JP2007159280A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタの能力に対応した、より正確な昇温が可能な車両用電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】起動時にあらかじめ現在のキャパシタの能力に対応した温度と内部抵抗の相関関係を求めておき（Ｓ１〜Ｓ１１）、充放電を繰り返す毎に内部抵抗を求めて前記相関関係からキャパシタ内部の温度を求めるものであり（Ｓ１２〜Ｓ１７）、これによりキャパシタ内部の正確な温度を得ることができるので、キャパシタを正確に目標温度に昇温することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明はバッテリ等を利用した電子機器の非常用電源に関するものであり、特に、車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用される車両用電源装置に関するものである。

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、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種の提案がなされてきている。

一般に車両の油圧制御を電気的に行うためには、電源としてバッテリが用いられるが、その場合バッテリだけでは何らかの原因で電力の供給が断たれると油圧制御ができなくなり、車両の制動が不可能になる可能性がある。

そこで、バッテリとは別に非常用補助電源として大容量キャパシタ等の蓄電素子を搭載することにより非常時の対応ができるような提案がなされている。

このような車両用電源装置のキャパシタは、特に車両が低温下で保管された状態で起動すると、キャパシタ一般の特性として低温になれば内部抵抗が急に大きくなり、容量は急に小さくなるため、本来の車両用電源装置としての仕様を満たすことができなくなる。

そこで、蓄電素子としてキャパシタではなくバッテリを用いた例ではあるが、強制的にバッテリへの充放電を行うことで電流を流し、バッテリの内部抵抗により発熱させて温度を上げる構成が提案されている。

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。
特許第３４４９２２６号公報

このようなバッテリの温度を上げる構成の一例として、以下、ハイブリッド車両について説明する。

図１３は前記ハイブリッド車両のブロック構成図を示す。

ハイブリッド車両１は基本的にはエンジン２と、複数のモーター３、４、５と、それらに接続したインバーター６、７、８と、電力を供給するバッテリ９と、システム全体を制御するコントローラー１０から構成される。

もし、ハイブリッド車両１を起動する時に周囲温度が低温（例えば氷点下数十度）であったとすると、バッテリ９は本来の要求性能を発揮できない。

そこで、コントローラー１０は低温環境であれば、バッテリ９を強制的に充放電し温度を上げる動作を行う。

具体的には、放電する場合はモーター３を駆動してエンジン２の始動やアシストを行ったり、油圧装置１１に接続されたモーター５を高速駆動するなどの動作を行う。

充電する場合はモーター３を発電機として用い、エンジン２の駆動力を電力に変換してバッテリ９を充電する。

このようにバッテリ９を充放電することでバッテリ９の温度が上がり、車両の要求性能を満たすことができるようになる。

以上のような動作によって、確かに蓄電素子としてのバッテリ９の温度を上げることができるのであるが、この手法をそのままキャパシタに適用するのは困難である。

これは、以下の理由による。

前記従来の方法はバッテリ温度センサ（図示せず）だけでなくバッテリ９の内部抵抗からも周囲温度の低さを判定している。これによりバッテリ９内部の温度を正確に判定することができる。

従って、キャパシタについても低温では内部抵抗が大きく容量が小さくなる特性を利用して、前記バッテリと同様の手法を用いることで、キャパシタ内部の温度を正確に判定できる。

しかし、キャパシタは劣化による能力の低下によっても徐々に内部抵抗が変化してしまう性質がある。これに対しては前記従来の方法では何ら劣化に対する補正が考慮されていないため、キャパシタ能力変化時における目標温度への昇温制御の観点からは不正確になると考える。

従って、キャパシタを昇温する場合は現在のキャパシタの能力を考慮した充放電制御を行わなければ最終的に目標とする温度から外れてしまうという課題があった。

なお、キャパシタの能力とは、車両用電源装置を複数製造した場合に、最も内部抵抗が低く容量が大きい値のものを能力１００％、キャパシタが車両用電源装置として使用できなくなる劣化限界における内部抵抗値や容量値に至った時に能力０％と以下定義する。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、キャパシタの能力に対応した、より正確な昇温が可能な車両用電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は起動時にあらかじめ現在のキャパシタの能力に対応した温度と内部抵抗の相関関係を求めておき、充放電を繰り返す毎に内部抵抗を求めて前記相関関係からキャパシタ内部の温度を求めるものである。

本構成により、キャパシタ内部の正確な温度を得ることが可能となる。その結果、前記目的を達成することができる。

本発明の車両用電源装置によれば、キャパシタの能力を考慮することで正確に目標温度まで昇温できるため、ハイブリッド車両を低温で起動しても本来の要求性能を十分発揮することができる車両用電源装置が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは例としてハイブリッド車両制動用の車両用電源装置について説明する。

（実施の形態１）
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ブロック回路図である。図２は本発明の実施の形態１における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。図３は本発明の実施の形態１における車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電特性図で、（ａ）はキャパシタ電圧特性図、（ｂ）は充放電電流特性図である。図４は本発明の実施の形態１における車両用電源装置のキャパシタの劣化に応じた内部抵抗および容量の温度特性図である。

図１において、車両用電源装置２０はバッテリからなる直流電源２１と車両制動制御を行う負荷２２の間に接続されている。

車両用電源装置２０の詳細な構成は以下の通りである。

まず、非常用電源として直流電源２１の電力を充電するためのキャパシタ２３が設けられている。キャパシタ２３は複数の電気二重層キャパシタから構成されている。

キャパシタ２３には充電を制御するための充電回路２４と、キャパシタ２３の電荷を放電するための放電回路２５が接続されている。

さらに、直流電源２１の電圧を検出する直流電源電圧計２６に加え、キャパシタ２３の電圧を検出するキャパシタ電圧計２７が接続されている。

また、キャパシタ２３への充放電電流を検出するためのキャパシタ電流計２８が充電回路２４および放電回路２５と、キャパシタ２３との間に接続されている。この位置に接続することにより、キャパシタ２３の充電時、放電時のいずれの電流も検出することができる。

キャパシタ２３の近傍には温度センサ２９が設けられている。これによりキャパシタ２３の近傍温度（周囲温度）を検出している。なお、温度センサ２９には感度が優れるサーミスタを用いた。

また、通常は直流電源２１の電力が負荷２２に供給されているが、万一直流電源電圧計２６の出力が負荷２２を駆動できない電圧値まで下がり、直流電源２１の電力供給が不十分になったり停止した時には、キャパシタ２３の電力を負荷２２に供給するようにするために、直流電源２１の電力またはキャパシタ２３の電力のいずれかに切り替えるスイッチ３０が車両用電源装置２０の負荷側に設けられている。

なお、スイッチ３０は信号により切替制御可能な構造となっている。

充電回路２４、放電回路２５、直流電源電圧計２６、キャパシタ電圧計２７、キャパシタ電流計２８、温度センサ２９、およびスイッチ３０は制御部としてのマイクロコンピュータ３１に接続されており、これにより回路全体を制御している。

次に車両用電源装置２０の動作について、主に図２のフローチャートを用いながら、説明の補足として図３、図４を参照しつつ述べる。

車両を起動するためにイグニションスイッチをオンにすると、マイクロコンピュータ３１は図２に示すフローチャートに従って車両用電源装置２０を制御する。

まず、図２の左側に示したメインルーチン１に従って、温度センサ２９の出力から現在の周囲温度Ｔ０を求める（Ｓ１）。

次にキャパシタ電圧計２７により充電前のキャパシタ電圧Ｖｂを求める（Ｓ２）。

これは、キャパシタ２３の寿命を延ばすため、車両使用後にイグニションスイッチをオフにした際に、キャパシタ２３の電荷を放電回路２５によって放電するように制御しているが、電荷を完全に放電することは困難なため、僅かにキャパシタ電圧が発生する。

従って、後述するキャパシタ２３の内部抵抗を正確に求めるために、充電前にキャパシタ電圧を求めておく。

次に、充電回路２４によって直流電源２１の電力をキャパシタ２３に定電流Ｉで充電を行う（Ｓ３）。この時、キャパシタ電流計２８の出力をモニターして定電流Ｉで充電されるよう充電回路２４をフィードバック制御している。

また、充電開始と同時に充電開始直後のキャパシタ電圧Ｖａをキャパシタ電圧計２７で求める（Ｓ４）。

Ｓ２、Ｓ４より求めた充電開始直後のキャパシタ電圧Ｖａと充電前キャパシタ電圧Ｖｂから、両者の電圧差Ｖｕ＝Ｖａ−Ｖｂを求める（Ｓ５）。

ここまでのキャパシタ電圧Ｖと充電電流Ｉの経時変化を図３（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。

図３（ｂ）に示すように時間ｔ０で充電電流（定電流）Ｉにより充電を開始すると、図３（ａ）に示すようにキャパシタ電圧Ｖは起動時の温度に応じたキャパシタ２３の内部抵抗分だけ急峻に電圧が上昇し、その後、Ｉは一定なので時間とともにＶが上昇し充電されていく。

従って、Ｖｕを求めるために、マイクロコンピュータ３１は充電電流Ｉをキャパシタ２３に供給する前と供給直後にキャパシタ電圧計２７の電圧出力をＶｂ、Ｖａとしてそれぞれ読み込んでいる。

次に、図２に戻って、Ｓ５で求めたＶｕからキャパシタ２３の起動直後の内部抵抗Ｒ０を求める（Ｓ６）。なお、Ｒ０は次の（１）式で求められる。

Ｒ０＝Ｖｕ／Ｉ （１）
次に、求めたＲ０がキャパシタ２３の劣化限界値（能力０％）に至っているか否かを判断する（Ｓ７）。

なお、キャパシタ２３の内部抵抗の劣化限界値は、あらかじめ複数のキャパシタ２３に対する劣化時の内部抵抗を平均して求めておき、マイクロコンピュータ３１に接続されたＲＯＭ（図示せず）に記憶させてある。

Ｒ０が劣化限界値より大きければ（Ｓ７のＹｅｓ）、マイクロコンピュータ３１はキャパシタ２３が劣化していることを車両側のコンピュータ（図示せず）に伝達することで、運転者に劣化警告を行う（Ｓ８）。

その後、安全のため直ちに充電を停止し（Ｓ９）、キャパシタ２３の電荷を放電した後（Ｓ１０）、車両用電源装置２０の動作を終える。

Ｒ０が劣化限界値以下であれば（Ｓ７のＮｏ）、キャパシタ２３へ充電を行っている間にマイクロコンピュータ３１は温度Ｔと内部抵抗Ｒの複数の相関関係の内、いずれかをＴ０、Ｒ０から決定する（Ｓ１１）。

具体的には図４を用いて以下の原理、方法で決定する。

図４はキャパシタ２３の内部抵抗Ｒと容量Ｃの温度特性を示すグラフであり、それぞれキャパシタ２３が能力１００％から能力０％に変化していく様子も合わせて示している。なお、図４で左縦軸は内部抵抗Ｒを、右縦軸は容量Ｃを示す。

図４より明らかなように、内部抵抗Ｒは温度が下がるほど、また能力が低下するほど大きくなることがわかる。反対に容量Ｃは温度が下がるほど、また能力が低下するほど小さくなることがわかる。

従って、能力に応じた温度Ｔと内部抵抗Ｒの相関、または温度Ｔと容量Ｃの相関がわかれば、ＲまたはＣを求めることでキャパシタ２３の内部の正確な温度Ｔを知ることができる。

このようにしてＴを求める理由は、車両用電源装置２０の使用途中では温度センサ２９の設置位置やキャパシタ２３の熱容量等の関係で、必ずしも温度センサ２９の温度出力とキャパシタ２３の内部の温度が一致するとは限らないためである。

但し、図４よりＣの温度特性は約−２５℃から約２５℃の広い範囲に渡ってほとんど温度Ｔによる変化が見られないことがわかる。従って、Ｃを求めてキャパシタ２３の内部のＴを得るとＴが高くなるほど極めて誤差が大きくなる。

一方、Ｒの温度特性は非線形ではあるもののＴによる変化が１対１に十分得られるので、Ｒを求めて正確なキャパシタ２３の内部のＴを得ることができる。

以上の原理から、Ｒを求めることで、キャパシタ２３の能力による変化を補正した現在の正確なＴが求められる。

そこで、Ｔを求めるために必要なのが現在のキャパシタ２３の能力に応じたＴとＲの相関関係である。

これは、Ｓ１、Ｓ６で求めたＴ０、Ｒ０から、Ｔ０におけるＲ０をほぼ満たす、すなわち、図４の座標（Ｔ０、Ｒ０）をほぼ通る両者の相関関係線を求めることで得ている。

これについては、起動直後では温度センサ２９の温度出力であるＴ０とキャパシタ２３の内部温度Ｔはほぼ等しいとの前提で、この時のＲ０を求めることにより正確なＴとＲの相関点（座標）を得ているのである。

この相関点（Ｔ０、Ｒ０）をほぼ通る相関関係線が現在のキャパシタ２３の能力を反映したものとして決定できる。本実施の形態１では図４の３本の相関関係線の内、能力１００％と０％の中間の相関関係線（太線で示した）上に座標（Ｔ０、Ｒ０）が含まれるとして、前記中間の相関関係線を選択決定した。

なお、キャパシタ２３の能力が低下すると、起動時に同じＴ０であってもＲ０が大きくなるので、さらに能力が低下した正しい相関関係線（図４で上方の相関関係線）を決定することができる。

また、温度センサ２９は充電回路２４などの発熱源となる回路の熱影響を受けることがない位置に設置している。

従って、もしＴ０が発熱源の影響を受けて本来の温度より高い値を示すと、座標（Ｔ０、Ｒ０）が実際より能力の劣る相関関係線を通ってしまうため、間違った相関関係線を選択してしまうが、本実施の形態１では温度センサ２９の設置位置の配慮により前記間違いが起こらないようにしている。

これにより、キャパシタ２３の正確な温度制御が可能となる。

さらに、温度センサ２９の温度出力とキャパシタ２３の内部の温度がほぼ一致する起動直後に限って相関関係線を決定しているので、より高精度にキャパシタ２３の昇温温度を制御できる。

以上のことから、動作としてはマイクロコンピュータ３１に接続されたＲＯＭ（図示せず）に、あらかじめキャパシタ２３の能力毎に求めておいて記憶させた温度Ｔと内部抵抗Ｒの複数の相関関係線の内、Ｓ１，Ｓ６で得た座標（Ｔ０、Ｒ０）をほぼ含む相関関係線を選択決定している。

なお、図４にはキャパシタ２３の劣化毎のＴとＲの相関関係線を３本しか記載していないが、これは図４を見やすくするためである。実際にはさらに多くの相関関係線を記憶させることで、より正確なＴを求めている。

次に、図２のフローチャートに戻って、Ｓ１１でＴとＲの相関関係を決定した後、温度センサ２９の温度Ｔ０が既定温度（例えば目標２５℃）以上であれば（Ｓ１２のＹｅｓ）、キャパシタ２３を昇温する必要がないので、後述するＳ１１０にジャンプし、キャパシタ２３を満充電にして昇温動作を終了する。

一方、Ｔ０が既定温度に達していなければ（Ｓ１２のＮｏ）、以下の昇温動作を行う。

まず、キャパシタ２３の電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖと等しくなったか否かを判定する（Ｓ１３）。これはＳ３から充電をし続けているが、その終了の判定を行っていることに相当する。

なお、充電既定電圧Ｖｖは本実施の形態１ではキャパシタ２３に定電流で充電できる上限電圧とした。これにより、電流Ｉができるだけ長くキャパシタ２３に流れるので、その分早く昇温することができる。

ここで、キャパシタ２３は複数のキャパシタからなるので、充電既定電圧Ｖｖはこれらを接続した状態での電圧とした。

ＶがＶｖに至っていない時は（Ｓ１３のＮｏ）、Ｖｖに至るまでＳ１３を繰り返す。

ＶがＶｖと等しくなれば（Ｓ１３のＹｅｓ）、充電回路２４を制御して直ちに充電を停止する（Ｓ１４）。

次に、放電回路２５によりキャパシタ２３の電荷を充電時と絶対値が同じ定電流−Ｉで放電する（Ｓ１５）。なお、本実施の形態１では充電時と絶対値が同じ定電流−Ｉで放電しているが、特に絶対値が同じ定電流で放電する必要はない。

但し、放電電流絶対値が小さければ放電が遅くなるため、充電電流と絶対値が同等かそれ以上が望ましい。

ここまでのキャパシタ電圧Ｖと充放電電流Ｉの経時変化を図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図３（ａ）において、時間ｔ０で充電を開始し、時間とともにキャパシタ電圧Ｖが上昇するが、やがて時間ｔ１でＶは充電既定電圧Ｖｖに等しくなる（図２のＳ１３）。

時間ｔ１で充電を停止し（図２のＳ１４）、放電を開始すると（図２のＳ１５）、電流はＩから−Ｉに逆転し、それに応じたキャパシタ２３の内部抵抗Ｒによるキャパシタ電圧Ｖの急峻な電圧降下を起こす。

この電圧降下は内部抵抗ＲがＲ０のままであれば、電流が逆転するので時間ｔ０の電圧上昇Ｖｕの２倍の電圧降下を起こすが、時間ｔ１ではすでに充電が行われているので、それに伴うキャパシタ２３の温度上昇が起こっており、ｔ１での内部抵抗Ｒは起動時のＲ０より小さくなっている。

従って、キャパシタ電圧Ｖの電圧降下はｔ０でのＶｕの２倍未満の値となる。

その後、時間とともに定電流−Ｉで放電され、キャパシタ電圧Ｖは下降していく。なお、マイクロコンピュータ３１は定電流−Ｉが一定になるようにキャパシタ電流計２８の出力をモニターして放電回路２５をフィードバック制御している。

時間ｔ１からｔ２で下降するキャパシタ電圧Ｖの傾きは起動充電時（時間ｔ０〜ｔ１）の上昇する傾きに比べ緩やかになる。これは、時間ｔ０〜ｔ１で充電することによる発熱でキャパシタ２３の内部温度Ｔが上昇し、図４のＴとＲの相関関係よりキャパシタ２３の内部抵抗Ｒが下がり容量が回復したためである。

次に、図２に戻って、Ｓ１５で放電を開始した後は、放電既定電圧Ｖｍを２．５Ｖにセットする（Ｓ１６）。

ここで、放電既定電圧Ｖｍとは、あらかじめ決定しておく放電終了時の電圧のことであり、本実施の形態１では放電回路２５の定電流放電が可能な最低電圧であるＶｍ＝２．５Ｖとした。これにより、キャパシタ２３をできるだけ放電できるので、その分長く電流を流すことができ、早く昇温できる。

放電既定電圧Ｖｍをセットしたら、キャパシタ２３の温度調整サブルーチン１を実行する（Ｓ１７）。

温度調整サブルーチン１は図２の右半分のフローチャートに示した。

温度調整サブルーチン１にジャンプしてくると、まず、キャパシタ電圧Ｖと放電既定電圧Ｖｍを比較する（Ｓ１０１）。

ここで、ＶがＶｍに至っていなければ（Ｓ１０１のＮｏ）、Ｖｍに至るまでＳ１０１に戻る。

キャパシタ電圧Ｖが放電既定電圧Ｖｍになれば（Ｓ１０１のＹｅｓ）、放電回路２５を通して放電を停止し、その後直ちに再度定電流Ｉで充電を開始する（Ｓ１０２）。

次に、放電停止時のキャパシタ電圧Ｖｃと充電開始直後のキャパシタ電圧Ｖａの電圧差Ｖｕ＝Ｖａ−Ｖｃを求める（Ｓ１０３）。

なお、ＶｃとＶａを求めるにはＳ１０２で放電停止と充電開始がほぼ同時に行われるため、マイクロコンピュータ３１は最速でキャパシタ電圧計２７から電圧データを順次読み込んでいる。そして、電圧が急変する直前、直後のデータ値をそれぞれサーチしてＶｃとＶａを求めている。

得られたＶｕからキャパシタ２３の内部抵抗Ｒを次の（２）式より求める（Ｓ１０４）。

Ｒ＝Ｖｕ／２Ｉ （２）
ここで、（１）式と比較して（２）式の分母が２Ｉになっている点が（１）式と異なる。これは、放電から充電に切り替えたときの電流の変化が、Ｉ−（−Ｉ）＝２Ｉとなるからである。

次に、Ｓ１１で既に決定したＴとＲの相関関係（図４参照）を用いて、Ｓ１０４で求めたＲから現在のキャパシタ温度Ｔを求める（Ｓ１０５）。

このＴが既定温度（２５℃）以上か否かを判定し（Ｓ１０６）、もしＴが既定温度以上であれば（Ｓ１０６のＹｅｓ）、後述するＳ１１０にジャンプし、キャパシタ２３を満充電にして昇温動作を終了する。

一方、Ｔが既定温度に達していなければ（Ｓ１０６のＮｏ）充電し続け、キャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至ったかを判断する（Ｓ１０７）。もし至っていなければ（Ｓ１０７のＮｏ）、ＶがＶｖになるまでＳ１０７に戻り充電を続行する。

ＶがＶｖに至れば（Ｓ１０７のＹｅｓ）、充電を停止するとともに（Ｓ１０８）、放電を開始する（Ｓ１０９）。

その後、Ｓ１０１に戻ってＳ１０６でＴが既定温度以上になるまで同様の動作を繰り返す。これにより、充放電が繰り返されるためキャパシタ２３の温度は上昇していく。

すなわち、上記温度調整サブルーチンの動作をまとめると、放電後再度充電を行い、放電停止時のキャパシタ電圧Ｖｃと充電開始直後のキャパシタ電圧Ｖａの電圧差Ｖｕからキャパシタ２３の内部抵抗Ｒを求め、それに応じたキャパシタ温度Ｔを求め、既定温度より小さければ再度充電し続けるという一連の動作を、キャパシタ温度Ｔが既定温度になるまで繰り返すということになる。

Ｔが既定温度になれば（Ｓ１２のＹｅｓ、Ｓ１０６のＹｅｓ）、現在充電中であるので、充電によるキャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至ったか否かを判断する（Ｓ１１０）。

ここで、充電既定電圧Ｖｖは、定電流で充電できる上限の電圧であるので、充電を定電流制御から定電圧制御に切り替える電圧にも相当する。これは、キャパシタを満充電するにはキャパシタの定格電圧近くになると定電圧でゆっくり電荷を蓄えるように制御する必要があるためであり、その切替を行うタイミングがＶ＝Ｖｖになった時である。

すなわち、個々のキャパシタ（電気二重層キャパシタ）を等価回路で考えると、非常に多数の微小キャパシタが並列に接続されたものに相当し、その全てに電荷を蓄えて初めて満充電になるのであるが、定電流のまま充電すると、全ての微小キャパシタに電荷が行き渡っていなくても見かけ上キャパシタの定格電圧に至ってしまい、この状態で充電を停止すると電荷が行き渡っていない分、キャパシタが電圧降下を起こしてしまう。

これを避けるために満充電にするには定電圧制御に切り替えてゆっくり充電することで全ての微小キャパシタにまで電荷を行き渡らせるようにしている。

さて、Ｓ１１０でＶがＶｖに至らなければ（Ｓ１１０のＮｏ）、Ｖｖに至るまで定電流充電を継続する（Ｓ１１０に戻る）。

ＶがＶｖと等しくなれば（Ｓ１１０のＹｅｓ）、充電回路２４を定電流充電から定電圧充電に切り替えて充電を継続する（Ｓ１１１）。

そしてＶが充電定格電圧Ｖｃに至ったか否かを判断する（Ｓ１１２）。なお、充電定格電圧Ｖｃはキャパシタ２３が満充電になった時の電圧である。

ＶがＶｃまで至らなければ（Ｓ１１２のＮｏ）満充電になっていないので、Ｖｃに至るまでＳ１１２に戻り充電を継続する。

ＶがＶｃと等しくなれば（Ｓ１１２のＹｅｓ）満充電になったので、キャパシタ２３に電圧Ｖｃを印加し続けることでＶｃを維持しつつ（Ｓ１１３）、温度調整サブルーチン１からリターンする。

なお、キャパシタ２３の電圧をＶｃに維持するのは、キャパシタ２３の自己放電等による電圧低下を防ぐためである。

ここに至って、キャパシタ２３は既定温度（目標温度）に到達し、かつ満充電になった状態となる。

以上で図２のメインルーチン１（左半分のフローチャート）のＳ１７を終了したことになるので、メインルーチン１も終了する。

ここまでで述べた動作に対するキャパシタ電圧Ｖと充放電電流Ｉの経時変化を図３（ａ）、（ｂ）で説明する。

時間ｔ２までは前記したので、その続き（図２のフローチャートのＳ１０１から最後まで）を述べる。

Ｓ１０１においてキャパシタ電圧Ｖが放電既定電圧Ｖｍと等しくなると放電が完了することになる。その時間がｔ２である。

時間ｔ２ではキャパシタの電圧は本実施の形態１では２．５Ｖであるので、この状態から再充電（Ｓ１０２）を行うと、再充電開始直後に起動時と同等のキャパシタ電圧Ｖの電圧上昇（Ｖｕに相当）が起こる。

但し、時間ｔ２までには１回充放電を行っているので、その分キャパシタ２３は温度Ｔが上昇している。

従って、図４より内部抵抗Ｒは時間ｔ０の時よりも小さくなっているので、時間ｔ２における電圧差Ｖｕは時間ｔ０のＶｕよりも小さくなる。

その後、時間とともに充電されていくのであるが、キャパシタ２３が既にある程度昇温しているので内部抵抗Ｒが小さくなり、その結果キャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至るまでの時間（ｔ２〜ｔ３）が長くなる。

以後、同様に時間ｔ３で充電を停止し、放電を開始したときの電圧降下幅は時間ｔ１のそれと比べ小さくなり、放電時の経時的キャパシタ電圧Ｖの変化（傾き）も小さくなる。これらはキャパシタ２３が昇温してきたためである。

そして本実施の形態１では時間ｔ４に至って放電停止から充電開始時のキャパシタ電圧の電圧差Ｖｕは非常に小さくなり、このＶｕから（１）式でＲを計算し（図２のＳ１０４）、Ｒから図４を用いてＴを求めると（図２のＳ１０５）既定温度（目標温度）に到達したことがわかった（図２のＳ１０６）。

従って、２回の充放電によりキャパシタ２３を目標温度まで昇温できたことになる。

ここで、昇温は完了したが、時間ｔ４では放電し終わっているため、次に、キャパシタ２３を満充電する。

具体的には、時間ｔ４からキャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至るまで定電流で充電し（図２のＳ１１０）、時間ｔ５でＶ＝Ｖｖになれば定電圧充電に切り替えて引き続き充電を行う（図２のＳ１１１）。

時間ｔ５で定電圧充電を行うと、充電電流Ｉは図３（ｂ）に示すように急激に下がっていき、満充電になると電流がほぼ０になる。この時キャパシタ電圧Ｖは充電定格電圧Ｖｃと等しくなり（図２のＳ１１２）、その後Ｖｃを維持し続ける（図２のＳ１１３）。

このようにしてキャパシタ２３を昇温するとともに満充電を行っている。

なお、図３（ａ）から明らかなように、キャパシタ温度Ｔを求めるのに必要なキャパシタ電圧の電圧差Ｖｕは必ず充電開始時（時間ｔ０、ｔ２、ｔ４）で測定しているが、これは充電が終わって放電に切り替えた時（時間ｔ１、ｔ３）のキャパシタ電圧Ｖの電圧降下を測定し、それにより内部抵抗Ｒを求め、キャパシタ２３内部の温度Ｔを得てもよい。

但し、本実施の形態１では以下の理由によって前記電圧降下からキャパシタ温度Ｔを得ていない。

すなわち、時間ｔ１、ｔ３、・・・でＴを求めたとしても、その後キャパシタ２３は放電されてしまう。

従って、仮に時間ｔ１、ｔ３、・・・でＴが既定温度に達していたとしても、一旦放電してから満充電を行わなければならない。

その時、必ず放電から充電に切り替わる時間ｔ２、ｔ４、・・・を経るので、その時にＴを求めても遅くはない。

これらのことから時間ｔ１、ｔ３、・・・でＴを求める必然性がないことがわかる。

このような理由から本実施の形態１では時間ｔ２、ｔ４、・・・でＴを求めている。

以上の構成、動作によりキャパシタ２３の能力に応じた温度と内部抵抗の相関関係を決定し、これを用いて充放電動作によるキャパシタ２３内部の温度Ｔを正確に求めることができるため、目標温度まで正確にキャパシタ２３を昇温することが可能な車両用電源装置を実現することができた。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。図６は本発明の実施の形態２における車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電特性図で、（ａ）はキャパシタ電圧特性図、（ｂ）は充放電電流特性図である。

なお、本実施の形態２の構成は実施の形態１の構成（図１）とほぼ同一であるので、同一部分の詳細な説明は省略する。

異なる部分は放電回路２５がマイクロコンピュータ３１の信号によりオンオフされる放電スイッチ（図示せず）と負荷抵抗（図示せず）を直列に接続した構成からなる点である。

従って、キャパシタ２３の電荷を放電する際には、放電回路２５内に設けた放電スイッチをオンにすることによりキャパシタ２３からの電流を負荷抵抗に流して放電し、オフにすることで放電停止している。

このような構成の放電回路２５とすることにより、実施の形態１の定電流放電回路に比べ回路の簡略化が可能となる。

次に、本実施の形態２における車両用電源装置の動作について説明する。

なお、動作を表すフローチャートの内、メインルーチンは実施の形態１と同一なので、その詳細な説明は省略し、動作の特徴となる温度調整サブルーチン２について図５を用いて説明する。

ここで、図５において図２の温度調整サブルーチン１と同一動作部分については同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

メインルーチンから温度調整サブルーチン２にジャンプしてくると、現在のキャパシタ電圧Ｖが放電既定電圧Ｖｍ（＝２．５Ｖ）に至ったかを判断し（Ｓ１０１）、至らなければ（Ｓ１０１のＮｏ）至るまでＳ１０１に戻る。

ＶがＶｍに至れば（Ｓ１０１のＹｅｓ）、放電を停止する（Ｓ１５０）。ここで、放電停止は前記した通り放電スイッチをオフにすることでなされる。

放電を停止すると、キャパシタ２３の放電電流はほぼ０となる。このときキャパシタ２３の両端電圧は放電既定電圧Ｖｍから僅かに上昇する。

この電圧を充電前のキャパシタ電圧Ｖｂとしてキャパシタ電圧計２７により求める（Ｓ１５１）。なお、Ｖｂを求めるのに必要な時間をｔａとする。

次に、定電流Ｉでキャパシタ２３への充電を開始する（Ｓ１５２）。

このとき、充電を開始した直後のキャパシタ電圧Ｖａをキャパシタ電圧計２７で求める（Ｓ１５３）。

ここまでで求めたＶａ、Ｖｂより電圧差Ｖｕ＝Ｖａ−Ｖｂを求める（Ｓ１５４）。

次に、キャパシタ２３の内部抵抗Ｒを求めるのであるが、ここでは一旦電流を止めた際の電圧差Ｖｕを求めているので、Ｒを求める式は実施の形態１で使用した（２）式ではなく（１）式を用いる（Ｓ１５５）。

これは、Ｖｕを求めた時の電流値が充電時の定電流Ｉであるためである。

このように本実施の形態２では負荷抵抗によりいわば成り行きで放電を行っているため、放電完了時の電流は環境によって変化する可能性がある。

従って、実施の形態１のように放電電流も一定値に制御されていれば、放電終了後直ちに充電を開始して、その前後の電圧差Ｖｕから正確に内部抵抗Ｒを（２）式より求めることができるが、本実施の形態２で放電終了後直ちに充電を開始すると、その時の電流変化幅を正確に求めるのが困難であるため、一旦放電から充電までに時間ｔａを設けている。

なお、本実施の形態２で電流変化幅を求めるにはキャパシタ電流計２８の出力をマイクロコンピュータ３１で読み込めばよいのであるが、Ｖｕを求めるためにキャパシタ電圧計２７の出力も同時に読み込まなければならないため、よほど高速処理が可能なマイクロコンピュータ３１を使用するか、複数のマイクロコンピュータ３１を使用する必要がある。

しかし、このような構成としてしまうと、せっかく放電回路２５を簡略化できたのにマイクロコンピュータ３１が実施の形態１以上に高コスト化や複雑化してしまう。

従って、本実施の形態２では放電終了後、一旦電流を止めてから充電前のキャパシタ電圧Ｖｂを求め、その後定電流充電を再開する動作としているのである。

さて、Ｓ１５５の次からは温度調整サブルーチン１と同一の動作であるので、Ｓ１０５以降の動作説明を省略する。

以上に説明した特徴的な動作による車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電特性図を図６に示す。

まず、図６（ａ）に示すように、時間ｔ０からｔ１は実施の形態１と同一の動作でキャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至るまで充電する。

次に、時間ｔ１で充電を停止し放電スイッチをオンにすることで放電を開始する。この場合も実施の形態１と同様にキャパシタ電圧Ｖは急峻な電圧降下を起こした後、指数関数的に低下していくが、時間とともに緩やかに低下する。

これに対して図６（ｂ）に示すように放電電流は時間ｔ１で最も多く流れ、時間とともに指数関数的に緩やかに減少する。

これは、放電回路２５が負荷抵抗により放電させているためである。すなわち、負荷抵抗値は一定なので、キャパシタ２３の電圧が加わるとその電圧を負荷抵抗値で割った値の電流が負荷抵抗に流れるが、時間が経つとキャパシタ２３の電荷が指数関数的に減少し、それに伴い電圧、電流とも小さくなっていくという特性を示す。

ここで、キャパシタ電圧Ｖが時間ｔ２で放電既定電圧Ｖｍに至ると、放電スイッチをオフにして放電を停止する。これにより図６（ｂ）に示すように放電電流がほぼ０になるとともに、図６（ａ）に示すようにキャパシタ電圧Ｖは僅かに上昇する。

この電圧Ｖｂを測定し、その後測定時間ｔａが経過したら、再度定電流Ｉで充電を開始する。

この時の急峻な電圧上昇をＶｕとして求め、図５のＳ１５５、Ｓ１０５でキャパシタ温度Ｔを求める。

その結果、図６の例ではキャパシタ温度Ｔは既定温度に至っていなかったので、キャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至るまで充電を行い、その後、時間ｔ３で放電を行う。

この時の放電時のキャパシタの電圧や電流の変化は経時的に指数関数的に低下していくが、キャパシタ電圧Ｖが放電既定電圧Ｖｍに至るまでの時間はｔ１〜ｔ２に比べｔ３〜ｔ４が長くなる。

これは２回目の充放電により、１回目に比べキャパシタ２３の内部温度が上昇したためである。

以後、同様に時間ｔ４で放電を停止し、時間ｔａの経過後、再度充電を行う。この時に求めたＶｕから得られるキャパシタ温度Ｔは既定温度に至ったので、キャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｖに至れば定電圧充電に切り替えて充電定格電圧Ｖｃまで充電を行い満充電としている。

以上の構成、動作により実施の形態１と同様に目標温度まで正確にキャパシタ２３を昇温することが可能な上、放電回路２５を簡略化することで低コスト化も可能な車両用電源装置を実現することができた。

なお、実施の形態１では定電流で強制放電を行い、かつ電流停止時間ｔａが不要であることから、放電回路２５が複雑になるものの、本実施の形態２に比べ早くキャパシタ２３を昇温することができる。

一方、本実施の形態２ではキャパシタ２３の昇温に時間がかかるものの、放電回路２５の簡略化による低コスト化が図れる。

従って、昇温速度を重視する用途では実施の形態１を、コストを重視する用途では本実施の形態２を、というように状況に応じて選択すればよい。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。図８は本発明の実施の形態３における車両用電源装置の昇温時の経時的な一部分の充放電特性図で、（ａ）はキャパシタ電圧特性図、（ｂ）は充放電電流特性図である。

なお、本実施の形態３の構成は実施の形態１と同一であるので構成の詳細な説明は省略する。放電回路２５についても実施の形態１と同様に定電流放電回路とした。

また、図７において、実施の形態１と同じ動作部分については図２と同じ符号を用いて説明を省略する。

本実施の形態３の特徴となる部分は、図７のフローチャート（メインルーチン２）において温度調整サブルーチン１の実行（Ｓ１７）後に、Ｓ３０以降の動作を付加した点である。この動作について、以下に説明する。

実施の形態１、２では図２に示すようにＳ１７の実行後にフローチャートが終了しているので、車両起動時にのみキャパシタ２３の温度調整を行っていた。

一方、本実施の形態３はＳ１７による温度調整を実施した後も車両起動から既定時間経過毎に、キャパシタ２３の温度が既定温度になるまで充放電動作を繰り返すようにしている。これにより、キャパシタ温度Ｔを常に既定温度に維持することができる。この動作を具体的に図７のメインルーチン２を用いて説明する。

まず、Ｓ１からＳ１７までは実施の形態１と同じ動作を行い、車両起動時のキャパシタ２３の昇温を行う。この時の放電既定電圧ＶｍはＳ１６に示すように２．５Ｖである。

次に、放電既定電圧Ｖｍを負荷駆動最低電圧にセットする（Ｓ３０）。なお、負荷駆動最低電圧は負荷２２を駆動するのに必要な最低電圧のことである。

次に、既定時間（例えば１０分オーダー）待つ（Ｓ３１）。

その後、既定時間が経過したら定電流−Ｉでキャパシタ２３を放電開始する（Ｓ３２）。

この状態で温度調整サブルーチン１を実行し、キャパシタ２３の温度を既定温度まで昇温する（Ｓ３３）。

既定温度になれば再びＳ３１に戻る。

以上の動作の具体例をキャパシタ電圧Ｖと充放電電流Ｉの経時的変化として、その一部分（時間ｔ６〜ｔ１２）を図８に示す。

まず、既定時間（ｔ６）が経過するまでは、図８（ａ）の時間ｔ６までに示したようにキャパシタ電圧ＶはＶｃ近傍であり、図８（ｂ）より充放電電流Ｉはほぼ０である。

既定時間ｔ６になれば、図８（ｂ）に示すように定電流−Ｉで放電を開始する（図７のＳ３２）。これに伴い、図８（ａ）に示すようにキャパシタ電圧Ｖは低下していく。

時間ｔ７でキャパシタ電圧Ｖが充電既定電圧Ｖｍになれば放電を停止するとともに充電を定電流Ｉで開始する。これにより、キャパシタ電圧Ｖは内部抵抗Ｒに相当する急峻な電圧上昇Ｖｕの後、経時的にキャパシタ電圧Ｖが上昇していく。

ここで得られたＶｕからキャパシタ２３内部の温度Ｔを求める。図８では時間ｔ７の時点では既定温度に達しなかったと判断されたので、再度充放電を行い、昇温を実施している。

以下、同様に時間ｔ８になれば充電を停止し、放電を開始することでキャパシタ電圧Ｖが低下し、時間ｔ９になれば放電を停止し充電を開始するとともにＶｕを求めキャパシタ温度Ｔに換算する。

図８では時間ｔ９の時点ではまだ既定温度に達しなかったと判断されたので、さらに再度充放電を行い、さらなる昇温を実施している。

次に、時間ｔ１０になれば充電を停止し、放電を開始することでキャパシタ電圧Ｖが低下し、時間ｔ１１になれば放電を停止し充電を開始するとともにＶｕを求めキャパシタ温度Ｔに換算する。

この時点でようやくＶｕから求めたＴが既定温度に達したので、定電流充電をＶ＝Ｖｖになる（時間ｔ１２）まで行った後、定電圧充電に切り替えてキャパシタ２３を満充電にする。

このように動作させることで、キャパシタ２３の温度を既定温度に維持するようにしている。

なお、図８においてＶｍは負荷駆動最低電圧としているが、これは図８の動作が車両走行中であり、かつ図８の動作中に直流電源２１の電圧が負荷駆動最低電圧以下に下がってしまった場合、図８の動作を中断してすぐに負荷２２に電力を供給できるようにするためである。

従って、Ｖｍは車両起動時の充放電動作時には２．５Ｖとし、既定時間経過毎の充放電動作時には負荷駆動最低電圧としている。

また、本実施の形態３ではＳ３１の待ち時間を１０分オーダーで一定としたが、例えば温度センサ２９の出力から得られた温度Ｔ０が低く、キャパシタ２３の内部抵抗Ｒから求めたキャパシタ温度Ｔとの差が大きい時は、キャパシタ２３が早く冷めると想定されるため待ち時間を短くするというように、Ｔ０とＴの差で待ち時間を可変するようにしてもよい。

以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ２３を昇温することが可能な上に、車両起動からの時間経過や車両走行中のキャパシタ２３の冷却に起因した温度低下が発生しても既定時間経過毎にキャパシタ２３の温度を既定温度に維持できるので、常に車両用電源装置２０としての仕様を満たすことができ、正常な動作が可能となる車両用電源装置を得ることができた。

（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４における車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。図１０は本発明の実施の形態４における車両用電源装置のキャパシタの容量と内部抵抗における温度毎の劣化限界値を表す相関図である。

なお、本実施の形態４の構成は実施の形態１と同一であるので構成の詳細な説明は省略する。放電回路２５についても実施の形態１と同様に定電流放電回路とした。

また、図９において、実施の形態３と同じ動作部分については図７と同じ符号を用いて説明を省略する。

実施の形態１から３では、車両起動時に図２のＳ７でキャパシタ２３の内部抵抗Ｒ０が劣化限界値を超えているか否かの劣化判定動作を行っているが、本実施の形態４では図９のフローチャート（メインルーチン３）においてキャパシタ２３の昇温動作を行う前にキャパシタ２３のさらに高精度な劣化判定動作（Ｓ４０〜Ｓ４４）を行っている。

この動作について、以下に詳細を説明する。

まず、図９のメインルーチン３において、Ｓ１からＳ６は実施の形態１と同じである。従って、Ｓ６までの動作で温度センサ２９の温度Ｔ０とキャパシタ２３の内部抵抗Ｒ０が求められている。

次に、図３（ａ）に示すように充電を行っている時間ｔ０からｔ１の間で任意の２点の時間におけるキャパシタ電圧Ｖをそれぞれ測定し、充電時のキャパシタ電圧Ｖの充電速度、すなわち傾きΔＶ０／Δｔ０を求める（Ｓ４０）。

次に、キャパシタ２３の容量Ｃ０を次の（３）式から求める（Ｓ４１）。

Ｃ０＝Ｉ・Δｔ０／ΔＶ０ （３）
こうして得られたＣ０、Ｒ０に対して、いずれかが温度Ｔ０における劣化限界値を超えているか否かを判断する（Ｓ４２）。

ここで、キャパシタ２３の容量Ｃと内部抵抗Ｒにおける温度Ｔ毎の劣化限界値を表す相関図を図１０に示す。図１０において、横軸は容量Ｃ、縦軸は内部抵抗Ｒを示す。

これらの劣化限界値はマイクロコンピュータ３１に接続されたＲＯＭ（図示せず）にあらかじめ記憶させてある。

Ｓ４２において、起動時のキャパシタ２３のＣ０、Ｒ０および温度Ｔ０がわかっているので、座標（Ｃ０、Ｒ０）が図１０に示した温度Ｔ０における劣化限界値（Ｃ−Ｒ劣化限界相関線）を超えるか否かを判断している。

すなわち、各Ｃ−Ｒ劣化限界相関線の下側に座標（Ｃ０、Ｒ０）があれば、キャパシタ２３はまだ劣化限界値に至っていないが、各Ｃ−Ｒ劣化限界相関線の上側に座標（Ｃ０、Ｒ０）があれば、各Ｃ−Ｒ劣化限界相関線を超えることになるのでキャパシタ２３は劣化限界に至っていると判断できる。

もし劣化限界値に至っていなければ（Ｓ４２のＮｏ）、以後Ｓ１１から順に実行される。これについては実施の形態３と同じなので、ここでは説明を省略する。

座標（Ｃ０、Ｒ０）が各Ｃ−Ｒ劣化限界相関線を超えていれば、Ｃ０またはＲ０の少なくともいずれかが劣化限界値を超えていることになるので（Ｓ４２のＹｅｓ）、キャパシタ２３が劣化していることをマイクロコンピュータ３１が車両側のコンピュータに伝達することで、運転者に劣化警告を行う（Ｓ４３）。

その後、安全のためキャパシタ２３を放電した後（Ｓ４４）、車両用電源装置２０の動作を終える。

上記の特徴となる動作をまとめると、まず車両起動時にキャパシタ２３の内部抵抗Ｒ０を求める（Ｓ６）とともに、キャパシタ２３を充電する際の充電速度をキャパシタ電圧計２７から求め（Ｓ４０）、充電速度から（３）式によりキャパシタ２３の容量Ｃ０を求める（Ｓ４１）。

次に、得られた容量Ｃ０と内部抵抗Ｒ０を、現在の温度Ｔ０におけるあらかじめ求めておいたＲ、Ｃの劣化限界値と比較し、両者の少なくともいずれかが劣化限界値を超えればキャパシタ２３が劣化していると判断し（Ｓ４２のＹｅｓ）、キャパシタ２３の電荷を放電させ（Ｓ４４）、以後の動作を実行しないということになる。

以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ２３を昇温することが可能な上に、キャパシタ２３の昇温動作を実行する前に行うキャパシタ２３の劣化判断を内部抵抗Ｒ０に対してだけでなく容量Ｃ０に対しても行っているので、キャパシタ２３の劣化判断をさらに高精度に行える車両用電源装置を得ることができた。

（実施の形態５）
図１１は本発明の実施の形態５における車両用電源装置のブロック回路図である。

なお、本実施の形態５の構成において、実施の形態１の構成（図１）と同一部分には同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

すなわち、本実施の形態５の構成における特徴は、放電回路２５にヒーター３２が接続された点である。

このヒーター３２はキャパシタ２３と温度センサ２９を内包する構成としてある。これによりヒーター３２は両者に熱を伝えることができる。

このように構成することによって、図１の構成では単に負荷抵抗（図示せず）によって放電時の電力を消費していたのに過ぎなかったのが、本実施の形態５のように負荷抵抗に相当する部分をヒーター３２とすることで、放電時の電力を熱に変換することができる。

この熱をキャパシタ２３や温度センサ２９に伝えることで、キャパシタ２３の昇温速度を上げることができ、放電電力を無駄なく利用可能となる。

さらに温度センサ２９もヒーター３２の中に配しているので、ヒーター３２による温度上昇に追従してキャパシタ２３の近傍温度を精度よく検出することができる。

なお、ここではヒーター３２を実施の形態１の放電回路２５に接続したが、実施の形態２〜４のいずれかにヒーター３２を設けても構わない。

また、本実施の形態５の動作は実施の形態１〜４のいずれかと同一で構わないので、動作の詳細な説明は省略する。

以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ２３を昇温することが可能な上に、キャパシタ２３に伝熱するように配したヒーター３２が放電時の電力を消費するようにしたため、電力を無駄にすることなくキャパシタ２３をより素早く昇温することが可能な車両用電源装置を得ることができた。

（実施の形態６）
図１２は本発明の実施の形態６における車両用電源装置のブロック回路図である。

なお、本実施の形態６の構成において、実施の形態１の構成（図１）と同一部分には同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

すなわち、本実施の形態６の構成における特徴は図１２に示すように、放電回路２５に電流制限回路（図示せず）を内蔵した昇圧コンバータを用い、スイッチ３０の負荷側の端子（負荷２２に接続されている端子）とキャパシタ２３の出力の間に接続した点である。

このように構成することにより、キャパシタ２３の温度が既定温度になるまで充放電を繰り返す際に、放電時の電力を有効に利用しながらキャパシタ２３を昇温することができる。この動作の詳細を以下に説明する。

なお、本実施の形態６の動作は基本的に実施の形態１〜４のいずれかと同一で構わないので、本実施の形態６の特徴となる部分に限って説明する。

まず、車両を起動するとマイクロコンピュータ３１はスイッチ３０をオンにし、直流電源２１から負荷２２に電力を供給する。この際、放電回路２５を構成する昇圧コンバータは動作していないので、直流電源２１の電流がスイッチ３０側からキャパシタ２３へ流れることはない。

この状態で例えば図２に示したフローチャートに従ってキャパシタ２３の昇温を行う。このフローチャート中でキャパシタ２３を放電する場合には、マイクロコンピュータ３１は放電回路２５（昇圧コンバータ）を動作させる信号を送る。昇圧コンバータで昇圧された出力電圧は直流電源２１の標準電圧（例えばＤＣ１２Ｖ）より大きくなるように設定されているので、キャパシタ２３の電圧は直流電源２１の標準電圧より大きくなった状態で放電される。

従って、放電された電力は一部負荷２２に供給されるとともに、スイッチ３０が閉じている上、直流電源２１の標準電圧より大きいので、スイッチ３０を経由して直流電源２１にも供給（充電）される。また、図示していないが直流電源２１に接続された他の負荷にも一部の電力が供給される。

但し、車両で使用している負荷の状況によってはキャパシタ２３から大電流が流れる可能性があるので、放電回路２５を構成する昇圧コンバータには負荷２２が消費する最大電流以上が流れないようにするための電流制限回路が内蔵されている。これにより急激に大電流が流れることはない。

所定のキャパシタ電圧まで放電したら、マイクロコンピュータ３１は放電回路２５を停止させる信号を送る。これによりキャパシタ２３の放電が停止する。

以上のように動作することにより、キャパシタ２３が昇温し終わるまでに放電される電力は全て車両の負荷全体で利用されたり直流電源２１に充電されるので、昇温に必要な電力の無駄を低減することが可能となる。

なお、直流電源２１が異常となり既定電圧以下になると、キャパシタ２３に充電された電力を負荷２２に供給するために、マイクロコンピュータ３１はスイッチ３０をオフにするとともに放電回路２５を動作させる信号を送る。これにより、キャパシタ２３の出力電圧は放電回路２５により昇圧された後、スイッチ３０がオフであるため負荷２２にのみ電力が供給される。従って、直流電源２１が異常になっても例えば車両制動用の負荷２２を駆動し続けられるので、安全性を向上することができる。

以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ２３を昇温することが可能な上に、キャパシタ２３の放電時の電力を放電回路２５で昇圧して車両の負荷全体で利用したり直流電源２１に充電するので、昇温に必要な電力の無駄を低減することが可能な車両用電源装置を得ることができた。

本発明にかかる車両用電源装置は、低温起動時であってもキャパシタを要求性能が得られる目標温度まで正確に昇温できるため、特に車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用される非常用電源等として有用である。

本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図 本発明の実施の形態１における車両用電源装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電特性図で、（ａ）キャパシタ電圧特性図、（ｂ）充放電電流特性図 本発明の実施の形態１における車両用電源装置のキャパシタの劣化に応じた内部抵抗および容量の温度特性図 本発明の実施の形態２における車両用電源装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電特性図で、（ａ）キャパシタ電圧特性図、（ｂ）充放電電流特性図 本発明の実施の形態３における車両用電源装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態３における車両用電源装置の昇温時の経時的な一部分の充放電特性図で、（ａ）キャパシタ電圧特性図、（ｂ）充放電電流特性図 本発明の実施の形態４における車両用電源装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態４における車両用電源装置のキャパシタの容量と内部抵抗における温度毎の劣化限界値を表す相関図 本発明の実施の形態５における車両用電源装置のブロック回路図 本発明の実施の形態６における車両用電源装置のブロック回路図 従来のハイブリッド車両のブロック構成図

符号の説明

２０ 車両用電源装置
２１ 直流電源
２２ 負荷
２３ キャパシタ
２４ 充電回路
２５ 放電回路
２６ 直流電源電圧計
２７ キャパシタ電圧計
２８ キャパシタ電流計
２９ 温度センサ
３０ スイッチ
３１ マイクロコンピュータ
３２ ヒーター

Claims (10)

1. 直流電源と負荷の間に接続された車両用電源装置において、
   前記直流電源の電力を充電するキャパシタと、
   前記キャパシタへの充電を制御する充電回路と、
   前記キャパシタの電荷を放電する放電回路と、
   前記直流電源の電圧を検出する直流電源電圧計と、
   前記キャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧計と、
   前記キャパシタの電流を検出するキャパシタ電流計と、
   前記キャパシタの近傍に設けた温度センサと、
   前記直流電源の電力または前記キャパシタの電力のいずれかを切り替えて前記負荷に供給するスイッチと、
   前記充電回路、前記放電回路、前記直流電源電圧計、前記キャパシタ電圧計、前記キャパシタ電流計、前記温度センサ、および前記スイッチが接続された制御部とからなり、
   前記制御部は、車両起動時に前記温度センサから温度を求めるとともに、
   充電前のキャパシタ電圧を前記キャパシタ電圧計で求めた後、
   前記充電回路によって前記直流電源の電力を前記キャパシタに定電流で充電し、充電開始直後のキャパシタ電圧を前記キャパシタ電圧計で求め、
   前記充電開始直後のキャパシタ電圧と前記充電前のキャパシタ電圧の電圧差から前記キャパシタの内部抵抗を求め、
   前記キャパシタの能力に応じてあらかじめ求めておいた温度と前記内部抵抗の複数の相関関係の内、前記温度における前記内部抵抗をほぼ満たす前記相関関係を決定しておき、
   前記温度センサの温度が既定温度より低ければ前記キャパシタの電圧が充電既定電圧になるまで充電し、
   次に前記放電回路により前記キャパシタの電圧が放電既定電圧になるまで前記キャパシタの電荷を放電し、
   その後、再度定電流で充電を行い、
   放電停止時のキャパシタ電圧と前記充電開始直後のキャパシタ電圧の電圧差から前記キャパシタの前記内部抵抗を求め、
   得られた前記キャパシタの前記内部抵抗から、既に決定した前記相関関係を用いて現在のキャパシタ温度を求め、
   前記キャパシタ温度が前記既定温度より低ければ前記充電既定電圧になるまで充電し、
   以後同様に放電後再度充電を行い、放電停止時のキャパシタ電圧と前記充電開始直後のキャパシタ電圧の電圧差から前記キャパシタの前記内部抵抗を求め、それに応じた前記キャパシタ温度を求め、前記既定温度より低ければ再度充電し続けるという一連の動作を、前記キャパシタ温度が前記既定温度になるまで繰り返す車両用電源装置。
2. 充電既定電圧はキャパシタを定電流で充電できる上限電圧である請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 温度センサは発熱源となる回路の熱影響を受けない位置に設置した請求項１に記載の車両用電源装置。
4. 放電停止後、次に充電するまでの間に充電前キャパシタ電圧を求めるとともに、充電開始直後のキャパシタ電圧を求め、両者の電圧差からキャパシタの内部抵抗を求める請求項１に記載の車両用電源装置。
5. 車両起動から既定時間経過毎に、キャパシタ温度が既定温度になるまで充放電動作を繰り返す請求項１に記載の車両用電源装置。
6. 既定時間経過毎の充放電動作時における放電既定電圧は負荷駆動最低電圧である請求項５
   に記載の車両用電源装置。
7. 車両起動時にキャパシタの内部抵抗を求めるとともに、
   前記キャパシタを充電する際の充電速度をキャパシタ電圧計から求め、
   前記充電速度から前記キャパシタの容量を求め、
   得られた前記容量と前記内部抵抗を、現在の温度におけるあらかじめ求めておいた両者の劣化限界値と比較し、
   両者の少なくともいずれかが劣化限界値を超えれば前記キャパシタが劣化していると判断し、
   前記キャパシタの電荷を放電させ、以後の動作を実行しない請求項１に記載の車両用電源装置。
8. 放電回路にはヒーターが接続され、前記ヒーターはキャパシタと温度センサに熱を伝えるように配した請求項１に記載の車両用電源装置。
9. 放電回路は電流制限回路を内蔵した昇圧コンバータであり、スイッチの負荷側の端子とキャパシタの出力の間に接続された請求項１に記載の車両用電源装置。
10. 昇圧コンバータで昇圧された出力電圧は直流電源の標準電圧より大きい請求項９に記載の車両用電源装置。

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