JP5298773B2

JP5298773B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP5298773B2
Application number: JP2008279434A
Authority: JP
Inventors: 真人我妻; 修司押田; 幸司吉田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: JP2010110105A

Description

本発明は、キャパシタに電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電装置に関するものである。

近年、環境への配慮から、自動車（以下、車両という）の制動時に発電機で発生する回生電力を蓄え、制動時以外に蓄えた電力をモータや車両電装品（以下、負荷という）へ供給する制動力回生システムが搭載されている車両（例えばハイブリッド車）がある。これにより、従来捨てていた制動エネルギーを電気エネルギーとして利用できるため、効率が改善され、燃費向上が可能となる。

しかし、回生電力を蓄える蓄電手段として用いられる蓄電素子（二次電池や電気二重層キャパシタ等）は、一般に定格電圧が数Ｖ程度と低いため、モータや負荷に回生電力を供給するためには、複数の蓄電素子を直列に接続して電圧を上げる必要がある。

このような構成とすることにより、高電圧に対応した蓄電装置が得られるが、複数の蓄電素子は、内部抵抗値等の電気特性のバラツキから、使用過程において各蓄電素子の両端電圧がばらついてくる。これをこのまま放置すれば、両端電圧のバラツキ幅が大きくなり、特定の蓄電素子のみ両端電圧が定格電圧を超えて劣化し、その寿命が短くなる等の課題が生じる。

そこで、両端電圧のバラツキを抑制し、バランスを保つ（以下、バランス動作という）蓄電装置が、例えば特許文献１に提案されている。このような蓄電装置を図８の回路図に示す。

蓄電手段としての、直列接続された複数の蓄電素子（バッテリセル）１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎのそれぞれの両端には、それぞれの両端電圧を検出するための電圧検出手段１１８Ａ、１１８Ｂ、・・・１１８Ｎが接続されている。さらに、各蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎの両端には、スイッチ１７６Ａ、１７６Ｂ、・・・１７６Ｎと抵抗器１７８Ａ、１７８Ｂ、・・・１７８Ｎの直列回路からなる放電回路が接続されている。なお、蓄電素子の個数はＮ個とした。

また、複数の蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎには、直列に電流検知手段１８０が接続されている。さらに、各電圧検出手段１１８Ａ、１１８Ｂ、・・・１１８Ｎと、各スイッチ１７６Ａ、１７６Ｂ、・・・１７６Ｎと、電流検知手段１８０は制御回路１９０に接続されている。このような蓄電装置は、車両の発電機、モータ、負荷（いずれも図示せず）等と電気的に接続されている。

次に、図８の蓄電装置の動作について説明する。まず、制御回路１９０は、電流検知手段１８０により、複数の蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎに電流が流れているか否かを判断する。電流が流れていなければ、各電圧検出手段１１８Ａ、１１８Ｂ、・・・１１８Ｎにより、各蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎの電圧を検出する。このように、電流が流れていない時に電圧検出を行うことで、各蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎの内部抵抗等による影響を受けずに、正確な電圧を検出できる。

次に、各蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎの電圧が目標電圧に至るまでの時間を求め、その間、各スイッチ１７６Ａ、１７６Ｂ、・・・１７６Ｎをオンにする。その結果、抵抗器１７８Ａ、１７８Ｂ、・・・１７８Ｎにより各蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎの電気量が放電され、各蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎの蓄電量が均等化される。このような動作により、複数の蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎのバランス動作を正確に行うことができる。
特開２００１−１３６６６９号公報

上記の蓄電装置によると、確かに正確なバランス動作を行うことができるのであるが、蓄電素子１１６Ａ、１１６Ｂ、・・・１１６Ｎが、例えば数１０個から数１００個程度の多数個からなる蓄電装置の場合、これらの電圧を検出するには検出時間差が発生し、順番に電圧を検出している間に電流が流れると、内部抵抗等の影響を受ける可能性があるという課題があった。その結果、バランス動作の精度も低下してしまう可能性があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電素子の両端電圧を高精度に検出することができる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、直列接続された複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに電気的に接続された充放電回路と、前記各キャパシタに電気的に接続され、前記各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ、ｉ＝１〜ｎ、ｎは前記キャパシタの個数）を検出する電圧検出回路と、前記充放電回路に接続され、前記充放電回路に流れる電流（Ｉ）を検出する電流検出回路と、前記充放電回路、電圧検出回路、および電流検出回路と電気的に接続され、前記複数のキャパシタの使用中に前記電流検出回路で検出された前記電流（Ｉ）が実質的に０となるか、または前記充放電回路が定電圧制御を行っている条件が成立し、前記各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ）の測定を行う際に、前記両端電圧（Ｖｃｉ）の測定順番を、前記条件が成立する毎に、順方向と逆方向に切り替える制御回路と、を備えたものである。

また、本発明の蓄電装置は、直列接続された複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに電気的に接続された充放電回路と、前記各キャパシタに電気的に接続され、前記各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ、ｉ＝１〜ｎ、ｎは前記キャパシタの個数）を検出する電圧検出回路と、前記充放電回路に接続され、前記充放電回路に流れる電流（Ｉ）を検出する電流検出回路と、前記充放電回路、電圧検出回路、および電流検出回路と電気的に接続され、前記充放電回路が定電圧制御を行っている第１の条件が成立すれば、前記電圧検出回路から前記両端電圧（Ｖｃｉ）を測定し、前記複数のキャパシタの使用中に前記電流検出回路で検出された前記電流（Ｉ）が実質的に０となる第２の条件が成立すれば、前記電圧検出回路から前記両端電圧（Ｖｃｉ）を測定する間、前記充放電回路を前記定電圧制御に切り替える制御回路と、を備えたものである。

本発明の蓄電装置によれば、電流（Ｉ）が実質的に０となるか、充放電回路が定電圧制御を行っている条件が成立する毎に、両端電圧（Ｖｃｉ）の測定順番を順方向と逆方向に切り替えるので、前回最後に測定したキャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ）を今回は最初に測定することになる。従って、これを繰り返すことにより、全体として測定時間差による誤差が平均化されるので、誤差幅が低減し、さらなる高精度な電圧測定が可能になるという効果が得られる。

また、本発明の蓄電装置によれば、充放電回路が定電圧制御を行っている第１の条件が成立している時か、または電流（Ｉ）が実質的に０となる第２の条件の成立時に充放電回路を定電圧制御に切り替えた後、各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ）を測定するので、車両使用中の電圧変動を回避することができ、高精度な電圧測定が可能になるという効果が得られる。

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。なお、ここでは蓄電装置を車両の制動力回生システムに適用した場合について述べる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における蓄電装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における蓄電装置のバランス動作を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１における蓄電装置のキャパシタの定格電圧印加積算期間と容量値変化率の相関図である。図４は、本発明の実施の形態１における蓄電装置のキャパシタの温度と容量値変化率の相関図である。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。

図１において、キャパシタ１１は複数個が直列に接続されている。本実施の形態１では、キャパシタ１１として、大容量、かつ急速充放電が可能な電気二重層キャパシタを用いた。なお、キャパシタ１１は必要な電力仕様に応じて直並列接続としてもよい。この場合は、並列接続部分のキャパシタを１個のキャパシタ１１として取り扱うことにより、図１と等価回路になる。従って、各キャパシタ１１は１個でもよいし、複数個を並列接続したものでもよいものとして、以下説明する。

各キャパシタ１１の両端には、それぞれ放電回路１３が並列接続されている。放電回路１３は、スイッチ１７と、抵抗値Ｒの放電抵抗器１９との直列回路で構成されている。なお、スイッチ１７は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成した。ここで、本実施の形態１では最も簡単な放電回路１３の構成として、スイッチ１７と放電抵抗器１９の直列回路としたが、これに限定されるものではなく、例えばトランスを用いて、キャパシタ１１の電圧を調整できる構成であってもよい。

直列接続された複数のキャパシタ１１の一端には、キャパシタ１１の全体の充放電を制御するための充放電回路２１が電気的に接続されている。本実施の形態１では、充放電回路２１としてＤＣ／ＤＣコンバータを用いた。また、充放電回路２１は電流検出回路２３を介して正極端子２７に接続されている。このような構成により、電流検出回路２３は充放電回路２１に流れる電流Ｉを検出することができる。なお、直列接続された複数のキャパシタ１１の他端は負極端子２９に電気的に接続されている。

キャパシタ１１の近傍には、その周囲の温度Ｔを検出するための温度センサ３１が配されている。温度センサ３１としては、温度Ｔに対する抵抗値変化が大きいサーミスタを用いた。また、温度センサ３１は複数個所に設けてもよい。この場合は、得られた複数の温度を例えば平均することにより、キャパシタ１１の周辺の温度Ｔとすればよい。

充放電回路２１、放電回路１３のスイッチ１７、電流検出回路２３、および温度センサ３１は、制御回路３３と信号系配線で電気的に接続されている。制御回路３３はマイクロコンピュータと、メモリ等の周辺回路から構成されている。また、制御回路３３には、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉ（以下、ｉはｉ＝１〜ｎを意味する変数とし、ｎは直列接続されたキャパシタ１１の個数とする）を検出する電圧検出回路（図示せず）が内蔵されている。従って、各キャパシタ１１の両端も制御回路３３と信号系配線で電気的に接続されている。

前記電圧検出回路は、図１に示すように、各キャパシタ１１の接続点の電圧Ｖ１〜Ｖｎを読み込み、各々の差から両端電圧Ｖｃｉを求めている。すなわち、Ｖｃｉ＝Ｖｉ_＋１−Ｖｉを求めて、前記マイクロコンピュータに両端電圧Ｖｃｉを出力している。なお、全キャパシタ１１の電圧Ｖｃは、図１に示すように電圧Ｖ１と等しいとする。

これらのことから、制御回路３３は各キャパシタ１１の接続点の電圧Ｖｉ、電流検出回路２３で検出された電流Ｉ、および温度センサ３１で検出された温度Ｔを読み込むとともに、各スイッチ１７へのオンオフ信号ＳＷｉと、充放電回路２１の制御信号ｃｏｎｔを出力する。さらに、制御回路３３は車両用制御回路（図示せず）との間でデータ信号ｄａｔａによりデータを交信する機能も有している。なお、オンオフ信号ＳＷｉによりスイッチ１７がオンになると、放電回路１３が動作することになる。

以上のように構成される蓄電装置３５は、正極端子２７が車両の主電源３７、発電機３９、および負荷４１に電気的に接続されるとともに、負極端子２９が車両のグランドに接続される。なお、本実施の形態１では、主電源３７としてバッテリを、発電機３９としてオルタネータを、それぞれ用いる構成とした。負荷４１は上記した車載電装品である。

次に、このような蓄電装置３５の動作について、図２から図４を用いて説明する。なお、図３において、横軸はキャパシタ１１の定格電圧印加積算期間ｔｍ、縦軸は基準温度Ｔｓにおけるキャパシタ１１の容量値変化率Ｃ／Ｃｏをそれぞれ示す。ここで、基準温度Ｔｓは蓄電装置３５の使用最低温度（ここでは−３０℃）とした。また、図４において、横軸はキャパシタ１１の温度Ｔ、縦軸はキャパシタ１１の容量値変化率Ｃ／Ｃｓをそれぞれ示す。

制御回路３３のマイクロコンピュータは車両使用中において、図示しないメインルーチンにより定期的に、電圧Ｖｃの値からキャパシタ１１に定格電圧が印加されている期間を積算している。これにより、定格電圧印加積算期間ｔｍの更新を常に行っている。なお、定格電圧が印加されている状態はキャパシタ１１が満充電状態であることに相当する。ここで、制御回路３３は、充放電回路２１をキャパシタ１１の充電開始直前、または充電終了直後に定電圧制御を行うように制御している。なお、本実施の形態１では、車両の使用が開始され蓄電装置３５が動作してから、車両が制動を行い回生電力が発生する直前までを充電開始直前と定義する。また、キャパシタ１１がほぼ満充電状態になった場合を充電終了直後と定義する。これら以外の場合は、充放電回路２１は制御回路３３からの制御信号ｃｏｎｔに含まれる電流指令に応じて制御される。

このような動作を行いながら、制御回路３３は適宜（例えば０．１秒毎）図２のフローチャートに示すバランス動作サブルーチンを実行する。図２のサブルーチンが実行されると、制御回路３３は、まず電流検出回路２３から充放電回路２１に流れる電流Ｉを読み込む（ステップ番号Ｓ１１）。次に、電流Ｉが実質的に０であるか否かを判断する（Ｓ１３）。なお、実質的に０であるとは、電流検出回路２３や、制御回路３３に内蔵されたＡＤコンバータ等の周辺回路による電流Ｉの検出誤差範囲内で０であると定義する。

もし、電流Ｉが実質的に０となっていれば（Ｓ１３のＹｅｓ）、キャパシタ１１への充放電がほとんど行われていない状態であるので、キャパシタ１１の各放電期間ｔｉを決定するために、後述するＳ２８にジャンプする。

一方、電流Ｉが実質的に０でなければ（Ｓ１３のＮｏ）、制御回路３３は充放電回路が定電圧制御を行っているか否かを判断する（Ｓ１５）。ここで、制御回路３３は制御信号ｃｏｎｔにより充放電回路２１を制御しているので、充放電回路２１が定電圧制御であるか否かの情報は、制御回路３３自身が有している。もし、定電圧制御を行っていれば（Ｓ１５のＹｅｓ）、Ｓ１３のＹｅｓと同様に、後述するＳ２８にジャンプする。

このように、電流Ｉが実質的に０となっている（Ｓ１３のＹｅｓ）か、または充放電回路２１が定電圧制御を行っている（Ｓ１５のＹｅｓ）か、のいずれかの条件が成立すれば、キャパシタ１１の各放電期間ｔｉを決定するルーチン（Ｓ２８以降）にジャンプするようにしている。これは、いずれの条件もキャパシタ１１の充放電がほとんど行われておらず、電流Ｉが実質的に流れていないことを意味する。その結果、車両使用中であっても、回生電力発生等による大きな電圧変動や、各キャパシタ１１の内部抵抗値に起因した電圧変動の影響を最小限に抑制できるので、両端電圧Ｖｃｉの高精度化が図れる。ゆえに、各放電期間ｔｉを高精度に計算することができ、より正確なバランス動作が可能となる。

また、制御回路３３は、前記メインルーチンにより、キャパシタ１１への充放電を次のようにして制御している。まず、充電については、いずれかの両端電圧Ｖｃｉが、あらかじめ決定した上限電圧（例えばキャパシタ１１の定格電圧）に至れば充電を終了するようにしている。次に、放電については、いずれかの両端電圧Ｖｃｉが、あらかじめ決定した下限電圧（例えば０Ｖ近傍）に至れば放電を終了するようにしている。このように制御することにより、全てのキャパシタ１１が過充電や過放電の状態になることを回避している。この場合も、上記したように両端電圧Ｖｃｉが高精度に求められているので、より正確に充放電の終了が可能となる。その結果、キャパシタ１１が過充電や過放電の状態になる可能性を低減できる。

ここで、Ｓ１５に戻り、充放電回路２１が定電圧制御を行っていなければ（Ｓ１５のＮｏ）、キャパシタ１１には何らかの充放電電流Ｉが流れていることになるので、次に、既にオンとなっているスイッチ１７について、各放電期間ｔｉが経過していればオフにする動作を行う。

具体的には、まずカウンタが１秒経過したか否かを判断する（Ｓ１７）。ここで、カウンタとは１秒を計測するためのもので、制御回路３３が１秒経過する毎に、割り込み処理により、内蔵されたメモリの変数カウンタの値を１ずつ加算している。また、放電期間ｔｉは後述するように１秒単位で計算するので、前回の図２のサブルーチン実行から１秒が経過していなければ、キャパシタ１１の各放電期間ｔｉが経過していないことは明らかである。従って、カウンタが１秒経過していなければ（Ｓ１７のＮｏ）、以後の動作を行う必要はない。従って、図２のサブルーチンを終了する。

一方、カウンタが１秒経過していれば（Ｓ１７のＹｅｓ）、制御回路３３は変数ｉに１を代入する（Ｓ１９）。これにより、変数ｉを初期値（＝１）に設定したことになる。ここで、変数ｉは前記カウンタと同様に、制御回路３３に内蔵されたメモリの一部である。また、Ｓ１９に示すｉ＝１という表記は、フローチャートの判断処理を除き、右辺の数値や計算結果（ここでは“１”）を左辺の変数（ここでは“ｉ”）に代入するものと定義する。

次に、ｉ番目のキャパシタ１１における放電期間ｔｉが経過したか否かを判断する（Ｓ２１）。なお、カウンタの値は後述するＳ４４で放電期間ｔｉが決定した時にリセットしており、さらに上記したように１秒毎にカウンタの値が１ずつ加算されるので、Ｓ２１の判断はカウンタの値が放電期間ｔｉに至ったか否かを判断すればよい。

もし、放電期間ｔｉが経過していなければ（Ｓ２１のＮｏ）、後述するＳ２５にジャンプして、ｉ番目のスイッチ１７をオンのままとする。これにより、引き続きｉ番目の放電回路１３を動作させる。一方、経過していれば（Ｓ２１のＹｅｓ）、ｉ番目のキャパシタ１１の電圧バランスが取れたことになるので、ｉ番目のスイッチ１７をオフにする（Ｓ２３）。これにより、ｉ番目の放電回路１３の動作が停止する。次に、変数ｉの値を１だけ加算して（Ｓ２５）、ｎ＋１と等しくなったか否かを判断する（Ｓ２７）。もし、等しくなければ（Ｓ２７のＮｏ）、全てのキャパシタ１１について放電期間ｔｉが経過したか否かを判断し終わっていないので、Ｓ２１に戻り、以降の動作を繰り返す。変数ｉがｎ＋１と等しくなれば（Ｓ２７のＹｅｓ）、全キャパシタ１１の放電期間ｔｉの経過判断が終了したので、図２のサブルーチンを終了する。

次に、放電期間ｔｉを決定する動作について説明する。Ｓ１３、またはＳ１５でＹｅｓの場合、すなわち、上記した条件が成立した場合、制御回路３３はマイクロコンピュータのメモリに設けた方向フラグの状態を判断する（Ｓ２８）。なお、方向フラグは変数であり、キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉをｉ＝１番目からｉ＝ｎ番目に向かって順方向に求めるか、またはｉ＝ｎ番目からｉ＝１番目に向かって逆方向に求めるかを指示するものである。ここでは、方向フラグの値が０の時は順方向、−１の時は逆方向とした。従って、Ｓ２８で方向フラグの値が０であれば、今回の両端電圧Ｖｃｉは順方向に測定するものと判断し（Ｓ２８のＹｅｓ）、両端電圧Ｖｃｉを順方向から、すなわちｉ＝１〜ｎの順序で求める（Ｓ２９）。その後、後述するＳ３１にジャンプする。なお、両端電圧Ｖｃｉは上記したように、制御回路３３に内蔵された前記電圧検出回路により計測されているので、具体的には前記マイクロコンピュータが前記電圧検出回路より両端電圧Ｖｃｉを読み込む動作となる。この時は、上記したように、電流Ｉが実質的に流れていない状態であるので、車両使用中であっても、種々の電圧変動の影響を最小限に抑制できる。従って、高精度な両端電圧Ｖｃｉを求めることができる。

一方、方向フラグの値が０でなければ、今回の両端電圧Ｖｃｉは逆方向に測定するものと判断し（Ｓ２８のＮｏ）、両端電圧Ｖｃｉを逆方向から、すなわちｉ＝ｎ〜１の順序で求める（Ｓ３０）。

その後、方向フラグの値を反転する（Ｓ３１）。具体的には、方向フラグの値が０ならば−１に、−１ならば０に変更する。これにより、次回は今回と反対の方向から両端電圧Ｖｃｉを求めることになる。

このようなＳ２８からＳ３１までの動作により、制御回路３３は、複数のキャパシタ１１の使用中に電流検出回路２３で検出された電流Ｉが実質的に０となるか、または充放電回路２１が定電圧制御を行っている条件が成立し、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉの測定を行う際に、両端電圧Ｖｃｉの測定順番を、前記条件が成立する毎に、順方向と逆方向に切り替えるように制御している。その結果、前回最後に測定したキャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉを、今回は最初に測定することになる。従って、これを繰り返すことにより、全体として測定時間差による誤差が平均化されるので、誤差幅が低減し、さらなる高精度な電圧測定が可能になる。

次に、制御回路３３は、得られた両端電圧Ｖｃｉの中から最小両端電圧Ｖｃｍｉｎを求める（Ｓ３３）。その後、温度センサ３１よりキャパシタ１１の温度Ｔを読み込む（Ｓ３５）。

次に、制御回路３３は、各キャパシタ１１の容量値Ｃｉを以下のようにして求める。制御回路３３のメモリには、あらかじめ新品時に実測した各キャパシタ１１の初期容量値Ｃｏｉが記憶されている。この初期容量値Ｃｏｉはキャパシタ１１の使用に伴う劣化や温度Ｔにより変動するので、それらに応じて容量値Ｃｉの補正を行う。

まず、劣化に対する変動の補正を行う。

一般にキャパシタ１１は定格電圧で充電された状態が続くほど、容量値Ｃが低下していく傾向がある。この相関関係を図３に示す。定格電圧印加積算期間ｔｍが０、すなわち新品の時のキャパシタ１１の容量値をＣｏとすると、容量値変化率Ｃ／Ｃｏは定格電圧印加積算期間ｔｍが０の時に１となり、その後、定格電圧印加積算期間ｔｍが増えるに従って低下する。この相関関係から、現在の定格電圧印加積算期間ｔｍがわかれば、その時の容量値変化率Ｃ／Ｃｏが図３から求められる。得られた容量値変化率Ｃ／Ｃｏにキャパシタ１１の初期容量値Ｃｏｉを乗じると、劣化に伴う変動後のキャパシタ１１の容量値Ｃｉを求めることができる。このような方法により、容量値Ｃｉの劣化分を補正する。

具体的な動作は、図３の相関関係、および各キャパシタ１１の初期容量値Ｃｏｉを用いて、現在の定格電圧印加積算期間ｔｍに対応した容量値変化率Ｃ／Ｃｏから、Ｃｉ＝Ｃｏｉ・（Ｃ／Ｃｏ）より容量値Ｃｉの劣化分を補正する。これを全キャパシタ１１に対して行う（以上、Ｓ３７）。

なお、実際には定格電圧より低い電圧が印加されていてもキャパシタ１１の劣化は進行するが、電圧が下がれば劣化への影響は大きく低減されるので、ここでは定格電圧印加積算期間ｔｍで容量値Ｃｉを補正するようにした。但し、印加電圧の大きさに応じた劣化への影響を加味して容量値Ｃｉを補正してもよい。

次に、温度Ｔに応じて各キャパシタ１１の容量値Ｃｉの補正を行う。

一般にキャパシタ１１は温度Ｔが下がるほど、容量値Ｃが上昇する傾向がある。この相関関係を図４に示す。ここで、蓄電装置３５の使用最低温度（−３０℃）を基準温度Ｔｓとし、基準温度Ｔｓでのキャパシタ１１の容量値Ｃｓに対して温度Ｔが上昇することによる容量値Ｃの変化率をＣ／Ｃｓとすると、図４に示すように基準温度Ｔｓでは容量値変化率Ｃ／Ｃｓは１となり、温度Ｔが上昇するほど容量値変化率Ｃ／Ｃｓは低下する。この相関関係から、現在の温度Ｔがわかれば、その時の容量値変化率Ｃ／Ｃｓが図４から求められる。得られた容量値変化率Ｃ／Ｃｓに図２のＳ３７で求めた劣化分補正後のキャパシタ１１の容量値Ｃｉを乗じると、温度Ｔに応じたキャパシタ１１の容量値Ｃｉを求めることができる。このような方法により、容量値Ｃｉの温度補正を行う。

具体的な動作は、図４の相関関係、およびＳ３７で求めた劣化分補正後の各キャパシタ１１の容量値Ｃｉを用いて、現在の温度Ｔに対応した容量値変化率Ｃ／Ｃｓから、Ｃｉ＝Ｃｉ・（Ｃ／Ｃｓ）より容量値Ｃｉを温度補正する。これを全キャパシタ１１に対して行う（以上、Ｓ３９）。

このように、Ｓ３７とＳ３９の動作を行うことで、劣化分と温度Ｔに応じた各キャパシタ１１の容量値Ｃｉの補正を行うことができる。その結果、以下に説明する放電期間ｔｉを高精度に求めることが可能となる。

放電期間ｔｉは次のようにして求められる。各キャパシタ１１の両端には抵抗値Ｒの放電抵抗器１９がスイッチ１７を介して接続されている。バランス動作を行う場合は、スイッチ１７をオンにするので、これにより、キャパシタ１１が放電抵抗器１９により放電され、その両端電圧Ｖｃｉは低下していく。従って、図１の回路構成では各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉを下げることによって電圧均等化を図ることができる。そのため、各キャパシタ１１の目標両端電圧は最小両端電圧Ｖｃｍｉｎとなる。ゆえに、制御回路３３は両端電圧Ｖｃｉが最小両端電圧Ｖｃｍｉｎと等しくなるように、放電期間ｔｉの間、放電回路１３を動作させる。

これらのことから、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉが最小両端電圧Ｖｃｍｉｎに至るまでの放電期間ｔｉは次のようにして求められる。

放電期間ｔｉの間に放電される電荷量をＱ、その時に各放電抵抗器１９に流れる電流をＩｃｉ（ｔ）とすると、
Ｑ＝∫Ｉｃｉ（ｔ）ｄｔ＝Ｃｉ・ΔＶｃｉ（１）
となる。ここで、ΔＶｃｉ＝Ｖｃｉ−Ｖｃｍｉｎである。また、積分範囲は０からｔｉ（放電期間）である。また、電流Ｉｃｉ（ｔ）は時刻ｔの関数である。

ここで、両端電圧Ｖｃｉは経時的に低下していくので、時間ｔの関数Ｖｃｉ（ｔ）となる。この両端電圧関数Ｖｃｉ（ｔ）の厳密解は指数関数となり、計算が複雑になる。そこで、図２のバランス動作サブルーチンは上記したように０．１秒毎と極めて短い時間間隔で実行され、放電期間ｔｉが更新されるので、その時間間隔において電流Ｉｃｉ（ｔ）は時間によらず一定値Ｉｃｉであると近似する。これにより、（１）式は、
Ｑ＝Ｉｃｉ・ｔｉ＝Ｃｉ・ΔＶｃｉ（２）
となる。

一方、図１よりスイッチ１７がオンになると、キャパシタ１１と放電抵抗器１９は並列に接続される。また、放電抵抗器１９の抵抗値はＲで一定である。従って、キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉはオームの法則により、
Ｉｃｉ＝Ｖｃｉ／Ｒ（３）
となる。よって、（２）式と（３）式から、放電期間ｔｉは（４）式のようになる。

ｔｉ＝Ｒ・Ｃｉ・（Ｖｃｉ−Ｖｃｍｉｎ）／Ｖｃｉ（４）
従って、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉを測定することにより、抵抗値Ｒ、容量値Ｃｉ、および上記（４）式を用いて、放電期間ｔｉを計算することができる。具体的には、図２のＳ３９までで、補正した容量値Ｃｉ、キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉ、および最小両端電圧Ｖｃｍｉｎが求められており、また、放電抵抗器１９の抵抗値Ｒは既知である（制御回路３３のメモリに記憶してある）。従って、これらの値を（４）式に代入し、放電期間ｔｉを求める。これを全てのキャパシタ１１に対して計算する（以上、Ｓ４１）。ここで、放電期間ｔｉは必要十分な精度として１秒単位となるように決定している。このような精度とすることにより、実際に前記厳密解で解いた放電期間ｔｉと比較しても、両者の差がほとんどなくなることがわかった。従って、（４）式に示した近似式でも十分な精度が得られ、かつ簡単高速に放電期間ｔｉを計算できる。

次に、制御回路３３は変数ｉに１を代入し（Ｓ４３）、カウンタをリセットする（Ｓ４４）。その後、制御回路３３は、放電期間ｔｉが０であるか否かを判断する（Ｓ４５）。ここで、もし放電期間ｔｉが０ならば（Ｓ４５のＹｅｓ）、（４）式より明らかなように、ｉ番目のキャパシタ１１は最小両端電圧Ｖｃｍｉｎであることになる。ゆえに、ｉ番目のキャパシタ１１のバランス動作を行う必要はないため、ｉ番目のスイッチ１７をオフにする（Ｓ４６）。なお、蓄電装置３５の状況（例えば長期間に渡り充放電が行われていない状態）によっては、キャパシタ１１のバランス動作が進行し、複数のキャパシタ１１が最小両端電圧Ｖｃｍｉｎとなっている場合もある。この場合は、Ｓ４５から後述するＳ５１までのルーチンを繰り返し実行することにより、それら全てのキャパシタ１１に対してスイッチ１７がオフになる。Ｓ４６の後は後述するＳ４９にジャンプする。

一方、放電期間ｔｉが０でなければ（Ｓ４５のＮｏ）、ｉ番目のキャパシタ１１の電圧バランスを取るために、ｉ番目のスイッチ１７をオンにする（Ｓ４７）。次に、変数ｉの値を１だけ加算して（Ｓ４９）、ｎ＋１と等しくなったか否かを判断する（Ｓ５１）。もし、等しくなければ（Ｓ５１のＮｏ）、全てのキャパシタ１１についてスイッチ１７のオンまたはオフの動作が終わっていないので、Ｓ４５に戻り、以降の動作を繰り返す。変数ｉがｎ＋１と等しくなれば（Ｓ５１のＹｅｓ）、全キャパシタ１１についてスイッチ１７のオンまたはオフの動作が終了したので、図２のサブルーチンを終了する。

ここで、上記したように、図２のサブルーチンは制御回路３３により適宜実行されるので、制御回路３３は、スイッチ１７のいずれかがオンの状態であっても、前記条件（Ｓ１３のＹｅｓ、またはＳ１５のＹｅｓ）が成立すれば、放電期間ｔｉを更新する。これにより、キャパシタ１１の最新の状態に応じた放電期間ｔｉが決定できるので、高精度なバランス動作が可能となる。

さらに、従来はキャパシタ１１への充放電が停止している時にバランス動作を行っていたが、本実施の形態１では車両の使用中で充放電が行われていても、各放電期間ｔｉの間はバランスの取れていないキャパシタ１１のスイッチ１７をオンにし続けるので、任意のキャパシタ１１が過放電になる可能性を低減でき、さらなる長寿命化を図ることができる。なお、充放電中はキャパシタ１１に充放電電流が流れるが、バランス動作中でスイッチ１７がオンのキャパシタ１１については、充電電流が流れている時は、その一部が放電回路１３に流れるので、その分、実際にキャパシタ１１に充電される電力を抑制できる。また、放電電流が流れている時は、その一部が放電回路１３を流れるので、その分、実際にキャパシタ１１から放電される電力を抑制できる。従って、キャパシタ１１の充放電中であっても、両端電圧Ｖｃｉの変化を低減することができ、バランスを取ることが可能となる。

このような図２の動作をまとめると、制御回路３３は、複数のキャパシタ１１の使用中に電流検出回路２３で検出された電流Ｉが実質的に０となるか、または充放電回路２１が定電圧制御を行っている条件が成立する毎に、各キャパシタ１１の両端電圧（Ｖｃｉ）の測定順番を、順方向と逆方向に切り替えて両端電圧Ｖｃｉを測定し、最小両端電圧Ｖｃｍｉｎを求めることにより、複数のキャパシタ１１のそれぞれの放電期間ｔｉを計算し、複数のキャパシタ１１の充放電動作時を含めて、各放電期間ｔｉの間、各スイッチ１７をオンにするように制御している。

以上の構成、動作により、充放電回路２１が定電圧制御を行っているか、または電流Ｉが実質的に０となった時に充放電回路２１を定電圧制御に切り替えることにより、車両使用中の電圧変動を回避して各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉを測定するので、車両使用中であっても高精度な電圧測定が可能になり、さらに、この両端電圧Ｖｃｉを用いて放電期間ｔｉを計算するので、より正確なバランス動作が可能な蓄電装置が実現できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における蓄電装置のバランス動作を示すフローチャートである。図６は、本発明の実施の形態２における蓄電装置の電流が実質的に０の場合の定電圧制御切り替え前後の電圧電流経時特性図であり、（ａ）は電圧の経時特性図を、（ｂ）は電流の経時特性図を、それぞれ示す。図７は、本発明の実施の形態２における蓄電装置の放電期間の計算を行うフローチャートである。

まず、本実施の形態２における蓄電装置の構成は、実施の形態１の図１と同一であるので、構成における詳細な説明を省略する。以下の説明では、各構成要素に図１と同じ符号を使用する。

次に、このような蓄電装置３５の動作について、図５から図７を用いて説明する。なお、図６（ａ）において、横軸は時刻ｔを、縦軸は全キャパシタ１１の電圧Ｖｃをそれぞれ示す。図６（ｂ）においては、横軸は時刻ｔを、縦軸は電流検出回路２３で検出される電流Ｉをそれぞれ示す。

制御回路３３のマイクロコンピュータは車両使用中において、図示しないメインルーチンにより定期的に、電圧Ｖｃの値からキャパシタ１１に定格電圧が印加されている期間を積算している。これにより、定格電圧印加積算期間ｔｍの更新を常に行っている。なお、定格電圧が印加されている状態はキャパシタ１１が満充電状態であることに相当する。ここで、制御回路３３は、充放電回路２１をキャパシタ１１の充電開始直前、または充電終了直後に定電圧制御を行うように制御している。なお、本実施の形態２では、車両の使用が開始され蓄電装置３５が動作してから、車両が制動を行い回生電力が発生する直前までを充電開始直前と定義する。また、キャパシタ１１がほぼ満充電状態になった場合を充電終了直後と定義する。これら以外の場合は、充放電回路２１は制御回路３３からの制御信号ｃｏｎｔに含まれる電流指令に応じて制御される。

このような動作を行いながら、制御回路３３は適宜（例えば０．１秒毎）図５のフローチャートに示すバランス動作サブルーチンを実行する。図５のサブルーチンが実行されると、制御回路３３は、まず充放電回路２１が定電圧制御を行っているか否かを判断する（ステップ番号Ｓ１１１）。ここで、制御回路３３は制御信号ｃｏｎｔにより充放電回路２１を制御しているので、充放電回路２１が定電圧制御であるか否かの情報は、制御回路３３自身が有している。もし、定電圧制御を行っていれば（Ｓ１１１のＹｅｓ）、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉを制御回路３３に内蔵した電圧検出回路より求める（Ｓ１１３）。具体的には、両端電圧Ｖｃｉは上記したように、制御回路３３に内蔵された前記電圧検出回路により計測されているので、前記マイクロコンピュータが前記電圧検出回路より両端電圧Ｖｃｉを読み込む動作となる。その後、各キャパシタ１１の放電期間ｔｉを求めるために、後述するＳ１４５にジャンプする。

ここで、充放電回路２１が定電圧制御を行っている状態（Ｓ１１１のＹｅｓ）を、第１の条件が成立している状態と定義する。第１の条件が成立している場合は、上記したようにキャパシタ１１の充電開始直前、または充電終了直後であるので、キャパシタ１１には電流がほとんど流れていない。従って、この状態で測定された両端電圧Ｖｃｉには、回生電力発生等による大きな電圧変動や、キャパシタ１１の内部抵抗値による電圧変動の影響がほとんど含まれない。ゆえに、Ｓ１１３の時点で求めた両端電圧Ｖｃｉは高精度な値となる。これにより、後述する放電期間ｔｉの計算精度を向上することができ、より正確なバランス動作が可能となる。

ここで、図５に戻り、充放電回路２１が定電圧制御を行っていなければ（Ｓ１１１のＮｏ）、制御回路３３は車両用制御回路から充電指令信号を受信しているか否かを判断する（Ｓ１１５）。ここで、充電指令信号とは、車両が制動中で回生電力が発生している等により、蓄電装置３５に電力を充電するよう指令する信号のことであり、車両用制御回路からデータ信号ｄａｔａにより送信されてくる。従って、充電指令信号を受信していれば（Ｓ１１５のＹｅｓ）、各キャパシタ１１は充電中であることになる。ゆえに、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉが経時的に上昇しているので、後述する放電期間ｔｉを正確に決定できない。そこで、この場合は、すでにオンになっているスイッチ１７のオフ判断を行うＳ１２１以降の動作のみを行なう。なお、Ｓ１２１以降の動作の詳細は後述する。

一方、充電指令信号を受信していなければ（Ｓ１１５のＮｏ）、制御回路３３は電流検出回路２３から充放電回路２１に流れる電流Ｉを読み込む（Ｓ１１７）。次に、電流Ｉが実質的に０であるか否かを判断する（Ｓ１１９）。なお、実質的に０であるとは、電流検出回路２３や、制御回路３３に内蔵されたＡＤコンバータ等の周辺回路による電流Ｉの検出誤差範囲内で０であると定義する。

もし、電流Ｉが実質的に０となっていれば（Ｓ１１９のＹｅｓ）、キャパシタ１１への充放電がほとんど行われていない状態であるので、キャパシタ１１の各放電期間ｔｉを計算するために、後述するＳ１３３にジャンプする。

ここで、Ｓ１１９でＹｅｓの場合、すなわち複数のキャパシタ１１の使用中に電流検出回路２３で検出された電流Ｉが実質的に０となる状態を、第２の条件が成立していると定義する。従って、本実施の形態２では、充電指令信号を受信しておらず（Ｓ１１５のＮｏ）、かつ第２の条件が成立していれば（Ｓ１１９のＹｅｓ）、各放電期間ｔｉを計算する動作（Ｓ１３３以降）を実行することになる。ゆえに、単に電流Ｉが実質的に０であるだけでなく、充電していない状態も成立していないと、放電期間ｔｉを計算しないことになる。これは、第１の条件が成立していない時の最低限の条件として、電流Ｉが実質的に０であれば放電期間ｔｉを計算してもよいのであるが、この場合はキャパシタ１１が放電している途中で車両が制動し、回生電力が発生した時、すなわち放電から充電に切り替わる時にも第２の条件が成立することになる。この場合に、後述するように充放電回路２１を定電圧制御に切り替えて各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉを求めると、その間は、発生した回生電力を回収することができなくなる。特に、回生電力は制動を開始した直後に急激に大きくなるが、この大電力を十分に回収できなくなる可能性がある。そこで、本実施の形態２では、キャパシタ１１が放電から急に充電に切り替わる場合は放電期間ｔｉの計算を行わないようにしている。これにより、より十分に回生電力を回収でき、高効率化が図れる。なお、Ｓ１１５では充電指令信号を受信していれば、放電時間ｔｉの計算を行わないようにしているが、これにはキャパシタ１１が放電から急に充電に切り替わった場合も含まれる。

このように制御することで、本実施の形態２において、第２の条件が成立する状態、すなわち電流Ｉが実質的に０になる状態は、キャパシタ１１の充電中に回生電力の発生が終了し、負荷４１への放電が開始されるまでの状態となる。なお、キャパシタ１１が満充電状態となった場合は、充放電回路２１が定電圧制御に切り替わるため、第１の条件が成立することになる。

ここまでで述べたことから明らかなように、第１の条件と第２の条件のいずれかが成立すれば、キャパシタ１１の各放電期間ｔｉを計算するようにしている。これは、いずれの条件もキャパシタ１１の充放電がほとんど行われておらず、電流Ｉが実質的に流れていないことを意味する。その結果、車両使用中であっても、各キャパシタ１１の内部抵抗値に起因した電圧変動の影響を最小限に抑制できるので、両端電圧Ｖｃｉの高精度化が図れる。ゆえに、各放電期間ｔｉを高精度に計算することができる。

ここでＳ１１９に戻り、電流Ｉが実質的に０でなければ（Ｓ１１９のＮｏ）、キャパシタ１１には何らかの充放電電流Ｉが流れていることになるので、次に、既にオンとなっているスイッチ１７について、各放電期間ｔｉが経過していればオフにする動作を行う。

具体的には、まずカウンタが１秒経過したか否かを判断する（Ｓ１２１）。ここで、カウンタとは１秒を計測するためのもので、制御回路３３が１秒経過する毎に、割り込み処理により、内蔵されたメモリの変数カウンタの値を１ずつ加算している。また、放電期間ｔｉは後述するように１秒単位で計算するので、前回の図５のサブルーチン実行から１秒が経過していなければ、キャパシタ１１の各放電期間ｔｉが経過していないことは明らかである。従って、カウンタが１秒経過していなければ（Ｓ１２１のＮｏ）、以後の動作を行う必要はない。ゆえに、図５のサブルーチンを終了する。

一方、カウンタが１秒経過していれば（Ｓ１２１のＹｅｓ）、制御回路３３は変数ｉに１を代入する（Ｓ１２３）。これにより、変数ｉを初期値（＝１）に設定したことになる。

次に、ｉ番目のキャパシタ１１における放電期間ｔｉが経過したか否かを判断する（Ｓ１２５）。なお、カウンタの値は後述する図７のＳ１６３で放電期間ｔｉが決定した時にリセットしており、さらに上記したように１秒毎にカウンタの値が１ずつ加算されるので、Ｓ１２５の判断はカウンタの値が放電期間ｔｉに至ったか否かを判断すればよい。

もし、放電期間ｔｉが経過していなければ（Ｓ１２５のＮｏ）、後述するＳ１２９にジャンプして、ｉ番目のスイッチ１７をオンのままとする。これにより、引き続きｉ番目の放電回路１３を動作させる。一方、経過していれば（Ｓ１２５のＹｅｓ）、ｉ番目のキャパシタ１１の電圧バランスが取れたことになるので、ｉ番目のスイッチ１７をオフにする（Ｓ１２７）。これにより、ｉ番目の放電回路１３の動作が停止する。次に、変数ｉの値を１だけ加算して（Ｓ１２９）、ｎ＋１と等しくなったか否かを判断する（Ｓ１３１）。もし、等しくなければ（Ｓ１３１のＮｏ）、全てのキャパシタ１１について放電期間ｔｉが経過したか否かを判断し終わっていないので、Ｓ１２５に戻り、以降の動作を繰り返す。変数ｉがｎ＋１と等しくなれば（Ｓ１３１のＹｅｓ）、全キャパシタ１１の放電期間ｔｉの経過判断が終了したので、図５のサブルーチンを終了する。

次に、Ｓ１１９でＹｅｓの場合、すなわち第２の条件が成立した場合の動作を説明する。第２の条件が成立すると、制御回路３３は内蔵された電圧検出回路よりキャパシタ１１の全体の電圧Ｖｃ（＝Ｖ１）を読み込む（Ｓ１３３）。次に、充放電回路２１の電圧指令値をＳ１３３で読み込んだ電圧Ｖｃとして設定する（Ｓ１３５）。ここで、電圧指令値とは、充放電回路２１におけるキャパシタ１１の全体の目標電圧のことを意味する。その後、制御回路３３は充放電回路２１を定電圧制御に切り替えるよう制御信号ｃｏｎｔを送信する（Ｓ１３７）。なお、制御信号ｃｏｎｔには前記電圧指令値も含まれる。従って、Ｓ１３７を実行することにより、充放電回路２１は全キャパシタ１１の電圧がＳ１３５で設定した電圧指令値（＝Ｓ１３３の時点における電圧Ｖｃ）になるように定電圧制御を行う。

次に、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉが安定する既定期間ｔｓ（例えば１秒）の間、待った後（Ｓ１３９）、各両端電圧Ｖｃｉを求める（Ｓ１４１）。両端電圧Ｖｃｉの具体的な求め方はＳ１１３と同じである。このように定電圧制御下の安定した状態で各両端電圧Ｖｃｉを高精度に求めることができるので、各放電期間ｔｉの精度も向上する。

次に、Ｓ１４１で各放電期間ｔｉを計算するために必要なデータが求められたので、制御回路３３は電流指令値を制御信号ｃｏｎｔとして充放電回路２１に出力する（Ｓ１４３）。これにより、引き続き各キャパシタ１１は通常の充放電が可能となる。

以上に説明したＳ１３３からＳ１４３までの動作における具体的な一例を図６により詳しく説明する。なお、図６（ａ）は全キャパシタ１１の電圧Ｖｃの経時変化を、図６（ｂ）は電流検出回路２３で検出される電流Ｉの経時変化を、それぞれ示す。

時刻ｔ０から時刻ｔ１までは充放電回路２１が定電流制御されることにより、キャパシタ１１に回生電力が定電流で充電されている状態であるとする。従って、充電指令信号はオンの状態であり、図６（ｂ）に示すように、電流Ｉは充電側（ここでは負の電流を充電側と定義する）で一定となる。また、図６（ａ）に示すように、全キャパシタ１１の電圧Ｖｃは経時的に増加していく。

次に、時刻ｔ１で車両の制動が終了し、回生電力の発生も終了すると、車両用制御回路は直ちに充電指令信号をオフにする。これを受け、図５のフローチャートには記載していないが、制御回路３３はキャパシタ１１が満充電になっていなくてもキャパシタ１１への充電を中止し、負荷４１に放電する制御を行う。その結果、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至る短期間の間にキャパシタ１１の電流Ｉは低下し、時刻ｔ２で０に至る。これにより、図５のフローチャートのＳ１１９でＹｅｓと判断される。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２では、充電電流が急激に０に近づくので、図６（ａ）に示すように、全キャパシタ１１の内部抵抗値に応じた電圧降下が発生する。

時刻ｔ２で、制御回路３３は図５のＳ１３３からＳ１３７の動作を行い、充放電回路２１を定電圧制御に切り替える。その結果、全キャパシタ１１の電圧Ｖｃは時刻ｔ２における電圧（目標電圧）になるように充放電回路２１により制御される。定電圧制御に切り替えた直後では、充放電回路２１はできるだけ電圧Ｖｃが目標電圧になるように、キャパシタ１１への電流Ｉを制御する。その結果、図６（ｂ）に示すように、電流Ｉが一旦充電側に流れた後、時刻ｔ３で電流Ｉが０になり、定電圧制御が安定する。このような制御により、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、図６（ａ）に示すように、全キャパシタ１１の電圧Ｖｃは安定する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、各キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉが安定しているものの、電流Ｉが僅かに変動しているため、より高精度に両端電圧Ｖｃｉを求めるため、図５のＳ１３９で既定期間ｔｓの間、待つように制御している。ここで、既定期間ｔｓは図６の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間の期間であり、本実施の形態２ではマージンを考慮して１秒とした。なお、既定期間ｔｓはあらかじめ求めて制御回路３３のメモリに記憶してある。

その後、既定期間ｔｓが経過して各両端電圧Ｖｃｉが安定した時刻ｔ３で、制御回路３３は両端電圧Ｖｃｉを求めた後、キャパシタ１１の電力を負荷４１に放電する。この時、制御回路３３は充放電回路２１に対し定電流となるように電流指令値を出力したとする。その結果、充放電回路２１は定電流制御に切り替わる。この動作は図５のＳ１４１からＳ１４３に相当する。定電流制御に切り替わると、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの短期間にキャパシタ１１からの電流Ｉが放電され、負荷４１に供給される。また、一部は主電源３７にも供給される。なお、このように電流Ｉが流れ出すことにより、図６（ａ）に示すように、全キャパシタ１１の内部抵抗値による電圧降下が時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に発生する。時刻ｔ４以降では、図６（ｂ）に示すように、電流Ｉは放電側で安定するので、図６（ａ）に示すように、全キャパシタの電圧Ｖｃは経時的に低下していく。

このような動作により、車両の制動が終わり、回生電力の発生も終了すると、制御回路３３は充放電回路２１を定電圧制御に切り替えて、既定期間ｔｓが経過した後、各両端電圧Ｖｃｉを求めて定電流制御に戻すので、既定期間ｔｓの間はキャパシタ１１から負荷４１等への放電が停止することになる。しかし、負荷４１への放電が停止している間は主電源３７から電力が供給されるので、既定期間ｔｓの放電遅れが発生しても、負荷４１の動作には大きく影響しない。

ここで、図５に戻り、Ｓ１１３の後、またはＳ１４３の後は、各キャパシタ１１の放電期間ｔｉの計算を行うサブルーチンを実行する（Ｓ１４５）。このサブルーチンの詳細な動作を図７により説明する。

Ｓ１４５により図７のサブルーチンが実行されると、制御回路３３は、図５のＳ１１３、またはＳ１４１で得られた両端電圧Ｖｃｉの中から最小両端電圧Ｖｃｍｉｎを求める（Ｓ１５１）。その後、温度センサ３１よりキャパシタ１１の温度Ｔを読み込む（Ｓ１５３）。

まず、劣化に対する変動の補正を行う。補正方法は、実施の形態１と同じである。従って、図３の相関関係、および各キャパシタ１１の初期容量値Ｃｏｉを用いて、現在の定格電圧印加積算期間ｔｍに対応した容量値変化率Ｃ／Ｃｏから、Ｃｉ＝Ｃｏｉ・（Ｃ／Ｃｏ）より容量値Ｃｉの劣化分を補正する。これを全キャパシタ１１に対して行う（以上、Ｓ１５５）。

次に、温度Ｔに応じて各キャパシタ１１の容量値Ｃｉの補正を行う。この補正方法も実施の形態１と同じである。従って、図４の相関関係、およびＳ１５５で求めた劣化分補正後の各キャパシタ１１の容量値Ｃｉを用いて、現在の温度Ｔに対応した容量値変化率Ｃ／Ｃｓから、Ｃｉ＝Ｃｉ・（Ｃ／Ｃｓ）より容量値Ｃｉを温度補正する。これを全キャパシタ１１に対して行う（以上、Ｓ１５７）。

このように、Ｓ１５５とＳ１５７の動作を行うことで、劣化分と温度Ｔに応じた各キャパシタ１１の容量値Ｃｉの補正を行うことができる。その結果、以下に説明する放電期間ｔｉを高精度に求めることが可能となる。

放電期間ｔｉは、実施の形態１で説明した（４）式により求められる。従って、図７のＳ１５７までで、補正した容量値Ｃｉ、キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉ、および最小両端電圧Ｖｃｍｉｎが求められており、また、放電抵抗器１９の抵抗値Ｒは既知であるので、これらの値を（４）式に代入し、放電期間ｔｉを求める。これを全てのキャパシタ１１に対して計算する（以上、Ｓ１５９）。ここで、放電期間ｔｉは必要十分な精度として１秒単位となるように決定している。このような精度とすることにより、実際に前記厳密解で解いた放電期間ｔｉと比較しても、両者の差がほとんどなくなることがわかった。従って、（４）式に示した近似式でも十分な精度が得られ、かつ簡単高速に放電期間ｔｉを計算できる。

次に、制御回路３３は変数ｉに１を代入し（Ｓ１６１）、カウンタをリセットする（Ｓ１６３）。その後、制御回路３３は、放電期間ｔｉが０であるか否かを判断する（Ｓ１６５）。ここで、もし放電期間ｔｉが０ならば（Ｓ１６５のＹｅｓ）、（５）式より明らかなように、ｉ番目のキャパシタ１１は最小両端電圧Ｖｃｍｉｎであることになる。ゆえに、ｉ番目のキャパシタ１１のバランス動作を行う必要はないため、ｉ番目のスイッチ１７をオフにする（Ｓ１６６）。なお、蓄電装置３５の状況（例えば長期間に渡り充放電が行われていない状態）によっては、キャパシタ１１のバランス動作が進行し、複数のキャパシタ１１が最小両端電圧Ｖｃｍｉｎとなっている場合もある。この場合は、Ｓ１６５から後述するＳ１７１までのルーチンを繰り返し実行することにより、それら全てのキャパシタ１１に対してスイッチ１７がオフになる。Ｓ１６６の後は後述するＳ１６９にジャンプする。

一方、放電期間ｔｉが０でなければ（Ｓ１６５のＮｏ）、ｉ番目のキャパシタ１１の電圧バランスを取るために、ｉ番目のスイッチ１７をオンにする（Ｓ１６７）。次に、変数ｉの値を１だけ加算して（Ｓ１６９）、ｎ＋１と等しくなったか否かを判断する（Ｓ１７１）。もし、等しくなければ（Ｓ１７１のＮｏ）、全てのキャパシタ１１についてスイッチ１７のオンまたはオフの動作が終わっていないので、Ｓ１６５に戻り、以降の動作を繰り返す。変数ｉがｎ＋１と等しくなれば（Ｓ１７１のＹｅｓ）、全キャパシタ１１についてスイッチ１７のオンまたはオフの動作が終了したので、図７のサブルーチンを終了する。これにより、図５のＳ１４５の次のステップに戻るのであるが、Ｓ１４５の後は図５のサブルーチンも終了する。

ここで、上記したように、図５のサブルーチンは制御回路３３により適宜実行されるので、制御回路３３は、スイッチ１７のいずれかがオンの状態であっても、第１の条件、または第２の条件が成立すれば、放電期間ｔｉを更新している。これは、全スイッチ１７がオフになるまで放電期間ｔｉを更新しないように制御してもよいが、スイッチ１７のいずれかがオンの状態であっても放電期間ｔｉを更新することにより、キャパシタ１１の最新の状態に応じた放電期間ｔｉが決定できるので、より高精度なバランス動作が可能となる。

さらに、従来はキャパシタ１１への充放電が停止している時にバランス動作を行っていたが、本実施の形態２では車両の使用中で充放電が行われていても、各放電期間ｔｉの間はバランスの取れていないキャパシタ１１のスイッチ１７をオンにし続けるので、任意のキャパシタ１１が過放電になる可能性を低減でき、さらなる長寿命化を図ることができる。なお、充放電中はキャパシタ１１に充放電電流が流れるが、バランス動作中でスイッチ１７がオンのキャパシタ１１については、充電電流が流れている時は、その一部が放電回路１３に流れるので、その分、実際にキャパシタ１１に充電される電力を抑制できる。また、放電電流が流れている時は、その一部が放電回路１３を流れるので、その分、実際にキャパシタ１１から放電される電力を抑制できる。従って、キャパシタ１１の充放電中であっても、両端電圧Ｖｃｉの変化を低減することができ、バランスを取ることが可能となる。

このような図５、図７の動作をまとめると、制御回路３３は、充放電回路２１が定電圧制御を行っている第１の条件か、または複数のキャパシタ１１の使用中に電流検出回路２３で検出された電流Ｉが実質的に０となる第２の条件のいずれかが成立した場合、第１の条件が成立すれば両端電圧Ｖｃｉを測定し、第２の条件が成立すれば両端電圧Ｖｃｉを測定する間、充放電回路２１を定電圧制御に切り替え、いずれの場合も、その後、最小両端電圧Ｖｃｍｉｎを求めることにより、複数のキャパシタ１１のそれぞれの放電期間ｔｉを計算し、複数のキャパシタ１１の充放電動作時を含めて、各放電期間ｔｉの間、各スイッチ１７をオンにするように制御している。

なお、本実施の形態２では、電流Ｉが実質的に０になった時に、定電圧制御に切り替えて両端電圧Ｖｃｉを求めているので、実施の形態１に比べ、さらに高精度な検出が可能となる。一方で、本実施の形態２では、両端電圧Ｖｃｉを求めるために、既定期間ｔｓの間、待つように制御されているので、両端電圧Ｖｃｉの検出に時間がかかるが、実施の形態１では待ち時間がないので、高速に検出できる。従って、蓄電装置３５に要求される仕様において、高速性と高精度のいずれが重要であるかに応じて、実施の形態１、２の内、最適な方を選択すればよい。

また、本実施の形態２では、制御回路３３は、第２の条件が成立した際に、充放電回路２１を定電圧制御に切り替えた後、既定期間ｔｓの経過後に両端電圧Ｖｃｉを測定するようにしているが、これは例えば全キャパシタ１１の容量値が小さい構成等により、定電圧制御に切り替えた後、両端電圧Ｖｃｉが安定するまでの期間が短くて精度の観点から無視できる場合は、既定期間ｔｓの経過を待たないようにしてもよい。

また、本実施の形態２では、第２の条件が成立して、電圧検出回路から両端電圧Ｖｃｉを測定する間は、定電圧制御に切り替えるようにしているが、両端電圧Ｖｃｉの測定中に、外部回路（車両用制御回路）から、キャパシタ１１への充電指令信号を受信すれば、第２の条件により切り替えられた定電圧制御をキャンセルするように制御してもよい。これにより、制御回路３３の能力により両端電圧Ｖｃｉの測定に時間がかかる場合は、測定中であっても直ちに回生電力を充電することができるので、高効率化が可能となる。

また、実施の形態１、２では、両端電圧Ｖｃｉにおける最小両端電圧Ｖｃｍｉｎを求めることで、放電期間ｔｉを計算しているが、これは両端電圧Ｖｃｉにおける平均両端電圧Ｖｃｍｅａｎを求めて放電期間ｔｉを計算してもよい。この場合、制御回路３３は両端電圧Ｖｃｉが平均両端電圧Ｖｃｍｅａｎと等しくなるように放電期間ｔｉを計算する。従って、上記した（４）式は、次のようになる。

ｔｉ＝Ｒ・Ｃｉ・（Ｖｃｉ−Ｖｃｍｅａｎ）／Ｖｃｉ（５）
ここで、（５）式を計算すると、平均両端電圧Ｖｃｍｅａｎより小さいキャパシタ１１の放電期間ｔｉは負になる。従って、制御回路３３は放電期間ｔｉが負、または０の各キャパシタ１１に接続された各スイッチ１７をオフのままとし、放電期間ｔｉが正の各キャパシタ１１に接続された各スイッチ１７のみをオンにして、放電回路１３を動作させる。これにより、平均両端電圧Ｖｃｍｅａｎ以下のキャパシタ１１の放電は行われないので、最小両端電圧Ｖｃｍｉｎ以外のキャパシタ１１を放電する場合に比べ、放電により失われる電力が少なくなる。但し、平均両端電圧Ｖｃｍｅａｎより大きいキャパシタ１１のみ放電する場合は、バランスを取る動作を繰り返す必要があるので、バランスが取れるまで時間がかかる。従って、例えば両端電圧Ｖｃｉのバラツキが大きい場合は最小両端電圧Ｖｃｍｉｎにより放電期間ｔｉを求め、バラツキが小さくなると平均両端電圧Ｖｃｍｅａｎにより放電期間ｔｉを求めるように制御してもよい。

また、実施の形態１、２ではキャパシタ１１の近傍に温度センサ３１を配する構成としたが、これは、例えば蓄電装置３５を非常用補助電源に用いる場合のように、温度Ｔがあまり変化しない時には、キャパシタ１１の両端電圧Ｖｃｉの温度Ｔに対する補正をしなくてもよいことになる。従って、この場合は温度センサ３１を用いなくてもよい。

また、実施の形態１、２では、図３に示す定格電圧印加積算期間ｔｍと容量値変化率Ｃ／Ｃｏの相関により、容量値Ｃｉを補正するようにしているが、これは例えば各キャパシタ１１の定格電圧よりマージンを取って低く充電されるように制御する構成とした場合は、定格電圧が印加されないので、容量値Ｃｉの補正を行わないようにしてもよい。但し、この場合は必要な充放電特性を得るために、キャパシタ１１の必要な数量が増加するので、各キャパシタ１１の定格電圧まで使用して数量を減らし、かつ容量値Ｃｉを補正する実施の形態１、２の構成の方が、小型軽量化、低コスト化、高信頼性等の観点から望ましい。

さらに、実施の形態１、２において、図３に示す定格電圧印加積算期間ｔｍと容量値変化率Ｃ／Ｃｏの相関からキャパシタ１１の容量値Ｃｉの劣化分を補正しているが、定格電圧印加積算期間ｔｍがキャパシタ１１の所定の寿命期間（あらかじめ求めて制御回路３３に内蔵したメモリに記憶しておく）に到達すれば、蓄電装置３５は劣化限界状態にあると判断し、車両用制御回路に蓄電装置３５の劣化を示すデータ信号ｄａｔａを送信するようにしてもよい。この場合、劣化したキャパシタ１１を使用し続ける可能性が低減され、高信頼性が得られる。

また、実施の形態１、２においてキャパシタ１１には電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。

また、実施の形態１、２において蓄電装置を車両の制動力回生システムに適用した場合について述べたが、それらに限らず、車両用以外の非常用補助電源等の、キャパシタを複数直列に接続し充放電を行うものであれば適用できる。

本発明にかかる蓄電装置は極めて簡単な動作で高精度にキャパシタの両端電圧を測定することができるため、特にキャパシタに電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における蓄電装置のブロック回路図本発明の実施の形態１における蓄電装置のバランス動作を示すフローチャート本発明の実施の形態１における蓄電装置のキャパシタの定格電圧印加積算期間と容量値変化率の相関図本発明の実施の形態１における蓄電装置のキャパシタの温度と容量値変化率の相関図本発明の実施の形態２における蓄電装置のバランス動作を示すフローチャート本発明の実施の形態２における蓄電装置の電流が実質的に０の場合の定電圧制御切り替え前後の電圧電流経時特性図であり、（ａ）は電圧の経時特性図、（ｂ）は電流の経時特性図本発明の実施の形態２における蓄電装置の放電期間の計算を行うフローチャート従来の蓄電装置の基本回路図

符号の説明

１１キャパシタ
１３放電回路
１７スイッチ
１９放電抵抗器
２１充放電回路
２３電流検出回路
３１温度センサ
３３制御回路
３５蓄電装置

Claims

直列接続された複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに電気的に接続された充放電回路と、
前記各キャパシタに電気的に接続され、前記各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ、ｉ＝１〜ｎ、ｎは前記キャパシタの個数）を検出する電圧検出回路と、
前記充放電回路に接続され、前記充放電回路に流れる電流（Ｉ）を検出する電流検出回路と、
前記充放電回路、電圧検出回路、および電流検出回路と電気的に接続され、
前記複数のキャパシタの使用中に前記電流検出回路で検出された前記電流（Ｉ）が実質的に０となるか、または前記充放電回路が定電圧制御を行っている条件が成立し、前記各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ）の測定を行う際に、前記両端電圧（Ｖｃｉ）の測定順番を、前記条件が成立する毎に、順方向と逆方向に切り替える制御回路と、を備えた蓄電装置。
前記各キャパシタに並列接続されるとともに、前記制御回路と電気的に接続された放電回路を、さらに備え、
前記制御回路は、前記両端電圧（Ｖｃｉ）から前記複数のキャパシタのそれぞれの放電期間（ｔｉ）を計算し、
前記複数のキャパシタの充放電動作時を含めて、前記各放電期間（ｔｉ）の間、前記各放電回路を動作させるようにした請求項１に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記放電回路のいずれかが動作している状態であっても、前記条件が成立すれば、前記放電期間（ｔｉ）を更新するようにした請求項２に記載の蓄電装置。
前記定電圧制御は、前記キャパシタの充電開始直前、または充電終了直後に行われるようにした請求項１に記載の蓄電装置。
直列接続された複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに電気的に接続された充放電回路と、
前記各キャパシタに電気的に接続され、前記各キャパシタの両端電圧（Ｖｃｉ、ｉ＝１〜ｎ、ｎは前記キャパシタの個数）を検出する電圧検出回路と、
前記充放電回路に接続され、前記充放電回路に流れる電流（Ｉ）を検出する電流検出回路と、
前記充放電回路、電圧検出回路、および電流検出回路と電気的に接続され、
前記充放電回路が定電圧制御を行っている第１の条件が成立すれば、前記電圧検出回路から前記両端電圧（Ｖｃｉ）を測定し、
前記複数のキャパシタの使用中に前記電流検出回路で検出された前記電流（Ｉ）が実質的に０となる第２の条件が成立すれば、前記電圧検出回路から前記両端電圧（Ｖｃｉ）を測定する間、前記充放電回路を前記定電圧制御に切り替える制御回路と、を備えた蓄電装置。
前記制御回路は、前記第２の条件が成立した際に、前記充放電回路を前記定電圧制御に切り替えた後、既定期間（ｔｓ）の経過後に前記両端電圧（Ｖｃｉ）を測定するようにした請求項５に記載の蓄電装置。
前記各キャパシタに並列接続されるとともに、前記制御回路と電気的に接続された放電回路を、さらに備え、
前記制御回路は、前記両端電圧（Ｖｃｉ）から前記複数のキャパシタのそれぞれの放電期間（ｔｉ）を計算し、
前記複数のキャパシタの充放電動作時を含めて、前記各放電期間（ｔｉ）の間、前記各放電回路を動作させるようにした請求項５に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記放電回路のいずれかが動作している状態であっても、前記第１の条件、または前記第２の条件が成立すれば、前記放電期間（ｔｉ）を更新するようにした請求項７に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、外部回路から、前記キャパシタへの充電指令信号を受信していれば、前記放電期間（ｔｉ）の計算を行わないようにした請求項７に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、外部回路から、前記キャパシタへの充電指令信号を受信すれば、前記第２の条件により切り替えられた前記定電圧制御をキャンセルするようにした請求項５に記載の蓄電装置。
前記第１の条件における前記定電圧制御は、前記キャパシタの充電開始直前、または充電終了直後に行われるようにした請求項５に記載の蓄電装置。
前記放電回路は、放電抵抗器とスイッチの直列回路で構成され、
前記制御回路は、前記両端電圧（Ｖｃｉ）における最小両端電圧（Ｖｃｍｉｎ）を求めるとともに、前記各キャパシタの容量値（Ｃｉ）と、前記放電抵抗器の抵抗値（Ｒ）から、前記両端電圧（Ｖｃｉ）が前記最小両端電圧（Ｖｃｍｉｎ）と等しくなるように前記放電期間（ｔｉ）を計算するようにした請求項２、または７に記載の蓄電装置。
前記放電回路は、放電抵抗器とスイッチの直列回路で構成され、
前記制御回路は、前記両端電圧（Ｖｃｉ）における平均両端電圧（Ｖｃｍｅａｎ）を求めるとともに、前記各キャパシタの容量値（Ｃｉ）と、前記放電抵抗器の抵抗値（Ｒ）から、前記両端電圧（Ｖｃｉ）が前記平均両端電圧（Ｖｃｍｅａｎ）と等しくなるように前記放電期間（ｔｉ）を計算し、前記放電期間（ｔｉ）が正の前記各キャパシタに接続された前記各スイッチをオンにして、前記各放電回路を動作させるようにした請求項２、または７に記載の蓄電装置。
前記制御回路に電気的に接続された温度センサをさらに設け、
前記制御回路は、前記放電期間（ｔｉ）を計算する際に、前記温度センサから温度（Ｔ）を検出し、前記温度（Ｔ）に応じて前記容量値（Ｃｉ）を補正するようにした請求項１２、または１３に記載の蓄電装置。
前記制御回路は、前記放電期間（ｔｉ）を計算する際に、あらかじめ求めた前記複数のキャパシタの定格電圧印加積算期間（ｔｍ）と容量値変化率（Ｃ／Ｃｏ）の相関により、現在の前記定格電圧印加積算期間（ｔｍ）から前記容量値変化率（Ｃ／Ｃｏ）を求め、前記各キャパシタの初期容量値（Ｃｏｉ）を乗じることで、前記容量値（Ｃｉ）を補正するようにした請求項１２、または１３に記載の蓄電装置。