JP5255784B2 - 電源供給システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリからの電力を、電力変換回路を介して複数の電気負荷に供給する電源供給システムに関する。

従来から、車両内に設けられた複数の電気負荷（例えばエアコンやブレーキやヘッドライトなど）に対して電力供給を制御する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、電気負荷の重さによって２つのコンバータを使い分け、低消費電力化を図る技術が記載されている。

特開２００６−１８８２２９号公報

一般的に、単一のＤＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＡＣインバータから複数の電気負荷に対して電力供給を行う場合、各電気負荷の最大消費電流を合計した出力能力を概ね有するコンバータ及びインバータを用いていた。そのため、コンバータ及びインバータが大容量になる傾向にあり、体格がアップしたりコストアップしたりする場合があった。しかしながら、実際の使用状況では、最大消費電流の連続出力が必要となる場合は少ないと言える。ここで、上記した特許文献１に記載された技術では、体格アップやコストアップなどを抑制しつつ、複数の電気負荷に適切に電力を供給することが困難であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、比較的低出力のコンバータやインバータによって、複数の電気負荷に対して適切に電力を供給することが可能な電源供給システムを提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、電力供給手段からの電力を電力変換回路を介して複数の電気負荷に供給する電源供給システムにおいて、前記電力変換回路は、前記複数の電気負荷の需要電力量に基づいて、当該複数の電気負荷のうち一部の電気負荷への電力供給態様を変更すると共に、前記複数の電気負荷において電流を供給する優先度と、前記複数の電気負荷における起動電流との両方に基づいて、前記電力供給態様を変更し、前記優先度が低い電気負荷の電力供給タイミングを、前記優先度が高い電気負荷の電力供給タイミングよりも遅らせ、前記起動電流の大きさに応じて、前記電力供給タイミングを遅らせる度合いを変化させる。

上記の電源供給システムは、電力供給手段からの電力を電力変換回路を介して複数の電気負荷に供給するために好適に利用される。具体的には、電源供給システムの電力変換回路は、コンバータやインバータによって構成され、複数の電気負荷の需要電力量に基づいて、複数の電気負荷のうち一部の電気負荷への電力供給態様を変更する。例えば、電力変換回路は、需要電力量が大きい場合に、特定の電気負荷に対する電力供給タイミングを遅延させたりする。上記の電源供給システムによれば、電気負荷の合計出力電流量を適切に低減することができ、比較的低出力のコンバータやインバータによって、複数の電気負荷へ適切に電流供給を行うことが可能となる。したがって、コンバータやインバータの体格アップやコストアップなどを抑制することができる。
また、電力変換回路は、複数の電気負荷において電流を供給する優先度に基づいて、電力供給態様を変更する。更に、電力変換回路は、複数の電気負荷における起動電流に基づいて、電力供給態様を変更する。具体的には、電力変換回路は、優先度が低い電気負荷の電力供給タイミングを、優先度が高い電気負荷の電力供給タイミングよりも遅らせ、起動電流の大きさに応じて、電力供給タイミングを遅らせる度合いを変化させる。これにより、優先度が高い電気負荷への電流供給を確保しつつ、電気負荷の合計出力電流量を適切に低減することができる。

上記の電源供給システムにおいて好適には、前記電力変換回路は、前記複数の電気負荷における合計の出力電力が当該電力変換回路における出力能力内に収まるように、前記電力供給態様を変更することができる。

好ましくは、前記電力変換回路として、コンバータ及びインバータの少なくともいずれかを用いることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る電源供給システム１０の概略構成を示すブロック図である。電源供給システム１０は、主に、バッテリ１と、オルタネータ（ＡＬＴ）２と、電力変換回路３と、を有する。電源供給システム１０は、車両に搭載され、バッテリ１からの電力を電力変換回路３を介して複数の電気負荷５ａ〜５ｄに供給するシステムである。なお、図１では、説明の便宜上、４つの電気負荷５ａ〜５ｄを示しているが、実際には電源供給システム１０は４以上の電気負荷に対して電流を供給する。また、以下では、電気負荷５ａ〜５ｄを区別しないで用いる場合には、単に「電気負荷５」と表記する。更に、電気負荷５は、車両内において電力を用いて駆動される構成要素に相当し、例えばエアコンやブレーキやヘッドライトなどが該当する。

バッテリ１は、車両内の電気負荷５を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。バッテリ１に蓄電された電力は、電力変換回路３を介して電気負荷５に供給される。オルタネータ２は、発電機として機能し、エンジンなどから伝達される機械的エネルギーを電気エネルギーへと変換する。オルタネータ２が発電した電力は、バッテリ１や電力変換回路３に供給される。なお、バッテリ１及びオルタネータ２は、電力供給手段に相当する。

電力変換回路３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータの少なくともいずれかに相当する回路である。つまり、電力変換回路３は、基本的には、供給される電流の電圧を変化させたり、直流電流を交流電流に変化させたりする処理を行う。この場合、電力変換回路３は、バッテリ１又はオルタネータ２から電流が供給され、電気負荷５に対して電流を供給する。詳しくは、電力変換回路３は、電流検知部３ａ及び電流マネジメント部３ｂを有する。電流検知部３ａは、電気負荷５に対して出力している電流（現在の出力電流量）を検知する。そして、電流検知部３ａは、検知した現在の出力電流量に対応する情報を電流マネジメント部３ｂに供給する。

電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５から電流量に対応する情報を取得すると共に、電気負荷５に対して電流マネジメントを実行する。つまり、電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５と双方向通信を行う。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、電流負荷５で現在使用している電流量（電流検知部３ａが検知した電流値）や、今後必要となる電流量に関する情報などを取得する。そして、電流マネジメント部３ｂは、このようにして取得される電流量に関する情報に基づいて、電気負荷５に対して電流マネジメントを実行する。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、電力供給タイミング（システム起動タイミング）の遅延指令を出したり、電気負荷５の電流消費を低減させるための指令を出したり、電気負荷５における電流消費の許可／不許可の指令を出したりする。なお、電流マネジメント部３ｂが行う電流マネジメントについては、詳細は後述する。

なお、電力変換回路３は、出力能力（定格出力能力）を超える電流を出力した場合に、瞬時に出力停止するように構成することができる。他の例では、このように出力停止するように構成する代わりに、誘電性負荷の起動電流が流れるように瞬時的に定格出力能力を超えても耐えられるように、電力変換回路を構成しても良い。

更に、電力変換回路３と電気負荷５との通信方法は、相手側が情報を受信したことを確認できる情報を必要なタイミングで正確に交換できれば、その方法は特に問わない。例えば、ＣＡＮ通信や、シリアル通信や、無線通信や、Ｈｉ／Ｌｏ Ｄｕｔｙによる通信などを用いることができる。

［電流マネジメント方法］
次に、本実施形態において電力変換回路３が行う電流マネジメント方法について、具体的に説明する。本実施形態では、電力変換回路３内の電流マネジメント部３ｂは、複数の電気負荷５の需要電流量（需要電力量）に基づいて、複数の電気負荷５における合計の出力電流量が電力変換回路３における出力能力内に収まるように、複数の電気負荷５のうち一部の電気負荷５への電力供給態様を変更する。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、電流を供給する優先度を電気負荷５に対して設定しておき、この優先度に基づいて電流供給タイミング（電力供給タイミング）を決定する。この場合、電流マネジメント部３ｂは、優先度が低い電気負荷５ほど電流供給タイミングを遅らせる。更に、電流マネジメント部３ｂは、このように電流供給タイミングを遅らせる代わりに、若しくは電流供給タイミングを遅らせると共に、優先度が低い電気負荷に対する電流供給を低減したり中断したりする。加えて、電流マネジメント部３ｂは、起動電流が大きな電気負荷５ほど電流供給タイミングを遅らせる。

以上のように電流マネジメントを行うことにより、電流供給の優先度が高い電気負荷５への電流供給を適切に行いつつ、電気負荷５の合計出力電流量を効果的に低減することができる。これにより、優先度が高い電気負荷５への電流供給を確保しつつ、比較的低出力の電力変換回路３（コンバータ、インバータ）を用いることが可能となる。言い換えると、比較的低出力の電力変換回路３によって、複数の電気負荷５に対して適切に電流を供給することが可能となる。以上より、本実施形態によれば、複数の電気負荷５に対して適切に電流を供給しつつ、コンバータやインバータの体格アップやコストアップなどを抑制することができる。

次に、電流マネジメント方法の具体例について説明する。ここでは、電流を供給する優先度に応じて、電気負荷５を４つのグループに分類して電流マネジメントを行う場合について説明する。この場合、優先度が高いほうから順に、第１のグループ、第２のグループ、第３のグループ、第４のグループと定義する。例えば、エアバッグやブレーキなどの安全装置関連の電気負荷５は、第１のグループに分類される。第１のグループは、電気負荷５側の要求により起動されるものであり、電流供給タイミングの遅延が不可に設定される（つまり、電流供給タイミングの遅延が禁止されるように設定される）。また、ヘッドライトやワイパーやオーディオなどの電気負荷５は、第２のグループに分類される。第２のグループは、ユーザ側の要求により起動されるものであり、電流供給タイミングの遅延が不可に設定される。また、シートヒーターやエアコンなどの電気負荷５は、第３のグループに分類される。第３のグループは、ユーザ側の要求により起動されるものであり、電流供給タイミングの遅延が許容されるように設定される。更に、エアコン用コンプレッサなどの電気負荷５は、第４のグループに分類される。第４のグループは、電気負荷５側の要求により起動されるものであり、電流供給タイミングの遅延が許容されるように設定される。

このように第１のグループ〜第４のグループを設定した場合において、電流マネジメント部３ｂは、電流を供給する優先度に基づいて電流マネジメントを行う。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、現在使用している電流量と要求される電流量を求め、電気負荷５における合計出力電流量が電力変換回路３における出力能力内に収まるように、第１のグループ→第２のグループ→第３のグループ→第４のグループの順で電流供給を行う。例えば、電流マネジメント部３ｂは、誘電性負荷の起動などの一部の電気負荷５で比較的大きな電流供給が必要な場合、電気負荷５における合計出力電流量が電力変換回路３における出力能力内に収まるように、上記した優先度に従って電気負荷５の電流供給タイミングをずらす。この場合、電流マネジメント部３ｂは、第１のグループや第２のグループの電気負荷５は要求に従って即座に電流を供給し、第３のグループや第４のグループの電気負荷５は要求よりも電流の供給を遅らせることができる。

また、電流マネジメント部３ｂは、比較的優先度が低い第３のグループや第４のグループの電気負荷５において、起動電流が大きな電気負荷５ほど電流供給タイミングを遅らせることもできる。更に、電流マネジメント部３ｂは、一部の電気負荷５で比較的大きな電流供給が必要な場合において、第３のグループ及び／又は第４のグループの電気負荷５に対して現在電流を供給している場合には、上記のように電流供給タイミングをずらす代わりに、これらの電気負荷５に対する電流供給を中断したり、電流供給量を低減したりすることができる。

以上のように電流マネジメントを行うことにより、電気負荷５の合計出力電流量を適切に低減することができ、比較的低出力のコンバータやインバータの電力変換回路３によって、複数の電気負荷５へ適切に電流供給を行うことが可能となる。

［電流マネジメント処理］
次に、図２を参照して本実施形態における電流マネジメント処理を説明する。図２は、電流マネジメント処理を示すフローチャートである。この電流マネジメント処理は、前述した電力変換回路３によって実行される。なお、当該処理は、予め定められた開始タイミングで開始されると共に、予め定められた間隔で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０２では、電力変換回路３内の電流検知部３ａが、現在の出力電流量を確認する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、電流マネジメント部３ｂが、複数の電気負荷５と通信を行う。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５との通信により、複数の電気負荷５において同時に電流量の増加があるか否かを判定する。電流量の増加がある場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、電流マネジメント部３ｂは、ステップＳ１０２で得られた現在の出力電流量などに基づいて、電気負荷５の需要電流量が電力変換回路３の出力能力（定格値）を超えるか否かを判定する。この場合、需要電流量は、今後必要となる電流量であり、現在の出力電流量に電流量の増加分を加えた電流量に対応する。つまり、ステップＳ１０５では、電流変化に起因して、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力を超える可能性があるか否かを判定している。需要電流量が定格値を超える場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０６に進む。これに対して、需要電流量が定格値を超えない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１１０に進む。この場合には、需要電流量が電力変換回路３の出力能力内にあるため、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力を超える可能性がかなり低いので、電流供給タイミングを遅延させるなどの処理は実行しない。

ステップＳ１０６では、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力を超える可能性があるため、電流マネジメント部３ｂは電流マネジメントを実行する。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５に電流を供給する優先度に従って、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力内に収まるように、前述した電流マネジメントを実行する。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５の電流供給タイミングをずらしたり（つまり電流供給タイミングを遅延させる）、電気負荷５に対する電流供給を中断したり、電流供給量を低減したりする。このような電流マネジメントを行うことによって、必要となる合計出力電流量を低減することができる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１１０に進む。

一方、複数の電気負荷５において同時に電流量の増加がない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、電流マネジメント部３ｂは、単一の電気負荷５において電流量の増加があるか否かを判定する。電流量の増加がある場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０８に進む。これに対して、電流量の増加がない場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、電流マネジメント部３ｂは、現在行っている電流供給を維持する。

ステップＳ１０８では、電流マネジメント部３ｂは、ステップＳ１０２で得られた現在の出力電流量などに基づいて、電気負荷５の需要電流量が電力変換回路３の出力能力（定格値）を超えるか否かを判定する。つまり、ステップＳ１０８では、電流変化に起因して、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力を超える可能性があるか否かを判定している。需要電流量が定格値を超える場合（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０９に進む。これに対して、需要電流量が定格値を超えない場合（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、処理はステップＳ１１０に進む。この場合には、需要電流量が電力変換回路３の出力能力内にあるため、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力を超える可能性がかなり低いので、電流供給タイミングを遅延させるなどの処理は実行しない。

ステップＳ１０９では、電気負荷５の合計出力電流量が電力変換回路３の出力能力を超える可能性があるため、電流マネジメント部３ｂは電流マネジメントを実行する。具体的には、電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５における合計出力電流量が電力変換回路３における出力能力内に収まるように、優先度が低い電気負荷５に対する電流供給を中断したり、電流供給量を低減したりする。このような電流マネジメントを行うことによって、必要となる合計出力電流量を低減することができる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、電流マネジメント部３ｂは、電気負荷５の合計出力電流量を確認する。この場合、前述した処理を実行したことにより、電気負荷５の合計出力電流量は電力変換回路３の出力能力内に収まっているものと考えられる。そして、処理はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、電流マネジメント部３ｂは、電流増加を許可する信号（電流増加許可信号）を出力する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上説明した電流マネジメント処理によれば、電気負荷５の合計出力電流量を適切に低減することができ、比較的低出力のコンバータやインバータの電力変換回路３によって、複数の電気負荷５へ適切に電流供給を行うことが可能となる。したがって、複数の電気負荷５に対して適切に電流を供給しつつ、コンバータやインバータの体格アップやコストアップなどを抑制することができる。

［変形例］
上記では、電流マネジメント部３ｂが電流供給タイミングをずらしたり電流供給を中断したりすることによって、合計出力電流量を低減する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、このように電流供給タイミングをずらしたりする代わりに、若しくは電流供給タイミングをずらしたりすると共に、電力変換回路３が消費している電流量を表示機（エネルギーメータ）などに表示してユーザに知らせることによって、ユーザが合計出力電流量を低減するための処理を行うことができる。つまり、ユーザの意思によって、不必要な電流消費を抑えるようにしても良い。

また、上記では、コンバータやインバータが電力変換回路３を構成する実施形態を示したが、これに限定はされない。つまり、コンバータやインバータが前述した電流マネジメントを実行することに限定はされない。他の例では、公知のコンバータやインバータを用いると共に、コントローラを別途用いて、当該コントローラが電流マネジメントを実行することができる。具体的には、コントローラが、電気負荷５の需要電流量に基づいて、複数の電気負荷５の合計出力電流量がコンバータやインバータの出力能力内に収まるように電流供給タイミングを決定し、決定された電流供給タイミングで電流が出力されるようにコンバータやインバータに対する制御を行うことができる。この場合には、コンバータ、インバータ、及びコントローラが、本発明における電力変換回路として機能する。

本実施形態に係る電源供給システムの概略構成を示すブロック図である。 電流マネジメント処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ
２ オルタネータ（ＡＬＴ）
３ 電力変換回路
３ａ 電流検知部
３ｂ 電流マネジメント部
５ 電気負荷
１０ 電源供給システム

Claims (3)

1. 電力供給手段からの電力を電力変換回路を介して複数の電気負荷に供給する電源供給システムにおいて、
   前記電力変換回路は、
   前記複数の電気負荷の需要電力量に基づいて、当該複数の電気負荷のうち一部の電気負荷への電力供給態様を変更すると共に、前記複数の電気負荷において電流を供給する優先度と、前記複数の電気負荷における起動電流との両方に基づいて、前記電力供給態様を変更し、
   前記優先度が低い電気負荷の電力供給タイミングを、前記優先度が高い電気負荷の電力供給タイミングよりも遅らせ、前記起動電流の大きさに応じて、前記電力供給タイミングを遅らせる度合いを変化させることを特徴とする電源供給システム。
2. 前記電力変換回路は、前記複数の電気負荷における合計の出力電力が当該電力変換回路における出力能力内に収まるように、前記電力供給態様を変更することを特徴とする請求項１に記載の電源供給システム。
3. 前記電力変換回路は、コンバータ及びインバータの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源供給システム。

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