WO2021235444A1 - バックアップ電源システム、及び移動体 - Google Patents

Abstract

バックアップ電源システム１は、電源２の失陥時に蓄電装置５からの電力を複数の負荷３に供給する。バックアップ電源システム１は、蓄電装置５の出力電圧を変圧する第１電圧変換回路６を備える。複数の負荷３は、第１負荷３１と、第２負荷３２とを含む。バックアップ電源システム１は、蓄電装置５からの電力を第１電圧変換回路６を介さずに第１負荷３１に供給し、蓄電装置５からの電力を第１電圧変換回路６を介して第２負荷３２に供給する。

Description

バックアップ電源システム、及び移動体

　本開示は、バックアップ電源システム、及び移動体に関する。より詳細には、本開示は、電源の失陥時に複数の負荷に対して電力を供給するバックアップ電源システム、及びバックアップ電源システムを備える移動体に関する。

　特許文献１に記載の昇圧電源回路（電圧変換回路）は、バッテリからの給電の停止時に、各種負荷に対して、バックアップ電源であるリチウムイオン電池（蓄電装置）からの電力を供給する。昇圧電源回路は、リチウムイオン電池の直流電圧を昇圧して各種負荷に給電する。

特開２０２０－５４８１号公報

　上記の昇圧電源回路は、リチウムイオン電池の出力電圧を、各種負荷に対して一括して昇圧して出力するため、各種負荷のうち、最低補償電圧の一番高い負荷に合わせて一括して昇圧して出力する必要がある。このため、昇圧電源回路の内部で処理される電圧及び電流が大きくなる。この結果、昇圧電源回路が大型化してコストが掛かるという欠点がある。

　本開示は、上記の事情を鑑み、蓄電装置の出力電圧を変圧する電圧変換回路のコストを低減できるバックアップ電源システム、及び移動体を提供することを目的とする。

　本開示の一態様のバックアップ電源システムは、電源の失陥時に蓄電装置からの電力を複数の負荷に供給するバックアップ電源システムである。前記バックアップ電源システムは、前記蓄電装置の出力電圧を変圧する電圧変換回路を備える。前記複数の負荷は、第１負荷と、第２負荷とを含む。前記バックアップ電源システムは、前記蓄電装置からの電力を前記電圧変換回路を介さずに前記第１負荷に供給し、前記蓄電装置からの電力を前記電圧変換回路を介して前記第２負荷に供給する。

　本開示の一態様の移動体は、前記バックアップ電源システムと、移動体本体と、を備える。

　本開示によれば、蓄電装置の出力電圧を変圧する電圧変換回路のコストを低減できる、という効果を有する。

図１は、実施形態に係るバックアップ電源システムのブロック図である。 図２は、同上のバックアップ電源システムを搭載した車両の一部を破断した側面図である。 図３は、電源の失陥発生時に蓄電装置から第１負荷に出力される電圧及び電流の時間経過の一例を示すグラフである。 図４は、電源の失陥発生時に蓄電装置から第２負荷に出力される電圧及び電流の時間経過の一例を示すグラフである。 図５は、変形例２に係るバックアップ電源システムのブロック図である。

　（１．実施形態）
　（１－１．全体説明）
　本実施形態に係るバックアップ電源システム１について、図面を参照して説明する。本実施形態で説明する構成は、本開示の一例にすぎない。本開示は、本実施形態に限定されず、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

　図１に示すように、バックアップ電源システム１は、例えば車両９（図２参照）に搭載されており、電源２（例えばバッテリ）が失陥した場合に、蓄電装置５から複数の負荷３に電力を供給する。これにより、複数の負荷３は、電源２が失陥した場合でも、蓄電装置５からの電力の供給によって動作を継続可能である。ここで、「電源２が失陥する」とは、電源２の故障、劣化又は断線等によって、電源２から負荷３への電力の供給が停止することである。

　このように、バックアップ電源システム１は、電源２と複数の負荷３とを備える車両９に搭載される。すなわち、車両９（移動体）は、車両本体９１（移動体本体）と、電源２と、複数の負荷３と、バックアップ電源システム１とを備える。なお、本実施形態では、バックアップ電源システム１が車両９に搭載される場合を例示するが、バックアップ電源システム１は、車両９以外の移動体（例えば飛行機、船舶又は電車）に搭載されてもよい。

　複数の負荷３は、第１負荷３１と、第２負荷３２とを含む。

　第１負荷３１は、第２負荷３２と比較して、消費電力が大きい（すなわち動作電流が大きい）という条件（第１条件）と、最低動作保証電圧が小さいという条件（第２条件）とを満たす複数の負荷３である。なお、動作電流とは、負荷３を動作させるための電流である。最低動作保証電圧とは、負荷３の動作を保証する電圧である。すなわち、第１負荷３１は、大きな動作電流を必要とするが、動作電圧はある程度低下してもよい（すなわち、動作電圧のある程度の低下を許容する）負荷である。具体的には、第１負荷３１は、パワー系の負荷３（例えば、車両９のブレーキシステム、及び、車両９の電動パワーステアリングシステム）を含む。

　第２負荷３２は、第１負荷３１と比較して、消費電力が小さい（すなわち動作電流が小さい）という条件と、最低動作保証電圧が大きいという条件とを満たす複数の負荷３である。すなわち、第２負荷３２は、動作電流は小さいが、ある程度高い動作電圧を必要とする（すなわち動作電圧の低下を許容しない）負荷３である。具体的には、第２負荷３２は、制御系の負荷３（例えばブレーキシステムのＥＣＵ（Electronic Control Unit）、電動パワーステアリングシステムのＥＣＵ、及び、ＡＤＡＳ（Advanced driver-assistance systems：先進運転支援システム）関連機器）を含む。

　本実施形態のバックアップ電源システム１は、蓄電装置５の出力電圧を変圧（昇降圧）する第１電圧変換回路６（電圧変換回路）を備える。第１負荷３１（すなわち動作電圧の低下を許容する負荷３）には、蓄電装置５からの電力が第１電圧変換回路６を介さずに供給される。第２負荷３２（すなわち動作電圧の低下を許容しない負荷３）には、蓄電装置５からの電力が第１電圧変換回路６を介して供給される。このように、第１電圧変換回路６は、複数の負荷３のうちの一部の負荷（例えば第２負荷３２）に対してのみ、出力電圧を変圧するため、第１電圧変換回路６を小型化でき、この結果、第１電圧変換回路６のコストを低減することができる。以下、バックアップ電源システム１について詳しく説明する。

　（１－２．バックアップ電源システムの詳細説明）
　図１に示すように、バックアップ電源システム１は、電源２に失陥が発生していない場合は、電源２の出力電力を複数の負荷３に供給し、電源２に失陥が発生した場合は、電源２に代わって、蓄電装置５の出力電力を複数の負荷３に供給する。バックアップ電源システム１は、給電路４と、蓄電装置５と、バックアップ用の第１電圧変換回路６と、充電用の第２電圧変換回路７と、バイパス経路８、ダイオード９と、第１スイッチ１０と、第２スイッチ１１と、選択スイッチ１２と、制御回路１３とを備える。なお、蓄電装置５は、バックアップ電源システム１の構成要素に含まれなくてもよい。

　（１－２－１．給電路）
　給電路４は、電源２の出力電力を複数の負荷３及び蓄電装置５に供給し、且つ蓄電装置５の出力電力を複数の負荷３に供給するための電路である。給電路４は、第１給電路４１と、第２給電路４２と、第３給電路４３と、第４給電路４４とを有する。

　第１給電路４１は、電源２の出力電力を複数の負荷３に供給する電路である（図１の矢印Ｆ１）。第１給電路４１は、主電路４１ａと、複数の分岐路４１ｂとを有する。主電路４１ａは、電源２の出力部に接続されている。複数の分岐路４１ｂは、複数の負荷３に対応している。複数の分岐路４１ｂは、主電路４１ａにおいて異なる位置から分岐して、対応する負荷３に接続されている。主電路４１ａにおいて、第１負荷３１は、第２負荷３２よりも上流側（電源２側）に接続され、第２負荷３２は、第１負荷３１よりも下流側に接続されている。すなわち、大電流を必要とする第１負荷３１は、大電流を必要としない第２負荷３２よりも上流側に接続されている。

　第２給電路４２及び第３給電路４３は、蓄電装置５の出力電力を複数の負荷３に供給するための電路である。

　第２給電路４２は、蓄電装置５の出力電力を、第１電圧変換回路６を介さずに第１負荷３１に供給するための電路である（図１の矢印Ｆ２）。第２給電路４２は、蓄電装置５の入出力部と第１給電路４１の分岐点Ｎ１とを接続する。分岐点Ｎ１は、複数の負荷３よりも上流側に配置されている。第２給電路４２は、蓄電装置５の出力電力を、第１電圧変換回路６を介さずに主電路４１ａの分岐点Ｎ１に出力する。これにより、蓄電装置５の出力電力が、第１電圧変換回路６を介さずに第１負荷３１に供給される。第１負荷３１は動作電圧の低下を許容するため、第１負荷３１には、第１電圧変換回路６を介さずに蓄電装置５の出力電力が供給される。

　第３給電路４３は、蓄電装置５の出力電力を、第１電圧変換回路６を介して第２負荷３２に供給するための電路である（図１の矢印Ｆ３）。第３給電路４３は、蓄電装置５の入出力部と第１給電路４１の分岐点Ｎ２とを接続する。分岐点Ｎ２は、主電路４１ａにおいて、第１負荷３１と第２負荷３２との間の位置に配置されている。すなわち、分岐点Ｎ２は、主電路４１ａにおいて、第２負荷３２の上流側に配置され、且つ第１負荷３１の下流側に配置されている。第３給電路４３には、蓄電装置５の出力電圧を変圧する第１電圧変換回路６が設けられている。第３給電路４３は、蓄電装置５の出力電圧を、第１電圧変換回路６を介して主電路４１ａの分岐点Ｎ２に出力する。これにより、蓄電装置５の出力電力が、第１電圧変換回路６を介して第２負荷３２に供給される。

　第４給電路４４は、電源２の出力電力を蓄電装置５に供給するための電路である（図１の矢印Ｆ４）。第４給電路４４は、主電路４１ａの第３分岐点と蓄電装置５の入出力部とを接続する。第３分岐点Ｎ３は、主電路４１ａにおいて第１分岐点の上流側（電源２側）に配置されている。第４給電路４４には、電源２の出力電圧を変圧する第２電圧変換回路７が設けられている。第４給電路４４は、電源２の出力電圧を、第２電圧変換回路７を介して蓄電装置５に出力する。これにより、電源２の出力電力が、第２電圧変換回路を介して蓄電装置５に充電される。

　（１－２－２．蓄電装置）
　蓄電装置５は、電源２のバックアップ用（すなわち補助又は予備）の電源である。換言すると、蓄電装置５は、電源２の失陥時に複数の負荷３に対して電力を供給可能な電源である。蓄電装置５は、例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ:Electrical Double Layer Capacitor）である。蓄電装置５は、電気的に並列、直列、又は並列かつ直列に接続された、２個以上の蓄電装置（例えば電気二重層キャパシタ）にて構成されていてもよい。すなわち、蓄電装置５は、２個以上の蓄電装置の並列回路若しくは直列回路、又はその組み合わせによって実現されてもよい。

　（１－２－３．電圧変換回路）
　第１電圧変換回路６は、蓄電装置５の出力電圧を変圧して一定の電圧（第１電圧）に維持して出力する定電圧回路であり、上述のように、第３給電路４３に設けられている。第１電圧変換回路６は、例えば、昇降圧ＤＣＤＣコンバータである。第１電圧は、第２負荷３２の最低動作保証電圧（例えば１１．５Ｖ）よりも少し高い電圧（例えば１２Ｖ）である。上述のように、蓄電装置５の出力電力は、第１電圧変換回路６を介して第２負荷３２に供給される。これにより、蓄電装置５の出力電圧が低下しても、蓄電装置５から第２負荷３２に出力される電圧は、最低動作保証電圧よりも高い第１電圧に維持される。

　第２電圧変換回路７は、電源２の出力電圧を変圧（例えば昇圧）して一定の電圧（第２電圧、例えば１５Ｖ）に維持して蓄電装置５に出力することで、蓄電装置５を充電する定電圧回路（すなわち充電回路）であり、上述のように、第４給電路４４に設けられている。第２電圧変換回路７は、例えば、昇降圧ＤＣＤＣコンバータである。第２電圧は、電源２の出力電圧（例えば１２Ｖ）よりも高い電圧である。これにより、蓄電装置５の満充電時の電圧を電源２の出力電圧よりも高くできる。この結果、第２給電路４２を介して蓄電装置５から第１負荷３１に出力される出力電流を、第１電圧変換回路６を介さなくても、十分に大きな電流にすることができる。

　（１－２－４．バイパス経路）
　バイパス経路８は、第１電圧変換回路６に並列に接続された電路であり、第１電圧変換回路６が起動するまでの間（すなわち起動開始時から起動完了時までの間）、蓄電装置５から第２負荷３２への出力電圧を確保するための電路である。本実施形態では、バイパス経路８は、２つのバイパス経路（第１バイパス経路８１及び第２バイパス経路８２）を含む。

　第１バイパス経路８１は、第３給電路４３における第１電圧変換回路６の入力部及び出力部の間を短絡する電路である。すなわち、第１バイパス経路８１は、第２給電路４２を介しての蓄電装置５から第１負荷３１への給電路とは分離された電路である。第１バイパス経路８１には、逆流防止用のダイオード８１１が設けられている。ダイオード８１１のカソードは、第１電圧変換回路６の出力部側に接続され、ダイオード８１１のアノードは、第１電圧変換回路６の入力部側に接続されている。第２バイパス経路８２は、第２給電路４２と、第１給電路４１における第１分岐点Ｎ１と第２分岐点Ｎ２との間の部分電路とで構成される電路である。すなわち、第２バイパス経路８２は、第２給電路４２を介しての蓄電装置５から第１負荷３１への給電路を利用した電路である。

　第１バイパス経路８１又は第２バイパス経路８２により、第１電圧変換回路６が起動するまでの間、蓄電装置５から第２負荷３２への出力電圧が途切れることを抑制できる。特に、第１バイパス経路８１では、第１電圧変換回路６が起動するまでの間、蓄電装置５から第２負荷３２への出力電圧を全く途切れることなく供給可能である。第２バイパス経路８２では、後述の第２スイッチ１１がオンするまでの間（すなわちオン開始時からオン完了時までの間（例えば１ｍｓ））は、蓄電装置５から第２負荷３２への出力電圧は途切れるが、第１電圧変換回路６が起動するまでの時間（例えば１００ｍｓ）よりは、蓄電装置５の出力電圧が途切れる時間を短くできる。なお、第２負荷３２の瞬停許容時間が、第２スイッチ１１がオンするまでの時間よりも長ければ、第１バイパス経路８１は無くてもよい。

　（１－２－５．ダイオード）
　ダイオード９は、逆流防止用のダイオードであり、第１給電路４１において、第１負荷３１と第２負荷３２との間の位置に設けられている。本実施形態では、ダイオード９は、第１給電路４１において、第１負荷３１のうちの一番下流側の負荷３と第２分岐点Ｎ２との間の位置に設けられている。ダイオード９のカソードは、第２負荷３２側に接続され、ダイオード９のアノードは、第１負荷３１側に接続されている。ダイオード９によって、第３給電路４３又はバイパス経路８１，８２を介して蓄電装置５から第２負荷３２に供給された電流が、第１給電路４１において第２負荷３２から第１負荷３１へと逆流することを防止できる。すなわち、蓄電装置５から第２負荷３２に供給された電力が第１負荷３１に取られることを防止できる。

　（１－２－６．スイッチ）
　第１スイッチ１０は、第１給電路４１の主電路４１ａに設けられており、制御回路１３の制御に応じてオンとオフとが切り替えられることで、主電路４１ａを導通及び遮断する。この導通及び遮断によって、電源２から複数の負荷３への電力の供給が実行及び停止される。第１スイッチ１０は、例えば、主電路４１ａにおける電源２と第３分岐点Ｎ３との間に設けられている。第１スイッチ１０は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子１０ａで構成されている。各スイッチング素子１０ａは、例えば半導体スイッチ（例えばＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ：metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。

　第２スイッチ１１は、第２給電路４２（すなわち蓄電装置５から第１負荷３１への給電路）に設けられており、制御回路１３の制御に応じてオンとオフとが切り替わることで、第２給電路４２を導通及び遮断する。この導通及び遮断によって、蓄電装置５から第１負荷３１への電力の供給が実行及び停止される。第２スイッチ１１は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子１１ａで構成されている。各スイッチング素子１１ａは、例えば半導体スイッチ（例えばＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ）である。

　選択スイッチ１２は、制御回路１３の制御に応じて、複数の負荷３の中から、蓄電装置５からの電力を供給する負荷３を選択するためのスイッチである。選択スイッチ１２は、複数のスイッチング素子１２ａを含む。各スイッチング素子１２ａは、複数の負荷３のうちの予め指定された負荷３が接続された分岐路４１ｂに設けられている。各スイッチング素子１２ａは、制御回路１３の制御に応じてオンとオフとが切り替わることで、各スイッチング素子１２ａが設けられた分岐路４１ｂを導通及び遮断する。この導通及び遮断によって、蓄電装置５から上記の指定された負荷３への電力の供給が実行及び停止される。

　本実施形態では、選択スイッチ１２は、スイッチング素子１２ａのオフ制御によって、複数の負荷３の中から蓄電装置５からの電力を供給しない負荷３を選択する。この選択によって、複数の負荷３のうちの残りの負荷３が、蓄電装置５からの電力が供給される負荷３として選択されることになる。

　上記の指定された負荷３は、例えば、電動ステアリング装置及びそのＥＣＵ（ElectronicControl Unit）、並びにブレーク装置のＥＣＵを含むが、ブレーキ装置、及びＡＤＡＳ（Advanced Driver-Assistance Systems：先進運転支援システム）関連機器は含まない。

　本実施形態では、一例として、選択スイッチ１２は下記のように制御される。電源２に失陥が発生していない場合は、各スイッチング素子１２ａは全て、オンに制御される。これにより、上記の指定された負荷３の全てに対して、電源２からの電力が供給される。また、電源２の失陥時において車両９が自動運転中である場合は、各スイッチング素子１２ａは全て、オンに制御される。これにより、上記の指定された負荷３の全てに対して、蓄電装置５からの電力が供給される。この結果、電源２の失陥時において自動運転中である場合は、自動運転に関する全ての負荷３に蓄電装置５からの電力が供給される。また、電源２の失陥時において車両９が自動運転中でない場合は、各スイッチング素子１２ａは全て、オフに制御される。これにより、上記の指定された負荷３に対して、蓄電装置５からの電力の供給が停止される。この結果、例えば、車両９の制動に関係し且つ運転者の力を利用する負荷（例えばブレーキ装置）には、蓄電装置５からの電力が供給ｓされ、他方、車両９の制動に関係せず且つ運転者の力を利用しない負荷（例えば電動ステアリング装置及びそのＥＣＵ、並びに、ブレーキ装置のＥＣＵ）には、蓄電装置５からの電力が供給されない。

　（１－２－７．制御回路）
　制御回路１３は、例えば電源２の出力電圧を監視することで、電源２に失陥が発生したか否かを判定する。また、制御回路１３は、電源２に失陥が発生したか否かに応じて、第１電圧変換回路６、第２電圧変換回路７、第１スイッチ１０、第２スイッチ１１及び選択スイッチ１２を制御する。制御回路１３の動作の詳細は、後述の動作説明で行う。

　制御回路１３は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、制御回路１３は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御回路１３として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

　（１－３．動作説明）
　図１、図３及び図４を参照して、バックアップ電源システム１の主要な動作を説明する。

　図１に示すように、電源２に失陥が発生していない場合は、制御回路１３は、第１スイッチ１０（すなわち２つのスイッチング素子１０ａ）をオンに制御し、第２スイッチ１１（すなわち２つのスイッチング素子）をオフに制御し、第１電圧変換回路６を停止させる。これにより、電源２の出力電力が、第１給電路４１（すなわち主電路４１１及び複数の分岐路４１ｂ）を通って、複数の負荷３（すなわち第１負荷３１及び第２負荷３２）に供給される。

　また、電源２に失陥が発生していない場合は、制御回路１３は、第２電圧変換回路７を作動させる。これにより、電源２の出力電力が、第１給電路４１の第３分岐点から第４給電路４４を通って（すなわち第２電圧変換回路７を通って）蓄電装置５に供給される。この結果、蓄電装置５が充電される。この充電によって、蓄電装置５の満充電時の電圧は、電源２の出力電圧よりも高くなる。

　また、電源２に失陥が発生した場合は、制御回路１３は、第２電圧変換回路７を停止させる。これにより、第２電圧変換回路７による蓄電装置５の充電が停止される。

　また、電源２に失陥が発生した場合は、制御回路１３は、第１スイッチ１０（すなわち２つのスイッチング素子１０ａ）をオフに制御し、第２スイッチ１１（すなわち２つのスイッチング素子１１ａ）をオンに制御し、第１電圧変換回路６を作動（起動）させる。これにより、蓄電装置５の出力電力が、第２給電路４２を通って第１給電路４１の第１分岐点Ｎ１に出力されて、第１給電路４１を通って複数の負荷３（特に第１負荷３１）に供給される。このとき、蓄電装置５の満充電時の電圧は電源２の出力電圧よりも高いため、蓄電装置５の出力電圧を昇圧しなくても、十分に大きな動作電流が第１負荷３１（すなわちパワー系の負荷）に供給される。

　この供給に並行して、蓄電装置５の出力電力は、第３給電路４３を通って第１給電路４１の第２分岐点Ｎ２に出力されて、第１給電路４１を通って第２負荷３２にも供給される。このとき、第１電圧変換回路６が起動するまでの間（すなわち起動開始時から起動完了時までの間（例えば１００ｍｓ（ミリセカンド）の間）は、第３給電路４３を経由する蓄電装置５の出力電力は、第１バイパス経路８１を通って（すなわち第１電圧変換回路６を通らずに）第２分岐点Ｎ２に出力される。すなわち、第１電圧変換回路６が起動するまでの間は、第１電圧変換回路６の出力電圧は十分に昇圧されておらず蓄電装置５の出力電圧よりも低いため、蓄電装置５の出力電圧は、第１バイパス経路８１を通って第２分岐点Ｎ２に出力される。

　このように、第１電圧変換回路６が起動するまでの間は、蓄電装置５の出力電力は、第１電圧変換回路６によって変圧（昇圧）されない。しかし、蓄電装置５の満充電時の電圧は電源２の出力電圧よりも高いため、第２分岐点Ｎ２に出力される蓄電装置５の出力電圧は、第２負荷３２の最低動作保証電圧以上に維持される。これにより、第１電圧変換回路６が起動するまでの間、蓄電装置５から第２負荷３２への出力電圧が途切れることを抑制できる。

　なお、本実施形態では、第２給電路４２と、第１給電路４１における第１分岐点Ｎ１と第２分岐点Ｎ２との間の部分電路とは、第２バイパス経路８２を構成している。第１電圧変換回路６が起動するまでの間、蓄電装置５の出力電力は、第２バイパス経路８２を経由して第１分岐点Ｎ１にも出力される。このため、この第２バイパス経路８２によっても、第１電圧変換回路６が起動するまでの間、蓄電装置５から第２負荷３２への出力電圧が途切れることを抑制できる。

　そして、第１電圧変換回路６の起動後（すなわち起動完了後）は、第３給電路４３を経由する蓄電装置５の出力電力は、第１電圧変換回路６を経由して第２分岐点Ｎ２に出力される。すなわち、第１電圧変換回路６の起動後は、第１電圧変換回路６の出力電圧は十分に昇圧されて蓄電装置５の出力電圧よりも高くなるため、蓄電装置５の出力電圧は、第１バイパス経路８１を通らず、第１電圧変換回路６で昇圧されて第２分岐点Ｎ２に出力される。

　このように、第１電圧変換回路６の起動後は、蓄電装置５の出力電圧は、第１電圧変換回路６を経由することで、蓄電装置５の出力電圧が低下しても、第１電圧変換回路６による昇圧によって、第２負荷３２の最低動作保証電圧以上の一定電圧に維持される。

　また、第３給電路４３又はバイパス経路８１，８２を介して蓄電装置５から第２負荷３２に電力が供給されるとき、ダイオード９によって、第２負荷３２に供給された当該電力が、第１給電路４１を逆流して第１負荷３１に取られることが防止されている。

　本実施形態では、電源２の失陥発生時から一定時間（例えば７秒）、選択スイッチ１２で選択された負荷３に対して、負荷３の動作に必要な電力が継続的に供給される。より詳細には、第１負荷３１には、或る電流値以上の動作電流（例えば１６Ａ以上の動作電流）が供給され、第２負荷３２には、最低動作保証電圧Ｖｔ（例えば１１．５Ｖ）以上の一定電圧（例えば１２Ｖ）が供給される。図３は、電源２の失陥発生時に第２給電路４２を経由して蓄電装置５から第１負荷３１に出力される電圧Ｖ１及び電流Ｉ１の時間経過の一例を示す。図３のＶｓは、第１負荷３１の最低動作保証電圧（例えば９．５Ｖ）である。図４は、電源２の失陥発生時に第３給電路４３を経由して蓄電装置５から第２負荷３２に出力される電圧Ｖ２及び電流Ｉ２の時間経過の一例を示す。図４のＶｔは、第１負荷３１の最低動作保証電圧（例えば１１．５Ｖ）である。図３及び図４において、電源２の失陥発生時を時刻ｔ＝０としている。

　図３に示すように、電流Ｉ１は、１６Ａから３０Ａまで上昇し、３０Ａを一定時間（例えば７秒）維持する。すなわち、電流Ｉ１は、一定時間、第１負荷３１の動作に必要な１６Ａ以上の電流を維持する。また、電圧Ｖ１は、１５Ｖから時間経過に伴って漸次減少するが、一定時間（例えば７秒）、第１負荷３１の最低動作保証電圧Ｖｓ以上の電圧を維持する。また、図４に示すように、電流Ｉ２は、一定時間（例えば７秒）、第２負荷３２の動作に必要な電流（例えば２．５Ａ）を維持する。また、電圧Ｖ２は、一定時間（例えば７秒）、第２負荷３２の最低動作保証電圧Ｖｔ以上の電圧（１２Ｖ）を維持する。

　このように、電源２の失陥発生時から一定時間（例えば７秒）、第１負荷３１には、第１負荷３１の動作に必要な動作電流が継続的に供給され、第２負荷３２には、最低動作保証電圧Ｖｔ以上の一定電圧が継続的に供給される。上記の一定時間は、所定速度（例えば６０ｋｍ／ｈ）で走行中の車両９が安定して停止するために必要な時間である。これにより、例えば、車両９が所定速度で走行中に電源２の欠陥が発生した場合に、車両９を安定して停止させることができる。

　（１－４．主要な効果）
　以上のように、本実施形態に係るバックアップ電源システム１は、電源２の失陥時に蓄電装置５からの電力を複数の負荷３に供給するシステムである。バックアップ電源システム１は、第１電圧変換回路６を備える。第１電圧変換回路６は、蓄電装置５の出力電圧を変圧する。複数の負荷３は、第１負荷３１と、第２負荷３２とを含む。第１負荷３１には、蓄電装置５からの電力が第１電圧変換回路６を介さずに供給される。第２負荷３２には、蓄電装置５からの電力が第１電圧変換回路６を介して供給される。この構成により、第１電圧変換回路６は、複数の負荷３のうちの一部の負荷（第２負荷３２）に対してのみ、電圧変換を行うため、複数の負荷３に対して電圧変換する場合と比べて、第１電圧変換回路６を小型化できる。この結果、第１電圧変換回路のコストを低減することができる。

　（２．変形例）
　次に上記の実施形態の変形例を説明する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。以下に説明する変形例では、実施形態と異なる点を中心に説明し、実施形態と同じ部分については、同じ符号を付して説明を省略する場合がある。

　（２－１．変形例１）
　上記の実施形態において、蓄電装置５は、リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ：Lithium Ion Capacitor）、又はリチウムイオン電池（ＬＩＢ：Lithium Ion Battery）等の二次電池であってもよい。リチウムイオンキャパシタでは、ＥＤＬＣと同様の材質（例えば活性炭）で正極が形成され、ＬＩＢと同様の材質（例えば黒鉛等の炭素材料）で負極が形成される。

　また、蓄電装置５は、電気二重層キャパシタに限らず、例えば、以下に説明する構成を有する電気化学デバイスであってもよい。ここでいう電気化学デバイスは、正極部材と、負極部材と、非水電解液と、を備える。正極部材は、正極集電体と、正極集電体に担持され正極活物質を含む正極材料層と、を有する。正極材料層は、アニオン（ドーパント）をドープ及び脱ドープする正極活物質として導電性高分子を含む。負極部材は、負極活物質を含む負極材料層を有する。負極活物質は、一例として、リチウムイオンの吸蔵及び放出を伴う酸化還元反応が進行する物質であり、具体的には、炭素材料、金属化合物、合金又はセラミックス材料等である。非水電解液は、一例として、リチウムイオン伝導性を有する。この種の非水電解液は、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶液と、を含んでいる。このような構成の電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ等に比べて、高いエネルギ密度を有する。

　（２－２．変形例２）
　上記の実施形態では、第１電圧変換回路６は１つ設けられるが、図５に示すように、第１電圧変換回路６は複数設けられてもよい。上記の実施形態では、第１電圧変換回路６、第３給電路４３、ダイオード９、第１バイパス経路８１及びダイオード８１１は、１つの組を構成している。したがって、本変形例では、上記の組が複数設けられている。また、本変形例では、第２負荷３２は、複数の第１電圧変換回路６に対応する複数の負荷群に分けられている。複数の負荷群は、互いに異なる最低動作保証電圧を有する。

　図５の例では、第１電圧変換回路６が２つ設けられた場合、すなわち上記の組が２つ設けられた場合を例示する。この場合、上記の複数の負荷群は、２つの負荷群となる。この２つの負荷群を負荷群３２ａ及び負荷群３２ｂと区別する。また、上記の２つの組を組Ｇ１及び組Ｇ２と区別する。

　各組Ｇ１，Ｇ２の各々の第３給電路４３はそれぞれ、蓄電装置５の入出力部と、第１給電路４１の２つの分岐点Ｎ２ａ，Ｎ２ｂとの間に接続されている。分岐点Ｎ２ａは、第１給電路４１における第１負荷３１と負荷群３２ａとの間に位置する分岐点である。分岐点Ｎ２ｂは、第１給電路４１における２つの負荷群３２ａ，３２ｂの間に位置する分岐点である。組Ｇ１のダイオード９は、第１給電路４１の主電路４１ａにおける第１負荷３１と分岐点Ｎ２ａとの間に設けられる。組Ｇ２のダイオード９は、第１給電路４１の主電路４１ａにおける負荷群３２ａと分岐点Ｎ２ａとの間に設けられている。各組Ｇ１，Ｇ２の各々の第１電圧変換回路６はそれぞれ、２つの負荷群３２ａ，３２ｂに対応し、蓄電装置５の出力電圧を変圧して、対応する負荷群の最低動作保証電圧以上の一定電圧に維持して、対応する負荷群に出力する。

　本変形例によれば、第１電圧変換回路６が複数設けられるため、各第１電圧変換回路をより小型化でき、複数の第１電圧変換回路６の全体もより小型化できる。この結果、第１電圧変換回路６のコストをより低減することができる。

　（２－３．その他の変形例）
　上記の実施形態では、第１バイパス経路８１にダイオード８１１が設けられるが、ダイオード９の代わりに、シリーズレギュレータが設けられてもよい。

　また、上記の実施形態では、第１負荷３１及び第２負荷３２はそれぞれ複数の負荷（負荷群）であるが、第１負荷３１及び第２負荷３２はそれぞれ１つの負荷であってもよい。また、第１負荷３１及び第２負荷３２の少なくとも一方が、複数の負荷からなる負荷群であればよい。

　また、上記の実施形態では、第１負荷３１は、第２負荷３２と比較して、第１条件と第２条件との両方を満たすが、第１条件と第２条件の少なくとも一方の条件を満たせばよい。なお、第１条件は、消費電力が大きい（すなわち動作電流が大きい）という条件であり、第２条件は、最低動作保証電圧が小さいという条件である。

　（３．まとめ）
　上記の実施形態及び変形例から、本開示は以下の態様を含む。

　第１の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、電源（２）の失陥時に蓄電装置（５）からの電力を複数の負荷（３）に供給する。バックアップ電源システム（１）は、蓄電装置（５）の出力電圧を変圧する電圧変換回路（６）を備える。複数の負荷（３）は、第１負荷（３１）と、第２負荷（３２）とを含む。バックアップ電源システム（１）は、蓄電装置（５）からの電力を電圧変換回路（６）を介さずに第１負荷（３１）に供給し、蓄電装置（５）からの電力を電圧変換回路（６）を介して第２負荷（３２）に供給する。

　この構成によれば、電圧変換回路（６）は、複数の負荷（３）のうちの一部の負荷（第２負荷（３２））に対してのみ、電圧変換を行うため、電圧変換回路（６）を小型化でき、この結果、電圧変換回路のコストを低減することができる。

　第２の態様に係るバックアップ電源システム（１）では、第１の態様において、第１負荷（３１）は、第２負荷（３２）と比較して、消費電力が大きいという第１条件と、最低動作保証電圧が小さいという第２条件の少なくとも一方の条件を満たす。

　この構成によれば、複数の負荷（３）のうち、第１条件と第２条件の少なくとも一方の条件を満たす負荷に対しては、電圧変換回路（６）を介さずに蓄電装置（５）からの電力を供給することができる。

　第３の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、第１又は第２の態様において、電圧変換回路（６）に並列に接続されたバイパス経路（８）を更に備える。

　この構成によれば、電圧変換回路（６）が起動するまでの間（すなわち起動開始時から起動完了時までの間）、蓄電装置（５）から第２負荷（３２）への出力電圧が途切れることを抑制できる。

　第４の態様に係るバックアップ電源システム（１）では、第３の態様において、バイパス経路（８）は、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）への給電路とは分離された第１バイパス経路（８１）を含む。

　この構成によれば、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）への給電路に、電圧が瞬停する可能性がある回路（例えばスイッチ等）が設けられていても、バイパス経路（８）によって、その瞬停の影響を抑制することができる。

　第５の態様に係るバックアップ電源システム（１）では、第３又は第４の態様において、バイパス経路（８）は、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）への給電路を用いた第２バイパス経路（８２）を含む。

　この構成によれば、バイパス経路（８）は、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）への給電路（すなわち既存の給電路）を利用して構成することができる。

　第６の態様に係るバックアップ電源システム（１）では、第３～第５の態様の何れか１つにおいて、バイパス経路（８）は、ダイオード（８１１）を含む。

　この構成によれば、バイパス経路（８）で電流が逆流することを防止できる。

　第７の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、第３～第５の態様の何れか１つにおいて、蓄電装置（５）を充電する充電回路（７）を更に備える。

　この構成によれば、充電回路（７）によって、蓄電装置（５）の充電時の電圧（充電電圧）を制御することができ、この結果、蓄電装置（５）の満充電時の電圧を制御することができる。

　第８の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、第１～第７の態様の何れか１つにおいて、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）への給電路を導通及び遮断するスイッチ（１１）を更に備える。

　この構成によれば、スイッチ（１１）によって、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）への電力の供給及び遮断を選択的に切り替えることができる。

　第９の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、第１～第８の態様の何れか１つにおいて、第１負荷（３１）及び第２負荷（３２）の少なくとも一方は、複数の負荷（３）からなる負荷群を含む。負荷群のうち、蓄電装置（５）からの電力が供給される負荷を選択する選択スイッチ（１２）を更に備える。

　この構成によれば、選択スイッチ（１２）によって、負荷群のうち蓄電装置（５）からの電力が供給される負荷（３）を選択することができる。

　第１０の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、第１～第９の態様の何れか１つにおいて、蓄電装置（５）は、キャパシタである。

　この構成によれば、蓄電装置（５）としてキャパシタ型の蓄電装置（例えば電気二重層キャパシタ）を用いることができる。

　第１１の態様に係るバックアップ電源システム（１）では、第１～第１０の態様の何れか１つにおいて、蓄電装置（５）は、電源（２）によって充電される。蓄電装置（５）の満充電時の電圧は、電源（２）の出力電圧よりも高い。

　この構成によれば、蓄電装置（５）から第１負荷（３１）に対し、電圧変換回路を介さなくても十分に大きな電流を供給することができる。

　第１２の態様に係るバックアップ電源システム（１）は、第１～第１１の態様の何れか１つにおいて、蓄電装置（５）を備える。

　この構成によれば、蓄電装置（５）を含めた形態でバックアップ電源システム（１）を提供することができる。

　第１３の態様に係る移動体（９）は、第１２の態様のバックアップ電源システム（１）と、移動体本体（９１）と、を備える。

　この構成によれば、上記のバックアップ電源システム（１）を備えた移動体（９）を提供することができる。

　１　バックアップ電源システム
　２　電源
　３　負荷
　５　蓄電装置
　６　第１電圧変換回路（電圧変換回路）
　７　第２電圧変換回路（充電回路）
　８　バイパス経路
　１１　第２スイッチ（スイッチ）
　１２　選択スイッチ
　３１　第１負荷
　３２　第２負荷
　８１　第１バイパス経路
　８２　第２バイパス経路

Claims (13)

1. 電源の失陥時に蓄電装置からの電力を複数の負荷に供給するバックアップ電源システムであって、
   前記蓄電装置の出力電圧を変圧する電圧変換回路を備え、
   前記複数の負荷は、第１負荷と、第２負荷とを含み、
   前記蓄電装置からの電力を、前記電圧変換回路を介さずに前記第１負荷に供給し、
   前記蓄電装置からの電力を、前記電圧変換回路を介して前記第２負荷に供給する、
   バックアップ電源システム。
2. 前記第１負荷は、前記第２負荷と比較して、消費電力が高いという第１条件と、最低動作保証電圧が低いという第２条件の少なくとも一方の条件を満たす、
   請求項１に記載のバックアップ電源システム。
3. 前記電圧変換回路に並列に接続されたバイパス経路を更に備える、
   請求項１又は２に記載のバックアップ電源システム。
4. 前記バイパス経路は、前記蓄電装置から前記第１負荷への給電路とは分離された第１バイパス経路を含む、
   請求項３に記載のバックアップ電源システム。
5. 前記バイパス経路は、前記蓄電装置から前記第１負荷への給電路を用いた第２バイパス経路を含む、
   請求項３又は４に記載のバックアップ電源システム。
6. 前記バイパス経路は、ダイオードを含む、
   請求項３～５の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
7. 前記蓄電装置を充電する充電回路を更に備える、
   請求項３～５の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
8. 前記蓄電装置から前記第１負荷への給電路を導通及び遮断するスイッチを更に備える、
   請求項１～７の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
9. 前記第１負荷及び前記第２負荷の少なくとも一方は、複数の負荷からなる負荷群を含み、
   前記負荷群のうち、前記蓄電装置からの電力が供給される負荷を選択する選択スイッチを更に備える、
   請求項１～８の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
10. 前記蓄電装置は、キャパシタである、
    請求項１～９の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
11. 前記蓄電装置は、前記電源によって充電され、
    前記蓄電装置の満充電時の電圧は、前記電源の出力電圧よりも高い、
    請求項１～１０の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
12. 前記蓄電装置を備える、
    請求項１～１１の何れか１項に記載のバックアップ電源システム。
13. 請求項１２に記載のバックアップ電源システムと、
    移動体本体と、を備える、
    移動体。

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