JP2013047027A - 自動車電装品用の電源装置及び自動車電装品ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリに非常事態が生じた時、電装品に電源を供給する蓄電デバイスを備えた自動車電装品用の電源装置において、正常時におけるエネルギー損失を防止。
【解決手段】電源ライン26に上記バッテリ24と並列に接続された蓄電デバイス14と、蓄電デバイス14よりバッテリ側の電源ライン26上にバッテリ24から自動車電装品28への方向が順方向となるように接続されたダイオード16と、バイパスライン30を介してダイオード16と並列接続されたスイッチ部32で構成されたバイパス回路22と、自動車電装品28側へ流れる順方向電流及びバッテリ24側へ流れる逆方向電流を検出し、検出信号を出力する電流検出回路18と、該検出信号を受けてスイッチ部32の制御を行うロジック回路20を備え、ロジック回路20は逆方向電流の検出信号を受けスイッチ部32をＯＦＦ制御し、順方向電流の検出信号を受けスイッチ部32をＯＮ制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車電装品用の電源装置及び該電源装置を備えた自動車電装品ユニットに係り、特に、鉛蓄電池等の自動車のバッテリに故障や出力ショート等の非常事態が生じた場合に、パワーウインドウやドアロック等の自動車電装品に電源を供給して動作させることができる蓄電デバイスを備えた自動車電装品用の電源装置と、該電源装置を備えた自動車電装品ユニットに関する。

自動車の事故発生時等において、鉛蓄電池等の自動車のバッテリが故障したり、出力がショートすることがあり、斯かる非常事態においては、パワーウインドウやドアロック等の自動車電装品が動作不能となることから、乗員が自力で自動車から脱出することは困難であり、生命の危険にさらされることとなる。

そこで、蓄電デバイスを設けて電力を充電しておき、バッテリが故障する等の非常事態においては、上記蓄電デバイスから自動車電装品に電力を供給する自動車電装品用の電源装置が提案されている。
すなわち、特開２００９−１６６６３０号公報においては、「バッテリ３とパワーウィンドウモータ２との間に逆流防止用のダイオード１６を配置することにより、バッテリ３からパワーウィンドウモータ２側にのみ電流が流れるように構成すると共に、パワーウィンドウモータ２側にキャパシタ１３を配置して電力を充電しておき、非常事態が発生してバッテリ３からの給電が途絶した場合には、上記キャパシタ１３に蓄えられた電力をパワーウィンドウモータ２に供給して動作可能とする車両用電装システム１」が提案されている。

特開２００９−１６６６３０号公報

上記特開２００９−１６６６３０号公報に開示された車両用電装システムは、バッテリ３に異常が生じていない正常時においてパワーウィンドウモータ２が操作された際に、バッテリ３とキャパシタ１３とが導通し、バッテリ３の電力が電圧降下の大きいダイオード１６を経由してキャパシタ１３に供給されるようになっている。このため、ダイオード１６で０．６Ｖ程度の電圧降下が発生してエネルギー損失を生じると共に、ダイオード１６が発熱して安全上の問題を生じる虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、自動車のバッテリに故障や出力ショート等の非常事態が生じた場合に、自動車電装品に電源を供給して動作させることができる蓄電デバイスを備えた自動車電装品用の電源装置において、正常時におけるエネルギー損失を防止できる自動車電装品用の電源装置と、該電源装置を備えた自動車電装品ユニットを実現することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の自動車電装品用の電源装置は、
バッテリと自動車電装品とを結ぶ電源ラインに、上記バッテリと並列に接続された蓄電デバイスと、
上記蓄電デバイスよりバッテリ側の電源ライン上に、バッテリから自動車電装品への方向が順方向となるように接続された逆流防止用のダイオードと、
バイパスラインを介して上記ダイオードと並列に接続されたスイッチ部で構成されたバイパス回路と、
自動車電装品側へ流れる順方向電流及びバッテリ側へ流れる逆方向電流を検出し、その検出信号を出力する電流検出回路と、
上記電流検出回路の検出信号を受けて、上記スイッチ部のＯＮ／ＯＦＦの制御を行うロジック回路を備えた自動車電装品用の電源装置であって、
上記ロジック回路は、電流検出回路からの逆方向電流の検出信号を受けた場合に上記スイッチ部をＯＦＦ制御し、電流検出回路からの順方向電流の検出信号を受けた場合に上記スイッチ部をＯＮ制御することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の自動車電装品用の電源装置は、請求項１に記載の自動車電装品用の電源装置において、
上記蓄電デバイスが、複数の電気二重層キャパシタを直列接続した組セルであることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に記載の自動車電装品用の電源装置は、請求項１又は２に記載の自動車電装品用の電源装置において、
上記スイッチ部が、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に記載の自動車電装品ユニットは、
請求項１〜３の何れかに記載の自動車電装品用の電源装置と、自動車電装品を備えたことを特徴とするものである。

本発明の請求項５に記載の自動車電装品ユニットは、請求項４に記載の自動車電装品ユニットにおいて、
上記自動車電装品が、パワーウインドウ、ドアロック、自動車事故自動通報システム、照明・点灯表示機器の何れか１種以上であることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の自動車電装品ユニットは、請求項４又は５に記載の自動車電装品ユニットにおいて、
電源装置及び自動車電装品が防水化されていることを特徴とするものである。

本発明の自動車電装品用の電源装置は、バッテリ側へ逆方向電流が流れる異常時においては、電流検出回路からの逆方向電流の検出信号を受けてロジック回路がスイッチ部をＯＦＦ制御するので、ダイオードにより逆方向電流が阻止される。一方、自動車電装品側へ順方向電流が流れる正常時においては、電流検出回路からの順方向電流の検出信号を受けてロジック回路がスイッチ部をＯＮ制御するので、順方向電流はダイオードを経由することなくバイパスラインを通じて自動車電装品側へ流れる。
このように、本発明の自動車電装品用の電源装置にあっては、順方向電流が流れる正常時においては、ダイオードを経由することなく順方向電流を自動車電装品側へ流すことができるので、ダイオードを経由することに起因するエネルギー損失を防止することができる。

蓄電デバイスとして複数の電気二重層キャパシタを直列接続した組セルを用いた場合には、蓄電容量の増大を実現できると共に、負荷応答性が良好である。
尚、蓄電デバイスとしてリチウムイオン電池等の電池を用いた場合には、交通事故等において電池が圧壊された場合において、電池内のリチウム等の自然発火する物質が空気中の水分や酸素に触れて発火・燃焼する虞があるが、本発明の如く、電気二重層キャパシタを用いた場合は、自然発火する危険な物質を使用していないので安全性が高い。

上記スイッチ部としてＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを使用した場合には、スイッチ部の低消費電力を実現できる。

請求項１〜３の何れかに記載の電源装置と、自動車電装品を備えた自動車電装品ユニットにおいて、上記自動車電装品としては、例えば、パワーウインドウ、ドアロック、自動車事故自動通報システム、照明・点灯表示機器が該当する。
自動車電装品がパワーウインドウやドアロックの場合、自動車事故でバッテリの出力が途絶しても、本発明の電源装置が作動することにより、パワーウインドウやドアロックを作動させて車外へ脱出することができるため安全である。
また、自動車電装品が自動車事故自動通報システムの場合、自動車事故でバッテリの出力が途絶しても、本発明の電源装置が作動することにより、自動車事故の自動通報が円滑に行われ、事故対応の初動を迅速に行うことができる。
さらに、自動車電装品がハザードランプやヘッドライト等の照明・点灯表示機器である場合、自動車事故でバッテリの出力が途絶しても、本発明の電源装置が作動することにより照明・点灯表示機器を点灯させることが可能となるので、危険な事故状況、特に夜間の高速道路での事故等の状況を、他のドライバーに注意喚起させ、二次的な事故の誘発を防ぐことができる。

請求項４又は５に記載の自動車電装品ユニットにおいて、電源装置及び自動車電装品を防水化した場合には、自動車が浸水・水没等の事態に遭遇してバッテリの出力がショートしても、蓄電デバイスからパワーウインドウ、ドアロック等の自動車電装品へ電力供給して作動させることができるため、乗員の安全を確保することができる。

図１は、本発明に係る自動車電装品用の第１の電源装置10の構成を示す説明図であり、該第１の電源装置10は、電気二重層キャパシタ12より成る蓄電デバイス14と、ダイオード16と、電流検出回路18と、ロジック回路20と、バイパス回路22を備えている。

図１において、24は鉛蓄電池より成るバッテリであり、該バッテリ24の電力が電源ライン26を介して、パワーウインドウやドアロック等の自動車電装品28に供給されるようになっている。

電気二重層キャパシタ12より成る上記蓄電デバイス14は、一方の端子が上記電源ライン26に接続されていると共に、他方の端子は接地されており、上記バッテリ24とは並列に接続されている。
本発明において蓄電デバイス14として用いる上記電気二重層キャパシタ12は、固体電極と電解質溶液との界面に形成される電気二重層でイオン分子が物理的に電荷を蓄えるため、充放電による劣化が少ないと共に、急速充放電が可能である。また、電気二重層の静電容量は１ｃｍ^２あたり数十μＦであるが、多孔質構造で表面積の大きい活性炭を固体電極の主成分として用いることにより、数十〜数千Ｆの極めて大きな静電容量を得ることが可能な優れた蓄電デバイスである。
もっとも蓄電デバイス14は、電気二重層キャパシタ12に限定されるものはではなく、二次電池や電解コンデンサを用いることもできる。

上記ダイオード16は、逆流防止用のダイオードであり、蓄電デバイス14よりバッテリ24側の電源ライン26に直列接続されており、バッテリ24から自動車電装品28、蓄電デバイス14への方向が順方向となるように接続されている。従って、電源ライン26を介してバッテリ24から自動車電装品28、蓄電デバイス14へと流れる順方向電流は通過でき、電源ライン26を介してバッテリ24へと流れる逆方向電流は阻止されることとなる。

上記バイパス回路22は、バイパスライン30を介してダイオード16と並列に接続された接点抵抗の小さいスイッチ部32で構成されている。尚、図１においては、スイッチ部32がＯＦＦと成された状態が示されている。

上記電流検出回路18は、ダイオード16の上流側であるバッテリ24と、バイパスライン30と電源ライン26の接続点との間に配置されており、該電流検出回路18は、バッテリ24側から自動車電装品28、蓄電デバイス14側へ流れる順方向電流と、蓄電デバイス14側からバッテリ24側へと流れる逆方向電流を検出し、その検出信号をロジック回路20へ出力するものである。

尚、図２に示すように、上記電流検出回路18を、ダイオード16の下流側であるバイパスライン30と電源ライン26の接続点と、電源ライン26と蓄電デバイス14の接続点との間に配置することにより、バッテリ24側から自動車電装品28、蓄電デバイス14側へ流れる順方向電流と、蓄電デバイス14側からバッテリ24側へと流れる逆方向電流を検出するようにしても良い。
さらに、上記電流検出回路18は＋の電源ライン26側に配置するだけでなくＧＮＤ側に配置しても良く、具体的には、図１における自動車電装品28及び蓄電デバイス14側のＧＮＤを、図３に示す如く、バッテリー24側から分離し、この分離したＧＮＤとバッテリー２４側のＧＮＤ間に流れる電流を電流検出回路18を介して検出することで、順方向電流と逆方向電流を検出するようにしても良い。

ロジック回路20は、電流検出回路18の検出信号に基づいてスイッチ部32のＯＮ／ＯＦＦの制御を行うものであり、上記電流検出回路18から逆方向電流の検出信号が出力された場合にスイッチ部32をＯＦＦさせる制御信号を出力し、上記電流検出回路18から順方向電流の検出信号が出力された場合にスイッチ部32をＯＮさせる制御信号を出力する。

以下において、本発明に係る自動車電装品用の第１の電源装置10の動作について説明する。
先ず、バッテリ24側から自動車電装品28、蓄電デバイス14側へ順方向電流が流れている正常時においては、バイパス回路22のスイッチ部32はＯＮ状態と成されており、順方向電流により自動車電装品28が作動すると共に、蓄電デバイス14への充電が行われる。また、バイパス回路22のスイッチ部32がＯＮ状態においては、順方向電流がダイオード16を経由することなくバイパスライン30を通じて自動車電装品28、蓄電デバイス14へ流れるため、ダイオード16を経由することによるエネルギー損失及びダイオード16の発熱を防止することができる。

次に、蓄電デバイス14側からバッテリ24側へ逆方向電流が流れる異常が生じると、上記電流検出回路18が逆方向電流の検出信号をロジック回路20へ出力し、これを受けてロジック回路20は制御信号を出力してスイッチ部32をＯＦＦにする（図１参照）。この結果、ダイオード16により逆方向電流が阻止される。

次に、バッテリ24が正常状態に復帰して電圧の出力を開始すると、バッテリ24側から蓄電デバイス14側へダイオード16を経由して順方向電流が流れ始めるが、この際、上記電流検出回路18によって順方向電流が検出され、検出信号をロジック回路20へ出力する。これを受けてロジック回路20は制御信号を出力してスイッチ部32をＯＮにする。この結果、順方向電流がダイオード16を経由することなくバイパスライン30を通じて自動車電装品28、蓄電デバイス14へ流れるようになり、ダイオード16を経由することによるエネルギー損失及びダイオード16の発熱が防止される。

図４は、本発明に係る第２の電源装置33を備えた自動車電装品ユニット34の構成を示す説明図であり、該自動車電装品ユニット34は、パワーウインドウやドアロック等の自動車電装品28と第２の電源装置33とをユニット化して構成されるものである。

この自動車電装品ユニット34を構成する第２の電源装置33は、蓄電デバイス14として複数の電気二重層キャパシタ12を直列接続した組セルを用いており、このように、蓄電デバイス14を複数の電気二重層キャパシタ12を直列接続した組セルと成すことにより、単セルの場合に比べて蓄電容量の増大を実現できると共に、負荷応答性が良好である。

尚、蓄電デバイス14としてリチウムイオン電池等の電池を用いた場合には、交通事故等において電池が圧壊された場合において、電池内のリチウム等の自然発火する物質が空気中の水分や酸素に触れて発火・燃焼する虞があるが、電気二重層キャパシタを用いた場合は、自然発火する危険な物質を使用していないので安全性が高い。

また、自動車電装品ユニット34を構成する第２の電源装置33におけるバイパス回路22のスイッチ部32は、内部抵抗が小さく低消費電力のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）36で構成されている。
尚、図４において、38はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ36の寄生ダイオードである。

以下において、本発明に係る自動車電装品用の第２の電源装置33の動作について説明する。
先ず、バッテリ24側から自動車電装品28、蓄電デバイス14側へ順方向電流が流れている正常時においては、バイパス回路22のスイッチ部32を構成するＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ36のドレイン−ソース間が導通したＯＮ状態と成されており、順方向電流により自動車電装品28が作動すると共に、蓄電デバイス14への充電が行われる。

次に、蓄電デバイス14側からバッテリ24側へ逆方向電流が流れる異常が生じると、上記電流検出回路18が逆方向電流の検出信号をロジック回路20へ出力し、これを受けてロジック回路20は制御信号を出力し、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ36のドレイン−ソース間を非導通としてスイッチ部32をＯＦＦにする。この結果、ダイオード16により逆方向電流が阻止される。

次に、バッテリ24が正常状態に復帰して電圧の出力を開始すると、バッテリ24側から蓄電デバイス14側へダイオード16を経由して順方向電流が流れ始めるが、この際、上記電流検出回路18によって順方向電流が検出され、検出信号をロジック回路20へ出力する。これを受けてロジック回路20は制御信号を出力し、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ36のドレイン−ソース間を導通状態と成してスイッチ部32をＯＮにする。この結果、順方向電流がダイオード16を経由することなくバイパスライン30を通じて自動車電装品28、蓄電デバイス14へ流れるようになり、ダイオード16を経由することによるエネルギー損失及びダイオード16の発熱が防止される。

尚、上記第２の電源装置33の如く、スイッチ部32をＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ36で構成した場合には、ダイオード16をＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ36の寄生ダイオード38で代用しても良い。また、上記ロジック回路20を、自動車電装品28が備える制御マイコンが兼ねるようにしても良い。

上記自動車電装品ユニット34を構成する自動車電装品28が、例えばパワーウインドウやドアロックの場合、自動車事故でバッテリ24の出力が途絶しても、本発明の電源装置33が作動することにより、パワーウインドウやドアロックが作動させて車外へ脱出することができるため安全である。

上記第２の電源装置33及び自動車電装品28を、例えば防水性外装を施す等の適宜な防水化処理を施して自動車電装品ユニット34を防水化することが好ましく、このように自動車電装品ユニット34を防水化した場合には、自動車が浸水・水没時等の事態に遭遇してバッテリ24の出力がショートしても、蓄電デバイス14からパワーウインドウやドアロック等の自動車電装品28へ電力供給して作動させることができるため、乗員の安全を確保することができる。

尚、上記自動車電装品28としては、パワーウインドウやドアロックに限定されるものではない。
例えば、自動車電装品28が「自動車事故自動通報システム」であり、これに本発明の上記電源装置33を用いた場合には、自動車事故でバッテリ24の出力が途絶しても、本発明の電源装置33が作動することにより、自動車事故の自動通報が円滑に行われ、事故対応の初動を迅速に行うことができる。
また、自動車電装品28が「ハザードランプやヘッドライト等の照明・点灯表示機器」であり、これに本発明の上記電源装置33を用いた場合には、自動車事故でバッテリ24の出力が途絶しても、本発明の電源装置33が作動することにより照明・点灯表示機器を点灯させることが可能となるので、危険な事故状況、特に夜間の高速道路での事故等の状況を、他のドライバーに注意喚起させ、二次的な事故の誘発を防ぐことができる。

本発明に係る自動車電装品用の第１の電源装置の構成を示す説明図である。 本発明に係る自動車電装品用の第１の電源装置の構成の変形例を示す説明図である。 本発明に係る自動車電装品用の第１の電源装置の構成の変形例を示す説明図である。 本発明に係る第２の電源装置を備えた自動車電装品ユニットの構成を示す説明図である。

10 自動車電装品用の第１の電源装置
12 電気二重層キャパシタ
14 蓄電デバイス
16 ダイオード
18 電流検出回路
20 ロジック回路
22 バイパス回路
24 バッテリ
26 電源ライン
28 自動車電装品
30 バイパスライン
32 スイッチ部
33 自動車電装品用の第２の電源装置
34 電源装置を備えた自動車電装品ユニット
36 ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ
38 寄生ダイオード

Claims (6)

1. バッテリと自動車電装品とを結ぶ電源ラインに、上記バッテリと並列に接続された蓄電デバイスと、
   上記蓄電デバイスよりバッテリ側の電源ライン上に、バッテリから自動車電装品への方向が順方向となるように接続された逆流防止用のダイオードと、
   バイパスラインを介して上記ダイオードと並列に接続されたスイッチ部で構成されたバイパス回路と、
   自動車電装品側へ流れる順方向電流及びバッテリ側へ流れる逆方向電流を検出し、その検出信号を出力する電流検出回路と、
   上記電流検出回路の検出信号を受けて、上記スイッチ部のＯＮ／ＯＦＦの制御を行うロジック回路を備えた自動車電装品用の電源装置であって、
   上記ロジック回路は、電流検出回路からの逆方向電流の検出信号を受けた場合に上記スイッチ部をＯＦＦ制御し、電流検出回路からの順方向電流の検出信号を受けた場合に上記スイッチ部をＯＮ制御することを特徴とする自動車電装品用の電源装置。
2. 上記蓄電デバイスが、複数の電気二重層キャパシタを直列接続した組セルであることを特徴とする請求項１に記載の自動車電装品用の電源装置。
3. 上記スイッチ部が、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車電装品用の電源装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の自動車電装品用の電源装置と、自動車電装品を備えたことを特徴とする自動車電装品ユニット。
5. 上記自動車電装品が、パワーウインドウ、ドアロック、自動車事故自動通報システム、照明・点灯表示機器の何れか１種以上であることを特徴とする請求項４に記載の自動車電装品ユニット。
6. 上記電源装置及び自動車電装品が防水化されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の自動車電装品ユニット。
   
   

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