JP2010093979A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電気負荷及び高電気負荷の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことのできる車両の電源装置を提供すること。
【解決手段】１２Ｖ負荷(14)及び２４Ｖ負荷(16)の２系統の電気負荷を有している電源回路(1)において、１２Ｖ負荷へは第１バッテリ(2)により、２４Ｖ負荷へは直列に接続された第１バッテリ及び第２バッテリ(4)により電力供給を行うとともに、電圧調整器(20)が２４Ｖ系回路(8)から入力される電圧を２分の１に変換して、１２Ｖ系回路(10)に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の電源装置に係り、詳しくは、電圧の異なる２系統の電気負荷に電力供給を行う技術に関する。

車両によっては、スタータ、エンジン制御機器、シャシー電装品のような低電圧な電気負荷に対しては低電圧な電源（例えば１２Ｖ電源）により駆動し、架装機器等の高電圧な電気負荷に対しては高電圧な電源（例えば２４〜４２Ｖ電源）により駆動する構成がある。
このように電気負荷が２系統ある場合には、電源としてのバッテリを２系統備える必要がある。

例えば、高電圧負荷に電力を供給する第１バッテリ（４２Ｖ）と、第１バッテリからの高電圧を低電圧に電圧変換する電圧変換器と、この電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する第２バッテリ（１２Ｖ）とを備えた構成が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００１−２９８８７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術のように、２系統の電気負荷に対してそれぞれのバッテリを備えると、車両に搭載した際のレイアウトや配線が複雑化する上、車両の重量も増加する等の問題がある。
そこで、例えば上記特許文献１において、第２のバッテリを除去し、複数のバッテリからなる第１のバッテリのうち、一部のバッテリから低電圧負荷にも電力供給を行う構成も考えられる。

しかし、そのような構成とすると、低電圧負荷へ電力供給を行うバッテリは高電圧負荷及び低電圧負荷への両方の電力供給に使用されるため、他のバッテリに比べて電力消費が大きくなる。したがって、第１のバッテリを構成するバッテリ間で充電量の差が生じ、これはバッテリの寿命を低下させる原因となる。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低電気負荷及び高電気負荷の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことのできる車両の電源装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の車両の電源装置では、第１の電気負荷及び該第１の電気負荷よりも高電圧な第２の電気負荷を有する車両の電源装置であって、第１の回路を介して前記第１の電気負荷へ電力供給可能な第１のバッテリと、第１のバッテリと直列に接続され、該第１のバッテリとともに第２の回路を介して前記第２の電気負荷へ電力供給可能な第２のバッテリと、第２の回路に接続され、内燃機関により駆動される発電機と、前記第１の回路及び前記第２の回路と接続され、該第２の回路から入力される電圧を前記第１のバッテリの電圧及び前記第２のバッテリの電圧が均衡する所定の割合に変換して該第１の回路へ出力する電圧調整を行う電圧調整器と、を備えることを特徴としている。

請求項２の車両の電源装置では、請求項１において、前記電圧調整器は、前記第２の回路から入力される電圧を前記所定の割合で変換した場合の電圧と前記第１の回路の電圧との差が、所定差以上である場合に前記電圧調整を行い、所定差未満である場合には前記電圧調整を停止することを特徴としている。
請求項３の車両の電源装置では、請求項１または２において、前記電圧調整器は、前記内燃機関が停止した場合、前記第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後、次に内燃機関が始動されるまでは前記電圧調整を停止することを特徴としている。

請求項４の車両の電源装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記電圧調整器は、前記第２の回路から入力される電圧が所定電圧未満である場合には、前記内燃機関へアイドル回転数を上昇させる要求を送ることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の車両の電源装置によれば、比較的低電圧な第１の電気負荷と比較的高電圧な第２の電気負荷の２系統の電気負荷を有した車両の電源装置において、第１の電気負荷へは第１のバッテリにより電力供給を行い、第２の電気負荷へは直列に接続された第１のバッテリ及び第２のバッテリにより電力供給を行う。このように第１のバッテリを第１の負荷及び第２の負荷の両方の電力供給に用いることで、従来のように各系統毎にバッテリを搭載する必要がなく、車両に搭載するバッテリ数を最小限に抑えることができる。これにより、電源装置のレイアウト性の向上や重量の軽量化を図ることができる。

そして、電圧調整器により、第１の回路及び第２の回路の電圧を監視し、第１のバッテリ及び第２のバッテリの電圧が均衡するよう第２の回路から入力される電圧を所定の割合で変換して第１の回路へ出力することで、第１の電気負荷及び第２の電気負荷の両方に電力供給を行う第１のバッテリの電力消費を補うことができる。このように第１のバッテリ及び第２のバッテリの電圧の均衡を保つことで、バッテリの寿命の低下を抑制することができる。

これらのことから、低電気負荷及び高電気負荷の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことができる。
請求項２の車両の電源装置によれば、電圧調整器は第２の回路から入力される電圧を前記所定の割合で変換した場合の電圧と前記第１の回路の電圧との差、即ち第１のバッテリ状態と第２のバッテリ状態の差が、所定差以上である場合に電圧調整を行い、所定差未満である場合には電圧調整を停止する。

これにより、第１のバッテリ及び第２のバッテリの状態の差を所定差に抑えることができ、確実に第１のバッテリ及び第２のバッテリの状態の均衡を保つことができる。
請求項３の車両の電源装置によれば、電圧調整器は、内燃機関が停止した場合には、第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後、次に内燃機関が始動するまで電圧調整を停止する。

つまり、内燃機関が停止した状態、即ち発電機が停止した状態で電圧調整器が作動すると所謂暗電流が大きくなり第１のバッテリ及び第２のバッテリの電圧が低下するが、一度第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後に電圧調整を停止させることで暗電流の増加を防止することができる。
これにより、内燃機関停止後の暗電流の電力消費により生じる第１のバッテリ及び第２のバッテリのバッテリ状態差を抑制することができる。

請求項４の車両の電源装置によれば、電圧調整器は、第２の回路から入力される電圧が所定電圧未満である場合には、内燃機関へアイドル回転数を上昇させる要求を送る。
つまり、第１のバッテリ及び第２のバッテリの電圧が両方とも低下しているような場合には、内燃機関のアイドル回転を上昇させ、発電機の発電量を上昇させる。
これにより、第１のバッテリ及び第２のバッテリそれぞれの電圧を良好に回復することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る車両の電源装置の概略構成図が示されている。
図１に示すように、車両の電源回路１には、それぞれ１２Ｖの電圧を蓄電可能な第１バッテリ２及び第２バッテリ４が直列に接続されて設けられている。つまり、当該第１バッテリ２と第２バッテリ４とは接続ライン６により接続されている。そして、第２バッテリ４の出力端子は２４Ｖ系回路８（第２の回路）に接続されている。また、接続ライン６は途中で分岐しており１２Ｖ系回路１０（第１の回路）に接続されている。

１２Ｖ系回路１０には、例えば図示しないエンジン（内燃機関）の始動を行うスタータ１２や、その他エンジン制御機器やシャシー電装品等の１２Ｖの電気負荷１４（以下１２Ｖ負荷１４という）（第１の電気負荷）等が接続されている。
一方、２４Ｖ系回路８には、例えば架装機器等の２４Ｖの電気負荷１６（２４Ｖ負荷１６という）（第２の電気負荷）が接続されている。

また、２４Ｖ系回路８には発電機１８が接続されている。当該発電機１８はエンジンにより駆動されることで２４Ｖ以上の電力を発電し２４Ｖ系回路８に出力する機能を有している。
さらに、１２Ｖ系回路１０及び２４Ｖ系回路８には、電圧調整器２０が接続されている。

当該電圧調整器２０は、２４Ｖ系回路８が入力端子に、１２Ｖ系回路１０が出力端子に接続されている。そして、２４Ｖ系回路８の電圧及び１２Ｖ系回路１０の電圧を監視し、当該２４Ｖ系回路８の電圧の２分の１の電圧及び１２Ｖ系回路１０の電圧差が所定電圧差以上である場合には、バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧を均衡させるべく、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を２分の１の割合で降圧変換して１２系回路１０へ出力する機能を有している。

当該電圧調整器２０は、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ２２、エンジンの始動停止操作を行うイグニッションスイッチ２４等とＣＡＮ（Controller Area Network）を介して接続されている。当該イグニッションスイッチ２４は、エンジン停止中にＯＮ操作することで、スタータを作動させ、エンジン作動中にＯＦＦ操作することでエンジンを停止させる機能を有している。

そして、電圧調整器２０は、エンジンＥＣＵ２２へアイドル回転数を上昇させるアイドルアップ要求信号を送信する機能を有している。
以下このように構成された本発明に係る車両の電源装置における作用について説明する。
上記構成の電源回路１では、通常、発電機１８または直列に接続された第１バッテリ２及び第２バッテリ４から２４Ｖ負荷１６へ電力供給が行われるとともに、第１バッテリ２からスタータ１２及び１２Ｖ負荷１４へ電力供給が行われる。したがって、第１バッテリ２は２４Ｖ負荷１６、１２Ｖ負荷１４の両方へと電力供給を行うことから、第２バッテリ４に比べて電力消費が大きくなる。

そこで、電圧調整器２０は、入力端子に接続されている２４Ｖ系回路８及び出力端子に接続されている１２Ｖ系回路１０のそれぞれの電圧を監視し、第１バッテリ２の電圧及び第２バッテリ４の電圧を均衡させるべく、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を２分の１の電圧に降圧変換して、１２Ｖ系回路１０へと出力する電圧調整を行う。
詳しくは、２４Ｖ系回路８から入力される電圧の２分の１の電圧と、１２Ｖ系回路１０の電圧との差が所定差以上であるとき、即ち第１バッテリ２の電圧及び第２バッテリ４の電圧が不均衡であるときに上記電圧調整を行う。当該電圧調整器２０による電圧調整により２４Ｖ系回路８から１２Ｖ系回路１０の１２Ｖ負荷１４及びスタータ１２または第１バッテリ２へと電力が供給され、第１バッテリ２の電力消費が補われる。

また、電圧調整器２０は、２４Ｖ系回路８から入力される電圧が低い場合、即ち第１バッテリ２及び第２バッテリ４の両方の充電量が低い場合には、発電機１８による発電量を増加させるべくアイドルアップ要求信号をエンジンＥＣＵ２２へと送信する。
さらに、電圧調整器２０は、イグニッションスイッチ２４がＯＦＦに切り換えられた場合、２４Ｖ系回路８から入力される電圧の２分の１の電圧と１２Ｖ系回路１０の電圧との差が所定差未満となった後、次にエンジンが始動するまで、即ちスタータが作動するまで電力調整を停止する。

詳しくは、図２を参照すると、車両の電源装置において実行される電圧調整ルーチンがフローチャートにより示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該フローチャートはエンジン停止中からイグニッションスイッチ２４がＯＮ操作された時点からスタートされる。
まず、図２のステップＳ１に示すように、電圧調整器２０は、２４Ｖ系回路８から入力される電圧の２分の１の電圧と、１２Ｖ系回路１０の電圧の電圧差を算出し、当該電圧差が予め設定されている所定電圧差以上であるか否かを判別する。

当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では電圧調整器２０は、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を２分の１に降圧変換して１２Ｖ系回路１０へ出力する。
一方、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち第１のバッテリ２及び第２のバッテリ４の電圧が均衡している場合には、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、電圧調整器２０による電圧調整を停止させる。
続くステップＳ４では、イグニッションスイッチ２４がＯＦＦに切り替えられているか否かを判別する。
当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、即ちイグニッションスイッチ２４がＯＦＦに切り替えられている場合には、当該電圧調整制御ルーチンを終了する。このように当該電圧調整器２０は、上記ステップＳ１の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧が均衡している状態でイグニッションスイッチ２４がＯＦＦになることで電圧調整を終了するものである。したがって、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧が均衡していない場合には、例えイグニッションスイッチ２４がＯＦＦに切り替えられエンジンが停止している場合にも、電圧調整器２０による電圧調整は維持される。

また、上記ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちイグニッションスイッチ２４がＯＮである場合には、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、電圧調整器２０において２４Ｖ系回路８から入力される電圧が所定電圧未満であるか否かを判別する。
そして、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち２４Ｖ系回路８から入力される電圧が十分にある場合にはステップＳ６に進む。

ステップＳ６ではアイドルアップ要求信号は送信せず当該ルーチンをリターンする。
一方、上記ステップＳ５の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち２４Ｖ系回路８から入力される電圧が不足している場合にはステップＳ７に進む。つまり、２４Ｖ系回路８からの入力電圧が不足しているということは、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の両方の充電量が不足していると判断することができる。

ステップＳ７では、エンジンＥＣＵ２２へアイドルアップ要求信号を送信する。当該アイドルアップ要求信号を受けたエンジンＥＣＵ２２はアイドル時のエンジン回転数を上昇させる。このようにアイドル時のエンジン回転数を上昇させエンジンにより駆動される発電機１８による発電量が増加し、第１バッテリ２及び第２バッテリ４への充電量が増加する。

以上のように、本発明に係る車両の電源装置では、１２Ｖ負荷１４及び２４Ｖ負荷１６の２系統の電気負荷を有している電源回路１において、１２Ｖ負荷１４へは第１バッテリ２により電力供給を行い、２４Ｖ負荷１６へは直列に接続された第１バッテリ２及び第２バッテリ４により電力供給を行う。このように第１バッテリ２を１２Ｖ負荷１４及び２４Ｖ負荷１６の両方の電力供給に用いることで、バッテリ数を最小限に抑えることができる。これにより、電源回路１のレイアウト性の向上や、重量の軽量化を図ることができる。

そして、電圧調整器２０において、１２Ｖ系回路１０及び２４系回路８の電圧を監視し、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧が均衡するよう２４Ｖ系回路８から入力される電圧を２分の１に変換して１２Ｖ系回路１０へ出力することで、第１バッテリ２の電力消費を補うことができる。このように第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧の均衡を保つことで、バッテリの寿命の低下を抑制することができる。

また、電圧調整器２０はイグニッションスイッチ２４がＯＦＦに切り替えられエンジンが停止した場合にも、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を２分の１の割合で変換した電圧と１２Ｖ系回路１０の電圧との差、即ち両バッテリ２、４の電圧差が所定電圧差未満となるまで電圧調整器２０による電圧調整は行われ、一度両バッテリ２、４の電圧が均衡した後は次にエンジンが始動するまで電圧調整は停止される。

つまり、エンジンが停止した状態、即ち発電機１８が停止した状態で電圧調整器２０が作動すると暗電流が大きくなり第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧が低下するが、一度両バッテリ２、４の電圧が均衡した後に電圧調整を停止させることで暗電流の増加を防止することができる。
これにより、エンジン停止後の暗電流の電力消費により生じる第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧差を抑制することができる。

さらに、電圧調整器２０は、２４Ｖ系回路８から入力される電圧が所低電圧未満である場合には、エンジンＥＣＵ２２へアイドルアップ要求を送信することから、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の両方の出力電圧が低下している場合に発電機１８の発電量を上昇させ、当該両バッテリ２、４の電圧を回復させることができる。
これらのことから、本発明に係る車両の電源装置では、低電圧な１２Ｖ負荷１４及び高電圧な２４Ｖ負荷１６の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことができる。

以上で本発明に係る車両の電源装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、電気負荷として１２Ｖ負荷１４、２４Ｖ負荷１６の２系統を有した構成であるが、当該電気負荷の容量はこれに限られるものではない。また、当該電気負荷の容量とともに、バッテリの容量や数もこれに限られるものではない。

また、上記実施形態では、電圧調整器２０において行われる電圧調整では、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を２分の１の電圧に降圧変換して１２Ｖ系回路１０に出力するものであるが、降圧変換する割合はこれに限られるものではない。例えば、第１のバッテリとして１２Ｖバッテリ、第２のバッテリとして２４Ｖのバッテリを設けた電源回路である場合には、第１の回路は１２Ｖ、第２の回路は３６Ｖの回路となることから、第１のバッテリ及び第２のバッテリの電圧を均衡させるべく、電圧調整器は第２の回路から入力される電圧（３６Ｖ）を３分の１の電圧（１２Ｖ）に降圧変換して第１の回路へ出力する構成とする。

また、上記実施形態では、電圧調整器２０に、エンジンＥＣＵ２２、イグニッションスイッチ２４がそれぞれＣＡＮにより接続されているが、通信線はＣＡＮに限られるものではなく、例えばＬＩＮ等の他の通信線や、電線による信号線（ハードワイヤ）であっても構わない。

本発明に係る車両の電源装置の概略構成図である。 本発明に係る車両の電源装置において実行される電圧調整制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電源回路
２ 第１バッテリ
４ 第２バッテリ
６ 接続ライン
８ ２４Ｖ系回路（第２の回路）
１０ １２Ｖ系回路（第１の回路）
１４ １２Ｖ負荷（第１の電気負荷）
１６ ２４Ｖ負荷（第２の電気負荷）
１８ 発電機
２０ 電圧調整器
２２ エンジンＥＣＵ
２４ イグニッションスイッチ

Claims (4)

1. 第１の電気負荷及び該第１の電気負荷よりも高電圧な第２の電気負荷を有する車両の電源装置であって、
   第１の回路を介して前記第１の電気負荷へ電力供給可能な第１のバッテリと、
   第１のバッテリと直列に接続され、該第１のバッテリとともに第２の回路を介して前記第２の電気負荷へ電力供給可能な第２のバッテリと、
   第２の回路に接続され、内燃機関により駆動される発電機と、
   前記第１の回路及び前記第２の回路と接続され、該第２の回路から入力される電圧を前記第１のバッテリの電圧及び前記第２のバッテリの電圧が均衡する所定の割合に変換して該第１の回路へ出力する電圧調整を行う電圧調整器と、
   を備えることを特徴とする車両の電源装置。
2. 前記電圧調整器は、
   前記第２の回路から入力される電圧を前記所定の割合で変換した場合の電圧と前記第１の回路の電圧との差が、所定差以上である場合に前記電圧調整を行い、所定差未満である場合には前記電圧調整を停止することを特徴とする請求項１記載の車両の電源装置。
3. 前記電圧調整器は、前記内燃機関が停止した場合、前記第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後、次に内燃機関が始動されるまでは前記電圧調整を停止することを特徴とする請求項１または２記載の車両の電源装置。
4. 前記電圧調整器は、前記第２の回路から入力される電圧が所定電圧未満である場合には、前記内燃機関へアイドル回転数を上昇させる要求を送ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車両の電源装置。

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