JP4871180B2

JP4871180B2 - Storage device control device

Info

Publication number: JP4871180B2
Application number: JP2007072986A
Authority: JP
Inventors: 充朗白髪
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008236910A

Description

本発明は、互いに接続された複数の蓄電要素を備える蓄電デバイスの制御装置に関する。 The present invention relates to a storage device control apparatus including a plurality of storage elements connected to each other.

電気自動車や発電装置等には、蓄電デバイスとして二次電池やキャパシタが組み付けられている。これらの蓄電デバイスの構造としては、複数の蓄電セル(蓄電要素)を直列に接続して蓄電モジュールを複数形成し、所望の電源電圧が得られるまで蓄電モジュールを直列に接続することが一般的である。ところで、複数の蓄電セルを直列に接続するようにした蓄電デバイスにあっては、各蓄電セルの内部抵抗に若干のバラツキが生じているため、長期間の使用に伴って各蓄電セルのセル電圧にバラツキが生じるおそれがある。このようなセル電圧のバラツキを放置したまま蓄電デバイスを使用すると、蓄電デバイスが所定の上限電圧に達する前に一部の蓄電セルの過充電状態を招くおそれがあり、蓄電デバイスが所定の下限電圧に達する前に一部の蓄電セルの過放電状態を招くおそれがある。そこで、各蓄電セルに対して電圧平衡化回路(イコライザ回路)を組み付けることにより、セル電圧のバラツキを解消するようにした蓄電デバイスが提案されている(例えば、特許文献１および２参照)。
特開２００５−１０１４３４号公報特開２０００−４０５３０号公報 A secondary battery or a capacitor is assembled as an electricity storage device in an electric vehicle, a power generation device, or the like. As a structure of these power storage devices, it is common to connect a plurality of power storage cells (power storage elements) in series to form a plurality of power storage modules, and connect the power storage modules in series until a desired power supply voltage is obtained. is there. By the way, in a power storage device in which a plurality of power storage cells are connected in series, the internal resistance of each power storage cell has a slight variation. There is a risk of variation. If the power storage device is used with such a variation in cell voltage left unattended, there is a risk of causing an overcharge state of some power storage cells before the power storage device reaches a predetermined upper limit voltage. There is a risk of causing an overdischarge state of some of the storage cells before reaching. In view of this, there has been proposed a power storage device that eliminates variations in cell voltage by assembling a voltage balancing circuit (equalizer circuit) to each power storage cell (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
JP 2005-101434 A JP 2000-40530 A

しかしながら、各蓄電セルに対してイコライザ回路を組み付けることは、部品点数を増大させるとともに組立工程の複雑化を招くことになるため、蓄電デバイスの高コスト化を招く要因となっていた。 However, assembling an equalizer circuit for each power storage cell increases the number of parts and complicates the assembly process, and thus increases the cost of the power storage device.

本発明の目的は、コストを抑制しながら蓄電要素間の電圧差を縮小することにある。 An object of the present invention is to reduce a voltage difference between power storage elements while suppressing cost.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、互いに接続された複数の蓄電要素を備える蓄電デバイスの制御装置であって、通常制御範囲から外れて設定される処理電圧範囲に前記蓄電要素の電圧を制御する電圧制御手段を有し、前記処理電圧範囲に前記蓄電要素の電圧を制御し、前記蓄電要素間の電圧平衡化速度差を拡大させた後に放置時間を設けることにより、前記蓄電要素間の電圧差を縮小させることを特徴とする。 The power storage device control device of the present invention is a power storage device control device including a plurality of power storage elements connected to each other, and controls the voltage of the power storage element within a processing voltage range set outside the normal control range. has a voltage control means, controlling the voltage of the electric storage element to the treatment voltage range, the Rukoto provided standing time after expanding the voltage balancing speed difference between the electric storage element, the voltage between the power storage element It is characterized by reducing the difference.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記電圧制御手段は、前記通常制御範囲よりも高電圧側の処理電圧範囲に電圧が達するまで前記蓄電要素を充電する充電制御手段であり、前記蓄電要素間の自己放電速度差を拡大させた後に放置時間を設けることにより、前記蓄電要素間の電圧差を縮小させることを特徴とする。 The power storage device control device of the present invention, the voltage control means is a charge control means for charging the power storage elements until a voltage reaches a processing voltage range higher than the normal control range, and between the power storage elements The voltage difference between the power storage elements is reduced by providing a standing time after increasing the self-discharge speed difference.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記電圧制御手段は、前記通常制御範囲よりも低電圧側の処理電圧範囲に電圧が達するまで前記蓄電要素を放電させる放電制御手段であり、前記蓄電要素間の自己充電速度差を拡大させた後に放置時間を設けることにより、前記蓄電要素間の電圧差を縮小させることを特徴とする。 The power storage device control device of the present invention is characterized in that the voltage control means is discharge control means for discharging the power storage elements until a voltage reaches a processing voltage range lower than the normal control range. The voltage difference between the power storage elements is reduced by providing a standing time after increasing the self-charging speed difference.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記蓄電要素の電圧を前記通常制御範囲に制御する通常制御モードと、状況に応じて前記蓄電要素の電圧を前記処理電圧範囲に制御する平衡化処理モードとに、前記電圧制御手段の制御モードを切り換えるモード切換手段を有し、前記モード切換手段は、前記蓄電要素間の電圧差が所定値を上回るときに、前記電圧制御手段を前記通常制御モードから前記平衡化処理モードに切り換えることを特徴とする。 The power storage device control device of the present invention includes a normal control mode for controlling the voltage of the power storage element to the normal control range, and a balancing processing mode for controlling the voltage of the power storage element to the processing voltage range according to a situation. The mode switching means switches the control mode of the voltage control means, and the mode switching means moves the voltage control means from the normal control mode when the voltage difference between the storage elements exceeds a predetermined value. It is characterized by switching to the balancing processing mode.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記平衡化処理モードに切り換えられた前記電圧制御手段は、前記蓄電要素の温度が所定温度を上回った状態のもとで、前記処理電圧範囲に前記蓄電要素の電圧を制御することを特徴とする。 In the power storage device control device according to the present invention, the voltage control means switched to the balancing process mode is configured so that the power storage element is within the processing voltage range in a state where the temperature of the power storage element exceeds a predetermined temperature. The voltage is controlled.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記モード切換手段は、前記蓄電要素間の電圧差が所定値を下回るときに、前記電圧制御手段を前記平衡化処理モードから前記通常制御モードに切り換えることを特徴とする。 In the storage device control apparatus of the present invention, the mode switching unit switches the voltage control unit from the balancing process mode to the normal control mode when a voltage difference between the storage elements is lower than a predetermined value. Features.

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記モード切換手段は、前記処理電圧範囲に前記蓄電要素の電圧を制御する平衡化処理の実行回数が所定回数に達したときに、前記電圧制御手段を前記平衡化処理モードから前記通常制御モードに切り換えることを特徴とする。 In the storage device control apparatus according to the present invention, the mode switching unit sets the voltage control unit to the processing voltage range when the number of executions of the balancing process for controlling the voltage of the storage element reaches a predetermined number. Switching from the balancing processing mode to the normal control mode is characterized in that

本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記モード切換手段は、前記平衡化処理モードの不実施期間が所定期間を経過するまで、前記通常制御モードから前記平衡化処理モードへの切り換えを禁止することを特徴とする。また、本発明の蓄電デバイスの制御装置は、前記蓄電デバイスはキャパシタであることを特徴とする。 In the storage device control apparatus of the present invention, the mode switching unit prohibits switching from the normal control mode to the balancing processing mode until a non-execution period of the balancing processing mode has passed a predetermined period. It is characterized by. In the storage device control apparatus according to the present invention, the storage device is a capacitor.

本発明によれば、通常制御範囲から外れて設定される処理電圧範囲に前記蓄電要素の電圧を制御する電圧制御手段を有し、処理電圧範囲に蓄電要素の電圧を制御して蓄電要素間の電圧平衡化速度差を拡大させるようにしたので、コストを増大させることなく蓄電要素間の電圧差を縮小することが可能となる。 According to the present invention, it has voltage control means for controlling the voltage of the power storage element in a processing voltage range set outside the normal control range, and controls the voltage of the power storage element in the processing voltage range to Since the voltage balancing speed difference is increased, the voltage difference between the power storage elements can be reduced without increasing the cost.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両の制御系統を示すブロック図であり、このハイブリッド車両には本発明の一実施の形態である蓄電デバイスの制御装置が搭載されている。図１に示すように、ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０には、エンジン１１およびモータジェネレータ１２が設けられており、エンジン１１およびモータジェネレータ１２から出力される動力は、トルクコンバータ１３や図示しない変速機構を介して各駆動輪に伝達される。また、モータジェネレータ１２に対して電力を供給するとともに、モータジェネレータ１２によって発電された電力を蓄えるため、ハイブリッド車両には蓄電デバイスとしてのキャパシタユニット１４が搭載されている。このキャパシタユニット１４は複数のキャパシタモジュール１５が直列に接続されて構成されており、キャパシタモジュール１５は複数のキャパシタセル(蓄電要素)１６が直列に接続されて構成されている。なお、図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源としてモータジェネレータ１２が駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１２が発電駆動されることになる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a control system of a hybrid vehicle, and the hybrid vehicle is equipped with a storage device control apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a power unit 10 mounted on a hybrid vehicle is provided with an engine 11 and a motor generator 12, and the power output from the engine 11 and the motor generator 12 is transmitted to a torque converter 13 or a speed change (not shown). It is transmitted to each drive wheel via a mechanism. Moreover, in order to supply electric power to the motor generator 12 and to store electric power generated by the motor generator 12, a capacitor unit 14 as an electric storage device is mounted on the hybrid vehicle. The capacitor unit 14 includes a plurality of capacitor modules 15 connected in series. The capacitor module 15 includes a plurality of capacitor cells (storage elements) 16 connected in series. The illustrated power unit 10 is a parallel power unit, and the engine 11 is driven as a main driving source for traveling, while the motor generator 12 is driven as an auxiliary driving source at the time of start or acceleration. In addition, the motor generator 12 is driven to generate electricity during deceleration or steady running.

モータジェネレータ１２は、図示しないハウジングに固定されるステータ１２ａと、エンジン１１のクランク軸１１ａに連結されるロータ１２ｂとを備えており、三相交流によって駆動制御される永久磁石型同期モータとなっている。また、モータジェネレータ１２とキャパシタユニット１４との間にはインバータ１７が設けられており、このインバータ１７を介してキャパシタユニット１４からの直流電流が交流電流に変換されるとともに、インバータ１７を介して交流電流の電流値や周波数が制御されている。このように、モータジェネレータ１２に通電する交流電流の電流値や周波数を制御することにより、モータジェネレータ１２のトルクや回転数を制御することが可能となっている。また、キャパシタユニット１４には、高電圧電流から低電圧電流を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ１８(以下、コンバータという)を介して低電圧バッテリ１９(例えば１２Ｖの鉛蓄電池)が接続されている。なお、低電圧バッテリ１９は、リヤデフォッガ等の電装系補機類２０や後述する送風ファン３４等の電源として機能するとともに、インバータ１７、コンバータ１８、後述する各制御ユニット２１〜２３等の電源としても機能している。 The motor generator 12 includes a stator 12a fixed to a housing (not shown) and a rotor 12b connected to the crankshaft 11a of the engine 11, and is a permanent magnet type synchronous motor that is driven and controlled by three-phase alternating current. Yes. An inverter 17 is provided between the motor generator 12 and the capacitor unit 14, and a direct current from the capacitor unit 14 is converted into an alternating current through the inverter 17, and an alternating current is passed through the inverter 17. The current value and frequency of the current are controlled. As described above, by controlling the current value and frequency of the alternating current supplied to the motor generator 12, the torque and the rotational speed of the motor generator 12 can be controlled. The capacitor unit 14 is connected to a low voltage battery 19 (for example, a 12V lead storage battery) via a DC-DC converter 18 (hereinafter referred to as a converter) that generates a low voltage current from a high voltage current. The low-voltage battery 19 functions as a power source for the electrical auxiliary equipment 20 such as a rear defogger and a blower fan 34 described later, and as a power source for the inverter 17, the converter 18, and the control units 21 to 23 described later. Is also functioning.

また、キャパシタユニット１４にはキャパシタ制御ユニット２１が組み込まれており、キャパシタ制御ユニット２１によってキャパシタユニット１４の充放電制御が実施されるとともに、電圧、電流、温度などに基づきキャパシタユニット１４の残存容量ＳＯＣが算出される。また、ハイブリッド車両には、エンジン１１の駆動状態を制御するエンジン制御ユニット２２が設けられており、このエンジン制御ユニット２２から、スロットルバルブ、インジェクタ、イグナイタ等に対して制御信号が出力されている。さらに、ハイブリッド車両には、ハイブリッド車両を統合制御するハイブリッド制御ユニット２３が設けられており、このハイブリッド制御ユニット２３から、インバータ１７やコンバータ１８等に対して制御信号が出力されている。これらの制御ユニット２１〜２３は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。なお、制御ユニット２１〜２３は通信ネットワークを介して相互に接続されており、制御ユニット２１〜２３間においては各種情報が共有されている。 The capacitor unit 14 includes a capacitor control unit 21. The capacitor control unit 21 performs charge / discharge control of the capacitor unit 14, and the remaining capacity SOC of the capacitor unit 14 based on voltage, current, temperature, and the like. Is calculated. Further, the hybrid vehicle is provided with an engine control unit 22 that controls the driving state of the engine 11, and a control signal is output from the engine control unit 22 to a throttle valve, an injector, an igniter, and the like. Further, the hybrid vehicle is provided with a hybrid control unit 23 that integrally controls the hybrid vehicle, and a control signal is output from the hybrid control unit 23 to the inverter 17, the converter 18, and the like. These control units 21 to 23 include a CPU that calculates control signals and the like, and also includes a ROM that stores a control program, an arithmetic expression, map data, and a RAM that temporarily stores data. The control units 21 to 23 are connected to each other via a communication network, and various types of information are shared between the control units 21 to 23.

さらに、ハイブリッド制御ユニット２３には、車両を運転状態と停止状態とに切り換えるイグニッションスイッチ２４、乗員に車両の故障状態を警告する警告灯２５、アクセルペダルの踏み込み状況を検出する図示しないアクセルペダルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出する図示しないブレーキペダルセンサ等が接続されている。そして、ハイブリッド制御ユニット２３は、各種制御ユニットやセンサ等から入力される各種情報に基づき車両状態を判定するとともに、インバータ１７、キャパシタ制御ユニット２１、エンジン制御ユニット２２等に対して制御信号を出力し、エンジン１１、モータジェネレータ１２、キャパシタユニット１４等を互いに協調させながら制御している。 Further, the hybrid control unit 23 includes an ignition switch 24 for switching the vehicle between a driving state and a stopped state, a warning light 25 for warning the vehicle occupant of a vehicle failure state, an accelerator pedal sensor (not shown) for detecting the depression state of the accelerator pedal, A brake pedal sensor or the like (not shown) that detects the depression state of the brake pedal is connected. The hybrid control unit 23 determines a vehicle state based on various information input from various control units, sensors, and the like, and outputs a control signal to the inverter 17, the capacitor control unit 21, the engine control unit 22, and the like. The engine 11, the motor generator 12, the capacitor unit 14 and the like are controlled in cooperation with each other.

続いて、キャパシタユニット１４の内部構造について説明する。図２はキャパシタユニット１４の内部構造を示す説明図である。図２に示すように、キャパシタユニット１４には、キャパシタセル１６間の電圧差を検出する電圧差検出部３０、セル温度を検出する温度センサ３１、電流を検出する電流センサ３２、電圧を検出する電圧センサ３３が設けられており、これらの検出部３０やセンサ３１〜３３からキャパシタ制御ユニット２１に対して各種検出信号が入力されている。また、キャパシタユニット１４には送風ファン３４が設けられており、この送風ファン３４を駆動することによってキャパシタユニット１４を所定の温度範囲に制御することが可能となっている。さらに、キャパシタユニット１４には、所定状況において電流を遮断するリレースイッチ３５が組み込まれている。 Next, the internal structure of the capacitor unit 14 will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the internal structure of the capacitor unit 14. As shown in FIG. 2, the capacitor unit 14 includes a voltage difference detection unit 30 that detects a voltage difference between the capacitor cells 16, a temperature sensor 31 that detects a cell temperature, a current sensor 32 that detects a current, and a voltage. A voltage sensor 33 is provided, and various detection signals are input from the detection unit 30 and the sensors 31 to 33 to the capacitor control unit 21. The capacitor unit 14 is provided with a blower fan 34. By driving the blower fan 34, the capacitor unit 14 can be controlled within a predetermined temperature range. Further, the capacitor unit 14 incorporates a relay switch 35 that cuts off the current in a predetermined situation.

続いて、キャパシタセル１６の充放電特性について説明する。ここで、図３はキャパシタセル１６の充放電特性を示す特性線図である。キャパシタセル１６を構成する正極には活性炭が使用されており、この正極に対向する負極にはポリアセン系有機半導体(ＰＡＳ)等の炭素系材料が使用されている。また、各キャパシタセル１６内にはリチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒からなる電解液が封入されている。さらに、負極には予めリチウムイオンがドーピングされており、正極電位に比べて大幅に負極電位を低下させるとともに、正極容量に比べて負極容量を増大させることが可能となっている。このため、図３に示すように、キャパシタセル１６におけるセル電圧の変動については、その大部分が正極電位の変動に支配されるようになっている。 Next, the charge / discharge characteristics of the capacitor cell 16 will be described. Here, FIG. 3 is a characteristic diagram showing the charge / discharge characteristics of the capacitor cell 16. Activated carbon is used for the positive electrode constituting the capacitor cell 16, and a carbon-based material such as polyacene organic semiconductor (PAS) is used for the negative electrode facing the positive electrode. Each capacitor cell 16 is filled with an electrolytic solution made of an aprotic organic solvent containing a lithium salt. Furthermore, the negative electrode is preliminarily doped with lithium ions, so that the negative electrode potential can be significantly reduced compared to the positive electrode potential, and the negative electrode capacity can be increased compared to the positive electrode capacity. For this reason, as shown in FIG. 3, most of the fluctuation of the cell voltage in the capacitor cell 16 is controlled by the fluctuation of the positive electrode potential.

また、負極に対して予めリチウムイオンをドーピングしていることから、アニオンが正極から脱離する正極レスト電位を境に蓄電構造が変化するようになっている。正極電位が正極レスト電位を上回る領域では、正極に対するアニオンの吸着・脱離によって正極電位が変化する一方、正極電位が正極レスト電位を下回る領域では、正極に対するカチオン(リチウムイオン)の吸着・脱離によって正極電位が変化するようになっている。このように、正極レスト電位を上回る状態のもとでは、正極に対するアニオンの吸着によって正極電位を上昇させることから、この充電状態でキャパシタセル１６を放置したときには、アニオンの脱離に伴って正極電位が低下する自己放電現象が生じることになる。また、正極レスト電位を下回る状態のもとでは、正極に対するカチオンの吸着によって正極電位を低下させることから、この放電状態でキャパシタセル１６を放置したときには、カチオンの脱離に伴って正極電位が上昇する自己充電現象が生じることになる。 In addition, since lithium ions are doped in advance with respect to the negative electrode, the power storage structure changes at the positive electrode rest potential at which the anion is desorbed from the positive electrode. In the region where the positive electrode potential exceeds the positive electrode rest potential, the positive electrode potential changes due to adsorption / desorption of anions on the positive electrode, while in the region where the positive electrode potential falls below the positive electrode rest potential, adsorption / desorption of cations (lithium ions) on the positive electrode. As a result, the positive electrode potential changes. In this way, under a state in which the positive electrode rest potential is exceeded, the positive electrode potential is increased by adsorption of the anion on the positive electrode. Therefore, when the capacitor cell 16 is left in this charged state, the positive electrode potential is accompanied by desorption of the anion. As a result, a self-discharge phenomenon occurs. In addition, when the capacitor cell 16 is left in this discharge state, the positive electrode potential increases with the detachment of the cation because the positive electrode potential is lowered by adsorption of the cation to the positive electrode under a state below the positive electrode rest potential. A self-charging phenomenon will occur.

続いて、キャパシタセル１６の自己放電現象について検討する。キャパシタセル１６の自己放電現象は、反応律速自己放電および物質拡散自己放電によって発生すると仮定することが可能である。反応律速自己放電とは、時間の対数に依存する式［電圧降下：ΔＶ＝ａ×ｌｏｇ(ｔ)］で表現可能な放電現象であり、主に正極表面の化学反応が自己放電速度を決める要因となっている。また、物質拡散自己放電とは、時間の平方根に依存する式［電圧降下：ΔＶ＝ｂ×ｔ^１／２］で表現可能な放電現象であり、主に正極表面の反応種の物質拡散が自己放電速度を決める要因となっている。なお、時間の一次遅れに依存する式で表現可能なオーミック自己放電現象を検討することも考えられるが、このオーミック自己放電現象はセパレータを介した放電現象つまりショート現象であるため、正常なキャパシタセル１６においては無視することが可能である。また、キャパシタセル１６の自己放電現象について説明したが、キャパシタセル１６の自己充電現象についても同様に、時間の対数に依存する式［電圧上昇：ΔＶ＝ａ×ｌｏｇ(ｔ)］で表現される反応律速自己充電と、時間の平方根に依存する式［電圧上昇：ΔＶ＝ｂ×ｔ^１／２］で表現される物質拡散自己充電とによって発生すると仮定することが可能である。 Subsequently, the self-discharge phenomenon of the capacitor cell 16 will be examined. It can be assumed that the self-discharge phenomenon of the capacitor cell 16 is caused by reaction-limited self-discharge and material diffusion self-discharge. Reaction-controlled self-discharge is a discharge phenomenon that can be expressed by an equation [voltage drop: ΔV = a × log (t)] that depends on the logarithm of time, and is mainly a factor that determines the self-discharge rate by the chemical reaction on the positive electrode surface It has become. The substance diffusion self-discharge is a discharge phenomenon that can be expressed by an equation [voltage drop: ΔV = b × t ^1/2 ] that depends on the square root of time. It is a factor that determines the discharge speed. Although it is possible to consider the ohmic self-discharge phenomenon that can be expressed by an equation that depends on the first order delay of time, this ohmic self-discharge phenomenon is a discharge phenomenon through a separator, that is, a short-circuit phenomenon. 16 can be ignored. Although the self-discharge phenomenon of the capacitor cell 16 has been described, the self-charge phenomenon of the capacitor cell 16 is similarly expressed by an expression [voltage increase: ΔV = a × log (t)] that depends on the logarithm of time. It can be assumed that it occurs by reaction-limited self-charging and mass diffusion self-charging expressed by the formula [voltage rise: ΔV = b × t ^1/2 ] depending on the square root of time.

次いで、図４(Ａ)は前述した反応律速自己放電(反応律速自己充電)を表現する式中の係数ａを示す線図であり、図４(Ｂ)は前述した物質拡散自己放電(物質拡散自己充電)を表現する式中の係数ｂを示す線図である。図４(Ａ)および(Ｂ)に示すように、正極電位が正極レスト電位を上回って高くなるほど係数ａ，ｂは正側に大きくなり、正極電位が正極レスト電位を下回って低くなるほど係数ａ，ｂは負側に大きくなり、正極電位が正極レスト電位に近くなるほど係数ａ，ｂが０に近づくようになっている。つまり、セル電圧が高くなるほど自己放電速度は速くなる傾向にあり、セル電圧が低くなるほど自己充電速度は速くなる傾向にある。また、図４(Ａ)および(Ｂ)に示すように、同じセル電圧であってもセル温度に応じて係数ａ，ｂが変化するようになっており、セル温度が高くなるほど係数ａ，ｂは大きくなり、セル温度が低くなるほど係数ａ，ｂは小さくなっている。つまり、セル温度が高くなるほど自己放電速度および自己充電速度は速くなる傾向にあり、セル温度が低くなるほど自己放電速度および自己充電速度は遅くなる傾向にある。 Next, FIG. 4 (A) is a diagram showing the coefficient a in the equation expressing the reaction-controlled self-discharge (reaction-controlled self-charge) described above, and FIG. 4 (B) is the material diffusion self-discharge (material diffusion) described above. It is a diagram which shows the coefficient b in the formula expressing self-charging. As shown in FIGS. 4A and 4B, as the positive electrode potential becomes higher than the positive electrode rest potential, the coefficients a and b become larger on the positive side, and as the positive electrode potential becomes lower than the positive electrode rest potential, the coefficient a, b increases on the negative side, and the coefficients a and b approach 0 as the positive electrode potential approaches the positive electrode rest potential. That is, the self-discharge rate tends to increase as the cell voltage increases, and the self-charge rate tends to increase as the cell voltage decreases. As shown in FIGS. 4A and 4B, the coefficients a and b change according to the cell temperature even at the same cell voltage, and the coefficients a and b increase as the cell temperature increases. As the cell temperature decreases, the coefficients a and b decrease. That is, as the cell temperature increases, the self-discharge rate and self-charge rate tend to increase, and as the cell temperature decreases, the self-discharge rate and self-charge rate tend to decrease.

次いで、キャパシタユニット１４の自己放電特性を利用した電圧平衡化制御について説明する。まず、個々のキャパシタセル１６の内部抵抗には若干のバラツキが生じているため、長期間の使用に伴ってキャパシタセル１６のセル電圧にバラツキが生じるおそれがある。キャパシタユニット１４の電圧を制御する際には、所定の上限電圧と下限電圧との間で電圧制御を行うことが一般的であるが、各セル電圧に大きなバラツキが生じていた場合には、キャパシタユニット１４が所定の上限電圧に達する前に一部のキャパシタセル１６の過充電状態を招くおそれがあり、キャパシタユニット１４が所定の下限電圧に達する前に一部のキャパシタセル１６の過放電状態を招くおそれがある。そこで、電圧制御手段(充電制御手段)として機能するキャパシタ制御ユニット２１は、前述した自己放電特性を利用してセル電圧のバラツキを解消する電圧平衡化制御を実行するようにしている。 Next, voltage balancing control using the self-discharge characteristic of the capacitor unit 14 will be described. First, since there is some variation in the internal resistance of each capacitor cell 16, there is a possibility that the cell voltage of the capacitor cell 16 may vary with long-term use. When controlling the voltage of the capacitor unit 14, it is common to control the voltage between a predetermined upper limit voltage and a lower limit voltage, but if there is a large variation in each cell voltage, the capacitor There is a possibility that some capacitor cells 16 are overcharged before the unit 14 reaches a predetermined upper limit voltage, and some capacitor cells 16 are overdischarged before the capacitor unit 14 reaches a predetermined lower limit voltage. There is a risk of inviting. Therefore, the capacitor control unit 21 functioning as voltage control means (charge control means) performs voltage balancing control that eliminates the variation in cell voltage using the self-discharge characteristics described above.

ここで、図５はキャパシタセル１６の自己放電特性および自己充電特性を示す特性線図であり、図６は図５の一部を拡大して示す特性線図である。図５に示すように、キャパシタセル１６のセル電圧は、通常上限電圧ＶＨ１と通常下限電圧ＶＬ１との間に設定される通常電圧範囲(通常制御範囲)と、通常上限電圧ＶＨ１よりも高電圧側に設定される過充電電圧範囲(処理電圧範囲)と、通常下限電圧ＶＬ１よりも低電圧側に設定される過放電電圧範囲(処理電圧範囲)とに区画されている。イグニッションスイッチ２４がオン側に操作される車両運転時には、通常電圧範囲内にセル電圧が収まるようにキャパシタユニット１４の充放電制御が実行されており、キャパシタセル１６の過充電状態や過放電状態を回避するようにしている。また、キャパシタ制御ユニット２１によってセル電圧にバラツキが生じていると判定された場合には、キャパシタ制御ユニット２１の制御モードが通常制御モードから平衡化処理モードに切り換えられ、状況に応じてセル電圧のバラツキを解消する電圧平衡化制御が実行されることになる。そして、制御モードが平衡化処理モードに設定された状態のもとで、イグニッションスイッチ２４がオフ側に操作されたときには、セル電圧のバラツキを解消するため、リレースイッチ３６を接続するとともにコンバータ１８を作動させ、低電圧バッテリ１９からキャパシタユニット１４に対して充電処理を施すことにより、最大セル電圧を所定の処理上限電圧ＶＨ２まで引き上げるようにしている。このように、車両を停止させる際にセル電圧を過充電電圧範囲まで引き上げて放置することにより、キャパシタセル１６間の自己放電速度差を利用して各セル電圧のバラツキを解消することが可能となっている。 Here, FIG. 5 is a characteristic diagram showing the self-discharge characteristic and the self-charge characteristic of the capacitor cell 16, and FIG. 6 is an enlarged characteristic diagram showing a part of FIG. As shown in FIG. 5, the cell voltage of the capacitor cell 16 includes a normal voltage range (normal control range) set between the normal upper limit voltage VH1 and the normal lower limit voltage VL1, and a higher voltage side than the normal upper limit voltage VH1. Are divided into an overcharge voltage range (process voltage range) set to 1 and an overdischarge voltage range (process voltage range) set to a lower voltage side than the normal lower limit voltage VL1. During vehicle operation in which the ignition switch 24 is operated to the on side, charge / discharge control of the capacitor unit 14 is executed so that the cell voltage falls within the normal voltage range, and the overcharge state and overdischarge state of the capacitor cell 16 are set. I try to avoid it. When the capacitor control unit 21 determines that the cell voltage varies, the control mode of the capacitor control unit 21 is switched from the normal control mode to the balancing processing mode, and the cell voltage is changed according to the situation. The voltage balancing control that eliminates the variation is executed. Then, when the ignition switch 24 is operated to the off side under the state where the control mode is set to the balancing processing mode, the relay switch 36 is connected and the converter 18 is connected to eliminate the cell voltage variation. The maximum cell voltage is raised to a predetermined processing upper limit voltage VH2 by operating and charging the capacitor unit 14 from the low voltage battery 19. As described above, when the vehicle is stopped, the cell voltage is raised to the overcharge voltage range and left as it is, so that it is possible to eliminate the variation in each cell voltage by using the self-discharge speed difference between the capacitor cells 16. It has become.

図６に示すように、セル電圧がＶ１，Ｖ２となる２つのキャパシタセルＣ１，Ｃ２について考えると、最大セル電圧Ｖ１が過充電電圧範囲の処理上限電圧ＶＨ２に達するまでキャパシタユニット１４に充電処理を施すことにより、キャパシタセルＣ１，Ｃ２のセル電圧がＶ１’，Ｖ２’まで引き上げられる。このように、充電処理を施すことにより、キャパシタセルＣ１の自己放電速度(グラフの傾き)を大きく引き上げることができ、キャパシタセルＣ１，Ｃ２間の自己放電速度差(電圧平衡化速度差)を拡大させることができるため、自己放電に伴ってキャパシタセルＣ１，Ｃ２間の電圧差を縮小させることが可能となる。すなわち、充電処理を施さずにキャパシタユニット１４を放置した場合には、キャパシタセル１６間の電圧差がΔＶａからΔＶｂまでしか変化しないのに対し、充電処理を施してからキャパシタユニット１４を放置した場合には、キャパシタセルＣ１，Ｃ２間の電圧差をΔＶａからΔＶｃ(ΔＶｃ＜ΔＶｂ)まで大幅に縮小させることが可能となる。このような電圧平衡化制御を実行することにより、自己放電特性を利用してセル電圧のバラツキを解消することができるため、過充電状態や過放電状態を招くことなくキャパシタユニット１４の使用電圧範囲を広げることが可能となる。 As shown in FIG. 6, when considering two capacitor cells C1 and C2 having cell voltages V1 and V2, the capacitor unit 14 is charged until the maximum cell voltage V1 reaches the processing upper limit voltage VH2 in the overcharge voltage range. As a result, the cell voltages of the capacitor cells C1 and C2 are raised to V1 ′ and V2 ′. In this way, by performing the charging process, the self-discharge rate (gradient of the graph) of the capacitor cell C1 can be greatly increased, and the difference between the self-discharge rates (voltage-balancing rate difference) between the capacitor cells C1 and C2 is expanded. Therefore, the voltage difference between the capacitor cells C1 and C2 can be reduced with self-discharge. That is, when the capacitor unit 14 is left without being charged, the voltage difference between the capacitor cells 16 changes only from ΔVa to ΔVb, whereas when the capacitor unit 14 is left after being charged. Therefore, the voltage difference between the capacitor cells C1 and C2 can be greatly reduced from ΔVa to ΔVc (ΔVc <ΔVb). By performing such voltage balancing control, it is possible to eliminate the variation in cell voltage by utilizing the self-discharge characteristic, so that the operating voltage range of the capacitor unit 14 does not cause an overcharge state or an overdischarge state. Can be expanded.

また、前述した説明にあっては、キャパシタユニット１４に対して充電処理を施すことにより、セル電圧のバラツキを解消するようにしているが、これに限られることはなく、キャパシタユニット１４に対して放電処理を施すことにより、セル電圧のバラツキを解消するようにしても良い。つまり、キャパシタ制御ユニット２１を放電制御手段として機能させることにより、キャパシタユニット１４からの電力を用いてリヤデフォッガ等の電装系補機類２０を駆動したり、キャパシタユニット１４からの電力を用いて送風ファン３４を駆動したりして、最低セル電圧が過放電電圧範囲の処理下限電圧ＶＬ２に達するまでキャパシタユニット１４を放電させるようにしても良い。 Further, in the above description, the capacitor unit 14 is charged to eliminate the cell voltage variation. However, the present invention is not limited to this. You may make it eliminate the dispersion | variation in a cell voltage by performing a discharge process. In other words, by causing the capacitor control unit 21 to function as a discharge control means, the electric auxiliary equipment 20 such as the rear defogger is driven using the electric power from the capacitor unit 14, or the air is sent using the electric power from the capacitor unit 14. The fan 34 may be driven or the capacitor unit 14 may be discharged until the minimum cell voltage reaches the processing lower limit voltage VL2 in the overdischarge voltage range.

図６に示すように、最低セル電圧Ｖ２が過放電電圧範囲の処理下限電圧ＶＬ２に達するまでキャパシタユニット１４の放電処理を実行した場合には、キャパシタセルＣ１，Ｃ２のセル電圧がＶ１’ ’，Ｖ２’ ’まで引き下げられる。このように、放電処理を施すことにより、キャパシタセルＣ２の自己充電速度(グラフの傾き)を大きく引き上げることができ、キャパシタセルＣ１，Ｃ２間の自己充電速度差(電圧平衡化速度差)を拡大させることができるため、自己充電に伴ってキャパシタセルＣ１，Ｃ２間の電圧差を縮小させることが可能となる。すなわち、放電処理を施してからキャパシタユニット１４を放置することにより、キャパシタセルＣ１，Ｃ２間の電圧差をΔＶａからΔＶｄ(ΔＶｄ＜ΔＶｂ)まで大幅に縮小させることが可能となる。 As shown in FIG. 6, when the discharge process of the capacitor unit 14 is performed until the minimum cell voltage V2 reaches the process lower limit voltage VL2 in the overdischarge voltage range, the cell voltages of the capacitor cells C1 and C2 are V1 ′ ′, Pulled down to V2 ''. Thus, by performing the discharge process, the self-charging speed (gradient of the graph) of the capacitor cell C2 can be greatly increased, and the self-charging speed difference (voltage balancing speed difference) between the capacitor cells C1 and C2 is expanded. Therefore, the voltage difference between the capacitor cells C1 and C2 can be reduced with self-charging. That is, by leaving the capacitor unit 14 after the discharge process, the voltage difference between the capacitor cells C1 and C2 can be greatly reduced from ΔVa to ΔVd (ΔVd <ΔVb).

ここで、図７(Ａ)は自己放電に伴って縮小するキャパシタセル１６間の電圧差を示す線図であり、図７(Ｂ)は自己充電に伴って縮小するキャパシタセル１６間の電圧差を示す線図である。図７(Ａ)に示すように、充電処理を施して自己放電特性を利用する場合には、セル電圧が高いほど(充電処理を施すほど)自己放電の進行に伴って電圧差が縮小する傾向にある。また、図７(Ｂ)に示すように、放電処理を施して自己充電特性を利用する場合には、セル電圧が低いほど(放電処理を施すほど)自己充電の進行に伴って電圧差が縮小する傾向にある。このため、セル電圧のバラツキを解消する観点からは、充電処理や放電処理を十分に施すことが好ましいが、過度な充電処理や放電処理はキャパシタセル１６の耐久性を低下させる要因となるため、キャパシタセル１６に与える影響を加味して充電処理や放電処理の目標電圧を適宜設定することが望ましい。 Here, FIG. 7A is a diagram showing a voltage difference between the capacitor cells 16 that decreases with self-discharge, and FIG. 7B shows a voltage difference between the capacitor cells 16 that decreases with self-charge. FIG. As shown in FIG. 7A, when the self-discharge characteristic is used by performing the charging process, the higher the cell voltage (the more the charging process is performed), the tendency that the voltage difference decreases with the progress of the self-discharge. It is in. Further, as shown in FIG. 7B, when the self-charge characteristic is used by performing the discharge process, the voltage difference decreases with the progress of self-charge as the cell voltage is lower (as the discharge process is performed). Tend to. For this reason, from the viewpoint of eliminating the variation in cell voltage, it is preferable to sufficiently perform the charging process and the discharging process, but excessive charging process and discharging process cause the durability of the capacitor cell 16 to be reduced. It is desirable to appropriately set the target voltage for the charging process and the discharging process in consideration of the influence on the capacitor cell 16.

続いて、前述した電圧平衡化制御をフローチャートに沿って詳細に説明する。ここで、図８〜図１０は電圧平衡化制御の実行手順を示すフローチャートである。まず、セル電圧のバラツキを解消する電圧平衡化制御は、図８のフローチャートに示されるモード切換制御、図９のフローチャートに示される充電処理制御、そして図１０のフローチャートに示される電圧判定制御の３つの制御ブロックによって構成されている。 Next, the above-described voltage balancing control will be described in detail along the flowchart. Here, FIGS. 8 to 10 are flowcharts showing the execution procedure of the voltage balancing control. First, the voltage balancing control for eliminating the cell voltage variation includes the mode switching control shown in the flowchart of FIG. 8, the charging process control shown in the flowchart of FIG. 9, and the voltage determination control shown in the flowchart of FIG. It consists of two control blocks.

以下、モード切換制御から順に説明する。キャパシタ制御ユニット(モード切換手段)２１によって実行されるモード切換制御とは、セル電圧を通常電圧範囲内に制御し続ける通常制御モードと、状況に応じてセル電圧を過充電電圧範囲に引き上げる平衡化処理モードとのいずれかを設定するための制御である。図８に示すように、ステップＳ１では、既に平衡化処理モードが設定されているか否かが判定される。ステップＳ１において、平衡化処理モードが設定されていると判定された場合には、平衡化処理モードの設定を維持したままルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１において、平衡化処理モードが設定されていないと判定された場合には、ステップＳ２に進み、平衡化処理モードの不実施期間が所定期間(例えば６ヶ月)を超えているか否かが判定される。ステップＳ２において、不実施期間が所定期間を経過していないと判定された場合には、通常制御モードから平衡化処理モードに切り換えることなくルーチンを抜ける一方、ステップＳ２において、不実施期間が所定期間を経過していると判定された場合には、ステップＳ３に進み、キャパシタセル１６間の電圧差が所定上限値(所定値)を上回るか否かが判定される。前述したように、平衡化処理モードでは過充電電圧範囲や過放電電圧範囲にセル電圧を制御するため、キャパシタセル１６を保護する観点から頻繁な平衡化処理モードの実施を回避するようにしている。 Hereinafter, the mode switching control will be described in order. The mode switching control executed by the capacitor control unit (mode switching means) 21 is a normal control mode in which the cell voltage is kept within the normal voltage range, and balancing that raises the cell voltage to the overcharge voltage range according to the situation. This is control for setting one of the processing modes. As shown in FIG. 8, in step S1, it is determined whether or not the balancing process mode has already been set. If it is determined in step S1 that the balancing process mode has been set, the routine exits while maintaining the balancing process mode setting. On the other hand, if it is determined in step S1 that the equilibration process mode is not set, the process proceeds to step S2, and whether or not the non-implementation period of the equilibration process mode exceeds a predetermined period (for example, six months). Is determined. If it is determined in step S2 that the non-execution period has not passed the predetermined period, the routine is exited without switching from the normal control mode to the equilibration process mode, while in step S2, the non-execution period is the predetermined period. When it is determined that the time period has passed, the process proceeds to step S3, and it is determined whether or not the voltage difference between the capacitor cells 16 exceeds a predetermined upper limit value (predetermined value). As described above, since the cell voltage is controlled in the overcharge voltage range and the overdischarge voltage range in the balancing process mode, the frequent balancing process mode is avoided from the viewpoint of protecting the capacitor cell 16. .

ステップＳ３において、キャパシタセル１６間の電圧差が所定上限値を上回ると判定された場合には、セル電圧にバラツキが生じている状態であるため、ステップＳ４に進み、通常制御モードから平衡化処理モードに切り換えられる。一方、ステップＳ３において、キャパシタセル１６間の電圧差が所定上限値を下回ると判定された場合には、ステップＳ５に進み、キャパシタユニット１４の使用年月が所定期間を上回るか否かが判定される。そして、ステップＳ５において、キャパシタユニット１４の使用年月が所定期間を上回っていると判定された場合には、経年変化によってセル電圧にバラツキが生じ易い状態であるため、ステップＳ４に進み、通常制御モードから平衡化処理モードに切り換えられる。 If it is determined in step S3 that the voltage difference between the capacitor cells 16 exceeds the predetermined upper limit value, the cell voltage is in a variation state, and thus the process proceeds to step S4, where the balancing process is started from the normal control mode. Switch to mode. On the other hand, if it is determined in step S3 that the voltage difference between the capacitor cells 16 is less than the predetermined upper limit value, the process proceeds to step S5, where it is determined whether the usage date of the capacitor unit 14 exceeds the predetermined period. The In step S5, if it is determined that the usage period of the capacitor unit 14 exceeds the predetermined period, the cell voltage is likely to vary due to aging, and the process proceeds to step S4, where normal control is performed. The mode is switched to the balancing processing mode.

このように、平衡化処理モードの不実施期間が所定期間を上回っている状態のもとで、キャパシタセル１６間の電圧差が所定上限値を上回る場合や、キャパシタユニット１４の使用年月が所定期間を上回っている場合には、セル電圧のバラツキを解消するため、キャパシタ制御ユニット２１の制御モードが通常制御モードから平衡化処理モードに切り換えられるようになっている。なお、ステップＳ４においては、キャパシタ制御ユニット２１内の不揮発メモリ(例えばＥＰＲＯＭ)に、電圧平衡化処理前におけるキャパシタセル１６間の電圧差が記録されるようになっている。 As described above, the voltage difference between the capacitor cells 16 exceeds a predetermined upper limit value in a state where the non-execution period of the balancing processing mode exceeds the predetermined period, or the usage date of the capacitor unit 14 is predetermined. When the period is exceeded, the control mode of the capacitor control unit 21 is switched from the normal control mode to the balancing process mode in order to eliminate the variation in the cell voltage. In step S4, the voltage difference between the capacitor cells 16 before the voltage balancing process is recorded in a nonvolatile memory (for example, EPROM) in the capacitor control unit 21.

続いて、平衡化処理モードが設定された状態のもとで、イグニッションスイッチ２４がオフ側に操作されたときに、キャパシタユニット１４に対して充電処理を施す充電処理制御について説明する。図９に示すように、ステップＳ１１では、イグニッションスイッチ２４がオフ側に操作されたか否かが判定される。ステップＳ１１において、イグニッションスイッチ２４がオフ側に操作されたと判定された場合には、ステップＳ１２に進み、平衡化処理モードに設定されているか否かが判定される。ステップＳ１２において、平衡化処理モードが設定されていないと判定された場合には、充電処理(平衡化処理)を実行することなくルーチンを抜ける一方、ステップＳ１２において、平衡化処理モードが設定されていると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、セル温度が所定温度(例えば３０℃)を上回っているか否かが判定される。そして、ステップＳ１３において、セル温度が所定温度を下回っていると判定された場合には、セル電圧を過充電電圧範囲に制御したとしても自己放電速度を高くすることが困難であるため、充電処理を実行することなくルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１３において、セル温度が所定温度を上回っていると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、セル電圧が過充電電圧範囲に達するまでキャパシタユニット１４に対する充電処理が実行される。 Next, charging processing control for performing charging processing on the capacitor unit 14 when the ignition switch 24 is operated to the OFF side under the state where the balancing processing mode is set will be described. As shown in FIG. 9, in step S11, it is determined whether or not the ignition switch 24 has been operated to the off side. If it is determined in step S11 that the ignition switch 24 has been operated to the off side, the process proceeds to step S12, and it is determined whether or not the balancing process mode is set. If it is determined in step S12 that the balancing process mode is not set, the routine exits without executing the charging process (balancing process), while the balancing process mode is set in step S12. When it is determined that the cell temperature is present, the process proceeds to step S13, and it is determined whether or not the cell temperature exceeds a predetermined temperature (for example, 30 ° C.). If it is determined in step S13 that the cell temperature is lower than the predetermined temperature, it is difficult to increase the self-discharge rate even if the cell voltage is controlled to the overcharge voltage range. Exit the routine without executing On the other hand, if it is determined in step S13 that the cell temperature is higher than the predetermined temperature, the process proceeds to step S14, and the charging process for the capacitor unit 14 is executed until the cell voltage reaches the overcharge voltage range.

続いて、ステップＳ１５では、平衡化処理モードにおける充電処理の実行回数が所定回数を上回ったか否かが判定される。ステップＳ１５において、充電処理回数が所定回数に達している場合には、ステップＳ１６に進み、制御モードを平衡化処理モードから通常制御モードに切り換えてルーチンを抜けることになる。なお、ステップＳ１６においては、キャパシタ制御ユニット２１内の不揮発メモリに平衡化処理モードの終了日時が記録され、平衡化処理モードの不実施期間を算出する際の基準となる。 Subsequently, in step S15, it is determined whether or not the number of executions of the charging process in the balancing process mode exceeds a predetermined number. In step S15, if the number of charging processes has reached the predetermined number, the process proceeds to step S16, the control mode is switched from the balancing process mode to the normal control mode, and the routine is exited. In step S16, the end date and time of the balancing process mode is recorded in the non-volatile memory in the capacitor control unit 21, which serves as a reference for calculating the non-working period of the balancing process mode.

次いで、充電処理によってセル電圧のバラツキが解消したか否かを判定する電圧判定制御について説明する。図１０に示すように、ステップＳ２１では、イグニッションスイッチ２４がオン側に操作されたか否かが判定される。ステップＳ２１において、イグニッションスイッチ２４がオン側に操作されたと判定された場合には、ステップＳ２２に進み、平衡化処理モードが設定されているか否かが判定される。ステップＳ２２において、平衡化処理モードが設定されていると判定された場合には、ステップＳ２３に進み、処理前電圧差から処理後電圧差を減算して電圧差変化量が算出される。続いて、ステップＳ２４に進み、電圧差変化量が所定の上限値を上回るか否かが判定される。ステップＳ２４において、電圧差変化量が所定の上限値を上回る場合には、いずれかのキャパシタセル１６にショートが発生しているおそれがあるため、ステップＳ２５に進み、乗員にキャパシタ異常を警告する警告灯２５が点灯される。つまり、ショートによっていずれかのセル電圧が著しく低下した場合には、電圧差変化量が大幅に増加することになるため、この大幅に増加した電圧差変化量を検出することにより、キャパシタセル１６のショート状態を判定するようにしている。 Next, voltage determination control for determining whether or not the cell voltage variation has been eliminated by the charging process will be described. As shown in FIG. 10, in step S21, it is determined whether or not the ignition switch 24 has been operated to the on side. If it is determined in step S21 that the ignition switch 24 has been operated to the ON side, the process proceeds to step S22, and it is determined whether or not the balancing process mode is set. If it is determined in step S22 that the balancing process mode is set, the process proceeds to step S23, where the voltage difference change amount is calculated by subtracting the post-processing voltage difference from the pre-processing voltage difference. Subsequently, the process proceeds to step S24, where it is determined whether or not the voltage difference change amount exceeds a predetermined upper limit value. If the voltage difference change amount exceeds the predetermined upper limit value in step S24, there is a possibility that one of the capacitor cells 16 has a short circuit, so the process proceeds to step S25, and a warning is given to warn the occupant of the capacitor abnormality. The lamp 25 is turned on. That is, when any cell voltage is remarkably lowered due to a short circuit, the voltage difference change amount is greatly increased. Therefore, by detecting this greatly increased voltage difference change amount, The short state is judged.

一方、ステップＳ２４において、電圧差変化量が所定の上限値を下回る場合には、ステップＳ２６に進み、キャパシタセル１６間の電圧差が所定下限値(所定値)を下回るか否かが判定される。ステップＳ２６において、電圧差が所定下限値を下回ると判定された場合には、セル電圧のバラツキが解消された状態であるため、続くステップＳ２７に進み、制御モードを平衡化処理モードから通常制御モードに切り換えてルーチンを抜けることになる。なお、ステップＳ２７においては、ステップＳ１６と同様に、キャパシタ制御ユニット２１内の不揮発メモリに平衡化処理モードの終了日時が記録され、平衡化処理モードの不実施期間を算出する際の基準となる。また、ステップＳ２６において、電圧差が所定下限値を上回ると判定された場合には、セル電圧のバラツキが解消されていない状態であるため、平衡化処理モードを継続したままルーチンを抜けることになる。 On the other hand, if the voltage difference change amount is below the predetermined upper limit value in step S24, the process proceeds to step S26 to determine whether or not the voltage difference between the capacitor cells 16 is lower than the predetermined lower limit value (predetermined value). . If it is determined in step S26 that the voltage difference is less than the predetermined lower limit value, the cell voltage variation has been eliminated, and the process proceeds to the subsequent step S27 to change the control mode from the balancing process mode to the normal control mode. To exit from the routine. In step S27, as in step S16, the end date / time of the balancing process mode is recorded in the non-volatile memory in the capacitor control unit 21, which is a reference for calculating the non-working period of the balancing process mode. If it is determined in step S26 that the voltage difference exceeds the predetermined lower limit value, the cell voltage variation has not been eliminated, and the routine is exited while the balancing process mode is continued. .

これまで説明したように、セル電圧にバラツキが生じている場合には、キャパシタユニット１４が放置される車両停止時に、セル電圧を過充電電圧範囲に引き上げるようにしたので、キャパシタセル１６間の自己放電速度差を拡大させることができ、自己放電の進行に伴ってセル電圧のバラツキを解消することが可能となる。このように、電圧制御に伴う自己放電速度差を利用することにより、コストをかけることなくセル電圧のバラツキを解消することが可能となる。しかも、セル温度が所定温度を上回った状態のもとで、キャパシタセル１６に対する充電処理を実行するようにしたので、キャパシタセル１６間の自己放電速度差を大幅に拡大させることができ、セル電圧のバラツキを効果的に解消することが可能となる。また、セル電圧のバラツキが十分に解消していない場合であっても、充電処理の実行回数が所定回数に達した場合には、平衡化処理モードから通常制御モードに切り換えるようにしたので、キャパシタユニット１４の劣化を未然に防止することが可能となる。さらに、平衡化処理モードの不実施期間が所定期間を経過するまでは、通常制御モードから平衡化処理モードへの切り換えを禁止するようにしたので、キャパシタユニット１４の劣化を未然に防止することが可能となる。 As described above, when the cell voltage varies, the cell voltage is raised to the overcharge voltage range when the vehicle in which the capacitor unit 14 is left standing is stopped. The discharge speed difference can be increased, and the variation in cell voltage can be eliminated as self-discharge progresses. As described above, by using the self-discharge speed difference associated with the voltage control, it is possible to eliminate the cell voltage variation without cost. In addition, since the charging process for the capacitor cell 16 is performed under a state where the cell temperature exceeds the predetermined temperature, the difference in self-discharge speed between the capacitor cells 16 can be greatly increased, and the cell voltage It is possible to effectively eliminate this variation. In addition, even if the variation in cell voltage has not been sufficiently eliminated, when the number of executions of the charging process reaches a predetermined number, the switching from the balancing process mode to the normal control mode is performed. It is possible to prevent the unit 14 from being deteriorated. Furthermore, since the switching from the normal control mode to the equilibration process mode is prohibited until the non-execution period of the equilibration process mode passes a predetermined period, the deterioration of the capacitor unit 14 can be prevented in advance. It becomes possible.

なお、前述の説明では、キャパシタユニット１４に対する充電処理を施す際に、コンバータ１８を介して低電圧バッテリ１９からキャパシタユニット１４に対して直接的に電力を供給しているが、この充電方法に限られることはなく、他の方法によってキャパシタユニット１４に充電処理を施すようにしても良い。ここで、図１１(Ａ)および(Ｂ)は本発明の他の実施の形態である制御装置の構成を示す概略図である。また、図１１(Ａ)および(Ｂ)において、図１および図２に示す部品と同一の部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。 In the above description, when the capacitor unit 14 is charged, power is directly supplied from the low-voltage battery 19 to the capacitor unit 14 via the converter 18. The capacitor unit 14 may be charged by other methods. Here, FIGS. 11A and 11B are schematic views showing the configuration of a control apparatus according to another embodiment of the present invention. 11A and 11B, the same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図１１(Ａ)に示すように、キャパシタユニット１４に対して蓄電体４０を並列に接続した上で、キャパシタユニット１４と蓄電体４０とを切り換えて外部回路４１に接続するリレースイッチ４２を配置するとともに、キャパシタユニット１４と蓄電体４０との接続状態を切り換えるリレースイッチ４３を配置するように制御装置を構成しても良い。本構成の場合、蓄電体４０はキャパシタユニット１４の容量を補うことを目的として設置されている。具体的には、車両放置時に暗電流(数ｍＡ)によって電圧が低下しまうため、蓄電体４０を設けて電圧低下を防止することにより、次回のイグニッションオン時に備えて電圧を十分に保持するようにしている。蓄電体４０の種類としては、内部抵抗が高く容量が大きいキャパシタやリチウムイオン二次電池であっても良い。 As shown in FIG. 11 (A), after the power storage unit 40 is connected in parallel to the capacitor unit 14, a relay switch 42 that switches between the capacitor unit 14 and the power storage unit 40 and connects to the external circuit 41 is disposed. At the same time, the control device may be configured to arrange a relay switch 43 that switches the connection state between the capacitor unit 14 and the power storage unit 40. In the case of this configuration, the power storage unit 40 is installed for the purpose of supplementing the capacity of the capacitor unit 14. Specifically, since the voltage drops due to dark current (several mA) when the vehicle is left unattended, a voltage is prevented by providing a power storage unit 40 so that the voltage is sufficiently maintained in preparation for the next ignition on. ing. The type of power storage unit 40 may be a capacitor having a high internal resistance and a large capacity, or a lithium ion secondary battery.

平衡化処理モードが設定された場合には、走行中にリレースイッチ４２の切換制御を行うことにより、外部回路(たとえばインバータ)４１の接続先がキャパシタユニット１４から蓄電体４０に切り換えられ、蓄電体４０が所定電圧に達するまで充電される。そして、蓄電体４０が所定電圧まで充電されると、再びリレースイッチ４２が切り換えられ、外部回路４１に対してキャパシタユニット１４が接続される。次いで、イグニッションオフ時に平衡化処理モードが設定されていると判断された場合には、セル温度が所定温度(例えば３０℃)を上回っているか否かが判定される。そして、セル温度が所定温度を上回っていると判断された場合には、リレースイッチ４３が接続状態に切り換えられ、蓄電体４０からキャパシタユニット１４に対して充電処理が施される。以降の処理手順にあっては、図９に示すステップＳ１５以降と同じステップが実行される。以上の操作で、セル電圧を引き上げることができるため、自己放電によるキャパシタセル間電圧偏差縮小効果の高い状態を保持することができ、キャパシタユニット１４の電圧平衡化を促すことが可能となる。 When the balancing process mode is set, the connection destination of the external circuit (for example, inverter) 41 is switched from the capacitor unit 14 to the power storage unit 40 by performing switching control of the relay switch 42 during traveling, and the power storage unit The battery is charged until 40 reaches a predetermined voltage. When the power storage unit 40 is charged to a predetermined voltage, the relay switch 42 is switched again, and the capacitor unit 14 is connected to the external circuit 41. Next, when it is determined that the equilibration process mode is set when the ignition is off, it is determined whether or not the cell temperature exceeds a predetermined temperature (for example, 30 ° C.). When it is determined that the cell temperature is higher than the predetermined temperature, the relay switch 43 is switched to the connected state, and the capacitor unit 14 is charged from the power storage unit 40. In the subsequent processing procedure, the same steps as those after step S15 shown in FIG. 9 are executed. With the above operation, the cell voltage can be raised, so that a state in which the effect of reducing the voltage deviation between the capacitor cells due to self-discharge is high can be maintained, and the voltage balancing of the capacitor unit 14 can be promoted.

また、図１１(Ｂ)に示すように、キャパシタユニット１４に対して昇圧用コンデンサ４４を並列に接続するとともに、この昇圧用コンデンサ４４に対して昇圧手段(たとえばＤＣ−ＤＣコンバータ)４５を並列に接続するようにしても良い。この場合も図１１(Ａ)と同様、平衡化処理モードが設定されている場合には、走行中にリレースイッチ４２を昇圧用コンデンサ４４側に切り換えるとともに、昇圧手段４５を作動させて昇圧用コンデンサ４４を所定電圧まで充電する。その後、昇圧手段４５がオフに切り換えられ、リレースイッチ４２がキャパシタユニット１４側に切り換えられて外部回路４１にキャパシタユニット１４が接続される。次いで、イグニッションオフ時に平衡化処理モードが設定されていると判断された場合には、セル温度が所定温度(例えば３０℃)を上回っているか否かが判定される。そして、セル温度が所定温度を上回っていると判断された場合には、リレースイッチ４３が接続状態に切り換えられ、昇圧用コンデンサ４４からキャパシタユニット１４に対して充電処理が施される。以降の処理手順にあっては、図９に示すステップＳ１５以降と同じステップが実行される。以上の操作で、セル電圧を引き上げることができるため、自己放電によるキャパシタセル間電圧偏差縮小効果の高い状態を保持することができ、キャパシタユニット１４の電圧平衡化を促すことが可能となる。 As shown in FIG. 11B, a boosting capacitor 44 is connected in parallel to the capacitor unit 14, and a boosting means (for example, a DC-DC converter) 45 is connected in parallel to the boosting capacitor 44. You may make it connect. Also in this case, as in FIG. 11 (A), when the balancing processing mode is set, the relay switch 42 is switched to the boosting capacitor 44 side during traveling and the boosting means 45 is operated to increase the boosting capacitor. 44 is charged to a predetermined voltage. Thereafter, the booster 45 is switched off, the relay switch 42 is switched to the capacitor unit 14 side, and the capacitor unit 14 is connected to the external circuit 41. Next, when it is determined that the equilibration process mode is set when the ignition is off, it is determined whether or not the cell temperature exceeds a predetermined temperature (for example, 30 ° C.). When it is determined that the cell temperature is higher than the predetermined temperature, the relay switch 43 is switched to the connected state, and the capacitor unit 14 is charged from the boosting capacitor 44. In the subsequent processing procedure, the same steps as those after step S15 shown in FIG. 9 are executed. With the above operation, the cell voltage can be raised, so that a state in which the effect of reducing the voltage deviation between the capacitor cells due to self-discharge is high can be maintained, and the voltage balancing of the capacitor unit 14 can be promoted.

次いで、本発明の更に他の実施の形態である制御装置の構成について説明する。ここで、図１２は本発明の他の実施の形態である制御装置の構成を示す概略図である。なお、図１および図２に示す部品と同一の部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。まず、図６を用いて説明したように、キャパシタユニット１４に対して充電処理を施すだけでなく放電処理を施すことにより、セル電圧のバラツキを解消することも可能である。このような放電処理を実行する場合には、前述した電装系補機類２０や送風ファン３４の駆動に限られることはなく、図１２に示すように、キャパシタユニット１４に対して抵抗器４６を並列に接続するとともに、キャパシタユニット１４と抵抗器４６との間にリレースイッチ４７を設けるように制御装置を構成しても良い。このように、放電処理用の抵抗器を組み込んだ場合には、制御装置の簡素化を図ることが可能になるため、制御装置の低コスト化を達成することが可能となる。 Next, the configuration of a control device that is still another embodiment of the present invention will be described. Here, FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a control apparatus according to another embodiment of the present invention. The same parts as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. First, as described with reference to FIG. 6, it is possible to eliminate the variation in the cell voltage by performing not only the charging process but also the discharging process on the capacitor unit 14. When such a discharge process is executed, the present invention is not limited to driving the electrical auxiliary equipment 20 and the blower fan 34 described above, and a resistor 46 is connected to the capacitor unit 14 as shown in FIG. The control device may be configured to connect in parallel and to provide a relay switch 47 between the capacitor unit 14 and the resistor 46. As described above, when a resistor for discharge treatment is incorporated, the control device can be simplified, so that the cost of the control device can be reduced.

さらに、放電処理によってセル電圧のバラツキを解消する際には、図１に示すように、キャパシタユニット１４とインバータ１７との間に配置されるリレースイッチ４８の接続状態を維持することにより、インバータ１７に流れる暗電流を利用してキャパシタユニット１４を放電させるようにしても良い。また、電気エネルギーによってキャパシタユニット１４を保温する保温ヒータや、エンジン１１ルーム内の空気をキャパシタユニット１４に供給して保温する保温ファンを設置することにより、これらの保温ヒータや保温ファンを駆動してキャパシタユニット１４を放電させるようにしても良い。このように、保温ヒータや保温ファンを駆動した場合には、セル温度を上昇させることが可能となるため、自己充電速度差の拡大を図ることができ、セル電圧のバラツキを効果的に解消することが可能となる。 Further, when the cell voltage variation is eliminated by the discharge process, the connection state of the relay switch 48 arranged between the capacitor unit 14 and the inverter 17 is maintained as shown in FIG. The capacitor unit 14 may be discharged using a dark current flowing through the capacitor. In addition, by installing a heat retaining heater that retains the capacitor unit 14 with electric energy and a heat retaining fan that supplies air in the room of the engine 11 to the capacitor unit 14 to maintain the temperature, the heat retaining heater and the heat retaining fan are driven. The capacitor unit 14 may be discharged. As described above, when the heat-retaining heater or the heat-retaining fan is driven, the cell temperature can be increased, so that the difference in self-charging speed can be increased and the variation in the cell voltage is effectively eliminated. It becomes possible.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図示する場合には、ハイブリッド車両に搭載されるキャパシタユニット１４に本発明の制御装置を適用しているが、これに限られることはなく、電気自動車や発電装置等の他の装置に搭載されるキャパシタユニット１４に対して本発明の制御装置を適用することが可能である。さらに、蓄電デバイスとしては、予めリチウムイオンをドーピングするようにしたキャパシタユニット１４に限られることはなく、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、誘電体コンデンサ、ニッケル水素電池、鉛電池等の様々な形式のキャパシタや二次電池に対して本発明の制御装置を適用しても良いことは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the case shown in the figure, the control device of the present invention is applied to the capacitor unit 14 mounted on the hybrid vehicle, but is not limited to this, and is mounted on other devices such as an electric vehicle and a power generation device. It is possible to apply the control device of the present invention to the capacitor unit 14 to be performed. Furthermore, the electricity storage device is not limited to the capacitor unit 14 which is previously doped with lithium ions, but various types such as lithium ion batteries, electric double layer capacitors, dielectric capacitors, nickel metal hydride batteries, lead batteries, etc. It goes without saying that the control device of the present invention may be applied to the capacitor and the secondary battery.

また、前述の説明では、キャパシタセル１６間の電圧差に基づいて平衡化処理モードへの切り換えを行うようにしているが、これに限られることはなく、キャパシタモジュール(蓄電要素)１５間の電圧差を検出することにより、モジュール間の電圧差に基づいて平衡化処理モードへの切り換えを行うようにしても良い。このように、制御装置を構成した場合には、電圧差検出部３０の簡素化を図ることができるため、制御装置の低コスト化を達成することが可能となる。 In the above description, the switching to the balancing processing mode is performed based on the voltage difference between the capacitor cells 16, but the present invention is not limited to this, and the voltage between the capacitor modules (storage elements) 15 is changed. By detecting the difference, switching to the balancing processing mode may be performed based on the voltage difference between the modules. In this way, when the control device is configured, the voltage difference detection unit 30 can be simplified, so that the cost of the control device can be reduced.

また、キャパシタユニット１４の使用年月に基づいて、制御モードを通常制御モードから平衡化処理モードに切り換える際の基準値や、制御モードを平衡化処理モードから通常制御モードに切り換える際の基準値を変化させるようにしても良い。さらに、前述の説明では、セル温度が所定温度を上回った状態のもとで、キャパシタユニット１４に対する充電処理や放電処理を行うようにしているが、充電処理や放電処理を行う際のセル温度に上限値(例えば６０℃)を設定するようにしても良い。 Further, based on the usage date of the capacitor unit 14, a reference value for switching the control mode from the normal control mode to the balancing process mode, and a reference value for switching the control mode from the balancing process mode to the normal control mode are set. It may be changed. Further, in the above description, the charging process and the discharging process for the capacitor unit 14 are performed in a state where the cell temperature exceeds the predetermined temperature. However, the cell temperature at the time of performing the charging process and the discharging process is used. You may make it set an upper limit (for example, 60 degreeC).

なお、平衡化処理モードにおける充電処理や放電処理の方法としては、前述した各種方法に限られることはなく、様々な方法を適用することが可能であることは言うまでもない。また、充電処理や放電処理を行うことにより、全キャパシタセル１６のセル電圧を過充電電圧範囲や過放電電圧範囲に制御する必要は無く、充電処理を行う場合には最高セル電圧を過充電電圧範囲に制御すれば良く、放電処理を行う場合には最低セル電圧を過放電電圧範囲に制御すれば良い。 Needless to say, the charging process and the discharging process in the balancing process mode are not limited to the various methods described above, and various methods can be applied. Further, it is not necessary to control the cell voltage of all the capacitor cells 16 to the overcharge voltage range or the overdischarge voltage range by performing the charge process or the discharge process. When performing the charge process, the maximum cell voltage is set to the overcharge voltage. What is necessary is just to control to the range, and what is necessary is just to control the minimum cell voltage to an overdischarge voltage range when performing a discharge process.

ハイブリッド車両の制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of a hybrid vehicle. キャパシタユニットの内部構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the internal structure of a capacitor unit. キャパシタセルの充放電特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the charging / discharging characteristic of a capacitor cell. (Ａ)は前述した反応律速自己放電(反応律速自己充電)を表現する式中の係数ａを示す線図であり、(Ｂ)は前述した物質拡散自己放電(物質拡散自己充電)を表現する式中の係数ｂを示す線図である。(A) is a diagram showing a coefficient a in the expression expressing the reaction-limited self-discharge (reaction-controlled self-charge) described above, and (B) expresses the substance diffusion self-discharge (material diffusion self-charge) described above. It is a diagram which shows the coefficient b in a type | formula. キャパシタセルの自己放電特性および自己充電特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the self-discharge characteristic and self-charge characteristic of a capacitor cell. 図５の一部を拡大して示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating a part of FIG. 5 in an enlarged manner. (Ａ)は自己放電に伴って縮小するキャパシタセル間の電圧差を示す線図であり、(Ｂ)は自己充電に伴って縮小するキャパシタセル間の電圧差を示す線図である。(A) is a diagram showing the voltage difference between the capacitor cells that shrinks with self-discharge, and (B) is a diagram showing the voltage difference between the capacitor cells that shrinks with self-charging. 電圧平衡化制御の実行手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the execution procedure of voltage balancing control. 電圧平衡化制御の実行手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the execution procedure of voltage balancing control. 電圧平衡化制御の実行手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the execution procedure of voltage balancing control. (Ａ)および(Ｂ)は本発明の他の実施の形態である制御装置の構成を示す概略図である。(A) And (B) is the schematic which shows the structure of the control apparatus which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である制御装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the control apparatus which is other embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１４キャパシタユニット(蓄電デバイス)
１５キャパシタモジュール(蓄電要素)
１６キャパシタセル(蓄電要素)
２１キャパシタ制御ユニット(電圧制御手段，充電制御手段，放電制御手段，モード切換手段) 14 Capacitor unit (electric storage device)
15 Capacitor module (storage element)
16 Capacitor cell (storage element)
21 Capacitor control unit (voltage control means, charge control means, discharge control means, mode switching means)

Claims

A storage device control device comprising a plurality of storage elements connected to each other,
Voltage control means for controlling the voltage of the power storage element in a processing voltage range set outside the normal control range;
Controlling the voltage of the electric storage element to the treatment voltage range, the Rukoto provided standing time after expanding the voltage balancing speed difference between the power storage element, characterized in that to reduce the voltage difference between the power storage element And a storage device control device.

In the control apparatus of the electrical storage device according to claim 1,
The voltage control means is charge control means for charging the power storage element until a voltage reaches a processing voltage range higher than the normal control range.
An apparatus for controlling an electricity storage device , wherein the voltage difference between the electricity storage elements is reduced by providing a standing time after increasing the difference in self-discharge speed between the electricity storage elements.

In the control apparatus of the electrical storage device according to claim 1,
The voltage control means is a discharge control means for discharging the power storage element until a voltage reaches a processing voltage range on a lower voltage side than the normal control range,
An apparatus for controlling an electricity storage device , wherein the voltage difference between the electricity storage elements is reduced by providing a standing time after increasing the difference in self-charging speed between the electricity storage elements.

In the control apparatus of the electrical storage device of any one of Claims 1-3,
The control mode of the voltage control means is set to a normal control mode for controlling the voltage of the power storage element to the normal control range and a balancing process mode for controlling the voltage of the power storage element to the processing voltage range according to the situation. Mode switching means for switching,
The mode switching means switches the voltage control means from the normal control mode to the balancing process mode when the voltage difference between the power storage elements exceeds a predetermined value.

In the control apparatus of the electrical storage device according to claim 4,
The voltage control means switched to the balancing process mode controls the voltage of the power storage element within the processing voltage range under a state where the temperature of the power storage element exceeds a predetermined temperature. Storage device control device.

In the control apparatus of the electrical storage device according to claim 4 or 5,
The mode switching means switches the voltage control means from the balancing process mode to the normal control mode when a voltage difference between the power storage elements falls below a predetermined value.

In the control apparatus of the electrical storage device according to claim 4 or 5,
The mode switching means switches the voltage control means from the balancing processing mode to the normal control mode when the number of times of balancing processing for controlling the voltage of the storage element within the processing voltage range reaches a predetermined number. A control device for an electricity storage device characterized by switching.

In the control apparatus of the electrical storage device of any one of Claims 5-7,
The control device for an electricity storage device, wherein the mode switching unit prohibits switching from the normal control mode to the balancing process mode until a non-execution period of the balancing process mode passes a predetermined period.

In the control apparatus of the electrical storage device according to any one of claims 1 to 8,
The electrical storage device control apparatus, wherein the electrical storage device is a capacitor.