JP7212099B2 - 車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法及びこの保護方法を実行する車用スーパーキャパシタモジュールの保護装置 - Google Patents
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Description
あらかじめ抵抗器を設置することで、スーパーキャパシタモジュール120と二次電池140が接続されている間に、二次電池140がスーパーキャパシタモジュール120に対して充電を開始することを回避し、スーパーキャパシタモジュール120が放電可能な状態にならないようにすることで、設置者の不用意な接触による感電の危険を防止することができる。
一般的な状況下で、発電機によるスーパーキャパシタモジュール120の充電は、スーパーキャパシタモジュール120に損傷を与えることはないが、何らかの原因で該発電機の電圧が上がった場合、スーパーキャパシタモジュール120に悪影響を与え、スーパーキャパシタモジュール120の温度上昇を引き起こす。
前記二次電池と前記スーパーキャパシタモジュールを連通する回路を開路の状態に保ち、電圧値が0の前記スーパーキャパシタモジュールを前記電源装置に設置する、設置工程と、
前記スーパーキャパシタモジュールの保護条件が満たされているか否かを判断する工程であって、外部電圧をV1、前記スーパーキャパシタモジュールの飽和充電電圧をV2、前記スーパーキャパシタモジュール内部の環境温度値をT1、前記スーパーキャパシタモジュールを構成するスーパーキャパシタ単体の安全温度値をT2と定義し、V1>V2またはT1>T2のいずれかの条件が満たされたとき、前記スーパーキャパシタモジュールの保護条件が満たされており、V1>V2及びT1>T2のいずれも満たされないとき、前記スーパーキャパシタモジュールの保護条件が満たされていないとする、判断工程と、
保護条件が満たされているとき、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池間に開回路を形成し、前記スーパーキャパシタモジュールが充電も放電もできないようにする、保護モード工程と、
保護条件が満たされていないとき、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池間に閉路を形成し、前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を可能にする、動作モード工程と、を含み、
前記保護モード工程または動作モード工程の後、前記判断工程を再度実行し、判断結果に基づき前記保護モード工程または動作モード工程を実行する。
前記検出ユニットが、第1電圧検出器と、第2電圧検出器と、温度検出器を含み、前記第1電圧検出器が外部電圧V1の検出に用いられ、前記第2電圧検出器が前記スーパーキャパシタモジュールの電圧V3の検出に用いられ、前記温度検出器が前記スーパーキャパシタモジュール内部の環境温度値T1の検出に用いられ、
前記コントローラユニットが、第1コントローラと、第2コントローラを含み、前記第1コントローラが、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池が前記主回路を介して閉路を形成するか否かの制御に用いられ、前記第2コントローラが、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池が前記サブ回路を介して閉路を形成するか否かの制御に用いられ、これにより前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を制御し、
前記処理ユニットが演算と処理を行うプロセッサであり、前記外部電圧V1、前記電圧V3、前記環境温度値T1、所定の前記スーパーキャパシタモジュールの飽和充電電圧V2、前記スーパーキャパシタモジュールを構成するスーパーキャパシタ単体の安全温度値T2に基づき、比較、演算、処理を行い、処理結果に基づき前記コントローラユニットに信号を送信し、前記第1コントローラ及び前記第2コントローラを作動させ、これにより前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を制御する。
本発明の車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法は、主に、次の工程を実行して達成される。
外部電圧をV1、スーパーキャパシタモジュール12の飽和充電電圧をV2と定義し、自動車のエンジンが停止した状態で、外部電圧V1とは二次電池14の電圧を指し、自動車の発電機が運転されている状態で、外部電圧V1とは発電機が生成する電力の電圧及び二次電池14の電圧のうち高いほうの電圧値を指す。
電源装置10が小型自動車に応用される状況において、V2は通常14.5Vであるが、14.5Vのみに限定されない。
スーパーキャパシタモジュール12内部の環境温度値がT1であり、スーパーキャパシタモジュール12を構成するスーパーキャパシタ単体の安全温度値がT2である。安全温度値とは、スーパーキャパシタ単体の過熱温度に基づいて決定され、一般的に、T2は80℃である。
V1>V2またはT1>T2のいずれかの条件が成立したとき、スーパーキャパシタモジュール12の保護条件が満たされたと判断し、V1>V2またはT1>T2のいずれも成立しないとき、スーパーキャパシタモジュール12の保護条件が満たされていないと判断する。
保護モード工程では、スーパーキャパシタモジュール12と二次電池14間に開路を形成し、スーパーキャパシタモジュール12が充電も放電もできないようにする。V1がV2より高いとき、スーパーキャパシタモジュール12が充電を行うことを回避し、またT1>T2のとき、スーパーキャパシタモジュール12が充電を行うことを回避することで、いずれか1つまたは複数のスーパーキャパシタ単体の異常な温度上昇を防止し、これにより該スーパーキャパシタ単体の電解質が気化することによる爆発を回避する。
動作モード工程では、スーパーキャパシタモジュール12と二次電池14間に閉路を形成し、スーパーキャパシタモジュール12の充電と放電を可能にする。
設置者を保護するため、スーパーキャパシタモジュール12の電圧を0にさせて放電しないように、設置前に、スーパーキャパシタモジュール12は予め充分に放電させておく必要がある。
検出ユニット20と処理ユニット50が結合され、検出ユニット20が第1電圧検出器22と、第2電圧検出器24と、温度検出器26を含む。第1電圧検出器22が外部電圧V1の検出に用いられ、第2電圧検出器24がスーパーキャパシタモジュール12の電圧V3の検出に用いられ、温度検出器26がスーパーキャパシタモジュール12内部の環境温度値T1の検出に用いられ、第1電圧検出器22、第2電圧検出器24、温度検出器26がそれぞれ検出で得た値を処理ユニット50に伝送する。
これにより、二次電池14に選択的に主回路32またはサブ回路34を介してスーパーキャパシタモジュール12に充電させ、かつスーパーキャパシタモジュール12が主回路32を介して対外的に放電することができる。
第1コントローラ42が連通状態にあるとき、動作モードが作動して、処理ユニット50がコントローラユニット40に対して信号を送信し、第1コントローラ42の連通状態が保たれ、第2コントローラ44が切断状態となり、スーパーキャパシタモジュール12は主回路32を介して充電及び放電を行うことができ、二次電池14または自動車の発電機はサブ回路34を介してスーパーキャパシタモジュール12に充電することができない。
第1コントローラ42が切断状態にあるとき、処理ユニット50が外部電圧V1と電圧V3の差が5Vより高いか否かを計算し、V1-V3>5Vの条件が成立しないとき、処理ユニット50がコントローラユニット40に対して信号を送信し、動作モードが作動して、第1コントローラ42が連通され、第2コントローラ44が切断される。
V1-V3>5Vの条件が成立しているため、二次電池14がスーパーキャパシタモジュール12に対して小電流充電を行い、主回路32を介してスーパーキャパシタモジュール12に充電することはできず、二次電池14とスーパーキャパシタモジュール12間の電圧差が大きすぎ、大電流が主回路32を通過して第1コントローラ42を破損する事態を回避することができる。
12 スーパーキャパシタモジュール
14 二次電池
20 検出ユニット
22 第1電圧検出器
24 第2電圧検出器
26 温度検出器
32 主回路
34 サブ回路
40 コントローラユニット
42 第1コントローラ
44 第2コントローラ
50 処理ユニット
Claims (5)
- 車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法であって、前記保護方法が自動車の電源装置に用いられ、前記電源装置が、スーパーキャパシタモジュールと二次電池を並列接続して構成され、前記保護方法が、
前記二次電池と前記スーパーキャパシタモジュールを連通する回路を開路の状態に保ち、電圧値が0の前記スーパーキャパシタモジュールを前記電源装置に設置する、設置工程と、
前記スーパーキャパシタモジュールの保護条件が満たされているか否かを判断する工程であって、外部電圧をV1、前記スーパーキャパシタモジュールの飽和充電電圧をV2、前記スーパーキャパシタモジュールの電圧をV3、前記スーパーキャパシタモジュール内部の環境温度値をT1、前記スーパーキャパシタモジュールを構成するスーパーキャパシタ単体の安全温度値をT2と定義し、V1>V2またはT1>T2のいずれかの条件が満たされたとき、前記スーパーキャパシタモジュールの保護条件が満たされており、V1>V2及びT1>T2のいずれも満たされないとき、前記スーパーキャパシタモジュールの保護条件が満たされていないとする、判断工程と、
保護条件が満たされているとき、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池間に開回路を形成し、前記スーパーキャパシタモジュールが充電も放電もできないようにする、保護モード工程と、
保護条件が満たされていないときであって、V1-V3>5Vの条件が成立しないとき、主回路及び該主回路を介して閉路を形成するか否かを制御する第1コントローラを通して、前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を可能にし、V1-V3>5Vの条件が成立したとき、小電流充電回路であるサブ回路及び該サブ回路を介して閉路を形成するか否かを制御する第2コントローラを通して、前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を可能にする、動作モード工程と、を含み、
前記保護モード工程または前記動作モード工程の後、前記判断工程を再度実行し、判断結果に基づき前記保護モード工程または前記動作モード工程を実行する、ことを特徴とする、車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法。 - 前記外部電圧V1が、自動車の発電機が生成する電力の電圧と、前記二次電池の電圧のうちのより高いほうの電圧値である、ことを特徴とする、請求項1に記載の車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法。
- 請求項1乃至2のいずれかに記載の車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法を実行する車用スーパーキャパシタモジュールの保護装置であって、二次電池とスーパーキャパシタモジュールとを並列接続して電源装置が構成され、前記スーパーキャパシタモジュールは、前記二次電池とスーパーキャパシタモジュールを連通する回路が開路の状態で、かつ、前記スーパーキャパシタモジュールの電圧値が0の状態で前記電源装置に設置され、検出ユニットと、主回路と、サブ回路と、コントローラユニットと、処理ユニットを含み、前記検出ユニットと前記コントローラユニットが前記処理ユニットとそれぞれ結合され、前記主回路と前記サブ回路が並列接続され、かつ前記主回路と前記サブ回路が電源装置のスーパーキャパシタモジュール及び二次電池とそれぞれ結合され、前記主回路が充放電回路であり、前記サブ回路が小電流充電回路であり、これにより前記二次電池に選択的に前記主回路または前記サブ回路を介して前記スーパーキャパシタモジュールに充電させ、かつ前記スーパーキャパシタモジュールが前記主回路を介して対外的に放電し、
前記検出ユニットが、第1電圧検出器と、第2電圧検出器と、温度検出器を含み、前記第1電圧検出器が外部電圧V1の検出に用いられ、前記第2電圧検出器が前記スーパーキャパシタモジュールの電圧V3の検出に用いられ、前記温度検出器が前記スーパーキャパシタモジュール内部の環境温度値T1の検出に用いられ、
前記コントローラユニットが、第1コントローラと、第2コントローラを含み、前記第1コントローラが、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池が前記主回路を介して閉路を形成するか否かの制御に用いられ、前記第2コントローラが、前記スーパーキャパシタモジュールと前記二次電池が前記サブ回路を介して閉路を形成するか否かの制御に用いられ、これにより前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を制御し、
前記処理ユニットが演算と処理を行うプロセッサであり、前記外部電圧V1、前記電圧V3、前記環境温度値T1、所定の前記スーパーキャパシタモジュールの飽和充電電圧V2、前記スーパーキャパシタモジュールを構成するスーパーキャパシタ単体の安全温度値T2に基づき、比較、演算、処理を行い、処理結果に基づき前記コントローラユニットに信号を送信し、前記第1コントローラ及び前記第2コントローラを作動させ、V1>V2またはT1>T2のいずれかの条件が満たされたとき、前記第1コントローラ及び前記第2コントローラを切断して、前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を不能とし、V1>V2またはT1>T2のいずれかの条件が満たされたときであって、V1-V3>5Vの条件が成立しないとき、主回路及び該主回路を介して閉路を形成するか否かを制御する第1コントローラを通して、前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を可能にし、V1-V3>5Vの条件が成立したとき、小電流充電回路であるサブ回路及び該サブ回路を介して閉路を形成するか否かを制御する第2コントローラを通して、前記スーパーキャパシタモジュールの充電と放電を可能とする、ことを特徴とする、車用スーパーキャパシタモジュールの保護装置。 - 前記第1コントローラが前記主回路及び前記二次電池と直列接続され、前記第2コントローラが前記サブ回路及び前記二次電池と直列接続される、ことを特徴とする、請求項3に記載の車用スーパーキャパシタモジュールの保護装置。
- 前記第1コントローラが前記主回路及び前記スーパーキャパシタモジュールと直列接続され、前記第2コントローラが前記サブ回路及び前記スーパーキャパシタモジュールと直列接続される、ことを特徴とする、請求項3に記載の車用スーパーキャパシタモジュールの保護装置。
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