(57)【要約】【課題】電気二重層コンデンサの蓄電容量の低下を抑制する。【解決手段】車載電源装置８は、実装基板９と、実装基板９の所定領域内に、実装基板９から空間部１９を隔てて配置された電気二重層コンデンサ１０と、電気二重層コンデンサ１０への充電および電気二重層コンデンサ１０からの放電を行う電力変換回路部１３と、空間部１９に配置されて電気二重層コンデンサ１０への充電を行うシャントレギュレータ回路部１４と、外部からの起動信号を受信する信号受信部１５と、電力変換回路部１３とシャントレギュレータ回路部１４との動作を制御する制御回路部１６とを含む。制御回路部１６は、信号受信部１５が起動信号を受信したとこを検知すると、シャントレギュレータ回路部１４を起動させ、さらにその後に、電力変換回路部１３を起動させて電気二重層コンデンサ１０を充電させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
前記実装基板の一方面の所定領域内に、底面部から引き出されたリード部が接合されることによって前記実装基板から空間部を隔てて配置された複数の電気二重層コンデンサと、前記実装基板の一方面もしくは他方面に配置された入力部と出力部と、
前記入力部と前記出力部とに接続され、前記実装基板の前記一方面に配置されて前記複数の電気二重層コンデンサへの充電および前記複数の電気二重層コンデンサからの放電を行う電力変換回路部と、
前記入力部に接続され、前記実装基板の前記一方面で前記空間部に配置されて前記複数の電気二重層コンデンサへの充電を行うシャントレギュレータ回路部と、
前記実装基板の一方面もしくは他方面に配置され外部からの起動信号を受信する信号受信部と、
前記実装基板の前記一方面に配置され、前記信号受信部に接続され、前記電力変換回路部と前記シャントレギュレータ回路部との動作を制御する制御回路部と、を備え、
前記制御回路部は、前記信号受信部が前記起動信号を受信したとこを検知すると、
前記シャントレギュレータ回路部を起動させ、さらにその後に、前記電力変換回路部を起動させて前記複数の電気二重層コンデンサを充電させる、
車載電源装置。
【請求項２】
シャントレギュレータ回路部による前記複数の電気二重層コンデンサへの充電電力量は、前記電力変換回路部による前記複数の電気二重層コンデンサへの充電電力量よりも小さい、
請求項１に記載の車載電源装置。
【請求項３】
前記制御回路部は、前記起動信号を受信した後に、前記電気二重層コンデンサの温度を検出し、
前記電気二重層コンデンサの温度が閾温度値よりも低いと前記制御回路部が判定したとき、
前記シャントレギュレータ回路部を起動させ、さらにその後に、前記電力変換回路部を起動させ、
前記電気二重層コンデンサの温度が閾温度値よりも高いと前記制御回路部が判定したとき、
前記シャントレギュレータ回路部を起動させずに前記電力変換回路を起動させる、
請求項１に記載の車載電源装置。
【請求項４】
前記制御回路部は、前記起動信号を受信した後に、
前記シャントレギュレータ回路部を所定期間にわたって起動させ、さらにその後に前記シャントレギュレータ回路部を停止させ、
前記シャントレギュレータ回路部の起動を停止させた後に、前記電力変換回路を起動させる、
請求項１に記載の車載バックアップ電源。
【請求項５】
前記制御回路部は、
前記実装基板の前記一方面上で前記空間部に配置された、
請求項１に記載の車載電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種車両に使用される車載電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の電源装置について図面を用いて説明する。図７は従来の車載電源装置の構成を示した回路ブロック図であり、車載電源装置１は充電部２と蓄電部３と放電部４とを有し、蓄電部３は車載電源装置１が搭載されている車両５の起動時や起動中に車両バッテリー６の電力を用い充電部２によって充電されていた。また蓄電部３に蓄えられた電力は、負荷７での必要に応じて放電部４が動作することによって負荷７へと供給されていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１２５１７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の車載電源装置では、低温環境下で車両５が放置されていた状態から起動を始める際に、車載電源装置１が低温状態で充電動作を実行する。このため、特に蓄電部３に電気二重層コンデンサが用いられている場合には、電気二重層コンデンサの蓄電容量の低下や、電気二重層コンデンサの直流抵抗分の増加によって、電気二重層コンデンサの有する性能が低下する課題を有するものであった。
【０００６】
そこで本発明は、電気二重層コンデンサの蓄電容量低下及び直流抵抗増加による性能低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために本発明は、実装基板と、前記実装基板の一方面の所定領域内に、底面部から引き出されたリード部が接合されることによって前記実装基板から空間部を隔てて配置された複数の電気二重層コンデンサと、前記実装基板の一方面もしくは他方面に配置された入力部と出力部と、前記入力部と前記出力部とに接続され、前記実装基板の前記一方面に配置されて前記複数の電気二重層コンデンサへの充電および前記複数の電気二重層コンデンサからの放電を行う電力変換回路部と、前記入力部に接続され、前記実装基板の前記一方面で前記空間部に配置されて前記複数の電気二重層コンデンサへの充電を行うシャントレギュレータ回路部と、前記実装基板の一方面もしくは他方面に配置され外部からの起動信号を受信する信号受信部と、前記実装基板の前記一方面に配置され、前記信号受信部に接続され、前記電力変換回路部と前記シャントレギュレータ回路部との動作を制御する制御回路部と、を備え、前記制御回路部は、前記信号受信部が前記起動信号を受信したとこを検知すると、前記シャントレギュレータ回路部を起動させ、さらにその後に、前記電力変換回路部を起動させて前記複数の電気二重層コンデンサを充電させる、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車載電源装置が（低温）環境下で起動するとき、まずシャントレギュレータ回路部が起動することによって電気二重層コンデンサに対する充電を始め、さらに
シャントレギュレータ回路部が発する熱によって電気二重層コンデンサの温度を上昇させる。このため、電気二重層コンデンサの性能が低下し易い（低温）環境下での車載電源装置の動作を回避することができ、電気二重層コンデンサの蓄電容量の低下や直流抵抗の増加による性能低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における車載電源装置の構成を示す側面外観図
【図２】本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す上面外観図
【図３】本発明の実施の形態における車載電源装置の構成概要を示す回路ブロック図
【図４】本発明の実施の形態における車載電源装置の第１動作フローチャート
【図５】本発明の実施の形態における車載電源装置の第２動作フローチャート
【図６】本発明の実施の形態における車載電源装置におけるシャントレギュレータ回路部の概要図
【図７】従来の車載電源装置の回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における車載電源装置の構成を示す側面外観図、図２は本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す上面外観図である。車載電源装置８は、実装基板９と、複数の電気二重層コンデンサ１０と、入力部１１と、出力部１２と、電力変換回路部１３と、シャントレギュレータ回路部１４と、信号受信部１５と、制御回路部１６と、を含む。実装基板９と、複数の電気二重層コンデンサ１０と、電力変換回路部１３と、シャントレギュレータ回路部１４と、制御回路部１６とは、実装基板９の一方面９Ａに配置されている。入力部１１と出力部１２と信号受信部１５とは、実装基板９の一方面９Ａあるいは他方面９Ｂのいずれに配置されていてもよい。
【００１２】
電気二重層コンデンサ１０はそれぞれ、底面部１７および底面部１７から引き出されたリード部１８を有し、リード部１８は実装基板９に接合されている。また、電気二重層コンデンサ１０は、リード部１８が実装基板９に接合されていることで実装基板９とは空間部１９を隔てて配置されている。さらに、複数の電気二重層コンデンサ１０は破線で囲まれた所定領域２０内に集中して配置されている。
【００１３】
電力変換回路部１３は入力部１１と出力部１２とに接続されていて、電気二重層コンデンサ１０への充電と、電気二重層コンデンサ１０からの放電を行う。シャントレギュレータ回路部１４は入力部１１に接続されていて、シャントレギュレータ回路部１４は電気二重層コンデンサ１０への充電を行う。信号受信部１５は、車載電源装置８の外部から起動信号を受信する。
【００１４】
制御回路部１６は、電力変換回路部１３とシャントレギュレータ回路部１４と信号受信部１５とに接続されていて、電力変換回路部１３とシャントレギュレータ回路部１４との動作を制御する。制御回路部１６は、信号受信部１５が起動信号を受信したことを検知すると、シャントレギュレータ回路部１４を起動させる。さらに制御回路部１６は、シャントレギュレータ回路部１４を起動させた後に、電力変換回路部１３を起動させる。そして、シャントレギュレータ回路部１４と電力変換回路部１３とが電気二重層コンデンサ１０を充電する。
【００１５】
以上の構成および動作により、車載電源装置８が起動するとき、まずシャントレギュレータ回路部１４が起動することによって電気二重層コンデンサ１０に対する充電を始める
。さらにシャントレギュレータ回路部１４は、シャントレギュレータ回路部１４が発する熱によって電気二重層コンデンサの温度を上昇させる。このため、電気二重層コンデンサ１０の性能が低下し易い（低温）環境下での車載電源装置８の動作、特に低温環境下での充電動作を回避することができ、電気二重層コンデンサ１０の蓄電容量の低下や直流抵抗の増加による性能低下を抑制することができる。
【００１６】
以下で、車載電源装置８の構成および動作の詳細について図１、図２、図３の本発明の実施の形態における車載電源装置の構成概要を示す回路ブロック図、図４の本発明の実施の形態における車載電源装置の第１動作フローチャート、および図５の本発明の実施の形態における車載電源装置の第２動作フローチャートを用いて説明する。
【００１７】
車載電源装置８は、予備用の電源あるいは非常用の電源として車両２１に設けられている。車両２１や車両用バッテリー２３が健全な条件下で車両２１が起動しているときは、電力変換回路部１３は蓄電部２８への蓄電を連続的あるいは間欠的に行い、車両２１が起動停止したときには蓄電部２８に蓄えられていた電力の全てあるいは一部をグランドへ放電する。また、車両２１が起動しているときに車両２１や車両用バッテリー２３が異常な条件下に陥った場合、所定の負荷２４の駆動が可能となるように、電力変換回路部１３は出力部１２から蓄電部２８に蓄えられた電力を出力する、あるいは蓄電部２８に蓄えられた電力を出力部１２から出力可能な状態とする。
【００１８】
ここでは、車両２１や車両用バッテリー２３が健全な条件下で車両２１が起動するときや、起動しているときについての車載電源装置８の動作について説明する。
【００１９】
先にも述べたように、複数の電気二重層コンデンサ１０はそれぞれ、底面部１７および底面部１７から引き出されたリード部１８を有し、リード部１８は実装基板９に接合されている。そして、電気二重層コンデンサ１０は、リード部１８が実装基板９に接合されていることで実装基板９とは空間部１９を隔てて配置されている。さらに、複数の電気二重層コンデンサ１０は破線で囲まれた実装基板９の一方面９Ａでの所定領域２０内に集中して配置されている。空間部１９に該当する空間は、複数の電気二重層コンデンサ１０が集中配置されている所定領域２０に該当する面と、実装基板９の一方面９Ａから電気二重層コンデンサ１０の底面部１７までの距離の高さと、を有した空間としてよい。
【００２０】
また、空間部１９にはシャントレギュレータ回路部１４が配置されていて、言い換えると、シャントレギュレータ回路部１４は複数の電気二重層コンデンサ１０の底面部１７と実装基板９との間に配置されている。したがって、電気二重層コンデンサ１０とシャントレギュレータ回路部１４とは近接して配置されていて、かつ、電気二重層コンデンサ１０とシャントレギュレータ回路部１４とは実装基板９とリード部１８とによって熱的に強く結合されている。このため、シャントレギュレータ回路部１４が電力を出力する動作をしたときには、シャントレギュレータ回路部１４が発する熱が、電気二重層コンデンサ１０に容易に効率よく伝わる。
【００２１】
ここで、シャントレギュレータ回路部１４は単一の回路であっても、複数のシャントレギュレータ回路部１４が空間部１９に分散配置されていても何れであってもよい。複数の電気二重層コンデンサ１０はシャントレギュレータ回路部１４によって、概ね均等に加熱されることが望ましい。このため、個々の電気二重層コンデンサ１０と、個々の電気二重層コンデンサ１０が最も近接するシャントレギュレータ回路部１４とを隔てる距離が概ね等しくなるように、複数の電気二重層コンデンサ１０と複数のシャントレギュレータ回路部１４とが配置されるとよい。また、シャントレギュレータ回路部１４は全ての電気二重層コンデンサ１０へ概ね均等に電力を供給する。
【００２２】
車載電源装置８は車両２１の車体２２に搭載されていて、車体２２に搭載された車両用バッテリー２３が、車載電源装置８の入力部１１に接続されている。また、車体２２に搭載された負荷２４が、車載電源装置８の出力部１２に接続されている。車載電源装置８における入力部１１と出力部１２との間には電力変換回路部１３が接続されていて、電力変換回路部１３の入力側には充電回路２５が設けられ、出力側には放電回路２６が設けられている。また充電回路２５と放電回路２６との接続点２７とグランド間には蓄電部２８が設けられている。蓄電部２８には複数の電気二重層コンデンサ１０や、電気二重層コンデンサ１０の電力を直接にグランドへ放電可能な電気回路（図示せず）などが設けられている。
【００２３】
制御回路部１６が車載電源装置８の外部から発信された起動信号を信号受信部１５が受信したことを検出すると、車載電源装置８は起動を始める。起動信号は、搭乗者が車両２１のキースイッチ（図示せず）をオンすることに対応してキースイッチや車両２１から信号受信部１５へ発せられても、あるいは、搭乗者が車両２１のアクセサリースイッチ（図示せず）をオンすることに対応して車両２１から信号受信部１５へ発せられても、またあるいは、搭乗者が車両２１のイグニションスイッチ（図示せず）をオンすることに対応して車両２１から信号受信部１５へ発せられてもよい。言い換えると、起動信号は、車両２１の起動と同時に、あるいは車両２１の起動の直前に車両２１から信号受信部１５へ発せられる。
【００２４】
制御回路部１６は、信号受信部１５が起動信号を受信したことを検知すると、シャントレギュレータ回路部１４を起動させる。シャントレギュレータ回路部１４の電力は電気二重層コンデンサ１０に出力されていても、あるいは、シャントレギュレータ回路部１４の出力は無負荷で開放状態であってもよく、またあるいは、車両２１に配置された他の電装品（図示せず）に出力されてもよい。シャントレギュレータ回路部１４が電力を電気二重層コンデンサ１０に出力する場合、シャントレギュレータ回路部１４の出力電圧は、個々の電気二重層コンデンサ１０に印加される電圧が定格電圧以下となる値であればよい。このときシャントレギュレータ回路部１４は電力の出力の有無、あるいは大小にかかわらず起動中は回路内の抵抗などによって電力を消費し、電力の消費に伴って発熱する。
【００２５】
先にも述べたように、シャントレギュレータ回路部１４と電気二重層コンデンサ１０とは近接して配置されていて、かつ、熱的に強く結合されているため、シャントレギュレータ回路部１４から発せられる熱は直ちに電気二重層コンデンサ１０の温度を上昇させる。特に、車両２１が低温環境下で長時間にわたって放置されていた場合は、車両２１の起動時もしくは起動の直前には車載電源装置８および電気二重層コンデンサ１０もまた低温状態となっている。したがって、電気二重層コンデンサ１０が大きな電力で電力変換回路部１３の充電回路２５によって充電される前の段階で、電力変換回路部１３による充電よりも小さな電力でのシャントレギュレータ回路部１４による充電と加熱、もしくはシャントレギュレータ回路部１４による加熱のみによって、車載電源装置８の性能、特に電気二重層コンデンサ１０の性能が十分に発揮できる水準まで、電気二重層コンデンサ１０の温度は上昇させられる。
【００２６】
これにより、電気二重層コンデンサ１０の性能が低下し易い（低温）環境下での車載電源装置８の動作、特に低温環境下での充電動作を回避することができる。そして、電気二重層コンデンサ１０の蓄電容量の低下や直流抵抗の増加による性能低下を抑制することができる。
【００２７】
シャントレギュレータ回路部１４の起動については条件が設定されてよい。例えば、制御回路部１６が信号受信部１５を通じて起動信号を検出した時点で、制御回路部１６がシャントレギュレータ回路部１４を起動させる前に、車体２２の所定部位や車載電源装置８
もしくは電気二重層コンデンサ１０の少なくとも何れか一方の温度を制御回路部１６が検出する。車載電源装置８や電気二重層コンデンサ１０の温度検出は、制御回路部１６に接続された温度検出器２９が実行しても、あるいは蓄電部２８に設けられた温度検出回路（図示せず）が実行してもよい。また、温度検出器２９は温度信号受信部として、車両２１から発せられた温度に関する信号を受信して、制御回路部１６に温度に関する信号を伝えてもよい。
【００２８】
そして、検出された温度が第１温度閾値よりも低い場合には、制御回路部１６はシャントレギュレータ回路部１４を起動させ、その後で、電力変換回路部１３を起動させる。この一方で、検出された温度が第１温度閾値よりも高い場合には、制御回路部１６はシャントレギュレータ回路部１４を起動させずに、電力変換回路部１３を起動させる。
【００２９】
また同様に、シャントレギュレータ回路部１４の起動停止についても条件が設定されてよい。例えば、シャントレギュレータ回路部１４が起動しているときに、制御回路部１６が車載電源装置８もしくは電気二重層コンデンサ１０の少なくとも何れか一方の温度を常時あるいは間欠的に検出する。そして、そして、検出された温度が第２温度閾値よりも低い場合には、制御回路部１６はシャントレギュレータ回路部１４を継続して起動させる。この一方で、検出された温度が第２温度閾値よりも高い場合には、制御回路部１６はシャントレギュレータ回路部１４を停止させ、そのあとで、電力変換回路部１３を起動させる。上記の第１温度閾値と第２温度閾値とは同じであっても違う値であってもよい。
【００３０】
あるいは、制御回路部１６が起動信号を検出した時点で、制御回路部１６がシャントレギュレータ回路部１４を所定期間にわたって起動させた後で、シャントレギュレータ回路部１４の起動を停止させ、そのあとで、電力変換回路部１３を起動させてもよい。
【００３１】
またあるいは、シャントレギュレータ回路部１４が電力を電気二重層コンデンサ１０に出力して電気二重層コンデンサ１０を充電する場合、電気二重層コンデンサ１０の端子電圧が所定の充電電圧に達した時点で、制御回路部１６はシャントレギュレータ回路部１４の起動を停止させ、そのあとで、電力変換回路部１３を起動させてもよい。
【００３２】
制御回路部１６は、上記のように電気二重層コンデンサ１０の端子電圧が所定の充電電圧に達した時点でシャントレギュレータ回路部１４の起動を停止させ、そのあとで、電力変換回路部１３を起動させてもよいが、シャントレギュレータ回路部１４を継続して起動状態としたままで、電力変換回路部１３を起動させてもよい。
【００３３】
また、電力変換回路部１３が起動し始めると、制御回路部１６が電気二重層コンデンサ１０の端子電圧を常時、あるいは間欠的に検出する。そして、電気二重層コンデンサ１０の端子電圧が満充電電圧、あるいは満充電電圧に準じた値に達した時点で、制御回路部１６は電力変換回路部１３の起動を停止させる。ここでの電力変換回路部１３の起動とは、先に述べたように充電の動作に関する起動であり、主に充電回路２５が電気二重層コンデンサ１０を充電する動作の起動を指す。同時に放電回路２６が起動してもよいが、車両２１や車両用バッテリー２３が健全な条件下で車両２１が起動するときや、起動しているときの動作であるので、放電回路２６は微弱電力を出力する程度の動作を行う場合はあるものの、放電回路２６は起動していないことが多い。
【００３４】
ここで制御回路部１６は、実装基板９の一方面９Ａ上で空間部１９に配置されてもよい。空間部１９にはシャントレギュレータ回路部１４が配置されている。図６は本発明の実施の形態における車載電源装置におけるシャントレギュレータ回路部の概要図であり、シャントレギュレータ回路部１４は基本的な動作として入力端３０へ供給される電力を用いて出力端３１から定電圧を出力する。シャントレギュレータ回路部１４の一例としては、
入力端３０と出力端３１とにトランジスタ３２のコレクタとエミッタとがそれぞれ接続され、トランジスタ３２のベースにツェナーダイオード３３のカソードが接続され、抵抗３４がトランジスタ３２のベースとコレクタとの間に接続された構成が用いられる。先に述べたような、シャントレギュレータ回路部１４の動作を停止させる場合には、抵抗３４とトランジスタ３２のベースとの接続点と入力端３０との間にスイッチ（図示せず）を設けたうえで、スイッチ（図示せず）を遮断するとよい。
【００３５】
シャントレギュレータ回路部１４は入力端３０から電力の供給を受け、概ねツェナーダイオード３３の降伏電圧相当の電圧が出力端３１から定電圧出力される。ここで、出力端３１から定電圧出力が出力されるには、入力端３０に出力端３１で出力される定電圧以上の電圧が供給される必要がある。そして、入力端３０に供給される電圧と出力端で定電力出力される際の差に相当する電圧降下が抵抗３４で生じる。このため、シャントレギュレータ回路部１４が動作する際には、抵抗３４での電力消費に伴う発熱が生じる。この一方で、トランジスタ３２は高い周波数でオン、オフを繰り返さない。よってシャントレギュレータ回路部１４は多くの、あるいは大きなノイズを放出する回路ではない。
【００３６】
これにより、発熱量が限定的に制御され、かつ、ノイズを放出し難いシャントレギュレータ回路部１４と制御回路部１６とが近接配置されても互いに悪影響を及ぼし難い。さらに、空間部１９へシャントレギュレータ回路部１４と制御回路部１６などの多くのデバイスを配置することによって、車載電源装置８の床面積あるいは容積を小さくすることができる。またことき、電力変換回路部１３の充電回路２５や放電回路２６はスイッチングコンバータを用いる場合があり、スイッチング動作に伴うノイズを発する。このため、電力変換回路部１３は、制御回路部１６への影響を抑制するために、破線で囲まれた所定領域２０の外側に配置されること、言い換えると、空間部１９の外側に配置されることが望ましい。また、電力変換回路部１３はスイッチング動作に伴って発熱する特徴を有する。このため、電気二重層コンデンサ１０が過剰に温度上昇することで特性劣化が生じることを抑制する点においても、電力変換回路部１３は、破線で囲まれた所定領域２０の外側に配置されることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の車載電源装置は、電気二重層コンデンサの蓄電容量の低下や直流抵抗の増加による性能の低下を抑制するという効果を有し、各種車載用電子機器において有用である。
【符号の説明】
【００３８】
８  車載電源装置
９  実装基板
９Ａ  一方面
９Ｂ  他方面
１０  電気二重層コンデンサ
１１  入力部
１２  出力部
１３  電力変換回路部
１４  シャントレギュレータ回路部
１５  信号受信部
１６  制御回路部
１７  底面部
１８  リード部
１９  空間部
２０  所定領域
２１  車両
２２  車体
２３  車両用バッテリー
２４  負荷
２５  充電回路
２６  放電回路
２７  接続点
２８  蓄電部
２９  温度検出器
３０  入力端
３１  出力端
３２  トランジスタ
３３  ツェナーダイオード
３４  抵抗
【図１】
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【図２】
2020018044.tif 000004
【図３】
2020018044.tif 000005
【図４】
2020018044.tif 000006
【図５】
2020018044.tif 000007
【図６】
2020018044.tif 000008
【図７】
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