JP5203879B2 - Vehicle power supply - Google Patents
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Description
本発明は、検出したバッテリの出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期でPWM(Pulse Width Modulation)制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える車両用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicular power supply device that applies a PWM (Pulse Width Modulation) -controlled voltage to a plurality of electric loads to be fed with a duty ratio according to a detected battery output voltage and a constant cycle.
近年、車両に搭載される電気負荷の種類及びそれらの消費電力は飛躍的に増加する傾向にある。また、負荷を駆動するのに機械的な接続に頼らず、電気信号によって制御する傾向もある。その為、バッテリという限られた電源を有する車両用電源装置では、電力を確保することは重要な課題となっている。
車両用電源装置では、バッテリの出力電圧は、例えば公称値12Vであり、電気負荷も12Vで作動するようになっているものが多い。しかし、バッテリの出力電圧は、その特性から、恒常的に12Vであることはなく、14V〜11.5V程度の範囲で使用されている。その為、12Vを超えるバッテリの出力電圧で電気負荷を作動させていることが多いが、その分、無駄な電力を消費することになる。
In recent years, the types of electric loads mounted on vehicles and their power consumption tend to increase dramatically. Also, there is a tendency to control by electric signals without relying on mechanical connection to drive the load. For this reason, in a vehicle power supply device having a limited power source called a battery, securing power is an important issue.
In a vehicle power supply device, the output voltage of a battery is, for example, a nominal value of 12V, and an electric load is often operated at 12V. However, the output voltage of the battery is not always 12V due to its characteristics, and is used in the range of about 14V to 11.5V. For this reason, the electric load is often operated with the output voltage of the battery exceeding 12V, but wasteful power is consumed accordingly.
特許文献1には、各電気負荷を所定数の群に分類しておき、電源の供給可能電力をまず各群毎に定められた優先度に応じて分配し、ある群に分配された電力を各電気負荷の優先度に応じて分配する負荷駆動制御装置が開示されている。この二段階の優先度順分配方式を採用することにより、車両のバリエーションにより電気負荷の数及び消費電力の変更が生じても、優先順位の変更はこの変更が生じた群に属する電気負荷間で行うだけでよい。
In
特許文献2には、走行及び安全に関わる重要負荷を除く消費電力が大きい負荷を駆動する車両用負荷駆動制御装置が開示されている。検出されたバッテリ出力電圧に応じて、負荷のバッテリへの接続時間と遮断時間との比を決定し、指令に基づき負荷とバッテリとを接続又は遮断する。バッテリとの接続及び遮断の周期に応じて負荷を複数の群に分類すると共に、分類した各群毎に周期を異ならせて設定する。決定された負荷のバッテリへの接続時間及び遮断時間の比と、設定した周期とから、各負荷をバッテリに接続又は遮断するタイミングを決定する。
上述したように、車両用電源装置では、バッテリの出力電圧は、14V〜11.5V程度の範囲で使用されているので、12Vを超えるバッテリの出力電圧で電気負荷を作動させていることが多く、その分、無駄な電力を消費している。
そこで、近時、バッテリの出力電圧が12Vを超えているときは、その出力電圧をPWM制御して12Vに保持し、各電気負荷へ与えるようになって来ており、その際、一定周期及び同一デューティ比でPWM制御が行われる。ところが、各電気負荷への電圧パルスの立上がり/立下がりが揃うと、立上がり/立下がりでの電流変化が大きくなって繰返されることになり、ノイズが発生する虞があり、また、電圧パルスの立上がりで大きな突入電流が発生し、バッテリの瞬時電圧低下が起きる可能性があるという問題があった。
As described above, in the vehicle power supply device, since the output voltage of the battery is used in the range of about 14V to 11.5V, the electric load is often operated with the output voltage of the battery exceeding 12V. That ’s how much power is wasted.
Therefore, recently, when the output voltage of the battery exceeds 12V, the output voltage is PWM controlled to be held at 12V and applied to each electric load. PWM control is performed with the same duty ratio. However, if the rise / fall of the voltage pulse to each electric load is aligned, the current change at the rise / fall will increase and repeat, which may cause noise, and the rise of the voltage pulse. As a result, there is a problem that a large inrush current may occur and an instantaneous voltage drop of the battery may occur.
上述した特許文献1,2では、負荷(電気負荷)を複数の群に分けて、電力消費の瞬時値を分散させているが、群毎の合計消費電力を平均化していないので、合計消費電力の差が大きい場合には、ノイズが発生する虞があり、バッテリの瞬時電圧低下が起きる可能性がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの出力電圧をPWM制御する際に、電圧パルスの立上がり/立下がりでノイズが発生し難く、電圧パルスの立上がりでバッテリの瞬時電圧低下が起き難い車両用電源装置を提供することを目的とする。
In
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. When PWM control is performed on the output voltage of the battery, noise hardly occurs at the rise / fall of the voltage pulse, and the battery voltage is increased at the rise of the voltage pulse. An object of the present invention is to provide a vehicular power supply device in which an instantaneous voltage drop hardly occurs.
第1発明に係る車両用電源装置は、バッテリと、該バッテリの出力電圧を検出する検出手段と、該検出手段が検出した出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期でPWM制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える制御部とを備える車両用電源装置において、前記制御部は、前記デューティ比に係るオフ期間が前記一定周期内に存在可能な個数を算出する算出手段と、前記給電すべき電気負荷の1又は複数をそれぞれ含み、前記算出手段が算出した個数以下である電気負荷群に、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、前記電気負荷を割振る割振り手段とを備え、該割振り手段が割振った電気負荷群毎に、前記オフ期間が重複しないようにPWM制御した電圧を与えるように構成してあることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a vehicle power supply device including: a battery; a detection unit that detects an output voltage of the battery; a duty ratio according to the output voltage detected by the detection unit; A control unit for supplying power to the electrical load to be fed, wherein the control unit calculates the number of possible off periods related to the duty ratio within the fixed period; and the power feeding Allocating means for allocating the electric load to each of the electric load groups each including one or a plurality of electric loads to be calculated and having a number equal to or less than the number calculated by the calculating means, The voltage is PWM controlled so that the off periods do not overlap each electrical load group allocated by the allocating means.
この車両用電源装置では、検出したバッテリの出力電圧に応じたデューティ比及び一定周期で制御部がPWM制御した電圧を、複数の給電すべき電気負荷へ与える。制御部は、算出手段が、デューティ比に係るオフ期間が一定周期内に存在可能な個数を算出し、給電すべき電気負荷の1又は複数をそれぞれ含み、算出手段が算出した個数以下である電気負荷群に、割振り手段が、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、電気負荷を割振る。割振り手段が割振った電気負荷群毎に、デューティ比に係るオフ期間が重複しないようにPWM制御した電圧を与える。 In this vehicle power supply device, a duty ratio according to the detected output voltage of the battery and a voltage PWM-controlled by the control unit at a constant cycle are applied to a plurality of electric loads to be fed. In the control unit, the calculation unit calculates the number of off-periods related to the duty ratio that can exist within a certain period, each of which includes one or a plurality of electric loads to be fed, and is equal to or less than the number calculated by the calculation unit. The allocating means allocates the electrical load to the load group so that the difference in the total power consumption is minimized. For each electric load group allocated by the allocation means, a voltage subjected to PWM control is applied so that the off periods related to the duty ratio do not overlap.
第2発明に係る車両用電源装置は、前記制御部は、前記給電すべき電気負荷の個数を随時計数する手段と、該手段が計数した個数が変化したか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が変化したと判定する都度、前記割振り手段に至る一連の動作を実行するように構成してあることを特徴とする。 In the vehicular power supply apparatus according to a second aspect of the present invention, the control unit further includes means for counting the number of electrical loads to be fed as needed, and means for determining whether or not the number counted by the means has changed. And each time it is determined that the means has changed, a series of operations up to the allocating means are executed.
この車両用電源装置では、制御部は、計数する手段が、給電すべき電気負荷の個数を随時計数し、判定する手段が、その計数した個数が変化したか否かを判定する。判定する手段が変化したと判定する都度、割振り手段に至る一連の動作を実行する。 In this vehicular power supply device, the control unit counts the number of electrical loads to be fed as needed, and the determination unit determines whether the counted number has changed. Each time it is determined that the determination means has changed, a series of operations up to the allocation means are executed.
本発明に係る車両用電源装置によれば、バッテリの出力電圧をPWM制御する際に、電圧パルスの立上がり/立下がりでノイズが発生し難く、電圧パルスの立上がりでバッテリの瞬時電圧低下が起き難い車両用電源装置を実現することができる。 According to the vehicle power supply device of the present invention, when PWM control is performed on the output voltage of the battery, noise hardly occurs at the rise / fall of the voltage pulse, and instantaneous voltage drop of the battery hardly occurs at the rise of the voltage pulse. A vehicle power supply device can be realized.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、バッテリBを備えており、バッテリBは、オルタネータ(車載発電機、交流発電機)3が発電した電力により充電される。オルタネータ3は、図示しないエンジンに連動して発電し、発電した電力は、オルタネータ3内で整流されて出力される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle power supply device according to the present invention.
The vehicle power supply device includes a battery B, and the battery B is charged with electric power generated by an alternator (on-vehicle generator, AC generator) 3. The alternator 3 generates power in conjunction with an engine (not shown), and the generated power is rectified and output in the alternator 3.
バッテリBに充電された電力、及びオルタネータ3が出力した電力は、半導体リレー1R,2R,・・・NRを通じて、車両に搭載された負荷(電気負荷)1L,2L,・・・NLにそれぞれ与えられる。
半導体リレー1R,2R,・・・NRは、車両用電源装置の制御部1にそれぞれ接続され、制御部1は、スイッチ1S,2S,・・・NSにそれぞれ接続されている。制御部1は、与えられたスイッチ1S,2S,・・・NSのオン/オフ信号に応じて、半導体リレー1R,2R,・・・NRを個別にオン/オフ制御する。また、バッテリBの出力電圧を検出する検出手段2を内蔵しており、例えば、電源電圧調整により、半導体リレー1R,2R,・・・NRを一定周期及び同一デューティ比でPWM制御する。
The power charged in the battery B and the power output from the alternator 3 are given to loads (electric loads) 1L, 2L,... NL mounted on the vehicle through the
The
制御部1は、負荷1L,2L,・・・NLの各消費電力値を、内蔵しているメモリに予め記憶している。また、随時、負荷1L,2L,・・・NLの内の給電すべき負荷の個数を計数する。
制御部1は、検出したバッテリBの出力電圧値とその公称値12Vとに基づき、出力電圧値を12VにPWM制御する為のデューティ比を算出し、算出したデューティ比に係るオフ期間が、PWM制御の1周期内に存在可能な個数を算出する。次いで、給電すべき負荷を、算出した個数以下の負荷群に割振り、割振った各負荷群毎のオフ期間が重複しないように、算出したデューティ比により、PWM駆動を行う。
The
The
以下に、このような構成の車両用電源装置の動作の例を、それを示す図2のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部1は、先ず、給電すべき負荷の個数nを、スイッチ1S,2S,・・・NSからのオン/オフ信号に基づき計数し(S1)、計数した個数nが0であるか否かを判定する(S3)。計数した個数nが0であれば、給電すべき負荷の個数nを繰返し計数する(S1)。
制御部1は、計数した個数nが0でなければ(S3)、検出手段2が検出したバッテリBの出力電圧値を取得し(S5)、次いで、取得した出力電圧値の平均値を算出する(S7)。ここで、平均値は、例えば所定回数の移動平均値であり、突発的な電圧値の変動を吸収する。
Hereinafter, an example of the operation of the vehicular power supply apparatus having such a configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the
If the counted number n is not 0 (S3), the
制御部1は、次に、算出した平均電圧値(S7)と、バッテリBの出力電圧値の例えば公称値12Vとに基づき、出力電圧値を12VにPWM制御する為のデューティ比を算出する(S9)。デューティ比は、平均電圧値をVbとして、例えば、デューティ比=100×(12/Vb)2 により算出する。尚、平均電圧値Vbが12V以下であるときは、デューティ比=100として、給電すべき負荷の個数nを計数する(S1)。
制御部1は、次に、算出したデューティ比(S9)に係るオフ期間が、PWM制御の1周期内に存在可能な個数であるスロット数qを算出する(S11)。スロット数qは、例えば、q=[100/(100−デューティ比)]により算出する(但し、[ ]はガウスの記号(=床関数)、[X]はXを超えない最大の整数)。
Next, the
Next, the
制御部1は、次に、n個の給電すべき負荷をg個の負荷群に割振る(S13)。制御部1は、n個の負荷を負荷群に割振るに際しては、メモリに記憶してある各負荷の消費電力値に基づき、各負荷群のそれぞれの合計消費電力値の差が最小となるようにする。
制御部1は、次に、割振った負荷群(S13)の個数gが、算出したスロット数q(S11)以下であるか否かを判定し(S15)、スロット数q以下でなければ、負荷群の個数gを1減らして、再度割振る(S13)。
Next, the
Next, the
制御部1は、割振った負荷群(S13)の個数gが、算出したスロット数q以下であれば(S15)、割振った各負荷群毎の、算出したデューティ比(S9)によるPWM駆動を開始する(S17)。その際、制御部1は、負荷群毎のオフ期間が重複しないように、バッテリBの出力電圧をPWM制御する。
以上により、例えば、デューティ比が64%であるときは、2個の負荷群G1,G2の各負荷に与えられるPWM制御されたバッテリBの出力電圧、及びその合計出力は、図3のタイミングチャートに示すようになる。
If the number g of the allocated load groups (S13) is equal to or less than the calculated number of slots q (S15), the
As described above, for example, when the duty ratio is 64%, the output voltage of the PWM-controlled battery B applied to each load of the two load groups G1 and G2 and the total output thereof are shown in the timing chart of FIG. As shown.
デューティ比が75%であるときは、4個の負荷群G3,G4,G5,G6の各負荷に与えられるPWM制御されたバッテリBの出力電圧、及びその合計出力は、図4のタイミングチャートに示すようになる。この場合、各負荷群のそれぞれの合計消費電力値を平均化できれば、バッテリBから出力される電流の変化を最小にすることができる。
デューティ比が95%であるときは、4個の負荷群G7,G8,G9,G10の各負荷に与えられるPWM制御されたバッテリBの出力電圧、及びその合計出力は、図5のタイミングチャートに示すようになる。
When the duty ratio is 75%, the output voltage of the PWM-controlled battery B given to each load of the four load groups G3, G4, G5, and G6 and the total output thereof are shown in the timing chart of FIG. As shown. In this case, if the total power consumption value of each load group can be averaged, the change in the current output from the battery B can be minimized.
When the duty ratio is 95%, the output voltage of the PWM-controlled battery B given to each load of the four load groups G7, G8, G9, and G10 and the total output thereof are shown in the timing chart of FIG. As shown.
制御部1は、次に、給電すべき負荷の個数nを、スイッチ1S,2S,・・・NSからのオン/オフ信号に基づき計数し(S19)、計数した個数nが、その前回に計数した個数から変化したか否かを判定する(S21)。計数した個数nが変化していなければ、給電すべき負荷の個数nを繰返し計数する(S19)。
制御部1は、計数した個数n(S19)が、その前回に計数した個数から変化していれば(S21)、その計数した個数nが0であるか否かを判定する(S3)。
Next, the
If the counted number n (S19) has changed from the previously counted number (S21), the
1 制御部(算出手段、割振り手段)
2 検出手段
3 オルタネータ(車載発電機、交流発電機)
1L,2L,・・・NL 負荷(電気負荷)
1R,2R,・・・NR 半導体リレー
1S,2S,・・・NS スイッチ
B バッテリ
1 Control unit (calculation means, allocation means)
2 Detection means 3 Alternator (on-vehicle generator, AC generator)
1L, 2L, ... NL load (electric load)
1R, 2R, ...
Claims (2)
前記制御部は、前記デューティ比に係るオフ期間が前記一定周期内に存在可能な個数を算出する算出手段と、前記給電すべき電気負荷の1又は複数をそれぞれ含み、前記算出手段が算出した個数以下である電気負荷群に、それぞれの合計消費電力の差が最小となるように、前記電気負荷を割振る割振り手段とを備え、該割振り手段が割振った電気負荷群毎に、前記オフ期間が重複しないようにPWM制御した電圧を与えるように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。 A battery, detection means for detecting the output voltage of the battery, and a control unit for applying a duty ratio corresponding to the output voltage detected by the detection means and a voltage subjected to PWM control at a constant cycle to a plurality of electric loads to be fed In a vehicle power supply device comprising:
The control unit includes a calculation unit that calculates the number of off-periods related to the duty ratio that can exist within the fixed period, and one or more of the electrical loads to be supplied, and the number calculated by the calculation unit The electrical load group is provided with allocation means for allocating the electrical load so that the difference in total power consumption is minimized, and the off-period is assigned to each electrical load group allocated by the allocation means. A power supply device for a vehicle, characterized in that a voltage subjected to PWM control is applied so as not to overlap.
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