JP6176185B2 - 自動車用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電池を備えて、電源の冗長化を図るようにした自動車用電源装置に関するものである。

電源の冗長化を図るために、例えば鉛バッテリーとキャパシタからなる複数の蓄電池を電源として備えた自動車用電源装置では、多種類の負荷に対し鉛バッテリーとキャパシタの少なくともいずれかから電源を供給可能としている。

そして、鉛バッテリーとキャパシタの充電状態や電源を供給する負荷に応じて、鉛バッテリーとキャパシタの少なくともいずれかから所要の負荷に電源を供給するようになっている。

特許文献１には、鉛蓄電池とキャパシタを電源として備えた車両用電源装置において、負荷が短絡状態となったとき、キャパシタからの電源供給を阻止することにより、キャパシタ及び負荷の破損を防止する構成が開示されている。

特開２００８−１６２３４２号公報

特許文献１に開示された車両用電源装置では、キャパシタ自体が短絡状態となると、鉛蓄電池もキャパシタを介して地絡状態となるため、キャパシタ及び鉛蓄電池がともに失陥する可能性がある。

キャパシタの短絡時に、鉛蓄電池からキャパシタに流れ込む電流を遮断するようにダイオードを接続すると、短絡状態となったキャパシタを鉛蓄電池から切り離すことができる。しかし、通常動作時にはキャパシタと負荷との間に介在されるダイオードの順方向電圧降下による電圧損失が発生するという問題点がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は短絡状態となった蓄電池を他の蓄電池と切り離し、且つ通常動作時の電圧損失の発生を防止し得る自動車用電源装置を提供することにある。

上記課題を解決する自動車用電源装置は、第一の蓄電池と、第二の蓄電池と、前記第一の蓄電池及び第二の蓄電池の少なくともいずれかから負荷群に電力を供給する電源冗長装置とを備えた自動車用電源装置において、前記第一の蓄電池と第二の蓄電池のいずれか一方の蓄電池の短絡時に、該一方の蓄電池を他方の蓄電池との間に配設した接点を開放する切り離し装置を、前記電源冗長装置と前記第一の蓄電池及び第二の蓄電池との間にそれぞれ介在させたことを特徴とする。

この構成により、一方の蓄電池が短絡状態となると、切り離し装置により接点が開放されて、一方の蓄電池と他方の蓄電池が電気的に切り離される。
また、上記自動車用電源装置では、前記切り離し装置は、前記一方の蓄電池の短絡時に、前記他方の蓄電池から一方の蓄電池に向かって流れる電流が励磁電流として流れるコイルと、前記励磁電流に基づいて開放されて、前記一方の蓄電池を他方の蓄電池から電気的に切り離す接点とを備えたリレーであることが好ましい。

この構成により、一方の蓄電池の短絡時に、他方の蓄電池から一方の蓄電池に向かって流れる電流がコイルに励磁電流として流れ、その励磁電流に基づいて接点が開放されて、第一の蓄電池と第二の蓄電池が電気的に切り離される。

また、上記自動車用電源装置では、前記リレーには、切り離し信号の入力に基づいて、前記コイルに励磁電流を流す強制切り離し装置を備えることが好ましい。
この構成により、強制切り離し装置からコイルに励磁電流が供給されると、第一の蓄電池と第二の蓄電池が電気的に切り離される。

また、上記自動車用電源装置では、前記切り離し装置は、一方の蓄電池の短絡時に、該一方の蓄電池から供給される励磁電流が遮断されるコイルと、前記励磁電流の遮断に基づいて開放されて、前記一方の蓄電池を他方の蓄電池から電気的に切り離す接点とを備えたリレーであることが好ましい。

この構成により、一方の蓄電池が短絡状態となると、該一方の蓄電池から供給される励磁電流が遮断されて接点が開放され、一方の蓄電池が他方の蓄電池から電気的に切り離される。

また、上記自動車用電源装置では、前記切り離し装置を、前記第一及び第二の蓄電池と前記電源冗長装置との間に配設される接続箱に収容することが好ましい。
この構成により、接続箱内で接点が開放されると、一方の蓄電池と他方の蓄電池が電気的に切り離される。

本発明の自動車用電源装置によれば、短絡状態となった蓄電池を他の蓄電池と切り離し、且つ通常動作時の電圧損失の発生を防止することができる。

第一の実施形態を示す配線図である。 第二の実施形態を示す配線図である。 第三の実施形態を示す配線図である。 第三の実施形態を示す配線図である。 第四の実施形態を示す配線図である。

（第一の実施形態）
以下、自動車用電源装置の第一の実施形態を図１に従って説明する。例えば鉛蓄電池で構成される第一の蓄電池１はヒューズ２を介して接続箱３に接続され、例えばキャパシタで構成される第二の蓄電池４はヒューズ５を介して接続箱６に接続されている。

前記接続箱３内には、リレー７と多数のヒューズ１５ａ〜１５ｃが設けられ、リレー７の接点８が前記ヒューズ２とヒューズ１５ａ〜１５の一方の端子との間に介在されている。接点８とヒューズ１５ａ〜１５ｃはバスバーで接続されている。また、リレー７の接点８を電磁的に駆動するコイル９の一端は抵抗１０を介して前記ヒューズ２に接続されている。

前記接続箱６内には、リレー１１と複数のヒューズ１６ａ，１６ｂが設けられ、リレー１１の接点１２が前記ヒューズ５とヒューズ１６ａ，１６ｂの一方の端子との間に介在されている。接点１２とヒューズ１６ａ，１６ｂはバスバーで接続されている。また、リレー１１の接点１２を電磁的に駆動するコイル１３の一端は抵抗１４を介して前記ヒューズ５に接続されている。

前記接続箱３内の接点８の前記ヒューズ１５ａ〜１５ｃ側の端子は、ヒューズ１７及びダイオード１８を介して前記コイル１３の他方の端子に接続されている。ダイオード１８はコイル１３側をカソードとして接続されている。

同様に、前記接続箱６内の接点１２の前記ヒューズ１６ａ，１６ｂ側の端子は、ヒューズ１９及びダイオード２０を介して前記コイル９の他方の端子に接続されている。ダイオード２０はコイル９側をカソードとして接続されている。

前記リレー７，１１は、コイル９，１３に励磁電流が流れたとき接点８，１２が開いて不導通状態となる常閉接点を備えている。そして、第一の蓄電池１が短絡状態となると、第二の蓄電池４からヒューズ５、接点１２、ヒューズ１９及びダイオード２０を介してコイル９に励磁電流が流れて、接点８が開放されるようになっている。

また、第二の蓄電池４が短絡状態となると、第一の蓄電池１からヒューズ２、接点８、ヒューズ１７及びダイオード１８を介してコイル１３に励磁電流が流れて、接点１２が開放されるようになっている。

このような構成により、リレー７、抵抗１０、ヒューズ１９及びダイオード２０は、第一の蓄電池１が短絡状態となったとき、第一の蓄電池１とヒューズ１５ａ〜１５ｃとの接続を遮断する切り離し装置２１を構成している。

同様に、前記接続箱６内のリレー１１、抵抗１４、ヒューズ１７及びダイオード１８は、第二の蓄電池４が短絡状態となったとき、第二の蓄電池４とヒューズ１６ａ，１６ｂとの接続を遮断する切り離し装置２２を構成している。

前記ヒューズ１５ａの他端にはオルタネータ２３が接続されている。そして、第一の蓄電池１が正常に動作している状態で、オルタネータ２３が作動すると、オルタネータ２３の発電電力がヒューズ１５ａ、接点８及びヒューズ２を介して第一の蓄電池１に供給され、第一の蓄電池１が充電される。

同様に、第二の蓄電池４が正常に動作している状態で、オルタネータ２３が作動すると、オルタネータ２３の発電電力がヒューズ１５ａ、ヒューズ１５ｂ、リレー２６、ヒューズ１６ａ、接点１２及びヒューズ５を介して第二の蓄電池４に供給されて、第二の蓄電池４が充電される。

前記接続箱３のヒューズ１５ｂと、前記接続箱６のヒューズ１６ａとの間には、リレー２６の接点が介在されている。リレー２６は、第一の蓄電池１と第二の蓄電池４のいずれかが失陥したとき、あるいは第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４の充電状態に応じて電源制御ＥＣＵにより接点が導通状態となるように制御される。

前記接続箱３のヒューズ１５ｃの他端には第一の負荷群２４が接続され、前記接続箱６のヒューズ１６ｂの他端には第二の負荷群２５が接続されている。そして、第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４がともに正常に動作していて、リレー２６の接点が不導通状態であれば、第一の負荷群２４には第一の蓄電池１から電力が供給され、第二の負荷群２５には第二の蓄電池４から電力が供給される。

一方、第一の蓄電池１が失陥して、リレー２６の接点が導通状態となると、第一の負荷群２４には第二の蓄電池４からヒューズ１６ａ、リレー２６の接点、ヒューズ１５ｂ，１５ｃを介して電力が供給される。

同様に、第二の蓄電池４が失陥して、リレー２６の接点が導通状態となると、第二の負荷群２５には第一の蓄電池１からヒューズ１５ｂ、リレー２６の接点、ヒューズ１６ａ，１６ｂを介して電力が供給される。このような動作により、リレー２６が電源冗長装置として動作する。

次に、上記のように構成された電源装置の作用を説明する。
第一及び第二の蓄電池１，４が正常に動作していると、第一及び第二の蓄電池１，４の出力電圧はほぼ同電圧であるので、リレー７，１１のコイル９，１３には励磁電流は流れない。

すると、リレー７，１１の接点８，１２は導通状態に維持され、第一の蓄電池１から第一の負荷群２４に電力が供給され、第二の蓄電池４から第二の負荷群２５に電力が供給される。

このとき、リレー２６の接点が導通状態であれば、第一の蓄電池１から第二の負荷群２５にも電力が供給され、第二の蓄電池４から第一の負荷群２４にも電力が供給される。
なお、第一の蓄電池１と第二の蓄電池４の出力電圧に僅かな電圧差が生じていても、抵抗１０，１４によりコイル９，１３に流れる電流が抑制されるため、接点８，１２は導通状態に維持される。

第一の蓄電池１が短絡状態となって失陥すると、電源制御ＥＣＵによりリレー２６の接点は導通状態に維持されるとともに、第二の蓄電池４から接点１２、ダイオード２０を経てコイル９に励磁電流が流れ、接点８が不導通状態となる。

すると、第二の蓄電池４からヒューズ１６ａ、リレー２６の接点、ヒューズ１５ｂ、接点８を介して第一の蓄電池１に流れる電流は遮断され、第一の蓄電池１が第二の蓄電池４から電気的に切り離される。

この結果、第二の蓄電池４から第一の蓄電池１に流れる短絡電流は遮断され、第二の蓄電池４が保護される。また、第一の負荷群２４及び第二の負荷群２５には第二の蓄電池４から電力が供給される。

一方、第二の蓄電池４が短絡状態となって失陥すると、電源制御ＥＣＵによりリレー２６の接点は導通状態に維持されるとともに、第一の蓄電池１から接点８、ダイオード１８を経てコイル１３に励磁電流が流れ、接点１２が不導通状態となる。

すると、第一の蓄電池１からヒューズ１５ｂ、リレー２６の接点、ヒューズ１６ａ、接点１２を介して第二の蓄電池４に流れる電流は遮断され、第二の蓄電池４が第一の蓄電池１から電気的に切り離される。

この結果、第一の蓄電池１から第二の蓄電池４に流れる短絡電流は遮断され、第一の蓄電池１が保護される。また、第一の負荷群２４及び第二の負荷群２５には第一の蓄電池１から電力が供給される。

上記のような電源装置では、次に示す効果を得ることができる。
（１）第一の蓄電池１と第二の蓄電池４のいずれかが短絡状態となって失陥したとき、失陥した蓄電池を正常に動作している蓄電池から電気的に切り離して、正常に動作している蓄電池から失陥した蓄電池に流れる短絡電流を遮断することができる。従って、正常に動作している蓄電池を保護することができる。
（２）第一の蓄電池１と第二の蓄電池４のいずれかが短絡状態となって失陥したとき、正常に動作している蓄電池から第一の負荷群２４及び第二の負荷群２５に電力を供給することができる。
（３）第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４から第一の負荷群２４及び第二の負荷群２５へ電力を供給する経路上にダイオードが介在されない。従って、ダイオードによる損失の発生を防止することができる。
（４）常閉接点を備えたリレー７，１１を使用して、第一の蓄電池１若しくは第二の蓄電池４が失陥した場合に限り、リレー７，１１のコイル９，１３に励磁電流を流すようにすることができる。従って、第一及び第二の蓄電池１，４が正常に動作しているときには、リレー７，１１で電力を消費しないようにすることができる。
（第二の実施形態）
図２は、第二の実施形態を示す。この実施形態は、前記第一の実施形態の接続箱３，６内にそれぞれトランジスタ３１，３２と抵抗３３，３４を追加した構成である。その他の構成は第一の実施形態と同様であり、第一の実施形態と同一構成部分は、同一符号を付して、その説明を省略する。

トランジスタ３１，３２はＮＰＮトランジスタで構成され、トランジスタ３１のコレクタは前記コイル９とダイオード２０との間に接続され、トランジスタ３２のコレクタは前記コイル１３とダイオード１８との間に接続されている。

トランジスタ３１，３２のベースは電源制御ＥＣＵ３５に接続され、エミッタはグランドＧＮＤに接続されている。
このように構成された電源装置では、第一の蓄電池１と第二の蓄電池４が正常に動作している状態で、電源制御ＥＣＵ３５から出力される切り離し信号によりトランジスタ３１，３２のいずれか一方をオン動作させると、コイル９若しくはコイル１３に励磁電流が流れて、接点８若しくは接点１２が不導通状態となる。

この結果、第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４を強制的に切り離し、且つ一方の蓄電池から第一の負荷群２４及び第二の負荷群２５に電力を供給することが可能となる。
従って、この実施形態では、第一の実施形態で得られた効果に加えて、電源制御ＥＣＵ３５により、第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４の失陥の有無に関わらず、リレー７，１１を開閉制御することができる。

このような構成により、リレー７，１１を開閉制御することにより、第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４の充電制御を行うことができる。
（第三の実施形態）
図３及び図４は、第三の実施形態を示す。上記第一及び第二の実施形態では、第一の蓄電池１を第二の蓄電池４から切り離すリレー７のコイル９には、第二の蓄電池４から励磁電流を供給し、第二の蓄電池４を第一の蓄電池１から切り離すリレー１１のコイル１３には、第一の蓄電池１から励磁電流を供給する構成とした。

この実施形態では、第一の蓄電池１を第二の蓄電池４から切り離す切り離し装置４５を構成するリレー４１のコイル４２には、第一の蓄電池１から励磁電流を供給し、第二の蓄電池４を第一の蓄電池１から切り離すリレーのコイルには、第二の蓄電池４から励磁電流を供給する構成としたものである。

図３及び図４は、第一の蓄電池１に接続される接続箱３についてのみ示し、第一の実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説明する。第二の蓄電池４に接続される接続箱６も同様な構成である。

図３に示すように、接続箱３内のリレー４１のコイル４２は、その一端が抵抗１０、ヒューズ４３及びヒューズ２を介して第一の蓄電池１に接続され、コイル４２の他端はグランドＧＮＤに接続されている。その他の構成は、第一の実施形態と同様である。リレー４１は、コイル４２に励磁電流が流れたとき、接点４４が導通状態となる常開接点構造である。

このように構成された電源装置では、図３に示すように、通常状態では第一の蓄電池１からリレー４１のコイル４２に励磁電流が供給され、接点４４が導通状態に維持される。
また、第一の蓄電池１が短絡状態となって失陥すると、コイル４２への励磁電流の供給が遮断される。すると、図４に示すように、接点４４が開放されて第一の蓄電池１が第二の蓄電池４から電気的に切り離される。

従って、第二の蓄電池４から第一の蓄電池１への短絡電流の流入が阻止されるので、第二の蓄電池４を保護することができる。
第二の蓄電池４が短絡状態となった場合にも、同様な動作により第一の蓄電池１を保護することができる。
（第四の実施形態）
図５は、第四の実施形態を示す。この実施形態は、前記第三の実施形態と同様な構成の切り離し装置４５とヒューズ１５ａ〜１５ｃを収容したヒュージブルリンク５２とをワイヤーハーネス５３で接続したものである。その他の構成は、第三の実施形態と同様である。

このような構成により、第一の蓄電池１が短絡状態となったときには、第三の実施形態と同様に動作する。
また、ワイヤーハーネス５３に地絡Ｓが発生したとき、ヒューズ２及びヒューズ１５ｂが切断されるので、第一の蓄電池１及び第二の蓄電池４を保護可能である。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・第一及び第二の実施形態で、接続箱３，６は共通の接続箱としてもよい。また、リレー２６を接続箱内に収容してもよい。
・短絡状態となる蓄電池の出力電圧を検出して、該蓄電池を他の蓄電池から切り離すように動作する半導体接点を切り離し装置として使用してもよい。

１…第一の蓄電池、３，６…継電装置（接続箱）、４…第二の蓄電池、７，１１，４１…リレー、８，１２，４４…接点、９，１３，４２…コイル、２１，２２…切り離し装置、２６…電源冗長装置（リレー）、３１，３２…強制切り離し装置（トランジスタ）。

Claims (5)

1. 第一の蓄電池と、
   第二の蓄電池と、
   前記第一の蓄電池及び第二の蓄電池の少なくともいずれかから負荷群に電力を供給する電源冗長装置と
   を備えた自動車用電源装置において、
   前記第一の蓄電池と第二の蓄電池のいずれか一方の蓄電池の短絡時に、該一方の蓄電池を他方の蓄電池との間に配設した接点を開放する切り離し装置を、前記電源冗長装置と前記第一の蓄電池及び第二の蓄電池との間にそれぞれ介在させたことを特徴とする自動車用電源装置。
2. 請求項１に記載の自動車用電源装置において、
   前記切り離し装置は、
   前記一方の蓄電池の短絡時に、前記他方の蓄電池から一方の蓄電池に向かって流れる電流が励磁電流として流れるコイルと、
   前記励磁電流に基づいて開放されて、前記一方の蓄電池を他方の蓄電池から電気的に切り離す接点と
   を備えたリレーであることを特徴とする自動車用電源装置。
3. 請求項２に記載の自動車用電源装置において、
   前記リレーには、切り離し信号の入力に基づいて、前記コイルに励磁電流を流す強制切り離し装置を備えたことを特徴とする自動車用電源装置。
4. 請求項１に記載の自動車用電源装置において、
   前記切り離し装置は、
   一方の蓄電池の短絡時に、該一方の蓄電池から供給される励磁電流が遮断されるコイルと、
   前記励磁電流の遮断に基づいて開放されて、前記一方の蓄電池を他方の蓄電池から電気的に切り離す接点と
   を備えたリレーであることを特徴とする自動車用電源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自動車用電源装置において、
   前記切り離し装置を、前記第一及び第二の蓄電池と前記電源冗長装置との間に配設される接続箱に収容したことを特徴とする自動車用電源装置。