JP2015122843A - 補助電源ユニット、盗難防止装置および電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オートバイの運転による発電を利用した場合に電圧の変化に応じて充電を制御できる補助電源ユニット、盗難防止装置および電力供給方法を提供する。
【解決手段】オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする補助電源ユニット１００であって、主電源の電圧に応じて充電するか否かを判定する充電判定部１４１と、原則として判定に従い、主電源から補助バッテリへの充電を行なう充電回路１１０と、を備える。また、充電中の補助バッテリの電圧に応じて充電停止を判定する停止判定部１４２を更に備えることが好ましい。充電回路１１０は、充電停止を判定されたときには、充電判定部１４１の判定にかかわらず充電を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする補助電源ユニット、盗難防止装置および電力供給方法に関する。

従来、オートバイを含む車両の補助バッテリに関する開発がなされている。例えば、特許文献１記載の車両位置通報装置は、車両盗難時に車載バッテリが取り外されたような場合に、補助バッテリが、車載バッテリに代わって自動車電話機、ＧＰＳ受信装置および制御回路に電源を供給する。

特開２００１−２３６５９７号公報

上記の例のように、オートバイの補助バッテリとして一次電池を用いた場合を想定すると、オートバイの主電源が正常であることを前提に用いられる。したがって、主電源のバッテリが劣化している場合には、補助バッテリの一次電池のみで装置が動作することになり長時間の稼働はできない。

そこで一次電池の代わりに二次充電池を用い、オートバイ運転中の発電でその二次充電池を充電して用いる方法が考えられるが、オートバイの発電電圧は運転状態で大きく変化する。したがって、その発電電圧の変化が装置内周辺回路に影響しないようにすると共に二次充電池や充電回路が発煙発火しないように充電を制御する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、オートバイの運転による発電を利用した場合に電圧の変化に応じて充電を制御できる補助電源ユニット、盗難防止装置および電力供給方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明に係る補助電源ユニットは、オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする補助電源ユニットであって、主電源の電圧に応じて充電するか否かを判定する充電判定部と、原則として前記判定に従い、前記主電源から補助バッテリへの充電を行なう充電回路と、を備えることを特徴としている。これにより、オートバイの運転によるエンジン駆動で生じた発電を利用した場合に電圧の変化に応じて充電を制御できる。

（２）また、本発明に係る補助電源ユニットは、充電中の前記補助バッテリの電圧に応じて充電停止を判定する停止判定部を更に備え、前記充電回路は、前記充電停止を判定されたときには、前記充電判定部の判定にかかわらず充電を停止することを特徴としている。これにより、劣化した充電池に充電する際に回路に掛かる負担を低減し発煙発火を防止できる。

（３）また、本発明に係る補助電源ユニットは、前記充電回路が、充電中の前記補助バッテリの電圧を所定値以下にすることを特徴としている。これにより、充電中の補助バッテリで所定値を超えた電圧は出力されず、出力電圧が安定化されＣＰＵや周辺回路を高い電圧から保護できる。

（４）また、本発明に係る補助電源ユニットは、前記補助バッテリが、Ｎｉ−ＭＨ二次充電池であることを特徴としている。Ｎｉ−ＭＨ二次充電池は制御が容易であるため、リチウムイオン電池等を用いる場合に比べて安全性を確保できる。

（５）また、本発明に係る盗難防止装置は、上記の補助電源ユニットと、前記補助電源ユニットを電源として動作するアラームとを備え、オートバイに取り付けらることを特徴としている。これにより、窃盗犯による電源配線の切断があっても補助バッテリによりアラームを鳴動させることができ盗難防止できる。

（６）また、本発明に係る電力供給方法は、オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする電力供給方法であって、主電源の電圧に応じて充電するか否かを判定するステップと、原則として前記判定に従い、前記主電源から補助バッテリへの充電を行なうステップと、を含み、前記主電源および前記補助バッテリとを用いて周辺回路に電力を供給することを特徴としている。これにより、オートバイの運転による発電を利用した場合に電圧の変化に応じて充電を制御できる。

本発明によれば、オートバイの運転による発電を利用した場合に電圧の変化に応じて充電を制御できる。

本発明に係る補助電源ユニットの機能を示すブロック図である。 本発明に係る補助電源ユニットの電気的接続を示す回路図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（補助電源ユニットの構成）
図１は、補助電源ユニット１００の機能を示すブロック図である。図１において、太線の矢印は電力の流れを示しており、細線の矢印は情報の流れを示している。補助電源ユニット１００は、オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする。図１に示すように補助電源ユニット１００は、充電回路１１０、安定化回路１２０、補助バッテリ１３０およびＣＰＵ１４０を備えている。ＣＰＵ１４０は、充電判定部１４１および停止判定部１４２を備えている。

補助電源ユニット１００は、一方で主電源に接続されており、他方で周辺回路に接続されている。主電源は、オートバイのエンジン駆動により発電する発電部およびもともとオートバイに組み込まれた二次電池の主バッテリで構成されている。周辺回路は、例えば盗難防止用アラームの回路である。

充電判定部１４１は、主電源に接続され、主電源の電圧に応じて充電するか否かを判定する。主電源の電圧が所定の基準電圧Ｖ１以上である場合には、充電を行なうように判定する。基準電圧は、主バッテリの出力電圧値とオートバイの運転時の発電電圧との間とすることが好ましく、例えばオートバイが運転状態になったときの発電機の発電電圧から０．５Ｖ低い電圧を基準電圧とすることができる。

停止判定部１４２は、充電中の補助バッテリ１３０の電圧に応じて充電停止を判定する。具体的には補助バッテリ１３０の電圧が所定の基準電圧Ｖ２より小さい場合には充電停止を判定する。これにより、劣化した充電池に充電する際に回路に掛かる負担を低減し発煙発火を防止できる。

充電回路１１０は、原則として充電判定部１４１の判定に従い、主電源から補助バッテリ１３０への充電の開始、継続、停止を行なう。これにより、オートバイの運転による発電を利用した場合に電圧の変化に応じて充電を制御できる。一旦、基準電圧Ｖ１を上回っても、その後に基準電圧より低くなったときには、充電を停止する。一方、充電回路１１０は、停止判定部１４２により充電停止を判定されたときには、充電判定部１４１の判定にかかわらず充電を停止する。

また、充電回路１１０は、充電中の補助バッテリ１３０の電圧を所定の基準電圧Ｖ２以下にする構成を有することが好ましい。これにより、充電中の補助バッテリ１３０で所定値を超えた電圧は出力されず、出力電圧が安定化されＣＰＵ１４０や周辺回路を高い電圧から保護できる。

補助バッテリ１３０は、充電可能な二次電池である。補助バッテリ１３０は、特にＮｉ−ＭＨ二次充電池であることが好ましい。Ｎｉ−ＭＨ二次充電池は制御が容易であるため、リチウムイオン電池等を用いる場合に比べて安全性を確保できる。

上記のような補助電源ユニット１００により、電源を必要とする装置で外部から十分な電源を得られない場合でも装置を稼働し続けることができる。また、主バッテリが劣化している場合などオートバイの不安定な電源に対しても安定して電源を確保することができる。特に新興国などでは十分なメンテナンスがされていないオートバイが多く利用されており、主バッテリの劣化したオートバイに補助電源ユニット１００を搭載する要請が大きい。

（回路構成）
図２は、補助電源ユニット１００の電気的接続を示す回路図である。なお、図２または以降の説明に用いられている数値は一例である。図２に示すように、補助電源ユニット１００は、ダイオードＤ１〜Ｄ４、トランジスタＱ１〜Ｑ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ１４、コンデンサＣ１〜Ｃ６、ツェナーダイオードＺＤ１、集積回路Ｕ１、ＣＰＵ１４０で構成されている。以下では回路構成とともにその動作も併せて説明する。

（１）主電源の出力電圧を安定化する回路構成
主電源端子Ｖｉｎ１は、オートバイの主バッテリまたは発電部（主電源）に接続される。ダイオードＤ１のアノードは主電源端子Ｖｉｎ１に接続されており、ダイオードＤ１のカソードは、抵抗Ｒ１に接続されている。抵抗Ｒ１は、集積回路Ｕ１のＩＮ端子に接続されている。また、集積回路Ｕ１のＯＵＴ端子は、ダイオードＤ３のアノードに接続されており、ダイオードＤ３のカソードは周辺回路の入力に接続されている。

このような構成が、主電源の出力電圧を安定化する安定化回路１２０として機能する。主電源端子Ｖｉｎ１は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１０、集積回路Ｕ１を介して５Ｖに安定化され、ＣＰＵ１４０（ワンチップマイコン）または周辺回路の電源として供給される。

（２）補助バッテリの出力を効率化する回路構成
補助バッテリ端子ＢＡＴ１は、例えば３セルのＮｉ−ＭＨ二次充電池で構成された補助バッテリ１３０に接続されている。一方、補助バッテリ端子ＢＡＴ１は、ダイオードＤ４を介して周辺回路およびＣＰＵ１４０に接続されている。このとき補助バッテリ１３０の電圧は３．６Ｖであることから、降圧せずにダイオードＤ４を介してＣＰＵ１４０または周辺回路の電源として供給できる。このように補助バッテリ１３０の構成で電圧を制御しているため、降圧回路（レギュレータ）を用いない電力供給の回路が構成されている。その結果、電力を節約でき、補助バッテリ１３０のみによる長時間駆動を可能にしている。

（３）充電回路
ＣＰＵ１４０の充電制御出力端子は、抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースに接続されている。トランジスタＱ４のコレクタは、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ３のベースに接続されている。トランジスタＱ３のエミッタは、アノードが主電源端子Ｖｉｎ１に接続されたダイオードＤ１のカソードに接続されている。一方、トランジスタＱ３のコレクタは抵抗Ｒ５を介してツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１のアノードはグランド接続されている。

また、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードは、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ１のコレクタは、ダイオードＤ２のアノードに接続されている。そして、トランジスタＱ１のコレクタ出力にはダイオードＤ２、抵抗Ｒ１を介して補助バッテリ端子ＢＡＴ１に接続されている。

充電回路１１０は、ＣＰＵ１４０または周辺回路に影響を及ぼすことなく、補助バッテリ１３０を充電することが可能である。まず、ＣＰＵ１４０の充電制御出力がＨｉｇｈになるとトランジスタＱ４、Ｑ３の順に導通状態になりツェナーダイオードＺＤ１に抵抗Ｒ５を介して電圧が供給される。ツェナーダイオードＺＤ１で５．６Ｖに安定化された電圧は、トランジスタＱ２のベースに供給され、トランジスタＱ２のエミッタには約５Ｖが出力される。

補助バッテリ端子ＢＡＴ１は、通常３．０Ｖ〜４．２Ｖであり、トランジスタＱ２のエミッタ出力電圧５Ｖより低いため、トランジスタＱ２は導通状態になる。次に、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベース電圧がＬｏｗになってトランジスタＱ１が導通状態になる。トランジスタＱ１のコレクタ出力にはダイオードＤ２、抵抗Ｒ１を介して補助バッテリ端子ＢＡＴ１に接続されている。ここで、抵抗Ｒ１が４７Ωであることから例えば、主電源端子Ｖｉｎ１が１４Ｖ、補助バッテリ端子ＢＡＴ１が３．６Ｖであった場合、補助バッテリ端子ＢＡＴ１の充電電流Ｉｃｈａは、Ｉｃｈａ=（Ｖｉｎ１−Ｖ_ＢＡＴ１−Ｖ_Ｄｌ）／Ｒ１=（１４−３．６−０．６）／４７≒０．２０９［Ａ］で制御される。

（４）充電電圧からのＣＰＵと周辺回路を保護する回路構成
補助バッテリ端子ＢＡＴ１が何らかの原因で補助バッテリ１３０との接続から外れてしまった場合、補助バッテリ端子ＢＡＴ１の端子電圧は５Ｖ以上になりうる。しかし、トランジスタＱ２のエミッタ出力が５Ｖであるため、トランジスタＱ２は導通状態ではなくなり更にトランジスタＱ１も導通状態でなくなる。そのため５Ｖ以上は出力されず補助バッテリ端子ＢＡＴ１の端子電圧は５Ｖで安定化され、ＣＰＵ１４０と周辺回路とは高い電圧から保護される。

なお、トランジスタＱ２のエミッタ出力の設計を調整することで補助バッテリ端子ＢＡＴ１の端子電圧を安定化させる電圧を５Ｖ以外の所定値に調整することもできる。このように充電電圧が装置内の周辺回路の電源、電圧の所定値を超えないよう制御できる。

（５）充電開始の制御をするＣＰＵ構成
補助電源ユニット１００では、ＣＰＵ１４０が充電のＯＮ／ＯＦＦを制御する。主電源端末Ｖｉｎ１の電圧はＣＰＵ１４０のＡ／Ｄ変換器に接続され、ＣＰＵ１４０が電圧を監視している。

オートバイのエンジンが動作していない時はオートバイのバッテリ１２Ｖが主電源端末Ｖｉｎ１に供給される。しかし、この電圧ではＣＰＵの充電制御出力はＬｏｗの状態で充電動作は行われない。オートバイが運転状態になると発電機の発電電圧は１４Ｖに達することから主電源端末Ｖｉｎ１の電圧が１３．５Ｖ以上に達したところでＣＰＵ１４０はオートバイが運転中であると判断して充電制御出力をＨｉｇｈにして充電動作を開始する。

オートバイは発進停止を繰り返すため発電電圧も大きく変化するがその度に充電をＯＮ／ＯＦＦすると十分に充電できないため、１３．５Ｖ以下になっても、所定の充電保持時間は充電状態を保持するように制御することが好ましい。なお、充電保持時間は３０秒から２分の間の所定の時間であることが好ましく、１分であればさらに好ましい。充電回路１１０はＣＰＵ１４０によるＨｉｇｈの充電制御出力を受けとることで充電を開始し、受けとる出力がＬｏｗになると充電を停止する。このようにオートバイの発電電圧をＣＰＵ１４０に内蔵されるＡ−Ｄ変換器で監視し充電動作を制御している。

（６）電池劣化時の充電回路の保護を制御するＣＰＵ構成
補助バッテリ１３０が劣化した場合には充電動作で充電回路１１０および補助バッテリ１３０に発煙発火がないようにする必要がある。ＣＰＵ１４０は、補助バッテリ１３０の劣化から充電回路１１０を保護する機能を有することが好ましい。

補助バッテリ１３０は、電圧が低下した状態で長時開放電されると内部が短絡状態となり充電できなくなる。この状態で無理に充電すると充電回路１１０や補助バッテリ１３０に大きな負担がかかり発煙発火の原因になる。補助バッテリ端子ＢＡＴ１の電圧はＣＰＵのＡ／Ｄ変換器に接続され、ＣＰＵ１４０は、充電中の電圧を監視している。ＣＰＵ１４０は、充電中の補助バッテリ端子ＢＡＴ１の電圧が所定の最低維持電圧（例えば３Ｖ）以下の場合は充電を一旦停止する。

なお、補助バッテリ１３０が正常であっても完全放電状態である場合は充電が開始されても直ぐには電圧が十分に上昇しない場合がある。そのため、ＣＰＵ１４０は、所定の電圧上昇想定時間を置いてから充電動作を繰り返し行うのが好ましい。この動作により劣化した補助バッテリ１３０の充電動作でも回路にかかる負担は通常の充電動作の数十分の一であるため発煙発火は防止できる。なお、電圧上昇想定時間は、２秒から１０秒が好ましく、３秒であればさらに好ましい。ＣＰＵ１４０は、内蔵されるＡ−Ｄ変換器で補助バッテリ１３０の電圧を監視し、充電動作を制卸している。

以上のような構成により、オートバイの主バッテリが劣化していても補助バッテリ１３０で装置を稼働し続けることができる。オートバイ運転中の発電で補助バッテリ１３０は充電されるため、ユーザは電池残量を心配する必要がない。ユーザはオートバイのコンディションを心配することなく補助電源ユニット１００を取り付けて電源として使用でき、余分なコスト負担を減らせる。

（盗難防止装置）
上記の補助電源ユニット１００を電源として用いる装置をオートバイに取り付けることができる。装置としては例えば盗難防止装置を構成できる。盗難防止装置は、補助電源ユニット１００の他、アラームを備えている。アラームは、補助電源ユニット１００を電源として動作する。これにより、窃盗犯による電源配線の切断があっても補助バッテリによりアラームを鳴動させることができ盗難防止できる。

１００ 補助電源ユニット
１１０ 充電回路
１２０ 安定化回路
１３０ 補助バッテリ
１４１ 充電判定部
１４２ 停止判定部
Ｃ１〜Ｃ６ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
Ｑ１〜Ｑ４ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１４ 抵抗
Ｕ１ 集積回路
Ｖｉｎ１ 主電源端子
ＺＤ１ ツェナーダイオード

Claims (6)

1. オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする補助電源ユニットであって、
   主電源の電圧に応じて充電するか否かを判定する充電判定部と、
   原則として前記判定に従い、前記主電源から補助バッテリへの充電を行なう充電回路と、を備えることを特徴とする補助電源ユニット。
2. 充電中の前記補助バッテリの電圧に応じて充電停止を判定する停止判定部を更に備え、
   前記充電回路は、前記充電停止を判定されたときには、前記充電判定部の判定にかかわらず充電を停止することを特徴とする請求項１記載の補助電源ユニット。
3. 前記充電回路は、充電中の前記補助バッテリの電圧を所定値以下にすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の補助電源ユニット。
4. 前記補助バッテリは、Ｎｉ−ＭＨ二次充電池であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の補助電源ユニット。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の補助電源ユニットと、
   前記補助電源ユニットを電源として動作するアラームとを備え、オートバイに取り付けらることを特徴とする盗難防止装置。
6. オートバイに取り付けられ、安定した電力供給を可能にする電力供給方法であって、
   主電源の電圧に応じて充電するか否かを判定するステップと、
   原則として前記判定に従い、前記主電源から補助バッテリへの充電を行なうステップと、を含み、
   前記主電源および前記補助バッテリとを用いて周辺回路に電力を供給することを特徴とする電力供給方法。

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