JP2021020614A

JP2021020614A - 車載電源システム

Info

Publication number: JP2021020614A
Application number: JP2019139613A
Authority: JP
Inventors: 禎久山田; Sadahisa Yamada; 和市藤阪; Kazuichi Fujisaka; 清水　雅昭; Masaaki Shimizu; 雅昭清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-02-18
Also published as: EP3998178A1; EP3998178A4; US20220266781A1; CN114206680A; WO2021020175A1

Abstract

【課題】車室空間にメカニカルリレーの動作音が伝わらず、ユーザーの快適性を向上できる車載電源システムを提供する。【解決手段】車載電源システムは、搭載したバッテリ２から配索される主給電線Ｌ１１に接続された第１〜第６電源ハブ１１〜１６と、第１〜第６電源ハブ１１〜１６の夫々に接続された電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３と、各電子機器への通電をオンオフするリレーと、リレーのオンオフを制御することにより各電子機器への給電を制御する制御装置（第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６および中央制御装置３）とを備える。消費電流が１０Ａ以上の電子機器には、リレーとしてメカニカルリレーを用い、消費電流が１０Ａ未満の電子機器には、リレーとして半導体リレーを用いる。メカニカルリレーは、車外から車室内への水の浸入を遮断してウォーターシールＳで囲まれた車室空間の外側かつ車両１のボディ内に配置される。【選択図】図１

Description

本開示は、車載電源システムに関する。

従来、車載電源システムとしては、車両内に多数の電子機器が配置され、各電子機器に給電線を介して電源が供給される構成のものがある（例えば、特開２０１６−２０１７４０号公報（特許文献１）参照）。

特開２０１６−２０１７４０号公報

上記車載電源システムでは、各電子機器への電源経路にヒューズ、メカニカルリレー、半導体リレーを配設して各電子機器の電源供給をオン・オフするが、各電子機器の特徴に応じたメカニカルリレー、半導体リレーの適切な選択が容易でない。

運転支援や自動運転化により電子機器の数と種類が飛躍的に増大するなか、設計の現場では、電子機器への通電手段を、ヒューズにするのか、メカニカルリレーにするのか、または半導体リレーにするのかの指針が存在せず、仕様決定を試行錯誤的に行う状況にあった。

近年の電気駆動化やアイドルストップの普及によって、自動車の使用シーンにおいてエンジン音が聞こえない静粛な時間が増えている。一方で、電子機器の数に比例してリレーの数も増えており、乗員の操作に起因せず電源オンする電子機器のメカニカルリレーの作動音（カチッという音）が乗員に不快感を与える場面が増えることが懸念される。

本開示は、車室空間にメカニカルリレーの動作音が伝わらず、ユーザーの快適性を向上できる車載電源システムを提供する。

本開示の車載電源システムは、
搭載した主電源から配索される主給電線に接続された複数の電源ハブと、
上記複数の電源ハブの夫々に副給電線を介して接続された複数の電子機器と、
上記各電子機器への上記副給電線を介した通電をオンオフするリレーと、
上記リレーのオンオフを制御することにより上記各電子機器への給電を制御する制御装置と
を備え、
上記複数の電源ハブは、それぞれ1つの上記主給電線により他の電源ハブと接続されており、
上記複数の電子機器のうち消費電流が１０Ａ以上の電子機器には、上記リレーとしてメカニカルリレーを用い、
上記複数の電子機器のうち消費電流が１０Ａ未満の電子機器には、上記リレーとして半導体リレーを用い、
上記メカニカルリレーは、車外から車室内への水の浸入を遮断してウォーターシールで囲まれた車室空間の外側かつ車両のボディ内に配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、複数の電子機器のうち消費電流が１０Ａ以上の電子機器には、リレーとしてメカニカルリレーを用いる一方、複数の電子機器のうち消費電流が１０Ａ未満の電子機器には、リレーとして半導体リレーを用い、ウォーターシールで囲まれた車室空間内にメカニカルリレーを配置しないことによって、車室空間にメカニカルリレーの動作音が伝わらず、ユーザーの快適性を向上できる。

また、本開示の一態様に係る車載電源システムでは、
上記リレーは上記電源ハブの内部に収容されており、上記電源ハブのうち上記メカニカルリレーを含むものは、上記ウォーターシールで囲まれた車室空間の外側かつ上記車両のボディ内に配置されている。

以上より明らかなように、この本開示によれば、電子機器の特徴に応じたメカニカルリレーおよび半導体リレーが適用された車載電源システムを実現できる。

本開示の実施形態の車載電源システムに関する車両の電源系統図である。車両の要部の信号系統図である。第２電源ハブが配置されたゾーンの電源トポロジーを示す図である。

以下、この本開示の車載電源システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、以下の説明において、「前」、「後」、「右」および「左」とは、「車両１の前」、「車両１の後」、「車両１の右」および「車両１の左」を意味する。例えば、「前後方向」は、「車両１の前後方向」を指す。

図１は、本開示の実施形態の車載電源システムが搭載された車両１の電源系統図である。この車両１は、４つのサイドドアと１つのバックドアとを備える５ドア式のエンジン自動車である。

車両１は、図１に示すように、バッテリ２に主給電線Ｌ１を介して電気的に接続される第１〜第６電源ハブ１１〜１６と、第１〜第６電源ハブ１１〜１６に副給電線Ｌ２〜Ｌ５を介して電気的に接続される複数の電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３と、複数の電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３への通電のオン・オフを制御する第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６と、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６を制御する中央制御装置３とを備える。この第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６は、副給電線Ｌ５および通信線Ｌ１２（図３に示す）を介して第１〜第６電源ハブ１１〜１６に電気的に接続される。このように、車両１に搭載したバッテリ２（主電源）から配索される主給電線Ｌ１に、第１〜第６電源ハブ１１〜１６が接続される。

なお、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６および中央制御装置３は、制御装置の一例である。また、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６は副制御装置の一例である一方、中央制御装置３は主制御装置の一例である。

より詳しく説明すると、車両１は、バッテリ２から供給される電力により作動する複数の電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３を有する。電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４は、常時、バッテリ２から電力供給が可能な電子機器（第１の電子機器）であって、常時電源電子機器とも呼べる。一方、電子機器Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３は、車両１の乗員の操作によりバッテリ２からの電力供給が可能になる電子機器（第２の電子機器）である。また、電子機器Ｄ２１〜Ｄ２５は、電子機器Ｄ３１〜Ｄ３３に比べて、電力消費が小さく、アクセサリ電子機器とも呼べる。また、電子機器Ｄ３１〜Ｄ３３は、電子機器Ｄ２１〜Ｄ２５に比べて、電力消費が大きく、イグニッション電子機器とも呼べる。

常時電源電子機器とも呼べる電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４は、例えば、電子機器Ｄ１１はキーレス装置、電子機器Ｄ１２は盗難監視用の監視カメラ装置、電子機器Ｄ１３はバーグラアラーム装置、電子機器Ｄ１４はブレーキ灯である。上記キーレス装置は、搭乗者が持つキー内の送信機からの電波を受信する。

アクセサリ電子機器とも呼べる電子機器Ｄ２１〜Ｄ２５は、車両１のエンジンのオン・オフに関わらずに使用することを想定された電子機器である。例えば、電子機器Ｄ２１は前照灯で、電子機器Ｄ２２は電動ミラーで、電子機器Ｄ２３はオーディオ機器で、電子機器Ｄ２４はリヤカメラ装置、電子機器Ｄ２５はカーナビゲーション装置である。上記カーナビゲーション装置のディスプレイは、シフトレバーのリバース位置への移動に応じて、上記リヤカメラ装置が撮影した映像を表示する。なお、上記リヤカメラ装置はカメラ装置の一例である。

イグニッション電子機器とも呼べる電子機器Ｄ３１〜Ｄ３３は、車両１のエンジンがオフの状態でも使用可能であるが、基本的にはエンジンがオンの時に使用することを想定された電子機器である。例えば、電子機器Ｄ３１は空調装置で、電子機器Ｄ３２は電動パワーステアリング装置で、電子機器Ｄ３３は電動パワーウィンドウである。

電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３は、上述したような装置を作動させるためのセンサ、アクチュエータ、アクチュエータを制御するＥＣＵなどを含んでもよい。

上記車両１の電源系統では、車両１を６つのゾーンに分けて、各ゾーンに第１〜第６電源ハブ１１〜１６のいずれか一つが設けられている。第１電源ハブ１１は左前側ゾーンに配置されている。第２電源ハブ１２は左前側のサイドドアゾーン近傍に配置されている。第３電源ハブ１３は左後側ゾーンに配置されている。第４電源ハブ１４は右前側ゾーンに配置されている。第５電源ハブ１５は右前側のサイドドアゾーン近傍に配置されている。第６電源ハブ１６は右後側ゾーンに配置されている。なお、上記ゾーンの数を増減させる場合、第１〜第６電源ハブ１１〜１６の個数はゾーンの数の増減に応じて増減する。

バッテリ２から主給電線Ｌ１と第１〜第３電源ハブ１１〜１３および副給電線Ｌ２〜Ｌ４で電源経路が形成され、バッテリ２から主給電線Ｌ１と第４〜第６電源ハブ１４〜１６および副給電線Ｌ２〜Ｌ４で電源経路が形成されている。なお、図示していないが、電源経路には、通電容量に応じたヒューズが必要に応じて配設されている。

また、第１〜第６電源ハブ１１〜１６は、電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３との間における電源経路の途中に配置されている。より具体的に言うと、第１電源ハブ１１は、左前側ゾーンの電子機器Ｄ１２，Ｄ２１とバッテリ２との間における電源経路の途中に配置されている。第２電源ハブ１２は、左側のサイドドアゾーンまたはその近傍の電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ３３とバッテリ２との間、かつ、中央側の電子機器Ｄ２５とバッテリ２との間における電源経路の途中に配置されている。第３電源ハブ１３は、左後側ゾーンの電子機器Ｄ１４，Ｄ２３とバッテリ２との間、かつ、右後側の電子機器Ｄ１４とバッテリ２との間、かつ、後側の電子機器Ｄ２４とバッテリ２との間における電源経路の途中に配置されている。第４電源ハブ１４は、右前側ゾーンの電子機器Ｄ１２，Ｄ２１とバッテリ２との間における電源経路の途中に配置されている。第５電源ハブ１５は、右前側のサイドドアゾーンまたはその近傍の電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ３３とバッテリ２との間における電源経路の途中に配置されている。また、第６電源ハブ１６は、右後側ゾーンの電子機器Ｄ２３とバッテリ２との間における電源経路の途中に配置されている。

また、第１〜第６電源ハブ１１〜１６は、バッテリ２または近傍の第１〜第６電源ハブ１１〜１６と単独の主給電線Ｌ１によりそれぞれ接続されている。より具体的に言うと、第１電源ハブ１１および第４電源ハブ１４は、主給電線Ｌ１によりバッテリ２と接続されている。第２電源ハブ１２は、主給電線Ｌ１により第１電源ハブ１１と接続されている。第３電源ハブ１３は、主給電線Ｌ１により第２電源ハブ１２と接続されている。第５電源ハブ１５は、主給電線Ｌ１により第４電源ハブ１４と接続されている。第６電源ハブ１６は、主給電線Ｌ１により第５電源ハブ１５と接続されている。

第１〜第６電源ハブ１１〜１６は、主給電線Ｌ１を介して電力が供給される。より具体的に言うと、第１，第４電源ハブ１１，１４のそれぞれには、バッテリ２から主給電線Ｌ１を経由した電力が供給される。第２電源ハブ１２には、バッテリ２から主給電線Ｌ１および第１電源ハブ１１を経由した電力が供給される。第３電源ハブ１３には、バッテリ２から主給電線Ｌ１および第１，第２電源ハブ１１，１２を経由した電力が供給される。第４電源ハブ１４には、バッテリ２から主給電線Ｌ１を経由した電力が供給される。第５電源ハブ１５には、バッテリ２から主給電線Ｌ１および第４電源ハブ１４を経由した電力が供給される。第６電源ハブ１６には、バッテリ２から主給電線Ｌ１および第４，第５電源ハブ１４，１５を経由した電力が供給される。

また、第１〜第６電源ハブ１１〜１６は、副給電線Ｌ２〜Ｌ４を介して電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３と接続されている。より具体的に言うと、
第１，第４電源ハブ１１，１４は、それぞれ、副給電線Ｌ２，Ｌ３を介して電子機器Ｄ１２，Ｄ２１と接続されている。第２電源ハブ１２は、それぞれ、副給電線Ｌ２〜Ｌ４を介して電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ２５，Ｄ３１，Ｄ３３と接続されている。第３電源ハブ１３は、副給電線Ｌ２，Ｌ３を介して電子機器Ｄ１４，Ｄ２３，Ｄ２４と接続されている。第５電源ハブ１５は、それぞれ、副給電線Ｌ２〜Ｌ４を介して電子機器Ｄ１１，Ｄ１３，Ｄ２２，Ｄ２５，Ｄ３２，Ｄ３３と接続されている。第６電源ハブ１６は、副給電線Ｌ３を介して電子機器Ｄ２３と接続されている。

各主給電線Ｌ１および各副給電線Ｌ２〜Ｌ４は、電力が供給できる電線であればよく、例えばワイヤーハーネスで構成されている。

第１電源ハブ１１は副給電線Ｌ５を介して第１ＥＣＵ２１と接続されている。第２電源ハブ１２は副給電線Ｌ５を介して第２ＥＣＵ２２と接続されている。第３電源ハブ１３は副給電線Ｌ５を介して第３ＥＣＵ２３と接続されている。第４電源ハブ１４は副給電線Ｌ５を介して第４ＥＣＵ２４と接続されている。第５電源ハブ１５は副給電線Ｌ５を介して第５ＥＣＵ２５と接続されている。第６電源ハブ１６は副給電線Ｌ５を介して第６ＥＣＵ２６と接続されている。

第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６は、各電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３を管理および制御する機能を有する。例えば、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６は、各種センサ（車速センサや車室内温度センサ等）からの検出結果を受信して、自機内での処理に使用したり、中央制御装置３に情報を送信したりする。

中央制御装置３は、マイクロコンピュータ、入出力回路などから構成されて、電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３を制御する。

図２は、車両１の要部の信号系統図である。

第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６は、図２に示すように、車両１の全体の制御を統括する中央制御装置３からの制御信号がそれぞれ入力されるように構成されている。より具体的に言うと、中央制御装置３と第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６とは、通信配線Ｌ１１により、互いに接続されている。これにより、中央制御装置３から出力された制御信号は、通信配線Ｌ１１を介して第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６に入力される。このとき、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６は、中央制御装置３からの制御信号に基づいて、電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３へ電力を供給したり、その電力を遮断したりする。

中央制御装置３と第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６との間の通信方式（通信プロトコル）は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やＣＡＮ−ＦＤ（CAN with Flexible Data rate）を用いているが、他の通信方式でもよいし、複数の通信方式を組み合わせて用いてもよい。

図３は、第２電源ハブ１２が配置されたゾーン（車両１の左前側のサイドドアゾーン）の電源トポロジーを示す図である。図３において、Ｌ１２は第２電源ハブ１２と第２ＥＣＵとを接続する通信線である。

図３に示すように、第２電源ハブ１２は、電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ２５，Ｄ３１，Ｄ３３への通電をオン・オフするリレー部５０を有する。例えば、電子機器Ｄ１１はキーレス装置、電子機器Ｄ２２は電動ミラー、電子機器Ｄ２５はカーナビゲーション装置、電子機器Ｄ３１は空調装置、電子機器Ｄ３３は電動パワーウィンドウである。リレー部５０は、主給電線Ｌ１を介してバッテリ２と電気的に接続されている。リレー部５０は、副給電線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を介して電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ２５，Ｄ３１，Ｄ３３と電気的に接続されている。リレー部５０は、電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ２５，Ｄ３１，Ｄ３３への通電を個別にオン・オフするための複数のリレーＲＹを含んでいる。この各リレーＲＹは、中央制御装置３からの制御信号の入力に応じてオン・オフする。なお、第１，第３〜第６電源ハブ１１，１３〜１６も、第２電源ハブ１２と同様に構成されている。

このように、リレーＲＹは第１〜第６電源ハブ１１〜１６の内部に収容されている。第１〜第６電源ハブ１１〜１６のうちメカニカルリレーを含む第１，第４電源ハブ１１，１４は、ウォーターシールＳで囲まれた車室空間の外側かつ車両１のボディ内に配置されている。

また、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６によって、電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３への通電のオン・オフを制御することで、中央制御装置３の制御負荷を低減することができる。

なお、第１〜第６電源ハブ１１〜１６を介さずに電源が供給されるような電子機器の場合は、電源ハブとは別に電子機器の通電をオン・オフするメカニカルリレーまたは半導体リレーを設けてもよい。

また、第２電源ハブ１２では、電子機器Ｄ１１，Ｄ２２，Ｄ２５，Ｄ３１，Ｄ３３毎に通電をオン・オフするリレーＲＹを備えたが、例えば同一の電子機器Ｄ１１をまとめて１つのリレーＲＹで通電をオン・オフする構成としてもよいし、特定のグループに分けてグループをまとめて１つのリレーＲＹで通電をオン・オフする構成としてもよい。

上記構成の車載電源システムでは、複数の電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３のうち消費電流（定格最大消費電流）が１０Ａ以上の電子機器には、リレーＲＹとしてメカニカルリレーを用いる一方、複数の電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３のうち消費電流が１０Ａ未満の電子機器には、リレーＲＹとして半導体リレーを用い、ウォーターシールＳ（図１に示す）で囲まれた空間（車室内を含む）内にメカニカルリレーを配置しないようにしている。これによって、車室内にメカニカルリレーの動作音が伝わらず、車室内のユーザーの快適性を向上できる。

ここで、消費電流が１０Ａ以上の電子機器としては、ＥＦＩ（Electronic Fuel Injection）やブレーキ系の電子機器などがある。また、消費電流が１０Ａ未満の電子機器としては、灯火系やヒータ系の電子機器などがある。

また、消費電流が１０Ａ以上の電子機器に半導体リレーに比べて交換が容易なメカニカルリレーを用いることで、メンテナンス性を向上できる。

上記実施形態の車載電源システムは、車両１を６つのゾーンに分けると共に、ゾーン毎に電子機器Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３の電力供給のオン・オフが制御できるように構成されていたが、ゾーンの分け方や数はこれに限らない。

上記実施形態では、車両１は、エンジン自動車であったが、例えば、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車等であってもよい。

上記実施形態では、電子機器Ｄは、バッテリ２から電源が供給される場合について説明したが、エンジンがオンのときはオルタネータ（図示せず）から電源が供給される。

上記実施形態では、第３電源ハブ１３と第６電源ハブ１６との間を主給電線Ｌ１で電気的に直接接続していなかったが、主給電線Ｌ１を設けられるようにしてもよい。別の言い方をすれば、第３電源ハブ１３は、主給電線Ｌ１を介して第６電源ハブ１６に電気的に接続されるようにしてもよい。

上記実施形態では、第１〜第６電源ハブ１１〜１６は、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６と別体で設けられていたが、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６と一体に設けられるようにしてもよい。別の言い方をすれば、第１〜第６電源ハブ１１〜１６の少なくとも１つは、第１〜第６ＥＣＵ２１〜２６と同様の機能を有するにように構成されてもよい。

本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施形態で記載した内容を適宜組み合わせたものを、本開示の一実施形態としてもよい。

１車両
２バッテリ
３中央制御装置
１１第１電源ハブ
１２第２電源ハブ
１３第３電源ハブ
１４第４電源ハブ
１５第５電源ハブ
１６第６電源ハブ
２１第１ＥＣＵ
２２第２ＥＣＵ
２３第３ＥＣＵ
２４第４ＥＣＵ
２５第５ＥＣＵ
２６第６ＥＣＵ
５０リレー部
Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２５，Ｄ３１〜Ｄ３３電子機器
Ｌ１主給電線
Ｌ２〜Ｌ４副給電線
Ｌ１１通信線
Ｌ１２通信線
ＲＹリレー

Claims

搭載した主電源から配索される主給電線に接続された複数の電源ハブと、
上記複数の電源ハブの夫々に副給電線を介して接続された複数の電子機器と、
上記各電子機器への上記副給電線を介した通電をオンオフするリレーと、
上記リレーのオンオフを制御することにより上記各電子機器への給電を制御する制御装置と
を備え、
上記複数の電源ハブは、それぞれ1つの上記主給電線により他の電源ハブと接続されており、
上記複数の電子機器のうち消費電流が１０Ａ以上の電子機器には、上記リレーとしてメカニカルリレーを用い、
上記複数の電子機器のうち消費電流が１０Ａ未満の電子機器には、上記リレーとして半導体リレーを用い、
上記メカニカルリレーは、車外から車室内への水の浸入を遮断してウォーターシールで囲まれた車室空間の外側かつ車両のボディ内に配置されていることを特徴とする車載電源システム。
請求項１に記載の車載電源システムにおいて、
上記リレーは上記電源ハブの内部に収容されており、上記電源ハブのうち上記メカニカルリレーを含むものは、上記ウォーターシールで囲まれた車室空間の外側かつ上記車両のボディ内に配置されていることを特徴とする車載電源システム。