JP2778198B2 - バッテリ直並列切替制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車載の複数のバッテリを直並列に接続切替
し、一般的電装負荷及びスタータモータ等の高電圧負荷
に電力を供給することができるバッテリ直並列切替制御
装置に関する。

［従来の技術］ 大型エンジン用のスタータモータやプレヒータを作動
させるときには電源電圧として高電圧が要求され、一般
的なその他の電装回路の電源電圧としてはこれらに比較
して低電圧が要求される。

この様な複数の電圧の電源を車両の限られた空間内に
用意することは不合理的であることから、従来より複数
の低電圧のバッテリを搭載し、必要に応じて相互の接続
関係を直並列に切り替えて高電圧の電源に代える技術が
提案されている。

例えば、実開昭63−151976号公報には、この様なバッ
テリの直並列切替を実行するバッテリ直並列切替制御装
置において、直並列接続時に現れる大きな電源電圧の変
化に応じて表示灯の点灯を制御し、直並列切替制御の良
否を運転者に報知する技術が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ バッテリ直並列切替制御装置は、車両の総ての電装負
荷に供給する電力源を制御するものであり、高い信頼性
が要求される。そこで従来より、直並列切替により電源
電圧が例えば12［Ｖ］から24［Ｖ］へ切り替わったか否
かの良否の判断を行っている。

しかし、バッテリ直並列切替制御装置の構成上、見か
け上は直並列切替が実行されて各電装負荷が正常に動作
していても、実際上はバッテリの充電系統に不具合が発
生している可能性があることが判明した。しかもこの不
具合は、充電系統に発生するために従来の表示灯による
報知は不可能であり、かつ、充電不良となるためにバッ
テリの過放電を招来するのである。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、バッテリ
直並列切替制御装置の内部に発生する充電系統の異常を
正確かつ確実に自己検出し、これを乗員に的確に報知す
ることができる異常報知機能を備えたバッテリ直並列切
替制御装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明のバッテリ直並列切
替制御装置の構成した手段は、 一般的電装負荷に接続される第１バッテリと、切替ス
イッチにより当該第１バッテリと並列あるいは直列に接
続されて前記一般的電装負荷あるいは所定の高電圧負荷
に電力を供給する第２バッテリとからなる複数のバッテ
リと、 前記第２バッテリに接続される充電機と、 前記高電圧負荷の作動要求に応じて前記切替スイッチ
を駆動し、複数のバッテリの接続方式を直並列に切り替
える直並列制御回路と、 該直並列制御回路により前記複数のバッテリが並列接
続されるとき、前記充電機を作動させて当該複数のバッ
テリに対して充電を実行する充電制御回路と、 前記第１バッテリ及び第２バッテリの電位差を検出す
る電位差検出回路と、 該電位差検出回路により所定値以上の電位差が検出さ
れたとき、異常を報知する異常報知回路と、を備えるこ
とを特徴としている。

［作用］ 本発明のバッテリ直並列切替制御装置は、一般的電装
負荷に接続される第１バッテリと、切替スイッチにより
第１バッテリと並列あるいは直列に接続される第２バッ
テリとを有する。ここで、第１バッテリあるいは第２バ
ッテリは、単一のバッテリから構成される必要はなく、
複数のバッテリを第１バッテリあるいは第２バッテリと
してもよい。

これら複数のバッテリに充電を実行する充電機は、第
２バッテリに接続される。充電機を第１バッテリに接続
した場合、充電機と第２バッテリとの間には切替スイッ
チを構成する機械的あるいは電気的なスイッチが複数介
在し、充電機と第１バッテリとの間に比較してインピー
ダンスの差が顕著となるからである。この構成により、
充電機と第１バッテリ及び第２バッテリとの間のインピ
ーダンスは略均一化され、両バッテリに対して同様な特
性で充電を実行することができる。

また、高電圧負荷の作動要求に応じて直並列制御回路
が切替スイッチを駆動し、第１バッテリと第２バッテリ
の接続方式が適宜切り替えられる。そして、この直並列
制御回路により複数のバッテリが並列接続されるとき、
充電制御回路により充電機が作動され、複数のバッテリ
に対する充電が実行される。

上記構成により、第１バッテリ及び第２バッテリに均
等な特性により充電を実行する回路構成が確保される。

しかし、充電機と切替スイッチを介して接続される第
１バッテリは、当該切替スイッチの不具合、例えば接触
抵抗の増加により十分な充電を受けることができない状
態となる可能性がある。

そこで、電位差検出回路により第１バッテリと第２バ
ッテリとの端子電圧の電位差が検出され、その結果とし
て所定値以上の電位差が検出されたときには異常報知回
路による異常報知が実行される。

すなわち、上記のごとき回路構成により両バッテリに
は同一特性の充電回路が形成され、その回路が正常に動
作する限りにおいて両バッテリの端子電圧に大きな電位
差が発生する可能性はない。しかし、切替スイッチ等の
異常により第１バッテリに十分な充電が実行されないと
きには、一般的電装負荷に対して供給した電力に見合っ
た補給がなされず、次第に端子電圧が降下する。そこ
で、この端子電圧の降下を第２バッテリの端子電圧との
電位差として検出し、第１バッテリが過放電する以前に
異常報知を実行するのである。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を
挙げて詳述する。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例であるバッテリ直並列切
替制御装置の電気回路図を表している。

図示するごとく本実施例は、低電圧Ｅ［Ｖ］の第１バ
ッテリ10と第２バッテリ12との２個のバッテリを搭載す
るシステムであり、切替リレー14によって第１バッテリ
10と第２バッテリ12との接続は直列あるいは並列に切り
替えられる。また、第１バッテリ10のプラス端子は一般
的電装負荷に直接接続され、第２バッテリ12のプラス端
子は高電圧負荷であるスタータモータ回路20及び充電機
であるオルタネータ50に、そのマイナス端子はチャージ
ランプ点灯リレー60に直接接続される。

すなわち、切替リレー14の励磁コイル14aに励磁電流
が通電されると当該切替リレー14の接点14bが図示する
状態から切り替わり、第１バッテリ10と第２バッテリ12
が直列接続され、高電圧2E［Ｖ］がスタータモータ回路
20に対して、低電圧Ｅ［Ｖ］がチャージランプ点灯リレ
ー60及びその他の一般的電装負荷に供給される。なお、
スタータモータ回路20は、スタータモータ22及びスター
タモータ22への電力供給を断続するためのスタータリレ
ー24を内蔵している。

また、切替リレー14が図示する状態にあるとき、第１
バッテリ10と第２バッテリ12は並列接続状態にあり、低
電圧Ｅ［Ｖ］を要求する一般的電装負荷に対して両バッ
テリ10,12から電力の供給が実行されると共に、オルタ
ネータ50から両バッテリ10,12が充電される。

この様な切替リレー14の切替動作は、車両運転者によ
るキースイッチ16の操作に基づき行われる。すなわち、
キースイッチ16が「OFF」位置にある時にはスタータモ
ータ回路20をはじめ他の電装回路に対する電力の供給は
実行されるべきでなく、「IG」位置にある時にはスター
タモータ回路20を除く低電圧動作の一般的電装回路に対
してのみ電力を供給し、「ST」位置にある時にはスター
タモータ回路20及び必要に応じて図示しないプレヒータ
回路等の高電圧動作回路に対しても電力を供給しなけれ
ばならない。

また、スタータモータ22を回転させて内燃機関を始動
させるには、切替リレー14が第１バッテリ10と第２バッ
テリ12とを直列に接続した後で、かつ、変速機がニュー
トラル位置であるなど、一定のシーケンス制御が必要と
される。

そこで本実施例では、変速機がニュートラル位置にあ
る期間にわたり閉成するニュートラルスイッチ18をイン
ターロックリレー26の励磁巻線26aと直列接続し、該イ
ンターロックリレー26の接点26bが閉成するときにスタ
ータリレー24の励磁巻線24aに励磁電流の通電が可能と
なる可能構成を採用している。

また、キースイッチ16の操作状態を検出し、その結果
に応じて切替リレー14及びインターロックリレー26の作
動順序を制御するためにシーケンス制御回路30が設けら
れてる。

従って、シーケンス制御回路30は、キースイッチ16の
「IG」位置または「ST」位置にそれぞれ接続される２つ
の入力ラインと、切替リレー14またはインターロックリ
レー26の励磁回路をそれぞれ接続するための２つの出力
ラインを有する。そして、第１バッテリ10に接続された
キースイッチ16が「ST」位置に操作されたとき、その
「ST」ラインの電位の上昇により内蔵する第１トランジ
スタTr1に電流制限抵抗R1を介してベース電流が流れ、
プルアップ抵抗R2を介して「IG」ラインにプルアップさ
れた当該コレクタ電位を接地電位に変化させる。

この第１トランジスタTr1のコレクタ電位の変化を受
けて、内蔵されるオンタイマ32,オフタイマ34,発振回路
36は次のようなシーケンスで他の第２トランジスタTr2
及び第３トランジスタTr3の各ベース電流を制御する。

まず、第２トランジスタTr2にベース電流を通じ、導
通状態とする。ここで第22ランジスタTr2は、キースイ
ッチ18の「IG」位置を介して第１バッテリ10に接続され
る切替リレー14の励磁回路に挿入されている。このた
め、第２トランジスタTr2が導通状態となることで、励
磁巻線14aが励磁されて切替リレー14が作動し、第１バ
ッテリ10と第２バッテリ12とが直列接続される。

次に、第３トランジスタTr3のベース電流を通じ、該
トランジスタTr3は導通状態とする。この第３トランジ
スタTr3は、図示のごとくインターロックリレー26の励
磁回路に挿入されるものであり、したがってニュートラ
ルスイッチ18がON状態であればインターロックリレー26
が作動し、スタータリレー24の閉成させてスタータモー
タ22へ高電圧2E［Ｖ］が印加される。なお、シーケンス
制御回路30に内蔵され、「IG」ラインとグランドとの間
に接続される定電圧回路38は、「IG」ラインの電位を一
定に保つためのものである。

スタータモータ22の駆動により目的とした内燃機関の
始動が完了すると、運転者はキースイッチ16を「ST」位
置から「IG」位置に操作する。すなわち、「ST」ライン
は再び第１バッテリ10から切り放される。

この操作を受けて、シーケンス制御回路30の第１トラ
ンジスタTr1のベース電流が遮断されるならば、オンタ
イマ32〜発振回路36は前記シーケンス制御の逆の順序に
基づき、インターロックリレー26の作動を中止し、その
後、切替リレー14の作動を中止して、スタータモータ回
路20に低電位Ｅ［Ｖ］が印加されないような制御を実行
することができる。この様なスタート完了後の回路動作
を確実とするために、トランジスタTr1のベースには分
流抵抗R0が接続される。

すなわち、オートドライブ回路や燃料噴射制御回路等
の他の電装回路の動作のため、シーケンス制御回路30と
独立的にキースイッチ16の操作状態を検出するキースイ
ッチ操作状態検出回路40が設けられることがある。この
ような回路が付加されると、次のような電流の回り込み
経路が形成される。

キースイッチ操作状態検出回路40は、電力源を得るた
めに「IG」ラインに接続され、かつ、「ST」ラインの電
位を検出するために当該「ST」ラインにも接続される。
従って、「IG」ラインと「ST」ラインは、キースイッチ
操作状態検出回路40を介して閉回路を形成することにな
る。このため、運転者がキースイッチ16を操作して「S
T」ラインを第２バッテリ12から切り放そうとしても、
当該「ST」ラインには「IG」ラインからの電流が回り込
み、前記第１トランジスタTr1のベース電流が接続して
流れるのである。この現象により、シーケンス制御回路
30は未だにキースイッチ16が「ST」位置に操作されてい
ると誤判断し、切替リレー14を図示する元の状態への復
帰が困難となる。

そこで、本実施例のバッテリ直並列切替制御装置にお
いては、シーケンス制御回路30の第１トランジスタTr1
のベースとグランドとの間に分流抵抗R0を接続し、該ベ
ースに流れるベース電流を制限する構成を採用する。

すなわち、キースイッチ16が「ST」位置に操作されて
十分大きなベース電流が第２バッテリ12から供給される
場合には、第１トランジスタTr1を確実に導通状態とす
る。

一方、キースイッチ操作状態検出回路40からの回り込
みによる第１トランジスタTr1のベース電流は、その経
路に存在する各種の回路素子のインピーダンスにより前
記正常な状態に比較して小さな値であり、これが更に分
流抵抗R0により分流される。このため、その回り込みに
よるベース電流は、第１トランジスタTr1を飽和領域に
まで制御することができなくなり、切替リレー14を元の
状態に復帰させることができる。

従って、この分流抵抗R0のラインは常に導通状態であ
ることが必要である。しかし、本実施例のバッテリ直並
列切替制御装置は、この回り込み電流を利用して第１バ
ッテリ10の充電不良を報知する。

すなわち、本実施例のバッテリ直並列切替制御装置
は、第１図に示すごとく比較器70から構成される充電不
調検出回路を新たに備えるもので、この比較器70の出力
により分流抵抗R0の接続ラインを接続するトランジスタ
Tr4をスイッチング動作させる。この比較器70の二入力
端子は、切替リレー14により接続される第１バッテリ10
と第２バッテリ12のプラス端子にそれぞれ接続される。
そして、この電位差が２「Ｖ」以下であるとき、トラン
ジスタTr4にベース電流を通じ、前述のごとく分流抵抗R
0に回り込み電流を分流させる。

一方、切替リレー14の不良によりオルタネート50から
の充電電流が第１バッテリ10に供給不能となり、その結
果両バッテリ10,12の電位差が２［Ｖ］以上となったと
き、比較器70の出力は低レベルとなりトランジスタTr4
を遮断状態とする。このため、前記回り込み電流により
トランジスタTr1は導通状態を維持し続け、切替リレー1
4は両バッテリ10,12を直列接続に維持し、チャージラン
プ点灯リレー60を作動させてチャージランプの点灯を継
続させる。従って運転者は、キースイッチ16を「ST」位
置から「IG」位置に操作したにも拘らずチャージランプ
が点灯し続けるとき、第１バッテリ10の充電不調を知る
ことができる。

このチャージランプ点灯リレー60を利用した充電不調
の際のチャージランプ点灯の接続は、運転者がキースイ
ッチ16を「ST」位置から「IG」位置とした時に実行され
るものであり、通常の走行状態では実行されない。

そこで本実施例では、この様な場合にも第１バッテリ
10の充電不調をチャージランプの点灯により報知するた
めに、トランジスタTr4のコレクタにトランジスタTr5の
ベースを接続し、当該トランジスタTr5のコレクタ−エ
ミッタを前記チャージランプ点灯リレー60と並列にチャ
ージランプに接続している。

このトランジスタTr5には、両バッテリ10,12の電位差
が２［Ｖ］以上となってトランジスタTr4が遮断状態と
なると、分流抵抗R0からの電流をチャージランプへ導く
回路が形成され、常時バッテリへの充電不調を監視する
ことができる。

以上のごとく本実施例のバッテリ直並列切替制御装置
によれば、切替リレー14が見かけ上は正常に動作し、か
つ、高電圧負荷及び一般的電装負荷に対する電力の供給
が実行されているにも拘らず、その切替リレー14の接点
異常等の第１バッテリ10の充電系統に発生した異常を正
確かつ確実に自己検出することができる。

しかも、本実施例のにおいて第一バッテリ10と第２バ
ッテリ12は、共に切替リレー14の接点14bを一箇所だけ
介してオルタネータ50と接続される。従って、両バッテ
リ10,12の内部抵抗及び接点14bの接触抵抗が同じである
限り両バッテリ10,12は同一特性により充電され、両バ
ッテリ10,12の端子電圧に電位差が発生することは正常
時には有り得ないのである。このため、本実施例では充
電不調を検出するための閾値として２［Ｖ］を選択した
が、この値をより小さな値として、より迅速な検出を実
行することも可能である。

なお、本発明は上記実施例に何ら限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲の最適な態様により具
現化されるものである。

例えば、第１図にはチャージランプの点灯をチャージ
ランプ点灯リレー60及びトランジスタTr5の両者をより
行える回路構成としたが、何れか一方のみを採用しても
よい。また、分流抵抗R0の抵抗値とチャージランプ点灯
リレー60の励磁巻線の抵抗値が近似するときは、これを
統一してチャージランプ切替リレー160の励磁巻線を分
流抵抗R0として使用することも可能である。

更に、充電不調を検出した際、チャージランプを点灯
させて電源系統の異常であることを報知しているが、そ
の報知の内容を詳細とするために別途充電不調報知用の
ランプを用意してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したごとく本発明のバッテリ直並列切替制御
装置は、充電機と第１バッテリ及び第２バッテリとの間
のインピーダンスを略均一化して同一特性による充電回
路を構成し、それにも拘らず両バッテリの端子電圧に所
定値以上の電位差が検出されたときに、その旨を報知す
るものである。

従って、バッテリ直並列切替制御装置の内部に発生す
る充電系統の異常を正確かつ確実に自己検出し、これを
乗員に的確に報知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるバッテリ直並列切替
制御装置の電気回路図を示している。 10……第１バッテリ、12……第２バッテリ 14……切替リレー、16……キースイッチ 18……ニュートラルスイッチ、R0……分流抵抗 20……スタータモータ回路 30……シーケンス制御回路 Tr1……第１トランジスタ、32……オンタイマ Tr2……第２トランジスタ、34……オフタイマ Tr3……第３トランジスタ、36……発振回路 Tr4……第４トランジスタ、50……オルタネータ Tr5……第５トランジスタ、70……比較器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般的電装負荷に接続される第１バッテリ
   と、切替スイッチにより当該第１バッテリと並列あるい
   は直列に接続されて前記一般的電装負荷あるいは所定の
   高電圧負荷に電力を供給する第２バッテリとからなる複
   数のバッテリと、 前記第２バッテリに接続される充電機と、 前記高電圧負荷の作動要求に応じて前記切替スイッチを
   駆動し、複数のバッテリの接続方式を直並列に切り替え
   る直並列制御回路と、 該直並列制御回路により前記複数のバッテリが並列接続
   されるとき、前記充電機を作動させて当該複数のバッテ
   リに対して充電を実行する充電制御回路と、 前記第１バッテリ及び第２バッテリの電位差を検出する
   電位差検出回路と、 該電位差検出回路により所定値以上の電位差が検出され
   たとき、異常を報知する異常報知回路と、を備えたこと
   を特徴とするバッテリ直並列切替制御装置。