JP6107561B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源装置に関するものである。

近年、車両には、特に減速時に発電機を駆動させて回生電力を得ることで、加速時等におけるエンジンへの負荷を軽減し、燃費の向上を図る車両用電源装置が搭載されているものもある（例えば、特許文献１参照）。

このような車両用電源装置としては、走行状況等の車両状況に応じて電力を発生する発電機と、発電機に接続された第１蓄電装置と、それらが入力側に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを有する電圧変換装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続された第２蓄電装置及び負荷とを備えている。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータは降圧回路を有し、発電機や第１蓄電装置の出力電圧を負荷が許容する電圧（例えば略１２Ｖ）まで降圧させるものである。

特開２０１０−８３１７８号公報

ところで、上記のような車両用電源装置では、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータの降圧回路が故障した際に、発電機から第２蓄電装置や負荷に電力供給が停止される虞がある。すると、負荷に対して第２蓄電装置からの電力供給のみとなり、第２蓄電装置に蓄えられた電力を全て使い切ると車両が停止する虞がある。

そのため、例えば、降圧回路故障時には発電機及び第１蓄電装置側から負荷側に対して降圧回路を介さずに電力供給行うことが考えられるが、第１蓄電装置の電圧値が略１２Ｖよりも大きいため、主に耐電圧が略１２Ｖで設計された負荷に対して電力供給を適切に行えないという問題があった。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧回路故障時における負荷への電力供給をより適切に行うことができる車両用電源装置を提供することにある。

上記課題を解決する車両用電源装置は、車両状況に応じて電力を発生する発電機に接続されて該発電機からの電力を蓄える第１蓄電装置と、降圧回路を有し前記発電機及び前記第１蓄電装置が入力側に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続されて、該ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧に応じて電力を蓄える第２蓄電装置と、前記降圧回路の電流を検出する電流検出部と、を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側及び前記第２蓄電装置に負荷が接続されて、該負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２蓄電装置の少なくとも一方から電力供給される車両用電源装置であって、少なくとも前記降圧回路故障時に前記降圧回路を介さずに前記発電機から前記負荷及び前記第２蓄電装置の少なくとも一方に電力供給を可能とする供給用スイッチと、前記第１蓄電装置と前記供給用スイッチとの間に、前記降圧回路故障時に前記第１蓄電装置から前記負荷側への電力供給を遮断可能な遮断用スイッチを備え、前記供給用スイッチと前記遮断用スイッチは、制御部によってオン・オフ制御され、前記制御部は、前記電流検出部によって前記降圧回路の電流が検出されない場合には、前記供給用スイッチをオン状態とするとともに、前記遮断用スイッチをオフ状態とする。

同構成によれば、第１蓄電装置と供給用スイッチとの間に設けられるとともに降圧回路故障時に第１蓄電装置から負荷側への電力供給を遮断可能な遮断用スイッチにより、負荷の耐電圧よりも供給可能な電圧値が高い第１蓄電装置による電力供給（電圧印加）が行われないこととなる。その上で、少なくとも降圧回路故障時に降圧回路を介さずに発電機から負荷及び第２蓄電装置の少なくとも一方に電力供給を可能とする供給用スイッチにより、負荷と同系統の出力電圧を供給可能な発電機から電力供給を可能とすることができる。

上記車両用電源装置において、前記遮断用スイッチは、半導体スイッチであることが好ましい。
この構成によれば、半導体スイッチであるため、機械式のリレーを用いる場合と比較して長寿命化や小型化を図ることができる。

本発明の車両用電源装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧回路故障時における負荷への電力供給をより適切に行うことができる。

実施形態における車両用電源装置の電気回路図。

以下、車両用電源装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両用電源装置１０は、発電機１１と、第１蓄電装置１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、第２蓄電装置１４とを備える。

発電機１１は、車両状況に応じて電力を発生するものであって、オンされた負荷１９の種類や数等に応じてエンジンに駆動されて電力を発生する場合や、減速時や停止時の回生ブレーキによって電力を発生する場合がある。

第１蓄電装置１２は、本実施形態ではキャパシタであって、発電機１１に接続されて該発電機１１からの電力を蓄える。ここで、前記第２蓄電装置１４は、本実施形態では鉛蓄電池であって、第１蓄電装置１２は第２蓄電装置１４よりも急速な充放電が可能なものが採用されている。また、第１蓄電装置１２は、少なくとも完全に蓄電された状態における供給電圧が第２蓄電装置１４よりも高いものが採用されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、発電機１１及び第１蓄電装置１２が入力側に接続された降圧回路１５と、降圧回路１５に対して並列接続される供給用スイッチ１６と、第１蓄電装置１２と供給用スイッチ１６との間に接続される遮断用スイッチ１７と、降圧回路１５の電流を検出する電流検出部１８とを備える。なお、遮断用スイッチ１７は、発電機１１と供給用スイッチ１６との間には介在されない。

降圧回路１５は、入力側の第１蓄電装置１２からの電圧を第２蓄電装置１４の電圧に合わせるべく電圧変換を行い、この変換した電圧を第２蓄電装置１４及び負荷１９へ供給するものである。

供給用スイッチ１６は、例えば半導体スイッチで構成され、図示しない制御部によってオン・オフ制御がされるようになっている。
遮断用スイッチ１７は、例えば半導体スイッチで構成され、図示しない制御部によってオン・オフ制御がされるようになっている。

電流検出部１８は、降圧回路１５通常時（非故障時）においては電流が検出され、降圧回路１５故障時には降圧回路１５で回路が開放されて降圧回路１５内の電流が検出されないようになっている。このため、電流検出部１８によって降圧回路１５内で電流が検出されない場合には故障（オープン故障）と判定することができるようになっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３における降圧回路１５の出力側には、負荷１９が接続されるとともに、第２蓄電装置１４が接続されている。
第２蓄電装置１４は、本実施形態では鉛バッテリであって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３からの出力電圧に応じて電力を蓄えたり、負荷１９に電力を供給する。また、第２蓄電装置１４はエンジンスタータ２０に接続されている。

次に、本実施形態の車両用電源装置の動作例（作用）を説明する。
本実施形態の車両用電源装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の降圧回路１５が非故障状態であるか故障状態であるかによって前記スイッチ１６，１７の状態が図示しない制御部によって切り替えられるようになっている。

（非故障状態）
例えば、電流検出部１８によって降圧回路１５内で電流が検出される場合、非故障状態と判断されて図示しない制御部によって供給用スイッチ１６がオフ状態とされ、遮断用スイッチ１７がオン状態とされる。このとき、降圧回路１５は正常に動作するため、入力側の供給電圧（入力電圧）は例えば第１蓄電装置１２の仕様範囲内の電圧であれば、降圧回路１５によって第２蓄電装置１４並びに負荷１９に合わせて所定電圧まで降圧させるようになっている。

（故障状態）
電流検出部１８によって降圧回路１５内の電流が検出されない場合、降圧回路１５がオープン故障状態と判断されて図示しない制御部によって供給用スイッチ１６がオン状態とされ、遮断用スイッチ１７がオフ状態とされる。供給用スイッチ１６がオン状態（導通状態）とされることで、降圧回路１５を介さずに発電機１１から第２蓄電装置１４及び負荷１９に電力供給が可能となる。更に、遮断用スイッチ１７がオフ状態（非導通状態）とされることで、第１蓄電装置１２から降圧回路１５を介さずに第２蓄電装置１４及び負荷１９に電力供給されることが防止される。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）第１蓄電装置１２と供給用スイッチ１６との間に設けられるとともに降圧回路１５故障時に第１蓄電装置１２から負荷１９側への電力供給を遮断可能な遮断用スイッチ１７により、負荷１９の耐電圧よりも供給可能な電圧値が高い第１蓄電装置１２による電力供給（電圧印加）が行われないこととなる。その上で、降圧回路１５故障時に降圧回路１５を介さずに発電機１１から負荷１９及び第２蓄電装置１４側に電力供給を可能とする供給用スイッチ１６により、負荷１９の耐電圧以下の出力電圧を供給可能な発電機１１から電力供給を可能とすることができる。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の降圧回路１５故障時における負荷１９側への電力供給を適切に行うことができる。

（２）遮断用スイッチ１７は、半導体スイッチであるため、機械式のリレーを用いる場合と比較して長寿命化及び小型化を図ることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に遮断用スイッチ１７及び供給用スイッチ１６を備える構成としたが、各スイッチ１６，１７の少なくとも一方をＤＣ／ＤＣコンバータ１３外部に設けてもよい。

・上記実施形態では、遮断用スイッチ１７及び供給用スイッチ１６を半導体スイッチで構成したが、機械式のリレースイッチを用いてもよい。
・上記実施形態では、第１蓄電装置１２はキャパシタであって、第２蓄電装置１４は鉛蓄電池であるとしたが、これに限定されず、それぞれ他の種類の蓄電装置に変更してもよい。例えば、第１蓄電装置１２をリチウムイオン電池に変更してもよい。

・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０…車両用電源装置、１１…発電機、１２…第１蓄電装置、１３…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４…第２蓄電装置、１５…降圧回路、１６…供給用スイッチ、１７…遮断用スイッチ、１９…負荷。

Claims (2)

1. 車両状況に応じて電力を発生する発電機に接続されて該発電機からの電力を蓄える第１蓄電装置と、
   降圧回路を有し前記発電機及び前記第１蓄電装置が入力側に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続されて、該ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧に応じて電力を蓄える第２蓄電装置と、
   前記降圧回路の電流を検出する電流検出部と、
   を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側及び前記第２蓄電装置に負荷が接続されて、該負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２蓄電装置の少なくとも一方から電力供給される車両用電源装置であって、
   少なくとも前記降圧回路故障時に前記降圧回路を介さずに前記発電機から前記負荷及び前記第２蓄電装置の少なくとも一方に電力供給を可能とする供給用スイッチと、
   前記第１蓄電装置と前記供給用スイッチとの間に、前記降圧回路故障時に前記第１蓄電装置から前記負荷側への電力供給を遮断可能な遮断用スイッチを備え、
   前記供給用スイッチと前記遮断用スイッチは、制御部によってオン・オフ制御され、
   前記制御部は、前記電流検出部によって前記降圧回路の電流が検出されない場合には、前記供給用スイッチをオン状態とするとともに、前記遮断用スイッチをオフ状態とすることを特徴とする車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
   前記遮断用スイッチは、半導体スイッチであることを特徴とする車両用電源装置。