JP5636865B2

JP5636865B2 - 電源ユニットおよび電源

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Publication number: JP5636865B2
Application number: JP2010234158A
Authority: JP
Inventors: 典尚榊原; 鈴木　定典; 定典鈴木
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: US9000608B2; JP2012090402A; EP2444654A1; KR20120040663A; CN102452307B; US20120091791A1; KR101257650B1; CN102452307A

Description

本発明は、車両内のバッテリの電圧を制御する電源を備える電源ユニットに関する。

アイドルストップ車などエンジン再始動が繰り返される車両において、エンジン再始動時のバッテリの電圧低下により車両内のオーディオ装置やカーナビゲーション装置などの電装部品が誤動作又はリセットしないように、補助用の電源により電装部品に必要な電圧を維持することが行われている。このような電源としては、例えば、エンジン再始動時、スイッチング素子をオン、オフさせて昇圧後の電圧を電装部品に出力し、通常時（エンジン再始動時以外のとき）、スイッチング素子をオン、オフさせずに電源内のコイルやダイオードを通じて電装部品へ電流を流すものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、電気自動車に搭載されるバッテリの電圧を降圧して各電装部品に電力を供給する補機用の電源がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２３７１４９号公報特開平９−２７７８４０号公報

しかしながら、上述のような電源を車両に搭載する際、電源は比較的大きく重量もあるため、ブラケットなどを用いてボルト締めなどにより車体に固定されているが、電源の収納スペースを車両に余分に確保しなくてはならない分、車両の設計自由度が低くなるという問題がある。

そこで、本発明では、バッテリ以外の電源を車両に搭載する際、その車両の設計自由度が低下することを抑えることが可能な電源ユニット及びその電源を提供することを目的とする。

本発明の電源ユニットは、車両内においてバッテリから得られる電力を複数の負荷に分配するための電気接続箱と、前記バッテリから前記電気接続箱を介して出力される第１の電圧を制御し、制御後の第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力する電源とを備え、前記電気接続箱は、前記バッテリと電気的に接続される電気接続箱側入力端子と、前記複数の負荷と電気的に接続される電気接続箱側出力端子とを備え、前記電源は、前記電気接続箱側入力端子と直接接続され、前記第１の電圧を前記電気接続箱を介して入力するための電源側入力端子と、前記電気接続箱側出力端子と直接接続され、前記第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力するための電源側出力端子とを備え、前記電気接続箱に前記電源が直接的に支持、固定され、前記電源は、コイル及び所定のスイッチング周波数でオン、オフするスイッチング素子を備え、前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に前記電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数である。

このように、ヒューズの交換などの作業を行い易くするためにスペースに余裕があるところに配置される電気接続箱に電源を搭載する構成にしているため、車両内に電源を収納するためのスペースを余分に空けるための工数が低減され、車両の設計自由度が低下することを抑えることができる。

また、前記電源は、前記電気接続箱の側面に取り付けられるように構成してもよい。
これにより、電源ユニットの高さ方向の小型化を図ることができる。
また、上記電源ユニットは、車室内又は運転席内に配置されるように構成してもよい。

これにより、電源ユニットの取り付け作業やメンテナンス作業を簡単にすることができる。
また、前記電源は、前記バッテリの電圧を一時的に昇圧する。

これにより、アイドルストップ車のエンジン始動時又はエンジン再始動時においてバッテリ電圧が一時的に低下しても、アイドルストップ車に搭載される電装部品に入力される電圧を一定に保つことができる。

また、前記電源側入力端子及び前記電源側出力端子は、当該電源の下面全体にわたるように構成してもよい。
これにより、電源全体を電気接続箱で受けることができる。

また、前記電源は、コイル及び所定のスイッチング周波数でオン、オフするスイッチング素子を備える昇圧回路を備え、前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に前記電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数としてもよい。

また、前記電気接続箱は、ジャンクションボックスとしてもよい。
また、前記電気接続箱は、前記電源を収納する電源収納部を備えるように構成してもよい。

これにより、電源の収納スペースを車両に余分に確保しなくてよく、また電源を支持、固定することができる。
また、本発明の電源は、バッテリから得られる電力を複数の負荷に分配するための電気接続箱を介して前記バッテリから出力される第１の電圧を制御し、制御後の第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力する電源であって、前記電気接続箱に設けられる電気接続箱側入力端子と直接接続され、前記第１の電圧を前記電気接続箱を介して入力するための電源側入力端子と、前記電気接続箱に設けられる電気接続箱側出力端子と直接接続され、前記第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力するための電源側出力端子と、コイルと、所定のスイッチング周波数でオン、オフするスイッチング素子とを備え、前記電気接続箱に直接的に支持、固定され、前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に当該電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数である。

本発明によれば、バッテリ以外の電源を車両に搭載する際、その車両の設計自由度が低下することを抑えることができる。

本発明の実施形態の電源ユニットを示す図である。電源がジャンクションボックスに搭載される前の状態を示す図である。本発明の実施形態の電源ユニットの変形例を示す図である。電源がジャンクションボックスに搭載される前の状態を示す図である。本発明の実施形態の電源ユニットの他の変形例を示す図である。電源がヒューズボックスに搭載される前の状態を示す図である。ジャンクションボックスの一例を示す図である。ヒューズボックスの一例を示す図である。電源の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態の電源ユニットを示す図である。
図１に示す電源ユニット１は、ジャンクションボックス２（電気接続箱）と、そのジャンクションボックス２に搭載される電源３とを備えて構成される。

本実施形態の電源ユニット１は、例えば、アイドルストップ車において、車室内又は運転席内に配置される。
ジャンクションボックス２は、エンジン始動用のスタータモータに電力を供給するエンジンルーム内のバッテリとハーネスを介して電気的に接続され、バッテリから得られる電力をアイドルストップ車に装備される様々な電装部品（例えば、オーディオ装置やカーナビゲーション装置など）に分配する。

電源３は、バッテリの電圧を一定に保って各電装部品に出力する。また、電源３は、ジャンクションボックス２に実装可能なサイズに設計されているものとする。また、電源３は、入力される直流電圧（第１の電圧）を昇圧することによりその電圧を制御し、制御後の直流電圧（第２の電圧）を出力する電源とする。

なお、電源３は、入力される直流電圧（第１の電圧）を降圧することにより電圧を制御し、制御後の直流電圧（第２の電圧）を出力する電源として構成してもよい。また、電源３は、入力される直流電圧（第１の電圧）を交流に変換することにより電圧を制御し、制御後の交流電圧（第２の電圧）を出力する電源として構成してもよい。また、電源ユニット１が搭載される車両は、アイドルストップ車に限定されない。

通常、ジャンクションボックス２は、内部に設けられるヒューズなどの交換作業を行い易くするためにスペースに余裕がある車両内に配置される。そのため、本実施形態の電源ユニット１は、電源３をジャンクションボックス２に搭載する構成であるため、車両内に電源を収納するためのスペースを余分につくるための工数が低減され、車両の設計自由度が低下することを抑えることができる。また、電源ユニット１を車室内又は運転席内に配置する構成であるため、電源ユニット１の取り付け作業やメンテナンス作業を簡単にすることができる。

図２（ａ）は、電源３がジャンクションボックス２に搭載される前の状態を示す図である。
図２（ａ）に示すように、ジャンクションボックス２は、複数のオス型の端子４（電気接続箱側入力端子４−１、電気接続箱側出力端子４−２、電気接続箱側ＧＮＤ端子４−３）を備えている。なお、本実施形態で使用される「端子」や後述する実施形態で使用される「端子」はすべて「コネクタ」を含むものとする。

また、図２（ｂ）に示すように、電源３は、電源３の複数の端子４にそれぞれ電気的及び機械的に接続される複数のメス型の端子５（電源側入力端子５−１、電源側出力端子５−２、電源側ＧＮＤ端子５−３）を備え、各端子５は、電源３の下面全体にわたっている。

なお、ジャンクションボックス２に備えられる複数の端子４をメス型の端子とし、電源３に備えられる複数の端子５をオス型の端子としてもよい。
このように、図１に示す電源ユニット１は、各端子５に各端子４が差し込まれて各端子４と各端子５とが直接的に支持、固定されることにより、ジャンクションボックス２と電源３とが電気的に接続されているため、ジャンクションボックス２と電源３とを電気的に接続するための余分なハーネスがいならくない。そのため、電源３を車両に搭載する際のコストや損失の増大を抑えることができる。

また、図１に示す電源ユニット１は、端子４、５のみによりジャンクションボックス２と電源３とを機械的及び電気的に接続する構成であるため、電源３の取り付けを簡単にすることができ、電源３のメンテナンスを容易にすることができる。

また、図１に示す電源ユニット１は、電源３の各端子５が電源３の下面全体にわたる構成であるため、電源３全体をジャンクションボックス２で受けることができる。
図３は、本発明の実施形態の電源ユニットの変形例を示す図である。図４（ａ）は、電源３がジャンクションボックス２に搭載される前の状態を示す図である。図４（ｂ）は、電源３に備えられる複数のメス型の端子５を示す図である。なお、図３や図４（ａ）、（ｂ）において、図１や図２（ａ）、（ｂ）に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。

図３に示す電源ユニット３０は、図１に示す電源ユニット１と同様に、ジャンクションボックス２と、そのジャンクションボックス２に搭載される電源３とを備えて構成される。

また、図４（ｃ）に示すように、複数の端子５（電源側入力端子５−１、電源側出力端子５−２、電源側ＧＮＤ端子５−３）を有する端子ボックス４０に設けられる突起部４１、４２が電源３に備えられる基板４３の孔４４、４５にそれぞれ挿入されることにより、端子ボックス４０が基板４３に固定されるものとする。

図３に示す電源ユニット３０において、図１に示す電源ユニット１と異なる点は、電源３がジャンクションボックス２の側面に取り付けられるように構成している点である。このように構成することにより、図１に示す電源ユニット１に比べて電源ユニット３０の高さ方向の小型化を図ることができる。

また、図３に示す電源ユニット３０は、図１に示す電源ユニット１と同様に、各端子５に各端子４が差し込まれて各端子４と各端子５とが直接的に支持、固定されることにより、ジャンクションボックス２と電源３とが電気的に接続されているため、ジャンクションボックス２と電源３とを電気的に接続するための余分なハーネスがいならくない。そのため、電源３を車両に搭載する際のコストや損失の増大を抑えることができる。

また、図３に示す電源ユニット３０は、図１に示す電源ユニット１と同様に、端子４、５のみによりジャンクションボックス２と電源３とを機械的及び電気的に接続する構成であるため、電源３の取り付けを簡単にすることができ、電源３のメンテナンスを容易にすることができる。

図５は、本発明の実施形態の電源ユニットの他の変形例を示す図である。なお、図５において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図５に示す電源ユニット５０は、複数の端子ボックス５１や複数のヒューズ５２（５２−１〜５２−３）を有するヒューズボックス５３（電気接続箱）と、そのヒューズボックス５３に搭載される電源３とを備えて構成される。

図６（ａ）は、電源３がヒューズボックス５３に搭載される前の状態を示す図である。また、図６（ｂ）は、ヒューズボックス５３を上から見た図である。
図６（ｂ）に示すように、ヒューズボックス５３は、複数のメス型の端子５４（電気接続箱側入力端子５４−１、電気接続箱側出力端子５４−２、電気接続箱側ＧＮＤ端子５４−３）を備えている。

また、図５や図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ヒューズボックス５３は、電源３を収納、保持する電源収納部５６を備えている。なお、図５に示す電源ユニット５０では、電源３が電源収納部５６に収納、保持されているとき、電源３の高さがヒューズボックス５３の高さよりも低くなるように構成されているものとする。これにより、ヒューズボックス５３に電源３を直接的に支持、固定することができるため、電源３の収納スペースを車両に余分に確保しなくてよくなる。

また、図６（ｃ）に示すように、電源３は、基板５５の下面に端子ボックス５７を備えている。端子ボックス５７は、ヒューズボックス５３の複数の端子５４にそれぞれ電気的及び機械的に接続される複数のオス型の端子５（電源側入力端子５−１、電源側出力端子５−２、電源側ＧＮＤ端子５−３）を備えている。

なお、ヒューズボックス５３に備えられる複数の端子５４をオス型の端子とし、電源３に備えられる複数の端子５をメス型の端子としてもよい。
このように、図５に示す電源ユニット５０は、各端子５４に各端子５が差し込まれて各端子５４と各端子５とが直接的に支持、固定されることにより、ヒューズボックス５３と電源３とが電気的に接続されているため、ヒューズボックス５３と電源３とを電気的に接続するための余分なハーネスがいならくない。そのため、電源３を車両に搭載する際のコストや損失の増大を抑えることができる。

また、図５に示す電源ユニット５０は、端子５４、５のみによりヒューズボックス５３と電源３とを機械的及び電気的に接続するとともに電源収納部５６によりヒューズボックス５３に電源３を直接的に支持、固定する構成であるため、電源３の取り付けを簡単にすることができ、電源３のメンテナンスを容易にすることができる。

図７は、ジャンクションボックス２の一例を示す図である。
図７に示すジャンクションボックス２は、バッテリ６と電気接続箱側入力端子４−１との間に設けられるヒューズ７と、電気接続箱側出力端子４−２と複数の負荷８（負荷８−１、８−２、・・・）との間にそれぞれ設けられる複数のヒューズ９（ヒューズ９−１、９−２、・・・）と、電気接続箱側入力端子４−１と電気接続箱側出力端子４−２とを繋ぐリレー１９とを備えて構成されている。リレー１９のＯＮ時にはバッテリ６からの電力が直接負荷８に供給され、リレー１９のＯＦＦ時にはバッテリ６からの電力が電源３にて昇圧されて負荷８に供給される。

また、ジャンクションボックス２の電気接続箱側ＧＮＤ端子４−３はグランドに接続されている。
図８は、ヒューズボックス５３の一例を示す図である。

図８に示すヒューズボックス５３は、バッテリ６と電気接続箱側入力端子５４−１との間に設けられるヒューズ５２−１と、電気接続箱側出力端子５４−２と負荷８−１、８−２との間にそれぞれ設けられるヒューズ５２−２、５２−３とを備えて構成されている。

また、ヒューズボックス５３の電気接続箱側ＧＮＤ端子５４−３はグランドに接続されている。
図９は、電源３の一例を示す図である。

図９に示す電源３は、互いに並列接続される昇圧回路１０、１１と、電源側入力端子５−１と昇圧回路１０、１１の入力との間に設けられるコンデンサ１２と、電源側出力端子５−２と昇圧回路１０、１１の出力との間に設けられるコンデンサ１３とを備えて構成される。なお、昇圧回路１０、１１は、互いに同一の回路構成であるため、昇圧回路１０についてのみ説明する。また、昇圧回路１０、１１のどちらか一方のみを備えて電源３を構成してもよい。

昇圧回路１０は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦＩＥＬＤＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１４（スイッチング素子）と、電源側入力端子５−１とＭＯＳＦＥＴ１４との間に設けられるコイル１５と、ＭＯＳＦＥＴ１４と電源側出力端子５−２との間に設けられる整流用のダイオード１６と、ＭＯＳＦＥＴ１４を駆動させるドライブ回路１７と、制御回路１８とを備えている。なお、制御回路１８は、ソフトウェア又はハードウェアによって実現される。ソフトウェアによって実現される場合、制御回路１８はＣＰＵやメモリを含み、ＣＰＵがメモリに格納されている制御プログラムを読み出し実行することによって実現される。

例えば、制御回路１８は、ユーザによりイグニッションキー等が押されてエンジンが始動し、又は、アイドルストップの状態からエンジンが再始動し、エンジン始動用のスタータモータが駆動することで、バッテリ６の電圧（例えば、１２Ｖ）が一時的に低下しているとき、所定のスイッチング周波数（例えば、３００〜６００ｋＨｚ）でＭＯＳＦＥＴ１４をオン、オフさせることにより、電源側入力端子５−１にかかる電圧（バッテリ６の電圧）を昇圧させて電源側出力端子５−２にかかる電圧（負荷８−１や負荷８−２に入力される電圧）を一定に保つ。

また、例えば、制御回路１８は、一時的に低下していたバッテリ６の電圧が元の電圧に戻った後の通常時、ＭＯＳＦＥＴ１４を常時オフさせることにより、電源側入力端子５−１からコイル１５及びダイオード１６を介して電源側出力端子５−２に電流が流れ、負荷８−１や負荷８−２などに電力が供給される。

このように、本実施形態の電源ユニット１、３０、５０は、上記所定のスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数（例えば、５０〜１５０ｋＨｚ）でスイッチング素子をオン、オフさせる従来の昇圧回路に比べて、部品として大きかったコイル１５を小さくすることができる。これにより、電源３を小型化することができるため、電源３のサイズをジャンクションボックス２やヒューズボックス５３に電源３を直接的に支持、固定させることが可能なサイズに容易にすることができる。

また、本実施形態の電源ユニット１、３０、５０は、電源３の小型化により電源ユニット１、３０、５０も小型化することができるため、電源ユニット１、３０、５０を配置するためのスペースを考慮する必要がなくなる。そのため、車室内又は運転席内において電源ユニット１、３０、５０の配置箇所を任意に選択することができる。

また、本実施形態の電源ユニット１、３０、５０は、コイル１５を小さくすることができるため、電源３を軽くすることができる。そのため、図３及び図４に示すように、電源３をジャンクションボックス２の側面に取り付け易くすることができる。

１、３０、５０電源ユニット
２ジャンクションボックス
３電源
４−１電気接続箱側入力端子
４−２電気接続箱側出力端子
４−３電気接続箱側ＧＮＤ端子
５−１電源側入力端子
５−２電源側出力端子
５−３電源側ＧＮＤ端子

Claims

車両内においてバッテリから得られる電力を複数の負荷に分配するための電気接続箱と、
前記バッテリから前記電気接続箱を介して出力される第１の電圧を制御し、制御後の第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力する電源と、
を備え、
前記電気接続箱は、
前記バッテリと電気的に接続される電気接続箱側入力端子と、
前記複数の負荷と電気的に接続される電気接続箱側出力端子と、
を備え、
前記電源は、
前記電気接続箱側入力端子と直接接続され、前記第１の電圧を前記電気接続箱を介して入力するための電源側入力端子と、
前記電気接続箱側出力端子と直接接続され、前記第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力するための電源側出力端子と、
を備え、
前記電気接続箱に前記電源が直接的に支持、固定され、
前記電源は、コイル及び所定のスイッチング周波数でオン、オフするスイッチング素子を備え、
前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に前記電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数であることを特徴とする電源ユニット。
請求項１に記載の電源ユニットであって、
前記電源は、前記電気接続箱の側面に取り付けられている
ことを特徴とする電源ユニット。
請求項１に記載の電源ユニットは、車室内又は運転席内に配置されている
ことを特徴とする電源ユニット。
請求項１に記載の電源ユニットであって、
前記電源は、前記バッテリの電圧を一時的に昇圧する
ことを特徴とする電源ユニット。
請求項１に記載の電源ユニットであって、
前記電源側入力端子及び前記電源側出力端子は、当該電源の下面全体にわたっている
ことを特徴とする電源ユニット。
請求項１に記載の電源ユニットであって、
前記電気接続箱は、ジャンクションボックスである
ことを特徴とする電源ユニット。
請求項１に記載の電源ユニットであって、
前記電気接続箱は、前記電源を収納する電源収納部を備える
ことを特徴とする電源ユニット。
バッテリから得られる電力を複数の負荷に分配するための電気接続箱を介して前記バッテリから出力される第１の電圧を制御し、制御後の第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力する電源であって、
前記電気接続箱に設けられる電気接続箱側入力端子と直接接続され、前記第１の電圧を前記電気接続箱を介して入力するための電源側入力端子と、
前記電気接続箱に設けられる電気接続箱側出力端子と直接接続され、前記第２の電圧を前記電気接続箱を介して前記複数の負荷に出力するための電源側出力端子と、
コイルと、
所定のスイッチング周波数でオン、オフするスイッチング素子と、
を備え、
前記電気接続箱に直接的に支持、固定され、
前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に当該電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数であることを特徴とする電源。
請求項１に記載の電源ユニットであって、
前記電源は、前記コイル及び前記スイッチング素子を備える昇圧回路を備え、
前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に前記電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数であり、かつ、エンジンが始動し、又はアイドルストップの状態からエンジンが再始動し、エンジン始動用のスタータモータが駆動することで前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記負荷への電圧を一定に保つためのスイッチング周波数である
ことを特徴とする電源ユニット。
請求項８に記載の電源であって、
前記コイル及び前記スイッチング素子を備える昇圧回路を備え、
前記所定のスイッチング周波数は、前記コイルのサイズを前記電気接続箱に当該電源を直接的に支持、固定させることが可能なサイズにするためのスイッチング周波数であり、かつ、エンジンが始動し、又はアイドルストップの状態からエンジンが再始動し、エンジン始動用のスタータモータが駆動することで前記バッテリの電圧が一時的に低下しているとき、前記負荷への電圧を一定に保つためのスイッチング周波数であることを特徴とする電源。