JP2020195177A - 車載用バックアップ電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】専用のバックアップ電源を用いなくても失陥時にバックアップ動作を行い得る技術を提供する。【解決手段】車載用バックアップ電源装置１は、複数の単位電池１０Ａが直列に接続された電池部１０と、電池部１０に蓄積された電荷に基づいて第３導電路３１Ａへと電力を供給する第１放電動作を行う放電回路１１とを備え、電池部１０に対するセルバランス動作を行うバランス回路７０と、バランス回路７０を制御する制御部１２とを備え、バランス回路７０は複数の蓄電素子に蓄積された電荷に基づいて第３導電路３１Ａへ電力を供給する第２放電動作を行う構成をなし、制御部１２はバランス回路７０にセルバランス動作を行わせる第１制御とバランス回路に第２放電動作を行わせる第２制御とを行い、第１放電動作が正常に行われない失陥が発生した場合に第２制御を行わせる。【選択図】図１

Description

本開示は、車載用バックアップ電源装置に関するものである。
車載用の電源システムは、主電源からの電力供給が途絶えるような失陥状態が生じると負荷へ電力が供給されなくなり、負荷の電気的な動作が不能になってしまう。しかし、負荷によっては動作の継続を強く求められるものもあるため、このような要求に応える構成として、主電源とは異なる専用のバックアップ電源を別途設けたものが知られている。特許文献１，２には、この種の電源システムの一例が開示されている。
特開２０１８−１３１３６号公報 特開２０１８−６２２５３号公報 国際公開第２０１５／１０５９２３号
しかし、失陥時にバックアップ動作を行うためだけに専用のバックアップ電源を設けると、その分、装置の大型化や重量化を招くことになる。
そこで、本開示では、専用のバックアップ電源を用いなくても失陥時にバックアップ動作を行い得る技術を提案する。
本開示の車載用バックアップ電源装置は、
複数の単位電池が直列に接続された電池部と、前記電池部に蓄積された電荷に基づいて負荷側の導電路へと電力を供給する第１放電動作を行う放電回路と、を備えた車載用電源システムにおける車載用バックアップ電源装置であって、
前記電池部に対するセルバランス動作を行うバランス回路と、
前記バランス回路を制御する制御部と、
を備え、
前記バランス回路は、複数の蓄電素子に蓄積された電荷に基づいて前記負荷側の導電路へ電力を供給する第２放電動作を行う構成をなし、
前記制御部は、前記バランス回路に前記セルバランス動作を行わせる第１制御と前記バランス回路に前記第２放電動作を行わせる第２制御とを行い、前記第１放電動作が正常に行われない失陥が発生した場合に前記第２制御を行う。
本開示によれば、電池部をバックアップするための専用の構成を設けることなく、簡単な構造でバックアップ動作を行うことができる。
図１は、実施形態１の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、スイッチ素子が非接続状態である。 図２は、実施形態１の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、スイッチ素子が第１動作をしている状態である。 図３は、実施形態１の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、スイッチ素子が第２動作をしている状態である。 図４は、実施形態１の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、バランス回路が第２放電動作をしている状態である。 図５は、実施形態１の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、正常に放電することができなくなった単位電池の端部電極部に端部素子電極部を電気的に接続させると共に、端部電極部に隣合う電池間電極部に端部素子電極部に隣合う素子間電極部を電気的に接続させた状態である。 図６は、実施形態２の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、スイッチ素子が非接続状態である。 図７は、実施形態３の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子が非接続状態である。 図８は、実施形態３の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、第１放電動作をしている状態である。 図９は、実施形態３の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、切替部が択一動作をしている状態である。 図１０は、実施形態４の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子が非接続状態である。 図１１は、実施形態４の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、切替部が択一動作をしている状態である。 図１２は、実施形態５の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、及び蓄電部切替部が非接続状態である。 図１３は、実施形態５の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、蓄電部切替部が第３動作をしている状態である。 図１４は、実施形態５の車載用バックアップ電源装置を概略的に示す回路図であって、蓄電部切替部が第４動作をしている状態である。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の車載用バックアップ電源装置は、
複数の単位電池が直列に接続された電池部と、電池部に蓄積された電荷に基づいて負荷側の導電路へと電力を供給する第１放電動作を行う放電回路とを備えた車載用電源システムにおける車載用バックアップ電源装置である。本開示の車載用バックアップ電源装置は電池部に対するセルバランス動作を行うバランス回路と、バランス回路を制御する制御部とを備えている。バランス回路は、複数の蓄電素子に蓄積された電荷に基づいて負荷側の導電路へ電力を供給する第２放電動作を行う構成をなしている。制御部は、バランス回路にセルバランス動作を行わせる第１制御とバランス回路に第２放電動作を行わせる第２制御とを行い、第１放電動作が正常に行われない失陥が発生した場合に第２制御を行う。これによって、本開示の車載用バックアップ電源装置は電池部をバックアップするための専用の構成を設けることなく、簡単な構造でバックアップ動作を行うことができる。
（２）本開示の車載用バックアップ電源装置は、バランス回路を複数有し、電池部は、複数の単位電池群を有し、複数の単位電池群の各々に、複数のバランス回路の各々が対応している。制御部は各々のバランス回路を独立して動作させ得る。
このように構成されていれば、１つのバランス回路が動作できない状態になっても、他のバランス回路の動作を継続させることができるため、より確実にバックアップ動作をすることができる。
（３）本開示の車載用バックアップ電源装置の放電回路は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータを有している。制御部は、第２制御を行う場合、蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して負荷側の導電路へ電力を印加するようにコンバータを動作させ得る。
このように構成されていれば、負荷側の導電路に蓄電素子からの電力に基づいて所望の大きさの電力を供給することができる。特に、蓄電素子からの電力をコンバータによって昇圧させる場合、蓄電素子に蓄電されている電力を有効に使うことができる。
（４）本開示の車載用バックアップ電源装置の放電回路は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータを有している。制御部は、第１制御を行う場合、蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して電池部側に電力を供給するようにコンバータを動作させ得る。
このように構成されていれば、バランス回路がセルバランス動作する場合、蓄電部からの電力をコンバータによって昇圧することにより、セルバランス動作がある程度進んだ際に蓄電部と電池部との間に流れる電流が減少することを抑えることができる。これにより、蓄電部から電池部に向けて積極的に電流を流すことができ、バランス動作に要する時間をより短時間にすることができる。
（５）本開示の車載用バックアップ電源装置の放電回路は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータを有している。制御部は第１制御を行う場合には蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して電池部に電力を供給するようにコンバータを動作させる。そして、制御部は、第２制御を行う場合には蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して負荷側の導電路へ電力を供給するようにコンバータを動作させ得る。
このように構成されていれば、バランス回路が第２放電動作をする場合には、負荷側の導電路に対して蓄電部からの電力に基づいて所望の大きさの電力を供給することができる。特に、蓄電部からの電力に基づく入力電圧をコンバータによって昇圧させる場合、蓄電部に蓄電されている電力を有効に使うことができる。そして、セルバランス動作をする場合、蓄電部からの電力に基づく入力電圧をコンバータによって昇圧することにより、セルバランス動作がある程度進んだ際における蓄電部と単位電池との間に流れる電流の減少を抑える。そして、蓄電部と単位電池との間で積極的に電流のやり取りをさせることができる。これによりバランス動作に要する時間をより短時間にすることができる。
（６）本開示の車載用バックアップ電源装置は、電池部が端部電極部及び単位電池の間の電池間電極部を有している。バランス回路は、複数の蓄電素子が直列に接続された蓄電部と、複数のスイッチ素子を備える切替部とを有している。蓄電部は端部素子電極部及び蓄電素子の間の素子間電極部を有している。スイッチ素子のそれぞれは単位電池のそれぞれに対応している。スイッチ素子が対応する単位電池の高電位側の電極又は低電位側の電極に、単位電池のそれぞれに対応する素子間電極部又は端部素子電極部を電気的に接続している。制御部は、第１制御を行う場合には単位電池の高電位側の電極と低電位側の電極とに交互に単位電池に対応する素子間電極部又は端部素子電極部を電気的に接続させるように単位電池のそれぞれに対応するスイッチ素子のそれぞれを動作させる。制御部は、第２制御を行う場合には電池間電極部又は端部電極部の内の少なくとも２つのそれぞれに素子間電極部又は端部素子電極部を１つずつ電気的に接続させるようにスイッチ素子を動作させ得る。
このように構成されていれば、電池間電極部又は端部電極部の内の少なくとも２つのそれぞれに素子間電極部又は端部素子電極部を１つずつ電気的に接続させる構成であるため、電池部だけでなく個々の単位電池をバックアップすることが可能である。
（７）本開示の車載用バックアップ電源装置は、バランス回路が１つ以上の蓄電素子によって構成される蓄電部と、複数のスイッチ素子を備える切替部とを有している。スイッチ素子のそれぞれは単位電池のそれぞれに対応している。スイッチ素子が対応する単位電池の高電位側の電極に蓄電部の一方の端部素子電極部を電気的に接続すると共に、スイッチ素子が対応する単位電池の低電位側の電極に蓄電部の他方の端部素子電極部を電気的に接続している。制御部は、第１制御を行う場合には１つの単位電池に対して高電位側の電極に蓄電部の一方の端部素子電極部を電気的に接続する。これと共に、制御部は低電位側の電極に蓄電部の他方の端部素子電極部を電気的に接続する動作を複数の単位電池のそれぞれに対して交互に行わせるように複数のスイッチ素子を動作させる。制御部は、第２制御を行う場合には単位電池の高電位側の電極及び低電位側の電極と端部素子電極部とを接続しないように複数のスイッチ素子を動作させ得る。
このように構成されていれば、１つの蓄電素子を用いてセルバランス動作を行うことができるため、電源装置自身の小型化が可能である。
（８）本開示の車載用バックアップ電源装置は、バランス回路が１つ以上の蓄電素子によって構成される蓄電部と、複数のスイッチ素子を備える切替部とを有している。スイッチ素子のそれぞれは単位電池のそれぞれに対応している。スイッチ素子が対応する単位電池の高電位側の電極にコンバータを介して蓄電部の一方の端部素子電極部を電気的に接続すると共に、スイッチ素子が対応する単位電池の低電位側の電極にコンバータを介して蓄電部の他方の端部素子電極部を電気的に接続している。制御部は、第１制御を行う場合には１つの単位電池に対して高電位側の電極にコンバータを介して蓄電部の一方の端部素子電極部を電気的に接続する。これと共に、制御部は、低電位側の電極にコンバータを介して蓄電部の他方の端部素子電極部を電気的に接続する動作を複数の単位電池のそれぞれに対して交互に行わせるように複数のスイッチ素子を動作させる。そして、制御部は、単位電池の両端の電圧と蓄電部の両端の電圧とで電圧が低い側に電力を供給するようにコンバータを動作させる。制御部は、第２制御を行う場合には単位電池の高電位側の電極及び低電位側の電極と端部素子電極部とを接続しないように複数のスイッチ素子を動作させ得る。
このように構成されていれば、セルバランス動作の際に、切替部によって各単位電池を交互にコンバータに接続することになるため、複数の単位電池に対して１つのコンバータを対応させることが可能になり電源装置自身の構成を簡単にすることができる。
（９）本開示の車載用バックアップ電源装置は、バランス回路が１つ以上の蓄電素子によって構成される蓄電部と、複数のスイッチ素子を備える切替部とを有している。スイッチ素子のそれぞれは単位電池のそれぞれに対応している。スイッチ素子が対応する単位電池の高電位側の電極及び低電位側の電極を電池部側の導電路を介してコンバータに電気的に接続している。蓄電部の両方の端部素子電極部を一括して電池部側の導電路又は負荷側の導電路のいずれかへの電気的な接続を切り替える蓄電部切替部を有している。制御部は、第１制御を行う場合には両方の端部素子電極部を一括して負荷側の導電路に電気的に接続さるように蓄電部切替部を動作させ、１つの単位電池に対して高電位側の電極にコンバータを介して蓄電部の一方の端部素子電極部を電気的に接続する。これと共に、制御部は低電位側の電極にコンバータを介して蓄電部の他方の端部素子電極部を電気的に接続する動作を複数の単位電池のそれぞれに対して交互に行わせるように複数のスイッチ素子を動作させる。そして、制御部は単位電池の両端の電圧と蓄電部の両端の電圧とで電圧が低い側に電力を供給するようにコンバータを動作させる。制御部は、第２制御を行う場合には両方の端部素子電極部を一括して電池部側の導電路に電気的に接続させるように蓄電部切替部を動作させる。制御部は単位電池の高電位側の電極及び低電位側の電極と電池部側の導電路とを接続しないように複数のスイッチ素子を動作させ得る。
このように構成されていれば、蓄電部切替部によって一括して両方の端部素子電極部を電池部側の導電路又は負荷側の導電路に電気的な接続を切り替えるため、蓄電部が電池部側の導電路と負荷側の導電路とにまたがって接続することを抑えることができる。これにより、コンバータに誤作動が生じることを抑えることができる。
［本開示の実施形態の詳細］
＜実施形態１＞
〔電源装置の構成〕
実施形態１の車載用バックアップ電源装置１（以下、電源装置１ともいう）は、ハイブリッド自動車又は電気自動車（ＥＶ（Electric Vehicle））などの車両における電動駆動装置（モータ等）を駆動するための電力を出力する電源として用いられる。電源装置１は、図１に示すように、電池部１０、放電回路１１、バランス回路７０、制御部１２を有している。電池部１０は複数の単位電池１０Ａが電気的に直列に接続されている。単位電池１０Ａは、例えば、リチウムイオンバッテリ等が用いられる。電池部１０は電池間電極部１０Ｂ及び端部電極部１０Ｃを有している。電池間電極部１０Ｂは隣合う単位電池１０Ａが電気的に直列に接続する部分である。端部電極部１０Ｃは、電池部１０において最も高電位に位置する単位電池１０Ａの高電位側の電極及び電池部１０において最も低電位に位置する単位電池１０Ａの低電位側の電極である。
電池部１０の端部電極部１０Ｃのそれぞれには車両に搭載された発電装置５０が電気的に接続されており、電池部１０が発電装置５０によって充電され得る構成とされている。発電装置５０は、公知の車載用発電機として構成され、エンジン（図示せず）の回転軸の回転によって発電し得る構成とされている。発電装置５０が動作する場合、発電装置５０の発電によって生じた電力は整流後に直流電力として電池部１０に供給される。
放電回路１１は複数のコンバータ１１Ａを有している。各コンバータ１１Ａは、例えば、半導体スイッチング素子及びインダクタなどを備えてなる公知の双方向の昇降圧ＤＣＤＣコンバータとして構成されており、制御部１２によって動作が制御される。各コンバータ１１Ａは入力された電圧を昇圧又は降圧して出力する。各コンバータ１１Ａは電池部側の導電路である第１回路部３０を介して電池部１０に電気的に接続されている。第１回路部３０は放電回路１１と電池部１０との間の電力経路を構成する。第１回路部３０は第１導電路３０Ａ及び第２導電路３０Ｂを備えている。各コンバータ１１Ａは第１導電路３０Ａを介して電池部１０における最も高電位側となる電極と電気的に接続されている。各コンバータ１１Ａは第２導電路３０Ｂを介して電池部１０における最も低電位側となる電極と電気的に接続されている。各コンバータ１１Ａには第１導電路３０Ａと第２導電路３０Ｂとの間の電位差が入力電圧として入力される。
各コンバータ１１Ａのそれぞれには負荷側の導電路である第３導電路３１Ａを介して第１負荷５１及び第２負荷５２が電気的に接続されている。第１負荷５１と第２負荷５２とは同等の機能を有する構成であるが、あくまで代表例であり、この構成のみに限定されない。また、各コンバータ１１Ａのそれぞれには負荷側の導電路であるグラウンド経路Ｇが電気的に接続されている。
第１負荷５１は、例えば電動式パワーステアリングシステムであり、一方のコンバータ１１Ａを介して電池部１０からの電力供給を受けてモータ等の電気部品が動作する構成をなす。第２負荷５２は、第１負荷５１と同等の構成及び機能を有する電動式パワーステアリングシステムである。第１負荷５１に異常が生じた場合、第２負荷５２は第１負荷５１に代わって動作することによって第１負荷５１の異常時であっても第１負荷５１の機能を維持し得る。
例えば、第１負荷５１が電気的に接続される一方のコンバータ１１Ａは第１条件の成立に応じて、制御部１２によって第１導電路３０Ａと第２導電路３０Ｂとの間の電位差を入力電圧として昇圧又は降圧して第３導電路３１Ａに出力電圧を印加する放電動作を実行し得る構成とされている。第１条件の成立とは、例えば、車両内に設けられたイグニッションスイッチ（図示せず）がオフ状態からオン状態に切り替えられた状態になること等である。
また、第１負荷５１が正常に動作することができない状況に陥った場合、第２負荷５２が電気的に接続される他方のコンバータ１１Ａは制御部１２によって放電動作を実行し、第３導電路３１Ａを介して第２負荷５２に電力を供給する。制御部１２は、第１負荷５１に接続する第３導電路３１Ａの電圧値や電流値を検知する検知部からの電圧値を取得し得る構成とされており、この電圧値に基づいて、第１負荷５１が正常に動作できない状況に陥ったか否かを判別することができる。
バランス回路７０は蓄電部７１及び切替部７２を有している。蓄電部７１は電力を一時的に蓄えることができる複数の蓄電素子７１Ａが電気的に直列に接続された形態で構成されている。蓄電素子７１Ａには、例えば、電気二重層キャパシタ等が用いられる。蓄電部７１は素子間電極部７１Ｂ及び端部素子電極部７１Ｃを有している。素子間電極部７１Ｂは隣合う蓄電素子７１Ａが電気的に直列に接続する部分である。端部素子電極部７１Ｃは蓄電部７１において最も高電位に位置する蓄電素子７１Ａの高電位側の電極及び蓄電部７１において最も低電位に位置する蓄電素子７１Ａの低電位側の電極である。
切替部７２は、複数のスイッチ素子７２Ａを備えている。スイッチ素子７２Ａには、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。スイッチ素子７２Ａのそれぞれには素子間電極部７１Ｂ及び端部素子電極部７１Ｃのそれぞれが一つずつ電気的に接続されている。スイッチ素子７２Ａのそれぞれは単位電池１０Ａのそれぞれに対応している。スイッチ素子７２Ａは、制御部１２によって自身が対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極又は低電位側の電極のいずれかに、自身に接続された素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃの内の１つを電気的に接続し得る構成とされている。また、スイッチ素子７２Ａは、制御部１２によって自身が対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極及び低電位側の電極と、自身に接続された素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃの内の１つとを電気的に接続しない状態（以下、非接続状態ともいう）にすることもできる。
制御部１２は、例えば、マイクロコンピュータを主体として構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ、Ａ／Ｄ変換器等を有した構成とされている。制御部１２は電池部１０の各単位電池１０Ａの両端の電位差や電池間電極部１０Ｂや端部電極部１０Ｃにおける各単位電池１０Ａの接続の状態を監視し得る構成とされている。制御部１２は蓄電部７１の各蓄電素子７１Ａの両端の電位差等を監視し得る構成とされている。
次に、電源装置１の動作を説明する。
〔第１放電動作〕
電源装置１は、自身が搭載された車両において、例えば、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられると、電池部１０から第１回路部３０を介して放電回路１１の各コンバータ１１Ａに電力が供給される。放電回路１１は制御部１２によって、第１負荷５１に電気的に接続される一方のコンバータ１１Ａの動作が開始され、第２負荷５２に電気的に接続される他方のコンバータ１１Ａの動作は停止された状態を維持される。こうして、一方のコンバータ１１Ａは負荷側の導電路である第３導電路３１Ａに電力を供給する第１放電動作を行う。
第１負荷５１が正常に動作できない状況に陥った場合、制御部１２によって一方のコンバータ１１Ａの動作が停止されると共に、第２負荷５２が電気的に接続される他方のコンバータ１１Ａの動作が開始される。これにより、他方のコンバータ１１Ａは第３導電路３１Ａに電力を供給する第１放電動作を行う。具体的には、制御部１２は第１負荷５１に接続する第３導電路３１Ａの電圧値や電流値を検知する検知部からの電圧値に基づいて、第１負荷５１が正常に動作できない状況に陥ったか否かを判別する。制御部１２が第１負荷５１正常に動作できない状況に陥ったと判別すると、制御部１２は一方のコンバータ１１Ａの動作を停止させて、他方のコンバータ１１Ａの動作を開始させる。こうして、他方のコンバータ１１Ａから第２負荷５２に対して電力を供給する。
〔アクティブ方式のセルバランス動作〕
電池部１０の各単位電池１０Ａのそれぞれが蓄電する電力の量は、各単位電池１０Ａの温度や劣化の状態等に依存するため、互いにばらつきが生じる。このばらつきを解消するため、バランス回路７０はアクティブ方式のセルバランス動作（以下、セルバランス動作ともいう）を実行する。制御部はバランス回路７０にセルバランス動作を行われる第１制御を行う。
第１制御は、制御部１２によって第１動作と第２動作とを交互に繰り返すように複数のスイッチ素子７２Ａを動作させる制御である。第１動作は制御部１２によってスイッチ素子７２Ａが対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極にこのスイッチ素子７２Ａに電気的に接続される素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃの内の１つを電気的に接続させる動作（図２参照）である。そして、第２動作は制御部１２によって低電位側の電極にこのスイッチ素子７２Ａに電気的に接続される素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃの内の１つを電気的に接続させる動作（図３参照）である。そして、これら第１動作の時間の長さと第２動作の時間の長さとは、互いに同じ長さでもよいし、必要に応じて異なる長さとすることもできる。第１動作と第２動作との間には、素子間電極部７１Ｂ及び端部素子電極部７１Ｃがいずれの電池間電極部１０Ｂ及び端部電極部１０Ｃとも導通しない非接続状態（図１参照）となる一定の非導通時間が設けられる。非導通時間の長さは必要に応じて設定することができる。
切替部７２の各スイッチ素子７２Ａが第１動作をすると、電池部１０の最も低電位側の単位電池１０Ａを除いて、蓄電部７１の各蓄電素子７１Ａのそれぞれが各単位電池１０Ａのそれぞれに並列に接続される（図２参照。）。各単位電池１０Ａと各蓄電素子７１Ａとの間で電荷がどのように移動するかは、双方の電圧による。具体的には、１つの単位電池１０Ａとこの単位電池１０Ａに並列に接続される１つの蓄電素子７１Ａとに着目すると、単位電池１０Ａの電圧の方が蓄電素子７１Ａの電圧よりも高い場合、単位電池１０Ａから蓄電素子７１Ａに電荷が移動して蓄電素子７１Ａが充電される。逆に、蓄電素子７１Ａの電圧の方が単位電池１０Ａの電圧よりも高い場合、蓄電素子７１Ａから単位電池１０Ａに電荷が移動して単位電池１０Ａが充電される。他の単位電池１０Ａとこの単位電池１０Ａに並列に接続される他の蓄電素子７１Ａについても同様である。
一方、切替部７２の各スイッチ素子７２Ａが第２動作をすると、電池部１０の最も高電位側の単位電池１０Ａを除いて、蓄電部７１の各蓄電素子７１Ａのそれぞれが各単位電池１０Ａのそれぞれに並列に接続される（図３参照。）。各単位電池１０Ａと各蓄電素子７１Ａとの間での電荷の移動は双方の電圧の大きさによって異なる。具体的には、１つの単位電池１０Ａとこの単位電池１０Ａに並列に接続される１つの蓄電素子７１Ａとに着目すると、単位電池１０Ａの電圧の方が蓄電素子７１Ａの電圧よりも高い場合、単位電池１０Ａから蓄電素子７１Ａに電荷が移動して蓄電素子７１Ａが充電される。逆に、蓄電素子７１Ａの電圧の方が単位電池１０Ａの電圧よりも高い場合、蓄電素子７１Ａから単位電池１０Ａに電荷が移動して単位電池１０Ａが充電される。他の単位電池１０Ａとこの単位電池１０Ａに並列に接続される他の蓄電素子７１Ａについても同様である。こうして、電源装置１は制御部１２による第１制御によって、スイッチ素子７２Ａが第１動作及び第２動作を交互に繰り返し、セルバランス動作を実行する。
例えば、制御部１２が各単位電池１０Ａの両端の電位差のそれぞれの差が所定の値以下になった（すなわち、各単位電池１０Ａの両端の電位差が同様の大きさになった）と判別すると、一度図４に示す状態になり蓄電部７１を充電した後、バランス回路７０はセルバランス動作を終了する。セルバランス動作が終了すると各スイッチ素子７２Ａは非接続状態になる（図１参照。）。これにより、各蓄電素子７１Ａは蓄電された状態が維持される。
〔第２放電動作〕
制御部１２は、第１放電動作が正常に行われない失陥（以下、失陥状態ともいう）が発生した場合にバランス回路７０に第２放電動作を行わせる第２制御を行う。失陥状態とは、例えば、電池部１０の隣合う単位電池１０Ａの導通がオープン状態になったり、単位電池１０Ａ自身が正常に放電することができなくなったりすること等が想定される。
失陥状態になると、制御部１２は、図４に示すように、最も高電位側の単位電池１０Ａに並列に接続されるスイッチ素子７２Ａ（以下、高電位側のスイッチ素子７２Ａともいう）において、端部電極部１０Ｃと端部素子電極部７１Ｃとを電気的に接続させる。そして制御部１２は、最も低電位側の単位電池１０Ａに並列に接続されるスイッチ素子７２Ａ（以下、低電位側のスイッチ素子７２Ａともいう）において、端部電極部１０Ｃと端部素子電極部７１Ｃとを電気的に接続させる。また、制御部１２は、高電位側のスイッチ素子７２Ａ及び低電位側のスイッチ素子７２Ａ以外のスイッチ素子７２Ａを非接続状態にする。これにより、蓄電部７１に蓄えられた電荷が第１回路部３０を介して放電回路１１に供給される。
また、図５に示すように、最も高電位側の単位電池１０Ａが正常に放電することができなくなった場合、端部電極部１０Ｃと端部素子電極部７１Ｃとを電気的に接続させる。これと共に、この端部電極部１０Ｃに隣合う電池間電極部１０Ｂとこの端部素子電極部７１Ｃに隣合う素子間電極部７１Ｂとを電気的に接続させるように制御部１２によってスイッチ素子７２Ａを動作させてもよい。これにより、電源装置１は、正常に放電することができなくなった単位電池１０Ａを迂回するように蓄電素子７１Ａを経由する回路を形成することができるため、個々の単位電池１０Ａをバックアップすることが可能となる。
次に、本構成の効果を例示する。
本開示の車載用バックアップ電源装置１は、複数の単位電池１０Ａが直列に接続された電池部１０と、電池部１０に蓄積された電荷に基づいて第３導電路３１Ａへと電力を供給する第１放電動作を行う放電回路１１とを備えた車載用電源システムにおけるものである。本開示の車載用バックアップ電源装置１は電池部１０に対するセルバランス動作を行うバランス回路７０と、バランス回路７０を制御する制御部１２とを備えている。バランス回路７０は、複数の蓄電素子７１Ａに蓄積された電荷に基づいて第３導電路３１Ａへ電力を供給する第２放電動作を行う構成をなしている。制御部１２は、バランス回路７０にセルバランス動作を行わせる第１制御とバランス回路７０に第２放電動作を行わせる第２制御とを行う。制御部１２は、第１放電動作が正常に行われない失陥が発生した場合に第２制御を行う。これによって、本開示の車載用バックアップ電源装置１は電池部１０をバックアップするための専用の構成を設けることなく、簡単な構造でバックアップ動作を行うことができる。
本開示の車載用バックアップ電源装置１は、電池部１０が端部電極部１０Ｃ及び単位電池１０Ａの間の電池間電極部１０Ｂを有している。バランス回路７０は、複数の蓄電素子７１Ａが直列に接続された蓄電部７１と、複数のスイッチ素子７２Ａを備える切替部７２とを有している。蓄電部７１は端部素子電極部７１Ｃ及び蓄電素子７１Ａの間の素子間電極部７１Ｂを有し、スイッチ素子７２Ａのそれぞれは単位電池１０Ａのそれぞれに対応している。スイッチ素子７２Ａが対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極又は低電位側の電極に、単位電池１０Ａのそれぞれに対応する素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続している。制御部１２は、第１制御を行う場合には単位電池１０Ａの高電位側の電極と低電位側の電極とに交互に単位電池１０Ａに対応する素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続させるように単位電池１０Ａのそれぞれに対応するスイッチ素子７２Ａのそれぞれを動作させる。制御部１２は、第２制御を行う場合には電池間電極部１０Ｂ又は端部電極部１０Ｃの内の少なくとも２つのそれぞれに素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃを１つずつ電気的に接続させるようにスイッチ素子７２Ａを動作させる。
このように構成されていれば、電池間電極部１０Ｂ又は端部電極部１０Ｃの内の少なくとも２つのそれぞれに素子間電極部７１Ｂ又は端部素子電極部７１Ｃを１つずつ電気的に接続させる構成である。このため、電池部１０だけでなく個々の単位電池１０Ａをバックアップすることが可能である。
本開示の車載用バックアップ電源装置１の放電回路１１は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータ１１Ａを有している。制御部１２は、第２制御を行う場合、蓄電素子７１Ａから供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して第３導電路３１Ａへと電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。
このように構成されていれば、第３導電路３１Ａに蓄電素子７１Ａから供給される電力に基づいて所望の大きさの電力を供給することができる。特に、蓄電素子７１Ａからの電力をコンバータ１１Ａによって昇圧させる場合、蓄電素子７１Ａに蓄電されている電力を有効に使うことができる。
＜実施形態２＞
次に、実施形態２に係る車載用バックアップ電源装置２（以下、電源装置２ともいう）について図６を参照しつつ説明する。電源装置２は、バランス回路１７０を複数有している点、電池部１１０を複数の単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂに分けたそれぞれにバランス回路１７０が対応している点、第３導電路１３１Ａの構成、第１回路部１３０の構成等が実施形態１と異なる。実施形態１と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
〔電源装置の構成〕
電池部１１０は複数の単位電池１０Ａが直列に接続されて形成されている。電池部１１０は複数の単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂを有している。
各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂにはバランス回路１７０が１つずつ対応して設けられている。各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂとバランス回路１７０との電気的な接続の構成は実施形態１と同様である。バランス回路１７０は蓄電部１７１及び切替部１７２を有している。蓄電部１７１は蓄電素子７１Ａの数及び素子間電極部７１Ｂの数が実施形態１の蓄電部７１と異なるのみである。切替部１７２はスイッチ素子７２Ａの数が実施形態１の切替部７２と異なるのみである。
各コンバータ１１Ａには第１回路部１３０を介して電池部１１０の各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれが１つずつ電気的に接続されている。第１回路部１３０は放電回路１１と電池部１１０との間の電力経路を構成する。第１回路部１３０は第１導電路１３０Ａ及び第２導電路１３０Ｂを備えている。一方のコンバータ１１Ａは第１導電路１３０Ａを介して電池部１１０の単位電池群１１０Ａにおける最も高電位側となる電極と電気的に接続されている。一方のコンバータ１１Ａは第２導電路１３０Ｂを介して電池部１１０の単位電池群１１０Ａにおける最も低電位側となる電極と電気的に接続されている。他方のコンバータ１１Ａは第１導電路１３０Ａを介して電池部１１０の単位電池群１１０Ｂにおける最も高電位側となる電極と電気的に接続されている。他方のコンバータ１１Ａは第２導電路１３０Ｂを介して電池部１１０の単位電池群１１０Ｂにおける最も低電位側となる電極と電気的に接続されている。各コンバータ１１Ａには第１導電路１３０Ａと第２導電路１３０Ｂとの間の電位差が入力電圧として入力される。
各コンバータ１１Ａのそれぞれには負荷側の導電路である第３導電路１３１Ａが１つずつ電気的に接続されている。各コンバータ１１Ａは第３導電路１３１Ａを介して第１負荷５１及び第２負荷５２が電気的に接続されている。第３導電路１３１Ａは第１負荷側スイッチ１３１Ｂ及び第２負荷側スイッチ１３１Ｃを有している。第１負荷側スイッチ１３１Ｂ及び第２負荷側スイッチ１３１Ｃには、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。第１負荷側スイッチ１３１Ｂは制御部１２によってコンバータ１１Ａと第１負荷５１との導通を開状態と閉状態とに切り替えられる構成とされている。第２負荷側スイッチ１３１Ｃは制御部１２によってコンバータ１１Ａと第２負荷５２との導通を開状態と閉状態とに切り替え得る構成とされている。また、各コンバータ１１Ａのそれぞれには負荷側の導電路であるグラウンド経路Ｇが電気的に接続されている。
次に、電源装置２の動作を説明する。
〔第１放電動作〕
電源装置２は、自身が搭載された車両において、例えば、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられると、電池部１１０から第１回路部１３０を介して放電回路１１の各コンバータ１１Ａに電力が供給される。放電回路１１は制御部１２によって、各コンバータ１１Ａの動作が開始される。また、各第３導電路１３１Ａの第１負荷側スイッチ１３１Ｂは制御部１２によって閉状態にされ、第２負荷側スイッチ１３１Ｃは制御部１２によって開状態にされる（図示せず。）。こうして、各コンバータ１１Ａから第１負荷５１に対して電力を供給する。
第１負荷５１が正常に動作できない状況に陥ったと制御部１２が判別すると、制御部１２は、第１負荷側スイッチ１３１Ｂを閉状態から開状態にすると共に、第２負荷側スイッチ１３１Ｃを開状態から閉状態にする（図示せず。）。こうして、各コンバータ１１Ａから第２負荷５２に対して電力を供給する。
制御部１２が蓄電部７１の各蓄電素子７１Ａの両端の電位差等に基づいてバランス回路１７０のいずれかが正常に動作できない状況に陥ったと判別すると、制御部１２は正常に動作できない状態に陥ったバランス回路１７０に対応するコンバータ１１Ａの動作を停止させる。これと共に、制御部１２はこのコンバータ１１Ａに電気的に接続される第３導電路１３１Ａの第１負荷側スイッチ１３１Ｂ及び第２負荷側スイッチ１３１Ｃを開状態にする。このとき、制御部１２は、他のバランス回路１７０が電気的に接続されるコンバータ１１Ａの動作を継続させる。これと共に、制御部１２はこのコンバータ１１Ａに電気的に接続される第３導電路１３１Ａの第１負荷側スイッチ１３１Ｂの閉状態及び第２負荷側スイッチ１３１Ｃの開状態を維持する。こうして、バランス回路１７０のいずれかが正常に動作できなくなっても、他のバランス回路１７０が電気的に接続されるコンバータ１１Ａから第１負荷５１に対する電力の供給を維持することができる。
なお、制御部１２において以下のように判別してもよい。先ず、電池部１１０の各単位電池１０Ａの両端の電位差や電池間電極部１０Ｂや端部電極部１０Ｃにおける各単位電池１０Ａの接続の状態に基づいて電池部１１０の各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂのいずれかが正常に動作できない状況に陥ったか否かを判別する。そして、各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂのいずれかが正常に動作できない状況に陥ったと判別した場合にも、正常に動作できない状態の単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂのいずれかに対応するコンバータ１１Ａの動作を停止するようにしてもよい。
〔アクティブ方式のセルバランス動作〕
各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂにおけるそれぞれのバランス回路１７０におけるセルバランス動作は実施形態１のバランス回路７０と同様である。制御部１２はバランス回路１７０にセルバランス動作を行わせる第１制御を行う。例えば、制御部１２が各単位電池１０Ａの両端の電位差のそれぞれの差が所定の値以下になった（すなわち、各単位電池１０Ａの両端の電位差が同様の大きさになった）と判別するとバランス回路１７０はセルバランス動作を終了する。セルバランス動作が終了すると各スイッチ素子７２Ａは非接続状態になる（図６参照。）。これにより、各蓄電素子７１Ａは蓄電された状態が維持される。
〔第２放電動作〕
電源装置２はいずれかのコンバータ１１Ａから第３導電路３１Ａに電力が供給されている場合、このコンバータ１１Ａから第１負荷５１に対する電力の供給を維持することによって第１放電動作を維持することができる。そして、電源装置２は電池部１０の各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂの双方に失陥状態が発生した場合に制御部１２が第２制御を行うことによってバランス回路１７０に第２放電動作を行わせる。各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂにおけるそれぞれのバランス回路１７０における第２放電動作は実施形態１のバランス回路７０と同様である。
次に、本構成の効果を例示する。
本開示の車載用バックアップ電源装置２は、バランス回路１７０を複数有している。電池部１１０は複数の単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂを有している。複数の単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂの各々に、複数のバランス回路１７０の各々が対応している。制御部１２は各々のバランス回路１７０を独立して動作させる。
このように構成されていれば、１つのバランス回路１７０が動作できない状態になっても、他のバランス回路１７０の動作を継続させることができるため、より確実にバックアップ動作をすることができる。
＜実施形態３＞
次に、実施形態３に係る車載用バックアップ電源装置３（以下、電源装置３ともいう）について図７〜９を参照しつつ説明する。電源装置３は、バランス回路２７０の構成等が実施形態２と異なる。実施形態２と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
〔電源装置の構成〕
電源装置３は複数のバランス回路２７０を備えている。各バランス回路２７０は切替部２７２及び蓄電部２７１を有している。切替部２７２は複数のスイッチ組２７２Ａを有している。各スイッチ組２７２Ａは第１スイッチ素子２７２Ｂ及び第２スイッチ素子２７２Ｃを有している。第１スイッチ素子２７２Ｂ及び第２スイッチ素子２７２Ｃには、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。蓄電部２７１は素子間電極部７１Ｂが切替部２７２に接続されていない点が実施形態２の蓄電部１７１と異なるのみである。
スイッチ組２７２Ａのそれぞれは単位電池１０Ａのそれぞれに対応している。具体的には、単位電池１０Ａの高電位側の電極のそれぞれにスイッチ組２７２Ａの第１スイッチ素子２７２Ｂのそれぞれが電気的に接続され、低電位側の電極のそれぞれにスイッチ組２７２Ａの第２スイッチ素子２７２Ｃのそれぞれが電気的に接続されている。各単位電池群１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれにおいて、各単位電池１０Ａの高電位側の電極は第１スイッチ素子２７２Ｂを介して第１回路部１３０の第１導電路１３０Ａ及び蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃに電気的に接続されている。各単位電池群１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれにおいて、各単位電池１０Ａの低電位側の電極は第２スイッチ素子２７２Ｃを介して第１回路部１３０の第２導電路１３０Ｂ及び蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃに電気的に接続されている。
制御部１２は電池部１１０の各単位電池１０Ａの両端の電位差や電池間電極部１０Ｂや端部電極部１０Ｃにおける各単位電池１０Ａの接続の状態を監視し得る構成とされている。制御部１２は蓄電部２７１の各蓄電素子７１Ａの両端の電位差等を監視し得る構成とされている。
次に電源装置３の動作を説明する。
〔第１放電動作〕
電源装置３は、自身が搭載された車両において、例えば、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられると、電池部１１０の各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂの高電位側の電極に接続されている第１スイッチ素子２７２Ｂと低電位側の電極に接続されている第２スイッチ素子２７２Ｃとが閉状態にされる。これと共に、他の第１スイッチ素子２７２Ｂ及び第２スイッチ素子２７２Ｃが開状態にされる（図８参照。）。これにより、電池部１１０から第１回路部１３０を介して放電回路１１の各コンバータ１１Ａに電力が供給される。放電回路１１は制御部１２によって、各コンバータ１１Ａの動作が開始される。また、各第３導電路１３１Ａの第１負荷側スイッチ１３１Ｂは制御部１２によって閉状態にされ、第２負荷側スイッチ１３１Ｃは制御部１２によって開状態にされる。こうして、各コンバータ１１Ａから第１負荷５１に対して電力を供給する。
〔アクティブ方式のセルバランス動作〕
制御部１２はバランス回路２７０にセルバランス動作を行わせる第１制御を行う。制御部１２は、バランス回路２７０の切替部２７２における１つのスイッチ組２７２Ａを択一的に閉状態にし、他のスイッチ組２７２Ａを開状態にする動作をスイッチ組２７２Ａの全てに対して交互に行わせるように切替部２７２を動作させる（以下、択一動作ともいう）（図９参照。）。スイッチ組２７２Ａが閉状態になるとは、スイッチ組２７２Ａにおける第１スイッチ素子２７２Ｂ及び第２スイッチ素子２７２Ｃが共に閉状態になった状態である。また、スイッチ組２７２Ａが開状態になるとは、スイッチ組２７２Ａにおける第１スイッチ素子２７２Ｂ及び第２スイッチ素子２７２Ｃが共に開状態になった状態である。各スイッチ組２７２Ａにおける択一動作は、互いに同じ時間の長さでもよいし、必要に応じて異なる時間の長さとすることもできる。また、択一動作の際に、現在閉状態のスイッチ組２７２Ａから次のスイッチ組２７２Ａを閉状態に切り替える間には、全てのスイッチ組２７２Ａが開状態となる一定の非導通時間が設けられる。非導通時間の長さは必要に応じて設定することができる。
各バランス回路２７０の切替部２７２において択一動作をすると、１つの単位電池１０Ａと蓄電部２７１とが並列に接続される（図９参照。）。単位電池１０Ａと蓄電部２７１との間で電荷がどのように移動するかは、双方の電圧による。具体的には、単位電池１０Ａの電圧の方が蓄電部２７１の電圧よりも高い場合、単位電池１０Ａから蓄電部２７１に電荷が移動して蓄電部２７１が充電される。逆に、蓄電部２７１の電圧の方が単位電池１０Ａの電圧よりも高い場合、蓄電部２７１から単位電池１０Ａに電荷が移動して単位電池１０Ａが充電される。択一動作において他のスイッチ組２７２Ａが閉状態になった際における他の単位電池１０Ａと蓄電部２７１とについても同様である。例えば、制御部１２が各単位電池１０Ａの両端の電位差のそれぞれの差が所定の値以下になった（すなわち、各単位電池１０Ａの両端の電位差が同様の大きさになった）と判別するとバランス回路２７０はセルバランス動作を終了する。
〔第２放電動作〕
制御部１２は、失陥状態が発生した場合にバランス回路２７０に第２放電動作を行わせる。失陥状態になると、制御部１２は各切替部２７２の各スイッチ組２７２Ａの全てを開状態にする（図７参照。）。これにより、各蓄電部２７１に蓄えられた電荷のみが第１回路部３０を介して各コンバータ１１Ａに供給される。各コンバータ１１Ａは制御部１２が第２制御を行うことによって蓄電素子７１Ａからの電力に基づいた入力電圧を昇圧又は降圧して第３導電路１３１Ａへと電力を供給する第２放電動作を行う。
次に、本構成の効果を例示する。
本開示の車載用バックアップ電源装置３の放電回路１１は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータ１１Ａを有している。制御部１２は、第２制御を行う場合、蓄電素子７１Ａから供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して第３導電路１３１Ａへと電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。
このように構成されていれば、第３導電路１３１Ａに蓄電素子７１Ａからの電力に基づいて所望の大きさの電力を供給することができる。特に、蓄電素子７１Ａからの電力をコンバータ１１Ａによって昇圧させる場合、蓄電素子７１Ａに蓄電されている電力を有効に使うことができる。
本開示の車載用バックアップ電源装置３は、バランス回路２７０が１つ以上の蓄電素子７１Ａによって構成される蓄電部２７１と、複数のスイッチ組２７２Ａを備える切替部２７２とを有している。スイッチ組２７２Ａのそれぞれは単位電池１０Ａのそれぞれに対応している。スイッチ組２７２Ａが対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極に蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する。これと共に、スイッチ組２７２Ａが対応する単位電池１０Ａの低電位側の電極に蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続している。制御部１２は、第２制御を行う場合には１つの単位電池１０Ａに対して高電位側の電極に蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する。これと共に、制御部１２は低電位側の電極に蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する動作を複数の単位電池１０Ａのそれぞれに対して交互に行わせるように複数のスイッチ組２７２Ａを動作させる。制御部１２は、第２放電制御を行う場合には単位電池１０Ａの高電位側の電極及び低電位側の電極と端部素子電極部７１Ｃとを接続しないように複数のスイッチ組２７２Ａを動作させる。
このように構成されていれば、１つの蓄電素子７１Ａを用いてセルバランス動作を行うことができるため、電源装置３自身の小型化が可能である。
＜実施形態４＞
次に、実施形態４に係る車載用バックアップ電源装置４（以下、電源装置４ともいう）について図１０、１１を参照しつつ説明する。電源装置４は、蓄電部２７１の両方の端部素子電極部７１Ｃの接続される位置が実施形態３と異なる。実施形態３と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
〔電源装置の構成〕
各バランス回路３７０は切替部２７２及び蓄電部２７１を有している。切替部２７２及び蓄電部２７１のそれぞれの構造は実施形態３と同様である。蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃは第３導電路３１Ａの放電回路１１側に電気的に接続されている。蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃは負荷側の導電路であるグラウンド経路Ｇに電気的に接続されている。グラウンド経路Ｇには各コンバータ１１Ａも電気的に接続されている。制御部１２は電池部１１０の各単位電池１０Ａの両端の電位差や電池間電極部１０Ｂや端部電極部１０Ｃにおける各単位電池１０Ａの接続の状態を監視し得る構成とされている。制御部１２は蓄電部２７１の各蓄電素子７１Ａの両端の電位差等を監視し得る構成とされている。
次に電源装置４の動作を説明する。
〔第１放電動作〕
電源装置４における第１放電動作は実施形態３と同様である。
〔アクティブ方式のセルバランス動作〕
制御部１２はバランス回路３７０にセルバランス動作を行わせる第１制御を行う。各バランス回路３７０の切替部２７２において択一動作をすると、１つの単位電池１０Ａと蓄電部２７１とがコンバータ１１Ａを介して並列に接続される（図１１参照。）。
単位電池１０Ａの電圧の方が蓄電部２７１の電圧よりも高いと制御部１２が判別すると、コンバータ１１Ａを介して単位電池１０Ａから蓄電部２７１に電荷が移動して蓄電部２７１が充電される。このとき、コンバータ１１Ａは単位電池１０Ａの電圧に基づいて昇圧動作して蓄電部２７１に電力を供給することによって、早期に蓄電部２７１に電荷を移動させる。
逆に、蓄電部２７１の電圧の方が単位電池１０Ａの電圧よりも高いと制御部１２が判別すると、コンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１から単位電池１０Ａに電荷が移動して単位電池１０Ａが充電される。このとき、コンバータ１１Ａは蓄電部２７１の電圧に基づいて昇圧動作して単位電池１０Ａに電力を供給することによって、早期に単位電池１０Ａに電荷を移動させる。例えば、制御部１２が各単位電池１０Ａの両端の電位差のそれぞれの差が所定の値以下になった（すなわち、各単位電池１０Ａの両端の電位差が同様の大きさになった）と判別するとバランス回路３７０はセルバランス動作を終了する。
〔第２放電動作〕
制御部１２は、失陥状態が発生した場合に第２制御を行うことによってバランス回路３７０に第２放電動作を行わせる。失陥状態になると、制御部１２は、図１０に示すように、各切替部２７２の各スイッチ組２７２Ａの全てを開状態にする。これにより、各蓄電部２７１に蓄えられた電荷のみが第３導電路３１Ａを介して第１負荷５１に供給される。
次に、本構成の効果を例示する。
本開示の車載用バックアップ電源装置４の放電回路１１は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータ１１Ａを有している。制御部１２は、第１制御を行う場合には蓄電素子７１Ａから供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して電池部１１０に電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。
このように構成されていれば、バランス回路３７０がセルバランス動作する場合、蓄電部２７１からの電力に基づく入力電圧をコンバータ１１Ａによって昇圧することにより、セルバランス動作がある程度進んだ際に蓄電部２７１と電池部１１０との間に流れる電流の減少を抑え得る。これにより、蓄電部２７１から電池部１１０に向けて積極的に電流を流すことができ、バランス動作に要する時間をより短時間にすることができる。
本開示の車載用バックアップ電源装置４は、バランス回路３７０が１つ以上の蓄電素子７１Ａによって構成される蓄電部２７１と、複数のスイッチ組２７２Ａを備える切替部２７２とを有している。スイッチ組２７２Ａのそれぞれは単位電池１０Ａのそれぞれに対応している。スイッチ組２７２Ａが対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極にコンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する。これと共に、スイッチ組２７２Ａが対応する単位電池１０Ａの低電位側の電極にコンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する。制御部１２は、第１制御を行う場合には１つの単位電池１０Ａに対して高電位側の電極にコンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する。これと共に、制御部１２は低電位側の電極にコンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する動作を複数の単位電池１０Ａのそれぞれに対して交互に行わせるように複数のスイッチ組２７２Ａを動作させる。制御部１２は、単位電池１０Ａの両端の電圧と蓄電部２７１の両端の電圧とで電圧が低い側に電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。制御部１２は、第２制御を行う場合には単位電池１０Ａの高電位側の電極及び低電位側の電極と端部素子電極部７１Ｃとを接続しないように複数のスイッチ組２７２Ａを動作させる。
このように構成されていれば、セルバランス動作の際に、切替部２７２によって各単位電池１０Ａを交互にコンバータ１１Ａに接続することになる。このため、複数の単位電池１０Ａに対して１つのコンバータ１１Ａを対応させることが可能になり電源装置４自身の構成を簡単にすることができる。
＜実施形態５＞
次に、実施形態５に係る車載用バックアップ電源装置５（以下、電源装置５ともいう）について図１２〜１４を参照しつつ説明する。電源装置５は、蓄電部２７１の両方の端部素子電極部７１Ｃの接続される位置が蓄電部切替部２７３によって一括して変更される点が実施形態３、４と異なる。実施形態３、４と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
〔電源装置の構成〕
各バランス回路４７０は切替部２７２及び蓄電部２７１を有している。切替部２７２及び蓄電部２７１のそれぞれの構造は実施形態３、４と同様である。蓄電部２７１の両方の端部素子電極部７１Ｃのそれぞれには、蓄電部切替部２７３が１つずつ電気的に接続されている。蓄電部切替部２７３には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。蓄電部切替部２７３は制御部１２によって動作が制御され得る構成とされている。
具体的には、蓄電部切替部２７３は、第３動作と第４動作とを行い得る。第３動作は、制御部１２によって、一方の端部素子電極部７１Ｃを第１回路部１３０の第１導電路１３０Ａに電気的に接続させると共に、他方の端部素子電極部７１Ｃを第１回路部１３０の第２導電路１３０Ｂに電気的に接続させる動作（図１３参照）である。第４動作は、一方の端部素子電極部７１Ｃを第３導電路３１Ａに電気的に接続させると共に、他方の端部素子電極部７１Ｃをグラウンド経路Ｇに電気的に接続させる動作（図１４参照）である。つまり、蓄電部切替部２７３は蓄電部２７１の両方の端部素子電極部７１Ｃを一括して第１回路部１３０、又は第３導電路１３１Ａ及びグラウンド経路Ｇのいずれかへの電気的な接続を切り替える。
また、蓄電部切替部２７３は、制御部１２によって両方の端部素子電極部７１Ｃを第１回路部１３０、第３導電路３１Ａ及びグラウンド経路Ｇのいずれとも電気的に接続しない状態（以下、非接続状態ともいう）にすることもできる（図１２参照。）。
次に電源装置５の動作を説明する。
〔第１放電動作〕
電源装置５における第１放電動作は実施形態３と同様である。
〔アクティブ方式のセルバランス動作〕
各バランス回路４７０がセルバランス動作を行う場合、制御部１２は蓄電部切替部２７３に対して第４動作を行わせる（図１４参照。）。制御部１２はバランス回路４７０にセルバランス動作を行わせる第１制御を行う。そして、制御部１２によって各バランス回路４７０の切替部２７２が択一動作をすると、１つの単位電池１０Ａと蓄電部２７１とがコンバータ１１Ａを介して並列に接続される（図示せず。）。単位電池１０Ａの電圧の方が蓄電部２７１の電圧よりも高い場合、コンバータ１１Ａを介して単位電池１０Ａから蓄電部２７１に電荷が移動して蓄電部２７１が充電される。このときコンバータ１１Ａが昇圧動作することによって、早期に蓄電部２７１に電荷を移動させることができる。
逆に、蓄電部２７１の電圧の方が単位電池１０Ａの電圧よりも高い場合、コンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１から単位電池１０Ａに電荷が移動して単位電池１０Ａが充電される。このときコンバータ１１Ａが昇圧動作することによって、早期に単位電池１０Ａに電荷を移動させることができる。
例えば、制御部１２が各単位電池１０Ａの両端の電位差のそれぞれの差が所定の値以下になった（すなわち、各単位電池１０Ａの両端の電位差が同様の大きさになった）と判別するとバランス回路４７０はセルバランス動作を終了する。
バランス回路４７０はセルバランス動作が終了すると蓄電部切替部２７３が非接続状態になる（図１２参照。）。これにより、蓄電部２７１は蓄電された状態が維持される。
〔第２放電動作〕
失陥状態になると、制御部１２は、蓄電部切替部２７３に対して第３動作を行わせる（図１３参照。）。そして、各切替部２７２の各スイッチ組２７２Ａの全てを開状態にする。これにより、各蓄電部２７１に蓄えられた電荷のみが第１回路部３０を介して各コンバータ１１Ａに供給される。各コンバータ１１Ａは制御部１２によって第２制御を行うことによって蓄電素子７１Ａからの電力に基づいた入力電圧を昇圧又は降圧して第３導電路１３１Ａへと電力を供給する動作を行う。
次に、本構成の効果を例示する。
本開示の車載用バックアップ電源装置５の放電回路１１は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータ１１Ａを有している。制御部１２は第１制御を行う場合には蓄電素子７１Ａから供給される電圧に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して電池部１１０に電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。そして、制御部１２は、第２制御を行う場合には蓄電素子７１Ａから供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して第３導電路１３１Ａへ電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。
このように構成されていれば、バランス回路４７０が第２放電動作をする場合には、第３導電路１３１Ａに対して蓄電部２７１の電圧に基づいて所望の大きさの電力を供給することができる。特に、蓄電部２７１の電圧をコンバータ１１Ａによって昇圧させる場合、蓄電部２７１に蓄電されている電力を有効に使うことができる。そして、セルバランス動作をする場合、蓄電部２７１からの電力をコンバータ１１Ａによって昇圧することにより、セルバランス動作がある程度進んだ際における蓄電部２７１と単位電池１０Ａとの間に流れる電流の減少を抑える。そして、蓄電部２７１と単位電池１０Ａとの間で積極的に電流のやり取りをさせることができる。これによりバランス動作に要する時間をより短時間にすることができる。
本開示の車載用バックアップ電源装置５は、バランス回路４７０が１つ以上の蓄電素子７１Ａによって構成される蓄電部２７１と、複数のスイッチ組２７２Ａを備える切替部２７２とを有している。スイッチ組２７２Ａのそれぞれは単位電池１０Ａのそれぞれに対応している。スイッチ組２７２Ａが対応する単位電池１０Ａの高電位側の電極及び低電位側の電極を第１回路部１３０を介してコンバータ１１Ａに電気的に接続している。蓄電部２７１の両方の端部素子電極部７１Ｃを一括して第１回路部１３０又は第３導電路１３１Ａのいずれかへの電気的な接続を切り替える蓄電部切替部２７３を有している。制御部１２は、第１制御を行う場合には両方の端部素子電極部７１Ｃを一括して第３導電路１３１Ａに電気的に接続さるように蓄電部切替部２７３を動作さる。そして、制御部１２は１つの単位電池１０Ａに対して高電位側の電極にコンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１の一方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する。これと共に、制御部１２は低電位側の電極にコンバータ１１Ａを介して蓄電部２７１の他方の端部素子電極部７１Ｃを電気的に接続する動作を複数の単位電池１０Ａのそれぞれに対して交互に行わせるように複数のスイッチ組２７２Ａを動作させる。そして、制御部１２は単位電池１０Ａの両端の電圧と蓄電部２７１の両端の電圧とで電圧が低い側に電力を供給するようにコンバータ１１Ａを動作させる。制御部１２は、第２制御を行う場合には両方の端部素子電極部７１Ｃを一括して第１回路部１３０に電気的に接続させるように蓄電部切替部２７３を動作させる。そして、制御部１２は単位電池１０Ａの高電位側の電極及び低電位側の電極と第１回路部１３０とを接続しないように複数のスイッチ組２７２Ａを動作させる。
このように構成されていれば、蓄電部切替部２７３によって一括して両方の端部素子電極部７１Ｃを第１回路部１３０又は第３導電路１３１Ａに電気的な接続を切り替えるため、蓄電部２７１が第１回路部１３０と第３導電路１３１Ａとにまたがって接続することを抑え得る。これにより、コンバータ１１Ａに誤作動が生じることを抑えることができる。
＜他の実施形態＞
本構成は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
実施形態１、２では、１つの蓄電素子７１Ａが１つの単位電池１０Ａに対応した構成を例示しているが、複数の蓄電素子を直列又は並列に接続した構成を１つの単位電池に対応させてもよい。
実施形態１では、制御部１２がマイクロコンピュータを主体として構成されていたが、マイクロコンピュータ以外の複数のハードウェア回路によって実現されてもよい。
実施形態２〜５では、電池部１１０の各単位電池群１１０Ａ，１１０Ｂの単位電池１０Ａの数が３つずつであるが、単位電池の数は２つでもよく、４つ以上であってもよい。また、各単位電池群の単位電池の数は同じでなくてもよい。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１，２，３，４，５…電源装置
１０，１１０…電池部
１０Ａ…単位電池
１０Ｂ…電池間電極部
１０Ｃ…端部電極部
１１…放電回路
１１Ａ…コンバータ
１２…制御部
３０，１３０…第１回路部（電池部側の導電路）
３０Ａ，１３０Ａ…第１導電路
３０Ｂ，１３０Ｂ…第２導電路
３１Ａ，１３１Ａ…第３導電路（負荷側の導電路）
５０…発電装置
５１…第１負荷
５２…第２負荷
７０，１７０，２７０，３７０，４７０…バランス回路
７１，１７１，２７１…蓄電部
７１Ａ…蓄電素子
７１Ｂ…素子間電極部
７１Ｃ…端部素子電極部
７２，１７２，２７２…切替部
７２Ａ…スイッチ素子
１１０Ａ，１１０Ｂ…単位電池群
１３１Ｂ…第１負荷側スイッチ
１３１Ｃ…第２負荷側スイッチ
２７２Ａ…スイッチ組（スイッチ素子）
２７２Ｂ…第１スイッチ素子
２７２Ｃ…第２スイッチ素子
２７３…蓄電部切替部
Ｇ…グラウンド経路（負荷側の導電路）

Claims (5)

  1. 複数の単位電池が直列に接続された電池部と、前記電池部に蓄積された電荷に基づいて負荷側の導電路へと電力を供給する第１放電動作を行う放電回路と、を備えた車載用電源システムにおける車載用バックアップ電源装置であって、
    前記電池部に対するセルバランス動作を行うバランス回路と、
    前記バランス回路を制御する制御部と、
    を備え、
    前記バランス回路は、複数の蓄電素子に蓄積された電荷に基づいて前記負荷側の導電路へ電力を供給する第２放電動作を行う構成をなし、
    前記制御部は、前記バランス回路に前記セルバランス動作を行わせる第１制御と前記バランス回路に前記第２放電動作を行わせる第２制御とを行い、前記第１放電動作が正常に行われない失陥が発生した場合に前記第２制御を行う車載用バックアップ電源装置。
  2. 前記バランス回路を複数有し、
    前記電池部は、複数の単位電池群を有し、
    複数の前記単位電池群の各々に、複数の前記バランス回路の各々が対応しており、
    前記制御部は、各々の前記バランス回路を独立して動作させる請求項１に記載の車載用バックアップ電源装置。
  3. 前記放電回路は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータを有し、
    前記制御部は、前記第２制御を行う場合、前記蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して前記負荷側の導電路へ出力電圧を印加するように前記コンバータを動作させる請求項１又は請求項２に記載の車載用バックアップ電源装置。
  4. 前記放電回路は、入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータを有し、
    前記制御部は、前記第１制御を行う場合、前記蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して前記電池部側に電力を供給するように前記コンバータを動作させる請求項１又は請求項２に記載の車載用バックアップ電源装置。
  5. 前記放電回路は入力された電圧を昇圧又は降圧して出力するコンバータを有し、
    前記制御部は、前記第１制御を行う場合には前記蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して前記電池部側に電力を供給するように前記コンバータを動作させ、前記第２制御を行う場合には前記蓄電素子から供給される電力に基づく入力電圧を昇圧又は降圧して前記負荷側の導電路へと電力を供給するように前記コンバータを動作させる請求項１又は請求項２に記載の車載用バックアップ電源装置。
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