JP3886733B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に発電機とバッテリとを連携して動作させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチ投入時の突入電流を小さく抑えることにより電源容量や配線容量を小さく抑える技術が知られている。
【０００３】
このような技術の一例として、特開平７−１６４９８２号公報は、「電源供給システム」を開示している。この電源供給システムでは、バッテリからの電源線はジャンクションボックス（電気接続箱）に接続され、このジャンクションボックスで分岐されて複数の電源供給ユニットに接続されている。各電源供給ユニットは、複数の負荷に電源を供給する。各電源供給ユニット内には、ＣＰＵが設けられており、このＣＰＵには、上記複数の負荷に電源を供給するスイッチが接続されている。
【０００４】
ＣＰＵは、スイッチによって各負荷への電源投入が指示されても、その時点で負荷へ供給中の電流値が過電流を示している場合には、負荷への電力供給は行わず、定常電流値になった時点で負荷への電流の供給を開始する。これにより、例えば突入電流のような瞬間的な負荷の過度状態が重ならないように制御されるので、電源線の細径化が可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の発電機の補助電源として接続されているバッテリも放電すると、発電機から見ると１つの負荷になる。従って、ランプ等の大電流を必要とする負荷を駆動すると、バッテリから大電力の持ち出し（放電）が瞬時に行われ、その後の充電時には大電力がバッテリへ流れ込むことになり、バッテリの充放電時において、ランプ等の負荷と同様に瞬時の大電力のピークが発生し、システム全体として発電機の出力は、大きなものになってしまう。すなわち、バッテリの充放電時においてもランプ等の負荷と同じように瞬時の大電力のピークが発生する。
【０００６】
また、近年、電源電圧を高電圧化して高効率化しようと開発が進められており、このシステムにおけるＤＣ−ＤＣコンバータの容量は負荷の最大定格電流だけでなく、上記の場合のようにバッテリへの大電力の充電電流分も考慮した大きな容量のものが必要であり、コンバータの大型化やコストが増大するという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、電圧変換器の出力電力容量を小さく抑えることができる安価な車両用電源装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する並列接続された複数の低電圧バッテリと、前記負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを前記複数の低電圧バッテリの中から選択する制御回路と、前記複数の低電圧バッテリの各々の充電量を検出する検出器とを備え、前記制御回路は、前記負荷の駆動に必要な電力が所定値より小さい場合に、前記検出器で検出された充電量の小さい低電圧バッテリを優先して電力供給に使用することを特徴とする。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、負荷を駆動するために並列接続された複数の低電圧バッテリを備えているので、１つの低電圧バッテリを備えた従来の車両用電源装置より小さい容量の低電圧バッテリを用いることができる。また、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて選択するので、突入電流の発生によって負荷の最大消費電力が電圧変換器の出力電力容量を越えてしまうという事態を回避できる。さらに、充電量の大きい低電圧バッテリは、常に充電量が多い状態又は満充電の状態としておくことができるので予備として使用でき、バッテリ消耗によるトラブルを回避できる車両用電源装置を提供できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御回路は、前記電圧変換器から前記複数の低電圧バッテリへの充電を順次行わせることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、従来の低電圧バッテリより小さい容量を有する複数の低電圧バッテリの充電を順次行うようにしたので、突入電流の大きさを従来より小さくできる。その結果、電圧変換器の出力電力容量を小さくでき、その小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、本発明の複数の低電圧バッテリとして、説明の煩雑さを避けるために、２個の低電圧バッテリが使用される場合について説明するが、本発明では、低電圧バッテリの数は２個に限定されず任意である。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置では、電気接続箱（ジャンクションボックス：Ｊ／Ｂ）の中にＤＣ−ＤＣコンバータと制御回路とが収容されている。
【００１８】
図１は第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。この車両用電源装置は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１０、電気接続箱１１、高電圧バッテリ１２、第１低電圧バッテリ１３ａ、第２低電圧バッテリ１３ｂ、高電圧負荷１４、低電圧負荷１５、第１スイッチ１６ａ、第２スイッチ１６ｂ、第１スイッチ駆動回路１７ａ、第２スイッチ駆動回路１７ｂ、第１検出器１８ａ、第２検出器１８ｂ及び負荷スイッチ１９から構成されている。
【００１９】
電気接続箱１１には、制御回路２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ヒューズ２２及びスイッチ素子２３が収容されている。
【００２０】
モータジェネレータ１０は本発明の発電機に対応する。モータジェネレータ１０は、図示しないエンジンの回転により駆動されて直流電力を発生する。モータジェネレータ１０は、高電圧バッテリ１２の入出力端子、高電圧負荷１４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子に接続されている。モータジェネレータ１０で発生された直流電力は、これら高電圧バッテリ１２の入出力端子、高電圧負荷１４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子に供給される。
【００２１】
高電圧バッテリ１２は、例えば４２ボルトといった高電圧の電力を蓄えて出力する。この高電圧バッテリ１２は、モータジェネレータ１０からの高電圧の直流電力により充電される。また、高電圧バッテリ１２から出力される高電圧の電力は、高電圧負荷１４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１に供給される。
【００２２】
第１低電圧バッテリ１３ａは、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する。第１低電圧バッテリ１３ａの容量は、従来の低電圧バッテリの略１／２である。第１低電圧バッテリ１３ａの入出力端子は、第１スイッチ１６ａを介してＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子及びヒューズ２２の一方の端子に接続されている。ヒューズ２２の他方の端子は、スイッチ素子２３を介して低電圧負荷１５に接続されている。
【００２３】
第１低電圧バッテリ１３ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から第１スイッチ１６ａを介して供給される低電圧の直流電力により充電される。また、第１低電圧バッテリ１３ａから出力される低電圧の電力は、第１スイッチ１６ａ、ヒューズ２２及びスイッチ素子２３を介して低電圧負荷１５に供給される。
【００２４】
第２低電圧バッテリ１３ｂは、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する。この第２低電圧バッテリ１３ｂの容量は、上記第１低電圧バッテリ１３ａの容量と同じであり、従来の低電圧バッテリの略１／２である。第２低電圧バッテリ１３ｂの入出力端子は、第２スイッチ１６ｂを介してＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子及びヒューズ２２の一方の端子に接続されている。すなわち、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂは、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂをそれぞれ介して並列に接続されている。従って、第１低電圧バッテリ１３ａの容量と第２低電圧バッテリ１３ｂの容量との合計は、従来の低電圧バッテリの容量と同じである。
【００２５】
第２低電圧バッテリ１３ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から第２スイッチ１６ｂを介して供給される低電圧の直流電力により充電される。また、第２低電圧バッテリ１３ｂから出力される低電圧の電力は、第２スイッチ１６ｂ、ヒューズ２２及びスイッチ素子２３を介して低電圧負荷１５に供給される。
【００２６】
これら第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂは、例えばランプの一時的な突入電流に対し電流を供給し、更にイグニッションスイッチのオフの後にも利用されるラジオやランプ類等を駆動するためにも用いられる。
【００２７】
高電圧負荷１４は、例えばワイパーを駆動するモータ、パワーウインドウを駆動するモータといった複数の負荷（何れも図示を省略する）から構成されている。高電圧負荷１４は、モータジェネレータ１０及び高電圧バッテリ１２から供給される高電圧の電力により駆動される。
【００２８】
低電圧負荷１５は、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類、点火プラグ、モータといった複数の負荷から構成されている。低電圧負荷１５は、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの少なくとも１つ並びにＤＣ−ＤＣコンバータ２１から供給される低電圧の電力により駆動される。
【００２９】
第１スイッチ１６ａは、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１と第１低電圧バッテリ１３ａとの間に設けられ、第１低電圧バッテリ１３ａの充放電を制御するために使用される。第１スイッチ１６ａは例えばリレーから構成できる。第１スイッチ１６ａの開閉の制御は、その制御端子に接続された第１スイッチ駆動回路１７ａによって行われる。第１スイッチ駆動回路１７ａは、制御回路２０からの制御信号に応答して第１スイッチ１６ａを駆動し、その開閉を制御する。
【００３０】
第２スイッチ１６ｂは、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１と第２低電圧バッテリ１３ｂとの間に設けられ、第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電を制御するために使用される。第２スイッチ１６ｂは例えばリレーから構成できる。第２スイッチ１６ｂの開閉の制御は、その制御端子に接続された第２スイッチ駆動回路１７ｂによって行われる。第２スイッチ駆動回路１７ｂは、制御回路２０からの制御信号に応答して第２スイッチ１６ｂを駆動し、その開閉を制御する。
【００３１】
第１検出器１８ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子と第１スイッチ１６ａとの間に設けられている。第１検出器１８ａは、第１低電圧バッテリ１３ａの充放電電流を検出する電流センサ及び第１低電圧バッテリ１３ａの入出力端子の電圧を検出する電圧センサから構成されている。第１検出器１８ａで検出された電流値及び電圧値は、制御回路２０に送られる。
【００３２】
第２検出器１８ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子と第２スイッチ１６ｂとの間に設けられている。第２検出器１８ｂは、第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電電流を検出する電流センサ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの入出力端子の電圧を検出する電圧センサから構成されている。第２検出器１８ｂで検出された電流値及び電圧値は、制御回路２０に送られる。
【００３３】
制御回路２０は、例えばマイクロプロセッサから構成されている。制御回路２０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、スイッチ素子２３の制御端子（図示省略）、第１スイッチ駆動回路１７ａ、第２スイッチ駆動回路１７ｂ、第１検出器１８ａ、第２検出器１８ｂ及び負荷スイッチ１９が接続されている。
【００３４】
制御回路２０は、車両用電源装置の高圧系の制御及び低圧系の制御を行う。高電圧系の制御には、詳細は省略するが、モータジェネレータ１０の発電開始及び停止の制御、高電圧バッテリ１２の充放電制御、高電圧負荷１４のオン／オフ制御等が含まれる。また、低電圧の制御には、後述するように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の変換動作の制御、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電制御、低電圧負荷１５のオン／オフ制御等が含まれる。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は本発明の電圧変換器に対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子は、モータジェネレータ１０の出力端子及び高電圧バッテリ１２の入出力端子に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子は、第１スイッチ１６ａを介して第１低電圧バッテリ１３ａの入出力端子に接続されると共に、第２スイッチ１６ｂを介して第２低電圧バッテリ１３ｂの入出力端子に接続され、更に、ヒューズ２２の一方の端子に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の制御端子は、制御回路２０に接続されている。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、高電圧バッテリ１２及びモータジェネレータ１０から供給される高電圧（４２ボルトの直流電圧）を低電圧（１２ボルトの直流電圧）に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、制御回路２０からの制御信号に応答して電圧変換動作を行う。
【００３７】
ヒューズ２２の一方の端子はＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子に接続され、他方の端子はスイッチ素子２３の一方の端子に接続されている。スイッチ素子２３の他方の端子は低電圧負荷１５に接続されている。ヒューズ２２は、低電圧負荷１５に過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３は、制御回路２０からその制御端子（図示しない）に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を低電圧負荷１５に供給するかどうかを制御する。
【００３８】
負荷スイッチ１９は、低電圧負荷１９のオン／オフを制御するために使用される。負荷スイッチ１９は、低電圧負荷１５の各々に対応して複数設けられている。この負荷スイッチ１９のオン／オフを示す信号は制御回路２０に供給される。
【００３９】
次に、上述したように構成される車両用電源装置の動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、本発明の特徴である、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電の制御を中心に説明する。この制御は、制御回路２０において定常状態で一定周期でコールされるバッテリ制御処理ルーチンによって行われる。
【００４０】
まず、図示しないイグニッションスイッチが投入されると、制御回路２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に制御信号を送ることによりその動作を停止させ、モータジェネレータ１０を始動させる。これにより、モータジェネレータ１０は発電を開始する。その後、制御回路２０は、モータジェネレータ１０の状態を監視しながら、その回転が安定するまで待機する。この状態において、４２ボルトの直流電力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子及び高電圧負荷１４に供給される。
【００４１】
上記の状態において、制御回路２０は、モータジェネレータ１０の回転が安定したことを判断すると、制御信号をＤＣ−ＤＣコンバータ２１に送ることによりＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。すなわち、入力端子に供給された高電圧（４２ボルト）の直流電力を低電圧（１２ボルト）の直流電力に変換して出力端子から出力する。この低電圧の直流電力は、ヒューズ２２を介してスイッチ素子２３の入力端子に供給される。
【００４２】
また、制御回路２０は、第１スイッチ駆動回路１７ａ及び第２スイッチ駆動回路１７ｂに制御信号を送ることにより、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂをオフにする。これにより、車両用電源装置は定常状態に入る。従って、定常状態では、低電圧負荷１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１からの電力のみによって駆動される。第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂは、負荷の突入電流によって低電圧負荷１５の消費電力がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の最大出力電力容量を越えてしまう場合に、その不足分を供給する。
【００４３】
上記定常状態において、低電圧バッテリの放電処理及び充電処理が順次実行される。放電処理では、制御回路２０は、図２のフローチャートに示すように、まず、負荷スイッチ１９から、その設定状態を読み取る（ステップＳ１０）。そして、読み取った情報に基づいて、ランプ等の突入電流を必要とする低電圧負荷１５が多いかどうか、すなわち、オンにされている低電圧負荷１５が必要とする最大消費電力が所定値より大きいかどうかを調べる（ステップＳ１１）。これは、制御回路２０内に格納されている、各低電圧負荷の突入電流を記憶したテーブル（図示省略）を参照することにより行われる。
【００４４】
ここで、突入電流を必要とする低電圧負荷１５が多いことが判断されると、オンにされている低電圧負荷１５の最大消費電力に応じて第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂの何れか１つ又は双方がオンにされる（ステップＳ１２）。これにより、低電圧負荷１５を始動させるときに、短時間ではあるが、突入電流の発生によって低電圧負荷１５の最大消費電力がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の最大出力電力容量を越えてしまうという状態が回避される。
【００４５】
なお、この場合、制御回路２０は、ヘッドランプのように連続的に駆動する低電圧負荷１５だけである場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に一定電力を出力させておき、ホーンのように突入電流を伴って始動し短時間だけ駆動する低電圧負荷１５だけである場合はＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力を停止させ、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂを制御して第１低電圧バッテリ１３ａ及び／又は第２低電圧バッテリ１３ｂからのみ電力を供給させるように構成することもできる。
【００４６】
上記ステップＳ１１で、突入電流を必要とする低電圧負荷１５が少ないことが判断されると、第１低電圧バッテリ１３ａの充電量と第２低電圧バッテリ１３ｂの充電量とが比較される（ステップＳ１３）。そして、第１低電圧バッテリ１３ａの充電量が第２低電圧バッテリ１３ｂの充電量より少ないときは第１スイッチ１６ａがオンにされる（ステップＳ１４）。これにより、第１低電圧バッテリ１３ａから低電圧負荷１５に電力が供給される。
【００４７】
一方、第１低電圧バッテリ１３ａの充電量が第２低電圧バッテリ１３ｂの充電量以上であるときは第２スイッチ１６ｂがオンにされる。これにより、第２低電圧バッテリ１３ｂから低電圧負荷１５に電力が供給される。上記ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理により、突入電流を必要とする低電圧負荷１５が少ない時は、充電量の少ない方の低電圧バッテリが優先して低電圧負荷１５に電力を供給することになる。なお、充電量の少ない方の低電圧バッテリがエンプティである場合は、他方の低電圧バッテリから電力が供給される。
【００４８】
なお、以上の各処理と並行して、制御回路２０は、第１検出器１８ａ及び第２検出器１８ｂで検出された、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂから持ち出された電流に基づいて放電電流量を算出し、図示しないメモリに記憶する。この放電電流量は、後述する充電処理において、充電の優先順位を決めるために使用される。
【００４９】
次に、充電処理が行われる。この充電処理では、制御回路２０は、まず、充電可能であるかどうかを調べる（ステップＳ１６）。すなわち、制御回路２０は、ステップＳ１０で読み取られた情報に基づいて、低電圧負荷１５の何れもがオンにされていないか、或いは、オンにされている低電圧負荷１５があってもＤＣ−ＤＣコンバータ２１が１個の低電圧バッテリを充電するだけの出力電力容量を残しているかどうかを調べる。
【００５０】
ここで、充電可能でないことが判断されると、以下の処理はスキップされて、バッテリ制御処理は終了する。
【００５１】
一方、充電可能であることが判断されると、制御回路２０は、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂが満充電であるかどうかを調べる（ステップＳ１７）。これは、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂをオンにした場合に、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂにそれぞれ流れ込む電流を第１検出器１８ａ及び第２検出器１８ｂでそれぞれ検出し、検出結果に基づいて算出された充電電流量を調べることにより行われる。また、制御回路２０は図示していない第１低電圧バッテリと第２低電圧バッテリの＋端子部の電圧値を調べることにより行われる。
【００５２】
ここで、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂが双方とも満充電であることが判断されると、制御回路２０は、低電圧負荷１５の消費電力の多寡に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力を下げるか停止する処理を行う（ステップＳ１８）。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１による無駄な電力の発生が抑止される。
【００５３】
一方、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの少なくとも一方が満充電でないことが判断されると、優先順位に従って第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂのオン／オフが制御される（ステップＳ１９）。優先順位は、制御回路２０内のメモリに格納されている放電電流量に基づいて決められる。そして、優先順位の高い（放電電流量の多い）低電圧バッテリから順次充電が行われる。この場合、必要に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電力容量が制御される。以上により、バッテリ制御処理は終了する。
【００５４】
次に、上記ステップＳ１９で行われる動作を更に詳細に説明する。図３（ａ）は、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂが双方とも満充電でない場合であって、第１低電圧バッテリ１３ａの優先度が第２低電圧バッテリ１３ｂの優先度より高い場合の充電電流ＩＢＡＴの波形の例を示す。
【００５５】
第１スイッチ１６ａがオンにされると、まず、値Ｉａの突入電流による充電電流ＩＢＡＴが流れ、第１低電圧バッテリ１３ａの充電が開始される。この充電電流ＩＢＡＴは時間の経過に連れて徐々に小さくなり、時間Ｔが経過した時点で第１スイッチ１６ａがオフにされて充電動作が完了する。これと同時に、第２スイッチ１６ｂがオンにされて、再び値Ｉａの突入電流による充電電流ＩＢＡＴが流れ、第２低電圧バッテリ１３ｂの充電が開始される。この充電電流ＩＢＡＴは時間の経過に連れて徐々に小さくなり、時間Ｔが経過した時点で充電動作が完了する。
【００５６】
図３（ｂ）は補助電源として低電圧バッテリを１つのみで構成する場合の低電圧バッテリの充電電流ＩＢＡＴの波形の例を示す。補助電源として低電圧バッテリを１つのみで構成する場合の低電圧バッテリの容量は、第１低電圧バッテリ１３ａ又は第２低電圧バッテリ１３ｂの略２倍であることから、突入電流の大きさも２倍（２Ｉａ）以上になる。すなわち、まず、値２Ｉａ以上の突入電流による充電電流ＩＢＡＴが流れ、低電圧バッテリの充電が開始される。この充電電流ＩＢＡＴは時間の経過に連れて徐々に小さくなり、時間Ｔが経過した時点で充電動作が完了する。
【００５７】
このような充電動作に対応するために、第１の実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、図４（ａ）に示すような出力電力容量ＩＯＵＴを有する。すなわち、低電圧負荷１５に供給する電力Ｉｂ’の他に、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂへの供給分として電力Ｉｃを出力可能である。
【００５８】
これに対し、補助電源として低電圧バッテリを１つのみで構成する場合のＤＣ−ＤＣコンバータは、図４（ｂ）に示すような出力電力容量を必要とする。すなわち、上述した大きな突入電流に対応するために、低電圧バッテリに供給する分として、第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２１の２倍以上の電力（２Ｗ以上）を必要とする。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力容量を大きくする必要があり、また形状も大型化する。
【００５９】
このように、第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２１によれば、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの容量が従来の低電圧バッテリの容量の略１／２であることから、突入電流も従来の低電圧バッテリの突入電流の半分以下になるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電力容量を小さくでき、小型化が可能である。
【００６０】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、従来の低電圧バッテリより小さい容量の低電圧バッテリを２個並列に接続し、低電圧負荷の必要とする消費電力が大きいときは、２つの低電圧バッテリから同時に電力を供給することにより、１つの低電圧バッテリから供給する電力は１／２になり、その充電に必要とされる電流も１／２になる。その結果、低電圧バッテリの劣化が少なくなるので寿命が長くなる。
【００６１】
また、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの容量を従来の低電圧バッテリの略１／２とし、その充電は順次行うようにしたので、充電時間は従来の略２倍になるが突入電流の大きさを従来の低電圧バッテリの略１／２にすることができる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電力容量を小さくでき、その小型化を図ることができる。
【００６２】
更に、低電圧負荷１５を駆動する際の消費電力が小さい場合は、充電量の少ない方の低電圧バッテリから電力を供給するようにしたので、他方の低電圧バッテリは、常に充電量が多い状態又は満充電の状態としておくことができる。従って、この他方の低電圧バッテリを予備として使用できるので、バッテリ消耗によるトラブルを回避できる車両用電源装置を提供できる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置では、電気接続箱には制御回路のみが収容され、ＤＣ−ＤＣコンバータは電気接続箱の外部に設けられている。
【００６４】
図５は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。車両用電源装置の構成及び動作は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が電気接続箱１１の外に配設されていることを除けば、上述した第１の実施の形態と同じである。従って、構成及び動作の詳細な説明は省略する。
【００６５】
第２の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を電気接続箱１１の外部に配置するようにしたので、上述した第１の実施の形態に係る車両用電源装置により得られる効果に加え、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び電気接続箱１１の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【００６６】
なお、以上説明した各実施の形態では、低電圧の電力の供給源としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いた例を説明したが、低電圧電力の供給源はＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、例えばオルタネータ等の発電機であってもよい。また、第１及び第２低電圧バッテリとしては、鉛蓄電池、電気二重層コンデンサ等を用いることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、負荷を駆動するために並列接続された複数の低電圧バッテリを備えているので、１つの低電圧バッテリを備えた従来の車両用電源装置より小さい容量の低電圧バッテリを用いることができる。また、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて選択するので、突入電流の発生によって負荷の最大消費電力が電圧変換器の出力電力容量を越えてしまうという事態を回避できる。さらに、充電量の大きい低電圧バッテリは、常に充電量が多い状態又は満充電の状態としておくことができるので予備として使用でき、バッテリ消耗によるトラブルを回避できる車両用電源装置を提供できる。
【００６８】
また、請求項２に記載の発明によれば、従来の低電圧バッテリより小さい容量を有する複数の低電圧バッテリの充電を順次行うようにしたので、突入電流の大きさを従来より小さくできる。その結果、電圧変換器の出力電力容量を小さくでき、その小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の充電動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の充電動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ モータジェネレータ
１１ 電気接続箱
１２ 高電圧バッテリ
１３ａ 第１低電圧バッテリ
１３ｂ 第２低電圧バッテリ
１４ 高電圧負荷
１５ 低電圧負荷
１６ａ 第１スイッチ
１６ｂ 第２スイッチ
１７ａ 第１スイッチ駆動回路
１７ｂ 第２スイッチ駆動回路
１８ａ 第１検出器
１８ｂ 第２検出器
１９ 負荷スイッチ
２０ 制御回路
２１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２ ヒューズ
２３ スイッチ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に発電機とバッテリとを連携して動作させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチ投入時の突入電流を小さく抑えることにより電源容量や配線容量を小さく抑える技術が知られている。
【０００３】
このような技術の一例として、特開平７−１６４９８２号公報は、「電源供給システム」を開示している。この電源供給システムでは、バッテリからの電源線はジャンクションボックス（電気接続箱）に接続され、このジャンクションボックスで分岐されて複数の電源供給ユニットに接続されている。各電源供給ユニットは、複数の負荷に電源を供給する。各電源供給ユニット内には、ＣＰＵが設けられており、このＣＰＵには、上記複数の負荷に電源を供給するスイッチが接続されている。
【０００４】
ＣＰＵは、スイッチによって各負荷への電源投入が指示されても、その時点で負荷へ供給中の電流値が過電流を示している場合には、負荷への電力供給は行わず、定常電流値になった時点で負荷への電流の供給を開始する。これにより、例えば突入電流のような瞬間的な負荷の過度状態が重ならないように制御されるので、電源線の細径化が可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の発電機の補助電源として接続されているバッテリも放電すると、発電機から見ると１つの負荷になる。従って、ランプ等の大電流を必要とする負荷を駆動すると、バッテリから大電力の持ち出し（放電）が瞬時に行われ、その後の充電時には大電力がバッテリへ流れ込むことになり、バッテリの充放電時において、ランプ等の負荷と同様に瞬時の大電力のピークが発生し、システム全体として発電機の出力は、大きなものになってしまう。すなわち、バッテリの充放電時においてもランプ等の負荷と同じように瞬時の大電力のピークが発生する。
【０００６】
また、近年、電源電圧を高電圧化して高効率化しようと開発が進められており、このシステムにおけるＤＣ−ＤＣコンバータの容量は負荷の最大定格電流だけでなく、上記の場合のようにバッテリへの大電力の充電電流分も考慮した大きな容量のものが必要であり、コンバータの大型化やコストが増大するという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、電圧変換器の出力電力容量を小さく抑えることができる安価な車両用電源装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する並列接続された複数の低電圧バッテリと、前記負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを前記複数の低電圧バッテリの中から選択する制御回路と、前記複数の低電圧バッテリの各々の充電量を検出する検出器とを備え、前記制御回路は、前記負荷の駆動に必要な電力が所定値より小さい場合に、前記検出器で検出された充電量の小さい低電圧バッテリを優先して電力供給に使用することを特徴とする。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、負荷を駆動するために並列接続された複数の低電圧バッテリを備えているので、１つの低電圧バッテリを備えた従来の車両用電源装置より小さい容量の低電圧バッテリを用いることができる。また、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて選択するので、突入電流の発生によって負荷の最大消費電力が電圧変換器の出力電力容量を越えてしまうという事態を回避できる。さらに、充電量の大きい低電圧バッテリは、常に充電量が多い状態又は満充電の状態としておくことができるので予備として使用でき、バッテリ消耗によるトラブルを回避できる車両用電源装置を提供できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御回路は、前記電圧変換器から前記複数の低電圧バッテリへの充電を順次行わせることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、従来の低電圧バッテリより小さい容量を有する複数の低電圧バッテリの充電を順次行うようにしたので、突入電流の大きさを従来より小さくできる。その結果、電圧変換器の出力電力容量を小さくでき、その小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、本発明の複数の低電圧バッテリとして、説明の煩雑さを避けるために、２個の低電圧バッテリが使用される場合について説明するが、本発明では、低電圧バッテリの数は２個に限定されず任意である。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置では、電気接続箱（ジャンクションボックス：Ｊ／Ｂ）の中にＤＣ−ＤＣコンバータと制御回路とが収容されている。
【００１８】
図１は第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。この車両用電源装置は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１０、電気接続箱１１、高電圧バッテリ１２、第１低電圧バッテリ１３ａ、第２低電圧バッテリ１３ｂ、高電圧負荷１４、低電圧負荷１５、第１スイッチ１６ａ、第２スイッチ１６ｂ、第１スイッチ駆動回路１７ａ、第２スイッチ駆動回路１７ｂ、第１検出器１８ａ、第２検出器１８ｂ及び負荷スイッチ１９から構成されている。
【００１９】
電気接続箱１１には、制御回路２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ヒューズ２２及びスイッチ素子２３が収容されている。
【００２０】
モータジェネレータ１０は本発明の発電機に対応する。モータジェネレータ１０は、図示しないエンジンの回転により駆動されて直流電力を発生する。モータジェネレータ１０は、高電圧バッテリ１２の入出力端子、高電圧負荷１４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子に接続されている。モータジェネレータ１０で発生された直流電力は、これら高電圧バッテリ１２の入出力端子、高電圧負荷１４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子に供給される。
【００２１】
高電圧バッテリ１２は、例えば４２ボルトといった高電圧の電力を蓄えて出力する。この高電圧バッテリ１２は、モータジェネレータ１０からの高電圧の直流電力により充電される。また、高電圧バッテリ１２から出力される高電圧の電力は、高電圧負荷１４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１に供給される。
【００２２】
第１低電圧バッテリ１３ａは、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する。第１低電圧バッテリ１３ａの容量は、従来の低電圧バッテリの略１／２である。第１低電圧バッテリ１３ａの入出力端子は、第１スイッチ１６ａを介してＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子及びヒューズ２２の一方の端子に接続されている。ヒューズ２２の他方の端子は、スイッチ素子２３を介して低電圧負荷１５に接続されている。
【００２３】
第１低電圧バッテリ１３ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から第１スイッチ１６ａを介して供給される低電圧の直流電力により充電される。また、第１低電圧バッテリ１３ａから出力される低電圧の電力は、第１スイッチ１６ａ、ヒューズ２２及びスイッチ素子２３を介して低電圧負荷１５に供給される。
【００２４】
第２低電圧バッテリ１３ｂは、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する。この第２低電圧バッテリ１３ｂの容量は、上記第１低電圧バッテリ１３ａの容量と同じであり、従来の低電圧バッテリの略１／２である。第２低電圧バッテリ１３ｂの入出力端子は、第２スイッチ１６ｂを介してＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子及びヒューズ２２の一方の端子に接続されている。すなわち、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂは、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂをそれぞれ介して並列に接続されている。従って、第１低電圧バッテリ１３ａの容量と第２低電圧バッテリ１３ｂの容量との合計は、従来の低電圧バッテリの容量と同じである。
【００２５】
第２低電圧バッテリ１３ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から第２スイッチ１６ｂを介して供給される低電圧の直流電力により充電される。また、第２低電圧バッテリ１３ｂから出力される低電圧の電力は、第２スイッチ１６ｂ、ヒューズ２２及びスイッチ素子２３を介して低電圧負荷１５に供給される。
【００２６】
これら第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂは、例えばランプの一時的な突入電流に対し電流を供給し、更にイグニッションスイッチのオフの後にも利用されるラジオやランプ類等を駆動するためにも用いられる。
【００２７】
高電圧負荷１４は、例えばワイパーを駆動するモータ、パワーウインドウを駆動するモータといった複数の負荷（何れも図示を省略する）から構成されている。高電圧負荷１４は、モータジェネレータ１０及び高電圧バッテリ１２から供給される高電圧の電力により駆動される。
【００２８】
低電圧負荷１５は、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類、点火プラグ、モータといった複数の負荷から構成されている。低電圧負荷１５は、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの少なくとも１つ並びにＤＣ−ＤＣコンバータ２１から供給される低電圧の電力により駆動される。
【００２９】
第１スイッチ１６ａは、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１と第１低電圧バッテリ１３ａとの間に設けられ、第１低電圧バッテリ１３ａの充放電を制御するために使用される。第１スイッチ１６ａは例えばリレーから構成できる。第１スイッチ１６ａの開閉の制御は、その制御端子に接続された第１スイッチ駆動回路１７ａによって行われる。第１スイッチ駆動回路１７ａは、制御回路２０からの制御信号に応答して第１スイッチ１６ａを駆動し、その開閉を制御する。
【００３０】
第２スイッチ１６ｂは、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１と第２低電圧バッテリ１３ｂとの間に設けられ、第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電を制御するために使用される。第２スイッチ１６ｂは例えばリレーから構成できる。第２スイッチ１６ｂの開閉の制御は、その制御端子に接続された第２スイッチ駆動回路１７ｂによって行われる。第２スイッチ駆動回路１７ｂは、制御回路２０からの制御信号に応答して第２スイッチ１６ｂを駆動し、その開閉を制御する。
【００３１】
第１検出器１８ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子と第１スイッチ１６ａとの間に設けられている。第１検出器１８ａは、第１低電圧バッテリ１３ａの充放電電流を検出する電流センサ及び第１低電圧バッテリ１３ａの入出力端子の電圧を検出する電圧センサから構成されている。第１検出器１８ａで検出された電流値及び電圧値は、制御回路２０に送られる。
【００３２】
第２検出器１８ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子と第２スイッチ１６ｂとの間に設けられている。第２検出器１８ｂは、第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電電流を検出する電流センサ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの入出力端子の電圧を検出する電圧センサから構成されている。第２検出器１８ｂで検出された電流値及び電圧値は、制御回路２０に送られる。
【００３３】
制御回路２０は、例えばマイクロプロセッサから構成されている。制御回路２０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、スイッチ素子２３の制御端子（図示省略）、第１スイッチ駆動回路１７ａ、第２スイッチ駆動回路１７ｂ、第１検出器１８ａ、第２検出器１８ｂ及び負荷スイッチ１９が接続されている。
【００３４】
制御回路２０は、車両用電源装置の高圧系の制御及び低圧系の制御を行う。高電圧系の制御には、詳細は省略するが、モータジェネレータ１０の発電開始及び停止の制御、高電圧バッテリ１２の充放電制御、高電圧負荷１４のオン／オフ制御等が含まれる。また、低電圧の制御には、後述するように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の変換動作の制御、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電制御、低電圧負荷１５のオン／オフ制御等が含まれる。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は本発明の電圧変換器に対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子は、モータジェネレータ１０の出力端子及び高電圧バッテリ１２の入出力端子に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子は、第１スイッチ１６ａを介して第１低電圧バッテリ１３ａの入出力端子に接続されると共に、第２スイッチ１６ｂを介して第２低電圧バッテリ１３ｂの入出力端子に接続され、更に、ヒューズ２２の一方の端子に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の制御端子は、制御回路２０に接続されている。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、高電圧バッテリ１２及びモータジェネレータ１０から供給される高電圧（４２ボルトの直流電圧）を低電圧（１２ボルトの直流電圧）に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、制御回路２０からの制御信号に応答して電圧変換動作を行う。
【００３７】
ヒューズ２２の一方の端子はＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力端子に接続され、他方の端子はスイッチ素子２３の一方の端子に接続されている。スイッチ素子２３の他方の端子は低電圧負荷１５に接続されている。ヒューズ２２は、低電圧負荷１５に過電流が流れた時に溶融して電流を遮断する。スイッチ素子２３は、制御回路２０からその制御端子（図示しない）に入力される制御信号に応答して開閉し、低電圧の直流電力を低電圧負荷１５に供給するかどうかを制御する。
【００３８】
負荷スイッチ１９は、低電圧負荷１９のオン／オフを制御するために使用される。負荷スイッチ１９は、低電圧負荷１５の各々に対応して複数設けられている。この負荷スイッチ１９のオン／オフを示す信号は制御回路２０に供給される。
【００３９】
次に、上述したように構成される車両用電源装置の動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、本発明の特徴である、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの充放電の制御を中心に説明する。この制御は、制御回路２０において定常状態で一定周期でコールされるバッテリ制御処理ルーチンによって行われる。
【００４０】
まず、図示しないイグニッションスイッチが投入されると、制御回路２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に制御信号を送ることによりその動作を停止させ、モータジェネレータ１０を始動させる。これにより、モータジェネレータ１０は発電を開始する。その後、制御回路２０は、モータジェネレータ１０の状態を監視しながら、その回転が安定するまで待機する。この状態において、４２ボルトの直流電力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力端子及び高電圧負荷１４に供給される。
【００４１】
上記の状態において、制御回路２０は、モータジェネレータ１０の回転が安定したことを判断すると、制御信号をＤＣ−ＤＣコンバータ２１に送ることによりＤＣ−ＤＣコンバータ２１を起動する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。すなわち、入力端子に供給された高電圧（４２ボルト）の直流電力を低電圧（１２ボルト）の直流電力に変換して出力端子から出力する。この低電圧の直流電力は、ヒューズ２２を介してスイッチ素子２３の入力端子に供給される。
【００４２】
また、制御回路２０は、第１スイッチ駆動回路１７ａ及び第２スイッチ駆動回路１７ｂに制御信号を送ることにより、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂをオフにする。これにより、車両用電源装置は定常状態に入る。従って、定常状態では、低電圧負荷１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１からの電力のみによって駆動される。第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂは、負荷の突入電流によって低電圧負荷１５の消費電力がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の最大出力電力容量を越えてしまう場合に、その不足分を供給する。
【００４３】
上記定常状態において、低電圧バッテリの放電処理及び充電処理が順次実行される。放電処理では、制御回路２０は、図２のフローチャートに示すように、まず、負荷スイッチ１９から、その設定状態を読み取る（ステップＳ１０）。そして、読み取った情報に基づいて、ランプ等の突入電流を必要とする低電圧負荷１５が多いかどうか、すなわち、オンにされている低電圧負荷１５が必要とする最大消費電力が所定値より大きいかどうかを調べる（ステップＳ１１）。これは、制御回路２０内に格納されている、各低電圧負荷の突入電流を記憶したテーブル（図示省略）を参照することにより行われる。
【００４４】
ここで、突入電流を必要とする低電圧負荷１５が多いことが判断されると、オンにされている低電圧負荷１５の最大消費電力に応じて第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂの何れか１つ又は双方がオンにされる（ステップＳ１２）。これにより、低電圧負荷１５を始動させるときに、短時間ではあるが、突入電流の発生によって低電圧負荷１５の最大消費電力がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の最大出力電力容量を越えてしまうという状態が回避される。
【００４５】
なお、この場合、制御回路２０は、ヘッドランプのように連続的に駆動する低電圧負荷１５だけである場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に一定電力を出力させておき、ホーンのように突入電流を伴って始動し短時間だけ駆動する低電圧負荷１５だけである場合はＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力を停止させ、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂを制御して第１低電圧バッテリ１３ａ及び／又は第２低電圧バッテリ１３ｂからのみ電力を供給させるように構成することもできる。
【００４６】
上記ステップＳ１１で、突入電流を必要とする低電圧負荷１５が少ないことが判断されると、第１低電圧バッテリ１３ａの充電量と第２低電圧バッテリ１３ｂの充電量とが比較される（ステップＳ１３）。そして、第１低電圧バッテリ１３ａの充電量が第２低電圧バッテリ１３ｂの充電量より少ないときは第１スイッチ１６ａがオンにされる（ステップＳ１４）。これにより、第１低電圧バッテリ１３ａから低電圧負荷１５に電力が供給される。
【００４７】
一方、第１低電圧バッテリ１３ａの充電量が第２低電圧バッテリ１３ｂの充電量以上であるときは第２スイッチ１６ｂがオンにされる。これにより、第２低電圧バッテリ１３ｂから低電圧負荷１５に電力が供給される。上記ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理により、突入電流を必要とする低電圧負荷１５が少ない時は、充電量の少ない方の低電圧バッテリが優先して低電圧負荷１５に電力を供給することになる。なお、充電量の少ない方の低電圧バッテリがエンプティである場合は、他方の低電圧バッテリから電力が供給される。
【００４８】
なお、以上の各処理と並行して、制御回路２０は、第１検出器１８ａ及び第２検出器１８ｂで検出された、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂから持ち出された電流に基づいて放電電流量を算出し、図示しないメモリに記憶する。この放電電流量は、後述する充電処理において、充電の優先順位を決めるために使用される。
【００４９】
次に、充電処理が行われる。この充電処理では、制御回路２０は、まず、充電可能であるかどうかを調べる（ステップＳ１６）。すなわち、制御回路２０は、ステップＳ１０で読み取られた情報に基づいて、低電圧負荷１５の何れもがオンにされていないか、或いは、オンにされている低電圧負荷１５があってもＤＣ−ＤＣコンバータ２１が１個の低電圧バッテリを充電するだけの出力電力容量を残しているかどうかを調べる。
【００５０】
ここで、充電可能でないことが判断されると、以下の処理はスキップされて、バッテリ制御処理は終了する。
【００５１】
一方、充電可能であることが判断されると、制御回路２０は、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂが満充電であるかどうかを調べる（ステップＳ１７）。これは、第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂをオンにした場合に、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂにそれぞれ流れ込む電流を第１検出器１８ａ及び第２検出器１８ｂでそれぞれ検出し、検出結果に基づいて算出された充電電流量を調べることにより行われる。また、制御回路２０は図示していない第１低電圧バッテリと第２低電圧バッテリの＋端子部の電圧値を調べることにより行われる。
【００５２】
ここで、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂが双方とも満充電であることが判断されると、制御回路２０は、低電圧負荷１５の消費電力の多寡に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力を下げるか停止する処理を行う（ステップＳ１８）。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１による無駄な電力の発生が抑止される。
【００５３】
一方、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの少なくとも一方が満充電でないことが判断されると、優先順位に従って第１スイッチ１６ａ及び第２スイッチ１６ｂのオン／オフが制御される（ステップＳ１９）。優先順位は、制御回路２０内のメモリに格納されている放電電流量に基づいて決められる。そして、優先順位の高い（放電電流量の多い）低電圧バッテリから順次充電が行われる。この場合、必要に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電力容量が制御される。以上により、バッテリ制御処理は終了する。
【００５４】
次に、上記ステップＳ１９で行われる動作を更に詳細に説明する。図３（ａ）は、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂが双方とも満充電でない場合であって、第１低電圧バッテリ１３ａの優先度が第２低電圧バッテリ１３ｂの優先度より高い場合の充電電流ＩＢＡＴの波形の例を示す。
【００５５】
第１スイッチ１６ａがオンにされると、まず、値Ｉａの突入電流による充電電流ＩＢＡＴが流れ、第１低電圧バッテリ１３ａの充電が開始される。この充電電流ＩＢＡＴは時間の経過に連れて徐々に小さくなり、時間Ｔが経過した時点で第１スイッチ１６ａがオフにされて充電動作が完了する。これと同時に、第２スイッチ１６ｂがオンにされて、再び値Ｉａの突入電流による充電電流ＩＢＡＴが流れ、第２低電圧バッテリ１３ｂの充電が開始される。この充電電流ＩＢＡＴは時間の経過に連れて徐々に小さくなり、時間Ｔが経過した時点で充電動作が完了する。
【００５６】
図３（ｂ）は補助電源として低電圧バッテリを１つのみで構成する場合の低電圧バッテリの充電電流ＩＢＡＴの波形の例を示す。補助電源として低電圧バッテリを１つのみで構成する場合の低電圧バッテリの容量は、第１低電圧バッテリ１３ａ又は第２低電圧バッテリ１３ｂの略２倍であることから、突入電流の大きさも２倍（２Ｉａ）以上になる。すなわち、まず、値２Ｉａ以上の突入電流による充電電流ＩＢＡＴが流れ、低電圧バッテリの充電が開始される。この充電電流ＩＢＡＴは時間の経過に連れて徐々に小さくなり、時間Ｔが経過した時点で充電動作が完了する。
【００５７】
このような充電動作に対応するために、第１の実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、図４（ａ）に示すような出力電力容量ＩＯＵＴを有する。すなわち、低電圧負荷１５に供給する電力Ｉｂ’の他に、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂへの供給分として電力Ｉｃを出力可能である。
【００５８】
これに対し、補助電源として低電圧バッテリを１つのみで構成する場合のＤＣ−ＤＣコンバータは、図４（ｂ）に示すような出力電力容量を必要とする。すなわち、上述した大きな突入電流に対応するために、低電圧バッテリに供給する分として、第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２１の２倍以上の電力（２Ｗ以上）を必要とする。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力容量を大きくする必要があり、また形状も大型化する。
【００５９】
このように、第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２１によれば、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの容量が従来の低電圧バッテリの容量の略１／２であることから、突入電流も従来の低電圧バッテリの突入電流の半分以下になるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電力容量を小さくでき、小型化が可能である。
【００６０】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、従来の低電圧バッテリより小さい容量の低電圧バッテリを２個並列に接続し、低電圧負荷の必要とする消費電力が大きいときは、２つの低電圧バッテリから同時に電力を供給することにより、１つの低電圧バッテリから供給する電力は１／２になり、その充電に必要とされる電流も１／２になる。その結果、低電圧バッテリの劣化が少なくなるので寿命が長くなる。
【００６１】
また、第１低電圧バッテリ１３ａ及び第２低電圧バッテリ１３ｂの容量を従来の低電圧バッテリの略１／２とし、その充電は順次行うようにしたので、充電時間は従来の略２倍になるが突入電流の大きさを従来の低電圧バッテリの略１／２にすることができる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電力容量を小さくでき、その小型化を図ることができる。
【００６２】
更に、低電圧負荷１５を駆動する際の消費電力が小さい場合は、充電量の少ない方の低電圧バッテリから電力を供給するようにしたので、他方の低電圧バッテリは、常に充電量が多い状態又は満充電の状態としておくことができる。従って、この他方の低電圧バッテリを予備として使用できるので、バッテリ消耗によるトラブルを回避できる車両用電源装置を提供できる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置では、電気接続箱には制御回路のみが収容され、ＤＣ−ＤＣコンバータは電気接続箱の外部に設けられている。
【００６４】
図５は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。車両用電源装置の構成及び動作は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が電気接続箱１１の外に配設されていることを除けば、上述した第１の実施の形態と同じである。従って、構成及び動作の詳細な説明は省略する。
【００６５】
第２の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を電気接続箱１１の外部に配置するようにしたので、上述した第１の実施の形態に係る車両用電源装置により得られる効果に加え、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び電気接続箱１１の配設位置の自由度が増し、車両用電源装置の設計が簡単になる。
【００６６】
なお、以上説明した各実施の形態では、低電圧の電力の供給源としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いた例を説明したが、低電圧電力の供給源はＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、例えばオルタネータ等の発電機であってもよい。また、第１及び第２低電圧バッテリとしては、鉛蓄電池、電気二重層コンデンサ等を用いることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、負荷を駆動するために並列接続された複数の低電圧バッテリを備えているので、１つの低電圧バッテリを備えた従来の車両用電源装置より小さい容量の低電圧バッテリを用いることができる。また、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて選択するので、突入電流の発生によって負荷の最大消費電力が電圧変換器の出力電力容量を越えてしまうという事態を回避できる。さらに、充電量の大きい低電圧バッテリは、常に充電量が多い状態又は満充電の状態としておくことができるので予備として使用でき、バッテリ消耗によるトラブルを回避できる車両用電源装置を提供できる。
【００６８】
また、請求項２に記載の発明によれば、従来の低電圧バッテリより小さい容量を有する複数の低電圧バッテリの充電を順次行うようにしたので、突入電流の大きさを従来より小さくできる。その結果、電圧変換器の出力電力容量を小さくでき、その小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の充電動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の充電動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ モータジェネレータ
１１ 電気接続箱
１２ 高電圧バッテリ
１３ａ 第１低電圧バッテリ
１３ｂ 第２低電圧バッテリ
１４ 高電圧負荷
１５ 低電圧負荷
１６ａ 第１スイッチ
１６ｂ 第２スイッチ
１７ａ 第１スイッチ駆動回路
１７ｂ 第２スイッチ駆動回路
１８ａ 第１検出器
１８ｂ 第２検出器
１９ 負荷スイッチ
２０ 制御回路
２１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２ ヒューズ
２３ スイッチ素子
Claims (2)
- 電力を発生する発電機と、
前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧バッテリと、
前記高電圧バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する並列接続された複数の低電圧バッテリと、
前記負荷の駆動に必要な電力の大きさに応じて、電力供給に使用される少なくとも１つの低電圧バッテリを前記複数の低電圧バッテリの中から選択する制御回路と、
前記複数の低電圧バッテリの各々の充電量を検出する検出器とを備え、
前記制御回路は、
前記負荷の駆動に必要な電力が所定値より小さい場合に、前記検出器で検出された充電量の小さい低電圧バッテリを優先して電力供給に使用することを特徴とする車両用電源装置。 - 前記制御回路は、前記電圧変換器から前記複数の低電圧バッテリへの充電を順次行わせることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
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