(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載発電機により充電され車両に搭載された種々の電気的負荷に対し電流供給を行う電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置において、
前記電気的負荷に対し電流供給可能に接続された電気二重層コンデンサと、該電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流を補充充電する鉛蓄電池を有し、
前記鉛蓄電池は、
前記電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流補充に必要かつ十分な小容量の蓄電池で構成され、前記電気二重層コンデンサの正極側端子と前記電気的負荷との接続ラインである電流供給ラインに前記鉛蓄電池から前記電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流が補充されるに必要かつ十分な電流供給が行われる抵抗値に設定された第１の抵抗を介してその正極側端子が接続され、前記電流供給ラインと前記鉛蓄電池の正極端子との間に、前記抵抗に対して並列に該抵抗より小さい抵抗値の第２の抵抗及びこれと直列接続された前記鉛蓄電池側へ順方向のダイオードを接続したことを特徴とする電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置、特に車両に搭載された各種電気的負荷に対し主として電気二重層コンデンサから電流供給を行う車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、急速充電や繰返し充放電が可能で寿命が長いという特質を有しており、このような電気二重層コンデンサによる大電流の供給も可能となっている。そして、このような電気二重層コンデンサを用いて車両用の電源装置を構成する提案が種々なされている。
【０００３】
図５及び図６にはそのような電気二重層コンデンサを用いた電源装置の例が示されている。図５は、電気二重層コンデンサ１０と鉛蓄電池１２とを並列に接続した例であり、すなわち、エンジンの運転動作に基づいて発電されるオルタネータ１４の出力端子にそれぞれの正極端子が接続されている。そして、これら電気二重層コンデンサ１０及び鉛蓄電池１２から各種の電気的負荷に電流供給が行われている。
【０００４】
図６は、鉛蓄電池１２を搭載することなく電気二重層コンデンサ１０のみで電気的負荷に給電する電源装置が示されている。
【０００５】
このような電気二重層コンデンサ１０は、化学反応を伴う電池に対して化学反応を伴わない電池として開発されたものであり、このような代替電源としては車両用に応用される以前から各種産業分野で用いられてきたものである。そして、上記図５に示したような鉛蓄電池１２との併用システムでは、鉛蓄電池１２の負担を軽減し、システム全体の軽量化や鉛蓄電池１２の長寿命化を図ることが目的とされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図５に示した両者併用の電源システムを実用化しようとする場合、鉛蓄電池１２と電気二重層コンデンサ１０とがそれぞれ有する内部抵抗の大小に起因する電流分担の問題が発生する。鉛蓄電池１２の負担を小さくするためには、鉛蓄電池１２の内部抵抗を相対的に増大させるかあるいは電気二重層コンデンサ１０の内部抵抗を相対的に小さくする必要があり、その内部抵抗調整により鉛蓄電池１２の負担の軽減は可能である。
【０００７】
しかしながら、現実的には鉛蓄電池１２の内部抵抗を調整する自由度は限られている。また、電気二重層コンデンサ１０を付加設置した分だけ鉛蓄電池１２の容量は軽減可能であるが、エンジン始動時のスターター駆動に必要なロックアップ電流などの大電流供給状態では、鉛蓄電池１２の放電電流が１Ｃを下回るようにすることは困難である。従って、そのような大電流供給時における相応の負担が鉛蓄電池１２に発生することは避けられなかった。
【０００８】
また、小さい容量の鉛蓄電池１２は、大きい容量の鉛蓄電池より内部抵抗は大きなものとなる。そして、鉛蓄電池１２の容量を小さくすると並列に接続された電気二重層コンデンサ１０に対する分担電流は相対的に小さくなるが、その容量を小さくした分取り出せる放電電流も少ないので、電流消費による鉛蓄電池１２の放電状態は相対的により深いものとなり、その寿命が低下することになる。
【０００９】
このような寿命の短縮を避けるためには、負荷に見合った容量の鉛蓄電池１２が必要であり、従ってそのままでは電源装置全体の重量の軽減は図ることができない。また、電気二重層コンデンサ１０の設置により鉛蓄電池１２の電流供給負担も軽減されるとはいえ、上述のように大電流供給時には負担割合も大きく、その長寿命化の効果も期待することはできない。
【００１０】
また、図６に示したような電気二重層コンデンサ１０のみで構成した場合、電気二重層コンデンサ１０に内存する基本的な特性としての自己放電性と低エネルギー密度性とが問題となる。例えば、電気二重層コンデンサ１０に対し充電を行わず長期間放置した場合、電流供給は行わない場合でもその自己放電性が高いためにバッテリ上りの状態となる度合は既存の鉛蓄電池を用いたシステムより高くなる。
【００１１】
また、電気二重層コンデンサ１０は、重量比パワー密度あるいは容積比パワー密度は鉛蓄電池よりも大きいが、エネルギー密度は鉛蓄電池の数十分の１以下と小さい。従って、僅かの自己放電電流が生じた場合にも端子電圧低下割合は鉛蓄電池に比較して著しく大きいものとなる。従って、図６のような電気二重層コンデンサ１０のみを用いた電源装置では、端子電圧低下に基づく種々の問題が発生するおそれがある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は車両用電源装置の小型軽量化及び長寿命化を達成することのできる簡単な構成の電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置は、
車載発電機により充電され車両に搭載された種々の電気的負荷に対し電流供給を行う電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置において、前記電気的負荷に対し電流供給可能に接続された電気二重層コンデンサと、該電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流を補充する鉛蓄電池を有し、前記鉛蓄電池は、前記電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流補充に必要かつ十分な小容量の蓄電池で構成され、前記電気二重層コンデンサの正極側端子と前記電気的負荷との接続ラインである電流供給ラインに前記鉛蓄電池から前記電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流が補充されるに必要かつ十分な電流供給が行われる抵抗値に設定された第１の抵抗を介してその正極側端子が接続され、前記電流供給ラインと前記鉛蓄電池の正極端子との間に、前記抵抗に対して並列に該抵抗より小さい抵抗値の第２の抵抗及びこれと直列接続された前記鉛蓄電池側へ順方向のダイオードを接続したことを特徴とする。
この車両用電源装置によれば、電気二重層コンデンサを主体として、搭載された種々の電気的負荷に電流供給を行うことによって大電流の供給を賄うことができ、かつ繰返し充放電可能で長寿命化も達成される。そして、電気二重層コンデンサの自己放電性に対してはその電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流を補充するために鉛蓄電池が設けられているので、その自己放電し易い特性を補完することが可能となっている。
【００１４】
そして、この自己放電補充用の鉛蓄電池は、電気二重層コンデンサの自己放電電流の補充用であり、小容量の蓄電池で構成されている。従って、容積の小さい電気二重層コンデンサ及び小容量の鉛蓄電池によって電源装置全体の軽量化及び小容積化が達成される。
【００１５】
また、電気二重層コンデンサの正極端子と電気的負荷との接続ラインと鉛蓄電池の正極側端子との接続ラインには第１の抵抗が設置されている。
【００１６】
そして、この抵抗の抵抗値は、鉛蓄電池から電気二重層コンデンサの自己放電分を補充するために必要かつ十分な電流供給を行うための抵抗値に設定されている。
【００１７】
更に、前記電流供給ラインと前記鉛蓄電池の正極端子との間に前記第１の抵抗に対して並列に外第１の抵抗より小さい抵抗値の第２の抵抗が接続され、それに直列に鉛蓄電池側へ順方向のダイオードが接続されている。また、第２の抵抗の抵抗値は自己放電補充用抵抗のそれよりも小さい値に設定されている。
【００１８】
従って、上記第１の抵抗の抵抗値によっては発生の可能性のあった車載発電機による鉛蓄電池の充電が不十分となる状態が解消される。すなわち、このように第１の抵抗と並列に上記条件の第２の抵抗（小さい抵抗値）及びダイオードを接続することにより十分な充電、すなわちその放電電流より大きい充電電流を確保することが可能となっている。
【００１９】
なお、上記電気二重層コンデンサと鉛蓄電池とを１つのケーシング内に一体化されて構成することにより、電源装置全体をコンパクトなものとすることができ、省スペース化及び設置の容易化が達成される。このような一体化は、鉛蓄電池からの充放電電流が小さいことからその配線上の自由度が高くなったことに基づいている。すなわち、電気二重層コンデンサとその自己放電補充用鉛蓄電池とを離れた場所に設置すること或いは本項発明のように一体化することが可能となっている。
【００２０】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、実施の形態の前提となる電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の概略回路構成を参考例として示しており、上記従来例と同様の要素には同一の符号を付している。図示のように、各種電気的負荷に対する電流供給は基本的に電気二重層コンデンサ１０が行うように回路構成されている。
【００２２】
すなわち、電気二重層コンデンサ１０の正極側端子と電気的負荷との接続ラインである電流供給ライン１１と鉛蓄電池（以下「Ｐｂバッテリ」という）１２の正極側端子とは抵抗Ｒ１を介して直列接続されている。この回路構成により、Ｐｂバッテリ１２は電気二重層コンデンサ１０の自己放電電流を補うための自己放電補充用バッテリの性格を有するものとなっている。
【００２３】
この回路では、オルタネータ１４により発電された電力は、電気二重層コンデンサ１０に蓄電され、その余剰分は電気的負荷に供給されている。抵抗Ｒ１の抵抗値は、少なくとも電気二重層コンデンサ１０の自己放電電流を賄うための電流をＰｂバッテリ１２から供給し得る抵抗値に設定される。
【００２４】
これは、図３に示したように、電気二重層コンデンサ１０及びＰｂバッテリ１２の自己放電特性が異なることに基づいてなされた基本構成によるものである。すなわち、図示のように電気二重層コンデンサ１０の時間当りの自己放電を示す実線ライン１００は、Ｐｂバッテリ１２の時間当りの自己放電を示す破線ライン２００よりも下降度合が大きいことから理解される。従って、同じくオルタネータ１４によって充電されたＰｂバッテリ１２から電気二重層コンデンサ１０への補充充電が可能となっており、これにより電気二重層コンデンサ１０の自己放電による種々の弊害の発生を防止している。
【００２５】
すなわち、長期間放置したような場合、電気二重層コンデンサ１０の電圧低下によりスタータに動作不良が生じ、これによりエンジン始動不良の発生が予想され、あるいは各種電気的負荷の電圧低下により電子制御ユニット（ＥＣＵ）などの動作に支障が生じるおそれもある。従って、抵抗Ｒ１を介して電気二重層コンデンサ１０の自己放電による電圧低下分をＰｂバッテリ１２により補充充電することにより電気二重層コンデンサ１０の自己放電による電圧低下の弊害は防止される。
【００２６】
例えば、電気二重層コンデンサ１０の容量が１ＡｈでＰｂバッテリ１２の容量が６Ａｈ相当であれば、電気二重層コンデンサ１０の電圧低下は殆どＰｂバッテリ１２の電圧低下と同一視でき、長期間放置した場合でも始動不良などの恐れがなくなり、従来のＰｂバッテリ１２の代替バッテリとしての作用を十分に奏することができる。
【００２７】
ここで、Ｐｂバッテリ１２は、電気二重層コンデンサ１０の自己放電電流分の補充専用であり、従ってその容量はその作用のために必要かつ十分な小さい容量のもので足りる。
【００２８】
次に、図２に基づいて本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では、図示のように上述の抵抗Ｒ１（第１の抵抗）に並列に抵抗Ｒ２（第２の抵抗）を接続し、ダイオード１６を上記抵抗Ｒ２に直列に接続している。すなわち、電流供給ライン１１側に抵抗Ｒ２を接続し、その抵抗２の一方の端子をダイオード１６のアノード端子に接続し、ダイオード１６のカソード端子がＰｂバッテリ１２の正極端子に接続されている。この実施の形態は、Ｐｂバッテリ１２への充電をより短時間で確実に行うことを考慮して構成されたものであり、図１の例ではオルタネータ１４からＰｂバッテリ１２への充電が抵抗Ｒ１を介して行われるため、その充電時間が長くなり、オルタネータの運転時間が短い場合には十分な充電が行われないこともあり得ることを考慮したものである。
【００２９】
従って、エンジンの動作中にオルタネータ１４による充電を迅速に行うために、抵抗Ｒ１よりも小さい抵抗値を持つ抵抗Ｒ２を並列に接続している。ここで、Ｐｂバッテリ１２が放電状態にある場合、オルタネータ１４から大電流が流れると抵抗Ｒ２やダイオード１６からの発熱が大きくなり、冷却のための部材が必要になる。また定格容量の大きいダイオードを用いるのはコストアップの要因となるので、小型軽量化を実行するためには、抵抗Ｒ２は１Ａ以下とすることが望ましい。但し、冷却が容易であれば、充電電流を大きくとることも可能であり、この抵抗Ｒ２を取り外しダイオード１６のみを設置することも可能である。
【００３０】
また、このダイオード１６は、Ｐｂバッテリ１２の長寿命化にも貢献している。すなわち、Ｐｂバッテリ１２のような化学反応を伴う蓄電池の長寿命化のためにはその充電状態はフロート充電状態としておくことが望ましい。従って、可能な限り大容量の電気的負荷の影響を受けることがないようにダイオード１６はＰｂバッテリ１２からの放電を制限し、電気二重層コンデンサ１０側の電圧変動の影響を遮断するように機能し、長寿命化を図っている。
【００３１】
また、電気二重層コンデンサ１０の内部抵抗はＰｂバッテリ１２の内部抵抗よりも小さくすることができ、例えば従来の５０Ａｈの容量のＰｂバッテリを搭載している車において、その電源装置システムを本実施の形態の構成で実現しようとすると従来のＰｂバッテリが有するパワー相当の電気二重層コンデンサ１０と原動機付き２輪車に車載されている程度の６Ａｈ相当のＰｂバッテリ１２を組み合わせることによってその構築が可能である。
【００３２】
このように、従来の車載バッテリであるＰｂバッテリに比較して数倍以上のパワー密度を持つ電気二重層コンデンサと軽量小型のＰｂバッテリを組み合わせることにより、Ｐｂバッテリの代替のための実用的なシステム構成が達成される。
【００３３】
このような構成では、Ｐｂバッテリ１２からの充放電電流が小さいために、その配線上の自由度が高くなっている。従って、電気二重層コンデンサ１０とその自己放電補充用のＰｂバッテリ１２とは互いに離れた場所に設置することも可能であり、逆に図４に示したように互いに一体化した構成とすることも可能である。
【００３４】
すなわち、図示のように、直列接続された複数のセル１３からなる電気二重層コンデンサ１０とこれに並列に接続されたＰｂバッテリ１２とがコンパントな１つのケーシング１８内に収められて構成されている。本実施の形態では、電気二重層コンデンサ１０はそれぞれ２．５Ｖの電圧を出力する６個のセル１３から成り、これとＰｂバッテリ１２とが接続されている。このような一体化構成により、電源装置の設置箇所のスペースの合理化及び装着作業の容易化が効果的に達成される。
【００３５】
上記実施の形態によれば、極めて簡単な構成によって電気二重層コンデンサ１０の良好な特性を生かし、かつその欠点を良好に補完した電源装置が達成される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置によれば、車両用電源装置の重量の低減と繰返し充放電による長寿命化が達成され、また主たる電力供給源である電気二重層コンデンサを鉛蓄電池により補充充電することにより長期放置による始動不良等が有効に解消される。これにより、重量軽量化に基づく燃費の改善並びに省スペース化に基づくエンジンルームの効率的な活用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の基本構成を説明するための参考例の概略回路構成          図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す概略回路構成図である。
【図３】電気二重コンデンサと鉛蓄電池の経時的放電状態を示すグラフ図である          。
【図４】電気二重層コンデンサとＰｂバッテリとを一体化した電源装置の構成説          明図である。
【図５】従来の電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の構成説明図であ          る。
【図６】従来の電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の構成説明図であ          る。
【符号の説明】
１０  電気二重層コンデンサ
１２  鉛蓄電池
１８  ケーシング
【図１】
0003624333.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003624333.tif 000004
【図４】
0003624333.tif 000005
【図５】
0003624333.tif 000006
【図６】
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