JPH0433528A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 電源装置に関し、バッテリーの中間端子から負荷電流を
取り出した場合であってもバッテリーを構成するセルが
ほぼ均等に消耗するようにすると共に負荷の最大総和電
流に対し小さめの出力容量のＤＣ−ＤＣコンバータを用
いても安全に電力を供給できる効率の良い電源装置を提
供することを目的とし、そのために、多数のセルが直列
に接続されて構成されるバッテリを設け、前記多数のセ
ルのうち或るセルと他のセルとの接続部位にタップ出力
端子を設け、該タップ出力端子に得られる電圧を負荷に
印加し、一方、前記バッテリの全電圧を前記タップ出力
に得られる電圧とほぼ等しい出力電圧に変換すると共に
所定電流を越えて電流が取り出されるにつれて前記出力
電圧が漸減するよう制御されるＤ　Ｃ−Ｄ　Ｃコンバー
タを設り、前記出力電圧を前記負荷に印加して電源装置
を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電源装置に関し、特に電気自動車に好適に適用
できる電源装置に係る。

〔従　来　の　技　術〕

エレクトロニクスやメカトロニクスといった技術の発展
に伴い、自動車には種々の異なる電圧で動作する装置か
搭載されろようになってきている。

従って、そうした装置の総てを満足に動作させるために
は、異なる電圧を出力する多電圧出力形式の電源装置が
必要になる。しかしながら、例えば、異なる電圧を出力
するバッテリを個別に用いたのでは、コスＩ−アップの
要因になるばかりでなく、個々のバッテリの保守、管理
も煩雑になってしまう。

ところで、自動車等に用いられるパンテリは周知のよう
に起電力か２■程度のセルを幾つか直列に接続し所定の
電圧を得るようになっている。従っ”ζ、簡単に低電圧
を得る手法として、第１０図に示すように、中間端子す
から出力線を出し、図において、中間端子すと端子Ｃの
間に低電圧を、端子ａと端子Ｃの間にバッテリの定格電
圧をそれぞれ得て一つのバッテリで間に合うようにする
ことがしばし７ば行なわれる。なお、負荷２は前記バッ
テリの定格電圧で働かセる負荷であり、負荷３は前記バ
ッテリの定格電圧より低い電圧で働かせる負荷である。

また、バッテリの定格電圧とは異なる電圧を得るための
デバイスにＤ　Ｃ−Ｄ　Ｃコンハ゛−夕と云うものがあ
る。例えば、第１１図に示す如くバッテリ４の定格電圧
をＤＣ−ＤＣ１ンバータ５で他の異なる電圧に変換して
、これを負荷６、負荷７、負荷８等に印加して、各負荷
を動作させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

どこイ）で、第１０図に示す構成にあっては、前記中間
・Ｗ１１子すと前記端子Ｃの間に前記負荷３か接続され
ているため前記バッテリー１の前記端子ａと前記中間端
子すの間に存するセルよりも前記中間端子すと前記端子
Ｃの間に存するセルの方が放電電流が多くなる。そのた
め、前記中間端子すと前記端子Ｃの間に存するセルの方
が他のセルよりも皐く消耗するので、それたけパンテリ
ー］全体の電圧も早く低下してしまい、バッテリー１を
満足に働かせ得る時間が短くなってしまう。また、バッ
テリー１を充電するときに前記端子ａと前記中間端子す
の間に存するセルの方が早く充電が終了してしま・うた
め、前記中間端子すと前記端子Ｃの間に存するセルが充
電を終了した時点には、最早、前記端子ａと前記中間端
子すの間に存するセルの方は過充電状態になってしまっ
ている。そうしたことから、前記バッテリー１の寿命を
短くする要因となる。

第１１図に示す構成では、前記Ｄ（、−ＤＣコンバータ
５は負荷６、負荷７、負荷８のいずれかがほんの僅かの
時間しか通電を要しない負荷であっても全部の負荷に対
する総和電流を安全に供給できるだけの出力容量を備え
る必要がある。そのため、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ５
が大型になってしまうと云った問題かある。

そこで、本発明はこうした従来の問題点を考慮し、バッ
テリーの中間端子から負荷電流を取り出した場合であっ
てもバッテリーを構成するセルがほぼ均等に消耗するよ
うにすると共Ｑこ負荷の最大総和電流に対し小さめの出
力容量のＤＣ−ＤＣコンバータを用いても安全に電力を
供給できる効率の良い電源装置を提供することを目的と
する。

（課題を解決するための手段） 第１図は本発明を説明する原理構成図である。

同図において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０はトランス、
整流・平滑回路、スイッチング回路、該スイッチング回
路を制御する制御信号のデユティ比を設定するデユティ
比設定回路等を備えて構成しである。そして、該ＤＣ−
ＤＣコンバータ１０はバッテリ１１の電圧ＶＲＩを変換
して負荷Ｒ０，！、Ｒ１，２、ＲＬ３に変換した電圧と
負荷電流に応じた電力を供給できるようにしている。

一方、前記Ｄ（、−ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏ
は前記バッテリ１１の中間端子１２の電圧ＶＲ２とほぼ
等しくなるように設定しである。また、前記中間端子１
２からも前記負荷ＲＬＩｓ　ＲＬ２、Ｒ１，３に電力を
供給できるよう結線しである。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は入力電圧と出力電圧の
関係及び出力電流と出力電圧の関係がそれぞれ第２図、
第３図に示す如き特性を呈するよう前記スイッチング回
路への制御信号のデユティ比を前記デユティ比設定回路
で決めて制御されている。

１作　　用〕 スイッチＳ１が閉成され、負荷ＲＬＩが通電状態になる
と、最初は前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電圧■
。と前記バッテリ１１の中間端子１２の電圧■１．２と
は等しいので、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０と前記中
間端子］、　２−Ｇ　Ｎ　］）間のＬニルの双方から電
流が供給される。

その後、ス・イッチ３２、Ｓ３が閉成され、９．荷Ｒ１
□、Ｒ１，３も通電状態にされ、負荷電流の総和が前記
Ｄ　Ｃ−Ｄ　Ｃ−＋ンハータ１０の最大出力電流Ｉ。。

ａＸ＋を超えると、出力電圧■。が低−トし、前記負荷
電流の大部分か１１１１記中間端了１２から供給される
ようになる。この状態が続くとＡ？Ｊ記中間端了１２と
ＧＮＤ間に存するセルの電圧Ｖｎｚか他のセルの電圧よ
りも低くな−３てし７まう。即ち、バッテリ１１のセル
の内その・部の起電力が偏−２で！−）でしまう。以下
、これをかだべり状態という。

次に、このかたへり状態で電源装置が働いているうちに
、例えば、スイッチＳ２、Ｓ３が開成され、負荷が軽く
なると、前記１）　Ｃ−Ｄ　Ｃ′：７ンハータ１０の出
力特性に従い、出力電圧ＶＯが」−ｐ−シ、この電圧が
前記中間端子１２とＧＮＤ間の電圧■Ｂ２よりも高くな
る。そのため、前記Ｄｔ、−ＤＣコンバータ１０から前
記中間端子１２を介して該中間端子１２とＧ　Ｎ　Ｄ間
に存するセルにも電流が流れる。その結果、このセルは
充電状態となる。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電圧■。

は前記バッテリ１１の総てのセルの電圧が等し２いとへ
のバッテリ定格電圧ＶＲＩと前記中間端子１２とＧＮＤ
間に存するセルの電圧ＶＢ２の比により決まっているの
で、ｖｏ””Ｖ１１２になると充電状態は終了し、総て
のセルの電圧は等しくなり、バッテリ１１のかだべり状
態は解消する。

バッテリの充電の結果、前記電圧ＶＢ□か残余のセルの
電圧より高くなった場合には、前記出力電圧■ｏよりも
前記電圧ＶＢ２の方が高くなるため、負荷には前記中間
端子１２から電力が供給される。

イし２て、前記電圧ＶＲ２が前記出力電圧ＶＯに等し７
くなった際に、前記Ｉ）Ｃ−ＤＣコンバータ１０からも
負荷に電力の供給が始まりＶＯ”’Ｖｎ２に保たれ総Ｃ
のナルの電、ＦＦが等しくなる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳
ｊホする。

第４図は本発明に係る電源装置の実施例を示す回路フロ
ック図である。同図において、パンテリ］１０電１．：
ｌ−■ｎ　＋はり１／−スイッチ２０を介して１〕Ｃ−
１）　Ｃコ２ンノ＼−り１０に入力している５該ＤＣＤ
Ｃコン・入−り１０の出力電圧ば負荷２１．２２に印ｊ
ＪＩ−１すると共ｉ、：キースイッチ（自限ｎ尤のエン
ジン起動用）の接点２５夕介して負荷２３．２４に印加
しである、。

前記バッテリ１１にｆａｔ中間タップ端了２６を設けて
あり、該端ｆｌ、：得られる電圧ＶＲ２はす１７・−ス
イッチ２７を介して前記負荷２１．２２．２３．２４に
印加している。

前記接点２５と前記負荷２３．２４の繋がる電源線は負
荷状態判定回路２８に入力とし２て接続してあり、該負
荷状態判定回路２日は負荷の軽重を監視している。前記
リレースイッチ２０のリレーコイル２９の−・端は前記
バッテリ１１のプラス端子に接続、してあり、他端はト
ランジスタ３０のコレクタに接続しである。該トランジ
スタ３０のへ一スト才前記負荷状態判定回路２８の制御
信号を入力し２ており、エミッタはグランド（接地ライ
ン）に接続しでいる。また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０からは制御信号を出力してよマリ、この制御信号ｖ
１１、前記負荷状態判定回路２８に人力している。

前記負荷２１の他端はダイオード３１とスイッチ３２を
介し７てグランドに接続してあり、前記負荷２２の他端
も同様にタイオー　ド３３とスイッチ３４を介１〜でグ
ランドに接続しである。また１、前記ダイオード３１と
前記スイッチ３２の接続部位と前記ダイオード３３と前
記スイッチ３４の接続部位にはダイオード３５とダイオ
ード３６のカソードをそれぞれ接続してあり、両ダ・ｆ
オードのアノードは共通に接続して前記負荷状態判定回
路２８に入力し前記スイッチ３２．３４の開閉状態を区
別できるようになっている。そして、前記負荷２３の他
端はグランドに接続してあり、前記負荷２４の他端はス
イッチ３７を介してグランドに接続しである。

第５図は前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１ｏのより詳細な構
成を示す回路ブロック図ある。同図において、前記リレ
・−スイッチ２０の一端は入力フィルタ３８に接続して
あり、該入力フィルタ３８の出力端子はスイッチング回
路３９を介してトランス４０の一次巻線に接続すると共
にデユティ比設定回路４１に接続しである。

前記トランス４０の二次巻線は整流・平滑回路４２に接
続してあり、該整流・平滑回路４２の出力端子は電流検
出回路４３を介して前記接点２５の一端に接続しである
。

一方、前記電流検出回路４３の検出出力端子は最大負荷
電流判定回路４４と電流制限指令回路４５を介して前記
デユティ比設定回路４１に接続しである。また、前記電
流制限指令回路４５は前記リレースイッチ２７を駆動す
るリレー駆動回路４６にも制御信号を出力している。

第６図は前記デユティ比設定回路４１、前記電流検出回
路４３、前記最大負荷電流判定回路４４及び前記電流制
限指令回路４５の詳細な構成を示す回路構成図である。

各回路はオペレーショナルアンプによるコンパレータ、
ラッチ回路、のこぎり波発振器等で構成しである。

而して、負荷２１．２２．２３．２４が通電状態にされ
、負荷電流の総和が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の最
大出力電流Ｉ。（ｍａｘｌを超えろと、出力電圧Ｖ。が
低下し、前記負荷電流の大部分か前記中間端子２６から
供給されるようになる。この状態が続くと前記中間端子
２６とＧＮＤ間に存するセルの電圧ＶＢ□が他のセルの
電圧よりも低くなる。即ち、かたべり状態になる。

次に、このかたべり状態で電源装置が働いているうちに
、例えば、スイッチ３７が開成され、負荷が軽くなると
、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力特性に従い、出
力電圧■。が上昇し、この電圧か前記中間端子２６とＧ
ＮＤ間の電圧ＶＲ２よりも高くなる。そのため、前記Ｄ
（、−ＤＣコンバータ１０−から前記中間端子２６を介
して該中間端子２６とＣＮＤ間に存するセルにも電流が
流れる。

その結果、このセルは充電状態となる。

前記Ｄ（、−ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖ。

は前記バッテリ１１の総てのセルの電圧が等しいときの
バッテリ定格電圧Ｖ［ｌ＋と前記中間端子２６とＣ，Ｎ
Ｄ間に存するセルの電圧ＶＲ２の比により決まっている
ので、Ｖ　ｏ　””　Ｖ　Ｒ２になると充電状態は終了
し、総てのセルの電圧は等しくなり、バッテリ１１のか
たへり状態は解消する。

バッテリの充電の結果、前記電圧ＶＩ１２が残余のセル
の電圧より高くなった場合には、前記出力電圧■ｏより
も前記電圧ＶＲ２の方が高くなるため、負荷には前記中
間端子２６から電力が供給される。

そして、前記電圧Ｖ８□が前記出力電圧■。に等しくな
った際に、前記Ｄ（、−ＤＣコンバータ１ｏがらも負荷
に電力の供給が始まりＶＯ”’ＶＲ２に保たれ総てのセ
ルの電圧が等しくなる。

前記リレースイッチ２０は前記負荷２Ｊ、２２．２３．
２４がいずれも通電状態にされていないときにはオフ状
態にされ、負荷の一つでも通電状態にされればオン状態
にされる。もし、このような制御をしないと、無負荷時
であっても前記ＤＣＤＣコンバータ１０の制御を担う制
御回路が無駄な電力を消費してしまい、それだけバッテ
リの使用時間が短くなってしまう。なお、前記リレース
イッチ２０は負荷の状態と前記中間端子２６とＧＮＤ間
に存するセルを充電しているがどうかに応じてオン・オ
フされる。

また、負荷電流の総和が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０
の最大出力電流１０　（ｍａｘ）を超えて長時間経過す
ると、前記中間端子２６とＧＮＤ間に存するセルが過放
電状態になってしまう。そこで、バッテリーを保護する
ために前記リレースイッチ２７をオフにしてバッテリー
をそれ以上放電しないようにする。

第７図は他の実施例を示す回路ブロック図である。

バッテリ１１の電圧Ｖ旧の変動が激しい場合、前記中間
端子２６とＧＮＤ間に存するセルの電圧ＶＲ２も変動す
る。そのため、ＤＣ，−ＤＣコンハーり１０の整流・平
滑回路におけるコンデンサと前記中間端子２６−、−　
Ｇ　Ｎ　Ｄ間セルの間で前記電圧変動に伴って電流か往
来する。この電流は前記ＤＣＤＣコンバータ１０と前記
セル間を行き来するだけの無駄な電流であるので、この
電流を押さえるためのフィルタ回路４７を追加し、前記
電圧Ｖ。２の変動が負荷に加わらないよ・うにすること
ができる。第８図にフィルタ回路４７の具体例を示す。

また、負荷の短絡を調べるために過電流検出回路４８を
設は過電流を検出したら前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０
を介して前記スイッチ２７をオフするようにするとよい
。

なお、−船釣に充電時は充電されるセルの電圧よりも高
い電圧にて充電するので完全にセル間のバラツキをなく
すために電流方向検出回路４８′を設は充電していると
きには前記ＤＣ，−ＤＣコンバータ１０の出力ＶＯをＶ
Ｂ２よりも高めにセントし放電時はＶ。−Ｖ１１２とな
るようにする。

第９図は他の実施例を示す回路ブロック図である。

この実施例のものは前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を利
用し、バッテリ１１を充電できるようにしである。前記
バッテリ１１を充電できるように前記Ｄ（、−ＤＣコン
バータ１０の出力電圧Ｖ。が前記電圧Ｖ１１１になるよ
うスイッチ４９．５０．５１を切り換える。また、前記
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に接続されているタイマー回
路５２で最適充電時間を設定し、前記バッテリ１１を最
適充電する。そして、前記バッテリ１１の過充電或いは
充電不足を避けるため、時々前記電圧ＶＲ□を前記Ｄ（
、−ＤＣコンバータ１０て調べ前記電圧■８□か低いと
きはスイッチ４９．５０を切り換え、前記中間端子２６
ＧＮＤ間セルだけを充電する。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、バッテリ
の一部だけに負荷を接続すると、その部分だけのセルの
放電量が多くなってかだべり状態となるが、本発明の電
源装置ではＤＣ−ＤＣコンバータを利用してバッテリの
一部だけを充電できるので、バッテリがかだべり状態と
なるのを防止できる。また、負荷をＤ（、−ＤＣコンバ
ータとハ゛ッテリの一部により作動させることかでき、
瞬間的な大電流、例えば、ランプのラッシュ電流或いは
モータの起動電流はバッテリに負担させ、平均的な電流
の供給をＤＣ，−ＤＣコンバータに受は持たせることが
できるので電源の大きさを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する原理構成図、第２図はＤ（、
−ＤＣコンバータの出力電流と出力電圧との関係を示す
特性曲線を示す説明図、第３図はＤ（＞ＤＣコンバータ
の入力電圧と出力電圧との関係を示す特性曲線を示す説
明図、第４図は本発明に係る電源装置の実施例を示す回
路ブロック図、 第５図はＤ　Ｃ−Ｄ　Ｃコンバータのより詳細な構成を
示す回路ブロック図、 第６図はデユティ比設定回路、電流検出回路、最大負荷
電流判定回路及び電流制限指令回路の詳細な構成を示す
回路構成図、 第７図は他の実施例を示す回路ブロック図、第８図はフ
ィルタ回路の具体例を示す回路構成図、 第９図は他の実施例を示す回路ブロック図、第１０図は
従来の電源装置を示す回路構成図、第１１図はＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータを備える従来の電源装置を示す回路構成図
である。 １０・　・・・Ｄ　Ｃ−Ｄ　Ｃコンバータ、１１・　・
　・　・バッテリ、 ３９・・・・スイッチング回路、 ４１・・・・デユティ比設定回路２ 特許出願人　株式会社豊田自動織機製作所第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数のセルが直列に接続されて構成されるバッテリを設
   け、前記多数のセルのうち或るセルと他のセルとの接続
   部位にタップ出力端子を設け、該タップ出力端子に得ら
   れる電圧を負荷に印加し、一方、前記バッテリの全電圧
   を前記タップ出力に得られる電圧とほぼ等しい出力電圧
   に変換すると共に所定電流を越えて電流が取り出される
   につれて前記出力電圧が漸減するよう制御されるＤＣ−
   ＤＣコンバータを設け、前記出力電圧を前記負荷に印加
   したことを特徴とする電源装置。