特開 2022-116817 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022116817

(43)【公開日】2022-08-10

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/00 20060101AFI20220803BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220803BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20220803BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20220803BHJP

   B60R 16/033 20060101ALI20220803BHJP

【ＦＩ】

H02J9/00 120

H02J7/00 302C

H02J7/34 G

H02J7/00 303C

H02J9/06 110

B60R16/033 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021013197

(22)【出願日】2021-01-29

(71)【出願人】

【識別番号】000143639

【氏名又は名称】株式会社今仙電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100095795

【弁理士】

【氏名又は名称】田下 明人

(74)【代理人】

【識別番号】100143454

【弁理士】

【氏名又は名称】立石 克彦

(72)【発明者】

【氏名】山野上 耕一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 翔

【テーマコード（参考）】

5G015

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G015FA10

5G015GB05

5G015HA02

5G015JA05

5G015JA32

5G015JA56

5G015KA12

5G503AA04

5G503AA07

5G503BA04

5G503BB01

5G503BB03

5G503DA04

5G503DA05

5G503DA17

5G503DA18

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ＤＣ－ＣＤコンバータでバックアップ機能を構成し得る電源システムを提供する。
【解決手段】電源システムは、昇圧回路４２で、蓄電池Ｂの電圧よりも高い電圧に昇圧して蓄電素子へ充電を行う。そして、制御回路部が電圧喪失または電圧低下を検出した際に、蓄電素子からの電力を後部ドアロックユニット３、前部ドアロックユニット４に供給する。給電線ＬＩ１１、ＬＩ１２での電圧降下分及び蓄電素子の電圧降下を見越して、蓄電池の電圧よりも高い電圧に蓄電素子を充電しておくことで、１のＤＣ－ＣＤコンバータ（昇圧回路）４２でバックアップ機能を構成できる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池を含み、複数の負荷に給電する電源と、バックアップ回路とを備える電源システムであって、
前記バックアップ回路は、
蓄電素子と、
前記電源の電圧喪失または電圧低下を検出する検出手段と、
前記蓄電池の電圧よりも高い電圧に昇圧して前記蓄電素子へ充電を行う昇圧回路と、
前記検出手段が電圧喪失または電圧低下を検出した際に、前記蓄電素子からの電力を前記負荷の内の予め設定された負荷へ供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする電源システム。

【請求項2】

請求項１の電源システムであって、
前記蓄電素子は直列接続された複数個のキャパシタからなる。

【請求項3】

請求項２の電源システムであって、
前記直列接続された複数個のキャパシタは、接地側への電流の流れを阻止するダイオードを介して接地され、
前記複数個のキャパシタと前記ダイオードとの接続点は、還流ダイオードを介して前記昇圧回路の入力側に接続されている。

【請求項4】

請求項２又は請求項３の電源システムであって、
さらに、前記複数個のキャパシタの略中央のキャパシタの電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記電圧検出手段が電圧異常を検出した際に、前記昇圧回路による昇圧を停止させることを特徴とする電源システム。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれか１の電源システムであって、
イグニションがオンされた際に、前記昇圧回路は昇圧を開始し、
イグニションのオフされた際に、前記昇圧回路は昇圧を停止することを特徴とする電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バックアップ機能を備える車両用の電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

車両の電源システムでは、ドアロックモータなどの電源負荷に対する給電能力が求められる。例えば、事故時、バッテリーからの給電が不能になっても、ドアロックが解除できるようにするバックアップ機能が必要とされる。
特許文献１は、主電源と共に副電源を併設し、副電源を用いて主電源の供給能力を補助する構成を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１１５９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ドアロック解除モジュールの電源としては、１２Ｖ出力の鉛蓄電池が一般に用いられている。バックアップ機能用に、鉛蓄電池の出力を降圧するＤＣ－ＤＣコンバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータ出力を充電するキャパシタ、キャパシタの充電電圧を昇圧するＤＣ－ＤＣコンバータを備え、ドアロックモータに電力を供給する。このようなバックアップ機能を備えれば、鉛蓄電池からの給電が途絶えても、キャパシタの充電電圧を用いて電力を供給でくるので、ドアロックの解除が可能であるが、降圧用と昇圧用の２個のＤＣ－ＣＤコンバータを備えなければならないという課題がある。

【0005】

本発明の目的は、１のＤＣ－ＣＤコンバータでバックアップ機能を構成し得る電源システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る電源システムは、蓄電池を含み、複数の負荷に給電する電源と、バックアップ回路とを備える。そして、前記バックアップ回路は、蓄電素子と、前記電源の電圧喪失または電圧低下を検出する検出手段と、前記蓄電池の電圧よりも高い電圧に昇圧して前記蓄電素子へ充電を行う昇圧回路と、前記検出手段が電圧喪失または電圧低下を検出した際に、前記蓄電素子からの電力を前記負荷の内の予め設定された負荷へ供給する電力供給部とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の電源システムは、例えばＤＣ－ＣＤコンバータからなる昇圧回路で、蓄電池の電圧よりも高い電圧に昇圧して蓄電素子へ充電を行う。そして、検出手段が電圧喪失または電圧低下を検出した際に、蓄電素子からの電力を設定された負荷（例えば、ドアロックモータ）に供給する。ドアロックモータまでの給電線での電圧降下分、及び、蓄電素子の電圧降下を見越して、蓄電池の電圧よりも高い電圧に蓄電素子を充電しておくことで、１のＤＣ－ＣＤコンバータでバックアップ機能を構成できる。

【0008】

請求項２の発明では、蓄電素子は直列接続された複数個のキャパシタからなる。このため、大容量の電気を蓄え、放電開始後の蓄電素子の電力低下を小さくし、設定された負荷（例えば、ドアロックモータ）に電力を供給できる。

【0009】

請求項３の発明では、直列接続された複数個のキャパシタは、接地側への電流の流れを阻止するダイオードを介して接地される。このため、複数個のキャパシタの電圧が０Ｖになったときの充電突入電流を無くすことができる。複数個のキャパシタとダイオードとの接続点は、還流ダイオードを介して昇圧回路の入力側に接続されている。このため、昇圧時に、入力側の電圧（蓄電池電圧）に昇圧した電圧を印加してキャパシタに加え、蓄電池電圧が失われたときに、キャパシタに加えられた昇圧した電圧を設定された負荷（例えば、ドアロックモータ）に供給できる。

【0010】

請求項４の発明では、複数個のキャパシタの略中央のキャパシタの電圧を検出する電圧検出手段を備え、電圧検出手段が電圧異常を検出した際に、昇圧回路による昇圧を停止させる。劣化し電圧の下がったキャパシタの障害を複数個のキャパシタ電圧の略中央部（キャパシタの分圧電圧）から検出でき、劣化したキャパシタへの充電を停止することで、劣化キャパシタに起因する障害を未然に防止できる。

【0011】

請求項５の発明では、イグニションがオンされた際に、昇圧回路は昇圧を開始し、イグニションのオフされた際に、昇圧回路は昇圧を停止する。即ち、イグニションのオンの間のみ昇圧回路による昇圧を行うので、複数個のキャパシタからなる蓄電素子をイグニションのオフ中に充電停止することで、蓄電素子をイグニションのオフ中に劣化させることが無くなる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る電源システムの回路図

【図2】実施形態に係る電源システムの回路図の左部分

【図3】実施形態の電源システムの回路図の中央部分

【図4】実施形態の電源システムの回路図の右部分

【図5】実施形態の電源システムの回路図の電力供給部を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は本発明の実施形態に係る電源システムの回路図であり、図２は回路図の左部分であり、図３は中央部分であり、図４は右部分である。図５は電力供給部を示す。
図２中に示される１２Ｖの蓄電池Ｂからの電力はヒューズＦＵを介して、後部ドアロックユニット３ａ、前部ドアロックユニット４ａ、内装制御ユニット５ａへ供給される。後部ドアロックユニット３ａは後部ドアのロック、アンロックを行うドアロックモータ（又はソレノイド）を備える。前部ドアロックユニット４ａは前部ドアのロック、アンロックを行うドアロックモータ（又はソレノイド）を備える。内装制御ユニット５ａは、後部ドアロックユニット３ａ、前部ドアロックユニット４ａの制御に加えて、図示しないワイパー、メータ等の制御を行う。実施形態では、ドアロックユニットを、後部ドアロックユニットと前部ドアロックユニットとに分けることで、障害時においても、後部ドア又は前部ドアの何れかが開くようにして安全性を高めている。この代わりに、ドアロックユニットを、右ドアロックユニットと左ドアロックユニットとに分けることも可能である。この場合、給電が遮断されても確実に右ドア、左ドアの何れか一方のドアを開くことができる。

【0014】

蓄電池Ｂからの電力は、イグニッションＩＧＮを介して図４中に示される後部ドアロックユニット３、前部ドアロックユニット４、内装制御ユニット５にバックアップ電力を供給するバックアップ回路１０に供給される。バックアップ回路１０は、主に、図２中に示される制御回路部３０と、図３中に示されるバックアップ用の電力供給部２０と、図４中に示される充電回路部４０とから成る。

【0015】

図２中に示される制御回路部３０は、イグニッションＩＧＮからの電圧を監視し、電圧が所定閾値（例えば９Ｖ）を以上であるか判定すると共に、制御回路部３０内に電力を供給する定電圧回路機能を同時に構成する。

【0016】

図４中に示される充電回路部４０は、７個のキャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５から成る蓄電素子４６を備える。キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５は、２１Ｆ、２．５Ｖ用で電気二重層キャパシタから成る。７個のキャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５は直列に接続され、接地側への電流の流れを阻止するダイオードＤ１２を介して接地される。充電回路部４０は、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５を充電するＤＣ－ＤＣコンバータ（昇圧回路）４２と、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５の電圧を監視する監視・保護回路（電圧検出手段）４４とを更に有する。実施形態の電源システムでは、直列接続された複数個のキャパシタは、接地側への電流の流れを阻止するダイオードＤ１２を介して接地される。このため、複数個のキャパシタの電圧が０Ｖになったときの充電突入電流を無くすことができる。

【0017】

実施形態の電源システムでは、蓄電素子は直列接続された複数個のキャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５からなる。このため、大容量の電気を蓄え、放電開始後の蓄電素子の電力低下を小さくし、設定された負荷（例えば、ドアロックモータ）に要求される電圧の電力を供給できる。

【0018】

複数個のキャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５とダイオードＤ１２との接続点は、電力線ＬＩ３、還流ダイオードＤ２０を介してＤＣ－ＤＣコンバータ４２の入力側に接続されている。このため、昇圧時に、入力側の電圧（蓄電池電圧：１２Ｖ）に昇圧した１６Ｖの電圧を印加し、２８ＶをキャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５に加える。そして、蓄電池Ｂの１２Ｖ電圧が失われたときに、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５に加えられた昇圧した１６Ｖの電圧を設定された負荷（例えば、ドアロックモータ）に供給できる。

【0019】

実施形態の電源システムは、図５中に示されるＤＣ－ＣＤコンバータからなる昇圧回路４２で、蓄電池Ｂの電圧よりも高い電圧に昇圧して蓄電素子４６へ充電を行う。そして、制御回路部（検出手段）３０が電圧喪失または電圧低下を検出した際に、蓄電素子４６からの電力を後部ドアロックユニット３、前部ドアロックユニット４に供給する。給電線ＬＩ１１、ＬＩ２２での電圧降下分、及び、蓄電素子の電圧降下を見越して、蓄電池の電圧よりも高い電圧に蓄電素子を充電しておくことで、後部ドアロックユニット３で図示しないロックモータを駆動し、前部ドアロックユニット４で図示しないロックモータを駆動しロック解除を行う。実施形態の電源システムは、１のＤＣ－ＣＤコンバータ（昇圧回路）４２でバックアップ機能を構成できる。

【0020】

ＤＣ－ＤＣコンバータ４２（昇圧回路）４２は、イグニッションＩＧＮのオンに応じて供給される１２Ｖの蓄電池Ｂからの電圧を１６Ｖに昇圧し、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５を充電する。そして、イグニッションＩＧＮのオフにより、電力供給が断たれると、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５を充電を停止する。即ち、イグニションのオンの間のみ昇圧回路４２による昇圧を行うので、複数個のキャパシタからなる蓄電素子４６をイグニションのオフ中に充電停止することで、蓄電素子４６をイグニションのオフ中に劣化させることが無くなる。

【0021】

監視・保護回路４４は、３個のキャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１と、４個のキャパシタＣ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５との間の電圧を監視する。即ち、直列接続されたキャパシタのほぼ中央の電圧を監視することで、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１と、キャパシタＣ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５とで分圧される印加電圧（１６Ｖ）を監視する。正常時、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１には１６×３／７の電圧が生じ、キャパシタＣ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５には１６×４／７の電圧が生じる。キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１の何れかが劣化した場合、或いは、キャパシタＣ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５の何れかが劣化した場合に、電圧の閾値を上下設定することで、監視・保護回路４４は異常を検出する。そして、異常が検出された際に、監視・保護回路４４からの検出信号で、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は昇圧を停止する。

【0022】

実施形態の電源システムでは、複数個のキャパシタの略中央のキャパシタの電圧を検出する監視・保護回路（電圧検出手段）４４を備え、監視・保護回路４４が電圧異常を検出した際に、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２による昇圧を停止させる。劣化し電圧の下がったキャパシタの障害を複数個のキャパシタ電圧の略中央部（キャパシタの分圧電圧）から検出でき、劣化したキャパシタへの充電を停止することで、劣化キャパシタに起因する障害を未然に防止できる。実施形態では、奇数個のキャパシタが使用されたが、偶数個のキャパシタが使用される場合、中央のキャパシタの電圧を検出することが好適である。

【0023】

図５に示される電力供給部２０は、蓄電素子４６に蓄えられたバックアップ用の電力を後部ドアロックユニット（第１ドアロック解除手段）３、前部ドアロックユニット（第２ドアロック解除手段）４、内装制御ユニット（制御手段）５へ供給する。蓄電素子４６からの電力は給電線ＬＩ２を介して電力供給部２０へ送られる。後部ドアロックユニット３は図２中の後部ドアロックユニット３ａと同一部材であり、前部ドアロックユニット４は図２中の前部ドアロックユニット４ａと同一部材であり、内装制御ユニット５は図２中の内装制御ユニット５ａと同一部材である。電力供給部２０は、後部ドアロックユニット３にダイオードＤ２３を介して電力供給する第１ドアロック供給回路２１と、前部ドアロックユニット４にダイオードＤ２４を介して電力供給する第２ドアロック供給回路２２と、内装制御ユニット５にダイオードＤ２５を介して電力供給する制御ユニット供給回路２３とを有する。内装制御ユニット５は、後部ドアロックユニット３、前部ドアロックユニット４の制御に加えて、図示しないワイパー、メータ等の制御を行う。

【0024】

第１ドアロック供給回路２１はＦＥＴから成る第１能動素子Ｑ１１とトランジスタからなる第２能動素子Ｑ２１とを有する。第２ドアロック供給回路２２はＦＥＴから成る第１能動素子Ｑ１２とトランジスタからなる第２能動素子Ｑ２２とを有する。制御ユニット供給回路２３はＦＥＴから成る第１能動素子Ｑ１１とトランジスタからなる第２能動素子Ｑ２１とを有する。

【0025】

図２中に示される制御回路部３０は、イグニッションＩＧＮからの電圧を監視し、信号線ＬＩ５を介し、電圧が所定閾値（例えば９Ｖ）を未満となるとバックアップ開始信号を出力する。バックアップ開始信号が出力されると、第１ドアロック供給回路２１は第１能動素子Ｑ１１をオンにし、給電線ＬＩ２を介して送られた蓄電素子４６からの電力を後部ドアロックユニット３へ供給し、第２ドアロック供給回路２２は第１能動素子Ｑ１２をオンにし、給電線ＬＩ２を介して送られた蓄電素子４６からの電力を前部ドアロックユニット４へ供給し、制御ユニット供給回路２３は第１能動素子Ｑ１３をオンにし、給電線ＬＩ２を介して送られた蓄電素子４６からの電力を内装制御ユニット５へ供給する。

【0026】

実施形態の電源システムは、後部（第１のドア）のロックを解除する後部ドアロックユニット（第１ドアロック解除手段）３と、前部（第２のドア）のロックを解除する前部ドアロックユニット（第２ドアロック解除手段）４と、内装制御ユニット（制御手段）５とに蓄電素子４６からの電力を独立して供給する。後部ドアロックユニット３への給電線ＬＩ１１、前部ドアロックユニットへの給電線ＬＩ１２のいずれか一方が断線又は地絡しても、他方のドアロックユニットへ給電を継続できるため、蓄電池からの給電が遮断されても確実に何れかのドアを開くことができる。

【0027】

実施形態の電源システムは、各負荷、ここでは、後部ドアロックユニット３、前部ドアロックユニット４、内装制御ユニット５にそれぞれ電源を備える分散型バックアップシステムを採用することなく、１つの蓄電素子４６のみを備える簡易な集中型バックアップシステムを用いて、蓄電池からの給電が遮断されても確実に何れかのドアを開くことができる。

【0028】

実施形態の電源システムでは、電力供給部２０は、それぞれ独立した後部ドアロックユニット（第１ドアロック解除手段）３に電力を供給する第１ドアロック供給回路２１と、前部ドアロックユニット（第２ドアロック解除手段）４に電力を供給する第２ドアロック供給回路２２と、内装制御ユニット（制御手段）５に電力を供給する制御手段供給回路２３とを有する。蓄電池からの給電が遮断されても確実に何れかのドアを開くことができる。

【0029】

第１ドアロック供給回路２１では、給電線Ｌ１１が地絡し、第１能動素子Ｑ１１に大きな電流が流れ、第１能動素子Ｑ１１での電圧降下が大きくなると、第２能動素子Ｑ２１がオンし、第１能動素子Ｑ１１をオフにする。これにより、後部ドアロックユニット３への給電が停止される。

【0030】

第２ドアロック供給回路２２では、給電線Ｌ１２が地絡し、第１能動素子Ｑ１２に大きな電流が流れ、第１能動素子Ｑ１２での電圧降下が大きくなると、第２能動素子Ｑ２２がオンし、第１能動素子Ｑ１２をオフにする。これにより、前部ドアロックユニット４への給電が停止される。

【0031】

制御ユニット供給回路２３では、給電線Ｌ１３が地絡し、第１能動素子Ｑ１３に大きな電流が流れ、第１能動素子Ｑ１３での電圧降下が大きくなると、第２能動素子Ｑ２３がオンし、第１能動素子Ｑ１３をオフにする。これにより、内装制御ユニット５への給電が停止される。

【0032】

実施形態の電源システムでは、第１ドアロック供給回路２１と、第２ドアロック供給回路２２と、制御ユニット供給回路（制御手段供給回路）２３は、それぞれ、電圧喪失または電圧低下した際に、電力の供給を開始する第１能動素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３と、供給電力線の地絡によって流れる第１能動素子の過電流により、第１能動素子を停止させる第２能動素子Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ２３とを備える。後部ドアロックユニット（第１ドアロック解除手段）３、前部ドアロックユニット（第２ドアロック解除手段）４への給電線ＬＩ１１、ＬＩ１２の一方が地絡しても、第２能動素子で検出して第１能動素子を停止させるため、当該地絡によって蓄電素子に蓄えられた電力が失われず、後部ドアロックユニット３、又は、前部ドアロックユニット４への給電を継続し、何れか一方のドアを開くことができる。

【符号の説明】

【0033】

１０ バックアップ回路
２０ 電力供給部
２１ 第１ドアロック供給回路
２２ 第２ドアロック供給回路
２３ 制御ユニット供給回路
３０ 制御回路部（検出手段）
４０ 充電回路部
４２ ＤＣ－ＣＤコンバータ（昇圧回路）
４４ 監視・保護回路
４６ 蓄電素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】