JP3107500U

JP3107500U - 車載バッテリアシスト装置。

Info

Publication number: JP3107500U
Application number: JP2004004200U
Authority: JP
Inventors: 俊夫 ▲廣▼田
Original assignee: 株式会社レミックス; 名京電機工業株式会社
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2010-07-15

Abstract

【課題】安価に大容量を得られるコンデンサを用いて車載バッテリの急速大放電時の放電負担を軽減可能な車載バッテリアシスト装置を提供すること。
【解決手段】充電用トランジスタ６と放電用ダイオード５とを並列接続してコンデンサと直列接続してなる蓄電回路部２を車載バッテリ７と並列接続する。車載バッテリ７の電圧が低下したら放電用ダイオード５を通じてコンデンサ４から充電する。更に、あらかじめ定められたバッテリ電圧の範囲から車載バッテリ７の電圧が低下したらコンデンサ４の充電を禁止する。
【選択図】図２

Description

本考案は、車載バッテリの大電流放電時における車載バッテリを保護し、車載バッテリの端子電圧低下を防止する車載バッテリアシスト装置に関する。

車両エンジンを始動するスタータモータは、数秒以下の短期間ではあるがエンジン始動時にバッテリから非常な大電流（四輪車ではたとえば数百Ａ）を消費するため、エンジン始動時のバッテリ電圧低下により他の電気負荷に給電する電源電圧が低下し、更に大電流放電によりバッテリ寿命が低下するという問題があった。

このため、急速放電特性に優れたコンデンサをバッテリと並列に接続するというアイデアがあった。

しかしながら、コンデンサは、バッテリのように電気化学反応により蓄電するものではなく電荷を静電的に直接蓄電するものであるため、漏れ電流が存在し、このため車両を長期にわたって停止している場合に、バッテリがコンデンサのこの漏れ電流により早期に過放電状態となってしまうため、コンデンサとして漏れ電流がきわめて小さいものを用いる必要があった。しかし、このような極小漏れ電流特性をもつ大容量コンデンサはきわめて高価であり、このため車載バッテリの大電流急速放電をコンデンサでアシストするという案の実用化は難しかった。

本考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、たとえば電気二重層コンデンサのように安価に大容量を得られるコンデンサを用いて車載バッテリの急速大放電時の放電負担を軽減可能な車載バッテリアシスト装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するために、本考案の車載バッテリアシスト装置は、コンデンサと、前記コンデンサと直列接続される前記コンデンサの放電のための放電用ダイオードと、前記放電用ダイオードと本質的に並列接続される前記コンデンサの充電のための充電用トランジスタとを有して車載バッテリと並列接続される蓄電回路部と、検出した前記端子電圧が前記車載バッテリによる前記コンデンサ充電許容範囲である場合に前記充電用トランジスタをオンして前記車載バッテリから前記コンデンサへの充電を行わせ、前記端子電圧が前記コンデンサ充電許容範囲を下回る場合に前記充電用トランジスタをオフして前記車載バッテリから前記コンデンサへの充電を遮断する蓄電制御回路とを有し、前記蓄電回路部は、前記車載バッテリの電圧低下時に前記放電用ダイオードを通じて前記車載バッテリを充電することを特徴としている。

すなわち、本考案は、充電用トランジスタと放電用ダイオードとを本質的に並列接続してコンデンサと直列接続してなる蓄電回路部を車載バッテリと並列接続し、あらかじめ定められたバッテリ電圧の範囲に応じてコンデンサの充放電を制御する。

これにより、バッテリ電圧が高い場合には充電用トランジスタが導通してコンデンサを充電することができる。また、エンジン始動時などバッテリの急激大電流放電が生じて車載バッテリの電圧が低下すると放電用ダイオードが導通してコンデンサが放電し、車載バッテリの電圧低下を阻止するとともに、大電流放電による車載バッテリの劣化も防止することができる。更に、エンジンの長期休止時にバッテリ電圧が低下すると、充電用トランジスタが遮断され、その結果として漏れ電流によりコンデンサが放電してももはや車載バッテリがコンデンサを充電しないために漏れ電流による車載バッテリの自己放電による早期の過放電を防止することができるため、電気二重層コンデンサのように安価に大容量を得られるものの漏れ電流が大きいコンデンサを用いて経済的に車載バッテリの急速大放電時の放電負担を軽減し、バッテリ寿命の延長を図ることができる。

好適態様において、前記蓄電回路部は、前記充電用トランジスタと直列接続されて前記コンデンサの充電時に導通する充電用ダイオードを有する。このようにすれば、放電用ダイオードに比べてオフ抵抗が小さくなりやすい充電用トランジスタを流れる漏れ電流をこの充電用ダイオードにより低減して、車両の長期停止時のバッテリ早期放電を良好に防止することができる。

好適な態様において、前記充電用トランジスタは、ソース電極端子が前記車載バッテリの負極端子に接続されたＭＯＳトランジスタからなる。このようにすれば、この充電用トランジスタをソース接地方式にて用いることができるためにそのオン抵抗を低減して小型化することができるとともに、車載バッテリから蓄電制御回路部、充電用トランジスタの制御入力端子を通じて流れる無駄な電流を低減して車両長期休止時における車載バッテリの放電を低減することができる。

本考案の好適な実施態様を以下の実施例により具体的に説明する。なお、本考案は下記の実施態様に限定されるものではなく、本考案の技術思想を他の公知技術の組み合わせにより実現しても良い。

実施例１の車載バッテリアシスト装置を図１に示すブロック回路図を参照して説明する。

１は車載バッテリアシスト装置であり、蓄電回路部２と、蓄電制御回路部３とからなる。

蓄電回路部２は、コンデンサ４と、コンデンサ４と直列接続されるコンデンサ放電のための放電用ダイオード５と、放電用ダイオード５と本質的に並列接続されるコンデンサ充電のための充電用トランジスタ６とからなり、車載バッテリ７と並列接続されている。なお、この実施例では、コンデンサ４の負極端子は車載バッテリ７の負極端子に接続され、放電用ダイオード５のアノードは車載バッテリ７の正極端子に接続されている。

蓄電制御回路部３は、車載バッテリ７から電源電力を給電されて充電用トランジスタ６を断続制御する制御回路であり、車載バッテリ７の端子電圧が車載バッテリによるコンデンサ充電許容範囲である場合に充電用トランジスタ６をオンして車載バッテリ７からコンデンサ４への充電を行わせ、端子電圧がコンデンサ充電許容範囲を下回る場合に充電用トランジスタ６をオフして車載バッテリ７からコンデンサ４への充電を遮断する制御回路である。

したがって、通常時にはコンデンサ４は車載バッテリ７から充電されており、所定の電流放電能力を保持している。エンジン始動時など、車載バッテリ７から図示しない車両用電気負荷へ大電流が流れると、車載バッテリ７の内部抵抗の電圧降下により車載バッテリ７の端子電圧が低下する。その結果、コンデンサ４の蓄電電圧が車載バッテリ７の端子電圧より高くなり放電用ダイオード５がオンし、コンデンサ４は車載バッテリ７に放電し、車載バッテリ７の放電を軽減する。

蓄電回路部２及び蓄電制御回路部３の好適回路例を図３を参照して説明する。

蓄電回路部２は、ＰチャンネルのＭＯＳトランジスタ６と、このＭＯＳトランジスタ６と直列接続される二つの充電用ダイオード８、９と充電電流制限抵抗１０とからなり、車載バッテリ７から逆流防止ダイオード１１を通じて給電されている。また、蓄電制御回路部３も逆流防止ダイオード１１を通じて電源電力を給電されるとともに車載バッテリ７の電圧を検出している。なお、充電用ダイオード８、９及び逆流防止ダイオード１１は逆流防止用の保護機能を有している。

次に、蓄電制御回路部３の構成と動作とを以下に一緒に説明する。まず、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲である場合を説明する。ここで言う車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲とは、車載バッテリ７コンデンサ充電に十分な放電能力をもつ場合を意味する。

蓄電制御回路部３は、抵抗ｒ１、フォトカプラｆｃ1、定電圧ダイオードＤz、３個（個数は適宜変更可能）の直列接続接合ダイオード群Ｄgからなるバッテリ電圧低下検出回路３１を高電位側から低電位側に順番に有しており、抵抗ｒ１は逆流防止ダイオード１１を通じて車載バッテリ７の正極端子に接続され、直列接続接合ダイオード群Ｄｇの低位端子は車載バッテリ７の負極端子に接続されている。定電圧ダイオードＤｚと直列接続接合ダイオード群Ｄｇとの接続点は、このバッテリ電圧低下検出回路３１の出力端３２を構成している。したがって、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲である場合、出力端３２の電圧は、定電圧ダイオードＤｚがオンして直列接続接合ダイオード群Ｄｇの電圧降下に等しいハイレベルとなる。

フォトカプラｆｃ1のフォトトランジスタのコレクタは抵抗ｒ２を通じて逆流防止ダイオード１１のカソードに接続され、このフォトトランジスタのエミッタは可変抵抗ｒ３を通じて接地されている。可変抵抗ｒ３の抵抗調節端子はエミッタ接地トランジスタＴ１のベースに接続され、このエミッタ接地トランジスタＴ１のコレクタはフォトカプラｆｃ２及び抵抗ｒ４を通じて逆流防止ダイオード１１のカソードに接続されている。フォトカプラｆｃ２のフォトトランジスタのコレクタは逆流防止ダイオード１１のカソードに接続され、そのエミッタはコンパレータＣ１、コンパレータＣ２に電源電圧を給電している。コンパレータＣ１の−入力端はバッテリ電圧低下検出回路３１に接続され、＋入力端はトランジスタＴ１のコレクタに接続されている。コンパレータＣ１の両入力端はダイオードＤ１により接続されている。このダイオードＤ１はコンパレータＣ１の動作にヒステリシスを与えて後段回路のチャタリングを防止するためのものであり、省略可能である。コンパレータＣ１はコンパレータＣ２の−入力端に接続されている。フォトカプラｆｃ２のフォトトランジスタのエミッタ電位は抵抗ｒ５、抵抗ｒ６により分圧されてコンパレータＣ２の＋入力端に入力されている。

したがって、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲である場合に、フォトカプラｆｃ1がオンし、トランジスタＴ１がオンし、フォトカプラｆｃ２のフォトトランジスタがオンし、コンパレータＣ１、Ｃ２が動作状態となる。また、バッテリ電圧低下検出回路３１の出力端３２の電圧がハイレベルとなるため、コンパレータＣ１はローレベル電位を出力し、コンパレータＣ２はハイレベルを出力する。

コンパレータＣ２の出力端電位はベース電流制限用の抵抗ｒ７を通じてエミッタ接地のトランジスタＴ２のベースに加えられるため、トランジスタＴ２は車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲にある場合にオンする。

抵抗ｒ８はトランジスタＴ２のベースバイアス抵抗、抵抗ｒ９はコレクタ抵抗であり、トランジスタＴ２のコレクタはコレクタ抵抗ｒ９を通じて逆流防止ダイオード１１のカソードから給電されている。トランジスタＴ２のコレクタ電位は電流制限抵抗ｒ１０を通じてＭＯＳトランジスタ６のゲート電極に印加されている。ＭＯＳトランジスタ６のドレイン電極は充電用ダイオード８を通じて逆流防止ダイオード１１のカソードに接続され、ＭＯＳトランジスタ６のソース電極は充電用ダイオード９を通じてコンデンサ４の正極端子に接続されている。

したがって、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲にある場合にトランジスタＴ２のオンによりＭＯＳトランジスタ６がオンし、車載バッテリ７はＭＯＳトランジスタ６を通じてコンデンサ４を充電する。

次に、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲より低下する場合を説明する。

車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲より低下すると、定電圧ダイオードＤｚの降伏が停止し、多少の時間遅延を伴って、バッテリ電圧低下検出回路３１の出力端電位は接地電位へ低下していく。これにより、コンパレータＣ１はハイレベル電位を出力し、コンパレータＣ２はローレベル電位を出力し、トランジスタＴ２がオフし、ＭＯＳトランジスタ６もオフする。車載バッテリ７の電圧が更に低下すると、フォトカプラｆｃ1のフォトトランジスタがオフし、トランジスタＴ１がオフし、フォトカプラｆｃ2のフォトトランジスタがオフし、コンパレータＣ１、Ｃ２がスリープ状態となり、トランジスタＴ２がオンすることはない。

結局、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲より低下すると、ＭＯＳトランジスタ６はオフ状態となり、たとえコンデンサ４が自己の漏れ電流により電圧低下したとしても車載バッテリ７からそれを補充する充電が行われることはない。そのうえ、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲より低下する時、この蓄電制御回路部３の電力消費もなくなるために車載バッテリ７が蓄電制御回路部３の消費電流により放電することもない。したがって、エンジンの長期休止時に車載バッテリ７がコンデンサ４の漏れ電流や蓄電制御回路部３の消費電流により早期に過放電となることを防止しつつ、車載バッテリ７の充電状態が良好な場合にはコンデンサ４を充電しておいて車載バッテリ７の大電流放電時にこのコンデンサ４の放電により車載バッテリ７の放電をアシストすることができる。

実施例２を図２に示すブロック回路図を参照して説明する。

図２の回路は、図１の回路において、蓄電回路部２のコンデンサ４をハイサイド側に、放電用ダイオード５及び充電用トランジスタ６をローサイド側に設けたものであり、この回路の動作は本質的に既述した実施例１と同じである。

図２の蓄電回路部２及び蓄電制御回路部３の好適な構成例を図４に示す回路を参照して説明する。

蓄電回路部２は、ＮチャンネルのＭＯＳトランジスタ６と、このＭＯＳトランジスタ６と直列接続される充電用ダイオード８とからなり、車載バッテリ７から逆流防止ダイオード１１を通じて給電されている。蓄電制御回路部３は、図２に示す蓄電制御回路部３においてコンパレータＣ２とトランジスタＴ２と抵抗ｒ５〜ｒ９の代わりにCMOSインバータ２０からなる反転電流増幅器を用いたものである。図４に示す蓄電制御回路部３の動作を以下に説明する。まず、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲である場合を説明する。図２の回路と同様に、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲である場合、出力端３２の電圧はハイレベルとなるとともにフォトカプラｆｃ1がオンし、トランジスタＴ１がオンし、フォトカプラｆｃ２のフォトトランジスタがオンし、コンパレータＣ１が動作状態となる。また、バッテリ電圧低下検出回路３１の出力端３２の電圧がハイレベルとなるため、コンパレータＣ１はローレベル電位を出力し、ＣＭＯＳインバータ２０はＭＯＳトランジスタ６にハイレベルを出力し、ＭＯＳトランジスタ６はオンしてコンデンサ４が充電される。

次に、車載バッテリ７の電圧が通常のコンデンサ充電可能範囲より低下する場合を説明する。この場合には、定電圧ダイオードＤｚの降伏が停止し、多少の時間遅延を伴って、バッテリ電圧低下検出回路３１の出力端電位は接地電位へ低下していく。これにより、コンパレータＣ１はハイレベル電位を出力し、ＣＭＯＳインバータ２０はローレベル電位を出力し、ＭＯＳトランジスタ６はオフする。車載バッテリ７の電圧が更に低下すると、フォトカプラｆｃ1のフォトトランジスタがオフし、トランジスタＴ１がオフし、フォトカプラｆｃ２のフォトトランジスタがオフし、コンパレータＣ１がスリープ状態となり、ＣＭＯＳインバータ２０がハイレベル電位を出力することはない。このため、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１の車載バッテリアシスト装置を示すブロック回路図である。図１の具体的な回路例を示す回路図である。実施例２の車載バッテリアシスト装置を示すブロック回路図である。図３の具体的な回路例を示す回路図である。

符号の説明

ｆｃ１フォトカプラ
ｆｃ２フォトカプラ
Ｃ１コンパレータ
Ｃ２コンパレータ
Ｄg 直列接続接合ダイオード群
Ｄz 定電圧ダイオード
Ｄ１ダイオード
Ｔ１トランジスタ
Ｔ２トランジスタ
２蓄電回路部
３蓄電制御回路部
４コンデンサ
５放電用ダイオード
６トランジスタ（充電用トランジスタ）
７車載バッテリ
８充電用ダイオード
９充電用ダイオード
１１逆流防止ダイオード
２０ＣＭＯＳインバータ
３１バッテリ電圧低下検出回路
３２出力端

Claims

コンデンサと、前記コンデンサと直列接続される前記コンデンサの放電のための放電用ダイオードと、前記放電用ダイオードと本質的に並列接続される前記コンデンサの充電のための充電用トランジスタとを有して車載バッテリと並列接続される蓄電回路部と、
検出した前記端子電圧が前記車載バッテリによる前記コンデンサ充電許容範囲である場合に前記充電用トランジスタをオンして前記車載バッテリから前記コンデンサへの充電を行わせ、前記端子電圧が前記コンデンサ充電許容範囲を下回る場合に前記充電用トランジスタをオフして前記車載バッテリから前記コンデンサへの充電を遮断する蓄電制御回路と、
を有し、
前記蓄電回路部は、
前記車載バッテリの電圧低下時に前記放電用ダイオードを通じて前記車載バッテリを充電することを特徴とする車載バッテリアシスト装置。
請求項１記載の車載バッテリアシスト装置において、
前記蓄電回路部は、
前記充電用トランジスタと直列接続されて前記コンデンサの充電時に導通する充電用ダイオードを有することを特徴とする車載バッテリアシスト装置。
請求項１記載の車載バッテリアシスト装置において、
前記充電用トランジスタは、
ソース電極端子が前記車載バッテリの負極端子に接続されたＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする車載バッテリアシスト装置。