(57)【要約】【課題】回路構成を簡素化して安価な車載電源装置を実現する。【解決手段】バッテリ内の電解液の濃度を調整したり、降圧素子を設けるなどして、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓをメインバッテリ１１の電圧Ｖｍより低く設定する。これにより、メインバッテリ１１からＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａ内の第１のフィルタ２１及び降圧変換部２５を経た電圧をサブバッテリ１３の充電用として与える場合に、その電圧を昇圧する必要がなくなる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａ内において昇圧変換部２７を省略する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａの回路構成を簡素化して安価な車載電源装置を実現することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動するための常用電源を供給するメインバッテリと、
前記メインバッテリの電源電圧が低下した場合に一時的な緊急用のバックアップ電源として使用されるサブバッテリと、
前記メインバッテリ及び前記サブバッテリの電圧を所定の電圧レベルに安定化させるＤＣ／ＤＣコンバータと
を備え、
前記サブバッテリの電圧を、前記メインバッテリの電圧より低く設定し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧コンバータである、車載電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載電源装置であって、
前記メインバッテリ及び前記サブバッテリのそれぞれの内部に、電解液と、当該電解液との化学反応により充放電を行う活物質からなる極板とを備え、
前記サブバッテリの前記電解液の濃度が、前記サブバッテリの電圧を前記メインバッテリの電圧より低くするよう、前記メインバッテリの前記電解液の濃度より低く設定された、車載電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車載電源装置であって、
前記サブバッテリと前記負荷との間に、前記第２の負荷電圧を前記第１の負荷電圧より低くするための降圧素子が接続された、車載電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、メインバッテリの他にバックアップ電源となるサブバッテリを搭載した車載電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車は、一般にバッテリが搭載され、このバッテリからの電圧は、パワーステアリングや電子制御サスペンション等の自動車の走行に欠かせない基本機能に供給されるだけでなく、オーディオやカーナビゲーション等の様々な電子制御ユニットにも供給される。
【０００３】
図４は、一般的な車載電源装置を示すブロック図である。この車載電源装置は、負荷１及び各種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３に電源を供給するためのメインバッテリ１１と、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍが低下した場合等に一時的な緊急用のバックアップ電源として使用されるサブバッテリ１３と、自動車の走行時に車輪の回転駆動の動力を電気エネルギーに変換してメインバッテリ１１に回生用電圧を与える発電機（ＡＧ）１５と、上記のメインバッテリ１１、サブバッテリ１３及び発電機１５からの電圧を安定化するＤＣ／ＤＣコンバータ１７と、負荷１に印加される電圧をメインバッテリ１１側からのＶｍとサブバッテリ１３側からのＶｓとで切り換えるための二接点型のスイッチ１９とを備えている。
【０００４】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、図５の如く、各バッテリ１１，１３の電圧中のノイズを除去する第１及び第２のノイズ除去フィルタ２１，２３と、メインバッテリ１１の各電圧Ｖｍについて降圧を行う降圧変換部２５と、同じくメインバッテリ１１からの電圧Ｖｍが低下した際に昇圧して安定化させる昇圧変換部２７とを備える。
【０００５】
上記の構成において、降圧変換部２５は、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍ（例えば約１４ボルト）を降圧して所定の電圧（例えば１２〜１３ボルト）に変換し、昇圧変換部２７は、メインバッテリ１１の電圧が低下した場合などの場合に、電圧を安定化させる目的で昇圧を行う。このようにメインバッテリ１１から降圧変換部２５及び昇圧変換部２７を経て与えられた電圧は、第２のフィルタ２３を通じてサブバッテリ１３に印加され、このサブバッテリ１３の充電に供される。
【０００６】
そして、ＥＣＵ３は、メインバッテリ１１から第１のフィルタ２１、降圧変換部２５、昇圧変換部２７及び第２のフィルタ２３を経てサブバッテリ１３に印加される電圧の状態を検知する。即ち、第２のフィルタ２３を通過したメインバッテリ１１からの電圧を、比較部３３により所定の基準電圧３１と比較し、メインバッテリ１１の電圧が正常であるか否かを判断する。そして、この比較部３３での判断結果に応じて、スイッチング制御部３５により降圧変換部２５及び昇圧変換部２７の動作をオンオフ制御し、メインバッテリ１１からの電圧を安定化させる。また、メインバッテリ１１の充電容量が低下して電圧Ｖｍが恒常的に低下した場合には、スイッチ１９を切り換えることで、負荷１への電源供給をメインバッテリ１１側からサブバッテリ１３側に切り換える。これにより、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍが低下しても、降圧変換部２５及び昇圧変換部２７を適宜制御して適正な電源管理を行うことが可能となっていた。
【０００７】
尚、図４中の符号Ｄ１，Ｄ２は負荷１に流れる電流の逆流防止用のダイオードを示している。
【０００８】
上記内容に係る先行技術文献は発見されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、降圧変換部２５と昇圧変換部２７の両方を備えているので、回路が複雑となり高価であった。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、回路構成を簡素化して安価な車載電源装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、負荷を駆動するための常用電源を供給するメインバッテリと、前記メインバッテリの電源電圧が低下した場合に一時的な緊急用のバックアップ電源として使用されるサブバッテリと、前記メインバッテリ及び前記サブバッテリの電圧を所定の電圧レベルに安定化させるＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記サブバッテリの電圧を、前記メインバッテリの電圧より低く設定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧コンバータである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載電源装置であって、前記メインバッテリ及び前記サブバッテリのそれぞれの内部に、電解液と、当該電解液との化学反応により充放電を行う活物質からなる極板とを備え、前記サブバッテリの前記電解液の濃度が、前記サブバッテリの電圧を前記メインバッテリの電圧より低くするよう、前記メインバッテリの前記電解液の濃度より低く設定されたものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の車載電源装置であって、前記サブバッテリと前記負荷との間に、前記第２の負荷電圧を前記第１の負荷電圧より低くするための降圧素子が接続されたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一の実施の形態に係る車載電源装置を示す図である。尚、この実施の形態においては、図４及び図５に示した従来の例と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。
【００１５】
この車載電源装置は、自動車に搭載されるものであり、その基本構成は、図４で説明した一般的な既知の回路と同様である。即ち、種々の負荷１及びＥＣＵ３を駆動するための常用電源を供給するメインバッテリ１１と、メインバッテリ１１の電源電圧が低下した場合等に一時的な緊急用のバックアップ電源として使用されるサブバッテリ１３と、自動車の走行時に車輪の回転駆動の動力を電気エネルギーに変換してメインバッテリ１１に回生用電圧を与える発電機（ＡＧ）１５と、上記のメインバッテリ１１及びサブバッテリ１３の電圧を所定の電圧レベルに安定化させるＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａと、負荷１に印加される電圧をメインバッテリ１１側からのＶｍとサブバッテリ１３側からのＶｓとで切り換えるための二接点型のスイッチ１９とを備えた構成において、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓをメインバッテリ１１からの電圧Ｖｍよりも低く設定している。
【００１６】
メインバッテリ１１及びサブバッテリ１３は、例えば活物質として鉛が使用された極板とペースト状の電解液である希硫酸とが化学反応を行うことによって充放電がなされる一般的なペースト式鉛バッテリ等が使用される。
【００１７】
そして、サブバッテリ１３の電解液である希硫酸の濃度をメインバッテリ１１とサブバッテリ１３とで異ならせることにより、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓをメインバッテリ１１からの電圧Ｖｍより低くなるように設定している。これにより例えば、メインバッテリ１１の電圧が例えば１４ボルトである場合に、サブバッテリ１３の電圧は、１２〜１３ボルト程度の所定の値に設定される。これは、メインバッテリ１１の充電容量が低下して電圧低下しても、サブバッテリ１３が容易に電源供給を行わない程度に設定されたもので、これにより、メインバッテリ１１の電圧変動に拘わらず、サブバッテリ１３の充電容量を可及的に維持することができる。
【００１８】
図２は一般的なバッテリの内部構成を示す模式図である。一般に、バッテリの内部では、活物質として鉛が使用された陽極板４１と陰極板４３とが、セパレータ４５を挟んで対向配置されており、これらはペースト状の電解液である希硫酸４７に浸されている。尚、具体的には、陽極板４１は過酸化鉛であり、陰極板４３は海綿状鉛となっている。
【００１９】
このバッテリーに負荷１が接続されて放電を行うと、陽極板４１の過酸化鉛と陰極板４３の海綿状鉛はそれぞれ希硫酸４７中の硫酸に反応して硫酸鉛に変化し、また硫酸は水に変化する。この場合、希硫酸４７中の硫酸の濃度が高いほど、陽極板４１及び陰極板４３の化学反応が活性化するため、取り出される電圧は高くなる。一方、希硫酸４７中の硫酸の濃度が低いと、バッテリから取り出される電圧は低くなる。
【００２０】
このことを利用して、サブバッテリ１３内の電解液である希硫酸４７（図２）の濃度を、メインバッテリ１１内の希硫酸（電解液）の濃度よりも低く設定することで、サブバッテリ１３から負荷１に与えられる電圧Ｖｓをメインバッテリ１１からの電圧Ｖｍより低く設定する。
【００２１】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａは、図１に示すように、各バッテリ１１，１３の電圧中のノイズを除去する第１及び第２のノイズ除去フィルタ２１，２３と、メインバッテリ１１の各電圧Ｖｍについて降圧を行う降圧変換部２５とを備える構成となっており、図５に示した従来例と比べて、昇圧変換部２７が省略された降圧コンバータが適用されている。
【００２２】
これは、上述のように、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓがメインバッテリ１１の電圧Ｖｍより低く設定されているため、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍを降圧変換部２５で降圧した後、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓに対応させるために昇圧する必要がないためである。
【００２３】
また、ＥＣＵ３の機能は、図５で説明した従来の例と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００２４】
上記構成の車載電源装置の電源供給方法を説明する。
【００２５】
まず、降圧変換部２５は、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍ（例えば約１４ボルト）を降圧して所定の電圧（例えば１２〜１３ボルト）に変換する。
【００２６】
次に、メインバッテリ１１から降圧変換部２５を経て与えられた電圧は、第２のフィルタ２３を通じてサブバッテリ１３に印加され、このサブバッテリ１３の充電に供される。
【００２７】
そして、ＥＣＵ３は、メインバッテリ１１から第１のフィルタ２１、降圧変換部２５及び第２のフィルタ２３を経てサブバッテリ１３に印加される電圧の状態を検知する。即ち、第２のフィルタ２３を通過したメインバッテリ１１からの電圧を、比較部３３により所定の基準電圧３１と比較し、メインバッテリ１１の電圧が正常であるか否かを判断する。そして、この比較部３３での判断結果に応じて、スイッチング制御部３５により降圧変換部２５の動作をオンオフ制御し、メインバッテリ１１からの電圧を安定化させる。
【００２８】
また、メインバッテリ１１の充電容量が低下して電圧Ｖｍが恒常的に低下した場合には、スイッチ１９を切り換えることで、負荷１への電源供給をメインバッテリ１１側からサブバッテリ１３側に切り換える。
【００２９】
これにより、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍが低下しても、降圧変換部２５を適宜制御して適正な電源管理を行うことが可能となる。
【００３０】
そして、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓをメインバッテリ１１の電圧Ｖｍよりも低く設定しているので、メインバッテリ１１からＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａ内の第１のフィルタ２１及び降圧変換部２５を経た電圧をサブバッテリ１３の充電用として与える場合に、その電圧を昇圧する必要がない。したがって、図５に示した従来の例に比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａ内において昇圧変換部２７を省略でき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａの回路構成を簡素化して安価な車載電源装置を実現することができる。
【００３１】
尚、上記実施の形態では、サブバッテリ１３の電解液の濃度をメインバッテリ１１の電解液の濃度より低く設定することで、サブバッテリ１３の電圧Ｖｓをメインバッテリ１１の電圧Ｖｍより低く設定していたが、図３のように、サブバッテリ１３の電圧を出力時に降下させるための降圧素子５１を設けても同様の効果を得ることができる。この降圧素子５１としては、例えば順方向電圧により電圧降下を行うダイオードや抵抗体等が適用される。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、サブバッテリの電圧をメインバッテリの電圧より低く設定しているので、メインバッテリからＤＣ／ＤＣコンバータ内のフィルタ及び降圧変換部を経た電圧をサブバッテリの充電用として与える場合に、その電圧を昇圧する必要がない。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ内においては、従来使用していた昇圧変換部を省略でき、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成を簡素化して安価な車載電源装置を実現することができる。
【００３３】
この場合、例えば請求項２のように、サブバッテリの電解液の濃度を、メインバッテリの電解液の濃度より予め低く設定することにより、サブバッテリの電圧をメインバッテリの電圧より容易に低く設定できる。
【００３４】
あるいは、請求項３のように、サブバッテリと負荷との間に設けられた降圧素子により、サブバッテリの電圧をメインバッテリの電圧より容易に低く設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る車載電源装置を示すブロック図である。
【図２】一般的なバッテリの構造を示す模式図である。
【図３】この発明の変形例に係る車載電源装置を示すブロック図である。
【図４】一般的な車載電源装置を示すブロック図である。
【図５】従来のＤＣ／ＤＣコンバータ及びＥＣＵの機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  負荷
ＥＣＵ３  ＥＣＵ
１１  メインバッテリ
１３  サブバッテリ
１７ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１，２３  フィルタ
２５  降圧変換部
３１  基準電圧
３３  比較部
３５  スイッチング制御部
４１  陽極板
４３  陰極板
４７  希硫酸
５１  降圧素子
Ｖｍ，Ｖｓ  電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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