JP6679331B2

JP6679331B2 - サブバッテリーを有する車両の走行充電システム

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Publication number: JP6679331B2
Application number: JP2016020319A
Authority: JP
Inventors: 賢治荒木; 康太高橋
Original assignee: 株式会社ナッツ
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: JP2017139914A

Description

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。

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の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、電解液に希硫酸（Ｈ_２ＳＯ_２）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の動力をプーリーと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を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に至る配線に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。

特開平９−１４９５６１号公報

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の持つ能力を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は図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。

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。

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。

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を交流に変換するＤＣ−ＡＣインバーター装置と、インバーター装置の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。

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、手動の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。

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。

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。

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。

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や小型トラック、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。

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。

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。

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、４５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。

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。

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は図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ｔ_１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。

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ｔ_２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ｔ_１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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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は図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。

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。

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。

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。

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７１ＡＣ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

Claims

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の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、
（１）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、
（２）前記オルタネーターの直流出力を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ものであって、
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、
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。
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の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であって前記車両用の電源として用いられない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、
（１）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、
（２）前記オルタネーターの直流出力を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、
前記サブバッテリーは、前記エンジンの始動後に遅延してオンになる自動復帰型のリレー装置と、前記（１）又は（２）の切り替えを行うスイッチ手段を介して前記オルタネーターに接続され、
前記エンジンの始動時は前記サブバッテリーと前記オルタネーターを非接続の状態とし、前記エンジンの始動後に前記リレー装置が、前記スイッチ手段によって選択された前記（１）又は（２）のモードにて接続状態を確立し、
前記エンジンの停止した後は、前記リレー装置が前記オルタネーターと前記スイッチ手段との接続を遮断状態に保つことを特徴とするサブバッテリーを有する車両の走行充電システム。
前記エンジンの運転中に前記（１）又は（２）の切り替えが可能であり、
前記スイッチ手段として、運転手によって操作される手動式の切替スイッチを設け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。
前記サブバッテリーの充電状況を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エンジンの運転中に前記スイッチ手段を自動で切り替えることを特徴とする請求項２に記載の走行充電システム。