JP2015221594A - 自動車の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に対し安定して電力を供給可能としながら、電源供給配線の本数を削減し得る自動車の電源装置を提供する。
【解決手段】複数の蓄電池２，３と、各蓄電池と複数の負荷１１，１２との間に介在され、各負荷に蓄電池の少なくともいずれかから電力を供給する電源ボックス４とを備えた自動車の電源装置において、電源ボックス４内に設けられ、入力端子７ａ，１０ａが各蓄電池２，３にそれぞれ接続される複数のスイッチ手段５，８と、両スイッチ手段の出力端子７ｂ，１０ｂと、各負荷１１，１２とをそれぞれ接続する１本ずつの電源供給配線１６，１７と、スイッチ手段５，８に流れる電流の方向を検出して、一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流を遮断するようにスイッチ手段を開閉制御する制御手段１３，１４，１５を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、冗長機能を備えた自動車用電源装置に関するものである。

近年の自動車用電源装置では、種々の電気負荷への電源供給の安定性を確保するために、複数の蓄電池の少なくともいずれかから各負荷に電源を供給可能とした冗長機能を備えたものが提案されている。

このような電源装置では、一方の蓄電池の電圧低下時あるいは失陥時には、自動的に他方の蓄電池から各負荷に電力を供給する。
特許文献１には、バッテリーと、バッテリーから供給される電力で充電されるキャパシタをバックアップ電源として備え、バッテリーの出力電圧が低下した場合には、バックアップ電源から負荷に電力を供給する電源装置が開示されている。

また、特許文献２には、複数の蓄電装置から負荷群に電力を供給可能とした電源制御装置が開示されている。

特開２０１３−９５２３８号公報 特開２０１２−２４０４８７号公報

特許文献１に開示された電源装置では、バッテリーが失陥した場合には、バックアップ電源を充電することができないため、負荷に安定して電力を供給することができない。
また、電源の冗長化を図るために、バッテリーとバックアップ電源から各負荷に電力を供給するためにそれぞれ２本ずつの電源供給配線が必要となるため、電源供給配線の本数が増大し、コストも上昇する。

また、電源の供給経路にダイオードが介在されるため、負荷への供給電流が増大すると、ダイオードでの発熱が大きくなる。従って、電流容量の大きい大型のダイオードを使用する必要があるため、部品コストが増大する。

特許文献２に開示された電源制御装置では、メインバッテリーから電源ボックスへの電源供給線が断線状態となると、負荷への電力供給が遮断されるため、電源の冗長化が確保されていない。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は負荷に対し安定して電力を供給可能としながら、電源供給配線の本数を削減し得る自動車の電源装置を提供することにある。

上記課題を解決する自動車の電源装置は、複数の蓄電池と、前記各蓄電池と複数の負荷との間に介在され、前記各負荷に前記蓄電池の少なくともいずれかから電力を供給する電源ボックスとを備えた自動車の電源装置において、前記電源ボックス内に設けられ、入力端子が前記各蓄電池にそれぞれ接続される複数のスイッチ手段と、前記両スイッチ手段の出力端子と、前記各負荷とをそれぞれ接続する１本ずつの電源供給配線と、前記スイッチ手段に流れる電流の方向を検出して、前記一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流を遮断するように前記スイッチ手段を開閉制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

この構成により、一本の電源供給配線で各蓄電池の少なくともいずれかから各負荷に電力を供給可能となるとともに、各蓄電池間の電流の回り込みを阻止可能となる。
また、上記の自動車の電源装置において、前記制御手段は、前記各スイッチ手段の入出力端子の端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部の検出信号に基づいて前記入出力端子間に流れる電流の方向を検出して、前記スイッチ手段を開閉制御するスイッチ駆動部とを備えることが好ましい。

この構成により、電圧検出部及びスイッチ駆動部で、一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流が検出されると、スイッチ手段が不導通状態となって一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流が遮断される。

また、上記の自動車の電源装置において、前記スイッチ手段は、前記スイッチ駆動部から出力される励磁電流に基づいて開閉制御されるリレーや半導体リレーで構成することが好ましい。

この構成により、電圧検出部及びスイッチ駆動部で、一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流が検出されると、リレーの接点が不導通状態となって一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流が遮断される。

また、上記の自動車の電源装置において、前記スイッチ手段には、前記各蓄電池にそれぞれアノード端子を接続し、カソード端子を前記各負荷に接続した複数のダイオードを備えることが好ましい。

この構成により、一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流がダイオードにより遮断される。
また、上記の自動車の電源装置において、３台の前記蓄電池と、前記蓄電池にそれぞれ接続される３つのスイッチ手段と、前記各スイッチ手段の入出力端子の端子間電圧をそれぞれ検出する３つの電圧検出部とを備えることが好ましい。

この構成により、３台の蓄電池の少なくともいずれかから負荷に電力が供給され、いずれかの蓄電池からその他の蓄電池に向かって流れる電流が遮断される。

本発明の自動車の電源装置によれば、負荷に対し安定して電力を供給可能としながら、電源供給配線の本数を削減することができる。

第一の実施形態を示すブロック図である。 第一の実施形態の動作を示すブロック図である。 第一の実施形態の動作を示すブロック図である。 第二の実施形態を示すブロック図である。 第三の実施形態を示すブロック図である。 別例を示す説明図である。

（第一の実施形態）
図１〜図３は、自動車の電源装置の第一の実施形態を示す。オルタネータ１は、回生動作時あるいは通常走行時にエンジンの出力軸の回転に基づいて発電し、その発電電力がヒューズｆ１，ｆ３を介してメインバッテリー２及びサブバッテリー３にそれぞれ供給される。

メインバッテリー２の出力電力は、電源ボックス４内に配設されるリレー５の接点６の一方の端子（入力端子）７ａにヒューズｆ２を介して供給され、サブバッテリー３の出力電力は、電源ボックス４内に配設されるリレー８の接点９の一方の端子（入力端子）１０ａにヒューズｆ４を介して供給される。

前記接点６，９の他方の端子（出力端子）７ｂ，１０ｂは、ヒューズｆ５を介して電源ボックス４外の第一の負荷１１に一本の電源供給配線１６で接続されるとともに、ヒューズｆ６を介して電源ボックス４外の第二の負荷１２に一本の電源供給配線１７で接続される。

従って、前記リレー５の接点６が導通状態となると、メインバッテリー２から第一及び第二の負荷１１，１２に電力が供給され、前記リレー８の接点９が導通状態となると、サブバッテリー３から第一及び第二の負荷１１，１２に電力が供給される。

前記リレー５の接点６の両端子７ａ，７ｂは、第一の電圧検出部１３に接続される。第一の電圧検出部１３は、両端子７ａ，７ｂの端子間電圧を検出し、その検出電圧をデジタル信号に変換して電源制御ＥＣＵ１５に出力する。

前記リレー８の接点９の両端子１０ａ，１０ｂは、第二の電圧検出部１４に接続される。第二の電圧検出部１４は、両端子１０ａ，１０ｂの端子間電圧を検出し、その検出電圧をデジタル信号に変換して電源制御ＥＣＵ１５に出力する。

電源制御ＥＣＵ１５は、リレー５の両端子７ａ，７ｂの端子間電圧に基づいてリレー５のコイルに励磁電流を供給するか否かを制御する。そして、端子７ａの電圧が端子７ｂの電圧より高くなるとき、すなわち端子７ａから端子７ｂに向かって電流が流れるとき、接点６を導通状態に維持し、端子７ｂの電圧が端子７ａの電圧より高くなるとき、すなわち端子７ｂから端子７ａに向かって電流が流れるとき、接点６を不導通状態とする。

同様に、電源制御ＥＣＵ１５は、リレー８の両端子１０ａ，１０ｂの端子間電圧に基づいてリレー８のコイルに励磁電流を供給するか否かを制御する。そして、端子１０ａの電圧が端子１０ｂの電圧より高くなるとき、すなわち端子１０ａから端子１０ｂに向かって電流が流れるとき、接点９を導通状態に維持し、端子１０ｂの電圧が端子１０ａの電圧より高くなるとき、すなわち端子１０ｂから端子１０ａに向かって電流が流れるとき、接点９を不導通状態とする。

次に、上記のように構成された電源装置の作用を説明する。
自動車の走行時において、エンジンの駆動力によりオルタネータ１が作動するとき、あるいは回生制御により減速走行時にオルタネータ１が作動するとき、オルタネータ１の出力電力によりメインバッテリー２及びサブバッテリー３が充電される。

また、図２に示すように、メインバッテリー２及びサブバッテリー３の出力電力がリレー５，８を介して第一及び第二の負荷１１，１２に供給される。このとき、リレー５の接点６には端子７ａ側から端子７ｂ側に向かって電流Ｉ１が流れるため、接点６は導通状態に維持される。

同様に、リレー８の接点９には端子１０ａ側から端子１０ｂ側に向かって電流Ｉ２が流れるため、接点９は導通状態に維持される。
図３に示すように、この状態で例えばメインバッテリー２が地絡等により失陥すると、サブバッテリー３の出力電流がリレー８からリレー５を介してメインバッテリー２に流れようとする。

すると、リレー５では接点６の端子７ｂ側から端子７ａ側に電流Ｉ３が流れるため、端子７ｂの電圧が端子７ａの電圧より高くなる。この結果、第一の電圧検出部１３により電流の方向の変化が検出され、電源制御ＥＣＵ１５によりリレー５の接点６が不導通となるように制御される。

この結果、サブバッテリー３からメインバッテリー２への電流の回り込みが阻止され、メインバッテリー２の失陥にともなってサブバッテリー３が失陥することが防止される。そして、この状態では第一及び第二の負荷１１，１２には、サブバッテリー３から電力が供給される。

また、メインバッテリー２が正常に動作し、サブバッテリー３が失陥した場合には、同様にして、メインバッテリー２からサブバッテリー３への電流の回り込みが阻止され、第一及び第二の負荷１１，１２には、メインバッテリー２から電力が供給される。

上記のような自動車の電源装置では、次に示す効果を得ることができる。
（１）メインバッテリー２とサブバッテリー３のいずれか一方が失陥した場合、他方のバッテリーから第一及び第二の負荷１１，１２に電力を供給することができる。従って、電源の冗長化を図り、負荷に所要の電力を安定して供給することができる。
（２）電源ボックス４から各負荷１１，１２までそれぞれ１本ずつの電源供給配線１６，１７で電力を供給することができる。従って、電源の冗長化を図りながら、電源供給配線１６，１７の本数を削減することができるので、自動車の車両重量の低減に寄与するとともに、コストを低減することができる。
（３）第一及び第二の電圧検出部１３，１４及び電源制御ＥＣＵ１５の動作に基づいて開閉されるリレー５，８により、メインバッテリー２とサブバッテリー３との間の電流の回り込みを阻止することができる。従って、一方のバッテリーが失陥した場合に、他方のバッテリーの無用な放電を阻止して、当該バッテリーを保護することができる。
（４）リレー５，８の接点６，９に充分な電力容量を確保することが容易であるため、第一及び第二の負荷１１，１２が、モータやランプのような大電流の供給を必要とする負荷であっても、電源の冗長化を図りながら、電源供給配線１６，１７の本数を削減することができる。
（第二の実施形態）
図４は、第二の実施形態を示す。この実施形態は、第一の実施形態の構成に加えて、電源ボックス４から小電流容量の第三の負荷２１に電力を供給する構成を付加したものである。第一の実施形態と同一構成部分は同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

メインバッテリー２の出力電力は、電源ボックス４内に配設されたダイオード２２のアノード端子に供給され、サブバッテリー３の出力電力は電源ボックス４内に配設されたダイオード２３のアノード端子に供給される。

ダイオード２２，２３のカソード端子は、ヒューズｆ７及び電源ボックス４外の電源供給配線２４を介して第三の負荷２１に接続されている。第三の負荷２１は、第一及び第二の負荷１１，１２に比して、電流容量の小さい負荷である。

このように構成された電源装置では、第一及び第二の負荷１１，１２に対する電力の供給動作及びメインバッテリー２あるいはサブバッテリー３の失陥時のリレー５，８の動作は第一の実施形態と同様である。

また、メインバッテリー２及びサブバッテリー３が正常に動作している場合には、メインバッテリー２及びサブバッテリー３からダイオード２２，２３を介して第三の負荷２１に電力が供給される。

メインバッテリー２が失陥した場合には、サブバッテリー３からダイオード２３を介して第三の負荷２１に電力が供給されるとともに、ダイオード２２によりサブバッテリー３からメインバッテリー２への電流の回り込みが阻止される。

サブバッテリー３が失陥した場合には、メインバッテリー２からダイオード２２を介して第三の負荷２１に電力が供給されるとともに、ダイオード２３によりメインバッテリー２からサブバッテリー３への電流の回り込みが阻止される。

上記のような自動車の電源装置では、第一の実施形態で得られた効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。
（１）電流容量の小さい負荷に対しては、メインバッテリー２及びサブバッテリー３からダイオード２２，２３を介して電力を供給することができるとともに、一方のバッテリーが失陥した場合に、他方のバッテリーから一方のバッテリーへの電流の回り込みを防止することができる。
（２）電源制御ＥＣＵ１５により制御されるリレー５，８と同等の機能をダイオード２２，２３で得ることができるので、リレーを使用する場合に比してコストを低減することができる。
（第三の実施形態）
図５は、第三の実施形態を示す。この実施形態は、第一の実施形態に、さらに第二のサブバッテリー３１を加え、第二のサブバッテリー３１からリレー３２を介して第一及び第二の負荷１１，１２に電力を供給可能としたものである。第一の実施形態と同一構成部分は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

リレー３２は、第一の実施形態のリレー５，８と同様に第三の電圧検出部３３及び電源制御ＥＣＵ１５により開閉制御される。
このような構成により、３台のバッテリーの少なくともいずれかから第一及び第二の負荷１１，１２に電源を供給可能であるので、電源の冗長機能がさらに強化されるとともに、各バッテリー間での電流の回り込みを阻止することができる。

上記のような自動車の電源装置では、第一の実施形態で得られた効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。
（１）３台のバッテリーの少なくともいずれかから第一及び第二の負荷１１，１２に電力を供給可能であるので、冗長機能をさらに充実させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・第一〜第三の実施形態において、リレー５，８に代えて、図６に示すパワーＭＯＳＦＥＴ３４を使用してもよい。
・リレーの各接点に流れる電流の方向をホール素子で検出するようにしてもよい。

２…蓄電池（メインバッテリー）、３…蓄電池（サブバッテリー）、４…電源ボックス、５，８，３２…スイッチ手段（リレー）、７ａ，１０ａ…入力端子、７ｂ，１０ｂ…出力端子、１１，１２，２１…負荷（第一の負荷、第二の負荷、第三の負荷）、１３，１４，３３…制御手段（電圧検出部）、１５…制御手段（スイッチ駆動部、電源制御ＥＣＵ）、１６，１７，２４…電源供給配線、２２，２３…スイッチ手段（ダイオード）。

Claims (5)

1. 複数の蓄電池と、
   前記各蓄電池と複数の負荷との間に介在され、前記各負荷に前記蓄電池の少なくともいずれかから電力を供給する電源ボックスと
   を備えた自動車の電源装置において、
   前記電源ボックス内に設けられ、入力端子が前記各蓄電池にそれぞれ接続される複数のスイッチ手段と、
   前記両スイッチ手段の出力端子と、前記各負荷とをそれぞれ接続する１本ずつの電源供給配線と、
   前記スイッチ手段に流れる電流の方向を検出して、前記一方の蓄電池から他方の蓄電池に向かって流れる電流を遮断するように前記スイッチ手段を開閉制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする自動車の電源装置。
2. 請求項１に記載の自動車の電源装置において、
   前記制御手段は、
   前記各スイッチ手段の入出力端子の端子間電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出信号に基づいて前記入出力端子の間に流れる電流の方向を検出して、前記スイッチ手段を開閉制御するスイッチ駆動部と
   を備えたことを特徴とする自動車の電源装置。
3. 請求項２に記載の自動車の電源装置において、
   前記スイッチ手段は、前記スイッチ駆動部から出力される励磁電流に基づいて開閉制御されるリレーで構成したことを特徴とする自動車の電源装置。
4. 請求項３に記載の自動車の電源装置において、
   前記スイッチ手段には、前記各蓄電池にそれぞれアノード端子を接続し、カソード端子を前記各負荷に接続した複数のダイオードを備えたことを特徴とする自動車の電源装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の自動車の電源装置において、
   ３台の前記蓄電池と、
   前記蓄電池にそれぞれ接続される３つのスイッチ手段と、
   前記各スイッチ手段の入出力端子の端子間電圧をそれぞれ検出する３つの電圧検出部と
   を備えたことを特徴とする自動車の電源装置。