JP2009171779A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高信頼性と高効率化を同時に満たす車両用電源装置を提供すること。
【解決手段】主電源１１に接続された第１リレーからなる切替スイッチ１３と、切替スイッチ１３に接続された負荷１９、および充電回路２５と、充電回路２５に蓄電部スイッチ２９を介して接続された蓄電部３１と、充電回路２５と蓄電部スイッチ２９の接続点３３、および切替スイッチ１３の間に接続された放電回路２７と、主電源１１に接続された主電源電圧検出回路４７と、蓄電部３１に接続された蓄電部電圧検出回路４５と、切替スイッチ１３、充電回路２５、放電回路２７、主電源電圧検出回路４７、および蓄電部電圧検出回路４５が接続された制御回路５５とからなり、蓄電部スイッチ２９は第２リレーで構成され、第２リレーに内蔵した第２コイル４１と、逆流防止ダイオード５３と、リレー駆動スイッチ４９の直列回路が、主電源１１とグランドの間に接続された構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する車両用電源装置に関するものである。

近年、地球環境保護や省エネルギーの観点から、アイドリングストップシステムを用いた自動車（以下、車両という）が市販されている。この車両は、信号待ち等の停車時にエンジンを停止するため、燃費向上、および排ガス低減が可能となる。

しかし、エンジンを再起動する際に、バッテリの電圧が大きく低下するため、オーディオやカーナビゲーション等の負荷が停止してしまう。そこで、バッテリの大電圧低下時に負荷に電力を供給するための蓄電装置を有した車両用電源装置が、例えば特許文献１に提案されている。なお、特許文献１の車両用電源装置は、車両のブレーキを制御する車両制動システムの電源バックアップユニットに用いられた場合について記載されている。図５はこのような車両用電源装置のブロック回路図である。

電力を蓄える蓄電素子には例えば大容量の電気二重層キャパシタが用いられ、これを複数個接続して蓄電部としてのキャパシタユニット１０１が構成されている。キャパシタユニット１０１には、その充放電を制御する充電回路１０３、および放電回路１０５が接続されている。充電回路１０３と放電回路１０５はマイコン１０７によって制御されている。マイコン１０７にはバッテリ異常を検出するための電圧検出手段１０９が接続され、電圧検出手段１０９には異常時にキャパシタユニット１０１の電力を供給するＦＥＴスイッチ１１０が接続されている。また、ＦＥＴスイッチ１１０には第１ダイオード１１１が、電圧検出手段１０９には第２ダイオード１１２が、それぞれ図５に示すように接続されている。これにより、ＦＥＴスイッチ１１０からの電流と電圧検出手段１０９からの電流が互いに逆流しないようにしている。

このようにして構成された蓄電装置１１３は主電源であるバッテリ１１５と負荷である電子制御部１１７の間に接続されており、イグニションスイッチ１１９によって起動、停止するように制御されている。なお、第１ダイオード１１１と第２ダイオード１１２により、バッテリ１１５の極性を逆に接続する逆接状態となっても、第１ダイオード１１１と第２ダイオード１１２が蓄電装置１１３に逆流する電流を防止するので、回路保護が可能となり高信頼性が得られる。

電子制御部１１７は車両制動システムであるので、安全確保のためにバッテリ１１５が異常になっても電子制御部１１７を駆動させ続けなければならない。そこで、バッテリ１１５の異常を電圧検出手段１０９が検出すれば、ＦＥＴスイッチ１１０をオンにしてキャパシタユニット１０１の電力を電子制御部１１７に供給することで、バッテリ１１５の異常に対応している。また、車両の使用終了時には、キャパシタユニット１０１の劣化を抑制するために、マイコン１０７は放電回路１０５によってキャパシタユニット１０１に蓄えられた電力を放電している。
特開２００５−２８９０８号公報

上記の蓄電装置１１３によると、バッテリ１１５の異常時にキャパシタユニット１０１の電力を電子制御部１１７に供給できるので、車両制動システムを駆動し続けることができる。この車両用電源装置をアイドリングストップシステムに適用すると、確かにバッテリ１１５の大電圧低下時に負荷へ電力を供給できるのであるが、バッテリ１１５から負荷へ、あるいはキャパシタユニット１０１から負荷へ電力を供給する配線経路に、それぞれ第１ダイオード１１１、および第２ダイオード１１２が接続されているので、これらにより電力損失が発生するという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、主電源の逆接に対する回路保護による高信頼性と、電力損失の低減による高効率化を同時に達成できる車両用電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は、主電源と、前記主電源に接続された第１リレーからなる切替スイッチと、前記切替スイッチに接続された負荷、および充電回路と、前記充電回路に蓄電部スイッチを介して接続された蓄電部と、前記充電回路と前記蓄電部スイッチの接続点、および前記切替スイッチの間に接続された放電回路と、前記主電源に接続された主電源電圧検出回路と、前記蓄電部に接続された蓄電部電圧検出回路と、前記切替スイッチ、充電回路、放電回路、主電源電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路が接続された制御回路とからなり、前記蓄電部スイッチは第２リレーで構成され、前記第２リレーに内蔵した第２コイルと、逆流防止ダイオードと、リレー駆動スイッチの直列回路が、前記主電源とグランドの間に接続された構成を有し、前記制御回路は、前記主電源電圧検出回路で検出した前記主電源の電圧（Ｖｂ）が既定値以下になれば、前記切替スイッチを、前記切替スイッチに内蔵した第１オフ端子に切り替えることにより、前記放電回路を介して前記蓄電部の電力を前記負荷に供給するようにしたものである。

本発明の車両用電源装置によれば、主電源と負荷の間に接続した切替スイッチと、蓄電部を保護するために接続した蓄電部スイッチのいずれもが、それぞれ第１リレー、および第２リレーで構成されるので、主電源から負荷に至る配線経路と、蓄電部から負荷に至る配線経路の両方に、第１ダイオードや第２ダイオードが接続されない構成となる。従って、これらのダイオードによる電力損失が発生せず、車両用電源装置全体の損失を低減することができるので、高効率化が図れるという効果を奏する。

さらに、制御回路による動作制御が行われない蓄電部スイッチについては、第２リレーに内蔵した第２コイルと、逆流防止ダイオードと、リレー駆動スイッチの直列回路を、主電源とグランドの間に接続する構成としたので、主電源を逆接した場合に、逆流防止ダイオードによって第２コイルに電流が流れない。これにより、主電源を逆接した時に蓄電部スイッチがオンになってしまうことによる蓄電部への影響を低減することができるので、回路保護が可能となり高信頼性が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここではアイドリングストップシステム用の車両用電源装置について述べる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の通常時におけるブロック回路図である。図３は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の主電源電圧低下時におけるブロック回路図である。なお、図１〜図３において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。

図１において、主電源１１はバッテリからなり、アイドリングストップ後のエンジン始動時に、主電源１１に接続されたスタータ（図示せず）に電力を供給するとともに、車両全体への電力供給を行う。

主電源１１には、切替スイッチ１３の一端が接続されている。なお、ここでは切替スイッチ１３の第１オン端子１５に主電源１１が接続される構成としている。切替スイッチ１３は、その他端、すなわち第１共通端子１７に接続された負荷１９に対し、主電源１１の電力を供給するか、または蓄電部（後述する）の電力を供給するかを切り替える動作を行う。ここで、切替スイッチ１３は第１リレーで構成され、第１リレーに内蔵された第１コイル２１により、切替制御が行われる。なお、第１コイル２１の制御は後述するが、第１リレーは第１コイル２１が通電している状態では第１オン端子１５に、非通電の状態では第１オフ端子２３に切り替えられる構成としている。なお、第１オフ端子２３には何も接続されていないので、第１コイル２１を非通電状態として第１オフ端子２３に切り替えることで、切替スイッチ１３をオフにすることができる。また、切替スイッチ１３に第１リレーを用いることで、切替スイッチ１３を完全にオフにすることができ、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子のように漏れ電流が流れたり、寄生ダイオードによる逆方向への導通が発生することがなくなる。

切替スイッチ１３の第１共通端子１７に接続された負荷１９は、例えばオーディオやカーナビゲーション等である。

切替スイッチ１３の第１共通端子１７には、さらに充電回路２５と放電回路２７が接続されている。充電回路２５には蓄電部スイッチ２９を介して蓄電部３１が接続されている。なお、放電回路２７は図１に示すように、充電回路２５と蓄電部スイッチ２９の接続点３３、および切替スイッチ１３の間に接続される。従って、充電回路２５と放電回路２７は切替スイッチ１３と蓄電部スイッチ２９の間で並列に接続されることになる。

充電回路２５は蓄電部３１への充電を制御する回路であり、後述する制御回路からの指令によって、蓄電部３１が満充電電圧になるまで充電を行い、満充電電圧に至れば充電を停止する動作を繰り返すことで、蓄電部３１を満充電電圧に保つ。

一方、放電回路２７は主電源１１の電圧Ｖｂがアイドリングストップ後のスタータ駆動により既定値以下になった場合に、蓄電部３１の電力を負荷１９に供給する動作を行う。このような放電回路２７として、本実施の形態１ではＦＥＴを用いている。なお、ＦＥＴの制御も後述する制御回路により行われる。

蓄電部スイッチ２９は蓄電部３１を保護するために設けられている。すなわち、車両の非使用時には蓄電部スイッチ２９が、充電回路２５や放電回路２７と、蓄電部３１の間の接続を断つように動作するので、蓄電部３１を主電源１１の配線系統から独立させることが可能となる。これにより、例えば車両非使用時のメンテナンス作業時における主電源１１の逆接等による想定外の電力が蓄電部３１に印加される可能性を低減でき、高信頼性が得られる。

蓄電部スイッチ２９は、切替スイッチ１３と同様に、第２リレーから構成される。従って、第２リレーにはスイッチ接続端子として、第２オン端子３５、第２オフ端子３７、および第２共通端子３９が設けられている。ここで、第２オン端子３５には接続点３３を介して充電回路２５と放電回路２７が、第２オフ端子３７には強制放電回路４３が、第２共通端子３９には蓄電部３１と蓄電部電圧検出回路４５が接続されている。また、蓄電部スイッチ２９にはオンオフ制御用に第２コイル４１が内蔵されている。なお、第１コイル２１と第２コイル４１の配線については後述する。

蓄電部３１は電気二重層キャパシタを複数個直列に接続した構成とした。これにより、アイドリングストップ後のスタータ駆動時に負荷１９へ電力を供給できる。なお、電気二重層キャパシタの数量は負荷１９が必要とする電力使用に応じて適宜変更してもよい。また、直列接続に限定されるものではなく、直並列接続としてもよい。

次に、強制放電回路４３について説明する。強制放電回路４３は車両の非使用時に蓄電部３１の電力を放電するためのもので、これにより蓄電部３１を構成する電気二重層キャパシタの寿命を延ばすことができる。強制放電回路４３の具体的な構成としては、例えば抵抗器を用いればよい。従って、車両非使用時には蓄電部スイッチ２９が第２オフ端子３７側に切り替えられるので、蓄電部３１と強制放電回路４３が直列接続される。その結果、蓄電部３１の電力は強制放電回路４３の抵抗器により放電される。この時、蓄電部３１と強制放電回路４３は主電源１１の配線から独立しているので、前記したように主電源１１の逆接等による想定外の電力が蓄電部３１に印加される可能性を低減できる。なお、強制放電回路４３はなくてもよい。この場合は第２オフ端子３７には何も接続しない構成となる。これによっても、電気二重層キャパシタの自己放電等により車両非使用時に蓄電部３１が放電されるが、放電速度が遅いため、蓄電部３１の寿命を積極的に延ばすためには強制放電回路４３を設ける構成が望ましい。

次に、蓄電部電圧検出回路４５について説明する。蓄電部電圧検出回路４５は蓄電部３１に接続され、蓄電部３１の電圧Ｖｃを検出して出力する機能を有する。これにより、蓄電部３１の満充電を検出することができる。

これと同様に、主電源１１にも主電源電圧検出回路４７が接続されている。これにより、主電源１１の電圧Ｖｂを検出することができる。

次に、第１コイル２１と第２コイル４１の配線について説明する。第１コイル２１と第２コイル４１は、主電源１１の電力によって切替スイッチ１３と蓄電部スイッチ２９をそれぞれ駆動している。車両非使用時には切替スイッチ１３と蓄電部スイッチ２９を使用しないので、第１コイル２１と第２コイル４１には、車両非使用時に通電せず、車両使用時に通電するようにするために、リレー駆動スイッチ４９が接続されている。リレー駆動スイッチ４９は例えばＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子で構成され、車両側制御回路（図示せず）からの信号によりオンオフ制御が行われる。すなわち、車両側制御回路はイグニションスイッチ（図示せず）がオンの時に、車両使用時であるとしてリレー駆動スイッチ４９をオンにする。これにより、第１コイル２１と第２コイル４１への通電が許可されることになる。

ここで、まず第１コイル２１の配線について説明する。第１コイル２１は切替スイッチ１３のオンオフを切り替えるものである。従って、切替スイッチ１３をオンにする状況で第１コイル２１への通電を行い、切替スイッチ１３をオフにする状況で第１コイル２１への通電を断つ制御が必要となる。この制御は車両使用時において、アイドリングストップ後のスタータ駆動時に蓄電部３１の電力を負荷１９に供給する時に切替スイッチ１３をオフに、それ以外の時にオンにするものであるため、アイドリングストップ後のスタータ駆動がいつ発生しても切替スイッチ１３をオンオフ制御する必要がある。従って、第１コイル２１の一端を主電源１１に、他端を第１コイル制御スイッチ５１の一端に、それぞれ接続している。なお、第１コイル制御スイッチ５１の他端はリレー駆動スイッチ４９の一端に接続されている。従って、リレー駆動スイッチ４９の他端はグランドに接続されているので、第１コイル２１は、第１コイル制御スイッチ５１と、リレー駆動スイッチ４９により直列回路が構成され、この直列回路が主電源１１とグランドの間に接続されることになる。

ここで、第１コイル制御スイッチ５１は例えばＦＥＴで構成されている。従って、後述する制御回路により、必要な時に第１コイル制御スイッチ５１をオンにして第１コイル２１を通電することで、切替スイッチ１３をオン制御することが可能となる。

次に、第２コイル４１の配線について説明する。第２コイル４１も第１コイル２１と同様の配線がなされているが、第１コイル制御スイッチ５１に替わって逆流防止ダイオード５３が接続されている。従って、第２コイル４１と、逆流防止ダイオード５３と、リレー駆動スイッチ４９の直列回路が、主電源１１とグランドの間に接続された構成となる。ここで、逆流防止ダイオード５３はアノードが第２コイル４１側に、カソードがリレー駆動スイッチ４９側になるように接続されている。これにより、主電源１１の極性が正しく接続されている場合は、イグニションスイッチがオンの時にリレー駆動スイッチ４９がオンになるので、主電源１１からの電流が第２コイル４１、逆流防止ダイオード５３、およびリレー駆動スイッチ４９を介してグランドに流れる。その結果、蓄電部スイッチ２９は車両使用時においては常に第２コイル４１に電流が流れるので、第２オン端子３５側に切り替えられた状態となる。しかし、主電源１１が逆接された場合には、逆流防止ダイオード５３により第２コイル４１に電流が流れない。従って、蓄電部スイッチ２９は第２オフ端子３７に切り替えられた状態を維持し、主電源１１の逆接時には蓄電部３１を主電源１１の配線から独立させたままとなる。この逆流防止ダイオード５３により、第２コイル４１への通電が制御回路（後述する）により制御されない構成であっても、主電源１１の逆接時における想定外の電力から蓄電部３１を保護することが可能となり、高信頼性が得られる。

なお、主電源１１の逆接時には、リレー駆動スイッチ４９は車両非使用時であっても導通する。これは次の理由による。リレー駆動スイッチ４９にＦＥＴを用いた場合、その寄生ダイオードはアノードがグランド側になるように接続される。その結果、主電源１１の逆接時にはグランド側の方が高電圧となるため、リレー駆動スイッチ４９は常にオン状態となる。また、リレー駆動スイッチ４９にトランジスタを用いた場合、主電源１１の逆接により短絡故障を起こす。これによってもリレー駆動スイッチ４９は常にオン状態となる。従って、リレー駆動スイッチ４９で主電源１１の逆接時における電流の逆流を防止することはできない。

また、第１コイル２１に対しては、逆流防止ダイオード５３を接続していない。この場合、例えば第１コイル制御スイッチ５１を２個のＦＥＴの直列回路構成とすることで、第１コイル制御スイッチ５１により逆流防止が可能となる。但し、第１コイル制御スイッチ５１を１個のＦＥＴのみで構成すると、その寄生ダイオードはアノードがリレー駆動スイッチ４９側になるように接続されるので、主電源１１の逆接時には、リレー駆動スイッチ４９と第１コイル制御スイッチ５１の両方が電流を流し、第１コイル２１が通電状態となる。その結果、切替スイッチ１３が第１オン端子１５側に切り替えられる。しかし、この場合は主電源１１が逆接されているので、第１オン端子１５がグランドとなる。従って、たとえ切替スイッチ１３が第１オン端子１５側に切り替えられても、充電回路２５や放電回路２７は蓄電部スイッチ２９が逆流防止ダイオード５３により第２オフ端子３７側に切り替えられた状態を保持しているため、第２オン端子３５が浮いた状態となる。ゆえに、充電回路２５や放電回路２７はグランドにのみ接続されることになるので、逆接による不具合は起こらない。従って、逆接により第１コイル２１が通電状態になっても、車両用電源装置全体として高信頼性が得られる。

なお、逆流防止ダイオード５３は第２コイル４１にアノードを接続する構成としているが、逆流防止ダイオード５３の位置は図１のＡ点でもよい。但し、この場合は逆流防止ダイオード５３のカソードを第２コイル４１に接続する。また、図１のＢ点（３ヶ所の内のいずれか）に逆流防止ダイオード５３を接続してもよい。これらの場合は、主電源１１が正常に接続された状態において、逆流防止ダイオード５３のアノードが高電圧側になるように接続する。これにより、主電源１１の逆接時に第２コイル４１だけでなく第１コイル２１への通電も防止することができる。しかし、前記したように、逆接時に第１コイル２１への通電があっても特に不具合がないことと、第１コイル２１と第２コイル４１の両方に流れる電流による逆流防止ダイオード５３での電力損失の増大を考慮すると、逆流防止ダイオード５３の位置は、図１に示した位置、またはＡ点の位置が望ましい。すなわち、逆流防止ダイオード５３は、第２コイル４１の両端の内、いずれか一方に直接接続されるように構成すればよい。

なお、逆流防止ダイオード５３は、一般的には主電源１１と直接接続される位置に設けられるが、このように接続すると車両全体への電流による電力損失が発生し、効率が悪化してしまう。従って、逆流防止ダイオード５３を必要な位置にのみ設けることによって電力損失を低減し、高効率化を図っている。

次に、制御回路５５について説明する。制御回路５５は車両用電源装置の内、特に蓄電部３１への電力の充放電を司るもので、マイクロコンピュータと周辺部品から構成される。制御回路５５には充電回路２５、放電回路２７、主電源電圧検出回路４７、蓄電部電圧検出回路４５、および第１コイル制御スイッチ５１が接続されている。なお、第１コイル制御スイッチ５１は切替スイッチ１３のオンオフ切替を制御するためのものであるので、制御回路５５と切替スイッチ１３は間接的に接続されていることになる。

制御回路５５は、主電源電圧検出回路４７から主電源１１の電圧Ｖｂを、また蓄電部電圧検出回路４５から蓄電部３１の電圧Ｖｃを、それぞれ読み込み、状況に応じて充電回路２５を制御するための充電制御信号Ｃｃｏｎｔや、放電回路２７を制御するための放電制御信号Ｄｃｏｎｔ、さらに切替スイッチ１３を制御するための切替スイッチ信号ＳＷを送信している。また、制御回路５５は車両側制御回路（図示せず）とも接続され、様々な情報をデータ信号ｄａｔａとして送受信している。

次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。まず、図１に示すように、車両非使用時にはイグニションスイッチがオフであるので、リレー駆動スイッチ４９はオフである。従って、第１コイル２１と第２コイル４１は通電されないので、切替スイッチ１３は第１オフ端子２３側、蓄電部スイッチ２９は第２オフ端子３７側にそれぞれ切り替えられた状態となる。なお、車両非使用時であるので、制御回路５５は動作していない。よって、第１コイル制御スイッチ５１もオフである。この時に主電源１１を逆接しても高信頼性が得られることは上記した通りである。

次に、車両使用時でエンジンが動作している状態について図２により説明する。イグニションスイッチがオンになり、エンジンが動作すると、車両側制御回路はリレー駆動スイッチ４９をオンにする。これにより、第２コイル４１が通電状態となるので、蓄電部スイッチ２９は第２オン端子３５に切り替えられる。これにより、蓄電部３１の充放電が可能となる。また、制御回路５５も起動するので、これにより第１コイル制御スイッチ５１をオンにするように切替スイッチ信号ＳＷが送信される。その結果、第１コイル制御スイッチ５１がオンになり、第１コイル２１にも通電されるので、切替スイッチ１３は第１オン端子１５に切り替えられる。この動作により、主電源１１と負荷１９が接続され、負荷１９が起動する。この際、主電源１１から負荷１９に至る配線経路に従来のようなダイオードが存在しない。従って、ダイオードの電圧降下に起因した電力損失がなくなり、その分、車両用電源装置全体の電力損失が低減され高効率化が可能となる。

また、制御回路５５は蓄電部電圧検出回路４５より蓄電部３１の電圧Ｖｃを読み込み、満充電電圧に達しているか否かを判断する。もし、起動直後や蓄電部３１から負荷１９への電力供給後で、蓄電部３１の電圧Ｖｃが満充電電圧に達していなければ、制御回路５５は充電回路２５に対し、蓄電部３１を充電するよう充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する。これを受け、充電回路２５は主電源１１の電力を蓄電部３１に充電する。その後、満充電電圧に至れば、制御回路５５は充電回路２５に対し、蓄電部３１への充電を停止するよう充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する。これを受け、充電回路２５は蓄電部３１の充電を停止する。このような動作を繰り返すことで、蓄電部３１が満充電電圧になるよう制御する。なお、スタータ駆動による主電源１１の電圧低下が起こらない状態であっても、充電回路２５や放電回路２７を介して、蓄電部３１から僅かな漏れ電流が流れる。その結果、蓄電部３１を満充電にしても徐々に電圧Ｖｃが低下していく。この場合も、電圧Ｖｃが既定範囲を超えるまで低下した時に、上記の制御を行うことで再充電されるので、電圧Ｖｃを常に満充電電圧近傍の既定範囲内に保持することができる。

制御回路５５は上記した蓄電部３１の電圧Ｖｃだけでなく、主電源１１の電圧Ｖｂも主電源電圧検出回路４７により読み込むことで監視している。エンジン動作中は、スタータが駆動されることがないので、主電源１１の電圧Ｖｂが極端に低下することはない。従って、通常時は制御回路５５が主電源１１の電圧Ｖｂの監視を繰り返している。

次に、アイドリングストップ後のスタータが駆動している状態について図３により説明する。まず、車両が信号等で一時停車し、エンジンが停止したとする。その間の負荷１９への電力は引き続き主電源１１から供給される。次に、アイドリングストップが終了し、エンジンを再起動するためにスタータを駆動したとする。スタータ駆動のための電力は主電源１１から供給されるが、この時、通常１２Ｖ程度である主電源１１の電圧Ｖｂが６Ｖ程度まで大きく低下する。制御回路５５は、この電圧変化を主電源電圧検出回路４７から読み込み、既定値（例えば負荷１９を動作させることができる最低電圧の９Ｖ）以下になれば、直ちに第１コイル制御スイッチ５１をオフにするよう切替スイッチ信号ＳＷを送信する。これを受け、第１コイル制御スイッチ５１がオフになり、第１コイル２１への通電が断たれる。その結果、図３に示すように、切替スイッチ１３は第１オフ端子２３側に切り替えられる。これにより、主電源１１から負荷１９への電力供給が停止する。これと同時に、制御回路５５は、放電回路２７に対して蓄電部３１の電力を負荷１９に供給するように放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信する。これを受け、放電回路２７を構成するＦＥＴがオンになり、蓄電部３１の電力が負荷１９に供給される。これらの動作により、スタータが駆動して主電源１１の電圧Ｖｂが既定値以下に低下すると、蓄電部３１から負荷１９に電力が供給されるので、スタータ駆動時にも負荷１９が停止することがなくなる。さらに、切替スイッチ１３が第１オフ端子２３側に切り替えられているので、従来と同様に蓄電部３１の電力が主電源１１に流れることはない。

なお、図３に示すように、この時の蓄電部スイッチ２９はイグニションスイッチがオンの間は常に第２オン端子３５側に切り替えられているので、蓄電部３１の電力は蓄電部スイッチ２９と放電回路２７を介して負荷１９に供給されることになる。この際も蓄電部３１から負荷１９に至る配線経路にダイオードが存在しないので、ダイオードの電圧降下に起因した電力損失がなくなり、その分、車両用電源装置全体の電力損失が低減され高効率化が可能となる。ここで、放電回路２７にはＦＥＴを用いているが、これをトランジスタに替えると、トランジスタがオンの時にダイオードと同様の電圧降下が発生する。ゆえに、放電回路２７に半導体スイッチング素子を用いる場合はＦＥＴが望ましい。

また、スタータ駆動により主電源１１の電圧Ｖｂが６Ｖ程度まで低下しても、第２コイル４１への電力は主電源１１から供給される。従って、本実施の形態１では、第２コイル４１が６Ｖ程度の電圧でも十分に第２オン端子３５に切り替え続けられる仕様の第２リレーを蓄電部スイッチ２９として用いている。

その後、エンジンが再起動し、スタータ駆動が停止すると、主電源１１の電圧Ｖｂは通常電圧（１２Ｖ）に戻る。これにより、主電源１１から負荷１９に電力供給することが可能となる。従って、制御回路５５は、主電源電圧検出回路４７から読み込んだ電圧Ｖｂが既定値（９Ｖ）より大きくなれば、直ちに放電回路２７のＦＥＴをオフにして蓄電部３１からの放電を停止するとともに、第１コイル制御スイッチ５１をオンにすることにより切替スイッチ１３を第１オン端子１５側に切り替える。これにより、図２の状態に戻り、負荷１９へは再び主電源１１の電力が供給されることになる。なお、蓄電部３１は負荷１９に電力を供給した後なので、その電圧Ｖｃは満充電電圧より低くなっている。従って、制御回路５５は図２で説明した制御により、蓄電部３１を満充電にする動作を行い、次のアイドリングストップ後のスタータ駆動による主電源１１の電圧低下に備える。

このように、図２と図３の状態を繰り返すことで、アイドリングストップによる負荷１９の停止を回避している。

その後、車両の使用を終了し、イグニションスイッチがオフになったとする。これにより、リレー駆動スイッチ４９がオフになり、第１コイル２１と第２コイル４１への通電が停止する。その結果、切替スイッチ１３と蓄電部スイッチ２９は、それぞれ第１オフ端子２３と第２オフ端子３７に切り替えられる。これと同時に制御回路５５への電力供給も停止するので、切替スイッチ信号ＳＷが途絶える。その結果、第１コイル制御スイッチ５１もオフになる。ゆえに、図１と同じ状態に戻る。

このような状態となることで、負荷１９への電力供給が途絶えるので、負荷１９は動作を停止する。また、蓄電部スイッチ２９は第２オフ端子３７側に切り替えられるので、蓄電部３１に蓄えた電力は強制放電回路４３によって放電される。

以上に説明したように、従来のダイオードによる電力損失を低減するために、単にダイオードを第１リレーや第２リレーに替えただけでは、電力損失の低減は可能であっても、主電源１１の逆接時の回路保護による信頼性確保が得られない。これに対し、第２コイル４１の一端に逆流防止ダイオード５３を接続した構成とすることにより初めて、最も電力損失が少なく、かつ高信頼性が得られる車両用電源装置が得られる。

以上の構成、動作により、主電源１１と負荷１９の間に接続した切替スイッチ１３と、蓄電部３１を保護するために接続した蓄電部スイッチ２９のいずれもが、それぞれ第１リレー、および第２リレーで構成されるので、配線経路にダイオードが存在しない。ゆえに電力損失が低減でき高効率化が図れる。さらに、第２コイル４１の一端に逆流防止ダイオード５３を接続したので、主電源１１の逆接時に第２コイル４１に電流が流れず、蓄電部３１の保護が可能となり高信頼性が得られる。従って、主電源１１の逆接に対する回路保護による高信頼性と、電力損失の低減による高効率化を同時に達成できる車両用電源装置を実現できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図４において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。

図４において、実施の形態１と同じ構成要素には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２の構成上の特徴は、接続点３３、第１オフ端子２３、および接続点３３と第１オフ端子２３の間の接続配線とから放電回路６１を構成した点である。このような構成とすることにより、実施の形態１における放電回路２７で用いたＦＥＴが不要となり、簡単な構成とすることが可能となる。

このような放電回路６１とすることにより、放電回路６１の制御は次のようになる。実施の形態１では、主電源１１の電圧Ｖｂが既定値（９Ｖ）以下になると、切替スイッチ１３を第１オフ端子２３に切り替えると同時に、放電回路２７のＦＥＴをオンにして、蓄電部３１と負荷１９を接続している。しかし、本実施の形態２においては、接続点３３と第１オフ端子２３の間が接続されているので、切替スイッチ１３を第１オフ端子２３側に切り替えるだけで、蓄電部３１と負荷１９が接続されることになる。従って、制御回路５５は、放電回路６１の制御を切替スイッチ１３の制御により同時に行うことができる。このように構成することにより、主電源１１の電圧Ｖｂが既定値（９Ｖ）以下になった時に、主電源１１と負荷１９の接続を断つとともに、蓄電部３１と負荷１９を接続することができ、実施の形態１と同じ動作が実現できる。

このような動作により、制御回路５５は実施の形態１のように放電回路２７を制御する必要がなくなるので、構成だけでなく動作も簡易化することが可能となる。なお、上記以外の動作は実施の形態１と同じである。

さらに、蓄電部３１から負荷１９までにＦＥＴを介さない構成となるので、特に負荷１９が大電流を消費する場合は、ＦＥＴの発熱対策等が不要となり、さらなる構成の簡易化が図れる。

ここで、本実施の形態２では実施の形態１に比べ、構成、動作ともに簡単になるが、切替スイッチ１３を第１オフ端子２３側に切り替えたり、あるいは第１オン端子１５側に切り替えるまでの極めて短時間の間、負荷１９への電力供給が一瞬途切れる。このような瞬時停電に対し、負荷１９の動作が影響しない場合は、本実施の形態２の構成とすればよい。しかし、瞬時停電により負荷１９の動作が停止してしまう等の影響を受ける場合は、実施の形態１の構成とする必要がある。この場合は、放電回路２７が動作速度の速いＦＥＴで構成されている上に、放電回路２７と切替スイッチ１３の動作を独立して制御できるので、負荷１９への電力供給が途切れることなく主電源１１から蓄電部３１へ、あるいはその逆に切り替えることができる。このように、実施の形態１と本実施の形態２については、負荷１９の仕様によって、適宜いずれかの構成を選択するようにすればよい。

以上の構成、動作により、主電源１１の逆接に対する回路保護による高信頼性と、電力損失の低減による高効率化を同時に達成できる上に、簡単な構成の車両用電源装置を実現できる。

なお、本実施の形態２において、実施の形態１と同様に放電回路２７も設ける構成としてもよい。すなわち、実施の形態１の構成（図１）に対し、接続点３３と第１オフ端子２３の間を接続する配線を付加する構成とする。このような構成により、切替スイッチ１３を第１オフ端子２３側に切り替えたり、あるいは第１オン端子１５側に切り替える際の瞬時停電が発生する期間は動作速度の速いＦＥＴで構成される放電回路２７により負荷１９に電力が供給される。切替スイッチ１３の動作後は、接続点３３と第１オフ端子２３の間を接続する配線により蓄電部３１から負荷１９に、あるいは主電源１１から負荷１９に電力が供給される。これらにより、特に負荷１９が大電流を消費する場合に、放電回路２７のＦＥＴに大電流が流れる時間が僅かであるので、発熱対策等が不要な簡易構成となり、かつ瞬時停電の発生しない車両用電源装置を実現できる。

また、実施の形態１、２において、リレー駆動スイッチ４９は逆流防止ダイオード５３のカソードとグランドの間に接続されているが、これはリレー駆動スイッチ４９を主電源１１に直接接続するとともに、逆流防止ダイオード５３のカソードと第１コイル制御スイッチ５１の一端をグランドに接続する構成としてもよい。このような構成としても、第２コイル４１と、逆流防止ダイオード５３と、リレー駆動スイッチ４９の直列回路が、主電源１１とグランドの間に接続された構成は実施の形態１、２と同じである。このように、リレー駆動スイッチ４９を主電源１１に直接接続する構成とすることで、リレー駆動スイッチ４９をイグニションスイッチと兼用することができる。従って、回路構成が簡単になる。この場合、イグニションスイッチとしては、鍵により機械的に接点がオンオフする構成のものや、プッシュスイッチ等によりリレーを電気的にオンオフする構成のものがあるが、いずれの構成であっても、実施の形態１、２と同様に主電源１１から負荷１９までの配線経路にダイオード等が存在しない。ゆえに、電力損失が低減でき高効率化が図れる。なお、主電源１１の逆接に対する回路保護については、リレー駆動スイッチ４９と兼用したイグニションスイッチがオフであれば第２コイル４１に電流が流れないので、主電源１１を逆接しても蓄電部３１を保護できる。また、仮にイグニションスイッチがオンの状態で主電源１１を逆接したとしても、逆流防止ダイオード５３により第２コイル４１に電流が流れないので、蓄電部３１を保護できる。従って、イグニションスイッチの状態に関わらず回路保護が可能となる。

また、実施の形態１、２において、蓄電部３１には蓄電素子として電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池でもよい。

また、本実施の形態１、２において、アイドリングストップシステム用の車両用電源装置について述べたが、それらに限らず、電動パワーステアリングや電動過給器等のように、車両使用中に主電源１１の電圧Ｖｂが大きく低下する各種システムにおける車両用電源装置等にも適用可能である。

本発明にかかる車両用電源装置は、高信頼性と高効率化を同時に達成できるので、特に主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する車両用電源装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図 本発明の実施の形態１における車両用電源装置の通常時におけるブロック回路図 本発明の実施の形態１における車両用電源装置の主電源電圧低下時におけるブロック回路図 本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図 従来の車両用電源装置のブロック回路図

符号の説明

１１ 主電源
１３ 切替スイッチ
１９ 負荷
２３ 第１オフ端子
２５ 充電回路
２７、６１ 放電回路
２９ 蓄電部スイッチ
３１ 蓄電部
３３ 接続点
４１ 第２コイル
４５ 蓄電部電圧検出回路
４７ 主電源電圧検出回路
４９ リレー駆動スイッチ
５３ 逆流防止ダイオード
５５ 制御回路

Claims (4)

1. 主電源と、
   前記主電源に接続された第１リレーからなる切替スイッチと、
   前記切替スイッチに接続された負荷、および充電回路と、
   前記充電回路に蓄電部スイッチを介して接続された蓄電部と、
   前記充電回路と前記蓄電部スイッチの接続点、および前記切替スイッチの間に接続された放電回路と、
   前記主電源に接続された主電源電圧検出回路と、
   前記蓄電部に接続された蓄電部電圧検出回路と、
   前記切替スイッチ、充電回路、放電回路、主電源電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路が接続された制御回路とからなり、
   前記蓄電部スイッチは第２リレーで構成され、
   前記第２リレーに内蔵した第２コイルと、逆流防止ダイオードと、リレー駆動スイッチの直列回路が、前記主電源とグランドの間に接続された構成を有し、
   前記制御回路は、前記主電源電圧検出回路で検出した前記主電源の電圧（Ｖｂ）が既定値以下になれば、前記切替スイッチを、前記切替スイッチに内蔵した第１オフ端子に切り替えることにより、前記放電回路を介して前記蓄電部の電力を前記負荷に供給するようにした車両用電源装置。
2. 前記接続点と前記第１オフ端子の間を接続した請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記放電回路は、前記接続点、前記第１オフ端子、および前記接続点と前記第１オフ端子の間の接続配線とからなり、
   前記制御回路は、前記放電回路の制御を前記切替スイッチの制御により行うようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
4. 前記逆流防止ダイオードは、前記第２コイルの両端の内、いずれか一方に直接接続されるようにした請求項１に記載の車両用電源装置。

Images