WO2018012302A1 - 電力供給装置 - Google Patents

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Abstract

二次電池に並列接続されるキャパシタの容量を有効に活用できる電力供給装置を提供する。 電力供給装置(10)は、第1二次電池(120)と、第1二次電池(120)に直列に接続される抵抗部(130)と、第1二次電池(120)と抵抗部(130)とを含む回路に並列に接続され、バックアップ対象負荷(52)に電力を供給可能なキャパシタ(110)と、キャパシタ(110)がバックアップ対象負荷(52)に電力を供給するか否かに応じて、抵抗部(130)の抵抗値を制御する制御部(140)とを備える。

Description

電力供給装置 関連出願へのクロスリファレンス
 本出願は、日本国特許出願2016-139611号(2016年7月14日出願)の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
 本発明は、電力供給装置に関する。
 従来、負荷に電力を供給する装置として、鉛蓄電池等の二次電池と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタとが並列接続される構成が知られている(例えば特許文献1等)。キャパシタは、二次電池と比較して、短時間に大きな電流を供給することができる。一方で、二次電池は、キャパシタと比較して、放電による端子電圧の低下が少ない。
特開2014-213706号公報
 二次電池に並列接続されるキャパシタから、負荷に対して短時間に大きな電流を供給しようとする場合、キャパシタの放電は、並列接続された二次電池により制限される。この場合、キャパシタの容量が有効に活用されないことがある。
 かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、二次電池に並列接続されるキャパシタの容量を有効に活用できる電力供給装置を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明の第1の観点に係る電力供給装置は、
 第1二次電池と、
 前記第1二次電池に直列に接続される抵抗部と、
 前記第1二次電池と前記抵抗部とを含む回路に並列に接続され、バックアップ対象負荷に電力を供給可能なキャパシタと、
 前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給するか否かに応じて、前記抵抗部の抵抗値を制御する制御部とを備える。
 上記課題を解決するために、本発明の第2の観点に係る電力供給装置は、
 前記制御部は、前記抵抗部を、前記抵抗部の抵抗値が第1の抵抗値となる第1状態と、前記抵抗部の抵抗値が前記第1の抵抗値よりも大きい第2抵抗値となる第2状態とのいずれか一方に制御する。
 上記課題を解決するために、本発明の第3の観点に係る電力供給装置は、
 前記制御部は、
 前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給しない場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
 前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給する場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する。
 上記課題を解決するために、本発明の第4の観点に係る電力供給装置は、
 前記抵抗部は、第1端子と、第2端子と、第3端子と、前記第2端子に接続される抵抗器と、前記第1端子及び前記第2端子のいずれか一方と、前記第3端子とを接続する切替器と
を有し、
 前記切替器は、
 前記抵抗部が前記第1状態である場合、前記第1端子と前記第3端子とを接続し、
 前記抵抗部が前記第2状態である場合、前記第2端子と前記第3端子とを接続する。
 上記課題を解決するために、本発明の第5の観点に係る電力供給装置は、
 前記制御部は、
 前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
 前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する。
 上記課題を解決するために、本発明の第6の観点に係る電力供給装置は、
 前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである。
 本発明の第1の観点に係る電力供給装置によれば、二次電池に並列接続されるキャパシタの容量が有効に活用されうる。
 本発明の第2の観点に係る電力供給装置によれば、抵抗部を第1状態と第2状態との間で切替えることにより、キャパシタの放電量を増加させたい状況では放電量を増加させ、それ以外の状況では電力供給装置の放電損失を極力小さくすることができる。
 本発明の第3の観点に係る電力供給装置によれば、バックアップ対象負荷への電力供給状況に応じて、キャパシタの蓄電残量ができるだけ少なくなるように放電させることができる。
 本発明の第4の観点に係る電力供給装置によれば、切替器によって抵抗部を第1状態と第2状態との間で切替えやすくなる。
 本発明の第5の観点に係る電力供給装置によれば、主電源側のバッテリの機能が低下したことを検知して、抵抗部を第2状態に切替え、対象となる負荷への電力供給を行うことができる。
 本発明の第6の観点に係る電力供給装置によれば、緊急時に車両が安全に停止できるための操作手段を確保できる。
一実施形態に係る電力供給システムの機能ブロック図である。 電気抵抗の構成例である。 切替器の状態が第1切替状態である場合の回路モデル例である。 切替器の状態が第2切替状態である場合の回路モデル例である。 切替器の状態を制御する手順の一例を示すフローチャートである。
(実施形態)
 以下、一実施形態に係る電力供給システム及び電力供給装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る電力供給システム及び電力供給装置は、負荷に対して電力を供給することができる。本実施形態に係る電力供給システムは、例えば車両に搭載されてもよい。本実施形態に係る電力供給装置は、例えば、車両のバッテリのバックアップ電源として用いられてもよい。この場合、電力供給装置は、負荷として車両内に搭載された電子機器等に電力を供給してもよい。電力供給装置は、車両のバッテリのバックアップ電源として用いられるだけでなく、他の電源のバックアップ電源、例えば無停電電源(UPS:Uninterruptible Power Supply)として用いられてもよい。
[機能ブロック]
 図1に示されるように、本実施形態に係る電力供給システム1は、電力供給装置10と、バッテリ20と、スタータ30と、オルタネータ40と、一般負荷51と、被保護負荷52と、制御装置60とを備える。
 電力供給装置10と、バッテリ20と、スタータ30と、オルタネータ40と、一般負荷51とは、第1バスライン81で接続される。電力供給装置10と、被保護負荷52とは、第2バスライン82で接続される。
 電力供給システム1は、エンジンを備える車両に搭載されてもよい。電力供給システム1は、モータを備える車両に搭載されてもよい。電力供給システム1は、車両に搭載されなくてもよく、例えば、据え置き型の負荷に電力を供給するものであってもよい。
<電力供給装置>
 電力供給装置10は、キャパシタ110と、二次電池120と、抵抗部130と、制御部140と、第1スイッチ71と、第2スイッチ72とを備える。
 第1スイッチ71の一端は、第1バスライン81に接続される。第1スイッチ71の他の一端は、第2バスライン82に接続される。第1スイッチ71は、機械的に接点を開閉する機械式スイッチであってもよいし、MOSFET等の半導体スイッチであってもよい。以下、第1スイッチ71が導通する状態及び電流を遮断する状態のことをそれぞれオン状態及びオフ状態という。第1スイッチ71がオン状態である場合、第1バスライン81と第2バスライン82とは、1つのバスラインとみなされる。
 第1スイッチ71がオン状態である場合、第1バスライン81と第2バスライン82との間が導通する。第1スイッチ71がオフ状態である場合、第1バスライン81と第2バスライン82との間には電流が流れない。第1スイッチ71がオン状態である場合において、第1スイッチ71は、電流が流れる方向を制限できるように構成されてもよい。例えば、第1スイッチ71は、電流が流れる方向を第1バスライン81から第2バスライン82に向かう方向に制限してもよい。第1スイッチ71は、電流が流れる方向を第2バスライン82から第1バスライン81に向かう方向に制限してもよい。
 キャパシタ110の一端は、第1節点181において、二次電池120の一端と接続される。キャパシタ110の他の一端は、第2節点182において、抵抗部130の一端と接続される。二次電池120と抵抗部130とは、それぞれのキャパシタ110と接続されていない方の一端で接続される。言い換えれば、二次電池120は、抵抗部130と直列に接続される。キャパシタ110は、二次電池120と抵抗部130とを含む回路に並列に接続される。
 第2スイッチ72の一端は、第1節点181において、キャパシタ110及び二次電池120と接続される。第2スイッチ72の他の一端は、第3節点183において、第2バスライン82に接続される。第2スイッチ72は、第1スイッチ71と同様に構成されうる。第1節点181、第2節点182及び第3節点183は、本実施形態に係る説明のために設けられるものである。図1に示される機能ブロックが電力供給装置10として実装される場合、節点が設けられなくてもよい。
 第1スイッチ71及び第2スイッチ72はそれぞれ、図1において破線矢印で示される有線又は無線の通信により、制御部140に接続される。第1スイッチ71及び第2スイッチ72は、制御部140からの制御指示に応じて、オン状態及びオフ状態のいずれか一方となる。
 キャパシタ110は、例えば、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electric Double Layer Capacitor)である。キャパシタ110は、EDLCに限られず、レドックスキャパシタであってもよいし、ハイブリッドキャパシタであってもよい。キャパシタ110の充電率(SOC:State Of Charge)と開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)との関係(以下、SOC-OCV特性ともいう)は、例えば、SOCとOCVとがほぼ比例する関係となる。
 二次電池120は、充放電可能な電池であり、例えばリチウムイオン電池である。二次電池120は、リチウムイオン電池に限られず、鉛蓄電池、又は、ニッケル水素電池等の他の充放電可能な電池であってもよい。二次電池120のSOC-OCV特性は、例えば、SOCが0%に近づく場合でもOCVが所定の電圧以上である関係となる。
 キャパシタ110と二次電池120との比較において、キャパシタ110のSOC-OCV特性は、二次電池120のSOC-OCV特性よりも、SOCの変化に対するOCVの変化が大きい。SOCの変化を同じにした場合のOCVの変化について、SOC-OCV特性に基づいてキャパシタ110と二次電池120との間で比較した場合、キャパシタ110のOCVの変化は、二次電池120のOCVの変化よりも大きい。言い換えると、SOCが0%に近づくように放電する場合におけるキャパシタ110のOCVは、二次電池120のOCVよりも小さい。
 キャパシタ110と二次電池120との比較において、キャパシタ110の充放電にかかる時間は、二次電池120の充放電にかかる時間よりも短い。二次電池120の充放電電流の大きさは、二次電池120の内部の電気化学反応の速度により制限されるためである。つまり、キャパシタ110は、二次電池120と比較して、一時的に大きな放電電流を流すことができるといえる。一方、二次電池120は、キャパシタ110と比較して、より持続的に放電電流を流すことができるといえる。
 抵抗部130は、図2に例示されるように、切替器150と抵抗器160とを備える。抵抗部130は、図2に例示される構成に限られず、その抵抗値が可変となるように構成されてよい。抵抗部130は、例えば抵抗値が制御可能な可変抵抗器であってもよい。抵抗部130は、図1において破線矢印で示される有線又は無線の通信により、制御部140に接続される。抵抗部130の抵抗値は、制御部140からの制御指示に応じて、制御される。制御部140は、抵抗部130を、その抵抗値が第1の抵抗値となる第1状態と、その抵抗値が第1の抵抗値よりも大きい第2抵抗値となる第2状態とのいずれか一方に制御してよい。
 切替器150は、第1端子151と、第2端子152と、第3端子153とを備える。切替器150は、第1端子151と第3端子153とが接続される第1切替状態と、第2端子152と第3端子153とが接続される第2切替状態とを有す。切替器150は、第1切替状態及び第2切替状態のいずれか一方の状態に切替可能である。切替器150は、第3端子153を介して、二次電池120と直列に接続される。第1端子151は、第2節点182を介して、接地される。第2端子152は、抵抗器160と第2節点182とを介して、接地される。抵抗部130が第1状態に制御される場合、切替器150が第1切替状態であってよい。抵抗部130が第2状態に制御される場合、切替器150が第2切替状態であってよい。
 抵抗器160は、所定の抵抗値を有する電気抵抗である。抵抗器160の抵抗値は、所定の範囲内で可変であってもよい。
 切替器150が第1切替状態である場合、第1節点181と第2節点182との間の回路は、図3に示される回路モデルで表される。図3に示されるように、二次電池120と第2節点182との間には、抵抗器160が接続されない。つまり、二次電池120は、抵抗器160を介さずに直接接地される。この場合における抵抗部130の抵抗値は、第1の抵抗値であるものとする。
 切替器150が第2切替状態である場合、第1節点181と第2節点182との間の回路は、図4に示される回路モデルで表される。図4に示されるように、二次電池120と第2節点182との間には、抵抗器160が接続される。つまり、二次電池120は、抵抗器160を介して接地される。この場合における抵抗部130の抵抗値は、第2の抵抗値であるものとする。第2の抵抗値は、抵抗器160の抵抗値を含むので、第1の抵抗値よりも大きい。
 抵抗部130が切替器150を備える場合、切替器150は、制御部140からの制御指示に応じて、第1切替状態及び第2切替状態のいずれか一方に切り替えられる。切替器150の状態を制御することにより、抵抗部130の抵抗値が制御される。
 制御部140は、制御装置60からの制御指示に応じて、電力供給装置10の各構成部を制御する。制御部140は、制御手順を規定したプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサで構成されてもよい。制御手順を規定したプログラムは、例えば、制御部140の内部に格納されてもよいし、外部の記憶装置又は記憶媒体に格納されてもよい。
<電力供給装置以外の構成>
 バッテリ20は、第3スイッチ73を介して、第1バスライン81に接続される。第3スイッチ73は、第1スイッチ71と同様に構成されるものである。バッテリ20は、例えば鉛蓄電池であるが、これに限られず、他の二次電池であってもよい。以下、二次電池120及びバッテリ20のことをそれぞれ、第1二次電池及び第2二次電池ともいう。
 スタータ30は、第4スイッチ74を介して、第1バスライン81に接続される。第4スイッチ74は、第1スイッチ71と同様に構成されるものである。スタータ30は、例えばセルモータを備える。スタータ30は、バッテリ20から供給される電力により駆動され、エンジンを始動させる。
 オルタネータ40は、エンジンに機械的に接続される発電機であって、エンジンの駆動に応じて発電する。オルタネータ40がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、バッテリ20、電力供給装置10、一般負荷51及び被保護負荷52に供給されうる。オルタネータ40は、車両の減速時等に回生によって発電してもよい。オルタネータ40が回生発電した電力は、バッテリ20並びに電力供給装置10のキャパシタ110及び二次電池120の充電に使用されうる。
 一般負荷51は、バッテリ20又はオルタネータ40から電力の供給を受けて動作する。一般負荷51は、例えば、オーディオ機器、カーナビゲーション等の車両搭載機器である。
 被保護負荷52は、バッテリ20又はオルタネータ40から電力の供給を受けて動作する。被保護負荷52は、バッテリ20及びオルタネータ40から電力が供給されない場合、電力供給装置10から電力の供給を受けて動作する。つまり、被保護負荷52は、電源供給のバックアップを受けることができる。以下、被保護負荷52のことを、バックアップ対象負荷ともいう。被保護負荷52は、例えば、パワーステアリング機能を実現する操舵モータであったり、ブレーキアシスト機能を実現するブレーキ倍力装置であったりしてもよい。被保護負荷52は、動作可能電圧以上の電圧が印加された場合に動作可能であり、動作可能電圧未満の電圧が印加された場合には動作できない。動作可能電圧のことを、Vminともいう。
 制御装置60は、例えばECU(Engine Control Unit)である。制御装置60は、制御手順を規定したプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサで構成されてもよい。制御手順を規定したプログラムは、例えば、制御装置60の内部に格納されてもよいし、外部の記憶装置又は記憶媒体に格納されてもよい。制御装置60は、電力供給システム1の各構成部から情報を取得することができる。
 制御装置60は、図1において破線矢印で示される有線又は無線の通信により、電力供給装置10とオルタネータ40と第3スイッチ73と第4スイッチ74とに接続される。制御装置60は、電力供給装置10に対して制御指示を出力する。電力供給装置10の制御部140は、制御装置60からの制御指示に基づいて、第1スイッチ71若しくは第2スイッチ72の状態、又は、抵抗部130の抵抗値若しくは切替器150の状態を制御する。制御装置60は、第3スイッチ73及び第4スイッチ74に対して、オン状態及びオフ状態のいずれか一方に制御する制御信号を出力する。制御装置60は、オルタネータ40に対して制御信号を出力する。
[電力供給システムの動作]
 図1~図4を参照して、電力供給システム1の動作について説明する。電力供給システム1は、いくつかの動作モードを有する。
 電力供給システム1は、エンジンが停止してオルタネータ40から電力が供給されず、バッテリ20から供給される電力で動作するモード(以下、バッテリ放電モードともいう)を有する。
 電力供給システム1は、エンジンが駆動してオルタネータ40から供給される電力で動作するモード(以下、バッテリ充電モードともいう)を有する。
 電力供給システム1は、エンジンがアイドリングストップしてオルタネータ40から電力が供給されず、バッテリ20及び電力供給装置10から供給される電力で動作するモード(以下、アイドリングストップモードともいう)を有する。
 電力供給システム1は、バッテリ20が失陥して、電力供給装置10から供給される電力で動作するモード(以下、バックアップモードともいう)を有する。バッテリ20が失陥したか否かは、例えば、バッテリ20の端子電圧が所定値未満となったか否かを条件として判断される。他に、バッテリ20の充電率(SOC)又は健全度(SOH:State Of Health)が所定値未満となったことを条件として、バッテリ20が失陥したかが判定されてもよい。バッテリ20が失陥したか判定するための所定値は、適宜定められうる。
 バッテリ20が失陥した場合又は電力供給システム1がバックアップモードに遷移している場合のことを、緊急時ともいう。これに対して、電力供給システム1がバッテリ放電モード、バッテリ充電モード又はアイドリングストップモードに遷移している場合のことを、通常時ともいう。通常時に主に電力を供給するバッテリ20のことを主電源ともいう。一方、緊急時に主に電力を供給する電力供給装置10のことをバックアップ電源ともいう。
 制御装置60は、エンジンを始動した場合、電力供給システム1のモードをバッテリ放電モードからバッテリ充電モードに遷移させる。制御装置60は、車両の停止時にエンジンをアイドリングストップさせる場合、電力供給システム1のモードをバッテリ充電モードからアイドリングストップモードに遷移させる。制御装置60は、エンジンをアイドリングストップから再始動する場合、電力供給システム1のモードをアイドリングストップモードからバッテリ充電モードに遷移させる。制御装置60は、エンジンが停止される場合、電力供給システム1のモードをバッテリ充電モード又はアイドリングストップモードからバッテリ放電モードに遷移させる。制御装置60は、バッテリ20が失陥した場合、電力供給システム1のモードをバックアップモードに遷移させる。
<バッテリ放電モード>
 電力供給システム1がバッテリ放電モードに遷移した場合、制御装置60は、第3スイッチ73をオン状態として、電力供給システム1の各構成部に対してバッテリ20から電力を供給させる。一般負荷51は、バッテリ20から電力の供給を受けて動作することができる。制御装置60が電力供給装置10の第1スイッチ71をオン状態とし、第2スイッチ72をオフ状態とする場合、被保護負荷52は、バッテリ20から電力の供給を受けて動作することができる。
 電力供給システム1が搭載された車両の運転者がエンジンを始動しようとする場合、制御装置60は、第3スイッチ73及び第4スイッチ74をオン状態として、バッテリ20からスタータ30に対して電力を供給させる。これにより、エンジンが始動される。エンジンが始動して駆動し続ける間、オルタネータ40は、発電して、電力を供給することができる。つまり、エンジンが始動することにより、電力供給システム1は、バッテリ充電モードに遷移する。
<バッテリ充電モード>
 電力供給システム1がバッテリ充電モードに遷移した場合、一般負荷51は、オルタネータ40から電力の供給を受けて動作する。制御装置60は、第3スイッチ73をオン状態にして、オルタネータ40からバッテリ20に対して充電電力を供給させる。制御装置60は、第1スイッチ71及び第2スイッチ72をオン状態にして、オルタネータ40から電力供給装置10のキャパシタ110及び二次電池120に対して充電電力を供給させる。第1スイッチ71がオン状態となる場合、被保護負荷52は、オルタネータ40から電力の供給を受けて動作することができる。
<アイドリングストップモード>
 電力供給システム1がアイドリングストップモードに遷移した場合、オルタネータ40は、発電しなくなり、電力を供給できない。制御装置60は、第3スイッチ73をオン状態として、バッテリ20から電力を供給させる。一般負荷51は、バッテリ20から電力の供給を受けて動作する。制御装置60は、電力供給装置10の第1スイッチ71をオン状態として、被保護負荷52に対してバッテリ20から電力を供給させてもよい。
 上述したようにエンジンをアイドリングストップさせている場合、バッテリ20の消費電力が増大するため、バッテリ20の充電率の低下が早まるおそれがある。よって制御装置60は、電力供給装置10の第1スイッチ71及び第2スイッチ72をオン状態にして、電力供給装置10のキャパシタ110及び二次電池120から電力を供給させてもよい。
<バックアップモード>
 電力供給システム1がバックアップモードに遷移した場合、制御装置60は、第2スイッチ72をオン状態とし、第1スイッチ71をオフ状態として、電力供給装置10から被保護負荷52に対して電力を供給させる。これにより、被保護負荷52は、電力供給装置10のキャパシタ110及び二次電池120から電力の供給を受けて動作することができる。例えば、電力供給システム1を搭載した車両が走行中であるときにバッテリ20が失陥した場合、バックアップモードに遷移した電力供給システム1は、電力供給装置10から被保護負荷52に対して電力を供給することができる。被保護負荷52が操舵モータ又はブレーキ倍力装置である場合、電力供給装置10から電力が供給されることにより、車両の制御手段が維持されうる。車両は、バッテリ20の失陥によりすぐに停止せずにすみ、所定の時間にわたって安全な場所に移動するための制御手段が維持されうる。
[電力供給装置の動作]
 電力供給装置10は、電力供給システム1のモードの遷移に応じて制御される。制御部140は、制御装置60からの制御指示に応じて、第1スイッチ71及び第2スイッチ72の状態、並びに、切替器150の状態を制御する。
<バッテリ放電モード>
 電力供給システム1がバッテリ放電モードに遷移している場合、制御部140は、第2スイッチ72をオフ状態にし、第1スイッチ71をオン状態又はオフ状態にする。この場合、キャパシタ110及び二次電池120は、充電も放電もされない。
<バッテリ充電モード>
 電力供給システム1がバッテリ充電モードに遷移している場合、制御部140は、第2スイッチ72及び第1スイッチ71をオン状態にする。この場合、キャパシタ110及び二次電池120は、オルタネータ40に並列に接続され、オルタネータ40から供給される電力により充電される。
 電力供給システム1がバッテリ充電モードに遷移している場合、制御部140は、切替器150の状態を第1切替状態とする。この場合、電力供給装置10の第1節点181及び第2節点182の間の回路は、図3に示される回路モデルで表される。図3において、キャパシタ110は、電圧源112と、内部抵抗114とで表されうる。電圧源112は、キャパシタ110のOCVに対応する電圧(E1)を出力する。内部抵抗114の抵抗値は、R1である。二次電池120は、電圧源122と、内部抵抗124とで表されうる。電圧源122は、二次電池120のOCVに対応する電圧(E2)を出力する。内部抵抗124の抵抗値は、R2である。キャパシタ110と二次電池120とは、第1節点181及び第2節点182において並列に接続される。キャパシタ110及び二次電池120の端子電圧は、第1節点181と第2節点182との間の電位差に等しく、Vとして表される。第1節点181の電位が第2節点182の電位よりも高い場合、V>0であるものとする。
 キャパシタ110に流れる電流は、I11として表される。第2節点182から第1節点181に向かう方向に流れる電流が正とされる。キャパシタ110が放電する場合、I11>0である。二次電池120に流れる電流は、I21として表される。二次電池120が放電する場合、I21>0である。キャパシタ110の放電時の端子電圧は、V=E1-R1・I11として表される。二次電池120の放電時の端子電圧は、V=E2-R2・I21として表される。つまり、図3において以下の式(1)が成立する。
 V=E1-R1・I11=E2-R2・I21  (1)
 図3を参照して、二次電池120は、抵抗器160を介さずに接地される。この場合、二次電池120の充電に際して流れる電流により、内部抵抗124で電力損失が生じるものの、抵抗器160での電力損失がない。よって、二次電池120が抵抗器160を介して接地される場合と比較して、二次電池120が抵抗器160を介さずに接地されることにより、二次電池120が充電される際の電力損失は、抑制されうる。
<アイドリングストップモード>
 電力供給システム1がアイドリングストップモードに遷移している場合、制御部140は、第2スイッチ72及び第1スイッチ71をオン状態にする。この場合、キャパシタ110及び二次電池120は、放電して、一般負荷51、被保護負荷52、又はエンジン等に電力を供給することができる。
 電力供給システム1がアイドリングストップモードに遷移している場合、制御部140は、切替器150の状態を第1切替状態とする。この場合、バッテリ充電モードと同様に、二次電池120が放電する際の電力損失は、抑制されうる。
<バックアップモード>
 電力供給システム1がバックアップモードに遷移している場合、制御部140は、第2スイッチ72をオン状態にし、第1スイッチ71をオフ状態にする。この場合、キャパシタ110及び二次電池120は、放電して、被保護負荷52に電力を供給することができる。制御部140は、第1スイッチ71をオン状態として、電力供給装置10から一般負荷51に電力を供給させてもよい。被保護負荷52への電力の供給が優先される場合、制御部140は、第1スイッチ71をオフ状態にする。
 電力供給システム1が搭載された車両が走行中であるときに電力供給システム1がバックアップモードに遷移した場合、車両が安全な位置に移動してから停止できるように、車両の操作手段に優先的に電力が供給されてもよい。被保護負荷52が車両の操作手段である操舵モータ又はブレーキ倍力装置等である場合、被保護負荷52への電力の供給が優先される。被保護負荷52としての操舵モータ又はブレーキ倍力装置等が駆動されるためには、一時的に大きな電流が必要とされる。
 電力供給装置10は、キャパシタ110又は二次電池120から被保護負荷52に対して電力を供給可能である。二次電池120の放電電流の大きさは、二次電池120の内部の電気化学反応の速度により制限される。このことからすると、二次電池120は、被保護負荷52に対して十分な電流を供給できないことがある。一方で、キャパシタ110は、一時的に大きな放電電流を流すことができ、被保護負荷52に対して必要とされる電流を供給しうる。
 キャパシタ110と二次電池120とが図3に示されるように接続される場合、キャパシタ110の端子電圧は、二次電池120の端子電圧に等しくなる。ここで配線抵抗は無視できるものとする。図3に示されるような接続は、二次電池120が放電する際の電力損失を低減させることができる。
 キャパシタ110と二次電池120とが図3に示されるように接続される場合、キャパシタ110と二次電池120とは、それぞれの端子電圧が互いに同じとなるような電流(I11、I21)で放電する。よって、キャパシタ110は、放電可能な最大の電流に近い電流で放電することが難しい。
<<バックアップモードにおけるキャパシタの容量の有効活用>>
 本実施形態においては、制御部140は、電力供給システム1がバックアップモードに遷移している場合、切替器150の状態を第2切替状態とする。この場合、電力供給装置10の第1節点181及び第2節点182の間の回路は、図4に示される回路モデルで表される。図4におけるキャパシタ110及び二次電池120の構成は、図3における構成と同様である。キャパシタ110及び二次電池120に流れる電流は、それぞれI12及びI22と表される。電流の向きと符号との関係は、図3における構成と同様である。
 二次電池120は、抵抗器160に直列に接続される。キャパシタ110は、二次電池120と抵抗器160とが直列に接続された回路に対して、並列に接続される。図4において、抵抗器160の抵抗値は、Rである。
 第1節点181と第2節点182との間の電位差は、Vで表される。図3と同様に、第1節点181の電位が第2節点182の電位よりも高い場合、V>0であるものとする。以下、電位差の符号は、第1節点181に近い側の電位が第2節点182に近い側の電位よりも高い場合に、正であるものとする。
 図4におけるキャパシタ110の放電時の端子電圧は、E1-R1・I12として表され、V=E1-R1・I12の関係が成立する。図4における二次電池120の端子電圧は、E2-R2・I22として表されるが、抵抗器160で生じる電圧降下(R・I22)によって、V=E2-(R2+R)・I22の関係が成立する。つまり、図4において以下の式(2)が成立する。
 V=E1-R1・I12=E2-(R2+R)・I22  (2)
 キャパシタ110及び二次電池120が放電する際の電流について、式(1)と式(2)との比較に基づいて説明する。キャパシタ110の放電開始時のE1は、式(1)と式(2)とで同条件(同じ)であり、また二次電池120の放電開始時のE2も、式(1)と式(2)とで同条件であるとする。さらに、被保護負荷52が要求している電力も同じとする。この場合、式(1)に比べて式(2)の方が、二次電池120に同じ電流が流れた場合の電圧降下が大きくなるため、第1節点181と第2節点182間の電圧を二次電池120側とキャパシタ110側とで等しくしようとすると、I12をI11より大きくし、逆にI22をI21より小さくする必要がある。つまり、バックアップモードにおける放電開始当初を含む所定の放電期間において、図4におけるキャパシタ110の放電電流(I12)は、図3におけるキャパシタ110の放電電流(I11)よりも大きくされうる。
 キャパシタ110及び二次電池120は、端子電圧がVminに近づくように放電する。端子電圧がVminに近づく時期のことを、放電終了時期ともいう。満充電状態から放電を開始した場合、放電開始当初にI12>I11の関係が成立するので、放電終了時期までに図4のキャパシタ110が放電する電荷は、図3のキャパシタ110が放電する電荷よりも大きくなりうる。つまり、図4におけるキャパシタ110は、図3におけるキャパシタ110よりも放電量が大きくなりうる。
 図4に示される回路モデルのように構成される場合、図3に示される回路モデルと比較して、キャパシタ110は、放電可能な最大の電流により近い電流で放電し、SOCがより小さくなるまで放電することができる。つまり、キャパシタ110の容量は、有効に活用されうる。
[切替器の制御フロー]
 図5に示されるフローチャートを参照して、制御部140が切替器150の状態を制御する方法について説明する。
 まず制御部140は、電力供給システム1がバッテリ放電モード、バッテリ充電モード、又はアイドリングストップモードに遷移している場合、切替器150の状態を第1切替状態に切り替える(ステップS1)。この場合、図3に示されるように二次電池120に抵抗器160が接続されない。これにより、二次電池120に電流が流れる際の電力損失が低減される。
 続いて制御部140は、バッテリ20が失陥したか判定する(ステップS2)。制御部140は、例えば、バッテリ20の端子電圧が所定値未満となった場合に、バッテリ20が失陥したと判定してもよい。制御部140は、バッテリ20のSOC又はSOHが所定値未満となった場合に、バッテリ20が失陥したと判定してもよい。バッテリ20が失陥したか否かの判定は、制御装置60が行ってもよい。制御部140は、制御装置60からバッテリ20に関する判定結果を取得してもよい。
 バッテリ20が失陥したと判定された場合(ステップS2:YES)、制御部140は、切替器150の状態を第2切替状態に切り替える(ステップS3)。この場合、図4に示されるように二次電池120に抵抗器160が接続される。これにより、バッテリ20の失陥に応じてキャパシタ110から被保護負荷52に電力が供給される際に、第1切替状態に比べて、より多くの電力がキャパシタ110から取り出される。そのため、キャパシタ110は、第1切替状態で放電させるよりも、より低いSOCとなるまで放電することができる。ステップS3の後、制御部140は、図5のフローチャートの処理を終了する。
 バッテリ20が失陥したと判定されない場合(ステップS2:NO)、制御部140は、切替器150の状態を第1切替状態のまま維持する(ステップS4)。ステップS4の後、制御部140は、ステップS2に戻る。
 本実施形態に係る電力供給装置10は、通常時か緊急時かに応じて、二次電池120に抵抗器160を接続するか否かを切り替える。本実施形態に係る電力供給装置10は、通常時において二次電池120に抵抗器160を接続せず、緊急時において二次電池120に抵抗器160を接続するように制御されうる。このようにすることにより、通常時には、二次電池120の放電による電力損失が抑制されうる。一方で緊急時には、キャパシタ110は、より低いSOCとなるまで放電されうる。
 本実施形態に係る電力供給装置10は、通常時か緊急時かに応じて、二次電池120に直列に接続される抵抗値を制御する。電力供給装置10は、抵抗部130が切替器150と抵抗器160とを含む構成に代えて、抵抗部130が抵抗値を変更可能な可変抵抗器を含む構成を備えてもよい。この場合、制御部140は、可変抵抗器の抵抗値を制御してよい。例えば、図5のステップS1において、制御部140は、可変抵抗値の抵抗値を0に近い値又は0としてもよい。例えば、図5のステップS3において、制御部140は、キャパシタ110を第1切替状態と比べ、より多く放電させられるように、可変抵抗器の抵抗値を大きくしてもよい。
 本開示に係る実施形態を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正をおこなうことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部およびステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
1 電力供給システム
10 電力供給装置
110 キャパシタ
112 電圧源
114 内部抵抗
120 二次電池(第1二次電池)
122 電圧源
124 内部抵抗
130 電気抵抗
140 制御部
150 切替器
151~153 第1~第3端子
160 抵抗器
181~183 第1~第3節点
20 バッテリ(第2二次電池)
30 スタータ
40 オルタネータ
51 一般負荷
52 被保護負荷(バックアップ対象負荷)
60 制御装置
71~74 第1~第4スイッチ
81、82 第1、第2バスライン

Claims (18)

  1.  第1二次電池と、
     前記第1二次電池に直列に接続される抵抗部と、
     前記第1二次電池と前記抵抗部とを含む回路に並列に接続され、バックアップ対象負荷に電力を供給可能なキャパシタと、
     前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給するか否かに応じて、前記抵抗部の抵抗値を制御する制御部と
    を備える電力供給装置。
  2.  請求項1に記載の電力供給装置において、
     前記制御部は、前記抵抗部を、前記抵抗部の抵抗値が第1の抵抗値となる第1状態と、前記抵抗部の抵抗値が前記第1の抵抗値よりも大きい第2抵抗値となる第2状態とのいずれか一方に制御する、電力供給装置。
  3.  請求項2に記載の電力供給装置において、
     前記制御部は、
     前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給しない場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
     前記キャパシタが前記バックアップ対象負荷に電力を供給する場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する、電力供給装置。
  4.  請求項2に記載の電力供給装置において、
     前記抵抗部は、第1端子と、第2端子と、第3端子と、前記第2端子に接続される抵抗器と、前記第1端子及び前記第2端子のいずれか一方と、前記第3端子とを接続する切替器と
    を有し、
     前記切替器は、
     前記抵抗部が前記第1状態である場合、前記第1端子と前記第3端子とを接続し、
     前記抵抗部が前記第2状態である場合、前記第2端子と前記第3端子とを接続する、
    電力供給装置。
  5.  請求項3に記載の電力供給装置において、
     前記抵抗部は、第1端子と、第2端子と、第3端子と、前記第2端子に接続される抵抗器と、前記第1端子及び前記第2端子のいずれか一方と、前記第3端子とを接続する切替器と
    を有し、
     前記切替器は、
     前記抵抗部が前記第1状態である場合、前記第1端子と前記第3端子とを接続し、
     前記抵抗部が前記第2状態である場合、前記第2端子と前記第3端子とを接続する、
    電力供給装置。
  6.  請求項2に記載の電力供給装置において、
     前記制御部は、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する、電力供給装置。
  7.  請求項3に記載の電力供給装置において、
     前記制御部は、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する、電力供給装置。
  8.  請求項4に記載の電力供給装置において、
     前記制御部は、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する、電力供給装置。
  9.  請求項5に記載の電力供給装置において、
     前記制御部は、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が所定値以上である場合、前記抵抗部を前記第1状態に制御し、
     前記キャパシタに並列に接続される第2二次電池の端子電圧が前記所定値未満である場合、前記抵抗部を前記第2状態に制御する、電力供給装置。
  10.  請求項1に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  11.  請求項2に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  12.  請求項3に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  13.  請求項4に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  14.  請求項5に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  15.  請求項6に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  16.  請求項7に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  17.  請求項8に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
  18.  請求項9に記載の電力供給装置において、
     前記バックアップ対象負荷は、車両の操舵モータである、電力供給装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021079897A (ja) * 2019-11-22 2021-05-27 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用電源制御装置、及び車載用電源装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219566A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Komatsu Ltd ハイブリッド電源システム
JP2013514755A (ja) * 2009-12-17 2013-04-25 ルノー・トラックス 操舵モータ電力供給方法及び係る方法に適応される電源システム
JP2014012998A (ja) * 2012-07-04 2014-01-23 Nissan Motor Co Ltd アイドルストップ付きエンジン搭載車の電源装置
JP2014079078A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Fuji Electric Co Ltd 電動機駆動システム
JP2015518233A (ja) * 2012-03-13 2015-06-25 マックスウェル テクノロジーズ インコーポレイテッド キャパシタと電池との結合体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219566A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Komatsu Ltd ハイブリッド電源システム
JP2013514755A (ja) * 2009-12-17 2013-04-25 ルノー・トラックス 操舵モータ電力供給方法及び係る方法に適応される電源システム
JP2015518233A (ja) * 2012-03-13 2015-06-25 マックスウェル テクノロジーズ インコーポレイテッド キャパシタと電池との結合体
JP2014012998A (ja) * 2012-07-04 2014-01-23 Nissan Motor Co Ltd アイドルストップ付きエンジン搭載車の電源装置
JP2014079078A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Fuji Electric Co Ltd 電動機駆動システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021079897A (ja) * 2019-11-22 2021-05-27 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用電源制御装置、及び車載用電源装置
WO2021100479A1 (ja) * 2019-11-22 2021-05-27 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用電源制御装置、及び車載用電源装置

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