(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタのセル間接続の抵抗ロス、及び複数セルでの電圧ばらつきを抑制する為のエネルギーロスが無く、モータ等の突入電流が発生しても、電源電圧が低下して機能不全が発生しない車両用電源装置の提供。【解決手段】バッテリＢに並列接続された１つの電気二重層キャパシタＣと、バッテリＢから負荷３，１９への印加電圧を検出する電圧検出手段１０と、その検出した電圧が、ＳＯＣ０％時にバッテリＢが出力すべき電圧以上の第１電圧より高いか否かを判定する手段９と、第１電圧より高いと判定したときに、印加電圧を降圧して電気二重層キャパシタＣに与える降圧手段８と、電圧検出手段１０が検出した電圧が、第１電圧より低い第２電圧より低いか否かを判定する手段９と、第２電圧より低いと判定したときに、電気二重層キャパシタＣの出力電圧を昇圧して負荷３，１９に与える昇圧手段８とを備えている。【選択図】図１
2010058609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、該バッテリが放電した電力、及び前記発電機が発電した電力を負荷に供給する車両用電源装置において、
前記バッテリに並列接続された１つの電気二重層キャパシタと、前記バッテリから前記負荷への印加電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧が、ＳＯＣ（State Of Charge）が０％のときに前記バッテリが出力すべき電圧以上である第１電圧より高いか否かを判定する手段と、該手段が第１電圧より高いと判定したときに、前記印加電圧を降圧して前記電気二重層キャパシタに与える降圧手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第１電圧より低い第２電圧より低いか否かを判定する手段と、該手段が第２電圧より低いと判定したときに、前記電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧して前記負荷に与える昇圧手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記降圧手段が印加電圧を降圧しているときに、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第１電圧及び第２電圧の中間である第３電圧より低いか否かを判定し、第３電圧より低いと判定したときに、前記印加電圧の降圧を停止し、前記昇圧手段が電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧しているときに、前記第２電圧及び第３電圧の中間である第４電圧より高いか否かを判定し、第４電圧より高いと判定したときに、前記出力電圧の昇圧を停止するように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに連動して発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を負荷に供給する車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用電源装置では、エンジンに連動する発電機が発電した電力を、車両に搭載された各負荷に供給すると共に、バッテリに充電し、発電機が発電した電力では不足するとき、又はエンジンが停止しているときには、バッテリから各負荷に電力を供給するように構成されている。
近時、数十ファラッド以上の非常に大きな静電容量を有し、充放電サイクル特性（寿命）及び急速充放電に優れた電気二重層キャパシタが普及し、車両用電源装置においても、バッテリのバックアップ用などに提案されている。
【０００３】
特許文献１には、ＡＣＣ（アクセサリ）電源に接続されたカーナビ（カーナビゲーション装置）と、ＡＣＣ電源に接続されて充電され、かつカーナビに供給されるＡＣＣ電源からの電力が所定値以下になった際に、カーナビに電力を供給するキャパシタバンクとからなる電圧依存性車載用機器が開示されている。エンジンの再起動に伴うＡＣＣ電源の瞬停に対して、カーナビにキャパシタバンクから瞬時に電力を供給する為、カーナビは瞬停の影響を受けることが無い。
【特許文献１】特開２００５−１９９７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気二重層キャパシタは、充放電電圧は一定ではなく、０〜２．５Ｖ程度の範囲で直線的に変化する。その為、車両用電源に使用する場合には、上述した電圧依存性車載用機器の場合も含めて、複数個の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続して使用することになる。
ところが、複数個の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続して使用する場合、セル間接続における抵抗ロスが発生するという問題がある。また、セル間での電圧ばらつきを抑制する為に、各セルにそれぞれ抵抗を並列接続する必要があり、これらの抵抗には常時電流が流れるので、エネルギーロスが生じるという問題がある。
【０００５】
また、車両用電源装置では、ヘッドランプ、エアコンディショナ、シートヒータ、デフォッガ等が使用されて、負荷が過大になっている場合に、モータ等の突入電流が発生する負荷が起動されると、一時的に電源電圧が低下して、負荷によっては正常に機能しなくなることがあるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電気二重層キャパシタのセル間接続の抵抗ロス、及び複数セルでの電圧ばらつきを抑制する為のエネルギーロスが無く、モータ等の突入電流が発生しても、電源電圧が低下して機能不全が発生しない車両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】
【０００６】
第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、該バッテリが放電した電力、及び前記発電機が発電した電力を負荷に供給する車両用電源装置において、前記バッテリに並列接続された１つの電気二重層キャパシタと、前記バッテリから前記負荷への印加電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧が、ＳＯＣ（State Of Charge）が０％のときに前記バッテリが出力すべき電圧以上である第１電圧より高いか否かを判定する手段と、該手段が第１電圧より高いと判定したときに、前記印加電圧を降圧して前記電気二重層キャパシタに与える降圧手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第１電圧より低い第２電圧より低いか否かを判定する手段と、該手段が第２電圧より低いと判定したときに、前記電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧して前記負荷に与える昇圧手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この車両用電源装置では、バッテリが、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電され、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を負荷に供給する。１つの電気二重層キャパシタが、バッテリに並列接続され、電圧検出手段が、バッテリから負荷への印加電圧を検出する。判定する手段が、電圧検出手段が検出した電圧が、ＳＯＣ（State Of Charge）が０％のときにバッテリが出力すべき電圧以上である第１電圧より高いか否かを判定し、第１電圧より高いと判定したときに、降圧手段が、負荷への印加電圧を降圧して電気二重層キャパシタに与える。判定する手段が、電圧検出手段が検出した電圧が、第１電圧より低い第２電圧より低いか否かを判定し、第２電圧より低いと判定したときに、昇圧手段が、電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧して負荷に与える。
【０００８】
第２発明に係る車両用電源装置は、前記降圧手段が印加電圧を降圧しているときに、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第１電圧及び第２電圧の中間である第３電圧より低いか否かを判定し、第３電圧より低いと判定したときに、前記印加電圧の降圧を停止し、前記昇圧手段が電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧しているときに、前記第２電圧及び第３電圧の中間である第４電圧より高いか否かを判定し、第４電圧より高いと判定したときに、前記出力電圧の昇圧を停止するように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
この車両用電源装置では、降圧手段が負荷への印加電圧を降圧しているときに、電圧検出手段が検出した電圧が、第１電圧及び第２電圧の中間である第３電圧より低いか否かを判定し、第３電圧より低いと判定したときに、負荷への印加電圧の降圧を停止する。昇圧手段が電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧しているときに、第２電圧及び第３電圧の中間である第４電圧より高いか否かを判定し、第４電圧より高いと判定したときに、電気二重層キャパシタの出力電圧の昇圧を停止する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る車両用電源装置によれば、電気二重層キャパシタのセル間接続の抵抗ロス、及び複数セルでの電圧ばらつきを抑制する為のエネルギーロスが無く、モータ等の突入電流が発生しても、電源電圧が低下して機能不全が発生しない車両用電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が、図示しないエンジンに連動して発電する。オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流された後、ジャンクションボックス６内のヒューズＦ２を通じて、バッテリＢに充電される。
バッテリＢの出力電圧は、ジャンクションボックス６内のヒューズＦ３及びリレーＲｙ２を通じて、例えばヘッドランプ（負荷）４に与えられ、ヒューズＦ４を通じて、例えば室内灯（負荷）５に与えられる。室内灯５は、スイッチ２０により点灯／消灯される。バッテリＢの出力電圧は、また、スタータ（負荷）２に与えられる。
【００１２】
オルタネータ１の出力電圧、及びヒューズＦ２を通じたバッテリＢの出力電圧は、ヒューズＦ１を通じて電動パワーステアリング装置（負荷）３に、ヒューズＦ５を通じてエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）（負荷）１９に与えられる。オルタネータ１の出力電圧、及びヒューズＦ２を通じたバッテリＢの出力電圧は、それぞれのヒューズを通じてその他の負荷へも与えられる。リレーＲｙ１は、イグニッションスイッチ１８によりオン／オフされ、副電源制御部９及びその他の図示しない負荷にオルタネータ１の出力電圧、及びヒューズＦ２を通じたバッテリＢの出力電圧を与える。
【００１３】
オルタネータ１の出力電圧、及びヒューズＦ２を通じたバッテリＢの出力電圧は、また、入出力端子Ｐを介して副電源７にも与えられる。
副電源７内部では、入出力端子Ｐが、双方向ＤＣＤＣコンバータ８を通じて、電気二重層キャパシタＣの一方の端子に接続され、電気二重層キャパシタＣの他方の端子は接地されている。
【００１４】
双方向ＤＣＤＣコンバータ８の降圧回路側は、入出力端子Ｐの電圧を降圧して電気二重層キャパシタＣに与える。双方向ＤＣＤＣコンバータ８の昇圧回路側は、電気二重層キャパシタＣの出力電圧を昇圧し、ダイオードＤ１を通じて入出力端子Ｐに与える。
入出力端子Ｐの電圧は、副電源制御部９内の電圧検出手段１０により検出され、副電源制御部９は、電圧検出手段１０が検出した電圧に基づき、双方向ＤＣＤＣコンバータ８の昇圧回路又は降圧回路をオン／オフする。
【００１５】
双方向ＤＣＤＣコンバータ８の降圧回路側は、入出力端子Ｐの電圧が１２．０Ｖより高いときに、図４に示すように、入出力端子Ｐの電圧を２．５Ｖに降圧して電気二重層キャパシタＣに与える。その後、入出力端子Ｐの電圧が１１．９Ｖより低くなると、入出力端子Ｐの電圧の降圧を停止する。
双方向ＤＣＤＣコンバータ８の昇圧回路側は、入出力端子Ｐの電圧が１１．５Ｖより低いときに、図４に示すように、電気二重層キャパシタＣの出力電圧（２．５Ｖ以下）を１１．５Ｖに昇圧し、ダイオードＤ１を通じて入出力端子Ｐに与える。その後、入出力端子Ｐの電圧が１１．６Ｖより高くなると、電気二重層キャパシタＣの出力電圧の昇圧を停止する。
【００１６】
図２は、ジャンクションボックス６内に電気二重層キャパシタＣを収納した態様を示す説明図であり、（ａ）は左側面から見た断面、（ｂ）は正面から見た断面、（ｃ）は下面から見た断面を示す。
このジャンクションボックス６は、筐体１７が直方体形状であり、筐体１７の底面に延設された２つの鍔部１５にそれぞれ２つ設けられた孔１６により、車両側にビス止めされている。筐体１７内部には、底面を覆うように絶縁板及び配線（電力系）１４が収納され、筐体１７内の中間より若干深い位置に、プリント基板１３が絶縁板及び配線１４を覆うように嵌め込まれて支持固定されている。
【００１７】
プリント基板１３の表面には、リレーＲｙ１〜Ｒｙ２、ヒューズＦ１〜Ｆ５、双方向ＤＣＤＣコンバータ８等の電子回路１２が配設され、プリント基板１３の表面の正面視左下部には電気二重層キャパシタＣが配設されている。プリント基板１３の裏面の正面視右下部には、右側面を貫通したコネクタ１１が接続されている。
【００１８】
以下に、このような車両用電源装置の副電源制御部９の動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
この車両用電源装置の副電源制御部９は、イグニッションスイッチ１８がオンされ、電源がオンになると、先ず、フラグＦ１，Ｆ２をリセット（＝０）して初期化する（Ｓ１）。次いで、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込んだ（Ｓ３）後、フラグＦ１がセット（＝１）されているか否かを判定する（Ｓ５）。
【００１９】
副電源制御部９は、フラグＦ１がセット（＝１）されていなければ（Ｓ５）、フラグＦ２がセット（＝１）されているか否かを判定する（Ｓ７）。
副電源制御部９は、フラグＦ２がセット（＝１）されていなければ（Ｓ７）、読込んだ入出力端子Ｐの電圧Ｖ（Ｓ３）が、１１．５Ｖ（第２電圧）より低いか否かを判定する（Ｓ９）。ここで、１１．５Ｖは、ＳＯＣ（State Of Charge）が０％のときに、バッテリＢが出力すべき電圧（例えば１２．０Ｖ）より低い電圧として定められている。
【００２０】
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１１．５Ｖより低くなければ（Ｓ９）、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１２．０Ｖより高いか否かを判定する（Ｓ１１）。ここで、１２．０Ｖは、ＳＯＣが０％のときに、バッテリＢが出力すべき電圧（例えば１２．０Ｖ）以上の電圧として定められている。
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１２．０Ｖより高ければ（Ｓ１１）、双方向ＤＣＤＣコンバータ８に、入出力端子Ｐの電圧Ｖの２．５Ｖへの降圧を開始するように指示する（Ｓ１３）。双方向ＤＣＤＣコンバータ８は、図４に示すように、入出力端子Ｐの電圧Ｖ（１２Ｖ以上）の２．５Ｖへの降圧を開始して電気二重層キャパシタＣへ与える。
【００２１】
副電源制御部９は、次に、フラグＦ２をセット（＝１）した（Ｓ１５）後、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１２．０Ｖより高くなければ（Ｓ１１）、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。
【００２２】
副電源制御部９は、フラグＦ２がセット（＝１）されていれば（Ｓ７）、読込んだ入出力端子Ｐの電圧Ｖ（Ｓ３）が、１１．９Ｖ（第３電圧）より低いか否かを判定する（Ｓ２７）。
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１１．９Ｖより低ければ（Ｓ２７）、双方向ＤＣＤＣコンバータ８に、入出力端子Ｐの電圧Ｖの２．５Ｖへの降圧を停止するように指示する（Ｓ２９）。双方向ＤＣＤＣコンバータ８は、入出力端子Ｐの電圧Ｖの降圧を停止する。
【００２３】
副電源制御部９は、次に、フラグＦ２をリセット（＝０）した（Ｓ３１）後、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１１．９Ｖより低くなければ（Ｓ２７）、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。これにより、入出力端子Ｐの電圧Ｖの１２．０Ｖ付近で、双方向ＤＣＤＣコンバータ８が降圧開始／降圧停止を繰返すこと（チャタリング）を防止できる。
【００２４】
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１１．５Ｖより低ければ（Ｓ９）、双方向ＤＣＤＣコンバータ８に、電気二重層キャパシタＣの出力電圧の１１．５Ｖへの昇圧を開始するように指示する（Ｓ２３）。双方向ＤＣＤＣコンバータ８は、図４に示すように、電気二重層キャパシタＣの出力電圧（２．５Ｖ以下）の１１．５Ｖへの昇圧を開始して、電動パワーステアリング装置３及び点火装置１９等の負荷に与える。
副電源制御部９は、次に、フラグＦ１をセット（＝１）した（Ｓ２５）後、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。
【００２５】
副電源制御部９は、フラグＦ１がセット（＝１）されていれば（Ｓ５）、読込んだ入出力端子Ｐの電圧Ｖ（Ｓ３）が、１１．６Ｖ（第４電圧）より高いか否かを判定する（Ｓ１７）。
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１１．６Ｖより高ければ（Ｓ１７）、双方向ＤＣＤＣコンバータ８に、電気二重層キャパシタＣの出力電圧の昇圧を停止するように指示する（Ｓ１９）。双方向ＤＣＤＣコンバータ８は、電気二重層キャパシタＣの出力電圧の昇圧を停止する。
【００２６】
副電源制御部９は、次に、フラグＦ１をリセット（＝０）した（Ｓ２１）後、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。
副電源制御部９は、入出力端子Ｐの電圧Ｖが、１１．６Ｖより高くなければ（Ｓ１７）、電圧検出手段１０が検出した入出力端子Ｐの電圧Ｖを読込む（Ｓ３）。これにより、入出力端子Ｐの電圧Ｖの１１．５Ｖ付近で、双方向ＤＣＤＣコンバータ８が昇圧開始／昇圧停止を繰返すこと（チャタリング）を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る車両用電源装置のジャンクションボックス内に電気二重層キャパシタＣを収納した態様を示す説明図である。
【図３】本発明に係る車両用電源装置の副電源制御部の動作の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る車両用電源装置の副電源制御部の動作の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２  スタータ（負荷）
３  電動パワーステアリング装置（負荷）
４  ヘッドランプ（負荷）
５  室内灯（負荷）
６  ジャンクションボックス
７  副電源
８  双方向ＤＣＤＣコンバータ
９  副電源制御部（判定する手段）
１０  電圧検出手段
１２  電子回路
１３  プリント基板
１７  筐体
１８  イグニッションスイッチ
１９  エンジンＥＣＵ（負荷）
２０  スイッチ
Ｂ  バッテリ
Ｃ  電気二重層キャパシタ
Ｄ１  ダイオード
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５  ヒューズ
Ｐ  入出力端子
Ｒｙ１，Ｒｙ２  リレー
【図１】
2010058609.tif 000003
【図２】
2010058609.tif 000004
【図３】
2010058609.tif 000005
【図４】
2010058609.tif 000006