JP2018011458A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池に並列接続されるキャパシタの容量を有効に活用できる電力供給装置を提供する。【解決手段】第１二次電池１２０と、第１二次電池１２０に直列に接続される抵抗部１３０と、第１二次電池１２０と抵抗部１３０とを含む回路に並列に接続され、バックアップ対象負荷５２に電力を供給可能なキャパシタ１１０と、キャパシタ１１０がバックアップ対象負荷５２に電力を供給するか否かに応じて、抵抗部１３０の抵抗値を制御する制御部１４０とを備える電力供給装置１０。【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給装置に関する。

従来、負荷に電力を供給する装置として、鉛蓄電池等の二次電池と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタとが並列接続される構成が知られている（例えば特許文献１等）。キャパシタは、二次電池と比較して、短時間に大きな電流を供給することができる。一方で、二次電池は、キャパシタと比較して、放電による端子電圧の低下が少ない。

特開２０１４−２１３７０６号公報

二次電池に並列接続されるキャパシタから、負荷に対して短時間に大きな電流を供給しようとする場合、キャパシタの放電は、並列接続された二次電池により制限される。この場合、キャパシタの容量が有効に活用されないことがある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、二次電池に並列接続されるキャパシタの容量を有効に活用できる電力供給装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る電力供給装置は、
第１二次電池と、
前記第１二次電池に直列に接続される抵抗部と、
前記第１二次電池と前記抵抗部とを含む回路に並列に接続され、バックアップ対象負荷に電力を供給可能なキャパシタと、
前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給するか否かに応じて、前記抵抗部の抵抗値を制御する制御部とを備える。

上記課題を解決するために、本発明の第２の観点に係る電力供給装置は、
前記抵抗部は、
第１端子と第２端子と第３端子とを有し、前記第１端子と前記第３端子とが接続される第１切替状態、及び、前記第２端子と前記第３端子とが接続される第２切替状態のいずれか一方の状態に切替可能な切替器と、
前記第２端子に接続される抵抗器と
を備え、
前記制御部は、前記切替器を前記第１切替状態及び前記第２切替状態のいずれか一方に切り替える。

上記課題を解決するために、本発明の第３の観点に係る電力供給装置は、
前記制御部は、
前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給しない場合、前記切替器を前記第１切替状態に切り替え、
前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給する場合、前記切替器を前記第２切替状態に切り替える。

上記課題を解決するために、本発明の第４の観点に係る電力供給装置は、
前記制御部は、
前記キャパシタに並列に接続される第２二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記切替器を前記第１切替状態に切り替え、
前記キャパシタに並列に接続される第２二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記切替器を前記第２切替状態に切り替える。

上記課題を解決するために、本発明の第５の観点に係る電力供給装置は、
前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである。

本発明の第１の観点に係る電力供給装置によれば、二次電池に並列接続されるキャパシタの容量を有効に活用できる。

本発明の第２の観点に係る電力供給装置によれば、切替器によって抵抗部を第１切替状態と第２切替状態との間で切替えることにより、キャパシタの放電量を増加させたい状況では放電量を増加させ、それ以外の状況では電力供給装置の放電損失を極力小さくすることができる。

本発明の第３の観点に係る電力供給装置によれば、バックアップ対象負荷への電力供給状況に応じて、キャパシタの蓄電残量ができるだけ少なくなるように放電させることができる。

本発明の第４の観点に係る電力供給装置によれば、主電源側のバッテリの機能が低下したことを検知して、切替器を第２切替状態に切替え、対象となる負荷への電力供給を行うことができる。

本発明の第５の観点に係る電力供給装置によれば、緊急時に車両が安全に停止できるための操作手段を確保できる。

一実施形態に係る電力供給システムの機能ブロック図である。 電気抵抗の構成例である。 切替器の状態が第１切替状態である場合の回路モデル例である。 切替器の状態が第２切替状態である場合の回路モデル例である。 切替器の状態を制御する手順の一例を示すフローチャートである。

（実施形態）
以下、一実施形態に係る電力供給システム及び電力供給装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る電力供給システム及び電力供給装置は、負荷に対して電力を供給することができる。本実施形態に係る電力供給システムは、例えば車両に搭載されてもよい。本実施形態に係る電力供給装置は、例えば、車両のバッテリのバックアップ電源として用いられてもよい。この場合、電力供給装置は、負荷として車両内に搭載された電子機器等に電力を供給してもよい。電力供給装置は、車両のバッテリのバックアップ電源として用いられるだけでなく、他の電源のバックアップ電源、例えば無停電電源（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）として用いられてもよい。

［機能ブロック］
図１に示されるように、本実施形態に係る電力供給システム１は、電力供給装置１０と、バッテリ２０と、スタータ３０と、オルタネータ４０と、一般負荷５１と、被保護負荷５２と、制御装置６０とを備える。

電力供給装置１０と、バッテリ２０と、スタータ３０と、オルタネータ４０と、一般負荷５１とは、第１バスライン８１で接続される。電力供給装置１０と、被保護負荷５２とは、第２バスライン８２で接続される。

電力供給システム１は、エンジンを備える車両に搭載されてもよい。電力供給システム１は、モータを備える車両に搭載されてもよい。電力供給システム１は、車両に搭載されなくてもよく、例えば、据え置き型の負荷に電力を供給するものであってもよい。

＜電力供給装置＞
電力供給装置１０は、キャパシタ１１０と、二次電池１２０と、抵抗部１３０と、制御部１４０と、第１スイッチ７１と、第２スイッチ７２とを備える。

第１スイッチ７１の一端は、第１バスライン８１に接続される。第１スイッチ７１の他の一端は、第２バスライン８２に接続される。第１スイッチ７１は、機械的に接点を開閉する機械式スイッチであってもよいし、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチであってもよい。以下、第１スイッチ７１が導通する状態及び電流を遮断する状態のことをそれぞれオン状態及びオフ状態という。第１スイッチ７１がオン状態である場合、第１バスライン８１と第２バスライン８２とは、１つのバスラインとみなされる。

第１スイッチ７１がオン状態である場合、第１バスライン８１と第２バスライン８２との間が導通する。第１スイッチ７１がオフ状態である場合、第１バスライン８１と第２バスライン８２との間には電流が流れない。第１スイッチ７１がオン状態である場合において、第１スイッチ７１は、電流が流れる方向を制限できるように構成されてもよい。例えば、第１スイッチ７１は、電流が流れる方向を第１バスライン８１から第２バスライン８２に向かう方向に制限してもよい。第１スイッチ７１は、電流が流れる方向を第２バスライン８２から第１バスライン８１に向かう方向に制限してもよい。

キャパシタ１１０の一端は、第１節点１８１において、二次電池１２０の一端と接続される。キャパシタ１１０の他の一端は、第２節点１８２において、抵抗部１３０の一端と接続される。二次電池１２０と抵抗部１３０とは、それぞれのキャパシタ１１０と接続されていない方の一端で接続される。言い換えれば、二次電池１２０は、抵抗部１３０と直列に接続される。キャパシタ１１０は、二次電池１２０と抵抗部１３０とを含む回路に並列に接続される。

第２スイッチ７２の一端は、第１節点１８１において、キャパシタ１１０及び二次電池１２０と接続される。第２スイッチ７２の他の一端は、第３節点１８３において、第２バスライン８２に接続される。第２スイッチ７２は、第１スイッチ７１と同様に構成されうる。第１節点１８１、第２節点１８２及び第３節点１８３は、本実施形態に係る説明のために設けられるものである。図１に示される機能ブロックが電力供給装置１０として実装される場合、節点が設けられなくてもよい。

第１スイッチ７１及び第２スイッチ７２はそれぞれ、図１において破線矢印で示される有線又は無線の通信により、制御部１４０に接続される。第１スイッチ７１及び第２スイッチ７２は、制御部１４０からの制御指示に応じて、オン状態及びオフ状態のいずれか一方となる。

キャパシタ１１０は、例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）である。キャパシタ１１０は、ＥＤＬＣに限られず、レドックスキャパシタであってもよいし、ハイブリッドキャパシタであってもよい。キャパシタ１１０の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）との関係（以下、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性ともいう）は、例えば、ＳＯＣとＯＣＶとがほぼ比例する関係となる。

二次電池１２０は、充放電可能な電池であり、例えばリチウムイオン電池である。二次電池１２０は、リチウムイオン電池に限られず、鉛蓄電池、又は、ニッケル水素電池等の他の充放電可能な電池であってもよい。二次電池１２０のＳＯＣ−ＯＣＶ特性は、例えば、ＳＯＣが０％に近づく場合でもＯＣＶが所定の電圧以上である関係となる。

キャパシタ１１０と二次電池１２０との比較において、キャパシタ１１０のＳＯＣ−ＯＣＶ特性は、二次電池１２０のＳＯＣ−ＯＣＶ特性よりも、ＳＯＣの変化に対するＯＣＶの変化が大きい。ＳＯＣの変化を同じにした場合のＯＣＶの変化について、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に基づいてキャパシタ１１０と二次電池１２０との間で比較した場合、キャパシタ１１０のＯＣＶの変化は、二次電池１２０のＯＣＶの変化よりも大きい。言い換えると、ＳＯＣが０％に近づくように放電する場合におけるキャパシタ１１０のＯＣＶは、二次電池１２０のＯＣＶよりも小さい。

キャパシタ１１０と二次電池１２０との比較において、キャパシタ１１０の充放電にかかる時間は、二次電池１２０の充放電にかかる時間よりも短い。二次電池１２０の充放電電流の大きさは、二次電池１２０の内部の電気化学反応の速度により制限されるためである。つまり、キャパシタ１１０は、二次電池１２０と比較して、一時的に大きな放電電流を流すことができるといえる。一方、二次電池１２０は、キャパシタ１１０と比較して、より持続的に放電電流を流すことができるといえる。

抵抗部１３０は、図２に例示されるように、切替器１５０と抵抗器１６０とを備える。抵抗部１３０は、図２に例示される構成に限られず、例えば抵抗値が制御可能な可変抵抗器であってもよい。抵抗部１３０は、図１において破線矢印で示される有線又は無線の通信により、制御部１４０に接続される。抵抗部１３０は、制御部１４０からの制御指示に応じて、抵抗値が制御される。

切替器１５０は、第１端子１５１と、第２端子１５２と、第３端子１５３とを備える。切替器１５０は、第１端子１５１と第３端子１５３とが接続される第１切替状態と、第２端子１５２と第３端子１５３とが接続される第２切替状態とを有す。切替器１５０は、第１切替状態及び第２切替状態のいずれか一方の状態に切替可能である。切替器１５０は、第３端子１５３を介して、二次電池１２０と直列に接続される。第１端子１５１は、第２節点１８２を介して、接地される。第２端子１５２は、抵抗器１６０と第２節点１８２とを介して、接地される。

抵抗器１６０は、所定の抵抗値を有する電気抵抗である。抵抗器１６０の抵抗値は、所定の範囲内で可変であってもよい。

切替器１５０が第１切替状態である場合、第１節点１８１と第２節点１８２との間の回路は、図３に示される回路モデルで表される。図３に示されるように、二次電池１２０と第２節点１８２との間には、抵抗器１６０が接続されない。つまり、二次電池１２０は、抵抗器１６０を介さずに直接接地される。

切替器１５０が第２切替状態である場合、第１節点１８１と第２節点１８２との間の回路は、図４に示される回路モデルで表される。図４に示されるように、二次電池１２０と第２節点１８２との間には、抵抗器１６０が接続される。つまり、二次電池１２０は、抵抗器１６０を介して接地される。

抵抗部１３０が切替器１５０を備える場合、切替器１５０は、制御部１４０からの制御指示に応じて、第１切替状態及び第２切替状態のいずれか一方に切り替えられる。切替器１５０の状態を制御することにより、抵抗部１３０の抵抗値が制御される。

制御部１４０は、制御装置６０からの制御指示に応じて、電力供給装置１０の各構成部を制御する。制御部１４０は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサで構成されてもよい。制御手順を規定したプログラムは、例えば、制御部１４０の内部に格納されてもよいし、外部の記憶装置又は記憶媒体に格納されてもよい。

＜電力供給装置以外の構成＞
バッテリ２０は、第３スイッチ７３を介して、第１バスライン８１に接続される。第３スイッチ７３は、第１スイッチ７１と同様に構成されるものである。バッテリ２０は、例えば鉛蓄電池であるが、これに限られず、他の二次電池であってもよい。以下、二次電池１２０及びバッテリ２０のことをそれぞれ、第１二次電池及び第２二次電池ともいう。

スタータ３０は、第４スイッチ７４を介して、第１バスライン８１に接続される。第４スイッチ７４は、第１スイッチ７１と同様に構成されるものである。スタータ３０は、例えばセルモータを備える。スタータ３０は、バッテリ２０から供給される電力により駆動され、エンジンを始動させる。

オルタネータ４０は、エンジンに機械的に接続される発電機であって、エンジンの駆動に応じて発電する。オルタネータ４０がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、バッテリ２０、電力供給装置１０、一般負荷５１及び被保護負荷５２に供給されうる。オルタネータ４０は、車両の減速時等に回生によって発電してもよい。オルタネータ４０が回生発電した電力は、バッテリ２０並びに電力供給装置１０のキャパシタ１１０及び二次電池１２０の充電に使用されうる。

一般負荷５１は、バッテリ２０又はオルタネータ４０から電力の供給を受けて動作する。一般負荷５１は、例えば、オーディオ機器、カーナビゲーション等の車両搭載機器である。

被保護負荷５２は、バッテリ２０又はオルタネータ４０から電力の供給を受けて動作する。被保護負荷５２は、バッテリ２０及びオルタネータ４０から電力が供給されない場合、電力供給装置１０から電力の供給を受けて動作する。つまり、被保護負荷５２は、電源供給のバックアップを受けることができる。以下、被保護負荷５２のことを、バックアップ対象負荷ともいう。被保護負荷５２は、例えば、パワーステアリング機能を実現する操舵モータであったり、ブレーキアシスト機能を実現するブレーキ倍力装置であったりしてもよい。被保護負荷５２は、動作可能電圧以上の電圧が印加された場合に動作可能であり、動作可能電圧未満の電圧が印加された場合には動作できない。動作可能電圧のことを、Ｖｍｉｎともいう。

制御装置６０は、例えばＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置６０は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサで構成されてもよい。制御手順を規定したプログラムは、例えば、制御装置６０の内部に格納されてもよいし、外部の記憶装置又は記憶媒体に格納されてもよい。制御装置６０は、電力供給システム１の各構成部から情報を取得することができる。

制御装置６０は、図１において破線矢印で示される有線又は無線の通信により、電力供給装置１０とオルタネータ４０と第３スイッチ７３と第４スイッチ７４とに接続される。制御装置６０は、電力供給装置１０に対して制御指示を出力する。電力供給装置１０の制御部１４０は、制御装置６０からの制御指示に基づいて、第１スイッチ７１若しくは第２スイッチ７２の状態、又は、抵抗部１３０の抵抗値若しくは切替器１５０の状態を制御する。制御装置６０は、第３スイッチ７３及び第４スイッチ７４に対して、オン状態及びオフ状態のいずれか一方に制御する制御信号を出力する。制御装置６０は、オルタネータ４０に対して制御信号を出力する。

［電力供給システムの動作］
図１〜図４を参照して、電力供給システム１の動作について説明する。電力供給システム１は、いくつかの動作モードを有する。

電力供給システム１は、エンジンが停止してオルタネータ４０から電力が供給されず、バッテリ２０から供給される電力で動作するモード（以下、バッテリ放電モードともいう）を有する。

電力供給システム１は、エンジンが駆動してオルタネータ４０から供給される電力で動作するモード（以下、バッテリ充電モードともいう）を有する。

電力供給システム１は、エンジンがアイドリングストップしてオルタネータ４０から電力が供給されず、バッテリ２０及び電力供給装置１０から供給される電力で動作するモード（以下、アイドリングストップモードともいう）を有する。

電力供給システム１は、バッテリ２０が失陥して、電力供給装置１０から供給される電力で動作するモード（以下、バックアップモードともいう）を有する。バッテリ２０が失陥したか否かは、例えば、バッテリ２０の端子電圧が所定値未満となったか否かを条件として判断される。他に、バッテリ２０の充電率（ＳＯＣ）又は健全度（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）が所定値未満となったことを条件として、バッテリ２０が失陥したかが判定されてもよい。バッテリ２０が失陥したか判定するための所定値は、適宜定められうる。

バッテリ２０が失陥した場合又は電力供給システム１がバックアップモードに遷移している場合のことを、緊急時ともいう。これに対して、電力供給システム１がバッテリ放電モード、バッテリ充電モード又はアイドリングストップモードに遷移している場合のことを、通常時ともいう。通常時に主に電力を供給するバッテリ２０のことを主電源ともいう。一方、緊急時に主に電力を供給する電力供給装置１０のことをバックアップ電源ともいう。

制御装置６０は、エンジンを始動した場合、電力供給システム１のモードをバッテリ放電モードからバッテリ充電モードに遷移させる。制御装置６０は、車両の停止時にエンジンをアイドリングストップさせる場合、電力供給システム１のモードをバッテリ充電モードからアイドリングストップモードに遷移させる。制御装置６０は、エンジンをアイドリングストップから再始動する場合、電力供給システム１のモードをアイドリングストップモードからバッテリ充電モードに遷移させる。制御装置６０は、エンジンが停止される場合、電力供給システム１のモードをバッテリ充電モード又はアイドリングストップモードからバッテリ放電モードに遷移させる。制御装置６０は、バッテリ２０が失陥した場合、電力供給システム１のモードをバックアップモードに遷移させる。

＜バッテリ放電モード＞
電力供給システム１がバッテリ放電モードに遷移した場合、制御装置６０は、第３スイッチ７３をオン状態として、電力供給システム１の各構成部に対してバッテリ２０から電力を供給させる。一般負荷５１は、バッテリ２０から電力の供給を受けて動作することができる。制御装置６０が電力供給装置１０の第１スイッチ７１をオン状態とし、第２スイッチ７２をオフ状態とする場合、被保護負荷５２は、バッテリ２０から電力の供給を受けて動作することができる。

電力供給システム１が搭載された車両の運転者がエンジンを始動しようとする場合、制御装置６０は、第３スイッチ７３及び第４スイッチ７４をオン状態として、バッテリ２０からスタータ３０に対して電力を供給させる。これにより、エンジンが始動される。エンジンが始動して駆動し続ける間、オルタネータ４０は、発電して、電力を供給することができる。つまり、エンジンが始動することにより、電力供給システム１は、バッテリ充電モードに遷移する。

＜バッテリ充電モード＞
電力供給システム１がバッテリ充電モードに遷移した場合、一般負荷５１は、オルタネータ４０から電力の供給を受けて動作する。制御装置６０は、第３スイッチ７３をオン状態にして、オルタネータ４０からバッテリ２０に対して充電電力を供給させる。制御装置６０は、第１スイッチ７１及び第２スイッチ７２をオン状態にして、オルタネータ４０から電力供給装置１０のキャパシタ１１０及び二次電池１２０に対して充電電力を供給させる。第１スイッチ７１がオン状態となる場合、被保護負荷５２は、オルタネータ４０から電力の供給を受けて動作することができる。

＜アイドリングストップモード＞
電力供給システム１がアイドリングストップモードに遷移した場合、オルタネータ４０は、発電しなくなり、電力を供給できない。制御装置６０は、第３スイッチ７３をオン状態として、バッテリ２０から電力を供給させる。一般負荷５１は、バッテリ２０から電力の供給を受けて動作する。制御装置６０は、電力供給装置１０の第１スイッチ７１をオン状態として、被保護負荷５２に対してバッテリ２０から電力を供給させてもよい。

上述したようにエンジンをアイドリングストップさせている場合、バッテリ２０の消費電力が増大するため、バッテリ２０の充電率の低下が早まるおそれがある。よって制御装置６０は、電力供給装置１０の第１スイッチ７１及び第２スイッチ７２をオン状態にして、電力供給装置１０のキャパシタ１１０及び二次電池１２０から電力を供給させてもよい。

＜バックアップモード＞
電力供給システム１がバックアップモードに遷移した場合、制御装置６０は、第２スイッチ７２をオン状態とし、第１スイッチ７１をオフ状態として、電力供給装置１０から被保護負荷５２に対して電力を供給させる。これにより、被保護負荷５２は、電力供給装置１０のキャパシタ１１０及び二次電池１２０から電力の供給を受けて動作することができる。例えば、電力供給システム１を搭載した車両が走行中であるときにバッテリ２０が失陥した場合、バックアップモードに遷移した電力供給システム１は、電力供給装置１０から被保護負荷５２に対して電力を供給することができる。被保護負荷５２が操舵モータ又はブレーキ倍力装置である場合、電力供給装置１０から電力が供給されることにより、車両の制御手段が維持されうる。車両は、バッテリ２０の失陥によりすぐに停止せずにすみ、所定の時間にわたって安全な場所に移動するための制御手段が維持されうる。

［電力供給装置の動作］
電力供給装置１０は、電力供給システム１のモードの遷移に応じて制御される。制御部１４０は、制御装置６０からの制御指示に応じて、第１スイッチ７１及び第２スイッチ７２の状態、並びに、切替器１５０の状態を制御する。

＜バッテリ放電モード＞
電力供給システム１がバッテリ放電モードに遷移している場合、制御部１４０は、第２スイッチ７２をオフ状態にし、第１スイッチ７１をオン状態又はオフ状態にする。この場合、キャパシタ１１０及び二次電池１２０は、充電も放電もされない。

＜バッテリ充電モード＞
電力供給システム１がバッテリ充電モードに遷移している場合、制御部１４０は、第２スイッチ７２及び第１スイッチ７１をオン状態にする。この場合、キャパシタ１１０及び二次電池１２０は、オルタネータ４０に並列に接続され、オルタネータ４０から供給される電力により充電される。

電力供給システム１がバッテリ充電モードに遷移している場合、制御部１４０は、切替器１５０の状態を第１切替状態とする。この場合、電力供給装置１０の第１節点１８１及び第２節点１８２の間の回路は、図３に示される回路モデルで表される。図３において、キャパシタ１１０は、電圧源１１２と、内部抵抗１１４とで表されうる。電圧源１１２は、キャパシタ１１０のＯＣＶに対応する電圧（Ｅ１）を出力する。内部抵抗１１４の抵抗値は、Ｒ１である。二次電池１２０は、電圧源１２２と、内部抵抗１２４とで表されうる。電圧源１２２は、二次電池１２０のＯＣＶに対応する電圧（Ｅ２）を出力する。内部抵抗１２４の抵抗値は、Ｒ２である。キャパシタ１１０と二次電池１２０とは、第１節点１８１及び第２節点１８２において並列に接続される。キャパシタ１１０及び二次電池１２０の端子電圧は、第１節点１８１と第２節点１８２との間の電位差に等しく、Ｖとして表される。第１節点１８１の電位が第２節点１８２の電位よりも高い場合、Ｖ＞０であるものとする。

キャパシタ１１０に流れる電流は、Ｉ１１として表される。第２節点１８２から第１節点１８１に向かう方向に流れる電流を正とする。キャパシタ１１０が放電する場合、Ｉ１１＞０である。二次電池１２０に流れる電流は、Ｉ２１として表される。二次電池１２０が放電する場合、Ｉ２１＞０である。キャパシタ１１０の放電時の端子電圧は、Ｖ＝Ｅ１−Ｒ１・Ｉ１１として表される。二次電池１２０の放電時の端子電圧は、Ｖ＝Ｅ２−Ｒ２・Ｉ２１として表される。つまり、図３において以下の式（１）が成立する。
Ｖ＝Ｅ１−Ｒ１・Ｉ１１＝Ｅ２−Ｒ２・Ｉ２１ （１）

図３を参照して、二次電池１２０は、抵抗器１６０を介さずに接地される。この場合、二次電池１２０の充電に際して流れる電流により、内部抵抗１２４で電力損失が生じるものの、抵抗器１６０での電力損失がない。よって、二次電池１２０が抵抗器１６０を介して接地される場合と比較して、二次電池１２０が抵抗器１６０を介さずに接地されることにより、二次電池１２０が充電される際の電力損失は、抑制されうる。

＜アイドリングストップモード＞
電力供給システム１がアイドリングストップモードに遷移している場合、制御部１４０は、第２スイッチ７２及び第１スイッチ７１をオン状態にする。この場合、キャパシタ１１０及び二次電池１２０は、放電して、一般負荷５１、被保護負荷５２、又はエンジン等に電力を供給することができる。

電力供給システム１がアイドリングストップモードに遷移している場合、制御部１４０は、切替器１５０の状態を第１切替状態とする。この場合、バッテリ充電モードと同様に、二次電池１２０が放電する際の電力損失は、抑制されうる。

＜バックアップモード＞
電力供給システム１がバックアップモードに遷移している場合、制御部１４０は、第２スイッチ７２をオン状態にし、第１スイッチ７１をオフ状態にする。この場合、キャパシタ１１０及び二次電池１２０は、放電して、被保護負荷５２に電力を供給することができる。制御部１４０は、第１スイッチ７１をオン状態として、電力供給装置１０から一般負荷５１に電力を供給させてもよい。被保護負荷５２への電力の供給が優先される場合、制御部１４０は、第１スイッチ７１をオフ状態にする。

電力供給システム１が搭載された車両が走行中であるときに電力供給システム１がバックアップモードに遷移した場合、車両が安全な位置に移動してから停止できるように、車両の操作手段に優先的に電力が供給されてもよい。被保護負荷５２が車両の操作手段である操舵モータ又はブレーキ倍力装置等である場合、被保護負荷５２への電力の供給が優先される。被保護負荷５２としての操舵モータ又はブレーキ倍力装置等が駆動されるためには、一時的に大きな電流が必要とされる。

電力供給装置１０は、キャパシタ１１０又は二次電池１２０から被保護負荷５２に対して電力を供給可能である。二次電池１２０の放電電流の大きさは、二次電池１２０の内部の電気化学反応の速度により制限される。このことからすると、二次電池１２０は、被保護負荷５２に対して十分な電流を供給できないことがある。一方で、キャパシタ１１０は、一時的に大きな放電電流を流すことができ、被保護負荷５２に対して必要とされる電流を供給しうる。

キャパシタ１１０と二次電池１２０とが図３に示されるように接続される場合、キャパシタ１１０の端子電圧は、二次電池１２０の端子電圧に等しくなる。ここで配線抵抗は無視できるものとする。図３に示されるような接続は、二次電池１２０が放電する際の電力損失を低減させることができる。

キャパシタ１１０と二次電池１２０とが図３に示されるように接続される場合、キャパシタ１１０と二次電池１２０とは、それぞれの端子電圧が互いに同じとなるような電流（Ｉ１１、Ｉ２１）で放電する。よって、キャパシタ１１０は、放電可能な最大の電流に近い電流で放電することが難しい。

＜＜バックアップモードにおけるキャパシタの容量の有効活用＞＞
本実施形態においては、制御部１４０は、電力供給システム１がバックアップモードに遷移している場合、切替器１５０の状態を第２切替状態とする。この場合、電力供給装置１０の第１節点１８１及び第２節点１８２の間の回路は、図４に示される回路モデルで表される。図４におけるキャパシタ１１０及び二次電池１２０の構成は、図３における構成と同様である。キャパシタ１１０及び二次電池１２０に流れる電流は、それぞれＩ１２及びＩ２２と表される。電流の向きと符号との関係は、図３における構成と同様である。

二次電池１２０は、抵抗器１６０に直列に接続される。キャパシタ１１０は、二次電池１２０と抵抗器１６０とが直列に接続された回路に対して、並列に接続される。図４において、抵抗器１６０の抵抗値は、Ｒである。

第１節点１８１と第２節点１８２との間の電位差は、Ｖで表される。図３と同様に、第１節点１８１の電位が第２節点１８２の電位よりも高い場合、Ｖ＞０であるものとする。以下、電位差の符号は、第１節点１８１に近い側の電位が第２節点１８２に近い側の電位よりも高い場合に、正であるものとする。

図４におけるキャパシタ１１０の放電時の端子電圧は、Ｅ１−Ｒ１・Ｉ１２として表され、Ｖ＝Ｅ１−Ｒ１・Ｉ１２の関係が成立する。図４における二次電池１２０の端子電圧は、Ｅ２−Ｒ２・Ｉ２２として表されるが、抵抗器１６０で生じる電圧降下（Ｒ・Ｉ２２）によって、Ｖ＝Ｅ２−（Ｒ２＋Ｒ）・Ｉ２２の関係が成立する。つまり、図４において以下の式（２）が成立する。
Ｖ＝Ｅ１−Ｒ１・Ｉ１２＝Ｅ２−（Ｒ２＋Ｒ）・Ｉ２２ （２）

キャパシタ１１０及び二次電池１２０が放電する際の電流について、式（１）と式（２）との比較に基づいて説明する。キャパシタ１１０の放電開始時のＥ１は、式（１）と式（２）とで同条件（同じ）であり、また二次電池１２０の放電開始時のＥ２も、式（１）と式（２）とで同条件であるとする。さらに、被保護負荷５２が要求している電力も同じとする。この場合、式（１）に比べて式（２）の方が、二次電池１２０に同じ電流が流れた場合の電圧降下が大きくなるため、第１節点１８１と第２節点１８２間の電圧を二次電池１２０側とキャパシタ１１０側とで等しくしようとすると、Ｉ１２をＩ１１より大きくし、逆にＩ２２をＩ２１より小さくする必要がある。つまり、バックアップモードにおける放電開始当初を含む所定の放電期間において、図４におけるキャパシタ１１０の放電電流（Ｉ１２）は、図３におけるキャパシタ１１０の放電電流（Ｉ１１）よりも大きくされうる。

キャパシタ１１０及び二次電池１２０は、端子電圧がＶｍｉｎに近づくように放電する。端子電圧がＶｍｉｎに近づく時期のことを、放電終了時期ともいう。満充電状態から放電を開始した場合、放電開始当初にＩ１２＞Ｉ１１の関係が成立するので、放電終了時期までに図４のキャパシタ１１０が放電する電荷は、図３のキャパシタ１１０が放電する電荷よりも大きくなりうる。つまり、図４におけるキャパシタ１１０は、図３におけるキャパシタ１１０よりも放電量が大きくなりうる。

図４に示される回路モデルのように構成される場合、図３に示される回路モデルと比較して、キャパシタ１１０は、放電可能な最大の電流により近い電流で放電し、ＳＯＣがより小さくなるまで放電することができる。つまり、キャパシタ１１０の容量は、有効に活用されうる。

［切替器の制御フロー］
図５に示されるフローチャートを参照して、制御部１４０が切替器１５０の状態を制御する方法について説明する。

まず制御部１４０は、電力供給システム１がバッテリ放電モード、バッテリ充電モード、又はアイドリングストップモードに遷移している場合、切替器１５０の状態を第１切替状態に切り替える（ステップＳ１）。この場合、図３に示されるように二次電池１２０に抵抗器１６０が接続されない。これにより、二次電池１２０に電流が流れる際の電力損失が低減される。

続いて制御部１４０は、バッテリ２０が失陥したか判定する（ステップＳ２）。制御部１４０は、例えば、バッテリ２０の端子電圧が所定値未満となった場合に、バッテリ２０が失陥したと判定してもよい。制御部１４０は、バッテリ２０のＳＯＣ又はＳＯＨが所定値未満となった場合に、バッテリ２０が失陥したと判定してもよい。バッテリ２０が失陥したか否かの判定は、制御装置６０が行ってもよい。制御部１４０は、制御装置６０からバッテリ２０に関する判定結果を取得してもよい。

バッテリ２０が失陥したと判定された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部１４０は、切替器１５０の状態を第２切替状態に切り替える（ステップＳ３）。この場合、図４に示されるように二次電池１２０に抵抗器１６０が接続される。これにより、バッテリ２０の失陥に応じてキャパシタ１１０から被保護負荷５２に電力が供給される際に、第１切替状態に比べて、より多くの電力がキャパシタ１１０から取り出される。そのため、キャパシタ１１０は、第１切替状態で放電させるよりも、より低いＳＯＣとなるまで放電することができる。ステップＳ３の後、制御部１４０は、図５のフローチャートの処理を終了する。

バッテリ２０が失陥したと判定されない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、制御部１４０は、切替器１５０の状態を第１切替状態のまま維持する（ステップＳ４）。ステップＳ４の後、制御部１４０は、ステップＳ２に戻る。

本実施形態に係る電力供給装置１０は、通常時か緊急時かに応じて、二次電池１２０に抵抗器１６０を接続するか否かを切り替える。本実施形態に係る電力供給装置１０は、通常時において二次電池１２０に抵抗器１６０を接続せず、緊急時において二次電池１２０に抵抗器１６０を接続するように制御されうる。このようにすることにより、通常時には、二次電池１２０の放電による電力損失が抑制されうる。一方で緊急時には、キャパシタ１１０は、より低いＳＯＣとなるまで放電されうる。

本実施形態に係る電力供給装置１０は、通常時か緊急時かに応じて、二次電池１２０に直列に接続される抵抗値を制御する。電力供給装置１０は、切替器１５０と抵抗器１６０とを含む構成に代えて、抵抗値が変更可能な可変抵抗器を備えてもよい。この場合、制御部１４０は、可変抵抗器の抵抗値を制御する。例えば、図５のステップＳ１において、制御部１４０は、可変抵抗値の抵抗値を０に近い値又は０としてもよい。例えば、図５のステップＳ３において、制御部１４０は、キャパシタ１１０を第１切替状態と比べ、より多く放電させられるように、可変抵抗器の抵抗値を大きくしてもよい。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正をおこなうことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ 電力供給システム
１０ 電力供給装置
１１０ キャパシタ
１１２ 電圧源
１１４ 内部抵抗
１２０ 二次電池（第１二次電池）
１２２ 電圧源
１２４ 内部抵抗
１３０ 電気抵抗
１４０ 制御部
１５０ 切替器
１５１〜１５３ 第１〜第３端子
１６０ 抵抗器
１８１〜１８３ 第１〜第３節点
２０ バッテリ（第２二次電池）
３０ スタータ
４０ オルタネータ
５１ 一般負荷
５２ 被保護負荷（バックアップ対象負荷）
６０ 制御装置
７１〜７４ 第１〜第４スイッチ
８１、８２ 第１、第２バスライン

Claims (5)

1. 第１二次電池と、
   前記第１二次電池に直列に接続される抵抗部と、
   前記第１二次電池と前記抵抗部とを含む回路に並列に接続され、バックアップ対象負荷に電力を供給可能なキャパシタと、
   前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給するか否かに応じて、前記抵抗部の抵抗値を制御する制御部と
   を備える電力供給装置。
2. 請求項１に記載の電力供給装置において、
   前記抵抗部は、
   第１端子と第２端子と第３端子とを有し、前記第１端子と前記第３端子とが接続される第１切替状態、及び、前記第２端子と前記第３端子とが接続される第２切替状態のいずれか一方の状態に切替可能な切替器と、
   前記第２端子に接続される抵抗器と
   を備え、
   前記制御部は、前記切替器を前記第１切替状態及び前記第２切替状態のいずれか一方に切り替える、電力供給装置。
3. 請求項２に記載の電力供給装置において、
   前記制御部は、
   前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給しない場合、前記切替器を前記第１切替状態に切り替え、
   前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給する場合、前記切替器を前記第２切替状態に切り替える、電力供給装置。
4. 請求項２又は３に記載の電力供給装置において、
   前記制御部は、
   前記キャパシタに並列に接続される第２二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記切替器を前記第１切替状態に切り替え、
   前記キャパシタに並列に接続される第２二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記切替器を前記第２切替状態に切り替える、電力供給装置。
5. 請求項１乃至４いずれか一項に記載の電力供給装置において、
   前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
   

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