バックアップ電源システム
【課題】電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することが可能なバックアップ電源システムを提供する。
【解決手段】バックアップ電源システム１は、車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ２０からの電力供給を受けて車両のブレーキを作動させる電子制御ブレーキ５０と、電子制御ブレーキ５０に供給する電圧の値が所定値を下回る電源異常時に、電子制御ブレーキ５０に電力を供給するバックアップ電源６０とを備えている。また、バックアップ電源６０はキャパシタ６１を有している。特に、キャパシタ６１の充電電圧は、バックアップ電源６０の温度が低いほど高い電圧に設定されると共に、車両の速度が高いほど高い電圧に設定される。
【解決手段】バックアップ電源システム１は、車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ２０からの電力供給を受けて車両のブレーキを作動させる電子制御ブレーキ５０と、電子制御ブレーキ５０に供給する電圧の値が所定値を下回る電源異常時に、電子制御ブレーキ５０に電力を供給するバックアップ電源６０とを備えている。また、バックアップ電源６０はキャパシタ６１を有している。特に、キャパシタ６１の充電電圧は、バックアップ電源６０の温度が低いほど高い電圧に設定されると共に、車両の速度が高いほど高い電圧に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックアップ電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子制御ブレーキへ電力を供給する電源（電気自動車やハイブリッド車両においてＤＣ／ＤＣコンバータや１２Ｖバッテリ、一般車両においてオルタネータや１２Ｖバッテリ）が故障等により異常となった場合、電子制御ブレーキへの電力供給をバックアップ電源に切り替えるバックアップ電源システムが提案されている。ここで、バックアップ電源にはキャパシタが用いられ、キャパシタの充電電圧は１２Ｖなど一義的に定められた電圧とされている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、キャパシタは温度が低下すると内部抵抗が上昇する特性があり、極低温時（例えば−３０℃）には常温時（例えば２０℃）と比較し、充電電圧を高く設定する必要がある。しかし、特許文献１に記載のバックアップ電源システムはキャパシタの充電電圧をある値に一義的に設定している。このため、常温時を基準として充電電圧を設定すると極低温時には充電電圧が充分でなく電源異常時に電子制御ブレーキへ必要な電力を供給することができなくなってしまう。
【０００５】
一方、極低温時を基準としてキャパシタの充電電圧を設定すると、常に高い電圧でキャパシタを充電することとなる。このため、車両全体での消費電力量が高くなり、燃費（電気自動車では電費）が悪化する要因となってしまう。
【０００６】
また、キャパシタの容量増加を行うことにより、充電電圧を低減することも可能であるが、バックアップ電源のコストが高くなるうえ、体積や重量の増加につながってしまう。
【０００７】
なお、上記問題は、電源異常時に電子制御ブレーキへ必要な電力を供給するバックアップ電源システムに限らず、車両に搭載される他の制御機器へ必要な電力を供給するバックアップ電源システムについても共通する問題である。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することが可能なバックアップ電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のバックアップ電源システムは、車両に搭載された電源からの電力供給を受けて駆動する制御機器と、電源異常時に制御機器に電力を供給するバックアップ電源とを備えている。また、バックアップ電源はキャパシタを有し、キャパシタの充電電圧はバックアップ電源の温度が低いほど高い電圧に設定される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャパシタの充電電圧はバックアップ電源の温度が低いほど高い電圧に設定されるため、キャパシタは温度に応じて適切に充電可能となり、電源異常時において制御機器へ必要な電力を供給することができる。また、キャパシタは温度に応じて適切に充電可能であることから、必要以上に充電する必要もなく車両全体での消費電力量を抑えることができ、且つ、キャパシタの容量増加を行う必要もなく、コスト、体積及び重量の増加につながらない。従って、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るバックアップ電源を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した記憶部に記憶されたマップを示す概念図である。
【図３】本実施形態に係るバックアップ電源システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】図３に示したステップＳ６における充電電圧の決定方法を示す図である。
【図５】図３に示したステップＳ９における充電電圧の決定方法を示す図である。
【図６】図３に示したステップＳ１０における充電電圧の決定方法を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るバックアップ電源システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るバックアップ電源１を示す概略構成図である。なお、図１では、電気自動車又はハイブリッド車両に搭載されるバックアップ電源システム１を示している。図１に示すように、バックアップ電源システム１は、概略的にモータＭと、強電バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、１２Ｖバッテリ３０と、電子電装システム群４０と、電子制御ブレーキ（制御機器）５０と、バックアップ電源６０とを備えている。
【００１３】
モータＭは、電力供給により駆動する電動機であって、強電バッテリ１０からの電力供給を受けて駆動する。また、モータＭは回生時において強電バッテリ１０を充電する発電機としても機能する。
【００１４】
強電バッテリ１０はモータＭの電源となるものであり、例えば４２Ｖバッテリが用いられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、強電バッテリ１０からの４２Ｖ電圧を例えば１２Ｖ電圧に変換する変換器である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により変換された電圧は、電子電装システム群４０、電子制御ブレーキ５０、及びバックアップ電源６０に供給される。１２Ｖバッテリ３０は、電子電装システム群４０、電子制御ブレーキ５０、及びバックアップ電源６０への電力供給源となるものである。また、１２Ｖバッテリ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して強電バッテリ１０により充電される。
【００１５】
電子電装システム群４０は複数の電子電装システム４０１〜４０ｎからなる。電子電装システム４０１〜４０ｎとしては、例えば、エンジン制御システム、駆動制御システム、ＡＢＳ等のシャシ制御システム、メータ、ヘッドライト、ドア、シート、オートエアコンなどのボディ制御システムが該当する。
【００１６】
電子制御ブレーキ５０は、負圧ブースターを電動モータブースターに置き換えたブレーキシステムであって、電力供給を受けた電動モータの作動によりブレーキペダルの操作力にアシスト力を付与するブレーキシステムである。このブレーキシステムは、電動モータの回転を回転-直動変換機構により直線運動に変換して出力部材に伝達し、出力部材によりマスタシリンダのピストンを推進してマスタシリンダ内の圧力室にブレーキ液圧を発生させて運転者のブレーキペダルの操作力を倍力させている。負圧を必要としないシステムであるためエンジンを搭載していない電気自動車において使用されるブレーキシステムである。
【００１７】
また、電子制御ブレーキ５０とＤＣ／ＤＣコンバータ２０及び１２Ｖバッテリ３０とをつなぐ接続線上にはスイッチ５１が設けられている。このスイッチ５１により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０及び１２Ｖバッテリ３０から電子制御ブレーキ５０への電力供給が制御される。
【００１８】
バックアップ電源６０は、電源異常時において電子制御ブレーキ５０に電力を供給するものである。ここで、電源異常時とは、例えば電子制御ブレーキ５０に供給される電圧の値が所定値（例えば１１Ｖ）を下回ったときである。このバックアップ電源６０は、キャパシタ６１と、充電回路６２と、ダイオード６３と、スイッチ６４とを備えている。キャパシタ６１は、具体的に電気二重層キャパシタ（コンデンサ）のセルを直並列に接続したキャパシタセル群で構成されている。
【００１９】
充電回路６２は、キャパシタ６１を充電するものである。ダイオード６３は、キャパシタ６１に蓄電した電気エネルギーを電子制御ブレーキ５０に供給するために、バックアップ電源６０の電圧入力部に設けられたものである。スイッチ６４は、スイッチ５１を介して電子制御ブレーキ５０に供給される電圧が所定値を下回った場合に、オンして（通電状態となり）キャパシタ６１から電子制御ブレーキ５０に電気エネルギーを供給させるものである。なお、スイッチ６４がオンとなる場合、スイッチ５１はオフ（遮断状態）となる。
【００２０】
さらに、バックアップ電源システム１は、温度センサ７１及び車速センサ７２を備えている。温度センサ７１は、バックアップ電源６０の温度を検出するものである。具体的に温度センサ７１は、キャパシタ６１に直接設けられていてもよいし、キャパシタ６１を配置している基板に設置されていてもよい。また、温度センサ７１は、バックアップ電源６０を収納するケースに設けられていてもよいし、車両で用いられている温度センサをそのまま代用して共通としてもよい。すなわち、温度センサ７１は、バックアップ電源６０の温度を検出できる限り、様々な位置に設けることができる。
【００２１】
車速センサ７２は、車両の速度を検出するものであり、車両の速度計に車速を表示するために設けられた車速センサと共通とされている。また、電子制御ブレーキ５０は、温度センサ７１からの温度情報、及び、車速センサ７２からの速度情報を通信により入力する。
【００２２】
さらに、電子制御ブレーキ５０は内部に記憶部（記憶手段）５２を備え、記憶部５２は、バックアップ電源６０の温度及び車両の速度と、キャパシタ６１の充電電圧との相関を示すマップを記憶している。このマップが示すキャパシタ６１の充電電圧は、電源異常時において電子制御ブレーキ５０へ必要な電力を供給でき、且つ、キャパシタ６１に必要以上に充電させないものとなっている。
【００２３】
図２は、図１に示した記憶部５２に記憶されたマップを示す概念図である。図２に示すように、キャパシタ６１の充電電圧は、温度が低くなるほど高い電圧となっている。これは、キャパシタ６１の温度が低くなるとキャパシタ６１の内部抵抗が上昇するためである。また、マップは、車両の速度が高いほど高い電圧を示している。これは、車両の速度が高くなるほど車両停止までの時間が長くなることから、キャパシタ６１の充電電圧を高くする必要があるからである。
【００２４】
再度、図１を参照する。図１に示す電子制御ブレーキ５０は、温度センサ７１からの温度情報、及び、車速センサ７２からの速度情報を通信により入力すると、マップに基づいてキャパシタ６１の充電電圧を決定する機能を有している。また、電子制御ブレーキ５０は、決定した充電電圧の情報を第１電子電装システム４０１に通信にて送信する機能を有
している。
【００２５】
また、本実施形態において第１電子電装システム４０１は、充電制御電圧判定部４１を有している。充電制御電圧判定部４１は、電子制御ブレーキ５０にて決定された充電電圧の情報を入力すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御して、キャパシタ６１への充電電圧を制御する。なお、充電制御電圧判定部４１は、キャパシタ６１への充電電圧を確保できれば、車両側からの要求電圧が充電電圧よりも高い場合、充電電圧でなく車両側からの要求電圧に制御するようにしてもよい。
【００２６】
図３は、本実施形態に係るバックアップ電源システム１の動作を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、電子制御ブレーキ５０は温度センサ７１から温度情報を取得可能であるか否かを判断する（Ｓ１）。温度情報を取得可能であると判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、電子制御ブレーキ５０は温度センサ７１から温度情報を取得する（Ｓ２）。
【００２７】
その後、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得可能であるか否かを判断する（Ｓ３）。速度情報を取得可能であると判断した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得する（Ｓ４）。次いで、電子制御ブレーキ５０は、ステップＳ２及びステップＳ４にて取得した温度情報と速度情報とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ５）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。
【００２８】
一方、速度情報を取得可能でないと判断した場合（Ｓ３：ＮＯ）、電子制御ブレーキ５０は、ステップＳ２にて取得した温度情報と、仮定した速度とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ６）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。ここで、電子制御ブレーキ５０は、車両の速度が最も高い速度であると仮定してマップに基づいて充電電圧を決定する。なお、最も高い速度とは、当該車両にて実現可能な速度であったり、マップに記憶されている速度のうちで最も高いものであったりする。
【００２９】
図４は、図３に示したステップＳ６における充電電圧の決定方法を示す図である。図４に示すように、例えばマップ内において最も高い速度が時速２５０ｋｍであったとする。この場合、電子制御ブレーキ５０は、車両の速度が時速２５０ｋｍであると仮定して充電電圧を決定する。すなわち、電子制御ブレーキ５０は、マップ上において太線で示す曲線と温度情報とから充電電圧を決定する。
【００３０】
再度図１を参照する。温度情報を取得可能でないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得可能であるか否かを判断する（Ｓ７）。速度情報を取得可能であると判断した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得する（Ｓ８）。次いで、電子制御ブレーキ５０は、仮定した温度と、ステップＳ４にて取得した速度情報とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ９）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。ここで、電子制御ブレーキ５０は、温度が最も低い温度であると仮定してマップに基づいて充電電圧を決定する。なお、最も低い温度とは、当該車両環境において発生可能な温度であったり、マップに記憶されている温度のうちで最も高いものであったりする。
【００３１】
図５は、図３に示したステップＳ９における充電電圧の決定方法を示す図である。図５に示すように、例えばマップ内において最も低い温度がマイナス４０℃であったとする。この場合、電子制御ブレーキ５０は、温度がマイナス４０℃であると仮定して充電電圧を決定する。すなわち、電子制御ブレーキ５０は、マップ上において破線枠内で示す各点と速度情報とから充電電圧を決定する。
【００３２】
再度図１を参照する。一方、速度情報を取得可能でないと判断した場合（Ｓ７：ＮＯ）、電子制御ブレーキ５０は、仮定した温度と、仮定した速度とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ１０）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。なお、仮定した温度及び仮定した速度とは上記したものと同様である。
【００３３】
図６は、図３に示したステップＳ１０における充電電圧の決定方法を示す図である。図６に示すように、例えばマップ内において最も高い速度が時速２５０ｋｍであり、マップ内において最も低い温度がマイナス４０℃であったとする。この場合、電子制御ブレーキ５０は、車両の速度が時速２５０ｋｍであると仮定すると共に、温度がマイナス４０℃であると仮定して充電電圧を決定する。すなわち、電子制御ブレーキ５０は、マップ上において点で示す電圧（すなわち１５Ｖ）を充電電圧であると決定する。
【００３４】
ステップＳ１１において充電制御電圧判定部４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御電圧を決定する（Ｓ１１）。この際、充電制御電圧判定部４１は、車両側からの要求電圧がステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ９、又はステップＳ１０において決定された充電電圧よりも高い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御電圧を車両側からの要求電圧に決定する。そして、図３に示す処理は終了する。
【００３５】
このようにして、本実施形態に係るバックアップ電源システム１によれば、キャパシタ６１の充電電圧はバックアップ電源６０の温度が低いほど高い電圧に設定されるため、キャパシタ６１は温度に応じて適切に充電可能となり、電源異常時において電子制御ブレーキ５０へ必要な電力を供給することができる。また、キャパシタ６１は温度に応じて適切に充電可能であることから、必要以上に充電する必要もなく車両全体での消費電力量を抑えることができ、且つ、キャパシタ６１の容量増加を行う必要もなく、コスト、体積及び重量の増加につながらない。従って、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することができる。
【００３６】
また、キャパシタ６１の充電電圧は車両の速度が高いほど高い電圧に設定される。ここで、車両は速度が高くなるほど車両停止までの時間が長くなることから、キャパシタ６１の充電電圧を高くする必要がある。このため、キャパシタ６１の充電電圧を車両の速度が高いほど高い電圧に設定することで、温度のみならず車速を考慮して充電電圧を適切に設定することとなり、一層無駄に充電電圧を高くすることが防止される。よって、より適切に充電して電子制御ブレーキ５０に必要な電力を供給することができる。
【００３７】
また、バックアップ電源６０の温度及び車両の速度とキャパシタ６１の充電電圧との相関を示すマップを記憶し、キャパシタ６１の充電電圧はマップに基づいて設定されるため、マップから充電電圧を決定して、演算負荷を軽減させることができる。
【００３８】
また、キャパシタ６１の充電電圧は、バックアップ電源６０の温度を検出できない場合、バックアップ電源６０の温度が最も低い温度であると仮定して設定されるため、少なくとも車両の速度に応じた充電を行うことができ、無駄に充電電圧が高く設定されることを防止することができる。
【００３９】
また、キャパシタ６１の充電電圧は、車両の速度を検出できない場合、車両の速度が最も高い速度であると仮定して設定されるため、少なくとも温度に応じた充電を行うことができ、無駄に充電電圧が高く設定されることを防止することができる。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るバックアップ電源
システムは第１実施形態のものと同様であるが、構成が一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点について説明する。
【００４１】
図７は、第２実施形態に係るバックアップ電源システム２を示す概略構成図である。図７に示すように、第２実施形態では、電気自動車やハイブリッド車両ではなく一般車両に搭載されるバックアップ電源システム２を示している。
【００４２】
第２実施形態に係るバックアップ電源システム２は、モータＭに代えてエンジンＥを有しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に代えてオルタネータ８０を有している。さらに、バックアップ電源システム２は強電バッテリ１０を有していない。
【００４３】
このように一般車両に搭載されるバックアップ電源システム２についても第１実施形態と同様に電子制御ブレーキ５０が充電電圧を決定し、充電制御電圧判定部４１がオルタネータ８０を制御することにより、キャパシタ６１に適切に充電させることができる。
【００４４】
このようにして、第２実施形態に係るバックアップ電源システム２によれば、第１実施形態と同様に、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することができる。また、より適切に充電して電子制御ブレーキ５０に必要な電力を供給することができ、マップから充電電圧を決定して演算負荷を軽減させることができる。さらに、無駄に充電電圧が高く設定されることを防止することができる。
【００４５】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００４６】
例えば、上記実施形態においてバックアップ電源システム１，２は、電子制御ブレーキ５０に電気エネルギーを供給する例を説明したが、これに限らず、車両に搭載された電源からの電力供給を受けて駆動する他の制御機器に電気エネルギーを供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態において充電制御電圧判定部４１は第１電子電装システム４０１に設けられているが、これに限らず、他の電子電装システム４０２〜４０１に設けられていてもよいし、電子電装システム４０１〜４０１内に設けられていなくともよい。
【符号の説明】
【００４８】
１，２…バックアップ電源システム
１０…強電バッテリ
２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…１２Ｖバッテリ
４０…電子電装システム群
４０１〜４０ｎ…電子電装システム
４１…充電制御電圧判定部
５０…電子制御ブレーキ（制御機器）
５１…スイッチ
５２…記憶部（記憶手段）
６０…バックアップ電源
６１…キャパシタ
６２…充電回路
６３…ダイオード
６４…スイッチ
７１…温度センサ
７２…車速センサ
８０…オルタネータ
Ｍ…モータ
Ｅ…エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックアップ電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子制御ブレーキへ電力を供給する電源（電気自動車やハイブリッド車両においてＤＣ／ＤＣコンバータや１２Ｖバッテリ、一般車両においてオルタネータや１２Ｖバッテリ）が故障等により異常となった場合、電子制御ブレーキへの電力供給をバックアップ電源に切り替えるバックアップ電源システムが提案されている。ここで、バックアップ電源にはキャパシタが用いられ、キャパシタの充電電圧は１２Ｖなど一義的に定められた電圧とされている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、キャパシタは温度が低下すると内部抵抗が上昇する特性があり、極低温時（例えば−３０℃）には常温時（例えば２０℃）と比較し、充電電圧を高く設定する必要がある。しかし、特許文献１に記載のバックアップ電源システムはキャパシタの充電電圧をある値に一義的に設定している。このため、常温時を基準として充電電圧を設定すると極低温時には充電電圧が充分でなく電源異常時に電子制御ブレーキへ必要な電力を供給することができなくなってしまう。
【０００５】
一方、極低温時を基準としてキャパシタの充電電圧を設定すると、常に高い電圧でキャパシタを充電することとなる。このため、車両全体での消費電力量が高くなり、燃費（電気自動車では電費）が悪化する要因となってしまう。
【０００６】
また、キャパシタの容量増加を行うことにより、充電電圧を低減することも可能であるが、バックアップ電源のコストが高くなるうえ、体積や重量の増加につながってしまう。
【０００７】
なお、上記問題は、電源異常時に電子制御ブレーキへ必要な電力を供給するバックアップ電源システムに限らず、車両に搭載される他の制御機器へ必要な電力を供給するバックアップ電源システムについても共通する問題である。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することが可能なバックアップ電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のバックアップ電源システムは、車両に搭載された電源からの電力供給を受けて駆動する制御機器と、電源異常時に制御機器に電力を供給するバックアップ電源とを備えている。また、バックアップ電源はキャパシタを有し、キャパシタの充電電圧はバックアップ電源の温度が低いほど高い電圧に設定される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャパシタの充電電圧はバックアップ電源の温度が低いほど高い電圧に設定されるため、キャパシタは温度に応じて適切に充電可能となり、電源異常時において制御機器へ必要な電力を供給することができる。また、キャパシタは温度に応じて適切に充電可能であることから、必要以上に充電する必要もなく車両全体での消費電力量を抑えることができ、且つ、キャパシタの容量増加を行う必要もなく、コスト、体積及び重量の増加につながらない。従って、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るバックアップ電源を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した記憶部に記憶されたマップを示す概念図である。
【図３】本実施形態に係るバックアップ電源システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】図３に示したステップＳ６における充電電圧の決定方法を示す図である。
【図５】図３に示したステップＳ９における充電電圧の決定方法を示す図である。
【図６】図３に示したステップＳ１０における充電電圧の決定方法を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るバックアップ電源システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るバックアップ電源１を示す概略構成図である。なお、図１では、電気自動車又はハイブリッド車両に搭載されるバックアップ電源システム１を示している。図１に示すように、バックアップ電源システム１は、概略的にモータＭと、強電バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、１２Ｖバッテリ３０と、電子電装システム群４０と、電子制御ブレーキ（制御機器）５０と、バックアップ電源６０とを備えている。
【００１３】
モータＭは、電力供給により駆動する電動機であって、強電バッテリ１０からの電力供給を受けて駆動する。また、モータＭは回生時において強電バッテリ１０を充電する発電機としても機能する。
【００１４】
強電バッテリ１０はモータＭの電源となるものであり、例えば４２Ｖバッテリが用いられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、強電バッテリ１０からの４２Ｖ電圧を例えば１２Ｖ電圧に変換する変換器である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により変換された電圧は、電子電装システム群４０、電子制御ブレーキ５０、及びバックアップ電源６０に供給される。１２Ｖバッテリ３０は、電子電装システム群４０、電子制御ブレーキ５０、及びバックアップ電源６０への電力供給源となるものである。また、１２Ｖバッテリ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して強電バッテリ１０により充電される。
【００１５】
電子電装システム群４０は複数の電子電装システム４０１〜４０ｎからなる。電子電装システム４０１〜４０ｎとしては、例えば、エンジン制御システム、駆動制御システム、ＡＢＳ等のシャシ制御システム、メータ、ヘッドライト、ドア、シート、オートエアコンなどのボディ制御システムが該当する。
【００１６】
電子制御ブレーキ５０は、負圧ブースターを電動モータブースターに置き換えたブレーキシステムであって、電力供給を受けた電動モータの作動によりブレーキペダルの操作力にアシスト力を付与するブレーキシステムである。このブレーキシステムは、電動モータの回転を回転-直動変換機構により直線運動に変換して出力部材に伝達し、出力部材によりマスタシリンダのピストンを推進してマスタシリンダ内の圧力室にブレーキ液圧を発生させて運転者のブレーキペダルの操作力を倍力させている。負圧を必要としないシステムであるためエンジンを搭載していない電気自動車において使用されるブレーキシステムである。
【００１７】
また、電子制御ブレーキ５０とＤＣ／ＤＣコンバータ２０及び１２Ｖバッテリ３０とをつなぐ接続線上にはスイッチ５１が設けられている。このスイッチ５１により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０及び１２Ｖバッテリ３０から電子制御ブレーキ５０への電力供給が制御される。
【００１８】
バックアップ電源６０は、電源異常時において電子制御ブレーキ５０に電力を供給するものである。ここで、電源異常時とは、例えば電子制御ブレーキ５０に供給される電圧の値が所定値（例えば１１Ｖ）を下回ったときである。このバックアップ電源６０は、キャパシタ６１と、充電回路６２と、ダイオード６３と、スイッチ６４とを備えている。キャパシタ６１は、具体的に電気二重層キャパシタ（コンデンサ）のセルを直並列に接続したキャパシタセル群で構成されている。
【００１９】
充電回路６２は、キャパシタ６１を充電するものである。ダイオード６３は、キャパシタ６１に蓄電した電気エネルギーを電子制御ブレーキ５０に供給するために、バックアップ電源６０の電圧入力部に設けられたものである。スイッチ６４は、スイッチ５１を介して電子制御ブレーキ５０に供給される電圧が所定値を下回った場合に、オンして（通電状態となり）キャパシタ６１から電子制御ブレーキ５０に電気エネルギーを供給させるものである。なお、スイッチ６４がオンとなる場合、スイッチ５１はオフ（遮断状態）となる。
【００２０】
さらに、バックアップ電源システム１は、温度センサ７１及び車速センサ７２を備えている。温度センサ７１は、バックアップ電源６０の温度を検出するものである。具体的に温度センサ７１は、キャパシタ６１に直接設けられていてもよいし、キャパシタ６１を配置している基板に設置されていてもよい。また、温度センサ７１は、バックアップ電源６０を収納するケースに設けられていてもよいし、車両で用いられている温度センサをそのまま代用して共通としてもよい。すなわち、温度センサ７１は、バックアップ電源６０の温度を検出できる限り、様々な位置に設けることができる。
【００２１】
車速センサ７２は、車両の速度を検出するものであり、車両の速度計に車速を表示するために設けられた車速センサと共通とされている。また、電子制御ブレーキ５０は、温度センサ７１からの温度情報、及び、車速センサ７２からの速度情報を通信により入力する。
【００２２】
さらに、電子制御ブレーキ５０は内部に記憶部（記憶手段）５２を備え、記憶部５２は、バックアップ電源６０の温度及び車両の速度と、キャパシタ６１の充電電圧との相関を示すマップを記憶している。このマップが示すキャパシタ６１の充電電圧は、電源異常時において電子制御ブレーキ５０へ必要な電力を供給でき、且つ、キャパシタ６１に必要以上に充電させないものとなっている。
【００２３】
図２は、図１に示した記憶部５２に記憶されたマップを示す概念図である。図２に示すように、キャパシタ６１の充電電圧は、温度が低くなるほど高い電圧となっている。これは、キャパシタ６１の温度が低くなるとキャパシタ６１の内部抵抗が上昇するためである。また、マップは、車両の速度が高いほど高い電圧を示している。これは、車両の速度が高くなるほど車両停止までの時間が長くなることから、キャパシタ６１の充電電圧を高くする必要があるからである。
【００２４】
再度、図１を参照する。図１に示す電子制御ブレーキ５０は、温度センサ７１からの温度情報、及び、車速センサ７２からの速度情報を通信により入力すると、マップに基づいてキャパシタ６１の充電電圧を決定する機能を有している。また、電子制御ブレーキ５０は、決定した充電電圧の情報を第１電子電装システム４０１に通信にて送信する機能を有
している。
【００２５】
また、本実施形態において第１電子電装システム４０１は、充電制御電圧判定部４１を有している。充電制御電圧判定部４１は、電子制御ブレーキ５０にて決定された充電電圧の情報を入力すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御して、キャパシタ６１への充電電圧を制御する。なお、充電制御電圧判定部４１は、キャパシタ６１への充電電圧を確保できれば、車両側からの要求電圧が充電電圧よりも高い場合、充電電圧でなく車両側からの要求電圧に制御するようにしてもよい。
【００２６】
図３は、本実施形態に係るバックアップ電源システム１の動作を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、電子制御ブレーキ５０は温度センサ７１から温度情報を取得可能であるか否かを判断する（Ｓ１）。温度情報を取得可能であると判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、電子制御ブレーキ５０は温度センサ７１から温度情報を取得する（Ｓ２）。
【００２７】
その後、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得可能であるか否かを判断する（Ｓ３）。速度情報を取得可能であると判断した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得する（Ｓ４）。次いで、電子制御ブレーキ５０は、ステップＳ２及びステップＳ４にて取得した温度情報と速度情報とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ５）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。
【００２８】
一方、速度情報を取得可能でないと判断した場合（Ｓ３：ＮＯ）、電子制御ブレーキ５０は、ステップＳ２にて取得した温度情報と、仮定した速度とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ６）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。ここで、電子制御ブレーキ５０は、車両の速度が最も高い速度であると仮定してマップに基づいて充電電圧を決定する。なお、最も高い速度とは、当該車両にて実現可能な速度であったり、マップに記憶されている速度のうちで最も高いものであったりする。
【００２９】
図４は、図３に示したステップＳ６における充電電圧の決定方法を示す図である。図４に示すように、例えばマップ内において最も高い速度が時速２５０ｋｍであったとする。この場合、電子制御ブレーキ５０は、車両の速度が時速２５０ｋｍであると仮定して充電電圧を決定する。すなわち、電子制御ブレーキ５０は、マップ上において太線で示す曲線と温度情報とから充電電圧を決定する。
【００３０】
再度図１を参照する。温度情報を取得可能でないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得可能であるか否かを判断する（Ｓ７）。速度情報を取得可能であると判断した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、電子制御ブレーキ５０は車速センサ７２から速度情報を取得する（Ｓ８）。次いで、電子制御ブレーキ５０は、仮定した温度と、ステップＳ４にて取得した速度情報とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ９）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。ここで、電子制御ブレーキ５０は、温度が最も低い温度であると仮定してマップに基づいて充電電圧を決定する。なお、最も低い温度とは、当該車両環境において発生可能な温度であったり、マップに記憶されている温度のうちで最も高いものであったりする。
【００３１】
図５は、図３に示したステップＳ９における充電電圧の決定方法を示す図である。図５に示すように、例えばマップ内において最も低い温度がマイナス４０℃であったとする。この場合、電子制御ブレーキ５０は、温度がマイナス４０℃であると仮定して充電電圧を決定する。すなわち、電子制御ブレーキ５０は、マップ上において破線枠内で示す各点と速度情報とから充電電圧を決定する。
【００３２】
再度図１を参照する。一方、速度情報を取得可能でないと判断した場合（Ｓ７：ＮＯ）、電子制御ブレーキ５０は、仮定した温度と、仮定した速度とから、図２に示したようなマップに基づいて充電電圧を決定する（Ｓ１０）。そして、処理はステップＳ１１に移行する。なお、仮定した温度及び仮定した速度とは上記したものと同様である。
【００３３】
図６は、図３に示したステップＳ１０における充電電圧の決定方法を示す図である。図６に示すように、例えばマップ内において最も高い速度が時速２５０ｋｍであり、マップ内において最も低い温度がマイナス４０℃であったとする。この場合、電子制御ブレーキ５０は、車両の速度が時速２５０ｋｍであると仮定すると共に、温度がマイナス４０℃であると仮定して充電電圧を決定する。すなわち、電子制御ブレーキ５０は、マップ上において点で示す電圧（すなわち１５Ｖ）を充電電圧であると決定する。
【００３４】
ステップＳ１１において充電制御電圧判定部４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御電圧を決定する（Ｓ１１）。この際、充電制御電圧判定部４１は、車両側からの要求電圧がステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ９、又はステップＳ１０において決定された充電電圧よりも高い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御電圧を車両側からの要求電圧に決定する。そして、図３に示す処理は終了する。
【００３５】
このようにして、本実施形態に係るバックアップ電源システム１によれば、キャパシタ６１の充電電圧はバックアップ電源６０の温度が低いほど高い電圧に設定されるため、キャパシタ６１は温度に応じて適切に充電可能となり、電源異常時において電子制御ブレーキ５０へ必要な電力を供給することができる。また、キャパシタ６１は温度に応じて適切に充電可能であることから、必要以上に充電する必要もなく車両全体での消費電力量を抑えることができ、且つ、キャパシタ６１の容量増加を行う必要もなく、コスト、体積及び重量の増加につながらない。従って、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することができる。
【００３６】
また、キャパシタ６１の充電電圧は車両の速度が高いほど高い電圧に設定される。ここで、車両は速度が高くなるほど車両停止までの時間が長くなることから、キャパシタ６１の充電電圧を高くする必要がある。このため、キャパシタ６１の充電電圧を車両の速度が高いほど高い電圧に設定することで、温度のみならず車速を考慮して充電電圧を適切に設定することとなり、一層無駄に充電電圧を高くすることが防止される。よって、より適切に充電して電子制御ブレーキ５０に必要な電力を供給することができる。
【００３７】
また、バックアップ電源６０の温度及び車両の速度とキャパシタ６１の充電電圧との相関を示すマップを記憶し、キャパシタ６１の充電電圧はマップに基づいて設定されるため、マップから充電電圧を決定して、演算負荷を軽減させることができる。
【００３８】
また、キャパシタ６１の充電電圧は、バックアップ電源６０の温度を検出できない場合、バックアップ電源６０の温度が最も低い温度であると仮定して設定されるため、少なくとも車両の速度に応じた充電を行うことができ、無駄に充電電圧が高く設定されることを防止することができる。
【００３９】
また、キャパシタ６１の充電電圧は、車両の速度を検出できない場合、車両の速度が最も高い速度であると仮定して設定されるため、少なくとも温度に応じた充電を行うことができ、無駄に充電電圧が高く設定されることを防止することができる。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るバックアップ電源
システムは第１実施形態のものと同様であるが、構成が一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点について説明する。
【００４１】
図７は、第２実施形態に係るバックアップ電源システム２を示す概略構成図である。図７に示すように、第２実施形態では、電気自動車やハイブリッド車両ではなく一般車両に搭載されるバックアップ電源システム２を示している。
【００４２】
第２実施形態に係るバックアップ電源システム２は、モータＭに代えてエンジンＥを有しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に代えてオルタネータ８０を有している。さらに、バックアップ電源システム２は強電バッテリ１０を有していない。
【００４３】
このように一般車両に搭載されるバックアップ電源システム２についても第１実施形態と同様に電子制御ブレーキ５０が充電電圧を決定し、充電制御電圧判定部４１がオルタネータ８０を制御することにより、キャパシタ６１に適切に充電させることができる。
【００４４】
このようにして、第２実施形態に係るバックアップ電源システム２によれば、第１実施形態と同様に、電源異常時において制御機器への必要な電力の供給を可能としつつも、車両全体での消費電力量を抑えつつ、コスト、体積及び重量の増加を抑制することができる。また、より適切に充電して電子制御ブレーキ５０に必要な電力を供給することができ、マップから充電電圧を決定して演算負荷を軽減させることができる。さらに、無駄に充電電圧が高く設定されることを防止することができる。
【００４５】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００４６】
例えば、上記実施形態においてバックアップ電源システム１，２は、電子制御ブレーキ５０に電気エネルギーを供給する例を説明したが、これに限らず、車両に搭載された電源からの電力供給を受けて駆動する他の制御機器に電気エネルギーを供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態において充電制御電圧判定部４１は第１電子電装システム４０１に設けられているが、これに限らず、他の電子電装システム４０２〜４０１に設けられていてもよいし、電子電装システム４０１〜４０１内に設けられていなくともよい。
【符号の説明】
【００４８】
１，２…バックアップ電源システム
１０…強電バッテリ
２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…１２Ｖバッテリ
４０…電子電装システム群
４０１〜４０ｎ…電子電装システム
４１…充電制御電圧判定部
５０…電子制御ブレーキ（制御機器）
５１…スイッチ
５２…記憶部（記憶手段）
６０…バックアップ電源
６１…キャパシタ
６２…充電回路
６３…ダイオード
６４…スイッチ
７１…温度センサ
７２…車速センサ
８０…オルタネータ
Ｍ…モータ
Ｅ…エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された電源からの電力供給を受けて駆動する制御機器と、
前記電源異常時に前記制御機器に電力を供給するバックアップ電源と、を備え、
前記バックアップ電源は、キャパシタを有し、
前記キャパシタの充電電圧は、前記バックアップ電源の温度が低いほど高い電圧に設定される
ことを特徴とするバックアップ電源システム。
【請求項２】
前記制御機器は、電源からの電力供給を受けて車両のブレーキを作動させる電子制御ブレーキであって、
前記キャパシタの充電電圧は、車両の速度が高いほど高い電圧に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載のバックアップ電源システム。
【請求項３】
前記バックアップ電源の温度及び車両の速度と前記キャパシタの充電電圧との相関を示すマップを記憶した記憶手段をさらに備え、
前記キャパシタの充電電圧は、前記記憶手段に記憶されるマップに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項２に記載のバックアップ電源システム。
【請求項４】
前記キャパシタの充電電圧は、前記バックアップ電源の温度を検出できない場合、前記バックアップ電源の温度が最も低い温度であると仮定して、前記記憶手段に記憶されるマップに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項３に記載のバックアップ電源システム。
【請求項５】
前記キャパシタの充電電圧は、前記車両の速度を検出できない場合、前記車両の速度が最も高い速度であると仮定して、前記記憶手段に記憶されるマップに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
【請求項１】
車両に搭載された電源からの電力供給を受けて駆動する制御機器と、
前記電源異常時に前記制御機器に電力を供給するバックアップ電源と、を備え、
前記バックアップ電源は、キャパシタを有し、
前記キャパシタの充電電圧は、前記バックアップ電源の温度が低いほど高い電圧に設定される
ことを特徴とするバックアップ電源システム。
【請求項２】
前記制御機器は、電源からの電力供給を受けて車両のブレーキを作動させる電子制御ブレーキであって、
前記キャパシタの充電電圧は、車両の速度が高いほど高い電圧に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載のバックアップ電源システム。
【請求項３】
前記バックアップ電源の温度及び車両の速度と前記キャパシタの充電電圧との相関を示すマップを記憶した記憶手段をさらに備え、
前記キャパシタの充電電圧は、前記記憶手段に記憶されるマップに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項２に記載のバックアップ電源システム。
【請求項４】
前記キャパシタの充電電圧は、前記バックアップ電源の温度を検出できない場合、前記バックアップ電源の温度が最も低い温度であると仮定して、前記記憶手段に記憶されるマップに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項３に記載のバックアップ電源システム。
【請求項５】
前記キャパシタの充電電圧は、前記車両の速度を検出できない場合、前記車両の速度が最も高い速度であると仮定して、前記記憶手段に記憶されるマップに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−９１６２９（Ｐ２０１２−９１６２９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９５４３（Ｐ２０１０−２３９５４３）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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