電力制御装置
【課題】本発明は、複数の負荷に対する給電を適切に制御することができる、電力制御装置の提供を目的とする。
【解決手段】電源（蓄電池３１とオルタネータ６０）と、前記電源より電力が供給される負荷１，２，３と、前記電源の使用可能電力を算出するバッテリＥＣＵ３４と、負荷１，２，３の必要電力を算出するＥＣＵ１１，１２，１３と、バッテリＥＣＵ３４によって算出された使用可能電力とＥＣＵ１１，１２，１３によって算出された必要電力とに基づいて負荷１，２，３のそれぞれに対する給電タイミングを設定する電源マネジメントＥＣＵ５０とを備える、電力制御装置。
【解決手段】電源（蓄電池３１とオルタネータ６０）と、前記電源より電力が供給される負荷１，２，３と、前記電源の使用可能電力を算出するバッテリＥＣＵ３４と、負荷１，２，３の必要電力を算出するＥＣＵ１１，１２，１３と、バッテリＥＣＵ３４によって算出された使用可能電力とＥＣＵ１１，１２，１３によって算出された必要電力とに基づいて負荷１，２，３のそれぞれに対する給電タイミングを設定する電源マネジメントＥＣＵ５０とを備える、電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に対する給電を制御する電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の状態を検出する車両状態検出手段と、該車両状態検出手段と消費エネルギー検出手段との検出結果に応じて前記複数の装置に対し供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段とを備え、前記消費エネルギー制御手段は、車両状態に応じた前記複数の装置に対しエネルギーを供給する優先順位を決定するマップを有することを特徴とする車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、車両の状態に応じて必要性の高い装置にエネルギーを優先的に供給するために、優先順位の高い順に各装置の消費電力データを足し合わせ、所定の設定値を超えない範囲の各装置に対しては作動許可指令が出力され、その設定値を超えた範囲の各装置に対しては作動禁止指令が出力されるものである。
【特許文献１】特開２００３−２５９５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、予め設定された優先順位に応じて上記設定値を超えた範囲の各装置の作動を一律に禁止する上述の従来技術では、優先順位の低い装置を作動させたくても、それより優先順位の高い装置の消費電力データの合計値が上記設定値を超えている場合には、当該優先順位の低い装置を作動させることができない。
【０００４】
そこで、本発明は、複数の負荷の作動が適切に行われるように電力を供給することができる、電力制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る電力制御装置は、
電源と、
前記電源より電力が供給される負荷と、
前記電源の使用可能電力を算出する使用可能電力算出手段と、
前記負荷の必要電力を算出する必要電力算出手段と、
前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力と前記必要電力算出手段によって算出された必要電力とに基づいて前記負荷のそれぞれに対する給電タイミングを設定するタイミング設定手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る電力制御装置であって、
前記タイミング設定手段は、前記負荷の必要電力に対して所定の割合まで給電されるタイミングを基準に、前記給電タイミングを設定することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る電力制御装置であって、
前記タイミング設定手段は、前記必要電力算出手段によって算出された必要電力が前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力に収まるまで前記給電タイミングを遅らせることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、第３の発明に係る電力制御装置であって、
前記タイミング設定手段は、前記負荷毎に設定された遅延可能時間を限度に前記給電タイミングを遅らせることを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、第４の発明に係る電力制御装置であって、
前記負荷のうち前記給電タイミングを遅らせる対象となるものは、前記遅延可能時間の違いに応じて決められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の負荷に対する給電を適切に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態である車両用電力制御装置１００の構成図を示す。車両用電力制御装置１００を備える車両には、複数の電気負荷が搭載されている。図１には、それらの電気負荷として、１，２，３が例示されている。電気負荷１はコンピュータ１１（以下、ＥＣＵ１１という）によって制御され、電気負荷２はコンピュータ１２（以下、ＥＣＵ１２という）によって制御され、電気負荷３はコンピュータ１３（以下、ＥＣＵ１３という）によって制御される。それらの電気負荷の具体例として、操舵力の付与によりドライバーのステアリング操作を支援する電動パワーステアリング装置（以下、「電動パワステ」という）の操舵力調整用モータ、ロール角の調整により車両の姿勢を制御する電動スタビリティコントロール装置（以下、「電動スタビ」という）のロール角調整用モータ、制動力の調整により車両の制動を制御する電動ブレーキ装置（以下、「電動ブレーキ」という）の制動力調整用モータなどが挙げられる。
【００１２】
ＥＣＵ１１は電気負荷１を作動させる作動指令信号を出力し、その作動指令信号に従って電気負荷１は作動する。例えば、ＥＣＵ１１が電動パワステのＥＣＵ、電気負荷１が操舵力調整用モータであるとする。ＥＣＵ１１は、トルクセンサや操舵角センサなどからのセンサ信号に基づいて操舵力調整用モータの起動が必要と判断した場合、操舵力調整用モータの起動要求発生フラグを立てて、操舵力調整用モータを駆動する駆動信号を出力する。その駆動信号に従って操舵力調整用モータは動作する。操舵力調整用モータの動作によって、ドライバーのステアリング操作がアシストされ得る。
【００１３】
ＥＣＵ１２は電気負荷２を作動させる作動指令信号を出力し、その作動指令信号に従って電気負荷２は作動する。例えば、ＥＣＵ１２が電動スタビのＥＣＵ、電気負荷２がロール角調整用モータであるとする。ＥＣＵ１２は、横加速度センサなどからのセンサ信号に基づいてロール角調整用モータの起動が必要と判断した場合、ロール角調整用モータの起動要求発生フラグを立てて、ロール角調整用モータを駆動する駆動信号を出力する。その駆動信号に従ってロール角調整用モータは動作する。ロール角調整用モータの動作によって、車両のロール角が調整され得る。
【００１４】
ＥＣＵ１３は電気負荷３を作動させる作動指令信号を出力し、その作動指令信号に従って電気負荷３は作動する。例えば、ＥＣＵ１３が電動ブレーキのＥＣＵ、電気負荷３が制動力調整用モータであるとする。ＥＣＵ１３は、車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ、舵角センサなどからのセンサ信号に基づいて制動力調整用モータ（電気負荷３に相当）の起動が必要と判断した場合、制動力調整用モータの起動要求発生フラグを立てて、制動力調整用モータを駆動する駆動信号を出力する。その駆動信号に従って制動力調整用モータは動作する。制動力調整用モータの動作によって、制動力が調整され得る結果、車両の挙動の安定化を可能にする。また、電動ブレーキとして、エンジンの吸気による負圧ではなく電動油圧ポンプによってドライバーの制動操作力をアシストする倍力装置（ハイドロブースタ）が挙げられる。
【００１５】
また、ＥＣＵ１１，１２，１３は、それぞれが制御する電気負荷の作動に伴う電力需要を推定し、現在及び／又は将来必要となる電力を算出する。例えば、ＥＣＵ１１，１２，１３は、自身のシステムの電力需要を予知させる予兆情報に基づいてその電力需要が発生することを推定し、その推定された電力需要に必要となる電力を後述の電源マネジメントＥＣＵ５０に対する要求電力（負荷要求値）として算出する。また、例えば、ＥＣＵ１１，１２，１３は、現在の電気負荷の動作状態に基づいて現在又は将来必要となる電力を後述の電源マネジメントＥＣＵ５０に対する要求電力（負荷要求値）として算出する。
【００１６】
例えば、車両がカーブを走行している時には、操舵力調整用モータやロール角調整用モータの作動が想定されるため、車両がカーブの手前を走行していることをそれらのモータの電力需要が発生する兆候とみなせば、ＧＰＳ装置により検出された車両位置と地図データベース内の地図情報に基づいて自車の位置を検出可能なナビゲーション装置によって、カーブの手前での走行が検出されることでそれらのモータの電力需要が発生することを事前に推定することができる。
【００１７】
例えば、ＥＣＵ１１とＥＣＵ１２のそれぞれは、ナビゲーション装置の持つカーブ情報、車速センサによる自車速情報、操舵角センサによる操舵角速度情報などに基づいて、ナビゲーション装置によって自車進行方向に存在するカーブを走行する際の電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流と電動スタビのロール角調整用モータの動作電流を推定する。ＥＣＵ１１とＥＣＵ１２のそれぞれは、その推定された動作電流に要求電圧を乗算することによって、負荷要求値を算出する。
【００１８】
負荷要求値の算出の一例について具体例を挙げて説明する。電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流は、操舵角速度ωに応じて変化する。カーブにおける曲率の最大値Ｋ０、曲率がＫ０になるまでの走行距離ｌとすると、車両が一定速度Ｖで走行している場合、曲率の変化は、
Ｋ＝Ｖ×Ｋ０／ｌ
と表すことができる。また、操舵角θは、ホイールベース長をＬとすると、
θ＝Ｌ×Ｋ＝Ｌ×（Ｖ×Ｋ０／ｌ）
と表すことができる。したがって、操舵角速度ωは、
ω＝ｄＬＫ／ｄｔ＝Ｌ×Ｖ×Ｋ０／ｌ ［ｒａｄ／ｓ］
と表すことができる。ＥＣＵ１１は、このように演算した操舵角速度ωに基づき、操舵角速度ωと電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流との関係を定めたマップを用いて、電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流を推定し、負荷要求値を算出する。
【００１９】
また、ＥＣＵ１２は、ナビゲーション装置のカーブ情報に基づいて、そのカーブを走行する際の電動スタビのロール角調整用モータの動作電流を推定する。電動スタビのロール角調整用モータの動作電流は、車両に加わる横加速度に応じて変化する。車体に加わる横加速度をαとすると、
α＝Ｖ２Ｋ
と表すことができる。したがって、ＥＣＵ１２は、このように演算した横加速度αに基づき、横加速度αと電動スタビのロール角調整用モータの動作電流との関係を定めたマップを用いて、電動スタビのロール角調整用モータの動作電流を推定し、その推定された動作電流に要求電圧を乗算することによって、負荷要求値を算出する。
【００２０】
また、ＥＣＵ１３は、ドライバーの足とブレーキペダルとの接触を検知可能なタッチセンサやブレーキスイッチ、ドライバーによるブレーキペダルの踏み込み操作の初速を検知可能な速度センサなどのドライバーのブレーキの操作を検出するブレーキ操作検出装置によって、電動ブレーキの動作電流の推定と負荷要求値を算出することができる。ブレーキペダルをドライバーが踏み込んでいる時には、電動ブレーキの制動力調整用モータやハイドロブースタの作動が想定されるため、ブレーキペダルの踏み始めを制動力調整用モータやハイドロブースタの電力需要が発生する兆候とみなせば、ブレーキ操作検出装置によってブレーキペダルの踏み始めが検出されることで制動力調整用モータやハイドロブースタの電力需要が発生することを事前に推定することができる。したがって、ＥＣＵ１３は、ブレーキ操作検出装置によって検出された検出値と制動力調整用モータの動作電流との関係を定めたマップを用いて、制動力調整用モータの動作電流を推定し、その推定された動作電流に要求電圧を乗算することによって、負荷要求値を算出する。
【００２１】
また、車両用電力制御装置１００は、電気負荷１，２，３の電源として、蓄電池３１を備えている。蓄電池３１の具体例として、リチウムイオンバッテリ、鉛バッテリ、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタなどが挙げられる。
【００２２】
また、車両用電力制御装置１００は、電気負荷１，２，３の電源として、オルタネータ６０を備えてもよい。オルタネータ６０は、蓄電池３１に並列接続され、運動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う。オルタネータ６０は、車両を走行させるためのエンジンを動力源とする発電機であって、エンジンの出力によって発電を行う。オルタネータ６０が発電した電力は、電気負荷１，２，３に供給されたり蓄電池３１に充電されたりする。オルタネータ６０が停止している状態では、蓄電池３１から電気負荷１，２，３に電力を供給し得る。例えば、エンジンが停止してオルタネータ６０の不作動状態である駐車状態で必要とされる電力は、蓄電池３１から供給することができる。
【００２３】
また、車両用電力制御装置１００は、蓄電池３１の蓄電状態を検出するバッテリＥＣＵ３４を備える。バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の電圧を検出する電圧センサを用いて蓄電池３１の電圧値を検出する。また、バッテリＥＣＵ３４は、例えば、蓄電池３１の充放電電流を検出する電流センサや蓄電池３１の電圧を検出する電圧センサや蓄電池３１の温度を検出する温度センサなどを用いて蓄電池３１の電流値や電圧値や温度を検出することによって、蓄電池３１の充電状態を検出してもよい。より具体的には、バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の電流値や電圧値を検出することによって、蓄電池３１の容量がどれだけ残っているのかを示す「充電率（ＳＯＣ：State of Charge）」を算出する。充電率は、満充電容量に対する残容量を示すものである。バッテリＥＣＵ３４は、例えば、蓄電池３１の充放電電流の積算（積分）などにより充電率（残容量）を算出する。電気量（蓄電池３１の容量）の時間的変化の割合が、電流に相当するからである。残容量は蓄電池３１の満充電時の容量から蓄電池３１から放電された放電量を引いた値に相当することから、バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の充放電電流をモニターしその履歴をメモリに記録することによって、充電率（残容量）を算出することが可能になる。なお、満充電時の初期容量は、所定のメモリに記憶されてよい。
【００２４】
また、バッテリＥＣＵ３４は、放電初期時の蓄電池３１の電圧の極小値を測定することによって充電率を推定してもよい。放電初期時の電圧の落ち込みにより生ずる極小値と充電率は相関があることが知られているため、バッテリＥＣＵ３４は、その相関関係（例えば、マップデータ）に基づいて充電率を推定することができる。
【００２５】
また、バッテリＥＣＵ３４は、放電初期時の蓄電池３１の内部抵抗を測定することによって充電率及び満充電容量を算出してもよい。内部抵抗は、初期放電電流と初期放電電圧によって算出される。内部抵抗と充電率、ならびに、内部抵抗と満充電容量は、相関があることが知られている。バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の内部抵抗に対する充電率の算出マップを参照して、蓄電池３１の内部抵抗に対応する充電率を算出する。バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の内部抵抗に対する満充電容量の算出マップを参照して、蓄電池３１の内部抵抗に対応する満充電容量を算出する。
【００２６】
ところで、電源ライン７０を介して蓄電池３１やオルタネータ６０から電力供給を受ける電気負荷の数や消費電流が増加するにつれて、特に劣化状態や低温状態では、蓄電池３１の電圧が降下しやすくなる。例えば、電動パワステの操舵力調整用モータと電動スタビのロール角調整用モータの起動要求がほぼ同時に発生した場合には、両者の動作電流（特に、定常時の動作電流より一時的に大きな電流である突入電流）はオーディオ等の電気負荷に比べて大きいため、操舵力調整用モータとロール角調整用モータが動作することにより大電力が消費され、蓄電池３１やオルタネータ６０の給電能力を一時的に超えることがある。その結果、蓄電池３１の電圧低下が発生し、その電圧低下の誘因である操舵力調整用モータやロール角調整用モータも含め蓄電池３１に接続される電気負荷（特に、ナビゲーション装置などの最低作動電圧が他の電気負荷に比べ相対的に高い電気負荷）がその電圧低下によって機能不良（例えば、コンピュータのリセットや誤動作、モータ類の出力低下）を起こすおそれがある。また、例えば、蓄電池３１に接続される電気負荷がランプであれば、明滅するおそれがある。したがって、このようなほぼ同時に電源を利用することによる電源電圧の降下を防ぐ対策が必要である。
【００２７】
図２は、電動パワステの操舵力調整用モータと電動スタビのロール角調整用モータの動作タイミングの関係を示した図である。図２の期間ｔ１は、操舵力調整用モータの起動後の動作電流により所定値以上の電圧降下がバッテリ１０に発生する期間を示し、図２の期間ｔ２は、ロール角調整用モータの起動後の動作電流により所定値以上の電圧降下がバッテリ１０に発生する期間を示す。図２（ａ）に示されるように、操舵力調整用モータとロール角調整用モータの起動要求がほぼ同時刻に発生し、操舵力調整用モータとロール角調整用モータはそれぞれの起動要求に従って独立に動作を開始（起動）すると、期間ｔ１と期間ｔ２が同時期に重なることがある。その結果、蓄電池３１やオルタネータ６０の給電能力を一時的に超えて、蓄電池３１の電圧降下が著しく大きくなり、蓄電池３１やオルタネータ６０から給電を受け得る電気負荷の動作に支障が出るおそれがある。
【００２８】
そこで、車両用電力制御装置１００は、各電気負荷の負荷要求値とそれらの電源の使用可能電力とに基づいて、各電気負荷に対する給電を管理する電源マネジメントＥＣＵ（以下、「パワマネＥＣＵ」という）５０を備える。パワマネＥＣＵ５０は、ＣＡＮ（Control Area Network）バス等の通信線９０を介して、ＥＣＵ１１，ＥＣＵ１２，ＥＣＵ１３，バッテリＥＣＵ３４と接続され、各ＥＣＵと通信を行うことができる。
【００２９】
パワマネＥＣＵ５０は、ＥＣＵ１１，ＥＣＵ１２，ＥＣＵ１３のそれぞれから取得した電気負荷の負荷要求値の合計値が蓄電池３１やオルタネータ６０といった電源から供給される使用可能な電力以下に収まるように、各電気負荷に対する出力指示値の算出と各電気負荷に対する給電タイミングの調整をする。また、パワマネＥＣＵ５０は、ＥＣＵ１１，ＥＣＵ１２，ＥＣＵ１３から取得した電気負荷の遅延可能時間に従って、電気負荷１，２，３が略同時に起動しないように、各電気負荷に対する出力指示値の算出と各電気負荷に対する給電タイミングの調整をする。遅延可能時間とは、電気負荷毎に設定され、電気負荷の起動要求から実際に起動するまで猶予可能な期間である。各電気負荷は自身の遅延可能時間内に起動すれば、その電気負荷の機能を正常に果たすことができるものとする。ＥＣＵ１１，１２，１３は、起動要求があった時に電気負荷を即起動するのではなく、起動を遅らせることができる遅延可能時間をパワマネＥＣＵ５０に対して送信する。このとき、遅延可能時間は、通信ライン９０を介して相手に届くまでの最大の通信遅延時間を事前に差し引いて送信されることが好ましい。最大通信遅延時間を差し引いた上で送信しなければ、相手に信号が届いた際に既に遅延可能時間の限界値に迫っている可能性があるからである。なお、遅延可能時間が通信遅延時間よりも短い電気負荷については、起動要求の発生に伴い即起動してもよい。
【００３０】
図２（ｂ）の期間ｔ５は、電動パワステの操舵力調整用モータに設定された遅延可能時間を示し、図２（ｂ）の期間ｔ６は、電動スタビのロール角調整用モータに設定された遅延可能時間を示す。遅延可能時間に応じて各電気負荷が略同時に起動しないようにするために、起動開始からの動作時間が短くて遅延可能時間の短い（時間的余裕の無い）電気負荷から順番に起動する。例えば、電動スタビのロール角調整用モータの遅延可能時間ｔ６は、電動パワステの操舵力調整用モータの遅延可能時間ｔ５より短い期間に設定されている。また、期間ｔ３，ｔ４は、通信等によりどの電気負荷が先に起動するのかを決定する調整期間である。したがって、電動パワステの操舵力調整用モータの起動要求と電動スタビのロール角調整用モータの起動要求がほぼ同時に発生したとしても、遅延可能時間が短いロール角調整用モータを実行した後に操舵力調整用モータを実行すれば、互いの突入電流は重なることもなく、電源電圧の降下も抑制することができる。
【００３１】
パワマネＥＣＵ５０によるパワーマネジメント制御の動作について、図３を参照しながら説明する。図３は、パワマネＥＣＵ５０によるパワーマネジメント制御を示すフローである。パワマネＥＣＵ５０は、例えば、エンジンを始動させるためのイグニッションスイッチのオフからオンへの切り替えを検知した後に、図３に示されるパワーマネジメント制御を実施する。本フローは、所定の演算周期で繰り返される。
【００３２】
パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の負荷要求値W(n)と遅延可能時間D(n)を各ＥＣＵから取得するとともに（ステップ１０）、電源から供給される使用可能な供給電力（最大電力）WmaxをバッテリＥＣＵ３４とオルタネータ６０から取得する（ステップ１２）。電源から供給される使用可能な最大電力Wmaxは、蓄電池３１から供給される使用可能な最大電力とオルタネータ６０から供給される使用可能な最大電力との合計値である。
【００３３】
図４は、蓄電池の温度及び充電率と蓄電池の使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。図５は、オルタネータの回転数とオルタネータの使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。パワマネＥＣＵ５０（又は、バッテリＥＣＵ３４）は、図４のマップに従って、蓄電池３１の使用可能な最大電力を算出する。また、パワマネＥＣＵ５０は、図５のマップに従って、オルタネータ６０の使用可能な最大電力を算出する。
【００３４】
パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の負荷要求値W(n)の合計値（＝ΣW(n)）が電源から供給される使用可能な最大電力Wmaxより大きいか否かを判断する（ステップ１４）。
【００３５】
パワマネＥＣＵ５０は、「ΣW(n)＞Wmax」にならない場合（ステップ１４，Ｎｏ）、各電気負荷の負荷要求値に対して電源から供給される使用可能な電力は余裕があるとして、各電気負荷の負荷要求値W(n)を各電気負荷に対する出力指示値Wo(n)として各ＥＣＵに送信する（ステップ１６）。出力指示値Wo(n)を受信した各ＥＣＵは、その出力指示値Wo(n)（＝W(n)）に従って、自身が制御する電気負荷の出力を制御する。
【００３６】
一方、パワマネＥＣＵ５０は、「ΣW(n)＞Wmax」になる場合（ステップ１４，Ｙｅｓ）、各電気負荷の負荷要求値に対して電源から供給される使用可能な電力は余裕がないとして、各電気負荷の遅延可能時間D(n)に従って各電気負荷に対する出力補正値Wc(n)を演算する（ステップ１８）。パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の起動を各電気負荷の遅延可能時間D(n)を限度に遅延させることによって、各電気負荷の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まる場合には（ステップ２０，Ｎｏ）、各電気負荷の出力補正値Wc(n)を各電気負荷に対する出力指示値Wo(n)として各ＥＣＵに送信する（ステップ２２）。出力指示値Wo(n)を受信した各ＥＣＵは、その出力指示値Wo(n)（＝Wc(n)）に従って、自身が制御する電気負荷の出力を制御する。他方、パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の起動を各電気負荷の遅延可能時間D(n)を限度に遅延させても、各電気負荷の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まらない場合には（ステップ２０，Ｙｅｓ）、既定の優先順位の低い電気負荷から順番に出力補正値Wc(n)を制限又は零にすることによって、各電気負荷の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まるように各電気負荷の出力補正値Wc(n)を決定し、その決定したWc(n)を各電気負荷に対する出力指示値Wo(n)として各ＥＣＵに送信する（ステップ２４）。出力指示値Wo(n)を受信した各ＥＣＵは、その出力指示値Wo(n)（＝Wc(n)）に従って、自身が制御する電気負荷の出力を制御する。ここで、Wo(n)＝零の場合の電気負荷の出力は、停止されることになる。
【００３７】
パワマネＥＣＵ５０は、例えばステップ１４以降について、「ΣW(n)＞Wmax」になる場合、全電気負荷のうち遅延可能時間D(n)の一番長いものから順番に遅延させ、遅延可能な全電気負荷について最大に遅延させても最大電力Wmaxに収まらない場合には、既定の優先順位に従って最大電力Wmaxに収まるように各電気負荷の出力を制限するとよい。
【００３８】
図６は、或る演算タイミングにおいて、各電気負荷について、遅延可能時間D(n)と負荷要求値W(n)と出力指示値Wo(n)の設定値の一例を示した表である。
【００３９】
パワマネＥＣＵ５０は、電気負荷１，２，３の負荷要求値の合計値ΣW(n)が最大電力Wmaxを超える場合、遅延可能時間D(n)が一番長い電気負荷１の起動を遅延可能時間D(1)（＝３００ｍｓ）より手前の時刻に遅延させるとして、現在の電気負荷１の出力補正値Wc(1)を零にする。このとき、例えば、現在から所定時間（例えば、２００ｍｓ）後に遅延させてもよいし、次回の演算タイミングまで遅延させてもよい。これにより、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)は最大電力Wmax以内に収まるため（ΣWc(n)＝１．３≦Wmax）、パワマネＥＣＵ５０は、電気負荷１の出力補正値Wc(1)（＝０）を電気負荷１に対する出力指示値Wo(1)としてＥＣＵ１１に送信し、電気負荷２の出力補正値Wc(2)（＝０．６）を電気負荷２に対する出力指示値Wo(2)としてＥＣＵ１２に送信し、電気負荷３の出力補正値Wc(3)（＝０．７）を電気負荷３に対する出力指示値Wo(3)としてＥＣＵ１３に送信する。このように、現演算タイミングの電気負荷１の出力補正値Wc(1)を零にすることによって、電気負荷１の給電要求に対して電気負荷１の給電タイミングを次回の演算タイミング以降に遅延させることができる。
【００４０】
このとき、遅延可能時間D(n)が一番長い電気負荷１の出力補正値Wc(1)を零にしても、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まらなければ、更に、遅延可能時間D(n)が二番目に長い電気負荷２の出力補正値Wc(2)を零にすればよい。ここで、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まるようにするために、現在の出力補正値Wc(ｎ)を零にするのではなく、現在の出力補正値Wc(ｎ)を零より大きい任意の制限値に減少させてもよい。また、遅延可能時間D(n)が所定の限界値以下の電気負荷については（例えば、当該限界値を１５０ｍｓと設定するならば、遅延可能時間D(3)が１００ｍｓの電気負荷３については）、誤差などを考慮して、遅延させなくてもよい。
【００４１】
そして、パワマネＥＣＵ５０は、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まるように、電気負荷１，２，３のうち遅延可能な電気負荷について最大に遅延させても最大電力Wmaxに収まらない場合には、既定の優先順位に従って最大電力Wmaxに収まるように各電気負荷の出力を制限する。電気負荷１，２，３のうち電気負荷３の優先順位が既定の優先順位として一番高く設定されている場合には、電気負荷３の出力補正値Wc(3)を零又は零より大きい所定値に設定すればよい。この既定の優先順位は、電気負荷の車両における重要度に応じて設定されればよく、例えば安全に直接かかわる電気負荷になるほど高めに設定されればよい。
【００４２】
したがって、本実施例によれば、電気負荷１，２，３に対して適切に電力を配分することができる。すなわち、電気負荷１，２，３に同時に必要とされる電力が蓄電池３１等の電源で同時に使用可能な電力を超えている場合であっても、電気負荷１，２，３の起動の遅延が許される範囲内で電気負荷１，２，３に対する給電タイミングをずらすことによって、電気負荷１，２，３に対して適切に電力を配分することができる。
【００４３】
図７は、電気負荷１，２の出力要求値と出力指示値との時間関係を示したタイムチャートである。図７では、パワマネＥＣＵ５０が電気負荷２の負荷要求値を受信した後に電気負荷１の負荷要求値を受信していることを示している。パワマネＥＣＵ５０は、演算タイミングＴ２までは電気負荷２の負荷要求値のみなので、電気負荷２を制御するＥＣＵ１２に対しては、電気負荷２の負荷要求値と同一の出力指示値を送信する。その後、パワマネＥＣＵ５０は、演算タイミングＴ３において、電気負荷１と電気負荷２の負荷要求値の合計値が最大電力Wmaxを超えた場合、遅延可能時間が電気負荷２に比べて長い電気負荷１の要求通りの電力を供給するタイミングを遅延させるため、電気負荷１を制御するＥＣＵ１１に対しては、電気負荷１の負荷要求値を制限した出力指示値を送信するとともに、電気負荷２を制御するＥＣＵ１２に対しては、電気負荷２の負荷要求値と同一の出力指示値を送信する。そして、パワマネＥＣＵ５０は、演算タイミングＴ４において、電気負荷１と電気負荷２の負荷要求値の合計値が最大電力Wmax以下になったため、電気負荷１を制御するＥＣＵ１１に対しては、電気負荷１の負荷要求値と同一の出力指示値を送信するとともに、電気負荷２を制御するＥＣＵ１２に対しては、電気負荷２の負荷要求値と同一の出力指示値を送信する。このように制御することによって、図７に示されるように、遅延可能時間が電気負荷２に比べて長い電気負荷１の要求通りの電力を供給するタイミングをＴ１からＴ４に遅延させることができる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４５】
例えば、上述の遅延可能時間は、給電開始から電気負荷の必要電力に対して所定の割合（例えば、７０％）になるまでのタイミングを基準に決めてもよい。これによって、電気負荷の起動が遅延可能時間を経過する時まで最大限遅延されたとしても、その最大限遅延時には当該電気負荷の必要電力に対してその割合まで給電されている状態にすることができる。すなわち、電気負荷の必要電力に対して最低限確保したい電力をその割合に設定しておけば、電気負荷の起動が遅延可能時間を経過する時まで最大限遅延されたとしても、その最低限の電力を確保することができる。
【００４６】
また、上述の遅延可能時間は、車両の走行状態に応じて可変させてもよい。これにより、車両の走行状態に適した遅延可能時間の設定が可能となる。図８は、操舵速度に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。図９は、アクセル開度変化率に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。
【００４７】
図８において、ＥＣＵ１１が電動パワステのＥＣＵである場合、ＥＣＵ１１は、車速センサによる検出値などによって車両が停車中であるか否かを判断する（ステップ３０）。ＥＣＵ１１は、停車中ではないと判断した場合には（走行中であると判断した場合には）、操舵速度が速くなるにつれて電動パワステの速やかな起動が求められるとして、操舵速度が速くなるにつれて遅延可能時間が短くなるように設定されるマップ（Ｂ）に基づいて、遅延可能時間を設定する（ステップ３４）。一方、ＥＣＵ１１は、停車中であると判断した場合には、ステアリングの据え切りのため電動パワステの速やかな起動は特に求められないとして、操舵速度に対して一定の遅延可能時間が設定されるマップ（Ａ）に基づいて、遅延可能時間を設定する（ステップ３２）。したがって、操舵操作に応じた適切な遅延可能時間の設定が可能となる。
【００４８】
図９において、ＥＣＵ１２が電動スタビのＥＣＵや車両を走行させるための走行用駆動モータの制御ＥＣＵである場合、ＥＣＵ１２は、ドライバーのアクセル操作が速くなるにつれて電動スタビや走行用駆動モータの速やかな起動が求められるとして、アクセル開度変化率が速くなるにつれて遅延可能時間が短くなるように設定されるマップ（Ａ）に基づいて、遅延可能時間を設定する（ステップ４０）。したがって、アクセル操作に応じた適切な遅延可能時間の設定が可能となる。
【００４９】
また、本発明は、車両用電力制御装置に限らず、航空機や船舶など、車両以外の他の用途の電力制御装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態である車両用電力制御装置１００の構成図を示す。
【図２】電動パワステの操舵力調整用モータと電動スタビのロール角調整用モータの動作タイミングの関係を示した図である。
【図３】パワマネＥＣＵ５０によるパワーマネジメント制御を示すフローである。
【図４】蓄電池の温度及び充電率と蓄電池の使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。
【図５】オルタネータの回転数とオルタネータの使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。
【図６】或る演算タイミングにおいて、各電気負荷について、遅延可能時間D(n)と負荷要求値W(n)と出力指示値Wo(n)の設定値の一例を示した表である。
【図７】電気負荷１，２の出力要求値と出力指示値との時間関係を示したタイムチャートである。
【図８】操舵速度に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。
【図９】アクセル開度変化率に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２，３ 電気負荷
１１，１２，１３ 電気負荷を制御するＥＣＵ
３１ 蓄電池
３４ バッテリＥＣＵ
５０ 電源マネジメントＥＣＵ
６０ オルタネータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に対する給電を制御する電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、電気駆動される複数の装置と、該複数の装置の各消費エネルギーを検出する消費エネルギー検出手段と、車両の状態を検出する車両状態検出手段と、該車両状態検出手段と消費エネルギー検出手段との検出結果に応じて前記複数の装置に対し供給するエネルギーを調整する消費エネルギー制御手段とを備え、前記消費エネルギー制御手段は、車両状態に応じた前記複数の装置に対しエネルギーを供給する優先順位を決定するマップを有することを特徴とする車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、車両の状態に応じて必要性の高い装置にエネルギーを優先的に供給するために、優先順位の高い順に各装置の消費電力データを足し合わせ、所定の設定値を超えない範囲の各装置に対しては作動許可指令が出力され、その設定値を超えた範囲の各装置に対しては作動禁止指令が出力されるものである。
【特許文献１】特開２００３−２５９５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、予め設定された優先順位に応じて上記設定値を超えた範囲の各装置の作動を一律に禁止する上述の従来技術では、優先順位の低い装置を作動させたくても、それより優先順位の高い装置の消費電力データの合計値が上記設定値を超えている場合には、当該優先順位の低い装置を作動させることができない。
【０００４】
そこで、本発明は、複数の負荷の作動が適切に行われるように電力を供給することができる、電力制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る電力制御装置は、
電源と、
前記電源より電力が供給される負荷と、
前記電源の使用可能電力を算出する使用可能電力算出手段と、
前記負荷の必要電力を算出する必要電力算出手段と、
前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力と前記必要電力算出手段によって算出された必要電力とに基づいて前記負荷のそれぞれに対する給電タイミングを設定するタイミング設定手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る電力制御装置であって、
前記タイミング設定手段は、前記負荷の必要電力に対して所定の割合まで給電されるタイミングを基準に、前記給電タイミングを設定することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る電力制御装置であって、
前記タイミング設定手段は、前記必要電力算出手段によって算出された必要電力が前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力に収まるまで前記給電タイミングを遅らせることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、第３の発明に係る電力制御装置であって、
前記タイミング設定手段は、前記負荷毎に設定された遅延可能時間を限度に前記給電タイミングを遅らせることを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、第４の発明に係る電力制御装置であって、
前記負荷のうち前記給電タイミングを遅らせる対象となるものは、前記遅延可能時間の違いに応じて決められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の負荷に対する給電を適切に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態である車両用電力制御装置１００の構成図を示す。車両用電力制御装置１００を備える車両には、複数の電気負荷が搭載されている。図１には、それらの電気負荷として、１，２，３が例示されている。電気負荷１はコンピュータ１１（以下、ＥＣＵ１１という）によって制御され、電気負荷２はコンピュータ１２（以下、ＥＣＵ１２という）によって制御され、電気負荷３はコンピュータ１３（以下、ＥＣＵ１３という）によって制御される。それらの電気負荷の具体例として、操舵力の付与によりドライバーのステアリング操作を支援する電動パワーステアリング装置（以下、「電動パワステ」という）の操舵力調整用モータ、ロール角の調整により車両の姿勢を制御する電動スタビリティコントロール装置（以下、「電動スタビ」という）のロール角調整用モータ、制動力の調整により車両の制動を制御する電動ブレーキ装置（以下、「電動ブレーキ」という）の制動力調整用モータなどが挙げられる。
【００１２】
ＥＣＵ１１は電気負荷１を作動させる作動指令信号を出力し、その作動指令信号に従って電気負荷１は作動する。例えば、ＥＣＵ１１が電動パワステのＥＣＵ、電気負荷１が操舵力調整用モータであるとする。ＥＣＵ１１は、トルクセンサや操舵角センサなどからのセンサ信号に基づいて操舵力調整用モータの起動が必要と判断した場合、操舵力調整用モータの起動要求発生フラグを立てて、操舵力調整用モータを駆動する駆動信号を出力する。その駆動信号に従って操舵力調整用モータは動作する。操舵力調整用モータの動作によって、ドライバーのステアリング操作がアシストされ得る。
【００１３】
ＥＣＵ１２は電気負荷２を作動させる作動指令信号を出力し、その作動指令信号に従って電気負荷２は作動する。例えば、ＥＣＵ１２が電動スタビのＥＣＵ、電気負荷２がロール角調整用モータであるとする。ＥＣＵ１２は、横加速度センサなどからのセンサ信号に基づいてロール角調整用モータの起動が必要と判断した場合、ロール角調整用モータの起動要求発生フラグを立てて、ロール角調整用モータを駆動する駆動信号を出力する。その駆動信号に従ってロール角調整用モータは動作する。ロール角調整用モータの動作によって、車両のロール角が調整され得る。
【００１４】
ＥＣＵ１３は電気負荷３を作動させる作動指令信号を出力し、その作動指令信号に従って電気負荷３は作動する。例えば、ＥＣＵ１３が電動ブレーキのＥＣＵ、電気負荷３が制動力調整用モータであるとする。ＥＣＵ１３は、車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ、舵角センサなどからのセンサ信号に基づいて制動力調整用モータ（電気負荷３に相当）の起動が必要と判断した場合、制動力調整用モータの起動要求発生フラグを立てて、制動力調整用モータを駆動する駆動信号を出力する。その駆動信号に従って制動力調整用モータは動作する。制動力調整用モータの動作によって、制動力が調整され得る結果、車両の挙動の安定化を可能にする。また、電動ブレーキとして、エンジンの吸気による負圧ではなく電動油圧ポンプによってドライバーの制動操作力をアシストする倍力装置（ハイドロブースタ）が挙げられる。
【００１５】
また、ＥＣＵ１１，１２，１３は、それぞれが制御する電気負荷の作動に伴う電力需要を推定し、現在及び／又は将来必要となる電力を算出する。例えば、ＥＣＵ１１，１２，１３は、自身のシステムの電力需要を予知させる予兆情報に基づいてその電力需要が発生することを推定し、その推定された電力需要に必要となる電力を後述の電源マネジメントＥＣＵ５０に対する要求電力（負荷要求値）として算出する。また、例えば、ＥＣＵ１１，１２，１３は、現在の電気負荷の動作状態に基づいて現在又は将来必要となる電力を後述の電源マネジメントＥＣＵ５０に対する要求電力（負荷要求値）として算出する。
【００１６】
例えば、車両がカーブを走行している時には、操舵力調整用モータやロール角調整用モータの作動が想定されるため、車両がカーブの手前を走行していることをそれらのモータの電力需要が発生する兆候とみなせば、ＧＰＳ装置により検出された車両位置と地図データベース内の地図情報に基づいて自車の位置を検出可能なナビゲーション装置によって、カーブの手前での走行が検出されることでそれらのモータの電力需要が発生することを事前に推定することができる。
【００１７】
例えば、ＥＣＵ１１とＥＣＵ１２のそれぞれは、ナビゲーション装置の持つカーブ情報、車速センサによる自車速情報、操舵角センサによる操舵角速度情報などに基づいて、ナビゲーション装置によって自車進行方向に存在するカーブを走行する際の電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流と電動スタビのロール角調整用モータの動作電流を推定する。ＥＣＵ１１とＥＣＵ１２のそれぞれは、その推定された動作電流に要求電圧を乗算することによって、負荷要求値を算出する。
【００１８】
負荷要求値の算出の一例について具体例を挙げて説明する。電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流は、操舵角速度ωに応じて変化する。カーブにおける曲率の最大値Ｋ０、曲率がＫ０になるまでの走行距離ｌとすると、車両が一定速度Ｖで走行している場合、曲率の変化は、
Ｋ＝Ｖ×Ｋ０／ｌ
と表すことができる。また、操舵角θは、ホイールベース長をＬとすると、
θ＝Ｌ×Ｋ＝Ｌ×（Ｖ×Ｋ０／ｌ）
と表すことができる。したがって、操舵角速度ωは、
ω＝ｄＬＫ／ｄｔ＝Ｌ×Ｖ×Ｋ０／ｌ ［ｒａｄ／ｓ］
と表すことができる。ＥＣＵ１１は、このように演算した操舵角速度ωに基づき、操舵角速度ωと電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流との関係を定めたマップを用いて、電動パワステの操舵力調整用モータの動作電流を推定し、負荷要求値を算出する。
【００１９】
また、ＥＣＵ１２は、ナビゲーション装置のカーブ情報に基づいて、そのカーブを走行する際の電動スタビのロール角調整用モータの動作電流を推定する。電動スタビのロール角調整用モータの動作電流は、車両に加わる横加速度に応じて変化する。車体に加わる横加速度をαとすると、
α＝Ｖ２Ｋ
と表すことができる。したがって、ＥＣＵ１２は、このように演算した横加速度αに基づき、横加速度αと電動スタビのロール角調整用モータの動作電流との関係を定めたマップを用いて、電動スタビのロール角調整用モータの動作電流を推定し、その推定された動作電流に要求電圧を乗算することによって、負荷要求値を算出する。
【００２０】
また、ＥＣＵ１３は、ドライバーの足とブレーキペダルとの接触を検知可能なタッチセンサやブレーキスイッチ、ドライバーによるブレーキペダルの踏み込み操作の初速を検知可能な速度センサなどのドライバーのブレーキの操作を検出するブレーキ操作検出装置によって、電動ブレーキの動作電流の推定と負荷要求値を算出することができる。ブレーキペダルをドライバーが踏み込んでいる時には、電動ブレーキの制動力調整用モータやハイドロブースタの作動が想定されるため、ブレーキペダルの踏み始めを制動力調整用モータやハイドロブースタの電力需要が発生する兆候とみなせば、ブレーキ操作検出装置によってブレーキペダルの踏み始めが検出されることで制動力調整用モータやハイドロブースタの電力需要が発生することを事前に推定することができる。したがって、ＥＣＵ１３は、ブレーキ操作検出装置によって検出された検出値と制動力調整用モータの動作電流との関係を定めたマップを用いて、制動力調整用モータの動作電流を推定し、その推定された動作電流に要求電圧を乗算することによって、負荷要求値を算出する。
【００２１】
また、車両用電力制御装置１００は、電気負荷１，２，３の電源として、蓄電池３１を備えている。蓄電池３１の具体例として、リチウムイオンバッテリ、鉛バッテリ、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタなどが挙げられる。
【００２２】
また、車両用電力制御装置１００は、電気負荷１，２，３の電源として、オルタネータ６０を備えてもよい。オルタネータ６０は、蓄電池３１に並列接続され、運動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行う。オルタネータ６０は、車両を走行させるためのエンジンを動力源とする発電機であって、エンジンの出力によって発電を行う。オルタネータ６０が発電した電力は、電気負荷１，２，３に供給されたり蓄電池３１に充電されたりする。オルタネータ６０が停止している状態では、蓄電池３１から電気負荷１，２，３に電力を供給し得る。例えば、エンジンが停止してオルタネータ６０の不作動状態である駐車状態で必要とされる電力は、蓄電池３１から供給することができる。
【００２３】
また、車両用電力制御装置１００は、蓄電池３１の蓄電状態を検出するバッテリＥＣＵ３４を備える。バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の電圧を検出する電圧センサを用いて蓄電池３１の電圧値を検出する。また、バッテリＥＣＵ３４は、例えば、蓄電池３１の充放電電流を検出する電流センサや蓄電池３１の電圧を検出する電圧センサや蓄電池３１の温度を検出する温度センサなどを用いて蓄電池３１の電流値や電圧値や温度を検出することによって、蓄電池３１の充電状態を検出してもよい。より具体的には、バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の電流値や電圧値を検出することによって、蓄電池３１の容量がどれだけ残っているのかを示す「充電率（ＳＯＣ：State of Charge）」を算出する。充電率は、満充電容量に対する残容量を示すものである。バッテリＥＣＵ３４は、例えば、蓄電池３１の充放電電流の積算（積分）などにより充電率（残容量）を算出する。電気量（蓄電池３１の容量）の時間的変化の割合が、電流に相当するからである。残容量は蓄電池３１の満充電時の容量から蓄電池３１から放電された放電量を引いた値に相当することから、バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の充放電電流をモニターしその履歴をメモリに記録することによって、充電率（残容量）を算出することが可能になる。なお、満充電時の初期容量は、所定のメモリに記憶されてよい。
【００２４】
また、バッテリＥＣＵ３４は、放電初期時の蓄電池３１の電圧の極小値を測定することによって充電率を推定してもよい。放電初期時の電圧の落ち込みにより生ずる極小値と充電率は相関があることが知られているため、バッテリＥＣＵ３４は、その相関関係（例えば、マップデータ）に基づいて充電率を推定することができる。
【００２５】
また、バッテリＥＣＵ３４は、放電初期時の蓄電池３１の内部抵抗を測定することによって充電率及び満充電容量を算出してもよい。内部抵抗は、初期放電電流と初期放電電圧によって算出される。内部抵抗と充電率、ならびに、内部抵抗と満充電容量は、相関があることが知られている。バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の内部抵抗に対する充電率の算出マップを参照して、蓄電池３１の内部抵抗に対応する充電率を算出する。バッテリＥＣＵ３４は、蓄電池３１の内部抵抗に対する満充電容量の算出マップを参照して、蓄電池３１の内部抵抗に対応する満充電容量を算出する。
【００２６】
ところで、電源ライン７０を介して蓄電池３１やオルタネータ６０から電力供給を受ける電気負荷の数や消費電流が増加するにつれて、特に劣化状態や低温状態では、蓄電池３１の電圧が降下しやすくなる。例えば、電動パワステの操舵力調整用モータと電動スタビのロール角調整用モータの起動要求がほぼ同時に発生した場合には、両者の動作電流（特に、定常時の動作電流より一時的に大きな電流である突入電流）はオーディオ等の電気負荷に比べて大きいため、操舵力調整用モータとロール角調整用モータが動作することにより大電力が消費され、蓄電池３１やオルタネータ６０の給電能力を一時的に超えることがある。その結果、蓄電池３１の電圧低下が発生し、その電圧低下の誘因である操舵力調整用モータやロール角調整用モータも含め蓄電池３１に接続される電気負荷（特に、ナビゲーション装置などの最低作動電圧が他の電気負荷に比べ相対的に高い電気負荷）がその電圧低下によって機能不良（例えば、コンピュータのリセットや誤動作、モータ類の出力低下）を起こすおそれがある。また、例えば、蓄電池３１に接続される電気負荷がランプであれば、明滅するおそれがある。したがって、このようなほぼ同時に電源を利用することによる電源電圧の降下を防ぐ対策が必要である。
【００２７】
図２は、電動パワステの操舵力調整用モータと電動スタビのロール角調整用モータの動作タイミングの関係を示した図である。図２の期間ｔ１は、操舵力調整用モータの起動後の動作電流により所定値以上の電圧降下がバッテリ１０に発生する期間を示し、図２の期間ｔ２は、ロール角調整用モータの起動後の動作電流により所定値以上の電圧降下がバッテリ１０に発生する期間を示す。図２（ａ）に示されるように、操舵力調整用モータとロール角調整用モータの起動要求がほぼ同時刻に発生し、操舵力調整用モータとロール角調整用モータはそれぞれの起動要求に従って独立に動作を開始（起動）すると、期間ｔ１と期間ｔ２が同時期に重なることがある。その結果、蓄電池３１やオルタネータ６０の給電能力を一時的に超えて、蓄電池３１の電圧降下が著しく大きくなり、蓄電池３１やオルタネータ６０から給電を受け得る電気負荷の動作に支障が出るおそれがある。
【００２８】
そこで、車両用電力制御装置１００は、各電気負荷の負荷要求値とそれらの電源の使用可能電力とに基づいて、各電気負荷に対する給電を管理する電源マネジメントＥＣＵ（以下、「パワマネＥＣＵ」という）５０を備える。パワマネＥＣＵ５０は、ＣＡＮ（Control Area Network）バス等の通信線９０を介して、ＥＣＵ１１，ＥＣＵ１２，ＥＣＵ１３，バッテリＥＣＵ３４と接続され、各ＥＣＵと通信を行うことができる。
【００２９】
パワマネＥＣＵ５０は、ＥＣＵ１１，ＥＣＵ１２，ＥＣＵ１３のそれぞれから取得した電気負荷の負荷要求値の合計値が蓄電池３１やオルタネータ６０といった電源から供給される使用可能な電力以下に収まるように、各電気負荷に対する出力指示値の算出と各電気負荷に対する給電タイミングの調整をする。また、パワマネＥＣＵ５０は、ＥＣＵ１１，ＥＣＵ１２，ＥＣＵ１３から取得した電気負荷の遅延可能時間に従って、電気負荷１，２，３が略同時に起動しないように、各電気負荷に対する出力指示値の算出と各電気負荷に対する給電タイミングの調整をする。遅延可能時間とは、電気負荷毎に設定され、電気負荷の起動要求から実際に起動するまで猶予可能な期間である。各電気負荷は自身の遅延可能時間内に起動すれば、その電気負荷の機能を正常に果たすことができるものとする。ＥＣＵ１１，１２，１３は、起動要求があった時に電気負荷を即起動するのではなく、起動を遅らせることができる遅延可能時間をパワマネＥＣＵ５０に対して送信する。このとき、遅延可能時間は、通信ライン９０を介して相手に届くまでの最大の通信遅延時間を事前に差し引いて送信されることが好ましい。最大通信遅延時間を差し引いた上で送信しなければ、相手に信号が届いた際に既に遅延可能時間の限界値に迫っている可能性があるからである。なお、遅延可能時間が通信遅延時間よりも短い電気負荷については、起動要求の発生に伴い即起動してもよい。
【００３０】
図２（ｂ）の期間ｔ５は、電動パワステの操舵力調整用モータに設定された遅延可能時間を示し、図２（ｂ）の期間ｔ６は、電動スタビのロール角調整用モータに設定された遅延可能時間を示す。遅延可能時間に応じて各電気負荷が略同時に起動しないようにするために、起動開始からの動作時間が短くて遅延可能時間の短い（時間的余裕の無い）電気負荷から順番に起動する。例えば、電動スタビのロール角調整用モータの遅延可能時間ｔ６は、電動パワステの操舵力調整用モータの遅延可能時間ｔ５より短い期間に設定されている。また、期間ｔ３，ｔ４は、通信等によりどの電気負荷が先に起動するのかを決定する調整期間である。したがって、電動パワステの操舵力調整用モータの起動要求と電動スタビのロール角調整用モータの起動要求がほぼ同時に発生したとしても、遅延可能時間が短いロール角調整用モータを実行した後に操舵力調整用モータを実行すれば、互いの突入電流は重なることもなく、電源電圧の降下も抑制することができる。
【００３１】
パワマネＥＣＵ５０によるパワーマネジメント制御の動作について、図３を参照しながら説明する。図３は、パワマネＥＣＵ５０によるパワーマネジメント制御を示すフローである。パワマネＥＣＵ５０は、例えば、エンジンを始動させるためのイグニッションスイッチのオフからオンへの切り替えを検知した後に、図３に示されるパワーマネジメント制御を実施する。本フローは、所定の演算周期で繰り返される。
【００３２】
パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の負荷要求値W(n)と遅延可能時間D(n)を各ＥＣＵから取得するとともに（ステップ１０）、電源から供給される使用可能な供給電力（最大電力）WmaxをバッテリＥＣＵ３４とオルタネータ６０から取得する（ステップ１２）。電源から供給される使用可能な最大電力Wmaxは、蓄電池３１から供給される使用可能な最大電力とオルタネータ６０から供給される使用可能な最大電力との合計値である。
【００３３】
図４は、蓄電池の温度及び充電率と蓄電池の使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。図５は、オルタネータの回転数とオルタネータの使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。パワマネＥＣＵ５０（又は、バッテリＥＣＵ３４）は、図４のマップに従って、蓄電池３１の使用可能な最大電力を算出する。また、パワマネＥＣＵ５０は、図５のマップに従って、オルタネータ６０の使用可能な最大電力を算出する。
【００３４】
パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の負荷要求値W(n)の合計値（＝ΣW(n)）が電源から供給される使用可能な最大電力Wmaxより大きいか否かを判断する（ステップ１４）。
【００３５】
パワマネＥＣＵ５０は、「ΣW(n)＞Wmax」にならない場合（ステップ１４，Ｎｏ）、各電気負荷の負荷要求値に対して電源から供給される使用可能な電力は余裕があるとして、各電気負荷の負荷要求値W(n)を各電気負荷に対する出力指示値Wo(n)として各ＥＣＵに送信する（ステップ１６）。出力指示値Wo(n)を受信した各ＥＣＵは、その出力指示値Wo(n)（＝W(n)）に従って、自身が制御する電気負荷の出力を制御する。
【００３６】
一方、パワマネＥＣＵ５０は、「ΣW(n)＞Wmax」になる場合（ステップ１４，Ｙｅｓ）、各電気負荷の負荷要求値に対して電源から供給される使用可能な電力は余裕がないとして、各電気負荷の遅延可能時間D(n)に従って各電気負荷に対する出力補正値Wc(n)を演算する（ステップ１８）。パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の起動を各電気負荷の遅延可能時間D(n)を限度に遅延させることによって、各電気負荷の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まる場合には（ステップ２０，Ｎｏ）、各電気負荷の出力補正値Wc(n)を各電気負荷に対する出力指示値Wo(n)として各ＥＣＵに送信する（ステップ２２）。出力指示値Wo(n)を受信した各ＥＣＵは、その出力指示値Wo(n)（＝Wc(n)）に従って、自身が制御する電気負荷の出力を制御する。他方、パワマネＥＣＵ５０は、各電気負荷の起動を各電気負荷の遅延可能時間D(n)を限度に遅延させても、各電気負荷の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まらない場合には（ステップ２０，Ｙｅｓ）、既定の優先順位の低い電気負荷から順番に出力補正値Wc(n)を制限又は零にすることによって、各電気負荷の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まるように各電気負荷の出力補正値Wc(n)を決定し、その決定したWc(n)を各電気負荷に対する出力指示値Wo(n)として各ＥＣＵに送信する（ステップ２４）。出力指示値Wo(n)を受信した各ＥＣＵは、その出力指示値Wo(n)（＝Wc(n)）に従って、自身が制御する電気負荷の出力を制御する。ここで、Wo(n)＝零の場合の電気負荷の出力は、停止されることになる。
【００３７】
パワマネＥＣＵ５０は、例えばステップ１４以降について、「ΣW(n)＞Wmax」になる場合、全電気負荷のうち遅延可能時間D(n)の一番長いものから順番に遅延させ、遅延可能な全電気負荷について最大に遅延させても最大電力Wmaxに収まらない場合には、既定の優先順位に従って最大電力Wmaxに収まるように各電気負荷の出力を制限するとよい。
【００３８】
図６は、或る演算タイミングにおいて、各電気負荷について、遅延可能時間D(n)と負荷要求値W(n)と出力指示値Wo(n)の設定値の一例を示した表である。
【００３９】
パワマネＥＣＵ５０は、電気負荷１，２，３の負荷要求値の合計値ΣW(n)が最大電力Wmaxを超える場合、遅延可能時間D(n)が一番長い電気負荷１の起動を遅延可能時間D(1)（＝３００ｍｓ）より手前の時刻に遅延させるとして、現在の電気負荷１の出力補正値Wc(1)を零にする。このとき、例えば、現在から所定時間（例えば、２００ｍｓ）後に遅延させてもよいし、次回の演算タイミングまで遅延させてもよい。これにより、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)は最大電力Wmax以内に収まるため（ΣWc(n)＝１．３≦Wmax）、パワマネＥＣＵ５０は、電気負荷１の出力補正値Wc(1)（＝０）を電気負荷１に対する出力指示値Wo(1)としてＥＣＵ１１に送信し、電気負荷２の出力補正値Wc(2)（＝０．６）を電気負荷２に対する出力指示値Wo(2)としてＥＣＵ１２に送信し、電気負荷３の出力補正値Wc(3)（＝０．７）を電気負荷３に対する出力指示値Wo(3)としてＥＣＵ１３に送信する。このように、現演算タイミングの電気負荷１の出力補正値Wc(1)を零にすることによって、電気負荷１の給電要求に対して電気負荷１の給電タイミングを次回の演算タイミング以降に遅延させることができる。
【００４０】
このとき、遅延可能時間D(n)が一番長い電気負荷１の出力補正値Wc(1)を零にしても、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まらなければ、更に、遅延可能時間D(n)が二番目に長い電気負荷２の出力補正値Wc(2)を零にすればよい。ここで、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まるようにするために、現在の出力補正値Wc(ｎ)を零にするのではなく、現在の出力補正値Wc(ｎ)を零より大きい任意の制限値に減少させてもよい。また、遅延可能時間D(n)が所定の限界値以下の電気負荷については（例えば、当該限界値を１５０ｍｓと設定するならば、遅延可能時間D(3)が１００ｍｓの電気負荷３については）、誤差などを考慮して、遅延させなくてもよい。
【００４１】
そして、パワマネＥＣＵ５０は、電気負荷１，２，３の出力補正値Wc(n)の合計値ΣWc(n)が最大電力Wmax以内に収まるように、電気負荷１，２，３のうち遅延可能な電気負荷について最大に遅延させても最大電力Wmaxに収まらない場合には、既定の優先順位に従って最大電力Wmaxに収まるように各電気負荷の出力を制限する。電気負荷１，２，３のうち電気負荷３の優先順位が既定の優先順位として一番高く設定されている場合には、電気負荷３の出力補正値Wc(3)を零又は零より大きい所定値に設定すればよい。この既定の優先順位は、電気負荷の車両における重要度に応じて設定されればよく、例えば安全に直接かかわる電気負荷になるほど高めに設定されればよい。
【００４２】
したがって、本実施例によれば、電気負荷１，２，３に対して適切に電力を配分することができる。すなわち、電気負荷１，２，３に同時に必要とされる電力が蓄電池３１等の電源で同時に使用可能な電力を超えている場合であっても、電気負荷１，２，３の起動の遅延が許される範囲内で電気負荷１，２，３に対する給電タイミングをずらすことによって、電気負荷１，２，３に対して適切に電力を配分することができる。
【００４３】
図７は、電気負荷１，２の出力要求値と出力指示値との時間関係を示したタイムチャートである。図７では、パワマネＥＣＵ５０が電気負荷２の負荷要求値を受信した後に電気負荷１の負荷要求値を受信していることを示している。パワマネＥＣＵ５０は、演算タイミングＴ２までは電気負荷２の負荷要求値のみなので、電気負荷２を制御するＥＣＵ１２に対しては、電気負荷２の負荷要求値と同一の出力指示値を送信する。その後、パワマネＥＣＵ５０は、演算タイミングＴ３において、電気負荷１と電気負荷２の負荷要求値の合計値が最大電力Wmaxを超えた場合、遅延可能時間が電気負荷２に比べて長い電気負荷１の要求通りの電力を供給するタイミングを遅延させるため、電気負荷１を制御するＥＣＵ１１に対しては、電気負荷１の負荷要求値を制限した出力指示値を送信するとともに、電気負荷２を制御するＥＣＵ１２に対しては、電気負荷２の負荷要求値と同一の出力指示値を送信する。そして、パワマネＥＣＵ５０は、演算タイミングＴ４において、電気負荷１と電気負荷２の負荷要求値の合計値が最大電力Wmax以下になったため、電気負荷１を制御するＥＣＵ１１に対しては、電気負荷１の負荷要求値と同一の出力指示値を送信するとともに、電気負荷２を制御するＥＣＵ１２に対しては、電気負荷２の負荷要求値と同一の出力指示値を送信する。このように制御することによって、図７に示されるように、遅延可能時間が電気負荷２に比べて長い電気負荷１の要求通りの電力を供給するタイミングをＴ１からＴ４に遅延させることができる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４５】
例えば、上述の遅延可能時間は、給電開始から電気負荷の必要電力に対して所定の割合（例えば、７０％）になるまでのタイミングを基準に決めてもよい。これによって、電気負荷の起動が遅延可能時間を経過する時まで最大限遅延されたとしても、その最大限遅延時には当該電気負荷の必要電力に対してその割合まで給電されている状態にすることができる。すなわち、電気負荷の必要電力に対して最低限確保したい電力をその割合に設定しておけば、電気負荷の起動が遅延可能時間を経過する時まで最大限遅延されたとしても、その最低限の電力を確保することができる。
【００４６】
また、上述の遅延可能時間は、車両の走行状態に応じて可変させてもよい。これにより、車両の走行状態に適した遅延可能時間の設定が可能となる。図８は、操舵速度に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。図９は、アクセル開度変化率に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。
【００４７】
図８において、ＥＣＵ１１が電動パワステのＥＣＵである場合、ＥＣＵ１１は、車速センサによる検出値などによって車両が停車中であるか否かを判断する（ステップ３０）。ＥＣＵ１１は、停車中ではないと判断した場合には（走行中であると判断した場合には）、操舵速度が速くなるにつれて電動パワステの速やかな起動が求められるとして、操舵速度が速くなるにつれて遅延可能時間が短くなるように設定されるマップ（Ｂ）に基づいて、遅延可能時間を設定する（ステップ３４）。一方、ＥＣＵ１１は、停車中であると判断した場合には、ステアリングの据え切りのため電動パワステの速やかな起動は特に求められないとして、操舵速度に対して一定の遅延可能時間が設定されるマップ（Ａ）に基づいて、遅延可能時間を設定する（ステップ３２）。したがって、操舵操作に応じた適切な遅延可能時間の設定が可能となる。
【００４８】
図９において、ＥＣＵ１２が電動スタビのＥＣＵや車両を走行させるための走行用駆動モータの制御ＥＣＵである場合、ＥＣＵ１２は、ドライバーのアクセル操作が速くなるにつれて電動スタビや走行用駆動モータの速やかな起動が求められるとして、アクセル開度変化率が速くなるにつれて遅延可能時間が短くなるように設定されるマップ（Ａ）に基づいて、遅延可能時間を設定する（ステップ４０）。したがって、アクセル操作に応じた適切な遅延可能時間の設定が可能となる。
【００４９】
また、本発明は、車両用電力制御装置に限らず、航空機や船舶など、車両以外の他の用途の電力制御装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態である車両用電力制御装置１００の構成図を示す。
【図２】電動パワステの操舵力調整用モータと電動スタビのロール角調整用モータの動作タイミングの関係を示した図である。
【図３】パワマネＥＣＵ５０によるパワーマネジメント制御を示すフローである。
【図４】蓄電池の温度及び充電率と蓄電池の使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。
【図５】オルタネータの回転数とオルタネータの使用可能な最大電力との関係を定めたマップである。
【図６】或る演算タイミングにおいて、各電気負荷について、遅延可能時間D(n)と負荷要求値W(n)と出力指示値Wo(n)の設定値の一例を示した表である。
【図７】電気負荷１，２の出力要求値と出力指示値との時間関係を示したタイムチャートである。
【図８】操舵速度に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。
【図９】アクセル開度変化率に応じて遅延可能時間を設定する方法を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２，３ 電気負荷
１１，１２，１３ 電気負荷を制御するＥＣＵ
３１ 蓄電池
３４ バッテリＥＣＵ
５０ 電源マネジメントＥＣＵ
６０ オルタネータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
前記電源より電力が供給される負荷と、
前記電源の使用可能電力を算出する使用可能電力算出手段と、
前記負荷の必要電力を算出する必要電力算出手段と、
前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力と前記必要電力算出手段によって算出された必要電力とに基づいて前記負荷のそれぞれに対する給電タイミングを設定するタイミング設定手段とを備えることを特徴とする、電力制御装置。
【請求項２】
前記タイミング設定手段は、前記負荷の必要電力に対して所定の割合まで給電されるタイミングを基準に、前記給電タイミングを設定する、請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記タイミング設定手段は、前記必要電力算出手段によって算出された必要電力が前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力に収まるまで前記給電タイミングを遅らせる、請求項１又は２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記タイミング設定手段は、前記負荷毎に設定された遅延可能時間を限度に前記給電タイミングを遅らせる、請求項３に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記負荷のうち前記給電タイミングを遅らせる対象となるものは、前記遅延可能時間の違いに応じて決められる、請求項４に記載の電力制御装置。
【請求項１】
電源と、
前記電源より電力が供給される負荷と、
前記電源の使用可能電力を算出する使用可能電力算出手段と、
前記負荷の必要電力を算出する必要電力算出手段と、
前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力と前記必要電力算出手段によって算出された必要電力とに基づいて前記負荷のそれぞれに対する給電タイミングを設定するタイミング設定手段とを備えることを特徴とする、電力制御装置。
【請求項２】
前記タイミング設定手段は、前記負荷の必要電力に対して所定の割合まで給電されるタイミングを基準に、前記給電タイミングを設定する、請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記タイミング設定手段は、前記必要電力算出手段によって算出された必要電力が前記使用可能電力算出手段によって算出された使用可能電力に収まるまで前記給電タイミングを遅らせる、請求項１又は２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記タイミング設定手段は、前記負荷毎に設定された遅延可能時間を限度に前記給電タイミングを遅らせる、請求項３に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記負荷のうち前記給電タイミングを遅らせる対象となるものは、前記遅延可能時間の違いに応じて決められる、請求項４に記載の電力制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２８９３０２（Ｐ２００８−２８９３０２Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３３３７４（Ｐ２００７−１３３３７４）
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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