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技術 サブバッテリーを有する車両の走行充電システム

出願人 株式会社ナッツ
発明者 荒木賢治高橋康太
出願日 2016年2月4日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-020319
公開日 2017年8月10日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-139914
状態 特許登録済
技術分野 車両用電気・流体回路 電池等の充放電回路 発電機による充電制御
主要キーワード 遅延リレー プラス線 直結側 ACインバーター 各電気装置 搭載状況 インバーター装置 アイドリング回転状態
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月10日)のものです。
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図面 (9)

課題

オルタネーター能力を効率良く引き出して、アイドリング等の低速回転中であってもサブバッテリーを効率良く充電できるようにした車両の走行充電システムを提供する。

解決手段

メインバッテリー20はエンジンのオルタネーター11に直接接続される。複数のサブバッテリー31〜33は、オルタネーター11に接続されるが、その出力をケーブル45によって直接サブバッテリーに接続して充電する直結充電モードと、オルタネーター11の出力を昇圧充電装置インバーター51とバッテリー充電器52)を介して充電する昇圧充電モードのいずれかにより充電できるようにした。これらの充電モードは、切替スイッチ55によってエンジンの運転中に切替えできるようにした。

概要

背景

走行可能な車両に休憩及び就寝できる設備を備えたキャンピングカーが広く用いられている。キャンピングカーでは、自動車等の車両用に用いられるバッテリー(以下、「メインバッテリー」と呼ぶ)に加えて、特許文献1にて知られるように居室部分で用いられる電気機器電源としてのバッテリー(以下、「サブバッテリー」と呼ぶ)が用いられる。

図1はキャブコンバージョンタイプのキャンピングカー1の側面図である。キャンピングカー1は、荷台のついていない状態のトラックベース車両5)に、キャンピングカーの特徴となる居室部分の外枠を形成するFRPまたはアルミパネル材によるシェル6を搭載したものである。シェル6には、入口ドア8や複数の開閉式の窓9が設けられ、内部には図示しないキッチン設備ベッド設備ダイニング設備等が設けられる。ベース車両5はエンジン10によって自走可能な車両であって、前方に運転席及び助手席を有するキャビン7が配置される。図1では、エンジン10の上に運転席と助手席を配置したキャブオーバータイプの車両の例を示している。ベース車両5には、前輪3及び後輪4を保持する図示しない金属製のシャシにエンジン10を始動するためのメインバッテリー20が固定される。メインバッテリー20は、通常の自動車で必ず使われるもので、電解液希硫酸(H2SO2)を用いた単位電圧12Vの鉛電池が広く用いられる。キャンピングカー1の特徴の一つとして、居室部分で用いるためにサブバッテリー31〜33がさらに設けられる。サブバッテリー31〜33は、エンジン10の停止中に主に用いられるもので、エンジン10の停止時にメインバッテリー20と電気的に切り離され、居室部分の利用者が使用する電源となる。

サブバッテリー31〜33は、キャンピングカー1の停車時に用いることが主目的で有るため、居住部分での電気使用量によってその放電量が大きく変動し、場合によってはサブバッテリー31〜33が空になるまで使うような場合もある。そこで、サブバッテリー31〜33は、メインバッテリー20で使われるような開放型の鉛電池と異なり、繰り返しの充電及び放電に強く、充電された電気を空状態近くまで使い切ることができるディープサイクルバッテリーが用いられている。通常、車両のメインバッテリー20は、エンジン10により常に充電され、ほぼ満充電に近い状態で使用される。メインバッテリー20は、完全に放電させると充電しても完全にもとの状態に戻らない場合が多い。これに対して、ディープサイクルバッテリーは深い放電後に、すぐに充電すれば元の状態に戻り、これを何回も繰り返し行えるように設計されたバッテリーである。キャンピングカー1のサブバッテリー31〜33としては12Vのものを1〜複数台用いることができ、ここでは容量100Ah(Ah20Hr率)のものを3個並列接続している。サブバッテリー31〜33としてメンテナンスフリー(完全補水不要)のシールドタイプを用いる場合は、それらをシェル6の床下部分室外部分)で無くて居室内に設置することも可能である。

図6は、従来のキャンピングカーにおけるメインバッテリー及びサブバッテリーの充電方法を説明するための図である。図1で示した車両走行用のエンジン10にはオルタネーター11が設けられている。オルタネーターは、エンジン10の動力プーリーベルトで駆動されるものであり、通常は三相式の交流発電機であって、発電された交流電流ダイオードによって整流し、メインバッテリーや車内の各電気装置に電気を供給する。オルタネーター11は、正極側の出力端子となる+B端子12aが設けられ、ケーブル14によってメインバッテリー20の正極端子20aに接続される。オルタネーター11の負極12b側はケーブル16によってメインバッテリー20の負極側と接続される。さらにオルタネーター11の負極12bはアース線15によってシャシに接続され、メインバッテリー20の負極端子20bもアース線17によってシャシに接地される。オルタネーター11からメインバッテリー20に接続するケーブル14にはヒューズ13が設けられる。尚、ここでいう「接地」という意味は、ベース車両の金属製のシャシ又はボディにケーブルによって電気的に接続することを意味する。ベース車両の+電源はメインバッテリー20の正極端子20aからプラス線18で、−電源はアース線19により取り出される。

キャンピングカー1では、エンジン10として例えば、発電能力130Aのオルタネーター11を有する2000ccのガソリンエンジン、又は、発電能力130Aのオルタネーター11を有する3000ccのディーゼルエンジンが用いられる。これらは一例であって、エンジンの種類や排気量、オルタネーターの容量は任意である。図6に示す従来の典型的なサブバッテリーの充電システムでは、メインバッテリー20からヒューズ142とリレー143を用いてサブバッテリー31〜33を接続していた。実際には点線140の部分をサブバッテリー充電コントローラーとして、メインバッテリー20の電圧に応じてリレー143による開閉を制御する充電システムが実現されている。サブバッテリー31〜33は、それぞれの正極と、それぞれの負極が最短距離の太いケーブル134a、134b、135a、135bによって接続された並列接続とされている。シェル内の電源は、サブバッテリー31の正極端子31aからケーブル136で、サブバッテリー33の負極端子33bからケーブル136から引き出される。また、負極端子33bはアース線134によってシャシに接地される。

この従来の接続方法の利点はベース車両5のエンジン10からメインバッテリー20に至る配線改造を加えること無く、メインバッテリー20の後段側にサブバッテリー31〜33への接続ケーブル類を配線すれは良いことである。しかしながらこの接続方法では、基本的にメインバッテリー20の電圧がサブバッテリー31〜33の電圧を越えたらサブバッテリー31〜33の充電が行われるので、メインバッテリー20が弱っている場合には、サブバッテリー31〜33の充電が理想通り進行しないことがある。また、サブバッテリー31〜33の充電のための電流がケーブル14を介して流れるため、メインバッテリー20用に配線された細いケーブル14や、ヒューズ13の容量によってその通過電流量の制限があり、サブバッテリー31〜33を急速に充電できない場合がある。

図7は、従来の別の接続方法を説明するための図である。この方法はベース車両5が有するメインバッテリー20側の配線には手を加えずに、サブバッテリー31〜33に対する配線を独立させたものである。そのため、オルタネーター11の+B端子12aから専用のケーブル241を用いてサブバッテリー31〜33の正極端子に接続する。この際ケーブル241には、ヒューズ242とリレー243が設けられる。この接続方法に利点は、メインバッテリー20の電圧に左右されること無くサブバッテリー31〜33を効率よく充電することができることである。また、ベース車両5のケーブル14が細い場合であっても、サブバッテリー31〜33への接続用のケーブル241を十分太い線にすれば、効率良くサブバッテリー31〜33を充電することができる。

概要

オルタネーターの能力を効率良く引き出して、アイドリング等の低速回転中であってもサブバッテリーを効率良く充電できるようにした車両の走行充電システムを提供する。メインバッテリー20はエンジンのオルタネーター11に直接接続される。複数のサブバッテリー31〜33は、オルタネーター11に接続されるが、その出力をケーブル45によって直接サブバッテリーに接続して充電する直結充電モードと、オルタネーター11の出力を昇圧充電装置インバーター51とバッテリー充電器52)を介して充電する昇圧充電モードのいずれかにより充電できるようにした。これらの充電モードは、切替スイッチ55によってエンジンの運転中に切替えできるようにした。

目的

本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、エンジンのオルタネーターの能力を効率良く引き出して、低速回転中のエンジンであってもサブバッテリーを効率良く充電できるようにした走行充電システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

オルタネーターを有するエンジンと、前記エンジンの始動用及び車両用電源として用いられるメインバッテリーと、前記エンジンの停止時に前記メインバッテリーと切り離して使用可能なサブバッテリーを有し、前記メインバッテリーと前記サブバッテリーは前記エンジンの運転時に前記オルタネーターの出力により同時に充電されるようにしたサブバッテリーを有する車両において、前記メインバッテリーは前記オルタネーターに直接接続された状態で充電され、前記サブバッテリーは、前記オルタネーターの出力を直接前記サブバッテリーに接続して充電する直結充電モード、又は、前記オルタネーターの出力を昇圧充電装置を介して前記サブバッテリーを充電する昇圧充電モードによって充電され、前記エンジンの運転中に、前記サブバッテリーは前記直結充電モードと前記昇圧充電モードのいずれかを切替えながら充電されるようにしたサブバッテリーを有する車両の走行充電システム

請求項2

前記昇圧充電装置は、前記オルタネーターの直流出力交流に変換するインバーター装置と、前記インバーター装置の交流出力を用いて前記サブバッテリーを充電するバッテリー充電器を含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の走行充電システム。

請求項3

前記エンジンの始動後は、前記サブバッテリーを前記直結充電モードで充電し、所定のタイミングにて前記直結充電モードから前記昇圧充電モードに切り替えるようにしたことを特徴とする請求項2に記載の走行充電システム。

請求項4

前記昇圧充電モードによる前記サブバッテリーの充電が完了した際には、前記昇圧充電モードから前記直結充電モードに切り替えることを特徴とする請求項3に記載の走行充電システム。

請求項5

前記直結充電モードと前記昇圧充電モードを切り替えるためのスイッチ手段を設け、運転手によって手動にて充電モードを切り替えることを特徴とする請求項4に記載の走行充電システム。

請求項6

前記サブバッテリーの充電状況監視する制御装置を有し、前記制御装置は前記直結充電モードにおける前記サブバッテリーの充電量、前記サブバッテリーへ流れる電流量が所定の電流値以下に低下したことの検知、又は、前記直結充電モードの開始から所定の時間が経過したことを検知することによって前記直結充電モードと前記昇圧充電モードを自動で切り替えることを特徴とする請求項5に記載の走行充電システム。

技術分野

0001

本発明は、メインバッテリーに加えてサブバッテリーを有する車両の走行充電システムに関し、特にキャンピングカー等で用いられるサブバッテリーを、車両のエンジンを用いてエンジンの動作中に効率良く急速に充電できるようにしたものである。

背景技術

0002

走行可能な車両に休憩及び就寝できる設備を備えたキャンピングカーが広く用いられている。キャンピングカーでは、自動車等の車両用に用いられるバッテリー(以下、「メインバッテリー」と呼ぶ)に加えて、特許文献1にて知られるように居室部分で用いられる電気機器電源としてのバッテリー(以下、「サブバッテリー」と呼ぶ)が用いられる。

0003

図1キャブコンバージョンタイプのキャンピングカー1の側面図である。キャンピングカー1は、荷台のついていない状態のトラックベース車両5)に、キャンピングカーの特徴となる居室部分の外枠を形成するFRPまたはアルミパネル材によるシェル6を搭載したものである。シェル6には、入口ドア8や複数の開閉式の窓9が設けられ、内部には図示しないキッチン設備ベッド設備ダイニング設備等が設けられる。ベース車両5はエンジン10によって自走可能な車両であって、前方に運転席及び助手席を有するキャビン7が配置される。図1では、エンジン10の上に運転席と助手席を配置したキャブオーバータイプの車両の例を示している。ベース車両5には、前輪3及び後輪4を保持する図示しない金属製のシャシにエンジン10を始動するためのメインバッテリー20が固定される。メインバッテリー20は、通常の自動車で必ず使われるもので、電解液希硫酸(H2SO2)を用いた単位電圧12Vの鉛電池が広く用いられる。キャンピングカー1の特徴の一つとして、居室部分で用いるためにサブバッテリー31〜33がさらに設けられる。サブバッテリー31〜33は、エンジン10の停止中に主に用いられるもので、エンジン10の停止時にメインバッテリー20と電気的に切り離され、居室部分の利用者が使用する電源となる。

0004

サブバッテリー31〜33は、キャンピングカー1の停車時に用いることが主目的で有るため、居住部分での電気使用量によってその放電量が大きく変動し、場合によってはサブバッテリー31〜33が空になるまで使うような場合もある。そこで、サブバッテリー31〜33は、メインバッテリー20で使われるような開放型の鉛電池と異なり、繰り返しの充電及び放電に強く、充電された電気を空状態近くまで使い切ることができるディープサイクルバッテリーが用いられている。通常、車両のメインバッテリー20は、エンジン10により常に充電され、ほぼ満充電に近い状態で使用される。メインバッテリー20は、完全に放電させると充電しても完全にもとの状態に戻らない場合が多い。これに対して、ディープサイクルバッテリーは深い放電後に、すぐに充電すれば元の状態に戻り、これを何回も繰り返し行えるように設計されたバッテリーである。キャンピングカー1のサブバッテリー31〜33としては12Vのものを1〜複数台用いることができ、ここでは容量100Ah(Ah20Hr率)のものを3個並列接続している。サブバッテリー31〜33としてメンテナンスフリー(完全補水不要)のシールドタイプを用いる場合は、それらをシェル6の床下部分室外部分)で無くて居室内に設置することも可能である。

0005

図6は、従来のキャンピングカーにおけるメインバッテリー及びサブバッテリーの充電方法を説明するための図である。図1で示した車両走行用のエンジン10にはオルタネーター11が設けられている。オルタネーターは、エンジン10の動力プーリーベルトで駆動されるものであり、通常は三相式の交流発電機であって、発電された交流電流ダイオードによって整流し、メインバッテリーや車内の各電気装置に電気を供給する。オルタネーター11は、正極側の出力端子となる+B端子12aが設けられ、ケーブル14によってメインバッテリー20の正極端子20aに接続される。オルタネーター11の負極12b側はケーブル16によってメインバッテリー20の負極側と接続される。さらにオルタネーター11の負極12bはアース線15によってシャシに接続され、メインバッテリー20の負極端子20bもアース線17によってシャシに接地される。オルタネーター11からメインバッテリー20に接続するケーブル14にはヒューズ13が設けられる。尚、ここでいう「接地」という意味は、ベース車両の金属製のシャシ又はボディにケーブルによって電気的に接続することを意味する。ベース車両の+電源はメインバッテリー20の正極端子20aからプラス線18で、−電源はアース線19により取り出される。

0006

キャンピングカー1では、エンジン10として例えば、発電能力130Aのオルタネーター11を有する2000ccのガソリンエンジン、又は、発電能力130Aのオルタネーター11を有する3000ccのディーゼルエンジンが用いられる。これらは一例であって、エンジンの種類や排気量、オルタネーターの容量は任意である。図6に示す従来の典型的なサブバッテリーの充電システムでは、メインバッテリー20からヒューズ142とリレー143を用いてサブバッテリー31〜33を接続していた。実際には点線140の部分をサブバッテリー充電コントローラーとして、メインバッテリー20の電圧に応じてリレー143による開閉を制御する充電システムが実現されている。サブバッテリー31〜33は、それぞれの正極と、それぞれの負極が最短距離の太いケーブル134a、134b、135a、135bによって接続された並列接続とされている。シェル内の電源は、サブバッテリー31の正極端子31aからケーブル136で、サブバッテリー33の負極端子33bからケーブル136から引き出される。また、負極端子33bはアース線134によってシャシに接地される。

0007

この従来の接続方法の利点はベース車両5のエンジン10からメインバッテリー20に至る配線改造を加えること無く、メインバッテリー20の後段側にサブバッテリー31〜33への接続ケーブル類を配線すれは良いことである。しかしながらこの接続方法では、基本的にメインバッテリー20の電圧がサブバッテリー31〜33の電圧を越えたらサブバッテリー31〜33の充電が行われるので、メインバッテリー20が弱っている場合には、サブバッテリー31〜33の充電が理想通り進行しないことがある。また、サブバッテリー31〜33の充電のための電流がケーブル14を介して流れるため、メインバッテリー20用に配線された細いケーブル14や、ヒューズ13の容量によってその通過電流量の制限があり、サブバッテリー31〜33を急速に充電できない場合がある。

0008

図7は、従来の別の接続方法を説明するための図である。この方法はベース車両5が有するメインバッテリー20側の配線には手を加えずに、サブバッテリー31〜33に対する配線を独立させたものである。そのため、オルタネーター11の+B端子12aから専用のケーブル241を用いてサブバッテリー31〜33の正極端子に接続する。この際ケーブル241には、ヒューズ242とリレー243が設けられる。この接続方法に利点は、メインバッテリー20の電圧に左右されること無くサブバッテリー31〜33を効率よく充電することができることである。また、ベース車両5のケーブル14が細い場合であっても、サブバッテリー31〜33への接続用のケーブル241を十分太い線にすれば、効率良くサブバッテリー31〜33を充電することができる。

先行技術

0009

特開平9−149561号公報

発明が解決しようとする課題

0010

図7の従来の充電方法では図6に示す方法に比べて充電効率が良いが、深く放電したサブバッテリー31〜33をエンジン10のアイドリング状態又は低速走行状態で充電する場合に、オルタネーター11の持つ能力最大限利用できないという問題があった。図8はその充電状況を示す図である。本実施例で用いるサブバッテリー31〜33として用いられるディープサイクルバッテリーの充電終了電圧は14.5V程度である。従って、サブバッテリー31〜33を満充電(容量がほぼ100%)にするには最終的には14.5Vの充電電圧が必要である。一方、オルタネーター11の出力電圧は、エンジン10の回転数や流れる電流に応じて14.1V〜13.5V程度に変動し、ディープサイクルバッテリーを満充電させるに至る電圧には不足する。この状態を確認するために発明者らが行った実験結果の概略が図8である。図8図7の走行充電システムの充電状況を示す電流値電圧値計測グラフであって、エンジン10の低速回転時を再現するためにアイドリング回転状態に保って計測した。

0011

図8では充電時にサブバッテリー31〜33に流れる電流値161のスケールは左側縦軸であって単位はアンペア(A)であり、サブバッテリー31〜33の電圧値165のスケールは右側縦軸であって単位はボルト(V)である。横軸は時間の経過であり単位は時間(h)である。オルタネーター11はエンジン10のアイドリング回転時に低負荷時に13.6V程度の電圧を有するが、矢印165aのようにほぼ空状態まで放電されたサブバッテリー31〜33の充電を開始すると、充電開始当初は矢印161aのように電流値が大きいため、サブバッテリー31〜33が急速に充電され、電圧値も矢印165aから矢印165bのように急速に回復する。これに伴い、電流値は矢印161bのように低下し、1時間経過後の矢印161cの時点では30A程度にまで低下してしまう。その後、電圧値165は矢印165d、165eに示すように13.4〜13.6V程度で推移し、電流値161は矢印161d〜161eのように徐々に低下する。ここで、電流値161が矢印161eのように低下してもサブバッテリー31〜33の充電終了電圧まで達していないため、サブバッテリーの充電量が十分に達していない状況である。発明者らは、充電開始後30分程度はオルタネーター11の持つ能力を十分生かして効率良く充電できている一方で、30分以降はオルタネーター11の持つ能力を十分引き出せていないことに気がついた。

0012

本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、エンジンのオルタネーターの能力を効率良く引き出して、低速回転中のエンジンであってもサブバッテリーを効率良く充電できるようにした走行充電システムを提供することにある。
本発明の別の目的は、エンジン始動用のメインバッテリーの充電状況に影響を与えないようにして、サブバッテリー側の充電を独立して制御できるようにした走行充電システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、オルタネーターを有するエンジンと、エンジンの始動用及び車両用の電源として用いられるメインバッテリーと、エンジンの停止時にメインバッテリーと切り離して使用可能なサブバッテリーを有し、メインバッテリーとサブバッテリーはエンジンの運転時にオルタネーターの出力により同時に充電されるようにしたサブバッテリーを有する車両において、メインバッテリーはオルタネーターに直接接続された状態で充電され、サブバッテリーはオルタネーターの出力を直接サブバッテリーに接続して充電する直結充電モードか又はオルタネーターの出力を昇圧充電装置を介してサブバッテリーを充電する昇圧充電モードかのいずれかによって充電され、エンジンの運転中にサブバッテリーは直結充電モードと昇圧充電モードのいずれかを切替え可能とした。昇圧充電装置は、例えばオルタネーターの直流出力交流に変換するDC−ACインバーター装置と、インバーター装置交流出力を用いてサブバッテリーを充電するバッテリー充電器(AC充電器)を含んで構成される。

0014

本発明の他の特徴によれば、エンジンの始動後は、サブバッテリーを直結充電モードで充電し、所定のタイミングにて直結充電モードから昇圧充電モードに切り替えるようにした。その後、昇圧充電モードによるサブバッテリーの充電が完了した際には、昇圧充電モードから直結充電モードに戻すようにしても良い。この直結充電モードと昇圧充電モードの切替えは、手動スイッチ手段を設けて、運転手が手動にて充電モードを切り替えるようにしても良い。また、サブバッテリーの充電状況を監視する制御装置を設けて、制御装置によって直結充電モードにおけるサブバッテリーの充電量、サブバッテリーへ流れる電流量が所定の電流値以下に低下したことの検知、又は、直結充電モードの開始から所定の時間が経過したことを検知することによって制御装置が直結充電モードと昇圧充電モードのいずれかを選択して自動で切り替えるようにしても良い。

発明の効果

0015

本発明の走行充電システムにより、オルタネーターの能力を効率良く引き出してサブバッテリーの充電を行うことができる。特に、昇圧充電装置を用いてサブバッテリーの適切な電圧で充電することができるので、車両の走行時又はアイドリング時の充電だけでサブバッテリーを満充電状態まで到達させることができる。

図面の簡単な説明

0016

キャンピングカー1の側面図であって、一部にバッテリーの搭載状況を示した図である。
本発明の実施例に係るバッテリーの走行充電システムの接続回路図である。
図2のシステムを用いたサブバッテリーの充電状況を示すグラフである。
本発明の実施例に係る走行充電システムの充電制御手順を示すフローチャートである。
本発明の第二の実施例に係る走行充電システムの接続回路図である。
従来例におけるバッテリーの走行充電システムの接続回路図である。
別の従来例におけるバッテリーの走行充電システムの接続回路図である。
図7の走行充電システムの充電状況を示す電流値と電圧値の計測グラフである。

0017

図2は本実施例に係るバッテリーの走行充電システムの接続回路図である。本実施例では図7に示した従来の走行充電システムに改良を施したものである。エンジン10に設けられるオルタネーター11を用いてメインバッテリー20とサブバッテリー31〜33を同時に充電する点は従来例と考えが共通する。オルタネーター11は、ここでは130Aの容量を持ち、14.1V〜13.5Vの出力電圧を有する。電圧値が一定でないのは、出力電圧がエンジン回転数の高さに依存し、また、オルタネーター11に接続されるバッテリーへの充電電流量にも依存するためである。メインバッテリー20は、例えばディーゼルエンジンでは形式85D26Lが、ガソリンエンジンの場合は形式50D20Lが用いられるが、メインバッテリー20の形式はこれだけに限られない。また、メインバッテリー20を同一タイプの2つのバッテリーの並列接続で構成しても良い。

0018

メインバッテリー20の正極端子20aは、オルタネーター11の+B端子12aとヒューズ13を介してケーブル14で直接接続され、負極端子20bは、オルタネーター11の車体接地12b部分とケーブル16にて直接接続される。オルタネーター11の車体接地12bとメインバッテリー20の負極端子20bは、それぞれ車体の金属部分にアース線15、17にて接地される。キャンピングカー1の居住部分と別の車体(以下、「ベース車両」という)側の電源は、メインバッテリー20の正極端子20aから接続されるプラス線18と、アース線19から取り出され、例えば、エンジンコントロールユニット(ECU)、イグニッションヘッドライトリアライトウインカーワイパーと、キャブ内に設けられる室内灯エアーコンディショナーオーディオ機器等の電源となる。これらは通常の乗用車小型トラック小型貨物自動車等で用いられている電源システムと同じである。尚、プラス線18には、図示しないヒューズや電流検知回路等が設けられるが、それらの説明は省略する。

0019

サブバッテリー31〜33は例えば容量100Ah(Ah20Hr率)のディープサイクルバッテリーが用いられる。サブバッテリー31〜33のプラス出力36、マイナス出力37は、キャンピングカー1の居室部分(シェル内)で使用される電源となるものである。使用される機器としては、12V駆動の冷蔵庫、室内灯、入口灯換気扇、オーディオ機器、水道のポンプFFヒーター等である。また、プラス出力36、マイナス出力37に公知のインバーター機器(後述するインバーター51と同じもの)を用いて、直流12Vから交流100Vに変換して、家庭用エアコン家庭用テレビ家庭用電子レンジ、その他100Vにて動作する機器の電源として用いられる。

0020

サブバッテリー31〜33はケーブル45,47に比べて細めでやや長めのケーブル34a、34b、35a、35bによって並列に接続される。ここでは、ケーブル34aと35bの長さを1とすると、ケーブル34bと35aの長さを2とする比率にする。また、ケーブル45及びプラス出力36の接続はサブバッテリー31の正極端子31aに行い、アース線34とマイナス出力37はサブバッテリー33の負極端子33bに接続する。このように複数のサブバッテリー31〜33を等長配線とすることにより各サブバッテリー間の充放電のばらつきを抑えることができる。

0021

オルタネーター11の+B端子12aの出力は、ケーブル41から切替スイッチ44を介して、インバーター51側への配線か、サブバッテリー31への配線が切り替えられる。リレー43は、ここではエンジン10の運転に連動してON又はOFFになるスイッチであり、エンジン10の始動後に所定時間(例えば2秒)遅延させた後にON状態となるような遅延リレーとすると良い。エンジン10を停止させるとリレー43はOFF状態非導通状態)となる。リレー43の上流側にはヒューズ42が設けられる。切替スイッチ44の出力の一方は、ケーブル47を介してインバーター51に接続され、出力の他方は、ケーブル45を介してサブバッテリー31の正極端子31aに接続される。ここで、ケーブル41、47、48をケーブル14に比べて十分太くて容量の大きい配線とし、ヒューズ42、48等を大きくすればサブバッテリー31〜33側へ大電流を流すことが可能となる。

0022

インバーター51はDC−ACインバーターであって、DC10.0V−15.0V程度の直流から50Hz又は60Hzの100Vの交流を生成して出力する。ここでは最大連続出力1500W以上のものを用いるようにした。インバーター51のアース線49とサブバッテリー33の負極端子33bに接続されるアース線34、メインバッテリー20に接続されるアース線17(又はオルタネーター11のアース線15)のシャシへのコンタクトポイントを共通とすると、電圧ロスを少なくできて送電効率を高めるができる。インバーター51には、電源コード53を用いてバッテリー充電器52が接続される。バッテリー充電器52はAC電源を用いて自動車等のバッテリーを充電する公知の機器である。ここではバッテリー充電器52はインバーター51の交流出力を入力とし、プラス側出力はケーブル55、ヒューズ54を介してサブバッテリー31の正極端子31aに接続され、マイナス側出力はケーブル56を介してサブバッテリー33の負極端子33bに接続される。ケーブル55に経路中にはヒューズ54が設けられる。ここで、サブバッテリー31〜33を充電するのに当たり、インバーター51とバッテリー充電器52を用いるようにしたのは、オルタネーター11の出力電圧を昇圧し、バッテリー充電器52を用いてサブバッテリー31〜33の充電に最適な電圧、電流で充電を行うためである。ここでは、インバーター51の出力側(電源コード53)では、AC100Vになっているためバッテリー充電器52は用いられたサブバッテリー31〜33の種類や容量に合わせて最適な条件で、例えば電池温度補正制御定電流充電定電圧充電を用いた充電を行うことができる。また、最終充電電圧もディープサイクルバッテリーに合わせた電圧(例えば14.5V)とすることができる。バッテリー充電器52の容量は、出力45A程度とすると良いが、出力22.5A程度の容量のバッテリー充電器を2台並列に接続するようにしても良い。尚、バッテリー充電器52の出力はメインバッテリー20には影響しないので、メインバッテリー20は通常の車両と同じように最適に充電状態が維持される。

0023

次に図3を用いて本実施例におけるサブバッテリー31〜33の充電状況を説明する。図3図2の走行充電システムの充電状況を示す電流値61と電圧値65の計測グラフであって、エンジン10の低速回転時の状況を再現するために、アイドリング状態にて計測した。ここではエンジン始動後は切替スイッチ44をケーブル45側に接続して、オルタネーター11の出力が直接サブバッテリー31〜33に伝達されるようにする。本実施例ではこの接続状態を「直結充電モード」と呼ぶ。ここでは充電開始時にサブバッテリー31〜33の電圧が矢印65aに示すように11V程度であり、ほとんど空の状態である。この状態で直結充電モードにて充電を開始すると、接続直後には矢印61aのように100A程度の大電流が流れて、10分〜15分程度で矢印61bのように60A程度の電流値に落ち着き、サブバッテリー31〜33の電圧も矢印65bのように12.5V程度まで上昇する。ここで、所定のタイミングにおいて、ここではサブバッテリー31〜33の電圧が約13.5V付近まで上昇した付近である時刻t1付近において、切替スイッチ44を切り替えてインバーター51側に接続するケーブル47側に切り替える。本実施例ではケーブル47側に切り替えた接続状態を「昇圧充電モード」と呼ぶ。そしてインバーター51とバッテリー充電器52をONにすることにより、バッテリー充電器52を用いた充電を開始する。すると、バッテリー充電器52は接続直後に、矢印61cの付近にて定電流充電にて電流値40A付近をキープして充電を行うため、サブバッテリー31〜33の電圧は矢印65cから65dのように順調に上昇する。ここで、図8に示した直結充電だけで充電を行った場合の電圧値165を点線にて示しているので、充電電圧が高く保たれることが理解できるであろう。

0024

充電が更に進んで矢印65e付近では電流値61が下降して矢印61eのように20A未満となる。この時点ではバッテリー充電器52は定電圧充電にて高い電圧を保ち、矢印65fから65gに至って充電終了電圧になったら充電を終了する。このとき充電電流は矢印61f、61gのようにきわめて少ない値になっている。時刻t2にてバッテリー充電器52を用いた充電が完了したら、切替スイッチ44を直結充電モード側に戻す。点線で示す電流値161が図8で用いた従来の直結充電モードだけによる電流値である。本実施例では時刻t1以降では3時間目くらいまで電流値61が点線よりも十分高いので、オルタネーター11のもつ能力を効率良く引き出してサブバッテリー31〜33を効率良く充電できる。発明者らの実験によると、エンジン10のアイドリング4〜5時間で3個のサブバッテリー31〜33をほぼフル充電状態にすることができた。

0025

次に図4のフローチャートを用いて本実施例に係る走行充電システムの充電制御手順を説明する。最初に運転手はエンジン10を始動することにより、走行充電が開始される。なお、「走行充電」といっても実際に走行しているかどうかは重要では無く、エンジンが回転さえしていれば良い。次に、エンジンが始動したら切替スイッチ44を直結側に接続(ケーブル41とケーブル45を接続)し、リレー43をONにすることにより直結充電モードでのサブバッテリー31〜33の充電が開始される(ステップ81、82)。

0026

次に、エンジン10が停止したかどうかを判断し(ステップ83)、エンジン10が停止したらステップ89に移りリレー43をOFFにしてサブバッテリー31〜33側とオルタネーター11との接続状態を解除する。この際、切替スイッチ44は直結側とする。この構成を実現するために、リレー43はエンジン10の始動数秒後に自動でON(接続)となり、エンジン10が停止されACC電源がOFFとなったら自動でOFF(遮断)となるような自動復帰型のリレーとすれば良い。また、切替スイッチ44も通常状態では直結充電モードとなり、切替指示が入った場合に昇圧充電側に切り替え、エンジン10が停止したら直結充電モードに自動復帰するようにすれば良い。

0027

ステップ83においてエンジン10が運転中であったら、切替スイッチ44に対する切替指示があったかどうかを判定して、指示が無ければステップ83に戻る(ステップ84)。ステップ84にてスイッチ切替指示があった場合は、切替スイッチ44をインバーター51側のケーブル47に接続するように切り替え(ステップ85)、インバーター51とバッテリー充電器52をONにすることにより、バッテリー充電器52を用いたサブバッテリー31〜33の充電を開始する(ステップ86)。次に充電が完了したかどうかを判断する。この判断はバッテリー充電器52が行うことができ、充電が完了していなかったらステップ83に戻る。充電が完了したら、走行充電の制御装置は切替スイッチ44を直結側に戻して、インバーター51とバッテリー充電器52をOFFにしてステップ82に戻る(ステップ88)。

0028

以上の手順によりサブバッテリー31〜33に対する走行充電の制御を行うが、ステップ84で判断する切替スイッチ44の切替制御を行う所定のタイミングの決定はいくつかの方法が考えられる。一つ目は、完全に手動で行う方法である。例えば切替スイッチ44を運転席に設けられたトグルスイッチに連動させたリレーで構成して、トグルスイッチの一方で昇圧充電モードとなり、他方で直結充電モードとなる。この場合、昇圧充電モードに設定しておいたら、エンジン10を切って再度始動した際には昇圧充電モードにてサブバッテリー31〜33が充電されることになるが、そのように構成しても問題ない。この際、ACC電源がOFFになると自動的に直結充電モード側に復帰するようにしても良い。この手動による切り替え方法を採用すると、運転手は走行パターンを考慮して、低速走行が多かったりアイドリング状態が長い場合が想定されるときに、「昇圧充電モード」に切り替えることによりサブバッテリー31〜33を急速に充電することができる。一方、サブバッテリー31〜33の減り具合が少ない場合や、高速道路を運転する場合などは、直結充電モードのままとすることができる。

0029

切替スイッチ44のもう一つの制御は、専用の制御装置60(後述する図5参照)を用いてサブバッテリー31〜33の残量、電圧、充電電流等をモニターすると共に、切替スイッチ44を電気的に制御する方法である。この方法によれば直結充電モードにおけるサブバッテリー31〜33へ流れる充電流量が所定の電流値以下に低下したことを検知して、又は、前記サブバッテリーの充電量(又はサブバッテリーの残容量)に応じて制御装置60が充電モードを切り替える。これにより運転手は切替スイッチ44の操作を気にせずにすむ上に、自動的に「直結充電モード」から「昇圧充電モード」への切替と、復帰をおこなうことができる。

0030

以上、第一の実施例によれば、ベース車両5の電源システムには影響すること無く、メインバッテリー20とは独立した充電回路によりサブバッテリー31〜33を急速に充電することができる。尚、本実施例では「昇圧充電モード」を実現するのに当たり、DC−AC方式のインバーター51と、商用交流を入力とするバッテリー充電器52を用いて実現したが、必ずしもこれらの組合せを用いる昇圧充電装置に限定されるものではない。オルタネーター11の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧された電源から最適な充電電流、充電電圧でサブバッテリー31〜33を充電できるようにした充電回路を有すれば、一体型の機器にて構成しても良い。

0031

次に図5を用いて第二の実施例を説明する。第二の実施例における「直結充電モード」と「昇圧充電モード」の制御は第一の実施例と同じである。しかしながら、第二の実施例では切替スイッチ44を用いずに2つのリレー(63、64)を用いて同等の機能を実現したことと、インバーター51とバッテリー充電器52の接続の仕方を工夫したものである。図2と同じ構成部品には同じ番号の参照符号を付しているので、繰り返しの説明を省略する。

0032

キャンピングカー1では、駐車時にサブバッテリー31〜33を充電するために、外部から電源コード70にて取り込まれたAC電源を用いてバッテリー充電器52を稼働させることができる。そのため、車両の外側に電源コード70を接続するための接続コネクタ(図示せず)が設けられる。また、サブバッテリー31〜33を充電するためにソーラーパネル75を屋根に設置しているキャンピングカー1も多くなってきた。ソーラーパネル75による充電は、走行中又はエンジン停止中を問わずに太陽の出ている日中におこなうことができる。ソーラーパネル75の出力は電源コード76a、76bを介してソーラーコントローラー77に入力される。ソーラーコントローラー77はソーラーパネル75から得た電力でサブバッテリー31〜33に充電するために、過充電を防ぐとともに最適な電圧、電流にて充電を行うようにする目的で取り付けられる。ソーラーコントローラー77としてはPWM制御方式のものや、MPPT制御(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従制御方式)などのものが知られている。ソーラーコントローラー77のプラス出力はヒューズ79を介した電源コード78aによりサブバッテリー31の正極端子31aに接続され、ソーラーコントローラー77のマイナス出力は電源コード78bによりサブバッテリー33の負極端子33bに接続される。

0033

AC100Vの外部電源は、プラグ70aと電源コード70を介してACマルチ71に入力される。ACマルチ71は、複数入力されるAC電源の自動切りかえ装置であって、電源コード70とインバーター51の出力のある方を選択する。入力電圧が両方ある場合は優先順位(ここではAC電源が優先順位1)に従っていずれか一方を選択する。ACマルチ71の出力の一方は電源コード72を用いてシェル6内のコンセント72aに接続され、他方は電源コード59を介してバッテリー充電器52に接続される。電源コード59の経路中には、接続をON又はOFFするためのリレー73が設けられる。リレー73のオンオフは、制御装置60によって制御されるか、又は、手動スイッチ68に連動して動作する。

0034

オルタネーター11の+B端子12aからメインバッテリー20側への接続は図2で示した第一の実施例と同じである。オルタネーター11の+B端子12aの出力は、ケーブル41から第一リレー63を介し、ケーブル57をさらに介してインバーター51に接続される。ケーブル57の接続経路中にはヒューズ48が設けられる。一方、第一リレー63の出力側は第二リレー64を介してケーブル45によってサブバッテリー31の正極端子31aに接続される。第一リレー63は、ここでは遅延リレーとするもので、エンジン10の始動後に所定時間(例えば2秒)遅延させた後にON状態となる。第二リレー64はケーブル45を介してサブバッテリー31〜33を充電する「直結充電モード」時にONにされる。一方、「昇圧充電モード」をする際には、第二リレー64をOFF状態にする。第一リレー63の出力はケーブル57を介してインバーター51に印加されるので、インバーター51の電源をオン又はオフすることによってインバーター51の稼働又は停止を制御することができる。インバーター51の出力は電源コード58を介してACマルチ71に入力される。尚,電源コード58,59、70、72は2線コードであるが、ここでは1本の線で図示しているので注意されたい。このような接続構成とすることで、様々な使用方法が実現できる。

0035

まず、エンジン10の運転時に「直結充電モード」を実行する場合は、第一リレー63と第二リレー64をON(接続状態)にする。するとオルタネーター11の電圧がケーブル41、45を介してサブバッテリー31〜33の充電が開始される。この際、インバーター51にもオルタネーター11の電圧が入力されているため、インバーター51のスイッチをONにすることでAC100Vを使用することが可能となる。この際のインバーター51の出力は電源コード58を介してACマルチ71に接続され、ACマルチ71から電源コード72を介して、シェル内の電源として使用可能である。尚、この際はサブバッテリー31〜33が直結充電中であるため、バッテリー充電器52を稼働させてはならない。従ってリレー73をオフにしておくと良い。つまり、第二リレー64をオンにしたときはリレー73が必ずオフとなるように連動させると良い。

0036

エンジン10の稼働時に「昇圧充電モード」を実行する場合は、第二リレー64をOFFにして、リレー73をONにする。この切替によってケーブル45による経路が遮断される。このときにインバーター51とバッテリー充電器52の双方の電源をオンにすると、インバーター51の出力が、ACマルチ71とリレー73を介してバッテリー充電器52に入力されるので、バッテリー充電器52によってサブバッテリー31〜33が充電される。このときの動作状況図2で説明した回路の動作と同じである。これらのリレーの切り替えやインバーター51、バッテリー充電器52のオンオフは、制御装置60が制御するようにすれば良い。また、手動スイッチ68による切替に連動するようにしても良い。尚、図5ではその制御について図示していないが、バッテリー充電器52を用いてサブバッテリー31〜33を充電する際には、ソーラーコントローラー77の出力を停止させることが重要である。そのため、リレー73がオンの時には、ソーラーコントローラー77の出力を停止するように連動制御すると良い。

実施例

0037

第二の実施例の利点は、インバーター51をサブバッテリー31の充電用にも、シェル内電源用にも用いることができることである。また、ACマルチ71を介して外部電源も入力されるため、エンジン10の稼働時、エンジン10の停止時であって外部電源が非接続時(プラグ70aが図示しないコンセントに差さっていない場合)、外部電源が接続時のいずれにおいても電源コード72を介して適切にAC電源を得ることができる。さらに、エンジン10が回転中に、インバーター51の出力をコンセント72aを介してシェル内で使用可能となる。例えば、走行中に家庭用エアコンを使用することができる。尚、インバーター51の出力をコンセント72aを介して充電以外の用途で用いる場合には、バッテリー充電器52に供給される電流が不足する恐れがある。その場合は、制御装置60は使用電流量に応じてバッテリー充電器52の充電電流を落とすように制御したり又は完全に停止されるようにしても良い。さらに、バッテリー充電器52として小容量の機器を2つ並列で接続した場合には、片方の機器だけをオフにするように制御しても良い。

0038

本発明の車両用の走行充電システムは、オルタネーターを有するエンジンと、エンジンの始動用のバッテリー(メインバッテリー)と、エンジン停止時に主に利用するサブバッテリーを有し、エンジンの稼働時にオルタネーターによってメインバッテリーとサブバッテリーを同時に充電するようにした車両、船舶、その他のエンジン動作機器において広く適用できる。

0039

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例ではキャンピングカー1の例としてキャブコンバージョンタイプのものを説明したが、バンコンバージョンタイプやバスコンバージョンタイプで良いし、キャンピングカーで無くてもエンジンの始動用のバッテリー(メインバッテリー)と、エンジン停止時に主に利用するサブバッテリーを有する車両、船舶、エンジン機器であれば同様に適用できる。また、牽引されるキャンピングトレーラーにサブバッテリーが設けられ、牽引する車両側のオルタネーターによってメインバッテリーとサブバッテリーの双方を充電する充電システムにおいても同様に適用できる。

0040

1キャンピングカー3前輪4後輪5ベース車両
6シェル7キャビン8入口ドア9 窓
10エンジン11オルタネーター12a +B端子
12b 負極(車体接地) 13ヒューズ
14、16ケーブル15、17、19アース線
18プラス線20メインバッテリー20a正極端子
20b負極端子31サブバッテリー31a 正極端子
33 サブバッテリー 33b 負極端子 34 アース線
34a、34b ケーブル 36プラス出力37マイナス出力
41 ケーブル 42 ヒューズ 43リレー44切替スイッチ
45、47 ケーブル 48 ヒューズ 49 アース線
51インバーター52バッテリー充電器53電源コード
54 ヒューズ 55、56、57 ケーブル 58、59 電源コード
60制御装置61電流値63 第一リレー 64 第二リレー
65電圧値68手動スイッチ 70 電源コード
70aプラグ71 ACマルチ72 電源コード
72aコンセント73 リレー 75ソーラーパネル
76a、76b 電源コード 77ソーラーコントローラー
78a、78b 電源コード 79 ヒューズ
134a、134b、136 ケーブル 142 ヒューズ
143 リレー 161 電流値 165 電圧値
241 ケーブル 242 ヒューズ 243 リレー

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