JP2004282844A - 車両の給電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】メインバッテリーとは別に装備されるバックアップバッテリーの通常時における放電を抑止してその残存容量を確保する。
【解決手段】電気ブレーキ装置１６等に含まれる共通の車載電気負荷にメインバッテリー１０とバックアップバッテリー２０とが並列に接続される。バックアップバッテリー２０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２０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１０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３８が介在し、その電圧降下の差によりバックアップバッテリー２０による給電が抑止される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【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、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が並列に接続される車両の給電回路であって、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、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たものである。
【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回路素子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、前記電圧降下用回路素子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】
前記電圧降下用回路素子としては、通常の抵抗素子を用いてもよいが、その場合、電流変化による電圧降下の変動度合いが大きくなる。これに対して前記電圧降下用回路素子にダイオードを用いれば、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の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の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、その場合も、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することにより、当該バックアップバッテリーの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】
本発明において、前記電圧降下用回路素子を介在させる位置は特に問わないが、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は、前記バックアップバッテリーの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前記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。
【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回路素子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回路素子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回路素子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。
【００３６】
・本発明に係る電圧降下用回路素子としては、通常の抵抗素子を用いることも可能である。ただし、その場合、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、図示のようなダイオード３８を用いれば、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。
【００３７】
・逆流防止用ダイオード１７，２３は本発明において必ずしも要さず、また設ける場合もその位置は特に問わない。例えば図１の回路では各ダイオード１７，２３を第２ジョイントボックス１４や第３ジョイントボックス１８に組み込むようにしてもよい。また、バックアップバッテリー２０と電気負荷部との間に複数のダイオードを直列に介在させる場合において、いずれのダイオードが逆流防止用でいずれのダイオードが電圧降下用であるかは特に重要ではなく、それらの直列ダイオードによってメインバッテリー１０−電気負荷部間よりも大きな電圧降下が生ずるのであれば本発明の目的は十分に達せられる。
【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 (6)

1. 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が並列に接続される車両の給電回路であって、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、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たことを特徴とする車両の給電回路。
2. 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、前記電圧降下用回路素子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。
3. 請求項１または２記載の車両の給電回路において、前記電圧降下用回路素子がダイオードであることを特徴とする車両の給電回路。
4. 請求項３記載の車両の給電回路において、前記メイン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、及び、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、それぞれ逆流防止用ダイオードが介在するとともに、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が配設されていることを特徴とする車両の給電回路。
5. 請求項１〜４のいずれか記載の車両の給電回路において、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はそれぞれ複数の車載電気負荷に分岐接続されており、かつ、前記バックアップバッテリーの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前記電圧降下用回路素子が設けられていることを特徴とする車両の給電回路。
6. 請求項５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の端子とが前記電圧降下用回路素子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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