(57)【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。【選択図】図１
2007153006.tif 000002
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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