JP4315223B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、電気負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。

従来、内燃機関を搭載した車両が実用化されている。例えば、このような車両においては、図５に示すような電力供給システムが搭載される。図５において、上記車両には、所定の電圧（例えば、約１２Ｖ）の電力を供給するバッテリ１０１が搭載される。バッテリ１０１は、内燃機関から回転トルクを受けて駆動するオルタネータ（発電機）１０２が発電する電力によって充電される。そして、上記車両内には、バッテリ１０１またはオルタネータ１０２から電力供給を受ける複数の電気負荷が接続される。図５においては、電気負荷の一例として、ＥＣＵ１０３および複数のアクチュエータ１０４（図５においては、代表として３つのアクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃを図示している）が記載されている。なお、アクチュエータ１０４ａおよび１０４ｂは、それぞれＥＣＵ１０３によって動作制御される。

また、上記車両内に異なる電圧の電力をそれぞれ供給する２つのバッテリが搭載された電力供給システムも開発されている（例えば、特許文献１参照）。当該電力供給システムにおいては、一方のバッテリの出力電圧が低下したことが検出されると、ＤＣ−ＤＣコンバータによって他方のバッテリの出力電圧を当該一方の出力電圧まで昇圧または降圧して電力供給している。
特開２００２−１７１６９１号公報

しかしながら、バッテリ１０１を充電するためには、バッテリ１０１の電圧（例えば、約１２Ｖ）より高い発電電圧（例えば、約１４Ｖ）でオルタネータ１０２が発電することが必要となる。したがって、バッテリ１０１またはオルタネータ１０２から各電気負荷に電力供給される電力供給ラインから電力供給を受ける電気負荷についても上記発電電圧が印加されるため、電気負荷それぞれが上記発電電圧で電力消費することになる。

ここで、一般的に上記電力供給ラインに接続される電気負荷の定格電圧はバッテリ電圧であり、定格電圧を印加することによって各電気負荷の所定の機能で動作することができる。しかしながら、上記電力供給ラインに接続される各電気負荷に供給される電圧が定格電圧以上となるために、当該各電気負荷における消費電力が大きくなる。さらに、これらの消費電力に応じて、オルタネータ１０２の発電負荷も大きくなって、当該電力供給システムが搭載された車両の燃費が悪化する。

上記特許文献１で開示された電力供給システムにおいても、異なる電圧の２つのバッテリをそれぞれ充電するためには、同様にバッテリ電圧より高い電圧を供給しなければならない。したがって、当該電力供給システムにおける各電気負荷においてもバッテリ電圧よりも高い電圧が印加されることになり、同様に各電気負荷における消費電力が大きくなる。当然ながら、これらの消費電力に応じて、当該電力供給システム内に設けられた発電機の発電負荷も大きくなる。

それ故に、本発明の目的は、バッテリなどから電気負荷に電力を供給するシステムにおいて、電気負荷の消費電力を抑制しながら、バッテリの充電性を確保する電力供給システムを提供することである。

上述したような目的を達成するために、本発明は、以下に示すような特徴を有している。
第１の発明は、移動体に搭載されたアクチュエータを含む電気負荷に対して電力を供給する電力供給システムである。電力供給システムは、発電機、変圧回路、およびバッテリを備える。発電機は、第１電圧の電力を発電する。変圧回路は、第１電圧の電力を第２電圧まで昇圧する。バッテリは、変圧回路を介して発電機と接続され、変圧回路で昇圧した第２電圧の電力を蓄電する。そして、変圧回路を介して発電機側にアクチュエータの少なくとも１つが接続されて、当該アクチュエータに第１電圧の電力が給電される。また、電気負荷は、制御装置を含む。制御装置は、移動体の移動機能を制御する。そして、変圧回路を介してバッテリ側に制御装置が接続される。また、アクチュエータは、被制御アクチュエータを含む。被制御アクチュエータは、制御装置にその駆動が制御される。そして、変圧回路を介して発電機側に被制御アクチュエータが接続される。

第２の発明は、上記第１または第２の発明において、変圧回路は、発電機側からバッテリ側へおよびバッテリ側から発電機側へ双方向給電可能に構成される。電力供給システムは、変圧回路制御部を、さらに備える。変圧回路制御部は、移動体の状態に応じて、変圧回路の給電方向および給電電圧を制御する。

第３の発明は、上記第２の発明において、変圧回路制御部は、発電機側からバッテリ側へ給電する場合、変圧回路を制御して第１電圧の電力を第２電圧まで昇圧してバッテリ側へ給電する。変圧回路制御部は、バッテリ側から発電機側へ給電する場合、変圧回路を制御してバッテリの出力電圧の電力を第１電圧に降圧して発電機側へ給電する。

第４の発明は、上記第２の発明において、変圧回路制御部は、発電機側からバッテリ側へ給電する場合、変圧回路を制御して第１電圧の電力を第２電圧まで昇圧してバッテリ側へ給電する。変圧回路制御部は、バッテリ側から発電機側へ給電する場合、変圧回路を制御してバッテリの出力電圧の電力をそのまま発電機側へ給電する。

第５の発明は、上記第３または第４の発明において、変圧回路制御部は、移動体がエンジン作動状態である場合、変圧回路を制御して発電機側からバッテリ側へ給電する。変圧回路制御部は、移動体がエンジン停止状態である場合、変圧回路を制御してバッテリ側から発電機側へ給電する。

第６の発明は、上記第１の発明において、バッテリは、鉛蓄電池である。

上記第１の発明によれば、発電機の第１電圧の電力を変圧回路で昇圧した第２電圧の電力でバッテリが充電されると同時に、発電機からアクチュエータへの給電が当該第１電圧の電力で行われることになる。つまり、発電機の発電電圧は、バッテリの充電電圧より低く設定することが可能となり、当該発電電圧をアクチュエータの定格電圧に合わせることができる。したがって、バッテリへの充電性を確保しながら電気負荷へ最適な電圧を印加することが可能となり、当該電気負荷の消費電力を抑制して車両の燃費を向上させることができる。

また、上記第１の発明によれば、変圧回路を境界として発電機側にアクチュエータが接続され、バッテリ側に制御装置が接続されている。このように、制御装置の電力供給経路とアクチュエータの電力供給経路とを分離することによって、アクチュエータの作動に伴う電圧降下の影響が制御装置に与えることを抑制することができる。また、発電機とバッテリとの間に変圧回路（例えばＤＣ−ＤＣコンバータ）が挿入されているため、発電機が発電した電力をバッテリ側に給電する際の電圧変動が抑制される。したがって、バッテリ側から電力供給を受ける制御装置に給電される電力の電圧も安定するため、電力供給の電圧変動を考慮することが不要となって各制御装置における電源回路設計に貢献することができる。

また、上記第１の発明によれば、アクチュエータと当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置との電力供給経路が分離される。したがって、制御装置が制御するアクチュエータの駆動による電圧降下が当該制御装置へ影響することがないため、自身の駆動開始制御によって自身がリセットされことを防止することができる。これによって、システム全体の機能不全を防止することができ、システム全体を安定させることができる。

上記第２の発明によれば、発電機が未発電状態であるとき、バッテリから各電気負荷へ電力供給することができる。また、バッテリと発電機との間に変圧回路（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ）が挿入されているため、バッテリへの充電電圧を任意に制御することが可能となる。したがって、変圧回路の制御動作を調整することによって、様々な蓄電装置を充電するシステムを構築することが可能となる。

上記第３の発明によれば、発電機が発電していない状態であるとき、バッテリの出力電圧を適切な電圧（例えば、電気負荷の定格電圧）まで降圧してアクチュエータ等の電気負荷へ電力供給することができる。

上記第４の発明によれば、バッテリの出力電圧とアクチュエータ等の電気負荷の定格電圧とが整合している場合、発電機が発電していない状態であるときにバッテリの電力をそのままの電圧で電気負荷へ電力供給することができる。

上記第５の発明によれば、移動体のエンジン作動／停止状態に応じて、適切な電力供給を行うことができる。

上記第６の発明によれば、一般的な鉛蓄電池をバッテリとしたシステムを構築することができる。

以下、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る電力供給システムについて説明する。典型的には、当該電力供給システムは、内燃機関を搭載した車両に設置される。なお、図１は、電力供給システムの一部の構成の一例を示す概略構成図である。

図１において、当該電力供給システムは、所定の電圧の電力を供給するバッテリ１が搭載される。バッテリ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を介してオルタネータ（発電機）３と接続され、オルタネータ３が発電する電力によって充電される。また、バッテリ１またはオルタネータ３からの電力は、車両に設けられた各電気負荷に供給される。図１においては、車両に設けられた電気負荷の一例として、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）４ａ、複数のアクチュエータ５（図１においては、代表として３つのアクチュエータ５ａ〜５ｃを図示している）、および制御部６ａが記載されている。

例えば、アクチュエータ５ａ〜５ｃは、電動パワーステアリング装置やブレーキアクチュエータ等の車両の走行機能や居住性を補助する駆動系装置を含んでいる。そして、アクチュエータ５ａ〜５ｃは、後述する低電位ラインＬＬに接続されて電力供給を受ける電気負荷である。また、アクチュエータ５ａおよび５ｂは、それぞれＥＣＵ４ａによって動作制御される被制御アクチュエータである。一方、アクチュエータ５ｃは、ＥＣＵ４ａとは独立して動作する。

バッテリ１は、オルタネータ３が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を車両の各電気負荷に供給する蓄電装置である。バッテリ１は、例えば約１２Ｖを定格電圧とする鉛蓄電池が用いられるが、他の二次電池（例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池）が用いられてもかまわない。そして、バッテリ１の正極端子には、電力供給ライン（以下、高電位ラインＨＬと記載する）が接続されている。

オルタネータ３は、内燃機関から回転トルクを受けて駆動し、所定の発電電圧に調整された電力を発電する。例えば、オルタネータ３は、発電した交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータが内蔵されており、所定の電圧に調整された直流電力を生成する。そして、オルタネータ３の正極端子（Ｂ（バッテリ）端子）には、電力供給ライン（以下、低電位ラインＬＬと記載する）が接続されている。なお、オルタネータ３の発電電圧は、低電位ラインＬＬに接続された電気負荷（例えば、アクチュエータ５ａ〜５ｃ）がそれぞれ所定の機能で動作することができる定格電圧と整合させて設定する。例えば、各電気負荷の定格電圧が１２Ｖである場合、オルタネータ３の発電電圧も１２Ｖで設定される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、一方から供給された直流電源の電圧を昇圧または降圧して他方へ出力する双方向給電可能な変圧回路を構成しており、バッテリ１およびオルタネータ３間の給電を制御する。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、シリーズ方式やスイッチング方式のコンバータが用いられる。以下、図２を用いて、スイッチング方式で構成された同期整流型のＤＣ−ＤＣコンバータ２について説明する。なお、図２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の一例を示す内部構成図である。

図２において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、バッテリ１の正極端子（高電位ラインＨＬ）とオルタネータ３の正極端子（低電位ラインＬＬ）とを接続している。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、オルタネータ３の発電電圧をバッテリ１の充電電圧まで昇圧またはバッテリ１から電力供給する際にバッテリ１の出力電圧を各電気負荷への供給電圧まで降圧する制御を行う。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、高電位ラインＨＬと低電位ラインＬＬと間を接続する電力供給ライン上に、第１スイッチング素子２１およびコイル２３を備えている。第１スイッチング素子２１は、双方向素子であり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳ電界効果トランジスタ）で構成される。第１スイッチング素子２１は、上記電力供給ライン上において、ソースをバッテリ１側にしドレインをオルタネータ３側にして挿入される。そして、第１スイッチング素子２１とコイル２３との間の電力供給ラインは、第２スイッチング素子２２を介して接地される。第２スイッチング素子２２は、ドレインを電力供給ライン側にしソースを接地して挿入される。

第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２それぞれのゲートに印加される出力電圧は、図示しないドライバによって制御される。当該ドライバは、制御部６ａ（図１参照）によって制御され、制御部６ａから出力される駆動信号Ｓ１およびＳ２に応じて、第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２を断続する。そして、制御部６ａは、第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２を異なるタイミングで所定周波数の断続を行うことによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を昇圧動作または降圧動作させる。なお、具体的な断続動作については既知であるため、詳細な説明を省略する。

制御部６ａは、オルタネータ３からバッテリ１へ電力供給してバッテリ１を充電する場合（以下、充電モードと記載することがある）、昇圧動作をＤＣ−ＤＣコンバータ２に行わせる。具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、オルタネータ３が発電する発電電圧をバッテリ１が充電可能となる充電電圧まで昇圧して、オルタネータ３からバッテリ１へ給電する。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、オルタネータ３の発電電圧が１２Ｖであり、バッテリ１の出力電圧が１２Ｖである場合、オルタネータ３の発電電圧を当該出力電圧より高い約１４Ｖ（充電電圧）まで昇圧して、オルタネータ３からバッテリ１へ給電する。

また、制御部６ａは、バッテリ１から低電位ラインＬＬに接続された各電気負荷へ電力供給する場合（以下、電力供給モードと記載することがある）、降圧動作をＤＣ−ＤＣコンバータ２に行わせる。具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、バッテリ１の出力電圧を各電気負荷の定格電圧まで降圧して、バッテリ１から各電気負荷へ給電する。なお、低電位ラインＬＬに接続された各電気負荷の定格電圧とバッテリ１の出力電圧とが同等である場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は降圧動作を行わずに（すなわち、バッテリ１の出力電圧のまま）バッテリ１から各電気負荷へ給電してもよい。

図１に戻り、ＥＣＵ４ａは、その内部にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）４１ａを備えている。ＣＰＵ４１ａが作動するための電力は、高電位ラインＨＬから供給される。つまり、ＣＰＵ４１ａは、高電位ラインＨＬを介してバッテリ１の正極端子と接続されている。また、ＣＰＵ４１ａは、アクチュエータ５ａおよび５ｂへの電力供給を制御している。具体的には、低電位ラインＬＬからアクチュエータ５ａおよび５ｂへの経路をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、アクチュエータ５ａおよび５ｂへの電力供給を制御している。

制御部６ａは、一般的なマイクロコンピュータ等で構成される。制御部６ａは、入力されるキーポジション信号ＫＳやエンジン状態データＥＤに基づいて駆動信号Ｓ１およびＳ２を生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作制御を行う。制御部６ａが作動するための電力は、高電位ラインＨＬから供給される。つまり、制御部６ａは、高電位ラインＨＬを介してバッテリ１の正極端子と接続されている。

次に、図３を参照して、制御部６ａによって制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作について説明する。なお、図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作の一例を示すフローチャートである。

図３において、当該電力供給システムが搭載された車両のドライバが、当該車両のキーをＯＦＦポジションから他のキーポジションへ移動させる（ステップＳ５１）。このドライバのキー操作によって、バッテリ１から高電位ラインＨＬへの電力供給が開始される。なお、ＣＰＵ４１ａおよび制御部６ａは、車両のキーポジションがどのようなポジションであってもバッテリ１から常時電力供給されてもかまわない。また、車両のキーポジションがＯＦＦポジションから他のキーポジションに移動したことに応じて、バッテリ１からＣＰＵ４１ａおよび制御部６ａへ給電開始されてもかまわない。

次に、制御部６ａは、車両のキーポジションがＯＦＦポジションから他のキーポジションへ移動したことを検出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を電力供給モードで動作させる（ステップＳ５２）。例えば、制御部６ａは、車両のイグニッションスイッチからそのキーポジションを示すキーポジション信号ＫＳを取得し、当該イグニッションスイッチのキーポジションがＯＦＦポジション以外のＡＣＣ（アクセサリ）ポジションやＩＧ（イグニッション）ポジション等であることを検出する。そして、制御部６ａは、降圧動作をＤＣ−ＤＣコンバータ２に行わせ、バッテリ１から各電気負荷へ給電を行う。このＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作によって、バッテリ１の出力電圧を各電気負荷の定格電圧まで降圧した電力が、低電位ラインＬＬを介して各電気負荷（例えばアクチュエータ５ａ〜５ｃ）に給電される。つまり、車両のキーポジションがＡＣＣポジションやエンジンが作動していないＩＧポジション等である場合、バッテリ１から各電気負荷への給電が行われることになる。

次に、制御部６ａは、車両がエンジン作動状態であるか否かを判断する（ステップＳ５３）。例えば、制御部６ａは、車両から得られるキーポジション信号ＫＳやエンジン状態データＥＤ（例えば、エンジン回転数を示すデータ、カムポジションやクランクポジションを示すデータ）を参照して、車両のエンジンが作動状態であるか否かを判断する。そして、制御部６ａは、エンジン作動状態である場合、次のステップＳ５４に処理を進める。一方、制御部６ａは、エンジン停止状態である場合、次のステップＳ５６に処理を進める。

ステップＳ５４において、制御部６ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を充電モードで動作させる。例えば、制御部６ａは、昇圧動作をＤＣ−ＤＣコンバータ２に行わせ、オルタネータ３からバッテリ１へ給電する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作によって、オルタネータ３が発電する発電電圧（例えば、約１２Ｖ）をバッテリ１が充電可能となる充電電圧（例えば、約１４Ｖ）まで昇圧した電力が、バッテリ１に給電されて充電される。一方、オルタネータ３が発電する発電電圧の電力は、低電位ラインＬＬを介して各電気負荷（例えばアクチュエータ５ａ〜５ｃ）にも給電される。つまり、車両がエンジン作動状態である場合、オルタネータ３の発電電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２で昇圧した充電電圧でバッテリ１が充電されると同時に、オルタネータ３から各電気負荷への給電が当該発電電圧で行われることになる。そして、高電位ラインＨＬに充電電圧の電力が供給されるため、当該高電位ラインＨＬから電力供給を受ける電気負荷（ＣＰＵ４１ａや制御部６ａ）にも充電電圧（例えば、約１４Ｖ）の電力が給電される。

次に、制御部６ａは、車両がエンジン停止状態であるか否かを判断する（ステップＳ５５）。例えば、制御部６ａは、車両から得られるキーポジション信号ＫＳやエンジン状態データＥＤを参照して、車両のエンジンが停止状態であるか否かを判断する。そして、制御部６ａは、エンジン停止状態である場合、次のステップＳ５６に処理を進める。一方、制御部６ａは、エンジン作動状態である場合、上記ステップＳ５４に戻って処理を繰り返す。

ステップＳ５６において、制御部６ａは、車両のキーポジションがＯＦＦポジションであるか否かを判断する。例えば、制御部６ａは、車両から得られるキーポジション信号ＫＳを参照して、車両のキーポジションがＯＦＦポジションであるか否かを判断する。そして、制御部６ａは、車両のキーポジションがＯＦＦポジションである場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作を停止させて（ステップＳ５７）、当該フローチャートによる処理を終了する。一方、制御部６ａは、車両のキーポジションがＯＦＦポジションではない場合、上記ステップＳ５２に戻って処理を繰り返す。

このように、当該実施形態に係る電力供給システムによれば、車両がエンジン作動状態である場合、オルタネータ３の発電電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２で昇圧した充電電圧でバッテリ１が充電されると同時に、オルタネータ３から各電気負荷への給電が当該発電電圧で行われることになる。つまり、オルタネータ３の発電電圧は、バッテリ１の充電電圧より低く設定することが可能となり、当該発電電圧を各電気負荷の定格電圧に合わせることができる。したがって、当該電力供給システムでは、バッテリ１への充電性を確保しながら電気負荷へ最適な電圧を印加することが可能となり、当該電気負荷の消費電力を抑制して車両の燃費を向上させる。

また、当該実施形態に係る電力供給システムによれば、バッテリ１とオルタネータ３との間にＤＣ−ＤＣコンバータ２が挿入されているため、バッテリ１への充電電圧を任意に制御することが可能となる。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の昇圧動作を調整することによって、様々な蓄電装置を充電する電力供給システムを構築することが可能となる。例えば、今後開発される新型の蓄電装置を車両に搭載する場合であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の制御動作を調整することにより当該電力供給システムに組み込むことができる。

また、当該実施形態に係る電力供給システムによれば、オルタネータ３と高電位ラインＨＬとの間にＤＣ−ＤＣコンバータ２が挿入されているため、オルタネータ３が発電した電力を高電位ラインＨＬに給電する際の電圧変動が抑制される。したがって、高電位ラインＨＬから電力供給を受けるＣＰＵ４１や制御部６に給電される電力の電圧も安定するため、電力供給の電圧変動を考慮することが不要となって各制御系装置における電源回路設計に貢献することができる。

また、当該実施形態に係る電力供給システムによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を境界として低電位ラインＬＬと高電位ラインＨＬとが形成されている。そして、低電位ラインＬＬには駆動系装置（アクチュエータ５ａ〜５ｃ）が接続され、高電位ラインＨＬには制御系装置（ＣＰＵ４１ａおよび制御部６ａ）が接続されている。このように、制御系装置の電力供給経路と駆動系装置の電力供給経路とを分離することによって、駆動系装置の作動に伴う電圧降下の影響が制御系装置に与えることを抑制することができる。例えば、制御系装置と駆動系装置の電力供給経路が同じ系統である場合、当該駆動系装置に含まれるアクチュエータが駆動することによって当該電力供給経路における電力低下が生じて、制御系装置に供給される電力の電圧も低下することがある。そして、上記電力供給経路の電圧が制御系装置の作動が保証されている電圧より低下すると、当該制御系装置の作動がリセットされることがあり、システム全体の機能不全が発生する。当該実施形態に係る電力供給システムでは、このような制御系装置への電圧降下の影響を抑制することができるため、システム全体を安定させることができる。

しかしながら、制御系装置に対する電力供給の電圧変動や駆動系装置の作動に伴う電圧降下の影響を抑制する効果を期待しない場合、駆動系装置と制御系装置とを同系統の電力供給経路に接続してもかまわない。以下、図４を参照して、駆動系装置と制御系装置とが同系統の電力供給経路に接続された電力供給システムについて説明する。なお、図４は、駆動系装置と制御系装置とが同系統の電力供給経路に接続された電力供給システムの一部の構成の一例を示す概略構成図である。

図４において、当該電力供給システムでは、制御系装置（ＣＰＵ４１ｂおよび制御部６ｂ）を含め車両に設けられた各電気負荷がそれぞれ低電位ラインＬＬに接続されて電力供給を受ける。具体的には、当該電力供給システムでは、図１を用いて説明した電力供給システムと同様に、所定の電圧の電力を供給するバッテリ１が搭載される。バッテリ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を介してオルタネータ３と接続され、オルタネータ３が発電する電力によって充電される。そして、オルタネータ３の正極端子には低電位ラインＬＬが接続され、当該低電位ラインＬＬにＥＣＵ４ｂ、アクチュエータ５ａ〜５ｃ、および制御部６ｂが接続されている。なお、当該電力供給システムは、制御系装置が低電位ラインＬＬから電力供給を受けることが異なり、他の構成要素は図１を用いて説明した電力供給システムと同様である。以下の説明においては、同様の構成要素については同一の参照符号を付して、詳細な説明を省略する。

ＥＣＵ４ｂは、その内部にＣＰＵ４１ｂを備えている。そして、ＣＰＵ４１ｂが作動するための電力は、他のアクチュエータ５ａ〜５ｃ等と同様に低電位ラインＬＬから供給される。つまり、ＣＰＵ４１ｂも、低電位ラインＬＬを介してオルタネータ３の正極端子と接続されている。また、ＣＰＵ４１ｂは、アクチュエータ５ａおよび５ｂへの電力供給を制御している。具体的には、低電位ラインＬＬからアクチュエータ５ａおよび５ｂへの経路をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、アクチュエータ５ａおよび５ｂへの電力供給を制御している。

制御部６ｂは、制御部６ａと同様に一般的なマイクロコンピュータ等で構成される。制御部６ｂは、入力されるキーポジション信号ＫＳやエンジン状態データＥＤに基づいて駆動信号Ｓ１およびＳ２を生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作制御を行う。制御部６ｂが作動するための電力は、低電位ラインＬＬから供給される。つまり、制御部６ｂも、他の電気負荷と同様に低電位ラインＬＬを介してオルタネータ３の正極端子と接続されている。なお、制御部６ｂがＤＣ−ＤＣコンバータ２を制御する動作は、上述した制御部６ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。

このように、駆動系装置と制御系装置とを同系統の電力供給経路に接続して給電する電力供給システムであっても、エンジン作動状態である場合、オルタネータ３の発電電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２で昇圧した充電電圧でバッテリ１が充電されると同時に、オルタネータ３から制御系装置を含む各電気負荷への給電が当該発電電圧で行われることになる。つまり、オルタネータ３の発電電圧は、バッテリ１の充電電圧より低く設定することが可能となり、当該発電電圧を各電気負荷の定格電圧に合わせることができる。したがって、当該電力供給システムでは、バッテリ１への充電性を確保しながら電気負荷へ最適な電圧を印加することが可能となり、当該電気負荷の消費電力を抑制して車両の燃費を向上させる。

なお、図１を用いて説明した電力供給システムでは、高電位ラインＨＬに駆動系装置の電気負荷を接続して給電してもかまわない。例えば、エンジン始動前後に駆動する定格電流の大きなアクチュエータ（例えば、エンジン始動時に起動するスタータ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の耐電流性を考慮するとＤＣ−ＤＣコンバータ２を通過しない電力供給ラインに接続される方が好ましいことがある。また、一般的に、このようなアクチュエータは、同じ高電位ラインＨＬから電力供給を受ける制御系装置（ＣＰＵ４１ａ、制御部６ａ）とは独立して駆動し、当該駆動する期間がエンジン始動直前および直後である。つまり、当該アクチュエータの駆動は、上記制御系装置がエンジン始動後に開始する各種制御に影響を与えることはない。したがって、高電位ラインＨＬにスタータ等の電気負荷を接続しても、制御系装置の電力供給経路と他の駆動系装置の電力供給経路とを分離することによる効果を享受することができる。

また、上述した説明では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を制御する動作を制御部６が行ったが、車両に搭載された他の制御部がＤＣ−ＤＣコンバータ２を制御してもかまわない。また、上述した説明では、ＥＣＵ４（ＣＰＵ４１）および制御部６を一例とする複数の制御部がそれぞれ動作する一例を示したが、他の態様によって動作してもかまわない。例えば、ＥＣＵ４（ＣＰＵ４１）が、上述した制御部６の動作を行ってもかまわない。また、制御部６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の内部に設けてもいいし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の外部に設けてもいい。

また、上述した各電圧等は、単なる一例に過ぎず他の電圧であっても、本発明を実現できることは言うまでもない。上述した説明では、定格電圧１２Ｖの電力供給を想定して、バッテリ１の出力電圧を約１２Ｖ、バッテリ１の充電電圧を約１４Ｖ、オルタネータ３の発電電圧を約１２Ｖとした。例えば、大型車等で用いられている定格電圧２４Ｖの電力供給を想定する場合は、バッテリ１の出力電圧を約２４Ｖ、バッテリ１の充電電圧を約２８Ｖ、オルタネータ３の発電電圧を約２４Ｖとしてもよい。このように、電気負荷の定格電圧と発電機の発電電圧とを整合させ、ＤＣ−ＤＣコンバータで当該発電電圧を蓄電装置の充電電圧まで昇圧すれば、どのような電圧の組み合わせであっても適用可能であることは言うまでもない。

また、上述した説明では、電力供給システムが車両に設置される一例を用いたが、発電機と蓄電装置とが搭載された他の移動体に用いられてもかまわない。例えば、本発明の電力供給システムは、乗用車、大型車、二輪車等の車両の他に、飛行機や船舶等の様々な移動体に設置することが可能である。

以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。

本発明に係る電力供給システムは、バッテリの充電性を確保しながら電気負荷の消費電力を抑制することができ、蓄電装置および発電機が搭載される電力供給システム等に適用できる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの一部の構成の一例を示す概略構成図 図１のＤＣ−ＤＣコンバータ２の一例を示す内部構成図 図１のＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作の一例を示すフローチャート 駆動系装置と制御系装置とが同系統の電力供給経路に接続された電力供給システムの一部の構成の一例を示す概略構成図 従来の電力供給システムの一部の構成の一例を示す概略構成図

符号の説明

１…バッテリ
２…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１…第１スイッチング素子
２２…コイル
２３…第２スイッチング素子
３…オルタネータ
４…ＥＣＵ
４１…ＣＰＵ
５…アクチュエータ
６…制御部

Claims (6)

1. 移動体に搭載されたアクチュエータを含む電気負荷に対して電力を供給する電力供給システムであって、
   第１電圧の電力を発電する発電機と、
   前記第１電圧の電力を第２電圧まで昇圧する変圧回路と、
   前記変圧回路を介して前記発電機と接続され、前記変圧回路で昇圧した前記第２電圧の電力を蓄電するバッテリとを備え、
   前記変圧回路を介して前記発電機側に前記アクチュエータの少なくとも１つが接続されて、当該アクチュエータに前記第１電圧の電力が給電され、
   前記電気負荷は、前記移動体の移動機能を制御する制御装置を含み、
   前記変圧回路を介して前記バッテリ側に前記制御装置が接続され、
   前記アクチュエータは、前記制御装置にその駆動が制御される被制御アクチュエータを含み、
   前記変圧回路を介して前記発電機側に前記被制御アクチュエータが接続される、電力供給システム。
2. 前記変圧回路は、前記発電機側から前記バッテリ側へおよび前記バッテリ側から前記発電機側へ双方向給電可能に構成され、
   前記移動体の状態に応じて、前記変圧回路の給電方向および給電電圧を制御する変圧回路制御部を、さらに備える、請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記変圧回路制御部は、前記発電機側から前記バッテリ側へ給電する場合、前記変圧回路を制御して前記第１電圧の電力を前記第２電圧まで昇圧して前記バッテリ側へ給電し、
   前記変圧回路制御部は、前記バッテリ側から前記発電機側へ給電する場合、前記変圧回路を制御して前記バッテリの出力電圧の電力を前記第１電圧に降圧して前記発電機側へ給電する、請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記変圧回路制御部は、前記発電機側から前記バッテリ側へ給電する場合、前記変圧回路を制御して前記第１電圧の電力を前記第２電圧まで昇圧して前記バッテリ側へ給電し、
   前記変圧回路制御部は、前記バッテリ側から前記発電機側へ給電する場合、前記変圧回路を制御して前記バッテリの出力電圧の電力をそのまま前記発電機側へ給電する、請求項２に記載の電力供給システム。
5. 前記変圧回路制御部は、前記移動体がエンジン作動状態である場合、前記変圧回路を制御して前記発電機側から前記バッテリ側へ給電し、
   前記変圧回路制御部は、前記移動体がエンジン停止状態である場合、前記変圧回路を制御して前記バッテリ側から前記発電機側へ給電する、請求項３または４に記載の電力供給システム。
6. 前記バッテリは、鉛蓄電池である、請求項１に記載の電力供給システム。

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