JP2010048123A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スタータの作動に伴って生ずるバッテリ電圧の低下を補償する容量素子の個数を減らすことができる、車両用電源装置の提供を目的とする。
【解決手段】バッテリ３に直列接続され、スタータ１の定常動作電流によるバッテリ３の電圧低下分を補償可能なキャパシタ群１１と、キャパシタ群１１に直列接続され、スタータ１の突入電流によるバッテリ３の電圧低下分から定常動作電流によるバッテリの電圧低下分を差し引いた分を補償できるだけのキャパシタ群１２と、バッテリ３から負荷４への放電を可能にする放電経路３１と、キャパシタ群１１のキャパシタ群１２側の電極から負荷４への放電を可能にする放電経路３２と、キャパシタ群１２のキャパシタ群１１側と反対側の電極から負荷４への放電を可能にする放電経路３３と、放電経路３１，３２，３３の中で最も電圧が高い放電経路からの放電を許可するダイオード２１，２２とを備える、車両用電源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジンを始動させるスタータの電源であるバッテリの電力を前記車両に搭載される電気負荷に供給する車両用電源装置に関する。

従来、エンジンの始動時にキャパシタ電圧をバッテリ電圧に加えて負荷に印加することにより、バッテリの電圧低下を補うことができる、エンジン始動用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４８３１０号公報

ところで、スタータの作動電流は、起動時の過渡電流と起動後の定常動作電流に分けられるため、過渡電流による電圧降下を補償するキャパシタと定常動作電流による電圧降下を補償するキャパシタとを分けて構成する場合がある。

しかしながら、低温になるにつれてキャパシタ等の容量素子の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が大きくなることにより、バッテリ電圧を補償する際の容量素子の出力電圧は小さくなってしまうため、低温時であってもバッテリの電圧低下を十分に補償できるように、容量素子の個数を常温時の必要個数よりも増やさなければならなかった。

そこで、本発明は、スタータの作動に伴って生ずるバッテリ電圧の低下を補償する容量素子の個数を減らすことができる、車両用電源装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る車両用電源装置は、
車両のエンジンを始動させるスタータの電源であるバッテリの電力を前記車両に搭載される電気負荷に供給する車両用電源装置であって、
前記バッテリの正極側に直列接続され、前記スタータの起動後の定常動作電流による前記バッテリの電圧低下分を補償可能な容量を有する第１の容量素子群と、
前記第１の容量素子群に前記バッテリと反対側で直列接続され、前記スタータの起動時の突入電流による前記バッテリの電圧低下分から前記スタータの起動後の定常動作電流による前記バッテリの電圧低下分を差し引いた分を補償できるだけの容量を有する第２の容量素子群と、
前記バッテリの正極から前記電気負荷への放電を可能にする第１の放電経路と、
前記第１の容量素子群の両端の電極のうち前記第２の容量素子群が直列接続される側の電極から前記電気負荷への放電を可能にする第２の放電経路と、
前記第２の容量素子群の両端の電極のうち前記第１の容量素子群が直列接続される側と反対側の電極から前記電気負荷への放電を可能にする第３の放電経路と、
前記第１放電経路の電圧と前記第２の放電経路の電圧と前記第３の放電経路の電圧との比較により、最も電圧が高い放電経路からの放電を許可する許可手段とを備えることを特徴とするものである。

ここで、前記第１の容量素子群と前記第２の容量素子群は、前記バッテリと並列接続した状態で前記バッテリによって充電された後に、前記バッテリとの並列接続から直列接続に切り替えられると好適である。

また、前記第１の容量素子群と前記第２の容量素子群は、前記スタータの作動指令により生ずる信号に従って、前記バッテリとの並列接続から直列接続に切り替えられると好適である。

本発明によれば、スタータの作動に伴って生ずるバッテリ電圧の低下を補償する容量素子の個数を減らすことができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の第１の実施形態である車両用電源装置１００を備えた車両用電源システムの構成図である。車両には、オルタネータ２やバッテリ３を電源とする電気負荷４が複数搭載されている。車載の電気負荷４として、例えば、ブロアモータなどを備える空調装置、アンプなどを備える音響装置、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）、ソレノイドバルブが挙げられる。オルタネータ２やバッテリ３は、放電経路である電源ライン３１を介して、所定の電圧系（例えば、１２Ｖ系）の電気負荷４に電力を供給する。バッテリ３等の電源と電気負荷４との間の給電経路に車両用電源装置１００が設けられている。また、バッテリ３等の電源と電気負荷４との間に、昇圧手段や降圧手段が設けられてもよい。具体例として、ＤＣ−ＤＣコンバータが挙げられる。

オルタネータ２は、車両を走行させるためのエンジンを動力源とする発電機であって、エンジンの出力によって発電を行う。オルタネータ２で発生した電力によって、電気負荷４が動作したり、バッテリ３が充電されたりする。また、オルタネータ２は、発電手段であればよいので、例えば、発電機の機能と回生制御可能なモータの機能の両方を備えるモータ／ジェネレータ（いわゆる、ＭＧ）であってもよい。例えば、ＭＧは、車両減速時に回生制御することによって、バッテリ３に充電をすることができる。

バッテリ３も、オルタネータ２と同様に、電源ライン３３を介して電気負荷４に電力を供給する。バッテリ３は、オルタネータ２が停止している時やオルタネータ２の電力供給能力が足りない時などに電気負荷４に電力を供給することが可能であり、また、エンジンを始動させるためのスタータモータ１に電力を供給する。バッテリ３の具体例として、鉛バッテリ、ニッケル水素電池、リチウムイオンバッテリ、電気二重層キャパシタなどが挙げられる。

スタータモータ１は、バッテリ３から電力供給を受けてエンジンを始動させるエンジン始動手段である。スタータモータ１を始動させる始動制御信号に従ってバッテリ３からスタータモータ１への電力供給が開始され、通電したスタータモータ１が回転することによってフライホイールを介してエンジンのクランクシャフトが回転し、エンジンが始動する。エンジンの始動が完了すると、バッテリ３からスタータモータ１への電力供給は停止する。

図３は、スタータモータ１の作動に伴うバッテリ３の電圧の変化を表す図である。図３によれば、スタータモータ１が作動し始めると、スタータモータ１の非作動時には通常１２Ｖ程度のバッテリ３のバッテリ電圧は、数１０ｍｓ間のロック電流によって約６Ｖ程度まで低下している（期間Ｔ２）。その後、スタータモータ１が回転し始め、スタータモータ１の動作電流が減少し、バッテリ電圧もスタータモータ１の非作動時より低い１０Ｖ程度の電圧まで戻る（期間Ｔ３）。そして、スタータモータ１への通電が終了すると、バッテリ電圧もスタータモータ１の非作動時の電圧以上のレギュレートされた電圧に回復する（期間Ｔ４）。

ここで、図３に示されるように、スタータモータ１の動作期間は、バッテリ電圧の変化態様の違いによって、スタータモータ１の始動に伴う突入電流が流れている過渡突入期間Ｔ２とスタータモータ１の突入電流後の定常動作電流が流れている定常動作期間Ｔ３に分けられる。しかしながら、突入電流は定常動作電流より大きいことにより過渡突入期間Ｔ２におけるバッテリ３の電圧降下は定常動作期間Ｔ３におけるバッテリ３の電圧降下に比べ大きいため、特に電圧低下の大きい過渡突入期間Ｔ２において、バッテリ電圧が電気負荷４の最低作動電圧以下になってしまうと、ブロアモータの回転低下、オーディオ動作の雑音、電子機器のリセットなどの電気負荷４の動作不良が発生するおそれがある。そこで、スタータモータ１の動作期間のバッテリ電圧の変化に着目して、本発明に係る電源装置１００は、過渡突入期間Ｔ２とその期間後の定常動作期間Ｔ３でのバッテリ電圧の低下分を補償するキャパシタを切り替えることによって、バッテリ電圧の低下による電気負荷４の動作不良の発生を抑えつつ、当該キャパシタの個数の削減が図られている。

電源装置１００の詳細構成について説明する。電源装置１００は、バッテリ３の正極側に直列接続され、スタータモータ１の起動後の定常動作電流によるバッテリ３の電圧低下分を補償する電圧を発生できる容量を総容量として有する第１の容量素子群であるキャパシタ群１１（一つのキャパシタ又は直列に接続された複数のキャパシタから構成）と、キャパシタ群１１がバッテリ３と直列接続される側の反対側でキャパシタ群１１に直列接続され、スタータモータ１の起動時の突入電流によるバッテリ３の電圧低下分からスタータモータ１の起動後の定常動作電流によるバッテリ３の電圧低下分を差し引いた分を補償できるだけの電圧を発生する容量を総容量として有する第２の容量素子群であるキャパシタ群１２（一つのキャパシタ又は直列に接続された複数のキャパシタから構成）と、バッテリ３の正極から電気負荷４への放電を可能にする第１の放電経路である電源ライン３１と、キャパシタ群１１の両端の２つの電極のうちキャパシタ群１２が直列接続される側の電極から電気負荷４への放電を可能にする第２の放電経路である電源ライン３２と、キャパシタ群１２の両端の２つの電極のうちキャパシタ群１１が直列接続される側の電極と反対側の電極から電気負荷４への放電を可能にする第３の放電経路である電源ライン３３と、電源ライン３１の電圧と電源ライン３２の電圧と電源ライン３３の電圧とを比較して、最も電圧が高い電源ラインからの放電を許可する許可手段であるダイオードＯＲ回路（ダイオード２１，２２から構成）とを備える。図１は、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２がバッテリ３の正極側に直列接続に切り替えられた状態で図示されている。また、図１は、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２が共に２個のキャパシタから構成されている例を示している。各キャパシタ群を構成するキャパシタの個数の選定については、後述する。

以下、キャパシタ群１１の両端の２つの電極のうち、バッテリ３の正極側で直列接続される側の電極を「キャパシタ群１１の第１の電極」といい、キャパシタ群１２が直列接続される側の電極を「キャパシタ群１１の第２の電極」という。つまり、図１の場合、キャパシタ群１１の第１の電極は、キャパシタ１１ａのバッテリ３の正極側の電極に相当し、キャパシタ群１１の第２の電極は、キャパシタ１１ｂのキャパシタ群１２側の電極に相当する。また、キャパシタ群１２の両端の２つの電極のうち、キャパシタ群１１が直列接続される側の電極を「キャパシタ群１２の第１の電極」といい、キャパシタ群１１が直列接続される側と反対側の電極を「キャパシタ群１２の第２の電極」という。つまり、図１の場合、キャパシタ群１２の第１の電極は、キャパシタ１２ａのキャパシタ群１１側の電極に相当し、キャパシタ群１２の第２の電極は、キャパシタ１２ｂのキャパシタ群１１側の反対側の電極に相当する。

キャパシタ群１１は、図３の定常動作期間Ｔ３におけるバッテリ電圧の低下を補償する電圧確保用の素子である。したがって、キャパシタ群１１が補償すべき電圧は、スタータモータ１の作動に伴い定常動作期間Ｔ３に発生するバッテリ３の電圧低下分に基づいて決定されるとよい。例えば、キャパシタ群１１が補償すべき電圧は、スタータモータ１の非作動時のバッテリ３の通常電圧からのバッテリ３の定常動作期間Ｔ３における電圧低下分△ＶＤ３に設定されればよい。

一方、キャパシタ群１２は、キャパシタ群１１と直列接続させることによりキャパシタ群１２が補償すべき電圧を底上げできることを利用して、図３の過渡突入期間Ｔ２におけるバッテリ電圧の低下を補償する電圧確保用の素子である。つまり、過渡突入期間Ｔ２において電圧低下の補償に必要な電圧を、キャパシタ群１２の出力電圧をキャパシタ群１１の出力電圧に上乗せすることによって確保する。このような上乗せ構成にすることによって、過渡突入期間Ｔ２において電圧低下の補償に必要な電圧をキャパシタ群１２単独で賄う場合に比べて、キャパシタ群１２に必要とされるキャパシタの個数を削減することができる。したがって、キャパシタ群１２が補償すべき電圧は、スタータモータ１の始動に伴い過渡突入期間Ｔ２に発生するバッテリ３の電圧低下分からスタータモータ１の作動に伴い定常動作期間Ｔ３に発生するバッテリ３の電圧低下分を差し引いた分に基づいて決定されるとよい。例えば、キャパシタ群１２が補償すべき電圧は、スタータモータ１の非作動時のバッテリ３の通常電圧からのバッテリ３の過渡突入期間Ｔ２における電圧低下分△ＶＤ２からスタータモータ１の非作動時のバッテリ３の通常電圧からのバッテリ３の定常動作期間Ｔ３における電圧低下分△ＶＤ３を差し引いた分（△ＶＤ２−△ＶＤ３）に設定されればよい。

また、キャパシタ群１１の第１の電極の接続先を、電源ライン３１側とグランド側とに選択的に切り替える切替手段として、スイッチ４０が設けられている。キャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、スイッチ４０によってキャパシタ群１１の第１の電極の接続先がグランド側に切り替えられることによって、バッテリ３と並列接続した状態となり、この並列接続状態でバッテリ３によって自ずと充電される。つまり、バッテリ３の陽極側の放電経路である電源ライン３１が、キャパシタ群１２の第２の電極側の放電経路である電源ライン３３をカソード側とするダイオード２１を介して電源ライン３３（キャパシタ群１２の第２の電極）に接続されているので、スイッチ４０によってグランド側に切り替えられることによって、ダイオード２１を介して、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、充電される。キャパシタ群１１とキャパシタ群１２を充電するための電源はバッテリ３以外のものでもよいが、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２を充電するための電源をバッテリ３とすることによって、簡易な回路で充電することができる。

また、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、スイッチ４０によってキャパシタ群１１の第１の電極の接続先が電源ライン３１側に切り替えられることによって、バッテリ３の陽極側の電源ライン３１上の点Ｐ１において直列接続した状態となり、この直列接続状態でバッテリ３の電圧低下を補償する。直列接続に切り替えた時点では、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２の充電は完了しているのがよい。

スイッチ４０は、スタータモータ１の作動指令により生ずるスタータ動作信号に従って、キャパシタ群１１の第１の電極の接続先を切り替える切り替え動作を行う。このスタータ動作信号は、スタータモータ１の作動指令からスタータモータ１が始動するまでに生ずるスタータ始動前信号でもよいし、スタータモータ１の始動により生ずるスタータ始動後信号でもよい。

スタータ始動前信号は、スタータモータ１の作動を予測することが可能な信号であって、例えば、スタータモータ１の作動指令信号（より具体的には、ユーザからの操作信号やコンピュータ等の電子機器からの指令信号）や、スタータモータ１の作動に要する制御信号、スタータモータ１の作動指令に伴い生ずる制御信号などが挙げられる。スタータ始動前信号は、過渡突入期間Ｔ２前の期間Ｔ１（例えば、１００ｍｓ以上４００ｍｓ以下の期間）における信号である。

また、スタータ始動後信号は、スタータモータ１が実際に作動したことを検知可能な信号であって、例えば、スタータモータ１の作動開始の検知信号や、スタータモータ１の作動により低下したバッテリ電圧やバッテリ電流の検知信号などが挙げられる。スタータ始動後信号は、過渡突入期間Ｔ２における信号であって、バッテリ電圧ＶＤが低下しきる前の信号であるのがよい。

スタータ動作信号は、制御手段としてのコントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、例えばマイクロコンピュータや論理回路などによって構成される。コントローラ７０は、スタータ動作信号を検知することによって、キャパシタ群１１の第１の電極の接続先をグランド側から電源ライン３１側に切り替えるようにスイッチ４０を駆動する。

次に、電源装置１００の動作について説明する。電源装置１００のスイッチ４０の接点は、初期状態として、端子４０ｂに切り替えられている。これにより、電源ライン３１とダイオード２１とを介してキャパシタ群１１が補償すべき電圧に充電され、電源ライン３１とダイオード２１とを介してキャパシタ群１２が補償すべき電圧に充電される。

そして、コントローラ７０にスタータ動作信号が入力されると、コントローラ７０は、スイッチ４０の接点を、端子４０ａに切り替える。端子４０ａに切り替えられることによって、キャパシタ群１２とキャパシタ群１１は、電源ライン３１上の点Ｐ１でバッテリ３の正極側でバッテリ３に直列接続されることになる。

したがって、スイッチ４０によって並列接続から直列接続に切り替えられた時点で、ダイオード２１及び２２のカソード側に接続される電源ライン３３には、バッテリ３のバッテリ電圧ＶＤにキャパシタ群１１の電圧Ｖ１とキャパシタ群１２の電圧Ｖ２とを加えた第１の加算電圧（ＶＤ＋Ｖ１＋Ｖ２）が発生し、ダイオード２２のアノード側の電源ライン３２には、バッテリ電圧ＶＤにキャパシタ群１１の電圧Ｖ１を加えた第２の加算電圧（ＶＤ＋Ｖ１）が発生することになる。また、ダイオード２１のアノード側の電源ライン３１の電圧は、バッテリ３の電圧ＶＤに等しい。

図１に示されるように、ダイオード２１，２２でダイオードＯＲ回路が構成されているので、電源ライン３３及び各ダイオードのアノード側の電源ライン（３１，３２）の中で電圧が一番高い電源ラインから電気負荷４への放電が許可されることになる。したがって、電源ライン３１，３２，３３のうち、電源ライン３３を介してキャパシタ群１２から放電が始まり、放電によりキャパシタ群１２の電圧が低下する結果、電源ライン３３の電圧も低下する。キャパシタ群１２の電圧低下により電源ライン３３の電圧が電源ライン３２の電圧（ＶＤ＋Ｖ１）に等しくなると（ダイオード２２の電圧分を無視）、電源ライン３３を介してのキャパシタ群１２からの放電が終了し電源ライン３２を介してのキャパシタ群１１からの放電が始まり、放電によりキャパシタ群１１の電圧が低下する結果、電源ライン３３，３２の電圧も低下する。キャパシタ群１１の電圧低下により電源ライン３３，３２の電圧が電源ライン３１の電圧ＶＤに等しくなると（つまり、キャパシタ群１１からの放電も終了すると）、電源ライン３１を介してのバッテリ３からの放電に切り替わる。

したがって、過渡突入期間Ｔ２でのバッテリ電圧ＶＤの低下はキャパシタ群１１の出力電圧とキャパシタ群１２の出力電圧との加算電圧で補償し、定常動作期間Ｔ３でのバッテリ電圧ＶＤの低下はキャパシタ群１１の出力電圧で補償することができるので、スタータモータ１の作動に伴うバッテリ電圧ＶＤの低下による電気負荷４の動作不良の発生を抑えることができる。

なお、電源装置１００は、ダイオードＯＲ回路の出力電圧を電気負荷４の所定の印加許容電圧に調整する調整手段として、定電圧回路８０を備えてもよい。調整手段として定電圧回路８０を構成することによって、図３の期間Ｔ１において、スイッチ４０によりキャパシタ群１１と１２をバッテリ３に直列接続することによりバッテリ３とキャパシタ群１１と１２との加算電圧を電気負荷４に印加する場合に、キャパシタ群１１と１２の電圧値が大きいことにより、電気負荷４の印加許容電圧を超える高電圧が電気負荷４に印加されることを防ぐことができる。すなわち、キャパシタ群１１と１２をバッテリ３との直列接続に切り替えても、その切り替えに伴う電気負荷４の印加電圧の変動を抑えることができる。

定電圧回路８０は、定電圧回路８０の出力電圧をフィードバックすることによって、定電圧回路８０の入力電圧を昇圧又は降圧した一定の印加許容電圧を定電圧回路８０の出力電圧として出力する安定化回路である。定電圧回路８０の電圧調整は、例えば、コントローラ７０によって又は自律的に制御されるとよい。

図２は、本発明の第２の実施形態である車両用電源装置２００を備えた車両用電源システムの構成図である。図１の車両用電源装置１００と同様の構成については、その説明を省略する。

図２の場合も図１の場合と同様に、キャパシタ群１１は、図３の定常動作期間Ｔ３におけるバッテリ電圧の低下を補償する電圧確保用の素子であり、キャパシタ群１２は、キャパシタ群１１と直列接続させることによりキャパシタ群１２が補償すべき電圧を底上げできることを利用して、図３の過渡突入期間Ｔ２におけるバッテリ電圧の低下を補償する電圧確保用の素子である。キャパシタ群１１，１２が補償すべき電圧の設定方法についても、図１の場合と同様である。

キャパシタ群１２の第２の電極の接続先を、電源ライン３３側とグランド側とに選択的に切り替える切替手段として、スイッチ４０が設けられている。キャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、スイッチ４０によってキャパシタ群１２の第２の電極の接続先がグランド側に切り替えられることによって、バッテリ３と並列接続した状態となり、この並列接続状態でバッテリ３によって自ずと充電される。つまり、バッテリ３の陽極側の放電経路である電源ライン３１が、キャパシタ群１１の第１の電極に接続されているので、スイッチ４０によってグランド側に切り替えられることによって、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、充電される。

また、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、スイッチ４０によってキャパシタ群１２の第２の電極の接続先が電源ライン３３側に切り替えられることによって、バッテリ３の陽極側の電源ライン３１上の点Ｐ１において直列接続した状態となり、この直列接続状態でバッテリ３の電圧低下を補償する。直列接続に切り替えた時点では、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２の充電は完了しているのがよい。

次に、電源装置２００の動作について説明する。電源装置２００のスイッチ４０の接点は、初期状態として、端子４０ｂに切り替えられている。これにより、キャパシタ群１１が補償すべき電圧に充電され、キャパシタ群１２が補償すべき電圧に充電される。

そして、コントローラ７０にスタータ動作信号が入力されると、コントローラ７０は、スイッチ４０の接点を、端子４０ａに切り替える。端子４０ａに切り替えられることによって、キャパシタ群１２とキャパシタ群１１は、電源ライン３１上の点Ｐ１でバッテリ３の正極側でバッテリ３に直列接続されることになる。

したがって、スイッチ４０によって並列接続から直列接続に切り替えられた時点で、ダイオード２２のカソード側に接続される電源ライン３３には、バッテリ３のバッテリ電圧ＶＤにキャパシタ群１１の電圧Ｖ１とキャパシタ群１２の電圧Ｖ２とを加えた第１の加算電圧（ＶＤ＋Ｖ１＋Ｖ２）が発生し、ダイオード２２のアノード側の電源ライン３２には、バッテリ電圧ＶＤにキャパシタ群１１の電圧Ｖ１を加えた第２の加算電圧（ＶＤ＋Ｖ１）が発生することになる。また、ダイオード２１のアノード側の電源ライン３１の電圧は、バッテリ３の電圧ＶＤに等しい。

図２に示されるように、ダイオード２１，２２でダイオードＯＲ回路が構成されているので、上述と同様に、電源ライン３３とダイオード２１のアノード側の電源ライン３１とダイオード２２のアノード側の電源ライン３２との中から電圧の高いほうの電源ラインから電気負荷４への放電が許可されることになる。

したがって、過渡突入期間Ｔ２でのバッテリ電圧ＶＤの低下はキャパシタ群１１の出力電圧とキャパシタ群１２の出力電圧との加算電圧で補償し、定常動作期間Ｔ３でのバッテリ電圧ＶＤの低下はキャパシタ群１１の出力電圧で補償することができるので、スタータモータ１の作動に伴うバッテリ電圧ＶＤの低下による電気負荷４の動作不良の発生を抑えることができる。

また、電源装置１００，２００のキャパシタ群１１とキャパシタ群１２は、バッテリ３との並列接続状態にスイッチ４０によって切り替えられることによって充電されることになるが、この並列接続状態では、電気負荷４の消費電流の大きさによっては、電気負荷４に対して放電することもできる。つまり、この並列接続状態では、バッテリ４からの放電に加え、キャパシタ群１１とキャパシタ群１２からの放電も可能となる。

続いて、具体的数値を挙げて、上述の本発明に係る電源装置のキャパシタ群１１，１２に必要なキャパシタの個数について説明する。図４は、キャパシタ群Ｃ１，Ｃ２を構成するキャパシタのモデル図である。図５は、キャパシタ群Ｃ１，Ｃ２とバッテリ３との接続例を示した図である。ここでは、
図５（ａ）：過渡突入期間Ｔ２におけるバッテリ３の電圧低下分△ＶＤ２をバッテリ３に並列接続されたキャパシタ群Ｃ１のみで補償し、定常動作期間Ｔ３におけるバッテリ３の電圧低下分△ＶＤ３をバッテリ３に並列接続されたキャパシタ群Ｃ２のみで補償するという、スタータモータ１の作動期間全体にわたるバッテリ３の電圧低下分をキャパシタ群Ｃ１とＣ２で独立に補償する場合と、
図５（ｂ）：低温時のＥＳＲの増加を考慮したときの図５（ａ）の場合と、
図５（ｃ）：過渡突入期間Ｔ２におけるバッテリ３の電圧低下分△ＶＤ２をバッテリ３に直列接続されたキャパシタ群Ｃ１（１１），Ｃ２（１２）で補償し、定常動作期間Ｔ３におけるバッテリ３の電圧低下分△ＶＤ３をバッテリ３に直列接続されたキャパシタ群Ｃ２（１２）で補償する場合（本発明の場合）と、
を比較し、キャパシタ群Ｃ１，Ｃ２に要求されるキャパシタの個数について説明する。

個数比較のための演算の条件として、
スタータモータ１の非作動時の期間Ｔ１におけるバッテリ電圧ＶＤ： １２［Ｖ］
過渡突入期間Ｔ２でのバッテリ電圧ＶＤの最低値： ６［Ｖ］
定常動作期間Ｔ３でのバッテリ電圧ＶＤ： １０［Ｖ］
スタータモータ１の作動期間ＴＡ： Ｔ２＋Ｔ３
キャパシタ群Ｃ１（１１）の総容量：８０［Ｆ］
キャパシタ群Ｃ１（１１）の常温時のＥＳＲ：８［ｍΩ］
キャパシタ群Ｃ１（１１）の低温時のＥＳＲ：４０［ｍΩ］（常温時の５倍）
キャパシタ群Ｃ２（１２）の総容量：４［Ｆ］
キャパシタ群Ｃ２（１２）の常温時のＥＳＲ：２０［ｍΩ］
キャパシタ群Ｃ２（１２）の低温時のＥＳＲ：１００［ｍΩ］（常温時の５倍）
キャパシタ群の放電電流Ｉ：２０［Ａ］（作動期間ＴＡにおいて一定値とする）
キャパシタ群を構成するキャパシタの耐圧Ｖｒ： ２．５［Ｖ］（電気二重層の場合）
とする。なお、過渡突入期間Ｔ２は定常動作期間Ｔ３より十分短いため（例えば、Ｔ２＝５０［ｍｓ］，Ｔ３＝２［ｓ］）、過渡突入期間Ｔ２で必要なキャパシタの容量は定常動作期間Ｔ３で必要なキャパシタの容量に比べて小さく設定している。例えば、過渡突入期間Ｔ２で必要なキャパシタの容量は、スタータのロック期間（過渡突入期間Ｔ２）が終了する時にキャパシタのエネルギーが無くなるように設定されるとよい。また、ＥＳＲは、小容量のキャパシタほど大きくなる特徴を有している。

また、キャパシタ群が補償すべき電圧Ｖｃとそのキャパシタ群に含まれるキャパシタの個数ｎは、同じ耐圧のキャパシタで構成されたキャパシタ群で電圧低下を補償する場合、ＥＳＲによるキャパシタの電圧低下を考慮すると、
（Ｖｒ−ＥＳＲ×Ｉ）×ｎ≧Ｖｃ・・・（１）
という関係が成立しなければならない。

・図５（ａ）の場合（本発明との比較例）：
キャパシタ群Ｃ１に含まれるキャパシタの必要個数ｎは、定常動作期間Ｔ３においてバッテリ電圧ＶＤが１２Ｖから１０Ｖまで低下しているので、式（１）に基づいて、「（２．５−０．００８×２０）×ｎ≧２（＝１２−１０）」により、ｎ≧０．８５、すなわち１個となる。

キャパシタ群Ｃ２に含まれるキャパシタの必要個数ｎは、過渡突入期間Ｔ２においてバッテリ電圧ＶＤが１２Ｖから６Ｖまで低下しているので、式（１）に基づいて、「（２．５−０．０２×２０）×ｎ≧６（＝１２−６）」により、ｎ≧２．５、すなわち３個となる。

・図５（ｂ）の場合（本発明との比較例）：
キャパシタ群Ｃ１に含まれるキャパシタの必要個数ｎは、定常動作期間Ｔ３においてバッテリ電圧ＶＤが１２Ｖから１０Ｖまで低下しているので、式（１）に基づいて、「（２．５−０．０４×２０）×ｎ≧２（＝１２−１０）」により、ｎ≧１．１７、すなわち２個となる。

キャパシタ群Ｃ２に含まれるキャパシタの必要個数ｎは、過渡突入期間Ｔ２においてバッテリ電圧ＶＤが１２Ｖから６Ｖまで低下しているので、式（１）に基づいて、「（２．５−０．１×２０）×ｎ≧６（＝１２−６）」により、ｎ≧１２、すなわち１２個となる。

・図５（ｃ）の場合（本発明）：
キャパシタ群１１に含まれるキャパシタの必要個数ｎは、低温時を考慮して、図５（ｂ）の場合と同様に考えて、２個となる。したがって、キャパシタ群１１が補償できる電圧Ｖｃは、式（１）に基づいて、（２．５−０．０４×２０）×２＝３．４Ｖとなる。

キャパシタ群１２に含まれるキャパシタの必要個数ｎは、上述の本発明に係る直列構成によって、キャパシタ分１２が補償すべき電圧をキャパシタ群１１が補償できる電圧で一部賄うことができるので、低温時を考慮して、式（１）に基づいて、「（２．５−０．１×２０）×ｎ≧２．６（＝６−３．４）」により、ｎ≧５．２、すなわち６個となる。

したがって、スタータモータ１の作動によるバッテリ電圧ＶＤの低下分を補償するキャパシタとして必要な個数は、
キャパシタ群Ｃ１のキャパシタの個数：２個（図５（ｂ）の場合）
キャパシタ群１１のキャパシタの個数：２個（図５（ｃ）の場合）
キャパシタ群Ｃ２のキャパシタの個数：１２個（図５（ｂ）の場合）
キャパシタ群１２のキャパシタの個数：６個（図５（ｃ）の場合）
となる。つまり、低温時を考慮しても、本発明の直列構成によれば、キャパシタ群１２のキャパシタの個数を減らすことができ、回路規模の小型化が実現できる。言い換えれば、上述のようにキャパシタの個数を決定した上述の直列構成の電源装置によれば、従来に比べ少ない個数でもバッテリ電圧の低下分のエネルギーをまかなうことができる。

本発明の実施形態である車両用電源装置１００を備えた車両用電源システムの構成図である。 本発明の実施形態である車両用電源装置２００を備えた車両用電源システムの構成図である。 スタータモータ１の作動に伴うバッテリ３の電圧の変化を表す図である。 キャパシタ群１１，１２を構成するキャパシタのモデル図である。 キャパシタ群１１，１２とバッテリ３との接続例を示した図である。

符号の説明

１ スタータモータ
２ オルタネータ
３ バッテリ
４ 電気負荷
１１，１２ キャパシタ
２１，２２ ダイオード
３１，３２，３３ 電源ライン
４０ スイッチ
７０ コントローラ
８０ 定電圧回路（レギュレータ）
１００，２００ 車両用電源装置

Claims (3)

1. 車両のエンジンを始動させるスタータの電源であるバッテリの電力を前記車両に搭載される電気負荷に供給する車両用電源装置であって、
   前記バッテリの正極側に直列接続され、前記スタータの起動後の定常動作電流による前記バッテリの電圧低下分を補償可能な容量を有する第１の容量素子群と、
   前記第１の容量素子群に前記バッテリと反対側で直列接続され、前記スタータの起動時の突入電流による前記バッテリの電圧低下分から前記スタータの起動後の定常動作電流による前記バッテリの電圧低下分を差し引いた分を補償できるだけの容量を有する第２の容量素子群と、
   前記バッテリの正極から前記電気負荷への放電を可能にする第１の放電経路と、
   前記第１の容量素子群の両端の電極のうち前記第２の容量素子群が直列接続される側の電極から前記電気負荷への放電を可能にする第２の放電経路と、
   前記第２の容量素子群の両端の電極のうち前記第１の容量素子群が直列接続される側と反対側の電極から前記電気負荷への放電を可能にする第３の放電経路と、
   前記第１放電経路の電圧と前記第２の放電経路の電圧と前記第３の放電経路の電圧との比較により、最も電圧が高い放電経路からの放電を許可する許可手段とを備えることを特徴とする、車両用電源装置。
2. 前記第１の容量素子群と前記第２の容量素子群は、前記バッテリと並列接続した状態で前記バッテリによって充電された後に、前記バッテリとの並列接続から直列接続に切り替えられる、請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記第１の容量素子群と前記第２の容量素子群は、前記スタータの作動指令により生ずる信号に従って、前記バッテリとの並列接続から直列接続に切り替えられる、請求項２に記載の車両用電源装置。

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