JPH09308121A

JPH09308121A - 蓄電手段を有する車両用電源装置

Info

Publication number: JPH09308121A
Application number: JP9061316A
Authority: JP
Inventors: Fujio Matsui; 冨士夫松井
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】静電容量や内部抵抗のばらつきによる蓄電手
段の過充電を防止すると共に、長期間の安定した蓄電を
可能とすること。【解決手段】蓄電手段、例えば電気二重層コンデンサ
からなる各単セル１０には、それぞれツェナーダイオー
ド１６が並列接続されている。各ツェナーダイオード１
６には、それぞれ抵抗１８が直列接続されている。これ
により、過充電の単セル１０が生じた場合、該単セル１
０のバイアス電圧がツェナー電圧以上になると、この単
セル１０に並列接続されたツェナーダイオード１６を介
して放電電流が流れ、ツェナー電圧まで電圧が低下す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばスタータモ
ータ等の種々の電気的負荷に対して給電を行う蓄電手段
を有する車両用電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電極と電解液との界面に生成され
る電子の電気二重層構造を利用して飛躍的に容量を増大
させた電気二重層コンデンサを利用することが種々提案
されている。この電気二重層コンデンサは、単一のセル
で例えば約２．５Ｖの電圧を発生するため、車両用の電
源装置として利用する場合には、図１１に示す如く、複
数個の単セル１００を直列に接続し、コンデンサパック
として使用している。

【０００３】すなわち、各単セル１００は、活性炭電極
がそれぞれ設けられた一対の集電体と、該各集電体間に
充填された電解液と、各集電体の活性炭電極間を仕切る
セパレータ（いずれも図示せず）とからなる電気二重層
コンデンサとして構成されている。そして、これらの各
単セル１００は、直列に接続されてコンデンサパック１
０２を構成し、このコンデンサパック１０２は、車両に
搭載された車載発電機１０４に接続されている。この車
載発電機１０４は、例えば、エンジン回転力によって電
圧を発生し、発電電圧は整流器で直流電圧に変換されて
出力されるもので、具体的にはオールタネータが該当す
る。

【０００４】そして、エンジン運転中には、車載発電機
１０４からの直流電圧によって各単セル１００は充電さ
れ、この蓄えられたエネルギは、エンジン再始動時のス
タータモータ駆動用等として放電使用される。

【０００５】さて、ここで、各単セル１００の起電力
は、電解液の活性電圧によって定まるが、バイアス電
圧、すなわち車載発電機１０４からの充電電圧がこの活
性電圧を上回ると、電気二重層コンデンサからなる単セ
ル１００の寿命が急速に低下する性質がある。このた
め、各単セル１００の定格電圧を、安全性の余裕を考慮
して電解液の活性電圧よりも低く設定し、定格電圧以下
で使用すれば電気二重層コンデンサの特質の一つである
長寿命を確保することができる。

【０００６】しかし、各単セル１００は、それぞれの静
電容量や内部抵抗にばらつきを生じることがある。この
ため、単セル１００を直列接続した状態で車載発電機１
０４から充電を行うと、静電容量や内部抵抗のばらつき
によって、バイアス電圧にも差異が生じる。つまり、各
単セル１００を直列に接続して充電する場合、各静電容
量や内部抵抗の値が各単セル１００間で等しければ、該
各単セル１００の端子間電圧( バイアス電圧) も等しく
なるが、静電容量や内部抵抗の値にばらつきがあれば、
各単セル１００のバイアス電圧に不均衡状態を生じる。
また、このバイアス電圧の差異は、充放電の繰り返しに
より積算され、拡大することがある。

【０００７】従って、安全余裕を見込んで定格電圧を設
定しても、各単セル１００の特性のばらつきに起因し
て、定格電圧以上のバイアス電圧が印加される単セル１
００が生じる可能性があり、寿命が低下する原因ともな
る。

【０００８】このため、図１２に示す如く、それぞれ等
しい抵抗値を有するバランス抵抗１０６を、各単セル１
００毎に抵抗１０８を介して並列接続すると共に、各バ
ランス抵抗１０６を直列接続することにより、各単セル
１００のバイアス電圧をバランスさせる「バランス回路
方式」が従来より採用されている。

【０００９】また、他の従来技術として、例えば実開平
５−２３５２７号公報等に記載のものでは、非充電時に
はバランス抵抗を電気的に単セルから切り離し、単セル
の両端電圧が所定値以上になったときに、該単セルとバ
ランス抵抗とを並列接続するようにした技術も開示され
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような各単セル
１００に対してバランス抵抗１０６をそれぞれ並列接続
するバランス回路方式の従来技術では、各バランス抵抗
１０６の値が等しければ、分圧抵抗が等しくなるため、
各単セル１００に加わるバイアス電圧を等しくすること
ができる。

【００１１】しかし、バランス回路方式では、常時バラ
ンス抵抗１０６が各単セル１００に接続されて、電気回
路全体が閉ループを構成するため、各単セル１００に蓄
えられた電気エネルギは、次第に放電によって失われて
いく。従って、充電停止後、各単セル１００の放電が開
始するため、「蓄電池」としての機能を果たすことがで
きず、例えばエンジン再始動時のスタータモータ等を駆
動するための車両用電源装置として用いるのは実用的で
はない。

【００１２】この問題を解決するため、上述した実開平
５−２３５２７号公報等に記載の技術では、トランジス
タ等を用いて、バランス抵抗を単セルに並列接続した
り、切り離したりしている。この技術によれば、非充電
時には、単セルからバランス抵抗が切り離されるため、
放電を防止して長期間電気エネルギを蓄積しておくこと
ができる。しかし、この技術では、スイッチ回路を追加
する分回路構造が複雑化し、製造コストが増大するばか
りか、部品点数の増加に伴って信頼性が低下する等の新
たな問題が生じる。この様な問題は、上記の電気二重層
コンデンサの代わりに鉛バッテリを用いた場合にも同様
に生じる事項である。

【００１３】本発明は、上記のような種々の課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、簡易な構造で蓄電手
段のバイアス電圧をバランスさせることができ、かつ無
充電状態にあっても放電を抑制するようにした蓄電手段
を有する車両用電源装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明に係る蓄電手段を有する車両用電源装置は、車載発
電機に接続された蓄電手段と、逆バイアス電圧が印加さ
れる向きで蓄電手段に並列接続されるツェナーダイオー
ドと、該ツェナーダイオードに直列接続された抵抗とか
ら構成されている。これにより、蓄電手段のバイアス電
圧がツェナー電圧以上の場合には、該コンデンサの放電
が許可されて、前記抵抗の値によって定まる電流がツェ
ナーダイオードを流れるため、蓄電手段のバイアス電圧
はツェナー電圧まで低下する。一方、蓄電手段のバイア
ス電圧がツェナー電圧よりも低い場合には、放電が許可
されないため、僅かな自己放電を除き、蓄電手段の電気
エネルギは保存される。従って、静電容量や内部抵抗に
ばらつきがある場合でも、蓄電手段のバイアス電圧を一
定に保持して寿命の低下を防止することができる。

【００１５】更に、ツェナーダイオードに他のダイオー
ドを付加すれば、放電許可のしきい値を微調整すること
ができる。

【００１６】また、ツェナーダイオードのツェナー電圧
の替わりに、ダイオードの順方向しきい値電圧を利用し
ても、順方向電圧以下では放電が許可されず、順方向し
きい値電圧以上になって放電が行われるので、無駄な放
電を防止しつつバイアス電圧をバランスさせることがで
きる。

【００１７】また、上記ダイオードとして発光ダイオー
ドを用いれば、放電によるバイアス電圧の調整を行って
いる発光ダイオードが発光するため、蓄電手段の充電状
態を外部から視覚により容易に認識することができる。

【００１８】なお、上記蓄電手段としては、電気二重層
コンデンサ又は鉛バッテリが適用可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について詳細に説明する。まず、図１には、本
発明の第１の実施の形態に係る蓄電手段として電気二重
層コンデンサを用いた車両用電源装置の回路構成が示さ
れている。

【００２０】電気二重層コンデンサからなる各単セル１
０は、例えば、表面に活性炭電極がそれぞれ設けられた
一対の集電体と、該各集電体間に充填された電解液と、
各活性炭電極間を分離して介装されたセパレータと、内
部の電解液が外部に漏れるのを防止するためのガスケッ
ト（いずれも図示せず）とから構成されている。そし
て、これら各単セル１０は、例えば、直列接続された状
態で所望の起電圧を発生するコンデンサパック１２とし
て組み立てられるようになっている。なお、鉛バッテリ
を用いる場合は、鉛バッテリパックとして組み立てられ
ることとなる。

【００２１】このように各単セル１０を直列に接続して
なるコンデンサパック１２は、そのプラス側が車載発電
機１４に接続され、コンデンサパック１２のマイナス側
はアースされている。この車載発電機１４は、整流器に
て整流された直流電圧を出力するもので、エンジン回転
数に応じた電圧を発生する。

【００２２】各単セル１０には、バイアス電圧を制限す
るためのツェナーダイオード１６がそれぞれ各単セル１
０毎に並列接続されており、これら各ツェナーダイオー
ド１６には、抵抗１８がそれぞれ各単セル１０毎に直列
接続されている。そして、各単セル１０とツェナーダイ
オード１６と抵抗１８とからなる各回路は全体として直
列に接続されている。

【００２３】ここで、各ツェナーダイオード１６は、カ
ソード端子を各単セル１０の正極端子側に接続し使用さ
れるもので、図２に示したように、所定のツェナー電圧
ＶＺ以上の逆バイアス電圧−ＶＢが印加されると、電流
がカソード側からアノード側に向けて流れるのを許可す
る能動素子である。従って、ツェナーダイオード１６
は、ツェナー電圧ＶＺ以上の逆方向のバイアス電圧ＶＢ
が印加された場合にだけ電流供給を許容する。

【００２４】また、各ツェナーダイオード１６は、好ま
しくは、そのツェナー電圧ＶＺが単セル１０の定格電圧
に一致、あるいは定格電圧より若干小さい値を有するよ
うに設定される。単セル１０の定格電圧よりツェナー電
圧ＶＺの方を小さくした場合、その定格電圧とツェナー
電圧ＶＺとの差分は、安全性に対するマージンとなる。
更に、ツェナーダイオード１６は、その定格電力が例え
ば１Ｗ程度の小さいものが選択される。なお、図２中で
は、逆バイアス電圧ＶＢにマイナス符号を付して順バイ
アス電圧ＶＢと区別しているが、以下の説明では逆バイ
アス電圧を単に「ＶＢ」として表す。

【００２５】各抵抗１８は、各単セル１０のバイアス電
圧ＶＢがツェナー電圧ＶＺ以上になったときに各ツェナ
ーダイオード１６を流れる放電電流Ｉの値を制限するた
めのものである。好ましくは、ツェナーダイオード１６
の容量に応じてできるだけ小さい放電電流となるよう
に、その値が設定されている。

【００２６】次に、上記構成の本実施の形態の具体的作
用を説明する。エンジン始動によって車載発電機１４は
所定の充電電圧を出力するが、各単セル１０間の静電容
量や内部抵抗のばらつきによって、各単セル１０に印加
されるバイアス電圧ＶＢは異なる。

【００２７】そして、例えば、ある特定の単セル１０だ
けバイアス電圧ＶＢが上昇し、ツェナー電圧ＶＺ以上に
なると、該単セル１０に並列接続されたツェナーダイオ
ード１６が通電を許容し、これにより、抵抗１８によっ
て制限された所定の放電電流Ｉが流れる。そして、この
放電電流Ｉの分だけバイアス電圧ＶＢが低下するため、
結局、該単セル１０の過大なバイアス電圧ＶＢは、ツェ
ナー電圧ＶＺに一致せしめられ放電が停止する。

【００２８】一方、バイアス電圧ＶＢがツェナー電圧Ｖ
Ｚに満たない単セル１０では、該単セル１０に並列接続
されたツェナーダイオード１６が作動しないため、放電
電流Ｉが流れない。このように構成される本実施の形態
によれば、以下の効果を奏する。

【００２９】第１に、電気二重層コンデンサからなる各
単セル１０にツェナーダイオード１６をそれぞれ並列接
続し、各ツェナーダイオード１６に抵抗１８を直列接続
する構成であることから、ツェナー電圧ＶＺを各単セル
１０の定格電圧付近に設定することにより、静電容量や
内部抵抗の相違に起因する過充電を未然に防止すること
ができる。従って、各単セル１０に過大なバイアス電圧
ＶＢが印加される過充電を防止し、寿命の短縮を防止す
ることができる。

【００３０】また、かかる放電によって各単セル１０の
バイアス電圧ＶＢがツェナー電圧ＶＺまで低下した場合
或いは最初からバイアス電圧ＶＢがツェナー電圧ＶＺに
達していない場合には、ツェナーダイオード１６の作動
が停止して放電は行われない。従って、無駄な放電を防
止して、各単セル１０が蓄積した電荷を長期間維持する
ことができるため、スタータの駆動時などの大電流を確
実に安定して供給することができる。

【００３１】第２に、ツェナーダイオード１６の定格電
力を、例えば１Ｗ程度のできるだけ小さい値に設定して
いるため、単セル１０が放電してバイアス電圧ＶＢの調
整がなされるときに、ツェナーダイオード１６に生じる
発熱量を小さくすることができる。従って、冷却フィン
等の放熱機構をツェナーダイオード１６に付加する必要
がないため、部品点数及び製造コストの増加を招くこと
なく、全体をコンパクトに形成することができる。

【００３２】第３に、各抵抗の抵抗値は、ツェナーダイ
オード１６の定格容量を考慮して放電電流Ｉができるだ
け小さくなるように設定しているため、抵抗１８のコス
トを低下させることができる。一方、放電電流Ｉを大き
く設定した場合は、速やかにバイアス電圧ＶＢがツェナ
ー電圧ＶＺまで降下するので、バイアス電圧調整時間を
短縮することができる。

【００３３】しかし、放電電流Ｉの増大によって抵抗１
８の発熱量も増大するため、抵抗１８に定格電力の大き
な高価な抵抗を用いる必要が生じる。また、過充電によ
って単セル１０の劣化が生じない限り、バイアス電圧調
整に要する時間がかかっても何らの不具合も生じない。

【００３４】従って、単セル１０に寿命低下の不具合が
生じない限りにおいて、バイアス電圧調整時間を長く設
定することにより、低コストで過充電を防止することが
できる。但し、抵抗１８の値を大きくしてバイアス電圧
調整時間を短縮可能に構成したものも、本発明の範囲に
含まれる。

【００３５】次に、図３及び図４に基づき本発明の第２
の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の
形態では、蓄電手段として電気二重層コンデンサを用い
た例を示しており、上述した第１の実施の形態と同様の
構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００３６】図３には、本実施の形態に係る電気二重層
コンデンサを用いた車両用電源装置の回路構成が示され
ている。本実施の形態でも、電気二重層コンデンサから
なる各単セル１０は直列接続されてコンデンサパック１
２を構成し、このコンデンサパック１２は車載発電機１
４に接続されている。

【００３７】ここで、本実施の形態の特徴的事項は、各
単セル１０に、前記第１の実施の形態で述べたツェナー
ダイオード１６に替えて、ダイオード２０が使用されて
いる点である。そして、これら各ダイオード２０には放
電電流Ｉを制限するための抵抗２２が直列接続されてい
る。なお、これら各ダイオード２０の定格電力は小さい
方が好適である。抵抗２２も放電電流Ｉが小さくなるよ
うに設定されている。

【００３８】ここで、各ダイオード２０は、アノード端
子を各単セル１０の正極端子側に向けて接続されるもの
で、図４に示すように、順方向のバイアス電圧ＶＢが所
定のしきい値電圧ＶＦ以上になると、順方向電流の通電
を許可するものである。

【００３９】従って、各ダイオード２０は、バイアス電
圧ＶＢが順方向バイアスしきい値電圧ＶＦに達しない限
り、放電電流Ｉの通電を許可しないため、単セル１０の
放電は行われず、逆に単セル１０が放電中にバイアス電
圧ＶＢがしきい値電圧ＶＦまで低下すると、放電も停止
する。なお、厳密に考察すると、各ダイオード２０に
は、順バイアスしきい値電圧ＶＦ以下でも僅かに電流が
流れる。これは、前記各ツェナーダイオード１６も同様
に、バイアス電圧ＶＢがツェナー電圧ＶＺより小さいと
きにも、僅かな電流が流れる。しかし、これらの電流値
は極めて小さいため、実用上は無視することができるも
のである。

【００４０】このように構成される本実施の形態では、
バイアス電圧ＶＢがダイオード２０の順方向バイアスし
きい値電圧ＶＦにより調整されることとなり、上記実施
の形態と同様に静電容量や内部抵抗に起因する過充電を
未然に防止して寿命を向上することができる。また、か
かる放電によってバイアス電圧ＶＢがしきい値電圧ＶＦ
まで低下したときには、直ちに放電を停止させるため、
不要な電荷放出を防止して長期間電圧を維持することが
でき、エンジン始動時などの必要時の有効な電流供給が
確保される。特に、ダイオード２０の順方向バイアスし
きい値電圧ＶＦは、一般的にツェナー電圧ＶＺよりも小
さいため( 例えば、ゲルマニウムで０．３〜０．４Ｖ、
シリコンで０．７〜１．０Ｖ) 、各単セル１０の定格電
圧が低く、ツェナーダイオード１６のツェナー電圧ＶＺ
を利用できない場合に好適に用いることができる。

【００４１】次に、図５を参照しつつ本発明の第３の実
施の形態を説明する。図５の概略回路構成図に示したよ
うに、本実施の形態に係る電気二重層コンデンサを用い
た車両用電源装置は、上述した第２の実施の形態と同様
に、各電気二重層コンデンサからなる各単セル１０を直
列接続してなるコンデンサパック１２を、車載発電機１
４に接続している。

【００４２】ここで、各単セル１０には、前記第２の実
施の形態で述べたダイオード２０に替えて、発光ダイオ
ード３０が並列接続されている。そして、前記実施の形
態と同様に、これら各発光ダイオード３０には放電電流
Ｉを制限するための抵抗３２が直列接続されている。な
お、これら各発光ダイオード３０の定格電力はできるだ
け小さい方が好ましく、抵抗３２も放電電流Ｉが小さく
なるように設定されている。

【００４３】前記各発光ダイオード３０は、第２の実施
の形態で用いたダイオード２０と同様に、アノード端子
を各単セル１０の正極端子側に向けて接続されるもの
で、順方向のバイアス電圧ＶＢが所定のしきい値電圧Ｖ
Ｆ以上になると、順方向電流の通電を許可し、この順方
向電流すなわち放電電流Ｉの大きさに応じて発光する。

【００４４】従って、発光ダイオード３０は、バイアス
電圧ＶＢが順方向バイアスしきい値電圧ＶＦに達するま
では放電電流Ｉの通電を許可しないため、単セル１０の
放電は行われず、また、バイアス電圧ＶＢがしきい値電
圧ＶＦまで低下すると、放電を停止させる。また、発光
ダイオード３０は、放電電流Ｉが小さければ輝度が低く
なり、放電電流Ｉが増せば輝度も上昇する。

【００４５】このように構成される本実施の形態では、
各単セル１０の放電の許可及び停止を良好に制御でき、
かつその制御状態を外部から認識可能としている。すな
わち、過充電のおそれがある単セル１０に並列接続され
た発光ダイオード３０は、放電によるバイアス電圧ＶＢ
の調整開始と同時に発光する。一方、バイアス電圧ＶＢ
が正常な値である場合、充電不足によってバイアス電圧
ＶＢが低い場合には、放電電流Ｉが流れないため、これ
らの状態にあるコンデンサ１０に並列接続された発光ダ
イオード３０は発光しない。従って、計測器を用いるこ
となく、発光ダイオード３０の発光の有無、輝度の程度
によって、単セル１０の充電状態を外部から容易に確認
することができ、メンテナンス性が向上する。なお、静
電容量や内部抵抗に起因する過充電の未然防止と寿命短
縮防止作用は上記実施の形態と同様である。

【００４６】次に、図６の回路構成図に基づいて本発明
の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る車
両用電源装置では、より一層の高電圧を得るべく、複数
個の電気二重層コンデンサからなる単セル１０を直列に
接続して組電池４０を構成し、さらに、これら各組電池
４０を複数個直列接続してコンデンサパック４２を構成
している。そして、これら各組電池４０毎に、ツェナー
ダイオード４４と発光ダイオード４６と抵抗４８とを直
列に接続した回路が、全体として直列に接続されてい
る。

【００４７】本実施の形態では、ツェナーダイオード４
４と発光ダイオード４６とが直列に接続されているた
め、バイアス電圧ＶＢがツェナー電圧ＶＺと順方向バイ
アスしきい値電圧ＶＦとの合計値以上になると( ＶＢ≧
ＶＺ＋ＶＦ) 、放電電流Ｉが流れて電圧調整が開始す
る。なお、本実施の形態では、例えば３個の単セル１０
を直列接続してなる組電池４０毎にツェナーダイオード
４４及び発光ダイオード４６を各組電池４０に対し並列
接続しているため、そのバイアス電圧ＶＢは、単セル１
０毎に能動素子を並列接続する前記各実施の形態におけ
るバイアス電圧ＶＢよりも大きくなる。

【００４８】このように構成される本実施例では、バイ
アス電圧を調整する単位が単一の単セル１０と異なり、
複数の単セル１０を直列接続した組電池４０になってい
るが、前記各実施の形態と同様に、ツェナーダイオード
４４及び発光ダイオード４６が許可する放電によって、
組電池４０の過充電を未然に防止することができる。ま
た、無駄な放電を抑制して電気エネルギーを長期にわた
って保存することができ、一層実用性を高めることがで
きる。更に放電電流Ｉの大きさに応じて発光ダイオード
４６の輝度が変化するため、外部から容易に充電状態を
視覚認識することができる。

【００４９】これに加えて、本実施の形態では、上記の
ように放電開始電圧をツェナーダイオード４４のツェナ
ー電圧ＶＺと発光ダイオード４６の順方向バイアスしき
い値電圧ＶＦとの合計値として定めることができ、過充
電の電圧調整を精度よく行うことができる。従って、ツ
ェナーダイオード４４に１個の発光ダイオード４６を直
列接続するものとして述べたが、これに限らず、２個の
発光ダイオード４６をツェナーダイオード４４に接続し
てもよいし、あるいは発光ダイオード４６と通常のダイ
オードとをツェナーダイオード４４に接続して放電開始
電圧を設定してもよい。

【００５０】また、本実施の形態では、ツェナーダイオ
ード４４の温度特性と発光ダイオード４６の温度特性と
を合致させるように、すなわち、一方の温度による特性
変化を他方の特性変化で打ち消すように設定しておけ
ば、温度変化の影響を排除して精度のよい過充電の電圧
調整を行うことができる。

【００５１】次に、図７に基づいて本発明の第５の実施
の形態を説明する。図７は、本実施の形態に係る車両用
電源装置の電気回路の要部を拡大して示す回路構成図で
あって、各電気二重層コンデンサからなる単セル１０は
直列に接続されてコンデンサパック１２を構成し、この
コンデンサパック１２は上記各実施の形態と同様に、図
示していない車載発電機１４に接続されている。

【００５２】各単セル１０には、発光ダイオード５０が
それぞれ並列に接続され、これら発光ダイオード５０に
対して放電電流Ｉを規定するための抵抗５２が直列に接
続されている。そして、発光ダイオード５０の近傍に
は、該発光ダイオード５０から放射された光を受光して
電圧信号に変換する受光素子としてのフォトトランジス
タ５４が設けられている。

【００５３】つまり、発光ダイオード５０とフォトトラ
ンジスタ５４とは全体としてフォトカプラ５６を構成し
ており、各フォトトランジスタ５４のコレクタ端子は、
モニタ装置５８にそれぞれ接続されている。このモニタ
装置５６は、フォトトランジスタ５４からの電圧信号に
基づいて、各単セル１０の電圧調整状態を表示するため
のもので、例えばＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤランプ、
メータ等の表示部や入力インターフェース回路等から構
成される。

【００５４】そして、本実施の形態では、発光ダイオー
ド５０の発光状態がフォトトランジスタ５４を介して電
気的に絶縁された状態で検出され、この検出結果がモニ
タ装置５８に出力されるため、モニタ装置５８によって
単セル１０の電圧調整状態を確認することができる。な
お、充電電圧検出部たる発光ダイオード５０と発光状態
検出部たるモニタ装置５８とが電気的に絶縁されてい
る。従って、絶縁ゴムを必要な箇所に設ける等の特別な
工夫を必要とせず、感電のおそれなく安全かつ容易に、
各単セル１０の充電状態過充電の電圧調整をモニタする
ことができる。

【００５５】このように構成される本実施の形態でも、
バイアス電圧ＶＢが発光ダイオード５０の順方向バイア
スしきい値電圧ＶＦまで低下すると放電が停止するた
め、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００５６】特に、図６と共に述べた第４の実施の形態
の如く、複数の単セル１０を直列接続して組電池４０を
形成し、組電池４０毎に過充電か否かの判断を行う場合
には、上述した通り、単セル１０を直列接続した分だけ
組電池４０の両端電圧、つまりバイアス電圧ＶＢが上昇
するため、フォトカプラ５６による絶縁を利用してモニ
タする効果が大きい。

【００５７】次に、図８を参照して本発明の第６の実施
の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、各単セル１
０に充電を行う際の電圧値の設定にある。すなわち、図
８は、本実施の形態に係る車両用電源装置の回路構成図
であって、本電気回路は図１に示す第１の実施の形態と
基本的に同様の構成を有する。

【００５８】しかし、本実施の形態では、車載発電機６
０が出力する充電電圧を、単セル１０の定格電圧を越え
ない範囲で、かつツェナーダイオード１６の合計ツェナ
ー電圧ＶＺ以上の電圧に設定している。すなわち、ツェ
ナーダイオード１６のツェナー電圧ＶＺを、ＶＺ１，Ｖ
Ｚ２，…ＶＺＮとすると、車両に搭載された直流の定電
圧源たる車載発電機６０は、この合計ツェナー電圧ＶＺ
Ｔ( ＝ＶＺ１＋ＶＺ２＋…ＶＺＮ) 以上の電圧を出力す
る。

【００５９】これにより、例えば、図８中の単セル（図
上ＣＢと記している）１０の内、ＣＢ２のバイアス電圧
ＶＢ２がツェナー電圧ＶＺ２よりも高い場合、該単セル
ＣＢ２に並列接続されたツェナーダイオード１６を介し
て放電電流Ｉが流れる。ここで、車載発電機６０は定電
圧源なので、この放電電流Ｉに応じた電流を供給する。
この車載発電機６０から供給された電流は、直列に接続
された全ての単セルＣＢ１，ＣＢ２，…ＣＢＮに供給さ
れる。この結果、単セルＣＢ２よりも低いバイアス電圧
を有する単セルは、車載発電機６０からの電流によって
充電され、そのバイアス電圧が上昇する。

【００６０】従って、定格電圧(ツェナー電圧ＶＺ)以上
のバイアスがかかっている過充電の単セル１０は放電に
よって電圧が低下し、定格電圧未満の充電不足の単セル
１０は充電されて電圧が上昇する。これにより、エンジ
ン運転中でも、単セル１０の充電電圧をバランスさせる
ことができる。

【００６１】すなわち、前記各実施の形態では、エンジ
ン停止によって車載発電機１４からの電圧出力が中止し
ている間に、過充電の単セル１０から放電させることに
より、単セル１０の電圧をバランスさせ、エンジン再始
動による新たな充電に備えることができる。

【００６２】しかし、この場合、過充電状態の単セル１
０は放電によってツェナー電圧ＶＺまで低下し、放電電
流Ｉが他の充電不足の単セル１０に供給されるものの、
充電不足の単セル１０が多かったり、あるいは不足量(
ツェナー電圧ＶＺとの差異)が大きい場合等には、充電
不足状態の単セル１０の電圧がツェナー電圧ＶＺまで昇
圧しない可能性がある。

【００６３】これに対し、本実施の形態では、エンジン
運転中に、定電圧源たる車載発電機６０が出力する充電
電圧の値を、各単セル１０にそれぞれ並列接続されたツ
ェナーダイオード１６の合計ツェナー電圧ＶＺＴ以上に
設定したため、過充電の単セル１０のバイアス電圧を降
圧させつつ充電不足の単セル１０のバイアス電圧を昇圧
することができ、全体のバランスの回復、維持を有効に
行うことができる。

【００６４】次に、図９に基づいて本発明の第７の実施
の形態について説明する。図９の回路構成図に示す如
く、本実施の形態に係る車両用電源装置では、前記第１
の実施の形態で述べた抵抗１８に替えて可変抵抗７０を
用いている点に特徴がある。これら各可変抵抗７０は、
例えば可変抵抗７０に設けたトリマを回動させることに
より、抵抗値を可変に調整できるように構成している。

【００６５】このように構成される本実施の形態でも、
前記第１の実施の形態と同様の効果を奏することはもち
ろん、これに加えて、抵抗値を可変として放電電流Ｉを
規定する構成のため、各単セル１０の静電容量のばらつ
きに応じて抵抗値を所望の値に設定することができる。
また、単セル１０の特性が経時変化した場合でも、この
特性の変化に応じて放電電流Ｉを制限することができ、
使い勝手や信頼性が向上する。

【００６６】次に、図１０を参照しつつ本発明の第８の
実施の形態について説明する。本実施の形態に係る車両
用電源装置では、図１０の回路構成図に示す如く、複数
の単セル１０を直列接続して組電池８０を形成し、さら
に複数の組電池８０を直列に接続してコンデンサパック
８２を構成している。そして、各組電池８０毎に、ツェ
ナーダイオード８４がそれぞれ並列接続されており、こ
れら各ツェナーダイオード８４に抵抗８６が直列接続さ
れている。このように構成される本実施の形態によれ
ば、各組電池８０毎に過充電紡糸の電圧を設定すること
ができる。

【００６７】なお、本発明は上記各実施の形態の構成に
限定されるものではなく、記載された構成を適宜組み合
わせたり、単セルの数量を変えたりする等の如く、本発
明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。また、上
記各図面及び各実施の形態では、蓄電手段として電気二
重層コンデンサを用いたが、これに代えて鉛バッテリを
用いても同様の効果を得ることができる。なお、鉛バッ
テリについての図面、実施の形態については、その記載
を省略する。

【００６８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る蓄電手
段を有する車両用電源装置によれば、蓄電手段のバイア
ス電圧がツェナー電圧以上になると、蓄電手段からの放
電を許容し、蓄電手段のバイアス電圧がツェナー電圧ま
で低下すると放電を停止させることができる。従って、
蓄電手段の過充電を効率的に防止しつつ、不要な放電を
防止して長期間蓄電機能を維持することができ実用性の
向上が達成される。

【００６９】また、発光ダイオードを利用することによ
り、バイアス電圧の調整が行われている蓄電手段を計測
器を用いずにその充電状態を確認することができ、メン
テナンス性が向上する。更に、蓄電手段の定格電圧を越
えない範囲で、ツェナー電圧以上の充電電圧により蓄電
手段を充電する構成により、エンジン運転中における蓄
電手段の電圧をより一層バランス調整することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図２】ツェナーダイオードの電気的特性を示す特性説
明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図４】ダイオードの電気的特性を示す特性説明図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図９】本発明の第７の実施の形態に係る蓄電手段とし
て電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要部
を示す概略回路構成図である。

【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る蓄電手段と
して電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置の要
部を示す概略回路構成図である。

【図１１】従来技術による電気二重層コンデンサを用い
た車両用電源装置の要部を示す概略回路構成図である。

【図１２】他の従来技術による電気二重層コンデンサを
用いた車両用電源装置の要部を示す概略回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１０蓄電手段としての電気二重層コンデンサの単セル１２、４２、８２コンデンサパック１４、６０車載発電機１６、４４、８４ツェナーダイオード１８、２２、３２、４８、５２、８６抵抗２０ダイオード３０、４６、５０発光ダイオード４０、８０組電池５４フォトトランジスタ５６フォトカプラ５８モニタ装置７０可変抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載された種々の電気的負荷に電
流供給を行う蓄電手段を有する車両用電源装置におい
て、車載発電機から充電可能に接続された蓄電手段と、逆バイアス電圧が印加される向きで前記蓄電手段に並列
接続されたツェナーダイオードと、該ツェナーダイオードに直列接続された抵抗とから構成
されたことを特徴とする蓄電手段を有する車両用電源装
置。
【請求項２】前記蓄電手段の定格電圧を越えない範囲
内で前記ツェナーダイオードのツェナー電圧を上回る充
電電圧により、前記蓄電手段を充電することを特徴とす
る請求項１に記載の蓄電手段を有する車両用電源装置。
【請求項３】順バイアス電圧が印加される向きで前記
ツェナーダイオードに直列接続されるダイオードを設け
たことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の
蓄電手段を有する車両用電源装置。
【請求項４】車両に搭載された種々の電気的負荷に電
流供給を行う蓄電手段を有する車両用電源装置におい
て、車載発電機から充電可能に接続された蓄電手段と、順バイアス電圧が印加される向きで前記蓄電手段に並列
接続されたダイオードと、該ダイオードに直列接続された抵抗とから構成したこと
を特徴とする蓄電手段を有する車両用電源装置。
【請求項５】前記蓄電手段の定格電圧を越えない範囲
内で前記ダイオードの順方向しきい値を上回る充電電圧
により、前記蓄電手段を充電することを特徴とする請求
項４に記載の蓄電手段を有する車両用電源装置。
【請求項６】前記ダイオードは発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の蓄
電手段を有する車両用電源装置。
【請求項７】前記発光ダイオードからの光を受光素子
で検出して前記発光ダイオードの作動状態を検出するよ
うにしたことを特徴とする請求項６に記載の蓄電手段を
有する車両用電源装置。
【請求項８】前記発光ダイオードと前記受光素子とを
フォトカプラにて構成したことを特徴とする請求項７に
記載の蓄電手段を有する車両用電源装置。
【請求項９】前記抵抗として可変抵抗を用いたことを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の蓄電手段を
有する車両用電源装置。
【請求項１０】前記蓄電手段が電気二重層コンデンサ
であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記
載の蓄電手段を有する車両用電源装置。
【請求項１１】前記蓄電手段が鉛バッテリであること
を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の蓄電手
段を有する車両用電源装置。