JP2018050355A - 車載用非常電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間にわたっての車載用非常電源装置の動作を可能とすることを目的とする。【解決手段】車載用非常電源装置８は、充電部９と、充電部９へ接続された第１蓄電部１０と、第２蓄電部１１と、第１蓄電部に接続された第１放電回路２１と、第２蓄電部１１に接続された第２放電回路２５とを有する放電部１２と、制御部１３と、を含む。制御部１３は、充電部９での入力電圧正常時には、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１を充電部９によって充電させ、入力電圧異常時には、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１から放電部１２によって放電させ、入力異常時において、放電部１２から電力閾値以下の電力の出力が必要な小電力モードでは、第１放電回路２１を起動させて出力させ、放電部１２から電力閾値よりも大きな電力の出力が必要な大電力モードでは、制御部１３は、第２放電回路２５を起動させて電力を出力させる。【選択図】図１

Description

本発明は、各種車両に使用される車載用非常電源装置に関するものである。

以下、従来の車載用非常電源装置について図面を用いて説明する。図５は従来の車載用非常電源装置の構成を示した回路ブロック図であり、車載用非常電源装置１は通常電力路線２へ並列に接続配置されたうえで、車両用バッテリー３および負荷４に接続されていた。

車載用非常電源装置１では、車両用バッテリー３から供給される電力を用いて充電回路５が動作して蓄電素子６を充電していた。そして、放電回路７は蓄電素子６に蓄えられた電力を必要に応じて負荷４へと出力していた。

放電回路７は負荷４に応じて出力電力を変動させることが可能であり、例えば、車両用バッテリー３や通常電力路線２に異常が生じ、車載用非常電源装置１が負荷４に対して小さな電力を供給する場合、放電回路７は蓄電素子６に残留する電荷が少なくなるまで、所望の電力を負荷４へと供給することが可能であった。言い換えると、小さな電力を負荷４へ供給する場合には、放電回路７は効率よく蓄電素子６のエネルギーを消費することが可能であった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

国際公開第２０１３／１２５１７０号

しかしながら、従来の車載用非常電源装置１では、何らかの異常発生により車両用バッテリー３からの電力を失い、車載用非常電源装置１が負荷４に対して比較的大きな電力供給を必要とする場合、蓄電素子６に電荷が残っていても、所定の残留電荷以上の値でなければ放電回路７は負荷４へ所望の電力を供給することが不可能であった。言い換えると、大きな電力を負荷４へ供給する場合には、放電回路７は効率よく蓄電素子６のエネルギーを消費することが容易ではなかった。

この結果、従来の車載用非常電源装置１では、特に車載用非常電源装置１が既に幾分かの動作を行い、蓄電素子６の電力の一部を消費した後では、車載用非常電源装置１が負荷４に対して所望の電力を供給することに大きな制約が生じる、つまり車載用非常電源装置１は大きな電力を負荷４へ供給できなくなるおそれがあるという課題を有するものであった。

そこで本発明は、車載用非常電源装置に蓄えられたエネルギーを出力電力にかかわらず効率よく消費し、長時間にわたっての車載用非常電源装置の動作を可能とすることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、入力部と、前記入力部に接続された充電回路と、前記充電回路に接続された第１整流回路および第２整流回路と、前記第１整流回路を介して前記充電回路へ接続された第１充電出力部と、前記第２整流回路を介して前記充電回路へ接続された第２充電出力部と、を有する充電部と、前記第１充電出力部に接続された第１蓄電部と、前記第２充電出力部に接続された第２蓄電部と、前記第１蓄電部に接続された第１放電入力部と、前記第１放電入力部に接続された第１放電回路と、前記第１放電回路に接続された第１出力部と、前記第２蓄電部に接続された第２放電入力部と、前記第２放電入力部に接続された遮断回路と、前記遮断回路に接続された第２放電回路と、前記第２放電回路に接続された第２出力部と、を有する放電部と、前記充電部と前記放電部とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記入力部で検出された電圧に応じて前記充電部および前記放電部を制御し、前記入力部で検出された電圧が異常判定値よりも高い入力正常時には、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部を前記充電部によって充電させ、前記入力部で検出された電圧が前記異常判定値以下となった入力異常時には、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部から前記放電部によって放電させ、前記入力異常時において、前記放電部から電力閾値以下の電力の出力が必要な小電力モードでは、前記制御部は前記遮断回路を遮断させるとともに、前記第１放電回路を起動させて前記第１出力部へ電力を出力させ、前記放電部から電力閾値よりも大きな電力の出力が必要な大電力モードでは、前記制御部は前記遮断回路を接続させるとともに、前記第２放電回路を起動させて前記第２出力部へ電力を出力させる、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、第１蓄電部に蓄えられた電力を放電する第１放電回路と、第２蓄電部に蓄えられた電力を放電する第２放電回路とが個別の放電経路として設けられている。そのため、入力部で電圧の低下異常が検出されたときには、それぞれの放電経路が小電力対応もしくは大電力対応として個別に動作する。

したがって、一方の蓄電部に残されたエネルギーが他方の放電経路の動作に影響を及ぼすことはない。このため、第１蓄電部および第２蓄電部はそれぞれ、第１放電回路および第２放電回路による放電が可能な水準まで電力を放電することが可能となる。

この結果、車載用電源装置は、入力部で電圧の低下異常が検出された際に、車載用非常電源装置の蓄電部に蓄えられた電力を出力電力の大小にかかわらず効率よく消費し、長時間にわたっての車載用非常用電源装置の動作を可能とすることができる。

図１は本発明の実施の形態における車載用非常電源装置の構成を示す回路ブロック図 図２は本発明の実施の形態における車載用非常電源装置を搭載した車両の構成を示す回路ブロック図 図３は本発明の実施の形態における車載用非常電源装置の動作タイミングチャート 図４は本発明の実施の形態における車載用非常電源装置の他の構成を示す回路ブロック図 図５は従来の車載用非常電源装置の構成を示した回路ブロック図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における車載用非常電源装置の構成を示す回路ブロック図で
ある。車載用非常電源装置８は、充電部９と、第１蓄電部１０と、第２蓄電部１１と、放電部１２と、制御部１３と、を含む。

充電部９は、入力部１４と、入力部１４に接続された充電回路１５と、充電回路１５に接続された第１整流回路１６および第２整流回路１７と、第１整流回路１６を介して充電回路１５へ接続された第１充電出力部１８と、第２整流回路１７を介して充電回路１５へ接続された第２充電出力部１９と、を有する。

第１蓄電部１０は第１充電出力部１８に接続されている。また、第２蓄電部１１は第２充電出力部１９に接続されている。

放電部１２は、第１蓄電部１０に接続された第１放電入力部２０と、第１放電入力部２０に接続された第１放電回路２１と、第１放電回路２１に接続された第１出力部２２と、を有する。さらに放電部１２は、第２蓄電部１１に接続された第２放電入力部２３と、第２放電入力部２３に接続された遮断回路２４と、遮断回路２４に接続された第２放電回路２５と、第２放電回路２５に接続された第２出力部２６と、を有する。

制御部１３は、入力部１４で検出された電圧に応じて充電部９と放電部１２との動作を制御する。

制御部１３は、入力部１４で検出された電圧に応じて充電部９および放電部１２を制御する。入力部１４で検出された電圧が、異常判定値よりも高い状態の入力正常時には、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１を充電部９によって充電させ、入力部１４で検出された電圧が、異常判定値以下となった入力異常時には、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１から放電部１２によって放電させる。

そして、入力異常時において放電部１２から電力閾値以下の電力の出力が必要な小電力モードでは、制御部１３は遮断回路２４を遮断させるとともに、第１放電回路２１を起動させて第１出力部２２へ電力を出力させる。また、放電部１２から電力閾値よりも大きな電力の出力が必要な大電力モードでは、制御部１３は遮断回路２４を接続させるともに、第２放電回路２５を起動させて第２出力部２６へ電力を出力させる。

以上の構成および動作により、車載用非常電源装置８は、入力部１４で電圧の低下異常が検出されたとき、車載用非常電源装置８の第１蓄電部１０および第２蓄電部１１に蓄えられた電力を効率よく消費し、長時間にわたっての車載用非常電源装置８の動作を可能とすることができる。つまり、第１蓄電部１０に蓄えられた電力は小電力モードで、また、第２蓄電部１１に蓄えられた電力は大電力モードで、それぞれ必要とされる電力の状況に応じて用いられる。この結果として車載用非常電源装置８は、入力部１４で電圧の低下異常が検出されたときに、出力電力の大小にかかわらず、蓄えられた電力を効率よく第１出力部２２および第２出力部２６から出力する出力することができる。

車載用非常電源装置８には、第１蓄電部１０に蓄えられた電力を放電する第１放電回路２１と、第２蓄電部１１に蓄えられた電力を放電する第２放電回路２５とが個別の放電経路として設けられ、それぞれの放電経路が小電力対応もしくは大電力対応として個別に動作することによるものである。したがって、第１蓄電部１０もしくは第２蓄電部１１の何れか一方に残されたエネルギーが他方の放電経路の動作に影響を及ぼすことはない。

第１蓄電部１０に蓄えられた電力は小電力モードで消費されるので、第１放電回路２１が電力を出力すると、第１蓄電部１０に残されるエネルギーは漸減する傾向を示す。ここで、第１蓄電部１０に残されたエネルギーが閾値よりも低くなった場合には、小電力や低
電圧での出力は継続することが可能であっても、大電力や高電圧での出力は不可能となることがある。これは、小電力や低電圧での出力可能な残存エネルギーの閾値と、大電力や高電圧での出力可能な残存エネルギーの閾値は異なり、大電力や高電圧での出力可能な残存エネルギーの閾値の方が大きいことによるものである。

よって第２蓄電部１１が大電力や高電圧での出力のために第１蓄電部１０とは別に設けられることによって、特に、第１蓄電部１０に残されたエネルギーは効率よく小電力での出力か可能な限界まで効率よく使い果たすことが可能となる。したがって、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１はそれぞれ、第１放電回路２１および第２放電回路２５による放電が可能な水準まで電力を放電することが可能となる。

以下、車載用非常電源装置８の構成と動作について、図２の本発明の実施の形態における車載用非常電源装置を搭載した車両の構成を示す回路ブロック図と、図３の本発明の実施の形態における車載用非常電源装置の動作タイミングチャートとを用い、詳しく説明する。

図２では、車両２８を構成する車体２７に車載用非常電源装置８が搭載されている。車載用非常電源装置８の入力部１４には、車体２７に配置された車両バッテリー２９が接続されている。制御部１３は車体２７に配置されたエンジンスイッチ３０に電気的に接続されて、制御部１３はエンジンスイッチ３０の状態を検知する。第１出力部２２には第１負荷３１が接続され、第２出力部２６には第２負荷３２が接続されている。

図３のタイミングチャートで示されるように、最初にＴ０のタイミングで、それ以前はオフ状態であったエンジンスイッチ３０がオン状態へと切り換えられ、これにより車両２８が起動する。車両バッテリー２９は、エンジンスイッチ３０がオフ状態からオン状態へと切り換えられる以前から、所定のバッテリー電圧で入力部１４へ電力を供給している。

エンジンスイッチ３０がオフ状態からオン状態へと切り換えられることに連動して充電回路１５は動作を始め、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１を充電する。ここで充電回路１５は、車両バッテリー２９の電圧と、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１の定格電圧との関係に対応して動作をする。例えば、車両バッテリー２９の電圧が第１蓄電部１０および第２蓄電部１１の定格電圧よりも高い場合、充電回路１５は降圧動作をする回路であればよい。また例えば、車両バッテリー２９の電圧が第１蓄電部１０および第２蓄電部１１の定格電圧よりも低い場合、充電回路１５は昇圧動作をする回路であればよい。

一般的に、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１は車載用非常電源装置８を小型化するために配列数が抑制される。このため、充電回路１５は降圧動作をする場合が多い。

ここで、充電回路１５が充電動作を始めるタイミングは、エンジンスイッチ３０がオフ状態からオン状態へと切り換えられたタイミングと同時であっても、あるいは、エンジンスイッチ３０がオフ状態からオン状態へと切り換えられたタイミングの後、短いタイムラグを設けたタイミングであってもよい。

また、充電回路１５と第１蓄電部１０および第２蓄電部１１との間に接続配置された第１整流回路１６および第２整流回路１７は、充電回路１５が充電動作を行っている間、充電回路１５に同期して通電状態となる。

Ｔ０のタイミングで充電回路１５が充電動作を始めることによって、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１は、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１が満充電状態となるまで、あるいは所定の充電電圧となるＴ１のタイミングまで充電される。ここで、充電回路１５
に対する制御部１３による制御は、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１の電圧、あるいは充電回路１５の出力側の電圧が制御部１３へフィードバックされることによって行われる。

ここで、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは、同一の定格電圧とすることにより、Ｔ１のタイミングにおいて近似した充電状態となる。これは、充電回路１５が充電動作を行う際に第１蓄電部１０および第２蓄電部１１に流れる電流が容量に対応して変化するので、上記の充電動作の際の第１蓄電部１０と第２蓄電部１１との充電電圧は概ね近似した値を示しつつ変化することによるものである。したがって第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは、同一の容量とする必要はなく、それぞれが任意の容量として設定されてよい。また、Ｔ０のタイミングからＴ１のタイミングまでの期間は長い時間が必要ではなく、車両２８がエンジンスイッチ３０の切り換えによって起動した後、車両２８が走行し始めるまでの程度の短時間でＴ０のタイミングからＴ１のタイミングまでは完了する。

さらに、Ｔ０のタイミングからＴ１のタイミングまでの間に、第１放電回路２１は動作を始める。ここで、第１放電回路２１は主に、第１蓄電部１０に蓄えられた電力を用いて、第１出力部２２へ小電力あるいは低電圧で長い期間にわたって出力するために設けられている。そして、第１放電回路２１が動作を始めることによって、第１放電回路２１は制御部１３が動作するために必要な電力を供給し始める。つまり、制御部１３はＴ０のタイミングからＴ１のタイミングまでの期間の任意のタイミングを起点として、車載用非常電源装置８が車載用非常電源装置８に蓄えられた電力によって駆動可能な状態となる。したがって、後述するＴ２のタイミングまでは、第１蓄電部１０を充電回路１５によって充電する動作と、第１蓄電部１０に蓄えられた電力を第１放電回路２１によって放電する動作との双方が存在することもある。本実施例では、Ｔ２のタイミングまでに第１放電回路２１は動作を始めるものの、まだ第１出力部２２へ電力を出力していない。また、Ｔ０のタイミングからＴ２のタイミングまでの期間は、常に充電回路１５が充電動作しても、断続的に間欠動作で充電しても、いずれであっても構わない。

以下で説明するＴ２のタイミングで車両バッテリー２９の電圧が異常を示すまでは、車両バッテリー２９から第１負荷３１および第２負荷３２への電力は、通常供給路２９Ａを通じで供給される。ここで、第１負荷３１および第２負荷３２が、Ｔ０のタイミング以前でも動作が可能な負荷である場合、言い換えると、エンジンスイッチ３０のオン、オフに関わらず動作が可能な負荷である場合、第１負荷３１および第２負荷３２は、車両バッテリー２９へ通常供給路２９Ａによって直接接続される。またあるいは、第１負荷３１および第２負荷３２が、Ｔ１のタイミング以降で動作が可能な負荷である場合、言い換えると、エンジンスイッチ３０がオン状態となったことによって動作が可能な負荷である場合、第１負荷３１および第２負荷３２は、通常供給路２９Ａに設けられたエンジンスイッチ３０に連動する開閉部（図示せず）を介して車両バッテリー２９へ接続される。開閉部（図示せず）はエンジンスイッチ３０がオン状態のときに接続状態となり、エンジンスイッチ３０がオフ状態のときに遮断状態となる。

つぎに、Ｔ２のタイミング以後の車載用非常電源装置８の動作について説明する。

先に述べたＴ０のタイミングでエンジンスイッチ３０の切り換えが行われて以後、車両バッテリー２９の電圧は制御部１３によって常時検出されている。車両バッテリー２９の電圧は、車両バッテリー２９の電圧が異常判定値よりも高いときは正常として、異常判定値以下のときは異常として判定される。そして、Ｔ２のタイミング以前では、車両バッテリー２９は入力部１４へ正常な電圧で電力を供給していたことが示されている。この一方で、Ｔ２のタイミングで車両バッテリー２９そのもの、あるいは、車両バッテリー２９から車両２８への通常供給路２９Ａなどにおいて異常が発生すると、入力部１４で検出され
る車両バッテリー２９の電圧は異常判定値よりも低くなる。つまり、Ｔ２のタイミング以降では、車両２８は車両バッテリー２９を失い、入力部１４への電力供給がない状態となっている。

ここで、入力部１４で検出される電圧、すなわち車両バッテリー２９の電圧についての異常に対する基準である異常判定値は、通常の車両バッテリー２９では生じ得ない水準の電圧値とすればよい。例えば、車両２８が起動時にエンジンスイッチ３０がオン状態となった瞬間の一時的な車両バッテリー２９の電圧低下を生じたときの極小電圧よりもさらに低い値などに異常判定値が設定されるとよい。

Ｔ２のタイミングで制御部１３が、入力部１４の電圧が異常判定値以下であることを検出し、車両バッテリー２９による電力供給が無い状態であると判定すると、第１放電回路２１が第１出力部２２から第１負荷３１へ電力を出力する。これにより、第１負荷３１は動作可能となる。一例として第１負荷３１は、消費電力が小さく、かつ、比較的長時間にわたって連続的に電力を消費する車体制御装置などに相当する。

第１負荷３１は、Ｔ２のタイミングより前の期間で車両バッテリー２９からの電力供給が正常であったときには、車両バッテリー２９の電力によって動作が可能となっていた。そしてＴ２のタイミング以降では、車両バッテリー２９からの電力供給が異常となっても、第１負荷３１は車載用非常電源装置８が供給する電力によって継続して動作が可能となる。そして、先にも述べたように第１負荷３１は車体制御装置などに相当するので、Ｔ２のタイミングで車両バッテリー２９を失った状態に車両２８が陥っても、第１負荷３１に相当する車体制御装置などは機能を失わずに、長い時間にわたって制御に関する機能は継続可能となる。特に、第１放電回路２１を介して第１負荷３１へ電力を供給する第１蓄電部１０に電気二重層キャパシタが用いられ、第１放電回路２１が小電力あるいは低電圧での出力をする場合、第１蓄電部１０の電圧が非常に低い第１下限値（Ｖｌｉｍ１）を下回るまで第１蓄電部１０に蓄えられたエネルギーを効率よく消費したうえで、第１放電回路２１は安定して電力を供給することができる。

また、Ｔ２のタイミングで制御部１３が、入力部１４の電圧が異常判定値以下であることを検出し、車両バッテリー２９による電力供給が無い状態であると判定すると、第２放電回路２５が第２出力部２６から第２負荷３２へ電力を出力することが可能な動作状態となる。ここで、第２放電回路２５は主に、第２蓄電部１１に蓄えられた電力を用いて、第２出力部２６へ大電力あるいは高電圧で短期間に出力するために設けられている。また、第２出力部２６には、第２負荷３２が接続されている。ここでは、一例として、第２負荷３２は消費電力が大きく、かつ、短時間に電力を消費する、アクチュエータなどに相当する。

第２負荷３２もまた、Ｔ２のタイミングより前の期間で車両バッテリー２９からの電力供給が正常であったときには、車両バッテリー２９の電力によって動作が可能となっていた。そしてＴ２のタイミング以降では、第２負荷３２は車載用非常電源装置８が供給する電力によって動作が可能となる。ここで、第２蓄電部１１と第２放電回路２５との間には遮断回路２４が接続配置されている。そして、遮断回路２４は常時において第２蓄電部１１と第２放電回路２５とを接続状態とするのではなく、Ｔ３のタイミングで遮断回路２４は遮断状態から接続状態へと切り替わる。したがって、Ｔ２のタイミングからＴ３のタイミングまでは、第２放電回路２５は動作しているものの、第２蓄電部１１からの電力供給が絶たれているので、電力を出力していない。

そして、Ｔ３のタイミングで、第２放電回路２５は第２蓄電部１１に蓄えられた電力を第２出力部２６から第２負荷３２へと供給する。先に述べたように、第２放電回路２５は
主に、大電力あるいは高電圧で短期間に出力するために設けられている。ここで特に、第２放電回路２５を介して第２負荷３２へ電力を供給する第２蓄電部１１に電気二重層キャパシタが用いられ、第２放電回路２５が大電力あるいは高電圧での出力をする場合、電気二重層キャパシタは内部抵抗が小さく大電流の供給が可能であるものの、第２蓄電部１１の電圧が第２下限値（Ｖｌｉｍ２）を下回ると、出力電圧が不安定化する恐れがある。このため、遮断回路２４が接続状態であるＴ３のタイミングからＴ４のタイミングまでの時間は、Ｔ３のタイミングからＴ４のタイミングまでの時間に比較して非常に短い期間としている。つまり、第１蓄電部１０と第１放電回路２１とによって第１負荷３１へ電力供給する期間に比較して、第２蓄電部１１と第２放電回路２５とによって第２負荷３２へ電力供給する期間は非常に短い。

ここでは一例として第１蓄電部１０および第２蓄電部１１に電気二重層キャパシタを適用した場合が示されているが、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１は電気二重層キャパシタが限定して適用されるものではない。また、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１は、蓄電素子（図示せず）だけで構成されても、あるいは、蓄電素子（図示せず）と、蓄電素子（図示せず）の周辺回路（図示せず）とによって構成されてもよい。

ここで遮断回路２４には、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられるとよく、制御部１３が発する制御信号によって、遮断回路２４の接続状態あるいは遮断状態が選択される。

しかしながら、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは互いに電力の消費状態に影響を受けることがなく、独立した電力供給路に配置されている。このため、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは双方ともに蓄えられたエネルギーを効率よく消費したうえで、安定して第１負荷３１および第２負荷３２へ電力を供給することができる。特に第１負荷３１に対して、第１放電回路２１は長い期間の安定した電力供給が可能となる。ここで、第１放電回路２１および第２放電回路２５に対する制御部１３による制御は、第１出力部２２および第２出力部２６の電圧が制御部１３へフィードバックされることによって行われる。

以上のように、車載用非常電源装置８はＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４のそれぞれのタイミングで動作が細分化される。それぞれのタイミングは具体的な例として、車両２８における以下のような状態や状況に相当する。

まず、Ｔ０は、先にも述べたように、エンジンスイッチ３０やイグニションスイッチ（図示せず）がオン状態となり、車両２８が走行可能な状態になったタイミングである。Ｔ１は、車載用非常電源装置８に設けられた第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とに対する充電が完了したタイミングである。

Ｔ２は、車両２８が走行中や走行が可能な状態で故障や事故などに遭遇し、車両バッテリー２９に異常が生じたタイミングである。さらにＴ２は、車載用非常電源装置８が、小電力を出力し始めて車体制御装置などを継続して動作させる、あるいは大電力の出力をスタンバイし始めるタイミングである。

そしてＴ２のタイミングからＴ３のタイミングまでは、車載用非常電源装置８が大電力を出力するまでの待機状態の期間である。Ｔ２のタイミングからＴ３のタイミングまでの期間はＴ２のタイミングを起点として、車載用非常電源装置８の制御部１３で予め設定された設定期間であっても、あるいは、車載用非常電源装置８の外部からの、大電力を出力するための起動指示に関する指示信号を車載用非常電源装置８が待つ期間であってもよい。ここで、外部からの信号としては例えば、Ｔ２のタイミングで出力され始めた第１放電回路２１の出力電力によって動作状態が維持されている第１負荷３１に相当する車体制御
装置が、車載用非常電源装置８に対して大電力を出力するよう指示するための信号でよい。

Ｔ３のタイミングからＴ４のタイミングまでは、上記の車体制御装置が車載用非常電源装置８の電力を用いて、車両２８に設けられた別の負荷である第２負荷３２を動作させる期間に相当する。

また、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１にともに電気二重層キャパシタが用いられ、第１蓄電部１０が小電力用、第２蓄電部１１が大電力用として用途別に適用されることで、電気二重層キャパシタの特長をそれぞれに活用することができる。さらに、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１にともに電気二重層キャパシタが用いられることで、車載用非常電源装置８は小型化や軽量化が可能となり、車載用非常電源装置８を搭載する車両の燃費向上が可能ともなる。

またここでは、Ｔ４のタイミングで第１放電回路２１および第２放電回路２５の双方からの電力供給が停止されているが、車体制御装置などの第１負荷３１を駆動させるための第１放電回路２１は、第１蓄電部１０の電圧が第１下限値（Ｖｌｉｍ１）へ達するまで電力を継続して出力し、さらに長い期間にわたって第１負荷３１を駆動させてもよい。

また、Ｔ０のタイミングからＴ１のタイミングにかけて説明した第１整流回路１６および第２整流回路１７は、Ｔ２のタイミング以降で、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１から接続点１５Ａへと電流が流れないよう遮断状態としている。Ｔ２のタイミング以降で第１整流回路１６および第２整流回路１７が遮断状態とされることで、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１においてそれぞれの放電が行われて双方が有する電位が異なる状態となっても、電位が異なる状態が維持される。これにより、先に述べたように、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは互いに電力の消費状態に影響を受けることがなく、独立した電力供給路に配置されている。この結果として、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは双方ともに蓄えられたエネルギーを効率よく消費したうえで、安定して第１負荷３１および第２負荷３２へ電力を供給することができる。

第１整流回路１６および第２整流回路１７には、充電回路１５にドレイン電極を、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１にソース電極を接続した電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと記す）が用いられても、あるいは、第１整流回路１６および第２整流回路１７には、充電回路１５にアノード側を、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１にカソード側を接続したダイオードが用いられてもよい。しかしながら、第１整流回路１６および第２整流回路１７にダイオードが用いられた場合、個々のダイオードが有する順方向電圧のばらつきに起因して、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１の充電電圧にもばらつきが生じる恐れがある。このため、導通時のドレイン、ソース間の抵抗が小さいＦＥＴが第１整流回路１６および第２整流回路１７に用いられることにより、第１蓄電部１０および第２蓄電部１１の充電電圧は安定した値とすることができる。その結果、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは双方ともに蓄えられたエネルギーをさらに効率よく消費したうえで、安定して第１負荷３１および第２負荷３２へ電力を供給することができる。

既に、充電回路１５については状況に応じて、降圧動作のための回路あるいは昇圧動作のための回路の何れであっても構わないと述べたが、第１放電回路２１および第２放電回路２５についても状況に応じて、降圧動作のための回路あるいは昇圧動作のための回路の何れであっても構わない。しかしながら、特に第２放電回路２５については、第２負荷３２としてアクチュエータなどを一例として想定していることから、昇圧動作のための回路であることが一般的である。

以上の説明では、第１蓄電部１０の電力を第１放電回路２１で放電し、第１出力部２２を介して第１負荷３１へ供給する小電力の電力供給経路と、第２蓄電部１１の電力を第２放電回路２５で放電し、第２出力部２６を介して第２負荷３２へ供給する大電力の電力供給経路とで、それぞれ異なる負荷へ電力を供給する一例を用いた。これとは別に、図４の本発明の実施の形態における車載用非常電源装置の他の構成を示す回路ブロック図に示すように、負荷としては単一の第３負荷３３が車載用非常電源装置８に接続され、車載用非常電源装置８には第３負荷３３へ電力を供給する単一の出力部３４が設けられてもよい。

このとき、出力部３４は第１放電回路２１の出力側に設けられた第１出力部２２と、第２放電回路２５の出力側に設けられた第２出力部２６との双方に接続されたうえで設けられている。車載用非常電源装置８の動作に関しては、基本的に先に説明した図３のタイミングチャートと同様である。しかしながら、単一の負荷であって、必要とする電力が時間の経過とともに変動する第３負荷３３が、車両バッテリー２９に異常が生じた際に車載用非常電源装置８から電力供給を受ける場合、第１出力部２２と第２出力部２６との双方に接続された出力部３４から電力供給を受けるとよい。

これにより、第３負荷３３が小電力や低電圧を必要とする場合は、第１蓄電部１０の電力を第１放電回路２１で放電する一方の電力供給経路を用いる。そして、第３負荷３３が大電力や高電圧を必要とする場合は、第１蓄電部１０の電力を第１放電回路２１で放電する経路と、第２蓄電部１１の電力を第２放電回路２５で放電する経路との双方の電力供給経路を用いる。この結果、特に第３負荷３３が大電力や高電圧を必要とする場合は、双方の経路を用いたうえで双方の電力を重畳させることで一層大きな電力の供給が可能となる。したがって、小電力駆動の場合と大電力駆動の場合との広いレンジの電力で第３負荷３３を駆動することができる。

特にこのとき、第１放電回路２１および第２放電回路２５に対する制御部１３による制御は、出力部３４で単一の電圧が制御部１３へフィードバックされることによって行われる。そして、制御部１３は第１放電回路と第２放電回路２５とに対して同一の制御を行う。

このため、小電力駆動の場合に第１放電回路２１および第２放電回路２５は共に小電力を出力するための動作をしつつ遮断回路２４が遮断状態に制御される。この結果、第２放電回路２５で第２蓄電部１１の電力は消費されないで、第１放電回路２１で第１蓄電部１０の電力のみが消費される。

この一方で、大電力駆動の場合に第１放電回路２１および第２放電回路２５は共に大電力を出力するための動作をしつつ遮断回路２４が接続状態に制御される。この結果、第２放電回路２５で第２蓄電部１１の電力、第１放電回路２１で第１蓄電部１０の電力が双方共に消費される。
よって言い換えると、上記のように大電力駆動で第１放電回路２１と第２放電回路２５との電力が重畳されるときには、出力部３４の電圧をもとに制御部１３は第１放電回路２１と第２放電回路２５とを容易な同じ制御で動作させることが可能であり、電力が重畳するタイミングは遮断回路２４が遮断状態から接続状態へと切り換えられるタイミングによって制御する。

また当然ながら、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは互いに電力の消費状態に影響を受けることがなく、独立した電力供給路に配置されている。このため、第１蓄電部１０と第２蓄電部１１とは双方ともに蓄えられたエネルギーを効率よく消費したうえで、安定して第３負荷３３へ電力を供給することができる。

本実施例では、図３のタイミングチャートで示されるように、車両バッテリー２９に異常が生じた際には、先ず第１蓄電部１０と第１放電回路２１とを用いた小電力モードで車載用非常電源装置８が動作して、第１負荷３１もしくは第３負荷３３へ電力が供給される。そしてそのあと、第２蓄電部１１、遮断回路２４および第２放電回路２５を用いた大電力モードで車載用非常電源装置８が動作して、第２負荷３２もしくは第３負荷３３へ電力が供給される動作形態が説明に用いられている。

しかしながら、車載用非常電源装置８が先に大電力モードで動作した後、小電力モードで動作してもよい。また、車載用非常電源装置８が先に大電力モードで動作した後、小電力モードで動作し、双方の動作が繰り返されてもよい。またさらに、車載用非常電源装置８が先に小電力モードで動作した後、大電力モードで動作し、双方の動作が繰り返されてもよい。

本発明の車載用非常電源装置は、蓄えられたエネルギーを出力電力にかかわらず効率よく消費し、長時間にわたっての車載用非常電源装置の動作を可能とするという効果を有し、各種車両において有用である。

８ 車載用非常電源装置
９ 充電部
１０ 第１蓄電部
１１ 第２蓄電部
１２ 放電部
１３ 制御部
１４ 入力部
１５ 充電回路
１５Ａ 接続点
１６ 第１整流回路
１７ 第２整流回路
１８ 第１充電出力部
１９ 第２充電出力部
２０ 第１放電入力部
２１ 第１放電回路
２２ 第１出力部
２３ 第２放電入力部
２４ 遮断回路
２５ 第２放電回路
２６ 第２出力部
２７ 車体
２８ 車両
２９ 車両バッテリー
３０ エンジンスイッチ
３１ 第１負荷
３２ 第２負荷
３３ 第３負荷
３４ 出力部

Claims (4)

1. 入力部と、前記入力部に接続された充電回路と、前記充電回路に接続された第１整流回路および第２整流回路と、前記第１整流回路を介して前記充電回路へ接続された第１充電出力部と、前記第２整流回路を介して前記充電回路へ接続された第２充電出力部と、を有する充電部と、
   前記第１充電出力部に接続された第１蓄電部と、
   前記第２充電出力部に接続された第２蓄電部と、
   前記第１蓄電部に接続された第１放電入力部と、前記第１放電入力部に接続された第１放電回路と、前記第１放電回路に接続された第１出力部と、前記第２蓄電部に接続された第２放電入力部と、前記第２放電入力部に接続された遮断回路と、前記遮断回路に接続された第２放電回路と、前記第２放電回路に接続された第２出力部と、を有する放電部と、
   前記充電部と前記放電部とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記入力部で検出された電圧に応じて前記充電部および前記放電部を制御し、
   前記入力部で検出された電圧が異常判定値よりも高い入力正常時には、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部を前記充電部によって充電させ、前記入力部で検出された電圧が前記異常判定値以下となった入力異常時には、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部から前記放電部によって放電させ、
   前記入力異常時において、
   前記放電部から電力閾値以下の電力の出力が必要な小電力モードでは、前記制御部は前記遮断回路を遮断させるとともに、前記第１放電回路を起動させて前記第１出力部へ電力を出力させ、
   前記放電部から電力閾値よりも大きな電力の出力が必要な大電力モードでは、前記制御部は前記遮断回路を接続させるとともに、前記第２放電回路を起動させて前記第２出力部へ電力を出力させる、
   車載用非常電源装置。
2. 前記制御部は前記入力異常時において、
   まず先に前記小電力モードで所定期間にわたって前記第１出力部へ電力を出力させ、
   前記小電力モードの後に大電力モードで前記所定期間よりも短い期間に前記第２出力部へ電力を出力させる、
   請求項１に記載の車載用非常電源装置。
3. 前記第１出力部と前記第２出力部との双方に接続される単一の出力部が設けられた、
   請求項１に記載の車載用非常電源装置。
4. 前記入力異常時において、
   前記小電力モードで待機期間にわたって動作した後、前記車載用非常電源装置の外部からの起動指示に応じて大電力モードで動作する、
   請求項１に記載の車載用非常電源装置。

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