JP5426102B2 - 車両のバッテリチャージを保存し且つトレーラー負荷を保護する集積回路及び方法 - Google Patents

Description

本発明は電子回路に関するものであって、更に詳細には、本発明は車両のバッテリチャージを保存し且つ牽引車両へ取付けられているトレーラーにおける電気的負荷を保護する集積回路及び方法に関するものである。

車両、航空機、テレコミュニケーション及びその他のシステムにおいて、電気的装置（電気的負荷とも呼称される）へＤＣパワーを供給するためにバッテリがしばしば使用される。バッテリは過剰電圧及び低電圧条件を検知するためにモニタされねばならない。過剰電圧条件は、静電放電、充電システム負荷ダンプ、電気的ノイズ、電磁的擾乱又は車両のジャンプスタート等の電気的過渡的状態により発生される場合があり、取付けられている電気的負荷を損傷する場合がある。低電圧条件は、例えば、過剰な量の電流を引出している電気的負荷における欠陥により発生される場合があり、それによりバッテリの電圧を減少させる。低電圧条件が検知される場合には、バッテリが完全に放電されることを阻止するために１個又はそれ以上の電気的負荷の選択的除去によって負荷遮断を開始させることが可能である。過剰電圧条件が検知される場合には、電気的負荷を保護するためにバッテリ電圧を減少させることが可能であり、又は該負荷を車両バッテリから一時的に切断させることが可能である。

トレーラーを牽引するためにデザインされている車両においては、トレーラー牽引コネクタ及びトレーラー負荷を制御するために車両内に据え付けられている電気的コンポーネントは、典型的に、トレーラーへ電気的パワーを送給するために使用され、且つトレーラー内に据え付けられている種々の装置又は負荷をモニタし且つ制御することも可能である。プロダクショントレーラー牽引デザインにおいては、電気的スイッチング装置及び回路保護装置は、車両内の幾つかの位置に据え付けることが可能であり且つ受動的トレーラー牽引コネクタへ配線されている。トレーラー牽引コネクタは、通常、トレーラー装置即ち負荷へ電気的パワーを送給するために適合されている１個又はそれ以上の出力ポート又はピンを包含している。該装置は、走行ライト、ブレーキライト、パーキングライト、電気的ブレーキ、トレーラーバッテリ、ウインカーを包含する場合がある。トレーラー牽引コネクタにおける選択した出力ポート又はピンは、通常、特定の目的に適う装置へ接続されている。例えば、トレーラー上のブレーキライトを動作するための出力ポート及び右側ウインカーを動作するための別の出力ポート及び左側ウインカーを動作するための更に別の出力ポートが存在している場合がある。

典型的に、トレーラー牽引コネクタ上の専用のスイッチ動作されるバッテリ出力ピンは、トレーラー負荷にパワーを供給するために使用され、それはトレーラーに装着されているバッテリを包含している場合があり、又はトレーラーに装着されているアクセサリーに直接的にパワーを供給する場合がある。これらのトレーラーに装着されているアクセサリーは、典型的に、炉／ヒーター／冷蔵庫点火回路、給水システム、ＤＣ−ＡＣインバータ又はトレーラー内部照明を包含している。これらのトレーラー負荷は、トレーラーが牽引中である間又は休息区域にあるか又は夜間パークされている静止状態にある場合に使用される場合がある。更に、トレーラーバッテリの充電はプロダクショントレーラー牽引電気的デザインにおいては制御されるものではなく、完全な充電電流が常に印加され、そのことはトレーラーバッテリをオーバーヒート又は損傷する場合がある。

既存のトレーラー牽引コネクタは、それらをサポートする電子的スイッチング及び固定保護装置を具備しているが、典型的に、過剰電圧及び低バッテリ電圧条件を検知するためにバッテリ電圧の実時間測定をインテリジェントに実施する能力を欠如している。従って、既存のトレーラー牽引コネクタは、バッテリチャージの完全なる枯渇を阻止し且つ負荷に対する損傷を防止するための送給される出力電圧、電流又はパワーを減少させるために負荷遮断をインテリジェントに開始する能力を欠如している。更に、今日使用されている機械的なトレーラー牽引コネクタは、車両が走行中（スイッチ動作されるバッテリ出力）においてはいつでも、又は牽引車両のヘッドランプ、ブレーキ、又はウインカー出力がアクティブである場合には車両バッテリ（又は印加されたその他のスイッチ動作される電圧）によってパワーが供給される回路を包含している。これらの回路は、トレーラーが牽引車両に接続されていない場合であってもパワーが供給されたままとなり、そのことは、該コネクタにおける電圧及びその環境の極限状態に対する露呈に起因してトレーラー牽引コネクタの信頼問題となる場合がある。トレーラー牽引コネクタにおける電圧に起因して、出力ピン腐蝕及びデンドライト成長が頻発し且つ検知されることのないトレーラー電気的機能障害へ通ずる場合がある。

車両のバッテリチャージを保存し且つ電気的装置を保護する方法及び集積回路が開示される。

電気的装置の各々はバッテリへ結合されている夫々のパワー制御回路の出力ポートからパワーを受取る。本方法は、出力ポートにおける最大及び最小バッテリ電圧値を決定すること及び該最大及び最小バッテリ電圧値をメモリ内に格納することを包含している。該最大及び最小バッテリ電圧値は該電気的装置のハードウエア特性及びバッテリタイプに基づいている。

本方法は、該出力ポートにおける定常状態バッテリ電圧を測定し且つ測定した定常状態バッテリ電圧値を該メモリ内に格納することを包含している。本方法は、該測定した定常状態電圧値を該最大及び最小バッテリ電圧値とプロセッサにより比較することを包含している。該測定した定常状態バッテリ電圧値が該最大バッテリ電圧値より大きい場合には、過剰電圧状態が該プロセッサにより報告される。該測定した定常状態バッテリ電圧値が該最小バッテリ電圧値より小さい場合には、低バッテリ電圧状態が該プロセッサにより報告される。

本方法は、該負荷が該出力ポートへ取付けられているか否かを決定すること、及び負荷が検知されない場合には、露出されているコネクタ端子上の腐蝕及びデンドライト成長を減少させるために該出力ポートからパワーを取除くことを包含している。本方法は、補助的なバッテリが取付けられているか否かを検知すること、及び該補助的バッテリの放電レートをモニタすることに基づいて、該補助的バッテリの寿命を長期化させるためにマルチステップのＰＷＭ電流再充電方法を実施することを包含している。

本願は、２００４年１０月１８日付で出願された車両トレーラー牽引コネクタを駆動する方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ ａ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｒａｉｌｅｒ Ｔｏｗ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）という名称の米国特許出願第１０／９６７，３８９号（公開番号２００６／００８５０９９Ａ１）を全ての目的のために引用により取込んでいる。本願は、又、両方共２００８年２月２８日付で出願された米国特許出願（代理人ドケット０６−Ｌ−０９４、「パワーをモニタし且つ制御し且つ開負荷状態を検知するための集積回路及び方法（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＯＰＥＮ ＬＯＡＤ ＳＴＡＴＥ）」という名称）及び（代理人ドケット０７−Ｌ−０１１１、「電気的装置の分類及び短絡回路保護のための集積回路及び方法（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＬＡＳＳＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＳＨＯＲＴ ＣＩＲＣＵＩＴ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ）」という名称）を全ての目的のために引用により取込んでいる。

図１Ａはトレーラーを牽引するためにデザインされた車両内に据え付けることが可能なトレーラー牽引コネクタ１０４を示している。トレーラー牽引コネクタ１０４は図１Ｂに示した電子回路１０８を包含している。電子回路１０８は別個に示してあるが、電子回路１０８は、典型的に、トレーラー牽引コネクタ１０４の内側に存在している（例えば、カプセル化されているか又はその中に収容されている）が理解される。電子回路１０８はトレーラーにおける装置へパワーを送給するために動作可能な１個又はそれ以上の電子装置１１２を包含している。電子回路１０８は、トレーラー牽引コネクタ１０４の内側にしっかりと据え付けられており且つ環境的に封止されている場合があるＰＣボード１１６上に据え付けることが可能である。電子回路１０８は、１個又はそれ以上の出力ポート又はピン１２０を包含しており、それらは各々トレーラー内の特定の装置へ接続されている。

図２は車両のバッテリチャージを保存し且つ車両に取付けられているトレーラー内の電気的負荷を保護するための回路２００の例示的実現例を示している。回路２００は、半導体基板上に製造される集積回路装置として実現することが可能である。代替的には、回路２００はディスクリートなスタンドアローンコンポーネントで実現することが可能である。該回路は、例えば、その中に回路２００とコネクタ１０４とが据え付けられている車両のバッテリ２０２を有することが可能な電源からパワーが供給される。

該回路はバッテリ２０２から１個又はそれ以上の負荷２４０及び／又はトレーラー／補助的バッテリ２４１への電気的パワーを制御し且つ規制する。バッテリ２０２は車両バッテリとすることが可能であり、一方トレーラーバッテリ２４１はトレーラー内の１個又はそれ以上の装置へパワーを供給するためにトレーラー内に据え付けることが可能である。該負荷は、抵抗性、誘導性、容量性、バッテリ又は車両により牽引されるトレーラー内に据え付けられている任意のその他のタイプの負荷とすることが可能である。例えば、該負荷は、トレーラー照明負荷（ＬＥＤ、白熱灯、キセノン等）又はトレーラーバッテリ、例えば負荷タイプとすることが可能である。取付けられている負荷のタイプが分類されているか又は既知である場合には、適宜の負荷制御対策を実現することが可能である。例えば、白熱灯負荷は閉ループＰＷＭ電圧制御により保護することが可能であり、一方ＬＥＤ負荷は閉ループＰＷＭ電流制御により保護することが可能である。当業者にとって明らかなように、回路２００は航空機パワーシステム、テレコミュニケーション、ネットワーキング、無線及びその他の適用例において使用することが可能である。

後により詳細に説明するように、回路２００は過剰電圧及び低電圧条件を検知するために車両のバッテリ（即ち、バッテリ２０２）をインテリジェントにモニタする形態とされている。この明細書にわたり、車両バッテリ電圧は、エンジンが稼動中でない場合には実際の車両バッテリ電圧のことを意味している場合があり、又はエンジンが稼動中である場合には車両充電電圧（バッテリ／オルタネーター）のことを意味している場合がある。過剰電圧条件が検知されると、回路２００は電気的負荷を保護するためにバッテリ２０２から供給されている電圧をインテリジェントに減少させるか又は除去する。低電圧条件が検知される場合には、回路２００はバッテリ２０２が完全に放電されることを防止するために負荷遮断をインテリジェントに開始させる。

回路２００はメモリ２０８へ結合されているプロセッサ２０４を包含している。プロセッサ２０４はデータ処理タスクを実行するためにプログラムされている幾つかの市販のマイクロコントローラのうちの１つとすることが可能である。特に、プロセッサ２０４は、メモリ２０８からデータを受取り且つそれにデータを格納させる形態とされている。プロセッサ２０４は複数の命令コードを実行することにより、メモリ２０８及び回路２００のその他のコンポーネントの両方から受取られたデータに関して複数の数学的及び／又は論理的演算を実施する。

回路２００は、プロセッサ２００へ電気的に結合されているスイッチ動作されるパワー制御回路２１２を包含している。スイッチ動作されるパワー制御回路２１２はプロセッサ２０４からのパワー制御信号２０６に応答して１個又はそれ以上の負荷２４０へ送給されるパワーを制御する。負荷２４０は関連する出力ポート２４２を介してスイッチ動作されるパワー制御回路２１２へ電気的に結合させることが可能である。スイッチ動作されるパワー制御回路２１２は、オプションとして、プロセッサ２０４へフィードバック信号２１０へ供給することが可能である。フィードバック信号２１０は、開、短絡、モード又はその他の装置欠陥詳細を含むパワー制御回路ステータスを含むことが可能であり、又は装置形態、プログラミング又は製造データ等のその他の動作情報を供給することが可能である。１つの例示的実現例においては、スイッチ動作されるパワー制御回路２０４はパワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体装置、又は負荷２４０へ制御されたパワーを送給することが可能なパワー集積化ベーストランジスタである。プロセッサ２０４からのパワー制御信号２０６に応答して、パワー制御回路２１２のデューティサイクルが変化されて負荷２４０へ送給されるパワーの量を規制する。１つの例示的実現例においては、パワー制御信号２０６はスイッチ動作されるパワー制御回路２１２のオン及びオフ時間を制御する変化されたデューティサイクルを有するパルス変調信号である。

回路２００は、パワー制御回路２１２内を流れており且つ負荷２４０の各々へ送給される電流を測定する形態とされている電流検知回路２１６を包含している。電流検知回路２１６はスイッチ動作されるパワー制御回路２１２内に組込むことが可能である。代替的に、電流検知回路２１６は、負荷２４０へ流れる電流を測定する形態とされている別個のスタンドアローン回路とすることが可能である。電流検知回路２１６は与えられた負荷２４０へ流れる電流を測定し且つ測定した電流に応答して電流検知信号２１８を供給する。後に説明するように、測定した電流が所定の電流値未満である場合には、電流検知信号２１８は開回路状態を表わす場合がある。所定の電流値は負荷２４０のハードウエアデザイン特性及び／又は回路２００の出力ポート２４２に基づく最小電流スレッシュホールドとすることが可能である。測定した電流が最大電流スレッシュホールドを超えている場合には、電流検知信号２１８は短絡回路条件を表わすことが可能であり、プロセッサ２０４が負荷２４０からパワーを取除くことを促す。

１つの例示的実現例においては、電流検知回路２１６は基準電流を発生する基準電流発生器２２４を包含している。電流検知回路２１６は、又、負荷２４０へ流れる測定した電流を基準電流と比較し、且つその比較に応答して電流検知信号２１８を発生する比較器回路２２８を包含している。該基準電流は該最小電流スレッシュホールド又は何等かのその他の選択した電流値とすることが可能である。電流検知信号２１８は、何等かの潜在的な機能障害を包含する出力ポート２４２における動作条件を表わすことが可能であり、且つ負荷２４０の動作条件を表わすことが可能である。より詳細には、電流検知信号２１８はポート２４２における開回路状態、ポート２４２における短絡回路状態、又は負荷２４０が正常の電流を引出していることの存在を表わすことが可能である。

１つの例示的実現例においては、取付けられている負荷が存在しない場合、例えば全てのトレーラーコネクタ出力が開回路を検知した場合には、プロセッサ２０４は全てのパワー制御回路２１２をターンオフさせることが可能である。トレーラープラグが挿入されていない場合に（接続なし）トレーラー牽引コネクタからパワーを取除くことは、近接して離隔されている端子及び電位を有するコネクタが温度変動、湿度及び塩水噴霧へ露呈される場合に典型的に発生する腐蝕及びデンドライト成長を防止する。トレーラー牽引コネクタピンの腐蝕は、トレーラー電気接続の間欠的又は全体的障害となる場合がある。ヒッチ照明装置の使用及び保護も与えられて、というのは、開検知限界（電流値）はどのヒッチ照明装置により引出される電流よりも小さいからである。説明した保護方法はトレーラーの形態にあるか又はヒッチ照明装置の形態にあるかに拘わらず全ての取付けられている負荷に対して適用可能である。

１つの例示的実現例においては、カウンタ回路２４８は、開回路条件をバリデート即ち検証するために使用することが可能である。回路２４８はオプションとして包含されており、又はオプションとして考えられる。信号２１８は代替的にプロセッサ２４０へ直接的に供給することが可能である。電流の複数個のサンプルが採取される。カウンタ回路２４８は、サンプリング期間中に各相次ぐ検知された開回路条件に対して信号２１８によりインクリメントさせることが可能である。カウントが最大スレッシュホールドを超えると、カウンタ回路２４８はプロセッサ２０４に対して有効な開回路状態信号２５０を供給することが可能である。カウンタ回路２４８は相次ぐ開回路条件の検知が存在しない場合（例えば、サンプリング期間内において）リセットされる。カウンタ回路２４８からの有効な開回路状態信号２５０に応答して、該プロセッサは有効な開回路状態条件を検知し且つ報告することが可能である。

回路２００は負荷２４０を横断してパワー制御回路２１２によって印加された電圧を測定する形態とされている電圧検知回路２２０を包含している。電圧検知回路２２０は、スイッチ動作されるパワー制御回路２１２内に組込むことが可能である。代替的に、電圧検知回路２２０は負荷２４０を横断して印加された電圧を測定する形態とされた別個のスタンドアローン回路とすることが可能である。電圧検知回路２２０は負荷２４０を横断しての電圧を測定し且つ測定した電圧に応答して電圧検知信号２２２を供給する。測定した電圧が所定の電圧値より大きい場合には、電圧検知信号２２２は過剰電圧条件を表わすことが可能である。又、測定した電圧が所定の電圧値より小さい場合には、電圧検知信号２２２はバッテリ２０２における低バッテリ電圧を表わすことが可能である。バッテリ２０２においての低バッテリ電圧条件に応答して、プロセッサ２０４はバッテリ２０２のチャージを保存するために負荷２４０へのパワーを取除くか又は減少させることにより負荷遮断を開始させることが可能である。過剰電圧条件に応答して、プロセッサ２０４はパワー制御信号２０６のデューティサイクルを調節し従って回路２１２の動作を制御することにより負荷に対する損傷を防止するために負荷２４０を横断して印加される電圧、電流又はパワーを減少させることが可能である。

１つの例示的実現例においては、電圧検知回路２２０は基準電圧信号を発生する基準電圧発生器２３２を包含している。電圧検知回路２２０は、又、負荷２４０を横断して測定した電圧を基準電圧と比較し、且つその比較に応答して電圧検知信号２２２を発生する電圧比較器回路２３６を包含している。代替的実施例においては、該電圧検知回路は、電圧制御回路２１２へ印加された測定された電圧を基準電圧と比較し、且つその比較に応答して電圧検知信号２２２を発生する電圧比較器回路を包含することが可能である。

１つの例示的実現例においては、過剰電圧条件、開条件、又は低バッテリ電圧条件を検証するためにカウンタ回路２５２を使用することが可能である。この回路２５２はオプションとして包含されており、又オプションとして考えられる。信号２２２は、代替的に、プロセッサ２０４へ直接的に供給することが可能である。電圧の複数のサンプルが回路２２０により採取され、対応する複数の信号２２２が発生される。カウンタ回路２５２は、サンプリング期間中における各相次ぐ検知された過剰電圧条件に対して信号２２２によってインクリメントさせることが可能である。そのカウントが最大スレッシュホールドを超えると、カウンタ回路２５２は有効な過剰電圧状態信号２５６をプロセッサ２０４へ供給することが可能である。カウンタ回路２５２は相次ぐ過剰電圧条件の検知が存在しない場合（例えば、サンプリング期間内において）、リセットされる。有効な過剰電圧信号に応答して、プロセッサ２０４は過剰電圧条件を検知し報告することが可能である。別個のカウンタ回路（図２には示していないが、回路２２０と形態及び接続が類似している）を低バッテリ電圧条件又は開条件を検証するために使用することが可能である。

１つの例示的実現例においては、回路２００はプロセッサ２０４と外部装置（図２には示していない）との間の通信を容易化させるためのネットワークインターフェース回路２４４を包含している。例えば、ネットワークインターフェース回路２４４は車両（図２には示していない）と回路２００を組込んでいるトレーラー牽引コネクタとの間の通信を容易化させることが可能である。このインターフェースは、プロセッサ２０４が、ポート２４２及び負荷２４０における開負荷、短絡回路又は過剰電圧条件の検知等の通信をその他の装置及びシステムへ出力することを可能とする。該インターフェースは、更に、プロセッサ２０４が、プログラミング、コマンド及び制御情報等の情報をその他の装置及びシステムから受取ることを可能とする。

図３はバッテリ２０２上のチャージを保存し且つバッテリ２０２によりパワーが供給される電気的装置即ち負荷を保護するための例示的方法のフローチャート３００である。図３の方法は、図２に示した回路２００により実施することが可能である。電気的装置は、各々、図２には示したパワー制御回路２１２のような夫々のパワー制御回路の出力ポートからパワーを受取ることが可能である。

前述したように、回路２００はバッテリ２０２のチャージをインテリジェントに保存し且つ負荷遮断のためにトレーラー牽引コネクタ内に組込むことが可能である。当業者に明らかなように、フローチャート３００に例示した方法は、航空機パワーシステム、テレコミュニケーション、無線、ネットワーキング及びその他の適用例において利用することが可能である。

ステップ３０４において、出力ポート２４２に対する最大バッテリ電圧値が決定される。出力ポート２４２における最大バッテリ電圧は出力ポート２４２に取付けられている負荷の最大電圧定格のみならずバッテリ２４２の定格及びその他の設計特性に依存する。この値はインターフェース２４４を介して該回路内にプログラムさせるか、又は回路２００自身により決定することが可能である。ステップ３０８において、最大バッテリ電圧値がメモリ２０８のようなメモリ内に格納される。ステップ３１２において、出力ポート２４２における定常状態電圧が電圧検知回路２２０により測定される。ステップ３１６において、その測定された定常状態電圧はメモリ２０８内に格納される。ステップ３２０において、測定された定常状態電圧が最大バッテリ電圧と比較される。１つの実現例においては、プロセッサ２０４は測定された定常状態電圧を最大バッテリ電圧と比較する。測定した定常状態バッテリ電圧が最大バッテリ電圧よりも大きい場合には、過剰電圧状態即ち条件がステップ３２４において報告される。そうでない場合には、流れはステップ３１２へ復帰する。

１つの実現例においては、プロセッサ２０４はネットワークインターフェース２４４を介して過剰電圧状態を報告する。過剰電圧状態に応答して、プロセッサ２０４はパワー制御信号２０６を送って出力ポート２４２における電圧を調節する。１つの実現例においては、パワー制御信号２０６は出力ポート２４２における電圧を減少させるためにパワー制御回路２１２のデューティサイクルを減少させるパルス幅変調信号である。出力ポート２４２における電圧は出力ポート２４２へ結合されている負荷のタイプに基づいて調節することが可能である。１つの実現例においては、負荷タイプが決定され（例えば、白熱バルブ、ガスディスチャージバルブ、ＬＥＤ、バッテリ）、且つその負荷タイプに基づいて、パワー制御信号２０６が出力電圧、電流又はパワーを適宜のレベルへ調節するために発生される。その出力電圧はゼロ電圧から最大電圧まで広い範囲の値内において変化させることが可能である。該負荷において測定された電流又はパワーも選択した範囲の値内において変化させることが可能である。パワーの計算は負荷へ送給されたパワー又は負荷を横断して散逸されたパワーに基づくものとすることが可能である。前述の分析は夫々の負荷２４０へ結合されている出力ポート２４２の各々に関してプロセッサ２０４によって行うことが可能である。例えば、トレーラー白熱照明（バルブ）の動作寿命を延長させるために、プロセッサ２０４及びパワー制御回路２１２によって実現される閉ループ電圧ＰＷＭ制御を全ての条件下において負荷電圧２４２を一定の１１．９Ｖ測定値に維持するように規制するために使用することが可能である。

１つの実現例においては、パワー制御回路２１２のデューティサイクルは回路２１２の形態に依存して変化される。例えば、パワー制御回路２１２が開ループシステムの形態とされている場合には、そのデューティサイクルは予め選択された値（例えば、０．７又は０．５）へ調節される。対照的に、パワー制御回路２１２が閉ループシステムの形態とされている場合には、そのデューティサイクルは、出力ポートにおける電圧が所望の電圧レベルとされるまで変化される。

前述したように、バッテリ２０２上のチャージを保存するために、出力ポート２４２における電圧をモニタすることが必要である。出力ポート２４２における低電圧条件は、バッテリの電気的チャージが低く、従ってバッテリのチャージを保存するために負荷遮断が必要であることを表わす場合がある。図４は、バッテリ２０２のチャージを保存するための例示的方法のフローチャート４００である。ステップ４０４において、最小バッテリ電圧が決定される。最小バッテリ電圧値はスレッシュホールドであり、それより下においては、バッテリは枯渇される危険性にあるものと考えられ、且つ車両を始動させることが不可能な場合がある。最小バッテリ電圧は出力ポート２４２へ接続されている負荷のみならずバッテリの特性に基づいている。

ステップ４０８において、最小バッテリ電圧値がメモリ２０８内に格納される。この値はインターフェース２４４を介して該回路内にプログラムさせることが可能であり、または回路２００自身によって決定することが可能である。ステップ４１２において、出力ポート２４２における定常状態電圧が電圧検知回路２２０によって測定される。ステップ４１６において、測定された定常状態電圧がメモリ内に格納される。１つの実現例においては、その測定された定常状態電圧はプロセッサ２０４によってメモリ２０８内に格納される。

ステップ４２０において、測定された定常状態電圧が最小バッテリ電圧と比較される。１つの実現例においては、プロセッサ２０４が測定された定常状態電圧を最小バッテリ電圧と比較する。ステップ４２４において、測定された定常状態電圧が最小バッテリ電圧より小さい場合には、プロセッサ２０４によって低バッテリ電圧状態が報告される。そうでない場合には、流れはステップ４１２へ復帰する。低バッテリ電圧状態に応答して、プロセッサ２０４はパワー制御信号２０６を送って出力ポート２４２における電圧を変化させる。例えば、バッテリチャージを保存するために出力ポート２４２における電圧を減少させるためにパワー制御回路２１２のデューティサイクルを減少させることが可能である。必要である場合には、出力ポート２４２における電圧を取付けられている負荷２４０からパワーを取除くためにゼロへ減少させることが可能である。

１つの例示的実現例においては、複数個の負荷２４０がバッテリ２０２によってパワーが供給されている場合には、バッテリのチャージを保存するために選択的負荷遮断を開始させることが可能である。例えば、３個の負荷の各々が夫々のパワー制御回路へ結合されている場合には、パワー制御回路の各々のデューティサイクルを各負荷を横断しての夫々の電圧、電流又はパワーを減少させるために変化させることが可能である。１つの実現例においては、負荷が非臨界的な負荷であると考えられる場合には、デューティサイクルを変化させるか又はパワー制御回路２１２をディスエーブル又はターンオフさせて負荷から電気的パワーを取除くことが可能である。負荷が臨界的な負荷であると考えられる場合には、許容可能な減少させた電圧、電流又はパワーレベルを臨界的な負荷へ供給しながら、バッテリチャージの枯渇割合を減少させるために出力ポートにおけるパワーを減少させるためにデューティサイクルを変化させることが可能である。臨界的な負荷は、例えば、牽引車両又は取付けられている負荷のいずれかの安全性又は動作に影響を与える負荷とすることが可能である。臨界的な負荷の例は、走行／マーカー及び停止／ブレーキランプを包含している。非臨界的負荷の例は、トレーラーの補助的負荷にパワーを供給するスイッチ動作されるバッテリ出力を包含している。臨界的及び非臨界的負荷に関するデータは、メモリ２０８内に格納し且つ分析のためにプロセッサ２０４によりアクセスすることが可能である。

プロセッサ２０４上に論理を実装させ且つネットワークインターフェース２４４を介して得ることが可能な負荷電圧、負荷電流及び車両動作情報等の測定データを利用することにより多様な負荷遮断デザイン又は方策を実現することが可能である。１つの実現例においては、車両バッテリのチャージは、車両エンジンのＲＰＭが低スレッシュホールド値より下がるか及び／又は車両速度がゼロ又はほぼゼロのＭＰＨである場合に上述した方法を使用することにより保存することが可能である。車両エンジンのＲＰＭ又は速度に関する情報は通信ネットワークインターフェース２４４を介してプロセッサへ供給することが可能である。車両エンジンＲＰＭ及び速度が所定の又は計算されたスレッシュホールド値より下がる場合には、その車両がアイドルモードにあることを表わす場合があり、１個又はそれ以上の負荷をバッテリから切断することが可能である。例えば車両のバッテリが車両に取付けられているトレーラー内に据え付けられている１個又はそれ以上の負荷にパワーを供給している場合について考える。その車両がアイドリングしている場合、即ちアイドルモードにある場合には、トレーラー内の全ての負荷にパワーを供給することが必要であるかもしれない。従って、車両エンジンのＲＰＭ及び／又は車両速度をモニタし且つ測定し、且つその測定値に応答して、バッテリのチャージを保存するために回路２００を使用して負荷遮断を開始させることが可能である。車両バッテリのチャージを保存することに加えて、アイドルモードの負荷遮断はアイドル品質、燃料経済及び車両加速／性能を改善することが可能である。車両速度、バッテリ電圧、又はエンジンＲＰＭが、メモリ２０８内に格納されているように所定の又は計算された夫々のスレッシュホールドを超えると、回路２００は負荷遮断動作により前に修正されている全てのパワー制御回路２１２を再イネーブル、ターンオン、又は通常のＰＷＭ制御へ復帰させることが可能である。１つの例示的実現例においては、負荷遮断は動作条件に基づいて臨界的負荷に対して選択的に適用することが可能である。例えば、ヘッドランプがオンであり且つ日中である場合に（自動ヘッドランプ特徴の場合に典型的に使用されている周囲光信号により検知され且つインターフェース２４４を介して供給されるように）、トレーラーマーカー／走行ランプに関して少なくとも最小の負荷遮断を実施することが許容可能であり且つ安全である場合がある。フォグランプステータス又はワイパーステータス等の付加的な車両ステータス情報（インターフェース２４４を介して供給される）は、負荷遮断機能を制御するための論理により考慮される付加的な要因として使用することが可能である。１つの実現例においては、日中であり（周囲光センサー＝日中）及び外は霧の状態である場合（フォグランプ＝オン）、トレーラーマーカー／走行ライトの負荷遮断は開始されることはない（何故ならば、これらのライトは安全上重要であると考えられるからである）。

１つの実現例においては、車両がスリープモードにあるか（例えば、車両エンジンがターンオフされる、車両ドア又はヘッドランプスイッチがインターフェース２４４を介して通信された情報から知られているように作動されていない）又はネットワークインターフェース２４４がスリープ状態にある場合には、バッテリのチャージを保存するために１個又はそれ以上の負荷から電気的パワーを取除くことが可能である。例えば、車両がスリープモードにあることの決定に応答して、バッテリのチャージを保存するために１個又はそれ以上の取付けられているトレーラー負荷からパワーを切断するために負荷遮断を開始させることが可能である。車両がスリープモードにあることを表わす信号を、車両がネットワークインターフェース２４４を介してプロセッサ２０４へ供給することが可能である。

１つの実現例においては、回路２００は、内部的に回路２００により検知されるように熱過剰負荷（即ち、過熱）条件に応答してバッテリのチャージを保存するために使用することが可能である。従って、回路２００は、負荷２４０の温度を測定し且つ測定した負荷温度に応答して温度検知信号（例えば、信号２１０又はインターフェース２４４を介して通信されるか又は何等かのその他の受取られる信号）を供給する形態とすることが可能である。該温度検知信号は負荷の温度を表わしている。熱過剰負荷条件は、負荷２４０が過剰な電流を引出しており、従って継続する熱過剰ストレス又は高速熱過渡的条件から発生する永久的な機能障害又は劣化を防止するために負荷遮断が必要であることを表わすことが可能である。例えば、温度検知信号が、負荷温度が最大温度スレッシュホールドを超えることを表わす場合には、上述した方法を使用して負荷遮断を開始させることが可能である。負荷２０４における熱過剰負荷条件は、パワー制御回路２１２から信号２１０を介してプロセッサ２０４へ通信させることが可能である。代替的に、１個又はそれ以上の温度検知装置をトレーラー牽引コネクタＰＣＢボード上に据え付けることが可能であり、その信号はプロセッサ２４０へ接続させることが可能である。

１つの実現例においては、回路２００は、回路２００を介して車両バッテリへ電気的に結合されているトレーラーバッテリ２４１を再充電するために利用することが可能である。トレーラーバッテリは、通常、車両により牽引することが可能なあるトレーラータイプ（ＲＶ又はコマーシャル）内に据え付けられている。トレーラーバッテリは、室内トレーラーライト、トレーラーＤＣ−ＡＣインバータ、又は炉／ヒーター／冷蔵庫天然ガス点火回路等のトレーラー内に据え付けられている１個又はそれ以上の負荷にパワーを供給することが可能である。

図５Ａ−５Ｂは、回路２００を使用してトレーラーバッテリ（例えば、バッテリ２４１）を再充電するための例示的な方法のフローチャート５００を示している。ステップ５０４において、トレーラーバッテリ２４１が車両バッテリへ電気的に結合されているか否かの決定が行われる（このことは電流及び／又は電圧検知を介して達成することが可能である）。ステップ５０８において、トレーラーバッテリ２４１が車両バッテリへ結合されている場合には、トレーラーバッテリ現在ステータスが報告される。ステップ５１２において、最大トレーラーバッテリ再充電レートが決定される。最大トレーラーバッテリ再充電レートはトレーラーバッテリの最大許容可能車両充電レートであり且つ検知されたトレーラーバッテリの特性に基づいている。この値は計算することが可能であり、又はインターフェース２４４からロードすることが可能である。ステップ５１６において、最大トレーラーバッテリ再充電レート値がメモリ２０８内に格納される。ステップ５２０において、定常状態トレーラーバッテリ放電レートが測定される。定常状態トレーラーバッテリ放電レートはトレーラーバッテリの条件即ちチャージの状態及びトレーラーバッテリに取付けられている１個又はそれ以上の負荷に依存している。ステップ５２４において、測定された定常状態トレーラーバッテリ放電レートがメモリ２０８内に格納される。ステップ５２８において、測定された放電レートが最大再充電レートと比較される。測定された放電レートが最大再充電レートを超える場合には、ステップ５３２において、パワー制御回路２１２のデューティサイクルがトレーラーバッテリを再充電するために変化される。そうでない場合には、流れはステップ５２０へ復帰する。

１つの実現例においては、プロセッサ２０４が第一時間期間中に高いレートで、次いで第二時間期間中に低いレートでトレーラーバッテリを再充電するために第一パワー制御信号２０６を送る。トレーラーバッテリは、それが完全に再充電されるまで、高いレート及び低いレートで交互に再充電させることが可能である。高いレートと低いレートとで交互にトレーラーバッテリを再充電することにより、トレーラーバッテリの動作寿命が長期化される。高及び低再充電レートの両方における充電時間は測定されたトレーラーバッテリ放電レートに基づいて計算される。

前述した方法は、車両のバッテリチャージを保存することによりインテリジェントな負荷遮断を可能とし、そのことは、ドライバが車両を家、サービスステーション又はその他の安全な位置へ戻すことを可能とする。これらの方法は増加された電気的効率を提供し、そのことは改善された燃費、改善されたアイドル品質及び改善された車両加速及び性能とすることを可能とする。

図面に示した要素のうちの１つ又はそれ以上は、又、より分離された又は一体化された態様で実現することも可能であり、又は特定の適用例に従って有用であるようにある場合においては取除いたり動作不能とさせたりすることも理解される。コンピュータが上述した方法のいずれかを実施することを可能とするためにマシン読取可能な媒体内に格納することが可能なプログラム又はコードを実現することも本発明の精神及び範囲内のものである。

本明細書及び特許請求の範囲において使用されているように、「１つ」及び「該」はその文脈が明らかにそうでないことを支配するものでない限り複数の参照を包含している。又、本明細書及び特許請求の範囲において使用されているように、「の中」の意味は文脈がそうでないことを明確に支配するものでない限り「の中」及び「の上」を包含している。

要約に記載されていることを包含して本発明の例示した実施例の前述した説明は、網羅的なものであること又は本発明をここに開示した精密な形態に制限することを意図したものではない。本発明の特定の実施例及び例が例示的な目的のためにのみここにおいて記載されているが、当業者が認識し且つ理解するように、本発明の精神及び範囲内において種々の均等な修正が可能である。表示したように、これらの修正は本発明の例示した実施例の前述した説明に鑑み本発明に対して行うことが可能なものであり且つ本発明の精神及び範囲内に包含されるべきものである。

従って、本発明をその特定の実施例を参照してここにおいて説明したが、ある幅の修正、種々の変更及び置換は前述した開示において意図されているものであり、且つ幾つかの例においては、本発明の実施例の幾つかの特徴が上述したような本発明の範囲及び精神から逸脱することなしにその他の特徴の対応する使用なしで使用されることが理解される。従って、本発明の基本的な範囲及び精神に対して特定の状況又は物質に適用させるために多くの修正を行うことが可能である。本発明は特許請求の範囲において使用されている特定の用語及び／又は本発明を実施するために意図されているベストモードとして開示されている特定の実施例へ制限されるものではなく、本発明は特許請求の範囲内に該当する如何なる及び全ての実施例及び均等物を包含するものであることが意図されている。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定されるべきものである。

（Ａ）はトレーラー牽引コネクタの概略図、（Ｂ）はトレーラー牽引コネクタの内側に据え付けられている電子回路のブロック図。 車両のバッテリチャージを保存し且つ車両に取付けられているトレーラーにおける電気的負荷を保護するための回路の例示的実施例を示した概略図。 バッテリのチャージを保存し且つバッテリによりパワーが供給される電気的負荷を保護するための例示的方法を示したフローチャート。 バッテリのチャージを保存するための別の例示的な方法を示したフローチャート。 バッテリを再充電するための例示的な方法のフローチャートの一部を示した概略図。 図５Ａと結合されるべきフローチャートの残りの部分を示した概略図。

Claims (23)

1. バッテリのチャージを保存し且つ各々が該バッテリへ結合されている夫々のパワー制御回路の出力ポートからパワーを受取る電気的装置を保護する方法において、
   該出力ポートに着脱自在に接続されている該電気的装置の特性及び該バッテリの特性に基いて該出力ポートにおける最大及び最小バッテリ電圧値を決定して該最大及び最小バッテリ電圧値をメモリ内に格納し、
   該出力ポートにおける定常状態バッテリ電圧を測定し、
   該測定した定常状態バッテリ電圧値を該メモリ内に格納し、
   該測定した定常状態バッテリ電圧値を該最大及び最小バッテリ電圧値とプロセッサにより比較し、
   該測定した定常状態バッテリ電圧値が該最大バッテリ電圧値より大きい場合には、過剰電圧状態を報告し、
   該測定した定常状態バッテリ電圧値が該最小バッテリ電圧値より小さい場合には、低バッテリ電圧状態を報告し、
   該過剰電圧状態に応答して、該出力ポートにおける電圧又は電流を変化させるために該プロセッサによって第一パワー制御信号を該パワー制御回路へ送り、
   該低バッテリ電圧状態に応答して、該出力ポートにおける電圧又は電流を変化させるか又は取除くために該プロセッサによって第二パワー制御信号を該パワー制御回路へ送る、
   ことを包含している方法。
2. 請求項１において、更に、
   該電気的装置が非臨界的負荷であるか否かを決定し、
   該電気的装置が非臨界的負荷であることの決定に応答して、該出力ポートから電気的パワーを取除くために該第二パワー制御信号によって該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
   ことを包含している方法。
3. 請求項１において、更に、
   該電気的装置が臨界的負荷であることを決定し、
   該電気的装置が臨界的負荷であることの決定に応答して、該出力ポートにおける電圧を減少させるために該第二パワー制御信号によって該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
   ことを包含している方法。
4. 請求項１において、更に、
   トレーラーが車両へ接続されているか否かを決定し、
   トレーラーが車両に接続されていない場合には１個又はそれ以上の出力ポートから電気的パワーを取除く、
   ことを包含している方法。
5. 請求項１において、更に、
   車両がスリープモードにあるか否かを決定し、尚該スリープモード期間中に、車両バッテリが取付けられているトレーラーに対して電気的パワーを供給し、一方車両のエンジン及び電気的負荷がターンオフされ、
   車両がスリープモードにあることの決定に応答して、出力ポートにおける電圧を測定し、
   測定した電圧を最小バッテリ電圧と比較し、
   測定した電圧が該最小バッテリ電圧より小さい場合には該第二パワー制御信号によって該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させることにより該出力ポートにおける電圧を減少させる、
   ことを包含している方法。
6. 請求項１において、更に、
   該電気的装置のタイプを決定し、
   該電気的装置のタイプに応答して、該第二パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
   ことを包含している方法。
7. 請求項１において、該プロセッサ、該メモリ、該パワー制御回路が車両に取付けられているトレーラーへ電気的パワーを供給する形態とされているトレーラー牽引コネクタ内に実装されている方法。
8. バッテリのチャージをモニタし且つ各々が該バッテリに結合されている夫々のパワー制御回路の出力ポートからパワーを受取る電気的装置を保護する方法において、
   該出力ポートに着脱自在に接続されている該電気的装置の特性及び該バッテリの特性に基いて該出力ポートにおける最大バッテリ電圧値を決定して該最大バッテリ電圧値をメモリ内に格納し、
   該出力ポートにおける定常状態バッテリ電圧を測定し、
   測定した定常状態バッテリ電圧値を該メモリ内に格納し、
   該測定した定常状態バッテリ電圧値を該最大バッテリ電圧値とプロセッサにより比較し、
   該測定した定常状態バッテリ電圧値が該最大バッテリ電圧値より大きい場合には、過剰電圧状態を報告し、
   該過剰電圧状態に応答して、該出力ポートにおける電圧又は電流を変化させるために該パワー制御回路へパワー制御信号を該プロセッサにより送る、
   ことを包含している方法。
9. 請求項８において、更に、
   該出力ポートへ接続されている電気的装置のタイプを決定し、
   電気的装置のタイプに応答して、該出力ポートにおける電圧を減少させるために該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
   ことを包含している方法。
10. 請求項８において、更に、
    該出力ポートへ接続されている電気的装置のタイプを決定し、
    該電気的装置のタイプに応答して、該電気的装置内を流れる電流を減少させるために該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
    ことを包含している方法。
11. 請求項８において、更に、
    該出力ポートへ接続されている電気的装置のタイプを決定し、
    該電気的装置のタイプに応答して、該電気的装置内を流れるパワーを減少させるために該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
    ことを包含している方法。
12. 請求項８において、更に、
    該パワー制御回路が開ループシステムの形態とされているか否かを決定し、
    該パワー制御回路が開ループシステムの形態とされている場合には該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを予め選択した第一デューティサイクルへ変化させる、
    ことを包含している方法。
13. 請求項８において、更に、
    該パワー制御回路が閉ループシステムの形態とされているか否かを決定し、
    該出力ポートにおける電圧が予め選択した第一電圧に等しくなるまで該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
    ことを包含している方法。
14. 請求項８において、更に、
    該パワー制御回路が閉ループシステムの形態とされているか否かを決定し、
    該電気的装置内を流れる電流が予め選択した第一電流と等しくなるまで該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
    ことを包含している方法。
15. 車両のバッテリチャージを保存する方法において、バッテリは各々がバッテリへ結合されている夫々のパワー制御回路の出力ポートからパワーを受取る電気的装置へ電気的パワーを供給するものであり、
    該出力ポートに着脱自在に接続されている該電気的装置の特性及び該バッテリの特性に基いて該出力ポートにおける最小バッテリ電圧値を決定して該最小バッテリ電圧値をメモリ内に格納し、
    該出力ポートにおける定常状態バッテリ電圧を測定し、
    該測定した定常状態バッテリ電圧値を該メモリ内に格納し、
    該測定した定常状態バッテリ電圧値を該最小バッテリ電圧値とプロセッサにより比較し、
    該測定した定常状態バッテリ電圧値が該最小バッテリ電圧値より小さい場合には、低バッテリ電圧状態を報告し、
    該低バッテリ電圧状態に応答して、該出力ポートにおける電圧又は電流を変化させるために該プロセッサによってパワー制御信号を該パワー制御回路へ送る、
    ことを包含している方法。
16. 請求項１５において、更に、
    該電気的装置が非臨界的負荷であるか否かを決定し、
    該電気的装置が非臨界的負荷であることの決定に応答して、該出力ポートから電気的パワーを取除くために該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
    ことを包含している方法。
17. 請求項１５において、更に、
    該電気的装置が臨界的負荷であるか否かを決定し、
    該電気的装置が臨界的負荷であることの決定に応答して、該出力ポートにおける電圧又は電流を減少させるために該パワー制御信号により該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させる、
    ことを包含している方法。
18. 請求項１５において、更に、
    トレーラーが車両へ接続されているか否かを決定し、
    トレーラーが車両へ接続されていない場合には該出力ポートから電気的パワーを取除く、
    ことを包含している方法。
19. 請求項１５において、更に、
    車両がスリープモードにあるか否かを決定し、尚スリープモード期間中に、車両バッテリは取付けられているトレーラーに対して電気的パワーを供給し、一方その車両のエンジン及び車両負荷はターンオフされ、
    車両がスリープモードにあることの決定に応答して、該出力ポートにおける電圧を測定し、
    該測定した電圧を該最小バッテリ電圧と比較し、
    該測定した電圧が該最小バッテリ電圧より低い場合には該パワー制御信号によって該パワー制御回路のデューティサイクルを変化させることにより該出力ポートにおける電圧を減少させる、
    ことを包含している方法。
20. バッテリのチャージを保存し且つ各々がバッテリへ結合されている夫々のパワー制御回路の出力ポートからパワーを受取る電気的装置を保護する集積回路装置において、
    メモリ、
    該メモリに電気的に結合されているプロセッサであって、該メモリ内にデータを格納し且つ該メモリからデータを受取るプロセッサ、
    該電気的装置へ電気的に結合されているスイッチ動作されるパワー制御回路であって、該プロセッサからのパワー制御信号に応答してデューティサイクルを変化させることにより該電気的装置へ送給される電気的パワーを制御するスイッチ動作されるパワー制御回路、
    該負荷へ電気的に結合されている電圧検知回路であって、該出力ポートにおける電圧を測定し且つ該測定した電圧を表わす電圧検知信号を該プロセッサへ供給する電圧検知回路、を有しており、該プロセッサが該電圧検知信号を表わすデータを該メモリ内に格納し、該プロセッサが該電圧検知信号に応答して該パワー制御信号を該スイッチ動作されるパワー制御回路へ供給し、該プロセッサが該測定された電圧を該出力ポートに着脱自在に接続されている電気的装置の特性及び該バッテリの特性に基いて決定され且つ該メモリ内に格納されている該出力ポートにおける最大及び最小バッテリ電圧値と比較し、該測定した電圧が該最大バッテリ電圧を超える場合には該プロセッサが過剰電圧状態を報告し、該測定した電圧が該最小バッテリ電圧より小さい場合には該プロセッサが低バッテリ電圧を報告する、集積回路装置。
21. 請求項２０において、該パワー制御信号が該スイッチ動作されるパワー制御回路のデューティサイクルを制御するためのパルス幅変調信号である集積回路装置。
22. 請求項２０において、更に、該電圧検知信号が該測定した電圧が該最大バッテリ電圧を超えることを表わすことに応答して該出力ポートにおける電圧、電流又はパワーを減少させるために該スイッチ動作されるパワー制御回路のデューティサイクルを該プロセッサによって変化させることを包含している集積回路装置。
23. 請求項２０において、更に、該測定した電圧が該最小バッテリ電圧より低いことを該電圧検知信号が表わすことに応答して該出力ポートにおけるパワーを減少させるために該スイッチ動作されるパワー制御回路のデューティサイクルを該プロセッサによって変化させることを包含している集積回路装置。

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