JP2014024535A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータとそのバイパス回路とを切り替える際に、リレー接点の切り替え音が発生しない車両用電源装置の提供。
【解決手段】車載電源１，２の電圧を変換して負荷群８，９に与えるＤＣ／ＤＣコンバータ３と、そのバイパス回路６，１１とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が電圧を変換するときは、バイパス回路６，１１をオフにしており、常時、負荷群８，９に電圧を与える車両用電源装置。バイパス回路６，１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に並列接続されたスイッチ６と、スイッチ６に並列接続された１又は複数の半導体リレー１１とを備え、イグニッションキーがオン／オフである場合は、スイッチ６をオフ／オンに、半導体リレー１１をオン／オフにし、イグニッションキーがオンである場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が電圧を変換するときは、半導体リレー１１をオフにする構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載電源の電圧を変換して負荷群に与えるＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが車載電源の電圧を変換するときは、バイパス回路をオフにするように構成してあ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ルストップ車が増加しつつある。このような車両では、アイドルストップ時にオルタネータ（車載発電機）が停止し、電源がバッテリのみとなって電圧が低下する。その為、ＤＣ／ＤＣコンバータにより電源電圧を昇圧する車両用電源装置を搭載して、アイドルストップ時にＤＣ／ＤＣコンバータを作動させる車両がある。

図６は、そのような従来の車両用電源装置の構成例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１が発電し整流した電力が、ヒューズ５を通じて与えられる。オルタネータ１は、図示しないエンジンに連動して発電し、その整流した電力は、また、バッテリ２に充電される。
オルタネータ１及びバッテリ２が出力した電力は、ヒューズ５を経て、この車両用電源装置の並列接続されたＮＣ（常閉）リレー接点６，７又はＤＣ／ＤＣコンバータ３を通じて、負荷８，９を含む負荷群に与えられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３のバイパス回路であるＮＣリレー接点６，７の個数は、負荷群の電流容量により定められる。

ＮＣリレー接点６，７及びＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ＮＣリレー接点６，７の各リレー駆動回路及びマイクロコンピュータを備える制御部４により制御される。制御部４にはアイドルストップ中であることを示すアイドルストップ信号が与えられる。制御部４は、オルタネータ１及びバッテリ２の出力電圧を検出する電圧検出器１０を内蔵している。

このような車両用電源装置では、制御部４は、アイドルストップ信号を与えられていないときは、ＮＣリレー接点６，７をオン（閉）にして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させない。これにより、負荷８，９等の負荷群には、オルタネータ１からの電力が与えられる。
制御部４は、アイドルストップ信号を与えられているときは、電圧検出器１０が検出した電圧値に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させ、ＮＣリレー接点６，７をオフ（開）にする。これにより、負荷８，９等の負荷群には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により昇圧されたバッテリ２からの電力が与えられる。

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

前述したように、従来の車両用電源装置が、アイドルストップ時又はエンジンの再始動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３とそのバイパス回路とを切り替える際には、ＮＣリレー接点６，７の切り替え音が発生するという問題がある。
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コンバータとそのバイパス回路とを切り替える際に、リレー接点の切り替え音が発生しない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、車載電源の電圧を変換して負荷群に与えるＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路とを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバータが前記電圧を変換するときは、前記バイパス回路をオフにするように構成してあり、イグニッションキーがオフである場合は、前記負荷群に前記車載電源の電圧を与える車両用電源装置において、前記バイパス回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに並列接続されたスイッチと、該スイッチに並列接続された１又は複数の半導体リレーとを備え、前記イグニッションキーがオン／オフである場合は、前記スイッチをオフ／オンに、前記半導体リレーをオン／オフにし、前記イグニッションキーがオンである場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記電圧を変換するときは、前記半導体リレーをオフにするように構成してあることを特徴とする。

アイドルストップ車では、イグニッションキーがオンである場合に、アイドルストップが行われ、イグニッションキーがオフである場合には、当然、アイドルストップは行われない。
この車両用電源装置は、アイドルストップが行われるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動して、車載電源の電圧を変換して負荷群に与える。

この車両用電源装置では、イグニッションキーがオンである場合は、バイパス回路のスイッチをオフに、バイパス回路の半導体リレーをオンにして、車載電源の電圧を負荷群に与える（走行状態）。このスイッチオフ、半導体リレーオンの状態で、アイドルストップが行われ、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動するときは、スイッチはオフのまま、半導体リレーをオフにする（一時停止状態）。以上により、アイドルストップが行われる前後では、スイッチは作動しない。

この車両用電源装置では、イグニッションキーがオフである場合は、バイパス回路のスイッチをオンに、バイパス回路の半導体リレーをオフにして、負荷群に車載電源の電圧を与え続ける（駐車状態）。
これにより、アイドルストップ時のＤＣ／ＤＣコンバータのオン／オフ動作に合わせて、バイパス回路をオフ／オンする際に、バイパス回路のスイッチが作動しないので、スイッチの作動音が発生しない。また、イグニッションキーがオフである場合は、オン動作に電力を消費する半導体リレーをオフにした状態で、バイパス回路（スイッチ）をオンにし続けることができ、スイッチにＮＣリレー接点等を使用すれば、バイパス回路をオン状態に維持する為の電力が不要である。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、アイドルストップ時に前記電圧を昇圧するように構成してあり、前記半導体リレーは、ソースが前記車載電源側に接続されたＮチャンネルＦＥＴであることを特徴とする。

この車両用電源装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、アイドルストップ時に車載電源の電圧を昇圧する。半導体リレーは、ソースが車載電源側に接続されたＮチャンネルＦＥＴであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータが車載電源の電圧を昇圧した場合でも、寄生ダイオードを通じて電流が逆流するのを防止することができる。

第３発明に係る車両用電源装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、アイドルストップ時に前記電圧を昇圧するように構成してあり、前記半導体リレーは、ドレインが前記車載電源側に接続されたＰチャンネルＦＥＴであることを特徴とする。

この車両用電源装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、アイドルストップ時に車載電源の電圧を昇圧する。半導体リレーは、ドレインが車載電源側に接続されたＰチャンネルＦＥＴであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータが車載電源の電圧を昇圧した場合でも、寄生ダイオードを通じて電流が逆流するのを防止することができる。

第４発明に係る車両用電源装置は、前記スイッチは、常閉リレー接点又はＰチャンネルＦＥＴであることを特徴とする。

この車両用電源装置では、バイパス回路のスイッチは、常閉リレー接点又はＰチャンネルＦＥＴであるので、バイパス回路をオン状態に維持する為の電力を消費しない。

第５発明に係る車両用電源装置は、前記半導体リレーに通流する電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段が検出した電流値が所定電流値より大きいか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が所定電流値より大きいと判定したときは、前記スイッチをオンにするように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、電流検出手段が、半導体リレーに通流する電流値を検出し、判定する手段が、その検出した電流値が所定電流値より大きいか否かを判定する。判定する手段が所定電流値より大きいと判定したときは、バイパス回路のスイッチをオンにして、半導体リレーを保護する。

第６発明に係る車両用電源装置は、前記半導体リレーの温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度が所定温度より高いか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が所定温度より高いと判定したときは、前記スイッチをオンにするように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、温度検出器が、半導体リレーの温度を検出し、判定する手段が、その検出した温度が所定温度より高いか否かを判定する。判定する手段が所定温度より高いと判定したときは、バイパス回路のスイッチをオンにして、半導体リレーを保護する。

本発明に係る車両用電源装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータとそのバイパス回路とを切り替える際に、リレー接点の切り替え音が発生しない車両用電源装置を実現することができる。

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。 図１に示す車両用電源装置の動作の例を示す説明図である。 図１に示す車両用電源装置の動作の例を示す説明図である。 図１に示す車両用電源装置の動作の例を示す説明図である。 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。 従来の車両用電源装置の構成例を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。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態１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（車載電源）１が発電し整流した電力が、ヒューズ５を通じて与えられる。オルタネータ１が発電し整流した電力は、また、バッテリ（車載電源）２に充電される。オルタネータ１は、図示しないエンジンに連動して発電する。

オルタネータ１及びバッテリ２の各プラス端子は、ヒューズ５を通じて、ＮＣ（常閉）リレー接点（スイッチ）６の一方の端子、ＮチャンネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１１のソース及びＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端子に接続されている。オルタネータ１及びバッテリ２の各マイナス端子は接地されている。

ＮＣリレー接点６の他方の端子、ＮチャンネルＦＥＴ（半導体リレー）１１のドレイン及びＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端子は、負荷８，９を含む負荷群の各入力端子に接続されている。ＮＣリレー接点６及びＮチャンネルＦＥＴ１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のバイパス回路であり、Ｎチャンネル（ＭＯＳ型）ＦＥＴの個数は、負荷群の電流容量により定められ、複数個であっても良い。

ＮＣリレー接点６及びＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ＮＣリレー接点６のリレー駆動回路及びマイクロコンピュータを備える制御部４ａにより制御される。ＮチャンネルＦＥＴ１１は、チャージポンプ回路１４を通じて制御部４ａにより制御される。チャージポンプ回路１４は、図示しない制御用電源により給電される。制御部４ａには、イグニッションキーのオン／オフを示すＩＧキー信号、及びアイドルストップ中であることを示すアイドルストップ信号が与えられる。制御部４ａは、オルタネータ１及びバッテリ２の出力電圧を検出する電圧検出器１０を内蔵している。

尚、ＮＣリレー接点６に代えて、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴを使用することも可能である。この場合、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴのドレインをバッテリ２側に接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３がバッテリ２の出力電圧を昇圧するときは、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴのソース及びゲート間を接続し、それ以外のときは、例えば抵抗を通じてゲートを接地するようなスイッチが必要である。
また、半導体リレーとして、ＮチャンネルＦＥＴ１１に代えて、バイポーラトランジスタを使用することも可能である。

ＮチャンネルＦＥＴ１１には、ＮチャンネルＦＥＴ１１の温度を検出する温度検出器１３、及びＮチャンネルＦＥＴ１１に通流する電流値を、ソース−ドレイン間の電圧値により検出する電流検出手段１２がそれぞれ付加されている。温度検出器１３が検出した温度、及び電流検出手段１２が検出した電流値は、それぞれ制御部４ａに与えられる。尚、ＮチャンネルＦＥＴ１１に通流する電流値を、電流検出手段１２に代えて、シャント抵抗又はホール素子等を有する電流検出器により検出することも可能である。

このような構成の車両用電源装置の動作の例を以下に説明する。
制御部４ａは、ＩＧキー信号がイグニッションキーのオンを示し、アイドルストップ信号が与えられていない場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させず、ＮＣリレー接点６をオフにし、ＮチャンネルＦＥＴ１１をオンにする。これにより、車両の走行中は、オルタネータ１の出力電力が、図２の矢符に示すように、ＮチャンネルＦＥＴ１１を通じて、負荷群８，９に与えられる。

制御部４ａは、ＩＧキー信号がイグニッションキーのオンを示し、アイドルストップ信号が与えられている場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させて、電圧検出器１０が検出した電圧値に基づき、バッテリ２の出力電圧を昇圧させる。また、ＮＣリレー接点６をオフにし、ＮチャンネルＦＥＴ１１をオフにする。これにより、アイドルストップ時は、バッテリ２の出力電力が、図３の矢符に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３で昇圧されて、負荷群８，９に与えられる。
尚、アイドルストップ時には、点火装置は、イグニッションキーがオンである状態で停止している。また、ＮチャンネルＦＥＴ１１のソースをバッテリ２側に接続している（通常とは逆に接続している）ので、昇圧された電力が、ＮチャンネルＦＥＴ１１の寄生ダイオードを通じて逆流することはない。

制御部４ａは、ＩＧキー信号がイグニッションキーのオフを示している場合（当然、アイドルストップは行われない）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させず、ＮＣリレー接点６をオンにし、ＮチャンネルＦＥＴ１１をオフにする。これにより、バッテリ２の出力電力が、図４の矢符に示すように、ＮＣリレー接点６を通じて、負荷群８，９に与えられる。

尚、この場合、車両は停車又は駐車しているが、ＮＣリレー接点６の駆動回路、及びＮチャンネルＦＥＴ１１の駆動回路（チャージポンプ回路１４）の何れにも電流は流れないので、暗電流を増加させることはない。
また、この場合、ＮチャンネルＦＥＴ１１の寄生ダイオードを通じて電流が通流するが、この寄生ダイオードのオン抵抗より、ＮＣリレー接点６の接触抵抗がけた違いに小さいので、電流は主としてＮＣリレー接点６側を通流する。

上述した動作により、制御部４ａは、アイドルストップ信号が与えられたとき、及びアイドルストップ信号が与えられなくなったときに、ＮＣリレー接点６が作動しないので、その作動音（切り替え音）が発生することはない。ＮＣリレー接点６は、イグニッションキーに連動して作動するが、ユーザは、イグニッションキーを操作しているので、また、他のリレー接点の作動音も発生するので、ＮＣリレー接点６の作動音は問題にならない。

制御部４ａ（判定する手段）は、電流検出手段１２が検出した電圧値が、過電流の通流を示す所定電圧値より大きいか否かを判定し、所定電圧値より大きいと判定したときは、ＮＣリレー接点６をオンにして、ＮチャンネルＦＥＴ１１に過電流が通流するのを防止する。
制御部４ａ（判定する手段）は、また、温度検出器１３が検出した温度が、所定温度より高いか否かを判定し、所定温度より高いと判定したときは、ＮＣリレー接点６をオンにして、ＮチャンネルＦＥＴ１１が過熱により破壊されるのを防止する。

尚、本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が車載電源からの電力を昇圧する場合を説明したが、本発明に係る車両用電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が車載電源からの電力を降圧する場合にも適用することができる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３が車載電源からの電力を降圧する場合、ＮチャンネルＦＥＴ１１は、寄生ダイオードの向きを考慮して、ソースを負荷８，９側に接続する必要がある。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２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、実施の形態１（図１）におけるＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ１１に代えてＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ１１ａを備えたものである。オルタネータ１及びバッテリ２の各プラス端子が、ヒューズ５を通じて、ＮＣ（常閉）リレー接点（スイッチ）６の一方の端子、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ１１ａのドレイン及びＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端子に接続されている。

ＮＣリレー接点６の他方の端子、ＰチャンネルＦＥＴ１１ａのソース及びＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端子は、負荷８，９を含む負荷群の各入力端子に接続されている。ＮＣリレー接点６及びＰチャンネルＦＥＴ１１ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のバイパス回路であり、Ｐチャンネル（ＭＯＳ型）ＦＥＴの個数は、負荷群の電流容量により定められ、複数個であっても良い。

ＮＣリレー接点６及びＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ＮＣリレー接点６のリレー駆動回路及びマイクロコンピュータを備える制御部４ａにより制御される。ＰチャンネルＦＥＴ１１ａは、制御部４ａにより制御され、ＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ１１（図１）におけるチャージポンプ回路１４は不要であり設けられていない。

ＰチャンネルＦＥＴ１１ａには、ＰチャンネルＦＥＴ１１ａの温度を検出する温度検出器１３、及びＰチャンネルＦＥＴ１１ａに通流する電流値を、ドレイン−ソース間の電圧値により検出する電流検出手段１２がそれぞれ付加されている。温度検出器１３が検出した温度、及び電流検出手段１２が検出した電流値は、それぞれ制御部４ａに与えられる。

尚、ＰチャンネルＦＥＴ１１ａに通流する電流値を、電流検出手段１２に代えて、シャント抵抗又はホール素子等を有する電流検出器により検出することも可能である。
この車両用電源装置では、ＰチャンネルＦＥＴ１１ａのドレインをバッテリ２側に接続している（通常とは逆に接続している）ので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が昇圧した電力が、ＰチャンネルＦＥＴ１１ａの寄生ダイオードを通じて逆流することはない。この車両用電源装置のその他の構成及び動作は、上述した実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。

１ オルタネータ（車載電源）
２ バッテリ（車載電源）
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ａ 制御部（判定する手段）
６ ＮＣリレー接点（スイッチ）
８，９ 負荷
１０ 電圧検出器
１１ Ｎチャンネル（ＭＯＳ型）ＦＥＴ（半導体リレー）
１１ａ Ｐチャンネル（ＭＯＳ型）ＦＥＴ（半導体リレー）
１２ 電流検出手段
１３ 温度検出器
１４ チャージポンプ回路

Claims (6)

1. 車載電源の電圧を変換して負荷群に与えるＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータのバイパス回路とを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバータが前記電圧を変換するときは、前記バイパス回路をオフにするように構成してあり、イグニッションキーがオフである場合は、前記負荷群に前記車載電源の電圧を与える車両用電源装置において、
   前記バイパス回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに並列接続されたスイッチと、該スイッチに並列接続された１又は複数の半導体リレーとを備え、前記イグニッションキーがオン／オフである場合は、前記スイッチをオフ／オンに、前記半導体リレーをオン／オフにし、前記イグニッションキーがオンである場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記電圧を変換するときは、前記半導体リレーをオフにするように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、アイドルストップ時に前記電圧を昇圧するように構成してあり、前記半導体リレーは、ソースが前記車載電源側に接続されたＮチャンネルＦＥＴである請求項１記載の車両用電源装置。
3. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、アイドルストップ時に前記電圧を昇圧するように構成してあり、前記半導体リレーは、ドレインが前記車載電源側に接続されたＰチャンネルＦＥＴである請求項１記載の車両用電源装置。
4. 前記スイッチは、常閉リレー接点又はＰチャンネルＦＥＴである請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電源装置。
5. 前記半導体リレーに通流する電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段が検出した電流値が所定電流値より大きいか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が所定電流値より大きいと判定したときは、前記スイッチをオンにするように構成してある請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用電源装置。
6. 前記半導体リレーの温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度が所定温度より高いか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が所定温度より高いと判定したときは、前記スイッチをオンにするように構成してある請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用電源装置。

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