KR20080004604A

KR20080004604A - 차량용 보조 전원과 그것을 이용한 차량용 충방전 장치

Info

Publication number: KR20080004604A
Application number: KR1020077026446A
Authority: KR
Inventors: 노리오 나카지마; 스스무 니시모토; 요시오 미츠타니
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-01-09
Also published as: US7750607B2; KR100994593B1; CN101223056A; JP4702368B2; US20090058371A1; WO2007026495A1; EP1880904A4; JPWO2007026495A1; EP1880904A1; CN101223056B

Abstract

차량용 보조 전원은, 입출력단에 전기적으로 접속된 제1 스위치와 커패시터 뱅크와 방전 저항과 제어부를 갖는다. 커패시터 뱅크는 직렬 접속된 복수의 전기 2중층 콘덴서와, 각 전기 2중층 콘덴서에 병렬 접속되고, 각각이 실질적으로 동일한 저항값을 갖는 복수의 밸런스 저항을 갖는다. 커패시터 뱅크와 방전 저항은 제1 스위치에 접속되어 있다. 제어부는 커패시터 뱅크의 전압과 차량의 이그니션 스위치를 조작하는 이그니션 키의 동작 상태를 검지하면서, 제1 스위치를 제어한다. 제어부는, 차량의 이그니션 스위치가 오프가 되면 커패시터 뱅크를 방전 저항에 접속하도록 제1 스위치를 제어한다.

Description

차량용 보조 전원과 그것을 이용한 차량용 충방전 장치{AUXILIARY ELECTRIC POWER SUPPLY FOR VEHICLE AND CHARGER/DISCHARGER FOR VEHICLE}

본 발명은 전기 2중층 콘덴서를 이용하여, 예를 들면 납축전지와 병용하여 충방전되도록 구성되고, 자동차에 탑재되는 차량용 보조 전원과 그것을 이용한 차량용 충방전 장치에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보호의 흐름을 이어받아, 특히 자동차의 기술 혁신은 현저하게 진행되고 있다. 이러한 기술의 일환으로서 이미 하이브리드 자동차가 시판되고 있다. 또, 자동차가 주행하고 있지 않은 경우에, 어느 일정한 조건이 갖추어지면 엔진을 일시적으로 정지시키고, 다시 자동적으로 재시동시키는 아이들링 스톱 기능을 갖는 자동차가 개발되어 시판되고 있다.

아이들링 스톱차의 엔진 재기동에는 대전류를 필요로 하므로, 차량용 전원의 전압이 일순간 저하하는 현상이 발생한다. 이러한 현상에 의해, 카 네비게이션 시스템과 같이 마이크로컴퓨터 제어 기능을 갖는 차재용 기기가 자동적으로 리셋되는 경우가 있다. 자동적으로 차재용 기기가 재기동했을 때, 유저는 재차 원하는 설정을 행하지 않으면 안 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 배터리나 전기 2중층 콘덴서를 이용한 백업 회로를 탑재하는 것이 제안되고, 이러한 자동차가 이미 시판 되고 있다.

전기 2중층 콘덴서는 이러한 기술을 지지하는 중요한 부품의 하나이다. 전기 2중층 콘덴서는 종래부터 이용되고 있는 납축전지(이하, 배터리라고 한다)와 병용하여 사용되는 것이 일반적이다. 전기 2중층 콘덴서를 충전하는 방법으로서 제동 에너지를 사용하는 것이, 예를 들면 일본 공개특허공보 평11-122709호 공보에 제안되어 있다.

한편, 일본 공개특허공보 평2-259276호 공보는, 전기 2중층 콘덴서를 배터리에 직렬 접속해, 이것으로 스타터를 구동하여 엔진을 시동시키고, 부하를 경감하여 배터리를 장수명화하는 것을 제안하고 있다.

그러나 종래의 엔진 시동 장치에서는, 차량 휴지시의 전기 2중층 콘덴서에는 차량 가동시에 충전된 전하가 그대로 남아 있다. 이 상태로 휴지 상태가 계속되면, 전기 2중층 콘덴서에 큰 부담이 가해져 수명 저하로 이어진다. 이러한 관점에서, 차량 휴지시에는 전기 2중층 콘덴서에 충전된 전하를 방전하는 것이 바람직하다. 한편, 아이들링 스톱 후의 재시동에는 약 12V의 전압으로 수십 A의 전류가 필요하다. 그 때문에, 상술한 바와 같이 전기 2중층 콘덴서를 방전하는 경우, 재시동을 빈번하게 행하면 납축전지에 큰 부담이 가해져 전기 2중층 콘덴서를 이용하는 효과가 손상되어, 결과적으로 납축전지의 수명이 대폭으로 저하한다.

또 복수의 전기 2중층 콘덴서를 직렬 접속하여 충전하는 방법으로서, 「밸런스 회로 방식」이 종래부터 채용되고 있다. 이 방법에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 동일한 저항값을 갖는 밸런스 저항 R101, R102, R103, …Rn을 각 전기 2중층 콘덴서 C101, C102, C103, …Cn에 병렬 접속하고 있다. 이에 따라, 각 전기 2중층 콘덴서의 바이어스 전압의 밸런스가 잡혀, 각 전기 2중층 콘덴서에는 거의 균등하게 전압이 인가된다.

이 밸런스 회로 방식에 있어서, 각 전기 2중층 콘덴서에는, 항상 각 밸런스 저항이 접속되어 있다. 이와 같이 전기 회로 전체가 폐루프를 구성하므로, 각 전기 2중층 콘덴서에 축적된 전기 에너지는 점차 방전에 의해 없어진다. 이 때문에 트랜지스터 등을 이용하여 밸런스 저항을 전기 2중층 콘덴서에 병렬 접속하거나, 혹은 분리하거나 하는 것이 필요하다. 그러나 밸런스 저항에 의한 방전을 완전히 방지하면, 상술한 바와 같이 전기 2중층 콘덴서에 큰 부담이 가해져 수명이 저하한다.

또, 자동차의 엔진이 정지하여 이그니션 전원이 오프(OFF) 되고, 액세서리 전원만 온(ON) 상태로, 카 네비게이션이나 텔레비전 등을 사용하는 경우, 이 동작 전류가 배터리에서 공급된다. 또한, 자동차가 완전히 정지하고 있는 상태에 있어서도, 문을 잠그거나 문을 열기 위한 원격 제어 장치의 수신부나 시계 등의 기기에는 암전류가 항상 흐르고 있다. 이러한 암전류는 모두 배터리에서 공급된다. 그 때문에 배터리의 전압은 서서히 저하한다. 이 배터리의 전압 저하분은 전기 2중층 콘덴서에 축적되어 있었던 전기 에너지로부터 보충된다. 그 때문에, 전기 2중층 콘덴서의 전압도 서서히 저하한다. 배터리와 전기 2중층 콘덴서의 양쪽의 전압이 저하해 버리면 엔진에 시동을 거는 것이 곤란해진다.

본 발명은 전기 2중층 콘덴서와 배터리의 부담을 경감하여 이것들을 장수명화함과 함께, 전기 2중층 콘덴서에 암전류에 의한 부담이 가해지기 어려운 차량용 보조 전원과 그것을 이용한 차량용 충방전 장치이다. 본 발명의 차량용 보조 전원은, 입출력단에 전기적으로 접속된 제1 스위치와 커패시터 뱅크와 방전 저항과 제어부를 갖는다. 커패시터 뱅크는 직렬 접속된 복수의 전기 2중층 콘덴서와, 각 전기 2중층 콘덴서에 병렬 접속되고, 각각이 실질적으로 동일한 저항값을 갖는 복수의 밸런스 저항을 갖는다. 커패시터 뱅크와 방전 저항은 제1 스위치에 접속되어 있다. 제어부는 커패시터 뱅크의 전압과 차량의 이그니션 스위치를 조작하는 이그니션 키의 동작 상태를 검지하면서, 제1 스위치를 제어한다. 제어부는, 차량의 이그니션 스위치가 OFF 되면 커패시터 뱅크를 방전 저항에 접속하도록 제1 스위치를 제어한다. 이와 같이 하여 제어부는 커패시터 뱅크를 방전시키고, 커패시터 뱅크의 전압을 전기 2중층 콘덴서의 수명 저하가 진행되지 않은 제1 전압까지 저하시킨다. 본 발명에 의한 차량용 보조 전원에서는, 제어부가 제1 스위치를 제어하여 전기 2중층 콘덴서의 충방전을 제어한다. 이에 따라 전기 2중층 콘덴서와 배터리의 부담이 경감되어 전기 2중층 콘덴서와 배터리가 장수명화한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 차량용 충방전 장치의 구성을, 회로도를 병용하여 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 차량용 충방전 장치의 구성을, 회로도를 병용하여 도시한 블록도이다.

도 3은 종래의 콘덴서 충전 회로를 도시한 회로도이다.

[부호의 설명]

1 : 엔진 2 : 발전기

3 : 스타터 모터 4 : 스타터 릴레이

5 : 배터리 6 : 백업 회로

7 : 커패시터 뱅크 8 : 제1 스위치

9 : 제2 스위치 10 : 제어부

11 : 방전 저항 12 : DC/DC 컨버터

(실시 형태 1)

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 차량용 충방전 장치의 구성을, 회로도를 병용하여 도시한 블록도이다. 본 실시 형태에 의한 차량용 충방전 장치는, 발전기(2)와, 배터리(5)와, 커패시터 뱅크(7)와 제1 스위치(8)와 제어부(10)로 구성된 차량용 보조 전원을 갖는다.

발전기(2)는 엔진(1)과 연동하여 구동된다. 스타터 모터(3)는 엔진(1)을 시동한다. 일반적으로 납축전지로 구성된 배터리(5)는, 스타터 릴레이(4)를 통해 스타터 모터(3)에 전력을 공급한다. 백업 회로(6)는 스타터 릴레이(4)를 통해 스타터 모터(3)에 비상시의 백업 에너지를 공급한다. 커패시터 뱅크(7)는 복수의 전기 2중층 콘덴서를 연결하여 구성되어 있다.

제1 스위치(8)는 커패시터 뱅크(7)의 입출력단에 전기적으로 접속되어 있다. 커패시터 뱅크(7)는 제1 스위치(8)를 통해 발전기(2), 스타터 릴레이(4), 배터리(5), 백업 회로(6)에 접속되어 있다. 제1 스위치(8)가 동작함으로써, 커패시터 뱅크(7)로부터의 접속이, 배터리(5)나 스타터 릴레이(4)에 연결되는 입출력단과, 방전 저항(11)으로 전환된다. 제1 스위치(8)는, 전환을 행하는 것이면 특별히 방식은 한정되지 않는다. 예를 들면, 메카니컬 스위치, 반도체 스위치 등을 이용할 수 있다.

커패시터 뱅크(7)는, C1∼C21로 나타내는 21개의 전기 2중층 콘덴서를 7개씩 직렬 접속하여 1유닛으로 하고, 이것을 3유닛 병렬 접속하여 구성되어 있다. 즉, C1∼C7, C8∼C14, C15∼C21로 나타내는 각 7개씩의 전기 2중층 콘덴서를 각각 직렬 접속하여 14V의 유닛이 구성되고, 이러한 직렬 유닛이 병렬 접속되어 있다. 혹은, C1, C8, C15와 같이 각 3개씩의 전기 2중층 콘덴서가 병렬 접속되어 병렬 유닛이 7개 구성되고, 이 7개의 병렬 유닛이 직렬 접속되어 있다.

전기 2중층 콘덴서 C1∼C21은, 예를 들면 이하와 같이 하여 구성되어 있다. 우선 두께 20∼50μm의 에칭된 알루미늄박에 외부 인출용의 리드선을 접속한다. 한편, 활성탄 분말과 소정의 결합제, 도전제를 혼합하여 조제한 혼합 분말과, 분산매를 이용하여 페이스트를 제작한다. 상기의 알루미늄박 상에 이 페이스트를 도포하여 도전층을 형성하고, 그 위에 활성탄을 주성분으로 한 활성탄소층을 형성한다. 이와 같이 하여 분극성 전극을 형성한다. 이와 같이 하여 제작한 한 쌍의 분극성 전극을, 세퍼레이터를 통해 대면하도록 감아 콘덴서 소자를 형성한다. 이 콘덴서 소자에 전해액을 함침시킨 후, 알루미늄 케이스에 삽입하고, 이 알루미늄 케이스의 개구부를 밀봉한다. 이와 같이 하여 전기 2중층 콘덴서 C1∼C21이 제작된다.

전기 2중층 콘덴서 C1∼C21의 내전압은, 그 전해액의 종류에 따라 정해진다. 이 내전압에 의해 전기 2중층 콘덴서의 정격 전압이 결정된다. 프로필렌 카보네이트 등의 비프로톤성 용매를 전해액에 이용한 경우, 1개의 전기 2중층 콘덴서의 정격 전압은 통상 2∼3V의 범위이다.

밸런스 저항 Z1∼Z35는 동일한 저항값을 갖고, 3개의 직렬 유닛이 병렬 접속된 7개의 전기 2중층 콘덴서에 각각 5개씩 병렬 접속되어 있다. 혹은, 3개씩의 전기 2중층 콘덴서가 병렬 접속된 각 병렬 유닛에 밸런스 저항이 5개씩 병렬 접속되어 있다. 또한, 밸런스 저항 Z1∼Z35의 종류는, 특별히 한정되지 않는다. 칩 타입이나 리드선 타입의 저항을 이용할 수 있다.

또 커패시터 뱅크(7)는 제2 스위치(9)를 포함한다. 제2 스위치(9)는 3유닛이 병렬 접속된 7개의 전기 2중층 콘덴서와, 이것에 병렬 접속된 5개의 밸런스 저항의 사이에 각각 설치되어 있다. 또한, 전기 2중층 콘덴서와 밸런스 저항의 사이에는 합계 7개의 스위치가 설치되어 있지만, 여기에서는 편의상, 모두 제2 스위치(9)라고 부르고, 이들 7개의 스위치는 연동한다. 제2 스위치(9)도 제1 스위치(8)와 동일하게 전환을 행하는 것이면 특별히 방식은 한정되지 않는다.

제어부(10)는 커패시터 뱅크(7)의 전압과, 차량용 보조 전원이 탑재된 차량의 이그니션 스위치를 조작하는 이그니션 키(모두 도시하지 않음)의 동작 상태를 검지하면서, 제1 스위치(8)와 제2 스위치(9)를 제어한다. 이에 따라, 제어부(10)는 커패시터 뱅크(7)의 충방전을 제어한다. 커패시터 뱅크(7)와 제1 스위치(8)와, 제어부(10)와, 방전 저항(11)은 차량용 보조 전원을 구성하고 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시 형태에 의한 차량용 충방전 장치의 작용을 설명한다. 우선, 배터리(5)에 충분한 전기량이 축적되어 있고 엔진(1)을 시동하는 경우에 대해서 설명한다. 도시하지 않은 이그니션 키를 돌려 스타터 릴레이(4)를 온(ON)으로 하고, 스타터 릴레이(4)가 도통 상태가 되면 배터리(5)에서 전력이 공급되어 스타터 모터(3)가 구동된다. 이에 따라 엔진(1)이 회전하여, 엔진(1)이 계속 가동된다. 또한, 엔진(1)의 시동시에 스타터 모터(3)를 구동시키기 위해서, 배터리(5)는 약 600A의 전류를 공급할 필요가 있다.

다음에, 엔진(1)이 가동 중에 행해지는 충전 동작에 대해서 설명한다. 발전기(2)는 엔진(1)의 회전에 연동하여 구동된다. 발전기(2)에서 발전된 전력은 배터리(5)에 충전됨과 동시에, 커패시터 뱅크(7)에도 충전된다. 또, 차량 주행시에 브레이크를 걸어 자동차를 정지시킬 때에 발생하는 제동 에너지는 최대 200A로 대단히 큰 에너지이다. 그 때문에, 배터리(5)로는 그 모두를 충전할 수 없다. 따라서 이 큰 제동 에너지의 대부분은 커패시터 뱅크(7)에 충전되어 회생된다.

커패시터 뱅크(7)에서는 전기 2중층 콘덴서의 각 병렬 유닛에는, 동일한 저항값을 갖는 밸런스 저항이 5개씩 병렬 접속되어 있다. 그 때문에, 커패시터 뱅크(7)가 충전될 때, 각 병렬 유닛에는 거의 균등하게 전압이 인가된다.

아이들링 스톱 후의 엔진(1)의 재기동시에는, 제1 스위치(8)가 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 직접 접속하고 있다. 그 때문에 상술한 바와 같이 하여 충전된 커패시터 뱅크(7)의 에너지가 스타터 모터(3)에 공급된다. 또 커패시터 뱅 크(7)의 에너지는 백업 회로(6)에 비상시의 백업 에너지로서 공급된다.

이와 같이 하여 커패시터 뱅크(7)를 사용하는 경우, 차량 휴지시에는 커패시터 뱅크(7)는 만충전 상태가 되어 있으면 충분한 전력을 공급할 수 있다. 그러나 이 상태로 휴지 상태가 계속되면 전기 2중층 콘덴서에 큰 부담이 가해져 수명이 저하한다. 그래서 제어부(10)는, 제1 스위치(8)를 제어하고, 커패시터 뱅크(7)를 방전 저항(11)에 접속하여 커패시터 뱅크(7)를 방전시키고, 각 전기 2중층 콘덴서를 방전하여 축전량을 저하하고, 커패시터 뱅크(7)의 전압을 소정의 제1 전압까지 낮춘다. 이 제1 전압이란, 전기 2중층 콘덴서의 수명 열화가 진행되지 않은 전압이고, 제1 전압까지 방전함으로써 전기 2중층 콘덴서의 수명 저하가 억제된다. 본 실시 형태에 있어서, 제어부(10)는, 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 정격 전압 2.5V의 60%인 1.5V로 저하할 때까지 제1 스위치(8)를 방전 저항(11)측에 접속한다. 즉, 제어부(10)는, 커패시터 뱅크(7)의 전압이 10.5V로 저하할 때까지 제1 스위치(8)를 방전 저항(11)측에 접속한다.

커패시터 뱅크(7)에서는 전기 2중층 콘덴서의 각 병렬 유닛에는, 동일한 저항값을 갖는 밸런스 저항이 5개씩 병렬 접속되어 있다. 그 때문에, 커패시터 뱅크(7)가 방전될 때, 각 병렬 유닛의 전압은 거의 균등하게 저하한다.

그리고 제어부(10)는, 커패시터 뱅크(7)의 전압이 제1 전압이 되면 제1 스위치(8)를 제어하고, 전기 2중층 콘덴서를 배터리(5)측에 접속한다(ON 상태). 즉, 제어부(10)는 커패시터 뱅크(7)의 전압이 10.5V가 되면 제1 스위치(8)를 제어하고, 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 연결되는 입출력단측에 접속한다.

또한 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 1.5V가 되고, 커패시터 뱅크(7)의 전압이 10.5V가 되어 있는 차량 휴지시에는 제1 스위치(8)는 중립 상태가 되는 것이 바람직하다. 즉, 제어부(10)는 제1 전압이 되면 커패시터 뱅크(7)에서 입출력단과 방전 저항(11)으로의 접속을 중단하도록 제1 스위치(8)를 제어하는 것이 바람직하다. 이 상태에서는, 차량 탑재 기기로의 암전류의 공급은 커패시터 뱅크(7)로부터 행해지지 않고, 배터리(5)로부터만 행해진다. 즉, 커패시터 뱅크(7)의 각 전기 2중층 콘덴서는 자기 방전 상태가 된다. 이 경우, 제어부(10)는 이그니션 키가 이그니션 스위치를 ON으로 하도록 동작된 것을 검지했을 때, 스타터 릴레이(4)가 도통 상태가 되기 전에 제1 스위치(8)를 제어한다. 그리고 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 연결되는 입출력단으로 접속한다.

또 제어부(10)는 제2 스위치(9)도 제어하는 것이 바람직하다. 이하, 제어부(10)가 제2 스위치(9)를 제어하는 경우의 동작을 제1 스위치(8)의 제어와 아울러 설명한다. 차량 가동 중은, 제1 스위치(8), 제2 스위치(9) 모두 ON 상태가 되어 있다. 제어부(10)는, 차량의 이그니션 스위치(도시하지 않음)의 온-오프(ON-OFF) 상태를 모니터하고 있다. 그리고 차량이 휴지되었을 때, 즉 유저가 이그니션 키를 돌려 이그니션 스위치가 OFF가 되면, 제어부(10)는 제1 스위치(8)를 제어해 커패시터 뱅크(7)를 방전 저항(11)에 접속하여 커패시터 뱅크(7)를 방전시킨다. 그리고 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 1.5V가 되고, 커패시터 뱅크(7)의 전압이 10.5V가 되었을 때, 제어부(10)는 제1 스위치(8)를 중립 상태로 한다. 그 후, 또는 동시에, 제어부(10)는 제2 스위치(9)를 OFF 상태로 한다. 이와 같이 제2 스위치(9) 는, 커패시터 뱅크(7)를 구성하는 복수의 전기 2중층 콘덴서의 각각의 전압 밸런스가 잡혀 있고, 또한, 차량의 이그니션 스위치가 OFF인 경우에 있어서만 제어된다.

차량이 휴지 상태에 들어갈 때, 제2 스위치(9)는 ON 상태인 채이다. 그리고 상술한 바와 같이 전기 2중층 콘덴서의 수명 열화가 진행되지 않도록 설정한 제1 전압인 1.5V가 될 때까지 만충전의 에너지를 재빨리 방전시킨다. 그리고 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 1.5V가 되어 제1 스위치(8)가 중립 상태가 되면 제2 스위치도 OFF가 되고, 각 전기 2중층 콘덴서는 자기 방전 상태가 된다.

이 경우, 제어부(10)는 이그니션 키의 동작을 검지하여, 스타터 릴레이(4)가 도통 상태가 되기 전에 제2 스위치(9)를 ON 상태로 한 후, 또는 동시에, 제1 스위치(8)를 ON으로 한다. 즉, 제어부(10)는 제2 스위치(9)를 제어하여 각 전기 2중층 콘덴서와 밸런스 저항을 접속하고, 그 후, 또는 동시에, 제1 스위치(8)를 제어하여 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 연결되는 입출력단으로 접속한다. 이러한 동작을 반복하여 행함으로써 커패시터 뱅크(7)를 구성하는 각 전기 2중층 콘덴서의 전압은, 제1 전압인 1.5V로 거의 유지된다.

이 외에, 제어부(10)는, 커패시터 뱅크(7)의 전압이 소정의 제2 전압이 되면 제1 스위치(8)를 제어하고, 전기 2중층 콘덴서를 배터리(5)측에 접속해도 된다. 이 제2 전압이란, 제1 전압보다 낮고, 엔진(1)을 시동시키기 위해서 필요한 최저한의 전압이다. 예를 들면, 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 정격 전압 2.5V의 24%인 0.6V를 임계값으로 한다. 즉, 제어부(10)는 커패시터 뱅크(7)의 전압이 4.2V가 되면 제1 스위치(8)를 제어하고, 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 연결되는 입출력단측에 접속한다.

또 제어부(10)는 제2 스위치(9)도 제어하는 것이 바람직하다. 이하, 제어부(10)가 제2 스위치(9)를 제어하는 경우의 동작을 제1 스위치(8)의 제어와 아울러 설명한다. 차량 가동 중은, 제1 스위치(8), 제2 스위치(9) 모두 ON 상태가 되어 있다. 제어부(10)는, 차량이 휴지되었을 때, 즉 유저가 이그니션 키를 돌려 이그니션 스위치가 OFF가 되면, 제어부(10)는 제1 스위치(8)를 제어하여 커패시터 뱅크(7)를 방전 저항(11)에 접속하고, 커패시터 뱅크(7)를 방전시킨다. 그리고 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 1.5V가 되고, 커패시터 뱅크(7)의 전압이 10.5V가 되었을 때, 제어부(10)는 제1 스위치(8)를 중립 상태로 한다. 그 후, 또는 동시에, 제어부(10)는 제2 스위치(9)를 OFF 상태로 한다.

그리고 전기 2중층 콘덴서 1셀당의 전압이 제2 전압인 0.6V까지 저하하면, 제어부(10)는 이것을 검지하고, 제2 스위치(9)를 ON 상태로 한 후, 또는 동시에 제1 스위치(8)를 ON으로 하여 배터리(5)로부터 전기 2중층 콘덴서가 소정의 전압인 1.5V 이상이 될 때까지 충전한다. 이러한 동작을 반복하여 행함으로써 커패시터 뱅크(7)를 구성하는 각 전기 2중층 콘덴서의 전압은, 제1 전압인 1.5V와 제2 전압 인 0.6V의 사이로 유지된다.

이상과 같이 제어부(10)가 제1 스위치(8), 제2 스위치(9)를 제어하므로, 각 전기 2중층 콘덴서에는 큰 부담이 가해지지 않는다. 그 때문에, 수명의 저하가 억제된다. 또, 차량 기동시에 배터리 전압이 저하했을 때에도, 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 직렬 접속함으로써 전기 2중층 콘덴서의 에너지를 공급할 수 있다. 그 때문에, 차량용 충방전 장치로서의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태에 의한 차량용 보조 전원에서는, 커패시터 뱅크(7)에 제2 스위치를 설치함과 함께, 커패시터 뱅크(7)의 입출력단에 제1 스위치(8)를 설치하고, 제어부(10)가 각 전기 2중층 콘덴서의 충방전을 제어한다. 이 구성에 의해, 커패시터 뱅크(7)를 구성하는 전기 2중층 콘덴서와 배터리(5)의 부담이 경감된다. 이에 따라, 전기 2중층 콘덴서와 배터리(5)가 장수명화한다. 또 전기 2중층 콘덴서에 암전류에 의한 부담이 가해지기 어려우므로, 엔진(1)의 시동 신뢰성이 향상된다.

또, 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 직접 접속하여 스타터 모터(3)를 구동할 때에 전압을 2배로 높일 수 있다. 그 때문에 배터리(5)에 축적된 전기량이 적은 경우에도 확실하게 엔진(1)을 시동할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 커패시터 뱅크(7)는, 7개의 전기 2중층 콘덴서를 직렬 접속하여 14V로 한 것을 1유닛으로 하고, 이것을 3유닛 병렬 접속한, 이른바 7직렬 3병렬의 구성을 예로 하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 용도에 따라 그 구성을 변경해도 동일한 효과가 얻어진다. 또, 동일하게 커패시터 뱅크(7)를 구성하는 밸런스 저항에 대해서도, 용도에 따라 그 구성을 변경해도 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 전기 2중층 콘덴서의 수명 열화가 진행되지 않은 전압인 제1 전압으로서, 소정의 전압을 정격 전압의 60%로 하여 설명하였다. 또 엔진(1)을 시동시키기 위해서 필요한 최저한의 전압인 제2 전압으로서, 소정의 전압을 정격 전압의 24%로 하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 이 전압 설정에 한정되지 않는다.

(실시 형태 2)

도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 차량용 충방전 장치의 구성을, 회로도를 병용하여 도시한 블록도이다. 본 실시 형태가 실시 형태 1과 다른 점은, 스타터 릴레이(4)와 스위치(8)의 사이에 DC/DC 컨버터(12)가 설치되어 있는 점이다. 즉, DC/DC 컨버터(12)는 커패시터 뱅크(7)의 입출력단과 제1 스위치(8)의 사이에 설치되어, 출력 전압을 승압시킨다. 이 이외의 기본 구성은 도 1과 동일한 구성이므로 실시 형태 1과 동일한 구성을 이루는 것에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.

엔진(1)의 회전에 연동하여 구동되는 발전기(2)로부터의 전력은, 배터리(5)에 충전됨과 함께, DC/DC 컨버터(12)를 통해 커패시터 뱅크(7)에도 충전이 행해진다. 그리고 커패시터 뱅크(7)에 축적된 전력을 이용하여 스타터 모터(3)를 구동할 때에는 DC/DC 컨버터(12)에 의해 전기 2중층 콘덴서의 전압을 승압하여 공급할 수 있다. 그 때문에, 스타터 모터(3)에는 배터리(5)의 전압과, 승압된 전기 2중층 콘덴서의 전압이 인가된다. 이에 따라, 보다 확실하게 엔진(1)을 시동할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 동일하게 각 전기 2중층 콘덴서에 큰 부담이 가해지지 않으므로, 전기 2중층 콘덴서의 수명 저하가 억제된다. 또, 차량 기동시에 배터리(5)의 전압이 저하했을 때에도, 커패시터 뱅크(7)를 배터리(5)에 직접 접속함으로써 전기 2중층 콘덴서의 에너지를 공급할 수 있다. 또한 DC/DC 컨버터(12)에 의해 전기 2중층 콘덴서의 전압을 승압함으로써, 보다 확실하게 엔진(1)을 시동할 수 있다.

본 발명에 의한 차량용 보조 전원에서는, 전기 2중층 콘덴서 및 배터리의 부담이 경감되고, 이것들을 장수명화할 수 있다. 또 전기 2중층 콘덴서에 암전류에 의한 부담이 가해지기 어렵다. 이 차량용 보조 전원을 적용한 본 발명의 차량용 충방전 장치는, 하이브리드 자동차나 아이들링 스톱 기능을 갖는 자동차용 등으로서 유용하다.

Claims

차량용 보조 전원으로서,

입출력단에 전기적으로 접속된 제1 스위치와,

직렬 접속된 복수의 전기 2중층 콘덴서와,

각 전기 2중층 콘덴서에 병렬 접속되고, 각각이 실질적으로 동일한 저항값을 갖는 복수의 밸런스 저항을 갖고, 상기 제1 스위치에 접속된 커패시터 뱅크와,

상기 제1 스위치에 접속된 방전 저항과,

상기 커패시터 뱅크의 전압과, 상기 차량용 보조 전원이 탑재된 차량의 이그니션 스위치를 조작하는 이그니션 키의 동작 상태를 검지하면서, 상기 제1 스위치를 제어하는 제어부를 구비하고,

상기 제어부는, 상기 차량의 이그니션 스위치가 오프가 되면 상기 커패시터 뱅크를 상기 방전 저항에 접속하도록 상기 제1 스위치를 제어하여 상기 커패시터 뱅크를 방전시키고, 상기 커패시터 뱅크의 전압을 상기 전기 2중층 콘덴서의 수명 저하가 억제되는 제1 전압까지 저하시키는, 차량용 보조 전원.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는, 상기 커패시터 뱅크의 전압이 상기 제1 전압이 되면 상기 커패시터 뱅크를 상기 입출력단에 접속하도록 상기 제1 스위치를 제어하는 차량용 보조 전원.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는, 상기 커패시터 뱅크의 전압이 상기 제1 전압이 되면 상기 커패시터 뱅크에서 상기 입출력단과 상기 방전 저항으로의 접속을 중단하도록 상기 제1 스위치를 제어하고,

상기 이그니션 키가 이그니션 스위치를 온으로 하도록 동작되었을 때 상기 커패시터 뱅크를 상기 입출력단에 접속하도록 상기 제1 스위치를 제어하는, 차량용 보조 전원.
청구항 3에 있어서,

상기 커패시터 뱅크는, 각각의 전기 2중층 콘덴서와 밸런스 저항 사이에 설치된 제2 스위치를 더 갖고,

상기 제어부는, 상기 제1 스위치가 상기 커패시터 뱅크에서 상기 입출력단으로의 접속을 중단한 직후 또는 동시에, 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 각 전기 2중층 콘덴서와 상기 각 밸런스 저항의 접속을 중단하고, 상기 제1 스위치가 상기 커패시터 뱅크를 상기 입출력단에 접속하기 직전 또는 동시에, 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 각 전기 2중층 콘덴서와 상기 각 밸런스 저항을 접속하는, 차량용 보조 전원.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는, 상기 커패시터 뱅크의 전압이 상기 제1 전압이 되면 상기 커패시터 뱅크에서 상기 입출력단과 상기 방전 저항으로의 접속을 중단하도록 상기 제1 스위치를 제어하고,

상기 커패시터 뱅크의 전압이 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압이 되면 상기 커패시터 뱅크를 상기 입출력단에 접속하도록 상기 제1 스위치를 제어하는, 차량용 보조 전원.
청구항 5에 있어서,

상기 커패시터 뱅크는, 각각의 전기 2중층 콘덴서와 밸런스 저항 사이에 설치된 제2 스위치를 더 갖고,

상기 제어부는, 상기 제1 스위치가 상기 커패시터 뱅크에서 상기 입출력단으로의 접속을 중단한 직후 또는 동시에, 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 각 전기 2중층 콘덴서와 상기 각 밸런스 저항의 접속을 중단하고, 상기 제1 스위치가 상기 커패시터 뱅크를 상기 입출력단에 접속하기 직전에 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 각 전기 2중층 콘덴서와 상기 각 밸런스 저항을 접속하는, 차량용 보조 전원.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 스위치와 상기 입출력단 사이에 접속된 DC/DC 컨버터를 더 구비한 차량용 보조 전원.
청구항 1에 기재된 차량용 보조 전원과,

상기 차량용 보조 전원의 상기 입출력단에 전기적으로 접속된 배터리와,

상기 차량용 보조 전원의 상기 입출력단과 상기 배터리에 전기적으로 접속된 발전기를 구비한 차량용 충방전 장치.