JP4053447B2 - 車両の給電回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両において、電気ステアリング装置や電気ブレーキ装置などの車載電気負荷に対してバッテリーから電力を供給するための給電回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等の車両における電子化が目覚ましく、多種多様の電動機器が車両に搭載されるに至っている。ここで、電気ステアリング装置や電気ブレーキ装置といった機器を搭載する場合には、安全性確保のために当該機器の確実な作動が要求され、そのためには、たとえ車載バッテリーや当該バッテリーから前記機器への給電系統に故障が生じても当該機器に対する給電を持続することができるシステムの開発が急務となる。
【0003】
従来、このようなシステムとして、メインバッテリーとは別にバックアップバッテリー(補助電源)を搭載し、メインバッテリー側の給電系統に故障が生じたときにバックアップバッテリーから給電を持続するようにしたものが知られている。
【0004】
例えば下記特許文献1には、メインバッテリー(主電源)及びバックアップバッテリー(補助電源)と特定の電装品との間に給電経路を切り替える切替手段を介在させ、通常運転時には前記メインバッテリーから前記電装品に電力を供給するとともに前記バックアップバッテリーに充電用電力を供給する一方、メインバッテリーによる給電系統の故障時には前記バックアップバッテリーから前記電装品に電力を供給するように、前記給電経路を切り替えるようにしたものが開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−46928号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に示される回路では、両バッテリーに加えて給電経路を切換えるための切替手段及びその制御手段を搭載しなければならず、回路全体が複雑になるとともに、切替手段自体が故障した場合には適正な給電ができなくなるおそれがある。
【0007】
このような不都合を回避する手段として、共通の電装品(車載電気負荷)にメインバッテリー及びバックアップバッテリーを並列にそのまま(切替手段を介さずに)接続することが考えられる。しかしながら、この場合、両バッテリーはほぼ同電位であるため、通常時においてもメインバッテリーだけでなくバックアップバッテリーからも給電が行われることになり、緊急時にバックアップバッテリーの残存容量を十分に確保できなくなるおそれがある。
【0008】
図2(a)は、メインバッテリー及びバックアップバッテリーを共通の車載電気負荷に接続したときの各バッテリーによる車載電気負荷への供給電圧と残存容量との関係の一例を示したものであり、前記供給電圧は電線抵抗等による僅かな電圧降下を除いて各バッテリーの端子電圧と実質上等しい電圧となっている。図の例では、メインバッテリーが通常の液式(開放式)タイプのもの、バックアップバッテリーはバックアップ電源としてよく用いられるシールタイプ(密閉式タイプ)であり、完全充電時(残存容量100%の時)における供給電圧(≒端子電圧)はメインバッテリー(同図実線)よりもバックアップバッテリー(同図一点鎖線)の方が高く、かつ、残存容量の低下に伴う供給電圧の降下度合いもメインバッテリーよりバックアップバッテリーの方が高い特性となっている。
【0009】
この例において、両バッテリーが完全充電された状態から使用が開始されると、その当初はメインバッテリーよりもバックアップバッテリーの方が供給電圧が高いために当該バックアップバッテリーの放電が先行する。そして、このバックアップバッテリーの供給電圧が完全充電状態のメインバッテリーの供給電圧V1まで降下した時点から両バッテリーの放電が並行してなされることになる。具体的には、両バッテリーの供給電圧が均衡状態を保つようにして両バッテリーがほぼ均等に消費され、例えば両バッテリーの端子電圧がV2まで降下したとき、メインバッテリーの残存容量はC2、バックアップバッテリーの残存容量はC2′となる。
【0010】
すなわち、この例では、通常時においてもバックアップバッテリーがメインバッテリーとほぼ同等に消費されることになり、いざメインバッテリーまたはその給電系統の故障時(例えば電力供給線の断線、短絡時)にバックアップバッテリーから給電を行おうとしてもその残存容量が十分に確保されていない事態が生じ得る。特に、図例のように両バッテリーの電位が相均衡している場合には、バッテリー間での充放電が頻繁に行われ、これによりバッテリー寿命がいたずらに短縮してしまうおそれもある。
【0011】
本発明は、このような事情に鑑み、車両の給電回路において、バッテリー切替手段を要しない簡素な構成としながら、バックアップバッテリーの放電を抑止してその残存容量を確保することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、複数の車載電気負荷と、前記各車載電気負荷に分岐接続されるメインバッテリー端子を有するメインバッテリーと、前記各車載電気負荷に分岐接続されるバックアップバッテリー端子を有し、かつ、前記各車載電気負荷に対して前記メインバッテリーと並列に接続されるバックアップバッテリーと、を備えた車両の給電回路において、前記バックアップバッテリーのバッテリー端子と前記車載電気負荷との間に介在し、当該バックアップバッテリーのバッテリー端子から当該車載電気負荷に至るまでの電圧降下を前記メインバッテリーのバッテリー端子から前記車載電気負荷に至るまでの電圧降下よりも大きくさせる電圧降下用ダイオードと、前記メインバッテリー端子と前記各車載電気負荷との間、及び、前記バックアップバッテリー端子と前記各車載電気負荷との間にそれぞれ介在する逆流防止用ダイオードとを備え、前記各逆流防止用ダイオードは、前記メインバッテリー端子から前記各車載電気負荷への分岐点よりも当該車載電気負荷に近い位置及び前記バックアップバッテリー端子から前記各車載電気負荷への分岐点よりも当該車載電気負荷に近い位置にそれぞれ設けられ、前記電圧降下用ダイオードは、前記バックアップバッテリー端子から前記各車載電気負荷への分岐点よりも当該バックアップバッテリー端子に近い位置にのみ設けられているものである。
【0013】
この回路によれば、たとえバックアップバッテリーの端子電圧が高くても、そのバッテリー端子と車載電気負荷との間に介在する電圧降下用ダイオードによって当該バックアップバッテリーから車載電気負荷へ実際に供給される電圧が下げられるため、当該バックアップバッテリーによる給電よりもメインバッテリーによる給電を先行させることが可能である。
【0014】
例えば、前記バックアップバッテリーの完全充電時の端子電圧が前記メインバッテリーの完全充電時の端子電圧より高い場合であっても、前記電圧降下用ダイオードが前記バックアップバッテリーの完全充電時の端子電圧と前記メインバッテリーの完全充電時の端子電圧との差よりも大きな電圧降下を生じさせるものとすることにより、使用開始時において前記車載電気負荷へのバックアップバッテリーによる給電電圧をメインバッテリーの給電電圧を下げることが可能となり、これによりメインバッテリーによる給電を先行させることができる。
【0015】
前記電圧降下のための回路素子として通常の抵抗素子を用いた場合、電流変化による電圧降下の変動度合いが大きくなるのに対し、当該回路素子にダイオードを用いているので、電流変化に伴う電圧降下の変動度合いが小さく、回路の信頼性をより高めることが可能になる。
【0016】
また、回路の逆流防止を図るには、前記メインバッテリー端子と前記車載電気負荷との間、及び、前記バックアップバッテリー端子と前記車載電気負荷との間に、それぞれ逆流防止用ダイオードを介在させる手段が有効であるが、さらに、前記バックアップバッテリー端子と前記車載電気負荷との間にのみ、前記逆流防止用ダイオードと直列にこれとは別の電圧降下用ダイオードを配設しているので、当該バックアップバッテリー端子と当該車載電気負荷との間の電圧降下を前記メインバッテリー端子から前記車載電気負荷に至るまでの電圧降下よりも大きくさせて当該バックアップバッテリーの消費を有効に抑えることができる。
【0017】
さらに、本発明では、前記メインバッテリー及び前記バックアップバッテリーがそれぞれ複数の車載電気負荷に分岐接続される回路において、前記バックアップバッテリー端子と当該端子から各車載電気負荷への分岐点との間にのみ、すなわち当該分岐点よりも前記バックアップバッテリー端子に近い位置にのみ、前記電圧降下用ダイオードを設けているので、当該電圧降下用ダイオードを各車載電気負荷について共用することができ、回路構成をより簡素化できる。
【0018】
特に、前記バックアップバッテリーがその周辺機器とともに共通のハウジング内に格納されてバックアップモジュールを構成し、このバックアップモジュールのハウジングに前記各車載電気負荷と分岐接続される出力端子が設けられており、この出力端子と前記バックアップバッテリーの端子とが前記電圧降下用ダイオードを介して接続されている構成とすれば、前記バックアップモジュールに前記電圧降下用ダイオードを含ませることによってその取扱いを容易にするのに加え、各車載電気負荷と前記出力端子とを接続するだけで当該各車載電気負荷とバックアップバッテリーとの間に前記電圧降下用ダイオードを介在させることが可能になる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図1を参照しながら説明する。
【0020】
図1において、前記メインバッテリー10の正端子は前記第1ジョイントボックス12を分岐点として▲1▼前記第2ジョイントボックス14、▲2▼オルタネータ24、▲3▼イグニッションスイッチ25、及び▲4▼前記バックアップバッテリー20を含むバックアップモジュール30(詳細後述)に分岐接続されている。そして、オルタネータ24の作動時には、当該オルタネータ24で生成された電力がジョイントボックス12,14を介して前記電気ブレーキ装置16及び電気ステアリング装置22に接続されるとともに、余剰の電力がメインバッテリー10及びバックアップバッテリー20に充電されるようになっている。
【0021】
前記バックアップモジュール30は、前記バックアップバッテリー20の他、充電制御回路36等の周辺機器が共通のハウジング31に格納されたものであり、当該ハウジング31には、外部接続端子として、前記イグニッションスイッチ25に接続されるイグニッション端子31I、前記第1ジョイントボックス12に接続される電源端子31B、前記第3ジョイントボックス18に接続される出力端子31O、ボディアースに接続されるアース端子31G等が設けられている。
【0022】
このバックアップモジュール30において、バックアップバッテリー20は、その負端子が前記アース端子31Gに接続される一方、正端子は前記出力端子31Oと充電制御回路36の出力部とに分岐接続されており、当該充電制御回路36の入力部が前記電源端子31Bに接続されている。
【0023】
そして、オルタネータ24やメインバッテリー10から前記第1ジョイントボックス12及び前記充電制御回路36を通じてバックアップバッテリー20に対する充電が行われるとともに、当該バックアップバッテリー20の正端子から出力端子31Oさらには分岐点である第3ジョイントボックス18を通じて各電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22に電力が供給可能となっている。
【0024】
この回路において、各電気ブレーキ装置16には、その電気負荷部(実際に駆動する部分)と前記第2ジョイントボックス14及び第3ジョイントボックス16との間にそれぞれ個別に介在する逆流防止用ダイオード17が設けられている。同様に、電気ステアリング装置22にも、その電気負荷部と前記第2ジョイントボックス14及び第3ジョイントボックス16との間にそれぞれ個別に介在する逆流防止用ダイオード23が設けられている。
【0025】
さらに、この回路の特徴として、前記バックアップモジュール30におけるバックアップバッテリー20の正端子と出力端子31Oとの間には前記逆流防止用ダイオード17,23とは別の電圧降下用ダイオード38が介在している。すなわち、バックアップバッテリー20と各電気ブレーキ装置16及び電気ステアリング装置22の電気負荷部との間についてのみ、逆流防止用ダイオード17,23と直列に電圧降下用ダイオード38が設けられており、同ダイオード38の分だけ、前記正端子から各電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22の電気負荷部に至るまでの電圧降下が前記メインバッテリー10の正端子から各電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22の電気負荷部に至るまでの電圧降下よりも大きくなっている。
【0026】
なお、この電圧降下用ダイオード38としては、その順方向のバイアスによって安定した電圧降下を生じさせるものであればよく、一般にはpn接合ダイオードが好適である。
【0027】
次に、この回路の作用を説明する。
【0028】
図1に示す回路において、オルタネータ24の作動時は、当該オルタネータ24で生成された電力が第1ジョイントボックス12及び第2ジョイントボックス14を経由して各電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22その他の電装品に供給される一方、余剰の電力がメインバッテリー10やバックアップバッテリー20に充電される。
【0029】
一方、オルタネータ24が停止しているときは、メインバッテリー10から各電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22その他の電装品に電力が供給されることになるが、このうち電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22にはバックアップバッテリー20の正端子も接続されているため、当該バックアップバッテリー20からも電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22に対して給電される可能性がある。
【0030】
ところが、この回路では、バックアップバッテリー20の正端子と前記電気ブレーキ装置16及び電気ステアリング装置22との間に逆流防止用ダイオード17,23とは別の電圧降下用ダイオード38が介在しているため、メインバッテリー10及び同バッテリーの給電系統が正常なときは前記バックアップバッテリー20の消費が有効に抑止されることになるのである。
【0031】
例えば、両バッテリー10,20の残存容量と端子電圧との関係が前記図2(a)に示すものと同等であるとした場合、前記電圧降下用ダイオード38が存在しなければ、残存容量−供給電圧特性も同図(a)のとおりとなる。従って、この場合には、既述のとおり、バックアップバッテリー20がメインバッテリー10に先行して消費され、いざメインバッテリー10やその給電系統が故障したときにバックアップバッテリー20の残存容量が十分に確保されていないという事態が生ずるおそれがある。
【0032】
これに対し、前記電圧降下用ダイオード38の介在によってバックアップバッテリー20から各電気負荷部に至るまでの電圧降下が0.6V増加したとすると、両バッテリー10,20の残存容量と(実際の電気負荷部への)供給電圧との関係は図2(b)のようになる。すなわち、バックアップバッテリー20の端子電圧が高くても、同バッテリー20から実際に各電気負荷部へ供給される電圧は完全充電時における両バッテリーの端子電圧差よりも大きい0.6Vも降下するため、使用当初はメインバッテリー10による給電が先行し、その供給電圧がV3まで降下した時点(図のB点)ではじめてバックアップバッテリー20による給電が始まることになる。
【0033】
従って、前記電圧降下用ダイオード38を配設するだけの簡素な構成で、バックアップバッテリー20の残存容量を有効にセーブすることが可能であり、メインバッテリー10やその給電系統が故障した緊急時には余力をもってバックアップバッテリー20からの非常給電を行うことができる。
【0034】
特に、図例の回路では、バックアップバッテリー20がその周辺機器とともに共通のハウジング31内に格納されてバックアップモジュール30を構成し、このバックアップモジュールのハウジング31に設けられた出力端子31Oと前記バックアップバッテリー20の正端子との間に電圧降下用ダイオード38が介在しているので、前記バックアップモジュール30に前記ダイオード38を含ませることによってその取扱いを容易にするのに加え、前記出力端子31Oを第3ジョイントボックス18に接続するだけで各車載電気負荷とバックアップバッテリー20との間に共通の電圧降下用ダイオード38を介在させることが可能になる。
【0035】
その他、本発明は例えば次のような実施の形態をとることも可能である。
【0038】
・前記ダイオード38をはじめとする電圧降下用回路素子の配設位置についても適宜設定可能であり、例えば電気負荷部をもつ各電装品(図例では電気ブレーキ装置16や電気ステアリング装置22)に組み込んでもよいし、第2ジョイントボックス14や第3ジョイントボックス18に組み込んでもよい。ただし、バックアップバッテリー20と複数の電気負荷への分岐点である第3ジョイントボックス18との間(図例ではバックアップモジュール30内)に電圧降下用回路素子を設けることにより、当該電圧降下用回路素子を各車載電気負荷について共用することができ、回路構成をより簡素化できる。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、共通の車載電気負荷にメインバッテリーとバックアップバッテリーとを並列に接続した簡素な構成でメインバッテリー等が故障したときの非常給電を可能にするとともに、前記バックアップバッテリーのバッテリー端子と前記車載電気負荷との間に、当該バックアップバッテリーのバッテリー端子から当該車載電気負荷に至るまでの電圧降下を前記メインバッテリーのバッテリー端子から前記車載電気負荷に至るまでの電圧降下よりも大きくさせる電圧降下用回路素子を介在させることにより、正常時におけるバックアップバッテリーの放電を抑止してその残存容量を確保することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る車両の給電回路図である。
【図2】(a)はバックアップバッテリーと電気負荷との間に電圧降下用回路素子を介在させない場合の各バッテリーの残存容量と各電気負荷への供給電圧との関係の一例を示すグラフ、(b)はバックアップバッテリーと電気負荷との間に電圧降下用回路素子を介在させた場合の各バッテリーの残存容量と各電気負荷への供給電圧との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
10 メインバッテリー
16 電気ブレーキ装置(車載電気負荷を含む)
17,23 逆流防止用ダイオード
20 バックアップバッテリー
22 電気ステアリング装置(車載電気負荷を含む)
30 バックアップモジュール
38 電圧降下用ダイオード
Claims (3)
- 複数の車載電気負荷と、
前記各車載電気負荷に分岐接続されるメインバッテリー端子を有するメインバッテリーと、
前記各車載電気負荷に分岐接続されるバックアップバッテリー端子を有し、かつ、前記各車載電気負荷に対して前記メインバッテリーと並列に接続されるバックアップバッテリーと、を備えた車両の給電回路において、
前記バックアップバッテリーのバッテリー端子と前記車載電気負荷との間に介在し、当該バックアップバッテリーのバッテリー端子から当該車載電気負荷に至るまでの電圧降下を前記メインバッテリーのバッテリー端子から前記車載電気負荷に至るまでの電圧降下よりも大きくさせる電圧降下用ダイオードと、
前記メインバッテリー端子と前記各車載電気負荷との間、及び、前記バックアップバッテリー端子と前記各車載電気負荷との間にそれぞれ介在する逆流防止用ダイオードとを備え、
前記各逆流防止用ダイオードは、前記メインバッテリー端子から前記各車載電気負荷への分岐点よりも当該車載電気負荷に近い位置及び前記バックアップバッテリー端子から前記各車載電気負荷への分岐点よりも当該車載電気負荷に近い位置にそれぞれ設けられ、
前記電圧降下用ダイオードは、前記バックアップバッテリー端子から前記各車載電気負荷への分岐点よりも当該バックアップバッテリー端子に近い位置にのみ設けられていることを特徴とする車両の給電回路。 - 請求項1記載の車両の給電回路において、
前記バックアップバッテリーは、その完全充電時の端子電圧が前記メインバッテリーよりも高いバッテリーであり、かつ、前記電圧降下用ダイオードは前記バックアップバッテリーの完全充電時の端子電圧と前記メインバッテリーの完全充電時の端子電圧との差よりも大きな電圧降下を生じさせるものであることを特徴とする車両の給電回路。 - 請求項1または2記載の車両の給電回路において、
前記バックアップバッテリーはその周辺機器とともに共通のハウジング内に格納されてバックアップモジュールを構成し、このバックアップモジュールのハウジングに前記各車載電気負荷と分岐接続される出力端子が設けられており、この出力端子と前記バックアップバッテリー端子とが前記電圧降下用ダイオードを介して接続されていることを特徴とする車両の給電回路。
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