JP2022084124A - 車載用のバックアップ制御装置及び車載用のバックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電部を利用したバックアップ動作時に、複数の負荷に対してより適切に電力を供給し得る技術を提供する。【解決手段】車載用のバックアップ制御装置１は、蓄電部７０の放電を行う放電回路と、放電回路を制御する制御部４０と、を有する。制御部４０は、異常状態のときに複数の対象負荷に同時に電力を供給する場合の蓄電部７０の電圧条件として定められる重畳可能電圧又は複数の対象負荷のいずれかに対応付けて定められる供給完了電圧のうちいずれかを遮断閾値として設定する。制御部４０は、異常状態において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下に達したことを条件として、複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し複数の対象負荷の同時動作を禁止する。【選択図】図１

Description

本開示は、車載用のバックアップ制御装置及び車載用のバックアップ装置に関する。

特許文献１には、主電源の電圧低下時に、蓄電部から負荷に電力供給する蓄電装置が開示されている。この蓄電装置の制御回路は、主電源の正常時に充電回路を制御して、蓄電部を充電させる。そして、この制御回路は、主電源の電圧が低下するとき（例えば、アイドリングストップ終了後のエンジン起動時）に、蓄電部と負荷の間に配置されるスイッチをオンにして、負荷に電力供給する。また、特許文献１には、この蓄電装置を、主電源異常時の電源バックアップシステムにも適用できることが記載されている。

特開２００９－２９６８０８号公報

車載用のバックアップ装置は、主電源の失陥時に主電源とは異なる蓄電部を利用して複数の負荷に電力を供給するバックアップ動作を行うが、複数の負荷が同時に作動する場合には、同時作動に起因する問題が生じる懸念がある。例えば、蓄電部の保有エネルギーが同時作動に必要なエネルギー以下に低下しているのに複数の負荷が同時に動作してしまうと、負荷に対して適切に電力が供給されない事態が生じる虞がある。

本開示は、蓄電部を利用したバックアップ動作時に、複数の負荷に対してより適切に電力を供給し得る技術を提供する。

本開示の一つである車載用のバックアップ制御装置は、
電源部と蓄電部とを備えた車載用電源システムに用いられ、少なくとも前記電源部からの電力の供給が途絶えた異常状態において前記蓄電部からの電力に基づいて少なくとも複数の対象負荷に電力を供給するバックアップ動作を行う車載用のバックアップ制御装置であって、
前記蓄電部の放電を行う放電回路と、
前記放電回路を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記異常状態のときに前記複数の対象負荷に同時に電力を供給する場合の前記蓄電部の電圧条件として定められる重畳可能電圧又は前記複数の対象負荷のいずれかに対応付けて定められる供給完了電圧のうちいずれかを遮断閾値として設定し、
前記異常状態において前記蓄電部の充電電圧が前記遮断閾値以下に達したことを条件として、前記複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し前記複数の対象負荷の同時動作を禁止する。

本開示に係る技術は、蓄電部を利用したバックアップ動作時に、複数の負荷に対してより適切に電力を供給し得る。

図１は、第１実施形態の車載用のバックアップ制御装置を含む車載用電源システムを概略的に例示するブロック図である。 図２は、第１実施形態の車載用のバックアップ制御装置で行われる制御の流れを例示するフローチャートである。

以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔１〕～〔６〕の特徴は、矛盾しない範囲でどのように組み合わされてもよい。

〔１〕電源部と蓄電部とを備えた車載用電源システムに用いられ、少なくとも前記電源部からの電力の供給が途絶えた異常状態において前記蓄電部からの電力に基づいて少なくとも複数の対象負荷に電力を供給するバックアップ動作を行う車載用のバックアップ制御装置であって、
前記蓄電部の放電を行う放電回路と、
前記放電回路を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記異常状態のときに前記複数の対象負荷に同時に電力を供給する場合の前記蓄電部の電圧条件として定められる重畳可能電圧又は前記複数の対象負荷のいずれかに対応付けて定められる供給完了電圧のうちいずれかを遮断閾値として設定し、
前記異常状態において前記蓄電部の充電電圧が前記遮断閾値以下に達したことを条件として、前記複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し前記複数の対象負荷の同時動作を禁止する
車載用のバックアップ制御装置。

上記の〔１〕の車載用のバックアップ制御装置は、電源部からの電力の供給が途絶えた異常状態において蓄電部を利用したバックアップ動作を行うことができ、バックアップ動作時に、複数の負荷に対してより適切に電力を供給し得る。このバックアップ制御装置では、充電電圧が相対的に低い状態で複数の対象負荷が同時に動作することによる不具合を生じにくくすることができる。更に、このバックアップ制御装置は、重畳可能電圧又は供給完了電圧のうちのいずれかを重視して、遮断閾値として設定することができる。

〔２〕〔１〕に記載の車載用のバックアップ制御装置において、以下の特徴を有する。上記複数の対象負荷は、第１対象負荷と第２対象負荷とを含む。上記制御部は、上記蓄電部の充電電圧が上記第２対象負荷に対応して定められた上記供給完了電圧よりも大きく且つ上記重畳可能電圧以下である場合において、上記第１対象負荷が動作済状態ではなく且つ上記第１対象負荷の動作を行う条件が成立している場合、上記第２対象負荷への電力の供給を遮断又は遅延する。

上記の〔２〕の車載用のバックアップ制御装置は、蓄電部の充電電圧が第２対象負荷に対応して定められた供給完了電圧よりも大きくても、重畳可能電圧以下である場合には、第１対象負荷の動作を優先することができる。従って、このバックアップ制御装置は、蓄電部の充電電圧が重畳可能電圧以下である場合に第１対象負荷及び第２対象負荷がいずれも動作することに起因する第１対象負荷への不十分な電力供給の問題を生じにくくすることができる。

〔３〕〔１〕又は〔２〕に記載の車載用のバックアップ制御装置において、以下の特徴を有する。上記制御部は、上記対象負荷の消費電力と予定動作回数とに基づいて決定される必要エネルギー量と、上記放電回路からの出力電力と、上記蓄電部の静電容量と、上記異常状態が発生した際の上記蓄電部の充電電圧と、に基づき、上記対象負荷の上記供給完了電圧を算出する。

上記の〔３〕の車載用のバックアップ制御装置は、対象負荷の消費電力と予定動作回数を反映し、放電回路の出力電圧と蓄電部の静電容量と異常状態発生の際の蓄電部の充電電圧とを加味して、当該対象負荷の供給完了電圧を適切に設定することができる。

〔４〕〔１〕から〔３〕のいずれか一項に記載の車載用のバックアップ制御装置において、以下の特徴を有する。上記制御部は、予め定められる下限電圧と、上記複数の対象負荷が所定時間同時に動作した場合に予想される上記蓄電部での電圧低下量と、上記複数の対象負荷が同時に動作する場合の上記蓄電部での電圧降下とを加算した加算値に基づいて上記重畳可能電圧を設定する。

上記の〔４〕の車載用のバックアップ制御装置では、蓄電部の充電電圧が上記加算値を超えていれば複数の対象負荷が所定時間同時に動作しても蓄電部の充電電圧が下限電圧に達しにくいといえる。よって、このような加算値に基づいて重畳可能電圧を設定すれば、複数の対象負荷が同時に動作して蓄電部の充電電圧が下限電圧を下回ってしまうような事態を生じにくくすることができる。

〔５〕上記の〔４〕に記載の車載用のバックアップ制御装置において、以下の特徴を有する。上記蓄電部の温度を検出する温度検出部を有する。上記制御部は、上記蓄電部の温度が低いほど上記下限電圧を高く定める。

上記の〔５〕の車載用のバックアップ制御装置は、実際に検出された蓄電部の温度を反映し、蓄電部の温度が低いほど下限電圧を高く定めることができる。即ち、このバックアップ制御装置は、実際に検出された蓄電部の温度が低いほど重畳可能電圧を高く設定することができる。

〔６〕〔１〕から〔５〕のいずれか一項に記載の車載用のバックアップ制御装置と、上記蓄電部と、を備える車載用のバックアップ装置。

上記の〔６〕の車載用のバックアップ装置は、〔１〕のバックアップ制御装置と同様の効果を奏する。

＜第１実施形態＞
〔車載用電源システムの構成〕
図１に示される車載用電源システム１００は、電源部９０、第１負荷９１、第２負荷９２、第３負荷９３、蓄電部７０、及び車載用のバックアップ制御装置１を備える。車載用のバックアップ制御装置１は、バックアップ制御装置１とも称される。蓄電部７０及びバックアップ制御装置１は、車載用のバックアップ装置２を構成する。車載用のバックアップ装置２は、バックアップ装置２とも称される。

電源部９０は、車載用電源システム１００が搭載された車両が始動した場合に継続的に電力を供給する主電源として機能する。電源部９０は、直流電圧を生じる直流電源である。電源部９０は、例えば鉛バッテリなどのバッテリによって構成される。電源部９０の高電位側の端子は、電力路８０に電気的に接続され、電源部９０の低電位側の端子はグラウンドに電気的に接続されている。電源部９０は、電力路８０に対して所定電圧を印加する。なお、本明細書において、電圧とは、特に限定がない限り、グラウンドを基準とする電圧である。

電源部９０は、電力路８０を介して第１負荷９１，第２負荷９２、第３負荷９３に電気的に接続されている。電源部９０からの電力は、電力路８０を介して第１負荷９１，第２負荷９２、第３負荷９３に供給される。図１の例では、電力路８０は、電源部９０に直接的に接続される導電路である電力路８１Ａと、第１負荷９１に接続される電力路８１Ｂと、第２負荷に接続される導電路である電力路８１Ｃと、第３負荷９３に接続される導電路である電力路８１Ｄとを備える。電力路８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは、互いに電気的に接続されている。電源部９０から第１負荷９１，第２負荷９２、第３負荷９３に電力が供給される状態では、電力路８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは、同電位とされる。電力路８０には、図示されていないリレーやヒューズなどが設けられ、これらの素子は、電力路８０の導通を遮断する機能を有する。

第１負荷９１、第２負荷９２、第３負荷９３は、車載用の電気機器である。第１負荷９１、第２負荷９２、第３負荷９３は、電源部９０からの電力供給が停止した異常状態（失陥状態）のときに電力供給が望まれる負荷である。第１負荷９１、第２負荷９２、第３負荷９３は、例えばモータなどのアクチュエータであってもよい。或いは、電動パーキングブレーキシステムにおけるＥＣＵやアクチュエータ、シフトバイワイヤ制御システムにおけるＥＣＵやアクチュエータなどであってもよい。或いは、これら以外の車載用の電気機器であってもよい。

本明細書では、第１負荷９１は、負荷９１又は第１対象負荷９１とも称される。第２負荷９２は、負荷９２又は第２対象負荷９２とも称される。第３負荷９３は、負荷９３とも称される。第１負荷９１及び第２負荷９２は、複数の対象負荷の一例に相当する。

バックアップ装置２は、少なくとも電源部９０からの電力供給が途絶えた異常状態のときに蓄電部７０の電力に基づいて第１負荷９１、第２負荷９２、第３負荷９３に電力を供給するバックアップ動作を行いうる装置である。バックアップ制御装置１は、このようなバックアップ動作を制御する装置である。

蓄電部７０は、補助電源として機能する。蓄電部７０は、直流電圧を出力する直流電源であり、例えば電気二重層キャパシタである。蓄電部７０は、導電路２６を介して充放電部４２に電気的に接続されており、充放電部４２を介して充電及び放電がなされる。蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）は、導電路２６に印加される電圧である。蓄電部７０の高電位側の端子は、導電路２６に電気的に接続されて、導電路２６と同電位とされる。蓄電部７０の低電位側の端子は、グラウンドに電気的に接続されて、グラウンドと同電位とされる。

バックアップ装置２では、車載用電源システム１００が搭載される車両の始動スイッチがオフ状態になっている停止状態において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が待機電圧以下に保持される。そして、バックアップ装置２は、車両の始動スイッチがオン状態に切り替わることに応じて蓄電部７０の充電電圧を上記待機電圧よりも大きい目標電圧以上とするように充電を行う。車両の始動スイッチがオン状態のときには、失陥状態が生じていない場合には、蓄電部７０の充電電圧は上記目標電圧で維持される。車両の始動スイッチがオン状態からオフ状態に切り替わった場合には、バックアップ装置２は、蓄電部７０の充電電圧が待機電圧以下となるまで蓄電部７０を放電する。

バックアップ制御装置１は、制御部４０、充放電部４２、スイッチ１１，１２，１３，１４，１５、電圧検出部３１，３２、導電路２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃなどを有する。

制御部４０は、情報処理機能、演算機能、制御機能などを有する情報処理装置である。制御部４０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変換器等を有している。制御部４０は、充放電部４２（放電回路）を制御する機能を有する。

充放電部４２は、放電回路の一例に相当する。充放電部４２は、例えばＤＣＤＣコンバータ等の電圧変換回路として構成される。充放電部４２は、導電路２６と導電路２７の間に配置される。充放電部４２は、蓄電部７０に対する充電動作及び放電動作を行う。充放電部４２は、充電動作として、導電路２７に印加された電圧を昇圧又は降圧して導電路２６に印加する電圧変換動作を行う。充放電部４２の充電動作は、制御部４０によって制御される。制御部４０は、充放電部４２に上記充電動作を行わせる場合、スイッチ１４，１５をオン状態とする。充放電部４２は、放電動作として、導電路２６に印加された電圧を昇圧又は降圧して導電路２７に印加する電圧変換動作を行う。充放電部４２の放電動作は、制御部４０によって制御される。制御部４０は、充放電部４２に上記放電動作を行わせる場合、例えば、スイッチ１４，１５をオフ状態としつつ、スイッチ１１，１２，１３のいずれか１以上をオン状態とする。

電圧検出部３１，３２は、例えば電圧検出回路として構成されている。電圧検出部３１は、導電路２４の電圧を検出する。導電路２４は、電力路８０に電気的に接続され、電力路８０と同電位とされる導電路である。従って、電圧検出部３１は、電力路８０の電圧を検出し得る。電圧検出部３２は、導電路２６の電圧を検出する。導電路２６は、蓄電部７０の高電位側の端子に電気的に接続され、蓄電部７０の高電位側の端子と同電位とされる導電路である。従って、電圧検出部３２は、蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）を検出し得る。蓄電部７０の充電電圧は、グラウンドを基準とする蓄電部７０の高電位側の端子の電圧である。

導電路２５は、スイッチ１４を介して導電路２４に接続される導電路である。スイッチ１４がオン状態のときに導電路２４と導電路２５とが導通し互いに同電位とされる。導電路２７は、スイッチ１５を介して導電路２５に接続される導電路である。導電路２７は、充放電部４２の一端側に電気的に接続される導電路である。スイッチ１５がオン状態のときには導電路２５と導電路２７とが導通し互いに同電位とされる。導電路２６は、充放電部４２の他端側に電気的に接続される導電路である。導電路２８は、一端が導電路２７に電気的に接続され、他端が導電路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃに電気的に接続される導電路である。導電路２７，２８，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは互いに同電位とされる。導電路２９Ａは、一端が導電路２８に電気的に接続され、他端がダイオード３７のアノードに電気的に接続される。ダイオード３７は、カソードが導電路２５に電気的に接続される。導電路２１は、スイッチ１１と第１負荷９１の間の導電路である。スイッチ１１がオン状態のときには導電路２５と導電路２１とが同電位とされる。導電路２９Ｂは、一端が導電路２８に電気的に接続され、他端がスイッチ１２に電気的に接続される。スイッチ１２がオン状態のときには導電路２９Ｂと導電路２２とが同電位とされる。導電路２９Ｃは、一端が導電路２８に電気的に接続され、他端がスイッチ１３に電気的に接続される。スイッチ１３がオン状態のときには導電路２９Ｃと導電路２３とが同電位とされる。

〔バックアップ制御装置の動作〕
図２には、制御部４０が行うバックアップ制御の一例が示されている。制御部４０は、所定の開始条件が成立した場合に、図２のバックアップ制御を開始する。図２のバックアップ制御を開始する条件は、例えば、車載用電源システム１００が搭載された車両の始動スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わったことであってもよく、他の条件であってもよい。以下で説明される代表例では、車両の始動スイッチがオフ状態からオン状態になった場合に、始動スイッチがオン状態に切り替わったことを示す始動信号が外部装置（例えば、外部のＥＣＵ（Electronic Control Unit））から制御部４０に与えられるようになっている。制御部４０は、このような始動信号を受けた場合に、図２のバックアップ制御を開始する。

制御部４０は、図２のバックアップ制御を開始した場合、ステップＳ１１において電源部９０（主電源）が失陥状態であるか否かを判定する。制御部４０は、電圧検出部３１が検出する電圧に基づき、導電路２４の電圧が閾値未満であるか否かを判定する。この閾値は、電源部９０が正常時に電力路８０に印加する出力電圧よりも大幅に小さい値であり、０よりも大きい値である。制御部４０は、ステップＳ１１において導電路２４の電圧が閾値未満であると判定した場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、処理をステップＳ１２に進める。本代表例では、導電路２４の電圧が閾値未満である場合、即ち、電力路８０の電圧が閾値未満である場合が異常状態の一例に相当する。制御部４０は、ステップＳ１１において導電路２４の電圧が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）、図２の制御を終了する。制御部４０は、ステップＳ１１でＮｏと判定して図２の制御を終了した場合、即座に図２の制御を開始する。従って、電源部９０が上述の異常状態でない場合には、図２のバックアップ制御及びステップＳ１１の判定処理が短い時間間隔で繰り返し実行されることになる。

例えば、電力路８０に地絡や断線などが生じ、電源部９０からの導電路２４への電力供給及び電力路８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄへの電力供給が途絶えた異常状態では、導電路２４の電圧が０Ｖ程度となる。このような場合、バックアップ制御装置１では、制御部４０が充放電部４２に対し導電路２７に電力を供給する放電動作を行わせるとともにステップＳ１２以降の処理を行い、蓄電部７０からの電力に基づいて複数の負荷９１，９２，９３に電力を供給するバックアップ動作を行う。なお、以下では、負荷９１，９２を対象負荷として、主電源が失陥した場合に負荷９１，９２に電力を供給する例について説明する。なお、複数の負荷９１，９２に電力を供給するバックアップ動作を行う場合、ステップＳ１２の時点でスイッチ１１，１２をオン状態としてもよく、ステップＳ１２の時点よりも少し前又は少し後にスイッチ１１，１２をオン状態としてもよい。充放電部４２は、蓄電部７０の充電状態ではない通常時（主電源が失陥していない状態）においてスイッチ１２，１３，１５をオフ状態としつつ導電路２７に所定電圧を印加する動作を継続的に行ってもよく、ステップＳ１１においてＹｅｓとなった後に導電路２７に所定電圧を印加する動作を開始してもよい。

制御部４０は、ステップＳ１１において導電路２４の電圧が閾値未満であると判定した場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、ステップＳ１２において、蓄電部７０の温度Ｔｃと、蓄電部７０の充電電圧Ｖｂを記録する。ステップＳ１２の時点での蓄電部７０の温度Ｔｃ及び蓄電部７０の充電電圧Ｖｂは、例えば、図示されていない記憶部に記憶される。図１に示されるバックアップ装置２には、蓄電部７０の温度Ｔｃ（例えば、蓄電部７０の表面温度や内部温度）を検出する温度検出部３５が設けられている。制御部４０は、ステップＳ１２の時点で温度検出部３５が検出した温度の情報を取得し、蓄電部７０の温度Ｔｃを記憶部に記憶する。

制御部４０は、ステップＳ１２の後、ステップＳ１３において、第２対象負荷９２に関する遮断閾値を算出する。制御部４０は、ステップＳ１３以降の処理が実行される異常状態のときには、重畳可能電圧Ｖｅ又は供給完了電圧Ｖｇのうちのいずれかを遮断閾値として設定する。重畳可能電圧Ｖｅは、複数の対象負荷（第１対象負荷９１、第２対象負荷９２）に同時に電力を供給する場合の蓄電部７０の電圧条件として定められる電圧である。供給完了電圧Ｖｇは、第２対象負荷９２に対応付けて定められる電圧である。

制御部４０は、以下のように、第２対象負荷９２の供給完了電圧Ｖｇを設定する。制御部４０は、まず必要エネルギー量Ｅを算出する。必要エネルギー量を算出するにあたり、負荷９１，９２，９３の必要エネルギー量が以下のように定められる。負荷９１の必要エネルギー量Ｅ１は、負荷９１の１回の動作の消費電力Ｘ１と予定動作回数Ｎ１とに基づいてＸ１×Ｎ１の式によって決定される。負荷９２の必要エネルギー量Ｅ２は、負荷９２の１回の動作の消費電力Ｘ２と予定動作回数Ｎ２とに基づいてＸ２×Ｎ２の式によって決定される。負荷９３の必要エネルギー量Ｅ３は、負荷９３の１回の動作の消費電力Ｘ３と予定動作回数Ｎ３とに基づいてＸ３×Ｎ３の式によって決定される。なお、Ｅ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の単位は、例えばｍＡｈである。Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の単位は、例えばｍＡｈである。

制御部４０は、ステップＳ１３において、第２対象負荷９２の供給完了電圧Ｖｇを算出する場合、ステップＳ１３の時点で、負荷９１及び負荷９３が未動作である場合、負荷９２の必要エネルギー量Ｅ２に基づき、Ｅ＝Ｅ２＋Ｉｃ×（Ｔｍ－Ｔｒ）の式によって必要エネルギー量Ｅを算出する。Ｉｃは、単位時間当たりのバックアップ装置２自身の消費電流であり、例えば、予め定められた値である。Ｉｃの単位は、例えばｍＡ／ｓである。Ｔｍは、バックアップ装置２を動作させる最大時間として予め定められた最大動作時間である。Ｔｒは、ステップＳ１１でＹｅｓに進んだとき（電源部９０の失陥が生じたと判定したとき）からステップＳ１３で必要エネルギー量Ｅを算出する時点までの経過動作時間である。Ｔｍ、Ｔｒの単位は、例えばｓである。

制御部４０は、ステップＳ１３において、第２対象負荷９２の供給完了電圧Ｖｇを算出する場合、ステップＳ１３の時点で、負荷９１が未動作であり、負荷９３が動作済である場合、負荷９２の必要エネルギー量Ｅ２及び負荷９３の必要エネルギー量Ｅ３に基づき、Ｅ＝Ｅ２＋Ｅ３＋Ｉｃ×（Ｔｍ－Ｔｒ）の式によって必要エネルギー量Ｅを算出する。

制御部４０は、ステップＳ１３において、第２対象負荷９２の供給完了電圧Ｖｇを算出する場合、ステップＳ１３の時点で、負荷９１が動作済であり、負荷９３が未動作である場合、負荷９１の必要エネルギー量Ｅ１及び負荷９２の必要エネルギー量Ｅ２に基づき、Ｅ＝Ｅ２＋Ｅ１＋Ｉｃ×（Ｔｍ－Ｔｒ）の式によって必要エネルギー量Ｅを算出する。

制御部４０は、ステップＳ１３において、第２対象負荷９２の供給完了電圧Ｖｇを算出する場合、ステップＳ１３の時点で、負荷９１，９３が動作済である場合、負荷９１の必要エネルギー量Ｅ１、負荷９２の必要エネルギー量Ｅ２、負荷９３の必要エネルギー量Ｅ３に基づき、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３＋Ｉｃ×（Ｔｍ－Ｔｒ）の式によって必要エネルギー量Ｅを算出する。

制御部４０は、ステップＳ１３において、必要エネルギー量Ｅを算出した場合、Ｅ（ｍＡｈ）×Ｖｃ（Ｖ）＝Ｚ（Ｊ）の式に基づいてＺ（Ｊ）を算出する。Ｖｃ（Ｖ）は、充放電部４２が導電路２７に印加する出力電圧である。そして、Ｚ（Ｊ）＝Ｃ×Ａ×Ｂ×（Ｖｂ^２－Ｖａ^２）／２の式に基づいて、放電後の推定電圧Ｖａを算出する。このＶａが第２対象負荷９２に対応付けて定められる供給完了電圧Ｖｇである。上記Ａの値は、劣化状態係数である。劣化状態係数（劣化係数）は、公知の方法で算出及び設定されてもよく、予め定められた値であってもよい。上記Ｂの値は、充放電部４２の放電効率である。放電効率は公知の方法で算出及び設定されてもよく、予め定められた値であってもよい。上記Ｃの値は、蓄電部７０の静電容量である。制御部４０は、公知の方法で静電容量Ｃを検出し得る。制御部４０は、予め定められたタイミング（例えば、充放電部４２が動作する毎）で静電容量Ｃを検出することができ、ステップＳ１３では、最も直近に検出された静電容量Ｃを用いる。

このように、制御部４０は、必要エネルギー量Ｅ２に基づく必要エネルギー量Ｅと、充放電部４２（放電回路）からの出力電力と、蓄電部７０の静電容量Ｃと、異常状態が発生した際の蓄電部７０の充電電圧Ｖｂと、に基づき、第２対象負荷９２の供給完了電圧Ｖｇを算出する。

制御部４０は、以下のように、重畳可能電圧Ｖｅを算出する。制御部４０は、予め定められる下限電圧Ｖｘと、複数の対象負荷（第１対象負荷９１及び第２対象負荷９２）が所定時間同時に動作した場合に予想される蓄電部７０での電圧低下量Ｖｙと、複数の対象負荷（第１対象負荷９１及び第２対象負荷９２）が同時に動作する場合の蓄電部７０での電圧降下Ｖｚとを加算した加算値（Ｖｘ＋Ｖｙ＋Ｖｚ）に基づいて重畳可能電圧Ｖｅを設定する。以下の例では、Ｖｅ＝Ｖｘ＋Ｖｙ＋Ｖｚとする。但し、この例に限定されず、加算値に対して補正値を加えたり、係数を乗じたりして重畳可能電圧Ｖｅを設定してもよい。

下限電圧Ｖｘは、予め定められた所定パワー（所定出力電圧及び所定出力電流）を充放電部４２が供給するために必要となる入力側電圧（導電路２６の電圧）の下限値である。Ｖｘは、予め定められた固定値であってもよく、蓄電部７０の温度Ｔｃに基づいて定められてもよい。温度Ｔｃに基づいて下限電圧Ｖｘを定める場合、制御部４０は、蓄電部７０の温度Ｔｃが低いほど下限電圧Ｖｘを高く定める所定の演算式又は所定のテーブルを参照し、温度検出部３５が検出した蓄電部７０の温度Ｔｃに基づき、温度Ｔｃに応じた下限電圧Ｖｘを定めてもよい。

電圧低下量Ｖｙは、例えばＶｙ＝（（α＋β）×Ｔｙ）／（Ｃ×Ｄｔ）によって定めることができる。αは、第１負荷９１の負荷電流であり、βは、第２負荷９２の負荷電流である。α、βは、例えば予め想定される電流値を固定値として定めておくことができる。Ｔｙは、突入電流の発生時間である。Ｔｙは、予め想定される時間を固定値として定めておくことができる。Ｄｔは、温度係数である。制御部４０は、予め定められた演算式又はテーブルに基づいて温度Ｔに応じた温度係数Ｄｔを定める。この例ではＶｙは温度Ｔに応じて上記演算式によって定まるが、固定値としても良い。

Ｖｚは、例えばＶｚ＝（α＋β）×（Ｒｃ×Ｆｔ）によって求めることができる。Ｒｃは、蓄電部７０の内部抵抗である。制御部４０は、公知の方法で内部抵抗Ｒｃを検出し得る。制御部４０は、予め定められたタイミング（例えば、充放電部４２が動作する毎）で内部抵抗Ｒｃを検出することができ、ステップＳ１３では、最も直近に検出された内部抵抗Ｒｃを用いる。Ｆｔは、温度係数である。制御部４０は、予め定められた演算式又はテーブルに基づいて温度Ｔｃに応じた温度係数Ｆｔを定める。

制御部４０は、ステップＳ１３において供給完了電圧Ｖｇ及び重畳可能電圧Ｖｅを算出した後、Ｖｇ＜Ｖｅであるか否かを判定する。Ｖｇ＜Ｖｅであれば、Ｖｇを遮断閾値とする。Ｖｇ≧Ｖｅであれば、Ｖｅを遮断閾値とする。

制御部４０は、ステップＳ１３の後、ステップＳ１４において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が遮断閾値以下であるか否かを判定する。制御部４０は、ステップＳ１４において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下であると判定した場合、ステップＳ１５において第２対象負荷９２への電力供給を遮断する。制御部４０は、ステップＳ１５において、第２対象負荷９２への電力供給を遮断する場合、スイッチ１２をオフ状態とする。この場合、制御部４０は、充放電部４２に対し導電路２７に所定電圧を印加する動作を継続的に行わせ、スイッチ１１がオン状態であれば、第１対象負荷９１へ電力が供給され、スイッチ１１がオフ状態であれば、第１対象負荷９１への電力供給が遮断される。この場合、制御部４０は、例えば外部装置からの指示に応じてスイッチ１１のオンオフを制御することができる。

制御部４０は、ステップＳ１４において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下でないと判定した場合、ステップＳ１６において蓄電部７０の充電電圧が重畳可能電圧Ｖｅ以下であるか否かを判定する。制御部４０は、ステップＳ１６において蓄電部７０の充電電圧が重畳可能電圧Ｖｅ以下であると判定した場合、ステップＳ１７において第１対象負荷の動作条件が成立したか否かを判定する。「第１対象負荷９１の動作条件が成立した場合」とは、「第１対象負荷９１が動作済状態ではなく且つ第１対象負荷９１の動作を行う条件が成立している場合」である。第１対象負荷９１が動作済状態とは、第１対象負荷９１において予め定められた動作が全て完了し、以後において第１対象負荷９１が動作しない状態である。第１対象負荷９１の動作を行う条件とは、第１対象負荷９１の動作を開始する条件として予め定められた条件であり、例えば、外部装置から制御部４０に対して第１対象負荷９１の動作開始を示すトリガー情報が与えられたことであってもよく、その他の条件であってもよい。制御部４０は、ステップＳ１７において第１対象負荷の動作条件が成立したと判定した場合、ステップＳ１８において第２対象負荷への電力供給を遮断する。制御部４０は、ステップＳ１８において、第２対象負荷９２への電力供給を遮断する場合、スイッチ１２をオフ状態とする。この場合、制御部４０は、充放電部４２に対し導電路２７に所定電圧を印加する動作を継続的に行わせ、スイッチ１１がオン状態であれば、第１対象負荷９１へ電力が供給され、スイッチ１１がオフ状態であれば、第１対象負荷９１への電力供給が遮断される。この場合、制御部４０は、例えば外部装置からの指示に応じてスイッチ１１のオンオフを制御することができる。制御部４０は、ステップＳ１５の後、ステップＳ１８の後、又はステップＳ１６、Ｓ１７においてＮｏと判定した場合、処理をステップＳ１９に進める。

制御部４０は、ステップＳ１９において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が通知基準電圧Ｖｄを超えるか否かを判定する。制御部４０は、ステップＳ１９において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が通知基準電圧Ｖｄを超えないと判定した場合、ステップＳ２０において第２対象負荷への電力供給を遮断し、その後、ステップＳ２１において蓄電部７０のＳＯＣが低下していることを通知する処理を行う。

制御部４０は、ステップＳ１９において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が通知基準電圧Ｖｄを超えると判定した場合又はステップＳ２１の後には、ステップＳ２２においてその他の処理を行い、その後、処理をステップＳ１３に戻す。

以上のように、制御部４０は、上述の異常状態において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下に達したことを条件として、複数の対象負荷（第１対象負荷９１、第２対象負荷９２）のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し、これら複数の対象負荷の同時動作を禁止する。そして、制御部４０は、蓄電部７０の充電電圧が第２対象負荷９２に対応して定められた供給完了電圧Ｖｇよりも大きく且つ重畳可能電圧Ｖｅ以下である場合において、第１対象負荷９１が動作済状態ではなく且つ第１対象負荷９１の動作を行う条件が成立している場合、第２対象負荷９２への電力の供給を遮断する。

次の説明は、本構成の効果の一例に関する。
バックアップ制御装置１は、電源部９０からの電力の供給が途絶えた異常状態において蓄電部７０を利用したバックアップ動作を行うことができ、バックアップ動作時に、複数の負荷９１，９２，９３に対してより適切に電力を供給し得る。このバックアップ制御装置１では、蓄電部７０の充電電圧が相対的に低い状態で複数の対象負荷（第１対象負荷９１、第２対象負荷９２）が同時に動作することによる不具合を生じにくくすることができる。更に、このバックアップ制御装置１は、重畳可能電圧又は供給完了電圧のうちのいずれかを重視して、遮断閾値として設定することができる。

バックアップ制御装置１は、蓄電部７０の充電電圧が第２対象負荷９２に対応して定められた供給完了電圧よりも大きくても、重畳可能電圧以下である場合には、第１対象負荷９１の動作を優先することができる。従って、このバックアップ制御装置１は、蓄電部７０の充電電圧が重畳可能電圧以下である場合に第１対象負荷９１及び第２対象負荷９２がいずれも動作することに起因する第１対象負荷９１への不十分な電力供給の問題を生じにくくすることができる。

バックアップ制御装置１は、対象負荷の消費電力と予定動作回数を反映し、充放電部４２（放電回路）の出力電圧と蓄電部７０の静電容量と異常状態発生の際の蓄電部７０の充電電圧とを加味して、当該対象負荷の供給完了電圧を適切に設定することができる。

バックアップ制御装置１では、蓄電部７０の充電電圧が上述の加算値を超えていれば複数の対象負荷が所定時間同時に動作しても蓄電部７０の充電電圧が下限電圧に達しにくいといえる。よって、このような加算値に基づいて重畳可能電圧を設定すれば、複数の対象負荷が同時に動作して蓄電部の充電電圧が下限電圧を下回ってしまうような事態を生じにくくすることができる。

バックアップ制御装置１は、実際に検出された蓄電部７０の温度を反映し、蓄電部７０の温度が低いほど下限電圧を高く定めることができる。即ち、このバックアップ制御装置１は、実際に検出された蓄電部７０の温度が低いほど重畳可能電圧を高く設定することができる。

＜他の実施形態＞
本開示は、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い。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記実施形態では、異常状態において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下に達したことを条件として、複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延して複数の対象負荷の同時動作を禁止する例が説明されたが、上述された例に限定されない。異常状態において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下に達した場合には、複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を完全に遮断して、以後のバックアップ動作中は、遮断した対象負荷への電力供給を一切行わないようにしてもよい。或いは、遮断閾値に達した場合に、複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を一旦遅延させて同時供給を防ぎ、他の対象負荷の動作が済んでから行うようにしてもよい。

上記第１実施形態では、車両の始動スイッチが説明されるが、始動スイッチはイグニッションスイッチであってもよい。或いは、電気自動車などではＥＶシステムを指導するためのパワースイッチであってもよい。

上記第１実施形態では、電源部が鉛バッテリであるが、鉛バッテリに限られない。電源部は、例えば、リチウムイオンバッテリなどの他種の電池であってもよく、オルタネータ、コンバータなどの電源であってもよい。

上記第１実施形態では、蓄電部が電気二重層キャパシタであるが、蓄電部は電気二重層キャパシタに限られない。蓄電部は、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオンバッテリなどの他種の蓄電部であってもよい。

上記第１実施形態では、電源部からの電力供給が途絶えた場合にバックアップ制御装置がバックアップ動作を行うが、バックアップ制御装置は、電力供給が完全に途絶えていない所定の状態で蓄電部から電力供給を行うようにバックアップ動作を行ってもよい。

上記第１実施形態では、重畳可能電圧を定める方法の一例が示されたが、この例に限定されない。重畳可能電圧は、第１実施形態に示された方法を若干変更した方法、例えば、第１実施形態に示された方法で得られる重畳可能電圧に対して何らかの係数を乗じたり、マージン分の補正値を加算したりする方法で補正された値を重畳可能電圧としてもよく、予め定められた固定値を重畳可能電圧としてもよい。上記第１実施形態では、第２対象負荷９２に対応する供給完了電圧を定める方法の一例が示されたが、この例に限定されない。第２対象負荷９２に対応する供給完了電圧は、第１実施形態に示された方法を若干変更した方法、例えば、第１実施形態に示された方法で得られる供給完了電圧に対して何らかの係数を乗じたり、マージン分の補正値を加算したりする方法で補正された値を供給完了電圧としてもよく、第２対象負荷９２に対応付けて予め定められた固定値を供給完了電圧としてもよい。

なお、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た範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ：バックアップ制御装置
２ ：バックアップ装置
１１ ：スイッチ
１２ ：スイッチ
１３ ：スイッチ
１４ ：スイッチ
１５ ：スイッチ
２１ ：導電路
２２ ：導電路
２３ ：導電路
２４ ：導電路
２５ ：導電路
２６ ：導電路
２７ ：導電路
２８ ：導電路
２９Ａ ：導電路
２９Ｂ ：導電路
２９Ｃ ：導電路
３１ ：電圧検出部
３２ ：電圧検出部
３５ ：温度検出部
３７ ：ダイオード
４０ ：制御部
４２ ：充放電部
７０ ：蓄電部
８０ ：電力路
８１Ａ ：電力路
８１Ｂ ：電力路
８１Ｃ ：電力路
８１Ｄ ：電力路
９０ ：電源部
９１ ：第１負荷（第１対象負荷）
９２ ：第２負荷（第２対象負荷）
９３ ：第３負荷
１００ ：車載用電源システム

本開示の一つである車載用のバックアップ制御装置は、
電源部と蓄電部とを備えた車載用電源システムに用いられ、前記電源部から電力が供給される導電路の電圧が閾値未満となる異常状態において前記蓄電部からの電力に基づいて少なくとも複数の対象負荷に電力を供給するバックアップ動作を行う車載用のバックアップ制御装置であって、
前記蓄電部の放電を行う放電回路と、
前記放電回路を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記異常状態のときに前記複数の対象負荷に同時に電力を供給する場合の前記蓄電部の電圧条件として定められる重畳可能電圧又は前記複数の対象負荷のいずれかに対応付けて定められる供給完了電圧のうちいずれかを遮断閾値として設定し、
前記異常状態において前記蓄電部の充電電圧が前記遮断閾値以下に達したことを条件として、前記複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し前記複数の対象負荷の同時動作を禁止する。

〔１〕電源部と蓄電部とを備えた車載用電源システムに用いられ、前記電源部から電力が供給される導電路の電圧が閾値未満となる異常状態において前記蓄電部からの電力に基づいて少なくとも複数の対象負荷に電力を供給するバックアップ動作を行う車載用のバックアップ制御装置であって、
前記蓄電部の放電を行う放電回路と、
前記放電回路を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記異常状態のときに前記複数の対象負荷に同時に電力を供給する場合の前記蓄電部の電圧条件として定められる重畳可能電圧又は前記複数の対象負荷のいずれかに対応付けて定められる供給完了電圧のうちいずれかを遮断閾値として設定し、
前記異常状態において前記蓄電部の充電電圧が前記遮断閾値以下に達したことを条件として、前記複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し前記複数の対象負荷の同時動作を禁止する
車載用のバックアップ制御装置。

電源部９０は、電力路８０を介して第１負荷９１，第２負荷９２、第３負荷９３に電気的に接続されている。電源部９０からの電力は、電力路８０を介して第１負荷９１，第２負荷９２、第３負荷９３に供給される。図１の例では、電力路８０は、電源部９０に直接的に接続される導電路である電力路８１Ａと、第１負荷９１に接続される電力路８１Ｂと、第２負荷９２に接続される導電路である電力路８１Ｃと、第３負荷９３に接続される導電路である電力路８１Ｄとを備える。電力路８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは、互いに電気的に接続されている。電源部９０から第１負荷９１，第２負荷９２、第３負荷９３に電力が供給される状態では、電力路８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは、同電位とされる。電力路８０には、図示されていないリレーやヒューズなどが設けられ、これらの素子は、電力路８０の導通を遮断する機能を有する。

電圧低下量Ｖｙは、例えばＶｙ＝（（α＋β）×Ｔｙ）／（Ｃ×Ｄｔ）によって定めることができる。αは、第１負荷９１の負荷電流であり、βは、第２負荷９２の負荷電流である。α、βは、例えば予め想定される電流値を固定値として定めておくことができる。Ｔｙは、突入電流の発生時間である。Ｔｙは、予め想定される時間を固定値として定めておくことができる。Ｄｔは、温度係数である。制御部４０は、予め定められた演算式又はテーブルに基づいて温度Ｔｃに応じた温度係数Ｄｔを定める。この例ではＶｙは温度Ｔｃに応じて上記演算式によって定まるが、固定値としても良い。

制御部４０は、ステップＳ１４において蓄電部７０の充電電圧が遮断閾値以下でないと判定した場合、ステップＳ１６において蓄電部７０の充電電圧が重畳可能電圧Ｖｅ以下であるか否かを判定する。制御部４０は、ステップＳ１６において蓄電部７０の充電電圧が重畳可能電圧Ｖｅ以下であると判定した場合、ステップＳ１７において第１対象負荷９１の動作条件が成立したか否かを判定する。「第１対象負荷９１の動作条件が成立した場合」とは、「第１対象負荷９１が動作済状態ではなく且つ第１対象負荷９１の動作を行う条件が成立している場合」である。第１対象負荷９１が動作済状態とは、第１対象負荷９１において予め定められた動作が全て完了し、以後において第１対象負荷９１が動作しない状態である。第１対象負荷９１の動作を行う条件とは、第１対象負荷９１の動作を開始する条件として予め定められた条件であり、例えば、外部装置から制御部４０に対して第１対象負荷９１の動作開始を示すトリガー情報が与えられたことであってもよく、その他の条件であってもよい。制御部４０は、ステップＳ１７において第１対象負荷９１の動作条件が成立したと判定した場合、ステップＳ１８において第２対象負荷９２への電力供給を遮断する。制御部４０は、ステップＳ１８において、第２対象負荷９２への電力供給を遮断する場合、スイッチ１２をオフ状態とする。この場合、制御部４０は、充放電部４２に対し導電路２７に所定電圧を印加する動作を継続的に行わせ、スイッチ１１がオン状態であれば、第１対象負荷９１へ電力が供給され、スイッチ１１がオフ状態であれば、第１対象負荷９１への電力供給が遮断される。この場合、制御部４０は、例えば外部装置からの指示に応じてスイッチ１１のオンオフを制御することができる。制御部４０は、ステップＳ１５の後、ステップＳ１８の後、又はステップＳ１６、Ｓ１７においてＮｏと判定した場合、処理をステップＳ１９に進める。

制御部４０は、ステップＳ１９において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が通知基準電圧Ｖｄを超えるか否かを判定する。制御部４０は、ステップＳ１９において蓄電部７０の充電電圧（出力電圧）が通知基準電圧Ｖｄを超えないと判定した場合、ステップＳ２０において第２対象負荷９２への電力供給を遮断し、その後、ステップＳ２１において蓄電部７０のＳＯＣが低下していることを通知する処理を行う。

Claims (5)

1. 電源部と蓄電部とを備えた車載用電源システムに用いられ、少なくとも前記電源部からの電力の供給が途絶えた異常状態において前記蓄電部からの電力に基づいて少なくとも複数の対象負荷に電力を供給するバックアップ動作を行う車載用のバックアップ制御装置であって、
   前記蓄電部の放電を行う放電回路と、
   前記放電回路を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記異常状態のときに前記複数の対象負荷に同時に電力を供給する場合の前記蓄電部の電圧条件として定められる重畳可能電圧又は前記複数の対象負荷のいずれかに対応付けて定められる供給完了電圧のうちいずれかを遮断閾値として設定し、
   前記異常状態において前記蓄電部の充電電圧が前記遮断閾値以下に達したことを条件として、前記複数の対象負荷のいずれかへの電力の供給を遮断又は遅延し前記複数の対象負荷の同時動作を禁止する
   車載用のバックアップ制御装置。
2. 前記複数の対象負荷は、第１対象負荷と第２対象負荷とを含み、
   前記制御部は、前記蓄電部の充電電圧が前記第２対象負荷に対応して定められた前記供給完了電圧よりも大きく且つ前記重畳可能電圧以下である場合において、前記第１対象負荷が動作済状態ではなく且つ前記第１対象負荷の動作を行う条件が成立している場合、前記第２対象負荷への電力の供給を遮断又は遅延する請求項１に記載の車載用のバックアップ制御装置。
3. 前記制御部は、前記対象負荷の消費電力と予定動作回数とに基づいて決定される必要エネルギー量と、前記放電回路からの出力電力と、前記蓄電部の静電容量と、前記異常状態が発生した際の前記蓄電部の充電電圧と、に基づき、前記対象負荷の前記供給完了電圧を算出する請求項１又は請求項２に記載の車載用のバックアップ制御装置。
4. 前記制御部は、予め定められる下限電圧と、前記複数の対象負荷が所定時間同時に動作した場合に予想される前記蓄電部での電圧低下量と、前記複数の対象負荷が同時に動作する場合の前記蓄電部での電圧降下とを加算した加算値に基づいて前記重畳可能電圧を設定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車載用のバックアップ制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車載用のバックアップ制御装置と、
   前記蓄電部と、
   を備える車載用のバックアップ装置。

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