JP4984069B2

JP4984069B2 - 車両用電源装置

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Publication number: JP4984069B2
Application number: JP2007262166A
Authority: JP
Inventors: 博義伊東
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: US9048690B2; CN102017359A; CN102017359B; US20100229017A1; WO2009044921A1; JP2009095116A; EP2195903B1; EP2195903A1

Description

本発明は車両用電源装置に関し、より詳しくは、アクチュエータ等の大電力負荷及びそれを制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置に関する。

従来の車両用電源装置としては、例えば、特許文献１に係るものが提案されている。特許文献１に記載の車両用電源装置は、大電力を消費する大電力負荷及び小電力を消費する小電力負荷の双方に電力を供給する電源装置である。この車両用電源装置は、車載電源と、車載電源から母線を介して大電力負荷に電力を供給する第１分配線と、車載電源から母線を介して小電力負荷に電力を供給する第２分配線とを備えている。大電力負荷と小電力負荷は、第１分配線と第２分配線によって並列に相互接続されている。

また、この車両用電源装置は、バックアップ用電源と電圧制御用トランジスタを備えている。この電源装置においては、大電力負荷の電力消費によって車載電源の電圧が瞬間的に低下しても、バックアップ用電源と電圧制御用トランジスタの動作により、第１分配線、母線、及び第２分配線の電圧低下の程度を抑えることができる。
特開２００６−１１６０２号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在した。すなわち、大電力負荷の電力消費がかなり大きい場合、第１分配線、母線、及び第２分配線の電圧が同時に低下する。このため、大電力負荷がアクチュエータであり、小電力負荷がアクチュエータを制御するＣＰＵである場合、ＣＰＵはアクチュエータを制御できなくなる恐れがあった。

また、上記従来技術では、第１分配線及び第２分配線の電圧低下を抑制するために、上記の如く電圧制御トランジスタと、大容量のバックアップ用電源が必要であった。これは、装置の大型化を招くことになっていた。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、アクチュエータ等の大電力負荷及びそれを制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置において、大電力負荷の電力消費によって車載電源の電圧が瞬間的に低下しても、ＣＰＵへ供給される電圧の低下を防止することができ、かつ、補助電源を小容量化して電源装置の小型化を可能にする車両用電源装置の提供を目的とする。

本発明に係る車両用電源装置は、
電力負荷及び当該電力負荷を制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置であって、
車載電源と、
上記車載電源から母線を介して上記電力負荷に電力を供給する第１分配線と、
上記車載電源から上記母線を介して上記ＣＰＵに電力を供給する第２分配線と、
上記第２分配線に接続され、上記母線の電圧が低下したときに上記ＣＰＵに電力を供給する補助電源と、
上記補助電源に蓄積された電荷が上記母線へ流れるのを防止する逆流防止部と、
上記第１分配線又は上記母線の電圧を検知する電圧検知部をさらに備え、
上記第１分配線又は上記母線の電圧低下が検知されたとき、上記ＣＰＵは、上記第１分配線または上記母線の検知電圧が上記電力負荷を駆動するのに必要最低限とされる必要電圧未満であるかどうかを判断し、当該検知電圧が上記必要電圧未満である場合は上記電力負荷に対して停止指示を出し、当該検知電圧が上記必要電圧以上である場合には動作に支障をきたさずに上記電力負荷が作動するように当該電力負荷に対する作動指示を補正することを特徴とする。

本発明は、補助電源に蓄積された電荷が母線へ流れるのを防止する逆流防止部を備えている。従って、アクチュエータ等の大電力負荷及びそれを制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置において、大電力負荷の大電力消費によって車載電源の電圧が瞬間的に低下したとき、補助電源に蓄積された電荷は全てＣＰＵへ供給され、大電力負荷へは供給されない。よって、本発明は、大電力負荷の大電力消費によって車載電源の電圧が瞬間的に低下したときでも、ＣＰＵへ供給される電圧の低下を防止することができる。また、補助電源はＣＰＵに電力供給するものであるため、補助電源を小容量化して電源装置を小型化することができる。
また、第１分配線又は母線の電圧低下が検知されたとき、ＣＰＵは低下した電圧に応じて電力負荷の制御を変更する。よって、第１分配線又は母線の電圧が低下しても、ＣＰＵは電力負荷の動作を適切に制御することができ、電力負荷の動作に支障をきたさない。

本発明においては、
複数の上記ＣＰＵが並列に設けられ、
上記補助電源は、上記ＣＰＵ毎に設けられた個別補助電源であり、
各上記個別補助電源は、対応する上記ＣＰＵに電力を供給することが好ましい。

補助電源をＣＰＵ毎に設けることにより、各ＣＰＵが必要とする電力を対応する補助電源が適切に賄うことができる。

本発明においては、
複数の上記ＣＰＵが並列に設けられ、
上記補助電源は、各上記ＣＰＵに総括的に対応する総括補助電源であり、
上記総括補助電源は、各上記ＣＰＵに電力を供給することが好ましい。

この構成によれば、各ＣＰＵが必要とする電力をまとめて１つの補助電源が賄うことができる。また、ＣＰＵ毎に個別に補助電源を設ける必要がないので、部品点数及び製造工程を削減することができ、製造コストの低減も可能となる。

本発明においては、
複数の上記ＣＰＵが並列に設けられ、
上記補助電源は、上記ＣＰＵ毎に設けられた個別補助電源と、各上記ＣＰＵに総括的に対応する総括補助電源とを含み、
各上記個別補助電源は、対応する上記ＣＰＵに電力を供給し、
上記総括補助電源は、各上記ＣＰＵに電力を供給することが好ましい。

この構成によれば、個別補助電源で電力を充分に賄えないときであっても、総括補助電源でその不足分を補うことができる。

本発明によれば、アクチュエータ等の大電力負荷及びそれを制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置において、大電力負荷の大電力消費によって車載電源の電圧が瞬間的に低下しても、ＣＰＵへ供給される電圧の低下を防止することができ、かつ、補助電源を小容量化して電源装置の小型化を可能にする車両用電源装置を提供することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、第１実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図である。

第１実施形態に係る車両用電源装置１は、電力負荷２及び電力負荷２を制御するＣＰＵ（中央演算処理装置）３の双方に電力を供給する車両用電源装置である。

電力負荷２は、大電力を消費する大電力負荷である。電力負荷２は、例えば、車両に搭載された電動モータ等の各種アクチュエータである。

ＣＰＵ３は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４の主要構成要素である。ＥＣＵ２４は、例えば、ＣＰＵ３からの制御信号に基づいて電力負荷２に送る電力を制御するトランジスタ１１と、トランジスタ１１及び電力負荷２を制御するＣＰＵ３とを含む。図１における符号２５は電力負荷２に制御信号を送るための信号線である。

車両用電源装置１は、車載電源８と、第１分配線４と、第２分配線５と、補助電源６と、逆流防止部７とを備えている。

車載電源８は直流電源である。車載電源８は、例えば、エンジンの作動によって発電する直流発電機と、当該発電機で発生した電気を蓄積するバッテリとを含む。

第１分配線４は、車載電源８から母線９を介して電力負荷２に電力を供給する。第１分配線４は、母線９の分岐点３０から分岐する配線である。第１分配線４には、トランジスタ１１を介して電力負荷２が接続されている。電力負荷２の数は特に限定されるものではないが、図１に示される例では２個とされている。図１に示される例では、第１分配線４は分岐点１２を有しており、分岐点１２から延びる第１分配線４の支線１４，１５にそれぞれトランジスタ１１を介して電力負荷２が接続されている。

第２分配線５は、車載電源８から母線９を介してＣＰＵ３に電力を供給する。第２分配線５は、母線９の分岐点２９から分岐する配線である。第２分配線５には、ＣＰＵ３が接続されている。ＣＰＵ３の数は特に限定されるものではないが、通常、電力負荷２の数と同数とされ、図１に示される例では２個とされている。図１に示される例では、第２分配線５は分岐点１６を有しており、分岐点１６から延びる第２分配線５の支線１８，１９にそれぞれＣＰＵ３が接続されている。

補助電源６は、第２分配線５に接続されている。補助電源６は、電力負荷２が大電力を消費することによって第１分配線４及び母線９の電圧が瞬間的に低下したときに、ＣＰＵ３に電力を供給する。補助電源６の種類は特に限定されるものではないが、例えば、図示例のようにキャパシタ（補助電源キャパシタ）とすることができ、その他、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、リチウムイオン電池等の２次電池や、これら以外の種々の電池等の蓄電装置とすることができる。瞬間的な電圧低下の時間は、特に限定されるものではないが、例えば、１００ミリ秒〜数秒程度である。図１に示される例では、補助電源６は、ＣＰＵ３毎に設けられた個別補助電源とされている。各補助電源６は、対応するＣＰＵ３に電力を供給する。図１に示される例では、第２分配線５の各支線１８，１９はそれぞれ分岐点２０，２１を有している。各補助電源６は、一方の端子が支線１８の分岐点２０、支線１９の分岐点２１にそれぞれ接続され、他方の端子がそれぞれ接地されている。補助電源６は、補助電源としての機能のみを有するものであってもよいが、他の機能を併せ持つものであってもよい。例えば、補助電源６を補助電源キャパシタ６とした場合には、補助電源としての機能に加え、ＣＰＵ３の動作によって変動する第２分配線５の直流電圧を平滑する機能を有するものであってもよい。

逆流防止部７は、補助電源６に蓄積された電荷が母線９へ流れるのを防止する。逆流防止部７の種類は特に限定されるものではないが、例えば、図示例のようにダイオード（逆流防止ダイオード）とすることができ、その他、トランジスタ（逆流防止トランジスタ）等とすることもできる。逆流防止部７は、第２分配線５の中途部に介挿されている。具体的には、逆流防止部７は、分岐点２９と分岐点１６の間に介挿されている。逆流防止部７は、アノードが母線９側に位置し、カソードがＣＰＵ３側に位置する。

以下、第１実施形態に係る車両用電源装置１の動作について、図１を参照しつつ説明する。以下の説明では、電力負荷２がセルモータ、カーナビゲーションシステムである場合を想定して説明する。

補助電源６は、あらかじめ、車載電源８からの電流を受けて車載電源８の定格電圧に相当する電荷を蓄積している。車載電源８の定格電圧は例えば１２ボルトである。

次いで、電力負荷２すなわちセルモータ及びカーナビゲーションシステムの作動によって、第１分配線４、母線９、及び車載電源８の電圧が瞬間的に低下する。第１分配線４、母線９、及び車載電源８の電圧が定格値から低下し始めて定格値に復帰するまでの時間は、例えば、１００ミリ秒〜数秒である。第１分配線４、母線９、及び車載電源８の電圧は、瞬間的に例えば５ボルト以下にまで低下する。

母線９の電圧が低下すると、補助電源６から電荷が放出され、対応するＣＰＵ３にその電荷が流れる。第２分配線５には逆流防止部７が介挿されているため、補助電源６から放出された電荷は母線９へは流れない。よって、その電荷はＣＰＵ３にのみ供給される。従って、母線９の電圧が瞬間的に低下しても、第２分配線５の電圧はその影響を受けず、ＣＰＵ３の作動に必要な電圧が維持され、ＣＰＵは正常に動作することができる。

第１実施形態によれば、電力負荷２及びそれを制御するＣＰＵ３の双方に電力を供給する車両用電源装置１において、電力負荷２の大きな電力消費によって車載電源８の電圧が瞬間的に低下しても、ＣＰＵ３に供給される電圧の低下を防止することができる。よって、ＣＰＵ３は常に正常に電力負荷２を制御することができる。また、第１実施形態によれば、補助電源６はＣＰＵ３のみに電力を供給するためのものであるため、補助電源６を小容量化して車両用電源装置１を小型化することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図２は、第２実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、逆流防止部の数と位置であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。
第２実施形態では、図２に示されるように、逆流防止部７１が、第２分配線５の分岐点１６と分岐点２０の間、及び、分岐点１６と分岐点２１の間に介挿されている。

この場合、各補助電源６から放出された電荷は、各逆流防止部７１で母線９への逆流が防止される。よって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図３は、第３実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、補助電源の数と位置であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。
第３実施形態において設けられている補助電源６１は、各ＣＰＵ３に総括的に対応する総括補助電源である。補助電源６１は、各ＣＰＵ３に電力を供給する。図３に示される例では、補助電源６１は１個である。図３に示される例では、補助電源６１は、１個であっても、各ＣＰＵ３の動作に必要な電力を賄うことができる。なお、補助電源６１の数は複数であってもよい。この場合、その複数個の補助電源６１で各ＣＰＵ３の動作に必要な電力を賄うことができる。

第３実施形態によれば、各ＣＰＵ３が必要とする電力を総括的に１つの補助電源６１が賄うことが可能となる。また、ＣＰＵ毎に個別に補助電源を設ける必要がないので、部品点数及び製造工程を削減することができ、製造コストの低減も可能となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図４は、第４実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

第４実施形態が第１実施形態と異なる点は、補助電源の数と位置であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。
第４実施形態では、補助電源は、第１実施形態と同様の個別補助電源６と、第３実施形態と同様の総括補助電源６１とを含む。個別補助電源６は、第１実施形態と同様、ＣＰＵ３毎に設けられている。各個別補助電源６は、対応するＣＰＵ３に電力を供給する。総括補助電源６１は、第２実施形態と同様、各ＣＰＵ３に電力を供給する。

第４実施形態によれば、個別補助電源６で電力を充分に賄えないときであっても、総括補助電源６１でその不足分を補うことができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図５は、第５実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

第５実施形態が第１実施形態と異なる点は、さらに電圧検知部２２及び作動量検知部２３を備えている点と、ＣＰＵ３に代えてＣＰＵ３１を備えている点であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。

電圧検知部２２は、第１分配線４又は母線９の電圧を検知する。検知した電圧値は、ＣＰＵ３１に入力される。

作動量検知部２３は、電力負荷２の作動量を検知する。電力負荷２の作動量としては、例えば、セルモータや各種モータの回転数を挙げることができるが、特に限定はされない。検知した作動量は、ＣＰＵ３１に入力される。

第１分配線４又は母線９の電圧低下が検知されたとき、ＣＰＵ３１は、低下した電圧及び電力負荷２の作動量に応じて電力負荷２の制御を変更する。制御の変更とは、電力負荷２が適切に動作するような制御の変更である。例えば、第１分配線４又は母線９の低下電圧に応じて電力負荷２内の回路の抵抗値を減少させ、抵抗値の減少によって電力負荷２内の回路に流入する電流を増加させて消費電力を一定に保つといった制御の変更である。

以下、第５実施形態に係る車両用電源装置１０４の動作を図面を参照しつつ説明する。
図６は、車両用電源装置１０４の動作を示すシーケンス図である。

まず、ＣＰＵ３１が、電力負荷２に対し作動指示をする（ステップＳ１）。作動指示は、ＣＰＵ３１が作動指示値を示す信号を電力負荷２に送信することにより行われる。作動指示値は、電力負荷２に対する作動指示内容を表す。すると、電力負荷２が作動する（ステップＳ２）。

次いで、電圧検知部２２は、第１分配線４又は母線９の電圧を検知する（ステップＳ３）。次いで、作動量検知部２３は、電力負荷２の作動量を検知する（ステップＳ４）。

次いで、ＣＰＵ３１は、検知電圧が定格電圧（例えば１２ボルト）より低下しているかどうかを判断する（ステップＳ５）。ＣＰＵ３１は、検知電圧が定格電圧より低下していると判断した場合には、その検知電圧が、電力負荷２を駆動するのに必要な最低限の電圧（以下、必要電圧と称する）より低下しているかどうかを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ５において、ＣＰＵ３１は、検知電圧が定格電圧より低下していないと判断した場合には、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ６において、ＣＰＵ３１は、検知電圧が必要電圧以上であると判断した場合には、検知電圧及び検知作動量に基づき、電力負荷２の作動指示値を補正する（ステップＳ７）。次いで、その補正された作動指示値に基づき、ＣＰＵ３１は、電力負荷２に作動指示をする（ステップＳ１）。一方、ステップＳ６において、ＣＰＵ３１は、検知電圧が必要電圧より低下していると判断した場合には、作動指示値をゼロに補正する。作動指示値がゼロということは、電力負荷２に対する停止指示を意味する（ステップＳ８）。次いで、その補正された作動指示値（ゼロ）に基づき、ＣＰＵ３１は、電力負荷２に作動停止指示をする（ステップＳ９）。すると、電力負荷２は作動を停止する（ステップＳ１０）。

第５実施形態によれば、第１分配線４又は母線９の電圧低下が検知されたとき、ＣＰＵ３１は低下した電圧に応じて電力負荷の制御を変更する。よって、第１分配線４又は母線９の電圧が低下しても、ＣＰＵ３１は電力負荷２の動作を適切に制御することができる。従って、電力負荷２の動作に支障をきたさない。

なお、上記各実施形態では、トランジスタ１１がＥＣＵ２４内に含まれているが、トランジスタ１１をＥＣＵ２４の外に出し、電力負荷２側に配置してもよい。トランジスタ１１は、電力負荷２の駆動部を構成する。この場合、電力負荷２の駆動部をＥＣＵ２４から独立した位置に設け、電力負荷２に一体的に取り付けることができる。

本発明に係る車両用電源装置は、アクチュエータ等の大電力負荷及びそれを制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置等において有用である。

第１実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図第２実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図第３実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図第４実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図第５実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す図第５実施形態に係る車両用電源装置の動作を示すシーケンス図

符号の説明

１、１０１、１０２、１０３、１０４車両用電源装置
２電力負荷
３、３１ＣＰＵ
４第１分配線
５第２分配線
６補助電源（個別補助電源）
７逆流防止部
８車載電源
９母線
２２電圧検知部
２３作動量検知部
６１補助電源（総括補助電源）

Claims

電力負荷及び当該電力負荷を制御するＣＰＵの双方に電力を供給する車両用電源装置であって、
車載電源と、
前記車載電源から母線を介して前記電力負荷に電力を供給する第１分配線と、
前記車載電源から前記母線を介して前記ＣＰＵに電力を供給する第２分配線と、
前記第２分配線に接続され、前記母線の電圧が低下したときに前記ＣＰＵに電力を供給する補助電源と、
前記補助電源に蓄積された電荷が前記母線へ流れるのを防止する逆流防止部と、
前記第１分配線又は前記母線の電圧を検知する電圧検知部をさらに備え、
前記第１分配線又は前記母線の電圧低下が検知されたとき、前記ＣＰＵは、前記第１分配線または前記母線の検知電圧が前記電力負荷を駆動するのに必要最低限とされる必要電圧未満であるかどうかを判断し、当該検知電圧が前記必要電圧未満である場合は前記電力負荷に対して停止指示を出し、当該検知電圧が前記必要電圧以上である場合には動作に支障をきたさずに前記電力負荷が作動するように当該電力負荷に対する作動指示を補正することを特徴とする、車両用電源装置。
複数の前記ＣＰＵが並列に設けられ、
前記補助電源は、前記ＣＰＵ毎に設けられた個別補助電源であり、
各前記個別補助電源は、対応する前記ＣＰＵに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
複数の前記ＣＰＵが並列に設けられ、
前記補助電源は、各前記ＣＰＵに総括的に対応する総括補助電源であり、
前記総括補助電源は、各前記ＣＰＵに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
複数の前記ＣＰＵが並列に設けられ、
前記補助電源は、前記ＣＰＵ毎に設けられた個別補助電源と、各前記ＣＰＵに総括的に対応する総括補助電源とを含み、
各前記個別補助電源は、対応する前記ＣＰＵに電力を供給し、
前記総括補助電源は、各前記ＣＰＵに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。