JP7496502B2

JP7496502B2 - 車載電源装置

Info

Publication number: JP7496502B2
Application number: JP2021512101A
Authority: JP
Inventors: 秀樹田中
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2024-06-07
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: WO2020203949A1; CN113632356A; JPWO2020203949A1; CN113632356B; US20220153213A1

Description

本発明は、各種車両に搭載される車載電源装置に関する。

図３は従来の車載電源装置１の回路ブロック図であり、車載電源装置１は車両２に搭載されていてコンバータ３、４を有している。車載電源装置１は発電機５や蓄電池６からの電力を所定の電圧へ変換したうえで負荷７へ電力を供給している。

ここで、車載電源装置１は、第１の電力供給状態でコンバータ３、４の何れか一方が駆動して負荷７へ電力を供給し、第１の電力供給状態よりも大きな電力が必要とされる第２の電力供給状態でコンバータ３、４の双方が駆動状態となって、負荷７へ電力を供給する。これにより、車載電源装置１は発電機５や蓄電池６から安定した電圧の電力を負荷７へ供給している。車載電源装置１では、車両２全体としての電力効率の低下が起こる場合がある。

車載電源装置１に類似の従来の車載電源装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平９－２８９７０７号公報

車載電源装置は、車載蓄電池に接続されるように構成された入力端と、車両負荷に接続されるように構成された出力端と、起動信号を受信するように構成された外部信号入力部と、入力端と出力端とに接続された第１コンバータ部と、第１コンバータ部に並列に接続された第２コンバータ部とを備える。第１コンバータ部は、入力端から常時に給電される第１駆動電源と、第１駆動電源が給電されることにより動作して、電力を出力端から常時に出力することが可能な第１電圧変換部とを有する。第２コンバータ部は、外部信号入力部が起動信号を受信した場合に起動する第２駆動電源と、第２駆動電源が起動することにより動作し始めるコンバータ制御部と、コンバータ制御部が動作し始めると動作し始めて電力を出力端から出力する第２電圧変換部とを有する。

この車載電源装置は電力効率を上げることができる。

図１は実施の形態における車載電源装置の回路ブロック図である。図２は実施の形態における車載電源装置の回路ブロック図である。図３は従来の車載電源装置の回路ブロック図である。

図１は実施の形態における車載電源装置１０の回路ブロック図である。車載電源装置１０は、車載蓄電池１２と車両負荷１４とが搭載された車両１１に搭載されるように構成されている。車載電源装置１０は、車載蓄電池１２に接続されるように構成された入力端１３と、車両負荷１４に接続されるように構成された出力端１５と、起動信号ＳＧ１を受信するように構成された外部信号入力部１６と、コンバータ部１７、１８とを含む。

コンバータ部１７は、入力端１３と出力端１５とに接続されている。コンバータ部１７は、駆動電源１９とコンバータ制御部２０と電圧変換部２１とを有する。電圧変換部２１は駆動電源１９とコンバータ制御部２０とによって駆動される。

コンバータ部１８は、コンバータ部１７に並列に接続されて入力端１３と出力端１５とに接続されている。コンバータ部１８は、駆動電源２２とコンバータ制御部２３と電圧変換部２４とを有する。駆動電源２２は外部信号入力部１６に接続されている。

駆動電源１９が入力端１３から車両１１が起動されていない期間を含んで常時に給電されることにより電圧変換部２１は常時において待機状態もしくは動作状態となる。これにより、コンバータ部１７は常時において電力を出力可能な状態となっている。

コンバータ部１８では、外部信号入力部１６が起動信号ＳＧ１を受信したときに、駆動電源２２が起動することにより、コンバータ制御部２３と電圧変換部２４とが動作を始めることで電圧変換部２４すなわちコンバータ部１８が電力を出力する。

以上の構成および動作により、コンバータ部１７は常時において電力を消費している一方で、コンバータ部１８は、起動信号ＳＧ１による起動指示を受けるまでは動作せずに起動指示を受けることによって動作し始めて電力を消費する。このためコンバータ部１８は常時には電力を消費せず、コンバータ部１８は起動指示を受けるまでは入力端１３に接続されている車載蓄電池１２の電力を消費しない。この結果、車載蓄電池１２の電圧の低下や、車載蓄電池１２の電圧の低下に伴う発電機２５の起動を抑制することができ、車両１１全体の電力効率の低下を抑制することができる。

図３に示す従来の車載電源装置１では、コンバータ３、４の何れか一方のコンバータは常時において駆動されているとともに、他方のコンバータは電力を出力せずに駆動されていなくても、スタンバイ状態となっている。このため、他方のコンバータは駆動していない状態でも待機電力を消費し続けている。この結果、車載電源装置１では発電機５が動作していない場合における蓄電池６の電圧の低下や、発電機５が高い頻度で起動することが必要となるために車両２全体としての電力効率の低下が起こる場合がある。

対して、実施の形態における車載電源装置１０は、上述のように、車両１１全体の電力効率の低下を抑制することができる。

以下に車載電源装置１０の詳細について説明する。図２は車載電源装置１０の他の回路ブロック図である。入力端１３は車載蓄電池１２に接続されているとともに、発電機２５にも接続されている。ここでは発電機２５は、発電された交流電圧を直流電圧に変換して入力端１３へ入力するための整流器などの電気回路を含む。

車両１１は車両制御部２６を搭載している。起動信号ＳＧ１は、搭乗者や運転者等の乗員が行う所定の操作に伴って発信される。例えば、起動信号ＳＧ１は、運転者が車両１１を起動する車両起動スイッチをオンすることによって車両制御部２６から発信される車両起動信号である。あるいは、起動信号ＳＧ１は、運転者が車両起動スイッチをオンすることで発せられる車両起動信号に同期して車両制御部２６から発信される。あるいは、起動信号ＳＧ１は、運転者が車両起動スイッチをオンすることで発せられる車両起動信号に連動して車両制御部２６から発信される。その後、運転者が車両起動スイッチをオフするまでの間、起動信号ＳＧ１は継続して車両制御部２６から駆動電源２２へと発信されてもよい。

コンバータ部１７は、入力端１３と出力端１５とに接続されている。コンバータ部１７は、駆動電源１９とコンバータ制御部２０と電圧変換部２１とを有する。電圧変換部２１は駆動電源１９とコンバータ制御部２０とによって駆動される。ここで電圧変換部２１は、常時において電力を出力可能な待機状態となっている。いいかえるとコンバータ部１７は全体として待機状態となっていて、コンバータ部１７は常時において車両負荷１４へ電力を供給することが可能な状態となっている。あるいは、コンバータ部１７は常時において出力端１５へ電圧を印加した状態で、車両負荷１４に設けられたスイッチがオンされると、その時点でコンバータ部１７は車両負荷１４へ電力を供給し始める状態となっている。

したがって、コンバータ部１７においては、少なくともコンバータ制御部２０を動作させるための駆動電源１９は常時において入力端１３から給電される電力を消費する状態となっている。これは、運転者が車両起動スイッチをオンしていない状態であり、車両１１が起動していない状態でも車載蓄電池１２の電力が微小ながらもコンバータ部１７によって消費されている。

コンバータ部１８は、コンバータ部１７に並列に入力端１３と出力端１５とに接続されている。また、コンバータ部１８は、駆動電源２２とコンバータ制御部２３と電圧変換部２４とを有する。駆動電源２２は外部信号入力部１６に接続されている。ここでコンバータ部１８は起動信号ＳＧ１を受信していないときには休止状態となっている。コンバータ部１８の休止状態では、駆動電源２２、コンバータ制御部２３、および電圧変換部２４はすべて休止していて、電力を消費していない。

いいかえると、コンバータ部１８は常時には車両負荷１４へ電力を供給可能な動作状態となっていない。さらにいいかえると、コンバータ部１８は常時において車両負荷１４へ電力を供給可能な動作状態となっているとは限らない。そして、コンバータ部１８は起動信号ＳＧ１を受信しているときには動作状態となる。あるいは、コンバータ部１８は起動信号ＳＧ１を受信しているときには、コンバータ部１８は常時において出力端１５へ電圧を印加した状態で、車両負荷１４に設けられたスイッチがオンされると、その時点でコンバータ部１８は車両負荷１４へ電力を供給し始める動作状態となる。

そして、コンバータ部１８は、外部信号入力部１６が起動信号ＳＧ１を受信したときに駆動電源２２が起動することにより、コンバータ制御部２３と電圧変換部２４とが動作を始める。そして、電力が出力端１５を通じて車両負荷１４へ出力される。したがって、コンバータ部１８は、起動信号ＳＧ１が車両制御部２６から駆動電源２２へ発信された時点から電力を消費し始め、起動信号ＳＧ１が車両制御部２６から駆動電源２２へ発信されていないときには電力は消費しない。

コンバータ部１７は常時において電力を消費している一方で、コンバータ部１８は、起動指示を受けるまでは動作せずに起動指示を受けることによって動作を始め、そして電力を消費する。このためコンバータ部１８は常時に電力を消費せず、コンバータ部１８は起動指示を受けるまでは入力端１３に接続されている車載蓄電池１２の電力を消費することはない。この結果、車載蓄電池１２の電圧の低下や、車載蓄電池１２の電圧の低下に伴う発電機（図示せず）の起動を抑制することができ、車両１１全体の電力効率の低下を抑制することができる。

さらに、コンバータ部１７の電力容量は、コンバータ部１８の電力容量よりも小さくすることが好ましい。これにより、常時において電力を出力可能な待機状態となっているコンバータ部１７の駆動電源１９とコンバータ制御部２０と電圧変換部２１のうち、特に待機状態における駆動電源１９における電力消費を抑制することが可能となる。

また、起動信号ＳＧ１は、運転者が車両起動スイッチをオンすることによって車両制御部２６から発信される場合、起動信号ＳＧ１が発信される以前では駆動電源２２、コンバータ制御部２３、および電圧変換部２４のすべては休止していて、電力を消費していない。このため、駆動電源２２は起動信号ＳＧ１を受信することに応じて円滑に起動が可能となるように、駆動電源２２には起動信号ＳＧ１を受信することに応じてブートモードで起動するようにマイクロコンピュータ２２１などが設けられ、マイクロコンピュータ２２１によって駆動電源２２が起動するように設定されていればよい。これにより、起動信号ＳＧ１を受信していないときにはコンバータ部１８は全く電力を消費しない休止状態とすることが容易に可能となる。

さらに、コンバータ部１８は、外部信号入力部１６が起動信号ＳＧ１を受信したときに駆動電源２２が起動することにより、コンバータ制御部２３と電圧変換部２４とが動作を始める。このとき、コンバータ制御部２３は出力端１５の出力電流Ｉｏを検出し始めることが好ましい。ここでは、車両負荷１４へ供給する出力電流Ｉｏは出力端１５に設けた電流センサ２７で検出する。コンバータ制御部２３は、電流センサ２７を用いて検出した出力電流Ｉｏに基づいて電圧変換部２４の動作を制御し、コンバータ部１８から電力を出力させる。

ここで、コンバータ部１７は常時において電力を出力が可能である。コンバータ部１７はコンバータ部１８よりも優先した状態で動作を始め、コンバータ部１８は外部信号入力部１６が起動信号ＳＧ１を受信した後で、起動信号ＳＧ１に対してタイムラグを空けて電力を出力し始める。コンバータ部１７、１８は、コンバータ部１８が動作し始めた後にコンバータ制御部２３が検出した出力電流Ｉｏに基づいて、出力を分担してもよい。

具体的には例えば、出力端１５の電流Ｉｏが第１電流閾値よりも小さい場合は、コンバータ部１７、１８のうちのコンバータ部１７のみで電力を供給してコンバータ部１８は動作せずに電力を供給しない。出力端１５の電流Ｉｏが第１電流閾値以上であり第２電流閾値よりも小さい場合は、コンバータ部１７、１８のうちのコンバータ部１８のみで電力を供給し、コンバータ部１７は電力を供給しない。出力端１５の電流Ｉｏが第２電流閾値よりも大きい場合は、コンバータ部１７、１８との双方が電力を供給する。

ここで、コンバータ部１８が電力を出力していないときには、駆動電源２２とコンバータ制御部２３とは動作してコンバータ部１８のうち電圧変換部２４のみを休止させることが好ましい。これにより、コンバータ部１８による電力の出力が必要となったときにはコンバータ部１８は早急に電力を供給できる。さらに、電圧変換部２４の動作に伴う電力消費を抑制することが可能となる。これにより、車載蓄電池１２および発電機２５における電力の負担が抑制され、車両１１全体として電力効率は向上する。

ここではコンバータ部１８の動作状態を変化させるトリガとして、出力端１５で検出された電流Ｉｏを用いる。しかしながらコンバータ部１７の電力容量が不足する状態が、車両制御部２６で乗員が行う所定の操作によって電流の変化が予測された時点、特に出力端１５での電流Ｉｏが増加することが予測された時点で、車両制御部２６がコンバータ部１８の動作状態を変化させてもよい。

上記の説明では、運転者が車両起動スイッチをオンすることによって起動信号ＳＧ１が車両制御部２６から発信されることに対応して、コンバータ部１８は電力を出力する、あるいはコンバータ部１８は出力可能な状態となる動作形態を一例として用いた。しかしながら、起動信号ＳＧ１が車両制御部２６から発信されるのは、既に車両１１が運転者によって起動された後で、コンバータ部１７の電力容量が不足する状態が、乗員が行う所定の操作に伴って生じたときでもよい。

例えば、コンバータ部１７は常時において電力の出力が可能であり、コンバータ部１８よりも優先した状態で動作を始め、コンバータ部１８は、車両１１が起動した後で、外部信号入力部１６が起動信号ＳＧ１を受信した後で、起動信号ＳＧ１に対してタイムラグを空けて電力を出力し始めてもよい。これにより、車両１１が起動した後であっても、大きな電力が必要となるまでは、駆動電源２２とコンバータ制御部２３と電圧変換部２４とがすべて休止し、コンバータ部１８は全く電力を消費しない休止状態とすることが可能となる。

ここで、車両制御部２６が起動信号ＳＧ１を発信するタイミングは、車両制御部２６が電流センサ２７で検出した電流Ｉｏに基づいて決定してもよい。外部信号入力部１６が起動信号ＳＧ１を受信したことでコンバータ部１８が起動した後は、コンバータ制御部２３は出力端１５の出力電流Ｉｏを検出し始める。そして、コンバータ制御部２３は、電流センサ２７で検出した電流Ｉｏに基づいて電圧変換部２４の動作を制御し、コンバータ部１８から電力を出力させる。

ここでは、コンバータ部１８が休止状態から動作状態へと切り替わるトリガとして、既に起動された車両１１において、車両制御部２６が出力端１５で検出した電流Ｉｏを用いた。しかしながらコンバータ部１７の電力容量が不足する状態で、乗員が行う所定の操作によって車両制御部２６が起動信号ＳＧ１を発信されてもよい。あるいは、乗員が行う所定の操作によって電流の変化が予測された時点、特に出力端１５での電流Ｉｏが増加することが予測された時点で、車両制御部２６が起動信号ＳＧ１を発信し、コンバータ部１８が休止状態から動作状態へと切り替わってもよい。これにより、コンバータ部１７の電力容量が不足した状態からコンバータ部１８が起動するまでのタイムラグを短縮することができる。

あるいは、コンバータ部１７の出力電力が後に増加する操作を乗員が行うことによって車両制御部２６が起動信号ＳＧ１を発信し、コンバータ部１８が休止状態から動作状態へと切り替わってもよい。これにより、コンバータ部１７の電力容量が不足した状態からコンバータ部１８が起動するまでのタイムラグを短縮することができる。

またあるいは、例えば車両負荷１４が車載蓄電池１２よりも低い電圧の鉛蓄電池である場合、車両制御部２６が起動信号ＳＧ１を発信するタイミングは、車両負荷１４の鉛蓄電池が所定の電圧よりも低くなったときであってもよい。これにより、コンバータ部１７の電力容量が不足した状態からコンバータ部１８が起動するまでのタイムラグを短縮することができる。ここで、車両制御部２６は出力端１５の電圧を検出することによって、鉛蓄電池である車両負荷１４の電圧を検出することができる。

以上の実施の形態の説明では、コンバータ部１７における駆動電源１９とコンバータ制御部２０とは個別に設けた要素として説明している。しかしながら、駆動電源１９とコンバータ制御部２０との機能を合わせ持った要素として単独の駆動電源１９が設けられていてもよい。同様に、コンバータ部１８における駆動電源２２とコンバータ制御部２３とは個別に設けた要素として説明している。しかしながら、駆動電源２２とコンバータ制御部２３との機能を合わせ持った要素として単独の駆動電源２２が設けられていてもよい。

また、以上での実施の形態における車載電源装置１０では、２つのコンバータ部１７、１８が互いに並列に接続されている。車載電源装置１０では、３つ以上のコンバータ部は互いに並列に配置されていてもよい。３つ以上のコンバータ部が並列に接続されているときには、複数のコンバータ部が待機状態であっても、あるいは複数のコンバータ部が休止状態であってもよい。待機状態あるいは休止状態となるコンバータ部の数は車両負荷１４の特性などに応じて決定することが好ましい。

１０車載電源装置
１１車両
１２車載蓄電池
１３入力端
１４車両負荷
１５出力部
１６外部信号入力部
１７コンバータ部（第１コンバータ部）
１８コンバータ部（第２コンバータ部）
１９駆動電源（第１駆動電源）
２０コンバータ制御部
２１電圧変換部（第１電圧変換部）
２２駆動電源（第２駆動電源）
２３コンバータ制御部
２４電圧変換部（第２電圧変換部）
２５発電機
２６車両制御部
２７電流センサ

Claims

車載蓄電池と車両負荷とを搭載する車両に搭載されるように構成された車載電源装置であって、
前記車載蓄電池に接続されるように構成された入力端と、
前記車両負荷に接続されるように構成された出力端と、
起動信号を受信するように構成された外部信号入力部と、
前記入力端と前記出力端とに接続された第１コンバータ部と、
前記第１コンバータ部に並列に接続された第２コンバータ部と、
を備え、
前記第１コンバータ部は、
前記入力端から常時に給電される第１駆動電源と、
前記第１駆動電源が給電されることにより動作して、電力を前記出力端から常時に出力することが可能な第１電圧変換部と、
を有し、
前記第２コンバータ部は、
前記外部信号入力部が前記起動信号を受信した場合に起動する第２駆動電源と、
前記第２駆動電源が起動することにより動作し始めるコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部が動作し始めると動作し始めて電力を前記出力端から出力する第２電圧変換部と、
を有し、
前記コンバータ制御部は前記出力端を流れる出力電流を検出し、
前記コンバータ制御部により検出された前記出力電流に基づいて前記コンバータ制御部は前記第２電圧変換部が出力する前記電力を制御する、車載電源装置。
前記第１コンバータ部の電力容量は前記第２コンバータ部の電力容量よりも小さい、請求項１に記載の車載電源装置。
前記第２駆動電源は、前記外部信号入力部が前記起動信号を受信したときにブートモードで前記第２駆動電源を起動するマイクロコンピュータを有する、請求項１に記載の車載電源装置。
前記起動信号は、前記車両を起動させる車両起動信号である、または、
前記起動信号は、前記車両起動信号に同期あるいは連動して発せられる、請求項１に記載の車載電源装置。
前記起動信号は、前記車両の乗員が所定の操作を行うことによって発せられる、請求項１に記載の車載電源装置。
前記起動信号は、前記車両の乗員が前記出力端から出力される電力の増加を伴う操作を前記車両が起動した後で行うことによって発せられる、請求項１に記載の車載電源装置。