JP2003333763A - 蓄電池制御装置 - Google Patents

蓄電池制御装置

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JP2003333763A
JP2003333763A JP2002136049A JP2002136049A JP2003333763A JP 2003333763 A JP2003333763 A JP 2003333763A JP 2002136049 A JP2002136049 A JP 2002136049A JP 2002136049 A JP2002136049 A JP 2002136049A JP 2003333763 A JP2003333763 A JP 2003333763A
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storage battery
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threshold value
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JP2002136049A
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Hiroshi Tsujii
啓 辻井
Hideto Hanada
秀人 花田
Takeshi Kuretake
健 呉竹
Masanori Sugiura
雅宣 杉浦
Takashi Kawai
高志 河合
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄電池における電荷蓄積量を向上可能な蓄電
池制御装置を提供する。 【解決手段】 キャパシタ１４，１５，１６の温度が低
い場合には、キャパシタ内部抵抗による端子間電圧の上
昇が生じるため、キャパシタ端子間電圧Ｖ14，Ｖ 15，Ｖ
16が早期に閾値Ｖｍａｘに到達する可能性がある。コン
トローラ３は、キャパシタ１４，１５，１６の温度ｔが
低い場合には、所定閾値Ｖｍａｘを上昇させることによ
り、蓄電池１７における電荷蓄積量を向上させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の蓄電池制御装置は特開２０００−
２３３０６号公報に記載されている。同公報に記載の蓄
電池制御装置としての電気自動車の電源システムは、エ
ンジン発電機又は主蓄電装置の電力により車両駆動電動
機を駆動する電気自動車に搭載されるものである。主蓄
電装置は、電気二重層キャパシタセルを複数個直列接続
したキャパシタ電池により構成され、このシステムは補
機用の補助蓄電装置を備えている。
【０００３】この電源システムは、何れかのキャパシタ
セルの電圧が設定値に達したとき、又は充電作動時間が
設定値に達したとき、或いは充放電サイクル回数が設定
値に達したときに、他のキャパシタセルの電圧が設定値
に達するまで、補助蓄電装置の電力、または回生制動電
力、若しくは発電機の電力により、他のキャパシタセル
を充電して全てのキャパシタセルの電圧をほぼ均一にし
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
蓄電池制御装置においては、キャパシタ端子間電圧が設
定値に到達した場合には蓄積電荷の放電を行うので、キ
ャパシタ内部抵抗が温度低下によって上昇した場合に
は、キャパシタの内部にまだ蓄電が可能であるにも拘ら
ず、放電を行ってしまう。このような放電動作は非経済
的である。本発明は、このような課題に鑑みてなされた
ものであり、蓄電池における電荷蓄積量を向上可能な蓄
電池制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の蓄電池制御装置は、蓄電池を構成するキャ
パシタの端子間電圧が所定閾値に到達しないように前記
キャパシタに蓄積された電荷を放電する蓄電池制御装置
において、前記キャパシタの温度に応じて不要な放電を
行わないように前記所定閾値を変更する手段を備えるこ
とを特徴とする。
【０００６】本発明の蓄電池制御装置によれば、キャパ
シタ端子間電圧が温度によって変化した場合において
も、前記手段によって閾値変更によって不要な放電が抑
制されるため、蓄電池における電荷蓄積量を向上させる
ことができる。
【０００７】また、この手段は、キャパシタの温度が低
い場合には、所定閾値を上昇させることが好ましい。す
なわち、キャパシタの温度が低い場合には、キャパシタ
内部抵抗が高くなるが閾値が温度に拘らず一定だと、低
温時は蓄積可能電荷量は減ってしまうため、閾値を高く
変更することによってキャパシタに多くの電荷を蓄積す
ることができる。
【０００８】また、この手段は、キャパシタ端子間電圧
が所定閾値に到達した場合には前記放電を行うことが好
ましい。すなわち、キャパシタ端子間電圧が所定閾値に
到達した場合、これは所定閾値を超えた場合を含むが、
この場合には放電を行うことで、キャパシタを保護する
ことができる。
【０００９】また、この手段は、キャパシタ端子間電圧
が所定閾値に到達するまでは前記放電を行わないことが
好ましい。すなわち、キャパシタに蓄積された電荷を放
電しないことにより、十分に電荷を蓄積することができ
る。
【００１０】蓄電池は直列に接続されたキャパシタを複
数備え、前記手段は、全てのキャパシタに蓄積された電
荷量が均等となるように放電を行うことが好ましい。す
なわち、直列にキャパシタを接続した場合には、それぞ
れのキャパシタの電荷蓄積量に偏りが無い方が多くの電
荷を蓄積することができる。
【００１１】この手段は、いずれかのキャパシタ端子間
電圧が所定閾値に到達した場合には、残余のキャパシタ
の端子間電圧との対比に基づいて当該キャパシタに蓄積
された電荷の放電を行うことが好ましい。この場合、残
余のキャパシタの端子間電圧との対比に基づいて放電を
行えば、蓄積電荷量の均等化を行うことができる。な
お、端子間電圧は蓄積電荷量に依存する。
【００１２】この手段は、キャパシタ端子間電圧を検出
する電圧検出手段と、キャパシタの温度を検出する温度
センサと、キャパシタ端子間を接続可能なスイッチと、
電圧検出手段、温度センサ及びスイッチに接続され、前
記放電の制御が行われるようにスイッチを接続及び切断
する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】この場合、電圧検出手段によってキャパシ
タ端子間電圧を測定することができ、また、キャパシタ
の温度は温度センサによって検出することができ、これ
らの検出値から制御回路がスイッチを接続することによ
って放電が行われ、切断することによって放電を禁止す
ることができる。
【００１４】また、本発明に係る蓄電池制御装置は、蓄
電池を構成するキャパシタの端子間電圧が所定閾値に到
達しないように前記キャパシタに蓄積された電荷を放電
する蓄電池制御装置において、前記キャパシタの温度が
低い場合には前記所定閾値を設定しないことを特徴とし
てもよい。
【００１５】すなわち、温度が低い場合にはキャパシタ
の内部抵抗が上昇するので許容電荷量が減って、放電を
行う必要性が低下する。したがって、閾値設定を行わな
いことによって不要な放電を抑制することができ、許容
電荷蓄積量を増加させる一方で、温度が上昇した場合に
は設定した閾値を超えないように放電制御を行うことに
よってキャパシタを保護し、全体の蓄積量を向上させる
ことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る蓄電池制
御装置について説明する。なお、同一要素には同一符号
を用い、重複する説明は省略する。
【００１７】図１は蓄電池制御装置のブロック図であ
る。この蓄電池制御装置は、車両に搭載されるものであ
り、発電機１によって発電された電力を整流回路２及び
ＤＣ／ＤＣコンバータ１８を介してバッテリ２０に蓄積
する。バッテリ２０に蓄積された電荷は図示しない適当
なスイッチを入れることにより、ヘッドライトやセルモ
ータ等の負荷１９に流れ込む。
【００１８】バッテリ２０には、バッテリ２０内に蓄積
された電荷や発電機１からの電荷が蓄積できるよう、蓄
電池１７が電気的に接続されている。蓄電池１７は電気
二重層キャパシタ等のキャパシタ群（キャパシタセル）
１４，１５，１６からなる。各キャパシタ１４，１５，
１６は直列に接続されており、それぞれに電荷を蓄積す
ることができる。蓄電池１７に蓄積された電荷は必要時
に負荷１９に供給される。
【００１９】各キャパシタ１４，１５，１６の両端子間
電圧は、それぞれの両端子間に接続されたセル電圧検出
回路５，６，７によって検出される。また、各キャパシ
タ１４，１５，１６の両端子間はそれぞれ接続スイッチ
８，９，１０及び抵抗１１，１２，１３を介して接続さ
れており、接続スイッチ８，９，１０を接続することに
より、各キャパシタ１４，１５，１６に蓄積された電荷
が放電される。なお、本例では、接続スイッチ８，９，
１０はトランジスタからなり、コントローラからの制御
信号はベース（又はゲート）に入力される。
【００２０】セル電圧検出回路５，６，７によって検出
されたそれぞれのキャパシタ端子間電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ
16は、コントローラ３に入力される。また、キャパシタ
１４，１５，１６の温度は、キャパシタ群の近傍に設け
られた温度センサ４によって検出されており、検出され
たキャパシタ温度ｔもコントローラ３に入力される。コ
ントローラ３は接続スイッチ８，９，１０を制御するこ
とにより、キャパシタ蓄積電荷の放電を制御することが
できる。
【００２１】ここで、コントローラ３は以下のように機
能する。
【００２２】コントローラ３は、蓄電池１７を構成する
キャパシタ１４，１５，１６の端子間電圧Ｖ14，Ｖ15，
Ｖ16が所定閾値Ｖｍａｘに到達しないように各キャパシ
タ１４，１５，１６に蓄積された電荷をそれぞれ放電す
る。また、コントローラ３はキャパシタの温度ｔに応じ
て不要な放電を行わないように所定閾値Ｖｍａｘを変更
する。本実施形態における放電は、接続スイッチ８，
９，１０を接続することによって行われ、その電力は抵
抗１１，１２，１３によって消費される。
【００２３】この蓄電池制御装置によれば、キャパシタ
端子間電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16が温度によって変化した場
合においても、コントローラ３が閾値Ｖｍａｘを変更す
ることによって不要な放電が抑制されるため、蓄電池１
７における電荷蓄積量を向上させることができる。
【００２４】好適な制御として、コントローラ３は、キ
ャパシタ１４，１５，１６の温度ｔが低い場合には、所
定閾値Ｖｍａｘを上昇させる。すなわち、キャパシタ１
４，１５，１６の温度が低い場合には、キャパシタ内部
抵抗による端子間電圧の上昇が生じるため、キャパシタ
端子間電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16が早期に閾値Ｖｍａｘに到
達する可能性がある。
【００２５】すなわち、コントローラ３は閾値Ｖｍａｘ
に到達しないように放電制御を行うのであるから、温度
が低い場合には不要な放電が行われることとなる。そこ
で、コントローラ３は、かかる場合には所定閾値Ｖｍａ
ｘを上昇させることにより、蓄電池１７における電荷蓄
積量を向上させることができる。
【００２６】換言すれば、低温時においては、キャパシ
タ両端間電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16から導かれる許容電荷蓄
積量よりも多くの電荷をキャパシタ１４，１５，１６が
蓄積することが可能となるので、コントローラ３が閾値
Ｖｍａｘを変更することによってキャパシタに多くの電
荷を蓄積することができる。
【００２７】コントローラ３は、キャパシタ端子間電圧
Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16が所定閾値Ｖｍａｘに到達した場合に
は前記放電を行う。すなわち、キャパシタ端子間電圧Ｖ
14，Ｖ15，Ｖ16が所定閾値Ｖｍａｘに到達した場合、こ
れは所定閾値Ｖｍａｘを超えた場合を含むが、この場合
には放電を行うことで、キャパシタ１４，１５，１６を
保護することができる。
【００２８】別の見方をすれば、コントローラ３は、キ
ャパシタ端子間電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ 16が所定閾値Ｖｍａ
ｘに到達するまでは前記放電を行わない。すなわち、キ
ャパシタ１４，１５，１６に蓄積された電荷を放電しな
いことにより、十分に電荷を蓄積することができるので
ある。
【００２９】コントローラ３は均等化回路としても機能
する。すなわち、蓄電池１７は、直列に接続されたキャ
パシタ１４，１５，１６を複数備えている。コントロー
ラ３は、全てのキャパシタ１４，１５，１６に蓄積され
た電荷量が均等となるように放電を行う。なお、直列に
キャパシタ１４，１５，１６を接続した場合には、それ
ぞれのキャパシタ１４，１５，１６の電荷蓄積量に偏り
が無い方が多くの電荷を蓄積することができる。
【００３０】コントローラ３は、いずれかのキャパシタ
１４の端子間電圧（Ｖ14とする）が所定閾値Ｖｍａｘに
到達した場合には、残余のキャパシタに蓄積された電荷
量を用いた値Ｘに基づいて制御を行う。この値Ｘは、こ
の電荷量から導かれる端子間電圧Ｖ15，Ｖ16の平均値、
これに電圧Ｖ14を含めた平均値、或いは基準となるよう
に特性管理された標準キャパシタの端子間電圧である。
【００３１】コントローラ３は、所定閾値Ｖｍａｘに到
達した端子間電圧Ｖ14と値Ｘとの対比に基づいて当該キ
ャパシタ１４に蓄積された電荷の放電を行う。例えば、
コントローラ３は上記平均値との誤差が所定値以下とな
るように放電を行う。すなわち、値Ｘとの対比に基づい
て放電を行えば、蓄積電荷量の均等化を行うことができ
る。
【００３２】図２は均等化回路としての機能を奏するコ
ントローラ３の制御を説明するためのフローチャートで
ある。
【００３３】初期状態では均等化回路はＯＦＦとされて
いるものとする（Ｓ１）。すなわち、対象となるキャパ
シタ１４の放電は行わない。次に、閾値Ｖｍａｘを設定
する（Ｓ２）。閾値（電圧）Ｖｍａｘは初期閾値（電
圧）Ｖ1に温度依存性のある変動値Ｖ（ｔ）を加えたも
のである。Ｖ（ｔ）は低温ほど大きい。
【００３４】設定された閾値Ｖｍａｘと検出された電圧
Ｖｉ（＝Ｖ14）とを比較し、検出電圧Ｖｉが閾値Ｖｍａ
ｘ以下であるならば、閾値Ｖｍａｘはそのままである
（Ｓ３）。検出電圧Ｖｉが閾値Ｖｍａｘよりも大きい場
合、均等化回路をＯＮとし、閾値Ｖｍａｘを超えた電圧
を与えるキャパシタ１４の放電を開始する（Ｓ４）。こ
の対象となるキャパシタ１４の検出電圧Ｖｉと全てのキ
ャパシタの検出電圧の平均値（ΣＶｉ（検出電圧合計）
／ｉ（キャパシタ数））が誤差ΔＶ以下となるまで、閾
値Ｖｍａｘを超えた電圧を与えるキャパシタ１４の放電
を継続する（Ｓ５）。この制御では、温度が低下する
と、変動値Ｖ（ｔ）が上昇することによって、閾値Ｖｍ
ａｘが上昇し、不要な均等化処理が抑制される。
【００３５】以上、説明したように、キャパシタ端子間
電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16を検出するセル電圧検出回路（電
圧検出手段）５，６，７と、キャパシタ１４，１５，１
６の温度ｔを検出する温度センサ４と、キャパシタ端子
間を接続可能なスイッチ（接続スイッチ）８，９，１０
と、電圧検出手段５，６，７、温度センサ及４びスイッ
チ８，９，１０に接続され、前記放電の制御が行われる
ようにスイッチ８，９，１０を接続及び切断するコント
ローラ（制御回路）３は、閾値Ｖｍａｘを変更する手段
を構成し、これにより蓄電池１７における電荷蓄積量を
向上させることが可能となる。
【００３６】換言すれば、セル電圧検出回路５，６，７
はキャパシタ端子間電圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16を測定する電
圧検出手段として機能し、キャパシタの温度ｔは温度セ
ンサ４が検出するが、これらの検出値からコントローラ
３がスイッチ８，９，１０を接続することによって放電
が行われ、切断することによって放電を禁止している。
【００３７】また、閾値を設定しなくても、温度によっ
て、直接、均等化処理を制御してもよい。
【００３８】図３は均等化回路としての機能を奏するコ
ントローラ３の制御を説明するためのフローチャートで
ある。
【００３９】初期状態では均等化回路はＯＦＦとされて
いるものとする（Ｓ１０）。すなわち、対象となるキャ
パシタ１４の放電は行わない。温度ｔが温度最小値（設
定値）ｔｍｉｎよりも小さい場合、均等化処理、すなわ
ち、対象となるキャパシタ１４の放電は行わない（Ｓ２
０）。温度が上昇し、温度ｔが温度最小値（設定値）ｔ
ｍｉｎ以上となった場合、許容電荷蓄積量は低下するの
で、均等化回路をＯＮとし、対象となるキャパシタ１４
の放電を開始する（Ｓ３０）。この対象となるキャパシ
タ１４の検出電圧Ｖｉと全てのキャパシタの検出電圧の
平均値（ΣＶｉ（検出電圧合計）／ｉ（キャパシタ
数））が誤差ΔＶ以下となるまで、閾値Ｖｍａｘを超え
た電圧を与えるキャパシタ１４の放電を継続する（Ｓ４
０）。
【００４０】すななわ、この蓄電池制御装置は、蓄電池
１７を構成するキャパシタ１４，１５，１６の端子間電
圧Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16が所定閾値Ｖｍａｘに到達しないよ
うにキャパシタ１４，１５，１６に蓄積された電荷を放
電する蓄電池制御装置において、キャパシタ１４，１
５，１６の温度ｔが低い場合には所定閾値Ｖｍａｘを設
定しない手段を有する。これは上述の均等化処理を行わ
ないということもできる。なお、均等化処理については
上述の通りである。
【００４１】すなわち、温度ｔが低い場合にはキャパシ
タの内部抵抗が上昇して同電圧での温度ｔが高い場合の
電荷蓄積量よりも小さくなる。したがって、閾値設定を
行わないことによって不要な放電を抑制することがで
き、許容電荷蓄積量を増加させる一方で、温度が上昇し
た場合には、設定した閾値を超えないように放電制御を
行うことによってキャパシタを保護し、また、全体の蓄
積量を向上させることができる。
【００４２】
【発明の効果】本発明の蓄電池制御装置によれば、蓄電
池における電荷蓄積量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓄電池制御装置のブロック図である。
【図２】均等化回路としての機能を奏するコントローラ
３の制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】均等化回路としての機能を奏するコントローラ
３の制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…発電機、２…整流回路、３…コントローラ、４…温
度センサ、５，６，７…セル電圧検出回路、８，９，１
０…スイッチ、１１，１２，１３…抵抗、１４，１５，
１６…キャパシタ、１７…蓄電池、１８…コンバータ、
１９…負荷、２０…バッテリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 呉竹 健 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 杉浦 雅宣 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 河合 高志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA07 BA02 BA03 CA11 CB01 CC02 CC04 DA04 DA18 FA08 GB03 GC05 5G065 BA01 DA04 EA02 EA10 FA02 GA09 HA01 HA16 JA07 LA01 LA07 NA01 5H115 PA08 PA11 PG04 PI16 PO02 PU01 PV02 PV07 QI04 SE06 TI05 TO05 TO13 TR19 TU06

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 蓄電池を構成するキャパシタの端子間電
    圧が所定閾値に到達しないように前記キャパシタに蓄積
    された電荷を放電する蓄電池制御装置において、前記キ
    ャパシタの温度に応じて不要な放電を行わないように前
    記所定閾値を変更する手段を備えることを特徴とする蓄
    電池制御装置。
  2. 【請求項２】 前記手段は、前記キャパシタの温度が低
    い場合には、前記所定閾値を上昇させることを特徴とす
    る請求項１に記載の蓄電池制御装置。
  3. 【請求項３】 前記手段は、前記キャパシタ端子間電圧
    が前記所定閾値に到達した場合には前記放電を行うこと
    を特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池制御装置。
  4. 【請求項４】 前記手段は、前記キャパシタ端子間電圧
    が前記所定閾値に到達するまでは前記放電を行わないこ
    とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
    蓄電池制御装置。
  5. 【請求項５】 前記蓄電池は直列に接続された前記キャ
    パシタを複数備え、前記手段は、全ての前記キャパシタ
    に蓄積された電荷量が均等となるように前記放電を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載
    の蓄電池制御装置。
  6. 【請求項６】 前記手段は、いずれかのキャパシタ端子
    間電圧が所定閾値に到達した場合には、当該キャパシタ
    に蓄積された電荷の放電を、残余の前記キャパシタに蓄
    積された電荷量を用いた値との対比に基づいて行うこと
    を特徴とする請求項５に記載の蓄電池制御装置。
  7. 【請求項７】 前記手段は、 前記キャパシタ端子間電圧を検出する電圧検出手段と、 前記キャパシタの温度を検出する温度センサと、 前記キャパシタ端子間を接続可能なスイッチと、 前記電圧検出手段、前記温度センサ及び前記スイッチに
    接続され、前記放電の制御が行われるように前記スイッ
    チを接続及び切断する制御回路と、を備えることを特徴
    とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電池制
    御装置。
  8. 【請求項８】 蓄電池を構成するキャパシタの端子間電
    圧が所定閾値に到達しないように前記キャパシタに蓄積
    された電荷を放電する蓄電池制御装置において、前記キ
    ャパシタの温度が低い場合には前記所定閾値を設定しな
    い手段を備えることを特徴とする蓄電池制御装置。
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