(57)【要約】【課題】キャパシタの充電速度を高める。【解決手段】充電制御回路は、直流電源１とキャパシタ５の間に直列に設けられる。充電制御回路はスイッチ２と、並列抵抗部３との直列接続を備える。並列抵抗部３は第１抵抗３１と第２抵抗３２とを有する。第２抵抗３２には、その抵抗値が正の温度特性を有するサーミスタが採用される。第２抵抗３２には、例えばポリマー系のサーミスタが採用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とキャパシタの間に直列に設けられ、前記キャパシタへの充電を制御する充電制御回路であって、
第１抵抗と、
前記第１抵抗に対して並列に接続され、抵抗値が正の温度特性を有するサーミスタが採用される第２抵抗と
を備える、充電制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の充電制御回路であって、前記サーミスタはポリマー系のサーミスタである、充電制御回路。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれか一項に記載の充電制御回路であって、前記第２抵抗の抵抗値は前記第１抵抗の抵抗値よりも低い第１抵抗値から、前記第１抵抗の抵抗値よりも高い第２抵抗値まで変化する、充電制御回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電制御回路であって、前記キャパシタは前記直流電源の予備電源として機能する、充電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、充電制御回路に関し、例えばキャパシタを用いたサブバッテリ回路を充電する技術に適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費を上げるためにハイブリッドカーや電気自動車の開発が進んでいる。ガソリン車においてもアイドリングストップ等を実施し、燃費向上が望まれている。
【０００３】
しかしアイドリングストップ等で一旦エンジンが停止すると、オルタネータによるバッテリの充電が行われなくなる。このため、再度エンジンを点火する際には、バッテリ電圧が急激に低下する、「クランキング」と呼ばれる現象が発生する。
【０００４】
クランキングが発生してバッテリ電圧が急激に低下すると、自動車のボディＥＣＵ（電子制御ユニット）が誤って低電圧リセットを掛けてしまう恐れがある。
【０００５】
このような事態を回避するため、バッテリとは別に、大容量キャパシタなどのサブバッテリを備え、クランキングに対応する技術が周知である。
【０００６】
このサブバッテリは例えば、クランキング対策の他、車両が衝突した際にバッテリが喪失したときの、ドアロック解除用の補助電源としても採用される。
【０００７】
特許文献１では、イグニッションキースイッチが導通した後、バッテリからの電流が予備充電回路を経由してキャパシタを充電する技術が紹介される。予備充電回路はダイオードと抵抗器たるサーミスタとの直列接続で構成されている。このサーミスタは温度変化に対して負の特性を有していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平６−２７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、温度変化に対して負の特性を有しているサーミスタ（以下「負特性サーミスタ」と称す）は、一般的にその電流容量が小さく、１Ａ未満しか流せない製品がほとんどである。これに対し、抵抗値が温度変化に対して正の温度特性を有しているサーミスタ（以下「正特性サーミスタ」と称す）、特にポリマー系材料を採用した場合は、電流容量が数十Ａまで大きいものが得られる。
【００１０】
よって、本発明は、正特性サーミスタを用いつつ、迅速にキャパシタ（例えばサブバッテリ）を充電する技術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】
【００１１】
第１の態様は、直流電源とキャパシタの間に直列に設けられ、前記キャパシタへの充電を制御する充電制御回路であって、第１抵抗と、前記第１抵抗に対して並列に接続され、抵抗値が正の温度特性を有するサーミスタが採用される第２抵抗とを備える。
【００１２】
第２の態様は、第１の態様にかかる充電制御回路であって、前記サーミスタはポリマー系のサーミスタである。
【００１３】
第３の態様は、第１の態様又は第２の態様にかかる充電制御回路であって、前記第２抵抗の抵抗値は前記第１抵抗の抵抗値よりも低い第１抵抗値から、前記第１抵抗の抵抗値よりも高い第２抵抗値まで変化する。
【００１４】
第４の態様は、第１の態様、第２の態様又は第３の態様にかかる充電制御回路であって、前記キャパシタは前記直流電源（１）の予備電源として機能する。
【発明の効果】
【００１５】
正特性サーミスタを用いつつ、迅速にキャパシタを充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態に係る構成を示す回路図である。
【図２】キャパシタが充電されるシミュレーションを示すグラフである（第２抵抗なし）。
【図３】キャパシタ５が充電されるシミュレーションを示すグラフである（第１抵抗なし）。
【図４】実施形態においてキャパシタ５が充電されるシミュレーションを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１はこの発明の、一つの実施形態に係る構成を示す回路図である。直流電源１は直流の電圧Ｖｂを出力する。キャパシタ５はイグニッションスイッチ９及び充電制御回路６を介して直流電源１から充電される。充電制御回路６は、イグニッションスイッチ９とキャパシタ５の間に直列に設けられ、イグニッションスイッチ９の導通時においてキャパシタ５への充電を制御する。
【００１８】
図１に示された構成は例えば車載され、キャパシタ５は直流電源１に対する予備電源として機能する。
【００１９】
充電制御回路６はスイッチ２と並列抵抗部３との直列接続を有する。スイッチ２はキャパシタ５の電圧Ｖｃが所定の電圧Ｖｈに達すると非導通となり、キャパシタ５への充電は停止する。
【００２０】
電圧Ｖｃは電圧検出部４によって検出される。電圧検出部４は例えば直列接続された抵抗４１，４２を有しており、これらは電圧Ｖｃを分圧してスイッチ２に与える。抵抗４１，４２の少なくともいずれか一つにサーミスタを採用することもできる。このように電圧を検出する技術は公知の技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２１】
例えばスイッチ２はコンパレータ２１、抵抗２３、ＮＭＯＳトランジスタ２２、ＰＭＯＳトランジスタ２４、ゼナーダイオード２５を有している。コンパレータ２１は電圧検出部４が出力する電圧を比較電圧Ｖｒｅｆと比較する。比較電圧Ｖｒｅｆは抵抗４１，４２の分圧比によって電圧Ｖｈを分圧した値である。よって電圧Ｖｃが電圧Ｖｈに到達した場合、電圧検出部４が出力する電圧が比較電圧Ｖｒｅｆに到達する。
【００２２】
この場合、コンパレータ２１はその出力電位を“Ｌ”とし、ＮＭＯＳトランジスタ２２がオフし、ＰＭＯＳトランジスタ２４がオフする。このようにしてスイッチ２は電圧Ｖｃが電圧Ｖｈに達すると非導通となる。
【００２３】
並列抵抗部３は第１抵抗３１と、第１抵抗３１に対して並列に接続される第２抵抗３２とを有する。第２抵抗３２には正特性サーミスタが採用される。
【００２４】
以下、まずキャパシタ５が全く充電されていない状態（Ｖｃ＝０）からの充電について説明する。イグニッションスイッチ９が導通すると、比較電圧Ｖｒｅｆよりも抵抗４１，４２によって電圧Ｖｃを分圧した値の方が小さいので、ＮＭＯＳトランジスタ２２はオンし、ＰＭＯＳトランジスタ２４のゲート・ソース間にバイアス電圧がかかり、ＰＭＯＳトランジスタ２４はオンする。
【００２５】
これによりスイッチ２の導通が開始すると、並列抵抗部３を充電経路として、キャパシタ５の充電が開始する。なお、ゼナーダイオード２５はイグニッションスイッチ９が導通する際のサージ電圧からＰＭＯＳトランジスタ２４を保護する機能を担っている。
【００２６】
第２抵抗３２の抵抗値Ｒ２は充電開始直後において低く、例えば第１抵抗３１の抵抗値Ｒ１よりも低い。よってキャパシタ５への充電電流は主として第２抵抗３２を流れ、大電流、具体的には例えば数十Ａの電流でキャパシタ５が急速に充電される。
【００２７】
大電流が流れることにより第２抵抗３２は発熱し、その抵抗値Ｒ２が増大する。これによりキャパシタ５への充電電流は主として第１抵抗３１を流れるので、大電流が流れる期間は過渡的であり、その後は比較的小さな、例えば１Ａ程度の大きさの充電電流でキャパシタ５が充電される。
【００２８】
図２はこの実施の形態において第２抵抗３２が設けられない場合に、キャパシタ５が充電されるシミュレーションを示すグラフである。具体的には、図１は充電電流と充電電圧（すなわち電圧Ｖｃ）の時間的経過を示す。以下、電圧Ｖｂは１２Ｖであるとする。
【００２９】
電圧ＶｃはＶｂ・［１−exp（−ｔ／（Ｃ・（Ｒ１＋ｒ）））］で表される。但しキャパシタ５の静電容量をＣとし、イグニッションスイッチ９の導通が開始した時点からの経過した時間ｔを導入した。また充電電流は（Ｖｂ／Ｒ１）・exp（−ｔ／（Ｃ・（Ｒ１＋ｒ）））で表される。ここでは抵抗値Ｒ１が１０Ω、静電容量Ｃが５Ｆである場合を示した。また、図１に示された構成が車載されることに鑑みて、直流電源１から並列抵抗部３までの配線（これは例えば車載される場合、「ハーネス」と通称される）の抵抗ｒを１７０ｍΩとして導入した。
【００３０】
図２では左側縦軸で充電電流の大きさを示し、右側縦軸で充電電圧の大きさを示す。但し充電電流については対数目盛りを採用したので、上記の式に鑑み、時間に対して直線的に変化している。充電電圧は時間と共に、上記の式に鑑み、指数関数的に上昇する。キャパシタ５をＶｃ＝８Ｖへ充電するために必要な時間は約５５秒である。
【００３１】
図３はこの実施の形態において第１抵抗３１が設けられない場合に、キャパシタ５が充電されるシミュレーションを示すグラフである。電圧ＶｃはＶｂ・［１−exp（−ｔ／（Ｃ・（Ｒ２＋ｒ）））］で表される。また充電電流は（Ｖｂ／Ｒ１）・exp（−ｔ／（Ｃ・（Ｒ２＋ｒ）））で表される。充電当初の抵抗値Ｒ２は非常に小さく、例えば２５ｍΩである。図３においても静電容量Ｃは５Ｆとした。図３でも左側縦軸で充電電流の大きさを示し、右側縦軸で充電電圧の大きさを示す。但し充電電流についても通常の（線形の）目盛りを採用したので、上記の式に鑑み、充電時間が０．４秒未満においては、時間に対して指数関数的に、６０Ａから４０Ａまで変化している。
【００３２】
当該シミュレーションでは、充電時間が０．４秒後には抵抗値Ｒ２が急激に上昇し、コンダクタンス（１／Ｒ２）が０であるとしている。これにより、充電電流は０となり、これ以降で充電電圧は上昇しない。よって電圧Ｖｃは４Ｖに留まり、キャパシタ５を８Ｖまで充電することはできない。
【００３３】
以上のことから、第１抵抗３１のみではキャパシタ５を８Ｖまで充電するのに５５秒必要であり、第２抵抗３２のみではキャパシタ５を８Ｖまで充電することができないことがわかる。
【００３４】
図４はこの実施の形態において、キャパシタ５が充電されるシミュレーションを示すグラフである。電圧ＶｃはＶｂ・［１−exp（−ｔ／（Ｃ・（Ｒ１//Ｒ２＋ｒ）））］で表される。但しＲ１//Ｒ２＝１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）であり、これは並列抵抗部３の合成抵抗を示す。また充電電流は（Ｖｂ／Ｒ１）・exp（−ｔ／（Ｃ・（Ｒ１//Ｒ２＋ｒ）））で表される。図４でも左側縦軸で充電電流の大きさを示し、右側縦軸で充電電圧の大きさを示す。但し充電電流については図２と同様に対数目盛りを採用した。また図３と同様に充電時間が０．４秒以降においてコンダクタンス（１／Ｒ２）が０であるとした。また、充電時間が０．４秒未満では抵抗値Ｒ２は２５ｍΩであるとした。
【００３５】
充電時間が０．４秒未満では図３と同様に大きな充電電流が流れ、充電時間０．４秒後には充電電圧は４Ｖまで上昇する。しかし図３とは異なり、その後も充電電流は図２と同様に減少しながら第１抵抗３１を介してキャパシタ５に流れるので、充電電圧は上昇し続ける。これにより電圧Ｖｃは充電時間３５秒後に８Ｖへ到達する。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、第１抵抗３１のみを採用する場合よりも、キャパシタ５を充電するのに必要な時間が短くなる。
【００３７】
なお、抵抗値Ｒ２の抵抗値の変化は充電開始後から経過時間に依存し、電圧Ｖｃには依存しない。よってたとえキャパシタ５がある程度充電されてＶｃ＞０の状況からであっても、充電初期には大きな充電電流が流れる。よって電圧Ｖｈ（ここでは８Ｖとして例示した）までキャパシタ５を充電するのに必要な充電時間は、第１抵抗３１のみを介して充電する場合よりも、第２抵抗３２と第１抵抗３１との並列接続を介して充電する方が、短い。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、正特性サーミスタを用いつつ、迅速にキャパシタ（例えばサブバッテリ）を充電することができる。
【００３９】
なお、充電当初において第１抵抗３１よりも第２抵抗３２へ電流が支配的に流れ、その後は第２抵抗３２よりも第１抵抗３１へ電流が支配的に流れることが望ましい。よって第２抵抗３２の抵抗値Ｒ２は第１抵抗３１の抵抗値Ｒ１よりも低い第１抵抗値から、抵抗値Ｒ１よりも高い第２抵抗値まで変化することが望ましい。換言すれば、第１抵抗３１の抵抗値Ｒ１は、第１抵抗値と第２抵抗値との間に設定されることが望ましい。
【００４０】
例えば、第１抵抗値は数十ｍΩであり、第２抵抗値は数十ｋΩであり、抵抗値Ｒ１は数十Ω程度に設定される。つまり、抵抗値Ｒ１の第１抵抗値に対する比は１０の３乗のオーダーであり、抵抗値Ｒ１の第２抵抗値に対する比は１０の（−３）乗のオーダーに設定される。このような抵抗値の設定は、上述のように、充電当初において第１抵抗３１よりも第２抵抗３２へ電流が支配的に流れ、その後は第２抵抗３２よりも第１抵抗３１へ電流が支配的に流れる観点で望ましい。
【００４１】
このように第２抵抗値の第１抵抗値に対する比が１０の６乗程度に変化する正特性サーミスタは公知であり、数十Ａの電流容量を有するものも公知である。また、電流が流れることによって発熱し、その発熱による温度変化で抵抗値が増大する現象は「トリップ」と通称されてもいる。このような正特性サーミスタは、例えばポリマー系のサーミスタで実現されることも知られており、例えば「ポリスイッチ」（登録商標）として市販されている。
【００４２】
以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００４３】
１  直流電源
３１  第１抵抗
３２  第２抵抗
５  キャパシタ
６  充電制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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