JP2005045913A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補助電源としての寿命を予想することができるとともに、補助電源の状態を検出することができる電源バックアップユニットを実現し、より信頼性、安全性の高い車両用電源装置を提供する。
【解決手段】 補助電源として、複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニット１５を用いた電源バックアップユニット２からなる車両用電源装置であって、前記電源バックアップユニット２は、入出力端子接続点の近傍に、バッテリー１の出力電圧を検出するためのグランド電位検出手段２１を備えることを特徴とする車両用電源装置である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、特に車両の制動を電気的に行う車両用電源装置に関するものである。

近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴い、車両の制動についても、従来の機械的な制御から電気的な制御への開発が急速に進んでおり、各種の提案がなされている。

一般に、車両の制御を電気的に行うために、その電源としてバッテリーが用いられる場合があるが、その場合このバッテリーだけでは、何等かの原因で電力が供給できなくなると、車両の制御ができなくなるため、補助電源としてこのバッテリーとは別に補助のバッテリーを搭載して非常時の対応ができるような提案もなされていた。

なお、この出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平５−１１６５７１号公報

しかしながら、補助電源は非常時の車両制動に関わるため、非常時に確実に電力供給が行われることが極めて重要なポイントであり、そのため補助電源の寿命を確実に予測することができるとともに、補助電源の状態を常に検出することができることが極めて重要なポイントになっている。

ここで、補助電源としてバッテリーを用いた場合、バッテリーの寿命を予想することが非常に困難なため、またバッテリーの状態も電圧は確認できても、電圧だけでは状態の異変までは検出することが困難なため、早め早めの定期的な交換が必要であった。また、それによって、より高い安全性を確保しようとするものであった。

ただ、このバッテリーを早め早めに定期的に交換しても、日々あるいは車両スタート時毎にバッテリーの状態をチェックすることは困難なため、さらなる安全性向上を図ることが困難であった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、補助電源の状態および電源バックアップユニットへの入出力を正確に検出することができ、より信頼性、安全性の高い車両用電源装置を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、特に、電気的な制御により車両を制動させる際に用いられる車両用電源装置であって、ブレーキ操作器からの情報および／または前記車両の走行状態に応じた情報が入力されるとともに、それらの情報に基づき前記車両の制動を制御するための情報がブレーキに出力されるように設けられた電子制御部と、この電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うためのバッテリーと、このバッテリーの異常時に前記電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うための補助電源とを有し、この補助電源が複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットを用いた電源バックアップユニットからなり、車両動作開始時に前記電源バックアップユニットに電荷が充電されるとともに、前記車両動作終了時に前記電源バックアップユニットから電荷が放電されることを特徴とし、前記電源バックアップユニットは、入出力端子接続点の近傍に、バッテリーの出力電圧を検出するためのグランド電位検出手段を備えることを特徴とする車両用電源装置である。

これにより、補助電源としてキャパシタからなる電源バックアップユニットを用いているため、補助電源としての寿命が大幅に延びるとともに、車両の耐久寿命とほぼ同程度まで延ばすことができ、結果として、電源バックアップユニットとしてのメンテナンスフリー化を実現することができる。また、電源バックアップユニットの入出力端子接続点近傍にグランド電位検出手段を備えているため、充放電時において、グランド電位の電源バックアップユニットの内部グランドインピーダンスによる影響を受けることなく、正確に電源バックアップユニットの入出力を検出することができるものである。

以上のように本発明は、電源バックアップユニットの入出力端子接続点近傍にグランド電位検出手段を備えているため、充放電時において、グランド電位の電源バックアップユニットの内部グランドインピーダンスによる影響を受けることなく、正確に電源バックアップユニットの入出力を検出することができ、より信頼性、安全性の高い車両用電源装置を得ることができるという効果が得られる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、本発明の特に請求項１の発明について、図面を参照しながら説明する。

図１、図２は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の構成図である。まず図１において、１は車両内に電力を供給するための１２Ｖ用バッテリーであり、このバッテリー１の補助電源として電源バックアップユニット２が設けられている。そして車両の制動を制御するための情報を出力する電子制御部３が設けられており、バッテリー１および電源バックアップユニット２から、この電子制御部３へ電力供給が行われている。さらに電子制御部３へ車両の制動を制御する情報を伝達するためのブレーキペダル４が設けられており、このブレーキペダル４からの情報を、電子制御部３を介してブレーキ５の制御を行い、このブレーキ５によって、タイヤ６を制動させる。

次に、本実施の形態における車両用電源装置の詳細な構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図である。

図２において、バッテリー１は、車両の動作を開始および終了させるためのイグニッションスイッチ８を介して、電源バックアップユニット２に設けられたＩＧ（イグニッションジェネレータ）端子９に接続されるとともに、電源バックアップユニット２および電子制御部３に電力を供給するための＋ＢＣ端子１０および電源供給端子２０に接続されている。電源バックアップユニット２と電子制御部３は、電子制御部３から電源バックアップユニット２へ信号を入力するための通信入力端子１１、電源バックアップユニット２から電子制御部３へ信号を出力するための通信出力端子１２、検出した電圧の出力およびバッテリー１の異常時に電源バックアップユニット２内に蓄電された電荷を出力するためのＯＵＴ端子１３で接続されている。

ここで、電源バックアップユニット２の構成について説明する。電源バックアップユニット２は、バッテリー１の異常時に電子制御部３を介してブレーキ５への電力供給を行うための補助電源としてキャパシタユニット１５を有しており、このキャパシタユニット１５は、例えば急速に充放電が可能な電気二重層コンデンサである複数のキャパシタを用いて形成している。また電源バックアップユニット２には、このキャパシタユニット１５へ充電を行うための充電回路１６と、放電を行うための放電回路１７を有しており、これらはバックアップユニット制御部１４からの指示に基づき制御される。さらに電源バックアップユニット２には、第１の検出手段として、バッテリー１から出力される電圧を検出するためのバックアップ検出手段１８を有しており、このバックアップ検出手段１８には電圧異常を検出したときにキャパシタユニット１５からＯＵＴ端子１３を介して電子制御部３への放電を可能にするためのＦＥＴスイッチ１９が設けられている。

また、電源バックアップユニット２には、充放電の挙動によりキャパシタユニット１５の異常を検出するための第２の異常検出手段が設けられており、この第２の異常検出手段は、バックアップユニット制御部１４と、充電回路１６と、放電回路１７とから構成されている。

次に、車両用電源装置の動作について説明する。まず、車両の動作を開始させるために例えばイグニッションをＯＮにすると、バッテリー１からＩＧ端子９に接続するイグニッションスイッチ８がＯＮになり、バッテリー１から電源バックアップユニット２および電子制御部３に、電圧１２Ｖが供給される。

そして電子制御部３から、バッテリー１からキャパシタユニット１５への充電を許可するための充電許可信号を、通信入力端子１１を介して電源バックアップユニット２に入力し、バックアップユニット制御部１４が充電許可信号を受信し、充電回路１６へ送信する。充電が許可されると、バッテリー１から＋ＢＣ端子１０、充電回路１６を介してキャパシタユニット１５へ、バッテリー１が電圧低下時または異常時に電子制御部３へ供給するための電荷が充電される。

一方、＋ＢＣ端子１０を介してバッテリー１から出力される電圧を、バックアップ検出手段１８に備えてあるセンサにて検出し、ＯＵＴ端子１３に出力する。ここでバッテリー１から出力される電圧が基準値（９．５Ｖ）以上であれば、バッテリー１からの電圧および電源バックアップユニット２の動作が正常であることを確認して、バッテリー１から電子制御部３へ継続して電力が供給される。

これにより車両は正常に動作することができ、ブレーキペダル４を作動させたとき、電子制御部３はブレーキペダル４からの情報が入力されるとともに、それらの情報に基づき、車両の制動を制御するための情報をブレーキ５に出力する。そして出力した情報によりブレーキ５が作動し、タイヤ６を確実に制動させることができ、結果として車両を確実に制御させることができる。

なお、バッテリー１から出力される電圧の検出については、車両が動作中の間常時行われる。

その後、車両の動作を終了させるためにイグニッションをＯＦＦにすると、バッテリー１からＩＧ端子９に接続するイグニッションスイッチ８はＯＦＦになり、バッテリー１からの電力供給が停止する。このときバックアップユニット制御部１４はキャパシタユニット１５に蓄えられた電荷の放電を指示する信号を、放電回路１７に送信する。そして、この信号に基づき放電回路１７は、キャパシタユニット１５に蓄えられている電荷を放電する。この放電により、キャパシタユニット１５は劣化を大幅に低減することができるので、電源バックアップユニット２は補助電源としての寿命が延びるとともに、それによって車両の耐久寿命とほぼ同等まで延ばすことができ、結果として、電源バックアップユニット２のメンテナンスフリー化を実現することができる。

次に、バッテリー１の電圧低下時または異常時における車両用電源装置の動作について説明する。

車両の動作を開始させると、バッテリー１からキャパシタユニット１５に電荷が充電されるとともに、バックアップ検出手段１８で、バッテリー１から出力される電圧を検出して、ＯＵＴ端子１３へ出力され、バッテリー１から電子制御部３へ電力が供給される。ここでバックアップ検出手段１８は、バッテリー１の異常を検出するためのセンサを備えているので、電圧を検出するときにこのセンサによる検出電圧が基準値（９．５Ｖ）未満になると、バッテリー１から出力される電圧が異常であるということを、バックアップ検出手段１８にて検出する。

この異常を検出した情報に基づき、通常はＯＦＦになっているＦＥＴスイッチ１９がＯＮになり、キャパシタユニット１５からＯＵＴ端子１３への出力が可能となるとともに、バッテリー１からの電力供給が停止する。そしてバックアップ検出手段１８から、バックアップユニット制御部１４へキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷の出力を指示する信号を送信する。この指示によってキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷が、ＦＥＴスイッチ１９を介してＯＵＴ端子１３に出力されて電子制御部３に供給される。

一方、バッテリー１が異常であるとき、この異常をバックアップユニット制御部１４から通信出力端子１２へ信号を送信し、さらに電子制御部３を介して、例えばバッテリー１が異常であるということを車両内部に表示を行い、直ちに車両を停止するように指示をする。この異常のとき、非常電源としてキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷を電子制御部３へ供給しているので、運転者はブレーキペダル４から電子制御部３を介してブレーキ５を作動させることができ、車両を安全に停止させることができる。

また、車両動作中に、キャパシタユニット１５の異常を第２の検出手段にて検出した場合は、キャパシタユニット１５が異常であることを通信出力端子１２を介して電子制御部３へ送信し、バッテリー１の異常時と同様に、キャパシタユニット１５が異常であることを表示する。これにより運転者は整備会社にキャパシタユニット１５の点検、交換等の依頼を行うことができる。

電源バックアップユニット２内の各回路及び検出手段は、実際には、回路の配線インピーダンスの影響により、充放電時におけるグランド電圧と実際のバッテリー１の制御電圧および検出電圧に誤差を生じる。そこで、この発生した誤差を補正し、制御電圧、検出電圧を正しく読みとる機能が必要である。以下、このような機能を有する電源バックアップユニット２の構造について説明する。

図２において、回路実装上、通常大電流を扱う充電回路１６、放電回路１７、キャパシタユニット１５のグランド（パワーグランド）Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、小電流であるバックアップユニット制御部１４、バックアップ検出手段１８のグランドＧ４，Ｇ５（信号グランド）に対して、電源バックアップユニット２の接続端子グランドＧ０の近傍に配置されている。

充電時には、キャパシタユニットにパワー充電されるため、端子グランドＧ０からキャパシタユニット１５のグランドＧ３間のインピーダンスによって、Ｇ０とＧ３の間に（電流×（Ｇ０〜Ｇ３のインピーダンス分））の電位差が発生するので、このときのキャパシタユニット１５のグランドＧ３における電圧は、Ｇ０に対して前記（電流×（Ｇ０〜Ｇ３のインピーダンス分））＝ΔＧｚ分上昇する。これに対して信号グランドは、自身のグランドインピーダンスの影響は無視できるほど小さいが、パワーグランドに隣接して接続されるため、パワーグランドの上昇分ΔＧｚの影響を受けることになる。

このため、バックアップ検出手段１８のグランドＧ５における検出電圧は、バッテリー１の出力電圧Ｖｓｎｓから、充電時に上昇したグランド電位ΔＧｚを引いた値になるので、（Ｖｓｎｓ−ΔＧｚ）となり、実際のバッテリー１の出力電圧との間に誤差が発生する。

また、放電時にも、Ｇ３とＧ０の間に充電時と逆の電位が発生するため、Ｇ３の電位がＧ０に対してΔＧｈ分下降する。このため放電時のバックアップ検出手段１８のグランドＧ５における検出電圧は、（Ｖｓｎｓ＋ΔＧｈ）となり、充電時と同様、バッテリー１の出力電圧との間に誤差が発生する。

そこで本発明では、バッテリー１の出力電圧を正確に検出するために、端子グランドＧ０の近傍にグランド電位検出手段２１を設けた構成となっている。これにより、端子グランドＧ０の近傍にてグランド電位を検出し、バックアップユニット制御部１４にて、グランド電位変化分を補正するので、インピーダンスにより発生する電位差の影響を受けることなく、バッテリー１の出力電圧を検出することができるようになる。

なお、本実施の形態では、車両の動作開始時をイグニッションＯＮ時としたが、ドア開閉スイッチＯＮ時、あるいはキーレス信号ＯＮ時であってもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、補助電源の状態およびバッテリー１の出力電圧を正確に検出することができ、より信頼性、安全性の高い車両用電源装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における車両用電源装置の構成図 本発明の実施の形態１における車両用電源装置の回路図

符号の説明

１ バッテリー
２ 電源バックアップユニット
３ 電子制御部
４ ブレーキペダル
５ ブレーキ
６ タイヤ
８ イグニッションスイッチ
９ ＩＧ端子
１０ ＋ＢＣ端子
１１ 通信入力端子
１２ 通信出力端子
１３ ＯＵＴ端子
１４ バックアップユニット制御部
１５ キャパシタユニット
１６ 充電回路
１７ 放電回路
１８ バックアップ検出手段
１９ ＦＥＴスイッチ
２０ 電源供給端子
２１ グランド電位検出手段

Claims (1)

1. 電気的な制御により車両を制動させる際に用いられる車両用電源装置であって、ブレーキ操作器からの情報および／または前記車両の走行状態に応じた情報が入力されるとともに、それらの情報に基づき前記車両の制動を制御するための情報がブレーキに出力されるように設けられた電子制御部と、この電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うためのバッテリーと、このバッテリーの異常時に前記電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うための補助電源とを有し、この補助電源が複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットを用いた電源バックアップユニットからなり、車両走行開始時に前記電源バックアップユニットの電荷が充電されるとともに、前記車両走行終了時に前記電源バックアップユニットの電荷が放電されることを特徴とし、前記電源バックアップユニットは、入出力端子接続点の近傍に、バッテリーの出力電圧を検出するためのグランド電位検出手段を備えることを特徴とする車両用電源装置。

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