JP2014165951A - 電流変更装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、前記被充電体への電流の供給が開始される際、瞬間的に極めて大きい電流が被充電体に流れることを防止すると共に、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる電流変更装置を提供する。
【解決手段】キャパシタ(被充電体)への電流の供給が開始される際、制御回路102が電源とキャパシタとの間に接続された可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。
【選択図】図2
【解決手段】キャパシタ(被充電体)への電流の供給が開始される際、制御回路102が電源とキャパシタとの間に接続された可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。
【選択図】図2
Description
本発明は、充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置に関する。
現在、バッテリの他にキャパシタ等の蓄電池を搭載している車両が普及している。このような蓄電池の充電には、図5に示すような回路が用いられている。
図5では、充電開始時、例えば、キャパシタCに蓄積した電荷が低い場合、キャパシタCの両端間の電圧は小さいため、抵抗Rの両端間に大きな電圧が印加され、抵抗Rに一時的に多量の電流が流れる。
このため、抵抗Rは斯かる回路に流れる電流の量を所定範囲内に収まるように決定される。具体的には、キャパシタCの電荷がゼロである場合に流れる電流値「V/R」が所定範囲に収まるように決定する。
従って、抵抗Rの選択においては、充電開始当初に瞬間的ではあるが、極めて大きい電流(以下、最大電流)が抵抗Rに流れることを考慮し、かかる最大電流に対応した許容損失の高価な抵抗Rを選択する必要がある。
ところが、実際には抵抗Rに最大電流が流れるのは、充電開始時の非常に短い時間であり、以降、抵抗Rに流れる電流は、キャパシタCに電荷が蓄積されるにつれてCR時定数に沿って減少していく。すなわち、充電開始時以外には、最大電流に対応した許容損失の抵抗Rは不要であるにも関わらず、充電開始時の短い時間のため、高価な抵抗Rを選択する必要があり、装置全体のコストアップ及び部品の使用効率低下を招く結果となる。
これに対して、特許文献1においては、抵抗Rの代わりに、DC/DCコンバーターなどを備え、該DC/DCコンバーターが入力される電圧を適宜調整して蓄電池に一定の電流を流すことにより、適宜充電電流を変化できる充電制御装置が開示されている。
しかしながら、上述したような特許文献1の充電制御装置においては、フィルタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、トランス、ダイオード、平滑フィルタなどの複数の部品要素からなるDC/DCコンバーターの他に、該DC/DCコンバーターを制御するマイコンなどが更に必要であり、装置全体として構造が複雑であり、製造コストが高くなる。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、前記被充電体への電流の供給が開始される際、前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更することにより、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、被充電体の電位が0Vである場合に、瞬間的に極めて大きい電流が
前記被充電体に流れることを防止すると共に、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる電流変更装置を提供することにある。
前記被充電体に流れることを防止すると共に、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる電流変更装置を提供することにある。
本発明に係る電流変更装置は、充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部と、前記被充電体への電流の供給が開始される際、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する変更部とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が0Vである場合、前記変更部は、前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。
本発明に係る電流変更装置は、前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、前記変更部は、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が0Vである場合、前記変更部が選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。
本発明に係る電流変更装置は、前記複数の抵抗は抵抗値が相違しており、前記変更部は、抵抗値が大きい順にて、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が0Vである場合、前記変更部は、抵抗値が大きい順にて、前記複数の抵抗のうち何れかの抵抗を順次的に前記被充電体と電源との間に接続する。
本発明に係る電流変更装置は、前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、前記変更部は、幾つかの抵抗の組合せを前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が0Vである場合、前記変更部は、前記複数の抵抗のうち、幾つかの抵抗の組合せを前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。
本発明に係る電流変更装置は、前記被充電体の電圧を検出する検出部を備え、前記変更部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、前記被充電体に電流が供給される際、前記検出部が前記被充電体の電圧を検出し、前記変更部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記可変抵抗部の抵抗値を変更する。
本発明によれば、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、被充電体の電位が0Vである場合に、瞬間的に極めて大きい電流が被充電体に流れることを防止するこ
とが出来る上で、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる。更には、これによって、製造コストを下げることができると共に、効率的に部品を使用することができる。
とが出来る上で、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる。更には、これによって、製造コストを下げることができると共に、効率的に部品を使用することができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。また、以下に示す実施例では、本発明に係る電流変更装置を有する車両用電源装置を例にして説明するが、本発明の適用が車両用電源装置1に限られるものではない。
図1は本発明に係る車両用電源装置の要部構成を示す概念的回路図である。図1中、符号1は車両用電源装置を示す。
車両用電源装置1は、例えば、スターターモーターのような負荷100を駆動させて車両を走行させる。車両用電源装置1は、バッテリ11と、バッテリ11によって充電されるキャパシタ12と、バッテリ11及びキャパシタ12の間に接続されている、本発明に係る電流変更装置10とを備えている。
キャパシタ12は負荷100と並列に接続している。キャパシタ12は、所定の条件にて負荷100に電力を供給する。例えば、負荷100は、例えば、ヘッドライト、ワイパー、スターターモーター等である。
電流変更装置10は、導線L1を介してバッテリ11に接続しており、導線L2及び導線L3を介して、キャパシタ12の両端子と接続している。
図2は本発明に係る車両用電源装置1における、電流変更装置10の要部構成を示す回路図である。
電流変更装置10は、所定の条件の下、キャパシタ12に流れる電流を適宜制限する。電流変更装置10は、バッテリ11の正極に接続されている導線L1及びキャパシタ12の間に設けられた可変抵抗部101を備えており、可変抵抗部101の抵抗値を変更することにより、キャパシタ12に流れる電流を適宜制限する。
可変抵抗部101は、複数の抵抗R1,R2,・・・RNと、これらに対応するスイッチ素子S1,S2・・・SNを有している。より詳しくは、抵抗R1,R2,・・・RNは相互異なる抵抗値を有しており、これら複数の抵抗R1,R2,・・・RNは夫々スイッチ素子S1,S2,・・・SNを介してキャパシタ12に接続している。スイッチ素子S1,S2,・・・SNは、例えば、バイポーラトランジスタ(FET)からなる。
以下の説明においては、説明の便宜上、複数の抵抗R1,R2,・・・RNについて、
Nが「3」、換言すれば抵抗は、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3の3つであって、スイッチ素子S1,S2,・・・SNについても、Nは「3」であり、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3の順に抵抗値が大きい場合を例として説明する。
Nが「3」、換言すれば抵抗は、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3の3つであって、スイッチ素子S1,S2,・・・SNについても、Nは「3」であり、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3の順に抵抗値が大きい場合を例として説明する。
更に、電流変更装置10は、スイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを、換言すれば、抵抗R1,R2,R3及びキャパシタ12の接続を適宜制御する制御回路102(変更部、検出部)を備えている。制御回路102は、キャパシタ12に接続された導線L2及び導線L3を介して、キャパシタ12の両端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを行うことにより、抵抗R1,R2,R3及びキャパシタ12の接続を制御する。
より詳しくは、抵抗R1,R2,R3の夫々の一端は導線L1に接続されており、抵抗R1,R2,R3の夫々の他端は、スイッチ素子S1,S2,S3の夫々を介してキャパシタ12に接続されている。
また、上述したように、制御回路102は、キャパシタ12に接続された導線L2及び導線L3を介して、キャパシタ12の両端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを行なう。
例えば、制御回路102がスイッチ素子S1をオンにし、スイッチ素子S2及びスイッチS3をオフにした場合、可変抵抗部101の抵抗値は抵抗R1の抵抗値と同じ値になり、抵抗R1を流れた電流i1がキャパシタ12にも流れる。また、制御回路102がスイッチ素子S2をオンにし、スイッチ素子S1及びスイッチS3をオフにした場合、可変抵抗部101の抵抗値は抵抗R2の抵抗値と同じ値になり、抵抗R2を流れた電流i2がキャパシタ12にも流れる。このように、可変抵抗部101の抵抗値を変更することによって、キャパシタ12に流れる電流を適宜制限できる。
また、これに限るものでなく、キャパシタ12に接続する抵抗を組合せることによってキャパシタ12に流れる電流を適宜制限することも可能である。例えば、制御回路102がスイッチ素子S1及びスイッチS2をオンにし、スイッチ素子S3をオフにすることが可能である。この場合、可変抵抗部101の抵抗値は1/(1/R1+1/R2)となり、V=IRの式にバッテリ11の電圧VINを代入することにより求められる電流がキャパシタ12に流れるようになる。
本発明に係る車両用電源装置1は、以上のような構成を有するので、バッテリ11から電圧(VIN)が印加された場合、すなわち、キャパシタ12への電流の供給が開始された場合、上述したように、最初大きな電流が流れることを未然に防止することができる。
すなわち、キャパシタ12が放電された状態であって、キャパシタ12の両端子間の電圧が0Vである場合は、キャパシタ12のインピーダンスが極めて小さいことから、出力電圧の高いバッテリ11から高い電圧が印加されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が抵抗(可変抵抗部101)に流れるが、本発明に係る車両用電源装置1は、このような問題を未然に防止することができる。
例えば、キャパシタ12の両端子間の電圧が0Vである場合において、バッテリ11から電圧が印加されると、制御回路102はスイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを適宜行なうことにより、可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値に変更させる。
より詳しくは、制御回路102は、導線L2及び導線L3を介してキャパシタ12の両
端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを行ない、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3の順に導線L1とキャパシタ12との間に接続させる。
端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを行ない、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3の順に導線L1とキャパシタ12との間に接続させる。
図3は本発明に係る車両用電源装置1において、バッテリ11から電圧が印加された場合に、電流変更装置10を流れる電流i(t)の時間による変化を示すグラフである。図3中、縦軸は電流値であり、横軸は時間である。説明の便宜上、以下において、抵抗R1のみが接続されている時間をt(R1)と言い、抵抗R2のみが接続されている時間をt(R2)と言い、抵抗R3のみが接続されている時間をt(R3)と言う。
本発明に係る車両用電源装置1においては、バッテリ11から電圧が印加された場合に、上述したように、可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値に変更させるので、電流i(t)は、図3に示したように、時間の経過と共に、すなわち、t(R1)からt(R3)になることによって、段階的に上がって行くのであって、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れることはない。
また、t(R1)、t(R2)、t(R3)において、最初階段状の電流の上昇が現れるものの、その後急減少するし、t(R1)からt(R3)の全体において、略一定になる。
図4は本発明に係る車両用電源装置1において、バッテリ11から電圧が印加された場合、キャパシタ12の両端子間の電圧と、可変抵抗部101の両端子間の電圧との変更を示すグラフである。図4中、縦軸は電圧値であり、横軸は時間である。なお、可変抵抗部101の両端子間の電圧は、バッテリ11の電圧(VIN)と、電圧の印加開始からt時間経過後のキャパシタ12の両端子間の電圧(V(t))との差(VIN−V(t))である。
図4に示すように、バッテリ11から電圧が印加された後、時間の経過と共に、キャパシタ12の電圧(V(t))は大きくなっていく。より詳しくは、可変抵抗部101の抵抗値がより小さい値に変わったとき、キャパシタ12の電圧(V(t))は急増し、その後は緩やかな増加が続く。また、このように、キャパシタ12の電圧(V(t))が増加することによって、可変抵抗部101の両端子間の電圧(VIN−V(t))は小さくなっていく。
一方、可変抵抗部101おける、発熱による損失は以下の式によって算出できる。
P=(VIN−V(t))×i(t)
(ここで、i(t)は所定時間(t)に可変抵抗部101を流れる電流値である。)
P=(VIN−V(t))×i(t)
(ここで、i(t)は所定時間(t)に可変抵抗部101を流れる電流値である。)
図3及び図4に基づき、バッテリ11から電圧が印加された後、時間の経過と共に、電流i(t)は増加するが、VIN−V(t)は減少する、反比例関係にあることが見てとれる。従って、上記式に基づき、可変抵抗部101の損失は、バッテリ11から電圧が印加されてから所定時間の経過の間略均一となる。
以上のように、本発明に係る車両用電源装置1においては、バッテリ11から高い電圧が印加され、キャパシタ12の両端子間の電圧が0Vであるような場合であっても、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が抵抗(可変抵抗部101)に流れることがなく、可変抵抗部101の損失は、バッテリ11から電圧が印加された後も均一である。従って、本発明に係る電流変更装置10においては、瞬間的に流れる極めて大きいチャージ電流に対応するために許容損失の大きい高価な抵抗を使用する必要がなく、部品を効率良く使用することができる。
以上においては、抵抗R1,R2,・・・RNの中、何れかの抵抗を、かかる抵抗値が
大きい順にて、バッテリ11とキャパシタ12との間に接続することにより、可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値の順に変更する場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでない。例えば、可変抵抗部101の抵抗値が大きい値から小さい値の順に変更するように、抵抗R1,R2,・・・RNの中、幾つかの抵抗の組合せをキャパシタ12に接続するように構成しても良い。
大きい順にて、バッテリ11とキャパシタ12との間に接続することにより、可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値の順に変更する場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでない。例えば、可変抵抗部101の抵抗値が大きい値から小さい値の順に変更するように、抵抗R1,R2,・・・RNの中、幾つかの抵抗の組合せをキャパシタ12に接続するように構成しても良い。
また、以上の記載においては、制御回路102がキャパシタ12の両端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子S1,S2,S3のオン・オフを行なうことにより、可変抵抗部101の抵抗値を大きい値から小さい値の順に変更する場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでない。例えば、バッテリ11から電圧が印加される際、制御回路102が抵抗値が大きい順になるようにして、抵抗R1,R2,R3の中の何れかの抵抗を、一定時間毎に順次接続することによって、可変抵抗部101の抵抗値が大きい値から小さい値の順に、かつ一定時間毎に変更される構成であっても良い。
本発明は以上の記載に限るものでない。例えば、抵抗R1,R2,・・・RNの中、何れかの抵抗が、バッテリ11とキャパシタ12との間に接続されている場合、制御回路102が当該抵抗の接続・遮断を繰り返し、かかるスイッチをPWM制御するように構成しても良い。これによって可変抵抗部101の損失を更に減少させることが出来る。
また、以上の記載においては、前記t(R1)と、前記t(R2)と、前記t(R3)とが同一時間である場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでなく、t(R1)、t(R2)、t(R3)順に時間が長く(又は短く)なるように構成しても良い。
1 車両用電源装置
10 電流変更装置
11 バッテリ(電源)
12 キャパシタ(被充電体)
101 可変抵抗部
102 制御回路(変更部、検出部)
R1,R2,・・・RN 抵抗
10 電流変更装置
11 バッテリ(電源)
12 キャパシタ(被充電体)
101 可変抵抗部
102 制御回路(変更部、検出部)
R1,R2,・・・RN 抵抗
Claims (5)
- 充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、
前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部と、
前記被充電体への電流の供給が開始される際、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する変更部と
を備えることを特徴とする電流変更装置。 - 前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、
前記変更部は、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする請求項1に記載の電流変更装置。 - 前記複数の抵抗は抵抗値が相違しており、
前記変更部は、抵抗値が大きい順にて、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続するように構成してあることを特徴とする請求項2に記載の電流変更装置。 - 前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、
前記変更部は、幾つかの抵抗の組合せを前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする請求項1に記載の電流変更装置。 - 前記被充電体の電圧を検出する検出部を備え、
前記変更部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする請求項1から4に記載の電流変更装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013032352A JP2014165951A (ja) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | 電流変更装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016116380A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 富士電機株式会社 | 電源制御装置 |
JP2017184333A (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | 突入電流低減回路 |
JP2021106453A (ja) * | 2019-12-26 | 2021-07-26 | 日立Astemo株式会社 | 負荷回路装置および負荷回路装置の制御方法 |
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2013
- 2013-02-21 JP JP2013032352A patent/JP2014165951A/ja active Pending
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