JP5453991B2 - 電力供給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輌に搭載された発電機により発電された電力及びバッテリに蓄積された電力を、車輌に搭載された種々の車載機器（負荷）へ供給する制御を行う電力供給制御装置に関する。

従来、車輌には多数の電子機器が搭載されており、車輌の走行時にはエンジンの回転により発電を行う発電機から機器へ電力供給が行われ、車輌のエンジン停止時にはバッテリに蓄積された電力が機器へ供給される。また近年では、車輌の安全性、利便性及び快適性等を向上させるため、車輌に搭載される機器の数は増加している。これらの車載機器には、車輌の停車中であっても動作し、又は、車輌の停車中には待機状態として低消費電力モードで動作するものがあり、バッテリに蓄積された電力を消費するため、これらの車載機器が長期間に亘って電力を消費することによってバッテリ上がりが発生するという問題がある。このため、バッテリから車載機器への電力供給を制御する電力供給制御装置に関し、車載機器による電力消費を低減することを目的とした種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１においては、バッテリから車輌電装機器に対して暗電流が流される暗電流経路に、バッテリの電源電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御により車輌電装機器の待機動作に必要な最低電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを接続することにより、車載電装機器が支障なく待機動作を行うことができると共に、必要以上の無駄な電力の消費を防止でき、バッテリ蓄積電力の低下を軽減することができる電源供給装置が提案されている。

また、特許文献２においては、出力電圧及び目標電圧の誤差を増幅する誤差増幅器と、この誤差増幅器から出力された誤差信号により周波数を増減する電圧制御発振器と、この電圧制御発信器から出力された周波数信号によりトリガされて所定のオン時間を生成するワンショット回路とで構成され、スイッチに対して所定のオン時間のＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御を行う制御回路を備え、スイッチのオン時間を入出力電圧の変化に連動させるＤＣ／ＤＣコンバータが提案されている。このＤＣ／ＤＣコンバータは、簡易な制御回路の構成で、軽負荷時にはスイッチング周波数が低下して消費電流の低減を図ることができ、重負荷時には入出力電圧の変化に関わらず概ね一定のスイッチング周波数で動作することができる。

一方、配線の短絡又は機器の故障等の種々の要因により、発電機又はバッテリから車載機器へ異常な過電流が流れる場合があり、車載機器への電力供給を制御する電力供給制御装置には車載機器への過電流を防止する機能が求められる。このため、電力供給制御装置は、発電機又はバッテリから車載機器への電力供給経路中に配されたヒューズを有し、過電流が流れた場合にはヒューズの溶断によって過電流を防止する構成とすることが一般的である。

特許文献３においては、バッテリ及び負荷を電気的に接続する主電源ラインに近接又は絶縁層を介して接続され、主電源ラインより電流容量が小さい小電流用電源ラインと、この小電流用電源ライン上に設けられて、異常電流が流れると溶断して接続を遮断するヒューズと、ヒューズの溶断を検出した場合に主電源ラインを接続状態から遮断状態へ切り替える電源遮断部を備えることによって、簡単かつ効率的な構成で、電源ラインを電流異常から適切に保護できる車輌用電源供給装置が提案されている。

特開２００５−５９７１２号公報 特開２００８−２９１５９号公報 特開平１０−３２２８８０号公報

例えば車輌のエンジンが停止してバッテリから車載機器へ電力が供給され、車載機器は低消費電力モードで動作しているときであっても、ユーザの操作などに応じて車載機器が低消費電力モードから通常の動作モードへ移行した場合には、必要な電力が急激に増大する。このため車載機器への電力供給を制御する電力供給制御装置は、車載機器による必要電力の急激な増大に対応して電力供給量を増大させなければならない。

しかしながら、特許文献１に記載の電源供給装置である暗電流用の電源は、待機動作に必要な最低電圧をＤＣ／ＤＣコンバータが出力する構成であり、ＤＣ／ＤＣコンバータは出力電圧を検出して出力を安定化する回路構成であるものの、上記のような車載機器の必要電力の急激な増大を想定していない。また特許文献２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータも同様であり、出力電圧と目標電圧との誤差に応じてスイッチのオン時間を制御することによって出力を安定化する構成であるものの、上述のような必要電力の急激な増大に対応して出力を増大させることはできない。

一方、特許文献３に記載の車輌用電源供給装置のように、ヒューズを用いて過電流を遮断する構成においては、ヒューズが溶断された場合にはヒューズの交換を行わなければならない。近年では車輌に多数の車載機器が搭載されることから、車輌における車輌用電源供給装置の搭載場所は限られており、ヒューズを用いる車輌用電源供給装置は、メンテナンス性の観点から、搭載場所がユーザなどの手の届く範囲内など、更に限られるという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、車載機器の消費電力が急激に増大した場合であっても、これに対応して電力供給量を増大させることができ、車載機器を安定して動作させることができる電力供給制御装置を提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、ヒューズを用いることなく、車載機器への過電流を遮断することができる電力供給制御装置を提供することにある。

本発明に係る電力供給制御装置は、車輌に搭載された発電機及びバッテリからの電力を、前記車輌に搭載された負荷へ供給する制御を行う電力供給制御装置において、一端側に前記発電機及びバッテリが接続され、他端側に平滑回路を介して前記負荷が接続されて、前記発電機及びバッテリから前記負荷への電力供給経路の接続／遮断を行うスイッチング素子と、前記スイッチング素子の接続／遮断を周期的に行わせる制御手段と、前記スイッチング素子の前記一端側の電位と前記電力供給経路の前記負荷側の電位との電位差が閾値を超えた場合に、前記スイッチング素子に継続的な接続を行わせる継続接続手段とを備えることを特徴とする。

本発明においては、車輌に搭載された発電機及びバッテリから車載機器などの負荷への電力供給経路にスイッチング素子を配し、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御などによりスイッチング素子を周期的に接続／遮断すると共に、スイッチング素子及び負荷の間には平滑回路を設ける。これにより、車載機器へ供給される電力の電力量が、発電機及びバッテリからの電力を直接的に供給する場合と比較して、低減することができる。

また電力供給制御装置は、発電機及びバッテリからスイッチング素子までの電力供給経路の電位と、平滑回路から負荷までの電力供給経路の電位との電位差を監視する。負荷の消費電力量が増大した場合には負荷側の電位が低下するため、発電機及びバッテリ側の電力供給経路の電位と負荷側の電力供給経路の電位との電位差を監視することで電力供給制御装置は負荷の消費電力量の増大を監視することができる。電力供給制御装置は、電位差が閾値を超えた場合に、スイッチング素子を継続的に接続することによって、発電機及びバッテリから最大限の電力を負荷へ供給することができ、負荷の消費電力量の急激な増大に対応することができる。

また、本発明に係る電力供給制御装置は、前記制御手段は、前記スイッチング素子に接続／遮断を行わせる制御信号を出力するようにしてあり、前記継続接続手段は、前記電位差が閾値を超えたことを検知する比較器を有し、該比較器の出力信号を前記スイッチング素子に接続／遮断を行わせる制御信号として出力するようにしてあり、前記スイッチング素子は、前記制御手段が出力する制御信号又は前記継続接続手段が出力する制御信号により接続の制御がなされた場合に、前記電力供給経路を接続するようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、スイッチング素子の両端の電位、即ち発電機及びバッテリからスイッチング素子までの電力供給経路の電位と、スイッチング素子から負荷までの電力供給経路の電位とを比較して、閾値を超える電位差が生じた場合にこの旨を通知する信号を出力する比較器を備え、この比較器の出力信号をスイッチング素子の制御信号として出力する。また、スイッチング素子の周期的な接続／遮断を行う制御手段は、周期的にスイッチング素子を接続する制御信号を出力する。電力供給制御装置は、比較器から出力される制御信号と、制御手段から出力される制御信号とを、例えばＡＮＤ演算してスイッチング素子へ与え、いずれかの制御信号により接続の指示が与えられた場合にスイッチング素子が電力供給経路の接続を行う構成とする。
これによりスイッチング素子は、比較器からの制御信号又は制御手段からの制御信号に応じて電力供給経路を接続し、負荷への電力供給を行うことができる。即ち、比較器により電位差が閾値を超えたことが検出された場合には、周期的な接続／遮断の制御を行う制御手段の制御信号に関係なく、負荷への電力供給を行うことができるため、負荷の消費電力の急激な変化に対応することができる。

また、本発明に係る電力供給制御装置は、前記車輌のエンジンが停止状態であるか否かを検出する車輌状態検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記エンジンが停止状態の場合に、前記スイッチング素子の接続／遮断を周期的に行わせるようにしてあることを特徴とする。

車輌のエンジンが動作状態の場合には、発電機が発電を行うため車輌の負荷へ十分な電力を供給することができるが、エンジンが停止状態の場合には発電機の発電が行われないため、バッテリに蓄積された電力を負荷へ供給しなければならない。そこで本発明においては、車輌のエンジンが停止状態であるか否かを検出し、エンジンが停止状態の場合にスイッチング素子の周期的な接続／遮断の制御を行う。これにより、バッテリから負荷への電力供給量を低減することができ、バッテリの残容量の低下を抑制することができる。

また、本発明に係る電力供給制御装置は、前記車輌が駐車状態であるか否かを検出する車輌状態検出手段と、前記駐車状態の継続時間を計時する計時手段とを更に備え、前記制御手段は、前記計時手段が計時した継続時間が所定時間を超えた場合に、前記スイッチング素子を遮断させるようにしてあることを特徴とする。

車輌が駐車状態の場合にはバッテリから負荷への電力供給が行われるため、駐車状態が長期間に亘って継続された場合には、バッテリの残容量がエンジンの始動に必要な電力量より低減する虞がある。そこで本発明においては、車輌が駐車状態であるか否かを検出し、駐車状態の継続時間を計時して、継続時間が所定時間を超えた場合にはスイッチング素子を遮断して、バッテリから負荷への電力供給を停止する。これにより、バッテリの残容量の極端な低下を抑制することができる。

また、本発明に係る電力供給制御装置は、前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記残容量検出手段が検出した残容量が所定容量より少ない場合に、前記スイッチング素子を遮断させるようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、バッテリの残容量を検出する残容量検出手段を備えて、残容量が所定容量より少ない場合には、スイッチング素子を遮断してバッテリから負荷への電力供給を停止する。これにより、バッテリの残容量の低下をより確実に防止することができる。

また、本発明に係る電力供給制御装置は、前記スイッチング素子は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であり、ソースに前記発電機及びバッテリが接続してあり、ドレインに平滑回路を介して前記負荷が接続してあり、前記ＦＥＴの温度を検知する温度検知手段と、前記ＦＥＴのゲート−ソース間の電圧及びソース−ドレイン間の電圧を検知する電圧検知手段と、前記温度検知手段が検知した温度及び前記電圧検知手段が検知した電圧に基づいて、前記ＦＥＴのソース−ドレイン間を流れる電流値を算出する電流値算出手段とを更に備え、前記制御手段は、前記電流値算出手段が算出した電流値に応じて、前記スイッチング素子を遮断させるようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、スイッチング素子としてＦＥＴを用い、ＦＥＴのソースに電力供給経路を介して発電機及びバッテリを接続し、ドレインに平滑回路及び電力供給経路を介して負荷を接続する。スイッチング素子としてリレーなどの機械式スイッチを用いる場合と比較して、耐久性及び切替速度等においてＦＥＴが優れている。

また、サーミスタなどを用いてＦＥＴの温度を検知すると共に、ＦＥＴのゲート−ソース間の電圧及びソース−ドレイン間の電圧を検知し、検知した温度及び電圧からＦＥＴのソース−ドレイン間の電流を算出する。なお、ＦＥＴのソース−ドレイン間の電流はＦＥＴのソースドレイン間の電圧及びオン抵抗に基づいて算出することができ、ＦＥＴのオン抵抗は温度及びゲート−ソース間電圧に依存する。また、予めＦＥＴのオン抵抗の特性を測定しておき、この特性をテーブルなどとしてメモリに記憶させておくことで、電力供給制御装置は検知したＦＥＴの温度及びゲート−ソース間電圧からＦＥＴのオン抵抗を取得することができる。

ＦＥＴに過電流が流れた場合には、負荷を保護するために、電流を遮断する必要がある。よって、電力供給制御装置は、算出したＦＥＴのソース−ドレイン間の電流量に基づいて過電流の判断を行い、過電流が流れた場合にはＦＥＴを遮断する。これにより、ヒューズを備えることなく過電流の遮断を行うことができる。

本発明による場合は、発電機及びバッテリから負荷への電力供給経路にスイッチング素子を配設し、スイッチング素子を周期的に接続／遮断すると共に、発電機及びバッテリからスイッチング素子までの電力供給経路の電位と、平滑回路から負荷までの電力供給経路の電位との電位差を監視し、電位差が閾値を超えた場合に、スイッチング素子を継続的に接続する構成とすることにより、負荷への電力供給量を低減することができると共に、負荷の消費電力量の急激な増大に対応して供給電力量を増大することができる。よって、バッテリに蓄積された電力の節約と、車載機器などの負荷の安定した動作とを両立して実現することができる。

また本発明による場合は、スイッチング素子としてＦＥＴを用い、ＦＥＴの温度と、ＦＥＴのゲート−ソース間の電圧及びソース−ドレイン間の電圧とを検知して、これらの検知結果に基づいてソース−ドレイン間の電流量を算出し、ＦＥＴに過電流が流れた場合にはＦＥＴを遮断する構成とすることにより、電力供給制御装置はヒューズを備えることなく過電流の遮断を行うことができる。よって、ヒューズ交換などを行う必要がないため、車輌における電力供給制御装置の搭載場所の制限を緩和することができる。

本発明に係る電力供給制御装置を備える車輌の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明に係る電力供給制御装置の構成を示すブロック図である。 電力供給制御装置のＣＰＵによる電力供給の制限を説明するための模式図である。 電力供給制御装置のＣＰＵによる電力供給制御処理の手順を示すフローチャートである。 電力供給制御装置の比較器による電力供給の制御を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る電力供給制御装置のＣＰＵ及び比較器による電力供給の制御を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る電力供給制御装置を備える車輌の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 変形例に係る電力供給制御装置の制御部による電力供給制御処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電力供給制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る電力供給制御装置のＣＰＵ及び比較器による電力供給の制御を説明するための模式図である。 実施の形態３に係る車輌の電力供給システムの構成を示すブロック図である。

（実施の形態１）
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係る電力供給制御装置を備える車輌の電力供給システムの構成を示すブロック図である。また図２は、本発明に係る電力供給制御装置の構成を示すブロック図である。図において１は電力供給制御装置であり、車輌（図示は省略する）に搭載された発電機２及びバッテリ３から、車輌の各種の電子ユニット５への電力供給経路４に配設されて、発電機２及びバッテリ３から電子ユニット５への電力の供給量を制御する。

発電機２は、車輌のエンジンの回転による運動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより電力を発生する（発電する）装置であり、所謂オルタネータである。また発電機２は、内部に整流回路（図示は省略する）を有しており、発電した交流の電力を直流の電力に変換して出力する。発電機２が出力する直流の電力は、車輌に搭載された電子ユニット５へ供給されると共に、バッテリ３にて蓄積される。

バッテリ３は、例えば鉛蓄電池などの二次電池であり、発電機２から電力が供給されている場合には、供給された電力を蓄積する。また車輌のエンジンが停止して発電機２から電力が供給されていない場合には、蓄積した電力を電子ユニット５へ供給する。

電力供給経路４は、例えば発電機２、バッテリ３及び電子ユニット５に共通に接続された電力ケーブルである。電子ユニット５は、車輌に搭載された種々の電子機器である。例えば、ルームランプ、ヘッドランプ、テールランプ、オーディオ装置、エアーコンディショナー、カーナビゲーション装置、パワーウインドウ、ドアのロック装置及びワイパー等である。これらの電子ユニット５は、電力供給制御装置１を介して発電機２及びバッテリ３から与えられる電力により動作する。

電力供給制御装置１は、Ｐチャネル型のＦＥＴ１１、平滑回路１２、及び制御部２０を備えて構成されている。ＦＥＴ１１は、半導体のスイッチング素子であり、発電機２及びバッテリ３から電子ユニット５への電力供給経路４中に配され、電力供給経路４の接続／遮断を行う。詳しくは、ＦＥＴ１１のソースが発電機２及びバッテリ３への電力供給経路４に接続され、ＦＥＴ１１のドレインが電子ユニット５への電力供給経路４に接続され、ＦＥＴ１１のゲートが制御部２０に接続されて、接続／遮断の制御が制御部２０により行われる。

平滑回路１２は、コイルＬ及びコンデンサＣで構成された回路であり、ＦＥＴ１１から電子ユニット５への電力供給経路４に配されている。詳しくは、平滑回路１２のコイルＬの一端はＦＥＴ１１のドレインに接続され、コイルＬの他端は電子ユニット５に接続されている。また、平滑回路１２のコンデンサＣの一端はコイルＬの他端に接続され、コンデンサＣの他端は接地電位に接続されている。平滑回路１２は、ＦＥＴ１１から電子ユニット５への電力供給経路４の電圧変化を平滑化する、即ちＦＥＴ１１の出力電力を平滑化して電子ユニット５へ与える回路である。

制御部２０は、ＦＥＴ１１のゲートへ制御信号を出力することによって、ＦＥＴ１１のオン／オフを制御し、電力供給経路４の接続／遮断を制御することができ、これにより発電機２及びバッテリ３から電子ユニット５への電力供給を制御する。制御部２０は、比較器２１、ＮＯＲ２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４、通信部２５及びタイマ２６等を備えている。

比較器２１は、ＦＥＴ１１のソース（図中Ａで示す位置）の電位ＶＡと、平滑回路１２の出力側（図中Ｂで示す位置）の電位ＶＢとを比較し、電位ＶＡが電位ＶＢに対して高く、その電位差が閾値を超える場合に”Ｈ”を出力し、それ以外の場合に”Ｌ”を出力する。比較器２１の出力信号は、ＮＯＲ２２へ入力される。ＮＯＲ２２は、２入力１出力の論理演算素子であり、入力された２つの信号に対してＮＯＲ演算を行い、演算結果の出力信号をＦＥＴ１１のゲートへ入力する。

ＲＯＭ２３は、マスクＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性のメモリ素子で構成されており、制御部２０が処理を行うためのプログラム及びデータ等が予め記憶されている。ＣＰＵ２４は、ＲＯＭ２３に記憶されたプログラムを実行することによって各種の演算処理などを行い、処理結果としてＦＥＴ１１のオン／オフを制御する制御信号を出力する。なお、ＣＰＵ２４が出力する制御信号は、電力供給経路４を接続する場合が”Ｈ”であり、遮断する場合が”Ｌ”である。タイマ２６は、計時を行うものであり、ＣＰＵ２４にて掲示の開始及び停止等が制御されると共に、計時結果をＣＰＵ２４へ通知する。

通信部２５は、電力供給制御装置１と車輌の他の電子ユニット５とのデータ通信に係る処理を行うものである。電力供給制御装置１の通信部２５と他の電子ユニット５とは通信ケーブルなどを介して接続されており、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのプロトコルに従って通信を行うことができる。通信部２５は、ＣＰＵ２４の制御に従って他の電子ユニット５へデータの送信を行うと共に、他の電子ユニット５から送信されたデータを受信してＣＰＵ２４へ与える。

上記の構成の制御部２０では、比較器２１の出力信号及びＣＰＵ２４の出力信号がＮＯＲ２２に入力され、ＮＯＲ２２の出力信号がＦＥＴ１１のゲートに入力される。即ち、比較器２１の出力信号又はＣＰＵ２４の出力信号のいずれかが”Ｈ”の場合にＮＯＲ２２から”Ｌ”が出力され、ＦＥＴ１１がオンして電力供給経路４が接続される。よって、制御部２０によるＦＥＴ１１のオン／オフの制御は、比較器２１の出力信号と、ＣＰＵ２４の出力信号との２つにより行われる。なお、ＦＥＴ１１はＰチャネル型であるため、ゲートに”Ｌ”が入力された場合にオンし、”Ｈ”が入力された場合にオフする。

ＣＰＵ２４は、通信部２５により他の電子ユニット５と通信を行って車輌の状態（例えば、エンジンが動作しているか否か、車輌が停車中であるか否か、又は車輌が走行中であるか否か等）に係る情報を収集する。これにより車輌のエンジンが動作していると判断した場合、ＣＰＵ２４は、発電機２が発電を行うことができる状態であることから、ＦＥＴ１１をオンして発電機２から電子ユニット５への電力供給経路４を接続し、発電機２から電子ユニット５への電力供給を行う。

また、車輌のエンジンが停止しており、車輌が駐車状態である場合、ＣＰＵ２４は、発電機２が発電を行うことができない状態であることから、バッテリ３の電力消費を低減するために、バッテリ３から電子ユニット５への電力供給を制限する。具体的には、ＣＰＵ２４は、周期的に”Ｈ”／”Ｌ”を繰り返す制御信号（所謂、ＰＷＭ信号）を出力することによって、ＦＥＴ１１にオン／オフを周期的に繰り返させ、電力供給を制限する。

図３は、電力供給制御装置１のＣＰＵ２４による電力供給の制限を説明するための模式図であり、（ａ）にＦＥＴ１１のソース電圧（即ち、バッテリ３の出力電圧）を図示し、（ｂ）にＦＥＴ１１のゲート電圧（即ち、ＮＯＲ２２の出力電圧）を図示し、（ｃ）に電子ユニット５へ供給される電圧を図示してある。

バッテリ３からは例えば１４．５Ｖなどの一定の電圧が出力される（図３（ａ）参照）。ただし、バッテリ３の残容量が低下した場合にはバッテリ３の出力電圧は若干低下する。制御部２０のＣＰＵ２４は、ＦＥＴ１１を周期的にオン／オフすると共に、オン／オフの時間（デューティ比）を調整する制御（ＰＷＭ制御）を行う。これにより、ＦＥＴ１１のゲートには”Ｈ”／”Ｌ”を繰り返す信号が入力され（図３（ｂ）参照）、この信号が”Ｌ”の場合にバッテリ３から電子ユニット５への電力供給経路４が接続され、”Ｈ”の場合に遮断される。

このとき、電子ユニット５へ供給される電圧は、平滑回路１２により平滑化されるため、滑らかに増減を繰り返す（図３（ｃ）参照）。即ち、電子ユニット５へ供給される電圧は、ＦＥＴ１１のオンと共に緩やかに上昇し、オフと共に緩やかに下降する動作を繰り返し行う。これにより、電子ユニット５へ供給される電圧の平均は例えば１０Ｖ程度となる。よって、ＣＰＵ２４がＦＥＴ１１を周期的にオン／オフする制御を行うことによって、電子ユニット５へ供給される電圧を１０Ｖに低減することができ、バッテリ３から電子ユニット５への供給電力を低減することができる。

しかしながら、電力供給制御装置１によって停車時の電力供給を制限したとしても、車輌が駐車状態で長期間放置された場合には、電子ユニット５にて電力が消費され続けるためバッテリ３の残容量が車輌のエンジン始動に必要な容量以下に低下する虞がある。そこで、電力供給制御装置１のＣＰＵ２４は、車輌状態が駐車状態へ移行した際にタイマ２６による計時を開始し、所定期間（例えば２０日など）が経過した場合に、ＦＥＴ１１をオフして電力供給経路４を遮断する。これにより、バッテリ３の残容量が著しく低下することを防止できる。

図４は、電力供給制御装置１のＣＰＵ２４による電力供給制御処理の手順を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ２４は、通信部２５による他の電子ユニット５との通信を行って情報を収集することにより、車輌状態を取得する（ステップＳ１）。次いで、ＣＰＵ２４は、取得した車輌状態に基づいて、車輌がエンジン停止状態であるか否かを判定し（ステップＳ２）、エンジン停止状態でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＦＥＴ１１を継続的にオンすることで発電機２の電力を電子ユニット５へ供給する通常供給を行い（ステップＳ３）、処理を終了する。

車輌がエンジン停止状態の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、更に車輌が駐車状態であるか否かを判定する（ステップＳ４）。また、車輌が駐車状態の場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、タイマ２６の計時結果に基づいて、駐車状態にて所定期間が経過したか否かを更に判定する（ステップＳ５）。所定時間が経過した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、ＦＥＴ１１をオフして電力供給経路を遮断し（ステップＳ６）、処理を終了する。車輌が駐車状態でない場合（Ｓ４：ＮＯ）、又は、所定期間が経過していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、ＣＰＵ２４は、ＦＥＴ１１を周期的にオン／オフし、電力供給経路４を周期的に接続／遮断することによって、周期的な電力供給を行い（ステップＳ７）、処理を終了する。

なお、ＣＰＵ２４は、図４に示した処理を繰り返し行っており、これにより車輌状態に応じた電子ユニット５への電力供給の制御を恒久的に行っている。

また、電力供給制御装置１のＦＥＴ１１のオン／オフは比較器２１の出力信号に応じても行われる。図５は、電力供給制御装置１の比較器２１による電力供給の制御を説明するための模式図であり、（ａ）に電位ＶＡ及びＶＢの電位差（ＶＡ−ＶＢ）を示し、これに対する比較器２１の出力信号を（ｂ）に示してある。比較器２１は、２つの入力電位を比較して、その電位差が閾値を超える場合に”Ｈ”を出力する回路であり、比較器２１に電位ＶＡ及びＶＢを入力することによって、電位ＶＡ及びＶＢの電位差が閾値を超えるか否かを判定することができる。

電子ユニット５の処理量が増し、消費電力が増加した場合、電位ＶＢが低下する。バッテリ３の出力電圧、即ちＦＥＴ１１のソースの電位ＶＡは一定であるため、電位ＶＢの低下により電位差（ＶＡ−ＶＢ）は大きくなる（図５（ａ）参照）。比較器２１は、この電位差（ＶＡ−ＶＢ）が閾値を超えるか否かを判定することにより、電子ユニット５の消費電流の増加を判定することができ、電位差（ＶＡ−ＶＢ）が閾値を超えた場合に”Ｈ”を出力してＦＥＴ１１をオンすることによって（図５（ｂ）参照）、電子ユニット５へ十分な電力供給を行うことができる。

なお、比較器２１によるＦＥＴ１１のオン／オフの制御は、ＣＰＵ２４が周期的なＦＥＴ１１のオン／オフの制御を行っている際にのみ行われる。ＣＰＵ２４が継続的にＦＥＴ１１をオン又はオフしている場合には、比較器２１は動作せず、”Ｌ”出力を継続して行う。

図６は、本発明の実施の形態１に係る電力供給制御装置１のＣＰＵ２４及び比較器２１による電力供給の制御を説明するための模式図であり、（ａ）にＣＰＵ２４によるＦＥＴ１１を制御するための出力信号を示し、（ｂ）に比較器２１の出力信号を示し、（ｃ）にＦＥＴ１１のゲート電圧、即ちＮＯＲ２２の出力信号を示し、（ｄ）にＦＥＴ１１のオン／オフの状態を示してある。

ＣＰＵ２４が周期的に”Ｈ”／”Ｌ”を繰り返す制御信号を出力しており、比較器２１が”Ｌ”を出力しているとき（即ち、ＦＥＴ１１の両端の電位差が閾値以下のとき）、ＮＯＲ２２はＣＰＵ２４の出力信号の反転信号をＦＥＴ１１のゲートへ入力し、この信号が”Ｌ”の場合にのみＦＥＴ１１がオンしてバッテリ３から電子ユニット５への電力供給が行われる。

また、ＣＰＵ２４が周期的に”Ｈ”／”Ｌ”を繰り返す制御信号を出力していても、比較器２１が”Ｈ”を出力しているとき（即ち、ＦＥＴ１１の両端の電位差が閾値を超えるとき）には、ＮＯＲ２２は継続的に”Ｌ”の信号をＦＥＴ１１のゲートへ入力するため、ＦＥＴ１１が継続的にオンしてバッテリ３から電子ユニット５への電力供給が行われる。

以上の構成の電力供給制御装置１においては、発電機２及びバッテリ３から電子ユニット５への電力供給経路４にスイッチング素子としてＦＥＴ１１を配し、ＣＰＵ２４がＰＷＭ制御などによりＦＥＴ１１を周期的にオン／オフして電力供給経路の接続／遮断を行うと共に、ＦＥＴ１１から電子ユニット５への電力供給経路４に平滑回路１２を設ける構成とすることにより、発電機２及びバッテリ３から電子ユニット５へ直接的に電力を供給する場合と比較して、電子ユニット５への電力供給量を低減することができる。

また、発電機２及びバッテリ３からＦＥＴ１１までの電力供給経路４の電位（ＦＥＴ１１のソースの電位）と、平滑回路１２から電子ユニット５までの電力供給経路４の電位とを比較器２１にて比較し、この電位差が閾値を超えた場合にＦＥＴ１１を継続的にオンする構成とすることにより、電子ユニット５の消費電流量が増大した場合には電力供給を継続的に行うことができ、消費電流量の急激な増大に対応することができる。

また、通信部２５による電子ユニット５との通信を行って車輌情報を取得し、エンジン停止状態の場合にＣＰＵ２４がＦＥＴ１１の周期的なオン／オフを行う構成とすることにより、発電機２の発電が行われない状態において、バッテリ３から電子ユニット５への電力供給量を低減することができ、バッテリ３の残容量の低下を抑制できる。また、車輌が駐車状態であり、駐車状態の継続時間が所定時間を超えた場合に、ＦＥＴ１１をオフしてバッテリ３から電子ユニット５への電力供給を停止する構成とすることにより、バッテリ３の残容量の著しい低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、スイッチング素子としてＦＥＴ１１を用いる構成としたが、これに限るものではなく、バイポーラトランジスタなどのその他のスイッチング素子を用いる構成としてもよい。また、図３、図５及び図６に示した信号波形などは一例であって、これに限るものではない。また、車輌状態としてエンジン停止状態及び駐車状態を判定し、各状態に応じた電力供給制御を行う構成としたが、更に他の車輌状態に応じた電力供給制御をおこなってもよい。

（変形例）
図７は、本発明の実施の形態１の変形例に係る電力供給制御装置１０１を備える車輌の電力供給システムの構成を示すブロック図である。変形例に係る電力供給制御装置１０１を備える電力供給システムは、バッテリ３の残容量を検出するバッテリセンサ７を備えている。バッテリセンサ７は、バッテリ３の電圧、又はバッテリ３に対して流入及び流出する電流等を検知することによって、バッテリ３の残容量を算出する。バッテリセンサ７が検出したバッテリ３の残容量は、電力供給制御装置１０１の制御部２０へ通知される。

図８は、変形例に係る電力供給制御装置１０１の制御部２０による電力供給制御処理の手順を示すフローチャートであり、制御部２０のＣＰＵ２４が行う処理である。まず、制御部２０のＣＰＵ２４は、通信部２５による他の電子ユニット５との通信を行って情報を収集することにより、車輌状態を取得する（ステップＳ３１）。次いで、ＣＰＵ２４は、取得した車輌状態に基づいて、車輌がエンジン停止状態であるか否かを判定し（ステップＳ３２）、エンジン停止状態でない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ＦＥＴ１１を継続的にオンすることで発電機２の電力を電子ユニット５へ供給する通常供給を行い（ステップＳ３３）、処理を終了する。

車輌がエンジン停止状態の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、車輌が駐車状態であるか否かを判定し（ステップＳ３４）、更に車輌が駐車状態の場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、タイマ２６の計時結果に基づいて、駐車状態にて所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３５）。所定時間が経過した場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、ＦＥＴ１１をオフして電力供給経路を遮断し（ステップＳ３８）、処理を終了する。

車輌が駐車状態でない場合（Ｓ３４：ＮＯ）、又は、所定期間が経過していない場合（Ｓ３５：ＮＯ）、ＣＰＵ２４は、バッテリセンサ７が検出するバッテリ７の残容量を取得して（ステップＳ３６）、残容量が７０％より少ないか否かを判定する（ステップＳ３７）。バッテリ７の残容量が７０％より少ない場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、ＦＥＴ１１をオフして電力供給経路を遮断し（ステップＳ３８）、処理を終了する。バッテリ７の残容量が７０％以上の場合（Ｓ３７：ＮＯ）、ＣＰＵ２４は、ＦＥＴ１１を周期的にオン／オフし、電力供給経路４を周期的に接続／遮断することによって、周期的な電力供給を行い（ステップＳ３９）、処理を終了する。

以上の構成の変形例に係る電力供給制御装置１０１は、バッテリセンサ７によりバッテリ３の残容量を検出し、この検出結果に応じてＦＥＴ１１のオン／オフを制御する構成とすることにより、バッテリ３の残容量が車輌のエンジン始動に必要な電力量より低減することを確実に防止することができる。なお、変形例に係る電力供給制御装置１０１は、タイマ２６の計時結果に基づいて駐車状態が所定期間継続したかを判定する構成としたが、これに限るものではなく、バッテリセンサ７を備える場合には駐車状態の継続期間の判定を行わない構成としてもよい。また、図８に示すフローチャートのステップＳ３７にて、バッテリ３の残容量を判定する閾値として７０％を用いたが、この数値は一例であってこれに限るものではない。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１は、ＦＥＴ１１のソース及びドレインの電圧を電圧計２４１により検知する電圧検知部２２７と、ＦＥＴ１１の温度を検知する温度検知部２２８とを備えている。電圧検知部２２７は検知した電圧をＣＰＵ２２４へ通知する。また温度検知部２２８は、例えばサーミスタ抵抗を利用して温度検知を行うものであり、検知結果をＣＰＵ２２４へ通知する。

実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１は、実施の形態１に係る電力供給制御装置１と同様に、ＦＥＴ１１のオン／オフを周期的に行う制御信号をＣＰＵ２２４が出力する。この制御信号はＣＰＵ２２４からＯＲ２２９へ入力される。また比較器２１の出力信号がＯＲ２２９へ入力される。ＯＲ２２９は、２入力１出力の論理演算素子であり、入力された２つの信号に対してＯＲ演算を行い、演算結果の出力信号をＮＡＮＤ２３０へ入力する。

また、実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１は、電圧検知部２２７が検知した電圧及び温度検知部２２８が検知した温度に基づいて、ＦＥＴ１１を強制的に遮断するための遮断信号を出力する。この遮断信号は、例えば”Ｌ”が遮断を示し、”Ｈ”が接続を示す信号であり、ＮＡＮＤ２３０へ入力される。ＮＡＮＤ２３０は、２入力１出力の論理演算素子であり、入力された２つの信号に対してＮＡＮＤ演算を行い、演算結果をＦＥＴ１１のゲートへ入力する。

図１０は、本発明の実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１のＣＰＵ２２４及び比較器２１による電力供給の制御を説明するための模式図であり、（ａ）にＣＰＵ２２４によるＦＥＴ１１を制御するための出力信号を示し、（ｂ）に比較器２１の出力信号を示し、（ｃ）にＣＰＵ２２４がＦＥＴ１１を遮断するための遮断信号を示し、（ｄ）にＦＥＴ１１のゲート電圧、即ちＮＡＮＤ２３０の出力信号を示し、（ｅ）にＦＥＴ１１のオン／オフの状態を示してある。

ＣＰＵ２２４の遮断信号が”Ｈ”（接続）である場合、ＦＥＴ１１は実施の形態１に係る電力供給制御装置１と同様の制御でオン／オフが行われる。これに対して遮断信号が”Ｌ”（遮断）である場合、ＦＥＴ１１のゲートは”Ｈ”となるため、ＣＰＵ２２４の他の出力信号及び比較器２１の出力信号に関わらず、ＦＥＴ１１はオフし、発電機２及びバッテリ３から電子ユニット５への電力供給は停止される。

ＣＰＵ２２４の遮断信号によるＦＥＴ１１の強制的な遮断は、ＦＥＴ１１を通して電子ユニット５へ過電流が流れた場合に行われ、ヒューズの代替の機能として電力供給制御装置２０１に備えられた機能である。このためＣＰＵ２２４は、電圧検知部２２７にて検知した電圧と、温度検知部２２８が検知した温度とに基づいて、ＦＥＴ１１のソース−ドレイン間に流れるドレイン電流Ｉｄを算出する。

ＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄは、ＦＥＴ１１のソース−ドレイン間の電圧と、ＦＥＴ１１のオン抵抗から算出することができ、更にＦＥＴ１１のオン抵抗は、ＦＥＴ１１のゲート−ソース間の電圧と、ＦＥＴ１１の温度とから決定される。そこでＦＥＴ１１の特性を予め測定し、ゲート−ソース間の電圧及びＦＥＴ１１の温度にＦＥＴ１１のオン抵抗を対応付けたオン抵抗テーブル２２３が、実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１のＲＯＭ２３には予め記憶されている。

ＣＰＵ２２４は、電圧検知部２２７が検知したＦＥＴ１１のソース電圧が通知されており、ＦＥＴ１１はオンの場合にゲート電圧が０Ｖであることから、電圧検知部２２７から通知されるソース電圧をＦＥＴ１１のゲート−ソース電圧とすることができる。なお、電圧検知部２２７は、ＦＥＴ１１がオンのタイミングで電圧の検知を行うものとする。

ＣＰＵ２２４は、電圧検知部２２７が検知したＦＥＴ１１のソース電圧（ゲート−ソース間電圧）及び温度検知部２２８が検知したＦＥＴ１１の温度を基にＲＯＭ２３のオン抵抗テーブル２２３を参照し、ＦＥＴ１１のオン抵抗を取得する。次いでＣＰＵ２２４は、オン抵抗テーブル２２３から取得したオン抵抗と、電圧検知部２２７が検知したＦＥＴ１１のソース電圧及びドレイン電圧とを用いて、以下の１式によりＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄを算出する。

Ｉｄ ＝ １／Ｒｏｎ＊｜ＶＡ−ＶＢ｜ …（１式）
Ｉｄ：ＦＥＴ１１のドレイン電流
Ｒｏｎ：ＦＥＴ１１のオン抵抗
ＶＡ：ＦＥＴ１１のソース電圧
ＶＢ：ＦＥＴ１１のドレイン電圧

ＣＰＵ２２４は、算出したＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄが例えば１０Ａなどの閾値を超える場合に、遮断信号を”Ｌ”として出力し、ＦＥＴ１１をオフして電子ユニット５へ流れる過電流を遮断する。なお、過電流を遮断した後、ＣＰＵ２２４がＦＥＴ１１を接続するのは、例えば遮断してから所定時間が経過した場合、温度検知部２２８が検知するＦＥＴ１１の温度が所定温度以下となった場合、又は車輌のイグニッションスイッチが一度オフされてその後にオンされた場合等の適宜の条件で行えばよい。

以上の構成の実施の形態２に係る電流供給制御装置２０１においては、電圧検知部２２７が検知したＦＥＴ１１のソース及びドレインの電圧と、温度検知部２２８が検知したＦＥＴ１１の温度とに基づいて、ＲＯＭ２２３からＦＥＴ１１のオン抵抗を取得し、演算によりＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄを算出して過電流の判断を行い、ＦＥＴ１１のオン／オフを制御して過電流の遮断を行う構成とすることにより、電流供給制御装置２０１はヒューズを備えることなく過電流の遮断を行うことができる。また、ヒューズを備えない構成とすることができるため、過電流が流れた場合であってもヒューズ交換を行う必要がなく、車輌における電力供給制御装置２０１の搭載場所の制限を緩和することができる。

なお、実施の形態２に係る電力供給制御装置２０１のその他の構成は、実施の形態１に係る電力供給制御装置１の構成と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係る車輌の電力供給システムの構成を示すブロック図である。実施の形態３は、実施の形態１に係る車輌の電力供給システムにおいて、電力供給制御装置１と、発電機２及びバッテリ３との間にジャンクションボックス３０を設けた構成となっている。ジャンクションボックス３０は、発電機２及びバッテリ３から電力供給制御装置１への電力供給経路４中に配されたヒューズ３０Ｈを有し、過電流が流れた場合にはヒューズ３０Ｈの溶断によって過電流を防止する。

また、一方が発電機２及びバッテリ３に接続されているヒューズ３０Ｈの他方には、電子ユニット６がさらに接続されている。電子ユニット６は、電力供給制御装置３０１を備えている。電力供給制御装置３０１は、電力供給制御装置１と同じ構成であり、電力供給制御装置３０１が備えるＦＥＴ１１は、ソースがヒューズ３０Ｈに接続され、ドレインが平滑回路１２を介して、例えば電子ユニット６のＣＰＵ６１（負荷）に接続されている。なお、電力供給制御装置３０１は、実施の形態１で説明した通信部２５を備えていなくてもよい。

以上のように、実施の形態３では、例えば、互いに近くに配置されている複数の電子ユニット５に対しては、一つの電力供給制御装置１により、電力の接続／遮断を行う。そして、離れた電子ユニット６に対しては、電力供給制御装置３０１を搭載し、個別に電力の接続／遮断を行う。斯かる構成とすることで、電力供給制御装置を効率よく配置することができ、数の増大を防ぐことができる。また、電力供給制御装置３０１を電子ユニット６内に搭載することで、電子ユニット６を車輌に搭載する差異に新たに電力供給制御装置３０１の搭載場所を確保する必要がなく、設計上、簡単にすることができる。また、電子ユニット毎に電力供給制御装置３０１を設けることで、電子ユニットの種類に応じた大きさの電力の遮断が可能となり、車両全体の消費電力を実現できる。

なお、実施の形態３では、電力供給制御装置１を設けず、車輌に搭載されている全ての電子ユニット５，６に電力供給制御装置３０１を設けるようにしてもよい。また、実施の形態３に係る電力供給制御装置３０１のその他の構成は、実施の形態１に係る電力供給制御装置１の構成と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

１ 電力供給制御装置
２ 発電機
３ バッテリ
４ 電力供給経路
５ 電子ユニット（負荷）
７ バッテリセンサ（残容量検出手段）
１１ ＦＥＴ（スイッチング素子）
１２ 平滑回路
２０ 制御部
２１ 比較器（継続接続手段）
２２ ＮＯＲ
２３ ＲＯＭ
２４ ＣＰＵ（制御手段、車輌状態検出手段）
２５ 通信部（車輌状態検出手段）
２６ タイマ（計時手段）
１０１ 電力供給制御装置
２０１ 電力供給制御装置
２２３ オン抵抗テーブル
２２４ ＣＰＵ（制御手段、車輌状態検出手段、電流値算出手段）
２２７ 電圧検知部（電圧検知手段）
２２８ 温度検知部（温度検知手段）
２２９ ＯＲ
２３０ ＮＡＮＤ
２４１ 電圧計（電圧検知手段）

Claims (6)

1. 車輌に搭載された発電機及びバッテリからの電力を、前記車輌に搭載された負荷へ供給する制御を行う電力供給制御装置において、
   一端側に前記発電機及びバッテリが接続され、他端側に平滑回路を介して前記負荷が接続されて、前記発電機及びバッテリから前記負荷への電力供給経路の接続／遮断を行うスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の接続／遮断を周期的に行わせる制御手段と、
   前記スイッチング素子の前記一端側の電位と前記電力供給経路の前記負荷側の電位との電位差が閾値を超えた場合に、前記スイッチング素子に継続的な接続を行わせる継続接続手段と
   を備えることを特徴とする電力供給制御装置。
2. 前記制御手段は、前記スイッチング素子に接続／遮断を行わせる制御信号を出力するようにしてあり、
   前記継続接続手段は、
   前記電位差が閾値を超えたことを検知する比較器を有し、
   該比較器の出力信号を前記スイッチング素子に接続／遮断を行わせる制御信号として出力するようにしてあり、
   前記スイッチング素子は、前記制御手段が出力する制御信号又は前記継続接続手段が出力する制御信号により接続の制御がなされた場合に、前記電力供給経路を接続するようにしてあること
   を特徴とする請求項１に記載の電力供給制御装置。
3. 前記車輌のエンジンが停止状態であるか否かを検出する車輌状態検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記エンジンが停止状態の場合に、前記スイッチング素子の接続／遮断を周期的に行わせるようにしてあること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給制御装置。
4. 前記車輌が駐車状態であるか否かを検出する車輌状態検出手段と、
   前記駐車状態の継続時間を計時する計時手段と
   を更に備え、
   前記制御手段は、前記計時手段が計時した継続時間が所定時間を超えた場合に、前記スイッチング素子を遮断させるようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の電力供給制御装置。
5. 前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記残容量検出手段が検出した残容量が所定容量より少ない場合に、前記スイッチング素子を遮断させるようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の電力供給制御装置。
6. 前記スイッチング素子は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であり、ソースに前記発電機及びバッテリが接続してあり、ドレインに前記平滑回路を介して前記負荷が接続してあり、
   前記ＦＥＴの温度を検知する温度検知手段と、
   前記ＦＥＴのゲート−ソース間の電圧及びソース−ドレイン間の電圧を検知する電圧検知手段と、
   前記温度検知手段が検知した温度及び前記電圧検知手段が検知した電圧に基づいて、前記ＦＥＴのソース−ドレイン間を流れる電流値を算出する電流値算出手段と
   を更に備え、
   前記制御手段は、前記電流値算出手段が算出した電流値に応じて、前記スイッチング素子を遮断させるようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の電力供給制御装置。

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