JP5440040B2 - 電気負荷制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載バッテリから電気負荷への電力供給を制御する電気負荷制御装置に関する。

自動車などの車両は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）及びバッテリなどを備えている。エンジンに連動してオルタネータで発電された電力は、バッテリの充電に利用されるとともに、車両に搭載された電気負荷に供給される。一般的には、オルタネータの発電電圧は約１４Ｖ、バッテリの電圧は約１２．８Ｖであるが、バッテリの電圧は電気負荷の使用状況に応じて変動する。このため、バッテリの電圧が変動した場合でも、電気負荷の機能が正常に作動するように設計されている。

一方で、電動パワーステアリング装置など、大容量の電気負荷が動作した場合、バッテリの電圧が低下する場合があり、他の電気負荷への影響を回避するための技術が開発されている。例えば、バッテリの電圧及び電流から電動パワーステアリング装置の最大電力消費時のバッテリ電圧を推定し、この推定値が電動パワーステアリング装置の最低動作電圧を下回る場合、バッテリに接続された電気負荷の消費電力を低減すべく制御する電動パワーステアリング装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１４５０８１号公報

しかしながら、特許文献１の装置にあっては、消費電力を低減すべき電気負荷の動作状況を検知することができる構成ではないため、バッテリ電圧の推定値が電動パワーステアリング装置の最低動作電圧を下回る場合、電気負荷を遮断すべく制御を行ったとしても、その電気負荷が使用されていないときには、遮断による電気負荷の消費電力を低減することができない事態もあり得る。また、電気負荷の制御による効果が得られない場合もあるので、不意にバッテリの電圧が電動パワーステアリング装置の最低動作電圧を下回る事態も起こり得る。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電気負荷の消費電力を低減して、確実に電気負荷を制御することができる電気負荷制御装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電気負荷制御装置は、車載バッテリからの電力が供給される複数の電気負荷のうち、所定の電気負荷への通電を制御する電気負荷制御装置において、前記所定の電気負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、前記車載バッテリの電圧を検出する電圧検出部と、前記車載バッテリと前記所定の電気負荷との間の電路に介装されたスイッチング素子と、該スイッチング素子をオン／オフ制御するスイッチング制御部と、前記電流検出部で検出した電流に基づいて、前記電気負荷での消費電力を算出する電力算出部とを備え、前記スイッチング制御部は、前記電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低い場合、前記電流検出部で電流が検出された電気負荷に対応する前記スイッチング素子をオフするように構成してあり、前記電圧検出部で検出した電圧が、所定の下限値より高く、かつ前記第１閾値電圧より低い第２閾値電圧より低い場合、前記消費電力を、外部負荷へ供給可能な電力とするように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る電気負荷制御装置は、第１発明において、前記電圧検出部で検出した電圧が前記第２閾値電圧より高い場合、前記消費電力に前記電圧検出部で検出した電圧に応じた余裕電力を加味した値を、外部負荷へ供給可能な電力とするように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る電気負荷制御装置は、第１発明又は第２発明において、前記所定の電気負荷の負荷状態情報を外部へ出力する出力部を備えることを特徴とする。

第４発明に係る電気負荷制御装置は、第３発明において、前記負荷状態情報は、少なくとも前記所定の電気負荷への通電の有無、該電気負荷に流れる電流値、前記車載バッテリの電圧値、又は前記電力算出部で算出した電力値のいずれか１つを含むことを特徴とする。

第５発明に係る電気負荷制御装置は、第１発明乃至第４発明のいずれか１つにおいて、前記外部負荷は、電動パワーステアリングであることを特徴とする。

本発明にあっては、所定の電気負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、車載バッテリの電圧を検出する電圧検出部と、車載バッテリと所定の電気負荷との間の電路に介装されたスイッチング素子と、スイッチング素子をオン／オフ制御するスイッチング制御部とを備える。スイッチング制御部は、電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低い場合、電流検出部で電流が検出された電気負荷に対応するスイッチング素子をオフする。第１閾値電圧は、例えば、電動パワーステアリング等の外部負荷が動作することにより、車載バッテリの電圧が低下するので、外部負荷の動作開始を検出できる程度の電圧であればよい。これにより、例えば、電動パワーステアリングが動作することにより、車載バッテリの電圧が第１閾値電圧より低下した場合、電流が流れている所定の電気負荷をオフするので、オフされた電気負荷に供給されていた電力分だけ電力消費を低減することができる。また、この低減できた電力を電動パワーステアリング等の外部負荷に利用することができるので、確実に電気負荷の制御を行うことができる。

また、電流検出部で検出した電流に基づいて、所定の電気負荷での消費電力を算出する電力算出部を備える。電力算出部は、電圧検出部で検出した電圧が所定の下限値より高く、かつ第１閾値電圧より小さい第２閾値電圧より低い場合、所定の電気負荷での消費電力を、外部負荷（例えば、電動パワーステアリングなど）へ供給可能な電力として算出する。所定の下限値は、例えば、電動パワーステアリング等の外部負荷や所定の電気負荷の最低動作電圧とすることができる。また、第２閾値電圧は、例えば、車載バッテリから供給される電力に余裕があるか否かを車載バッテリの電圧により示す値とすることができる。これにより、車載バッテリから供給する電力に余裕がない場合、すなわち、車載バッテリの電圧が所定の第２閾値電圧より低い場合、外部負荷に供給する電力を、所定の電気負荷をオフすることで得られる電力（所定の電気負荷での消費電力）の範囲内にすることにより、車載バッテリの電圧が最低動作電圧を下回る事態を防止することができる。

本発明にあっては、電力算出部は、電圧検出部で検出した電圧が第２閾値電圧より高い場合、所定の電気負荷での消費電力に電圧検出部で検出した電圧に応じた余裕電力を加味した値を、外部負荷へ供給可能な電力として算出する。余裕電力は、例えば、車載バッテリの電圧が高いほど大きくすることができ、予め設定することができる。これにより、車載バッテリから供給する電力に余裕がある場合、すなわち、車載バッテリの電圧が所定の第２閾値電圧より高い場合、外部負荷に供給する電力を、所定の電気負荷をオフすることで得られる電力（所定の電気負荷での消費電力）に加えて、車載バッテリの電圧に応じた余裕電力を加味した値の範囲内にすることにより、車載バッテリの電圧が最低動作電圧を下回る事態を防止しつつ、外部負荷へ最大限の電力を供給することができる。

本発明にあっては、所定の電気負荷の負荷状態情報を外部へ出力する出力部を備える。これにより、所定の電気負荷への通電制御に応じた電気負荷の状態情報を外部へ提供することができる。

本発明にあっては、負荷状態情報は、少なくとも所定の電気負荷への通電の有無、所定の電気負荷に流れる電流値、車載バッテリの電圧値、又は電力算出部で算出した電力値（所定の電気負荷の消費電力）のいずれか１つを含む。これにより、例えば、電動パワーステアリング等の外部負荷では、負荷状態情報に適応した条件で自己保護の制御を行うことが可能となる。

本発明にあっては、外部負荷は、電動パワーステアリングである。これにより、電動パワーステアリングの大電力消費時であっても、確実に電気負荷の制御を行うことができる。

本発明によれば、確実に電気負荷の制御を行うことができる。

本実施の形態に係る電気負荷制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 電力算出部の構成の一例を示すブロック図である。 バッテリ電圧とモータ電流の関係を示す説明図である。 本実施の形態に係る電気負荷制御装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づき説明する。図１は本実施の形態に係る電気負荷制御装置の構成の一例を示すブロック図である。電気負荷制御装置は、スイッチング素子２、電流検出部としての電流センサ３、負荷制御部５などを備えている。また、負荷制御部５は、所定の電気負荷４、４、４での消費電力を算出する電力算出部５１、車載バッテリとしてのバッテリ１の電圧を検出する電圧検出部５２、スイッチング素子２をオン／オフ制御するスイッチング制御部５３、各電気負荷４の負荷状態情報を外部へ出力する出力部５４などを備えている。なお、負荷制御部５のみを負荷制御装置として構成することもできる。

バッテリ１からの電力は、複数の分岐した電路１１、１２、１３、１４を介して所定の電気負荷としての電気負荷４、…、外部負荷としての電動パワーステアリング６へ供給される。各電路１１〜１３には、ＦＥＴ又はリレーなどのスイッチング素子２を介装してあり、各電気負荷４へ流れる電流を検出する電流検出部としての電流センサ３を設けてある。電流センサ３で検出した電流値は、電力算出部５１へ出力される。なお、図１では、電気負荷４を３つ備える構成であるが、電気負荷４の数はこれに限定されるものではない。

電圧検出部５２は、バッテリ１の電圧Ｖｂを検出し、検出したバッテリ電圧Ｖｂを電力算出部５１、スイッチング制御部５３、出力部５４へ出力する。

電力算出部５１は、各電流センサ３で検出した電流値に基づいて、いずれの電気負荷４が使用中（電力が供給されている状態）であるかを判定し、判定結果をスイッチング制御部５３へ出力する。また、電力算出部５１は、電流が流れている（電力が供給されている）電気負荷４への通電を遮断した場合、どの程度の消費電力を低減することができるかを示す電力量（電流値の合計でもよい）を算出する。この算出した電力量は、電動パワーステアリング６へ供給可能な電力となる。

スイッチング制御部５３は、電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧Ｖｂが所定の第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低い場合、電力供給状態（電流が流れている状態）、すなわち使用状態にある電気負荷４に対応するスイッチング素子２をオフにする。ここで、第１閾値電圧は、例えば、電動パワーステアリング６等の外部負荷が動作することにより、バッテリ１の電圧が低下するので、電動パワーステアリング６の外部負荷の動作開始を検出できる程度の電圧であればよい。

これにより、例えば、電動パワーステアリング６が動作することにより、バッテリ１の電圧Ｖｂが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低下した場合、電流が流れている所定の電気負荷４をオフするので、オフされた電気負荷に供給されていた電力分だけ電力消費を低減することができる。また、この低減できた電力を電動パワーステアリング６等の外部負荷に利用することができるので、確実に電気負荷の制御を行うことができる。

スイッチング制御部５３は、電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧Ｖｂが所定の第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い場合、電動パワーステアリング６の動作が停止したものとして、オフにされているスイッチング素子２をオンにする。

出力部５４は、電気負荷４の負荷状態情報を電動パワーステアリング６（より具体的には、外部としての電動パワーステアリング６を制御する制御回路など）へ出力する。これにより、電気負荷４への通電制御に応じた電気負荷４の状態情報を外部へ提供することができる。

上述の負荷状態情報は、例えば、電気負荷４への通電の有無、電気負荷４に流れる電流値、バッテリ１の電圧値、電力算出部５１で算出した電力値（電気負荷４の消費電力）のいずれか１つ、あるいは、これらの組み合わせとすることができる。これにより、例えば、電動パワーステアリング６等の外部負荷では、電気負荷４の負荷状態情報に適応した条件で自己保護の制御を行うことが可能となる。

図２は電力算出部５１の構成の一例を示すブロック図である。電力算出部５１は、電動パワーステアリング６内のモータ（不図示）のモータ電流を算出するモータ電流算出部５２１、目標トルクを算出する目標トルク算出部５２２などを備えている。

目標トルク算出部５２２は、ステアリングハンドル７で検知したトルク値や車速センサ８で検知した車速に基づいて、ステアリングハンドル７から車輪（不図示）までの操舵系にトルクを付与するモータに対する目標トルクを算出し、算出した目標トルクをモータ電流算出部５２１へ出力する。

モータ電流算出部５２１は、目標トルク算出部５２２で算出した目標トルクの大小に応じてモータに流すモータ電流を算出する。この場合、モータ電流算出部５２１は、電流センサ３で検出した電流値に基づいて、電気負荷４での消費電力を算出し、算出した消費電力に応じて、モータ電流を算出する。算出したモータ電流に応じて、電動パワーステアリング６に供給可能な電力を算出することができる。

また、モータ電流算出部５２１は、バッテリ１の電圧Ｖｂに応じて、モータ電流、すなわち、電動パワーステアリング６に供給可能な電力を算出することもできる。

図３はバッテリ電圧Ｖｂとモータ電流の関係を示す説明図である。図３に示すように、バッテリ電圧Ｖｂが所定の下限値Ｖｌｏｗより高く、かつ第１閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い場合、モータ電流（すなわち、電動パワーステアリング６に供給可能な電力）は、通電を遮断された電気負荷４での消費電力（すなわち、電気負荷４への通電をオフすることにより得られる電力）の範囲内にする。所定の下限値Ｖｌｏｗは、例えば、電動パワーステアリング６の最低動作電圧（例えば、１０Ｖ）とすることができる。また、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、例えば、バッテリ１から供給される電力に余裕があるか否かをバッテリ１の電圧により示す値とすることができ、予め設定しておくことができる。

これにより、バッテリ１から供給する電力に余裕がない場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが所定の下限値Ｖｌｏｗより高く、かつ第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い場合、電動パワーステアリング６に供給する電力を、電気負荷４をオフすることで得られる電力（消費電力）の範囲内にすることにより、バッテリ１の電圧が電動パワーステアリング６の最低動作電圧を下回る事態を防止することができる。

また、図３に示すように、バッテリ電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、電動パワーステアリング６に供給する電力（モータ電流）を、算出した消費電力に検出した電圧に応じた余裕電力を加味した値にする。余裕電力は、例えば、バッテリ１の電圧が高いほど大きくすることができ、予め設定することができる。これにより、バッテリ１から供給する電力に余裕がある場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、電動パワーステアリング６に供給する電力を、電気負荷４をオフすることで得られる電力（消費電力）に加えて、バッテリ電圧Ｖｂに応じた余裕電力を加味した値の範囲内にすることにより、バッテリ電圧Ｖｂが電動パワーステアリング６の最低動作電圧を下回る事態を防止しつつ、電動パワーステアリング６へ最大限の電力を供給することができる。

次に、本実施の形態に係る電気負荷制御装置の動作について説明する。図４は本実施の形態に係る電気負荷制御装置の処理手順を示すフローチャートである。負荷制御部５は、イグニッションスイッチがオン（エンジンの始動開始）された場合、電気負荷４の負荷電流を検出し（Ｓ１１）、電気負荷４の通電を遮断した場合に不要となる電力、すなわち、電気負荷４での消費電力を算出する（Ｓ１２）。なお、電力に代えて、電流などの他の電気量でもよい。

負荷制御部５は、バッテリ電圧Ｖｂを検出し（Ｓ１３）、検出したバッテリ電圧Ｖｂが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より小さいか（低いか）否かを判定し（Ｓ１４）、バッテリ電圧Ｖｂが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より小さくない場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続ける。バッテリ電圧Ｖｂが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、負荷制御部５は、電動パワーステアリング６の動作が開始したとして、検出した電圧Ｖｂが、Ｖｌｏｗ＜Ｖｂ＜Ｖｔｈ２を満たすか否かを判定する（Ｓ１５）。ここで、Ｖｔｈ２は第２閾値電圧であり、Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ１の関係を満たすものとする。

Ｖｌｏｗ＜Ｖｂ＜Ｖｔｈ２である場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、負荷制御部５は、電気負荷４の通電を遮断した場合に不要となる電力、すなわち、電気負荷４での消費電力の範囲内で目標トルクに応じたモータ電流を算出する（Ｓ１６）。Ｖｌｏｗ＜Ｖｂ＜Ｖｔｈ２でない場合（Ｓ１５でＮＯ）、負荷制御部５は、検出した電圧Ｖｂが、Ｖｔｈ２＜Ｖｂを満たすか否かを判定する（Ｓ１７）。

Ｖｔｈ２＜Ｖｂである場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、負荷制御部５は、上述の消費電力にバッテリ電圧Ｖｂに応じた余裕電力を加味した値の範囲内で目標トルクに応じたモータ電流を算出する（Ｓ１８）。Ｖｔｈ２＜Ｖｂでない場合（Ｓ１７でＮＯ）、負荷制御部５は、バッテリ電圧Ｖｂが既に電動パワーステアリング６の最低動作電圧より低下しているとして、後述のステップＳ２０の処理を行う。

負荷制御部５は、電気負荷４をオフにし（Ｓ１９）、電気負荷４それぞれの負荷状態情報を外部へ出力する（Ｓ２０）。負荷制御部５は、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し（Ｓ２１）、オフされていない場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続け、オフされた場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、スイッチング制御部５３は、電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧Ｖｂが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい場合、使用中（電力供給中）の電気負荷４に対応するスイッチング素子２をオフする。電流が流れている電気負荷４をオフするので、オフされた電気負荷４に供給されていた電力分だけ電力消費を低減することができる。また、この低減できた電力を電動パワーステアリング６に利用することができるので、確実に電気負荷の制御を行うことができる。

また、本実施の形態によれば、電流センサ３で検出した電流に基づいて、電気負荷４での消費電力を算出する電力算出部５１を備える。電力算出部５１は、電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧Ｖｂが所定の下限値Ｖｌｏｗより高く、かつ第１閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い場合、電気負荷４での消費電力を、外部負荷（例えば、電動パワーステアリングなど）へ供給可能な電力として算出する。これにより、バッテリ１から供給する電力に余裕がない場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い場合、外部負荷に供給する電力を、電気負荷４をオフすることで得られる電力（所定の電気負荷での消費電力）の範囲内にすることにより、バッテリ１の電圧が最低動作電圧を下回る事態を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、電力算出部５１は、電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、電気負荷４での消費電力に電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧Ｖｂに応じた余裕電力を加味した値を、外部負荷へ供給可能な電力として算出する。これにより、バッテリ１から供給する電力に余裕がある場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、外部負荷に供給する電力を、電気負荷４をオフすることで得られる電力（所定の電気負荷での消費電力）に加えて、バッテリ電圧Ｖｂに応じた余裕電力を加味した値の範囲内にすることにより、バッテリ電圧Ｖｂが最低動作電圧を下回る事態を防止しつつ、外部負荷へ最大限の電力を供給することができる。

また、本実施の形態によれば、電気負荷４の負荷状態情報を外部へ出力する出力部５４を備える。これにより、電気負荷４への通電制御に応じた電気負荷の状態情報を外部へ提供することができる。

また、本実施の形態によれば、負荷状態情報は、少なくとも電気負荷４への通電の有無、電気負荷４に流れる電流値、バッテリ１の電圧値、又は電力算出部５１で算出した電力値（電気負荷４の消費電力）のいずれか１つを含む。これにより、例えば、電動パワーステアリング等の外部負荷では、負荷状態情報に適応した条件で自己保護の制御を行うことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、電動パワーステアリング６の大電力消費時であっても、確実に電気負荷の制御を行うことができる。

上述の実施の形態では、外部負荷として電動パワーステアリングの例を説明したが、これに限定されるものではなく、外部負荷として、例えば、電動アクティブスタビライザーなどであってもよい。

１ バッテリ
２ スイッチング素子
３ 電流センサ（電流検出部）
４ 電気負荷（所定の電気負荷）
５ 負荷制御部
５１ 電力算出部
５２ 電圧検出部
５２１ モータ電流算出部
５２２ 目標トルク算出部
５３ スイッチング制御部
５４ 出力部
６ 電動パワーステアリング（外部負荷）

Claims (5)

1. 車載バッテリからの電力が供給される複数の電気負荷のうち、所定の電気負荷への通電を制御する電気負荷制御装置において、
   前記所定の電気負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記車載バッテリの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記車載バッテリと前記所定の電気負荷との間の電路に介装されたスイッチング素子と、
   該スイッチング素子をオン／オフ制御するスイッチング制御部と、
   前記電流検出部で検出した電流に基づいて、前記電気負荷での消費電力を算出する電力算出部と
   を備え、
   前記スイッチング制御部は、
   前記電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低い場合、前記電流検出部で電流が検出された電気負荷に対応する前記スイッチング素子をオフするように構成してあり、
   前記電圧検出部で検出した電圧が、所定の下限値より高く、かつ前記第１閾値電圧より低い第２閾値電圧より低い場合、前記消費電力を、外部負荷へ供給可能な電力とするように構成してあることを特徴とする電気負荷制御装置。
2. 前記電圧検出部で検出した電圧が前記第２閾値電圧より高い場合、前記消費電力に前記電圧検出部で検出した電圧に応じた余裕電力を加味した値を、外部負荷へ供給可能な電力とするように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の電気負荷制御装置。
3. 前記所定の電気負荷の負荷状態情報を外部へ出力する出力部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気負荷制御装置。
4. 前記負荷状態情報は、
   少なくとも前記所定の電気負荷への通電の有無、該電気負荷に流れる電流値、前記車載バッテリの電圧値、又は前記電力算出部で算出した電力値のいずれか１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の電気負荷制御装置。
5. 前記外部負荷は、
   電動パワーステアリングであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電気負荷制御装置。

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