WO2024134937A1 - 車両用電源装置 - Google Patents

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    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device for a vehicle.
  • a vehicle power supply device has been proposed as an auxiliary power source to supply power to the vehicle control system in the event of a battery abnormality such as a temporary drop in battery voltage or a permanent battery failure (see, for example, Patent Document 1).
  • the storage unit used in the vehicle power supply device described above is configured with multiple storage elements connected in series, and if even one of the multiple storage elements reaches its limit of discharge (e.g., zero charge), it will be unable to discharge any further even if the other storage elements still have charge remaining. In other words, even though there is still charge remaining in the storage unit as a whole, the power supply to the load (e.g., the vehicle control system) will end without using it all up.
  • the limit of discharge e.g., zero charge
  • the object of this disclosure is to provide a vehicle power supply device that can effectively utilize the remaining charge and supply power to the load again, even in a vehicle power supply device in which multiple storage elements in the storage unit lose balance and discharge, as described above, and a storage element reaches its discharge limit, leaving charge in the other storage elements and making it impossible to supply power to the load (e.g., a vehicle control system).
  • a vehicle power supply device in which multiple storage elements in the storage unit lose balance and discharge, as described above, and a storage element reaches its discharge limit, leaving charge in the other storage elements and making it impossible to supply power to the load (e.g., a vehicle control system).
  • a vehicle power supply device includes: A power supply unit for supplying power to a load; a power storage unit that supplies power when the power supply unit is in an abnormal state; a charging circuit that charges the power storage unit; a voltage conversion circuit that converts a voltage of the power storage unit into a predetermined voltage and outputs the voltage to the load; a control unit that controls operations of the power storage unit, the charging circuit, and the voltage conversion circuit,
  • the power storage unit is A plurality of capacitors; a plurality of switches that selectively switch between connecting the plurality of capacitors in series or in parallel; a voltage detection unit for measuring a voltage across each of the plurality of capacitors; When the voltage detection unit detects a predetermined voltage as the voltage across both ends at which at least one of the multiple capacitors is unable to discharge any further, the control unit controls the multiple switches to connect in parallel, thereby distributing the remaining charge of at least one of the multiple capacitors to the other capacitors, making it possible to supply power to the load again without recharging the capacitor
  • the vehicle power supply device disclosed herein even in a vehicle power supply device in which multiple storage elements in the storage unit are discharged out of balance and a storage element reaches its discharge limit, leaving charge in the other storage elements and making it impossible to supply power to the load (vehicle control system), the remaining charge can be effectively utilized to supply power to the load again. This makes it possible to secure power after a power loss and quickly perform an initial diagnosis of the defective area.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to a first embodiment
  • 2 is a block diagram showing a configuration example of a power storage unit 3 in FIG. 1 .
  • 2 is a flowchart showing a power storage control process executed by a control unit 4 of FIG. 1
  • 13 is a block diagram showing a configuration example of a power storage unit 3A according to a first modified example.
  • FIG. FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to a third embodiment.
  • 7 is a flowchart showing a power storage control process executed by the vehicle ECU 8 and the control unit 4 of FIG.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle power supply device according to a conventional example.
  • 10 is a flowchart showing a power storage control process executed by a control unit 104 of FIG. 9 .
  • Fig. 9 is a block diagram showing the configuration of a conventional vehicle power supply device.
  • the conventional vehicle power supply device is configured to include a power supply unit 101, a load 102, a power storage unit 103, a control unit 104, a charging circuit 105, and a voltage conversion circuit 106.
  • an electric double layer capacitor is used as an electric storage element that stores electric charge as an auxiliary power supply, and a plurality of these are connected to configure the power storage unit 103.
  • the power required for the load 102 is supplied from the power supply unit 101 including a battery, and the power storage unit 103 is charged from the power supply unit 101 via the charging circuit 105 in preparation for an abnormal state of the battery. If an abnormal state occurs in the battery, the charge stored in the power storage unit 103 is supplied to the load 102 via the voltage conversion circuit 106, so that the power required for vehicle control can be supplied as long as the power storage unit 103 can supply charge, making it possible to safely stop the vehicle without losing control.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the power storage control process executed by the control unit 104 in FIG. 9. In FIG. 10, it is assumed that an abnormal state occurs in the power supply unit 101 including the battery.
  • the inventors have devised the following vehicle power supply device that can effectively utilize the remaining charge and supply power to the load again, even in a vehicle power supply device in which multiple storage elements in the storage unit lose balance and discharge, and a storage element reaches its discharge limit, leaving charge in the other storage elements and making it impossible to supply power to the load (vehicle control system).
  • Fig. 1 is a block diagram showing a configuration example of a vehicle power supply device according to embodiment 1.
  • the vehicle power supply device according to embodiment 1 is configured to include a power supply unit 1, a load 2, a power storage unit 3, a control unit 4, a charging circuit 5, and a voltage conversion circuit 6.
  • the power supply unit 1 includes a secondary cell such as a battery
  • the load 2 is a load such as a vehicle control system.
  • an electric double layer capacitor is used as an electric storage element that stores electric charge as an auxiliary power supply, and a plurality of these electric double layer capacitors are connected in series to form the power storage unit 3.
  • the control unit 4 when the vehicle is operating normally, DC power is supplied from the power supply unit 1 to the load 2.
  • the control unit 4 also operates the charging circuit 5 to prepare for an abnormal state of the power supply unit 1, which may include a battery, and charges the power storage unit 3.
  • an abnormal state such as a voltage drop or failure
  • the control unit 4 detects the voltage drop and supplies DC power from the power storage unit 3 to the load 2. At this time, voltage conversion is performed using the voltage conversion circuit 6 as necessary to obtain the voltage required for the load 2.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the power storage unit 3 in FIG. 1.
  • the power storage unit 3 is connected between the charging circuit 5 and the voltage conversion circuit 6.
  • the present invention is configured to include the following components:
  • control unit 4 controls the on or off of the switches SW1 to S6 using the control signals S1 to S6. Furthermore, during normal operation and during backup operation when an abnormal state occurs in the power supply unit 1, the capacitors C1 to C3 are connected in series with the switches SW1 and SW2 being on and the switches SW3, SW4, SW5, and SW6 being off (hereinafter referred to as the "initial state of the switches SW1 to SW6").
  • FIG. 3 is a flowchart showing the power storage control process executed by the control unit 4 in FIG. 1.
  • step S1 of FIG. 3 first, switches SW1 to SW6 are set to their initial states. If an abnormal state occurs in power supply unit 1 (YES in S2), power supply (backup operation) from power storage unit 3 to load 2 is started (S3). Then, the amount of charge stored in capacitors C1 to C3 decreases due to the power supply from power storage unit 3. If any one of capacitors C1 to C3 loses charge, no more charge can be supplied even if the other capacitors still have charge remaining. Therefore, voltage detection unit 30 monitors the amount of charge remaining in each of capacitors C1 to C3 by measuring the voltage of each of capacitors C1 to C3.
  • the control unit 4 When the control unit 4 detects, through voltage monitoring by the voltage detection unit 30, that the voltage across one or more of the capacitors C1 to C3 has dropped below the threshold voltage Vth1 (YES in S4), the control unit 4 stops the power supply from the power storage unit 3, turns off the switches SW1 and SW2, and turns on the switches SW3 to SW6 (hereinafter referred to as the "parallel connection state of capacitors C1 to C3 by switches SW1 to SW6") (S5), thereby distributing the charge remaining in capacitors C1 to C3 to each of the capacitors C1 to C3, thereby making the amount of charge between the capacitors C1 to C3 uniform (S6). In other words, by giving charge to a capacitor that has lost its charge, it is possible to supply charge again.
  • the threshold voltage Vth1 in step S4 is set as follows. In a vehicle power supply device, if the power supply unit 1 fails and the power storage unit 3 falls into an abnormal state in which it cannot supply charge, the control unit 4 will lose its own power source and will be unable to control the charges of the capacitors C1 to C3 of the power storage unit 3 to be equalized.
  • the threshold voltage Vth1 of each of the capacitors C1 to C3 is set in a state where surplus power is left to perform charge equalization processing so as to prevent such an abnormal state from occurring. In other words, the threshold voltage Vth1 is set as the voltage across each of the capacitors C1 to C3 before the abnormal state is reached.
  • the control unit 4 determines whether the charge equalization of the capacitors C1 to C3 has been completed by the absolute value of the voltage difference between the voltages V1 to V3 across the capacitors C1 to C3 being equal to or less than a predetermined threshold voltage difference ⁇ V through voltage monitoring by the voltage detection unit 30 (S7). If the answer is YES, the control unit 4 proceeds to step S8, whereas if the answer is NO, the control unit 4 returns to step S7. In step S8, the control unit 4 returns the capacitors C1 to C3 to a series connection by returning the switches SW1 to SW6 to their initial states. Then, the control unit 4 determines whether the output voltage Vout of the storage unit 3 is equal to or greater than the threshold voltage Vth2 (S9).
  • the threshold voltage Vth2 in step S9 is set as follows:
  • the threshold voltage Vth2 is set to an output voltage Vout that is sufficient to operate the system of the load 2 in a normal state after the charges of the capacitors C1 to C3 have been equalized.
  • step S10 the load 2 is placed in a state in which DC power can be supplied (standby state) and the power storage control process is terminated. In this case, when the user turns on the ignition, power supply to the load 2 is started, and initial diagnosis such as investigation of the cause of the abnormal state of the vehicle can be performed promptly.
  • the voltage of the power storage unit 3 is equal to or lower than the threshold voltage Vth2 (NO in S9), the charge that can be supplied to the load 2 is insufficient and restart is not possible, and the system of the control unit 4 is shut down (S11) and the power storage control process is terminated.
  • the vehicle power supply device configured as described above allows the remaining charge to be effectively utilized to supply power to the load 2 (e.g., a vehicle control system) again even in a vehicle power supply device in which the charge balance of the capacitors C1 to C3, which are the multiple storage elements of the storage unit 3, is lost and discharged, causing one capacitor to reach its discharge limit while the other capacitors still have charge remaining. This makes it possible to secure power after a power loss, and allows for rapid initial diagnosis of defective areas.
  • the load 2 e.g., a vehicle control system
  • the number of capacitors in the power storage unit 3 is described as three, but the present disclosure is not limited to this, and any number greater than two may be used. This also applies to the other embodiments and modified examples.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a power storage unit 3A according to Modification 1.
  • the vehicle power supply device in Fig. 4 differs from the vehicle power supply device in Fig. 1 in the following respects.
  • a power storage unit 3A is provided, and the power storage unit 3A includes the following resistors R1 to R2 for preventing rush current.
  • a resistor R1 is inserted between the switches SW3 and SW4.
  • a resistor R2 is inserted between the switch SW3 and one end of the capacitor C3 on the charging circuit 5 side. The differences will be explained below.
  • capacitors C1 to C3 are, for example, electric double layer capacitors.
  • resistors R1 and R2 are further provided, but the present disclosure is not limited to this, and a configuration may be adopted in which a resistor is connected in parallel to at least one of the multiple capacitors when switches SW3 and SW4 are on. Note that modification 1 and this modification may be applied to other embodiments and modifications.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to embodiment 2.
  • the vehicle power supply device in Fig. 5 differs from the vehicle power supply device in Fig. 1 in the following respects.
  • a separate power supply unit 7 is connected to the control unit 4.
  • the separate power supply unit 7 is, for example, a battery or a secondary battery such as a lithium ion battery. The differences will be explained below.
  • the control unit 4 will lose its own power source and will be unable to perform control to equalize the charges of the capacitors C1 to C3 of the power storage unit 3.
  • the threshold voltage Vth1 of each capacitor C1 to C3 is set while leaving surplus power for performing charge equalization processing.
  • the vehicle power supply device of embodiment 2 has the same effects as embodiment 1.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to embodiment 3.
  • the vehicle power supply device in Fig. 6 differs from the vehicle power supply device in Fig. 1 in the following respects.
  • a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 8 is connected to the control unit 4 . The differences will be explained below.
  • the control unit 4 communicates with the vehicle ECU 8 via a specified communication line.
  • the vehicle ECU 8 is a control device that controls the entire vehicle, and the vehicle power supply device also operates under the control of the vehicle ECU 8.
  • the vehicle power supply device is controlled so that it can be restarted at its own discretion, but depending on the vehicle's fault state, it is possible that re-energizing the device may pose a risk of fire or other problems.
  • the vehicle ECU 8 collects information on all blocks related to the vehicle, and in the above-mentioned conditions, it is possible to control the vehicle power supply device based on the overall vehicle condition.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the power storage control process executed by the vehicle ECU 8 and the control unit 4 in FIG. 6.
  • control unit 4 executes the processes of steps S1 to S3 in the same manner as in FIG. 3. That is, in step S3, the backup operation from the power storage unit 3 starts, and the charge in the capacitors C1 to C3 is discharged.
  • control unit 4 detects that the voltage across one or more of the capacitors C1 to C3 has dropped below the threshold voltage Vth1 (YES in S3), it transmits a cell voltage drop notification signal to the vehicle ECU 8.
  • the vehicle ECU 8 receives a cell voltage drop notification signal from the control unit 4 (S31), and if it determines that restart is possible based on the vehicle state (YES in S32), it sends an instruction signal including equalizing the capacitor charge to the control unit 4 (S33). On the other hand, if the vehicle ECU 8 determines that restart is not possible based on the vehicle state (NO in S32), it sends an instruction signal not including equalizing the capacitor charge to the control unit 4 (S34).
  • control unit 4 determines whether the instruction signal includes equalization of the capacitor charge (S23), and if YES, proceeds to step S5, whereas if NO, proceeds to step S24. After step S5, the control unit 4 executes the same processes (S5 to S11) as the control process in FIG. 3, and ends the power storage control process. On the other hand, in step S24, it ends the discharge from the power storage unit 3, shuts down the system of the control unit 4, and then ends the power storage control process.
  • the communication between the control unit 4 and the vehicle ECU 8 makes it possible to determine whether or not to restart the vehicle depending on the vehicle's condition, which helps prevent secondary disasters.
  • the vehicle power supply device according to the third embodiment has the same effects as the vehicle power supply device according to the first or second embodiment.
  • Fig. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle power supply device according to embodiment 4.
  • the vehicle power supply device of Fig. 8 differs from the vehicle power supply device of Fig. 1 in the following respects.
  • (1) The vehicle ECU 8 according to the third embodiment and the separate power supply unit 7 according to the second embodiment are both included. The differences will be explained below.
  • the vehicle power supply device of embodiment 4 configured as described above, even if the power supply unit 1 fails and the power storage unit 3 falls into an abnormal state in which it cannot supply charge, it is possible to equalize the charges of the capacitors C1 to C3, and the vehicle power supply device can be controlled based on the judgment of the vehicle ECU 8. Furthermore, the vehicle power supply device of embodiment 4 has the same effects as the vehicle power supply devices of embodiments 1 to 3.
  • the power supply unit 1 and the separate power supply unit 7 are, for example, batteries that supply DC power, but the present disclosure is not limited to this, and AC power may be converted into DC power and supplied. Also, AC power may be supplied and an AC-DC converter may be provided on the power receiving side.
  • the vehicle power supply device of the present invention is useful as an auxiliary vehicle power supply for rapid and safe recovery from abnormalities in the power supply unit.
  • Power supply unit 2 Load 3 Power storage unit 4 Control unit 5 Charging circuit 6 Voltage conversion circuit 7 Power supply unit 8 Vehicle ECU 30 Voltage detection section C1 to C3 Capacitor SW1 to SW6 Switch R1 to R2 Resistor

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Abstract

車両用電源装置において、蓄電部（３）は、複数のコンデンサ（Ｃ１－Ｃ３）を直列に接続し、もしくは並列に接続することを選択的に切り替える複数のスイッチ（ＳＷ１－ＳＷ４）と、複数のコンデンサ（Ｃ１－Ｃ３）のそれぞれの両端電圧を測定する電圧検出部とを備える。制御部（４）は、電圧検出部（３０）が、複数のコンデンサ（Ｃ１－Ｃ３）の少なくとも１つのコンデンサがそれ以上の放電が不能となる所定の電圧を両端電圧として検出すると、複数のスイッチ（ＳＷ１－ＳＷ４）を並列に接続するように制御することで、複数のコンデンサ（Ｃ１－Ｃ３）のうちの少なくとも１つのコンデンサの残電荷を他のコンデンサに分配し、再び充電することなく前記負荷に再度電力を供給することを可能とした。

Description

車両用電源装置
　本発明は、車両用電源装置に関する。
　近年、環境への配慮などから自動車（以下、車両）の電動化が推し進められている。電動化は車両の動力に限らず、ブレーキやハンドルなどを含む車両制御システムに関しても、従来の機械式の制御から電気式の制御へと置き換えが進んでいる。このような電気式の制御の場合、バッテリが異常になった時には動力を失うだけでなく車両制御システムが動作しくなり安全に停車できなくなるなど非常に危険な状態に陥る可能性があった。
　これらに対し、一時的なバッテリの電圧低下又は恒久的なバッテリ失陥状態などのバッテリ異常時に車両制御システムに電力を供給するための補助電源としての車両電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０２０－１２０４６４号公報
　しかしながら、上記のような車両用電源装置に用いられる蓄電部は複数の蓄電素子を直列に接続して構成されており、複数の蓄電素子のうちの一つでも放電の限界（例えば電荷がゼロ）の状態になってしまうと、他の蓄電素子に電荷が残っている状態であってもそれ以上放電することができなくなる。すなわち蓄電部全体としては電荷が残っているにも関わらず、それらを使い切ることなく負荷（例えば、車両制御システム）への電力供給を終えることになる。
　本開示の目的は、上述のように蓄電部の複数の蓄電素子がバランスを崩して放電し、放電限界を迎えた蓄電素子により、他の蓄電素子には電荷が残っている状態で負荷（例えば、車両制御システム）への給電が不可能となった車両用電源装置においても、残った電荷を有効活用し再び負荷への電力供給を可能な車両用電源装置を提供することにある。
　本開示の一態様に係る車両用電源装置は、
　負荷に電力を供給する電源部と、
　前記電源部の異常状態において電力を供給する蓄電部と、
　前記蓄電部を充電する充電回路と、
　前記蓄電部の電圧を所定の電圧に変換して前記負荷に出力する電圧変換回路と、
　前記蓄電部及び前記充電回路及び前記電圧変換回路の動作を制御する制御部とを備え、
　前記蓄電部は、
　複数のコンデンサと、
　前記複数のコンデンサを直列に接続し、もしくは並列に接続することを選択的に切り替える複数のスイッチと、
　前記複数のコンデンサのそれぞれの両端電圧を測定する電圧検出部とを備え、
　前記制御部は、前記電圧検出部が、前記複数のコンデンサの少なくとも１つのコンデンサがそれ以上の放電が不能となる所定の電圧を前記両端電圧として検出すると、前記複数のスイッチを並列に接続するように制御することで、前記複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサの残電荷を他のコンデンサに分配し、再び充電することなく前記負荷に再度電力を供給することを可能とした。
　従って、本開示の一態様に係る車両用電源装置によれば、蓄電部の複数の蓄電素子がバランスを崩して放電し、放電限界を迎えた蓄電素子により、他の蓄電素子には電荷が残っている状態で負荷（車両制御システム）への給電が不可能となった車両用電源装置においても、残った電荷を有効活用し再び負荷への電力供給を行うことができる。これにより、電源喪失後の電源確保が可能になり、不良個所の初期診断が迅速に行える。
実施形態１に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。 図１の蓄電部３の構成例を示すブロック図である。 図１の制御部４により実行される蓄電制御処理を示すフローチャートである。 変形例１に係る蓄電部３Ａの構成例を示すブロック図である。 実施形態２に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。 実施形態３に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。 図６の車両ＥＣＵ８及び制御部４によって実行される蓄電制御処理を示すフローチャートである。 実施形態４に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。 従来例に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 図９の制御部１０４によって実行される蓄電制御処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明に係る実施形態及び変形例について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。
（発明者の知見）
　図９は従来例に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。図９において、従来例に係る車両用電源装置は、電源部１０１と、負荷１０２と、蓄電部１０３と、制御部１０４と、充電回路１０５と、電圧変換回路１０６とを備えて構成される。ここで、補助電源として電荷を蓄える蓄電素子には例えば電気二重層キャパシタが用いられ、これらを複数個接続して蓄電部１０３が構成される。
　以上のように構成された車両用電源装置において、正常動作時は、負荷１０２に必要な電力を、バッテリを含む電源部１０１より供給を行うと共に、バッテリの異常状態に備えて充電回路１０５を介して電源部１０１より蓄電部１０３の充電を行う。バッテリに異常状態が起こった場合は蓄電部１０３に蓄えられた電荷を、電圧変換回路１０６を介して負荷１０２に供給することで蓄電部１０３が電荷を供給することが可能な限り車両制御に必要な電力を供給することができ、車両制御を失うことなく安全に停車することが可能となる。
　図１０は図９の制御部１０４によって実行される蓄電制御処理を示すフローチャートである。図１０では、バッテリを含む電源部１０１に異常状態が発生した場合を想定する。
　図１０において、まず、電源部１０１の異常状態を感知する（Ｓ１０１でＹＥＳ）と蓄電部１０３から負荷１０２に直流電力を供給する放電（バックアップ動作）を開始する（Ｓ１０２）。放電により蓄電部１０３の電荷が減少し、これ以上の電力供給が不可能になると（Ｓ１０３でＹＥＳ）制御不能に陥る前に正常に、制御部１０４のシステムを終了（Ｓ１０４）させて機能を停止する。
　図９に図示した従来例に係る車両用電源装置に用いられる蓄電部１０３は複数の蓄電素子を直列に接続して構成されており、複数の蓄電素子のうちの一つでも放電の限界（例えば電荷がゼロ）の状態になってしまうと、他の蓄電素子に電荷が残っている状態であってもそれ以上放電することができなくなる。すなわち蓄電部１０３全体としては電荷が残っているにも関わらず、それらを使い切ることなく負荷２（例えば、車両制御システム）への電力供給を終えることになる。
　発明者らは、上述のように蓄電部の複数の蓄電素子がバランスを崩して放電し、放電限界を迎えた蓄電素子により、他の蓄電素子には電荷が残っている状態で負荷（車両制御システム）への給電が不可能となった車両用電源装置においても、残った電荷を有効活用し再び負荷への電力供給を可能な車両用電源装置を以下の通り考案した。
（実施形態１）
　図１は実施形態１に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。図１において、実施形態１に係る車両用電源装置は、電源部１と、負荷２と、蓄電部３と、制御部４と、充電回路５と、電圧変換回路６とを備えて構成される。ここで、電源部１は例えばバッテリなどの二次電池を含み、負荷２は例えば車両制御システムなどの負荷である。また、補助電源として電荷を蓄える蓄電素子には例えば電気二重層キャパシタが用いられ、これらの複数個の電気二重層キャパシタを、例えば直列に接続して蓄電部３が構成される。
　以上のように構成された車両用電源装置において、車両の正常動作時においては電源部１から負荷２に直流電力を供給する。また、制御部４は、例えばバッテリを含む電源部１の異常状態に備え充電回路５を動作させて蓄電部３を充電する。電源部１が電圧低下又は失陥などの異常状態になると制御部４は電圧低下を感知し、蓄電部３から負荷２に直流電力を供給する。この時必要に応じて負荷２に必要な電圧になるように電圧変換回路６を用いて電圧変換を行う。
　図２は図１の蓄電部３の構成例を示すブロック図である。
　図２において、蓄電部３は、充電回路５と電圧変換回路６との間に接続される。蓄電部３は、
（１）電荷を蓄えるコンデンサＣ１～Ｃ３と、
（２）制御部４からの制御のもとでコンデンサＣ１～Ｃ３を直列に接続し又は並列に接続することを選択的に切り替えるスイッチＳＷ１～ＳＷ６と、
（３）コンデンサＣ１～Ｃ３の各両端電圧Ｖ１～Ｖ３及び出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３；コンデンサＣ３の充電回路５側一端と、接地端子との間の電圧をいう。）を測定して測定結果を制御部４に出力する電圧検出部３０と、
を備えて構成される。
　ここで、制御部４は、制御信号Ｓ１～Ｓ６を用いてそれぞれスイッチＳＷ１～Ｓ６のオン又はオフを制御する。また、通常動作時及び電源部１の異常状態発生時のバックアップ動作時においてコンデンサＣ１～Ｃ３は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオン状態となりかつスイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６がオフ状態となる（以下、「スイッチＳＷ１～ＳＷ６の初期状態」という。）ことで、直列に接続される。
　図３は図１の制御部４により実行される蓄電制御処理を示すフローチャートである。
　図３のステップＳ１において、まず、スイッチＳＷ１～ＳＷ６の初期状態に設定した後、電源部１に異常状態が発生すると（Ｓ２でＹＥＳ）、蓄電部３から負荷２への電力供給（バックアップ動作）を開始する（Ｓ３）。そして、蓄電部３からの電力供給によりコンデンサＣ１～Ｃ３に充電されている電荷量は減少していく。ここで、コンデンサＣ１～Ｃ３のうちどれか一つでも電荷が無くなると、他のコンデンサに電荷が残っている状態であってもそれ以上電荷を供給することは出来なくなるため、電圧検出部３０はコンデンサＣ１～Ｃ３それぞれの電圧を測定することで各コンデンサＣ１～Ｃ３に残っている電荷量を監視する。
　制御部４は、電圧検出部３０による電圧監視により、コンデンサＣ１～Ｃ３のうち１つ以上の両端電圧がしきい値電圧Ｖｔｈ１以下に下がった状態を検知すると（Ｓ４でＹＥＳ）、制御部４は蓄電部３からの電力供給を停止し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフしかつスイッチＳＷ３～ＳＷ６をオンする（以下、「スイッチＳＷ１～ＳＷ６によるコンデンサＣ１～Ｃ３の並列接続状態」という。）ことで（Ｓ５）、コンデンサＣ１～Ｃ３に残っている電荷を各コンデンサＣ１～Ｃ３に分配することでコンデンサＣ１～Ｃ３間の電荷量を均一にすることができる（Ｓ６）。すなわち電荷の無くなったコンデンサに電荷を与えることで再び電荷を供給することが可能となる。
　前記ステップＳ４におけるしきい値電圧Ｖｔｈ１は、以下のように設定される。車両用電源装置において、電源部１が失陥し、かつ蓄電部３も電荷を供給できない異常状態に陥った場合、制御部４は自身の電源を失うことになり蓄電部３のコンデンサＣ１～Ｃ３の電荷を均一にする制御を行えない状態となる。実施形態１ではこのような異常状態に陥らないように電荷の均一化処理を行うための余剰電力を残した状態で各コンデンサＣ１～Ｃ３のしきい値電圧Ｖｔｈ１が設定される。すなわち、異常状態に至る前段における各コンデンサＣ１～Ｃ３の両端電圧として、しきい値電圧Ｖｔｈ１を設定する。
　次いで、制御部４は、電圧検出部３０による電圧監視により、コンデンサＣ１～Ｃ３の各両端電圧Ｖ１～Ｖ３の互いの各電圧差の絶対値が所定のしきい値電圧差ΔＶ以下になることで、コンデンサＣ１～Ｃ３の電荷の均一化が完了したか否かを判断し（Ｓ７）、ＹＥＳのときはステップＳ８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７に戻る。ステップＳ８では、スイッチＳＷ１～ＳＷ６をその初期状態に戻すことで、コンデンサＣ１～Ｃ３の接続を直列接続の状態に戻す。次いで、蓄電部３の出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧Ｖｔｈ２以上であるか否かが判断される（Ｓ９）。
　前記ステップＳ９におけるしきい値電圧Ｖｔｈ２は以下のように設定される。しきい値電圧Ｖｔｈ２は、コンデンサＣ１～Ｃ３の電荷の均一化が完了した後、負荷２のシステムを正常状態で動作させるに十分に足りる出力電圧Ｖｏｕｔに設定される。
　前記ステップＳ９において、ＹＥＳのときはステップＳ１０に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１１に進む。ステップＳ１０では、負荷２に直流電力を供給可能な状態（スタンバイ状態）として当該蓄電制御処理を終了する。この場合は、ユーザがイグニッションをオンにすると負荷２に対しての電力供給が開始され、車両が異常状態になった原因調査などの初期診断を速やかに行うことが可能となる。一方、蓄電部３の電圧がしきい値電圧Ｖｔｈ２以下の場合は（Ｓ９でＮＯ）負荷２へ供給できる電荷が不十分な状態であり再起動は不可となりそのまま、制御部４のシステムを終了して（Ｓ１１）当該蓄電制御処理を終了する。
　以上のように構成された実施形態１に係る車両用電源装置によれば、蓄電部３の複数の蓄電素子であるコンデンサＣ１～Ｃ３の電荷量のバランスが崩れて放電し、放電限界を迎えたコンデンサにより、他のコンデンサには電荷が残っている状態で負荷２（例えば、車両制御システム）への給電が不可能となった車両用電源装置においても、残った電荷を有効活用し再び負荷２への電力供給を行うことができる。これにより、電源喪失後の電源確保が可能になり、不良個所の初期診断が迅速に行える。
　以上の実施形態１において、蓄電部３のコンデンサの数が３個の場合で説明したが、本開示はこれに限らず、２個の以上の複数個であればよい。これについては、他の実施形態及び変形例においても同様である。
（変形例１）
　図４は変形例１に係る蓄電部３Ａの構成例を示すブロック図である。図４の車両用電源装置は、図１の車両用電源装置に比較して以下の点が異なる。
（１）蓄電部３に代えて、蓄電部３Ａを備え、蓄電部３Ａは、以下のラッシュ電流防止の抵抗Ｒ１～Ｒ２を備えた。
（Ａ）スイッチＳＷ３とＳＷ４との間に、抵抗Ｒ１を挿入した。
（Ｂ）スイッチＳＷ３と、コンデンサＣ３の充電回路５側の一端との間に、抵抗Ｒ２を挿入した。
　以下、相違点について説明する。
　以上のように構成された車両用電源装置では、電位差を有する複数のコンデンサＣ１～Ｃ３を接続すると瞬間的に大電流が流れ、異常発熱や配線の溶断などを引き起こす。このようなラッシュ電流を防止するために抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続することで電流量を抑制することが可能となる。ここで、コンデンサＣ１～Ｃ３は例えば電気二重層キャパシタである。
　以上の変形例１では、抵抗Ｒ１，Ｒ２をさらに備えているが、本開示はこれに限らず、スイッチＳＷ３，ＳＷ４のオン時に、複数のコンデンサのうちの少なくとも１つに並列に接続される抵抗を接続するように構成してもよい。なお、変形例１及びこの変形例については、他の実施形態及び変形例に適用してもよい。
（実施形態２）
　図５は実施形態２に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。図５の車両用電源装置は、図１の車両用電源装置に比較して以下の点が異なる。
（１）制御部４に別の電源部７を接続した。ここで、別の電源部７は例えばバッテリ又はリチウムイオンなどの二次電池である。
　以下、相違点について説明する。
　図５の車両用電源装置において、電源部１が失陥し、かつ蓄電部３も電荷を供給できない異常状態に陥った場合、制御部４は自身の電源を失うことになり蓄電部３のコンデンサＣ１～Ｃ３の電荷を均一にする制御を行えない状態となる。実施形態１ではこのような状態に陥らないように電荷の均一化処理を行うための余剰電力を残した状態で各コンデンサＣ１～Ｃ３のしきい値電圧Ｖｔｈ１が設定される。
　しかしながら、蓄電部３の本来の目的は電源部１の異常状態時に安全を確保するための直流電力を供給することにあるので、実施形態１では本来の目的のために電荷を使い切ることができない。このような課題に対して、実施形態２では制御部４に別途、別の電源部７を接続しておくことで制御部４は別の電源部７から直流電力を供給することが可能となる。従って、電源部１が失陥し、かつ蓄電部３も電荷を供給できない異常状態に陥った場合においても、コンデンサＣ１～Ｃ３の電荷の均一化処理を行うことが可能となる。さらに、実施形態２に係る車両用電源装置は、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態３）
　図６は実施形態３に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。図６の車両用電源装置は、図１の車両用電源装置に比較して以下の点が異なる。
（１）制御部４に、車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）８を接続した。
　以下、相違点について説明する。
　図６の車両用電源装置において、制御部４は所定の通信回線を介して車両ＥＣＵ８との間で通信を行う。車両ＥＣＵ８は車両全般の制御を行う制御装置であり、車両用電源装置も車両ＥＣＵ８の制御の下に動作している。実施形態１及び２では本車両用電源装置独自の判断で再起動が可能となるよう制御を行っているが、車両の故障状態によっては再び通電を行うと発火などの危険を伴う場合も想定される。車両ＥＣＵ８には車両に関わる全ブロックの情報が集約されており、上記のような状態において車両全体の状況から判断して本車両用電源装置の制御が可能となる。
　図７は図６の車両ＥＣＵ８及び制御部４によって実行される蓄電制御処理を示すフローチャートである。
　図７において、制御部４は、図３のステップＳ１～Ｓ３の処理を同様に実行する。すなわち、ステップＳ３において、蓄電部３からのバックアップ動作が始まり、コンデンサＣ１～Ｃ３の電荷が放電される。コンデンサＣ１～Ｃ３のうち１つ以上の両端電圧がしきい値電圧Ｖｔｈ１以下に下がった状態を検知すると（Ｓ３でＹＥＳ）、制御部４は車両ＥＣＵ８にセル電圧低下通知信号を送信する。
　これに応答して、車両ＥＣＵ８は、制御部４からセル電圧低下通知信号を受信し（Ｓ３１）、車両状態から再起動が可能と判断した場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御部４に対してコンデンサ電荷の均一化を含む指示信号を送信する（Ｓ３３）。一方、車両ＥＣＵ８は、車両状態から再起動が不可能と判断した場合（Ｓ３２でＮＯ）、制御部４に対してコンデンサ電荷の均一化を含まない指示信号を送信する（Ｓ３４）。
　制御部４は、車両ＥＣＵ８からの指示信号に応答して、指示信号がコンデンサ電荷の均一化を含む指示信号であるか否かを判断し（Ｓ２３）、ＹＥＳのときはステップＳ５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２４に進む。制御部４は、ステップＳ５以降、図３の制御処理と同様の処理（Ｓ５～Ｓ１１）を実行し、当該蓄電制御処理を終了する。一方、ステップＳ２４において、蓄電部３からの放電を終了させ、制御部４のシステムを終了させた後、当該蓄電制御処理を終了する。
　以上説明したように、実施形態３によれば、制御部４と車両ＥＣＵ８との間の通信により車両の状態に応じて再起動の是非の判断を行うことが可能となり二次災害の防止につながる。なお、実施形態３に係る車両用電源装置は、実施形態１又は２の車両用電源装置と同様の作用効果を有する。
（実施形態４）
　図８は実施形態４に係る車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。図８の車両用電源装置は、図１の車両用電源装置に比較して以下の点が異なる。
（１）実施形態３に係る車両ＥＣＵ８と、実施形態２に係る別の電源部７とをともに備えた。
　以下、相違点について説明する。
　以上のように構成された実施形態４に係る車両用電源装置では、電源部１が失陥し、かつ蓄電部３も電荷を供給できない異常状態に陥った場合においても、コンデンサＣ１～Ｃ３の電荷の均一化処理を行うことが可能となり、かつ、車両ＥＣＵ８の判断により本車両用電源装置の制御が可能となる。また、実施形態４に係る車両用電源装置は、実施形態１～３に係る車両用電源装置と同様の作用効果を有する。
（変形例）
　以上の実施形態及び変形例において、電源部１及び別の電源部７は例えば直流電力を供給する電池などであるが、本開示はこれに限らず、交流電力を直流電力に変換して供給してもよい。また、交流電力を供給して受電側でＡＣＤＣコンバータを備えてもよい。
　本発明に係る車両用電源装置は、車載用補助電源として電源部の異常発生からの迅速かつ安全な復旧処理において有用である。
１　電源部
２　負荷
３　蓄電部
４　制御部
５　充電回路
６　電圧変換回路
７　電源部
８　車両ＥＣＵ
３０　電圧検出部
Ｃ１～Ｃ３　コンデンサ
ＳＷ１～ＳＷ６　スイッチ
Ｒ１～Ｒ２　抵抗

Claims (6)

  1. 　負荷に電力を供給する電源部と、
    　前記電源部の異常状態において電力を供給する蓄電部と、
    　前記蓄電部を充電する充電回路と、
    　前記蓄電部の電圧を所定の電圧に変換して前記負荷に出力する電圧変換回路と、
    　前記蓄電部及び前記充電回路及び前記電圧変換回路の動作を制御する制御部とを備え、
    　前記蓄電部は、
    　複数のコンデンサと、
    　前記複数のコンデンサを直列に接続し、もしくは並列に接続することを選択的に切り替える複数のスイッチと、
    　前記複数のコンデンサのそれぞれの両端電圧を測定する電圧検出部とを備え、
    　前記制御部は、前記電圧検出部が、前記複数のコンデンサの少なくとも１つのコンデンサがそれ以上の放電が不能となる所定の電圧を前記両端電圧として検出すると、前記複数のスイッチを並列に接続するように制御することで、前記複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサの残電荷を他のコンデンサに分配し、再び充電することなく前記負荷に再度電力を供給することを可能とした、車両用電源装置。
  2. 　前記制御部は、前記複数のスイッチを並列に接続するように制御することで、前記複数のコンデンサに蓄えられている電荷量の均一化を実行する、
    請求項１に記載の車両用電源装置。
  3. 　前記制御部は、車両ＥＣＵの指示に従って前記電荷量の均一化を行う、
    請求項２記載の車両用電源装置。
  4. 　前記制御部に接続された別の電源部であって、前記負荷に電力を供給する別の電源部をさらに備え、
    　前記制御部は前記電荷量の均一化を行う際に、前記別の電源部から電力供給を受ける、
    請求項２記載の車両用電源装置。
  5. 　前記複数のコンデンサは電気二重層コンデンサである、
    請求項１記載の車両用電源装置。
  6. 　前記蓄電部はさらに、前記複数のコンデンサの少なくとも１つに並列に接続される抵抗であて、前記複数のスイッチを切り替えた際に前記複数のコンデンサに流れるラッシュ電流を抑制する抵抗を備える、
    請求項１～５のうちのいずれか１つに記載の車両用電源装置。
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