JP6767636B2 - 電源装置および電源装置を搭載した車両 - Google Patents

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Description

本開示は、車両用の各種電子機器に使用される電源装置およびそれを搭載した車両に関する。
以下、従来の電源装置１について図面を用いて説明する。図５は従来の電源装置１の構成を示すブロック図である。電源装置１は蓄電素子２と充電回路３と放電回路４と制御回路５とを含む。蓄電素子２の入力経路には充電回路３が接続され、蓄電素子２の出力経路には放電回路４が接続されている。また、制御回路５は充電回路３および放電回路４の動作を制御する。
蓄電素子２が電源装置１の外部からの電力によって充電される時、制御回路５は充電回路３を動作させるとともに、放電回路４の動作を停止させる。一方、蓄電素子２が蓄えた電力を放電する時、制御回路５は充電回路３の動作を停止させ、放電回路４を動作させる。
なお、本開示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。
国際公開第２０１３／１２５１７０号
本発開示の電源装置の一態様は、第１蓄電素子と、前記第１蓄電素子に並列に接続され、前記第１蓄電素子よりも内部抵抗が小さく、前記第１蓄電素子より蓄電容量が小さい、第２蓄電素子と、前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子との間に接続され、遮断状態と接続状態とが切り替わる開閉部と、前記第１蓄電素子の入力経路に接続され、降圧動作を行う充電回路と、前記第２蓄電素子の出力経路に接続され、昇圧動作を行う放電回路と、前記開閉部と前記充電回路と前記放電回路との動作を制御する制御部と、を備え、前記開閉部が前記遮断状態の時、前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子との接続が遮断され、前記充電回路は降圧動作をして前記第１蓄電素子を充電し、前記放電回路は動作が停止しており、前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから所定の時間までの間、前記放電回路は動作が停止しており、前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後に前記放電回路は昇圧動作を開始し、前記放電回路は前記第２蓄電素子および前記第１蓄電素子に蓄電されている電力を放電する。
本発開示の車両の一態様は、車体と、前記車体に配置された車両用バッテリーと、前記車体に配置されたドアと、前記ドアに配置された操作体と、第１蓄電素子と、前記第１蓄電素子に並列に接続され、前記第１蓄電素子よりも内部抵抗が小さく、前記第１蓄電素子より蓄電容量が小さい、第２蓄電素子と、前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子との間に接続され、遮断状態と接続状態とが切り替わる開閉部と、前記第１蓄電素子の入力経路に接続され、降圧動作を行う充電回路と、前記第２蓄電素子の出力経路に接続され、昇圧動作を行う放電回路と、前記開閉部と前記充電回路と前記放電回路との動作を制御する制御部と、を有し、前記車体に配置された電源装置と、前記車両用バッテリーと前記充電回路の入力端との間に接続されたエンジンスイッチと、前記車両用バッテリーと前記放電回路の出力端子とを接続する電力経路と、前記車体に配置され、前記出力端子に接続された車両負荷と、を備え、前記操作体が操作されると、前記制御部は、開閉部を前記遮断状態から前記接続状態へと切り替え、前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後に前記放電回路は昇圧動作を開始し、前記放電回路は前記第２蓄電素子および前記第１蓄電素子に蓄電されている電力を前記車両負荷へ供給する。
本開示の車両の別の一態様は、更に、前記制御部または前記充電回路は、前記車体の正常状態もしくは異常状態を判定することができ、前記車体が異常状態であると判定され、かつ、前記操作体が操作される時、前記制御部は前記開閉部を前記接続状態とし、前記放電回路は昇圧動作を行うことにより前記第２蓄電素子および前記第１蓄電素子に蓄電された電力を放電し、前記車両負荷は前記放電回路から電力が供給される。
本開示の実施の形態における電源装置の構成を示すブロック図 本開示の実施の形態における電源装置を搭載した車両の構成を示すブロック図 本開示の実施の形態における電源装置の動作を示すタイミングチャート 本開示の実施の形態における車両の動作を示すタイミングチャート 従来の電源装置の構成を示すブロック図
以下、本開示の実施の形態１について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図５に示す電源装置１においては、蓄電素子２に低い内部抵抗を有するキャパシタなどが用いられる場合、蓄電素子２が小さな容量であっても短時間に大きな電流を出力できる。しかしながら、長い期間にわたって電力を供給し続けることが困難となる。
一方、蓄電素子２に、高い内部抵抗を有する鉛蓄電池などが用いられる場合、長時間にわたって電力を出力することができる。しかしながら、短時間に大きな電流を出力するには蓄電素子２が非常に大きな容量を有する必要がある。
このように、図５に示す電源装置１では、小さな容量で大きな電流を長い期間にわたって供給するのは困難であった。
そこで、本開示の電源装置６について図１および図３を参照しながら説明する。
［電源装置６の構成］
図１は本開示の実施の形態１における電源装置の構成を示すブロック図である。電源装置６は、第１蓄電素子７と、第１蓄電素子７に並列に接続された第２蓄電素子８と、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８との間に接続された開閉部９と、充電回路１０と、放電回路１１と、開閉部９と充電回路１０と放電回路１１との動作を制御する制御部１２とを含む。
第２蓄電素子８は第１蓄電素子７よりも内部抵抗が小さい。更に、第２蓄電素子８は第１蓄電素子７よりも蓄電容量が小さい。開閉部９は、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８との接続および遮断を切り替える。充電回路１０は第１蓄電素子７の入力経路に接続され、降圧動作を行う。放電回路１１は第２蓄電素子８の出力経路に接続され、昇圧動作を行う。
制御部１２が開閉部９を遮断状態に制御している時、充電回路１０は降圧動作することで第１蓄電素子７を充電する。この時、放電回路１１は動作を停止している。
また、制御部１２が開閉部９を接続状態に制御している時、充電回路１０は動作を停止している。そして開閉部９が遮断状態から接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過するまでは、第１蓄電素子７から第２蓄電素子８に電力が充電される。この時、放電回路１１は動作を停止している。その後、開閉部９が遮断状態から接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後、放電回路１１は昇圧動作を始める。そして、制御部１２が開閉部９を接続状態に制御している間、放電回路１１は昇圧動作を継続し、第２蓄電素子８および第１蓄電素子７に蓄電された電力は放電回路１１から放電される。
以上の構成および動作により、電源装置６から電力供給が必要となった時には、先ず、内部抵抗が低く短時間に大電流を放電することが可能な第２蓄電素子８が第１蓄電素子７から所定の時間、充電され、第２蓄電素子８は放電する。さらに、第２蓄電素子８が放電して第２蓄電素子８の電圧が低下し始めると、第２蓄電素子８に代わり長い期間にわたって放電することが可能な第１蓄電素子７が放電を始める。これにより、電源装置６は必要な期間にわたって必要な電力を出力することができる。
言い換えると、電源装置６が電力を出力する必要がある状況になった場合、制御部１２が開閉部９と充電回路１０と放電回路１１とを制御することによって、第２蓄電素子８へ充電され、第２蓄電素子８からの放電、第１蓄電素子７からの放電が順次、実行される。
つまり本開示の電源装置６によると、電力供給先において負荷が大きい放電当初の期間には、電源装置６は第２蓄電素子８に蓄えられた電力を出力させる。そして、放電開始後から所定の時間が経過して電力供給先における負荷が小さくなった時、電源装置６は第１蓄電素子７に蓄えられた電力を長期間、継続して出力させることができる。この結果、電源装置６は電力供給先に対して、必要とされる電力を状況に応じて出力し、かつ、電力を継続的に出力することができる。
［電源装置６を搭載した車両］
次に上述した電源装置６が車両１３Ａに搭載された場合を例として説明する。
図２は本開示の実施の形態１における電源装置が搭載された車両の構成を示すブロック図であり、図３は本開示の実施の形態１における電源装置の動作を示すタイミングチャートである。図４は本開示の実施の形態１における車両の動作を示すタイミングチャートである。なお、図３のタイミングチャートは図４と重複するため、以下、図４のタイミングチャートについてのみ説明し、図３のタイミングチャートについては説明を省略する。
車体１３には上述した電源装置６が搭載され、電源装置６の入力端子１４は車体１３に搭載された車両用バッテリー１５にエンジンスイッチ１６を介して接続されている。また、電源装置６の出力端子１７は車両負荷１８に接続されている。電源装置６の制御端子１９は制御部１２に接続されていて、電源装置６の外部からの信号や、車両１３Ａ内からの信号などを受信する。通常、車両用バッテリー１５は電力経路２０を介して車両負荷１８に接続されている。電力経路２０には、逆流防止ダイオード２１が配置されていて、出力端子１７から車両用バッテリー１５へと向かう電流を遮断している。
本実施の形態では、車両負荷１８が車体１３に設けられたドア２２に配置されるドアラッチ用モータで、車両負荷１８（ドアラッチ用モータ）へ指示を出すための操作体がドアノブ２３である例で説明する。
車両負荷１８（ドアラッチ用モータ）は車両１３Ａが起動状態であるか否かにかかわらず、搭乗者は車両１３Ａへの出入りができなければならない。よって、車両負荷１８は電力経路２０を介して車両用バッテリー１５に接続されている。よって、車両負荷１８は車両用バッテリー１５からの電力供給が可能な状態となっている。
次に、搭乗者が車体１３のドア２２に配置された操作体であるドアノブ２３を使って車両１３Ａの中からあるいは外からドア２２を開けようとすると、車両負荷１８には車両用バッテリー１５からの電力が供給される。これにより、車両負荷１８（ドアラッチ用モータ）が駆動し、搭乗者はドア２２を開けることができる。なお、車両用バッテリー１５から電力経路２０を介して車両負荷１８に電力が供給されるのと同時に、車両用バッテリー１５から電源装置６に電力が供給され、電源装置６から車両負荷１８へ電力が供給されてもよい。
次に、電源装置６を搭載した車両１３Ａの動作について図２および図３を用いて説明する。車体１３のドア２２に配置されたドアノブ２３が車両１３Ａの中からあるいは外から搭乗者がドアノブ２３を操作してドア２２を開けようとすると、制御端子１９はドアノブ２３への開指示に伴って生じる動作指示信号Ｓ１を受信する。動作指示信号Ｓ１を受理するタイミングが、図３のタイミングチャートのＴ１の時点に相当する。図３の開閉部９のタイミングチャートは、開閉部９が接続状態であるか遮断状態であるかを示している。開閉部９の状態の切り替えは、搭乗者によるドアノブ２３の操作によって実行される。言い換えると、Ｔ１よりも前の時点では、開閉部９は遮断状態であり、これは、ドアノブ２３が操作されていない状態であることも示している。そして、搭乗者がドアノブ２３への操作を始めると（Ｔ１）開閉部９は接続状態へと切り替わる。開閉部９の接続状態は、搭乗者がドアノブ２３の操作を終える（Ｔ４）まで継続される。
Ｔ１の時点よりも前に車両１３Ａが起動状態であれば、搭乗者がドアノブ２３への操作はなく、エンジンスイッチ１６は接続状態である。このように車両１３Ａが起動状態の場合、車両用バッテリー１５はエンジンスイッチ１６および入力端子１４を介して充電回路１０に電力を供給している。そして、充電回路１０が動作することによって、第１蓄電素子７は充電される。
なお、エンジンスイッチ１６は、車両１３Ａを起動するスイッチであっても、車両１３Ａの起動に連動するスイッチであってもよい。
一方、Ｔ１の時点よりも前に車体１３が起動状態になっていない場合であっても、前回に車両１３Ａが起動した際の充電動作によって第１蓄電素子７は既に充電されている。したがって、第１蓄電素子７はほぼ常時、満充電状態に維持されている。
従って、常に満充電状態であっても劣化し難いキャパシタやリチウム電池などが、第１蓄電素子７に用いられるのが望ましい。
そして、車両１３Ａが起動状態であっても起動状態でなくても、Ｔ１の時点で制御部１２は充電回路１０の動作を停止させる（あるいは停止された状態を維持する）。先にも述べたようにＴ１の時点で開閉部９は制御部１２によって、遮断状態から接続状態へと切り替えられる。開閉部９が接続状態の時、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８とは放電回路１１に対して並列に接続された状態になる。
なお、第２蓄電素子８には第１蓄電素子７よりも内部抵抗が小さく、かつ蓄電容量が小さい電気二重層キャパシタが用いられるとよい。第２蓄電素子８が電気二重層キャパシタである場合、第２蓄電素子８の劣化を避けるために、通常は未充電状態あるいは閾値よりも低い電圧値での充電状態としている。このため、Ｔ１の時点より前では第２蓄電素子８は上記の閾値あるいは、閾値よりも低い電圧ＶＬに充電された状態として設定されている。そして、Ｔ１の時点で開閉部９が接続状態になると、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８とが並列に接続される。よって、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８は同電位となるように第２蓄電素子８が充電され、第２蓄電素子８の電圧が上昇する。
Ｔ１の時点の直後には、第１蓄電素子７は第２蓄電素子８へ電力を供給する状態となるため、第１蓄電素子７の電圧は、非常に短期間ではあるものの一時的に電圧降下を起こす。その後、第１蓄電素子７は、概ね当初の充電電圧であるＶＨへと戻る。Ｔ１の時点の直後、第１蓄電素子７が第２蓄電素子８へ電力を供給する状態になるのは、第１蓄電素子７の蓄電容量は第２蓄電素子８よりも大きく設定されているためである。なお、その後も電圧変動は非常に小さいが、継続する。
その後、Ｔ１の時点から所定の時間が経過したＴ２の時点で放電回路１１が起動する。Ｔ２の時点では第２蓄電素子８は第１蓄電素子７によって既に充電されて、第２蓄電素子８の電圧は第１蓄電素子７の当初の充電電圧であるＶＨあるいはＶＨに近い値となっている。ここでは、放電回路１１が起動するのはＴ１の時点から所定の時間が経過したＴ２の時点としている。
なお、放電回路１１を精度よく動作させるために、制御部１２、充電回路１０、または、放電回路１１が第２蓄電素子８の電圧を検出し、検出された電圧が所定の値以上となったＴ２の時点で放電回路１１が起動してもよい。
放電回路１１はＴ２の時点で起動するが、この時、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８とは並列に接続され、かつ、概ね同電位となっている。したがって、みかけのうえでは第１蓄電素子７と第２蓄電素子８との双方から放電回路１１へと電力が供給される。しかしながら、先にも述べたように第２蓄電素子８は第１蓄電素子７よりも内部抵抗が小さく、さらに、第２蓄電素子８と放電回路１１との配線長は、第１蓄電素子７と放電回路１１との配線長に比べて短い。よって、配線幅が同じであるとすると、放電回路１１と第２蓄電素子８との間に介在する導体抵抗は、放電回路１１と第１蓄電素子７との間に介在する導体抵抗よりも小さい。このため、放電回路１１が起動した当初は、放電回路１１は第２蓄電素子８に蓄えられた電力を第１蓄電素子７に蓄えられた電力に先行して短時間の間に取り込んだうえで昇圧する。これにより、放電回路１１はＴ２の時点からＴ３の時点までの短時間のうちに大きな電流、大きな電力で出力端子１７を介して車両負荷１８へと供給する。
また、第２蓄電素子８に蓄えられた電力は第１蓄電素子７に蓄えられた電力に先行して短時間の間に放電回路１１へ取り込まれるので、Ｔ２の時点からＴ３の時点までの期間に、第２蓄電素子８の電圧は一時的に低下する。しかしながら、開閉部９によって第１蓄電素子７と第２蓄電素子８とは並列に接続されているので、Ｔ３の時点の直後に第２蓄電素子８の電圧は、第１蓄電素子７の当初の充電電圧であるＶＨあるいはＶＨに近い値へと上昇する。
さらに、Ｔ３の時点で第２蓄電素子８に蓄えられた電力は非常に小さな値へと低下しているので、放電回路１１は次に第１蓄電素子７に蓄えられた電力を取り込んだうえで昇圧する。つまり、Ｔ３の時点からＴ４の時点までの期間、第１蓄電素子７に蓄えられた電力が出力端子１７を介して車両負荷１８へと供給される。第１蓄電素子７に蓄えられた電力は瞬間的な大電流として放出できないが、長時間にわたって定電流を放出することができる。よって、放電回路１１は継続して出力端子１７を介して車両負荷１８へと電力を供給することができる。また、Ｔ３の時点からＴ４の時点までの期間、第１蓄電素子７による第２蓄電素子８への充電と、第１蓄電素子７による放電回路１１への電力供給とが同時に行われている。
そして、搭乗者がドアノブ２３の操作を終えるＴ４の時点で、開閉部９は接続状態から遮断状態へと切り替えられる。同時に放電回路１１の動作を停止させる。よって、放電回路１１から出力端子１７を介して車両負荷１８への放電は停止する。先にも述べたように第１蓄電素子７は常時、満充電に近い状態を維持している。Ｔ４の時点以降も同様に第１蓄電素子７は満充電に近い状態である。
一方、第２蓄電素子８は長寿命化のためにＴ４の時点以降に放電し、当初の電圧であるＶＬへと戻る。第２蓄電素子８が放電した場合の状態を、図４のＴ４時点以降に実線で示す。なお、第２蓄電素子８が放電しない場合の状態を、破線で示す。例えば、第２蓄電素子８は、充電電圧を放電部（図示せず）によってＶＬまたはＶＬ以下まで低下させられる。
図４に示す放電電力の状態からも明らかなように、車両１３Ａにおいては、放電回路１１は電力供給を開始した直後は、大きな電力を車両負荷１８へ供給し、その後は最初の電力よりも小さな電力を継続的に車両負荷１８へ供給することができる。特に車両負荷１８がモータである場合、モータ起動時には大きな電力が必要であるものの、継続してモータを起動させる場合には、起動時ほどの大きな電力は必要とならない。したがって、本開示に示す電源装置６を搭載した車両１３Ａでは、搭乗者は長時間にわたってドアノブ２３の開操作が可能となる。
本開示の車両１３Ａでは、放電回路１１と電力経路２０との双方から車両負荷１８へ電力の供給が可能である。よって、車両用バッテリー１５が劣化して車両用バッテリー１５の電圧が低下した場合であっても、第１蓄電素子７に蓄えられた電力が残っている間は、車両負荷１８は駆動可能である。
なお、第１蓄電素子７や第２蓄電素子８に劣化が生じても、電力経路２０を介して車両用バッテリー１５によって車両負荷１８は駆動可能である。
以上の通り、常時において車両負荷１８に対し電源装置６が電力を供給することが可能な車両１３Ａについて説明した。
（実施の形態２）
次に、事故などにより車体１３や車両１３Ａが損傷を受けた時などの非常時において、車両負荷１８に対し電源装置６が電力を供給することが可能な車両１３Ａについて図２および図４を用いて説明する。
なお、図２に示すブロック図は、実施の形態２でも適用できるが、実施の形態１と実施の形態２では制御部１２または充電回路１０の機能だけが異なる。
まず、制御部１２は車体１３や車両１３Ａが正常状態であるか、または、異常状態であるかを判定する。正常状態であるか、異常状態であるか、を判定する方法としては、実施の形態２では、車両１３Ａが起動状態である時、制御部１２または充電回路１０が入力端子１４の電圧を検出し判断する。
車両１３Ａが起動状態である時、電源装置６の入力端子１４には接続状態のエンジンスイッチ１６を介して車両用バッテリー１５から電力が供給されている。車両１３Ａが事故などに遭遇して車体１３の破損や、これに伴って車両用バッテリー１５が破損すると、入力端子１４の電圧が低下する。そして、エンジンスイッチ１６が接続状態であるにもかかわらず入力端子１４の電圧が所定の値よりも低下した時、制御部１２や充電回路１０が、車両１３Ａや車体１３は事故に遭って非常事態に陥ったと判定すればよい。ここで、車両１３Ａや車体１３に対する事故判定は、車体１３に設けられた衝突センサ（図示せず）による検出をふまえて実施されてもよい。
当然ながら、エンジンスイッチ１６が接続状態であって、入力端子１４の電圧が所定の値よりも高い状態を維持している時は、制御部１２や充電回路１０が、車両１３Ａや車体１３は正常状態であると判定すればよい。
＜正常状態＞
まず、車両１３Ａや車体１３が正常状態であると判定されている時について説明する。この時、電力経路２０を介して車両用バッテリー１５の電力が車両負荷１８へ供給されることが可能な状態である。したがって、ドアノブ２３への開指示に伴って生じる動作指示信号Ｓ１が制御端子１９へ発信されても（あるいは発信されなくても）、電源装置６の開閉部９は常時において遮断状態となる。
車両１３Ａや車体１３が正常状態であると判定されている状態は、図４のタイミングチャートにおけるＴ１の時点よりも以前の期間に相当する。そして、ドアノブ２３が操作されている間に相当するＴからＴ０までの間は、車両用バッテリー１５が電力経路２０を介して車両負荷１８を駆動している。
車両１３Ａや車体１３が正常状態であると判定されている状態では、電源装置６は車両用バッテリー１５の電力を失った異常状態に備えて、充電回路１０が車両用バッテリー１５の電力を用いて第１蓄電素子７を充電する。
なお、図４においてＴ０からＴ１までの期間で『起動』として示した充電回路１０による第１蓄電素子７への充電の期間には、図４では連続した常時の充電として示している。しかしながら、所定期間毎に充電期間と休止期間とが繰り返し設定される間欠充電であってもよい。
また、車両１３Ａや車体１３が正常状態であると判定されている時であっても、ドアノブ２３が搭乗者などによって操作されている期間（ＴからＴ０までの期間）、充電回路１０は充電を停止する。これは、車両用バッテリー１５が充電回路１０と車両負荷１８との双方への電力を供給することに伴って車両用バッテリー１５への負担が大きくなることを抑制するために行っている。
＜異常状態（その１）＞
次に、車両１３Ａや車体１３が異常状態であると判定されている時について説明する。この時、車両用バッテリー１５の電力が車両負荷１８や電源装置へ供給されることが不可能な状態である。先に述べたように、エンジンスイッチ１６が接続状態であるにもかかわらず入力端子１４の電圧が所定の値よりも低下した時には、制御部１２や充電回路１０が、車両１３Ａや車体１３は事故に遭って非常事態に陥ったと判定する。図４のタイミングチャートにおけるＴ１の時点で制御部１２は車両１３Ａや車体１３が異常状態であると判定し、Ｔ１よりも以降の期間は異常状態が継続している期間に相当する。
車両１３Ａや車体１３が異常状態であると判定された時、それまで連続的、あるいは、断続的に実行されていた充電回路１０による第１蓄電素子７への充電が停止される。そして、充電回路１０による充電の停止と同時に、あるいは充電回路１０による充電が停止した直後に、開閉部９は遮断状態から接続状態へと切り替わる。充電回路１０や開閉部９の動作については制御部１２が制御する。またＴ１より以降の期間で、制御部１２は制御端子１９からの動作指示信号Ｓ１を受信することが可能な状態を維持するために、動作を継続する。この時の制御部１２は第１蓄電素子７を電源として動作するとよい。またこの時の制御部１２は大きな電力を消費しないので、第１蓄電素子７の蓄電量を著しく減少させることはない。
Ｔ１の時点で車両１３Ａや車体１３は事故に遭っているため、一般的には搭乗者や救助者がドアノブ２３を操作するＴ１の時点からＴ２の時点までの期間が、通常より長くなる。そして、Ｔ１の時点では充電がそれまでに不十分な状態であった第２蓄電素子８は、第１蓄電素子７に接続されることによって充電される。また、Ｔ１の時点からＴ２の時点までは、第２蓄電素子８に対する充電時間を確保するために、ドアノブ２３に対する操作禁止期間として所定期間を設けてもよい。実際には、第１蓄電素子７から第２蓄電素子８への充電に要する時間は１０秒程度もあれば十分なので、操作禁止期間設けなくてもよい。
Ｔ１の時点の直後には、第１蓄電素子７は第２蓄電素子８へ電力を供給する状態となるため、第１蓄電素子７の電圧は、非常に短期間ではあるものの一時的に電圧降下を起こした後に、概ね当初の充電電圧であるＶＨへと戻る。これは、第１蓄電素子７の蓄電容量は第２蓄電素子８よりも大きく設定されているためであり、その後も電圧変動は非常に小さい状態が継続する。これは先に説明した実施の形態１と同様である。
そして、Ｔ２の時点で搭乗者や救助者がドアノブ２３を操作することによって、動作指示信号Ｓ１が制御端子１９へ発信され、放電回路１１は第２蓄電素子８および第１蓄電素子７に蓄電された電力を放電する。車両負荷１８は放電回路１１から出力端子１７を介して供給された電力によって駆動される。車両１３Ａや車体１３が異常状態であると判定された時に、Ｔ１の時点で遮断状態から接続状態へと切り替えられた開閉部９は、搭乗者や救助者がドアノブ２３に対する操作を終えるＴ４の時点まで接続状態を維持し、電源装置６から車両負荷１８への電力供給を可能な状態となる。
また実施の形態２でも実施の形態１と同様に、Ｔ３の時点からＴ４の時点までの間では、第１蓄電素子７による第２蓄電素子８への充電と、第１蓄電素子７による放電回路１１への電力供給とが同時に並行して行われている。
また、Ｔ４の時点以降に関しては、実施の形態２では車体１３が事故に遭遇した特別な状況で非常時の電源装置６の動作であるため、第２蓄電素子８に蓄えられた電力は放電させずに第２蓄電素子８で維持すればよい（図４において破線で示す）。これにより、第２蓄電素子８における電力損失が低減され、電源装置６は以降においてのさらなる長期間の動作が可能となる。
特に車両１３Ａが事故に遭遇した場合に電源装置６は、Ｔ１からＴ４までの期間の動作を何度も反復することができる。これは、第１蓄電素子７として常に満充電状態であっても劣化が生じ難い構成のキャパシタやリチウム電池が用いられているからである。劣化が生じ難い構成のキャパシタやリチウム電池を用いると、繰り返しの放電や、連続した放電が可能となる。そのため、反復して行うＴ１からＴ４の期間のうち、Ｔ１からＴ２の期間に対し、第１蓄電素子７から第２蓄電素子８への充電もまた繰り返し実施することができる。
但し、車両１３Ａ（車体１３）が事故に遭遇して、制御部１２が異常状態になったと判定し、上記のＴ１からＴ４までの期間の動作を複数回にわたって反復する場合、Ｔ４の時点から次回のＴ１の時点までの間は、開閉部９が遮断状態であっても充電回路１０は動作しない。これは、制御部１２が異常状態であると判定した時点で、充電回路１０へ電力を供給するべき車両用バッテリー１５は、既に電力供給ができない状態となっているため、充電回路１０の動作は不要となる。そこで、不要な動作に伴う電力の浪費を回避するために、たとえ開閉部９が遮断状態であっても、制御部１２は充電回路１０を動作させない。
以上の結果として、事故が生じた後に車両１３Ａの搭乗者は複数回にわたって繰り返し車両１３Ａからの脱出を図ることが可能となる。また、車両１３Ａへの救助者も複数回にわたって繰り返し車体１３からの搭乗者の救助を図ることが可能となる。さらに第１蓄電素子７に、常に満充電状態であっても劣化が生じ難い構成のキャパシタやリチウム電池やリチウム電池を用いると、１００時間ぐらいは自然放電しない。よって、車両１３Ａの搭乗者が自力で脱出できない状況であって、かつ、救助者が車両１３Ａへの到達に時間が要する状況であっても、救出時まで電源装置６は電力を特に第１蓄電素子７で蓄えたままの状態を維持したうえで、必要な機会に動作することが可能となる。
また、図４に示すタイミングチャートにおける放電電力の曲線に示すように、放電回路１１は当初は大きな電力を車両負荷１８へ供給し、その後継続して当初の電力よりも小さな定電力を車両負荷１８へ供給することができる。このため、車両１３Ａが事故に遭遇した非常時においては起動時に大電流が必要な複数の車両負荷１８を同時に起動することもできる。たとえば、上記で述べた過程で搭乗者や救助者がドアノブ２３を操作した際に、車両１３Ａが事故に遭ったと判定されている時に限っては、車体１３に設けられた複数のドア２２のうちの一つのドア２２におけるドアノブ２３を操作することで、全てのドア２２が開扉可能となるようにドアラッチ用モータ（車両負荷１８）を駆動させてもよい。
さらに、車両１３Ａが事故に遭ったと判定されている時に限っては、放電回路１１からの１回目の電力出力時には、車両負荷１８としてドアラッチ用モータとドアロック解除用モータとを同時に電源装置６の電力によって駆動させてもよい。
また、ここで説明した実施の形態では一例として車両負荷１８がドアラッチ用モータである場合を用いた。モータのように起動時には大きなトルクを生じるために大電流を必要として、連続動作時には定電流が供給されることで動作維持できる車両負荷１８に対しては、本開示の電源装置６は、車両１３Ａが事故に遭ったと判定された時の非常用電源として有効である。
以上の例では、エンジンスイッチ１６が接続状態であるにもかかわらず入力端子１４の電圧が所定の値よりも低下した時や、衝突センサによる検出によって車両１３Ａが事故に遭ったと判定されたうえで、電源装置６が動作する場合の手順が示されている。
＜異常状態（その２）＞
他の異常状態の一例としては、車体１３が水没を検出した場合がある。この時、電源装置６が搭乗者の操作を介さずにＴ１の時点からの動作を実施し、ドア２２に車両負荷１８として設けられたパワーウインドウを強制的に開けるようにしてもよい。あるいは、搭乗者が操作部であるウインドウ開閉指示部を操作することで、パワーウインドウを開けるようにしてもよい。一般的にドア２２に車両負荷１８としてパワーウインドウのためのモータが用いられる場合、駆動時には大電流を必要として、連続動作時には定電流が供給されることで動作維持できる。このため、放電回路１１は、放電し始めた当初は大きな電力を車両負荷１８へ供給し、その後放電し始めた時より小さな電力を継続的に供給できる。よって本開示の電源装置６は、確実に車両負荷１８であるパワーウインドウを駆動させることができる。
本開示の電源装置６は、メインバッテリー（車両用バッテリー１５）を喪失した非常時に電源装置６から外部へ電力供給ができる。電源装置６から外部へ電力供給が必要となった時には、先ず、内部抵抗が低く短時間に大電流を放電することが可能な第２蓄電素子８が充電され、外部へ電力が放電される。さらに、第２蓄電素子８から電力が放電された後には、長い期間にわたって放電することが可能な第２蓄電素子８が放電を始める。これにより、電源装置６は必要な期間にわたって必要な電力を供給することができる。よって本開示の電源装置６は様々な負荷を駆動することができる。
上述した実施の形態の電源装置６では、開閉部９、充電回路１０および放電回路１１を制御する制御部１２が電源装置６の内部に独立した要素として設けられている。しかしながら、制御部１２は１つの回路ブロックとして構成される必要はなく、制御部１２としての機能を電源装置６が有すればよく、制御部１２の機能を他の要素に分散して設けられてもよい。
また、車両１３Ａ全体を制御する車両制御部（図示せず）の一部として制御部１２が設けられてもよい。この場合、ブロック図における制御部１２および制御端子１９は上記の車両制御部と電源装置６との間での信号の受け渡しを行う送受信回路としての機能を果たせばよい。
（まとめ）
本開示の電源装置６は、第１蓄電素子７と、第１蓄電素子７に並列に接続され、第１蓄電素子７よりも内部抵抗が小さく、第１蓄電素子７より蓄電容量が小さい、第２蓄電素子８と、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８との間に接続され、遮断状態と接続状態とが切り替わる開閉部９と、第１蓄電素子７の入力経路に接続され、降圧動作を行う充電回路１０と、第２蓄電素子８の出力経路に接続され、昇圧動作を行う放電回路１１と、開閉部９と充電回路１０と放電回路１１との動作を制御する制御部１２と、を有する。そして、開閉部９が遮断状態の時、第１蓄電素子７と第２蓄電素子８との接続が遮断され、充電回路１０は降圧動作をして第１蓄電素子７を充電し、放電回路１１は動作が停止している。そして、開閉部９が遮断状態から接続状態へと切り替わってから所定の時間までの間、放電回路１１は動作が停止する。更に、開閉部９が遮断状態から接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後に放電回路１１は昇圧動作を開始し、放電回路１１は第２蓄電素子８および第１蓄電素子７に蓄電されている電力を放電する。
更に、本開示の電源装置６は、開閉部９が遮断状態から接続状態へと切り替わってから所定の時間までの間、第２蓄電素子８は第１蓄電素子７から充電されるとより好ましい。
また、本開示の電源装置６は、開閉部９が接続状態の時、充電回路１０は動作が停止しているとより好ましい。
また、本開示の電源装置６は、放電回路１１と第２蓄電素子８との間の導体抵抗は、放電回路１１と第１蓄電素子７との間の導体抵抗より小さいとより好ましい。
本開示の上述した電源装置６を搭載した車両１３Ａは、車体１３と、車体１３に配置された車両用バッテリー１５と、車体１３に配置されたドア２２と、ドアに配置されたドアノブ２3（操作体）と、電源装置６と、車両用バッテリー１５と充電回路１０の入力端子１４との間に接続されたエンジンスイッチ１６と、車両用バッテリー１５と放電回路１１の出力端子１７とを接続する電力経路２０と、車体１３に配置され、出力端子１７に接続された車両負荷１８と、を有する。そして、ドアノブ２３が操作されると、制御部１２は、開閉部９を遮断状態から前記接続状態へと切り替える。開閉部９が遮断状態から接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後に放電回路１１は昇圧動作を開始し、放電回路１１は第２蓄電素子８および第１蓄電素子７に蓄電されている電力を車両負荷１８へ供給する。
なお、本開示の車両１３Ａは、制御部１２または充電回路１０は、車体１３の正常状態もしくは異常状態を判定することができることが好ましい。そして、車体１３が異常状態であると判定され、かつ、ドアノブ２３が操作される時、制御部１２は開閉部９を接続状態とし、放電回路１１は昇圧動作を行うことにより第２蓄電素子８および第１蓄電素子７に蓄電された電力を放電し、車両負荷１８は放電回路１１から電力が供給される。
本開示の電源装置は、必要な期間にわたって必要な電力を供給することができ、様々な負荷を駆動させることができる。よって、車両用の各種電子機器において有用である。
１，６ 電源装置
３，１０ 充電回路
４，１１ 放電回路
５ 制御回路
７ 第１蓄電素子
８ 第２蓄電素子
９ 開閉部
１２ 制御部
１３ 車体
１３Ａ 車両
１４ 入力端子
１５ 車両用バッテリー
１６ エンジンスイッチ
１７ 出力端子
１８ 車両負荷
１９ 制御端子
２０ 電力経路
２１ 逆流防止ダイオード
２２ ドア
２３ ドアノブ
Ｓ１ 動作指示信号

Claims (9)

  1. 第１蓄電素子と、
    前記第１蓄電素子に並列に接続され、前記第１蓄電素子よりも内部抵抗が小さく、前記第１蓄電素子より蓄電容量が小さい、第２蓄電素子と、
    前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子との間に接続され、遮断状態と接続状態とが切り替わる開閉部と、
    前記第１蓄電素子の入力経路に接続され、降圧動作を行う充電回路と、
    前記第２蓄電素子の出力経路に接続され、昇圧動作を行う放電回路と、
    前記開閉部と前記充電回路と前記放電回路との動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記開閉部が前記遮断状態の時、前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子との接続が遮断され、前記充電回路は降圧動作をして前記第１蓄電素子を充電し、前記放電回路は動作が停止しており、
    前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから所定の時間までの間、前記放電回路は動作が停止しており、
    前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後に前記放電回路は昇圧動作を開始し、前記放電回路は前記第２蓄電素子および前記第１蓄電素子に蓄電されている電力を放電する、
    電源装置。
  2. 前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから前記所定の時間までの間、前記第２蓄電素子は前記第１蓄電素子から充電される、
    請求項１記載の電源装置。
  3. 前記開閉部が前記接続状態の時、前記充電回路は動作が停止している、
    請求項１または２記載の電源装置。
  4. 前記放電回路と前記第２蓄電素子との間の導体抵抗は、前記放電回路と前記第１蓄電素子との間の導体抵抗より小さい、
    請求項１〜３いずれか一項に記載の電源装置。
  5. 車体と、
    前記車体に配置された車両用バッテリーと、
    前記車体に配置されたドアと、
    前記ドアに配置された操作体と、
    第１蓄電素子と、前記第１蓄電素子に並列に接続され、前記第１蓄電素子よりも内部抵抗が小さく、前記第１蓄電素子より蓄電容量が小さい、第２蓄電素子と、前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子との間に接続され、遮断状態と接続状態とが切り替わる開閉部と、前記第１蓄電素子の入力経路に接続され、降圧動作を行う充電回路と、前記第２蓄電素子の出力経路に接続され、昇圧動作を行う放電回路と、前記開閉部と前記充電回路と前記放電回路との動作を制御する制御部と、を有し、前記車体に配置された電源装置と、
    前記車両用バッテリーと前記充電回路の入力端との間に接続されたエンジンスイッチと、
    前記車両用バッテリーと前記放電回路の出力端子とを接続する電力経路と、
    前記車体に配置され、前記出力端子に接続された車両負荷と、
    を備え、
    前記操作体が操作されると、前記制御部は、前記開閉部を前記遮断状態から前記接続状態へと切り替え、
    前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから所定の時間が経過した後に前記放電回路は昇圧動作を開始し、前記放電回路は前記第２蓄電素子および前記第１蓄電素子に蓄電されている電力を前記車両負荷へ供給する、
    車両。
  6. 前記制御部または前記充電回路は、前記車体の正常状態もしくは異常状態を判定することができ、
    前記車体が前記異常状態であると判定され、かつ、前記操作体が操作される時、前記制御部は前記開閉部を前記接続状態とし、前記放電回路は昇圧動作を行うことにより前記第２蓄電素子および前記第１蓄電素子に蓄電された電力を放電し、
    前記車両負荷は前記放電回路から電力が供給される、
    請求項５記載の車両。
  7. 前記開閉部が前記遮断状態から前記接続状態へと切り替わってから前記所定の時間までの間、前記第２蓄電素子は前記第１蓄電素子から充電される、
    請求項５または６記載の車両。
  8. 前記開閉部が前記接続状態の時、前記充電回路は動作が停止している、
    請求項５〜７いずれか一項に記載の車両。
  9. 前記放電回路と前記第２蓄電素子との間の導体抵抗は、前記放電回路と前記第１蓄電素子との間の導体抵抗より小さい、
    請求項５〜８いずれか一項に記載の車両。
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