(57)【要約】【課題】鉛蓄電池の体積や重量を減らして、電源供給装置全体の小型および軽量化を図ること。【解決手段】通常時に補機３１に電源を供給する主電源部１０と、非常時に補機３１に電源を供給する補助電源部２０とを備えた電源供給装置において、補助電源部２０のバッテリ（鉛蓄電池）２２を主電源部１０のバッテリ（鉛蓄電池）１２の６セル構成より１つ多い７セル構成にし、さらに補助電源部２０のバッテリ２２から供給される電圧が、主電源部１０のバッテリ１２から供給される電圧より大きく、かつ補機３１の連続定格の上限電圧以下に設定して、電源供給装置の補助電源部２０を構成する。【選択図】      図１
2004260948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補機に電源を供給して、該補機を動作させる主電源部を有する電源供給装置において、
前記主電源部の電圧より大きく、かつ前記補機の連続定格の上限電圧以下である電圧を供給する補助電源供給部と、
前記主電源部と前記補助電源部から供給される電圧を切り替えて、前記補機に供給する切替手段と、
を備えたことを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記補助電源部は、
所定セル数の蓄電池と、
前記蓄電池を前記主電源部の電圧より大きく、かつ前記補機の連続定格の上限電圧以下である電圧に充電する充電手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記補助電源部は、
前記蓄電池の内部抵抗値を測定し、該測定結果に基づいて該蓄電池の劣化状態を検知する検知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主電源部の異常などの非常時に、主電源部に代わって補助電源部から補機に電源を供給して、補機の動作を保証するための電源供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、ＰＬ法（製造物責任法）の施行を受けて車両の安全運行に対する取り組みや基準作りが重要視されてきている。この安全対策として従来では、たとえばメーデーシステムと称される緊急通報装置が導入されたものがあり、この装置では、車両の発電系および蓄電池、電源線などが破損などにより電力供給能力を失った場合に、主電源部に代わって緊急通報装置の動作を保証するための補助電源部を採用するものがある。
【０００３】
また、車両の安全運行を図るためには、今後はバイワイヤ技術と呼ばれる技術を用いた電子制御系が、エンジン、ブレーキ、操舵などの走行系の制御に使用され、主電源部からの電源異常時に補助電源部から電源を供給するようにして事故を回避する技術が重要となりつつある。
【０００４】
この補助電源部に用いられる電源としては、たとえば蓄電池およびキャパシタなどが挙げられるが、放電性能のコスト比においては蓄電池が優れている。さらに、地球の外部環境条件を考慮した−３０℃〜−４０℃という極低温状態での放電特性においては、これらの電源のうち、鉛蓄電池が最も優れている。そこで、このような理由から上述した緊急通報装置でも、補助電源として鉛蓄電池が使用されていた。このような補助電源供給装置としては、たとえば特許文献１に示すようなものがあった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２４４７０４号公報（第２−３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記鉛蓄電池は、体積または重量あたりの放電性能が他の蓄電池やキャパシタと比べて劣っており、この放電性能を上げるためには、その結果として大型化や重量の増大化を招くこととなる。すなわち、たとえば１２Ｖ電池で使用される車両の電源電圧は、図７に示す範囲で規定されており、１０Ｖ以下の領域では、電圧不足により補機のシステムの動作が保証されない動作不能状態となり、また１６Ｖ以上の領域では、補機部品の耐電圧を超えてしまう。したがって、このことから、車両の電源電圧は、１０Ｖ〜１６Ｖの範囲が適正な許容範囲とされている。
【０００７】
この車両で使用される一般的な１２Ｖ鉛蓄電池（６セル構成）の出力電圧特性を模式的に示すと、図８に示すような関係になり、補機が動作するのに必要とされる電流値を、必要な時間の間、１０Ｖ以上の電圧が保証される容量が選定される。この図において、通常放電をかけると、瞬間的に１２Ｖ電池の電圧が最高電圧の約１３．２Ｖに上がり、後はその電圧が緩やかに下がっていく特性となる。この現象は、放電時に流れる電流が小または蓄電池の容量が大の一点鎖線Ａの場合には、この電圧は高くなり、放電時に流れる電流が大または蓄電池の容量が小の一点鎖線Ｂの場合には、この電圧は低くなる。
【０００８】
したがって、図７に示した補機耐電圧上限値１６Ｖに対しては、まだ余裕がある。しかし、図８の一点鎖線Ｂに示した場合には、補機動作保証下限値の１０Ｖに対しては、これを下回ってしまう事態が発生し、補機の動作限界に達しないことがある。このため、電流が固定の場合には、蓄電池の容量を大きくして、電池の電圧を上げる必要があり、その結果として電源供給装置の大型化や重量の増大化を招くこととなって、車両の設置スペースや重量に影響を及ぼすこととなるという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、蓄電池の体積や重量を軽減して、装置全体の小型および軽量化を図ることができる電源供給装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる電源供給装置では、補機に電源を供給して、該補機を動作させる主電源部を有する電源供給装置において、前記主電源部の電圧より大きく、かつ前記補機の連続定格の上限電圧以下である電圧を供給する補助電源部と、前記主電源部と前記補助電源部から供給される電圧を切り替えて、前記補機に供給する切替手段とを備えたことを特徴とする電源供給装置が提供される。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、補助電源部から供給される電圧が、主電源部の電圧（たとえば１３．２Ｖ）より大きく、かつ補機の連続定格の上限電圧（たとえば１６Ｖ）以下に設定することで、蓄電池の体積や重量を軽減する。
【００１２】
また、請求項２にかかる電源供給装置では、前記補助電源部は、所定セル数の蓄電池と、前記蓄電池を前記主電源部の電圧より大きく、かつ前記補機の連続定格の上限電圧以下である電圧に充電する充電手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
この請求項２の発明によれば、蓄電池の充電手段（充電回路）を装備する場合には、補助電源部の蓄電池をこの請求項１に設定された範囲内の電圧で充電することで、充電電流が小さくなって、充電回路の小型、低コスト化を図る。
【００１４】
また、請求項３にかかる電源供給装置では、前記補助電源部は、前記蓄電池の内部抵抗値を測定し、該測定結果に基づいて該蓄電池の劣化状態を検知する検知手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項３の発明によれば、たとえば多セル化で高くなった電池の内部抵抗を求め、この内部抵抗値に基づいて電池の劣化状態を精度良く検知する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下の図１〜図６に添付図面を参照して、この発明にかかる電源供給装置の好適な実施の形態を説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、この発明にかかる電源供給装置の構成の一例を示す構成図である。図において、主電源部１０は、発電機１１、バッテリ１２、ヒューズ１３〜１５とからなり、発電機１１およびバッテリ１２からの電源線１６，１７がヒューズ１３，１４を介してメイン電源線１８に接続されており、このメイン電源線１８は、電源切り替え回路３０を介して補機３１と接続されている。したがって、通常時には、メイン電源線１８を介して発電機１１およびバッテリ１２から補機３１に電源が供給されている。
【００１８】
補助電源部２０は、充電回路２１、補助バッテリ２２とからなり、充電回路２１は、電源線１９を介してバッテリ１２と接続され、通常時にバッテリ１２から供給される電源によって、補助バッテリ２２の充電を行っている。また、バッテリ２２は、電源切り替え回路３０を介して補機３１と接続されている。そして、主電源部１０の異常などの非常時には、電源切り替え回路３０が切り替わり、バッテリ２２から補機３１に電源が供給されている。なお、主電源部１０および補助電源部２０の各バッテリ１２，２２は、たとえば鉛蓄電池から構成されており、車両で使用される一般的な主電源部１０の１２Ｖの鉛蓄電池は、６セル構成になっている。
【００１９】
このような構成の電源供給装置に対して、この発明の発明者らは、以下の検証を行った。すなわち、図２に示すように、鉛蓄電池において、２５Ａ放電時に１０秒間の最低電圧が１０Ｖ以上となる電池容量を、セル数との関係で求めた。この結果、５セルから６セル間では、容量が５０Ａｈから３．６Ａｈに急激に減少するが、６セルからは、７セルが１．９Ａｈ、８セルが１．３Ａｈ、９セルが１．１Ａｈとなだらかに減少していくことが解った。
【００２０】
さらに、この関係から各セル構成で必要性能を満たした場合の体積比率を図３に、また重量比率を図４に示す。ここで、体積比率においては、６セルの場合には１００％で、７セルの場合には約６７％で、８セルの場合には約５５％で、９セル以上は、８セルの場合からなだらかに減少していた。重量比率においては、６セルの場合には１００％で、７セルの場合には約５５％で、８セルの場合には約３８％で、９セル以上は、８セルの場合からなだらかに減少していた。
【００２１】
これらの関係から鉛蓄電池が６セル構成と比べて７セル構成にすると、体積比率では、約２／３に、重量比率では、約１／２に大幅改善されることが解った。また、８セルや９セル構成の場合には、さらに改善されるが、その改善率は小さくなる。
【００２２】
また、図５に各セル構成での出力電圧範囲を示すが、この図から明らかなように、８セル構成以上のものは、既存の補機耐電圧上限値１６Ｖを超えてしまうため、補機システムの全面的な再設計が必要となるだけでなく、これに伴い部品定格アップによるコスト増も伴い、結果として一般的な６セル構成の鉛蓄電池と比べて車両全体としてのコストはかえって高価になることが解った。
【００２３】
そこで、この実施の形態では、上述した検出結果から考察して、補助電源部２０のバッテリ（鉛蓄電池）２２を主電源部１０のバッテリ１２の６セル構成よりも１つ多い、７セル構成とする。さらに、この実施の形態では、バッテリ２２から供給される電圧が、主電源部１０のバッテリ１２から供給される電圧（たとえば６セル構成の場合の最高電圧１３．２Ｖ）より大きく、かつ補機の連続定格の上限電圧（たとえば補機耐電圧上限値１６Ｖ）以下に設定する。
【００２４】
このように、この実施の形態では、補助電源用の蓄電池を、主電源用の蓄電池のセル数より１つ多い７セル構成とし、さらに補助電源用の蓄電池から供給される電圧が、主電源部の蓄電池から供給される電圧より大きく、かつ補機耐電圧上限値以下に設定するので、図３、図４に示すように蓄電池の体積や重量を軽減することができ、これにより電源供給装置全体の小型および軽量化を図ることができる。
【００２５】
また、この実施の形態にかかる補助電源部２０においては、この設定に伴い、バッテリ２２の充電回路２１は、バッテリ２２から供給される電圧が、主電源部１０のバッテリ１２から供給される電圧より大きく、かつ補機耐電圧上限値以下になるように、補助電源部２０のバッテリ２２を充電している。
【００２６】
ここで、図２に示した各セル数における出力電圧１０Ｖを保証するための単セル容量値の場合に、車両が平均温度４０℃で１ヶ月間放置されたとすると、その間の自己放電は、約１０％となる。これを１Ａを充電電流の上限とする定電流充電器で満充電まで充電するのに要する時間ｔは、５セルの場合には、自己放電量１０％は、５０Ａｈ×１０％＝５Ａｈで、充電効率を９０％とすると、ｔ＝５Ａｈ／（１Ａ／９０％）＝５．６時間となる。
【００２７】
同様に、６セルの場合には、自己放電量１０％は、３．６Ａｈ×１０％＝０．３６Ａｈで、満充電までの時間ｔ＝０．３６Ａｈ／（１Ａ／９０％）＝０．４時間、７セルの場合には、自己放電量１０％は、１．９Ａｈ×１０％＝０．１９Ａｈで、満充電までの時間ｔ＝０．１９Ａｈ／（１Ａ／９０％）＝０．２１時間、８セルの場合には、自己放電量１０％は、１．３Ａｈ×１０％＝０．１３Ａｈで、満充電までの時間ｔ＝０．１３Ａｈ／（１Ａ／９０％）＝０．１４時間、９セルの場合には、１．１Ａｈ×１０％＝０．１１Ａｈで、満充電までの時間ｔ＝０．１１Ａｈ／（１Ａ／９０％）＝０．１２時間となる。
【００２８】
ただし、７セルで１Ａで充電をかけると、容量率としては０．５３Ｃとなる。通常、充電電流の上限は、電池の劣化を防ぐために０．２〜０．３Ｃに抑えるのが通例になっている。ここで、容量率０．３Ｃを上限とすると、７セルでは、１．９Ａｈ×０．３Ｃ＝０．５７Ａで、０．３３時間で、同様に８セルおよび９セルでも、０．３３時間となり充電時間は変化しなくなる。
【００２９】
このように、この実施の形態では、補助電源用の蓄電池を７セル構成とし、さらに補助電源用の蓄電池から供給される電圧が、主電源部の蓄電池から供給される電圧より大きく、かつ補機耐電圧上限値以下になるように、バッテリを充電するので、充電時間が短縮され、車両のわずかな走行時間でも充電が可能となり、たとえば暖機中に補助電源部のバッテリに必要な電気量を迅速に補充することができるようになり、常に非常時用の電力を確保することができる。
【００３０】
また、この実施の形態では、自己放電量と電池容量は、比例関係にあり、多セル化により蓄電池の容量が小さくなれば、充電電流を小さくできるので、充電回路の小型、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
なお、この実施の形態では、主電源部のバッテリが１２Ｖ電池の場合について説明したが、この発明はこれに限らず、たとえば主電源部のバッテリが２４Ｖ電池や３６Ｖ電池の場合でも、上述した設定条件、すなわち補助電源用の蓄電池から供給される電圧が、主電源部の蓄電池から供給される電圧より大きく、かつ補機耐電圧上限値以下に設定するという設定条件と同様の設定条件によって補助電源部のバッテリを構成することで、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図６は、この発明にかかる電源供給装置の構成の他例を示す構成図である。図において、図１に実施の形態１の構成と異なる点は、補助電源部２０に電池状態検知回路２３を設けて、バッテリ２２の電池劣化状態を検知する点である。
【００３３】
この電池状態検知回路２３は、鉛蓄電池であるバッテリ２２のインピーダンス、たとえば電池の内部抵抗値を測定することで、電池の劣化状態を検知するもので、定電流放電回路と電池電圧測定回路とから構成されている。次に、この電池状態検知回路２３による電池の内部抵抗値の測定法について説明する。
【００３４】
ここで、放電電流をＩ、補助電源部２０に組み込まれた電池全体の内部抵抗値をＲ（Ｒ６は６セル構成の場合、Ｒ７は７セル構成の場合）、定電流放電時の電圧変化をΔＶ、単位セルの内部抵抗値をｒ、単位セルの容量（組み込まれた電池の容量）をＡｈとすると、
内部抵抗値Ｒ＝ΔＶ／Ｉ        …（１）
より求められる。ここで、２５Ａ放電時に１０秒間の最低電圧が１０Ｖ以上を保証すると、電池容量は、６セル構成では約３．６Ａｈとなり、測定されるＲは、おおよそ１００ｍΩ前後になる。これを７セル構成とすれば、電池容量は、１．９Ａｈとなり、内部抵抗値は容量にほぼ反比例関係にあるので、Ｒは約２倍になる。
【００３５】
つまり、
Ｒ６＝ｒ６×６                      …（２）
ｒ７＝ｒ６×１．９                  …（３）
Ｒ７＝ｒ７×７                      …（４）
となり、（２）、（３）式から、７セルにおける単位セルの内部抵抗値ｒ７は、
ｒ７＝Ｒ６×（１．９／６）          …（５）
となり、この（５）式を（４）式に代入すると、
Ｒ７＝Ｒ６×（１．９／６）×７＝Ｒ６×２．２
となる。この計算結果から明らかなように、たとえば同じ放電電流値Ｉで測定した場合には、（１）式から７セルの場合の定電流放電時の電圧変化ΔＶは、６セルの場合の定電流放電時の電圧変化の２．２倍となる。
【００３６】
このように、この実施の形態では、７セル構成における補助電源部のバッテリの内部抵抗値は、６セル構成における補助電源部のバッテリの内部抵抗値の２．２倍となり、これに比例して電圧変化も、２．２倍となるので、ノイズの影響を受けにくくなって測定精度が高くなり、これに伴って電池の劣化を精度良く検知することが可能となる。
【００３７】
また、この実施の形態では、測定する電圧変化が６セル構成と７セル構成で同じ変化量で良い場合には、７セル構成の場合には放電電流値Ｉを半分にできるため、定電流放電回路を小型、軽量化することができる。
【００３８】
この発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、補助電源部から供給される電圧が、主電源部から供給される電圧より大きく、かつ補機の連続定格の上限電圧以下に設定するので、蓄電池の体積や重量を軽減して、装置全体の小型および軽量化を図ることができる。
【００４０】
また、この発明では、蓄電池の充電回路を装備する場合には、多セル化により蓄電池の容量が小さくなり、補助電源部の蓄電池をこの請求項１に設定された範囲内の電圧で充電するので、充電電流が小さくなり、おれによって充電回路の小型、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
また、この発明では、多セル化により電池の内部抵抗が高くなり、これに比例して電圧変化も大きくなるので、ノイズの影響を受けにくくなって測定精度が高くなり、これに伴って電池の劣化を精度良く検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる電源供給装置の構成の一例を示す構成図である。
【図２】各セル数において、出力電圧１０Ｖを保証するための単セル容量値を示す関係図である。
【図３】各セル構成による体積比率を示す関係図である。
【図４】各セル構成による重量比率を示す関係図である。
【図５】各セル構成での出力電圧範囲を示す関係図である。
【図６】この発明にかかる電源供給装置の構成の他例を示す構成図である。
【図７】１２Ｖ電池で使用される車両の電源電圧の適正範囲を示す図である。
【図８】蓄電池の放電電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  主電源部
１１  発電機
１２，２２  バッテリ
１３〜１５  ヒューズ
１６，１７，１９  電源線
１８  メイン電源線
２０  補助電源部
２１  充電回路
２３  電池状態検知回路
３０  電源切り替え回路
３１  補機
Ｉ  放電電流値
Ｒ  内部抵抗値
ｒ  内部抵抗値
ｔ  時間
ΔＶ  電圧変化
【図１】
2004260948.tif 000003
【図２】
2004260948.tif 000004
【図３】
2004260948.tif 000005
【図４】
2004260948.tif 000006
【図５】
2004260948.tif 000007
【図６】
2004260948.tif 000008
【図７】
2004260948.tif 000009
【図８】
2004260948.tif 000010