JP7005999B2 - 乗り物用充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗り物に搭載されたサブバッテリを任意選択的に充電可能な乗り物用充電装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１には、エンジン始動用のバッテリ（メインバッテリ）と、各種搭載機器用バッテリ（サブバッテリ）とを有した作業車において、分配器及び充電カットリレーを有する充電装置を具備し、エンジン始動用のバッテリの電圧が一定値以下に降下した場合、充電カットリレーを作動させ、各種搭載機器用バッテリへの充電を停止してエンジン始動用のバッテリのみ充電する技術が開示されている。

実開平０２－０９１４４０号公報

しかしながら、上記従来技術においては、充電装置に充電カットリレー等が必要とされるため、装置が大型化してしまうとともに、メインバッテリのみ搭載した乗り物に対してサブバッテリを搭載しようとする場合、充電装置の構成部品として充電カットリレーを乗り物に新たに配設する必要が生じてしまい、後付けに困難性を有するという不具合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置構成を小型化することができるとともにサブバッテリの後付けを容易に行わせることができる乗り物用充電装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、乗り物のエンジンに電力を供給して始動可能とされるとともに、当該エンジンの駆動に伴って発電された電力によって充電可能なメインバッテリと、乗り物に搭載された各種電装品に電力を供給可能なサブバッテリと、前記メインバッテリの充電容量が所定値より高い場合、当該メインバッテリから前記サブバッテリに電力を供給して当該サブバッテリを充電し得るとともに、前記メインバッテリの充電容量が所定値より低い場合、当該メインバッテリから前記サブバッテリへの電力の供給を停止し得る切替手段とを具備した乗り物用充電装置において、前記切替手段は、前記メインバッテリの電圧を入力し、その入力電圧が所定の閾値より高いか否か判定し得る判定回路と、前記判定回路により前記入力電圧が前記所定の閾値より高いと判定された場合、前記メインバッテリから前記サブバッテリへの電力の供給を許容する電界効果トランジスタから成るスイッチ手段とを有し、且つ、前記判定回路は、少なくとも第１の閾値及び第２の閾値の２つの閾値に基づいて判定が行われるものとされ、前記入力電圧が前記第１の閾値より高い場合、前記サブバッテリに対する電力供給を許容して当該サブバッテリの充電を行わせるとともに、その充電が行われている状態において、前記入力電圧が前記第２の閾値より低い場合、前記サブバッテリに対する電力供給を停止させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の乗り物用充電装置において、前記判定回路は、前記第１の閾値の方が前記第２の閾値より高い値に設定されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の乗り物用充電装置において、前記判定回路は、判定のための前記入力電圧の入力を遅延させるための遅延手段を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１～３の何れか１つに記載の乗り物用充電装置において、前記切替手段は、前記判定回路及びスイッチ手段が形成された基板と、前記基板を収容するとともに、前記メインバッテリと電気的に接続可能なメインバッテリ用接続端子及び前記サブバッテリと電気的に接続可能なサブバッテリ用接続端子がそれぞれ形成されたケーシングとを有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、切替手段は、メインバッテリの電圧を入力し、その入力電圧が所定の閾値より高いか否か判定し得る判定回路と、判定回路により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、メインバッテリからサブバッテリへの電力の供給を許容する電界効果トランジスタから成るスイッチ手段とを有するので、装置構成を小型化することができるとともにサブバッテリの後付けを容易に行わせることができる。

特に、判定回路により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、メインバッテリからサブバッテリへの電力の供給を許容する手段が電界効果トランジスタから成るスイッチ手段とされているので、判定回路に対する入力電圧が所定の閾値より低い状態の場合であっても、サブバッテリの充電容量がメインバッテリの充電容量より高い場合、電界効果トランジスタの所謂寄生ダイオードを介してサブバッテリからメインバッテリに電力を供給して充電させることができる。

さらに、判定回路は、少なくとも第１の閾値及び第２の閾値の２つの閾値に基づいて判定が行われるものとされ、入力電圧が第１の閾値より高い場合、サブバッテリに対する電力供給を許容して当該サブバッテリの充電を行わせるとともに、その充電が行われている状態において、入力電圧が第２の閾値より低い場合、サブバッテリに対する電力供給を停止させるので、切替手段におけるサブバッテリの充電の可否についてヒステリシスを生じさせることができ、メインバッテリからサブバッテリへの電力供給を安定して行わせて充電させることができる。

請求項２の発明によれば、判定回路は、第１の閾値の方が第２の閾値より高い値に設定されたので、例えばエンジンの駆動に伴って発電された電力によってメインバッテリが充電されている場合など、メインバッテリからの入力電圧が不安定な状態であっても、メインバッテリからサブバッテリへの電力供給をより安定して行わせて充電させることができる。

請求項３の発明によれば、判定回路は、判定のための入力電圧の入力を遅延させるための遅延手段を有するので、より安定した入力電圧を得ることができ、メインバッテリからサブバッテリへの電力供給を確実に行わせることができる。

請求項４の発明によれば、切替手段は、判定回路及びスイッチ手段が形成された基板と、基板を収容するとともに、メインバッテリと電気的に接続可能なメインバッテリ用接続端子及びサブバッテリと電気的に接続可能なサブバッテリ用接続端子がそれぞれ形成されたケーシングとを有するので、切替手段をモジュール化することができ、乗り物に対する取付けをより容易に行わせることができる。

本発明の実施形態に係る乗り物用充電装置を示すブロック図 同乗り物用充電装置の切替手段を示すブロック図 同乗り物用充電装置の判定回路における判定時のフローチャート 同乗り物用充電装置の切替手段を示す電気回路図 同乗り物用充電装置の切替手段を示す外観図 図５におけるＶＩ－ＶＩ線断面図 同乗り物用充電装置の切替手段（充填樹脂の充填前）を示す平面図 同乗り物用充電装置の切替手段（充填樹脂の充填前）を示す斜視図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る乗り物用充電装置は、ＰＷＣ（ウォータビークル）などの船舶に取り付けられたもので、図１、２に示すように、メインバッテリＢ１及びサブバッテリＢ２の２つのバッテリ（蓄電池）と、判定回路２及びスイッチ手段３を有した切替手段１とを有して構成されている。

メインバッテリＢ１は、船舶（乗り物）のエンジンＥに電力を供給して始動可能とされるとともに、当該エンジンＥの駆動に伴って発電された電力によって充電可能な蓄電池から成るものである。具体的には、メインバッテリＢ１は、エンジンＥの始動手段Ｅ１（セルスタータ等）に対して電気的に接続され、当該始動手段Ｅ１に電力を供給することによりエンジンＥを始動可能とされるとともに、エンジンＥの発電手段Ｅ２（ダイナモ等）に対して電気的に接続され、当該発電手段Ｅ２で発電された電力によって充電可能とされている。

サブバッテリＢ２は、船舶（乗り物）に搭載された各種電装品Ａ（アクセサリ類）に電力を供給可能な蓄電池から成り、切替手段１を介してメインバッテリＢ１と電気的に接続可能とされている。本実施形態に係る電装品Ａは、例えば船舶に搭載されたオーディオ及びスピーカ等（メーカにて標準で取り付けられた電装品Ａやユーザが任意に取り付けた電装品Ａの何れも含む）から成り、それぞれがサブバッテリＢ２に電気的に接続されて、電力供給可能とされている。

切替手段１は、メインバッテリ用接続端子Ｔ１及びグランド端子Ｔ２を介してメインバッテリＢ１と電気的に接続されるとともに、サブバッテリ用接続端子Ｔ３及びグランド端子Ｔ４を介してサブバッテリＢ２と電気的に接続されたものである。かかる切替手段１は、メインバッテリＢ１の充電容量が所定値より高い場合、当該メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２に電力を供給して当該サブバッテリＢ２を充電し得るとともに、メインバッテリＢ１の充電容量が所定値より低い場合、当該メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力の供給を停止し得るよう構成されており、本実施形態においては、判定回路２及びスイッチ手段３を有して構成されている。

判定回路２は、メインバッテリＢ１の電圧を入力し、その入力電圧が所定の閾値より高いか否か判定し得るもので、図４に示すような電気回路にて構成されている。すなわち、本実施形態に係る判定回路２は、抵抗器（Ｒ１～Ｒ９）、整流素子（Ｄ１、Ｄ２）、トランジスタ（Ｑ１～Ｑ３）及びコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）を有しており、このうちコンデンサＣ２は、判定のための入力電圧の入力を遅延させるための遅延手段を示している。

スイッチ手段３は、判定回路２と電気的に接続されるとともに、判定回路２により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力の供給を許容する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から成るものである。すなわち、スイッチ手段３は、判定回路２において、メインバッテリＢ１の電圧（入力電圧）が所定の閾値より低いと判定された場合、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電流の流れを遮断して電力供給を停止するとともに、判定回路２において、メインバッテリＢ１の電圧（入力電圧）が所定の閾値より高いと判断されることを条件として、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電流の流れを許容して電力供給し得るのである。しかして、サブバッテリＢ２は、メインバッテリＢ１から電力供給されることにより充電され、各種電装品Ａへの電力供給が可能とされる。

ここで、本実施形態に係るスイッチ手段３は、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）、ソース（Ｓ）の３端子からなる半導体素子にて構成された電界効果トランジスタ（Field-Effect Transistor）（ＦＥＴ）から成り、ゲート（Ｇ）－ソース（Ｓ）間電圧によってドレイン（Ｄ）－ソース（Ｓ）間電流を制御し得るようになっている。すなわち、判定回路２により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、ドレイン（Ｄ）－ソース（Ｓ）間にて電流を流し、サブバッテリＢ２に対するメインバッテリＢ１からの電力供給及び充電を許容するとともに、判定回路２により入力電圧が所定の閾値より低いと判定された場合、ドレイン（Ｄ）－ソース（Ｓ）間の電流の流れを遮断し、サブバッテリＢ２に対するメインバッテリＢ１からの電力供給及び充電を規制する。

なお、本実施形態に適用されるスイッチ手段３は、保護機能を有した半導体素子（ＩＰＤ：Intelligent Power Device）から成るものとされており、例えば過電流や過電圧に対する保護機能、異常発熱に対する保護機能を有している。適用されるスイッチ手段３は、このような保護機能に加え、別の機能を有するものであってもよく、保護機能や他の機能を一切有さないもの（専らスイッチ機能のみ有するＦＥＴ）であってもよい。

さらに、本実施形態に係る判定回路２は、少なくとも第１の閾値α及び第２の閾値βの２つの閾値に基づいて判定が行われるものとされ、入力電圧（メインバッテリＢ１の電圧）が第１の閾値αより高い場合、サブバッテリＢ２に対する電力供給を許容して当該サブバッテリＢ２の充電を行わせるとともに、その充電が行われている状態において、入力電圧が第２の閾値βより低い場合、サブバッテリに対する電力供給を停止させるよう構成されている。また、本実施形態においては、第１の閾値αの方が第２の閾値βより高い値（α＞β）に設定されている。

具体的には、判定回路２は、図３に示すように、先ずＳ１にて、入力電圧が第１の閾値αより高いか否か判定され、入力電圧が第１の閾値αより高くない（低い）と判定されると、Ｓ２に進み、スイッチ手段３をＯＦＦ（すなわち、サブバッテリＢ２に対するメインバッテリＢ１からの電力供給を規制）する。これにより、メインバッテリＢ１の充電容量が過度に低下してしまうのを防止することができるので、エンジンＥの始動を確実に行わせることができる。

一方、Ｓ１にて入力電圧が大１の閾値αより高いと判定されると、Ｓ３に進み、スイッチ手段３をＯＮ（すなわち、サブバッテリＢ２に対するメインバッテリＢ１からの電力供給を許容）する。これにより、メインバッテリＢ１の充電容量に余裕がある場合に限り、サブバッテリＢ２に電力を供給して充電させることができるので、エンジンＥの始動のための充電容量を確保しつつ、電装品Ａに対する電力供給を確実に行わせることができる。

その後、Ｓ４にて、入力電圧が第２の閾値βより低いか否か判定され、入力電圧が第２の閾値βより低くない（高い）と判定されると、Ｓ３を引き続き行わせるとともに、入力電圧が第２の閾値βより低くなったと判定されると、Ｓ２に進み、スイッチ手段３をＯＦＦ（すなわち、サブバッテリＢ２に対するメインバッテリＢ１からの電力供給を規制）する。このように、判定回路２は、スイッチ手段３をＯＮする閾値（α）とＯＦＦする閾値（β）とでスイッチ手段３に対するヒステリシスを形成することができ、入力電圧が揺らいでスイッチ手段３がＯＮ、ＯＦＦを繰り返してしまうのを防止でき、リレー等の機械にてスイッチ手段を構成するものと同等の安定した作動を得ることができる。

さらに、本実施形態に係る切替手段１は、図５～８に示すように、判定回路２及びスイッチ手段３が形成された基板４と、基板４を収容するとともに、メインバッテリＢ１と電気的に接続可能なメインバッテリ用接続端子Ｔ１、グランド端子Ｔ２、サブバッテリＢ２と電気的に接続可能なサブバッテリ用接続端子Ｔ３及びグランド端子Ｔ４がそれぞれ形成されたケーシング５とを有して構成されている。

基板４は、判定回路２の一部又は全部が印刷されたプリント基板から成り、その所定位置にスイッチ手段３を構成する電界効果トランジスタ（半導体素子）が取り付けられている。この基板４は、ケーシング５の内部に収容され、ネジ８によって固定されるとともに、当該ケーシング５内に充填樹脂７を充填（樹脂モールド）することにより、防水及び防塵が図られている。

ケーシング５は、例えばアルミダイキャストなど熱伝導率が高い材料から成るケース状部材から成り、その外面には、ヒートシンク５ａが形成されている。しかるに、基板４を固定したネジ８は、ケーシング５の底面の所定位置に接触するようになっており、基板４で生じた熱をケーシング５に伝達し、ヒートシンク５ａから効率的に放散し得るよう構成されている。

さらに、ケーシング５の所定位置には、カプラ６が形成されており、当該カプラ６の内部にメインバッテリ用接続端子Ｔ１、サブバッテリ用接続端子Ｔ３、及びグランド端子Ｔ２、Ｔ４が形成されている。そして、ケーシング５を船舶（乗り物）の所定部位に取り付けた後、メインバッテリＢ１から延設された配線とサブバッテリＢ２から延設された配線とをカプラ６を介して各端子（Ｔ１～Ｔ４）に接続することにより、図１に示すような電気的接続がなされるようになっている。

上記実施形態によれば、切替手段１は、メインバッテリＢ１の電圧を入力し、その入力電圧が所定の閾値より高いか否か判定し得る判定回路２と、判定回路２により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力の供給を許容する電界効果トランジスタから成るスイッチ手段３とを有するので、装置構成を小型化することができるとともにサブバッテリＢ２の後付けを容易に行わせることができる。

特に、判定回路２により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力の供給を許容する手段が電界効果トランジスタから成るスイッチ手段３とされているので、判定回路２に対する入力電圧が所定の閾値より低い状態の場合であっても、サブバッテリＢ２の充電容量がメインバッテリＢ１の充電容量より高い場合、電界効果トランジスタの所謂寄生ダイオード（図示しない）を介してサブバッテリＢ２からメインバッテリＢ１に電力を供給して充電させることができる。

また、本実施形態に係る判定回路２は、少なくとも第１の閾値α及び第２の閾値βの２つの閾値に基づいて判定が行われるものとされ、入力電圧が第１の閾値αより高い場合、サブバッテリＢ２に対する電力供給を許容して当該サブバッテリＢ２の充電を行わせるとともに、その充電が行われている状態において、入力電圧が第２の閾値βより低い場合、サブバッテリＢ２に対する電力供給を停止させるので、切替手段１におけるサブバッテリＢ２の充電の可否についてヒステリシスを生じさせることができ、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力供給を安定して行わせて充電させることができる。

さらに、本実施形態に係る判定回路２は、第１の閾値αの方が第２の閾値βより高い値に設定されたので、例えばエンジンＥの駆動に伴って発電された電力によってメインバッテリＢ１が充電されている場合など、メインバッテリＢ１からの入力電圧が揺れるなどして不安定な状態であっても、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力供給をより安定して行わせて充電させることができる。

またさらに、本実施形態に係る判定回路２は、判定のための入力電圧の入力を遅延させるための遅延手段（コンデンサＣ２）を有するので、より安定した入力電圧を得ることができ、メインバッテリＢ１からサブバッテリＢ２への電力供給を確実に行わせることができる。

また、本実施形態に係る切替手段１は、判定回路２及びスイッチ手段３が形成された基板４と、基板４を収容するとともに、メインバッテリＢ１と電気的に接続可能なメインバッテリ用接続端子Ｔ１及びサブバッテリＢ２と電気的に接続可能なサブバッテリ用接続端子Ｔ３がそれぞれ形成されたケーシング５とを有するので、切替手段１をモジュール化することができ、船舶（乗り物）に対する取付けをより容易に行わせることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば判定回路２を他の形態の電気回路にて構成するようにしてもよく、その場合、遅延手段としてのコンデンサＣ２に代えて他の部品を用いるようにしてもよい。また、本実施形態に係る判定回路２は、２つの閾値（第１の閾値α及び第２の閾値β）に基づいて判定しているが、１つの閾値にて判定するものであってもよい。さらに、本実施形態に係る充電装置は、船舶に取り付けられているが、メインバッテリＢ１及びサブバッテリＢ２を具備した他の乗り物（自動車、二輪車、特殊車両及び雪上車等）に取りつけるようにしてもよい。

メインバッテリの電圧を入力し、その入力電圧が所定の閾値より高いか否か判定し得る判定回路と、判定回路により入力電圧が所定の閾値より高いと判定された場合、メインバッテリからサブバッテリへの電力の供給を許容する電界効果トランジスタから成るスイッチ手段とを有する切替手段を具備し、且つ、判定回路は、少なくとも第１の閾値及び第２の閾値の２つの閾値に基づいて判定が行われるものとされ、入力電圧が第１の閾値より高い場合、サブバッテリに対する電力供給を許容して当該サブバッテリの充電を行わせるとともに、その充電が行われている状態において、入力電圧が前記第２の閾値より低い場合、サブバッテリに対する電力供給を停止させる乗り物用充電装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

１ 切替手段
２ 判定回路
３ スイッチ手段
４ 基板
５ ケーシング
５ａ ヒートシンク
６ カプラ
７ 充填樹脂
８ ネジ
Ｂ１ メインバッテリ
Ｂ２ サブバッテリ
Ｅ エンジン
Ｅ１ 始動手段
Ｅ２ 発電手段
Ａ 電装品
Ｔ１ メインバッテリ用接続端子
Ｔ２、Ｔ４ グランド端子
Ｔ３ サブバッテリ用接続端子
Ｃ２ 遅延手段（コンデンサ）

Claims (4)

1. 乗り物のエンジンに電力を供給して始動可能とされるとともに、当該エンジンの駆動に伴って発電された電力によって充電可能なメインバッテリと、
   乗り物に搭載された各種電装品に電力を供給可能なサブバッテリと、
   前記メインバッテリの充電容量が所定値より高い場合、当該メインバッテリから前記サブバッテリに電力を供給して当該サブバッテリを充電し得るとともに、前記メインバッテリの充電容量が所定値より低い場合、当該メインバッテリから前記サブバッテリへの電力の供給を停止し得る切替手段と、
   を具備した乗り物用充電装置において、
   前記切替手段は、
   前記メインバッテリの電圧を入力し、その入力電圧が所定の閾値より高いか否か判定し得る判定回路と、
   前記判定回路により前記入力電圧が前記所定の閾値より高いと判定された場合、前記メインバッテリから前記サブバッテリへの電力の供給を許容する電界効果トランジスタから成るスイッチ手段と、
   を有し、且つ、前記判定回路は、少なくとも第１の閾値及び第２の閾値の２つの閾値に基づいて判定が行われるものとされ、前記入力電圧が前記第１の閾値より高い場合、前記サブバッテリに対する電力供給を許容して当該サブバッテリの充電を行わせるとともに、その充電が行われている状態において、前記入力電圧が前記第２の閾値より低い場合、前記サブバッテリに対する電力供給を停止させることを特徴とする乗り物用充電装置。
2. 前記判定回路は、前記第１の閾値の方が前記第２の閾値より高い値に設定されたことを特徴とする請求項１記載の乗り物用充電装置。
3. 前記判定回路は、判定のための前記入力電圧の入力を遅延させるための遅延手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の乗り物用充電装置。
4. 前記切替手段は、
   前記判定回路及びスイッチ手段が形成された基板と、
   前記基板を収容するとともに、前記メインバッテリと電気的に接続可能なメインバッテリ用接続端子及び前記サブバッテリと電気的に接続可能なサブバッテリ用接続端子がそれぞれ形成されたケーシングと、
   を有することを特徴とする請求項１～３の何れか１つに記載の乗り物用充電装置。

Images