WO2013035763A2 - 電力供給制御装置 - Google Patents

Abstract

　車両が備える電圧変換手段の個数を減らして部品コストを削減できる電力供給制御装置を提供する。　バッテリ９又はオルタネータ７の出力電圧を検出する電圧検出手段（制御部１０）、エンジン６の状態を取得する状態取得手段（制御部１０）、出力電圧を昇圧及び降圧する電圧変換手段２０、複数の車載機器への電力供給を、出力電圧と電圧変換手段２０により変換された電圧との何れかに切り替える切替手段３０、出力電圧値とエンジン６の状態とに基づいて、切替手段３０を切り替える指示を出力する制御手段（制御部１０）を備える電力供給制御装置。切替手段３０は、電力供給先をＶ１より高い電圧が与えられるべき第１車載機器群と、その他の第２車載機器群とに切り替え、制御手段は、電圧変換手段２０に対し降圧指示又は昇圧指示を出力し、切替手段３０に対し第１車載機器群及び第２車載機器群の切り替え指示を出力するように構成してある。

Description

電力供給制御装置

　本発明は、車両が備える各種の電気機器に供給する電力を制御する電力供給制御装置に関する。

　従来、車両が備える各種の電気機器には、バッテリ及びオルタネータを電源として電力が供給される。車両がアイドルストップから始動するときは、電気機器への電力はバッテリが供給する。この時、クランキングによりバッテリの出力電圧が、電気機器の駆動電圧を下回ると、ナビゲーションシステムのメモリが消える等の不具合が発生する。そこで、アイドルストップから始動するときは、ナビゲーションシステム等の常時所定電圧以上の電力の供給が必要な電気機器に対して、バッテリの出力電圧を昇圧して供給する（例えば、特許文献１参照）。

　一方、エンジンが駆動しているときは、オルタネータの出力電圧が、電気機器の駆動電圧を上回るため、オルタネータの出力電圧を降圧して電気機器に電力を供給することにより、電力の消費を低減する。例えば、特許文献２には、燃料ポンプのモータへ印加する電圧を細かくＰＷＭ制御することにより、燃費を向上させる自動車用燃料ポンプモータ制御回路が記載されている。
特開２００４－９２５６４号公報 特開平１０－２６６９２０号公報

　しかしながら、特許文献１及び２に記載されたようなバッテリ又はオルタネータの出力電圧の変換は、昇圧用及び降圧用の何れも電圧変換手段を用いながら、その対象となる電気機器が異なるため、それぞれ別個に電圧変換手段を設ける必要があ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り、車両が備える電圧変換手段の個数を減らして部品コストを削減できる電力供給装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る電力供給制御装置は、車両が備えるバッテリ又はオルタネータの出力電圧を検出する電圧検出手段、前記車両が備えるエンジンの状態を取得する状態取得手段、前記出力電圧を昇圧及び降圧する電圧変換手段、前記車両に備えられる複数の車載機器のそれぞれへの電力供給を、前記出力電圧、及び、前記電圧変換手段により変換された電圧の何れかに切り替える切替手段、並びに、前記電圧検出手段が検出した出力電圧値と前記状態取得手段が取得したエンジンの状態とに基づいて、前記切替手段を切り替える指示を出力する制御手段を備える電力供給制御装置において、前記切替手段は、電力供給先をＶ１より高い電圧が与えられるべき第１車載機器群と、その他の第２車載機器群とに切り替え、前記制御手段は、前記電圧変換手段に対し、降圧する指示又は昇圧する指示を出力し、前記切替手段に対し、第１車載機器群及び第２車載機器群の切り替え指示を出力するように構成してあることを特徴とする。

　これにより、一つの電圧変換手段が昇圧に加えて降圧を実行するため、車両が備える電圧変換手段の個数を減らして部品コストを削減することができる。

　本発明に係る電力供給制御装置は、前記制御手段は、前記エンジンが回転中であることを前記状態取得手段が取得し、前記電圧検出手段が検出した出力電圧が、Ｖ２（＞Ｖ１）より高い場合に、前記電圧変換手段に対し、前記出力電圧をＶ２に降圧する指示を出力し、前記切替手段に対し、前記第２車載機器群への電力供給を前記電圧変換手段が変換した電圧に切り替える指示を出力するように構成してあることを特徴とする。

　これにより、エンジンの回転中にオルタネータが発電することにより高くなる出力電圧をＶ２に降圧し電力の消費を低減することを、出力電圧の昇圧を行う電圧変換手段により実現するので、車両が備える電圧変換手段の個数を減らして部品コストを削減することができる。

　本発明に係る電力供給制御装置は、前記制御手段は、前記エンジンがアイドルストップからの始動中であることを前記状態取得手段が取得し、前記電圧検出手段が検出した出力電圧が、Ｖ３（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１）より低い場合に、前記電圧変換手段に対し、前記出力電圧をＶ４（Ｖ４≧Ｖ３）に昇圧する指示を出力し、前記切替手段に対し、前記第１車載機器群への電力供給を前記電圧変換手段により変換された電圧に切り替える指示を出力するように構成してあることを特徴とする。

　これにより、一つの電圧変換手段の機能をエンジンの回転中は降圧に切り替え、アイドルストップ中は昇圧に切り替えるので、車両が備える電圧変換手段の個数を減らして部品コストを削減することができる。

　本発明によれば、車両が備える電圧変換手段の個数を減らして部品コストを削減できる電力供給装置を提供することができる。

本発明に係る電力供給制御装置の実施の形態を備える車両の電力供給システムの概略構成を模式的に示す模式図である。 図１に示す電圧変換分配ボックス１の構成例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動作の例を示すフローチャートである。 本発明に係る電力供給制御装置の動作の例を示すタイミングチャートである。

　１　電圧変換分配ボックス
　７　オルタネータ
　８　スタータ
　９　バッテリ
　１０　制御部（制御手段、状態取得手段、電圧検出手段）
　２０　電圧変換部（電圧変換手段）
　３０　切替回路（切替手段）
　３１、３２、３３　スイッチ
　４１、４２　ヒューズ
　５１　省電力負荷群（第２車載機器群）
　５１ａ、５１ｂ　ヘッドランプ
　５１ｃ　モータ
　５２　安定電圧負荷群（第１車載機器群）
　５２ａ、５２ｂ、５２ｃ　ＥＣＵ
　６１　エンジンＥＣＵ
　６２　アイドルストップＥＣＵ

　以下、本発明に係る電力供給制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳述する。

　図１は、本発明に係る電力供給制御装置の実施の形態を備える車両の電力供給システムの概略構成を模式的に示す模式図である。図１に示す車両の電力供給システムは、電圧変換分配ボックス１、バッテリ９、オルタネータ７、ヘッドランプ５１ａ、ヘッドランプ５１ｂ、燃料ポンプのモータ５１ｃ、及び、複数の電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，・・・（以下、一つのＥＣＵ５２ａについて説明する）、を備える。

　電圧変換分配ボックス１へは、バッテリ９及びオルタネータ７からの出力電圧が印加される。電圧変換分配ボックス１により印加された電圧は変圧され、又は、そのまま、ＥＣＵ５２ａ、ヘッドランプ５１ａ，５１ｂ、及び、モータ５１ｃに印加される。電圧変換分配ボックス１の詳細は、後に説明する。

　オルタネータ７は、図示しないエンジンの駆動により発電する。バッテリ９は、オルタネータ７により発電された電力を蓄電し、蓄電した電力を電圧変換分配ボックス１に供給する。

　ヘッドランプ５１ａ及び５１ｂは、車両の前方を照射する。モータ５１ｃは、燃料を図示しないエンジンに供給する燃料ポンプを駆動する。これらの電気機器は、所定の機能を実行するために所定電圧値以上の電圧が必要であるが、一旦電圧の印加が中断されたとしても、再び所定値以上の電圧を印加すれば、再度、中断前の機能を実現する。例えば、ヘッドランプ５１ａの印加電圧が、電圧値Ｖ２より低くなると、ヘッドランプ５１ａが減光、又は、消灯する。しかし再び電圧値Ｖ２以上を印加すれば、元の明るさで点灯する。また、ヘッドランプ５１ａは、オルタネータ７の出力電圧より低い電圧値Ｖ２で、十分機能を果たすことができる。

　そこで、ヘッドランプ５１ａのような車載機器は、車両状態に応じて、印加する電圧をＶ２に降圧することができる。以下、これらの車載機器を「省電力負荷」（第２車載機器群）という。

　ＥＣＵ５２ａは、車載機器毎に設けられ車載機器を制御する。この車載機器は、例えば、カーナビゲーションシステム、速度を示すメータ（表示器）及び燃料の残量を示すメータ（表示器）等である。ＥＣＵ５２ａは、カーナビゲーションシステム等の電気機器に設けられ、メモリに記憶されている情報を保持するために、所定電圧値Ｖ１以上の電圧を必要とする。以下、所定電圧値Ｖ１以上の電力供給が必要な装置を「安定電圧負荷」（第１車載機器群）という。

　図２は、図１に示す電圧変換分配ボックス１の構成例を示すブロック図である。図１に示した電圧変換分配ボックス１は、オルタネータ７、バッテリ９、及び、ヘッドランプ５１ａ、ヘッドランプ５１ｂ、燃料ポンプのモータ５１ｃ（以下、「省電力負荷群」５１という。）、及び、複数のＥＣＵ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，・・・（以下、「安定電圧負荷群」５２という。）、に加えて、エンジンＥＣＵ６１、及び、アイドルストップＥＣＵ６２に接続されている。

　図２には、さらに、エンジン６、及び、スタータ８を示している。エンジン６は、オルタネータ７と連動するように連結され、スタータ８と図示しないクラッチにより連結されている。スタータ８は、バッテリ９の出力電圧を印加され、エンジン６を始動する。

　電圧変換分配ボックス１は、制御部１０、電圧変換部２０、切替回路３０、ヒューズ４１、及び、ヒューズ４２を備える。バッテリ９の正極は、ヒューズ４１を通じて、電圧変換部２０の入力端子及び切替回路３０の入力端子に接続されている。オルタネータ７の出力端子は、ヒューズ４２を通じて電圧変換部２０の入力端子及び切替回路３０の入力端子に接続されている。

　電圧変換部２０の出力端子は、切替回路３０を通じて、省電力負荷群５１、及び、安定電圧負荷群５２に接続されている。

　切替回路３０は、スイッチ３１、スイッチ３２、及び、スイッチ３３を備える。スイッチ３１、スイッチ３２、及び、スイッチ３３は、何れもｃ接点スイッチである。スイッチ３１は、ＣＯＭ端子、端子３１ａ、及び、端子３１ｂを有し、スイッチ３２は、ＣＯＭ端子、端子３２ａ、及び、端子３２ｂを有し、スイッチ３３は、ＣＯＭ端子、端子３３１、及び、端子３３２を有する。

　電圧変換部２０の出力端子は、スイッチ３３のＣＯＭ端子に接続されている。スイッチ３３の端子３３１は、スイッチ３１の端子３１ａに接続されている。スイッチ３１の端子３１ｂは、ヒューズ４１を通じてバッテリ９の正極に接続され、ヒューズ４２を通じてオルタネータ７の出力端子に接続されている。スイッチ３１のＣＯＭ端子は、省電力負荷群５１の正極に接続されている。

　スイッチ３３の端子３３２は、スイッチ３２の端子３２ａに接続されている。スイッチ３２の端子３２ｂは、ヒューズ４１を通じてバッテリ９の正極に接続され、ヒューズ４２を通じてオルタネータ７の出力端子に接続されている。スイッチ３２のＣＯＭ端子は、安定電圧負荷群５２の正極に接続されている。

　制御部１０は、車載ＬＡＮに接続されている。制御部１０は、エンジンＥＣＵ６１から送信されるエンジン回転数を含むエンジンの状態の信号を車載ＬＡＮを介して取得する。制御部１０は、アイドルストップＥＣＵ６２から出力されるアイドルストップに係る情報を車載ＬＡＮを介して取得する。制御部１０は、ヒューズ４１を介したバッテリ９の正極端子と、ヒューズ４２を介したオルタネータ７の出力端子との共通接続部節点Ａの電圧値ＶＡを取得する。

　エンジンＥＣＵ６１は、エンジン６を駆動制御する。エンジンＥＣＵ６１は、エンジン６の回転数を含むエンジン６の状態の信号を、車載ＬＡＮを介して制御部１０に送信する。アイドルストップＥＣＵ６２は、アイドルストップの許可、及び、アイドルストップからのエンジン６の始動を制御する。アイドルストップＥＣＵ６２は、アイドルストップからエンジン６を始動するための信号を車載ＬＡＮを介して制御部１０及びエンジンＥＣＵ６１に出力する。

　以下に、このような構成の電力供給制御装置の動作を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。スイッチ３１、スイッチ３２、及び、スイッチ３３は、それぞれ、端子３１ｂ、端子３２ｂ、及び、端子３３１側に接続してある。

　先ず、制御部１０が、車両状態を取得する（ステップＳ１０）。制御部１０は、車載ＬＡＮを介して受信した車速信号、ブレーキ信号、アイドルストップ許可信号、エンジン回転数の信号、及び、アイドルストップからエンジンを始動する信号に基づいて、車両状態を判定し取得する。

　制御部１０は、アイドルストップからエンジンを始動する信号を受信した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、節点Ａの電圧値ＶＡを取得する（ステップＳ１２）。続いて、取得した電圧値ＶＡが、Ｖ３未満か否かを判定する（ステップＳ１３）。Ｖ３は、安定電圧負荷群５２の所定機能を実現するのに必要な最低電圧Ｖ１に基づき、Ｖ１より余裕分高く設定されている。

　電圧値ＶＡがＶ３未満ではない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は、ステップＳ１２に戻って処理を繰り返す。

　一方、電圧値ＶＡがＶ３未満の場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、スイッチ３１，３２，３３を、それぞれ、端子３１ｂ、端子３２ａ、及び、端子３３２に切り替え、バッテリ９の出力電圧（ＶＡ）をＶ４に昇圧して電力供給する（ステップＳ１４）。Ｖ４は、Ｖ３以上の所定値である。すなわち、制御部１０は、電圧変換部２０に対し、バッテリ９の出力電圧（ＶＡ）をＶ４に昇圧する指示を出力し、切替回路３０のスイッチ３１，３２，３３を切り替える。これにより、電圧変換部２０によりＶ４に昇圧された電圧が安定電圧負荷群５２に印加される。

　制御部１０は、続いて、再び、節点Ａの電圧値ＶＡを取得し（ステップＳ１５）、取得した電圧値ＶＡが、Ｖ３以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。電圧値ＶＡがＶ３以上ではない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）は、ステップＳ１４に戻って処理を繰り返す。一方、電圧値ＶＡがＶ３以上の場合は、ステップＳ１０に戻って処理を繰り返す。

　制御部１０は、ステップＳ１１で、アイドルストップからの始動開始状態ではない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）は、車両が走行中か否かを判定する（ステップＳ２１）。車両が走行中か否かの判定は、車載ＬＡＮを介して受信した車速信号、及び、エンジン回転数を示す信号等に基づいて行う。制御部１０は、車両が走行中の場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）は、節点Ａの電圧値ＶＡを取得する（ステップＳ２２）。

　制御部１０は、続いて、取得した電圧値ＶＡがＶ２（＞Ｖ１）を超えているか否かを判定する（ステップＳ２３）。Ｖ２は、省電力負荷群５１の消費電力を抑制するために定められた駆動電圧値である。

　電圧値ＶＡがＶ２を超えている場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）には、スイッチ３１，３２，及び、３３を、それぞれ、端子３１ａ、端子３２ｂ、及び、端子３３１に切り替え、オルタネータ９の出力電圧値（ＶＡ）をＶ２に降圧して省電力負荷群５１に印加する（ステップＳ２４）。すなわち、制御部１０は、電圧変換部２０に対し、オルタネータ９の出力電圧値（ＶＡ）をＶ２に降圧する指示を出力し、切替回路３０の、スイッチ３１，３２，及び，３３を切り替える。制御部１０の指示により、電圧変換部２０は、オルタネータ９の出力電圧値（ＶＡ）をＶ２に変換する。

　制御部１０は、ステップＳ２３で、電圧値ＶＡがＶ２を超えていない場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、又は、ステップＳ２４の処理の後、ステップＳ１０に戻って処理を繰り返す。

　制御部１０は、また、ステップＳ２１で、車両が走行中ではない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）は、スイッチ３１及びスイッチ３２を、それぞれ、端子３１ｂ、及び、端子３２ｂに切り替え（ステップＳ３１）、その後、ステップ１０に戻って処理を繰り返す。すなわち、制御部１０は、切替回路３０の、スイッチ３１及びスイッチ３２を切り替える。これにより、省電力負荷群５１及び安定電圧負荷群５２に対し、バッテリ９及び／又はオルタネータ７からの出力電圧値（ＶＡ）が印加される。

　図４は、この電力供給制御装置により制御される電力供給の例を示すタイミングチャートである。期間ＴＡでは、イグニッションキーがオンになり、エンジンが始動する。期間ＴＡでは、制御部１０の制御により、省電力負荷群５１及び安定電圧負荷群５２に対し、バッテリ９の電圧が印加される。すなわち、図３のステップＳ３１の処理が行われる。

　期間ＴＢでは、エンジンが回転し、車両が走行中である。期間ＴＢでは、オルタネータ７が発電している。そこで、節点Ａの電圧値ＶＡがＶ２を超えた場合に、オルタネータ７の出力電圧（ＶＡ）をＶ２に降圧して、省電力負荷群５１に印加する。すなわち、図３のステップＳ２１からステップＳ２４の処理が行われる。

　期間ＴＢで車両が停止すると、アイドルストップが開始され、アイドルストップが行われた後、期間ＴＣで、アイドルストップからのエンジンの始動が行われる。期間ＴＢのうち、アイドルストップ中は、節点Ａには、バッテリ９からの出力電圧が印加されている。すなわち、図３のステップＳ３１の処理が行われている。

　期間ＴＣにおいて、アイドルストップからのエンジン９の始動が開始されると、クランキングにより節点Ａの電圧値ＶＡがＶ３を下回るため、安定電圧負荷群５２に対し、バッテリ９の出力電圧（ＶＡ）をＶ４に昇圧した電圧を印加する。すなわち、図３のステップＳ１１からステップＳ１６の処理が実行される。

　期間ＴＣに続く期間ＴＢ２では、アイドルストップからのエンジンの始動が終了し、再び車両が走行中になる。すなわち、図３のステップＳ２１からステップＳ２４の処理が繰り返される。

　以上の処理により、電圧変換部２０は、車両の走行中には降圧を行い、アイドルストップからのエンジンの始動の際には、昇圧を行う。電圧変換部２０が、異なる時間において、昇圧と降圧とに機能を切り替え、電力供給先を切り替えるため、部品点数を削減することができる。

　以上、発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は、この発明を実施するための形態で述べた実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能である。

　本発明は、車両が備える各種の電気機器に供給する電力を制御する電力供給制御装置に適用できる。

Claims (3)

1. 　車両が備えるバッテリ又はオルタネータの出力電圧を検出する電圧検出手段、前記車両が備えるエンジンの状態を取得する状態取得手段、前記出力電圧を昇圧及び降圧する電圧変換手段、前記車両に備えられる複数の車載機器のそれぞれへの電力供給を、前記出力電圧、及び、前記電圧変換手段により変換された電圧の何れかに切り替える切替手段、並びに、前記電圧検出手段が検出した出力電圧値と前記状態取得手段が取得したエンジンの状態とに基づいて、前記切替手段を切り替える指示を出力する制御手段を備える電力供給制御装置において、
   　前記切替手段は、電力供給先をＶ１より高い電圧が与えられるべき第１車載機器群と、その他の第２車載機器群とに切り替え、
   　前記制御手段は、前記電圧変換手段に対し、降圧する指示又は昇圧する指示を出力し、前記切替手段に対し、第１車載機器群及び第２車載機器群の切り替え指示を出力するように構成してあ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、前記エンジンが回転中であることを前記状態取得手段が取得し、前記電圧検出手段が検出した出力電圧が、Ｖ２（＞Ｖ１）より高い場合に、前記電圧変換手段に対し、前記出力電圧をＶ２に降圧する指示を出力し、前記切替手段に対し、前記第２車載機器群への電力供給を前記電圧変換手段が変換した電圧に切り替える指示を出力するように構成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. 　前記制御手段は、前記エンジンがアイドルストップからの始動中であることを前記状態取得手段が取得し、前記電圧検出手段が検出した出力電圧が、Ｖ３（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１）より低い場合に、前記電圧変換手段に対し、前記出力電圧をＶ４（Ｖ４≧Ｖ３）に昇圧する指示を出力し、前記切替手段に対し、前記第１車載機器群への電力供給を前記電圧変換手段により変換された電圧に切り替える指示を出力するように構成してあることを特徴とする請求項２に記載の電力供給制御装置。

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