JP2014165951A - 電流変更装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、前記被充電体への電流の供給が開始される際、瞬間的に極めて大きい電流が被充電体に流れることを防止すると共に、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる電流変更装置を提供する。
【解決手段】キャパシタ（被充電体）への電流の供給が開始される際、制御回路１０２が電源とキャパシタとの間に接続された可変抵抗部１０１の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置に関する。

現在、バッテリの他にキャパシタ等の蓄電池を搭載している車両が普及している。このような蓄電池の充電には、図５に示すような回路が用いられている。

図５では、充電開始時、例えば、キャパシタＣに蓄積した電荷が低い場合、キャパシタＣの両端間の電圧は小さいため、抵抗Ｒの両端間に大きな電圧が印加され、抵抗Ｒに一時的に多量の電流が流れる。

このため、抵抗Ｒは斯かる回路に流れる電流の量を所定範囲内に収まるように決定される。具体的には、キャパシタＣの電荷がゼロである場合に流れる電流値「Ｖ／Ｒ」が所定範囲に収まるように決定する。

従って、抵抗Ｒの選択においては、充電開始当初に瞬間的ではあるが、極めて大きい電流（以下、最大電流）が抵抗Ｒに流れることを考慮し、かかる最大電流に対応した許容損失の高価な抵抗Ｒを選択する必要がある。

ところが、実際には抵抗Ｒに最大電流が流れるのは、充電開始時の非常に短い時間であり、以降、抵抗Ｒに流れる電流は、キャパシタＣに電荷が蓄積されるにつれてＣＲ時定数に沿って減少していく。すなわち、充電開始時以外には、最大電流に対応した許容損失の抵抗Ｒは不要であるにも関わらず、充電開始時の短い時間のため、高価な抵抗Ｒを選択する必要があり、装置全体のコストアップ及び部品の使用効率低下を招く結果となる。

これに対して、特許文献１においては、抵抗Ｒの代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバーターなどを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバーターが入力される電圧を適宜調整して蓄電池に一定の電流を流すことにより、適宜充電電流を変化できる充電制御装置が開示されている。

特開２０００−２８７３７９号公報

しかしながら、上述したような特許文献１の充電制御装置においては、フィルタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、トランス、ダイオード、平滑フィルタなどの複数の部品要素からなるＤＣ／ＤＣコンバーターの他に、該ＤＣ／ＤＣコンバーターを制御するマイコンなどが更に必要であり、装置全体として構造が複雑であり、製造コストが高くなる。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、前記被充電体への電流の供給が開始される際、前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更することにより、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、被充電体の電位が０Ｖである場合に、瞬間的に極めて大きい電流が
前記被充電体に流れることを防止すると共に、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる電流変更装置を提供することにある。

本発明に係る電流変更装置は、充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部と、前記被充電体への電流の供給が開始される際、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する変更部とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が０Ｖである場合、前記変更部は、前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。

本発明に係る電流変更装置は、前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、前記変更部は、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が０Ｖである場合、前記変更部が選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。

本発明に係る電流変更装置は、前記複数の抵抗は抵抗値が相違しており、前記変更部は、抵抗値が大きい順にて、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が０Ｖである場合、前記変更部は、抵抗値が大きい順にて、前記複数の抵抗のうち何れかの抵抗を順次的に前記被充電体と電源との間に接続する。

本発明に係る電流変更装置は、前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、前記変更部は、幾つかの抵抗の組合せを前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、該被充電体の電位が０Ｖである場合、前記変更部は、前記複数の抵抗のうち、幾つかの抵抗の組合せを前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する。

本発明に係る電流変更装置は、前記被充電体の電圧を検出する検出部を備え、前記変更部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、前記被充電体に電流が供給される際、前記検出部が前記被充電体の電圧を検出し、前記変更部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記可変抵抗部の抵抗値を変更する。

本発明によれば、前記被充電体への電流の供給が開始される際、例えば、被充電体の電位が０Ｖである場合に、瞬間的に極めて大きい電流が被充電体に流れることを防止するこ
とが出来る上で、前記可変抵抗部に流れる電流を小さく、かつ均一にし、該可変抵抗部に要求される許容損失を小さくすることができる。更には、これによって、製造コストを下げることができると共に、効率的に部品を使用することができる。

本発明に係る車両用電源装置の要部構成を示す概念的回路図である。 本発明に係る車両用電源装置における、電流変更装置の要部構成を示す回路図である。 本発明に係る車両用電源装置において、バッテリから電圧が印加された場合に、電流変更装置を流れる電流の時間による変化を示すグラフである。 本発明に係る車両用電源装置において、バッテリから電圧が印加された場合、キャパシタの両端子間の電圧と、可変抵抗部の両端子間の電圧との変更を示すグラフである。 従来における、電源装置の要部構成を示す概念的回路図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。また、以下に示す実施例では、本発明に係る電流変更装置を有する車両用電源装置を例にして説明するが、本発明の適用が車両用電源装置１に限られるものではない。

図１は本発明に係る車両用電源装置の要部構成を示す概念的回路図である。図１中、符号１は車両用電源装置を示す。

車両用電源装置１は、例えば、スターターモーターのような負荷１００を駆動させて車両を走行させる。車両用電源装置１は、バッテリ１１と、バッテリ１１によって充電されるキャパシタ１２と、バッテリ１１及びキャパシタ１２の間に接続されている、本発明に係る電流変更装置１０とを備えている。

キャパシタ１２は負荷１００と並列に接続している。キャパシタ１２は、所定の条件にて負荷１００に電力を供給する。例えば、負荷１００は、例えば、ヘッドライト、ワイパー、スターターモーター等である。

電流変更装置１０は、導線Ｌ１を介してバッテリ１１に接続しており、導線Ｌ２及び導線Ｌ３を介して、キャパシタ１２の両端子と接続している。

図２は本発明に係る車両用電源装置１における、電流変更装置１０の要部構成を示す回路図である。

電流変更装置１０は、所定の条件の下、キャパシタ１２に流れる電流を適宜制限する。電流変更装置１０は、バッテリ１１の正極に接続されている導線Ｌ１及びキャパシタ１２の間に設けられた可変抵抗部１０１を備えており、可変抵抗部１０１の抵抗値を変更することにより、キャパシタ１２に流れる電流を適宜制限する。

可変抵抗部１０１は、複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮと、これらに対応するスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２・・・ＳＮを有している。より詳しくは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮは相互異なる抵抗値を有しており、これら複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮは夫々スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，・・・ＳＮを介してキャパシタ１２に接続している。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，・・・ＳＮは、例えば、バイポーラトランジスタ（ＦＥＴ）からなる。

以下の説明においては、説明の便宜上、複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮについて、
Ｎが「３」、換言すれば抵抗は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３の３つであって、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，・・・ＳＮについても、Ｎは「３」であり、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３の順に抵抗値が大きい場合を例として説明する。

更に、電流変更装置１０は、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフを、換言すれば、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びキャパシタ１２の接続を適宜制御する制御回路１０２（変更部、検出部）を備えている。制御回路１０２は、キャパシタ１２に接続された導線Ｌ２及び導線Ｌ３を介して、キャパシタ１２の両端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフを行うことにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びキャパシタ１２の接続を制御する。

より詳しくは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の夫々の一端は導線Ｌ１に接続されており、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の夫々の他端は、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の夫々を介してキャパシタ１２に接続されている。

また、上述したように、制御回路１０２は、キャパシタ１２に接続された導線Ｌ２及び導線Ｌ３を介して、キャパシタ１２の両端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフを行なう。

例えば、制御回路１０２がスイッチ素子Ｓ１をオンにし、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチＳ３をオフにした場合、可変抵抗部１０１の抵抗値は抵抗Ｒ１の抵抗値と同じ値になり、抵抗Ｒ１を流れた電流ｉ１がキャパシタ１２にも流れる。また、制御回路１０２がスイッチ素子Ｓ２をオンにし、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチＳ３をオフにした場合、可変抵抗部１０１の抵抗値は抵抗Ｒ２の抵抗値と同じ値になり、抵抗Ｒ２を流れた電流ｉ２がキャパシタ１２にも流れる。このように、可変抵抗部１０１の抵抗値を変更することによって、キャパシタ１２に流れる電流を適宜制限できる。

また、これに限るものでなく、キャパシタ１２に接続する抵抗を組合せることによってキャパシタ１２に流れる電流を適宜制限することも可能である。例えば、制御回路１０２がスイッチ素子Ｓ１及びスイッチＳ２をオンにし、スイッチ素子Ｓ３をオフにすることが可能である。この場合、可変抵抗部１０１の抵抗値は１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）となり、Ｖ＝ＩＲの式にバッテリ１１の電圧Ｖ_INを代入することにより求められる電流がキャパシタ１２に流れるようになる。

本発明に係る車両用電源装置１は、以上のような構成を有するので、バッテリ１１から電圧（Ｖ_IN）が印加された場合、すなわち、キャパシタ１２への電流の供給が開始された場合、上述したように、最初大きな電流が流れることを未然に防止することができる。

すなわち、キャパシタ１２が放電された状態であって、キャパシタ１２の両端子間の電圧が０Ｖである場合は、キャパシタ１２のインピーダンスが極めて小さいことから、出力電圧の高いバッテリ１１から高い電圧が印加されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が抵抗（可変抵抗部１０１）に流れるが、本発明に係る車両用電源装置１は、このような問題を未然に防止することができる。

例えば、キャパシタ１２の両端子間の電圧が０Ｖである場合において、バッテリ１１から電圧が印加されると、制御回路１０２はスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフを適宜行なうことにより、可変抵抗部１０１の抵抗値を大きい値から小さい値に変更させる。

より詳しくは、制御回路１０２は、導線Ｌ２及び導線Ｌ３を介してキャパシタ１２の両
端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフを行ない、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３の順に導線Ｌ１とキャパシタ１２との間に接続させる。

図３は本発明に係る車両用電源装置１において、バッテリ１１から電圧が印加された場合に、電流変更装置１０を流れる電流ｉ（ｔ）の時間による変化を示すグラフである。図３中、縦軸は電流値であり、横軸は時間である。説明の便宜上、以下において、抵抗Ｒ１のみが接続されている時間をｔ（Ｒ１）と言い、抵抗Ｒ２のみが接続されている時間をｔ（Ｒ２）と言い、抵抗Ｒ３のみが接続されている時間をｔ（Ｒ３）と言う。

本発明に係る車両用電源装置１においては、バッテリ１１から電圧が印加された場合に、上述したように、可変抵抗部１０１の抵抗値を大きい値から小さい値に変更させるので、電流ｉ（ｔ）は、図３に示したように、時間の経過と共に、すなわち、ｔ（Ｒ１）からｔ（Ｒ３）になることによって、段階的に上がって行くのであって、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れることはない。

また、ｔ（Ｒ１）、ｔ（Ｒ２）、ｔ（Ｒ３）において、最初階段状の電流の上昇が現れるものの、その後急減少するし、ｔ（Ｒ１）からｔ（Ｒ３）の全体において、略一定になる。

図４は本発明に係る車両用電源装置１において、バッテリ１１から電圧が印加された場合、キャパシタ１２の両端子間の電圧と、可変抵抗部１０１の両端子間の電圧との変更を示すグラフである。図４中、縦軸は電圧値であり、横軸は時間である。なお、可変抵抗部１０１の両端子間の電圧は、バッテリ１１の電圧（Ｖ_IN）と、電圧の印加開始からｔ時間経過後のキャパシタ１２の両端子間の電圧（Ｖ_(t)）との差（Ｖ_IN−Ｖ_(t)）である。

図４に示すように、バッテリ１１から電圧が印加された後、時間の経過と共に、キャパシタ１２の電圧（Ｖ_(t)）は大きくなっていく。より詳しくは、可変抵抗部１０１の抵抗値がより小さい値に変わったとき、キャパシタ１２の電圧（Ｖ_(t)）は急増し、その後は緩やかな増加が続く。また、このように、キャパシタ１２の電圧（Ｖ_(t)）が増加することによって、可変抵抗部１０１の両端子間の電圧（Ｖ_IN−Ｖ_(t)）は小さくなっていく。

一方、可変抵抗部１０１おける、発熱による損失は以下の式によって算出できる。
Ｐ＝（Ｖ_IN−Ｖ_(t)）×ｉ（ｔ）
（ここで、ｉ（ｔ）は所定時間（ｔ）に可変抵抗部１０１を流れる電流値である。）

図３及び図４に基づき、バッテリ１１から電圧が印加された後、時間の経過と共に、電流ｉ（ｔ）は増加するが、Ｖ_IN−Ｖ_(t)は減少する、反比例関係にあることが見てとれる。従って、上記式に基づき、可変抵抗部１０１の損失は、バッテリ１１から電圧が印加されてから所定時間の経過の間略均一となる。

以上のように、本発明に係る車両用電源装置１においては、バッテリ１１から高い電圧が印加され、キャパシタ１２の両端子間の電圧が０Ｖであるような場合であっても、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が抵抗（可変抵抗部１０１）に流れることがなく、可変抵抗部１０１の損失は、バッテリ１１から電圧が印加された後も均一である。従って、本発明に係る電流変更装置１０においては、瞬間的に流れる極めて大きいチャージ電流に対応するために許容損失の大きい高価な抵抗を使用する必要がなく、部品を効率良く使用することができる。

以上においては、抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮの中、何れかの抵抗を、かかる抵抗値が
大きい順にて、バッテリ１１とキャパシタ１２との間に接続することにより、可変抵抗部１０１の抵抗値を大きい値から小さい値の順に変更する場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでない。例えば、可変抵抗部１０１の抵抗値が大きい値から小さい値の順に変更するように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮの中、幾つかの抵抗の組合せをキャパシタ１２に接続するように構成しても良い。

また、以上の記載においては、制御回路１０２がキャパシタ１２の両端子間の電圧を検出し、該検出の結果に基づいてスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフを行なうことにより、可変抵抗部１０１の抵抗値を大きい値から小さい値の順に変更する場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでない。例えば、バッテリ１１から電圧が印加される際、制御回路１０２が抵抗値が大きい順になるようにして、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の中の何れかの抵抗を、一定時間毎に順次接続することによって、可変抵抗部１０１の抵抗値が大きい値から小さい値の順に、かつ一定時間毎に変更される構成であっても良い。

本発明は以上の記載に限るものでない。例えば、抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮの中、何れかの抵抗が、バッテリ１１とキャパシタ１２との間に接続されている場合、制御回路１０２が当該抵抗の接続・遮断を繰り返し、かかるスイッチをＰＷＭ制御するように構成しても良い。これによって可変抵抗部１０１の損失を更に減少させることが出来る。

また、以上の記載においては、前記ｔ（Ｒ１）と、前記ｔ（Ｒ２）と、前記ｔ（Ｒ３）とが同一時間である場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものでなく、ｔ（Ｒ１）、ｔ（Ｒ２）、ｔ（Ｒ３）順に時間が長く（又は短く）なるように構成しても良い。

１ 車両用電源装置
１０ 電流変更装置
１１ バッテリ（電源）
１２ キャパシタ（被充電体）
１０１ 可変抵抗部
１０２ 制御回路（変更部、検出部）
Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮ 抵抗

Claims (5)

1. 充電すべき被充電体に供給される電源からの電流を変更する電流変更装置において、
   前記電源と被充電体との間に接続された可変抵抗部と、
   前記被充電体への電流の供給が開始される際、前記可変抵抗部の抵抗値を大きい値から小さい値に変更する変更部と
   を備えることを特徴とする電流変更装置。
2. 前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、
   前記変更部は、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の電流変更装置。
3. 前記複数の抵抗は抵抗値が相違しており、
   前記変更部は、抵抗値が大きい順にて、選択的に抵抗を前記被充電体と電源との間に接続するように構成してあることを特徴とする請求項２に記載の電流変更装置。
4. 前記可変抵抗部は複数の抵抗を有しており、
   前記変更部は、幾つかの抵抗の組合せを前記被充電体と電源との間に接続することにより、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の電流変更装置。
5. 前記被充電体の電圧を検出する検出部を備え、
   前記変更部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記可変抵抗部の抵抗値を変更するように構成してあることを特徴とする請求項１から４に記載の電流変更装置。

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