JP2010074871A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な制御で蓄電部の劣化判断ができる蓄電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】蓄電部２３と、蓄電部２３に接続された充電回路１９、電圧検出回路２５、および電流検出回路２２と、これらが接続され、蓄電部２３から負荷１７に定放電電流Ｉｄで放電時間幅Δｔｄだけ電力を放電するために、充電回路１９により定放電電流Ｉｄ以上の充電電流Ｉｃで主電源１５の電力を蓄電部２３に充電する時に、蓄電部２３の充電開始時から放電時間幅Δｔｄが経過する間に、蓄電部２３の充電電圧変化幅ΔＶｉを求めるとともに充電電流Ｉｃを求め、充電電圧変化幅ΔＶｉに定放電電流Ｉｄを乗じて充電電流Ｉｃを除した値を、既定時間毎に求めて積算し充電電圧幅ΔＶｃを求め、充電電圧幅ΔＶｃが負荷１７への最大放電電圧幅ΔＶｄ以上であれば、蓄電部２３が劣化していると判断する制御回路４１と、を備えた。
【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６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７により説明する。

図７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７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７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劣化を判断す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、主電源と負荷の間に接続された蓄電装置であって、前記蓄電装置は、キャパシタからなる蓄電部と、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、電圧検出回路、および電流検出回路と、前記充電回路、電圧検出回路、および電流検出回路が電気的に接続され、前記蓄電部から前記負荷に定放電電流（Ｉｄ）で放電時間幅（Δｔｄ）だけ電力を放電するために、前記充電回路により前記定放電電流（Ｉｄ）以上の充電電流（Ｉｃ）で前記主電源の電力を前記蓄電部に充電する時に、前記蓄電部の充電開始時から前記放電時間幅（Δｔｄ）が経過する間に、充電により変化した前記蓄電部の充電電圧変化幅（ΔＶｉ）を前記電圧検出回路で求めるとともに、前記電流検出回路より前記蓄電部への充電電流（Ｉｃ）を求め、前記充電電圧変化幅（ΔＶｉ）に前記定放電電流（Ｉｄ）を乗じて前記充電電流（Ｉｃ）を除した値を、既定時間毎に求めて積算することにより充電電圧幅（ΔＶｃ）を求め、前記充電電圧幅（ΔＶｃ）が、前記蓄電部の満充電電圧（Ｖｃｆ）から前記負荷の最低動作電圧（Ｖｃｍ）を差し引いた最大放電電圧幅（ΔＶｄ）以上であれば、前記蓄電部が劣化していると判断する制御回路と、を備えたものである。

本発明の蓄電装置によれば、充電電圧変化幅（ΔＶｉ）に定放電電流（Ｉｄ）を乗じて充電電流（Ｉｃ）を除した値を、既定時間毎に求めて積算することにより充電電圧幅（ΔＶｃ）を求めているので、この充電電圧幅（ΔＶｃ）が放電時の電圧変化幅に相当する。これと最大放電電圧幅（ΔＶｄ）を比較するだけで蓄電部の劣化判断ができるので、充電を中断する必要がなく簡単な制御で劣化判断が可能な蓄電装置が得られるという効果を奏する。

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劣化限界時における蓄電部の放電電圧の経時特性図である。図３は、本発明の実施の形態における蓄電装置の起動時のフローチャートである。図４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。図５は、本発明の実施の形態における蓄電装置の温度と満充電電圧の相関図である。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２、図４において、横軸は時間ｔを、縦軸は蓄電部の電圧Ｖｃをそれぞれ示す。また、図５において、横軸は温度Ｔを、縦軸は満充電電圧Ｖｃｆ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との間に電気的に接続されている。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が電気的に接続されている。充電回路１９は後述する蓄電部を定電流、または定電圧で満充電電圧まで充電する機能を有する。また、充電回路１９の出力には電流検出回路２２が電気的に接続されている。さらに、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が電気的に接続されている。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。また、蓄電部２３には、その温度Ｔを検出する温度センサ２４が設けられている。

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が電気的に接続されている。また、蓄電部２３と負荷１７の間には放電回路３３が電気的に接続されている。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、電流検出回路２２、温度センサ２４、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、電流検出回路２２から蓄電部２３への充電電流Ｉｃを、温度センサ２４から蓄電部２３の温度Ｔ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、まず蓄電部２３の劣化判断を含む起動時の動作を、図２の蓄電装置１１の劣化限界時における蓄電部２３の放電電圧Ｖｃの経時特性図、図３のフローチャート、図４の起動時における蓄電部２３の電圧Ｖｃの経時特性図、および図５の温度Ｔと満充電電圧Ｖｃｆの相関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３に示すフローチャートをサブルーチンの形態で示した。

まず、蓄電部２３の電力を負荷１７に供給する時の放電特性を図２により説明する。

負荷１７は車両制動システムの電子制御部であるので、蓄電部２３は最低でも主電源１５の異常時に車両を制動するために必要な電力を負荷１７に供給できなければならない。ここで、負荷１７は定電流（定放電電流Ｉｄ）で既定の時間（放電時間幅Δｔｄ）に渡って駆動されるとする。なお、定放電電流Ｉｄと放電時間幅Δｔｄは負荷１７の仕様により決定されるので、既知である。本実施の形態では、定放電電流Ｉｄを５Ａ、放電時間幅Δｔｄを２０秒とした。

次に、蓄電部２３がこれ以上劣化すれば蓄電装置１１として使用できない劣化限界の状態にある場合の蓄電部２３の放電電圧Ｖｃの経時特性図を図２に示す。主電源１５が異常となり、時間ｔｓで蓄電部２３から電力が負荷１７に放電されたとする。この放電開始時の蓄電部２３の電圧Ｖｃは、蓄電部２３が満充電状態であるため、その満充電電圧Ｖｃｆと等しい。

その後、蓄電部２３は負荷１７の仕様に基いて、定放電電流Ｉｄで放電時間幅Δｔｄの間、放電する。それにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは、放電開始時間ｔｓで蓄電部２３の内部抵抗値に比例した急峻な電圧降下が発生した後、定放電電流Ｉｄにより一定の傾きで低下していく。

その後、放電時間幅Δｔｄが経過した時間ｔｅで負荷１７が必要とする電力を供給し終わったので、放電が停止する。この時の劣化限界状態にある蓄電部２３の電圧Ｖｃは、図２に示すように、負荷１７の最低動作電圧Ｖｃｍでなければならない。これは、放電時間幅Δｔｄが経過する前、すなわち時間ｔｅよりも前に蓄電部２３の電圧Ｖｃが最低動作電圧Ｖｃｍを下回ると、その時点で負荷１７が動作できなくなるためである。従って、劣化限界状態にある蓄電部２３の電圧Ｖｃは時間ｔｅで最低動作電圧Ｖｃｍと等しくなる。

ここまでの動作をまとめると、次のようになる。劣化限界状態の蓄電部２３が負荷１７に電力を供給すると、図２に示すように、放電時間幅Δｔｄが経過した時に、蓄電部２３の電圧Ｖｃは負荷１７の最低動作電圧Ｖｃｍと等しくなることになる。ここで、蓄電部２３の満充電電圧Ｖｃｆから負荷１７の最低動作電圧Ｖｃｍを差し引いた値を蓄電部２３における最大放電電圧幅ΔＶｄと呼ぶ。このようにして、最大放電電圧幅ΔＶｄが求められる。なお、本実施の形態では、蓄電部２３として定格電圧が２．２Ｖの電気二重層キャパシタを６個直列に接続した構成としたので、満充電電圧Ｖｃｆは１３．２Ｖ（＝２．２Ｖ×６個）となり、一方、負荷１７の最低動作電圧Ｖｃｍは１０．５Ｖであったので、最大放電電圧幅ΔＶｄは２．７Ｖ（＝１３．２Ｖ−１０．５Ｖ）となる。但し、満充電電圧Ｖｃｆは後述する図５に示すように、温度Ｔによって変化する特性を有する。従って、最大放電電圧幅ΔＶｄは温度Ｔによって異なる。

次に、蓄電部２３の劣化判断を含む蓄電装置１１の起動時の動作について説明する。

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は、蓄電部２３を充電電流Ｉｃで満充電する動作を行う。ここで、充電電流Ｉｃは変動するものの、定放電電流Ｉｄ以上となるように充電回路１９が制御している。この理由は後述する。

制御回路４１は、この満充電動作が開始されると直ちに図３のサブルーチンを実行する。これにより、蓄電部２３の劣化判断が行われる。具体的には、まず初期設定として変数メモリ（制御回路４１に内蔵される）である前電圧値Ｖｃｏと充電電圧幅ΔＶｃを０にクリアする（ステップ番号Ｓ１０）。ここで、Ｓ１０に示すように、Ｖｃｏ＝０と記載した場合は、右辺の値や計算結果を左辺の変数に代入するものと定義する。次に、電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込む（Ｓ１１）。次に、その時の充電電流Ｉｃを電流検出回路２２で読み込む（Ｓ１２）。その後、読み込んだ電圧Ｖｃと充電電流Ｉｃから充電電圧幅ΔＶｃを計算する（Ｓ１３）。

ここで、Ｓ１３の計算式について図４を参照しながら説明する。図４に示すように、蓄電部２３の充電が行われると、時間ｔ０で蓄電部２３の内部抵抗値に応じた電圧上昇が起こり、その後、充電が進行するとともに経時的に蓄電部２３の電圧Ｖｃが上昇していく。なお、図４で実線は蓄電部２３の新品時、破線は劣化限界時の特性をそれぞれ示す。蓄電部２３が劣化するほど、時間ｔ０での電圧上昇幅と充電時の傾きが大きくなることがわかる。

蓄電部２３の充電時において、充電電流Ｉｃが一定であれば、電圧Ｖｃは直線的に上昇するが、実際には充電電流Ｉｃに変動が生じるため、図４に示すように非線形に上昇していく。なお、図４では実際よりも誇張して示している。

従って、図４の時間ｔ０から時間ｔ１までの劣化判定用充電時間幅Δｔｃ（＝放電時間幅Δｔｄ）における、図２の放電電圧幅と同じスケールの充電電圧幅ΔＶｃを求めるには、定放電電流Ｉｄと充電電流Ｉｃの比Ｉｄ／Ｉｃを乗じる必要がある。しかし、定放電電流Ｉｄは負荷１７の仕様により一定であるが、充電電流Ｉｃは変動が生じるため、前記比Ｉｄ／Ｉｃも変動する。

そこで、図４に示すように、既定時間（本実施の形態では１０ミリ秒とした）毎に、その間の充電によるΔＶｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは積算回数）と充電電流Ｉｃを求め、電圧幅ΔＶｉに前記比Ｉｄ／Ｉｃを乗じた値を積算していくようにしている。従って、充電電圧幅ΔＶｃは、ΔＶｃ＝Σ（ΔＶｉ×Ｉｄ／Ｉｃ）となる。ここで、積算回数ｎ（Σの上限）は劣化判定用充電時間幅Δｔｃ＝Δｔｄ＝２０秒を、既定時間１０ミリ秒で割った値である２０００回となる。

ここで、電圧幅ΔＶｉは前回測定した蓄電部２３の電圧Ｖｃｏと今回の測定値である電圧Ｖｃの差（Ｖｃ−Ｖｃｏ）であるので、ΔＶｃ＝Σ（（Ｖｃ−Ｖｃｏ）×Ｉｄ／Ｉｃ）となる。ゆえに、Ｓ１３ではΔＶｃ＝ΔＶｃ＋（Ｖｃ−Ｖｃｏ）×Ｉｄ／Ｉｃと計算することにより電圧幅ΔＶｉを積算し、充電電圧幅ΔＶｃを求めることができる。

次に、今回の電圧Ｖｃを前電圧値Ｖｃｏとして更新し（Ｓ１４）、劣化判定用充電時間幅Δｔｃが経過したか否かを判断する（Ｓ１５）。もし、劣化判定用充電時間幅Δｔｃが経過していなければ（Ｓ１５のＮｏ）、既定時間の１０ミリ秒間待ち（Ｓ１７）、Ｓ１１に戻り、以降の動作を繰り返す。

一方、劣化判定用充電時間幅Δｔｃが経過すれば（Ｓ１５のＹｅｓ）、制御回路４１は温度センサ２４から温度Ｔを読み込む（Ｓ１９）。次に、図５に示す温度Ｔと満充電電圧Ｖｃｆの相関関係から、現在の温度Ｔに応じた満充電電圧Ｖｃｆを求める（Ｓ２１）。なお、図５より、温度Ｔが高いほど、満充電電圧Ｖｃｆは小さくなる傾向となる。この相関はあらかじめ制御回路４１のメモリに記憶してある。このような動作により、温度Ｔの変化に応じて、蓄電部２３の劣化を高精度に判断することが可能となる。

次に、制御回路４１は、求めた満充電電圧Ｖｃｆから負荷１７の最低動作電圧Ｖｃｍを差し引くことで、温度Ｔを補正した最大放電電圧幅ΔＶｄを求める（Ｓ２３）。

次に、制御回路４１は充電電圧幅ΔＶｃと最大放電電圧幅ΔＶｄを比較する（Ｓ２５）。ここで、前記したように充電電圧幅ΔＶｃは充電電流Ｉｃの変動に応じて補正して積算することで求めているので、そのスケールは図２の放電電圧幅のスケールと同じである。従って、充電電圧幅ΔＶｃが最大放電電圧幅ΔＶｄ以上であれば（Ｓ２５のＹｅｓ）、蓄電部２３が劣化していると判断できる。この場合は、劣化時の動作を行うために後述するＳ３３にジャンプする。

一方、ΔＶｃがΔＶｄ未満であれば（Ｓ２５のＮｏ）、蓄電部２３は劣化していないと判断できる。この場合は、引き続き蓄電部２３を満充電するために、まず電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ２７）、電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｆ（＝１３．２Ｖ）以上になったか否かを判断する（Ｓ２９）。もし、電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｆ未満であれば（Ｓ２９のＮｏ）、Ｓ２７に戻り設定電圧に至るまでＳ２７以降の動作を繰り返す。

一方、電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｆ以上であれば（Ｓ２９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に満充電電圧Ｖｃｆを維持するよう充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する（Ｓ３１）。これにより、蓄電部２３は満充電電圧Ｖｃｆ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３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Ｓ２５に戻り、充電電圧幅ΔＶｃが最大放電電圧幅ΔＶｄ以上であれば（Ｓ２５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（Ｓ３３）。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（Ｓ３５）。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（Ｓ３７）。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、充電電圧幅ΔＶｃを求めて最大放電電圧幅ΔＶｄと比較するだけで、充電を中断することなく蓄電部２３の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と最低動作電圧Ｖｃｍ（＝１０．５Ｖ）を比較する監視動作を行う。もし、電圧Ｖｂが最低動作電圧Ｖｃｍ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が最低動作電圧Ｖｃｍ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の電圧Ｖｃがほぼ０Ｖになるまで放電を行う。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（２．２Ｖ）の半分程度まで放電すれば、劣化への影響が極めて小さくなるので、定格電圧の半分程度まで放電するように放電回路３３を制御してもよい。

以上の構成、動作により、充電を中断する必要がなく、簡単な制御で蓄電部２３の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、温度センサ２４で検出された温度Ｔに応じて、温度Ｔと満充電電圧Ｖｃｆの相関関係により、満充電電圧Ｖｃｆを求めているが、蓄電装置１１が、例えば車両の室内に設置されている場合のように、温度Ｔが安定している環境に置かれていれば、満充電電圧Ｖｃｆを一定の既定値として、温度センサ２４が不要な構成としてもよい。

また、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劣化限界時における蓄電部の放電電圧の経時特性図 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 本発明の実施の形態における蓄電装置の温度と満充電電圧の相関図 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
１５ 主電源
１７ 負荷
１９ 充電回路
２２ 電流検出回路
２３ 蓄電部
２４ 温度センサ
２５ 電圧検出回路
３３ 放電回路
４１ 制御回路

Claims (5)

1. 主電源と負荷の間に接続された蓄電装置であって、
   前記蓄電装置は、キャパシタからなる蓄電部と、
   前記蓄電部に電気的に接続された充電回路、電圧検出回路、および電流検出回路と、
   前記充電回路、電圧検出回路、および電流検出回路が電気的に接続され、
   前記蓄電部から前記負荷に定放電電流（Ｉｄ）で放電時間幅（Δｔｄ）だけ電力を放電するために、前記充電回路により前記定放電電流（Ｉｄ）以上の充電電流（Ｉｃ）で前記主電源の電力を前記蓄電部に充電する時に、
   前記蓄電部の充電開始時から前記放電時間幅（Δｔｄ）が経過する間に、充電により変化した前記蓄電部の充電電圧変化幅（ΔＶｉ）を前記電圧検出回路で求めるとともに、前記電流検出回路より前記蓄電部への充電電流（Ｉｃ）を求め、前記充電電圧変化幅（ΔＶｉ）に前記定放電電流（Ｉｄ）を乗じて前記充電電流（Ｉｃ）を除した値を、既定時間毎に求めて積算することにより充電電圧幅（ΔＶｃ）を求め、
   前記充電電圧幅（ΔＶｃ）が、前記蓄電部の満充電電圧（Ｖｃｆ）から前記負荷の最低動作電圧（Ｖｃｍ）を差し引いた最大放電電圧幅（ΔＶｄ）以上であれば、前記蓄電部が劣化していると判断する制御回路と、を備えた蓄電装置。
2. 前記制御回路は、前記蓄電部が劣化していると判断すれば、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. 前記蓄電部と前記負荷の間に、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。
4. 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１に記載の蓄電装置。
5. 前記制御回路に電気的に接続された温度センサを前記蓄電部に設けた構成を有し、
   前記制御回路は、前記蓄電部の劣化を判断する際に、前記温度センサから前記蓄電部の温度（Ｔ）を読み込み、前記温度（Ｔ）と前記満充電電圧（Ｖｃｆ）の相関関係から、現在の温度（Ｔ）に応じた前記満充電電圧（Ｖｃｆ）を求めるようにした請求項１に記載の蓄電装置。

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