特開 2015-209013 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-209013(P2015-209013A)

(43)【公開日】2015年11月24日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   B60R 16/02 20060101AFI20151027BHJP

   H02H 3/32 20060101ALI20151027BHJP

【ＦＩ】

   B60R16/02 650R

   H02H3/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-89903(P2014-89903)

(22)【出願日】2014年4月24日

(71)【出願人】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103252

【弁理士】

【氏名又は名称】笠井 美孝

(74)【代理人】

【識別番号】100147717

【弁理士】

【氏名又は名称】中根 美枝

(72)【発明者】

【氏名】蜂矢 賀一

【テーマコード（参考）】

5G058

【Ｆターム（参考）】

5G058AA01

5G058BC11

5G058CC01

(57)【要約】

【課題】スイッチ手段と第２のバッテリを接続する第２の回路におけるレアショートを含む欠陥を精度よく検出可能であると共に、第１のバッテリとスイッチ手段の間を接続する電線や、スイッチ手段に要求される耐過電流性能を低く抑えることができる、新規な構造の電源装置を提供すること。
【解決手段】スイッチ手段３０と第２のバッテリ１４を接続する第２の回路３６が、互いに同一形状の複数の電線４０を並列に接続して構成されており、複数の電線４０における電流値をそれぞれ検出する検出手段４２と、検出手段４２により検出された各電線４０の電流値の差分を算出して、差分が所定値以上になった際に、スイッチ手段１８を作動して第１の回路３４を第２の回路３６から遮断するショート状態判定手段４４とを備えているようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する第１のバッテリと、前記車載発電機が発電した電力により充電され、他の電気負荷に電力を供給する第２のバッテリと、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリの間に設けられてそれらの間を断続するスイッチ手段と、前記スイッチ手段から前記第１のバッテリに続く第１の回路と前記スイッチ手段から前記第２のバッテリに続く第２の回路とを備える電源装置において、
前記スイッチ手段と前記第２のバッテリを接続する前記第２の回路が、互いに同一形状の複数の電線を並列に接続して構成されており、
前記複数の電線における電流値をそれぞれ検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された各前記電線の電流値の差分を算出して、差分が所定値以上になった際に、前記スイッチ手段を作動して前記第１の回路を前記第２の回路から遮断するショート状態判定手段とを備えている
ことを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記スイッチ手段が前記車載発電機が発電した電力を降圧して第１のバッテリへ供給する降圧手段の内部に組み込まれている請求項１に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載発電機の発電電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する鉛蓄電池等の第１のバッテリと、車載発電機の発電電力により充電され、他の電気負荷に電力を供給するリチウムイオン電池等の第２のバッテリとを備える電源装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、自動車に搭載された多数の電気負荷に電力を供給するため、車載発電機の発電電力により充電可能な鉛蓄電池を備えた電源装置が搭載されている。さらに近年では、自動車に搭載される電気負荷は年々増加する傾向にある。このような電気負荷の増加に対応して、従来の電源システムに、従来の鉛蓄電池等の第１のバッテリより高電圧で充放電可能なリチウムイオン電池等の第２のバッテリと、車載発電機で発電された電力を昇圧する昇圧手段とを加えて、昇圧手段が昇圧した電力により第２のバッテリを充電し、従来より高電圧の電力を負荷に供給可能となした電源装置が提案されている。例えば、特開２００８−１２５１５９号公報（特許文献１）に記載のものがそれである。さらに、そのような昇圧手段が車載発電機の内部に組み込まれており、車載発電機の電力が整流化および電圧調整された状態で直接第２のバッテリを充電し得るようになっているものも知られている。

【0003】

ところで、このように２つのバッテリを備えた電源装置では、第２のバッテリ側の回路でショート等の失陥が発生した場合に、第１のバッテリ側への影響を遮断することが重要となる。このような問題を解決するために、第２のバッテリ側の回路に更なるヒューズを設けることが考えられる。しかしながら、かかるヒューズが溶断する際に、第１のバッテリからヒューズに向かって過電流が流れる。その結果、第１のバッテリとヒューズの間を接続する電線や、第１のバッテリを車載発電機に断続するために配設されたリレー等のスイッチ手段に対して、過電流に耐え得る高い性能が求められ過剰スペックとなってしまう。

【0004】

そこで、ヒューズに代えて、第２のバッテリ側の回路の電流値や電圧値を検出する検出手段を設け、検出手段により検出された検出値が所定値以上となった場合には、ショートと判断して、第１のバッテリ側を構成する第１の回路と、第２のバッテリ側を構成する第２の回路の間に設けたスイッチ手段により第１の回路を第２の回路から遮断する対策も検討されている。

【0005】

しかしながら、第２の回路の電流値や電圧値は、第２のバッテリの状態や発電機の状態により変動する。それ故、スイッチ手段を作動させる所定の電流値の範囲内では、上述の変動に起因して正確に異常を検知できなくなるという問題を内在していた。

【0006】

特に、給電経路の絶縁不良部分や電極部分が自動車の振動に伴って断続的に車体に短絡する所謂レアショート現象が報告されているが、上述の従来構造ではこのようなレアショートを検出することが困難となり、その結果、レアショートによる漏電が見逃されてバッテリを短期間のうちに消耗させ、さらに断続的な短絡発生に伴う火花や車両火災の発生を引き起こすおそれもあったのである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−１２５１５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、スイッチ手段と第２のバッテリを接続する第２の回路におけるレアショートを含む欠陥を精度よく検出可能であると共に、第１のバッテリとスイッチ手段の間を接続する電線や、スイッチ手段に要求される耐過電流性能を低く抑えることができる、新規な構造の電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第一の態様は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する第１のバッテリと、前記車載発電機が発電した電力により充電され、他の電気負荷に電力を供給する第２のバッテリと、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリの間に設けられてそれらの間を断続するスイッチ手段と、前記スイッチ手段から前記第１のバッテリに続く第１の回路と前記スイッチ手段から前記第２のバッテリに続く第２の回路とを備える電源装置において、前記スイッチ手段と前記第２のバッテリを接続する前記第２の回路が、互いに同一形状の複数の電線を並列に接続して構成されており、前記複数の電線における電流値をそれぞれ検出する検出手段と、前記検出手段により検出された各前記電線の電流値の差分を算出して、差分が所定値以上になった際に、前記スイッチ手段を作動して前記第１の回路を前記第２の回路から遮断するショート状態判定手段とを備えていることを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、スイッチ手段と第２のバッテリを接続する回路が、互いに同一形状の複数の電線を並列に接続して構成されている。各電線の両端が接続される昇圧手段の端子と第２のバッテリの端子は同一であることから、各電線の両端に加わる電圧（Ｅ₁ ，Ｅ₂ ）は電線によって相違がない。しかも、各電線は互いに同一形状とされていることから、各電線の抵抗値（Ｒ₁ ，Ｒ₂ ）も同等である。そうすると、各電線が正常状態であれば、各電線の電流値はＥ₁ ＝Ｉ₁ Ｒ₁ とＥ₂ ＝Ｉ₂ Ｒ₂ となり、Ｉ₁ ＝Ｉ₂ となって差分は抵抗値の誤差割合以下に収まる。この値は、負荷の作動状態によって各電線の両端に加わる電圧（Ｅ₁ ，Ｅ₂ ）の変動による影響を受けない。従って、Ｉ₁ とＩ₂ の値に抵抗値の誤差割合以上の差分が出れば、各電線の抵抗値に差違が生じたこととなり、非常に小さな断線等であるレアショートでさえも精度よく検出が可能となるのである。

【0011】

それ故、ショート状態判定手段により、算出された差分の値に応じてレアショートや過電流が流れる大規模なショートの何れをも判別して検出することができるのである。そして、ショート状態判定手段により第２の回路のレアショートや大規模なショート等の欠陥が判定された際には、必要に応じて、スイッチ手段によりスイッチ手段から第１のバッテリに続く第１の回路を第２のバッテリから遮断することができる。その結果、第２の回路のショートによる過電流が第１の回路に流れることを阻止できて、第１の回路を構成する電線やスイッチ手段に対して供給される耐過電流性能を低く抑えることができ、製造コストの削減を図ることができる。

【0012】

なお、第２の回路を複数の電線に分けて構成したことから、各電線自体の曲げ剛性が小さく抑えられて曲げ易くなり、組み立て容易性の向上も図ることができる。ここで、複数の電線が互いに同一形状であるとは、芯線の径寸法及び長さが同一で初期状態での抵抗値が実質的に同一であることを言い、抵抗値に影響のない外形形状等に差違があるものも含まれると理解されるべきである。

【0013】

また、スイッチ手段により第２の回路を第１の回路から遮断する際の差分の所定値は、任意に設定可能であり、レアショートに該当する小さな差分でも作動するようにしてもよいし、レアショートに該当する小さな差分が検出された際には警告を表示するようにし、過電流が流れる大きなショートに該当する大きな差分が検出された際にスイッチ手段が作動するように設定してもよい。

【0014】

本発明の第二の態様は、前記第一の態様に記載のものにおいて、前記スイッチ手段が前記車載発電機が発電した電力を降圧して第１のバッテリへ供給する降圧手段の内部に組み込まれたものである。

【0015】

本態様によれば、スイッチ手段を車載発電機が発電した電力を降圧して第１のバッテリへ供給する降圧手段の内部に組み込まれたスイッチ手段を利用して構成されていることから、より少ない部品点数で容易且つコンパクトに電源装置を構成することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、スイッチ手段と第２のバッテリを接続する回路が、互いに同一形状の複数の電線を並列に接続して構成されていることから、各電線が正常状態であれば、各電線の電流値は等しくなって差分は抵抗値の誤差割合以下である。この値は、負荷の作動状態によって各電線の両端に加わる電圧の変動による影響を受けないことから、抵抗値の誤差割合以上の差分が発生すれば、各電線の抵抗値に差違が生じたこととなり、非常に小さな断線等であるレアショートでさえも精度よく検出が可能となる。そして、ショート状態判定手段により第２の回路のレアショートや大規模なショート等の欠陥が判定された際には、必要に応じて、スイッチ手段によりスイッチ手段から第１のバッテリに続く第１の回路を第２のバッテリから遮断できる。それ故、第２の回路のショートによる過電流が第１の回路に流れることを阻止できて、第１の回路を構成する電線やスイッチ手段に対して供給される耐過電流性能を低く抑えることができ、製造コストを削減できる。また、第２の回路を複数の電線に分けて構成したことから、各電線自体の曲げ剛性が小さく抑えられて曲げ易くなり、組み立て容易性も向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態としての電源装置を示す回路図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0019】

図１に、本発明の一実施形態としての自動車等に搭載される電源装置１０を示す。電源装置１０は、電気負荷群たる図示しない各種電気装置に電力を供給する第１のバッテリ（ＢＡＴ）１２と、他の電気負荷たる図示しない他の各種電気装置に電力を供給する第２のバッテリ（ＢＡＴ（２））１４と、第１のバッテリ１２を図示しないエンジンに連動して発電する車載発電機（ＡＬＴ）１６や第２のバッテリ１４側に対して断続するスイッチ手段たるリレー（ＲＥＬＡＹ）１８を含んで構成されている。

【0020】

また、車載発電機１６の電源側端子２０が、車載発電機１６が発電した電力を降圧する降圧手段たるＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）２１を介し、さらに後述するヒューズ３８を介して第１のバッテリ１２の＋端子２２に接続されている。これにより、車載発電機１６が発電した電力により第１のバッテリ１２が充電されるようになっている。なお、車載発電機１６のグランド側端子２４と第１のバッテリ１２の−端子２６は、図示しない車両を介して接続されている。一方、第２のバッテリ１４の＋端子２８は、車載発電機１６に直接接続されており、車載発電機１６が発電した電力が整流化され第２のバッテリ１４の規格電圧に昇圧された状態で、第２のバッテリ１４に充電されるようになっている。なお、車載発電機１６のグランド側端子２４と第２のバッテリ１４の−端子３２も、図示しない車両を介して接続されている。また、本実施形態では、第１のバッテリ１２は鉛蓄電池、第２のバッテリ１４はリチウムイオン電池やニッケル水素電池等、から構成されている。

【0021】

加えて、電源装置１０は、第１のバッテリ１２と第２のバッテリ１４の間に設けられてそれらの間を断続するスイッチ手段としてのリレー１８を備えている。そして、リレー１８から第１のバッテリ１２に続く第１の回路３４と、リレー１８から第２のバッテリ１４に続く第２の回路３６が連結されている一方、かかるリレー１８の働きにより第１の回路３４と第２の回路３６が断続されるようになっている。

【0022】

リレー１８と第１のバッテリ１２を接続する第１の回路３４には、大電流用のヒューズ（ＭＡＩＮ＿ＦＬ）３８が設けられている。一方、リレー１８と第２のバッテリ１４を接続する第２の回路３６は、並列に接続され互いに同一形状とされた２本の電線４０を含んで構成されており、２本の電線４０にはそれぞれ電流値を検出する検出手段たる電流計（Ａ）４２が直列に接続されている。そして、かかる電流計４２により検出された２本の電線４０の電流値は、ショート状態判定手段たるコンピュータ（ＥＣＵ）４４に送られて、その電流値の差分が計算される。かかる差分が所定値以上になった際に、リレー１８が作動して遮断状態になることにより第１の回路３４が第２の回路３６から遮断されるようになっている。なお、本実施形態では、スイッチ手段たるリレー１８が降圧手段たるＤＣ／ＤＣコンバータ２１内に組み込まれたものを利用して設けられており、それ故、より少ない部品点数で容易且つコンパクトに電源装置１０を構成することができるようになっている。

【0023】

このような構造とされた電源装置１０によれば、リレー１８と第２のバッテリ１４を接続する第２の回路３６が、互いに同一形状の２本の電線４０を並列に接続して構成されている。正常状態では、２本の電線４０の電流値（Ｉ₁ ，Ｉ₂ ）は等しくなって差分は抵抗値の誤差割合以下である。すなわち、図１に示されているように、２本の電線４０はその両端で接続されていることから、各電線４０の両端に加わる電圧（Ｅ₁ ，Ｅ₂ ）は電気負荷の作動状態の如何に拘らず等しい。しかも、２本の電線４０は互いに同一形状とされていることから、正規あるいは初期の状態では２本の電線４０の抵抗値（Ｒ₁ ，Ｒ₂ ）も同等であるので、Ｉ₁ ＝Ｅ₁ ／Ｒ₁ ＝Ｅ₂ ／Ｒ₂ ＝Ｉ₂ となって抵抗値の誤差割合以上の差分が発生しない。それ故、２本の電線４０の電流値（Ｉ₁ ，Ｉ₂ ）に差分が出れば、２本の電線４０の抵抗値に差違が生じたこととなり、非常に小さな断線等であるレアショートでさえも精度よく検出が可能となるのである。なお、ここで言う２本の電線４０が互いに同一形状であるとは、芯線の径寸法及び長さが同一で初期状態でのそれらの抵抗値（Ｒ₁ ，Ｒ₂ ）が実質的に同一であればよく、抵抗値に影響のない外形形状等に差違があるものも含まれる。

【0024】

より詳細には、コンピュータ４４により、算出された差分の値に応じてレアショートや過電流が流れる大規模なショートの何れをも判別して検出することができるのである。そして、コンピュータ４４により第２の回路３６のレアショートや大規模なショート等の欠陥が判定された際には、必要に応じて、リレー１８を作動させて第１の回路３４を第２のバッテリ１４から遮断することができる。その結果、第２の回路３６のショートによる過電流が第１の回路３４に流れることを阻止できて、第１の回路３４を構成する電線４６やリレー１８に対して供給される耐過電流性能を低く抑えることができる。それ故、電線４６やリレー１８に高い耐過電流性能を備えた高性能の部品を使用する必要がなくなり、製造コストの削減を図ることができる。加えて、第２の回路３６を２本の電線４０に分けて構成したことから、各電線４０自体を小径化でき曲げ剛性を小さくすることができる。それ故各電線４０が曲げ易くなり、組み立て容易性の向上も図ることができる。

【0025】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、第２の回路３６を第１の回路３４から遮断する際の差分の所定値は、任意の値に設定可能であり、例えばレアショートに該当する小さな差分でも作動するようにしてもよいし、またレアショートに該当する小さな差分が検出された際には警告を表示するようにし、過電流が流れる大きなショートに該当する大きな差分が検出された際にリレー１８が作動するように設定してもよい。

【0026】

また、本実施形態では、第２の回路３６が、互いに同一形状の２本の電線４０を並列に接続して構成されている場合について例示したが、第２の回路３６が、互いに同一形状の３本以上の電線４０を並列に接続して構成されているようにしてもよい。その場合でも、正常状態であれば、各電線４０の電流値は等しくなって差分が発生しない。３本以上の電線４０の場合、差分は、例えば任意の１本の電線４０を基準電線として選択し、その基準電線と残りの各電線４０の電流値の差分を算出し差分の有無を判断すればよい。仮に差分が発生した場合には、２本の電線４０の場合と同様の対応を行えばよい。

【0027】

加えて、上述の実施形態では、車載発電機１６が直接第２のバッテリ１４を充電する構成の電源装置１０に対して本発明を適用した例を説明したが、本発明が適用可能な電源装置の構成はこれに限定されない。例えば、車載発電機１６から外部に設けた昇圧手段を介して第２のバッテリ１４に充電される構成の電源装置に対しても本発明は同様に適用可能である。

【0028】

さらに、第１の回路３４と第２の回路３６を遮断するスイッチ手段の配設位置は、例示の実施形態のものに限定されず、別途準備したスイッチ手段を車載発電機１６の接続部位よりも第２の回路３６側に設けてもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１よりも第１のバッテリ１２側に設けてもよい。また、車載発電機１６から外部に設けた昇圧手段を介して第２のバッテリ１４に充電される構成の電源装置の場合は、昇圧手段の内部に設けられたリレーを用いてスイッチ手段を構成することもできる。

【符号の説明】

【0029】

１０：電源装置、１２：第１のバッテリ、１４：第２のバッテリ、１６：車載発電機、１８：リレー（スイッチ手段）、２１：ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧手段）、３４：第１の回路、３６：第２の回路、４０：電線、４２：電流計（検出手段）、４４：コンピュータ（ショート状態判定手段）

【図1】