JP2007274851A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの電源の相互の充電を可能とした上で１の電源の離脱作業を安全に行えるようにした車両用電源装置を提供する。
【解決手段】被電力供給装置２０に電気エネルギを供給すると共に発電機４により充電される第１電源１１及び同第１電源より大電流を放電可能な第２電源１２を備え、両電源１１、１２を接続すると共に並列配備される第１、第２配線２１，２２を備え、第１配線に第１開閉器２３及びダイオード３０を設け、第２配線に第２開閉器２４を設け、定常時に第１開閉器を遮断し第２開閉器を接続する２連スイッチＳＷ１を設け、第１電源から配線を離脱する操作に応じた離脱操作検知信号ｓ１を検知する離脱操作検知手段３０を備え、２連スイッチＳＷ１は離脱操作検知信号ｓ１に応じて第１開閉器を接続し第２開閉器を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被電力供給装置に対して電気エネルギを供給する２つの電源を備えた車両用電源装置、特に、１の電源がメンテナンスを必要とした時の作業を安全に行える電源装置に関する。

自動車用エンジンには、ファンやポンプ等の各種エンジン補機を駆動したり、あるいは始動時のクランキングを行うスタータモータを駆動したりするために、鉛蓄電池を設けており、この鉛蓄電池及び各種エンジン補機に電力を供給するためにエンジン駆動の車載発電機であるオルタネータを備えている。

この車両用電源装置のうち、特に、被電力供給装置に対して電気エネルギを供給する２つの電源を備えたものが知られており、例えば、特開平１０−１８４５０６号公報（特許文献１）に電気エネルギを供給する２つの電源を備えた車両用電源装置の一例が開示されている。この種の車両用電源装置では第１電源である鉛蓄電池によりエンジン補機や、灯火装置、車内補機等の被電力供給装置に電力を供給し、比較的内部抵抗が低く大電流放電や急速充電が可能なキャパシタを第２電源とし、これより始動装置や電動過給機等の比較的大電流を必要とする機器に電力を供給している。

ところで、この種の２つの電源を備えた車両用電源装置の一般的な構成を図６（ａ）に基づいて簡単に説明すると、被電力供給装置として大電流アクチュエータ１００とその他の電装品１１０を備え、これらに対して２つの電源である鉛蓄電池１２０とキャパシタ１３０を並列配備し、更に、両電源及び被電力供給装置に充電電流を供給するオルタネータ１４０を装備している。

このような車両用電源装置で用いる鉛蓄電池１２０は充放電を繰り返すことで劣化し、耐用期間を過ぎると交換を必要としている。なお、キャパシタ１３０は半永久的に使用可能のため、車体側に固着されている。そこで、鉛蓄電池１２０が経時的に劣化するとメンテナンス作業時に、鉛蓄電池１２０の交換作業が成される。

この場合、図６（ａ）に示すように、鉛蓄電池１２０（第１電源）の＋端子とキャパシタ１３０（第２電源）の＋端子とは電源配線１５０で接続されており、鉛蓄電池１２０（第１電源）の＋端子には、電源ケーブル１５０の接続端子が不図示のボルト締め締結手段により固着され、−端子側も−電源ケーブルの接続端子と接続されている。

特開平１０−１８４５０６号公報

ところで、鉛蓄電池１２０の交換作業では、鉛蓄電池１２０の両端子より両電源ケーブルを外すこととなる。まず、不図示のボルト締め締結手段を緩め処理して、電源ケーブル１５０の接続端子を鉛蓄電池１２０の＋端子より離脱作業するが、この際、図６（ｂ）に示すように、キャパシタ１３０（第２電源）より電源ケーブルの接続端子を経て鉛蓄電池１２０の＋端子に向かう電流Ｉｄで作業者が感電する可能性があり、作業者の安全上問題となる。そこで、特許文献１等に開示されるように、キャパシタ１３０側への電流のみを許容するダイオードを電源ケーブルに設けることが考えられる。しかし、この場合、キャパシタ１３０より鉛蓄電池１２０への電流供給が成されず、鉛蓄電池１２０の充電量の低下時にキャパシタ１３０側からの補充が成されないという問題が生じ、しかも、電源ケーブルに対する各被電力供給装置の接続上の規制が多くなり、配線レイアウト上も問題となっている。

本発明は、上記の問題に着目してなされたもので、目的とするところは、２つの電源の相互の充電を可能とした上で１の電源の離脱作業を安全に行えるようにした車両用電源装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の車両用電源装置は、被電力供給装置に対して電気エネルギを供給すると共に車載発電機により充電される第１電源及び同第１電源より大電流を放電可能な第２電源を備えた車両用電源装置において、上記第１電源と第２電源を接続すると共に互いに並列配備される第１、第２配線を備え、上記第１配線上に第１開閉器及びこれと直列に上記第２電源への電流のみを許容するダイオードを設け、上記第２配線上に第２開閉器を設け、上記第１開閉器と第２開閉器には定常時に上記第１開閉器を遮断し第２開閉器を接続する２連スイッチを設け、上記第１電源から配線を離脱する操作に応じた信号を検知する離脱操作検知手段を備え、上記２連スイッチは上記離脱操作検知信号に応じて第１開閉器を接続し上記第２開閉器を遮断することを特徴とする。

請求項２記載の車両用電源装置は、請求項１記載の車両用電源装置において、上記離脱操作検知手段は、上記第１、第２配線側の共用接続端子を上記第１電源から離脱操作するのに応じた作動信号を検知するよう構成され、上記第１電源の端子とこれに接続される上記共用接続端子とを覆うカバー部材と、同カバー部材の接続端子覆い位置からの離脱に応じてオンする離脱検知スイッチとからなることを特徴とする。

請求項３記載の車両用電源装置は、請求項１または２記載の車両用電源装置において、上記第１電源は鉛蓄電池であり、上記第２電源は電気二重層コンデンサであることを特徴とする。

請求項１記載の車両用電源装置によれば、２連スイッチは、第２開閉器を接続し第１開閉器を遮断する定常時においては、第１電源及び第２電源間の電流の流れを十分に確保するようにでき、第１電源から配線が離脱操作される場合には、２連スイッチが切換えられ、第２開閉器を遮断し第１開閉器を接続する。このため、配線が第１電源から離脱される際には、第２配線は遮断されて第１配線が有効になるが第１配線の第１開閉器と直列配備されるダイオードによって第２電源より第１電源に向かう電流を確実に遮断することができ、特に、離脱作業時の放電を防止でき、作業者の安全性を確保できる。このために定常時は２つの電源の相互の充電を可能としながら、第１電源のメンテナンス時には第１電源の離脱作業等を安全に行える。

請求項２記載の車両用電源装置によれば、カバー部材が接続端子部から離脱作動すると離脱検知スイッチがオンし、この離脱操作検知信号が２連スイッチを切換え、第２配線は遮断されて第１配線が有効になるが第１開閉器と直列配備されるダイオードによって第２電源より第１配線を経て第１電源に向かう電流を遮断でき、第２電源より電源ケーブルの共用接続端子を経て第１電源の＋端子に向かう電流を確実に遮断でき、特に、離脱作業時の放電を防止でき、作業者の安全性を確保できる。

請求項３記載の車両用電源装置によれば、配線を離脱操作する際、電気二重層コンデンサより鉛蓄電池側に向かう電流をダイオードにより確実に遮断することができ、特に、離脱作業時の放電を防止でき、作業者の安全性を確保できる。

図１，２には、この発明の一実施形態としての車両用電源装置１を示し、この車両用電源装置は車載されるエンジン２に装着されている。
ここで、エンジン２はその本体３内の不図示のクランク軸の一端に不図示の無端ベルトを介して発電機としてのオルタネータ４が取り付けられ、他端には不図示のリングギヤに適時に噛み合うピニオンギヤを備えたスタータダイナモ５が取り付けられている。更にエンジン２はその本体３に結合されている吸気管６の途中に電動コンプレッサ７を配設し、これにより吸気過給を適時に行えるようにしている。

ここでスタータダイナモ５と電動コンプレッサ７とはそれぞれの電動機８、９が大電流を消費する大電流アクチュエータをなし、これらが車両用電源装置１の後述の主電源ケーブル１５に接続されている。
車両用電源装置１は第１電源としての鉛バッテリー１１と第２電源としてのキャパシタ１２とを備え、これらの両＋端子１３，１４が主電源ケーブル１５によって互いに接続されている。なお、各―端子１６，１７は車体側に各アースケーブル１８でアースされている。

ここで、オルタネータ４は車両動力であるエンジンの回転駆動力を受けて発電し、主電源ケーブル１５を介して鉛バッテリー１１やキャパシタ１２を充電し、直接にエンジン補機や、灯火装置、車内補機等の被電力供給装置２０にも電気エネルギーを供給でき、その回転速度とエンジンの回転速度とは所定のプーリ比に固定されている。
第１電源である鉛バッテリー１１は、所定容量の電力を蓄えることができると共に、車両に搭載されたエンジン補機や、灯火装置、車内補機等の被電力供給装置２０に対してそれぞれ電気エネルギを供給することができる充放電可能な機能を備え、１２Ｖ程度の定格電圧を有する。

第２電源であるキャパシタ１２は、鉛バッテリー１１とは別個に設けられ、電力を蓄えることが可能な電気２重層キャパシタをなしている。このキャパシタ１２は非常に表面積の大きい金属電極と固体電解質からなり、単位体積あたりの静電容量が比較的大きい構造を備えている。
主電源ケーブル１５は鉛バッテリー１１（第１電源）の＋端子１３とキャパシタ１２（第２電源）の＋端子１４を互いに接続している部分ｅにおいて、その中間部に互いに並列配備される第１配線２１及び第２配線２２が分岐して接続されている。

このうち、第１配線２１上には第１開閉器２３と、キャパシタ１２（第２電源）への電流のみを許容するダイオード３０とを直列的に配備している。
第２配線上２２には第２開閉器２４が配備される。
ここで第１開閉器２３と第２開閉器２４とは互いに対向配備され、２連スイッチＳＷ１として形成されている。
２連スイッチＳＷ１の可動片２５はソレノイド２６とスプリング２７との協働作用により、オフ時にオフ位置Ｐ１にあり、第１開閉器２３を遮断し，第２開閉器２４を接続し、オン時にオン位置Ｐ２に切換わり、第１開閉器２３を接続し、第２開閉器２４を遮断する。なお、ソレノイド２６は後述のコントローラ３４からの駆動信号Ｓｄで切り替え作動できる。

主電源ケーブル１５の接続部ａは鉛バッテリー１１（第１電源）側の＋端子１３と着脱可能に形成されている。即ち、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、主電源ケーブル１５の接続部ａは第１配線２１、第２配線２２、被電力供給装置２０側の共用接続端子２８を備え、鉛バッテリー１１（第１電源）の＋端子１３に締結ボルト２９及びナット３０で締め付け結合されている。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、共用接続端子２８は＋端子１３を挟持する一対の挟持部２８１とそれらの基端より延出し互いに一体結合されている基部２８２と、一対の挟持部２８１の先端で締結ボルト２９及びナット３０で締め付けられる締結部２８３とを備える。基部２８２の下面には主電源ケーブル１５の端部の締結部１５１が重ねられ、これらはケーブル用ボルト２８４で締結されている。

共用接続端子２８全体はその上方をカバー部材３１により覆われる。このカバー部材３１は基部２８２を覆う固定部３１１と、固定部３１１の一側より、樹脂ヒンジ３１２を介して＋端子１３側に延びる矩形蓋部３１３と、固定部３１１の一部より矩形蓋部３１３の一方の側壁に沿って延びる膨出部３１４とを備え、これらは樹脂により一体成形され不図示の締結ボルトで基部２８２側に締結されている。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、矩形蓋部３１３は固定部３１１に対して樹脂ヒンジ３１２を介して搖動自在に連結され、回動端及び左右端の周縁部からは下向きフランジｗｆが連続して延出形成されている。
膨出部３１４内には離脱操作検知手段としてのリミットスイッチ３２が取り付け支持されている。

離脱操作検知手段であるリミットスイッチ３２は、その本体３２１が膨出部３１４の内壁に固着され、可動接点３２１が矩形蓋部３１３の側壁を成す下向きフランジｗｆに対向配備される。ここで、固定部３１１に対して樹脂ヒンジ３１２を介して連結された矩形蓋部３１３は、定常の覆い位置（図４（ｂ）の実線位置）Ｑ１と、開放位置（図４（ｂ）の２点鎖線の位置）Ｑ２とに切り替え移動可能である。開放位置Ｑ２では共用接続端子２８と＋端子１３を上方に開放でき、両者の締結、解除作業である締結ボルト２９及びナット３０の締め付け、解除操作を行うことができる。

このような矩形蓋部３１３と対向するリミットスイッチ３２は、矩形蓋部３１３が覆い位置Ｑ１にあるとその可動接点３２１がオフ位置に保持される。一方、矩形蓋部３１３が開放位置Ｑ２に切り替え移動すると、可動接点３２１が突き出し方向ｇに変位し、オン位置を保持できる。このような突き出し変位に伴い生じたオン、オフ信号はコントローラ３４に入力される。
コントローラ３４は電源回路制御装置としての機能を有するものであれば良く、ここではエンジン制御装置を用いており、その機能の一部として電源回路制御部Ａとしての機能を発揮するよう構成されている。

電源回路制御部Ａは，リミットスイッチ３２からの離脱操作検知信号であるオン信号ｓ１の未入力時には、２連スイッチＳＷ１のソレノイド２６を非励磁に保持し、オン信号ｓ１の入力時には、駆動信号Ｓｄを出力して２連スイッチＳＷ１のソレノイド２６を励磁するよう機能する。

リミットスイッチ３２のオフ時（オン信号ｓ１非入力時）には、２連スイッチＳＷ１はオフ状態（Ｐ１状態）であり、第１開閉器２３及び第１配線２１が遮断し、第２開閉器２４及び第２配線２２が導通する。この場合、第２配線２２で結ばれた鉛バッテリー１１（第１電源）側とキャパシタ１２（第２電源）側の間には抵抗値を高める部材がほとんどなく、鉛バッテリー１１（第１電源）側とキャパシタ１２（第２電源）側の相互の充放電が可能となる。しかも、鉛バッテリー１１の充電量が低下しても、主電源ケーブル１５に接続される被電力供給装置２０側へキャパシタ１２側より電力供給を容易に行え、ダイオード３０の影響を受けることがない。

リミットスイッチ３２がオン時（オン信号ｓ１出力時）には、コントローラ３４は２連スイッチＳＷ１に駆動信号Ｓｄを出力し、２連スイッチＳＷ１はオン状態（Ｐ２状態）であり、これにより、第１開閉器２３及び第１配線２１が導通し、第２開閉器２４及び第２配線２２が遮断する。この場合、ダイオード３０を介して第１配線２１で結ばれた鉛バッテリー１１（第１電源）側とキャパシタ１２（第２電源）側は、鉛バッテリー１１側よりキャパシタ１２側への電流を許容し、逆のキャパシタ１２より鉛バッテリー１１への電流の流れを阻止する。

このような車両用電源装置１を備えた車両は、始動時には、コントローラ３４がスタータダイナモ５の電動機８を駆動し、エンジン駆動後は、適時にオルタネータ４が駆動されて発電が成され、鉛バッテリー１１及びキャパシタ１２が充電される。更に、エンジン負荷とエンジン回転速度に基づく運転域が適宜の過給運転域に達すると、コントローラ３４が電動コンプレッサ７の電動機９を駆動して吸気過給作動してエンジン出力向上を図れる。

このような車両の鉛バッテリー１１が経時劣化して、適宜のメンテナンス時に、交換されるとする。
このバッテリ交換作業時には、まず、鉛バッテリー１１の＋端子１３より第１、第２配線２１，２２側の共用接続端子２８が離脱操作される。この離脱操作に入るには、これに先立ち、まず、共用接続端子２８側を開放するため、カバー部材の矩形蓋部３１３を覆い位置Ｑ１より開放位置Ｑ２に切り替え操作する。すると、これに連動してリミットスイッチ３２の可動接点３２１がオフ位置より突き出し変位して離脱操作検知信号であるオン信号ｓ１がコントローラ３４に出力される。
これにより、コントローラ３４は駆動信号Ｓｄを出力し、２連スイッチＳＷ１をオン位置Ｐ２に切換え、第１配線２１が導通し、第２配線２２が遮断し、この場合、キャパシタ１２より鉛バッテリー１１への電流の流れはダイオード３０によって阻止される状態となる。

このような状態で、共用接続端子２８側の締結ボルト２９及びナット３０の締め付け解除操作を行い、その後に共用接続端子２８が＋端子１３より離脱される。この際、キャパシタ１２より鉛バッテリー１１への電流の流れはダイオード３０によって阻止されるので、キャパシタ１２の放電や、作業者の感電といった事態を招くことはなく、安全に共用接続端子２８の取り外し作業を行える。

この後、―端子１６よりアースケーブル１８を外し、バッテリ固定ブラケットＢＫ用の複数のナットＮＫを順次取り外す。このような処理の後、旧バッテリを新品に変える。その後、新品のバッテリは取り外し時と逆の手順で車体に装着され、最後に共用接続端子２８が＋端子１３に嵌合され、締結ボルト２９及びナット３０の締め付け操作でバッテリ交換が完了する。この場合も、接続端子２８が＋端子１３に嵌合される際、キャパシタ１２より鉛バッテリー１１への電流の流れは阻止されているので、放電や、感電といった事態を招くことはなく、安全に共用接続端子２８の取り付け作業を行える。

なお、この後、カバー部材の矩形蓋部３１３を開放位置Ｑ２より覆い位置Ｑ１に戻すと、リミットスイッチ３２の可動接点３２１がオンよりオフに戻り、離脱操作検知信号であるオン信号ｓ１がオフし、コントローラ３４の駆動信号Ｓｄは出力停止され、２連スイッチＳＷ１がオフ位置Ｐ１に戻され、第２配線２２が導通し、鉛バッテリー１１（第１電源）側とキャパシタ１２（第２電源）側が結ばれタ定常状態に戻る。このため、定常状態では鉛バッテリー１１の充電量の低下時にキャパシタ１２側からの補充電が容易に成されるし、主電源ケーブル１５に対する各被電力供給装置２０の接続上の規制もなく、配線レイアウトの自由度も得られる。

上述のところにおいて、図１の車両用電源装置１が用いていた離脱操作検知手段はリミットスイッチ３２であったが、これに代えて、図５に示すような、フォトカプラー４０からなる離脱操作検知手段を用いても良い。このフォトカプラー４０はカバー部材３１の膨出部３１４に取り付けられ、特に、フォトカプラー４０の検知隙間ｔ１に矩形蓋部３１３の下向きフランジｗｆの一部が突入、離脱可能に嵌合できる。この場合、矩形蓋部３１３が覆い位置Ｑ１にあると、下向きフランジｗｆの一部が検知隙間ｔ１に突入状態を保持でき、この状態でフォトカプラー４０がオフ状態を保持する。一方、矩形蓋部３１３が開放位置Ｑ２に切り替え操作されると、下向きフランジｗｆの一部が検知隙間ｔ１より離脱し、この状態でフォトカプラー４０がオンに切換わる。このオン信号Ｓｄは離脱操作検知信号として、コントローラ３４に出力される。

これにより、コントローラ３４は２連スイッチＳＷ１を切換え、第１配線２１が導通し、第２配線２２が遮断し、キャパシタ１２より鉛バッテリー１１への電流の流れをダイオード３０によって阻止できる、これにより、接続端子２８が＋端子１３に着脱操作される際の放電や感電といった事態を招くことはなく、安全に共用接続端子２８の取り付け作業を行える。

上述のところにおいて、図１の車両用電源装置１が用いていた第２電源は電気２重層キャパシタ１２であったが、場合により、第２電源も鉛バッテリであっても良く、このような場合も図１の車両用電源装置１とほぼ同様の作用効果が得られる。

本発明の一実施形態としての車両用電源装置及び同装置を装備するエンジンの概略構成図である。 図１の車両用電源装置の概略配線図である。 図１の車両用電源装置で用いる鉛バッテリの拡大平面図である。 図１の車両用電源装置で用いる鉛バッテリの＋端子部分及びカバー部材の拡大図で、（ａ）が切欠平面図、（ｂ）が切欠断面図である。 図１の車両用電源装置で用いるカバー部材内の変形例としてのフォトカプラの配置説明図である。 従来の車両用電源装置の概略配線図で、（ａ）が定常状態での平面図、（ｂ）がバッテリ交換作業時の感電説明図である。

符号の説明

１ 車両用電源装置
４ オルタネータ（車載発電機）
８ スタータダイナモの電動機
９ 電動コンプレッサの電動機
１１ 鉛バッテリ（第１電源）
１２ キャパシタ（第２電源）
１３ 第１電源の＋端子
１４ 第２電源の＋端子
１５ 主電源ケーブル
２０ 被電力供給装置
２１，２２ 第１、第２配線
２３ 第１開閉器
２４ 第２開閉器
２８ 共用接続端子
３０ ダイオード
３１ カバー部材
３１３ 矩形蓋部
３４ コントローラ
３９ ２連スイッチ
４０ フォトカプラー
ｓ１ オン信号（離脱操作検知信号）

Claims (3)

1. 被電力供給装置に対して電気エネルギを供給すると共に車載発電機により充電される第１電源及び同第１電源より大電流を放電可能な第２電源を備えた車両用電源装置において、
   上記第１電源と第２電源を接続すると共に互いに並列配備される第１、第２配線を備え、
   上記第１配線上に第１開閉器及びこれと直列に上記第２電源への電流のみを許容するダイオードを設け、
   上記第２配線上に第２開閉器を設け、
   上記第１開閉器と第２開閉器には定常時に上記第１開閉器を遮断し第２開閉器を接続する２連スイッチを設け、
   上記第１電源から配線を離脱する操作に応じた信号を検知する離脱操作検知手段を備え、
   上記２連スイッチは上記離脱操作検知信号に応じて第１開閉器を接続し上記第２開閉器を遮断することを特徴とする車両用電源装置。
2. 請求項１記載の車両用電源装置において、
   上記離脱操作検知手段は、上記第１、第２配線側の共用接続端子を上記第１電源から離脱操作するのに応じた作動信号を検知するよう構成され、上記第１電源の端子とこれに接続される上記共用接続端子とを覆うカバー部材と、同カバー部材の接続端子覆い位置からの離脱に応じてオンする離脱検知スイッチとからなることを特徴とする車両用電源装置。
3. 請求項１または２記載の車両用電源装置において、
   上記第１電源は鉛蓄電池であり、上記第２電源は電気二重層コンデンサであることを特徴とする車両用電源装置。
   

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