特許 6806523 車両用補助電源装置および電装品を駆動する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6806523

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】車両用補助電源装置および電装品を駆動する方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/34 20060101AFI20201221BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20201221BHJP

   B60R 16/033 20060101ALI20201221BHJP

   E05B 81/82 20140101ALI20201221BHJP

   E05B 77/12 20140101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/34 G

   H02J7/00 302C

   B60R16/033 C

   E05B81/82

   E05B77/12

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-208927(P2016-208927)

(22)【出願日】2016年10月25日

(65)【公開番号】特開2018-74656(P2018-74656A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000143639

【氏名又は名称】株式会社今仙電機製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100083013

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 正明

(72)【発明者】

【氏名】山野上 耕一

(72)【発明者】

【氏名】山田 英司

(72)【発明者】

【氏名】木村 吉孝

(72)【発明者】

【氏名】川村 誠

(72)【発明者】

【氏名】徳丸 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】大井 康弘

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２３１２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０３７７０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｂ６０Ｒ １６／０３３

Ｅ０５Ｂ ７７／１２

Ｅ０５Ｂ ８１／８２

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の主電源に接続された蓄電装置と、
前記蓄電装置に並列に接続され、前記蓄電装置よりも内部抵抗が小さい静電容量素子と、
前記静電容量素子と電装品の電気負荷との間に設けられ、前記静電容量素子側から供給される直流電圧をパルス電圧に変換するパルス生成部とを備え、
前記パルス生成部は、デューティ比が０．５より小さいパルス電圧を生成する、
車両用補助電源装置。

【請求項2】

前記パルス生成部は、前記静電容量素子と前記電気負荷との間に直列に接続されたスイッチング素子を有する、
請求項１に記載の車両用補助電源装置。

【請求項3】

前記蓄電装置側からの入力電圧を変換して前記電気負荷側へ出力するように構成された電圧変換装置をさらに備えた、
請求項２に記載の車両用補助電源装置。

【請求項4】

前記パルス生成部は、前記静電容量素子側からの入力電圧を規定の出力電圧に変換して前記電気負荷側へ出力するように構成された電圧変換装置と、前記電圧変換装置の出力電圧を制御してパルス電圧に変換する制御部とを有する、
請求項１に記載の車両用補助電源装置。

【請求項5】

前記電装品は、ドアロックアクチュエータである、
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用補助電源装置。

【請求項6】

前記電装品は、パルス駆動が可能な第１電装品であり、
前記第１電装品の電気負荷に並列に接続されたパルス駆動が困難な第２電装品の電気負荷と、前記パルス生成部との間には、平滑コンデンサが並列に接続されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用補助電源装置。

【請求項7】

車両の主電源に接続された蓄電装置と、前記蓄電装置に並列に接続され、前記蓄電装置よりも内部抵抗が小さい静電容量素子とを備えた車両用補助電源装置を用いて、前記主電源から電装品の電気負荷への電力供給ラインが断たれたときに前記蓄電装置を用いて前記電装品を駆動する方法であって、
前記静電容量素子の放電と蓄電を所定のデューティ比で繰り返し、前記電装品の電気負荷にパルス電圧を供給するステップを含み、
前記パルス電圧は、デューティ比が０．５より小さいパルス電圧である、
電装品を駆動する方法。

【請求項8】

前記蓄電装置側から供給される電圧を変換して前記電気負荷側へ出力するステップをさらに含む、
請求項７に記載の電装品を駆動する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の主電源に接続された蓄電装置を備えた車両用補助電源装置、および車両用補助電源装置を用いて電装品を駆動する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両の走行中の安全性を確保するため、車両が所定速度を超えると自動的にドアをロックする自動ドアロック機構を備えた車両が実用化されている。自動ドアロック機構は、車両が事故に遭遇したときに乗員が車外に容易に出られるように、例えば衝撃を感知してドアロックを自動的に解除するように構成されることがある。

【0003】

このとき、事故の際に、バッテリなどの主電源と自動ドアロック機構とを接続する配線にショートや断線が生じると、主電源から自動ドアロック機構へ電力を供給できなくなることから、例えば主電源と自動ドアロック機構とを接続する予備の配線を別途設けることも考えられるが、配線経路が複雑になるので好ましくない。

【0004】

そこで、例えば特許文献１には、蓄電装置としての電気二重層コンデンサと、車両の衝突を検出する衝突検出手段と、衝突検出手段からの信号を受けて強制的にドアロックを解除するドアロック解除スイッチとを備えた補助電源装置が記載されている。前記衝突検出手段により車両の衝突が検出されたときには、電気二重層コンデンサから供給される電力によりドアロック解除スイッチが駆動され、ドアロックが解除される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−３３５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、電気二重層コンデンサや二次電池などの蓄電装置は所定の内部抵抗を有する。したがって、補助電源として蓄電装置を備えた補助電源装置では、自動ドアロック機構などの電装品を駆動するための蓄電装置の蓄電容量（電気二重層コンデンサであれば、静電容量）を設定するうえで、蓄電装置の内部抵抗による電圧降下を考慮する必要がある。特に蓄電装置を低温環境下で使用する場合や蓄電装置に劣化が生じているときには、その内部抵抗が大きくなり、これを考慮して、蓄電装置の蓄電容量を大きくする必要が生じる。

【0007】

しかし、蓄電装置の蓄電容量を大きくすると、蓄電装置の大型化やコスト上昇につながるおそれがある。

【0008】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、車両の主電源に接続された蓄電装置を備えた車両用補助電源装置において、主電源から電装品の電気負荷への電力供給ラインが断たれたときに、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーを有効に活用して電装品を駆動することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の課題を解決するため、本発明に係る車両用補助電源装置は次のように構成したことを特徴とする。

【0010】

請求項１に記載の発明は、車両用補助電源装置であって、
車両の主電源に接続された蓄電装置と、
前記蓄電装置に並列に接続され、前記蓄電装置よりも内部抵抗が小さい静電容量素子と、
前記静電容量素子と電装品の電気負荷との間に設けられ、前記静電容量素子側から供給される直流電圧をパルス電圧に変換するパルス生成部とを備え、
前記パルス生成部は、デューティ比が０．５より小さいパルス電圧を生成する。

【0011】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用補助電源装置であって、
前記パルス生成部は、前記静電容量素子と前記電気負荷との間に直列に接続されたスイッチング素子を有する。

【0012】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用補助電源装置であって、
前記蓄電装置側からの入力電圧を変換して前記電気負荷側へ出力するように構成された電圧変換装置をさらに備えている。

【0013】

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の車両用補助電源装置であって、
前記パルス生成部は、前記静電容量素子側からの入力電圧を規定の出力電圧に変換して前記電気負荷側へ出力するように構成された電圧変換装置と、前記電圧変換装置の出力電圧を制御してパルス電圧に変換する制御装置とを有する。

【0015】

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用補助電源装置であって、
前記電装品は、ドアロックアクチュエータである。

【0016】

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用補助電源装置であって、
前記電装品は、パルス駆動が可能な第１電装品であり、
前記第１電装品の電気負荷に並列に接続されたパルス駆動が困難な第２電装品の電気負荷と、前記パルス生成部との間には、平滑コンデンサが並列に接続されている。

【0017】

請求項７に記載の発明は、
車両の主電源に接続された蓄電装置と、前記蓄電装置に並列に接続され、前記蓄電装置よりも内部抵抗が小さい静電容量素子とを備えた車両用補助電源装置を用いて、前記主電源から電装品の電気負荷への電力供給ラインが断たれたときに前記蓄電装置を用いて前記電装品を駆動する方法であって、
前記静電容量素子の放電と蓄電を所定のデューティ比で繰り返し、前記電装品の電気負荷にパルス電圧を供給するステップを含み、
前記パルス電圧は、デューティ比が０．５より小さいパルス電圧である。

【0018】

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電装品を駆動する方法であって、
前記蓄電装置側から供給される電圧を変換して前記電気負荷側へ出力するステップをさらに含む。

【発明の効果】

【0019】

請求項１に記載の発明によれば、車両の主電源から電装品の電気負荷への電力供給ラインが断たれたときには、電装品を駆動するために、蓄電装置に並列に接続された静電容量素子から電装品の電気負荷へ、パルス生成部を介してパルス電圧が供給される。このとき、静電容量素子の内部抵抗が蓄電装置の内部抵抗よりも小さいので、電気負荷に流れる電流においては静電容量素子から電気負荷に供給される電流成分が優勢になる。これにより、電気負荷に電流が流れている間の蓄電装置の端子電圧の低下を抑制し、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーが減少するのを抑制できる。このようにして、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーを有効に活用して電装品を駆動できる。
パルス生成部が生成するパルス電圧のデューティ比が０．５よりも小さいので、静電容量素子の放電時間よりも充電時間を長くすることができ、電装品の電気負荷に、十分に大きい電圧を供給できる。

【0020】

請求項２に記載の発明によれば、静電容量素子と電気負荷との間に直列に接続されたスイッチング素子がオフのときには、蓄電装置により静電容量素子が充電され、スイッチング素子がオンのときには、静電容量素子から電装品の電気負荷に、より多くの電流が供給される。このようにして、請求項１に記載の効果が具体的に達成される。

【0021】

請求項３に記載の発明によれば、静電容量素子側からの入力電圧は、電圧変換装置により変換されて電気負荷側へ出力される。これにより、電装品をより確実に駆動できる。

【0022】

請求項４に記載の発明によれば、制御部により制御された電圧変換装置の出力電圧がオフ電圧のときには、蓄電装置により静電容量素子が充電され、電圧変換装置の出力電圧がオン電圧のときには、静電容量素子から電装品の電気負荷に、より多くの電流が供給される。このようにして、請求項１に記載の効果が具体的に達成される。

【0024】

請求項５に記載された発明によれば、電装品がドアロックアクチュエータであるので、請求項１に記載の効果が具体的に達成される。

【0025】

請求項６に記載された発明によれば、パルス駆動が可能な前記電装品（第１電装品）の電気負荷に並列に接続されたパルス駆動が困難な他の電装品（第２電装品）の電気負荷には、静電容量素子側から供給される電圧は平滑コンデンサを介して供給される。これにより、例えば、パルス駆動が可能な特性を有する第１電装品とパルス駆動が困難な特性を有する第２電装品とを同時に駆動できる。

【0026】

請求項７に記載の発明によれば、車両の主電源から電装品の電気負荷への電力供給ラインが断たれたときには、電装品を駆動するために、蓄電装置に並列に接続された静電容量素子の放電と蓄電が所定のデューティ比で繰り返され、静電容量素子から電装品の電気負荷へパルス電圧が供給される。このとき、静電容量素子の内部抵抗が蓄電装置の内部抵抗よりも小さいので、電気負荷に流れる電流においては静電容量素子から電気負荷に供給される電流成分が優勢になる。これにより、電気負荷に電流が流れている間の蓄電装置の端子電圧の低下を抑制し、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーが減少するのを抑制できる。このようにして、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーを有効に活用して電装品を駆動できる。
パルス電圧はデューティ比が０．５より小さいパルス電圧であるので、静電容量素子の放電時間よりも充電時間を長くすることができ、電装品の電気負荷に、十分に大きい電圧を供給できる。

【0027】

請求項８に記載の発明によれば、静電容量素子側から供給される電圧は、増大されて電装品の電気負荷に供給される。これにより、電装品をより確実に駆動できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明のある実施形態に係る補助電源装置を備えた車両を示す平面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る補助電源装置を備えた車両のシステム図である

【図3】本発明の第１実施形態に係る補助電源装置の概略構成を示す等価回路図である。

【図4】本発明の第１実施形態における蓄電装置の例示的な構成を示す図である。

【図5】スイッチング素子のスイッチング動作を説明するための図である。

【図6】比較例による補助電源装置の概略構成を示す等価回路図である。

【図7】比較例における、蓄電装置の端子電圧とドアロックアクチュエータの端子電圧の時間変化を示すグラフである。

【図8】比較例において蓄電装置の内部抵抗を変化させたときの蓄電装置の端子電圧とドアロックアクチュエータの端子電圧の時間変化を示す図であり、（ａ）では内部抵抗を０Ω、（ｂ）では内部抵抗を２ｍΩ、（ｃ）では内部抵抗を２０ｍΩとしている。

【図9】本発明の第１実施形態における、蓄電装置の端子電圧とドアロックアクチュエータの端子電圧の時間変化を示すグラフである。

【図10】図９の一部を拡大して示すグラフである。

【図11】蓄電装置の端子電圧とドアロックアクチュエータの動作との関係を示す図である。

【図12】本発明の第１実施形態の変形例による補助電源装置の概略構成を示す等価回路図である。

【図13】本発明の第１実施形態の変形例による補助電源装置の概略構成を示す等価回路図である。

【図14】本発明の第１実施形態の変形例による補助電源装置の概略構成を示す等価回路図である。

【図15】本発明の第２実施形態に係る補助電源装置の概略構成を示す等価回路図である。

【図16】本発明の第２実施形態における蓄電装置の例示的な構成を示す図である。

【図17】本発明の第２実施形態における、蓄電装置の端子電圧とドアロックアクチュエータの端子電圧の時間変化を示すグラフである。

【図18】図１７の一部を拡大して示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

【0030】

（車両１）
図１に示すように、車両１は、エンジンルーム２内に設けられた車両の主電源であるメインバッテリ３を備えている。メインバッテリ３は、配線４を介して、ドア本体に設けられたドアロックアクチュエータの電気負荷５（以下、アクチュエータという）に電気的に接続されている。配線４は、メインバッテリ３からアクチュエータ５への電力供給ラインを構成する。実施形態では、車両１には４つのドアが設けられており、各ドア本体にアクチュエータ５（５ａ〜５ｄ）が設けられている。

【0031】

アクチュエータ５は、図示しないＤＣモータを用いて、ドア開放用レバーの操作力が伝達される状態（アンロック状態）と伝達されない状態（ロック状態）との間で、ドアラッチ機構に備えられるリンク機構の状態を択一的に切り替えるように動作する。

【0032】

メインバッテリ３は、配線４の一部を構成する電源配線部４ａと車両用補助電源装置２０（以下、単に補助電源装置という）とを介してアクチュエータ５に電気的に接続されている。補助電源装置２０は、例えば、車両１が事故に遭遇したときに、メインバッテリ３が損傷し、または、電源配線部４ａにショートや断線が生じ、これによりメインバッテリ３からアクチュエータ５への電力供給ラインが絶たれたときに、メインバッテリ３に代わってアクチュエータ５を駆動する機能を有する。

【0033】

ドアロックを解除するためには、アクチュエータ５に所定の電力量を供給する必要がある。実施形態では、４つのドアのドアロックをすべて解除するために、例えば直流電圧１２Ｖ、電流３５Ａ、最大作動時間３００ｍｓｅｃ（１２６Ｊ）の電力量をアクチュエータ５に供給する必要がある。ここでは、確実にドアロックを解除するために、余裕をもって後述する閾値（８Ｖ）を上回る電圧として、例示的に１２Ｖに設定している。なお、本明細書の説明でなされる数値計算において、アクチュエータ５の電気負荷は、オームの法則に従う電気抵抗であるとする。

【0034】

また、例えばラッチの回動に伴う摩擦力に逆らってアクチュエータ５を動作させるため、アクチュエータ５を駆動するためには、ある閾値以上の電力を供給する必要がある。前記閾値は、例えば直流モータの軸受に塗布されたグリスの粘度などにより変化するが、実施形態では例えば８Ｖの電圧に相当する電力である。

【0035】

ドアロック制御システム１０は、補助電源装置２０とドアロックユニット３０とを有する。また補助電源装置２０は、蓄電装置２１を備えている。補助電源装置２０とドアロックユニット３０は、接地されている。補助電源装置２０は、事故などにより車体に衝突荷重が加わった場合でも比較的変形が小さい箇所（例えばシートの下方）に配置されていてもよい。ドアロックユニット３０は、インストルメントパネルの内部に配置されていてもよい。図１では、補助電源装置２０とドアロックユニット３０を実際の寸法よりも大きく描いている。

【0036】

［第１実施形態］
（補助電源装置２０）
図２、図３に示すように、第１実施形態に係るドアロック制御システム１０に備えられる補助電源装置２０は、メインバッテリ３に電気的に接続された補助電源としての蓄電装置２１と、蓄電装置２１に並列に接続された静電容量素子２２とを有する。蓄電装置２１は、通常の状態（電源配線部４ａにショートや断線が生じていない状態）では、メインバッテリ３により充電されている。

【0037】

図３の回路図（および以下で説明する他の回路図）において、符号ＶＬは蓄電装置２１の端子電圧を示し、符号Ｖはアクチュエータ５の端子電圧（負荷電圧）の大きさを示し、符号Ｉはアクチュエータ５を流れる負荷電流の大きさを示す。

【0038】

実施形態では、蓄電装置２１は、複数の単位セルを有する電気二重層コンデンサ（以下、ＥＤＬＣという）により構成されている。一般に、ＥＤＬＣは、体積あたりの静電容量が大きく、二次電池と比較すると、急速充電が可能であって長寿命であるという利点がある。

【0039】

一例では、ＥＤＬＣは、Ｍａｘｗｅｌｌ社製ＥＤＬＣ（ＢＣＡＰ００５０）であってもよい。実施形態で、ＥＤＬＣの単位セルは、静電容量が２５Ｆ、内部抵抗が２０ｍΩ、最大充電電圧は２．３Ｖである。図４に符号２１ａ〜２１ｈで示すように、実施形態では、８個の単位セルが直列に接続されて蓄電装置２１が構成されている。したがって、蓄電装置２１の内部抵抗（合成抵抗）Ｒは１６０ｍΩ、静電容量（合成容量）Ｃは３．１２５Ｆ、最大充電電圧Ｅは１８．４Ｖである。８個の単位セルの静電容量の総和Ｃｓは２００Ｆである。

【0040】

静電容量素子２２は、内部抵抗が蓄電装置２１よりも十分に小さい。静電容量素子２２は、直列または並列に接続して２つ以上設けられていてもよい。この例では、静電容量素子２２の内部抵抗の合成抵抗が、蓄電装置２１よりも十分に小さい。

【0041】

静電容量素子２２は、実施形態では、アルミ電解コンデンサである。一例では、アルミ電解コンデンサは、日本ケミコン社製ＥＬＢＫ２５０ＥＣ３１４３ＡＭ（静電容量は１４０００ｕＦ）であってもよい。一般に、アルミ電解コンデンサは、ＥＤＬＣと比較すると静電容量が小さい一方、内部抵抗（等価直列抵抗）が十分に小さく、温度変化や劣化が生じても内部抵抗の値が比較的安定しているという特徴を有する。実際に、アルミ電解コンデンサの内部抵抗は１ｍΩ程度であり、蓄電装置２１の内部抵抗Ｒに対して無視できる。

【0042】

メインバッテリ３と蓄電装置２１との間には、蓄電装置２１の耐電圧を超える高い電圧がメインバッテリ３から蓄電装置２１に供給されるのを防止する機能を有するアテネ−タ２３が設けられている。アテネ−タ２３は、ツェナーダイオードであってもよい。

【0043】

補助電源装置２０は、静電容量素子２２側から供給される直流電圧をパルス電圧に変換するパルス生成部として、スイッチング素子２４と、パルス制御部２５とをさらに有する。図３に示すように、スイッチング素子２４は、静電容量素子２２の一端とアクチュエータ５の一端との間に直列に接続されている。

【0044】

実施形態では、スイッチング素子２４は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などのトランジスタにより構成されている。スイッチング素子２４は、静電容量素子２２側から供給される直流電圧を所定のデューティサイクルでスイッチングしてアクチュエータ５に供給するように構成されている。

【0045】

パルス制御部２５は、スイッチング素子２４によるスイッチングのデューティサイクルを制御する。パルス制御部２５は、公知の三角波発振回路とコンパレータとの組み合わせ、或いはマイクロコントローラであってもよい。図５に示すように、スイッチング素子２４のデューティサイクルにおけるオン時間をＴ１とし、周期をＴ２とする。デューティ比はＴ１／Ｔ２で定義される。デューティ比は、０．５よりも小さいことが好ましい。実施形態では、Ｔ１は２ｍｓ、Ｔ２は１０ｍｓ（デューティ比は０．２）に設定される。

【0046】

実施形態では、周期Ｔ２は、直流モータの電機子のインダクタンスＬｍと抵抗Ｒｍから求められる時定数τ（＝Ｌｍ／Ｒｍ）よりも十分に大きい値に設定される。一般的な直流モータでは、Ｔ２は２ｍｓ以下である。したがって、周期Ｔ２は２ｍｓよりも長いことが好ましい。

【0047】

（ドアロックユニット３０）
ドアロックユニット３０は、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ３１ａ〜３１ｃと、これらのトランジスタを制御するための集中制御部３２とを有する。集中制御部３２は、図示しない車両センサからの要求信号を受けてトランジスタ３１ａ〜３１ｃを制御し、これにより継電器３３ａ〜３３ｃを操作してアクチュエータ５を駆動するように構成されている。例えば、集中制御部３２は、車速センサからの信号を基に（車速が一定値以上となったときに）ドアをロックし、エアバッグセンサからの信号を基に（衝突を検出したときに）ドアをアンロックするようにトランジスタ３１ａ〜３１ｃに制御信号を供給する。

【0048】

図２に示すように、トランジスタ３１ａ〜３１ｃの各一端（例えばＭＯＳＦＥＴのソースまたはドレイン）と静電容量素子２２の一端との間には、継電器３３ａ〜３３ｃを含む制御回路３３が設けられている。継電器３３ａ〜３３ｃの動作により、ドアロック機構がアンロック状態からロック状態に移行するようにアクチュエータ５を駆動するのか、またはロック状態からアンロック状態に移行するようにアクチュエータ５を駆動するのかが切り替えられる。

【0049】

（比較例）
次に、実施形態に係る補助電源装置２０の効果を説明するために、比較例による補助電源装置１２０について説明する。比較例による補助電源装置１２０での説明において、第１実施形態に係る補助電源装置２０に含まれる部品と同じ部品には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

【0050】

図６に示すように、比較例による補助電源装置１２０では、蓄電装置１２１に、静電容量素子２２の代わりに電圧変換装置２６が設けられている。電圧変換装置２６は、ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。電圧変換装置２６は、蓄電装置１２１とアクチュエータ５との間に設けられており、蓄電装置１２１側からの入力電圧（蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬ）を変換し、アクチュエータ５側に規定の電圧（例えば１２Ｖ）を出力するように構成されている。なお、車両１に備えられる一般的な電装品であれば、１２Ｖの電圧を供給することにより駆動できる。

【0051】

補助電源装置１２０では、蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬがゼロになるまでの間、アクチュエータ５に規定の電圧を供給できる。なお、電圧変換装置２６では、損失がない（変換効率が１００％である）という条件の下、入力側電力と出力側電力が等しい。本明細書の説明でなされる数値計算では、電圧変換装置２６の損失がないものとする。

【0052】

蓄電装置１２１では、蓄電装置２１と同様に、８個の単位セルが直列に接続されてＥＤＣＬが構成されている。ただし、蓄電装置１２１のＥＤＬＣを構成する単位セルの静電容量は、蓄電装置２１のＥＤＬＣを構成する単位セルの静電容量の２倍の大きさ（５０Ｆ）である。蓄電装置１２１の内部抵抗（合成抵抗）Ｒは１６０ｍΩ、静電容量（合成容量）Ｃは６．２５Ｆ、最大充電電圧Ｅは１８．４Ｖである。８個の単位セルの静電容量の総和Ｃｓは４００Ｆである。

【0053】

次に、比較例による補助電源装置１２０の動作を説明する。メインバッテリ３からアクチュエータ５への電力供給ラインが絶たれた状態でアクチュエータ５を駆動することを考える。

【0054】

補助電源装置１２０において、蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬは、電圧変換装置２６により増大されてアクチュエータ５に供給され、蓄電装置１２１が放電して負荷電流Ｉが流れる。これにより、蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬが低下する。図７に示すように、比較例による補助電源装置１２０では、約０．３４ｓｅｃの間、１２Ｖ×３５Ａの電力がアクチュエータ５に供給され、ドアロックが解除された。なお、図７では、蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬを実線で、アクチュエータ５の端子電圧Ｖを破線で示している。

【0055】

なお、比較例による補助電源装置１２０の構成から電圧変換装置２６を取り除いた場合、蓄電装置２１の端子電圧ＶＬが低下してアクチュエータ５に供給される電力が前記アクチュエータ５を駆動するための閾値を下回った後は、アクチュエータ５を駆動することができなくなってしまい、ドアロックが解除されないおそれがある。

【0056】

ここで、比較例において蓄電装置１２１の内部抵抗Ｒを変化させたときの蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬとアクチュエータ５の端子電圧Ｖとの関係について、図８を参照して説明する。なお、図８では、蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬを実線で、アクチュエータ５の端子電圧Ｖを破線で示している。

【0057】

図８（ａ）では、蓄電装置１２１の内部抵抗Ｒを０Ωとした。その結果、約３００ｍｓｅｃの間、１２Ｖ×３５Ａの電力がアクチュエータ５に供給され、ドアロックが解除された。

【0058】

図８（ｂ）では、蓄電装置１２１の内部抵抗Ｒを２ｍΩとした。その結果、約８０ｍｓｅｃの間、１２Ｖ×３５Ａの電力がアクチュエータ５に供給され、ドアロックを解除することはできなかった。内部抵抗Ｒが２ｍΩ（図８（ｂ））のときに内部抵抗Ｒが０Ω（図８（ａ））のときに比べて電力の供給時間が短くなったのは、内部抵抗Ｒにより蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬが低下することによる。なお、電圧変換装置２６では、入力側電力と出力側電力とが等しいので、蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬが低下すると、電圧変換装置２６の入力側電流が増大する。これにより、電圧ＶＬがさらに低下することになる。

【0059】

図８（ｃ）では、蓄電装置１２１の内部抵抗Ｒを２０ｍΩとした。その結果、内部抵抗Ｒが２ｍΩ（図８（ｂ））のときに比べて蓄電装置１２１の端子電圧ＶＬがより低下し、１２Ｖ×３５Ａの電力をアクチュエータ５に供給することはできず、ドアロックを解除することはできなかった。

【0060】

以上のように、比較例による補助電源装置１２０を用いて、必要な電力量（１２Ｖ×３５Ａ×３００ｍｓｅｃ＝１２６Ｊ）をアクチュエータ５に供給してドアロックを解除するためには、静電容量５０Ｆで内部抵抗Ｒ＝２０ｍΩの単位セルを少なくとも８つ用いる必要があることがわかった。特に、蓄電装置１２１の内部抵抗Ｒは、ＥＤＬＣが低温環境下におかれたときやＥＤＬＣに劣化が生じたときには大きくなり、より多くの単位セルが必要になる。なお、比較例ではＥＤＬＣの単位セルを直列に接続したが、並列に接続した場合でも、蓄電装置１２１に蓄えられる電気エネルギー量は同じであり、説明した結果と同様の結果が得られる。

【0061】

（補助電源装置２０の動作）
次に、第１実施形態に係る補助電源装置２０の動作を説明する。メインバッテリ３からアクチュエータ５への電力供給ラインが絶たれた状態でアクチュエータ５を駆動することを考える。

【0062】

補助電源装置２０において、スイッチング素子２４が作動すると、パルス制御部２５により設定されたデューティ比（実施形態では０．２）で静電容量素子２２の放電と蓄電が繰り返され、アクチュエータ５にパルス電圧が供給される。図９、図１０に示すように、スイッチング素子２４がオンのときの電圧は、蓄電装置２１の最大充電電圧Ｅ（１８．４Ｖ）から緩やかに減衰する。なお、図１０は、図９の１．５ｓ付近（四角囲み部分）の拡大図である。図１０では、蓄電装置２１の端子電圧ＶＬを実線で、アクチュエータ５の端子電圧Ｖを破線で示している。

【0063】

スイッチング素子２４がオンの間（オン時間Ｔ１、実施形態では２ｍｓ）、静電容量素子２２からの放電が生じ、蓄電装置２１の端子電圧ＶＬ（直流電圧）がアクチュエータ５に供給されてアクチュエータ５に負荷電流Ｉが流れる。このとき、アクチュエータ５である直流モータの出力軸は、アクチュエータ５の端子電圧Ｖに比例する回転トルクを発生する。図１１に示すように、端子電圧Ｖが印加される間、アクチュエータ５の動作速度（直流モータの出力軸の回転速度）は大きくなる。直流モータの出力軸の回転は、スイッチング素子２４がオフにされても慣性により一定時間継続される。

【0064】

一方、スイッチング素子２４がオフの間（周期Ｔ２、実施形態では１０ｍｓ）、蓄電装置２１により静電容量素子２２が充電される。一方、放電時においては、静電容量素子２２の内部抵抗が蓄電装置２１の内部抵抗よりも十分に小さいので、主として静電容量素子２２からアクチュエータ５に電流が供給され、蓄電装置２１からアクチュエータ５には殆ど電流が供給されない。これにより、アクチュエータ５に負荷電流Ｉが流れている間に蓄電装置２１の端子電圧ＶＬが低下するのを抑制できる。

【0065】

特に、第１実施形態では、スイッチング素子２４によるスイッチングのデューティ比が０．５よりも小さい（０．２である）ので、静電容量素子２２の放電時間よりも充電時間が長くなる。このようにして、充電時間の間に静電容量素子２２が十分に充電され、アクチュエータ５に前記閾値以上の電力を供給でき、またその時間が長くなる。

【0066】

なお、第１実施形態では、スイッチングの周期Ｔ２は、一般的な直流モータの時定数τよりも十分に大きい値に設定されるので、スイッチング時に発生する直流モータの電機子で発生する逆起電力の影響は無視できる。

【0067】

結果として、図９に示すように、第１実施形態に係る補助電源装置２０では、１２Ｖ×３５Ａ以上の電力が３２０ｍｓ（１．６ｓ×０．２）以上、アクチュエータ５に供給され、ドアロックが解除された。

【0068】

比較例の蓄電装置１２１では、ＥＤＣＬの単位セルの容量の総和Ｃｓは４００Ｆであり、第１実施形態の蓄電装置２１では、容量の総和Ｃｓは２００Ｆである。一般に、蓄電装置のサイズやコストは、容量の総和Ｃｓに伴って増大する。したがって、第１実施形態では、比較例に対して蓄電装置を小型化し、またはコストを低下させることができる。逆に、容量の総和Ｃｓを比較例と同じにした場合は、アクチュエータ５により多くの電力量を供給でき、したがって、より多くの電力量を必要とする電装品を駆動できる。

【0069】

（第１実施形態の変形例）
図１２、図１３に示すように、第１実施形態の変形例による補助電源装置２０ａ，２０ｂでは、図３に示す補助電源装置２０に加えて、蓄電装置２１とアクチュエータ５との間に電圧変換装置２６が設けられている。電圧変換装置２６は、静電容量素子２２側からの入力電圧を規定の出力電圧に変換しアクチュエータ５側へ出力するように構成されている。

【0070】

図１２に示す例では、電圧変換装置２６は、蓄電装置２１と静電容量素子２２との間に設けられている。アクチュエータ５を駆動するときには、蓄電装置２１の端子電圧ＶＬが電圧変換装置２６により増大される。増大した直流電圧により静電容量素子２２が充電され、静電容量素子２２から供給される直流電圧がスイッチング素子２４によりパルス電圧に変換され、アクチュエータ５に供給される。

【0071】

図１３に示す例では、電圧変換装置２６は、スイッチング素子２４とアクチュエータ５との間に設けられている。アクチュエータ５を駆動するときには、蓄電装置２１により充電された静電容量素子２２からスイッチング素子２４に直流電圧が供給され、スイッチング素子２４により生成されたパルス電圧が電圧変換装置２６により増大され、増大されたパルス電圧がアクチュエータ５に供給される。

【0072】

図１２、図１３に示す例によれば、アクチュエータ５に供給されるパルス電圧は、電圧変換装置２６により予め増大された大きさを有するので、アクチュエータ５に前記閾値以上の電力をより確実に供給できる。なお、図１２、図１３に示す例では、静電容量素子２２とスイッチング素子２４との間に電圧変換装置２６を配置した場合にも、同様にこの効果を得ることができる。

【0073】

図１４に示すように、第１実施形態の他の変形例による補助電源装置２０ｃでは、補助電源装置２０ｃを用いて、アクチュエータ５に並列に接続された他の電装品６を駆動することを考える。他の電装品６は、例えばマイクロコンピュータを用いた電装品などのように、パルス駆動が困難な特性を有するものとする。そこで、スイッチング素子２４の一端（例えばＭＯＳＦＥＴのソースまたはドレイン）と他の電装品６の一端との間にダイオード２７を直列に接続して他の電装品６に供給される電流を整流するとともに、他の電装品６と並列接続されたコンデンサ２８を設けることにより、他の電装品６に供給する電圧を確保する。図１４に示す例では、パルス駆動が可能な特性を有する電装品（例えばアクチュエータ５）とパルス駆動が困難な特性を有する他の電装品６とを同時に駆動できる。

【0074】

［第２実施形態］
第２実施形態に係る補助電源装置２２０の説明において、第１実施形態に係る補助電源装置２０および比較例による補助電源装置１１０に含まれる部品と同じ部品には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

【0075】

図１５に示すように、第２実施形態に係る補助電源装置２２０は、スイッチング素子２４の代わりに、電圧変換装置２６と、電圧変換装置２６が出力するパルス電圧のデューティサイクルを制御するデューティ制御部２９とをさらに有する。電圧変換装置２６とデューティ制御部２９は、静電容量素子２２側から供給される直流電圧をパルス電圧に変換するパルス生成部として機能する。

【0076】

実施形態では、電圧変換装置２６は、ＤＣ−ＤＣコンバータである。電圧変換装置２６は、蓄電装置２１の端子電圧ＶＬを変換し、アクチュエータ５側に規定の電圧（実施形態では１２Ｖ）を出力するように構成されている。デューティ制御部２９は、マイクロコントローラであってもよい。デューティ制御部２９による電圧変換装置２６が出力するパルス電圧のデューティサイクルにおいて、オン電圧を供給する時間をＴ１とし、周期をＴ２とする。第１実施形態で説明したように、デューティ比Ｔ１／Ｔ２は、０．５よりも小さいことが好ましい。実施形態では、Ｔ１は２ｍｓ、Ｔ２は１０ｍｓ（デューティ比は０．２）に設定される。また、第１実施形態で説明したように、周期Ｔ２は２ｍｓよりも長いことが好ましい。

【0077】

実施形態で、ＥＤＬＣの単位セルは、静電容量が５０Ｆ、内部抵抗が２０ｍΩ、最大充電電圧は２．３Ｖである。図１６に符号２２１ａ〜２２１ｃで示すように、実施形態では、３個の単位セルが直列に接続されて蓄電装置２２１が構成されている。したがって、蓄電装置２２１の内部抵抗（合成抵抗）Ｒは６０ｍΩ、静電容量（合成容量）Ｃは１６．６７Ｆ、最大充電電圧Ｅは６．９Ｖである。３個の単位セルの容量の総和Ｃｓは１５０Ｆである。

【0078】

次に、第２実施形態に係る補助電源装置２２０の動作を説明する。メインバッテリ３からアクチュエータ５への電力供給ラインが絶たれた状態でアクチュエータ５を駆動することを考える。

【0079】

補助電源装置２２０において、電圧変換装置２６とデューティ制御部２９が作動すると、デューティ比（実施形態では０．２）で静電容量素子２２の放電と蓄電が繰り返され、アクチュエータ５にパルス電圧が供給される。図１７、図１８に示すように、電圧変換装置２６が出力するパルス電圧（アクチュエータ５の端子電圧Ｖに等しい）は、オン電圧（１２Ｖ）とオフ電圧（０Ｖ）をデューティ比で繰り返す。なお、図１８は、図１７の１．５ｓ付近（四角囲み部分）の拡大図である。図１８では、蓄電装置２２１の端子電圧ＶＬを実線で、アクチュエータ５の端子電圧Ｖを破線で示している。

【0080】

パルス電圧がオン電圧の間（オン時間Ｔ１、実施形態では２ｍｓ）、静電容量素子２２からの放電が生じ、規定電圧であるアクチュエータ５の端子電圧Ｖ（実施形態では１２Ｖ）がアクチュエータ５に供給されてアクチュエータ５に負荷電流Ｉが流れる。このとき、アクチュエータ５である直流モータの出力軸は、アクチュエータ５の端子電圧Ｖに比例する回転トルクを発生する。直流モータの出力軸の回転は、アクチュエータ５の端子電圧Ｖがオフ電圧となっても慣性により一定時間継続される。

【0081】

一方、パルス電圧がオフ電圧の間（周期Ｔ２、実施形態では１０ｍｓ）、蓄電装置２１により静電容量素子２２が充電される。このとき、補助電源装置２２０では、第１実施形態に係る補助電源装置２０と同様に、以下の作用効果が得られる。まず、静電容量素子２２の内部抵抗が蓄電装置２１の内部抵抗よりも十分に小さいことにより、アクチュエータ５に負荷電流Ｉが流れている間に蓄電装置２１の端子電圧ＶＬが低下するのを抑制できる。また、電圧変換装置２６が出力するパルス電圧のデューティ比が０．５よりも小さいので、充電時間の間に静電容量素子２２が十分に充電され、アクチュエータ５に前記閾値以上の電力を供給できる時間が長くなる。

【0082】

［変形例］
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、上述の実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。例えば、降圧装置を用いてＥＬＤＣの直列本数を増やしてもよい。

【0083】

例えば、上述の実施形態では、蓄電装置２１，２２１として電気二重層コンデンサを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、蓄電装置２１，２２１は、例えばリチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などであってもよい。

【0084】

また、上述の実施形態では、メインバッテリ３からの電力供給ラインが断たれたときにメインバッテリ３の代わりに蓄電装置２１，２２１を用いて駆動する必要がある電装品としてドアロックアクチュエータ５を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、当該電装品は、例えば、パワーウインドウ用、パーキングブレーキ用またはブレーキアシスト用のモータ、緊急通報システム、自動ハザード点滅システムなどであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0085】

以上のように、本発明によれば、車両の主電源に接続された蓄電装置を備えた車両用補助電源装置において、例えば車両が事故に遭遇して衝突荷重が加わり、主電源から電装品の電気負荷への電力供給ラインが断たれたときに、電気容量の小さい蓄電装置に蓄えられた限られた電気エネルギーを有効に活用して電装品を駆動できる。したがって、自動ドアロック機構、パワーウインドウシステム、パーキングブレーキシステム、ブレーキアシストシステム、緊急通報システム、自動ハザード点滅システムなどを備えた車両の製造分野において、本発明が好適に利用される可能性がある。

【符号の説明】

【0086】

１ 車両
３ メインバッテリ
４ａ 電源配線部
５（５ａ〜５ｄ） ドアロックアクチュエータ
１０ ドアロック制御システム
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２２０ 車両用補助電源装置
２１，２２１ 蓄電装置
２２ 静電容量素子
２４ スイッチング素子
２５ パルス制御部
２６ 電圧変換装置
３０ ドアロックユニット
３１ａ〜３１ｃ トランジスタ
３２ 集中制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】