JP2016159651A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載された電気負荷を保護すること。【解決手段】バッテリ１１のプラス側端子はワイヤハーネス４１を介して、オルタネータ１２と複数の負荷装置２１〜２５の第１端子（プラス側端子）に接続されている。バッテリ１１のマイナス側端子とオルタネータ１２の第２端子（マイナス側端子）は遮断器３１を介してボディ４２に接続されている。負荷装置２１〜２３の第２端子（マイナス側端子）は遮断器３２を介してボディ４２に接続され、負荷装置２４，２５の第２端子（マイナス側端子）は遮断器３３を介してボディ４２に接続されている。遮断器３１〜３３は、ボディ４２に高電圧が加わるとき、開路（オフ）する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源システムに関する。

従来、自動車など車両に搭載された車両用電源システムは、車載発電機（オルタネータ），バッテリ等を備えている。また、車両には電動パワーステアリング装置などの各種電気負荷が搭載されている。エンジンに連動するオルタネータで発電された電力は、バッテリの充電や、車両に搭載された電気負荷の駆動に利用される。

ところで、車両に落雷する場合がある。多くの車両のボディは鋼板により形成されている。このため、落雷による電流は、鋼板性のボディを介して地面に流れる。また、ゴルフカートのようにルーフ等が樹脂により形成された車両では、ルーフに導電材を設けることで、落雷による電流の経路を形成している（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−３４８８２３号公報

ところで、車両用電源システムは、バッテリや各電気負荷のマイナス端子を鋼板性のボディに接続している。このため、たとえば落雷によってボディに高電圧が加わると、各電気負荷の端子間に逆方向の高電圧が加わることになり、電気負荷が故障する虞がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、車両に搭載された電気負荷を保護することにある。

上記課題を解決する車両用電源システムは、車両に搭載された蓄電装置の電力を、前記車両に搭載され前記蓄電装置のプラス側端子に接続された複数の負荷装置に供給する車両用電源システムであって、前記蓄電装置のマイナス側端子と車両のアース部材との間と、前記複数の負荷装置のマイナス側端子と前記アース部材との間とを、前記アース部材の電圧に基づいて非導通状態とする開閉手段を備えた。

この構成によれば、たとえば落雷によってアース部材に高電圧が加わるときに、開閉手段により、蓄電装置とアース部材との間、複数の負荷装置とアース部材との間が通電状態となるため、蓄電装置及び複数の負荷装置のマイナス側端子がプラス側端子よりも高電圧となることがなく、負荷装置が保護される。

上記の車両用電源システムにおいて、前記開閉手段は、前記蓄電装置と前記アース部材との間に接続され、前記アース部材に高電圧が加わったときに開路する第１の開閉器と、前記複数の負荷装置と前記アース部材との間に接続され、前記アース部材に高電圧が加わったときに開路する第２の開閉器とを有することが好ましい。

この構成によれば、蓄電装置とアース部材との間に接続された第１の開閉器は、アース部材に高電圧が加わったときに開路する。また、複数の負荷装置とアース部材との間に接続された第２の開閉器は、アース部材に高電圧が加わったときに開路する。このため、蓄電装置及び複数の負荷装置のマイナス側端子がプラス側端子よりも高電圧となることがなく、負荷装置が保護される。

上記の車両用電源システムにおいて、前記開閉手段は、前記蓄電装置と前記アース部材との間に接続された第１の開閉器と、前記複数の負荷装置と前記アース部材との間に接続された第２の開閉器と、電源端子が前記蓄電装置のプラス側端子とマイナス側端子に接続され、前記アース部材の電位に基づいて前記第１の開閉器及び前記第２の開閉器を開閉制御する制御回路とを有することが好ましい。

この構成によれば、制御回路は、蓄電装置とアース部材との間に接続された第１の開閉器と、複数の負荷装置とアース部材との間に接続された第２の開閉器とを、アース部材に高電圧が加わったときに開路する。このため、蓄電装置及び複数の負荷装置のマイナス側端子がプラス側端子よりも高電圧となることがなく、負荷装置が保護される。また、制御回路は蓄電装置の電力に基づいて動作するため、第１の開閉器と第２の開閉器の状態（開路状態）が維持される。

上記の車両用電源システムにおいて、前記第２の開閉器は、前記車両において互いに近傍に配設された複数の前記負荷装置毎に設けられることが好ましい。
この構成によれば、第２の開閉器の近傍に配設された複数の負荷装置を第２の開閉器に接続するため、短い配線材により第２の開閉器と複数の負荷装置とを接続することが可能となる。

上記の車両用電源システムにおいて、前記蓄電装置のプラス側端子とマイナス側端子との間に接続され、エンジンに連動して発電し、前記蓄電装置を充電する発電機を備えることが好ましい。

この構成によれば、車両に搭載されてエンジンに連動する発電機により蓄電装置が充電される。そして、この発電機は、蓄電装置とともに、車両のアース部材から切り離され、アース部材に加わる高電圧から保護される。

本発明の車両用電源システムによれば、車両に搭載された電気負荷を保護することができる。

第一実施形態の車両用電源システムの概略構成図である。 第二実施形態の車両用電源システムの概略構成図である。 別の車両用電源システムの概略構成図である。 落雷の状態を示す模式図である。 比較例の車両用電源システムの概略構成図である。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態を説明する。
図１に示すように、車両用電源システム１０は、蓄電装置としてのバッテリ１１、発電機としてのオルタネータ（「ＡＬＴ」と表記）１２を有している。バッテリ１１及びオルタネータ１２は、たとえば車両前部のエンジンルーム（エンジンコンパートメント）に配設されている。つまり、バッテリ１１及びオルタネータ１２は、車両において、互いに近くに配置されている。

バッテリ１１のプラス側端子はワイヤハーネス４１を介してオルタネータ１２の第１端子（プラス側端子）に接続されている。バッテリ１１のマイナス側端子とオルタネータ１２の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ１は遮断器３１の第１端子に接続されている。遮断器３１の第２端子は車両のボディ４２に接続されている。

バッテリ１１は、たとえば鉛蓄電池である。オルタネータ１２は、図示しないエンジンに連動し、車両状況に応じて供給される制御信号に基づいて、電力を発生する。例えば、加速時では、エンジンの回転に基づいてオルタネータ１２が駆動される。また、減速時では、図示しない車輪がエンジンを回転させ、そのエンジンの回転に応じてオルタネータ１２が駆動される。オルタネータ１２の作動時に、オルタネータ１２の出力電力がバッテリ１１に供給され、バッテリ１１が充電される。

遮断器３１は、第１端子と第２端子の間の電位差に基づいて開路（オフ）し、たとえば手動により閉路（オン）される。遮断器３１は、たとえば落雷によってボディ４２に高電圧が加わったときのように、第１端子の電圧よりも第２端子の電圧が高いときに開路（オフ）する。ボディ４２は導電体であり、たとえば鋼板により形成される。

バッテリ１１のプラス側端子は、ワイヤハーネス４１を介して複数（図１では５個）の負荷装置２１，２２，２３，２４，２５の第１端子（プラス側端子）に接続されている。バッテリ１１の電力は、ワイヤハーネス４１を介して負荷装置２１〜２５に供給される。また、オルタネータ１２の作動時に、オルタネータ１２の出力電力が負荷装置２１〜２５に供給される。負荷装置２１〜２５はたとえば、エンジン制御装置、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ:Electric Power Steering），アンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ:Antilock Brake System）の制御装置，車両安定制御システム等の制御装置（ＥＣＵ:Electronic Control Unit）、ナビゲーションシステム、等を含む電気的負荷装置である。

負荷装置２１，２２，２３は、車両において、互いに近くに配置されている。負荷装置２１，２２，２３の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ２は遮断器３２の第１端子に接続されている。遮断器３２の第２端子はボディ４２に接続されている。遮断器３２は、遮断器３１と同様に、第１端子と第２端子の間の電位差に基づいて開路（オフ）し、たとえば手動により閉路（オン）される。遮断器３２は、たとえば落雷によってボディ４２に高電圧が加わったときのように、第１端子の電圧よりも第２端子の電圧が高いときに開路（オフ）する。

負荷装置２４，２５は、車両において、互いに近くに配置されている。負荷装置２４，２５の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ３は遮断器３３の第１端子に接続されている。遮断器３３の第２端子はボディ４２に接続されている。遮断器３３は、遮断器３１，３２と同様に、第１端子と第２端子の間の電位差に基づいて開路（オフ）し、たとえば手動により閉路（オン）される。遮断器３３は、たとえば落雷によってボディ４２に高電圧が加わったときのように、第１端子の電圧よりも第２端子の電圧が高いときに開路（オフ）する。

次に、上記の車両用電源システムの作用を説明する。
たとえば、車両に直接落雷した場合、車両のボディ４２には、落雷による高電圧が加わる。また、図４に示すように、車両４０の近傍の電柱７１に落雷した場合、その落雷による電流７２が、電柱７１から地表７３を介して車両４０のボディ４２に電流が流れ、ボディ４２の電位が高くなる。

図５に示す比較例の車両用電源システムは、バッテリ１１、オルタネータ１２、負荷装置２１，２２，２３のマイナス側端子がボディ４２に接続された、所謂ボディアースとなっている。したがって、ボディ４２が高電圧になると、バッテリ１１や負荷装置２１〜２３のマイナス側端子の電圧がプラス側端子の電圧より高くなり、故障する虞がある。

図１に示す本実施形態の車両用電源システム１０は、落雷によってボディ４２に高電圧が加わると、遮断器３１が開路（オフ）する。これにより、バッテリ１１及びオルタネータ１２のマイナス側端子は、ボディ４２から切り離され、バッテリ１１及びオルタネータ１２のマイナス側端子に高電圧が加わらない。同様に、ボディ４２に高電圧が加わると遮断器３２，３３が開路（オフ）し、負荷装置２１〜２５のマイナス側端子をボディ４２から切り離す。これにより、各負荷装置２１〜２５のマイナス側端子に高電圧が加わらない。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１−１）バッテリ１１のプラス側端子はワイヤハーネス４１を介して、オルタネータ１２と複数の負荷装置２１〜２５の第１端子（プラス側端子）に接続されている。バッテリ１１のマイナス側端子とオルタネータ１２の第２端子（マイナス側端子）は遮断器３１を介してボディ４２に接続されている。負荷装置２１〜２３の第２端子（マイナス側端子）は遮断器３２を介してボディ４２に接続され、負荷装置２４，２５の第２端子（マイナス側端子）は遮断器３３を介してボディ４２に接続されている。遮断器３１〜３３は、ボディ４２に高電圧が加わるとき、開路（オフ）する。

たとえば、落雷によってボディ４２に高電圧が加わると、遮断器３１〜３３が開路（オフ）する。これにより、バッテリ１１、オルタネータ１２、負荷装置２１〜２５のマイナス側端子は、ボディ４２から切り離される。このため、バッテリ１１及びオルタネータ１２のマイナス側端子に高電圧が加わらないので、バッテリ１１、オルタネータ１２、負荷装置２１〜２５を保護することができる。

（１−２）互いに近傍に配置された負荷装置２１〜２３の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ２は遮断器３２を介してボディ４２に接続されている。同様に、互いに近傍に配置された負荷装置２４，２５の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ３は遮断器３３を介してボディ４２に接続されている。

したがって、負荷装置２１〜２３の第２端子は短い配線材により互いに接続されるとともに遮断器３２の第１端子に接続される。同様に、負荷装置２４，２５の第２端子は短い配線材により互いに接続されるとともに遮断器３３の第１端子に接続される。このため、全ての負荷装置２１〜２５を１つの遮断器によりボディ４２に接続する場合と比べ、配線材が短くなり、配線量を低減することができる。

（第二実施形態）
以下、第二実施形態を説明する。
なお、この実施形態において、上記実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付してその説明の一部または全てを省略する。

図２に示すように、車両用電源システム１０ａにおいて、バッテリ１１のマイナス側端子とオルタネータ１２の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ１は開閉器５１の第１端子に接続されている。開閉器５１の第２端子は車両のボディ４２に接続されている。開閉器５１は、たとえば電磁リレーである。

バッテリ１１のプラス側端子はワイヤハーネス４１を介して複数の負荷装置２１〜２５の第１端子（プラス側端子）に接続されている。バッテリ１１の電力、作動したオルタネータ１２の出力電力は負荷装置２１〜２５に供給される。負荷装置２１，２２，２３の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ２は開閉器５２の第１端子に接続されている。開閉器５２の第２端子はボディ４２に接続されている。負荷装置２４，２５の第２端子（マイナス側端子）は互いに接続され、その接続点（アース点）Ｎ３は開閉器５３の第１端子に接続されている。開閉器５３の第２端子はボディ４２に接続されている。開閉器５２，５３は、たとえば電磁リレーである。

制御回路５４のプラス側電源端子はバッテリ１１のプラス側電源端子に接続され、制御回路５４のマイナス側電源端子はバッテリ１１のマイナス側端子に接続されている。つまり、バッテリ１１のプラス側端子とマイナス側端子の間には制御回路５４が接続されている。この制御回路５４は、ボディ４２に接続されていない。制御回路５４は、バッテリ１１による電力に基づいて動作する。制御回路５４は、ボディ４２の電圧を検出し、その検出結果に基づいて開閉器５１〜５３を制御する。

次に、上記の車両用電源システムの作用を説明する。
たとえば、車両に直接落雷した場合、車両のボディ４２には、落雷による高電圧が加わる。また、図４に示すように、車両４０の近傍の電柱７１に落雷した場合、その落雷による電流７２が、電柱７１から地表７３を介して車両４０のボディ４２に電流が流れ、ボディ４２の電位が高くなる。

図３に示す本実施形態の車両用電源システム１０ａは、落雷によってボディ４２に高電圧が加わると、制御回路５４がボディ４２の電圧に基づいて開閉器５１〜５３を開路（オフ）する。これにより、バッテリ１１及びオルタネータ１２のマイナス側端子は、ボディ４２から切り離され、バッテリ１１及びオルタネータ１２のマイナス側端子に高電圧が加わらない。同様に、各負荷装置２１〜２５のマイナス側端子に高電圧が加わらない。

制御回路５４の電源端子はバッテリ１１のプラス側端子とマイナス側端子に接続されている。したがって、制御回路５４は、開閉器５１の開閉に関わらず、常時動作する。これにより、開閉器５１〜５３の閉路（非導通状態）が維持される。

そして、制御回路５４は、ボディ４２の電圧に基づいて、そのボディ４２の電圧がゼロボルト（０Ｖ）になると、各開閉器５１〜５３を閉路（オン）する。これにより、各負荷装置２１〜２５とバッテリ１１の間で電流が流れ、各負荷装置２１〜２５は動作可能となる。

以上記述したように、本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
（２−１）制御回路５４は、ボディ４２の電圧に基づいて、開閉器５１〜５３を開閉制御する。これにより、バッテリ１１、オルタネータ１２，負荷装置２１〜２５を保護するとともに、開閉器５１〜５３を閉路（オン）する手間がかからず、容易に負荷装置２１〜２５を動作可能とすることができる。

（２−２）制御回路５４の電源端子はバッテリ１１のプラス側端子とマイナス側端子に接続されている。したがって、制御回路５４は、開閉器５１の開閉に関わらず、常時動作する。これにより、開閉器５１〜５３の閉路（非導通状態）を維持することができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記各実施形態を適宜変更してもよい。
たとえば、図３に示すように、この車両用電源システム１０ｂにおいて、バッテリ１１のマイナス側端子は開閉器６１を介してボディ４２に接続されている。オルタネータ１２の第２端子（マイナス側端子）は開閉器６２を介してボディ４２に接続されている。そして、負荷装置２１，２２，２３の第２端子（マイナス側端子）は、それぞれ開閉器６３，６４，６５を介してボディ４２に接続されている。開閉器６１〜６５は、たとえば電磁リレーである。この車両用電源システム１０ｂは、図２に示す制御回路５４を有している。制御回路５４は、ボディ４２の電圧を検出し、その検出結果に基づいて開閉器６１〜６５を制御する。

・上記実施形態では、バッテリ１１等のマイナス側端子をボディ４２に接続したが、車両において導線性を有する他の部材に接続してもよい。たとえば、シャシ・フレームをアース部材としてこれにバッテリ１１等のマイナス側端子を接続してもよい。

・上記各形態では、開閉器５１〜５３，６１〜６５をたとえば電磁リレーとしたが、高耐圧の半導体式スイッチ（たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ）等を用いてもよい。

・上記各形態のバッテリ１１を、ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池としてもよい。
・また、複数の蓄電装置を有する車両に搭載される車両用電源システムとしてもよい。蓄電装置としては、たとえば、リチウム・イオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池などの二次電池、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタ、二次電池とキャパシタの複合電源を用いることができる。

・上記実施形態はエンジンに連動するオルタネータ１２によりバッテリ１１を充電する車両としたが、プラグインハイブリッド車や電気自動車としてもよい。

１１…オルタネータ（発電機）、１２…バッテリ（蓄電装置）、２１〜２５…負荷装置、３１…遮断器（開閉手段、第１の開閉器）、３２，３３…遮断器（開閉手段、第２の開閉器）、４０…車両、４２…ボディ（アース部材）、５１、６１，６２…開閉器（開閉手段、第１の開閉器）、５２，５３、６３〜６５…開閉器（開閉手段、第２の開閉器）、５４…制御回路。

Claims (5)

1. 車両に搭載された蓄電装置の電力を、前記車両に搭載され前記蓄電装置のプラス側端子に接続された複数の負荷装置に供給する車両用電源システムであって、
   前記蓄電装置のマイナス側端子と車両のアース部材との間と、前記複数の負荷装置のマイナス側端子と前記アース部材との間とを、前記アース部材の電圧に基づいて非導通状態とする開閉手段を備えたことを特徴とする車両用電源システム。
2. 請求項１に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記開閉手段は、
   前記蓄電装置と前記アース部材との間に接続され、前記アース部材に高電圧が加わったときに開路する第１の開閉器と、
   前記複数の負荷装置と前記アース部材との間に接続され、前記アース部材に高電圧が加わったときに開路する第２の開閉器と、
   を有することを特徴とする車両用電源システム。
3. 請求項１に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記開閉手段は、
   前記蓄電装置と前記アース部材との間に接続された第１の開閉器と、
   前記複数の負荷装置と前記アース部材との間に接続された第２の開閉器と、
   電源端子が前記蓄電装置のプラス側端子とマイナス側端子に接続され、前記アース部材の電位に基づいて前記第１の開閉器及び前記第２の開閉器を開閉制御する制御回路と、
   を有することを特徴とする車両用電源システム。
4. 請求項３に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記第２の開閉器は、前記車両において互いに近傍に配設された複数の前記負荷装置毎に設けられたことを特徴とする車両用電源システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記蓄電装置のプラス側端子とマイナス側端子との間に接続され、エンジンに連動して発電し、前記蓄電装置を充電する発電機を備えたことを特徴とする車両用電源システム。