(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電気負荷および第２電気負荷が搭載された車両に設けられる電源装置であって、
筐体と、
前記筐体内に設けられ、前記車両の動作を制御する制御回路部と、
前記筐体内に前記制御回路部と並設され、前記第１電気負荷を駆動する電力を前記制御回路部が駆動可能な電力に変換して前記制御回路部に供給する電源回路部と、
前記筐体内に設けられ、前記第１電気負荷を駆動する電力を前記第２電気負荷へ順方向に供給する電力供給部と、
前記筐体内に設けられ、前記電力供給部が前記第２電気負荷へ供給する電力を蓄電する蓄電部とを備え、
前記電力供給部および前記蓄電部は、前記電源回路部の高さと前記制御回路部の高さとの差によって前記筐体内に生じる空間に、前記制御回路部との間および前記筐体の蓋との間のそれぞれに隙間を設けて設置される、電源装置。
【請求項２】
前記蓄電部は、電気容量を可変可能な蓄電デバイスで構成される、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記蓄電デバイスは、複数の薄板型キャパシタで構成され、前記筐体内に積載されることによって積層状に配置される、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記蓄電部は、電気二重層キャパシタで構成される、請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電力供給部は、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１電気負荷を駆動する電力の電圧を変化させて前記第２電気負荷に供給する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１電気負荷を駆動する電力を昇圧して前記第２電気負荷に供給する、請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記電力供給部は、前記第１電気負荷を駆動する電力を前記第２電気負荷へ供給する供給ライン上に設けられ、当該電力を前記第２電気負荷へ供給可能な方向に配置されたダイオードで構成される、請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記蓄電部および前記電力供給部は、同一のプリント配線基板上に実装されて前記筐体内に設けられる、請求項１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、電源装置に関し、より特定的には、車両に搭載される電気負荷に電力を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両にはヘッドライトやオーディオなどといった電子機器が搭載されている。これらの電子機器へは、自動車に搭載されたバッテリやオルタネータから電力を供給している。一方、車両には、運転者の操舵を補助するための電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）や自動車の制動力をきめ細かく制御するための電子制御ブレーキ装置（ＥＣＢ）など、駆動モータを有する装置が搭載されている。これらの装置は駆動時に大きな電力を必要とするため、これに起因してバッテリの電圧が急に低下してしまうことがある。このため、上記バッテリに加え、補助電源を備えた二電源系の電力供給システムが実用化されている。
【０００３】
以下、図５を参照して、車両に搭載される電子機器やＥＰＳやＥＣＢに電力を供給する、従来の二電源系の電力供給システムについて説明する。
【０００４】
図５は、従来から知られている二電源系の電力供給システムの一例を示すブロック図である。図５に示すように、電力供給システムは、オルタネータ５１、主電源５２、通常負荷５３、制御部５４、電圧変換器５５、補助電源５６、大電力負荷５７を備える。オルタネータ５１は、車両のエンジンにより駆動される発電機である。主電源５２は、車両に搭載される、いわゆる車載バッテリである。上述したような電子機器（以下、通常負荷５３と称する）や、駆動モータを有する装置（以下、大電力負荷５７と称する）は、オルタネータ５１および主電源５２から電力を供給されることにより作動している。また、一般的に、大電力負荷５７は、通常負荷５３と比べ高電圧系の電気負荷であるため、電圧変換器５５により、主電源５２からの電力が昇圧され大電力負荷５７に供給されている。さらに、主電源５２の電圧が低下した場合、補助電源５６からも大電力負荷５７に電力が供給される。
【０００５】
このような電力供給システムとして、例えば特許文献１に開示された電力供給装置がある。上記特許文献１に開示されている電力供給装置は、大電力負荷に電力を供給することのできるシステムであって、上述したような主電源と補助電源とを備えている。そして、当該電力供給装置は、大電力負荷が駆動するときには、主に主電源から上記大電力負荷に電力を供給し、主電源の電力が不足した場合に補助電源からも上記大電力負荷に電力が供給される。
【特許文献１】特開２００７−１５３０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した二電源系の電力供給システムおよび上記特許文献１に開示されている電力供給装置は、制御部と電圧変換器と補助電源とを別個に備えており、その分の設置スペースが必要であった。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、２種類以上の電気負荷に電力を供給する二電源系の電力供給システムにおいて車両内の省スペース化が可能となる、電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するために、本発明は、以下に示すような特徴を有している。第１の発明は、第１電気負荷および第２電気負荷が搭載された車両に設けられる電源装置である。電源装置は、筐体、制御部、電力供給部、蓄電部を有する。制御部は筐体内に設けられ、車両の動作を制御する。電力供給部は筐体内に設けられ、第１電気負荷を駆動する電力を第２電気負荷へ順方向に供給する。蓄電部は筐体内に設けられ、電力供給部が前記第２電気負荷へ供給する電力を蓄電する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、制御部は、車両の動作を制御する制御回路部と制御回路部に並設され、第１電気負荷を駆動する電力を制御回路部が駆動可能な電力に変換して制御回路部に供給する電源回路部とを含む。蓄電部および電力供給部は、電源回路部の高さと制御回路部の高さとの差によって筐体内に生じる空間に設置される。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または上記第２の発明において、蓄電部は、電気容量を可変可能な蓄電デバイスで構成される。
【００１１】
第４の発明は、上記第３の発明において、蓄電デバイスは、複数の薄板型キャパシタで構成され、筐体内に積載されることによって積層状に配置される。
【００１２】
第５の発明は、上記第１または上記第２の発明において、蓄電部は電気二重層キャパシタである。
【００１３】
第６の発明は、上記第１または上記第２の発明において、電力供給部は、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１電気負荷を駆動する電力の電圧を変化させて第２電気負荷に供給する。
【００１４】
第７の発明は、上記第６の発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１電気負荷を駆動する電力を昇圧して第２電気負荷に供給する。
【００１５】
第８の発明は、上記第１または上記第２の発明において、電力供給部は、第１電気負荷を駆動する電力を第２電気負荷へ供給する供給ライン上に設けられ、当該電力を第２電気負荷へ供給可能な方向に配置されたダイオードで構成される。
【００１６】
第９の発明は、上記第１または上記第２の発明において、蓄電部および電力供給部は、同一のプリント配線基板上に実装されて筐体内に設けられる。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１の発明によれば、制御部と電力供給部と蓄電部とが１つの筐体内に設置されるので、制御部と電力供給部と蓄電部とを個別に設置していたときと比べ、車両内の設置スペースが縮小されるため、省スペース化がはかれる。また、１つの筐体内に制御部と電力供給部と蓄電部とが設けられているため、車両に制御部と電力供給部と蓄電部とを取り付ける作業が容易となる。
【００１８】
上記第２の発明によれば、少なくともその内部に制御部を設置することができる容量を有する筐体であれば、当該筐体内に電力供給部および蓄電部も設置することが可能となり、従来用いていた制御部用の筐体スペース内に電力供給部と蓄電部とを設置することができる。
【００１９】
上記第３の発明によれば、蓄電部の電気容量を可変することができ、任意の電気容量を得ることができる。
【００２０】
上記第４の発明によれば、薄板型キャパシタが積層状に配置されて蓄電部を構成するので、積載数を調整することによって、任意の電気容量を得ることができる。
【００２１】
上記第５の発明によれば、蓄電部を電気二重層キャパシタで構成することによって、急速充放電が可能であり、電力密度が高く始動時に大きな電力を必要とする電気負荷に対しても所望の電力を供給することができる。
【００２２】
上記第６の発明によれば、第１電気負荷および第２電気負荷の定格電圧が異なる場合であっても、第１電気負荷を駆動する電力を昇圧または降圧することによって定格電圧に応じた電力供給が可能となる。
【００２３】
上記第７の発明によれば、第２電気負荷に供給する電力を昇圧するため、第２電気負荷として駆動時に大きな電力を必要とする負荷を含めることができる。また、第２電気負荷へ供給する電力の電圧が相対的に高くなるため、電力供給部から第２電気負荷までの電力損失が少なくなる。
【００２４】
上記第８の発明によれば、蓄電部に蓄電された電力が、第１電気負荷側へ放電されることを防ぐことができ、蓄電部に蓄電された電力を第２電気負荷用として確保することができる。
【００２５】
上記第９の発明によれば、筐体内に電力供給部と蓄電部とを設置するとき、電力供給部と蓄電部とが１つのプリント配線基板上に実装されてユニット化されているので、電力供給部と蓄電部とを別個に設置する必要がなくなり組み付け性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る電源装置について説明する。説明を具体的にするために、以下の説明では電力供給システムが車両に搭載された例を用いる。なお、図１は、当該電源装置１９を含む電力供給システムの一例を示すブロック図である。
【００２７】
図１に示すように、車両に搭載される電力供給システムは、当該車両に設置される電気負荷に電力を供給するためのシステムである。電力供給システムは、オルタネータ１１、主電源１２、低電圧系負荷１３、電源装置１９、および高電圧系負荷１７を備えている。
【００２８】
低電圧系負荷１３は、オルタネータ１１および主電源１２から直接的に電力供給されて作動する電気負荷である。例えば、低電圧系負荷１３は、車両に設置されたヘッドライトやオーディオなどの電子機器であり、相対的に低い電圧（例えば、１２Ｖ）で作動する電気負荷である。なお、低電圧系負荷１３が本発明の第１電気負荷の一例に相当する。
【００２９】
高電圧系負荷１７は、オルタネータ１１および主電源１２から供給される電力が、電源装置１９を介して供給されて駆動する電気負荷である。例えば、高電圧系負荷１７は、運転者の操舵を補助するための電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）や車両の制動力をきめ細かく制御するための電子制御ブレーキ装置（ＥＣＢ）などの装置であり、相対的に高い電圧（例えば、３６Ｖ）で駆動する電気負荷である。なお、高電圧系負荷１７が本発明の第２電気負荷の一例に相当する。
【００３０】
オルタネータ１１は、上記車両のエンジンにより駆動される交流発電機である。オルタネータ１１は、その内部に整流器を有し、発電した交流電力を直流電力に変換して出力する。
【００３１】
主電源１２は、当該車両に設置される、いわゆる車載バッテリであり、例えば１２Ｖ系の鉛蓄電池等の二次電池である。主電源１２は、オルタネータ１１に接続され、オルタネータ１１から出力される直流電力が充電される。また、主電源１２は、オルタネータ１１が未発電の状態において、低電圧系負荷１３や電源装置１９へ蓄電されている電力を供給する。
【００３２】
電源装置１９は、制御部１４および電源モジュール１８を含んでいる。また、電源モジュール１８は、電圧変換器１５および補助電源１６を含んでいる。
【００３３】
電圧変換器１５は、オルタネータ１１と主電源１２とから供給される電力を昇圧して、高電圧系負荷１７に電力を供給する。ここで、上述したように、低電圧系負荷１３と高電圧系負荷１７とが作動する電圧が異なるため、低電圧系負荷１３と高電圧系負荷１７とが電圧変換器１５を介して接続されており、電圧変換器１５により所定の電圧まで昇圧された電力が高電圧系負荷１７に供給される。一例として、電圧変換器１５は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。この場合、電圧変換器１５は、後述する制御部１４によりその動作が制御される。なお、電圧変換器１５が、本発明の電力供給部の一例に相当する。
【００３４】
なお、上述した説明では、電圧変換器１５を昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとしたが、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。すなわち、上記車両に設置される各負荷装置が必要とする電圧に応じて電圧変換器１５を選択すればよい。また、昇圧も降圧も行わない場合は整流素子（ダイオード）などが用いられることもあり得る。例えば、低電圧系負荷１３から補助電源１６に向かって順方向になるように、オルタネータ１１および主電源１２から高電圧系負荷１７へ電力を供給する供給ライン上に上記整流素子などを設置する。このようにすれば、補助電源１６に蓄電された電力が低電圧系負荷１３に流れることを防ぐことができ、高電圧系負荷１７用として確保できる。
【００３５】
補助電源１６は、充放電可能な蓄電手段であり、電圧変換器１５から出力される電力を蓄電する。そして、補助電源１６は、電圧変換器１５を介して高電圧系負荷１７への電力が不足したり、高電圧系負荷１７が駆動開始したりすることに応じて、内部に蓄電した電力を高電圧系負荷１７に供給する。これによって、主電源１２の電圧低下を防ぐことができる。ここで、補助電源１６は、高電圧系負荷１７に対して電力を供給するので、補助電源１６の起電力は高電圧系負荷１７の特性が考慮される。なお、補助電源１６が本発明の蓄電部の一例に相当する。
【００３６】
制御部１４は、一般的なＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、搭載されている車両が有する各装置の何れかを、統括的に制御するものである。また、制御部１４は、主電源１２や補助電源１６の充電量や電圧等の情報を取得して、当該情報に基づいて電圧変換器１５の動作を制御する。
【００３７】
このように、電力供給システムは、低電圧系負荷１３および高電圧系負荷１７にそれぞれ異なる電圧の電力を供給する二電源系の電力供給システムを構成する。そして、制御部１４と電圧変換器１５と補助電源１６とは、同じ電源装置１９内に設けられる。以下、制御部１４と電圧変換器１５と補助電源１６とを、１つの筐体内に設置した電源装置１９の内部構造について説明する。
【００３８】
図２は、電源装置１９の内部構造の一例を示す斜視図である。図２に示すように、電源装置１９は、筐体２１、蓋２２、制御部１４、および電源モジュール１８を備えている。
【００３９】
筐体２１は、例えば上面が開放された箱形状の容器部材であり、その上面に蓋２２が取り付けられる。典型的には、筐体２１および蓋２２は、放熱性の高い金属材料で構成される。なお、筐体２１および蓋２２は、耐熱性および耐衝撃性を有する合成樹脂等で構成されてもかまわない。
【００４０】
筐体２１は、その内部に制御部１４および電源モジュール１８を搭載する。また、電源モジュール１８は、電圧変換器１５、補助電源１６、およびプリント配線基板２５を含み、プリント配線基板２５上に電圧変換器１５および補助電源１６が実装される。このように、電源装置１９は、制御部５４、補助電源５６、および電圧変換器５５とが１つの筐体２１内に内蔵されて構成されている。
【００４１】
ここで、制御部１４および電源モジュール１８について説明する。制御部１４は、制御回路部２３および電源回路部２４に大別される。制御回路部２３は、主に取得した情報に基づいて制御演算を行い、その演算結果を用いて各装置を制御する。電源回路部２４は、主に主電源１２から供給される電力を制御回路部２３が駆動可能な電力（例えば３Ｖ〜５Ｖ）に変換して、制御回路部２３に電力を供給する。制御回路部２３は、制御演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）や所定の処理プログラムが各種格納されているＲＯＭ（Read Only Memory）等の相対的に小型の電子部品によって構成される。一方、電源回路部２４は、コイルやコンデンサ等が含まれ、制御回路部２３を構成する電子部品と比較して、相対的に大型の実装部品によって構成されている。
【００４２】
次に、図３を参照して、電源モジュール１８の詳細構造について説明する。なお、図３は、電源モジュール１８の詳細構造の一例を示す斜視図である。図３に示すように、電源モジュール１８は、同一のプリント配線基板２５上に電圧変換器１５および補助電源１６が実装されて構成される。
【００４３】
電源モジュール１８で用いられる補助電源１６は、例えば、充放電可能なリチウムイオンバッテリ等の二次電池や電気二重層キャパシタ等が用いられる。その中で、電気二重層キャパシタは、電解コンデンサと比べ、一般的に急速充放電が可能で電力密度（瞬時に電力を放出できる指標）が高い特徴を有する。この特徴により、電気二重層キャパシタは、起動時に大きな電力（突入電流）を必要とする高電圧系負荷１７に対して、必要な電力を供給する蓄電手段として好適である。また、電気二重層キャパシタは、メンテナンスフリーで、長寿命であるので取り替えを前提としないので筐体２１内に設置することができる。
【００４４】
また、補助電源１６として用いられる電気二重層キャパシタの形状は、ラミネート型が好ましい。ラミネート型の電気二重層キャパシタは、その電極材料が活性炭などであり、比較的容易に加工することができる特徴を利用したもので、他の形状の電気二重層キャパシタに比べ薄く形成できる利点を有する。
【００４５】
上述したように、電圧変換器１５は、一例として小型ＤＣ／ＤＣコンバータである。そして、電圧変換器１５は、昇圧型または降圧型であってもよい。
【００４６】
次に、図４を参照して、制御部１４と電源モジュール１８とを１つの筐体２１内での設置する配置例について説明する。一例として、図２に示すように、筐体２１内にまず制御部１４を構成する各部品を設置し、次いで電源モジュール１８を設置する場合を想定して説明する。なお、図４は、図２に示す断面Ａ−ＡＡをＢ方向から見た電源装置１９の断面図である。
【００４７】
図４において、上述したように、制御部１４は、制御回路部２３および電源回路部２４に大別され、それぞれ大きさの異なる部品で構成されている。電源回路部２４を構成する部品は、相対的に制御回路部２３の部品に比べ背高である。それ故に、制御部１４を構成する各部品を筐体２１内の同一底面上に配置した場合、筐体２１の高さを電源回路部２４の高さを考慮して決める傾向がある。また、電源回路部２４は、その駆動により自己発熱する部品が存在するため、放熱性も考慮して電源回路部２４と蓋２２との間には所定の放熱用空間が設けられている（図４に示す隙間Ｓ１）。つまり、筐体２１の高さは、電源回路部２４の高さおよび隙間Ｓ１を考慮して決定される。したがって、筐体２１内における制御回路部２３の上部には、上記部品高さの差および隙間Ｓ１に応じた空間が形成されていることになる。
【００４８】
電源モジュール１８は、制御回路部２３の上記上部空間に配置され、制御回路部２３と蓋２２との間に形成されるスペースに設置される。ここで、電源モジュール１８を筐体２１内に設置するとき、制御回路部２３と電源モジュール１８との間（図４に示す隙間Ｓ３）および蓋２２と電源モジュール１８との間（図４に示す隙間Ｓ２）に空間を設ければ、制御回路部２３および電源モジュール１８の放熱性を損なうことがない。
【００４９】
なお、補助電源１６は、一例としてラミネート型の電気二重層キャパシタである。この場合、補助電源１６と蓋２２との間の隙間Ｓ２の範囲内で、かつ、補助電源１６の放熱性を損なわない範囲内で、電気二重層キャパシタを積載して積層状に配置してもかまわない。この場合、電気二重層キャパシタの積載数を調整することによって、補助電源１６の容量を調節することができ、任意の容量を得ることが可能となる。
【００５０】
このように、筐体２１に制御部１４を設置した際に生じる空間に電源モジュール１８を配置しているので、制御部１４を構成する各部品を設置することを想定した筐体２１内に、電圧変換器１５や補助電源１６も設置することができる。つまり、制御部１４を設置することを想定した容積を有する筐体２１を用いて、同じ筐体２１内に電圧変換器１５および補助電源１６をさらに設置することができる。これにより、車両内に制御部１４、電圧変換器１５、および補助電源１６を組み付ける際に、従来の電力供給システム（図５参照）に比べ、部品点数が少なくなる。すなわち、電源装置１９は、従来の電力供給システムにおける制御部５４、電圧変換器５５、および補助電源５６と同様の機能を実現しながら、部品点数の減少および省スペース化が期待できる。また、制御部５４、電圧変換器５５、および補助電源５６をそれぞれ車両に搭載する作業と比較すると、作業工数が著しく低減するため、組み付け性が向上するといった利点も有する。
【００５１】
上記の実施形態で説明した態様は、単に具体例を示すものであり、本願発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。よって本願の効果を奏する範囲内において、任意の構成を採用することが可能である。
【００５２】
上述した実施例では補助電源１６の一例として、ラミネート型の電気二重層キャパシタを示したが、けん回型（円筒型）、積層角型、積層コイン型等、他の形状のキャパシタを用いてもかまわない。また、補助電源１６は、所望の電気容量が得られればコンデンサや二次電池でもよく、これらを併用してもよい。
【００５３】
また、筐体２１および蓋２２の形状、大きさ等は、車両内でのスペースなどを考慮して適宜変更されてもよい。
【００５４】
また、電圧変換器１５と補助電源１６とがプリント配線基板２５上に実装され、筐体２１内に設置される例を示したが、例えばプリント配線基板２５を用いず筐体２１内の壁面に実装されてもよい。
【００５５】
また、高電圧系負荷１７は低電圧系負荷１３より低い電圧で駆動する電気負荷であってもかまわない。このとき電圧変換器１５は降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータなどで構成されればよい。また、高電圧系負荷１７は低電圧系負荷１３と同じ電圧で駆動する電気負荷であってもかまわない。このとき電圧変換器１５はダイオードなどで構成されればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかる、電源装置は車両に搭載される電気負荷に電力することのできる電源装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】電源装置１９を含む電力供給システムの一例を示すブロック図
【図２】電源装置１９の内部構造の一例を示す斜視図
【図３】電源モジュール１８の詳細構造の一例を示す斜視図
【図４】図２に示す断面Ａ−ＡＡをＢ方向から見た電源装置１９の断面図
【図５】従来から知られている二電源系の電力供給システムの一例を示すブロック図
【符号の説明】
【００５８】
１１    オルタネータ
１２    主電源
１３    低電圧系負荷
１４    制御部
１５    電圧変換器
１６    補助電源
１７    高電圧系負荷
１８    電源モジュール
１９    電源装置
２１    筐体
２２    蓋
２３    制御回路部
２４    電源回路部
２５    プリント配線基板
【図１】
0005110363.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005110363.tif 000004
【図４】
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【図５】
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