JP2015221595A - 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】電源ボックス３内に設けられ、入力端子１０ａ，１２ａが各蓄電池４，５にそれぞれ接続される複数のスイッチ手段７，８と、各スイッチ手段の出力端子１０ｂ，１２ｂを接続する接続点Ｃと各負荷１５，１６とをそれぞれ接続する１本ずつの電源供給配線１３，１４と、オルタネータ１から接続点に電力を供給する電力供給配線２と、各スイッチ手段及び各蓄電池に流れる電流値をそれぞれ検出する電流検出手段ｈ１〜ｈ４と、各電流検出手段の検出信号に基づいて、各蓄電池に流れる電流値と、当該蓄電池に接続されるスイッチ手段に流れる電流値が異なるとき、当該スイッチ手段を不導通状態に制御する制御手段６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、前記各蓄電池及び各負荷に電力を供給するオルタネータ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、前記各スイッチ手段の出力端子を接続する接続点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、前記オルタネータから前記接続点に電力を供給する電力供給配線と、前記各スイッチ手段及び前記各蓄電池に流れる電流値をそれぞれ検出する電流検出手段と、前記各電流検出手段の検出信号に基づいて、前記各蓄電池に流れる電流値と、当該蓄電池に接続されるスイッチ手段に流れる電流値が異なるとき、当該スイッチ手段を不導通状態に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

この構成により、各蓄電池の少なくともいずれかから各負荷毎に一本の電源供給配線で各負荷に電力を供給可能となるとともに、オルタネータから一本の電力供給配線で各蓄電池及び各負荷に電力を供給可能となり、且つ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、前記電流検出手段を、ホール素子で構成することが好ましい。
この構成により、各ホール素子で、各蓄電池及び各スイッチ手段に流れる電流値を検出可能となる。

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流れる電流値を検出する電流検出手段は、前記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、前記端子間電圧に基づいて電流値を検出する前記制御手段で構成することが好ましい。

この構成により、スイッチ手段の入出力端子の端子間電圧に基づいて、スイッチ手段に流れる電流値が検出される。
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、前記制御手段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、各蓄電池に流れる電流値と、当該蓄電池に接続されるリレーの接点に流れる電流値が異なるとき、当該リレーの接点が不導通状態となるように制御される。
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及び前記各蓄電池に流れる電流値をそれぞれ検出する電流検出手段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。 第二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４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、その発電電力が一本の電力供給配線２を介して電源ボックス３に供給される。

メインバッテリー４の出力電力は、ヒューズｆ１を介して電源ボックス３に供給され、サブバッテリー５の出力電力は、ヒューズｆ２を介して電源ボックス３に供給される。
また、メインバッテリー４に接続される接地線には、ホール素子ｈ１が装着されて、メインバッテリー４から出力される電流及びメインバッテリー４に供給される電流の方向及び電流値を検出可能となっている。

同様に、サブバッテリー５に接続される接地線には、ホール素子ｈ２が装着されて、サブバッテリー５から出力される電流及びサブバッテリー５に供給される電流の電流値及び方向を検出可能となっている。そして、ホール素子ｈ１，ｈ２の検出信号は、電源制御ＥＣＵ６に出力される。

前記電源ボックス３内にはリレー７，８が配設されている。リレー７の接点９の一方の端子（入力端子）１０ａにはメインバッテリー４から出力電力が供給され、リレー８の接点１１の一方の端子（入力端子）１２ａにはサブバッテリー５から出力電力が供給される。

前記接点９，１１の他方の端子（出力端子）１０ｂ，１２ｂに接続される配線は、接続点Ｃで互いに接続されるとともに、ヒューズｆ３及び電源ボックス３外の電源供給配線１３を介して第一の負荷１５に接続され、ヒューズｆ４及び電源ボックス３外の電源供給配線１４を介して第二の負荷１６に接続されている。

接点９，１１の他方の端子１０ｂ，１２ｂと前記接続点Ｃとの間の配線には、それぞれホール素子ｈ３，ｈ４が装着されて、接点９，１１に流れる電流の電流値及び電流の方向を検出可能となっている。そして、ホール素子ｈ３，ｈ４の検出信号は、電源制御ＥＣＵ６に出力される。

前記電力供給配線２は、前記接続点Ｃに接続されている。そして、オルタネータ１の発電電力は、接点９を介してメインバッテリー４に供給可能であり、接点１１を介してサブバッテリー５に供給可能である。

また、オルタネータ１の発電電力は、ヒューズｆ３及び電源供給配線１３を介して第一の負荷１５に供給され、ヒューズｆ４及び電源供給配線１４を介して第二の負荷１６に供給される。

前記電源制御ＥＣＵ６は、前記ホール素子ｈ１〜ｈ４で検出される電流値と、電流の方向に基づいてリレー７，８のコイルに励磁電流を供給するか否かを制御することにより、接点９，１１を開閉制御する。

具体的には、ホール素子ｈ１で検出される電流値がホール素子ｈ３で検出される電流値より十分に小さく、且つホール素子ｈ３で検出される電流方向とホール素子ｈ４で検出される電流方向とが異なる場合に、リレー７の接点９を不導通状態とする。

同様に、ホール素子ｈ２で検出される電流値がホール素子ｈ４で検出される電流値より十分に小さく、且つホール素子ｈ３で検出される電流方向とホール素子ｈ４で検出される電流方向とが異なる場合に、リレー８の接点１１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。
図２に示すように、オルタネータ１が発電動作を停止しているとき、メインバッテリー４からリレー７を介して第一及び第二の負荷１５，１６に電力が供給され、サブバッテリー５からリレー８を介して第一及び第二の負荷１５，１６に電力が供給される。

このとき、ホール素子ｈ１，ｈ３で検出される電流Ｉ１の電流値は同一であるとともに電流方向も同方向である。また、ホール素子ｈ２，ｈ４で検出される電流Ｉ２の電流値は同一であるとともに電流方向も同方向である。すると、リレー７，８の接点９，１１は導通状態に維持される。

図３に示すように、オルタネータ１が動作するとき、その発電電力はリレー７を介してメインバッテリー４に供給されるとともに、リレー８を介してサブバッテリー５に供給される。また、第一及び第二の負荷１５，１６にも発電電力が供給される。

このとき、ホール素子ｈ１，ｈ３で検出される電流Ｉ３の電流値は同一であるとともに電流方向も同方向である。また、ホール素子ｈ２，ｈ４で検出される電流Ｉ４の電流値は同一であるとともに電流方向も同方向である。すると、リレー７，８の接点９，１１は導通状態に維持される。

図４に示すように、例えばメインバッテリー４で地絡が発生して、ヒューズｆ１が溶断されると、サブバッテリー５からリレー８を介して第一及び第二の負荷１５，１６に電力が供給されるとともに、サブバッテリー５からリレー８，７を介して地絡電流が流れようとする。

すると、ホール素子ｈ２，ｈ４に流れる電流Ｉ５，Ｉ６の電流値と電流方向は同一となる。一方、ホール素子ｈ３には電流Ｉ６が流れるが、ホール素子ｈ１には電流が流れない。

この結果、ホール素子ｈ１，ｈ３で検出される電流値及び電流方向が一致しないため、リレー７の接点９が不導通状態に制御され、サブバッテリー５からの地絡電流の発生が阻止される。

同様に、サブバッテリー５に地絡が発生した場合には、メインバッテリー４から第一及び第二の負荷１５，１６に電力が供給される。そして、ホール素子ｈ２，ｈ４で検出される電流値及び電流方向が一致しなくなるため、リレー８の接点１１が不導通状態に制御され、メインバッテリー４からの地絡電流の発生が阻止される。

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４とサブバッテリー５のいずれか一方が地絡した場合、他方のバッテリーから第一及び第二の負荷１５，１６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３から各負荷１５，１６までそれぞれ１本ずつの電源供給配線１３，１４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１３，１４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）ホール素子ｈ１〜ｈ４及び電源制御ＥＣＵ６の動作に基づいて開閉されるリレー７，８により、メインバッテリー４とサブバッテリー５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地絡あるいは失陥した場合に、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７，８の接点９，１１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１５，１６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１３，１４の本数を削減することができる。
（５）オルタネータ１から電源ボックス３に一本の電力供給配線２で発電電力を供給して、メインバッテリー４及びサブバッテリー５を充電可能であるとともに、第一及び第二の負荷１５，１６にオルタネータ１の発電電力を供給可能である。従って、電力供給配線２の本数を削減して、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。
（第二の実施形態）
図５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さらに第二のサブバッテリー１７を追加した構成である。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。

第二のサブバッテリー１７は、ヒューズｆ５及びリレー１８を介して接続点Ｃに接続される。また、第二のサブバッテリー１７に接続される接地線には、ホール素子ｈ５が接続され、リレー１８の接点１９と接続点Ｃとの間の配線には、ホール素子ｈ６が装着されている。

そして、ホール素子ｈ５は第二のサブバッテリー１７に流れる電流の電流値及び方向を検出し、その検出信号を電源制御ＥＣＵ６に出力する。また、ホール素子ｈ６はリレー１８の接点１９に流れる電流の電流値及び方向を検出し、その検出信号を電源制御ＥＣＵ６に出力する。

電源制御ＥＣＵ６は、ホール素子ｈ５，ｈ６から出力される検出信号に基づいて、リレー７，８の制御と同様に、リレー１８の接点１９を開閉制御する。その他の構成は、第一の実施形態と同様である。

このように構成された電源装置では、メインバッテリー４と第一及び第二のサブバッテリー５，１７の少なくともいずれかから第一及び第二の負荷１５，１６に電力が供給される。また、メインバッテリー４と第一及び第二のサブバッテリー５，１７のいずれかで地絡が発生すると、当該バッテリーに接続されるリレーの接点が不導通状態に制御される。

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）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１５，１６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。
（第三の実施形態）
図６は、第三の実施形態を示す。この実施形態は、第一の実施形態のホール素子ｈ３，ｈ４に代えて、第一及び第二の電圧検出部２０，２１を備えた構成としたものである。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。

第一の電圧検出部２０は、リレー７の接点９の両端子１０ａ，１０ｂの端子間電圧を検出し、その検出信号を電源制御ＥＣＵ６に出力する。同様に、第二の電圧検出部２１は、リレー８の接点１１の両端子１２ａ，１２ｂの端子間電圧を検出し、その検出信号を電源制御ＥＣＵ６に出力する。

電源制御ＥＣＵ６は、第一及び第二の電圧検出部２０，２１から出力される検出信号に基づいて、リレー７，８の接点９，１１に流れる電流の電流値及び方向を検出し、その検出結果に基づいて第一の実施形態と同様な制御動作により、リレー７，８の接点９，１１を開閉制御する。

このように構成された電源装置では、メインバッテリー４及びサブバッテリー５の少なくともいずれかから第一及び第二の負荷１５，１６に電力が供給される。また、メインバッテリー４及びサブバッテリー５のいずれかで地絡が発生すると、当該バッテリーに接続されるリレーの接点が不導通状態に制御される。

従って、第一の実施形態と同様な効果を得ることができる。
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７，８，１８に代えて、図７に示すパワーＭＯＳＦＥＴ２７を使用してもよい。

１オルタネータ、２…電力供給配線、３…電源ボックス、４…蓄電池（メインバッテリー)、５，１７…蓄電池（サブバッテリー）、６…制御手段（電流検出手段、電源制御ＥＣＵ）、７，８…スイッチ手段（リレー）、１０ａ，１２ａ…入力端子、１０ｂ，１２ｂ…出力端子、１３，１４…電源供給配線、１５，１６…負荷、ｈ１〜ｈ６…電流検出手段（ホール素子）、２０，２１…電流検出手段（電圧検出部）、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、
   前記各蓄電池及び各負荷に電力を供給するオルタネータと
   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、
   前記各スイッチ手段の出力端子を接続する接続点と、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、
   前記オルタネータから前記接続点に電力を供給する電力供給配線と、
   前記各スイッチ手段及び前記各蓄電池に流れる電流値をそれぞれ検出する電流検出手段と、
   前記各電流検出手段の検出信号に基づいて、前記各蓄電池に流れる電流値と、当該蓄電池に接続されるスイッチ手段に流れる電流値が異なるとき、当該スイッチ手段を不導通状態に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、
   前記電流検出手段を、ホール素子で構成したことを特徴とする自動車の電源装置。
3. 請求項１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流れる電流値を検出する電流検出手段は、
   前記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、
   前記端子間電圧に基づいて電流値を検出する前記制御手段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１乃至３のいずれか１項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、前記制御手段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。
5. 請求項１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及び前記各蓄電池に流れる電流値をそれぞれ検出する電流検出手段と
   を備えたことを特徴とする自動車の電源装置。