JP2005199739A - 電圧依存性車載用機器及びこれを搭載した自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリングストップ車のエンジンの再起動に伴う瞬停に影響を受けることがない電圧依存性車載用機器及びこれを搭載した自動車を提供することを目的とする。
【解決手段】ＡＣＣ電源４に接続されたカーナビ１と、上記ＡＣＣ電源４に接続されて充電され、かつ上記カーナビ１に供給されるＡＣＣ電源４からの電力が所定値以下になった際にカーナビ１に電力を供給するキャパシタバンク２からなる構成により、エンジンの再起動に伴う瞬停に対してカーナビ１にキャパシタバンク２から瞬時に電力を供給することができるようになるため、瞬停に影響を受けることがないカーナビ１及びこれを搭載した自動車を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種自動車に搭載されて使用される補機類の中で、主にマイコン制御機能を備えた電圧依存性車載用機器及びこれを搭載した自動車に関するものである。

図１０は従来の自動車に搭載された補機類を示した回路図であり、図１０において２０は補機類を示し、この補機類２０としてはカーナビゲーション（以下、カーナビという）、カーラジオ、カーステレオ、ヘッドランプ等が接続されている。２１は電力供給部となるバッテリー、２２はオルタネータと呼ばれる発電機、２３はスタータモータである。

このように構成された従来の補機類２０は、スタータモータ２３により図示しないエンジンが起動し、このエンジンの回転によって発電機２２からバッテリー２１に充電されると共に、このバッテリー２１の電力により各種補機類２０を使用するようにしていたものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−２８２３６１号公報

近年、地球環境保護の流れを受け、特に自動車においてはその技術革新は顕著なものが見られ、自動車が走行していない場合にある一定の条件が整えばエンジンを一時的に停止させてしまい、再び自動的に再起動させる「アイドリングストップ機能を備えた自動車」が開発され、商品化もなされてきている。

しかしながらこのようなアイドリングストップ車ではエンジンの再起動に必要とされる電力は１２Ｖ数十Ａにも及び、このために図９に示すように再起動時には補機類２０に供給される電力が一瞬低下する「瞬停」と呼ばれる現象が発生し、この瞬停により上記補機類２０の中で特にカーナビ等のようにマイコン制御機能を備えた電圧依存性車載用機器においては自動的にシステムがリセットし、そして自動的に再起動するために再度所望の設定を行わなければならず、このために操作が面倒で不快感を感じるばかりでなく、走行に危険を及ぼす恐れがあるという大きな問題があった。

なお、図９において縦軸は電圧、横軸は時間を示し、図中の１２Ｖラインはバッテリー２１の電圧、５Ｖラインは上記１２Ｖラインの電圧から生成される車両のマイコン等を駆動するための電圧であり、これらの電圧がアイドリングストップ車におけるエンジンの再起動時に急激に低下する状態を測定したものである。

本発明はこのような従来の課題を解決し、アイドリングストップ車のエンジンの再起動に伴う瞬停に影響を受けることがない電圧依存性車載用機器及びこれを搭載した自動車を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、自動車のＡＣＣ（アクセサリー）電源および／またはバッテリーに接続された電圧依存性車載用機器と、上記ＡＣＣ電源および／またはバッテリーに接続されて充電され、かつ上記電圧依存性車載用機器に供給される電力が所定値以下になった際に電圧依存性車載用機器に電力を供給するキャパシタバンクからなる構成にしたものであり、これにより、エンジンの再起動に伴う瞬停に対して電圧依存性車載用機器にキャパシタバンクから瞬時に電力を供給することができるようになるため、瞬停に影響を受けることがない電圧依存性車載用機器を提供することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、キャパシタバンクは、少なくとも２個以上が直列接続された電気二重層コンデンサと、この電気二重層コンデンサを一体に保持する樹脂製のホルダーと、上記電気二重層コンデンサに夫々並列接続された抵抗からなる構成にしたものであり、これにより、複数の電気二重層コンデンサの容量にバラツキがあった場合でも全てを平均化して安定化させ、エンジンの再起動に必要な電力を効率良く充放電することが可能になるという作用効果を有する。また、電気二重層コンデンサは充電状態を長く保持することによって寿命に悪影響があるとされている中で、夫々に並列接続した抵抗はＡＣＣ電源からの電力供給が停止された際に電気二重層コンデンサ内に残留する電荷を放出する役目を果たし、電気二重層コンデンサの寿命を延ばすことができるようになるという作用効果も有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、キャパシタバンクを構成するホルダーは電気二重層コンデンサの周面を保持する保持部と基板への取り付け部を備え、上記保持部は各電気二重層コンデンサの外形方向へ拡大可能な分割構造を有し、かつ上記取り付け部は配線基板への結合用突起と上記分割構造を有した保持部が微動した時にガイド機能を果たすガイド用突起を設けたという構成にしたものであり、これにより、キャパシタバンクが高温雰囲気で使用されても樹脂製のホルダーが柔軟に膨張収縮して対応することができるようになり、また、電気二重層コンデンサに機械的な負荷を加えることなく、かつ車両からの振動に対しても優れた耐振動性を発揮して信頼性を向上させることができるという作用効果を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、キャパシタバンクの入口側にキャパシタバンクへの充電を制御する抵抗を設けたという構成のものであり、これにより、電気二重層コンデンサが完全放電状態から充電を開始される際に一気に大電流が流れることを防ぐことができるようになるため、各配線部やヒューズの耐電流設計を小さく設定することが可能になり、不要なコスト上昇を防ぎ、最適な設計を行うことができるようになるという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、自動車のＩＧ（イグニッション）電源がＯＮの時のみキャパシタバンクに充電を行い、ＩＧ（イグニッション）電源がＯＦＦの時にはキャパシタバンクに充電を行わないようにしたという構成のものであり、これにより電気二重層コンデンサに並列接続された抵抗に流れる電流をなくすることができるために、エンジン停止後にＡＣＣ（アクセサリー）電源だけがＯＮの時に電圧依存性車載用機器を使用する際の消費電流を抑制することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、キャパシタバンクを強制的に冷却するファンを設けたという構成のものであり、これにより、キャパシタバンクの発熱や高温雰囲気における使用に対してもキャパシタバンクの温度上昇を抑えて安定した性能を発揮することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、電圧依存性車載用機器がカーナビゲーションであるという構成のものであり、これにより、本発明による作用効果を最も顕著に得ることができるという作用効果を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の電圧依存性車載用機器を搭載した自動車というものであり、これにより、運転者に不快感や危険の恐れを与えることのない優れた性能の自動車を提供することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、自動車がアイドリングストップ機能を備えたという構成のものであり、これにより、本発明による作用効果を顕著に得ることができると共に、地球環境に優しい優れた性能の自動車を提供することができるという作用効果を有する。

以上のように本発明による電圧依存性車載用機器及びこれを搭載した自動車は、アイドリングストップ車のエンジンの再起動に伴う瞬停に対して電圧依存性車載用機器にキャパシタバンクから瞬時に電力を供給することができるようになるため、瞬停に影響を受けることがない電圧依存性車載用機器ならびに地球環境に優しい優れた性能の自動車を提供することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４、６〜９に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１による自動車に搭載された電圧依存性車載用機器を示した回路図であり、図１において１は電圧依存性車載用機器を示し、この電圧依存性車載用機器１の一例として本実施の形態においてはカーナビゲーション（以下、カーナビという）を用いた例を示している。２は上記カーナビ１内に組み込まれた（詳細は後述する）キャパシタバンクであり、このキャパシタバンク２は電気二重層コンデンサと、この電気二重層コンデンサに並列接続された抵抗により構成されている。３は電力供給部となるバッテリー、４はＡＣＣ（アクセサリー）電源、５はヒューズ、６は上記キャパシタバンク２の入口側に設けられた抵抗、７〜９はダイオードである。

図２（ａ）、（ｂ）は上記キャパシタバンク２の具体的な構成を示したものであり、図２（ａ）は２Ｖ７０Ｆの電気二重層コンデンサを７個直列接続し、かつ各電気二重層コンデンサに１００Ωの抵抗を夫々並列接続することによって１４Ｖ１０Ｆのキャパシタバンクを構成したものであり、図２（ｂ）は同じく２Ｖ７０Ｆの電気二重層コンデンサを３個並列接続し、さらに１００Ωの抵抗を並列接続したものを１組とし、これを７組直列接続することによって１４Ｖ３０Ｆのキャパシタバンクを構成したものであり、上記各電気二重層コンデンサに並列接続される１００Ωの抵抗は各電気二重層コンデンサの容量にバラツキがあった場合に、バラツキのある電気二重層コンデンサに過度の充電がされるのを防止して全て均等に充電が行われるようにするために設けられるものである。

このように構成された本実施の形態による電圧依存性車載用機器１は、ＡＣＣ電源４をＯＮすることによりダイオード７、抵抗６を介してバッテリー３からキャパシタバンク２に電力が供給されてキャパシタバンク２を構成する電気二重層コンデンサに充電が行われると共に、ダイオード８を介してバッテリー３からカーナビ１に電力が供給されてカーナビ１を起動させることができるようになるものである。

従って、本発明による電圧依存性車載用機器であるカーナビ１をアイドリングストップ車に搭載した場合に、アイドリングストップ車のエンジンが停止し、続いてエンジンが再起動する際に発生する瞬停に対して、充電がなされたキャパシタバンク２からカーナビ１へ瞬時に電力を供給することができるようになるためにカーナビ１のシステムがリセットしてしまうことはなくなり、瞬停に影響を受けることがない電圧依存性車載用機器ならびに地球環境に優しい優れた性能の自動車を提供することができるようになるものである。

なお、上記キャパシタバンク２の入口側に設けた抵抗６は、キャパシタバンク２の充電開始時に電気二重層コンデンサに電流が急激に流れることによって電気二重層コンデンサにダメージを与えることを防止する目的で設けられたものであり、この抵抗６をあまり小さくすると抵抗６による発熱が大きくなるので耐電力の大きな抵抗にしなければならなくなるためにコスト、スペース等の面で不利になる。また逆に、抵抗６をあまり大きくすると充電のための時間が必要以上に長くなり、アイドリングストップ時の電力支援が行えるようになるまでの時間が掛かり過ぎるために好ましくない。従って、実際の車両ではエンジン始動後、５分間程度はエンジンの暖気のためにもこの時間内で充電が完了するように抵抗６の値を設定するようにしており、本実施の形態では、２．５Ω１００Ｗに設定を行ったものである。

また、図３は本実施の形態による電圧依存性車載用機器であるカーナビ１を自動車に搭載した例を示した部分斜視図であり、図３において１０はカーナビ１の本体部、１１はカーナビ１のディスプレイである。

また、図４は上記カーナビ１の本体部１０の構成を示した斜視図であり、図４において２はキャパシタバンクを示し、このキャパシタバンク２は７個の電気二重層コンデンサ１２と、この７個の電気二重層コンデンサ１２を一体に保持した樹脂製のホルダー１３と、各電気二重層コンデンサ１２に夫々並列接続された図示しない７個の抵抗により構成されており、その電気的な構成は上記図１ならびに図２に示したものと同様のものであり、図中の配線基板１４に実装されているものである。１５は冷却用のファンを示し、このファン１５により本体部１０内の温度上昇を抑制して常に安定した性能を発揮することができるように構成されたものである。

また、図５は上記カーナビ１の本体部１０内に組み込まれたキャパシタバンク２を配線基板に実装する状態を示した斜視図、図６は同キャパシタバンク２を配線基板に実装した状態の断面図、図７は同キャパシタバンク２を構成するホルダーの平面図であり、図５〜図７に示すようにホルダー１３は各電気二重層コンデンサ１２の周面を保持するために丸孔状の保持部１３ａが複数設けられ、かつこの保持部１３ａは保持部１３ａを二分するように設けられたスリット１３ｂにより分割構造に形成されると共に、各保持部１３ａに設けられた切り欠き１３ｃにより外形方向（図中のＡ方向）へ拡大可能に構成されている。さらにホルダー１３の底面部には配線基板１４に実装するための取り付け部となる結合用突起１３ｄとガイド用突起１３ｅが設けられており、配線基板１４にはこの結合用突起１３ｄが嵌まり込むために結合用突起１３ｄの形状に対応した孔１４ａと、ガイド用突起１３ｅが嵌まり込むための長孔１４ｂが設けられており、環境温度に対応してホルダー１３が膨張収縮する際に上記ホルダー１３が外形方向（Ａ方向）に拡大するように微動し、この時ガイド用突起１３ｅが長孔１４ｂ内を移動することによりホルダー１３が柔軟に膨張収縮をすることができるようになり、また、電気二重層コンデンサに機械的な負荷を加えることなく、かつ車両からの振動に対しても優れた耐振動性を発揮して信頼性を向上させることができるようになるものである。

また、電気二重層コンデンサ１２から引き出された一対のリード線１２ａはΩ字形に折り曲げ加工されており、これにより温度の上昇、低下によって生ずる各部材の熱膨張収縮があった場合にリード線１２ａの折り曲げ加工部によって機械的な応力を緩和することができるようになり、電気二重層コンデンサと配線基板間の接合部の信頼性を向上させるようにしているものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１で説明した電圧依存性車載用機器に第２の電力供給路を設けた構成としたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分については同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図８は本発明の実施の形態２による自動車に搭載された電圧依存性車載用機器を示した回路図であり、図８において１６はＩＧ（イグニッション）電源、１７は制御部、１８はスイッチであり、ＩＧ電源１６がＯＮの時は制御部１７を介してスイッチ１８がＯＮとなるためにバッテリー３からキャパシタバンク２に電力供給されて充電を行うようになるが、ＩＧ電源１６がＯＦＦになった時には制御部１７を介してスイッチ１８がＯＦＦとなるためにバッテリー３からキャパシタバンク２に電力供給されないように構成されたものである。

すなわち、自動車のエンジンが停止してＩＧ電源１６がＯＦＦになり、ＡＣＣ電源４だけがＯＮの状態でカーナビ１を使用する場合、キャパシタバンク２が完全に充電された後も抵抗６およびキャパシタバンク２内の抵抗（ＲＢ）を通してバッテリー３から電流が暗電流として消費される。この暗電流ｉｂはｉｂ＝１４Ｖ／７０２．５Ω＝２０ｍＡであり、通常は問題とされないレベルであるが、この暗電流ｉｂを抑制する手段として本実施の形態のように、ＩＧ電源１６がＯＮの時のみキャパシタバンク２に充電を行い、ＩＧ電源１６がＯＦＦの時にはキャパシタバンク２に充電を行わないようにする構成は極めて有効となるものである。

なお、上記実施の形態１ならびに２においては、電圧依存性車載用機器ならびにキャパシタバンクの入力はＡＣＣ電源から入力される例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バッテリーから直接入力されたり、あるいはＡＣＣ電源とバッテリーの両方から入力される構成にしても同様の効果が得られるものである。

また、上記実施の形態１ならびに２においては、キャパシタバンクによる電源バックアップを１２ＶのＡＣＣラインに対して行う例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記１２Ｖラインから生成される５Ｖライン等の別の電圧ラインに対して行うようにしても同様の効果が得られるものである。

また、上記実施の形態１ならびに２においては、キャパシタバンクを電圧依存性車載用機器の内部に一体に組み込む例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、キャパシタバンクのみを別途独立させた構成にしても良いことは言うまでもない。

本発明による電圧依存性車載用機器及びこれを搭載した自動車は、エンジンの再起動に伴う瞬停に対して電圧依存性車載用機器にキャパシタバンクから瞬時に電力を供給することができるようになるため、カーナビゲーション等の車載用機器や地球環境に優しいアイドリングストップ車等に有用なものである。

本発明の実施の形態１による自動車に搭載された電圧依存性車載用機器を示した回路図 （ａ）、（ｂ）同キャパシタバンクの具体的な構成を示した回路図 同電圧依存性車載用機器であるカーナビを自動車に搭載した例を示した部分斜視図 同カーナビの本体部の構成を示した斜視図 同カーナビの本体部内に組み込まれたキャパシタバンクを配線基板に実装する状態を示した斜視図 同キャパシタバンクを配線基板に実装した状態の断面図 同キャパシタバンクを構成するホルダーの平面図 本発明の実施の形態２による自動車に搭載された電圧依存性車載用機器を示した回路図 エンジンの再起動時における電圧の変動状態を示した特性図 従来の自動車に搭載された補機類を示した回路図

符号の説明

１ カーナビ
２ キャパシタバンク
３ バッテリー
４ ＡＣＣ（アクセサリー）電源
５ ヒューズ
６ 抵抗
７，８，９ ダイオード
１０ カーナビの本体部
１１ カーナビのディスプレイ
１２ 電気二重層コンデンサ
１２ａ リード線
１３ ホルダー
１３ａ 保持部
１３ｂ スリット
１３ｃ 切り欠き
１３ｄ 結合用突起
１３ｅ ガイド用突起
１４ 配線基板
１４ａ 孔
１４ｂ 長孔
１５ ファン
１６ ＩＧ（イグニッション）電源
１７ 制御部
１８ スイッチ

Claims (9)

1. 自動車のＡＣＣ（アクセサリー）電源および／またはバッテリーに接続された電圧依存性車載用機器と、上記ＡＣＣ電源および／またはバッテリーに接続されて充電され、かつ上記電圧依存性車載用機器に供給される電力が所定値以下になった際に電圧依存性車載用機器に電力を供給するキャパシタバンクからなる電圧依存性車載用機器。
2. キャパシタバンクは、少なくとも２個以上が直列接続された電気二重層コンデンサと、この電気二重層コンデンサを一体に保持する樹脂製のホルダーと、上記電気二重層コンデンサに夫々並列接続された抵抗からなる請求項１に記載の電圧依存性車載用機器。
3. キャパシタバンクを構成するホルダーは電気二重層コンデンサの周面を保持する保持部と基板への取り付け部を備え、上記保持部は各電気二重層コンデンサの外形方向へ拡大可能な分割構造を有し、かつ上記取り付け部は配線基板への結合用突起と上記分割構造を有した保持部が微動した時にガイド機能を果たすガイド用突起を設けたものである請求項２に記載の電圧依存性車載用機器。
4. キャパシタバンクの入口側にキャパシタバンクへの充電を制御する抵抗を設けた請求項１に記載の電圧依存性車載用機器。
5. 自動車のＩＧ（イグニッション）電源がＯＮの時のみキャパシタバンクに充電を行い、ＩＧ（イグニッション）電源がＯＦＦの時にはキャパシタバンクに充電を行わないようにした請求項１に記載の電圧依存性車載用機器。
6. キャパシタバンクを強制的に冷却するファンを設けた請求項１に記載の電圧依存性車載用機器。
7. 電圧依存性車載用機器がカーナビゲーションである請求項１に記載の電圧依存性車載用機器。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の電圧依存性車載用機器を搭載した自動車。
9. 自動車がアイドリングストップ機能を備えたものである請求項８に記載の自動車。

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