JP3241789U - 自動車補助ブースター - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーコアの数を減らしてＣＣＡ電流を高め、低温下でも動作できる、自動車補助ブースターを提供する。【解決手段】自動車補助ブースターは、収納ケース１０、上蓋２０、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０、スーパーキャパシタパック５０及び電源管理保護板６０を備える。収納ケースは、内部に設けられた収容空間１１と、上方に形成された開口１２とを有する。上蓋は、収納ケース上を覆う。上蓋上には、電源スイッチ２１が配設される。酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックは、収納ケース内に配設される。スーパーキャパシタパックは、収納ケース内に配設されるとともに、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックと並列かつ電気的に接続されて酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックの一側に位置する。電源管理保護板は、収納ケース内に配設されるとともに、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックの上方に位置する。【選択図】図２

Description

本考案は、バッテリーに関するものであり、さらに詳しくは、自動車補助ブースター（Ｃａｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｂｏｏｓｔｅｒ）に関する。

従来から市販されている電池は、使用する材料の違いにより、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、三元系リチウム電池、リチウムイオン二次電池（Ｉｒｏｎ－ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｙ）などに大きく分けられ、それら各種材料により製造された電池にはそれぞれ長所・短所があった。例えば、リチウムイオン二次電池は、容量が大きく、充電・放電回数が多く、使用寿命が長く、環境を汚染せず、安全性が極めて高かったため、コストが高くても市場における優位性が依然としてあった。また、市販されているリチウムイオン二次電池は、リン酸鉄リチウム及び酸化鉄リチウムの２種類に大きく分けられ、そのうちリン酸鉄リチウムのスラリー製造には「油系」工程が採用されているが、このような製造工程の欠点としては、バランス性の収率が不安定なことであり、容量が小さめであり、自己放電率が高めであり、使用寿命が短めであるなどの欠点があった。もう一方の酸化鉄リチウムには「水系」工程が採用され、バランス性が良好であり、容量が大きめであり、自己放電率が低めであり、使用寿命が長めであるなどの長所があった。

しかし、上述した各種様々な材料からなる電池は、低温下で使用した場合、エネルギー密度、ＣＣＡなどの電性が大幅に低下することがあった。ここでＣＣＡ（Ｃｏｌｄ Ｃｒａｎｋｉｎｇ Ａｍｐｅｒｅ）とは、コールドクランキングアンペアーの放電電流値のことであり（単位はアンペアである）、これは華氏０度（即ち、摂氏－１７．８度であるが、一般に摂氏－１８℃と称する）の寒い環境下で自動車のエンジンを始動させる能力の指標であり、ＣＣＡが高いほど、寒い環境下でエンジンを始動させる能力が高いことを表し、特に、車齢が古くて始動が容易でない車両であっても、ＣＣＡが高ければエンジンを容易に始動できる。

そこで、本考案者は、前記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、従来の電池を改良することにより、前記課題が解決できる点に着目し、かかる知見に基いて本考案に想到するに至った。

本考案の主な課題は、酸化鉄リチウムバッテリーコアとスーパーキャパシタとを組み合わせて製品を製造する際に、コスト及びスーパーキャパシタの使用体積を減らしてＣＣＡ（Ｃｏｌｄ Ｃｒａｎｋｉｎｇ Ａｍｐｅｒｅ）の電流エネルギーを減らし、低温下でも始動できるように、酸化鉄リチウムバッテリーコアと複数のスーパーキャパシタとを並列接続して自動車補助ブースターを構成し、バッテリーコアの数を減らし、ＣＣＡ電流を高め、低温下でも動作できる、自動車補助ブースターを提供することにある。

上記課題を解決するために、本考案の第１の形態によれば、収納ケース、上蓋、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック、スーパーキャパシタパック及び電源管理保護板を備えた、自動車補助ブースターであって、前記収納ケースは、方形絶縁筐体であり、内部に設けられた収容空間と、上方に形成された開口とを有し、前記上蓋は、前記収納ケース上を覆い、前記上蓋上には、電源スイッチが配設され、前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックは、前記収納ケース内に配設され、前記スーパーキャパシタパックは、前記収納ケース内に配設されるとともに、前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックと並列かつ電気的に接続されて前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックの一側に位置し、前記電源管理保護板は、前記収納ケース内に配設されるとともに、前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックの上方に位置し、電源管理保護回路を有し、前記電源管理保護回路は、前記スーパーキャパシタパックと前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックとの間に位置することを特徴とする、自動車補助ブースターを提供する。

前記スーパーキャパシタパックは、複数のスーパーキャパシタが並列接続されてなることが好ましい。

前記収納ケース内に配設されて前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックを固定するバッテリー固定座をさらに備えることが好ましい。

前記上蓋上には、電量表示装置が設けられることが好ましい。

前記収納ケースの一側面上には、大電流出力コネクタが設けられ、前記大電流出力コネクタは、前記スーパーキャパシタパックと電気的に接続され、自動車用緊急ブースターケーブルと接続されることが好ましい。

前記収納ケースの一側面上には、シガーライターソケット入力コネクタが設けられ、前記シガーライターソケット入力コネクタは、前記スーパーキャパシタパックと電気的に接続されて自動車用緊急ブースターケーブルと接続されることが好ましい。

本考案に係る自動車補助ブースターは、ＣＣＡの電流エネルギーを向上させることができるため、低温下でも始動でき、使用するバッテリーコアの数を減らしてコストを減らすことができるなどの長所を有する。

本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す組立斜視図である。 本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す分解斜視図である。 本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す回路図である。 本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す等価回路図である。 本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターのコールドクランキングアンペアーの比較図である。 本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターの外付け自動車用緊急ブースターケーブル又は自動車用シガーライターソケットケーブルを示す説明図である。 本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを自動車又はオートバイに使用するときの動作図である。

図１及び図２を参照する。図１は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す組立斜視図である。図２は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す分解斜視図である。図１及び図２に示すように、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターは、少なくとも収納ケース１０、上蓋２０、バッテリー固定座３０、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｒｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ）４０、スーパーキャパシタパック（Ｓｕｐｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｐａｃｋ）５０及び電源管理保護板６０から構成されてなる。

収納ケース１０は、方形絶縁筐体であり、中空状を呈し、絶縁、衝撃防止、防水、防塵の長所を有する。収納ケース１０は、内部に設けられた収容空間１１と、上方に形成された開口１２とを有し、収納ケース１０の一側面上には、大電流出力コネクタ１３及びシガーライターソケット入力コネクタ１４が設けられる。

上蓋２０は、収納ケース１０上を覆う。上蓋２０上には、電源スイッチ２１及び電量表示装置２２が配設される。

バッテリー固定座３０は、収納ケース１０内に配設される。

酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０は、収納ケース１０内に配設されるとともに、バッテリー固定座３０内に位置する。酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０は、複数の酸化鉄リチウムバッテリーコア４１が電気的に直列・並列接続されて予め加工されて成したバッテリーモジュールである。酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０は、電源管理保護板６０に接続される。電源管理保護板６０上には、バッテリーパック正負出力端４２が設けられる。本実施形態において、複数の酸化鉄リチウムバッテリーコア４１には、筒状のリン酸鉄リチウム動力バッテリーが採用され、筒状のバッテリー固定座３０を用いて各バッテリーを固定して配列すると、バッテリー間のニッケルストリップスポット溶接作業がし易くなり、固定及び絶縁の安全性が高まる。

スーパーキャパシタパック５０は、収納ケース１０内にも配設される。スーパーキャパシタパック５０は、複数のスーパーキャパシタ５１がＰＣＢ銅箔を介して並列接続されて構成される。スーパーキャパシタパック５０は、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０と並列接続されて電気的に接続されるとともに、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０の一側に位置する。スーパーキャパシタパック５０は、大電流出力コネクタ１３及びシガーライターソケット入力コネクタ１４と電気的に接続される。

電源管理保護板６０は、収納ケース１０内に配設されるとともに、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０の上方に位置する。電源管理保護板６０は、銅箔ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）の板体であり、電源管理保護回路（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）６１を有する。図３を併せて参照する。図３は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す回路図である。図３に示すように、電源管理保護回路６１は、スーパーキャパシタパック５０と酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０との間に位置するとともに、スーパーキャパシタパック５０及び酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０とそれぞれ電気的に接続され、マイクロプロセッサＭＣＵ、充電スイッチＳ１及び放電スイッチＳ２を含む。充電スイッチＳ１及び放電スイッチＳ２には、抵抗ＲＣＳが接続される。抵抗ＲＣＳは精密シャント（ｓｈｕｎｔ）抵抗である。充電スイッチＳ１及び放電スイッチＳ２は、メイン電流ループに直列接続され、電流を検出してマイクロプロセッサＭＣＵに供給して充放電の判断をした後に、充電スイッチＳ１又は放電スイッチＳ２を自動的にオンし、充放電及び保護を行う。電源管理保護回路６１は、バッテリーが充放電するときに、各バッテリーの平衡、過圧、過流、過温、短絡から保護することができる上、スーパーキャパシタパック５０を電源管理保護回路６１の充電スイッチＳ１、放電スイッチＳ２と電流出力端ＰＡＫ＋，ＰＡＫ－との間に設置し、マイクロプロセッサＭＣＵを用いて充放電の自動判断を行い、充電スイッチＳ１又は放電スイッチＳ２のオン・オフを行い、スーパーキャパシタパック５０の長時間の内部漏電電流を防ぎ、小容量の酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０がスーパーキャパシタパック５０に対して長時間、充放電を行うことを防ぎ、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック４０のエネルギーが消耗されることを防ぐ。

本考案の構造特徴、運用技術手段及び達成が期待される効果について、より具体的に理解できるように、以下、本考案の動作原理について説明する。

図４を参照する。図４は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを示す等価回路図である。図４に示すように、酸化鉄リチウムバッテリーコアをスーパーキャパシタに並列接続したときに、そのスーパーキャパシタのパワー密度と、非常に高い充放電速度及び効率は、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック及び鉛蓄電池の特性より大幅に大きく、スーパーキャパシタの多くが第１の時間で作動するため、モジュール全体の充放電を行い、スーパーキャパシタの寿命が１００万回サイクルに達し、酸化鉄リチウムバッテリーの寿命は５０００サイクルであり、酸化鉄リチウムバッテリーの使用寿命の問題を改善する。

図５を参照する。図５は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターのコールドクランキングアンペアー（Ｃｏｌｄ Ｃｒａｎｋｉｎｇ Ａｍｐｅｒｅ：ＣＣＡ）の比較図である。図５の左側は、改善前の４個のバッテリーコアを使用している状態を表し、図５の右側は、改善後の４個のバッテリーコアを使用し、複数の高耐圧のスーパーキャパシタを並列接続した状態を表し、その改善後のＣＣＡ出力電流は純リチウムイオン二次電池ＣＣＡの出力より大幅に大きく、それにより増えるコストは、低耐圧のスーパーキャパシタを並列接続してからリチウムイオン二次電池と並列接続した装置にかかるコストより大幅に少ない。

図６を参照する。図６は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターの外付け自動車用緊急ブースターケーブル又は自動車用シガーライターソケットケーブルを示す説明図である。図６に示すように、大電流出力コネクタ１３は、自動車用緊急ブースターケーブル７０と接続され、自動車用緊急ブースターケーブル７０は、救援を求めている自動車のバッテリーに接続され、補助始動救援の効果を得る。シガーライターソケット入力コネクタ１４は、自動車用シガーライターソケットケーブル８０に接続され、本考案は、自動車用シガーライターソケットケーブル８０を介して自動車用シガーライターソケットに補助電力を供給する。本考案内に配設されたスーパーキャパシタは、バッテリーと並列接続され、充電するときに自動車の発電機が発生させるパルス直流波形の電圧安定及びフィルター機能により、高効率自動車用電気設備の安定電圧を供給する。

図７を参照する。図７は、本考案の一実施形態に係る自動車補助ブースターを自動車又はオートバイに使用するときの動作図である。図７に示すように、自動車又はオートバイが超低温下でバッテリーを利用して点火装置により点火することによりエンジンを始動させる際、バッテリーが低温下にある場合、そのエネルギー密度、ＣＣＡなどの電性が大幅に低下し、点火装置を始動させることができず、本考案はスーパーキャパシタを利用して低温下の動作特性（－５０℃～＋７０℃）において、酸化鉄リチウムバッテリーの出力端の両側に１組のスーパーキャパシタが並列接続され、バッテリーの補助始動として用い、スーパーキャパシタのパワー密度が高く、充放電速度が速く、耐低温性の特性により、スーパーキャパシタ内に既に蓄えた電気エネルギーを優先的に放出して点火装置に供給し、点火装置を始動させることができる（ステップ１）。点火装置がエンジンを始動させると、エンジンが発電機を駆動させる（ステップ２及びステップ３）。発電機は、整流器を介して電気エネルギーを、スーパーキャパシタが並列接続された酸化鉄リチウムバッテリーに対して充電を行う（ステップ４及びステップ５）。酸化鉄リチウムバッテリーが充電された後にバッテリーの温度が徐々に上昇し、良性循環を形成する。

上述したことから分かるように、本考案に係る自動車補助ブースターは、以下（１）～（５）の長所を有する。

（１）従来市販されていた大部分の三元系リチウムの自動車救援ブースターは、ただ単に臨時に救援始動装置を使用し、救援の必要がある自動車が三元系自動車救援器により始動した後、発電機が発生させる非常に大きな電圧及び電流により救援器が焼損してしまうことを防ぐために、短時間内に救援ケーブルを除去しなければならなかった。しかし、本考案は、自動車用シガーライターソケットに長期間接続し、自動車が常用している鉛蓄電池のメインバッテリーと並列接続して長期間使用することができる上、本考案は、充放電に異なる孔を採用し、小型でコストが少なく、メインバッテリーの寿命を延ばし、ＣＣＡを高める長所を有する。
（２）市販されている三元系リチウムの自動車救援装置の製品は、１年に使用する頻度があまり高くない自動車救援始動用である。本考案の大電流出力端子は、自動車救援装置を代替することができ、平時でも自動車用シガーライターソケットに長期間接続し、自動車が常用する鉛蓄電池のメインバッテリーと並列接続して長期間使用することができるため、製品の使用効率が高い。
（３）本考案は、自動車のメインバッテリーと酸化鉄リチウム電池との間に設置した複数のスーパーキャパシタにより、充電する際の小容量の酸化鉄リチウムバッテリーに発生する電力サージを緩衝する。
（４）大電流を放電する際、直接、大電流出力端子を介して並列接続された鉛蓄電池に出力し、スーパーキャパシタが予め蓄えていたエネルギーと、小容量の酸化鉄リチウムバッテリーとが一緒に放電され、パワー密度の違いにより時間差が発生するため、自動車の発電機の瞬間始動に必要な大電流を補償し、この時間帯の電流は、スーパーキャパシタに蓄えたエネルギーに小容量の酸化鉄リチウムバッテリーを加えたものを一緒に供給した後、小容量の酸化鉄リチウムバッテリーにより提供されるため、ブースター効果が得られる。
（５）本考案は、自動車用シガーライターソケットケーブルを介して平常時に使用するとき、自動車用シガーライターソケット上に接続し、自動車用シガーライターソケットケーブルの正極内側に、１０～１５Ａのヒューズを直列接続し、外部の入力電流がヒューズの電流より大きい場合、ヒューズが溶断され、製品を保護することができる。

本考案に係る自動車補助ブースターは、上述した特性及び達成し得る効果以外に、以下（１）～（８）の長所を有する。

（１）低コスト：バッテリーコアを使用する数が少ないため、低コストである。
（２）使い勝手が良い：自動車の鉛蓄電池に長時間、並列接続して使用することができるため、自動車のＣＣＡを高め、自動車の鉛蓄電池の寿命を延ばすことができる。
（３）低温下でも始動可能：低温下でのバッテリーは、エネルギー密度、ＣＣＡなどの電性が大幅に下がるが、スーパーキャパシタが低温下でも動作する特性（－５０～＋７０℃）を利用することにより、酸化鉄リチウムバッテリーの出力端両側に並列接続した１組のスーパーキャパシタをバッテリーの補助ブースターとして用い、ＣＣＡ全体を高めることができる。
（４）バッテリーの使用寿命が長い：酸化鉄リチウムバッテリーコアにスーパーキャパシタを並列接続すると、そのスーパーキャパシタのパワー密度が酸化鉄リチウムバッテリーの内部抵抗より大幅に大きく、スーパーキャパシタが第１の時間で作動するため、モジュール全体の充放電を行う上、スーパーキャパシタのサイクル寿命が１００万回に達し、サイクル寿命が５０００回の酸化鉄リチウムバッテリーより大幅に多いため、酸化鉄リチウムバッテリーの使用寿命が短いという問題を改善することができる。
（５）安全性が高い：酸化鉄リチウムは突き刺しても爆発しない上、スーパーキャパシタ乾式工程に、バッテリー保護配線及びスーパーキャパシタ保護配線が組み合わされているため安全性が高い。
（６）点火効率が高い：酸化鉄リチウムバッテリーにスーパーキャパシタが並列接続され、その瞬間的に供給される電流が大きい場合、従来の鉛蓄電池と比べ、点火装置内の点火プラグの放電火花の色が赤色から青色に変化し、ガソリンを完全燃焼できないという問題を改善し、ガソリンの使用量を減らすことができる。
（７）環境汚染を防ぐ：酸化鉄リチウムに「水系」工程が採用されているため、環境を汚染させない。
（８）体積が小さい：スーパーキャパシタの体積が従来の複数個のバッテリーコアの体積より小さいため、全体の体積を小さくすることができる。

当該分野の技術の当業者が理解できるように、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１０ 収納ケース
１１ 収容空間
１２ 開口
１３ 大電流出力コネクタ
１４ シガーライターソケット入力コネクタ
２０ 上蓋
２１ 電源スイッチ
２２ 電量表示装置
３０ バッテリー固定座
４０ 酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック
４１ 酸化鉄リチウムバッテリーコア
４２ バッテリーパック正負出力端
５０ スーパーキャパシタパック
５１ スーパーキャパシタ
６０ 電源管理保護板
６１ 電源管理保護回路
７０ 自動車用緊急ブースターケーブル
８０ 自動車用シガーライターソケットケーブル
ＭＣＵ マイクロプロセッサ
Ｓ１ 充電スイッチ
Ｓ２ 放電スイッチ
ＲＣＳ 抵抗
ＰＡＫ＋ 電流出力端
ＰＡＫ－ 電流出力端

Claims (6)

1. 収納ケース、上蓋、酸化鉄リチウムイオンバッテリーパック、スーパーキャパシタパック及び電源管理保護板を備えた、自動車補助ブースターであって、
   前記収納ケースは、方形絶縁筐体であり、内部に設けられた収容空間と、上方に形成された開口とを有し、
   前記上蓋は、前記収納ケース上を覆い、前記上蓋上には、電源スイッチが配設され、
   前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックは、前記収納ケース内に配設され、
   前記スーパーキャパシタパックは、前記収納ケース内に配設されるとともに、前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックと並列かつ電気的に接続されて前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックの一側に位置し、
   前記電源管理保護板は、前記収納ケース内に配設されるとともに、前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックの上方に位置し、電源管理保護回路を有し、前記電源管理保護回路は、前記スーパーキャパシタパックと前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックとの間に位置することを特徴とする、自動車補助ブースター。
2. 前記スーパーキャパシタパックは、複数のスーパーキャパシタが並列接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の自動車補助ブースター。
3. 前記収納ケース内に配設されて前記酸化鉄リチウムイオンバッテリーパックを固定するバッテリー固定座をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の自動車補助ブースター。
4. 前記上蓋上には、電量表示装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の自動車補助ブースター。
5. 前記収納ケースの一側面上には、大電流出力コネクタが設けられ、
   前記大電流出力コネクタは、前記スーパーキャパシタパックと電気的に接続され、自動車用緊急ブースターケーブルと接続されることを特徴とする請求項１に記載の自動車補助ブースター。
6. 前記収納ケースの一側面上には、シガーライターソケット入力コネクタが設けられ、
   前記シガーライターソケット入力コネクタは、前記スーパーキャパシタパックと電気的に接続されて自動車用緊急ブースターケーブルと接続されることを特徴とする請求項１に記載の自動車補助ブースター。

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