JP4708817B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源システムに関し、詳しくは、車載されたバッテリーから各種電気負荷に電力を分配供給するものに関する。

自動車ではバッテリーに蓄電された限られた電力を利用して各種電気負荷（ＥＣＵやアクチュエータ等）を作動させているため、省電力化を図りバッテリーを極力長持ちさせることが重要となっている。

例えば、特開２００１−２６８７８７号公報では、バッテリー１に高電圧負荷２および低電圧負荷３が接続され、低電圧負荷３はメインＤＣ−ＤＣコンバータ４およびサブＤＣ−ＤＣコンバータ５を介して電力が供給される電源回路が開示されている。イグニッションスイッチ６がＯＦＦされた場合には、サブＤＣ−ＤＣコンバータ５のみで低電圧負荷３に暗電流を供給し、メインＤＣ−ＤＣコンバータはＯＦＦとする一方、イグニッションスイッチ６がＯＮされた場合には、メインＤＣ−ＤＣコンバータ４により必要な電力を供給する構成としている。即ち、低容量のサブＤＣ−ＤＣコンバータ５により暗電流を供給する構成とすることで、バッテリー１の寿命が短くなるのを好適に防止している。なお、暗電流とは、イグニッションスイッチを切った状態で回路に流れている電流をいい、マイコンのスタンバイ電流や時計、セキュリティシステム等の電流がある。

ところで、前記公報の技術では、メインＤＣ−ＤＣコンバータ４から低容量のサブＤＣ−ＤＣコンバータ５に切り替えるタイミングをイグニッションスイッチ６のＯＦＦ時としているため、サブＤＣ−ＤＣコンバータ５の仕様電流値の上限はイグニッションスイッチ６のＯＦＦ直後において低電圧負荷３に給電される電流値が許容されるものである必要がある。

しかしながら、実際の自動車では低電圧負荷３が消費する電流量は、イグニッションＯＦＦ直後よりもキーＯＦＦ後のドアロック直後の方が低く、更にドアロック直後よりも所定時間経過後のスリープ状態の方がより低くなる。なお、スリープ状態とは、キーＯＦＦから所定時間（数分〜３０分程）経過後に所定のＥＣＵのシャットダウン処理が完了したり、出力が低下する等してバッテリー放電電流が更に低下した状態をいう。例えば、あるＥＣＵ（イモビライザＥＣＵやスマートキーＥＣＵ等）では、図８に示すようにスリープ状態になると動作間隔が長くなるため、電流量がスリープ前よりも低くなる現象が見られる。

ＤＣ−ＤＣコンバータの効率を考えると、図９に示すように、そのコンバータの仕様電流値よりも大幅に低い電流値で使用すると効率が悪化する特性があるため、前記公報のようにイグニッションスイッチ６がＯＦＦされた時の電流値を基準としてサブＤＣ−ＤＣコンバータ５のスペックを選択すると、スリープ時にはコンバータ効率が低くなるという問題がある。特に、スリープとなる駐車状態は他の車両状態に比べて長時間となる傾向があるため、スリープ時の効率を改善することは有用であるといえる。
また、イグニッションスイッチ６がＯＦＦされた後にはオーディオ・ラジオ等がまだ作動している場合があるため（ＡＣＣ状態）、ＤＣ−ＤＣコンバータが作動することで発生する電磁波がラジオ等にノイズが混入する可能性もある。
特開２００１−２６８７８７号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、他機器へのノイズ混入防止を図りながらも、車両スリープ時における省電力化を高効率に行うことを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、バッテリーからの電力を複数の電気負荷に供給する車両用電源システムにおいて、
前記電気負荷と前記バッテリーとの間の回路に介設されて入力電圧よりも低い出力電圧に変換する降圧コンバータと、
前記降圧コンバータに並列接続される回路開閉手段と、
前記バッテリーと電気負荷との間の回路に接続された電流センサを備え、車両のキーＯＦＦ後のドアロックから所定時間経過すると共に、前記電流センサで検出された電流値に基づいて前記バッテリーの放電電流値が５０ｍＡ以下であると検出された場合又は前記バッテリーの放電電流値がドアロック直後における前記バッテリーの放電電流値の２０％以下であると検出された場合にスリープ状態と判定するスリープ検知手段と、
非スリープ状態では前記回路開閉手段を閉じ且つ前記降圧コンバータをＯＦＦにする一方、前記スリープ検知手段によりスリープ状態が検知されると前記回路開閉手段を開き且つ前記降圧コンバータをＯＮにする制御回路を備え、
前記降圧コンバータおよび前記回路開閉手段は回路分配を行うジャンクションボックス内の回路基板に搭載され、前記電流センサは前記回路基板上に取り付けていることを特徴とする車両用電源システムを提供している。

前記構成とすると、車両がスリープ状態になると降圧コンバータで低電圧に変換されるので、電気負荷での消費電力量が低減されて、バッテリーを長持ちさせることが可能となる。しかも、車両がスリープ状態になるのを検知してから降圧コンバータを動作させるようにしているので、降圧コンバータをスリープ時に適した仕様のものを採用することができ、コンバータ効率を向上させることが可能となる。また、ラジオ等の機器が作動していないスリープ状態になってから降圧コンバータが作動するので、降圧コンバータで電磁ノイズが発生してもラジオ等の動作に悪影響を及ぼすこともない。

前記スリープ検知手段は、前記のように、バッテリーと前記電気負荷との間の回路に接続された電流センサを備え、前記電流センサで検出された電流値に基づいて前記バッテリーの放電電流値が５０ｍＡ以下であると検出された場合にスリープ状態と判定している。 前記構成とすると、電流センサという簡素な構成でスリープ状態であるかの正否を判断できるので、安価に製作することができると共に、放電電流値だけで状態を把握できるためスリープ判定が簡便となる利点がある。

あるいは、前記スリープ検知手段は、前記のように、バッテリーと前記電気負荷との間の回路に接続された電流センサを備え、前記電流センサで検出された電流値に基づいて前記バッテリーの放電電流値がドアロック直後における前記バッテリーの放電電流値の２０％以下であると検出された場合にスリープ状態と判定している。
前記構成とすると、スリープ状態であるか否かをドアロック直後の電流値を基準として判断しているので、ドアロックから所定時間経過後に放電電流値が降下するスリープ現象を確実に検出することができる。なお、ここでドアロック直後とは、例えばキーＯＦＦ後のドアロック操作開始から０．５秒後の時点とするとよい。

また、前記のように、降圧コンバータおよび前記回路開閉手段は回路分配を行うジャンクションボックス内の回路基板に搭載され、前記電流センサは前記回路基板上に取り付けている。

前記構成とすると、電流センサをジャンクションボックスに内蔵しているので、電流センサをジャンクションボックス外に引き出す場合に比べてワイヤーコストが削減されて小型化することができる。特に、電流センサを降圧コンバータおよび回路開閉手段の下流側の合流地点の直後の回路上に設ければ、制御対象である降圧コンバータおよび回路開閉手段を流れる電流値を直接計測することができ、制御応答性も向上する。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、車両がスリープ状態になると降圧コンバータで低電圧に変換されるので、電気負荷における消費電力量が低減されてバッテリーの寿命を長くできる。かつ、車両がスリープ状態になってから降圧コンバータを動作させているので、降圧コンバータをスリープ時の電流に適した仕様のものを採用することができ、コンバータ効率を向上できる。また、ラジオ等が停止するスリープ状態になってから降圧コンバータが作動するので、降圧コンバータからの電磁ノイズにより他機器への悪影響を低減できる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は車両用電源システム１０を示し、１２Ｖのバッテリー１１にワイヤーＷ１を介してジャンクションボックス１２が接続されていると共に、ジャンクションボックス１２で複数分岐された回路に各ワイヤーＷ２を介してＥＣＵ１８〜２１およびアクチュエータ２２、２３が接続されている。

ジャンクションボックス１２内の回路基板では、ワイヤーＷ１から入力される電力が複数に分岐される回路が形成され、該回路上に降圧コンバータ１３、半導体リレー１４、電流センサ１５、制御回路１６およびヒューズ１７を設けている。ＥＣＵ１８〜２０に接続される回路には１２Ｖを６Ｖに変換する降圧コンバータ１３（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を介設していると共に、降圧コンバータ１３に半導体リレー１４（回路開閉手段）を並列回路接続している。また、降圧コンバータ１３と半導体リレー１４との出力が合流する地点の直後の回路上に電流センサ１５（スリープ検知手段）を接続しており、電流センサ１５の出力を制御回路１６に接続している。

制御回路１６は、電流センサ１５から入力される電流値が閾値を超えている場合には半導体リレー１４を閉じ且つ降圧コンバータ１３をＯＦＦにする一方、電流センサ１５から入力される電流値が閾値以下となった場合には半導体リレー１４を開き且つ降圧コンバータ１３をＯＮにする構成としている。即ち、制御回路１６は、バッテリー１１の放電電流値が５０ｍＡ以下となった場合に対応する電流センサ１５での電流値を前記閾値に設定することでスリープ状態と判定している。なお、この際の閾値は後述するように電流増加時と減少時とで別々の閾値を用意している。また、制御回路１６による降圧コンバータ１３と半導体リレー１４との切替は、両者が同時にＯＦＦとなるタイミングがないように、一方のＯＮ動作を他方のＯＦＦ動作よりも若干早くする設定としている。

電流センサ１５の下流では回路が複数に分岐され、それぞれヒューズ１７を介してＥＣＵ１８〜２０へと出力している。また、ＥＣＵ２１およびアクチュエータ２２、２３へ接続される回路はバッテリー１１からの電力をそれぞれ分岐させて降圧せずにヒューズ１７を介して出力している。
なお、降圧コンバータ１３および半導体リレー１４の下流に接続される降圧対象となるＥＣＵ１８〜２０はカーナビゲーション用ＥＣＵ等の情報系ＥＣＵとしており、降圧対象とならないＥＣＵ２１には走行系、法規系、バックアップ系等の比較的重要なＥＣＵを選んでいる。

次に、車両用電源システム１０の動作について説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがＯＮとなってエンジンが稼働している場合には、ジャンクションボックス１２の制御回路１６は降圧コンバータ１３をＯＦＦとし且つ半導体リレー１４をＯＮとし、ＥＣＵ１８〜２０へは１２Ｖの電圧で電力を供給している。

イグニッションスイッチがＯＦＦとなると、図２に示すように、エンジン関係の電気負荷に対する給電量が低下するためバッテリー１１から出力される電流が低下する。次いで、キーがＯＦＦされると、ＡＣＣ状態で作動していたオーディオ・ラジオやエアコン等への給電が停止されるためバッテリー１１から出力される電流Ｉ_ｋが更に低下する。その後ドアロック操作がなされ、ドアロック直後から所定時間（数分〜３０分程）経過後にシャットダウン処理が完了してスリープ状態となると、バッテリー１１から出力される電流Ｉ_Ｓが更に低下する。

この際、制御回路１６は、図３に示すように、電流センサ１５で検知される電流値が第１閾値Ｉ_Ｌ以下となったと判定された時に、バッテリー１１での放電電流が５０ｍＡ以下のスリープ状態とみなして、降圧コンバータ１３をＯＮにし、かつ降圧コンバータ１３のＯＮ時から微少時間Δｔ経過後に半導体リレー１４をＯＦＦにする。即ち、降圧コンバータ１３の動作と半導体リレー１４の動作とにタイムラグを設けている。

次いで、車両がキーＯＮされてスリープ状態が解除されると、バッテリー１１の放電電流が増加する。この際、制御回路１６は、図３に示すように、電流センサ１５で検知される電流値が第２閾値Ｉ_Ｈ以上となったと判定された時に、バッテリー１１での放電電流が５０ｍＡを超えてスリープ解除されたとみなして、半導体リレー１４をＯＮにし、かつ半導体リレー１４のＯＮ時から微少時間Δｔ経過後に降圧コンバータ１３をＯＦＦにする。

以上の構成とすると、車両がスリープ状態になることでＥＣＵ１８〜２０に給電される電力の電圧が１２Ｖから６Ｖに低下されるので、省電力化が図られてバッテリー１１の消費電力を抑えることができる。また、車両がスリープ状態になるのを検知してから降圧コンバータ１３を動作させるようにしているので、スリープ時の電流値Ｉ_Ｓに最適な仕様の降圧コンバータ１３を選択でき、コンバータ効率を向上させることが可能となる。さらに、ラジオ等の機器が作動していないスリープ状態になってから降圧コンバータ１３が作動するので、降圧コンバータ１３で電磁ノイズが発生してもラジオ等の動作に悪影響を及ぼすこともない。

なお、制御回路１６のスリープ判定に関する変形例としては、電流センサ１５で検出された電流値に基づいて、バッテリー１１の放電電流値Ｉ_Ｓがドアロック直後（０．５秒後）におけるバッテリー１１の放電電流値Ｉ_Ｋの２０％以下であると判定された場合にスリープ状態であるとみなす構成としても好適である。

図４は参考第１実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、電流センサ３１をバッテリー１１の出力端子に接続されるワイヤーＷ１に直接取り付けている点である。
即ち、電流センサ３１はバッテリー１１直後の電源線に接続され、電流センサ３１とジャンクションボックス３０とをワイヤーＷ３で接続し、電流センサ３１の出力を制御回路１６に入力している。
以上の構成とすると、バッテリー１１から出力される全電流を電流センサ３１で検知することができるので、スリープ状態の判定に用いるバッテリー放電電流値を直接かつ簡単に取得することができ、スリープ判定を正確に行うことができる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図５は第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、ジャンクションボックス４０内の回路基板において電流センサ４１を回路分岐前の上流地点に取り付けている点である。
本構成とすると、電流センサ４１をジャンクションボックス４０に内蔵しているので、電流センサ４１をジャンクションボックス４０外に引き出す場合に比べてワイヤーコストが削減されて小型化できる。特に、電流センサ４１を前記位置に取り付けることで、ジャンクションボックス４０に接続された全ＥＣＵ１８〜２１およびアクチュエータ２２、２３への全電流を検知することができスリープ判定が比較的容易になる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図６は参考第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、車載ＬＡＮ上のゲートウェイ装置（通信管理装置）からスリープ情報を取得している点である。
車両内に構築されたＬＡＮの中継機となるゲートウェイ装置５１は、ＬＡＮ上に接続された各ＥＣＵの動作状況を把握しており、ジャンクションボックス５０に信号線で接続している。
例えば、スリープ時のみ停止するＥＣＵ（バックガイドモニタＥＣＵや車間距離制御ＥＣＵ等）が存在した場合に、ゲートウェイ装置５１において該ＥＣＵが停止したのが検出されるとスリープ状態と判定し、ゲートウェイ装置５１からスリープ情報信号をジャンクションボックス５０の回路基板上の制御回路１６に通知する構成としている。
以上の構成とすると、制御回路１６は、車両のスリープ状態を把握可能な装置（ゲートウェイ）からスリープ情報を受け取るようにしているので、スリープ判定を容易に行うことができる。

次に、前述した実施形態の車両用電源システムを評価すべく、以下の実施例および比較例のテストを行った。
（実施例１）
実施例１は第１実施形態に該当し、２５００ｃｃクラスの車両で定格１２Ｖのバッテリーを用い、降圧コンバータの出力を６Ｖとした。また、降圧対象とするＥＣＵとしてナビゲーションやオーディオ等の情報系ＥＣＵ３０個を選定した。

（比較例１）
比較例１は実施例１と同様の車両について特に省電力対策を施さなかった場合である。
（比較例２）
比較例２は実施例１と同様の車両について暗電流をカットする制御を行ったもので、暗電流カット対象となるＥＣＵは、パワーウィンドマスタースイッチＥＣＵやステアリングスイッチＥＣＵ等の暗電流を無くしても支障がないＥＣＵ４個を選定した。

表１に示すように、比較例１および比較例２に比べて実施例１の放置可能日数が多くなり、バッテリーが長持ちすることが分かった。

本発明の第１実施形態の車両用電源システムのブロック図である。 バッテリーの出力電流を示すタイムチャートである。 スリープ時の制御を説明するタイムチャートである。 参考第１実施形態の車両用電源システムのブロック図である。 第２実施形態の車両用電源システムのブロック図である。 参考第２実施形態の車両用電源システムのブロック図である。 従来例を示す図面である。 あるＥＣＵへの通電状況を説明する図面である。 コンバータ効率を示すグラフである。

符号の説明

１０ 車両用電源システム
１１ バッテリー
１２、３０、４０、５０ ジャンクションボックス
１３ 降圧コンバータ
１４ 半導体リレー（回路開閉手段）
１５、３１、４１ 電流センサ（スリープ検知手段）
１６ 制御回路
１７ ヒューズ
１８〜２１ ＥＣＵ
２２、２３ アクチュエータ
５１ ゲートウェイ装置（通信管理装置）

Claims (2)

1. バッテリーからの電力を複数の電気負荷に供給する車両用電源システムにおいて、
   前記電気負荷と前記バッテリーとの間の回路に介設されて入力電圧よりも低い出力電圧に変換する降圧コンバータと、
   前記降圧コンバータに並列接続される回路開閉手段と、
   前記バッテリーと電気負荷との間の回路に接続された電流センサを備え、車両のキーＯＦＦ後のドアロックから所定時間経過すると共に、前記電流センサで検出された電流値に基づいて前記バッテリーの放電電流値が５０ｍＡ以下であると検出された場合又は前記バッテリーの放電電流値がドアロック直後における前記バッテリーの放電電流値の２０％以下であると検出された場合にスリープ状態と判定するスリープ検知手段と、
   非スリープ状態では前記回路開閉手段を閉じ且つ前記降圧コンバータをＯＦＦにする一方、前記スリープ検知手段によりスリープ状態が検知されると前記回路開閉手段を開き且つ前記降圧コンバータをＯＮにする制御回路を備え、
   前記降圧コンバータおよび前記回路開閉手段は回路分配を行うジャンクションボックス内の回路基板に搭載され、前記電流センサは前記回路基板上に取り付けていることを特徴とする車両用電源システム。
2. 前記電流センサは、前記バッテリーの端子に接続される電源線の通電量を検知可能に取り付けている請求項１に記載の車両用電源システム。

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