JP6705357B2 - 車載用のバックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用のバックアップ装置に関するものである。

車載用の電源システムとして、電源部であるバッテリに失陥等が発生した場合に蓄電部であるコンデンサの出力電圧に基づいて昇降圧回路で調節した電圧を負荷に印加する技術が知られている。このシステムはバッテリが失陥したことを検知した後、コンデンサの出力電圧に基づいて昇降圧回路で調節した電圧を負荷に印加することになるため、負荷に印加する電圧が、僅かな間、途切れるおそれがある。この問題点を解決するため、特許文献１では昇圧回路に平滑コンデンサを設けている。これにより、特許文献１ではバッテリが失陥した後、コンデンサの出力電圧を昇圧回路で調節して負荷に印加するまでの時間、蓄電された平滑コンデンサの出力電圧を負荷に印加することができる。

特許第５６１８０２４号公報

しかし、特許文献１で開示されるシステムの方法だけでは、電力の供給対象である負荷の消費電力が大きい場合、より大容量の平滑コンデンサを設ける必要があるため、複数の平滑コンデンサを設けたり、より大型の平滑コンデンサを設けたりする必要がある。このため、特許文献１で開示されるシステムの構成だけでは、負荷の消費電力が大きい場合に回路規模の大型化を招きやすく、消費電力が大きくなるほどこの問題は顕著となる。

本発明は上記した事情に基づいてなされたものであり、電源部からの電力供給が途絶えた場合であっても電力供給対象への電力供給を途切れさせることなく供給源を蓄電部に切り替えることが可能な装置を、より簡易な構成で実現することを目的とする。

本発明は、
電力供給対象へ電力を供給する電源部と、前記電源部から前記電力供給対象へ電力を供給する経路となる電力路と、少なくとも前記電源部からの電力供給が途絶えたときに電力供給源となる蓄電部とを備えた車載用電源システムにおけるバックアップ装置であって、
前記蓄電部からの放電経路となる蓄電部側導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して出力側導電路に印加する放電回路と、
前記電源部が満充電時に前記電力路に印加される電圧よりも小さい所定の目標電圧を前記出力側導電路に印加するように前記放電回路を制御する制御部と、
前記電力路と前記出力側導電路との間に設けられるとともに、前記電力路の電圧よりも前記出力側導電路の電圧が小さい場合に前記出力側導電路から前記電力路に電流が流れることを制限し、前記電力路の電圧よりも前記出力側導電路の電圧が大きい場合に前記出力側導電路から前記電力路側に電流が流れることを許容する素子部と、
を有する。

このバックアップ装置は、電源部が満充電状態、若しくはそれに近い正常状態のときには、放電回路によって出力側導電路に印加される電圧が電力路に印加される電圧よりも小さくなるため、素子部によって電流が制限され、出力側導電路から電力路に電流が流れ込まない。従って、電源部が満充電状態、若しくはそれに近い正常状態のときには蓄電部からの放電を抑えることができる。一方、何らかの理由によって電源部から電力路への電力供給が低下又は停止し、放電回路によって出力側導電路に印加される電圧が電力路に印加される電圧よりも大きくなった場合、出力側導電路から電力路側に電流が流れ込む。よって、電源部から電力路への電力供給が低下又は停止するような事態が生じても、蓄電部の出力に基づく電流を、出力側導電路を介して即座に電力路に流すことができ、極めて迅速にバックアップすることができる。しかも、電力路の異常時に蓄電部の出力電圧がある程度低下していても、制御部の制御により出力側導電路に印加される電圧を目標電圧で維持することができていれば、所望の電圧を即座に電力路に印加することができる。

このように、電源部からの電力供給が途絶えた場合であっても電力供給対象への電力供給を途切れさせることなく供給源を蓄電部に切り替えることが可能な装置を、より簡易な構成で実現することができる。

実施例１のバックアップ装置を備えた車載用電源システムを概略的に示す回路図である。 実施例１のバックアップ装置で行われる充電制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例２のバックアップ装置で行われる充電制御の流れを例示するフローチャートである。

ここで、本発明の望ましい例を示す。但し、本発明は以下の例に限定されない。

本発明のバックアップ装置において、素子部は、出力側導電路にアノードが電気的に接続され電力路にカソードが電気的に接続されたダイオードを備えていてもよい。

このように構成されたバックアップ装置は、電源部が満充電状態、若しくはそれに近い正常状態のときには、放電回路によって出力側導電路に印加される電圧（即ち、ダイオードのアノード側の電圧）が電力路に印加される電圧（即ち、ダイオードのカソード側の電圧）よりも小さくなるため、出力側導電路から電力路に電流が流れることを制限することができる。また、何らかの理由によって電源部から電力路への電力供給が低下又は停止し、放電回路によって出力側導電路に印加される電圧（ダイオードのアノード側の電圧）が電力路に印加される電圧（ダイオードのカソード側の電圧）よりも大きくなった場合、ダイオードを介して出力側導電路から電力路に即座に電流を流すことができる。また、このような機能を、ダイオードを主体としてより簡易に実現することができる。

本発明のバックアップ装置は、電源部から供給される電力に基づいて蓄電部を充電する充電回路を有していてもよい。制御部は、所定の充電開始条件の成立に応じて充電回路に蓄電部を充電する充電動作を行わせ、蓄電部の出力電圧が所定の第１閾値以上である場合に目標電圧を出力側導電路に印加するように放電回路に電圧変換を行わせ、蓄電部の出力電圧が第１閾値よりも大きい第２閾値に達した場合に充電回路の充電動作を停止させるように機能してもよい。

このように構成されたバックアップ装置は、蓄電部の出力電圧が第１閾値以上であれば充電回路による充電動作中（出力電圧が第２閾値に達する前）であっても放電回路による電圧変換を開始させて待機状態（即ち、電源部から電力路への電力供給が低下又は停止したときにバックアップできる状態）にすることができる。つまり、より早期に待機状態とすることができるため、バックアップ不能な期間をより低減することができる。

以下、本発明を具体化した実施例について説明する。

＜実施例１＞
図１に、実施例１に係る車載用のバックアップ装置１を備えた車載用電源システム１００のブロック図を示す。車載用電源システム１００は、負荷９３（電力供給対象）へ電力を供給するための主電源となる電源部９１と、少なくとも電源部９１からの電力供給が途絶えたときに電力供給源となる蓄電部７と、電源部９１からの電力供給が途絶えたときに蓄電部７からの放電を迅速に行う機能を備えたバックアップ装置１とを有しており、電源部９１又は蓄電部７を電力供給源として負荷９３に電力を供給するシステムとして構成されている。

この車載用電源システム１００は、電源部９１からの電力供給が正常状態のときに電源部９１の出力電圧に基づく電圧を配線部として構成される電力路８１に印加し、電源部９１から電力路８１を介して負荷９３（電力供給対象）に電力を供給する構成をなす。「電源部９１からの電力供給が正常状態のとき」とは、電源部９１の出力電圧が所定値を超える場合であり、電力路８１の電圧（電位）が所定の閾値電圧を超える場合である。具体的には、電源部９１の出力電圧に基づいて電力路８１に印加される電圧Ｖ１（電源部９１から配線部８３及びダイオード８２を介して供給される電力に基づいて電力路８１に印加される電圧）よりも、後述する目標電圧Ｖ２からダイオード３０の順方向電圧Ｖｆを差し引いた値Ｖ２−Ｖｆが小さい場合である。

電源部９１は、負荷９３（電力供給対象）へ電力を供給し得る車載用電源であり、例えば、鉛バッテリ等の公知の車載バッテリとして構成されている。電源部９１は、高電位側の端子が配線部８５及び配線部８３に電気的に接続され、配線部８５及び配線部８３に対して所定の出力電圧（以降、＋Ｂ電圧ともいう。）を印加する。

電力路８１は、電源部９１から負荷９３（電力供給対象）へ電力を供給する経路の一部である。電力路８１は、電源部９１から配線部８３及びダイオード８２を介して供給される電力を負荷９３に導く経路となっている。

配線部８３は電源部９１と電力路８１との間に設けられており、電源部９１の出力電圧が印加される経路として構成されている。配線部８３と電力路８１の間にはダイオード８２が設けられ、ダイオード８２はアノードが配線部８３を介して電源部９１に電気的に接続され、カソードが電力路８１に電気的に接続されている。このダイオード８２は、電源部９１から電力路８１側への電流の流れ込みを許容し、電力路８１から電源部９１側への電流の流れ込みを遮断する。例えば、配線部８３に地絡等の異常が発生しても、電力路８１から配線部８３側へは電流が流れ込まないようになっている。

蓄電部７は、例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等の公知の蓄電手段によって構成されている。蓄電部７は充放電回路部３に電気的に接続されており、充放電回路部３によって充電又は放電がなされる。蓄電部７の満充電時の出力電圧は、電源部９１の満充電時の出力電圧よりも大きくてもよく、小さくてもよい。

負荷９３は電力供給対象の一例に相当し、公知の車載用電気部品として構成されている。負荷９３は、例えば、シフトバイワイヤシステムにおけるＥＣＵやアクチュエータ等、電源部９１が失陥した場合でも電力供給が望まれる電気部品が好適例である。負荷９３は上述した正常状態のときには電源部９１から供給される電力に基づいて動作し、異常状態のときには蓄電部７から供給される電力に基づいて動作する。

ＩＧリレー６は、車両に設けられた操作部（図示せず）に対してエンジンを始動させるための所定の始動操作（イグニッションオン操作（ＩＧオン操作））がなされた場合にオン状態に切り替わり、エンジンを停止させるための所定の停止操作（イグニッションオフ操作（ＩＧオフ操作））がなされた場合にオフ状態に切り替わるリレーである。このＩＧリレー６は、オン状態のときに通電状態となり、配線部８５と充電回路側導電路２１とを導通させる。このようなＩＧリレー６のオン動作により、電源部９１の電源電圧（＋Ｂ電圧）が充電回路側導電路２１に供給される。ＩＧリレー６は、オフ状態のときに非通電状態となり、このときには配線部８５に印加された電源電圧（＋Ｂ電圧）は充電回路側導電路２１に供給されない。なお、以降の説明において、ＩＧリレー６を介して充電回路側導電路２１に印加される電源電圧をＩＧ電圧ともいう。

バックアップ装置１は、主として、充電回路側導電路２１、出力側導電路（放電回路側導電路）２２、蓄電部側導電路２３、充放電回路部３、ダイオード３０（素子部）、制御部５などを備える。

充電回路側導電路２１は、イグニッションリレー６（以下、ＩＧリレー６ともいう）の一端側と充電回路３Ａとの間に配置され、充電回路３Ａに対する入力側の導電路となっている。充電回路側導電路２１は、イグニッションリレー６のオン動作時（導通動作時）に配線部８５に導通する。

出力側導電路２２は、放電回路３Ｂの出力電圧を印加する導電路であり、放電回路３Ｂから電力路８１に電流を流すときの経路となる導電路である。出力側導電路２２は、放電回路３Ｂの出力側に一端側が電気的に接続されダイオード３０のアノードに他端側が電気的に接続されている。

蓄電部側導電路２３は、充電回路３Ａから蓄電部７への充電経路及び蓄電部７から放電回路３Ｂへの入力経路（放電経路）となる導電路である。蓄電部側導電路２３は、蓄電部７の高電位側の端子に電気的に接続されるととともに、充電回路３Ａの出力側及び放電回路３Ｂに入力側にそれぞれ電気的に接続されている。

ダイオード３０は、素子部の一例に相当し、電力路８１と出力側導電路２２との間に設けられる。ダイオード３０（素子部）は、出力側導電路２２にアノードが電気的に接続され、電力路８１にカソードが電気的に接続されている。このダイオード３０は、少なくとも電力路８１の電圧（電位）よりも出力側導電路２２の電圧（電位）が小さい場合に出力側導電路２２から電力路８１に電流が流れることを制限し、電力路８１の電圧（電位）よりも出力側導電路２２の電圧（電位）が大きい場合に、出力側導電路２２から電力路８１側に電流が流れることを許容するように動作する。具体的には、出力側導電路２２の電位が電力路８１の電位がよりも大きく、且つこの電位差がダイオード３０の順方向電圧Ｖｆよりも大きくなった場合に出力側導電路２２から電力路８１に電流を流す。

充放電回路部３は充電回路３Ａと放電回路３Ｂとを有し、電源部９１からの電力に基づいて蓄電部７を充電する充電動作と、蓄電部７を放電させる放電動作とを行い得る。充電回路３Ａによる充電動作は制御部５によって制御され、放電回路３Ｂによる放電動作も制御部５によって制御される。

充電回路３Ａは、電源部９１から供給される電力に基づいて蓄電部７を充電する回路であり、例えば、降圧型、昇圧型、昇降圧型等のＤＣＤＣコンバータなど、公知の充電回路として構成されている。充電回路３Ａには、蓄電部７の充電を指示する充電指示信号、又は蓄電部７の充電停止を指示する充電停止信号が制御部５によって与えられる。充電回路３Ａは、制御部５から充電回路３Ａに対して充電指示信号が与えられているときに電源部９１から充電回路側導電路２１を介して入力される電源電圧を昇圧又は降圧する電圧変換動作を行い、その変換した電圧を、蓄電部側導電路２３を介して蓄電部７に印加する。制御部５から充電回路３Ａに対して充電停止信号が与えられているときには、充電回路３Ａは充電動作を行わず、このときには、充電回路側導電路２１と蓄電部側導電路２３とを非導通状態とする。

放電回路３Ｂは、蓄電部７と電力路８１との間（具体的には、蓄電部側導電路２３と出力側導電路２２との間）に設けられ、蓄電部７を放電させる放電動作と、蓄電部７の放電を停止させる放電停止動作とを行い得る。放電回路３Ｂは、例えば昇圧型、降圧型、昇降圧型等のＤＣＤＣコンバータなど、公知の放電回路として構成される。この放電回路３Ｂは、制御部５から放電指示信号が与えられている場合、蓄電部側導電路２３に印加された入力電圧（蓄電部７からの出力電圧）に基づき、設定された目標電圧を出力側導電路２２に印加する放電動作を行い、制御部５から放電停止信号が与えられている場合には、このような放電動作を停止させ、蓄電部側導電路２３と出力側導電路２２との間を非導通状態で維持する。

制御部５は、例えばマイクロコンピュータ等として構成されており、ＣＰＵ等の演算装置、ＲＯＭ又はＲＡＭ等のメモリ、ＡＤ変換器等を有している。制御部５には配線部８３の電圧（即ち、電源部９１の出力電圧値）が入力され、制御部５は配線部８３の電圧（電位）を継続的に監視し得る構成となっている。なお、図１で示す構成はあくまで一例であり、制御部５が電源部９１の出力電圧を検出し得る構成であればよく、電源部９１に電気的に接続された経路であれば他の位置の電圧を監視してもよい。また、電源部９１に電気的に接続された経路の電圧を示す値を制御部５に入力する構成は、図１のように経路の電圧を直接制御部５に入力する構成であってもよく、経路の電圧を分圧回路等によって分圧した電圧を制御部５に入力してもよい。

制御部５には、出力側導電路２２の電圧（即ち、放電回路３Ｂの出力電圧値）が入力され、制御部５は出力側導電路２２の電圧（電位）を継続的に監視し得る構成となっている。更に、制御部５には、蓄電部側導電路２３の電圧（即ち、蓄電部７の出力電圧値）が入力され、制御部５は蓄電部側導電路２３の電圧（電位）を継続的に監視し得る構成となっている。この場合も、制御部５が出力側導電路２２や蓄電部側導電路２３の各電圧を把握し得る構成であればよく、各経路の電圧を直接制御部５に入力する構成であってもよく、各経路の電圧を分圧回路等によって分圧した電圧を制御部５に入力する構成であってもよい。

制御部５は充放電回路部３による充電動作及び放電動作を制御することができる。具体的には、制御部５は充電回路３Ａに充電指示信号又は充電停止信号を与えることができ、放電回路３Ｂに放電指示信号又は放電停止信号を与えることができる。

次に、バックアップ装置１で行われる充電制御について、主に図２を参照して説明する。

図２で示す制御は、制御部５によって実行される制御である。制御部５は、例えば、電源部９１及び蓄電部７から電力供給を受け得る構成となっており、電力供給を受けている期間、継続的に図２の制御を実行するようになっている。なお、以下の説明では、電源部９１の満充電時の出力電圧が蓄電部７の満充電時の出力電圧よりも大きい例について説明する。

制御部５は、当該制御部５に電源が投入された場合、或いは、図２で示す制御がエンドとなった場合に図２の制御を開始し、まず、所定の充電開始条件が成立するまで待機する（ステップＳ１）。以下の例では、「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わったこと」を所定の充電開始条件としており、制御部５は、図２の制御を開始した後、外部から制御部５に入力される信号がイグニッションオフ信号（ＩＧオフ信号）からイグニッションオン信号（ＩＧオン信号）に切り替わったと判断した場合（ステップＳ１でＹｅｓの場合）、ステップＳ２において充電回路３Ａに降圧充電動作を行わせる制御を開始する。なお、図２の制御を開始した後、外部から制御部５に入力される信号がイグニッションオフ信号（ＩＧオフ信号）であると判断される間は、ステップＳ１の判断を繰り返す。

本構成では、車載用電源システム１００が搭載された車両内においてＩＧオン操作（イグニッションスイッチをオン動作させるためのオン操作）がなされると、ＩＧリレー６がオフ状態からオン状態に切り替わり、配線部８５と充電回路側導電路２１とが導通する。これにより、ＩＧ電圧がバックアップ装置１に印加される。また、本構成では、ＩＧリレー６がオフ状態であるときには図示しない外部装置などにより制御部５にＩＧオフ信号が入力され、ＩＧリレー６がオン状態であるときには制御部５にＩＧオン信号が入力されるようになっている。

制御部５は、ステップＳ２において充電回路３Ａに降圧充電動作を開始させた場合、充電回路３Ａに対して充電指示信号を与え、充電回路３Ａに充電動作を行わせる。具体的には、例えば、充電回路３Ａの出力電圧を、電源部９１の満充電の出力電圧（例えば、１２Ｖ）よりも小さく、後述する第２閾値（充電完了の目安となる閾値）よりもやや大きい目標電圧値とするように、降圧コンバータとしての機能を備えた充電回路３Ａに降圧動作を行わせる。このように制御部５から充電回路３Ａに充電指示信号が与えられている間は、上記目標電圧値を出力するように充電回路３Ａによって降圧動作が継続し、この降圧動作による出力電流によって蓄電部７が充電される。

制御部５は、ステップＳ２において降圧充電動作を開始させた後、蓄電部７の出力電圧を継続的に監視する。そして、蓄電部７の出力電圧が所定の第１閾値以上になったか否かを判断する。蓄電部７の出力電圧が第１閾値未満である場合（ステップＳ３でＮｏとなる場合）、ステップＳ３の判断を繰り返す。つまり、蓄電部７の出力電圧が第１閾値以上になるまで、蓄電部７の出力電圧を継続的に監視するとともにステップＳ３の判定を繰り返し、蓄電部７の出力電圧が第１閾値以上となった場合（ステップＳ３でＹｅｓとなる場合）には、ステップＳ４において、放電回路３Ｂに放電動作を開始させる。なお、第１閾値は、蓄電部７の満充電の目安として定められた第２閾値よりも小さい値であり、且つ、放電回路３Ｂが、予め定められた目標電圧を出力するために必要な最低限の入力電圧値以上の値である。

制御部５は、ステップＳ４において放電回路３Ｂに放電動作を開始させた場合、放電回路３Ｂに対して放電指示信号を与え、所定値の目標電圧を出力側導電路２２に印加するように放電回路３Ｂを制御する。目標電圧の値は、例えば、電源部９１が満充電のときに電力路８１に印加される電圧（電位）よりも小さい値であり、上記第２閾値よりも大きい値である。放電回路３Ｂは、制御部５から放電指示信号を受けているときに放電動作を行い、蓄電部側導電路２３に印加された電圧を昇圧して出力側導電路２２に印加する。なお、制御部５は、このように放電回路３Ｂに放電動作を行わせる制御を、例えば、制御部５にＩＧオフ信号が入力されるまで（即ち、オン状態にあるイグニッションスイッチがオフ状態に切り替わるまで）実行する。

制御部５は、ステップＳ４にて放電動作を開始した後も蓄電部７の出力電圧を継続的に監視する。そして、ステップＳ４にて放電動作を開始した後も充電回路３Ａに対する充電指示信号を継続し、継続して充電回路３Ａに充電動作を行わせる。ステップＳ４の後には、蓄電部７の出力電圧が所定の第２閾値以上になったか否かを判断する。蓄電部７の出力電圧が第２閾値未満である場合（ステップＳ５でＮｏとなる場合）、ステップＳ５の判断を繰り返す。つまり、蓄電部７の出力電圧が第２閾値以上になるまで、蓄電部７の出力電圧を継続的に監視するとともにステップＳ５の判定を繰り返し、蓄電部７の出力電圧が第２閾値以上となった場合（ステップＳ５でＹｅｓとなる場合）には、ステップＳ６において、充電回路３Ａに充電動作を停止させる。なお、第２閾値は、上述した第１閾値よりも大きい値であり、この例では、電源部９１の満充電時の出力電圧よりも小さい値である。

このように、制御部５は、所定の充電開始条件（上述の例では、制御部５に入力される信号がＩＧオフ信号からＩＧオン信号に切り替わるという条件）の成立に応じて、ステップＳ２以降に、充電回路３Ａに蓄電部７を充電する充電動作を行わせ、蓄電部７の出力電圧が所定の第１閾値以上である場合には、ステップＳ４以降に、予め定められた目標電圧を出力側導電路２２に印加するように放電回路３Ｂに電圧変換を行わせ、蓄電部７の出力電圧が第１閾値よりも大きい第２閾値に達した場合には、ステップＳ６において充電回路３Ａの充電動作を停止させる。

ここで、電源部９１からの電力供給が正常状態である場合について説明する。
イグニッションスイッチがオン状態となっている場合（ＩＧリレー６がオン状態となっており、ＩＧオン信号が制御部５に入力されている場合）、電源部９１の出力電圧に基づいて電力路８１に印加される電圧Ｖ１（電源部９１から配線部８３及びダイオード８２を介して供給される電力に基づいて電力路８１に印加される電圧）が、目標電圧Ｖ２からダイオード３０の順方向電圧Ｖｆを差し引いた値Ｖ２−Ｖｆよりも大きければ、電源部９１からの電力供給が正常であるといえる。制御部５は、このＶ２−Ｖｆよりも少し大きい値（具体的にはＶ２よりも大きい値）且つ電源部９１の満充電時の出力電圧よりも小さい値で異常判定に用いる閾値Ｖｔｈを定めている。そして、制御部５は、ＩＧオン信号が入力されているときに配線部８３の電圧を継続的に監視し、配線部８３の電圧が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合、電源部９１からの電力供給が正常状態であると判断する。

このように電源部９１からの電力供給が正常状態となっており、配線部８３に印加される電源部９１の出力電圧が閾値Ｖｔｈよりも大きければ、目標電圧Ｖ２（放電回路３Ｂによって出力側導電路２２に印加される電圧）からダイオード３０の順方向電圧Ｖｆを差し引いた値Ｖ２−Ｖｆよりも電力路８１の電圧Ｖ１は大きくなるため、放電回路３Ｂが放電動作を行っていても出力側導電路２２から電力路８１に電流は流れ込まない。

次に、イグニッションスイッチがオン状態のときに正常状態から異常状態に変化した場合の動作について説明する。

イグニッションスイッチがオン状態のとき（即ち、ＩＧリレー６がオン状態のとき）に電源部９１からの電力供給の異常（例えば、電源部９１付近での地絡発生や断線など）が生じ、電源部９１から配線部８３に対して正常な電圧が印加されなくなると、配線部８３に印加された電圧（＋Ｂ電圧）が閾値Ｖｔｈよりも大きい値から閾値Ｖｔｈ以下の値に変化する。制御部５は、イグニッションスイッチがオン状態のときに配線部８３の電圧を継続的に監視し、配線部の電圧が閾値Ｖｔｈ以下となった場合、電源部９１からの電力供給が異常状態であると判断し、充電回路３Ａを停止状態とする。例えば、充電回路３Ａに充電動作を行わせていたときには充電回路３Ａの動作を停止させる。

このように、配線部８３の電圧が閾値Ｖｔｈ以下に低下し、電力路８１の電圧が上述した目標電圧Ｖ２からダイオード３０の順方向電圧Ｖｆを差し引いた値（Ｖ２−Ｖｆ）よりも小さくなると、小さくなった途端に出力側導電路２２から電力路８１に電流が流れ込む。従って、仮にイグニッションスイッチがオン状態のとき電源部９１からの電力供給が途絶えた場合であっても、電力路８１に印加される電圧を大きく低下させることなくバックアップすることができる。

なお、本明細書において、電源部９１の失陥が生じた場合とは、電源部９１からの電力供給の異常が生じた場合（即ち、電源部９１からの電力供給が正常状態でない場合）を意味し、具体的には、配線部８３に印加された電圧（＋Ｂ電圧）が閾値Ｖｔｈ以下となる場合である。このように、少なくとも電源部９１の失陥が生じた場合が「電力路８１の電圧よりも出力側導電路２２の電圧が大きい場合」となる。

次に、本構成の効果を例示する。
図１で示すバックアップ装置１は、電源部９１が満充電状態、若しくはそれに近い正常状態のときには、放電回路３Ｂによって出力側導電路２２に印加される電圧が電力路８１に印加される電圧よりも小さくなるため、ダイオード３０（素子部）によって電流が制限され、出力側導電路２２から電力路８１に電流が流れ込まない。従って、電源部９１が満充電状態、若しくはそれに近い正常状態のときには蓄電部７からの放電を抑えることができる。

一方、何らかの理由によって電源部９１から電力路８１への電力供給が低下又は停止し、放電回路３Ｂによって出力側導電路２２に印加される電圧が電力路８１に印加される電圧よりも大きくなった場合、出力側導電路２２から電力路８１側に電流が流れ込む。よって、電源部９１から電力路８１への電力供給が低下又は停止するような事態が生じても、蓄電部７の出力に基づく電流を、出力側導電路２２を介して即座に電力路８１に流すことができ、極めて迅速にバックアップすることができる。しかも、電力路８１の異常時に蓄電部７の出力電圧がある程度低下していても、制御部５の制御により出力側導電路２２に印加される電圧を目標電圧で維持することができていれば、所望の電圧を即座に電力路８１に印加することができる。

このように、本構成のバックアップ装置１は、電源部９１からの電力供給が途絶えた場合であっても負荷９３（電力供給対象）への電力供給を途切れさせることなく供給源を蓄電部７に切り替えることが可能であり、このような機能をより簡易な構成で実現することができる。

また、素子部として、ダイオード３０が用いられ、ダイオード３０は、出力側導電路２２にアノードが電気的に接続され電力路８１にカソードが電気的に接続された構成をなす。

このように構成されたバックアップ装置１は、電源部９１が満充電状態、若しくはそれに近い正常状態のときには、放電回路３Ｂによって出力側導電路２２に印加される電圧（即ち、ダイオード３０のアノード側の電圧）が電力路８１に印加される電圧（即ち、ダイオード３０のカソード側の電圧）よりも小さくなるため、出力側導電路２２から電力路８１に電流が流れることを制限することができる。また、何らかの理由によって電源部から電力路８１への電力供給が低下又は停止し、放電回路３Ｂによって出力側導電路２２に印加される電圧（ダイオード３０のアノード側の電圧）が電力路８１に印加される電圧（ダイオード３０のカソード側の電圧）よりも大きくなった場合、ダイオード３０を介して出力側導電路２２から電力路８１に即座に電流を流すことができる。また、このような機能を、ダイオード３０を主体としてより簡易に実現することができる。

バックアップ装置１は、電源部９１から供給される電力に基づいて蓄電部７を充電する充電回路３Ａを有する。制御部５は、所定の充電開始条件の成立（例えば、ＩＧオフ信号からＩＧオン信号の切り替わり）に応じて充電回路３Ａに蓄電部７を充電する充電動作を行わせ、蓄電部７の出力電圧が所定の第１閾値以上である場合に目標電圧Ｖ２を出力側導電路２２に印加するように放電回路３Ｂに電圧変換を行わせ、蓄電部７の出力電圧が第１閾値よりも大きい第２閾値に達した場合に充電回路３Ａの充電動作を停止させる。

このように構成されたバックアップ装置１は、蓄電部７の出力電圧が第１閾値以上であれば充電回路３Ａによる充電動作中（出力電圧が第２閾値に達する前）であっても放電回路３Ｂによる電圧変換を開始させて待機状態（即ち、電源部から電力路８１への電力供給が低下又は停止したときにバックアップできる状態）にすることができる。つまり、より早期に待機状態とすることができるため、バックアップ不能な期間をより低減することができる。

＜実施例２＞
次に、実施例２のバックアップ装置１について説明する。
実施例２のバックアップ装置１は、充電制御を図２の方式から図３の方式に変更した点、電源部９１と蓄電部７の満充電時の電圧の関係が実施例１と異なり、それ以外は実施例１と同様である。例えば、ハードウェア構成は図１と同様である。

実施例２のバックアップ装置１は、図１で示す電源部９１の満充電時の出力電圧よりも蓄電部７の満充電時の出力電圧のほうが大きくなっている。つまり、第２閾値は、電源部９１の満充電時の出力電圧よりも大きくなっている。なお、第１閾値は、第２閾値よりも小さく、電源部９１の満充電時の出力電圧よりも小さくなっている。また、後述する昇降圧切替閾値は、電源部９１の満充電時の出力電圧と同程度の値であり、制御部５は、例えば、電源部９１の出力電圧（例えば、検出する配線部８３の電圧）を昇降圧切替閾値として用いる。

また、本構成では、充電回路３Ａとして、例えば、昇降圧型のＤＣＤＣコンバータを用いることができ、放電回路３Ｂとしても昇降圧型のＤＣＤＣコンバータを用いることができる。充電回路３Ａも放電回路３Ｂも、入力された電圧を降圧して出力する機能と、入力された電圧を昇圧して出力する機能とを有し、いずれの機能を実行するかは、制御部５によって制御される。

実施例２のバックアップ装置１は、図３で示すような流れで制御を行う。図３は、制御部５によって実行される制御である。図３のステップＳ２１〜Ｓ２４の各処理は、図２のステップＳ１〜Ｓ４の各処理と同様である。また、ステップＳ２７、Ｓ２８の各処理は、図２のステップＳ５、Ｓ６の各処理と同様である。

制御部５は、図２のステップＳ１〜Ｓ４と同様にステップＳ２１〜Ｓ２４の各処理を行い、ステップＳ２４にて放電動作を開始した後も蓄電部７の出力電圧を継続的に監視する。そして、ステップＳ２４にて放電動作を開始した後も充電回路３Ａに対する充電指示信号を継続し、継続して充電回路３Ａに充電動作を行わせる。ステップＳ２４の後には、蓄電部７の出力電圧が上述した昇降圧切替閾値（電源部９１の出力電圧）以上になったか否かを判断する。蓄電部７の出力電圧が昇降圧切替閾値未満である場合（ステップＳ２５でＮｏとなる場合）、ステップＳ２５の判断を繰り返す。つまり、蓄電部７の出力電圧が昇降圧切替閾値以上になるまで、蓄電部７の出力電圧を継続的に監視するとともにステップＳ２５の判定を繰り返し、この間は、ステップＳ２２で開始した降圧充電動作を充電回路３Ａに行わせる制御と、ステップＳ２４で開始した昇圧放電動作を放電回路３Ｂに行わせる制御とを継続する。蓄電部７の出力電圧が昇降圧切替閾値以上となった場合（ステップＳ２５でＹｅｓとなる場合）には、ステップＳ２６において、充電回路３Ａに対する制御を、上述した降圧充電動作を行わせる制御から昇圧充電動作を行わせる制御（入力電圧を昇圧させて出力する昇圧動作を行わせる制御）に切り替え、放電回路３Ｂに対する制御を、上述した昇圧放電動作を行わせる制御から降圧放電動作を行わせる制御（入力電圧を降圧させて出力する降圧動作を行わせる制御）に切り替える。

制御部５は、ステップＳ２６にて制御の切り替えを行った後、蓄電部７の出力電圧を継続的に監視するとともに、上述した昇圧充電動作を行わせる制御及び降圧放電動作を行わせる制御を継続し、蓄電部７の出力電圧が所定の第２閾値以上になったか否かを判断する。蓄電部７の出力電圧が第２閾値未満である場合（ステップＳ２７でＮｏとなる場合）、ステップＳ２７の判断を繰り返す。つまり、蓄電部７の出力電圧が第２閾値以上になるまで、蓄電部７の出力電圧を継続的に監視するとともにステップＳ２７の判定を繰り返し、蓄電部７の出力電圧が第２閾値以上となった場合（ステップＳ２７でＹｅｓとなる場合）には、ステップＳ２８において、充電回路３Ａに充電動作を停止させる。なお、第２閾値は、上述した第１閾値よりも大きい値であり、この例では、電源部９１の満充電時の出力電圧よりも大きい値である。

なお、実施例２の構成も、図３で示す充電制御のステップＳ２４で放電回路３Ｂに対する放電制御を開始した後、例えば、イグニッションスイッチがオフ状態となるまで放電制御を継続すればよい。このような実施例２の構成でも、実施例１と同様の効果が得られ、例えば、放電制御中に電源部９１からの電力供給が途絶えた場合には迅速にバックアップすることができる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１〜２に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。

上述した実施例１では、電源部９１に鉛バッテリ用いているが、この構成に限定されず、本明細書のいずれの例においても、鉛バッテリに代えて又は鉛バッテリと併用して電源部９１に他の電源手段（リチウムイオン電池などの公知の他の蓄電手段や発電手段など）を用いてもよい。電源部９１を構成する電源手段の数は１つに限定されず、複数の電源手段によって構成されていてもよい。

上述した実施例１では、蓄電部７に電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を用いているが、この構成に限定されず、本明細書のいずれの例においても、蓄電部７にリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素充電池などの他の蓄電手段を用いてもよい。また、蓄電部７を構成する蓄電手段の数は１つに限定されず、複数の蓄電手段によって構成されていてもよい。

上述した実施例１では、素子部としてダイオード３０を用いたが、例えば、ＭＯＳＦＥＴを用い、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードのアノードが出力側導電路２２に電気的に接続され、寄生ダイオードのカソードが電力路８１に電気的に接続されるように構成してもよい。この場合、制御部５は、電源部９１からの電力供給の異常を検出した場合（例えば、配線部８３の電圧が異常閾値以下であることを検出した場合）にＭＯＳＦＥＴをオン動作させるように制御を行ってもよい。なお、この場合、制御部５は、電源部９１からの電力供給の異常を検出していない場合（例えば、配線部８３の電圧が異常閾値を超えることを検出している場合）、ＭＯＳＦＥＴをオフ動作させるように制御を行えばよい。

上述した実施例１では、例えば、イグニッションスイッチがオフ状態のときに、蓄電部７の出力電圧を第１閾値未満の電圧に維持するようにしてもよい。この場合、イグニッションスイッチがオン状態に切り替わった後、ある程度の時間は、降圧充電動作がなされることになる。また、イグニッションスイッチがオフ状態のときに、蓄電部７の出力電圧を第１閾値と同程度、又は第１閾値よりも大きい電圧に維持するようにしてもよい。この場合、イグニッションスイッチがオン状態に切り替わった後、降圧充電動作を省略することができ、迅速にステップＳ４の放電動作開始を実行することができる。

１…バックアップ装置
３Ａ…充電回路
３Ｂ…放電回路
５…制御部
７…蓄電部
２２…出力側導電路
２３…蓄電部側導電路
３０…ダイオード（素子部）
８１…電力路
９１…電源部
９３…負荷（電力供給対象）
１００…車載用電源システム

Claims (3)

1. 電力供給対象へ電力を供給する電源部と、前記電源部から前記電力供給対象へ電力を供給する経路となる電力路と、少なくとも前記電源部からの電力供給が途絶えたときに電力供給源となる蓄電部とを備えた車載用電源システムにおけるバックアップ装置であって、
   前記蓄電部からの放電経路となる蓄電部側導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して出力側導電路に印加する放電回路と、
   前記電源部から供給される電力に基づいて前記蓄電部を充電する充電回路と、
   前記電源部が満充電時に前記電力路に印加される電圧よりも小さい所定の目標電圧を前記出力側導電路に印加するように前記放電回路を制御する制御部と、
   前記電力路と前記出力側導電路との間に設けられるとともに、前記電力路の電圧よりも前記出力側導電路の電圧が小さい場合に前記出力側導電路から前記電力路に電流が流れることを制限し、前記電力路の電圧よりも前記出力側導電路の電圧が大きい場合に前記出力側導電路から前記電力路側に電流が流れることを許容する素子部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   所定の充電開始条件の成立に応じて前記充電回路に前記蓄電部を充電する充電動作を行わせ、
   前記蓄電部の出力電圧が所定の第１閾値以上である場合に前記目標電圧を前記出力側導電路に印加するように前記放電回路に電圧変換を行わせ、前記蓄電部の出力電圧が前記第１閾値よりも大きい第２閾値に達した場合に前記充電回路の充電動作を停止させ、
   前記電源部に電気的に接続されるとともに前記電源部と前記電力路との間に配置された配線部の電圧が所定閾値以下となった場合に前記充電回路の充電動作を停止させる車載用のバックアップ装置。
2. 前記素子部は、前記出力側導電路にアノードが電気的に接続され前記電力路にカソードが電気的に接続されたダイオードを備える請求項１に記載の車載用のバックアップ装置。
3. 少なくとも前記電源部の失陥が生じた場合が、前記電力路の電圧よりも前記出力側導電路の電圧が大きい場合である請求項１又は請求項２に記載の車載用のバックアップ装置。

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