JP2011105086A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電源回路数、端子数の削減及び小型コネクタ化を図りつつ、バッテリ充電停止時に十分な自走距離を確保できる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】車両の運動に影響する第１の負荷５０への電源供給及び車両の運動に影響しない第２の負荷６０への電源供給を制御するコントローラ１０と、
前記第２の負荷への電源供給を遮断又は導通する半導体スイッチング素子４０と、
前記コントローラ１０及び半導体スイッチング素子３０、半導体スイッチング素子４０に共通に電源を供給する電源供給配線８０とを有し、
前記コントローラは、バッテリ１３０に対して充電を行っていないときに点灯するチャージランプ１４０が点灯したときに、チャージランプ点灯信号を受信するとともに、前記半導体スイッチング素子に前記第２の負荷への電源供給を遮断する駆動停止命令を送信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源装置に関し、特に、半導体スイッチング素子を有する車両用電源装置に関する。

従来から、複数の負荷系統に独立の電源配線を用いて電力を供給する車両用電源システムにおいて、外部からの信号入力や、異常電流の検出に応じて、負荷系統別に設けた半導体スイッチ素子を制御することで、ヒューズとして機能させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２５３１２５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、各負荷系統に独立の電源配線が各々接続されるため、実際の配線においては、各半導体スイッチ素子が集結した半導体ヒューズ部に複数の電源配線が接続される構成となり、コネクタが大型化してしまうという問題があった。

また、複数の負荷系統は、車両の走行、旋回、停止等の車両の運動に影響する負荷（イグニッション系負荷）と、オーディオ等の車両の運動に影響しない負荷（アクセサリ系負荷）等に分かれており、車両の運動に影響する負荷を集約することにより、負荷バランスが悪くなるという問題があった。このため、オルタネータのヒューズリンクやメインヒューズの溶断時や、オルタネータ故障時には、バッテリのみで駆動する駆動する負荷の容量が増加して自走距離が短縮し、ディーラ等の故障対応が可能な場所への走行範囲が制限されるという問題があった。

そこで、本発明は、半導体スイッチング素子への電源回路数の削減、端子数の削減及び小型コネクタ化を図りつつ、バッテリへの充電が停止したときに十分な自走距離を確保できる車両用電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る車両用電源装置は、車両の運動に影響する第１の負荷への電源供給及び車両の運動に影響しない第２の負荷への電源供給を制御するコントローラと、
該コントローラと前記第２の負荷との間に接続され、前記第２の負荷への電源供給を遮断又は導通する半導体スイッチング素子と、
前記コントローラ及び前記半導体スイッチング素子に共通に電源を供給する電源供給配線とを有し、
前記コントローラは、バッテリに対して充電を行っていないときに点灯するチャージランプが点灯したときに、チャージランプ点灯信号を受信するとともに、前記半導体スイッチング素子に前記第２の負荷への電源供給を遮断する駆動停止命令を送信し、
前記半導体スイッチング素子は、前記駆動停止命令を受信し、前記第２の負荷への電源供給を遮断することを特徴とする。

本発明によれば、車両用電源の部品数を削減しつつ、負荷バランスを向上させ、バッテリへの充電停止時にも十分な自走距離を確保できる。

本実施例に係る車両用電源装置の半導体ヒューズ部７０の構成の一例を示した図である。 比較用の従来の車両用電源装置の半導体ヒューズ部２７０の構成図である。 本実施例に係る車両用電源装置１００の全体構成の一例を示した図である。 比較例として従来の車両用電源装置３００の全体構成の一例を示した図である。 本実施例に係る車両用電源装置１００の動作の一例の説明図である。図５（Ａ）は、本実施例に係る車両用電源装置１００の全体構成図に動作順を示した図である。図５（Ｂ）は、本実施例に係る車両用電源装置１００の処理フローの一例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施例に係る車両用電源装置の半導体ヒューズ部７０の構成の一例を示した図である。図１において、本実施例に係る車両用電源装置の半導体ヒューズ部７０は、コントローラ部１０と、第１の半導体スイッチング素子３０と、第２の半導体スイッチング素子４０とを備える。また、本実施例に係る車両用電源装置は、半導体ヒューズ部７０の第１の半導体スイッチング素子３０と第２の半導体スイッチング素子４０に電力を供給する電源供給配線８０を備える。更に、図１においては、本実施例に係る車両用電源装置の関連構成要素として、第１の負荷５０と、第２の負荷６０と、チャージランプ１４０とを備える。

第１の負荷５０は、車両の運動に影響を与える系統の負荷である。車両の運動に影響を与えるとは、車両が走行する、曲がる、停止する等の、車両の挙動に影響を与える系統の負荷の意味であり、例えば、アクセル、ブレーキ、ステアリング等に関連する電気負荷や、車両安定制御等の車両の挙動を自動制御する電気負荷等が含まれる。このような、車両の運動に影響を与える負荷は、複数存在するので、第１の負荷５０は、種々の機能に応じて、複数の負荷５１、５２、５２を備えてよい。

第２の負荷６０は、車両の運動に影響を与えない系統の負荷である。車両の運動に影響を与えない負荷とは、上述の車両の走行、旋回、停止等の車両の挙動に影響を与えない系統の負荷であり、例えば、エアコンディショナ、ナビゲーションシステム、オーディオ機器等の、車両の室内空間の快適さ等に関係する電気負荷が挙げられる。

コントローラ１０は、上述の車両の運動に影響を与える第１の負荷５０への電源供給を制御する手段である。具体的には、コントローラ１０は、複数の第１の負荷５１、５２、５３について、どの負荷に電力を供給し、どの負荷に電力の供給を停止するかを制御する。コントローラ１０は、第１の負荷５０への電力供給の導通及び遮断を、第１の半導体スイッチング素子３０のオン、オフを制御することにより行う。

第１の半導体スイッチング素子３０は、第１の負荷５０への電源供給の導通と遮断を切り替える素子であり、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子が用途に応じて用いられてよい。第１の半導体スイッチング素子３０は、各負荷５１、５２、５３に対応して複数設けられ、複数の半導体スイッチング素子３１、３２、３３を備えてよい。

よって、コントローラ１０は、第１の半導体スイッチング素子３０が例えばＭＯＳトランジスタの場合には、第１の半導体スイッチング素子３０のゲートにハイ又はローの電圧を印加して第１の半導体スイッチング素子３０のオン、オフを制御する。これにより、第１の半導体スイッチング素子３０は、オフのときは第１の負荷５０への電力供給を遮断し、オンの場合には電力供給を行うので、ヒューズのように機能することができる。

同様に、コントローラ１０は、第２の半導体スイッチング素子４０のオン、オフを制御することにより、車両の運動に影響を与えない第２の負荷６０への電源供給を制御する手段である。第２の半導体スイッチング素子４０は、第１のスイッチング素子３０と同様に、複数の第２の負荷６１、６２、６３に対応して、複数の半導体スイッチング素子４１、４２、４３を備えてよい。また、第２の半導体スイッチング素子４０も、ＦＥＴを含む種々のトランジスタ等の半導体スイッチング素子が用いられてよい。

コントローラ１０による第２の半導体スイッチング素子４０の制御は、車両の運動に影響を与えない第２の負荷６０への電源供給を制御するという点を除いて、電源供給制御動作については、コントローラ１０による第１の半導体スイッチング素子５０の制御と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

コントラーラ１０は、チャージランプ点灯信号を受信する機能を有する。チャージランプ１４０は、バッテリ（図示せず）が充電されていない状態を表示するための充電警告灯である。チャージランプ１４０が点灯しているときは、オルタネータ（図示せず）のヒュージブルリンク（図示せず）が溶断していたり、オルタネータ自体が故障していたりし、オルタネータからバッテリへの充電が行われていない状態を意味している。このような場合には、バッテリしか電源が無い非常状態であるので、バッテリの消費を抑えつつ、ディーラ等の車両の異常を解決できる場所に車両を移動する必要がある。よって、このような非常時には、車両の走行に影響を与えない負荷は電源供給を遮断し、バッテリの消費を抑えて速やかに車両をディーラ等に向かって走行できる状態とする。本実施例に係る車両電源装置においては、第２の負荷６０を遮断すべき状態を、専用の検出回路を設けて検出するのではなく、チャージランプ点灯信号を受信することにより、検出する。これにより、余分な検出回路を設けることなく、省スペースで第２の負荷６０への電源供給を遮断する機能を備えることができる。なお、チャージランプ点灯信号は、チャージランプの点灯中の状態を示す信号であってもよいし、チャージランプへの点灯指令信号であってもよい。

また、コントローラ１０は、チャージランプ点灯信号を受信したときには、第２の半導体スイッチング素子６０に負荷駆動停止指令信号を送信し、第２のスイッチング素子６０をオフにする。これにより、上述のバッテリが充電されない非常時には、車両の運動に影響しない第２の負荷６０への電源供給を速やかに停止することができ、バッテリ電源の消費を防ぐことができる。

なお、コントローラ１０は、チャージランプ点灯信号を受信するために、チャージランプ点灯信号受信手段２１を備えてもよい。

電源供給配線８０は、コントローラ１０及び第１の半導体スイッチング素子３０と第２の半導体スイッチング素子４０を介して、第１の負荷５０及び第２の負荷６０に電源を供給するための配線である。電源供給配線８０は、コントローラ１０及び第１の半導体スイッチング素子３０と第２の半導体スイッチング素子４０への電源を１本で供給する。よって、半導体ヒューズ部７０への電源供給配線８０の接続を、１本で済ますことができ、端子や半導体ヒューズ部７０の構成を省スペース化することができる。

図２は、参考比較例として、従来の車両用電源装置の半導体ヒューズ部２７０の構成の一例を示した図である。従来の車両用電源装置は、２本の電源供給配線２８１、２８２を備えており、各々が第１の半導体スイッチング素子２３０及び第１のコントローラ２１０、第２のスイッチング素子２４０及び第２のコントローラ２２０に接続されている。つまり、従来の車両用電源供給装置においては、電源系統を、最初から車両の走行に影響を与える負荷２５０への電源供給系統（イグニッション系）と車両の走行に影響を与えない負荷２６０への電源供給系統（アクセサリ系）の２つに分けている。これらの２つの系統の電源供給配線２８１、２８２は、各々がバッテリ並列に接続されている。

しかしながら、このような構成では、半導体ヒューズ部２７０に接続される電源供給配線２８１、２８２が２本となるので、コネクタが大きくなるというスペース上の問題がある。また、イグニッション系の電源供給配線２８１には、車両の走行に影響する負荷２５０のみが接続されており、アクセサリ系には車両の走行に影響しない負荷２６０のみが接続されているが、バッテリには並列に接続されているため、バッテリが充電されていない非常時も、アクセサリ系に電源が供給されてしまうのと、アクセサリ系の負荷２６０をオフにしても、供給電力バランスが悪く、容量負荷が大きくなってしまう構成となっている。

この点、本実施例に係る車両用電源装置は、省スペース化を図りつつ、バッテリが充電されない非常時にも、車両の運動に影響を与えない第２の負荷６０への電源供給を遮断することにより、バッテリのみによる自車走行距離を確保することができ、非常への対応を適切に行うことができる。

図３は、本実施例に係る車両用電源装置１００の全体構成の一例を示した図である。図３において、本実施例に係る車両用電源装置１００は、半導体ヒューズ部７０と、電源供給配線８０とを備える。また、車両用電源装置１００は、必要に応じて、種々のヒューズ９０と、リレー９１とを備えてもよい。また、車両用電源装置１００は、関連構成要素として、ヒュージブルリンク１１０、１１１と、オルタネータ１２０と、バッテリ１３０とを備える。

図３において、半導体ヒューズ部７０の内部構成及び機能については、図１において説明したので、同様の構成要素には同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、図３においては、第１の負荷５０及び第２の負荷６０は省略されている。

図３において、電源供給配線８０は、１本のみが半導体ヒューズ部７０に接続されている。

電源供給配線８０は、オルタネータ１２０及びバッテリ１３０の双方に接続されており、オルタネータ１２０及びバッテリ１３０のいずれからも電源供給を受けることが可能な接続となっている。

電源供給配線８０の他、配線８１もオルタネータ１２０及びバッテリ１３０の双方に接続されているが、半導体ヒューズ部７０には接続されていない。よって、配線８１に接続されているヒューズ９０及びリレー１９を介して、その先に接続されている電気負荷への電力供給は可能であるが、半導体ヒューズ部７０へは接続されない構成となっている。

オルタネータ１２０とバッテリ１３０の間には、ヒュージブルリンク１１０が接続されている。これにより、オルタネータ１２０とバッテリ１３０間の過電流を防止することができるが、ヒュージブルリンク１１０が溶断した場合には、バッテリ１３０とオルタネータ１２０との接続が遮断されるので、バッテリ１３０が充電されない状態となり、チャージランプ１４０が点灯することになる。

また、オルタネータ１２０及びバッテリ１３０と半導体ヒューズ部７０との間にも、ヒュージブルリンク１１１が接続されている。このヒュージブルリンク１１１が溶断しても、オルタネータ１２０からバッテリ１３０への充電が妨げられる訳ではないが、半導体ヒューズ部７０に電源供給がされない状態であるので、必要に応じて、ヒュージブルリンク１１１が溶断した場合にも、チャージランプ１４０が点灯するような設定としてもよい。

また、オルタネータ１２０が故障した場合にも、オルタネータ１２０からのバッテリ１３０への充電がされない状態となるので、この場合にも、チャージランプ１４０は点灯する。

チャージランプ１４０の点灯により、コントローラ１０がチャージランプ点灯信号を受信し、第２の半導体スイッチング素子４０に駆動停止指令を送信し、第２の半導体スイッチング素子４０を遮断する制御を行うのは、図１において説明したのと同様である。

図４は、比較参考例として、従来の車両用電源装置３００の全体構成の一例を示した図である。図４において、半導体ヒューズ部２７０が、第１のコントローラ２１０と、第２のコントローラ２２０と、第１の半導体スイッチング素子２３０と、第２の半導体スイッチング素子２４０とを備える点は、本実施例に係る車両用電源装置１００と同様であるが、第１の半導体スイッチング素子２３０及び第１のコントローラ２１０には第１の電源供給配線２８１、第２の半導体スイッチング素子２４０及び第２のコントローラ２２０には第２の電源供給配線２８２が各々個別に接続されている点で、本実施例に係る車両用電源装置１００と異なっている。これにより、半導体ヒューズ部２７０への電源供給配線が２本となり、コネクタが大型化してしまうという問題を生ずる。また、第１のコントローラ２１０と第２のコントローラ２２０は、ともに並列にオルタネータ３２０及びバッテリ３３０に接続されているため、オルタネータ３２０の故障の場合には、バッテリ３３０から第１の半導体スイッチング素子２３０、第２の半導体スイッチング素子２４０、第１のコントローラ２１０及び第２のコントローラ２２０へ電源が供給されてしまい、負荷容量が増大してしまうという問題がある。

この点、図３に示したように、本実施例に係る車両用電源装置１００においては、このような問題を解消することができる。

図５は、本実施例に係る車両用電源装置１００の動作の一例を説明するための図である。図５（Ａ）は、本実施例に係る車両用電源装置１００の全体構成図に動作順を示した図であり、図５（Ｂ）は、本実施例に係る車両用電源装置１００の処理フローの一例を示した図である。

図５（Ｂ）のステップ１００においては、ヒュージブルリンク１００又はオルタネータ１２０が故障し、メータ１４１内のチャージランプ１４０が点灯する。図５（Ａ）においては、（１）ヒュージブルリンク１００が溶断した場合と、（２）オルタネータ１２０が故障した場合が示されている。この場合には、メータ１４１内の（３）チャージランプ１４０が点灯することが破線矢印で示されている。

図５（Ｂ）のステップ１１０においては、半導体ヒューズ部７０のコントローラ１０が、チャージランプ１４０のチャージランプ点灯信号を受信する。図５（Ａ）においては、（４）の破線矢印によりチャージランプ点灯信号の受信が示されている。なお、チャージランプ点灯信号は、コントローラ１０のチャージランプ点灯信号受信部２１により受信されてもよい。

図５（Ｂ）のステップ１２０においては、コントローラ１０が、車両の運動に影響しない第２の負荷６０の駆動停止指令を、第２の半導体スイッチング素子４０に送信する。この動作は、図５（Ｂ）においては、（５）で示されている。なお、コントローラ１０による駆動停止指令は、第２の半導体スイッチング素子４０が総てオフとなるような電圧を出力することにより行われてもよい。

図５（Ｂ）のステップ１３０においては、第２のスイッチング素子４０が、車両の運動に影響しない第２の負荷６０への電源供給を遮断し、第２の負荷６０の駆動を停止する。図５（Ａ）においては、（６）により動作が示されている。ステップ１３０の動作により、バッテリ１３０の電源消費を適切に抑制することができ、車両は、バッテリ１３０のみで移動できる自車の走行距離を確保することができる。そして、車両をディーラ等に向かって走行させることにより、適切な処置を受けることができ、オルタネータ１２０のトラブルについて適切な対処をすることができる。

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。

本発明は、車両に搭載する車両用電源装置に利用することができる。

１０ コントローラ
２１ チャージランプ点灯信号受信手段
３０、３１、３２、３３ 第１の半導体スイッチング素子
４０、４１、４２、４３ 第２の半導体スイッチング素子
５０、５１、５２、５３ 第１の負荷
６０、６１、６２、６３ 第２の負荷
７０ 半導体ヒューズ部
８０ 電源供給配線
９０ ヒューズ
９１ リレー
１００ 車両用電源装置
１１０、１１１ ヒュージブルリンク
１２０ オルタネータ
１３０ バッテリ
１４０ チャージランプ
１４１ メータ

Claims (1)

1. 車両の運動に影響する第１の負荷への電源供給及び車両の運動に影響しない第２の負荷への電源供給を制御するコントローラと、
   該コントローラと前記第２の負荷との間に接続され、前記第２の負荷への電源供給を遮断又は導通する半導体スイッチング素子を有し、
   前記コントローラは、バッテリに対して充電を行っていないときに点灯するチャージランプが点灯したときに、チャージランプ点灯信号を受信するとともに、前記半導体スイッチング素子に前記第２の負荷への電源供給を遮断する駆動停止命令を送信し、
   前記半導体スイッチング素子は、前記駆動停止命令を受信し、前記第２の負荷への電源供給を遮断することを特徴とする車両用電源装置。

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