(57)【要約】【課題】高圧系負荷の消費電流が増大して、高圧系電源の充電量が低下した場合に、低圧系電源から高圧系電源に電力を供給しても、低圧系電源の電圧降下が大きくなることを抑制することができる電力供給装置を提供すること。【解決手段】本発明に関わる電力供給装置１は、低圧系負荷２に電力を供給する低圧系電源３と、高圧系負荷４に電力を供給する高圧系電源５と、低圧系電源２と高圧系電源４とを電力授受可能に接続するＤＣ／ＤＣコンバータ６と、高圧系電源５の充電量が第一の所定量以下の場合に低圧系電源３から高圧系電源５に電力を供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する制御手段７とを備える電力供給装置であって、高圧系電源５が放電する場合に、制御手段７が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流を所定値に制限することを特徴とする。【選択図】図１
2007209143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧系負荷に電力を供給する低圧系電源と、高圧系負荷に電力を供給する高圧系電源と、前記低圧系電源と前記高圧系電源とを電力授受可能に接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記高圧系電源の充電量が第一の所定量以下の場合に前記低圧系電源から前記高圧系電源に電力を供給するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備える電力供給装置であって、
前記高圧系電源が放電する場合に、前記制御手段が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を所定値に制限することを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記高圧系電源の充電量が第二の所定量以下である場合には、前記制御手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の制限を行わないことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記所定値を前記放電の直前の高圧系電源の充電電流値とするように前記制御手段が前記ＤＣ／ＤＣコンバータをフィードバック制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、乗用車、バス、トラック等の自動車の車載機器に電力を供給する電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両においては、運転者の操作力の低減を目的として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が装備されることが多い。電動パワーステアリング装置とは、ステアリングシャフトにトーションバー等のトルクセンサを設け、当該トルクセンサにより運転者のステアリングホイールの操作力を検出し、当該操作力に応じて、電動モータを駆動して、操作力のアシストを行うものである。
【０００３】
これとともに、近年の車両においては、運転者のブレーキペダルの操作量や車輪速度などの車両情報に基づき、車輪毎の最適な制動力を瞬時かつきめ細かく制御するため電子制御ブレーキシステム（ＥＣＢ）が装備されることもあり、よりきめ細かい車両の姿勢制御を行うための電動スタビライザ（ＳＴＢ）が装備されることもある。
【０００４】
これらの電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）や電子制御ブレーキシステム（ＥＣＢ）、電動スタビライザ（ＳＴＢ）などはいずれも動作時には大きな電力を必要とする高圧系負荷であるため、これらの装置が搭載される車両では通常の低圧系電源に高圧系電源を組み合わせた電力供給装置が装備される。
【０００５】
このような電力供給装置としては、特許文献１に記載されたようなものがあり、上述したような低圧系電源と高圧系電源をＤＣ／ＤＣコンバータにより電力授受可能に接続して構成されている。このような電力供給装置において、高圧系負荷の消費電力が増大して、高圧系電源の充電量が低下すると、低圧系電源から高圧系電源に電力を供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータが制御される。もちろん低圧系電源から高圧系電源の電力を供給するに当たってはＤＣ／ＤＣコンバータは昇圧を同時に行うことになる。
【特許文献１】特開２００２−１７６７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような電力供給装置においては、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）や電子制御ブレーキシステム（ＥＣＢ）、電動スタビライザ（ＳＴＢ）などの高圧系負荷の突発的な動作により、高圧系負荷の消費電力が増大して高圧系電源の充電量が低下した場合に低圧系電源から高圧系電源にＤＣ／ＤＣコンバータにより電力を供給すると、今度は低圧系電源の電圧降下が大きくなるという問題が生じる。
【０００７】
低圧系電源の電圧降下が大きくなるとヘッドライトや室内灯などのＬＥＤでないバルブ系ランプが明滅する等の不具合が生じるが、これを防止するために、低圧系電源に並列に接続されるオルタネータの発電量を増やすと、エンジンの負荷が大きくなりすぎてエンジンストールにいたるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、高圧系負荷の消費電流が増大して、高圧系電源の充電量が低下した場合に、低圧系電源から高圧系電源に電力を供給しても、低圧系電源の電圧降下が大きくなることを抑制することができる電力供給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】
【０００９】
上記の問題を解決するため、本発明に係る電力供給装置は、低圧系負荷に電力を供給する低圧系電源と、高圧系負荷に電力を供給する高圧系電源と、前記低圧系電源と前記高圧系電源とを電力授受可能に接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記高圧系電源の充電量が第一の所定量以下の場合に前記低圧系電源から前記高圧系電源に電力を供給するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備える電力供給装置であって、
前記高圧系電源が放電する場合に、前記制御手段が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を所定値に制限することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記高圧系電源の充電量が当該高圧系電源のみで前記高圧系負荷に電力供給可能でない場合には、前記高圧系負荷への電力供給を優先させるために、前記高圧系電源の充電量が第二の所定量以下である場合には、前記制御手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の制限を行わない。前記第二の所定量は前記第一の所定量よりも小さい値とする。
【００１１】
ここで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の制限をより簡易な制御で行うために、前記所定値を前記放電の直前の高圧系電源の充電電流値とするように前記制御手段が前記ＤＣ／ＤＣコンバータをフィードバック制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高圧系負荷の消費電力が増大して、高圧系電源の充電量が低下した場合に、低圧系電源から高圧系電源に電力を供給しても、低圧系電源の電圧降下が大きくなることを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】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電力供給装置の一実施例を示す回路図である。
【００１４】
本実施例の電力供給装置１は、低圧系負荷２に電力を供給する低圧系電源としての第１バッテリ３と、高圧系負荷４に電力を供給する高圧系電源としての第２バッテリ５と、第１バッテリ３と第２バッテリ５とを電力授受可能に接続するＤＣ／ＤＣコンバータ６と、第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能でない場合に第１バッテリ３から第２バッテリ５に電力を供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する制御手段としてのＥＣＵ７とを備える。加えて、リチウム電池５の充放電電流、電圧、温度をそれぞれ検知する電流センサ８ａ、電圧センサ８ｂ、温度センサ８ｃを備え、これらのセンサはＥＣＵ７に接続され、第１バッテリ３の正極側には図示しないエンジンにより駆動されるオルタネータ９の正極側が接続される。
【００１５】
低圧系電源としての第１バッテリ３は例えば周知のＰｂバッテリなどの充電可能な電源により構成され、低圧系負荷２に電力を供給するとともに、図示しないエンジンが駆動している期間はオルタネータ９により充電される。高圧系電源としての第２バッテリ５は例えば充電性能に優れ、充電量等の状態検出が容易なリチウム電池等の二次電池で構成される。もちろん低圧側電源および高圧側電源は充電可能な電源であればよくこの組み合わせには限定されない。特に高圧側電源はキャパシタや電解二重層キャパシタとすることも可能である。
【００１６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は例えば図示しないチョークコイルとスイッチング素子を組み合わせた周知の構成とし、低圧系電源から高圧系電源へ電力を供給する場合にその出力電流および出力電圧は、チョークコイルの充電時間と放電時間との比率、それらの交互の繰返し周期を変化させることにより制御される。
【００１７】
電流センサ８ａ、電圧センサ８ｂ、温度センサ８ｃにより検知された、第２バッテリ５の充放電電流、電圧、温度の信号はＥＣＵ７に入力され、これらの第２バッテリ５の充放電電流、電圧、温度をパラメータとしてＥＣＵ７が第２バッテリ５の充電量を演算し、その充電量が第一の所定量以下である場合には、第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能でないと判断し、ＥＣＵ７は低圧系電源である第１バッテリ３から高圧系電源である第２バッテリ５に電力を供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する。その状態において、電流センサ８ａが高圧系電源としての第２バッテリ５の放電を検知する場合に、ＥＣＵ７がＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流を所定値に制限する。
【００１８】
これによれば、ＥＰＳ等の高圧系負荷４の消費電力が増大して、高圧系電源としての第２バッテリ５の充電量が低下した場合に、低圧系電源としての第１バッテリ３から第２バッテリ５にＤＣ／ＤＣコンバータ６により電力を供給しても、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流が所定値に制限されるため、低圧系電源である第１バッテリ３の電圧降下が大きくなることを抑制することができる。
【００１９】
ここで、前述したように、所定値を放電の直前の高圧系電源５の充電電流値とするようにＥＣＵ７がＤＣ／ＤＣコンバータ６をフィードバック制御することが好ましい。これによれば以下に述べるように、より簡易な制御で本発明を実施することができる他、低圧系電源およびオルタネータの状態を検知してフィードバック制御することに比べて、以下に述べるように制御性能を高めることができる。
【００２０】
以下に上述した本発明に係る電源供給装置の実現する具体的な制御結果について図を用いて説明する。図２は本発明に係る電力供給装置の各電流波形を示すタイムチャートである。図２中においてＤＣ／ＤＣコンバータはＤＤＣと表記している。
【００２１】
時間αにおいて、高圧系電源としての第２バッテリ５の充電量が第一の所定量以下となると、ＥＣＵ７の制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ６により第１バッテリ３から第２バッテリ５に電力を供給し始める。第２バッテリ５の充電がすすむにつれて、第２バッテリ充電電流１０は小さくなりそれに対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流１２が第２バッテリ充電電流とイコールとなるようにＥＣＵ７がＤＣ／ＤＣコンバータ６をフィードバック制御する。
【００２２】
時間βにおいて、高圧系負荷４が動作し始め、第２バッテリ５の放電が始まる。これと同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流を、放電の直前の第２バッテリ５の充電電流とイコールとなるようにＥＣＵ７がＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の電流制限を行う。この電流制限は高圧系負荷４の動作が終了する時間γまで継続し、時間βから時間γまで電流制限値は固定される。
【００２３】
時間γにおいて、高圧系負荷４が動作を終了して、第２バッテリの放電電流が充電電流に切り替わると、電流制限値を徐々に増加させるようにＥＣＵ７がＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御し、第２バッテリ５の充電電流が頭打ちとなる時間δまで電流制限値を徐々に増加させる。ここで、電流制限値を徐々に増加させるのは、時間γから時間δまでの間においても、第１バッテリ３の電圧低下を抑制するためである。時間δ以降は第２バッテリ５の充電がすすむにつれて、第２バッテリ５の充電電流はＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電圧を一定に制御していることに起因して徐々に減少し、これに伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流も第２バッテリ５の充電電流とイコールとなるようにフィードバック制御されて徐々に減少する。
【００２４】
以下に上述した制御結果を実現するフローチャートを用いて説明する。図３は本発明に係る電力供給装置の制御内容を示すフローチャートである。図３中においてもＤＣ／ＤＣコンバータはＤＤＣと表記している。
【００２５】
Ｓ１において、電流センサ８ａ、電圧センサ８ｂ、温度センサ８ｃがそれぞれ第２バッテリ５の充放電電流、電圧、温度を検知し、これらのパラメータに基づきＥＣＵ７が第２バッテリ５の充電量を演算してその状態を検知し、Ｓ２においてＥＣＵ７がその充電量を第二の所定量と比較して第２バッテリ５のみで高圧系負荷に電力供給可能かどうかを判定する。充電量が第二の所定量よりも大きく電力供給可能であると判定される場合はＳ３にすすみ、Ｓ３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限値の初期値を第２バッテリ５の放電直前の充電電流値とイコールとなるようにＥＣＵ７がＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する。Ｓ２において充電量が第二の所定量よりも小さく電力供給可能でないと判定される場合には、Ｓ１０にすすみ、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限は行わない。この場合は、高圧系負荷への電力供給を優先して、低圧系電源の電圧降下を逆に許容することになる。
【００２６】
Ｓ３およびＳ１０が終了すると、Ｓ４にすすみ、再びＥＣＵ７が第２バッテリ５の状態（充放電電流、電圧、温度、これらより計算される充電量）を検知し、Ｓ２において充電量に基づき第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能かどうかを判定する。充電量が第二の所定量よりも大きく電力供給可能であると判定される場合はＳ６にすすみ、充電量が第二の所定量以下で電力供給可能でないと判定される場合はＳ１１にすすみ、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限は行わない。
【００２７】
Ｓ６において、第２バッテリ５が充電中であるかどうかがＥＣＵ７により判定され、充電中であればＳ７にすすみ、充電中でなければＳ１２にすすむ。さらにＳ７において所定のサンプリング周期で検出される第２バッテリ５の充放電電流の前回値が充電電流であるかどうかの判定がＥＣＵ７によりなされ、充電電流であれば、Ｓ８にすすみ、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限値を、第２バッテリ５の充電電流に所定付加値εを加えた値とする。第２バッテリの充放電電流の前回値が充電電流でない場合は、Ｓ１２にすすむ。
【００２８】
つまり、Ｓ６において第２バッテリ５が放電中であると判定される場合、および、Ｓ７において所定のサンプリング周期で検出される第２バッテリ５の充放電電流の前回値が充電電流でないと判定される場合には、Ｓ１２においてＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流は第２バッテリの充放電電流の前回値に固定される。
【００２９】
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ８のいずれかの処理を終了し、Ｓ９においてイグニッションキーがオフであると判定されると制御は終了し、イグニッションキーがオフでない場合は、Ｓ４に戻って再び第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能かがＥＣＵ７により判定される。その後、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７の判定に基づき制御ループが構成される。
【００３０】
これらの処理を図２に示したタイムチャートに当てはめると、時間αから時間βまでは図３に示すＳ５において第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能でないと判定されるのでＳ１１の処理が実行されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は出力電流の電流制限を行わず、第２バッテリ５は充電される。
【００３１】
時間βの瞬間にはＳ５において第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能であると判定されるとともに、Ｓ６において第２バッテリ５が充電中であると判定され、かつ、Ｓ７において第２バッテリ５の充放電電流の前回値が充電電流であると判定されるので、Ｓ８の処理が実行され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限値は第２バッテリ５の充電電流に所定付加値εを加えた値とされる。
【００３２】
時間βより後から時間γまでは、Ｓ５において第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能であると判定されるとともに、Ｓ６において第２バッテリ５が充電中でないと判定されるので、図３に示すＳ１２の処理が実行され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限値は前回の電流制限値に固定される。
【００３３】
時間γから時間δまではＳ５において第２バッテリ５のみで高圧系負荷４に電力供給可能であると判定されるとともに、Ｓ６において第２バッテリ５が充電中であると判定され、かつ、Ｓ７において第２バッテリ５の充放電電流の前回値が充電電流であると判定されるので、図３に示すＳ８の処理が実行され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の電流制限値は第２バッテリ５の充電電流に所定付加値εを加えた値とされることが繰り返し行われて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流は徐々に増加する。時間γから時間δにおいて、出力電流を徐々に増加させることにより、この期間においても低圧系電源の電圧降下を抑制することができる。
【００３４】
このように、高圧系電源である第２バッテリ５の充放電電流によりＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流をフィードバック制御して、第２バッテリ５が放電している間は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を第２バッテリ５が放電する直前の充電電流値（所定値）として電流制限することにより、図２に示した制御結果が実現される。これによれば、低圧系電源である第１バッテリおよびオルタネータ９の状態を検知してフィードバック制御を行うことに比較して、第１バッテリ３およびオルタネータ９の故障のタイミングが予測できないことに起因して、第１バッテリ３およびオルタネータ９が故障してからＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力電流の制限を行っても、ＥＣＵ７内の処理時間通信遅延を想定すると制御が間に合わなくなるという不具合をも廃することができる。
【００３５】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の電流制限を行わない期間（高圧系負荷４が動作せず第２バッテリ５が放電しない期間）においても、第２バッテリ５の充放電電流によりＤＣ／ＤＣコンバータ６をフィードバック制御することにより、電流制限を行わない期間においても、低圧系電源である第１バッテリ３から持ち出される電力を最低限のものとして、低圧系電源の電圧降下が大きくなることを抑制することができる。
【００３６】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、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および置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、低圧系電源と高圧系電源とを組み合わせた二電源系統の電力供給装置に関するものであり、前述したＥＰＳやＥＣＢ、ＳＴＢなどの高圧系負荷が装備される車両に適用して効果的なものであり、比較的軽微な装置の追加および制御内容の変更により低圧系電源の電圧降下を抑制する効果が得られるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用可能なものである。もちろん高圧系負荷としてインバータおよび発電電動機を備ええるハイブリッド車にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る電力供給装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明に係る電力供給装置の各電流波形を示すタイムチャートである。
【図３】本発明に係る電力供給装置の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１      電力供給装置
２      低圧系負荷
３      第１バッテリ
４      高圧系負荷
５      第２バッテリ
６      ＤＣ／ＤＣコンバータ
７      ＥＣＵ
８ａ    電流センサ
８ｂ    電圧センサ
８ｃ    温度センサ
９      オルタネータ
【図１】
2007209143.tif 000003
【図２】
2007209143.tif 000004
【図３】
2007209143.tif 000005