JP2013099134A

JP2013099134A - 補機バッテリ充電装置

Info

Publication number: JP2013099134A
Application number: JP2011240372A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fujii; 英樹藤井
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】ユーザにかかる手間を抑えつつ、補機バッテリの充電容量低下に伴う車両の走行不能状態を回避することが可能な補機バッテリ充電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スイッチ６がＯＮすると、電圧変換回路４の出力端子とバックアップ電源５との間に設けられるスイッチ７、８により、電圧変換回路４及び制御回路１０への電力供給元を補機バッテリ３からバックアップ電源５へ切り替え、バックアップ電源５の電力により制御回路１０が自己起動すると、制御回路１０が電圧変換回路４を起動させて補機バッテリ３を充電させるとともに、スイッチ７、８により電圧変換回路４の出力端子とバックアップ電源５とを電気的に接続させて電圧変換回路４から出力される電力でバックアップ電源５を充電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、メインバッテリの電力により補機バッテリの充電を行う補機バッテリ充電装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両において、走行用モータの電源としてのメインバッテリの電力により補機バッテリの充電を行う補機バッテリ充電装置がある（例えば、特許文献１〜４参照）。

しかしながら、車両の長時間の駐車などで補機バッテリの充電容量が著しく低下して、いわゆる、バッテリあがりにより補機バッテリからセルモータへの電力供給が行えなくなると、車両を始動させることができなくなってしまう。

そこで、補機バッテリの充電容量低下に伴う車両の走行不能状態を回避するために、ユーザによりスイッチが操作されると、バックアップ電源の電力によりパルス信号が生成され、そのパルス信号をトリガとして自己起動し、補機バッテリの充電を行う補機バッテリ充電装置がある（例えば、特許文献５参照）。

しかしながら、このような補機バッテリ充電装置においても、車両の長時間の駐車などでバックアップ電源の容量が著しく低下してパルス信号が生成されなくなってしまうと、補機バッテリ充電装置を自己起動させることができないため、補機バッテリを充電することができず車両を始動させることができない。そのため、バックアップ電源を新しいものに交換する必要があり、その交換作業にユーザの手間がかかってしまう。

特開２０１１−０６２０１８号公報特開２０００−３４１８０１号公報特開２０１０−２１３４５６号公報特開平１１−００８９１０号公報特開２００６−０５０７７９号公報

本発明は、ユーザの手間を抑えつつ、補機バッテリの充電容量低下に伴う車両の走行不能状態を回避することが可能な補機バッテリ充電装置を提供することを目的とする。

本発明の補機バッテリ充電装置は、メインバッテリの電圧を降圧して補機バッテリを充電する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の動作を制御する制御回路と、ユーザの操作によりＯＮする第１のスイッチと、バックアップ電源と、互いに直列接続され、前記電圧変換回路の出力端子と前記バックアップ電源との間に設けられる第２及び第３のスイッチとを備え、前記第２及び第３のスイッチは、前記第１のスイッチがＯＮすると、前記電圧変換回路及び前記制御回路への電力供給元を前記補機バッテリから前記バックアップ電源へ切り替え、前記制御回路は、前記バックアップ電源の電力により自己起動すると、前記電圧変換回路を動作させることにより前記メインバッテリの電力で前記補機バッテリを充電させるとともに、前記第２及び第３のスイッチにより前記電圧変換回路の出力端子と前記バックアップ電源とを電気的に接続させて前記電圧変換回路から出力される電力で前記バックアップ電源を充電させる。

これにより、車両の長時間の駐車などで車両を始動させることができないほど補機バッテリの充電容量が低下していても、ユーザの第１のスイッチの操作により補機バッテリを充電することができるため、車両を始動させることができる。また、バックアップ電源の使用後、バックアップ電源が充電されるため、バックアップ電源の容量低下によるバックアップ電源の取替え作業を行う必要がない。これにより、ユーザの手間を抑えつつ、補機バッテリの充電容量低下に伴う車両の走行不能状態を回避することができる。

本発明によれば、ユーザにかかる手間を抑えつつ、補機バッテリの充電容量低下に伴う車両の走行不能状態を回避することができる。

本発明の実施形態の補機バッテリ充電装置を示す図である。制御回路の動作を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態の補機バッテリ充電装置を示す図である。
図１に示す補機バッテリ充電装置１は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載され、メインバッテリ２の電圧（例えば、２００〜４００Ｖ）を降圧して補機バッテリ３を充電する。なお、メインバッテリ２は、例えば、複数のリチウムイオン二次電池が互いに直列接続されて構成され、走行用モータなどに電力を供給する。また、補機バッテリ３は、例えば、鉛蓄電池であって、セルモータや車載電装機器（例えば、カーナビゲーションシステムなど）などに電力を供給する。

また、補機バッテリ充電装置１は、電圧変換回路４と、バックアップ電源５と、スイッチ６（第１のスイッチ）、スイッチ７（第２のスイッチ）、スイッチ８（第３のスイッチ）と、電圧検出部９（電圧検出手段）と、制御回路１０とを備える。

すなわち、例えば、バックアップ電源５の正極端子が電圧検出部９を介してスイッチ８の一方の端子に接続され、バックアップ電源５の負極端子が補機バッテリ３の負極端子に接続される。また、スイッチ８の他方の端子がスイッチ７の一方の端子に接続され、スイッチ７の他方の端子が補機バッテリ３の正極端子に接続される。

電圧変換回路４は例えば、スイッチング素子１１と、ダイオード１２と、インダクタ１３と、コンデンサ１４と、制御部１５とを備える。なお、スイッチング素子１１は、例えば、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどにより構成される。また、制御部１５は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成され、スイッチング素子１１のＯＮ、ＯＦＦの制御を行う。また、制御部１５は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）通信などにより、制御回路１０と信号の送受信を行う。

例えば、スイッチング素子１１がＯＮすると、メインバッテリ２からインダクタ１３及びコンデンサ１４を介して補機バッテリ３へ電流が流れ、スイッチング素子１１がＯＦＦすると、ダイオード１２がＯＮしてインダクタ１３から補機バッテリ３へ電流が流れ続ける。制御部１５は、メインバッテリ２の電圧及び補機バッテリ３の電圧に基づいて、スイッチング素子１１のデューティ比を制御してスイッチング素子１１のＯＮ時にインダクタ１３に蓄積されるエネルギーを調整することにより、メインバッテリ２の電圧を補機バッテリ３の満充電時の電圧（例えば、１２Ｖ程度）よりも少し高い電圧（例えば、１３．５Ｖ程度）に降圧して補機バッテリ３を充電する。

バックアップ電源５は、充電可能な電源であって、例えば、大容量電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、又はリチウムイオン二次電池などにより構成される。

スイッチ６は、例えば、機械式の押しボタンスイッチや車両に搭載のタッチパネルやディスプレイなどに表示される仮想的な押しボタンスイッチなどにより構成され、ユーザの操作によりＯＮする。

スイッチ７、８は、それぞれ、例えば、リレーなどにより構成され、スイッチ６の駆動に伴って、又は、制御回路１０から送られてくる制御信号に基づいて、ＯＮ、ＯＦＦする。例えば、スイッチ６がＯＮすると、そのスイッチ６のＯＮに機械的に連動してスイッチ７がＯＦＦ、スイッチ８がＯＮする。すると、バックアップ電源５と電圧変換回路４及び制御回路１０とが電気的に接続され、バックアップ電源５の電力が電圧変換回路４及び制御回路１０へ供給される。

電圧検出部９は、バックアップ電源５の電圧を検出し、その検出結果を制御回路１０に送る。
制御回路１０は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成され、電圧検出部９から送られてくる検出結果に基づいて、スイッチ７、８のＯＮ、ＯＦＦを制御するための制御信号を生成する。また、制御回路１０は、スイッチ６がＯＮすることによりスイッチ７がＯＦＦ、スイッチ８がＯＮして、バックアップ電源５の電力が供給されると、自己起動する。

図２は、制御回路１０の動作を示すフローチャートである。なお、例えば、ユーザは、イグニッションボタンを押すなどして車両を始動させようとしても車両が始動しない場合、補機バッテリ３がバッテリあがりであると判断する。また、例えば、ユーザは、車両に搭載のタッチパネルやディスプレイなどに、補機バッテリ３の電圧が所定値（セルモータを駆動することができないときの補機バッテリ３の電圧）以下である旨が表示されていることを確認すると、補機バッテリ３がバッテリあがりであると判断する。

まず、制御回路１０は、ユーザの操作によりスイッチ６がＯＮすることでスイッチ７がＯＦＦするとともにスイッチ８がＯＮしてバックアップ電源５の電力により自己起動すると（Ｓ１がＹｅｓ）、起動指示を電圧変換回路４の制御部１５へ送る（Ｓ２）。制御部１５は、電圧変換回路４から起動指示が送られると、スイッチング素子１１のＯＮ、ＯＦＦを制御して補機バッテリ３を充電する。

次に、制御回路１０は、ユーザの操作によりイグニッションスイッチが操作されるなどして車両が始動した旨を示すイグニッション信号ＩＧが外部（例えば、走行用モータやエンジンの駆動を制御する制御部など）から入力されると（Ｓ３がＹｅｓ）、スイッチ７をＯＮさせる（Ｓ４）。このとき、スイッチ８はすでにＯＮしているため、スイッチ７、８が共にＯＮする。そのため、スイッチ７、８を介して電圧変換回路４の出力端子とバックアップ電源５とが互いに電気的に接続され、電圧変換回路４から出力される電力によりバックアップ電源５が充電される。なお、走行用モータやエンジンが駆動しているとき、電圧変換回路４は動作し続けているものとする。

次に、制御回路１０は、電圧検出部９の検出結果であるバックアップ電源５の電圧が閾値（例えば、満充電時のバックアップ電源５の電圧）以上になると（Ｓ５がＹｅｓ）、スイッチ８をＯＦＦさせる（Ｓ６）。このとき、スイッチ７はすでにＯＮしているため、スイッチ７がＯＮ、スイッチ８がＯＦＦする。そのため、補機バッテリ３の電力の供給先がバックアップ電源５から電圧変換回路４及び制御回路１０へ切り替わり、バックアップ電源５の充電が終了する。

このように、本実施形態の補機バッテリ充電装置１は、バックアップ電源５を備え、ユーザのスイッチ６の操作をトリガとしてバックアップ電源５の電力により制御回路１０を自己起動させるとともに、電圧変換回路４を起動させてメインバッテリ２の電力により補機バッテリ３を充電させている。これにより、車両の長時間の駐車などで車両を始動させることができないほど補機バッテリ３の充電容量が低下していても、ユーザのスイッチ６の操作により補機バッテリ３を充電することができるため、車両を始動させることができる。

また、本実施形態の補機バッテリ充電装置１は、バックアップ電源５の使用後、バックアップ電源５が充電されるため、バックアップ電源５の容量低下によるバックアップ電源５の取替え作業を行う必要がない。これにより、ユーザの手間を抑えつつ、補機バッテリ３の充電容量低下に伴う車両の走行不能状態を回避することができる。

なお、上記実施形態では、バックアップ電源５の充電中において電圧検出部９により検出される電圧が閾値以上になると、スイッチ７をＯＮ、スイッチ８をＯＦＦにして補機バッテリ３の電力の供給先をバックアップ電源５から電圧変換回路４及び制御回路１０へ切り替える構成であるが、バックアップ電源５の充電開始から所定時間（例えば、バックアップ電源５の容量がゼロから最大になるまでにかかる時間）経過すると、スイッチ７をＯＮ、スイッチ８をＯＦＦにして補機バッテリ３の電力の供給先をバックアップ電源５から電圧変換回路４及び制御回路１０へ切り替えるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、車両が始動した旨を示す信号が制御回路１０に入力されると、スイッチ７、８により電圧変換回路４の出力端子とバックアップ電源５とを電気的に接続して電圧変換回路４から出力される電力でバックアップ電源５を充電する構成であるが、補機バッテリ３の充電開始から所定時間（例えば、セルモータを駆動することができないときの補機バッテリ３の充電容量からセルモータを駆動することができるときの補機バッテリ３の充電容量になるまでにかかる時間）経過すると、スイッチ７、８により電圧変換回路４の出力端子とバックアップ電源５とを電気的に接続して電圧変換回路４から出力される電力でバックアップ電源５を充電するように構成してもよい。

また、補機バッテリ３の充電中において補機バッテリ３が所定電圧（例えば、セルモータを駆動することができるときの補機バッテリ３の電圧）になった旨を示す信号を制御部１５や補機バッテリ３の電圧を検出する電圧検出部などから受け取ると、スイッチ７、８により電圧変換回路４の出力端子とバックアップ電源５とを電気的に接続して電圧変換回路４から出力される電力でバックアップ電源５を充電するように構成してもよい。

１補機バッテリ充電装置
２メインバッテリ
３補機バッテリ
４電圧変換回路
５バックアップ電源
６〜８スイッチ
９電圧検出部
１０制御回路
１１スイッチング素子
１２ダイオード
１３インダクタ
１４コンデンサ
１５制御部

Claims

メインバッテリの電圧を降圧して補機バッテリを充電する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路の動作を制御する制御回路と、
ユーザの操作によりＯＮする第１のスイッチと、
バックアップ電源と、
互いに直列接続され、前記電圧変換回路の出力端子と前記バックアップ電源との間に設けられる第２及び第３のスイッチと、
を備え、
前記第２及び第３のスイッチは、前記第１のスイッチがＯＮすると、前記電圧変換回路及び前記制御回路への電力供給元を前記補機バッテリから前記バックアップ電源へ切り替え、
前記制御回路は、前記バックアップ電源の電力により自己起動すると、前記電圧変換回路を動作させることにより前記メインバッテリの電力で前記補機バッテリを充電させるとともに、前記第２及び第３のスイッチにより前記電圧変換回路の出力端子と前記バックアップ電源とを電気的に接続させて前記電圧変換回路から出力される電力で前記バックアップ電源を充電させる
ことを特徴とする補機バッテリ充電装置。
請求項１に記載の補機バッテリ充電装置であって、
前記バックアップ電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御回路は、前記バックアップ電源の充電中において前記電圧検出手段により検出される電圧が閾値以上になると、前記第２及び第３のスイッチにより前記補機バッテリの電力の供給先を前記バックアップ電源から前記電圧変換回路及び前記制御回路へ切り替える
ことを特徴とする補機バッテリ充電装置。
請求項１に記載の補機バッテリ充電装置であって、
前記制御回路は、前記バックアップ電源の充電開始から所定時間経過すると、前記第２及び第３のスイッチにより前記補機バッテリの電力の供給先を前記バックアップ電源から前記電圧変換回路及び前記制御回路へ切り替える
ことを特徴とする補機バッテリ充電装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載の補機バッテリ充電装置であって、
前記制御回路は、当該補機バッテリ充電装置が搭載される車両が始動した旨を示す信号が外部から入力されると、前記第２及び第３のスイッチにより前記電圧変換回路の出力端子と前記バックアップ電源とを電気的に接続させて前記電圧変換回路から出力される電力で前記バックアップ電源を充電させる
ことを特徴とする補機バッテリ充電装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載の補機バッテリ充電装置であって、
前記制御回路は、前記補機バッテリの充電開始から所定時間経過すると、前記第２及び第３のスイッチにより前記電圧変換回路の出力端子と前記バックアップ電源とを電気的に接続させて前記電圧変換回路から出力される電力で前記バックアップ電源を充電させる
ことを特徴とする補機バッテリ充電装置。