JP3154604B2 - 車両用電源電圧切換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数の蓄電体の接続
を切換えて車載電気負荷に対する電源電圧を変化させる
車両用電源電圧切換装置に関し、特に蓄電体の接続切換
用の開閉素子の動作時間または切換制御手段の暴走等に
起因する直並列接続手段の同時オン動作を防止して蓄電
体の短絡事故を防止した車両用電源電圧切換装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の車両用電源電圧切換
装置としては、例えば特願平４−１２５０６３号に参照
されるものがある。図６は上記従来装置の構成を示すブ
ロック図であり、１ａおよび１ｂは車両に搭載された複
数の蓄電体すなわちバッテリ、２はエンジン（図示せ
ず）の回転により電力を発生してバッテリ１ａおよび１
ｂを充電する発電機、３はバッテリ１ａおよび１ｂ並び
に発電機２に接続されて給電される通常の電気負荷であ
る。

【０００３】４はバッテリ１ａおよび１ｂを並列接続状
態または直列接続状態に切換える直並列切換リレー（以
下、単にリレーという）であり、開閉駆動部となる複数
の駆動用コイル４ａ〜４ｃ（以下、単にコイルという）
と、各コイル４ａ〜４ｃに関連する複数の常開接点５ａ
〜５ｃ（以下、単に接点という）とにより構成される。
接点５ａはバッテリ１ａおよび１ｂの各正極端子間に挿
入され、接点５ｂはバッテリ１ａの正極端子とバッテリ
１ｂの負極端子との間に挿入され、接点５ｃはバッテリ
１ａの負極端子（グランド端子）とバッテリ１ｂの負極
端子との間に挿入されている。

【０００４】６はバッテリ１ａおよび１ｂの直列接続状
態の電力を消費する例えば触媒加熱ヒータ等の車載の大
電力電気負荷、７は大電力電気負荷６を駆動する大電力
電気負荷駆動スイッチ（以下、単にスイッチという）で
ある。

【０００５】８はマイクロコンピュータからなるコント
ローラであり、リレー４内のコイル４ａ〜４ｃを各制御
線１０ａ〜１０ｃを介して最適タイミングで制御するよ
うになっている。スイッチ７の両端の電圧すなわちバッ
テリ側の端子電圧Ｅａおよび大電力電気負荷側の端子電
圧Ｅｂは、電圧検出手段（図示せず）により検出され、
信号線９ａおよび９ｂを介してコントローラ８に入力さ
れている。

【０００６】なお、図６は通常動作における接続状態を
示しており、バッテリ１ａおよび１ｂの各正極端子は接
点５ａを介して接続され、バッテリ１ａおよび１ｂの各
負極端子は接点５ｃを介して接続されている。これによ
り、バッテリ１ａおよび１ｂは、並列接続状態となって
おり、発電機２からの発電電力により充電される。ま
た、通常の電気負荷３には、発電機２並びにバッテリ１
ａおよび１ｂからの電力が供給される。

【０００７】このとき、リレー４の各接点５ａ〜５ｃ
は、コイル４ａ〜４ｃが無通電状態のときに開放される
ノーマルオフ（常開）接点であり、コイル４ａおよび４
ｃは、コントローラ８の制御下で通電されている。

【０００８】次に、図７のフローチャートを参照しなが
ら、図６に示した従来の車両用電源電圧切換装置の動作
について説明する。なお、図７においては、各ステップ
に対応した時点でのスイッチ７の両端の電圧Ｅａおよび
Ｅｂの値が示されている。

【０００９】まず、通常動作接続状態においては、コイ
ル４ａおよび４ｃが制御線１０ａおよび１０ｃを介して
通電され（ステップＳ１１１）、接点５ａおよび５ｃは
閉成されている（ステップＳ１１２）。また、大電力電
気負荷６を投入するスイッチ７が開放されているため、
スイッチ７の両端の電圧ＥａおよびＥｂは、それぞれ、
１２Ｖおよび０Ｖである。これらの電圧ＥａおよびＥｂ
の検出信号は、信号線９ａおよび９ｂを介してコントロ
ーラ８に入力される。

【００１０】次に、大電力電気負荷６が動作する条件に
達した場合、コントローラ８は、リレー４内のコイル４
ａおよび４ｃの通電を停止し（ステップＳ１２１）、各
接点５ａおよび５ｃを開放する（ステップＳ１２２）。
このとき、スイッチ７の両端の電圧ＥａおよびＥｂは、
それぞれ、フローティングおよび０Ｖである。

【００１１】その後、コントローラ８は、制御線１０ｂ
を介してコイル４ｂに通電し（ステップＳ１３１）、接
点５ｂを閉成させて（ステップＳ１３２）、バッテリ１
ａおよび１ｂを直列接続状態とする。このとき、スイッ
チ７が開放されているため、両端の電圧ＥａおよびＥｂ
は、それぞれ、２４Ｖおよび０Ｖとなり、これらの電圧
検出信号はコントローラ８に入力される。

【００１２】続いて、コントローラ８によりスイッチ７
が閉成され（ステップＳ１４１）、大電力電気負荷６に
電力が供給される。このとき、各電圧ＥａおよびＥｂ
は、それぞれ、大電力電気負荷６およびスイッチ７の電
圧降下分の電圧、大電力電気負荷６の抵抗値で決定する
電圧降下分の電圧となり、これらの電圧検出信号は、コ
ントローラ８に入力される。

【００１３】次に、大電力電気負荷６の動作が完了する
と、コントローラ８によりスイッチ７が開放され（ステ
ップＳ１５１）、スイッチ７の両端電圧ＥａおよびＥｂ
は、それぞれ、２４Ｖおよび０Ｖとなる。続いて、リレ
ー４のコイル４ｂの通電を停止して（ステップＳ１５
２）、接点５ｂを開放し（ステップＳ１５３）、最初の
ステップＳ１１１に戻る。

【００１４】これにより、コイル４ａおよび４ｃが通電
されて接点５ａおよび５ｃが閉成され、図６の通常動作
状態に戻る。以上は、リレー４の各接点５ａ〜５ｃが正
常に動作した場合の制御手順であるが、次に、各正常５
ａ〜５ｃのいずれかが常閉故障状態となった場合につい
て説明する。

【００１５】まず、接点５ａまたは５ｃの短絡（常閉）
故障について説明する。正常時において、スイッチ７の
一方の端子電圧Ｅａは、１２Ｖ（ステップＳ１１２）か
ら、フローティング電圧（ステップＳ１２２）および２
４Ｖ（ステップＳ１３２）へと変化する。

【００１６】このとき、接点５ａまたは５ｃが常閉故障
しているものと仮定すると、コントローラ８がコイル４
ａおよび４ｃへの通電を停止している（ステップＳ１２
１）にもかかわらず、ステップＳ１２２において、電圧
Ｅａがフローティング電圧にならず１２Ｖを維持する状
態となる。

【００１７】もし、この状態でコイル４ｂに通電して接
点５ｂを閉成させると、接点５ａが短絡故障の場合には
バッテリ１ｂの正負端子間が短絡し、接点５ｃが短絡故
障の場合にはバッテリ１ａの正負端子間が短絡し、災害
が発生するおそれがある。

【００１８】したがって、コントローラ８は、電圧Ｅａ
の検出信号から接点５ａまたは５ｃの常閉故障を判定
し、故障判定時にはステップＳ１３１への制御を中止す
る。これにより、コイル４ｂへの通電は行われず、災害
の発生を未然に防止することができる。

【００１９】次に、接点５ｂの短絡故障について説明す
る。正常時において、スイッチ７の端子電圧Ｅａは、２
４Ｖ（ステップＳ１５１）から、フローティング電圧
（ステップＳ１５３）および１２Ｖ（ステップＳ１１
２）へと変化する。

【００２０】このとき、接点５ｂが常閉故障しているも
のと仮定すると、コントローラ８がコイル４ｂへの通電
を停止している（ステップＳ１５２）にもかかわらず、
ステップＳ１５３において、電圧Ｅａがフローティング
電圧にならず２４Ｖを維持する状態となる。

【００２１】もし、この状態でコイル４ａおよび４ｃに
通電して接点５ａおよび５ｃを閉成させると、バッテリ
１ａおよび１ｂの各正負端子間が短絡し、災害が発生す
るおそれがある。

【００２２】したがって、コントローラ８は、端子電圧
Ｅａの検出信号から接点５ｂの常閉故障を判定し、故障
判定時にはステップＳ１５３からＳ１１１への制御を中
止する。これにより、コイル４ａおよび４ｃへの通電は
行われず、災害の発生を未然に防止することができる。

【００２３】しかしながら、バッテリ１ａおよび１ｂの
接続状態切換用の直並列切換手段すなわちリレー４の動
作時間が遅い場合には、リレー４の開閉素子すなわち直
列接続用の接点５ｂと並列接続用の接点５ａおよび５ｃ
とのうちの一方をオン、他方をオフしても、接点５ａ〜
５ｃが同時にオンし、バッテリ１ａおよび１ｂが瞬時的
に短絡して発熱するおそれがある。

【００２４】以下、リレー４の開閉動作遅れに起因する
バッテリ１ａおよび１ｂの瞬時的な短絡故障動作につい
て、図８のタイミングチャートを参照しながら説明す
る。図８において、横軸ｔは時間、ｔ１およびｔ２はバ
ッテリ１ａおよび１ｂの接続状態変更時刻であり、バッ
テリ接続状態に応じて、それぞれ、並列接続区間、直列
接続区間および並列接続区間に区分されている。また、
図８の縦軸は図６内の各部の信号または開閉（オンオ
フ）を示す波形であり、Ｔｏｎは各接点５ａ〜５ｃの閉
成（オン）に要する時間、Ｔｏｆｆは各接点５ａ〜５ｃ
の開放（オフ）に要する時間、Ｔｓｃは各接点５ａ〜５
ｃが同時にオンする時間である。

【００２５】図８内の第１の駆動信号１０ｂ、第２の駆
動信号１０ａおよび１０ｃは、コントローラ８から出力
される制御信号であり、ここでは、制御線１０ａ〜１０
ｃの符号をそのまま用いている。第１の駆動信号１０ｂ
は、リレー４内の直列接続用のコイル４ｂを励磁し、第
２の駆動信号１０ａおよび１０ｃは、リレー４内の並列
接続用のコイル４ａおよび４ｃを励磁するものである。

【００２６】したがって、時刻ｔ１において、バッテリ
１ａおよび１ｂを並列接続から直列接続に変更する場合
には、第１の駆動信号１０ｂをオンし、同時に第２の駆
動信号１０ａおよび１０ｃをオフとすればよい。しか
し、直列接続用の接点５ｂおよび並列接続用の接点５ａ
および５ｃの実際の開閉動作は、図８の波形のようにタ
イミングが遅れる。

【００２７】すなわち、直列接続用の接点５ｂは、時刻
ｔ１にコイル４ｂがオンされてから実際にオンとなるま
でに閉成動作時間Ｔｏｎを必要とし、並列接続用の接点
５ａおよび５ｃは、時刻ｔ１にコイル４ａおよび４ｃが
オフされてから実際にオフとなるまでに開放動作時間Ｔ
ｏｆｆを必要とする。

【００２８】同様に、直列接続用の接点５ｂは、時刻ｔ
２にコイル４ｂがオフされてから実際にオフとなるまで
に開放動作時間Ｔｏｆｆを必要とし、並列接続用の接点
５ａおよび５ｃは、時刻ｔ２にコイル４ａおよび４ｃが
オンされてから実際にオンとなるまでに閉成動作時間Ｔ
ｏｎを必要とする。

【００２９】一般に、常開の機械式可動接点５ａ〜５ｃ
を有するリレー４の場合、接点５ａ〜５ｃの動作時間
は、開放動作時間Ｔｏｆｆの方が閉成動作時間Ｔｏｎよ
り長いため、図８に示すように、各バッテリ１ａおよび
１ｂの直並列接続の切換時点で、接点５ａ〜５ｃが同時
にオンとなるオーバラップ期間Ｔｓｃが生じる。この結
果、瞬時的にバッテリ１ａおよび１ｂが短絡状態とな
る。

【００３０】また、このような、バッテリ１ａおよび１
ｂの短絡事故は、コントローラ８の暴走等によっても発
生し得ることは言うまでもない。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】従来の車両用電源電圧
切換装置は以上のように構成されているので、バッテリ
１ａおよび１ｂの接続切換用の直並列切換手段の開閉素
子（リレー４の接点５ａ〜５ｃ）の動作時間、特に開放
動作時間Ｔｏｆｆが長い場合には、開閉素子すなわち接
点５ａ〜５ｃの一方をオン且つ他方をオフしても、接点
５ａ〜５ｃが同時にオンしてしまい、バッテリ１ａおよ
び１ｂが瞬時的に短絡して発熱するという問題点があっ
た。

【００３２】また、リレー４内の各接点５ａ〜５ｃの作
動を制御するコントローラ８が暴走（故障）し、各駆動
信号１０ａ〜１０ｃがオンとなった場合には、各接点５
ａ〜５ｃが同時にオンすることにより、長時間にわたっ
てバッテリ１ａおよび１ｂが短絡し、電力を無駄に消費
するうえ大電流による発熱で火災が発生するなどの問題
点があった。

【００３３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、開閉素子の動作時間が遅い場合
でも、直列接続用および並列接続用の各コイルが同時に
オンとなる不具合を防止し、また、コントローラが故障
し制御不能におちいった場合でも、直列接続用および並
列接続用の各コイルが同時にオンとなる不具合を防止
し、バッテリの短絡によって発生する重大な災害を未然
に防止することのできる車両用電源電圧切換装置を得る
ことを目的とする。

【００３４】

【００３５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る車両用電源電圧切換装置は、エンジンの回転により電
力を発生する発電機と、発電機の出力電流により充電さ
れる複数の蓄電体と、複数の蓄電体を直列に接続する回
路を開閉する直列接続手段と、複数の蓄電体を並列に接
続する回路を開閉する並列接続手段と、直列接続手段お
よび並列接続手段の開閉を制御する制御手段とを備え、
制御手段は、直列接続手段に対する第１の駆動信号を所
定時間だけ遅延させる第１の遅延手段と、直列接続手段
に対する第１の駆動信号が並列接続手段に対する第２の
駆動信号と同時にオンとなるのを防止する第１の排他的
論理積手段と、並列接続手段に対する第２の駆動信号を
所定時間だけ遅延させる第２の遅延手段と、並列接続手
段に対する第２の駆動信号が直列接続手段に対する第１
の駆動信号と同時にオンとなるのを防止する第２の排他
的論理積手段とを含み、所定時間は、直列接続手段およ
び並列接続手段の開閉素子の開放動作時間よりも長い時
間に設定されたものである。

【００３６】また、この発明の請求項２に係る車両用電
源電圧切換装置は、エンジンの回転により電力を発生す
る発電機と、発電機の出力電流により充電される複数の
蓄電体と、複数の蓄電体を直列に接続する回路を開閉す
る直列接続手段と、複数の蓄電体を並列に接続する回路
を開閉する並列接続手段と、直列接続手段および並列接
続手段の開閉を制御する制御手段とを備え、制御手段
は、直列接続手段に対する第１の駆動信号が並列接続手
段に対する第２の駆動信号と同時にオンとなるのを防止
する第１の排他的論理積手段と、並列接続手段に対する
第２の駆動信号が直列接続手段に対する第１の駆動信号
と同時にオンとなるのを防止する第２の排他的論理積手
段とを含むものである。

【００３７】また、この発明の請求項３に係る車両用電
源電圧切換装置は、エンジンの回転により電力を発生す
る発電機と、発電機の出力電流により充電される複数の
蓄電体と、複数の蓄電体を直列に接続する回路を開閉す
る直列接続手段と、複数の蓄電体を並列に接続する回路
を開閉する並列接続手段と、直列接続手段および並列接
続手段の開閉を制御する制御手段とを備え、制御手段
は、直列接続手段に対する第１の駆動信号および並列接
続手段に対する第２の駆動信号に同期して第１および第
２の駆動信号の電源を切換える電源切換手段を含み、電
源切換手段は、第１および第２の駆動信号に応答して互
いに相補的に動作する第１および第２の電源切換リレー
を有し、第１および第２の電源切換リレーは、第１およ
び第２の駆動信号が同時にオンされた場合に一方のみが
有効となり、第１および第２の駆動信号のうちの一方の
駆動信号がオフ状態のときのみに他方の駆動信号をオン
にするものである。

【００３８】

【００３９】また、この発明の請求項４に係る車両用電
源電圧切換装置は、請求項１または請求項２において、
制御手段は、直列接続手段に対する第１の駆動信号およ
び並列接続手段に対する第２の駆動信号に同期して第１
および第２の駆動信号の電源を切換える電源切換手段を
含み、電源切換手段は、第１および第２の駆動信号のう
ちの一方の駆動信号がオフ状態のときのみに他方の駆動
信号をオンにするものである。

【００４０】

【作用】この発明の請求項１においては、制御手段がバ
ッテリを直列または並列に接続状態を切換える場合、開
閉素子のオフ動作遅れを補償できる所定時間だけオン駆
動信号を遅延させ、各開閉素子の一方がオフ動作を確実
に完了してから他方をオン動作させる。これにより、各
接続手段内の開閉素子の動作時間を保障し、開閉素子の
オフ動作時間が遅い場合でも同時オンによる瞬時的なバ
ッテリの短絡を防止する。

【００４１】また、この発明の請求項２においては、制
御手段が故障して直列および並列切換用の駆動信号が同
時にオンとなっても、一方の駆動信号がオン条件であれ
ば他方の駆動信号はオン条件とならないように排他的論
理積をとり、各開閉素子を駆動する。これにより、開閉
素子のオフ動作時間が遅い場合でも同時オンによる瞬時
的なバッテリの短絡を防止するとともに、制御手段が暴
走故障した場合でも開閉素子の同時オンによる不具合を
防止する。

【００４２】また、この発明の請求項３においては、制
御手段が故障して直列および並列切換用の駆動信号が同
時にオンとなっても、各開閉素子の駆動信号の電源を一
方のみに供給し、他方の駆動信号のための電源供給を一
方の駆動信号に同期して切換える。これにより、オン条
件が成立している一方の駆動信号のみに電源が供給さ
れ、他方の駆動信号は自動的に電源オフ状態となり、制
御手段が暴走故障した場合でも開閉素子の同時オンによ
る不具合を防止する。

【００４３】

【００４４】また、この発明の請求項４においては、各
駆動信号に対する遅延手段およびまたは排他的論理積手
段とともに、オン条件が成立している一方の駆動信号の
みに電源を供給する電源切換手段を組み合わせ、いずれ
かの同時オン防止手段が故障しても他の同時オン防止手
段に基づくフェールセーフ動作により、同時オンを確実
に防止する。

【００４５】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の実施例１を図について説明する。

【００４６】１１および１２は図６内の直並列切換用の
リレー４に代えて設けられた直列リレーおよび並列リレ
ーであり、それぞれ、バッテリ１ａおよび１ｂを直列に
接続する回路を開閉する直列接続手段と、バッテリ１ａ
および１ｂを並列に接続する回路を開閉する並列接続手
段とを構成している。

【００４７】直列接続手段としての直列リレー１１は、
コントローラ８Ａの制御下で励磁される接点駆動コイル
１１ｃ（以下、単にコイルという）と、コイル１１ｃの
励磁により閉成される常開接点１１ｂ（以下、単に接点
という）とを内蔵している。接点１１ｂはバッテリ１ｂ
の負極端子とバッテリ１ａの正極端子との間に挿入さ
れ、コイル１１ｃはコントローラ８Ａの制御出力端子に
接続されている。

【００４８】並列接続手段としての並列リレー１２は、
コントローラ８Ａの制御下で励磁される接点駆動コイル
１２ｃ（以下、単にコイルという）と、コイル１２ｃの
励磁により閉成される常開接点１２ａおよび１２ｂ（以
下、単に接点という）とを内蔵している。

【００４９】並列リレー１２内の接点１２ａおよび１２
ｂは、コイル１２ｃの励磁によって連動して閉成される
常開接点であり、接点１２ａは、バッテリ１ｂの負極端
子とバッテリ１ａの負極端子（グランド端子）との間に
挿入され、接点１２ｂは、バッテリ１ａおよび１ｂの各
正極端子間に挿入され、コイル１２ｃはコントローラ８
Ａの制御出力端子に接続されている。

【００５０】制御手段としてのコントローラ８Ａは、予
め定められた手順に従って直列リレー１１に対する第１
の駆動信号Ｐ０１および並列リレー１２に対する第２の
駆動信号Ｐ０２を生成するマイコン１３と、第１の駆動
信号Ｐ０１を所定時間Ｔｄだけ遅延させる第１の遅延手
段１４と、並列リレー１２に対する第２の駆動信号Ｐ０
２を所定時間Ｔｄだけ遅延させる第２の遅延手段１５と
を含んでいる。また、遅延手段１４および１５は、各駆
動信号Ｐ０１およびＰ０２の立ち上がりパルスエッジに
応答して動作するタイマ手段（図示せず）を含んでい
る。

【００５１】なお、図１は、バッテリ１ａおよび１ｂが
並列接続された充電状態を表わしており、コントローラ
８Ａにより、直列リレー１１内のコイル１１ｃへの通電
が禁止されて接点１１ｂは開放状態であり、並列リレー
１２内のコイル１２ｃが給電されて接点１２ａおよび１
２ｂは閉成状態となっている。したがって、バッテリ１
ａおよび１ｂは、各正極端子および負極端子が同一極性
同士で接続された並列接続状態であり、発電機２の出力
電流によって充電されるとともに、通常の電気負荷３に
電力を供給している。

【００５２】図２はこの発明の実施例１の動作を説明す
るためのタイミングチャートであり、マイコン１３から
出力される第１および第２の駆動信号Ｐ０１およびＰ０
２と、各遅延手段１４および１５を介した第１および第
２の駆動信号Ｐ１１およびＰ１２と、各リレー１１およ
び１２内の接点１１ｂ、１２ａおよび１２ｂの動作波形
をそれぞれ示している。

【００５３】図２において、ｔ１、ｔ２、Ｔｏｎおよび
Ｔｏｆｆは前述と同様のものであり、各駆動信号Ｐ０１
およびＰ０２は、図８内の各駆動信号１０ｂ、１０ａお
よび１０ｃに対応し、各接点１１ｂ、１２ａおよび１２
ｂは、図８内の各接点５ａ〜５ｃに対応している。ま
た、Ｔｄは各遅延手段１４および１５内のタイマ手段に
設定された所定時間（以下、遅延時間という）であり、
開放動作時間Ｔｏｆｆよりも長い時間に設定されてい
る。

【００５４】次に、図２を参照しながら、図１に示した
この発明の実施例１の動作について説明する。いま、時
刻ｔ１において、コントローラ８Ａ内のマイコン１３
が、各バッテリ１ａおよび１ｂを並列接続状態から直列
接続状態に切換えるために、第１の駆動信号Ｐ０１をオ
ンするとともに、第２の駆動信号Ｐ０２をオフしたとす
る。

【００５５】このとき、第１の遅延手段１４は、第１の
駆動信号Ｐ０１の立ち上がりエッジに応答してタイマ手
段を起動し、並列リレー１２の接点１２ａおよび１２ｂ
の開放動作時間Ｔｏｆｆよりも長い遅延時間Ｔｄだけ経
過した後に、直列リレー１１に対する最終的な第１の駆
動信号Ｐ１１をオンとする。

【００５６】また、第２の遅延手段１５は、第２の駆動
信号Ｐ０２を加工せずに、並列リレー１２に対する最終
的な第２の駆動信号Ｐ１２として、直接そのまま出力す
る。したがって、直列接続用の接点１１ｂ、並列接続用
の接点１２ａおよび１２ｂは図２に示したタイミングで
開閉される。

【００５７】すなわち、直列リレー１１の接点１１ｂ
は、時刻ｔ１から遅延時間Ｔｄおよび閉成動作時間Ｔｏ
ｎだけ経過した時刻（ｔ１＋Ｔｄ＋Ｔｏｎ）において、
並列リレー１２の接点１２ａおよび１２ｂが完全にオフ
した後でオンされる。このため、接点１１ｂ、１２ａお
よび１２ｂが同時にオンとなるオーバラップ期間は発生
しない。

【００５８】次に、時刻ｔ２において、マイコン１３が
バッテリ１ａおよび１ｂを直列接続から並列接続に切換
えるために、第１の駆動信号Ｐ０１をオフするととも
に、第２の駆動信号Ｐ０２をオンしたとする。

【００５９】このとき、第２の遅延手段１５は、第２の
駆動信号Ｐ０２の立ち上がりエッジに応答してタイマ手
段を起動し、直列リレー１１の接点１１ｂの開放動作時
間Ｔｏｆｆよりも長い遅延時間Ｔｄだけ経過した後に、
並列リレー１２に対する最終的な第２の駆動信号Ｐ１２
をオンとする。

【００６０】また、第１の遅延手段１４は、第１の駆動
信号Ｐ０１を加工せずに、直列リレー１１に対する最終
的な第１の駆動信号Ｐ１１として、直接そのまま出力す
る。したがって、直列接続用の接点１１ｂ、並列接続用
の接点１２ａおよび１２ｂは図２に示したタイミングで
開閉される。

【００６１】すなわち、並列リレー１２の接点１２ａお
よび１２ｂは、時刻ｔ２から遅延時間Ｔｄおよび閉成動
作時間Ｔｏｎだけ経過した時刻（ｔ１＋Ｔｄ＋Ｔｏｎ）
において、直列リレー１１の接点１１ｂが完全にオフし
た後でオンされる。このため、前述と同様に、接点１１
ｂ、１２ａおよび１２ｂが同時にオンとなるオーバラッ
プ期間は発生しない。

【００６２】この結果、接点１１ｂ、１２ａおよび１２
ｂが同時にオンとなることはなく、バッテリ１ａおよび
１ｂの短絡事故を防止することができる。なお、図１に
おいては、各遅延手段１４および１５をマイコン１３の
外部に設けたが、マイコン１３の内部にソフトウェアで
構成してもよい。

【００６３】実施例２．なお、上記実施例１において
は、直列リレー１１および並列リレー１２に対応した第
１および第２の遅延手段１４および１５を用いてバッテ
リ１ａおよび１ｂの短絡を防止したが、排他的論理積手
段を用いて各駆動信号Ｐ１１およびＰ１２の同時オンを
防止してもよい。

【００６４】図３は排他的論理積手段を用いたこの発明
の実施例２（請求項２に対応）を基本構成を示すブロッ
ク図であり、図中の同一部分には同一符号を付してその
説明を省略する。コントローラ８Ｂは、図１内のコント
ローラ８Ａに対応しており、前述とは内部構成が異な
り、以下の要素１６および１７を含んでいる。

【００６５】１６および１７はマイコン１３からの各駆
動信号Ｐ０１およびＰ０２が入力される第１および第２
の排他的論理積手段であり、第１の排他的論理積手段１
６は、第１の駆動信号Ｐ０１の非反転信号と第２の駆動
信号Ｐ０２の反転信号とを入力信号とし、第２の排他的
論理積手段１７は、第２の駆動信号Ｐ０１の非反転信号
と第１の駆動信号Ｐ０１の反転信号とを入力信号とし、
それぞれ、各駆動信号Ｐ０１およびＰ０２の排他的論理
積をとった信号を最終的な第１および第２の駆動信号Ｐ
１１およびＰ１２として出力する。

【００６６】第１の排他的論理積手段１６は、直列リレ
ー１１に対する第１の駆動信号Ｐ１１が並列リレー１２
に対する第２の駆動信号Ｐ１２と同時にオンとなるのを
防止し、第２の排他的論理積手段１７は、並列リレー１
２に対する第２の駆動信号が直列接続手段に対する第１
の駆動信号と同時にオンとなるのを防止するようになっ
ている。

【００６７】次に、図３に示したこの発明の実施例２の
動作について説明する。この場合、第１および第２の排
他的論理積手段１６および１７は、図示したようにＡＮ
Ｄゲートから構成されている。第１の排他的論理積手段
１６は、第１の駆動信号Ｐ０１を非反転のまま入力信号
とし、第２の駆動信号Ｐ０２についてはＮＯＴ回路を介
した反転（否定論理）信号を入力信号としている。

【００６８】したがって、直列リレー１１に対する第１
の駆動信号Ｐ０１がオン条件であっても、並列リレー１
２に対する第２の駆動信号Ｐ０２がオフ条件でなけれ
ば、直列リレー１１に対する最終的な第１の駆動信号Ｐ
１１がオンすることはない。

【００６９】また、第２の排他的論理積手段１７は、第
２の駆動信号Ｐ０２を非反転のまま入力信号とし、第１
の駆動信号Ｐ０１についてはＮＯＴ回路を介した反転
（否定論理）信号を入力信号としている。したがって、
上述と同様に、並列リレー１２に対する第２の駆動信号
Ｐ０２がオン条件であっても、直列リレー１１に対する
第１の駆動信号Ｐ０１がオフ条件でなければ、並列リレ
ー１２に対する駆動信号Ｐ１２がオンすることはない。

【００７０】この結果、各駆動信号Ｐ０１およびＰ０２
が同時にオンとなる現象が発生しても、直列リレー１１
および並列リレー１２が同時にオンすることはない。し
たがって、この発明の実施例２によれば、実施例１の場
合と同様に、バッテリ１ａおよび１ｂの短絡事故を防止
することができる。

【００７１】実施例３．なお、上記実施例２では、第１
および第２の排他的論理積手段１６および１７を用いて
バッテリ１ａおよび１ｂの短絡を防止したが、駆動信号
Ｐ０１またはＰ０２の一方に同期して他方の最終的な各
駆動信号Ｐ１２またはＰ１１の電源を切換えるための電
源切換手段を用い、一方の駆動信号がオンのときには他
方の駆動信号の電源を供給せずに自動的にオフとなるよ
うにしてもよい。

【００７２】図４は電源切換手段を用いたこの発明の実
施例３（請求項３に対応）の基本構成を示すブロック図
であり、図中の同一部分には同一符号を付してその説明
を省略する。コントローラ８Ｃは、図１内のコントロー
ラ８Ａまたは図３内のコントローラ８Ｂに対応してお
り、前述とは内部構成が異なり、以下の要素１８および
１９を含んでいる。

【００７３】１８は第１の駆動信号Ｐ０１に応答して最
終的な第１の駆動信号Ｐ１１を出力する第１の電源切換
リレー、１９は第２の駆動信号Ｐ０２に応答して最終的
な第２の駆動信号Ｐ１２を出力する第２の電源切換リレ
ーである。この場合、第１の電源切換リレー１８は直列
リレー１１の駆動信号Ｐ１１に関連し、第２の電源切換
リレー１９は並列リレー１２の駆動信号Ｐ１２に関連し
ている。

【００７４】第１の電源切換リレー１８は、第１の駆動
信号Ｐ０１により励磁されるコイル１８ｃと、コイル１
８ｃの励磁により閉成される常開の接点１８ａと、コイ
ル１８ｃの励磁により開放される常閉の接点１８ｂと、
バッテリ１ａの正極端子に接続されて各接点１８ａおよ
び１８ｂに電源を供給する電源端子１８ｓとを内蔵して
おり、接点１８ａは直列リレー１１のコイル１１ｃに接
続され、接点１８ｂは第２の電源切換リレー１９の電源
端子に接続されている。

【００７５】また、第２の電源切換リレー１９は、第２
の駆動信号Ｐ０２により励磁されるコイル１９ｃと、コ
イル１９ｃの励磁により閉成される常開の接点１９ａ
と、第１の電源切換リレー１８の接点１８ｂに接続され
た電源端子１９ｓとを内蔵しており、接点１９ａは並列
リレー１２のコイル１２ｃに接続されている。

【００７６】第１および第２の電源切換リレー１８およ
び１９は、第１および第２の駆動信号Ｐ０１およびＰ０
２に同期して最終的な第１および第２の駆動信号Ｐ１１
およびＰ１２の電源を切換えるための電源切換手段を構
成しており、第１の駆動信号Ｐ０１（すなわち、Ｐ１
１）がオフ状態のときのみに、接点１８ｂを介して電源
端子１９ｓに電源を供給し、最終的な第２の駆動信号Ｐ
１２をオンにするようになっている。

【００７７】次に、図４に示したこの発明の実施例３の
動作について説明する。なお、図示されたコントローラ
８Ｃ内の各電源切換リレー１８および１９の接続状態
は、マイコン１３が第１および第２の駆動信号Ｐ０１お
よびＰ０２をいずれもオフとしている場合である。

【００７８】このとき、第２の電源切換リレー１９の電
源は接点１８ｂを経由して電源端子１９ｓに印加されて
いる。したがって、図４の状態でマイコン１３が第２の
駆動信号Ｐ０２をオンにすれば、コイル１９ｃが通電さ
れて接点１９ａが閉成され、最終的な駆動信号Ｐ１２が
オンとなるため、図示したように、並列リレー１２内の
接点１２ａおよび１２ｂはオンとなる。

【００７９】ここで、マイコン１３がソフトウェアの暴
走などで正常に機能しない状態となり、第１および第２
の駆動信号Ｐ０１およびＰ０２が同時にオンとなる現象
が発生したとすると、第１の駆動信号Ｐ０１のオンによ
り第１の電源切換リレー１８内のコイル１８ｃが通電さ
れ、接点１８ａが閉成（オン）されて接点１８ｂが開放
（オフ）となる。

【００８０】したがって、第２の電源切換リレー１９内
の電源端子１９ｓへの電源供給が断たれ、マイコン１３
からの第２の駆動信号Ｐ０２によりコイル１９ｃがオン
条件であっても、並列リレー１２に対する最終的な第２
の駆動信号Ｐ１２は出力されずオフのままである。

【００８１】この結果、マイコン１３の暴走故障等によ
り各駆動信号Ｐ０１およびＰ０２が同時オンになって
も、第１の駆動信号Ｐ１１のみがオンとなり、バッテリ
１ａおよび１ｂの短絡を防止することができる。

【００８２】実施例４．なお、上記実施例３では、たと
えばバッテリ１ａの正極端子に接続された電源端子１８
ｓを有する第１の電源切換リレー１８を、直列リレー１
１に対する第１の駆動信号Ｐ０１およびＰ１１に関連し
て設け、第１の電源切換リレー１８の動作に従属する第
２の電源切換リレー１９を、並列リレー１２に対する第
２の駆動信号Ｐ０２およびＰ１２に関連して設けたが、
駆動信号Ｐ１１またはＰ１２のいずれを従属させる構成
としても同等の効果を奏することは言うまでもない。

【００８３】すなわち、図４の構成とは逆に、第１の電
源切換リレー１８と同一構成の主リレーを、並列リレー
１２側の第２の駆動信号Ｐ０２およびＰ１２に関連して
設け、第２の電源切換リレー１９と同一構成の従属リレ
ーを、直列リレー１１側の第１の駆動信号Ｐ０１および
Ｐ１１に関連して設けてもよい。

【００８４】また、図４に示した電源切換手段１８およ
び１９においては、電源端子１８ｓをバッテリ電源に接
続し、一端が接地された各コイル１１ｃおよび１２ｃに
電源を供給して接続状態を切換える構成としたが、各コ
イル１１ｃおよび１２ｃの一端をバッテリ電源に接続し
ておき、電源切換手段の電源端子１８ｓを接地し、接地
回路を切換えるようにしてもよい。

【００８５】実施例５．また、上記実施例１〜実施例３
では、直列リレー１１および並列リレー１２の同時オン
防止手段として、第１および第２の遅延手段１４および
１５、第１および第２の排他的論理積手段１６および１
７、または、電源切換手段１８および１９を用いたが、
これら手段のいずれが２つまたは全ての手段を組み合わ
せて用いてもよい。

【００８６】同時オン防止手段のいずれが２つまたは全
ての手段を組み合わせて用いたこの発明の実施例５（請
求項１および請求項５に対応）の場合、いずれかの手段
が故障したとしても、他の有効な手段に基づくフェール
セーフ作用により、直列リレー１１および並列リレー１
２の同時オンを防止することができる。

【００８７】図５はこの発明の実施例５の一例を示すブ
ロック図であり、１ａ、１ｂ、２、３、６、７、９ａ、
９ｂおよび１１〜１９は、前述と同様のものである。ま
た、８Ｄは、コントローラ８Ａ〜８Ｃに対応している。
この場合、コントローラ８Ｄには、マイコン１３の他
に、実施例１における各遅延手段１４および１５と、実
施例２における各排他的論理積手段１６および１７、実
施例３における電源切換手段１８および１９とが全て内
蔵されている。

【００８８】各駆動信号Ｐ０１およびＰ０２は、各遅延
手段１４および１５を介して各排他的論理積手段１６お
よび１７の非反転入力端子にそれぞれ印加されるととも
に、各排他的論理積手段１７および１６の反転入力端子
に印加される。また、各排他的論理積手段１６および１
７の出力信号は、電源切換手段１８および１９内のコイ
ル１８ｃおよび１９ｃにそれぞれ供給される。なお、こ
の発明の実施例５の動作については、前述した同時オン
防止手段１４〜１９の各動作を組み合わせたのみである
ため、ここでは説明を省略する。ただし、同時オン防止
手段１４〜１９は、各々独立して動作する。

【００８９】したがって、図５に示したコントローラ８
Ｄの構成によれば、三重の同時オン防止手段による安全
系が確保され、実施例１から実施例３までのいずれかの
同時オン防止手段が故障しても、残りの有効な手段を用
いて接点１１ｂ、１２ａおよび１２ｂ（開閉素子）の同
時オンを防止することができ、車両用電源電圧切換装置
の安全性は飛躍的に向上する。

【００９０】なお、図５においては、各同時オン防止手
段１４〜１９を、遅延手段１４および１５、排他的論理
積手段１６および１７、電源切換手段１８および１９の
順序で配列したが、任意の配列で設けることができ、同
等の効果を奏することは言うまでもない。

【００９１】実施例６．また、上記各実施例では直列接
続手段および並列接続手段として、開閉駆動用のコイル
１１ｃおよび１２ｃと接点１１ｂ、１２ａおよび１２ｂ
を有するリレー１１および１２を用いたが、トランジス
タ等の半導体スイッチを用いてもよく、上記各実施例と
同様の効果を奏する。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、エンジンの回転により電力を発生する発電機と、
発電機の出力電流により充電される複数の蓄電体と、複
数の蓄電体を直列に接続する回路を開閉する直列接続手
段と、複数の蓄電体を並列に接続する回路を開閉する並
列接続手段と、直列接続手段および並列接続手段の開閉
を制御する制御手段とを備え、制御手段は、直列接続手
段に対する第１の駆動信号を所定時間だけ遅延させる第
１の遅延手段と、直列接続手段に対する第１の駆動信号
が並列接続手段に対する第２の駆動信号と同時にオンと
なるのを防止する第１の排他的論理積手段と、並列接続
手段に対する第２の駆動信号を所定時間だけ遅延させる
第２の遅延手段と、並列接続手段に対する第２の駆動信
号が直列接続手段に対する第１の駆動信号と同時にオン
となるのを防止する第２の排他的論理積手段とを含み、
所定時間は、直列接続手段および並列接続手段の開閉素
子の開放動作時間よりも長い時間に設定し、一方の開閉
素子がオフした後で他方の開閉素子をオンするようにし
たので、各遅延手段または各排他的論理積手段のいずれ
かが故障しても他方の有効手段によって開閉素子の同時
オンを防止することができ、また、開閉素子のオフ動作
時間が遅い場合でも瞬時的なバッテリ短絡を確実に防止
した車両用電源電圧切換装置が得られる効果がある。

【００９３】また、この発明の請求項２によれば、制御
手段は、直列接続手段に対する第１の駆動信号が並列接
続手段に対する第２の駆動信号と同時にオンとなるのを
防止する第１の排他的論理積手段と、並列接続手段に対
する第２の駆動信号が直列接続手段に対する第１の駆動
信号と同時にオンとなるのを防止する第２の排他的論理
積手段とを含み、各駆動信号の排他的論理積をとって開
閉素子を駆動するようにしたので、制御手段が正常に機
能しない場合でも開閉素子が同時にオンすることはな
く、バッテリ短絡を防止した車両用電源電圧切換装置が
得られる効果がある。

【００９４】また、この発明の請求項３によれば、制御
手段は、直列接続手段に対する第１の駆動信号および並
列接続手段に対する第２の駆動信号に同期して第１およ
び第２の駆動信号の電源を切換える電源切換手段を含
み、電源切換手段は、第１および第２の駆動信号に応答
して互いに相補的に動作する第１および第２の電源切換
リレーを有し、第１および第２の電源切換リレーは、第
１および第２の駆動信号が同時にオンされた場合に一方
のみが有効となり、第１および第２の駆動信号のうちの
一方の駆動信号がオフ状態のときのみに他方の駆動信号
をオンにするようにしたので、制御手段が正常に機能し
ない場合でも駆動信号の一方の電源が確実に断たれて、
開閉素子が同時にオンすることはなく、バッテリ短絡を
確実に防止した車両用電源電圧切換装置が得られる効果
がある。

【００９５】

【００９６】また、この発明の請求項４によれば、請求
項１または請求項２において、制御手段は、直列接続手
段に対する第１の駆動信号および並列接続手段に対する
第２の駆動信号に同期して第１および第２の駆動信号の
電源を切換える電源切換手段を含み、電源切換手段は、
第１および第２の駆動信号のうちの一方の駆動信号がオ
フ状態のときのみに他方の駆動信号をオンにするように
したので、各遅延手段およびまたは各排他的論理積手段
と電源切換手段とのいずれかが故障しても他の有効手段
によって開閉素子の同時オンを防止することができ、バ
ッテリ短絡を確実に防止した更に安全な車両用電源電圧
切換装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の基本構成を示すブロック
図である。

【図２】この発明の実施例１の開閉素子の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図３】この発明の実施例２の基本構成を示すブロック
図である。

【図４】この発明の実施例３の基本構成を示すブロック
図である。

【図５】この発明の実施例５の基本構成の一例を示すブ
ロック図である。

【図６】従来の車両用電源電圧切換装置の基本構成を示
すブロック図である。

【図７】従来の車両用電源電圧切換装置の動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図８】従来の車両用電源電圧切換装置の開閉素子の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ バッテリ ２ 発電機 ３ 通常の電気負荷 ８Ａ〜８Ｄ コントローラ（制御手段） １１ 直列リレー（直列接続手段） １１ｂ 接点（開閉素子） １２ 並列リレー（並列接続手段） １２ａ、１２ｂ 接点（開閉素子） １３ マイコン １４ 第１の遅延手段 １５ 第２の遅延手段 １６ 第１の排他的論理積手段 １７ 第２の排他的論理積手段 １８ 第１の電源切換リレー（電源切換手段） １９ 第２の電源切換リレー（電源切換手段） Ｐ０１、Ｐ１１ 第１の駆動信号 Ｐ０２、Ｐ１２ 第２の駆動信号 Ｔｄ 所定時間 Ｔｏｆｆ 開放動作時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/14 - 7/24 H02J 7/00 - 7/10 H02J 7/34 - 7/35 H02J 1/00 - 1/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転により電力を発生する発
   電機と、 前記発電機の出力電流により充電される複数の蓄電体
   と、 前記複数の蓄電体を直列に接続する回路を開閉する直列
   接続手段と、 前記複数の蓄電体を並列に接続する回路を開閉する並列
   接続手段と、 前記直列接続手段および前記並列接続手段の開閉を制御
   する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 前記直列接続手段に対する第１の駆動信号を所定時間だ
   け遅延させる第１の遅延手段と、 前記直列接続手段に対する第１の駆動信号が前記並列接
   続手段に対する第２の駆動信号と同時にオンとなるのを
   防止する第１の排他的論理積手段と、 前記並列接続手段に対する第２の駆動信号を所定時間だ
   け遅延させる第２の遅延手段と、 前記並列接続手段に対する第２の駆動信号が前記直列接
   続手段に対する第１の駆動信号と同時にオンとなるのを
   防止する第２の排他的論理積手段とを含み、 前記所定時間は、前記直列接続手段および前記並列接続
   手段の開閉素子の開放動作時間よりも長い時間に設定さ
   れたことを特徴とする車両用電源電圧切換装置。
2. 【請求項２】 エンジンの回転により電力を発生する発
   電機と、 前記発電機の出力電流により充電される複数の蓄電体
   と、 前記複数の蓄電体を直列に接続する回路を開閉する直列
   接続手段と、 前記複数の蓄電体を並列に接続する回路を開閉する並列
   接続手段と、 前記直列接続手段および前記並列接続手段の開閉を制御
   する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 前記直列接続手段に対する第１の駆動信号が前記並列接
   続手段に対する第２の駆動信号と同時にオンとなるのを
   防止する第１の排他的論理積手段と、 前記並列接続手段に対する第２の駆動信号が前記直列接
   続手段に対する第１の駆動信号と同時にオンとなるのを
   防止する第２の排他的論理積手段とを含むことを特徴と
   する車両用電源電圧切換装置。
3. 【請求項３】 エンジンの回転により電力を発生する発
   電機と、 前記発電機の出力電流により充電される複数の蓄電体
   と、 前記複数の蓄電体を直列に接続する回路を開閉する直列
   接続手段と、 前記複数の蓄電体を並列に接続する回路を開閉する並列
   接続手段と、 前記直列接続手段および前記並列接続手段の開閉を制御
   する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記直列接続手段に対する第１の駆動
   信号および前記並列接続手段に対する第２の駆動信号に
   同期して前記第１および第２の駆動信号の電源を切換え
   る電源切換手段を含み、 前記電源切換手段は、前記第１および第２の駆動信号に
   応答して互いに相補的に動作する第１および第２の電源
   切換リレーを有し、 前記第１および第２の電源切換リレーは、前記第１およ
   び第２の駆動信号が同時にオンされた場合に一方のみが
   有効となり、 前記第１および第２の駆動信号のうちの一
   方の駆動信号がオフ状態のときのみに他方の駆動信号を
   オンにすることを特徴とする車両用電源電圧切換装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記直列接続手段に対
   する第１の駆動信号および前記並列接続手段に対する第
   ２の駆動信号に同期して前記第１および第２の駆動信号
   の電源を切換える電源切換手段を含み、 前記電源切換手段は、前記第１および第２の駆動信号の
   うちの一方の駆動信号がオフ状態のときのみに他方の駆
   動信号をオンにすることを特徴とする請求項１または請
   求項２の車両用電源電圧切換装置。