JP3774103B2 - Intelligent junction box - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種の電源と負荷とを結んで分配するインテリジェントジャンクションボックスに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に自動車においては、図10に示すようにオルタネータ1を用いて電源(以下バッテリ2という)に充電し、このバッテリ2からの電力をケーブル3(ハーネス)でジャンクションボックス4(J/B)に導きだされる。そして、ジャンクションボックス4において、各種負荷(ライト、メータ)への電力分配が行われる。
【0003】
また、電気自動車においても、前述のようなジャンクションボックス4が用いられている。この電気自動車におけるジャンクションボックス4には、大電流を流すための制御用のリレー回路等を設けていた。
【0004】
つまり、従来のこのようなジャンクションボックスは、基本的には電力分配(電源分配)が目的であるから、その負荷側において、ショート等による過電流保護のためにそれぞれ保護回路を設けていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のジャンクションボックスは、基本的には電力分配(電圧分配)であるから、負荷側に過電流保護に対する保護回路を設けなければならないという課題があった。
【0006】
本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、負荷側において保護回路等を設けなくとも安定した電力分配を行うと共に電源の残存容量を測定できる機能を有するインテリジェントジャンクションボックスを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高電圧のバッテリと、該高電圧のバッテリより所定倍低い低電圧のバッテリと、負荷との間に設けられたジャンクションボックスにおいて、 前記高電圧のバッテリからの高電圧の第1の電力を入力し、この第1の電力の過剰成分を除去して、指示に従って前記第1の電力を供給停止又は送出する高電圧系部と、前記高電圧系部における前記第1の電力成分である第1の電流値と第1の電圧値とを検出する高電圧系電力成分検出手段と、一次側コイルにスイッチング素子を直列接続して、前記高電圧系部における前記第1の電力を前記一次側コイルの一方に入力させて、前記スイッチング素子のオンオフによって、二次側に第1の低電圧の交流電力及び該第1の低電圧以下の直流の第2の低電圧の第2の直流電力を得て、この交流電力と第2の直流電力を直接外部に送出すると共に、前記低電圧のバッテリ用の第3の低電圧の第3の直流電力を得て前記バッテリに供給するコンバータを備えた低電圧系部と、前記低電圧系部で生成された前記第3の直流電力の電流を検出する低電圧電力成分検出手段と、前記高圧系電力成分検出手段で検出された第1の電圧が過電圧を示しているとき、前記高電圧系部の第1の電力の供給を停止させ、また、前記低電圧系部で生成された交流電力の低電圧と前記第2及び第3の直流電力を低電流の値を検出して、これらの出力を安定させる制御を前記低電圧系部に対して行うコントローラとを備えたことを要旨とする。
【0008】
また、前記コントローラは、
前記高電圧系成分検出手段で検出された第1の電流値が過電流を示したときは、前記高電圧系部に対して前記第1の電力の供給を停止させる手段と、 前記低電圧系電力成分検出手段で検出された前記第3の電力の電流値が、過電流を示すときは、前記コンバータのスイッチング素子をオフに維持する手段とを備えたことを要旨とする。
【0009】
また、前記コントローラは、
前記高電圧系電力成分検出手段で検出された第1の電圧値、第1の電流値を入力し、これらの値を集めて電流積算方式で前記高電圧のバッテリの残存容量を推定する手段と、前記低電圧系電力検出手段で検出された前記第3の電力の電圧値、電流値を入力し、これらの値を集めて電流積算方式で前記低電圧のバッテリの残存容量を推定する手段とを合わせ持つことを要旨とする。
【0010】
また、前記高電圧のバッテリは、自動車のオルタネータからの高電圧の第1の電力で充電され、
前記コントローラは、
前記高電圧系電力成分検出手段で検出された前記第1の電圧値から前記高電圧のバッテリの前記充電蓄積状況を判断し、該充電蓄積状況が所定以下と判定したときは、前記オルタネータから前記高電圧のバッテリに対して充電を開始させる手段を備えたことを要旨とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は本実施の形態1のインテリジェントジャンクションボックスの概略構成図である。
【0018】
図1に示すインテリジェントジャンクションボックス10(以下ジャンクションボックスという)は、36Vの高電圧のバッテリ11と12Vの低電圧のバッテリ13とを備えた高電圧化車両に搭載される。すなわち、両方のバッテリの電圧値の関係は1対3となっている。
【0019】
この高電圧のバッテリ11は、エンジン14(ENG)に連結された42V出力のオルタネータ1に対して並列接続されている。また、低電圧のバッテリ13は、ジャンクションボックス10の下流側に設けられ、このジャンクションボックス10からの出力(14V)で充電される。
【0020】
つまり、低電圧のバッテリ13はケーブル15によって、ジャンクションボックス10のDC14Vの出力端に接続され、また高電圧のバッテリ11はケーブル16によってジャンクションボックス10の入力端に接続されている。
【0021】
ジャンクションボックス10には、内部に36Vの高電圧を伝送する高電圧用のパターン18(太線で示している)が基板に設けられ、このパターン18(高電圧系)に、高電圧用の過電圧対策回路17と、高電圧メインリレー19と、電流センサ20と、電圧センサ21(絶縁型)とを介在させるようにしている。
【0022】
この電流センサ20は、バッテリ11の電流を検出するものであり、具体的な接続構成について後述する。
【0023】
この過電圧対策回路17、パターン18、高電圧メインリレー19を総称して高電圧系部という。
【0024】
また、ジャンクションボックス10には、高電圧メインリレー19の出力からの高電圧の第1の電力を入力して複数種の低電圧を得るDC−DCコンバータ28が設けられている。
【0025】
すなわち、本ジャンクションボックス10を低電圧のバッテリ13に対するダウンコンバータとして用いている。
【0026】
<各部の構成>
前述の高電圧用の過電圧対策回路27は、例えば図2に示すように、ツェナーダイオードZD1、電界コンデンサC1とで構成(この他抵抗、コンデンサを備えるが本例では主用な構成のみを示す)され、オルタネータ1の異常等によって36Vを越える過電圧になっても常に36Vを維持するようにする。
【0027】
DC−DCコンバータ28は、図1に示すように、トランス、ダイオード、コンデンサ、スイッチング素子等で構成され、直流14V(低電圧のバッテリでは12Vとなる)、直流7V、交流14Vを得るようにしている。交流14Vは、コイル28aに、コンデンサ、ダイオード等を接続しないことで実現している。
【0028】
この交流14Vは、DC−DCコンバータ28の出力に接続されたパターン24aを介して外部に送出される。また、直流14VはDC−DCコンバータ28の出力に接続されたパターン24bを介して低電圧のバッテリ13に送出される。
【0029】
また、直流7VはDC−DCコンバータ28の出力に接続されたパターン24cを介して外部に送出される。
【0030】
このDC−DCコンバータ28とパターン24a、24b、24cを総称して低電圧系部という。
【0031】
バッテリコントローラ30は、高電圧系バッテリ状態監視回路31と、リレータイミングコントロール回路32と、DC/DCコンバータ制御回路33と、弱電系バッテリ監視回路34と、CPU等から構成される。
【0032】
高電圧系バッテリ状態監視回路31は、高電圧系の電圧センサ21の電圧値、電流センサ20の電流値とを読み、これらの値から36Vのバッテリ11がフル充電状態か否かを判定する。この判定は、例えば所定のしきい値を設定しておき、入力された電圧とのしきい値とを比較することにより行う。つまり、フル充電とする所定範囲の電圧値をVmax1〜Vmax2として設定しておき、入力した電圧値がこの範囲内のときにフル充電とする。
【0033】
リレータイミングコントローラ回路32は、CPU35が高電圧系のパターン18の電流値から過電流(ショート、レアーショート、負荷異常等)と判定したとき、直ちに高電圧メインリレー19をオフさせる。また、CPU35がイグニッションオンと判定したときは、所定の間、高電圧メインリレー19をオンさせたりする。
【0034】
DC/DCコンバータ制御回路33は、DC−DCコンバータ28の14Vの出力端子、7Vの出力端子の電圧値を読み、この電圧値が基準値(14V、7V)に近ずくように、スイッチング制御信号のデューティ比を制御する。
【0035】
弱電系電圧センシング用のパターン29には、分圧回路(図示せず)が接続されている。弱電系バッテリ状態監視回路34は、この分圧点の電圧を検出することにより、12Vのバッテリ13にかかる電圧を検出すると共に、弱電系の電流センサ26の電流値を読み、これらの値から12Vのバッテリ13がフル充電状態か否かを判定する。
【0036】
<動作説明>
上記のように構成されたジャンクションボックス10について以下に動作を説明する。
【0037】
電源システムにおけるオルタネータ1の役割は、エンジンがかかっているときに、車両の電気負荷が消費する電力を供給することと、バッテリ11、バッテリ13を充電してバッテリの充電状態を良好な状態(次回のエンジン始動に十分な電気量を維持する)にしておくことである。
【0038】
イグニッションオンに伴って、ジャンクションボックス10内のバッテリコントローラ30のCPU35は、リレータイミングコントローラ32を用いて所定の間、高電圧メインリレー19をオフ状態にした後に、高電圧メインリレー19をオン状態にする。
【0039】
これに伴って、36V用のバッテリ11からの電力がジャンクションボックス10内のパターン18、過電圧対策回路17、高電圧メインリレー19、電流センサ20、電圧センサ18を介して負荷(図示せず)に供給される。
【0040】
このとき、負荷側の異常又はオルタネータ1に何らかの異常が発生して36Vの数倍の電圧が供給されると、過電圧対策回路17のツェナダイオードZD1によってこの過電圧が抑制されて36Vの安定した高電圧が負荷側に供給される。
【0041】
一方、DC−DCコンバータ28は、高電圧メインリレー19から高電圧の第1の電力を入力端に入力し、コイルの巻線数、コンデンサ、ダイオード、スイッチング素子等によって、交流14Vと、直流14Vと、直流7Vとを出力端に得る。
【0042】
このDC−DCコンバータ28は、バッテリコントローラ30によって制御されている。
【0043】
前述の交流14Vに関しては、例えば図3に示すようにして用いるのが望ましい。図3においては、非接触で交流電力の供給を容易に行うことができることを示すものであり、本実施のジャンクションボックス10内で生成した交流14Vをケーブル37で負荷側に導く。このケーブル37には磁気コイルユニット38が接続されている。磁気コイルユニット38は、図3に示すように、コネクタ39と、磁性体40とからなり、交流14Vの銅線を磁性体40の中央突起に巻き付けている。
【0044】
すなわち、この巻き付けによって磁束42が図3に示すように発生する。この磁束42を検出する回路(コイル、鉄心等)を電子ユニット内に設けることによって交流14Vを容易に電子ユニット側で受け取ることが可能となる。
【0045】
また、バッテリコントローラ30は、DC−DCコンバータ28の出力14V、7Vを安定に供給するために、DC−DCコンバータ28内のスイッチング素子の制御信号のデューティ比を求めてスイッチング素子をオンオフさせている。
【0046】
さらに、バッテリコントローラ30は、弱電系の電流センサ26、高電圧系の電流センサ20の電流値をサンプリングし、この電流値が所定の間(例えば100マイクロセック)に、所定値を越えたとき、負荷又はケーブルのショート又はレアーショートと判定して高電圧メインリレー19をオフ状態に維持すると共に、スイッチング素子をオフ状態に維持する。すなわち、高電圧のバッテリ11からの第1の電力の外部、低電圧系部への供給を停止させる。
【0047】
さらに、バッテリコントローラ30は、高電圧系及び弱電系の電圧、電流からそれぞれのバッテリの残存容量を図4に示すように測定する。
【0048】
図4においては、(a)が36Vのバッテリ11の残存容量の測定方法を示し、(b)が12Vのバッテリ13の残存容量の測定方法を示すものであり、2系列平行処理であることを示すものである。
【0049】
つまり、バッテリの残存容量測定機能は、高電圧のバッテリ残存容量測定機能と弱電圧のバッテリ残存容量測定機能とからなり、低電圧のバッテリと高電圧のバッテリとが車両内に混在させられて用いられていても、両方のバッテリの残存容量を同時に推定し、この推定値から必要に応じてオルタネータ1からの42Vを高電圧のバッテリ11に充電させたり、ジャンクションボックス10からの14Vを低電圧のバッテリ13に充電させている。
【0050】
弱電圧のバッテリ残存容量測定機能は、電流センサ26が検出した弱電系の電流値と、弱電系センシングのためのパターン29を介して得た弱電系の電圧とを500マイクロセック毎にサンプリングし、それぞれ8個のデータが集まったときに、それぞれ平均化する。そして、この平均化した平均電流データと平均電圧データの組を100個集める。すなわち、時間の経過に伴って図4の(b)に示すように電流−電圧軸とからなる座標系に100個の平均データは右下がりに散らばることになる。
【0051】
そして、この100個の平均化された電流データ、電圧データに基づき最小二乗法により、電流及び電圧に関する一次式(Y=aX+b)を求める。すなわち、100個のデータの傾向を直線(Y=aX+b)で定義する。
【0052】
次に、予め定めている仮想電流値(−10A)と直線(Y=aX+b)との交点を求め、この交点から電圧軸への垂線が電圧と交わる点を、現在の12Vのバッテリ13の残存容量に対応する推定電圧(VSOC)として求める。
【0053】
バッテリコントローラ30は、この推定電圧(VSOC)が低い場合は、次回の走行時において安定した12Vを十分に維持できるようにするためにオルタネータ1に充電制御信号を送出してバッテリ13に充電を行わせる。
【0054】
また、高電圧のバッテリ残存容量測定機能は、電流センサ20が検出した高電圧系の電流値と、絶縁型の電圧センサ21で得た電圧とを500マイクロセック毎にサンプリングし、それぞれ8個のデータが集まったときに、平均化する。そして、この平均化した平均電流データと平均電圧データの組を100個集める。すなわち、時間の経過に伴って図4の(a)に示すように電流−電圧軸とからなる座標系に100個のデータは右下がりに散らばることになる。
【0055】
そして、この100個の平均化された平均電流データ、平均電圧データの100個のデータに基づき、最小二乗法により、電流及び電圧に関する一次式(Y=aX+b)を求める。
【0056】
次に、予め定めている仮想電流値(−10A)と直線(Y=aX+b)との交点を求め、この交点から電圧軸への垂線が電圧軸と交わる点を、現在の36Vのバッテリ11の残存容量に対応する推定電圧(VSOC)として求める。
【0057】
バッテリコントローラ30は、この推定電圧(VSOC)が低い場合は、次回の走行時において安定した42Vを十分に維持できるようにするためにオルタネータ1に充電制御信号を送出してバッテリ11に充電を行わせる。
【0058】
従って、負荷と2系統の電源とを結ぶジャンクションボックス10で、高電圧メインリレー19の制御機能と、DC−DCコンバータ28の制御機能と、オルタネータ1の制御機能と、バッテリの残存容量測定機能(高、低の2系統)とを有しているので、負荷側に過電流保護に対する保護回路を設けなけなくともよし、2系統の安定した電力分配を行うことが可能となる。
【0059】
なお、上記実施の形態では、過電圧対策回路を図2のように構成したが、図5に示すように、サーマルFETとFETとを並列接続し、これらのソース間の電圧を差を検出することで、過電流の傾向を検出(例えばレアーショート)して、ショートになると判定したときに、これらのFETを強制的にオフさせてもよい。また、ショート時には大電流がサーマルFETを介して流れ、この大電流によって高熱となってサーマルFETがオフする。
【0060】
<実施の形態2>
図6は本実施の形態2のジャンクションボックスの概略構成図である。図6に示すジャンクションボックス50は、弱電用の過電圧対策回路27を備えている。この弱電用の過電圧対策回路27は、例えば図7に示すように、ダイオードD1、D2と、電界コンデンサC2と、ツェナーダイオードZD2で構成(抵抗、トランジスタ等を有しているが本例では主用な部品のみを示す)され、DC−DCコンバータ28からの出力であるDC14Vが低電圧のバッテリ13、負荷等の異常によって、14Vを越える過電圧になっても常に14Vを維持するようにすることで、低電圧のバッテリ13、負荷、DC−DCコンバータ28を保護するようにしている。
【0061】
また、このジャンクションボックス50は、上記と同様な高電圧用の過電圧対策回路17と、高電圧メインリレー19と、電流センサ20と、電圧センサ21(絶縁型)と、高電圧メインリレー19の出力からの高電圧の第1の電力を入力して複数種の低電圧を得るDC−DCコンバータ28と、バッテリコントローラ30とを備えている。
【0062】
すなわち、バッテリ13側、負荷側が何らかの異常によって所定以上の電圧になったとき、弱電系の過電圧対策回路27は図7に示すようにツェナーダイオード等で構成されているので、過電圧が抑制される。
【0063】
<実施の形態3>
図8は実施の形態3のジャンクションボックス52の概略構成図である。上記各実施の形態においては、バッテリ36の電流を検出する電流センサ20を高電圧メインリレー19の後に設けたが、実際は図8に示すように、電流センサ20を過電圧対策回路17の前段に設け、バッテリ11とオルタネータ1に対して直列になるように設けるのが好ましい。
【0064】
この場合は、バッテリ11からのケーブル53をジャンクションボックス52のコネクタ54bに接続する。そして、このコネクタ54bからパターン18aを這わせてパターン18bを介してパターン18に接続し、このパターン18aとパターン18bとの間(18aと18bとは接続されている)に電流センサ20(ホール素子内蔵型の非接触センサが好ましい)を設けるのがよい。
【0065】
また、オルタネータ1からのケーブル16は、コネクタ54aに接続され、このコネクタ54aからパターン18を這わせる。つまり、オルタネータ1の回転に伴って発生する電力は、ケーブル16、コネクタ54a、パターン18、18b、18a、コネクタ54bを介してバッテリ11に送出される。
【0066】
また、コネクタ54、パターン18、過電圧対策回路17、高電圧メインリレー19を介して電圧センサ21側に送出される。
【0067】
すなわち、バッテリコントローラ30のリレータイミングコントローラ回路32によって高電圧メインリレー19が閉路されている間に、オルタネータ1側から電力がバッテリ11に充電された場合は、そのときのバッテリ11の端子電圧が電圧センサ21によって検出され、また電流センサ20によって充電電流が検出される。
【0068】
また、バッテリ11から放電させた場合は、高電圧メインリレー19が閉路されている間は、バッテリ11の端子電圧が電圧センサ21によって検出され、かつ電流センサ20によって放電電流が検出される。
【0069】
このとき過電圧対策回路17は、入力した電力が定格電圧(例えば36V)を越えるような電圧の場合は、増加電圧分を抑制している。
【0070】
前述の電圧センサ21は、抵抗検出型を用いることが多い。電流を常に抵抗に流すことで電圧を検出する。
【0071】
しかし、本実施の形態では、高電圧メインリレー19の後段に、電圧センサ21を設けているから高電圧メインリレー19が閉路されて電圧を検出できることになる。
【0072】
つまり、このような電圧センサ21をバッテリ11に対して並列接続してはいないので、車両が車庫等に入ってイグニッションオフされている場合は、バッテリ11の電流(暗電流ともいう)を電圧センサ21に流さなくともよいので、バッテリ11の電力消費を抑えることになる。
【0073】
<実施の形態4>
図9は本実施の形態4のジャンクションボックスの概略構成図である。図9に示すジャンクションボックス55は、弱電用の過電圧対策回路27を備えたものであるが、この場合においても、実際は図9に示すように、過電圧対策回路17の前段に電流センサ20を設け、バッテリ11とオルタネータ1に対して直列になるように設けるのが好ましい。
【0074】
つまり、バッテリ11からのケーブル53をジャンクションボックス55のコネクタ54bに接続する。そして、このコネクタ54bからパターン18aを這わせてパターン18bを介してパターン18に接続し、このパターン18aとパターン18bとの間(18aと18bとは接続されている)に電流センサ20を設けるのがよい。
【0075】
また、オルタネータ1からのケーブル16は、コネクタ54aに接続され、このコネクタ54aからパターン18を這わせる。つまり、オルタネータ1の回転に伴って発生する電力は、ケーブル16、コネクタ54、パターン18、18b、18a、コネクタ54bを介してバッテリ11に送出され、コネクタ54、パターン18、過電圧対策回路17、高電圧メインリレー19を介して電圧センサ21側に送出されるようにする。
【0076】
なお、上記実施の形態2における過電圧対策回路に代えて、過電流を防止する図5のような回路を設けてもよい。
【0077】
また、上記の電流積算方式は、イグニッションオンで、かつ走行中に500マイクロセック毎に電流センサ20、電流センサ20の電流値を蓄積し、バッテリからの電流の変化が少ないとき又はオルタネータによる回生が発生したときに、この積算電流と満充電容量との差を求め、それを現在の残存容量とする。そして、この残存容量から充電可能量を判断し、充電が可能であれば、オルタネータからの電力を充電させる。
【0078】
すなわち、上記の各実施の形態のコントローラは、前述の電流積算機能と、近似直線を用いる残存容量算出機能とを合わせもつことになる。
【0079】
この残存容量算出機能は、500マイクロセック毎にサンプリングし、それぞれ8個のデータが集まったときに、それぞれ平均化する。そして、この平均化した平均電流データと平均電圧データの組を100個集め、この100個の平均化された電流データ、電圧データに基づき最小二乗法により、電流及び電圧に関する一次式(Y=aX+b)を求める。すなわち、100個のデータの傾向を直線(Y=aX+b)で電流−電圧軸上に定義する。
【0080】
次に、予め定めている仮想電流値(−10A)と直線(Y=aX+b)との交点を求め、この交点から電圧軸への垂線が電圧と交わる点を、現在の残存容量に対応する推定電圧(VSOC)として求める。
【0081】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、本発明の高電圧のバッテリと、該高電圧のバッテリより所定倍低い低電圧のバッテリと、負荷との間に設けられたジャンクションボックス内で、高電圧のバッテリからの第1の電力が負荷又はオルタネータ等の異常で過電圧になると、その過電圧成分を除去すると共に、この高電圧の第1の電力に基づいた低充電電圧及び該低充電電圧とは異なる複数種の低電圧を生成し、低充電電圧は下流に設けられた低電圧のバッテリに印加する。
【0082】
このとき、コントローラによって高電圧が所定以上に高いときは、高電圧の第1の電力の供給を停止したり、低電圧系部の出力電圧に基づいて出力を安定させる。
【0083】
従って、負荷側に、過電圧、過電流保護に対する保護回路が不要になり、かつ安定した電力を負荷側に供給できるという効果が得られている。
【0084】
また、ジャンクションボックス内のバッテリコントローラで、高電圧のバッテリ及び低電圧のバッテリの残存容量を、電流積算方式で求める機能と近似直線を用いて残存容量を機能とを合わせもっているので、高電圧のバッテリと低電圧のバッテリとを混在させた自動車であっても、これらのバッテリに対して間近にあるジャンクションボックス内で両方のバッテリの残存容量を、バッテリの電流、電圧の変化状況に応じて最適な方式を選んで推定できる。
【0085】
例えば、回生が発生したときは、充電可能容量を判断して充電するので、バッテリへのオルタネータの充電制御を効率良くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態1のジャンクションボックスの概略構成図である。
【図2】高電圧用の過電圧対策回路の概略構成図である。
【図3】本実施の形態のDC−DCコンバータのAC出力の使用例を説明する説明図である。
【図4】バッテリコントローラの2系統の残存容量の推定方法を説明する説明図である。
【図5】過電圧対策回路に代わる過電流保護回路の概略構成図である。
【図6】実施の形態2のジャンクションボックスの概略構成図である。
【図7】実施の形態2に用いる弱電用の過電圧対策回路の概略構成図である。
【図8】実施の形態3のジャンクションボックスの概略構成図である。
【図9】実施の形態4のジャンクションボックスの概略構成図である。
【図10】従来の自動車に用いられるジャクションボックスを説明する説明図である。
【符号の説明】
10 ジャンクションボックス
11 高電圧のバッテリ
13 低電圧のバッテリ
14 エンジン
15 ケーブル
16 ケーブル
17 高電圧用の過電圧対策回路
19 高電圧メインリレー
20 電流センサ
21 電圧センサ
28 DC−DCコンバータ
30 バッテリコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intelligent junction box that distributes a plurality of types of power supplies and loads.
[0002]
[Prior art]
In general, in an automobile, a power source (hereinafter referred to as a battery 2) is charged using an alternator 1 as shown in FIG. 10, and the electric power from the
[0003]
Further, the
[0004]
That is, since such a conventional junction box is basically intended for power distribution (power distribution), a protection circuit is provided on the load side for overcurrent protection due to a short circuit or the like.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional junction box is basically power distribution (voltage distribution), there is a problem that a protection circuit for overcurrent protection must be provided on the load side.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to obtain an intelligent junction box having a function of performing stable power distribution and measuring a remaining capacity of a power source without providing a protection circuit or the like on the load side. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventionIn a junction box provided between a high-voltage battery, a low-voltage battery that is predetermined times lower than the high-voltage battery, and a load, high-voltage first power from the high-voltage battery is input. The first power component in the high voltage system unit is removed from an excess component of the first power and the supply of the first power is stopped or transmitted according to the instruction. High voltage system power component detection means for detecting a current value and a first voltage value;A switching element is connected in series to the primary side coil, the first power in the high voltage system unit is input to one of the primary side coils, and the first low side is connected to the secondary side by turning on and off the switching element. A second AC power having a voltage AC power and a second DC voltage lower than the first low voltage are obtained, and the AC power and the second DC power are sent directly to the outside, and the low voltage A converter for obtaining a third low-voltage third DC power for the battery and supplying the third DC power to the batteryGenerated by the low voltage system part and the low voltage system partThe current of the third DC powerWhen the low voltage power component detection means to detect and the first voltage detected by the high voltage system power component detection means indicate an overvoltage, the supply of the first power of the high voltage system section is stopped, and Generated in the low voltage systemThe low voltage of the AC power and the second and third DC powers are set to a low current value.Detect,theseThe gist of the invention is that it includes a controller that controls the low-voltage system unit to stabilize the output.
[0008]
In addition, the controller
in frontMeans for stopping the supply of the first power to the high voltage system section when the first current value detected by the high voltage system component detection means indicates an overcurrent; and the low voltage system When the current value of the third power detected by the power component detection means indicates an overcurrent, the gist is provided with means for keeping the switching element of the converter off.
[0009]
Also,The controller is
Means for inputting the first voltage value and the first current value detected by the high voltage system power component detection means, and collecting the values to estimate the remaining capacity of the high voltage battery by a current integration method; Means for inputting the voltage value and current value of the third power detected by the low voltage system power detection means, and collecting the values to estimate the remaining capacity of the low voltage battery by a current integration method; The gist is to have both.
[0010]
Also,The high voltage battery is charged with a high voltage first power from a car alternator;
The controller is
The charge accumulation status of the high voltage battery is determined from the first voltage value detected by the high voltage system power component detection means, and when the charge accumulation status is determined to be less than or equal to a predetermined value, the alternator The gist is that a means for starting charging of a high-voltage battery is provided.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an intelligent junction box according to the first embodiment.
[0018]
An intelligent junction box 10 (hereinafter referred to as a junction box) shown in FIG. 1 is mounted on a high-voltage vehicle including a high-
[0019]
The
[0020]
That is, the low voltage battery 13 is connected to the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
In addition, the
[0025]
That is, the
[0026]
<Configuration of each part>
The above-described
[0027]
As shown in FIG. 1, the DC-
[0028]
This
[0029]
The direct current 7V is sent to the outside through a
[0030]
The DC-
[0031]
The
[0032]
The high voltage system battery
[0033]
The relay
[0034]
The DC / DC
[0035]
A voltage dividing circuit (not shown) is connected to the pattern 29 for weak voltage sensing. The weak electric battery
[0036]
<Description of operation>
The operation of the
[0037]
The role of the alternator 1 in the power supply system is to supply power consumed by the electric load of the vehicle when the engine is running, and to charge the
[0038]
As the ignition is turned on, the
[0039]
Accordingly, power from the
[0040]
At this time, if an abnormality on the load side or an abnormality occurs in the alternator 1 and a voltage
[0041]
On the other hand, the DC-
[0042]
The DC-
[0043]
For example, it is desirable to use the
[0044]
That is, the
[0045]
Further, the
[0046]
Further, the
[0047]
Further, the
[0048]
In FIG. 4, (a) shows the measuring method of the remaining capacity of the
[0049]
In other words, the remaining battery capacity measurement function is composed of a high voltage battery remaining capacity measurement function and a low voltage battery remaining capacity measurement function. A low voltage battery and a high voltage battery are mixed and used in the vehicle. The remaining capacity of both batteries is estimated at the same time, and 42V from the alternator 1 is charged to the
[0050]
The low-voltage battery remaining capacity measurement function samples the current value of the weak current detected by the
[0051]
Then, a linear expression (Y = aX + b) relating to current and voltage is obtained by the least square method based on the 100 averaged current data and voltage data. That is, the tendency of 100 data is defined by a straight line (Y = aX + b).
[0052]
Next, the intersection of the predetermined virtual current value (−10 A) and the straight line (Y = aX + b) is obtained, and the point where the perpendicular from the intersection to the voltage axis intersects with the voltage is determined as the remaining of the current 12V battery 13. The estimated voltage (VSOC) corresponding to the capacity is obtained.
[0053]
When the estimated voltage (VSOC) is low, the
[0054]
The high-voltage battery remaining capacity measuring function samples the high-voltage current value detected by the
[0055]
Then, a linear expression (Y = aX + b) relating to the current and voltage is obtained by the least square method based on the 100 averaged average current data and the 100 average voltage data.
[0056]
Next, an intersection point between a predetermined virtual current value (−10 A) and a straight line (Y = aX + b) is obtained, and a point at which a perpendicular line from the intersection point to the voltage axis intersects the voltage axis is determined as the
[0057]
When the estimated voltage (VSOC) is low, the
[0058]
Therefore, in the
[0059]
In the above embodiment, the overvoltage countermeasure circuit is configured as shown in FIG. 2. However, as shown in FIG. 5, the thermal FET and FET are connected in parallel, and the voltage difference between these sources is detected. Thus, when an overcurrent tendency is detected (for example, a short circuit) and it is determined that a short circuit occurs, these FETs may be forcibly turned off. In addition, when a short circuit occurs, a large current flows through the thermal FET, and the large current causes high heat to turn off the thermal FET.
[0060]
<
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the junction box according to the second embodiment. A
[0061]
Further, the
[0062]
That is, when the voltage on the battery 13 side and the load side becomes higher than a predetermined voltage due to some abnormality, the
[0063]
<Embodiment 3>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the
[0064]
In this case, the
[0065]
The
[0066]
Further, it is sent to the voltage sensor 21 side via the connector 54, the
[0067]
That is, when the
[0068]
When the
[0069]
At this time, the
[0070]
The voltage sensor 21 is often a resistance detection type. A voltage is detected by always passing a current through a resistor.
[0071]
However, in the present embodiment, since the voltage sensor 21 is provided at the subsequent stage of the high voltage
[0072]
In other words, since such a voltage sensor 21 is not connected in parallel to the
[0073]
<
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a junction box according to the fourth embodiment. Although the
[0074]
That is, the
[0075]
The
[0076]
Instead of the overvoltage countermeasure circuit in the second embodiment, a circuit as shown in FIG. 5 for preventing overcurrent may be provided.
[0077]
In addition, the current integration method described above accumulates the current values of the
[0078]
That is, the controller of each of the above embodiments has both the above-described current integration function and the remaining capacity calculation function using an approximate line.
[0079]
This remaining capacity calculation function samples every 500 microsec, and averages each when 8 data are collected. Then, 100 sets of averaged average current data and average voltage data are collected, and a linear expression (Y = aX + b) relating to current and voltage is obtained by a least square method based on the 100 averaged current data and voltage data. ) That is, the tendency of 100 data is defined on the current-voltage axis by a straight line (Y = aX + b).
[0080]
Next, an intersection between a predetermined virtual current value (−10 A) and a straight line (Y = aX + b) is obtained, and a point where a perpendicular from the intersection to the voltage axis intersects with the voltage is estimated corresponding to the current remaining capacity. Calculated as voltage (VSOC).
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the junction box provided between the high voltage battery of the present invention, the low voltage battery that is a predetermined times lower than the high voltage battery, and the load, the high voltage battery When the first power from the battery becomes an overvoltage due to an abnormality such as a load or an alternator, the overvoltage component is removed, and a low charge voltage based on the first power of the high voltage and a plurality of different from the low charge voltage A low voltage of the seed is generated, and the low charging voltage is applied to a low voltage battery provided downstream.
[0082]
At this time, when the high voltage is higher than a predetermined level by the controller, the supply of the high voltage first power is stopped, or the output is stabilized based on the output voltage of the low voltage system unit.
[0083]
Therefore, a protection circuit for overvoltage and overcurrent protection is not required on the load side, and an effect is obtained that stable power can be supplied to the load side.
[0084]
In addition, the battery controller in the junction box combines the remaining capacity of the high-voltage battery and the low-voltage battery with the function for obtaining the remaining capacity using the current integration method and the function of the remaining capacity using an approximate line. Even in a car with a mixture of batteries and low-voltage batteries, the remaining capacity of both batteries in the junction box close to these batteries is optimized according to the current and voltage changes of the batteries. Can be estimated by selecting the appropriate method.
[0085]
For example, when regeneration occurs, charging is performed by determining the chargeable capacity, so that it is possible to efficiently control charging of the alternator to the battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a junction box according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an overvoltage countermeasure circuit for high voltage.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of use of AC output of the DC-DC converter according to the present embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a method for estimating the remaining capacity of two systems of a battery controller.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an overcurrent protection circuit that replaces an overvoltage countermeasure circuit.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a junction box according to a second embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an overvoltage countermeasure circuit for weak electricity used in the second embodiment.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a junction box according to a third embodiment.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a junction box according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a junction box used in a conventional automobile.
[Explanation of symbols]
10 Junction box
11 High voltage battery
13 Low voltage battery
14 Engine
15 cable
16 cable
17 Overvoltage protection circuit for high voltage
19 High voltage main relay
20 Current sensor
21 Voltage sensor
28 DC-DC converter
30 Battery controller
Claims (4)
前記高電圧系部における前記第1の電力成分である第1の電流値と第1の電圧値とを検出する高電圧系電力成分検出手段と、
一次側コイルにスイッチング素子を直列接続して、前記高電圧系部における前記第1の電力を前記一次側コイルの一方に入力させて、前記スイッチング素子のオンオフによって、二次側に第1の低電圧の交流電力及び該第1の低電圧以下の直流の第2の低電圧の第2の直流電力を得て、この交流電力と第2の直流電力を直接外部に送出すると共に、前記低電圧のバッテリ用の第3の低電圧の第3の直流電力を得て前記バッテリに供給するコンバータを備えた低電圧系部と、
前記低電圧系部で生成された前記第3の直流電力の電流を検出する低電圧電力成分検出手段と、
前記高圧系電力成分検出手段で検出された第1の電圧が過電圧を示しているとき、前記高電圧系部の第1の電力の供給を停止させ、また、前記低電圧系部で生成された交流電力の低電圧と前記第2及び第3の直流電力を低電流の値を検出して、これらの出力を安定させる制御を前記低電圧系部に対して行うコントローラと
を有することを特徴とするインテリジェントジャンクションボックス。In a junction box provided between a high-voltage battery, a low-voltage battery that is predetermined times lower than the high-voltage battery, and a load, high-voltage first power from the high-voltage battery is input. Removing the excess component of the first power, and stopping or sending the first power according to the instruction;
High voltage system power component detection means for detecting a first current value and a first voltage value as the first power component in the high voltage system unit;
A switching element is connected in series to the primary side coil, the first power in the high voltage system unit is input to one of the primary side coils, and the first low side is connected to the secondary side by turning on and off the switching element. A second AC power having a voltage AC power and a second DC voltage lower than the first low voltage are obtained, and the AC power and the second DC power are sent directly to the outside, and the low voltage A low voltage system unit including a converter for obtaining a third low voltage third DC power for the battery and supplying the third DC power to the battery ;
Low voltage power component detection means for detecting a current of the third DC power generated by the low voltage system unit;
When the first voltage detected by the high voltage system power component detecting means indicates an overvoltage, the supply of the first power of the high voltage system unit is stopped, and the first voltage generated by the low voltage system unit is generated. A controller for detecting a low current value of the low voltage of the AC power and the second and third DC powers and controlling the low voltage system unit to stabilize these outputs. Intelligent junction box.
前記高電圧系成分検出手段で検出された第1の電流値が過電流を示したときは、前記高電圧系部に対して前記第1の電力の供給を停止させる手段と、
前記低電圧系電力成分検出手段で検出された前記第3の電力の電流値が、過電流を示すときは、前記コンバータのスイッチング素子をオフに維持する手段と
を有することを特徴とする請求項1記載のインテリジェントジャンクションボックス。The controller is
When the first current value detected in the previous SL high-voltage component detection means has indicated an over current, and means for stopping the supply of the first power to the high voltage system unit,
Means for maintaining the switching element of the converter off when the current value of the third power detected by the low voltage system power component detection means indicates an overcurrent;
The intelligent junction box according to claim 1, further comprising:
前記高電圧系電力成分検出手段で検出された第1の電圧値、第1の電流値を入力し、これらの値を集めて電流積算方式で前記高電圧のバッテリの残存容量を推定する手段と、
前記低電圧系電力検出手段で検出された前記第3の電力の電圧値、電流値を入力し、これらの値を集めて電流積算方式で前記低電圧のバッテリの残存容量を推定する手段と
を合わせ持つことを特徴とする請求項1記載のインテリジェントジャンクションボックス。 The controller is
Means for inputting the first voltage value and the first current value detected by the high voltage system power component detection means, and collecting the values to estimate the remaining capacity of the high voltage battery by a current integration method; ,
Means for inputting a voltage value and a current value of the third power detected by the low voltage system power detection means, and collecting these values to estimate a remaining capacity of the low voltage battery by a current integration method;
The intelligent junction box according to claim 1, further comprising:
前記コントローラは、
前記高電圧系電力成分検出手段で検出された前記第1の電圧値から前記高電圧のバッテリの前記充電蓄積状況を判断し、該充電蓄積状況が所定以下と判定したときは、前記オルタネータから前記高電圧のバッテリに対して充電を開始させる手段を有することを特徴とする請求項1、2又は3記載のインテリジェントジャンクションボックス。 The high voltage battery is charged with a high voltage first power from a car alternator;
The controller is
The charge accumulation status of the high voltage battery is determined from the first voltage value detected by the high voltage system power component detection means, and when the charge accumulation status is determined to be less than or equal to a predetermined value, the alternator 4. An intelligent junction box according to claim 1, further comprising means for starting charging of a high voltage battery .
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