JP2022091016A

JP2022091016A - サブバッテリーを有する車両の走行充電システム

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Publication number: JP2022091016A
Application number: JP2020203680A
Authority: JP
Inventors: 賢治荒木; Kenji Araki; 康太高橋; Kota Takahashi
Original assignee: Nuts Co Ltd
Current assignee: Nuts Co Ltd
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-06-20

Abstract

【課題】オルタネーターの能力を効率良く引き出して、リチウムイオン電池を用いたサブバッテリーを効率良く充電できるようにする。【解決手段】メインバッテリー２０はエンジンのオルタネーター１１に直接接続され、複数のサブバッテリー３１～３３はメインバッテリー２０とは独立したケーブル４１によって直接オルタネーター１１に接続して充電される走行充電システムにおいて、オルタネーター１１のＳ端子１２ｃに帰還されるメインバッテリー２０の電圧を、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａによってわずかに降圧させることで、オルタネーター１１の出力電圧を高めるようにした。この制御によって、リチウムイオンバッテリー（３１～３３）を効率良く充電できる。オルタネーター１１には温度センサ７８を設け、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａはオルタネーター１１の温度上昇に応じて、帰還電圧を降下させるように制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、メインバッテリーに加えてサブバッテリーを有する車両の走行充電システムに関し、特にキャンピングカー等で用いられるサブバッテリーとして鉛バッテリー以外のものを用い、車両のエンジンを用いて効率良く急速に充電できるようにしたものである。

走行可能な車両に、休憩及び就寝できる設備を備えたキャンピングカーが広く用いられている。キャンピングカーでは、車両用に用いられるバッテリー（以下、「メインバッテリー」と呼ぶ）に加えて、特許文献１にて知られるように居室部分で用いられる電気機器の電源としてのバッテリー（以下、「サブバッテリー」と呼ぶ）が用いられる。近年のキャンピングカーでは、居室内に家庭用エアコンを備え、サブバッテリーに蓄えた電気で稼働させることが普及している。駐車場やキャンプ場ではエンジンを切ることは当たり前のことであり、外部電源コンセントがないところでは家庭用エアコンの電源をサブバッテリーだけで賄う。そのためサブバッテリーを多数の大容量バッテリーで構成することが行われ、ソーラーパネルを用いてサブバッテリーを充電することも行われている。

特許文献１には、キャンピングカー等のサブバッテリーを有する車両の電源システムが開示され、その車両は、発電電圧に制御するレギュレータを内蔵した車両用発電機（オルタネーター）３と、チャージランプ４と、イグニッションスイッチ５と、常閉リレー６と、常開リレー７と、逆流防止ダイオード８、９と、スタータ１０と、一般車両用負荷１１と、生活用負荷１２とを含んで構成される。メインバッテリー１とサブバッテリー２の接続方法は、メインバッテリー１の陽極と車両用発電機３の発電端子Ｂを結ぶとともにサブバッテリー２の陽極と車両用発電機３の発電端子Ｂの間に常開リレー７を接続し、両バッテリー１、２を分断する。車両用発電機（オルタネーター）３の「センシング端子Ｓは発電端子Ｂとともにメインバッテリー１の陽極に接続され、発電端子Ｂの電圧はセンシング端子Ｓで設定した調整電圧（約１４．５Ｖ）に従うようにオルタネーターの出力が調整される（公開公報第３カラム第５～９行参照）。

図１は本願発明が適用される車両の一例であり、いわゆるキャブコンバージョンタイプのキャンピングカー１の側面図である。キャンピングカー１は、荷台のついていない状態のトラック（ベース車両５）に、キャンピングカーの特徴となる居室部分の外枠を形成するＦＲＰまたはアルミパネル複合材によるシェル６を搭載したものである。シェル６には、入口ドア８や複数の開閉式の窓９が設けられ、内部には図示しないキッチン設備、ベッド設備、ダイニング設備、トイレ設備等が設けられる。ベース車両５はエンジン１０によって自走可能な車両であって、前方に運転席及び助手席を有するキャビン７が配置される。図１では、エンジン１０の上に運転席と助手席を配置したキャブオーバータイプの車両の例を示しているが、ベース車両５はキャブオーバータイプだけに限られずに、メインバッテリーとオルタネーターを有するエンジン付きの車両であれば本願発明の適用対象である。ベース車両５には、前輪３及び後輪４を保持する図示しない金属製のシャシにエンジン１０を始動するためのメインバッテリー２０が固定される。メインバッテリー２０は、通常の自動車で必ず使われるもので、電解液に希硫酸（Ｈ_２ＳＯ_２）を用いた公称電圧１２Ｖの鉛電池が広く用いられる。キャンピングカー１の特徴の一つとして、居室部分で用いるために１つ以上のバッテリー（サブバッテリー３１～３３）がさらに設けられる。サブバッテリー３１～３３は、エンジン１０の停止時にメインバッテリー２０と電気的に切り離され、居室部分の利用者が使用する電源となる。

従来のサブバッテリー３１～３３は、メインバッテリー２０と同様に鉛バッテリーが用いられ、設置されるサブバッテリーの数は、居室部分で使用する電気機器の使用に必要とされる容量が確保される。サブバッテリー３１～３３の搭載位置は任意であるので、図１にて示す位置に限定されない。また、サブバッテリー３１～３３をシェル６の内部空間だけでなく外部空間や、ベース車両５のいずれかの位置に設置することも可能である。サブバッテリー３１～３３は、居室部分での電気使用量によってその放電量が大きく変動し、深い放電状態まで使われる場合がある。そこで、メインバッテリー２０で使われるような開放型の鉛バッテリーと異なり、繰り返しの充電及び放電に強く、充電された電気を空状態近くまで使い切ることができるディープサイクルバッテリー（例えば容量１００Ａｈ（Ａｈ２０Ｈｒ率））のものを複数個並列接続している。通常、車両のメインバッテリー２０は、エンジン１０により常に充電され、ほぼ満充電に近い状態で使用される。

図１０は、特許文献２のキャンピングカーにおけるメインバッテリー及びサブバッテリーの基本的な接続回路図である。車両走行用のエンジン１０（図１参照）にはオルタネーター１１が設けられている。オルタネーター１１は、エンジン１０の動力によりプーリーとベルトを介して駆動されるものであり、通常は三相式の交流発電機であって、発電された交流電流をダイオードによって整流し、メインバッテリー２０や車内の各電気機器に電力を供給する。オルタネーター１１は、正極側の出力端子となる＋Ｂ端子１２ａを有し、ケーブル１４によってメインバッテリー２０の正極端子２０ａに接続される。本明細書の例では、オルタネーター１１の負極端子１２ｂはケーブル１６によってメインバッテリー２０の負極側と接続されるように図示しているが、オルタネーター１１の負極端子１２ｂをアース線２１によってベース車両５のシャシに接続し、メインバッテリー２０の負極端子２０ｂをアース線２２によってベース車両５のシャシに接地されるようにして、実際のケーブル１６を省略しても良い。ここでいう「接地」という意味は、ベース車両５の金属製のシャシ又はボディにケーブルによって電気的に接続することを意味する。

オルタネーター１１からメインバッテリー２０に接続するケーブル１４、信号線１５の経路中にはヒューズ１３、１７がそれぞれ設けられる。ベース車両の＋電源はメインバッテリー２０の正極端子２０ａからプラス線１８で取り出され、－電源はアース線１９により車体に設置される。オルタネーター１１にはさらに、センシング端子Ｓ（Ｓ端子１２ｃ）が設けられ、メインバッテリー２０の正極端子２０ａとＳ端子１２ｃが信号線１５によって接続されることにより、メインバッテリー２０の電圧がオルタネーター１１にフィードバックされる。

キャンピングカー１のエンジン１０として、例えば発電能力１３０Ａのオルタネーター１１を有する２０００ｃｃのガソリンエンジン、又は、発電能力１３０Ａのオルタネーター１１を有する３０００ｃｃのディーゼルエンジンが用いられる。これらは一例であって、エンジンの種類や排気量、オルタネーター１１の発電容量は任意である。また、エンジン５からオルタネーター１１への動力伝達方法は任意である。図１０に示す従来のサブバッテリーの充電システムでは、ベース車両５が有するメインバッテリー２０側の配線には実質的に手を加えずに、メインバッテリー２０とは独立させたサブバッテリー２３１～２３３側の配線を追加したものである。つまり、オルタネーター１１の＋Ｂ端子１２ａから専用のケーブル２４１を用いてサブバッテリー２３１～２３３の正極端子に接続する。ケーブル２４１には、ヒューズ２４２とリレー２４３が設けられる。

リレー２４３は、遅延式のリレーであり、ベース車両５のエンジン１０が始動してオルタネーター１１の発電が始まると、わずかな時間（例えば３秒）の遅延時間を経過した後にオン（接続状態）になる。また、ベース車両５のエンジン１０が停止したり、アイドリングストップ等でオルタネーター１１の発電が止まると直ちにリレー２４３はオフ（遮断状態）になる。従来のオルタネーター１１からサブバッテリー２３１～２３３に直接接続する方法の利点は、メインバッテリー２０側の電圧に左右されること無くサブバッテリー２３１～２３３を効率よく充電できることである。また、ベース車両５のケーブル１４が細い場合であっても、サブバッテリー２３１～２３３への接続用のケーブル２４１を十分太い線にすれば、効率良くサブバッテリー２３１～２３３を充電できる。サブバッテリー２３１～２３３は、それぞれの正極と、それぞれの負極が太いケーブル２３４ａ、２３４ｂ、２３５ａ、２３５ｂによって接続された並列接続とされている。シェル６（図１参照）内の電源は、サブバッテリー２３１の正極端子２３１ａからケーブル２３６で、サブバッテリー２３３の負極端子２３３ｂからケーブル２３７から引き出される。また、負極端子２３３ｂはアース線２３４によってベース車両５（図１参照）のシャシに接地される。

以上のようなキャンピングカー１のサブバッテリーとして、近年、リチウムイオンバッテリーを用いることが提案されている。リチウムイオンバッテリーは、鉛バッテリーに比べて体積エネルギー密度（ｗｈ／ｌ）、質量エネルギー密度（ｗｈ／ｋｇ）が優れている上、自己放電率が小さく、充電サイクル回数が多いという特徴を有する。リチウムイオンバッテリーを採用する上での障害は、鉛バッテリーに比べて価格が高いことと、１セルあたりの電圧が異なるため、鉛バッテリーと同じ条件では十分な走行充電ができないことである。

実用新案登録第２５０７１１１号公報特開２０１７－１３９９１４号公報

ベース車両５のエンジン１０に搭載されているオルタネーター１１は、鉛バッテリーを充電することを前提に設計されている。従来のサブバッテリーを、鉛方式のディープサイクルバッテリーから、リチウムイオンバッテリーに置き換えると、オルタネーター１１の充電電圧がリチウムイオンバッテリーの充電用には不足するため、リチウムイオンバッテリーへの充電電流が小さくなり、充電に要する時間（充電時間）が長くなってしまう。一般的な対策として、オルタネーター１１の発電電圧を、昇圧装置などで昇圧してからリチウムイオンバッテリーの充電に最適な電圧にする方法がある。しかしながら、昇圧して充電する方法では電気的なロスが大きくなるため、短時間での大電流充電方法を実現する上では満足のいく結果が得られなかった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、鉛バッテリー用のオルタネーター搭載の車両において、鉛バッテリーによるメインバッテリーと、鉛バッテリーとは異なる種類のサブバッテリーの双方を効率良く充電できるようにした走行充電システムを提供することにある。
本発明の別の目的は、エンジンのオルタネーターの能力を効率良く引き出すことにより、鉛バッテリーに最適化されたオルタネーターを使って、鉛バッテリーよりも高い充電電圧を必要とする非鉛バッテリーを用いたサブバッテリーを効率良く充電できるようにした走行充電システムを提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ベース車両に標準装備されているオルタネーター１１の内部構成を改造することなく、サブバッテリーとしてリチウムイオン電池を用いた走行充電システムを実現することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、オルタネーターを有するエンジンと、エンジンの始動用及び車両用の電源として用いられるメインバッテリーと、エンジンの停止時にメインバッテリーと切り離して使用可能であってメインバッテリーよりも高い充電電圧が必要とされるサブバッテリーを有し、サブバッテリーは、メインバッテリーとは独立した配線にてオルタネーターに接続され、メインバッテリーとサブバッテリーはエンジンの運転時にオルタネーターの出力により同時に充電されるようにしたサブバッテリーを有する車両において、メインバッテリーからオルタネーターのＳ端子への接続回路内に降圧手段を設け、オルタネーターの温度を測定するセンサを、オルタネーターの筐体に付加し、センサの検出温度に応じて降圧手段による降圧の稼働又は停止を切り替えるように構成した。降圧手段は、メインバッテリーからオルタネーターのＳ端子への接続回路内に直列に挿入される複数の抵抗器又は複数のダイオードで構成でき、センサの検出温度に応じて降圧手段の稼働時の降圧レベルを複数設定するようにした。

本発明の他の特徴によれば、降圧手段の入力側と出力側を短絡又は開放可能なバイパス回路を設け、切り替え回路によってバイパス回路の接続又は遮断を切り替えることによって、降圧手段を稼働させるか、又は、停止させるかを切り替え可能とした。降圧手段を停止させると、オルタネーターのＳ端子への帰還電圧は、本発明適用前の状態と同じとなる。降圧手段による降圧レベルは、サブバッテリーの状態（例えば、サブバッテリーの電圧、残容量、又は、温度のいずれか一つ以上）に応じて段階的に切り替えられる。また、可変抵抗器を用いて降圧手段による降圧を連続可変に制御しても良い。

本発明の他の特徴によれば、オルタネーターとサブバッテリーの接続経路として、オルタネーターの出力に直接接続される直結充電経路と、オルタネーターの直流出力を交流に変換するインバーター装置及びサブバッテリーを充電するバッテリー充電器を介して充電されるインバーター充電経路を有し、車両の走行中にサブバッテリーは、直結充電経路又はインバーター充電経路のいずれかで切り替えて充電できるように構成した。また、車両の走行中にインバーター装置からのＡＣ出力を利用する機器を使用する場合は、直結充電経路を切り離して、インバーター充電経路だけを接続するように構成した。

本発明の走行充電システムにより、オルタネーターの能力を効率良く引き出すことにより、鉛バッテリーよりも高い充電電圧を必要とするサブバッテリーを急速に充電できる。また、オルタネーターによる大電流の発電においても、オルタネーターがオーバーヒートしないようにＡＬＴ－Ｓ電圧をコントロールするので、オルタネーターを定格温度内で動作させることができ、オルタネーターを保護することができ、信頼性の高く効率の良い走行充電システムを実現できた。
さらに、リチウムイオンバッテリーが得意とする大電流充電と大電流放電を小刻みに繰り返す状態を避けるために、オルタネーターからインバーター回路を介してバッテリー充電器を稼働させる経路も設けたので、車両のエンジンの稼働中にエアコンや電子レンジ等の大電流電気機器を使用するような状況では、「インバーター充電モード」に切り替えることにより、サブバッテリーから大電流の放電をしながら同時に充電するという事象を回避でき、リチウムイオンバッテリー式のサブバッテリーの長寿命化を達成できた。

本願発明が適用される車両（キャンピングカー１）の側面図であって、一部にバッテリーの搭載状況を示した図である。本発明の実施例に係るバッテリーの走行充電システムの基本的な接続回路図である。本発明の実施例であって、図２のシステムを更に発展させた走行充電システムの接続回路図である。図３の降圧手段５０の構成を示す回路図である。（Ａ）は減圧素子５１～５３としてダイオード５１Ａ、５２Ａ、５３Ａを用いる例を示した回路図であり、（Ｂ）は減圧素子５１～５３として抵抗器５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂを用いる例を示した回路図である。図４の降圧停止信号の適用例をまとめた表である。本発明の実施例に係る走行充電システムの制御手順を示すフローチャートである。本発明の第二の実施例に係る走行充電システムの接続回路図である。本発明の第三の実施例に係る走行充電システムの接続回路図である。従来例の車両におけるメインバッテリー及びサブバッテリーの基本的な接続回路図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図１は、本願発明が適用される車両（キャンピングカー１）の側面図であって、一部にバッテリーの搭載状況を示した図である。図１に示すレベルの構成は、従来のキャンピングカーと同じである。

メインバッテリー２０は、図１０で示した従来例と同じく鉛バッテリーが用いられる。一方、サブバッテリー３１～３３は「リチウムイオンバッテリー」、ここでは３つのリン酸鉄リチウムイオン（ＬｉＦｅＰＯ４）バッテリーを用いた。サブバッテリーの数は、１つ以上であって６個程度までの範囲とすると好ましい。また、サブバッテリー３１～３３を複数個接続する場合は、同一タイプ、同一容量のものを並列接続すると好ましい。サブバッテリー３１～３３の個々は、例えば容量１００Ａｈ（Ａｈ２０Ｈｒ率）である。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、リチウムイオンバッテリーの一種で、正極材料にリン酸鉄リチウムを使用する二次バッテリーである。市販されているリン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、鉛バッテリーに比べてエネルギー密度が高い一方で、放電率が低く、サイクル寿命が長いという特徴を有する。また、１セルあたりの電圧が３．２～３．３Ｖであるため、自動車用バッテリーとして使用するには４セルの直列接続とし、その定格電圧は１２．８～１３．２Ｖとなる。また、市販されている自動車用のリン酸鉄リチウムイオンバッテリーには、過充電防止、過放電防止のＢＭＳ（Battery Management System）が内蔵されているため、車両用の鉛バッテリーをリン酸鉄リチウムイオンバッテリーに置き換えることが可能である。しかしながら、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは鉛バッテリー（定格電圧１２．６Ｖ）との違いにより、高い充電電圧が必要となるので、鉛バッテリーの充電用に最適化されたオルタネーター１１との直結接続だけでは、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを用いたサブバッテリー３１～３３を短時間に満充電させることが難しい。

公知のリン酸鉄リチウムイオンバッテリーをサブバッテリー３１～３３として用いた場合は、発明者らの実験によれば、オルタネーター１１からサブバッテリー３１～３３をケーブル４１にて直接接続しても、オルタネーター１１の出力電圧が足りずに必要な充電終端電圧１４．６Ｖまでなかなか到達しないことが判明した。そこで、本実施例ではオルタネーター１１の出力電圧を高めるように制御し、オルタネーター１１が有する発電能力を効果的に引き出すようにした。

図２は本実施例に係るバッテリーの走行充電システムの原理を説明するための接続回路図である。図２において、サブバッテリー３１～３３の種類と、降圧手段５０を追加したこと以外は、図１０に示す従来の走行充電システムと同じ回路である。メインバッテリー２０の正極端子２０ａは、オルタネーター１１の＋Ｂ端子１２ａとヒューズ１３を介してケーブル１４で直接接続され、負極端子２０ｂは、オルタネーター１１の負極端子１２ｂ部分とケーブル１６にて直接接続される。オルタネーター１１の負極端子１２ｂとメインバッテリー２０の負極端子２０ｂは、それぞれ車体の金属部分にアース線２１、２２にて接地される。

キャンピングカー１の居室部分と別の車体（以下、「ベース車両」という）側の電源は、メインバッテリー２０の正極端子２０ａから接続されるプラス線１８と、アース線１９から取り出され、例えば、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、イグニッション、ヘッドライト、リアライト、ウインカー、ワイパーと、キャブ内に設けられる室内灯、エアーコンディショナー、オーディオ機器等の電源となる。これらは通常の乗用車や小型トラック、小型貨物自動車等で用いられている電源システムと同じである。尚、プラス線１８には、図示しないヒューズや電流検知回路等が設けられるが、それらの説明は省略する。

サブバッテリー３１～３３はリン酸鉄リチウムイオンバッテリーを用いたものである。サブバッテリー３１～３３の合計バッテリー容量は、メインバッテリー２０のバッテリー容量よりも十分大きく、例えば２倍以上、好ましくは数倍以上になるように構成する。サブバッテリー３１～３３のプラス出力３６、マイナス出力３７は、キャンピングカー１の居室部分（シェル内）で使用される電源となるものである。使用される機器としては、１２Ｖ駆動の冷蔵庫、室内灯、入口灯、換気扇、オーディオ機器、水道のポンプ、ＦＦヒーター等である。また、プラス出力３６、マイナス出力３７に公知のインバーター機器（後述するインバーター８１と同じもの）を接続して、直流１２Ｖから交流１００Ｖに変換して、家庭用エアコン、家庭用テレビ、家庭用電子レンジ、その他１００Ｖにて動作する機器の電源として用いられる。

降圧手段５０は、メインバッテリー２０からオルタネーター１１のセンシング端子Ｓ（Ｓ端子）１２ｃに帰還させるバッテリー電位を、見かけ上低くなるように伝達させる手段である。例えば、メインバッテリー２０の実電圧が１３．３Ｖの場合、オルタネーター１１のＳ端子１１ｃに０．数ボルト～２Ｖ程度降下させた電圧が伝わるように伝達させる。降圧手段５０とメインバッテリー２０の正極端子２０ａとの間には、例えば容量７～１０Ａ程度のヒューズ１７が設けられる。このようにＳ端子１２ｃへの帰還信号（電圧信号）が低くなるように制御すると、オルタネーター１１が高い発電能力を発揮するようになる。一方、オルタネーター１１自体の改造を行っている訳ではないので、メインバッテリー２０の充電や、ベース車両電源への影響は無視できる。降圧手段５０は、様々な構成により実現できる。

以上、図２の接続回路によってオルタネーター１１は、メインバッテリー２０に最適な出力よりも高い電圧を出力することができるので、リチウムイオンバッテリー３１～３３を効率よく充電できる。しかしながら、オルタネーター１１を高い負荷領域で長時間使用することになるため、そのための安全機構を設けることが重要になる。また、充電される側のリチウムイオンバッテリー３１～３３についても、適切な充放電管理をすることが望ましい。

図３は本発明の実施例であって、図２のシステムを更に発展させた走行充電システムの接続回路図である。ここでは降圧手段５０を具体化して、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａとして示した。ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの基本的な動作は、センシング端子Ｓ（Ｓ端子１２ｃ）への信号をメインバッテリー２０の電圧（通常電圧）そのままで帰還させる、又は、通常電圧よりも低くなるように降圧させて帰還させるかのいずれかである。ここでは降圧させる電圧レベルを多段階（ここでは３段階）設けて、どのレベルまで降圧させるかをオルタネーター１１の温度によって調整できるようにした。このため、オルタネーター１１のハウジングに温度センサ７８を設け、温度センサ７８の出力値を温度モニター７９にて監視し、オルタネーター１１の温度に応じた制御信号７９ａをＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに入力させる。温度センサ７８は、オルタネーター１１のハウジングの外側に取り付けたサーミスタ等の公知の温度センサであり、ネジ、接着剤、両面テープ等を用いてオルタネーター１１に固定される。この際、オルタネーター１１を分解することなく、内部構成には何ら手を加えないことが重要である。オルタネーター１１の内部には、ベース車両５のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：ｅｎｇｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）に伝達される温度センサが設けられるものがある。しかしながら、本実施例ではオルタネーター１１の内部に設けられる温度センサとは別に、ハウジングの外側に追加の温度センサ２５を設けるようにして、オルタネーター１１自体の分解を行わないようにした。

サブバッテリー３１～３３の充放電状態を監視するために充放電モニター７０が設けられる。充放電モニター７０は、シェル６（図１参照）にて使用者に対してサブバッテリー３１～３３の状態を表示するために用いられることが多いが、その監視データを降圧停止信号７０ａとしてＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに伝達する。さらに、サブバッテリー３１～３３の急速充電が不要な場合は、使用者（運転手）が手動式の停止スイッチ７６で、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの動作をオフにできるようにした。そのための停止信号７６ａがＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに伝達される。このようにベース車両５に標準装備されているオルタネーター１１自体を改良することなく、単に、センシング端子Ｓ（Ｓ端子１２ｃ）への帰還信号を調整することによって、オルタネーター１１からの発電出力を増大させるように制御できた。さらに、サブバッテリー３１～３３をオルタネーター１１に直結する直結充電モードを有する充電システムにおいて、本実施例による発電出力を増大させる制御によって大容量のオルタネーター１１の出力を十分生かしたリチウムイオンバッテリーの急速充電が可能となった。

充放電モニター７０は、サブバッテリー３１～３３の充電及び放電状態をモニターする機器であり、バッテリー残量（容量％）、出力／入力電圧（Ｖ）、出力／入力電流（Ａ）、バッテリー温度（℃）等をモニターする公知の機器である。バッテリー温度（℃）のモニターはオプションであり、サブバッテリー温度を測定する場合は、サブバッテリー３１～３３のいずれかに温度センサ７２を追加する。積算電流計７４は、サブバッテリー３３の負極端子３３ｂから接地するアース線の間に設けられ、サブバッテリー３１～３３への充電電流又は放電電流の値を測定すると共に、その積算値を計算する。積算電流計７４ｂの出力は、信号線７４ａを介して充放電モニター７０に出力される。尚、温度センサ７２と積算電流計７４は、サブバッテリー３１に予め組み込まれた図示しないＢＭＳ（Battery Management System）にそれらの機能が含まれている場合があるので、ＢＭＳからそれらの値を充放電モニター７０に入力させるようにしても良い。また、サブバッテリー３１～３３の温度検出値をＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの制御に利用しないことも任意である。

手動式の停止スイッチ７６は、運転手によってＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａを稼働させるか、停止させるかを選択するスイッチであり、車両の任意の位置、例えば運転席や、居室内に設置することができる。停止スイッチ７６の表示としては、“急速充電”（ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａを稼働）と、“通常充電”（ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの稼働の停止）として、これらを手動にて切り替えられるようにする。

図４は図３の降圧手段５０の詳細回路図である。降圧手段５０は、３つの減圧素子５１～５３と、４つの自動復帰式のリレースイッチ（５４～５７）と、一つのリレースイッチ５８により構成される。降圧手段５０はメインバッテリー２０の＋端子に接続される信号線１５ａと、オルタネーター１１のＳ端子に接続される信号線１５ｂ（図の経路中に設けられる。信号線１５ａと１５ｂの間には、３つの減圧素子５１～５３が直列に介在される。減圧素子５１～５３は、それを通過することによって電圧が所定の大きさだけ降下させることができる電子部品であって、例えばダイオードや、固定抵抗器、可変抵抗器を用いることができる。

減圧素子５１～５３のそれぞれには並列するバイパス回路が設けられ、そこに自動復帰式のリレースイッチ５４～５６がそれぞれ設けられる。リレースイッチ５４～５６は、外部から電気信号（ここでは制御信号７９ａ）を入力し、電気回路のオン／オフの切り替えを行う部品である。リレースイッチ５４～５６は、有接点リレー（メカニカルリレー）と無接点リレー（ＭＯＳＦＥＴリレー、ソリッドステート・リレー）のいずれで構成しても良いが、外部からの電気信号（ここでは制御信号７９ａ）を入れた時だけ接点がオンとなるリレースイッチを用いると良い。このように、各減圧素子５１～５３のそれぞれに個別のバイパス回路を設け、リレースイッチ５４～５６の接続数で、稼働させる減圧素子を０～３個の間で切り替え、Ｓ端子１２ｃへの帰還電圧を段階的に降圧する。具体的には、オルタネーター１１の温度が高くなったら少しずつ降圧レベルを減らすように制御して、オルタネーター１１が高負荷（高電流）によって連続使用上限温度（例えば９０℃）を越えないように制御する。

冷間時にエンジンを始動して、エンジン稼働中に温度センサ７８で検出された温度が８０℃を越えたら、温度モニター７９は、信号線７９ａによってリレースイッチ５６の接点をオンにする制御信号を出力し、リレースイッチ５４、５５の接点はオフのままとする。この状態では、信号線１５ａと１５ｂの間に、減圧素子５１と５２が介在されている状態である。その後、エンジン稼働中に温度センサ７８で検出された温度が８５℃を越えたら、温度モニター７９は、信号線７９ａによってリレースイッチ５５、５６の接点をオンにする制御信号を出力し、リレースイッチ５４の接点はオフのままとする。この状態では、信号線１５ａと１５ｂの間に、減圧素子５１だけが介在されている状態である。その後、エンジン稼働中に温度センサ７８で検出された温度が９０℃を越えたら、温度モニター７９は、信号線７９ａによってリレースイッチ５４、５５、５６の接点をすべてオンにする制御信号を出力する。つまり、検出温度が９０℃以上の場合は、信号線１５ａと１５ｂが直結された状態となり、減圧素子５１～５３は作用しない。

高温のオルタネーター１１の温度が８８℃まで低下したら、リレースイッチ５４の接点だけがオフになり、温度が８３℃まで低下したらリレースイッチ５４と５５の接点がオフになり、温度が７８℃まで低下したらリレースイッチ５４、５５、５６の接点のすべがオフになる。このような制御をエンジン１０の稼働中に繰り返すことになる。

各減圧素子５１～５３と並列に設けられる個別のバイパス回路に加えて、減圧素子５１～５３全体をまとめてバイパスさせる回路も設けられ、そこにリレースイッチ５７が設けられる。リレースイッチ５７は通常状態、即ち、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの外部からＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの降圧停止信号７０ａ及び７６ａのいずれも入力されていない際には、リレースイッチ５７の接点がオフとなる。一方、降圧停止信号７０ａ及び７６ａが入力されたら、リレースイッチ５７がオンとなることにより、信号線１５ａと１５ｂが直結状態となることで、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの動作が停止される。このように、本実施例のＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａは、減圧素子５１～５３を個別に稼働又は停止させるモードと、全体としてＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａを稼働又は停止させるモードを有するように構成した。そして、個別に稼働又は停止させるモードは、オルタネーター１１の計測温度によって制御され、全体を稼働又は停止させるモードは、サブバッテリー３１～３３の状態や手動停止スイッチ等で切り替えられるようにした。ここで、サブバッテリー３１～３３の状態とは、サブバッテリー３１～３３の電圧、残容量（％）、温度センサ７２による計測温度のいずれか一つ以上を示す。

図５（Ａ）は減圧素子５１～５３として複数のダイオード５１Ａ、５２Ａ、５３Ａを用いた例を示す回路図である。ここではダイオード５１Ａ、５２Ａ、５３Ａのアノード側がメインバッテリー２０側になり、カソード側がオルタネーター１１側になるように直列に接続する。ダイオード５１Ａ、５２Ａ、５３Ａは、それぞれを通過する毎に約０．５Ｖ程度の電圧降下が生ずる。従って、通過させるダイオードの数を１～３個に切り替えることによって、センシング端子Ｓ（Ｓ端子１２ｃ）への帰還信号を、メインバッテリー２０の電圧から０．５Ｖ降圧、１．０Ｖ降圧、又は、１．５Ｖ降圧させた電圧に変換できる。また、それぞれのダイオード５１Ａ、５２Ａ、５３Ａにバイパスさせる回路（５４ａと５４ｂ、５５ａと５５ｂ、５６ａと５６ｂ）を設け、各バイパス回路にリレースイッチ５４、５５、５６を介在させているので、オルタネーター１１の測定温度（図３の信号線７９ａ）に基づいてリレースイッチ５４、５５、５６の接続又は開放を個別に制御できる。

図５（Ｂ）は減圧素子５１～５３として複数の抵抗器５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂを用いる例を示した回路図である。抵抗器５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂを用いることによって、降下させる電圧の範囲を任意に設定することが可能となる。抵抗器５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂを用いる場合は、ダイオード５１Ａ、５２Ａ、５３Ａのような接続の極性はない。抵抗器５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂには、それぞれバイパス回路（５４ａと５４ｂ、５５ａと５５ｂ、５６ａと５６ｂ）が設けられ、それぞれのバイパス回路にリレースイッチ５４、５５、５６が介在される。リレースイッチ５４、５５、５６はオルタネーター１１の測定温度（図３の信号線７９ａ）に基づいて接続又は遮断が制御される。

図５（Ａ）、（Ｂ）では使用する減圧素子の数をそれぞれ３つずつとした。直列接続されるこれらの減圧素子の数は任意であるが、減圧素子を挿入してもメインバッテリー２０の充電可能範囲、オルタネーター１１の使用上の許容範囲内での発電及び充電が行えることが重要である

図６は、オルタネーター１１の温度上昇からの保護の為に降圧手段５０の介在を解除させるだけでなく、その他の要因によって降圧手段５０の動作を停止させる適用例をまとめた表である。ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａ等の降圧手段５０を介在させることは、オルタネーター１１が持つ能力を十分に引き出すことになるが、メインバッテリー２０及びサブバッテリー３１～３３が満充電又は満充電に近い場合には、降圧手段５０を動作させない方が良い場合がある。また、サブバッテリー３１～３３の急速充電の必要が無いような場合、例えば、到達目的地にて外部ＡＣ電源が使用可能な場合や、ソーラーバッテリー等の別の充電手段によって充電量が十分確保できるような場合も、急速充電の必要性は低い。それらの場合は、降圧手段５０による降圧を停止できるようにすれば、オルタネーター１１の負荷増大を抑制でき、エンジン１０の燃費向上に貢献できる。このように降圧手段５０の動作停止を、どの信号に基づいて、又は、どのような状態で実行するのか、いくつかの制御パターンが考えられる。

一つ目は、（１）サブバッテリー３１～３３の電圧に依存させるものである。ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａを設ける目的は、サブバッテリー３１～３３を急速に、且つ、容量１００％まで充電させるためである。従って、サブバッテリー３１～３３の電圧が充電終了電圧に到達したら、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａ全体の動作をキャンセル、即ち、降圧停止信号（信号線７０ａ）をハイにすることにより、リレー５７を接続状態にすることにより、信号線１５ａと１５ｂを短絡状態にする。充電終了電圧は、用いられるサブバッテリー３１～３３の種類によって異なり、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの場合は１４．６Ｖである。従って、サブバッテリー３１～３３の電圧が１４．６Ｖ以上の場合に降圧停止信号（信号線７０ａ）をハイにすることによりリレー５７を接続状態にする。また、サブバッテリー３１～３３の電圧が１３．４Ｖ未満の場合に、降圧停止信号（信号線７０ａ）をローにすることにより、リレー５７をオフ状態（開放状態）に切り替える。尚、充放電モニター７０によって検出されたサブバッテリー３１～３３の電圧が１３．４Ｖ～１４．６Ｖの間の場合は、その直前の降圧停止信号（信号線７０ａ）の出力状態（ハイ又はロー）を維持するようにして、わずかな電圧変動等で頻繁に降圧停止信号（信号線７０ａ）が切り替わらないように制御する。

ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａ全体の動作をキャンセルする２つめの信号は、（２）サブバッテリー３１～３３の温度である。この温度に応じた停止信号（図３の信号線７０ａ）は、サブバッテリー３１～３３に取り付けられた温度センサ７２の検出温度に基づいて、充放電モニター（図３参照）７０によって出力される。この場合、サブバッテリー３１～３３の温度が４５℃を越える、又は、０℃未満になったら降圧停止信号（信号線７０ａ）をハイにすることによりリレー５７を接続状態にして、信号線１５ａと１５ｂを短絡状態にする。また、温度が２℃～４３℃の場合に降圧停止信号（信号線７０ａ）をローにしてリレー５７（図４参照）を開放状態にする。温度が０℃以上２℃未満、又は、４３℃より大きく４５℃未満の場合は、その時の降圧停止信号（信号線７０ａ）の出力状態を維持して切り替えが行われないようにする。

ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａ全体の動作をキャンセルする３つめの信号は、（３）サブバッテリー３１～３３の充電容量（残容量）である。この充電容量は、積算電流計７４の出力に基づいて充放電モニター７０が算出し、設定された残容量値に基づいて充放電モニター７０は降圧停止信号（信号線７０ａ）をハイにする。充電容量に基づく制御は種々考えられ、例えば充電容量が７５％を下回ったらリレー５７（図４参照）を開放状態にし、充電容量（残容量）が８０％を越えたら降圧停止信号（信号線７０ａ）をハイにすることによりリレー５７を接続状態にする。さらに、充電容量が２０％を下回ったら、深放電状態での急速充電の回避のために、降圧手段５０の動作を停止させて通常のオルタネーター１１の発電能力での充電を開始し、残容量が２２％を越えた時点でリレー５７（図４参照）を開放状態にする。尚、降圧停止信号（信号線７０ａ）をハイにしても、オルタネーター１１からの出力増大が停止されて通常の発電能力に戻るだけであるので、通常出力でのサブバッテリー３１～３３の充電は継続されることになる。図６の例では充電容量に基づくリレー５７を接続又は遮断の切り替え閾値を２０％、７５％、８０％としたが、この閾値だけに限られずに任意に設定できる。また、深放電時（残容量２０％未満）にリレー５７（図４参照）を開放状態にする制御は省略しても良い。

ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａ全体の動作をキャンセルする４つめの信号は、（４）停止スイッチ７６の指示である。停止スイッチ７６をＯＮにすると、信号線７６ａによりハイ信号がＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに入力されるので、リレー５７がオンになる。また、停止スイッチ７６をＯＦＦにすると、信号線７６ａがローになり、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの、リレー５７がオフになる。停止スイッチ７６を設けることで、運転手はサブバッテリー３１～３３の充電を、停止スイッチ７６をオフにする急速充電モード（Ｓ端子１２ｃへの帰還電圧を降圧するモード）と、停止スイッチ７６をオンにする通常充電モード（Ｓ端子１２ｃへの帰還電圧を降圧しないモード）を切り替えることができる。リチウムイオンバッテリーでは、大電流による急速充電よりも、小電流による充電のほうがバッテリーの寿命を延ばすことができる場合が多い。そのようなタイプのサブバッテリーを用いる場合は、運転手が急速充電の必要性がないと判断した場合は、急速充電モードを解除しておく使い方が可能である。

以上、図６のテーブルを用いて降圧停止信号の一例を説明したが、これら（１）～（３）の条件の共通点は、メインバッテリー２０とは別の接続経路に設けられるサブバッテリー３１～３３の状態に応じて切り替えるようにしたことである。メインバッテリー２０の状態に応じて切り替えるのでは、サブバッテリー３１～３３側の充電状況が降圧停止制御に正しく反映されないので、必ずサブバッテリー３１～３３側から反映される値を用いることが重要である。

本実施例ではさらに、（４）のように運転手の意図によって切り替える手動式の停止スイッチ７６を設けたので、使いやすい走行充電システムを実現できた。尚、図６で例示した要素以外で降圧手段５０の動作をキャンセルするか否かを判断するようにしても良い。例えば、サブバッテリー３１～３３が、図８で後述する直結充電モードではＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａのリレー５７をオフにして、インバーター充電モードではＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａのリレー５７をオンにするような制御を行っても良い。さらには、なんらかの理由でサブバッテリー３１～３３への接続経路が遮断されたことが検知されたら、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａのリレー５７をオンにして、減圧素子５１～５３の動作を停止させても良い。

次に図７のフローチャートを用いて本実施例に係る走行充電システムの充電制御手順を説明する。最初に運転手はエンジン１０を始動することにより、走行充電が開始される（ステップ１００）。本明細書でいう「走行充電」は、実際に車両が走行しているかどうかは重要では無く、エンジン１０が回転していればアイドリング状態でも良い。次に、エンジンが始動したらリレー４３をＯＮにすることによりサブバッテリー３１～３３の充電を開始する（ステップ１０１）。リレー４３はエンジン１０の始動数秒後（例えば３秒後）に自動でＯＮ（接続）となり、エンジン１０が停止されオルタネーター１１による発電が停止されたら自動でＯＦＦ（遮断）となるような自動復帰型のリレーを用いると良い。また、ステップ１０１では、リレー５８もエンジン始動後に遅延してオンになる。いずれにもオフリレーである。リレー５８がオンになると、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに含まれるリレー５４～５７（図４参照）の動作電圧を供給する。尚、リレー５８のオン又はオフの制御は、リレー４３と独立しても制御しても良いし、同期又は連動させるように制御しても良い。

図４に示すＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａでは、エンジン１０の冷間時（オルタネーター１１の温度が低い場合）には、リレー５４～５６がすべてオフ（非導通）の状態になるので、信号線１５ａと１５ｂの間には３つのダイオード５１Ａ、５２Ａ、５２Ａが直列に接続され、Ｓ端子１２ｃに電圧させる電圧が、メインバッテリー２０の電圧よりも所定量だけ降下する（ステップ１０２）。

次に、エンジン１０が停止したかどうかを判断し（ステップ１０３）、エンジン１０が停止したらステップ１０９に移りリレー４３をＯＦＦにしてサブバッテリー３１～３３側とオルタネーター１１との接続状態を解除すると共に、リレー５８をオフにすることによりリレー５４～５７への動作電圧供給を解除する。この結果、リレー５４～５７は初期状態（ここでは接点開放たるオフ状態）に戻る。

ステップ１０３においてエンジン１０が運転中であったら、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに降圧停止信号（７０ａ又は７６ａ）が出力されているか否かを判定する（ステップ１０４）。ステップ１０４で、降圧停止信号がありの場合は、リレー５７の接点がオンになることにより、信号線５７ａと５７ｂを導通状態にすることにより、信号線１５ａと１５ｂを直結状態として、減圧素子５１～５３による減圧降下が作用しないようにする。このステップ１０５の状態では、メインバッテリー２０の電圧がＳ端子１２ｃにそのまま伝達される。

ステップ１０４で、降圧停止信号が無しの場合は、リレー５７がオフ（信号線５７ａと５７ｂが遮断状態）となるため、信号線１５ａと１５ｂの間に介在される減圧素子５１～５３の数に応じて信号線１５ｂに伝達される電圧が、信号線１５ａの電圧に対して低くなる。次に、温度モニター７９によるオルタネーター１１の検出温度が変化したか否かを監視し、温度変化が無い場合は、リレー５４～５６の接続状態を維持したままステップ１０３に戻る（ステップ１０７）。ステップ１０７において、リレー５４～５７のリレーの接続状態切り替えが必要となるようなオルタネーター１１の温度変化があった場合は、その温度変化に応じて該当するリレー５５～５６のいずれか又は全部をオンにするように制御信号７９ａが入力され（ステップ１０８）、その後、ステップ１０３に戻る。

以上の手順によりエンジン１０の稼働中に連続してＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａの状態が制御される。尚、本実施例のようにＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａ内の制御をリレースイッチ５４～５７を用いたメカスイッチによる電気回路で実現するのではなく、降圧手段５０部分以外を、又は、降圧手段５０部分を含めてマイクロコンピュータを用いて電子的に制御する回路で実現しても良い。

図８は本発明の第二の実施例に係る走行充電システムの接続回路図である。第２の実施例では図３に示した基本的な走行充電システムに改良を施したものである。エンジン１０に設けられるオルタネーター１１を用いてメインバッテリー２０とサブバッテリー３１～３３を同時に充電できる点は第一の実施例と同じである。オルタネーター１１は、ここでは１３０Ａの容量を持ち、ノーマル状態（ＡＬＴ－Ｓコントローラを挿入しない状態）では１４．１Ｖ～１３．５Ｖ程度の出力電圧を有する。電圧値が一定でないのは、出力電圧がエンジン回転数の高さに依存し、また、オルタネーター１１に接続されるバッテリーの充電電流量にも依存するためである。メインバッテリー２０は、例えばディーゼルエンジンでは形式８５Ｄ２６Ｌが、ガソリンエンジンの場合は形式５０Ｄ２０Ｌが用いられるが、メインバッテリー２０の形式はこれだけに限られない。また、メインバッテリー２０を同一タイプの２つのバッテリーの並列接続で構成しても良い。

サブバッテリー３１～３３は、ケーブル４５、４７に比べて細めで、必要な長さよりも長めのケーブル３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂによって並列に接続される。ここでは、ケーブル３４ａと３５ｂの長さを１とすると、ケーブル３４ｂと３５ａの長さを２とする比率にする。また、ケーブル４５及びプラス出力３６の接続はサブバッテリー３１の正極端子３１ａに行い、アース線３４とマイナス出力３７はサブバッテリー３３の負極端子３３ｂに接続する。このように複数のサブバッテリー３１～３３を等長配線とすることにより各サブバッテリー間の充放電のばらつきを抑えることができる。

オルタネーター１１の＋Ｂ端子１２ａの出力は、切替スイッチ４４を介して、インバーター８１側への経路（インバーター充電経路）か、サブバッテリー３１への経路（直結充電経路）に切り替えられる。リレー４３は、ここではエンジン１０の運転に連動してＯＮ又はＯＦＦになるスイッチであり、エンジン１０の始動後に所定時間（例えば２～３秒）遅延させた後にＯＮ状態となるような遅延リレーとすると良い。エンジン１０を停止させるとリレー４３はＯＦＦ状態（非導通状態）となる。リレー４３の上流側にはヒューズ４２が設けられる。切替スイッチ４４の出力の一方は、ケーブル４７を介してインバーター８１に接続され、出力の他方は、ケーブル４５を介してサブバッテリー３１の正極端子３１ａに直接接続（直結）される。

インバーター８１はＤＣ－ＡＣインバーターであって、ＤＣ１０．０Ｖ－１６．０Ｖ程度の直流から５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの１００Ｖの交流を生成して出力する。ここでは最大連続出力１５００Ｗ以上のものを用いるようにした。インバーター８１のアース線４９とサブバッテリー３３の負極端子３３ｂに接続されるアース線３４、メインバッテリー２０に接続されるアース線２２（又はオルタネーター１１のアース線２１）のシャシへのコンタクトポイントを共通とすると、電圧ロスを少なくできて送電効率を高めるができる。インバーター８１には、ＡＣコード８３を用いてバッテリー充電器８２が接続される。ＡＣコード８３の経路中にはリレー７３が設けられる。

バッテリー充電器８２はＡＣ電源を用いて自動車等のバッテリーを充電する公知の機器である。ここではバッテリー充電器８２はインバーター８１の交流出力を入力とし、プラス側出力はケーブル８５を介してサブバッテリー３１の正極端子３１ａに接続され、マイナス側出力はケーブル８６を介してサブバッテリー３３の負極端子３３ｂに接続される。ケーブル８５に経路中にはヒューズ８４が設けられる。ここで、サブバッテリー３１～３３を充電するのに当たり、インバーター８１とバッテリー充電器８２を用いる経路（インバーター充電経路）を設けたのは、リチウムイオンタイプのサブバッテリー３１～３３に対する充電と大電流放電を同時に行うことを避けるためである。リチウムイオンバッテリーは、種類によっては充電をしながら大電流を取り出すようにすると、バッテリーが高温になったり、寿命が短くなってしまう。そこで本実施例では、サブバッテリー３１～３３の急速充電を主目的とした第１の充電モード（「直結充電モード」：切替スイッチ４４はケーブル４５側に接続）と、高電流ＡＣ機器（主にＡＣ１００Ｖ駆動のエアコン）を使用しながらリチウムイオンバッテリーを充電する第２の充電モード（「インバーター充電モード」：切替スイッチ４４はケーブル４７側に接続）を設けて、エンジン１０の運転中に切替スイッチ４４によっていずれかの充電モードを切り替え可能とした。

インバーター８１の出力側の一方には、ＡＣコード８８を介してコンセント９３ａが設けられる。コンセント９３ａには、ＡＣ１００Ｖで駆動する家庭用エアコンや電池レンジ等が接続される。また、インバーター８１のＡＣ出力の他方は、リレー７３を介してバッテリー充電器８２に接続される。バッテリー充電器８２は、サブバッテリー３１～３３の種類（ここではリチウムイオンバッテリー）に合わせた専用の充電器であって、例えば、電池温度補正制御、定電流充電、定電圧充電を用いた充電を行うことができる。

ここで直結充電モードだけでなくインバーター充電モードを併用すると以下のようなメリットがある。
（１）サブバッテリー３１～３３からみると、大電流による充電と放電が同時に発生せずに、インバーター充電モードではほぼ充電だけとなるので、サブバッテリー３１～３３の充電時に余計な負荷がかからず、バッテリーに対してやさしい充電状態が維持できるので、リチウムイオンバッテリーの長寿命化が期待できる。
（２）バッテリー充電器８２としてサブバッテリー３１～３３の種類に応じた専用品を採用すれば、最終充電電圧もリチウムバッテリーに合わせた最適電圧（例えば１４．６Ｖ）とすることができる。
（３）バッテリー充電器８２の電源は、リレー７３によって走行中でもオン又はオフの切り替えが可能であるので、ＡＣ１００Ｖの負荷が大きい場合（例えば、室温が高い状態で家庭用エアコンを始動したような急速冷却時）には、バッテリー充電器８２をオフにする制御が可能となる。
（４）バッテリー充電器８２の出力はメインバッテリー２０の充電には影響しない上、サブバッテリー３１～３３は切替スイッチ４４によってオルタネーター１１との直結状態が解除された状態で充電が可能となる。例えば、インバーター充電モードでは、サブバッテリー３１の充電電流が最大でも４５Ａ、エアコンを使いながらの充電ではサブバッテリー３１～３３への充電電流が２０Ａ程度のゆっくりとした充電となる。

以上、第２の実施例によれば、ベース車両５の電源システムには影響すること無く、メインバッテリー２０とは独立した充電回路によりサブバッテリー３１～３３を充電することができる。尚、本実施例では「インバーター充電モード」を実現するのに当たり、ＤＣ－ＡＣ方式のインバーター８１と、商用交流を入力とするバッテリー充電器８２を用いて実現したが、必ずしもこれらの組合せを用いる昇圧充電手段に限定されるものではない。例えば、オルタネーター１１の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧された電源から最適な充電電流、充電電圧でサブバッテリー３１～３３を充電できるようにした充電回路を有すれば、一体型の機器にて昇圧充電手段を実現しても良い。また、製造コスト低減のために、直結充電モードを省略（切替スイッチ４４とケーブル４５を省略）して、インバーター充電モードだけの構成とすることも可能である。サブバッテリー３１～３３の充電をインバーター充電モードだけで行う構成であっても、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａを挿入することによって、サブバッテリー３１～３３の迅速な充電が可能となる。

図９は本発明の第三の実施例に係る走行充電システムの接続回路図である。第三の実施例における「直結充電モード」と「インバーター充電モード」の制御は第二の実施例と同じである。しかしながら、第三の実施例では図８に示した切替スイッチ４４を用いずに２つのリレー（６３、６４）を用いて同等の機能を実現したことと、インバーター８１とバッテリー充電器８２の接続の仕方を工夫し、さらには、温度センサ７８のオルタネーター１１への取付位置を変更した。第１リレー６３、第２リレー６４は、有接点リレー（メカニカルリレー）か無接点リレー（ソリッドステート・リレー）のいずれかで構成でき、外部からの制御信号が入力されると接点が切り替わる。ここでは、第１リレー６３をオンリレー（外部からの制御信号が入力されると接続）とし、第２リレーをオンリレーとし、第２リレー６４の接続又は遮断を制御装置６０から制御できるようにすると良い。また第三の実施例では、ソーラーパネル９５や、外部電源（プラグ９０ａ）からの接続回路も図示している。尚、図３、図８と同じ構成部品には同じ番号の参照符号を付しているので、繰り返しの説明を省略する。

温度センサ７８の取付位置は、オルタネーター１１の外面であって最も高温になる場所付近とすると良い。第３の実施例ではオルタネーター１１の＋Ｂ端子１２ａの螺子に端子を用いて温度センサ７８を取り付けるようにした。発明者らの検証によると、＋Ｂ端子１２ａの螺子部分が、オルタネーター１１のケースボディーの外側部分において最も高い温度を敏感に測定することが出来ることがわかった。また、＋Ｂ端子１２ａの螺子を用いることによって、温度センサ７８を長期間安定してオルタネーター１１に固定できることができる利点がある。オルタネーター１１の種類や取付位置によっては、他の場所（但し、オルタネーター１１の外側）に温度センサ７８を設ける方がオルタネーター１１の温度変化を敏感に観測できる場合もあので、そのような場合は、敏感に観測できる位置に温度センサ７８を設けると良い。尚、車両によってはオルタネーター１１の内部に最初から設けられている温度センサの出力信号（例えば、ＥＣＵに伝達される温度信号）を取得できるかもしれない。その場合は、温度センサ７８を設ける代わりに、オルタネーター１１から出力される温度信号を利用してその信号を直接、又は、制御装置６０を介して制御信号７９ａとして、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａに入力させても良い。

キャンピングカー１では、駐車時にサブバッテリー３１～３３を充電するために、外部からＡＣコード９０にて取り込まれたＡＣ電源を用いてバッテリー充電器８２を稼働できる。そのため、車両の外面に接続コネクタ９２ａが設けられ、駐車時にＡＣコード９０のコネクタ９０ｂが接続される。また、サブバッテリー３１～３３を充電するために屋根に設置しているソーラーパネル９５も接続される。

ソーラーパネル９５による充電は、走行中又はエンジン停止中を問わずに太陽の出ている日中におこなうことができる。ソーラーパネル９５の出力は電源コード９６ａ、９６ｂを介してソーラーコントローラー９７に入力される。ソーラーコントローラー９７はソーラーパネル９５から得た電力でサブバッテリー３１～３３を最適な電圧、電流にて充電を行うようにする目的で取り付けられ、過充電を防ぐように制御する。ソーラーコントローラー９７としてはＰＷＭ制御方式のものや、ＭＰＰＴ制御（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従制御方式）などのものが知られている。ソーラーコントローラー９７のプラス出力はヒューズ９９を介した電源コード９８ａによりサブバッテリー３１の正極端子３１ａに接続され、ソーラーコントローラー９７のマイナス出力は電源コード９８ｂによりサブバッテリー３３の負極端子３３ｂに接続される。

ＡＣマルチ９１は、複数入力されるＡＣ電源の自動切りかえ装置であって、ＡＣコード９０とインバーター８１の出力のある方を選択する。入力電圧が両方ある場合は優先順位（ここではＡＣ電源が優先順位１位）に従っていずれか一方を選択する。ＡＣマルチ９１の出力の一方はＡＣコード９３を用いてシェル６内のコンセント９３ａに接続され、他方はＡＣコード８９を介してバッテリー充電器８２に接続される。ＡＣコード８９の経路中には、接続状態又は開放状態に切り替えるためのリレー７３が設けられる。リレー７３のオンオフは、制御装置６０によって制御可能である。

オルタネーター１１の＋Ｂ端子１２ａからメインバッテリー２０側への接続は図２～図７で示した第一の実施例と同じ構成である。オルタネーター１１の＋Ｂ端子１２ａの出力は、ケーブル４１から第一リレー６３を介し、ケーブル８７をさらに介してインバーター８１に接続される。ケーブル８７の接続経路中にはヒューズ４８が設けられる。一方、第一リレー６３の出力側は第二リレー６４を介してケーブル４５によってサブバッテリー３１の正極端子３１ａに直接接続される。第一リレー６３は、ここでは遅延リレーとするもので、エンジン１０の始動後に所定時間（例えば３秒）遅延させた後に接続状態となる。

第二リレー６４はオンリレーであり、サブバッテリー３１～３３を直結状態で充電する「直結充電モード」時には接続状態にされる。一方、「インバーター充電モード」をする際には、第二リレー６４を開放状態に切り替える。第一リレー６３の出力はケーブル８７を介してインバーター８１に印加されるので、「直結充電モード」及び「インバーター充電モード」のいずれの場合であってもインバーター８１を稼働させることができる。また、インバーター８１の電源スイッチによって、いずれの充電モード時でもインバーター８１の電源をオフにできる。インバーター８１の出力はＡＣコード８８を介してＡＣマルチ９１に入力される。尚、ＡＣコード８８、８９、９０、９２、９３は２線コードであるが、ここでは１本線で図示しているので注意されたい。このような接続構成とすることで、様々な使用方法が実現できる。

まず、エンジン１０の運転時に「直結充電モード」を実行する場合は、第一リレー６３と第二リレー６４をＯＮ（接続状態）にし、リレー７３をＯＦＦにする。するとオルタネーター１１の電圧がケーブル４１、４５を介してサブバッテリー３１～３３の充電が開始される。この際、サブバッテリー３１～３３の容量が少ない場合は、ＡＬＴ－Ｓコントローラ５０Ａによってオルタネーター１１のＳ端子１２ｃにフィードバックされる電圧が実際のメインバッテリー２０の電圧よりも低くなるため、オルタネーター１１は充電不足であると判断してその出力を上げるように動作する。この結果、オルタネーター１１の能力を十分引き出すことができ、鉛バッテリーよりも高い充電電圧を必要とするサブバッテリー３１～３３を急速に充電することが可能となる。また、インバーター８１にもオルタネーター１１の電圧が入力されているため、インバーター８１のスイッチをＯＮにすることでＡＣ１００Ｖを使用することが可能となる。この際のインバーター８１の出力はＡＣコード８８を介してＡＣマルチ９１に接続され、ＡＣマルチ９１からＡＣコード９３を介して、シェル内の電源として使用可能である。尚、エンジン１０の運転中にインバーター８１からの出力されるＡＣ電力をコンセント９３ａを介して、家庭用エアコンや電子レンジ等の消費電力の高い機器で使用する場合は、制御装置６０がリレー７３を連動してオフ（遮断状態）にするようにして、バッテリー充電器８２を動作させないように制御しても良い。

「直結充電モード」において、コンセント９３ａからの電力消費が無い場合（例えば家庭用エアコンや電子レンジ等のＡＣ機器がすべてオフの場合）は、インバーター８１の電源をオフにすると良い。インバーター８１の電源のオンオフは、制御装置６０によって切り替えるか、インバーター８１が出力電流の有無により自動的にオフ状態又はスリープ状態に移行させるか、又は、インバーター８１のスイッチを手動で切り替えれば良い。

エンジン１０の運転時に「インバーター充電モード」を実行する場合は、第二リレー６４をオフ（遮断）にする。この第二リレー６４の切り替えによってケーブル４５によるオルタネーター１１との直結経路が電気的に遮断される。この状態であっても、シェル内のＤＣ電源は、サブバッテリー３１～３３から供給を受けることが可能である。リレー７３は制御装置６０によって、サブバッテリー３１～３３への充電の必要性に応じてオン（充電時）にされ、充電不要の場合はリレー７３がオフ（遮断）にされる。

インバーター８１とバッテリー充電器８２の双方の電源をオンにすると、インバーター８１の出力が、ＡＣマルチ９１とリレー７３を介してバッテリー充電器８２に入力されるので、バッテリー充電器８２によってサブバッテリー３１～３３が充電される。サブバッテリー３１～３３が所定の容量まで充電されると、制御装置６０はリレー７３をオフ（遮断状態）にして充電を停止する。

バッテリー充電器８２を用いてサブバッテリー３１～３３を充電する際には、ソーラーコントローラー９７の出力を停止させるほうが良い場合がある。そのため、第三の実施例ではソーラーパネル９５とソーラーコントローラー９７の間にリレー９４を設けて、リレー７３がオンの時には、ソーラーコントローラー９７からの出力が停止されるようにリレー９４をオフ（開放状態）にしても良い。また、「直結充電モード」においても、制御装置６０はリレー９４を開放状態としてソーラーコントローラー９５によるサブバッテリー３１～３３の充電動作が行われないように制御しても良い。

手動スイッチ（第１の手動スイッチ）６８は、「インバーター充電モード」か、「直結充電モード」か、を運転手が手動で切り替えるスイッチであり、手動スイッチ（第１の手動スイッチ）６８を切り替えると、制御装置６０にその旨の指示信号が入力される。制御装置６０は、手動スイッチにより「直結充電モード」が選択されたらリレー６４を接続し、リレー９４をオフ（開放状態）にする。尚、制御装置６０を介さずに、手動スイッチ（第１の手動スイッチ）６８によってリレー６４を直接制御するように構成しても良い。

第三の実施例の利点は、インバーター８１をサブバッテリー３１～３３の充電用にも、エンジン１０の停止時のシェル内電源用にも兼用できる点である。エンジン１０の停止時には、リレー６３がオフ（開放状態）となるが、リレー６４をオン（接続状態）に維持することでインバーター８１が使用できる。また、ＡＣマルチ９１を介して外部電源も入力されるため、（１）エンジン１０の運転時、（２）エンジン１０の停止時であって外部電源が非接続時（プラグ９０ａが図示しないコンセントに差さっていない場合）、（３）外部電源が接続時、のいずれにおいてもＡＣコード９３を介して適切にＡＣ電源を得ることができる。

プラス出力３６から電気機器への間には、バッテリプロテクタと呼ばれる公知の低電圧遮断装置（図示せず）が設けられ、サブバッテリー３１～３３の電圧が所定値（例えばリン酸鉄リチウムイオンバッテリーの場合は１２．０Ｖ）に低下したら自動的にプラス出力３６から電気機器への接続が遮断されるように構成すると良い。同様にして、エンジン１０の停止時に、サブバッテリー３１～３３から接続状態のリレー６４を介してインバーター８１を稼働させている場合は、制御装置６０が充放電モニター７０の出力からサブバッテリー３１～３３の状態を監視し、その電圧（又は残容量）が所定値以下、例えば残容量２０％以下に低下したことを検出したら、リレー６４を接続から開放状態に切り替えることによってサブバッテリー３１～３３の過放電を防止するように制御すると良い。

エンジン１０の停止中において、制御装置６０は、充放電モニター７０から出力される信号に基づいてリレー９４のオン又はオフを制御する。例えば、リチウムイオンバッテリーは常に１００％まで満充電するよりも８０％程度の充電量に抑えるようにしたほうがバッテリーの長寿命化が期待できる。そこで制御装置６０は、ソーラーパネル９５によってサブバッテリー３１～３３が充電されている際、外部充電ＡＣ１００Ｖで充電されている際、バッテリー充電器８２によってサブバッテリー３１～３３を充電している際に、サブバッテリー３１～３３の残容量（％）が所定量（例えば８０％）に到達したら、リレー９４とリレー７３をオフ（開放状態）にするように制御して、ソーラーパネル９５とバッテリー充電器８２によるサブバッテリー３１～３３の充電を停止させることができる。制御装置６０の電源は、サブバッテリー３１～３３から供給されるため、ソーラーパネル９５によるサブバッテリー３１～３３の充電を何％までとするか（１００％も含む）は、制御装置６０にて任意に設定可能に構成すれば良い。

第３の実施例ではキャンピングカー１に搭載されるソーラーパネル９５と、ソーラー充電器（例えば、ソーラーコントローラ９７）の間に、制御装置６０から制御可能なリレー９４を設け、さらにはＡＣマルチ９１とバッテリー充電器８２の間にリレー７３を設けることで、制御装置６０は、長期間駐車中にリン酸鉄リチウムイオンバッテリーの充電量を、保管に適した最適な充電量に維持することができる。

本発明の車両用の走行充電システムは、オルタネーターを有するエンジンと、エンジンの始動用のバッテリー（メインバッテリー）と、エンジン停止時に主に利用するサブバッテリーを有し、エンジンの運転時にオルタネーターによってメインバッテリーとサブバッテリーを同時に充電するようにした車両、船舶、その他のエンジン動作機器において広く適用できる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例ではキャンピングカー１の例としてキャブコンバージョンタイプのものを説明したが、キャンピングカー１はバンコンバージョンタイプやバスコンバージョンタイプで良い。また、車両はキャンピングカーだけに限られず、エンジンの始動用のバッテリー（メインバッテリー）と、エンジン停止時に主に利用するサブバッテリーを有する車両、船舶、エンジン機器であれば同様に適用できる。さらに、牽引されるキャンピングトレーラーにサブバッテリーが設けられ、牽引する車両側のオルタネーターによってメインバッテリーとサブバッテリーの双方を充電する充電システムにおいても本発明を同様に適用できる。

１キャンピングカー３前輪４後輪５ベース車両
６シェル７キャビン８入口ドア９窓１０エンジン
１１オルタネーター１２ａ＋Ｂ端子１２ｂ負極端子（車体接地）
１３ヒューズ１４、１６ケーブル１５、１５ａ、１５ｂ信号線
１７ヒューズ１８プラス線１９アース線
２０メインバッテリー２０ａ正極端子２０ｂ負極端子
２１、２２アース線２５温度センサ３１サブバッテリー
３１ａ正極端子３３サブバッテリー３３ｂ負極端子
３４アース線３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂケーブル
３６プラス出力３７マイナス出力４１ケーブル
４２ヒューズ４３リレー４４切替スイッチ
４５、４７ケーブル４８ヒューズ４９アース線５０降圧手段
５０ＡＡＬＴ－Ｓコントローラ５１、５２、５３減圧素子
５１Ａ、５２Ａ、５３Ａダイオード５１Ｂ、５２Ｂ、５３ｂ抵抗器
６３第一リレー６４第二リレー６８手動スイッチ
７０充放電モニター７０ａ信号線（降圧停止信号）７２温度センサ
７３リレー７４積算電流計７６停止スイッチ
７６ａ信号線（降圧停止信号）７８温度センサ７９温度モニター
７９ａ信号線（降圧停止信号）８１インバーター
８２バッテリー充電器８３電源コード８４ヒューズ
８５、８６、８８、８９ＡＣコード８７ケーブル
９０、９２、９３ＡＣコード９０ａプラグ９０ｂコネクタ
９１ＡＣマルチ９２ａコンセント９２ａ接続コネクタ
９３ａコンセント９４リレー９５ソーラーパネル
９６ａ、９６ｂ電源コード９７ソーラーコントローラー
９８ａ、９８ｂ電源コード９９ヒューズ
２３１～２３３サブバッテリー２３１ａ正極端子２３３ｂ負極端子
２３４アース線２３４ａ、２３４ｂ、２３５ａ、２３５ｂケーブル
２３６、２３７ケーブル２４１ケーブル
２４２ヒューズ２４３リレー

Claims

オルタネーターを有するエンジンと、前記エンジンの始動用及び車両用の電源として用いられるメインバッテリーと、前記エンジンの停止時に前記メインバッテリーと切り離して使用可能であって前記メインバッテリーよりも高い充電電圧が必要とされるサブバッテリーを有し、
前記サブバッテリーは、前記メインバッテリーとは独立した配線にて前記オルタネーターに接続され、
前記メインバッテリーと前記サブバッテリーは前記エンジンの運転時に前記オルタネーターの出力により同時に充電されるようにしたサブバッテリーを有する車両において、
前記メインバッテリーから前記オルタネーターのＳ端子への接続回路内に降圧手段を設け、
前記オルタネーターの温度を測定するセンサを、前記オルタネーターの筐体に付加し、
前記センサの検出温度に応じて前記降圧手段による降圧の稼働又は停止を切り替える
ことを特徴とするサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記降圧手段は、前記メインバッテリーから前記オルタネーターのＳ端子への接続回路内に直列に挿入される複数の抵抗器又は複数のダイオードであって、前記センサの検出温度に応じて前記降圧手段の稼働時の降圧レベルを複数設定することを特徴とする請求項１に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記降圧手段は、前記メインバッテリーから前記オルタネーターのＳ端子への接続回路内に直列に挿入される可変抵抗器であって、前記センサの検出温度に応じて前記降圧レベルを設定することを特徴とする請求項２に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記降圧手段の入力側と出力側を短絡又は開放可能なバイパス回路を設け、
切り替え回路によって前記バイパス回路の接続又は遮断を切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記バイパス回路の接続及び遮断を、前記サブバッテリーの状態に応じて切り替えることを特徴とする請求項４に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記状態は、前記サブバッテリーの電圧、残容量、又は、温度のいずれか一つ以上で判断されることを特徴とする請求項５に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記オルタネーターと前記サブバッテリーの接続経路として、
前記オルタネーターの出力に直接接続される直結充電経路と、
前記オルタネーターの直流出力を交流に変換するインバーター装置と、前記インバーター装置の交流出力を用いて前記サブバッテリーを充電するバッテリー充電器を介して充電されるインバーター充電経路を有し、
前記車両の走行中に前記サブバッテリーは、前記直結充電経路又は前記インバーター充電経路のいずれかで充電されることを特徴とする請求項６に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記車両の走行中に前記インバーター装置からのＡＣ出力を利用する機器を使用する場合は、前記直結充電経路を切り離して、前記インバーター充電経路を接続するようにしたことを特徴とする請求項７に記載のサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。