JP2013141907A

JP2013141907A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2013141907A
Application number: JP2012003002A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kojima; 洋幸小島
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: US9242559B2; DE102012112870A1; DE102012112870B4; CN103204074A; CN103204074B; JP5825107B2; US20130175856A1

Abstract

【課題】電気負荷に過電流が流れたときに溶断するヒューズの交換作業の作業性が良好である車両用電源装置を提供する。
【解決手段】電流検出機能を有する電池切替スイッチ５１と、電流検出機能を有するメインリレー５２と、電池切替スイッチ５１をバイパスするバイパスリレー５４と、第２電気負荷３５に過電流が流れたときに溶断するバイパスヒューズ５３とを設け、バイパスヒューズ５３を第２電源３４を収納するケース５８の外部に配置し、バイパスヒューズ５３とバイパスリレー５４とを直列に接続し、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２により検出された電流値が予め設定された値以上の場合に、電池切替スイッチ５１とメインリレー５２とをオフにし、バイパスリレー５４を接続にする。
【選択図】図１

Description

本発明は電気負荷に給電する２つの電源と電気負荷に過電流が流れたときに溶断するヒューズとを備えた車両用電源装置に関するものである。

図７は従来の車両用電源装置を有するアイドルストップシステムを示すブロック図である。図に示すように、アイドルストップコントローラ１は、車速センサ２、アイドルストップ禁止スイッチ（ＳＷ）３、ブレーキスイッチ（ＳＷ）４、ブレーキ圧センサ５、エンジン水温センサ６、エンジンフードスイッチ（ＳＷ）７、シートベルトスイッチ（ＳＷ）８、運転席ドアスイッチ（ＳＷ）９、ミッションシフト位置センサ１０、アクセル開度センサ１１、第１電源のバッテリ温度センサ１２、第１電源のバッテリ電流センサ１３、第１電源のバッテリ電圧センサ１４から信号を入力する。ここで、第１電源は鉛電池である。また、アイドルストップコントローラ１は、二次電池である第２電源のバッテリマネジメントユニット１５から第２電源の充電状態や温度の信号を入力するとともに、バッテリマネジメントユニット１５を制御する。また、アイドルストップコントローラ１は、エンジンコントローラ１６、ヒルホールドバルブ１９、オイルポンプ２０、メーター２１、スタータ２２を制御する。さらに、エンジンコントローラ１６はインジェクタ１７、オルタネータ１８を制御する。そして、第１電源、第２電源を有する車両用電源装置はアイドルストップコントローラ１に給電する。また、アイドルストップコントローラ１は第１電源、第２電源の状態監視を行ない、アイドルストップできるか否かを判断する。

図８は従来の車両用電源装置を示す電源システム図である。図に示すように、第１電気負荷３１、鉛電池である第１電源３２、オルタネータ３３、二次電池である第２電源３４、第２電気負荷３５が並列に接続されている。第１電気負荷３１と第１電源３２との間に第１ヒューズ３６が接続されている。第１電源３２とオルタネータ３３との間に第２ヒューズ３７が接続されている。オルタネータ３３と第２電源３４との間に第３ヒューズ３８と電池切替スイッチ（ＳＷ）３９とが直列に接続されている。第２電源３４と第２電気負荷３５との間に第４ヒューズ４０が接続されている。電池切替スイッチ３９と並列にノーマリクローズタイプのバイパスリレー４１が接続されている。第２電源３４と第４ヒューズ４０（第２電気負荷３５）との間にメインリレー４２が接続されている。そして、電池パック４３は第２電源３４、電池切替スイッチ３９、第４ヒューズ４０、バイパスリレー４１、メインリレー４２を有する。第２電源３４、電池切替スイッチ３９、第４ヒューズ４０、バイパスリレー４１、メインリレー４２は電池パック４３のケース４４内に収納されている。

図８に示した車両用電源装置の動作を図９により説明する。
動作１では、電池切替スイッチ３９をオン（ON）とし、バイパスリレー４１を開放（OPEN）とし、メインリレー４２をオフ（OFF）とした状態としている。この状態では、第１電源３２、オルタネータ３３および第２電気負荷３５が接続され、第２電源とオルタネータ３３とは接続されない。エンジン始動直後などで第１電源３２に充電したい場合、もしくはオルタネータ３３を無発電状態にし、第１電源３２のみで第１電気負荷３１、第２電気負荷３５に電力を供給する場合には、この状態に切り替える。

動作２では、電池切替スイッチ３９をオン（ON）とし、バイパスリレー４１を開放（OPEN）とし、メインリレー４２をオン（ON）とした状態としている。この状態では、第１電源３２、オルタネータ３３、第２電源３４および第２電気負荷３５が接続される。減速回生時など、オルタネータ３３で発生した電気エネルギーを第２電源３４に溜めるときに、この状態に切り替える。

動作３では、電池切替スイッチ３９をオフ（OFF）とし、バイパスリレー４１を開放（OPEN）とし、メインリレー４２をオン（ON）とした状態としている。この状態では、第１電気負荷３１、第１電源３２およびオルタネータ３３が接続され、また第２電源３４と第２電気負荷３５とが接続されるから、第２電源３４に貯めた電気エネルギーを第２電気負荷３５に供給することができる。通常走行時、もしくはアイドリングストップ時など、第２電気負荷３５への電力供給を第２電源３４のみから行ない、オルタネータ３３の発電負荷を軽減し、燃費を向上させたいときに、この状態に切り替える。

動作４では、電池切替スイッチ３９をオフ（OFF）とし、バイパスリレー４１を接続（CLOSE）とし、メインリレー４２をオフ（OFF）とした状態としている。この状態では、第１電気負荷３１、第１電源３２、オルタネータ３３および第２電気負荷３５が接続される。なお、第１電気負荷３１、第１電源３２およびオルタネータ３３と第２電気負荷３５とはバイパスリレー４１を経由して接続される。イグニッションスイッチ（ＳＷ）オフ時などで、第１電源３２から第２電気負荷３５に暗電流を供給するときに、この状態に切り替える。また、電池パック４３が異常になった場合にも、この状態に切り替える。

特開２０１１−１５５１６号公報特開２０１１−７８１４７号公報

しかし、このような車両用電源装置においては、図１０に示すように、電池パック４３の出力部と第２電気負荷３５とを接続する電線（ワイヤハーネス）が車体などに接触して短絡した場合、第４ヒューズ４０が溶断する。すなわち、上記の動作１の場合は、システム稼動時で、第１電源３２から電池切替スイッチ３９を経由して第２電気負荷３５に電力が供給されており、この場合に短絡すると、線ａで示すように、第１電源３２から短絡部Ａに向かって大電流が流れ、第４ヒューズ４０が溶断する。また、上記の動作３の場合は、システム稼動時で、第２電源３４からメインリレー４２を経由して第２電気負荷３５に電力が供給されており、この場合に短絡すると、線ｂで示すように、第２電源３４から短絡部Ａに向かって大電流が流れ、第４ヒューズ４０が溶断する。さらに、上記の動作４の場合は、イグニッションスイッチ（ＳＷ）オフ時で、第１電源３２からバイパスリレー４１を経由して第２電気負荷３５に電力が供給されており、この場合に短絡すると、線ｃで示すように、第１電源３２から短絡部Ａに向かって大電流が流れ、第４ヒューズ４０が溶断する。

そして、このような車両用電源装置をアイドリングストップシステムの電源として使用する場合には、第２電源３４と第２電気負荷３５とを接続する電線を保護する目的で、第４ヒューズ４０を電池パック４３のケース４４内に設けている。このため、溶断した第４ヒューズ４０を交換するためには、ケース４４の上蓋を外して、第４ヒューズ４０を取り出す必要があり、この場合に第２電源３４に接触するおそれがある。また、車両における電池パック４３の搭載場所によっては、第４ヒューズ４０の交換作業ができない場合もある。このように、第２電気負荷３５に過電流が流れたときに溶断する第４ヒューズ４０の交換作業の作業性が良好ではない。

なお、電池パック４３の第４ヒューズ４０をそもそも交換できないものにすることもできるが、この場合には第４ヒューズ４０の溶断時に、電池パック４３自体の交換が求められ、補給、補修のコストアップになる。
また、図１１に示すように、電池パック４３の出力部と第２電気負荷３５とを接続する電線上に第４ヒューズ４０ａを設けることが考えられるが、この場合には、電池パック４３の近くに専用のヒューズソケットを設ける必要があり、コストが上がる。

また、図１２に示すように、第４ヒューズ４０ａと第２電気負荷３５とを接続する電線が短絡した場合には、第４ヒューズ４０ａが溶断することで、第１電源３２、オルタネータ３３、第２電源３４から短絡部Ｂに向かって大電流が流れるのを防止することができる。しかし、電池パック４３の出力部と第４ヒューズ４０ａとを接続する電線が短絡した場合には、第１電源３２、オルタネータ３３、第２電源３４から短絡部Ｃに向かって大電流が流れるのを防止することができず、電線や電池パック４３の基板が不具合を起こす可能性がある。

なお、減速回生時の第２電源３４への急速充電時に、オルタネータ３３から第２電源３４に大電流を流す必要があるから、オルタネータ３３と電池パック４３の入力部との間に設けられた第３ヒューズ３８のヒューズ容量を大きくしている。このため、図１３に示すように、第４ヒューズを設けない場合には、電池パック４３の出力部と第２電気負荷３５とを接続する電線が短絡したときに、オルタネータ３３から短絡部Ｄに向かって大電流が流れ、電線や電池パック４３の基板が不具合を起こす可能性がある。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、電気負荷に過電流が流れたときに溶断するヒューズの交換作業の作業性が良好である車両用電源装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、発明の実施態様は、電気負荷に給電する第１電源と第２電源とを備え、上記電気負荷と上記第１電源との間の給電路に第１開閉スイッチを備え、上記電気負荷と上記第２電源との間の給電路に第２開閉スイッチを備え、上記第１開閉スイッチをバイパスするバイパススイッチと、上記電気負荷に過電流が流れたときに溶断するヒューズとを備えた車両用電源装置において、上記電気負荷に流れる電流値を検出する電流検出器を備え、上記ヒューズを上記第２電源を収納するケースの外部に配置し、上記ヒューズと上記バイパススイッチとを直列に接続し、上記電流検出器により検出された電流値が予め設定された値以上の場合には、上記第１開閉スイッチと上記第２開閉スイッチとをオフにし、上記バイパススイッチをオンにすることを特徴とする。

また、発明の実施態様は、上記バイパススイッチが上記ケースの外部に配置されたことを特徴とする。
また、発明の実施態様は、上記電流検出器は、上記第１開閉スイッチに流れる電流値を検出する第１電流検出器と、上記第２開閉スイッチに流れる電流値を検出する第２電流検出器とから構成され、上記第１電流検出器により検出された電流値と上記第２電流検出器により検出された電流値との合計が予め設定された値以上の場合には、上記第１開閉スイッチと上記第２開閉スイッチとをオフにし、上記バイパススイッチをオンにすることを特徴とする。

また、発明の実施態様は、上記第１電流検出器を上記第１開閉スイッチの内部に設け、上記第２電流検出器を上記第２開閉スイッチの内部に設けたことを特徴とする。

本発明に係る車両用電源装置においては、電気負荷に過電流が流れたときに溶断するヒューズがケースの外部に配置されているから、ヒューズの交換作業の作業性が良好である。

図１は本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す電源システム図である。図２は図１に示した車両用電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。図３は図１に示した車両用電源装置の動作を説明するための図である。図４は図１に示した車両用電源装置の動作を説明するためのタイムチャートである。図５は図１に示した車両用電源装置の動作を説明するためのタイムチャートである。図６は本発明の他の実施の形態に係る車両用電源装置を示す電源システム図である。図７は従来の車両用電源装置を有するアイドルストップシステムを示すブロック図である。図８は従来の車両用電源装置を示す電源システム図である。図９は図８に示した車両用電源装置の動作を説明するためのタイムチャートである。図１０は図８に示した車両用電源装置の動作を説明するための図である。図１１は従来の他の車両用電源装置を示す電源システム図である。図１２は図１１に示した車両用電源装置の動作を説明するための図である。図１３は従来の他の車両用電源装置を示す電源システム図である。

（第１の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を図１により説明する。
第１電気負荷３１、第１電源３２、オルタネータ３３、第２電源３４、第２電気負荷３５が並列に接続され、第１〜第３ヒューズ３６〜３８が設けられている。また、オルタネータ３３と第２電源３４との間に、第３ヒューズ３８と直列に電流検出機能を有する電池切替スイッチ（ＳＷ）５１が接続されている。すなわち、第２電気負荷３５と第１電源３２との間の給電路に電池切替スイッチ５１（第１開閉スイッチ）が備えられている。第２電源３４と第２電気負荷３５との間に電流検出機能を有するメインリレー５２が接続されている。すなわち、第２電気負荷３５と第２電源３４との間の給電路にメインリレー５２（第２開閉スイッチ）が備えられている。第２、第３ヒューズ３７、３８の間と電池パック５７の出力部、第２電気負荷３５の間とを接続するバイパス回路５６が設けられている。バイパス回路５６にバイパスヒューズ５３、ノーマリクローズタイプのバイパスリレー５４が直列に接続されている。すなわち、バイパスリレー５４は電池切替スイッチ５１をバイパスしている。バイパスリレー５４を駆動する駆動回路５５が設けられている。バイパスヒューズ５３は第２電気負荷３５に過電流が流れたときに溶断する。そして、電池パック５７は第２電源３４、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２、駆動回路５５を有する。第２電源３４、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２、駆動回路５５は電池パック５７のケース５８内に収納されている。そして、バイパスヒューズ５３、バイパスリレー５４はケース５８の外部に配置されている。

図１に示した車両用電源装置の動作を図２により説明する。
イグニッションスイッチ（ＳＷ）がオンになったとき、電池パック５７の内部に設けられたバッテリマネジメントユニット（図示せず）が、電池切替スイッチ５１が検出した電流値とメインリレー５２が検出した電流値とを加算して、合計電流値Ｉtを算出する。そして、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd未満であれば、通常動作を行なう。一方、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd以上であれば、短絡が生じていると判断し、短絡処理を行なう。すなわち、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２をオフにするとともに、バイパスリレー５４を接続にする。なお、電池パック５７が異常である場合、イグニッションスイッチがオフである場合にも、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２をオフにするとともに、バイパスリレー５４を接続（オン）にする。

この車両用電源装置においては、上記の動作１のように、第１電源３２から第２電気負荷３５に電力を供給している場合に、図３に示すように、電池パック５７の出力部と第２電気負荷３５とを接続する電線が短絡したときには、図４に示すように、電池切替スイッチ５１を流れる電流が大きくなり、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd以上となるから、電池切替スイッチ５１がオフになるとともに、バイパスリレー５４が接続になるので、バイパスヒューズ５３が溶断する。このため、第１電源３２から短絡部Ｅに向かって大電流が流れるのを防止することができる。したがって、電線や電池パック５７の基板が不具合を起こすことはない。

また、上記の動作３のように、第２電源３４から第２電気負荷３５に電力を供給している場合に、図３に示すように、電池パック５７の出力部と第２電気負荷３５とを接続する電線が短絡したときには、図５に示すように、メインリレー５２を流れる電流が大きくなり、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd以上となるから、メインリレー５２がオフになるとともに、バイパスリレー５４が接続になるので、第２電源３４から短絡部Ｅに向かって大電流が流れるのを防止することができる。したがって、電線や電池パック５７の基板が不具合を起こすことはない。

また、電池パック５７が異常である場合、イグニッションスイッチがオフである場合に、バイパスリレー５４を経由して過電流が流れたときには、バイパスヒューズ５３が溶断する。

このような車両用電源装置においては、第２電気負荷３５に過電流が流れたときに溶断するバイパスヒューズ５３がケース５８の外部に配置されているから、バイパスヒューズ５３の交換作業の作業性が良好である。そして、バイパスヒューズ５３をエンジンルーム、車室内のヒューズボックス、リレーボックスなどに配置したときには、バイパスヒューズ５３を容易に交換することができる。また、バイパスヒューズ５３の配置場所を自由に決定することができるから、製造コストを低減することができる。また、電池パック５７の近くにバイパスヒューズ５３を設ける必要がないから、専用のヒューズソケットを設ける必要がない。また、電池パック５７の出力部と第２電気負荷３５との間にヒューズを設けないから、電池パック５７の出力部から第２電気負荷３５までの間の電線に大電流が流れることがなく、電線や電池パック５７の基板の不具合を避けることができる。また、バイパスリレー５４がケース５８の外部に配置されているから、バイパスリレー５４の交換作業の作業性が良好である。さらに、バイパスヒューズ５３、バイパスリレー５４として既存のものを使用することが可能であるから、製造コストを低減することができる。

また、バイパスヒューズ５３が溶断した状態であっても、電池切替スイッチ５１を経由して第２電気負荷３５に電力を供給することができる。このため、イグニッションスイッチがオンになったときに、電池切替スイッチ５１をオンにすれば、仮に短絡が修正されていない場合には、電池切替スイッチ５１が過電流を検出して、電池切替スイッチ５１がオフとなるから、短絡部に向かって大電流が流れるのを防止することができる。一方、短絡が修正されている場合には、電池切替スイッチ５１が過電流を検出しないから、電池切替スイッチ５１がオンの状態が維持され、第２電気負荷３５に電力を供給することができる。

さらに、バイパスヒューズ５３、バイパスリレー５４がケース５８の外部に配置されているから、電池パック５７を取り外した場合にも、バイパスヒューズ５３、バイパスリレー５４を経由して第２電気負荷３５に電力を供給することができる。
また、切替スイッチ５１が検出した電流値とメインリレー５２が検出した電流値とを加算して、合計電流値Ｉtを算出し、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd以上であれば、短絡処理を行なうから、シンプルな構成で短絡処理を行なうことができる。また、電流検出機能を有する電池切替スイッチ５１、電流検出機能を有するメインリレー５２を用いているから、シンプルな構成で第２電気負荷に流れる電流値を検出することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の他の実施の形態に係る車両用電源装置を図６により説明する。
第２、第３ヒューズ３７、３８の間と電池切替スイッチ５１、第２電気負荷３５の間とを接続するバイパス回路６３が設けられている。バイパス回路６３にバイパスヒューズ６１、ノーマリクローズタイプのバイパスリレー６２が直列に接続されている。すなわち、バイパスリレー６２は電池切替スイッチ５１をバイパスしている。そして、電池パック６４は第２電源３４、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２、バイパスリレー６２を有する。第２電源３４、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２、バイパスリレー６２は電池パック６４のケース６５内に収納されている。そして、バイパスヒューズ６１はケース５８の外部に配置されている。その他の構成は図１に示した車両用電源装置と同様である。

この車両用電源装置においては、イグニッションスイッチがオンになったとき、電池パック６４の内部に設けられたバッテリマネジメントユニット（図示せず）が合計電流値Ｉtを算出する。そして、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd未満であれば、通常動作を行なう。一方、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd以上であれば、短絡処理を行なう。すなわち、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２をオフにするとともに、バイパスリレー６２を接続（オン）にする。なお、電池パック６４が異常である場合、イグニッションスイッチがオフである場合にも、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２をオフにするとともに、バイパスリレー６２を接続にする。

このような車両用電源装置においては、第２電気負荷３５に過電流が流れたときに溶断するバイパスヒューズ６１がケース６５の外部に配置されているから、バイパスヒューズ６１の交換作業の作業性が良好である。

（その他の実施の形態）
なお、上述実施の形態においては、電流検出機能を有する電池切替スイッチ５１、電流検出機能を有するメインリレー５２を用いた。すなわち、上述実施の形態においては、第１開閉スイッチ（電池切替スイッチ５１）に流れる電流値を検出する第１電流検出器を第１開閉スイッチの内部に設け、上記第２開閉スイッチ（メインリレー５２）に流れる電流値を検出する第２電流検出器を第２開閉スイッチの内部に設けたが、つまり電気負荷（第２電気負荷３５）に流れる電流値を検出する第１、第２電流検出器を第１、第２開閉スイッチの内部に設けたが、第１、第２電流検出器を第１、第２開閉スイッチの外部に設けてもよい。

また、上述実施の形態においては、第１開閉スイッチとして電池切替スイッチ５１を用いたが、第１開閉スイッチは電池切替スイッチ５１に限定されない。また、上述実施の形態においては、第２開閉スイッチとしてメインリレー５２を用いたが、第２開閉スイッチはメインリレー５２に限定されない。また、上述実施の形態においては、バイパススイッチとしてバイパスリレー５４を用いたが、バイパススイッチはバイパスリレー５４に限定されない。

また、上述実施の形態においては、合計電流値Ｉtが所定値Ｉd以上であるとき、電池切替スイッチ５１、メインリレー５２をオフにするとともに、バイパスリレー５４を接続にしたが、電池切替スイッチ５１が検出した電流値が所定値以上であるとき、電池切替スイッチ５１をオフにするとともに、バイパスリレー５４を接続にし、メインリレー５２が検出した電流値が所定値以上であるとき、メインリレー５２をオフにしてもよい。

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施の形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施の形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

３１…第１電気負荷、３２…第１電源、３３…オルタネータ、３４…第２電源、３５…第２電気負荷、５１…電池切替スイッチ、５２…メインリレー、５３…バイパスヒューズ、５４…バイパスリレー、５７…電池パック、５８…ケース、６１…バイパスヒューズ、６２…バイパスリレー、６４…電池パック、６５…ケース

Claims

電気負荷に給電する第１電源と第２電源とを備え、
上記電気負荷と上記第１電源との間の給電路に第１開閉スイッチを備え、
上記電気負荷と上記第２電源との間の給電路に第２開閉スイッチを備え、
上記第１開閉スイッチをバイパスするバイパススイッチと、上記電気負荷に過電流が流れたときに溶断するヒューズとを備えた車両用電源装置において、
上記電気負荷に流れる電流値を検出する電流検出器を備え、
上記ヒューズを上記第２電源を収納するケースの外部に配置し、
上記ヒューズと上記バイパススイッチとを直列に接続し、
上記電流検出器により検出された電流値が予め設定された値以上の場合には、上記第１開閉スイッチと上記第２開閉スイッチとをオフにし、上記バイパススイッチをオンにする
ことを特徴とする車両用電源装置。
上記バイパススイッチが上記ケースの外部に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
上記電流検出器は、上記第１開閉スイッチに流れる電流値を検出する第１電流検出器と、上記第２開閉スイッチに流れる電流値を検出する第２電流検出器とから構成され、
上記第１電流検出器により検出された電流値と上記第２電流検出器により検出された電流値との合計が予め設定された値以上の場合には、上記第１開閉スイッチと上記第２開閉スイッチとをオフにし、上記バイパススイッチをオンにする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源装置。
上記第１電流検出器を上記第１開閉スイッチの内部に設け、上記第２電流検出器を上記第２開閉スイッチの内部に設けた
ことを特徴とする請求項３に記載の車両用電源装置。