(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
前記バッテリに接続され、定格電圧を超える電圧が印加されると特性が劣化する負荷と、  前記バッテリ及び負荷に接続され、前記バッテリを充電する充電手段と、
を有する電源回路であって、
前記充電手段は、前記バッテリの周囲温度に応じた充電電圧で前記バッテリを充電するものであり、前記バッテリの周囲温度が所定のしきい温度以下であって前記充電電圧が前記定格電圧を超えることとなる場合であって前記負荷が作動状態である場合には、前記負荷の特性劣化の度合いに応じて設定された一定時間のみ前記定格電圧を超える充電電圧で前記バッテリを充電し、前記一定時間経過後、あるいは前記一定時間経過前であっても前記バッテリの周囲温度が前記所定のしきい温度を超えたときには前記定格電圧以下の充電電圧で前記バッテリを充電する
ことを特徴とする電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源回路、特に定格電圧を超える電圧が印加されると寿命や明るさなどの特性が劣化する負荷が接続されたバッテリの充電に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車載バッテリをエンジンルームではなくトランクルームに設置することが提案されている。バッテリをトランクルーム内に配置することで熱源であるエンジンから離すことが可能となるが、その一方でトランクルームは外気温の影響を受けやすく、外気温が低下した場合にバッテリ温度も低下するため、その対策が必要となる。一般に、バッテリの充電電圧をバッテリの温度に応じて変化させることが有効である。
【０００３】
特開平４−３５１４３６号公報には、バッテリの温度に応じて充電電圧を変化させる技術が記載されている。具体的には、充電電圧Ｖ＝１４．４−（Ｔ−２０）×０．０２の式によりバッテリの温度Ｔが低下するほど充電電圧Ｖを高く設定してバッテリを充電している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、充電すべきバッテリに負荷が接続され、この負荷の中にバルブのように定格電圧より高い電圧が印加されると寿命や明るさなどの特性が劣化するものが存在する場合に問題が生じる。すなわち、特にバッテリの温度が低い場合には高い充電電圧が必要とされ、時として負荷の定格電圧を超える充電電圧が印加される結果、バッテリは効率的に充電できるものの、接続された負荷の特性が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、バッテリを効率的に充電するとともに、バッテリに接続された負荷の特性劣化も抑制することができる電源回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バッテリと、前記バッテリに接続され、定格電圧を超える電圧が印加されると特性が劣化する負荷と、前記バッテリ及び負荷に接続され、前記バッテリを充電する充電手段とを有する電源回路であって、前記充電手段は、前記バッテリの周囲温度に応じた充電電圧で前記バッテリを充電するものであり、前記バッテリの周囲温度が所定のしきい温度以下であって前記充電電圧が前記定格電圧を超えることとなる場合であって前記負荷が作動状態である場合には、前記負荷の特性劣化の度合いに応じて設定された一定時間のみ前記定格電圧を超える充電電圧で前記バッテリを充電し、前記一定時間経過後、あるいは前記一定時間経過前であっても前記バッテリの周囲温度が前記所定のしきい温度を超えたときには前記定格電圧以下の充電電圧で前記バッテリを充電することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１には、本実施形態の電源回路の回路構成が示されている。バッテリ１０（例えば３６Ｖ）が設けられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して電圧を変換し、他のバッテリ１７（例えば１２Ｖ）に電力を供給して充電する。なお、バッテリ１０は、図示しないモータジェネレータ等を駆動してもよい。バッテリ１７には負荷１８やバルブ２２が接続され、これらを駆動する。バッテリ１０やバッテリ１７は、車両のトランクルームやエンジンルームに設置することができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の動作は、制御部１４により制御される。すなわち、制御部１４は、充電すべきバッテリ１７の周囲温度をサーミスタ１６からの検出信号に基づき判定し、バッテリ１７の周囲温度が低いほど充電電圧が高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御して必要な場合にバッテリ１７を充電する。
【００１２】
一方、バッテリ１７には負荷１８やバルブ２２が接続され、特にバルブ２２は定格電圧（例えば１４Ｖ）を超える電圧が印加されると寿命や明るさが劣化してしまう。そこで、制御部１４は、バルブ２２が回路に接続されている、すなわちバルブ作動スイッチ２０がＯＮされている場合には、バッテリ１７の充電時に定格電圧を超える電圧がバルブ２２に印加されないようにＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御する。本実施形態では、バッテリ１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び制御部１４がバッテリ１７の充電手段として機能する。
【００１３】
以下、サーミスタ１６で検出されるバッテリ１７の周囲温度の入力端子をＡ、スイッチ２０のＯＮ、ＯＦＦ（バルブ２２のＯＮ、ＯＦＦ）の入力端子をＢ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に制御信号を出力する端子をＣとして、制御部１４の構成及び動作を詳細に説明する。
【００１４】
図２には、制御部１４の回路構成が示されている。制御部１４は、レギュレータ１４ａ、スイッチ１４ｂ、電源１４ｃ及びダイオード１４ｄ、１４ｅを含んで構成される。レギュレータ１４ａは端子Ａに接続され、サーミスタ１６から供給された温度に応じた電圧信号を所定の電圧範囲に規制する。レギュレータ１４ａで規制された端子Ａは、ダイオード１４ｄを介して端子Ｃに接続される。
【００１５】
図３には、レギュレータ１４ａにより規制される端子Ａの入力電圧が示されている。図３において、横軸はサーミスタ１６で検出されるバッテリ１７の周囲温度（℃）、縦軸はレギュレータ１４ａによる規制後の端子Ａの電圧である。図示されるように、バッテリ周囲温度が−Ｔａ〜Ｔｂ（Ｔａ＜Ｔｂ）と変化した場合、Ａ電圧がこれに応じてＶａ〜Ｖｃ（Ｖａ＜Ｖｃ）と単調増加するように電圧を規制する。ちなみに、バッテリ周囲温度がＴａの場合、端子Ａの電圧はＶｂ（Ｖａ＜Ｖｂ＜Ｖｃ）となる。
【００１６】
また、図２におけるスイッチ１４ｂは、端子Ｂから入力されたバルブ２２のＯＮ、ＯＦＦ信号に基づき接点が切り替わるリレー等のスイッチであり、具体的にはバルブ２２がＯＦＦの場合には開放接点ａに切り替わり、バルブ２２がＯＮの場合には接点ｂに切り替わる。スイッチ１４ｂには電源１４ｃ及び分圧抵抗が接続され、スイッチ１４ｂに一定の電圧Ｖｂを供給する。したがって、スイッチ１４ｂが接点ａに切り替え制御されている場合にはスイッチ１４ｂから０Ｖが出力され、接点ｂに切り替え制御されている場合にはスイッチ１４ｂからＶｂの一定電圧が出力される。スイッチ１４ｂの出力は、ダイオード１４ｅを介してダイオード１４ｄと並列に端子Ｃに接続される。
【００１７】
このような構成において、バッテリ１７の周囲温度、すなわち端子Ａの入力電圧とバルブ２２のＯＮ、ＯＦＦに応じ、端子Ｃには次のような制御電圧が出力される。
【００１８】
【表１】
0003552614.tif 000002
すなわち、バッテリ周囲温度が−Ｔａ〜Ｔａの範囲で、バルブ２２がＯＮされている場合には、端子Ａからレギュレータ１４ａにより規制されたＶａ〜Ｖｂの電圧が出力される。一方、バルブ２２がＯＮされているため、スイッチ１４ｂの接点はｂに切り替えられ、スイッチ１４ｂからは一定のＶｂが出力されるので、端子Ｃからバッテリ周囲温度によらずＶｂ一定の電圧が出力される。
【００１９】
また、バッテリ周囲温度がＴａ〜Ｔｂの範囲で、バルブ２２がＯＮされている場合、端子Ａからレギュレータ１４ａで規制されたＶｂ〜Ｖｃの電圧が出力され、スイッチ１４ｂからはＶｂ一定の電圧が出力されるため、端子Ｃからはバッテリ周囲温度に応じたＶｂ〜Ｖｃの電圧が出力される。
【００２０】
また、バルブ２２がＯＦＦされている場合には、スイッチ１４ｂの接点は開放接点ａに切り替え制御されるため、端子Ｃからはレギュレータ１４ａで規制された端子Ａの電圧、すなわちバッテリ周囲温度に応じたＶａ〜Ｖｃの電圧が出力される。
【００２１】
このように、制御部１４の端子Ｃからは、バルブ２２がＯＦＦの場合にはバッテリ１７の周囲温度に応じた電圧信号が出力され、バルブ２２がＯＮの場合で周囲温度が比較的低温（−Ｔａ〜Ｔａ）の場合には一定電圧信号が出力され、周囲温度が比較的高温（Ｔａ〜Ｔｂ）の場合には周囲温度に応じた電圧信号が出力され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２はこの制御電圧に応じてバッテリ１０からの直流電圧を変換してバッテリ１７及び負荷１８並びにバルブ２２に供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、制御電圧がＶｂと一定の場合には、これに応じて一定（Ｖｅ）の電圧を出力し、制御電圧がＶａ〜Ｖｃと変化した場合には、この制御電圧に逆比例させてＶｆ〜Ｖｄの電圧を出力する。但し、Ｖｄ＜Ｖｅ＜Ｖｆである。
【００２２】
図４には、制御部１４からの制御電圧（Ｃ電圧）とＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧との関係が示されている。バルブ２２がＯＦＦされている場合には、制御部１４からはＶａ〜Ｖｃの制御電圧が出力され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２はこの制御電圧に逆比例させて、つまりバッテリ１７の周囲温度が低くなる程電圧を高くして、Ｖｆ〜Ｖｄと単調減少する電圧を出力しバッテリ１７を効率的に充電する。バルブ２２の定格電圧（１４Ｖ）を超える充電電圧となっても、バルブ２２は回路に接続されておらずＯＦＦとなっているため、バルブ２２の特性は劣化しない。
【００２３】
一方、バルブ２２がＯＮされている場合には、バッテリ１７の周囲温度が低い（−Ｔａ〜Ｔａ）場合にはＶｂの一定制御電圧が出力されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は１４Ｖ一定の電圧をバッテリ１７及びバルブ２２に出力してバッテリ１７を充電する。また、バッテリ周囲温度がＴａ〜Ｔｂの場合には、Ｖｂ〜Ｖｃの制御電圧が出力されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からは１４Ｖを最大値として徐々に減少する電圧を出力し、バッテリ１７を充電する。バルブ２２がＯＮされている場合であって、バッテリ１７の周囲温度が低くバッテリ１７を充電するのに最適な充電電圧がバルブ２２の定格電圧を超える場合であっても、このようにバッテリ１７の充電電圧をバルブ２２の定格電圧まで低下させて充電するので、バルブ２２の特性を劣化させることなくバッテリ１７を充電することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、バルブ２２がＯＮされている場合で定格電圧を超える場合には定格電圧の１４Ｖで充電しているが、バルブ２２の定格電圧より低い電圧（例えば１２Ｖ）でバッテリ１７を充電することもできる。また、定格電圧を超える部分を全て１４Ｖとするのではなく、例えば温度が０℃〜Ｔａの範囲だけ１４Ｖとすることも可能である。さらに、定格電圧の１４Ｖで充電する場合でも、所定のタイミングで一過的に充電電圧を上昇させ、バッテリ１７を充電することもできる。
【００２５】
図５には、他の本実施形態の回路構成が示されている。バッテリ１７にはバルブ２２が接続され、さらにバッテリ１７を充電するための発電機２４が接続される。発電機２４の動作は制御部２６で制御される。制御部２６はマイクロコンピュータで構成され、バッテリ温度及びバッテリ電圧ＶＢを入力してバッテリ１７の温度に応じた充電電圧で充電すべく発電機２４を駆動する。但し、バルブ２２の定格電圧を超える電圧でバッテリ１７を充電すると、バルブ２２の特性が劣化するため、制御部２６はバッテリ１７をバルブ２２の定格電圧を超える電圧で充電する場合には、その充電期間を一定期間だけに限定し、残りの充電期間は定格電圧まで低下させてバルブ２２の特性劣化を抑制する。本実施形態では、発電機２４及び制御部２６がバッテリ１７の充電手段として機能する。
【００２６】
図６には、本実施形態における制御部２６の処理フローチャートが示されている。まず、ランプスイッチがＯＮされているか否か、つまりバルブ２２がＯＮされているか否かを判定する（Ｓ１０１）。バルブ２２がＯＦＦである場合には、バッテリ１７を充電してもバルブ２２の特性劣化を生じることがないので、制御部２６はバッテリ１７の周囲温度に応じた電圧でバッテリ１７を充電すべく発電機２４を制御する（Ｓ１０７）。一方、バルブ２２がＯＮされている場合には、次にバッテリ周囲温度がＡ以下であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。バッテリ周囲温度がＡ以下である場合には、さらにバッテリ温度がＢ（Ａ＞Ｂ）か否かを判定し（Ｓ１０３）、バッテリ周囲温度がＢ以下である場合には、バルブ２２の定格電圧を超える電圧でバッテリ１７を充電する必要があるため、まず充電から所定時間以上経過したか否かを判定する（Ｓ１０４）。この判定は、もちろん定格電圧を超える電圧を印加する時間を一定時間に限定するためである。そして、充電から所定時間経過していない場合には、バッテリ１７の温度に応じた充電電圧、例えば充電電圧Ｄで充電すべく発電機２４を制御する。充電を開始して所定時間以上となった場合には、バルブ２２の特性劣化を抑制すべく、充電電圧を定格電圧以下の電圧Ｃまで低下させるべく発電機２４を制御する（Ｓ１０５）。所定時間は、接続される負荷の特性劣化の度合いに応じて設定することが好適である。
【００２７】
一方、バッテリ１７の温度がＢを超えている場合には、最適充電電圧が定格電圧を超えている場合であっても充電電圧を定格電圧以下のＣとしてバッテリ１７を充電する（Ｓ１０５）。したがって、充電開始から所定時間経過していなくても、バッテリ温度がＢを超えた場合には、その時点で充電電圧はＤからＣに変更されることになる。また、バッテリ温度がＡを超えている場合には、バッテリ１７の充電に必要な電圧はバルブ２２の定格電圧以下となるため、バッテリ温度に応じて充電すべく発電機２４を制御する（Ｓ１０７）。
【００２８】
図７には、本実施形態におけるバッテリ周囲温度と充電電圧との関係（Ａ）及び経過時間と充電電圧（Ｂ）との関係が示されている。バッテリが比較的低温（Ａ以下）の場合には、本来であれば定格電圧を超える電圧で充電すべきであるが、バルブ２２の特性劣化を考慮し、定格電圧を超えるＤ電圧と定格電圧以下のＣ電圧で充電し、バッテリ１７を活性化する。また、定格電圧を超えるＤ電圧を印加して充電する期間は一定時間（図では時間ｔ０）に限定され、その後は定格電圧以下のＣ電圧で充電されるので、バッテリ１７を効率的に充電しつつバルブ２２の特性劣化を抑えることができる。
【００２９】
なお、本実施形態において、定格電圧を超えるＤ電圧を一定値ではなく、バッテリ１７の周囲温度に応じた値とすることも可能である。また、温度のしきい値Ａ、Ｂを用いず、単にバッテリの周囲温度に応じた充電電圧とし、定格電圧を超える電圧Ｄの印加時間を一定時間としてその後は定格電圧以下の電圧Ｃ（このＣはバッテリの温度に応じた値とすることもできる）で充電してもよい。
【００３０】
図８には、他の実施形態の回路構成が示されている。図５と異なる点は、バルブ２２と回路を接続するためのスイッチ１９が設けられており、制御部２８がバッテリ温度や各種センサ信号に基づいてスイッチ１９を切り替え制御してバルブ２２を回路から切り離す点である。各種センサ信号は、バルブ２２を作動させる必要があるか否かを判定するために必要な信号であり、例えば車両が走行中か否か、あるいは外界が明るいか否かの検出信号を用いることができる。
【００３１】
図９には、本実施形態における制御部２８の処理フローチャートが示されている。まず、バッテリ１７の温度に応じて決定される充電電圧がバルブ２２の定格電圧を超えているか否かを判定する（Ｓ２０１）。そして、バッテリ１７の温度が低く、充電電圧が定格電圧を超える場合には、制御部２８は各種センサ信号に基づき、バルブ２２の作動必要性を判定する。すなわち、車両が停車中であるか否かを判定し（Ｓ２０２）、車両が走行中である場合には、さらに外界が明るいか否かを判定する（Ｓ２０３）。車両が停車中であったり、外界が明るい場合には、バルブ２２を作動させる必要がないため、制御部２８はスイッチ１９を解放制御する（Ｓ２０４、Ｓ２０５）。これにより、バルブ２２は回路から切り離され、発電機２４から定格電圧を超える充電電圧でバッテリ１７を充電しても、バルブ２２には影響せず、バッテリ１７を効率的に充電することができる。なお、車両が走行中であって外界が暗い場合には、バルブ２２を切り離すことができないため、例えば既述した方法で充電電圧を変化させ、バルブ２２の特性劣化を防ぐことが好適である。
【００３２】
図１０には、他の実施形態の回路構成が示されている。バッテリ１７に負荷であるバルブ２２が接続され、発電機２４によりバッテリ１７を充電するように接続する構成は上記の実施形態と同様である。一方、本実施形態においては、発電機２４とバルブ２２との間に負荷の印加電圧を降圧する手段としてマイコン及び変調用トランジスタを含むＰＷＭ（パルス幅変調）回路３０が設けられており、発電機２４からの充電電圧をパルス幅変調してバルブ２２に供給する。ＰＷＭ回路３０は、発電機２４からの電圧がバルブ２２の定格電圧以下である場合には充電電圧を変調せず、定格電圧を超える場合にパルス幅変調して実効電圧を定格電圧以下に低下させ、バルブ２２に供給する。
【００３３】
図１１には、ＰＷＭ回路３０によるパルス幅変調のタイミングチャートが示されている。図において、（Ａ）は発電機２４からの出力であり、（Ｂ）はバルブ２２に供給される電圧である。発電機２４はバッテリ１７の周囲温度に応じた電圧を出力してバッテリ１７を充電する。バッテリ１７の周囲温度が比較的高温で通常、すなわちバルブ２２の定格電圧以下の電圧で充電する場合には、発電機２４からの電圧は変調されず、そのままバルブ２２に供給される。一方、バッテリ１７の周囲温度が比較的低くバルブ２２の定格電圧を超える電圧が出力された場合、ＰＷＭ回路は発電機２４からの電圧を所定のデューティ比でパルス幅変調してバルブ２２に供給する。パルス幅変調は、その実効電圧が図中一点鎖線、すなわちバルブ２２の定格電圧以下となるように設定する。これにより、バッテリ１７には定格電圧を超える電圧で充電しつつ、バルブ２２には定格電圧以下の電圧を供給してバルブ２２の特性劣化を防止することができる。
【００３４】
なお、本実施形態ではパルス幅変調によりバルブ２２に供給される電圧を低下させているが、発電機２４とバルブ２２との間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けてバルブ２２に供給する電圧を定格電圧以下に下げることも可能である。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について、定格電圧を超える電圧が印加された場合に特性が劣化する負荷としてバルブ（ランプ）を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されることなく任意の負荷に適用することができる。そして、図５の構成の場合には適用される負荷の種類に応じて充電電圧Ｄを印加する時間を変化させ、図８の構成の場合には適用される負荷の種類に応じて作動必要性を判定することが好適である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バッテリを効率的に充電しつつ、バッテリに接続された負荷の特性劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の回路構成図である。
【図２】図１における制御部の回路構成図である。
【図３】図２における端子Ａの電圧特性図である。
【図４】図１におけるＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧特性図である。
【図５】他の実施形態の回路構成図である。
【図６】図５における制御部の処理フローチャートである。
【図７】バッテリ周囲温度と充電電圧との関係を示す特性図である。
【図８】他の実施形態の回路構成図である。
【図９】図８における制御部の処理フローチャートである。
【図１０】他の実施形態の回路構成図である。
【図１１】図１０におけるパルス幅変調のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１２  ＤＣ−ＤＣコンバータ、１４  制御部、１７  バッテリ、２２  バルブ。
【図１】
0003552614.tif 000003
【図２】
0003552614.tif 000004
【図３】
0003552614.tif 000005
【図４】
0003552614.tif 000006
【図５】
0003552614.tif 000007
【図６】
0003552614.tif 000008
【図７】
0003552614.tif 000009
【図８】
0003552614.tif 000010
【図９】
0003552614.tif 000011
【図１０】
0003552614.tif 000012
【図１１】
0003552614.tif 000013