JP3676184B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に異なる電圧を有する２系統の電源を構成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用電源装置の電源電圧を高電圧化することにより車体内の配線に流れる電流を小さくし、配線を軽量化する試みがなされている。ところが、例えばランプのように高電圧化が困難な負荷も存在するため、このような負荷に対しては、高電圧を電圧変換器で変換することにより得られた低電圧が供給されるようになっている。従って、この種の車両用電源装置は、高電圧系統と低電圧系統といった２系統の電源を備えている。
【０００３】
このような２系統の電源を備えた電源装置として、例えば、特開平１−１８５１９７号公報は、「車両用電源装置」を開示している。この車両用電源装置は、高電圧系統と低電圧系統との間にスイッチング素子を備えており、このスイッチング素子をオン／オフさせることにより所定のデューティを有する矩形波電圧を発生する。そして、この矩形波電圧が低電圧系統の電源として負荷に供給される。この場合、矩形波電圧の平均値、すなわち、矩形波の直流成分が低電圧系統の電源電圧となるので、デューティを変えることにより任意の電源電圧を発生させることができる。
【０００４】
また、高電圧化が困難な負荷として、例えば点火コイルが存在する。この点火コイルには低電圧を供給しなければならないが、上記のような矩形波電圧を供給すると誤動作する虞れがある。そこで、従来の車両用電源装置では、電圧変換器から出力される矩形波電圧をコンデンサで平滑化して点火コイルに供給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電圧変換器からの矩形波電圧を平滑化用のコンデンサを用いて平滑化しようとしてもリップルの発生は免れず、このリップルを十分に抑えようとすれば、大容量のコンデンサが必要になる。その結果、車両用電源装置が高価且つ大型になるという問題がある。
【０００６】
また、上述した従来の車両用電源装置では、バッテリからの電流をスイッチング素子でオン／オフするので、バッテリ側の電圧にもリップルが発生する。このリップルを除去するために、この従来の車両用電源装置では、複数の負荷を順次連続して動作させることにより、バッテリから流出する電流が常に一定になるように制御している。しかしながら、多数の負荷が同時に駆動される場合、複数の負荷を順次動作させるために各電圧波形のデューティが制限されるので、各負荷に必要な電力が得られないという問題がある。
【０００７】
なお、バッテリ側のリップルを吸収させるために、従来のバッテリを平滑コンデンサとして用いることも考えられるが、無負荷でバッテリが満充電の状態では、このバッテリによってリップルを十分に吸収させることができない。そのため、この場合も大容量の平滑用のコンデンサが必要になってしまう。
【０００８】
更に、電圧変換器は、その動作時には電力を消費するために、負荷電流が小さいときは変換効率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような諸問題を解消するためになされたものであり、その目的は、低消費電力化及び小型化が可能であり、しかも安価な車両用電源装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を第１負荷に供給する第１バッテリと、前記第１バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を第２負荷に供給する第２バッテリと、前記第２バッテリ及び前記第２負荷に流れる電流値に応じて前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させる制御手段と、前記第１バッテリの残存容量を検出する容量センサとを備え、
前記電圧変換器は、前記第２バッテリの出力電圧を前記第１バッテリの出力電圧に逆電圧変換する逆電圧変換手段を更に備え、前記制御手段は、更に、前記容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、前記第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、前記逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、前記第１バッテリを充電することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載の発明によれば、第２バッテリ及び第２負荷に流れる電流値に応じて電圧変換器による電圧変換動作が停止される。例えば、第２バッテリに流れる電流が小さく（満充電状態）なり、且つ第２負荷に流れる電流が小さく（無負荷状態）になった時に電圧変換器の電圧変換動作が停止させるように構成できる。その結果、電圧変換動作が停止されている電圧変換器では電力が消費されないので、車両用電源装置の低消費電力化が実現できる。
【００１２】
また、電圧変換器の電圧変換動作が停止された状態では、第２バッテリからの出力電圧にリップルは、発生しないので平滑化用のコンデンサは不要である。一方、電圧変換器が電圧変換動作を行っている状態では、第２バッテリは満充電になっておらず、第２バッテリを平滑用のコンデンサとして使用できる。従って、何れの状態でも平滑用のコンデンサを別途設ける必要がないので、車両用電源装置を小型化できると共に、低価格化を実現できる。また、容量センサが第１バッテリの残存容量を検出し、制御手段は、容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、第１バッテリを充電するので、第１バッテリの過放電を防止できる。また、逆電圧変換動作は、第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に行われるので、第２バッテリの残存容量が小さいときに、更に電流が持ち出されることによる第２バッテリの劣化を防止できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２負荷に流れる電流値を検出する負荷電流センサと、前記第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するバッテリ電流センサとを更に備え、前記制御手段は、前記負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下であり、且つ前記バッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下である場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする。
【００１４】
この請求項２に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下（無負荷状態）であり、且つバッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下（満充電状態）になった時に電圧変換器による電圧変換動作が停止されるので、請求項１に記載の発明と同様の作用・効果を奏する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２バッテリと前記第２負荷との間に設けられ、前記制御手段からの指示に応答して開閉するスイッチと、前記第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するバッテリ電流センサとを更に備え、前記制御手段は、前記スイッチに開放を指示しており、且つ前記バッテリ電流センサで検出された電流値が所定値以下である場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする。
【００１６】
この請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、スイッチに開放を指示していることにより、第２バッテリが無負荷状態であることを検出できるので、第２負荷に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、負荷電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電圧変換器の出力端子に流れる電流値を検出する負荷電流センサを更に備え、前記制御手段は、前記負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ前記負荷電流センサで検出された電流値が所定レベル以上のリップルを有する場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする。
【００１８】
この請求項４に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ所定レベル以上のリップルを有する場合に、電圧変換器による電圧変換動作を停止させるようにしたので、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するための電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記制御手段は、電力供給が停止されている前記第２負荷への電力供給を開始させる際に、前記電圧変換器による電圧変換動作を開始させることを特徴とする。
【００２０】
この請求項５に記載の発明によれば、第２負荷への電力供給が停止されている状態から第２負荷への電力供給を開始させる際に、電圧変換器による電圧変換動作を開始させるように構成したので、無負荷時は第２バッテリへの過充電を防止できる。また、電力供給を開始する時に起こる第２バッテリの電圧低下を防止できる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、更に、前記発電機の発電量が少なくなるように該発電機を制御することを特徴とする。
【００２４】
この請求項６に記載の発明によれば、制御手段の制御によって第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に第１のバッテリが充電されるが、制御手段は、更に、発電機の発電量が少なくなるように制御するので、発電機が消費する燃料が少なくて済み、燃費を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、電圧変換器がジャンクションボックス内に配置され、これらが一体に構成されている例を示すが、電圧変換器とジャンクションボックスとは別体に構成してもよい。この実施の形態のように、電圧変換器とジャンクションボックスとを一体に構成すれば、ジャンクションボックス内の構成要素を制御するためのマイクロコンピュータ（以下、「ＭＰＵ」という）を電圧変換器の制御に共有できるという利点がある。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の電気的な構成を示すブロック図である。この車両用電源装置は、発電機１０、ジャンクションボックス１１、第１バッテリ１２、第２バッテリ１３、低電圧負荷１４１〜１４ｎ及び高電圧負荷１５１〜１５ｎから構成されている。
【００２７】
発電機１０は、図示しないエンジンの回転により駆動されて直流電力を発生する。この発電機１０で発生された直流電力は、ジャンクションボックス１１及び第１バッテリ１２に供給される。
【００２８】
第１バッテリ１２は、例えば４２ボルトといった高電圧の電力を蓄えて出力する蓄電池である。この第１バッテリ１２は、発電機１０からの直流電力により充電される。また、この第１バッテリ１２から出力される高電圧の電力はジャンクションボックス１１に供給される。
【００２９】
第２バッテリ１３は、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する蓄電池である。この第２バッテリ１３は、ジャンクションボックス１１からの直流電力により充電される。また、この第２バッテリ１３から出力される低電圧の電力はジャンクションボックス１１に供給される。
【００３０】
低電圧負荷１４１〜１４ｎは、本発明の第２負荷に対応し、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類や点火プラグ等から構成されている。この低電圧負荷１４１〜１４ｎには、ジャンクションボックス１１から供給される低電圧の電力により駆動される。
【００３１】
高電圧負荷１５１〜１５ｎは、本発明の第１負荷に対応し、例えばワイパー、パワーウインドウ等を駆動するモータから構成されている。この高電圧負荷１５１〜１５ｎには、ジャンクションボックス１１から供給される高電圧の電力により駆動される。
【００３２】
ジャンクションボックス１１は、第１バッテリ１２から供給される直流電力を各負荷に分配すると共に、第２バッテリ１３に供給する。このジャンクションボックス１１には、ＭＰＵ１１０、電圧変換器１２０、スイッチ１３０１〜１３０ｎ及び１４０１〜１４０ｎ、負荷電流センサ１５０、バッテリ電流センサ１６０並びにヒューズＦ１１〜Ｆ１ｎ及びＦ２１〜Ｆ２ｎを含んでいる。
【００３３】
ＭＰＵ１１０は、この車両用電源装置の全体を制御する。このＭＰＵ１１０には、スイッチ１３０１〜１３０ｎ及び１４０１〜１４０ｎの制御端子、負荷電流センサ１５０、バッテリ電流センサ１６０及び車内ＬＡＮの回線が接続されている。また、このＭＰＵ１１０の電源端子は、第２バッテリ１３に接続されており、該第２バッテリ１３から電力が供給されるようになっている。
【００３４】
このＭＰＵ１１０は、例えば、負荷電流センサ１５０及びバッテリ電流センサ１６０からの信号に基づいて電圧変換器１２０の電圧変換動作の停止及び開始を制御する。また、ＭＰＵ１１０は、スイッチ１３０１〜１３０ｎ及び１４０１〜１４０ｎの開閉を制御する。更に、ＭＰＵ１１０は、車内ＬＡＮにより、車両の他の部分（図示しない）と信号の送受を行う。例えばヘッドライトを点灯するためのライトスイッチ（図示しない）からの信号は、数〜数十ミリ秒に１回程度の割合で車内ＬＡＮを介してＭＰＵ１１０に送られてくる。ＭＰＵ１１０は、後述するように、車内ＬＡＮからの信号に基づいてヘッドライトを点灯させる。
【００３５】
電圧変換器１２０の入力端子は、ヒューズＦを介して第１バッテリ１２に接続されている。また、出力端子は、ヒューズＦ２１〜Ｆ２ｎを介してスイッチ１３０１〜１３０ｎにそれぞれ接続されると共に、ＭＰＵ１１０及び第２バッテリ１３に接続されている。
【００３６】
この電圧変換器１２０は、発電機１０及び第１バッテリ１２からヒューズＦを介して入力端子に供給された高電圧（４２ボルトの直流電圧）から所定のデューティを有する矩形波電圧を生成し、これを低電圧（矩形波電圧の平均値が１２ボルト）の電力として出力端子から出力する。また、この電圧変換器１２０は、ＭＰＵ１１０からの制御信号に応答して電圧変換動作の開始及び停止を行う。
【００３７】
スイッチ１３０１〜１３０ｎの入力端子は、それぞれヒューズＦ１１〜Ｆ１ｎを介して第１バッテリ１２に接続されている。また、スイッチ１３０１〜１３０ｎの出力端子は、高電圧負荷１５１〜１５ｎにそれぞれ接続されている。スイッチ１３０１〜１３０ｎの各々は、ＭＰＵ１１０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、第１バッテリ１２からの直流電力を高電圧負荷１５１〜１５ｎに供給する。
【００３８】
スイッチ１４０１〜１４０ｎの入力端子は、それぞれヒューズＦ２１〜Ｆ２ｎを介して第２バッテリ１３に接続されている。また、スイッチ１４０１〜１４０ｎの出力端子は、低電圧負荷１４１〜１４ｎにそれぞれ接続されている。スイッチ１４０１〜１４０ｎの各々は、ＭＰＵ１１０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、第２バッテリ１３からの直流電力を低電圧負荷１４１〜１４ｎに供給する。
【００３９】
負荷電流センサ１５０は、電圧変換器１２０の出力端子の近傍に配置され、この電圧変換器１２０から出力される電流の大きさを検出する。この負荷電流センサ１５０で検出された電流値は、ＭＰＵ１１０に送られる。
【００４０】
バッテリ電流センサ１６０は、第２バッテリ１３の入出力端子の近傍に配置され、この第２バッテリ１３に入出力する電流の大きさを検出する。このバッテリ電流センサ１６０で検出された電流値は、ＭＰＵ１１０に送られる。
【００４１】
次に、このように構成された本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作を説明する。以下では、ヘッドライトが低電圧負荷１４１に割り当てられているものとして説明する。
【００４２】
まず、図示しないイグニッションスイッチが投入されると、発電機１０は発電を開始する。この際、第１バッテリ１２の出力電圧が規定値より小さい場合は、該第１バッテリ１２は、発電機１０からの直流電力により充電される。第１バッテリ１２から出力される４２ボルトの直流電力は、ヒューズＦを介して電圧変換器１２０に供給されると共に、ヒューズＦ１１〜Ｆ１ｎを介してスイッチ１３０１〜１３０ｎの入力端子にそれぞれ供給される。
【００４３】
一方、ＭＰＵ１１０は、イグニッションスイッチが投入されることにより第２バッテリ１３からの直流電力によって動作を開始し、電圧変換の開始を指示する制御信号を生成して電圧変換器１２０に送る。電圧変換器１２０は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。すなわち、第１バッテリ１２から入力端子に供給された４２ボルトの高電圧を１２ボルトの低電圧に変換して出力端子から出力する。この際、第２バッテリ１３の出力電圧が規定値より小さい場合は、該第２バッテリ１３は、電圧変換器１２０からの直流電力により充電される。
【００４４】
第２バッテリ１３から出力された１２ボルトの直流電力は、ＭＰＵ１１０に供給されると共に、ヒューズＦ２１〜Ｆ２ｎを介してスイッチ１４０１〜１４０ｎの入力端子にそれぞれ供給される。これにより、車両用電源装置は定常状態に入る。
【００４５】
この定常状態で、例えばヘッドライトを点灯するためのライトスイッチ（図示しない）が操作されると、ヘッドライトの駆動を指示するための駆動指示信号が車内ＬＡＮを経由してＭＰＵ１１０に送られてくる。このヘッドライトの駆動指示信号を受け取ったＭＰＵ１１０は、スイッチの閉成を指示する制御信号を生成し、スイッチ１４０１の制御端子に供給する。これにより、スイッチ１４０１が閉成され、第２バッテリ１３からの電力が低電圧負荷１４１に供給され、ヘッドライトが点灯する。
【００４６】
また、この定常状態に入ると、ＭＰＵ１１０は、負荷電流センサ１５０からの電流値を定期的に取り込んで負荷の状態の監視を開始すると共に、バッテリ電流センサ１６０からの電流値を定期的に取り込んで第２バッテリ１３の状態の監視を開始する。すなわち、ＭＰＵ１１０は、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であるかどうかの検査を開始する。
【００４７】
この検査は、以下の方法（第１の方法）で行われる。すなわち、電圧変換器１２０から出力される電流は、主に低電圧負荷１４１〜１４ｎへ供給される負荷電流と第２バッテリ１３へ供給される充電電流とから構成されているが、無負荷の状態（スイッチ１４０１〜１４０ｎが何れも開放されている状態）では負荷電流は流れない。また、第２バッテリ１３が満充電であれば充電電流も流れない。
【００４８】
従って、負荷電流センサ１５０で検出される電流値及びバッテリ電流センサ１６０で検出される電流値は何れも小さい。そこで、ＭＰＵ１１０は、負荷電流センサ１５０で検出される電流値が第１の所定値より小さく、且つバッテリ電流センサ１６０で検出される電流値が第２の所定値より小さい場合に、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であることを検出する。
【００４９】
上記検査は、他の方法（第２の方法）で行うこともできる。すなわち、ＭＰＵ１１０は、車内ＬＡＮからの低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動指示信号を受信するので、この駆動指示信号の有無を調べることにより第２バッテリ１３が無負荷であるかどうかを知ることができる。
【００５０】
そこで、ＭＰＵ１１０は、低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動指示信号が１つも存在せず、且つバッテリ電流センサ１６０で検出された電流値が所定値より小さい場合に、第２バッテリ１３が、無負荷状態で且つ満充電状態であることを検出する。この方法によれば、負荷電流センサ１５０が不要になるという利点がある。
【００５１】
上記検査は、更に他の方法（第３の方法）で行うこともできる。すなわち、第２バッテリ１３は、満充電状態になると、リップルを吸収できずにコンデンサとして機能しなくなる。その結果、第２バッテリ１３の入出力端子での電圧のリップルが大きくなる。この場合、電圧のリップルは負荷が増大すると大きくなる傾向にあるので、該リップルが大きくなったことだけで第２バッテリ１３が満充電状態であると断定することはできない。
【００５２】
そこで、ＭＰＵ１１０は、負荷電流センサ１５０で検出された電流値が所定値より小さいことにより第２バッテリ１３が無負荷状態であることを判断し、且つ負荷電流センサ１５０で検出された電流値のリップルのレベルが所定レベル値より大きい場合に、第２バッテリ１３が満充電状態であることを検出する。この方法によれば、バッテリ電流センサ１６０が不要になるという利点がある。なお、この第３の方法では、第２バッテリ１３が無負荷であるかどうかの判断は、上記第２の方法と同様に、低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動指示信号が１つも存在しないかどうかに基づいて判断することもできる。
【００５３】
ＭＰＵ１１０は、上記のようにして第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態であることを検出すると、電圧変換動作の停止を指示する制御信号を生成して電圧変換器１２０に送る。電圧変換器１２０は、この制御信号に応答して電圧変換動作を停止する。これにより、電圧変換器１２０での電力消費が抑止されるので、この車両用電源装置の低消費電力化が実現されている。また、電圧変換器１２０が電圧変換動作を停止することにより第２バッテリ１３の出力にリップルは発生しない。
【００５４】
また、上記のように構成される車両用電源装置では、第２バッテリ１３が満充電状態でない場合は、電圧変換器１２０による電圧変換動作が行われ、矩形波電圧が第２バッテリ１３に供給される。ところが、第２バッテリ１３が満充電でない場合は、該第２バッテリ１３は平滑用のコンデンサとしての機能を発揮するので、電圧変換器１２０から出力される矩形波電圧のリップルは吸収されて平滑化される。
【００５５】
その結果、電圧変換器１２０が電圧変換動作中であるか否かに拘わらず電圧変換器１２０の出力端子（第２バッテリ１３の入出力端子）では平滑化された電圧が得られるので、従来の車両用電源装置のように、電圧変換器１２０の出力端子に大容量のコンデンサを設ける必要がない。従って、車両用電源装置を小型化できると共に、低廉化が可能である。
【００５６】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態に係る車両用電源装置は、電圧変換器１２０の電圧変換動作の停止中に低電圧負荷１４１〜１４ｎが駆動された場合に、第２バッテリ１３の入出力端子で発生するリップルを抑止するようにしたものである。
【００５７】
この第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成は、図１のブロック図に示した構成と同じであり、ＭＰＵ１１０の動作だけが異なる。
【００５８】
上述した第１の実施の形態に係る車両用電源装置において、電圧変換器１２０の電圧変換動作の停止中に低電圧負荷１４１〜１４ｎが駆動されると、第２バッテリ１３の出力電圧が急激に低下する場合がある。このような状態が発生するのを回避するために、ＭＰＵ１１０は以下のように動作する。
【００５９】
すなわち、ＭＰＵ１１０は、車内ＬＡＮから低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動を指示するための駆動指示信号が入力された場合に、電圧変換器１２０が電圧変換動作の停止中であれば、電圧変換動作の開始を指示する制御信号を生成して電圧変換器１２０に送る。電圧変換器１２０は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。
【００６０】
これにより、電源供給開始に伴う第２バッテリの電圧低下を防止できる。また、低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動を指示するための駆動指示信号が入力された場合にのみ、電圧変換器１２０は、電圧変換動作を開始するので、無負荷時における第２バッテリ１３への過充電を防ぐことができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態に係る車両用電源装置は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置における電圧変換器１２０に昇圧機能を設け、高電圧側の第１バッテリの残存容量が少なくなり且つ低電圧側の第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態であれば、該第１バッテリを充電するようにしたものである。
【００６２】
一般に、高電圧側の第１バッテリ１２が空になってしまった場合、これを充電する方法として、高電圧で第１バッテリ１２を直接充電する方法及び低電圧側の第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２を充電する方法がある。前者の方法は、例えば他車に搭載されている高電圧のバッテリに第１バッテリ１２を直接接続して充電することが考えられるが、高電圧同士を接続することになるので取り扱いが難しい。
【００６３】
そこで、他車に搭載されている低電圧のバッテリに第２バッテリ１３を接続し、この第２バッテリ１３の出力を昇圧して高電圧の第１バッテリ１２を充電する後者の方法が取り扱いも簡単であり現実的である。また、この方法によれば、第２バッテリ１３を直接充電する場合は、従来の充電器を利用できるという利点もある。
【００６４】
一方、他車や充電器がない場合に高電圧側の第１バッテリ１２が空になると、低電圧側の第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２を充電する必要が生じる。これは、エンジンの始動時は高電圧側の第１バッテリ１２の出力が使用されるからである。ところが、第２バッテリ１３も空になっている場合、エンジン始動に必要な電力を供給できなくなる虞れが生じる。
【００６５】
そこで、この第３の実施の形態に係る車両用電源装置は、ＭＰＵ１１０で第１バッテリ１２の出力を常に監視し、充電の必要が生じれば、第２バッテリ１３が無負荷で且つ満充電になったタイミングで第１バッテリ１２を充電するように構成されている。
【００６６】
この第３の実施の形態に係る車両用電源装置では、図１に示したブロック図の第１バッテリ１２の入出力端子に第１バッテリ１２の残存容量を検出する容量センサ１７０（図１中破線で示す）が設けられている点が第１の実施の形態と異なる。また、車両用電源装置の中に含まれるＭＰＵ１１０の動作並びに電圧変換器１２０の構成及び動作が第１の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６７】
図２は、この第３の実施の形態に係る車両用電源装置に適用される電圧変換器１２０の一構成例を示すブロック図である。この電圧変換器１２０は、非絶縁型と呼ばれ、入出力端子は昇圧と降圧とで共用される。この電圧変換器１２０は周知であるので、以下では簡単に説明する。この電圧変換器１２０は、コンデンサＣ１〜Ｃ４、ダイオードＤ１及びＤ２、コイルＬ１及びＬ２、パワートランジスタＴ１及びＴ２、並びに制御回路１２１から構成されている。制御回路１２１は、ＭＰＵ１１０からの制御信号に応答して動作する。
【００６８】
この電圧変換器１２０で降圧を行う際は、高電圧側の入出力端子に印加された高電圧は、制御回路１２１の制御下でオン／オフするパワートランジスタＴ１を経由することにより矩形波電圧が生成される。この矩形波電圧はコイルＬ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３、Ｃ４により平滑化されて低電圧側の入出力端子に出力されるので、この入出力端子からは低電圧が得られる。
【００６９】
一方、この電圧変換器１２０で昇圧を行う際は、低電圧側の入出力端子に低電圧が印加されると、制御回路１２１の制御下でオン／オフするパワートランジスタＴ２によってコイルＬ２及びダイオードＤ２を経由した電荷がコンデンサＣ１、Ｃ２に累積的に充電されることにより昇圧され、高電圧側の入出力端子に出力されるので、この入出力端子からは高電圧が得られる。この昇圧を行うための構成は、本発明の逆電圧変換手段に対応する。
【００７０】
この第３の実施の形態に係る車両用電源装置においては、ＭＰＵ１１０は以下のように動作する。すなわち、ＭＰＵ１１０は、容量センサ１７０からの検出値を常に監視している。そして、容量センサ１７０からの検出値が所定値以下になったことを検出すると、第２バッテリ１３は、無負荷状態で且つ満充電状態であるかどうかを検査する。これは、上述した第１の実施の形態と同様の方法で行うことができる。
【００７１】
そして、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であることが検出されると、電圧変換器１２０内の制御回路１２１に昇圧開始を指示する制御信号を送る。これにより、電圧変換器１２０は、第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２に供給する。これにより、第１バッテリ１２の充電が行われる。
【００７２】
以上説明した第３の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、第１バッテリ１２の残存容量が一定以下になったときに第１バッテリ１２が充電されるので、第１バッテリ１２が空になることを回避できる。また、第１バッテリ１２の充電は、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であるという条件下で行われるので、第２バッテリ１３の残存容量が小さい時に、更に電流を持ち出されることによる第２バッテリ１３の劣化を防止できる。
【００７３】
（第４の実施の形態）
この第４の実施の形態に係る車両用電源装置は、第３の実施の形態に係る車両用電源装置において、第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２を充電する場合は発電機１０の発電量を抑えるようにしたものである。
【００７４】
発電機１０は、高電圧側の第１バッテリ１２と高電圧負荷１５１〜１５ｎに直接電力を供給する。この発電機の発電能力（最大電流値）はエンジンの回転数などに依存しているため、負荷の消費電力がこれを越えると回転数を増加させる。また、同じ回転数であっても、要求される消費電力によって発電量を調整する。
【００７５】
図３は、この第４の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。図１に示した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
発電機１０は、図３に示すように、その周囲に設けられたセンサにより、第１バッテリ１２の電圧、負荷電流、充電電流を監視している。そして、例えばエアーコンディショナ等の高電圧負荷１５１〜１５ｎの電源が投入された場合には、自動的に回転数をあげるように制御される。この発電機１０は、車内ＬＡＮによりジャンクションボックス１１内のＭＰＵ１１０に接続されている。
【００７７】
ＭＰＵ１１０は、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態のため電圧変換器１２０が停止状態であることを車内ＬＡＮを介して発電機１０に通知する。この通知を受け取った発電機１０は、高電圧負荷１５１〜１５ｎによる電力の消費や第１バッテリ１２の充電に必要な電力が少ない場合は、発生する電力量を抑制し、エンジンの回転数を上げないように制御する。また、発電機１０は、第１バッテリ１２の電圧が所定値より低いことを検知した場合は、昇圧命令を車内ＬＡＮを介してＭＰＵ１１０に送出する。この昇圧命令を受け取ったＭＰＵは、上記第３の実施の形態で説明したようにして、第１バッテリ１２を充電する。
【００７８】
以上説明した第４の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、低電圧側の第２バッテリ１３が無負荷で且つ満充電状態である場合、過剰となった電力を昇圧して高電圧側の第１バッテリ１２に供給すると共に、発電機１０の発電量を抑えるので、燃費を向上させることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、第２バッテリ及び第２負荷に流れる電流値に応じて電圧変換器による電圧変換動作が停止され、電圧変換器では電力が消費されないので、車両用電源装置の低消費電力化が実現できる。また、電圧変換器の電圧変換動作が停止された状態では、第２バッテリからの出力電圧にリップルは発生せず、電圧変換器が電圧変換動作を行っている状態では、第２バッテリを平滑用のコンデンサとして使用できるので、何れの状態でも平滑用のコンデンサを別途設ける必要がない。その結果、車両用電源装置を小型化できると共に、低価格化を実現できる。また、容量センサが第１バッテリの残存容量を検出し、制御手段は、容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、第１バッテリを充電するので、第１バッテリの過放電を防止できる。また、逆電圧変換動作は、第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に行われるので、第２バッテリの残存容量が小さいときに、更に電流が持ち出されることによる第２バッテリの劣化を防止できる。
【００８０】
また、請求項２に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下（無負荷状態）であり、且つバッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下（満充電状態）になった時に電圧変換器による電圧変換動作が停止されるので、上記請求項１に記載の発明と同様の作用・効果を奏する。
【００８１】
また、請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、スイッチに開放を指示していることにより、第２バッテリが無負荷状態であることを検出できるので、第２負荷に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、負荷電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００８２】
また、請求項４に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ所定レベル以上のリップルを有する場合に、電圧変換器による電圧変換動作を停止させるようにしたので、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するための電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００８３】
また、請求項５に記載の発明によれば、第２負荷への電力供給が停止されている状態から第２負荷への電力供給を開始させる際に、電圧変換器による電圧変換動作を開始させるように構成したので、無負荷時は第２バッテリへの過充電を防止できる。また、電力供給を開始する時に起こる第２バッテリの電圧低下を防止できる。
【００８６】
更に、請求項６に記載の発明によれば、制御手段の制御によって第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に第１のバッテリが充電されるが、制御手段は、更に、発電機の発電量が少なくなるように制御するので、発電機が消費する燃料が少なくて済み、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態に係る車両用電源装置で使用される電圧変換器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第４の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 発電機
１１ ジャンクションボックス
１２ 第１バッテリ
１３ 第２バッテリ
１４１〜１４ｎ 低電圧負荷
１５１〜１５ｎ 高電圧負荷
１１０ ＭＰＵ
１２０ 電圧変換器
１２１ 制御回路
１３０１〜１３０ｎ、１４０１〜１４０ｎ スイッチ
１５０ 負荷電流センサ
１６０ バッテリ電流センサ
１７０ 容量センサ
Ｆ、Ｆ１１〜Ｆ１ｎ、Ｆ２１〜Ｆ２ｎ ヒューズ
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｔ１、Ｔ２ パワートランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に異なる電圧を有する２系統の電源を構成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用電源装置の電源電圧を高電圧化することにより車体内の配線に流れる電流を小さくし、配線を軽量化する試みがなされている。ところが、例えばランプのように高電圧化が困難な負荷も存在するため、このような負荷に対しては、高電圧を電圧変換器で変換することにより得られた低電圧が供給されるようになっている。従って、この種の車両用電源装置は、高電圧系統と低電圧系統といった２系統の電源を備えている。
【０００３】
このような２系統の電源を備えた電源装置として、例えば、特開平１−１８５１９７号公報は、「車両用電源装置」を開示している。この車両用電源装置は、高電圧系統と低電圧系統との間にスイッチング素子を備えており、このスイッチング素子をオン／オフさせることにより所定のデューティを有する矩形波電圧を発生する。そして、この矩形波電圧が低電圧系統の電源として負荷に供給される。この場合、矩形波電圧の平均値、すなわち、矩形波の直流成分が低電圧系統の電源電圧となるので、デューティを変えることにより任意の電源電圧を発生させることができる。
【０００４】
また、高電圧化が困難な負荷として、例えば点火コイルが存在する。この点火コイルには低電圧を供給しなければならないが、上記のような矩形波電圧を供給すると誤動作する虞れがある。そこで、従来の車両用電源装置では、電圧変換器から出力される矩形波電圧をコンデンサで平滑化して点火コイルに供給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電圧変換器からの矩形波電圧を平滑化用のコンデンサを用いて平滑化しようとしてもリップルの発生は免れず、このリップルを十分に抑えようとすれば、大容量のコンデンサが必要になる。その結果、車両用電源装置が高価且つ大型になるという問題がある。
【０００６】
また、上述した従来の車両用電源装置では、バッテリからの電流をスイッチング素子でオン／オフするので、バッテリ側の電圧にもリップルが発生する。このリップルを除去するために、この従来の車両用電源装置では、複数の負荷を順次連続して動作させることにより、バッテリから流出する電流が常に一定になるように制御している。しかしながら、多数の負荷が同時に駆動される場合、複数の負荷を順次動作させるために各電圧波形のデューティが制限されるので、各負荷に必要な電力が得られないという問題がある。
【０００７】
なお、バッテリ側のリップルを吸収させるために、従来のバッテリを平滑コンデンサとして用いることも考えられるが、無負荷でバッテリが満充電の状態では、このバッテリによってリップルを十分に吸収させることができない。そのため、この場合も大容量の平滑用のコンデンサが必要になってしまう。
【０００８】
更に、電圧変換器は、その動作時には電力を消費するために、負荷電流が小さいときは変換効率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような諸問題を解消するためになされたものであり、その目的は、低消費電力化及び小型化が可能であり、しかも安価な車両用電源装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力を発生する発電機と、前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を第１負荷に供給する第１バッテリと、前記第１バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を第２負荷に供給する第２バッテリと、前記第２バッテリ及び前記第２負荷に流れる電流値に応じて前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させる制御手段と、前記第１バッテリの残存容量を検出する容量センサとを備え、
前記電圧変換器は、前記第２バッテリの出力電圧を前記第１バッテリの出力電圧に逆電圧変換する逆電圧変換手段を更に備え、前記制御手段は、更に、前記容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、前記第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、前記逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、前記第１バッテリを充電することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載の発明によれば、第２バッテリ及び第２負荷に流れる電流値に応じて電圧変換器による電圧変換動作が停止される。例えば、第２バッテリに流れる電流が小さく（満充電状態）なり、且つ第２負荷に流れる電流が小さく（無負荷状態）になった時に電圧変換器の電圧変換動作が停止させるように構成できる。その結果、電圧変換動作が停止されている電圧変換器では電力が消費されないので、車両用電源装置の低消費電力化が実現できる。
【００１２】
また、電圧変換器の電圧変換動作が停止された状態では、第２バッテリからの出力電圧にリップルは、発生しないので平滑化用のコンデンサは不要である。一方、電圧変換器が電圧変換動作を行っている状態では、第２バッテリは満充電になっておらず、第２バッテリを平滑用のコンデンサとして使用できる。従って、何れの状態でも平滑用のコンデンサを別途設ける必要がないので、車両用電源装置を小型化できると共に、低価格化を実現できる。また、容量センサが第１バッテリの残存容量を検出し、制御手段は、容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、第１バッテリを充電するので、第１バッテリの過放電を防止できる。また、逆電圧変換動作は、第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に行われるので、第２バッテリの残存容量が小さいときに、更に電流が持ち出されることによる第２バッテリの劣化を防止できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２負荷に流れる電流値を検出する負荷電流センサと、前記第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するバッテリ電流センサとを更に備え、前記制御手段は、前記負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下であり、且つ前記バッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下である場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする。
【００１４】
この請求項２に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下（無負荷状態）であり、且つバッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下（満充電状態）になった時に電圧変換器による電圧変換動作が停止されるので、請求項１に記載の発明と同様の作用・効果を奏する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２バッテリと前記第２負荷との間に設けられ、前記制御手段からの指示に応答して開閉するスイッチと、前記第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するバッテリ電流センサとを更に備え、前記制御手段は、前記スイッチに開放を指示しており、且つ前記バッテリ電流センサで検出された電流値が所定値以下である場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする。
【００１６】
この請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、スイッチに開放を指示していることにより、第２バッテリが無負荷状態であることを検出できるので、第２負荷に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、負荷電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電圧変換器の出力端子に流れる電流値を検出する負荷電流センサを更に備え、前記制御手段は、前記負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ前記負荷電流センサで検出された電流値が所定レベル以上のリップルを有する場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする。
【００１８】
この請求項４に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ所定レベル以上のリップルを有する場合に、電圧変換器による電圧変換動作を停止させるようにしたので、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するための電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記制御手段は、電力供給が停止されている前記第２負荷への電力供給を開始させる際に、前記電圧変換器による電圧変換動作を開始させることを特徴とする。
【００２０】
この請求項５に記載の発明によれば、第２負荷への電力供給が停止されている状態から第２負荷への電力供給を開始させる際に、電圧変換器による電圧変換動作を開始させるように構成したので、無負荷時は第２バッテリへの過充電を防止できる。また、電力供給を開始する時に起こる第２バッテリの電圧低下を防止できる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、更に、前記発電機の発電量が少なくなるように該発電機を制御することを特徴とする。
【００２４】
この請求項６に記載の発明によれば、制御手段の制御によって第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に第１のバッテリが充電されるが、制御手段は、更に、発電機の発電量が少なくなるように制御するので、発電機が消費する燃料が少なくて済み、燃費を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、電圧変換器がジャンクションボックス内に配置され、これらが一体に構成されている例を示すが、電圧変換器とジャンクションボックスとは別体に構成してもよい。この実施の形態のように、電圧変換器とジャンクションボックスとを一体に構成すれば、ジャンクションボックス内の構成要素を制御するためのマイクロコンピュータ（以下、「ＭＰＵ」という）を電圧変換器の制御に共有できるという利点がある。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の電気的な構成を示すブロック図である。この車両用電源装置は、発電機１０、ジャンクションボックス１１、第１バッテリ１２、第２バッテリ１３、低電圧負荷１４１〜１４ｎ及び高電圧負荷１５１〜１５ｎから構成されている。
【００２７】
発電機１０は、図示しないエンジンの回転により駆動されて直流電力を発生する。この発電機１０で発生された直流電力は、ジャンクションボックス１１及び第１バッテリ１２に供給される。
【００２８】
第１バッテリ１２は、例えば４２ボルトといった高電圧の電力を蓄えて出力する蓄電池である。この第１バッテリ１２は、発電機１０からの直流電力により充電される。また、この第１バッテリ１２から出力される高電圧の電力はジャンクションボックス１１に供給される。
【００２９】
第２バッテリ１３は、例えば１２ボルトといった低電圧の電力を蓄えて出力する蓄電池である。この第２バッテリ１３は、ジャンクションボックス１１からの直流電力により充電される。また、この第２バッテリ１３から出力される低電圧の電力はジャンクションボックス１１に供給される。
【００３０】
低電圧負荷１４１〜１４ｎは、本発明の第２負荷に対応し、例えばヘッドライト、テールランプ、車内灯といったランプ類や点火プラグ等から構成されている。この低電圧負荷１４１〜１４ｎには、ジャンクションボックス１１から供給される低電圧の電力により駆動される。
【００３１】
高電圧負荷１５１〜１５ｎは、本発明の第１負荷に対応し、例えばワイパー、パワーウインドウ等を駆動するモータから構成されている。この高電圧負荷１５１〜１５ｎには、ジャンクションボックス１１から供給される高電圧の電力により駆動される。
【００３２】
ジャンクションボックス１１は、第１バッテリ１２から供給される直流電力を各負荷に分配すると共に、第２バッテリ１３に供給する。このジャンクションボックス１１には、ＭＰＵ１１０、電圧変換器１２０、スイッチ１３０１〜１３０ｎ及び１４０１〜１４０ｎ、負荷電流センサ１５０、バッテリ電流センサ１６０並びにヒューズＦ１１〜Ｆ１ｎ及びＦ２１〜Ｆ２ｎを含んでいる。
【００３３】
ＭＰＵ１１０は、この車両用電源装置の全体を制御する。このＭＰＵ１１０には、スイッチ１３０１〜１３０ｎ及び１４０１〜１４０ｎの制御端子、負荷電流センサ１５０、バッテリ電流センサ１６０及び車内ＬＡＮの回線が接続されている。また、このＭＰＵ１１０の電源端子は、第２バッテリ１３に接続されており、該第２バッテリ１３から電力が供給されるようになっている。
【００３４】
このＭＰＵ１１０は、例えば、負荷電流センサ１５０及びバッテリ電流センサ１６０からの信号に基づいて電圧変換器１２０の電圧変換動作の停止及び開始を制御する。また、ＭＰＵ１１０は、スイッチ１３０１〜１３０ｎ及び１４０１〜１４０ｎの開閉を制御する。更に、ＭＰＵ１１０は、車内ＬＡＮにより、車両の他の部分（図示しない）と信号の送受を行う。例えばヘッドライトを点灯するためのライトスイッチ（図示しない）からの信号は、数〜数十ミリ秒に１回程度の割合で車内ＬＡＮを介してＭＰＵ１１０に送られてくる。ＭＰＵ１１０は、後述するように、車内ＬＡＮからの信号に基づいてヘッドライトを点灯させる。
【００３５】
電圧変換器１２０の入力端子は、ヒューズＦを介して第１バッテリ１２に接続されている。また、出力端子は、ヒューズＦ２１〜Ｆ２ｎを介してスイッチ１３０１〜１３０ｎにそれぞれ接続されると共に、ＭＰＵ１１０及び第２バッテリ１３に接続されている。
【００３６】
この電圧変換器１２０は、発電機１０及び第１バッテリ１２からヒューズＦを介して入力端子に供給された高電圧（４２ボルトの直流電圧）から所定のデューティを有する矩形波電圧を生成し、これを低電圧（矩形波電圧の平均値が１２ボルト）の電力として出力端子から出力する。また、この電圧変換器１２０は、ＭＰＵ１１０からの制御信号に応答して電圧変換動作の開始及び停止を行う。
【００３７】
スイッチ１３０１〜１３０ｎの入力端子は、それぞれヒューズＦ１１〜Ｆ１ｎを介して第１バッテリ１２に接続されている。また、スイッチ１３０１〜１３０ｎの出力端子は、高電圧負荷１５１〜１５ｎにそれぞれ接続されている。スイッチ１３０１〜１３０ｎの各々は、ＭＰＵ１１０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、第１バッテリ１２からの直流電力を高電圧負荷１５１〜１５ｎに供給する。
【００３８】
スイッチ１４０１〜１４０ｎの入力端子は、それぞれヒューズＦ２１〜Ｆ２ｎを介して第２バッテリ１３に接続されている。また、スイッチ１４０１〜１４０ｎの出力端子は、低電圧負荷１４１〜１４ｎにそれぞれ接続されている。スイッチ１４０１〜１４０ｎの各々は、ＭＰＵ１１０からその制御端子に入力される制御信号に応答して開閉し、第２バッテリ１３からの直流電力を低電圧負荷１４１〜１４ｎに供給する。
【００３９】
負荷電流センサ１５０は、電圧変換器１２０の出力端子の近傍に配置され、この電圧変換器１２０から出力される電流の大きさを検出する。この負荷電流センサ１５０で検出された電流値は、ＭＰＵ１１０に送られる。
【００４０】
バッテリ電流センサ１６０は、第２バッテリ１３の入出力端子の近傍に配置され、この第２バッテリ１３に入出力する電流の大きさを検出する。このバッテリ電流センサ１６０で検出された電流値は、ＭＰＵ１１０に送られる。
【００４１】
次に、このように構成された本発明の第１の実施の形態に係る車両用電源装置の動作を説明する。以下では、ヘッドライトが低電圧負荷１４１に割り当てられているものとして説明する。
【００４２】
まず、図示しないイグニッションスイッチが投入されると、発電機１０は発電を開始する。この際、第１バッテリ１２の出力電圧が規定値より小さい場合は、該第１バッテリ１２は、発電機１０からの直流電力により充電される。第１バッテリ１２から出力される４２ボルトの直流電力は、ヒューズＦを介して電圧変換器１２０に供給されると共に、ヒューズＦ１１〜Ｆ１ｎを介してスイッチ１３０１〜１３０ｎの入力端子にそれぞれ供給される。
【００４３】
一方、ＭＰＵ１１０は、イグニッションスイッチが投入されることにより第２バッテリ１３からの直流電力によって動作を開始し、電圧変換の開始を指示する制御信号を生成して電圧変換器１２０に送る。電圧変換器１２０は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。すなわち、第１バッテリ１２から入力端子に供給された４２ボルトの高電圧を１２ボルトの低電圧に変換して出力端子から出力する。この際、第２バッテリ１３の出力電圧が規定値より小さい場合は、該第２バッテリ１３は、電圧変換器１２０からの直流電力により充電される。
【００４４】
第２バッテリ１３から出力された１２ボルトの直流電力は、ＭＰＵ１１０に供給されると共に、ヒューズＦ２１〜Ｆ２ｎを介してスイッチ１４０１〜１４０ｎの入力端子にそれぞれ供給される。これにより、車両用電源装置は定常状態に入る。
【００４５】
この定常状態で、例えばヘッドライトを点灯するためのライトスイッチ（図示しない）が操作されると、ヘッドライトの駆動を指示するための駆動指示信号が車内ＬＡＮを経由してＭＰＵ１１０に送られてくる。このヘッドライトの駆動指示信号を受け取ったＭＰＵ１１０は、スイッチの閉成を指示する制御信号を生成し、スイッチ１４０１の制御端子に供給する。これにより、スイッチ１４０１が閉成され、第２バッテリ１３からの電力が低電圧負荷１４１に供給され、ヘッドライトが点灯する。
【００４６】
また、この定常状態に入ると、ＭＰＵ１１０は、負荷電流センサ１５０からの電流値を定期的に取り込んで負荷の状態の監視を開始すると共に、バッテリ電流センサ１６０からの電流値を定期的に取り込んで第２バッテリ１３の状態の監視を開始する。すなわち、ＭＰＵ１１０は、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であるかどうかの検査を開始する。
【００４７】
この検査は、以下の方法（第１の方法）で行われる。すなわち、電圧変換器１２０から出力される電流は、主に低電圧負荷１４１〜１４ｎへ供給される負荷電流と第２バッテリ１３へ供給される充電電流とから構成されているが、無負荷の状態（スイッチ１４０１〜１４０ｎが何れも開放されている状態）では負荷電流は流れない。また、第２バッテリ１３が満充電であれば充電電流も流れない。
【００４８】
従って、負荷電流センサ１５０で検出される電流値及びバッテリ電流センサ１６０で検出される電流値は何れも小さい。そこで、ＭＰＵ１１０は、負荷電流センサ１５０で検出される電流値が第１の所定値より小さく、且つバッテリ電流センサ１６０で検出される電流値が第２の所定値より小さい場合に、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であることを検出する。
【００４９】
上記検査は、他の方法（第２の方法）で行うこともできる。すなわち、ＭＰＵ１１０は、車内ＬＡＮからの低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動指示信号を受信するので、この駆動指示信号の有無を調べることにより第２バッテリ１３が無負荷であるかどうかを知ることができる。
【００５０】
そこで、ＭＰＵ１１０は、低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動指示信号が１つも存在せず、且つバッテリ電流センサ１６０で検出された電流値が所定値より小さい場合に、第２バッテリ１３が、無負荷状態で且つ満充電状態であることを検出する。この方法によれば、負荷電流センサ１５０が不要になるという利点がある。
【００５１】
上記検査は、更に他の方法（第３の方法）で行うこともできる。すなわち、第２バッテリ１３は、満充電状態になると、リップルを吸収できずにコンデンサとして機能しなくなる。その結果、第２バッテリ１３の入出力端子での電圧のリップルが大きくなる。この場合、電圧のリップルは負荷が増大すると大きくなる傾向にあるので、該リップルが大きくなったことだけで第２バッテリ１３が満充電状態であると断定することはできない。
【００５２】
そこで、ＭＰＵ１１０は、負荷電流センサ１５０で検出された電流値が所定値より小さいことにより第２バッテリ１３が無負荷状態であることを判断し、且つ負荷電流センサ１５０で検出された電流値のリップルのレベルが所定レベル値より大きい場合に、第２バッテリ１３が満充電状態であることを検出する。この方法によれば、バッテリ電流センサ１６０が不要になるという利点がある。なお、この第３の方法では、第２バッテリ１３が無負荷であるかどうかの判断は、上記第２の方法と同様に、低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動指示信号が１つも存在しないかどうかに基づいて判断することもできる。
【００５３】
ＭＰＵ１１０は、上記のようにして第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態であることを検出すると、電圧変換動作の停止を指示する制御信号を生成して電圧変換器１２０に送る。電圧変換器１２０は、この制御信号に応答して電圧変換動作を停止する。これにより、電圧変換器１２０での電力消費が抑止されるので、この車両用電源装置の低消費電力化が実現されている。また、電圧変換器１２０が電圧変換動作を停止することにより第２バッテリ１３の出力にリップルは発生しない。
【００５４】
また、上記のように構成される車両用電源装置では、第２バッテリ１３が満充電状態でない場合は、電圧変換器１２０による電圧変換動作が行われ、矩形波電圧が第２バッテリ１３に供給される。ところが、第２バッテリ１３が満充電でない場合は、該第２バッテリ１３は平滑用のコンデンサとしての機能を発揮するので、電圧変換器１２０から出力される矩形波電圧のリップルは吸収されて平滑化される。
【００５５】
その結果、電圧変換器１２０が電圧変換動作中であるか否かに拘わらず電圧変換器１２０の出力端子（第２バッテリ１３の入出力端子）では平滑化された電圧が得られるので、従来の車両用電源装置のように、電圧変換器１２０の出力端子に大容量のコンデンサを設ける必要がない。従って、車両用電源装置を小型化できると共に、低廉化が可能である。
【００５６】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態に係る車両用電源装置は、電圧変換器１２０の電圧変換動作の停止中に低電圧負荷１４１〜１４ｎが駆動された場合に、第２バッテリ１３の入出力端子で発生するリップルを抑止するようにしたものである。
【００５７】
この第２の実施の形態に係る車両用電源装置の構成は、図１のブロック図に示した構成と同じであり、ＭＰＵ１１０の動作だけが異なる。
【００５８】
上述した第１の実施の形態に係る車両用電源装置において、電圧変換器１２０の電圧変換動作の停止中に低電圧負荷１４１〜１４ｎが駆動されると、第２バッテリ１３の出力電圧が急激に低下する場合がある。このような状態が発生するのを回避するために、ＭＰＵ１１０は以下のように動作する。
【００５９】
すなわち、ＭＰＵ１１０は、車内ＬＡＮから低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動を指示するための駆動指示信号が入力された場合に、電圧変換器１２０が電圧変換動作の停止中であれば、電圧変換動作の開始を指示する制御信号を生成して電圧変換器１２０に送る。電圧変換器１２０は、この制御信号に応答して電圧変換動作を開始する。
【００６０】
これにより、電源供給開始に伴う第２バッテリの電圧低下を防止できる。また、低電圧負荷１４１〜１４ｎの駆動を指示するための駆動指示信号が入力された場合にのみ、電圧変換器１２０は、電圧変換動作を開始するので、無負荷時における第２バッテリ１３への過充電を防ぐことができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態に係る車両用電源装置は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置における電圧変換器１２０に昇圧機能を設け、高電圧側の第１バッテリの残存容量が少なくなり且つ低電圧側の第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態であれば、該第１バッテリを充電するようにしたものである。
【００６２】
一般に、高電圧側の第１バッテリ１２が空になってしまった場合、これを充電する方法として、高電圧で第１バッテリ１２を直接充電する方法及び低電圧側の第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２を充電する方法がある。前者の方法は、例えば他車に搭載されている高電圧のバッテリに第１バッテリ１２を直接接続して充電することが考えられるが、高電圧同士を接続することになるので取り扱いが難しい。
【００６３】
そこで、他車に搭載されている低電圧のバッテリに第２バッテリ１３を接続し、この第２バッテリ１３の出力を昇圧して高電圧の第１バッテリ１２を充電する後者の方法が取り扱いも簡単であり現実的である。また、この方法によれば、第２バッテリ１３を直接充電する場合は、従来の充電器を利用できるという利点もある。
【００６４】
一方、他車や充電器がない場合に高電圧側の第１バッテリ１２が空になると、低電圧側の第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２を充電する必要が生じる。これは、エンジンの始動時は高電圧側の第１バッテリ１２の出力が使用されるからである。ところが、第２バッテリ１３も空になっている場合、エンジン始動に必要な電力を供給できなくなる虞れが生じる。
【００６５】
そこで、この第３の実施の形態に係る車両用電源装置は、ＭＰＵ１１０で第１バッテリ１２の出力を常に監視し、充電の必要が生じれば、第２バッテリ１３が無負荷で且つ満充電になったタイミングで第１バッテリ１２を充電するように構成されている。
【００６６】
この第３の実施の形態に係る車両用電源装置では、図１に示したブロック図の第１バッテリ１２の入出力端子に第１バッテリ１２の残存容量を検出する容量センサ１７０（図１中破線で示す）が設けられている点が第１の実施の形態と異なる。また、車両用電源装置の中に含まれるＭＰＵ１１０の動作並びに電圧変換器１２０の構成及び動作が第１の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６７】
図２は、この第３の実施の形態に係る車両用電源装置に適用される電圧変換器１２０の一構成例を示すブロック図である。この電圧変換器１２０は、非絶縁型と呼ばれ、入出力端子は昇圧と降圧とで共用される。この電圧変換器１２０は周知であるので、以下では簡単に説明する。この電圧変換器１２０は、コンデンサＣ１〜Ｃ４、ダイオードＤ１及びＤ２、コイルＬ１及びＬ２、パワートランジスタＴ１及びＴ２、並びに制御回路１２１から構成されている。制御回路１２１は、ＭＰＵ１１０からの制御信号に応答して動作する。
【００６８】
この電圧変換器１２０で降圧を行う際は、高電圧側の入出力端子に印加された高電圧は、制御回路１２１の制御下でオン／オフするパワートランジスタＴ１を経由することにより矩形波電圧が生成される。この矩形波電圧はコイルＬ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３、Ｃ４により平滑化されて低電圧側の入出力端子に出力されるので、この入出力端子からは低電圧が得られる。
【００６９】
一方、この電圧変換器１２０で昇圧を行う際は、低電圧側の入出力端子に低電圧が印加されると、制御回路１２１の制御下でオン／オフするパワートランジスタＴ２によってコイルＬ２及びダイオードＤ２を経由した電荷がコンデンサＣ１、Ｃ２に累積的に充電されることにより昇圧され、高電圧側の入出力端子に出力されるので、この入出力端子からは高電圧が得られる。この昇圧を行うための構成は、本発明の逆電圧変換手段に対応する。
【００７０】
この第３の実施の形態に係る車両用電源装置においては、ＭＰＵ１１０は以下のように動作する。すなわち、ＭＰＵ１１０は、容量センサ１７０からの検出値を常に監視している。そして、容量センサ１７０からの検出値が所定値以下になったことを検出すると、第２バッテリ１３は、無負荷状態で且つ満充電状態であるかどうかを検査する。これは、上述した第１の実施の形態と同様の方法で行うことができる。
【００７１】
そして、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であることが検出されると、電圧変換器１２０内の制御回路１２１に昇圧開始を指示する制御信号を送る。これにより、電圧変換器１２０は、第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２に供給する。これにより、第１バッテリ１２の充電が行われる。
【００７２】
以上説明した第３の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、第１バッテリ１２の残存容量が一定以下になったときに第１バッテリ１２が充電されるので、第１バッテリ１２が空になることを回避できる。また、第１バッテリ１２の充電は、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態であるという条件下で行われるので、第２バッテリ１３の残存容量が小さい時に、更に電流を持ち出されることによる第２バッテリ１３の劣化を防止できる。
【００７３】
（第４の実施の形態）
この第４の実施の形態に係る車両用電源装置は、第３の実施の形態に係る車両用電源装置において、第２バッテリ１３の出力を昇圧して第１バッテリ１２を充電する場合は発電機１０の発電量を抑えるようにしたものである。
【００７４】
発電機１０は、高電圧側の第１バッテリ１２と高電圧負荷１５１〜１５ｎに直接電力を供給する。この発電機の発電能力（最大電流値）はエンジンの回転数などに依存しているため、負荷の消費電力がこれを越えると回転数を増加させる。また、同じ回転数であっても、要求される消費電力によって発電量を調整する。
【００７５】
図３は、この第４の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。図１に示した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
発電機１０は、図３に示すように、その周囲に設けられたセンサにより、第１バッテリ１２の電圧、負荷電流、充電電流を監視している。そして、例えばエアーコンディショナ等の高電圧負荷１５１〜１５ｎの電源が投入された場合には、自動的に回転数をあげるように制御される。この発電機１０は、車内ＬＡＮによりジャンクションボックス１１内のＭＰＵ１１０に接続されている。
【００７７】
ＭＰＵ１１０は、第２バッテリ１３が無負荷状態で且つ満充電状態のため電圧変換器１２０が停止状態であることを車内ＬＡＮを介して発電機１０に通知する。この通知を受け取った発電機１０は、高電圧負荷１５１〜１５ｎによる電力の消費や第１バッテリ１２の充電に必要な電力が少ない場合は、発生する電力量を抑制し、エンジンの回転数を上げないように制御する。また、発電機１０は、第１バッテリ１２の電圧が所定値より低いことを検知した場合は、昇圧命令を車内ＬＡＮを介してＭＰＵ１１０に送出する。この昇圧命令を受け取ったＭＰＵは、上記第３の実施の形態で説明したようにして、第１バッテリ１２を充電する。
【００７８】
以上説明した第４の実施の形態に係る車両用電源装置によれば、低電圧側の第２バッテリ１３が無負荷で且つ満充電状態である場合、過剰となった電力を昇圧して高電圧側の第１バッテリ１２に供給すると共に、発電機１０の発電量を抑えるので、燃費を向上させることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、第２バッテリ及び第２負荷に流れる電流値に応じて電圧変換器による電圧変換動作が停止され、電圧変換器では電力が消費されないので、車両用電源装置の低消費電力化が実現できる。また、電圧変換器の電圧変換動作が停止された状態では、第２バッテリからの出力電圧にリップルは発生せず、電圧変換器が電圧変換動作を行っている状態では、第２バッテリを平滑用のコンデンサとして使用できるので、何れの状態でも平滑用のコンデンサを別途設ける必要がない。その結果、車両用電源装置を小型化できると共に、低価格化を実現できる。また、容量センサが第１バッテリの残存容量を検出し、制御手段は、容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、第１バッテリを充電するので、第１バッテリの過放電を防止できる。また、逆電圧変換動作は、第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に行われるので、第２バッテリの残存容量が小さいときに、更に電流が持ち出されることによる第２バッテリの劣化を防止できる。
【００８０】
また、請求項２に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下（無負荷状態）であり、且つバッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下（満充電状態）になった時に電圧変換器による電圧変換動作が停止されるので、上記請求項１に記載の発明と同様の作用・効果を奏する。
【００８１】
また、請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、スイッチに開放を指示していることにより、第２バッテリが無負荷状態であることを検出できるので、第２負荷に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、負荷電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００８２】
また、請求項４に記載の発明によれば、負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ所定レベル以上のリップルを有する場合に、電圧変換器による電圧変換動作を停止させるようにしたので、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出する必要がない。その結果、第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するための電流センサが不要になるので、車両用電源装置を安価に構成できる。
【００８３】
また、請求項５に記載の発明によれば、第２負荷への電力供給が停止されている状態から第２負荷への電力供給を開始させる際に、電圧変換器による電圧変換動作を開始させるように構成したので、無負荷時は第２バッテリへの過充電を防止できる。また、電力供給を開始する時に起こる第２バッテリの電圧低下を防止できる。
【００８６】
更に、請求項６に記載の発明によれば、制御手段の制御によって第２バッテリが満充電状態且つ無負荷状態の時に第１のバッテリが充電されるが、制御手段は、更に、発電機の発電量が少なくなるように制御するので、発電機が消費する燃料が少なくて済み、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態に係る車両用電源装置で使用される電圧変換器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第４の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 発電機
１１ ジャンクションボックス
１２ 第１バッテリ
１３ 第２バッテリ
１４１〜１４ｎ 低電圧負荷
１５１〜１５ｎ 高電圧負荷
１１０ ＭＰＵ
１２０ 電圧変換器
１２１ 制御回路
１３０１〜１３０ｎ、１４０１〜１４０ｎ スイッチ
１５０ 負荷電流センサ
１６０ バッテリ電流センサ
１７０ 容量センサ
Ｆ、Ｆ１１〜Ｆ１ｎ、Ｆ２１〜Ｆ２ｎ ヒューズ
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｔ１、Ｔ２ パワートランジスタ
Claims (6)
- 電力を発生する発電機と、
前記発電機から出力される電力により充電され、充電された電力を第１負荷に供給する第１バッテリと、
前記第１バッテリの出力電圧を他の電圧に電圧変換する電圧変換器と、
前記電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を第２負荷に供給する第２バッテリと、
前記第２バッテリ及び前記第２負荷に流れる電流値に応じて前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させる制御手段と、
前記第１バッテリの残存容量を検出する容量センサとを備え、
前記電圧変換器は、前記第２バッテリの出力電圧を前記第１バッテリの出力電圧に逆電圧変換する逆電圧変換手段を更に備え、前記制御手段は、更に、前記容量センサからの検出値が第１の所定値以下であり、前記第２バッテリが無負荷状態で且つ満充電状態である場合に、前記逆電圧変換手段による逆電圧変換動作を行わせ、前記第１バッテリを充電することを特徴とする車両用電源装置。 - 前記第２負荷に流れる電流値を検出する負荷電流センサと、
前記第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するバッテリ電流センサとを更に備え、
前記制御手段は、
前記負荷電流センサで検出された電流値が第２の所定値以下であり、且つ前記バッテリ電流センサで検出された電流値が第３の所定値以下である場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。 - 前記第２バッテリと前記第２負荷との間に設けられ、前記制御手段からの指示に応答して開閉するスイッチと、
前記第２バッテリの入出力端子に流れる電流値を検出するバッテリ電流センサ、とを更に備え、
前記制御手段は、
前記スイッチに開放を指示しており、且つ前記バッテリ電流センサで検出された電流値が所定値以下である場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。 - 前記電圧変換器の出力端子に流れる電流値を検出する負荷電流センサを更に備え、
前記制御手段は、
前記負荷電流センサで検出された電流値が所定値以下であり、且つ前記負荷電流センサで検出された電流値が所定レベル以上のリップルを有する場合に、前記電圧変換器による電圧変換動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。 - 前記制御手段は、
電力供給が停止されている前記第２負荷への電力供給を開始させる際に、前記電圧変換器による電圧変換動作を開始させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両用電源装置。 - 前記制御手段は、更に、前記発電機の発電量が少なくなるように該発電機を制御する請求項１に記載の車両用電源装置。
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