JPH10201091A

JPH10201091A - 電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置

Info

Publication number: JPH10201091A
Application number: JP8350603A
Authority: JP
Inventors: Fujio Matsui; 冨士夫松井; Tomoaki Nitta; 智昭新田
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】各コンデンサセル毎の静電容量や内部抵抗の
ばらつきによる電気二重層コンデンサの過充電を防止す
ると共に、長期間の蓄電を可能とすること。【解決手段】コンデンサセル１０には放電電流を流し
て電圧を調整するためのバランス抵抗１４が並列接続さ
れている。リレースイッチ１６の常開型リレー接点１６
ａはコンデンサセル１０とバランス抵抗１４との間に設
けられている。電磁コイル１６ｂは互いに並列接続さ
れ、アクセサリスイッチ１８を介して車載直流電圧源に
接続されている。アクセサリスイッチ１８がオン状態に
なると、コンデンサセル１０とバランス抵抗１４とが接
続され、放電電流が流れて電圧調整が行われる。アクセ
サリスイッチ１８がオフ状態になると、コンデンサセル
１０とバランス抵抗１４との接続が断たれる。これによ
り、不要な放電電流の発生が防止され、電気エネルギが
保持される。

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
ータ等の車両に搭載される種々の電気的負荷に対して給
電を行う電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンでは、ファンやポンプ
等の各種補機を駆動したり、あるいは始動時のクランキ
ングを行うスタータモータを駆動したりするために、一
般にバッテリとして鉛蓄電池を車載電源装置として搭載
している。このバッテリは、エネルギ密度が大きいため
比較的長時間の使用に耐え得るが、他方、化学反応を伴
う電池であるために充放電を繰り返すと劣化が進み易
く、充電時間も長くかかる等の欠点を有する。

【０００３】そこで、近年では、電極と電解液との界面
に生成される絶縁膜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、上記バッテリに替わる電池
として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４に示す如く、複数個のコンデンサセル１０
０を直列に接続し、コンデンサパック１０２として使用
する。

【０００４】各コンデンサセル１００は、図５に示すよ
うに、活性炭電極が貼付された一対の集電体１００Ａ
と、該各集電体１００Ａ間に充填された電解液１００Ｂ
と、各集電体１００Ａの活性炭電極間を仕切るセパレー
タ１００Ｃとから電気二重層コンデンサとして構成され
ている。そして、これら各コンデンサセル１００は、直
列に接続されてコンデンサパック１０２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直流電
圧源（図中では「電源」と略記している）に接続されて
いる。この車載直流電圧源は、例えば、エンジン回転力
によって電圧を発生させる発電機と、この発電された電
圧を所定の直流電圧に変換する電圧変換器（いずれも図
示せず）とを含んで構成されるもので、より具体的には
オルタネータが該当する。

【０００５】そして、エンジン運転中には、車載直流電
圧源からの直流電圧によって各コンデンサセル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。

【０００６】ここで、各コンデンサセル１００の起電力
は、電解液の活性電圧によって定まるが、この活性電圧
をバイアス電圧、すなわち車載直流電圧源からの充電電
圧が上回ると、急速な内部反応が始まり電気二重層コン
デンサセル１００の寿命が低下する性質がある。このた
め、電気二重層コンデンサセル１００の定格電圧を電解
液の活性電圧よりも低く設定し、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している。

【０００７】しかし、各コンデンサセル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、コンデンサセル１００を直列接続した状
態で車載直流電圧源から充電を行うと、静電容量や内部
抵抗のばらつきによって、各コンデンサセル１００の端
子間電圧にも差異が生じる。

【０００８】つまり、例えばスタータモータ等を駆動す
るのに必要な高電圧を得ようとする場合は、複数のコン
デンサセル１００を直列接続しなければならない。ここ
で、各コンデンサセル１００を直列に接続して充電する
場合、静電容量や内部抵抗の値が各コンデンサセル１０
０の間で等しければ、該各コンデンサセル１００の両端
電圧も等しくなるが、上記のようにばらつきがある場
合、差異電圧が生じる。そして、この差異電圧は、一度
発生すると解消することがなく、充放電の繰り返しによ
り積算され、拡大することもある。

【０００９】従って、余裕を見込んで定格電圧を設定し
ても、各コンデンサセル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コンデ
ンサセル１００が生じる可能性があり、寿命が低下す
る。より詳細に説明すると、各コンデンサセル１００の
直列接続体であるコンデンサパック１０２の定格電圧
は、各コンデンサセル１００の定格電圧のセル個数倍に
等しい。しかし、コンデンサパック１０２全体としては
定格電圧であっても、各コンデンサセル１００の中には
内部抵抗等の相違によりセル単体の定格電圧を上回るバ
イアス電圧が印加されるものが生じうるもでのある。

【００１０】そこで、上記差異電圧を可能な限り解消
し、均等なバイアス電圧を得るために、図４に示すよう
に、各コンデンサセル１００毎に同値のバランス抵抗１
０４をそれぞれ並列接続すると共に、これら各バランス
抵抗１０４を直列接続することにより、各コンデンサセ
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。

【００１１】この回路によれば、一つのコンデンサセル
１００の両端電圧が他のコンデンサセル１００よりも高
くなると、各バランス抵抗１０４の抵抗値は等しいた
め、両端電圧の高いコンデンサセル１００から流れる放
電電流は他のコンデンサセル１００からの放電電流より
も大きくなる。

【００１２】そして、定電圧電源から両端電圧の低いコ
ンデンサセル１００に電荷が供給されるため、最終的に
は、全てのコンデンサセル１００からバランス抵抗１０
４に流れる放電電流が等しくなり、各コンデンサセル１
００の両端子間に加わる電圧は等しくなる。

【００１３】また、他の従来技術として、例えば実開平
５−０２３５２７号公報等に記載のものでは、コンデン
サセルに並列接続されたバランス抵抗に対してトランジ
スタを直列に接続し、このトランジスタのベースに比較
器を接続している。そして、コンデンサセルの両端電圧
と基準電源からの基準電圧とを比較器により比較し、コ
ンデンサセルの両端電圧が基準電圧を上回ったときに、
コンデンサ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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような各コンデ
ンサセル１００に対してバランス抵抗１０４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１０４の値が等しければ、分圧抵抗が等しくな
るため、各コンデンサセル１００に加わるバイアス電圧
を等しくすることができる。

【００１５】しかし、バランス回路方式では、常時バラ
ンス抵抗１０４が各コンデンサセル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、各コンデ
ンサセル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、各コン
デンサセル１００の放電が開始するため、長期的な蓄電
状態の維持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。

【００１６】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、バランス抵抗をコンデンサセルに並列接
続したり、切り離したりしている。この技術によれば、
コンデンサセルの両端電圧が基準電圧を上回らない限
り、コンデンサセルとバランス抵抗とが接続されないた
め、可及的に不要な放電の防止が図られている。

【００１７】しかし、この技術でも、コンデンサセルの
両端電圧を検出するための分圧抵抗がコンデンサセルに
対して並列に接続され、これら各分圧抵抗は直列接続さ
れている。従って、結局は、前記従来技術と同様に、全
体として閉ループを構成しているため、コンデンサセル
の自己放電を防止することができない。また、常時コン
デンサセルの両端電圧と基準電圧との大小を監視する必
要があるため、その分の電気エネルギも必要である。従
って、長期間車両を放置した場合等には、電気二重層コ
ンデンサの蓄電状態が失われてしまう可能性がある。

【００１８】本発明は、上記のような種々の課題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、電気二重層コンデ
ンサのバイアス電圧をバランスさせつつ長期間電気エネ
ルギを維持できるようにした電気二重層コンデンサを用
いた車両用電源装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１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、電圧調整素子による電圧調整機能の作動、作動
停止を制御するメインスイッチとしての操作用スイッチ
手段を設けたことにある。すなわち、各コンデンサセル
にそれぞれ並列接続された電圧調整素子と、前記各電圧
調整素子と前記各コンデンサセルとの間にそれぞれ設け
られ、前記各コンデンサセルから前記各電圧調整素子に
流れる放電電流を制御する放電制御用スイッチ手段と、
前記各放電制御用スイッチ手段を駆動操作することによ
り前記各コンデンサセルと前記各電圧調整素子とを導通
状態又は遮断状態とする操作用スイッチ手段とを備えた
ことを特徴としている。

【００２０】操作用スイッチ手段によって放電制御用ス
イッチ手段を駆動し、該放電制御用スイッチ手段を介し
てコンデンサセルと電圧調整素子とを接続すると、これ
ら放電制御用スイッチ手段、コンデンサセル、電圧調整
素子及び操作用スイッチ手段によって電圧調整用の電気
回路が形成される。

【００２１】そして、内部抵抗等のばらつきによって両
端電圧が高くなっているコンデンサセルから電圧調整素
子に放電電流が流れ、各コンデンサセルの両端電圧が等
しくなる。一方、操作用スイッチ手段によって放電制御
用スイッチ手段を反転駆動し、コンデンサセルと電圧調
整素子とを遮断すると、前記電気回路が解消される。こ
れにより、コンデンサセルの自己放電が防止され、各コ
ンデンサセルは充電された電気エネルギを長期間保持す
る。

【００２２】また、請求項２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ように、常開型リレー接点
と電磁コイルとから放電制御用スイッチ手段を構成する
と共に操作用スイッチ手段を介して電磁コイルへの給電
を行えば、電磁コイルが非通電状態にある場合は、電気
回路が形成されない。従って、コンデンサセルの自己放
電を防止して長期間電気エネルギを保持することができ
る。

【００２３】更に、請求項３に係る電気二重層コンデン
サを用いた車両用電源装置では、各放電制御用スイッチ
手段は、電圧調整素子とコンデンサセルとの間に設けら
れたトランジスタと、前記コンデンサセルの両端電圧と
電気二重層コンデンサの全体に印加されたバイアス電圧
のうち当該コンデンサセルに対応した基準電圧とを比較
し、前記両端電圧が前記基準電圧を上回ったときに前記
トランジスタを駆動して前記電圧調整素子と前記コンデ
ンサセルとを接続させるコンパレータとから構成し、操
作用スイッチ手段を介して前記コンパレータへ給電する
ようにしている。

【００２４】これにより、操作用スイッチ手段によって
コンパレータに給電がなされても、コンデンサセルの両
端電圧が基準電圧を上回らない限りトランジスタが作動
せず、コンデンサセルと電圧調整素子とが接続されな
い。従って、両端電圧が基準電圧よりも高く電圧調整を
必要としているコンデンサセルにのみ、放電を許可する
ことができるため、電気回路を流れる電流量を小さくし
て電気エネルギの消費量及び発熱を低減することができ
る。一方、操作用スイッチ手段によってコンパレータへ
の給電を断てば、電気回路が形成されず、コンデンサセ
ルからの自己放電を防止して長期間電気エネルギを保持
することができる。

【００２５】また、請求項４に係る電気二重層コンデン
サを用いた車両用電源装置によれば、各コンデンサセル
にそれぞれ対応した同値の抵抗を直列接続してなる抵抗
直列体を電気二重層コンデンサに並列接続することによ
り、前記電気二重層コンデンサの全体に印加された電圧
を前記各コンデンサセル毎に均等に分圧して基準電圧を
得る構成としている。これにより、実際に電気二重層コ
ンデンサに印加されたバイアス電圧に基づいて、各コン
デンサセルの両端電圧の高低を比較するための適切な基
準電圧を容易に得ることができる。

【００２６】更に、請求項５に係る電気二重層コンデン
サを用いた車両用電源装置によれば、操作用スイッチ手
段を車両のアクセサリスイッチ（ＡＣＣスイッチ）に連
動させており、エンジン動作中は、常に操作用スイッチ
手段が作動して電圧調整用の電気回路が構成される。一
方、車両を長期間放置するときには、操作用スイッチ手
段が作動しないため、前記電気回路が形成されない。

【００２７】従って、車載直流電圧源たるオルタネータ
が発電を行うエンジン作動中には、コンデンサセルと電
圧調整素子とを接続して、両端電圧の高過ぎるコンデン
サセルの電圧調整を行うことができる。一方、エンジン
を停止する長期間放置の場合は、コンデンサセルから電
圧調整素子を切り離してコンデンサセルの自己放電を阻
止することができる。

【００２８】これにより、コンデンサセルの両端電圧が
高くなり得る可能性のある場合、すなわち、車載直流電
圧源が発電を行っている期間中は、常に電圧調整用の電
気回路を形成してコンデンサセルの電圧調整を行うこと
ができる。また、コンデンサセルの両端電圧が高くなる
可能性が実質的にない場合、すなわち、エンジンが停止
して車載直流電圧源の充電が行われない車両の長期間放
置時には、電圧調整用の電気回路を形成せず、コンデン
サセルの自己放電を防止して電気エネルギを保持するこ
とができると共に、内部の電気分解等によるコンデンサ
セルの寿命低下を防止することができる。

【００２９】

【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電気二重層コンデンサを
用いた車両用電気二重層コンデンサ電源装置の回路構成
が示されている。

【００３０】各電気二重層コンデンサセル１０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質と、各活性炭電
極間を分離して介装されたセパレータと、内部の電解質
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）等から構成されている。そして、これら各
コンデンサセル１０は、直列接続され、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てい
る。

【００３１】このように各コンデンサセル１０を直列に
接続して構成したコンデンサパック１２は、その正極側
が車載直流電圧源に接続され、コンデンサパック１２の
負極側はアースされている。この車載直流電圧源は、一
定の直流電圧を出力するもので、具体的には、エンジン
回転数に応じた交流電圧を発生するオルタネータと、オ
ルタネータの出力電圧を直流電圧に変換する電圧変換器
と、外部に出力される直流電圧を一定の電圧値に保持す
るための定電圧回路とから構成されている。

【００３２】各コンデンサセル１０には、両端電圧を調
整するための「電圧調整素子」としてのバランス抵抗１
４がそれぞれ並列接続されている。そして、これら各バ
ランス抵抗１４相互は、全体として直列に接続されてい
る。従って、換言すれば、各バランス抵抗１４を直列に
接続してなるバランス抵抗直列接続体を、各コンデンサ
セル１０の直列接続体であるコンデンサパック１２に対
して並列接続し、各バランス抵抗間と各コンデンサセル
間とをそれぞれ接続した状態となっている。

【００３３】各コンデンサセル１０と各バランス抵抗１
４との間には、「放電制御用スイッチ手段」としてのリ
レースイッチ１６がそれぞれ設けられている。これら各
リレースイッチ１６は、コンデンサセル１０とバランス
抵抗１４との間に接続された常開型リレー接点１６ａ
と、電磁力によって常開型リレー接点１６ａを閉駆動す
る電磁コイル１６ｂとからそれぞれ構成されている。

【００３４】これら各リレースイッチ１６の電磁コイル
１６ｂ相互は、車載直流電圧源とアース間で互いに並列
接続されている。そして、電磁コイル１６ｂが励磁され
ない非通電時には、リレー接点１６ａが開いてコンデン
サセル１０とバランス抵抗１４との間が遮断される。一
方、電磁コイル１６ｂが励磁される通電時には、リレー
接点１６ａが閉じてコンデンサセル１０とバランス抵抗
１４とが接続される。

【００３５】各電磁コイル１６ｂの並列接続体と車載直
流電圧源との間には、「操作用スイッチ手段」としての
アクセサリスイッチ（ＡＣＣスイッチ）１８が設けられ
ている。このアクセサリスイッチ１８は、ドライバーに
よるイグニッションキーの操作によってオン状態になる
と、例えば車内灯等の各種アクセサリ電装品に給電を許
可するようになっている。また、キーがイグニッション
位置又はスタータ位置に回動操作された場合でも、アク
セサリスイッチ１８のオン状態は保持される。従って、
エンジン始動中は、常にアクセサリスイッチ１８はオン
状態を保持し、各リレースイッチ１６の電磁コイル１６
ｂに通電してリレー接点１６ａを閉じさせる。

【００３６】一方、長期間車両を放置する場合は、通
常、キーが抜かれるため、アクセサリスイッチ１８はオ
フ状態となり、各電磁コイル１６ｂへの通電が停止して
リレー接点１６ａが開くことになる。このアクセサリス
イッチ１８は、各リレースイッチ１６への通電、非通電
を制御するものである。従って、アクセサリスイッチ１
８の配設位置は図示のものに限らず、全てのリレースイ
ッチ１６に対する通電（給電）を一括して行える位置で
あればよい。

【００３７】次に、上記構成の本実施の形態の作用につ
いて説明する。まず、キーの回動操作によりエンジンが
始動すると、オルタネータが発電を開始し、これによ
り、各コンデンサセル１０は充電される。一方、キーの
回動操作によってアクセサリスイッチ１８はオン状態と
なり、各リレースイッチ１６の電磁コイル１６ｂが励磁
されて常開型リレー接点１６ａが閉じる。これにより、
全てのコンデンサセル１０がリレー接点１６ａを介して
バランス抵抗１４に接続される。

【００３８】そして、内部抵抗等のばらつきによって両
端電圧が高くなったコンデンサセル１０からバランス抵
抗１４に向けて放電電流が流れることにより、当該コン
デンサセル１０の電圧は降下していく。また、オルタネ
ータは定電圧源であるから、両端電圧が低いコンデンサ
セル１０には電荷が供給される。これにより、エンジン
始動中は、各コンデンサセル１０と各バランス抵抗１４
とが接続されて電圧調整回路が形成され、各コンデンサ
セル１０の両端電圧は等しくなる。

【００３９】次に、キーを回動操作してエンジンを停止
した場合は、オルタネータの発電が停止すると共に、ア
クセサリスイッチ１８もオフ状態となっている。従っ
て、各リレースイッチ１６の電磁コイル１６ｂへの通電
が断たれリレー接点１６ａは開いた状態に戻る。これに
より、各コンデンサセル１０からバランス抵抗１４が切
り離され、電圧調整回路は解消される。そして、各コン
デンサセル１０は、エンジン始動中に電圧調整しつつ蓄
えた電気エネルギを保持する。

【００４０】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。エンジン始動中には各コンデ
ンサセル１０の両端電圧を調整しつつ充電することがで
き、エンジンを停止した後は放電電流を阻止することが
できる。従って、コンデンサセル１０が過充電されて寿
命が低下するのを防止しつつ、長期間にわたって電気エ
ネルギを保持することができ、エンジンの再始動時に備
えることができる。

【００４１】また、「操作用スイッチ手段」としてアク
セサリスイッチ１８を用いる構成としたため、エンジン
作動中にはアクセサリスイッチ１８はオン状態となって
各リレースイッチ１６を閉じ、車両が長期間放置される
ようなエンジン停止状態ではアクセサリスイッチ１８は
オフ状態となって各リレースイッチ１６を開く。これに
より、エンジンの作動状態（オルタネータの発電状態）
に連動させて各コンデンサセル１０の電圧調整を自動的
に行うことができる。

【００４２】すなわち、エンジンが動作してオルタネー
タが発電を開始しているような調整の必要性の高いとき
に各コンデンサセル１０に各バランス抵抗１４を接続し
て電圧調整を行うことができ、エンジンが停止してオル
タネータの発電が止まったときに各コンデンサセル１０
から各バランス抵抗１４を切り離して不要な放電を防止
することができる。

【００４３】更に、リレースイッチ１６を、常開型リレ
ー接点１６ａと電磁コイル１６ｂとから構成したため、
電磁コイル１６ｂの非通電状態ではコンデンサセル１０
とバランス抵抗１４とが接続されず、電圧調整用の電気
回路が形成されないため、不要な放電を防止して電気エ
ネルギを長期間保持することができる。

【００４４】すなわち、仮に常閉型のリレー接点を用い
た場合には、電磁コイルの非通電状態において、コンデ
ンサセル１０とバランス抵抗１４とが接続される。従っ
て、エンジン停止後にコンデンサセル１０とバランス抵
抗１４とを切り離すには、電気エネルギを消費して常閉
型リレー接点を開いておく必要があり、電気エネルギを
無駄に消費することになる。

【００４５】次に、図２に基づいて本発明の第２の実施
の形態について説明する。なお、本実施の形態では、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。

【００４６】本実施の形態でも、複数のコンデンサセル
１０を直列に接続してコンデンサパック１２が構成され
ており、各コンデンサセル１０には「電圧調整素子」と
してのバランス抵抗２０がそれぞれ並列接続されてい
る。

【００４７】各バランス抵抗２０には、トランジスタ２
２がそれぞれ直列に接続されている。従って、バランス
抵抗２０とトランジスタ２２とを直列に接続してなる抵
抗−トランジスタ直列体がコンデンサセル１０に対して
並列に接続された状態となっている。このトランジスタ
２２は、ＮＰＮ型トランジスタにて構成され、そのベー
スはベース電流制限抵抗２４を介してコンパレータ２６
の出力側に接続されている。従って、各トランジスタ２
２は、ベース電圧が「Ｈレベル」になると作動し、ベー
ス電圧が「Ｌレベル」になると作動を停止する。これら
トランジスタ２２とコンパレータ２６とによって本実施
の形態における「放電制御用スイッチ手段」が構成され
ている。

【００４８】各コンパレータ２６は、後述の如く、コン
デンサセル１０の両端電圧ＶＣＳと基準電圧ＶＡとを比
較するものである。そして、各コンパレータ２６は、そ
の反転入力端子側（−側）に基準電圧ＶＡが入力され、
非反転入力側（＋側）には両端電圧ＶＣＳが入力されて
いる。従って、各コンパレータ２６は、両端電圧ＶＣＳ
が基準電圧ＶＡを上回った場合（ＶＣＳ＞ＶＡ）には出
力が「Ｈレベル」となり、両端電圧ＶＣＳが基準電圧Ｖ
Ａ以下の場合（ＶＣＳ≦ＶＡ）には出力が「Ｌレベル」
となる。

【００４９】コンデンサパック１２には、「各コンデン
サセルに対応した同値の抵抗を直列に接続してなる抵抗
直列体」としての基準電圧検出抵抗部２８が並列に接続
されている。この基準電圧検出抵抗部２８は、各コンデ
ンサセル１０にそれぞれ対応した複数の同値の抵抗３０
を直列に接続して構成されている。また、これら各抵抗
３０は、電圧検出精度を高めるべく、第１の抵抗３０ａ
と第２の抵抗３０ｂとからそれぞれ構成されている。

【００５０】この基準電圧検出抵抗部２８をコンデンサ
パック１２に対して並列に接続することにより、該基準
電圧検出抵抗部２８にはコンデンサパック１２全体に印
加されるバイアス電圧、すなわち、コンデンサパック１
２の両端電圧ＶＣＰが加わる。そして、基準電圧検出抵
抗部２８は、各コンデンサセル１０に対応した複数の抵
抗３０から構成されているため、このコンデンサパック
１２の両端電圧ＶＣＰは各抵抗３０によって均等に分圧
される。各抵抗３０によって分圧された電圧は、各コン
デンサセル１０にそれぞれ加わるべき基準の電圧であ
る。そこで、この抵抗３０によって分圧された電圧を電
圧検出精度を高めるために、さらに各抵抗３０ａ，３０
ｂによって分圧し、基準電圧ＶＡを得るようになってい
る。そして、この基準電圧ＶＡは、コンパレータ２６の
反転入力端子側に入力されている。

【００５１】一方、各コンデンサセル１０には、該コン
デンサセル１０の両端電圧を検出するためのセル電圧検
出用抵抗３２がそれぞれ並列に接続されている。また、
各セル電圧検出用抵抗３２は、第１の抵抗３２ａと第２
の抵抗３２ｂとから構成されており、前記抵抗３０と同
一の構成を有している。すなわち、抵抗３２ａと抵抗３
０ａ、抵抗３２ｂと抵抗３０ｂとは、それぞれ等しい。
そして、これら各セル電圧検出用抵抗３２にて検出され
るコンデンサセル１０の両端電圧は、各抵抗３２ａ，３
２ｂによりセル両端電圧ＶＣＳとして、コンパレータ２
６の非反転入力端子側に入力されている。

【００５２】各コンパレータ２６は、第１の実施の形態
で述べたリレースイッチ１６の電磁コイル１６ｂと同様
に、互いに並列接続されており、このコンパレータ並列
接続部はコンデンサパック１２に並列接続されている。
そして、このコンパレータ並列接続部と車載直流電圧源
との間には、「操作用スイッチ手段」としてのアクセサ
リスイッチ１８が設けられている。

【００５３】次に、上記構成を有する本実施の形態の作
用について説明する。まず、キーの回動操作によりエン
ジンが始動すると、車載直流電圧源であるオルタネータ
が発電を開始して各コンデンサセル１０の充電が行われ
ると共に、アクセサリスイッチ１８がオン状態となって
各コンパレータ２６が作動状態となる。

【００５４】そして、各コンパレータ２６は、基準電圧
ＶＡとコンデンサセル１０のセル両端電圧ＶＣＳとを比
較する。セル両端電圧ＶＣＳが基準電圧ＶＡを上回って
いる場合は、コンパレータ２６の出力は「Ｈレベル」と
なり、トランジスタ２２が作動してコンデンサセル１０
とバランス抵抗２０とが接続される。これにより、基準
電圧ＶＡよりもセル両端電圧ＶＣＳが高いコンデンサセ
ル１０からバランス抵抗２０に向けて放電電流が流れ、
当該コンデンサセル１０の両端電圧ＶＣＳが低下する。

【００５５】一方、セル両端電圧ＶＣＳが基準電圧ＶＡ
以下の場合、コンパレータ２６の出力は「Ｌレベル」と
なり、トランジスタ２２が停止してコンデンサセル１０
とバランス抵抗２０とが切り離される。これにより、セ
ル両端電圧ＶＣＳが基準電圧ＶＡよりも低いコンデンサ
セル１０からは放電電流が流れず、電気エネルギが保持
される。

【００５６】次に、キーの回動操作によりエンジンを停
止して車両を長期間放置する場合は、アクセサリスイッ
チ１８がオフ状態となって各コンパレータ２６への給電
が断たれる。これにより、コンパレータ２６の出力は
「Ｌレベル」となり、トランジスタ２２が停止してコン
デンサセル１０とバランス抵抗２０とが切り離される。
また、アクセサリスイッチ１８がオフ状態になると、基
準電圧検出抵抗部２８はコンデンサパック１２から切り
離される。従って、各コンデンサセル１０の放電が防止
されると共に、基準電圧検出抵抗部２８に電流が流れる
こともない。

【００５７】本実施の形態でも、アクセサリスイッチ１
８がオン状態のときのみコンデンサセル１０の電圧調整
を許可する構成のため、前記第１の実施の形態と同様
に、エンジンの作動中には各コンデンサセル１０の電圧
調整を行って過充電による寿命低下を防止することがで
き、エンジン停止後には各コンデンサセル１０からの放
電を防止して長期間電気エネルギを保持することができ
る。これに加えて、本実施の形態では、更に以下の効果
を発揮する。

【００５８】各コンデンサセル１０毎に設けられたトラ
ンジスタ２２と、各コンデンサセル１０の両端電圧ＶＣ
Ｓが基準電圧ＶＡを上回ったときにそのトランジスタ２
２をオンしてバランス抵抗２０とコンデンサセル１０と
を接続させる各コンパレータ２６とから「放電制御用ス
イッチ手段」が構成され、アクセサリスイッチ１８を介
して各コンパレータ２６への給電を行うようにしたこと
から、電圧調整が必要なコンデンサセル１０にのみバラ
ンス抵抗２０を接続して電圧調整を行うことができる。

【００５９】すなわち、本実施の形態では、アクセサリ
スイッチ１８が閉じてコンパレータ２６に給電が行われ
ても、コンデンサセル１０の両端電圧ＶＣＳが基準電圧
ＶＡを上回らない限りトランジスタ２２が作動しない。
従って、コンデンサセル１０とバランス抵抗２０とは接
続されない。これにより、両端電圧ＶＣＳが基準電圧Ｖ
Ａよりも高く、電圧調整を必要としているコンデンサセ
ル１０にのみ、放電を許可することができる。この結
果、電気回路を流れる電流量の減少による電気エネルギ
の消費量及び発熱の低減が図られる。

【００６０】また、各コンデンサセル１０にそれぞれ対
応した同値の抵抗３０を直列接続してなる「抵抗直列
体」としての基準電圧検出抵抗部２８をコンデンサパッ
ク１２に並列接続することにより、コンデンサパック１
２の全体に印加された電圧を各コンデンサセル１０毎に
均等に分圧して基準電圧ＶＡを得る構成としたことか
ら、各コンデンサセル１０の両端電圧ＶＣＳが適正か否
かを判別するための基準電圧ＶＡを容易に得ることがで
きる。

【００６１】なお、例えば基準電圧ＶＡに等しい出力電
圧の電池やバッテリのセル等を基準電源として用意し、
これらの別体の基準電源とセル両端電圧ＶＣＳとを比較
する構成も可能である。但し、別体の基準電源を用いる
場合は、その分だけ製造コストが増大することとなる。

【００６２】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、発明の要旨の範囲内で種々の
変形が可能である。例えば、「電圧調整素子」として抵
抗を用いる場合を例示したが、これに限らず、図３に示
す変形例のように、ツェナーダイオード４０と抵抗４２
の直列接続体を用いてもよい。この場合は、ツェナーダ
イオード４０のツェナー電圧ＶＺをコンデンサセル１０
の定格電圧と等しく設定することにより、前記第２の実
施の形態と同様に、セル両端電圧ＶＣＳの方が高い（Ｖ
ＣＳ＞ＶＺ）コンデンサセル１０のみ電圧調整を行うこ
とができる。また、アクセサリスイッチ１８をオフ状態
にしたときには、ツェナーダイオード４０が電源から切
り離されるため、微少な暗電流が流れるのも防止でき
る。

【００６３】また、前記各実施の形態では、アクセサリ
スイッチ１８自体を「操作用スイッチ手段」として用い
る場合を例に挙げて説明したが、例えばアクセサリスイ
ッチ１８の作動に連動する他のリレースイッチ類を別途
「操作用スイッチ手段」として利用してもよい。更に、
アクセサリスイッチ１８を「操作用スイッチ手段」とし
て用いれば、上述の如く、エンジン始動に応じたコンデ
ンサセル１０の自動的な電圧調整が可能となるが、これ
に加えて、例えば手動で操作される押釦スイッチを車室
内に設け、エンジン停止時に手動で操作できるようにし
てもよい。また、アクセサリスイッチ１８に替えてイグ
ニッションスイッチ等のエンジンの始動、停止状態を反
映する他のスイッチを用いても良い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電気
二重層コンデンサを用いた車両用電源装置によれば、操
作用スイッチ手段を介して放電制御用スイッチ手段を駆
動操作することができる。従って、各コンデンサセルの
両端電圧を調整して過充電を防止し、寿命の低下を防止
することができると共に、不要な放電を防止して長期間
の蓄電状態を確保し、エンジン再始動に備えることがで
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電気二重層コ
ンデンサを用いた車両用電源装置の概略回路構成図であ
る。

【図２】本発明の第２の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概略回路構成図であ
る。

【図３】本発明に係る電気二重層コンデンサを用いた車
両用電源装置の変形例の概略回路構成図である。

【図４】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５】電気二重層コンデンサの一般的構成を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０コンデンサセル１２コンデンサパック１４バランス抵抗１６リレースイッチ１８アクセサリスイッチ２０バランス抵抗２２トランジスタ２６コンパレータ２８基準電圧検出抵抗部３０抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコンデンサセルを直列接続してな
る電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置におい
て、前記各コンデンサセルにそれぞれ並列接続された電圧調
整素子と、前記各電圧調整素子と前記各コンデンサセルとの間にそ
れぞれ設けられ、前記各コンデンサセルから前記各電圧
調整素子に流れる放電電流を制御する放電制御用スイッ
チ手段と、前記各放電制御用スイッチ手段を駆動操作することによ
り前記各コンデンサセルと前記各電圧調整素子とを導通
状態又は遮断状態とする操作用スイッチ手段と、を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサを用い
た車両用電源装置。
【請求項２】前記各放電制御用スイッチ手段は、前記電圧調整素子と前記コンデンサセルとの間に設けら
れた常開型リレー接点と、該常開型リレー接点を駆動す
る電磁コイルとから構成され、前記操作用スイッチ手段を介して前記電磁コイルへ給電
することを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コン
デンサを用いた車両用電源装置。
【請求項３】前記各放電制御用スイッチ手段は、前記電圧調整素子と前記コンデンサセルとの間に設けら
れたトランジスタと、前記コンデンサセルの両端電圧と
前記電気二重層コンデンサの全体に印加されたバイアス
電圧のうち当該コンデンサセルに対応した基準電圧とを
比較し、前記両端電圧が前記基準電圧を上回ったときに
前記トランジスタを駆動して前記電圧調整素子と前記コ
ンデンサセルとを接続させるコンパレータとから構成
し、前記操作用スイッチ手段を介して前記コンパレータへの
作動電流の給電を行うことを特徴とする請求項１に記載
の電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置。
【請求項４】前記基準電圧は、前記各コンデンサセルにそれぞれ対応した同値の抵抗を
直列接続してなる抵抗直列体を前記電気二重層コンデン
サに並列接続することにより、前記電気二重層コンデン
サの全体に印加された電圧を前記各コンデンサセル毎に
均等に分圧して得ることを特徴とする請求項３に記載の
電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置。
【請求項５】前記操作用スイッチ手段は、車両のアクセサリスイッチに連動することを特徴とする
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電気二重層コン
デンサを用いた車両用電源装置。