JP2016054628A - 電源装置および電源装置の充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタの充電完了までに要する時間を短縮することができる電源装置および電源装置の充電方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る電源装置は、キャパシタと、充電電圧制御部とを備える。キャパシタは、電子機器へ電力を供給する。充電電圧制御部は、電子機器の起動信号が検知されていない期間にキャパシタを予備充電する周囲温度に応じた充電電圧を、起動信号が検知されている期間にキャパシタを本充電する周囲温度に応じた充電電圧よりも低くなるように制御する。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、電源装置および電源装置の充電方法に関する。

従来、電源とは別に電源補償用のキャパシタを備え、電源からの供給電力が不足した場合に、キャパシタから電子機器へ電力を供給することによって電源を補償する電源装置がある。電源装置では、使用環境の温度によってキャパシタの特性が劣化して寿命が短くなったり、出力電圧が低下したりすることがある。

例えば、電気二重層キャパシタは、高温環境下において高電圧による長時間の充電が行われると、特性劣化が加速することがある。また、電気二重層キャパシタは、環境の温度が低下するほど内部抵抗が増大するので、低温環境下において出力電圧が低下することがある。

このため、例えば、特許文献１に記載の車両用電源装置では、使用環境の温度に応じて充電電圧を制御することによって、電気二重層キャパシタの特性劣化や出力電圧の低下を抑制している。

特開２００７−１５３００６号公報

しかしながら、使用環境の温度に応じて充電電圧を制御する従来の装置では、キャパシタの充電完了までに要する時間が嵩むことがある。例えば、従来の装置では、高温環境下においてキャパシタの特性劣化を抑制するために充電電圧を下げると、充電の完了までに要する時間が嵩む。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、キャパシタの充電完了までに要する時間を短縮することができる電源装置および電源装置の充電方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る電源装置は、キャパシタと、充電電圧制御部とを備える。キャパシタは、電子機器へ電力を供給する。充電電圧制御部は、前記電子機器の起動信号が検知されていない期間に前記キャパシタを予備充電する周囲温度に応じた充電電圧を、前記起動信号が検知されている期間に前記キャパシタを本充電する周囲温度に応じた充電電圧よりも低くなるように制御する。

実施形態に係る電源装置および電源装置の充電方法によれば、キャパシタの充電完了までに要する時間を短縮することができる。

図１は、第１実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。 図２は、第１実施形態に係るキャパシタの予備充電および本充電における周囲温度とキャパシタの充電電圧との関係を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る電源装置の動作手順を示すフローチャートである。 図４は、第２実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。 図５は、第２実施形態に係る電源の出力電圧およびＡＣＣ信号の検知タイミングと、キャパシタの充電電圧との対応関係を示す説明図である。 図６は、第３実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。 図７は、第４実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。 図８は、第４実施形態に係る電源の出力電圧およびＡＣＣ信号の検知タイミングと、キャパシタの充電電圧との対応関係を示す説明図である。 図９は、第５実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。 図１０は、第５実施形態に係るキャパシタの予備充電および本充電における周囲温度とキャパシタの充電電圧との関係を示す図である。 図１１は、第６実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電源装置および電源装置の充電方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下の説明では、電源装置の使用環境の温度を単に周囲温度と称する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電源装置１１の構成を示す説明図であり、図２は、第１実施形態に係るキャパシタ２１の予備充電および本充電における周囲温度とキャパシタ２１の充電電圧との関係を示す図である。また、図３は、第１実施形態に係る電源装置１１の動作手順を示すフローチャートである。

ここでは、車両に搭載される電源装置１１を例に挙げて説明するが、実施形態に係る電源装置１１は、車両以外に搭載されてもよい。図１に示すように、電源装置１１は、車両に搭載される電源１０１と電子機器１０２との間に接続される。電源１０１は、例えば、車載バッテリである。また、電子機器１０２は、例えば、カーナビゲーション機能を備えたカーオーディオ装置である。

電源装置１１は、電源１０１から入力される電力を電子機器１０２へ出力し、例えば、車両のクランキングなどによって電源１０１の出力電圧が低下した場合に、電源１０１からの供給電力が不足した電子機器１０２へ電力を供給して電源を補償する装置である。

かかる電源装置１１は、電源１０１からの供給電力が不足した電子機器１０２へ電力を供給するキャパシタ２１を備える。そして、電源装置１１は、車両のアクセサリ電源（以下、「ＡＣＣ」と記載する）がオンされていない期間に、周囲温度に応じた充電電圧によってキャパシタ２１を予備充電し、ＡＣＣがオンされている期間に、周囲温度に応じた充電電圧によってキャパシタ２１を本充電する。

これにより、電源装置１１は、本充電に要する時間を短縮することができる。しかも、電源装置１１は、周囲温度に応じた充電電圧によって予備充電および本充電を行うので、周囲温度の変化に起因したキャパシタ２１の特性劣化や出力電圧の低下を抑制することができる。

さらに、電源装置１１は、本充電を行う場合の周囲温度に応じた充電電圧よりも低い充電電圧によって予備充電を行う。このように、電源装置１１は、ＡＣＣがオンの期間よりも長いＡＣＣがオフの期間に継続して行う予備充電の充電電圧を本充電の充電電圧よりも低く抑えるので、高電圧による長期間の充電に起因したキャパシタ２１の特性劣化を抑制することができる。

かかる電源装置１１は、具体的には、図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、キャパシタ２１、バランシング回路２２、第１スイッチ回路ＳＷ１、バッテリ検知部３１、ＮＯＴゲート３２、ＡＣＣ検知部３３、および充電電圧制御部４１を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電源１０１と電子機器１０２との間に接続され、電源１０１から入力される直流電流の電圧を電子機器１０２用に変圧して電子機器１０２へ出力する回路である。

キャパシタ２１は、例えば、直列に接続される複数（ここでは、３個）の電気二重層キャパシタを備える。キャパシタ２１の正極は、充電電圧制御部４１を介して電源１０１に接続される。また、キャパシタ２１の正極は、第１スイッチ回路ＳＷ１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続される。なお、キャパシタ２１の負極は、グランドに接続される。

バランシング回路２２は、キャパシタ２１の正極、キャパシタ２１の各電気二重層キャパシタ間の接続線、およびグランドに接続される。バランシング回路２２は、各電気二重層キャパシタに電荷を均等に蓄積させる回路である。

バランシング回路２２は、キャパシタ２１に蓄積された電荷に基づいて、各電気二重層キャパシタに電荷が均等に蓄積されているかを判定する。そして、バランシング回路２２は、各電気二重層キャパシタに電荷が均等に蓄積されていない場合、過剰に電荷が蓄積された電気二重層キャパシタからグランドへ電荷を排出する。

バッテリ検知部３１は、電源１０１、充電電圧制御部４１、およびＮＯＴゲート３２に接続され、電源１０１の出力電圧が所定の閾値以上になった場合に、その旨を示す信号を充電電圧制御部４１およびＮＯＴゲート３２へ出力する回路である。

ＮＯＴゲート３２は、バッテリ検知部３１と第１スイッチ回路ＳＷ１との間に接続され、バッテリ検知部３１から信号が入力されない期間に、第１スイッチ回路ＳＷ１をオンにする信号を第１スイッチ回路ＳＷ１へ出力するインバータである。

第１スイッチ回路ＳＷ１は、キャパシタ２１の正極とＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間に接続され、ＮＯＴゲート３２から信号が入力されている期間にオンとなる回路である。つまり、第１スイッチ回路ＳＷ１は、電源１０１の出力電圧が所定の閾値未満となった場合にオンとなり、キャパシタ２１からＤＣ／ＤＣコンバータ２０へ電力を供給する。

ＡＣＣ検知部３３は、車両のイグニッションスイッチ（図示略）と充電電圧制御部４１との間に接続され、ＡＣＣがオンされる場合に出力されるＡＣＣ信号（電子機器１０２の起動信号の一例）を検知する回路である。ＡＣＣ検知部３３は、ＡＣＣ信号を検知している期間に、その旨を示す信号を充電電圧制御部４１へ出力する。

充電電圧制御部４１は、電源１０１、バッテリ検知部３１、ＡＣＣ検知部３３、およびキャパシタ２１の正極に接続され、キャパシタ２１の充電電圧を制御して、キャパシタ２１の充電を行う回路である。

ここで、電子機器１０２は、ＡＣＣがオンされた後に起動する。そこで、充電電圧制御部４１は、ＡＣＣがオンされていない期間にキャパシタ２１を予備充電しておき、ＡＣＣがオンされている期間に、キャパシタ２１を本充電する。

これにより、充電電圧制御部４１は、本充電を開始する前までに、キャパシタ２１をある程度まで充電しておくことができるので、予備充電を行わない場合に比べて短時間の本充電によって充電を完了することができる。

また、キャパシタ２１は、前述したように、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタを備える。電気二重層キャパシタは、例えば、アルミ電解コンデンサなどの他のコンデンサに比べ、コストが低い、短時間で充放電が可能、蓄電量が高いなどの利点がある。

一方、電気二重層キャパシタは、高温環境下において高電圧による長時間の充電が行われると、特性劣化が加速する、環境の温度が低下するほど内部抵抗が増大して低温環境下において出力電圧が低下するなどの問題点もある。

そこで、充電電圧制御部４１は、予備充電を行う場合に、図２にＡで示す温度依存特性に従い、周囲温度が高くなるほど充電電圧が低くなるように充電電圧を制御する。また、充電電圧制御部４１は、本充電を行う場合にも、図２にＢで示す温度依存特性に従い、周囲温度が高くなるほど充電電圧が低くなるように充電電圧を制御する。

このように、電源装置１１は、周囲温度が比較的高い場合には、周囲温度が比較的低い場合よりも充電電圧を下げてキャパシタ２１を充電するので、高温環境下での高電圧による長期間の充電に起因したキャパシタ２１の特性劣化を抑制することができる。

また、電源装置１１は、周囲温度が比較的低い場合には、周囲温度が比較的高い場合よりも充電電圧を上げてキャパシタ２１を充電するので、低温環境下においてもキャパシタ２１を十分に充電することができる。

しかも、充電電圧制御部４１は、図２に示すように、想定される環境の最低温度Ｔよりも周囲温度が高い場合には、本充電の充電電圧よりも低い充電電圧によって予備充電を行う。これにより、充電電圧制御部４１は、本充電を行う期間よりも長い予備充電を行う期間に、高電圧による長期間の充電に起因して発生するキャパシタ２１の特性劣化を抑制することができる。

かかる充電電圧制御部４１は、具体的には、図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、予備充電用温度センサ５２と、本充電用温度センサ５３と、第２スイッチ回路ＳＷ２とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、電源１０１と、キャパシタ２１とに接続され、入力される電源１０１の出力電圧をフィードバック制御によって制御してキャパシタ２１へ出力する回路である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１には、バッテリ検知部３１から電源１０１の出力電圧に関する検知結果が入力される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１には、第２スイッチ回路ＳＷ２を介して予備充電用温度センサ５２の出力電圧または本充電用温度センサ５３の出力電圧が入力される。

予備充電用温度センサ５２および本充電用温度センサ５３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と第２スイッチ回路ＳＷ２との間に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧を降圧して第２スイッチ回路ＳＷへ出力する。かかる予備充電用温度センサ５２および本充電用温度センサ５３は、例えば、白金薄膜温度センサや半導体温度センサなどの周囲温度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗である。

予備充電用温度センサ５２は、充電電圧制御部４１によってキャパシタ２１の予備充電を行う場合に、図２にＡで示す温度依存性特性に従い、周囲温度が高くなるほど充電電圧が低くなるように出力電圧を制御して第２スイッチ回路ＳＷ２へ出力する。一方、本充電用温度センサ５３は、充電電圧制御部４１によってキャパシタ２１の本充電を行う場合に、図２にＢで示す温度依存性特性に従い、周囲温度が高くなるほど充電電圧が低くなるように出力電圧を制御して第２スイッチ回路ＳＷ２へ出力する。

第２スイッチ回路ＳＷ２は、予備充電用温度センサ５２および本充電用温度センサ５３とＤＣ／ＤＣコンバータ５１との間に接続され、予備充電用温度センサ５２の出力電圧または本充電用温度センサ５３の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ５１へ出力する回路である。

第２スイッチ回路ＳＷ２は、ＡＣＣ検知部３３からＡＣＣ信号が検知されていることを示す信号が入力されない期間に、予備充電用温度センサ５２とＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを接続する。一方、第２スイッチ回路ＳＷ２は、ＡＣＣ検知部３３からＡＣＣ信号が検知されていることを示す信号が入力される期間に、本充電用温度センサ５３とＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを接続する。

これにより、充電電圧制御部４１は、ＡＣＣ信号が検知されていない期間にキャパシタ２１を予備充電する周囲温度に応じた充電電圧を、ＡＣＣ信号が検知されている期間にキャパシタ２１を本充電する周囲温度に応じた充電電圧よりも低くなるように制御することができる。

次に、図３を参照して第１実施形態に係る電源装置１１の動作手順について説明する。図３は、第１実施形態に係る電源装置１１の動作手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、電源装置１１がキャパシタ２１の充電を行う場合の動作手順について説明する。図３に示すように、電源装置１１は、電源１０１の出力電圧を検知したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

電源装置１１は、電源１０１の出力電圧が所定の閾値以上になったことがバッテリ検知部３１によって検知されたか否かによって、電源１０１の出力電圧を検知したか否かを判定する。そして、電源装置１１は、電源１０１の出力電圧を検知していないと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、電源１０１の出力電圧を検知するまで、ステップＳ１０１の判定動作を繰り返す。

また、電源装置１１は、電源の出力電圧を検知したと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、予備充電用の周囲温度に応じた充電電圧制御を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、電源装置１１では、第２スイッチ回路ＳＷ２によって、予備充電用温度センサ５２とＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを接続することによって、予備充電用の周囲温度に応じた充電電圧制御を行う。そして、電源装置１１は、キャパシタ２１の予備充電を行う（ステップＳ１０３）。

続いて、電源装置１１は、ＡＣＣがオンされたか否かの判定を行う（ステップＳ１０４）。そして、電源装置１１は、ＡＣＣがオンされていないと判定した場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ＡＣＣがオンされるまで、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３の動作を繰り返す。

また、電源装置１１は、ＡＣＣがオンされたと判定した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、本充電用の周囲温度に応じた充電電圧制御を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、電源装置１１では、第２スイッチ回路ＳＷ２によって、本充電用温度センサ５３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを接続することによって、本充電用の周囲温度に応じた充電電圧制御を行う。そして、電源装置１１は、キャパシタ２１の本充電を行う（ステップＳ１０６）。

その後、電源装置１１は、ＡＣＣがオフされたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。そして、電源装置１１は、ＡＣＣがオフされていないと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ＡＣＣがオフされるまで、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６の動作を繰り返す。また、電源装置１１は、ＡＣＣがオフされたと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、再度ステップＳ１０１の動作を行う。

上述したように、第１実施形態に係る電源装置は、電源からの供給電力が不足した電子機器へ電力を供給するキャパシタと、電子機器の起動信号が検知されていない期間にキャパシタを予備充電する周囲温度に応じた充電電圧を、起動信号が検知されている期間にキャパシタを本充電する周囲温度に応じた充電電圧よりも低くなるように制御する充電電圧制御部とを備える。

これにより、第１実施形態に係る電源装置は、起動信号が検知される前に予備充電を行っておくことによって、起動信号が検知された場合に行う本充電の完了までの時間を短縮することができる。しかも、第１実施形態に係る電源装置は、予備充電および本充電の双方で、周囲温度に応じて充電電圧を制御するので、高温環境下での高電圧充電によるキャパシタの特性劣化や、低温環境下におけるキャパシタの出力電圧低下を抑制することができる。

さらに、第１実施形態に係る電源装置は、起動信号が検知されている期間よりも長い起動信号が検知されない期間に、継続して行う予備充電の充電電圧を本充電の充電電圧よりも低く抑えるので、高電圧による長期間の充電に起因したキャパシタの特性劣化を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図４および図５を参照して、第２実施形態に係る電源装置１２について説明する。以下では、図１に示す構成要素と同様の機能を備える構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係る電源装置１２の構成を示す説明図である。また、図５は、第２実施形態に係る電源１０１の出力電圧およびＡＣＣ信号の検知タイミングと、キャパシタ２１の充電電圧との対応関係を示す説明図である。

図４に示すように、第２実施形態に係る電源装置１２は、充電電圧制御部４２の構成が異なる点以外は、第１実施形態に係る電源装置１１と同様の構成である。このため、ここでは、充電電圧制御部４２の構成および動作について説明する。第２実施形態に係る充電電圧制御部４２は、予備充電および本充電が開始されてから所定時間が経過するまでの間、充電電圧をキャパシタ２１の耐圧まで昇圧する構成を備える。

具体的には、図４に示すように、充電電圧制御部４２は、第２スイッチ回路ＳＷ２（図１参照）に代えて、第３スイッチ回路ＳＷ３および第４スイッチ回路ＳＷ４を備え、さらに、ワンショットパルス生成部５４を備える点が図１に示す充電電圧制御部４１とは異なる。

第３スイッチ回路ＳＷ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１へＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧を入力するか、予備充電用温度センサ５２の出力電圧または本充電用温度センサ５３の出力電圧を入力するかを切り替える回路である。かかる第３スイッチ回路ＳＷ３は、ワンショットパルス生成部５４から入力される信号に応じてスイッチの切り替えを行う。なお、第３スイッチ回路ＳＷ３は、初期状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力と入力とを接続した状態である。

第４スイッチ回路ＳＷ４は、第３スイッチ回路ＳＷ３へ予備充電用温度センサ５２の出力電圧を入力するか、本充電用温度センサ５３の出力電圧を入力するかを切り替える回路である。かかる第４スイッチ回路ＳＷ４は、ＡＣＣ検知部３３から入力される信号に応じてスイッチの切り替えを行う。なお、第４スイッチ回路ＳＷ４は、初期状態では、予備充電用温度センサ５２と第３スイッチ回路ＳＷ３とを接続した状態である。

ワンショットパルス生成部５４は、バッテリ検知部３１から入力される信号およびＡＣＣ検知部３３から入力される信号に応じて、第３スイッチ回路ＳＷ３へスイッチを切り替えさせるワンショットパルスを出力する。

充電電圧制御部４２では、例えば、図５に示すように、時刻ｔ１に電源１０１が電源装置１２へ接続されると、バッテリ検知部３１が電源１０１の出力電圧を検知した旨を示す信号をＤＣ／ＤＣコンバータ５１およびワンショットパルス生成部５４へ出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ検知部３１から信号が入力されると起動する。ここで、第３スイッチ回路ＳＷ３は、初期状態であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力と入力とを接続した状態である。

このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、起動すると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定時間ｔ０の間、充電電圧をキャパシタ２１の耐圧まで昇圧する昇圧部として機能して予備充電を開始する。なお、ここでの所定時間ｔ０は、例えば、１秒〜５秒程度のごく短時間である。

一方、ワンショットパルス生成部５４は、時刻ｔ１にバッテリ検知部３１から信号が入力されると、時刻ｔ１から所定時間ｔ０後の時刻ｔ２に第３スイッチ回路ＳＷ３へワンショットパルスを出力する。

第３スイッチ回路ＳＷ３は、時刻ｔ２にワンショットパルス生成部５４からワンショットパルスが入力されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と第４スイッチ回路ＳＷ４とを接続させるようにスイッチを切り替える。

ここで、第４スイッチ回路ＳＷ４は、初期状態であるため、第３スイッチ回路ＳＷ３と予備充電用温度センサ５２とを接続した状態である。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、キャパシタ２１の充電電圧が予備充電用の周囲温度に応じた充電電圧になる時刻ｔ３まで動作を停止し、時刻ｔ３から予備充電用の周囲温度に応じた充電電圧によってキャパシタ２１の予備充電を再開する。

その後、時刻ｔ４にＡＣＣがオンになると、ＡＣＣ検知部３３がワンショットパルス生成部５４および第４スイッチ回路ＳＷ４へＡＣＣ信号を検知していることを示す信号を出力する。ワンショットパルス生成部５４は、時刻ｔ４にＡＣＣ検知部３３から信号が入力されると、ワンショットパルスを第３スイッチ回路ＳＷ３へ出力する。

第３スイッチ回路ＳＷ３は、ワンショットパルスが入力されると、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの所定時間ｔ０の間、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力と入力とを接続させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの所定時間ｔ０の間、充電電圧をキャパシタ２１の耐圧まで昇圧する昇圧部として機能して本充電を開始する。

その後、第３スイッチ回路ＳＷ３は、時刻ｔ４から所定時間ｔ０が経過した時刻ｔ５に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と第４スイッチ回路ＳＷ４とを接続させるようにスイッチを切り替える。一方、第４スイッチ回路ＳＷ４は、時刻ｔ４にＡＣＣ検知部３３から信号が入力されてから所定時間ｔ０後の時刻ｔ５に、第３スイッチ回路ＳＷ３と本充電用温度センサ５３とを接続させるようにスイッチを切り替える。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、キャパシタ２１の充電電圧が本充電用の周囲温度に応じた充電電圧になる時刻ｔ６まで動作を停止し、時刻ｔ６から本充電用の周囲温度に応じた充電電圧によってキャパシタ２１の本充電を再開する。

上述したように、第２実施形態に係る充電電圧制御部は、予備充電および本充電が開始されてから所定時間が経過するまでの間、充電電圧をキャパシタの耐圧まで昇圧する昇圧部を備える。これにより、第２実施形態に係る充電電圧制御部は、予備充電および本充電の開始から完了までに要する時間をさらに短縮することができる。

しかも、第２実施形態に係る昇圧部が充電電圧をキャパシタの耐圧まで昇圧する所定時間は、１秒〜５秒程度のごく短時間である。したがって、第２実施形態に係る電源装置によれば、高温環境下において、長時間高電圧によるキャパシタの充電を行うことがないため、キャパシタの特性劣化を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、第３実施形態に係る電源装置１３について説明する。図６は、第３実施形態に係る電源装置１３の構成を示す説明図である。図６に示すように、第３実施形態に係る電源装置１３は、充電電圧制御部４３の構成が異なる点以外は、第２実施形態に係る電源装置１２と同様の構成である。このため、ここでは、充電電圧制御部４３の構成および動作について説明する。

第３実施形態に係る充電電圧制御部４３は、キャパシタ２１の充電電圧がキャパシタ２１の耐圧まで昇圧された場合に、キャパシタ２１の充電電圧を周囲温度に応じた充電電圧に維持するリニアレギュレータ５５を備える。

リニアレギュレータ５５は、電源１０１とキャパシタ２１との間に接続される。かかるリニアレギュレータ５５には、第５スイッチ回路ＳＷ５を介して、予備充電用温度センサ５２または本充電用温度センサ５３が接続される。

第５スイッチ回路ＳＷ５は、ＡＣＣ検知部３３から入力される信号に応じて、リニアレギュレータ５５へ予備充電用温度センサ５２の出力を入力するか、本充電用温度センサ５３の出力電圧を入力するかを切り替える。なお、第５スイッチ回路ＳＷ５は、初期状態では、予備充電用温度センサ５２とリニアレギュレータ５５とを接続させた状態である。

また、充電電圧制御部４３のＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、出力と入力とが接続され、ワンショットパルス生成部５４から入力されるワンショットパルスに応じて動作の開始および停止を行う。

具体的には、充電電圧制御部４３では、バッテリ検知部３１が電源１０１の出力電圧を検知すると、その旨を示す信号をワンショットパルス生成部５４へ出力する。ワンショットパルス生成部５４は、バッテリ検知部３１から信号が入力されると、ワンショットパルスをＤＣ／ＤＣコンバータ５１へ出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、ワンショットパルスが入力されると、予備充電を開始して所定時間ｔ０（図５参照）動作し、充電電圧をキャパシタ２１の耐圧まで昇圧して動作を停止する。このとき、リニアレギュレータ５５には、予備充電用温度センサ５２の出力電圧が入力されている。このため、リニアレギュレータ５５は、予備充電用の周囲温度に応じた充電電圧を維持するように動作する。

その後、ＡＣＣ検知部３３は、ＡＣＣがオンされたことを検知すると、その旨を示す信号をワンショットパルス生成部５４および第５スイッチ回路ＳＷ５へ出力する。ワンショットパルス生成部５４は、ＡＣＣ検知部３３から信号が入力されると、本充電を開始して所定時間ｔ０（図５参照）動作し、充電電圧をキャパシタ２１の耐圧まで昇圧して動作を停止する。

第５スイッチ回路ＳＷ５は、ＡＣＣ検知部３３から信号が入力されると、本充電用温度センサ５３とリニアレギュレータ５５とを接続するようにスイッチを切り替える。これにより、リニアレギュレータ５５は、本充電用の周囲温度に応じた充電電圧を維持するように動作する。

充電電圧制御部４３は、上記したような動作を行うことによって、第２実施形態に係る充電電圧制御部４２と同様の充電電圧制御を行うことができるので、予備充電および本充電の開始から完了までに要する時間を短縮することができる。

さらに、充電電圧制御部４３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１よりも消費電力が小さなリニアレギュレータ５５によって、キャパシタ２１の充電電圧を周囲温度に応じた充電電圧に維持するので、充電電圧制御部４３の消費電力を低減することができる。

また、充電電圧制御部４３では、充電電圧を耐圧まで昇圧する所定時間ｔ０以外の期間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の動作を停止させ、その期間にリップル電流が発生することを防止することによって、キャパシタ２１の特性劣化をさらに低減することができる。

また、充電電圧制御部４３では、充電電圧を耐圧まで昇圧する所定時間ｔ０以外の期間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の動作を停止させることによって、その期間にＤＣ／ＤＣコンバータ５１のスイッチングノイズに起因した悪影響の発生を抑制することができる。

上述したように、第３実施形態に係る充電電圧制御部は、キャパシタの充電電圧がキャパシタの耐圧まで昇圧された場合に、キャパシタの充電電圧を周囲温度に応じた充電電圧に維持するリニアレギュレータを備える。

これにより、第３実施形態に係る充電電圧制御部は、消費電力を低減することができ、リップル電流によるキャパシタの特性劣化も抑制することができ、スイッチングノイズによる悪影響も抑制することができる。

（第４実施形態）
次に、図７および図８を参照して、第４実施形態に係る電源装置１４について説明する。図７は、第４実施形態に係る電源装置１４の構成を示す説明図である。また、図８は、第４実施形態に係る電源１０１の出力電圧およびＡＣＣ信号の検知タイミングと、キャパシタ２１の充電電圧との対応関係を示す説明図である。

図７に示すように、第４実施形態に係る電源装置１４は、充電電圧制御部４４の構成が異なる点以外は、第３実施形態に係る電源装置１３と同様の構成である。このため、ここでは、充電電圧制御部４４の構成および動作について説明する。

図７に示すように、充電電圧制御部４４は、リニアレギュレータ５５とキャパシタ２１との間に、放電部５６をさらに備える点が図６に示す充電電圧制御部４３とは異なる。放電部５６は、キャパシタ２１の充電電圧がキャパシタ２１の耐圧まで昇圧された場合に、充電電圧が周囲温度に応じた充電電圧になるまで、キャパシタ２１に充電された電力を放電する。

これにより、充電電圧制御部４４は、放電部５６を備えない場合に比べて、耐圧まで昇圧された充電電圧を短時間で周囲温度に応じた充電電圧まで降圧することができる。例えば、充電電圧制御部４４は、放電部５６を備えない場合、図８に一点鎖線で示すように、耐圧まで昇圧された充電電圧が周囲温度に応じた充電電圧まで降圧されるまでに、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間および時刻ｔ５からｔ６までの時間を要する。

これに対して、充電電圧制御部４４は、放電部５６を備える場合、図８に実線で示すように、耐圧まで昇圧された充電電圧を時刻ｔ２から時刻ｔ７までの時間および時刻ｔ５から時刻ｔ８までの時間だけで、周囲温度に応じた充電電圧まで降圧させることができる。

上述したように、第４実施形態に係る充電電圧制御部は、キャパシタの充電電圧がキャパシタの耐圧まで昇圧された場合に、充電電圧が周囲温度に応じた充電電圧になるまで、キャパシタに充電された電力を放電する放電部を備える。

これにより、第４実施形態に係る充電電圧制御部は、耐圧まで昇圧された充電電圧を周囲温度に応じた充電電圧まで降圧させるために要する時間を短縮することができるので、キャパシタの特性劣化をさらに抑制することができる。

なお、ここでは、充電電圧制御部４４がリニアレギュレータ５５とキャパシタ２１との間に放電部５６を備える場合を例に挙げて説明したが、リニアレギュレータ５５が電流の吸い込み機能を備えるものであれば、放電部５６は省略することができる。

（第５実施形態）
次に、図９および図１０を参照して、第５実施形態に係る電源装置１５について説明する。図９は、第５実施形態に係る電源装置１５の構成を示す説明図である。また、図１０は、第５実施形態に係るキャパシタ２１の予備充電および本充電における周囲温度とキャパシタ２１の充電電圧との関係を示す図である。

図９に示すように、第５実施形態に係る電源装置１５は、充電電圧制御部４５の構成が異なる点以外は、第４実施形態に係る電源装置１４と同様の構成である。このため、ここでは、充電電圧制御部４５の構成および動作について説明する。充電電圧制御部４５は、予備充電用温度センサ５２、本充電用温度センサ５３、および第５スイッチ回路ＳＷ５（図７参照）に代えて、温度検知部６１および電圧切替部６２を備える。

温度検知部６１は、例えば、図１０に示すように、周囲温度Ｔ１を検知した場合、および周囲温度Ｔ２を検知した場合に、その旨を示す信号を電圧切替部６２へ出力する。温度検知部６１は、例えば、周囲温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、予め設定された特定の周囲温度を検知した場合に、その旨を示す信号を電圧切替部６２へ出力する。

電圧切替部６２は、予め定められた複数種類の電圧から１種類の電圧を選択してリニアレギュレータ５５へ出力する回路である。電圧切替部６２は、例えば、図１０に示すように、キャパシタ２１の耐圧、本充電用の電圧、および予備充電用の電圧という３種類の電圧から１種類の電圧を選択して、リニアレギュレータ５５へ出力する。

なお、予備充電用の電圧は、例えば、第１実施形態の充電電圧制御部４１が予備充電を行う場合に使用する充電電圧の温度依存特性Ａを基に定める。また、本充電用の電圧は、例えば、第１実施形態の充電電圧制御部４１が本充電を行う場合に使用する充電電圧の温度依存特性Ｂを基に定める。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、前述したＤＣ／ＤＣコンバータ５１と同様に、予備充電および本充電の開始から所定時間ｔ０の間、キャパシタ２１の充電電圧をキャパシタ２１の耐圧まで昇圧させる。

そして、電圧切替部６２は、ＡＣＣ検知部３３から入力される信号および温度検知部６１から入力される信号に応じて、リニアレギュレータ５５へ出力する電圧を切り替える。そして、リニアレギュレータ５５は、充電電圧が耐圧まで昇圧された後に、電圧切替部６２から入力される電圧を使用して、充電電圧を周囲温度に応じた充電電圧に維持する。

具体的には、電圧切替部６２は、図１０に示すように、予備充電中および本充電中に周囲温度がＴ１未満の温度区間の場合には、キャパシタ２１の耐圧をリニアレギュレータ５５へ出力する。

また、電圧切替部６２は、予備充電において耐圧をリニアレギュレータ５５へ出力中に、周囲温度がＴ２まで上昇した場合、周囲温度がＴ２以上の温度区間では、予備充電用の電圧をリニアレギュレータ５５へ出力する。

その後、電圧切替部６２は、予備充電において予備充電用の電圧をリニアレギュレータ５５へ出力中に、周囲温度がＴ１まで低下した場合、周囲温度がＴ１未満の温度区間では、耐圧をリニアレギュレータ５５へ出力する。

また、電圧切替部６２は、本充電において耐圧をリニアレギュレータ５５へ出力中に、周囲温度がＴ２まで上昇した場合、周囲温度がＴ２以上の温度区間では、本充電用の電圧をリニアレギュレータ５５へ出力する。

その後、電圧切替部６２は、本充電において本充電用の電圧をリニアレギュレータ５５へ出力中に、周囲温度がＴ１まで低下した場合、周囲温度がＴ１未満の温度区間では、耐圧をリニアレギュレータ５５へ出力する。

かかる充電電圧制御部４５によれば、周囲温度を検知する温度センサが１つで済むため、コストを低減することが可能である。また、充電電圧制御部４５では、電圧切替部６２による出力電圧の切り替えタイミングにヒステリシスを設けた。これにより、充電電圧制御部４５は、例えば、周囲温度がＴ１やＴ２の近傍で頻繁に上昇低下を繰り返す場合に、電圧切替部６２による出力電圧の頻繁な切り替えを防止することができる。

上述したように、第５実施形態に係る充電電圧制御部は、周囲温度の温度区間ごとに予め定められた一定の電圧となるようにキャパシタの充電電圧を制御する。これにより、第５実施形態に係る充電電圧制御部は、周囲温度に応じた充電電圧の制御を可能としつつ、温度センサの個数を低減することができるのでコストを低減することができる。

（第６実施形態）
次に、図１１を参照して、第６実施形態に係る電源装置１６について説明する。図１１は、第６実施形態に係る電源装置１６の構成を示す説明図である。図１１に示すように、第６実施形態に係る電源装置１６は、充電電圧制御部４６の構成が異なる点以外は、第５実施形態に係る電源装置１５と同様の構成である。このため、ここでは、充電電圧制御部４６の構成および動作について説明する。

図１１に示すように、充電電圧制御部４６は、温度検知部６１がワンショットパルス生成部５４へも周囲温度の検知結果を出力する機能をさらに備える点が第５実施形態に係る充電電圧制御部４５とは異なる。

かかる温度検知部６１は、例えば、電圧切替部６２が図１０に示す予備充電用の電圧または本充電用の電圧をリニアレギュレータ５５へ出力中に、周囲温度がＴ１まで低下したことを検知した場合、その旨を示す信号をワンショットパルス生成部５４へ出力する。

ワンショットパルス生成部５４は、温度検知部６１から信号が入力されると、ワンショットパルスをＤＣ／ＤＣコンバータ５１へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、ワンショットパルスが入力されると、所定時間ｔ０の間、充電電圧を耐圧まで昇圧して動作を停止する。その後、リニアレギュレータ５５は、第５実施形態と同様の動作を行う。

このように、充電電圧制御部４６は、周囲温度が所定の閾値であるＴ１以下となった場合に、リニアレギュレータ５５よりも短時間で充電電圧を昇圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータ５１を所定時間ｔ０の間動作させて充電電圧を耐圧まで昇圧させる。これにより、充電電圧制御部４６は、例えば、極寒地域での使用の際に、周囲温度が急激に低下した場合であっても、電子機器１０２の起動時間を高速化することができる。

上述したように、第６実施形態に係る充電電圧制御部の昇圧部は、周囲温度が閾値以下となった場合に、キャパシタの充電電圧をキャパシタの耐圧まで昇圧する。これにより、第６実施形態に係る充電電圧制御部の昇圧部は、極寒地域で使用される場合であっても、電子機器の起動時間を高速化することができる。

１１，１２，１３，１４，１５，１６ 電源装置
１０１ 電源
１０２ 電子機器
２０，５１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ キャパシタ
２２ バランシング回路
３１ バッテリ検知部
３２ ＮＯＴゲート
３３ ＡＣＣ検知部
４１，４２，４３，４４，４５，４６ 充電電圧制御部
５２ 予備充電用温度センサ
５３ 本充電用温度センサ
５４ ワンショットパルス生成部
５５ リニアレギュレータ
５６ 放電部
６１ 温度検知部
６２ 電圧切替部
ＳＷ１ 第１スイッチ回路
ＳＷ２ 第２スイッチ回路
ＳＷ３ 第３スイッチ回路
ＳＷ４ 第４スイッチ回路
ＳＷ５ 第５スイッチ回路

Claims (7)

1. 電子機器へ電力を供給するキャパシタと、
   前記電子機器の起動信号が検知されていない期間に前記キャパシタを予備充電する周囲温度に応じた充電電圧を、前記起動信号が検知されている期間に前記キャパシタを本充電する周囲温度に応じた充電電圧よりも低くなるように制御する充電電圧制御部と
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記予備充電および前記本充電が開始されてから所定時間が経過するまでの間、前記充電電圧を前記キャパシタの耐圧まで昇圧する昇圧部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記昇圧部は、
   前記周囲温度が閾値以下となった場合に、前記充電電圧を前記キャパシタの耐圧まで昇圧する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記充電電圧が前記耐圧まで昇圧された場合に、当該充電電圧を前記周囲温度に応じた充電電圧に維持するリニアレギュレータ
   を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電源装置。
5. 前記充電電圧が前記耐圧まで昇圧された場合に、当該充電電圧が前記周囲温度に応じた充電電圧になるまで、前記キャパシタに充電された電力を放電する放電部
   を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の電源装置。
6. 前記充電電圧制御部は、
   前記周囲温度の温度区間ごとに予め定められた一定の電圧となるように前記充電電圧を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電源装置。
7. 電子機器へ電力を供給するキャパシタを前記電子機器の起動信号が検知されていない期間に周囲温度に応じた充電電圧によって予備充電することと、
   前記電子機器の起動信号が検知されている期間に、前記キャパシタを周囲温度に応じた充電電圧によって本充電することと、
   前記キャパシタを予備充電する充電電圧を前記本充電する充電電圧よりも低くなるように制御することと
   を含むことを特徴とする電源装置の充電方法。

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