JP3940227B2

JP3940227B2 - バッテリ用電力補償装置

Info

Publication number: JP3940227B2
Application number: JP22739998A
Authority: JP
Inventors: 邦男根本; 雅明今村
Original assignee: Elna Co Ltd
Current assignee: Elna Co Ltd
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: US5942885A; JP2000060027A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、小型船舶などに搭載されたバッテリが負荷の変動などで電圧が極度に低下するのを補償するバッテリ用電力補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６において、自家用車などに搭載される程度の容量のバッテリ１０に、２〜５ｍの長いケーブル１３を介してカーアンプと数１００Ｗものスピーカーなどの大きな負荷１１が結合されている場合において、この大きな負荷１１に大電流が流れると、ケーブル１３の比抵抗がきいて大きな電圧降下が生じる。例えば、図５のｔ１時に、Ｖｉ（１２Ｖ）の通常の自動車のバッテリ１０から３０Ａもの大電流が流れ、ｔ２時にもとへ戻るような大きな電圧変動があったものとすると、補償用コンデンサ１２がない場合には、図５の点線で示すように、電源電圧Ｖｉに対して一時的に１０〜２０％の電圧降下Ｖ１が生じ、パワー不足、音質の低下、音の歪などが生じる。
【０００３】
このような一時的に極端な電圧降下が発生するという問題点を解決するため、従来、図６に示すように、負荷１１の電源入力端子間に補償用コンデンサ１２を挿入する方法が採用されている。
このような回路構成とすることにより、図５のｔ１時に、負荷１１に大電流が流れて大きな電圧降下が生じようとすると、図５の２点鎖線で示すように、補償用コンデンサ１２に蓄えられていたエネルギーが放出されて比較的ゆっくりと電圧降下Ｖ２が生じ、かつ、ｔ２時からもとへ戻るときもゆっくりと立ち上がる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、補償用コンデンサ１２を挿入することによりかなりの効果が得られるが、１個の補償用コンデンサ１２だけでは、バッテリ１０と負荷１１とを結合するケーブル１３がかなり長いこともあって、このケーブル１３による電圧降下によって電圧が低下する方向に変動し、それを補うために補償用コンデンサ１２に蓄えられた電荷が消費され、電圧変動の抑制が不十分であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、比較的簡単な回路構成で極端な電圧降下を十分抑制できるバッテリ用電力補償装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バッテリと負荷との間をケーブルで結合し、負荷の入力側に補償用コンデンサを挿入してなるバッテリ用電力補償装置において、前記負荷への入力電圧の変動を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出値と基準値とを比較する比較回路と、この比較回路の出力で制御されるスイッチ回路と、このスイッチ回路により前記補償用コンデンサに並列に接続される補助コンデンサとからなることを特徴とするバッテリ用電力補償装置である。
【０００７】
このような構成とすることにより、電圧変動値が設定値を越えるほどに大きくなると、スイッチ回路が制御されて補助コンデンサが補償用コンデンサに並列に接続される。すると、補助コンデンサの電荷が補償用コンデンサの接続点に供給され、電圧変動は、補償用コンデンサだけの場合の約半分に改善される。このように、比較的簡単な回路構成で極端な電圧降下を十分抑制できるバッテリ用電力補償装置を提供することができる。
また、比較回路に、電圧変動を多段階に比較する複数の電圧比較器を具備し、この複数の電圧比較器に多段階に電圧変動を表示する表示回路を付加することにより、多段階の電圧の変動の抑制効果を視覚的に知ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバッテリ用電力補償装置の実施例を図面に基づき説明する。
本発明の第１実施例を示す図１において、１０は、自動車用などに用いられるバッテリで、このバッテリ１０と、オーディオ用車載アンプ、スピーカーなどの負荷１１とは、ケーブル１３ａ、１３ｂにより結合されているが、その間に本発明によるバッテリ用電力補償装置９が介在されている。
【０００９】
この本発明によるバッテリ用電力補償装置９は、ケーブル１３ａと１３ｂの途中の点Ａ、Ｂ間に挿入された補償用コンデンサ１２と、電圧変動を検出するとともに、基準電圧を設定する電圧検出回路２７と、この電圧検出回路２７による検出電圧と基準電圧とを比較出力する比較回路２８と、この比較回路２８の出力で開閉制御されるスイッチ回路２５と、このスイッチ回路２５により前記補償用コンデンサ１２に並列に挿入される補助コンデンサ２６と、電圧の変化の程度を多段階に表示する表示回路２９と、前記比較回路２８とスイッチ回路２５に安定化した電源を供給する安定化電源回路２４とから構成されている。なお、前記補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６との容量比は、例えば、７：３程度に設定される。
【００１０】
前記スイッチ回路２５は、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＣＲ、バイポーラトランジスタなどの第１スイッチ素子２２と第２スイッチ素子２３とからなる。
【００１１】
前記ケーブル１３ａにおける＋端子１４と点Ａとの間は、２経路のケーブル１３ａ１と１３ａ２とに分岐され、それぞれの経路にファーストリカバリーダイオード１８、１９、ヒューズ２０、２１が挿入され、また、ケーブル１３ａ２には、前記スイッチ回路２５の第２スイッチ素子２３が挿入されている。
【００１２】
前記電圧検出回路２７は、１００Ｗ、５００Ｗ、１ｋＷなど負荷の大きさに応じて電圧変動の検出値を設定する回路部分と基準電圧を設定する回路部分とからなり、前記電圧変動の検出値を設定する回路部分は、３個のツェナーダイオード３１、３２、３３と、３接点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を持つ検出電圧切り換えスイッチ３０と、抵抗３４とからなり、前記基準電圧を設定する回路部分は、抵抗３６、３７と、３接点Ａ１、Ａ２、Ａ３を持つ基準電圧切り換えスイッチ３５とからなり、前記検出電圧切り換えスイッチ３０と基準電圧切り換えスイッチ３５とは、互いに連動して切り換えられる。
【００１３】
前記比較回路２８は、図２に示すように、複数個の、この例では５個の電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５を内蔵し、また、前記安定化電源回路２４の出力端子とアースとの間に、基準電圧発生回路５３、抵抗５４、５５、５６、５７、５８、５９の直列回路が挿入され、これらの抵抗５４、５５、５６、５７、５８、５９の接続点が、それぞれ前記電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の−端子に接続されている。また、前記検出電圧切り換えスイッチ３０の共通端子が前記電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の＋端子に接続されている。これら５個の電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５には、５段階の基準電圧が印加される。
【００１４】
具体的には、前記検出電圧切り換えスイッチ３０のＢ１と、基準電圧切り換えスイッチ３５のＡ１とに切換え接続した場合、比較回路２８内の５個の電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の−端子に、基準電圧Ｖｒとして、０．２Ｖ間隔で、０．２Ｖ、０．４Ｖ、０．６Ｖ、０．８Ｖ、１．０Ｖが印加される。前記ツェナーダイオード３１のツェナー電圧をＶｚ１（＝１１．０Ｖ）、点Ａの検出電圧をＶａとすると、電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の＋端子に出力信号電圧として、Ｖｘ＝Ｖａ−Ｖｚ１が印加される。
【００１５】
同様に、Ａ２と、Ｂ２とに切換えた場合、電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の−端子に、０．３Ｖ間隔で、０．３Ｖ、０．６Ｖ、０．９Ｖ、１．２Ｖ、１．５Ｖが印加され、ツェナーダイオード３２のＶｚ２を１０．５Ｖ、点Ａの検出電圧をＶａとすると、電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の＋端子にＶｘ＝Ｖａ−Ｖｚ２が印加される。
【００１６】
さらに、Ａ３と、Ｂ３とに切換えた場合、電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の−端子に、０．６Ｖ間隔で、０．６Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．４Ｖ、３．０Ｖが印加され、ツェナーダイオード３３のＶｚ３を９．０Ｖ、点Ａの検出電圧をＶａとすると、電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の＋端子にＶｘ＝Ｖａ−Ｖｚ３が印加される。
このように、５段階の基準電圧は、基準電圧切り換えスイッチ３５による接点Ａ１、Ａ２、Ａ３と、検出電圧切り換えスイッチ３０による接点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のいずれを選択するかによって設定される。
【００１７】
前記表示回路２９は、複数個の、この例では前記電圧比較器６１、６２、６３、６４、６５の数と同じ５個の表示灯４１、４２、４３、４４、４５を具備し、前記電圧検出回路２７にて検出した電圧Ｖｘが比較回路２８における電圧比較器６１〜６５の基準電圧Ｖｒよりも下回ると出力する。また、電圧比較器６１〜６５の出力側には、それぞれ動作点切り換えスイッチ３８の接点Ｃ１〜Ｃ５が接続され、これらの接点Ｃ１〜Ｃ５のうちのいずれか１つが、選択的にスイッチ回路２５の第１スイッチ素子２２に接続されて第２スイッチ素子２３の動作電圧値が設定される。
【００１８】
前記安定化電源回路２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４６、コンデンサ４７、４８、ツェナーダイオード４９、リアクタ５０からなり、安定化した電源が作られて、前記比較回路２８とスイッチ回路２５に供給される。
【００１９】
以上のような構成による作用を説明する。
検出電圧切り換えスイッチ３０と基準電圧切り換えスイッチ３５は、負荷１１の大きさに応じて電圧変動をどの程度に抑えるかによっていずれかの接点が選択される。
以下、例えば、小さい負荷１１に対応して、接点Ａ１とＢ１を選択したものとしてその作用を説明する。
比較回路２８内の５個の電圧比較器６１〜６５の基準電圧Ｖｒは、０．２Ｖ間隔で設定され、従って、表示回路２９の表示灯４１〜４５も同様に０．２Ｖ間隔で駆動する。また、これらの表示回路２９の表示灯４１〜４５は、スタート時点では、すべてが点灯した状態にある。
動作点切り換えスイッチ３８は、信号電圧Ｖｘがどのレベルに達したとき補助コンデンサ２６の電荷を補償用コンデンサ１２に開放するかによって設定される。図示の例では、信号電圧Ｖｘが電圧比較器６３の出力に対応したＶｒ＝０．６Ｖより下回るとき作動するように、接点Ｃ３に設定される。
【００２０】
ケーブル１３ａにおける点Ａの電圧変動値が０．２Ｖ以内である場合、すなわち、点Ａの電圧値が１２．０〜１１．８Ｖのとき、信号電圧値Ｖｘが１．０〜０．８Ｖであり、電圧比較器６５の基準電圧Ｖｒ＝１．０Ｖよりも下回っているので、電圧比較器６５からＬレベルに出力し、表示灯４５だけが消灯する。このとき、スイッチ回路２５へ信号が送られないので、補償用コンデンサ１２のみによって従来の図６と同様の電圧補償が行われる。
【００２１】
ここで、点Ａの電圧変動値が０．２〜０．４Ｖとやや大きくなった場合、すなわち、点Ａの電圧値が１１．８〜１１．６Ｖのとき、信号電圧値Ｖｘが０．８〜０．６Ｖであり、電圧比較器６４の基準電圧Ｖｒ＝０．８Ｖよりも下回っているので、電圧比較器６５と６４からＬレベルに出力し、表示灯４５と４４が消灯する。このとき、スイッチ回路２５へ信号が送られないので、補償用コンデンサ１２のみによって従来の図６と同様の電圧補償が行われる。
【００２２】
電圧変動値が図５のＶ４のように、０．４〜０．６Ｖとさらに大きくなった場合、すなわち、点Ａの電圧値が１１．６〜１１．４Ｖのとき、信号電圧値Ｖｘが０．６〜０．４Ｖであり、電圧比較器６３の基準電圧Ｖｒ＝０．６Ｖよりも下回っているので、、電圧比較器６５、６４及び６３からＬレベルに出力し、表示灯４５、４４及び４３が消灯する。
同時に、電圧比較器６３のＬレベル出力は、動作点切り換えスイッチ３８の接点Ｃ３を介してスイッチ回路２５の第１スイッチ素子２２に所定以上の変動が生じたという信号を送り、この第１スイッチ素子２２をオフする。この第１スイッチ素子２２のオフにより第２スイッチ素子２３がオンして補助コンデンサ２６が補償用コンデンサ１２に並列に接続される。
すると、補助コンデンサ２６の電荷が補償用コンデンサ１２の接続されている点Ａに、第２スイッチ素子２３を介して供給される。このため、電圧変動は、図５の実線のように、補償用コンデンサ１２だけの場合の約半分のＶ３に改善される。
【００２３】
電圧変動値が、０．６〜０．８Ｖとさらに大きくなった場合、すなわち、点Ａの電圧値が１１．４〜１１．２Ｖのとき、信号電圧値Ｖｘが０．４〜０．２Ｖであり、電圧比較器６２の基準電圧Ｖｒ＝０．４Ｖよりも下回っているので、電圧比較器６５、６４、６３及び６２からＬレベルに出力し、表示灯４５、４４、４３及び４２が消灯し、同時に、電圧比較器６３のＬレベル出力は、接点Ｃ３を介して信号を送り、第１スイッチ素子２２をオフし、第２スイッチ素子２３がオンして補助コンデンサ２６が補償用コンデンサ１２に並列に接続され、補助コンデンサ２６も電圧変動の抑制作用をなす。
【００２４】
電圧変動値が、０．８以上になった場合、すなわち、点Ａの電圧値が１１．２Ｖより低下すると、信号電圧値Ｖｘが０．２Ｖより低下し、電圧比較器６１の基準電圧Ｖｒ＝０．２Ｖよりも下回っているので、電圧比較器６５、６４、６３、６２及び６１のすべてからＬレベルに出力し、すべての表示灯４５、４４、４３、４２、４１が消灯し、同時に、電圧比較器６３のＬレベル出力は、接点Ｃ３を介して信号を送り、第１スイッチ素子２２をオフし、第２スイッチ素子２３がオンして補助コンデンサ２６が補償用コンデンサ１２に並列に接続され、補助コンデンサ２６も電圧変動の抑制作用をなす。
【００２５】
以上の動作は、接点Ａ２とＢ２を選択した場合も、また接点Ａ３とＢ３を選択した場合も同様である。
前記実施例では、電圧変動が大きくなるに従い、電圧比較器６５、６４、６３、６２、６１の順番にＬレベルに出力し、表示灯４５、４４、４３、４２、４１もその順番に消灯するように構成したが、これに限られるものではなく、電圧変動が小さい状態ですべての電圧比較器６５、６４、６３、６２、６１からＬレベルに出力し、すべての表示灯４５、４４、４３、４２、４１を消灯し、電圧変動が大きくなるに従い、電圧比較器６５、６４、６３、６２、６１の順番にＨレベルに出力し、表示灯４５、４４、４３、４２、４１もその順番に点灯するように構成することもできる。
【００２６】
前記実施例では、スイッチ回路２５における閾値をできるだけ小さくするために、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＣＲ、バイポーラトランジスタなどからなる第２スイッチ素子２３と第１スイッチ素子２２とを用いたが、回路構成を簡略化するためには、図３に示すように、補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６とをスイッチングダイオード５１で結合するようにしてもよい。この場合、スイッチングダイオード５１は、図１におけるスイッチ回路２５と電圧検出回路２７と比較回路２８とを兼用した動作をし、スイッチングダイオード５１は、カソード側の電位がアノード側より一定値以上低下すると導通して補助コンデンサ２６の電荷を補償用コンデンサ１２側へ供給する。
【００２７】
前記実施例では、補償用コンデンサ１２および補助コンデンサ２６をそれぞれ大型の電解コンデンサからなるように図示したが、これに限られるものではなく、図４に示すように、定格が同一の数１０個又はそれ以上のアルミニウム電解コンデンサ５２を並列に接続してユニット化して目的の容量を得るようにしてもよい。アルミニウム電解コンデンサ５２をｎ個並列接続したものとすると、内部抵抗が１個の場合のＲ／ｎ（Ω）となる。
【００２８】
【発明の効果】
（１）本発明は、負荷１１への入力電圧の変動を検出する電圧検出回路２７と、この電圧検出回路２７の検出値と基準値とを比較する比較回路２８と、この比較回路２８の出力で制御されるスイッチ回路２５と、このスイッチ回路２５により前記補償用コンデンサ１２に並列に接続される補助コンデンサ２６とで構成したので、比較的簡単な回路構成で電圧変動を十分抑制できるバッテリ用電力補償装置を提供することができる。
【００２９】
（２）電圧検出回路２７は、電圧変動の複数の検出値を選択的に設定可能な回路部分と複数の基準電圧を選択的に設定可能な回路部分とからなり、比較回路２８は、複数個の電圧比較器を具備し、これらの電圧比較器における基準電圧を電圧検出回路２７の複数の設定値のいずれかを選択するかによって設定されるようにしたので、制御すべき電圧変動値や負荷の大きさなどに応じて目的の設定値を容易に設定できる。
【００３０】
（３）比較回路２８は、電圧変動を多段階に比較する複数の電圧比較器を具備し、この複数の電圧比較器に多段階に電圧変動を表示する表示回路２９を付加したので、多段階の電圧の変動の抑制効果を視覚的に知ることができる。
【００３１】
（４）比較回路２８における複数の電圧比較器の出力側に動作点切り換えスイッチ３８を付加し、この動作点切り換えスイッチ３８により複数の電圧比較器の選択的な出力でスイッチ回路２５を制御するようにしたので、補償用コンデンサ１２に補助コンデンサ２６を接続して電圧の補償する値を細かくも粗くも要望に応じて設定できる。
【００３２】
（５）補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６は、それぞれ定格が同一の多数個のアルミニウム電解コンデンサ５２を並列に接続してユニット化して目的の容量を得るようにしたものからなるので、内部抵抗を１個の場合のＲ／ｎ（Ω）とすることができる。
【００３３】
（６）補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６とをスイッチングダイオード５１で結合し、このスイッチングダイオード５１は、スイッチ回路２５と電圧検出回路２７と比較回路２８とを兼用した動作をするようにしたので、より簡易な回路構成で電圧変動の補償ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバッテリ用電力補償装置の第１実施例を示す電気回路図である。
【図２】図１における比較回路２８の一実施例を示す具体的電気回路図である。
【図３】本発明によるバッテリ用電力補償装置の第２実施例を示す電気回路図である。
【図４】１個のコンデンサを定格が同一の多数個のアルミニウム電解コンデンサ５２を並列に接続してユニット化して使用した例を示す電気回路図である。
【図５】本発明による回路と従来回路と電圧変動の補償をしていない回路とにおける動作波形図である。
【図６】従来のバッテリ用電力補償装置の電気回路図である。
【符号の説明】
９…バッテリ用電力補償装置、１０…バッテリ、１１…負荷、１２…補償用コンデンサ、１３…ケーブル、１４…＋端子、１５…−端子、１６…電源＋端子、１７…電源−端子、１８、１９…ファーストリカバリーダイオード、２０、２１…ヒューズ、２２…第１スイッチ素子、２３…第２スイッチ素子、２４…安定化電源回路、２５…スイッチ回路、２６…補助コンデンサ、２７…電圧検出回路、２８…比較回路、２９…表示回路、３０…検出電圧切り換えスイッチ、３１、３２、３３…ツェナーダイオード、３４…抵抗、３５…基準電圧切り換えスイッチ、３６、３７…抵抗、３８…動作点切り換えスイッチ、４０…コンデンサ、４１、４２、４３、４４、４５…表示灯、４６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、４７、４８…コンデンサ、４９…ツェナーダイオード、５０…リアクタ、５１…スイッチングダイオード、５２…アルミニウム電解コンデンサ、５３…基準電圧発生回路、５４、５５、５６、５７、５８、５９…抵抗、６１、６２、６３、６４、６５…電圧比較器。

Claims

バッテリ１０と負荷１１との間をケーブル１３で結合し、負荷１１の入力側に補償用コンデンサ１２を挿入してなるバッテリ用電力補償装置において、前記負荷１１への入力電圧の変動を検出する電圧検出回路２７と、この電圧検出回路２７の検出値と基準値とを比較する比較回路２８と、この比較回路２８の出力で制御されるスイッチ回路２５と、このスイッチ回路２５により前記補償用コンデンサ１２に並列に接続される補助コンデンサ２６とを具備し、前記電圧検出回路２７は、電圧変動の複数の検出値を選択的に設定可能な回路部分と、複数の基準電圧を選択的に設定可能な回路部分とからなり、前記比較回路２８は、複数個の電圧比較器６１〜を具備し、これらの電圧比較器６１〜における基準電圧を前記電圧検出回路２７の複数の設定値のいずれかを選択するかによって設定されるようにしたことを特徴とするバッテリ用電力補償装置。
スイッチ回路２５は、比較回路２８の出力信号で開閉制御される第１スイッチ素子２２と、この第１スイッチ素子２２により開閉制御されて補助コンデンサ２６を補償用コンデンサ１２に並列接続する第２スイッチ素子２３とからなることを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
比較回路２８は、電圧変動を多段階に比較する複数の電圧比較器６１〜を具備し、この複数の電圧比較器６１〜に多段階に電圧変動を表示する表示回路２９を付加してなることを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
比較回路２８における複数の電圧比較器６１〜の出力側に動作点切り換えスイッチ３８を付加し、この動作点切り換えスイッチ３８により複数の電圧比較器６１〜の選択的な出力でスイッチ回路２５を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
バッテリ１０に安定化電源回路２４を付加し、この安定化電源回路２４により安定化した電源を比較回路２８とスイッチ回路２５に供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
スイッチ回路２５における第１スイッチ素子２２と第２スイッチ素子２３は、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＣＲ又はバイポーラトランジスタからなり、閾値をできるだけ小さくするようにしたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６は、それぞれ大型電解コンデンサからなることを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６は、それぞれ定格が同一の多数個のアルミニウム電解コンデンサ５２を並列に接続してユニット化して目的の容量を得るようにしたものからなることを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。
前記補償用コンデンサ１２と補助コンデンサ２６とをスイッチングダイオード５１で結合し、このスイッチングダイオード５１は、スイッチ回路２５と電圧検出回路２７と比較回路２８とを兼用した動作をするようにしたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ用電力補償装置。