JP2020137296A - 車載器の給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のバッテリに異常な兆候がある場合であってもそのことをユーザに通知することが可能とする。【解決手段】制御部１５は、バッテリ７の端子電圧に基づいてバッテリ７に異常な兆候があると判断した場合は、少なくともＳｏＣ１の特定の機能回路２ａに電圧を供給してＬＥＤ９によりバッテリ７に異常に兆候があることを通知する。これにより、車両のバッテリ７に異常な兆候がある場合であってもそのことをユーザに通知することが可能となる。【選択図】図１

Description

近年、車載器として、ＣＰＵ、ＧＰＵ、メモリ等の機能回路を一つの半導体チップに集積したＳｏＣ（System on a Chip）を搭載したものが提供されており、車載器の小型化・高速化・省電力化が可能である。

ＳｏＣは高性能かつ高機能だが、機能回路の分だけ多様な電圧を必要とする。通常、これらの電源はＰＭＩＣ（Power Management IC）によって作成される。車両のバッテリの端子電圧が十全な状態であれば問題ないが、周辺環境などの事情によってＳｏＣが必要とする電圧をＰＭＩＣが供給できない場合がある。

特許４５８１９３３号公報 特開２０１３−８９０６０号公報

特許文献１ではＳｏＣに対して供給する各種電圧を「システムブート用」と「ＩＯ用」の２種類に大別し、外部ピンによって電源の投入順などを制御できるようにしている。また、特許文献２ではバッテリの示す電圧に応じて電圧の起動順番を変えるシステムが提案されている。これらの技術によって、ＳｏＣが必要とする各種電圧の起動段階、あるいは投入順番をある程度変更・制御することが可能となる。

ところで車両の場合、例えばバッテリの端子電圧が低下した場合にエンジンがかからない問題がある。この現象は一般的にバッテリ上がりと呼ばれ、今でも年間７０万件以上発生している。ユーザが車両の仕組みに詳しいのであれば要因がバッテリにあることが容易に想像することが可能だが、詳しくない場合は何が原因かわからず立ち往生してしまう。そのため、エンジンがかからず自動車が動かなかったとしても「バッテリに原因がある」ことを伝えるために、自動車システムのすべてを起動せず、ユーザに伝達するために最小限の機能だけを起動したい。

しかしながら、特許文献１によると電源は２種に大別されているため、ＳｏＣをシステムブートすることはできるがＩＯに電圧を供給できずに動作しないか、機能回路の全てに電圧を供給して起動するしか選択肢が無い。そもそも特許文献２においては初回起動時に投入順番を確定して以降は何ら制御しないように構成されている。

ＳｏＣの機能回路が必要とする電圧は製品によって異なる上、仮に電圧が同じであっても投入順番が異なる可能性がある。こういった状況に対応するため、初回は電圧を読むことで投入順番を確定するが、２回目以降はシステムを切り離して制御しない。

そのため、結果として、バッテリ上がりなどによってシステムを起動するための電圧が不足している、すなわち例えば過放電によってバッテリの端子電圧が低下している場合、単にシステムを起動できない状態になってしまい、車両の知識が豊富でないユーザにとってはエンジンがかからないが何が要因なのかわからないという状態を解決できない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、車両のバッテリに異常な兆候がある場合であってもそのことをユーザに通知することが可能となる車載器の給電装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、電圧測定部（１３）がバッテリ（７）の端子電圧を測定する。出力制限部（１５）は、端子電圧に基づいてバッテリ（７）に異常な兆候があると判断した場合は、ユーザに異常を通知する機能を有した特定の機能回路（２ａ）のみに電圧を供給する制限動作を実行する。これにより、バッテリ（７）に異常な兆候がある場合であってもユーザに異常を通知することができる。

一実施形態における給電装置の電気的構成を示すブロック図 温度と補正係数との関係を示す図 正常電圧範囲、注意電圧範囲、異常電圧範囲を示す図 判定処理を示すフローチャート 正常処理を示すフローチャート 注意処理を示すフローチャート 補正処理を示すフローチャート

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
車載器には、図１に示すように制御の主体となるＳｏＣ１（集積回路装置に相当）が搭載されている。このＳｏＣ１はＣＰＵ、ＧＰＵ、メモリ等の複数の機能回路２ａ〜２ｄを一つの半導体チップに集積して構成されている。機能回路２ａ〜２ｄに応じて動作用の電圧が異なることから、給電装置３を構成するＰＭＩＣ４により複数の電圧を生成してＳｏＣ１の各機能回路２ａ〜２ｄに給電するようにしている。

ＰＭＩＣ４には、模式的に示される定電圧部５と、この定電圧部５と並列接続された電圧分割部６とが設けられている。定電圧部５は、車両のバッテリ７の端子電圧から定電圧を生成する。電圧分割部６は、定電圧部５により生成された定電圧を分割することで複数の所定電圧を生成する。

電圧発生部４で生成された複数の所定電圧は、模式的に示されるスイッチング素子８を介してＳｏＣ１の各機能回路２ａ〜２ｄに給電される。ＰＭＩＣ４からＳｏＣ１に給電される複数の所定電圧は各機能回路２ａ〜２ｄにそれぞれ適した電圧であり、ＳｏＣ１に搭載される機能回路２ａ〜２ｄによって異なる。ＳｏＣ１に給電する所定電圧としては例えば３．３Ｖ、１．２５Ｖ，１．１Ｖ、０．７Ｖが代表例であるが、機能回路の数や供給する電圧はこれらに限定されるものではない。

機能回路２ａ〜２ｄの内、特定の機能回路２ａにはＬＥＤ９が接続されている。この特定の機能回路２ａは、ＰＭＩＣ４から電圧が供給された状態で制御部１５からＬＥＤ９への通電が指示された場合はＬＥＤ９に通電する。このＬＥＤ９はユーザが視認可能な位置に設けられている。

ところで、バッテリ７の端子電圧が低下してＳｏＣ１が全く動作しなくなった場合は、ＳｏＣ１が塔載された車載器が動作しなくなることから、制御部１５は、バッテリ７の端子電圧が動作可能な最低電圧となる前にＳｏＣ１の特定の機能回路２ａに電圧を供給した状態でＬＥＤ９の点灯を指示する。

ここで、バッテリ７の基本的な特性として、充電を行うと端子電圧が上昇し、放電を行うと端子電圧が下降する特性を示すので、バッテリ７からの給電時に端子電圧を測定することでバッテリ７の性能が低下したことを推定できる。そこで、自動車のイグニッションスイッチのＯＮに伴う起動時にバッテリ７の端子電圧を測定し、バッテリ７に異常な兆候がある場合は、ＳｏＣ１に供給する電圧を少なくとも特定の機能回路２ａに対する電圧に制限する。

具体的には、ＬＥＤ９を通電することが可能な特定な機能回路２ａに少なくとも電圧を供給することで、「起動しないし原因も不明」の状態から「起動しないがバッテリが原因」という状態に改善することが可能となり、ユーザがその後の対処および状況説明を容易に行うことが可能となる。

しかしながら、バッテリ７は温度による影響を強く受ける。特に自動車の使用環境は非常に過酷であり、使用温度範囲が極めて大きい。バッテリ７は使用温度によって特性が顕著に変化するため、単にバッテリ７の端子電圧を測定するだけではバッテリ７の本来の端子電圧を正確に把握できない。

一般的にバッテリは、温度が高いほど端子電圧が上がることからバッテリの性能が高くなったように見える。一方、温度が低いほど端子電圧が下がることからバッテリの性能が低下したように見える。従って、起動時のバッテリ７の端子電圧に基づいてバッテリの性能を推定するにしても、その性能は本来の性能から変動している可能性がある。

このように自動車は過酷な温度で使用されることを想定しなければならないため、バッテリ７の端子電圧に加えて周囲温度の２つの要素を考慮する必要がある。
そこで、周囲温度によるバッテリ７の特性変化を加味して判定することにより、より正確にユーザに対してバッテリ７の現在状況を伝達することを可能となることから、周囲温度に基づいてバッテリ７の端子電圧を補正した。

具体的には、図１に示すように周囲環境の温度を計測する温度計測部１０を設けた。温度計測部１０による計測結果は電圧として測定されるため、測定した温度をAnalog Digital Converter１１によりデジタル値に変換する。メモリやハードディスク等の記憶装置１２には周囲温度に対するバッテリ７の端子電圧への補正係数を示した補正係数テーブルが記憶されている。

つまり、バッテリ７の個体のばらつきはあるものの、バッテリ７の種類によって温度特性はある程度決まる。そのため、記憶装置１２に温度とそれに対応する補正係数との関係を示す補正係数テーブルを持つことで、周囲温度の影響を受ける前のバッテリ７の本来の端子電圧を推定することが可能となる。

図２に示すように補正係数テーブルには温度と補正係数との対応関係が記憶されている。補正係数は、基準温度である２５℃で１であり、基準温度よりも高くなるほど１より小さくなり、基準温度よりも低くなるほど１より大きくなるように設定されている。

図１に示すように、バッテリ７からの電圧は電圧測定部１３にも供給されて測定される。計算部１４（電圧補正部に相当）は、電圧測定部１３により測定された端子電圧と、計測温度に対応して補正係数テーブルに記憶されている補正係数とを積算する。つまり、計測温度が基準温度の場合は、端子電圧＝補正電圧となる。計測温度が基準温度よりも高くなるほど補正電圧は端子電圧よりも小さくなり、計測温度が基準温度よりも小さくなるほど補正電圧は端子電圧よりも大きくなる。

制御部１５（出力制限部に相当）は、計算部１４の計算結果に基づいてＳｏＣ１に供給する電圧を決定して対応するスイッチング素子８をＯＮする。
本実施形態では自動車や電気自動車を事例にしているため主に鉛バッテリを想定しているが、その他の例えばリチウムイオン電池や水素電池などでも基本的な特性は変わらないため、バッテリの種類が変わっても適用できる。ただし、温度特性や電圧値についてはバッテリの種類によって異なるため、具体的な値については省略する。

さて、バッテリ７の一般的な電圧範囲は、図３に示すように正常電圧範囲、注意電圧範囲、異常電圧範囲のいずれかに分類することができる。正常電圧範囲とはバッテリ７を安全に使用できる電圧範囲である。通常の使用条件ではバッテリ７の端子電圧は正常電圧範囲となっている。

注意電圧範囲とは、正常電圧範囲の下限から放電終止電圧までの電圧範囲、または正常電圧範囲の上限から充電上限電圧までの電圧範囲である。放電終止電圧とは安全に放電できるものの注意が必要となる下限電圧である。充電上限電圧とは安全に充電できるものの注意が必要となる上限電圧である。

異常電圧範囲とは、放電終止電圧を下回る電圧、または充電上限電圧を上回る電圧である。放電終止電圧を下回ると液漏れなどの異常に発展する可能性がある過放電状態となり、充電上限電圧を上回ると発熱などの異常に発展する可能性がある過充電状態となる。

バッテリ７の現在温度での端子電圧を基準温度での端子電圧に補正するには判定処理を実行する。図４に示す判定処理では、まず、バッテリ７の端子電圧を測定し（Ｓ１０１）、電圧測定の結果に応じて対応する処理を実行する。

即ち、端子電圧が正常電圧範囲の場合は（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、正常処理を実行し（Ｓ１０５）、端子電圧が注意電圧範囲の場合は（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、注意処理を実行する（Ｓ１０６）。そして、端子電圧が正常電圧範囲でも注意電圧範囲でもない異常電圧範囲の場合は（Ｓ１０３：ＮＯ）、起動を停止する（Ｓ１０４）。つまり、端子電圧が放電終止電圧を下回る電圧や充電上限電圧を上回る電圧の場合は、バッテリ７の本来の端子電圧に関わらずバッテリ７の異常が考えられ、ＳｏＣ１を起動して電力を引き出そうとするとバッテリ７に深刻なダメージを与える恐れがあるためＳｏＣ１を起動しないのである。

（正常処理）
図５に示す正常処理では、まず、補正処理を実行する（Ｓ２０１）。図７に示す補正処理では、周囲温度を測定し（Ｓ４０１）、その測定結果から補正係数を決定してから（Ｓ４０２）、端子電圧に補正係数を掛け合わせ（Ｓ４０３）、その補正結果に応じて対応する処理を実行する。

即ち、補正処理の結果、補正電圧が正常電圧範囲となった場合は（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、通常起動する（Ｓ２０５）。つまり、バッテリ７の現在の端子電圧及び本来の端子電圧は正常であることから、ＰＭＩＣ４からＳｏＣ１に対して全ての電圧を供給することで起動する。

補正処理の結果、補正電圧が注意電圧範囲となった場合は（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、通常起動すると共に警告する（Ｓ２０６）。つまり、バッテリ７の現在の端子電圧は正常であるものの本来の端子電圧は注意を要することから、ＳｏＣ１に対して全ての電圧を供給して起動しながらＬＥＤ９を点灯することでバッテリ７に異常の兆候があることをユーザに対して警告する。

補正処理の結果、補正電圧が異常電圧範囲となった場合は（Ｓ２０３：ＮＯ）、供給電圧を制限すると共に警告する（Ｓ２０４）。つまり、バッテリ７の現在の端子電圧は正常であるものの本来の端子電圧は異常であることから、ＳｏＣ１に対する電圧の供給を制限しながらバッテリ７に異常な兆候があることをユーザに対して警告する。

（注意処理）
図６に示す注意処理では、補正処理の結果、補正電圧が正常電圧範囲となった場合は（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、供給電圧を制限すると共に警告する（Ｓ３０５）。つまり、バッテリ７の現在の端子電圧は注意が必要であるものの本来の端子電圧は正常であることから、ＳｏＣ１に対する電圧の供給を制限しながらバッテリ７に異常な兆候があることをユーザに対して警告する。

補正処理の結果、補正電圧が注意電圧範囲となった場合は（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、供給電圧を制限すると共に警告する（Ｓ３０５）。つまり、バッテリ７の現在の端子電圧及び本来の端子電圧は注意を要することから、ＳｏＣ１に対する電圧の供給を制限しながらバッテリ７に異常の兆候があることをユーザに対して警告する。

補正処理の結果、補正電圧が異常電圧範囲となった場合は（Ｓ３０３：ＮＯ）、起動停止する（Ｓ３０４）。つまり、バッテリ７の現在の端子電圧は注意を要するものの本来の端子電圧は異常であることから、ＳｏＣ１に対する全ての電圧の供給を停止する。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
制御部１５は、バッテリ７の端子電圧に基づいてバッテリ７に異常な兆候があると判断した場合は、少なくともＳｏＣ１の特定の機能回路２ａに電圧を供給してＬＥＤ９によりバッテリ７に異常に兆候があることを通知するので、車両のバッテリ７に異常な兆候がある場合であってもそのことをユーザに通知することが可能となる。

温度計測部１０による計測温度が基準温度よりも高くなるほど１よりも小さくなる補正係数を端子電圧に乗算し、温度計測部１０による計測温度が基準温度よりも低くなるほど１よりも大きくなる補正係数を端子電圧に乗算することで補正電圧を求めるので、任意の基準温度を基準として補正電圧を適切に求めることができる。

制御部１５は、端子電圧と補正電圧との組み合わせに基づいてＳｏＣ１に出力する電圧を制限したり警告したりするので、現在の端子電圧と本来の端子電圧との組み合わせに応じて適切に電圧を制限したり警告したりすることができる。

（その他の実施形態）
バッテリ７の現在の端子電圧と補正電圧との組み合わせでＳｏＣ１に対する電圧の供給を制限したり警告したりしたが、端子電圧または補正電圧のみに基づいてＳｏＣ１に対する電圧の供給を制限したり警告したりしても良い。
バッテリ７の異常をユーザに警告する方法としてはＬＥＤの点灯に限定されることなく警報音や音声を発したり、車載のディスプレイに表示したりしても良い。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はＳｏＣ（集積回路装置）、３は給電装置、４はＰＭＩＣ、７はバッテリ、１０は温度計測部、１４は計算部（電圧補正部）、１５は制御部（出力制限部）である。

Claims (7)

1. 車両のバッテリ（７）からの給電状態で複数の電圧を生成して集積回路装置（１）を構成する複数の機能回路（２ａ〜２ｄ）に対して対応する電圧を供給する車載器の給電装置（３）であって、
   前記バッテリの端子電圧を測定する電圧測定部（１３）と、
   前記端子電圧に基づいて前記バッテリに異常な兆候があると判断した場合は、少なくともユーザに前記バッテリの異常を通知する機能を有した特定の機能回路（２ａ）に電圧を供給する制限動作を実行する出力制限部（１５）と、
   を備えた車載器の給電装置。
2. 周囲温度を計測する温度計測部（１０）と、
   前記温度計測部による計測温度に応じて前記端子電圧を補正した補正電圧を求める電圧補正部（１４）と、を備え、
   前記出力制限部は、前記端子電圧及び前記補正電圧の少なくとも一方に基づいて前記バッテリが正常か否かを判定する請求項１に記載の車載器の給電装置。
3. 前記電圧補正部は、前記計測温度が基準温度よりも高くなるほど１よりも小さくなる補正係数を前記端子電圧に乗算し、前記計測温度が前記基準温度よりも低くなるほど１よりも大きい補正係数を前記端子電圧に乗算することで前記補正電圧を求める請求項２に記載の車載器の給電装置。
4. 前記電圧補正部は、前記端子電圧及び前記補正電圧を、前記バッテリを安全に使用できる正常電圧範囲、正常電圧範囲の下限から放電終止電圧までの電圧範囲または正常電圧範囲の上限から充電上限電圧までの電圧範囲である注意電圧範囲、前記放電終止電圧よりも低い電圧範囲または前記充電上限電圧よりも高い異常電圧範囲に分類し、
   前記出力制限部は、前記端子電圧と前記補正電圧との組み合わせに基づいて前記制限動作を実行する請求項１から３のいずれか一項に記載の車載器の給電装置。
5. 前記出力制限部は、前記端子電圧が前記異常電圧範囲の場合は前記集積回路装置に対して全ての電圧の供給を停止することで起動停止する請求項４に記載の車載器の給電装置。
6. 前記出力制限部は、前記端子電圧が前記正常電圧範囲の場合において、前記補正電圧が前記正常電圧範囲の場合は前記集積回路装置に対して全ての電圧を供給することで通常起動し、前記補正電圧が前記注意電圧範囲の場合は前記集積回路装置に対して全ての電圧を供給することで通常起動すると共に警告し、前記異常電圧範囲の場合は前記集積回路装置に対して電圧を制限して供給すると共に警告する請求項４または５に記載の車載器の給電装置。
7. 前記出力制限部は、前記端子電圧が前記注意電圧範囲の場合において、前記補正電圧が前記正常電圧範囲または前記注意電圧範囲の場合は前記集積回路装置に対して電圧を制限して供給すると共に警告し、前記補正電圧が前記異常電圧範囲の場合は前記集積回路装置に対して全ての電圧の供給を停止することで起動停止する請求項４から６の何れか一項に記載の車載器の給電装置。
   

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