(57)【要約】【課題】自動車などの車両において電気容量がバッテリだけでは不足する時がある。大容量キャパシタをバッテリに並列接続して補助電源とする場合、バッテリにキャパシタを直接接続すると大きな充電電流が流れ火花が発生し危険である。キャパシタをバッテリに接続する時の大電流を抑制し安全、簡単に取り付けられるようにする。【解決手段】接続端子Ｃに接続したメインバッテリにより充電保護抵抗Ｒを介して大容量キャパシタ１を充電する第１回路と、メインバッテリにより抵抗を介さずに大容量キャパシタ１を充電する第２回路と、第１回路及び第２回路のいずれか一方を有効化するリレー回路２と、このリレー回路により第１回路が有効化されている間に点灯する充電表示部３と、大容量キャパシタの電位がメインバッテリの電位を分圧した基準電位を超えるとリレー回路に第２回路を有効化させる比較回路４とを備えた。【選択図】図１
2014236583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両等の電源システムにおいてメインバッテリを接続する接続端子と、この接続端子に接続したメインバッテリにより充電保護抵抗を介して大容量キャパシタを充電する第１回路と、前記メインバッテリにより抵抗を介さずに前記大容量キャパシタを充電する第２回路と、前記第１回路及び第２回路のいずれか一方を有効化するリレー回路と、このリレー回路により前記第１回路が有効化されている間に点灯する充電表示部と、前記大容量キャパシタの電位が前記メインバッテリの電位を分圧した基準電位を超えると前記リレー回路に前記第２回路を有効化させる比較回路と、を備えたキャパシタ充電装置。
【請求項２】
請求項１において、大容量キャパシタの静電容量は１Ｆ（ファラッド）以上であるキャパシタ充電装置。
【請求項３】
車両等の電源システムにおいてメインバッテリを接続する第１接続端子と、この第１接続端子に接続したメインバッテリの電位により充電保護抵抗を介して大容量キャパシタを充電する第１回路と、前記メインバッテリにより抵抗を介さずに前記大容量キャパシタを充電する第２回路と、前記第１回路及び第２回路のいずれか一方を有効化するリレー回路と、このリレー回路により前記第１回路が有効化されている間に点灯する充電表示部と、前記大容量キャパシタの電位が前記メインバッテリの電位を分圧した基準電位を超えると前記リレー回路に前記第２回路を有効化させる第１比較回路と、更にメインバッテリを接続する第２接続端子と、この第２接続端子の電位が前記基準電位以下となった時に前記第２回路を無効化させ第１回路を有効化させる第２比較回路と、を備えたキャパシタ充電装置。
【請求項４】
請求項３において、大容量キャパシタの静電容量は１Ｆ（ファラッド）以上であるキャパシタ充電装置。
【請求項５】
車両等の電源システムにおいてメインバッテリを接続する第１接続端子と、この第１接続端子に接続したメインバッテリの電位により充電保護抵抗を介して大容量キャパシタを充電する第１回路と、前記メインバッテリにより抵抗を介さずに前記大容量キャパシタを充電する第２回路と、前記第１回路及び第２回路のいずれか一方を有効化するリレー回路と、このリレー回路により前記第１回路が有効化されている間に点灯する充電表示部と、前記大容量キャパシタの電位が前記メインバッテリの電位を分圧した基準電位を超えると前記リレー回路に前記第２回路を有効化させる比較回路と、バッテリから第１接続端子が取り外されたことを検知するスイッチの作用により前記第２回路を無効化させ第１回路を有効化させる第３回路と、を備えたキャパシタ充電装置。
【請求項６】
請求項５において、大容量キャパシタの静電容量は１Ｆ（ファラッド）以上であるキャパシタ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタ充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などのバッテリ電源を備えた車両において、電気容量の限られたバッテリに負荷を接続し作動させると、当該負荷の作動開始時に比較的大きな突入電流を生じる場合がある。突入電流は、バッテリの寿命を縮め、またエンジン始動時などの大電力を必要とする場合はバッテリ出力が一時的に不足する事がある。バッテリ出力不足を補うため、バッテリに大容量キャパシタを並列接続する技術が知られている（例えば、特許文献１の段落０００３、図５）。ここで、バッテリと大容量キャパシタとを接続する場合、予めキャパシタを充電し、バッテリとの電圧差を少なくして接続時の安全を図る必要がある。従来現場ではこのキャパシタを充電するためにキャパシタに専用充電器を都度接続して充電しなければならない手間があった。また特許文献１のようにキャパシタ及びその充電回路が予め搭載されている場合と異なり、既製品にキャパシタとその充電装置とを追加しようとする場合は、バッテリとキャパシタとの接続の際にキャパシタを充電する大電流が流れるため、火花が飛散し安全に接続することが困難であった。従って安全に、またなるべく簡単な作業により追加でき、かつ、なるべく安価に提供できるキャパシタ充電装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７４５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に電気容量が限られたバッテリにより作動するシステムに対し、当該システムに生じる突入電流を補う目的でバッテリにキャパシタとその充電装置とを安全にかつ簡単に取り付けることができ、かつ、取り付けたままシステムを使用できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明のキャパシタ充電装置は、車両等の電源システムにおいてメインバッテリを接続する接続端子と、この接続端子に接続したメインバッテリにより充電保護抵抗を介して大容量キャパシタを充電する第１回路と、メインバッテリにより抵抗を介さずに大容量キャパシタを充電する第２回路とを備える。また、第１回路及び第２回路のいずれか一方を有効化するリレー回路と、このリレー回路により第１回路が有効化されている間に点灯する充電表示部とを有する。更に、大容量キャパシタの電位がメインバッテリの電位を分圧した基準電位を超えるとリレー回路に第２回路を有効化させる比較回路を備える。
【０００６】
接続端子を車両等のシステムのメインバッテリに接続すると、まず第１回路により充電保護抵抗を介して大容量キャパシタの充電が開始される。その間、充電表示部が充電中を示す。その後、大容量キャパシタの電位が基準電位を超えると、比較回路の出力信号に基づいて、リレー回路が第１回路に代えて第２回路を有効化する。これにより、メインバッテリと大容量キャパシタとが抵抗を介さずに接続される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バッテリとキャパシタ接続時には充電保護抵抗を介した第１回路によって充電されるため、大電流を抑制することによって安全に接続を行う事ができ、バッテリにキャパシタとその充電装置を簡単に取り付けることができ、かつ、取り付けたままシステムを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態であるキャパシタとその充電装置を備えた電源補助装置１０を車両のメインバッテリに接続した構成を示している。
【００１０】
車両側は、一般的な車両の構成要素である、キースイッチ、スタータリレー、スタータモータ、エンジン、オルタネータ（ＡＣＧ）及びメインバッテリを備えている。オルタネータによる発電は、車体電装品への電力供給と、メインバッテリへの充電を行う。
【００１１】
この車両側のメインバッテリに接続される電源補助装置１０は、メインバッテリへの接続端子Ｃと、大容量キャパシタ１（電気二重層コンデンサ、ウルトラ・キャパシタ、スーパー・キャパシタ）とを備えている。大容量キャパシタ１の負極はアース接続されている。
【００１２】
接続端子Ｃには、１回路２接点リレー２（リレー回路）のＮＣ接点（常閉接点）とＮＯ接点（常開接点）の各一方の端子が接続されている。ＮＣ接点とＮＯ接点は、リレーコイル２１の励磁に応じて、一方の接点が選択的に閉路されるようになっている。ＮＯ接点の他方の端子は、大容量キャパシタ１の正極に接続されている。また、ＮＣ接点の他方の端子は、充電保護抵抗Ｒの一方の端子に接続されている。充電保護抵抗Ｒの他方の端子は、ダイオードのアノード端子に接続され、当該ダイオードのカソード端子は大容量キャパシタ１の正極に接続されている。また、ＮＣ接点の他方の端子には、充電表示ランプ３（充電表示部）の一方の端子が接続されている。充電表示ランプ３の他方の端子は、大容量キャパシタ１の負極に接続され、アース接続されている。
【００１３】
リレーコイル２１は、一方の端子がコンパレータ４の出力に接続され、他方の端子はアース接続されている。コンパレータ４は、基準電位と大容量キャパシタ１の電位とを比較し、大容量キャパシタ１の電位が基準電位を超えると、リレーコイル２１を励磁してＮＣ接点を開路し、ＮＯ接点を閉路するようになっている。基準電位は、直列に接続された２つの基準電位設定抵抗Ｒ１，Ｒ２の間のＡ点からコンパレータ４の一方の入力端子に入力される。第１の基準電位設定抵抗Ｒ１は、その一方の端子がキースイッチのＯＮ端子に接続され、メインバッテリの電圧が供給される。また、第１の基準電位設定抵抗Ｒ１の他方の端子は第２の基準電位設定抵抗Ｒ２の一方の端子に接続されている。第２の基準電位設定抵抗Ｒ２の他方の端子はアース接続されている。また、コンパレータ４の他方の入力端子には、大容量キャパシタ１の正極の電位（Ｂ点の電位）が入力される。
【００１４】
以上のように構成された回路において、電源補助装置１０を車両に最初に搭載する際は、まず、電源補助装置１０の筐体に設けられた接続端子Ｃに、メインバッテリの正極からの配線を接続する。本実施形態では、メインバッテリの電圧を、一般的なバッテリの称呼電圧である１２ボルトとして詳述する。このとき、大容量キャパシタ１は、充電保護抵抗Ｒを介して充電される（第１回路）。ここで、充電保護抵抗Ｒを６０オームとすると、充電電流は約０．２アンペアであり、このように適切な電流値を設定することでメインバッテリを接続端子Ｃに接続する際に大電流が抑えられ、安全に充電することができる。大容量キャパシタ１は少なくとも１Ｆ（ファラッド）以上の静電容量が無いと効果が得られないことが分かっている。大容量キャパシタ１は極めて容量が大きいため、接続後満充電までには数十分を要するが、ユーザはこの間メインバッテリによって電装品の通常の使用を継続できるので、不便を感じることはない。また、ユーザは、充電表示ランプ３の点灯によって、大容量キャパシタ１が充電中であることを認識できる。
【００１５】
大容量キャパシタ１の充電が開始されると、メインバッテリの電圧に等しくなるようＢ点電位が次第に上昇する。コンパレータ４は、基準電位設定抵抗Ｒ１と基準電位設定抵抗Ｒ２に分圧されたＡ点の基準電位を入力され、大容量キャパシタ１のＢ点の電位と比較している。本実施形態では、抵抗Ｒ１を２キロオーム、抵抗Ｒ２を１０キロオームとし、Ａ点の基準電位は１０ボルトになる。
【００１６】
そして、Ｂ点電位がＡ点の基準電位を超えるとコンパレータ４の出力が反転し、リレーコイル２１が励磁され、リレー２のＮＣ接点が開路されると共に、ＮＯ接点が閉路される。これにより、大容量キャパシタ１は、充電保護抵抗Ｒを介さずダイレクトにメインバッテリのバッテリ電圧によって充電されるが（第２回路）、このときメインバッテリと大容量キャパシタとの電圧差は小さくなっているため（本実施形態では２ボルト以下）、キャパシタ及びバッテリの内部抵抗に応じた電圧差内での切り替えにより安全に充電を完了できる。また、リレー２の接点が、ＮＣ接点の閉路からＮＯ接点の閉路に切り替わる際に同時に、充電表示ランプ３が消灯し、ユーザに充電完了を知らせる。
【００１７】
充電表示ランプ３が消灯後、ユーザは、電源補助装置１０が搭載されていることを意識せず、その効果を実感できる。何らかの原因で大容量キャパシタ１の電位が下がった場合は、コンパレータ４が電位低下を検出し、再び充電保護抵抗Ｒを介した充電が開始されるので、問題なく安全に使用を継続できる。
【００１８】
［第２実施形態］
次に、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２において、車両側の構成は図１に示した第１実施形態と同一であるので、説明を省略する（スタータリレーの図示は省略する）。また、電源補助装置２０の構成において、第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付する。
【００１９】
本実施形態において、電源補助装置２０の筐体には、車両のメインバッテリに接続する接続端子Ｃに加え、安全端子Ｄを備えている。安全端子Ｄは、電源補助装置２０をメインバッテリから取り外す際に使用するが、詳しくは後述する。
【００２０】
本実施形態において、接続端子Ｃには、リレー５のＮＯ接点（常開接点）の一方の端子が接続されている。また、接続端子Ｃには、充電保護抵抗Ｒの一方の端子と、充電表示ランプ３の一方の端子が接続されている。ＮＯ接点の他方の端子は、大容量キャパシタ１の正極に接続されている。また、充電保護抵抗Ｒの他方の端子及び充電表示ランプ３の他方の端子も大容量キャパシタ１の正極に接続されている。大容量キャパシタ１の負極はアース接続されている。
【００２１】
また、第１実施形態と同様に、大容量キャパシタ１の電位と基準電位とを比較する第１コンパレータ４を備えている。基準電位は、第１実施形態と同様にメインバッテリの電圧を基準電位設定抵抗Ｒ１とＲ２とで分圧することにより設定されている。この第１コンパレータ４の出力段にはリレー制御回路６を備えている（リレー制御回路６及びリレー５によりリレー回路を構成する）。リレー制御回路６は、第１コンパレータ４に入力された大容量キャパシタ１の電位（Ｂ点電位）が基準電位（Ａ点電位）を超えると、第１コンパレータ４からの出力信号に基づいてリレー５のＮＯ接点を閉路する。
【００２２】
また、本実施形態では、安全端子Ｄがメインバッテリの正極に接続されたことを検知するための第２コンパレータ７を備えている。第２コンパレータ７は、一方の入力端子に第１コンパレータと同じ基準電位（Ａ点電位）を接続されると共に、他方の入力端子に安全端子Ｄを接続されている。また、第２コンパレータ７の出力は、リレー制御回路６に接続されている。リレー制御回路６は、安全端子Ｄの電位が基準電位以下となった時に、第２コンパレータ７の出力信号に基づいてリレー５のＮＯ接点を開路するようになっている。
【００２３】
本実施形態において、電源補助装置２０を最初に車両側のメインバッテリに接続する場合、安全端子Ｄと、接続端子Ｃをメインバッテリの正極に接続する。これにより、充電保護抵抗Ｒを介して大容量キャパシタ１の充電が開始される（第１回路）。このとき、充電表示ランプ３が点灯し、充電中であることを示す。
【００２４】
その後、大容量キャパシタ１の充電が進み、大容量キャパシタ１の電位（Ｂ点電位）が基準電位（Ａ点電位）を超えると、第１コンパレータ４の出力信号に基づき、リレー制御回路６がリレー５のＮＯ接点を閉路する。すると、大容量キャパシタ１とメインバッテリとが直接接続される（第２回路）。このとき、充電表示ランプ３は消灯し、充電完了を示す。その後も電源補助装置２０を取り外すことなく、車体電装品を通常使用することができる。
【００２５】
一方、大容量キャパシタ１の電位が高い状態（即ちＮＯ接点が閉路されている状態）で電源補助装置２０をメインバッテリから取り外す際には取り外し箇所となる接続端子Ｃの電位が高い状態のままとなり安全性に問題がある。そこで、電源補助装置２０をメインバッテリから取り外す際には、安全端子Ｄと接続端子Ｃをメインバッテリから取り外す。すると、安全端子Ｄから基準電位（Ａ点電位）よりも低い電圧が入力され、第２コンパレータ７の出力信号に基づき、リレー制御回路６がリレー５のＮＯ接点を開路する。これにより、電源補助装置２０を取り外す際に、接続端子Ｃが高電位のままとなることを防止することができる。
【００２６】
よって、以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同一の効果を奏するほか、電源補助装置２０を取り外す際に、特に一般ユーザが作業をする際の安全性を高めることができる。また、本実施形態では、回路に使用するリレー５として１接点タイプのリレーを採用することができる。
【００２７】
［第３実施形態］
次に、本発明の更に他の実施形態を図３に基づいて説明する。上記第２実施形態と同一の構成部分については同一の符号を付して重複説明を省略する。第３実施形態では、第２実施形態が備えていた安全端子Ｄと第２コンパレータ７に代えて、リレー制御回路６に直接信号を入力するスイッチ８を備えた。その他の構成は、前述した第２実施形態と同一である。スイッチ８としては、メカスイッチ、電磁スイッチ又はホール素子によるスイッチ等を採用することができる。
【００２８】
第２実施形態と同様に、電源補助装置３０の接続端子Ｃがメインバッテリに接続され、大容量キャパシタ１の電位（Ｂ点電位）が基準電位（Ａ点電位）を超えると、コンパレータ４とリレー制御回路６の機能により、リレー５のＮＯ接点が閉路される。その状態で電源補助装置３０をメインバッテリから取り外すとき、取り外す箇所となる接続端子Ｃの電位が高い状態のままとなり、安全性に問題がある。そこで、電源補助装置３０をメインバッテリから取り外す際には、スイッチ８からリレー制御回路６に、ＮＯ接点の開路を指示する信号を入力する。この指示信号をスイッチ８から入力されたリレー制御回路６は、リレー５のＮＯ接点を開路する。スイッチ８は電源補助装置３０を車両から取り外すことにより接点が開または閉となる構成とすることにより、ユーザは特段の操作をすることなく安全にバッテリを外すことができる。このようにしても、第２実施形態と同一の作用効果を奏するほか、ユーザは、第２実施形態のような安全端子Ｄを省略することができる。
【００２９】
ここで、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載した発明の範囲であり、上記各実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１  大容量キャパシタ
２，５  リレー
３  充電表示ランプ（充電表示部）
４  コンパレータ（第１コンパレータ、比較回路）
６  リレー制御回路
７  第２コンパレータ（第２比較回路）
８  スイッチ
１０，２０，３０  電源補助装置
２１  リレーの励磁コイル
Ｒ  充電保護抵抗
Ｒ１，Ｒ２  基準電位設定抵抗
【図１】
2014236583.tif 000003
【図２】
2014236583.tif 000004
【図３】
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