JP2009165263A - Electric storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャパシタに電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電装置に関するものである。 The present invention relates to a power storage device that stores electric power in a capacitor and discharges it when necessary.
近年、環境への配慮から駆動の全てあるいは一部をモータで行う、いわゆる電気自動車やハイブリッド自動車が普及しつつある。 In recent years, so-called electric vehicles and hybrid vehicles, in which all or part of driving is performed by a motor, are becoming popular due to environmental considerations.
これらの自動車(以下、車両という)はモータの電力がバッテリから供給されているが、バッテリは急速かつ大電流充放電による特性変化や劣化が起こるため、特に急加速時にモータへ供給する電流を制限している。そのため十分な加速が得られない場合があった。 These automobiles (hereinafter referred to as vehicles) are supplied with electric power from the motor, but the battery changes its characteristics and deteriorates due to rapid and large current charging / discharging, so the current supplied to the motor is limited especially during sudden acceleration. is doing. As a result, sufficient acceleration may not be obtained.
そこで、急速充放電が可能なキャパシタをバッテリと併用した車両が考案されている。これにより、急加速時にバッテリに加えキャパシタの電力もモータに供給されるため、バッテリのみの場合より急峻な加速が可能となる。 Therefore, a vehicle has been devised in which a capacitor capable of rapid charge / discharge is used in combination with a battery. As a result, since the power of the capacitor is supplied to the motor in addition to the battery during sudden acceleration, it is possible to accelerate more rapidly than with the battery alone.
モータを駆動できるだけの電圧をキャパシタで得るには、必要電圧が約750Vであるとすると、1個当たりの定格電圧が2.5Vのキャパシタを用いた場合、300個を直列に接続する必要がある。また、必要な容量を得るために並列接続を組み合わせることもある。 In order to obtain a voltage that can drive the motor with a capacitor, if the required voltage is about 750 V, 300 capacitors must be connected in series when a capacitor with a rated voltage of 2.5 V is used. . Moreover, in order to obtain a required capacity | capacitance, a parallel connection may be combined.
しかし、キャパシタにはバラツキがあり、キャパシタに印加される電圧がばらつくので、それを考慮せず充電を行うと、キャパシタの劣化が進行し、寿命が短くなる可能性がある。 However, there are variations in capacitors, and the voltage applied to the capacitors varies. Therefore, if charging is performed without taking this into account, there is a possibility that the deterioration of the capacitors will progress and the lifetime will be shortened.
そこで、多数のキャパシタの劣化進行度のバラツキを低減し、長寿命化する蓄電装置が例えば特許文献1に提案されている。このような蓄電装置を図7のブロック回路図に示す。
Thus, for example,
直列接続された複数のキャパシタ101のそれぞれの両端には、バランス電圧調整手段103が接続されている。さらに、各キャパシタ101の両端には、キャパシタ101の両端電圧を測定するためのサンプリングコンデンサ105が2個のスイッチ107を介して接続されている。バランス電圧調整手段103とスイッチ107は制御部109に接続されている。なお、直列接続された複数のキャパシタ101は充放電回路を介して車両のモータ、発電機、バッテリ、負荷等に接続されているが、図7ではこれらを省略している。
Balance voltage adjusting means 103 is connected to both ends of each of the plurality of
バランス電圧調整手段103は次の構成を有する。まず、キャパシタ101の両端にバランススイッチ111とバランス抵抗113の直列回路が接続されている。さらに、キャパシタ101の両端には2個の直列接続された分圧抵抗115も接続されている。2個の分圧抵抗115の接続点はコンパレータ117の一方の入力に接続されている。また、コンパレータ117の他方の入力にはデジタルポテンショメータ119が接続されている。デジタルポテンショメータ119は基準電源121と制御部109に接続されているので、制御部109の指示に従って任意の基準電圧を出力することができる。コンパレータ117の出力はバランススイッチ111に接続され、そのオンオフを制御する。
The balance voltage adjusting means 103 has the following configuration. First, a series circuit of a
次に、このような蓄電装置の動作について説明する。まず、制御部109は各キャパシタ101の劣化進行度を求める。具体的には、各キャパシタ101を定電流充電した時の両端電圧変化の傾き、および充電中断時の両端電圧変化から、容量値Cと内部抵抗値Rをそれぞれ求め、あらかじめ求めたこれらの劣化限界値までの差を劣化進行度として求める。従って、差が小さいほど劣化が進行していることになる。
Next, the operation of such a power storage device will be described. First, the
次に、制御部109は各キャパシタ101の劣化進行度の平均値を求め、各キャパシタ101の劣化進行度のバラツキ幅が小さくなるようにバランス電圧をそれぞれ求める。すなわち、劣化が進んだキャパシタ101に対しては、劣化を遅らせるために両端電圧を下げるようバランス電圧を決定する。その後、各キャパシタ101の両端電圧がバランス電圧になるようにバランス電圧調整手段を制御する。
Next, the
このように制御することにより、各キャパシタ101の劣化進行度のバラツキ幅が小さくなるようにバランス電圧が調整されるので、劣化が進んだキャパシタ101の劣化進行度を遅延させられるとともに、全キャパシタがほぼ同時期に動作限界に達する。その結果、蓄電装置の長寿命化が得られる。
上記の蓄電装置によると、確かに長寿命化が得られるのであるが、そのためには定電流充電中に各キャパシタ101の容量値Cや内部抵抗値Rを測定し、それらから劣化進行度を求め、さらにその平均値から各キャパシタ101の劣化進行度のバラツキ幅が小さくなるようにバランス電圧をそれぞれ求めるという制御を行わなければならず、動作が複雑化するという課題があった。
According to the above power storage device, a long life can be surely obtained. For this purpose, the capacitance value C and the internal resistance value R of each
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な動作で、かつ高精度にキャパシタの長寿命化を図ることが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a power storage device capable of extending the life of a capacitor with simple operation and high accuracy.
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、直列に接続された複数のキャパシタと、複数の前記キャパシタのそれぞれに接続されたバランス電圧調整手段と、前記バランス電圧調整手段に接続された制御回路からなり、前記制御回路は、前記キャパシタの非充放電時において、前記バランス電圧調整手段により前記キャパシタの非充放電時両端電圧(V1i、i=1〜n、nは前記キャパシタの個数)を測定し、前記非充放電時両端電圧(V1i)の測定後から、前記キャパシタを連続して充電のみ、または放電のみを行っている時における前記キャパシタの充放電時両端電圧(V2i)を、前記バランス電圧調整手段により測定し、前記非充放電時両端電圧(V1i)と前記充放電時両端電圧(V2i)の差の絶対値(ΔVi)をそれぞれ求め、前記絶対値(ΔVi)に応じて前記各キャパシタのバランス電圧(Vri)を決定し、前記バランス電圧調整手段により、キャパシタ両端電圧(Vi)が前記バランス電圧(Vri)になるように制御するようにしたものである。 In order to solve the conventional problem, a power storage device according to the present invention includes a plurality of capacitors connected in series, a balance voltage adjusting unit connected to each of the plurality of capacitors, and a connection to the balance voltage adjusting unit. When the capacitor is not charged / discharged, the control circuit uses the balance voltage adjusting means to adjust the voltage across the capacitor when it is not charged / discharged (V1i, i = 1 to n, where n is the capacitance of the capacitor). Number) and after measuring the non-charging / discharging voltage (V1i), the charging / discharging voltage (V2i) of the capacitor when the capacitor is continuously charged or discharged only. Is measured by the balance voltage adjusting means, and the absolute value (ΔVi) of the difference between the non-charging / discharging voltage (V1i) and the charging / discharging voltage (V2i). And the balance voltage (Vri) of each capacitor is determined according to the absolute value (ΔVi), and the voltage across the capacitor (Vi) becomes the balance voltage (Vri) by the balance voltage adjusting means. It is intended to be controlled.
本発明の蓄電装置によれば、キャパシタの非充放電時に、非充放電時両端電圧(V1i)を測定するとともに、キャパシタの充放電時に充放電時両端電圧(V2i)を測定し、これらの差の絶対値(ΔVi)を求め、それによりバランス電圧(Vri)を決定するので、従来のようにキャパシタを定電流充電状態とした上で容量値Cや内部抵抗値Rを測定する必要はないが、これらの値を反映したバランス電圧(Vri)を決定することができる。さらに、従来の劣化進行度を求めて平均値を計算した結果からバランス電圧を決定する制御も不要となる。従って、従来に比べ極めて簡単な動作で、かつ高精度にキャパシタの長寿命化を図ることができるという効果が得られる。 According to the power storage device of the present invention, during the non-charging / discharging of the capacitor, the both-end voltage (V1i) during non-charging / discharging is measured, and the both-end voltage (V2i) during charging / discharging is measured during the charging / discharging of the capacitor. Therefore, it is not necessary to measure the capacitance value C or the internal resistance value R while the capacitor is in a constant current charge state as in the prior art. The balance voltage (Vri) reflecting these values can be determined. Furthermore, the conventional control for determining the balance voltage from the result of calculating the degree of deterioration and calculating the average value becomes unnecessary. Therefore, it is possible to obtain an effect that the life of the capacitor can be extended with a very simple operation and with high accuracy as compared with the prior art.
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、実施の形態では蓄電装置をハイブリッド自動車に適用した場合について述べる。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiment describes the case where the power storage device is applied to a hybrid vehicle.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1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1における蓄電装置の時間t1、t2におけるキャパシタ両端電圧の変化図である。図3は、本発明の実施の形態1における蓄電装置の全電圧の経時特性図である。図4は、本発明の実施の形態1における蓄電装置の非充放電時両端電圧と充放電時両端電圧を求めるフローチャートである。図5は、本発明の実施の形態1における蓄電装置の各キャパシタのバランス電圧を求めるフローチャートである。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。
(Embodiment 1)
1 is a block circuit diagram of a power storage device according to
図1において、キャパシタ11は複数個が直列に接続されている。本実施の形態1では、キャパシタ11として大容量の電気二重層キャパシタを用いた。なお、キャパシタ11は必要な電力仕様に応じて直並列接続としてもよい。この場合は、並列接続部分のキャパシタを1個のキャパシタ11として取り扱うことにより、図1と等価回路になる。従って、各キャパシタ11は1個でもよいし、複数個を並列接続したものでもよいものとして、以下説明する。なお、図1に示す蓄電装置における直列接続されたキャパシタ11の最両端を、他の蓄電装置の最両端と接続する構成としてもよい。このような直並列接続の場合は、キャパシタ11のそれぞれに後述するバランス電圧調整手段13が接続される構成となる。
In FIG. 1, a plurality of
各キャパシタ11の両端には、それぞれバランス電圧調整手段13が接続されている。さらに、バランス電圧調整手段13には制御回路15が接続されているので、制御回路15によりバランス電圧調整手段13の動作が制御されている。なお、制御回路15は、従来の図7に示したデジタルポテンショメータ119や基準電源121等の機能を有する複数の周辺回路と、それらを制御するマイクロコンピュータから構成されている。また、制御回路15は車両用制御回路(図示せず)との間でデータ信号dataによりデータを交信する機能も有している。
Balance voltage adjusting means 13 is connected to both ends of each
次に、バランス電圧調整手段13の構成について説明する。まず、キャパシタ11の両端にはバランススイッチ17とバランス抵抗19の直列回路が接続されている。バランススイッチ17は外部からオンオフ制御ができる構成を有し、例えばFETやトランジスタが適用できる。さらに、キャパシタ11の両端には2個の分圧抵抗21の直列回路も接続されている。2個の分圧抵抗21の接続点は制御回路15、およびコンパレータ23の一方の入力に接続されている。これにより、制御回路15はキャパシタ11の両端電圧Vi(i=1〜n、nは直列接続されたキャパシタ11の個数)を読み込むことができる。また、図1に示す一番上のキャパシタ11における正極は、直列接続されたキャパシタ11の全電圧Vcと等しいので、全電圧Vcも一番上のバランス電圧調整手段13を介して制御回路15により読み込めるように配線されている。
Next, the configuration of the balance
コンパレータ23の他方の入力は、制御回路15と接続されている。これにより、制御回路15から発せられるバランス電圧Vriがコンパレータ23に入力されることになる。また、コンパレータ23の出力はバランススイッチ17に接続されている。従って、コンパレータ23の出力によりバランススイッチ17のオンオフが制御される。
The other input of the comparator 23 is connected to the
キャパシタ11の近傍には温度センサ25が配されている。温度センサ25は温度に対する抵抗値変化が大きいサーミスタを用いた。温度センサ25の出力は制御回路15に接続されている。従って、制御回路15は温度センサ25が検出した温度Tを読み込むことができる。
A
直列接続されたキャパシタ11の最両端である正極端子27と負極端子29には、充放電回路を介して車両のモータ、発電機、バッテリ、負荷等に接続されているが、図1ではこれらを省略している。
The
次に、このような構成を有する蓄電装置の動作について、図2から図5を用いて説明する。なお、図2において、横軸は時間t、縦軸はキャパシタ両端電圧Viをそれぞれ示す。また、図3において、横軸は時間t、縦軸はキャパシタの全電圧Vcをそれぞれ示す。また、ハイブリッド自動車の場合、キャパシタ11は前記したように数100個程度が直列接続される構成となるが、以下の説明ではわかりやすくするために、キャパシタ11が4個直列であるとする。従って、キャパシタ11の個数nは4になり、添字iの範囲は1〜4となる。
Next, operation of the power storage device having such a configuration will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the capacitor both-ends voltage Vi. In FIG. 3, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the total voltage Vc of the capacitor. In the case of a hybrid vehicle, as described above, about several hundred
まず、図2において、時間t1で車両のイグニションスイッチ(図示せず)がオンになり、車両が起動したとする。制御回路15は、イグニションスイッチのオン信号を車両用制御回路からデータ信号dataとして受信することにより、車両の起動を認識する。なお、車両の起動は、イグニションスイッチがオンになることで制御回路15に駆動電圧が印加されるので、それにより認識するようにしてもよい。
First, in FIG. 2, it is assumed that an ignition switch (not shown) of the vehicle is turned on at time t1 and the vehicle is activated. The
車両の起動時は、まだキャパシタ11の充放電が行われていないので、制御回路15は直ちに現在の各キャパシタ11の非充放電時両端電圧V1i(i=1〜4)をバランス電圧調整手段13より順次読み込み、制御回路15に内蔵されたメモリに記憶する。同時に、時間t1も1点目時間t1としてメモリに記憶する。これにより、1点目時間t1が測定されたことになる。なお、これらの動作の詳細は後述する図4を用いて説明する。また、非充放電時両端電圧V11〜V14は、前回の車両使用終了時から時間t1に至るまでの間、自己放電により低下した状態である。さらに、各キャパシタ11の特性バラツキや劣化進行バラツキにより、非充放電時両端電圧V11〜V14はばらついた状態である。
Since the
ここで、非充放電時とは、充放電回路(図示せず)によるキャパシタ11への充放電を積極的に行っていない状態として定義する。従って、完全にキャパシタ11に電流が流れていない場合だけでなく、充放電回路を動作させていなくてもキャパシタ11に僅かな漏れ電流が流れる等の場合は非充放電時に含む。
Here, the time of non-charging / discharging is defined as a state where charging / discharging of the
その後、車両の使用により各キャパシタ11には制動時の回生電力が充電される。これにより、各キャパシタ両端電圧Viは経時的に上昇する。なお、キャパシタ両端電圧Viの経時変化の詳細は図2では省略している。このように、非充放電時両端電圧V1iの測定後から、キャパシタ11を連続して充電のみ行っている時(時間t2)に、制御回路15はキャパシタ11の充放電時両端電圧V2i(i=1〜4)を、バランス電圧調整手段13により測定してメモリに記憶するとともに、時間t2も2点目時間t2として記憶する。これにより、2点目時間t2が測定されたことになる。なお、これらの動作の詳細も後述する図4を用いて説明する。また、制動時の回生電力が各キャパシタ11に充電されているので、図2の時間t2においては、各キャパシタ11の充放電時両端電圧V2iは、時間t1での非充放電時両端電圧V1iよりも大きくなる。
Thereafter, each
なお、キャパシタ両端電圧Viは温度により変化する特性を有する。そこで、制御回路15は、あらかじめ求めたキャパシタ両端電圧Viの温度依存性を記憶しておき、それにより温度センサ25から得られる温度Tに応じて、非充放電時両端電圧V1iと充放電時両端電圧V2iを補正している。
Note that the capacitor both-end voltage Vi has a characteristic that varies with temperature. Therefore, the
具体的には、基準温度To(例えば25℃)において、キャパシタ11を既知電圧まで充電した状態で温度Tを変えた時のキャパシタ両端電圧Viの温度依存特性を求める。これを、既知電圧がキャパシタ11の定格電圧(例えば2.5V)まで既定の電圧幅(例えば0.1V)毎に求める。すなわち、基準温度To(25℃)でキャパシタ11を0.1Vまで充電した状態で温度Tを変えた時のキャパシタ両端電圧Viの温度依存特性を求め、次に25℃で0.2Vまで充電して温度依存特性を求め、次に25℃で0.3Vまで充電して温度依存特性を求め、というようにして、定格電圧(2.5V)まで繰り返し温度依存特性を求める。こうして得られた複数の温度依存特性を制御回路15のメモリにあらかじめ記憶しておく。
Specifically, at the reference temperature To (for example, 25 ° C.), the temperature dependence characteristic of the capacitor both-ends voltage Vi when the temperature T is changed while the
次に、温度Tと任意のキャパシタ両端電圧Viが得られれば、複数の温度依存特性の中から、温度Tにおけるキャパシタ両端電圧Viを有する温度依存特性を選択する。次に、基準温度Toにおけるキャパシタ両端電圧Viを、選択した温度依存特性から求める。こうして求めたキャパシタ両端電圧Viが温度補正後の値となる。 Next, if the temperature T and an arbitrary capacitor voltage Vi are obtained, a temperature dependent characteristic having the capacitor voltage Vi at the temperature T is selected from a plurality of temperature dependent characteristics. Next, the voltage Vi across the capacitor at the reference temperature To is obtained from the selected temperature-dependent characteristic. The voltage V i across the capacitor thus obtained is a value after temperature correction.
これにより、図2の時間t1とt2で互いに温度が異なっても、基準温度Toにおけるキャパシタ両端電圧Viに補正されるので、図5で説明するバランス電圧Vriの計算精度を向上することができる。ゆえに、各キャパシタ11の劣化進行の低減(詳細は後述)を高精度に行えるので、温度補正を行うことでキャパシタ11の長寿命化に寄与できる。
Thereby, even if the temperatures are different at times t1 and t2 in FIG. 2, the correction is made to the capacitor both-ends voltage Vi at the reference temperature To, so that the calculation accuracy of the balance voltage Vri described in FIG. 5 can be improved. Therefore, it is possible to reduce the progress of deterioration of each capacitor 11 (details will be described later) with high accuracy, and thus it is possible to contribute to extending the life of the
ここで、充放電時両端電圧V21〜V24の大小関係は、非充放電時両端電圧V11〜V14の大小関係と同じであるとは限らない。すなわち、各キャパシタ11の特性や劣化進行におけるバラツキに応じて大小関係が逆転する場合がある。具体的には、図2において、時間t1で最大の非充放電時両端電圧V11を有するキャパシタ11は、時間t2では最小の充放電時両端電圧V21となり、時間t1で最小の非充放電時両端電圧V14を有するキャパシタ11は、時間t2では最大の充放電時両端電圧V24となっている。従って、本実施の形態1では、時間t1と時間t2における2点のキャパシタ両端電圧V1i、V2iから得られる図2の太矢印の傾きを基に、各キャパシタ11のバランス電圧Vriを決定するようにしている。
Here, the magnitude relationship between the both-end voltages V21 to V24 during charging / discharging is not necessarily the same as the magnitude relationship between the both-end voltages V11 to V14 during non-charging / discharging. That is, the magnitude relationship may be reversed depending on the characteristics of each
ここで、1点目時間t1と2点目時間t2の決定方法について、図3を用いて説明する。 Here, the determination method of the 1st point time t1 and the 2nd point time t2 is demonstrated using FIG.
まず、1点目時間t1はキャパシタ11が非充放電状態である任意の時間に決定されるが、図3においては、非充放電時、すなわちキャパシタ11の全電圧Vc1がほぼ一定である任意の時間を1点目時間t1と決定している。この時、制御回路15は各キャパシタ11の非充放電時両端電圧V1iを読み込んでいる。
First, the first point time t1 is determined to be an arbitrary time during which the
次に、時間taで車両制動により回生電力が発生したとする。これにより、キャパシタ11に回生電力が充電されるが、充電開始直後には、全てのキャパシタ11の内部抵抗値Rに起因した初期的な電圧上昇が発生する。電圧上昇の大きさΔVcaはキャパシタ11への充電電流をIとすると、ΔVca=I・Rで表される。この電圧上昇は図3に示すように時間tbまでの極めて短期間に急峻に発生し、その後、キャパシタ11への充電に伴って全電圧Vcは経時的に上昇していく。制御回路15は急峻な電圧上昇が発生した後の時間tb以降で、既定時間ts毎に、全電圧Vcの電圧傾きΔVcを求める。ここで、既定時間tsは十分な測定精度で電圧傾きΔVcが求められる時間としてあらかじめ決定されており、本実施の形態1では0.1秒とした。また、図3より明らかなように、電圧傾きΔVcは、例えば時間tbにおける全電圧Vcbと、時間tbから既定時間tsを加えた時間tcにおける全電圧Vccの差ΔVcb(=Vcc−Vcb)を既定時間tsで除して求められるが、既定時間tsは一定なので差ΔVcbが電圧傾きΔVcに相当することになる。従って、以後の説明では前記差(例えばΔVcb)を電圧傾きΔVcとして述べる。
Next, it is assumed that regenerative electric power is generated by vehicle braking at time ta. As a result, the regenerative power is charged in the
制御回路15は、時間tcから後もキャパシタ11を連続して充電している時に、既定時間ts毎に電圧傾きΔVcを求める。すなわち、時間tcから既定時間tsが経過した時間tdで全電圧Vcdを求め、電圧傾きΔVccをΔVcc=Vcd−Vccにより計算する。
The
ここで、時間tb以降では、回生電力をキャパシタ11に充電するに従って、キャパシタ11への充電電流Iが経時的に増大し、やがて最大電流値に至るが、車速が下がり車両制動が終了に近づくと、充電電流Iが低下していく。これに対応して、キャパシタ11の全電圧Vcの電圧傾きΔVcは時間tb以降で経時的に増大し、やがて最大値を有し、その後減少する経時変化を有する。すなわち、図3に示すように、時間tbから時間tcにおける電圧傾きΔVcbに対し、時間tcから時間tdにおける電圧傾きΔVccは大きくなる。やがて時間teから時間tfにおける電圧傾きΔVceで最大値となり、その後、時間tfから時間tgにおける電圧傾きΔVcfが減少する。このように、電圧傾きΔVcfが電圧傾きΔVceより小さくなった時、すなわち、電圧傾きΔVc(図3のΔVcf)が前回電圧傾きΔVco(図3のΔVce)より小さくなった時(図3の時間tg)を2点目時間t2として決定する。この時、制御回路15は各キャパシタ11の充放電時両端電圧V2iを読み込んでいる。これにより、1点目時間t1における全電圧Vc1に対し、2点目時間t2における全電圧Vcgの差が十分大きくなるので、各キャパシタ11の1点目時間t1における非充放電時両端電圧V1iと2点目時間t2における充放電時両端電圧V2iの差の絶対値ΔViも制御回路15による電圧読み込み精度以上に大きくなり、高精度化が可能となる。
Here, after the time tb, as the regenerative power is charged in the
なお、図3ではキャパシタ11の充電時に2点目時間t2を決定しているが、これはキャパシタ11が非充放電状態から放電状態となった際に2点目時間t2を決定してもよい。この場合の決定方法は図3とほぼ同じであるが、放電により全電圧Vcは経時的に低下するので、電圧傾きΔVcは全て絶対値で求めるようにする。これにより、電圧傾きΔVcの絶対値が前回電圧傾きΔVcoの絶対値より小さくなった時を2点目時間t2として決定すればよいことになる。
In FIG. 3, the second time t2 is determined when the
また、キャパシタ11の充電時、または放電時において、2点目時間t2を決定する際に、電圧傾きΔVcの正負が前回電圧傾きΔVcoの正負と異なっていれば、キャパシタ11が急遽、充電状態から放電状態になったか、または放電状態から充電状態になったことになる。この時、前者であれば、その時点で全てのキャパシタ11の内部抵抗値Rに起因した電圧降下が発生し、後者であれば、電圧上昇が発生する。この電圧降下、または電圧上昇が発生した後の任意の時間で2点目時間t2を決定すると、その時点での充放電時両端電圧V2iによる非充放電時両端電圧V1iとの差の絶対値ΔViが小さくなる方向に推移する。ゆえに、2点目時間t2の決定時点によっては絶対値ΔViが電圧測定精度に対し相対的に小さくなり、絶対値ΔViの精度が悪くなる可能性がある。このため、制御回路15は、電圧傾きΔVcの正負が前回電圧傾きΔVcoの正負と同じ場合に限って2点目時間t2を決定するようにしている。
Further, when the second time t2 is determined during charging or discharging of the
以上の説明より、2点目時間t2の決定動作は以下のようになる。制御回路15は、キャパシタ11の充電、または放電の開始直後における全てのキャパシタ11の内部抵抗値Rに起因した初期的な電圧上昇、または電圧降下が発生した後に、既定時間ts毎に、直列接続されたキャパシタ11の全電圧Vcの電圧傾きΔVcを求め、電圧傾きΔVcの正負が前回電圧傾きΔVcoと同じで、かつ電圧傾きΔVcの絶対値が前回電圧傾きΔVcoの絶対値より小さくなった時を2点目時間t2として決定し、充放電時両端電圧V2iを測定する。
From the above description, the determination operation of the second point time t2 is as follows. The
次に、図2、図3の動作を含め、バランス電圧Vriを決定するための全体的な動作について、図4、図5のフローチャートを用いて説明する。なお、制御回路15はメインルーチンから各種サブルーチンを実行することにより蓄電装置全体の動作を制御しているので、図4、図5のフローチャートはサブルーチンの形態で示した。
Next, the overall operation for determining the balance voltage Vri, including the operations of FIGS. 2 and 3, will be described with reference to the flowcharts of FIGS. Since the
制御回路15はメインルーチンから一定時間(例えば分オーダー)毎にバランス電圧Vriを決定するために、図4のサブルーチンを実行する。このように一定時間毎にバランス電圧Vriを決定することで、最新のキャパシタ11の状態(劣化進行状態等)を反映したバランス電圧Vriを得ることができる。
The
図4のサブルーチンが実行されると、制御回路15はまず前回電圧傾きΔVcoをクリアする(ステップ番号S11)。この具体的な動作は、制御回路15に内蔵したメモリ変数である前回電圧傾きΔVcoに0を代入することになる。なお、このような動作について、図4のS11に示すようにΔVco=0と表記する。これは、右辺の値(0)を左辺の変数(前回電圧傾きΔVco)に代入するという意味であると以下定義する。
When the subroutine of FIG. 4 is executed, the
次に、制御回路15は現在キャパシタ11が非充放電状態であるか否かを判断する(S13)。なお、この判断のために、制御回路15は車両用制御回路(図示せず)からデータ信号dataにより、現在のキャパシタ11の充放電状態を受信する。充放電状態は、例えば車両用制御回路が充放電回路を動作させているか否かのデータ信号dataを受信することで得られる。
Next, the
もし、キャパシタ11が非充放電状態でなければ(S13のNo)、制御回路15はバランス電圧Vriを決定せずに、そのまま図4のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。これにより、制御回路15はキャパシタ11が非充放電状態になる毎に、バランス電圧Vriを決定するように制御することができ、前記したように最新のキャパシタ11の状態を反映したバランス電圧Vriが得られる。なお、非充放電状態でない場合にバランス電圧Vriを決定しない理由は次の通りである。
If the
もし、充放電時に1点目時間t1を決定したとすると、例えば図3の場合では、1点目時間t1が時間ta以降となる。一方、2点目時間t2は充電中の時間tgであるので、1点目時間t1と2点目時間t2の両方が充電中になる。この場合、図2に示す1点目時間t1と2点目時間t2におけるキャパシタ両端電圧Viの差の絶対値ΔViを求めると、各キャパシタ11の内部抵抗値Rに起因した電圧上昇の影響が含まれず、容量値C(図2の太矢印の傾きに相当)の影響のみが反映される。従って、内部抵抗値Rの影響を加味したバランス電圧Vriの決定ができなくなり、その分、精度が低下してしまう。このような理由から、本実施の形態1では、内部抵抗値Rの影響が絶対値ΔViに含まれるよう、1点目時間t1が非充放電状態となるようにしている。これにより、バランス電圧Vriに内部抵抗値Rの影響が加味されるので、高精度化が図れる。
If the first point time t1 is determined at the time of charging / discharging, for example, in the case of FIG. 3, the first point time t1 is after the time ta. On the other hand, since the second point time t2 is a charging time tg, both the first point time t1 and the second point time t2 are being charged. In this case, when the absolute value ΔVi of the difference between the capacitor voltages Vi at the first time t1 and the second time t2 shown in FIG. 2 is obtained, the influence of the voltage rise due to the internal resistance value R of each
ここでS13に戻り、キャパシタ11が非充放電状態であれば(S13のYes)、制御回路15は蓄電装置の使用が終了しているか否かを判断する(S15)。ここで、蓄電装置の使用終了は車両の使用終了と同じタイミングであるとしている。従って、制御回路15は車両用制御回路から送信されるイグニションキー(図示せず)の状態を読み取ることで、使用終了を判断できる。
Here, returning to S13, if the
もし、使用終了であれば(S15のYes)、S13ではYesであったので、キャパシタ11が非充放電状態のまま使用終了となったことになる。これは、車両が停止するために制動が行なわれ、それにより発生した回生電力がキャパシタ11に充電された状態で車両の使用を終了したことになる。この場合は、その後積極的にキャパシタ11の充放電が行われることはないので、2点目時間t2が決定できない。従って、制御回路15は充放電時両端電圧V2iの測定を中止するようにしている。この際、制御回路15は図4のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
If it is the end of use (Yes in S15), it is Yes in S13, and thus the use is finished while the
一方、使用終了でなければ(S15のNo)、制御回路15はバランス電圧調整手段13により各キャパシタ11の非充放電時両端電圧V1iをそれぞれ読み込む(S17)。また、その時間を1点目時間t1として記憶する(S19)。次に、制御回路15は温度センサ25より温度Tを読み込み(S21)、非充放電時両端電圧V1iを温度Tによりそれぞれ補正する(S23)。なお、温度補正方法の詳細は前記した通りである。
On the other hand, if the use is not finished (No in S15), the
次に、制御回路15はキャパシタ11が充放電状態であるか否かを判断する(S25)。この判断の詳細動作はS13と同じである。もし、充放電状態でなければ(S25のNo)、再び蓄電装置の使用が現時点で終了しているか否かを判断する(S26)。もし、使用終了であれば(S26のYes)、車両を停止した後、しばらくしてからイグニションキーをオフにしたことになるので、この場合もS15のYesと同様に、図4のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
Next, the
一方、使用終了でなければ(S26のNo)、前記した2点目時間t2の決定ができないので、S25に戻り充放電状態になるまで待つ。 On the other hand, if the use is not finished (No in S26), since the second time t2 cannot be determined, the process returns to S25 and waits until a charge / discharge state is reached.
充放電状態になれば(S25のYes)、制御回路15は初期待ち時間が経過したか否かを判断する(S27)。ここで、初期待ち時間はキャパシタ11の充電、または放電の開始直後における全てのキャパシタ11の内部抵抗値Rに起因した初期的な電圧上昇、または電圧降下が発生し終わるまでの時間であり、図3の時間taから時間tbまでに相当する。初期待ち時間が経過していなければ(S27のNo)、S27に戻り、初期待ち時間が経過するまで待つ。
If it will be in a charging / discharging state (Yes of S25), the
初期待ち時間が経過すれば(S27のYes)、制御回路15は図1における一番上のバランス電圧調整手段13を介して、キャパシタ11の全電圧Vcを読み込む(S29)。その後、読み込んだ全電圧Vcを前回全電圧Vcoに代入して、前回全電圧Vcoを更新する(S31)。
If the initial waiting time has elapsed (Yes in S27), the
次に、制御回路15は既定時間tsが経過したか否かを判断する(S33)。既定時間tsは図3で説明した通りである。もし、既定時間tsが経過していなければ(S33のNo)、S33に戻り既定時間tsが経過するまで待つ。一方、既定時間tsが経過すれば(S33のYes)、制御回路15は再びキャパシタ11の全電圧Vcを読み込む(S35)。その後、得られた全電圧Vc、および前回全電圧Vcoより、図3で説明した電圧傾きΔVcを、ΔVc=Vc−Vcoより求める(S37)。次に、得られた電圧傾きΔVcと前回電圧傾きΔVcoの積Fを計算する(S39)。ここで、積Fを計算する理由は、電圧傾きΔVcの正負と前回電圧傾きΔVcoの正負が同じか否かを判断するためである。すなわち、もし正負が同じであれば積Fは正に、正負が異なれば積Fは負になる。また、もし積Fが0であれば、S11で前回電圧傾きΔVcoを0にクリアしたままの状態であることがわかる。このような積Fが0になる場合は、図4のサブルーチン実行後、初めて電圧傾きΔVcを求めたことを意味する。従って、もし積Fが0であれば(S41のYes)、前回電圧傾きΔVcoが存在しないので、電圧傾きΔVcとの比較をすることができない。ゆえに、後述するS47にジャンプする。
Next, the
一方、積Fが0でなければ、(S41のNo)、次に制御回路15は積Fが正であるか否かを判断する(S43)。もし、積Fが負であれば(S43のNo)、電圧傾きΔVcの正負が前回電圧傾きΔVcoと異なり、充電と放電が急に逆転したことになるので、充放電時両端電圧V2iの測定を中止して、図4のフローチャートを終了し、メインルーチンに戻る。これにより、バランス電圧Vriは更新されず、現在の値を保持する。また、前記したようにメインルーチンは一定時間毎に図4のサブルーチンを実行しているので、再びキャパシタ11が非充放電状態になれば、バランス電圧Vriを決定する動作を行うことができる。
On the other hand, if the product F is not 0 (No in S41), the
一方、積Fが正であれば(S43のYes)、電圧傾きΔVcの正負が前回電圧傾きΔVcoと同じであるので、次に制御回路15は電圧傾きΔVcの絶対値と前回電圧傾きΔVcoの絶対値を比較する(S45)。もし、電圧傾きΔVcの絶対値が前回電圧傾きΔVcoの絶対値以上であれば(S45のNo)、電圧傾きΔVcは図3の時間tbから時間teに示すように増大中であるので、前記したように、まだ2点目時間t2を決定できない。この場合、制御回路15は電圧傾きΔVcの値を前回電圧傾きΔVcoに代入して更新し(S47)、S31に戻る。これにより、再び既定時間tsが経過後の電圧傾きΔVcを求める動作以降を繰り返す。
On the other hand, if the product F is positive (Yes in S43), since the positive / negative of the voltage slope ΔVc is the same as the previous voltage slope ΔVco, the
一方、電圧傾きΔVcの絶対値が前回電圧傾きΔVcoの絶対値より小さければ(S45のYes)、図3に示す時間teから時間tgの状態に相当するので、この時点でバランス電圧調整手段13を介して充放電時両端電圧V2iをそれぞれ読み込む(S49)。また、その時間を2点目時間t2として記憶する(S51)。次に、制御回路15は温度センサ25より温度Tを読み込み(S53)、充放電時両端電圧V2iを温度Tによりそれぞれ補正する(S55)。なお、温度補正方法の詳細は前記した通りである。
On the other hand, if the absolute value of the voltage gradient ΔVc is smaller than the absolute value of the previous voltage gradient ΔVco (Yes in S45), this corresponds to the state from the time te to the time tg shown in FIG. Then, the both-end voltage V2i at the time of charging / discharging is read (S49). The time is stored as the second point time t2 (S51). Next, the
ここまでの動作により、1点目時間t1、非充放電時両端電圧V1i、2点目時間t2、および充放電時両端電圧V2iの値がそれぞれ得られたので、制御回路15は図5に示すバランス電圧Vriの決定サブルーチンを実行する(S57)。従って、以後は図5を参照しながら説明する。 By the operation so far, the values of the first point time t1, the non-charging / discharging both-ends voltage V1i, the second point time t2, and the charging / discharging both-ends voltage V2i are obtained. A subroutine for determining the balance voltage Vri is executed (S57). Therefore, the following description will be made with reference to FIG.
まず、制御回路15は内蔵した変数メモリiに1を代入する(S61)。ここで、変数メモリiは添字iと同等の意味を有すると定義し、以下、添字iと呼ぶ。次に、制御回路15は非充放電時両端電圧V1iと充放電時両端電圧V2iの差の絶対値ΔViを、ΔVi=|V2i−V1i|より求める(S63)。次に、2点目時間t2から1点目時間t1を差し引くことにより時間差Δtを求める(S64)。すなわち、Δt=t2−t1により時間差Δtを求めている。次に、各キャパシタ11の電圧調整幅ΔVbiを、絶対値ΔVi、時間差Δt、および既定係数Aから、ΔVbi=A×ΔVi/Δtにより求める(S65)。ここで、ΔVi/Δtは図2の太矢印の傾きである。この傾きは各キャパシタ11の容量値Cの逆数に相当する。すなわち、キャパシタ11は全て直列接続されているので、いずれにも同じ充電電流Iで充電される。この時のキャパシタ11に蓄えられる電荷量QはQ=C・ΔVi=I・Δtとなる。これを変形すると、C=I・Δt/ΔViとなる。ここで、充電電流Iは各キャパシタ11に対して等しいので、図2の傾きΔVi/Δtの逆数が各キャパシタ11の容量値Cと比例することがわかる。
First, the
ここで、キャパシタ11は劣化が進行すると容量値Cが低下し、各キャパシタ11の内部抵抗値Riが大きくなる。従って、劣化が進行するほど図3における充電開始直後の内部抵抗値Rに起因した電圧上昇ΔVcaも大きくなる。これにより、内部抵抗値Rは各キャパシタ11の内部抵抗値Riの和であるので、各キャパシタ11の内部抵抗値Riにおいても劣化が進行するとともに大きくなる。従って、図2において、絶対値ΔViは各キャパシタ11の内部抵抗値Riに起因した電圧上昇と、キャパシタ11への充電による電圧の経時的上昇の和として表されることになる。従って、傾きΔVi/Δtは各キャパシタ11の内部抵抗値Riと容量値Cを反映した値であり、劣化が進行したキャパシタ11ほど大きくなることがわかる。ゆえに、図2の添字i=4のキャパシタ11は傾きが最も大きいので劣化が一番進行していることになる。これにより、傾きの大小に応じてバランス電圧Vriを調整することになる。
Here, as the
そのために、まずS65で電圧調整幅ΔVbiを求めている。すなわち、電圧調整幅ΔVbiは、キャパシタ11が劣化未進行の初期状態の場合に設定される初期バランス電圧Vro(例えば定格電圧が2.5Vのキャパシタ11であれば、初期バランス電圧Vro=2.5Vとなる)からどれだけ電圧を下げるかを表すものである。これは、上記傾きに既定係数Aを乗じることにより求めている。従って、劣化が進行し、傾きが大きいキャパシタ11ほど、電圧調整幅ΔVbiが大きくなることになる。なお、既定係数Aは次のステップ(S67)でバランス電圧Vriが正規の範囲に入るように調整するための係数で、あらかじめ実験的に求めてメモリに記憶しておく。
For this purpose, first, the voltage adjustment width ΔVbi is obtained in S65. That is, the voltage adjustment width ΔVbi is an initial balance voltage Vro that is set when the
次に、制御回路15はバランス電圧Vriを、Vri=Vro−ΔVbiより求める(S67)。ここで、前記したように電圧調整幅ΔVbiはキャパシタ11の劣化が進行するほど大きくなり、一方で初期バランス電圧Vroが定数であるので、バランス電圧Vriは小さくなる。これにより、バランス電圧調整手段13でキャパシタ両端電圧Viがバランス電圧Vriになるように調整されるので、劣化が進行したキャパシタ11ほどキャパシタ両端電圧Viが小さくなる。これにより、そのキャパシタ11の劣化進行は他のキャパシタ11より抑制されるので、その分、キャパシタ11の寿命を延ばすことができる。なお、S67の式でバランス電圧Vriが極端に小さくなったり負になったりしないように、あらかじめ既定係数Aを求めて、S65で傾きに既定係数Aを乗じるようにしている。
Next, the
次に、制御回路15はバランス電圧Vriと劣化限界値Vgを比較する(S69)。ここで、劣化限界値Vgとは、キャパシタ11がこれ以上使用できない限界状態まで劣化した時のバランス電圧Vriの値であり、これもあらかじめ実験的に求めてある。従って、もしバランス電圧Vriが劣化限界値Vg以下になれば(S69のYes)、これ以上蓄電装置を使用できないので、制御回路15は蓄電装置の劣化信号をdata信号として車両用制御回路に送信する(S71)。これを受け、車両用制御回路は運転者に蓄電装置の劣化を警告し、修理を促すと同時に、蓄電装置の使用を禁止する。これにより、劣化した蓄電装置を使い続けることがなくなるので、高信頼性が得られる。その後、制御回路15は図5のサブルーチンを終了して図4のサブルーチンに戻る。なお、図4のサブルーチンにおいて、S57(図5のサブルーチン)の実行後は図4のサブルーチンも終了し、メインルーチンに戻る。
Next, the
一方、バランス電圧Vriが劣化限界値Vgより大きければ(S69のNo)、蓄電装置を継続して使用できるので、次に制御回路15は添字iに1を加え、添字iの内容を更新する(S73)。その後、更新した添字iがキャパシタ11の個数n(ここではn=4)に1を加えた値と等しいか否かを判断する(S75)。もし、添字iがn+1でなければ(S75のNo)、まだ全てのキャパシタ11のバランス電圧Vriが決まっていないので、S63に戻り、それ以降の動作を繰り返す。
On the other hand, if the balance voltage Vri is larger than the deterioration limit value Vg (No in S69), the power storage device can be used continuously, so the
一方、添字iがn+1と等しければ(S75のYes)、全てのキャパシタ11に対するバランス電圧Vriを決定できたので、図5のサブルーチンを終了して図4のサブルーチンに戻る。なお、図4のサブルーチンにおいて、S57(図5のサブルーチン)の実行後は図4のサブルーチンも終了し、メインルーチンに戻る。
On the other hand, if the subscript i is equal to n + 1 (Yes in S75), the balance voltage Vri for all the
以上に説明した図5のフローチャートによるサブルーチンの動作をまとめると、次のようになる。 The operation of the subroutine according to the flowchart of FIG. 5 described above is summarized as follows.
制御回路15は、非充放電時両端電圧V1iを測定する際の1点目時間t1と、充放電時両端電圧V2iを測定する際の2点目時間t2を測定し、2点目時間t2から1点目時間t1を差し引くことにより時間差Δtを求め、絶対値ΔViを時間差Δtで除して既定係数Aを乗じることにより、各キャパシタ11の電圧調整幅ΔVbiを計算し、初期バランス電圧Vroから電圧調整幅ΔVbiを差し引くことでバランス電圧Vriを決定している。このようにして、絶対値ΔViに応じた各キャパシタ11のバランス電圧Vriを得ている。
The
なお、車両使用中の間、メインルーチンにより一定時間毎に図4のサブルーチンが実行されるので、バランス電圧Vriを求める条件が成立すれば、バランス電圧Vriは更新され続ける。その後、車両使用が終了すると、制御回路15は最後に更新された最新のバランス電圧Vriを各バランス電圧調整手段13に対してそれぞれ出力する。これにより、各バランス電圧調整手段13は、接続されたキャパシタ11の両端電圧Viがバランス電圧Vriになるようにバランススイッチ17を制御する。すなわち、キャパシタ両端電圧Viがバランス電圧Vriより大きければ、コンパレータ23はバランススイッチ17をオンにする。これにより、キャパシタ11がバランス抵抗19により放電され、キャパシタ両端電圧Viは低下する。その後、キャパシタ両端電圧Viがバランス電圧Vriとほぼ等しくなれば、コンパレータ23はバランススイッチ17をオフにする。これにより、キャパシタ11の放電が停止し、そのキャパシタ両端電圧Viは目標であるバランス電圧Vriとなる。その結果、キャパシタ11の印加電圧が下がるので、その劣化進行を低減することができる。なお、その後は車両非使用時に渡ってキャパシタ両端電圧Viが自己放電により徐々に低下していく。
Since the main routine executes the subroutine of FIG. 4 at regular intervals while the vehicle is in use, the balance voltage Vri continues to be updated if the condition for obtaining the balance voltage Vri is satisfied. Thereafter, when the use of the vehicle is finished, the
また、このように動作することで、車両使用終了時において劣化が進行したキャパシタ11のキャパシタ両端電圧Vi(図2ではV24)を下げ、比較的劣化が進行していないキャパシタ11のキャパシタ両端電圧Vi(図2ではV21)は高い状態のままとすることにより、前者の劣化進行を低減するとともに後者の劣化を相対的に進ませることになるので、各キャパシタ11の劣化進行を揃えることが可能となる。その結果、任意の1個のキャパシタ11のみが劣化限界に達して蓄電装置全体が使えなくなる可能性を低減でき、蓄電装置の長寿命化も図れる。
Further, by operating in this way, the voltage V i across the capacitor 11 (V24 in FIG. 2) of the
以上の構成、動作により、キャパシタ11の非充放電時に、非充放電時両端電圧V1iを測定するとともに、キャパシタ11の充放電時に充放電時両端電圧V2iを測定し、これらの差の絶対値ΔViを求め、それによりバランス電圧Vriを決定するので、極めて簡単な動作で、かつ高精度にキャパシタ11の長寿命化を図ることが可能な蓄電装置を実現できる。
With the above configuration and operation, when the
なお、本実施の形態1では、キャパシタ11を充電する際にバランス電圧Vriを求める場合について説明したが、これはキャパシタ11を放電する際でもよい。但し、いずれの場合も1点目時間t1は非充放電時に、2点目時間t2は充放電時にする必要がある。これは、以下の理由による。もし、1点目時間t1を充電時に、それ以降の2点目時間t2を非充電時にしたとすると、充電が停止し非充電状態になれば、キャパシタ11の内部抵抗値Riに起因した電圧降下が発生する。その結果、充電を停止するまでにはキャパシタ両端電圧Viが上昇していたものの、充電の停止によりキャパシタ両端電圧Viは低下することになる。従って絶対値ΔViは電圧降下の分、小さくなることになる。これにより、絶対値ΔViが小さくなりすぎると電圧測定精度の影響が大きくなり、絶対値ΔViを基に決定されるバランス電圧Vriの精度も低下する。さらに、充電時間と劣化進行によるキャパシタ11の内部抵抗値Riの大きさによっては、充電によるキャパシタ両端電圧Viの上昇よりも充電停止時の電圧降下の方が大きくなり、充電時であるにもかかわらず傾きΔVi/Δtが負になる可能性もある。このように、充電状態や劣化状態により傾きΔVi/Δtの大小関係が変動すると、バランス電圧Vriを正しく決定できないことになる。ゆえに、1点目時間t1は非充電時に、2点目時間t2は充電時に決定している。これにより、充電開始時の電圧上昇と充電によるキャパシタ両端電圧Viの上昇の和に応じて傾きΔVi/Δtが得られるので、充電状態や劣化状態の影響を反映した高精度なバランス電圧Vriを決定することができる。なお、これらは放電時においても同様である。
In the first embodiment, the case where the balance voltage Vri is obtained when charging the
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における蓄電装置の各キャパシタのバランス電圧を求めるフローチャートである。なお、本実施の形態2における蓄電装置の構成は図1と同じであるので、構成の説明を省略する。すなわち、本実施の形態2の特徴は動作部分であるので、動作について以下に詳細を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a flowchart for obtaining the balance voltage of each capacitor of the power storage device according to Embodiment 2 of the present invention. Note that the structure of the power storage device in Embodiment 2 is the same as that in FIG. 1, and thus the description of the structure is omitted. That is, since the feature of the second embodiment is the operation part, the operation will be described in detail below.
まず、図4の動作については、基本的には実施の形態1と同じでよいが、本実施の形態2では1点目時間t1と2点目時間t2を用いないので、S19とS51の動作が不要である。従って、その分、簡易な制御となる。また、本実施の形態2ではバランス電圧Vriの決定サブルーチンが実施の形態1と異なるので、この部分を図6により説明する。 First, the operation of FIG. 4 may be basically the same as that of the first embodiment, but since the first time t1 and the second time t2 are not used in the second embodiment, the operations of S19 and S51 are performed. Is unnecessary. Therefore, the control is simplified accordingly. In the second embodiment, the subroutine for determining the balance voltage Vri is different from that in the first embodiment, and this portion will be described with reference to FIG.
図4のサブルーチンの実行により、非充放電時両端電圧V1iと充放電時両端電圧V2iが得られれば、図4のS57で制御回路15は図6のサブルーチンを実行する。これにより、まず添字iに1を代入する(S81)。次に、制御回路15は非充放電時両端電圧V1iと充放電時両端電圧V2iの差の絶対値ΔViを、ΔVi=|V2i−V1i|より求める(S83)。次に添字iに1を加えて更新し(S85)、添字iがキャパシタ11の個数nに1を加えた値に至ったか否かを判断する(S87)。もし、添字iがn+1と等しくなければ(S87のNo)、S83に戻り、次のキャパシタ11の絶対値ΔViを求める動作を繰り返す。
If the non-charging / discharging both-ends voltage V1i and charging / discharging both-ends voltage V2i are obtained by executing the subroutine of FIG. 4, the
添字iがn+1と等しくなれば(S87のYes)、制御回路15は得られた複数の絶対値ΔViの中から最小値ΔVminを求める(S89)。これは、図2の場合であればΔV1が最小値ΔVminとなる。次に、制御回路15は再び添字iに1を代入し(S91)、各絶対値ΔViと最小値ΔVminの比Δiを、Δi=ΔVi/ΔVminより求める(S93)。こうして求めた比Δiは絶対値ΔViが最小値ΔVminに対してどれだけ大きいかを示す値であるので、比Δiは1以上の数値となる。なお、最小値ΔVminに相当するキャパシタ11に対しては、キャパシタ両端電圧ΔVi(図2ではΔV1)が最小値ΔVminと等しいので、Δi=1となる。
If the subscript i is equal to n + 1 (Yes in S87), the
従って、比Δiが1のものは図2よりも明らかなように傾きが最小のものに相当するので、劣化進行が最も遅いことになる。その他のキャパシタ11については比Δiが大きいほど劣化が進行していることになり、図2においては、添字i=4のキャパシタ11が最も劣化進行していることがわかる。ゆえに、比Δiが各キャパシタ11の劣化進行の指標となる。そこで、次に比Δiと電圧調整幅ΔVbの相関関係から添字iのキャパシタ11の電圧調整幅ΔVbiを求める(S95)。ここで、実施の形態1で説明したように、電圧調整幅ΔVbiは劣化が進行しているものほど大きい値になるようにしているので、制御回路15はあらかじめ実験的に求めた比Δiと電圧調整幅ΔVbの相関関係をメモリに記憶しておき、S93で求めた比Δiに応じた電圧調整幅ΔVbiを求めるようにしている。なお、比Δiと電圧調整幅ΔVbの相関関係は正の相関関数となるので、これを最小二乗法で式として求めておき、比Δiを前記式に代入することで、各キャパシタ11に対する電圧調整幅ΔVbiを計算している。これにより、相関関係をデータ表としてメモリに記憶する場合に比べ、メモリの節約ができる。
Accordingly, the ratio Δi of 1 corresponds to the one having the smallest inclination as apparent from FIG. 2, and therefore the progress of deterioration is the slowest. The
次に、制御回路15はバランス電圧Vriを、Vri=Vro−ΔVbiより求める(S97)。なお、初期バランス電圧Vroは実施の形態1と同様にキャパシタ11の定格電圧(2.5V)としている。これにより、劣化が進行したキャパシタ11ほど、そのバランス電圧Vriは小さくなる。従って、そのキャパシタ11の劣化進行は他のキャパシタ11より抑制されるので、その分、キャパシタ11の寿命を延ばすことができる。
Next, the
次に、制御回路15はバランス電圧Vriと劣化限界値Vgを比較する(S99)。ここで、劣化限界値Vgの意味は実施の形態1と同じである。もしバランス電圧Vriが劣化限界値Vg以下になれば(S99のYes)、これ以上蓄電装置を使用できないので、制御回路15は蓄電装置の劣化信号をdata信号として車両用制御回路に送信し(S101)、図6のサブルーチンを終了して図4のサブルーチンに戻る。
Next, the
一方、バランス電圧Vriが劣化限界値Vgより大きければ(S99のNo)、蓄電装置を継続して使用できるので、次に制御回路15は添字iに1を加え、添字iの内容を更新する(S103)。その後、更新した添字iがキャパシタ11の個数nに1を加えた値と等しいか否かを判断する(S105)。もし、添字iがn+1でなければ(S105のNo)、まだ全てのキャパシタ11のバランス電圧Vriが決まっていないので、S93に戻り、それ以降の動作を繰り返す。
On the other hand, if the balance voltage Vri is larger than the deterioration limit value Vg (No in S99), the power storage device can be used continuously. Next, the
一方、添字iがn+1と等しければ(S105のYes)、全てのキャパシタ11に対するバランス電圧Vriを決定できたので、図6のサブルーチンを終了して図4のサブルーチンに戻る。
On the other hand, if the subscript i is equal to n + 1 (Yes in S105), since the balance voltage Vri for all the
以上に説明した図6のフローチャートによるサブルーチンの動作をまとめると、次のようになる。 The operation of the subroutine according to the flowchart of FIG. 6 described above is summarized as follows.
制御回路15は、各絶対値ΔViの最小値ΔVminを求め、各絶対値ΔViと最小値ΔVminの比Δi、および電圧調整幅ΔVbにおける、あらかじめ求めた相関関係から、各キャパシタ11に対する電圧調整幅ΔVbiをそれぞれ求め、初期バランス電圧Vroから電圧調整幅ΔVbiを差し引くことでバランス電圧Vriを決定している。このようにして、絶対値ΔViに応じた各キャパシタ11のバランス電圧Vriを得ている。この際、実施の形態1で説明したように、絶対値ΔViはキャパシタ11の内部抵抗値Riと容量値Cを反映した値であるので、本実施の形態2により絶対値ΔViを基にバランス電圧Vriを決定することによっても高精度化が図れる。
The
その後の動作は、実施の形態1と同様に、車両使用終了時に、各キャパシタ11の両端電圧Viが決定されたバランス電圧Vriになるようにバランス電圧調整手段13により調整される。その結果、劣化が進行したキャパシタ11の印加電圧が下がるので、さらなる劣化進行を低減することができるとともに、各キャパシタ11の劣化進行を高精度に揃えることが可能となる。従って、蓄電装置の長寿命化も図れる。
Similar to the first embodiment, the subsequent operation is adjusted by the balance voltage adjusting means 13 so that the voltage Vi between both ends of each
以上の構成、動作により、キャパシタ11の非充放電時に、非充放電時両端電圧V1iを測定するとともに、キャパシタ11の充放電時に充放電時両端電圧V2iを測定し、これらの差の絶対値ΔViを求め、その最小値ΔVminとの比Δiによりバランス電圧Vriを決定するので、実施の形態1に比べ時間t1、t2の測定が不要となり、さらに簡単な動作で、かつ高精度にキャパシタ11の長寿命化を図ることが可能な蓄電装置を実現できる。
With the above configuration and operation, when the
なお、実施の形態1、2ではキャパシタ11の近傍に温度センサ25を配する構成としたが、これは、例えば蓄電装置を非常用補助電源に用いる場合のように、温度Tがあまり変化しない時には、キャパシタ両端電圧Viの温度Tに対する補正をしなくてもよいことになる。従って、この場合は温度センサ25を用いなくてもよい。
In the first and second embodiments, the
また、実施の形態1、2において、制御回路15は劣化信号をバランス電圧Vriが劣化限界値Vg以下になれば出力するようにしているが、これは絶対値ΔViが劣化上限値ΔVg以上になれば出力するようにしてもよい。ここで、劣化上限値ΔVgは、これ以上蓄電装置を使用できない限界時の絶対値ΔViのことであり、あらかじめ求めて制御回路15のメモリに記憶しておけばよい。なお、絶対値ΔViは前記したようにキャパシタ11が劣化するに従って大きくなるので、バランス電圧Vriが劣化限界値Vg以下になれば劣化と判断するのとは逆に、絶対値ΔViが劣化上限値ΔVg以上になれば劣化と判断することになる。これにより、特に実施の形態2において、蓄電装置の劣化を少しでも早い段階で判断することができる。また、これら2つの判断を両方行い、少なくともいずれかの条件が成立すれば劣化信号を出力するようにしてもよい。これにより、二重に劣化判断を行うので、劣化判断精度が向上する。
In the first and second embodiments, the
また、実施の形態1、2において、劣化限界値Vgや劣化上限値ΔVgを2段階に設定してもよい。この場合、例えば1段階目では車両用制御回路が運転者に警告を発するとともに、充電電流を制限する制御を行う。2段階目に至ると、警告とともに蓄電装置への充電を中止するように制御する。これにより、劣化した蓄電装置を使い続ける可能性を大きく低減することが可能となる。 In the first and second embodiments, the deterioration limit value Vg and the deterioration upper limit value ΔVg may be set in two stages. In this case, for example, in the first stage, the vehicle control circuit issues a warning to the driver and performs control to limit the charging current. In the second stage, control is performed so as to stop charging the power storage device together with a warning. As a result, the possibility of continuing to use the deteriorated power storage device can be greatly reduced.
また、実施の形態1、2において、充放電時両端電圧V2iは電圧傾きΔVcの正負が前回電圧傾きΔVcoと同じで、かつ電圧傾きΔVcの絶対値が前回電圧傾きΔVcoの絶対値より小さくなった時に測定するようにしているが、これは、電圧傾きΔVcの替わりにキャパシタ11への充放電電流Iを、前回電圧傾きΔVcoの替わりに前回充放電電流Ioを、それぞれ用いるようにしてもよい。充放電電流Iは、例えば充放電回路に内蔵した電流検出回路(図示せず)から車両用制御回路を介してデータ信号dataとして制御回路15が受信することで求めてもよいし、全キャパシタ11に対して直列に電流検出回路を設けて、それにより検出するようにしてもよい。なお、動作については、図4のフローチャートにおいて、電圧傾きΔVcを充放電電流Iに、前回電圧傾きΔVcoを前回充放電電流Ioに、それぞれ置換するとともに、S37で充放電電流Iを読み込む動作を行い、全電圧Vcと前回全電圧Vcoに関する動作(S29、S31、S35)を削除すればよい。これにより、構成上は電流検出回路が必要となるが、図4に比べてさらに簡易な動作とすることができる上に、動作が少ない分、早くバランス電圧Vriを決定することができる。なお、この場合も充放電電流Iの正負が前回充放電電流Ioと異なれば、充放電時両端電圧V2iの測定を中止してバランス電圧Vriを更新せず、再びキャパシタ11が非充放電状態になれば、バランス電圧Vriを決定するようにすればよい。
In the first and second embodiments, the voltage V2i during charging / discharging has the same voltage slope ΔVc as the previous voltage slope ΔVco, and the absolute value of the voltage slope ΔVc is smaller than the absolute value of the previous voltage slope ΔVco. Although sometimes measured, the charging / discharging current I to the
また、実施の形態1、2においてキャパシタ11には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。
In the first and second embodiments, an electric double layer capacitor is used as the
また、実施の形態1、2において蓄電装置をハイブリッド自動車に適用した場合について述べたが、それらに限らず、車両の回生システムや、アイドリングストップ、電動パワーステアリング、車両制動システム、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。さらに、車両用以外の非常用補助電源等の、キャパシタを複数直列に接続し充放電を行うものであれば適用できる。 Further, in the first and second embodiments, the case where the power storage device is applied to a hybrid vehicle has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a vehicle regeneration system, an idling stop, an electric power steering, a vehicle braking system, an electric supercharger, etc. It can also be applied to an auxiliary power source for vehicles in each of the above systems. Furthermore, it can be applied as long as a plurality of capacitors are connected in series and charged and discharged, such as an emergency auxiliary power supply other than for vehicles.
本発明にかかる蓄電装置は極めて簡単な動作で高精度にキャパシタの長寿命化を図ることができるため、特にキャパシタに電力を蓄え、必要な時に放電する車両用の蓄電装置等として有用である。 The power storage device according to the present invention can extend the life of the capacitor with extremely simple operation with high accuracy, and is particularly useful as a power storage device for a vehicle that stores power in the capacitor and discharges it when necessary.
11 キャパシタ
13 バランス電圧調整手段
15 制御回路
25 温度センサ
11
Claims (11)
複数の前記キャパシタのそれぞれに接続されたバランス電圧調整手段と、
前記バランス電圧調整手段に接続された制御回路からなり、
前記制御回路は、前記キャパシタの非充放電時において、前記バランス電圧調整手段により前記キャパシタの非充放電時両端電圧(V1i、i=1〜n、nは前記キャパシタの個数)を測定し、
前記非充放電時両端電圧(V1i)の測定後から、前記キャパシタを連続して充電のみ、または放電のみを行っている時における前記キャパシタの充放電時両端電圧(V2i)を、前記バランス電圧調整手段により測定し、
前記非充放電時両端電圧(V1i)と前記充放電時両端電圧(V2i)の差の絶対値(ΔVi)をそれぞれ求め、
前記絶対値(ΔVi)に応じて前記各キャパシタのバランス電圧(Vri)を決定し、
前記バランス電圧調整手段により、キャパシタ両端電圧(Vi)が前記バランス電圧(Vri)になるように制御するようにした蓄電装置。 A plurality of capacitors connected in series;
A balance voltage adjusting means connected to each of the plurality of capacitors;
A control circuit connected to the balance voltage adjusting means;
The control circuit measures the voltage at both ends of the capacitor at the time of non-charging / discharging of the capacitor (V1i, i = 1 to n, n is the number of the capacitors) by the balance voltage adjusting unit at the time of non-charging / discharging of the capacitor,
After the measurement of the non-charging / discharging voltage (V1i), the charging / discharging voltage (V2i) of the capacitor when the capacitor is continuously charged or discharged only is adjusted to the balance voltage. Measured by means,
The absolute value (ΔVi) of the difference between the non-charging / discharging voltage (V1i) and the charging / discharging voltage (V2i) is obtained,
A balance voltage (Vri) of each capacitor is determined according to the absolute value (ΔVi),
A power storage device in which the balance voltage adjusting means controls the voltage across the capacitor (Vi) to be the balance voltage (Vri).
前記充放電時両端電圧(V2i)を測定する際の2点目時間(t2)を測定し、
前記2点目時間(t2)から前記1点目時間(t1)を差し引くことにより時間差(Δt)を求め、
前記絶対値(ΔVi)を前記時間差(Δt)で除して既定係数(A)を乗じることにより、前記各キャパシタの電圧調整幅(ΔVbi)を計算し、
初期バランス電圧(Vro)から前記電圧調整幅(ΔVbi)を差し引くことで前記バランス電圧(Vri)を決定するようにした請求項1に記載の蓄電装置。 The control circuit includes a first point time (t1) for measuring the both-end voltage (V1i) at the time of non-charging / discharging,
Measure the second point time (t2) when measuring the both-end voltage (V2i) during the charge and discharge,
A time difference (Δt) is obtained by subtracting the first point time (t1) from the second point time (t2).
A voltage adjustment width (ΔVbi) of each capacitor is calculated by dividing the absolute value (ΔVi) by the time difference (Δt) and multiplying by a predetermined coefficient (A),
The power storage device according to claim 1, wherein the balance voltage (Vri) is determined by subtracting the voltage adjustment width (ΔVbi) from an initial balance voltage (Vro).
前記各絶対値(ΔVi)と前記最小値(ΔVmin)の比(Δi)、および電圧調整幅(ΔVb)における、あらかじめ求めた相関関係から、前記各キャパシタに対する前記電圧調整幅(ΔVbi)をそれぞれ求め、
初期バランス電圧(Vro)から前記電圧調整幅(ΔVbi)を差し引くことで前記バランス電圧(Vri)を決定するようにした請求項1に記載の蓄電装置。 The control circuit obtains a minimum value (ΔVmin) of each absolute value (ΔVi),
The voltage adjustment width (ΔVbi) for each capacitor is obtained from the correlation obtained in advance in the ratio (Δi) between the absolute value (ΔVi) and the minimum value (ΔVmin) and the voltage adjustment width (ΔVb). ,
The power storage device according to claim 1, wherein the balance voltage (Vri) is determined by subtracting the voltage adjustment width (ΔVbi) from an initial balance voltage (Vro).
既定時間(ts)毎に、直列接続された前記キャパシタの全電圧(Vc)の電圧傾き(ΔVc)を求め、
前記電圧傾き(ΔVc)の正負が前回電圧傾き(ΔVco)と同じで、かつ前記電圧傾き(ΔVc)の絶対値が前記前回電圧傾き(ΔVco)の絶対値より小さくなった時に、前記充放電時両端電圧(V2i)を測定するようにした請求項1に記載の蓄電装置。 The control circuit, after the initial voltage rise or voltage drop due to the internal resistance value (R) of all the capacitors immediately after the start of charging or discharging of the capacitor,
For each predetermined time (ts), a voltage slope (ΔVc) of the total voltage (Vc) of the capacitors connected in series is obtained.
When the voltage slope (ΔVc) is the same as the previous voltage slope (ΔVco) and the absolute value of the voltage slope (ΔVc) is smaller than the absolute value of the previous voltage slope (ΔVco), The power storage device according to claim 1, wherein the both-end voltage (V2i) is measured.
再び前記キャパシタが非充放電状態になれば、前記バランス電圧(Vri)を決定するようにした請求項5に記載の蓄電装置。 The control circuit, when measuring the voltage (V2i) at both ends of charge / discharge, if the positive / negative of the voltage slope (ΔVc) is different from the previous voltage slope (ΔVco), Without stopping the measurement and updating the balance voltage (Vri),
The power storage device according to claim 5, wherein the balance voltage (Vri) is determined when the capacitor is in a non-charge / discharge state again.
既定時間(ts)毎に、前記制御回路に入力される前記キャパシタの充放電電流(I)の正負が前回充放電電流(Io)と同じで、かつ前記充放電電流(I)の絶対値が前記前回充放電電流(Io)の絶対値より小さくなった時に、前記充放電時両端電圧(V2i)を測定するようにした請求項1に記載の蓄電装置。 The control circuit, after the initial voltage rise or voltage drop due to the internal resistance value (R) of all the capacitors immediately after the start of charging or discharging of the capacitor,
At every predetermined time (ts), the charge / discharge current (I) of the capacitor input to the control circuit is the same as the previous charge / discharge current (Io), and the absolute value of the charge / discharge current (I) is The power storage device according to claim 1, wherein when the charge / discharge current (Io) becomes smaller than an absolute value of the previous charge / discharge current (Io), the charge / discharge both-ends voltage (V2i) is measured.
再び前記キャパシタが非充放電状態になれば、前記バランス電圧(Vri)を決定するようにした請求項7に記載の蓄電装置。 When the charge / discharge current (I) is different from the previous charge / discharge current (Io) in measuring the charge / discharge voltage (V2i), the control circuit determines the charge / discharge voltage (V2i). ) Measurement is not stopped and the balance voltage (Vri) is not updated.
The power storage device according to claim 7, wherein the balance voltage (Vri) is determined when the capacitor is in a non-charge / discharge state again.
前記制御回路は、あらかじめ求めた前記キャパシタ両端電圧(Vi)の温度依存性により、前記温度センサから得られる温度(T)に応じて、前記非充放電時両端電圧(V1i)と前記充放電時両端電圧(V2i)を補正するようにした請求項1に記載の蓄電装置。 A temperature sensor is disposed in the capacitor, and an output of the temperature sensor is connected to the control circuit,
The control circuit determines the non-charging / discharging voltage (V1i) and the charging / discharging voltage according to the temperature (T) obtained from the temperature sensor due to the temperature dependence of the capacitor voltage (Vi) determined in advance. The power storage device according to claim 1, wherein the both-end voltage (V2i) is corrected.
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