JP2016107876A - 自動車用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メインバッテリーからの電力供給が停止したとき、サブバッテリーからバックアップ負荷群に安定して電力を供給し得る自動車用電源装置を提供する。【解決手段】第一の負荷群１６と第二の負荷群１７及びバックアップ負荷群９に電力を供給可能としたメインバッテリー１と、第一の負荷群と第二の負荷群及びバックアップ負荷群に電力を供給可能としたサブバッテリー１５と、メインバッテリーと各負荷との間に介在されるヒュージブルリンク２とを備えた自動車用電源装置において、ヒュージブルリンク２の両端子電圧と、該ヒュージブルリンク２の両端子間の電位差を検出する電圧センサ８と、メインバッテリー１の充放電電流を検出する電流センサ６と、電圧センサと電流センサの検出値に基づいて、メインバッテリー１から各負荷への電力の供給停止を検出したとき、サブバッテリー１５の電力をバックアップ負荷群９にのみ供給する電源制御装置を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、２基のバッテリーを備え、各バッテリーからあらかじめ設定された種々の負荷にそれぞれ電力を供給するようにした自動車用電源装置に関するものである。

近年、自動車の低燃費化あるいは電源の冗長化を図るために２基のバッテリーを搭載した自動車が実用化されている。２基のバッテリーは、例えば鉛蓄電池のメインバッテリーと、リチウムイオン電池のサブバッテリーで構成される。そして、各バッテリーから第一の負荷群と、第二の負荷群と、バックアップ負荷群に電力が供給される。

第一の負荷群は、主にメインバッテリーから電力が供給される負荷であり、第二の負荷群は主にサブバッテリーから電力が供給される負荷である。バックアップ負荷群は、緊急時にも電力を供給する必要がある負荷であり、メインバッテリー及びサブバッテリーの少なくともいずれかから電力が供給される。

特許文献１には、鉛バッテリーの充放電電流と端子電圧とに基づいて、オルタネータの発電電圧を制御して、バッテリー状態を効率よく検出するようにしたバッテリー状態検出装置が開示されている。

特開２００５−２６３０６８号公報

上記のように２基のバッテリーを備えた自動車用電源装置では、何らかの故障によりメインバッテリーからの電力供給が停止した後は、少なくともバックアップ負荷群にはサブバッテリーから確実に電力を供給する必要がある。

従って、メインバッテリーからの電力の供給が停止したか否かを確実に検出し、その検出結果に基づいてサブバッテリーからバックアップ負荷群に電力を供給する必要がある。
特許文献１に開示されたバッテリー状態検出装置では、バッテリーの充放電電流と端子電圧を検出してオルタネータの発電電圧を制御する構成は開示されているが、バッテリーからの電力供給が停止したとき、バックアップ負荷群に安定して電力を供給する構成は開示されていない。

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、その目的はメインバッテリーからの電力供給が停止したとき、サブバッテリーからバックアップ負荷群に安定して電力を供給し得る自動車用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用電源装置は、第一の負荷群と、第二の負荷群及びバックアップ負荷群に電力を供給可能としたメインバッテリーと、前記第一の負荷群と、第二の負荷群及びバックアップ負荷群に電力を供給可能としたサブバッテリーと、前記メインバッテリーと各負荷との間に介在されるヒュージブルリンクとを備えた自動車用電源装置において、前記ヒュージブルリンクの両端子電圧と、該ヒュージブルリンクの両端子間の電位差を検出する電圧センサと、前記メインバッテリーの充放電電流を検出する電流センサと、前記電圧センサと電流センサの検出値に基づいて、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出したとき、前記サブバッテリーの電力を前記バックアップ負荷群にのみ供給する電源制御装置とを備えたことを特徴とする。

この構成により、メインバッテリーからの電源の供給が停止すると、サブバッテリーの電力がバックアップ負荷群にのみ供給される。
また、上記自動車用電源装置において、前記電源制御装置は、前記サブバッテリーと前記第一の負荷群及び前記ヒュージブルリンクとの間に介在される第一〜第三のスイッチ手段と、前記サブバッテリーと前記第二の負荷群との間に介在される前記第二及び第三のスイッチ手段と、前記サブバッテリーと前記バックアップ負荷群との間に介在される前記第三のスイッチ手段と、前記電圧センサと電流センサの検出値に基づいて、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出したとき、前記第三のスイッチ手段のみを導通状態として、前記サブバッテリーからバックアップ負荷群に電力を供給するように制御する電源制御ＥＣＵを備えることが好ましい。

この構成により、メインバッテリーからの電源の供給が停止すると、第三のスイッチ手段のみが導通状態となって、サブバッテリーからバックアップ負荷群に電力が供給される。

また、上記自動車用電源装置において、オルタネータを前記バックアップ負荷群に接続するとともに、前記ヒュージブルリンクを介して前記メインバッテリーに接続することが好ましい。

この構成により、オルタネータの出力電力はバックアップ負荷群に供給されるとともに、ヒュージブルリンクを介してメインバッテリーに供給される。
また、上記自動車用電源装置において、前記電源制御ＥＣＵは、前記電流センサで前記メインバッテリーの充放電電流を検出できないとき、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出することが好ましい。

この構成により、電流センサで前記メインバッテリーの充放電電流を検出できないとき、メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止が検出される。
また、上記自動車用電源装置において、前記電源制御ＥＣＵは、前記電圧センサで前記ヒュージブルリンクの両端子間の電位差として前記オルタネータの出力電圧を検出したとき、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出することが好ましい。

この構成により、ヒュージブルリンクの両端子間の電位差がオルタネータの出力電圧とほぼ等しいとき、ヒュージブルリンクの切断が検出される。
また、上記自動車用電源装置において、前記第一〜第三のスイッチ手段は、前記電源制御ＥＣＵから出力される制御信号に基づいて開閉される第一〜第三のリレーを備えることが好ましい。

この構成により、電源制御ＥＣＵから出力される制御信号に基づいて第一〜第三のリレーが開閉される。

本発明の自動車用電源装置によれば、メインバッテリーからの電力供給が停止したとき、サブバッテリーからバックアップ負荷群に安定して電力を供給することができる。

第一の実施形態の自動車用電源装置を示すブロック図である。 第二の実施形態の自動車用電源装置を示すブロック図である。

（第一の実施形態）
以下、自動車用電源装置の第一の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、メインバッテリー１のプラス側端子はヒュージブルリンク２を介して第一の負荷群１６及びオルタネータ３に接続されている。

スタータモータ４は、ヒュージブルリンク２の両端子５ａ，５ｂのうち、メインバッテリー１側の端子５ａに接続され、エンジン始動時にはエンジン制御用ＥＣＵ（図示しない）から出力される制御信号に基づいてメインバッテリー１から電力が供給されて動作する。

オルタネータ３は、エンジン動作時において電源制御ＥＣＵ７から出力される制御信号に基づいて、エンジンを駆動源として発電動作を行う。そして、オルタネータ３の作動時にはオルタネータ３から出力される電力がヒュージブルリンク２を介してメインバッテリー１に供給されて、メインバッテリー１が充電され、あるいは第一の負荷群１６に電力が供給されている。前記第一の負荷群１６は、主にメインバッテリー１から電力が供給される多数の機器であり、各機器がそれぞれワイヤーハーネスを介してヒュージブルリンク２に接続されている。

前記メインバッテリー１のマイナス側端子とグランドＧＮＤ（具体的にはボディアース）との間には電流センサ６が接続されている。電流センサ６は、メインバッテリー１に流れる充放電電流を例えば１０ｍｓ間隔で２０回検出し、その検出値を電源制御ＥＣＵ７に出力する。電源制御ＥＣＵ７は、２０回の検出電流値がすべて０であるとき、メインバッテリー１の充放電電流が０であることを認識する。

前記ヒュージブルリンク２は、第一の負荷群１６を構成する各機器に対しそれぞれヒューズ機能を備え、あらかじめ設定された電流値以上の大電流が各ヒューズ素子に流れたとき溶断して、各負荷機器を保護する機能を備えた接続装置である。

前記ヒュージブルリンク２の両端子５ａ，５ｂは、それぞれ電圧センサ８に接続されている。電圧センサ８は、ヒュージブルリンク２の両端子５ａ，５ｂ間の電位差と、端子５ａの電圧すなわちメインバッテリー１の出力電圧を検出して、前記電源制御ＥＣＵ７に出力する。

前記ヒュージブルリンク２の端子５ｂにはバックアップ負荷群９が接続され、メインバッテリー１からヒュージブルリンク２を介してバックアップ負荷群９に電力を供給可能となっている。バックアップ負荷群９は、ＡＢＳ装置、パワーステアリング装置等、緊急時にも電力の供給を必要とする複数の負荷機器である。

また、前記ヒュージブルリンク２の端子５ｂは第一〜第三のリレー１０，１１，１２及び電流センサ１４を介してサブバッテリー１５に接続されている。従って、オルタネータ３の動作時に各リレー１０，１１，１２が導通状態となると、オルタネータ３の発電電力がサブバッテリー１５に供給されて、サブバッテリー１５が充電されるようになっている。

前記サブバッテリー１５は、例えば鉛蓄電池より充電効率にすぐれたリチウムイオン電池で構成される。
前記電流センサ１４は、サブバッテリー１５に流れる充放電電流を検出し、その検出値を前記電源制御ＥＣＵ７に出力する。

前記電源制御ＥＣＵ７は、前記電流センサ６と電圧センサ８及び電流センサ１４の検出値と、あらかじめ設定されたプログラムに基づいて前記第一〜第三のリレー１０〜１２を開閉制御する。そして、オルタネータ３の動作時に第一〜第三のリレー１０〜１２がすべて導通状態となると、オルタネータ３の出力電力に基づいてサブバッテリー１５を充電可能となっている。

前記第一のリレー１０と第二のリレー１１との間には、第二の負荷群１７が接続されている。そして、第一〜第三のリレー１０〜１２がすべて導通状態であれば、前記メインバッテリー１、オルタネータ３及びサブバッテリー１５の少なくともいずれかから第二の負荷群１７に電力が供給される。また、第二及び第三のリレー１１，１２のみが導通状態となると、サブバッテリー１５から第二の負荷群１７に電力が供給される。第二の負荷群１７は、主にサブバッテリー１５から電力が供給される複数の機器である。

前記第二のリレー１１及び第三のリレー１２との間には前記バックアップ負荷群９が接続されている。そして、第三のリレー１２が導通状態であれば、サブバッテリー１５から第三のリレー１２を介してバックアップ負荷群９に電力が供給される。

前記第一〜第三のリレー１０〜１２は、大電流を遮断する保護機能が備えられ、前記第二の負荷群１７、バックアップ負荷群９、サブバッテリー１５等を保護可能となっている。
次に、上記のように構成された自動車用電源装置の作用を説明する。

電源制御ＥＣＵ７が動作している状態では、ヒュージブルリンク２の両端子５ａ，５ｂの電位差と、端子５ａの電圧とが電圧センサ８で検出され、メインバッテリー１の充放電電流が電流センサ６で検出され、サブバッテリー１５の充放電電流が電流センサ１４で検出され、各検出値が電源制御ＥＣＵ７に出力される。

電源制御ＥＣＵ７は、ヒュージブルリンク２の両端子５ａ，５ｂの電位差がほぼ０Ｖで、かつ端子５ａの電圧がメインバッテリー１の所定の電圧範囲内であり、メインバッテリー１の充放電電流が所定の範囲内で流れている場合には、メインバッテリー１が正常に動作し、かつ正常に接続されていると判断する。そして、第一〜第三のリレー１０，１１，１２を導通状態に制御する。

すると、第二の負荷群１７には、サブバッテリー１５、メインバッテリー１及びオルタネータ３の少なくともいずれかから電力が供給される。
また、メインバッテリー１あるいはサブバッテリー１５の出力電圧が予め設定された所定電圧以下となると、オルタネータ３が作動してその発電電力によりメインバッテリー１あるいはサブバッテリー１５が充電される。

第一の負荷群１６には、メインバッテリー１、サブバッテリー１５及びオルタネータ３の少なくともいずれかから電力が供給される。また、第一の負荷群１６の状態によっては、電源制御ＥＣＵ７により第一のリレー１０が不導通状態とされ、第一の負荷群１６にはメインバッテリー１のみから電力が供給される場合もある。

一方、何らかの障害によりヒュージブルリンク２が切断されたり、あるいは端子５ａ，５ｂの少なくともいずれかがヒュージブルリンク２から外れて端子５ａ，５ｂ間が不導通となると、メインバッテリー１と第一の負荷群１６、オルタネータ３、サブバッテリー１５及び第二の負荷群１７との接続が遮断される。

このとき、オルタネータ３が作動していないと、電圧センサ８ではメインバッテリー１の出力電圧を検出するとともに、電流センサ６ではメインバッテリー１に充放電電流が流れていないことを検出する。

すると、電源制御ＥＣＵ７はヒュージブルリンク２の切断あるいは外れを検出し、第一及び第二のリレー１０，１１を不導通状態とする。この結果、サブバッテリー１５はバックアップ負荷群９にのみ電力を供給する状態となる。

従って、バックアップ負荷群９を正常に動作させながら、自動車を安全に停止させることが可能となる。
端子５ａ，５ｂ間が不導通となったとき、オルタネータ３が作動していると、端子５ａ，５ｂ間にはオルタネータ３の出力電圧とメインバッテリー１の出力電圧との電位差が電圧センサ８で検出される。また、電流センサ６ではメインバッテリー１に充放電電流が流れていないことを検出する。

この結果、電源制御ＥＣＵ７はヒュージブルリンク２の切断あるいは外れを検出し、サブバッテリー１５からバックアップ負荷群９にのみ電力を供給する状態とすることが可能となる。

また、オルタネータ３が作動しているので、電源制御ＥＣＵ７は表示装置にヒュージブルリンクの異常を表示しながら、オルタネータ３の出力電力で第一の負荷群１６を駆動し、サブバッテリー１５で第二の負荷群１７及びバックアップ負荷群９を駆動して、自動車を最寄りの修理工場まで移動させることも可能である。

上記のような自動車用電源装置では、次に示す効果を得ることができる。
（１）ヒュージブルリンク２が電気的に切断状態となって、メインバッテリー１からの電力供給が停止したとき、サブバッテリー１５からバックアップ負荷群９にのみ電力を供給して、自動車を安全に移動させることができる。
（２）メインバッテリー１と第一の負荷群１６及び第二の負荷群１７との間に介在されるヒュージブルリンク２の両端子の電圧と、メインバッテリー１に流れる充放電電流を検出することにより、電源制御ＥＣＵ７でメインバッテリー１からの電力供給の停止を検出することができる。
（３）メインバッテリー１からの電力供給の停止を検出したとき、電源制御ＥＣＵ７で第一〜第三のリレー１０，１１，１２を制御して、サブバッテリー１５からバックアップ負荷群９にのみ電力を供給することができる。
（第二の実施形態）
図２は、自動車用電源装置の第二の実施形態を示す。この実施形態は、第一の実施形態の第一のリレー１０を省略した構成であり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。

そして、第二及び第三のリレー１１，１２は、電源制御ＥＣＵ７により第一の実施形態と同様に制御される。
このような構成により、メインバッテリー１が正常に動作し、かつ正常に接続されているとき、第二及び第三のリレー１１，１２は導通状態に制御される。すると、第二の負荷群１７には、サブバッテリー１５、メインバッテリー１及びオルタネータ３の少なくともいずれかから電力が供給される。

また、メインバッテリー１あるいはサブバッテリー１５の出力電圧が予め設定された所定電圧以下となると、オルタネータ３が作動してその発電電力によりメインバッテリー１あるいはサブバッテリー１５が充電される。

第一の負荷群１６には、メインバッテリー１、サブバッテリー１５及びオルタネータ３の少なくともいずれかから電力が供給される。
一方、何らかの障害によりヒュージブルリンク２が切断されたり、あるいは端子５ａ，５ｂの少なくともいずれかがヒュージブルリンク２から外れて端子５ａ，５ｂ間が不導通となると、電源制御ＥＣＵ７はヒュージブルリンク２の切断あるいは外れを検出し、第二のリレー１１を不導通状態とする。この結果、サブバッテリー１５はバックアップ負荷群９にのみ電力を供給する状態となる。

従って、バックアップ負荷群９を正常に動作させながら、自動車を安全に停止させることが可能となる。
端子５ａ，５ｂ間が不導通となったとき、電源制御ＥＣＵ７はヒュージブルリンク２の切断あるいは外れを検出し、サブバッテリー１５からバックアップ負荷群９にのみ電力を供給する状態とすることが可能となる。

また、オルタネータ３が作動しているので、電源制御ＥＣＵ７は表示装置にヒュージブルリンクの異常を表示しながら、オルタネータ３の出力電力で第一の負荷群１６及び第二の負荷群１７を駆動し、サブバッテリー１５でバックアップ負荷群９を駆動して、自動車を最寄りの修理工場まで移動させることも可能である。

このような動作により、この実施形態では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。
・第三のリレー１２を省略して、サブバッテリー１５をバックアップ負荷群９に直接に接続してもよい。

１…メインバッテリー、２…ヒュージブルリンク、３…オルタネータ、４…スタータモータ、５ａ，５ｂ…端子、６，１４…電流センサ、７…電源制御装置(電源制御ＥＣＵ)、８…電圧センサ、９…バックアップ負荷群、１０…第一のスイッチ手段(第一のリレー)、１１…第二のスイッチ手段(第二のリレー)、１２…第三のスイッチ手段（第三のリレー）、１５…サブバッテリー、１６…第一の負荷群、１７…第二の負荷群。

Claims (6)

1. 第一の負荷群と、第二の負荷群及びバックアップ負荷群に電力を供給可能としたメインバッテリーと、
   前記第一の負荷群と、第二の負荷群及びバックアップ負荷群に電力を供給可能としたサブバッテリーと、
   前記メインバッテリーと各負荷との間に介在されるヒュージブルリンクと
   を備えた自動車用電源装置において、
   前記ヒュージブルリンクの両端子電圧と、該ヒュージブルリンクの両端子間の電位差を検出する電圧センサと、
   前記メインバッテリーの充放電電流を検出する電流センサと、
   前記電圧センサと電流センサの検出値に基づいて、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出したとき、前記サブバッテリーの電力を前記バックアップ負荷群にのみ供給する電源制御装置と
   を備えたことを特徴とする自動車用電源装置。
2. 請求項１に記載の自動車用電源装置において、
   前記電源制御装置は、前記サブバッテリーと前記第一の負荷群及び前記ヒュージブルリンクとの間に介在される第一〜第三のスイッチ手段と、
   前記サブバッテリーと前記第二の負荷群との間に介在される前記第二及び第三のスイッチ手段と、
   前記サブバッテリーと前記バックアップ負荷群との間に介在される前記第三のスイッチ手段と、
   前記電圧センサと電流センサの検出値に基づいて、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出したとき、前記第三のスイッチ手段のみを導通状態として、前記サブバッテリーからバックアップ負荷群に電力を供給するように制御する電源制御ＥＣＵと
   を備えたことを特徴とする自動車用電源装置。
3. 請求項２に記載の自動車用電源装置において、
   オルタネータを前記バックアップ負荷群に接続するとともに、前記ヒュージブルリンクを介して前記メインバッテリーに接続したことを特徴とする自動車用電源装置。
4. 請求項２又は３に記載の自動車用電源装置において、
   前記電源制御ＥＣＵは、前記電流センサで前記メインバッテリーの充放電電流を検出できないとき、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出することを特徴とする自動車用電源装置。
5. 請求項３に記載の自動車用電源装置において、
   前記電源制御ＥＣＵは、前記電圧センサで前記ヒュージブルリンクの両端子間の電位差として前記オルタネータの出力電圧を検出したとき、前記メインバッテリーから前記各負荷への電力の供給停止を検出することを特徴とする自動車用電源装置。
6. 請求項２に記載の自動車用電源装置において、
   前記第一〜第三のスイッチ手段は、前記電源制御ＥＣＵから出力される制御信号に基づいて開閉されるリレーを備えたことを特徴とする自動車用電源装置。