JP6528129B2 - バックアップ電源装置およびバックアップ電源装置を用いた車両 - Google Patents

Description

本発明は、各種車両用電子機器に使用されるバックアップ電源装置に関するものである。

以下、従来のバックアップ電源装置について図面を用いて説明する。図５は従来のバックアップ電源装置１の構成を示した回路ブロック図であり、バックアップ電源装置１、メインバッテリー２、負荷部３および制御部５は、車両４に搭載されている。

バックアップ電源装置１には、補助バッテリー６と切替部７とが設けられている。補助バッテリー５はメインバッテリー２と同様に二次電池である。車両４が起動しているとき、通常はメインバッテリー２から所定の電圧が負荷部３へ供給されることによって、負荷部３が駆動する。

制御部５はメインバッテリー２の出力電圧を検知している。この出力電圧が所定の値よりも低下すると、制御部５は切替部７を開放から接続へと切り替える。これにより、メインバッテリー２の出力電圧が低下したときには、補助バッテリー６の電力によって負荷部３が起動する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１３−２８２９５号公報

しかしながら、従来のバックアップ電源装置１では補助バッテリー６はメインバッテリー２と同様に二次電池であり、主に鉛蓄電池やリチウムイオン電池が用いられている。このため補助バッテリー６は、メインバッテリー２との比較では、容量が小さく重量は小さいものの、個別のパーツとして大きな重量を有する。このため、補助バッテリー６は車両４に対して大きな重量を負担させている。この結果、車両４の燃費が低下するという課題を有するものであった。

そこで本発明は、バックアップ電源が軽量化されることによって車両を軽量化し、車両の燃費を向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、電源入力部と、出力部と、キャパシタ部と、前記電源入力部から前記キャパシタ部への充電経路に設けられた充電回路部と、前記キャパシタ部と前記出力部への出力経路に設けられた昇圧回路部と、衝突予測信号入力部と、を含み、予め前記キャパシタ部は前記充電回路により充電電圧に充電され、前記電源入力部の電圧が閾値よりも低い場合に、前記昇圧回路部で前記充電電圧から昇圧された昇圧電圧が、前記衝突予測信号入力部が信号を受信したことに応じて、前記出力部から出力される、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、メインバッテリーの出力電圧が低下しているときに、緊急時対応として十分な電圧が必要とされる場合は、重量が小さなキャパシタと電気回路とを有するバックアップ電源が用いられる。よって、重量の大きい二次電池を用いた補助バッテリーは必要とならない。この結果として、バックアップ電源装置および車両は軽量化され、車両の燃費を向上させることができる。

そして、特にバックアップ電源装置には蓄電素子としてキャパシタが用いられているので、短時間に大きな電力が集中的に負荷へ供給されることが容易となる。したがって、バックアップ電源装置は衝突回避動作時などの緊急時対応用の電源として様々な電装品に電力を供給することができる。

本発明の実施の形態におけるバックアップ電源装置の構成を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態における他のバックアップ電源装置の構成を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態におけるバックアップ電源装置を用いた車両の構成を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態における他のバックアップ電源装置を用いた車両の構成を示す回路ブロック図 従来のバックアップ電源を用いた車両のブロック図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるバックアップ電源装置８の構成を示す回路ブロック図である。

バックアップ電源装置８は、電源入力部９と、出力部１０と、キャパシタ部１１と、充電回路部１２と、昇圧回路部１３と、衝突予測信号入力部１４とを含む。充電回路部１２は、電源入力部９からキャパシタ部１１への充電経路に設けられている。昇圧回路部１３は、キャパシタ部１１から出力部１０への出力経路に設けられている。

ここで、キャパシタ部１１は、電源入力部９から供給される電力を用いて充電回路部１２により、予め充電電圧に充電されている。そして、電源入力部９の電圧が閾値よりも低い場合には、衝突予測信号入力部１４が信号を受信したことに応じて、昇圧電圧が出力部１０から出力される。この昇圧電圧は、キャパシタ部１１に蓄えられた充電電圧が昇圧回路部１３で昇圧された電圧である。

以上の構成および動作により、電源入力部９の電圧が低下しているときに、緊急時対応として十分な電圧が必要とされる場合は、重量が小さなキャパシタ部１１と、主に充電回路部１２および昇圧回路部１３からなる電気回路と、を有するバックアップ電源装置８が電力供給のために用いられる。よって、重量の大きい二次電池を有した補助バッテリーは必要とならない。この結果として、バックアップ電源装置８は軽量化され、これを搭載する車両の燃費を向上させることができる。

そして、特にバックアップ電源装置８には蓄電素子としてキャパシタが用いられているので、バックアップ電源装置８は短時間に大きな電力を集中して出力することが容易となる。したがって、バックアップ電源装置８は衝突回避動作時などの緊急時対応用の電源として様々な電装品に安定した必要な電圧で電力を供給することができる。

以下で、バックアップ電源装置８の構成および動作について詳しく説明する。図２は本発明の他の実施の形態における他のバックアップ電源装置８の構成を示す回路ブロック図である。ここでは、図１で示したバックアップ電源装置８へ、さらに制御部２１が設けられている。制御部２１は衝突予測信号入力部１４、電源入力部９、充電回路部１２、昇圧回路部１３、スイッチ部２３、および操作信号入力部２４に接続されている。

制御部２１は、バックアップ電源装置８が起動したタイミングで充電回路部１２を起動させる。そして、電源入力部９から供給される電力を用いて充電回路部１２はキャパシタ部１１を充電電圧に充電する。ここでの、バックアップ電源装置８が起動するタイミングとは、電源入力部９に電圧が印加されたタイミングであればよい。また、電源入力部９に電圧が印加されたタイミングの後であってもよい。

制御部２１は常時に、あるいは所定のタイミングで定期的に間欠動作で、電源入力部９の電圧を検知している。そして、電源入力部９の電圧が閾値よりも低いことを制御部２１が検知した場合には、バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態となる。バックアップ電源装置８がスタンバイ状態で、制御部２１が衝突予測信号入力部１４を介してバックアップ電源装置８の外部から衝突予測信号を受信すると、制御部２１は所定の昇圧電圧が出力部１０から出力されるように指示をする。これに対して通常時動作は、電源入力部９の電圧が閾値以上であることを制御部２１が検知した場合である。

上記における所定の昇圧電圧は、以下の第１の手順もしくは第２の手順で生成され、出力部１０から出力される。

第１の手順では、バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態で、制御部２１が衝突予測信号入力部１４を介して衝突予測信号を受信したことに応じて、まず制御部２１からの指示によって昇圧回路部１３はキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧する。その後、制御部２１が操作信号入力部２４を介してバックアップ電源装置８の外部から操作信号を受信したことに応じて、制御部２１からの指示によってそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じる。

これにより、電源入力部９の電圧が低下した状態や不安定な状態であっても、キャパシタ部１１に蓄電した電荷が用いられることで、昇圧回路部１３で昇圧された電圧は、安定し、かつ正確な所定の値で出力部１０から出力される。したがって、バックアップ電源装置８は操作信号によって必要とされる期間に応じてのみ、昇圧電圧を出力する。この結果、キャパシタ部１１に蓄電している限定された電力を反復して用いることができる。

ここでは、衝突予測信号入力部１４と操作信号入力部２４とは個別に設けているが、何れか一方に集約されてもよい。そして、制御部２１が何れか一方から衝突予測信号を得て、衝突予測信号に対して所定時間後に操作信号を生成してもよい。あるいは、衝突予測信号と操作信号とが同時に発信されてもよい。またあるいは、衝突予測信号と操作信号とは異なる電気信号によって構成され、制御部２１は受信した信号が何れであるかを判断してもよい。

衝突予測信号が発信されたことに応じて閉じられたスイッチ部２３は、閉じたあとで所定接続時間が経過すると、スイッチ部２３は再び開放されてもよい。一般的にバックアップ電源装置８が動作するのは短い期間に限られる。そのため、スイッチ部２３が再び開放されることによってスイッチ部２３が閉じられる時間は限定される。これにより、キャパシタ部１１に蓄えられた電荷は残されてスタンバイ状態へと戻り、バックアップ電源装置８は更なる動作に対して備えてもよい。

第２の手順では、バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態となった時点で、制御部２１からの指示によって昇圧回路部１３はキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧する。その後、制御部２１が衝突予測信号入力部１４を介して衝突予測信号を受信したことに応じて、制御部２１からの指示によってそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じられる。

これにより、電源入力部９の電圧が低下した状態や不安定な状態であっても、キャパシタ部１１に蓄電した電荷が用いられることで、昇圧回路部１３で昇圧された電圧は、安定し、かつ正確な所定の値で出力部１０から出力される。ここで、バックアップ電源装置８はスタンバイ状態で昇圧電圧を生成しているので、衝突予測信号を受信したことに応じて即座に安定した電圧を出力する。この結果、バックアップ電源装置８は出力部１０に接続された負荷（図示せず）をすばやく、かつ、正確に駆動することができる。

ここでは、衝突予測信号を受信したことに応じてバックアップ電源装置８は即座にスイッチ部２３が閉じて電圧を出力しても、衝突予測信号を受信して所定期間が経過した後にそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じられてもよい。また、上記の所定期間の途中に制御部２１が操作信号を受信し、衝突予測信号と操作信号との双方が受信された場合は、上記の所定期間が経過するのを待たずにその時点でそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じられてもよい。

第２の手順においても、衝突予測信号入力部１４と操作信号入力部２４とは単一の入力部として設けられても、あるいは個別に設けられてもよい。ここで制御部２１が衝突予測信号入力部１４と操作信号入力部２４との何れか一方から衝突予測信号を得て、衝突予測信号に対して所定時間後に操作信号を生成してもよい。そして、操作信号が生成されたことに応じてスイッチ部２３が閉じられてもよい。あるいは、衝突予測信号と操作信号とが同時に発信されてもよい。またあるいは、衝突予測信号と操作信号とは異なる電気信号によって構成され、制御部２１は受信した信号が何れであるかを判断してもよい。

このときも、衝突予測信号が発信されたことに応じて閉じられたスイッチ部２３は、閉じたあとで所定接続時間が経過すると、スイッチ部２３は再び開放されてもよい。一般的にバックアップ電源装置８が動作するのは短い期間に限られる。そのため、スイッチ部２３が閉じられる時間は限定され、キャパシタ部１１に蓄えられた電荷は残されてスタンバイ状態へと戻り、バックアップ電源装置８は更なる動作に対して備えてもよい。

以上の説明では、制御部２１はバックアップ電源装置８に個別の要素として設けられているが、充電回路部１２、昇圧回路部１３、およびスイッチ部２３などへ、必要な機能ごとに細分化されて、あるいは分散されたうえで配置されてもよい。

以下で、バックアップ電源装置８を車両に搭載した場合の構成および動作について説明する。図３は本発明の実施の形態におけるバックアップ電源装置８を用いた車両１５の構成を示す回路ブロック図である。車両１５は、車体１５Ａと、車体１５Ａに搭載された車両用バッテリー（以下、バッテリーと記す）１６、バックアップ電源装置８、負荷装置１７、障害物検知装置２２と、を含む。バッテリー１６はバックアップ電源装置８の電源入力部９に接続されている。負荷装置１７はバックアップ電源装置８の出力部１０に接続されている。障害物検知装置２２は衝突予測信号入力部１４を介して制御部２１に接続されている。そして、電源入力部９と出力部１０とは、通常電力供給部１８によって接続されている。

さらに、通常電力供給部１８には逆流防止回路部１９が設けられている。通常電力供給部１８は、バックアップ電源装置８に含まれていても、あるいは、バックアップ電源装置８の外部で車体１５Ａに設けられても、何れであっても構わない。通常電力供給部１８がバックアップ電源装置８の外部で車両１５に設けられているときは、通常電力供給部１８の一方がバッテリー１６に、通常電力供給部１８の他方が負荷装置１７に、それぞれ接続されている。

つぎに、バックアップ電源装置８を用いた車両１５の動作について説明する。以下では通常時動作と緊急時動作とについて説明する。

バッテリー１６は一時的な期間を除くほとんどの期間において通常電力供給部１８を通じて負荷装置１７へ電力を供給する。制御部２１は、通常時動作を選択する状況か、あるいは緊急時動作を選択する状況であるかを判定する。制御部２１は、電源入力部９の電圧を検知し、電源入力部９の電圧と閾値とを比較する。

電源入力部９の電圧が閾値以上であれば、制御部２１はバッテリー１６が正常な状態であると判定し、バックアップ電源装置８を動作させることはない。このとき、車体１５Ａの障害物検知装置２２が、障害物（図示せず）などへの衝突の危険性を予測しても、バッテリー１６は正常な状態であり、衝突回避動作を実行するための負荷装置１７には通常電力供給部１８を通じて十分な電力が供給される。これは、上記の通常時動作であり、制御部２１は、電源入力部９の電圧を検知し、その結果を反映して通常時動作を選択している状況である。

通常時動作において、障害物検知装置２２が障害物（図示せず）などへの衝突の危険性を予測すると、障害物検知装置２２が衝突予測信号を制御部２１へ発信する。そして制御部２１は、負荷装置１７であるところの例えば、ステアリング補助電源（図示せず）やブレーキ対応電源（図示せず）などに対して、これらが動作するように、あるいは動作できるように指示すればよい。

ここでは一例として、制御部２１は負荷装置１７に対して指示、制御しているが、当然ながら、ステアリング補助電源（図示せず）やブレーキ対応電源（図示せず）などの個別の負荷装置１７の内部で、負荷装置１７自身が指示、制御し、これに対して負荷装置１７が動作してもよい。

ただし、キャパシタ部１１への満充電に満たない部分的な充電は、緊急時に備えて通常動作時に実施しても構わない。

また、制御部２１はバッテリー１６の電圧に対する判定を常時行っても、あるいは所定の期間毎に断続的に行ってもよい。またあるいは、制御部２１はバッテリー１６の電圧に対する判定を、車両１５が起動するときのエンジンスイッチ（図示せず）がＯＮとなったタイミングなどで行ってもよい。このタイミングで制御部２１がバッテリー１６の電圧に対する判定を行うことで、制御部２１は無負荷に近い状況でバッテリー１６の状態を認識することができる。

さらにあるいは、制御部２１はバッテリー１６の電圧に対する判定を、車両１５がすでに起動したあとで、車両１５に設けられたエアコン（図示せず）などの大きな負荷が生じているタイミングなどで行ってもよい。このタイミングで制御部２１がバッテリー１６の電圧に対する判定を行うことで、制御部２１は負荷がかかった状況でバッテリー１６の状態を認識することができる。この場合、バッテリー１６の電圧は変動しやすくなるため、制御部２１はバッテリー１６の電圧に対する判定を短い周期の期間毎に断続的に行うことが好ましい。

当然ながら、制御部２１はバッテリー１６の電圧に対する判定を、車両１５が起動するときのエンジンスイッチ（図示せず）がＯＮとなったタイミングと、エアコン（図示せず）などの大きな負荷が生じているタイミングとの双方で実施してもよい。

負荷装置１７は負荷駆動部１７Ａと負荷部１７Ｂとを有する。負荷装置１７がバッテリー１６から電力の供給を受けると、負荷駆動部１７Ａがバッテリー１６の電圧を負荷部１７Ｂが動作するための適切な電圧へと変換する。そしてこの電圧が負荷部１７Ｂに印加される。あるいは負荷装置１７がバッテリー１６から電力の供給を受けると負荷駆動部１７Ａを介さずにバッテリー１６の電圧が負荷部１７Ｂへと印加される。図中では、負荷装置１７が単独で示されているが、実際には複数の負荷装置１７が車体１５Ａに配置されている。

バッテリー１６は負荷装置１７へ電力を供給する一方で、発電機２０によって充電される。発電機２０は車両１５が起動されると、連続的にあるいは間欠的に発電する。これにより、バッテリー１６は、負荷装置１７に対する放電と発電機２０による充電とを繰り返す。そしてバッテリー１６の電圧は所定の範囲内に維持される。

負荷装置１７はバッテリー１６の電圧が所定範囲内であれば動作することができる。例えば車両１５が一般の乗用車である場合、車両１５が起動中であればバッテリー１６の電圧は１３Ｖ程度が標準値であり、概ねこの標準値に基づいて上記の所定範囲が設定される。

バッテリー１６の電圧は、使用環境や使用期間などによって低下することがある。しかしながら、車両１５が通常の運転状況で起動されていれば、バッテリー１６の電圧が例えば１２．４Ｖ程度で下限の近くにあってもバッテリー１６の電力は通常電力供給部１８を通じて負荷装置１７に供給されても特に大きな問題は生じない。しかしながら、負荷装置１７が大きな電力を消費する場合には、電圧不足が生じる恐れがある。

これは、先に述べた通常時動作の範囲外となり、制御部２１は緊急時動作を選択する。そして、制御部２１は、通常電力供給部１８を用いて負荷装置１７へ電力を供給させている状況であると同時に、バックアップ電源装置８をスタンバイさせている状況でもある。

バックアップ電源装置８を用いた車両１５が、バックアップ電源装置８から負荷装置１７へ電力を供給するのは、上記のようにバッテリー１６の電圧が低下して緊急時動作におけるスタンバイ状態であるときに、さらに車体１５Ａの障害物検知装置２２が障害物（図示せず）などへの衝突の危険性を予測したときである。

制御部２１は、電源入力部９の電圧を検知し、電源入力部９の電圧と閾値とを比較する。そして、電源入力部９の電圧が閾値よりも低い場合、制御部２１はバッテリー１６が劣化状態あるいは出力不安定状態であると判定する。この時点で、制御部２１や衝突予測信号入力部１４あるいは昇圧回路部１３は、衝突予測信号を受け入れることが可能な状態となる。先に述べた、バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態である。ここでの閾値は、上記の値を考慮した場合、例えば１３Ｖと１２．４Ｖとの間の１２．６Ｖとすればよい。

この状態において、車両１５が走行中に障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測すると、障害物検知装置２２は衝突予測信号を制御部２１へ衝突予測信号入力部１４を介して発信する。そして、制御部２１はバッテリー１６に関する検知情報と衝突予測信号とを認識する。これにより、バックアップ電源装置８から負荷装置１７へ電力が供給される。あるいは、バックアップ電源装置８から特に衝突回避動作を実行するための負荷装置１７へ電力が供給される。言い換えると、障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測することで、バックアップ電源装置８を含めて車両１５は緊急時動作のスタンバイ状態から緊急時動作の電力出力状態へと切り替わる。

バックアップ電源装置８を用いた車両１５の緊急時動作では、衝突予測信号入力部１４が衝突予測信号を受信したことにより制御部２１からの指示に応じて、昇圧回路部１３は昇圧電圧として先に述べた一例の１３Ｖの電圧を出力部１０へと出力する。言い換えると、昇圧回路部１３は昇圧電圧として、バッテリー１６が適切な状態であるときと同等の電圧を出力部１０へと出力する。そして昇圧電圧が出力部１０から負荷装置１７へと供給され、負荷装置１７は適切に動作することができる。

このとき、電源入力部９の電圧は閾値よりも低くなっていて、かつ、出力部１０は上記の例のように１３Ｖへと昇圧されている。言い換えると、出力部１０の電圧は電源入力部９の電圧よりも高くなっている。このため、電源入力部９と出力部１０とを接続する通常電力供給部１８には逆流防止回路部１９が設けられている。これにより、バッテリー１６や発電機２０が劣化したり破損したりすることが防止されている。

逆流防止回路部１９には、出力部１０にカソード側が接続されたダイオードや電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと記す）が用いられるとよい。ここでは図示していないが、ＦＥＴにはＰチャンネル型が用いられ、ソース側が電源入力部９あるいはバッテリー１６へ、ドレイン側が出力部１０あるいは負荷装置１７へ、それぞれ接続されるとよい。これにより、ＦＥＴがＯＦＦの状態とされていると、通常電力供給部１８を通じて出力部１０から電源入力部９へと電流が逆流することはない。また、出力部１０の電圧が電源入力部９の電圧よりも低いときには、ＦＥＴがＯＦＦの状態とされていても、ＦＥＴの内部に存在する寄生ダイオードによってバッテリー１６から負荷装置１７へ電力を供給することができる。

昇圧回路部１３から出力される昇圧電圧はキャパシタ部１１に蓄えられた電荷をもとに生成される。キャパシタ部１１は充電回路部１２によってバッテリー１６や発電機２０からの電力を用いてキャパシタ部１１にとって適切な電圧に充電される。充電回路部１２によるキャパシタ部１１への充電は、衝突予測信号入力部１４が衝突予測信号を受信し得る前に予め行われていればよい。

言い換えると、車両１５が起動された後で、走行に移る前などに行われていればよい。特に発電機２０の電力がキャパシタ部１１への充電に用いられる場合は、充電回路部１２によるキャパシタ部１１への充電は、車両１５が起動された直後に、制御部２１が実施するバッテリー１６の電圧に対する判定に関係なく、実行されるとよい。

そして、キャパシタ部１１への充電は、バッテリー１６の電圧が低下しているときや、バッテリー１６の電圧変動が大きく不安定になっているときでも、キャパシタ部１１の充電電圧はバッテリー１６の電圧よりも低いので、キャパシタ部１１への充電は行いやすい。そして、一旦充電されたキャパシタ部１１の電荷は安定した昇圧電圧へと昇圧回路部１３によって容易に昇圧さる。

衝突予測信号が発信されたことに応じて閉じられたスイッチ部２３は、閉じたあとで所定接続時間が経過すると、再びスイッチ部２３は開放されてもよい。一般的に障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測し、それに対応して車両１５が動作するのは短い期間に限られる。そのため、スイッチ部２３が閉じられる時間は限定され、キャパシタ部１１に蓄えられた電荷は残されてスタンバイ状態へと戻り、更なる衝突の危険性に備えてもよい。

負荷装置１７は、車体１５Ａに配置された全ての電装品として適用されることができる。バックアップ電源装置８は特に、車両１５のステアリング補助電源（図示せず）やブレーキ対応電源（図示せず）のように、短時間に集中して電力が必要とされる電装品をはじめとして衝突を回避するために電力を用いて動作する負荷装置１７に対して、これらの負荷装置１７が適切に動作できる電力を適切な電圧で供給することができる。

以上のように電源入力部９の電圧が低下しているときに、衝突を回避するために緊急時対応として十分な電圧が必要とされる場合は、重量が小さなキャパシタ部１１と、主に充電回路部１２および昇圧回路部１３からなる電気回路と、を有するバックアップ電源装置８が電力供給のために用いられる。よって、重量が大きな二次電池を有した補助バッテリーは必要とならない。この結果として、バックアップ電源装置８は軽量化され、これを搭載する車両１５の燃費が向上する。

そして、特にバックアップ電源装置８には蓄電素子としてキャパシタ部１１が用いられている。このため、バックアップ電源装置８は短時間に大きな電力を集中して出力することが容易となる。したがって、バックアップ電源装置８は衝突回避動作時などの緊急時対応用の電源として様々な電装品に電力を供給することができる。この結果、車体１５Ａのバッテリー１６が劣化している場合においても、衝突回避のための電装システムは適切に動作する。

また、キャパシタ部１１は車両１５が起動していないときには、未充電状態として放置してよい。そのため、キャパシタ部１１は長寿命化が可能であり、鉛電池などを用いた補助バッテリーのような定期的な交換は不要で、メンテナンスも容易である。

さらに、バックアップ電源装置８は特に、バッテリー１６が劣化している場合に緊急時対応としてバッテリー１６に代わって負荷装置１７へ電力を供給する。したがって、バッテリー１６は緊急時のバッテリー１６へ大きな負担がかかるタイミングで電力を消費することはない。このため、バッテリー１６はさらなる劣化が抑制される。そして、緊急時対応の後で通常時対応に戻って車両１５が動作を継続するときに、バッテリー１６は緊急時対応に伴う電力消費の影響を受けてはいない。よって、車両１５は円滑に動作を継続することができる。

図中では、衝突予測信号入力部１４が昇圧回路部１３に接続されている。そして先にも述べたように、制御部２１が衝突予測信号入力部１４を介して衝突予測信号を受信することによって、制御部２１からの指示で昇圧回路部１３が昇圧電圧を出力する。

また、図示していないが、制御部２１はバックアップ電源装置８に内蔵されていても、車両１５におけるバックアップ電源装置８の外側に配置されていても構わない。あるいは、制御部２１は機能ごとによって、バックアップ電源装置８の内外に分散して配置されてもよい。たとえば、制御部２１はバックアップ電源装置８に内蔵されて、電源入力部９の電圧の検知や充電回路部１２および昇圧回路部１３の制御に関する機能を有してもよい。

さらに、バックアップ電源装置８は車両１５の個別の機能部から電力が要求されるときに限ってのみ負荷装置１７へ電力を供給してもよい。図４は本発明の実施の形態における他のバックアップ電源装置８を用いた車両１５の構成を示す回路ブロック図である。車両１５には操作信号入力部２４を介して制御部２１に接続された操作部２５が設けられ、バックアップ電源装置８において、昇圧回路部１３と出力部１０との間に、さらにスイッチ部２３が設けられている。

通常時動作は、図３を用いて先に説明した場合と同じである。よってここでは通常時動作に関する説明は省略する。以下で第１の手順の緊急時動作と第２の手順の緊急時動作とを説明するが、緊急時動作は第１の手順あるいは第２の手順の何れかの一方が用いられればよい。

まず、第１の手順の緊急時動作について説明する。電源入力部９の電圧が閾値よりも低く、制御部２１はバッテリー１６が劣化状態あるいは出力不安定状態であると判定している場合のバックアップ電源装置８および車両１５の動作について説明する。この時点で、制御部２１や衝突予測信号入力部１４あるいは昇圧回路部１３は、衝突予測信号を受け入れることが可能な状態となる。先に述べた、バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態である。

この状態において、車両１５が走行中に障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測すると、障害物検知装置２２は衝突予測信号を発信する。障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測することで、バックアップ電源装置８を含めて車両１５は緊急時動作スタンバイ状態から緊急時動作電力出力状態へと切り替わる。制御部２１が衝突予測信号入力部１４を介して衝突予測信号を受信したことに応じて、まず制御部２１からの指示によって昇圧回路部１３はキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧する。その後、制御部２１が操作信号入力部２４を介して車体１５Ａの操作部２５から操作信号を受信したことに応じて、制御部２１からの指示によってそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じる。これにより、出力部１０から負荷装置１７へ昇圧電圧が供給される。そして負荷装置１７は動作可能な状態となる。

ここで操作部２５としては例えば、ステアリング（図示せず）やブレーキペダル（図示せず）であってよく、運転者がステアリングを操作することや、あるいはブレーキペダルを踏むことによって操作信号が発せられるとよい。そして、これらの操作に対応する負荷装置１７がステアリング補助電源（図示せず）やブレーキ対応補助電源（図示せず）であればよい。

より具体的な順序としては、障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測することで昇圧回路部１３はキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧する。この時点ではスイッチ部２３は開放しているので、負荷装置１７であるステアリング補助電源やブレーキ対応補助電源へ電力は供給されない。そして、運転者が危険を認知してステアリングやブレーキを操作することによって、操作部２５が操作信号を発信する。制御部２１が操作信号を受信し、制御部２１の指示に応じてスイッチ部２３が閉じる。この結果、短時間に大幅な車両１５の回頭や急停止が可能となり、車両１５は障害物（図示せず）などへの衝突を回避するように動作しやすくなる。

また、操作部２５で操作信号が受信される前に、制御部２１が衝突予測信号を受信してからの時間に応じて、制御部２１が操作信号を生成し、スイッチ部２３が閉じてもよい。言い換えると、衝突予測信号入力部１４と操作信号入力部２４とは個別に設けているが、何れか一方に集約されてもよい。そして、制御部２１が何れか一方から衝突予測信号を得て、衝突予測信号に対して所定時間後に操作信号を生成してもよい。あるいは、衝突予測信号と操作信号とが同時に発信されてもよい。またあるいは、衝突予測信号と操作信号とは異なる電気信号によって構成され、制御部２１が受信した信号を何れであるかを判断してもよい。

これにより、所定の昇圧電圧が必要なタイミングに応じて出力部１０から出力される。したがって、バックアップ電源装置８は操作部２５からの操作信号によって必要とされる操作に応じて昇圧電圧を出力する。この結果、キャパシタ部１１に蓄電している限定された電力を反復して緊急時動作へ用いることができる。

以上で説明した緊急時動作の順序とは異なる第２の手順の緊急時動作について以下で説明する。ここでも、通常時動作は、図３を用いて先に説明した場合と同じである。よって通常時動作に関する説明は省略する。

電源入力部９の電圧が閾値よりも低く、制御部２１はバッテリー１６が劣化状態あるいは出力不安定状態であると判定したこの時点で、第２の手順においても衝突予測信号を受け入れることが可能な状態となり、バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態となる。第２の手順の緊急時動作ではスタンバイ状態で昇圧回路部１３が、制御部２１からの指示によってキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧する。言い換えると、制御部２１や衝突予測信号入力部１４は、衝突予測信号を受け入れることが可能な状態において、すでに昇圧回路部１３では昇圧動作については完了、継続している。

バックアップ電源装置８が緊急時動作におけるスタンバイ状態で、制御部２１からの指示によって昇圧回路部１３はキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧する。その後、制御部２１が衝突予測信号入力部１４を介して衝突予測信号を受信したことに応じて、制御部２１からの指示によってそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じる。これにより、出力部１０から負荷装置１７へ昇圧電圧が供給される。そして負荷装置１７は動作可能な状態となる。

したがって、バックアップ電源装置８はスタンバイ状態で昇圧電圧を生成しているので、衝突予測信号を受信したことに応じて即座に安定した電圧を出力する。この結果、バックアップ電源装置８は出力部１０に接続された負荷装置１７をすばやく、かつ、正確に駆動することができる。特に、制御部２１が衝突予測信号入力部１４を受信した後、短時間でバックアップ電源装置８が所定の電圧を出力する必要がある場合には、正確に負荷装置１７へ電力を供給することが可能となる。

ここでは、衝突予測信号を受信したことに応じてバックアップ電源装置８は即座にスイッチ部２３が閉じて電圧を出力しても、衝突予測信号を受信して所定期間が経過した後にそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じてもよい。また、上記の所定期間中に制御部２１が操作信号を受信し、衝突予測信号と操作信号との双方が受信された場合は、上記の所定期間が経過するのを待たずにその時点でそれまで開放されていたスイッチ部２３が閉じてもよい。

第２の手順においても、衝突予測信号入力部１４と操作信号入力部２４とは単一の入力部として設けられても、あるいは個別に設けられてもよい。そして、制御部２１が何れか一方から衝突予測信号を得て、衝突予測信号に対して所定時間後に操作信号を生成してもよい。あるいは、衝突予測信号と操作信号とが同時に発信されてもよい。またあるいは、衝突予測信号と操作信号とは異なる電気信号によって構成され、制御部２１が受信した信号を何れであるかを判断してもよい。

衝突予測信号が発信されたことに応じて閉じられたスイッチ部２３は、閉じたあとで所定接続時間が経過すると、再びスイッチ部２３は開放されてもよい。一般的に障害物検知装置２２が衝突の危険性を予測し、それに対応して車両１５が動作するのは短い期間に限られる。そのため、スイッチ部２３が閉じられる時間は限定され、キャパシタ部１１に蓄えられた電荷は残されてスタンバイ状態へと戻り、更なる衝突の危険性に備えてもよい。

また、第２の手順においては、緊急時動作スタンバイ状態で昇圧回路部１３が、制御部２１からの指示によってキャパシタ部１１に蓄電された電圧を所定の昇圧電圧へと昇圧している。このため、小さな電力ではあるものの緊急時動作スタンバイ状態では、キャパシタ部１１に蓄電された電荷は消費され続ける。このため、緊急時動作スタンバイ状態では、車両１５が停車したときなどの障害物との衝突などの可能性が非常に低くなるタイミングで、キャパシタ部１１はバッテリー１６もしくは発電機２０によって充電されてもよい。この充電動作は車両１５が停車する都度ではなく、キャパシタ部１１における充電状態が充電閾値を下回った場合のような条件下で、車両１５が停車したときなどでもよい。一方で、このように充放電を繰り返すことによって、キャパシタ部１１は長寿命化できる。

以上の説明では、制御部２１はバックアップ電源装置８の内部に、あるいは車体１５Ａに、バックアップ電源装置８の動作を制御するために配置されている。このように個別の制御部２１が配置されているのは説明の便宜を図るためであり、先にも述べたように制御部２１は機能毎に分散され、あるいは細分化されて配置されてもよい。またあるいは、ここでは図示していないが、車体１５Ａに配置されて車両１５全体の電気的制御を掌握する電子制御ユニットに制御部２１は含まれてもよい。

本発明のバックアップ電源装置は、車両を軽量化することによって車両の燃費が向上する効果を有し、各種車両用電子機器において有用である。

８ バックアップ電源装置
９ 電源入力部
１０ 出力部
１１ キャパシタ部
１２ 充電回路部
１３ 昇圧回路部
１４ 衝突予測信号入力部
１５ 車両
１５Ａ 車体
１６ 車両用バッテリー（バッテリー）
１７ 負荷装置
１７Ａ 負荷駆動部
１７Ｂ 負荷部
１８ 通常電力供給部
１９ 逆流防止回路部
２０ 発電機
２１ 制御部
２２ 障害物検知装置
２３ スイッチ部
２４ 操作信号入力部
２５ 操作部

Claims (8)

1. 電源入力部と、
   出力部と、
   キャパシタ部と、
   前記電源入力部から前記キャパシタ部への充電経路に設けられた充電回路部と、
   前記キャパシタ部と前記出力部への出力経路に設けられた昇圧回路部と、
   衝突予測信号入力部と、を備え、
   予め前記キャパシタ部は前記充電回路により充電電圧に充電され、
   前記電源入力部の電圧が閾値よりも低い場合に、前記昇圧回路部で前記充電電圧から昇圧された昇圧電圧が、前記衝突予測信号入力部が信号を受信したことに応じて、前記出力部から出力される、
   バックアップ電源装置。
2. 前記昇圧回路部と前記出力部との間に設けられたスイッチ部と、
   操作信号入力部と、をさらに備え、
   前記電源入力部の電圧が閾値よりも低い場合に、前記衝突予測信号入力部が信号を受信したことに応じて先ず前記昇圧回路部は前記充電電圧を前記昇圧電圧へと昇圧し、その後に、前記操作信号入力部が信号を受信したことに応じて前記スイッチ部が閉じ、前記昇圧電圧が前記出力部から出力される、
   請求項１に記載のバックアップ電源装置。
3. 前記昇圧回路部と前記出力部との間に設けられたスイッチ部をさらに備え、
   前記電源入力部の電圧が閾値よりも低いことに応じて、前記昇圧回路部は前記充電電圧を常時に昇圧電圧へと昇圧し、その後に、前記衝突予測信号入力部が信号を受信したことに応じて前記スイッチ部が閉じ、前記昇圧電圧が前記出力部から出力される、
   請求項１に記載のバックアップ電源装置。
4. 前記電源入力部と出力部とを接続する通常電力供給部をさらに備え、
   前記通常電力供給部には逆流防止回路部が設けられた、
   請求項１に記載のバックアップ電源装置。
5. 制御部をさらに備え、
   前記制御部は前記電源入力部の電圧を検知し、
   外部からの信号に応じて衝突予測信号を前記衝突予測信号入力部へ発信する、
   請求項１に記載のバックアップ電源装置。
6. 車体と、
   車体に設けられた、バックアップ電源装置と、前記バックアップ電源装置の入力部に接続された車両用バッテリーと、前記バックアップ電源装置の出力部に接続された負荷装置と、前記バックアップ電源装置に接続された制御部と、前記制御部に接続された障害物検知装置と、前記車両用バッテリーと前記負荷装置とを接続する通常電力供給部とを備え、
   前記バックアップ電源装置は、
   キャパシタ部と、前記入力部から前記キャパシタ部への充電経路に設けられた充電回路部と、前記キャパシタ部と前記出力部への出力経路に設けられた昇圧回路部とを有し、
   予め前記キャパシタ部は前記充電回路により充電電圧に充電され、
   前記制御部が前記入力部の電圧が閾値よりも低いと検知した場合に、前記昇圧回路部で前記充電電圧から昇圧された昇圧電圧が、前記障害物検知装置が障害物を検知したことに応じて、前記出力部から前記負荷装置へと出力され、前記負荷装置が駆動する車両。
7. 前記昇圧回路部と前記出力部との間に設けられたスイッチ部と、
   前記制御部に接続された操作部と、をさらに備え、
   前記制御部が前記入力部の電圧が閾値よりも低いと検知した場合に、前記制御部が前記障害物検知装置から衝突予測信号を受信したことに応じて先ず前記昇圧回路部は前記充電電圧を前記昇圧電圧へと昇圧し、その後に、前記制御部が前記操作部から操作信号を受信したことに応じて前記スイッチ部が閉じ、前記昇圧電圧が前記出力部から前記負荷装置へと出力され、前記負荷装置が駆動する、請求項６に記載の車両。
8. 前記昇圧回路部と前記出力部との間に設けられたスイッチ部と、
   前記制御部に接続された操作部と、をさらに備え、
   前記制御部が前記入力部の電圧が閾値よりも低いと検知したことに応じて、前記昇圧回路部は前記充電電圧を常時に昇圧電圧へと昇圧し、その後に、前記制御部が前記操作部から操作信号を受信したことに応じて前記スイッチ部が閉じ、前記昇圧電圧が前記出力部から前記負荷装置へと出力され、前記負荷装置が駆動する、請求項６に記載の車両。

Images