JP5561269B2 - 車両電源システム - Google Patents

Description

本発明は、ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態では電子装置においてバックアップが必要となる電子回路に対してバックアップ電源により給電状態を維持する車両電源システムに関する。

現在、車両には多数のＥＣＵ（(Electronic Control Unit)が搭載されており、ＡＣＣ−ＯＦＦによるスタンバイ状態でＥＣＵへの給電状態を維持する必要から、バッテリ上りが懸念されている。例えばナビゲーションＥＣＵでは、メインメモリとしてＤＲＡＭを備えているのが一般的であり、バッテリ上りが生じた場合には、メインメモリに記憶されているデータが消失してしまう。このような問題に対して例えば特許文献１が提案されている。つまり、車両のバッテリの状態を監視し、バッテリ上がりが懸念された場合、ＥＣＵのメインメモリから不揮発性メモリにデータを退避してから電源を遮断するというものである。

特開２００７−２３７７６８号公報

ところが、このような方法では、ＡＣＣ−ＯＮで再度起動する場合に、不揮発性メモリからメインメモリにデータを復帰する必要があり、そのための起動時間が長くなってしまう。
そこで、ＥＣＵにバッテリにより常に給電されるバックアップ電源を備え、そのバックアップ電源からメインメモリへの給電状態を維持することが行われている。これにより、スタンバイ状態からＡＣＣ−ＯＮによる通常状態でのナビゲーションの高速起動を実現することができる。
しかしながら、上述した構成の場合、スタンバイ状態であってもバックアップ電源からメインメモリへの給電電圧は通常状態と同じ電圧を維持していることから、スタンバイ状態の暗電流が大きく、依然としてバッテリ上りが懸念される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態ではバッテリと常に接続されたバックアップ電源により電子装置への給電状態を維持する構成において、スタンバイ状態においてバッテリの消耗を抑制することができる車両電源システムを提供することにある。

請求項１の発明によれば、ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態でバッテリの残容量が少なくなるような場合は、バックアップ電源の出力電圧をバックアップ対象電子回路の規定動作電圧範囲の標準電圧から所定電圧まで低下させる。このような仕組みを車両内の全てのＥＣＵに設けることで、スタンバイ状態における車両全体の暗電流を下げることができ、バッテリの消耗を抑制することができる。この場合、スタンバイ状態では電流消費が安定していることから、バックアップ対象電子回路への出力電圧を標準電圧から所定電圧まで低下させるにしても、バックアップ対象電子回路は安定して動作することができる。そして、スタンバイ状態から通常状態に復帰した場合は、バックアップ対象電子回路への出力電圧を所定電圧から標準電圧に高めることでバックアップ対象電子回路に安定して給電することができる。
また、ＥＣＵが車載ネットワークにより接続された構成に容易に適用することができる。
さらに、短時間の起動が要求されるＥＣＵの起動が遅れてしまうことを防止できる。
請求項２の発明によれば、スタンバイ状態ではバックアップ対象電子回路は消費電流を低下させた省電力モードに切換えられるので、スタンバイ状態での暗電流を一層下げることができる。

請求項３の発明によれば、スタンバイ状態ではバックアップ電源からバックアップ対象電子回路への出力電圧が規定動作電圧範囲の下限電圧となるので、スタンバイ状態の暗電流を最大限抑制することができる。
請求項４の発明によれば、所定電圧を電子回路の起動要求時間に応じた電圧とすることができるので、スタンバイ状態の暗電流の低減と起動時間の短縮という両方の課題を解決できる仕組みを提供することができる。
請求項５の発明によれば、揮発性メモリとして一般的なＤＲＡＭを備えたＥＣＵに適用することができる。

本発明の一実施形態におけるＥＣＵの構成を示すブロック図 システムの構成を示す概略図 ＥＣＵの制御を示すフローチャート バッテリ監視ＥＣＵの制御を示すフローチャート

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図２は車両のシステム構成のうち本発明に関連した構成を示す概略図である。車両（自動車）には車載ネットワークとしてのＣＡＮ（Controller Area Network）が搭載されており、その構成について簡単に述べる。このＣＡＮは、自動車に搭載されるエンジンＥＣＵ、トランスミッションＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、イグニッションＥＣＵ、ナビゲーションＥＣＵ等の複数のＥＣＵ１（電子装置に相当）間を相互に接続するものであり、それらのＥＣＵ１間で、ＥＣＵ１の処理データ、或いは各種の車載センサやアクチュエータ等のデータの共有を図るようになっている。各ＥＣＵ１には、データ通信処理を実行するＣＡＮコントローラが設けられており、このＣＡＮコントローラを介して耐ノイズ性に優れたツイストペア線からなるＣＡＮバス２に接続される。ツイストペア線の両方の信号線に同電位を与えた状態がリセッシブ状態であり、両方の信号線に電位差を与えた状態がドミナント状態である。ドミナント状態では、通信バスを占有する状態となり、他のＥＣＵ１間における通信は禁止された状態となる。

ＣＡＮコントローラは、ＣＡＮプロトコルに従って、送信データや受信データを通信信号に変換する処理等を実行し、ＣＡＮバス２を介して他のＥＣＵ１との通信制御を行うと共に、ビット・エラー、ビット・スタッフ・エラー、ＣＲＣエラー、フォーム・エラー、ＡＣＫエラーといった通信上の複数種類のエラー検出のためにモニタを実行する。エラーを検出した場合には、エラーデータを送信して他のＥＣＵ１にエラー発生を通知する等のエラー処理を行う。

ＥＣＵの一つとしてバッテリ監視ＥＣＵ１ａ（バッテリ監視手段に相当）が搭載されている。このバッテリ監視ＥＣＵ１ａは、車両に搭載されたバッテリ３の電圧を監視してそのバッテリ３の残容量を示すバッテリ残容量情報であるバッテリ電圧情報をＣＡＮバス２に送信している。各ＥＣＵ１は、バッテリ監視ＥＣＵ１ａからのバッテリ電圧情報をＣＡＮバス２を通じて受け取り、ＡＣＣ−ＯＮの状態からＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態の開始時に、そのときのバッテリ電圧に応じて、各ＥＣＵ１がバックアップ電源電圧を下げるかを判断するようになっている。

図１は、ＥＣＵ１の構成のうち本発明に関連した構成を示すブロック図である。ＥＣＵ１には、ＣＡＮ内蔵マイコン４（制御手段に相当）、バックアップ電源５、ＤＲＡＭからなるメモリ６（バックアップ対象電子回路に相当）が搭載されている。ＣＡＮ内蔵マイコン４は、ＣＰＵ及び上述したＣＡＮコントローラを備えると共に、その他、タイマやＡ／Ｄ変換回路（いずれも図示せず）を一体的に備えるワンチップマイコンから構成されており、ＣＡＮバス２を通じて他のＥＣＵ１のＣＡＮ内蔵マイコン４と情報の送受信が可能となっている。

各ＥＣＵ１は、ＡＣＣ−ＯＦＦ時に、各ＥＣＵ１のバックアップ電源電圧を可変可能となっている。即ち、ＣＡＮ内蔵マイコン４は、イグニッションＥＣＵ１ｂからＡＣＣ−ＯＦＦ信号を受信したときは、バッテリ３の状態を監視しているバッテリ監視ＥＣＵ１ａからＣＡＮバス２を経て得たバッテリ電圧情報にしたがって、バッテリ上りが懸念されるかを判定する。バッテリ上りが懸念される場合は、メモリ６に対して省電力モードを指示してから、出力電圧を低下することを指示する電源制御信号をバックアップ電源５に出力する。つまり、メモリ６には省電力モードが設定可能となっており、省電力モードがＣＡＮ内蔵マイコン４により設定された場合、メモリ６は省電力モードとなる。この省電力モードでは、メモリコントローラが最小の動作しか実行しない状態と、メモリコントローラを停止してセルフリフレッシュをハード構成で実行する状態とがあり、ＣＫＥ信号をローレベルとしたり、その状態でオートリフレッシュ信号を与えたりすることで何れかの動作を実行可能である。一方、メモリは、給電電圧が規定動作電圧範囲では動作可能であり、通常状態では規定動作電圧範囲の中心電圧である標準電圧が与えられているが、スタンバイ状態で規定動作電圧範囲において標準電圧よりも低い所定電圧が給電されることで消費電流を低減することができる。従って、スタンバイ状態では、メモリを省電力モードに切換えた状態で規定動作電圧範囲において標準電圧よりも低い所定電圧を給電することによりメモリ６の消費電流を効果的に抑制することができる。このようにスタンバイ状態ではバックアップ電源５からメモリ６への出力電圧を低下する場合は、メモリの省電力モード状態で実行するのが効果的であるが、省電力モードを実行することなくバックアップ電源５からメモリ６への出力電圧のみを低下するようにしてもよいし、他の省電力モードを組み合わせて実行するようにしてもよい。

バックアップ電源５は、ＣＡＮ内蔵マイコン４から電源制御信号により電圧低下を指示されたときは、例えば外部から供給される電圧１２Ｖに対して、メモリ６のデータ保持電圧範囲（規定動作電圧範囲）の下限電圧を出力する。具体的には、メモリ６が一般的なＤＲＡＭであるＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ （Double-Data-Rate2 Synchronous Dynamic Random Access Memory）の場合は、規定動作電圧範囲における標準電圧が１．８Ｖ、上限電圧が１．９Ｖ、下限電圧が１．７Ｖであることから、標準電圧である１．８Ｖから下限電圧である１．７Ｖに給電電圧を低下するのである。尚、バックアップ電源５は、ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態中は、メモリ６への出力電圧を下げた状態で通常動作している。

次に、上記構成の作用について説明する。
図４は、バッテリ監視ＥＣＵ１ａの制御を示すフローチャートである。バッテリ監視ＥＣＵ１ａは、バッテリ電圧が変化したかを監視しており（Ｓ２０１）、バッテリ電圧が変化したときは（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ＣＡＮバス２にバッテリ３の電圧（残容量）を示すバッテリ電圧情報を出力する（Ｓ２０２）。

一方、イグニッションＥＣＵ１ｂは、ＡＣＣ−ＯＮとなったとき、或いはＡＣＣ−ＯＦＦとなったときは、そのことを示すＡＣＣ−ＯＮ信号、或いはＡＣＣ−ＯＦＦ信号をＣＡＮバス２に出力する。従って、使用者が、車両から降車するためにＡＣＣ−ＯＦＦ（イグニッションスイッチをオフ）すると、各ＥＣＵ１は、イグニッションＥＣＵ１ｂからＣＡＮバス２を通じてＡＣＣ−ＯＦＦ信号を受信するようになる。

図３は、ＥＣＵ１の制御を示すフローチャートである。本実施形態では、代表例としてナビゲーションＥＣＵでの制御例を示した。ナビゲーションＥＣＵは、イグニッションＥＣＵ１ｂからＣＡＮバス２を通じてＡＣＣ−ＯＦＦ信号を受信したかを判定している（Ｓ１０１）。ＡＣＣ−ＯＦＦ信号を受信したときは（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、処理データのうちバックアップを要するデータを退避するメモリバックアップ処理を行ってから（Ｓ１０２）、メモリ６及びＣＡＮ内蔵マイコン４以外の電源を遮断する（Ｓ１０３）。

ここで、ナビゲーションＥＣＵは、ＣＡＮバス２から取得したバッテリ監視ＥＣＵ１ａからのバッテリ電圧情報がナビゲーションＥＣＵに予め設定されている閾値より低いかを判定し（Ｓ１０４）、低い場合は（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、メモリ６を省電力モードに切換えてから（Ｓ１０５）、バックアップ電源５に電圧制御信号を送信する（Ｓ１０６）。これにより、メモリ６は省電力モードに切換えられた状態で給電電圧が低下するので、メモリ６の消費電流を最大限抑制することができる。

以上のようにして車両はＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態となり、このスタンバイ状態では、バックアップ電源５からメモリ６及びＣＡＮ内蔵マイコン４への給電状態が継続されて動作している。この場合、バックアップ電源５からメモリ６への出力電圧は、メモリ６の標準電圧である１．８Ｖから動作電圧範囲の下限電圧である１．７Ｖに低下しているものの、スタンバイ状態ではメモリ６の電流消費が安定していることから、メモリ６は、リフレッシュ動作を安定して実行することができる。そして、このようなスタンバイ状態では、メモリ６の暗電流を低減できるものであり、ひいてはナビゲーションＥＣＵ、さらには車両全体の暗電流を低減することができるので、バッテリ３の消耗を抑制することができる。

さて、ＣＡＮ内蔵マイコン４は、スタンバイ状態では、ＣＡＮバス２を通じてアクセサリＥＣＵからＡＣＣ−ＯＮ信号を受信したかを判定している（Ｓ１０７）。イグニッションスイッチが操作されると、イグニッションＥＣＵ１ｂがＡＣＣ−ＯＮ信号を出力するので、ＡＣＣ−ＯＮ信号を受信したときは（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、バックアップ電源電圧を下げていれば（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、電源制御信号によりバックアップ電源５に電源制御信号を出力することによりメモリ６への出力電圧を元の標準電圧に戻してから（Ｓ１０９）、メモリ６及びＣＡＮ内蔵マイコン４以外の電源を投入し（Ｓ１１０）、システムを起動する（Ｓ１１１）。この場合、ＡＣＣ−ＯＮによる再起動時は電源電圧を元に戻す安定待ち時間が必要となるが、数ミリsecオーダーであり、従来の不揮発性メモリからの再起動（数secオーダー）に比べて問題にならないレベルである。尚、バックアップ電源電圧を下げていない場合は（Ｓ１０８：ＮＯ）、メモリ６及びＣＡＮ内蔵マイコン４以外の電源を投入してから（Ｓ１１０）、システムを起動する（Ｓ１１１）。

ところで、ナビゲーションＥＣＵのバックアップ電源電圧を下げた場合、ＡＣＣ−ＯＮ起動時に、電源電圧を下限電圧から元の標準電圧に戻すため、上述したようにバックアップ電源５が安定する時間まで待機する必要があり、従来の電源電圧を変えない場合に比べて若干起動時に時間を要するという問題がある。このような問題に対しては、例えば、バッテリ電圧の低下が著しい場合は、全てのＥＣＵ１がバックアップ電源５の電圧を低下するが、バッテリ電圧の低下が大きくない場合は、図２に示すように起動時間が大きな問題とならないＥＣＵ１に関してだけバックアップ電源５の電圧を下げ、起動時間が大きな問題となるＥＣＵ１に関しては、電圧を下げないという動作をさせることで、車両への影響を最低限にとどめながら、暗電流の低減を図ることができる。

このような本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態中にメモリ６への給電電圧を低下することができるバックアップ電源５の仕組みをＥＣＵ１に設け、バッテリ３の状態によって、ＥＣＵ１のバックアップ電源電圧を低下することによりスタンバイ状態中の暗電流を下げることができ、バッテリ３の消耗を抑制することができる。また、単一のＥＣＵ１ではなく、車両内の多くのＥＣＵ１に同様の仕組みを搭載することで車両全体して暗電流の低減が可能となる。

バックアップ電源５からメモリ６への給電電圧を低下する場合は、メモリ６を省電力モードに切換えた状態で行うようにしたので、メモリ６の消費電流を最大限抑制することができる。
バッテリ３の残容量の状況により、例えばバッテリ３の残容量が少ない場合は、全てのＥＣＵ１のバックアップ電源電圧を低下することで車両全体の暗電流を下げることができる一方、バッテリ３の残容量に余裕がある場合は、起動時間の遅れが大きな問題とならない一部のＥＣＵ１のバックアップ電源電圧を下げたりすることで、バッテリ３の状況に応じて、車両全体で最適な制御を行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態でバックアップ電源５からの出力電圧を低下する対象の電子回路としては、メモリ６に限定されることなく、ＣＡＮ内蔵マイコン４、或いは他の電子回路を対象としてもよい。この場合、ＣＡＮ内蔵マイコンを省電力状態のスタンバイ状態とし、アクセスオン時にスタンバイ状態から起動させる仕組みを設けるようにしてもよい。
ＣＡＮ内蔵マイコン４は、スタンバイ状態中にもＣＡＮバス２からバッテリ電圧情報を取得し、バッテリ上りが懸念される場合にバックアップ電源電圧を低下するようにしてもよい。

ＥＣＵ１の暗電流削減の仕組みを複数備えておき、バッテリ電圧低下の度合いに応じて、段階的にＥＣＵ１の暗電流を下げるようにしてもよい。つまり、ＥＣＵ１が数段階の省電力モードを持っており、バッテリ監視ＥＣＵ１ａがＣＡＮバス２に流しているバッテリ電圧情報をもとに、ＡＣＣ−ＯＦＦ時にはその状況に応じた段階の省電力モードに切換えるのである。例えば、ＣＡＮバス２上に流れているバッテリ監視ＥＣＵ１ａからのバッテリ電圧情報によりバックアップ電源電圧を低下する段階を複数段としたり、バックアップ電源５を切ってしまったりする等が考えられる。バックアップ電源電圧を低下する段階を複数段とする構成の一例としては、以下のような段階が考えられる。

段階１（バッテリ電圧低下の度合いが小さい）では、バックアップ電源電圧を若干低下する（メモリ６はスタンバイ動作状態）。
段階２（バッテリ電圧低下の度合いが中くらい）では、バックアップ電源電圧を下限まで低下する（メモリ６はスタンバイ動作状態）。
段階３（バッテリ電圧低下の度合いが大きい）では、メモリ６の内容を例えば不揮発性メモリ等に退避し、メモリ６の電源を切る（メモリ６は完全にＯＦＦ）。
ＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態でバッテリ電圧が低下したと判断した場合は、バックアップ電源５からＣＡＮ内蔵マイコン４への給電を維持することにより動作状態としたが、ＣＡＮ内蔵マイコン４がバックアップ電源５に電源制御信号の出力後に停止状態となり、ＡＣＣ−ＯＮで起動するようにしてもよい。また、ＡＣＣ−ＯＦＦ時にバッテリ電圧が低下したと判断した場合は、バックアップ電源５からＣＡＮ内蔵マイコン４への給電を停止し、ＡＣＣ−ＯＮでバックアップ電源５からＣＡＮ内蔵マイコン４へ給電するようにしてもよい。さらに、ＣＡＮ内蔵マイコン４に加えてリセットＣＰＵを設け、そのリセットＣＰＵがＣＡＮ内蔵マイコン４への通電を制御するようにしてもよい。
本発明はエンジンを搭載した車両に限定されることなく、ハイブリッド車、電気自動車に適用してもよい。

図面中、１はＥＣＵ（電子装置）、１ａはバッテリ監視ＥＣＵ１ａ（バッテリ監視手段）、３はバッテリ、４はＣＡＮ内蔵マイコン（制御手段）、５はバックアップ電源、６はメモリ（バックアップ対象電子回路）である。

Claims (5)

1. 車両のバッテリの残容量を監視するバッテリ監視ＥＣＵと、
   前記バッテリから常に給電されるバックアップ電源を有した複数のＥＣＵ(Electronic Control Unit)と、
   前記バックアップ電源から給電されるように前記複数のＥＣＵに設けられたバックアップ対象電子回路と、
   前記バックアップ電源から給電されるように前記複数のＥＣＵに設けられ、前記バッテリ監視ＥＣＵが判定した前記バッテリの残容量に基づいてＡＣＣ−ＯＦＦのスタンバイ状態で前記バッテリの残容量が少なくなると判定した場合は、前記バックアップ電源に対して前記バックアップ対象電子回路への出力電圧を前記バックアップ対象電子回路の規定動作電圧範囲の標準電圧から所定電圧まで低下することを指示し、前記スタンバイ状態から通常状態に復帰した場合に前記バックアップ電源に対して前記バックアップ対象電子回路への出力電圧を前記所定電圧から前記標準電圧に高めることを指示する制御手段と、を備え、
   前記バックアップ電源は、前記制御手段から指示された出力電圧を出力し、
   前記バッテリ監視ＥＣＵは、前記複数のＥＣＵと車載ネットワークで接続され、前記バッテリの残容量を示すバッテリ残容量情報を前記車載ネットワークに送信し、
   前記バッテリ監視ＥＣＵを除く前記複数のＥＣＵは、前記車載ネットワークを通じて前記バッテリ監視ＥＣＵからバッテリ残容量情報を受信し、
   前記バッテリ監視ＥＣＵを除く前記複数のＥＣＵのうち短時間の起動を要求されるＥＣＵは、スタンバイ状態で前記バッテリの残容量が少なくなると判定した場合であっても前記バックアップ電源に対して出力電圧を低下させる指示を実行しないことを特徴とする車両電源システム。
2. 前記電子回路は、消費電流を低下した省電力モードを実行可能であり、
   前記制御手段は、前記電子回路を省電力モードに切換えた状態で前記バックアップ電源に対して前記所定電圧まで低下することを指示することを特徴とする請求項１記載の車両電源システム。
3. 前記所定電圧は、前記規定動作電圧範囲の下限電圧であることを特徴とする請求項１または２記載の車両電源システム。
4. 前記所定電圧は、前記規定動作電圧範囲において前記標準電圧よりも低い複数段階の電圧であることを特徴とする請求項１または２記載の車両電源システム。
5. 前記バックアップ対象電子回路はＤＲＡＭであることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の車両電源システム。

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