(57)【要約】【課題】バッテリー電圧を昇圧することにより、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路およびバッテリーへの負担が少ない補助電源装置を提供する。【解決手段】補助電源装置１は、バッテリーからの入力電圧を昇圧する昇圧回路４と、昇圧回路４の昇圧動作を制御する昇圧制御部５と、バッテリーからの入力電圧を検出するＳＴＡＲＴ電圧検出部６を備え、昇圧制御部５は、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６が検出した入力電圧の上昇時に、当該入力電圧が第１電圧より高くなったときに昇圧動作を開始させ、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６が検出した入力電圧の降下時に、当該入力電圧が第２電圧より低くなったときに昇圧動作を停止させ、前記第２電圧は前記第１電圧よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーからの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御部と、
を備える補助電源装置であって、
前記バッテリーからの入力電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記昇圧制御部は、
前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の上昇時に、当該入力電圧が第１電圧より高くなったときに前記昇圧動作を開始させ、
前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の降下時に、当該入力電圧が第２電圧より低くなったときに前記昇圧動作を停止させ、
前記第２電圧は前記第１電圧よりも低いことを特徴とする補助電源装置。
【請求項２】
前記昇圧制御部は、前記バッテリーに接続されるエンジンの始動時のみ、前記昇圧回路を動作させる、請求項１に記載の補助電源装置。
【請求項３】
前記第１電圧は５Ｖであり、前記第２電圧は３．５Ｖである、請求項１または２に記載の補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載されるバッテリーの電圧を昇圧する機能を有する補助電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるバッテリーは、エンジンクランキング時（始動時）において、電圧が低下しやすいため、車載電子機器が減電により動作保証できなくなるおそれがある。そこで、バッテリー電圧を昇圧する昇圧回路を備えた補助電源装置を用いることにより、安定してエンジンを始動可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７５７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリーは、経年劣化や低温環境下での使用によっても出力が低下する。その場合、エンジンクランキング時のバッテリー電圧は非常に低くなる。しかし、極端に低いバッテリー電圧（例えば５Ｖ未満）を常に昇圧できるように補助電源装置を構成すると、昇圧回路への入力電流が大きくなり、昇圧回路の温度上昇を招く。その結果、昇圧回路およびバッテリーへの負担が大きくなり、昇圧回路およびバッテリーの劣化の進行が早まるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、バッテリー電圧を昇圧することにより、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路およびバッテリーへの負担が少ない補助電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る補助電源装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、バッテリーからの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御部と、を備える補助電源装置であって、前記バッテリーからの入力電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記昇圧制御部は、前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の上昇時に、当該入力電圧が第１電圧より高くなったときに前記昇圧動作を開始させ、前記電圧検出部が検出した前記入力電圧の降下時に、当該入力電圧が第２電圧より低くなったときに前記昇圧動作を停止させ、前記第２電圧は前記第１電圧よりも低いことを特徴とする。
【０００７】
上記補助電源装置では、前記昇圧制御部は、前記バッテリーに接続されるエンジンの始動時のみ、前記昇圧回路を動作させることが好ましい。
【０００８】
上記補助電源装置では、例えば、前記第１電圧は５Ｖであり、前記第２電圧は３．５Ｖである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バッテリー電圧を昇圧することにより、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路およびバッテリーへの負担が少ない補助電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記補助電源装置のＳＴＡＲＴ電圧検出部の構成の一例を示す回路図である。
【図３】上記補助電源装置の昇圧回路の入出力特性の一例を示すグラフである。
【図４】上記補助電源装置の入力電圧および出力電圧の各波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る補助電源装置１の構成を示すブロック図である。補助電源装置１は、外部との接続端子として、３つの入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮ、３つの出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴ、およびアース用端子ＧＮＤを備えている。補助電源装置１の入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮは、車両等に搭載されるバッテリーの出力端子に接続される。補助電源装置１の出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴは、エンジンや電装機器等の負荷に接続される。
【００１３】
入力端子＋Ｂ＿ＩＮには、バッテリーから常時電源用の電力が入力され、当該電力は出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴから出力される。入力端子ＡＣＣ＿ＩＮには、バッテリーからアクセサリー電源用の電力が入力され、当該電力は出力端子ＡＣＣ＿ＯＵＴから出力される。入力端子ＳＴＡＲＴ＿ＩＮには、バッテリーからエンジン起動用の電力が入力され、当該電力は出力端子ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴから出力される。なお、３つの入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮは同一のバッテリーに接続されるため、それらの入力端子への入力電圧は互いに等しい。そのため、以下では、入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮに入力される当該バッテリーからの各入力電圧を、バッテリー電圧と称することもある。
【００１４】
また、補助電源装置１は、筐体内に保護回路２、ＡＣＣ電圧検出部３、昇圧回路４、昇圧制御部５およびＳＴＡＲＴ電圧検出部６を備えている。保護回路２は、昇圧回路、及び昇圧制御部を過電圧、過電流、逆接等から保護する回路である。本実施形態では、保護回路２は、入力端子ＡＣＣ＿ＩＮからのバッテリー電圧が所定値になったことをＡＣＣ電圧検出部３が検出した場合に動作するように構成されている。保護回路２は、本発明に必須の構成ではなく、必要に応じて設けられるものとする。なお、ＡＣＣ電圧検出部３は、後述するＳＴＡＲＴ電圧検出部６と同様のヒステリシスコンパレータで構成することができる。
【００１５】
昇圧回路４は、入力電圧を昇圧する機能を有する回路である。昇圧回路４の具体的な回路構成は特に限定されず、チョッパ回路等の公知の回路構成を採用することができる。昇圧回路４は、入力端子が保護回路２を介して入力端子＋Ｂ＿ＩＮに接続されており、入力端子＋Ｂ＿ＩＮからのバッテリー電圧を所定の電圧に昇圧する。また、昇圧回路４の出力端子は、出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴに接続されており、昇圧回路４によって昇圧された電力は、出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴから出力可能となっている。
【００１６】
なお、出力端子ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴは、スイッチＳＷを介して昇圧回路４と接続されており、スイッチＳＷがＯＮの場合のみ、昇圧された電力が出力端子ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴから出力される。スイッチＳＷは、バイポーラトランジスタ等で構成することができ、後述するＳＴＡＲＴ電圧検出部６からの出力信号がハイレベルの場合に導通する。
【００１７】
昇圧制御部５は、昇圧回路４の昇圧動作を制御する機能を有しており、本実施形態では集積回路で構成される。昇圧制御部５は、昇圧回路４の出力を検知してフィードバック制御することができる。これにより、入力端子＋Ｂ＿ＩＮからのバッテリー電圧の変動にかかわらず、昇圧回路４は昇圧動作中の出力電圧を所望の電圧（例えば１２Ｖ）に維持することができる。
【００１８】
ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は、入力端子ＳＴＡＲＴ＿ＩＮからのバッテリー電圧を検出する回路であり、特許請求の範囲に記載の電圧検出部に相当する。昇圧制御部５は、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６が検出したバッテリー電圧の値に応じて、昇圧回路４の昇圧動作の開始および停止を制御する。具体的には、昇圧制御部５は、バッテリー電圧の上昇時に、当該バッテリー電圧が第１電圧より高くなったときに前記昇圧動作を開始させ、バッテリー電圧の降下時に、当該バッテリー電圧が第２電圧より低くなったときに前記昇圧動作を停止させ、第２電圧は第１電圧よりも低いことを特徴としている。第１電圧および第２電圧の値は、特に限定されないが、本実施形態では、第１電圧は５Ｖであり、第２電圧は３．５Ｖである。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態では、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は、オペアンプＡＭＰおよび３つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有するヒステリシスコンパレータとして構成されている。オペアンプＡＭＰの非反転入力端子は、抵抗Ｒ１を介して入力端子ＳＴＡＲＴ＿ＩＮに接続されており、抵抗Ｒ１とオペアンプＡＭＰの非反転入力端子との接続点は、抵抗Ｒ２を介して接地されている。また、オペアンプＡＭＰの出力端子は、昇圧制御部５に接続されているとともに、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＡＭＰの非反転入力端子に接続されている。オペアンプＡＭＰの反転入力端子は一定のリファレンス電圧ＶＲＥＦが入力される。オペアンプＡＭＰの出力端子から出力される比較信号は、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６の出力信号として昇圧制御部５およびスイッチＳＷに入力される。
【００２０】
このような回路構成により、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は、入力電圧の上昇時に５Ｖを超えたときに、出力信号をローレベルからハイレベルに切り換え、入力電圧の降下時に出力信号をハイレベルからローレベル切り換える。昇圧制御部５は、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６からの入力信号がハイレベルの場合に、昇圧回路４が昇圧動作を開始するように制御する。同時に、図１に示すスイッチＳＷが導通するため、昇圧回路４によって昇圧された電力が出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴから出力される。
【００２１】
なお、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６の出力信号の極性が上述のものと逆になるように、ヒステリシスコンパレータを構成してもよい。この場合、昇圧制御部５は、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６からの出力信号がローレベルの場合に、昇圧回路４が昇圧動作を行うように制御する。
【００２２】
また、図１に示すように、入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮは、逆流防止用ダイオードを介して、出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴとそれぞれバイパス接続されている。これにより、昇圧回路４が昇圧動作を行っていない場合であっても、入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮに入力された各電力はそれぞれ、出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴからそのまま出力される。
【００２３】
これにより、昇圧回路４の出力電圧は、バッテリー（入力端子ＳＴＡＲＴ＿ＩＮ）からの入力電圧に応じて、図３のように変化する。すなわち、入力電圧が０Ｖから５Ｖに達するまでは、昇圧回路４は昇圧動作を行わないため、出力電圧は入力電圧と等しい。その後、入力電圧が５Ｖに達すると、昇圧回路４は昇圧動作を開始して、出力電圧が１２Ｖとなる。さらに入力電圧が上昇して１２Ｖを超えた場合、出力電圧は入力電圧と等しくなる。また、昇圧回路４による昇圧動作が一旦開始されると、その後、入力電圧が５Ｖ以下になっても、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６のヒステリシス特性により、昇圧回路４は昇圧動作を継続し、出力電圧は１２Ｖのまま維持される。その後、入力電圧が３．５Ｖ未満に低下すると、昇圧回路４は昇圧動作を停止し、出力電圧は入力電圧と等しくなる。
【００２４】
図４は、図１に示す補助電源装置１の入力端子＋Ｂ＿ＩＮ，ＡＣＣ＿ＩＮ，ＳＴＡＲＴ＿ＩＮへの入力電圧および出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴからの出力電圧の各波形の一例を示す図である。補助電源装置１およびバッテリーが搭載された車両が駆動していないときは、常時電源用の入力端子＋Ｂ＿ＩＮにのみバッテリー電圧が入力される。また、昇圧回路４は昇圧動作を行っていないため、入力端子＋Ｂ＿ＩＮに入力されたバッテリー電圧（以下、＋Ｂ電圧とする）は、そのままバイパス経路を介して出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴから出力される。なお、本実施形態では、バッテリーの定格出力電圧は１２Ｖであるが、車両の周囲環境温度が低いため、当初のバッテリー電圧は６Ｖに低下しているものとする。
【００２５】
その後、ユーザが車両の駆動を開始すると、時間ｔ０において入力端子ＡＣＣ＿ＩＮにバッテリー電圧（以下、ＡＣＣ電圧とする）が入力され、時間ｔ１において入力端子ＳＴＡＲＴ＿ＩＮにバッテリー電圧（以下、ＳＴＡＲＴ電圧とする）が入力される。なお、実際のバッテリー電圧の立上がり及び立下りの傾きは垂直ではないが、説明の便宜上、ＡＣＣ電圧の立上がり及び立下りの波形を垂直に示している。
【００２６】
時間ｔ０では、昇圧回路４は昇圧動作を行っていないため、ＡＣＣ電圧は、そのままバイパス経路を介して出力端子ＡＣＣ＿ＯＵＴから出力される。
【００２７】
その後、時間ｔ１において、ＳＴＡＲＴ電圧が立上がり始めるが、昇圧回路４は昇圧動作を行っていないため、ＳＴＡＲＴ電圧は、そのままバイパス経路を介して出力端子ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴから出力される。
【００２８】
その後、時間ｔ２において、ＳＴＡＲＴ電圧が３．５Ｖ（第２電圧）より高くなる。しかしその時点においても、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は、ヒステリシス特性により、昇圧制御部５への出力信号をローレベルのまま維持するため、昇圧回路４は昇圧動作を開始しない。
【００２９】
その後、時間において、ＳＴＡＲＴ電圧が５Ｖ（第１電圧）より高くなると、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は、昇圧制御部５への出力信号をハイレベルに切り換える。これにより、昇圧回路４は昇圧動作を開始し、その結果、昇圧回路４の出力電圧は１２Ｖになる。また、図１に示すスイッチＳＷも導通するため、全ての出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴから１２Ｖの電圧が出力される。これにより、バッテリー電圧が低い状態であっても、エンジンの始動に必要な電圧を供給することができる。
【００３０】
また、エンジンクランキング時は、バッテリー電圧は不安定になるので、＋Ｂ電圧、ＡＣＣ電圧およびＳＴＡＲＴ電圧の波形は、降下と上昇を繰り返す。このため、バッテリー電圧は一時的に５Ｖ未満の非常に低い電圧になることがある。これに対し、本実施形態では、時間ｔ４において、ＳＴＡＲＴ電圧が５Ｖ未満に低下しても、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は、ヒステリシス特性により、昇圧制御部５への出力信号をハイレベルのまま維持する。そのため、昇圧回路４は昇圧動作を継続し、昇圧回路４の出力電圧は１２Ｖのまま維持される。よって、エンジンを安定的に始動させることができる。
【００３１】
その後、エンジンの始動が完了すると、ＳＴＡＲＴ電圧が立下がる。時間ｔ５においてＳＴＡＲＴ電圧が３．５Ｖよりも低くなると、ＳＴＡＲＴ電圧検出部６は昇圧制御部５への出力信号をローレベルに切り換える。これにより、昇圧回路４は昇圧動作を停止し、＋Ｂ電圧、ＡＣＣ電圧およびＳＴＡＲＴ電圧は、そのままバイパス経路を介して出力端子＋Ｂ＿ＯＵＴ，ＡＣＣ＿ＯＵＴ，ＳＴＡＲＴ＿ＯＵＴからそれぞれ出力される。よって、昇圧制御部５は、エンジンの始動時のみ（本実施形態では、ｔ３〜ｔ５の期間）昇圧回路４を動作させることができる。
【００３２】
その後、エンジン回転によりオルタネータが発電を開始し、その電力がバッテリーに供給されることにより、バッテリー電圧は上昇し、時間ｔ６において１２Ｖに達して安定する。その後、ユーザが車両の駆動を停止させると、時間ｔ７において、ＡＣＣ電圧が立下り、＋Ｂ電圧のみが出力端子＋Ｂから出力される。
【００３３】
このように、本実施形態に係る補助電源装置１では、エンジンクランキング時において、一旦ＳＴＡＲＴ電圧が５Ｖ以上になって昇圧回路４が昇圧動作を開始すれば、その後ＳＴＡＲＴ電圧が５Ｖ未満に低下しても、３．５Ｖよりも低くならない限り、昇圧回路４は昇圧動作を継続する。よって、バッテリーの経年劣化や低温環境下での使用によって、バッテリー電圧が低い状態であっても（例えば、５Ｖ以上１２Ｖ未満）、エンジンを安定して始動させることができる。
【００３４】
また、極端に低いバッテリー電圧（例えば、５Ｖ未満）を常に昇圧可能に補助電源装置を構成すると、昇圧回路への入力電流が大きくなり、昇圧回路およびバッテリーの劣化の進行が早まるおそれがある。これに対し、本実施形態に係る補助電源装置１では、昇圧回路４が昇圧動作を行っていない状態では、ＳＴＡＲＴ電圧が３．５Ｖ以上に上昇しても、５Ｖに達しない限り、昇圧回路４は昇圧動作を開始しない。そのため、エンジン駆動前のバッテリー電圧が極端に低い場合は、エンジンを始動させない。これにより、昇圧回路４およびバッテリーの負担を軽減することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る補助電源装置１によって、バッテリー電圧が低い状態下でエンジンを安定して始動させることができ、かつ、昇圧回路４およびバッテリーへの負担を少なくすることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、昇圧回路４の昇圧動作の開始／停止の基準となる第１電圧および第２電圧が、それぞれ５Ｖおよび３．５Ｖに設定されていたが、これに限定されない。第１電圧および第２電圧は、エンジンの始動に必要な電圧、バッテリー電圧の温度や経年劣化に対する特性、昇圧回路の昇圧能力などに応じて、適宜変更することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、昇圧制御部５は、バッテリー電圧のうちＳＴＡＲＴ電圧の変化に基づいて、昇圧回路４の昇圧動作の開始／停止を制御していたが、本発明はこれに限定されず、昇圧動作の開始／停止の基準となるバッテリー電圧は、ＡＣＣ電圧または＋Ｂ電圧であってもよい。しかし、本実施形態のように、昇圧動作の開始／停止の基準となるバッテリー電圧をＳＴＡＲＴ電圧とすることにより、昇圧制御部５は、昇圧回路４がエンジンの始動時のみ昇圧動作を行うように制御する。これにより、昇圧回路４の昇圧動作を必要最小限にとどめることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る補助電源装置は、車輪を有する車両に限らず、エンジンで駆動する車輪を有さない機器にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  補助電源装置
２  保護回路
３  ＡＣＣ電圧検出部
４  昇圧回路
５  昇圧制御部
６  ＳＴＡＲＴ電圧検出部（電圧検出部）
【図１】
2018085810.tif 000003
【図２】
2018085810.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018085810.tif 000006