JP6443800B2 - 車両用電源のバックアップ電源システム - Google Patents
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Description
また、車両に搭載されている電源(バッテリ)は、常に車両に接続したままで、静態でも僅かながらも放電があり、経時でエンジン始動に必要なイグニッションの起動ができなくなる場合がある。このため、車両用電源の維持管理に様々な提案がされている。
本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1の装置構成の特徴を、既存の車両用電源装置(図1)と本願発明の車両用電源バックアップ電源システム1を組み込んだ車両用電源装置(図2)と対比して説明する。
図1に示すように、車両のエンジンを起動させるためのイグニッション用電源として第1バッテリ2(例、鉛蓄電池)とイグニッション3と車両が直列に連結され、第1バッテリ2を電源として、イグニッション3を起動し、車両のエンジンを作動させている。一方、図2に示すように、本願発明の車両用電源バックアップ電源システム1は、第1バッテリ2と並列に配置し、かつイグニッション3と連接して用いるものである。
また、図3に示すように、本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1は、第1バッテリ2に並置したものであり、第1バッテリ2に接続可能な第1継電器4と、イグニッション3に接続可能な第2継電器5と、第2バッテリ6、電圧計測部7、電圧表示部8から構成されている。
本願発明の車両用電源のバックアップ電源システムを構成する主要な要素とその作用について説明する。具体的には、図4(フローチャート)に示すように、車両用バッテリ(第1バッテリ2)の電源状況を確認した上で、継電器(第1継電器、第2継電器)を作動させて第2バッテリを起動して、車両用電源のバックアップを行う。また、必要に応じて、第2継電器を作動させて車両用電源のバックアップを行うことができる。その場合は、電源システムに付属の電圧計をモニタして電池管理を手動で行う。
本願発明における第1バッテリ2は、車両のエンジン(図示せず)を始動するためのイグニッション3を起動するために車両に搭載されているバッテリである。エンジン作動時に交流発電機で発生した交流をダイオードなどで整流することにより直流にして充電される。省エネルギー及び環境保護の観点からアイドリングストップが奨励されているため第1バッテリの充電が十分にできないため、エンジン始動に必要な電力を供給できない場合がある。
車両用バッテリとしては、鉛蓄電池が広く利用されている。鉛蓄電池は、正極(陽極板)に二酸化鉛、負極(陰極板)には海綿状の鉛、電解液として希硫酸を用いた二次電池である。他の蓄電池に比べて大型で重く、希硫酸を使うために漏洩や破損時に危険が伴う。正極・負極の双方から電解液中に硫酸イオンが移動することで充電され、電解液中の硫酸イオンが正極・負極の双方に移動することで放電を行う。放電すると、硫酸イオンが正極・負極の双方に移動するために電解液の比重は低下し、逆に充電すると上昇する。なお、電解液の比重の変化は、放電時に正極で水が作られることも関係している。公称電圧は単セルあたり2ボルトと、比較的高い電圧を取り出すことができ、電極材料の鉛も安価であることから、二次電池の中では世界でも最も生産量が多い。
本願発明におけるイグニッション(イグニッションコイル)3は、点火プラグの放電に必要な15000−35000Vの電圧を、12Vまたは6Vのバッテリ電圧から得る働きをする誘導コイルである。イグニッション3を起動するためには、一定容量以上のバッテリ電圧が必要である。このため、第1バッテリ2の容量が不足したときには、本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1が第1バッテリ2を起動することにより第1継電器4を作動し、第1継電器4を介して第2継電器5を作動し、第2継電器5を作動して第2バッテリ6を第1バッテリ2と並行回路とすることによりイグニッション3を起動する。あるいは、第2バッテリ6自体が直接に第2継電器5を作動してイグニッション3を起動することができる。
継電器(リレー)は、動作スイッチ・物理量・電力機器等の状態に応じて制御または電源用電力の出力をする電力機器である。本願発明では、第1バッテリ2または第2バッテリ6からの電源用電力の出力を制御する第1継電器4と、第1バッテリ2または第2バッテリ6からの電源用電力のイグニッション3への出力を制御する第2継電器5を用いている。これら第1継電器4および第2継電器5を制御することにより、本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1が機能している。
本願発明の第2バッテリ6は、第1バッテリ2の補助機能または代替機能を果たすものであり、本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1の主要構成要素である。本願発明の第2バッテリ6は、第1バッテリ2の補助機能または代替機能を果たすものであれば、特に制限はない。しかし、バックアップ電源であることを考慮すると、自己放電率が少ない(1%/月)という特性から、リチウムイオン電池の一種であるリン酸鉄リチウムイオン(LiFePO4)を正極とするリチウムイオン電池を好ましく用いている。リン酸鉄リチウムイオン電池は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を正極とするリチウムイオン二次電池に比べて資源的制約が少ないこと、放電できる電流量が多いことから近年シェアを拡大している。また、単位体積当たりの蓄電容量が少なく、放電率が低いという問題があったが、結晶超微粒子の凝集体からなるナノ複合構造体という新規材料開発によりこの問題も解消されている。正極材料としてのリン酸鉄リチウム(LiFePO4)は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)よりも安全である。これは、Fe−P−O結合がCo−O結合よりも強力であり、短絡や過熱などでも酸素原子(O)が離脱しにくいからである。この酸化還元エネルギーの安定性はイオンの移動を助ける作用がある。結果として、比キャパシタンスが高く、動作使用している間の熱的な安定性が大きいという安全性に優れるリチウムイオン二次電池(LIB)となっている。さらに、優れた電池特性は、本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1の軽量化にも寄与している。
本願発明の車両用電源のバックアップ電源システム1では、プログラム等の電子制御によるバッテリ管理システムを装着していない。車両用電源のバックアップ電源システム1本体に、電圧計測部7と電圧表示部8からなる電圧表示を取り付け、電圧表示を人が目視確認することで、バッテリの管理を行っている。
上記構成を有する本実施の形態に係る車両用電源のバックアップ電源システム1では、では、既存の車両用電源に簡易に装着でき、バッテリ容量管理も電圧の目視管理であるため、簡易で安価な車両用電源のバックアップ電源システムを提供することができる。また、リン酸鉄リチウム電池の低放電性、軽量性という特性が車両用電源のバックアップ電源システムとして優れている。
2 第1バッテリ
3 イグニッション
4 第1継電器
5 第2継電器
6 第2バッテリ
7 電圧計測部
8 電圧表示部
Claims (3)
- エンジンを起動するためのイグニッションを作動させる第1バッテリに並置する車両用電源のバックアップ電源システムであって、前記車両用電源のバックアップ電源システムは、前記第1バッテリに接続可能な第1継電器と、前記イグニッションに接続可能な第2継電器と、電圧計測部と電圧表示部からなる第1バッテリの電圧管理を行う電圧表示装置、第1バッテリの補助機能または代替機能を果たす第2バッテリ、とを備え、前記電圧表示装置が示す第1バッテリの電圧表示に基づき、手動により第2バッテリを起動することを特徴とする車両用電源のバックアップ電源システム。
- 第1バッテリを起動することにより第1継電器を作動する段階、前記第1継電器を介して第2継電器を作動する段階、第2継電器を作動して第2バッテリを第1バッテリと並行回路とする段階、とからなることを特徴とする請求項1に記載した車両用電源のバックアップ電源システム。
- 第2バッテリがリン酸鉄リチウム電池であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の車両用電源のバックアップ電源システム。
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