JP2013233011A - 電源劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー損失を防止しつつ、電源の劣化を精度良く判定する。
【解決手段】車両１に搭載された電源劣化判定装置１０は、車両１の回生エネルギーを蓄積可能なキャパシタ１１を充電させる充電フェーズおよび放電させる放電フェーズの実行を制御するコントローラ１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１３を備える。コントローラ１４は、放電フェーズの実行時のキャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差と、放電電流と、を用いてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、該内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定し、内部抵抗は所定値以上であると判定した場合に放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源劣化判定装置に関する。

従来、例えば、２次電池のパルス充電時などにおける充電中断時に測定した開路電圧を無抵抗電圧として、この無抵抗電圧に応じて２次電池の充電量を予測する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１３９２３６号公報

ところで、上記従来技術に係る装置によれば、充電中断時に開路電圧を測定することから、充電を中断する必要がある。
このため、例えば回生エネルギーを回収可能な車両に搭載された場合には、充電を中断することによって回収可能な回生エネルギーが減少し、車両の燃費が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エネルギー損失を防止しつつ、電源の劣化を精度良く判定することが可能な電源劣化判定装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電源劣化判定装置は、車両に搭載された電源劣化判定装置であって、前記車両の回生エネルギーを蓄積可能な電池（例えば、実施の形態でのキャパシタ１１）と、前記電池を充電させる充電フェーズおよび前記電池を放電させる放電フェーズの実行を制御する充放電制御手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１３）と、前記充放電制御手段による前記放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせる待機手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４が兼ねる）と、前記電池の内部抵抗を判定する内部抵抗判定手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４が兼ねる）と、を備え、前記内部抵抗判定手段は、前記放電フェーズの実行時の前記電池の端子電圧と開放電圧との差と、前記放電フェーズの実行時の前記電池の放電電流と、を用いて前記電池の内部抵抗を検出し、該内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定し、前記待機手段は、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、前記充放電制御手段による前記放電フェーズの実行開始を前記所定時間だけ遅らせる。

さらに、本発明の請求項２に係る電源劣化判定装置では、前記待機手段は、前記充放電制御手段によって前記充電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合において前記充電フェーズの実行終了後の前記所定時間内に前記放電フェーズの実行が開始される場合にのみ、前記放電フェーズの実行開始を前記所定時間だけ遅らせる。

さらに、本発明の請求項３に係る電源劣化判定装置では、前記待機手段は、前記内部抵抗判定手段により検出された前記内部抵抗が高くなることに伴い、前記所定時間を増大傾向に変化させる。

さらに、本発明の請求項４に係る電源劣化判定装置では、前記待機手段は、前記充放電制御手段によって前記充電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合の前記所定時間に比べて、前記充放電制御手段によって前記放電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合の前記所定時間をより長くする。

さらに、本発明の請求項５に係る電源劣化判定装置は、前記充放電制御手段による前記放電フェーズの実行開始が前記待機手段によって前記所定時間だけ遅らされることを、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定されるまで禁止する待機禁止手段を備える。

さらに、本発明の請求項６に係る電源劣化判定装置では、前記車両は、該車両を駆動する内燃機関（例えば、実施の形態での内燃機関２２）と、電気負荷（例えば、実施の形態での電気負荷２３）と、該電気負荷に所定放電深度で電力を供給可能なバッテリ（例えば、実施の形態でのバッテリ１２）と、を搭載し、前記充放電制御手段は、前記放電フェーズの実行時に前記電池から前記電気負荷に電力を供給させ、前記充放電制御手段は、前記待機禁止手段による待機禁止が実行されていない状態で前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、前記所定放電深度よりも小さい放電深度で前記バッテリから前記電気負荷に電力を供給させる。

さらに、本発明の請求項７に係る電源劣化判定装置では、前記車両は、停止条件の成立に応じて前記内燃機関を一時的に停止し、復帰条件の成立に応じて一時停止状態の前記内燃機関を始動させるアイドル停止手段（例えば、実施の形態でのＦＩ−ＥＣＵ１７）を備え、前記電池は、前記内燃機関を始動させるために要する電力を保持し、前記アイドル停止手段は、復帰要求によって前記電力を前記電池から前記内燃機関の始動装置（例えば、実施の形態でのスタータモータ２０）に供給し、前記充放電制御手段は、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値未満であると判定された場合に比べて、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、前記電池から前記電気負荷への電力供給をより少なくする。

また、本発明の請求項８に係る電源劣化判定装置は、車両に搭載された電源劣化判定装置であって、前記車両の回生エネルギーを蓄積可能な電池（例えば、実施の形態でのキャパシタ１１）と、前記電池を充電させる充電フェーズおよび前記電池を放電させる放電フェーズの実行を制御する充放電制御手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１３）と、前記電池の内部抵抗を判定する内部抵抗判定手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４が兼ねる）と、を備え、前記内部抵抗判定手段は、前記充放電制御手段によって前記充電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合において前記充電フェーズの実行終了後の前記所定時間内に前記放電フェーズの実行が開始される場合にのみ、前記放電フェーズの実行時の前記電池の端子電圧と開放電圧との差と、前記放電フェーズの実行時の前記電池の放電電流と、を用いて前記電池の内部抵抗を検出し、該内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定する。

本発明の請求項１に係る電源劣化判定装置によれば、放電フェーズの実行時の電池の端子電圧と開放電圧との差および放電電流を用いて電池の内部抵抗を検出する内部抵抗判定手段に対して、この放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせることにより、電池の端子電圧が安定した状態で精度良く内部抵抗を検出することができる。
しかも、放電フェーズの実行開始を遅らせて内部抵抗を検出することから、例えば充電フェーズの実行開始を遅らせて内部抵抗を検出する場合に比べて、電気エネルギーとして回収可能な車両のエネルギー（例えば、回生エネルギーなど）が減少することを防止し、車両の燃費低下を防止することができる。

本発明の請求項２に係る電源劣化判定装置によれば、充電フェーズから放電フェーズに切り替えられる状態では、電池の端子電圧と開放電圧との差が大きく、端子電圧が安定するまでに要する時間が長くなることによって、内部抵抗の検出誤差が増大することに加えて、内部抵抗が実際よりも高めの値として検出され易くなり、電池の劣化を早期に判定することができる。
これに対して、放電フェーズの実行開始を少なくとも所定時間だけ遅らせて、電池の端子電圧と開放電圧との差が小さくなるようにして端子電圧が安定するまで待機することによって、内部抵抗の検出精度および電池の劣化判定の信頼性を向上させることができる。

本発明の請求項３に係る電源劣化判定装置によれば、内部抵抗が小さい場合に放電フェーズの実行開始が過剰に遅れることを防止し、所望の給電を確保することができ、一方、内部抵抗が大きい場合に内部抵抗の検出精度が低下することを防止することができる。

本発明の請求項４に係る電源劣化判定装置によれば、電池の劣化を的確に判定することができる。
すなわち、充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合には、放電フェーズの実行開始前の待機に要する所定時間が不十分であると電池の端子電圧と開放電圧との差が実際よりも高めの値として検出され易くなり、電池が劣化していると判定され易くなる。
これに対して、放電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合には、放電フェーズの実行開始前の待機に要する所定時間が不十分であると電池の端子電圧と開放電圧との差が実際よりも低めの値として検出され易くなり、電池が劣化していないと判定され易くなる。
したがって、放電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合は、充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合に比べて、待機に要する所定時間を長くすることによって、電池の劣化が未検知となることを防止することができる。

本発明の請求項５に係る電源劣化判定装置によれば、例えば車両の始動時などにおいて低温状態の電池に対して、待機実行を省略して、放電フェーズの実行開始および内部抵抗の判定を早期に実施することができ、放電フェーズの実行開始および内部抵抗の判定が不必要に遅れることを防止することができる。

本発明の請求項６に係る電源劣化判定装置によれば、電池の内部抵抗の増大に伴い、バッテリの放電深度を小さくすることによって、バッテリの劣化を防止することができる。

本発明の請求項７に係る電源劣化判定装置によれば、停止状態の内燃機関を始動させるための電力を確保しつつ、所望のアイドル停止時間に亘って電気負荷への電力供給を確保することができる。

本発明の請求項８に係る電源劣化判定装置によれば、充電フェーズから放電フェーズに切り替えられる状態では、電池の端子電圧と開放電圧との差が大きく、端子電圧が安定するまでに要する時間が長くなることによって、内部抵抗の検出誤差が増大することに加えて、内部抵抗が実際よりも高めの値として検出され易くなり、電池の劣化を早期に判定することができる。

本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置を搭載した車両の構成図である。 本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置を搭載した車両の運転状態に応じたキャパシタの端子電圧の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置を搭載した車両の運転状態に応じたキャパシタの端子電圧の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置のキャパシタの端子電圧および電流の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置のキャパシタの待機時間に応じた内部抵抗の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置のキャパシタの使用期間に応じた内部抵抗の変化と、待機開始および下限電位持ち替え開始のタイミングとの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源劣化判定装置において、充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合と、放電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合とのキャパシタの端子電圧の変化の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電源劣化判定装置について添付図面を参照しながら説明する。

本実施の形態による電源劣化判定装置１０は、例えば図１に示すように、車両１に搭載され、この車両１は、２次電池としてのキャパシタ１１およびバッテリ１２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３およびコントローラ１４と、コンタクタ１５およびコンタクタリレー１６と、ＦＩ−ＥＣＵ１７と、スタータマグネットスイッチ１８およびスタータリレー１９およびスタータモータ２０と、発電機２１および内燃機関２２と、電気負荷２３と、を備えて構成されている。

そして、本実施の形態による電源劣化判定装置１０は、例えば、キャパシタ１１およびバッテリ１２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３およびコントローラ１４と、コンタクタ１５およびコンタクタリレー１６と、を備えて構成されている。

キャパシタ１１は、例えば電気二重層コンデンサまたは電解コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどであって、スタータマグネットスイッチ１８に接続されている。
また、キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の一方（例えば、高圧側）の入出力端子１３ａに接続されており、このＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して発電機２１と電気負荷２３とに電気的に接続可能とされている。

バッテリ１２は、例えば低圧の所定電圧（例えば、１２Ｖ）の鉛バッテリなどであって、発電機２１と、電気負荷２３と、コンタクタリレー１６と、ＦＩ−ＥＣＵ１７と、に接続されている。
また、バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の他方（例えば、低圧側）の入出力端子１３ｂに接続されており、このＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介してスタータマグネットスイッチ１８に電気的に接続可能とされている。

さらに、キャパシタ１１およびバッテリ１２は、コンタクタ１５の一方および他方の端子１５ａ，１５ｂに接続されており、このコンタクタ１５によって電気的な接続および遮断を切り替え可能とされている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えばコントローラ１４の制御によって一方および他方の入出力端子１３ａ，１３ｂ間の双方向での昇降圧可能とされている。
例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、内燃機関２２の運転時に発電機２１で発生した発電電力または車両１の制動時に発電機２１で発生した回生電力をキャパシタ１１に供給することでキャパシタ１１を充電させる。
また、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１１に蓄電されている電力を電気負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる。

コントローラ１４は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作と、コンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断の動作と、を制御する。
また、コントローラ１４は、例えば、ＦＩ−ＥＣＵ１７によるアイドル停止の実行許可および実行禁止を制御しており、アイドル停止の実行許可および実行禁止を指示する制御指令をＦＩ−ＥＣＵ１７に出力する。

また、コントローラ１４は、例えば、キャパシタ１１の内部抵抗および静電容量を検出し、内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定するとともに、内部抵抗に応じてキャパシタ１１の劣化を判定する。
このため、コントローラ１４は、例えば、キャパシタ１１の端子電圧を検出する電圧センサと、キャパシタ１１の充電電流および放電電流を検出する電流センサと、キャパシタ１１の温度を検出する温度センサと、を備えている。

また、コントローラ１４は、例えば、バッテリ１２から電気負荷２３への電力の供給によるバッテリ１２の放電およびバッテリ１２の放電深度を制御する。

コンタクタ１５は、例えば、コンタクタリレー１６のオンおよびオフに応じてコンタクタ１５の一方および他方の端子１５ａ，１５ｂ間の接続および遮断を切り替え、コンタクタリレー１６のオンおよびオフは、例えば、コントローラ１４により制御される。

なお、コンタクタ１５の一方の端子１５ａは、例えば、キャパシタ１１の正極側端子と、スタータマグネットスイッチ１８と、に接続されている。
また、コンタクタ１５の他方の端子１５ｂは、例えば、バッテリ１２の正極側端子に接続されている。
これらにより、コンタクタ１５の接続状態では、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して、キャパシタ１１とバッテリ１２とがそれぞれ並列に接続される。

ＦＩ−ＥＣＵ１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの電子回路により構成されるＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）であり、燃料供給や点火タイミングなどの内燃機関２２の作動に関する各種制御を行なう。

例えば、ＦＩ−ＥＣＵ１７は、運転者により操作されるイグニッションスイッチから出力される信号に応じた始動要求および停止要求によって内燃機関２２の始動および停止を制御する。さらに、停止条件の成立に応じて運転状態の内燃機関２２を自動的に一時的に停止し、復帰条件の成立に応じて一時停止状態の内燃機関２２を自動的に再始動させるアイドル停止を制御する。
なお、停止条件は、例えば、車両１の車速がゼロ、かつアクセルペダル開度がゼロ、かつブレーキペダルスイッチがオンなどであり、復帰条件は、例えば、ブレーキペダルスイッチがオフなどである。

なお、内燃機関２２は、例えば、スタータモータ（ＳＴＭ）２０の駆動力によって始動し、スタータモータ２０は、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８を介したキャパシタ１１またはバッテリ１２からの電圧印加によって回転駆動する。
スタータマグネットスイッチ１８は、例えば、スタータリレー１９のオンおよびオフに応じてスタータモータ２０への給電有無を切り替え、スタータリレー１９のオンおよびオフは、例えば、ＦＩ−ＥＣＵ１７により制御される。

例えば、ＦＩ−ＥＣＵ１７は、イグニッションスイッチから出力される信号に応じた始動要求またはアイドル停止の一時停止状態からの復帰要求に応じてスタータリレー１９をオンに制御することによって、内燃機関２２を始動させる。

また、例えば、ＦＩ−ＥＣＵ１７は、発電機（ＡＣＧ）２１の発電動作を制御し、発電機２１の発電電圧を任意に変更する。
なお、発電機２１は、例えばベルトなどを介して内燃機関２２のクランク軸に連結された交流発電機であり、内燃機関２２の運転時に内燃機関２２の動力により発電して、発電電力を出力する、あるいは車両１の減速時や燃料供給の停止状態での走行時などにおいて駆動輪から伝達される車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）に変換して、回生電力を出力する。
なお、発電機２１は、発電および回生による交流出力を直流出力に整流する整流器を備えている。

電気負荷２３は、例えば、車両１に搭載された各種補機類などである。

本実施の形態による電源劣化判定装置１０は上記構成を備えており、次に、この電源劣化判定装置１０の動作について説明する。

この車両１においては、下記表１に示すように、車両１の運転に応じたキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作として、例えば７つの動作モードが設定されている。

先ず、初回始動の動作モードＭ１は、イグニッションスイッチから出力される信号に応じた始動要求によって内燃機関２２を始動させる動作モードであって、スタータリレー１９のオンによってスタータマグネットスイッチ１８を介してスタータモータ２０への給電を開始し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を始動する。

この場合には、例えばキャパシタ１１の残容量ＳＯＣが所定値未満に低下、あるいはキャパシタ１１の温度が所定温度未満に低下していることに起因して、内燃機関２２の始動に要する電力を供給することができない可能性がある。
このため、コンタクタリレー１６のオンによってコンタクタ１５を接続状態とし、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して、キャパシタ１１とバッテリ１２とをそれぞれ並列に接続する。そして、キャパシタ１１およびバッテリ１２からの給電によってスタータモータ２０を駆動する。

なお、この初回始動においては、例えば図２に示す時刻ｔ１のように、キャパシタ１１の端子電圧（例えば、接地された負極側端子に対する正極側端子の電位に相当）および残容量ＳＯＣは、キャパシタ１１からスタータモータ２０への給電に起因して低下する。

次に、Ｉ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２は、アイドル停止の実行に備えて内燃機関２２の再始動に要する電力をキャパシタ１１に充電する動作モードであって、例えば運転状態の内燃機関２２の動力により発電する発電機２１から出力される発電電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介してキャパシタ１１に供給することでキャパシタ１１を充電させる。

この場合には、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、例えば図２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間のように、少なくともキャパシタ１１の端子電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達するまでキャパシタ１１を充電させる。
なお、所定のＩ／Ｓ準備電位は、例えば、アイドル停止による所定期間に亘る内燃機関２２の一時停止状態において電気負荷２３などに対して必要とされる給電を実行可能な残容量ＳＯＣに対応する端子電圧である。

なお、図２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間においては、例えば、車両１は内燃機関２２の動力により所定車速まで加速した後に定速走行を維持する。

次に、回生充電の動作モードＭ３は、車両１の減速時などにおいて発電機２１から出力される回生電力をキャパシタ１１に充電する動作モードであって、例えば駆動輪から伝達される車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）に変換して得られる回生電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介してキャパシタ１１に供給することでキャパシタ１１を充電させる。

この場合には、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、例えば図２に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間のように、少なくともキャパシタ１１の端子電圧が所定の上限電位以下となる範囲においてキャパシタ１１を充電させる。
なお、所定の上限電位は、例えば、満充電状態（つまり、残容量ＳＯＣ＝１００％）に対応する端子電圧である。

次に、回生放電の動作モードＭ４は、車両１の定速走行時などにおいてキャパシタ１１に蓄電されている電力を電気負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる動作モードであって、例えば所定のＩ／Ｓ準備電位を上回って蓄電された回生電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して電気負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる。

この場合には、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、例えば図２に示す時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間のように、少なくともキャパシタ１１の端子電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達するまで、発電機２１の発電および回生を休止しつつキャパシタ１１を放電させる。

次に、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５は、車両１のアイドル停止による内燃機関２２の一時停止状態においてキャパシタ１１に蓄電されている電力を電気負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる動作モードであって、例えば復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動するために必要な電力を確保しつつ、キャパシタ１１に蓄電されている電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して電気負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる。

この場合には、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、例えば図２に示す時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間のように、少なくともキャパシタ１１の端子電圧が所定のＩ／Ｓ下限電位に到達するまでキャパシタ１１を放電させる。
なお、所定のＩ／Ｓ下限電位は、例えば、一時停止状態の内燃機関２２をスタータモータ２０の駆動力によって再始動させるために必要とされる適正な給電を実行可能な残容量ＳＯＣに対応する端子電圧である。
また、キャパシタ１１による適正な給電とは、キャパシタ１１の端子電圧が所定の最低保障電位未満に低下しないようにしてキャパシタ１１が放電するものである。

次に、Ｉ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードＭ６は、車両１のアイドル停止による内燃機関２２の一時停止状態においてバッテリ１２に蓄電されている電力を電気負荷２３に供給することでバッテリ１２を放電させる動作モードであって、例えば復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動するために必要な最小限の電力を確保したキャパシタ１１からの放電を禁止する。

この場合には、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、例えば図２に示す時刻ｔ７から時刻ｔ８の期間のように、少なくともキャパシタ１１の端子電圧が所定のＩ／Ｓ下限電位を維持するようにキャパシタ１１の放電を禁止する。

そして、ＥＮＧ再始動の動作モードＭ７は、アイドル停止の一時停止状態からの復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動させる動作モードであって、スタータリレー１９のオンによってスタータマグネットスイッチ１８を介してスタータモータ２０への給電を開始し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を再始動する。

この場合には、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して並列に接続されたキャパシタ１１のみからの給電によってスタータモータ２０を駆動する。

この再始動においては、例えば図２に示す時刻ｔ８のように、キャパシタ１１の端子電圧および残容量ＳＯＣはキャパシタ１１からスタータモータ２０への給電に起因して低下するが、端子電圧は所定の最低保障電位未満に低下しないように設定されている。

そして、内燃機関２２の再始動後には、例えば図２に示す時刻ｔ８以降のように、上述したＩ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２が実行され、車両１は内燃機関２２の動力により加速する。

ところで、上述した所定のＩ／Ｓ下限電位は、キャパシタ１１の状態（例えば、温度に応じた内部抵抗および劣化の度合いなど）に応じて変化する。
このため、コントローラ１４は、例えば図３に示すように、キャパシタ１１の内部抵抗を検出し、この検出結果に応じてＩ／Ｓ下限電位を更新する。

コントローラ１４は、例えば、キャパシタ１１を放電させる放電フェーズの実行時のキャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差と、放電フェーズの実行時のキャパシタ１１の放電電流と、を用いてキャパシタ１１の内部抵抗を検出する。
そして、例えば、予め記憶している内部抵抗とＩ／Ｓ下限電位との所定の対応関係を示すデータなどを参照して、検出した内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位を取得し、この新たに取得したＩ／Ｓ下限電位によって現在のＩ／Ｓ下限電位を更新し、この更新結果を次回の更新時まで維持する。

先ず、例えば図３に示す時刻ｔ１でのイグニッションスイッチのオン（ＩＧＯＮ）に伴う内燃機関２２の初回始動時において、コントローラ１４は、Ｉ／Ｓ下限電位として所定の下限電位初期値を設定する。
この下限電位初期値は、例えば、この時点で把握されているキャパシタ１１の温度および内部抵抗および劣化度などに応じた値であってもよいし、所定の固定値であってもよく、例えばキャパシタ１１が低温であることに起因して内部抵抗が高いと、内燃機関２２を始動するために必要な電力を確保するために、所定の下限電位初期値は高い値となる。

そして、内燃機関２２の始動後においてキャパシタ１１の放電（例えば、回生放電の動作モードＭ４）が開始される図３の時刻ｔ２以降において、コントローラ１４は、所定時間に亘ってキャパシタ１１の端子電圧および放電電流を検出する。そして、この検出結果に基づいてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、検出した内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位を取得する。そして、例えば図３の時刻ｔ３に示すように、新たに取得したＩ／Ｓ下限電位によって現在のＩ／Ｓ下限電位を更新する。

そして、Ｉ／Ｓ下限電位の更新後において、例えばアイドル停止の実行およびキャパシタ１１の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）が開始される図３の時刻ｔ４以降において、コントローラ１４は、所定時間に亘ってキャパシタ１１の端子電圧および放電電流を検出する。そして、この検出結果に基づいてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、検出した内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位を取得する。そして、例えば図３の時刻ｔ５に示すように、新たに取得したＩ／Ｓ下限電位によって現在のＩ／Ｓ下限電位を更新する。

そして、Ｉ／Ｓ下限電位の更新後において、アイドル停止の実行中にキャパシタ１１の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）が継続されることに伴って、キャパシタ１１の端子電圧がＩ／Ｓ下限電位に到達した図３の時刻ｔ５以降において、コントローラ１４は、キャパシタ１１の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）を停止し、バッテリ１２の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードＭ６）を開始する。

そして、例えば図３の時刻ｔ７での復帰要求に応じた自動的な内燃機関２２の再始動後においてキャパシタ１１の放電（例えば、回生放電の動作モードＭ４）が開始される図３の時刻ｔ８以降において、コントローラ１４は、所定時間に亘ってキャパシタ１１の端子電圧および放電電流を検出する。そして、この検出結果に基づいてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、検出した内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位を取得する。そして、例えば図３の時刻ｔ９に示すように、新たに取得したＩ／Ｓ下限電位によって現在のＩ／Ｓ下限電位を更新する。

そして、Ｉ／Ｓ下限電位の更新後において、例えばアイドル停止の実行およびキャパシタ１１の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）が開始される図３の時刻ｔ１０以降において、コントローラ１４は、所定時間に亘ってキャパシタ１１の端子電圧および放電電流を検出する。そして、この検出結果に基づいてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、検出した内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位を取得する。そして、例えば図３の時刻ｔ１１に示すように、新たに取得したＩ／Ｓ下限電位によって現在のＩ／Ｓ下限電位を更新する。

そして、Ｉ／Ｓ下限電位の更新後において、アイドル停止の実行中にキャパシタ１１の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）が継続されることに伴って、キャパシタ１１の端子電圧がＩ／Ｓ下限電位に到達した図３の時刻ｔ１２以降において、コントローラ１４は、キャパシタ１１の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）を停止し、バッテリ１２の放電（例えば、Ｉ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードＭ６）を開始する。

そして、例えば図３の時刻ｔ１３での復帰要求に応じた自動的な内燃機関２２の再始動後、かつ図３に示す時刻ｔ１４でのイグニッションスイッチのオフ（ＩＧＯＦＦ）に伴う内燃機関２２の停止以後において、さらにキャパシタ１１の放電が開始される図３の時刻ｔ１５以降において、コントローラ１４は、継続的にキャパシタ１１の端子電圧および放電電流を検出する。そして、この検出結果に基づいてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、検出した内部抵抗に応じてキャパシタ１１の劣化度を判定する。

例えば図３に示すように、内燃機関２２の始動後にキャパシタ１１の温度が上昇することに起因して内部抵抗が低下すると、Ｉ／Ｓ下限電位は低下傾向に更新され、アイドル停止の実行中のキャパシタ１１の放電（つまり、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５）の継続時間（つまり、キャパシタ１１の端子電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位からＩ／Ｓ下限電位まで低下するのに要する時間）は長くなる。

したがって、例えば、キャパシタ１１の内部抵抗が高くなると、所定時間に亘るアイドル停止の継続期間内において、バッテリ１２の放電（つまり、Ｉ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードＭ６）の継続時間は長くなる。
これにより、コントローラ１４は、例えば、キャパシタ１１の内部抵抗が所定値未満であると判定した場合においてアイドル停止の実行許可を出力する場合には、通常の所定放電深度でバッテリ１２から電気負荷２３に電力を供給させる。
一方、例えば、キャパシタ１１の内部抵抗が所定値以上であると判定した場合においてアイドル停止の実行許可を出力する場合には、通常の所定放電深度よりも小さい放電深度でバッテリ１２から電気負荷２３に電力を供給させる。

また、例えば、コントローラ１４は、キャパシタ１１の内部抵抗は所定値以上であると判定した場合には、キャパシタ１１の内部抵抗は所定値未満であると判定した場合に比べて、キャパシタ１１から電気負荷２３への電力供給をより少なくする。

なお、コントローラ１４は、キャパシタ１１の内部抵抗が所定値以上であると判定した場合に、次回の放電フェーズの実行開始を所定時間（所定の待機時間）だけ遅らせる。
例えば図４に示すように、コントローラ１４は、キャパシタ１１を充電させる充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合において充電フェーズの実行終了後の所定時間内に放電フェーズの実行が開始される場合にのみ、放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせる。

例えば図４に示す時刻ｔ１における充電フェーズの実行停止後の所定時間内に放電フェーズの実行開始が予定されている場合において、キャパシタ１１の内部抵抗は所定値以上であると判定されている場合には、コントローラ１４は、所定の待機時間だけ放電フェーズの実行開始を遅らせる。
この待機時間においては、キャパシタ１１の充電および放電は停止されることから、キャパシタ１１の開放電圧は所定の一定値となることに対して、キャパシタ１１の端子電圧は開放電圧に向かい収束するように変化し、キャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差は低下傾向に変化する。

これにより、コントローラ１４は、例えば、充電フェーズの実行を停止した図４の時刻ｔ１から所定の待機時間だけ経過した時刻ｔ３において放電フェーズの実行を開始する際に、放電フェーズの実行開始直前の時刻ｔ２において検出したキャパシタ１１の端子電圧Ｖ０をキャパシタ１１の開放電圧とする。
そして、図４の時刻ｔ３以降に実行される放電フェーズの実行中における適宜のタイミングｔで検出されるキャパシタ１１の端子電圧と、待機時間において検出したキャパシタ１１の開放電圧（つまり、端子電圧Ｖ０）との差（つまり、電圧降下ΔＶ（ｔ））と、放電フェーズの実行時のキャパシタ１１の放電電流と、を用いてキャパシタ１１の内部抵抗を検出する。

なお、コントローラ１４は、例えば図５に示すように、キャパシタ１１の温度が低下することに伴い、キャパシタ１１の内部抵抗が増大傾向に変化することに加えて、この内部抵抗の検出値が安定に収束するまでに要する待機時間（つまり、キャパシタ１１の充電および放電の停止時に端子電圧が開放電圧に収束するようにして安定するのに要する時間）ｔａ〜ｔｅが増大傾向に変化することに基づき、検出したキャパシタ１１の内部抵抗が高くなることに伴い、次回の放電フェーズの実行開始に対する待機時間を増大傾向に変化させる。

なお、コントローラ１４は、例えば、放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせることを、キャパシタ１１の内部抵抗が所定値以上であると判定するまで禁止する。
例えば図６に示すように、コントローラ１４は、キャパシタ１１の劣化が無い初期状態やキャパシタ１１の常温時などのように、内部抵抗の検出値が所定値未満である場合には、放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせることを禁止（待機禁止）する。

そして、コントローラ１４は、例えば図６に示す使用期間Ｔ１の経過後のように、キャパシタ１１の使用期間が長くなることに起因して内部抵抗が増大傾向に変化して、待機禁止が実行されている状態で内部抵抗の検出値が所定値以上となる場合には、次回の放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせることを開始（待機開始）する。

そして、コントローラ１４は、例えば図６に示す使用期間Ｔ２の経過後のように、待機開始の実行に伴って内部抵抗の検出値が所定値未満となる場合であっても、待機開始の実行を継続する。

なお、コントローラ１４は、例えば、待機開始が実行されている状態で内部抵抗の検出値が所定値以上となる場合までは、内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位の更新を禁止し、例えば図６に示す使用期間Ｔ３の経過後のように、待機開始が実行されている状態で内部抵抗の検出値が所定値以上となる場合に、内部抵抗に応じたＩ／Ｓ下限電位の更新を実行してもよい。

上述したように、本実施の形態による電源劣化判定装置１０によれば、キャパシタ１１の内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、次回の放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせることにより、キャパシタ１１の端子電圧が安定した状態で精度良く内部抵抗を検出することができる。
しかも、放電フェーズの実行開始を遅らせて内部抵抗を検出することから、例えば充電フェーズの実行開始を遅らせて内部抵抗を検出する場合に比べて、電気エネルギーとして回収可能な車両１の回生エネルギーが減少することを防止し、車両１の燃費低下を防止することができる。

さらに、充電フェーズから放電フェーズに切り替えられる状態では、キャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差が大きく、端子電圧が安定するまでに要する時間が長くなることによって、内部抵抗の検出誤差が増大することに加えて、内部抵抗が実際よりも高めの値として検出され易くなり、キャパシタ１１の劣化を早期に判定することができる。
これに対して、放電フェーズの実行開始を少なくとも所定時間だけ遅らせて、キャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差が小さくなるようにして端子電圧が安定するまで待機することによって、内部抵抗の検出精度を向上させることができる。

さらに、キャパシタ１１の内部抵抗が高くなることに伴い、次回の放電フェーズの実行開始に対する待機時間を増大傾向に変化させることから、内部抵抗が小さい場合に放電フェーズの実行開始が過剰に遅れることを防止し、電気負荷２３などに対する所望の給電を確保することができ、一方、内部抵抗が大きい場合に内部抵抗の検出精度が低下することを防止することができる。

さらに、キャパシタ１１の内部抵抗は所定値以上であると判定されるまで、放電フェーズの実行開始を少なくとも所定時間だけ遅らせる待機の実行を禁止することから、例えば車両１の始動時などにおいて低温状態のキャパシタ１１に対して、待機実行を省略して、放電フェーズの実行開始および内部抵抗の判定を早期に実施することができ、放電フェーズの実行開始および内部抵抗の判定が不必要に遅れることを防止することができる。

さらに、キャパシタ１１の内部抵抗の増大に伴い、バッテリ１２の放電深度を小さくすることによって、バッテリ１２の劣化を防止することができる。

さらに、キャパシタ１１の内部抵抗は所定値未満であると判定された場合に比べて、内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、キャパシタ１１から電気負荷２３への電力供給をより少なくすることから、所望のアイドル停止時間に亘って電気負荷２３への電力供給を確保することができる。

なお、上述した実施の形態において、コントローラ１４は、例えば、充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合の所定時間（所定の待機時間）に比べて、放電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合の所定時間（所定の待機時間）をより長くしてもよい。

例えば図７（Ａ）に示すように、時刻ｔ１以前における充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合においては、短い待機時間ＴＡの経過後（例えば、時刻ｔ２）に放電が開始される場合の電圧降下ΔＶＡ（ｔ）（つまり、開放電圧と端子電圧との差）が、十分に長い待機時間ＴＢの経過後（例えば、時刻ｔ３）に放電が開始される場合の電圧降下ΔＶＢ（ｔ）に比べて、大きくなるような誤差が生じる。
このため、十分に長い待機時間ＴＢが経過するより前において放電が開始されると、内部抵抗が実際よりも高めの値として検出され易くなり、キャパシタ１１の劣化を早期に判定することができる。

一方、例えば図７（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１以前における放電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合においては、短い待機時間ＴＡの経過後（例えば、時刻ｔ２）に放電が開始される場合の電圧降下ΔＶＡ（ｔ）（つまり、開放電圧と端子電圧との差）が、十分に長い待機時間ＴＢの経過後（例えば、時刻ｔ３）に放電が開始される場合の電圧降下ΔＶＢ（ｔ）に比べて、小さくなるような誤差が生じる。
このため、十分に長い待機時間ＴＢが経過するより前において放電が開始されると、内部抵抗が実際よりも低めの値として検出され易くなり、キャパシタ１１の劣化を判定し難くなる。

したがって、放電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合は、充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合に比べて、待機に要する所定時間を長くすることによって、キャパシタ１１の劣化が未検知となることを防止し、キャパシタ１１の劣化を的確に判定することができる。

なお、上述した実施の形態において、コントローラ１４は、例えば、放電フェーズの実行時にキャパシタ１１から電気負荷２３に電力を供給させ、待機禁止が実行されていない状態でキャパシタ１１は劣化していると判定された場合に、所定放電深度よりも小さい放電深度でバッテリ１２から電気負荷２３に電力を供給させてもよい。

なお、上述した実施の形態において、例えば、コントローラ１４は、内部抵抗が所定値以上である場合にキャパシタ１１は劣化していると判定してもよい。

なお、上述した実施の形態において、例えば、コントローラ１４は、充電フェーズの実行の次に放電フェーズが実行される場合において充電フェーズの実行終了後の所定時間内に放電フェーズの実行が開始される場合にのみ、放電フェーズの実行時のキャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差と、放電フェーズの実行時のキャパシタ１１の放電電流と、を用いてキャパシタ１１の内部抵抗を検出し、該内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定してもよい。

この場合、充電フェーズから放電フェーズに切り替えられる状態では、キャパシタ１１の端子電圧と開放電圧との差が大きく、端子電圧が安定するまでに要する時間が長くなることによって、内部抵抗の検出誤差が増大することに加えて、内部抵抗が実際よりも高めの値として検出され易くなり、キャパシタ１１の劣化を早期に判定することができる。

なお、上述した実施の形態において、コントローラ１４は、例えば、運転者による操作などに応じて車両１のアイドル停止の実行禁止が指示されている場合、あるいは車両１のアイドル停止機能の異常などによってアイドル停止の実行が不可能である場合などにおいては、キャパシタ１１の内部抵抗を検出するために放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせる処理を実行しなくてもよい。

なお、上述した実施の形態において、電源劣化判定装置１０は、例えば、表示や音出力による報知装置を備え、コントローラ１４は、キャパシタ１１は劣化していると判定した場合に、この判定結果とともに、キャパシタ１１の交換を促す報知を報知装置により行なってもよい。

１０ 電源劣化判定装置
１１ キャパシタ（電池）
１２ バッテリ
１３ ＤＣ−ＤＣコンバータ（充放電制御手段）
１４ コントローラ（充放電制御手段、内部抵抗判定手段、待機手段）
１５ コンタクタ
１７ ＦＩ−ＥＣＵ（アイドル停止手段）
２０ スタータモータ（始動装置）
２２ 内燃機関
２３ 電気負荷

Claims (8)

1. 車両に搭載された電源劣化判定装置であって、
   前記車両の回生エネルギーを蓄積可能な電池と、
   前記電池を充電させる充電フェーズおよび前記電池を放電させる放電フェーズの実行を制御する充放電制御手段と、
   前記充放電制御手段による前記放電フェーズの実行開始を所定時間だけ遅らせる待機手段と、
   前記電池の内部抵抗を判定する内部抵抗判定手段と、を備え、
   前記内部抵抗判定手段は、前記放電フェーズの実行時の前記電池の端子電圧と開放電圧との差と、前記放電フェーズの実行時の前記電池の放電電流と、を用いて前記電池の内部抵抗を検出し、該内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定し、
   前記待機手段は、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、前記充放電制御手段による前記放電フェーズの実行開始を前記所定時間だけ遅らせることを特徴とする電源劣化判定装置。
2. 前記待機手段は、前記充放電制御手段によって前記充電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合において前記充電フェーズの実行終了後の前記所定時間内に前記放電フェーズの実行が開始される場合にのみ、前記放電フェーズの実行開始を前記所定時間だけ遅らせることを特徴とする請求項１に記載の電源劣化判定装置。
3. 前記待機手段は、前記内部抵抗判定手段により検出された前記内部抵抗が高くなることに伴い、前記所定時間を増大傾向に変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源劣化判定装置。
4. 前記待機手段は、前記充放電制御手段によって前記充電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合の前記所定時間に比べて、前記充放電制御手段によって前記放電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合の前記所定時間をより長くすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の電源劣化判定装置。
5. 前記充放電制御手段による前記放電フェーズの実行開始が前記待機手段によって前記所定時間だけ遅らされることを、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定されるまで禁止する待機禁止手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の電源劣化判定装置。
6. 前記車両は、該車両を駆動する内燃機関と、電気負荷と、該電気負荷に所定放電深度で電力を供給可能なバッテリと、を搭載し、
   前記充放電制御手段は、前記放電フェーズの実行時に前記電池から前記電気負荷に電力を供給させ、
   前記充放電制御手段は、前記待機禁止手段による待機禁止が実行されていない状態で前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、前記所定放電深度よりも小さい放電深度で前記バッテリから前記電気負荷に電力を供給させることを特徴とする請求項５に記載の電源劣化判定装置。
7. 前記車両は、停止条件の成立に応じて前記内燃機関を一時的に停止し、復帰条件の成立に応じて一時停止状態の前記内燃機関を始動させるアイドル停止手段を備え、
   前記電池は、前記内燃機関を始動させるために要する電力を保持し、
   前記アイドル停止手段は、復帰要求によって前記電力を前記電池から前記内燃機関の始動装置に供給し、
   前記充放電制御手段は、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値未満であると判定された場合に比べて、前記内部抵抗判定手段によって前記内部抵抗は所定値以上であると判定された場合に、前記電池から前記電気負荷への電力供給をより少なくすることを特徴とする請求項６に記載の電源劣化判定装置。
8. 車両に搭載された電源劣化判定装置であって、
   前記車両の回生エネルギーを蓄積可能な電池と、
   前記電池を充電させる充電フェーズおよび前記電池を放電させる放電フェーズの実行を制御する充放電制御手段と、
   前記電池の内部抵抗を判定する内部抵抗判定手段と、を備え、
   前記内部抵抗判定手段は、前記充放電制御手段によって前記充電フェーズの実行の次に前記放電フェーズが実行される場合において前記充電フェーズの実行終了後の前記所定時間内に前記放電フェーズの実行が開始される場合にのみ、前記放電フェーズの実行時の前記電池の端子電圧と開放電圧との差と、前記放電フェーズの実行時の前記電池の放電電流と、を用いて前記電池の内部抵抗を検出し、該内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする電源劣化判定装置。

Images