(57)【要約】【課題】電流センサを用いずに、バッテリの放電電流及びオルタネータの発電余力を導出できる、電源管理システム及び電源管理方法を得る。【解決手段】ＥＣＵ８は、各スイッチング手段４ａ〜４ｄの導通状態又は遮断状態を複数のパターンで切り換え、各パターン毎に電圧センサ７によって検出された電圧値Ｖ０と、予め準備された、各負荷５ａ〜５ｄ毎の負荷電流値に関するデータテーブルＤＴとに基づいて、バッテリ２の放電電流値及び／又はオルタネータ１の発電余力を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オルタネータとバッテリとを含む電源によって複数の負荷を駆動する電源システムを管理する電源管理システムであって、
前記電源と前記複数の負荷との間にそれぞれ介挿された複数のスイッチング手段と、
前記電源と前記複数のスイッチング手段との間の電源経路上の電圧値を検出する電圧センサと、
前記複数のスイッチング手段の各々の導通状態又は遮断状態を複数のパターンで切り換え、前記複数のパターンの各々毎に前記電圧センサによって検出された電圧値と、予め準備された、前記複数の負荷の各々毎の負荷電流値に関する情報とに基づいて、前記バッテリの放電電流値及び／又は前記オルタネータの発電余力を求める制御処理手段と
を備える、電源管理システム。
【請求項２】
前記制御処理手段は、
前記オルタネータの出力電圧が安定している状態で前記電圧センサによって検出された電圧値に基づいて、前記バッテリが充電状態であるか放電状態であるかを判定し、
放電状態であると判定された場合、前記複数のスイッチング手段のうち導通状態にある一又は複数のスイッチング手段に対して複数のパターンで遮断制御を行い、前記バッテリが放電状態から充電状態に移行した際に前記遮断制御がなされている一又は複数のスイッチング手段に接続された一又は複数の負荷の負荷電流値に基づいて、前記放電電流値を求める、請求項１に記載の電源管理システム。
【請求項３】
前記制御処理手段は、
前記オルタネータの出力電圧が安定している状態で前記電圧センサによって検出された電圧値に基づいて、前記バッテリが充電状態であるか放電状態であるかを判定し、
充電状態であると判定された場合、前記複数のスイッチング手段のうち遮断状態にある一又は複数のスイッチング手段に対して複数のパターンで導通制御を行い、前記バッテリが充電状態から放電状態に移行した際に前記導通制御がなされている一又は複数のスイッチング手段に接続された一又は複数の負荷の負荷電流値に基づいて、前記発電余力を求める、請求項１に記載の電源管理システム。
【請求項４】
オルタネータとバッテリとを含む電源によって複数の負荷を駆動する電源システムを管理する電源管理方法であって、
（ａ）前記電源と前記複数の負荷との間にそれぞれ介挿されている複数のスイッチング手段の各々の導通状態又は遮断状態を、複数のパターンで切り換えるステップと、
（ｂ）前記電源と前記複数のスイッチング手段との間の電源経路上の電圧値を、前記複数のパターンの各々毎に検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）において検出された電圧値と、予め準備された、前記複数の負荷の各々毎の負荷電流値に関する情報とに基づいて、前記バッテリの放電電流値及び／又は前記オルタネータの発電余力を求めるステップと
を備える、電源管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源管理システム及び電源管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な車載電源システムでは、オルタネータとバッテリとによって電装品（負荷）が駆動される。このような車載電源システムを管理する従来の電源管理システムとして、下記特許文献１には、バッテリに対する充放電電流値を電流センサによって検出し、バッテリの端子電圧値を電圧センサによって検出し、電流センサ及び電圧センサの各検出値に基づいてバッテリの状態を監視する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６３０６８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、電流センサは高価であるため、コスト削減の観点からは、電流センサを用いずに電源管理システムを構築できれば望ましい。
【０００５】
また、オルタネータで発電された電流だけで負荷電流を賄えなくなると、バッテリから電流が供給されることとなり、バッテリの残容量が低下する。従って、バッテリからの電流供給を伴わずにオルタネータからの電流供給のみによる負荷駆動の余裕度を予め把握すべく、オルタネータの発電余力を知ることができれば望ましい。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、電流センサを用いずに、バッテリの放電電流値及びオルタネータの発電余力を導出できる、電源管理システム及び電源管理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る電源管理システムは、オルタネータとバッテリとを含む電源によって複数の負荷を駆動する電源システムを管理する電源管理システムであって、前記電源と前記複数の負荷との間にそれぞれ介挿された複数のスイッチング手段と、前記電源と前記複数のスイッチング手段との間の電源経路上の電圧値を検出する電圧センサと、前記複数のスイッチング手段の各々の導通状態又は遮断状態を複数のパターンで切り換え、前記複数のパターンの各々毎に前記電圧センサによって検出された電圧値と、予め準備された、前記複数の負荷の各々毎の負荷電流値に関する情報とに基づいて、前記バッテリの放電電流値及び／又は前記オルタネータの発電余力を求める制御処理手段とを備えるものである。
【０００８】
第２の発明に係る電源管理システムは、第１の発明に係る電源管理システムにおいて特に、前記制御処理手段は、前記オルタネータの出力電圧が安定している状態で前記電圧センサによって検出された電圧値に基づいて、前記バッテリが充電状態であるか放電状態であるかを判定し、放電状態であると判定された場合、前記複数のスイッチング手段のうち導通状態にある一又は複数のスイッチング手段に対して複数のパターンで遮断制御を行い、前記バッテリが放電状態から充電状態に移行した際に前記遮断制御がなされている一又は複数のスイッチング手段に接続された一又は複数の負荷の負荷電流値に基づいて、前記放電電流値を求めることを特徴とするものである。
【０００９】
第３の発明に係る電源管理システムは、第１の発明に係る電源管理システムにおいて特に、前記制御処理手段は、前記オルタネータの出力電圧が安定している状態で前記電圧センサによって検出された電圧値に基づいて、前記バッテリが充電状態であるか放電状態であるかを判定し、充電状態であると判定された場合、前記複数のスイッチング手段のうち遮断状態にある一又は複数のスイッチング手段に対して複数のパターンで導通制御を行い、前記バッテリが充電状態から放電状態に移行した際に前記導通制御がなされている一又は複数のスイッチング手段に接続された一又は複数の負荷の負荷電流値に基づいて、前記発電余力を求めることを特徴とするものである。
【００１０】
第４の発明に係る電源管理方法は、オルタネータとバッテリとを含む電源によって複数の負荷を駆動する電源システムを管理する電源管理方法であって、（ａ）前記電源と前記複数の負荷との間にそれぞれ介挿されている複数のスイッチング手段の各々の導通状態又は遮断状態を、複数のパターンで切り換えるステップと、（ｂ）前記電源と前記複数のスイッチング手段との間の電源経路上の電圧値を、前記複数のパターンの各々毎に検出するステップと、（ｃ）前記ステップ（ｂ）において検出された電圧値と、予め準備された、前記複数の負荷の各々毎の負荷電流値に関する情報とに基づいて、前記バッテリの放電電流値及び／又は前記オルタネータの発電余力を求めるステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明に係る電源管理システムによれば、制御処理手段は、複数のスイッチング手段の各々の導通状態又は遮断状態を複数のパターンで切り換え、複数のパターンの各々毎に電圧センサによって検出された電圧値と、予め準備された、複数の負荷の各々毎の負荷電流値に関する情報とに基づいて、バッテリの放電電流値及び／又はオルタネータの発電余力を求める。従って、電流センサを用いずにバッテリの放電電流値を導出できるため、コストの削減を図ることができる。また、オルタネータの発電余力を導出できるため、オルタネータからの電流供給のみによる負荷駆動の余裕度を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る電源管理システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る電源管理システムの管理対象である車載電源システムは、オルタネータ１及びバッテリ２を含む電源３と、電源３によって駆動される複数（図１に示した例では４個）の負荷５ａ〜５ｄとを備えている。一例として、オルタネータ１の出力電圧値は１４Ｖ程度であり、バッテリ２の出力電圧値は１２Ｖ程度である。負荷５ａ〜５ｄは、任意の電装品であるが、望ましくは、デフォッガー、ミラーヒーター、シートヒーター、エアコン等の、動作の時定数が比較的長く、短時間の強制的なオン／オフが搭乗者に気付かれにくい電装品である。
【００１３】
本実施の形態に係る電源管理システムは、スイッチング手段４ａ〜４ｄと、電圧センサ７と、ＥＣＵ８と、記憶部１１とを備えて構成されている。スイッチング手段４ａ〜４ｄは、例えば半導体リレーによって構成されており、電源３と負荷５ａ〜５ｄとの間にそれぞれ介挿されている。電圧センサ７は、電源３とスイッチング手段４ａ〜４ｄとの間の電源経路６上の電圧値Ｖ０を検出する。ＥＣＵ８は、処理部９と制御部１０とを有している。処理部９は、電圧センサ７及び記憶部１１に接続されている。制御部１０は、各スイッチング手段４ａ〜４ｄの導通状態／遮断状態を強制的に切り換え可能である。記憶部１１は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。なお、スイッチング手段４ａ〜４ｄ、ＥＣＵ８、及び記憶部１１は、マイコン機能が搭載されたパワーディストリビュータとしてまとめて構成することもできる。
【００１４】
各負荷５ａ〜５ｄの負荷電流値は既知であり、各負荷５ａ〜５ｄ毎の負荷電流値に関する情報が記述されたデータテーブルＤＴが予め作成されて、記憶部１１に記憶されている。以下では、一例として、負荷５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの各負荷電流値がそれぞれ２０Ａ，１５Ａ，１０Ａ，５Ａであるものとする。また、オルタネータ１の出力電圧値よりも小さく、バッテリ２の出力電圧値よりも大きい電圧値が、判定しきい値電圧値Ｖthとして設定されて、記憶部１１に記憶されている。この例では、オルタネータ１の出力電圧値が１４Ｖ程度であり、バッテリ２の出力電圧値が１２Ｖ程度であるため、例えば、両出力電圧値の中間値である１３Ｖが、判定しきい値電圧値Ｖthとして設定される。
【００１５】
図２〜４は、本実施の形態に係る電源管理システムによって実現される電源管理方法の流れを示すフローチャートである。
【００１６】
図２を参照して、まずステップＳ１１において、ＥＣＵ８は、エンジン回転中の任意の時点において、エンジンの回転数が安定している状態であるか否かを判定する。エンジンの回転数が安定していることは、オルタネータ１の出力電圧が安定していることに等しい。
【００１７】
エンジンの回転数が安定していない状態である場合（つまり、ステップＳ１１における判定の結果が「ＮＯ」である場合）は、次にステップＳ１２において所定時間だけ待機した後、再びステップＳ１１において安定状態であるか否かの判定を行う。
【００１８】
エンジンの回転数が安定している状態である場合（つまり、ステップＳ１１における判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）は、次にステップＳ１３において、電圧センサ７によって電源経路６上の電圧値Ｖ０を検出する。検出された電圧値Ｖ０は、処理部９に入力される。
【００１９】
次にステップＳ１４において、処理部９は、電圧センサ７から入力された電圧値Ｖ０と、記憶部１１から読み出した判定しきい値電圧値Ｖthとを比較することにより、電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth以上であるか否かを判定する。
【００２０】
電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖthよりも小さいということは、バッテリ２の出力電圧が電圧値Ｖ０として表れているということであり、これは、バッテリ２が放電状態（バッテリ２から放電電流が流れ出ている状態）であることを意味する。電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖthよりも小さい場合（つまり、ステップＳ１４における判定の結果が「ＮＯ」である場合）は、図３に示す放電電流値導出処理に進む。
【００２１】
電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖthよりも大きいということは、オルタネータ１の出力電圧が電圧値Ｖ０として表れているということであり、これは、バッテリ２が充電状態（バッテリ２に充電電流が流れ込んでいる状態）であることを意味する。電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth以上である場合（つまり、ステップＳ１４における判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）は、図４に示す発電余力導出処理に進む。
【００２２】
図３を参照して、放電電流値導出処理について説明する。まずステップＳ２１において、制御部１０は、スイッチング手段４ａ〜４ｄのうち現在導通状態にあるものを割り出す。ここでは、一例として、スイッチング手段４ａ，４ｂ，４ｄが導通状態にあるものとする。また、処理部９は、記憶部１１から読み出したデータテーブルＤＴに基づき、スイッチング手段４ａ，４ｂ，４ｄの中で最も負荷電流が小さいスイッチング手段として、スイッチング手段４ｄ（負荷電流５Ａ）を割り出す。そして、制御部１０は、数秒程度の所定期間だけ、スイッチング手段４ｄを強制的に遮断状態に切り換える。
【００２３】
次にステップＳ２２において、スイッチング手段４ｄが遮断状態に切り換えられている期間内に、電圧センサ７によって電源経路６の電圧値Ｖ０を検出する。検出された電圧値Ｖ０は、処理部９に入力される。スイッチング手段４ｄは、上記所定期間の経過後、再び導通状態に復帰する。なお、徐励機能を有するレギュレータ（図示しない）によってオルタネータ１の動作が制御されている場合には、ステップＳ２１でスイッチング手段４ｄが遮断状態に切り換えられても、その後１〜２秒間は徐励の影響で電源経路６の電圧値Ｖ０は変化しない。従って、この場合は、徐励の影響が無くなるまで３秒程度待機した後、スイッチング手段４ｄが導通状態に復帰するよりも前に、電圧センサ７によって電圧値Ｖ０を検出する必要がある。
【００２４】
次にステップＳ２３において、処理部９は、ステップＳ２２で電圧センサ７から入力された電圧値Ｖ０と、判定しきい値電圧値Ｖthとを比較することにより、電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth以上であるか否かを判定する。
【００２５】
電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth以上である場合（つまり、ステップＳ２３における判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）は、放電状態であったバッテリ２が、スイッチング手段４ｄを遮断状態にして５Ａの負荷電流を削減したことにより、充電状態に転じたということである。従って、この場合は次にステップＳ２４において、処理部９は、バッテリ２の放電電流値を、「５Ａ以下」と導出する。
【００２６】
一方、電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth未満である場合（つまり、ステップＳ２３における判定の結果が「ＮＯ」である場合）は、放電状態であったバッテリ２が、スイッチング手段４ｄを遮断状態にして５Ａの負荷電流を削減しても、放電状態のままであるということである。従って、この場合はステップＳ２１に戻り、一時的に遮断すべきスイッチング素子を変更して、その後、バッテリ２が充電状態に転じるまで（つまり、ステップＳ２３における判定の結果が「ＹＥＳ」となるまで）、ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理を繰り返す。
【００２７】
一時的に遮断すべきスイッチング素子の変更の方法としては、例えば、削減される負荷電流の合計値が順に大きくなるように、スイッチング素子４ｂ（１５Ａ）→スイッチング素子４ａ（２０Ａ）→スイッチング素子４ａ＋４ｄ（２５Ａ）→スイッチング素子４ａ＋４ｂ（３５Ａ）→スイッチング素子４ａ＋４ｂ＋４ｄ（４０Ａ）の順序とする。但し、これに限らず他の方法を採用してもよい。
【００２８】
ステップＳ２３における判定の結果が「ＹＥＳ」となると、次にステップＳ２４において、処理部９は、バッテリ２の放電電流値の導出を行う。例えばスイッチング素子４ａ＋４ｄに変更した段階でバッテリ２が充電状態に転じた場合は、処理部９は、バッテリ２の放電電流値を、「２０Ａより大きく２５Ａ以下」と導出する。
【００２９】
バッテリ２の放電電流値が求まると、ＥＣＵ８は、バッテリ２の残容量が低下することを防止すべく、バッテリ２の放電状態が解消されるように負荷制御を行うことができる。例えば、負荷５ａ〜５ｄの優先度が同等である場合、２５Ａの放電電流値を解消するために、スイッチング手段４ａ，４ｄを遮断する。
【００３０】
図４を参照して、発電余力導出処理について説明する。まずステップＳ３１において、制御部１０は、スイッチング手段４ａ〜４ｄのうち現在遮断状態にあるものを割り出す。ここでは、一例として、スイッチング手段４ａ，４ｃ，４ｄが遮断状態にあるものとする。また、処理部９は、データテーブルＤＴに基づき、スイッチング手段４ａ，４ｃ，４ｄの中で最も負荷電流が小さいスイッチング手段として、スイッチング手段４ｄ（負荷電流５Ａ）を割り出す。そして、制御部１０は、数秒程度の所定期間だけ、スイッチング手段４ｄを強制的に導通状態に切り換える。
【００３１】
次にステップＳ３２において、スイッチング手段４ｄが導通状態に切り換えられている期間内に、電圧センサ７によって電源経路６の電圧値Ｖ０を検出する。検出された電圧値Ｖ０は、処理部９に入力される。スイッチング手段４ｄは、上記所定期間の経過後、再び遮断状態に復帰する。なお、上記と同様に、徐励機能を有するレギュレータによってオルタネータ１の動作が制御されている場合には、徐励の影響が無くなるまで待機した後、スイッチング手段４ｄが遮断状態に復帰するよりも前に、電圧センサ７によって電圧値Ｖ０を検出する必要がある。
【００３２】
次にステップＳ３３において、処理部９は、ステップＳ３２で電圧センサ７から入力された電圧値Ｖ０と、判定しきい値電圧値Ｖthとを比較することにより、電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth以上であるか否かを判定する。
【００３３】
電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth未満である場合（つまり、ステップＳ３３における判定の結果が「ＮＯ」である場合）は、充電状態であったバッテリ２が、スイッチング手段４ｄを導通状態にして５Ａの負荷電流を追加したことにより、放電状態に転じたということである。従って、この場合は次にステップＳ３４において、処理部９は、オルタネータ１の発電余力を、「５Ａ未満」と導出する。
【００３４】
一方、電圧値Ｖ０が判定しきい値電圧値Ｖth以上である場合（つまり、ステップＳ３３における判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）は、充電状態であったバッテリ２が、スイッチング手段４ｄを導通状態にして５Ａの負荷電流を追加しても、充電状態のままであるということである。従って、この場合はステップＳ３１に戻り、一時的に導通させるべきスイッチング素子を変更して、その後、バッテリ２が放電状態に転じるまで（つまり、ステップＳ３３における判定の結果が「ＹＥＳ」となるまで）、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理を繰り返す。
【００３５】
一時的に導通させるべきスイッチング素子の変更の方法としては、例えば、追加される負荷電流の合計値が順に大きくなるように、スイッチング素子４ｃ（１０Ａ）→スイッチング素子４ｃ＋４ｄ（１５Ａ）→スイッチング素子４ａ（２０Ａ）→スイッチング素子４ａ＋４ｄ（２５Ａ）→スイッチング素子４ａ＋４ｃ（３０Ａ）→スイッチング素子４ａ＋４ｃ＋４ｃ（３５Ａ）の順序とする。但し、これに限らず他の方法を採用してもよい。
【００３６】
ステップＳ３３における判定の結果が「ＮＯ」となると、次にステップＳ３４において、処理部９は、オルタネータ１の発電余力の導出を行う。例えばスイッチング素子４ａ＋４ｃに変更した段階でバッテリ２が放電状態に転じた場合は、処理部９は、オルタネータ１の発電余力を、「２５Ａ以上３０Ａ未満」と導出する。
【００３７】
なお、以上の説明では、複数の負荷５ａ〜５ｄと複数のスイッチング手段４ａ〜４ｃとを用い、各スイッチング手段４ａ〜４ｄを導通制御又は遮断制御することによって、負荷電流値の大きさを変更した。他の方法として、ＰＷＭ制御を行い、負荷駆動パルスのパルス幅を調整することで、負荷電流値の大きさを変更してもよい。
【００３８】
このように本実施の形態に係る電源管理システムによれば、ＥＣＵ８は、各スイッチング手段４ａ〜４ｄの導通状態又は遮断状態を複数のパターンで切り換え、各パターン毎に電圧センサ７によって検出された電圧値Ｖ０と、予め準備された、各負荷５ａ〜５ｄ毎の負荷電流値に関するデータテーブルＤＴとに基づいて、バッテリ２の放電電流値及び／又はオルタネータ１の発電余力を求める。従って、電流センサを用いずにバッテリ２の放電電流値を導出できるため、コストの削減を図ることができる。また、オルタネータ１の発電余力を導出できるため、バッテリ２からの電流供給を伴わずにオルタネータ１からの電流供給のみによる負荷駆動の余裕度を求めることができる。
【００３９】
また、ＥＣＵ８は、オルタネータ１の出力電圧が安定している状態で電圧センサ７によって検出された電圧値Ｖ０に基づいて、バッテリ２が充電状態であるか放電状態であるかを判定する。そして、放電状態であると判定された場合は、スイッチング手段４ａ〜４ｄのうち導通状態にあるものに対して複数のパターンで遮断制御を行い、バッテリ２が放電状態から充電状態に移行した際に遮断制御がなされているスイッチング手段に接続された負荷の負荷電流値に基づいて、バッテリ２の放電電流値を求める。一方、充電状態であると判定された場合は、スイッチング手段４ａ〜４ｄのうち遮断状態にあるものに対して複数のパターンで導通制御を行い、バッテリ２が充電状態から放電状態に移行した際に導通制御がなされているスイッチング手段に接続された負荷の負荷電流値に基づいて、オルタネータ１の発電余力を求める。これにより、バッテリ２の放電電流値及びオルタネータ１の発電余力を、比較的簡易な方法によって求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電源管理システムによって実現される電源管理方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る電源管理システムによって実現される電源管理方法の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る電源管理システムによって実現される電源管理方法の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１  オルタネータ
２  バッテリ
３  電源
４ａ〜４ｄ  スイッチング手段
５ａ〜５ｄ  負荷
６  電源経路
７  電圧センサ
８  ＥＣＵ
９  処理部
１０  制御部
１１  記憶部
【図１】
2007283847.tif 000003
【図２】
2007283847.tif 000004
【図３】
2007283847.tif 000005
【図４】
2007283847.tif 000006