WO2018012302A1 - 電力供給装置 - Google Patents

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WO2018012302A1
WO2018012302A1 PCT/JP2017/024013 JP2017024013W WO2018012302A1 WO 2018012302 A1 WO2018012302 A1 WO 2018012302A1 JP 2017024013 W JP2017024013 W JP 2017024013W WO 2018012302 A1 WO2018012302 A1 WO 2018012302A1
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WO
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power supply
supply device
terminal
capacitor
secondary battery
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Application number
PCT/JP2017/024013
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English (en)
French (fr)
Inventor
欣之介 板橋
Original Assignee
カルソニックカンセイ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device.
  • Patent Document 1 a configuration in which a secondary battery such as a lead storage battery and a capacitor such as an electric double layer capacitor are connected in parallel as a device for supplying power to a load is known (for example, Patent Document 1).
  • the capacitor can supply a large current in a short time compared to the secondary battery.
  • the secondary battery has less decrease in terminal voltage due to discharge compared to the capacitor.
  • An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a power supply device capable of effectively utilizing the capacity of a capacitor connected in parallel to a secondary battery.
  • a power supply device provides: A first secondary battery; A resistor connected in series to the first secondary battery; A capacitor connected in parallel to a circuit including the first secondary battery and the resistor, and capable of supplying power to a backup target load; And a control unit that controls a resistance value of the resistance unit according to whether the capacitor supplies power to the backup target load.
  • a power supply device includes a first state in which the resistance value of the resistance unit is a first resistance value, and a second resistance value in which the resistance value of the resistance unit is greater than the first resistance value. The second state is controlled.
  • a power supply device provides: The controller is When the capacitor does not supply power to the backup target load, the resistance unit is controlled to the first state, When the capacitor supplies power to the backup target load, the resistor unit is controlled to the second state.
  • a power supply device includes a first terminal, a second terminal, a third terminal, a resistor connected to the second terminal, one of the first terminal and the second terminal, and the third terminal.
  • a switch for connecting the terminal, The switch is When the resistance portion is in the first state, the first terminal and the third terminal are connected, When the resistance portion is in the second state, the second terminal and the third terminal are connected.
  • a power supply device provides: The controller is When the terminal voltage of the second secondary battery connected in parallel to the capacitor is greater than or equal to a predetermined value, the resistance unit is controlled to the first state, When the terminal voltage of the second secondary battery connected in parallel to the capacitor is less than the predetermined value, the resistance unit is controlled to the second state.
  • a power supply device provides:
  • the backup target load is a vehicle steering motor.
  • the capacity of the capacitor connected in parallel to the secondary battery can be effectively utilized.
  • the discharge amount is increased in a situation where it is desired to increase the discharge amount of the capacitor. In other situations, the discharge loss of the power supply device can be minimized.
  • the capacitor can be discharged so that the remaining amount of electricity stored in the capacitor is as small as possible, depending on the power supply status to the backup target load.
  • the switch can easily switch the resistance portion between the first state and the second state.
  • the power supply device it is detected that the function of the battery on the main power supply side is lowered, the resistance unit is switched to the second state, and power is supplied to the target load. It can be carried out.
  • the power supply device of the sixth aspect of the present invention it is possible to secure an operation means for safely stopping the vehicle in an emergency.
  • the power supply system and the power supply device according to the present embodiment can supply power to a load.
  • the power supply system according to the present embodiment may be mounted on a vehicle, for example.
  • the power supply apparatus according to the present embodiment may be used as a backup power source for a vehicle battery, for example.
  • the power supply device may supply power to an electronic device or the like mounted in the vehicle as a load.
  • the power supply device may be used not only as a backup power source for a vehicle battery but also as a backup power source for other power sources, for example, an uninterruptible power supply (UPS).
  • UPS uninterruptible power supply
  • the power supply system 1 includes a power supply device 10, a battery 20, a starter 30, an alternator 40, a general load 51, a protected load 52, and a control device. 60.
  • the power supply device 10, the battery 20, the starter 30, the alternator 40, and the general load 51 are connected by a first bus line 81.
  • the power supply device 10 and the protected load 52 are connected by a second bus line 82.
  • the power supply system 1 may be mounted on a vehicle equipped with an engine.
  • the power supply system 1 may be mounted on a vehicle including a motor.
  • the power supply system 1 may not be mounted on the vehicle, and may supply power to a stationary load, for example.
  • the power supply device 10 includes a capacitor 110, a secondary battery 120, a resistance unit 130, a control unit 140, a first switch 71, and a second switch 72.
  • the first switch 71 is connected to the first bus line 81.
  • the other end of the first switch 71 is connected to the second bus line 82.
  • the first switch 71 may be a mechanical switch that mechanically opens and closes contacts, or may be a semiconductor switch such as a MOSFET.
  • the state where the first switch 71 is conductive and the state where the current is cut off are referred to as an on state and an off state, respectively.
  • the first bus line 81 and the second bus line 82 are regarded as one bus line.
  • the first switch 71 When the first switch 71 is on, the first bus line 81 and the second bus line 82 are electrically connected. When the first switch 71 is in the off state, no current flows between the first bus line 81 and the second bus line 82. When the first switch 71 is in the on state, the first switch 71 may be configured to limit the direction in which the current flows. For example, the first switch 71 may limit the direction in which the current flows to the direction from the first bus line 81 toward the second bus line 82. The first switch 71 may limit the direction in which the current flows to the direction from the second bus line 82 toward the first bus line 81.
  • One end of the capacitor 110 is connected to one end of the secondary battery 120 at the first node 181.
  • the other end of the capacitor 110 is connected to one end of the resistance unit 130 at the second node 182.
  • the secondary battery 120 and the resistance unit 130 are connected at one end not connected to each capacitor 110.
  • the secondary battery 120 is connected in series with the resistance unit 130.
  • Capacitor 110 is connected in parallel to a circuit including secondary battery 120 and resistance unit 130.
  • One end of the second switch 72 is connected to the capacitor 110 and the secondary battery 120 at the first node 181.
  • the other end of the second switch 72 is connected to the second bus line 82 at the third node 183.
  • the second switch 72 can be configured similarly to the first switch 71.
  • the first node 181, the second node 182, and the third node 183 are provided for the explanation according to the present embodiment. When the functional block shown in FIG. 1 is mounted as the power supply apparatus 10, the node may not be provided.
  • Each of the first switch 71 and the second switch 72 is connected to the control unit 140 by wired or wireless communication indicated by broken line arrows in FIG.
  • the first switch 71 and the second switch 72 are in one of an on state and an off state in response to a control instruction from the control unit 140.
  • the capacitor 110 is, for example, an electric double layer capacitor (EDLC: Electric Double Layer Capacitor).
  • Capacitor 110 is not limited to EDLC, and may be a redox capacitor or a hybrid capacitor.
  • the relationship between the charging rate (SOC: State Of Charge) of the capacitor 110 and the open circuit voltage (OCV: Open Circuit Voltage) (hereinafter also referred to as SOC-OCV characteristics) is, for example, a relationship in which SOC and OCV are substantially proportional. .
  • the secondary battery 120 is a chargeable / dischargeable battery, for example, a lithium ion battery.
  • the secondary battery 120 is not limited to a lithium ion battery, and may be another chargeable / dischargeable battery such as a lead storage battery or a nickel metal hydride battery.
  • the SOC-OCV characteristic of the secondary battery 120 has a relationship in which the OCV is equal to or higher than a predetermined voltage even when the SOC approaches 0%, for example.
  • the SOC-OCV characteristic of the capacitor 110 has a larger change in the OCV with respect to the change in the SOC than the SOC-OCV characteristic of the secondary battery 120.
  • the change in the OCV when the change in the SOC is the same is compared between the capacitor 110 and the secondary battery 120 based on the SOC-OCV characteristics, the change in the OCV of the capacitor 110 is the OCV of the secondary battery 120. Greater than change. In other words, the OCV of the capacitor 110 when discharging so that the SOC approaches 0% is smaller than the OCV of the secondary battery 120.
  • the time taken to charge / discharge the capacitor 110 is shorter than the time taken to charge / discharge the secondary battery 120. This is because the magnitude of the charge / discharge current of the secondary battery 120 is limited by the rate of the electrochemical reaction inside the secondary battery 120. That is, it can be said that the capacitor 110 can temporarily flow a large discharge current as compared with the secondary battery 120. On the other hand, it can be said that the secondary battery 120 can flow a discharge current more continuously than the capacitor 110.
  • the resistance unit 130 includes a switch 150 and a resistor 160 as illustrated in FIG.
  • the resistance unit 130 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 2, and may be configured such that the resistance value is variable.
  • the resistance unit 130 may be a variable resistor whose resistance value can be controlled, for example.
  • the resistance unit 130 is connected to the control unit 140 by wired or wireless communication indicated by a dashed arrow in FIG.
  • the resistance value of the resistance unit 130 is controlled in accordance with a control instruction from the control unit 140.
  • the control unit 140 causes the resistance unit 130 to be either a first state in which the resistance value is the first resistance value or a second state in which the resistance value is a second resistance value that is greater than the first resistance value. You may control to either.
  • the switch 150 includes a first terminal 151, a second terminal 152, and a third terminal 153.
  • the switch 150 has a first switching state in which the first terminal 151 and the third terminal 153 are connected, and a second switching state in which the second terminal 152 and the third terminal 153 are connected.
  • the switch 150 can be switched to one of the first switching state and the second switching state.
  • the switch 150 is connected in series with the secondary battery 120 via the third terminal 153.
  • the first terminal 151 is grounded via the second node 182.
  • the second terminal 152 is grounded via the resistor 160 and the second node 182.
  • the switch 150 When the resistance unit 130 is controlled to the first state, the switch 150 may be in the first switching state.
  • the switch 150 may be in the second switching state.
  • the resistor 160 is an electric resistance having a predetermined resistance value.
  • the resistance value of the resistor 160 may be variable within a predetermined range.
  • the circuit between the first node 181 and the second node 182 is represented by the circuit model shown in FIG. As shown in FIG. 3, the resistor 160 is not connected between the secondary battery 120 and the second node 182. That is, the secondary battery 120 is directly grounded without going through the resistor 160. In this case, it is assumed that the resistance value of the resistance unit 130 is the first resistance value.
  • the circuit between the first node 181 and the second node 182 is represented by the circuit model shown in FIG. As shown in FIG. 4, a resistor 160 is connected between the secondary battery 120 and the second node 182. That is, the secondary battery 120 is grounded via the resistor 160.
  • the resistance value of the resistance unit 130 is assumed to be the second resistance value. Since the second resistance value includes the resistance value of the resistor 160, the second resistance value is larger than the first resistance value.
  • the switch 150 When the resistance unit 130 includes the switch 150, the switch 150 is switched to one of the first switching state and the second switching state in accordance with a control instruction from the control unit 140. By controlling the state of the switch 150, the resistance value of the resistance unit 130 is controlled.
  • the control unit 140 controls each component of the power supply device 10 in accordance with a control instruction from the control device 60.
  • the control unit 140 may be configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that executes a program that defines a control procedure.
  • the program that defines the control procedure may be stored in the control unit 140, for example, or may be stored in an external storage device or storage medium.
  • the battery 20 is connected to the first bus line 81 via the third switch 73.
  • the third switch 73 is configured in the same manner as the first switch 71.
  • the battery 20 is, for example, a lead storage battery, but is not limited thereto, and may be another secondary battery.
  • the secondary battery 120 and the battery 20 are also referred to as a first secondary battery and a second secondary battery, respectively.
  • the starter 30 is connected to the first bus line 81 via the fourth switch 74.
  • the fourth switch 74 is configured in the same manner as the first switch 71.
  • the starter 30 includes a cell motor, for example. The starter 30 is driven by electric power supplied from the battery 20 and starts the engine.
  • the alternator 40 is a generator that is mechanically connected to the engine, and generates electricity according to the driving of the engine.
  • the electric power generated by the alternator 40 by driving the engine can be supplied to the battery 20, the power supply device 10, the general load 51, and the protected load 52 by adjusting the output voltage with a regulator.
  • the alternator 40 may generate power by regeneration when the vehicle is decelerated or the like.
  • the power regenerated by the alternator 40 can be used to charge the battery 20 and the capacitor 110 and the secondary battery 120 of the power supply device 10.
  • the general load 51 operates by receiving power from the battery 20 or the alternator 40.
  • the general load 51 is, for example, a vehicle-mounted device such as an audio device or a car navigation.
  • the protected load 52 operates by receiving power supply from the battery 20 or the alternator 40. When the power is not supplied from the battery 20 and the alternator 40, the protected load 52 operates by receiving power supply from the power supply device 10. That is, the protected load 52 can receive a backup of power supply.
  • the protected load 52 is also referred to as a backup target load.
  • the protected load 52 may be, for example, a steering motor that realizes a power steering function, or a brake booster that realizes a brake assist function.
  • the protected load 52 can operate when a voltage higher than the operable voltage is applied, and cannot operate when a voltage lower than the operable voltage is applied.
  • the operable voltage is also referred to as Vmin.
  • the control device 60 is, for example, an ECU (Engine Control Unit).
  • the control device 60 may be configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that executes a program that defines a control procedure.
  • the program that defines the control procedure may be stored in the control device 60, for example, or may be stored in an external storage device or storage medium.
  • the control device 60 can acquire information from each component of the power supply system 1.
  • the control device 60 is connected to the power supply device 10, the alternator 40, the third switch 73, and the fourth switch 74 by wired or wireless communication indicated by broken line arrows in FIG.
  • the control device 60 outputs a control instruction to the power supply device 10.
  • the control unit 140 of the power supply apparatus 10 controls the state of the first switch 71 or the second switch 72, the resistance value of the resistance unit 130, or the state of the switch 150 based on a control instruction from the control device 60. .
  • the control device 60 outputs a control signal for controlling the third switch 73 and the fourth switch 74 to either the on state or the off state.
  • the control device 60 outputs a control signal to the alternator 40.
  • the operation of the power supply system 1 will be described with reference to FIGS.
  • the power supply system 1 has several operation modes.
  • the power supply system 1 has a mode in which the engine is stopped and power is not supplied from the alternator 40 but operates with power supplied from the battery 20 (hereinafter also referred to as battery discharge mode).
  • the power supply system 1 has a mode (hereinafter also referred to as a battery charging mode) in which the engine is driven to operate with power supplied from the alternator 40.
  • the power supply system 1 has a mode (hereinafter, also referred to as an idling stop mode) in which the engine is idling stopped and power is not supplied from the alternator 40 but is operated with power supplied from the battery 20 and the power supply device 10.
  • a mode hereinafter, also referred to as an idling stop mode
  • the engine is idling stopped and power is not supplied from the alternator 40 but is operated with power supplied from the battery 20 and the power supply device 10.
  • the power supply system 1 has a mode (hereinafter also referred to as a backup mode) in which the battery 20 fails and operates with the power supplied from the power supply device 10. Whether or not the battery 20 has failed is determined based on, for example, whether or not the terminal voltage of the battery 20 is less than a predetermined value. Alternatively, whether the battery 20 has failed may be determined on the condition that the charging rate (SOC) or the soundness level (SOH: State Of Health) of the battery 20 is less than a predetermined value. The predetermined value for determining whether the battery 20 has failed can be determined as appropriate.
  • SOC charging rate
  • SOH State Of Health
  • the battery 20 When the battery 20 has failed or when the power supply system 1 is in the backup mode, it is also called an emergency.
  • the case where the power supply system 1 is transitioning to the battery discharge mode, the battery charge mode, or the idling stop mode is also referred to as normal time.
  • the battery 20 that mainly supplies power during normal operation is also referred to as a main power source.
  • the power supply apparatus 10 that mainly supplies power in an emergency is also referred to as a backup power source.
  • control device 60 changes the mode of the power supply system 1 from the battery discharge mode to the battery charge mode.
  • Control device 60 changes the mode of power supply system 1 from the battery charging mode to the idling stop mode when the engine is idling stopped when the vehicle is stopped.
  • control device 60 changes the mode of power supply system 1 from the idling stop mode to the battery charging mode.
  • control device 60 transitions the mode of power supply system 1 from the battery charge mode or the idling stop mode to the battery discharge mode.
  • the control device 60 shifts the mode of the power supply system 1 to the backup mode.
  • the control device 60 turns on the third switch 73 to supply power from the battery 20 to each component of the power supply system 1.
  • the general load 51 can operate by receiving power supplied from the battery 20.
  • the control device 60 turns on the first switch 71 of the power supply device 10 and turns off the second switch 72, the protected load 52 can operate with power supplied from the battery 20.
  • the control device 60 turns on the third switch 73 and the fourth switch 74 and supplies power to the starter 30 from the battery 20. Supply. As a result, the engine is started. While the engine starts and continues to drive, the alternator 40 can generate electricity and supply power. That is, when the engine is started, the power supply system 1 transitions to the battery charging mode.
  • the general load 51 operates with power supplied from the alternator 40.
  • the control device 60 turns on the third switch 73 to supply charging power from the alternator 40 to the battery 20.
  • the control device 60 turns on the first switch 71 and the second switch 72 to supply charging power from the alternator 40 to the capacitor 110 and the secondary battery 120 of the power supply device 10.
  • the protected load 52 can operate by receiving power from the alternator 40.
  • ⁇ Idling stop mode> When the power supply system 1 transitions to the idling stop mode, the alternator 40 does not generate power and cannot supply power.
  • the control device 60 turns on the third switch 73 to supply power from the battery 20.
  • the general load 51 operates with power supplied from the battery 20.
  • the control device 60 may supply power from the battery 20 to the protected load 52 by turning on the first switch 71 of the power supply device 10.
  • the control device 60 may turn on the first switch 71 and the second switch 72 of the power supply device 10 to supply power from the capacitor 110 and the secondary battery 120 of the power supply device 10.
  • the control device 60 turns on the second switch 72 and turns off the first switch 71 to supply power to the protected load 52 from the power supply device 10.
  • the protected load 52 can operate by receiving power supply from the capacitor 110 and the secondary battery 120 of the power supply device 10.
  • the protected load 52 is a steering motor or a brake booster
  • the control means of the vehicle can be maintained by supplying power from the power supply device 10. The vehicle does not have to stop immediately due to the failure of the battery 20, and control means for moving to a safe place for a predetermined time can be maintained.
  • the power supply device 10 is controlled according to the mode transition of the power supply system 1.
  • the control unit 140 controls the states of the first switch 71 and the second switch 72 and the state of the switch 150 in accordance with a control instruction from the control device 60.
  • ⁇ Battery charging mode> When the power supply system 1 is transitioning to the battery charging mode, the control unit 140 turns on the second switch 72 and the first switch 71. In this case, the capacitor 110 and the secondary battery 120 are connected in parallel to the alternator 40 and are charged with electric power supplied from the alternator 40.
  • the control unit 140 sets the state of the switch 150 to the first switching state.
  • the circuit between the first node 181 and the second node 182 of the power supply apparatus 10 is represented by the circuit model shown in FIG.
  • the capacitor 110 can be represented by a voltage source 112 and an internal resistor 114.
  • the voltage source 112 outputs a voltage (E1) corresponding to the OCV of the capacitor 110.
  • the resistance value of the internal resistor 114 is R1.
  • the secondary battery 120 can be represented by a voltage source 122 and an internal resistance 124.
  • the voltage source 122 outputs a voltage (E2) corresponding to the OCV of the secondary battery 120.
  • the resistance value of the internal resistor 124 is R2.
  • the capacitor 110 and the secondary battery 120 are connected in parallel at the first node 181 and the second node 182.
  • the terminal voltages of the capacitor 110 and the secondary battery 120 are equal to the potential difference between the first node 181 and the second node 182 and are expressed as V.
  • V the potential of the first node 181 is higher than the potential of the second node 182, it is assumed that V> 0.
  • the current flowing through capacitor 110 is represented as I11.
  • the current flowing in the direction from the second node 182 toward the first node 181 is positive.
  • the current flowing through the secondary battery 120 is represented as I21.
  • the secondary battery 120 is grounded without going through the resistor 160.
  • a power loss occurs in the internal resistor 124 due to a current flowing when the secondary battery 120 is charged, there is no power loss in the resistor 160. Therefore, compared with the case where the secondary battery 120 is grounded via the resistor 160, the secondary battery 120 is grounded without going through the resistor 160, and thus the secondary battery 120 is charged. Power loss can be suppressed.
  • ⁇ Idling stop mode> When the power supply system 1 is transitioning to the idling stop mode, the control unit 140 turns on the second switch 72 and the first switch 71. In this case, the capacitor 110 and the secondary battery 120 can be discharged to supply power to the general load 51, the protected load 52, the engine, or the like.
  • the control unit 140 sets the state of the switch 150 to the first switching state. In this case, similarly to the battery charging mode, power loss when the secondary battery 120 is discharged can be suppressed.
  • ⁇ Backup mode> When the power supply system 1 is in the backup mode, the control unit 140 turns on the second switch 72 and turns off the first switch 71. In this case, the capacitor 110 and the secondary battery 120 can be discharged to supply power to the protected load 52.
  • the control unit 140 may turn on the first switch 71 to supply power from the power supply device 10 to the general load 51. When priority is given to the supply of power to the protected load 52, the control unit 140 turns the first switch 71 off.
  • the vehicle operation means is given priority so that the vehicle can be stopped after moving to a safe position. Electric power may be supplied to the.
  • the protected load 52 is a steering motor or a brake booster that is an operation means of the vehicle, the supply of power to the protected load 52 is prioritized. In order to drive a steering motor, a brake booster, or the like as the protected load 52, a large current is temporarily required.
  • the power supply device 10 can supply power from the capacitor 110 or the secondary battery 120 to the protected load 52.
  • the magnitude of the discharge current of the secondary battery 120 is limited by the rate of the electrochemical reaction inside the secondary battery 120. From this, the secondary battery 120 may not be able to supply a sufficient current to the protected load 52.
  • the capacitor 110 can flow a large discharge current temporarily, and can supply a necessary current to the protected load 52.
  • the terminal voltage of the capacitor 110 is equal to the terminal voltage of the secondary battery 120.
  • the wiring resistance can be ignored.
  • the connection as shown in FIG. 3 can reduce power loss when the secondary battery 120 is discharged.
  • the capacitor 110 and the secondary battery 120 are connected as shown in FIG. 3, the capacitor 110 and the secondary battery 120 are discharged with currents (I11, I21) such that the respective terminal voltages are the same. To do. Therefore, it is difficult to discharge the capacitor 110 with a current close to the maximum dischargeable current.
  • the control unit 140 sets the state of the switch 150 to the second switching state when the power supply system 1 is transitioning to the backup mode.
  • the circuit between the first node 181 and the second node 182 of the power supply apparatus 10 is represented by the circuit model shown in FIG.
  • the configurations of the capacitor 110 and the secondary battery 120 in FIG. 4 are the same as those in FIG.
  • Currents flowing through the capacitor 110 and the secondary battery 120 are represented as I12 and I22, respectively.
  • the relationship between the direction of the current and the sign is the same as the configuration in FIG.
  • the secondary battery 120 is connected to the resistor 160 in series.
  • Capacitor 110 is connected in parallel to a circuit in which secondary battery 120 and resistor 160 are connected in series. In FIG. 4, the resistance value of the resistor 160 is R.
  • the potential difference between the first node 181 and the second node 182 is represented by V.
  • V As in FIG. 3, it is assumed that V> 0 when the potential of the first node 181 is higher than the potential of the second node 182.
  • the sign of the potential difference is positive when the potential on the side close to the first node 181 is higher than the potential on the side close to the second node 182.
  • E1 at the start of discharge of the capacitor 110 is the same condition (same) in the expressions (1) and (2), and E2 at the start of discharge of the secondary battery 120 is also expressed by the expressions (1) and (2). ) And the same condition. Further, the power requested by the protected load 52 is the same. In this case, the voltage drop when the same current flows through the secondary battery 120 is larger in the expression (2) than in the expression (1).
  • the voltage between the first node 181 and the second node 182 is If the secondary battery 120 side and the capacitor 110 side are to be made equal, I12 needs to be larger than I11, and conversely, I22 needs to be smaller than I21. That is, in a predetermined discharge period including the beginning of discharge in the backup mode, the discharge current (I12) of the capacitor 110 in FIG. 4 can be made larger than the discharge current (I11) of the capacitor 110 in FIG.
  • the capacitor 110 and the secondary battery 120 are discharged so that the terminal voltage approaches Vmin.
  • the time when the terminal voltage approaches Vmin is also called the discharge end time.
  • the discharge end time When the discharge is started from the fully charged state, the relationship of I12> I11 is established at the beginning of the discharge. Therefore, the charge discharged from the capacitor 110 in FIG. 4 by the end of the discharge is more than the charge discharged from the capacitor 110 in FIG. Can also be large. That is, the discharge amount of the capacitor 110 in FIG. 4 can be larger than that of the capacitor 110 in FIG.
  • the capacitor 110 When configured as in the circuit model shown in FIG. 4, compared to the circuit model shown in FIG. 3, the capacitor 110 is discharged at a current closer to the maximum dischargeable current until the SOC becomes smaller. Can be discharged. That is, the capacitance of the capacitor 110 can be effectively utilized.
  • Switchcher control flow With reference to the flowchart shown in FIG. 5, a method in which the control unit 140 controls the state of the switch 150 will be described.
  • the control unit 140 switches the state of the switch 150 to the first switching state (step S1).
  • the resistor 160 is not connected to the secondary battery 120 as shown in FIG. Thereby, the power loss at the time of an electric current flowing into the secondary battery 120 is reduced.
  • the control unit 140 determines whether or not the battery 20 has failed (step S2). For example, when the terminal voltage of the battery 20 becomes less than a predetermined value, the control unit 140 may determine that the battery 20 has failed. The controller 140 may determine that the battery 20 has failed when the SOC or SOH of the battery 20 becomes less than a predetermined value. The control device 60 may determine whether or not the battery 20 has failed. The control unit 140 may acquire a determination result regarding the battery 20 from the control device 60.
  • step S3 When it is determined that the battery 20 has failed (step S2: YES), the control unit 140 switches the state of the switch 150 to the second switching state (step S3).
  • the resistor 160 is connected to the secondary battery 120 as shown in FIG.
  • step S2 If it is not determined that the battery 20 has failed (step S2: NO), the control unit 140 maintains the state of the switch 150 in the first switching state (step S4). After step S4, the control unit 140 returns to step S2.
  • the power supply device 10 switches whether the resistor 160 is connected to the secondary battery 120 according to whether it is normal or emergency.
  • the power supply apparatus 10 according to the present embodiment can be controlled so that the resistor 160 is not connected to the secondary battery 120 in a normal state and the resistor 160 is connected to the secondary battery 120 in an emergency. By doing in this way, the power loss by discharge of the secondary battery 120 can be suppressed normally.
  • the capacitor 110 can be discharged until a lower SOC is reached.
  • the power supply device 10 controls the resistance value connected in series to the secondary battery 120 according to whether it is normal or emergency.
  • the power supply apparatus 10 may include a configuration in which the resistance unit 130 includes a variable resistor capable of changing a resistance value, instead of the configuration in which the resistance unit 130 includes the switch 150 and the resistor 160.
  • the control unit 140 may control the resistance value of the variable resistor. For example, in step S ⁇ b> 1 of FIG. 5, the control unit 140 may set the resistance value of the variable resistance value to a value close to 0 or 0. For example, in step S3 of FIG. 5, the control unit 140 may increase the resistance value of the variable resistor so that the capacitor 110 can be discharged more than in the first switching state.

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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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