(57)【要約】【課題】外部に対して給電する主電池と副電池との間で、電流の回り込みが発生しにくい車載用電源装置を提供する。【解決手段】車載用電源装置１００Ａは、車載用の主電池１と車載用の副電池２とを備える。車載用電源装置１００Ａは更に、ダイオード３３１，３４１を有するダイオード対と、ダイオード３３２，３４２を有するダイオード対と、ダイオード３３３，３４３を有するダイオード対と、全てのダイオード対に対して並列に接続されたスイッチ３１とを備える。副電池２はスイッチ３１を介して主電池１に接続される。ダイオード３３１，３４１は互いの順方向が逆となって直列に接続される。ダイオード３３２，３４２は互いの順方向が逆となって直列に接続される。ダイオード３３３，３４３は互いの順方向が逆となって直列に接続される。【選択図】図１
2017061180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの順方向が逆となって直列に接続された第１ダイオード及び第２ダイオードを有する少なくとも一つのダイオード対と、
全ての前記ダイオード対に対して並列に接続されたスイッチと、
車載用の主電池と、
前記主電池に前記スイッチを介して接続される車載用の副電池と、
を備える車載用電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の車載用電源装置であって、
前記ダイオード対は、前記副電池からの給電の対象たる負荷毎に設けられる、車載用電源装置。
【請求項３】
請求項１記載の車載用電源装置であって、
一の前記ダイオード対において前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとが接続される接続点が、前記副電池からの給電の対象たる負荷の複数に接続される、車載用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両負荷の電動化が進んでいる。電動化される負荷には、走行、操舵、停止に関する機能を果たすものもある。よってバッテリ機能の消失（その機能不全を含む：以下同様）は回避されるべきである。そこで電源のバックアップとして副バッテリ（以下「副電池」と称す）を搭載する技術が提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１ではバックアップの対象となる負荷（以下「バックアップ負荷」と称す）に対して主バッテリ（以下「主電池」と称す）と副電池から給電されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では主電池が劣化しておらず、副電池の充電率が適正範囲内であればバックアップ負荷に対して主電池と副電池がスイッチを介して並列に接続される。これは主電池と副電池との間での電流の回り込みが発生する懸念がある。
【０００６】
そこで、本発明は、外部に対して給電する主電池と副電池との間で、電流の回り込みが発生しにくい車載用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
車載用電源装置は、少なくとも一つのダイオード対と、全ての前記ダイオード対に対して並列に接続されたスイッチと、車載用の主電池と、前記主電池に前記スイッチを介して接続される車載用の副電池とを備える。前記ダイオード対は、互いの順方向が逆となって直列に接続された第１ダイオード及び第２ダイオードを有する。
【発明の効果】
【０００８】
外部に対して給電する主電池と副電池との間で、電流の回り込みが発生しにくい車載用電源装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る車載用電源装置を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係る車載用電源装置を示す図である。
【図３】変形に係る車載用電源装置を示す図である。
【図４】第１の比較例を示す回路図である。
【図５】第２の比較例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
｛比較例｝
後述する実施の形態の利点を明確にするため、まず比較対象となる技術として比較例を説明する。
【００１１】
図４は第１の比較例を示す回路図である。車載用電源装置１００Ｃは主電池１、副電池２、電源ボックス３０Ｃを備える。
【００１２】
主電池１は車載用であって、車載用電源装置１００Ｃの外部から充電される。具体的には主電池１は車載されるオルタネータ９に接続され、オルタネータ９の発電機能によって充電される。
【００１３】
主電池１には車載用電源装置１００Ｃの外部から、一般負荷５とともにスターター８が接続される。一般負荷５は副電池２のバックアップの対象とならない負荷であり、例えば車載エアコンディショナーである。スターター８は不図示のエンジンを始動させるモータである。一般負荷５およびスターター８は公知の負荷であり、比較例及び実施の形態において特有の特徴を有する物ではないので、詳細な説明は省略する。
【００１４】
バックアップ負荷６０は主電池１からの給電が消失しても電力供給が維持されることが望まれる負荷であり、たとえばシフトバイワイヤー用アクチュエータや、電子制御制動力配分システムを例として挙げることができる。
【００１５】
副電池２は車載用であって、オルタネータ９及び主電池１の少なくとも何れか一方によって充電される。主電池１には例えば鉛蓄電池が採用され、副電池２には例えばリチウムイオン電池が採用される。主電池１、副電池２はいずれもキャパシタを含む概念であり、例えば副電池２に電気二重層キャパシタを採用することもできる。
【００１６】
副電池２への充電電流が過電流とならないよう、車載用電源装置１００Ｃには、副電池２と共に電源ボックス３０Ｃ（より詳細には後述のスイッチ３１）を挟んでこれらと共に直列に接続されるヒューズを更に備える。図４の例示では当該ヒューズはヒューズボックス４に収納されている。
【００１７】
車載用電源装置１００Ｃは、主給電経路Ｌ１と副給電経路Ｌ２とを介して、バックアップ負荷６０に給電する。主給電経路Ｌ１は固定電位点（ここでは接地）との間で、主電池１と、一般負荷５と、バックアップ負荷６０とを並列に接続する。つまり一般負荷５とバックアップ負荷６０とは、いずれも主給電経路Ｌ１を介して受電する。
【００１８】
副給電経路Ｌ２は電源ボックス３０Ｃに接続されており、副電池２からバックアップ負荷６０へ給電する経路となっている。従って、バックアップ負荷６０は主給電経路Ｌ１を介して主電池１からのみならず、副給電経路Ｌ２を介して副電池２からも受電可能である。
【００１９】
バックアップ負荷６０への給電における過電流を防ぐために、主給電経路Ｌ１及び副給電経路Ｌ２にはそれぞれヒューズが設けられている。図４では主給電経路Ｌ１上のヒューズはヒューズボックス７０に、副給電経路Ｌ２上のヒューズ３２は電源ボックス３０Ｃに、それぞれ設けられている場合が例示される。
【００２０】
電源ボックス３０Ｃはスイッチ３１と、上述のヒューズ３２とを収納する。スイッチ３１には例えばリレーを採用できる。副給電経路Ｌ２は、副電池２とスイッチ３１との接続点から引き出されている。
【００２１】
副電池２を充電する際にはスイッチ３１はクローズ状態にあり、充電しない際には動作に応じてクローズ状態／オープン状態が選択される。比較例及び実施の形態では、副電池２を充電しないときのスイッチ３１におけるこのようなクローズ状態／オープン状態の選択は本質的ではない。よってかかる選択についての詳細な説明は省略し、ここでは不図示の制御装置、例えば車載ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）で行われることを指摘するに留める。
【００２２】
ところで、特許文献１では明確ではないが、このように二つの給電経路でバックアップ負荷６０に給電する場合、主電池１と副電池２との間での電流の回り込み（以下「電池間環流」と仮称する）を避けることが望ましい。電池間環流は主電池１及び副電池２の一方もしくは双方の劣化を招くからである。
【００２３】
電池間環流の発生は、バックアップ負荷６０に付随して設けられるダイオード群６０ｄで回避できる。ここでは主電池１及び副電池２のいずれもがバックアップ負荷６０の正極側に電圧を印加する場合を想定する。ダイオード群６０ｄを構成する一対のダイオードのいずれのカソードもバックアップ負荷６０に向けて配置され、アノードはそれぞれ主給電経路Ｌ１と副給電経路Ｌ２とに向けて配置される。
【００２４】
図５は第２の比較例を示す回路図である。車載用電源装置１００Ｄは主電池１、副電池２、電源ボックス３０Ｄを備える。第２の比較例では、第１の比較例と異なり、複数のバックアップ負荷６１，６２，６３，…が設けられる。
【００２５】
第２の比較例においても、第１の比較例と同様に、主給電経路Ｌ１が接地との間で、主電池１と、一般負荷５と、バックアップ負荷６１，６２，６３，…とを並列に接続する。一般負荷５は、第１の比較例、第２の比較例と同様に、主給電経路Ｌ１を介して受電する。
【００２６】
主給電経路Ｌ１は給電枝Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，…に分岐し、それぞれバックアップ負荷６１，６２，６３，…への給電経路となっている。バックアップ負荷６１，６２，６３，…における過電流を防ぐために、給電枝Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，…にはそれぞれに対応したヒューズ７１，７２，７３，…が設けられる。図５ではヒューズ７１，７２，７３，…はヒューズボックス７０に収納される場合が例示されている。
【００２７】
第２の比較例における車載用電源装置１００Ｄは、第１の比較例における車載用電源装置１００Ｃの電源ボックス３０Ｃを、電源ボックス３０Ｄに置換した構成を有している。電源ボックス３０Ｄは第１の比較例で説明されたスイッチ３１を有する。スイッチ３１は、副電池２とヒューズボックス４内のヒューズとに挟まれて、これらと直列に接続される。
【００２８】
第２の比較例では、第１の比較例で示された副給電経路Ｌ２の代わりに複数の副給電経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，…が設けられ、これらは電源ボックス３０Ｄから、より詳細には副電池２とスイッチ３１との接続点から引き出される。副電池２は副給電経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，…を介して、それぞれバックアップ負荷６１，６２，６３，…へ給電する。バックアップ負荷６１，６２，６３，…における過電流を防ぐために、副給電経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，…にはそれぞれに対応したヒューズ３２１，３２２，３２３，…が設けられる。図５ではヒューズ３２１，３２２，３２３，…は電源ボックス３０Ｄに収納される場合が例示されている。
【００２９】
バックアップ負荷６１は給電枝Ｌ１１を介して主電池１からのみならず、副給電経路Ｌ２１を介して副電池２からも受電可能である。よってバックアップ負荷６１における電池間環流の発生を回避するため、ダイオード群６１ｄが設けられる。ダイオード群６１ｄも第１の比較例で示されたダイオード群６０ｄと同様に、一対のダイオードで構成される。これら一対のダイオードのいずれのカソードもバックアップ負荷６１に向けて配置され、アノードはそれぞれ給電枝Ｌ１１と副給電経路Ｌ２１とに向けて配置される。
【００３０】
他のバックアップ負荷６２，６３，…においても同様に、ダイオード群６２ｄ，６３ｄ，…が設けられる。しかしこのようにバックアップ負荷６１，６２，６３，…の各々に対して、ダイオード群６１ｄ，６２ｄ，６３ｄ，…を設けることは、部品点数によるコストアップのみならず設計工程の増大によるコストアップも招来してしまう。これは第１比較例よりも第２比較例のようにバックアップ負荷の個数が多い方が顕著な問題となる。
【００３１】
設計工程の増大によるコストアップについてより具体的に説明する。副電池２を採用しない設計思想で車載用電源装置及び負荷を設計した来歴があり、当該負荷の設計では当然にダイオード群を想定していなかった。よって副電池２を用いる設計思想で車載用電源装置１００Ｃ，１００Ｄを設計する場合、それら自体の他、バックアップ負荷６０，６１，６２，６３，…の設計もダイオード群を想定して新たに行わなければならない。
【００３２】
しかし上記の目的で示したように、外部に対して給電する主電池１と副電池２との間で、電流の回り込みが発生しにくい車載用電源装置を得れば、給電の対象となる負荷それ自体の設計を変更する必要も無く、またダイオード群が各々に設けられることによるコストアップも回避できる。
【００３３】
以下、複数の実施の形態に係る車載用電源装置について説明する。いずれの実施の形態においても特に説明が無い限り、上記比較例と同じ符号が付された構成要素は、上記比較例の当該構成要素と同じもしくは同等の機能を果たす。
【００３４】
｛第１の実施の形態｝
図１は、バックアップ負荷６１，６２，６３，…及びその他の一般負荷５と、これらに対して給電する車載用電源装置１００Ａとの接続関係を示す回路図である。
【００３５】
＜構成＞
車載用電源装置１００Ａは主電池１、副電池２、電源ボックス３０Ａを備える。車載用電源装置１００Ｃ，１００Ｄと同様に、車載用電源装置１００Ａは、副電池２と共に電源ボックス３を挟んでこれらと共に直列接続されるヒューズを更に備えることが望ましい。ここでは当該ヒューズは、第１比較例及び第２比較例と同様、ヒューズボックス４に収納される場合が例示される。
【００３６】
主電池１は車載用電源装置１００Ａの外部から、オルタネータ９の発電機能によって充電される。主電池１には車載用電源装置１００Ａの外部から、一般負荷５とともにスターター８が接続される。一般負荷５は、第１の比較例、第２の比較例と同様に、主給電経路Ｌ１を介して受電する。
【００３７】
本実施の形態における車載用電源装置１００Ａは、第２の比較例における車載用電源装置１００Ｄの電源ボックス３０Ｄを、電源ボックス３０Ａに置換した構成を有している。電源ボックス３０Ａは第１の比較例、第２の比較例で説明されたスイッチ３１を有する。スイッチ３１は、副電池２とヒューズボックス４内のヒューズとに挟まれて、これらと直列に接続される。副電池２はスイッチ３１を介して主電池１に接続される。
【００３８】
本実施の形態でも第２の比較例と同様に、副電池２は副給電経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，…を介して、それぞれバックアップ負荷６１，６２，６３，…へ給電する。また、第２の比較例と同様に、副給電経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，…にはそれぞれに対応したヒューズ３２１，３２２，３２３，…が設けられる。図１ではヒューズ３２１，３２２，３２３，…は電源ボックス３０Ａに収納される場合が例示されている。
【００３９】
電源ボックス３０Ａはダイオード対を成すダイオード３３１，３４１を備える。ダイオード３３１，３４１は互いの順方向が逆となって直列に接続される。ここでは主電池１及び副電池２のいずれもバックアップ負荷の正極側に電圧を印加する場合を想定しており、よってダイオード３３１，３４１のカソード同士が互いに接続される。副給電経路Ｌ２１はダイオード３３１，３４１同士の接続点、ここではこれらのカソードに接続される。
【００４０】
電源ボックス３０Ａはダイオード対を成すダイオード３３２，３４２も備える。これらも互いの順方向を逆向きにして直列に接続され、双方同士の接続点（ここではそれぞれのカソード）が副給電経路Ｌ２２に接続される。ダイオード３３３，３４３も同様に、互いの直列に接続されてダイオード対を成し、双方同士の接続点が副給電経路Ｌ２３に接続される。
【００４１】
上記の全てのダイオード対に対してスイッチ３１が並列に接続される。つまり、ダイオード３３１，３３２，３３３のアノードはスイッチ３１のヒューズボックス４側の端３１ａに、ダイオード３４１，３４２，３４３のアノードはスイッチ３１の副電池２側の端３１ｂに、それぞれ接続される。
【００４２】
＜動作＞
副電池２の充電率が低い場合、スイッチ３１が導通して主電池１及びオルタネータ９の少なくとも何れか一方によって副電池２が充電される。この際、主電池１と副電池２との間に電流が流れるとしても、それは主電池１から副電池２へと向かって流れる充電電流であり、両者に悪影響を与えることはない。副電池２の充電率が適正範囲となった場合、スイッチ３１が非導通となって副電池２への充電は停止される。
【００４３】
さて、副電池２が充電された状態ではスイッチ３１は非導通である。このときダイオード３３１，３４１は順方向が逆向きで直列に接続されるので、ダイオード群はスイッチ３１がオープンである状況を妨げない。ダイオード３３２，３４２及びダイオード３３３，３４３についても同様である。
【００４４】
よって主電池１からも副電池２からも、副給電経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，…（あるいは更にヒューズ３２１，３２２，３２３，…を介して）車載用電源装置１００Ａの外部（ここではバックアップ負荷６１，６２，６３，…）へと給電可能であり、かつ電池間環流は回避される。
【００４５】
そしてダイオード３３１，３３２，３３３，３４１，３４２，３４３は車載用電源装置１００Ａにおいて設けられるので、バックアップ負荷６１，６２，６３，…において第１比較例や第２比較例のようなダイオード群６０ｄ，６１ｄ，６２ｄ，６３ｄ，…をバックアップ負荷６０，６１，６２，６３，…に設ける必要が無く、それぞれについての新たな設計工程は不要である。
【００４６】
しかも、オルタネータ９及び主電池１の両方がその給電機能を失った場合（失陥も含む）でも、副電池２からダイオード３４１，３４２，３４３，…のカソードを経由して外部（ここではバックアップ負荷６１，６２，６３，…）への給電が確保できる。
【００４７】
本実施の形態では更に、第２比較例のような給電枝Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，…は設けられないので配線が簡易となり、またヒューズ７１，７２，７３，…をも不要として部品点数が削減される利点がある。具体的にはヒューズの個数が、第２比較例と比べ、バックアップ負荷の個数分で低減される。
【００４８】
｛第２の実施の形態｝
図２は、バックアップ負荷６１，６２，６３，…及びその他の一般負荷５と、これらに対して給電する車載用電源装置１００Ｂとの接続関係を示す回路図である。
【００４９】
＜構成＞
車載用電源装置１００Ｂは、第１の実施の形態で説明された車載用電源装置１００Ａのうち、電源ボックス３０Ａを、電源ボックス３０Ｂに置換した構成を有している。電源ボックス３０Ｂは、電源ボックス３０Ａからダイオード３３２，３３３，…及びダイオード３４２，３４３，…並びにヒューズ３２２，３２３，…を削除した構成を有する。より具体的には、ダイオード対を成すダイオード３３１，３４１は直列に接続され、それぞれのカソードが副給電経路Ｌ２１に接続される。このダイオード対に対してスイッチ３１が並列に接続される。ここではダイオード対は一つであるが、第１実施の形態と同様に、全てのダイオード対に対してスイッチ３１が並列に接続される、ということができる。
【００５０】
副給電経路Ｌ２１は、ヒューズ３２１に対してダイオード３３１，３４１と反対側で、給電枝Ｌ２１１，Ｌ２１２，Ｌ２１３，…に分岐し、それぞれバックアップ負荷６１，６２，６３，…への給電経路となっている。バックアップ負荷６１，６２，６３，…における過電流を防ぐために、給電枝Ｌ２１１，Ｌ２１２，Ｌ２１３，…にはそれぞれに対応したヒューズ７１，７２，７３，…が設けられる。図２ではヒューズ７１，７２，７３，…はヒューズボックス７０に収納される場合が例示されている。
【００５１】
本実施の形態では第１の実施の形態におけるダイオード３３１，３３２，３３３，…がダイオード３３１によって、ダイオード３４１，３４２，３４３，…がダイオード３４１によって、ヒューズ３２１，３２２，３２３，…がヒューズ３２１によって、それぞれ兼用されている。
【００５２】
＜動作＞
このように一つのダイオード対においてダイオード３３１とダイオード３４１とが接続される接続点が、複数のバックアップ負荷６１，６２，６３，…の各々の一端に接続される。よって主電池１からも副電池２からも、副給電経路Ｌ２及び給電枝Ｌ２１１，Ｌ２１２，Ｌ２１３，…（あるいは更にヒューズ３２１，７１，７２，７３，…を介して）車載用電源装置１００Ｂの外部（ここではバックアップ負荷６１，６２，６３，…）へと給電可能であり、かつ電池間環流は回避される。
【００５３】
そして、第１の実施の形態と同様にバックアップ負荷６１，６２，６３，…においてダイオード群６０ｄ，６１ｄ，６２ｄ，６３ｄ，…をバックアップ負荷６０，６１，６２，６３，…に設ける必要が無く、それぞれについての新たな設計工程は不要である。
【００５４】
しかも、オルタネータ９及び主電池１の両方がその給電機能を失った場合でも、副電池２から外部（ここではバックアップ負荷６１，６２，６３，…）への給電が確保できる。
【００５５】
本実施の形態では更に、第１実施の形態よりも、ダイオードの個数がバックアップ負荷の個数から１引いた値の二倍で低減される。つまりバックアップ負荷の個数が多くてもダイオードの個数を多く設ける必要が無く、部品点数が低減される観点で第１の実施の形態よりも有利である。
【００５６】
また、第１の実施の形態におけるヒューズ３２１，３２２，３２３の機能は、実質的にヒューズ７１，７２，７３の機能で賄われるので、本実施の形態においてヒューズ３２１を省略することもでき、この場合には更に部品点数が低減される。
【００５７】
他方、第１の実施の形態では、バックアップ負荷毎にダイオード対が設けられるので、ダイオード対をなすダイオードの仕様を適切に選定できる。よって第２の実施の形態と比較して、ダイオードの仕様が過剰（オーバースペック）となりにくい観点で有利である。
【００５８】
以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【００５９】
例えば、第１の実施の形態の副給電経路Ｌ２１に、第２の実施の形態の副給電経路Ｌ２１を適用し、これが給電枝Ｌ２１１，Ｌ２１２，Ｌ２１３に分岐し、これらが複数のバックアップ負荷への給電経路となってもよい。更に、第１の実施の形態の副給電経路Ｌ２２が、第２の実施の形態の副給電経路Ｌ２１と同様に、これが複数の給電枝に分岐して、複数のバックアップ負荷への給電経路となってもよい（図３参照）。
【符号の説明】
【００６０】
１  主電池
２  副電池
３１  スイッチ
３３１，３３２，３３３，３４１，３４２，３４３  ダイオード
６１，６２，６３  バックアップ負荷
１００Ａ，１００Ｂ  車載用電源装置
【図１】
2017061180.tif 000003
【図２】
2017061180.tif 000004
【図３】
2017061180.tif 000005
【図４】
2017061180.tif 000006
【図５】
2017061180.tif 000007