(57)【要約】【課題】バッテリの出力電圧をＰＷＭ制御する際に、電圧パルスの立上がり／立下がりでノイズが発生し難く、電圧パルスの立上がりでバッテリの瞬時電圧低下が起き難い車両用電源装置の提供。【解決手段】検出手段２が検出したバッテリＢの出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期でＰＷＭ制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷（１Ｌ〜ＮＬ）へ与える制御部１を備える車両用電源装置。制御部１は、デューティ比に係るオフ期間が一定周期内に存在可能な個数を算出する算出手段と、給電すべき電気負荷（１Ｌ〜ＮＬ）の１又は複数をそれぞれ含み、その算出した個数以下である電気負荷群に、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、電気負荷（１Ｌ〜ＮＬ）を割振る割振り手段とを備え、その割振った電気負荷群毎にオフ期間が重複しないようにＰＷＭ制御した電圧を与える構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、該バッテリの出力電圧を検出する検出手段と、該検出手段が検出した出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期でＰＷＭ制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える制御部とを備える車両用電源装置において、
前記制御部は、前記デューティ比に係るオフ期間が前記一定周期内に存在可能な個数を算出する算出手段と、前記給電すべき電気負荷の１又は複数をそれぞれ含み、前記算出手段が算出した個数以下である電気負荷群に、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、前記電気負荷を割振る割振り手段とを備え、該割振り手段が割振った電気負荷群毎に、前記オフ期間が重複しないようにＰＷＭ制御した電圧を与えるように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記給電すべき電気負荷の個数を随時計数する手段と、該手段が計数した個数が変化したか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が変化したと判定する都度、前記割振り手段に至る一連の動作を実行するように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出したバッテリの出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期でＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される電気負荷の種類及びそれらの消費電力は飛躍的に増加する傾向にある。また、負荷を駆動するのに機械的な接続に頼らず、電気信号によって制御する傾向もある。その為、バッテリという限られた電源を有する車両用電源装置では、電力を確保することは重要な課題となっている。
車両用電源装置では、バッテリの出力電圧は、例えば公称値１２Ｖであり、電気負荷も１２Ｖで作動するようになっているものが多い。しかし、バッテリの出力電圧は、その特性から、恒常的に１２Ｖであることはなく、１４Ｖ〜１１．５Ｖ程度の範囲で使用されている。その為、１２Ｖを超えるバッテリの出力電圧で電気負荷を作動させていることが多いが、その分、無駄な電力を消費することになる。
【０００３】
特許文献１には、各電気負荷を所定数の群に分類しておき、電源の供給可能電力をまず各群毎に定められた優先度に応じて分配し、ある群に分配された電力を各電気負荷の優先度に応じて分配する負荷駆動制御装置が開示されている。この二段階の優先度順分配方式を採用することにより、車両のバリエーションにより電気負荷の数及び消費電力の変更が生じても、優先順位の変更はこの変更が生じた群に属する電気負荷間で行うだけでよい。
【０００４】
特許文献２には、走行及び安全に関わる重要負荷を除く消費電力が大きい負荷を駆動する車両用負荷駆動制御装置が開示されている。検出されたバッテリ出力電圧に応じて、負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比を決定し、指令に基づき負荷とバッテリとを接続又は遮断する。バッテリとの接続及び遮断の周期に応じて負荷を複数の群に分類すると共に、分類した各群毎に周期を異ならせて設定する。決定された負荷のバッテリへの接続時間及び遮断時間の比と、設定した周期とから、各負荷をバッテリに接続又は遮断するタイミングを決定する。
【特許文献１】特開２００４−１４２６６２号公報
【特許文献２】特開２００７−１６８６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、車両用電源装置では、バッテリの出力電圧は、１４Ｖ〜１１．５Ｖ程度の範囲で使用されているので、１２Ｖを超えるバッテリの出力電圧で電気負荷を作動させていることが多く、その分、無駄な電力を消費している。
そこで、近時、バッテリの出力電圧が１２Ｖを超えているときは、その出力電圧をＰＷＭ制御して１２Ｖに保持し、各電気負荷へ与えるようになって来ており、その際、一定周期及び同一デューティ比でＰＷＭ制御が行われる。ところが、各電気負荷への電圧パルスの立上がり／立下がりが揃うと、立上がり／立下がりでの電流変化が大きくなって繰返されることになり、ノイズが発生する虞があり、また、電圧パルスの立上がりで大きな突入電流が発生し、バッテリの瞬時電圧低下が起きる可能性があるという問題があった。
【０００６】
上述した特許文献１，２では、負荷（電気負荷）を複数の群に分けて、電力消費の瞬時値を分散させているが、群毎の合計消費電力を平均化していないので、合計消費電力の差が大きい場合には、ノイズが発生する虞があり、バッテリの瞬時電圧低下が起きる可能性がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの出力電圧をＰＷＭ制御する際に、電圧パルスの立上がり／立下がりでノイズが発生し難く、電圧パルスの立上がりでバッテリの瞬時電圧低下が起き難い車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る車両用電源装置は、バッテリと、該バッテリの出力電圧を検出する検出手段と、該検出手段が検出した出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期でＰＷＭ制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える制御部とを備える車両用電源装置において、前記制御部は、前記デューティ比に係るオフ期間が前記一定周期内に存在可能な個数を算出する算出手段と、前記給電すべき電気負荷の１又は複数をそれぞれ含み、前記算出手段が算出した個数以下である電気負荷群に、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、前記電気負荷を割振る割振り手段とを備え、該割振り手段が割振った電気負荷群毎に、前記オフ期間が重複しないようにＰＷＭ制御した電圧を与えるように構成してあることを特徴とする。
【０００８】
この車両用電源装置では、検出したバッテリの出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期で制御部がＰＷＭ制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える。制御部は、算出手段が、デューティ比に係るオフ期間が一定周期内に存在可能な個数を算出し、給電すべき電気負荷の１又は複数をそれぞれ含み、算出手段が算出した個数以下である電気負荷群に、割振り手段が、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、電気負荷を割振る。割振り手段が割振った電気負荷群毎に、デューティ比に係るオフ期間が重複しないようにＰＷＭ制御した電圧を与える。
【０００９】
第２発明に係る車両用電源装置は、前記制御部は、前記給電すべき電気負荷の個数を随時計数する手段と、該手段が計数した個数が変化したか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が変化したと判定する都度、前記割振り手段に至る一連の動作を実行するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
この車両用電源装置では、制御部は、計数する手段が、給電すべき電気負荷の個数を随時計数し、判定する手段が、その計数した個数が変化したか否かを判定する。判定する手段が変化したと判定する都度、割振り手段に至る一連の動作を実行する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る車両用電源装置によれば、バッテリの出力電圧をＰＷＭ制御する際に、電圧パルスの立上がり／立下がりでノイズが発生し難く、電圧パルスの立上がりでバッテリの瞬時電圧低下が起き難い車両用電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、バッテリＢを備えており、バッテリＢは、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）３が発電した電力により充電される。オルタネータ３は、図示しないエンジンに連動して発電し、発電した電力は、オルタネータ３内で整流されて出力される。
【００１３】
バッテリＢに充電された電力、及びオルタネータ３が出力した電力は、半導体リレー１Ｒ，２Ｒ，・・・ＮＲを通じて、車両に搭載された負荷（電気負荷）１Ｌ，２Ｌ，・・・ＮＬにそれぞれ与えられる。
半導体リレー１Ｒ，２Ｒ，・・・ＮＲは、車両用電源装置の制御部１にそれぞれ接続され、制御部１は、スイッチ１Ｓ，２Ｓ，・・・ＮＳにそれぞれ接続されている。制御部１は、与えられたスイッチ１Ｓ，２Ｓ，・・・ＮＳのオン／オフ信号に応じて、半導体リレー１Ｒ，２Ｒ，・・・ＮＲを個別にオン／オフ制御する。また、バッテリＢの出力電圧を検出する検出手段２を内蔵しており、例えば、電源電圧調整により、半導体リレー１Ｒ，２Ｒ，・・・ＮＲを一定周期及び同一デューティ比でＰＷＭ制御する。
【００１４】
制御部１は、負荷１Ｌ，２Ｌ，・・・ＮＬの各消費電力値を、内蔵しているメモリに予め記憶している。また、随時、負荷１Ｌ，２Ｌ，・・・ＮＬの内の給電すべき負荷の個数を計数する。
制御部１は、検出したバッテリＢの出力電圧値とその公称値１２Ｖとに基づき、出力電圧値を１２ＶにＰＷＭ制御する為のデューティ比を算出し、算出したデューティ比に係るオフ期間が、ＰＷＭ制御の１周期内に存在可能な個数を算出する。次いで、給電すべき負荷を、算出した個数以下の負荷群に割振り、割振った各負荷群毎のオフ期間が重複しないように、算出したデューティ比により、ＰＷＭ駆動を行う。
【００１５】
以下に、このような構成の車両用電源装置の動作の例を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１は、先ず、給電すべき負荷の個数ｎを、スイッチ１Ｓ，２Ｓ，・・・ＮＳからのオン／オフ信号に基づき計数し（Ｓ１）、計数した個数ｎが０であるか否かを判定する（Ｓ３）。計数した個数ｎが０であれば、給電すべき負荷の個数ｎを繰返し計数する（Ｓ１）。
制御部１は、計数した個数ｎが０でなければ（Ｓ３）、検出手段２が検出したバッテリＢの出力電圧値を取得し（Ｓ５）、次いで、取得した出力電圧値の平均値を算出する（Ｓ７）。ここで、平均値は、例えば所定回数の移動平均値であり、突発的な電圧値の変動を吸収する。
【００１６】
制御部１は、次に、算出した平均電圧値（Ｓ７）と、バッテリＢの出力電圧値の例えば公称値１２Ｖとに基づき、出力電圧値を１２ＶにＰＷＭ制御する為のデューティ比を算出する（Ｓ９）。デューティ比は、平均電圧値をＶｂとして、例えば、デューティ比＝１００×（１２／Ｖｂ）2 により算出する。尚、平均電圧値Ｖｂが１２Ｖ以下であるときは、デューティ比＝１００として、給電すべき負荷の個数ｎを計数する（Ｓ１）。
制御部１は、次に、算出したデューティ比（Ｓ９）に係るオフ期間が、ＰＷＭ制御の１周期内に存在可能な個数であるスロット数ｑを算出する（Ｓ１１）。スロット数ｑは、例えば、ｑ＝［１００／（１００−デューティ比）］により算出する（但し、［  ］はガウスの記号（＝床関数）、［Ｘ］はＸを超えない最大の整数）。
【００１７】
制御部１は、次に、ｎ個の給電すべき負荷をｇ個の負荷群に割振る（Ｓ１３）。制御部１は、ｎ個の負荷を負荷群に割振るに際しては、メモリに記憶してある各負荷の消費電力値に基づき、各負荷群のそれぞれの合計消費電力値の差が最小となるようにする。
制御部１は、次に、割振った負荷群（Ｓ１３）の個数ｇが、算出したスロット数ｑ（Ｓ１１）以下であるか否かを判定し（Ｓ１５）、スロット数ｑ以下でなければ、負荷群の個数ｇを１減らして、再度割振る（Ｓ１３）。
【００１８】
制御部１は、割振った負荷群（Ｓ１３）の個数ｇが、算出したスロット数ｑ以下であれば（Ｓ１５）、割振った各負荷群毎の、算出したデューティ比（Ｓ９）によるＰＷＭ駆動を開始する（Ｓ１７）。その際、制御部１は、負荷群毎のオフ期間が重複しないように、バッテリＢの出力電圧をＰＷＭ制御する。
以上により、例えば、デューティ比が６４％であるときは、２個の負荷群Ｇ１，Ｇ２の各負荷に与えられるＰＷＭ制御されたバッテリＢの出力電圧、及びその合計出力は、図３のタイミングチャートに示すようになる。
【００１９】
デューティ比が７５％であるときは、４個の負荷群Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６の各負荷に与えられるＰＷＭ制御されたバッテリＢの出力電圧、及びその合計出力は、図４のタイミングチャートに示すようになる。この場合、各負荷群のそれぞれの合計消費電力値を平均化できれば、バッテリＢから出力される電流の変化を最小にすることができる。
デューティ比が９５％であるときは、４個の負荷群Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０の各負荷に与えられるＰＷＭ制御されたバッテリＢの出力電圧、及びその合計出力は、図５のタイミングチャートに示すようになる。
【００２０】
制御部１は、次に、給電すべき負荷の個数ｎを、スイッチ１Ｓ，２Ｓ，・・・ＮＳからのオン／オフ信号に基づき計数し（Ｓ１９）、計数した個数ｎが、その前回に計数した個数から変化したか否かを判定する（Ｓ２１）。計数した個数ｎが変化していなければ、給電すべき負荷の個数ｎを繰返し計数する（Ｓ１９）。
制御部１は、計数した個数ｎ（Ｓ１９）が、その前回に計数した個数から変化していれば（Ｓ２１）、その計数した個数ｎが０であるか否かを判定する（Ｓ３）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る車両用電源装置の動作の例を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る車両用電源装置の動作の例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に係る車両用電源装置の動作の例を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明に係る車両用電源装置の動作の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１  制御部（算出手段、割振り手段）
２  検出手段
３  オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
１Ｌ，２Ｌ，・・・ＮＬ  負荷（電気負荷）
１Ｒ，２Ｒ，・・・ＮＲ  半導体リレー
１Ｓ，２Ｓ，・・・ＮＳ  スイッチ
Ｂ  バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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