JP2012106677A - 電源供給制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無駄な電源供給をなくして、省電力化、長寿命化を図った電源供給制御装置を提供する。
【解決手段】スイッチ素子５１が、オルタネータ４と負荷３との間に設けられている。電圧検出装置５２が、オルタネータ４から負荷３に供給される供給電圧である入力電圧ＶINを検出する。電力制御装置５３が、スイッチ素子５１を間欠的にオン制御すると共に、電圧検出装置５２により検出された入力電圧ＶINが大きくなるに従ってスイッチ素子５１のオン期間のデューティ比を小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源供給制御装置に係り、特に、電源と負荷との間に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子のオンオフを制御するオンオフ制御手段と、を備えた電源供給制御装置に関するものである。
自動車等の車両には、各負荷に電源を供給するための電源供給装置が搭載されている。この電源供給装置として、例えば、図１１に示されたものが知られている。同図に示すように、電源供給装置１は、電源としてのバッテリ２と負荷３との間に設けられたスイッチ素子５１と、このスイッチ素子５１のオンオフを制御する図示しないオンオフ制御手段としての制御装置と、を備えている。
上記スイッチ素子５１としては、メカリレーや半導体リレーが使用されている。上記図示しない制御装置は、スイッチ素子５１に対して駆動信号を供給することによりスイッチ素子５１のオンオフを制御している。図１１に示す電源供給装置１によれば、図示しない制御装置によりスイッチ素子５１をオン制御すると、バッテリ２からの電源が負荷３に供給され、図示しない制御装置によりスイッチ素子５１をオフ制御するとバッテリ２から負荷３に供給される電源が遮断される。
また、自動車には、バッテリ２を充電するために、エンジンの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機としてのオルタネータ４が搭載されている。このオルタネータ４が発電した電力を直接負荷にも供給できるように、バッテリ２と負荷３との間にオルタネータ４を設けることがある。また、バッテリ２が例えば４８Ｖ系であり、負荷３が１２Ｖ系である場合、バッテリ２と負荷３の間にバッテリ２からの電源電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ６が設けられることもある。
ところで、上述した負荷３は、定格電圧が規定されており、この定格電圧以上の電圧が加わっても、負荷３の機能の向上はない。このため、定格電圧以上の電圧が負荷３に供給されると無駄な電圧が供給されていることとなる。さらに、負荷３に供給される電圧が高くなると、負荷３への電気的なストレスも多くなるため、寿命の短縮も懸念される（実際、フィラメントなどの灯具では、定格を越えると、短寿命になることが知られている。）
そこで、このオルタネータ４やＤＣ／ＤＣコンバータ６から出力される電圧を負荷３の定格電圧まで落として無駄のないようにすることが考えられる。しかしながら、オルタネータ４などから出力される電圧を定格電圧まで落とすことはできない。この理由について説明すると、燃費向上のために自動車においては、オルタネータ４などによりバッテリ２を充電する電力回生が行われている。この電力回生において、例えばバッテリ２の電圧が１２Ｖである場合、オルタネータ４などから出力される電圧を１２Ｖより高い１４Ｖ程度にする必要がある。また、車両によっては、１４Ｖよりも高い電圧を出力する場合がある。従って、オルタネータ４などから出力される電圧を定格電圧まで落としてしまうとバッテリ２を充電することができないからである。
そこで、本発明は、無駄な電源供給をなくして、省電力化、長寿命化を図った電源供給制御装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電源と負荷との間に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子のオンオフを制御するオンオフ制御手段と、を備えた電源供給制御装置において、前記電源から前記負荷に供給される供給電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、前記オンオフ制御手段が、前記スイッチ素子を間欠的にオン制御すると共に、前記電圧検出手段により検出された供給電圧が大きくなるに従って前記スイッチ素子のオン期間のデューティ比を小さくすることを特徴とする電源供給制御装置に存する。
請求項２記載の発明は、前記オンオフ制御手段が、前記電圧検出手段により検出された前記供給電圧が所定値以下のとき前記スイッチ素子を常時オン制御し、前記供給電圧が前記所定値を越えたとき前記スイッチ素子を間欠的にオン制御することを特徴とする請求項１に記載の電源供給制御装置に存する。
請求項３記載の発明は、前記電源に並列接続されたオルタネータ又はＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、前記スイッチ素子が、前記オルタネータ又はＤＣ／ＤＣコンバータよりも負荷側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源供給制御装置に存する。
請求項４記載の発明は、複数の端子金具と、前記複数の端子金具を収容するコネクタハウジングと、が設けられたコネクタを備え、前記スイッチ素子、前記オンオフ制御手段及び前記電圧検出手段が、前記端子金具に接続された状態で前記コネクタハウジング内に収容されていることを特徴とする電源供給制御装置に存する。
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、オンオフ制御手段が、間欠的にスイッチ素子をオン制御すると共に、電圧検出手段により検出された供給電圧が大きくなるに従ってスイッチ素子のオン期間のデューティ比を小さくする。即ち、供給電圧が大きくなるほどスイッチ素子のオン期間を短くすることにより、電力としては一定に抑えることができる。これにより一定以上の無駄な電力が供給されることがなく、省電力化、長寿命化を図ることができる。
請求項２記載の発明によれば、オンオフ制御手段が、電圧検出手段により検出された供給電圧が所定値以下のときスイッチ素子を常時オン制御し、供給電圧が所定値を越えたときスイッチ素子を間欠的にオン制御するので、負荷の機能を最大限に生かすことができる。
請求項３記載の発明によれば、電源に並列接続されたオルタネータ又はＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、スイッチ素子が、オルタネータ又はＤＣ／ＤＣコンバータよりも負荷側に設けられている。従って、オルタネータの場合、エンジン負荷が低減するために、オルタネータの発電トルク低減による省電力化を図り、燃料消費低減に貢献できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの場合、出力電力が低減し、バッテリの消費量の低減を図ることができる。
請求項４記載の発明によれば、スイッチ素子、電圧検出手段及びオンオフ制御手段がコネクタ内に内蔵されているため、簡単に電源供給装置を取り付けることができる。
（Ａ）は本発明の電源供給制御装置としてのコネクタを組み込んだ電源供給装置の第１実施形態を示す回路図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）に示すコネクタの詳細な回路図である。 （Ａ）は図１（Ｂ）に示すコネクタの外観斜視図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す電源供給装置を構成する電力制御装置のフローチャートである。 （Ａ）は図１に示す電源供給装置を構成するコネクタの入力電圧のタイムチャートであり、（Ｂ）は図１に示す電源供給装置を構成するコネクタの出力電圧のタイムチャートである。 コネクタの入力電圧に対する負荷に供給される電力を示すグラフである。 他の実施形態における図１に示すコネクタの断面図である。 本発明の電源供給制御装置としてのコネクタを組み込んだ電源供給装置の第２実施形態を示す回路図である。 図７に示すコネクタの断面図である。 図７に示す電源供給装置を構成する電力制御装置のフローチャートである。 他の実施形態における本発明の電源供給制御装置としてのコネクタを組み込んだ電源供給装置の一実施形態を示す回路図である。 従来の電源供給装置の一例を示す回路図である。
第１実施形態
以下、本発明の電源供給制御装置を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は本発明の電源供給制御装置としてのコネクタを組み込んだ電源供給装置の第１実施形態を示す回路図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すコネクタの詳細な回路図である。図２（Ａ）は図１（Ｂ）に示すコネクタの外観斜視図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
この電源供給装置１は、ＩＣＥＶ（内燃機関自動車：Internal Combustion Engine Vehicle）に搭載されるものである。図１に示すように、電源供給装置１は、電源としてのバッテリ２と、このバッテリ２などから電源供給を受けて動作する負荷３と、バッテリ２及び負荷３間に設けられたオルタネータ４と、負荷３に対する電源供給を制御する電源供給制御装置及びコネクタ５と、を備えている。
上記バッテリ２は、鉛電池の他、リチウム電池といった二次電池を用いている。上記負荷３は、車両に搭載されたランプや電動モータなどの負荷である。上記オルタネータ４は、エンジンの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機であり、バッテリ２を充電したり、負荷３に直接電源を供給する。このオルタネータ４の代わりにバッテリ２からの供給電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ６がバッテリ２と負荷３との間に接続されることがあるが、ここではオルタネータ４が接続されている場合について説明する。
上記コネクタ５は、バッテリ２と負荷３との間のオルタネータ４よりも負荷３側に設けられていて、外部からの駆動信号の出力に応じて負荷３に対する電源供給を開始し、外部からの駆動信号の出力停止に応じて負荷３に対する電源供給を遮断する。
このコネクタ５は、図１（Ｂ）に示すように、オルタネータ４と負荷３との間に設けられたスイッチ素子５１と、負荷３に供給される供給電圧としてスイッチ素子５１の入力電圧ＶINを検出する電圧検出手段としての電圧検出装置５２と、外部からの駆動信号及び電圧検出装置５２の検出結果に基づいてスイッチ素子５１のオンオフを制御するオンオフ制御手段としての電力制御装置５３と、を備えている。
上記スイッチ素子５１は、例えば半導体リレー等からなり、オンするとオルタネータ４からの電源を負荷３に対して供給し、オフすると負荷３に対するオルタネータ４からの電源の供給を遮断する。
上記電圧検出装置５２は、例えばＯＰアンプなどから構成され、検出した入力電圧ＶINを後述する電力制御装置５３に対して供給する。この入力電圧ＶINは、オルタネータ４からの出力電圧ＶALTとほぼ等しい。上記電力制御装置５３は、例えば公知のマイコンなどから構成され、電源供給装置１全体の制御を司る。
また、上記コネクタ５は、図２に示すように、オルタネータ４側の電線が接続される電源側端子金具５４と、負荷３側の電線が接続される負荷側端子金具５５と、外部からの駆動信号が供給される通信用端子金具５６と、電源側及び負荷側の２つのグランド端子６０と、封止体５７と、これら端子金具５４〜５６及び封止体５７を収容するコネクタハウジング５８と、を備えている。
上記電源側端子金具５４は、導電性の金属から構成されていて、一端が後述する封止体５７内に挿入され、他端が封止体５７の互いに対向する一対の面の一方から突出している。上記負荷側端子金具５５は、導電性の金属から構成されていて、一端が後述する封止体５７内に挿入され、他端が封止体５７の互いに対向する一対の面の他方から突出している。
上記通信用端子金具５６は、導電性の金属から構成されていて、一端が後述する封止体５７内に挿入され、他端が封止体５７の互いに対向する一対の面の一方から突出している。グランド端子６０は、導電性の金属から構成されていて、一端が後述する封止体５７内に挿入され、他端が封止体５７の互いに対向する一対の面の両方からそれぞれ突出している。上記封止体５７は、上記スイッチ素子５１、電圧検出装置５２及び電力制御装置５３が搭載されたチップ５９と、これら端子金具５４〜５６の一端と、をワイヤボンディングして接続した状態で、樹脂封止している。
上記コネクタハウジング５８は、これら端子金具５４〜５６、６０及び封止体５７を収容している。上記ハウジング５７は、扁平な四角筒状に設けられていて、一方の開口から電源側端子金具５４、通信用端子金具５６及び２つのグランド端子６０の一方が露出され、他方の開口から負荷側端子金具５５及び２つのグランド端子６０の他方が露出されている。また、コネクタハウジング５８の筒長さ方向の一方には、オルタネータ４側の電線端末に取り付けた電源側コネクタ及び駆動信号が伝送される通信線の端末に取り付けた通信コネクタのハウジングが進入し嵌合するフード部５８ａが設けられている。このフード部５８ａに電源側コネクタ、通信コネクタのハウジングが嵌合されると、端子金具５４、５６に電源側コネクタ、通信コネクタの端子金具が接続される。
また、コネクタハウジング５８の筒長さ方向の他方には、負荷３側の電線端末に取り付けた負荷側コネクタのハウジングが進入し嵌合するフード部５８ｂが設けられている。このフード部５８ｂに負荷側コネクタのハウジングが嵌合されると、端子金具５５に負荷側コネクタの端子金具が接続される。
次に、上述した構成の電源供給装置１の動作について図３及び図４を参照して以下説明する。図３は、図１に示す電源供給装置１を構成する電力制御装置５３のフローチャートである。図４（Ａ）は図１に示す電源供給装置１を構成するコネクタ５の入力電圧のタイムチャートであり、図４（Ｂ）は図１に示す電源供給装置１を構成するコネクタ５の出力電圧のタイムチャートである。
まず、電力制御装置５３は、外部からの駆動信号の入力に応じて動作を開始する。最初に、電力制御装置５３は、外部からの駆動信号がオフになっているか否かを判断する（ステップＳ１）。オフになっていれば（ステップＳ１でＹ）、電力制御装置５３はスイッチ素子５１に対する制御信号の出力を停止してスイッチ素子５１を常時オフ制御した後（ステップＳ２）、処理を終了する。これに対して、オフになっていなければ（ステップＳ１でＮ）、電力制御装置５３はステップＳ３に戻る。
ステップＳ３において電力制御装置５３は、電圧検出装置５２により検出された入力電圧ＶINを取り込む。次に、電力制御装置５３は、ステップＳ３で取り込んだ入力電圧ＶINが予め設定された負荷３の定格電圧（所定値）を越えたか否かを判定する（ステップＳ４）。
入力電圧ＶINが定格電圧以下であれば（ステップＳ４でＮ）、電力制御装置５３は、スイッチ素子５１を常時オンする制御信号を出力した後（ステップＳ５）、処理を終了する。
これに対して入力電圧ＶINが定格電圧を越えていれば（ステップＳ４でＹ）、電力制御装置５３は、スイッチ素子５１を常時オンせずに間欠的にオン制御するパルス状の制御信号を出力した後（ステップＳ６）、処理を終了する。ステップＳ６において、電力制御装置５３は、入力電圧ＶINが高い大きくなるほどスイッチ素子５１のオン期間のデューティ比を小さくする。ここでオン期間のデューティ比とは、（スイッチ素子５１のオン期間）／（スイッチ素子５１がオンされる周期）を示す。
上述した動作によれば、図４に示すように、入力電圧ＶINが定格電圧以下の間は負荷３に対して常時電源が供給され、入力電圧ＶINが定格電圧を越えると間欠的に負荷３に電力が供給されるようになる。このとき、入力電圧ＶINが高くなるに従ってオン期間のデューティ比が小さくなる。
このため、入力電圧ＶINと負荷３に供給される電力ＰOUTとの関係は図５に示すようになる。即ち、入力電圧ＶINが定格電圧より低い間、スイッチ素子５１は電力制御装置５３によって常時オン制御されているため、入力電圧ＶINが増えるほど電力も増加する。入力電圧ＶINが定格を超えると、スイッチ素子５１は電力制御装置５３によって間欠的にオン制御され、しかも入力電圧ＶINが大きくなるに従ってオン期間が短くなるので、電力ＰOUTを一定に抑えることができる。
上述したコネクタ５によれば、電力制御装置５３が、間欠的にスイッチ素子５１をオン制御すると共に、電圧検出装置５２により検出された入力電圧ＶINが大きくなるに従ってスイッチ素子５１のオン期間のデューティ比を小さくする。即ち、入力電圧ＶINが大きくなるほどスイッチ素子５１のオン期間を短くすることにより、電力としては一定に（例えば定格電力に）抑えることができる。これにより一定以上の無駄な電力が供給されることがなく、省電力化、長寿命化を図ることができる。
また、上述したコネクタ５によれば、電力制御装置５３が、電圧検出装置５２により検出された入力電圧ＶINが定格電圧以下のときスイッチ素子５１を常時オン制御し、入力電圧ＶINが定格電圧を越えたときスイッチ素子５１を間欠的にオン制御するので、負荷３の機能を最大限に生かすことができる。
また、上述したコネクタ５によれば、バッテリ２に並列接続されたオルタネータ４又はＤＣ／ＤＣコンバータ６をさらに備え、スイッチ素子５１が、オルタネータ４又はＤＣ／ＤＣコンバータ６よりも負荷３側に設けられている。従って、オルタネータ４の場合、エンジン負荷が低減するために、オルタネータ４の発電トルク低減による省電力化を図り、燃料消費低減に貢献できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の場合、出力電力が低減し、バッテリの消費量の低減を図ることができる。
また、上述したコネクタ５によれば、スイッチ素子５１、電圧検出装置５２及び電力制御装置５３がコネクタ内に内蔵されているため、簡単に電源供給装置１を取り付けることができる。
なお、上述した第１実施形態によれば、負荷側及び電源側にグランド端子６０を設けて、負荷側及び電源側の両者からグランド信号を取得していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図６に示すように、負荷側のみにグランド端子６０を設けて、負荷側のみからグランド信号を取得することも考えられる。
第２実施形態
次に、第２実施形態の電源供給制御装置について図７〜図９を参照して説明する。図７は、本発明の電源供給装置としてのコネクタを組み込んだ電源供給装置の第２実施形態を示す回路図である。図８は、図７に示すコネクタの断面図である。図９は、図７に示す電源供給装置が構成する電力制御装置のフローチャートである。図７において、図１について第１実施形態で既に説明した部分と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図９において、図３について第１実施形態で既に説明した部分と同等のステップについては同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
上述した第１実施形態では、負荷３のオンオフ駆動と、入力電圧ＶINに応じたデューティ制御と、をコネクタ５で行っていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図７に示すように、バッテリ２やオルタネータ４と、コネクタ５と、の間にスイッチ素子９を設け、負荷３のオンオフ駆動をスイッチ素子９で行い、デューティ制御をコネクタ５で行うようにしてもよい。
上記スイッチ素子９は、例えば、メカリレー、半導体リレーからなり、外部からの駆動信号の出力に応じてオンして負荷３やコネクタ５に内蔵された電圧検出装置５２や電力制御装置５３に対する電源供給を開始し、外部からの駆動信号の出力停止に応じてオフして負荷３やコネクタ５に内蔵された電圧検出装置５２や電力制御装置５３に対する電源供給を遮断する。
そして、コネクタ５においては、第１実施形態と異なり電力制御装置５３には駆動信号が供給されていない。従って、図８に示すように、第１実施形態とは異なりコネクタ５には通信用端子金具５６が備えられていない。
次に、上述した構成の第２実施形態における電源供給装置の動作について図９に示すフローチャートを参照して説明する。まず、外部から駆動信号が入力すると、スイッチ素子９がオンして、電圧検出装置５２や電力制御装置５３に対する電源供給が開始され、電力制御装置５３が動作を開始する。
第１実施形態では、電力制御装置５３は、ステップＳ１で駆動信号の状態を確認していたが、第２実施形態では、ステップＳ１及びＳ２の動作を行わずに直ちにステップＳ３〜Ｓ６に進む。ステップＳ３〜Ｓ６については、上述した第１実施形態で既に説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、上述した第２実施形態でも、図８に示すように、負荷側及び電源側にグランド端子６０を設けて、負荷側及び電源側の両者からグランド信号を取得していたが、第１実施形態と同様に、負荷側のみからグランド信号を取得することも考えられる（即ち、電源側のグランド端子６０が不要）。
なお、上述した第１及び第２実施形態では、所定値を負荷３の定格電圧に設定していたが、本発明はこれに限ったものではない。所定値としては、負荷３の定格電圧以下に設定されていればよく、定格電圧よりも少し小さい値に設定してもよい。
また、上述した第１及び第２実施形態では、バッテリ２と負荷３との間にオルタネータ４が設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。オルタネータ４としては、バッテリ２に並列接続していればよく、ＩＣＥＶによっては、図１０（Ａ）に示す構成の電源供給装置１もあるが、このような場合にも適用できる。
また、上述した実施形態では、バッテリ２と負荷３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ６が設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。ＤＣ／ＤＣコンバータ６としては、バッテリ２に並列接続していればよく、図１０（Ｂ）に示すように、２つのバッテリ２、８とジェネレータ７とが設けられた電源供給装置１を搭載するＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車：Hybrid Electric Vehicle）及びＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド自動車：Plug-In Hybrid Electric Vehicle）にも適用できる。また、図１０（Ｃ）に示すように２つのバッテリ７、８が設けられた電源供給装置１を搭載するＢＥＶ（電池自動車：Battery Electric Vehicle）やＦＣＥＶ(燃料電池自動車：Fuel cell Electric Vehicle)
にも適用できる。
なお、図１０については、第１実施形態を適用した例を示しているが、第２実施形態にも適用することができる。
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
２ バッテリ（電源）
３ 負荷
４ オルタネータ
５ コネクタ（電源供給制御装置）
６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１ スイッチ素子
５２ 電圧検出装置（電圧検出手段）
５３ 電力制御装置（オンオフ制御手段）

Claims (4)

  1. 電源と負荷との間に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子のオンオフを制御するオンオフ制御手段と、を備えた電源供給制御装置において、
    前記電源から前記負荷に供給される供給電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
    前記オンオフ制御手段が、前記スイッチ素子を間欠的にオン制御すると共に、前記電圧検出手段により検出された供給電圧が大きくなるに従って前記スイッチ素子のオン期間のデューティ比を小さくする
    ことを特徴とする電源供給制御装置。
  2. 前記オンオフ制御手段が、前記電圧検出手段により検出された前記供給電圧が所定値以下のとき前記スイッチ素子を常時オン制御し、前記供給電圧が前記所定値を越えたとき前記スイッチ素子を間欠的にオン制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源供給制御装置。
  3. 前記電源に並列接続されたオルタネータ又はＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
    前記スイッチ素子が、前記オルタネータ又はＤＣ／ＤＣコンバータよりも負荷側に設けられている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源供給制御装置。
  4. 複数の端子金具と、前記複数の端子金具を収容するコネクタハウジングと、が設けられたコネクタを備え、
    前記スイッチ素子、前記オンオフ制御手段及び前記電圧検出手段が、前記端子金具に接続された状態で前記コネクタハウジング内に収容されている
    ことを特徴とする電源供給制御装置。
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