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JP4162645B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両を走行させるモーターに電力を供給する走行用バッテリの出力側にコンタクタを接続している車両用の電源装置に関する。
車両用の電源装置は、出力電圧の高い走行用バッテリを備えている。この電源装置は、正負の出力側にコンタクタを接続している。コンタクタは、イグニッションスイッチをオンにして車両を走行させるときにオンに切り換えられる。コンタクタをオンに切り換えている電源装置は、走行用バッテリから車両の走行用モーターに電力を供給できる状態となる。イグニッションスイッチをオフにして車両を停止させるときに、あるいは異常時に、コンタクタはオフに切り換えられて電流を遮断する。車両がクラッシュしたときやメンテナンスをするときに安全性を確保するためである。以上のことを実現するために、走行用バッテリの出力側にコンタクタを接続する電源装置は開発されている（特許文献１参照）。
特開平８−１８２１１５号公報
この公報にも記載されるように、出力側にコンタクタを接続している車両用の電源装置は、コンタクタを電装用バッテリでオンオフに切り換える。ほとんどの車両は、電装用バッテリとして、定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリを使用する。この電装用バッテリは、種々の要因で電圧が、たとえば８〜１６Ｖと大幅に変動することがある。イグニッションスイッチがオフとなって、充電されない状態で多量の電力を消費するとき、電圧が特に低くなる。たとえば、イグニッションスイッチをオフにして前照灯を点灯し、あるいはエアコンのファンを強く回転し、あるいはワイパーを駆動する等して電力消費を大きくすると、電装用バッテリの電圧は著しく低下する。とくに、電装用バッテリが劣化して内部抵抗が大きくなって、容量が小さくなっていると電圧の低下はさらに大きくなる。さらに、外気の温度が異常に低くなって電装用バッテリの能力が低下するときにも電圧は低下する。イグニッションスイッチがオンに切り換えられて、車両を走行させる状態、すなわち電装用バッテリが充電状態にあるとき、電圧は比較的安定する。ただ、この状態にあっても、大電流で充電されると電圧は上昇し、充電量が放電量よりも少ないと電圧は低下する。イグニッションスイッチをオンにする状態で、電装用バッテリの電圧は、車両に搭載されるレギュレータで調整される。レギュレータは、電装用バッテリの電圧を検出して、充電電流を制御して、電圧を一定の範囲に調整する。レギュレータは、電装用バッテリの電圧が１３〜１５Ｖとなるように、充電電流を制御する。レギュレータが設定する電圧範囲は相当な幅があり、また、レギュレータが充電電流を変更するときに電圧が一時的に高くなることがある。さらに、充電電流が小さい状態で大電流が消費されると、充電量が放電量よりも少なくなって、電装用バッテリの電圧が低下することもある。このように電装用バッテリの電圧は種々の要因で大きく変動する。
コンタクタのコイルの定格電圧は、電装用バッテリの定格電圧に設定される。したがって、電装用バッテリの定格電圧が１２Ｖであると、コンタクタのコイルの定格電圧も１２Ｖに設定される。１２Ｖ定格のコイルは、感動電圧が７５％とすれば９Ｖとなる。このコンタクタのコイルは、９Ｖ以下の電圧、たとえば８Ｖに低下すると正常に切り換えできなくなる。また、１２Ｖ定格のコイルの最大許容電圧を１３０％とすると、１５．６Ｖとなる。このため、１６Ｖの電圧が供給されると、最大許容電圧を越えて故障する可能性がある。
電装用バッテリの電圧変動範囲が、コンタクタのコイルに供給できる許容電圧範囲を越えるので、従来の電源装置は、電装用バッテリの出力を、ＰＷＭ等の方式の電圧調整回路で電圧調整して、コンタクタのコイルに供給している。しかしながら、ＰＷＭ等の電圧調整回路は回路構成が複雑で部品点数も多く、コストアップになる欠点がある。また、ＰＷＭの電圧調整回路は、スイッチング素子をオンオフに切り換えるデューティー比で出力電圧を調整するので、パルス性のノイズが他の回路に悪い影響を与える恐れがある。ノイズは車両の動作不良の原因となるので、極力少なくすることが大切である。
本発明は、従来の電源装置が有するこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路構成としながら、電圧変動の大きい電装用バッテリでもって、コンタクタを正常にオンオフに切り換えることができる車両用の電源装置を提供することにある。
本発明の車両用の電源装置は、複数の電池を直列に接続している走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１の正負の出力側に接点を接続している一対のコンタクタ２と、一対のコンタクタ２をオンオフに切り換える切換回路４と、コンタクタ２のコイルに通電して、コンタクタ２の接点をオンオフに切り換える電装用バッテリ６とを備える。切換回路４は、電装用バッテリ６の電圧を検出する電圧検出回路７と、一対のコンタクタ２のコイルを直列に接続して両方のコンタクタ２の接点をオンに切り換える直列切換回路と、一対のコンタクタ２のコイルを並列に接続してコンタクタ２の接点をオンに切り換える並列切換回路とを備える。切換回路４は、電圧検出回路７で電装用バッテリ６の電圧を検出し、電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも高いときは、直列切換回路でもって一対のコンタクタ２のコイルを直列に接続して接点をオンに切り換え、電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも低いときは、並列切換回路でもって一対のコンタクタ２のコイルを並列に接続して接点をオンに切り換える。
本発明の請求項２の車両用の電源装置は、複数の電池を直列に接続している走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１の正負の出力側に接点を接続している第１のコンタクタ２ａ及び第２のコンタクタ２ｂと、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂの接点をオンオフに切り換える切換回路４と、第１のコンタクタ２ａ及び第２のコンタクタ２ｂのコイルに通電して、コンタクタ２の接点をオンオフに切り換える電装用バッテリ６とを備える。切換回路４は、電装用バッテリ６の電圧を検出する電圧検出回路７を備えると共に、この電圧検出回路７でオンオフに切り換えられるスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4と、コンタクタ２のコイルを直列に接続する中間スイッチ８とを備える。ふたつのスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2は、第１のコンタクタ２ａのコイルの両端に接続されて、第１のコンタクタ２ａのコイルを電装用バッテリ６に接続している。さらに、別のふたつのスイッチング素子Ｑ3、Ｑ4は、第２のコンタクタ２ｂのコイルの両端に接続されて、第２のコンタクタ２ｂのコイルを電装用バッテリ６に接続している。中間スイッチ８は、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側と、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側に接続している。切換回路４は、電圧検出回路７でもって電装用バッテリ６の電圧を検出し、電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも低いときは、全てのスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4をオンにして、第１のコンタクタ２ａのコイルと第２のコンタクタ２ｂのコイルをスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4を介して電装用バッテリ６に並列に接続して接点をオンに切り換える。さらに、切換回路４は、電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも高いときは、第１のコンタクタ２ａのコイルのマイナス側に接続しているスイッチング素子Ｑ1と、第２のコンタクタ２ｂのコイルのプラス側に接続しているスイッチング素子Ｑ4をオン、その他のスイッチング素子Ｑ2、Ｑ3をオフとし、さらに中間スイッチ８をオンにして、第１のコンタクタ２ａのコイルと第２のコンタクタ２ｂのコイルをスイッチング素子Ｑ1、Ｑ4を介して電装用バッテリ６に直列に接続して接点をオンに切り換える。
本発明の車両用の電源装置は、中間スイッチ８をダイオードとすることができる。本発明の車両用の電源装置は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4をがＦＥＴとすることができる。さらに、本発明の車両用の電源装置は、コンタクタ２のコイルと直列に電流制限抵抗Ｒ1、Ｒ2を接続することができる。
さらに、本発明の車両用の電源装置は、コンタクタ２のオン時のチャージ電流を減少するプリチャージ回路３を備え、このプリチャージ回路３に、コンタクタ２よりも先にオンに切り換えられるプリチャージリレー３Ａを備えることができる。さらに、この電源装置は、プリチャージリレー３Ａのコイルにプリチャージスイッチング素子Ｑ5を直列に接続してなる直列接続回路を、接点をマイナス側の出力端子に接続しているマイナス側のコンタクタ２Ｂのコイルとスイッチング素子Ｑ3との直列接続回路に並列に接続して、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオンに切り換える状態で、プリチャージリレー３Ａをオンに切り換えてプリチャージすることができる。
本発明の車両用の電源装置は、極めて簡単な回路構成で、電圧変動の大きい電装用バッテリでもって、コンタクタを正常にオンオフに切り換えできる特長がある。それは、本発明の電源装置が、電装用バッテリの電圧が低いときは、第１のコンタクタと第２のコンタクタのコイルを電装用バッテリに並列に接続してオンに切り換え、電装用バッテリの電圧が高いときは、第１のコンタクタと第２のコンタクタのコイルを直列に接続して電装用バッテリでオンに切り換えるからである。互いに並列に接続して電装用バッテリに接続される第１と第２のコンタクタのコイルは、電装用バッテリの電圧に近い電圧でオンに切り換えされる。直列に接続して電装用バッテリに接続されるコンタクタのコイルは、電装用バッテリの電圧の１／２以下の電圧でオンに切り換えされる。したがって、第１と第２のコンタクタのコイルを並列と直列に切り換える簡単な回路で、コンタクタのコイルの供給電圧を大幅に変更できる。この回路構成は、ＰＷＭで電圧調整する回路に比較して極めて簡単な構造にでき、しかも部品点数も著しく削減できる。このため、低コストに製作できる特長がある。また、コンタクタのコイルの供給電圧を大幅に変更できるので、電装用バッテリの電圧が大きく変動しても、コンタクタのコイルには正常に動作する電圧範囲の電圧を供給できる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図１に示す車両用の電源装置は、ハイブリッドカーに搭載され、あるいは電気自動車に搭載されて、負荷１０として接続されるモーターを駆動して車両を走行させる。この図の電源装置は、走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１の出力側に接点を接続して、負荷１０への電力供給を制御するコンタクタ２と、このコンタクタ２の接点をオンに切り換えるに先だって、負荷１０のコンデンサー１１をプリチャージするプリチャージ回路３と、このプリチャージ回路３とコンタクタ２を切り換える切換回路４とを備える。
負荷１０は、大容量のコンデンサー１１を並列に接続している。このコンデンサー１１は、コンタクタ２の接点をオンに切り換える状態で、走行用バッテリ１と共に負荷１０に電力を供給する。とくに、コンデンサー１１からは、負荷１０に瞬間的に大電力を供給する。走行用バッテリ１に並列にコンデンサー１１を接続することで、負荷１０に供給できる瞬間電力を大きくできる。コンデンサー１１から負荷１０に供給できる電力は、静電容量に比例するので、このコンデンサー１１には、たとえば４０００〜６０００μＦと極めて大きい静電容量のものが使用される。放電状態にある大容量のコンデンサー１１が、出力電圧の高い走行用バッテリ１に接続されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れる。コンデンサー１１のインピーダンスが極めて小さいからである。
走行用バッテリ１は、車両を走行させるモーターを駆動する。モーターに大電力を供給できるように、走行用バッテリ１は多数の二次電池５を直列に接続して出力電圧を高くしている。二次電池５は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。ただ、二次電池には、ニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池を使用できる。走行用バッテリ１は、モーターに大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を２００〜４００Ｖと高くしている。ただし、電源装置は、走行用バッテリの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を接続して、走行用バッテリの電圧を昇圧して、負荷に電力を供給することもできる。この電源装置は、直列に接続する二次電池の個数を少なくして、走行用バッテリの出力電圧を低くできる。したがって、走行用バッテリは、たとえば出力電圧を１５０〜４００Ｖとすることができる。
プリチャージ回路３は、コンデンサー１１をプリチャージして、オンに切り換えられたコンタクタ２の接点に流れるチャージ電流を減少する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗３Ｂとプリチャージリレー３Ａを備え、プリチャージリレー３Ａの接点とプリチャージ抵抗３Ｂを直列に接続して、プラス側のコンタクタ２Ａの接点に並列に接続している。プリチャージ抵抗３Ｂは、負荷１０のコンデンサー１１のプリチャージ電流を制限する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗３Ｂの電気抵抗を大きくしてプリチャージ電流を小さくできる。たとえば、プリチャージ抵抗３Ｂを１０Ω、走行用バッテリ１の出力電圧を４００Ｖとする電源装置は、プリチャージ電流の最大値が４０Ａとなる。プリチャージ抵抗３Ｂは、大きくしてプリチャージ電流の最大値を小さくできる。プリチャージ抵抗３Ｂは、たとえば、５〜２０Ω、好ましくは６〜１８Ω、さらに好ましくは６〜１５Ωに設定される。プリチャージ回路３は、プリチャージリレー３Ａの接点をオンにして、コンデンサー１１をプリチャージする。
コンタクタ２は、コイルに通電してオンに切り換えられる接点を有するリレーである。電源装置は、出力端子のプラス側に接続するプラス側のコンタクタ２Ａの接点をオフに保持して、マイナス側に接続するマイナス側のコンタクタ２Ｂの接点をオンに切り換え、この状態で、プリチャージ回路３でコンデンサー１１をプリチャージする。コンデンサー１１がプリチャージされた後、プラス側の出力端子に接続しているプラス側のコンタクタ２Ａの接点をオフからオンに切り換えて、走行用バッテリ１を負荷１０に接続する。その後、プリチャージ回路３のプリチャージリレー３Ａをオフに切り換える。オン状態のコンタクタ２の接点をオフに切り換えるときは、両方のコンタクタ２を同時にオフにする。
コンタクタ２とプリチャージリレー３Ａは、切換回路４でオンオフに切り換えられる。図２の電源装置の切換回路４は、電装用バッテリ６の電圧を検出する電圧検出回路７を備え、さらに、この電圧検出回路７でオンオフに切り換えられるスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4と、コンタクタ２のコイルを直列に接続する中間スイッチ８とを備えている。
ふたつのスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2は、第１のコンタクタ２ａのコイルの両端に接続されて、第１のコンタクタ２ａのコイルを電装用バッテリ６に接続している。図の切換回路４は、スイッチング素子Ｑ1を第１のコンタクタ２ａのコイルのマイナス側に、スイッチング素子Ｑ2をプラス側に接続している。さらに、別のふたつのスイッチング素子Ｑ3、Ｑ4は、第２のコンタクタ２ｂのコイルの両端に接続されて、第２のコンタクタ２ｂのコイルを電装用バッテリ６に接続している。図の切換回路４は、スイッチング素子Ｑ3を第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側に、スイッチング素子Ｑ4をプラス側に接続している。スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4はＦＥＴである。ただ、スイッチング素子にはトランジスターも使用できる。
さらに、図の切換回路４は、コンタクタ２のコイルと直列に電流制限抵抗Ｒ1、Ｒ2を接続している。電流制限抵抗Ｒ1、Ｒ2は、コンタクタ２のコイルを並列に接続して電装用バッテリ６に接続する状態で、コンタクタ２のコイルに流れる電流を制限する。したがって、電流制限抵抗Ｒ1、Ｒ2は、コンタクタ２のコイルを直列に接続して電装用バッテリ６に接続する状態では電流が流れない位置に接続される。図２の切換回路４は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ4をオンにし、スイッチング素子Ｑ2、Ｑ3をオフにして、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを直列に接続する。すなわち、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側と、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側を中間スイッチ８で接続して直列に接続する。コンタクタ２のコイルを直列に接続する状態で、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側はスイッチング素子Ｑ2を介して電源に接続されない。また、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側はスイッチング素子Ｑ3を介しては電源に接続されない。直列接続において電源に接続されない回路、すなわち、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側と電源との間に電流制限抵抗Ｒ1を接続する。図の切換回路４は、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側とスイッチング素子Ｑ2との間に電流制限抵抗Ｒ1を接続している。また、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側と電源との間に電流制限抵抗Ｒ2を接続する。図の切換回路４は、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側とスイッチング素子Ｑ3との間に電流制限抵抗Ｒ2を接続している。
さらに、図２の切換回路４は、直列抵抗Ｒ3を介して電源をスイッチング素子Ｑ2、Ｑ4に接続している。この直列抵抗Ｒ3は、コンタクタ２のコイルを直列と並列に接続する状態で、コンタクタ２のコイルに流れる電流を調整する。
この直列抵抗Ｒ3は、コンタクタ２のコイルを直列又は並列に接続する状態で、コンタクタ２のコイルに流れる電流を所定の電流に調整するもので、たとえば電気抵抗を０〜１０Ω、好ましくは０〜５Ωとする。電流制限抵抗Ｒ1、Ｒ2は、コンタクタ２のコイルを並列に接続して電装用バッテリ６に接続する状態で、コンタクタ２のコイルに流れる電流を所定の電流に調整するもので、たとえば電気抵抗を０〜１０Ω、好ましくは０〜５Ωとする。また、電気抵抗が０Ωでもよいように、直列抵抗Ｒ3は、省略することもできる。
中間スイッチ８は、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを直列に接続して電装用バッテリ６に接続する。図２の切換回路４は、中間スイッチ８をダイオードとしている。ダイオードからなる中間スイッチ８は、電装用バッテリ６のプラス側に接続されるコンタクタ２のコイルから、マイナス側に接続されるコンタクタ２のコイルに向かって電流を流す方向に接続される。図の中間スイッチ８であるダイオードは、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側と、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側とに接続され、第２のコンタクタ２ｂのコイルから第１のコンタクタ２ａのコイルに電流を流す方向に接続している。ダイオードである中間スイッチ８は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ4をオンにする状態で、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを直列に接続して電装用バッテリ６に接続する。
ダイオードからなる中間スイッチ８は、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを並列に接続して電装用バッテリ６に接続する状態では逆バイアス電圧が印加されて電流が流れない。ダイオードを、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側と、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側とに接続しているからである。この電源装置は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4をオンにする状態で、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側は、電装用バッテリ６のプラス側の電位にほぼ等しく、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側は電装用バッテリ６のマイナス側の電位にほぼ等しくなる。このため、第１のコンタクタ２ａのコイルのプラス側の電位が、第２のコンタクタ２ｂのコイルのマイナス側の電位よりも高くなって、ダイオードは逆バイアスされる。したがって、ダイオードからなる中間スイッチ８は、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを直列に接続するときに、電流を流すオン状態となり、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを並列に接続する状態では、電流を遮断するオフ状態となる。オフ状態のダイオードは、並列に接続している第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを接続しない。したがって、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは、互いに接続されることなく、独立して電装用バッテリ６に接続されることになる。
ダイオードの中間スイッチ８は、トランジスター、ＦＥＴ、リレー等のように、外部からの信号で強制的にオンオフに切り換えることなく、直列接続のときにオン、並列接続のときにはオフに切り換えられる。このため、中間スイッチ８とこれを実質的にオンオフに切り換える回路を極めて簡単にできる。ただ、本発明の電源装置は、中間スイッチをダイオードに特定しない。中間スイッチは、ダイオードに代わって、トランジスターやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子やリレー等を使用することができる。
スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4は、切換回路４でオンオフに切り換えられる。切換回路４は、コンタクタ２のコイルに通電してオンに切り換える状態を、電装用バッテリ６の電圧で変更する。電装用バッテリ６の電圧が低いとき、図３の矢印で示すように、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは、並列に接続して電装用バッテリ６に接続される。また、電装用バッテリ６の電圧が高いとき、図４の矢印で示すように、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは、直列に接続して電装用バッテリ６に接続される。切換回路４は、電装用バッテリ６の電圧を検出する電圧検出回路７を備える。電圧検出回路７は、電装用バッテリ６の電圧を検出し、電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも低いときは、全てのスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4をオンにして、図３の矢印で示すように、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルをスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4を介して電装用バッテリ６に並列に接続して接点をオンに切り換える。電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも高いときは、第１のコンタクタ２ａのコイルのマイナス側に接続しているスイッチング素子Ｑ1と、第２のコンタクタ２ｂのコイルのプラス側に接続しているスイッチング素子Ｑ4をオン、その他のスイッチング素子Ｑ2、Ｑ3をオフとし、さらにダイオードの中間スイッチ８を導通されるオン状態として、図４の矢印で示すように、第１のコンタクタ２ａのコイルと第２のコンタクタ２ｂのコイルをスイッチング素子Ｑ1、Ｑ4を介して電装用バッテリ６に直列に接続して接点をオンに切り換える。
プリチャージスイッチング素子Ｑ5は、電圧検出回路７でオンオフに切り換えられて、プリチャージリレー３Ａのコイルへの通電を制御して、負荷のコンデンサー（図示せず）をプリチャージする。コンデンサーをプリチャージするとき、マイナス側の出力端子に接続しているマイナス側のコンタクタ２Ｂの接点をオン、プラス側の出力端子に接続しているプラス側のコンタクタ２Ａの接点をオフにする。プリチャージが完了した後、プラス側の出力端子に接続しているプラス側のコンタクタ２の接点をオンに切り換える。したがって、プリチャージスイッチング素子Ｑ5は、イグニッションスイッチがオンに切り換えられた状態で、マイナス側のコンタクタ２Ｂと一緒にオンに切り換えられる。図２の切換回路４は、プリチャージリレー３Ａのコイルにプリチャージスイッチング素子Ｑ5を直列に接続している直列接続回路を、接点をマイナス側の出力端子に接続しているコンタクタ２のコイルとスイッチング素子Ｑ3との直列接続回路に並列に接続して、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオンに切り換えるときに、プリチャージリレー３Ａもオンに切り換えて、コンデンサー１１をプリチャージする。コンデンサー１１をプリチャージした後、プラス側の出力端子に接続しているプラス側のコンタクタ２Ａの接点をオンに切り換え、その後、プリチャージスイッチング素子Ｑ5をオフにして、プリチャージリレー３Ａをオフにする。
電圧検出回路７は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4、及びプリチャージスイッチング素子Ｑ5にオンオフ信号を入力してオンオフに切り換える。スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4、及びプリチャージスイッチング素子Ｑ5は、入力側にオン信号を入力してオン、オフ信号を入力してオフに切り換えられる。
電圧検出回路７がスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4、及びプリチャージスイッチング素子Ｑ5をオンオフに切り換えるタイミングチャートを図５に示す。このタイミングチャートは、イグニッションスイッチをオンに切り換えた直後に、負荷１０に接続しているコンデンサー１１をプリチャージし、その後、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルを並列に接続して接点をオンに切り換えた後、直列に接続してオンに切り換える状態を示している。
(1) プリチャージ工程
イグニッションスイッチがオンに切り換えられると、負荷１０に並列に接続しているコンデンサー１１をプリチャージする。このとき、電圧検出回路７は、スイッチング素子Ｑ3、Ｑ4、さらにプリチャージスイッチング素子Ｑ5をオン、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2をオフとする。オン状態のスイッチング素子Ｑ3、Ｑ4は、第２のコンタクタ２ｂをオンに切り換える。オン状態の第２のコンタクタ２ｂは、出力端子のマイナス側に接続している接点をオンに切り換える。オフ状態のスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2は、第１のコンタクタ２ａをオフに保持する。さらに、プリチャージスイッチング素子Ｑ5は、プリチャージリレー３Ａをオンに切り換えて、プリチャージ抵抗３Ｂを介してコンデンサー１１をプリチャージする。
(2) 並列接続工程
この工程は、電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも低い状態にあるので、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4をオン、プリチャージスイッチング素子Ｑ5をオフとする。ただし、プリチャージスイッチング素子Ｑ5は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2をオンに切り換えた後、遅れてオフに切り換えられる。全てのスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4がオンに切り換えられるので、図３の矢印で示すように、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは並列接続されて電装用バッテリ６に接続されて、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂはオンになる。並列接続されて電装用バッテリ６に接続される第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは、電装用バッテリ６の電圧が低くなっても、十分な電圧が供給される。この状態で、コンタクタ２のコイルの電流は、電流制限抵抗Ｒ1、Ｒ2で調整される。コンタクタ２がこの状態に切り換えられると、正負の出力端子に接続しているコンタクタ２の接点がオンになって、走行用バッテリ１を充放電できる状態とする。
なお、(1)のプリチャージ工程、(2)の並列接続工程において、スイッチング素子Ｑ3、Ｑ4がオンするとき、電流制限抵抗Ｒ2に電流が流れて電流が制限されることをなくすために、スイッチング素子Ｑ3、Ｑ4がオンのとき、電流制限抵抗Ｒ2の両端を短絡できるスイッチ（ＦＥＴ）（図示せず）を設けている。そして、このようなスイッチは、電圧検出回路７からの指示でオンオフに制御される。また、同じように、(2)の並列接続工程において、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2がオンのとき、電流制限抵抗Ｒ1の両端を短絡できるスイッチ（ＦＥＴ）（図示せず）を設けている。そして、このようなスイッチは、電圧検出回路７からの指示でオンオフに制御される。
(3) 直列接続工程
その後、電装用バッテリ６は充電されて電圧が設定電圧よりも高くなる。この状態になると、電圧検出回路７は、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ4をオンに保持して、スイッチング素子Ｑ2、Ｑ3をオフに切り換える。プリチャージスイッチング素子Ｑ5はオフに保持される。この状態になると、第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは、図４の矢印で示すように、直列接続されて電装用バッテリ６に接続される。直列接続される第１のコンタクタ２ａと第２のコンタクタ２ｂのコイルは、電装用バッテリ６の電圧が１／２に分圧して供給される。したがって、電装用バッテリ６の電圧が高くなっても、コンタクタ２のコイルの電圧が最大許容電圧を越えることはない。
以上のタイミングチャートは、イグニッションスイッチをオンに切り換えてプリチャージしたときの電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも低い状態でコンタクタ２がオンに切り換えられる状態を示している。ただし、イグニッションスイッチをオンにしてプリチャージしたときの電装用バッテリ６の電圧が設定電圧よりも高いと、(1)の工程から(2)の工程を省略して(3)の工程となって、コンタクタ２の接点をオンに切り換える。
本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 図１に示す車両用の電源装置の切換回路の回路図である。 図３に示す切換回路がコンタクタを並列接続する状態を示す図である。 図３に示す切換回路がコンタクタを直列接続する状態を示す図である。 電圧検出回路がスイッチング素子をオンオフに切り換えるタイミングチャートである。
符号の説明
１…走行用バッテリ
２…コンタクタ ２Ａ…プラス側のコンタクタ
２Ｂ…マイナス側のコンタクタ
２ａ…第１のコンタクタ
２ｂ…第２のコンタクタ
３…プリチャージ回路 ３Ａ…プリチャージリレー
３Ｂ…プリチャージ抵抗
４…切換回路
５…二次電池
６…電装用バッテリ
７…電圧検出回路
８…中間スイッチ
１０…負荷
１１…コンデンサー
Ｑ1…スイッチング素子
Ｑ2…スイッチング素子
Ｑ3…スイッチング素子
Ｑ4…スイッチング素子
Ｑ5…プリチャージスイッチング素子
Ｒ1…電流制限抵抗
Ｒ2…電流制限抵抗
Ｒ3…直列抵抗

Claims (6)

  1. 複数の電池を直列に接続している走行用バッテリ(1)と、この走行用バッテリ(1)の正負の出力側に接点を接続している一対のコンタクタ(2)と、一対のコンタクタ(2)をオンオフに切り換える切換回路(4)と、コンタクタ(2)のコイルに通電して、コンタクタ(2)の接点をオンオフに切り換える電装用バッテリ(6)とを備えており、
    切換回路(4)が、電装用バッテリ(6)の電圧を検出する電圧検出回路(7)と、一対のコンタクタ(2)のコイルを直列に接続して両方のコンタクタ(2)の接点をオンに切り換える直列切換回路と、一対のコンタクタ(2)のコイルを並列に接続してコンタクタ(2)の接点をオンに切り換える並列切換回路とを備え、
    切換回路(4)は、電圧検出回路(7)で電装用バッテリ(6)の電圧を検出し、電装用バッテリ(6)の電圧が設定電圧よりも高いときは、直列切換回路でもって一対のコンタクタ(2)のコイルを直列に接続して接点をオンに切り換え、電装用バッテリ(6)の電圧が設定電圧よりも低いときは、並列切換回路でもって一対のコンタクタ(2)のコイルを並列に接続して接点をオンに切り換えるようにしてなる車両用の電源装置。
  2. 複数の電池を直列に接続している走行用バッテリ(1)と、この走行用バッテリ(1)の正負の出力側に接点を接続している第１のコンタクタ(2a)及び第２のコンタクタ(2b)と、第１のコンタクタ(2a)と第２のコンタクタ(2b)の接点をオンオフに切り換える切換回路(4)と、第１のコンタクタ(2a)及び第２のコンタクタ(2b)のコイルに通電して、コンタクタ(2)の接点をオンオフに切り換える電装用バッテリ(6)とを備えており、
    切換回路(4)が、電装用バッテリ(6)の電圧を検出する電圧検出回路(7)を備えると共に、この電圧検出回路(7)でオンオフに切り換えられるスイッチング素子(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)と、コンタクタ(2)のコイルを直列に接続する中間スイッチ(8)とを備えており、
    ふたつのスイッチング素子(Q1)、(Q2)は、第１のコンタクタ(2a)のコイルの両端に接続されて、第１のコンタクタ(2a)のコイルを電装用バッテリ(6)に接続しており、
    さらに、別のふたつのスイッチング素子(Q3)、(Q4)は第２のコンタクタ(2b)のコイルの両端に接続されて、第２のコンタクタ(2b)のコイルを電装用バッテリ(6)に接続しており、
    中間スイッチ(8)は第１のコンタクタ(2a)のコイルのプラス側と、第２のコンタクタ(2b)のコイルのマイナス側に接続しており、
    切換回路(4)は、電圧検出回路(7)でもって電装用バッテリ(6)の電圧を検出し、電装用バッテリ(6)の電圧が設定電圧よりも低いときは、全てのスイッチング素子(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)をオンにして、第１のコンタクタ(2a)のコイルと第２のコンタクタ(2b)のコイルをスイッチング素子(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)を介して電装用バッテリ(6)に並列に接続して接点をオンに切り換え、
    電装用バッテリ(6)の電圧が設定電圧よりも高いときは、第１のコンタクタ(2a)のコイルのマイナス側に接続しているスイッチング素子(Q1)と、第２のコンタクタ(2b)のコイルのプラス側に接続しているスイッチング素子(Q4)をオン、その他のスイッチング素子(Q2)、(Q3)をオフとし、さらに中間スイッチ(8)をオンにして、第１のコンタクタ(2a)のコイルと第２のコンタクタ(2b)のコイルをスイッチング素子(Q1)、(Q4)を介して電装用バッテリ(6)に直列に接続して接点をオンに切り換えるようにしてなる車両用の電源装置。
  3. 中間スイッチ(8)がダイオードである請求項２に記載される車両用の電源装置。
  4. スイッチング素子(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)がＦＥＴである請求項２に記載される車両用の電源装置。
  5. コンタクタ(2)のコイルと直列に電流制限抵抗(R1)、(R2)を接続している請求項２に記載される車両用の電源装置。
  6. コンタクタ(2)のオン時のチャージ電流を減少するプリチャージ回路(3)を備えており、このプリチャージ回路(3)は、コンタクタ(2)よりも先にオンに切り換えられるプリチャージリレー(3A)を備えており、
    プリチャージリレー(3A)のコイルにプリチャージスイッチング素子(Q5)を直列に接続してなる直列接続回路を、接点をマイナス側の出力端子に接続しているマイナス側のコンタクタ(2B)のコイルとスイッチング素子(Q3)との直列接続回路に並列に接続して、マイナス側のコンタクタ(2B)をオンに切り換える状態で、プリチャージリレー(3A)をオンに切り換えてプリチャージする請求項２に記載される車両用の電源装置。
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