(57)【要約】【課題】高信頼性を確保できる電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】定電圧源１と負荷３の接続点に一端が接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の他端に接続された蓄電部７とからなり、電源装置を停止する時に蓄電部７の電圧が定電圧源１の電圧と略等しくなるまで蓄電部７を放電し、電源装置が停止している間は、停止する時に放電した後の蓄電部７の電圧を維持するように、定電圧源１から蓄電部７に電圧が印加されるものであり、停止時に蓄電部７を満充電状態より低い電圧で放置するので、蓄電部７の長寿命化が図れ、高信頼性を確保することができる。【選択図】図１
2008054363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧源と、
前記定電圧源に接続された負荷と、
前記定電圧源と前記負荷の接続点に一端が接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に接続された蓄電部とからなり、
停止する時に前記蓄電部の電圧が前記定電圧源の電圧と略等しくなるまで前記蓄電部を放電し、
停止している間は、停止する時に放電した後の前記蓄電部の電圧を維持するように、前記定電圧源から前記蓄電部に電圧が印加される電源装置。
【請求項２】
停止する時に蓄電部を放電する際に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは前記蓄電部の放電電力を定電圧源に充電する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
停止する時に蓄電部を放電する際の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動電力は前記蓄電部より供給される請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
発電部と、
前記発電部に接続された降圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された定電圧源と、
前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータと前記発電部の接続点に接続された蓄電部とからなり、
停止する時に前記蓄電部の電圧が前記定電圧源の電圧と略等しくなるまで前記蓄電部を放電し、
停止している間は、停止する時に放電した後の前記蓄電部の電圧を維持するように、前記定電圧源から前記蓄電部に電圧が印加される電源装置。
【請求項５】
停止する時に蓄電部を放電する際に、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは前記蓄電部の放電電力を定電圧源に充電する請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
停止する時に蓄電部を放電する際の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動電力は前記蓄電部より供給される請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
定電圧源と、
前記定電圧源に接続された昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された負荷と、
前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータと前記負荷の接続点に接続された蓄電部とからなり、
停止する時に前記蓄電部の電圧が前記定電圧源の電圧と略等しくなるまで前記蓄電部を放電し、
停止している間は、停止する時に放電した後の前記蓄電部の電圧を維持するように、前記定電圧源から前記蓄電部に電圧が印加される電源装置。
【請求項８】
負荷は暗電流を消費する構成であり、
停止する時に蓄電部を放電する際に、前記蓄電部の放電電流は前記負荷の前記暗電流として消費される請求項７に記載の電源装置。
【請求項９】
蓄電部は、複数の蓄電素子が直列、または直並列に接続されるとともに、
直列接続に相当する部分の前記蓄電素子の両端には電圧バランス回路が接続された構成を有し、
前記電圧バランス回路の数をｎ、停止している間の前記蓄電部の電圧をＶｃとした時、前記電圧バランス回路は、直列接続に相当する部分の前記蓄電素子の両端電圧がほぼＶｃ／ｎ以上になると前記蓄電素子を放電する請求項１、４、または７に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電部の電力を補助的に負荷に供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮や燃費向上のために停車時にエンジン駆動を停止するアイドリングストップ機能や、エンジン負荷を軽減するための電動パワーステアリングを搭載した自動車が市販されている。また、エンジン駆動を積極的に補うためのハイブリッドシステムや電動ターボシステム等が今後普及してくるものと予測される。さらに、車両の制動についても、制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生ブレーキシステム等が提案されている。
【０００３】
このように、今後自動車が必要とする電力は極めて増大する傾向にあるが、従来の電力供給源であるバッテリだけでは大電力供給が困難であるので、十分にシステムを動作させられない等の可能性があった。
【０００４】
これに対し、例えば回生ブレーキシステムの補助電源としての電源装置が特許文献１に提案されている。このような電源装置のブロック回路図を図６に示す。バッテリからなる定電圧源１０１は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を介して二次電池からなる蓄電部１０５に接続されている。なお、蓄電部１０５には図示していないが発電と車両駆動補助を行うための多相誘導機も接続されている。従って、蓄電部１０５は多相誘導機からの電力を充電したり、多相誘導機をモーターとして駆動するために定電圧源１０１よりも高電圧な構成としている。
【０００５】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、平滑コンデンサ１０６、チョークコイル１０７、第１スイッチング素子１０９、第２スイッチング素子１１１、制御部１１３が図６に示すように配線されているもので、一般的な公知構成である。
【０００６】
次に、電源装置の動作を説明する。車両制動により発生した電気エネルギーは蓄電部１０５に充電される。この充電電力は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を駆動することにより、一部を定電圧源１０１に充電してもよい。これにより、定電圧源１０１を常に満充電状態にできる。
【０００７】
次に、車両制動が終わり、加速等を行うと、エンジンの駆動力に加えて蓄電部１０５の電力を多相誘導機に供給して補助的に車両駆動を行う。このような動作により、車両制動エネルギーを回生し、補助動力として利用することができるので、高効率な車両を実現できる。
【特許文献１】特許第１８７７２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような電源装置は確かに制動エネルギーを有効に活用できるので、車両の効率化が図れるのであるが、従来用いられていた蓄電部１０５を構成する二次電池は車両制動時のような瞬発的な電力を十分に充電することができず、さらに充放電サイクル寿命が短いという短所があった。そこで、それらを補うために、二次電池に替わって電気二重層キャパシタに代表される大容量のキャパシタを蓄電部１０５に使用する構成が提案されている。これにより、二次電池の短所を補うことができる。
【０００９】
しかし、従来の電源装置の構成で、蓄電部１０５にキャパシタを用いた場合、車両使用終了時に蓄電部１０５がほぼ満充電であり、その状態でイグニションスイッチをオフにしたとすると、キャパシタに高い電圧が印加されたままの状態で放置されることになる。キャパシタは定格に近い高電圧状態で放置されると、寿命が短くなる特性を有するので、従来の電源装置の構成にキャパシタを用いると、キャパシタの寿命が短くなり、電源装置の信頼性が損なわれるという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高信頼性を確保できる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、定電圧源と負荷の接続点に一端が接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に接続された蓄電部とからなり、電源装置が停止する時に、前記蓄電部の電圧が前記定電圧源の電圧と略等しくなるまで前記蓄電部を放電し、電源装置が停止している間は、停止する時に放電した後の前記蓄電部の電圧を維持するように、前記定電圧源から前記蓄電部に電圧が印加されるものである。これにより、電源装置が停止している間、蓄電部は満充電状態よりも電圧が低い状態で放置されることになるので、その分、蓄電部の寿命を延ばすことができる。その結果、前記目的を達成することができる。
【００１２】
また、本発明の電源装置は、発電部に接続された降圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された定電圧源と、前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータと前記発電部の接続点に接続された蓄電部とからなり、停止する時に前記蓄電部の電圧が前記定電圧源の電圧と略等しくなるまで前記蓄電部を放電し、停止している間は、停止する時に放電した後の前記蓄電部の電圧を維持するように、前記定電圧源から前記蓄電部に電圧が印加されるものである。これによっても、電源装置が停止している間、蓄電部は満充電状態よりも電圧が低い状態で放置されることになるので、その分、蓄電部の寿命を延ばすことができる。その結果、前記目的を達成することができる。
【００１３】
また、本発明の電源装置は、定電圧源に接続された昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された負荷と、前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータと前記負荷の接続点に接続された蓄電部とからなり、停止する時に前記蓄電部の電圧が前記定電圧源の電圧と略等しくなるまで前記蓄電部を放電し、停止している間は、停止する時に放電した後の前記蓄電部の電圧を維持するように、前記定電圧源から前記蓄電部に電圧が印加されるものである。これによっても、電源装置が停止している間、蓄電部は満充電状態よりも電圧が低い状態で放置されることになるので、その分、蓄電部の寿命を延ばすことができる。その結果、前記目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電源装置によれば、蓄電部の寿命を延ばすことができるので、高信頼を確保できる電源装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における電源装置の蓄電素子が直列接続の場合の蓄電部の詳細回路図である。図３は、本発明の実施の形態１における電源装置の蓄電素子が直並列接続の場合の蓄電部の詳細回路図である。なお、本実施の形態１では、例えば車両の補助電源として用いられる電源装置の場合について述べる。
【００１７】
図１において、バッテリからなる定電圧源１には、補助電源の電力を必要とする各種電装システムからなる負荷３が接続されている。定電圧源１と負荷３の接続点には充放電回路に相当する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の一端が接続されている。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の他端には電気二重層キャパシタからなる蓄電部７が接続されている。
【００１８】
ここで、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の詳細について説明する。
【００１９】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は定電圧源１側の電圧を昇圧して蓄電部７側へ出力する動作と、蓄電部７側の電圧を降圧して定電圧源１側や負荷３側へ出力する動作を行うことができる。具体的な構成としては、定電圧源１側に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入出力端には平滑コンデンサ９がグランドとの間に接続されている。また、前記入出力端はチョークコイル１１、第１スイッチング素子１３を介して蓄電部７に接続されている。チョークコイル１１と第１スイッチング素子１３の接続点にはグランドとの間に第２スイッチング素子１５が接続されている。第１スイッチング素子１３と第２スイッチング素子１５は制御部１７によりオンオフ制御されている。なお、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の昇圧、降圧の切り替えは図示しない車両側の外部制御回路（以下、外部ＥＣＵという）からの信号により行われる。また、第１スイッチング素子１３と第２スイッチング素子１５はいずれもＦＥＴで構成したので、図１の点線で示す第１ボディーダイオード１９、第２ボディーダイオード２１が形成されている。
【００２０】
次に、蓄電部７の詳細構成について、図２、図３を参照しながら説明する。
【００２１】
蓄電部７は複数の蓄電素子を直列、または直並列に接続した構成とし、直列接続の場合が図２、直並列接続の場合が図３である。なお、どちらの接続とするか、あるいは何個接続するか等は負荷３が要求する電力仕様によって適宜決定すればよい。本実施の形態１では蓄電部７の定格満充電電圧（例えば３０Ｖ）が定電圧源１の定格電圧（例えば１４Ｖ）より高い仕様であるとする。
【００２２】
蓄電素子２３の内、直列接続に相当する部分の蓄電素子２３の両端には、例えばツェナーダイオード２５と抵抗器２７を直列接続して構成された電圧バランス回路２９が接続されている。具体的には、図２の場合は全ての蓄電素子２３が直列接続であるので、各蓄電素子２３の両端に電圧バランス回路２９が接続されている。一方、図３の場合、直列接続に相当する部分は図３の縦方向の接続点（直列接続点）となる。すなわち、横方向の接続点（並列接続点）はいずれも等電圧となるため、等電圧の蓄電素子２３毎に電圧バランス回路２９を設ける必要はない。従って、等電圧（横方向）の蓄電素子２３の内いずれか１個の両端、すなわち直列接続に相当する部分の両端（直列接続点）の１か所のみに電圧バランス回路２９を設ければよい。
【００２３】
電圧バランス回路２９は蓄電素子２３の両端電圧が互いに等しくなるように調整するためのものであり、同じ抵抗値の抵抗器２７によって蓄電素子２３の両端電圧が均等になるように調整される。ここで、抵抗器２７には直列にツェナーダイオード２５が接続されているので、その設定電圧以上の場合のみツェナーダイオード２５がオンになり電圧バランス調整がなされるようにしている。この調整について具体例に基づいて説明する。
【００２４】
例えば図２の構成において、蓄電素子２３の定格電圧が２．５Ｖであったとすると、ツェナーダイオード２５のオンになる設定電圧は前提条件として２．５Ｖ以下であればよいことになる。また、蓄電部７の満充電電圧は定電圧源１（バッテリ）の定格電圧１４Ｖの約２倍である３０Ｖであるので、蓄電素子２３の数量は１２個（＝３０Ｖ／２．５Ｖ）となる。
【００２５】
ここで、後述するように電源装置の停止している間は、蓄電部７には定電圧源１の電圧Ｖｂ（＝１４Ｖ）から第１ボディーダイオード１９の電圧降下ΔＶ（＝０．７Ｖ）を差し引いた電圧Ｖｃ（＝１３．３Ｖ）が常に印加される。この時にツェナーダイオード２５がオンであると、蓄電素子２３の間の電圧バランスは取れるものの抵抗器２７に電流が流れるため漏れ電流が大きくなり、損失が増える。そこで、これを避けるために、ツェナーダイオード２５のオンになる設定電圧は電源装置の停止期間中の蓄電部７への印加電圧Ｖｃとほぼ等しくなるように設定した。すなわち、ツェナーダイオード２５の設定電圧は１．１Ｖ（≒１３．３Ｖ／１２個）とした。この値は上記した設定電圧の前提条件（２．５Ｖ以下）を満足する。これにより、蓄電素子２３の両端電圧が１．１Ｖ以上になるとツェナーダイオード２５がオンになり、抵抗器２７に電流が流れることで、各蓄電素子２３の電圧バランスを調整することができる。
【００２６】
従って、一般的には電圧バランス回路２９は、電圧バランス回路２９の数をｎ（上記具体例ではｎ＝１２個）、電源装置が停止している間の蓄電部７の電圧をＶｃ（上記具体例ではＶｃ＝１３．３Ｖ）とすると、直列接続に相当する部分の蓄電素子２３の両端電圧がほぼＶｃ／ｎ以上（上記具体例では１３．３Ｖ／１２個≒１．１Ｖ以上）になると蓄電素子２３を放電する動作を行う。ゆえに、電圧バランス回路２９は上記動作を行うことができれば、ツェナーダイオード２５と抵抗器２７を直列に接続した構成に限定されるものではないが、回路構成の簡易さから本実施の形態１の電圧バランス回路２９が好適である。
【００２７】
次に、このような電源装置の動作について説明する。
【００２８】
まず、車両の使用を終了し、電源装置を停止する場合から述べる。車両のイグニションスイッチ（図示せず）をオフにする前は、いつでも負荷３に電力を供給できるように蓄電部７が満充電状態である。この時の蓄電部７の電圧Ｖｃは定電圧源１の定格電圧Ｖｂより高い。この状態で、イグニションスイッチをオフにすると、外部ＥＣＵ（図示せず）は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５を降圧動作させる信号を制御部１７に送る。これを受け、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は蓄電部７の電圧Ｖｃを降圧して定電圧源１側に出力する動作を行う。この際の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の駆動電力は蓄電部７より供給される。これによっても蓄電部７の電圧Ｖｃを下げることができる上、定電圧源１の電力消費を抑制できる。
【００２９】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５が動作すると蓄電部７は放電され、その電力は定電圧源１に充電される。これは、イグニションスイッチをオフにしたことにより負荷３もオフとなるためであり、これにより双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５から出力される電力は負荷３には至らず、定電圧源１が充電される。このように、蓄電部７の電力を放電し定電圧源１に充電することで、以下の２点の効果が得られる。
【００３０】
１）蓄電部７を構成する蓄電素子２３は満充電状態で放置すると寿命が短くなるので、電源装置を停止する時に定格電圧以下に放電することで寿命を延ばすことができ、高信頼性が得られる。
【００３１】
２）蓄電部７が放電した電力を定電圧源１に充電するので、電力の無駄を防止できるとともに、後述する停止期間中の蓄電部７への電圧維持のための電力を、蓄電部７が放電した電力で一部賄うことができ、効率が向上する。
【００３２】
次に、制御部１７は蓄電部７の放電中に、蓄電部７の電圧Ｖｃと定電圧源１の電圧Ｖｂを監視する。やがて、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５の降圧動作を停止する。なお、この停止条件として、電圧Ｖｃが電圧Ｖｂと略等しくなるように設定したのは、以下の理由による。
【００３３】
まず、電源装置を停止する時における蓄電部７の放電の結果、電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂ（１４Ｖ）と略等しいものの若干大きい、例えば１５Ｖとすると、第１ボディーダイオード１９がオフになり、蓄電部７には定電圧源１の電圧が印加されない。しかし、蓄電素子２３の両端電圧は１．２５Ｖ（＝１５Ｖ÷１２個）であり、ツェナーダイオード２５の設定電圧（１．１Ｖ）よりも大きいので、ツェナーダイオード２５がオンになる。その結果、各蓄電素子２３から抵抗器２７に電流が流れ、両端電圧は低下していく。これにより、いずれ蓄電部７の電圧Ｖｃは下がるので、第１ボディーダイオード１９がオンになり、定電圧源１の電圧Ｖｂから電圧降下ΔＶを差し引いた電圧が印加され、その電圧が維持されることになる。
【００３４】
逆に、電源装置を停止する時における蓄電部７の放電の結果、電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂ（１４Ｖ）と略等しいものの若干小さい、例えば１３Ｖとなったとする。この時は第１ボディーダイオード１９がオンになるので、定電圧源１の電圧Ｖｂから電圧降下ΔＶを差し引いた電圧が印加され、その電圧になるまで蓄電部７は充電され、その後維持されることになる。
【００３５】
以上のことから、蓄電部７の電圧Ｖｃは、いずれ一定値に維持制御されるので、放電時には蓄電部７の電圧Ｖｃを定電圧源１の電圧Ｖｂと正確に等しくする必要はないことがわかる。
【００３６】
なお、蓄電部７の長寿命化のためには蓄電部７を完全放電することも考えられるが、完全放電した場合と、本実施の形態１のように蓄電部７を１３．３Ｖまで放電した場合とでは、蓄電素子２３の寿命に大差がなかったので、完全に放電する必要はない。さらに、もし完全に放電すると、次に車両を起動する時に蓄電部７の電圧Ｖｃと定電圧源１の電圧Ｖｂの電圧差が大きくなるため突入電流が流れ、特に第１スイッチング素子１３等の半導体素子は定格電流を超えて破壊してしまう可能性がある。これに対し、本実施の形態１のように蓄電部７の電圧Ｖｃを定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しく維持することで、起動時の突入電流を極めて抑制でき、高信頼性が得られる。
【００３７】
次に、蓄電部７の放電が完了すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は動作を停止する。これにより、第１スイッチング素子１３、および第２スイッチング素子１５はオフ状態となるが、それぞれに第１ボディーダイオード１９、第２ボディーダイオード２１が形成されているので、電源装置が停止している間も第１ボディーダイオード１９を介して定電圧源１の電圧Ｖｂが蓄電部７に印加される。但し、第１ボディーダイオード１９により電圧降下ΔＶがあるため、前記したように蓄電部７に印加される電圧Ｖｃは定電圧源１の電圧Ｖｂから電圧降下分ΔＶを差し引いた電圧（１３．３Ｖ）となる。なお、第２ボディーダイオード２１は定電圧源１に対して逆接続になるので、第２ボディーダイオード２１には電流が流れない。
【００３８】
このように車両使用終了により電源装置が停止している間は、停止する時に放電した後の蓄電部７の電圧Ｖｃを常に維持するように、定電圧源１から蓄電部７に電圧が印加される。これは以下のような動作に基づく。
【００３９】
電源装置の停止期間中に、各蓄電素子２３の両端電圧は自然放電により低下していく。これにより、両端電圧がツェナーダイオード２５の設定電圧（１．１Ｖ）を下回ると、ツェナーダイオード２５がオフになる。その結果、蓄電部７に印加されている電圧Ｖｃにより、電圧低下した蓄電素子２３が充電される。この充電電力には、電源装置を停止する時に定電圧源１に充電した電力が一部使用されることになるので、放電電力の無駄を低減しつつ、突入電流を防止することが可能になる。また、蓄電素子２３の両端電圧のバランスがほぼ等しい時は、蓄電素子２３の両端電圧はツェナーダイオード２５の設定電圧を下回り、ツェナーダイオード２５は全てオフになるため、定電圧源１が無駄な電力を消費することがなくなる。
【００４０】
このような動作を繰り返すことにより、蓄電部７の電圧Ｖｃは常に維持されることになる。
【００４１】
なお、本実施の形態１では双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５により蓄電部７の放電を行ったが、蓄電素子２３に並列に接続されるバランス回路２９により蓄電部７を放電してもよい。
【００４２】
次に、車両を再始動した場合について説明する。
【００４３】
車両を再始動するために、イグニションスイッチをオンにすると、電源装置が起動するとともに、車両側の外部ＥＣＵは制御部１７に蓄電部７を３０Ｖまで充電するための昇圧動作を行う信号を送る。これを受け、電源装置は定電圧源１の電圧Ｖｂを双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５で昇圧して、蓄電部７の電圧が３０Ｖになるまで充電を開始する。その際、蓄電部７の電圧は既に１３．３Ｖであるので、完全放電した蓄電部７に充電する場合に比べて、突入電流を極めて低減することができる。従って、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５や蓄電部７等の劣化を低減でき高信頼性が得られる。さらに、蓄電部７はあらかじめ１３．３Ｖまで充電されているので、満充電までの時間も短くすることができる。
【００４４】
蓄電部７への充電が終了すれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は動作を停止する。この時、第１ボディーダイオード１９はＶｃ＞Ｖｂであるのでオフとなり、蓄電部７に充電した電力が定電圧源１や負荷３に供給されることはない。
【００４５】
その後、定電圧源１が異常となったり、負荷３が瞬発的に大電流を消費するなどして、定電圧源１の電圧が既定値より下がると、外部ＥＣＵは制御部１７に降圧動作を行う信号を送る。これを受け、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は蓄電部７の電圧Ｖｃを定電圧源１の定格電圧（１４Ｖ）に降圧して負荷３に供給する。この際、定電圧源１にも一部の電力が供給されるが、負荷３の方が大電流を消費しているので、蓄電部７の電力のほとんどが負荷３に供給される。
【００４６】
負荷３の大電流消費が終了すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５は再度蓄電部７を満充電するための昇圧動作を行う。この動作は車両の再始動時と同じであるので説明を省略する。車両使用中はこのような動作を繰り返すことで、蓄電部７はいつでも負荷３に電力を供給できる準備をしておく。
【００４７】
車両使用終了時以降の動作については前記した通りである。
【００４８】
以上の構成、動作により、電源装置が停止している間、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなるまで蓄電部７を放電することで、放置時の蓄電部７の電圧Ｖｃを蓄電素子２３の寿命に影響しない程度に維持できるので、蓄電素子２３の長寿命化が図れ、高信頼性を確保できる電源装置が実現できた。
【００４９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における電源装置のブロック回路図である。なお、本実施の形態２においては、例えば車両制動による回生電力を、急速充放電が可能な電気二重層キャパシタからなる蓄電部に充電し、車両の非制動時にバッテリ等の定電圧源に充電する回生ブレーキシステム用の電源装置について述べる。
【００５０】
図４において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２における構成上の特徴は以下の通りである。
【００５１】
１）負荷３に替えて例えば制動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部３１を蓄電部７に接続した。
【００５２】
２）双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５に替えて、蓄電部７から定電圧源１への降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を用いた。
【００５３】
３）これに伴い、第２スイッチング素子１５をダイオードとした。
【００５４】
４）定電圧源１や蓄電部７から発電部３１への電流の逆流防止用にダイオード３４を設けた。
【００５５】
以上の構成とすることにより、発電部３１は降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３とも接続される。なお、蓄電部７の構成は図２、または図３と同じである。
【００５６】
次に、このような電源装置の動作について説明する。
【００５７】
まず、車両の使用を終了し、電源装置を停止する場合から述べる。車両のイグニションスイッチ（図示せず）をオフにする前は、蓄電部７の電圧Ｖｃは定電圧源１の電圧Ｖｂよりも高い状態である。これは、蓄電部７から定電圧源１への降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が接続されているためである。なお、蓄電部７の電圧Ｖｃは、例えば車両停止直後などでは、制動による電気エネルギーが蓄電部７に満充電状態で蓄えられるので、蓄電部７の最大充電電圧となる。一方、車両停止後、しばらく時間が経過してからイグニションスイッチをオフにした場合などでは、その間に発電部３１により充電された蓄電部７の電力が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３によって定電圧源１に充電されるので、蓄電部７の電圧Ｖｃは時間の経過とともに定電圧源１の電圧Ｖｂまで低下していく。従って、イグニションスイッチをオフにする前の蓄電部７の電圧Ｖｃは一義的に決まらない。
【００５８】
この状態で、イグニションスイッチをオフにすると、外部ＥＣＵ（図示せず）は降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を動作させる信号を制御部１７に送る。この際の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の駆動電力は、実施の形態１と同様に蓄電部７より供給される。降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は外部ＥＣＵからの信号を受けると、蓄電部７の電圧Ｖｃを測定する。その結果、電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しいと制御部１７が判断すれば降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を動作させない。なお、定電圧源１と蓄電部７の間には降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が接続されており、その内部抵抗や第１ボディーダイオード１９による電圧降下が起こるので、本実施の形態２では電圧Ｖｃと電圧Ｖｂの略等しい条件として電圧Ｖｃが電圧Ｖｂに対し１Ｖ以内の差になった時とした。
【００５９】
一方、電圧Ｖｃと電圧Ｖｂが略等しい条件を満たさない場合（Ｖｃ＞Ｖｂ＋１）は蓄電部７の電圧Ｖｃを降圧して定電圧源１側に出力する動作を行う。これにより、蓄電部７は放電され、その電力は降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して定電圧源１に充電される。このように、蓄電部７の電力を放電し定電圧源１に充電することで、実施の形態１と同様に、蓄電素子２３の電圧が満充電状態から下がり長寿命化が図れ、かつ蓄電部７の放電電力を定電圧源１に充電することで効率向上も図れる。
【００６０】
次に、制御部１７は蓄電部７の放電中に、蓄電部７の電圧Ｖｃと定電圧源１の電圧Ｖｂを監視する。やがて、電圧Ｖｃが電圧Ｖｂと略等しい条件を満たせば、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の動作を停止する。なお、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の動作停止条件として、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなるように設定した理由は実施の形態１で説明したように、蓄電部７の電圧Ｖｃがいずれ一定値に維持制御されるので、放電時に蓄電部７の電圧Ｖｃを定電圧源１の電圧Ｖｂと正確に等しくする必要がないためである。
【００６１】
次に、蓄電部７の放電が完了し、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が動作を停止すると、第１スイッチング素子１３、および第２スイッチング素子１５はオフ状態となるが、第１スイッチング素子１３には第１ボディーダイオード１９が形成されているので、電源装置が停止している間も第１ボディーダイオード１９を介して定電圧源１の電圧Ｖｂが蓄電部７に印加される。但し、第１ボディーダイオード１９により電圧降下ΔＶがあるため、実施の形態１で述べたように蓄電部７に印加される電圧Ｖｃは定電圧源１の電圧Ｖｂから電圧降下分ΔＶを差し引いた電圧（１３．３Ｖ）となる。なお、整流素子からなる第２スイッチング素子１５は定電圧源１に対して逆接続になるので、第２スイッチング素子１５には電流が流れない。
【００６２】
このように車両使用終了により電源装置が停止している間は、停止する時に放電した後の蓄電部７の電圧Ｖｃを常に維持するように、定電圧源１から蓄電部７に電圧が印加される。この動作は実施の形態１と同じであるので、詳細な動作説明は省略するが、これにより、放電電力の無駄を低減しつつ、突入電流を防止することが可能になる。
【００６３】
このような動作を繰り返すことにより、蓄電部７の電圧Ｖｃは常に維持されることになる。
【００６４】
なお、本実施の形態２においても実施の形態１と同様に蓄電素子２３に並列接続されるバランス回路２９で蓄電部７の電力を放電してもよい。
【００６５】
次に、車両を再始動した場合について説明する。車両を再始動するために、イグニションスイッチをオンにすると、電源装置が起動するが、蓄電部７は車両制動により発電部３１で発生した電力を急速に充電して回収する必要があるので、実施の形態１とは異なり再始動時に蓄電部７への充電を行わない。従って、この時点では降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は動作せず、引き続き定電圧源１から蓄電部７に電圧が印加される。
【００６６】
次に、車両の走行中にブレーキ操作を行ったとする。これにより、制動エネルギーを回収するための発電部３１が動作し、制動エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。これにより、発電部３１の電圧は定電圧源１や蓄電部７の電圧より高くなるので、ダイオード３４がオンになり、発電部３１の電力が蓄電部７に供給される。その結果、蓄電部７は急速充放電が可能な電気二重層キャパシタから構成されているので、高速充電されていく。この時、蓄電部７は、あらかじめ定電圧源１と略等しい電圧まで充電されているので、蓄電部７が完全放電した状態に比べ、発電部３１の発電電圧を高くできる。その結果、必要な発電電力を初期から得ることができる。なお、発電部３１が発電している時には降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は蓄電部７の電圧Ｖｃを降圧して定電圧源１を充電する。
【００６７】
次に、車両のブレーキ操作が終わり、発電部３１からの電力供給が停止したとする。これにより、発電部３１の電圧は０Ｖになり、蓄電部７はブレーキ操作時に発電部３１により充電されているので、ダイオード３４はオフになる。その後、引き続き降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は蓄電部７の電圧Ｖｃを降圧して定電圧源１を充電する。
【００６８】
蓄電部７に蓄えられた電力は、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなるまで降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３によって定電圧源１に供給される。制御部１７は電圧Ｖｃと電圧Ｖｂを監視しているので、両者が略等しくなれば、制御部１７は降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の動作を停止する。これにより、蓄電部７には車両使用終了時と同様に定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しい電圧に維持される。車両使用中はこのような動作を繰り返すことで、蓄電部７はいつでも発電部３１の電力を充電できるように準備をしておく。その結果、制動エネルギーを無駄なく回収することができ、車両の効率向上が可能となる。
【００６９】
車両使用終了時以降の動作については前記した通りである。
【００７０】
以上の構成、動作により、電源装置が停止している間、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなるまで蓄電部７を放電することで、放置時の蓄電部７の電圧Ｖｃを蓄電素子２３の寿命に影響しない程度に維持できるので、蓄電素子２３の長寿命化が図れ、高信頼性を確保できる電源装置が実現できた。
【００７１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における電源装置のブロック回路図である。なお、本実施の形態３においては、例えば車両の電動パワーステアリング用の電源装置について述べる。
【００７２】
図５において、図１、図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。すなわち、実施の形態２の構成に対する本実施の形態３の構成上の特徴は以下の通りである。
【００７３】
１）発電部３１を電動パワーステアリングシステムである負荷３に替えて蓄電部７に接続した。
【００７４】
２）降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３３に替えて、定電圧源１から蓄電部７への昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を用いた。
【００７５】
３）これに伴い、第１スイッチング素子１３をダイオードに、第２スイッチング素子１５を実施の形態１と同様のＦＥＴにした。
【００７６】
４）ダイオード３４を廃した。
【００７７】
以上の構成とすることにより、負荷３は昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５とも接続される。なお、蓄電部７の構成は図２、または図３と同じである。
【００７８】
次に、このような電源装置の動作について説明する。
【００７９】
まず、車両の使用を終了し、電源装置を停止する場合から述べる。車両のイグニションスイッチ（図示せず）をオフにする前は、いつでも負荷３に電力を供給できるように蓄電部７が満充電状態である。この時の蓄電部７の電圧Ｖｃは定電圧源１の定格電圧Ｖｂより高い。これは負荷３（電動パワーステアリングシステム）が必要とする電圧が定電圧源１の定格電圧（例えば１４Ｖ）より高いためである。この状態で、イグニションスイッチをオフにすると、それに連動して昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は動作を停止する。その結果、負荷３には定電圧源１と蓄電部７から電力が供給される構成となるが、上記したようにＶｃ＞Ｖｂであるので、負荷３へは蓄電部７から電力が供給される。
【００８０】
ここで、負荷３はイグニションスイッチがオフであっても、例えば現在のハンドル位置を確認するためにハンドル舵角センサを駆動する等の動作を行う必要があるので、僅かではあるが電流を消費する構成である。このようにイグニションスイッチがオフであっても負荷３が消費する電流を暗電流という。
【００８１】
従って、車両使用終了時はＶｃ＞Ｖｂであるので、負荷３への暗電流は蓄電部７から供給される。すなわち、本実施の形態３では、電源装置を停止する時に蓄電部７を放電する際に、蓄電部７の放電電流は負荷３の暗電流として消費されることになる。これは、実施の形態１、２において、電源装置の停止時に蓄電部７の放電電流が定電圧源１に充電される動作とは異なる点である。なお、本実施の形態３において定電圧源１に充電しない理由は、回路構成上、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が蓄電部７の電圧を下げて定電圧源１に供給することができないためである。しかし、蓄電部７の電力を必要不可欠な負荷３の暗電流として供給しているので、蓄電部７の電力を有効利用できる点は実施の形態１、２と同様である。
【００８２】
蓄電部７の電力が負荷３に供給されると、蓄電部７の電圧Ｖｃは経時的に低下し、やがて定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなる。ここで、略等しい条件は実施の形態２で述べた条件と同じである。但し、定電圧源１と蓄電部７の間には昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が接続されているので、ダイオードからなる第１スイッチング素子１３の電圧降下分、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂより低くなるまでは第１スイッチング素子１３がオフであるので、蓄電部７から負荷３に電力が供給される。具体的には、電圧Ｖｂが１４Ｖ、電圧降下ΔＶが０．７Ｖとすると、電圧Ｖｃが１３．３Ｖ（＝１４Ｖ−０．７Ｖ）になるまでは蓄電部７から負荷３に電力が供給される。
【００８３】
電圧Ｖｃが１３．３Ｖに至ると、第１スイッチング素子１３が自動的にオンになるので、定電圧源１の電力が蓄電部７と負荷３に供給される。従って、この後、蓄電部７は常に定電圧源１からの電圧が印加され続けるので、実施の形態１で説明した動作に基づいて、放電後の電圧で維持される。また、負荷３への暗電流は、この時点で定電圧源１から供給される。このように動作することで、実施の形態１、２と同様に蓄電部７の長寿命化による高信頼性確保と、放電電力の効率利用の効果が得られる。
【００８４】
次に、車両を再始動した場合について説明する。
【００８５】
車両を再始動するために、イグニションスイッチをオンにすると、電源装置の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が起動し、実施の形態１と同様に蓄電部７を満充電する。その際、蓄電部７の電圧Ｖｃは既に１３．３Ｖであるので、突入電流を極めて低減できる。従って、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５や蓄電部７等の劣化を低減でき、高信頼性が得られる。さらに、蓄電部７はあらかじめ１３．３Ｖまで充電されているので、満充電までの時間も短くすることができる。
【００８６】
なお、蓄電部７の充電中は負荷３にも定電圧源１からの電力が供給されるが、この時点ではイグニションスイッチをオンにした直後であるので負荷３は動作していない。従って、図５の回路構成において、定電圧源１の電力は負荷３への暗電流以外は蓄電部７に供給される。
【００８７】
蓄電部７への充電が終了すれば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は動作を停止する。この時、第１スイッチング素子１３はＶｃ＞Ｖｂであるのでオフとなり、蓄電部７に充電した電力が定電圧源１に逆流することない。
【００８８】
その後、ハンドルを操作すると、負荷３が動作開始直後に必要とする瞬発的な大電流が蓄電部７から供給される。蓄電部７の電圧Ｖｃは、負荷３が大電流を消費することにより急激に低下し、やがて電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂより小さくなる。その結果、第１スイッチング素子１３が自動的にオンになり、以後の負荷３への電力供給は定電圧源１から行われる。この時点では、すでに負荷３は定常動作に入り、大電流を消費する必要がなくなっているため、定電圧源１でも負荷３に十分電力を供給できる。同時に、定電圧源１の電圧Ｖｂから第１スイッチング素子１３の電圧降下ΔＶを差し引いた電圧が蓄電部７にも印加されるので、蓄電部７の電圧Ｖｃは維持される。
【００８９】
負荷３の動作が終了すると、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は再度蓄電部７を満充電にするための動作を行う。この動作は車両の再始動時と同じであるので説明を省略する。車両使用中はこのような動作を繰り返すことで、蓄電部７はいつでも負荷３に電力を供給できる準備をしておく。
【００９０】
車両使用終了時以降の動作については前記した通りである。
【００９１】
なお、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は蓄電部７への充電が終了すると停止していたが、これは常時動作させ続けてもよい。
【００９２】
以上の構成、動作により、電源装置が停止している間、蓄電部７の電圧Ｖｃが定電圧源１の電圧Ｖｂと略等しくなるまで蓄電部７を放電することで、放置時の蓄電部７の電圧Ｖｃを蓄電素子２３の寿命に影響しない程度に維持できるので、蓄電素子２３の長寿命化が図れ、高信頼性を確保できる電源装置が実現できた。
【００９３】
なお、実施の形態１〜３では、蓄電素子２３として電気二重層キャパシタを用いた例を示したが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。さらに、車両用の電源装置の場合について述べたが、それ以外の電源装置にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明にかかる電源装置は蓄電部の長寿命化を図ることにより高信頼性を確保できるので、蓄電部の電力を補助的に負荷に供給する電源装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１における電源装置の蓄電素子が直列接続の場合の蓄電部の詳細回路図
【図３】本発明の実施の形態１における電源装置の蓄電素子が直並列接続の場合の蓄電部の詳細回路図
【図４】本発明の実施の形態２における電源装置のブロック回路図
【図５】本発明の実施の形態３における電源装置のブロック回路図
【図６】従来の電源装置の主要部分の概略ブロック回路図
【符号の説明】
【００９６】
１  定電圧源
３  負荷
５  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
７  蓄電部
２３  蓄電素子
２５  ツェナーダイオード
２７  抵抗器
２９  電圧バランス回路
３１  発電部
３３  降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
３５  昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008054363.tif 000005
【図４】
2008054363.tif 000006
【図５】
2008054363.tif 000007
【図６】
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