JP2008162342A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成かつ低コストでありながら、ショート等の障害から低電圧の車両電気システムを十分に保護することができる車両用電源装置を提供する。
【解決手段】車両用電源２としての鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとの間に、予め定められた特定の電気的負荷の作動時にのみ、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとを電気的に並列に接続し、特定の電気的負荷とは異なる電気的負荷の作動時には、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとを電気的に非接続とする電流遮断手段３を設けた。この電流遮断手段３は、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａに向かって電流が流れないようにする第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂと、コントロールユニット１８の制御下で励磁、非励磁する第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄとを備えるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用電源装置に関し、さらに詳しくは、車両に搭載された電気的負荷に駆動電力を供給する車両用電源装置に関する。

従来、ガソリン車、ディーゼル車等に搭載される鉛蓄電池（鉛バッテリ）は、大容量の電気を瞬間的に取り出すために電気容量を大きくすると搭載性が低下してしまう。一方、キャパシタは、大容量の電気を瞬間的に充放電できるものの、鉛蓄電池と比べると蓄電量が低い。そこで、鉛蓄電池とキャパシタとを組み合わせることによって、全体の寸法を大型化することなく、瞬間的な大出力にも耐え得るように構成された車両用電源が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような車両用電源を、従来よりも高電圧（１００Ｖ超）の車両電気システムを備えた電気自動車、ハイブリッド車等に用いた場合、安全対策として故障や事故等、何らかの障害が発生した場合に電源を遮断する必要がある。
電源遮断装置としては、衝突を検出すると電流を遮断するもの（例えば、特許文献２参照）や、被衝突物と車両との相対速度が一定以上、かつ距離が０になった時に衝突が発生したとして電流を遮断するもの（例えば、特許文献３参照）等がある。

特開平６−２７０６９５号公報 特開平５−３１６６０４号公報 特開平７−１１１７０３号公報

ところで、上記した車両用電源を、従来の低電圧（乗用車で１２Ｖ、大型商用車で２４Ｖ）の車両電気システムを備えたガソリン車、ディーゼル車等の電源として用いた場合には次のような問題がある。
すなわち、ガソリン車、ディーゼル車等の車両電気システム自体は、鉛蓄電池の使用を前提に構築されている。そのため、キャパシタのように瞬間的な大電流を発生可能とする電源を搭載した車両が事故等に遭遇し、ショート等が発生した場合、従来の鉛蓄電池の使用を前提として構築された車両電気システムの安全対策では、電気システムを十分に保護することができない虞がある。

そこで、この様な問題を解決するために、従来の低電圧の車両電気システムに上述したような高電圧システム用の電源遮断装置を設けることが考えられる。
しかしながら、上述した電源遮断装置は、電気システムの障害を検出するものではなく、車両電気システムの異常発生よりも先に衝突等を検出するものであるため、システムは複雑となり、コストの上昇を招くという問題がある。

本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成かつ低コストでありながら、ショート等の障害から低電圧の車両電気システムを十分に保護することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、車両に搭載された電気的負荷に駆動電力を供給する車両用電源装置において、
第１の蓄電手段と、前記第１の蓄電手段と電気的に並列に接続される第２の蓄電手段と、前記第１の蓄電手段と前記第２の蓄電手段との間に設けられた電流遮断手段とを備え、前記第１の蓄電手段は、前記電気的負荷或いは蓄電の為の電力供給手段に接続されると共に、前記電流遮断手段は、電気的負荷の内、予め定められた特定の電気的負荷の作動時にのみ、前記第２の蓄電手段より前記第１の蓄電手段へ給電可能とすることを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、前記第１の蓄電手段は、鉛蓄電池であることを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、前記第２の蓄電手段は、キャパシタであることを特徴とする。

請求項１乃至３に記載の発明によれば、鉛蓄電池とキャパシタとの間に、予め定められた特定の電気的負荷の作動時にのみ、鉛蓄電池とキャパシタとを電気的に並列に接続し、特定の電気的負荷とは異なる電気的負荷の作動時には、鉛蓄電池とキャパシタとを電気的に非接続とする電流遮断手段を設けた。これにより、瞬間的な大電流を発生可能とするキャパシタを搭載した車両が事故等に遭遇し、ショート等が発生しても、電流遮断手段により鉛蓄電池とキャパシタとは非接続状態が保持されるので、従来の鉛蓄電池の使用を前提として構築された車両電気システムを十分に保護することができる。しかも、この電流遮断手段は、特定の電気的負荷の作動時のみ鉛蓄電池とキャパシタとを並列に接続すればよいから、システムの簡素化、コストの低減化を図ることができる。

上記目的を達成するため請求項４に記載の発明は、前記第１の蓄電手段から前記第２の蓄電手段へ充電可能な給電手段を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、鉛蓄電池からキャパシタへ充電可能な給電手段を備えたので、放電したキャパシタを常に充電することができる。

本発明の車両用電源装置によれば、予め定められた特定の電気的負荷の作動時にのみ、鉛蓄電池とキャパシタとを電気的に並列に接続する電流遮断手段を設けたので、従来の低電圧の電気システムの電源として鉛蓄電池とキャパシタとからなる車両用電源を用いても、ショート等の障害から電気システムを十分に保護することが可能となる。しかも、システムが複雑化することがなく、低コストに構成することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用電源装置について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の車両用電源装置の構成を表した回路図である。

本車両用電源装置について図１を用いて説明する。
同図に示されるように、この車両用電源装置１は、瞬間的な大電流を発生可能とする車両用電源から車載された電気的負荷に駆動電力を供給するものであって、車両用電源２、電流遮断装置３、電力供給手段４、イグニションリレー５、イグニションスイッチ６、第１〜第４のスイッチ７〜１０、第１〜第３のリレー１１〜１３、第１〜第４の電気的負荷１４〜１７、制御手段１８を備えて構成されている。

車両用電源は、第１の蓄電手段としての鉛蓄電池２Ａと第２の蓄電手段としてのキャパシタ２Ｂとを備えている。鉛蓄電池２Ａは、従来の低電圧システム用に用いられている１２Ｖの鉛バッテリである。また、キャパシタ２Ｂは、瞬間的な大電流を発生可能とする大容量のキャパシタであり、具体的には、電気２重層キャパシタ（コンデンサ）、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。これら鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとは、電流遮断装置３を介して並列に接続されており、制御手段１９の制御下で、車両電気システムの必要とする電力の一部、或いは全てを供給すると共に、電力供給手段４が発電する電力の一部を蓄えるようになっている。

電流遮断装置３は、給電手段としての第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂと、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄとを備えている。第１のダイオード３Ａと第４のリレー３Ｃとは、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとの正極間に並列に接続されている。一方、第２のダイオード３Ｂと第５のリレー３Ｄとは、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとの負極間に並列に接続されている。
さらに、第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂは、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａに向かって電流が流れないように設けられている。

第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄは、制御手段１８の制御下で、非励磁、或いは励磁するようになっている。第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄが非励磁の場合には、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａに向かって電流が流れない回路が形成され、鉛蓄電池２Ａから出力される電流のみが供給可能となる。また、この状態にあっては、キャパシタ２Ｂへの充電は可能とされているが、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａ或いは第１〜第４の電気的負荷側への給電は行われないようになっている。

これに対し、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄが励磁した場合には、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとが電気的に並列接続されることとなる。そして、並列に接続された鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとからは、鉛蓄電池２Ａから出力される電流に加えてキャパシタ２Ｂから出力される大電流が供給可能となる。

電力供給手段４としてのオルタネータ４は、エンジンがかかると電力の供給を開始する。このオルタネータ４が発電した電力が第１〜第４の電気的負荷側の消費電力よりも大きな場合には、鉛蓄電池２Ａに充電されるほか、第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂを介してキャパシタ２Ｂにも蓄電されるようになっている。また、このオルタネータ４のレギュレータの制御回路（図示せず）からは、エンジンがかかっていることを示す情報信号が制御手段１８に向かって出力されるようになっている。
なお、キャパシタ２Ｂの充電が終了すると、キャパシタ２Ｂへの充電を遮断する図示しない充電遮断装置が電流遮断装置３に設けられている。

イグニションリレー５は、イグニションスイッチ６がＯＮされると励磁して、車両用電源２及びオルタネータ４と、制御手段１８及び第１〜第４の電気的負荷側とを電気的に接続する。このイグニションリレー５の励磁は、イグニションスイッチ６がＯＦＦされるまで継続されるようになっている。また、イグニションスイッチ６からは、イグニションスイッチ６がＯＮ、つまりイグニションスイッチ６に差し込まれたエンジンキーがＯＮのポジションになったことを示す情報信号が制御手段１８に向かって出力されるようになっている。

第１〜第４のスイッチ７〜１０は、第１〜第４の電気的負荷１４〜１７をそれぞれ作動させるためのスイッチであり、特に、第１〜第３のスイッチ７〜１０がＯＮ−ＯＦＦされた際の情報信号が制御手段１８に向かって出力されるようになっている。なお、ここでは、第１のスイッチ７は、エンジンスタート時に瞬間的に大電流を必要とする第１の電気的負荷１４を作動させるためのエンジンスタートボタン、或いはイグニションスイッチに差し込まれているキーがエンジンスタートのポジションに位置することを検知する検知スイッチである。また、第２のスイッチ８は、大電流を必要としない電気的負荷のためのヘッドライトスイッチ、第３のスイッチ９は、大電流を必要とする電気的負荷のためのシートヒータスイッチ或いはリヤウインドデフォッガスイッチである。

第１〜第３のリレー１１〜１３は、制御手段１８の制御下にあり、ＯＦＦされた第１〜第３のスイッチ７〜９に応じて非励磁となり、また、ＯＮされた第１〜第３のスイッチ７〜９に応じて励磁する。励磁した第１〜第３のリレー１１〜１３は、車両用電源２及びオルタネータ４と、第１〜第３の電気的負荷側１４〜１６とを電気的に接続し、第１〜第３の電気的負荷１４〜１６側に電力を供給する。

第１〜第４の電気的負荷（以下、負荷）１４〜１７は、イグニションスイッチＯＮ時、エンジン始動時、或いはエンジンがかかっている状態のいずれかで動作するように車両に搭載された低電圧電気システム用の電装機器である。なお、ここでは、第１の負荷１４は、エンジン始動時に瞬間的に大電流を必要とするエンジンスタータ、第２の負荷１５は、大電流を必要としないヘッドライト、第３の負荷１６は、大電流を必要とするシートヒータ、或いはリヤウインドデフォッガである。また、第４の負荷１７は、大電流を必要としない通常の負荷（例えば電動ドアミラー等）であり、車両用電源２及びオルタネータ４からの電力がスイッチ４の操作で直接供給されるようになっている。

制御手段１８としてのコントロールユニット１８は、車両用電源２やオルタネータ４からの電力を第１〜第４の負荷１４〜１７に供給して動作させるためのコンピュータプログラムに従って動作するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）によって形成されている。
そして、このコントロールユニット１８は、電流遮断装置３の第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄを制御することによって、第１〜第４の負荷１４〜１７のうち、予め定められた特定の負荷（ここでは、第１及び第３の負荷１４，１６）が大電流を必要とする場合には、その大電流を必要とする特定の負荷に向けて、鉛蓄電池２Ａの出力する電流に加えてキャパシタ２Ｂの出力する大電流を供給する制御を行うと共に、必要時以外、つまり、特定の負荷とは異なる負荷（第２の負荷１５のこと）を動作させる場合は、車両用電源２から第１〜第４の負荷１４〜１７に向かってキャパシタ２Ｂの出力する大電流が流れるのを遮断する制御を行う。つまり、このコントロールユニット１８は、電流遮断手段３の一部とみなされるようになっている。

すなわち、イグニションスイッチ６がＯＮされた状態においては、このコントロールユニット１８は、エンジン始動時に大電流を必要とする第１の負荷１４のための第１のスイッチ７、或いはエンジン始動には関わらないが大電流を必要とする第３の負荷１６のための第３のスイッチ９がＯＮされると、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄ、第１のリレー１１或いは第３のリレー１３を励磁するようになっている。
また、大電流を必要としない第２の負荷１５のための第２のスイッチ８がＯＮされると、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄは非励磁とし、第２のリレー１２を励磁するように設定されている。

また、エンジンがかかっている状態においては、このコントロールユニット１８は、第１のスイッチ７がＯＮされても、第１のスイッチ７はエンジン始動時に関わるスイッチであるため、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄ、第１のリレー１１は非励磁とするように設定されている。
また、第２のスイッチ８がＯＮされた場合、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄは非励磁とし、第２のリレー１２を励磁するように設定されている。
さらに、第３のスイッチ９がＯＮされた場合、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄ、第３のリレー１３を励磁するように設定されている。

ここで、コントロールユニット１８の動作についてより具体的に説明する。
同図に示されるように、イグニションスイッチ６がＯＮされると、イグニションリレー５が励磁して、車両用電源２から電力の供給が開始される。この状態にあっては、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄは非励磁なので、鉛蓄電池２Ａから出力される電流がコントロールユニット１８に供給される。

給電が開始されたコントロールユニット１８は、第１〜第３のスイッチ７〜９の情報信号に基づいて第１〜第３のスイッチ７〜９がＯＮされたか否かを判断する。
第１及び第３のスイッチ７，９の何れかがＯＮされない限りは、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄは非励磁のままとするので、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａに向かって電流が流れない回路が形成され、鉛蓄電池２Ａから出力される電流のみが車両電気システムに対して供給可能となる。また、この状態にあっては、キャパシタ２Ｂへの充電は可能となっているが、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａ或いは電気的負荷側への給電は行われないようになっている。

そして、第１のスイッチ７（或いは第３のスイッチ９）がＯＮされると、コントロールユニット１８は、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄと第１のリレー１１（或いは第３のリレー１３）とを励磁する。すると、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとが電気的に並列接続されることとなるので、並列に接続された鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとから、鉛蓄電池２Ａから出力される電流に加えてキャパシタ２Ｂから出力される大電流が第１の負荷１４（或いは第３の負荷１６）に向かって供給される。第１の負荷１４に大電流が供給されるのでエンジンが容易に始動することとなる。これにより、エンジン始動時における鉛蓄電池２Ａの電圧降下が回避され、かつ鉛蓄電池２Ａの容量が減少しても、安定した冷間始動性を確保することが可能となる。
また、コントロールユニット１８は、第２のスイッチ８がＯＮされると第２のリレー１２のみを励磁して、第２の負荷１５に鉛蓄電池２Ａからの電力を供給する。

エンジンの始動に伴い第１のスイッチ７がＯＦＦになると、コントロールユニット１８は、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄと第１のリレー１１とを非励磁とする。また、オルタネータ４が電力の供給を開始する。これにより、負荷側には、鉛蓄電池２Ａが出力する電力とオルタネータ４が発電した電力とが供給されると共に、オルタネータ４が発電した電力が負荷の消費電力よりも大きな場合には、鉛蓄電池２Ａに充電されるほか、第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂを介してキャパシタ２Ｂにも蓄電される。

ところで、エンジンがかかった状態において第１のスイッチ７が再びＯＮされても、コントロールユニット１８は、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄと第１のリレー１１とを非励磁とするので、キャパシタ２Ｂの出力する電力がコントロールユニット１８や負荷側に供給されることはなく、しかも、エンジンスタータが作動することもない。
また、コントロールユニット１８は、エンジンがかかった状態において第２のスイッチ８がＯＮされると第２のリレー１２を励磁して、第２の負荷１５に鉛蓄電池２Ａとオルタネータ４とからの電力を供給する。
さらに、コントロールユニット１８は、エンジンがかかった状態において第３のスイッチ９がＯＮされると、第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄと第３のリレー１３とを励磁する。これにより、鉛蓄電池２Ａ、オルタネータ４からの電力に加えて、キャパシタ２Ｂの出力する大電力が第３の負荷３に供給されることとなる。

かかる構成によれば、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとの間に、予め定められた特定の電気的負荷の作動時にのみ、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとを電気的に並列に接続し、特定の電気的負荷とは異なる電気的負荷の作動時には、鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとを電気的に非接続とする電流遮断手段３を設けた。この電流遮断手段３は、キャパシタ２Ｂから鉛蓄電池２Ａに向かって電流が流れないようにする第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂと、コントロールユニット１８の制御下で励磁、非励磁する第４及び第５のリレー３Ｃ，３Ｄとを備えている。これにより、瞬間的な大電流を発生可能とするキャパシタ２Ｂを搭載した車両が事故等に遭遇し、ショート等が発生しても、電流遮断手段３により鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとは非接続状態が保持されるので、従来の鉛蓄電池２Ａの使用を前提として構築された車両電気システムを十分に保護することができる。しかも、この電流遮断手段３は、特定の電気的負荷の作動時のみ鉛蓄電池２Ａとキャパシタ２Ｂとを並列に接続すればよいから、システムの簡素化、コストの低減化を図ることができる。また、第１及び第２のダイオード３Ａ，３Ｂにより、鉛蓄電池２Ａからキャパシタ２Ｂへ充電可能となるので、放電したキャパシタ２Ｂを常に充電することができる。

本実施形態の車両用電源装置の構成を表した回路図である。

符号の説明

１…車両用電源装置
２…車両用電源
２Ａ…鉛蓄電池（第１の蓄電手段）
２Ｂ…キャパシタ（第２の蓄電手段）
３…電流遮断装置
３Ａ…第１のダイオード（給電手段）
３Ｂ…第２のダイオード（給電手段）
３Ｃ…第４のリレー
３Ｄ…第５のリレー
４…オルタネータ（電力供給手段）
７〜１０…スイッチ
１１〜１３…リレー
１４〜１７…負荷（電気的負荷）
１８…コントロールユニット（制御手段）

Claims (4)

1. 車両に搭載された電気的負荷に駆動電力を供給する車両用電源装置において、
   第１の蓄電手段と、
   前記第１の蓄電手段と電気的に並列に接続される第２の蓄電手段と、
   前記第１の蓄電手段と前記第２の蓄電手段との間に設けられた電流遮断手段とを備え、
   前記第１の蓄電手段は、前記電気的負荷或いは蓄電の為の電力供給手段に接続されると共に、前記電流遮断手段は、電気的負荷の内、予め定められた特定の電気的負荷の作動時にのみ、前記第２の蓄電手段より前記第１の蓄電手段へ給電可能とすることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記第１の蓄電手段は、鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記第２の蓄電手段は、キャパシタであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源装置。
4. 前記第１の蓄電手段から前記第２の蓄電手段へ充電可能な給電手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の車両用電源装置。

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