(57)【要約】【課題】主電源からの電力が途切れた時に重要な負荷に対し十分なバックアップ電力供給を可能にすると共に、正常時でもバックアップ電源部の機能を有効活用可能にすること。【解決手段】バックアップ電源部２０に第１蓄電器Ｃ１、第２蓄電器Ｃ２、および電源制御部２２を備え状況に応じてモード遷移する。第１モードでは、第１蓄電器Ｃ１、第２蓄電器Ｃ２を共に充電状態に制御し、第２モードでは、第２蓄電器Ｃ２を充電経路および放電経路から分離すると共に、第１蓄電器Ｃ１が主電源の電圧変動を抑制する接続状態に制御し、第３モードでは、第１蓄電器Ｃ１を主電源から分離すると共に、第１蓄電器Ｃ１、第２蓄電器Ｃ２を共にバックアップ負荷３０に電源電力を供給可能な状態に制御する。一方の蓄電器Ｃ１の機能だけを異常の有無に応じて使い分けることで、バックアップ電源部２０の有効活用が可能になる。【選択図】図１
2020182316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と、バックアップ電源と、前記主電源および前記バックアップ電源のいずれの出力電力も利用可能な共通負荷とを有する冗長電源システムであって、
前記バックアップ電源が、第１蓄電器、第２蓄電器、および動作モード制御部を備え、
前記動作モード制御部は、
第１モードでは、前記第１蓄電器、および前記第２蓄電器を共に充電状態に制御し、
第２モードでは、前記第２蓄電器を充電経路および放電経路から分離すると共に、前記第１蓄電器が前記主電源の電圧変動を抑制する接続状態に制御し、
第３モードでは、前記第１蓄電器を前記主電源から分離すると共に、前記第１蓄電器、および前記第２蓄電器を共に前記共通負荷に電源電力を供給可能な状態に制御する、
ことを特徴とする冗長電源システム。
【請求項２】
前記バックアップ電源は、
前記主電源の出力と前記第１蓄電器との間に配置された充電回路と、
前記充電回路の経路を迂回して前記主電源の出力と前記第１蓄電器との直接接続を可能にする第１スイッチと、
前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間の接続経路を開閉する第２スイッチと、
前記第２蓄電器と前記共通負荷との間の接続経路を開閉する第３スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の冗長電源システム。
【請求項３】
前記動作モード制御部は、
車両におけるイグニッションのオフからオンへの切り替わりに連動して前記第１モードへ遷移し、
前記第１蓄電器および前記第２蓄電器の充電が完了した後で、前記主電源の出力電圧が正常である場合には前記第２モードへ遷移し、
前記主電源の出力電圧が異常である場合には前記第３モードへ遷移する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冗長電源システム。
【請求項４】
前記動作モード制御部は、
車両におけるイグニッションのオンからオフへの切り替わりに連動して第４モードへ遷移し、前記第１蓄電器および前記第２蓄電器を所定の状態になるまで放電処理する、
ことを特徴とする請求項３に記載の冗長電源システム。
【請求項５】
前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の冗長電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などにおいて重要な負荷に電源電力を供給するために利用可能な冗長電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両は、主電源として一般的に車載バッテリを備えている。また、車載バッテリを充電するためにオルタネータ（発電機）を備えている。そして、車両の各部に搭載されている多数の様々な電装品などの負荷に対して、主電源から直流の電源電力がそれぞれ供給される。車両における各負荷は、車両の走行、操舵、停止、ドア開閉、照明、通信などの様々な機能を、常時、あるいは必要に応じて果たすためにそれぞれ利用されるものであり、電源電力の供給を必要とする。
【０００３】
一方、例えば交通事故の発生などに伴って、車載バッテリ、オルタネータ、ワイヤハーネスなどの部品が損傷すると、主電源からの電力が途切れた状態となり、主電源から各負荷に対して電源電力を供給できなくなる。しかし、状況が悪化することを避けるためには、主電源の電力供給が途切れたであっても、重要な負荷に対しては電源電力の供給を継続することが望まれる。そのため、主電源の代わりになるバックアップ電源が必要になる。
【０００４】
例えば、特許文献１のバックアップ電源装置は、バックアップ用のコンデンサ、充電回路、昇圧回路等を備えている。また、コンデンサとして電気二重層コンデンサ（EDLC）を採用している。したがって、車載バッテリからの電力が途切れたた時に、コンデンサに蓄積されている電荷に基づいて、必要な電源電圧を生成し、負荷に供給することができる。
【０００５】
また、特許文献２の電源制御装置は、第１蓄電器と第２蓄電器とを備えている。第１蓄電器は、複数の電子機器へ電力を供給するバッテリによって充電され、バッテリの電圧が低下した場合に、バッテリに代わって複数の電子機器への電力供給を行う。第２蓄電器は、バッテリによって充電され、第１蓄電器よりも容量が大きく、第１蓄電器による電力供給が行われた後に、第１蓄電器に代わって複数の電子機器への電力供給を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５６１８０２４号公報
【特許文献２】特開２０１８−１１７４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１におけるコンデンサと、特許文献２における第１蓄電器および第２蓄電器は、いずれも主電源からの電力が途切れた時に負荷に対してバックアップ用の電源電力を供給するために利用される専用の構成要素である。つまり、交通事故の発生などに起因して主電源からの電力が途切れない限り、特許文献１のコンデンサや、特許文献２の第１蓄電器および第２蓄電器が有効に利用されることはない。
【０００８】
しかし、バックアップ電源に搭載される蓄電器等は、比較的大きな蓄電容量を必要とするため、大型化し重量も増大するのは避けられない。そのため、特に特許文献２のように複数の蓄電器を搭載する場合には、主電源からの電力が途切れたときでなくてもバックアップ電源を有効に活用できることが望まれる。ただし、バックアップ電源をバックアップ以外の用途で使用すると、主電源からの電力が途切れたときに十分な電源供給能力が得られない可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常発生時に重要な負荷に対して十分な電源電力の供給を可能にすると共に、異常発生時以外でも構成要素の機能を有効に活用することが可能な冗長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】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明に係る冗長電源システムは、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１）  主電源と、バックアップ電源と、前記主電源および前記バックアップ電源のいずれの出力電力も利用可能な共通負荷とを有する冗長電源システムであって、
前記バックアップ電源が、第１蓄電器、第２蓄電器、および動作モード制御部を備え、
前記動作モード制御部は、
第１モードでは、前記第１蓄電器、および前記第２蓄電器を共に充電状態に制御し、
第２モードでは、前記第２蓄電器を充電経路および放電経路から分離すると共に、前記第１蓄電器が前記主電源の電圧変動を抑制する接続状態に制御し、
第３モードでは、前記第１蓄電器を前記主電源から分離すると共に、前記第１蓄電器、および前記第２蓄電器を共に前記共通負荷に電源電力を供給可能な状態に制御する、
ことを特徴とする冗長電源システム。
【００１１】
（２）  前記バックアップ電源は、
前記主電源の出力と前記第１蓄電器との間に配置された充電回路と、
前記充電回路の経路を迂回して前記主電源の出力と前記第１蓄電器との直接接続を可能にする第１スイッチと、
前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間の接続経路を開閉する第２スイッチと、
前記第２蓄電器と前記共通負荷との間の接続経路を開閉する第３スイッチと、
を含むことを特徴とする上記（１）に記載の冗長電源システム。
【００１２】
（３）  前記動作モード制御部は、
車両におけるイグニッションのオフからオンへの切り替わりに連動して前記第１モードへ遷移し、
前記第１蓄電器および前記第２蓄電器の充電が完了した後で、前記主電源の出力電圧が正常である場合には前記第２モードへ遷移し、
前記主電源の出力電圧が異常である場合には前記第３モードへ遷移する、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の冗長電源システム。
【００１３】
（４）  前記動作モード制御部は、
車両におけるイグニッションのオンからオフへの切り替わりに連動して第４モードへ遷移し、前記第１蓄電器および前記第２蓄電器を所定の状態になるまで放電処理する、
ことを特徴とする上記（３）に記載の冗長電源システム。
【００１４】
（５）  前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含む、
ことを特徴とする上記（２）に記載の冗長電源システム。
【００１５】
上記（１）の構成の冗長電源システムによれば、第１モードを選択することにより、第１蓄電器、および第２蓄電器に必要な電荷を蓄積することができる。また、第２モードを選択することにより、第１蓄電器を用いて主電源の電圧変動を抑制できる。また、第３モードを選択することにより、第１蓄電器、および第２蓄電器に蓄積されている電荷を用いて、共通負荷にバックアップの電源電力を供給できる。すなわち、異常発生時でなくても、第１蓄電器の機能を有効に活用できる。また、異常発生時には第１蓄電器、および第２蓄電器の両方を利用して十分なバックアップ電力を負荷に供給できる。
【００１６】
上記（２）の構成の冗長電源システムによれば、充電回路を用いて、第１蓄電器および第２蓄電器を充電することができる。また、第１スイッチを閉じることにより充電回路を迂回する経路を形成できるので、第２モードの実現が可能になる。また、第２スイッチのオンオフにより、第１蓄電器および第２蓄電器が連動する状態と、互いに分離された状態とを切り替えることが可能になる。また、第３スイッチのオンオフにより、第２蓄電器と共通負荷との接続および分離を切り替えることが可能になる。
【００１７】
上記（３）の構成の冗長電源システムによれば、車両を使用する状態になったとき、つまりイグニッションがオンになったときに、第１モードですばやく第１蓄電器および第２蓄電器を充電することができる。また、正常時、つまり主電源の機能に対するバックアップが不要な状態では、第２モードで第１蓄電器の機能を活用し、主電源の電圧変動を抑制できる。また、異常時には第３モードで、第１蓄電器および第２蓄電器の機能を用いて十分な電源電力を共通負荷に供給できる。
【００１８】
上記（４）の構成の冗長電源システムによれば、イグニッションがオフの状態、つまり車両を使用しない状態では、第１蓄電器および第２蓄電器の蓄積電荷量を適正に維持できる。これにより、例えば第１蓄電器および第２蓄電器の性能を長期間維持することが可能になる。
【００１９】
上記（５）の構成の冗長電源システムによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることにより、第１蓄電器および第２蓄電器を充電する際の電圧や電流を適切に調整できるので、第１蓄電器および第２蓄電器を保護しつつ充電所要時間を短縮できる。すなわち、車両を使用する状態になってから主電源のバックアップが可能な状態になるまでの待機時間を減らすことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の冗長電源システムによれば、異常発生時に重要な負荷に対して十分な電源電力を供給でき、しかも異常発生時以外でも構成要素の機能を有効に活用できる。
【００２１】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態における冗長電源システムの構成例を示す電気回路図である。
【図２】図２は、車両の状態と各制御要素の状態との対応関係の一覧を表す模式図である。
【図３】図３は、電源制御部の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態における冗長電源システムの構成例を示す電気回路図である。図１に示した冗長電源システムは、自動車などの車両上で、重要な負荷に対して電源電力を供給するために利用することを想定している。負荷となる車両上の様々な電装品に対しては、通常は主電源である車載バッテリ１１から直流の電源電力が供給される。しかし、例えば交通事故が発生して車載バッテリ１１等が損傷すると、車載バッテリ１１の電力を負荷に供給できない状態になる。
【００２５】
一方、例えば事故に遭った車両の外から車両内の乗員を救出しようとする際には、車両のドアロックが救出の妨げになる。特に、ドアロックを解除するための電気モータなどの負荷に対して電源電力を供給できないと、ドアロックの解除ができなくなり、乗員の救出に手間取ることになる。したがって、ドアロックを解除するための電気モータのように重要な負荷に対しては、車載バッテリ１１からの電力が途切れたときに別の経路を使ってバックアップの電源電力を供給できることが望まれる。
【００２６】
図１に示したバックアップ負荷３０がバックアップ電源電力の供給対象となる負荷であり、例えばドアロックを解除するための電気モータなどの電装品に相当する。もちろん、それ以外の様々な種類の電装品を状況に応じてバックアップ負荷３０として動的に割り当ててもよい。
【００２７】
図１に示した冗長電源システムにおいては、電源ライン１３およびアース１４に車載バッテリ１１、オルタネータ１２、およびバックアップ電源部２０が接続されている。この車両が動作する際には、オルタネータ１２の発電により得られる直流電力により車載バッテリ１１を充電することができる。
【００２８】
車載バッテリ１１に異常がないときには、電源ライン１３の電源経路１３ａを介して、車載バッテリ１１の電源電力をバックアップ負荷３０に供給することができる。これにより電流ｉ０１が流れる。なお、図１の構成では電源経路１３ａとバックアップ負荷３０との間に逆流防止回路３１が接続されている。
【００２９】
バックアップ電源部２０の基本的な機能は、車載バッテリ１１の代わりにバックアップの電源電力をバックアップ負荷３０に供給することである。さらに、本実施形態のバックアップ電源部２０は、バックアップ以外の特別な機能も有している。具体的には、バックアップ電源部２０は、バックアップが不要な状況において、電源ライン１３の電源電圧を安定化するための機能を備えている。したがって、交通事故などの異常が発生しない状況であっても、バックアップ電源部２０の機能が有効に活用される。
【００３０】
図１に示した例では、バックアップ電源部２０は、充放電回路２１、電源制御部２２、蓄電器Ｃ１、Ｃ２、スイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、電源ライン２３、２４、およびバイパス経路２５を有している。
【００３１】
２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２のそれぞれは、電源のバックアップのために必要な一定時間分の電力を蓄積し必要に応じて負荷に供給する能力を有する。一例として、アルミ電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、およびリチウムイオン電池のいずれかのように、比較的高容量の蓄電デバイスが、蓄電器Ｃ１、Ｃ２のそれぞれに採用される。
【００３２】
また、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２の容量の相対的な比率については、例えば、蓄電器Ｃ１の容量を蓄電器Ｃ２よりも小さくする。これにより、蓄電器Ｃ１を用いて電源ライン１３の電源電圧を安定化させる一方、バックアップ負荷３０に供給するための電源電力を蓄電器Ｃ２に十分確保しておくことができる。もちろん、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２の容量を同等にしてもよい。
【００３３】
各スイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、電源制御部２２の制御により個別に回路のオンオフ（閉／開）が可能なデバイスである。現実的には、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような半導体スイッチングデバイスや、機械式のリレーをスイッチデバイスＳＷ１〜ＳＷ３として採用することが想定される。
【００３４】
充放電回路２１は、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２の適切な充電および放電を可能にする機能を有している。図１の例では、充放電回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａが電源ライン２３側の出力電圧および電流を適切に制御することにより、蓄電器Ｃ１、Ｃ２を保護しつつ短時間で蓄電器Ｃ１、Ｃ２の充放電を行うことが可能になる。なお、抵抗器およびスイッチを含む回路でＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａを置き換えることも可能である。蓄電器Ｃ１、Ｃ２を充電する時には充電電流ｉｃが流れ、放電するときには逆方向の放電電流ｉｄが流れる。
【００３５】
電源制御部２２は、例えばマイクロコンピュータ等の制御デバイスを主体とする電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成される。この電源制御部２２は、状況に応じて適切な制御信号ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３を生成し、スイッチデバイスＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフを制御する。本実施形態では、電源制御部２２は、スイッチデバイスＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフの組合せにより、第１モードＭ１、第２モードＭ２、第３モードＭ３、および第４モードＭ４の４種類のモードを使い分けることができる。これらのモードについては後で説明する。
【００３６】
本実施形態では、電源制御部２２は、車両側から出力されるイグニッション信号ＳＧ−ＩＧのオンオフを監視することができる。すなわち、電源制御部２２は、イグニッション信号ＳＧ−ＩＧのオンオフを監視することにより、自車両のエンジン等が始動してオルタネータ１２が発電する状態になったか否か、および自車両のエンジン等が停止してオルタネータ１２の発電が停止したか否かを識別することが可能になる。
【００３７】
また、電源制御部２２は、電源ライン１３に現れる電源電圧ＶＢを監視することができる。これにより、電源制御部２２は、車載バッテリ１１等の主電源からの電力が途切れた状態になったか否かを識別することが可能になる。
【００３８】
図１に示すように、バイパス経路２５の途中にスイッチデバイスＳＷ１が接続されている。したがって、スイッチデバイスＳＷ１がオン（閉）の時に、バイパス経路２５が充放電回路２１の入出力を迂回する経路を形成する。
【００３９】
また、電源ライン２３および２４に、それぞれ蓄電器Ｃ１およびＣ２が接続されており、電源ライン２３と電源ライン２４との間にスイッチデバイスＳＷ２が接続されている。したがって、スイッチデバイスＳＷ２がオン（閉）になると、蓄電器Ｃ１、Ｃ２が電源ライン２３、２４を介して並列に接続され、スイッチデバイスＳＷ２がオフ（開）になると、蓄電器Ｃ１、Ｃ２が互いに分離される。
【００４０】
また、電源ライン２４と電源ライン２６との間にスイッチデバイスＳＷ３が接続されている。したがって、スイッチデバイスＳＷ３がオン（閉）になると、蓄電器Ｃ２等が蓄積している電源電力を電源ライン２６および逆流防止回路３１を介してバックアップ負荷３０に供給することができる。また、スイッチデバイスＳＷ３がオフ（開）になると、蓄電器Ｃ２等が負荷側から分離される。
【００４１】
なお、各蓄電器Ｃ１、Ｃ２を配置する場所については必要に応じて変更することが可能であり、必ずしもバックアップ電源部２０の筐体内に配置する必要はない。例えば、一方の蓄電器Ｃ１をバックアップ電源部２０の筐体内に配置し、他方の蓄電器Ｃ２を筐体外に配置してもよい。もちろん、この場合においても、電源制御部２２は２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２のそれぞれの接続状態を統合的に管理し制御する。
【００４２】
＜車両の状態と各制御要素の状態との関係＞
図１に示した冗長電源システムにおける車両の状態と各制御要素の状態との対応関係の一覧を図２に示す。つまり、電源制御部２２が図２の状態になるように制御する。
【００４３】
図２に示すように、この例では車両の電源について４種類の状態、つまり「ＩＧＯＮ後充電時」、「充電後電源正常」、「電源異常時」、「ＩＧ ＯＦＦ後放電時」を区別して管理している。また、「ＩＧ ＯＮ後充電時」、「充電後電源正常」、「電源異常時」、および「ＩＧＯＦＦ後放電時」は、それぞれ第１モードＭ１、第２モードＭ２、第３モードＭ３、および第４モードＭ４に対応する。
【００４４】
＜第１モードＭ１＞
「ＩＧ ＯＮ後充電時」の状態では、各蓄電器Ｃ１、Ｃ２が十分な電力（電荷）を蓄積していないが、いつでもバックアップ動作が必要になる可能性が考えられる。したがって、オルタネータ１２の発電が開始されて車載バッテリ１１の出力の電源電圧ＶＢが高くなった状態から、短時間で各蓄電器Ｃ１、Ｃ２を充電する必要がある。
【００４５】
そのため、「ＩＧ ＯＮ後充電時」の状態になると、電源制御部２２は第１モードＭ１に遷移し、図２のようにスイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３を、それぞれ「オフ：ＯＦＦ」、「オン：ＯＮ」、および「オフ：ＯＦＦ」に切り替える。
【００４６】
この場合、図１のバックアップ電源部２０において、車載バッテリ１１等から電源経路１３ｂに供給される電力を利用して、充放電回路２１が充電電流ｉｃを流し、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ充電する。また、スイッチデバイスＳＷ３がオフなので、この時に充電した電力はそのまま蓄電器Ｃ１、Ｃ２に蓄積される。
【００４７】
＜第２モードＭ２＞
一方、上記「ＩＧ ＯＮ後充電時」の状態で充電が完了すると、各蓄電器Ｃ１、Ｃ２が十分な電力を蓄積しているので、いつでも電源のバックアップ機能を利用することが可能である。しかし、交通事故などに起因して電源に異常が発生しないと、電源のバックアップ機能が利用されることはない。
【００４８】
つまり、図２の「充電後電源正常」の状態では、バックアップ電源部２０における電源のバックアップ機能を利用していないので、そのままでは蓄電器Ｃ１、Ｃ２等の機能が無駄になる。そこで、「充電後電源正常」の状態になると、電源制御部２２は第２モードＭ２に遷移し、図２のようにスイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３を、それぞれ「オン」、「オフ」、および「オフ」に切り替える。また、この時の充放電回路２１の機能はオフである。
【００４９】
この場合、図１のバックアップ電源部２０において、一方の蓄電器Ｃ１は、スイッチデバイスＳＷ１、バイパス経路２５、および電源経路１３ｂを経由して車載バッテリ１１と並列に接続される。これにより、蓄電器Ｃ１は、電源ライン１３における電源電圧ＶＢの変動を抑制する機能を果たす。特に、車載バッテリ１１だけの場合と比べて、ノイズのように変化の早い電圧変動を抑制する効果が高くなる。
【００５０】
なお、第２モードＭ２でスイッチデバイスＳＷ２をオフにして２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２を切り離すのは、異常発生時にバックアップとして供給可能な電力を十分に確保するためである。例えば、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２を車載バッテリ１１と並列に接続すると、蓄電器Ｃ１、Ｃ２に蓄電されたエネルギーを大量に消費してしまう可能性があるため、異常が発生した場合にバックアップとして供給可能な電力が不足することが想定される。しかし、一方の蓄電器Ｃ１だけを車載バッテリ１１と接続することにより、蓄電器Ｃ２に蓄電されたエネルギーの消費を避け、異常発生時にバックアップとして供給可能な電力を十分に確保できる。
【００５１】
＜第３モードＭ３＞
「電源異常時」は、車載バッテリ１１等の主電源からの電力が途切れた状況であるため、電源経路１３ａからバックアップ負荷３０に対して電源電力を供給できない。したがって、バックアップ電源部２０がバックアップ電力をバックアップ負荷３０に供給する必要がある。そこで、「電源異常時」になると電源制御部２２は第３モードＭ３に遷移し、図２のようにスイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３を、それぞれ「オフ」、「オン」、および「オン」に切り替える。また、この時の充放電回路２１の機能はオフである。
【００５２】
この場合、スイッチデバイスＳＷ２を介して電源ライン２３と電源ライン２４とが接続され、更にスイッチデバイスＳＷ３を介して電源ライン２４と電源ライン２６とが接続される。したがって、蓄電器Ｃ１に蓄積された電力、および蓄電器Ｃ２に蓄積された電力が、電源ライン２６および逆流防止回路３１を介してバックアップ負荷３０に供給される。つまり、車載バッテリ１１からの電力が途切れた場合でも、蓄電器Ｃ１、Ｃ２に蓄積された電力が枯渇するまで、バックアップ負荷３０に対する電力供給を継続できる。
【００５３】
＜第４モードＭ４＞
「ＩＧ ＯＦＦ後放電時」は、車両のイグニッションがオフの状態であり、同じ状態が長く継続する可能性が高い。したがって、何もしなければ蓄電器Ｃ１、Ｃ２が大きな電力を蓄積した状態が長時間継続することが想定される。しかし、例えば蓄電器Ｃ１、Ｃ２がリチウムイオン電池により構成された場合には、蓄電器Ｃ１、Ｃ２は、大きな電力を蓄積した状態が長く継続すると劣化が早まる可能性がある。そこで、イグニッションがオフの場合には、蓄電器Ｃ１、Ｃ２の寿命を延ばすことなどを目的として、適切な状態になるまで、例えば満充電の５０％の状態になるまで蓄電器Ｃ１、Ｃ２を放電させる。ここで放電の下限を制限することにより、蓄電器Ｃ１、Ｃ２の劣化を最小限に抑えることができるとともに、次回に車両を使用する際に、イグニッションがオンになってから蓄電器Ｃ１、Ｃ２が満充電になるまでの所要時間を短縮できる。
【００５４】
電源制御部２２は、「ＩＧ ＯＦＦ後放電時」になると第４モードＭ４に遷移し、図２のようにスイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３を、それぞれ「オフ」、「オン」、および「オフ」に切り替える。この状態では、充放電回路２１の機能により、図１に示した放電電流ｉｄが流れ、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２のそれぞれに蓄積された電力が放電により消費される。適切な下限に到達すると放電は終了し、その状態が維持される。なお、放電の下限を制限する機能については、充放電回路２１、電源制御部２２のいずれかに内蔵することが想定される。
【００５５】
＜電源制御部の動作例＞
電源制御部２２の動作例を図３に示す。すなわち、電源制御部２２が図３の動作を実行することにより、図２に示した条件に合う機能を実現できる。図３の動作について以下に説明する。
【００５６】
イグニッション信号ＳＧ−ＩＧがオフからオンに切り替わると、電源制御部２２はステップＳ１１からＳ１２に進み、第１モードＭ１に遷移する。すなわち、スイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ３をオフにすると共に、スイッチデバイスＳＷ２をオンに切り替える。したがって、この状況では充放電回路２１が電源ライン１３に現れる電源電力に基づき、２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２を充電する。
【００５７】
例えば電源ライン２３の電圧が所定電圧に到達すると、あるいは充電を開始してから一定時間が経過すると、電源制御部２２は「充電完了」とみなし、ステップＳ１３からＳ１４に進む。また、「充電完了」になると充放電回路２１は充電動作を終了する。
【００５８】
電源制御部２２は、ステップＳ１４で電源ライン１３の電源電圧ＶＢを監視すると共に、ステップＳ１５で電源電圧ＶＢが正常か否かを識別する。電源電圧ＶＢが異常なしであれば、電源制御部２２はステップＳ１６に進み、第２モードＭ２に遷移する。つまり、スイッチデバイスＳＷ１をオンにして、スイッチデバイスＳＷ２、ＳＷ３をオフにする。したがって、一方の蓄電器Ｃ１のみがバイパス経路２５を介して車載バッテリ１１と並列に接続され、電源ライン１３における電源電圧ＶＢの変動を抑制するように蓄電器Ｃ１が機能する。
【００５９】
一方、車載バッテリ１１等の主電源からの電力が途切れると、電源制御部２２はステップＳ１５からＳ１７に進み、第３モードＭ３に遷移する。つまり、スイッチデバイスＳＷ１をオフにして、スイッチデバイスＳＷ２、ＳＷ３をオンにする。したがって、電源ライン２３が電源ライン１３から分離され、電源ライン２３、２４、および２６が逆流防止回路３１を介してバックアップ負荷３０と接続される。すなわち、蓄電器Ｃ１、Ｃ２に蓄積されている電力が出力端子２０ｂ、電源ライン２６を経由し、バックアップ電源電力としてバックアップ負荷３０に供給される。
【００６０】
イグニッション信号ＳＧ−ＩＧがオンからオフに切り替わると、電源制御部２２はステップＳ１８からＳ１９に進み、第４モードＭ４に遷移する。すなわち、スイッチデバイスＳＷ１、ＳＷ３をオフにすると共に、スイッチデバイスＳＷ２をオンに切り替える。したがって、この状況では充放電回路２１が消費する放電電流ｉｄにより２つの蓄電器Ｃ１、Ｃ２が放電する。放電により電源ライン２３の電圧が所定の下限電圧に到達すると、Ｓ２０で「放電完了」とみなして、電源制御部２２および充放電回路２１が放電動作を終了する。
【００６１】
以上、説明したように、本実施形態に係る冗長電源システムにおいては、交通事故のような状況が発生しないときであっても、バックアップ電源部２０における一部の機能、すなわち蓄電器Ｃ１を有効に活用できる。つまり、蓄電器Ｃ１を車載バッテリ１１と並列に接続することにより、電源電圧ＶＢの変動を抑制できる。しかも、蓄電器Ｃ２が十分に大きい電力を常時保持しているので、車載バッテリ１１からの電力が途切れることにより第２モードＭ２から第３モードＭ３に遷移した場合に、バックアップとして十分大きい電力をバックアップ電源部２０からバックアップ負荷３０に供給できる。
【００６２】
ここで、上述した本発明の実施形態に係る冗長電源システムの特徴をそれぞれ以下［１］〜［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］  主電源（車載バッテリ１１）と、バックアップ電源（バックアップ電源部２０）と、前記主電源および前記バックアップ電源のいずれの出力電力も利用可能な共通負荷（バックアップ負荷３０）とを有する冗長電源システムであって、
前記バックアップ電源が、第１蓄電器（蓄電器Ｃ１）、第２蓄電器（蓄電器Ｃ２）、および動作モード制御部（電源制御部２２）を備え、
前記動作モード制御部は、
第１モード（Ｍ１）では、前記第１蓄電器、および前記第２蓄電器を共に充電状態に制御し、
第２モード（Ｍ２）では、前記第２蓄電器を充電経路および放電経路から分離すると共に、前記第１蓄電器が前記主電源の電圧変動を抑制する接続状態（スイッチデバイスＳＷ１がオンの状態）に制御し、
第３モード（Ｍ３）では、前記第１蓄電器を前記主電源から分離する（スイッチデバイスＳＷ１がオフの状態）と共に、前記第１蓄電器、および前記第２蓄電器を共に前記共通負荷に電源電力を供給可能な状態（スイッチデバイスＳＷ２、ＳＷ３が共にオンの状態）に制御する、
ことを特徴とする冗長電源システム。
【００６３】
［２］  前記バックアップ電源は、
前記主電源の出力と前記第１蓄電器との間に配置された充電回路（充放電回路２１）と、
前記充電回路の経路を迂回して前記主電源の出力と前記第１蓄電器との直接接続を可能にする第１スイッチ（スイッチデバイスＳＷ１）と、
前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間の接続経路（電源ライン２３、２４の経路）を開閉する第２スイッチ（スイッチデバイスＳＷ２）と、
前記第２蓄電器と前記共通負荷との間の接続経路（電源ライン２４、２６の経路）を開閉する第３スイッチ（スイッチデバイスＳＷ３）と、
を含むことを特徴とする上記［１］に記載の冗長電源システム。
【００６４】
［３］  前記動作モード制御部は、
車両におけるイグニッションのオフからオンへの切り替わりに連動して前記第１モードへ遷移し（Ｓ１１，Ｓ１２）、
前記第１蓄電器および前記第２蓄電器の充電が完了した後で、前記主電源の出力電圧が正常である場合には前記第２モードへ遷移し（Ｓ１５，Ｓ１６）、
前記主電源の出力電圧が異常である場合には前記第３モードへ遷移する（Ｓ１５，Ｓ１７）、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の冗長電源システム。
【００６５】
［４］  前記動作モード制御部は、
車両におけるイグニッションのオンからオフへの切り替わりに連動して第４モード（Ｍ４）へ遷移し、前記第１蓄電器および前記第２蓄電器を所定の状態になるまで放電処理する（Ｓ１８，Ｓ１９）、
ことを特徴とする上記［３］に記載の冗長電源システム。
【００６６】
［５］  前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２１ａ）を含む、
ことを特徴とする上記［２］に記載の冗長電源システム。
【符号の説明】
【００６７】
１１  車載バッテリ
１２  オルタネータ
１３  電源ライン
１３ａ，１３ｂ  電源経路
１４  アース
２０  バックアップ電源部
２０ａ  入力端子
２０ｂ  出力端子
２１  充放電回路
２１ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２  電源制御部
２３，２４，２６  電源ライン
２５  バイパス経路
３０  バックアップ負荷
３１  逆流防止回路
Ｃ１，Ｃ２  蓄電器
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３  スイッチデバイス
ｉｃ  充電電流
ｉｄ  放電電流
ｉ０１，ｉ０２  電流
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３  制御信号
ＳＧ−ＩＧ  イグニッション信号
ＶＢ  電源電圧
Ｍ１  第１モード
Ｍ２  第２モード
Ｍ３  第３モード
Ｍ４  第４モード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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