JP2010058609A - Vehicular power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンに連動して発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を負荷に供給する車両用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle power supply device that includes a battery that is charged with power generated by a generator in conjunction with an engine, and that supplies power discharged from the battery and power generated by the generator to a load.
車両用電源装置では、エンジンに連動する発電機が発電した電力を、車両に搭載された各負荷に供給すると共に、バッテリに充電し、発電機が発電した電力では不足するとき、又はエンジンが停止しているときには、バッテリから各負荷に電力を供給するように構成されている。
近時、数十ファラッド以上の非常に大きな静電容量を有し、充放電サイクル特性(寿命)及び急速充放電に優れた電気二重層キャパシタが普及し、車両用電源装置においても、バッテリのバックアップ用などに提案されている。
In the vehicle power supply device, the power generated by the generator linked to the engine is supplied to each load mounted on the vehicle, and the battery is charged. When the power generated by the generator is insufficient, the engine is stopped. In this case, power is supplied from the battery to each load.
Recently, electric double layer capacitors that have a very large capacitance of several tens of farads or more and are excellent in charge / discharge cycle characteristics (lifetime) and rapid charge / discharge have become widespread. It has been proposed for use.
特許文献1には、ACC(アクセサリ)電源に接続されたカーナビ(カーナビゲーション装置)と、ACC電源に接続されて充電され、かつカーナビに供給されるACC電源からの電力が所定値以下になった際に、カーナビに電力を供給するキャパシタバンクとからなる電圧依存性車載用機器が開示されている。エンジンの再起動に伴うACC電源の瞬停に対して、カーナビにキャパシタバンクから瞬時に電力を供給する為、カーナビは瞬停の影響を受けることが無い。
電気二重層キャパシタは、充放電電圧は一定ではなく、0〜2.5V程度の範囲で直線的に変化する。その為、車両用電源に使用する場合には、上述した電圧依存性車載用機器の場合も含めて、複数個の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続して使用することになる。
ところが、複数個の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続して使用する場合、セル間接続における抵抗ロスが発生するという問題がある。また、セル間での電圧ばらつきを抑制する為に、各セルにそれぞれ抵抗を並列接続する必要があり、これらの抵抗には常時電流が流れるので、エネルギーロスが生じるという問題がある。
In the electric double layer capacitor, the charge / discharge voltage is not constant, and changes linearly in the range of about 0 to 2.5V. For this reason, when used for a vehicle power source, a plurality of electric double layer capacitor cells are connected in series, including the case of the above-described voltage-dependent in-vehicle device.
However, when a plurality of electric double layer capacitor cells are connected in series, there is a problem that resistance loss occurs between the cells. In addition, in order to suppress voltage variation between cells, it is necessary to connect resistors in parallel to the respective cells. Since current always flows through these resistors, there is a problem that energy loss occurs.
また、車両用電源装置では、ヘッドランプ、エアコンディショナ、シートヒータ、デフォッガ等が使用されて、負荷が過大になっている場合に、モータ等の突入電流が発生する負荷が起動されると、一時的に電源電圧が低下して、負荷によっては正常に機能しなくなることがあるという問題がある。
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、電気二重層キャパシタのセル間接続の抵抗ロス、及び複数セルでの電圧ばらつきを抑制する為のエネルギーロスが無く、モータ等の突入電流が発生しても、電源電圧が低下して機能不全が発生しない車両用電源装置を提供することを目的とする。
Further, in the vehicle power supply device, when a load such as a motor is started when a headlamp, an air conditioner, a seat heater, a defogger, etc. are used and the load is excessive, There is a problem that the power supply voltage is temporarily lowered and the load may not function properly depending on the load.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and there is no loss of resistance for inter-cell connection of an electric double layer capacitor and energy loss for suppressing voltage variation in a plurality of cells. It is an object of the present invention to provide a vehicular power supply device that does not cause malfunction due to a drop in power supply voltage even when an inrush current occurs.
第1発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、該バッテリが放電した電力、及び前記発電機が発電した電力を負荷に供給する車両用電源装置において、前記バッテリに並列接続された1つの電気二重層キャパシタと、前記バッテリから前記負荷への印加電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧が、SOC(State Of Charge)が0%のときに前記バッテリが出力すべき電圧以上である第1電圧より高いか否かを判定する手段と、該手段が第1電圧より高いと判定したときに、前記印加電圧を降圧して前記電気二重層キャパシタに与える降圧手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第1電圧より低い第2電圧より低いか否かを判定する手段と、該手段が第2電圧より低いと判定したときに、前記電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧して前記負荷に与える昇圧手段とを備えることを特徴とする。 A power supply device for a vehicle according to a first aspect of the present invention includes a battery that is charged by electric power generated by a generator linked to an engine, and that supplies electric power discharged from the battery and electric power generated by the generator to a load. In the power supply apparatus for a vehicle, one electric double layer capacitor connected in parallel to the battery, voltage detection means for detecting a voltage applied from the battery to the load, and a voltage detected by the voltage detection means are represented by SOC (State Means for determining whether or not the battery is higher than the first voltage that is equal to or higher than the voltage to be output when the battery is 0%, and the applied voltage when the means is determined to be higher than the first voltage. A step-down unit that steps down the voltage and applies the voltage to the electric double layer capacitor; a unit that determines whether the voltage detected by the voltage detection unit is lower than a second voltage that is lower than the first voltage; There when it is determined to be lower than the second voltage, characterized in that it comprises a step-up means to be supplied to the load by boosting the output voltage of the electric double layer capacitor.
この車両用電源装置では、バッテリが、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電され、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を負荷に供給する。1つの電気二重層キャパシタが、バッテリに並列接続され、電圧検出手段が、バッテリから負荷への印加電圧を検出する。判定する手段が、電圧検出手段が検出した電圧が、SOC(State Of Charge)が0%のときにバッテリが出力すべき電圧以上である第1電圧より高いか否かを判定し、第1電圧より高いと判定したときに、降圧手段が、負荷への印加電圧を降圧して電気二重層キャパシタに与える。判定する手段が、電圧検出手段が検出した電圧が、第1電圧より低い第2電圧より低いか否かを判定し、第2電圧より低いと判定したときに、昇圧手段が、電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧して負荷に与える。 In this vehicle power supply device, the battery is charged with the power generated by the generator linked to the engine, and the power discharged from the battery and the power generated by the generator are supplied to the load. One electric double layer capacitor is connected in parallel to the battery, and the voltage detecting means detects the voltage applied from the battery to the load. The determining means determines whether or not the voltage detected by the voltage detecting means is higher than a first voltage that is equal to or higher than a voltage that the battery should output when SOC (State Of Charge) is 0%. When it is determined that the voltage is higher, the step-down means steps down the voltage applied to the load and gives it to the electric double layer capacitor. When the determining means determines whether the voltage detected by the voltage detecting means is lower than the second voltage lower than the first voltage, and determines that the voltage is lower than the second voltage, the boosting means The output voltage is boosted and applied to the load.
第2発明に係る車両用電源装置は、前記降圧手段が印加電圧を降圧しているときに、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第1電圧及び第2電圧の中間である第3電圧より低いか否かを判定し、第3電圧より低いと判定したときに、前記印加電圧の降圧を停止し、前記昇圧手段が電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧しているときに、前記第2電圧及び第3電圧の中間である第4電圧より高いか否かを判定し、第4電圧より高いと判定したときに、前記出力電圧の昇圧を停止するように構成してあることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the vehicle power supply device according to the third voltage, wherein the voltage detected by the voltage detecting means is intermediate between the first voltage and the second voltage when the step-down means steps down the applied voltage. When it is determined whether the voltage is lower than the third voltage, the step-down of the applied voltage is stopped, and when the boosting unit boosts the output voltage of the electric double layer capacitor, It is determined whether or not the output voltage is higher than the fourth voltage that is intermediate between the second voltage and the third voltage, and when it is determined that the output voltage is higher than the fourth voltage, the boosting of the output voltage is stopped. And
この車両用電源装置では、降圧手段が負荷への印加電圧を降圧しているときに、電圧検出手段が検出した電圧が、第1電圧及び第2電圧の中間である第3電圧より低いか否かを判定し、第3電圧より低いと判定したときに、負荷への印加電圧の降圧を停止する。昇圧手段が電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧しているときに、第2電圧及び第3電圧の中間である第4電圧より高いか否かを判定し、第4電圧より高いと判定したときに、電気二重層キャパシタの出力電圧の昇圧を停止する。 In this vehicle power supply device, whether or not the voltage detected by the voltage detection means is lower than a third voltage that is intermediate between the first voltage and the second voltage when the voltage reduction means steps down the voltage applied to the load. When it is determined that the voltage is lower than the third voltage, the step-down of the voltage applied to the load is stopped. When the boosting means boosts the output voltage of the electric double layer capacitor, it is determined whether it is higher than the fourth voltage that is intermediate between the second voltage and the third voltage, and when it is determined that it is higher than the fourth voltage Then, the boosting of the output voltage of the electric double layer capacitor is stopped.
本発明に係る車両用電源装置によれば、電気二重層キャパシタのセル間接続の抵抗ロス、及び複数セルでの電圧ばらつきを抑制する為のエネルギーロスが無く、モータ等の突入電流が発生しても、電源電圧が低下して機能不全が発生しない車両用電源装置を実現することができる。 According to the power supply device for a vehicle according to the present invention, there is no resistance loss in connection between cells of the electric double layer capacitor and energy loss for suppressing voltage variation in a plurality of cells, and an inrush current of a motor or the like is generated. However, it is possible to realize a vehicular power supply device in which the power supply voltage does not drop and malfunction does not occur.
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、オルタネータ(車載発電機、交流発電機)1が、図示しないエンジンに連動して発電する。オルタネータ1が発電した電力は、オルタネータ1内で整流された後、ジャンクションボックス6内のヒューズF2を通じて、バッテリBに充電される。
バッテリBの出力電圧は、ジャンクションボックス6内のヒューズF3及びリレーRy2を通じて、例えばヘッドランプ(負荷)4に与えられ、ヒューズF4を通じて、例えば室内灯(負荷)5に与えられる。室内灯5は、スイッチ20により点灯/消灯される。バッテリBの出力電圧は、また、スタータ(負荷)2に与えられる。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle power supply device according to the present invention.
In this vehicle power supply device, an alternator (on-vehicle generator, AC generator) 1 generates power in conjunction with an engine (not shown). The electric power generated by the
The output voltage of the battery B is supplied to, for example, the headlamp (load) 4 through the fuse F3 and the relay Ry2 in the
オルタネータ1の出力電圧、及びヒューズF2を通じたバッテリBの出力電圧は、ヒューズF1を通じて電動パワーステアリング装置(負荷)3に、ヒューズF5を通じてエンジンECU(Electronic Control Unit)(負荷)19に与えられる。オルタネータ1の出力電圧、及びヒューズF2を通じたバッテリBの出力電圧は、それぞれのヒューズを通じてその他の負荷へも与えられる。リレーRy1は、イグニッションスイッチ18によりオン/オフされ、副電源制御部9及びその他の図示しない負荷にオルタネータ1の出力電圧、及びヒューズF2を通じたバッテリBの出力電圧を与える。
The output voltage of the
オルタネータ1の出力電圧、及びヒューズF2を通じたバッテリBの出力電圧は、また、入出力端子Pを介して副電源7にも与えられる。
副電源7内部では、入出力端子Pが、双方向DCDCコンバータ8を通じて、電気二重層キャパシタCの一方の端子に接続され、電気二重層キャパシタCの他方の端子は接地されている。
The output voltage of the
Inside the
双方向DCDCコンバータ8の降圧回路側は、入出力端子Pの電圧を降圧して電気二重層キャパシタCに与える。双方向DCDCコンバータ8の昇圧回路側は、電気二重層キャパシタCの出力電圧を昇圧し、ダイオードD1を通じて入出力端子Pに与える。
入出力端子Pの電圧は、副電源制御部9内の電圧検出手段10により検出され、副電源制御部9は、電圧検出手段10が検出した電圧に基づき、双方向DCDCコンバータ8の昇圧回路又は降圧回路をオン/オフする。
The step-down circuit side of the
The voltage at the input / output terminal P is detected by the voltage detection means 10 in the sub power
双方向DCDCコンバータ8の降圧回路側は、入出力端子Pの電圧が12.0Vより高いときに、図4に示すように、入出力端子Pの電圧を2.5Vに降圧して電気二重層キャパシタCに与える。その後、入出力端子Pの電圧が11.9Vより低くなると、入出力端子Pの電圧の降圧を停止する。
双方向DCDCコンバータ8の昇圧回路側は、入出力端子Pの電圧が11.5Vより低いときに、図4に示すように、電気二重層キャパシタCの出力電圧(2.5V以下)を11.5Vに昇圧し、ダイオードD1を通じて入出力端子Pに与える。その後、入出力端子Pの電圧が11.6Vより高くなると、電気二重層キャパシタCの出力電圧の昇圧を停止する。
The step-down circuit side of the
When the voltage at the input / output terminal P is lower than 11.5V, the booster circuit side of the
図2は、ジャンクションボックス6内に電気二重層キャパシタCを収納した態様を示す説明図であり、(a)は左側面から見た断面、(b)は正面から見た断面、(c)は下面から見た断面を示す。
このジャンクションボックス6は、筐体17が直方体形状であり、筐体17の底面に延設された2つの鍔部15にそれぞれ2つ設けられた孔16により、車両側にビス止めされている。筐体17内部には、底面を覆うように絶縁板及び配線(電力系)14が収納され、筐体17内の中間より若干深い位置に、プリント基板13が絶縁板及び配線14を覆うように嵌め込まれて支持固定されている。
2A and 2B are explanatory views showing an embodiment in which the electric double layer capacitor C is housed in the
In this
プリント基板13の表面には、リレーRy1〜Ry2、ヒューズF1〜F5、双方向DCDCコンバータ8等の電子回路12が配設され、プリント基板13の表面の正面視左下部には電気二重層キャパシタCが配設されている。プリント基板13の裏面の正面視右下部には、右側面を貫通したコネクタ11が接続されている。
以下に、このような車両用電源装置の副電源制御部9の動作を、それを示す図3のフローチャートを参照しながら説明する。
この車両用電源装置の副電源制御部9は、イグニッションスイッチ18がオンされ、電源がオンになると、先ず、フラグF1,F2をリセット(=0)して初期化する(S1)。次いで、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込んだ(S3)後、フラグF1がセット(=1)されているか否かを判定する(S5)。
The operation of the sub power
When the ignition switch 18 is turned on and the power is turned on, the sub
副電源制御部9は、フラグF1がセット(=1)されていなければ(S5)、フラグF2がセット(=1)されているか否かを判定する(S7)。
副電源制御部9は、フラグF2がセット(=1)されていなければ(S7)、読込んだ入出力端子Pの電圧V(S3)が、11.5V(第2電圧)より低いか否かを判定する(S9)。ここで、11.5Vは、SOC(State Of Charge)が0%のときに、バッテリBが出力すべき電圧(例えば12.0V)より低い電圧として定められている。
If the flag F1 is not set (= 1) (S5), the sub
If the flag F2 is not set (= 1) (S7), the
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、11.5Vより低くなければ(S9)、入出力端子Pの電圧Vが、12.0Vより高いか否かを判定する(S11)。ここで、12.0Vは、SOCが0%のときに、バッテリBが出力すべき電圧(例えば12.0V)以上の電圧として定められている。
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、12.0Vより高ければ(S11)、双方向DCDCコンバータ8に、入出力端子Pの電圧Vの2.5Vへの降圧を開始するように指示する(S13)。双方向DCDCコンバータ8は、図4に示すように、入出力端子Pの電圧V(12V以上)の2.5Vへの降圧を開始して電気二重層キャパシタCへ与える。
If the voltage V of the input / output terminal P is not lower than 11.5V (S9), the sub power
If the voltage V of the input / output terminal P is higher than 12.0V (S11), the sub power
副電源制御部9は、次に、フラグF2をセット(=1)した(S15)後、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、12.0Vより高くなければ(S11)、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。
Next, after setting the flag F2 (= 1) (S15), the sub power
If the voltage V of the input / output terminal P is not higher than 12.0V (S11), the sub power
副電源制御部9は、フラグF2がセット(=1)されていれば(S7)、読込んだ入出力端子Pの電圧V(S3)が、11.9V(第3電圧)より低いか否かを判定する(S27)。
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、11.9Vより低ければ(S27)、双方向DCDCコンバータ8に、入出力端子Pの電圧Vの2.5Vへの降圧を停止するように指示する(S29)。双方向DCDCコンバータ8は、入出力端子Pの電圧Vの降圧を停止する。
If the flag F2 is set (= 1) (S7), the
If the voltage V at the input / output terminal P is lower than 11.9V (S27), the sub power
副電源制御部9は、次に、フラグF2をリセット(=0)した(S31)後、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、11.9Vより低くなければ(S27)、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。これにより、入出力端子Pの電圧Vの12.0V付近で、双方向DCDCコンバータ8が降圧開始/降圧停止を繰返すこと(チャタリング)を防止できる。
Next, after resetting the flag F2 (= 0) (S31), the sub power
If the voltage V of the input / output terminal P is not lower than 11.9V (S27), the sub power
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、11.5Vより低ければ(S9)、双方向DCDCコンバータ8に、電気二重層キャパシタCの出力電圧の11.5Vへの昇圧を開始するように指示する(S23)。双方向DCDCコンバータ8は、図4に示すように、電気二重層キャパシタCの出力電圧(2.5V以下)の11.5Vへの昇圧を開始して、電動パワーステアリング装置3及び点火装置19等の負荷に与える。
副電源制御部9は、次に、フラグF1をセット(=1)した(S25)後、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。
If the voltage V of the input / output terminal P is lower than 11.5V (S9), the sub power
Next, after setting the flag F1 (= 1) (S25), the sub
副電源制御部9は、フラグF1がセット(=1)されていれば(S5)、読込んだ入出力端子Pの電圧V(S3)が、11.6V(第4電圧)より高いか否かを判定する(S17)。
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、11.6Vより高ければ(S17)、双方向DCDCコンバータ8に、電気二重層キャパシタCの出力電圧の昇圧を停止するように指示する(S19)。双方向DCDCコンバータ8は、電気二重層キャパシタCの出力電圧の昇圧を停止する。
If the flag F1 is set (= 1) (S5), the sub power
If the voltage V of the input / output terminal P is higher than 11.6 V (S17), the sub power
副電源制御部9は、次に、フラグF1をリセット(=0)した(S21)後、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。
副電源制御部9は、入出力端子Pの電圧Vが、11.6Vより高くなければ(S17)、電圧検出手段10が検出した入出力端子Pの電圧Vを読込む(S3)。これにより、入出力端子Pの電圧Vの11.5V付近で、双方向DCDCコンバータ8が昇圧開始/昇圧停止を繰返すこと(チャタリング)を防止できる。
Next, after resetting the flag F1 (= 0) (S21), the sub
If the voltage V of the input / output terminal P is not higher than 11.6V (S17), the sub power
1 オルタネータ(車載発電機、交流発電機)
2 スタータ(負荷)
3 電動パワーステアリング装置(負荷)
4 ヘッドランプ(負荷)
5 室内灯(負荷)
6 ジャンクションボックス
7 副電源
8 双方向DCDCコンバータ
9 副電源制御部(判定する手段)
10 電圧検出手段
12 電子回路
13 プリント基板
17 筐体
18 イグニッションスイッチ
19 エンジンECU(負荷)
20 スイッチ
B バッテリ
C 電気二重層キャパシタ
D1 ダイオード
F1,F2,F3,F4,F5 ヒューズ
P 入出力端子
Ry1,Ry2 リレー
1 Alternator (on-vehicle generator, AC generator)
2 Starter (load)
3 Electric power steering device (load)
4 Headlamp (load)
5 Interior lights (load)
6
DESCRIPTION OF
20 switch B battery C electric double layer capacitor D1 diode F1, F2, F3, F4, F5 fuse P input / output terminal Ry1, Ry2 relay
Claims (2)
前記バッテリに並列接続された1つの電気二重層キャパシタと、前記バッテリから前記負荷への印加電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧が、SOC(State Of Charge)が0%のときに前記バッテリが出力すべき電圧以上である第1電圧より高いか否かを判定する手段と、該手段が第1電圧より高いと判定したときに、前記印加電圧を降圧して前記電気二重層キャパシタに与える降圧手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧が、前記第1電圧より低い第2電圧より低いか否かを判定する手段と、該手段が第2電圧より低いと判定したときに、前記電気二重層キャパシタの出力電圧を昇圧して前記負荷に与える昇圧手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。 In a vehicle power supply device that includes a battery that is charged with power generated by a power generator that is linked to an engine, and that supplies power discharged from the battery and power generated by the power generator to a load.
One electric double layer capacitor connected in parallel to the battery, voltage detection means for detecting the voltage applied from the battery to the load, and the voltage detected by the voltage detection means has an SOC (State Of Charge) of 0 Means for determining whether or not the battery is higher than the first voltage that is equal to or higher than the voltage to be output, and when the means determines that the voltage is higher than the first voltage, Step-down means for applying to the electric double layer capacitor, means for determining whether the voltage detected by the voltage detection means is lower than a second voltage lower than the first voltage, and determining that the means is lower than the second voltage And a booster that boosts the output voltage of the electric double layer capacitor and applies the boosted voltage to the load.
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