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発明の名称 車両用電源装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−153006(P2007−153006A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2005−347625(P2005−347625)
出願日 平成17年12月1日(2005.12.1)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 中嶋 則夫 / 西本 進
要約 課題
車両の制御を電気的に行う車両用電源装置に関し、小型軽量化が困難という課題を解決し、容量減少を招くことなく小型軽量化が可能な車両用電源装置を提供することを目的とする。

解決手段
補助電源としての電源バックアップユニット2を電気二重層コンデンサを用いたキャパシタユニット15で構成し、このキャパシタユニット15に電荷を充電する際に車両の温度により充電電圧を制御する構成により、車両の温度が低い場合にはキャパシタユニット15を充電する印加電圧を高くすることにより低温以外での電荷量と同電荷量を得ることができるようになるため、電気二重層コンデンサの特質を解消し、低温時の容量減少を見越した容量設計をする必要がなく、小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
電気的な制御により車両を制動させる際に用いられる車両用電源装置であって、ブレーキペダルからの情報および/または車両の走行状態に応じた情報が入力されると共に、これらの情報に基づいて上記車両の制動を制御するための情報をブレーキに出力する電子制御部と、この電子制御部を介して上記ブレーキへの電力供給を行うバッテリと、このバッテリの異常時に上記電子制御部を介してブレーキへの電力供給を行う補助電源とを有し、この補助電源がキャパシタで構成されるキャパシタユニットを用いた電源バックアップユニットからなり、車両動作開始時に上記電源バックアップユニットに電荷が充電されると共に、車両動作終了時に上記電源バックアップユニットから電荷が放電されるように構成された車両用電源装置において、上記電源バックアップユニットに電荷を充電する際に、車両の温度を検知し、この検知した温度に基づいて印加する電圧を制御する充電制御部を設けた車両用電源装置。
【請求項2】
検知した車両の温度に基づいて制御する電源バックアップユニットへの印加電圧は、車両の温度が所定の温度よりも低くなると印加電圧を高くするように制御を行う請求項1に記載の車両用電源装置。
【請求項3】
キャパシタとして電気二重層コンデンサを用いた請求項1に記載の車両用電源装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は特に車両の制御を電気的に行う車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴って車両の制動についても従来の機械的な制御から電気的な制御への開発が急速に進み、各種の提案がなされている。
【0003】
一般に、車両の制御を電気的に行うために、その電源としてバッテリが用いられる場合があるが、その場合にこのバッテリだけでは何等かの原因で電力の供給ができなくなると車両の制御ができなくなるため、補助電源としてこのバッテリとは別に補助のバッテリを搭載して非常時の対応ができるような提案もなされていた(特許文献1)。
【0004】
また、このように補助電源として補助のバッテリを用いる場合には、バッテリの寿命を予想することが極めて困難なため、バッテリを早め早めに定期的に交換しなければならず、このために、さらなる安全性向上を図ることを目的として、本発明者らは、補助電源としての寿命を予想することができると共に、その状態を検出することができる電源バックアップユニットを実現し、より信頼性、安全性の高い車両用電源装置を提供できる技術を提案している(特許文献2)。
【0005】
図6は上記特許文献2に記載された従来の車両用電源装置の構成を示した概念図であり、図6において、30は車両内に電力を供給するための12V用バッテリ、31はこのバッテリ30の補助電源としての電源バックアップユニットである。32は車両の制動を制御するための情報を出力する電子制御部、33はこの電子制御部32へ車両の制動を制御する情報を伝達するためのブレーキペダル、34はこのブレーキペダル33からの情報を電子制御部32を介して制御するブレーキ、35はこのブレーキ34により制動されるタイヤである。
【0006】
また、図7は上記車両用電源装置の構成を示した回路図であり、図7において、バッテリ30は車両の動作を開始および終了させるためのイグニッションスイッチ36を介して電源バックアップユニット31に設けられたIG(イグニッション)端子37に接続されると共に、電源バックアップユニット31および電子制御部32に電力を供給するための+BC端子38および電源供給端子39に接続されている。
【0007】
電源バックアップユニット31と電子制御部32は、電子制御部32から電源バックアップユニット31へ信号を入力するための通信入力端子40、電源バックアップユニット31から電子制御部32へ信号を出力するための通信出力端子41、検出した電圧の出力およびバッテリ30の異常時に電源バックアップユニット31内に蓄積された電荷を出力するためのOUT端子42で接続されている。
【0008】
また、上記電源バックアップユニット31は、バッテリ30の異常時に電子制御部32を介してブレーキ34への電力供給を行うための補助電源としてキャパシタユニット43を有しており、このキャパシタユニット43は例えば急速に充放電が可能な電気二重層コンデンサからなる複数のキャパシタを用いて形成されている。また電源バックアップユニット31には、このキャパシタユニット43へ充電を行うための充電回路44と、放電を行うための放電回路45を有しており、これらはマイコン46からの指示に基づき制御される。
【0009】
さらに電源バックアップユニット31には、第1の検出手段としてバッテリ30から出力される電圧を検出するためのバックアップ検出手段47を有しており、このバックアップ検出手段47には電圧異常を検出したときにキャパシタユニット43からOUT端子42を介して電子制御部32への放電を可能にするためのFETスイッチ48が設けられている。
【0010】
また、電源バックアップユニット31には、充放電の挙動によりキャパシタユニット43の異常を検出するための第2の異常検出手段が設けられており、この第2の異常検出手段はマイコン46と、充電回路44と、放電回路45とから構成されている。
【0011】
このように構成された従来の車両用電源装置は、まず、車両の動作を開始させるために例えばイグニッションをONにすると、バッテリ30からIG端子37に接続するイグニッションスイッチ36がONになり、バッテリ30から電源バックアップユニット31および電子制御部32に電圧12Vが供給される。そして電子制御部32から、バッテリ30からキャパシタユニット43への充電を許可するための充電許可信号を通信入力端子40を介して電源バックアップユニット31に入力し、マイコン46が充電許可信号を受信し、充電回路44へ送信する。
【0012】
充電が許可されると、バッテリ30から+BC端子38、充電回路44を介してキャパシタユニット43へ、バッテリ30が電圧低下時または異常時に電子制御部32へ供給するための電荷が充電される。
【0013】
一方、+BC端子38を介してバッテリ30から出力される電圧をバックアップ検出手段47に備えられたセンサにて検出し、OUT端子42に出力する。ここでバッテリ30から出力される電圧が基準値(9.5V)以上であれば、バッテリ30からの電圧および電源バックアップユニット31の動作が正常であることを確認して、バッテリ30から電子制御部32へ継続して電力が供給される。
【0014】
これにより車両は正常に動作することができ、ブレーキペダル33を作動させたとき、電子制御部32はブレーキペダル33からの情報が入力されると共に、それらの情報に基づき、車両の制動を制御するための情報をブレーキ34に出力する。そして出力した情報によりブレーキ34が作動し、タイヤ35を確実に制動させることができ、結果として車両を確実に制動させることができるというものであった。
【特許文献1】特開平5−116571号公報
【特許文献2】特開2004−322987号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
しかしながら上記従来の車両用電源装置では、電源バックアップユニット31が電気二重層コンデンサを複数個用いたキャパシタユニット43で構成されているため、この電気二重層コンデンサ固有の特質として低温になると容量が減少するという課題があった。図5はこのような電気二重層コンデンサの温度と容量の関係を示した特性図であり、0℃以上の場合の容量に比べ、−30℃においては約10%程度容量が減少することが分かるものである。
【0016】
従って、車載用として要求される−30℃〜65℃までの温度範囲を保証しようとすれば、例えば、公称の定格容量が70Fの電気二重層コンデンサであっても、−30℃における容量が63Fに減少してしまうために63Fの容量しか保証できないことになり、保証容量よりも相当大きな定格容量の電気二重層コンデンサを使用しなければならないというものであった。
【0017】
一方、特に省エネルギー化の観点から強く要望される小型軽量化に対して、電源バックアップユニット31を構成するキャパシタユニット43の容量を維持したままで小型軽量化を図ることには現在の技術では自ずと限界があり、キャパシタユニット43自体の改良以外にも着目しなければ、要求される小型軽量化の達成が困難であるという課題があった。
【0018】
本発明はこのような従来の課題を解決し、容量減少を招くことなく小型軽量化を実現することが可能な車両用電源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記課題を解決するために本発明は、電気的な制御により車両を制動させる際に用いられる車両用電源装置であって、ブレーキペダルからの情報および/または車両の走行状態に応じた情報が入力されると共に、これらの情報に基づいて上記車両の制動を制御するための情報をブレーキに出力する電子制御部と、この電子制御部を介して上記ブレーキへの電力供給を行うバッテリと、このバッテリの異常時に上記電子制御部を介してブレーキへの電力供給を行う補助電源とを有し、この補助電源がキャパシタで構成されるキャパシタユニットを用いた電源バックアップユニットからなり、車両動作開始時に上記電源バックアップユニットに電荷が充電されると共に、車両動作終了時に上記電源バックアップユニットから電荷が放電されるように構成された車両用電源装置において、上記電源バックアップユニットに電荷を充電する際に、車両の温度を検知し、この検知した温度に基づいて印加する電圧を制御する充電制御部を設けた構成にしたものである。
【発明の効果】
【0020】
以上のように本発明による車両用電源装置は、キャパシタを構成する電気二重層コンデンサは低温では容量が減少するものの耐電圧特性が向上し、また、車両で発生させる電圧は低温になれば損失が少なくなるために高くなるという両者の特徴を最大限有効活用することにより、車両の温度が低い場合には電気二重層コンデンサを充電するための印加電圧を高くすることによって低温以外での電荷量と同じ電荷量を得ることができるようになり、これにより、電気二重層コンデンサの特質を解消し、小さい容量の電気二重層コンデンサを用いた場合でも低温時の電荷量を高めることによって車両温度が変化しても安定したエネルギー量を保証することが可能になり、低温時の容量減少を見越した容量設計をする必要がなく、小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができるようになるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
(実施の形態)
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
【0022】
図1は本発明の一実施の形態による車両用電源装置の構成を示した回路図、図2は同車両用電源装置に設けた充電制御部を含む充電回路の構成を示した回路図であり、図1と図2において、1はバッテリであり、このバッテリ1は車両の動作を開始および終了させるためのイグニッションスイッチ8を介して電源バックアップユニット2に設けられたIG(イグニッションジェネレータ)端子9に接続されると共に、電源バックアップユニット2および電子制御部3に電力を供給するための+BC端子10および電源供給端子20に接続されている。
【0023】
電源バックアップユニット2と電子制御部3は、電子制御部3から電源バックアップユニット2へ信号を入力するための通信入力端子11、電源バックアップユニット2から電子制御部3へ信号を出力するための通信出力端子12、検出した電圧の出力およびバッテリ1の異常時に電源バックアップユニット2内に蓄電された電荷を出力するためのOUT端子13で接続されている。
【0024】
ここで、電源バックアップユニット2の構成について説明すると、電源バックアップユニット2はバッテリ1の異常時に電子制御部3を介してブレーキ4への電力供給を行うための補助電源としてキャパシタユニット15を有しており、このキャパシタユニット15は、例えば急速に充放電が可能な電気二重層コンデンサからなる複数のキャパシタを用いて構成している。また、電源バックアップユニット2には、このキャパシタユニット15へ充電を行うための充電回路16(詳細は後述する)と、放電を行うための放電回路17を有しており、これらはマイコン14からの指示に基づいて制御される。
【0025】
さらに、電源バックアップユニット2には、第1の検出手段として、バッテリ1から出力される電圧を検出するためのバックアップ検出手段18を有しており、このバックアップ検出手段18には電圧異常を検出したときにキャパシタユニット15からOUT端子13を介して電子制御部3への放電を可能にするためのFETスイッチ19が設けられている。
【0026】
また、電源バックアップユニット2には充放電の挙動によりキャパシタユニット15の異常を検出するための第2の異常検出手段が設けられており、この第2の異常検出手段は、マイコン14と、充電回路16と、放電回路17とから構成されている。
【0027】
また、図2は上記充電回路16の詳細を示したものであり、図2において、キャパシタユニット15の電圧を測定する目的でR1、R2を介して定電圧制御回路のICに入力され、ICのもう一方の入力は車両温度検知部6の出力の制御により切り替えスイッチ7のVref1、Vref2のどちらかの基準電圧に接続される。ICの出力はトランジスタを介してFETのゲートに入力されている。FETのソースはバッテリ1に接続され、FETの制御により定電流制御回路を通してキャパシタユニット15にバッテリ1の電荷が充電される。
【0028】
ここで、ICはキャパシタユニット15の電圧をモニターしながらVref1またはVref2の基準電圧と比較してキャパシタユニット15の充電電圧を制御するものである。また、C1〜Cnに並列接続されているR3〜Rnはキャパシタユニット15を構成するセル電圧を均等化するために設けられたものであり、かつ、Vref2側からVref1側に切り替わった際に、キャパシタユニット15の電圧を下げるために各セルの電圧をこのR3〜Rnで消費させる役目も含まれているものである。
【0029】
このように構成された充電回路16は、車両温度検知部6で検知した車両の温度により、車両温度検知部6に用いているサーミスタ等で検知する温度変化に対する抵抗変化特性を利用し、電圧変換した基準電圧をICに入力し、その基準電圧により、例えば、検知された車両温度が0〜65℃の場合にはVref1に、同車両温度が−30〜0℃の未満の場合にはVref2に切り替えることにより、キャパシタユニット15を充電する充電電圧を変化させるようにしているものである。
【0030】
なお、上記キャパシタユニット15のエネルギー(E)は、E=1/2CV2で表されるものであり、容量(C)を一定とすると、電圧(V)を高めることにより、エネルギー(E)は二乗で効いてくることが分かる。
【0031】
ここで、充電電圧を発生する車両側の電源に着目してみると、図3に示すように低温では発生する電圧が高いことが分かる。これは、低温になれば損失が小さくなるためである。
【0032】
また、キャパシタユニット15を構成する電気二重層コンデンサの耐電圧特性に着目してみると、図4に示すように低温になれば耐電圧が上昇することが分かり、これもまた、電気二重層コンデンサの特質の一つである。
【0033】
従って、このような車両側の電源特性と電気二重層コンデンサの耐電圧特性から、低温時には、車両側から高い電圧を供給することができると共に、電気二重層コンデンサではこの高い電圧に耐えることができると言えるものである。
【0034】
これにより、上記図2で示した充電制御部5を用いて、検知した車両の温度に基づき、例えば、車両温度が−30〜0℃未満の場合には切り替えスイッチ7をVref1に切り替えて14V以上を印加電圧とし、同車両温度が0〜65℃の場合には切り替えスイッチ7をVref2に切り替えて13.2Vを印加電圧としてキャパシタユニット15を充電するようにすれば、図5に示すように、定格容量70Fで−30℃時の容量が63Fという温度特性を有する電気二重層コンデンサを用いた場合でも、−30℃〜0℃未満の範囲においては14V以上と高電圧で充電されるためにキャパシタユニット15のエネルギー(E)は0〜65℃のエネルギー(E)と同等以上のエネルギー(E)を保証することができるようになるものである。
【0035】
なお、上記充電制御部5以外の動作については、背景技術の項で図6、図7を用いて説明した内容と同様であるために、ここでの詳細な説明は省略する。
【0036】
このように本実施の形態による車両用電源装置は、補助電源としての電源バックアップユニット2を複数の電気二重層コンデンサを用いたキャパシタユニット15で構成し、このキャパシタユニット15に電荷を充電する際に、車両の温度によって充電電圧を制御するようにしたことにより、車両の温度が低い場合にはキャパシタユニット15を充電するための印加電圧を高くすることによって低温以外での電荷量と同じ電荷量を得ることができるようになり、これにより、電気二重層コンデンサの特質を解消し、低温時の電荷量を高めることによって車両温度が変化しても安定したエネルギーを保証することが可能になり、低温時の容量減少を見越した容量設計をする必要がなく、小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明による車両用電源装置は、容量低下を招くことなく小型軽量化を実現することができるという効果を有し、ハイブリッド自動車用の補助電源等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施の形態による車両用電源装置の構成を示した回路図
【図2】同車両用電源装置に設けた充電制御部を含む充電回路の構成を示した回路図
【図3】同車両側の電源特性を示した特性図
【図4】同電気二重層コンデンサの耐電圧特性を示した特性図
【図5】同キャパシタユニットの容量特性を示した特性図
【図6】従来の車両用電源装置の構成を示した概念図
【図7】同車両用電源装置の構成を示した回路図
【符号の説明】
【0039】
1 バッテリ
2 電源バックアップユニット
3 電子制御部
4 ブレーキ
5 充電制御部
6 車両温度検知部
7 切り替えスイッチ
8 イグニッションスイッチ
9 IG端子
10 +BC端子
11 通信入力端子
12 通信出力端子
13 OUT端子
14 マイコン
15 キャパシタユニット
16 充電回路
17 放電回路
18 バックアップ検出手段
19 FETスイッチ
20 電源供給端子




 

 


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