JP2023074182A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置の端子を補機に取り付ける際に、突入電流が発生することを抑制する。【解決手段】車両に搭載された補機に電力を供給する電源装置は、電池と、補機に接続される端子と、電池の放電電流を検出する電流センサと、メインリレーを有し、メインリレーを介して電池と端子との間を接続しているメイン回路と、サブリレーを有し、サブリレーを介してメインリレーをバイパスしているとともに、メイン回路よりも高い抵抗を有するバイパス回路と、電流センサによる検出電流値に基づいて、メインリレー及びサブリレーを制御する処理回路と、を備える。処理回路は、車両の駐車中に検出電流値が第１所定値以下となったときは、メインリレーをオフするとともにサブリレーをオンするように構成されている。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、車両に搭載された補機に電力を供給する電源装置に関する。

特許文献１に、車両に搭載された補機に電力を供給する電源装置が記載されている。この電源装置は、電池と、補機に接続される端子と、メインリレーを介して電池と端子との間を接続しているメイン回路と、メインリレーを制御する処理回路とを備える。

特開２０１９－１９９０９９号公報

車両に搭載される補機には、車両が駐車されている間でも、電池から電力が供給されるものがある。そのため、車両が長期間に亘って使用されずに放置されると、電池の電圧が低下して、バッテリ上がりが生じるおそれがある。このような事態を回避するために、車両が長期間に亘って放置されることに先立って、電源装置の端子を補機から電気的に取り外しておくことが考えられる。その一方で、近年では、電池として、鉛蓄電池に代えて、リチウムイオン電池が採用されることがある。リチウムイオン電池の内部抵抗は、鉛蓄電池の内部抵抗よりも有意に小さい。そのため、電池として、鉛蓄電池に代えて、リチウムイオン電池を採用した場合では、電源装置の端子を補機から電気的に取り外した後に、当該端子を補機に対して再度取り付けると、急激に大きな電流（いわゆる突入電流）が発生し、補機に影響を与えるおそれがある。このような問題は、リチウムイオン電池といった特定の電池に限られず、内部抵抗が比較的に小さい電池を採用した場合においても、同様に起こり得る。

上記の実情を鑑み、本明細書は、電源装置の端子を補機に取り付ける際に、突入電流が発生することを抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、車両に搭載された補機に電力を供給する電源装置に具現化される。この電源装置は、電池と、前記補機に接続される端子と、前記電池の放電電流を検出する電流センサと、メインリレーを有し、前記メインリレーを介して前記電池と前記端子との間を接続しているメイン回路と、サブリレーを有し、前記サブリレーを介して前記メインリレーをバイパスしているとともに、前記メイン回路よりも高い抵抗を有するバイパス回路と、前記電流センサによる検出電流値に基づいて、前記メインリレー及び前記サブリレーを制御する処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記車両の駐車中に前記検出電流値が第１所定値以下となったときは、前記メインリレーをオフするとともに前記サブリレーをオンするように構成されている。

例えば、車両の長期間放置によるバッテリ上がりを回避するために、電源装置の端子が補機から電気的に取り外されたとする。この場合、電源装置から補機への電力供給が中止されることで、電池の放電電流は低下する。電流センサによる検出電流値が第１所定値以下となると、処理回路は、メインリレーをオフするとともに、サブリレーをオンする。これにより、その後に電源装置の端子が補機に対して再度取り付けられたときは、比較的に高い抵抗を有するバイパス回路を介して、電池と補機との間が接続されることになる。その結果、電源装置の端子を補機に取り付ける際に、突入電流が発生することを抑制することができる。

車両１００及び電源装置１０の構成を示す概略図。 電源装置１０の処理回路１８が実行する一連の処理を示すフロー図。 車両１００の状態、電源装置１０の端子１４の補機１０２への取り付け状態、及び、メインリレー２２及びサブリレー２６のオン／オフ状態が変化したときについて、各状態に対応する電流センサ１６による検出電流値の一例を示した図。なお、図３中の期間Ｅ１は、電源装置１０の端子１４を補機１０２に取り付けた直後に対応する。図３中の期間Ｅ１における点線は、比較例として、メイン回路２０を介して、電池１２と補機１０２との間が接続された場合を示す。

本技術の一実施形態において、処理回路は、メインリレーをオフするとともにサブリレーをオンした後に、検出電流値が第２所定値以上となったときに、メインリレーをオンするとともにサブリレーをオフするように構成されていてもよい。このような構成によると、バイパス回路によって突入電流が抑制された後は、比較的に抵抗の低いメイン回路を介して、電池から補機に電力を供給することができる。これにより、電池から補機に供給される電力の一部が、バイパス回路の有する高い抵抗によって消費されることを回避することができる。

図面を参照して、実施例の電源装置１０と、それが採用されている車両１００とについて説明する。電源装置１０は、車両１００に搭載された補機１０２に電力を供給する機器である。ここでいう車両１００は、いわゆる自動車であって、路面を走行する車両である。ここで、路面とは、いわゆる公道に限定されるものではなく、私有地や、車両１００が走行可能な屋内の床面も意図されている。また、本実施例で説明する技術は、路面を走行する車両に限られず、軌道を走行する車両に対しても有効に採用することができる。車両１００は、例えば、エンジン車、ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車、ソーラーカー等である。さらに、本実施例で開示される技術は、車両１００に限られず、船舶や航空機等の移動体等に採用されることができる。

図１に示すように、電源装置１０は、電池１２と、端子１４とを備える。電池１２は、複数の電池セルを直列に接続した二次電池である。端子１４は、電源装置１０の筐体から露出して設けられており、補機１０２に対して取り付けられることができる。補機１０２に端子１４が取り付けられると、端子１４（及び後述するメイン回路２０又はバイパス回路２４の少なくとも一方）を介して、電池１２と補機１０２とが電気的に接続される。これにより、電池１２は、補機１０２へ電力を供給することができ、その電力によって、補機１０２は動作することができる。補機１０２は、例えば、ルームランプやカーナビゲーション装置等である。また、電池１２が有する複数の電池セルの具体的な数は、特に限定されず、少なくとも一つであればよい。複数の電池セルの各々は、例えば、リチウムイオン電池である。但し、複数の電池セルの各々は、必ずしもリチウムイオン電池である必要はなく、ニッケル水素電池といった他の電池であってもよい。

図１に示すように、電源装置１０は、電流センサ１６と、処理回路１８とをさらに備える。電流センサ１６は、電池１２と直列に接続されており、電池１２の電流を検出することができる。処理回路１８は、電流センサ１６と通信可能に接続されており、電流センサ１６によって検出された電池１２の電流を監視することができる。処理回路１８は、車両１００のメインスイッチの状態にかかわらず、電池１２から供給される電力により常に動作可能に構成されている。そのため、処理回路１８は、車両１００の駐車時においても、電池１２の電流を監視することができる。

図１に示すように、電源装置１０は、メイン回路２０をさらに備える。メイン回路２０は、メインリレー２２を有する。メインリレー２２は、電池１２と端子１４との間に配置されており、電池１２と、端子１４を介して接続された補機１０２との間を、電気的に接続及び遮断することができる。メインリレー２２のオン及びオフは、処理回路１８によって制御される。メインリレー２２がオンされると、電池１２と補機１０２との間が電気的に接続され、メインリレー２２がオフされると、電池１２と補機１０２との間が電気的に遮断される。

図１に示すように、電源装置１０は、バイパス回路２４をさらに備える。バイパス回路２４は、サブリレー２６と、抵抗器２８とを有し、サブリレー２６と抵抗器２８とは直列に接続されている。そのため、バイパス回路２４は、メイン回路２０よりも高い抵抗を有する。また、バイパス回路２４は、電池１２と端子１４との間に配置されているとともに、メイン回路２０に対して並列に配置されている。即ち、バイパス回路２４は、サブリレー２６を介してメインリレー２２をバイパスしている。メインリレー２２と同様に、サブリレー２６は、電池１２と、端子１４を介して接続された補機１０２との間を、電気的に接続及び遮断することができる。サブリレー２６のオン及びオフは、処理回路１８によって制御される。サブリレー２６がオンされると、電池１２と補機１０２との間が電気的に接続され、サブリレー２６がオフされると、電池１２と補機１０２との間が電気的に遮断される。

上記のように、メインリレー２２のオン及びオフと、サブリレー２６のオン及びオフとはいずれも、処理回路１８によって制御される。そのため、処理回路１８は、二つのリレー２２、２６のオン及びオフを制御することにより、メイン回路２０を介して電池１２と補機１０２との間を接続する状態と、バイパス回路２４を介して電池１２と補機１０２との間を接続する状態とを切り替えることができる。例えば、車両１００の走行時において、処理回路１８は、メインリレー２２をオンにするとともに、サブリレー２６をオフにするように構成されている。これにより、車両１００の走行時では、メイン回路２０を介して、電池１２と補機１０２との間が接続される。

車両１００に搭載される補機１０２には、車両１００が駐車されている間でも、電池１２から電力が供給されるものがある。そのため、車両１００が長期間に亘って使用されずに放置されると、電池１２の電圧が低下して、バッテリ上がりが生じるおそれがある。このような事態を回避するために、車両１００が長期間に亘って放置されることに先立って、電源装置１０の端子１４を補機１０２から取り外しておくことが考えられる。その一方で、近年では、本実施例のように、電池１２として、鉛蓄電池に代えて、リチウムイオン電池が採用されることがある。リチウムイオン電池の内部抵抗は、鉛蓄電池の内部抵抗よりも有意に小さい。そのため、電池１２として、鉛蓄電池に代えて、リチウムイオン電池を採用した場合では、電源装置１０の端子１４を補機１０２から取り外した後に、当該端子１４を補機１０２に再度取り付けると、急激に大きな電流（いわゆる突入電流）が発生し、補機１０２に影響を与えるおそれがある。このような問題は、電池１２として、リチウムイオン電池を採用した場合に限られず、内部抵抗が比較的に小さい電池を採用した場合においても、同様に起こり得る。

上記の実情を鑑み、本実施例の電源装置１０では、メインリレー２２を介して電池１２と補機１０２との間を接続しているメイン回路２０に加えて、メインリレー２２をバイパスするサブリレー２６を有するバイパス回路２４が設けられている。そして、処理回路１８は、電流センサ１６による検出電流値に基づいて、車両１００の駐車時において、二つのリレー２２、２６の各々のオン及びオフを切り替える適切なタイミングを特定することができるように構成されている。この点について、図２、３を参照して、処理回路１８が実行する一連の処理について、電流センサ１６による検出電流値の変化とともに説明する。

図２に示すように、先ず、処理回路１８は、例えばメインスイッチに対する操作に応じて、車両１００が駐車中であるのか否かを判定する（ステップＳ１０）。この場合、電源装置１０の処理回路１８は、例えば、車両１００に設けられた上位の制御ユニットから、車両１００が駐車中であることを示す所定の信号を受信してもよい。あるいは、処理回路１８は、電流センサ１６による検出電流値に基づいて、車両１００が駐車中であるのか否かを判定してもよい。図３中の期間Ａに示すように、車両１００が走行している間は、電池１２に対する充電と放電が繰り返されることで、電流センサ１６による検出電流値は大きく変動する。それに対して、図３中の期間Ｂに示すように、車両１００が駐車されている間、電池１２は充電されることなく、処理回路１８や（一部の）補機１０２にのみ電力を供給するため、電流センサ１６による検出電流値は比較的に安定する。そのことから、処理回路１８は、電流センサ１６による検出電流値の変動が所定の範囲内にあるときに、車両１００は駐車中であると判定してもよい。

次に、処理回路１８は、電流センサ１６による検出電流値が第１所定値Ｐ１以下であるのか否かを判定する（ステップＳ１２）。電池１２が、処理回路１８と補機１０２の両者へ電力を供給している場合、図３中の期間Ｂに示すように、電流センサ１６による電流検出値は第１の値Ａ１で安定している。これに対して、電源装置１０の端子１４が補機１０２から電気的に取り外されると、電池１２から補機１０２への電力供給は中止されるが、電池１２から処理回路１８への電力供給は継続される。その結果、図３中の期間Ｃに示すように、電流センサ１６による電流検出値は、第１所定値Ｐ１以下まで低下する。即ち、第１所定値Ｐ１は、車両１００の駐車中において、電池１２から処理回路１８へ供給される最大の電流値を示す。従って、処理回路１８は、電流センサ１６による電流検出値が第１所定値Ｐ１以下となったときに、電源装置１０の端子１４が補機１０２から電気的に取り外されたと判断することができる。なお、第１所定値Ｐ１は、必ずしも、車両１００の駐車中に電池１２から処理回路１８へ供給される最大の電流値に一致する必要はなく、例えば、その最大の電流値よりも大きな値に設定されてもよい。

ステップＳ１２でＮＯの場合、処理回路１８は、一定時間に亘って待機した後（ステップＳ１６）、ステップＳ１２の処理へ戻る。これにより、電源装置１０の端子１４が補機１０２に接続されている間は、ステップＳ１２とステップＳ１６との処理が一定時間の間隔で繰り返される。特に限定されないが、一定時間とは、例えば１時間、１２時間、又は２４時間である。

一方、ステップＳ１２でＹＥＳの場合、処理回路１８は、サブリレー２６をオンにする（ステップＳ１４）。これにより、メイン回路２０とバイパス回路２４との両方を介して、電池１２と補機１０２との間が接続される。このとき、電池１２から処理回路１８への電力供給は継続される。その後、処理回路１８は、メインリレー２２をオフにする（ステップＳ１８）。これにより、メイン回路２０に代えて、バイパス回路２４を介して、電池１２と補機１０２との間が接続される。なお、メインリレー２２がオフされる前と同様に、電池１２から処理回路１８への電力供給は継続される。そのため、図３中の期間Ｄに示すように、電流センサ１６による電流検出値は、第１所定値Ｐ１以下の値を継続して示す。

なお、ステップＳ１４の処理とステップＳ１８の処理との順序は、特に限定されない。例えば、処理回路１８は、ステップＳ１４の処理とステップＳ１８の処理とを同時に実行してもよい。即ち、処理回路１８は、サブリレー２６をオンするとともに、メインリレー２２をオフしてもよい。あるいは、処理回路１８は、ステップＳ１８の処理を実行してから、ステップＳ１４の処理を実行してもよい。

この状態で、電源装置１０の端子１４が補機１０２に対して電気的に再度取り付けられると、バイパス回路２４を介して、電池１２と補機１０２との間が電気的に再接続される。このとき、急激に大きな電流（いわゆる突入電流）が発生し得るが、バイパス回路２４は、メイン回路２０よりも高い抵抗を有している。従って、電池１２と補機１０２との間が、メイン回路２０を介して電気的に接続されるときと比較して、突入電流の発生を抑制することができる（図３中の期間Ｅ１）。

上記の突入電流が緩和された後において、処理回路１８は、電流センサ１６による検出電流値が第２所定値Ｐ２以上であるのか否かを判定する（ステップＳ２０）。電池１２と補機１０２との間が電気的に再接続されると、電池１２から補機１０２への電力供給が再開される。このとき、電池１２から処理回路１８への電力供給も継続される。その結果、図３に示す期間Ｅでは、電流センサ１６による検出電流値が、車両１００の駐車中において、電池１２から処理回路１８へ供給される電流値と、電池１２から補機１０２へ供給される電流値との和を示す。従って、期間Ｅにおける検出電流値は、期間Ｃ、Ｄにおける検出電流値よりも有意に大きくなる。そのため、第２所定値Ｐ２には、第１所定値Ｐ１よりも大きな値が設定される。

電池１２と補機１０２との間が再接続されたときは、メイン回路２０に代えて、高い抵抗を有するバイパス回路２４を介して、電池１２と補機１０２との間が接続される。そのため、図３中の期間Ｆに示すように、電流センサ１６による検出電流値は、電池１２と補機１０２との間がメイン回路２０を介して接続されているときの値、即ち、期間Ｂにおける検出電流値よりも有意に小さくなる。詳しくは、期間Ｆにおける検出電流値は、メイン回路２０とバイパス回路２４との間の抵抗の差に応じて、期間Ｂにおける検出電流値よりも小さくなる。従って、第２所定値Ｐ２は、第１所定値Ｐ１よりも大きい一方で、第１の値Ａ１よりも小さい値とするとよい。このように第２所定値Ｐ２を設定することで、処理回路１８は、電流センサ１６による電流検出値が第２所定値Ｐ２以上となったときに（即ち、ステップＳ２０でＹＥＳ）、電源装置１０の端子１４が補機１０２に対して電気的に再度取り付けられたと判断することができる。

ステップＳ２０でＹＥＳの場合、処理回路１８は、メインリレー２２をオンにする（ステップＳ２２）。これにより、メイン回路２０とバイパス回路２４との両方を介して、電池１２と補機１０２との間が接続される。このとき、メイン回路２０とバイパス回路２４との両方を介して、電池１２から補機１０２へ電力が供給される。その後、処理回路１８は、サブリレー２６をオフにする（ステップＳ２６）。これにより、バイパス回路２４に代えて、メイン回路２０を介して、電池１２と補機１０２との間が接続される。このとき、メイン回路２０を介して、電池１２から補機１０２へ電力が供給される。その結果、図３中の期間Ｆに示すように、電流センサ１６による電流検出値は、第１の値Ａ１まで増加する。

なお、ステップＳ２２の処理とステップＳ２６の処理との順序は、特に限定されない。例えば、処理回路１８は、ステップＳ２２の処理とステップＳ２６の処理とを同時に実行してもよい。即ち、処理回路１８は、メインリレー２２をオンするとともに、サブリレー２６をオフしてもよい。

ステップＳ２０でＮＯの場合、処理回路１８は、一定時間に亘って待機した後（ステップＳ２４）、ステップＳ２０の処理へ戻る。これにより、電流センサ１６による検出電流値が第２所定値Ｐ２以上を安定して示すまで、ステップＳ２０とステップＳ２４との処理が一定時間の間隔で繰り返される。特に限定されないが、一定時間とは、例えば１時間、１２時間、又は２４時間である。

以上のように、処理回路１８は、車両１００の駐車中において、電流センサ１６による検出電流値に基づいて、二つのリレー２２、２６の各々のオン及びオフを切り替える適切なタイミングを特定することができるように構成されている。具体的には、処理回路１８は、電流センサ１６による検出電流値が第１所定値Ｐ１以下となったときに、メインリレー２２をオフするとともに、サブリレー２６をオンする。このような構成によると、その後に電源装置１０の端子１４が補機１０２に対して再度取り付けられたときは、比較的に高い抵抗を有するバイパス回路２４を介して、電池１２と補機１０２との間が接続されることになる。その結果、電源装置１０の端子１４を補機１０２に取り付ける際に、突入電流が発生することを抑制することができる（図３中の期間Ｅ１参照）。

上記に加えて、メインリレー２２をオフするとともに、サブリレー２６をオンした後に、検出電流値が第２所定値以上となったときに、処理回路１８は、メインリレー２２をオンするとともにサブリレー２６をオフする。このような構成によると、バイパス回路２４によって突入電流が抑制された後は、比較的に抵抗の低いメイン回路２０を介して、電池１２から補機１０２に電力を供給することができる。これにより、電池１２から補機１０２に供給される電力の一部が、バイパス回路２４の有する高い抵抗によって消費されることを回避することができる。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。

１０ ：電源装置
１２ ：電池
１４ ：端子
１６ ：電流センサ
１８ ：処理回路
２０ ：メイン回路
２２ ：メインリレー
２４ ：バイパス回路
２６ ：サブリレー
２８ ：抵抗器
１００ ：車両
１０２ ：補機
Ａ１ ：第１の値
Ｐ１ ：第１所定値
Ｐ２ ：第２所定値

Claims (2)

1. 車両に搭載された補機に電力を供給する電源装置であって、
   電池と、
   前記補機に接続される端子と、
   前記電池の放電電流を検出する電流センサと、
   メインリレーを有し、前記メインリレーを介して前記電池と前記端子との間を接続しているメイン回路と、
   サブリレーを有し、前記サブリレーを介して前記メインリレーをバイパスしているとともに、前記メイン回路よりも高い抵抗を有するバイパス回路と、
   前記電流センサによる検出電流値に基づいて、前記メインリレー及び前記サブリレーを制御する処理回路と、
   を備え、
   前記処理回路は、前記車両の駐車中に前記検出電流値が第１所定値以下となったときは、前記メインリレーをオフするとともに前記サブリレーをオンするように構成されている、
   電源装置。
2. 前記処理回路は、前記メインリレーをオフするとともに前記サブリレーをオンした後に、前記検出電流値が第２所定値以上となったときに、前記メインリレーをオンするとともに前記サブリレーをオフするように構成されている、請求項１に記載の電源装置。
   

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