JP2013006538A - 車載負荷用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招来することなく、製造コストを抑えた車載負荷用電源装置を提供する。
【解決手段】動力を受けて発電するオルタネータＱ２により直流の充電電圧Ｖ１が印加される入力端子２ａ・２ｂと、入力端子２ａ・２ｂに接続され充電電圧Ｖ１の印加によって充電されるバッテリ部１と、充電電圧Ｖ１の２倍の大きさの直流電圧Ｖ２の印加を必要とする負荷たるモータＱ４をバッテリ部１に接続するための出力端子３ａ・３ｂとを備え、バッテリ部１は、充電電圧Ｖ１と同じ電圧値を定格電圧とする２個のバッテリ１０・１１を有し、２個のバッテリ１０・１１を入力端子２ａ・２ｂに対して並列接続するとともに出力端子３ａ・３ｂへの直列接続を切り離す充電回路構成と、２個のバッテリ１０・１１を出力端子３ａ・３ｂに対して直列接続するとともに入力端子２ａ・２ｂへの並列接続を切り離す給電回路構成とをスイッチ部５０・５１によって切り替え可能に構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、塵芥収集車や高所作業車等の作業用車両に搭載される車載装置を作動させるモータなどの車載負荷に電力を供給するための車載負荷用電源装置に関する。

従来から、作業用車両として、塵芥収集車や、高所作業車、タンクローリー車などの種々のタイプの車両が知られている。このような作業用車両は、車両に対して目的に応じた形式の車載装置が搭載されるが、車載装置は大出力を要するアクチュエータを備えたものが大半であるために、このアクチュエータとして油圧ポンプを駆動源とする油圧機器を用いたものが多い。油圧ポンプを駆動する動力を得るために、従来では車両を走行させるためのエンジンを動力源として利用していたが、特に都市部の住宅街では、エンジンによる騒音や排ガスが問題となる。

そこで、騒音や排ガスといった問題を解決する有効な手段の一つとして、例えば特許文献１には、バッテリと電動モータとを搭載して、バッテリの電力によりモータを回転させて油圧ポンプを駆動するように構成することが開示されている。この構成は、エンジンからの動力を受けて発電するオルタネータと、オルタネータによって直流の充電電圧を印加されることにより充電されるバッテリ部と、バッテリ部から給電を受ける負荷である電動モータとを備える構成が一般的である。

特開２００２−８９４３５号公報

従来構成において、モータは、油圧ポンプを駆動するために高トルクを必要とするので、例えば４８ボルト等の直流電圧の印加を必要とし、これに合わせて４８ボルトを定格電圧とするバッテリ部を採用することになる。このバッテリ部に充電するためには、４８ボルトの直流電圧を印加可能なオルタネータを採用する必要がある。

しかしながら、一般的に車載用のオルタネータは、一般車用では１２ボルト、作業用車両として一般的なトラック用では２４ボルトが通例であり、４８ボルトのオルタネータを採用しようとした場合には、オルタネータが特注品となるため高額となり、製造コストが著しく増大してしまう。

一方、汎用品である１２ボルトや２４ボルトの複数のオルタネータを直列接続して、所望の４８ボルトの充電電圧をバッテリ部に印加可能にすることも考えられるが、オルタネータは、エンジン等からの動力を受けるための機構を必要とするため、装置が大型化してしまう。

なお、ここでは、電動モータに印加するための電圧を４８ボルトとして説明しているが、これに限らず、例えば７２ボルト等、オルタネータの出力電圧よりも高い電圧をモータ（負荷）に必要な電圧とした場合にも同様のことが言える。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、装置の大型化を招来することなく、製造コストを抑えた車載負荷用電源装置を提供することである。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の車載負荷用電源装置は、動力を受けて発電するオルタネータにより直流の充電電圧が印加される入力端子と、前記入力端子に接続され前記充電電圧の印加によって充電されるバッテリ部と、前記充電電圧のＮ倍（Ｎは２以上の自然数）の大きさの直流電圧の印加を必要とする負荷を前記バッテリ部に接続するための出力端子とを備え、前記バッテリ部は、前記充電電圧と同じ電圧値を定格電圧とする前記Ｎ個のバッテリを有し、前記Ｎ個のバッテリを前記入力端子に対して並列接続するとともに前記出力端子への直列接続を切り離す充電回路構成と、前記Ｎ個のバッテリを前記出力端子に対して直列接続するとともに前記入力端子への並列接続を切り離す給電回路構成とをスイッチ部によって切り替え可能に構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、Ｎ個のバッテリを入力端子に対して並列接続するとともに出力端子への直列接続を切り離す充電回路構成にスイッチ部を通じて切り替えると、オルタネータによる充電電圧が入力端子を介して各々のバッテリに印加されてバッテリへの充電がなされる。一方、Ｎ個のバッテリを出力端子に対して直列接続するとともに入力端子への並列接続を切り離した給電回路構成にスイッチ部を通じて切り替えると、充電電圧のＮ倍（Ｎは２以上の自然数）の大きさの直流電圧を出力端子を介して負荷に印加可能となる。したがって、負荷が必要とする電圧より低い電圧を定格電圧とする一般的且つ廉価なオルタネータやバッテリを採用しても、高電圧の印加を必要とする負荷に電力を供給でき、製造コストを低減させることが可能となる。しかも、負荷の要求する高電圧を得るために複数のオルタネータを直列接続することなく、単一のオルタネータでバッテリ部への充電も実現できるので、装置の大形化を抑制することも可能である。

ユーザの上記充電回路構成への切替操作忘れによる充電不足を適切に防止するためには、前記スイッチ部に対し回路構成の切り替えを指示する切替指令信号を出力する切替制御部を備え、前記切替制御部は、少なくとも車両走行時において前記切替指令信号によって前記充電回路構成に切り替えた状態にすると共に、前記負荷の駆動時において前記切替指令信号によって前記給電回路構成に切り替えた状態にすることが効果的である。

複数のバッテリをほぼ均一に使用してバッテリ部全体での信頼性や寿命を向上させるためには、前記充電回路構成において、前記Ｎ個のバッテリのうち一部のバッテリのみが前記出力端子に電気的に接続される場合に、前記出力端子に電気的に接続されないバッテリから電力を取り出すための正の導入ライン及び負の導入ラインと、前記出力端子に電気的に接続されるバッテリから電力を取り出すための正の出力ライン及び負の出力ラインとを設け、前記切替制御部は、これら出力ライン及び導入ラインのうち各々の正負間の電圧が最も高いラインから給電を受けて動作するように構成されていることが好ましい。

上記構成を簡易な構成で実現するためには、前記正の出力ライン及び前記正の導入ラインのそれぞれに逆流を防止するダイオードを設け、これら正の出力ライン及び前記正の導入ラインを合流させて前記切替制御部へ向かう正の給電ラインとするとともに、前記負の導入ラインと前記負の出力ラインとを合流させて前記切替制御部へ向かう負の給電ラインとしていることが挙げられる。

本発明は、以上説明したように、Ｎ個のバッテリを入力端子に対して並列接続するとともに出力端子に対して直列接続し、並列回路が有効且つ直列回路が無効となる充電回路構成と、並列回路が無効且つ直列回路が有効となる給電回路構成とをスイッチ部によって切り替え可能に構成しているので、オルタネータによる充電電圧が入力端子を介して各々のバッテリに印加されて充電可能となるうえ、回路構成を切り替えて充電電圧のＮ倍の大きさの直流電圧を出力端子を介して負荷に印加可能となり、負荷が必要となる電圧よりも低い電圧を定格電圧とする一般的且つ廉価なオルタネータやバッテリを採用しても、バッテリへの充電と負荷への給電とを両立しつつ、製造コストを低減することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る作業用車両及びこれに適用される車載負荷用電源装置の構成を模式的に示す図。 負荷への給電回路構成を示す図。 バッテリへの充電回路構成を示す図。 コントローラの構成を模式的に示す図。

以下、本発明の一実施形態に係る車載負荷用電源装置を、図面を参照して説明する。

本実施形態の車載負荷用電源装置Ｐｗが適用される作業用車両Ｑは、図１に模式的に示すように、車両Ｑを走行させるためのエンジンＱ１と、このエンジンＱ１から動力を受けて発電するオルタネータＱ２と、オルタネータＱ２によって直流の充電電圧Ｖ１が印加されることで充電されるバッテリ部１と、バッテリ部１から電力の供給を受けて駆動し、駆動により生じる動力を車両Ｑに搭載された車載装置Ｑ３に与える負荷たるモータＱ４と、この負荷であるモータＱ４の駆動を制御するモータ駆動制御部Ｑ５とを備え、オルタネータＱ２によってバッテリ部１を充電する充電モードと、バッテリ部１の電力を用いて負荷たるモータＱ４を駆動する負荷駆動モードとを切り替え可能に構成されている。エンジンＱ１は、既存の作業用車両と同様に、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｑ６を回転させて、車両Ｑを走行させる。オルタネータＱ２は、エンジンＱ１からの動力を受けて交流を生成する交流発電機（図示せず）と、生成した交流を直流に変換する整流器（図示せず）とを有して構成される。本実施形態では、トラック用として一般的な２４ボルトの電圧を充電電圧Ｖ１として出力するものを採用している。これに対し、モータＱ４は、高トルクを出力するために、ＩＰＭモータ等を用いた電動モータで、充電電圧Ｖ１の２倍の大きさである４８ボルトの直流電圧Ｖ２を必要とするものを採用している。車載装置Ｑ３は、モータＱ４により駆動する油圧ポンプ等のポンプＱ３０と、このポンプＱ３０によって油等の圧力媒体を送り込まれて作動する圧力機構Ｑ３１とを有する。勿論、ポンプＱ３０を駆動する動力源を、上記モータＱ４又は上記エンジンＱ１のいずれか一方に択一的に切り替えるように構成してもよく、さらに、ポンプＱ３０を駆動する動力源として、モータＱ４及びエンジンＱ１の両方を用いるようにしてもよい。

なお、以降、オルタネータＱ２が印加する充電電圧Ｖ１を２４ボルトとし、負荷たるモータＱ４の要する直流電圧Ｖ２を４８ボルトとした一例を挙げて説明するが、モータＱ４の要する直流電圧Ｖ２が充電電圧Ｖ１のＮ倍（Ｎは２以上の自然数）の大きさであれば、電圧がこれらの大きさに限定されるものではない。

車載負荷用電源装置Ｐｗは、上記の作業用車両Ｑの一部を構成するものであって、図２に示しように、オルタネータＱ２により直流の充電電圧Ｖ１が印加される入力端子２と、この入力端子２に印加された充電電圧Ｖ１によって充電されるバッテリ部１と、負荷たるモータＱ４をバッテリ部１に接続するための出力端子３とを少なくとも備え、オルタネータＱ２によるバッテリ部１への充電と、バッテリ部１からモータＱ４への電力供給とを実現するものとして構成されている。

具体的に、入力端子２は、図２に示すように、オルタネータＱ２に接続された対をなす正の入力端子２ａ及び負の入力端子２ｂを有し、このオルタネータＱ２によって２４ボルトの直流の充電電圧Ｖ１が印加される。すなわち、正の入力端子２ａの電位は、＋２４ボルトであり、負の入力端子２ｂの電位は０ボルトになる。

バッテリ部１は、充放電可能な二次電池であって、図２に示すように、オルタネータＱ２による充電電圧Ｖ１と同じ電圧値（２４ボルト）を定格電圧とするＮ個（本実施形態では２個）のバッテリ１０・１１を有して構成されている。ここでいうバッテリは、定格電圧が所定値であれば、単電池でも組電池でもよい。本実施形態では、１２ボルトの単電池を二つ直列接続した組電池で一つのバッテリを構成しているが、２４ボルトの単電池で一つのバッテリを構成してもよい。

出力端子３は、図２に示すように、バッテリ部１に負荷であるモータＱ４を接続するためのもので、入力端子２と同様に対をなす正の出力端子３ａ及び負の出力端子３ｂを有し、バッテリ部１によって直流電圧が印加される。負の出力端子３ｂは、負の入力端子２ｂに接続されて同電位の０ボルトにされている。

上記２個のバッテリ１０・１１は、図２に示すように、モータＱ４の要求する４８ボルトの直流電圧Ｖ２を出力端子３に印加すべく、出力端子３に対して直列接続されている。具体的には、第一のバッテリ１０の陽極１０ａと正の出力端子３ａとをライン４０ａを介して電気的に接続し、第一のバッテリ１０の陰極１０ｂと第二のバッテリ１１の陽極１１ａとをライン４０ｂを介して電気的に接続し、第二のバッテリ１１の陰極１１ｂと負の出力端子３ｂとをライン４０ｃを介して電気的に接続して、直列回路４０を構成している。

また、上記２個のバッテリ１０・１１は、図３に示すように、各々のバッテリ１０・１１に対し２４ボルトの充電電圧Ｖ１が印加されるようにすべく、正の入力端子２ａとの間に逆流防止用のダイオード４１ａ・４２ａを介在させた状態で入力端子２にそれぞれ並列接続されている。具体的には、ダイオード４１ａを設けたライン４１ｂを介して第一のバッテリ１０の陽極１０ａと正の入力端子２ａとを電気的に接続し、ライン４１ｃを介して第一のバッテリ１０の陰極１０ｂと負の入力端子２ｂとを電気的に接続して、第一の並列回路４１を構成している。同様に、ダイオード４２ａを設けたライン４２ｂを介して第二のバッテリ１１の陽極１１ａと正の入力端子２ａとを電気的に接続し、ライン４２ｃを介して第二のバッテリ１１の陰極１１ｂと負の入力端子２ｂとを電気的に接続して、第二の並列回路４２を構成している。

そして、図３に示す、直列回路４０が無効且つ並列回路４１・４２が有効となり、オルタネータＱ２からバッテリ部１への充電が可能な充電回路構成と、図２に示す、直列回路４０が有効且つ並列回路４１・４２が無効となり、バッテリ部１からモータＱ４への給電が可能な給電回路構成とを切り替え可能にすべく、図２及び図３に示すように、直列回路４０を構成するライン４０ａ・４０ｂ・４０ｃのうちバッテリ同士１０・１１を接続するライン４０ｂを遮断状態又は導通状態のいずれかに切り替える第一のスイッチ部５０を設けると共に、各々の並列回路４１・４２を構成するライン４１ｂ・４１ｃ・４２ｂ・４２ｃのうち第一のスイッチ部５０に接続されるバッテリ陰極１０ｂと負の入力端子２ｂとを接続するライン４１ｃを遮断状態又は導通状態のいずれかに切り替える第二のスイッチ部５１を設けている。すなわち、図２に示す、２個のバッテリ１０・１１を入力端子２に対して並列接続するとともに出力端子３への直列接続を切り離す充電回路構成と、図３に示す、２個のバッテリ１０・１１を出力端子３に対して直列接続するとともに入力端子２への並列接続を切り離す給電回路構成とをスイッチ部５０・５１によって切り替え可能に構成しているとも言える。

この場合、図３に示すように、第一のスイッチ部５０を遮断状態（ＯＦＦ）にし、第二のスイッチ部５１を導通状態（ＯＮ）にすると、充電回路構成に切り替えることができ、オルタネータＱ２によって充電電圧Ｖ１が入力端子２を介して各々のバッテリ１０・１１に印加され、各バッテリ１０・１１への充電がなされる。一方で、図２に示すように、第一のスイッチ部５０を導通状態（ＯＮ）にし、第二のスイッチ部５１を遮断状態（ＯＦＦ）にすると、給電回路構成に切り替えることができ、充電電圧Ｖ１の２倍の大きさの直流電圧Ｖ２（４８ボルト）を出力端子３を介して負荷たるモータＱ４に印加可能となる。

さらに、図３に示す充電回路構成と、図２に示す給電回路構成とを適切に切り替えるために、図２及び図３に示すように、第一及び第二のスイッチ部５０・５１に対し、導通状態（ＯＮ）又は遮断状態（ＯＦＦ）の切り替え（すなわち回路構成の切り替え）を指示する切替指令信号Ｓ１・Ｓ２を出力する切替制御部５３を設けている。この切替制御部５３は、上記のモータＱ４の駆動を制御するモータ駆動制御部Ｑ５と同様に、図４に示す通常のコンピュータユニットＣｐにおいて、ＣＰＵが所要のプログラムを実行することで実現されるものである。図４に示すように、このコンピュータユニットＣｐは、図示しないバスを介して接続されたＣＰＵ、メモリ及びインターフェイス部で構成されている。コンピュータユニットＣｐは、コントローラＣｏに内蔵される内部機器であり、同図に示す電流検出器Ｃｔなど他の内部機器と同様に、バッテリ部１から電力の供給を受けて動作するように構成されている。

このコンピュータユニットＣｐは、車両が走行中であるか否かの判定の基礎となる信号や、負荷たるモータＱ４を駆動する準備操作がなされたか否かを示す信号等の種々の信号がインターフェイスを介して入力されるように構成されており、図３に示すように、切替制御部５３が、これら外部からの信号に基づき車両の走行時であると判定した場合には、図３に示す充電回路構成にするための切替指令信号Ｓ１・Ｓ２をインターフェイス部（図示せず）を介して第一及び第二のスイッチ部５０・５１へ出力する。一方、図２に示す切替制御部５３が、これら外部からの信号に基づき負荷（モータＱ４）の駆動時であると判定した場合には、図２に示す給電回路構成にするための切替指令信号Ｓ１・Ｓ２をインターフェイス部（図示せず）を介して第一及び第二のスイッチ部５０・５１へ出力する。

コンピュータユニットＣｐや電流検出器Ｃｔといった内部機器に対しバッテリ部１から電力を供給するための具体な構成は、図４に示すように、バッテリ部１から電力を取り出すための正の給電ライン６ａ及び負の給電ライン６ｂと、これら給電ライン６（６ａ・６ｂ）の正負間の直流電圧Ｖ３を、切替制御部５３としてのコンピュータユニットＣｐや電流検出器Ｃｔに適した大きさの直流電圧に変換して供給する電圧変換装置７とを有している。

図４に示すように、給電ライン６は、上述したとおりバッテリ部１から電力を取り出すためのもので、正の出力ライン６０ａ及び負の出力ライン６０ｂと、正の導入ライン６１ａ及び負の導入ライン６１ｂとを有する。図３に示すように、充電回路構成においては、２個のバッテリ１０・１１のうち一部のバッテリ（第一のバッテリ１０）のみが出力端子３に電気的に接続されるので、出力端子３に電気的に接続されないバッテリ（第二のバッテリ１１）が存在する。正の出力ライン６０ａ及び負の出力ライン６０ｂは、図３及び図４に示すように、それぞれ正の出力端子３ａ及び負の出力端子３ｂに接続され、充電回路構成において出力端子３に電気的に接続されるバッテリ（第一のバッテリ１０）から電力を取り出すものである。

正の導入ライン６１ａ及び負の導入ライン６１ｂは、図３及び図４に示すように、充電回路構成において出力端子３に接続されないバッテリ（第二のバッテリ１１）から電力を取り出すためのものである。正の導入ライン６１ａは、充電回路構成において出力端子３に接続されないバッテリ（第二のバッテリ１１）の陽極１１ａに接続され、負の導入ライン６１ｂは、同バッテリ（第二のバッテリ１１）の陰極１１ｂに接続される。本実施形態では、図３に示すように、負の導入ライン６１ｂは、第二のバッテリ１１の陰極１１ｂに接続されたライン４０ｃでもあり、負の出力ライン６０ｂは、第二のスイッチ部５１が設けられたライン４１ｃでもあり、この負の導入ライン６１ｂと負の出力ライン６０ｂとを合流させて同電位とし、図４に示すように、切替制御部５３としてのコンピュータユニットＣｐに向かう負の給電ライン６ｂを構成している。また、図４に示すように、正の出力ライン６０ａ及び正の導入ライン６１ａのそれぞれにダイオードＤｉが設けられており、これら正のライン６０ａ・６１ａを合流させて、切替制御部５３としてのコンピュータユニットＣｐに向かう正の給電ライン６ａを構成している。

図４に示すように、電圧変換装置７は、上述したとおり、給電ライン６（６ａ・６ｂ）の正負間の直流電圧Ｖ３を、切替制御部５３としてのコンピュータユニットＣｐや電流検出器Ｃｔに適した大きさの直流電圧に変換して供給する一般的なＤＣ−ＤＣコンバータである。本実施形態において、その構成は、一般的であるため詳細な説明を省略するが、正の給電ライン６ａ及び負の給電ライン６ｂに接続された一次側コイル７ａと、この一次側コイル７ａに流れる電路を遮断状態（オフ）又は導通状態（オン）のいずれかに切り替えるスイッチ手段７ｂと、給電ライン６により電力を受けてスイッチ手段７ｂのオンオフを制御する電源制御ＩＣ（７ｃ）と、電流検出器Ｃｔ及びコンピュータユニットＣｐにそれぞれ接続され一次側コイル７ａと共にトランス７ｔを構成する二次側コイル７ｄ・７ｅと、コンピュータユニットＣｐに印加される電圧を検出して電源制御ＩＣ（７ｃ）に入力する電圧検出部７ｆとを備え、スイッチ手段７ｂのオンオフによって一次側コイル７ａに生じる電流変化に応じた誘導電流を二次側コイル７ｄ・７ｅにそれぞれ発生させ、例えばコンピュータユニットＣｐに印加される電圧が所望の電圧値５ボルト等になるように電源制御ＩＣ（７ｃ）がスイッチ手段７ｂのオンオフのタイミング（デューティー比）を制御するものである。

上記構成に加えて、負荷たるモータＱ４を制御するために、モータＱ４を制御するための駆動指令Ｉｖを生成するモータ駆動制御部Ｑ５（図２又は図３参照）と、駆動指令Ｉｖに応じた通電をバッテリ部１からの電力を用いてモータＱ４に行うためのゲート信号Ｇｓを生成するＰＷＭ処理部Ｑ７と、ＰＷＭ処理部Ｑ７で生成したゲート信号Ｇｓに応じた通電をモータＱ４に行うパワー部Ｑ８とを有する。これらは一般的なモータ制御を行うための構成であるので詳細な説明を省略するが、モータ駆動制御部Ｑ５は、上記バッテリ部１から給電を受けて動作するコンピュータユニットＣｐにおいて所定のプログラムがＣＰＵで実行されることで実現されるもので、図３に示す充電回路構成では駆動指令Ｉｖを生成せず、図４に示す給電回路構成でのみ駆動指令Ｉｖを生成して、モータＱ４を駆動するように構成されている。パワー部Ｑ８は、上記出力端子３から直流電圧を受けて、モータＱ４に通電する。

上記構成の車載負荷用電源装置Ｐｗの動作を説明する。すなわち、図３に示す充電回路構成においては、負の出力ライン６０ｂ及び負の導入ライン６１ｂは０ボルトであり、正の出力端子３ａ及び正の出力ライン６０ｂの電位が第一のバッテリ１０の電位に等しくなり、正の導入ライン６１ａの電位が第二のバッテリ１１の陽極１１ａの電位に等しくなる。この場合、図４に示すように、正の出力ライン６０ａ及び正の導入ライン６１ａにはダイオードＤｉが設けられているので、これら出力ライン６０ａ及び導入ライン６１ａのうち各々の正負間の電圧が最も高いラインから、電圧変換装置７に給電され、電圧変換装置７が動作して、コンピュータユニットＣｐに給電され、切替制御部５３が動作することになる。

一方、図２に示す給電回路構成においては、負の出力ラインは０ボルトであり、正の出力端子３ａ及び正の出力ライン６０ａの電位が４８ボルト近傍となり、正の導入ライン６１ａの電位が第二のバッテリ１１の陽極１１ａの電位の２４ボルト近傍となる。この場合、図４に示す電位の高い方の出力ライン（４８ボルトの出力ライン６０ａ）から、電圧変換装置７に給電され、電圧変換装置７が動作して、コンピュータユニットＣｐに給電され、切替制御部５３が動作することになる。このとき、モータ駆動制御部Ｑ５によって、モータＱ４を制御するための駆動指令Ｉｖが生成され、この駆動指令Ｉｖに応じてＰＷＭ処理部Ｑ７によりゲート信号Ｇｓが生成され、ゲート信号Ｇｓに応じてバッテリ部１からモータＱ４に通電される。

以上のように、本実施形態の車載負荷用電源装置は、動力を受けて発電するオルタネータＱ２により直流の充電電圧Ｖ１が印加される入力端子２と、入力端子２に接続され充電電圧Ｖ１の印加によって充電されるバッテリ部１と、充電電圧Ｖ１の２倍の大きさの直流電圧Ｖ２の印加を必要とする負荷たるモータＱ４をバッテリ部１に接続するための出力端子３とを備え、バッテリ部１は、充電電圧Ｖ１と同じ電圧値（２４ボルト）を定格電圧とする２個のバッテリ１０・１１を有し、２個のバッテリ１０・１１を入力端子２に対して並列接続するとともに出力端子３への直列接続を切り離す充電回路構成と、２個のバッテリ１０・１１を出力端子３に対して直列接続するとともに入力端子２への並列接続を切り離す給電回路構成とをスイッチ部５０・５１によって切り替え可能に構成してある。

このような構成によれば、２個のバッテリ１０・１１を入力端子２に対して並列接続するとともに出力端子３への直列接続を切り離す充電回路構成にスイッチ部５０・５１を通じて切り替えると、オルタネータＱ２による充電電圧Ｖ１が入力端子２を介して各々のバッテリ１０・１１に印加されてバッテリ１０・１１への充電がなされる。一方、２個のバッテリ１０・１１を出力端子３に対して直列接続するとともに入力端子２への並列接続を切り離した給電回路構成にスイッチ部５０・５１を通じて切り替えると、充電電圧Ｖ１の２倍の大きさの直流電圧Ｖ２を出力端子３を介して負荷たるモータＱ４に印加可能となる。したがって、負荷たるモータＱ４が必要とする電圧（４８ボルト）より低い電圧（２４ボルト）を定格電圧とする一般的且つ廉価なオルタネータＱ２やバッテリ１０・１１を採用しても、高電圧の印加を必要とするモータＱ４に電力を供給でき、製造コストを低減させることが可能となる。しかも、モータＱ４の要求する高電圧を得るために複数のオルタネータを直列接続することなく、単一のオルタネータでバッテリ部１への充電も実現できるので、装置の大形化を抑制することも可能である。

特に、本実施形態では、スイッチ部５０・５１に対し回路構成の切り替えを指示する切替指令信号Ｓ１・Ｓ２を出力する切替制御部５３を備え、切替制御部５３は、少なくとも車両走行時において切替指令信号Ｓ１・Ｓ２によって充電回路構成に切り替えた状態にすると共に、負荷たるモータＱ４の駆動時において切替指令信号Ｓ１・Ｓ２によって給電回路構成に切り替えた状態にするので、ユーザが切替操作を行わなくとも、車両走行時にエンジンＱ１等の動力によりバッテリ部１を充電する充電回路構成もしくは負荷たるモータＱ４の駆動時に必要な給電回路構成のいずれか最適な回路構成に自動で切り替えることができ、ユーザの操作忘れによる充電不足を適切に防止することが可能となる。

ところで、充電回路構成において、２個のバッテリ１０・１１のうち一部のバッテリ１０のみが出力端子３に電気的に接続される場合に、切替制御部５３を、ただ単に、出力端子３を介してバッテリ部１から電力の供給を受けて動作するように構成すると、充電回路構成のときに、２個のバッテリ１０・１１のうち出力端子３に接続される一部のバッテリ１０のみを使用することになるため、バッテリの片減り状態が生じてしまい、バッテリ部全体での信頼性や寿命が損なわれてしまう。

そこで、本実施形態では、出力端子３に電気的に接続されないバッテリ１１から電力を取り出すための正の導入ライン６１ａ及び負の導入ライン６１ｂと、出力端子３に電気的に接続されるバッテリ１０から電力を取り出すための正の出力ライン６０ａ及び負の出力ライン６０ｂとを設け、切替制御部５３は、これら出力ライン６０ａ・６０ｂ及び導入ライン６１ａ・６１ｂのうち各々の正負間の電圧が最も高いラインから給電を受けて動作するように構成しているので、切替制御部５３に電力を供給するバッテリ１０（１１）の電圧が他のバッテリ１１（１０）の電圧よりも低くなれば、使用されるバッテリが切り替わるため、一部のバッテリを集中的に使用してしまう片減り状態を回避して、バッテリをほぼ均一に使用して、バッテリ部全体での信頼性や寿命を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態では、正の出力ライン６０ａ及び正の導入ライン６１ａのそれぞれに逆流を防止するダイオードＤｉを設け、これら正の出力ライン６０ａ及び正の導入ライン６１ａを合流させて切替制御部５３へ向かう正の給電ライン６ａとするとともに、負の導入ライン６１ｂと負の出力ライン６０ｂとを合流させて切替制御部５３へ向かう負の給電ライン６ｂとしているので、上記で述べた電圧の最も高いバッテリ１０（１１）を優先的に使用してバッテリを均一に使用するための構成を、比較器やスイッチ手段などを用いずとも簡易な構成で実現することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、本実施形態では、充電回路構成において、電圧の最も高いバッテリを優先して使用するための構成として、正の出力ライン６０ａ及び正の導入ライン６１ａのそれぞれにダイオードＤｉを取り付けて、これらを合流させて正の給電ライン６ａを構成しているが、各々のライン６０ａ・６１ａの電圧を比較する比較器と、比較器による比較結果に応じて正の給電ラインに接続するラインを切り替えるスイッチ手段とを設け、比較器及びスイッチ手段によって電圧の最も高いバッテリを優先して使用するようにしてもよい。

また、本実施形態では、バッテリ部１を２個のバッテリ１０・１１で構成しているが、２個以上であればよい。例えば、２４ボルトのオルタネータで、７２ボルトのモータの場合には、３個のバッテリを用いることが挙げられる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…バッテリ部
１０…第一のバッテリ
１１…第二のバッテリ
２…入力端子
３…出力端子
５３…切替制御部
６ａ…正の給電ライン
６ｂ…負の給電ライン
６０ａ…正の出力ライン
６０ｂ…負の出力ライン
６１ａ…正の導入ライン
６１ｂ…負の導入ライン
Ｑ２…オルタネータ
Ｖ１…充電電圧（２４ボルト）
Ｓ１・Ｓ２…切替指令信号
Ｄｉ…ダイオード

Claims (4)

1. 動力を受けて発電するオルタネータにより直流の充電電圧が印加される入力端子と、
   前記入力端子に接続され前記充電電圧の印加によって充電されるバッテリ部と、
   前記充電電圧のＮ倍（Ｎは２以上の自然数）の大きさの直流電圧の印加を必要とする負荷を前記バッテリ部に接続するための出力端子とを備え、
   前記バッテリ部は、前記充電電圧と同じ電圧値を定格電圧とする前記Ｎ個のバッテリを有し、前記Ｎ個のバッテリを前記入力端子に対して並列接続するとともに前記出力端子への直列接続を切り離す充電回路構成と、前記Ｎ個のバッテリを前記出力端子に対して直列接続するとともに前記入力端子への並列接続を切り離す給電回路構成とをスイッチ部によって切り替え可能に構成したことを特徴とする車載負荷用電源装置。
2. 前記スイッチ部に対し回路構成の切り替えを指示する切替指令信号を出力する切替制御部を備え、
   前記切替制御部は、少なくとも車両走行時において前記切替指令信号によって前記充電回路構成に切り替えた状態にすると共に、前記負荷の駆動時において前記切替指令信号によって前記給電回路構成に切り替えた状態にする請求項１に記載の車載負荷用電源装置。
3. 前記充電回路構成において、前記Ｎ個のバッテリのうち一部のバッテリのみが前記出力端子に電気的に接続される場合に、前記出力端子に電気的に接続されないバッテリから電力を取り出すための正の導入ライン及び負の導入ラインと、前記出力端子に電気的に接続されるバッテリから電力を取り出すための正の出力ライン及び負の出力ラインとを設け、
   前記切替制御部は、これら出力ライン及び導入ラインのうち各々の正負間の電圧が最も高いラインから給電を受けて動作するように構成されている請求項２に記載の車載負荷用電源装置。
4. 前記正の出力ライン及び前記正の導入ラインのそれぞれに逆流を防止するダイオードを設け、これら正の出力ライン及び前記正の導入ラインを合流させて前記切替制御部へ向かう正の給電ラインとするとともに、前記負の導入ラインと前記負の出力ラインとを合流させて前記切替制御部へ向かう負の給電ラインとしている請求項３に記載の車載負荷用電源装置。
   

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