JP2014143882A - 車両用補助電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補助電源から電力を供給している際に、大電流負荷により電圧が低下しても定電圧負荷が停止しない、低部品コストで簡単な構成の車両用補助電源装置の提供。
【解決手段】Ｖ１以上で作動する負荷Ｂ、及び所定電流値以上が通流する負荷Ａへ電力を供給する主電源１に並列に接続された蓄電手段３を備え、主電源１の出力がＶ２（＞Ｖ１）より低いときには、蓄電手段３から負荷Ａ，Ｂへ電力供給する車両用補助電源装置。逆流防止回路６を有し、蓄電手段３から負荷Ｂへ電力供給する経路と、蓄電手段５及び固定電位間を接続／遮断するスイッチ９を有し、主電源１から蓄電手段５へ充電する経路と、蓄電手段３，５間を接続／遮断するスイッチ８を有し、蓄電手段３及び蓄電手段５を直列接続して負荷Ｂへ電力供給する経路とを備え、負荷Ｂへの印加電圧値がＶ３（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１）以下のときは、スイッチ９を遮断し、スイッチ８を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定電圧値以上で作動する定電圧負荷、及び所定電流値以上が通流する大電流負荷へ電力を供給する主電源に並列に接続された蓄電手段を備え、主電源の出力電圧が所定電圧値より低いときには、蓄電手段から定電圧負荷及び大電流負荷へ電力を供給する車両用補助電源装置に関するものである。

車両用電源装置は、エンジンに連動する発電機により発電した電力を、車載負荷に供給しながらバッテリに充電し、発電機が発電していないときは、バッテリから車載負荷へ電力が供給される。電気自動車では、バッテリから走行用モータ及び車載負荷へ電力が供給される。
これらの車両用電源装置に対して、発電機及びバッテリの主電源が、故障、断線、脱落等で喪失又は電圧低下した場合に、一時的に電力を供給する車両用補助電源装置が実用化されている。

車両用補助電源装置は、平常時に、蓄電器（電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等）に主電源から充電しておき、主電源の喪失時又は電圧低下時に、予め定められた負荷に電力を一時的に供給する。
このような車両用補助電源装置では、大電流を必要とするモータ等の大電流負荷と、消費電力は小さいが一定値以上の作動電圧を必要とするＥＣＵ（電子制御ユニット）等の定電圧負荷との両方に、電力を供給するものがある。

特許文献１には、バッテリ電圧によりキャパシタに電荷を蓄える充電回路と、負荷に対してバッテリとキャパシタとを並列に接続して構成され、充電されたキャパシタの電圧をバッテリ電圧に並列に加えて負荷に印加する放電回路と、エンジン始動時に充電回路から放電回路に切り換える回路切り換え手段とを備えるエンジン始動用電源装置が開示されている。充電回路は、キャパシタの充電電流を制限する第１の抵抗を、バッテリに対してキャパシタと直列に接続し、且つバッテリ電圧を分圧する第２の抵抗を、バッテリに対してキャパシタと並列に接続して構成されている。キャパシタは、エンジン始動時のバッテリの電圧降下分を補うだけのキャパシタ電圧を発生できる容量を有し、第１の抵抗と第２の抵抗との分圧比に応じて充電される。

特許第４０１６４１７号公報

上述したような大電流負荷と定電圧負荷とに電力を供給する車両用補助電源装置では、定電圧負荷のみに電力を供給しているときは、電流が小さいので、蓄電器の内部抵抗に起因する電圧低下も小さい。これに対して、定電圧負荷に電力を供給していて、モータ等の大電流負荷が始動すると、通流電流が大きいので、蓄電器の内部抵抗に起因する電圧低下も大きくなり、定電圧負荷の作動電圧を下回り、定電圧負荷が停止することがあるという問題がある。

このような問題を解決するには、蓄電器の内部抵抗を低減させたり、蓄電器の並列接続個数を増加させる等の対策が考えられるが、開発に時間を要し、部品コストの増加、サイズの増大等の問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、主電源の電圧が低下して、補助電源から電力を供給している際に、大電流負荷が始動して電圧が低下しても、定電圧負荷が停止する虞が無く、部品コストが低く簡単に構成できる車両用補助電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用補助電源装置は、電圧値Ｖ１以上で作動する第１負荷、及び所定電流値以上が通流する第２負荷へ電力を供給する主電源に並列に接続された第１蓄電手段を備え、前記主電源の出力電圧が電圧値Ｖ２（＞Ｖ１）より低いときには、前記第１蓄電手段から前記第１負荷及び第２負荷へ電力を供給するように構成してある車両用補助電源装置において、逆流を防止する逆流防止回路を有し、前記第１蓄電手段から第１負荷へ電力を供給する第１供給経路と、第２蓄電手段、並びに該第２蓄電手段及び固定電位間を接続／遮断する第１スイッチを有し、前記主電源から第２蓄電手段へ充電する充電経路と、前記第１蓄電手段及び第２蓄電手段間を接続／遮断する第２スイッチを有し、前記第１蓄電手段及び第２蓄電手段を直列接続して前記第１負荷へ電力を供給する第２供給経路と、前記第１負荷への印加電圧値を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧値が電圧値Ｖ３（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１）以下であるか否かを判定する手段とを備え、該手段が電圧値Ｖ３以下であると判定したときは、前記第１スイッチを遮断し、前記第２スイッチを接続するように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、電圧値Ｖ１以上で作動する第１負荷、及び所定電流値以上が通流する第２負荷へ電力を供給する主電源に、第１蓄電手段が並列に接続され、主電源の出力電圧が電圧値Ｖ２（＞Ｖ１）より低いときには、第１蓄電手段から第１負荷及び第２負荷へ電力を供給する。
逆流防止回路を有する第１供給経路が、第１蓄電手段から第１負荷へ電力を供給し、第２蓄電手段、並びに第２蓄電手段及び固定電位間を接続／遮断する第１スイッチを有する充電経路が、主電源から第２蓄電手段へ充電する。第１蓄電手段及び第２蓄電手段間を接続／遮断する第２スイッチを有する第２供給経路が、第１蓄電手段及び第２蓄電手段を直列接続して第１負荷へ電力を供給する。
電圧検出手段が第１負荷への印加電圧値を検出し、その検出した印加電圧値が電圧値Ｖ３（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１）以下であると、判定する手段が判定したときは、第１スイッチを遮断し、第２スイッチを接続して、第１蓄電手段及び第２蓄電手段を直列接続し第１負荷へ電力を供給する。

第２発明に係る車両用補助電源装置は、前記第２スイッチは可変抵抗を有しており、前記第１スイッチが遮断し、前記第２スイッチが接続している場合、前記第２スイッチは、前記電圧検出手段が検出した電圧値が、前記電圧値Ｖ３になるように、前記可変抵抗の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、第１スイッチが遮断し、第２スイッチが接続している場合、第２スイッチは、電圧検出手段が検出した電圧値が、電圧値Ｖ３になるように、可変抵抗の抵抗値を変更するので、第１負荷への印加電圧値が電圧値Ｖ２以上になることがない。これにより、印加電圧値に基づき作動する第１負荷が誤作動することがない。

第３発明に係る車両用補助電源装置は、前記第２スイッチは電界効果トランジスタであることを特徴とする。

第４発明に係る車両用補助電源装置は、前記第１蓄電手段及び第２蓄電手段は電気二重層キャパシタであることを特徴とする。

第５発明に係る車両用補助電源装置は、前記逆流防止回路は、逆接続された電界効果トランジスタであり、前記電圧検出手段が検出した電圧値が、前記電圧値Ｖ２より低いときに、前記電界効果トランジスタをオンにし、前記電圧検出手段が検出した電圧値が、前記電圧値Ｖ３以下であるときに、前記電界効果トランジスタをオフにするように構成してあることを特徴とする。

この車両用補助電源装置では、逆流防止回路は、逆接続された電界効果トランジスタである。電圧検出手段が検出した電圧値が、電圧値Ｖ２より低いときに、電界効果トランジスタをオンにし、電圧検出手段が検出した電圧値が、電圧値Ｖ３以下であるときに、電界効果トランジスタをオフにする。

本発明に係る車両用補助電源装置によれば、主電源の電圧が低下して、補助電源から電力を供給している際に、大電流負荷が始動して電圧が低下しても、定電圧負荷が停止する虞が無く、部品コストが低く簡単に構成できる車両用補助電源装置を実現することができる。

本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 負荷への印加電圧値の推移例を示す推移図である。 本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この車両用補助電源装置では、主電源であるオルタネータ（交流発電機）１７及びバッテリ１から、例えば１２〜１４．５Ｖの電力が、リレー７の一方の接点を通じて、モータ等の負荷（第２負荷）Ａへ供給される。また、順接続されたダイオード１０，１１，１２を通じて、マイクロコンピュータを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である負荷（第１負荷）Ｂへ電力が供給される。負荷Ｂは、印加電圧値が９Ｖ（Ｖ１）以上で作動する。尚、負荷Ａの操作スイッチ（例えばドアロックスイッチ）は別途設けられている。

エンジン１６に連動してオルタネータ１７が発電し整流した電力が、バッテリ１に充電されると共に、負荷Ａ，Ｂを含む車載負荷へ供給される。ダイオード１０，１１，１２は、直列接続されたダイオード１１，１２にダイオード１０が並列接続されている。
オルタネータ１７及びバッテリ１からの電力は、また、充電回路２により１１Ｖに変換されて、蓄電手段（第１蓄電手段）３に充電されると共に、リレー７のコイルに供給され、そのコイル電流は、負荷Ｂにより通流／遮断される。

蓄電手段３の正極は、リレー７の他方の接点、ダイオード６のアノード、及びＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）８のソースに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ８のドレインは、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ９のソース、及び蓄電手段（第２蓄電手段）５の負極に接続され、ＭＯＳＦＥＴ９のドレインは接地されている。尚、ＭＯＳＦＥＴ８，９に、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを使用することも可能である。

ダイオード６のカソードは、ダイオード１２のアノード（ダイオード１１のカソード）、及び蓄電手段５の正極に接続されている。
負荷Ｂへの印加電圧値が、負荷Ｂが内蔵する電圧検出手段１４、及び制御部（ＥＣＵ）４が内蔵する電圧検出手段１３により検出される。
蓄電手段５の両端電圧値が、制御部４が内蔵する電圧検出手段１５により検出され、制御部４は、ＭＯＳＦＥＴ８，９のゲートにそれぞれ接続され、ＭＯＳＦＥＴ８，９をそれぞれオン又はオフに制御する。蓄電手段３，５は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池又はリチウムイオンキャパシタ等であり、蓄電手段５の方が容量が小さいものとする。

以下に、このような構成の車両用補助電源装置の動作を、負荷Ｂへの印加電圧値の推移例を示す図２の推移図を参照しながら説明する。
この車両用補助電源装置では、負荷Ａは例えばドアロックモータであり、イグニッションキー等に関係なく、常時給電可能状態にしておく必要がある。
充電回路２は、常時、蓄電手段３に１１Ｖ迄充電しており、負荷Ｂは、充電回路２経由のリレー７のコイル電流を遮断して、一方の接点側を接続させ、負荷Ａへの給電を可能にしている。

制御部４は、通常、ＭＯＳＦＥＴ８をオフにしておき、ＭＯＳＦＥＴ９をオンにして、オルタネータ１７及びバッテリ１からダイオード１１経由で蓄電手段５へ充電する。制御部４は、電圧検出手段１５が検出した充電電圧値（両端電圧値）に基づき、蓄電手段５の充電電圧値が２．５Ｖに維持されるように、ＭＯＳＦＥＴ９をオン又はオフに制御する。

オルタネータ１７及びバッテリ１が、車両事故等で故障又は脱落して、電圧低下又は電源喪失し、負荷Ｂへの印加電圧が１１Ｖより低くなると、車両用補助電源装置が始動し、蓄電手段３からダイオード６，１２を通じて１１Ｖ弱の電圧が負荷Ｂへ印加されるようになる。これにより、負荷Ｂは、電圧検出手段１４が検出した電圧値が１１Ｖ（Ｖ２）より低くなると、リレー７のコイル電流を通流させて他方の接点側を接続し、蓄電手段３からリレー７の他方の接点経由で、負荷Ａへの電力供給を可能とする。この場合、ダイオード１０，１１が、主電源側へ電流が流れるのを防止する。

上述したように、車両用補助電源装置が始動して、負荷Ｂのみが作動してリレー７のコイル電流が通流していれば、図２に示すように、負荷Ｂへの印加電圧値は漸減して行く。この状態で、図示しないドアロックスイッチが操作されて、ドアロックモータである負荷Ａが駆動すると、負荷Ｂへの印加電圧値はＶｍ分急低下し始める。制御部４は、電圧検出手段１３が検出した負荷Ｂへの印加電圧値が９．５Ｖ（Ｖ３）以下に低下すると、ＭＯＳＦＥＴ９をオフにし、ＭＯＳＦＥＴ８をオンにする。

これにより、蓄電手段３（９．５Ｖ）及び蓄電手段５（２．５Ｖ）が直列接続されて、負荷Ｂへの給電が開始され、負荷Ｂへの印加電圧値が、図２の破線で示すように、９Ｖ（Ｖ１）より低下して、負荷Ｂが停止することを防止する。
但し、この際、制御部４は、ゲート電圧によりＭＯＳＦＥＴ８のオーム領域のオン抵抗を増減制御して、電圧検出手段１３が検出する負荷Ｂへの印加電圧を９．５Ｖに保持する。

これにより、電圧検出手段１４が検出した負荷Ｂへの印加電圧値が、図２の領域ａが示すように１１Ｖを超えて、負荷Ｂが主電源が復帰したと誤って判定し誤作動するのを防止する。領域ａは、ＭＯＳＦＥＴ８のオン抵抗による電圧降下分を示す。
本実施の形態１では、オルタネータ１７及びバッテリ１の主電源が、車両事故等で故障又は脱落したことを想定しており、主電源が自動的に復帰することはなない。ドアロックモータである負荷Ａが作動し、ドアロックが解除されることにより、動作は終了する。

（実施の形態２）
図３は、本発明に係る車両用補助電源装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
この車両用補助電源装置では、実施の形態１のダイオード６に代えて、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ６ａを逆接続してあり、ＭＯＳＦＥＴ６ａのドレインは蓄電手段３の正極に、ソースはダイオード１２のアノード（ダイオード１１のカソード）にそれぞれ接続されている。ＭＯＳＦＥＴ６ａのゲートは制御部４に接続され、制御部４は、電圧検出手段１３が検出した負荷Ｂへの印加電圧値に基づき、ＭＯＳＦＥＴ６ａをオン又はオフに制御する。

オルタネータ１７及びバッテリ１が、車両事故等で故障又は脱落して、電圧低下又は電源喪失し、電圧検出手段１３が検出した負荷Ｂへの印加電圧値が、１１Ｖ（電圧値Ｖ２）より低くなると、制御部４はＭＯＳＦＥＴ６ａをオンにする。これにより、蓄電手段３からＭＯＳＦＥＴ６ａ及びダイオード１２を通じて１１Ｖ弱の電圧が負荷Ｂへ印加されるようになる。
また、負荷Ｂは、電圧検出手段１４が検出した電圧値が１１Ｖ（Ｖ２）より低くなると、リレー７のコイル電流を通流させて他方の接点側を接続し、蓄電手段３からリレー７の他方の接点経由で、負荷Ａへの電力供給を可能とする。

この状態で、図示しないドアロックスイッチが操作されて、ドアロックモータである負荷Ａが駆動すると、負荷Ｂへの印加電圧値は急低下し始める。制御部４は、電圧検出手段１３が検出した負荷Ｂへの印加電圧値が９．５Ｖ（Ｖ３）以下に低下すると、ＭＯＳＦＥＴ９をオフにし、ＭＯＳＦＥＴ８をオンにすると共に、ＭＯＳＦＥＴ６ａをオフにする。

これにより、蓄電手段３（９．５Ｖ）及び蓄電手段５（２．５Ｖ）が直列接続されて、負荷Ｂへの給電が開始されると共に、蓄電手段５の両端子がショートするのを防止する。
蓄電手段３及び蓄電手段５が直列接続されて、負荷Ｂへ給電している場合、制御部４が、ゲート電圧によりＭＯＳＦＥＴ８のオン抵抗を増減制御して、負荷Ｂへの印加電圧を９．５Ｖに保持しているので、ＭＯＳＦＥＴ６ａはオフに維持される。本実施の形態２のその他の構成及び動作は、上述した実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。

１ バッテリ（主電源）
２ 充電回路
３ 蓄電手段（第１蓄電手段）
４ 制御部（判定する手段）
５ 蓄電手段（第２蓄電手段）
６ ダイオード（逆流防止回路）
６ａ （Ｐチャネル型）ＭＯＳＦＥＴ（逆流防止回路、電界効果トランジスタ）
７ リレー
８ （Ｐチャネル型）ＭＯＳＦＥＴ（第２スイッチ）
９ （Ｐチャネル型）ＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチ）
１０，１１，１２ ダイオード
１３，１４，１５ 電圧検出手段
１６ エンジン
１７ オルタネータ（主電源）
Ａ 負荷（第２負荷）
Ｂ 負荷（第１負荷）

Claims (5)

1. 電圧値Ｖ１以上で作動する第１負荷、及び所定電流値以上が通流する第２負荷へ電力を供給する主電源に並列に接続された第１蓄電手段を備え、前記主電源の出力電圧が電圧値Ｖ２（＞Ｖ１）より低いときには、前記第１蓄電手段から前記第１負荷及び第２負荷へ電力を供給するように構成してある車両用補助電源装置において、
   逆流を防止する逆流防止回路を有し、前記第１蓄電手段から第１負荷へ電力を供給する第１供給経路と、第２蓄電手段、並びに該第２蓄電手段及び固定電位間を接続／遮断する第１スイッチを有し、前記主電源から第２蓄電手段へ充電する充電経路と、前記第１蓄電手段及び第２蓄電手段間を接続／遮断する第２スイッチを有し、前記第１蓄電手段及び第２蓄電手段を直列接続して前記第１負荷へ電力を供給する第２供給経路と、前記第１負荷への印加電圧値を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧値が電圧値Ｖ３（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１）以下であるか否かを判定する手段とを備え、該手段が電圧値Ｖ３以下であると判定したときは、前記第１スイッチを遮断し、前記第２スイッチを接続するように構成してあることを特徴とする車両用補助電源装置。
2. 前記第２スイッチは可変抵抗を有しており、前記第１スイッチが遮断し、前記第２スイッチが接続している場合、前記第２スイッチは、前記電圧検出手段が検出した電圧値が、前記電圧値Ｖ３になるように、前記可変抵抗の抵抗値を変更するように構成してある請求項１記載の車両用補助電源装置。
3. 前記第２スイッチは電界効果トランジスタである請求項２記載の車両用補助電源装置。
4. 前記第１蓄電手段及び第２蓄電手段は電気二重層キャパシタである請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用補助電源装置。
5. 前記逆流防止回路は、逆接続された電界効果トランジスタであり、前記電圧検出手段が検出した電圧値が、前記電圧値Ｖ２より低いときに、前記電界効果トランジスタをオンにし、前記電圧検出手段が検出した電圧値が、前記電圧値Ｖ３以下であるときに、前記電界効果トランジスタをオフにするように構成してある請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用補助電源装置。

Images