JP6209729B2

JP6209729B2 - 車載用電源装置

Info

Publication number: JP6209729B2
Application number: JP2013028695A
Authority: JP
Inventors: 安孝谷川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: JP2014156210A

Description

本発明は各種車両に使用される車載用電源装置に関するものである。

以下、従来の車載用電源装置について図面を用いて説明する。図３は従来のアイドリングストップ機能を有した車両における車載用電源装置の回路ブロック図であり、蓄電池１の正電極側には電源回路２の入力端子２ａにヒューズ３を介して接続され、電源回路２の出力端子２ｂは負荷４に接続されている。そして電源回路２では、昇圧コンバータ５と通電補助ダイオード６とスイッチ７とが並列に配置されて入力端子２ａと出力端子２ｂとを接続している。なお、通電補助ダイオード６のアノード側は電源回路２の入力端子２ａに、通電補助ダイオード６のカソード側は電源回路２の出力端子２ｂに、それぞれ接続されている。

ここで、電源回路２の昇圧コンバータ５は、車両がアイドリングストップ状態から再始動する際に蓄電池１の電圧を昇圧させることで安定して車両を再始動できるようにするものである。そして、スイッチ７は昇圧コンバータ５が昇圧動作する場合にのみ開放状態となる。この動作については、車両に備えられた制御装置８が昇圧コンバータ５とスイッチ７とを制御している。また、電源回路２の通電補助ダイオード６は昇圧コンバータ５が昇圧動作した場合に、昇圧後の電圧を入力端子２ａ側に供給しないようにするとともに、スイッチ７が何らかの原因により破損してスイッチ７が開放状態に放置されても、蓄電池１の電力を負荷４へ供給できるようにするためのものである。つまり、通電補助ダイオード６もしくはスイッチ７のいずれか一方が正常な状態であれば、蓄電池１の電力を負荷４へ供給できることとなっている。

仮に、通電補助ダイオード６およびスイッチ７の双方が開放状態となった場合には、蓄電池１から昇圧コンバータ５へと電力が連続して供給されることとなり、これにより昇圧コンバータ５を破損する恐れが生じることとなる。このため、特にスイッチ７に対しては、制御装置８からの指示に応じてスイッチ７が開閉動作しているかどうかを制御装置８が、電源回路２の出力端子２ｂの電圧を検出することにより常に監視している。この監視の方法としては、まず、スイッチ７が閉じたことが確認されている状態での電源回路２の出力端子２ｂの電圧を制御装置８が予め検知および記憶する。そして、スイッチ７が制御装置８の指示に応じて閉じることが出来ない状態で蓄電池１から通電補助ダイオード６を介して電源回路２の出力端子２ｂへ電力を供給する場合、蓄電池１の電圧は通電補助ダイオード６による電圧降下が生じるため、先に記憶した電圧値に比較して通電補助ダイオード６を経由した電圧値は低くなる。この電圧値の差を用いてスイッチ７の状態を監視するとともに、スイッチ７に異常が生じたと判定した場合には直ちに状況を制御装置が外部に発信し、昇圧コンバータ５が破損に至る事態を回避するような対策がとられていた。

なお、この出願の発明に関する先行文献情報としては例えば特許文献１が知られている。

特開２００４−３２７７８３号公報

しかしながら従来の車載用電源では、蓄電池１からの電力がスイッチ７を介して出力端子２ｂへ供給される場合と、蓄電池１からの電力が通電補助ダイオード６を介して出力端子２ｂへ供給される場合とでは出力端子２ｂでの電圧値の差が大きな値ではないため、これらの電圧値の比較と判定は容易ではなく、正確な判定を行うには高い水準の制御装置８の検出能力が必要となる課題を有するものであった。

そこで本発明は、スイッチが正常に動作しているかどうかの判定を容易にすることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために、蓄電池と、出力側に平滑コンデンサを有した昇圧コンバータ部と、通電補助ダイオードと、スイッチ素子とが並列接続された電源回路部と、前記電源回路部を介して前記蓄電池に接続された出力端子と、前記昇圧コンバータ部と前記スイッチ素子とを制御することによる前記出力端子への供給電圧の切り替えおよび前記
出力端子における電圧の検出を行う制御部とを備え、前記制御部が、前記電源回路部に前記蓄電池の電圧を昇圧して出力するように指示する第１のステップと、前記第１のステップが所定期間継続した後で前記制御部が前記電源回路部に昇圧を停止した後、前記スイッチ素子を閉じるように指示する第２のステップと、前記第２のステップの終了後に前記出力端子の電圧を前記制御部が検出して、前記出力端子の電圧に応じて前記制御部が前記スイッチ素子の状態を判定する第３のステップと、を実行することを特徴としたものである。

本発明によれば、電源回路部への動作指示によって、スイッチ素子が正常に動作しているかどうかの判定を行う対象となる、平滑コンデンサからの放電の有無に伴う電圧値の差がおおきくなり、これによりスイッチ素子の状態を容易にかつ正確に判定することが可能となる。

本発明の車載用電源装置の回路ブロック図本発明の車載用電源装置の出力電圧のタイミングチャート図従来の車載用電源装置の回路ブロック図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における車載用電源装置の回路ブロック図であり、アイドリングストップ機能を有した車両にこの車載用電源装置を用いた場合の接続や動作について説明を行う。

車載用電源装置は、蓄電池９と、この蓄電池９にヒューズ１０を介して接続された入力端子１１ａと出力側の出力端子１１ｂとを有した電源回路部１１と、この電源回路部１１の出力端子１１ｂに接続された制御部１２とからなり、出力端子１１ｂは負荷１３に接続されている。ここで、電源回路部１１は通電補助ダイオード１４とスイッチ素子１５と昇圧コンバータ部１６とが並列接続された構成となっている。制御部１２はスイッチ素子１５および昇圧コンバータ部１６に接続されており、出力端子１１ｂの電圧を検出する機能を有するとともに、スイッチ素子１５および昇圧コンバータ部１６の動作を状況に応じて制御する機能を有する。また、昇圧コンバータ部１６はチョークコイル１６ａ、ＦＥＴ１６ｂ、整流ダイオード１６ｃ、平滑コンデンサ１６ｄによって構成されており、昇圧コンバータ部１６の最も出力端子１１ｂ側には平滑コンデンサ１６ｄが接続配置されている。またここで、負荷１３は出力端子１１ｂに接続されているが、負荷１３としては様々な電装品（図示せず）やステアリング（図示せず）を補助するための動力部（図示せず）などが接続されている。

この車載用電源装置の基本的な動作である、車両がアイドリングストップ状態から再始動を行う際の動作としては、先ず車両の一部（図示していないが、例えばブレーキペダルなど）から制御部１２が再始動を始める信号を受け、次に制御部１２がスイッチ素子１５を開放させる指示を発し、さらにその次に制御部１２が昇圧コンバータ部１６の昇圧動作を起動させる。これらの動作によって、瞬間的に大きな電力が必要となる再始動の際に出力端子１１ｂへ十分な電圧を供給し、負荷１３の動作を安定した状態で継続させている。

また、この車載用電源装置はスイッチ素子１５が破損などにより動作できない状態となっても、昇圧コンバータ部１６は機能させることが出来ないもののスイッチ素子１５に並列接続した通電補助ダイオード１４によって蓄電池９から負荷１３への電力供給は継続して行うことができる接続となっている。ここで、通電補助ダイオード１４はカソード側が入力端子１１ａに、アノード側が出力端子１１ｂにそれぞれ接続されている。

ここでさらにこの車載用電源装置は、スイッチ素子１５が破損などにより動作できない状態に陥った際には的確にその異常である状況を発信し、スイッチ素子１５の補修点検を促す機能を有するものである。上記のスイッチ素子１５の状態を検出する検出モードは以下のステップによって構成されている。検出モードにおける車載電源装置の動作については出力端子１１ｂの電圧の推移である、図２（ａ）（ｂ）に示す車載用電源装置の動作タイミングチャートを用いる。ここで、図２（ａ）はスイッチ素子が異常な状態のタイミングチャート、図２（ｂ）はスイッチ素子が正常な状態のタイミングチャートそれぞれを示している。

まず、検出モードの第１のステップは、蓄電池９を電源回路部１１に接続した状態でスイッチ素子１５を開放させるように制御部１２からスイッチ素子１５へ制御信号を発信して指示を行う。そして、さらに制御部１２から昇圧コンバータ部１６へ制御信号を発信し昇圧動作を起動するよう指示する。例えば、蓄電池９の電圧を１２（Ｖ）とし、昇圧コンバータ部１６によって１５（Ｖ）へ昇圧するとした場合、このタイミングは図２（ａ）（ｂ）に示すｔ１に相当する。そして、ｔ１からｔ２までの期間中は１５（Ｖ）への昇圧動作を継続させる。

次に、検出モードの第２ステップは、ｔ２のタイミングで図１に示す昇圧コンバータ部１６の昇圧動作を制御部１２の指示によって停止させる。そして昇圧コンバータ部１６の昇圧動作を停止した直後に制御部１２によってスイッチ素子１５を閉じるように指示される。このタイミングが図２に示すｔ３のタイミングに相当する。

ここで、図１に示すスイッチ素子１５が正常に制御部の指示によって動作する場合は、図２（ｂ）に示すｔ３のタイミングで図１のスイッチ素子１５が短絡する前に既に昇圧コンバータ部１６の動作が停止しているため、図２（ｂ）のｔ２からｔ３の期間では出力電圧は徐々に低下するが、ｔ３以降では図１に示す出力端子１１ｂの電圧は蓄電池９の電圧である１２（Ｖ）へと急峻に低下することになる。

これに対して、図１に示すスイッチ素子１５が異常状態で制御部の指示に従わずに開放状態を継続する場合は、昇圧コンバータ部１６の平滑コンデンサ１６ｄに蓄えられた電荷が出力端子１１ｂへ放電され続けることとなる。これは図２（ａ）に示すｔ３のタイミングおよびそれ以降に相当する。

そして、その後の検出モードの第３ステップは、ｔ４のタイミングで図１に示す制御部１２により出力端子１１ｂの電圧を測定し、この電圧に応じて制御部１２がスイッチ素子１５の状態を判定する。また、判定を行う一例としては図２（ａ）に示すＶｍの値が判定のための閾値Ｖｊよりも高い電圧値であれば、図１に示すスイッチ素子１５は異常（オープン状態）であると判断され、それに対応する信号が制御部１２から車両へと発信されることとなる。また、図２（ｂ）に示すＶｍの値が判定のための閾値Ｖｊよりも低い電圧値であれば、図１に示すスイッチ素子１５は正常であると判断される。

以上の動作および判定により、スイッチ素子１５が動作しない状態で通電補助ダイオード１４のみによって蓄電池９から負荷１３へ電力を供給している場合はその状態を異常として直ちに検出することができる。

従って、スイッチ素子１５および通電補助ダイオード１４の双方が開放状態に陥り、昇圧コンバータ部１６へ過電流が流れることで昇圧コンバータ部１６が破損へと至る状況を事前に察知して未然に防止、回避することができる。

なお、以上で説明した検出モードは、車両がアイドリングストップ状態から再始動を行う際の昇圧コンバータ部１６を起動させる時以外であれば、車両のアクセサリースイッチ（図示せず）がＯＮの状態やあるいはイグニションスイッチがＯＮの状態であればどのタイミングで実施しても構わない。

ここでのスイッチ素子１５が動作しない状態とは開放状態のままとなった異常状態を前提に説明しているが、スイッチ素子１５が短絡状態での異常状態となった場合は、昇圧コンバータ部１６での昇圧動作が不可能となるため、これによって異常を検出することができる。

以上の説明ではスイッチ素子１５として説明しているが、このスイッチ素子１５はＦＥＴなどの半導体スイッチを用いても、あるいは機械的リレースイッチを用いても構わない。

本発明の車載用電源装置は、アイドリングストップ状態から再始動する際に起動する昇圧コンバータ部が破損を起こし易い状況を事前に察知して未然に防止できるという効果を有し、各種車両において有用である。

９蓄電池
１０ヒューズ
１１電源回路部
１１ａ入力端子
１１ｂ出力端子
１２制御部
１３負荷
１４通電補助ダイオード
１５スイッチ素子
１６昇圧コンバータ部
１６ａチョークコイル
１６ｂＦＥＴ
１６ｃ整流ダイオード
１６ｄ平滑コンデンサ

Claims

蓄電池と、
出力側に平滑コンデンサを有した昇圧コンバータ部と、通電補助ダイオードと、スイッチ素子とが並列接続された電源回路部と、
前記電源回路部を介して前記蓄電池に接続された出力端子と、
前記昇圧コンバータ部と前記スイッチ素子とを制御することによる前記出力端子への供給電圧の切り替えおよび前記出力端子における電圧の検出を行う制御部とを備え、
前記制御部が、前記電源回路部に前記蓄電池の電圧を昇圧して出力するように指示する第１のステップと、
前記第１のステップが所定期間継続した後で前記制御部が前記電源回路部に昇圧を停止した後、前記スイッチ素子を閉じるように指示する第２のステップと、
前記第２のステップの終了後に前記出力端子の電圧を前記制御部が検出して、前記出力端子の電圧に応じて前記制御部が前記スイッチ素子の状態を判定する第３のステップと、
を実行する検出モードを有する車載用電源装置。
前記第３のステップでは前記出力端子の電圧が所定の閾値よりも高い場合では前記制御部は前記スイッチ素子が異常であると判定し、前記出力端子の電圧が前記閾値よりも低い場合では前記制御部は前記スイッチ素子が正常であると判定する請求項１に記載の車載用電源装置。