(57)【要約】【課題】高電圧系の電源を用いた場合であっても、負荷を変更することなく、効率よく負荷へ電力供給する電源システムを提供する。【解決手段】電力分配器２のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のオンオフ制御を行い、高電圧４２Ｖを発電する発電機１から、駆動電圧が１４Ｖの負荷１０へ電力の供給及び遮断を行う場合、負荷１０の手前にＬＣ回路６を設けておき、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のオンオフ制御を行い、発電機１からの電圧をパルス状にしてＬＣ回路６へ供給する。ＬＣ回路６において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のオンオフによりパルス状となった電圧を充放電を繰り返すことで降圧し、負荷１０へ供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線に設けられたスイッチング素子のオンオフ制御を行い、電源から車載負荷へ前記電力線を介して電力の供給及び遮断を行う電源システムにおいて、
前記電源は、
前記車載負荷に印加する電圧の許容値より高電圧を出力する構成としてあり、
前記電源からの電圧がパルス状となるよう、前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、
前記電源より前記車載負荷に近い位置で前記電力線に設けられ、前記スイッチング素子によりパルス状となった電圧を充放電する充放電手段と
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記電源は、発電機であって、
前記スイッチング素子及び充放電手段を介して前記発電機に接続されており、該発電機が発電した電力によって充電されるバッテリ
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記充放電手段は、
コイル、コンデンサ及びダイオードにより構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載負荷に対して電力を供給する電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される電気負荷は増加する傾向にある。負荷の増加に伴い、電源系から電気負荷へ供給される電力が増加し、電源系から電気負荷への供給電力量が低下する。電気負荷に対して供給電力量が低下した場合、電気負荷は、動作停止等の不具合が発生し、運転者及びその他の乗員に不快感を与えるという問題があった。
【０００３】
特許文献１には、電気負荷の実効電力を低減させることで、電気負荷への供給電力量が低下しても、電気負荷の動作の停止を回避することが可能な電力供給システムが記載されている。例えば、特許文献１では、電気負荷をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する場合、供給電力量が低下する時には、デューティ比を小さくして電気負荷をＰＷＭ制御するようになっている。これにより、負荷の動作を停止させることなく消費電力を低減させることができ、供給可能電力の低下に対応することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００６−２０５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の電力供給システムでは、消費電力を低減させても、負荷の数が増加すれば消費電力も増加するため、結局電源の供給可能電力は低下する。供給電力量を十分に確保するために車両に搭載する電源を、低電圧系（１４Ｖ）から高電圧系（４２Ｖ）へと変更する高電圧系（４２Ｖ）の電源を用いることも考えられるが、この場合、従来低電圧系（１４Ｖ）に使用していた負荷も高電圧系（４２Ｖ）に対応するよう変更する必要がある。
【０００５】
また、高電圧系の電源を用いる場合、低電圧系（１４Ｖ）に使用していた負荷を使用するために降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることは可能であるが、エンジンルーム内に、ＤＣ／ＤＣコンバータを設置するスペースを新たに設ける必要がある。さらには、各負荷は車両の各所に点在しているため、エンジンルームにある電源との距離が長い負荷の場合、電源からの送電時における電力損失が大きくなるおそれがある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高電圧系の電源を用いた場合であっても、負荷を変更することなく、効率よく負荷へ電力供給する電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電源システムは、電力線に設けられたスイッチング素子のオンオフ制御を行い、電源から車載負荷へ前記電力線を介して電力の供給及び遮断を行う電源システムにおいて、前記電源は、前記車載負荷に印加する電圧の許容値より高電圧を出力する構成としてあり、前記電源からの電圧がパルス状となるよう、前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、前記電源より前記車載負荷に近い位置で前記電力線に設けられ、前記スイッチング素子によりパルス状となった電圧を充放電する充放電手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、車載負荷に印加する電圧の許容値より高電圧を出力する電源からの電圧を、スイッチング素子のオンオフ制御によりパルス状にし、その電圧の充放電を利用することで、電源からの電圧を降圧することが可能となる。これにより、電源の高電圧を車載負荷に適合した電圧にまで下げることができるため、電源から車載負荷へ電圧を供給することができる。この場合において、降圧のために電圧を充放電するための充放電手段を車載負荷近傍に設けるようにすることで、電源から車載負荷の手前まで、高電圧での送電が可能となる。この結果、電源から車載負荷までにおける電力損失を小さくすることができ、効率のよい送電が可能となる。
【０００９】
また、スイッチング素子は、電源システムにおいて、例えば電源分配器等に備えられている場合、充放電手段を新たに設けるだけで、降圧型コンバータを備えた場合と同視することができる。さらに、電源の高電圧を降圧することで、負荷を高電圧に対応した負荷に変更する必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。
【００１０】
本発明に係る電源システムは、前記電源は、発電機であって、前記スイッチング素子及び充放電手段を介して前記発電機に接続されており、該発電機が発電した電力によって充電されるバッテリをさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、発電機の発電電圧を、公称電圧が低バッテリに充電することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る電源システムは、前記充放電手段は、コイル、コンデンサ及びダイオードにより構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、コイルとキャパシタにより充放電手段を構成することで、小型化を実現でき、広い設置スペースを確保する必要がなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、車載負荷に印加する電圧の許容値より高電圧を出力する電源からの電圧を、スイッチング素子のオンオフ制御によりパルス状にし、その電圧の充放電を利用することで、電源からの電圧を降圧することが可能となる。これにより、電源の高電圧を車載負荷に適合した電圧にまで下げることができるため、電源から車載負荷へ電圧を供給することができる。この場合において、降圧のために電圧を充放電するための充放電手段を車載負荷近傍に設けるようにすることで、電源から車載負荷の手前まで、高電圧での送電が可能となる。この結果、電源から車載負荷までにおける電力損失を小さくすることができ、効率のよい送電が可能となる。また、スイッチング素子は、電源システムにおいて、一般的に例えば電源分配器等に備えられているため、充放電手段を新たに設けるだけで、降圧型コンバータを備えた場合と同視することができる。さらに、電源の高電圧を降圧することで、負荷を高電圧に対応した負荷に変更する必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る電源システムの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態に係る電源システムは、負荷１０，１１に電力を供給するシステムであって、エンジンルームに配設された発電機（電源）１、電力分配器２、鉛蓄電池（バッテリ）３、スタータ４及び制御部５と、負荷１０及び鉛蓄電池３の近傍に配設されたＬＣ回路（充放電手段）６とを備えている。負荷１０，１１は、例えば車両に搭載されるオーディオ機器及びセキュリティシステム等を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electron Control Unit）、並びにＥＰＳ（Electric Power Stealing）等であり、車両の各所に点在している。また、負荷１０は、駆動電圧が１４Ｖであり、負荷１１は、駆動電圧が４２Ｖとなっている。
【００１７】
発電機１は、図示しないレギュレータを備えた三相の交流発電機である。発電機１は、発電した交流電力を整流回路にて直流の電力に整流し、整流された電力の電圧をレギュレータにて４２Ｖの電圧に調整して出力する。発電機１は、正極端子が電力分配器２に接続され、負極端子が接地されている。発電機１は、エンジン回転中の発電電圧を、電力分配器２を介して鉛蓄電池３及び負荷１０，１１に供給するようになっている。
【００１８】
電力分配器２は、複数のスイッチング素子（ＳＷ）Ｓ１〜Ｓ４を備えている。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、一例としてＮチャネルのＭＯＳＦＥＴからなり、ゲートに信号が入力されることにより、ソースとドレインの間の導通及び遮断、すなわちスイッチング動作を行う。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、ソースがグラウンドに接続され、ゲートが発電機１に接続され、ドレインがＬＣ回路６に接続されている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、後述の制御部５によりＰＷＭ制御される。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、ＬＣ回路６を介して負荷１０に接続され、スイッチング素子Ｓ４は、ＬＣ回路６を介して鉛蓄電池３に接続されている。なお、電力分配器２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＬＣ回路６を介することなく、発電機１と駆動電圧が４２Ｖの負荷１１とを接続している。
【００１９】
図２は、ＬＣ回路６の構成を示す概略図である。ＬＣ回路６は、コイル６１、コンデンサ６２及びダイオード６３を備えている。コイル６１は、一端がスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に接続され、他端が負荷１０又は鉛蓄電池３に接続されている。コイル６１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４側の端子には、カソードが接地したダイオード６３のアノードが接続されている。また、コイル６１と負荷１０又は鉛蓄電池３との接続部は、一端が接地したコンデンサ６２が接続されている。すなわち、コイル６１及びコンデンサ６２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を介して出力電圧が４２Ｖの発電機１に接続されている。
【００２０】
このＬＣ回路６において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオンオフ切り替えることで、発電機１からの出力電圧４２Ｖを降圧することができる。ＬＣ回路６に接続されているスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオンの場合、コイル６１に電流が流れて電荷が蓄積され、コンデンサ６２が充電されるとともに、負荷１０又は鉛蓄電池３にも電流が供給される。そして、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオフとなった場合、コイル６１への電流の供給が停止されるが、充電されたコイル６１から、コンデンサ６２と、負荷１０又は鉛蓄電池３とへ電流が供給される。また、コイル６１からの電流の供給量が低下しても、コンデンサ６２に蓄積された電荷が負荷１０又は鉛蓄電池３に供給される。すなわち、発電機１からコイル６１に電圧が印加される時間とされない時間との比、換言すれば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフのデューティ比によって負荷１０又は鉛蓄電池３に印加する電圧を制御することができる。これにより、発電機１の４２Ｖの電圧を、１４Ｖに降圧し、負荷１０又は鉛蓄電池３へ供給することができる。
【００２１】
ＬＣ回路６は、図１に示すように、負荷１０及び鉛蓄電池３の近傍に配設されている。特に負荷１０は、車両の各所に点在しているため、エンジンルーム内の発電機１及び電力分配器２等とは距離があり、発電機１等と負荷１０とを接続するワイヤハーネスは、長尺化する。このため、発電機１等及び負荷１０間のワイヤハーネスの内部抵抗は大きくなり、負荷１０へ印加する電圧はその内部抵抗により損失され、各負荷１０へ十分な電圧を供給できない場合がある。そこで、降圧するＬＣ回路６を負荷１０近傍に配設することで、負荷１０の手前まで４２Ｖの高電圧で送電することができ、負荷１０へ十分な電力を送電することが可能となる。また、ＬＣ回路６を負荷１０近傍に配設することで、エンジンルーム内にＬＣ回路６の設置スペースを確保する必要がなく、スペース効率をよくすることができる。
【００２２】
鉛蓄電池３の公称電圧は１２Ｖであり、負極端子が接地され、正極端子がＬＣ回路６に接続されている。鉛蓄電池３は、エンジン回転中、１４Ｖ系の負荷１０と同様に、ＬＣ回路６及びスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４により降圧された発電機１による発電電圧を充電するようになっている。鉛蓄電池３は、エンジン始動時にスタータ４及び駆動電圧が１２Ｖの負荷等に電力を供給する。
【００２３】
スタータ４は、鉛蓄電池３とＬＣ回路６との接続部に接続されている。スタータ４は、エンジンを始動させるために、所定のキーを差し込むことにより回転操作が可能なイグニッションキーシリンダにより構成される。また、鉛蓄電池３から電力供給される負荷は、例えばライト等を制御するコンピューター機器であって、各機器が各種データをバックアップするための電力が鉛蓄電池３から供給される。
【００２４】
制御部５は、例えばＥＣＵ(Electronic Control Unit)であって、所定の条件により電力分配器２の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のＰＷＭ制御を行う。具体的には、制御部５は、負荷１０の電源スイッチ（図示せず）のオンオフを検知し、電源スイッチがオンになったことを検知した場合、対応するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のＰＷＭ制御を行う。
【００２５】
図３は、制御部５の動作を示すフローチャートである。
【００２６】
制御部５は、エンジン回転中であるか否かを判定する（Ｓ１）。エンジン回転中である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部５は、鉛蓄電池３の充電制御を行う（Ｓ２）。具体的には、制御部５は、スイッチング素子Ｓ４のＰＷＭ制御を行って降圧した発電機１の発電電圧を、鉛蓄電池３に供給する。これにより、鉛蓄電池３は充電される。次に、制御部５は、負荷スイッチがオンであるか否かを判定する（Ｓ３）。負荷スイッチは、駆動電圧が１４Ｖの負荷１０の電源スイッチである。負荷スイッチがオンでない場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御部５は、処理をＳ１に戻す。負荷スイッチがオンである場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御部５は、オンにされた負荷１０に対応するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のＰＷＭ制御を行って、発電機１の発電電圧を降圧する（Ｓ４）。これにより、負荷１０に印加する電圧の許容値以上を発電する発電機１の発電電圧を、負荷１０へ供給することが可能となり、負荷１０を駆動することができる。その後、制御部５は、本処理を終了する。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、発電機１が発電した４２Ｖの電圧を、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３及びＬＣ回路６により１４Ｖに降圧している。これにより、駆動電圧が１４Ｖの負荷１０及び公称電圧が１２Ｖの鉛蓄電池３に適合した電圧にできる。この場合において、発電機１と負荷１０とを接続するワイヤハーネスは長くなっているが、ＬＣ回路６を負荷１０の手前に設けることで、発電機１から負荷１０の手前まで、高電圧での送電が可能となる。この結果、発電機１から負荷１０までにおける電力損失を小さくすることができ、効率のよい送電が可能となる。
【００２８】
また、スイッチング素子を備える電力分配器２は、一般的に電源システムに備えられているため、ＬＣ回路６を負荷１０の手前に設けるだけで、降圧型コンバータを備えた場合と同視することができる。さらに、発電機１の発電電圧を降圧することで、負荷１０を高電圧に対応した負荷に変更する必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について、具体的に説明したが、各構成及び各処理動作等は適宜変更可能であって、上述の実施形態に限定されることはない。例えば、本実施形態では、発電機１の発電電圧を４２Ｖ、負荷１０の駆動電圧が１４Ｖとしているが、電圧値は適宜変更である。また、負荷１０の手前に設けた本発明の充陽電手段は、ＬＣ回路としているが、別回路で構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係る電源システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】ＬＣ回路の構成を示す概略図である。
【図３】制御部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１  発電機（電源）
２  電力分配器
３  鉛蓄電池（バッテリ）
５  制御部（制御手段）
６  ＬＣ回路（充放電手段）
１０  負荷
Ｓ１〜Ｓ４  スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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