JP2019187074A - 電源供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリ異常時に負荷に電源を供給するためのキャパシタを有効活用する。【解決手段】バッテリおよびバッテリから電源を供給される負荷と接続する電源供給装置であって、キャパシタと、バッテリとキャパシタとの間の接続状態を切り換える第１スイッチと、キャパシタと負荷との間の接続状態を切り換える第２スイッチと、キャパシタの充電状態およびバッテリの異常を検出する制御部と、を備え、制御部は、バッテリの異常を検出しない場合に、キャパシタの充電未完了時に、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフにするとともに、キャパシタの充電完了後も第１スイッチをオンに維持する。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ異常時に負荷に電源を供給する電源供給装置に関する。
自動車等の車両は、電子制御装置や電気装置等の負荷に電源を供給するためにバッテリを備えている。バッテリとしては、１２Ｖの鉛蓄電池が広く用いられている。バッテリから電力を供給される負荷は、走行、操舵、停止、扉開閉等の機能に関するもので、バッテリの失陥時にも電源供給が維持されることが望ましい負荷（以下、「バックアップ負荷」と称する）を含んでいる。
特許文献１には、図８に示すように、バッテリ３１０に接続された降圧回路３２０を用いてキャパシタ３３０を充電しておき、制御部３６０がバッテリ３１０の異常を検出すると、昇圧回路３４０を制御し、キャパシタ３３０の充電電圧を昇圧してバックアップ負荷３５０に供給することが記載されている。
特許第５６１８０２４号公報
特許文献１に記載された発明では、キャパシタ３３０は、バッテリ３１０の異常時にバックアップ負荷３５０を動作させる目的のみに使用されており、十分に有効活用されているとはいえない。
そこで、本発明は、バッテリ異常時に負荷に電源を供給するためのキャパシタを有効活用することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の１態様である電源供給装置は、バッテリおよび前記バッテリから電源を供給される負荷と接続する電源供給装置であって、キャパシタと、前記バッテリと前記キャパシタとの間の接続状態を切り換える第１スイッチと、前記キャパシタと前記負荷との間の接続状態を切り換える第２スイッチと、前記キャパシタの充電状態および前記バッテリの異常を検出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バッテリの異常を検出しない場合に、前記キャパシタの充電未完了時に、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフにするとともに、前記キャパシタの充電完了後も前記第１スイッチをオンに維持することを特徴とする。
ここで、前記制御部は、前記バッテリの異常を検出すると、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンにすることができる。
また、前記制御部は、所定の条件を満たすと、負荷への電源供給を優先すると判定し、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオフにすることができる。
また、前記第１スイッチは、前記バッテリと前記キャパシタとの間に直列に接続された第２半導体スイッチおよび第３半導体スイッチと、前記第２半導体スイッチと並列に接続され、抵抗が直列に接続された第１半導体スイッチとを含むことができる。
このとき、前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチは、寄生ダイオードのアノードが、前記バッテリ側に配置され、前記第３半導体スイッチは、寄生ダイオードのアノードが前記キャパシタ側に配置されていてもよい。
本発明によれば、バッテリ異常時に負荷に電源を供給するためのキャパシタを有効活用することができる。
本実施形態に係る電源供給装置の構成を示すブロック図である。 スイッチの切換えを説明する図である。 起動直後におけるキャパシタ充電時の電源経路を説明する図である。 キャパシタ充電時の電源経路を説明する図である。 バッテリサポート時の電源経路を説明する図である。 バッテリ異常時の電源経路を説明する図である。 バックアップ負荷電源供給優先時の電源経路を説明する図である。 電源失陥時に負荷に電源を供給するキャパシタを説明する図である。
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電源供給装置１００の構成を示すブロック図である。本図において、バックアップ負荷２１０は、バッテリ２００から電源の供給を受けている。
電源供給装置１００は、例えば、車両に搭載され、バッテリ２００の異常時にバックアップ負荷２１０に電源を供給する装置である。ここで、バックアップ負荷２１０は、走行、操舵、停止、扉開閉等の機能に関するもので、バッテリ２００の異常時にも電源供給が維持されることが望ましい負荷である。なお、図示していないが、バッテリ２００には、バックアップ負荷２１０以外の一般的な負荷も接続されている。また、ＩＳＧ（モーター機能付発電機）等を接続してもよい。
本図に示すように、電源供給装置１００は、半導体スイッチで構成されたＳＷ１・ＳＷ２・ＳＷ３・ＳＷ４、抵抗Ｒ１、キャパシタ１１０、制御部１２０を備えている。キャパシタ１１０は、例えば、長寿命で高容量な電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）とすることができる。また、キャパシタ１１０の前段にＤＣＤＣコンバータを配置してもよい。
バッテリ２００には、ＳＷ２とＳＷ３とキャパシタ１１０とが直列に接続されている。また、ＳＷ２と並列に、ＳＷ１と抵抗Ｒ１の直列回路が接続されている。さらに、キャパシタ１１０は、ＳＷ４を介してバックアップ負荷２１０に接続されている。
ＳＷ１、ＳＷ２は、寄生ダイオードのアノードが、バッテリ２００側に配置され、ＳＷ３は、寄生ダイオードのアノードがキャパシタ１１０側に配置されている。すなわち、ＳＷ２とＳＷ３とはカソード同士が接続されている。また、ＳＷ４は、寄生ダイオードのアノードがバックアップ負荷２１０側に配置されている。
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、バッテリ２００とキャパシタ１１０との接続状態を切り換える第１スイッチ１３０として機能し、Ｓ４は、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続状態を切り換える第２スイッチ１４０として機能する。
制御部１２０は、車両の状態、バッテリ２００の状態、キャパシタ１１０の充電状態等を監視し、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のオンオフを制御する。なお、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続状態を切り換えるＳＷ４に制御機能を備えさせてもよい。この場合、ＳＷ４が、バッテリ２００の異常や車両の事故等を検出すると、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０とが接続されるように制御する。
次に、上記構成の電源供給装置１００の動作について説明する。図２は、各スイッチのオンオフ切換えについて説明する図である。キャパシタ１１０充電時、例えば、車両の起動時等には、ＳＷ１とＳＷ３をオンにして、バッテリ２００とキャパシタ１１０とを電気的に接続する。ＳＷ２は、初期状態ではオフにする。また、ＳＷ４をオフにして、キャパシタ１１０からバックアップ負荷２１０に電源供給を行なわないようにする。
図３は、このときの電流経路（太線）を示している。バックアップ負荷２１０は、バッテリ２００から電源供給を受けている。キャパシタ１１０は、バッテリ２００、ＳＷ１、ＳＷ３の経路で充電される。ＳＷ１には、抵抗Ｒが接続されているため、キャパシタ１１０への過度な突入電流を防止することができる。
ＳＷ２は、ＳＷ１とＳＷ３がオンに切り換えられてから、所定時間経過後にオンに切り換える。図４は、このときの電流経路を示している。キャパシタ１１０を充電するメイン経路は、ＳＷ１からＳＷ２に切り換わるため、抵抗Ｒ１での電力消費を抑えることができる。
キャパシタ１１０の充電時において、バッテリ２００とキャパシタ１１０、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続関係に着目すると、バッテリ２００とキャパシタ１１０との接続状態を切り換える第１スイッチ１３０をオンにし、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続状態を切り換える第２スイッチ１４０をオフにする。
通常走行時等において、制御部１２０は、キャパシタ１１０の充電電圧を監視し、充電が完了したことを検知すると、ＳＷ１をオフに切り換える。図４は、このときの電流経路を示している。本図に示すように、キャパシタ１１０からＳＷ３、ＳＷ２を介してバッテリ２００に至る電流経路が形成される。なお、ＳＷ３の寄生ダイオードを利用する場合には、ＳＷ３はオフにしてもよい。
この電流経路により、充電が完了したキャパシタ１１０は、バッテリ２００とともに、バックアップ負荷２１０や図示しない一般負荷に電源を供給することができる。すなわち、キャパシタ１１０がバッテリ２００をサポートする役割も担っている。これにより、キャパシタ１１０を有効利用することができる。
例えば、瞬間的に負荷に大電流が必要とされる場合等に、キャパシタ１１０が電荷を放出することで、バッテリ２００に過度の負担がかかることを防ぐことができる。ただし、バックアップ負荷２１０に供給できる分の電荷は確保しておくものとする。
キャパシタ１１０の充電後において、バッテリ２００とキャパシタ１１０、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続関係に着目すると、バッテリ２００とキャパシタ１１０との接続状態を切り換える第１スイッチ１３０をオンにし、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続状態を切り換える第２スイッチ１４０をオフにする。すなわち、本実施形態では、キャパシタ１１０の充電後でも、バッテリ２００とキャパシタ１１０との接続を維持する。
走行中のバッテリ失陥等によりバッテリ２００に異常が生じた場合は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオフにして、バッテリ２００とキャパシタ１１０との経路を切断するとともに、ＳＷ４をオンにする。図６は、このときの電流経路を示している。キャパシタ１１０は、異常が発生したバッテリ２００に代わって、バックアップ負荷２１０に電源を供給する。
バッテリ２００異常時において、バッテリ２００とキャパシタ１１０、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続関係に着目すると、バッテリ２００とキャパシタ１１０との接続状態を切り換える第１スイッチ１３０をオフにし、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続状態を切り換える第２スイッチ１４０をオンにする。
充電後、コースティング走行等を行なう際に、バックアップ負荷２１０への電源供給を優先する場合には、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４をオフにして、ＳＷ３のみをオンに切り換えてもよい。ここで、コースティング走行とは、エンジンとタイヤとを切り離して、車両の慣性により滑走する走行である。制御部１２０は、コースティング走行等、車両が所定の状態になると、バックアップ負荷２１０への電源供給を優先すると判定する。図７は、このときの電流経路を示している。
この電流経路により、バックアップ負荷２１０は、バッテリ２００から優先的に電源供給を受けることができる。なお、ＳＷ３をオンにしているため、キャパシタ１１０は、ＳＷ２の寄生ダイオードを利用して充電することが可能である。
キャパシタ１１０充電後、バックアップ負荷２１０への電源供給優先時において、バッテリ２００とキャパシタ１１０、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続関係に着目すると、バッテリ２００とキャパシタ１１０との接続状態を切り換える第１スイッチ１３０をオフにし、キャパシタ１１０とバックアップ負荷２１０との接続状態を切り換える第２スイッチ１４０をオフにする。ただし、第１スイッチ１３０の寄生ダイオードにより、バッテリ２００からキャパシタ１１０への電流経路が形成される。
以上説明したように、本実施形態の電源供給装置１００によれば、バッテリ２００の異常時にバックアップ負荷２１０に電源を供給するキャパシタ１１０とバッテリ２００との接続状態を切り換える第１スイッチ１３０を、キャパシタ１１０の充電後もオンを維持するため、キャパシタ１１０がバッテリ２００をサポートすることができる、キャパシタ１１０が有効利用される。
１００ 電源供給装置
１１０ キャパシタ
１２０ 制御部
１３０ 第１スイッチ
１４０ 第２スイッチ
２００ バッテリ
２１０ バックアップ負荷

Claims (5)

  1. バッテリおよび前記バッテリから電源を供給される負荷と接続する電源供給装置であって、
    キャパシタと、
    前記バッテリと前記キャパシタとの間の接続状態を切り換える第１スイッチと、
    前記キャパシタと前記負荷との間の接続状態を切り換える第２スイッチと、
    前記キャパシタの充電状態および前記バッテリの異常を検出する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記バッテリの異常を検出しない場合に、前記キャパシタの充電未完了時に、前記第１スイッチをオン、第２スイッチをオフにするとともに、前記キャパシタの充電完了後も前記第１スイッチをオンに維持することを特徴とする電源供給装置。
  2. 前記制御部は、前記バッテリの異常を検出すると、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンにすることを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
  3. 前記制御部は、所定の条件を満たすと、負荷への電源供給を優先すると判定し、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオフにすることを特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
  4. 前記第１スイッチは、前記バッテリと前記キャパシタとの間に直列に接続された第２半導体スイッチおよび第３半導体スイッチと、
    前記第２半導体スイッチと並列に接続され、抵抗が直列に接続された第１半導体スイッチとを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源供給装置。
  5. 前記第１半導体スイッチおよび前記第２半導体スイッチは、寄生ダイオードのアノードが、前記バッテリ側に配置され、前記第３半導体スイッチは、寄生ダイオードのアノードが前記キャパシタ側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電源供給装置。
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