(57)【要約】【課題】少ない蓄電器で蓄電器の能力を十分活用して、大負荷駆動時の電圧低下を抑制することができる車両用電源装置の提供。【解決手段】車載発電機１又はバッテリ４により充電される蓄電器３を備え、車載発電機１、バッテリ４又は蓄電器３により車載負荷群２に給電する車両用電源装置。バッテリ４の出力電圧を降圧して蓄電器３に充電する降圧充電手段Ｑ，Ｔ，Ｄ１，Ｄ２，Ｌ，Ｃ３と、バッテリ４及び蓄電器３を直列接続する接続手段５，Ｄ６とを備え、バッテリ電圧検出器８の検出電圧値がＶ１以上であり、蓄電器電圧検出器７の検出電圧値がＶ２（＜Ｖ１）以下であるときに、降圧充電手段Ｑ〜Ｃ３が蓄電器３に充電し、バッテリ電圧検出器８の検出電圧値がＶ３（Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１）以下であるときに、接続手段５，Ｄ６が、バッテリ４及び蓄電器３を直列接続し、蓄電器３から車載負荷群２に給電する構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連動する車載発電機又はバッテリにより充電される蓄電器と、前記バッテリの出力電圧を検出するバッテリ電圧検出器と、前記蓄電器の出力電圧を検出する蓄電器電圧検出器とを備え、前記車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電するように構成してある車両用電源装置において、
前記バッテリの出力電圧を降圧して前記蓄電器に充電する降圧充電手段と、前記バッテリ及び蓄電器を直列接続する接続手段とを備え、前記バッテリ電圧検出器が検出した電圧値がＶ１以上であり、前記蓄電器電圧検出器が検出した電圧値がＶ２（＜Ｖ１）以下であるときに、前記降圧充電手段が蓄電器に充電し、前記バッテリ電圧検出器が検出した電圧値がＶ３（Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１）以下であるときに、前記接続手段が、バッテリ及び蓄電器を直列接続し、蓄電器から前記車載負荷群に給電するように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記接続手段は、前記バッテリの正電極及び蓄電器の負電極間に順方向接続された第１ダイオードと、該蓄電器の正電極及び前記車載負荷群間に接続されたスイッチとを有しており、前記車載発電機及びバッテリの各正電極間に順方向接続された第２ダイオードと、前記バッテリの正電極、及び前記スイッチの車載負荷群側端子間に順方向接続された第３ダイオードとを更に備える請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記降圧充電手段は、前記バッテリの出力電圧が与えられる一次コイル、及び整流回路が接続された二次コイルが絶縁された絶縁トランスと、前記一次コイルに与えられる出力電圧をオン／オフするチョッパとを有する請求項２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、エンジンに連動する車載発電機又はバッテリにより充電される蓄電器を備え、車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電する車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される電装品は増加する一方であり、その中でも電動パワーステアリング装置は、頻繁に操作され、大電流が消費される。また、環境への配慮から、停車時にアイドリングを停止するアイドルストップを行なう車両が増加しつつある。このような車両では、従来の車両に比べて頻繁にエンジンを始動させるので、エンジンを始動させるスタータの電源が重要である。
【０００３】
エンジンを始動させる際、スタータが大電流を消費する為、また、電動パワーステアリング装置が操作される際、モータが大電流を消費する為、車両用電源装置の電圧は一時的に低下する。電圧が一時的に低下すると、ランプ類が一時的に暗くなったり、ナビゲーション装置及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電気負荷の電源電圧が低下し、動作が不安定になる等の可能性があった。
その為、バッテリ（主電源）に補助電源としてバックアップバッテリ又は電気二重層キャパシタを並列に接続して、補助電源からの放電によりスタータ及び電動パワーステアリング装置等の大負荷駆動時の電圧低下を抑制することが考えられている。
【０００４】
特許文献１には、バッテリと蓄電部との直列回路と、蓄電部の充放電を行うように接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、直列回路とバッテリとに接続され、何れか一方に切替えるスイッチと、スイッチの出力に電力変換器を介して接続されたモータと、ＤＣ／ＤＣコンバータ、スイッチ、及び電力変換器に接続された制御回路とを備えた電源装置が開示されている。制御回路は、モータが回生運転を行っているときは、スイッチをバッテリ側に接続し、力行運転を行っているときは、スイッチを直列回路側に接続し、力行運転により蓄電部が放電すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータにより蓄電部を充電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６８３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、また、図３Ａに示すように、バッテリＢに電気二重層キャパシタＣを並列に接続した場合、電気二重層キャパシタＣから出力できる電荷は、バッテリＢとの電圧の差分に限られるという問題がある。また、電気二重層キャパシタのセルをバッテリ電圧に合わせてＮ個直列に接続すると、セル１個の場合に比べて、容量が１／Ｎに減少する上、ＥＳＲ（等価直列抵抗）がＮ倍となって、電圧降下が大きくなるという問題がある。
【０００７】
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、少ない蓄電器で蓄電器の能力を十分使用して、スタータ及び電動パワーステアリング装置等の大負荷駆動時の電圧低下を抑制することができる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】
【０００８】
本発明に係る車両用電源装置では、大負荷が作動して、電源電圧が低下し始めると、図３Ｂに示すようにバッテリＢに蓄電器を１つ直列に接続した経路を、バッテリＢから負荷群への経路に追加する。尚、複数の蓄電器を並列に接続したものを、バッテリＢに直列に接続しても、同様の作用効果を得ることができるのは当然であり言うまでもない。
【０００９】
第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動する車載発電機又はバッテリにより充電される蓄電器と、前記バッテリの出力電圧を検出するバッテリ電圧検出器と、前記蓄電器の出力電圧を検出する蓄電器電圧検出器とを備え、前記車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電するように構成してある車両用電源装置において、前記バッテリの出力電圧を降圧して前記蓄電器に充電する降圧充電手段と、前記バッテリ及び蓄電器を直列接続する接続手段とを備え、前記バッテリ電圧検出器が検出した電圧値がＶ１以上であり、前記蓄電器電圧検出器が検出した電圧値がＶ２（＜Ｖ１）以下であるときに、前記降圧充電手段が蓄電器に充電し、前記バッテリ電圧検出器が検出した電圧値がＶ３（Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１）以下であるときに、前記接続手段が、バッテリ及び蓄電器を直列接続し、蓄電器から前記車載負荷群に給電するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
この車両用電源装置では、蓄電器が、エンジンに連動する車載発電機又はバッテリにより充電され、バッテリ電圧検出器が、バッテリの出力電圧を検出する。蓄電器電圧検出器が、蓄電器の出力電圧を検出し、車載発電機、バッテリ又は蓄電器により車載負荷群に給電する。降圧充電手段が、バッテリの出力電圧を降圧して蓄電器に充電し、接続手段が、バッテリ及び蓄電器を直列接続する。バッテリ電圧検出器が検出した電圧値がＶ１以上であり、蓄電器電圧検出器が検出した電圧値がＶ２（＜Ｖ１）以下であるときに、降圧充電手段が蓄電器に充電する。バッテリ電圧検出器が検出した電圧値がＶ３（Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１）以下であるときに、接続手段が、バッテリ及び蓄電器を直列接続し、蓄電器から車載負荷群に給電する。
【００１１】
第２発明に係る車両用電源装置は、前記接続手段は、前記バッテリの正電極及び蓄電器の負電極間に順方向接続された第１ダイオードと、該蓄電器の正電極及び前記車載負荷群間に接続されたスイッチとを有しており、前記車載発電機及びバッテリの各正電極間に順方向接続された第２ダイオードと、前記バッテリの正電極、及び前記スイッチの車載負荷群側端子間に順方向接続された第３ダイオードとを更に備えることを特徴とする。
【００１２】
この車両用電源装置では、接続手段は、第１ダイオードがバッテリの正電極及び蓄電器の負電極間に順方向接続され、スイッチが蓄電器の正電極及び車載負荷群間に接続されている。第２ダイオードが、車載発電機及びバッテリの各正電極間に順方向接続され、第３ダイオードが、バッテリの正電極、及びスイッチの車載負荷群側端子間に順方向接続されている。
【００１３】
第３発明に係る車両用電源装置は、前記降圧充電手段は、前記バッテリの出力電圧が与えられる一次コイル、及び整流回路が接続された二次コイルが絶縁された絶縁トランスと、前記一次コイルに与えられる出力電圧をオン／オフするチョッパとを有することを特徴とする。
【００１４】
この車両用電源装置では、降圧充電手段は、絶縁トランスが、バッテリの出力電圧が与えられる一次コイル、及び整流回路が接続された二次コイルが絶縁され、チョッパが、絶縁トランスの一次コイルに与えられる出力電圧をオン／オフする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る車両用電源装置によれば、少ない蓄電器で蓄電器の能力を十分活用して、スタータ及び電動パワーステアリング装置等の大負荷駆動時の電圧低下を抑制することが可能な車両用電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】図１に示す車両用電源装置の動作を説明する為のブロック図である。
【図３】本発明に係る車両用電源装置の原理を説明する為の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、エンジン９に連動してオルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が発電する。発電された電力は、オルタネータ１内で直流に変換され、逆流防止用のダイオード（第２ダイオード）Ｄ４を経由して、バッテリ（鉛蓄電池）４に与えられる。また、オルタネータ１が発電した電力、及びバッテリ４が出力した電力は、逆流防止用のダイオード（第３ダイオード）Ｄ５を経由して、車両に搭載された負荷群（車載負荷群）２に与えられる。
【００１８】
バッテリ４の正電極が、逆流防止用のダイオード（第１ダイオード、接続手段）Ｄ６を経由して電気二重層キャパシタ（蓄電器）３の負電極に接続され、電気二重層キャパシタ３の正電極は、スイッチ（接続手段）５を経由して、ダイオードＤ５のカソード及び負荷群２に接続されている。
バッテリ４の正電極に、絶縁トランスＴの一次コイルの一方の端子が接続され、一次コイルの他方の端子には、ＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴＱのドレイン、及びダイオードＤ３のアノードが接続されている。ＦＥＴＱのソースはバッテリ４の負電極に接続されている。
【００１９】
絶縁トランスＴの一次コイルの一方の端子、及びダイオードＤ３のカソード間には、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の並列回路が接続されている。
ＦＥＴＱのドレイン及びソース間に、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ１の直列回路が接続され、ＦＥＴＱのゲートは、制御部６によりオン／オフ制御される。
バッテリ４の正電極及び負電極間に、コンデンサＣ１が接続されている。
【００２０】
絶縁トランスＴの二次コイルの一方の端子には、ダイオードＤ２のアノードが、二次コイルの他方の端子には、ダイオードＤ１のアノードがそれぞれ接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２の各カソードは、平滑コイルＬの一方の端子に共通接続されている。平滑コイルＬの他方の端子には、平滑コンデンサＣ３の正電極が接続され、平滑コンデンサＣ３の負電極は、二次コイルの他方の端子に接続されている。
平滑コンデンサＣ３には、電気二重層キャパシタ３が並列接続されている。
【００２１】
電気二重層キャパシタ３の両電極間の電圧値Ｖｃが、制御部６が内蔵する電圧検出器（蓄電器電圧検出器）７により検出され、バッテリ４の出力電圧値Ｖｂが、制御部６が内蔵する電圧検出器（バッテリ電圧検出器）８により検出される。
制御部６は、電圧検出器７が検出した電圧値Ｖｃ、及び電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｂに基づき、スイッチ５のオン／オフを制御し、ＦＥＴＱのゲートをオン／オフ制御（チョッピング）する。
【００２２】
以下に、このような構成の本発明に係る車両用電源装置の動作を説明する。
エンジン９に連動してオルタネータ１が発電した電力は、ダイオードＤ４を経由して、バッテリ４に充電されると共に、ダイオードＤ５を経由して、負荷群２に与えられる。オルタネータ１から負荷群２に与えられる電力が不足するとき、及びオルタネータ１が停止しているときは、バッテリ４からの電力が、ダイオードＤ５を経由して負荷群２に与えられる。
【００２３】
制御部６は、電圧検出器８が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂが、例えば１０Ｖ（Ｖ３）より高いときは、図１に示すように、スイッチ５をオフにしておく。
制御部６は、電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｂが例えば１２Ｖ（Ｖ１）以上であり、電圧検出器７が検出した電気二重層キャパシタ３の両電極間の電圧値Ｖｃが１．９Ｖ（Ｖ２）以下であるとき、ＦＥＴＱのゲートをオン／オフ制御（チョッピング）する。
【００２４】
制御部６がＦＥＴＱのゲートをチョッピングすることにより、絶縁トランスＴが、バッテリ４の出力電圧（例えば約１３Ｖ）を約２Ｖに降圧する。降圧された電圧は、ダイオードＤ１，Ｄ２、平滑コイルＬ及び平滑コンデンサＣ３により整流平滑され、図１に示すように、電気二重層キャパシタ３に充電される。
電気二重層キャパシタ３の充電電圧が２Ｖである場合、電気二重層キャパシタ３の正電極の電圧は、バッテリ４の出力電圧（例えば約１３Ｖ）がダイオードＤ６を通じて加算されて、約１５Ｖになっている。
【００２５】
制御部６は、電圧検出器７が検出した電圧値Ｖｃが例えば２．１Ｖになると、ＦＥＴＱのゲートのチョッピングを停止し、電気二重層キャパシタ３の自然放電等により電圧値Ｖｃが１．９Ｖ（Ｖ２）以下になると、ＦＥＴＱのゲートのチョッピングを開始する。制御部６は、また、電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｂが、例えば１２Ｖ（Ｖ１）より低いときは、ＦＥＴＱのゲートのチョッピングを停止する。
【００２６】
制御部６は、エンジンが始動され、又は電動パワーステアリング装置等の大負荷が操作され、電圧検出器８が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂが例えば１０Ｖ（Ｖ３）以下になると、図２に示すように、スイッチ５をオンにする。この際、制御部６は、電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｂが、１２Ｖより低くなっているので、ＦＥＴＱのゲートのチョッピングを停止している。
【００２７】
制御部６がスイッチ５をオンにすると、バッテリ４の出力電圧値Ｖｂより約２Ｖ高い電気二重層キャパシタ３の正電極からスイッチ５を通じて電流が流れ、それに応じて、バッテリ４から出力される電流が抑制され、バッテリ４の内部抵抗による電圧降下が抑制されて、出力電圧値Ｖｂは上昇する。その結果、負荷群２へ印加される電圧は上昇するか、又は１０Ｖ程度から低下しない。
スイッチ５がオンであれば、電気二重層キャパシタ３からは蓄電電荷の殆どを出力することが可能である。
【００２８】
ここで、電気二重層キャパシタ３の容量をＣ、放電時の電圧変化を△Ｖ、放電時の電流値をＩ、放電時間をｔ（秒）とすると、供給（放電）可能電荷＝Ｃ・△Ｖ＝Ｉ・ｔである。
例えば、電動パワーステアリング装置の作動時に、電荷が１００Ａ×５ｓ＝５００Ａｓ必要であるとする。電気二重層キャパシタ３の容量Ｃ＝７２Ｆのとき、電気二重層キャパシタ３からは約７２×２＝１４４（Ａｓ）が供給可能である。従って、バッテリ４の負荷は、５００−１４４＝３５６Ａｓに低減することができる。
【００２９】
制御部６は、電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｂが例えば１０．５Ｖ以上になると、又は電圧検出器７が検出した電圧値Ｖｃが例えば０．１Ｖ以下になると、スイッチ５をオフにする。
その後、制御部６は、電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｂが例えば１２Ｖ（Ｖ１）以上に回復すると、ＦＥＴＱのゲートをチョッピングして、電気二重層キャパシタ３への充電を開始する。
【符号の説明】
【００３０】
１  オルタネータ（車載発電機）
２  負荷群（車載負荷群）
３  電気二重層キャパシタ（蓄電器）
４  バッテリ
５  スイッチ（接続手段）
６  制御部
７  電圧検出器（蓄電器電圧検出器）
８  電圧検出器（バッテリ電圧検出器）
９  エンジン
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４  コンデンサ
Ｃ３  平滑コンデンサ（降圧充電手段）
Ｄ１〜Ｄ３  ダイオード
Ｄ４  ダイオード（第２ダイオード）
Ｄ５  ダイオード（第３ダイオード）
Ｄ６  ダイオード（第１ダイオード、接続手段）
Ｌ  平滑コイル（降圧充電手段）
Ｑ  （ＮチャネルＭＯＳ型）ＦＥＴ（降圧充電手段）
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
Ｔ  絶縁トランス（降圧充電手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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