JP4937146B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両に搭載される車両用の電源装置に関し、とくに、高電圧バッテリを監視する制御回路による低電圧バッテリの電力消費を削減する車両用の電源装置に関する。

車両用の電源装置は、車両のイグニッションスイッチをオフにする状態、すなわち車両を走行させない状態においても、高電圧バッテリの状態を所定の周期で監視している。高電圧バッテリが過放電されると、高電圧バッテリで車両を走行できなくなるからである。高電圧バッテリの状態は制御回路で監視される。この制御回路は、イグニッションスイッチをオフにする状態においても、たとえば数時間の周期で、高電圧バッテリの電圧や温度を検出して電池の状態を監視している。この制御回路は、車両に搭載される低電圧バッテリから電力を供給している。（特許文献１参照）
特開２００４−３２９０３号公報

高電圧バッテリを監視する制御回路は、所定の周期で動作状態となり、動作状態において、低電圧バッテリから制御回路に動作電力が供給される。制御回路は、ほとんどの時間帯において休止状態にあり、所定の周期で動作状態となる。すなわち、制御回路は、所定の周期で休止状態と動作状態とを繰り返しながら、高電圧バッテリを監視する。休止状態における制御回路の消費電流は動作状態よりも小さいが、長時間連続して車両を走行させない状態が続くと、休止電力が積算されて相当な電力消費となる。制御回路の電力消費で低電圧バッテリが過放電されると車両を走行できない等の種々の弊害が発生することから、制御回路の休止電力を小さくすることが要求されるが、すでに休止電力は相当に小さく、さらに省電力化するのは極めて難しい。このため、長時間車両を使用しない状態に放置すると、低電圧バッテリが過放電となって走行できなくなる弊害が発生する。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、制御回路の休止状態における低電圧バッテリの電力消費を削減して、制御回路による低電圧バッテリの過放電を有効に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、車両を走行させる高電圧バッテリ１と、この高電圧バッテリ１の制御回路２と、この制御回路２に動作電力を供給する低電圧バッテリ３と、この低電圧バッテリ３から制御回路２への電力供給を制御する電源回路４とを備え、電源回路４が所定のタイミングで制御回路２に動作電力を供給して、制御回路２を動作状態としている。電源回路４は、制御回路２の動作状態における動作電力を供給する第１のスイッチング回路５と、制御回路２の休止状態における休止電力を供給する休止電力用二次電池６とを備えている。電源回路４は、制御回路２の動作状態においては、第１のスイッチング回路５をオンとして低電圧バッテリ３から動作電力を制御回路２に供給し、制御回路２の休止状態においては、第１のスイッチング回路５をオフとして休止電力用二次電池６から休止電力を制御回路２に供給している。

本発明の請求項２の車両用の電源装置は、電源回路４が、低電圧バッテリ３で休止電力用二次電池６を充電する充電回路７を備えている。

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、休止電力用二次電池６の電圧又は残容量を検出し、休止電力用二次電池６の電圧が設定電圧よりも低く、あるいは残容量が設定残容量よりも小さいと、低電圧バッテリ３で休止電力用二次電池６を充電する。

本発明の請求項４の車両用の電源装置は、休止電力用二次電池６の放電容量を検出して、検出された放電容量から充電容量を特定して充電する。

本発明の請求項５の車両用の電源装置は、低電圧バッテリ３の電圧が検出されない状態において、休止電力用二次電池６から制御回路２への電力供給を遮断する第２のスイッチング回路８を備え、低電圧バッテリ３の電圧が検出されない状態において、第２のスイッチング回路８をオフとして、休止電力用二次電池６から制御回路２への電力供給を遮断する。

本発明の請求項６の車両用の電源装置は、休止電力用二次電池６の容量を、制御回路２に３０日間以上にわたって休止電力を供給できる容量としている。

本発明の車両用の電源装置は、制御回路の休止状態における低電圧バッテリの電力消費を削減して、制御回路による低電圧バッテリの過放電を有効に防止できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、制御回路に休止電力を供給する休止電力用二次電池を内蔵すると共に、この休止電力用二次電池から制御回路に休止電力を供給するからである。とくに、本発明の電源装置は、この休止電力用二次電池から制御回路に動作電力は供給しない。制御回路の動作電力は、低電圧バッテリから供給される。したがって、休止電力用二次電池は、制御回路に大きな動作電力を供給する必要がなく、長期間にわたって制御回路に休止電力を供給できる。この休止電力用二次電池が、たとえば、制御回路に３０日間にわたって休止電力を供給できる容量に設定されると、３０日間イグニッションスイッチをオフに保持して車両を走行させない状態としても、低電圧バッテリから制御回路に休止電力は全く供給されない。車両が走行される状態になると、低電圧バッテリが充電されるので、この低電圧バッテリで休止電力用二次電池も充電することができる。このため、車両を使用しない日数が３０日以内であると、制御回路は休止電力を低電圧バッテリから全く消費しないで、高電圧バッテリを監視できる。さらに、制御回路の動作電力は低電圧バッテリから供給されるので、動作状態にある制御回路は、低電圧バッテリから供給される十分な電力、すなわち供給電力容量の極めて大きい低電圧バッテリから安定して電力が供給されて安定に動作して、高電圧バッテリを確実に監視する。

本発明の請求項２の車両用の電源装置は、電源回路が、低電圧バッテリで休止電力用二次電池を充電する充電回路を備えているので、電圧差が少なく簡単な充電回路で能率よく休止電力用二次電池を充電できる。

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、休止電力用二次電池の電圧又は残容量を検出し、休止電力用二次電池の電圧が設定電圧よりも低く、あるいは残容量が設定残容量よりも小さいと、低電圧バッテリで休止電力用二次電池を充電するので、休止電力用二次電池の残容量が小さくなると低電圧バッテリから自動的に充電して、長期間にわたって休止電力用二次電池から制御回路に休止電力を供給できる。

本発明の請求項４の車両用の電源装置は、休止電力用二次電池の放電容量を検出して、検出された放電容量から充電容量を特定して充電するので、休止電力用二次電池を最適な容量で充電して、休止電力用二次電池の過充電や過放電を防止しながら、休止電力用二次電池の寿命を長くできる。

本発明の請求項５の車両用の電源装置は、低電圧バッテリの電圧が検出されない状態において、第２のスイッチング回路をオフとして、休止電力用二次電池から制御回路への電力供給を遮断するので、製造工程や整備過程において、低電圧バッテリを接続しない状態での休止電力用二次電池の無駄な放電を防止できる。

本発明の請求項６の車両用の電源装置は、休止電力用二次電池の容量を、制御回路に３０日間以上にわたって休止電力を供給できる容量としているので、３０日間にわたって車両を使用しないでも、制御回路の休止電力を休止電力用二次電池から供給して、低電圧バッテリの無駄な電力消費を防止できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す車両用の電源装置は、高電圧バッテリ１と、この高電圧バッテリ１の制御回路２と、この制御回路２に動作電力を供給する低電圧バッテリ３と、この低電圧バッテリ３から制御回路２への電力供給を制御する電源回路４とを備える。

高電圧バッテリ１は、車両を走行させるモータに電力を供給するバッテリであって、ハイブリッドカーにあっては、車両を走行させる状態で充電される。

低電圧バッテリ３は、１２Ｖ又は２４Ｖの鉛バッテリからなる電装用バッテリである。ただし、本発明は、低電圧バッテリを電装用バッテリには特定せず、専用のバッテリを搭載することもできる。低電圧バッテリ３は、車両を走行させる状態において、エンジンで駆動されるオルタネータ、又は高電圧バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して降圧された電力で充電される。低電圧バッテリ３は、車両の走行状態において、電圧や残容量が検出されて、過充電や過放電されることなく所定の電圧や所定の残容量となるように充電される。

電源回路４は、車両のイグニッションスイッチがオフに切り換えられる停止状態においては、所定のタイミングで、たとえば数時間毎に、制御回路２に動作電力を供給して、制御回路２を動作状態とする。イグニッションスイッチは、車両を走行させる運転時にオンに切り換えられて、車両を走行させない状態ではオフに切り換えられる車両のメインスイッチである。動作状態に切り換えられた制御回路２は、高電圧バッテリ１の電圧等を検出して高電圧バッテリ１の状態を監視する。制御回路２は、動作状態に切り換えられて高電圧バッテリ１の状態を検出した後、休止状態に切り換えられる。制御回路２は、動作状態と休止状態を切り換えるタイマ（図示せず）を内蔵している。制御回路２のタイマは、休止状態においてもカウントしており、休止状態となって、所定の時間経過すると、たとえば３時間経過すると、休止状態を動作状態に切り換えて高電圧バッテリ１の状態を検出する。その後、動作状態から休止状態に切り換えられる。制御回路２は、休止状態においてもタイマなどで電力を消費する。休止状態における電力消費は、動作状態における電力消費よりも小さいが０にはできない。

イグニッションスイッチがオフに切り換えられる状態、すなわち車両を走行させない状態で、低電圧バッテリ３は充電されない。したがって、長時間車両を走行させない状態にあると、制御回路２は動作状態と休止状態を繰り返して電力を消費する。このため、イグニッションスイッチのオフ状態、とくに長時間のオフ状態において、制御回路２による低電圧バッテリ３の電力消費を少なくして過放電を防止することが大切である。

このことを実現するために、電源回路４は、低電圧バッテリ３から制御回路２に動作電力のみを供給して、休止電力を供給しないようにして、長時間の休止電力が、低電圧バッテリ３の過放電の原因となるのを阻止する。この電源回路４は、制御回路２の動作状態における動作電力を供給する第１のスイッチング回路５と、制御回路２の休止状態における休止電力を供給する休止電力用二次電池６とを備えている。

この電源回路４は、図２に示すように、制御回路２の動作状態においては、第１のスイッチング回路５をオンとして低電圧バッテリ３から動作電力を制御回路２に供給するが、制御回路２の休止状態においては、第１のスイッチング回路５をオフとして休止電力用二次電池６から休止電力を制御回路２に供給する。図２のグラフは、低電圧バッテリ３からの消費電流と、休止電力用二次電池６の電池電圧の変化を示している。この図に示すように、電源回路４は、制御回路２の休止状態においては、低電圧バッテリ３から制御回路２に休止電力を供給することなく、休止電力用二次電池６から供給する。したがって、制御回路２の休止状態における低電圧バッテリ３の電力消費を削減して、制御回路２による低電圧バッテリ３の過放電を有効に防止できる。

図１において、第１のスイッチング回路５は、低電圧バッテリ３のプラス側と制御回路２の電源端子２ａとの間に接続している第１のスイッチング素子１１と、この第１のスイッチング素子１１をオンオフに制御する第１の入力スイッチング素子１２と、第１のスイッチング素子１１と直列に接続されて低電圧バッテリ３の出力電圧を安定化する三端子の定電圧ＩＣ１３と、定電圧ＩＣ１３の出力側に接続しているダイオード１４とを備える。を備える。第１のスイッチング素子１１はトランジスタで、ベースを第１の入力スイッチング素子１２であるトランジスタのコレクタに接続して、エミッタを低電圧バッテリ３のプラス側に、コレクタを定電圧ＩＣ１３とダイオード１４を介して制御回路２の電源端子２ａに接続している。第１の入力スイッチング素子１２はトランジスタで、エミッタをアースに、ベースを制御回路２の制御信号端子２ｂに接続している。第１の入力スイッチング素子１２のトランジスタは、制御回路２の制御信号端子２ｂからオン信号である”Ｈｉｇｈ”が出力されると、オンに切り換えられる。第１の入力スイッチング素子１２のトランジスタがオンに切り換えられると、第１のスイッチング素子１１のトランジスタがオンに切り換えらて、低電圧バッテリ３から制御回路２に動作電力が供給される。低電圧バッテリ３から供給される電力は、三端子の定電圧ＩＣ１３で安定化されて、制御回路２に入力される。定電圧ＩＣ１３は、低電圧バッテリ３の電圧が変動しても一定の電圧に安定化して制御回路２に電力を供給する。定電圧ＩＣ１３の出力側に接続しているダイオード１４は、低電圧バッテリ３から制御回路２に向かって通電するが、休止電力用二次電池６から低電圧バッテリ３への電流を遮断する。制御信号端子２ｂからオフ信号、すなわち”Ｌｏｗ”が出力されると、第１の入力スイッチング素子１２のトランジスタがオフとなって、第１のスイッチング素子１１のトランジスタがオフに切り換えられて、低電圧バッテリ３から制御回路２への電力供給は遮断される。第１のスイッチング回路５は、制御回路２の制御信号端子２ｂから”Ｈｉｇｈ”又は”Ｌｏｗ”を出力して、第１のスイッチング素子１１をオンオフに切り換えて、低電圧バッテリ３から制御回路２への電力供給を制御する。

さらに、図１の電源回路４は、低電圧バッテリ３で休止電力用二次電池６を充電する充電回路７を備える。充電回路７は、低電圧バッテリ３のプラス側に接続している充電スイッチング素子１６と、この充電スイッチング素子１６をオンオフに制御する充電入力スイッチング素子１７と、低電圧バッテリ３の出力電圧を安定化して休止電力用二次電池６に供給する三端子の定電圧ＩＣ１８と、この定電圧ＩＣ１８の出力側に接続しているダイオード１８とを備える。

充電スイッチング素子１６はトランジスタで、エミッタを低電圧バッテリ３のプラス側に、コレクタを定電圧ＩＣ１８を介して休止電力用二次電池側に、ベースを充電入力スイッチング素子１７のコレクタに接続している。充電入力スイッチング素子１７はトランジスタで、エミッタをアースに、ベースを制御回路２の充電信号端子２ｃに接続している。この充電回路７は、制御回路２の充電信号端子２ｃから充電信号である”Ｈｉｇｈ”が出力されると、充電入力スイッチング素子１７のトランジスタがオンとなって、充電スイッチング素子１６のトランジスタをオンに切り換える。この状態で低電圧バッテリ３から休止電力用二次電池６に電力が供給されて、休止電力用二次電池６が充電される。充電信号端子２ｃから充電停止信号の”Ｌｏｗ”が出力されると、充電入力スイッチング素子１７のトランジスタがオフとなって、充電スイッチング素子１６のトランジスタをオフに切り換える。この状態で低電圧バッテリ３から休止電力用二次電池６への電力供給が遮断されて、休止電力用二次電池６は充電されない。三端子の定電圧ＩＣ１８は、低電圧バッテリ３の出力電圧を一定の電圧に安定化して休止電力用二次電池６に供給する。したがって、低電圧バッテリ３の電圧が変動しても、一定の電圧と電流で休止電力用二次電池６が充電される。定電圧ＩＣ１８の出力側に接続しているダイオード１９は、低電圧バッテリ３から休止電力用二次電池６に向かって通電するが、休止電力用二次電池６から低電圧バッテリ３への電流を遮断する。すなわち、低電圧バッテリ３から休止電力用二次電池６を充電するが、休止電力用二次電池６から低電圧バッテリ３には充電電流を流さない。この回路構成は、低電圧バッテリ３の電圧が休止電力用二次電池６の電圧よりも低くなっても、休止電力用二次電池６が放電して低電圧バッテリ３を充電することはない。

休止電力用二次電池６の充電状態は、制御回路２で制御される。制御回路２は、休止電力用二次電池６の電圧又は残容量を検出し、休止電力用二次電池６の電圧が設定電圧よりも低く、あるいは残容量が設定残容量よりも小さいと、充電信号端子２ｃから充電信号を出力して低電圧バッテリ３で休止電力用二次電池６を充電する。図１の制御回路２は、休止電力用二次電池６の電圧を検出する電圧検出端子２ｄを備えている。電圧検出端子２ｄは、第２のスイッチング回路８のトランジスタを介して休止電力用二次電池６のプラス側に接続している。この制御回路２は、図２に示すように、電圧検出端子２ｄから入力される休止電力用二次電池６の電圧を、あらかじめ記憶している最低電圧に比較して、休止電力用二次電池６の電圧が最低電圧よりも低くなると休止電力用二次電池６を充電する。図２は、休止電力用二次電池６の電池電圧の変化と、制御回路２が充電回路７をオンとして休止電力用二次電池６を充電するタイミングを示している。この図において、制御回路２は、制御回路２が動作状態となるタイミングで、すなわち、第１のスイッチング回路５がオンに切り換えられるタイミングで、充電信号端子２ｃから充電信号を所定の時間出力して休止電力用二次電池６を短時間充電している。この充電方法は、低電圧バッテリ３の電力消費を少なくしながら休止電力用二次電池６を充電できる。ただ、制御回路２は、電圧検出端子２ｄから入力される休止電力用二次電池６の電圧を、あらかじめ記憶している最低電圧に比較して、休止電力用二次電池６の電圧が最低電圧よりも低くなると、充電信号端子２ｃから充電信号を出力して休止電力用二次電池６の充電を開始し、電圧検出端子２ｄから入力される休止電力用二次電池６の電圧を、あらかじめ記憶している最高電圧に比較して、休止電力用二次電池６の電圧が最高電圧よりも高くなると、充電信号端子２ｃから充電を停止する信号を出力して休止電力用二次電池６の充電を停止することもできる。

この制御回路２は、休止電力用二次電池６の電圧を検出して、充電を制御するが、制御回路２は、休止電力用二次電池６の放電容量を検出し、検出した放電容量から充電容量を特定して休止電力用二次電池６の充電を制御することもできる。この制御回路２は、休止電力用二次電池６が所定の容量放電されることを検出すると、放電容量に相当する充電容量で休止電力用二次電池６を充電する。放電容量は充電容量よりも大きく、充放電を繰り返しても休止電力用二次電池６を過充電することなく、また過放電しない容量に設定される。制御回路２は、休止電力を供給する時間から放電容量を検出し、あるいは放電電流の積算値から放電容量を検出する。また、充電時間から充電容量を検出し、あるいは充電電流の積算値から充電容量を検出して、休止電力用二次電池６の充放電を制御する。

さらに、図１の電源装置は、低電圧バッテリ３の電圧が検出されない状態において、休止電力用二次電池６から制御回路２への電力供給を遮断する第２のスイッチング回路８を備える。第２のスイッチング回路８は、第２のスイッチング素子２１とこの第２のスイッチング素子２１をオンオフに制御する第２の入力スイッチング素子２２とを備える。第２のスイッチング素子２１はトランジスタで、エミッタを休止電力用二次電池６のプラス側に、コレクタをダイオード２４を介して制御回路２の電源端子２ａに、ベースを第２の入力スイッチング素子２２に接続している。第２の入力スイッチング素子２２はトランジスタで、コレクタを第２のスイッチング素子２１のトランジスタのベースに、エミッタをアースに、ベースを入力抵抗２３を介して低電圧バッテリ３のプラス側に接続している。この第２のスイッチング回路８は、低電圧バッテリ３が接続されると、第２の入力スイッチング素子２２のトランジスタがオン、このトランジスタが第２のスイッチング素子２１のトランジスタをオンにして、休止電力用二次電池６から制御回路２の電源端子２ａに電力が供給される。低電圧バッテリ３が外されて低電圧バッテリ３の電圧が検出されない状態になると、第２の入力スイッチング素子２２のトランジスタがオフとなり、これが第２のスイッチング素子２１のトランジスタをオフに切り換えて、休止電力用二次電池６から制御回路２への電力供給が遮断される。したがって、製造工程や整備過程において、低電圧バッテリ３が外された状態では、休止電力用二次電池６から制御回路２に電力が供給されず、休止電力用二次電池６の無駄な放電を停止できる。

休止電力用二次電池６は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池で、この二次電池は、制御回路２に休止電力を供給できる出力電圧で、たとえば制御回路２に２００時間以上、好ましくは３００時間以上、さらに好ましくは５００時間以上にわたって休止電力を供給できる容量とされる。たとえば、休止電力用二次電池６の容量を１００ｍＡｈとして、制御回路２の休止状態における消費電力を１００μＡとすれば、この休止電力用二次電池６は、１ヶ月以上にわたって制御回路２に休止電力を供給できる。すなわち、１ヶ月以上の長い時間にイグニッションスイッチがオフに保持されて、車両が走行されないで放置されても、休止電力用二次電池６から制御回路２に休止電力を供給して、低電圧バッテリ３から制御回路２には電力が供給されない。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 電源回路の動作状態と休止電力用二次電池の電圧及び定電圧バッテリの消費電流を示す図である。

符号の説明

１…高電圧バッテリ
２…制御回路 ２ａ…電源端子
２ｂ…制御信号端子
２ｃ…充電信号端子
２ｄ…電圧検出端子
３…低電圧バッテリ
４…電源回路
５…第１のスイッチング回路
６…休止電力用二次電池
７…充電回路
８…第２のスイッチング回路
１１…第１のスイッチング素子
１２…第１の入力スイッチング素子
１３…定電圧ＩＣ
１４…ダイオード
１６…充電スイッチング素子
１７…充電入力スイッチング素子
１８…定電圧ＩＣ
１９…ダイオード
２１…第２のスイッチング素子
２２…第２の入力スイッチング素子
２３…入力抵抗
２４…ダイオード

Claims (6)

1. 車両を走行させる高電圧バッテリ(1)と、この高電圧バッテリ(1)の制御回路(2)と、この制御回路(2)に動作電力を供給する低電圧バッテリ(3)と、この低電圧バッテリ(3)から制御回路(2)への電力供給を制御する電源回路(4)とを備え、電源回路(4)が所定のタイミングで制御回路(2)に動作電力を供給して、制御回路(2)を動作状態とするようにしてなる車両用の電源装置において、
   前記電源回路(4)が、制御回路(2)の動作状態における動作電力を供給する第１のスイッチング回路(5)と、制御回路(2)の休止状態における休止電力を供給する休止電力用二次電池(6)とを備えており、
   前記電源回路(4)が、制御回路(2)の動作状態においては、第１のスイッチング回路(5)をオンとして低電圧バッテリ(3)から動作電力を制御回路(2)に供給し、制御回路(2)の休止状態においては、第１のスイッチング回路(5)をオフとして休止電力用二次電池(6)から休止電力を制御回路(2)に供給するようにしてなることを特徴とする車両用の電源装置。
2. 前記電源回路(4)が、低電圧バッテリ(3)で休止電力用二次電池(6)を充電する充電回路(7)を備える請求項１に記載される車両用の電源装置。
3. 前記休止電力用二次電池(6)の電圧又は残容量が検出され、休止電力用二次電池(6)の電圧が設定電圧よりも低く、あるいは残容量が設定残容量よりも小さいと、低電圧バッテリ(3)で休止電力用二次電池(6)を充電する請求項２に記載される車両用の電源装置。
4. 前記休止電力用二次電池(6)の放電容量が検出されて、検出された放電容量から充電容量を特定して充電する請求項２に記載される車両用の電源装置。
5. 前記低電圧バッテリ(3)の電圧が検出されない状態において、休止電力用二次電池(6)から制御回路(2)への電力供給を遮断する第２のスイッチング回路(8)を備え、低電圧バッテリ(3)の電圧が検出されない状態において、第２のスイッチング回路(8)をオフとして、休止電力用二次電池(6)から制御回路(2)への電力供給を遮断する請求項１に記載される車両用の電源装置。
6. 前記休止電力用二次電池(6)の容量が、前記制御回路(2)に３０日間以上に休止電力を供給できる容量である請求項１に記載される車両用の電源装置。

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