(57)【要約】【課題】  本発明は、高電圧系から低電圧系に電力供給する際に電圧変換によるエネルギーロスを確実に抑制可能な車両用電源制御装置の提供を目的とする。【解決手段】  高電圧バッテリ１０と、低電圧バッテリ２０と、高電圧系の電圧を降圧変換した電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを備え、低電圧系電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を下回るとき、バックアップ対象負荷２１への電力供給が低電圧バッテリ２０からの電力供給から高電圧バッテリ１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介した電力供給に切替わる車両用電源制御装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、低電圧系の電圧変動を及ぼすエンジンの動作前にバックアップ負荷２１の最大許容電圧より小さい第１出力電圧を出力し、エンジンの動作後に第１出力電圧より小さくバックアップ負荷２１の最低作動電圧より僅かに大きい第２出力電圧を出力することを特徴とする車両用電源制御装置。【選択図】  図１
2006298240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧系電源と、
低電圧系電源と、
高電圧系の電圧を降圧変換した電圧を出力する変換手段とを備え、
低電圧系の電圧が前記変換手段の出力電圧を下回るとき、低電圧系負荷への電力供給が低電圧系電源からの電力供給から高電圧系電源からの前記変換手段を介した電力供給に切り替わる車両用電源制御装置において、
前記変換手段は、低電圧系の電圧変動を及ぼす動力源の動作前には前記低電圧系負荷の最大許容電圧より小さい第１の出力電圧を出力し、前記動力源の動作後には前記第１の出力電圧より小さく前記低電圧系負荷の最低作動電圧より僅かに大きい第２の出力電圧を出力することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用電源制御装置であって、
前記低電圧系負荷には常に電力供給が必要なバックアップ対象負荷が含まれ、前記最低作動電圧は該バックアップ対象負荷の最低作動電圧である、車両用電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧系から低電圧系に電圧変換を行って電力供給をするための車両用電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高電圧系バッテリと補機用の低電圧系バッテリとを備え、補機の消費電力に応じた電力を高電圧系バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧系に供給可能にする電力装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２０８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、高電圧系バッテリから低電圧系の補機等に電力を供給する場合には、高電圧系バッテリの高電圧を低電圧に変換する必要があるが、この変換の際に少なからずエネルギーロスが生じてしまう。この点、上述の従来技術では、低電圧系バッテリが電圧低下や残容量低下等といった良好な状態でない場合には、不足電力を補うために低電圧値の出力に設定していたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を高電圧値の出力に設定を変更しているものの、電力供給する際に、電圧変換によるエネルギーロスに関しては十分に抑えることはできなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、高電圧系から低電圧系に電力供給する際に、電圧変換によるエネルギーロスを確実に抑制することができる車両用電源制御装置の提供を目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
高電圧系電源と、
低電圧系電源と、
高電圧系の電圧を降圧変換した電圧を出力する変換手段とを備え、
低電圧系の電圧が前記変換手段の出力電圧を下回るとき、低電圧系負荷への電力供給が低電圧系電源からの電力供給から高電圧系電源からの前記変換手段を介した電力供給に切り替わる車両用電源制御装置において、
前記変換手段は、低電圧系の電圧変動を及ぼす動力源の動作前には前記低電圧系負荷の最大許容電圧より小さい第１の出力電圧を出力し、前記動力源の動作後には前記第１の出力電圧より小さく前記低電圧系負荷の最低作動電圧より僅かに大きい第２の出力電圧を出力することを特徴とする車両用電源制御装置が提供される。
【０００６】
本局面によれば、前記動力源の動作前の段階では低電圧系負荷の最大許容電圧を超えないように高電圧系電源からの電力供給が調整されるので低電圧系負荷の保護をすることができる。その一方で、前記動力源の動作後の段階では低電圧系負荷の最低作動電圧を下回らないように高電圧系電源からの電力供給が調整されるので低電圧系負荷の作動電圧を確保しつつ、低電圧系負荷の最低作動電圧より僅かに大きい電圧で高電圧系電源からの電力供給に切り替わるので多少の電圧降下が生じても低電圧系電源からの電力供給が継続し高電圧系から低電圧系に電力供給する際に電圧変換によるエネルギーロスを確実に抑制することができる。
【０００７】
また、前記低電圧系負荷には常に電力供給が必要なバックアップ対象負荷が含まれ、前記最低作動電圧は該バックアップ対象負荷の最低作動電圧であることとしてもよい。この場合、低電圧系負荷のうち電力供給の点でバックアップの必要な負荷の作動を重点的に保護することができ、電力供給の冗長性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高電圧系から低電圧系に電力供給する際に、電圧変換によるエネルギーロスを確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の車両用電源制御装置の一形態を示すシステム構成図である。本車両用電源制御装置が搭載される車両は、高電圧系電源１０（高電圧バッテリ１０）と、低電圧系電源２０（低電圧バッテリ２０）と、高電圧系の電圧を低電圧系の電圧に降圧変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０とを備えている。
【００１０】
車両上には複数の負荷が存在するが電圧系の異なる負荷が混在する場合があり、高電圧バッテリ１０は高電圧系の電圧で作動する高電圧系負荷１２への電力供給に主に対応し、低電圧バッテリ２０は低電圧系の電圧で作動する低電圧系負荷２２（後述するバックアップ対象負荷２１を含む）への電力供給に主に対応する。例えば、高電圧バッテリ１０はパワー密度の高いリチウムイオン電池であり、低電圧バッテリ２０はパワー密度が低いが安価な鉛電池である。電力供給能力に応じてバッテリの種類を選択すればよい。また、負荷についても、ランプ、オーディオ、ＥＣＵ、電子部品、電磁弁、エアコン、その他の補機類があるが、本発明は特に負荷の種類には限定されない。
【００１１】
ＥＣＵ４０は，マイクロコンピュータ、プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入力インタフェース、出力インタフェースなどの複数の回路要素が一ユニットとして構成されたものである。ＥＣＵ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を作動させる制御信号とリレー２６を作動させる制御信号を出力する。また、ＥＣＵ４０は、低電圧バッテリ２０の充放電の電流を電流センサ２５により検出する。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、トランスやスイッチングレギュレータやシリーズレギュレータ等のＤＣ／ＤＣコンバータ３０内部にある降圧機構によって、高電圧系の電圧を低電圧系の電圧に降圧変換して出力する。降圧変換された出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０内部にあるコンバータ制御回路によって監視され、出力電圧が一定となるように制御される。コンバータ制御回路は、出力電圧を任意に設定できる。このＤＣ／ＤＣコンバータ３０の降圧変換機能を使用することによって、高電圧バッテリ１０による低電圧系負荷２２への電力供給と高電圧バッテリ１０による低電圧バッテリ２０の充電を可能にする。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が作動すると、低電圧系の負荷であるバックアップ対象負荷２１への電力供給が可能な状態となり、さらにリレー２６がＯＮすると低電圧系負荷２２への電力供給や低電圧バッテリ２０の充電が可能な状態となる。
【００１４】
バックアップ対象負荷２１は、常に電力供給が必要な負荷である。例えば、電動フットブレーキや電動パーキングブレーキを制御する電動ブレーキシステムや、事故や故障時に外部に通報可能なメーデー（緊急通報）システムや、学習値や異常コード等を記憶する揮発性メモリが挙げられる。これらの負荷には、エンジン始動キーがＯＦＦでも、電力供給がなされる。これにより、エンジンが始動していない駐車時でも電力供給される電動ブレーキシステムは、運転者による制動操作の有無にかかわらず、ブレーキアクチュエータによる制動力を自動で発生させることができる。同様に、メーデーシステムや揮発性メモリも、常に電力供給がなされることによって、それらの機能が有効に発揮される。
【００１５】
バックアップ対象負荷２１にはダイオード２７を介する電力供給経路とダイオード２８を介する電力供給経路があり、電力供給経路がいわゆるダイオードＯＲの接続構成になっている。つまり、ダイオード２７、２８からなる回路は、低電圧系の電圧ＶａとＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂのいずれか高いほうの電圧をバックアップ対象負荷２１側に出力する機能を有している。図１からも明らかなように、バックアップ対象負荷２１は、ダイオード２７を介して低電圧バッテリ２０からの電力供給が常に受けられ、ダイオード２８及びＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して高電圧バッテリ３０からの電力供給が受けられる。つまり、バックアップ対象負荷２１は、冗長的な電力供給経路を有している。
【００１６】
それでは、本形態例での本発明の車両用電源制御装置の動作について説明する。低電圧系の電圧Ｖａは、低電圧系の負荷の作動による消費電流の増加（例えば、車両の動力源であるエンジンを始動させるスタータ２４の作動や他回路の作動による増加）によって変動したり、低電圧バッテリ２０の容量不足や端子接触不良によって変動したりする。特に、スタータ２４の作動には大電力を有するので、スタータ２４作動時の低電圧系の電圧Ｖａの変動が起こりやすい。また、エンジンの動作後も、エンジンの動作前（スタータ２４の作動前）の静的な状態に比べ、作動し始める負荷数の増加等により、電圧Ｖａに変動が生じる。そこで、電圧変動の影響をうけやすい低電圧系の電圧ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂを下回るとき、低電圧系負荷２２及びバックアップ対象負荷２１への電力供給が、低電圧バッテリ２０からの電力供給から高電圧バッテリ１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介した電力供給に切り替わるようになっている。
【００１７】
図２は、エンジン始動時の電圧状態を示す図である。エンジン始動前に低電圧バッテリ２０のエネルギーがスタータ２４を作動させるだけのエネルギーに満たないとき、エンジンを始動させることができない。その際には、高電圧バッテリ１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介した電力供給により、スタータ２４を作動させエンジンを始動できるように低電圧バッテリ２０の充電を行う。
【００１８】
ＥＣＵ４０は、エンジン始動前に低電圧系の電圧Ｖａがエンジンの始動ができない所定電圧値以下であることを検出した場合、リレー２６をＯＮする制御信号とＤＣ／ＤＣコンバータ３０を作動させる始動時制御信号を出力する。本発明の車両用制御装置におけるその始動時制御信号を受けたＤＣ／ＤＣコンバータ３０（内部のコンバータ制御回路）は、出力電圧を低電圧系負荷２２若しくはバックアップ対象負荷２１の最大許容電圧より小さい電圧値に設定する。例えば、低電圧系負荷２２若しくはバックアップ対象負荷２１の最大許容電圧が１５．５Ｖの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は出力電圧を１４．５Ｖに設定する。この設定により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は１４．５Ｖを出力電圧の上限値とし、それ以上の電圧を出力しないように制御する。
【００１９】
リレー２６がＯＮし、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が作動すると、図２に示されるように、ＶａとＶｂの電位は、Ｖｘ（エンジンが始動できない電圧）からＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧の設定値１４．５Ｖまで上昇する。つまり、図２の期間Ａでは、高電圧バッテリ１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介した電力供給により低電圧バッテリ２０の充電が１４．５Ｖまで行われ、１４．５Ｖに達した図２の期間Ｂ以降は高電圧バッテリ１０からの電力供給は終了するとともに低電圧バッテリ２０の充電が終了する。したがって、低電圧系負荷２２若しくはバックアップ対象負荷２１の最大許容電圧を超えないようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧が設定されているため、低電圧系負荷２２若しくはバックアップ対象負荷２１の保護を図ることができる。あわせて、低電圧バッテリ２０の過充電も防止することができる。
【００２０】
図３は、低電圧バッテリ２０の電圧低下時の電圧状態を示す図である。通常、低電圧バッテリ２０及びオルタネータ２３により低電圧系負荷２２及びバックアップ対象負荷２１に電力供給がなされるが、低電圧系の電圧ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂを下回るとき、低電圧系負荷２２及びバックアップ対象負荷２１への電力供給が、低電圧バッテリ２０からの電力供給から高電圧バッテリ１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介した電力供給に切り替わる。
【００２１】
ＥＣＵ４０は、低電圧系の電圧Ｖａが所定電圧値（例えば、各負荷が作動する上で支障のない電圧値）以上であることを検出した場合、リレー２６をＯＦＦする制御信号とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を設定するための出力電圧設定制御信号を出力する。本発明の車両用制御装置におけるその電圧設定制御信号を受けたＤＣ／ＤＣコンバータ３０（内部のコンバータ制御回路）は、バックアップ対象負荷２１の最大許容電圧より小さくバックアップ対象負荷２１の最低作動電圧より僅かに大きい電圧値に出力電圧を設定する。例えば、バックアップ対象負荷２１の最低作動電圧Ｖｙが１０Ｖの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は出力電圧を最低作動電圧Ｖｙより僅かに大きい１０．２Ｖに設定する。この設定により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は常に出力電圧Ｖｂが１０．２Ｖとなるように制御し、それ以下の電圧は出力しないように制御する。
【００２２】
図３に示されるように、消費電流の増大等が生じると、１３Ｖあった電圧Ｖａは次第に降下していき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂの１０．２Ｖに達することが考えられる。ダイオード２７、２８からなる回路は、低電圧系の電圧ＶａとＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂのいずれか高いほうの電圧をバックアップ対象負荷２１側に出力する機能を有している。つまり、低電圧系の電圧ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂ以上の期間Ｃでは、低電圧バッテリ２０及びオルタネータ２３によりバックアップ対象負荷２１に電力供給がなされるが、低電圧系の電圧ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂを下回る期間Ｄでは、バックアップ対象負荷２１に対して高電圧バッテリ１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介した電力供給がなされる。
【００２３】
したがって、バックアップ対象負荷２１の最低作動電圧を下回らないように高電圧バッテリ１０からの電力供給が調整されるのでバックアップ対象負荷２１を確実に作動させることができる。
【００２４】
さらに、バックアップ対象負荷２１の最低作動電圧より僅かに大きい電圧で高電圧バッテリ１０からの電力供給に切り替わるので、低電圧系の電圧Ｖａに多少の電圧降下（図３で言えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂの１０．２Ｖに達しない電圧降下）が生じても、低電圧バッテリ２０からの電力供給が継続し、高電圧バッテリ１０からの電力供給に切り替わらない。したがって、高電圧バッテリ１０からＤＣ／ＤＣコンバータ３０とダイオード２８を介してバックアップ対象負荷２１に電流がながれると、高電圧系から低電圧系に電力供給する際に電圧変換によるエネルギーを消費することになるが、上述のように多少の電圧降下が生じても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とダイオード２８を介してバックアップ対象負荷２１に電流がながれず、高電圧バッテリ１０からの電力供給とならない。これにより、電圧降下により、高電圧バッテリ１０からの電力供給が頻繁に発生することを抑えることができ、高電圧系から低電圧系に電力供給する際に電圧変換によるエネルギーロスを確実に抑制することができる。
【００２５】
言い換えれば、電圧降下による高電圧バッテリ１０からの電力供給が頻繁に発生することを抑えるためには、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧Ｖｂを、通常の低電圧系の電圧Ｖａに対して、できるだけ小さくするように設定する。出力電圧Ｖｂは、想定される電圧降下分と、高電圧系から低電圧系に電力供給する際に電圧変換によるエネルギーロスと、最低作動電圧Ｖｙとを考慮して設定する。結果的に、出力電圧Ｖｂと最低作動電圧Ｖｙの差は、低電圧系の電圧Ｖａと出力電圧Ｖｂの差よりも相対的に大きい関係となる。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００２７】
例えば、ダイオード２７、２８を用いて電力供給経路が切り替わる構成ではなく、ＶａとＶｂの電圧をモニターするセンサを備え、そのセンサにより検出されたＶａとＶｂのいずれか高いほうの経路に接続する切り替えスイッチを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の車両用電源制御装置の一形態を示すシステム構成図である。
【図２】エンジン始動時の電圧状態を示す図である。
【図３】低電圧バッテリ２０の電圧低下時の電圧状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  高電圧バッテリ
１２  高電圧系負荷
２０  低電圧バッテリ
２１  バックアップ対象負荷
２２  低電圧系負荷
２６  リレー
３０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
2006298240.tif 000003
【図２】
2006298240.tif 000004
【図３】
2006298240.tif 000005