JP7016061B2 - 車載電源装置およびその車載電源装置が搭載される車両 - Google Patents

Description

本開示は、車載電源装置およびその車載電源装置車両に関する。

以下、従来の車載電源装置について図面を用いて説明する。図９は従来の車載電源装置の構成を示す回路ブロック図であり、車載電源装置１の出力部３０は負荷２に接続されている。車載電源装置１は、蓄電素子３と補助蓄電素子４と切換部５とを有している。蓄電素子３は切換部５を介して出力部３０に接続されており、補助蓄電素子４は切換部５の出力に接続されている。つまり、補助蓄電素子４は出力部３０に接続されている。蓄電素子３の電圧が正常なとき、切換部５は、蓄電素子３から負荷２へ電力を供給させる。同時に、切換部５は、蓄電素子３が補助蓄電素子４を充電するように動作する。

一方、蓄電素子３の電圧が低下したとき、切換部５は、補助蓄電素子４の電力を放電させるとともに、補助蓄電素子４の電圧を蓄電素子３の電圧に重畳させる。蓄電素子３と補助蓄電素子４との両方から負荷２へ電力が供給される。この構成により、蓄電素子３の電圧が低下したときでも車載電源装置１は負荷２へ安定した電圧で電力を供給することができる。

なお、この出願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

本開示の一態様の車載電源装置は、蓄電部と、前記蓄電部の充電経路に設けられ、前記蓄電部へ電力を充電する充電回路と、前記蓄電部の出力経路に設けられ、前記蓄電部の電力を放電する放電回路と、前記充電回路に接続された入力部と、前記放電回路に接続された出力部と、前記入力部の入力電圧と、前記出力部の出力電流と、前記出力部の出力電圧と、を検出し、前記充電回路および前記放電回路を制御する、制御部と、を備え、前記制御部が、非常動作条件が満たされていると判断したとき、前記制御部は、前記充電回路から前記蓄電部への充電を停止させた後、前記放電回路の出力の目標電圧値である出力指示電圧を第１電圧値に設定し、更に、前記制御部は前記放電回路が前記蓄電部に充電されている電力を放電するように制御し、前記放電回路から出力される電力が電力閾値より高くなると、前記制御部は前記出力指示電圧を前記第１電圧値から第２電圧値へと低下させる。

また、本開示の車両は、上述した一態様の車載電源装置と、前記車載電源装置が搭載される車体と、前記車体に搭載され、前記車載電源装置に電力を供給する車両バッテリーと、を備える。

本開示の実施の形態１における車載電源装置の構成を示す回路ブロック図 本開示の実施の形態１における車載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１における車載電源装置の動作を説明するフローチャート 本開示の実施の形態２における車載電源装置の動作を説明するフローチャート 本開示の実施の形態における車載電源装置の動作を説明するフローチャート 本開示の実施の形態における車載電源装置の動作を説明するフローチャート 本開示の実施の形態１における車載電源装置の動作を説明するタイミングチャート 本開示の実施の形態２における車載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２における車載電源装置の動作を説明するタイミングチャート 本開示の実施の形態３における車載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４における車載電源装置を搭載した車両の構成を示すブロック図 従来の車載電源装置の構成を示す回路ブロック図

図９を参照しながら説明した車載電源装置１では、蓄電素子３の電圧が低下したときに、その低下分を補うための補助蓄電素子４を構成する必要がある。そのため、車載電源装置１を構成する素子数が増加してしまう。その結果、車載電源装置１が大型化してしまう。

以下で説明する本開示の車載電源装置６は、安定して動作し、かつ、小型化を実現できる。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１について図面を用いて説明する。

図１は本開示の実施の形態１における車載電源装置６の構成を示す回路ブロック図である。車載電源装置６は、蓄電部７と充電回路８と放電回路９と入力部１０と出力部１１と制御部１２とを含む。

充電回路８は蓄電部７の充電経路に設けられており、蓄電部７へ電力を充電することができる。放電回路９は、蓄電部７の出力経路に設けられており、蓄電部７の電力を放電する。入力部１０は充電回路８に接続され、出力部１１は放電回路９に接続されている。制御部１２は、入力部１０における入力電圧、出力部１１おける出力電流、出力部１１における出力電圧と、を検出し、充電回路８および放電回路９の動作を制御する。

図１では、電力供給経路を太いラインで示し、信号伝送経路を細いラインで示している。例えば、入力部１０と充電回路８とを接続する電力供給経路は太いラインで示され、入力部１０と制御部１２とを接続する信号伝送経路は細いラインで示されている。しかしながら、電力供給経路や信号伝送経路で伝送する電力の大小はあくまで目安であり、太いラインおよび細いラインの何れも電気的に接続されているという点で同様である。

制御部１２は、入力部１０における入力電圧が入力下限電圧以上であることを検出すると、制御部１２は通常動作条件が満たされていると判断する。さらに制御部１２は、出力部１１が所定蓄電電圧になるまで充電回路８から蓄電部７に連続的にあるいは間欠的に充電するように充電回路８を制御する。以下、入力電圧が入力下限電圧以上である状態を『通常モード』と表す。

一方、制御部１２は、入力電圧が入力下限電圧よりも低いことを検出すると、制御部１２は非常動作条件が満たされていると判断する。さらに制御部１２は、充電回路８から蓄電部７への充電を停止させた後に、蓄電部７から放電回路９に放電するよう制御する。この時、制御部１２は、放電回路９の出力の目標電圧値である出力指示電圧を放電回路９へ指示し、蓄電部７から放電回路９へ電力の放電が開始する。この時の出力指示電圧は『第１電圧値』である。以下、入力電圧が入力下限電圧よりも低い状態を『非常電源モード』表す。その後、非常電源モードにおいて、出力電流と出力電圧とによる出力電力が電力閾値以上となると、制御部１２は、放電回路９に対して出力指示電圧を第１電圧値から第２電圧値へと低下させるよう指示する。電圧の変化の詳細については、図４などを参照しながら後述する。

以上の説明の通り、車載電源装置６は非常電源モードにおいて、大きな出力電力が必要となったときに、出力指示電圧を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる。この構成により、出力電力が供給限界に接近することに伴って生じる一時的な電圧の脈動、言い換えると出力部１１に接続された負荷１３からの影響によって生じる一時的な電圧の脈動が抑制される。よって、大きな出力電圧の変動が緩和される。車載電源装置６は補助的な蓄電素子（例えば図９に示す蓄電素子３）を増設することなく安定した電圧を出力することができる。この結果、車載電源装置６は安定的に動作することができ、同時に小型化が可能となる。

次に、車載電源装置６の構成および動作の詳細について図面を用いて説明する。図２は本開示の実施の形態１における車載電源装置６を搭載した車両１４の構成を示すブロック図である。図３Ａは、本開示の実施の形態１における車載電源装置６の動作を説明するフローチャート、図４は、本開示の実施の形態１における車載電源装置６の動作を説明するタイミングチャートである。

図２に示すように車載電源装置６は車両１４を構成する車体１５に配置されていている。入力部１０は、スイッチ１６を介して車両バッテリー１７に接続されている。また出力部１１は負荷１３に接続されている。さらに車両バッテリー１７は送電路１８を介して負荷１３に接続されている。なお、車載電源装置６については図１を用いて既に説明しているので、ここでは説明を省略する。

搭乗者が車両１４へ乗り車両１４を起動させるための起動スイッチ（図示せず）をオンあるいはオフさせることに連動して、スイッチ１６はオンあるいはオフされる。そしてスイッチ１６が搭乗者によってオフからオンへと切り換えられると車両１４が起動するとともに、スイッチ１６が接続状態となる。そして、車載電源装置６の制御部１２も起動する。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＡに相当する。

つぎに、制御部１２は、入力部１０に接続されており、入力部１０の入力電圧を常時において検出する。なお、制御部１２を充電回路８と接続させ、充電回路８の入力電圧を検出することで、入力部１０の入力電圧を検出してもよい。制御部１２が入力部１０の入力電圧を検出するということは、制御部１２が車両バッテリー１７の電圧を検出することになる。また、制御部１２は車両バッテリー１７の電圧を検出すると、制御部１２は充電回路８を起動さる。そして、充電回路８は蓄電部７を連続的、または間欠的に所定の蓄電電圧へと充電させる。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＢおよびステップＣに相当する。

なお、本実施の形態では、充電回路８と入力部１０とは個別の要素として説明しているが、充電回路８が入力部１０を含んでいてもよい。

なお、本実施の形態では、制御部１２が車両バッテリー１７の電圧を検出してから、充電回路８が蓄電部７を充電しているが、これらの動作の順序は、逆であってもよい。

また、仮に車両バッテリー１７が車両１４の起動時に異常状態である場合には、車両１４は正常に起動しない。このため、車両１４が正常に起動しない場合には、車載電源装置６も起動しない。以下で説明する車載電源装置６の動作は、車両１４が起動する時点で車両バッテリー１７が正常な状態であるときに行われる動作である。さらに、以下で説明する車載電源装置６の動作は、車両１４が正常に起動した後、車両１４が正常に走行あるいは走行可能な状態であるときに行われる。

つぎに、ステップＤについて説明する。制御部１２はステップＢで検出した入力電圧を用い、入力下限電圧と入力電圧とを比較する。入力下限電圧には車両１４が正常に動作しているときには起こり得ない値が設定されている。例えば車両１４が衝突事故などを起こして、車両バッテリー１７を失陥した状態を想定して、入力下限電圧が設定されるとよい。言い換えると、入力下限電圧は、車両１４の全体の制御を担う制御ユニット１９や負荷１３が動作できない０Ｖから数Ｖのような低い値に近い値に設定することができる。

入力電圧が入力下限電圧よりも大きい値であると、車両１４や車両バッテリー１７は事故などに遭遇していない正常な状態であると制御部１２は判定し、ステップＢに戻る。制御部１２は入力電圧の検出と、入力電圧と入力下限電圧との比較判定を車両１４が起動している間は常時において実施する。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＤの『Ｎｏ』に相当する。

なお、制御部１２が車両１４や車両バッテリー１７が正常であると判定しているとき、基本的に放電回路９は負荷１３動作していない。放電回路９は制御部１２に接続されていて、制御部１２は放電回路９の動作を制御する。制御部１２が車両１４や車両バッテリー１７が正常であると判定しているとき、放電回路９は一時的に蓄電部７の蓄電量を調節するために動作する場合があるものの、そのときに放電回路９は蓄電部７の蓄電可能な容量に比較して微弱電力を出力するだけであり、この微弱電力が負荷１３の動作に影響を与えることはない。また、制御部１２が車両１４や車両バッテリー１７が正常であると判定しているとき、制御ユニット１９や負荷１３へは車両バッテリー１７から送電路１８を通じて電力が供給されている。本実施の形態では負荷１３へは車両バッテリー１７から常時において電力供給が可能な接続となっているが、実際には負荷１３は複数の様々な負荷から構成されている。したがって、車両バッテリー１７と負荷１３との間へスイッチ１６に連動する負荷スイッチ（図示せず）が設けられていてもよい。

ここまで説明した図３ＡにおけるステップＢ、ステップＣ、ステップＤの繰り返しは通常モードであり、先にも述べたように、車両１４や車両バッテリー１７が正常であるときの動作である。

つぎに、ステップＤからステップＥに進む場合の動作について説明する。ステップＥに動作が進む場合を本実施の形態では、『非常電源モード』と表す。

制御部１２はステップＢで検出した入力電圧を用い、入力下限電圧と入力電圧とを比較する。入力電圧が入力下限電圧以下の値であると、制御部１２は、車両１４や車両バッテリー１７は事故などに遭遇して異常な状態（『非常電源モード』）であると判定する。図３ＡのフローチャートにおけるステップＤの『Ｙｅｓ』に相当する。

スイッチ１６が接続状態であるにもかかわらず（車両１４が起動状態であるにもかかわらず）、入力電圧が入力下限電圧以下の値であると制御部１２が判定すると、制御部１２は非常電源モードとして以下の制御を行う。

まず、ステップＤで、制御部１２は、入力電圧が入力下限電圧以下の値であると判定すると、充電回路８から蓄電部７への充電を停止させる。そのご制御部１２は、放電回路９を放電可能状態にし、放電回路９が負荷１３を駆動させるために放電動作をするように制御する。入力電圧が入力下限電圧以下の値であると制御部１２が判定すると、放電回路９の放電動作は直ちに行われる。

なお、放電回路９の放電動作は、本実施の形態では、入力電圧が入力下限電圧以下の値であると判定すると開始するが、図３ＢのステップＤに示すように制御部１２が放電回路９を動作させるための信号を外部から受信したことに応じて行われてもよい。図３Ｂでは外部からの受信信号の一例として、衝突信号が用いられている。

ここで、放電回路９が負荷１３を駆動させるために出力する電圧の目標電圧値を『出力指示電圧』と表すものとする。制御部１２は出力指示電圧を第１電圧値に設定する。そして放電回路９は、出力指示電圧が第１電圧値となるように蓄電部７に蓄えられた電力を放電する。非常電源モードでは、図１や図２には図示していないが、制御部１２が動作するための電力は、蓄電部７もしくは放電回路９から供給されている。

また、制御部１２や制御ユニット１９の機能を維持するために、入力電圧が入力下限電圧以下の値であると制御部１２が判定すると、放電回路９は直ちに負荷１３へ供給する電力と比較して小さい電力での所定電圧を制御部１２や制御ユニット１９に供給する。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＥに相当する。

つぎに、制御部１２は放電回路９の出力電圧と出力電流を検出する。なお、放電回路９の出力の代わりに、出力部１１における出力電圧と出力電流とを検出してもよい。言い換えると、制御部１２は負荷１３へ供給する電力（以下、『出力電力』と表す）を検出する。ここで、負荷１３へ供給する電力は、放電回路９の出力電圧と出力電流との積（または、出力部１１における出力電圧と出力電流の積）によって制御部１２で求められてもよい。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＦに相当する。ここで、放電回路９と出力部１１とは別の構成要素として説明しているが、放電回路９が出力部１１を含んでいてもよい。

つぎに、ステップＦで検出した出力電圧と出力電流を用い、制御部１２は電力閾値と出力電力とを比較する。電力閾値は、蓄電部７の最大蓄電容量と、放電回路９から負荷１３へ電力を供給するにあたって費やす放電時間と、などに基づいて決定される。なお、電力閾値の決定方法はこれに限定されるものではない。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＦに相当する。ステップＧにおいて、出力電力が電力閾値以下のとき、制御部１２によって放電回路９は、継続して出力指示電圧を第１電圧値として動作するよう指示される（ステップＧの『Ｎｏ』）。

この一方で、出力電力が電力閾値よりも大きくなったときは、制御部１２が放電回路９に対して出力指示電圧を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる。これは、図３ＡのフローチャートにおけるＧおよびステップＨに相当する。

ここで図４を用いて、制御部１２が、放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ１を第１電圧値に維持するよう指示する場合と、出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から出力電圧Ｖ２に変化させる場合とを比較する。

図４には、制御部１２が、放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ１を第１電圧値に維持した場合の出力電圧Ｖ２の変化を示す。また、制御部１２が、放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させるよう指示する場合の出力電圧Ｖ４の変化を示している。更に、出力部１１からの出力電力Ｗ１の変化も示している。

ここで、負荷１３が電動機である例で説明する。図４のＷ１に示すように、負荷１３（電動機）を起動させるためにｔ０のタイミングで負荷１３へ放電回路９が電力を供給し始める。ｔ０からｔ２のタイミングまで、負荷１３の動作は定常状態にはなっていない。つまり、ｔ０からｔ２までの間、つまり、電動機に電力が供給されてから定速での回転を始めるまでの間、一時的に負荷１３へは大きな電流が流れる。そしてこのとき、蓄電部７と放電回路９とによって負荷１３へ供給可能な電力には限界が存在する。

そのため、図４に示す通り、放電回路９に対する出力指示電圧Ｖ１が第１電圧値で維持される制御の場合、瞬間的に負荷１３へ大きな電力を供給するために大きな電流が流れるときには、放電回路９の出力電流の値が大きくなり過ぎても放電回路９は放電電力を維持する状態で動作を続ける。よって放電電力を維持するがために、一時的に放電回路９の出力電圧Ｖ２が大幅に低下してしまう場合がある。つまり、放電回路９から出力されて出力部１１で検出される出力電圧Ｖ２と、制御部１２が放電回路９に対して指示する出力指示電圧Ｖ１とは異なった値となり、出力電圧Ｖ２が出力指示電圧Ｖ１よりも低くなる。

放電回路９の出力電圧Ｖ２が低下しても、これは一時的な現象である。出力電力Ｗ１が一時的に増加しても、いずれ減少し、出力電力Ｗ１の減少に合わせて出力電圧Ｖ２は第１電圧値に一致するように戻る。

しかしながら、車載電源装置６が起動する非常電源モードでは、放電回路９は制御ユニット１９や制御部１２へ安定した電圧を供給する必要となる場合もある。よって、非常電源モードにおける放電回路９の出力電圧は制御ユニット駆動限界電圧ＶＬｏ（以下、限界電圧ＶＬｏと表す）よりも、常時において高い電圧を維持する必要がある。このような制約が存在するにも関わらず、制御部１２が放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ１を第１電圧値で維持するよう制御する場合、放電電力を維持するがために、一時的に放電回路９の出力電圧Ｖ２が大幅に低下してしまい、出力電圧Ｖ２は限界電圧ＶＬｏより低い値へ低下してしまう可能性がある。

ここで、出力電力が電力閾値Ｗｔよりも大きくなったタイミングであるｔ１で、制御部１２が放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させるよう制御する場合について説明する。この時も、負荷１３へ大きな電力を供給するために出力部１１からは大きな電流が流れる。そして、放電回路９の出力電流の値が大きくなり過ぎても放電回路９は放電電力を維持する状態で動作を続ける。よって、ここでも放電電力を維持するがために、一時的に放電回路９の出力電圧Ｖ４が低下してしまうおそれが生じる。しかしながら、出力指示電圧Ｖ３が第２電圧値へと低下させられているので、放電回路９における出力電流の許容量が大きくなる。このため、瞬間的に負荷１３へ大きな電流が流れても、これに伴う放電回路９の出力電圧Ｖ４の低下量は大幅に抑制される。これにより、放電回路９の出力電圧Ｖ４は限界電圧ＶＬｏよりも高い電圧を維持することが容易となる。この結果として、車載電源装置６が起動する非常電源モードにおいても、放電回路９は制御ユニット１９および制御部１２に安定した電圧を供給することができる。当然ながらここで、第２電圧値は限界電圧ＶＬｏよりも高い電圧値である。

図４のタイミングチャートにおいて、放電回路９の出力指示電圧Ｖ１が第１電圧値で維持される制御で一時的に放電回路９の出力電圧が大幅に低下してしまう領域を出力電圧Ｖ２に網掛けで示している。放電回路９の出力指示電圧Ｖ３が第１電圧値から第２電圧値へと低下させられる制御で一時的に放電回路９の出力電圧Ｖ４が大幅に低下してしまう領域を出力電圧Ｖ４に網掛けで示している。これらの網掛けの面積は概ね放電回路９における出力電力Ｗ１の電力の不足分に相当することになる。したがって、負荷１３に応じて変化することとなる出力電圧Ｖ２に示す網掛け領域の面積と、出力指示電圧Ｖ３の水準を変化させることで設定される出力電圧Ｖ４に示す網掛け領域の面積とを概ね一致させる。言い換えると、不足電圧を積分した値と、出力指示電圧の水準を低下させた値を積分した値とを概ね一致させるとよい。これにより、瞬間的に負荷１３へ大きな電流が流れても、これに伴う放電回路９の出力電圧Ｖ４の低下は大幅に抑制することができる。あるいは、瞬間的に負荷１３へ大きな電流が流れても、放電回路９の出力電圧Ｖ４が第２電圧値以下へ低下することを防止することができる。図４のタイミングチャートでは、第２電圧値は一定値として図示されているが、負荷１３からの影響を受ける場合もあるため、脈動する場合もある。

以上のように、制御部１２が図３ＡのフローチャートにおけるステップＧおよびステップＨにおいて図４のタイミングチャートに準じた制御を行うことにより、車載電源装置６は安定して動作することができる。つまり、蓄電部７に補助的な蓄電素子（例えば図９の補助蓄電素子４）が設けられることなく、蓄電部７と放電回路９とによって安定した出力電圧Ｖ４が出力される。したがって、車載電源装置６は小型化が可能となる。

以上の説明では、制御部１２が出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させるための、制御部１２からの放電回路９への指示に関する動作の側面から説明している。これに対して、放電回路９の動作の側面から説明しても、動作の順序は同様である。

例えば、上述した通り、非常電源モードにおいて出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔよりも大きくなったとき、「制御部１２が出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる」と説明したが、これらの制御および動作ではなくてもよい。例えば、「制御部１２からの制御によって、放電回路９の出力電圧Ｖ４が第１電圧から第２電圧に低下する」と説明してもよい。ここで述べた制御および動作に関する説明の置き換えについては、同様の動作および同様の制御において適用できる。

また、「制御部１２は出力指示電圧を第１電圧値とする」と説明したが、「制御部１２は放電回路９に対して第１電圧値を出力するように制御する」に置き換えても構わない。さらに他の例として、「制御部１２は出力指示電圧Ｖ３を第２電圧値とする」と説明したが、「制御部１２は放電回路９に第２電圧値を出力させる」に置き換えても構わない。

また図４には、便宜上、非常電源モードにおいて出力指示電圧Ｖ３が第２電圧値に低下したときに、出力電圧Ｖ４は出力指示電圧に相似した波形として示している。しかしながら、出力電圧Ｖ４はｔ１からｔ３までの期間において小さな変動が生じていてもよい。出力電圧Ｖ４はｔ１からｔ３の期間において限界電圧ＶＬｏよりも高い電圧を維持する。

ここでさらに、図３Ａのフローチャートに示すステップＩおよびステップＪの動作が行われてもよい。先にも例に挙げたように負荷１３が電動機であったとすると、出力電力Ｗ１の変動の軌跡は概ね負荷１３である電動機のトルク変動の軌跡に相当する。そして、出力電力Ｗ１の軌跡は時間の経過とともに極大値を過ぎて低下を始め、ｔ２のタイミングでは電力閾値Ｗｔよりも低くなる。後で述べるように、ｔ２のタイミングよりも後のｔ３のタイミングでは、負荷１３は定常動作状態に近くなることでトルクはさらに低下し、ｔ３のタイミングにおいても出力電力Ｗ１は電力閾値Ｗｔよりも低くなる。

出力電力Ｗ１の低下は、負荷１３である電動機の動作（主に回転）が定常状態になったこと、または定常状態に近づいたことによるものであり、負荷１３の動作が定常状態となった後では、大きな出力電力は要求されない。したがって、負荷１３が定常状態となったと見なすことが可能なタイミングで、放電回路９への出力指示電圧Ｖ３は第２電圧値から第１電圧値へと戻されるとよい。これにより、放電回路９からの出力電圧Ｖ４は、限界電圧ＶＬｏに対して余裕をもって常に高くなる。よって、放電回路９は制御ユニット１９および制御部１２に安定して駆動電圧を供給することができる。

放電回路９への出力指示電圧Ｖ３が第２電圧値から第１電圧値へと戻されるタイミングは、先に用いた電力閾値Ｗｔよりも出力電力Ｗ１が再び小さくなったタイミングのｔ２であってもよい。放電回路９への出力指示電圧Ｖ３が第２電圧値から第１電圧値へと戻されるタイミングは、ｔ２のタイミングから所望の期間を経過したｔ３であってもよい。図４に示す例では、ｔ３のタイミングで放電回路９への出力指示電圧Ｖ３は第２電圧値から第１電圧値へと戻されている。以上は、図３ＡのフローチャートにおけるステップＩおよびステップＪの動作に相当する。

先にも述べたように、ここの説明では、制御部１２が出力指示電圧Ｖ３を第２電圧値から第１電圧値へと戻している。つまり、制御部１２による指示に関する側面から動作を説明している。これに対して、放電回路９の動作に関する側面から動作を説明してもよい。「制御部１２が出力指示電圧を第２電圧値から第１電圧値へと戻す」と説明している制御および動作は、「制御部１２からの制御によって放電回路９の出力電圧は第２電圧から第１電圧に戻る」との置き換えても構わない。

図４のタイミングチャートでは、負荷１３の定常状態での動作はｔ４のタイミングまで継続する。そしてｔ４のタイミングで、負荷１３である電動機の動作が動作範囲の限界に達する。言い換えると電動機が回転していた状態から回転限界に達することによって、再び負荷１３へは大きな電流が流れ、大きな電力が供給される。このタイミングであるｔ４およびｔ４以降では、車載電源装置６の主な動作は完了している。したがって、ｔ４のタイミング以後では、出力指示電圧Ｖ３を別の水準へと変化させる必要はない。

本実施の形態の車載電源装置６は、車両１４における異常状態の発生の有無に対して一層正確な判定が可能となる。この結果、車載電源装置６は必要なタイミングで非常電源モードとして動作することができる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について図３Ｂ、図５、図６を参照しながら説明する。

図５は、実施の形態２における車載電源装置６を搭載した車両１４の構成を示すブロック図である。なお、図２に示す車両１４の構成と、図５に示す車両１４の構成とで、同様の構成については、同一の符号を付し説明を省略する場合がある。

図３Ｂは、本実施の形態２における車載電源装置の動作を説明するフローチャートである。図３Ａに示すフローチャートと、図３Ｂに示すフローチャートで異なるステップはステップＤだけである。

図５に示すように、車載電源装置６には、制御部１２に接続された衝突信号受信部２０が設けられている。制御部１２は入力部１０の入力電圧を常時において検出する。なお、制御部１２は入力電圧を充電回路８から検出してもよい。そして制御部１２は、（１）入力電圧が入力下限電圧よりも低くなったと検出する、（２）衝突信号受信部２０を介しての衝突信号を受信検出する、（１）、（２）の少なくともいずれか一方を検出すると、ステップＤでは『ＹＥＳ』に進み、実施の形態１と同様に、車載電源装置６は非常電源モードとして動作する（ステップＥ～ステップＨ）。また、実施の形態１と同様に実施の形態２でもステップＩおよびステップＪが実施されても良い。

なお、本実施の形態においても、非常電源モードでは、図５には図示していないが、制御部１２が動作するための電力は、蓄電部７もしくは放電回路９から供給されている。

車載電源装置６の非常電源モードは、上述した実施の形態１と同様である。制御部１２は充電回路８による蓄電部７への充電を停止させたあと、放電回路９に対する出力指示電圧を第１電圧値とし（ステップＥ）、放電回路９に蓄電部７の電力の放電を始めさせる。そして、出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔよりも大きくなったとき、制御部１２が放電回路９への出力指示電圧を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる（ステップＨ）。

本実施の形態の車載電源装置６は実施の形態１と同様に、車両１４における異常状態の発生の有無に対して一層正確な判定が可能となる。この結果、車載電源装置６は必要なタイミングで非常電源モードとして動作することができる。

図５に示す通り、衝突信号受信部２０は車体１５に配置された衝突検出部２１に接続されているので、車両１４が事故に遭遇した場合に、衝突検出部２１から衝突信号受信部２０を介して制御部１２へ衝突信号が送信される。なお、衝突信号受信部２０と制御部１２とは説明の便宜上で個別の構成要素として示しているが、衝突信号受信部２０は制御部１２に含まれていても構わない。

本実施の形態では、車載電源装置６の通常モードについて特に説明は無いが、制御部１２が、入力電圧が入力下限電圧より高いことを検出し、かつ、制御部１２が、衝突信号受信部２０を介しての衝突信号の受信を検出していない場合、車載電源装置６は通常モードとして動作する。

なお、図４を用いて説明した実施の形態１と同様に、実施の形態２においても、非常電源モードで車載電源装置６を動作させるとき、制御部１２は、出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔより高くなったとき（ステップＧ）、放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる。

図６の車載電源装置の動作を示すタイミングチャートで示すように、放電回路９への出力指示電圧が第１電圧値から第２電圧値へと低下させるタイミングは、図３Ａおよび図３ＢのステップＧに示す通り、出力電力と電力閾値とを比較して判断している。しかしながら図３Ｃおよび図３ＤのステップＧに示すように出力電流Ｉ１と電流閾値Ｉｔとを比較して判断してもよい。いいかえると、後述する実施の形態３を含め、本開示の実施の形態全てにおいて、出力電力には出力電流が、電力閾値には電流閾値が用いられてもよい。

上述した図４と同様に、図６に示す負荷１３が電動機であったとして説明する。この場合、負荷１３を起動させるためにｔ０のタイミングで負荷１３へ放電回路９が電力を供給し始めたとする。ｔ０のタイミングから負荷１３へ電流が流れ始める。ｔ０からｔ２までの間、負荷１３の動作が定常状態となる前まで（電動機に電力が供給されてから定速での回転を始めるまで）は、一時的に負荷１３へは大きな電流（図６に出力電流Ｉ１として示す）が流れるが、出力電圧の低下はｔ０のタイミングでは始まらない。

言い換えると、出力電圧Ｖ４の低下は、蓄電部７と放電回路９とによって負荷１３へ供給可能な電力の限界に接近した時に始まる。つまり、出力電圧Ｖ４の低下は、出力電流Ｉ１が流れると直ちに始まるのではなく、出力電流Ｉ１が電流閾値Ｉｔ以上となったタイミングのｔ１のタイミングで始まる。したがって、制御部１２が放電回路９へ出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させるかどうかの判断は、出力電流Ｉ１と電流閾値Ｉｔとにもとづいて実施されることで、正確な判断が可能となる。

（実施の形態３）
次に、図７を参照しながら、制御部１２による出力指示電圧Ｖ３の別の制御方法について説明する。

実施の形態１または実施の形態２では、車載電源装置６の非常電源モードの動作については、出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔより大きくなったとき、または、出力電流Ｉ１が電流閾値Ｉｔより大きくなったとき（ステップＧの『Ｙｅｓ』）、制御部１２は放電回路９に対する出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させていた（ステップＨ）。

この一方、本実施の形態では、図７に示す通り、非常電源モードにおいて、出力電流Ｉ１が、電流閾値Ｉｔより大きくなったとき、制御部１２は放電回路９に出力指示電圧を第１電圧値から第２電圧値へと出力電流の値に応じて連続的または段階的に順次低下させる制御を実施している。

なお、ここでは、出力電流Ｉ１および電流閾値Ｉｔを用いて説明したが、ステップＧにおける判断において、出力電流Ｉ１および電流閾値Ｉｔの代わりに、図３Ａと同様に、出力電力Ｗ１および電力閾値Ｗｔを用いてもよい。

図７のタイミングチャートに示すように、制御部１２は放電回路９に対して、出力電流Ｉ１が最大になるタイミングのｔ１１で出力指示電圧が第２電圧値となるように漸減させる制御を行っている。これにより、実際に検出される出力電圧Ｖ４は、出力指示電圧Ｖ３に概ね同期して漸減するものの、検出される出力電圧が限界電圧ＶＬｏに近接する期間を短くすることができる。この結果、放電回路９からの出力電圧Ｖ４は、限界電圧ＶＬｏより高くなる。よって、放電回路９は制御ユニット１９や制御部１２に安定して駆動電圧を供給することができる。

（実施の形態４）
次に図８を参照しながら、本開示の実施の形態４における車載電源装置６を搭載した車両１４について説明する。

図８に示す車両１４と図３に示す車両１４との構成の違いは、図８に示す車載電源装置６が蓄電部７の残留蓄電量を検出する残留検出部２３をさらに備えている点である。その他の構成については同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。

残留検出部２３は蓄電部７の残留蓄電量を検出することができ、その検出結果が制御部１２に入力される。そして制御部１２では、残留検出部２３から入力された残留蓄電量にもとづいて、電力閾値Ｗｔの値が決定される。

この構成により、蓄電部７の残留蓄電量が低下すると、放電回路９から負荷１３へ供給可能な電力もまた低下する。しかしながら、放電回路９は蓄電部７の残留蓄電量に応じた電力が出力されるように制御部１２によって制御されているので、車載電源装置６は安定した電力供給が可能となる。

上述した実施の形態では、制御部１２は非常電源モードで車載電源装置６を動作させるにあたって、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ４とによる出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔより大きくとなったとき、制御部１２は放電回路９に対して出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる制御を行う。なお、出力電流Ｉ１が電流閾値Ｉｔより大きくなったとき、制御部１２は放電回路９に出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる制御を行ってもよい。

なお、上述した実施の形態では制御部１２が出力指示電圧Ｖ３を低下させるタイミングは、図４に示したｔ１などとして、電力閾値Ｗｔや電流閾値Ｉｔに関連して決定されている。

なお、制御部１２は出力指示電圧Ｖ３を低下させたうえで、出力電流Ｉ１に上限値を設けたうえで、車載電源装置６を非常電源モードで動作させてもよい。当然ながら、出力電流Ｉ１に設定された上限値は、負荷１３が電動機である場合には上記の出力指示電圧Ｖ３において、電動機が回転を始めることが可能な値、つまり負荷１３が動作可能な値よりも大きな値とする。

一例として、具体的な値を用いて説明する。制御部１２が車載電源装置６を非常電源モードで動作させるときに、車載電源装置６が蓄電部７の満充電時に２００Ｗの電力を２０Ａの電流と１０Ｖの電圧によって出力可能な能力を有すると仮定する。ここで、蓄電部７が満充電であるか否かにかかわらず、出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔ以上となったときには、車載電源装置６の出力電力が８０Ｗへと低下させられる。つまり、１０Ａの電流と８Ｖの電圧とによって出力するように充電回路８は制御部１２に制御されてもよい。出力電圧の８Ｖは、制御部１２による出力指示電圧であればよい。つまり、図４に示した出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔ以上となったｔ１のタイミングで、制御部１２は出力指示電圧Ｖ３を低下させ、さらに制御部１２は出力電流Ｉ１を上限値以下に抑制する。

これにより、制御部１２によって出力指示電圧Ｖ３が下げられているときには、蓄電部７から放電回路９へ供給される電力も、抑制されることになる。図１に示すように、蓄電部７の内部には内部抵抗Ｒが存在する。したがって蓄電部７から放電回路９へ供給される電力が低下することに伴って蓄電部７に流れる電流も低下し、必然的に内部抵抗Ｒによって生じる電圧降下も低下する。この結果として、車載電源装置６からの出力電力Ｗ１を低下させたときには、蓄電部７での内部損失も小さくなる。このため、図４に示すｔ１のタイミングからｔ３のタイミングにかけて、蓄電部７の電圧は変動し易い状況におかれるものの、内部損失が抑制されるので、蓄電部７から放電回路９へ供給される電圧および電流は安定する。

当然ながら、制御部１２によって出力指示電圧Ｖ３が下げられているときに、放電回路９からの出力電圧Ｖ４は出力指示電圧Ｖ３に忠実に追従しやすくなる。そして、放電回路９の出力電圧Ｖ４は限界電圧ＶＬｏよりも高い電圧を維持することが容易となる。

上記では、蓄電部７が満充電であるか否かにかかわらず、出力電力Ｗ１が電力閾値Ｗｔ以上となったとき、または、出力電流Ｉ１が電流閾値Ｉｔ以上となったときには、車載電源装置６が出力電力Ｗ１または出力電流Ｉ１を上限値以下に抑制している。この一方で、特に蓄電部７の残留蓄電量が低下した場合に、制御部１２は蓄電部７の残留蓄電量に応じて出力電力Ｗ１を設定し、残留蓄電量に応じて設定された電力を出力するように放電回路９が制御部１２に制御されてもよい。これにより、車載電源装置６は非常電源モードにおいて変動が少なく安定した電力供給が可能となる。

ここでも非常電源モードでは、図８には図示していないが、制御部１２が動作するための電力は、蓄電部７または放電回路９から供給されている。

なお、上述した実施の形態における負荷１３としては、起動時に一時的に大きな電流が必要となるモータなどが挙げられる。例えばドアロック解除のために動作するモータや、ドアラッチを解除するために動作するモータなどである。

以上の実施の形態に関する説明では便宜上、制御部１２は独立した要素として図示しているが、制御部１２が有する機能は、蓄電部７、放電回路９、充電回路８、入力部１０、出力部１１などに分散されて配置されても構わない。

（まとめ）
本開示の車載電源装置６は、蓄電部７と、蓄電部７の充電経路に設けられ、蓄電部７へ電力を充電する充電回路８と、蓄電部７の出力経路に設けられ、蓄電部７の電力を放電する放電回路９と、充電回路８に接続された入力部１０と、放電回路９に接続された出力部１１と、入力部１０の入力電圧と、出力部１１の出力電流と、出力部１１の出力電圧と、を検出し、充電回路８および放電回路９を制御する、制御部１２と、を備え、制御部１２が、非常動作条件が満たされていると判断したとき、制御部１２は、充電回路８から蓄電部７への充電を停止させた後、放電回路９の出力の目標電圧値である出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値に設定し、更に、制御部１２は放電回路９が蓄電部７に充電されている電力を放電するように制御し、放電回路９から出力される電力が電力閾値Ｗｔより高くなると、制御部は出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させる。

上述した本開示の車載電源装置６は、入力電圧が入力下限電圧より低くなったことを制御部１２が検出することによって非常動作条件は満たされても良い。

上述した本開示の本開示の車載電源装置６は、制御部１２に接続され、衝突信号を受信する衝突信号受信部２０をさらに備え、衝突信号受信部２０が衝突信号を受信することによって非常動作条件が満たされてもよい。

上述した本開示の車載電源装置６は、更に、放電回路９から出力される電力が電力閾値Ｗｔより高くなったのち、電力閾値Ｗｔよりも再び低くなると、出力指示電圧Ｖ３を第２電圧値から第１電圧値へと上昇させてもよい。

上述した本開示の車載電源装置６は、図６を参照しながら説明した通り、放電回路９から出力される電力と電力閾値Ｗｔとの比較を、電流値を用いて行ってもよい。

上述した本開示の車載電源装置６は、図７を参照しながら説明した通り、制御部１２が出力指示電圧Ｖ３を第１電圧値から第２電圧値へと低下させるとき、第１電圧値から第２電圧値へ連続的または段階的に低下させてもよい。

上述した本開示の車載電源装置６は、図８を参照しながら説明した通り、蓄電部７の残留蓄電量を検出する残留検出部２３をさらに備え、残留検出部２３によって検出された蓄電部７の残留蓄電量にもとづいて、電力閾値Ｗｔが決定されてもよい。

また、本開示の車載電源装置６は、蓄電部７と、蓄電部７の充電経路に設けられ、蓄電部７へ電力を充電する充電回路８と、蓄電部７の出力経路に設けられ、蓄電部７の電力を放電する放電回路９と、充電回路８に接続された入力部１０と、放電回路９に接続された出力部１１と、入力部１０の入力電圧と、出力部１１の出力電流と、出力部１１の出力電圧と、を検出し、充電回路８および放電回路９を制御する、制御部１２と、を備え、制御部１２が非常動作条件を満たしたと判断するとき、充電回路８は蓄電部７への充電を停止した後、放電回路９は第１電圧で放電し、更に、制御部１２は放電回路９が蓄電部７に充電されている電力を放電するように制御し、放電回路９から出力される電力が電力閾値Ｗｔより高くなると、放電回路９は、第１電圧値より低い第２電圧値で放電する。

本開示の車両１４は、上述したいずれかの車載電源装置６と、車載電源装置６が搭載される車体１５と、車体１５に搭載され、車載電源装置６に電力を供給する車両バッテリー１７とを備える。

本開示によれば、車載電源装置は特に例えば非常電源モードなどの大きな出力電力が必要となったときに、出力指示電圧を所定値相当で低下させる。これにより、出力電力が供給限界に接近することに伴って生じる一時的な出力電圧の脈動、言い換えると負荷からの影響によって生じる一時的な出力電圧の脈動が抑制される。このため、出力電圧の大きな変動が緩和される。したがって、車載電源装置は補助的な蓄電素子を増設することなく安定した電圧を出力することができる。この結果、車載電源装置は安定的に動作することができ、同時に小型化が可能となる。

本開示の車載電源装置は、安定的に動作することができ、同時に小型化が可能となるという効果を有し、各種電子機器において有用である。

１、６ 車載電源装置
２、１３ 負荷
３ 蓄電素子
４ 補助蓄電素子
５ 切換部
７ 蓄電部
８ 充電回路
９ 放電回路
１０ 入力部
１１ 出力部
１２ 制御部
１４ 車両
１５ 車体
１６ スイッチ
１７ 車両バッテリー
１８ 送電路
１９ 制御ユニット
２０ 衝突信号受信部
２１ 衝突検出部
２３ 残留検出部
３０ 出力部
Ｉ１ 出力電流
Ｉｔ 電流閾値
Ｖ１、Ｖ３ 出力指示電圧
Ｖ２、Ｖ４ 出力電圧
ＶＬｏ 限界電圧
Ｗ１ 出力電力
Ｗｔ 電力閾値

Claims (9)

1. 蓄電部と、
   前記蓄電部の充電経路に設けられ、前記蓄電部へ電力を充電する充電回路と、
   前記蓄電部の出力経路に設けられ、前記蓄電部の電力を放電する放電回路と、
   前記充電回路に接続された入力部と、
   前記放電回路に接続された出力部と、
   前記入力部の入力電圧と、前記出力部の出力電流と、前記出力部の出力電圧と、を検出し、前記充電回路および前記放電回路を制御する、制御部と、
   を備え、
   前記制御部が、非常動作条件が満たされていると判断したとき、前記制御部は、前記充電回路から前記蓄電部への充電を停止させた後、前記放電回路の出力の目標電圧値である出力指示電圧を第１電圧値に設定し、
   更に、前記制御部は前記放電回路が前記蓄電部に充電されている電力を放電するように制御し、
   前記放電回路から出力される電力が電力閾値より高くなると、前記制御部は前記出力指示電圧を前記第１電圧値から第２電圧値へと低下させる、
   車載電源装置。
2. 前記入力電圧が入力下限電圧より低くなったことを前記制御部が検出することによって前記非常動作条件は満たされる、
   請求項１に記載の車載電源装置。
3. 前記制御部に接続され、衝突信号を受信する受信部をさらに備え、
   前記受信部が前記衝突信号を受信することによって前記非常動作条件が満たされる、
   請求項１に記載の車載電源装置。
4. 前記放電回路から出力される電力が前記電力閾値より高くなったのち、前記電力閾値よりも再び低くなると、前記出力指示電圧を前記第２電圧値から前記第１電圧値へと上昇させる、
   請求項１に記載の車載電源装置。
5. 前記放電回路から出力される電力と前記電力閾値との比較を、電流値を用いて行う、
   請求項１に記載の車載電源装置。
6. 前記制御部が前記出力指示電圧を前記第１電圧値から前記第２電圧値へと低下させるとき、前記第１電圧値から前記第２電圧値へ連続的または段階的に低下させる、
   請求項１に記載の車載電源装置。
7. 前記蓄電部の残留蓄電量を検出する残留検出部をさらに備え、
   前記残留検出部によって検出された前記蓄電部の前記残留蓄電量にもとづいて、前記電力閾値が決定される、
   請求項１に記載の車載電源装置。
8. 蓄電部と、
   前記蓄電部の充電経路に設けられ、前記蓄電部へ電力を充電する充電回路と、
   前記蓄電部の出力経路に設けられ、前記蓄電部の電力を放電する放電回路と、
   前記充電回路に接続された入力部と、
   前記放電回路に接続された出力部と、
   前記入力部の入力電圧と、前記出力部の出力電流と、前記出力部の出力電圧と、を検出し、前記充電回路および前記放電回路を制御する、制御部と、
   を備え、
   前記制御部が非常動作条件を満たしたと判断するとき、前記充電回路は前記蓄電部への充電を停止した後、前記放電回路は第１電圧値で放電し、
   更に、前記制御部は前記放電回路が前記蓄電部に充電されている電力を放電するように制御し、
   前記放電回路から出力される電力が電力閾値より高くなると、前記放電回路は、前記第１電圧値より低い第２電圧値で放電する、
   車載電源装置。
9. 請求項１に記載の車載電源装置と、
   前記車載電源装置が搭載される車体と、
   前記車体に搭載され、前記車載電源装置に電力を供給する車両バッテリーと、
   を備えた車両。

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