JP5617908B2 - 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、前記バッテリに充電されるように逆流防止回路を通じて接続された電気二重層キャパシタと、該電気二重層キャパシタ及び１又は複数の負荷間を接続／遮断するスイッチと、前記バッテリ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電圧が所定電圧より低いか否かを判定する手段と、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第２電圧検出手段と、該第２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、前記判定する手段が所定電圧より低いと判定したときは、前記スイッチを接続するように構成してあ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、バッテリに充電されるように逆流防止回路を通じて接続され、スイッチが、電気二重層キャパシタ及び１又は複数の負荷間を接続／遮断する。電圧検出手段が、バッテリの出力電圧を検出し、判定する手段が、その検出した電圧が所定電圧より低いか否かを判定する。計時手段が、エンジンが始動してからの時間を計時し、第２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、第２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。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、表示手段がその判定結果を表示する。判定する手段が、所定電圧より低いと判定したときは、スイッチを接続する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記スイッチは、前記表示手段に連動するように構成してあることを特徴とする。

第３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を説明する為の車両用電源装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す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。 図１に示す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。 図１に示す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。 図１に示す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を説明する為の車両用電源装置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。 キャパシタユニットの構成例を示すブロック図である。 電圧検知リレー制御部の構成例を示すブロック図である。 電圧検知リレー制御部の他の構成例を示すブロック図である。 電圧検知リレー制御部の他の構成例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を説明する為の車両用電源装置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１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流された後、リレーボックスＲＢ内のヒューズ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、図示しないイグニッションスイッチ（アクセサリスイッチも含む）に連動するリレーボックスＲＢ内のスイッチＳ１及びヒューズＦ９を通じて、ジャンクションボックス（電気接続箱）ＪＢ内のキャパシタユニット２２に与えられる。

バッテリＢの出力電圧は、スイッチＳ１、ヒューズＦ９及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１０を通じて、電動ブレーキ（負荷）５に与えられる。
バッテリＢの出力電圧は、また、スイッチＳ１、ヒューズＦ９及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１２を通じて、オーディオ装置、メータ類及びナビゲーション装置等のダッシュボードに配置された機器（負荷）１７に与えられる。
バッテリＢの出力電圧は、また、スイッチＳ１、ヒューズＦ９及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１４を通じて、ドアＥＣＵ（負荷）１８に与えられる。

キャパシタユニット２２内では、与えられたバッテリＢの出力電圧により、抵抗Ｒ１及び逆流防止用のダイオード（逆流防止回路）Ｄ１を通じて、電気二重層キャパシタＣが充電されるように構成されている。ジャンクションボックスＪＢ内の電気二重層キャパシタＣの収納状態は図２Ａ〜２Ｄに示す。
電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、キャパシタユニット２２内のスイッチＳ２及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１１を通じて、電動ブレーキ（負荷）５に与えられる。

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、ヒューズ、制御部等の電子回路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。

電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、また、キャパシタユニット２２内のスイッチＳ２及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１３を通じて、オーディオ装置、メータ類及びナビゲーション装置等のダッシュボードに配置された機器（負荷）１７に与えられる。
電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、また、キャパシタユニット２２内のスイッチＳ２及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１５を通じて、ドアＥＣＵ（負荷）１８に与えられる。

キャパシタユニット２２には電圧検知部（電圧検出手段）２３が内蔵されている。電圧検知部２３は、与えられたバッテリＢの出力電圧を検出し、検出した電圧値に基づき、スイッチＳ２を接続／遮断させる。
バッテリＢの出力電圧は、リレーボックスＲＢ内又はジャンクションボックスＪＢ内のリレー及びヒューズを通じて、その他の負荷へも与えられる。

このような構成の車両用電源装置では、イグニッションスイッチに連動してスイッチＳ１が接続され、電圧検知部２３が、検出した与えられたバッテリＢの出力電圧が所定電圧以上であると判定しているときは、スイッチＳ２を遮断している。この状態で、バッテリＢの出力電圧は、電動ブレーキ５、ダッシュボードに配置された機器１７及びドアＥＣＵ（負荷）１８に与えられている。また、バッテリＢの出力電圧により、電気二重層キャパシタＣが充電される。

バッテリＢの出力電圧が低下して、電圧検知部２３が、検出した与えられたバッテリＢの出力電圧が所定電圧より低いと判定しているときは、スイッチＳ２を接続している。この状態で、電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、電動ブレーキ５、ダッシュボードに配置された機器１７及びドアＥＣＵ（負荷）１８に与えられている。
イグニッションスイッチに連動してスイッチＳ１が遮断されると、オフになったスイッチＳ２及びダイオードＤ１により、電気二重層キャパシタＣが外部から遮断される。

図３は、本発明に係る車両用電源装置の実施例を説明する為の車両用電源装置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、バッテリＢの出力電圧が、スイッチＳ１及びヒューズＦ９を通じて、ジャンクションボックスＪＢ内のボディ制御ユニット２４へも与えられる。ボディ制御ユニット２４は、マイクロコンピュータ（電圧検出手段）２５を内蔵しており、マイクロコンピュータ２５は、与えられたバッテリＢの出力電圧を検出し、検出した電圧値に基づき、スイッチＳ２を接続／遮断させる。従って、ジャンクションボックスＪＢ内のキャパシタユニット２２ａには、図１に示す電圧検知部２３は存在しない。その他の構成は、上述した車両用電源装置（図１）の構成と同様であるので、説明を省略する。

このような構成の車両用電源装置では、イグニッションスイッチに連動してスイッチＳ１が接続され、マイクロコンピュータ２５が、検出した与えられたバッテリＢの出力電圧が所定電圧以上であると判定しているときは、スイッチＳ２を遮断している。この状態で、バッテリＢの出力電圧は、電動ブレーキ５、ダッシュボードに配置された機器１７及びドアＥＣＵ１８に与えられている。また、バッテリＢの出力電圧により、電気二重層キャパシタＣが充電される。

バッテリＢの出力電圧が低下して、マイクロコンピュータ２５が、検出したバッテリＢの出力電圧が所定電圧より低いと判定しているときは、スイッチＳ２を接続している。この状態で、電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、電動ブレーキ５、ダッシュボードに配置された機器１７及びドアＥＣＵ１８に与えられている。
イグニッションスイッチに連動してスイッチＳ１が遮断されると、オフになったスイッチＳ２及びダイオードＤ１により、電気二重層キャパシタＣが外部から遮断される。

（実施例）
図４は、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。
この車両用電源装置は、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、リレーボックスＲＢ内のヒューズ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、図示しないイグニッションスイッチ（アクセサリスイッチも含む）に連動するリレーボックスＲＢ内のスイッチＳ１及びヒューズＦ９を通じて、ジャンクションボックス（電気接続箱）ＪＢ内のキャパシタユニット２２ｂに与えられる。

バッテリＢの出力電圧は、スイッチＳ１、ヒューズＦ９及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１６を通じて、オーディオ装置及びナビゲーション装置等のダッシュボードに配置された機器（負荷）１９に与えられる。
バッテリＢの出力電圧は、また、スイッチＳ１、ヒューズＦ９及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１８を通じて、ダッシュボードに配置されたメータ類（負荷）２０に与えられる。
バッテリＢの出力電圧は、また、スイッチＳ１、ヒューズＦ９及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ２０を通じて、ボディＥＣＵ（負荷）２１に与えられる。

電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、キャパシタユニット２２ｂ内のスイッチＳ２、逆流防止用の順接続されたダイオードＤ３、及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１７を通じて、ダッシュボードに配置された機器１９に与えられる。
電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、また、スイッチＳ２、ダイオードＤ３、及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ１９を通じて、ダッシュボードに配置されたメータ類２０に与えられる。
電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、また、スイッチＳ２、ダイオードＤ３、及びジャンクションボックスＪＢ内のヒューズＦ２１を通じて、ボディＥＣＵ２１に与えられる。

図５は、キャパシタユニット２２ｂの構成例を示すブロック図である。
キャパシタユニット２２ｂ内は、与えられたバッテリＢの出力電圧により、半導体リレーＲｙ６及び逆流防止用のダイオードＤ２を通じて、電気二重層キャパシタＣが充電されるように構成されている。電気二重層キャパシタＣは、６つのセルＣ１〜Ｃ６が直列に接続されている。
電気二重層キャパシタＣの出力電圧は、キャパシタユニット２２ｂ内のスイッチＳ２、及び順接続されたダイオードＤ３を通じて、キャパシタユニット２２ｂの出力端子Ｐ１から出力される。電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap は、また、キャパシタユニット２２ｂ内の電圧検知リレー制御部２６に与えられ検出される。

電圧検知リレー制御部２６は、キャパシタユニット２２ｂの入力端子Ｐ３に与えられたバッテリＢの出力電圧ＶIGを取込み検出する。検出したバッテリＢの出力電圧ＶIGに基づき、半導体リレーＲｙ６により電気二重層キャパシタＣへの充電制御を行う。
電圧検知リレー制御部２６は、また、検出した電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap に基づき、スイッチＳ２により電気二重層キャパシタＣの放電制御を行う。また、電気二重層キャパシタＣが所定電圧範囲内で放電していることを示す放電信号を、キャパシタユニット２２ｂの信号端子Ｐ２から出力する。出力された放電信号は、ダッシュボードに配置されたメータ類２０に含まれる表示灯（表示手段）２０ａを点灯させる（図４）。

図６は、電圧検知リレー制御部２６の構成例を示すブロック図である。
電圧検知リレー制御部２６は、取込んだバッテリＢの出力電圧ＶIGが、５Ｖ電源２７と、比較回路ＣＰ１の一方の入力端子と、比較回路ＣＰ２の他方の入力端子とに与えられる。５Ｖ電源２７が出力した５Ｖ電圧は、比較回路ＣＰ１，ＣＰ２及びタイマ２８の駆動電源として使用される。
タイマ２８は、５Ｖの駆動電源が与えられてから（エンジンが始動してから）、所定時間（キャパシタＣの充電に要する時間以上）を計時すると、ＡＮＤゲート２９の一方の入力端子へのプラス信号の出力を開始する。

比較回路ＣＰ１の他方の入力端子、及び比較回路ＣＰ２の一方の入力端子には、電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap が与えられる。比較回路（電圧検出手段、第２電圧検出手段）ＣＰ１の出力端子は、半導体リレーＲｙ７のゲートに接続されている。また、ＡＮＤゲート２９の他方の入力端子に接続されている。ＡＮＤゲート２９の出力端子は、キャパシタユニット２２ｂの信号端子Ｐ３に接続され、上述した放電信号を出力する。

半導体リレーＲｙ７のソースは接地され、ドレインはスイッチ２（リレー）のコイルの一方の端子に接続されている。コイルの他方の端子には電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap が与えられている。半導体リレーＲｙ７がオンにされると、コイルに電流が流れてスイッチ２がオンになり、電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap が、ダイオードＤ３を通じてキャパシタユニット２２ｂの出力端子Ｐ１から出力される。
比較回路ＣＰ２の出力端子は、半導体リレーＲｙ６のゲートに接続されている。

このような構成の車両用電源装置では、イグニッションスイッチに連動してスイッチＳ１が接続されると、５Ｖ電源が起動して、比較回路ＣＰ１，ＣＰ２及びタイマー２８が起動する。
比較回路ＣＰ１が、検出したバッテリＢの出力電圧ＶIG、及び電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap の内、出力電圧ＶIGの方が高いと判定しているときは、半導体リレーＲｙ７をオフにし、スイッチＳ２を遮断している。

また、比較回路ＣＰ２が、検出した出力電圧ＶIG及び出力電圧Ｖcap の内、出力電圧ＶIGの方が高いと判定しているときは、プラス信号を出力して半導体リレーＲｙ６をオンにし、バッテリＢから電気二重層キャパシタＣへの充電が行われる。
この状態で、バッテリＢの出力電圧は、ダッシュボードに配置された機器１９、メータ類２０及びボディＥＣＵ２１に与えられている。
タイマ２８は、起動してから、キャパシタＣの充電に要する時間以上の所定時間を計時すると、ＡＮＤゲート２９の一方の入力端子へのプラス信号の出力を開始する。

バッテリＢの出力電圧が低下して、比較回路ＣＰ１が、バッテリＢの出力電圧ＶIGの方が低いと判定し、プラス信号を出力しているときは、半導体リレーＲｙ７をオンにし、スイッチＳ２を接続している。この状態で、電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap は、ダッシュボードに配置された機器１９、メータ類２０及びボディＥＣＵ２１に与えられている。
また、このとき、ＡＮＤゲート２９は、他方の入力端子にもプラス信号が与えられて、プラスの放電信号を出力し、表示灯２０ａを点灯させる（図４）。
また、比較回路ＣＰ２は、出力電圧ＶIGの方が低いと判定しているときは、半導体リレーＲｙ６をオフにする。

イグニッションスイッチに連動してスイッチＳ１が遮断されると、５Ｖ電源がオフになり、比較回路ＣＰ１，ＣＰ２及びタイマー２８がオフになる。その結果、半導体リレーＲｙ７、スイッチＳ２及び半導体リレーＲｙ６がオフになって、電気二重層キャパシタＣが外部から遮断され、表示灯２０ａは消灯する。
尚、本実施例では、表示灯２０ａを点灯させる条件の１つとして、バッテリＢの出力電圧ＶIGが、電気二重層キャパシタＣの出力電圧Ｖcap より相対的に低いこととしているが、この代わりとして、検出した出力電圧Ｖcap が、例えば１１．５Ｖ以上等の固定された電圧値以上であることとしても良い。但し、電気二重層キャパシタＣを放電させる条件は変更しない。

また、電圧検知リレー制御部２６の構成（図６）からＡＮＤゲート２９を除き、図７に示すような電圧検知リレー制御部２６ａとして、タイマ２８が、起動してから、キャパシタＣの充電に要する時間以上の所定時間を計時したときに、表示灯２０ａを点灯させるようにしても良い。この場合、放電信号は、放電可能であることを示すスタンバイ信号となる。
また、電圧検知リレー制御部２６ａの構成（図７）からタイマ２８を除き、図８に示すような電圧検知リレー制御部２６ｂとして、半導体リレーＲｙ７がオンになり、スイッチＳ２が接続して、電気二重層キャパシタＣが放電しているときに、表示灯２０ａを点灯させるようにしても良い。

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
５ 電動ブレーキ（負荷）
６ エンジンＥＣＵ（負荷）
１６ 筐体
１７，１９ ダッシュボードに配置された機器（負荷）
１８ ドアＥＣＵ（負荷）
２０ メータ類（負荷）
２０ａ 表示灯（表示手段）
２１ ボディＥＣＵ（負荷）
２２，２２ａ，２２ｂ キャパシタユニット
２３ 電圧検知部（電圧検出手段）
２４ ボディ制御ユニット
２５ マイクロコンピュータ（電圧検出手段）
２６，２６ａ，２６ｂ 電圧検知リレー制御部
２８ タイマ（計時手段）
Ｂ バッテリ
Ｃ 電気二重層キャパシタ
ＣＰ１ 比較回路（電圧検出手段、第２電圧検出手段）
ＣＰ２ 比較回路
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ ダイオード（逆流防止回路）
Ｆ１，Ｆ９〜Ｆ２１ ヒューズ
ＪＢ ジャンクションボックス（電気接続箱）
Ｒ１ 抵抗
ＲＢ リレーボックス
Ｒｙ６，Ｒｙ７ 半導体リレー
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ

Claims (3)

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、
   前記バッテリに充電されるように逆流防止回路を通じて接続された電気二重層キャパシタと、該電気二重層キャパシタ及び１又は複数の負荷間を接続／遮断するスイッチと、前記バッテリ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電圧が所定電圧より低いか否かを判定する手段と、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第２電圧検出手段と、該第２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、前記判定する手段が所定電圧より低いと判定したときは、前記スイッチを接続するように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記スイッチは、前記表示手段に連動するように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
3. 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又は２に記載の車両用電源装置。

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