５がアイドリングストップ制御部によりオンになると、コンバータ用電気接続箱１ａの入力電圧は低下するが、出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８が昇圧するので低下しない。
スタータ５がオンになって（駆動して）、エンジン３が始動すると、オルタネータ４が発電を開始し、アイドリングストップ制御部により、スタータ５はオフにされ、制御部９は、半導体スイッチＳ１，Ｓ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ７，８の昇圧を停止させる。

図２は、この車両用電源装置の動作の例を説明する為の説明図であり、コンバータ用電気接続箱１ａ内の要部を残し簡略化して示してある。
図２に示すように、半導体スイッチＳ１下流の負荷Ｌ１〜Ｌ３の何れかが短絡した場合、半導体スイッチＳ１に最大電流が流れるのは、負荷側ヒューズＦ３が溶断する直前であり、その際、負荷側ヒューズＦ４には、負荷Ｌ２，Ｌ３の通常電流の合計７．５Ａが流れている。負荷側ヒューズＦ３の溶断電流をＩout1とすると、このとき、半導体スイッチＳ１には、Ｉout1＋７．５Ａ＝１５Ａ＋７．５Ａ＝２２．５Ａの最大電流が流れるが、半導体スイッチＳ１の電流容量は２５Ａであるから、半導体スイッチＳ１は破壊されない。

また、図２に示すように、半導体スイッチＳ２下流の負荷Ｌ４〜Ｌ６の何れかが短絡した場合、半導体スイッチＳ２に最大電流が流れるのは、負荷側ヒューズＦ５〜Ｆ７の何れかが溶断する直前であり、その際、溶断しない負荷側ヒューズには、その下流側の負荷の通常電流の合計１５Ａが流れている。溶断するヒューズの溶断電流をＩout2とすると、このとき、半導体スイッチＳ２には、Ｉout2＋１５Ａ＝１０Ａ＋１５Ａ＝２５Ａの最大電流が流れるが、半導体スイッチＳ２の電流容量は２７Ａであるから、半導体スイッチＳ２は破壊されない。

１ａ コンバータ用電気接続箱（筺体）
３ エンジン
４ オルタネータ（車載発電機）
５ スタータ
６ バッテリ（蓄電池）
７，８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
９ 制御部
１０ イグニッションスイッチ
１１ アクセサリスイッチ
１２ スタータスイッチ
Ｆ１，Ｆ２ 電源側ヒューズ
Ｆ３〜Ｆ７ 負荷側ヒューズ（分岐回路）
Ｌ１〜Ｌ６ 負荷
Ｒｙ１ ＡＣＣリレー（分岐回路）
Ｒｙ２ ＩＧリレー（分岐回路）
Ｓ１，Ｓ２ 半導体スイッチ（バイパス回路）

Claims (2)

1. 車載電源から電源側ヒューズを経由した電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータが作動しているときはオフになる該ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路と、該ＤＣ／ＤＣコンバータが変換した電圧を分岐して、複数の負荷へそれぞれの負荷側ヒューズを経由して与える分岐回路とを備える車両用電源装置において、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、バイパス回路、負荷側ヒューズ及び分岐回路を同一の筺体に収納し、前記バイパス回路の電流容量を前記電源側ヒューズの電流容量より小さくしてあることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記バイパス回路は、１つの半導体スイッチ、又は並列接続された複数の半導体スイッチを有している請求項１記載の車両用電源装置。

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