JP2009092627A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電部の内部抵抗値、および容量値を簡単な制御で求めることができる蓄電装置を提供すること。
【解決手段】蓄電部２３に接続された充電回路１９、および電圧検出回路２５と、それらが接続された制御回路４１とを有し、制御回路４１は、蓄電部２３を充電回路１９により定電流（Ｉ）で充電する際に、電圧検出回路２５で検出される蓄電部２３の電圧（Ｖｃ）が、充電開始直前の電圧値から第１既定電圧（ｄＶ１）だけ変化するまでの第１変化時間（ｄｔ１）を求めるとともに、電圧（Ｖｃ）が、第１変化時間（ｄｔ１）経過後の蓄電部２３の電圧値から第２既定電圧（ｄＶ２）だけ変化するまでの第２変化時間（ｄｔ２）を求め、蓄電部２３の容量値（Ｃ）を、Ｃ＝Ｉ・ｄｔ２／ｄＶ２より計算し、蓄電部２３の内部抵抗値（Ｒ）を、Ｒ＝（ｄＶ１・ｄｔ２−ｄｔ１・ｄＶ２）／（Ｉ・ｄｔ２）より計算するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタからなる蓄電部に電力を蓄える補助電源としての蓄電装置に関するものである。

近年、環境への配慮や燃費向上のために、モータとエンジンの動力をハイブリッド化した自動車（以下、車両という）が市販されている。このような車両はブレーキによる電力回生を行うために、従来の機械的な油圧制御に替わって電気的な油圧制御を行う車両制動システムが用いられている。しかし、バッテリが異常になると、車両制動システムが動作しなくなる等の可能性があった。

そこで、バッテリ異常時に車両制動システムに電力を供給するための補助電源としての車両用の蓄電装置が、例えば特許文献１に提案されている。図４はこのような蓄電装置のブロック回路図である。電力を蓄える蓄電素子には例えば大容量の電気二重層キャパシタが用いられ、これを複数個接続して蓄電部としてのキャパシタユニット１０１が構成されている。キャパシタユニット１０１には、その充放電を制御する充電回路１０３、および放電回路１０５が接続されている。充電回路１０３と放電回路１０５はマイコン１０７によって制御されている。マイコン１０７にはバッテリ異常を検出するための電圧検出手段１０９が接続され、電圧検出手段１０９には異常時にキャパシタユニット１０１の電力を供給するＦＥＴスイッチ１１１が接続されている。

このようにして構成された蓄電装置１１３はバッテリ１１５と電子制御部１１７の間に接続されており、イグニションスイッチ１１９によって起動、停止するように制御されている。

電子制御部１１７は車両制動システムであるので、安全確保のためにバッテリ１１５が異常になっても電子制御部１１７を駆動させ続けなければならない。そこで、バッテリ１１５の異常を電圧検出手段１０９が検出すれば、ＦＥＴスイッチ１１１をオンにしてキャパシタユニット１０１の電力を電子制御部１１７に供給することで、バッテリ１１５の異常に対応している。また、車両の使用終了時には、キャパシタユニット１０１の劣化を抑制するために、マイコン１０７は放電回路１０５によってキャパシタユニット１０１に蓄えられた電力を放電している。

このような蓄電装置１１３は、バッテリ１１５の異常時にも確実に電子制御部１１７に必要十分な電力を供給できるようにするために、キャパシタユニット１０１の劣化判断を行っている。すなわち、キャパシタユニット１０１は劣化が進行するに伴って、その内部抵抗値Ｒが上昇し容量値Ｃが低減するので、現在の内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを求め、例えばあらかじめ求めたこれらの劣化限界値（順にＲｄ、Ｃｄとする）と比較することにより、キャパシタユニット１０１の劣化を判断することができる。この劣化判断動作の詳細を図５により説明する。

図５は、蓄電装置１１３を起動した際におけるキャパシタユニット１０１の電圧経時変化特性を示し、横軸は時間を、縦軸はキャパシタユニット１０１の電圧を、それぞれ示す。

前記したように、マイコン１０７は放電回路１０５によりキャパシタユニット１０１の電力を放電しているので、図５の時間０に示すように、蓄電装置１１３の起動時にはキャパシタユニット１０１の電圧は０Ｖである。この状態で、マイコン１０７が充電回路１０３により定電流Ｉでキャパシタユニット１０１を充電すると、充電開始直後に、図５の時間０に示すようにキャパシタユニット１０１の内部抵抗値Ｒに比例した電圧上昇が起こり、その後、キャパシタユニット１０１の電圧が経時的に上昇していく。

ここで、マイコン１０７はキャパシタユニット１０１の内部抵抗値Ｒを求めるために充電を８０ミリ秒（８０ｍＳ）の間、中断し、その際の電圧降下幅ΔＶ１を求める。これにより、内部抵抗値Ｒを、Ｒ＝ΔＶ１／Ｉより求めている。

その後、マイコン１０７は充電を再開し、その際の任意の時間幅Δｔにおける電圧上昇幅ΔＶ２を求める。これにより、キャパシタユニット１０１の容量値Ｃを、Ｃ＝Ｉ・Δｔ／ΔＶ２より求めている。

このようにして求めた内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを用いて、前記した劣化限界値Ｒｄ、Ｃｄとそれぞれ比較し、Ｒ≧Ｒｄ、またはＣ≦Ｃｄであれば、キャパシタユニット１０１が劣化していると判断することができる。これにより、蓄電装置１１３の高信頼性を得ていた。
特開２００５−２８９０８号公報

上記の蓄電装置１１３によると、確かにキャパシタユニット１０１の劣化判断を行うことにより、高信頼性の蓄電装置１１３を構成することができるのであるが、特に内部抵抗値Ｒを求める際に、キャパシタユニット１０１の充電を一定の時間だけ中断する必要があり、マイコン１０７の制御が複雑になるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部の充電を中断しなくても蓄電部の内部抵抗値、および容量値を求めることができる簡単な制御の蓄電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、本発明の蓄電装置は、キャパシタからなる蓄電部と、前記蓄電部に接続された充電回路、および電圧検出回路と、前記充電回路、および前記電圧検出回路が接続された制御回路とを有し、前記制御回路は、前記蓄電部を前記充電回路により定電流（Ｉ）で充電する際に、前記電圧検出回路で検出される前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が、充電開始直前の電圧値から第１既定電圧（ｄＶ１）だけ変化するまでの第１変化時間（ｄｔ１）を求めるとともに、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が、前記第１変化時間（ｄｔ１）経過後の前記蓄電部の電圧値から第２既定電圧（ｄＶ２）だけ変化するまでの第２変化時間（ｄｔ２）を求め、前記蓄電部の容量値（Ｃ）を、Ｃ＝Ｉ・ｄｔ２／ｄＶ２より計算し、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）を、Ｒ＝（ｄＶ１・ｄｔ２−ｄｔ１・ｄＶ２）／（Ｉ・ｄｔ２）より計算するようにしたものである。

本発明の蓄電装置によれば、蓄電部の充電開始直後における内部抵抗値Ｒに比例した電圧上昇を含む電圧変化特性（ｄｔ１とｄＶ１の関係）、および内部抵抗値Ｒの影響を含まない電圧変化特性（ｄｔ２とｄＶ２の関係）を求めて、内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを計算するようにしているため、充電を中断する必要がなく簡単な制御で内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを求めることができる。

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。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における蓄電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における蓄電装置の起動時のフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態における蓄電装置の起動時における蓄電部の電圧の経時特性図である。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。また、図３において、横軸は時間を、縦軸は蓄電部の電圧Ｖｃをそれぞれ示す。

図１において、蓄電装置１１は主電源１５と負荷１７との間に接続されている。主電源１５は車両用のバッテリであり、負荷１７は車両制動システムの電子制御部である。

蓄電装置１１は次の構成を有する。まず、主電源１５の出力には充電回路１９と、主電源１５の電圧Ｖｂを検出する主電源電圧検出回路２１が接続されている。充電回路１９は後述する蓄電部を定電流、または定電圧で設定電圧まで充電する機能を有する。また、主電源電圧検出回路２１は電力系配線（太線）の入力側と出力側が同電圧になるよう接続されている。

充電回路１９の出力と負荷１７の間には、蓄電部２３が接続されている。蓄電部２３は、例えば蓄電素子として電気二重層キャパシタを複数個直列接続して必要な電力を賄う構成としている。なお、負荷１７の要求電力仕様によって電気二重層キャパシタの個数を増減したり直並列接続としてもよい。

蓄電部２３には、その電圧Ｖｃを検出して出力する電圧検出回路２５が接続されている。また、蓄電部２３と負荷１７の間には放電回路３３が接続されている。放電回路３３は蓄電部２３に蓄えられた電力を負荷１７に供給せずに放電するものである。これにより、任意に蓄電部２３の放電が可能となる。また、電圧検出回路２５と負荷１７の間には、さらに切替スイッチ３５と第１ダイオード３７が直列に接続されている。切替スイッチ３５は外部からオンオフ制御できる構成のもので、ここではＦＥＴを用いた。また、第１ダイオード３７はアノードが切替スイッチ３５に、カソードが負荷１７にそれぞれ接続されている。

なお、主電源電圧検出回路２１と負荷１７の間にも第２ダイオード３９が接続されている。第２ダイオード３９はアノードが主電源電圧検出回路２１に、カソードが負荷１７にそれぞれ接続されている。従って、第１ダイオード３７と第２ダイオード３９により主電源１５からの電力と蓄電部２３からの電力が互いに逆流することを防止している。

充電回路１９、主電源電圧検出回路２１、電圧検出回路２５、放電回路３３、および切替スイッチ３５は信号系配線で制御回路４１にも接続されている。制御回路４１はマイクロコンピュータと周辺回路から構成されており、蓄電装置１１の全体の動作を制御している。すなわち、制御回路４１は電圧検出回路２５の出力から蓄電部２３の電圧Ｖｃを、主電源電圧検出回路２１の出力から主電源１５の電圧Ｖｂを、それぞれ読み込む。また、制御回路４１は充電回路１９に充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信することで充電回路１９の制御を行うとともに、放電回路３３に放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信することで放電回路３３の制御を行う。また、切替スイッチ３５に切替スイッチオンオフ信号Ｓｏｆを送信することで切替スイッチ３５のオンオフ制御を行う。また、制御回路４１は車両側制御回路（図示せず）とデータ信号ｄａｔａの送受信を行うことで互いに交信する機能を有している。

次に、このような蓄電装置１１の動作について、まず起動時における動作を図２のフローチャート、および図３の蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図を用いて説明する。なお、制御回路４１はメインルーチンから必要に応じて様々なサブルーチンを実行することにより全体の動作を行うソフトウエア構成としているので、図２に示すフローチャートをサブルーチンの形態で示した。

車両が起動すると、蓄電装置１１も同時に起動する。これにより、制御回路４１のメインルーチンは図２のサブルーチンを実行する。その結果、制御回路４１は、蓄電部２３を満充電する動作を行うが、この際に蓄電部２３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求め、劣化判断を行っている。具体的には、まず電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込む（ステップ番号Ｓ１１）。その後、読み込んだ電圧Ｖｃを制御回路４１に内蔵された変数メモリＶｃ１に代入する（Ｓ１３）。なお、この動作を図２のフローチャートではＶｃ１＝Ｖｃと示す。すなわち、Ｖｃ１＝Ｖｃと記載することにより、右辺の値（Ｖｃ）を左辺の変数（Ｖｃ１）に代入するという動作を行うことを意味する。以後のフローチャートにおいても、判断処理以外の数式は全て同様の意味を有するものとする。

Ｓ１３における蓄電部２３の電圧Ｖｃの状態を図３の時間ｔ０近傍に示す。時間ｔ０が蓄電部２３の充電を開始する時間であるとすると、Ｓ１３の時点では充電がまだ開始されていないので、Ｖｃ１は車両非使用時の蓄電部２３の電圧になる。この電圧は従来と同様に、車両使用終了時に放電回路３３で蓄電部２３の電力を放電した後の電圧となるため、満充電電圧よりも十分に低い電圧（例えば約１Ｖ）である。

ここで図２に戻り、制御回路４１は経時カウンタＫを０にする（Ｓ１４）。ここで、経時カウンタＫは充電時間をカウントする変数で、図示しない割り込みルーチンにより既定時間間隔（例えば０．１秒）毎に経時カウンタＫが１ずつ増加するようにしている。これにより、既定時間間隔が０．１秒であればＫを１０で割ることにより、経時カウンタＫを０にしてからの経過時間（充電時間）を容易に求めることができる。なお、経時カウンタＫは図３の時間ｔ０で０にされることになる。

経時カウンタＫを０にした後、制御回路４１は充電回路１９に対し、蓄電部２３を定電流Ｉで充電するように充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する。これにより、充電回路１９は蓄電部２３の充電を開始する（以上、Ｓ１５）。この時の蓄電部２３の電圧Ｖｃの状態を図３の時間ｔ０近傍に示す。前記したように時間ｔ０は充電開始時間であるので、蓄電部２３は時間ｔ０から充電されることになる。この充電開始直後は、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒに比例した電圧上昇が発生する。従って、図３の時間ｔ０で蓄電部２３の電圧Ｖｃは急に上昇している。その後は充電回路１９により定電流Ｉで充電されていくので、図３の時間ｔ０以降に示すように、蓄電部２３の電圧Ｖｃは一定の傾きを持って経時的に上昇していく。

ここで図２に戻り、充電が開始すると制御回路４１は電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ１７）、電圧Ｖｃが変数メモリに記憶したＶｃ１と第１既定電圧ｄＶ１の和と等しくなったか否かを判断する（Ｓ１９）。なお、等しくなるということは、電圧検出回路２５の検出誤差や制御回路４１の計算誤差等を含む誤差範囲内で等しくなるということであると以下定義する。また、第１既定電圧ｄＶ１は蓄電部２３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めるためにあらかじめ決定した第１の充電電圧幅であり、本実施の形態では４Ｖとした。従って、Ｖｃ１は前記したように１Ｖであったので、制御回路４１は充電されている蓄電部２３の現在の電圧ＶｃがＶｃ１＋ｄＶ１＝１Ｖ＋４Ｖ＝５Ｖになったか否かを判断していることになる。もし、蓄電部２３の電圧ＶｃがＶｃ１＋ｄＶ１と等しくなければ（Ｓ１９のＮｏ）、Ｓ１７に戻って両者が等しくなるまでＳ１７以降の動作を繰り返す。

一方、蓄電部２３の電圧ＶｃがＶｃ１＋ｄＶ１と等しくなれば（Ｓ１９のＹｅｓ）、現在の経時カウンタＫの値を１０で割って制御回路４１の変数メモリである第１変化時間ｄｔ１に代入する（Ｓ２０）。これにより、充電開始から電圧ＶｃがＶｃ１＋ｄＶ１（本実施の形態では５Ｖ）に至るまでの第１変化時間ｄｔ１を求めることができる。ここまでの蓄電部２３の電圧Ｖｃの状態を図３の時間ｔ０からｔ１に示す。時間ｔ１は電圧ＶｃがＶｃ１＋ｄＶ１（これは図３においてはＶｃ２に相当）に至った時の時間であり、第１変化時間ｄｔ１は時間ｔ０からｔ１までの経過時間（充電時間）であることがわかる。従って、ここまでの動作をまとめると、制御回路４１は、蓄電部２３を充電回路１９により定電流Ｉで充電する際に、電圧検出回路２５で検出される蓄電部２３の電圧Ｖｃが、充電開始直前の電圧値Ｖｃ１から第１既定電圧ｄＶ１だけ変化するまでの第１変化時間ｄｔ１を求めていることになる。

ここで図２に戻り、制御回路４１は引き続き第２変化時間ｄｔ２を求める動作を行う。具体的には、既にＳ１７で読み込んだ電圧Ｖｃを変数メモリＶｃ２に代入するとともに、経時カウンタＫを再度０にする（Ｓ２１）。ここで、Ｖｃ２にはＳ１７で読み込んだ電圧Ｖｃを代入しているが、これは第１変化時間ｄｔ１が経過後の蓄電部２３の電圧値であればどのタイミングでもよい。本実施の形態では第１変化時間ｄｔ１の経過直後の電圧とすることで、電圧検出回路２５による電圧Ｖｃの読み込み動作を削減し、より簡単な制御としている。

Ｓ２１の時点（図３の時間ｔ１）においては充電が継続しているので、制御回路４１は引き続き電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ２３）、電圧Ｖｃが変数メモリに記憶したＶｃ２と第２既定電圧ｄＶ２の和と等しくなったか否かを判断する（Ｓ２５）。ここで、第２既定電圧ｄＶ２は第１既定電圧ｄＶ１と同様に、あらかじめ決定した第２の充電電圧幅であり、第１既定電圧ｄＶ１と異なる値でもよいが、本実施の形態では第１既定電圧ｄＶ１と等しい４Ｖとした。従って、Ｖｃ２は前記したように５Ｖであったので、制御回路４１は充電されている蓄電部２３の現在の電圧ＶｃがＶｃ２＋ｄＶ２＝５Ｖ＋４Ｖ＝９Ｖになったか否かを判断していることになる。もし、蓄電部２３の電圧ＶｃがＶｃ２＋ｄＶ２と等しくなければ（Ｓ２５のＮｏ）、Ｓ２３に戻って両者が等しくなるまでＳ２３以降の動作を繰り返す。

一方、蓄電部２３の電圧ＶｃがＶｃ２＋ｄＶ２と等しくなれば（Ｓ２５のＹｅｓ）、現在の経時カウンタＫの値を１０で割って制御回路４１の変数メモリである第２変化時間ｄｔ２に代入する（Ｓ２７）。これにより、蓄電部２３の電圧ＶｃがＶｃ２（５Ｖ）からＶｃ２＋ｄＶ２（９Ｖ）に至るまでの第２変化時間ｄｔ２を求めることができる。ここまでの蓄電部２３の電圧Ｖｃの状態を図３の時間ｔ１からｔ２に示す。時間ｔ２は電圧ＶｃがＶｃ２＋ｄＶ２（これは図３においてはＶｃ３に相当）に至った時の時間であり、第２変化時間ｄｔ２は時間ｔ１からｔ２までの経過時間（充電時間）であることがわかる。従って、ここまでの動作をまとめると、制御回路４１は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが、第１変化時間ｄｔ１経過後の蓄電部２３の電圧値（本実施の形態ではＶｃ２）から第２既定電圧ｄＶ２だけ変化するまでの第２変化時間ｄｔ２を求めていることになる。

次に、制御回路４１は蓄電部２３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを計算する。ここで、図３より蓄電部２３の充電開始直後における内部抵抗値Ｒに比例した電圧上昇を含む電圧変化特性、すなわち第１変化時間ｄｔ１と第１既定電圧ｄＶ１の関係から、ｄｔ１＝Ｃ・（ｄＶ１−Ｉ・Ｒ）／Ｉが得られる。また、内部抵抗値Ｒの影響を含まない電圧変化特性、すなわち第２変化時間ｄｔ２と第２既定電圧ｄＶ２の関係から、ｄｔ２＝Ｃ・ｄＶ２／Ｉが得られる。ゆえに、これらの式を連立させることにより、Ｃ＝Ｉ・ｄｔ２／ｄＶ２、Ｒ＝（ｄＶ１・ｄｔ２−ｄｔ１・ｄＶ２）／（Ｉ・ｄｔ２）となる。

これらより、図２に戻って、制御回路４１は蓄電部２３の容量値ＣをＣ＝Ｉ・ｄｔ２／ｄＶ２より、内部抵抗値ＲをＲ＝（ｄＶ１・ｄｔ２−ｄｔ１・ｄＶ２）／（Ｉ・ｄｔ２）より、それぞれ計算する（Ｓ２８）。このようにして容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを計算することで、蓄電部２３の充電を中断する必要がなくなり、簡単な制御で容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めることができる。なお、本実施の形態ではｄＶ１＝ｄＶ２＝４Ｖとなるので、ｄＶ１＝ｄＶ２＝ｄＶとすると、内部抵抗値Ｒは、Ｒ＝（ｄｔ２−ｄｔ１）／Ｃとなる。従って、先に求めた容量値Ｃと、第１変化時間ｄｔ１、第２変化時間ｄｔ２から、前記式を用いて内部抵抗値Ｒを計算してもよい。この場合は内部抵抗値Ｒの計算式が簡略化されるため、さらに簡単に容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めることができる。

次に、制御回路４１は得られた容量値Ｃと内部抵抗値Ｒから蓄電部２３の劣化判断を行う。すなわち、Ｓ２８で求めた蓄電部２３の容量値Ｃと容量値の劣化限界値Ｃｄ、およびＳ２８で求めた蓄電部２３の内部抵抗値Ｒと内部抵抗値の劣化限界値Ｒｄを、それぞれ比較する。ここで、劣化限界値Ｃｄ、Ｒｄは、これ以上蓄電装置１１を使用できない状態まで劣化した時の蓄電部２３の容量値と内部抵抗値のことである。

具体的な動作としては、制御回路４１は、まずＳ２８で求めた蓄電部２３の容量値Ｃと、その劣化限界値Ｃｄを比較する（Ｓ３３）。もし、容量値Ｃが劣化限界値Ｃｄ以下であれば（Ｓ３３のＹｅｓ）、蓄電部２３が劣化して容量値Ｃが低下している状態であるので、後述するＳ４３にジャンプする。

一方、容量値Ｃが劣化限界値Ｃｄより大きければ（Ｓ３３のＮｏ）、容量値Ｃについては正常であるので、次に内部抵抗値Ｒと、その劣化限界値Ｒｄを比較する（Ｓ３５）。もし、内部抵抗値Ｒが劣化限界値Ｒｄ以上であれば（Ｓ３５のＹｅｓ）、蓄電部２３が劣化して内部抵抗値Ｒが上昇している状態であるので、後述するＳ４３にジャンプする。

一方、内部抵抗値Ｒが劣化限界値Ｒｄ未満であれば（Ｓ３５のＮｏ）、内部抵抗値Ｒについても正常であるので、蓄電部２３は劣化していないと判断できる。この場合は、次に電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ３７）、電圧Ｖｃが設定電圧以上になったか否かを判断する（Ｓ３９）。ここで、設定電圧は蓄電部２３の満充電電圧のことで、本実施の形態では１２Ｖとした。もし、電圧Ｖｃが設定電圧未満であれば（Ｓ３９のＮｏ）、Ｓ３７に戻り設定電圧に至るまでＳ３７以降の動作を繰り返す。

一方、電圧Ｖｃが設定電圧以上であれば（Ｓ３９のＹｅｓ）、蓄電部２３を満充電することができたので、その後は充電回路１９に設定電圧を維持するよう充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する（Ｓ４１）。これにより、蓄電部２３は設定電圧を維持し続ける。その後、蓄電部２３の劣化判断と充電が完了したので、図２のフローチャートを終了し、メインルーチンに戻る。

ここで、蓄電部２３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒのいずれかが劣化限界値Ｃｄ、Ｒｄに至った場合（Ｓ３３のＹｅｓ、またはＳ３５のＹｅｓ）、制御回路４１は蓄電部２３が劣化したと判断し、車両側制御回路（図示せず）に蓄電部２３の劣化信号を出力する（Ｓ４３）。これを受け、車両側制御回路は運転者に対し蓄電装置１１の劣化を警告し、修理を促す。

その後、劣化した蓄電部２３にこれ以上充電しないようにするために、制御回路４１は充電回路１９に対し蓄電部２３の充電を停止するように充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する（Ｓ４５）。さらに、劣化した蓄電部２３に充電された電力を放電するために、放電回路３３に対し蓄電部２３を放電するように放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信する（Ｓ４７）。これらの動作により、蓄電部２３が劣化すれば電力を充電しないように制御するため、安全性が高まる。その後、図２のフローチャートを終了し、メインルーチンに戻る。

以上に説明したように、蓄電部２３の劣化判断を起動時に行うようにしたことで、車両使用前に劣化判断が可能となり高信頼性が得られる。さらに、上記動作により、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒに比例した電圧上昇を含む電圧変化特性（第１変化時間ｄｔ１と第１既定電圧ｄＶ１の関係）、および内部抵抗値Ｒの影響を含まない電圧変化特性（第２変化時間ｄｔ２と第２既定電圧ｄＶ２の関係）を求めることができるので、充電を中断することなく容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めて劣化判断ができるという特徴的な動作が可能となる。

次に、蓄電装置１１の通常時の動作について説明する。まず、制御回路４１は主電源１５の電圧Ｖｂを主電源電圧検出回路２１から読み込み、電圧Ｖｂと既定下限値を比較する監視動作を行う。ここで、既定下限値は負荷１７を動作させるための最低電圧（本実施の形態では１０．５Ｖ）とした。もし、電圧Ｖｂが既定下限値より大きければ、主電源１５は正常な電圧を出力しているので、再び主電源１５の電圧Ｖｂの監視動作を行う。一方、電圧Ｖｂが既定下限値以下であれば、主電源１５が断線等の異常状態となっており、負荷１７を動作させることができなくなる。この場合は、切替スイッチオンオフ信号Ｓｏｆをオン信号として制御回路４１から切替スイッチ３５に送信することで、切替スイッチ３５をオンにする。これにより、蓄電部２３の電力が図１の放電経路と書かれた矢印の方向に流れ、負荷１７に供給される。この時、第２ダイオード３９のアノード電圧（＝主電源１５の電圧Ｖｂ）はカソード電圧（＝蓄電部２３により負荷１７に印加される電圧）より小さくなるので、第２ダイオード３９はオフになり、蓄電部２３の電力が主電源１５に供給されることはない。このことから、蓄電部２３の電力は負荷１７にのみ供給され、負荷１７は動作し続けられる。

以上のことから、万一、主電源１５の電圧Ｖｂが異常となっても、蓄電部２３の電力が負荷１７に供給されるので、車両制動システムが動作し続け、安全に車両を停止できる。

次に、車両の使用を終了した時の蓄電装置１１の動作について説明する。車両の使用が終了すると、制御回路４１は放電回路３３に対し蓄電部２３の電力を放電するように放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信する。これを受け、放電回路３３は蓄電部２３の放電を行う。放電が完了すれば蓄電装置１１の動作を停止する。このように動作することで、車両非使用時に蓄電部２３に電力を蓄えたままにしておくことによる蓄電部２３の劣化進行を抑制することができる。なお、蓄電部２３は電気二重層キャパシタの定格電圧（例えば２Ｖ）の半分以下まで放電すれば、劣化への影響が極めて小さくなるので、定格電圧の半分以下になるように放電回路３３を制御するようにしてもよい。本実施の形態では、放電後の蓄電部２３の電圧Ｖｃが約１Ｖになるまで放電するようにしている。

以上の構成、動作により、充電を中断する必要がなく、簡単な制御で容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めて劣化判断をすることが可能な蓄電装置１１を実現できる。

なお、本実施の形態において、蓄電部２３には蓄電素子として電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。

また、本実施の形態において、蓄電装置１１を車両制動システムの補助電源に適用した場合について述べたが、それらに限らず、アイドリングストップ車やハイブリッド車、あるいは電動パワーステアリングや電動過給器等の各システムにおける車両用補助電源等にも適用可能である。

本発明にかかる蓄電装置は、充電を中断せずに簡単な制御で蓄電部の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めて劣化判断ができるので、特に主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する車両用補助電源としての蓄電装置等として有用である。

本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図 本発明の実施の形態における蓄電装置の起動時のフローチャート 本発明の実施の形態における蓄電装置の起動時における蓄電部の電圧の経時特性図 従来の蓄電装置のブロック回路図 従来の蓄電装置の起動時におけるキャパシタユニットの電圧経時変化特性図

符号の説明

１１ 蓄電装置
１９ 充電回路
２３ 蓄電部
２５ 電圧検出回路
３３ 放電回路
４１ 制御回路

Claims (4)

1. キャパシタからなる蓄電部と、
   前記蓄電部に接続された充電回路、および電圧検出回路と、
   前記充電回路、および前記電圧検出回路が接続された制御回路とを有し、
   前記制御回路は、前記蓄電部を前記充電回路により定電流（Ｉ）で充電する際に、
   前記電圧検出回路で検出される前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が、充電開始直前の電圧値から第１既定電圧（ｄＶ１）だけ変化するまでの第１変化時間（ｄｔ１）を求めるとともに、
   前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が、前記第１変化時間（ｄｔ１）経過後の前記蓄電部の電圧値から第２既定電圧（ｄＶ２）だけ変化するまでの第２変化時間（ｄｔ２）を求め、
   前記蓄電部の容量値（Ｃ）を、Ｃ＝Ｉ・ｄｔ２／ｄＶ２より計算し、
   前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）を、Ｒ＝（ｄＶ１・ｄｔ２−ｄｔ１・ｄＶ２）／（Ｉ・ｄｔ２）より計算するようにした蓄電装置。
2. 前記制御回路は、前記容量値（Ｃ）と前記内部抵抗値（Ｒ）のいずれかが劣化限界値に至れば、前記蓄電部が劣化したと判断し、劣化信号を出力するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御回路は、前記蓄電部の劣化判断を起動時に行うようにした請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電部と前記制御回路に接続された放電回路を設けた構成を有し、
   前記制御回路は、使用終了時に前記蓄電部を前記放電回路により放電するようにした請求項１に記載の蓄電装置。

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