JP2016220295A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣＤＣコンバータ及び蓄電器を一体化しても、熱の干渉が生じなく、蓄電器の低温時の蓄電特性を改善する為の別の加熱ユニットが不要な電源装置を提供する。【解決手段】入力された直流電力の電圧を変換して出力するＤＣＤＣコンバータ２と、ＤＣＤＣコンバータ２が出力した電力を蓄電する蓄電器１２と、一方の端子から他方の端子への電流が流れることにより吸熱する吸熱面１１ａ、及び同電流が流れることにより発熱する発熱面１１ｂを有し、吸熱面１１ａ及び発熱面間１１ｂの温度差により発電する熱電素子１１とを備える電源装置。ＤＣＤＣコンバータ２が吸熱面１１ａに、蓄電器１２が発熱面１１ｂにそれぞれ接触するようにしてあり、ＤＣＤＣコンバータ２が作動している場合は、熱電素子１１が発電した電力を蓄電器１２へ蓄電する構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣＤＣコンバータと、ＤＣＤＣコンバータが出力した電力を蓄電する蓄電器と、電流が流れることにより吸熱する吸熱面、及び電流が流れることにより発熱する発熱面を有し、吸熱面及び発熱面間の温度差により発電する熱電素子とを備える電源装置に関するものである。

車両では、搭載された電気機器の増加に伴い、車載バッテリの他に、補助的に蓄電しておく為の蓄電器を搭載しているものが有り、蓄電器には、車載バッテリが出力した電力を、電圧変換しながら蓄電する為のＤＣＤＣコンバータが付属している。
電気二重層キャパシタ及びバッテリ等の蓄電器は、低温及び高温では蓄電特性が悪化し劣化が進むので、低温及び高温状態にしない温度管理が必要である。

特許文献１には、バッテリに配設され、バッテリを加熱するバッテリ加熱装置が記載されている。複数の電極線と、電極線に接続される第１の抵抗体と、第１の抵抗体と直列に電極線に接続される第２の抵抗体とを備え、第２の抵抗体は、第１の抵抗体に比較して小面積に形成されると共に、第１の抵抗体よりも温度上昇に対する抵抗値の上昇比率を大きく設定する。
このバッテリ加熱装置では、低温状態を回避できても、ＤＣＤＣコンバータからの熱の影響はそのまま受けることになる。

特許文献２には、蓄電用のキャパシタに付設したペルチェ素子の通流電流の向きを切替えて、蓄電用のキャパシタの加熱及び冷却を切替える蓄電システムが記載されている。
この蓄電システムでは、ＤＣＤＣコンバータ及び蓄電用のキャパシタを一体化しておけば、低温時にペルチェ素子を加熱してキャパシタの温度特性を改善することができるが、搭載車両の走行中は、ＤＣＤＣコンバータからの熱を受け続けるので、キャパシタを冷却する為の電力を消費し続けることになる。

特開２０１４−１６４９８３号公報 特開２０１３−５１６０１号公報

ＤＣＤＣコンバータ及び蓄電器を一体化すると、熱の干渉が生じ、蓄電器の温度が上昇する。ＤＣＤＣコンバータ及び蓄電器間に熱伝導率が低い部材を挟み込めば、熱の干渉は生じないが、蓄電器の低温時の蓄電特性を改善する為に、ＤＣＤＣコンバータが発生させる熱を利用することができなくなり、別の加熱ユニットが必要にな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、ＤＣＤＣコンバータ及び蓄電器を一体化しても、熱の干渉が生じなく、蓄電器の低温時の蓄電特性を改善する為の別の加熱ユニットが不要な電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電源装置は、入力された直流電力の電圧を変換して出力するＤＣＤＣコンバータと、該ＤＣＤＣコンバータが出力した電力を蓄電する蓄電器と、一方の端子から他方の端子への電流が流れることにより吸熱する吸熱面、及び前記電流が流れることにより発熱する発熱面を有し、前記吸熱面及び発熱面間の温度差により発電する熱電素子とを備える電源装置において、前記ＤＣＤＣコンバータが前記吸熱面に、前記蓄電器が前記発熱面にそれぞれ接触するように構成してあり、前記ＤＣＤＣコンバータが作動している場合は、前記熱電素子が発電した電力を前記蓄電器へ蓄電するように構成してあることを特徴とする。

この電源装置では、ＤＣＤＣコンバータが、入力された直流電力の電圧を変換して出力し、蓄電器が、ＤＣＤＣコンバータが出力した電力を蓄電する。一方の端子から他方の端子への電流が流れることにより吸熱する吸熱面、及び同電流が流れることにより発熱する発熱面を有する熱電素子が、吸熱面及び発熱面間の温度差により発電する。ＤＣＤＣコンバータが熱電素子の吸熱面に、蓄電器が熱電素子の発熱面にそれぞれ接触するようにしてあり、ＤＣＤＣコンバータが作動している場合は、熱電素子が発電した電力を蓄電器へ蓄電する。

本発明に係る電源装置は、前記蓄電器の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度が所定温度以下であるか否かを判定する判定部と、該判定部が所定温度以下であると判定した場合は、前記熱電素子に前記電流を通流させる電源部とを更に備えることを特徴とする。

この電源装置では、温度検出器が、蓄電器の温度を検出し、判定部が、温度検出器が検出した温度が所定温度以下であるか否かを判定する。判定部が所定温度以下であると判定した場合は、電源部が、熱電素子に一方の端子から他方の端子への電流を通流させ、発熱面から発熱させる。

本発明に係る電源装置は、前記電源部のプラス端子及び前記一方の端子間に順接続された第１ダイオードと、前記他方の端子にアノードが、前記蓄電器のプラス端子にカソードがそれぞれ接続された第２ダイオードと、前記他方の端子、及び前記蓄電器のマイナス端子間を接続又は遮断するスイッチと、前記第１ダイオードのカソード、及び前記蓄電器のマイナス端子間に逆接続された第３ダイオードとを備え、前記判定部が所定温度以下でないと判定している場合は、前記スイッチが遮断し、前記判定部が所定温度以下であると判定している場合は、前記スイッチが接続するように構成してあることを特徴とする。

この電源装置では、第１ダイオードが、電源部のプラス端子及び熱電素子の一方の端子間に順接続され、第２ダイオードが、熱電素子の他方の端子にアノードが、蓄電器のプラス端子にカソードがそれぞれ接続されている。スイッチが、熱電素子の他方の端子、及び蓄電器のマイナス端子間を接続又は遮断し、第３ダイオードが、第１ダイオードのカソード、及び蓄電器のマイナス端子間に逆接続されている。判定部が所定温度以下でないと判定している場合は、スイッチが遮断し、判定部が所定温度以下であると判定している場合は、スイッチが接続する。

本発明に係る電源装置によれば、ＤＣＤＣコンバータ及び蓄電器を一体化しても、熱の干渉が生じなく、蓄電器の低温時の蓄電特性を改善する為の別の加熱ユニットが不要な電源装置を実現することができる。

本発明に係る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。 本発明に係る電源装置の動作の例を示すブロック図である。 本発明に係る電源装置の動作の例を示すブロック図である。

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。
この電源装置は、例えば、車載のバッテリ１から入力された電力を、電圧変換しながら出力するＤＣＤＣコンバータ２と、ＤＣＤＣコンバータ２が出力した電力を蓄電するキャパシタ（蓄電器、電気二重層キャパシタ）１２と、ＤＣＤＣコンバータ２及びキャパシタ１２間に挟み込まれたペルチェ素子（熱電素子）１１とを備えている。

ＤＣＤＣコンバータ２は、ＤＣＤＣ回路３、ダイオード７，８，９及びスイッチ１０を備えている。
ＤＣＤＣ回路３は、バッテリ１から入力された電力の電圧を変換して出力する電力変換部４と、ペルチェ素子１１に通流させる電流を出力する電源部５と、ＤＣＤＣコンバータ２を制御する制御部６とを備えている。

ダイオード（第１ダイオード）７は、電源部５のプラス端子及びペルチェ素子１１の一方の端子間に順接続され、ダイオード（第３ダイオード）８は、ダイオード７のカソード、及びキャパシタ１２のマイナス端子間に逆接続されている。
ダイオード（第２ダイオード）９は、ペルチェ素子１１の他方の端子にアノードが、キャパシタ１２のプラス端子にカソードがそれぞれ接続されている。
スイッチ１０は、ペルチェ素子１１の他方の端子、及びキャパシタ１２のマイナス端子間を接続又は遮断する。

ペルチェ素子１１は、一方の端子から他方の端子に電流が流れると、吸熱する吸熱面１１ａと、一方の端子から他方の端子に電流が流れると、発熱する発熱面１１ｂとを備えている。吸熱面１１ａはＤＣＤＣコンバータ２に、発熱面１１ｂはキャパシタ１２にそれぞれ接触している。
ペルチェ素子１１は、また、電流入力側（一方の端子側）のバスバーをキャパシタ１２と接するように配置してあり、それぞれ複数のｎ型半導体及びｐ型半導体を交互に配列してある。

キャパシタ１２には、キャパシタ１２の温度を検出する温度検出器１３が付設されており、温度検出器１３が検出した温度値は制御部６へ与えられる。
制御部（判定部）６は、温度検出器１３から与えられた温度値が、所定温度以下であるか否かを判定し、所定温度以下でないと判定している場合は、スイッチ１０をオフ（遮断）にし、所定温度以下であると判定している場合は、スイッチ１０をオン（接続）にする。

以下に、このような構成の電源装置の動作を、それを示す図２及び図３の説明図を参照しながら説明する。
気温が常温であり、温度検出器１３が検出した温度が所定温度以下でない場合、制御部６は、スイッチ１０をオフ（遮断）にしており、ＤＣＤＣコンバータ２は、バッテリ１から与えられた電力を、大電流にならないように電圧変換しながら、キャパシタ１２へ充電する。
この場合、電流は、図２の太い矢印に示すように、バッテリ１、ＤＣＤＣ回路３、キャパシタ１２、接地端子の経路で通流する。

ＤＣＤＣコンバータ２が作動すると、ジュール熱が発生し、ＤＣＤＣコンバータ２の筺体も熱せられて行く。
この際、ペルチェ素子１１は、吸熱面１１ａ及び発熱面１１ｂ間の温度差により発電し、発電した電力は、図２の細い矢印に示すように、ペルチェ素子１１の他方の端子、ダイオード９、キャパシタ１２、接地端子の経路で通流し、キャパシタ１２に充電される。
つまり、ＤＣＤＣコンバータ２のジュール熱は、ペルチェ素子１１により吸収されて電力に変換され、キャパシタ１２に充電されるので、キャパシタ１２を過度に加熱することはない。

寒冷地等において気温が低く、温度検出器１３が検出した温度が所定温度以下である場合、制御部６は、スイッチ１０をオン（接続）にしており、ＤＣＤＣコンバータ２は、常温時と同様に、バッテリ１から与えられた電力を、大電流にならないように電圧変換しながら、キャパシタ１２へ充電する。
この場合、電流は、図３の太い矢印に示すように、バッテリ１、ＤＣＤＣ回路３、キャパシタ１２、接地端子の経路で通流する（常温時と同様）。

この際、電源部５は、ペルチェ素子１１に電流を通流させ、吸熱面１１ａは吸熱し、発熱面１１ｂからは発熱して、キャパシタ１２を加熱する。電源部５が出力した電流は、図３の細い矢印に示すように、ダイオード７、ペルチェ素子１１、スイッチ１０、接地端子の経路で通流する。

加熱によって温度検出器１３が検出した温度が所定温度を超えた場合は、スイッチ１０をオフ（遮断）にしておく。
ＤＣＤＣコンバータ２が作動すると、ジュール熱が発生し、ＤＣＤＣコンバータ２の筺体も熱せられて行くが、常温時と同様に、ペルチェ素子１１は、吸熱面１１ａでＤＣＤＣコンバータ２のジュール熱を吸収するので、ＤＣＤＣコンバータ２が過度に温度上昇することはない。
尚、温度検出器１３が検出した温度が所定温度以下であり、制御部６が、スイッチ１０をオン（接続）にしている場合は、電力変換部４を停止して、キャパシタ１２への充電を停止することも可能である。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ バッテリ
２ ＤＣＤＣコンバータ
３ ＤＣＤＣ回路
４ 電力変換部
５ 電源部
６ 制御部（判定部）
７ ダイオード（第１ダイオード）
８ ダイオード（第３ダイオード）
９ ダイオード（第２ダイオード）
１０ スイッチ
１１ ペルチェ素子（熱電素子）
１１ａ 吸熱面
１１ｂ 発熱面
１２ キャパシタ（蓄電器、電気二重層キャパシタ）
１３ 温度検出器

Claims (3)

1. 入力された直流電力の電圧を変換して出力するＤＣＤＣコンバータと、
   該ＤＣＤＣコンバータが出力した電力を蓄電する蓄電器と、
   一方の端子から他方の端子への電流が流れることにより吸熱する吸熱面、及び前記電流が流れることにより発熱する発熱面を有し、前記吸熱面及び発熱面間の温度差により発電する熱電素子と
   を備える電源装置において、
   前記ＤＣＤＣコンバータが前記吸熱面に、前記蓄電器が前記発熱面にそれぞれ接触するように構成してあり、
   前記ＤＣＤＣコンバータが作動している場合は、前記熱電素子が発電した電力を前記蓄電器へ蓄電するように構成してあることを特徴とする電源装置。
2. 前記蓄電器の温度を検出する温度検出器と、
   該温度検出器が検出した温度が所定温度以下であるか否かを判定する判定部と、
   該判定部が所定温度以下であると判定した場合は、前記熱電素子に前記電流を通流させる電源部と
   を更に備えることを特徴とする電源装置。
3. 前記電源部のプラス端子及び前記一方の端子間に順接続された第１ダイオードと、
   前記他方の端子にアノードが、前記蓄電器のプラス端子にカソードがそれぞれ接続された第２ダイオードと、
   前記他方の端子、及び前記蓄電器のマイナス端子間を接続又は遮断するスイッチと、
   前記第１ダイオードのカソード、及び前記蓄電器のマイナス端子間に逆接続された第３ダイオードと
   を備え、
   前記判定部が所定温度以下でないと判定している場合は、前記スイッチが遮断し、前記判定部が所定温度以下であると判定している場合は、前記スイッチが接続するように構成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。

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