WO2005000656A1 - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

補助電源として、複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットを用いた電源バックアップユニットを備えた車両用電源装置である。その電源キャパシタユニットから電子制御部への電力供給を可能にする電力供給部と、この電力供給部を作動させるための強制作動部とを有し、バッテリーの正常時にもその電力供給部の動作状態を確認することにより、信頼性、安全性の高い車両用電源装置を提供する。

Description

車両用電源装置

技術分野

本発明は、 例えば八イブリッドカーや電気自動車などの車両に搭載される車両 用電源装置に関する。 特に、 車両の制動を電気的に行うための車両用電源装置に 明

関する。 田

背景技術

近年、 ハイブリッド力一や電気自動車の開発が急速に進められている。 それに 伴い、 車両の制動についても、 従来の機械的な制動から電気的な制動へと開発が 急速に進んでおり、 各種の提案がなされている。

一般的に、 車両の制御を電気的に行うために、 その電源としてバッテリーが用 いられる。 その場合、 このバッテリーだけでは、 何等かの原因によりそのバッテ リーから電力が供給できなくなると、 車両の制御ができなくなってしまう。 その ため、 そのバッテリーとは別に、 補助電源として補助のバッテリーを搭載して非 常時の対応ができるように構成されたものがある。

本願に関連する先行技術文献としては、 例えば、 日本特許出願公開特開平 5—

1 1 6 5 7 1号公報が知られている。

この種の車両用電源装置においては、 補助電源は非常時の車両制動に関わるた め、 非常時に確実にその補助電源に対して電力供給が行われることが極めて重要 なポイントとなる。 そのため、 補助電源の寿命を確実に予測することができ、 か つ、 補助電源の状態を常に椽出することができることが重要である。

しかしながら、 ここで、 補助電源としてもまたバッテリーを用いた場合、 その 補助電源用のバッテリーの寿命を予想することが非常に困難である。 また、 その バッテリーの状態について、 その電圧は確認できても、 電圧だけでは状態の異変 までは検出することが困難である。 したがって、 従来はそのバッテリーを早め早 めに定期的に交換することによって、 より高い安全性を確保しょうとするもので あった。しかしながら、そのバッテリーを早め早めに定期的に交換したとしても、 日々あるいは車両走行開始時毎にバッテリーの状態をチェ.ックすることは困難で あり、 さらなる安全性向上を図る必要性があった。 発明の開示

本発明の車両用電源装置は次の構成を有する。

本発明の車両用電源装置は、 ブレ一キぺダルからの情報又は車両の走行状態に 応じた情報の少なくともいずれか一方を入力し、 それらの情報に基づき車両の制 動を制御するための情報をブレーキに対して出力するための電子制御部と、 この 電子制御部を介してブレーキに電力供給を行うためのバッテリーと、 このバッテ リーの異常時に電子制御部を介してブレーキに電力供給を行うための補助電源と を含む。 この補助電源は、 複数のキャパシタからなるキャパシ夕ユニットと、 バ ッテリ一の異常時のみならず、 正常時にもキャパシ夕ユニットからの電力供給を 可能にするための電力供給部と、 この電力供給部を作動させるための強制作動部 とを有し、 バッテリーの正常時において電力供給部の動作状態の確認を行うこと を特徴とするものである。

これにより、 補助電源としてキャパシ夕ユニットを用いているため、 補助電源 としての寿命が大幅に延びるとともに、 車両の耐久寿命とほぼ同程度まで延ばす ことができる。 その結果、 電源バックアップユニットとしてのメンテナンスフリ 一化を実現することができる。 また、 キャパシ夕ユニットからの電力供給を可能 にする電力供給部を有し、 正常時にもこの電力供給部の動作状態を確認すること により、 バッテリーの正常時にも、 キャパシ夕ユニットから電子制御部への電力 供給が可能であるかを確認することができる。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施の形態における車両用電源装置の構成図

図 2は本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図 発明を実施するための最良の形態

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。

' 図 1は、 本発明の実施の形態における車両用電源装置の構成図である。

図 1において、 1 2 V用バッテリー 1は車両内に電力を供給するためのもので ある。 このバッテリ一 1の補助電源として、 電源バックアップユニット 2が設け られている。 そして、 車両の制動を制御するための情報を出力する電子制御部 3 が設けられている。 バッテリー 1及び電源バックアップュニット 2の両者から電 子制御部 3へ電力供給が行われる。 さらに、 電子制御部 3に対して車両の制動を 制御する情報を伝達するためのブレーキペダル' 4が設けられている。 電子制御部 3は、 このブレーキペダル 4からの情報に基づきブレーキ 5の制御を行う。 この ブレーキ 5によってタイヤ 6を制動させる。

次に、 本発明の実施の形態における車両用電源装置の詳細な構成について説明 する。 図 2は、 本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図である。 図 2において、 ノ ソテリ一 1は、 イダニッシヨンスィッチ 8を介して、 電源バ ックアップユニット 2に設けられた I G (イダニッシヨンジェネレータ） 端子 9 に接続されるとともに、 同じく電源バックアツプュニット 2に設けられた + B C 端子 1 0に接続されている。 その + B C端子 1 0は電源バックアップユニット 2 に電力を供給するための端子である。 イダ二ッションスィッチ 8は車両の動作を 開始又は終了させるためのものである。 さらに、 ノ ッテリー 1は電子制御音 3に 電力を供給するための電源供給端子 2 0に接続されている。

電源バックアツプュニット 2と電子制御部 3とは、 通信入力端子 1 1、 通信出 力端子 1 2及び O UT端子 1 3を介して互いに接続されている。 ここで、 通信入 力端子 1 1は、 電子制御部 3から電源バックアップユニット 2に対して信号を入 力するための端子である。 通信出力端子 1 2は、 電源バックアップユニット 2か ら電子制御部 3に対して信号を出力するための端子である。 OUT端子 1 3は、 電源バックアツプュニット 2内のバックアツプ検出器が検出した電圧の出力、 又 は、 バッテリ一 1の異常時に電源バックアツプュニット 2内に蓄電された電荷を 出力するための端子である。

ここで、 電源バックアップユニット 2の構成について説明する。

電源バックアップュニット 2は、 バッテリー 1の異常時に電子制御部 3を介し てブレーキ 5への電力供給を行うための補助電源である。 この電源バックアツプ ユニット 2は、 キャパシ夕ユニット 1 5を含んでいる。 このキャパシ夕ユニット 1 5は、 複数のキャパシ夕から構成され、 例えば、 急速に充放電が可能な電気二 重層コンデンサを複数接続することにより構成されている。 また、 電源バックァ ップユニット 2は、 このキャパシタュニット 1 5へ充電を行うための充電回路 1 6と、 放電を行うための放電回路 1 7とを含んでいる。 これらの動作はマイコン 1 4からの指示に基づき制御される。

さらに、 電源バックアップユニット 2は、 バッテリー 1から印加される電圧を 検出するためのバックアップ検出器 1 8を含んでいる。 また、 電源バックアップ ユニット 2は、 そのバックアップ検出器 1 8が電圧異常を検出したときにキャパ シタュニット 1 5から O UT端子 1 3を介して電子制御部 3への放電を可能にす るための電力供給部 1 9を備えている。

さらに、 電源バックアップユニット 2は、 バッテリー 1の正常時には基本的に は O F Fになっているこの電力供給部 1 9の動作状態を確認するために、 バッテ リー 1の正常時でも、 マイコン 1 4の指示により一時的に電力供給部 1 9を作動 させるための強制作動部 2 1を備えている。 さらに、 電源バックアップユニット 2は、 電力供給部 1 9からの出力を検知してマイコン 1 4に伝達するための出力 検知部 2 2を備えている。 次に、 車両用電源装置の動作について説明する。

まず、車両の動作を開始させるために、例えばィダニッシヨンを 0 Nにすると、 ノ ツテリー 1と I G端子 9との間に接続されているイダニッシヨンスィッチ 8が 0 Nになる。 すると、 バッテリー 1は、 電源バックアツプュニット 2及び電子制 御部 3に電圧 1 2 Vを供給する。 電子制御部 3は、 バッテリー 1からキャパシ夕 ュニット 1 5への充電を許可するための充電許可信号を、 通信入力端子 1 1を介 して電源バックアップュニット 2内のマイコン 1 4に入力する。マイコン 1 4は、 その充電許可信号を受信し、 充電回路 1 6に対して充電許可を指令する。 充電が 許可されると、 バッテリー 1から + B C端子 1 0、 充電回路 1 6を介してキャパ シタユニット 1 5へと電荷が充電される。 その充電電荷は、 バッテリー 1の電圧 低下時又は異常時に電子制御部 3へ供給されるための電荷となる。

一方、 + B C端子 1 0を介してバッテリー 1から印加される電圧は、 バックァ ップ検出器 1 8に備えてあるセンサにて検出され O U T端子 1 3に出力される。 ここで、 バッテリー 1から印加される電圧が基準値 （9 . 5 V) 以上であれば、 バッテリ一 1からの電圧及び電源バックアツプュニット 2の動作が正常であるこ とを確認して、 バッテリー 1から電子制御部 3へ継続して電力が供給される。 これにより車両は正常に動作することができる。 正常時には、 図 1に示すブレ —キペダル 4を作動させたとき、 電子制御部 3は、 ブレーキペダル 4からの情報 を入力し、 その情報に基づき、 車両の制動を制御するための情報をブレーキ 5に 出力する。 そして、 その出力した情報によりブレーキ 5が作動し、 タイヤ 6を確 実に制動させることができ、 結果として車両を確実に制御することができる。 その後、 車両の動作を終了させるためにイダニッシヨンを O F Fにすると、 ィ ダニッシヨンスィッチ 8が〇 F Fとなり、 バッテリー 1からの電力供給が停止す る。 このとき、 マイコン 1 4は、 キャパシタユニット 1 5に蓄えられた電荷の放 電を指示する信号を放電回路 1 7に送信する。 そして、 その信号に基づき放電回 路 1 7は、 キャパシタュニット 1 5に蓄えられた電荷を放電する。 次に、 バッテリー 1の電圧低下時又は異常時における車両用電源装置の動作に ついて説明する。

車両の動作を開始させると、 バッテリー 1からキャパシ夕ユニット 1 5に電荷 が充電される。 ノ ックアップ検出器 1 8は、 バッテリ一 1から電源バックアップ ュニット 2に印加される電圧を検出する。 電源バックアップュニット 2は、 その 検出した電圧を OUT端子 1 3から出力する。 それにより、 バッテリー 1から電 子制御部 3へ電力が供給される。 ここで、 ゾ ックアップ検出器 1 8は、 バッテリ 一 1の異常を検出するためのセンサを備えている。 それにより、 バックアップ検 出器 1 8は、 このセンサによる検出電圧が基準値 （9 . 5 V) 未満になると、 バ ッテリー 1から出力される電圧が異常であるとことを検出する。

この異常を検出した情報に基づき、 バッテリー 1の正常時に基本的には O F F になっている電力供給部 1 9が ONになる。 そして、 キャパシタユニット 1 5か ら OU T端子 1 3への放電が可能となるとともに、 バッテリー 1からの電力供給 が停止する。 そして、 バックアップ検出器 1 8は、 バッテリー 1からの電力供給 の停止に応じた信号をマイコンに対して出力する。 マイコン 1 4は、 放電回路 1 7に対して、 キャパシタユニット 1 5に蓄えられている電荷の放電を指示する。 この指示によって、 キャパシ夕ユニット 1 5に蓄えられていた電荷が、 電力供給 部 1 9を介して O UT端子 1 3に出力されて電子制御部 3に供給される。 なお、 バッテリー 1の異常時には、 電力供給部 1 9の動作状態の確認は行わない。 また、 この異常情報をマイコン 1 4から通信出力端子 1 2を介して電子制御部 3に送信し、 例えばバッテリー 1が異常であるということを車両内部に表示を行 う。 それによつて、 運転者に対して直ちに車両を停止するように指示する。 この ように異常のとき、 非常電源としてキャパシタユニット 1 5に蓄えられていた電 荷を電子制御部 3へ供給しているので、 運転者は、 ブレーキペダル 4からその電 子制御部 3を介してブレーキ 5を作動させることができ、 車両を安全に停止させ ることができる。 次に、 電力供給部 1 9の動作の確認方法について説明する。

バッテリー 1の正常時において、 キャパシ夕ユニット 1 5に所定の電圧 （1 0 V) 以上の電圧が充電されているとき、 電力供給部 1 9の動作の確認方法は次の 通りである。 すなわち、 マイコン 1 4は、 動作確認のための信号を送信し、 強制 作動部 2 1を介して電力供給部 1 9を強制作動させ、 その電力供給部 1 9の動作 状態を確認する。 電力供給部 1 9は、 キャパシ夕ュニット 1 5に充電された電荷 の流出を少なくするために、 作動時間をできるだけ短くすることが望まれる。 そ のため、 電力供給部 1 9にはスィツチング速度の速い素子が好適であり、 電界効 果トランジスタ （F E T) で構成したスィッチが好ましい。

電力供給部 1 9が作動を開始し、 その電力供給部 1 9からの出力が安定したと き （例えば、 作動開始 1 8 m s後） 、 出力検知部 2 2が、 キャパシ夕ユニット 1 5からの出力電圧又は出力電流を検知する。 出力検知部 2 2は、 その検知した情 報に基づき電力供給部 1 9が正常に動作しているかどうかを確認するため、 動作 状態の情報をマイコン 1 4に伝達する。

そして、 出力検知部 2 2から検出されたキャパシ夕ュニット 1 5からの出力電 圧又は出力電流と、 予め設定された基準電圧又は基準電流とが比較される。 その 比較結果に基づき、 キャパシ夕ユニット 1 5からの出力電圧又は出力電流が正確 に検知されているかを確認して、 電力供給部 1 9の故障判新を行う。

すなわち、 検出された出力電圧又は出力電流が、 予め設定された基準電圧又は 基準電流よりも高い場合は、 電力供給部 1 9が正常であると判断し、 電力供給部 1 9の強制作動を所定の時間間隔、 例えば 1秒毎に継続して行い、 電力供給部 1 9の動作状態を常時確認する。

一方、 検出された出力電圧又は出力電流が、 予め設定された基準電圧又は基準 電流よりも低い場合は異常であると判断する。 そして、 その異常情報を、 マイコ ン 1 4から通信出力端子 1 2を介して電子制御部 3に送信し、 バッテリー 1の異 常時と同様に、 電力供給部 1 9が異常であることを車両内部に表示し、 運転者に 知らせる。

なお、 出力検知部 2 2は、 キャパシタュニット 1 5からの出力電圧又は出力電 流を検知するとして説明したが、出力電圧及び出力電流の両方を検知してもよい。 本発明の実施の形態では、 バッテリー 1の異常時には電力供給部 1 9の動作状 態の確認を停止する。 また、 バッテリ一 1が正常であっても、 バッテリー 1の電 圧がキャパシ夕ユニット 1 5の電圧以下であるときは、 バッテリー 1へ電荷が流 出するのを防止するために電力供給部 1 9の動作状態の確認、 すなわち、 故障判 断動作を停止する。

また、 電源バックアップユニット 2の異常時においても、 電力供給部 1 9の動 作状態の確認、 すなわち、 故障判断動作を停止するようにしてもよい。

また、 O U T端子 1 3を介して、 電源バックアップユニット 2と電子制御部 3 とを繋ぐ経路が、 断線やショートなどの異常が発生している場合においても、 電 源バックアップユニット 2内の回路保護と誤動作防止のため、 電力供給部 1 9の 動作状態の確認を停止する。 これらの異常についても、 バッテリー 1の異常時と 同様に、 異常情報を、 通信出力端子 1 2を介して電子制御部 3に送信し、 車両内 部に異常を表示し、 運転者に知らせる。

以上のように、 本発明の実施の形態によれば、 車両の電子制御部 3に電力供給 を行うための補助電源を有する。 この補助電源はキャパシタュニット 1 5からな る。 さらに、 電力供給部 1 9の動作をバッテリー 1の正常時にも常時監視し、 動 作を保証する。 これらのことにより、 キャパシタユニット 1 5からの電力供給が 可能であることを確認することができ、 バッテリー 1の異常時においても、 バッ クアップ検出器 1 8にてこのバッテリー 1の異常を検出して、 キャパシタュニッ ト 1 5から電子制御部 3へ電力供給が行うことができる。 したがって、 常に電源 バックアップユニットとしての信頼性をより高めることができるとともに、 安全 性の高い車両用電源装置を得ることができる。

なお、 上記の実施の形態においては、 電子制御部 3は、 ブレ一キペダル 4から の情報を入力し、 その情報に基づき車両の制動を制御するための情報をブレーキ 5に対して出力している。 しかし、 電子制御部は、 車両の走行状態に応じた情報 を入力する場合、 あるいはブレーキペダルからの情報と車両の走行状態に応じた 情報の両方を入力する場合であってもよい。 以上のように本発明によれば、 車両の電子制御部に電力供給を行うための補助 電源を有し、 この補助電源がキャパシタユニットからなることにより、 バッテリ 一の異常時においても、 この補助電源によって電子制御部へ確実に電力を供給す ることができる。 また、 電力供給部の常時動作を保証することによって、 より信 頼性の高い電源バックアップユニットを得ることができるとともに、 安全性の高 レ i車両用電源装置を得ることができる。 産業上の利用可能性

補助電源として、 複数のキャパシタで形成されるキャパシタュニットを用いた 電源バックアップユニットを備えた車両用電源装置である。 その電源キャパシ夕 ュニットから電子制御部への電力供給を可能にする電力供給部と、 この電力供給 部を作動させるための強制作動部とを有し、 バッテリーの正常時にもその電力供 給部の動作状態を確認することにより、 信頼性、 安全性の高い車両用電源装置を 提供する。 電気的な制御により車両を制動させる際に用いられる車両用電源装置 であって、 例えば、 ハイブリッドカーや電気自動車などに搭載する車両用電源装 置として利用可能である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ブレーキペダルからの情報又は車両の走行状態に応じた情報の少なくともい ずれか一方を入力し、 それらの情報に基づき前記車両の制動を制御するため の情報をブレーキに対して出力するための電子制御部と、 この電子制御部を 介して前記ブレーキに電力供給を行うためのバッテリーと、 このバッテリ一 の異常時に前記電子制御部を介して前記ブレーキに電力供給を行うための補 助電源とを含み、 この補助電源は、 複数のキャパシタからなるキャパシタュ ニットと、 前記バッテリーの異常時のみならず、 正常時にも前記キャパシ夕 ュニットからの電力供給を可能にするための電力供給部と、 この電力供給部 を作動させるための強制作動部 を有し、 前記バッテリーの正常時において 前記電力供給部の動作状態の確認を行うことを特徴とする車両用電源装置。

2 . バッテリー又は補助電源の異常時に、 電力供給部の動作状態の確認を停止す ることを特徴とする請求項 1記載の車両用電源装置。

3 . さらに、 キャパシタユニットからの出力電圧又は出力電流の少なくともいず れか一方を検知するための出力検知部を備え、 その出力検知部を用いて、 前 記電力供給部の動作状態を確認することを特徴とする請求項 1記載の車両用 電源装置。

4. 電力供給部が作動開始してから所定時間後に、 出力検知部がキャパシタュ二 ットからの出力電圧又は出力電流の少なくともいずれか一方を検知すること を特徴とする請求項 3記載の車両用電源装置。

5 . バッテリー及び補助電源の正常時に電力供給部を所定時間作動させ、 そのと きの出力検知部が検出した出力電圧と予め設定した基準電圧とを比較するこ と、 又は、 そのときの出力検知部が検出した出力電流と予め設定した基準電 流とを比較することの少なくともいずれか一方により、 前記電力供給部の故 障判断を行うことを特徴とする請求項 3記載の車両用電源装置。

6 . 故障判断を所定時間毎に行うことを特徴とする請求項 5記載の車両用電源装 置。

故障判断の結果、 電力供給部が異常と判断された際に、 その異常情報が電子 制御部に出力されることを特徴とする請求項 5記載の車両用電源装置。 バッテリーからの電圧が正常であっても、 そのバッテリーの電圧がキャパシ 夕ュニットの電圧以下である場合、 電力供給部の故障判断動作を停止するこ とを特徴とする請求項 5記載の車両用電源装置。

電力供給部が電界効果トランジスタ （F E T) スィッチからなることを特徴 とする請求項 1記載の車両用電源装置。