JP6217167B2 - 自動車用二電源装置 - Google Patents

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本発明は、スタータモータやその他の電装部品等、駆動のための電源電圧が異なる二つの系統の部品に対して適切な電圧を供給するための自動車用二電源装置に関する。
自動車用の電源電圧としては、乗用車用の１４Ｖ系と大型自動車用の２８Ｖ系の二つが主流となっている。通常は、自動車毎に電源電圧の統一化を図り、複雑な回路構成を回避しているが、製造コストの低減等のために様々な車種間での部品の共通化を目的として、一つの自動車で電源電圧が異なる二つの系統の部品を使用したいという要望がある。
例えば、大型自動車において、電装部品には今まで通り電源電圧が２８Ｖ系のものを使用し、スタータモータには電源電圧が１４Ｖ系のものを使用する場合が想定される。この場合、２８Ｖ系の電源電圧から１４Ｖ系の電源電圧を作るために、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して２８Ｖ系の電源電圧を１４Ｖ系の電源電圧まで降圧すると共にバッテリ等の充放電器に充電し、この充放電器を１４Ｖ系の電源として使用することが考えられる。
しかしながら、電源電圧の降圧に使用されるＤＣ−ＤＣコンバータは、非常に高価であり、また複雑な電気電子装置であることから故障の確率も高く、製造コストやメンテナンスコストの増加等が問題となっている。
そこで、本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用することなく、安価で故障し難い自動車用二電源装置を提供することにある。
本発明は、第１の電圧を供給する電源と、前記第１の電圧をエンジンの始動に使用される第２の電圧に降圧して供給する降圧回路と、前記電源と前記降圧回路との間に接続された開閉器と、を備え、前記降圧回路は、複数の充放電器と、前記複数の充放電器の充電時に前記複数の充放電器が直列接続されると共に前記複数の充放電器の放電時に前記複数の充放電器が並列接続されるように配置された複数の整流素子と、を備え、前記開閉器は、前記複数の充放電器の放電電圧が下限閾値以下であるとき、又はエンジンの始動に失敗したときに閉じられる自動車用二電源装置を提供する。
前記複数の充放電器は、第１の充放電器と第２の充放電器とからなり、前記複数の整流素子は、第１の整流素子と第２の整流素子と第３の整流素子とからなり、前記第１の充放電器は、第１の端子が前記開閉器と前記第３の整流素子のカソードとに接続されると共に第２の端子が前記第１の整流素子のアノードと前記第２の整流素子のカソードとに接続されており、前記第２の充放電器は、第１の端子が前記第１の整流素子のカソードと前記第３の整流素子のアノードとに接続されると共に第２の端子が前記第２の整流素子のアノードに接続されていると良い。
前記電源と前記降圧回路との間に接続された電圧安定化用整流素子を更に備えると良い。
前記複数の整流素子は、ショットキーバリアダイオードからなると良い。
前記開閉器は、半導体スイッチからなると良い。
前記複数の充放電器は、キャパシタからなると良い。
本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用することなく、安価で故障し難い自動車用二電源装置を提供することができる。
本発明に係る自動車用二電源装置を示す回路図である。 図１の自動車用二電源装置の充電時の等価回路図である。 図１の自動車用二電源装置の放電時の等価回路図である。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る自動車用二電源装置１００は、第１の電圧Ｖ1を供給する電源１０１と、第１の電圧Ｖ1を第２の電圧Ｖ2に降圧して供給する降圧回路１０２と、電源１０１と降圧回路１０２との間に接続された開閉器１０３と、を備える。
ここで、第１の電圧Ｖ1は２８Ｖ系の電源電圧であり、第２の電圧Ｖ2は１４Ｖ系の電源電圧である。第２の電圧Ｖ2はスタータモータ１０４の電源電圧として使用され、第１の電圧Ｖ1はその他の電装部品（図示せず）の電源電圧として使用される。
電源１０１は、発電電圧が２８Ｖの発電機１０５に接続された鉛バッテリからなり、鉛バッテリには発電機１０５で発電された電気が充電される。ここでは、１４Ｖの電源電圧を供給する二つの鉛バッテリ１０６、１０７を直列接続することにより、２８Ｖの電源電圧を供給する１つの電源１０１を構成している。
降圧回路１０２は、複数の充放電器と、複数の充放電器の充電時に複数の充放電器が直列接続されると共に複数の充放電器の放電時に複数の充放電器が並列接続されるように配置された複数の整流素子と、を備える。
複数の充放電器は、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とからなり、複数の整流素子は、第１の整流素子１１０と第２の整流素子１１１と第３の整流素子１１２とからなる。
第１の充放電器１０８は、第１の端子１１３が開閉器１０３と第３の整流素子１１２のカソード１１４とに接続されると共に第２の端子１１５が第１の整流素子１１０のアノード１１６と第２の整流素子１１１のカソード１１７とに接続されている。
第２の充放電器１０９は、第１の端子１１８が第１の整流素子１１０のカソード１１９と第３の整流素子１１２のアノード１２０とに接続されると共に第２の端子１２１が第２の整流素子１１１のアノード１２２に接続されている。より正確には、第２の充放電器１０９の第２の端子１２１と第２の整流素子１１１のアノード１２２は共に接地されて同電位となっている。
第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９は、電源１０１と同様に鉛バッテリからなっても良いが、キャパシタからなることがより好ましい。キャパシタは、安価で故障し難いため、自動車用二電源装置１００の部品として好適だからである。
第１の整流素子１１０と第２の整流素子１１１と第３の整流素子１１２は、ショットキーバリアダイオードからなることが好ましい。ショットキーバリアダイオードは、電圧降下を低く抑えることができ、またスイッチング速度が速いことから、低損失で応答性の高い回路を実現することができるからである。
開閉器１０３は、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９の放電電圧が下限閾値以下であるとき、又はエンジンの始動に失敗したときに閉じられる。前者では、エンジンの始動に必要な電力を第１の充放電器１０８や第２の充放電器１０９に常に確保しておくことができる。また、後者では、エンジンの始動に失敗したとしても、事後的にエンジンの始動に必要な電力を第１の充放電器１０８や第２の充放電器１０９に確保することが可能となる。更に、両者を併用することも可能である。
また、開閉器１０３は、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９の放電電圧が上限閾値以上となったときに開かれる。これにより、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９の過充電を防止することが可能となる。
更に、開閉器１０３は、半導体スイッチからなることが好ましい。半導体スイッチは、可動部が無く故障し難いため、自動車用二電源装置１００の部品として好適だからである。
なお、自動車用二電源装置１００は、電源１０１と降圧回路１０２との間に接続された電圧安定化用整流素子１２３を更に備えることが好ましい。第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９は放電により電力を消費するため、降圧回路１０２に流れる電流は不安定である。この不安定な電流は、電源１０１や発電機１０５に悪影響を及ぼす虞がある。これに対して、電源１０１と降圧回路１０２との間に接続された電圧安定化用整流素子１２３を備えることにより、不安定な電流が電源１０１や発電機１０５に流れるのを防止することができ、電源１０１や発電機１０５への影響を排除することが可能となる。
次に、自動車用二電源装置１００の作用を説明する。
自動車用二電源装置１００では、開閉器１０３を開閉することにより、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９の充放電状態を切り替えることができる。
具体的には、図２に示すように、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とを充電するためには、開閉器１０３を閉じて電源１０１と降圧回路１０２とを接続する。これにより、電源１０１と第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とが直列接続されることになる。そうすると、電源１０１から第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とに第１の電圧Ｖ1が供給され、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とが充電状態となる。
また、図３に示すように、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とから第２の電圧Ｖ2を放電するためには、開閉器１０３を開いて電源１０１と降圧回路１０２とを短絡すると共に負荷であるスタータモータ１０４を降圧回路１０２に接続する。これにより、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とが並列接続されることになる。そうすると、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９のそれぞれからスタータモータ１０４に第２の電圧Ｖ2が供給され、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９とが放電状態となる。この場合、第１の充放電器１０８と第２の充放電器１０９は、第２の電圧Ｖ2を供給する二つの独立した並列電源として機能することになる。
これまで説明してきたように、本実施の形態に係る自動車用二電源装置１００では、安価で故障し難い第１の充放電器１０８、第２の充放電器１０９、第１の整流素子１１０、第２の整流素子１１１、及び第３の整流素子１１２を使用して降圧回路１０２を構成していることから、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して降圧回路１０２を構成する場合と比較して、製造コストを低減することができ、また耐故障性を向上させることが可能である。
以上の通り、本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用することなく、安価で故障し難い自動車用二電源装置１００を提供することができる。
１００ 自動車用二電源装置
１０１ 電源
１０２ 降圧回路
１０３ 開閉器
１０４ スタータモータ
１０５ 発電機
１０６ 鉛バッテリ
１０７ 鉛バッテリ
１０８ 第１の充放電器
１０９ 第２の充放電器
１１０ 第１の整流素子
１１１ 第２の整流素子
１１２ 第３の整流素子

Claims (6)

  1. 第１の電圧を供給する電源と、
    前記第１の電圧をエンジンの始動に使用される第２の電圧に降圧して供給する降圧回路と、
    前記電源と前記降圧回路との間に接続された開閉器と、
    を備え、
    前記降圧回路は、複数の充放電器と、前記複数の充放電器の充電時に前記複数の充放電器が直列接続されると共に前記複数の充放電器の放電時に前記複数の充放電器が並列接続されるように配置された複数の整流素子と、を備え、
    前記開閉器は、前記複数の充放電器の放電電圧が下限閾値以下であるとき、又はエンジンの始動に失敗したときに閉じられる
    ことを特徴とする自動車用二電源装置。
  2. 前記複数の充放電器は、第１の充放電器と第２の充放電器とからなり、
    前記複数の整流素子は、第１の整流素子と第２の整流素子と第３の整流素子とからなり、
    前記第１の充放電器は、第１の端子が前記開閉器と前記第３の整流素子のカソードとに接続されると共に第２の端子が前記第１の整流素子のアノードと前記第２の整流素子のカソードとに接続されており、
    前記第２の充放電器は、第１の端子が前記第１の整流素子のカソードと前記第３の整流素子のアノードとに接続されると共に第２の端子が前記第２の整流素子のアノードに接続されている請求項１に記載の自動車用二電源装置。
  3. 前記電源と前記降圧回路との間に接続された電圧安定化用整流素子を更に備える請求項１又は２に記載の自動車用二電源装置。
  4. 前記複数の整流素子は、ショットキーバリアダイオードからなる請求項１から３の何れか一項に記載の自動車用二電源装置。
  5. 前記開閉器は、半導体スイッチからなる請求項１から４の何れか一項に記載の自動車用二電源装置。
  6. 前記複数の充放電器は、キャパシタからなる請求項１から５の何れか一項に記載の自動車用二電源装置。
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