JP2017121864A - 給電中継回路、副電池モジュール、電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】一つの車載電源が失陥した場合であっても、車両の電気的負荷に給電する。
【解決手段】給電中継回路２Ａは車両のキャビン側に設けられ、車両のエンジンルームに設けられる主電池１から給電される負荷６ａ，６ｂ，６ｃに、副電池２Ｂからの給電を中継する。給電中継回路２Ａは、副電池２Ｂに接続された受電線５４と、負荷６ａ，６ｂ，６ｃに対応して設けられ、各々がその対応する負荷６ａ，６ｂ，６ｃへ給電する給電線５ａ，５ｂ，５ｃと、給電線５ａ，５ｂ，５ｃに対応して設けられ、各々がその対応する給電線５ａ，５ｂ，５ｃと受電線５４との間に接続されるスイッチ２１，２２，２３と、主電池１の電圧が所定の閾値よりも低い場合にスイッチ２１，２２，２３を導通させる制御回路２０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、負荷へ給電する技術に関する。

車両が港湾、陸橋などから転落し、水没した場合、水圧によってドアが開かないことがある。このようなとき、運転者は窓から脱出することが望まれる。窓の開閉にはパワーウィンドウの動作が必要であり、従って車両が水没した場合でもパワーウィンドウへの給電を確保する必要がある。例えば特許文献１は車両の水没時においてもパワーウィンドウを正常に動作させる技術を開示する。

特開平１１−２２３００号公報

しかし特許文献１に記載の技術では、車載電源が水没して短絡し、よって車載電源が失陥した場合には、パワーウィンドウを正常に動作させることができない。

そこで、本発明は、一つの車載電源が失陥した場合であっても、車両の電気的負荷に給電する技術を提供することを目的とする。

給電中継回路は車両のキャビン側に設けられ、車両のエンジンルームに設けられる主電池から給電される負荷に、副電池からの給電を中継する。当該給電中継回路は、前記副電池に接続された受電線と、前記負荷に対応して設けられ、各々がその対応する前記負荷へ給電する給電線と、前記給電線に対応して設けられ、各々がその対応する前記給電線と前記受電線との間に接続されるスイッチと、前記主電池の電圧が所定の閾値よりも低い場合に前記スイッチを導通させる制御回路とを備える。

一つの車載電源たる主電池が失陥した場合であっても、車両の電気的負荷が給電される。

実施の形態に係る給電中継回路及びその周辺を示すブロック図である。 スイッチのオン／オフを制御する手順を示すフローチャートである。 車両における主電池と副電池モジュールの配置を例示する模式図である。 スイッチを実現するリレーの構成を例示する回路図である。 変形の構成を示すブロック図である。

図１は、この実施の形態に係る給電中継回路２Ａ及びその周辺を示すブロック図である。

負荷６ａ，６ｂ，６ｃはいずれも車両の電気的負荷であり、それぞれヒューズ７ａ，７ｂ，７ｃを介して車両に搭載される（即ち車載の）主電池１から給電される。給電中継回路２Ａは、これら負荷６ａ，６ｂ，６ｃへの副電池２Ｂからの給電を中継する。主電池１は例えば鉛蓄電池が採用された１２Ｖバッテリである。副電池２Ｂは例えばリチウムイオン電池であったり、電気二重奏キャパシタであったりする。オルタネータ８はヒューズ７８を介してヒューズ７ａ，７ｂ，７ｃ及び主電池１に接続される。オルタネータ８は車両走行時に発電機能を発揮し、主電池１を充電する。あるいは後述するダイオード４を介して回生電力で副電池２Ｂを充電する。

給電中継回路２Ａは、受電線５４と給電線５ａ，５ｂ，５ｃとを備える。受電線５４は副電池２Ｂに接続される。給電線５ａ，５ｂ，５ｃは、それぞれ負荷６ａ，６ｂ，６ｃに対応して設けられ、各々がその対応する負荷６ａ，６ｂ，６ｃに給電する。給電中継回路２Ａは、スイッチ２１，２２，２３と制御回路２０（図中「制御ＩＣ」と表記）とを更に備える。スイッチ２１，２２，２３はそれぞれ給電線５ａ，５ｂ，５ｃに対応して設けられ、各々がその対応する給電線５ａ，５ｂ，５ｃと受電線５４との間に接続される。スイッチ２１，２２，２３の各々と受電線５４との間にはそれぞれヒューズ７１，７２，７３が設けられてもよい。

より具体的には、負荷６ａはスイッチ２１を介して（あるいは更にヒューズ７１を介して）受電線５４に接続され、負荷６ｂはスイッチ２２を介して（あるいは更にヒューズ７２を介して）受電線５４に接続され、負荷６ｃはスイッチ２３を介して（あるいは更にヒューズ７３を介して）受電線５４に接続される。

主電圧検出回路（図中「１２Ｖバッテリ用電圧センサ」と表記）３は受電線５４を介して副電池２Ｂから給電され、主電池１の電圧を検出する。かかる検出は周知の技術であるので詳細は省略するが、主電池１が失陥しても動作する利点を有することは明白である。例えば受電線５４と主電圧検出回路３との間にはヒューズ７０が設けられる。制御回路２０は主電圧検出回路３で検出された主電池１の電圧を所定の閾値と比較し、主電池１の電圧が所定の閾値よりも低い場合に主電池１が水没したと判断し、スイッチ２１，２２，２３を導通させる。

副電池２Ｂは主電池１からヒューズ７４を介して、若しくはオルタネータ８からヒューズ７８，７４を介して、それぞれ充電可能である。これにより、副電池２Ｂは主電池１に対するバックアップ電源となる。

但し、副電池２Ｂとヒューズ７４との間には、主電池１若しくはオルタネータ８から副電池２Ｂへの充電を可能としつつ、副電池２Ｂから主電池１若しくはオルタネータ８への放電を阻止するダイオード４が設けられている。これにより、オルタネータ８の発電機能が低下したり、主電池１の電圧が低下（あるいは更に失陥）したりしても、これらに起因した副電池２Ｂの放電は回避される。

副電池２Ｂと給電中継回路２Ａとは、主電池１の電圧低下、あるいは失陥時において、負荷６ａ，６ｂ，６ｃに給電する副電池モジュール２であると捉えることができる。負荷６ａ，６ｂ，６ｃは主電池１からも副電池モジュール２からも給電可能である。副電池モジュール２と主電池１とは、負荷６ａ，６ｂ，６ｃへ電源を供給する電源システムとして捉えることができる。

負荷６ａ，６ｂ，６ｃは、例えばそれぞれパワーウィンドウ、インテリアライト、ランプモジュールであり、運転者が窓から脱出するためには、これらの負荷における優先順位は、パワーウィンドウ、インテリアライト、ランプモジュールの順に低下する。水没時には周囲に緊急事態をアピールするべくハザードランプを動作させることも望ましいが、車内の状況を確認するためのインテリアライトや脱出するためのパワーウィンドウの方が優先度は高く、インテリアライトよりもパワーウィンドウの方が優先度は更に高いからである。

スイッチ２１，２２，２３がオンして副電池２Ｂが給電すると、その蓄電量は低下するので、上記の優先順位を採用してスイッチ２１，２２，２３をオフすることが望ましい。具体的にはインテリアライトたる負荷６ｂについての所定の閾値Ｓｂ、ランプモジュールたる負荷６ｃについての所定の閾値Ｓｃを導入し、Ｓｂ＜Ｓｃと設定し、かかる閾値を副電池２Ｂの蓄電状態（以下「ＳＯＣ」（State Of Charge）と称す）と比較することが望ましい。具体的には当該ＳＯＣが閾値Ｓｃよりも小さくなればスイッチ２３をオフして負荷６ｃへの給電を停止し、具体的には当該ＳＯＣが閾値Ｓｂよりも小さくなればスイッチ２３をオフして負荷６ｂへの給電を停止する。

これにより、主電池１の水没により副電池２Ｂの蓄電量が消費され、あるいは劣化しても、運転者が窓から脱出する際の必要性が高い（優先度が高い）負荷へ優先的に副電池２Ｂから給電することができる。なお、ＳＯＣの検出及びこれに基づいてスイッチ２２，２３をオフすることは制御回路２０によって実行される。またＳＯＣの取得については公知技術であるので、ここではその詳細を省略する。

図２はスイッチ２１，２２，２３のオン／オフを制御する手順を示すフローチャートであり、制御回路２０によって実行される。ステップＳ１０１では主電池１が水没したか否かが判断される。上述のようにかかる判断は、主電圧検出回路３によって検出される主電池１の電圧に基づいて行うことができる。

ステップＳ１０１の判断が否定的であれば、即ち主電池１が水没していないと判断される場合には（あるいは主電池１が水没しているとは判断されない場合には）、ステップＳ１０１が繰り返し実行される。ステップＳ１０１の判断が肯定的であれば、即ち主電池１が水没していると判断される場合には、ステップＳ１０２によってスイッチ２１，２２，２３がオンされる。これにより、副電池２Ｂから負荷６ａ，６ｂ，６ｃへの給電が開始される。

その後、ステップＳ１０３によって、副電池２ＢのＳＯＣが閾値Ｓｃよりも小さいか否かが判断される。ステップＳ１０３の判断が否定的であれば、即ち副電池２ＢのＳＯＣが閾値Ｓｃ以上であると判断される場合には、ステップＳ１０３が繰り返し実行される。ステップＳ１０３の判断が肯定的であれば、即ち副電池２ＢのＳＯＣが閾値Ｓｃよりも小さいと判断される場合には、ステップＳ１０４によってスイッチ２３がオフされる。これにより、副電池２ＢのＳＯＣが低下したとき、負荷６ａ，６ｂ，６ｃの中で最も優先度の低い負荷６ｃ（上述の例ではランプモジュール）への給電が停止される。

その後、ステップＳ１０５によって、副電池２ＢのＳＯＣが閾値Ｓｂ（＜Ｓｃ）よりも小さいか否かが判断される。ステップＳ１０５の判断が否定的であれば、即ち副電池２ＢのＳＯＣが閾値Ｓｂ以上であると判断される場合には、ステップＳ１０５が繰り返し実行される。ステップＳ１０５の判断が肯定的であれば、即ち副電池２ＢのＳＯＣが閾値Ｓｂよりも小さいと判断される場合には、ステップＳ１０６によってスイッチ２２がオフされる。これにより、副電池２ＢのＳＯＣが更に低下したとき、負荷６ａ，６ｂの中で優先度の低い負荷６ｂ（上述の例ではインテリアライト）への給電が停止される。

ステップＳ１０６が実行された後、負荷６ａは最も優先度が高い負荷（上述の例ではパワーウィンドウ）であるので、オフされることなく、当該手順は終了する。

図３は車両１００における主電池１と副電池モジュール２との配置を例示する模式図である。車両１００はエンジンルーム１０１、キャビン１０２を備えている。通常、オルタネータ８はエンジンルーム１０１において設けられることから、主電池１への充電経路の電気抵抗を抑制すべく、主電池１もエンジンルーム１０１において設けられる。そして図３において例示されるように、車両１００が水没する場合、その重量や空いている空間の大きさのため、エンジンルーム１０１よりもキャビン１０２の方が遅く水没する。図３ではエンジンルーム１０１は車両１００の前方側にある場合が例示されるが、車両１００の後方側にあって構わない。車両１００が水没すると、そのドア１０３は水圧によって開けることが困難となる（図３においてハッチングされた領域を参照）。

かかる状況で副電池モジュール２が動作するように、給電中継回路２Ａ、あるいは更に副電池２Ｂ、あるいは更に主電圧検出回路３はキャビン１０２側に設けられることが望ましい。図３では副電池モジュール２がキャビン１０２のルーフに設けられている場合が例示されている。上述のように副電池２Ｂは例えばリチウムイオン電池であったり、電気二重奏キャパシタであったりすることに鑑みれば、副電池モジュール２をキャビン１０２のルーフに設けることに格別の困難性はない。

このようにして、エンジンルーム１０１が水没し、主電池１が失陥した場合であっても、キャビン１０２が水没しない限り、車両１００の負荷６ａ，６ｂ，６ｃに給電することができる。

スイッチ２１，２２，２３の各々はリレーを採用して実現することができる。図４はスイッチ２１を例にとって当該リレーの構成を例示する回路図である。スイッチ２１に採用されるリレーは、第１端２１１と、第２端２１２と、第３端２１３と、第４端２１４と、リレーコイル２１５とを有する。第１端２１１は（ヒューズ７１が設けられる場合にはこれを介して）受電線５４に接続され、第２端２１２は給電線５ａに接続される。第３端２１３は第１端２１１と接続され、第４端２１４は制御回路２０の制御端子Ｐ１に接続される。リレーコイル２１５は、自身に電流が流れることによって第１端２１１と第２端２１２との間を導通させる導通制御素子として機能する。つまりここで例示されるリレーはノーマリーオープン形である。

制御回路２０は制御端子Ｐ１の電位を制御することによって、具体的には制御回路２０の内部において当該電位を副電池２Ｂの電位よりも低くすることによって、リレーコイル２１５に電流を流し、以て第１端２１１と第２端２１２とを導通させる。

同様の構成がスイッチ２２，２３についても採用される。制御回路２０は制御端子Ｐ２，Ｐ３の電位を制御することによって、具体的には当該電位を副電池２Ｂの電位よりも低くすることによって、それぞれスイッチ２２，２３を導通させる。

例えば主電圧検出回路３が検出した主電池１の電圧が上述の閾値Ｖｃよりも小さければスイッチ２３を導通させ、上述の閾値Ｖｂよりも小さければスイッチ２２，２３を導通させ、上述の閾値Ｖａよりも小さければスイッチ２２，２３，２４を導通させる。

制御回路２０は、その制御端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の電位を検出してもよい。ヒューズ７１，７２，７３が失陥していなければ、それぞれスイッチ２１，２２，２３を介して制御端子Ｐ１には副電池２Ｂの電圧が引加される。もしヒューズ７１が失陥していれば制御端子Ｐ１はフローティング状態となって電圧は引加されない。ヒューズ７２，７３についても同様である。このようにしてヒューズ７１，７２，７３の失陥の有無を検出できる。

｛変形例｝
図５は上記の実施の形態において、負荷６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれが、一つの給電ポートのみを有する場合において、主電池１からも副電池モジュール２からも給電可能とする変形の構成を示すブロック図である。

給電線５ａと主電池１との間には、ヒューズ７ａと直列にダイオード４ａが設けられる。但し、ダイオード４ａは、副電池モジュール２から主電池１への充電を阻止する方向を以て設けられている。通常、主電池１から負荷６ａへの給電は、主電池１から負荷６ａに向かって流れる電流によって実現される。よって図５ではダイオード４ａのカソードが給電線５ａに向けて、アノードが主電池１に向けて、それぞれ接続される。例えば、図示される例では、ダイオード４ａのカソードが給電線５ａと負荷６ａとに共通して接続され、アノードがヒューズ７ａを介して主電池１に接続される。あるいはヒューズ７ａの一端が給電線５ａと負荷６ａとに共通に接続され、他端がダイオード４ａを介して主電池１に接続されてもよい。

このような構成では、副電池モジュール２から主電池１へは電流が流れないので、主電池１が短絡により失陥した場合に、副電池モジュール２から負荷６ａへ給電する効果が妨げられにくい。他方、主電池１が失陥していないときには、主電池１から負荷６ａへの給電はもとより、制御回路２０が制御端子Ｐ１の電位を低下させてスイッチ２１をオンし、ヒューズ７１、給電線５ａ、ダイオード４ａを介して副電池２Ｂをオルタネータ８や主電池１から充電することも可能である（図１参照）。

ダイオード４ａと同様にして、ダイオード４ｂが給電線５ｂと主電池１との間に、ダイオード４ｃが給電線５ｃと主電池１との間に、それぞれ設けられる。よって主電池１が短絡により失陥した場合に、副電池モジュール２から負荷６ｂ、６ｃへ給電する効果が妨げられにくい。しかも主電池１が短絡により失陥していない場合には、主電池１から負荷６ｂ，６ｃへの給電はもとより、スイッチ２１，２２，２３の少なくともいずれか一つが導通することにより、副電池２Ｂをオルタネータ８や主電池１から充電することが可能である。

主電圧検出回路３に代替して主電池１の水没の発生を検出する水没センサを用いてもステップＳ１０１の判断を行うことができる。あるいは主電圧検出回路３に代替して、ヒューズ７ａ，７ｂ，７ｃに流れる電流を検出する電流センサを採用しても同様である。なお、ヒューズ８ａ，７ｂ，７ｃの失陥は従来と同様、それぞれ負荷６ａ，６ｂ，６ｃの動作の良否を以て判断できる。

上記の種々の変形は互いに機能を阻害しない限り、適宜に組み合わせて採用することができる。

以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 主電池
２ 副電池モジュール
２Ａ 給電中継回路
２Ｂ 副電池
３ 主電圧検出回路
４ａ，４ｂ，４ｃ ダイオード
５ａ，５ｂ，５ｃ 給電線
６ａ，６ｂ，６ｃ 負荷
７ａ，７ｂ，７ｃ，７１，７２，７３ ヒューズ
２０ 制御回路
２１，２２，２３ スイッチ
５４ 受電線
１００ 車両
１０１ エンジンルーム
１０２ キャビン
２１１ 第１端
２１２ 第２端
２１３ 第３端
２１４ 第４端
２１５ リレーコイル（導通制御素子）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 制御端子

Claims (7)

1. 車両のエンジンルームに設けられる主電池から給電される負荷に、副電池からの給電を中継する給電中継回路であって、
   前記副電池に接続された受電線と、
   前記負荷に対応して設けられ、各々がその対応する前記負荷へ給電する給電線と、
   前記給電線に対応して設けられ、各々がその対応する前記給電線と前記受電線との間に接続されるスイッチと、
   前記主電池の電圧が所定の閾値よりも低い場合に前記スイッチを導通させる制御回路と
   を備え、
   前記車両のキャビン側に設けられる、給電中継回路。
2. 請求項１記載の給電中継回路であって、
   前記制御回路は前記スイッチを、対応する前記負荷に設定される閾値よりも前記副電池の蓄電状態が小さくなったときにオフする、給電中継回路。
3. 請求項１又は請求項２記載の給電中継回路であって、前記主電池の電圧は、前記受電線を介して前記副電池と接続された主電圧検出回路によって検出される給電中継回路。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の給電中継回路であって、
   前記スイッチの各々は、
   前記給電線に接続される第１端と、
   前記受電線に接続される第２端と、
   前記第１端と接続される第３端と、前記制御回路の制御端子に接続される第４端とを有し、自身に電流が流れることによって前記第１端と前記第２端との間を導通させる導通制御素子と
   を有するリレーであって、
   前記制御回路は前記制御端子の電位を制御することによって前記副電池から前記導通制御素子に電流を流し、以て前記第１端と前記第２端とが導通する給電中継回路。
5. 請求項４記載の給電中継回路であって、
   前記スイッチの各々と前記給電線との間に設けられるヒューズ
   を更に備え、
   前記制御回路は前記制御端子の電位を検出することによって前記ヒューズの失陥の有無を検出する給電中継回路。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の給電中継回路と、
   前記副電池と
   を備え、
   前記副電池は前記キャビン側に設けられる副電池モジュール。
7. 請求項６記載の副電池モジュールと、
   前記主電池と
   を備える電源システム。

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