JPH09247850A - 電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置 - Google Patents

電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置

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JPH09247850A
JPH09247850A JP8056426A JP5642696A JPH09247850A JP H09247850 A JPH09247850 A JP H09247850A JP 8056426 A JP8056426 A JP 8056426A JP 5642696 A JP5642696 A JP 5642696A JP H09247850 A JPH09247850 A JP H09247850A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両用電源装置の小型軽量化及び長寿命化を
達成することのできる簡単な構成の電気二重層コンデン
サを用いた車両用電源装置を得ること。 【解決手段】 車載発電機により充電され、車両に搭載
された種々の電気的負荷に対し電流供給を行う車両用電
源装置として、電気二重層コンデンサ１０を電気的負荷
に対し電流供給可能に接続し、この電気二重層コンデン
サ１０の自己放電電流分の電流を補充充電するためのみ
に鉛蓄電池１２を設けた。これにより、車両用電源装置
の重量及び容積の低減と繰返し充放電による長寿命化が
達成され、燃費の改善並びに省スペース化に基づくエン
ジンルームの効率的な活用が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサを用いた車両用電源装置、特に車両に搭載された各
種電気的負荷に対し主として電気二重層コンデンサから
電流供給を行う車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気二重層コンデンサは、急速充電や繰
返し充放電が可能で寿命が長いという特質を有してお
り、このような電気二重層コンデンサによる大電流の供
給も可能となっている。そして、このような電気二重層
コンデンサを用いて車両用の電源装置を構成する提案が
種々なされている。
【０００３】図５及び図６にはそのような電気二重層コ
ンデンサを用いた電源装置の例が示されている。図５
は、電気二重層コンデンサ１０と鉛蓄電池１２とを並列
に接続した例であり、すなわち、エンジンの運転動作に
基づいて発電されるオルタネータ１４の出力端子にそれ
ぞれの正極端子が接続されている。そして、これら電気
二重層コンデンサ１０及び鉛蓄電池１２から各種の電気
的負荷に電流供給が行われている。
【０００４】図６は、鉛蓄電池１２を搭載することなく
電気二重層コンデンサ１０のみで電気的負荷に給電する
電源装置が示されている。
【０００５】このような電気二重層コンデンサ１０は、
化学反応を伴う電池に対して化学反応を伴わない電池と
して開発されたものであり、このような代替電源として
は車両用に応用される以前から各種産業分野で用いられ
てきたものである。そして、上記図５に示したような鉛
蓄電池１２との併用システムでは、鉛蓄電池１２の負担
を軽減し、システム全体の軽量化や鉛蓄電池１２の長寿
命化を図ることが目的とされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
５に示した両者併用の電源システムを実用化しようとす
る場合、鉛蓄電池１２と電気二重層コンデンサ１０とが
それぞれ有する内部抵抗の大小に起因する電流分担の問
題が発生する。鉛蓄電池１２の負担を小さくするために
は、鉛蓄電池１２の内部抵抗を相対的に増大させるかあ
るいは電気二重層コンデンサ１０の内部抵抗を相対的に
小さくする必要があり、その内部抵抗調整により鉛蓄電
池１２の負担の軽減は可能である。
【０００７】しかしながら、現実的には鉛蓄電池１２の
内部抵抗を調整する自由度は限られている。また、電気
二重層コンデンサ１０を付加設置した分だけ鉛蓄電池１
２の容量は軽減可能であるが、エンジン始動時のスター
ター駆動に必要なロックアップ電流などの大電流供給状
態では、鉛蓄電池１２の放電電流が１Ｃを下回るように
することは困難である。従って、そのような大電流供給
時における相応の負担が鉛蓄電池１２に発生することは
避けられなかった。
【０００８】また、小さい容量の鉛蓄電池１２は、大き
い容量の鉛蓄電池より内部抵抗は大きなものとなる。そ
して、鉛蓄電池１２の容量を小さくすると並列に接続さ
れた電気二重層コンデンサ１０に対する分担電流は相対
的に小さくなるが、その容量を小さくした分取り出せる
放電電流も少ないので、電流消費による鉛蓄電池１２の
放電状態は相対的により深いものとなり、その寿命が低
下することになる。
【０００９】このような寿命の短縮を避けるためには、
負荷に見合った容量の鉛蓄電池１２が必要であり、従っ
てそのままでは電源装置全体の重量の軽減は図ることが
できない。また、電気二重層コンデンサ１０の設置によ
り鉛蓄電池１２の電流供給負担も軽減されるとはいえ、
上述のように大電流供給時には負担割合も大きく、その
長寿命化の効果も期待することはできない。
【００１０】また、図６に示したような電気二重層コン
デンサ１０のみで構成した場合、電気二重層コンデンサ
１０に内存する基本的な特性としての自己放電性と低エ
ネルギー密度性とが問題となる。例えば、電気二重層コ
ンデンサ１０に対し充電を行わず長期間放置した場合、
電流供給は行わない場合でもその自己放電性が高いため
にバッテリ上りの状態となる度合は既存の鉛蓄電池を用
いたシステムより高くなる。
【００１１】また、電気二重層コンデンサ１０は、重量
比パワー密度あるいは容積比パワー密度は鉛蓄電池より
も大きいが、エネルギー密度は鉛蓄電池の数十分の１以
下と小さい。従って、僅かの自己放電電流が生じた場合
にも端子電圧低下割合は鉛蓄電池に比較して著しく大き
いものとなる。従って、図６のような電気二重層コンデ
ンサ１０のみを用いた電源装置では、端子電圧低下に基
づく種々の問題が発生するおそれがある。
【００１２】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、その目的は車両用電源装置の小型軽量化及び長寿命
化を達成することのできる簡単な構成の電気二重層コン
デンサを用いた車両用電源装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】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によれば、電気二
重層コンデンサを主体として、搭載された種々の電気的
負荷に電流供給を行うことによって大電流の供給を賄う
ことができ、かつ繰返し充放電可能で長寿命化も達成さ
れる。そして、電気二重層コンデンサの自己放電性に対
してはその電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電
流のみを補充するため専用に鉛蓄電池が設けられている
ので、その自己放電し易い特性を補完することが可能と
なっている。
【００１４】そして、この自己放電補充用の鉛蓄電池
は、電気二重層コンデンサの自己放電電流の補充のみに
用いられるため、請求項２に記載したように小容量の蓄
電池で構成することが可能である。従って、容積の小さ
い電気二重層コンデンサ及び小容量の鉛蓄電池によって
電源装置全体の軽量化及び小容積化が達成される。
【００１５】また、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によれば、電気二重層コンデ
ンサの正極端子と電気的負荷との接続ラインと鉛蓄電池
の正極側端子との接続ラインに自己放電補充用抵抗を設
置するという簡単な構成によって電気二重層コンデンサ
の自己放電電流分のみを補充するという鉛蓄電池の機能
を達成している。
【００１６】そして、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のように、自己放電補充用
抵抗の抵抗値は、鉛蓄電池から電気二重層コンデンサの
自己放電分を補充するために必要かつ十分な電流供給を
行うための抵抗値に設定されている。
【００１７】次に、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、前記電流供給ライ
ンと電気二重層コンデンサとの間には、自己放電補充用
抵抗と鉛蓄電池充電用抵抗及びそれに直列に接続された
鉛蓄電池側へ順方向のダイオードとが並列に接続されて
いる。また、鉛蓄電池充電用抵抗の抵抗値は自己放電補
充用抵抗のそれよりも小さい値に設定されている。
【００１８】従って、自己放電補充用の抵抗の抵抗値に
よっては発生の可能性のあった車載発電機による鉛蓄電
池の充電が不十分となる状態が解消される。すなわち、
このように自己放電補充用抵抗と並列に上記条件の充電
用抵抗（小さい抵抗値）及びダイオードを接続すること
により十分な充電、すなわちその放電電流より大きい充
電電流を確保することが可能となっている。
【００１９】また、請求項６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によれば、上記電気二重層
コンデンサと鉛蓄電池とが１つのケーシング内に一体化
されて構成されているので、電源装置全体をコンパクト
なものとすることができ、省スペース化及び設置の容易
化が達成される。このような一体化は、鉛蓄電池からの
充放電電流が小さいことからその配線上の自由度が高く
なったことに基づいている。すなわち、電気二重層コン
デンサとその自己放電補充用鉛蓄電池とを離れた場所に
設置すること或いは本項発明のように一体化することが
可能となっている。
【００２０】
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面
に基づいて詳細に説明する。
【００２１】図１は、第１の実施の形態の概略回路構成
を示しており、上記従来例と同様の要素には同一の符号
を付している。図示のように、各種電気的負荷に対する
電流供給は基本的に電気二重層コンデンサ１０が行うよ
うに回路構成されている。
【００２２】すなわち、電気二重層コンデンサ１０の正
極側端子と電気的負荷との接続ラインである電流供給ラ
イン１１と鉛蓄電池（以下「Ｐｂバッテリ」という）１
２の正極側端子とは抵抗Ｒ１を介して直列接続されてい
る。この回路構成により、Ｐｂバッテリ１２は電気二重
層コンデンサ１０の自己放電電流を補うための自己放電
補充用バッテリの性格を有するものとなっている。
【００２３】この回路では、オルタネータ１４により発
電された電力は、電気二重層コンデンサ１０に蓄電さ
れ、その余剰分は電気的負荷に供給されている。抵抗Ｒ
１の抵抗値は、少なくとも電気二重層コンデンサ１０の
自己放電電流を賄うためだけの電流をＰｂバッテリ１２
から供給し得る抵抗値に設定される。
【００２４】これは、図３に示したように、電気二重層
コンデンサ１０及びＰｂバッテリ１２の自己放電特性が
異なることに基づいてなされた基本構成によるものであ
る。すなわち、図示のように電気二重層コンデンサ１０
の時間当りの自己放電を示す実線ライン１００は、Ｐｂ
バッテリ１２の時間当りの自己放電を示す破線ライン２
００よりも下降度合が大きいことから理解される。従っ
て、同じくオルタネータ１４によって充電されたＰｂバ
ッテリ１２から電気二重層コンデンサ１０への補充充電
が可能となっており、これにより電気二重層コンデンサ
１０の自己放電による種々の弊害の発生を防止してい
る。
【００２５】すなわち、長期間放置したような場合、電
気二重層コンデンサ１０の電圧低下によりスタータに動
作不良が生じ、これによりエンジン始動不良の発生が予
想され、あるいは各種電気的負荷の電圧低下により電子
制御ユニット（ＥＣＵ）などの動作に支障が生じるおそ
れもある。従って、抵抗Ｒ１を介して電気二重層コンデ
ンサ１０の自己放電による電圧低下分をＰｂバッテリ１
２により補充充電することにより電気二重層コンデンサ
１０の自己放電による電圧低下の弊害は防止される。
【００２６】例えば、電気二重層コンデンサ１０の容量
が１ＡｈでＰｂバッテリ１２の容量が６Ａｈ相当であれ
ば、電気二重層コンデンサ１０の電圧低下は殆どＰｂバ
ッテリ１２の電圧低下と同一視でき、長期間放置した場
合でも始動不良などの恐れがなくなり、従来のＰｂバッ
テリ１２の代替バッテリとしての作用を十分に奏するこ
とができる。
【００２７】ここで、Ｐｂバッテリ１２は、電気二重層
コンデンサ１０の自己放電電流分の補充専用であり、従
ってその容量はその作用のために必要かつ十分な小さい
容量のもので足りる。
【００２８】次に、図２に基づいて他の実施の形態につ
いて説明する。本実施の形態では、図示のように上述の
抵抗Ｒ１に並列にＰｂバッテリ１２の充電用の抵抗Ｒ２
及びダイオード１６を上記抵抗Ｒ２に直列に接続してい
る。すなわち、電流供給ライン１１側に抵抗Ｒ２を接続
し、その抵抗２の一方の端子をダイオード１６のアノー
ド端子に接続し、ダイオード１６のカソード端子がＰｂ
バッテリ１２の正極端子に接続されている。この実施の
形態は、Ｐｂバッテリ１２への充電をより短時間で確実
に行うことを考慮して構成されたものであり、図１の例
ではオルタネータ１４からＰｂバッテリ１２への充電が
抵抗Ｒ１を介して行われるため、その充電時間が長くな
り、オルタネータの運転時間が短い場合には十分な充電
が行われないこともあり得ることを考慮したものであ
る。
【００２９】従って、エンジンの動作中にオルタネータ
１４による充電を迅速に行うために、抵抗Ｒ１よりも小
さい抵抗値を持つ充電用抵抗Ｒ２を並列に接続してい
る。ここで、Ｐｂバッテリ１２が放電状態にある場合、
オルタネータ１４から大電流が流れると抵抗Ｒ２やダイ
オード１６からの発熱が大きくなり、冷却のための部材
が必要になる。また定格容量の大きいダイオードを用い
るのはコストアップの要因となるので、小型軽量化を実
行するためには、充電用抵抗Ｒ２は１Ａ以下とすること
が望ましい。但し、冷却が容易であれば、充電電流を大
きくとることも可能であり、この充電用抵抗Ｒ２を取り
外しダイオード１６のみを設置することも可能である。
【００３０】また、このダイオード１６は、Ｐｂバッテ
リ１２の長寿命化にも貢献している。すなわち、Ｐｂバ
ッテリ１２のような化学反応を伴う蓄電池の長寿命化の
ためにはその充電状態はフロート充電状態としておくこ
とが望ましい。従って、可能な限り大容量の電気的負荷
の影響を受けることがないようにダイオード１６はＰｂ
バッテリ１２からの放電を制限し、電気二重層コンデン
サ１０側の電圧変動の影響を遮断するように機能し、長
寿命化を図っている。
【００３１】また、電気二重層コンデンサ１０の内部抵
抗はＰｂバッテリ１２の内部抵抗よりも小さくすること
ができ、例えば従来の５０Ａｈの容量のＰｂバッテリを
搭載している車において、その電源装置システムを本実
施の形態の構成で実現しようとすると従来のＰｂバッテ
リが有するパワー相当の電気二重層コンデンサ１０と原
動機付き２輪車に車載されている程度の６Ａｈ相当のＰ
ｂバッテリ１２を組み合わせることによってその構築が
可能である。
【００３２】このように、従来の車載バッテリであるＰ
ｂバッテリに比較して数倍以上のパワー密度を持つ電気
二重層コンデンサと軽量小型のＰｂバッテリを組み合わ
せることにより、Ｐｂバッテリの代替のための実用的な
システム構成が達成される。
【００３３】このような構成では、Ｐｂバッテリ１２か
らの充放電電流が小さいために、その配線上の自由度が
高くなっている。従って、電気二重層コンデンサ１０と
その自己放電補充用のＰｂバッテリ１２とは互いに離れ
た場所に設置することも可能であり、逆に図４に示した
ように互いに一体化した構成とすることも可能である。
【００３４】すなわち、図示のように、直列接続された
複数のセル１３からなる電気二重層コンデンサ１０とこ
れに並列に接続されたＰｂバッテリ１２とがコンパント
な１つのケーシング１８内に収められて構成されてい
る。本実施の形態では、電気二重層コンデンサ１０はそ
れぞれ２．５Ｖの電圧を出力する６個のセル１３から成
り、これとＰｂバッテリ１２とが接続されている。この
ような一体化構成により、電源装置の設置箇所のスペー
スの合理化及び装着作業の容易化が効果的に達成され
る。
【００３５】上記各実施例によれば、極めて簡単な構成
によって電気二重層コンデンサ１０の良好な特性を生か
し、かつその欠点を良好に補完した電源装置が達成され
る。
【００３６】
【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、車
両用電源装置の重量の低減と繰返し充放電による長寿命
化が達成され、また主たる電力供給源である電気二重層
コンデンサを鉛蓄電池により補充充電することにより長
期放置による始動不良等が有効に解消される。これによ
り、重量軽量化に基づく燃費の改善並びに省スペース化
に基づくエンジンルームの効率的な活用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略回路構成
図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す概略回路構成
図である。
【図３】電気二重層コンデンサと鉛蓄電池の経時的放電
状態を示すグラフ図である。
【図４】電気二重層コンデンサとＰｂバッテリとを一体
化した電源装置の構成説明図である。
【図５】従来の電気二重層コンデンサを用いた車両用電
源装置の構成例説明図である。
【図６】従来の電気二重層コンデンサを用いた車両用電
源装置の構成例説明図である。
【符号の説明】
１０ 電気二重層コンデンサ １２ 鉛蓄電池（Ｐｂバッテリ） １８ ケーシング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０３ Ｈ０２Ｊ 7/14 Ａ 7/14 Ｈ０１Ｍ 16/00 // Ｈ０１Ｍ 16/00 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｚ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車載発電機により充電され車両に搭載さ
    れた種々の電気的負荷に対し電流供給を行う電気二重層
    コンデンサを用いた車両用電源装置において、 前記電気的負荷に対し電流供給可能に接続された電気二
    重層コンデンサと、 該電気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流を補充
    充電するためのみに設けられた鉛蓄電池と、 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。
  2. 【請求項２】 前記補充充電専用の鉛蓄電池は、前記電
    気二重層コンデンサの自己放電電流分の電流補充に必要
    かつ十分な小容量の蓄電池で構成したことを特徴とする
    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。
  3. 【請求項３】 前記鉛蓄電池は、前記電気二重層コンデ
    ンサの正極側端子と前記電気的負荷との接続ラインであ
    る電流供給ラインに自己放電補充用抵抗を介してその正
    極側端子が接続されたことを特徴とする請求項１又は２
    の何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。
  4. 【請求項４】 前記自己放電補充用抵抗の抵抗値は、前
    記鉛蓄電池から前記電気二重層コンデンサの自己放電電
    流分の電流が補充されるに必要かつ十分な電流供給が行
    われる抵抗値に設定された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。
  5. 【請求項５】 前記電流供給ラインと前記鉛蓄電池の正
    極端子との間に、前記自己放電補充用抵抗に対して並列
    に該自己放電補充用抵抗より小さい抵抗値の鉛蓄電池充
    電用抵抗及びこれと直列接続された前記鉛蓄電池側へ順
    方向のダイオードを接続したことを特徴とする請求項３
    又は４の何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。
  6. 【請求項６】 前記電気二重層コンデンサと前記鉛蓄電
    池は共通のケーシング内に装填され電源装置として一体
    化されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
    載の電気二重層コンデンサを用いた車両用電源装置。
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