JP2004364362A - System and method for supplying power to load - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、メインバッテリの他にバックアップ電源となるサブバッテリを搭載した負荷電源供給システム及びその電源供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車は、一般にバッテリが搭載され、オーディオやカーナビゲーションだけでなく、パワーステアリングや電子制御サスペンション等の自動車の走行に欠かせない基本機能にも電源を供給することが行われている。
【0003】
ところで、バッテリは、一般に放電を繰り返すたびに充電容量が低下していく。また満充電時に過度な充電を行ったり、あるいはバッテリの電極となる活物質がすべて硫酸鉛に変化するまで過放電(完全放電状態)が行われると、バッテリの充電容量が大幅に低下して電源電圧が低下してしまう。
【0004】
この場合、バッテリの交換が行われる必要があるが、このバッテリの交換までの間、一時的な緊急用のバックアップ電源として、メインバッテリとは別にサブバッテリを搭載することが行われている。
【0005】
尚、上記従来の技術に係る先行技術文献は発見できなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
サブバッテリは、上述のように、メインバッテリの充電容量の低下により負荷に与える電源電圧が低下した場合に、そのバックアップ電源としてサブバッテリからの電圧が負荷に与えられるものであり、自動車の安全上、極めて重要な役割を果たすことになる。したがって、メインバッテリの充電容量が低下して電源電圧が低下した時点で、サブバッテリの電源電圧を可及的に満充電状態に維持しておく必要があり、このサブバッテリの充電容量を長期に渡って維持しておくための技術が望まれている。
【0007】
そこで、この発明の課題は、メインバッテリのバックアップ電源としてのサブバッテリの充電容量を長期に渡って容易に維持し得る負荷電源供給システム及びその電源供給方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項1に記載の発明は、負荷に第1の負荷電圧を与えて当該負荷を駆動するためのメインバッテリと、前記メインバッテリの電圧低下時にバックアップ電源として第2の負荷電圧を前記負荷に与えるサブバッテリとを備え、少なくとも前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの満充電状態における前記第1の負荷電圧より、低く設定されるものである。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の負荷電源供給システムであって、前記サブバッテリと前記負荷との間に、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くするための降圧素子が接続されたものである。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の負荷電源供給システムであって、前記メインバッテリ及び前記サブバッテリのそれぞれの内部に、電解液と、当該電解液との化学反応により充放電を行う活物質からなる極板とを備え、前記サブバッテリの前記電解液の濃度が、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くするよう、前記メインバッテリの前記電解液の濃度より低く設定されたものである。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の負荷電源供給システムであって、前記第2の負荷電圧と前記第1の負荷電圧との差が、前記メインバッテリの充電容量の低下に伴う電圧低下に応じて予め設定されるものである。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の負荷電源供給システムであって、前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの完全放電状態の前記第1の負荷電圧と同等に設定されるものである。
【0013】
請求項6に記載の発明は、負荷に第1の負荷電圧を与えて当該負荷を駆動するためのメインバッテリと、前記メインバッテリの電圧低下時にバックアップ電源として第2の負荷電圧を前記負荷に与えるサブバッテリとを備えた負荷電源供給システムの電源供給方法であって、少なくとも前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの満充電状態における前記第1の負荷電圧より、低く設定されるものである。
【0014】
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の負荷電源供給システムの電源供給方法であって、前記サブバッテリと前記負荷との間に設けられた降圧素子により、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くするものである。
【0015】
請求項8に記載の発明は、請求項6に記載の負荷電源供給システムの電源供給方法であって、前記メインバッテリ及び前記サブバッテリが、電解液と、当該電解液との化学反応により充放電を行う活物質からなる極板とを内部にそれぞれ備え、前記サブバッテリの前記電解液の濃度を、前記メインバッテリの前記電解液の濃度より予め低く設定することにより、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くするものである。
【0016】
請求項9に記載の発明は、請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の負荷電源供給システムの電源供給方法であって、前記第2の負荷電圧と前記第1の負荷電圧との差が、前記メインバッテリの充電容量の低下に伴う電圧低下に応じて予め設定されるものである。
【0017】
請求項10に記載の発明は、請求項6ないし請求項9のいずれかに記載の負荷電源供給システムの電源供給方法であって、前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの完全放電状態の前記第1の負荷電圧と同等に設定されるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
{第1の実施の形態}
図1はこの発明の第1の実施の形態に係る負荷電源供給システムを示す図である。
【0019】
この負荷電源供給システムは自動車に搭載されるものであり、図1の如く、例えばパワーステアリングや電子制御サスペンション等の車載用の負荷10を駆動するための常用電源を供給するためのメインバッテリ11と、メインバッテリ11の電源電圧が低下した場合等に一時的な緊急用のバックアップ電源として使用されるサブバッテリ13と、自動車の走行時に車輪の回転駆動の動力を電気エネルギーに変換してメインバッテリ11に回生用電圧を与える発電機(AG)15と、上記のメインバッテリ11、サブバッテリ13及び発電機15からの電源電圧を制御用回路(ECU)16の電源電圧に降圧するDC/DCコンバータ17とを備えた構成において、特に、例えば暗電流等によるサブバッテリ13のバッテリあがりを防止するため、サブバッテリ13からの電源電圧をメインバッテリ11からの電源電圧よりも低く設定している。具体的には、この実施の形態においては、負荷10に対してサブバッテリ13からの電源電圧をメインバッテリ11からの電源電圧より低減するための降圧素子19,21を備える構成としている。
【0020】
メインバッテリ11及びサブバッテリ13は、例えば活物質として鉛が使用された極板とペースト状の電解液である希硫酸とが化学反応を行うことによって充放電がなされる一般的なペースト式鉛バッテリ等が使用される。両バッテリ11,13のバッテリ電圧は互いに同等のものが使用される。尚、DC/DCコンバータ17に対しては、図1のように、メインバッテリ11の電圧(+B)が与えられるとともに、図2のように、サブバッテリ13の電圧Vs0が第1の降圧素子19で降圧された電圧Vs1が与えられる。また、負荷10に対しては、各バッテリ11,13からの電流の逆流を防止する逆流防止ダイオード23,25がそれぞれ接続されており、よって、図1のように、メインバッテリ11の電圧(+B)が、逆流防止ダイオード23の順方向電圧で降圧された電圧(第1の負荷電圧)Vmが与えられ、また図2のように、サブバッテリ13の電圧Vs0が両降圧素子19,21及び逆流防止ダイオード25で降圧された電圧(第2の負荷電圧)Vsが与えられる。尚、実際には、メインバッテリ11からの電圧(+B,Vm)及びサブバッテリ13からの電圧(Vs1,Vs)をDC/DCコンバータ17及び負荷10にそれぞれ印加する場合に、リレーまたはパワーMOSFET等のスイッチを用いてメインバッテリ11側とサブバッテリ13側とで切換制御することが望ましいが、ここでは、説明の簡便のため、メインバッテリ11からの電圧(+B,Vm)及びサブバッテリ13からの電圧(Vs1,Vs)が、DC/DCコンバータ17及び負荷10に対してそのままそれぞれ並列に印加されるものとする。
【0021】
また、メインバッテリ11は、発電機(AG)15からの電圧を受けて回生するようになっているが、サブバッテリ13は基本的には緊急用のバックアップ電源として使用されるため、基本的には満充電状態が維持されており、この満充電状態における過充電が行われないように、発電機15には接続されない構成となっている。
【0022】
DC/DCコンバータ17は、主としてメインバッテリ11の電圧を降圧させながら安定化させるものである。
【0023】
降圧素子19,21は、サブバッテリ13からDC/DCコンバータ17及び負荷10にそれぞれ印加される電圧(Vs1,Vs)を、メインバッテリ11から印加される電圧(+B,Vm)よりそれぞれ低く設定するために設けられたものである。
【0024】
一般に自動車のバッテリは放電を繰り返すごとに充電容量が低下し、特に負荷10に暗電流が流れることにより、過度に深い放電、即ち、所謂「バッテリあがり」が行われると、バッテリの充電容量が大幅に低下してしまう。特に、最近の自動車においては、負荷10のメインスイッチ(図示省略)をオフにしていても、暗電流と称される僅かな電流が負荷10に流れ続けるため、長期に渡って自動車の運転を行わずに放置しておくなどすると、暗電流によってバッテリの充電容量が低下してしまう事態が生じ得る。
【0025】
そこで、サブバッテリ13は、上述のように、メインバッテリ11の充電容量の低下によりDC/DCコンバータ17や負荷10に与えるバッテリ電圧が低下した場合に、そのバックアップ電源としてサブバッテリ13からの電圧をDC/DCコンバータ17や負荷10に与えられるものであり、自動車の安全上、極めて重要な役割を果たすことになる。したがって、このサブバッテリ13の充電容量は、交換頻度の高いメインバッテリ11よりも長期に渡って維持しておくことが望ましい。
【0026】
このことを考慮して、この実施の形態では、メインバッテリ11が正常な充電容量を持っている間は、特にバッテリあがりの要因となりやすい負荷10の暗電流について、メインバッテリ11からの電源供給に基づいて供給することとしており、そのために、上述のように、サブバッテリ13から負荷10及びDC/DCコンバータ17に印加される電圧を、降圧素子19,21を用いてメインバッテリ11から印加される電圧より小さく設定している。
【0027】
具体的に、第1の降圧素子19は、図2の如く、サブバッテリ13からの電源電圧Vs0をそれより低い電圧Vs1に変換するものであり、例えば一般的な抵抗体が適用される。電圧Vs1は、バックアップ電源ユニット22からDC/DCコンバータ17に与えられる電圧を意味しており、このVs1を、正常状態(満充電状態)のメインバッテリ11からの電圧(+B)より低下させることで、サブバッテリ13からDC/DCコンバータ17への電流の流入を停止させる。これにより、メインバッテリ11より先にサブバッテリ13の充電容量が低下する事態を防止できる。
【0028】
尚、第1の降圧素子19は、取り扱いの便利さを考慮すると、例えば図1及び図2のようにサブバッテリ13とともにバックアップ電源ユニット22としてユニット化されることが望ましい。
【0029】
第2の降圧素子21は、サブバッテリ13から負荷10に印加される電圧Vsを、メインバッテリ11から印加される電圧Vmよりも低くすることで、サブバッテリ13から負荷10への電流(暗電流を含む)の流入を停止させ、これを以て、メインバッテリ11より先にサブバッテリ13の充電容量が低下する事態を防止するものである。この第2の降圧素子21は例えばダイオードが使用されており、この第2の降圧素子21のアノードが、第1の降圧素子19とDC/DCコンバータ17との接続中間点に接続されて、カソードから出力される電圧を、順方向電圧により電圧降下する。即ち、サブバッテリ13からDC/DCコンバータ17に印加される電圧Vs1が、第1の降圧素子19のみによってVs0から降圧されるのに対して、負荷10の側への電圧は、第1の降圧素子19でVs0からVs1に降圧された後、さらに第2の降圧素子21によってVs2に降圧されて一層低く設定される。これは、負荷10の暗電流がバッテリ(主としてメインバッテリ11)あがりの主要因となるおそれが高く、特に、最近の傾向として自動車に多くの負荷10が搭載されていることを考慮すると、DC/DCコンバータ17及びECU16に対してよりも、負荷10に対するサブバッテリ13からの電流漏れ(特にサブバッテリ13からの暗電流の防止)の重要性が高いからである。
【0030】
尚、図1及び図2においては、第2の降圧素子21を単一のものとして図示しているが、複数のダイオードを直列に接続して、順方向電圧による電圧降下を調整してもよい。例えば、第2の降圧素子21による電圧降下が1〜2ボルト程度を要する場合であって、単一のダイオードの順方向電圧が0.6ボルトである場合は、2〜3個のダイオードを直列に接続すればよい。
【0031】
上記構成の負荷電源供給システムの動作について説明する。上述したように、メインバッテリ11からの電圧(+B,Vm)及びサブバッテリ13からの電圧(Vs1,Vs)は、DC/DCコンバータ17及び負荷10に対してそれぞれ並列に与えられる。
【0032】
図3は、各バッテリ11,13の充電容量と電圧との関係を示しており、図3中の符号Vmは、上述のようにメインバッテリ11から負荷10に与えられる電圧を示している。また、符号Vsa〜Vscは、いずれもサブバッテリ13から負荷10に与えられる電圧(図1及び図2中の符号Vsに相当する電圧)を示しているが、特に電圧レベルが異なった場合を仮定して図示したものである。一般に、図3の如く、各バッテリ11,13は、充電容量が低下すると出力電圧が低下する傾向にある。
【0033】
このような状況において、仮にメインバッテリ11の満充電状態(充電容量=100%)の電圧Vm(図3中の点P1)に比較して、サブバッテリ13の満充電状態の電圧(図3中の符号Vsa)が高い場合(図3中の点P2)を考える。この場合は、2つの電圧Vm,Vsaが負荷10に並列に与えられるため、相対的に高い電圧によって負荷10に電流が流れる。即ち、サブバッテリ13の電圧Vsaに係る点P2の電圧値が、メインバッテリ11の電圧Vmに係る点P1の電圧値より高いため、メインバッテリ11からの電流が流れず、専らサブバッテリ13からの電流が負荷10を流れることになる。この状態は、サブバッテリ13の電圧Vsaが点P3の状態まで低下するまで続き、電圧Vsaが点P3の状態以下になった時点で、以後は、メインバッテリ11の電圧Vmとサブバッテリ13の電圧Vsaとの両方から負荷10に電流が流れることになる(ただし、メインバッテリ11とサブバッテリ13とをスイッチで切り換える場合には、この時点でスイッチをサブバッテリ13側に切り換えることになる)。
【0034】
かかる両バッテリ11,13の動作態様は、サブバッテリ13のバックアップ電源としての機能を確保しているとは言えず、サブバッテリ13がメインバッテリ11よりも早く消耗してしまう可能性が高い。
【0035】
さらに、サブバッテリ13の電圧レベルが例えば図3中の符号Vsbである場合、サブバッテリ13の充電容量が0%の場合(点P4)の電圧Vsb(=Lv1)が、メインバッテリ11の満充電状態(充電容量=100%)の点P1における電圧Vm(=Lv1)に等しくなっている。この場合、サブバッテリ13がバッテリあがりとなった時点(点P4)で、始めて点P1の状態のメインバッテリ11から負荷10に電流(暗電流を含む)が流れ出す。この場合は、メインバッテリ11が電源として機能する時点で、常にサブバッテリ13がバッテリあがり(過放電)になることを意味しており、もはやサブバッテリ13のバックアップ電源としての機能を期待することは不可能である。
【0036】
これに対し、この実施の形態では、両降圧素子19,21によって、サブバッテリ13から負荷10に与えられる電圧Vsが、図3中の符号Vscのように満充電状態(充電容量=100%)でメインバッテリ11からの電圧Vmよりも充分に低く設定されているので、サブバッテリ13がメインバッテリ11よりも早くバッテリあがりとなる事態を防止できる。具体的には、メインバッテリ11から負荷10に与えられる電圧が点P1の状態(電圧Vm=Lv1)のときには、サブバッテリ13から負荷10は点P5の状態(電圧Vsc=Lv2<Lv1)となっており、よってサブバッテリ13からの電流が負荷10に流れ出ることはなく、専らメインバッテリ11からの電流が負荷10に流れる。
【0037】
そして、メインバッテリ11が暗電流等により放電を繰り返して充電容量が低下し、負荷10に与えられる電圧Vmが図3中の点P6の状態(電圧Vsc=Lv2)に以降した時点で始めて、メインバッテリ11の電圧Vmとサブバッテリ13の電圧Vsaとの両方から負荷10に電流が流れることになる(ただし、メインバッテリ11とサブバッテリ13とをスイッチで切り換える場合には、この時点でスイッチをサブバッテリ13側に切り換えることになる)。即ち、サブバッテリ13から負荷10に印加される電圧Vs(図3中の符号Vsc)を、両降圧素子19,21によって、メインバッテリ11からの印加電圧Vmに比べて充分に低くしているので、メインバッテリ11からの印加電圧Vmが図3中の電圧Lv2に低下するまでは、サブバッテリ13の満充電状態(充電容量=100%)を維持することができ、暗電流等によってメインバッテリ11の充電容量がある程度低下しても、サブバッテリ13のバックアップ電源としての機能を十分に確保することができる。
【0038】
ここで、図3中の電圧Lv1と電圧Lv2との差(Lv1−Lv2)は、具体的には暗電流によりメインバッテリ11が消耗するにあたって、メインバッテリ11からサブバッテリ13に切り換えるのに適切なメインバッテリ11の消耗度合い、即ち、サブバッテリ13に切り換えられるべき当該メインバッテリ11の充電容量の低下度合いを考慮して適宜設定される。実車においては、メインバッテリ11の充電容量が大幅に変動することによって、負荷10に印加される電圧Vmは1〜2ボルト程度変動することが経験的に解っている。したがって、この電圧差1〜2ボルトを考慮して電圧Lv1と電圧Lv2との差(Lv1−Lv2)を設定し、この差(Lv1−Lv2)に相当する電圧降下を両降圧素子19,21によって確保すれば、暗電流によってメインバッテリ11が消耗する前にサブバッテリ13の充電容量が低下する事態を防止することができ、これによりサブバッテリ13のバックアップ電源機能を維持することができる。この場合、サブバッテリ13からDC/DCコンバータ17への電流経路に配された抵抗体としての第1の降圧素子19以外に、第2の降圧素子21としてのダイオードの直列接続個数を適宜設定することで、満充電状態のサブバッテリ13の電圧を所望の電圧値Lv2に設定できる。
【0039】
最も望ましくは、サブバッテリ13の満充電状態における電圧Vs(図3中の点P7における電圧Vsd)を、メインバッテリ11の完全放電状態の電圧Vm(Lv3)と同等になるように、サブバッテリ13の電圧Vsを低下させるよう設定する。これにより、メインバッテリ11が完全放電状態となるまで、サブバッテリ13からの放電を一切行わないようにでき、これによりサブバッテリ13の充電容量を長期に渡って容易に維持することが可能となる。
【0040】
尚、この実施の形態では、第2の降圧素子21であるダイオードの他に、第1の降圧素子19である抵抗体を使用し、この両降圧素子19,21で、サブバッテリ13からの負荷10に対する電圧Vsをメインバッテリ11からの電圧Vmより低くなるようにしていたが、いずれか一方、例えばダイオードのみを使用しても差し支えない。
【0041】
尚、上記実施の形態では、第1の降圧素子19として抵抗体を使用し、第2の降圧素子21としてダイオードを使用していたが、電圧降下を行うことのできる素子であれば、どのようなものを使用しても差し支えない。
【0042】
{第2の実施の形態}
この実施の形態では、第1の実施の形態と同等の機能を有する要素については同一符号を付して説明する。
【0043】
上記した第1の実施の形態では、抵抗体である第1の降圧素子19とダイオードである第2の降圧素子21の電圧降下により、サブバッテリ13からの負荷10に対する電圧Vsをメインバッテリ11からの電圧Vmより低くなるようにしていたが、この発明の第2の実施の形態に係る負荷電源供給システムでは、サブバッテリ13の電解液である希硫酸の濃度をメインバッテリ11とサブバッテリ13とで異ならせることにより、サブバッテリ13からの負荷10に対する電圧Vsをメインバッテリ11からの電圧Vmより低くなるように設定したものである。
【0044】
図4は一般的なバッテリの内部構成を示す模式図である。一般に、バッテリの内部では、活物質として鉛が使用された陽極板31と陰極板33とが、セパレータ35を挟んで対向配置されており、これらはペースト状の電解液である希硫酸37に浸されている。尚、具体的には、陽極板31は過酸化鉛であり、陰極板33は海綿状鉛となっている。
【0045】
このバッテリーに負荷10が接続されて放電を行うと、陽極板31の過酸化鉛と陰極板33の海綿状鉛はそれぞれ希硫酸37中の硫酸に反応して硫酸鉛に変化し、また硫酸は水に変化する。この場合、希硫酸37中の硫酸の濃度が高いほど、陽極板31及び陰極板33の化学反応が活性化するため、取り出される電圧は高くなる。一方、希硫酸37中の硫酸の濃度が低いと、バッテリから取り出される電圧は低くなる。
【0046】
このことを利用して、第1の実施の形態(図1)で説明した負荷電源供給システムの構成より第2の降圧素子21(ダイオード)を省略する(図5)とともに、サブバッテリ13内の電解液である希硫酸37(図4)の濃度を、メインバッテリ11内の希硫酸(電解液)の濃度よりも低く設定することで、サブバッテリ13から負荷10に与えられる電圧Vsをメインバッテリ11からの電圧Vmより低く設定する。
【0047】
このように、サブバッテリ13の希硫酸37の濃度をメインバッテリ11よりも低く設定しているので、ダイオード等の第2の降圧素子21を使用しなくても、第1の実施の形態と同様に、サブバッテリ13がメインバッテリ11よりも早くバッテリあがりとなる事態を防止できる。
【0048】
【発明の効果】
請求項1及び請求項6に記載の発明によれば、少なくともサブバッテリの満充電状態における第2の負荷電圧を、メインバッテリの満充電状態における第1の負荷電圧より、低く設定しているので、暗電流等によりメインバッテリの充電容量が低下して電圧が低下する前に、サブバッテリがバッテリ切れとなる事態を防止できる。したがって、メインバッテリのバックアップ電源としてのサブバッテリの充電容量を長期に渡って容易に維持することが可能となる。
【0049】
この場合、例えば請求項2及び請求項7のように、サブバッテリと負荷との間に設けられた降圧素子により、第2の負荷電圧を第1の負荷電圧より低くすることで、サブバッテリの第2の負荷電圧を、メインバッテリの第1の負荷電圧より容易に低く設定できる。
【0050】
あるいは、請求項3及び請求項8のように、サブバッテリの電解液の濃度を、メインバッテリの電解液の濃度より予め低く設定することにより、サブバッテリの第2の負荷電圧を、メインバッテリの第1の負荷電圧より容易に低く設定できる。
【0051】
請求項4及び請求項9に記載の発明によれば、第2の負荷電圧と第1の負荷電圧との差を、メインバッテリの充電容量の低下に伴う電圧低下に応じて予め設定しているので、メインバッテリの特性に応じてサブバッテリの作動タイミングを自由に設定できる効果がある。
【0052】
最も望ましくは、請求項5及び請求項10のように、サブバッテリの満充電状態における第2の負荷電圧を、メインバッテリの完全放電状態の第1の負荷電圧と同等に設定することで、メインバッテリが完全放電状態となるまでは、サブバッテリからの放電を行わないようにでき、これによりサブバッテリの充電容量を長期に渡って容易に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態に係る負荷電源供給システムを示すブロック図である。
【図2】この発明の第1の実施の形態に係る負荷電源供給システムのサブバッテリ及び両降圧素子を示すブロック図である。
【図3】メインバッテリとサブバッテリの充電容量と電圧との関係を示す図である。
【図4】一般的なバッテリの構造を示す模式図である。
【図5】この発明の第2の実施の形態に係る負荷電源供給システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
10 負荷
11 メインバッテリ
13 サブバッテリ
15 発電機
16 ECU
17 DC/DCコンバータ
19,21 降圧素子
22 バックアップ電源ユニット
31 陽極板
33 陰極板
37 希硫酸
Vm,Vs 負荷電圧[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a load power supply system including a sub-battery serving as a backup power supply in addition to a main battery, and a power supply method thereof.
[0002]
[Prior art]
A vehicle is generally equipped with a battery and supplies power not only to audio and car navigation but also to basic functions such as power steering and an electronically controlled suspension that are essential for the running of the vehicle.
[0003]
By the way, the charge capacity of a battery generally decreases each time discharge is repeated. If the battery is overcharged when fully charged, or overdischarged (completely discharged) until all of the active material serving as the electrode of the battery is changed to lead sulfate, the charge capacity of the battery is significantly reduced and the power supply is greatly reduced. The voltage will drop.
[0004]
In this case, the battery needs to be replaced. Until this battery is replaced, a sub-battery is mounted separately from the main battery as a temporary emergency backup power supply.
[0005]
It should be noted that the prior art documents relating to the above-mentioned conventional technology could not be found.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the power supply voltage applied to the load is reduced due to the decrease in the charging capacity of the main battery, the sub-battery is supplied with the voltage from the sub-battery as a backup power supply to the load, and the sub-battery is provided for safety of the vehicle. Will play a crucial role. Therefore, it is necessary to keep the power supply voltage of the sub-battery as fully charged as possible at the time when the charging capacity of the main battery is reduced and the power supply voltage is reduced. There is a need for techniques to maintain across.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a load power supply system and a power supply method thereof that can easily maintain the charge capacity of a sub-battery as a backup power supply for a main battery over a long period of time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 provides a main battery for supplying a first load voltage to a load to drive the load, and a second battery as a backup power supply when the voltage of the main battery drops. A sub-battery that applies a load voltage to the load, wherein at least the second load voltage in a fully charged state of the sub-battery is set lower than the first load voltage in a fully charged state of the main battery. Things.
[0009]
The invention according to claim 2 is the load power supply system according to claim 1, wherein the second load voltage is lower than the first load voltage between the sub-battery and the load. The voltage step-down element is connected.
[0010]
The invention according to claim 3 is the load power supply system according to claim 1, wherein each of the main battery and the sub-battery is charged and discharged by a chemical reaction between the electrolyte and the electrolyte. And an electrode plate made of an active material for performing the following. The concentration of the electrolytic solution of the main battery is set such that the concentration of the electrolytic solution of the sub-battery makes the second load voltage lower than the first load voltage. It is set lower.
[0011]
The invention according to a fourth aspect is the load power supply system according to any one of the first to third aspects, wherein a difference between the second load voltage and the first load voltage is the main load voltage. It is set in advance according to a voltage drop due to a decrease in the charge capacity of the battery.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, in the load power supply system according to any one of the first to fourth aspects, the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is equal to the voltage of the main battery. It is set to be equal to the first load voltage in a completely discharged state.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, a main battery for applying a first load voltage to a load to drive the load, and applying a second load voltage to the load as a backup power supply when the voltage of the main battery drops. A power supply method for a load power supply system including a sub-battery, wherein at least the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is lower than the first load voltage in the fully charged state of the main battery. , Is set lower.
[0014]
The invention according to claim 7 is the power supply method of the load power supply system according to claim 6, wherein the second load voltage is provided by a step-down element provided between the sub-battery and the load. Is lower than the first load voltage.
[0015]
The invention according to claim 8 is the power supply method of the load power supply system according to claim 6, wherein the main battery and the sub-battery are charged and discharged by a chemical reaction between the electrolyte and the electrolyte. And an electrode plate made of an active material for performing the following, and the concentration of the electrolytic solution of the sub-battery is previously set lower than the concentration of the electrolytic solution of the main battery, whereby the second load voltage is reduced. The first load voltage is set lower than the first load voltage.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the power supply method for the load power supply system according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein a difference between the second load voltage and the first load voltage is provided. Is set in advance according to a voltage drop due to a decrease in the charge capacity of the main battery.
[0017]
According to a tenth aspect of the present invention, in the power supply method of the load power supply system according to any one of the sixth to ninth aspects, the second load voltage in a fully charged state of the sub-battery is: The first load voltage is set to be equal to the first load voltage in a completely discharged state of the main battery.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<< 1st Embodiment >>
FIG. 1 is a diagram showing a load power supply system according to a first embodiment of the present invention.
[0019]
This load power supply system is mounted on a vehicle, and as shown in FIG. 1, a
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The DC /
[0023]
The step-down
[0024]
In general, the charge capacity of an automobile battery decreases every time discharge is repeated. Particularly, when a dark current flows through the
[0025]
Therefore, as described above, when the battery voltage applied to the DC /
[0026]
In consideration of this, in the present embodiment, while the
[0027]
Specifically, as shown in FIG. 2, the first step-down
[0028]
The first step-down
[0029]
The second step-down
[0030]
Although FIGS. 1 and 2 show the second step-down
[0031]
The operation of the load power supply system having the above configuration will be described. As described above, the voltage (+ B, Vm) from the
[0032]
FIG. 3 shows the relationship between the charged capacity of each of the
[0033]
In such a situation, the voltage of the sub-battery 13 in the fully charged state (point P1 in FIG. 3) is compared with the voltage Vm (point P1 in FIG. 3) of the
[0034]
Such an operation mode of the two
[0035]
Further, when the voltage level of the sub-battery 13 is, for example, the symbol Vsb in FIG. 3, when the charging capacity of the sub-battery 13 is 0% (point P4), the voltage Vsb (= Lv1) indicates that the
[0036]
On the other hand, in this embodiment, the voltage Vs applied from the sub-battery 13 to the
[0037]
Then, the
[0038]
Here, the difference (Lv1−Lv2) between the voltage Lv1 and the voltage Lv2 in FIG. 3 is suitable for switching from the
[0039]
Most preferably, the sub-battery 13 is set so that the voltage Vs in the fully charged state of the sub-battery 13 (the voltage Vsd at the point P7 in FIG. 3) becomes equal to the voltage Vm (Lv3) in the fully discharged state of the
[0040]
In this embodiment, in addition to the diode serving as the second step-down
[0041]
In the above embodiment, a resistor is used as the first step-down
[0042]
<< 2nd Embodiment >>
In this embodiment, elements having the same functions as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
[0043]
In the first embodiment, the voltage Vs with respect to the
[0044]
FIG. 4 is a schematic diagram showing an internal configuration of a general battery. Generally, inside the battery, an
[0045]
When the
[0046]
Utilizing this, the second step-down element 21 (diode) is omitted from the configuration of the load power supply system described in the first embodiment (FIG. 1) (FIG. 5), and By setting the concentration of dilute sulfuric acid 37 (FIG. 4), which is an electrolytic solution, lower than the concentration of dilute sulfuric acid (electrolytic solution) in the
[0047]
As described above, since the concentration of the dilute
[0048]
【The invention's effect】
According to the first and sixth aspects of the present invention, at least the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is set lower than the first load voltage in the fully charged state of the main battery. In addition, it is possible to prevent the sub-battery from running out of battery before the charging capacity of the main battery decreases due to dark current or the like and the voltage decreases. Therefore, the charging capacity of the sub-battery as a backup power source for the main battery can be easily maintained for a long period of time.
[0049]
In this case, for example, the second load voltage is made lower than the first load voltage by the step-down element provided between the sub-battery and the load as in the second and seventh aspects. The second load voltage can be easily set lower than the first load voltage of the main battery.
[0050]
Alternatively, the second load voltage of the sub-battery can be reduced by setting the concentration of the electrolyte of the sub-battery in advance to be lower than the concentration of the electrolyte of the main battery. It can be easily set lower than the first load voltage.
[0051]
According to the fourth and ninth aspects of the present invention, the difference between the second load voltage and the first load voltage is set in advance according to the voltage drop due to the decrease in the charging capacity of the main battery. Therefore, there is an effect that the operation timing of the sub-battery can be freely set according to the characteristics of the main battery.
[0052]
Most desirably, the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is set to be equal to the first load voltage in the fully discharged state of the main battery. Until the battery is completely discharged, it is possible to prevent the sub-battery from being discharged, thereby making it possible to easily maintain the charging capacity of the sub-battery for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a load power supply system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a sub-battery and both step-down elements of the load power supply system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between charging capacity and voltage of a main battery and a sub battery.
FIG. 4 is a schematic view showing a structure of a general battery.
FIG. 5 is a block diagram showing a load power supply system according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Load
11 Main battery
13 Sub-battery
15 Generator
16 ECU
17 DC / DC converter
19, 21 Step-down device
22 Backup power supply unit
31 Anode plate
33 cathode plate
37 Dilute sulfuric acid
Vm, Vs Load voltage
Claims (10)
前記メインバッテリの電圧低下時にバックアップ電源として第2の負荷電圧を前記負荷に与えるサブバッテリと
を備え、
少なくとも前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの満充電状態における前記第1の負荷電圧より、低く設定されることを特徴とする負荷電源供給システム。A main battery for applying a first load voltage to the load and driving the load;
A sub-battery that applies a second load voltage to the load as a backup power supply when the voltage of the main battery drops,
A load power supply system, wherein at least the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is set lower than the first load voltage in the fully charged state of the main battery.
前記サブバッテリと前記負荷との間に、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くするための降圧素子が接続された、負荷電源供給システム。The load power supply system according to claim 1, wherein
A load power supply system, wherein a step-down element for lowering the second load voltage to be lower than the first load voltage is connected between the sub-battery and the load.
前記メインバッテリ及び前記サブバッテリのそれぞれの内部に、電解液と、当該電解液との化学反応により充放電を行う活物質からなる極板とを備え、
前記サブバッテリの前記電解液の濃度が、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くするよう、前記メインバッテリの前記電解液の濃度より低く設定された、負荷電源供給システム。The load power supply system according to claim 1, wherein
Inside each of the main battery and the sub-battery, an electrolytic solution, comprising an electrode plate made of an active material that performs charging and discharging by a chemical reaction with the electrolytic solution,
A load power supply system, wherein a concentration of the electrolyte in the sub-battery is set lower than a concentration of the electrolyte in the main battery such that the second load voltage is lower than the first load voltage.
前記第2の負荷電圧と前記第1の負荷電圧との差が、前記メインバッテリの充電容量の低下に伴う電圧低下に応じて予め設定される、負荷電源供給システム。The load power supply system according to claim 1, wherein:
A load power supply system, wherein a difference between the second load voltage and the first load voltage is set in advance according to a voltage drop due to a decrease in a charging capacity of the main battery.
前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの完全放電状態の前記第1の負荷電圧と同等に設定される、負荷電源供給システム。The load power supply system according to claim 1, wherein:
The load power supply system, wherein the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is set to be equal to the first load voltage in the completely discharged state of the main battery.
少なくとも前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの満充電状態における前記第1の負荷電圧より、低く設定されることを特徴とする負荷電源供給システムの電源供給方法。A load power supply, comprising: a main battery for supplying a first load voltage to a load to drive the load; and a sub-battery for supplying a second load voltage to the load as a backup power supply when the voltage of the main battery drops. A system power supply method,
A power supply method for a load power supply system, wherein at least the second load voltage in a fully charged state of the sub-battery is set lower than the first load voltage in a fully charged state of the main battery. .
前記サブバッテリと前記負荷との間に設けられた降圧素子により、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くする、負荷電源供給システムの電源供給方法。A power supply method for a load power supply system according to claim 6, wherein
A power supply method for a load power supply system, wherein the second load voltage is lower than the first load voltage by a step-down element provided between the sub-battery and the load.
前記メインバッテリ及び前記サブバッテリが、電解液と、当該電解液との化学反応により充放電を行う活物質からなる極板とを内部にそれぞれ備え、
前記サブバッテリの前記電解液の濃度を、前記メインバッテリの前記電解液の濃度より予め低く設定することにより、前記第2の負荷電圧を前記第1の負荷電圧より低くする、負荷電源供給システムの電源供給方法。A power supply method for a load power supply system according to claim 6, wherein
The main battery and the sub-battery each include therein an electrolytic solution and an electrode plate made of an active material that performs charging and discharging by a chemical reaction with the electrolytic solution,
A load power supply system, wherein the second load voltage is lower than the first load voltage by previously setting the concentration of the electrolyte of the sub-battery lower than the concentration of the electrolyte of the main battery. Power supply method.
前記第2の負荷電圧と前記第1の負荷電圧との差が、前記メインバッテリの充電容量の低下に伴う電圧低下に応じて予め設定される、負荷電源供給システムの電源供給方法。A power supply method for a load power supply system according to any one of claims 6 to 8, wherein
A power supply method for a load power supply system, wherein a difference between the second load voltage and the first load voltage is set in advance according to a voltage drop due to a decrease in a charging capacity of the main battery.
前記サブバッテリの満充電状態における前記第2の負荷電圧が、前記メインバッテリの完全放電状態の前記第1の負荷電圧と同等に設定される、負荷電源供給システムの電源供給方法。A power supply method for a load power supply system according to any one of claims 6 to 9, wherein
A power supply method for a load power supply system, wherein the second load voltage in the fully charged state of the sub-battery is set to be equal to the first load voltage in the fully discharged state of the main battery.
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JP2003156930A JP2004364362A (en) | 2003-06-02 | 2003-06-02 | System and method for supplying power to load |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017110498A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | カルソニックカンセイ株式会社 | Storage battery system |
-
2003
- 2003-06-02 JP JP2003156930A patent/JP2004364362A/en active Pending
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WO2017110498A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | カルソニックカンセイ株式会社 | Storage battery system |
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