JP5214735B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を複数の負荷に供給する車両用電源装置に関するものである。

車両用電源装置では、エンジンに連動する発電機が発電した電力を、車両に搭載された各負荷に供給すると共に、バッテリに充電し、発電機が発電した電力では不足するとき、又はエンジンが停止しているときには、バッテリから各負荷に電力を供給するように構成されている。
近時、数十ファラッド以上の非常に大きな静電容量を有し、充放電サイクル特性（寿命）及び急速充放電に優れた電気二重層キャパシタが普及し、車両用電源装置においても、バッテリのバックアップ用などに提案されている。

特許文献１には、エンジン始動スイッチの操作によって、電池からの放電電流及び電気二重層キャパシタからの放電電流がスタータに流れ込むように構成されたエンジン自動車の電気システムが開示されている。スタータに対して電気二重層キャパシタは電池より近接するように配置され、電池からの放電電流が流れるワイヤーハーネスは、電気二重層キャパシタからスタータへの放電電流が流れる給電線に接続される。スタータの始動時には、電池からの放電電流が、電気二重層キャパシタからの放電電流に比べて小さくなるようにワイヤーハーネスを選択する。

特開２００７−２５３８７９号公報

車両用電源装置では、モータ等の負荷が起動されると、瞬間的に過大な突入電流が発生し、バッテリの内部抵抗により一時的に電源電圧が低下して、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の負荷によっては正常に機能しなくなることがあるという問題がある。
また、特許文献１に開示された電気システムでは、スタータで発生する突入電流を、内部抵抗が小さい電気二重層キャパシタから多く給電することにより、電源電圧の低下を小さくしているが、バッテリに異常が発生し電源電圧が低下した場合、電気二重層キャパシタの出力電圧も低下す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、電気二重層キャパシタを備えて、電気二重層キャパシタ及びバッテリ間で互いに影響が及び難く、突入電流が発生しても、電源電圧が低下して負荷が正常に機能しなくなる虞が無い車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、該バッテリが放電した電力、及び前記発電機が発電した電力を複数の負荷に供給する車両用電源装置において、前記バッテリに並列接続された電気二重層キャパシタと、前記バッテリ及び電気二重層キャパシタの各同極側端子間を接続／遮断する接続回路と、該接続回路の両端子間の電位差を検出する電位差検出手段とを備え、該電位差検出手段が検出した電位差に基づき、前記電気二重層キャパシタを充電する為に前記接続回路を接続するように構成してあり、前記電気二重層キャパシタが出力する電力は、前記負荷のうち、所定値以上の突入電流を発生させる負荷に与えるように構成してあり、前記突入電流を発生させる負荷のうち、一部の負荷は、前記バッテリからも電力を直接与えられるように構成してあり、前記突入電流を発生させる負荷には、エンジンのスタータが含まれており、前記スタータ及びバッテリ間を接続／遮断するスイッチを備え、該スイッチは、前記スタータが始動するときにのみ接続するように構成してあり、前記エンジンが始動してからの時間を計時する計時手段と、前記電気二重層キャパシタの出力電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した出力電圧が所定電圧範囲内であるか否かを判定する判定手段と、前記計時手段が所定時間を計時した以降、前記判定手段が所定電圧範囲内であると判定したときは、判定結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、エンジンに連動する発電機が発電した電力によりバッテリが充電され、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を複数の負荷に供給する。電気二重層キャパシタが、バッテリに並列接続され、接続／遮断する回路が、バッテリ及び電気二重層キャパシタの各同極側端子間を接続／遮断する。検出する手段が、接続／遮断する回路の両端子間の電位差を検出する。その検出した電位差に基づき、電気二重層キャパシタを充電する為に、接続／遮断する回路を接続する。また、電気二重層キャパシタが出力する電力は、複数の負荷のうち、所定値以上の突入電流を発生させる負荷に与える。

この車両用電源装置では、また、突入電流を発生させる負荷のうち、一部の負荷は、バッテリからも電力を直接与えられるように構成してあり、突入電流を発生させる負荷には、エンジンのスタータが含まれている。スイッチが、スタータ及びバッテリ間を接続／遮断し、このスイッチは、スタータが始動するときにのみ接続する。計時手段が、エンジンが始動してからの時間を計時し、電圧検出手段が、電気二重層キャパシタの出力電圧を検出する。判定手段が、電圧検出手段が検出した出力電圧が所定電圧範囲内であるか否かを判定し、計時手段が所定時間を計時した以降、判定手段が所定電圧範囲内であると判定したときは、表示手段が判定結果を表示する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記電気二重層キャパシタは、前記バッテリから負荷への分岐回路及びヒューズを収納する電気接続箱に収納されていることを特徴とする。

本発明に係る車両用電源装置によれば、電気二重層キャパシタを備えて、電気二重層キャパシタ及びバッテリ間で互いに影響が及び難く、突入電流が発生しても、電源電圧が低下して負荷が正常に機能しなくなる虞が無い車両用電源装置を実現することができる。

本発明に係る車両用電源装置の実施例の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置のジャンクションボックス内に電気二重層キャパシタを収納した態様の左側面から見た断面を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置のジャンクションボックス内に電気二重層キャパシタを収納した態様の正面から見た断面を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置のジャンクションボックス内に電気二重層キャパシタを収納した態様の下面から見た断面を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置のジャンクションボックス内に電気二重層キャパシタを収納した態様の右側面から見た断面を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の実施例の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の実施例の概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施例１の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が、図示しないエンジンに連動して発電する。オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流された後、ヒューズＦ１を通じて、バッテリＢに充電される。
バッテリＢの出力電圧は、ヒューズＦ５を通じて、例えばエンジンＥＣＵ（負荷）６に与えられ、ヒューズＦ６及びスイッチＳを通じて、ヘッドランプ（負荷）７に与えられる。また、ヒューズＦ３，Ｆ４（前輪用、後輪用）を個別に通じて電動ブレーキ５に与えられる。バッテリＢの出力電圧は、また、エンジンのスタータ（負荷）２に与えられる。

オルタネータ１の出力電圧、及びヒューズＦ１を通じたバッテリＢの出力電圧は、半導体リレーＲｙ１及び抵抗Ｒを通じて電気二重層キャパシタＣに与えられ充電される。半導体リレーＲｙ１の両端子間には制御部３が接続され、制御部３は、両端子間の電位差を検出し、検出した電位差に基づき、半導体リレーＲｙ１をオン／オフにする。抵抗Ｒは、電気二重層キャパシタＣに充電する際の過電流を防止する。
電気二重層キャパシタＣは、後述するように（図２）、直列接続された６個のセルにより構成されている。

電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、ヒューズＦ２及び半導体リレーＲｙ２を通じて、電動パワーステアリング装置（負荷）４に与えられる。また、ヒューズＦ７及び半導体リレーＲｙ３（例えば前輪用），並びにヒューズＦ８及び半導体リレーＲｙ４（例えば後輪用）を個別に通じて電動ブレーキ５に与えられる。
バッテリＢの出力電圧は、それぞれのヒューズを通じてその他の負荷へも与えられる。
半導体リレーＲｙ１〜Ｒｙ４には、環流ダイオードが逆並列に接続されている。半導体リレーＲｙ１〜Ｒｙ４は、図示しないイグニッションスイッチ（点火スイッチ）に連動してオン／オフされる。

図２Ａは、車両のジャンクションボックス（電気接続箱）ＪＢ内に電気二重層キャパシタＣを収納した態様の左側面から見た断面を示す説明図、図２Ｂは、その態様の正面から見た断面を示す説明図、図２Ｃは、その態様の下面から見た断面を示す説明図、図２Ｄは、その態様の右側面から見た断面を示す説明図である。
このジャンクションボックスＪＢは、筐体１６が直方体形状であり、筐体１６の底面に延設された２つの鍔部１２にそれぞれ２つ設けられた孔１３により、車両側にビス止めされている。筐体１６内部には、底面を覆うように絶縁板及び配線（電力系）８が収納され、筐体１６内の中間より若干深い位置に、プリント基板１０が絶縁板及び配線８を覆うように嵌め込まれて支持固定されている。

プリント基板１０の裏面側には、半導体リレーＲｙ１〜Ｒｙ４、ヒューズＦ１〜Ｆ６、制御部３等の電子回路９が配設され、プリント基板１０の表面側には６個のセルが直列接続された電気二重層キャパシタＣが配設されている。プリント基板１０の裏面の正面視右下部には、右側面を貫通したコネクタ１１が接続されている。

このような構成の車両用電源装置では、制御部３は、半導体リレーＲｙ１の両端子間の電位差を検出し、電位差が例えば１．０Ｖになったときは、半導体リレーＲｙ１をオンにする。電気二重層キャパシタＣへの充電が進み、電位差が例えば０Ｖになったときは、半導体リレーＲｙ１をオフにする。制御部３は、電気二重層キャパシタＣへ充電するとき以外は、半導体リレーＲｙ１をオフにしておく。

図示しないエンジンが回転している場合に、電動パワーステアリング装置４又は電動ブレーキ５が作動して、そのモータに突入電流が発生したとき、その電源は電気二重層キャパシタＣであり、電気二重層キャパシタＣの内部抵抗は非常に小さいので、電圧低下は小さい。
また、そのときに、たまたま半導体リレーＲｙ１がオンであっても、バッテリＢよりも電気二重層キャパシタＣからの方が電流が流れ易いので、バッテリＢの内部抵抗による電圧低下は小さい。
重要な負荷である電動ブレーキ５には、電気二重層キャパシタＣからと、バッテリＢからとの二重の電源が与えられているので、何れか一方が故障した場合でも、他方からの電源が与えられ、確実に電源が供給される。

図３は、本発明に係る車両用電源装置の実施例２の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置では、スタータ２は、バッテリＢからではなく、電気二重層キャパシタＣから電源が与えられている。また、制御部３は、半導体リレーＲｙ１の両端子間の電位差に基づき半導体リレーＲｙ１をオン／オフ制御する代わりに、ＤＣＤＣコンバータ１４の両端子間の電圧差を検出し、検出した電位差に基づきＤＣＤＣコンバータ１４をオン／オフ制御する。ＤＣＤＣコンバータ１４は、バッテリＢからの電圧を例えば＋１．５Ｖ（１４Ｖ程度）昇圧し、抵抗Ｒを通じて、電気二重層キャパシタＣに与える。その他の構成は、上述した実施例１で説明した車両用電源装置の構成（図１，２）と同様であるので、説明を省略する。

このような構成の車両用電源装置では、制御部３は、ＤＣＤＣコンバータ１４の両端子間の電位差を検出し、電位差が例えば１．０Ｖ（入力側＞出力側）になったときは、ＤＣＤＣコンバータ１４をオンにする。ＤＣＤＣコンバータ１４が昇圧した電圧により電気二重層キャパシタＣへの充電が進み、電位差が例えば１．５Ｖ（入力側＜出力側）になったときは、ＤＣＤＣコンバータ１４をオフにする。制御部３は、電気二重層キャパシタＣへ充電するとき以外は、ＤＣＤＣコンバータ１４をオフにしておく。

エンジンが始動するとき、スタータ２が始動して、そのモータに突入電流が発生したとき、その電源は電気二重層キャパシタＣであり、電気二重層キャパシタＣの内部抵抗は非常に小さいので、電圧低下は小さい。
また、そのときに、たまたまＤＣＤＣコンバータ１４がオンであっても、バッテリＢよりも電気二重層キャパシタＣからの方が電流が流れ易いので、バッテリＢの内部抵抗による電圧低下は小さい。
これにより、バッテリＢの大電流放電の頻度が下がるので、バッテリＢの長寿命化が期待できる。その他の動作は、上述した実施例１で説明した車両用電源装置の動作と同様であるので、説明を省略する。

図４は、本発明に係る車両用電源装置の実施例３の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置では、スタータ２は、電気二重層キャパシタＣから電源が与えられる他、半導体リレーＲｙ５を通じて、バッテリＢからも与えられる。半導体リレーＲｙ５は、スタータスイッチ１５がオンのときにオンになる。また、スタータスイッチ１５がオフのときにはオフになり、スタータ２及びバッテリＢ間を遮断する。その他の構成は、上述した実施例２で説明した車両用電源装置の構成（図３）と同様であるので、説明を省略する。

このような構成の車両用電源装置では、スタータスイッチ１５がオンになり、スタータ２が始動して、そのモータに突入電流が発生するとき、半導体リレーＲｙ５もオンになっている。その為、スタータ２へは電気二重層キャパシタＣとバッテリＢとから電源が与えられるが、バッテリＢよりも電気二重層キャパシタＣからの方が電流が流れ易いので、バッテリＢの内部抵抗による電圧低下は小さい。また、電気二重層キャパシタＣの内部抵抗は非常に小さいので、電気二重層キャパシタＣでの電圧低下も小さい。

エンジンの始動時以外は、スタータ２及びバッテリＢ間を遮断するので、例えば、バッテリＢが、故障により出力電圧が低下しても、電気二重層キャパシタＣの出力電圧には影響が及ばない。
これにより、バッテリＢの大電流放電時の電流量が小さくなるので、バッテリＢの長寿命化が期待できる。その他の動作は、上述した実施例２で説明した車両用電源装置の動作と同様であるので、説明を省略する。

本発明は、エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、バッテリが放電した電力、及び発電機が発電した電力を複数の負荷に供給する電源装置に適用できる。

１ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２ スタータ（負荷）
３ 制御部
４ 電動パワーステアリング装置（負荷）
５ 電動ブレーキ（負荷）
６ エンジンＥＣＵ（負荷）
７ ヘッドランプ（負荷）
１４ 双方向ＤＣＤＣコンバータ
１５ スタータスイッチ
１６ 筐体
Ｂ バッテリ
Ｃ 電気二重層キャパシタ
Ｆ１〜Ｆ８ ヒューズ
ＪＢ ジャンクションボックス（電気接続箱）
Ｒ 抵抗
Ｒｙ１〜Ｒｙ５ 半導体リレー
Ｓ スイッチ

Claims (2)

1. エンジンに連動する発電機が発電した電力により充電されるバッテリを備え、該バッテリが放電した電力、及び前記発電機が発電した電力を複数の負荷に供給する車両用電源装置において、
   前記バッテリに並列接続された電気二重層キャパシタと、前記バッテリ及び電気二重層キャパシタの各同極側端子間を接続／遮断する接続回路と、該接続回路の両端子間の電位差を検出する電位差検出手段とを備え、該電位差検出手段が検出した電位差に基づき、前記電気二重層キャパシタを充電する為に前記接続回路を接続するように構成してあり、前記電気二重層キャパシタが出力する電力は、前記負荷のうち、所定値以上の突入電流を発生させる負荷に与えるように構成してあり、
   前記突入電流を発生させる負荷のうち、一部の負荷は、前記バッテリからも電力を直接与えられるように構成してあり、前記突入電流を発生させる負荷には、エンジンのスタータが含まれており、前記スタータ及びバッテリ間を接続／遮断するスイッチを備え、該スイッチは、前記スタータが始動するときにのみ接続するように構成してあり、
   前記エンジンが始動してからの時間を計時する計時手段と、前記電気二重層キャパシタの出力電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した出力電圧が所定電圧範囲内であるか否かを判定する判定手段と、前記計時手段が所定時間を計時した以降、前記判定手段が所定電圧範囲内であると判定したときは、判定結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記電気二重層キャパシタは、前記バッテリから負荷への分岐回路及びヒューズを収納する電気接続箱に収納されている請求項１記載の車両用電源装置。

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