JP2008228463A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続された直流電源３間における横流を防ぐとともに、電力損失の少ない電源回路５を提供する。
【解決手段】移動体に搭載された複数の直流電源３を並列接続点５１１を介して接続し、移動体搭載装置に電力を供給する電力供給経路５１と、前記並列接続点５１１と１の直流電源３を除くその他の直流電源３との間に設けられた電流方向制御素子５２と、前記電力供給経路５１を流れる電流を検出する電流検出部５３と、前記電流検出部５３からの検出信号を受信して、前記電流方向制御素子５２が設けられた経路の電流値の合計が、前記並列接続点５１１から移動体搭載装置側における経路の電流値以下となるように、前記１の直流電源３又はその他の直流電源３を制御する制御部５４と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両や船舶などの移動体に搭載される移動体搭載装置に電力を供給するための電源回路に関するものである。

一般に、複数の直流電源を負荷に対して並列に接続する場合、それら直流電源間の横流を防止するため、ダイオードＯＲによる並列回路が用いられている。

しかしながら、この回路では、ダイオードの順方向電圧降下Ｖｆとダイオードに流れる順方向の電流Ｉｆとの積が電力損失となってしまうという問題がある。特に大きな電流を流す場合、この電力損失は無視できなくなる。

また、直流電源が電池により構成されている場合は、不要な電力消費となり、負荷に接続される各種装置の駆動時間の減少に繋がってしまう。

このような問題点を解決するため、特許文献１に示すように、ダイオードとスイッチ素子とを組み合わせてダイオードにおける無駄な電力損失を避けるものがあるが、回路構成が複雑となってしまうという問題がある。

ところで、移動体搭載装置としては、自動車等の車両に搭載され、車両中の内燃機関から排出される排ガスを測定するための車載型の排ガス分析装置がある。

この排ガス測定装置を用いて自動車の実走行中に測定を行う場合、実験室等に設置された場合と異なり、持ち運び可能なバッテリーで構成される専用電源を測定装置と共に自動車に搭載し、この専用電源及び自動車に搭載されている車両用バッテリー（エンジンバッテリー）から電力を供給している。そして、このとき、専用電源と車両用バッテリーを並列に接続しており、上記同様に、直流電源間の横流を防止するため、ダイオードＯＲによる並列回路を用いる必要がある。

しかしながら、車両用バッテリー及び専用電源は、重量及び体積を小さくしなければならない制限の下で、容量をやみくもに大きくすることができず、それ故ダイオードによる電力損失が無視できないという問題がある。また、電力損失により排ガス分析装置の稼働時間を短くしてしまうという問題がある。
特開２００１−２５５９６５号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、極めて簡単な回路構成でありながら、直流電源間の横流を防止しつつ、電力損失の少ない電源回路を提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る移動体搭載装置用電源回路は、移動体に搭載された複数の直流電源を並列接続点を介して接続し、移動体搭載装置に電力を供給する電力供給経路と、前記並列接続点と１の直流電源を除くその他の直流電源との間に設けられた電流方向制御素子と、前記電力供給経路を流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部からの検出信号を受信して、前記電流方向制御素子が設けられた経路の電流値の合計が、前記並列接続点から移動体搭載装置側における経路の電流値以下となるように、前記１の直流電源又はその他の直流電源を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

このようなものであれば、極めて簡単な回路構成でありながら、電流方向制御手段が設けられている経路の電流値が、並列接続点から移動体搭載装置側における電流値以下としているので、電流方向制御手段が設けられている経路から、電流方向制御手段が設けられていない経路に電流が流れることがなく、直流電源間の横流（直流電源間で充電電流が流れること）を防止することができる。また、電流方向制御手段の数を少なくすることができるので、電力損失を可及的に抑制することができる。

電流方向制御素子の具体例としては、ダイオード又はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチ素子が考えられる。特にＦＥＴを用いた場合には、さらに電力損失を低減することができる。

電力供給回路の具体的な実施の形態としては、前記電力供給経路が、２つの直流電源を並列接続点を介して接続するものであることが望ましい。

前記電流検出部としてホール素子センサを用いた場合には、前記電流方向制御素子が設けられた経路を構成する配線、及び前記並列接続点から前記移動体搭載装置側における経路を構成する配線が、その電流方向が逆方向となるように１つのホール素子に挿入されていることが望ましい。ホール素子センサからの検出信号により電流方向制御素子が設けられた経路を流れる電流値と並列接続点から移動体搭載装置側における経路を流れる電流値との比較を容易に行うことができる。

移動体がエンジン駆動される車両であれば本発明の効果を一層顕著にすることができる。

そして、前記移動体搭載装置が、エンジン駆動される車両から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置であることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、極めて簡単な回路構成でありながら、直流電源間の横流を防止しつつ、電力損失の少ない電源回路を提供することができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る電源回路を用いた移動体搭載システム１について、図面を参照して説明する。なお、図１は、本実施形態に係る移動体搭載システム１の模式的構成図である。

＜装置構成＞
本実施形態に係る移動体搭載システム１は、内燃機関（エンジン）により駆動される自動車等の車両に搭載され、車両中の内燃機関から排出される排ガスを測定するための車載型の排ガス測定システムである。

具体的に、このものは、図１に示すように、排ガス分析装置２と、当該排ガス分析装置２に電力を供給するための排ガス分析装置用電源３と、車両用バッテリー４と、排ガス分析装置用電源３及び車両用バッテリー４からの電力を前記排ガス分析装置２に供給する電源回路５とを備えている。

以下、各部２〜５について説明する。

排ガス分析装置２は、測定本体部と、その測定本体部からの測定値を分析して出力する情報処理装置等を備えている。測定本体部は、排ガス中に含まれるＣＯ_２やＮＯ_Ｘ等の各成分濃度を測定するため測定部を複数備えており、前記測定部としては、例えば赤外線吸収によって前記成分濃度を測定する赤外線ガス分析計や、水素炎イオン化分析計、ＣＬＤ式ＮＯ_Ｘ計等を用いている。また、測定部本体には、車両の内燃機関（エンジン）から排出された排ガスをその内部に導入するための排ガス導入路が接続されるとともに、測定終了後の排ガスを外部に排出する排出路が接続されている

排ガス分析装置用電源３（以下、単に「専用電源３」という。）は、排ガス分析装置２に電力を供給するためのメインの直流電源であり、この専用電源３からの電力は、電力供給経路５１を介して排ガス分析装置２に供給される。本実施形態において、専用電源３は、例えば１２［Ｖ］の再充電可能なバッテリーが用いられている。

車両用バッテリー４は、車両内に設けられており、例えば１２［Ｖ］の再充電可能なものである。

電源回路５は、車両用バッテリー４及び専用電源３を並列接続点５１１を介して並列に接続し、排ガス分析装置２に電力を供給する電力供給経路５１と、並列接続点５１１と専用電源３との間に設けられた電流方向制御素子５２と、電力供給経路５１を流れる電流値を検出する電流検出部５３と、その電流検出部５３からの検出信号を受信して、前記専用電源３を制御する制御部５４と、を備えている。

電力供給経路５１は、専用電源３が接続される第１供給路５１Ａと、車両用バッテリー４が接続される第２供給路５１Ｂとを備え、それらは並列接続点５１１で接続され、さらに、その並列接続点５１１と排ガス分析装置２とを接続する第３供給路５１Ｃを備えている。

電流方向制御素子５２は、専用電源３が接続される第１供給路５１Ａ上に設けられて、専用電源３からの放電方向への電流は通すが、専用電源３への充電方向への電流は通さないものであり、本実施形態では、ダイオードを用いている。

電流検出部５３は、第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１及び第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３を検出して、その検出信号を制御部５４に出力するものである。本実施形態では、いわゆる貫通型のホール素子センサを用いている。このホール素子センサ５３は、貫通孔に電力供給経路５１を構成する配線が挿入され、その配線を流れる電流により発生する磁界を検出し、その磁界に比例するホール電圧を示す電気信号を出力する。

そして、本実施形態では、１つのホール素子センサ５３の貫通孔に、第１供給路５１Ａを構成する配線及び第３供給路５１Ｃを構成する配線が、それらに流れる電流方向が逆方向となるように挿入されている。このとき、第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１と、第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３とが同じ場合には、ホール素子センサ５３のホール電圧はゼロであり、出力信号はゼロである。また、第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１が大きい場合には、正電圧の出力信号を出力し、第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３が大きい場合には、負電圧の出力信号を出力する。なお、ホール電圧の正負は、ホール素子センサ５３の向きにより適宜設定される。

制御部５４は、電流検出部５３からの検出信号を受信して、電流方向制御素子５２を設けている経路（第１供給路５１Ａ）から、その素子を設けていない経路（第２供給路５１Ｂ）に電流が流れないように専用電源３を制御するものである。

具体的には、制御部５４は、専用電源３からの電流値（第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１）が、排ガス分析装置２への供給電流値（第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３）以下となるように、つまり、Ｉ_１＝Ｉ_３、又は、Ｉ_１＜Ｉ_３となるように、専用電源３を制御する。このとき、制御部５４は、ホール素子センサ５３から、ホール電圧がゼロまたは負電圧であることを示す出力信号を受信する。

そして、第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１が第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３と等しく又は小さく保たれているので、車両用バッテリー４からの電流値（第２供給路５１Ｂを流れる電流値Ｉ_２）はゼロ又は放電方向のみとなり、専用電源３から車両用バッテリー４への充電方向への電流を禁止できる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る排ガス測定システム１によれば、極めて簡単な回路構成でありながら、並列に接続した専用電源３と車両用バッテリー４との間で横流（専用電源３から車両用バッテリー４への充電方向の電流）を防止することができる。また、車両用バッテリー４と並列接続点５１１との間（第２供給路５１Ｂ）にダイオード５２を設ける必要がないため、電力損失を低減することができる。したがって、排ガス分析装置２の駆動時間を可及的に延長することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態では、電流方向制御素子５２を第１供給路５１Ａ上に設けるようにしているが、第２供給路５１Ｂ上に設け、制御部５４によって専用電源３ではなく車両用バッテリー４を制御するようにしても良い（ただし車両用バッテリー４が外部制御可能なものである場合に限る）。

また、電流方向制御素子５２としては、ダイオードの他にもＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチ素子を用いても良い。

この場合、制御部５４等が、専用電源３から電流が流れだそうとするとき、すなわちスイッチ素子の専用電源側の端子電圧が負荷側の端子電圧以上のときのみ、スイッチ素子の制御端子を制御して当該スイッチ素子を閉じるように（ＯＮ状態となるように）制御すれば、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、スイッチ素子に低ＯＮ抵抗の品種を選ぶことにより、並列接続点５１１の専用電源３側（第１供給路５１Ａ）における電力損失も低減することができる。

さらに、電流検出部５３としては、並列接続点５１１の専用電源３側（第１供給路５１Ａ）と並列接続点５１１の分析装置２側（第３供給路５１Ｃ）との電流値Ｉ_１、Ｉ_３を個別に検出するものであっても良い。このとき、制御部５４は、それぞれの測定値Ｉ_１、Ｉ_３をアナログ減算回路で演算し差分を求めることにより、第１供給路５１Ａを流れる出力電流値Ｉ_１を制御する。

加えて、電流検出部５３として抵抗を用いても良い。このとき、第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１及び第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３をそれぞれ抵抗電圧降下で測定し、制御部５４が測定値Ｉ_１、Ｉ_３をアナログ減算回路で演算して差分を求めることにより、第１供給路５１Ａを流れる出力電流値Ｉ_１を制御する。

また、前記実施形態では、制御部５４が、第１供給路５１Ａを流れる電流値Ｉ_１が、第３供給路５１Ｃを流れる電流値Ｉ_３以下となるように専用電源３を制御するものであったが、負荷２が前記電流値Ｉ_１以上の電流を消費している場合には、第２供給路５１Ｂを流れる電流値Ｉ_２がゼロより大きくなるように、車両用バッテリー４を制御するようにしても良い。

さらに加えて、前記実施形態では、電源回路５は２つの直流電源を並列接続したものであったが、３つ以上の直流電源の電力を排ガス分析装置２に供給するものであっても良い。

具体的に電源回路５は、複数の直流電源（専用電源３及び車両用バッテリー４を含む。）を並列接続点５１１を介して接続し、排ガス分析装置２に電力を供給する電力供給経路５１と、並列接続点５１１と１の直流電源（例えば車両用バッテリー４）を除くその他の直流電源との間に設けられた電流方向制御素子５２と、並列接続点５１１と前記その他の直流電源との間を流れる電流値を検出する電流検出部５３と、電流検出部５３からの検出信号を受信して、並列接続点５１１と前記その他の直流電源との間を流れる電流値の合計が、前記並列接続点５１１から排ガス分析装置２側における経路の電流値以下となるように、前記その他の直流電源を制御する制御部５４と、を備えている。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る移動体搭載システムの模式的構成図。

符号の説明

１・・・・・移動体搭載システム（車載型排ガス分析システム）
２・・・・・排ガス分析装置
３・・・・・専用電源
４・・・・・車両用バッテリー
５・・・・・電源回路
５１・・・・電力供給経路
５１１・・・並列接続点
５２・・・・電流方向制御素子
５３・・・・電流検出部
５４・・・・制御部

Claims (7)

1. 移動体に搭載された複数の直流電源を並列接続点を介して接続し、移動体搭載装置に電力を供給する電力供給経路と、
   前記並列接続点と１の直流電源を除くその他の直流電源との間に設けられた電流方向制御素子と、
   前記電力供給経路を流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部からの検出信号を受信して、前記電流方向制御素子が設けられた経路の電流値の合計が、前記並列接続点から移動体搭載装置側における経路の電流値以下となるように、前記１の直流電源又はその他の直流電源を制御する制御部と、を備えている電源回路。
2. 前記電流方向制御素子が、ダイオードである請求項１記載の電源回路。
3. 前記電流方向制御素子が、ＦＥＴである請求項１記載の電源回路。
4. 前記電力供給経路が、２つの直流電源を並列接続点を介して接続するものである請求項１、２又は３記載の電源回路。
5. 前記電流検出部が、ホール素子センサであり、
   前記電流方向制御素子が設けられた経路を構成する配線、及び前記並列接続点から前記移動体搭載装置側における経路を構成する配線が、その電流方向が逆方向となるように１つのホール素子センサに挿入されていることを特徴とする請求項４記載の移動体搭載装置用電源回路。
6. 前記移動体が、エンジン駆動される車両である請求項１、２、３、４又は５記載の電源回路。
7. 前記移動体搭載装置が、エンジン駆動される車両から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置である請求項６記載の電源回路。