JP5266892B2

JP5266892B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP5266892B2
Application number: JP2008148782A
Authority: JP
Inventors: 一樹森田; 則夫中嶋; 隆文小池
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: JP2009296808A

Description

本発明は、主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源としての蓄電装置に関するものである。

自動車（以下、車両という）のエンジン始動時などで発生する一時的なバッテリの電圧低下時に、負荷に十分な電力を供給するための補助電源としての蓄電装置を備えた電源装置が、例えば特許文献１に提案されている。図３はこのような電源装置のブロック回路図である。蓄電装置１０１には、まず蓄電するために電気二重層キャパシタからなる補助電源部１０３が設けられている。この補助電源部１０３には充電回路１０５が接続されている。また、前記補助電源部１０３の電力を出力する安定化回路１０７も接続されている。前記充電回路１０５の入力側には、その電圧を検出するための検出回路１０９が接続されている。また、この検出回路１０９の検出電圧に応じて電力を前記補助電源部１０３から供給するか、主電源部１１５から供給するかを切り替える電源切替部１１１が接続されている。なお、前記電源切替部１１１は端子の接触を切り替える構成を有し、例えばリレーが用いられる。

このような蓄電装置１０１の入力側、すなわち前記充電回路１０５の入力には第１スイッチ１１３を介してバッテリからなる前記主電源部１１５が接続されている。また、前記第１スイッチ１１３と前記蓄電装置１０１の間には第２スイッチ１１７の一端が接続され、その他端はエンジン１１９に内蔵されたスタータ（図示せず）に接続されている。前記第１スイッチ１１３と前記第２スイッチ１１７はキー装着部１２１によりオンオフ制御される。なお、前記キー装着部１２１にはロックモード、アクセサリモード、オンモード、およびスタートモードの４つのモードがある。前記ロックモードの場合は前記第１スイッチ１１３と前記第２スイッチ１１７の両方がオフになり、前記アクセサリモードと前記オンモードの場合は前記第１スイッチ１１３がオンに、前記第２スイッチ１１７がオフになり、前記スタートモードの場合は前記第１スイッチ１１３と前記第２スイッチ１１７の両方がオンになる。また、前記蓄電装置１０１の出力側、すなわち前記電源切替部１１１の出力にはオーディオやカーナビゲーション等の車載装置１２３が接続されている。

次に、前記蓄電装置１０１の動作について説明する。まず、車両起動時に前記キー装着部１２１にキーが差し込まれ、前記アクセサリモードになると、前記第１スイッチ１１３がオンになる。その結果、前記主電源部１１５の電力が前記充電回路１０５、前記検出回路１０９、および前記電源切替部１１１に供給される。これにより、前記充電回路１０５は前記補助電源部１０３を充電するとともに前記電源切替部１１１は図３に示すように前記主電源部１１５側を選択しているので、前記車載装置１２３には前記主電源部１１５の電力が供給され、オーディオやカーナビゲーション等が動作する。

この状態で、前記エンジンを始動するために前記キー装着部１２１の前記キーを前記スタートモードにすると、前記第２スイッチ１１７もオンになる。その結果、前記主電源部１１５の電力が前記エンジン１１９に内蔵された前記スタータに供給されるので、前記エンジン１１９が始動する。この時、前記スタータには大電流が流れるので、それに伴い前記主電源部１１５の電圧は大きく低下する。この変化を前記検出回路１０９が検出し、所定の基準値より低くなったことを検出すると、前記電源切替部１１１を前記補助電源部１０３側に切り替える。これにより、前記スタータの動作中は前記補助電源部１０３から前記車載装置１２３に電力が供給されるので、前記車載装置１２３は動作し続けることができる。

その後、前記エンジン１１９の始動が完了し、前記キーを前記オンモードにすることで前記第２スイッチ１１７がオフになる。その結果、前記主電源部１１５の電圧は前記所定の基準値より高くなるので、この変化を前記検出回路１０９が検出し、前記電源切替部１１１を前記主電源部１１５側に切り替える。これにより、前記車載装置１２３には前記主電源部１１５から電力が供給される。

このような動作により、前記車載装置１２３には前記スタータの動作時も安定した電力が供給され続け、音楽の中断や設定の消去等が回避できる。

また、他の構成による蓄電装置のブロック回路図を図４に示す。図３の構成との違いは、前記電源切替部１１１に替わって第１ダイオード１３１と第２ダイオード１３３を用いたことである。すなわち、前記第１ダイオード１３１のアノードを前記充電回路１０５の入力側に、カソードを前記車載装置１２３側に、それぞれ接続するとともに、前記第２ダイオード１３３のアノードを前記安定化回路１０７の出力に、カソードを前記車載装置１２３側に、それぞれ接続する構成とした。さらに、前記検出回路１０９を廃する構成とした。

このような構成により、前記主電源部１１５の電圧が十分に高い場合は前記第１ダイオード１３１がオンになり、前記主電源部１１５から前記車載装置１２３に電力が供給され、前記スタータの動作時に前記主電源部１１５の電圧が下がれば前記第２ダイオード１３３がオンになり、前記補助電源部１０３の電力が前記車載装置１２３に供給される。従って、前記主電源部１１５の電圧変動に応じて前記第１ダイオード１３１と前記第２ダイオード１３３のオンオフが自動的に切り替わる。

以上のような構成、動作によっても、前記車載装置１２３には前記スタータの動作時を含め安定した電力が供給される。
特開２００２−６４９４６号公報

上記の蓄電装置によると、確かに前記主電源部１１５の電圧が低下しても前記車載装置１２３等の負荷に安定した電力を供給できるのであるが、図３、図４に示したそれぞれの構成において、次のような課題があった。

まず、図３の構成の蓄電装置１０１において、前記電源切替部１１１として端子の接触を切り替えるリレーを用いた場合、前記検出回路１０９からの切替信号を受け取ってから実際に切り替わるまでの間に、端子の接触状態がオンオフを繰り返すチャタリング現象を発生することがある。これは、前記リレーに内蔵されたコイルから発生した磁力により前記端子の接触を機械的に切り替えるためである。その結果、前記電源切替部１１１の切り替え時に、前記車載装置１２３に供給される電力が途切れたり、電圧が不安定になるという課題があった。

これに対し、図４の構成の蓄電装置１０１では、前記第１ダイオード１３１と前記第２ダイオード１３３により電力の供給源が切り替えられるので、前記チャタリングは発生しない。しかし、前記車載装置１２３への電力は必ず前記第１ダイオード１３１、または前記第２ダイオード１３３を経由して供給されるので、これらのダイオードの損失に起因した発熱が発生する。特に、通常の車両使用時には前記第１ダイオード１３１を経由して前記車載装置１２３に電力が供給されるので、前記第２ダイオード１３３に比べ前記第１ダイオード１３１の発熱が多くなり、その寿命が短くなる可能性があるという課題があった。なお、図３の構成の蓄電装置１０１においては、ダイオードを用いていないので、それによる発熱は発生しない。

以上のことから、前記電源切替部１１１に前記リレーを用いれば電圧が不安定になる可能性があり、前記ダイオードを用いれば発熱が起こる可能性があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、負荷への電圧安定化と発熱低減を両立することができる蓄電装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、蓄電部と、主電源と電気的に接続される主電源端子と、負荷と電気的に接続される負荷端子と、前記主電源端子と、前記負荷端子の間に電気的に接続され、切替信号が入力され、前記切替信号がオフのとき常閉するリレーと、前記負荷端子と前記蓄電部の間に電気的に接続される電子スイッチと、前記リレーと前記電子スイッチに電気的に接続される制御回路と、を備え、前記電子スイッチは、電界効果トランジスタからなる第１スイッチ、および第２スイッチの直列回路で構成され、前記第１スイッチの第１寄生ダイオードのカソードが前記蓄電部側になるように、前記第２スイッチの第２寄生ダイオードのカソードが前記負荷端子側になるように、それぞれ電気的に接続され、前記制御回路は、前記切替信号がオンになると、前記リレーが開放されるように切り替わる動作を行なう前に、第１スイッチをオンかつ第２スイッチをオフとし、前記リレーがチャタリングを発生している期間は、第１スイッチをオンかつ第２スイッチをオフとし、前記リレーが開放された後に、第１スイッチと第２スイッチとをオンとするようにしたものである。

本発明の蓄電装置によれば、負荷端子と蓄電部の間に電子スイッチを設け、少なくともリレーが切り替わっている期間は電子スイッチがオンになるので、蓄電部の電力が負荷端子から負荷に供給され、負荷への電圧安定化が可能になる。さらに、通常時には主電源の電力がリレーを介して負荷に供給されるため、ダイオードのような発熱素子を経由せず、発熱低減も可能となる。従って、負荷への電圧安定化と発熱低減を両立することができる蓄電装置を実現できるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここではアイドリングストップ車両において、アイドリングストップ終了後のエンジン起動時における一時的なバッテリの電圧低下時に、負荷への電力を安定供給するための補助電源として蓄電装置を適用した例について述べる。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態における蓄電装置の電圧経時変化図とタイミングチャートであり、（ａ）は主電源端子の電圧Ｖｂと負荷端子の電圧Ｖｏの経時変化図を、（ｂ）は切替信号のタイミングチャートを、（ｃ）はリレーのタイミングチャートを、（ｄ）は第２スイッチのタイミングチャートを、（ｅ）は第１スイッチのタイミングチャートを、それぞれ示す。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。

図１において、蓄電装置１１は車両の主電源１３と負荷１５の間に電気的に接続されている。具体的には、前記主電源１３とは前記蓄電装置１１の主電源端子１７と、前記負荷１５とは負荷端子１９と、それぞれ電気的に接続されている。なお、前記主電源１３は車両用バッテリであり、前記負荷１５はオーディオやカーナビゲーション等の電装品である。また、前記主電源１３と前記主電源端子１７の間にはヒューズ２１が電気的に接続されている。

前記蓄電装置１１は次の構成を有する。前記主電源端子１７と前記負荷端子１９の間には、リレー２３が電気的に接続されている。ここで、前記リレー２３は、常閉端子２５、常開端子２７、および共通端子２９を有するとともに、前記共通端子２９に対する前記常閉端子２５と前記常開端子２７の電気的接続の切替を電磁的に行うためのコイル３１が内蔵されている。また、前記リレー２３は前記コイル３１のオンオフを制御するための切替端子３３も有している。なお、ここで前記常閉端子２５とは、前記コイル３１への通電が行われていないオフ状態の時に前記共通端子２９と電気的に接続される端子のことであり、前記常開端子２７とは、前記コイル３１への通電が行われているオン状態の時に前記共通端子２９と電気的に接続される端子のことであると、以下定義する。従って、例えば図１では、前記常閉端子２５と前記共通端子２９が電気的に接続されているので、前記コイル３１がオフ状態であることになる。

また、本実施の形態において、前記リレー２３の具体的な電気的接続としては、次の通りである。まず、前記常閉端子２５には前記主電源端子１７が、前記負荷端子１９には前記共通端子２９が、それぞれ接続されている。なお、前記常開端子２７には何も接続されていない状態としている。また、前記コイル３１の一端は前記主電源端子１７と電気的に接続され、前記コイル３１の他端である前記切替端子３３は前記蓄電装置１１に設けたリレー制御端子３５と電気的に接続されている。

前記負荷端子１９には電子スイッチ３７の一端が電気的に接続されている。前記電子スイッチ３７は電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）からなる第１スイッチ３９、および第２スイッチ４１の直列回路で構成されている。前記第１スイッチ３９と前記第２スイッチ４１はＦＥＴであるので、それぞれに第１寄生ダイオード４３と第２寄生ダイオード４５が形成されている。ここで、前記第１スイッチ３９の第１寄生ダイオード４３は、カソードが後述する蓄電部側になるように電気的に接続されている。一方、前記第２スイッチ４１の第２寄生ダイオード４５は、カソードが前記負荷端子１９側になるように電気的に接続されている。なお、図１では前記負荷端子１９側から前記第２スイッチ４１、前記第１スイッチ３９の順に電気的に接続されているが、これは前記第１寄生ダイオード４３と前記第２寄生ダイオード４５の向きを変えなければ、逆の順序に接続してもよい。

なお、図１には示していないが、前記負荷端子１９には、その電圧Ｖｏを安定化する回路が接続されていてもよい。

前記電子スイッチ３７の他端には前記蓄電部４７が電気的に接続されている。従って、前記負荷端子１９と前記蓄電部４７は前記電子スイッチ３７を介して電気的に接続されている。また、前記蓄電部４７は複数の電気二重層キャパシタから構成され、エンジン起動時における一時的な前記主電源１３の電圧低下時に、前記負荷１５へ電力を安定供給するための電力源となる。

前記主電源端子１７と前記蓄電部４７の間には、前記蓄電部４７を充電するための充電回路４９が電気的に接続されている。さらに、前記蓄電部４７には、その電圧Ｖｃを検出するための電圧検出回路５１が電気的に接続されている。

前記切替端子３３、前記第１スイッチ３９、前記第２スイッチ４１、前記充電回路４９、および前記電圧検出回路５１には制御回路５３が信号系配線で電気的に接続されている。従って、前記制御回路５３は、前記切替端子３３における切替信号ＳＬや前記蓄電部４７の電圧Ｖｃを取り込むとともに、前記充電回路４９を制御する充電信号ＣＨ、第１スイッチオンオフ信号ＳＷ１、および第２スイッチオンオフ信号ＳＷ２を出力する構成となる。

また、前記リレー制御端子３５には車両側制御回路５５が電気的に接続されている。前記車両側制御回路５５は車両全体の制御を行う回路であるが、その一部に前記リレー２３の前記コイル３１を制御するトランジスタ５７が設けられている。前記トランジスタ５７のコレクタに前記リレー制御端子３５が、エミッタにグランドが、それぞれ電気的に接続されている。従って、例えば前記車両側制御回路５５に内蔵したマイクロコンピュータにより、前記トランジスタ５７のベース電圧を切り替えることにより、コレクタ−エミッタ間を導通するか（オン状態）、非導通とするか（オフ状態）を制御することができる。すなわち、前記トランジスタ５７がオフ状態であれば、前記コイル３１に電流が流れない。従って、前記リレー２３は常閉端子２５側を選択することになる。一方、前記トランジスタ５７がオン状態であれば、前記切替端子３３が前記グランドに接続されることになるので、前記主電源１３から前記コイル３１に電流が流れる。その結果、前記リレー２３は前記常開端子２７側に切り替わる。

このようにして、前記車両側制御回路５５は前記リレー２３の切替制御を行う構成としている。ここで、前記切替信号ＳＬは、前記トランジスタ５７がオン状態になり前記コイル３１に電流が流れている状態をオン、前記トランジスタ５７がオフ状態で前記コイル３１に電流が流れていない状態をオフと定義する。

次に、このような蓄電装置１１の動作について説明する。前記車両の使用を開始すると、前記制御回路５３は前記蓄電部４７を充電するために前記充電回路４９に前記充電信号ＣＨを出力する。これを受け、前記充電回路４９は前記主電源１３の電力を前記蓄電部４７に充電する。この際、前記制御回路５３は前記電圧検出回路５１で前記蓄電部４７の電圧Ｖｃを検出しているので、前記蓄電部４７が所定の電圧（例えば満充電電圧）に至れば前記充電回路４９に対し、充電を停止するよう制御する。この動作により、前記車両の使用と同時に前記蓄電部４７をあらかじめ充電しておく。なお、前記車両の使用時において、アイドリングストップ後の前記エンジン（図示せず）の再始動時を除く通常時は、前記リレー２３は前記常閉端子２５に切り替わっている状態、すなわち常閉した状態である。これにより、通常時は前記主電源１３の電力が前記負荷１５に供給されている。

次に、前記車両がアイドリングストップを行った後、前記エンジンを再始動する際の動作について、図２を用いて説明する。なお、図２（ａ）〜（ｅ）において、横軸は全て時刻ｔである。また、図２（ａ）における縦軸は電圧であり、実線は前記負荷端子１９の電圧Ｖｏを、長破線は前記主電源端子１７の電圧Ｖｂを、それぞれ示す。

まず、前記アイドリングストップ中の時刻ｔ０では、前記主電源１３の電力が前記負荷１５に供給されているので、図２（ｂ）に示すように、前記切替信号ＳＬはオフである。従って、前記コイル３１に電流が流れていないので、図２（ｃ）に示すように、前記リレー２３は前記常閉端子２５側を選択している。これにより、図２（ａ）に示すように、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは前記主電源端子１７の電圧Ｖｂより、前記リレー２３の内部抵抗値に起因したリレー電圧降下ΔＶｒだけ小さい電圧となる。しかし、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは前記負荷１５を駆動するための最低電圧（以下、既定電圧Ｖｃｍという）よりも十分高いため、前記アイドリングストップ中でも前記負荷１５を安定して駆動できる。なお、前記既定電圧Ｖｃｍは前記負荷１５の仕様によるが、本実施の形態では９Ｖとした。また、時刻ｔ０では図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、前記第２スイッチ４１と前記第１スイッチ３９の両方がオフであるので、前記蓄電部４７の電力は前記負荷１５に供給されない。

次に、時刻ｔ１で前記アイドリングストップが終了する。前記アイドリングストップの終了は、例えば運転者がブレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えたことにより、前記車両側制御回路５５が判断する。

前記車両側制御回路５５は前記アイドリングストップの終了を判断すると、直ちに前記トランジスタ５７をオンにする。その結果、図２（ｂ）に示すように、前記切替信号ＳＬがオンになり、前記切替端子３３に入力される。これにより、前記コイル３１に電流が流れ、前記リレー２３は前記常閉端子２５から前記常開端子２７に切り替わるのであるが、この動作は機械的に行われるために、すぐには切り替わらず、数ミリ秒の遅れが生じる。従って、前記制御回路５３は、前記切替信号ＳＬが入力されると、前記リレー２３が前記常開端子２７側、すなわち開放するように切り替わる動作を行う前の時刻ｔ２で、前記第１スイッチオンオフ信号ＳＷ１をオン信号として前記第１スイッチ３９に出力する。その結果、図２（ｅ）に示すように前記第１スイッチ３９がオンになる。

このような動作により、時刻ｔ２では前記第１スイッチ３９がオンになるが、前記第２スイッチ４１はオフのままであり、さらに前記リレー２３はまだ前記常閉端子２５側を維持している。ここで、前記第２寄生ダイオード４５によるＦＥＴ電圧降下ΔＶｆは前記リレー電圧降下ΔＶｒより大きいので、前記負荷１５への電力は依然として前記主電源１３から供給されている。

その後、前記リレー２３の機械的な切替動作が開始する時刻ｔ３（時刻ｔ１から数ミリ秒後）に至ると、図２（ｃ）に示すように、前記リレー２３は前記常閉端子２５と前記常開端子２７の間を往復するチャタリング動作となる。その結果、図２（ａ）に示すように、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは上下に変動する。この時の電圧変動幅は前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆとなる。これは、前記リレー２３が前記常開端子２７に切り替わり開放状態となった時、前記負荷１５へ前記蓄電部４７の電力が供給される際に、前記第２寄生ダイオード４５による前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆが発生するためである。従って、前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆの電圧幅で前記負荷端子１９の電圧Ｖｏが変動する。しかし、従来のように前記電子スイッチ３７が無い構成であれば、前記リレー２３が切り替わる時に前記負荷端子１９の電圧Ｖｏが０Ｖまで低下してしまい、前記負荷１５を十分に駆動できない可能性があるのに対し、本実施の形態では、前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆの電圧幅で電圧Ｖｏが変動しても、図２（ａ）に示すように、前記既定電圧Ｖｃｍよりは十分高い電圧であるので、前記負荷１５を安定して駆動できる。

その後、時刻ｔ４で前記エンジンを再始動するために前記スタータ（図示せず）が駆動する。これにより、図２（ａ）の長破線に示すように、前記主電源１３の電圧Ｖｂは大きく低下する。従って、時刻ｔ４以降は前記第２寄生ダイオード４５による前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆがあるにしても、前記蓄電部４７側の電圧が高くなる。ゆえに、前記負荷１５へは前記蓄電部４７の電力が供給される。この時、図２（ａ）の実線に示すように、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは前記蓄電部４７の放電とともに、経時的に低下していくが、前記既定電圧Ｖｃｍよりは高い電圧を維持するため、前記負荷１５は駆動し続けられる。

その後、前記スタータが駆動している間の時刻ｔ５で、図２（ｃ）に示すように前記リレー２３のチャタリングが終わり、前記常開端子２７への切り替えが完了するが、これによる前記電圧Ｖｏの変動は起こらず、時刻ｔ４以降と同様に前記蓄電部４７の電力が前記負荷１５に供給される。

次に、図２（ａ）の長破線に示すように、前記スタータの駆動に伴い、時刻ｔ６で前記主電源１３の電圧Ｖｂが最小となるが、その後、前記電圧Ｖｂは回復していく。しかし、すぐに前記既定電圧Ｖｃｍまでは回復しないので、前記負荷１５へは引き続き前記蓄電部４７の電力が供給される。これにより、前記蓄電部４７は放電を継続し、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは下がり続けるので、前記リレー２３が開放された後の時刻ｔ７において、前記制御回路５３は前記第２スイッチオンオフ信号ＳＷ２をオン信号として前記第２スイッチ４１に出力する。その結果、図２（ｄ）に示すように前記第２スイッチ４１がオンになる。これにより、前記第２寄生ダイオード４５による前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆがなくなるので、その分、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏが高くなる。従って、前記電圧Ｖｏが前記既定電圧Ｖｃｍに至るまでの期間を長くすることができ、さらなる前記負荷１５の安定駆動が可能となる。なお、前記第２スイッチ４１は、前記リレー２３が開放されチャタリングが終了する時刻ｔ５でオンにしてもよいが、本実施の形態では、チャタリング終了時刻の誤差等を考慮したマージンを加えて、時刻ｔ７でオンにするようにしている。

その後、前記スタータの駆動が完了に近づき、図２（ａ）の長破線に示すように前記主電源１３の電圧Ｖｂが十分に高くなった時刻ｔ８において、前記車両側制御回路５５は前記トランジスタ５７をオフにする。これにより、前記切替端子３３に入力される前記切替信号ＳＬはオフとなる。しかし、上記したように、前記リレー２３は、すぐには前記常開端子２７から前記常閉端子２５には切り替わらず、数ミリ秒の遅れが生じる。従って、時刻ｔ８の直後は、前記蓄電部４７から前記負荷１５に電力が供給され続ける。

その後、時刻ｔ９で前記スタータの駆動が完了し、図２（ａ）の長破線に示すように、前記主電源１３の電圧Ｖｂは緩やかに上昇していくが、時刻ｔ８から数ミリ秒経過した時刻ｔ１０において、前記リレー２３がチャタリングを開始する。これにより、前記リレー２３が前記常閉端子２５に切り替わった瞬間は、前記第１スイッチ３９と前記第２スイッチ４１の両方がオンであり、図２（ａ）に示すように、前記主電源端子１７の電圧Ｖｂの方が前記負荷端子１９の電圧Ｖｏより大きいので、前記主電源１３から前記リレー２３、前記電子スイッチ３７を経由して前記蓄電部４７に突入電流が流れる。その結果、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは前記主電源端子１７の電圧Ｖｂより若干低い値まで急激に上昇する。

その後、前記リレー２３のチャタリングによって再び前記常開端子２７に切り替わると、前記蓄電部４７から前記負荷１５に電力が供給される。このような動作を繰り返すため、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは図２（ａ）の実線に示すように上下に変動する。

次に、時刻ｔ１１にて前記リレー２３のチャタリングが終了し、前記常閉端子２５に切り替わる。これによっても前記蓄電部４７への前記突入電流が流れるので、図２（ａ）の実線に示すように、時刻ｔ１１で前記負荷端子１９の電圧Ｖｏが上昇する。この突入電流をこのまま放置すると、大電流が継続して流れ、前記ヒューズ２１が溶断する可能性があるので、前記制御回路５３は図２（ｄ）に示すように、時刻ｔ１２で前記第２スイッチ４１をオフにする。

なお、時刻ｔ１２は次のようにして決定している。まず、時刻ｔ１１（前記リレー２３のチャタリング終了）以降で前記ヒューズ２１が溶断しない期間を既定期間としてあらかじめ求める。次に、時刻ｔ１２として、時刻ｔ１１以降で前記既定期間以内（例えば前記既定期間の１／３）になるように決定する。これにより、一時的に前記突入電流が流れるものの、前記ヒューズ２１等への影響が少ない前記蓄電装置１１を実現できる。

時刻ｔ１２で前記第２スイッチ４１をオフにすると、前記第２寄生ダイオード４５により、前記主電源１３から前記蓄電部４７への電流が断たれ、図２（ａ）に示すように、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏは前記主電源端子１７の電圧Ｖｂより前記リレー電圧降下ΔＶｒだけ低い電圧となる。従って、前記負荷１５へは前記主電源１３の電力が供給され、前記アイドリングストップ後も安定した動作を継続する。

次に、前記制御回路５３は前記第２スイッチ４１がオフになった時刻ｔ１２の後の時刻ｔ１３で、図２（ｅ）に示すように前記第１スイッチ３９をオフにする。これにより、前記電子スイッチ３７が完全にオフになる。

なお、本実施の形態では、最初に前記第２スイッチ４１をオフにし、次に前記第１スイッチ３９をオフにしているが、これは、同時にオフにしたり、逆の順番であってもよい。すなわち、前記切替信号ＳＬがオフになると、前記リレー２３が常閉するように切り替わる動作を行った後（時刻ｔ１１以降）で前記既定期間以内に、前記第１スイッチ３９と前記第２スイッチ４１を順不同でオフにすることで、前記電子スイッチ３７を完全にオフにすればよい。但し、前記第２寄生ダイオード４５により、できるだけ早く前記蓄電部４７への電流を遮断することができるため、最初に前記第２スイッチ４１をオフにし、次に前記第１スイッチ３９をオフにする方が望ましい。

ここまでで説明した図２の動作をまとめると、次のようになる。前記制御回路５３は、前記切替端子３３に前記切替信号ＳＬが入力されると、前記リレー２３が開放するように切り替わる動作を行う前に、前記第１スイッチ３９をオンにし、前記リレー２３が開放された後に、前記第２スイッチ４１をオンにする。これにより、前記リレー２３のチャタリング期間も安定した電力を前記蓄電部４７から前記負荷１５に供給することができる。従って、前記電子スイッチ３７は前記リレー２３の切り替え時にチャタリングが発生しても、前記蓄電部４７の電力により、前記負荷端子１９の電圧Ｖｏを安定化するように作用することになる。さらに、前記スタータの駆動時以外は前記主電源１３の電力が内部抵抗値の小さい前記リレー２３を経由して前記負荷１５に供給されるので、発熱の低減も可能となる。

前記アイドリングストップ後（時刻ｔ１３以降）は、次回のアイドリングストップに備えるために、前記制御回路５３は車両使用開始時と同様に、前記充電回路４９により前記蓄電部４７を充電する。但し、前記制御回路５３は、前記蓄電部４７が前記負荷１５に電力を供給する可能性のある場合、すなわち前記切替端子３３に前記切替信号ＳＬが入力された場合には、前記蓄電部４７の充電を禁止するようにしている。これにより、早く効率のよい充電が可能となる。

なお、図２の動作では、前記蓄電部４７に十分な電力が蓄電されている状態を前提としているが、前記蓄電部４７の充電中に前記アイドリングストップが終了し、前記スタータが駆動する場合がある。この時も図２で説明した動作を行うと、特に時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間に流れる突入電流が大きくなる。これは、前記主電源１３の電圧Ｖｂに対し、前記蓄電部４７の電圧Ｖｃが極めて低ければ、両者の電圧差が大きくなるためである。その結果、前記ヒューズ２１が溶断する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、前記切替端子３３に前記切替信号ＳＬが入力された時刻ｔ１において、前記電圧検出回路５１で検出した前記蓄電部４７の電圧Ｖｃが前記既定電圧Ｖｃｍ以下であれば、前記制御回路５３は、時刻ｔ７においても前記第２スイッチ４１をオフのままとするように制御している。これにより、前記蓄電部４７の電圧Ｖｃが極めて低くても、前記第２寄生ダイオード４５により常に前記突入電流を阻止することができ、前記ヒューズ２１の溶断可能性を低減できる。なお、前記蓄電部４７の電圧Ｖｃが前記既定電圧Ｖｃｍ以下であれば、前記スタータの駆動中に前記蓄電部４７から前記負荷１５へ十分な電力を供給することができないので、この場合は前記負荷１５が停止することになる。

ここまでで述べた本実施の形態における特徴的な動作をまとめると、前記制御回路５３は、チャタリングが発生している期間（時刻ｔ３〜時刻ｔ５、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１）と、前記リレー２３が前記常開端子２７に切り替わっている期間（時刻ｔ５〜時刻ｔ１０）には、最低限、前記電子スイッチ３７がオンになるように制御している。

以上の構成、動作により、前記リレー２３のチャタリング期間も安定した電力を前記蓄電部４７から前記負荷１５に供給することができるとともに、通常時は前記主電源１３の電力が前記リレー２３を経由して前記負荷１５に供給されるので、発熱の低減も可能な蓄電装置が得られる。

なお、本実施の形態では、前記第２スイッチ４１を前記ＦＥＴで構成したが、これは前記第２寄生ダイオード４５と同じ方向になるように電気的に接続したダイオードであってもよい。これにより、前記蓄電部４７から前記負荷１５に電力を供給する間、前記ダイオードの電圧降下が常に発生し、損失が大きくなるものの、前記電子スイッチ３７の構成、動作が簡単になる。

また、本実施の形態では、前記リレー２３の前記常開端子２７には何も接続しない構成としたが、これは図１の長破線に示すように、前記蓄電部４７と電気的に接続してもよい。すなわち、前記リレー２３は、前記主電源端子１７と電気的に接続される前記常閉端子２５と、前記蓄電部４７と電気的に接続される常開端子２７と、前記負荷端子１９と電気的に接続される前記共通端子２９とを備えた構成とする。これにより、図２の時刻ｔ５でリレー２３が前記常開端子２７に切り替わると、前記蓄電部４７の電力は前記負荷１５に前記リレー２３を経由して供給される経路と、前記電子スイッチ３７を経由して供給される経路が形成される。この時、前記したように、前記リレー電圧降下ΔＶｒは前記ＦＥＴ電圧降下ΔＶｆよりも小さいので、前記蓄電部４７の電力は前記リレー２３を経由して前記負荷１５に供給される。従って、図２（ａ）の太点線に示すように、時刻ｔ５から、前記第２スイッチ４１がオンになる時刻ｔ７までの期間は、前記常開端子２７を接続しない場合に比べ電圧降下が小さくなる。ゆえに、前記負荷１５に対して、より電圧変動の少ない安定した電力を供給することができる。

なお、時刻ｔ７で前記第２スイッチ４１がオンになると、前記電子スイッチ３７としての内部抵抗値は前記リレー２３の内部抵抗値よりも小さく、ほぼ無視できるため、前記蓄電部４７の電力は前記電子スイッチ３７を経由して前記負荷１５に供給される。従って、時刻ｔ７以降の動作は前記常開端子２７を接続しない場合の動作と同じになる。

また、このような構成とすることにより、図２（ｃ）の時刻ｔ５から時刻ｔ１０までの期間は前記常開端子２７を介して前記蓄電部４７の電力が前記負荷１５に供給されるため、この期間は前記電子スイッチ３７をオフにしてもよい。この場合は、前記電子スイッチ３７が前記リレー２３のチャタリング発生期間のみオンになっていることになる。従って、上記構成においては、前記電子スイッチ３７は、前記チャタリングが発生している期間のみオンになるように制御するか、または前記チャタリングが発生している期間と前記リレー２３が前記常開端子２７に切り替わっている期間の両方の期間でオンになるように制御すればよい。

これらのことから、前記電子スイッチ３７は少なくとも前記リレー２３が前記チャタリングを発生している期間はオンになるように制御すればよいことになる。

また、本実施の形態では、前記リレー２３として前記常開端子２７を有するものを用いたが、これは常開端子のないリレーであってもよい。

また、本実施の形態では、前記蓄電部４７に電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池でもよい。

また、本実施の形態では、前記蓄電装置１１をアイドリングストップ車に適用した例について述べたが、これに限定されるものではなく、車両起動時や主電源異常時の電源バックアップシステム等に適用することができる。

本発明にかかる蓄電装置は、負荷への電圧安定化と発熱低減を両立することができるので、主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源としての蓄電装置等として有用である。

本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図本発明の実施の形態における蓄電装置の電圧経時変化図とタイミングチャートであり、（ａ）は主電源端子の電圧Ｖｂと負荷端子の電圧Ｖｏの経時変化図、（ｂ）は切替信号のタイミングチャート、（ｃ）はリレーのタイミングチャート、（ｄ）は第２スイッチのタイミングチャート、（ｅ）は第１スイッチのタイミングチャート従来の電源装置のブロック回路図従来の電源装置の他の構成のブロック回路図

符号の説明

１１蓄電装置
１３主電源
１５負荷
１７主電源端子
１９負荷端子
２３リレー
２５常閉端子
２７常開端子
２９共通端子
３３切替端子
３７電子スイッチ
３９第１スイッチ
４１第２スイッチ
４３第１寄生ダイオード
４５第２寄生ダイオード
４７蓄電部
４９充電回路
５１電圧検出回路
５３制御回路

Claims

蓄電部と、
主電源と電気的に接続される主電源端子と、
負荷と電気的に接続される負荷端子と、
前記主電源端子と前記負荷端子の間に電気的に接続され、切替信号が入力され、前記切替信号がオフのとき常閉するリレーと、
前記負荷端子と前記蓄電部の間に電気的に接続される電子スイッチと、
前記リレーと前記電子スイッチに電気的に接続される制御回路と、
を備え、
前記電子スイッチは、電界効果トランジスタからなる第１スイッチ、および第２スイッチの直列回路で構成され、
前記第１スイッチの第１寄生ダイオードのカソードが前記蓄電部側になるように、前記第２スイッチの第２寄生ダイオードのカソードが前記負荷端子側になるように、それぞれ電気的に接続され、
前記制御回路は、
前記切替信号がオンになると、前記リレーが開放されるように切り替わる動作を行なう前及び前記リレーがチャタリングを発生している期間は、第１スイッチをオンかつ第２スイッチをオフとし、
前記リレーが開放された後に、第１スイッチと第２スイッチとをオンとするようにした、
蓄電装置。
前記蓄電部、および前記制御回路に電気的に接続された電圧検出回路を備え、
前記制御回路は、前記切替信号がオンになった際に、前記電圧検出回路で検出した前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が既定電圧（Ｖｃｍ）以下であれば、前記第２スイッチをオフのままとするようにした請求項１に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記切替信号がオフになると、前記リレーが常閉するように切り替わる動作を行った後で既定期間以内に、前記第１スイッチと前記第２スイッチをオフにするようにした請求項１に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、最初に前記第２スイッチをオフにし、次に前記第１スイッチをオフにするようにした請求項３に記載の蓄電装置。
前記主電源端子と前記蓄電部の間に電気的に接続されるとともに、前記制御回路とも電気的に接続された充電回路を備え、
前記制御回路は、前記切替信号がオンになると、前記蓄電部の充電を禁止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
前記リレーは、前記主電源端子と電気的に接続される常閉端子と、
前記蓄電部と電気的に接続される常開端子と、
前記負荷端子と電気的に接続される共通端子とを備えた請求項１に記載の蓄電装置。