JP2005028908A - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】補助電源としての寿命を予想することができるとともに、補助電源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する。
【解決手段】補助電源として、複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニット１５を用いた電源バックアップユニット２からなる車両用電源装置であって、バッテリー１の異常時に補助電源である前記電源バックアップユニット２から電子制御部３に電力供給を行うとともに、電源バックアップユニット２の充電時に、常にキャパシタユニット１５の内部抵抗値と内部容量値とを測定することにより異常を検出する車両用電源装置である。
【選択図】 図２
【解決手段】補助電源として、複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニット１５を用いた電源バックアップユニット２からなる車両用電源装置であって、バッテリー１の異常時に補助電源である前記電源バックアップユニット２から電子制御部３に電力供給を行うとともに、電源バックアップユニット２の充電時に、常にキャパシタユニット１５の内部抵抗値と内部容量値とを測定することにより異常を検出する車両用電源装置である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に車両の制動を電気的に行う車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、それに伴い、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んでおり、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ーが用いられる場合があるが、その場合このバッテリーだけでは、何等かの原因で電力が供給できなくなると、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ーとは別に補助のバッテリー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。
【０００４】
なお、この出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１１６５７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補助電源は非常時の車両制動に拘わるため、非常時に確実に電力供給が行われることが極めて重要なポイントであり、そのため補助電源の寿命を確実に予測することができるとともに、補助電源の状態を常に検出することができることが極めて重要なポイントになっている。
【０００７】
ここで、補助電源としてバッテリーを用いた場合、バッテリーの寿命を予想することが非常に困難なため、またバッテリーの状態も電圧は確認できても、電圧だけでは状態の異変までは検出することが困難なため、早め早めの定期的な交換が必要であった。また、それによって、より高い安全性を確保しようとするものであった。
【０００８】
ただ、このバッテリーを早め早めに定期的に交換しても、日々あるいは車両スタート時毎にバッテリーの状態をチェックすることは困難なため、さらなる安全性の向上を図ることが困難であった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、補助電源としての寿命を予想することができるとともに、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実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、特に、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／または前記車両の走行状態に応じた情報が入力されるとともに、それらの情報に基づき前記車両の制動を制御するための情報がブレーキに出力されるように設けられた電子制御部と、この電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うためのバッテリーと、このバッテリーの異常時に前記電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うための補助電源とを有し、この補助電源が複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットと、このキャパシタユニットの異常を検出するための異常検出手段とを有する電源バックアップユニットからなり、前記異常検出手段は、前記キャパシタユニットを充電する際に、充電開始時に求められた電圧、または充電を途中で中断させてこの中断時に求められた電圧から、キャパシタユニットの内部抵抗値を測定し、充電時におけるキャパシタユニットの単位時間あたりの電圧変化率からキャパシタユニットの内部容量値を測定することを特徴とする車両用電源装置である。
【００１１】
これにより、補助電源としてキャパシタユニットを用いているため、補助電源としての寿命が大幅に延びるとともに、車両の耐久寿命とほぼ同程度まで延ばすことができ、結果として、電源バックアップユニットとしてのメンテナンスフリー化を実現することができる。また、充電を途中で中断することにより求められるキャパシタユニットの電圧から内部抵抗値、充電時における電圧変化率により内部容量値を求めることができるので、より精度よくキャパシタユニットの内部抵抗値と内部容量値を測定することが可能となる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、異常検出手段は、キャパシタユニットを放電する際に、放電開始時に求められた電圧、または放電を途中で中断させてこの中断時に求められた電圧から、キャパシタユニットの内部抵抗値を測定し、放電時におけるキャパシタユニットの単位時間あたりの電圧変化率から、キャパシタユニットの内部容量値を測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置であり、放電を途中で中断することにより求められるキャパシタユニットの電圧から内部抵抗値、放電時における電圧変化率から内部容量値をそれぞれ求めることができるので、より精度よくキャパシタユニットの内部抵抗値と内部容量値を測定することが可能となる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、キャパシタユニットの内部容量値を求めるための電圧変化率を、所定時間毎に複数回測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置であり、複数回測定することにより、より精度よく電圧変化率を測定することができ、結果として正確なキャパシタユニットの内部容量値を測定することができるものである。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、異常検出手段は、キャパシタユニットの電荷充電時に、請求項１に記載の方法により内部容量値と内部抵抗値を測定し、さらに前記充電時におけるキャパシタユニットの温度を測定し、これらの測定した内部容量値および内部抵抗値と、前記充電時に測定した温度において、あらかじめ初期設定された前記キャパシタユニットの標準内部容量値および標準内部抵抗値との差を求め、これらの差に基づき、前記充電時から所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を補正し、これらの補正された前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値と、あらかじめ初期設定された前記所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することによって、前記キャパシタユニットの劣化状態を判定することを特徴とする車両用電源装置である。
【００１５】
これにより、電源バックアップユニットを充電させるたび毎にキャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を測定し、温度変化毎に各々の温度においてあらかじめ設定された限界値との比較により劣化状態を判定するので、充電毎にキャパシタユニットの劣化状態を確認することができ、電源バックアップユニットの温度変化に対する信頼性をより高めることができるとともに、車両用電源装置としての安全性をより高めることができるものである。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、異常検出手段は、キャパシタユニットの電荷放電時に、請求項２に記載の方法により内部容量値と内部抵抗値を測定し、さらに前記放電時におけるキャパシタユニットの温度を測定し、これらの測定した内部容量値および内部抵抗値と、前記放電時に測定した温度において、あらかじめ初期設定された前記キャパシタユニットの標準内部容量値および標準内部抵抗値との差を求め、これらの差に基づき、前記放電時から所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を補正し、これらの補正された前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値と、あらかじめ初期設定された前記所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することによって、前記キャパシタユニットの劣化状態を判定することを特徴とする車両用電源装置である。
【００１７】
これにより、電源バックアップユニットを放電させるたび毎にキャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を測定し、温度変化毎に各々の温度においてあらかじめ設定された限界値との比較により劣化状態を判定するので、放電毎にキャパシタユニットの劣化状態を確認することができ、電源バックアップユニットの温度変化に対する信頼性をより高めることができるとともに、車両用電源装置としての安全性をより高めることができるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の構成図である。
【００２０】
まず図１において、１は車両内に電力を供給するための１２Ｖ用バッテリーであり、このバッテリー１の補助電源として電源バックアップユニット２が設けられている。そして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３が設けられており、バッテリー１および電源バックアップユニット２から、この電子制御部３へ電力供給が行われている。さらに電子制御部３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４が設けられており、このブレーキペダル４からの情報を、電子制御部３を介してブレーキ５の制御を行い、このブレーキ５によって、タイヤ６を制動させる。
【００２１】
次に、本実施の形態における車両用電源装置の詳細な構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図である。
【００２２】
図２において、バッテリー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に接続されるとともに、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ー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。電源バックアップユニット２は、バッテリー１の異常時に電子制御部３を介してブレーキ５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である複数のキャパシタを用いて形成している。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からの指示に基づき制御される。なお、充電回路１６には、充電中におけるキャパシタユニット１５の電圧上昇を一定に近づけるため、定電流制御手段を備えている。
【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、バッテリー１から出力される電圧を検出するための電圧検知手段１８を有しており、この電圧検知手段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】
次に、車両用電源装置の動作について説明する。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、バッテリー１からＩＧ端子９に接続するイグニッションスイッチ８がＯＮになり、バッテリー１から電源バックアップユニット２および電子制御部３に、電圧１２Ｖが供給される。そして電子制御部３から、バッテリー１からキャパシタユニット１５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１１を介して電源バックアップユニット２に入力し、マイコン１４が充電許可信号を受信し、充電回路１６へ送信する。充電が許可されると、バッテリー１から＋ＢＣ端子１０、充電回路１６を介してキャパシタユニット１５へ、バッテリー１が電圧低下時または異常時に電子制御部３へ供給するための電荷が充電される。
【００２８】
一方、＋ＢＣ端子１０を介してバッテリー１から出力される電圧を、電圧検知手段１８に備えてあるセンサにて検出し、ＯＵＴ端子１３に出力する。ここでバッテリー１から出力される電圧が基準値（９．５Ｖ）以上であれば、バッテリー１からの電圧および電源バックアップユニット２の動作が正常であることを確認して、バッテリー１から電子制御部３へ継続して電力が供給される。
【００２９】
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４を作動させたとき、電子制御部３はブレーキペダル４からの情報が入力されるとともに、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５に出力する。そして出力した情報によりブレーキ５が作動し、タイヤ６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御させることができる。
【００３０】
その後、車両の動作を終了させるためにイグニッションをＯＦＦにすると、バッテリー１からＩＧ端子９に接続するイグニッションスイッチ８はＯＦＦになり、バッテリー１からの電力供給が停止する。このときマイコン１４はキャパシタユニット１５に蓄えられた電荷の放電を指示する信号を、放電回路１７に送信する。そして、この信号に基づき放電回路１７は、キャパシタユニット１５に蓄えられている電荷を放電する。
【００３１】
次に、バッテリー１の電圧低下時または異常時における車両用電源装置の動作について説明する。
【００３２】
車両の動作を開始させると、バッテリー１からキャパシタユニット１５に電荷が充電されるとともに、電圧検知手段１８で、バッテリー１から出力される電圧を検出して、ＯＵＴ端子１３へ出力され、バッテリー１から電子制御部３へ電力が供給される。ここで電圧検知手段１８は、バッテリー１の異常を検出するためのセンサを備えているので、電圧を検出するときにこのセンサによる検出電圧が基準値（９．５Ｖ）未満になると、バッテリー１から出力される電圧が異常であるということを、電圧検知手段１８にて検出する。
【００３３】
この異常を検出した情報に基づき、通常はＯＦＦになっているＦＥＴスイッチ１９がＯＮになり、キャパシタユニット１５からＯＵＴ端子１３への放電が可能となるとともに、バッテリー１からの電力供給が停止する。そして電圧検知手段１８から、マイコン１４へキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷の放電を指示する信号を送信する。この指示によってキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷が、ＦＥＴスイッチ１９を介してＯＵＴ端子１３に出力されて電子制御部３に供給される。
【００３４】
一方、バッテリー１が異常であるとき、この異常をマイコン１４から通信出力端子１２へ信号を送信し、さらに電子制御部３を介して、例えばバッテリー１が異常であるということを車両内部に表示を行い、直ちに車両を停止するように指示をする。この異常のとき、非常電源としてキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷を電子制御部３へ供給しているので、運転者はブレーキペダル４から電子制御部３を介してブレーキ５を作動させることができ、車両を安全に停止させることができる。
【００３５】
また、車両動作中に、キャパシタユニット１５の異常を第２の検出手段にて検出した場合は、キャパシタユニット１５が異常であることを通信出力端子１２を介して電子制御部３へ送信し、バッテリー１の異常時と同様に、キャパシタユニット１５が異常であることを表示する。これにより運転者は整備会社にキャパシタユニット１５の点検、交換等の依頼を行うことができる。
【００３６】
以下、キャパシタユニット１５の異常検出方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図３はキャパシタユニット１５の劣化異常判定のフローチャート、図４（ａ）は充電時のキャパシタユニット１５の電圧を示す図、図４（ｂ）は放電時のキャパシタユニット１５の電圧を示す図、図５（ａ）は各々の温度に対してあらかじめ設定されたキャパシタユニット１５の標準内部容量値を示す図、図５（ｂ）は各々の温度に対してあらかじめ設定されたキャパシタユニット１５の標準内部抵抗値を示す図、図６は各々の温度に対してあらかじめ設定されたキャパシタユニット１５の内部容量値に対する内部抵抗値の限界値を示す図である。以下、本実施の形態の例として、図５（ａ），（ｂ）において求めた数値をもとに説明する。
【００３８】
まず、車両動作開始時、キャパシタユニット１５に充電を開始し、温度を測定する（図３（ａ））。充電開始時から、電圧検知手段１８によりキャパシタユニット１５へ充電されている電圧を検出する。充電中に、キャパシタユニット１５の内部抵抗値を精度よく測定するため、充電を途中で所定の時間、例えば８０ｍｓ間中断する。充電することにより上昇していた電圧は、図４（ａ）に示すように、充電を中断することによりキャパシタユニット１５の電圧分が下降する。この下降した電圧の差によりキャパシタユニット１５の電圧が求められ、この電圧を電圧検知手段１８にて検知する。この電圧と充電時における電流値から、キャパシタユニット１５の内部抵抗値が求められる。８０ｍｓ間充電中断後、充電を再開させ、電圧検知手段１８がキャパシタユニット１５に１２Ｖ充電されていることを検知すると充電を完了する。
【００３９】
一方、キャパシタユニット１５の内部容量値は、充電時における単位時間あたりの電圧変化率を測定することによって求められるが、定電流充電であっても、キャパシタの非線形性により、電圧変化率が常に一定、すなわち常に直線的な変化ではないので、より正確な変化率を求めるため、所定時間毎、例えば１秒毎に複数回繰り返し測定し、これら測定した値の平均値から、内部容量値、内部抵抗値を算出する（図３（ｂ））。
【００４０】
本実施の形態の例では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、充電時におけるキャパシタユニット１５の内部抵抗値は１３０ｍΩ、内部容量値は１０Ｆ、温度は０℃である。
【００４１】
充電後のキャパシタユニット１５の内部容量値と内部抵抗値は、測定時におけるキャパシタユニット１５の温度により推定することができる。その方法を、以下に説明する。
【００４２】
キャパシタユニット１５の充電時に、図５（ａ）に示すように、この充電時に求めたキャパシタユニット１５の内部容量値（１０Ｆ）とこの充電時の温度（０℃）における標準内部容量値（１４Ｆ）との差、および図５（ｂ）に示すように、この充電時に求めたキャパシタユニット１５の内部抵抗値（１３０ｍΩ）とこの充電時の温度（０℃）におけるキャパシタユニット１５の標準内部抵抗値（６０ｍΩ）との差を求める（図３（ｃ））。図５（ａ），（ｂ）より、内部容量値の差は４Ｆ、内部抵抗値の差は７０ｍΩである。
【００４３】
キャパシタユニット１５の温度測定は常時行われているので（図３（ｄ））、前記求められた内部容量値の差および内部抵抗値の差（４Ｆ、７０ｍΩ）から、温度変化毎にキャパシタユニット１５の内部容量値と内部抵抗値の補正を行う（図３（ｅ））。そしてこれらの補正した内部容量値と内部抵抗値を、図６に示した補正時の温度において設定されたキャパシタユニット１５の内部容量値に対する限界抵抗値と比較し、判定を行う（図３（ｆ））。この判定は、５分毎に行われる。これによって、キャパシタユニット１５の劣化判定を行うことができる。
【００４４】
この判定時に、キャパシタユニット１５の内部抵抗値が、図６に示した限界値を超えない場合、キャパシタユニット１５は正常であると判定するが、限界値を超えた場合、キャパシタユニット１５が劣化異常であると判定し、異常であることを車両内部に表示する（ここで正常と判定した場合は、（ｄ）に戻る）。
【００４５】
本実施の形態では、キャパシタユニット１５の温度が０℃から１５℃、３０℃に変化したときの内部容量値を図５（ａ）に、内部抵抗値を図５（ｂ）にそれぞれ示している。前記求めた差（４Ｆ、７０ｍΩ）から、１５℃のときの内部容量値１１Ｆ、内部抵抗値１１５ｍΩ、３０℃のときの内部容量値１１Ｆ、内部抵抗値１１０ｍΩが求められる。
【００４６】
これらの求められた値について、図６を用いて説明する。本実施の形態において、図６より、０℃のときは１０Ｆ、１３０ｍΩに対して限界値は２３０ｍΩ、１５℃のときは１１Ｆ、１１５ｍΩに対して限界値は１８０ｍΩ、３０℃のときは１１Ｆ、１３０ｍΩに対して限界値は８０ｍΩであるので、キャパシタユニット１５は０℃、１５℃のとき正常であり、３０℃のとき異常であると判定する。
【００４７】
ここで、キャパシタユニット１５が異常であると判定したとき、５分後に再度測定を行うが（図３（ｇ））、このときに再び異常であると判定すれば、キャパシタユニット１５の劣化異常が確定し（図３（ｈ））、車両内部にキャパシタユニット１５が劣化による異常であるということの表示を行って、運転者にその異常を知らせる。また、この再測定時に正常であると判定すれば、図３（ｄ）へ戻り、継続して測定し、再度劣化判定を行う。
【００４８】
なお、本実施の形態では、充電を中断し、中断直後の下降電圧から内部抵抗値を求めたが、充電再開直後、または充電開始時の上昇電圧から求めてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態では充電法にて説明したが、図４（ｂ）に示すような放電法で行うことも可能である。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、電源バックアップユニットを充電または放電させるたび毎にキャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を精度よく測定し、さらに測定時の温度における内部抵抗値の限界値と比較することにより、充電毎にキャパシタユニットの劣化状態を確認することができるため、電源バックアップユニットの温度変化に対する信頼性をより高めることができるとともに、車両用電源装置としての安全性をより高めることができるものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、車両の電子制御部に電力供給を行うための補助電源を有し、この補助電源がキャパシタユニットからなることにより、バッテリーの異常時においても、補助電源によって電子制御部へ確実に電力を供給することができるとともに、車両の動作を開始させる毎に、電源バックアップユニットの動作確認とキャパシタユニットの劣化状態を確認することが可能になるため、信頼性の高い電源バックアップユニットを得ることができるとともに、安全性の高い車両用電源装置を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における車両用電源装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの劣化異常判定のフローチャート
【図４】（ａ）本発明の実施の形態における充電時のキャパシタユニットの電圧値を示す図（ｂ）本発明の実施の形態における充電時のキャパシタユニットの電圧値を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの標準内部容量値を示す図（ｂ）本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの標準内部容量値を示す図
【図６】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値を示す図
【符号の説明】
１ バッテリー
２ 電源バックアップユニット
３ 電子制御部
４ ブレーキペダル
５ ブレーキ
６ タイヤ
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 電圧検知手段
１９ ＦＥＴスイッチ
２０ 電源供給端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に車両の制動を電気的に行う車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、それに伴い、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んでおり、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ーが用いられる場合があるが、その場合このバッテリーだけでは、何等かの原因で電力が供給できなくなると、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ーとは別に補助のバッテリー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。
【０００４】
なお、この出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１１６５７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補助電源は非常時の車両制動に拘わるため、非常時に確実に電力供給が行われることが極めて重要なポイントであり、そのため補助電源の寿命を確実に予測することができるとともに、補助電源の状態を常に検出することができることが極めて重要なポイントになっている。
【０００７】
ここで、補助電源としてバッテリーを用いた場合、バッテリーの寿命を予想することが非常に困難なため、またバッテリーの状態も電圧は確認できても、電圧だけでは状態の異変までは検出することが困難なため、早め早めの定期的な交換が必要であった。また、それによって、より高い安全性を確保しようとするものであった。
【０００８】
ただ、このバッテリーを早め早めに定期的に交換しても、日々あるいは車両スタート時毎にバッテリーの状態をチェックすることは困難なため、さらなる安全性の向上を図ることが困難であった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、補助電源としての寿命を予想することができるとともに、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実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、特に、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／または前記車両の走行状態に応じた情報が入力されるとともに、それらの情報に基づき前記車両の制動を制御するための情報がブレーキに出力されるように設けられた電子制御部と、この電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うためのバッテリーと、このバッテリーの異常時に前記電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うための補助電源とを有し、この補助電源が複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットと、このキャパシタユニットの異常を検出するための異常検出手段とを有する電源バックアップユニットからなり、前記異常検出手段は、前記キャパシタユニットを充電する際に、充電開始時に求められた電圧、または充電を途中で中断させてこの中断時に求められた電圧から、キャパシタユニットの内部抵抗値を測定し、充電時におけるキャパシタユニットの単位時間あたりの電圧変化率からキャパシタユニットの内部容量値を測定することを特徴とする車両用電源装置である。
【００１１】
これにより、補助電源としてキャパシタユニットを用いているため、補助電源としての寿命が大幅に延びるとともに、車両の耐久寿命とほぼ同程度まで延ばすことができ、結果として、電源バックアップユニットとしてのメンテナンスフリー化を実現することができる。また、充電を途中で中断することにより求められるキャパシタユニットの電圧から内部抵抗値、充電時における電圧変化率により内部容量値を求めることができるので、より精度よくキャパシタユニットの内部抵抗値と内部容量値を測定することが可能となる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、異常検出手段は、キャパシタユニットを放電する際に、放電開始時に求められた電圧、または放電を途中で中断させてこの中断時に求められた電圧から、キャパシタユニットの内部抵抗値を測定し、放電時におけるキャパシタユニットの単位時間あたりの電圧変化率から、キャパシタユニットの内部容量値を測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置であり、放電を途中で中断することにより求められるキャパシタユニットの電圧から内部抵抗値、放電時における電圧変化率から内部容量値をそれぞれ求めることができるので、より精度よくキャパシタユニットの内部抵抗値と内部容量値を測定することが可能となる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、キャパシタユニットの内部容量値を求めるための電圧変化率を、所定時間毎に複数回測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置であり、複数回測定することにより、より精度よく電圧変化率を測定することができ、結果として正確なキャパシタユニットの内部容量値を測定することができるものである。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、異常検出手段は、キャパシタユニットの電荷充電時に、請求項１に記載の方法により内部容量値と内部抵抗値を測定し、さらに前記充電時におけるキャパシタユニットの温度を測定し、これらの測定した内部容量値および内部抵抗値と、前記充電時に測定した温度において、あらかじめ初期設定された前記キャパシタユニットの標準内部容量値および標準内部抵抗値との差を求め、これらの差に基づき、前記充電時から所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を補正し、これらの補正された前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値と、あらかじめ初期設定された前記所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することによって、前記キャパシタユニットの劣化状態を判定することを特徴とする車両用電源装置である。
【００１５】
これにより、電源バックアップユニットを充電させるたび毎にキャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を測定し、温度変化毎に各々の温度においてあらかじめ設定された限界値との比較により劣化状態を判定するので、充電毎にキャパシタユニットの劣化状態を確認することができ、電源バックアップユニットの温度変化に対する信頼性をより高めることができるとともに、車両用電源装置としての安全性をより高めることができるものである。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、異常検出手段は、キャパシタユニットの電荷放電時に、請求項２に記載の方法により内部容量値と内部抵抗値を測定し、さらに前記放電時におけるキャパシタユニットの温度を測定し、これらの測定した内部容量値および内部抵抗値と、前記放電時に測定した温度において、あらかじめ初期設定された前記キャパシタユニットの標準内部容量値および標準内部抵抗値との差を求め、これらの差に基づき、前記放電時から所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を補正し、これらの補正された前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値と、あらかじめ初期設定された前記所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することによって、前記キャパシタユニットの劣化状態を判定することを特徴とする車両用電源装置である。
【００１７】
これにより、電源バックアップユニットを放電させるたび毎にキャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を測定し、温度変化毎に各々の温度においてあらかじめ設定された限界値との比較により劣化状態を判定するので、放電毎にキャパシタユニットの劣化状態を確認することができ、電源バックアップユニットの温度変化に対する信頼性をより高めることができるとともに、車両用電源装置としての安全性をより高めることができるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の構成図である。
【００２０】
まず図１において、１は車両内に電力を供給するための１２Ｖ用バッテリーであり、このバッテリー１の補助電源として電源バックアップユニット２が設けられている。そして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３が設けられており、バッテリー１および電源バックアップユニット２から、この電子制御部３へ電力供給が行われている。さらに電子制御部３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４が設けられており、このブレーキペダル４からの情報を、電子制御部３を介してブレーキ５の制御を行い、このブレーキ５によって、タイヤ６を制動させる。
【００２１】
次に、本実施の形態における車両用電源装置の詳細な構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図である。
【００２２】
図２において、バッテリー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に接続されるとともに、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ー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。電源バックアップユニット２は、バッテリー１の異常時に電子制御部３を介してブレーキ５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である複数のキャパシタを用いて形成している。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からの指示に基づき制御される。なお、充電回路１６には、充電中におけるキャパシタユニット１５の電圧上昇を一定に近づけるため、定電流制御手段を備えている。
【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、バッテリー１から出力される電圧を検出するための電圧検知手段１８を有しており、この電圧検知手段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】
次に、車両用電源装置の動作について説明する。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、バッテリー１からＩＧ端子９に接続するイグニッションスイッチ８がＯＮになり、バッテリー１から電源バックアップユニット２および電子制御部３に、電圧１２Ｖが供給される。そして電子制御部３から、バッテリー１からキャパシタユニット１５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１１を介して電源バックアップユニット２に入力し、マイコン１４が充電許可信号を受信し、充電回路１６へ送信する。充電が許可されると、バッテリー１から＋ＢＣ端子１０、充電回路１６を介してキャパシタユニット１５へ、バッテリー１が電圧低下時または異常時に電子制御部３へ供給するための電荷が充電される。
【００２８】
一方、＋ＢＣ端子１０を介してバッテリー１から出力される電圧を、電圧検知手段１８に備えてあるセンサにて検出し、ＯＵＴ端子１３に出力する。ここでバッテリー１から出力される電圧が基準値（９．５Ｖ）以上であれば、バッテリー１からの電圧および電源バックアップユニット２の動作が正常であることを確認して、バッテリー１から電子制御部３へ継続して電力が供給される。
【００２９】
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４を作動させたとき、電子制御部３はブレーキペダル４からの情報が入力されるとともに、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５に出力する。そして出力した情報によりブレーキ５が作動し、タイヤ６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御させることができる。
【００３０】
その後、車両の動作を終了させるためにイグニッションをＯＦＦにすると、バッテリー１からＩＧ端子９に接続するイグニッションスイッチ８はＯＦＦになり、バッテリー１からの電力供給が停止する。このときマイコン１４はキャパシタユニット１５に蓄えられた電荷の放電を指示する信号を、放電回路１７に送信する。そして、この信号に基づき放電回路１７は、キャパシタユニット１５に蓄えられている電荷を放電する。
【００３１】
次に、バッテリー１の電圧低下時または異常時における車両用電源装置の動作について説明する。
【００３２】
車両の動作を開始させると、バッテリー１からキャパシタユニット１５に電荷が充電されるとともに、電圧検知手段１８で、バッテリー１から出力される電圧を検出して、ＯＵＴ端子１３へ出力され、バッテリー１から電子制御部３へ電力が供給される。ここで電圧検知手段１８は、バッテリー１の異常を検出するためのセンサを備えているので、電圧を検出するときにこのセンサによる検出電圧が基準値（９．５Ｖ）未満になると、バッテリー１から出力される電圧が異常であるということを、電圧検知手段１８にて検出する。
【００３３】
この異常を検出した情報に基づき、通常はＯＦＦになっているＦＥＴスイッチ１９がＯＮになり、キャパシタユニット１５からＯＵＴ端子１３への放電が可能となるとともに、バッテリー１からの電力供給が停止する。そして電圧検知手段１８から、マイコン１４へキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷の放電を指示する信号を送信する。この指示によってキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷が、ＦＥＴスイッチ１９を介してＯＵＴ端子１３に出力されて電子制御部３に供給される。
【００３４】
一方、バッテリー１が異常であるとき、この異常をマイコン１４から通信出力端子１２へ信号を送信し、さらに電子制御部３を介して、例えばバッテリー１が異常であるということを車両内部に表示を行い、直ちに車両を停止するように指示をする。この異常のとき、非常電源としてキャパシタユニット１５に蓄えられていた電荷を電子制御部３へ供給しているので、運転者はブレーキペダル４から電子制御部３を介してブレーキ５を作動させることができ、車両を安全に停止させることができる。
【００３５】
また、車両動作中に、キャパシタユニット１５の異常を第２の検出手段にて検出した場合は、キャパシタユニット１５が異常であることを通信出力端子１２を介して電子制御部３へ送信し、バッテリー１の異常時と同様に、キャパシタユニット１５が異常であることを表示する。これにより運転者は整備会社にキャパシタユニット１５の点検、交換等の依頼を行うことができる。
【００３６】
以下、キャパシタユニット１５の異常検出方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図３はキャパシタユニット１５の劣化異常判定のフローチャート、図４（ａ）は充電時のキャパシタユニット１５の電圧を示す図、図４（ｂ）は放電時のキャパシタユニット１５の電圧を示す図、図５（ａ）は各々の温度に対してあらかじめ設定されたキャパシタユニット１５の標準内部容量値を示す図、図５（ｂ）は各々の温度に対してあらかじめ設定されたキャパシタユニット１５の標準内部抵抗値を示す図、図６は各々の温度に対してあらかじめ設定されたキャパシタユニット１５の内部容量値に対する内部抵抗値の限界値を示す図である。以下、本実施の形態の例として、図５（ａ），（ｂ）において求めた数値をもとに説明する。
【００３８】
まず、車両動作開始時、キャパシタユニット１５に充電を開始し、温度を測定する（図３（ａ））。充電開始時から、電圧検知手段１８によりキャパシタユニット１５へ充電されている電圧を検出する。充電中に、キャパシタユニット１５の内部抵抗値を精度よく測定するため、充電を途中で所定の時間、例えば８０ｍｓ間中断する。充電することにより上昇していた電圧は、図４（ａ）に示すように、充電を中断することによりキャパシタユニット１５の電圧分が下降する。この下降した電圧の差によりキャパシタユニット１５の電圧が求められ、この電圧を電圧検知手段１８にて検知する。この電圧と充電時における電流値から、キャパシタユニット１５の内部抵抗値が求められる。８０ｍｓ間充電中断後、充電を再開させ、電圧検知手段１８がキャパシタユニット１５に１２Ｖ充電されていることを検知すると充電を完了する。
【００３９】
一方、キャパシタユニット１５の内部容量値は、充電時における単位時間あたりの電圧変化率を測定することによって求められるが、定電流充電であっても、キャパシタの非線形性により、電圧変化率が常に一定、すなわち常に直線的な変化ではないので、より正確な変化率を求めるため、所定時間毎、例えば１秒毎に複数回繰り返し測定し、これら測定した値の平均値から、内部容量値、内部抵抗値を算出する（図３（ｂ））。
【００４０】
本実施の形態の例では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、充電時におけるキャパシタユニット１５の内部抵抗値は１３０ｍΩ、内部容量値は１０Ｆ、温度は０℃である。
【００４１】
充電後のキャパシタユニット１５の内部容量値と内部抵抗値は、測定時におけるキャパシタユニット１５の温度により推定することができる。その方法を、以下に説明する。
【００４２】
キャパシタユニット１５の充電時に、図５（ａ）に示すように、この充電時に求めたキャパシタユニット１５の内部容量値（１０Ｆ）とこの充電時の温度（０℃）における標準内部容量値（１４Ｆ）との差、および図５（ｂ）に示すように、この充電時に求めたキャパシタユニット１５の内部抵抗値（１３０ｍΩ）とこの充電時の温度（０℃）におけるキャパシタユニット１５の標準内部抵抗値（６０ｍΩ）との差を求める（図３（ｃ））。図５（ａ），（ｂ）より、内部容量値の差は４Ｆ、内部抵抗値の差は７０ｍΩである。
【００４３】
キャパシタユニット１５の温度測定は常時行われているので（図３（ｄ））、前記求められた内部容量値の差および内部抵抗値の差（４Ｆ、７０ｍΩ）から、温度変化毎にキャパシタユニット１５の内部容量値と内部抵抗値の補正を行う（図３（ｅ））。そしてこれらの補正した内部容量値と内部抵抗値を、図６に示した補正時の温度において設定されたキャパシタユニット１５の内部容量値に対する限界抵抗値と比較し、判定を行う（図３（ｆ））。この判定は、５分毎に行われる。これによって、キャパシタユニット１５の劣化判定を行うことができる。
【００４４】
この判定時に、キャパシタユニット１５の内部抵抗値が、図６に示した限界値を超えない場合、キャパシタユニット１５は正常であると判定するが、限界値を超えた場合、キャパシタユニット１５が劣化異常であると判定し、異常であることを車両内部に表示する（ここで正常と判定した場合は、（ｄ）に戻る）。
【００４５】
本実施の形態では、キャパシタユニット１５の温度が０℃から１５℃、３０℃に変化したときの内部容量値を図５（ａ）に、内部抵抗値を図５（ｂ）にそれぞれ示している。前記求めた差（４Ｆ、７０ｍΩ）から、１５℃のときの内部容量値１１Ｆ、内部抵抗値１１５ｍΩ、３０℃のときの内部容量値１１Ｆ、内部抵抗値１１０ｍΩが求められる。
【００４６】
これらの求められた値について、図６を用いて説明する。本実施の形態において、図６より、０℃のときは１０Ｆ、１３０ｍΩに対して限界値は２３０ｍΩ、１５℃のときは１１Ｆ、１１５ｍΩに対して限界値は１８０ｍΩ、３０℃のときは１１Ｆ、１３０ｍΩに対して限界値は８０ｍΩであるので、キャパシタユニット１５は０℃、１５℃のとき正常であり、３０℃のとき異常であると判定する。
【００４７】
ここで、キャパシタユニット１５が異常であると判定したとき、５分後に再度測定を行うが（図３（ｇ））、このときに再び異常であると判定すれば、キャパシタユニット１５の劣化異常が確定し（図３（ｈ））、車両内部にキャパシタユニット１５が劣化による異常であるということの表示を行って、運転者にその異常を知らせる。また、この再測定時に正常であると判定すれば、図３（ｄ）へ戻り、継続して測定し、再度劣化判定を行う。
【００４８】
なお、本実施の形態では、充電を中断し、中断直後の下降電圧から内部抵抗値を求めたが、充電再開直後、または充電開始時の上昇電圧から求めてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態では充電法にて説明したが、図４（ｂ）に示すような放電法で行うことも可能である。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、電源バックアップユニットを充電または放電させるたび毎にキャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を精度よく測定し、さらに測定時の温度における内部抵抗値の限界値と比較することにより、充電毎にキャパシタユニットの劣化状態を確認することができるため、電源バックアップユニットの温度変化に対する信頼性をより高めることができるとともに、車両用電源装置としての安全性をより高めることができるものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、車両の電子制御部に電力供給を行うための補助電源を有し、この補助電源がキャパシタユニットからなることにより、バッテリーの異常時においても、補助電源によって電子制御部へ確実に電力を供給することができるとともに、車両の動作を開始させる毎に、電源バックアップユニットの動作確認とキャパシタユニットの劣化状態を確認することが可能になるため、信頼性の高い電源バックアップユニットを得ることができるとともに、安全性の高い車両用電源装置を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における車両用電源装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの劣化異常判定のフローチャート
【図４】（ａ）本発明の実施の形態における充電時のキャパシタユニットの電圧値を示す図（ｂ）本発明の実施の形態における充電時のキャパシタユニットの電圧値を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの標準内部容量値を示す図（ｂ）本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの標準内部容量値を示す図
【図６】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値を示す図
【符号の説明】
１ バッテリー
２ 電源バックアップユニット
３ 電子制御部
４ ブレーキペダル
５ ブレーキ
６ タイヤ
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 電圧検知手段
１９ ＦＥＴスイッチ
２０ 電源供給端子
Claims (5)
- 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／または前記車両の走行状態に応じた情報が入力されるとともに、それらの情報に基づき前記車両の制動を制御するための情報がブレーキに出力されるように設けられた電子制御部と、この電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うためのバッテリーと、このバッテリーの異常時に前記電子制御部を介して前記ブレーキへの電力供給を行うための補助電源とを有し、この補助電源が複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットと、このキャパシタユニットの異常を検出するための異常検出手段とを有する電源バックアップユニットからなり、前記異常検出手段は、前記キャパシタユニットを充電する際に、充電開始時に求められた電圧、または充電を途中で中断させてこの中断時に求められた電圧から、キャパシタユニットの内部抵抗値を測定し、充電時におけるキャパシタユニットの単位時間あたりの電圧変化率からキャパシタユニットの内部容量値を測定することを特徴とする車両用電源装置。
- 異常検出手段は、キャパシタユニットを放電する際に、放電開始時に求められた電圧、または放電を途中で中断させてこの中断時に求められた電圧から、キャパシタユニットの内部抵抗値を測定し、放電時におけるキャパシタユニットの単位時間あたりの電圧変化率から、キャパシタユニットの内部容量値を測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
- キャパシタユニットの内部容量値を求めるための電圧変化率を、所定時間毎に複数回測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
- 異常検出手段は、キャパシタユニットの電荷充電時に、請求項１に記載の方法により内部容量値と内部抵抗値を測定し、さらに前記充電時におけるキャパシタユニットの温度を測定し、これらの測定した内部容量値および内部抵抗値と、前記充電時に測定した温度において、あらかじめ初期設定された前記キャパシタユニットの標準内部容量値および標準内部抵抗値との差を求め、これらの差に基づき、前記充電時から所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を補正し、これらの補正された前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値と、あらかじめ初期設定された前記所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することによって、前記キャパシタユニットの劣化状態を判定することを特徴とする車両用電源装置。
- 異常検出手段は、キャパシタユニットの電荷放電時に、請求項２に記載の方法により内部容量値と内部抵抗値を測定し、さらに前記放電時におけるキャパシタユニットの温度を測定し、これらの測定した内部容量値および内部抵抗値と、前記放電時に測定した温度において、あらかじめ初期設定された前記キャパシタユニットの標準内部容量値および標準内部抵抗値との差を求め、これらの差に基づき、前記放電時から所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値を補正し、これらの補正された前記キャパシタユニットの内部容量値と内部抵抗値と、あらかじめ初期設定された前記所定時間経過後の温度における前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することによって、前記キャパシタユニットの劣化状態を判定することを特徴とする車両用電源装置。
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