JP2021051984A - 給電制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
本開示の実施形態に係る電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
<電源システムの構成>
図1は、実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、車両Cに好適に搭載され、バッテリ10、ヒータ駆動装置11及びシートヒータ12を備える。シートヒータ12は、車両Cの座席13(図2参照)内に配置されている。バッテリ10の正極はヒータ駆動装置11に接続されている。ヒータ駆動装置11は、更に、シートヒータ12に接続されている。バッテリ10の負極と、シートヒータ12とは接地されている。接地は、例えば、車両Cのボディに接続することによって実現される。
なお、車両C内に設置される座席13の数は、1に限定されず、2以上であってもよい。座席13の数が2以上である場合、各座席13内にヒータ駆動装置11及びシートヒータ12が配置される。
ヒータ駆動装置11は、スイッチ20に加えて、電流出力回路21、検出抵抗22、駆動回路23、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)24及び温度検出部25を有する。スイッチ20はNチャネル型のFET(Field Effect Transistor)である。シートヒータ12は、電熱線30に加えて、着座検出部31を有する。
以上のように、スイッチ20は、電熱線30を流れる電流の経路に配置されている。スイッチ20がオンである場合、電熱線30を電流が流れ、電熱線30は発熱する。
以上ように、電流出力回路21及び検出抵抗22は、電熱線電流を検出し、電流検出部として機能する。
以上のように、電熱線電流が電流閾値以上となった場合、駆動回路23は、スイッチ20をオフに切替え、スイッチ20のオフを維持する。このため、電流閾値以上である過電流が電熱線30を流れることはない。
図3はマイコン24の要部構成を示すブロック図である。マイコン24は、出力部40、A/D変換部41,42、入力部43,44,45,46、記憶部47及び制御部48を有する。出力部40、A/D変換部41,42、入力部43,44、記憶部47及び制御部48は内部バス49に接続されている。出力部40は、更に、駆動回路23に接続されている。A/D変換部41,42それぞれは、更に、入力部45,46に接続されている。入力部45は、更に、温度検出部25に接続されている。入力部46は、更に、電流出力回路21及び検出抵抗22間の接続ノードに接続されている。入力部43は、更に、シートヒータ12の着座検出部31に接続されている。
温度検出部25から入力部45にアナログの周囲温度情報が入力される。入力部45は、アナログの周囲温度情報が入力された場合、入力されたアナログの周囲温度情報をA/D変換部41に出力する。A/D変換部41は、入力部45から入力されたアナログの周囲温度情報をデジタルの周囲温度情報に変換する。制御部48は、A/D変換部41からデジタルの周囲温度情報を取得する。制御部48が取得した周囲温度情報が示す電熱線30の周囲温度は、取得時点において、温度検出部25が検出した周囲温度と実質的に一致する。
作動信号及び停止信号は入力部44に入力される。作動信号又は停止信号が入力部44に入力された場合、入力部44は、入力された信号を制御部48に通知する。
温度算出処理では、制御部48は、検出抵抗22の両端電圧と、周囲温度情報が示す電熱線30の周囲温度と、着座情報の内容、即ち、人物が座席13に着座しているか否かとに基づいて電熱線温度を算出する。電熱線温度の算出では、制御部48は、電熱線温度と、温度検出部25から入力された温度情報が示す電熱線30の周囲温度Taとの温度差ΔThを周期的に算出する。
ΔTh=ΔTp・exp(−Δt/τr)+Rth・Rh
・Ih2 ・(1−exp(−Δt/τr))・・・(1)
Rh=Ro・(1+κ・(Ta+ΔTp−To))・・・(2)
図4は温度算出処理の手順を示すフローチャートである。制御部48は、マイコン24が作動している間、温度算出処理を周期的に実行する。温度算出処理では、制御部48は、A/D変換部42から検出抵抗22の両端電圧を取得し(ステップS1)、取得した両端電圧に基づいて、電熱線電流を算出する(ステップS2)。前述したように、電熱線電流は、(検出抵抗22の両端電圧)・(所定数)/(検出抵抗22の抵抗値)で表される。所定数と、検出抵抗22の抵抗値とは、一定値であり、予め設定されている。
以上のように、制御部48は、電熱線温度を周期的に算出し、記憶部47に記憶されている電熱線温度を、算出した電熱線温度に更新する。
図5は給電制御処理の手順を示すフローチャートである。制御部48は、給電制御処理を繰り返し実行する。給電制御処理は、スイッチ20がオフである状態で実行される。以下では、電熱線電流が電流閾値未満であると仮定する。この場合、駆動回路23は、出力部40が出力した指示に従って、スイッチ20をオン又はオフに切替える。
制御部48は、電熱線温度が第2閾値未満であると判定した場合(S29:NO)、又は、ステップS30を実行した後、ステップS26を実行する。
図6には動作が示されていないが、電熱線温度が遮断閾値以上となった場合も、駆動回路23はスイッチ20をオフに切替える。この場合、駆動回路23は、スイッチ20のオフを維持する。
実施形態1においては、駆動回路23は、電熱線温度が第1閾値未満である場合にスイッチ20をオンに切替え、電熱線温度が第2閾値以上である場合にスイッチ20をオフに切替える。これにより、電熱線温度が調整される。実施形態2においては、スイッチ20のオン及びオフへの切替えの指示を交互に繰り返すPWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、PWM制御のデューティを調整することによって、電熱線温度を調整する。
以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成は、実施形態1と共通している。このため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図7は、実施形態2における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。実施形態2における電源システム1を、実施形態1における電源システム1と比較した場合、ヒータ駆動装置11の構成が異なる。実施形態2におけるヒータ駆動装置11は、実施形態1におけるヒータ駆動装置11が有する構成部に加えて、オペアンプ50、平滑抵抗51及び平滑キャパシタ52を有する。オペアンプ50は、プラス端、マイナス端及び出力端を有する。
図8はマイコン24の要部構成を示すブロック図である。実施形態2におけるマイコン24は、実施形態1におけるマイコン24が有する構成部を有する。入力部46は平滑抵抗51の他端に接続されている。
以下では、実施形態2における温度算出処理において、制御部48が用いる電熱線温度の算出式を説明する。
図9は、電熱線電流の推移、及び、スイッチ20の状態の推移を示すグラフである。電熱線電流の推移と、スイッチ20の状態の推移とについて、横軸には時間が示されている。駆動回路23がPWM制御を実行している場合、図9の下側に示すように、スイッチ20のオンへの切替えと、スイッチ20のオフへの切替えとが交互に行われる。図9の下側には、スイッチ20のオンへの切替えが周期的に行われている例が示されている。この場合、スイッチ20をオフに切替えるタイミングを調整することによってデューティが調整される。
Ih2 =Im2 ・D・・・(3)
Im・D=α・Vs・・・(4)
ここで、αは定数である。
Ih2 =α2 ・Vs2 /D・・・(5)
(1)式及び(5)式から電熱線電流Ihを消去すると、以下の(6)式が導出される。
ΔTh=ΔTp・exp(−Δt/τr)+α2 ・Rth
・Rh・Vs2 ・(1−exp(−Δt/τr))/D・・・(6)
ΔTh=ΔTp・exp(−Δt/τr)
+α2 ・Rth・Rh・Vs2 ・(1−exp(−Δt/τr))・・・(7)
ΔTh=ΔTp・exp(−Δt/τr)・・・(8)
図10は温度算出処理の手順を示すフローチャートである。制御部48は、実施形態1と同様に、マイコン24が作動している間、温度算出処理を周期的に実行する。実施形態2における温度算出処理の一部は、実施形態1における温度算出処理の一部と同様である。このため、実施形態2における温度算出処理において、実施形態1における温度算出処理と共通する部分、即ち、ステップS4〜S12の詳細な説明を省略する。
なお、制御部48は、ステップS1において(8)式を選択している場合、ステップS42の実行を省略してもよい。
なお、制御部48は、ステップS41において、(7)式又は(8)式を選択している場合、ステップS44の実行を省略してもよい。
ステップS41において制御部48が(8)式を選択している場合、ステップS9において、制御部48は、ステップS43で読み出した先行温度差を(8)式に代入する。これにより、温度差が算出される。
図11及び図12は給電制御処理の手順を示すフローチャートである。制御部48は、給電制御処理を繰り返し実行する。給電制御処理は、スイッチ20がオフである状態で実行される。以下では、電熱線電流が電流閾値未満であると仮定する。この場合、駆動回路23は、出力部40が出力した指示に従って、スイッチ20をオン又はオフに切替える。
実施形態2においては、スイッチ20のオンの維持からPWM制御へ移行する条件として設定される電熱線温度の設定値は、目標値であり、PWM制御のデューティの調整に係る電熱線温度の設定値と同じである。しかしながら、これらの設定値は異なっていてもよい。
以下では、実施形態3について、実施形態2と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成は、実施形態2と共通している。このため、実施形態2と共通する構成部には実施形態2と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図14及び図15は、実施形態3における給電制御処理の手順を示すフローチャートである。制御部48は、給電制御処理を繰り返し実行する。給電制御処理は、スイッチ20がオフである状態で実行される。以下では、電熱線電流が電流閾値未満であると仮定する。この場合、駆動回路23は、出力部40が出力した指示に従って、スイッチ20をオン又はオフに切替える。
制御部48は、ステップS73を実行した後、ステップS64を実行する。
以上のように、電熱線温度が第1目標値Tg1以上となった後においては、PWM制御が実行され、電熱線温度及び第2目標値Tg2の差に基づいてデューティが調整される。
また、実施形態2における給電制御処理において、制御部48は、実施形態3と同様に、電熱線温度から目標値を減算することによって得られる差の絶対値に基づいて、上昇させるデューティの幅、又は、低下させるデューティの幅を調整してもよい。
実施形態1において、制御部48は、マイコン24が作動している間、温度算出処理を周期的に実行し、電熱線温度を算出する。しかしながら、制御部48は、マイコン24が作動している間、電熱線温度の算出を休止してもよい。
以下では、実施形態4について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成は、実施形態1と共通している。このため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施形態4においては、制御部48の処理素子は、コンピュータプログラムPを実行することによって、電熱線温度を算出する第2の温度算出処理を実行する。制御部48は、第2の温度算出処理の中で、温度算出処理を実行する。制御部48は、時分割方式で第2の温度算出処理と給電制御処理とを並行して実行する。
図17は、実施形態4における第2の温度算出処理の手順を示すフローチャートである。制御部48は、第2の温度算出処理を繰り返し実行する。第2の温度算出処理では、制御部48は、作動信号が入力部44に入力されたか否かを判定する(ステップS81)。制御部48は、作動信号が入力されていないと判定した場合(S81:NO)、ステップS81を再び実行し、作動信号が入力部44に入力されるまで待機する。
実施形態4におけるヒータ駆動装置11は、実施形態1におけるヒータ駆動装置11が奏する効果を同様に奏する。
また、実施形態1〜4において、電熱線電流を検出する構成は、電流出力回路21及び検出抵抗22を用いた構成に限定されない。電熱線電流を検出する構成は、スイッチ20に直列に接続されるシャント抵抗の両端間の電圧に基づいて電熱線電流を検出する構成、又は、スイッチ20及び電流出力回路21を接続する接続線の周囲において発生する磁場の強度に基づいて電熱線電流を検出する構成であってもよい。
10 バッテリ
11 ヒータ駆動装置(給電制御装置)
12 シートヒータ
13 座席
13a 着座部分
13b 部分
20 スイッチ
21 電流出力回路(電流検出部の一部)
22 検出抵抗(電流検出部の一部)
23 駆動回路(切替え部)
24 マイコン
25 温度検出部
30 電熱線
31 着座検出部
40 出力部
41,42 A/D変換部
43,44,45,46 入力部
47 記憶部
48 制御部(処理部、取得部)
49 内部バス
50 オペアンプ
51 平滑抵抗
52 平滑キャパシタ
C 車両
P コンピュータプログラム
Claims (6)
- 電熱線への給電を制御する給電制御装置であって、
前記電熱線を流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電熱線を流れる電流の経路に配置されたスイッチと、
処理を実行する処理部と、
前記スイッチをオン又はオフに切替える切替え部と
を備え、
前記処理部は、前記電流検出部が検出した電流に基づいて、前記電熱線に関する電熱線温度を繰り返し算出する処理を実行し、
前記切替え部は、前記処理部が算出した電熱線温度に応じて前記スイッチをオン又はオフに切替える
給電制御装置。 - 前記電熱線の周囲温度を検出する温度検出部を備え、
前記処理部は、前記電流検出部が検出した電流と、前記温度検出部が検出した周囲温度とに基づいて前記電熱線温度を繰り返し算出する処理を実行する
請求項1に記載の給電制御装置。 - 車両の座席に人物が着座しているか否かを示す着座情報を取得する取得部を備え、
前記座席内に前記電熱線が配置されており、
前記処理部は、前記電熱線温度の算出式にて用いられている変数の値を、前記取得部が取得した着座情報に応じて変更する処理を実行する
請求項1又は請求項2に記載の給電制御装置。 - 前記切替え部は、
前記処理部が算出した電熱線温度が第1閾値未満である場合に前記スイッチをオンに切替え、
前記処理部が算出した電熱線温度が第2閾値以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、
前記第1閾値は前記第2閾値未満である
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の給電制御装置。 - 前記切替え部は、
前記電熱線への給電を開始する場合にて、前記処理部が算出した電熱線温度が一定の目標値以上となるまで前記スイッチをオンに維持し、
前記処理部が算出した電熱線温度が前記目標値以上となった場合に、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返すPWM制御を実行し、
前記処理部は、
算出した電熱線温度が前記目標値を超えている場合、前記PWM制御のデューティを低下させ、
算出した電熱線温度が前記目標値未満である場合、前記デューティを上昇させる
処理を実行する
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の給電制御装置。 - 前記切替え部は、
前記電熱線への給電を開始する場合にて、前記処理部が算出した電熱線温度が一定の第1目標値以上となるまで前記スイッチをオンに維持し、
前記処理部が算出した電熱線温度が前記第1目標値以上となった場合に、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返すPWM制御を実行し、
前記処理部は、算出した電熱線温度と一定の第2目標値との差に基づいて前記PWM制御のデューティを調整する処理を実行し、
前記第2目標値は前記第1目標値を超えている
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の給電制御装置。
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