JP5545200B2 - 蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンにより駆動されるオルタネータと、オルタネータと電気負荷との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータと、オルタネータで発電された電力を蓄電するようにオルタネータと直列に接続された蓄電デバイスと、蓄電デバイスの劣化を判定する劣化判定装置とを備えた車両に関する。

近年、車両の燃費をより向上させることを目的として、車両の減速時にオルタネータで集中的に発電を行うことにより、減速時のエネルギーを回生電力として回収するいわゆる減速回生システムという技術が普及しつつある。

上記のような減速回生システムが搭載された車両では、減速時に集中的に発電された電力を蓄電するためのデバイス（蓄電デバイス）として、例えば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ（コンデンサ）が用いられることがある。キャパシタは、例えば鉛蓄電池等の二次電池（電極での化学反応によって電気エネルギーを蓄えるもの）と異なり、電荷を物理的に吸着するものであるため、充電と放電の反応が速く、内部抵抗も少ないという特性がある。このため、減速時にオルタネータから供給される大電流を瞬時に吸収することができ、車両の減速回生システム用の蓄電デバイスとして広く利用されつつある。

ここで、上記キャパシタに対し充放電が繰り返し行われると、キャパシタの温度上昇に伴う電解液の分解等により、キャパシタの劣化が進行していく。キャパシタが劣化するとその容量が徐々に低下していくため、キャパシタは、容量がある程度低下した時点で交換する必要がある。

上記キャパシタの劣化を判定（診断）するための技術として、下記特許文献１〜３が知られている。これらの文献に開示された劣化判定のやり方は、いずれも、キャパシタに充電された電力を、キャパシタに接続された抵抗体を通じて所定時間かけて放電し、その放電後のキャパシタ電圧に基づいてキャパシタ容量の低下度合い（劣化の進行度合い）を判定するというものである。

特開２００６−１７３３８５号公報 特開２００８−６６３９０号公報 特開２００８−２７９４６号公報

ところで、上記のようにキャパシタに充電された電力を抵抗体を通じて放電する場合、抵抗体の抵抗値によっては、抵抗体に流れる電流が大きくなり過ぎて抵抗体が過剰に発熱したり、キャパシタの放電がなかなか進まずに劣化判定に要する時間（キャパシタの容量測定にかかる時間）が長期化したりするという問題がある。

また、抵抗体の抵抗値は、キャパシタ容量の測定精度にも影響する。すなわち、キャパシタの劣化が進行すると、キャパシタの容量が低下するだけでなく、キャパシタの内部抵抗が上昇するという現象も起きる。このため、上記抵抗体の抵抗値によっては、上記内部抵抗の上昇がキャパシタ容量の測定結果に影響し、キャパシタの劣化を精度よく判定できないという問題が生じる。

なお、容量の低下（劣化の有無）を精度よく判定したいという上記のようなニーズは、キャパシタ以外の各種蓄電デバイスに対しても同様に存在する。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、抵抗体の発熱量が過大にならず、かつ蓄電デバイスの容量測定に要する時間が長くなり過ぎない範囲で、精度よく蓄電デバイスの劣化を判定することが可能な劣化判定装置を搭載した車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本願の第１の発明は、エンジンにより駆動されるオルタネータと、オルタネータと電気負荷との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータと、オルタネータで発電された電力を蓄電するようにオルタネータと直列に接続された蓄電デバイスと、蓄電デバイスの劣化を判定する劣化判定装置とを備え、車両の減速時に上記オルタネータで発電された電力を上記蓄電デバイスに蓄電させることにより、減速時のエネルギーを回生電力として回収するようにした車両であって、上記劣化判定装置は、蓄電デバイスと直列に接続された抵抗体と、上記蓄電デバイスからの放電電流を上記抵抗体に所定時間流した後の上記蓄電デバイスの電圧値に基づき蓄電デバイスの容量を求めることにより、上記蓄電デバイスの劣化を判定する判定部とを備え、上記抵抗体が、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの内部において、コンバータ回路と直列に接続されており、上記抵抗体の抵抗値に対する上記蓄電デバイスの新品時の内部抵抗値の割合が、０．０２％以上１％以下に設定されたことを特徴とするものである（請求項１）。
また、本願の第２の発明は、エンジンにより駆動されるオルタネータと、オルタネータと電気負荷との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータと、オルタネータで発電された電力を蓄電するようにオルタネータと直列に接続された蓄電デバイスと、蓄電デバイスの劣化を判定する劣化判定装置とを備え、車両の減速時に上記オルタネータで発電された電力を上記蓄電デバイスに蓄電させることにより、減速時のエネルギーを回生電力として回収するようにした車両であって、上記劣化判定装置は、蓄電デバイスと直列に接続された抵抗体と、上記蓄電デバイスからの放電電流を上記抵抗体に所定時間流した後の上記蓄電デバイスの電圧値に基づき蓄電デバイスの容量を求めることにより、上記蓄電デバイスの劣化を判定する判定部とを備え、上記抵抗体が、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの内部においてコンバータ回路と並列に接続されるとともに、上記抵抗体とコンバータ回路との間に両者を断続するためのスイッチが設けられており、上記抵抗体の抵抗値に対する上記蓄電デバイスの新品時の内部抵抗値の割合が、０．０２％以上１％以下に設定されたことを特徴とするものである（請求項２）。

なお、上記第１および第２の発明において、「蓄電デバイス」とは、繰り返し充放電が可能な電池の総称のことであり、電荷を物理的に吸着するキャパシタ（コンデンサ）、および化学反応を利用して電気を蓄える二次電池の両方を含む概念である。

上記第１および第２の発明によれば、蓄電デバイスに接続された抵抗体の抵抗値を上記のような範囲に設定したことにより、放電電流の通過に伴う上記抵抗体の発熱量を、メンテナンス等の作業に支障のないレベルに抑制できるとともに、蓄電デバイスの容量を求めるのに必要な測定時間を、実用上問題ない長さに抑制することができる。しかも、上記抵抗体の抵抗値が、蓄電デバイスの内部抵抗値に対し充分に大きいことから、蓄電デバイスの劣化に伴う内部抵抗の増大が蓄電デバイスの電圧値に影響を及ぼすのを最小限に抑えることができ、蓄電デバイスの容量の低下のみを精度よく測定することができる。このように、本発明によれば、車両の減速回生システムの一部として設けられた蓄電デバイスの劣化の有無を、実用性を考慮しながら精度よく判定することができ、減速回生システムの信頼性を高めることができる。
特に、上記第２の発明のように、ＤＣ／ＤＣコンバータの内部においてコンバータ回路と抵抗体とを並列に接続した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ内の回路に影響を受けることなく、蓄電デバイスの電圧値を測定でき、その値に基づいて精度よく蓄電デバイスの劣化を判定することができる。

ここで、上記劣化判定装置は、各種の蓄電デバイスに適用可能であるが、特に、一定電流下における電圧値が時間経過とともに直線的に変化するような充放電特性を有する蓄電デバイスに好適に適用することができる（請求項３）。

上記のような充放電特性を有するものとしては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、または高出力リチウムイオン電池を少なくとも１つ含む蓄電デバイスを挙げることができる（請求項４）。

例えば、上記蓄電デバイスが１個以上の電気二重層キャパシタを含む場合、電気二重層キャパシタ１個あたりの上記抵抗体の抵抗値は、好ましくは０．１Ω以上５Ω以下に設定される（請求項５）。

電気二重層キャパシタの新品時の内部抵抗は１ｍΩ程度であるので、抵抗体の抵抗値を上記のような範囲に設定することで、上記抵抗体の抵抗値に対する蓄電デバイスの内部抵抗値の割合が０．０２％以上１％以下となり、蓄電デバイスの劣化の有無を、実用性を考慮しながら精度よく判定することができる。

上記蓄電デバイスが電気二重層キャパシタを１０個直列に接続したものからなる場合、上記抵抗体の抵抗値は、好ましくは１Ω以上５０Ω以下に設定される（請求項６）。

抵抗体の抵抗値をこのような範囲に設定することで、上記抵抗体の抵抗値に対する蓄電デバイスの内部抵抗値の割合を０．０２％以上１％以下に設定でき、蓄電デバイスの劣化の有無を実用性を考慮しながら精度よく判定することができる。

以上説明したように、本発明によれば、抵抗体の発熱量が過大にならず、かつ蓄電デバイスの容量測定に要する時間が長くなり過ぎない範囲で、精度よく蓄電デバイスの劣化を判定することが可能な劣化判定装置を搭載した車両を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる減速回生システムを搭載した車両の概略構成を示す図である。 上記減速回生システムに含まれるキャパシタユニットに対して劣化判定制御を実行するときの具体的手順を示すフローチャートである。 上記キャパシタユニットの放電時に、その電圧値が放電時間とともにどのように変化するかを示したグラフである。 上記キャパシタ電圧とキャパシタ容量との関係を、放電開始後の経過時間ごとに示したグラフである。 上記キャパシタユニットの劣化の進行を予測した予測線図である。 上記キャパシタユニットに接続された抵抗体の抵抗値とその発熱量との関係、および上記抵抗体の抵抗値と劣化判定に要する測定時間との関係を同時に示したグラフである。 本発明の変形実施例を説明するための図である。 本発明の劣化判定装置を好適に適用することが可能な蓄電デバイスの特性を説明するための図である。

（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる減速回生システムを搭載した車両の概略構成を示す図である。本図に示される車両は、走行用の駆動原として設けられたエンジン１と、エンジン１から駆動力を得て発電するオルタネータ２と、オルタネータ２と直列に接続され、オルタネータ２で発電された回生電力を蓄電するキャパシタユニット３（本発明にかかる蓄電デバイスに相当）と、各種ライトやエアコン、計器類等からなる電気負荷４と、電気負荷４とオルタネータ２との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータ５と、電気負荷４に電力を供給する鉛蓄電池からなるバッテリ６と、エンジン１やオルタネータ２等の各部の動作を統括的に制御するＣＰＵや各種メモリ等からなるＰＣＭ（power-train control module）１０とを備えている。

上記キャパシタユニット３は、単一の電気二重層キャパシタからなるキャパシタセル１７を複数（ここでは１０個）直列に接続したものである。以下では、各電気二重層キャパシタ１７のことを、キャパシタセル１７と称する。各キャパシタセル１７は、それぞれ内部抵抗１６を有しており、図１では、その各内部抵抗１６の抵抗値をｒとしている。なお、内部抵抗１６の抵抗値（内部抵抗値）ｒは、一般に、新品時において１ｍΩ程度である。

上記キャパシタユニット３は、オルタネータ２と直列に接続されており、車両の減速時にオルタネータ２で発電された電力を蓄電する。すなわち、オルタネータ２での発電は、基本的に車両の減速時にのみ行われ、その電力はキャパシタユニット３に集中的に充電される。これにより、減速時のエネルギーが回生電力として回収されるようになっている。なお、オルタネータ２には、発電された交流電力を直流電力に変換する整流器１５が内蔵されており、上記オルタネータ２による発電電力は、上記整流器１５で直流に変換された後にキャパシタユニット３に送られる。キャパシタユニット３は、最大で約２５Ｖまで充電可能であり、これを超える分のオルタネータ２の発電電力については、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して（ＤＣ／ＤＣコンバータ５で降圧されてから）バッテリ６に送られる。

一方、減速時以外の運転状態（アイドリング時、定常走行時、または加速時）では、オルタネータ２での発電は基本的に行われない。すなわち、車両の減速時に上記キャパシタユニット３に充電された電力は、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して逐次バッテリ６に送られ、そこで蓄えられる。そして、減速時以外の運転状態では、上記バッテリ６に蓄えられた電力が電気負荷４に供給されることで、オルタネータ２を作動させることなく電気負荷４の電力が賄われるようになっている。もちろん、車両の走行シーンによっては、減速時以外の運転状態においてオルタネータ２での発電が一時的に行われることがあってもよい。

ここで、上記構成のように、複数の電気二重層キャパシタからなるキャパシタユニット３と、鉛蓄電池からなるバッテリ６とを併用しているのは、キャパシタユニット３およびバッテリ６のそれぞれの特性を生かして減速時のエネルギーを効率よく回収するためである。すなわち、キャパシタユニット３は、コンデンサのように電荷を物理的に蓄えるものであるため、大電流を瞬時に受け入れることが可能であり、減速時にオルタネータ２で集中的に発電される電力を一時的に蓄電するのに適している。一方、バッテリ６は、化学反応を利用した蓄電装置であり、一時的な大電流には対応できないが、上記キャパシタユニット３に比べて充電容量が大きいという性質がある。そこで、オルタネータ２で発電された電力を一旦キャパシタユニット３で蓄えた後で、容量の大きいバッテリ６へと送るようにしている。なお、キャパシタユニット３に蓄えられた電力は、バッテリ６を経由することなく、車両の電気負荷４に直接供給される場合もあり得る。

上記キャパシタユニット３には、キャパシタユニット３の温度を検出するための温度センサ１８と、キャパシタユニット３の電圧を検出するための電圧センサ１９とが設けられている。これら温度センサ１８および電圧センサ１９の各検出値は、電気信号として上記ＰＣＭ１０にそれぞれ入力される。

上記キャパシタユニット３とアース（車体）との間には、抵抗体７が設けられている。図１では、この抵抗体７の抵抗値をＲとしている。抵抗体７は、上記キャパシタユニット３とスイッチ８を介して直列に接続されている。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ５との関係では、抵抗体７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５とスイッチ８を介して並列に接続されている。

上記スイッチ８は、キャパシタユニット３の劣化を判定するときに（詳細は後述する）、ＰＣＭ１０からの指令を受けて、キャパシタユニット３と抵抗体７とを接続し、かつキャパシタユニット３とＤＣ／ＤＣコンバータ５との接続を遮断するように作動する。一方、これ以外の通常時において、スイッチ８は、上記とは逆に、キャパシタユニット３と抵抗体７との接続を遮断し、かつキャパシタユニット３とＤＣ／ＤＣコンバータ５とを接続するように作動する。

（２）キャパシタユニットの劣化判定
以上のような構成の減速回生システム付き車両には、そのキャパシタユニット３の劣化を判定するための機能が備わっている。キャパシタユニット３の劣化を判定する制御は、上記ＰＣＭ１０により行われる。つまり、ＰＣＭ１０は、キャパシタユニット３の劣化を判定する本発明にかかる判定部に相当するものである。以下、上記ＰＣＭ１０の制御によってキャパシタユニット３の劣化がどのように判定されるかについて説明する。

図２は、ＰＣＭ１０により実行される劣化判定制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理がスタートすると、ＰＣＭ１０は、前回の劣化判定が行われたときからの経過日数（初めての場合は車両の使用開始時からの経過日数）をカウントし、その日数が所定日数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。すなわち、キャパシタユニット３の劣化判定は、毎日行う必要はなく、定期的に行えばよいため、前回の実施日からの経過日数が所定日数以上か否かがまず判定される。

上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されて所定日数が経過していることが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記温度センサ１８および電圧センサ１９から、キャパシタユニット３の温度Ｔｃおよび電圧Ｖｃをそれぞれ読み込む制御を実行する（ステップＳ２）。

次いで、ＰＣＭ１０は、キャパシタユニット３が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、例えば車両の駐車中（エンジンの停止中）のような、オルタネータ２からキャパシタユニット３への充電、およびキャパシタユニット３からバッテリ６への放電のいずれもが行われない状態のときに、キャパシタユニット３が停止中であると判定する。なお、車両の走行中であっても、例えば高速道路でのクルージング走行時のような、キャパシタユニット３への充放電を一定期間以上停止し得る状態にあれば、キャパシタユニット３が停止中であると判定する。

上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてキャパシタユニット３が停止中であることが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記温度センサ１８により検出されたキャパシタユニット３の温度Ｔｃ（以下、キャパシタ温度Ｔｃということがある）が、予め定められた所定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、キャパシタユニット３の劣化判定は、その判定の精度を確保するために、キャパシタユニット３がある程度同じような温度状態にあるときに行うことが望ましい。そこで、キャパシタ温度Ｔｃが所定範囲内にあるときにのみ劣化判定を許可するべく、上記ステップＳ４の判定をまず実行する。

上記ステップＳ４でＹＥＳと判定されてキャパシタ温度Ｔｃが所定範囲内にあることが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記電圧センサ１９により検出されたキャパシタユニット３の電圧Ｖｃ（以下、キャパシタ電圧Ｖｃということがある）が、予め定められた所定値にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。ここでの判定に用いられるキャパシタ電圧Ｖｃ所定値は、後述するキャパシタユニット３の放電制御（ステップＳ６）の開始電圧として予め定められた値であり、例えば１２Ｖ（各キャパシタセル１７の個別の電圧としては１．２Ｖ）に設定される。なお、キャパシタ電圧Ｖｃが所定値から外れる場合には、所定値になるまでキャパシタユニット３に意図的に充放電を行わせればよい。例えば、キャパシタ電圧Ｖｃが所定値を超える場合には、その超える分の電力をバッテリ６に放電し、キャパシタ電圧Ｖｃが所定値を下回る場合には、足りない分の電力をバッテリ６からの充電で賄うようにする。

上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されてキャパシタ電圧Ｖｃが所定値にあることが確認された場合、ＰＣＭ１０は、キャパシタユニット３に放電を行わせる制御を開始する（ステップＳ６）。すなわち、キャパシタユニット３と抵抗体７とを接続し、かつキャパシタユニット３とＤＣ／ＤＣコンバータ５との接続を遮断する方向にスイッチ８を作動させることにより、キャパシタユニット３に充電されていた電力を抵抗体７を介してアース（車体）に放電させる。

そして、ＰＣＭ１０は、上記ステップＳ６におけるキャパシタユニット３からの放電の開始後、予め定められた所定時間（例えば３００ｓｅｃ）が経過したか否かを、自身に内蔵されたタイマーのカウント値に基づき判定する（ステップＳ７）。そして、ここでＹＥＳと判定されて所定時間が経過したことが確認された場合に、その時点でのキャパシタ電圧Ｖｃ（所定時間経過後のキャパシタ電圧Ｖｃ）を電圧センサ１９から取得し、その電圧値に基づいてキャパシタユニット３の容量Ｃ（以下、キャパシタ容量Ｃということがある）を算出する制御を実行する（ステップＳ８）。

ここで、キャパシタ電圧Ｖｃからキャパシタ容量Ｃをどのように算出するかについて具体的に説明する。図３は、キャパシタユニット３の放電時に、キャパシタ電圧Ｖｃ（Ｖ）が放電時間ｔ（ｓｅｃ）に応じてどのように変化するかを示したグラフである。このグラフにおける複数の線図（曲線）は、キャパシタユニット３の劣化度合いによる電圧Ｖｃの低下速度の違いを表している。すなわち、キャパシタユニット３の電解液（正確にはキャパシタユニット３を構成する各キャパシタセル１７の電解液）が分解するなどして、キャパシタユニット３が劣化すると、その容量Ｃが低下するため、上記電圧Ｖｃの低下速度は、劣化が進行するほど（つまりキャパシタ容量Ｃが低下するほど）速くなる。図３において、キャパシタ電圧Ｖｃの低下速度が速い線図（つまり相対的に下側に位置する線図）は、それだけキャパシタユニット３の劣化が進行しているということになる。具体的に、図３において最も上側の線図Ｘは、キャパシタユニット３が新品のとき（未劣化時）の電圧Ｖｃの変化を示しており、この線図Ｘよりも下側の線図は、キャパシタユニット３の劣化が進行したときの電圧Ｖｃの変化を示している。

この現象を利用すれば、放電開始から所定時間が経過した時点でのキャパシタ電圧Ｖｃの測定値に基づいて、キャパシタ容量Ｃを算出することができる。すなわち、所定時間後のキャパシタ電圧Ｖｃが小さいほど、キャパシタ容量Ｃの値は低いことになる。なお、キャパシタ電圧Ｖｃの測定タイミング（放電開始後の所定時間）については適宜設定可能であるが、キャパシタ容量Ｃを精度よく求める観点からは、劣化度合いに応じた電圧Ｖｃの差が最も現れやすいタイミングで測定することが望ましく、例えば図３の例では、新品時のキャパシタ電圧Ｖｃが放電開始時の半分程度（６Ｖ）になるタイミング（放電開始後３００ｓｅｃ）が好適である。

図４は、上記キャパシタ電圧Ｖｃとキャパシタ容量Ｃとの関係を、放電開始後の経過時間ごとに示したグラフである。具体的に、このグラフにおける４本の線図は、右から順に、放電開始後の経過時間が８０ｓｅｃ、１２０ｓｅｃ、３００ｓｅｃ、６００ｓｅｃのときのキャパシタ電圧Ｖｃとキャパシタ容量Ｃとの関係をそれぞれ示している。いずれの線図による場合でも、キャパシタ容量Ｃは、放電後のキャパシタ電圧Ｖｃが小さいほど低く算出されることになる。これは、上述した図３のグラフのように、キャパシタユニット３が劣化してその容量Ｃが低下するほど、キャパシタ電圧Ｖｃの低下速度が速くなることによる。なお、上記４本の線図のうち、３００ｓｅｃ経過後の電圧Ｖｃと容量Ｃとの関係を表す線図Ｙが、最も傾きが寝ている（つまり容量Ｃの低下による電圧Ｖｃの差が現れ易い）ことが分かる。このことからも、電圧Ｖｃを計測するタイミング（放電開始後の所定時間）は、新品時のキャパシタ電圧Ｖｃが放電開始時の半分程度になるタイミングが好適であるといえる。

ＰＣＭ１０は、図４に示したような電圧Ｖｃと容量Ｃとの関係を予めマップ形式のデータとして記憶しており、そのマップデータに基づいて、キャパシタ容量Ｃを算出する。例えば、キャパシタユニット３の放電開始から３００ｓｅｃ後のキャパシタ電圧Ｖｃの値に基づいてキャパシタ容量Ｃを算出する場合には、図４の線図Ｙに相当するマップデータを用いて、上記キャパシタ容量Ｃを算出する。

以上のようにしてキャパシタ容量Ｃの算出が完了すると、ＰＣＭ１０は、そのキャパシタ容量Ｃに基づいて、キャパシタユニット３の劣化が予測よりも進行しているか否かを判定する（ステップＳ９）。すなわち、キャパシタユニット３の容量Ｃは、図５の線図Ｚに示すように、キャパシタユニット３の使用時間（年数）が長くなるほど徐々に低下する傾向にあり、その傾向は、実験等によって予め特定することができる。ＰＣＭ１０は、その劣化の傾向に基づき得られるキャパシタ容量Ｃの劣化予測値（キャパシタユニット３の使用時間から予測されるキャパシタ容量Ｃの値）を予め記憶しており、その予測値よりも上記ステップＳ８で算出した容量Ｃが小さければ、キャパシタユニット３が劣化していると判定する。

上記ステップＳ９でＹＥＳと判定されてキャパシタユニット３が予測よりも劣化していることが確認された場合、ＰＣＭ１０は、キャパシタユニット３の制御プログラムを変更する制御を実行する（ステップＳ１０）。すなわち、キャパシタユニット３は、過度の温度上昇を防止するために、その検出温度Ｔｃが例えば６０℃を超えると、オルタネータ２からの供給電力を受け取らないように制御されるが、上記ステップＳ１０でキャパシタユニット３の劣化が確認されると、キャパシタユニット３の制御プログラムが書き換えられ、上記上限温度（６０℃）が例えば５０℃程度まで下げられる。これにより、キャパシタユニット３の温度が平均的に低下するため、その劣化のスピードを緩やかにすることができる。一方、キャパシタユニット３の劣化が確認されなかった場合には、上記のような制御プログラムの変更は必要ないため、キャパシタユニット３の上限温度は例えば６０℃のまま維持される。

次に、上述のキャパシタユニット３の劣化判定に関連して、抵抗体７の抵抗値Ｒをどのような値に設定すべきかについて説明する。

上記図２のステップＳ６〜Ｓ９で説明したとおり、キャパシタユニット３の劣化を判定する際には、キャパシタユニット３の充電電力を抵抗体７を介してアース（車体）に放電させ、それに伴うキャパシタユニット３の電圧Ｖｃの低下具合に応じてキャパシタユニット３の劣化を判定する。このとき、キャパシタユニット３からアース（車体）に放電される電流Ｉ（図１）は、抵抗体７の抵抗値Ｒによって変わるため、この抵抗値Ｒの設定によって、放電電流Ｉをコントロールすることができる。

例えば、上記抵抗体７の抵抗値Ｒを大きくすると、放電電流Ｉを小さくすることができる。すると、キャパシタユニット３の電圧の低下速度が遅くなるため、キャパシタユニット３の劣化判定にかかる時間（測定時間）は長期化するが、その一方で、抵抗体７の発熱量を低く抑えることができる。

逆に、抵抗値Ｒを小さくすると、放電電流Ｉを大きくすることができる。すると、キャパシタユニット３の電圧の低下速度が速くなるため、キャパシタユニット３の劣化判定にかかる時間（測定時間）を短縮できる一方、抵抗体７の発熱量は増大することになる。

図６は、抵抗体７の抵抗値Ｒ（Ω）とその発熱量Ｑ（Ｗ）との関係、および上記抵抗値Ｒと劣化判定に要する測定時間Ｔｍ（ｍｉｎ）との関係を同時に示したグラフである。なお、この図６のグラフは、新品のキャパシタユニット３に対し、キャパシタ電圧Ｖｃが１２Ｖからその半分の６Ｖになるまで放電を継続するという条件で算出した。本図によれば、上述したような関係、つまり、抵抗値Ｒが大きいほど測定時間Ｔｍ（キャパシタ電圧Ｖｃが６Ｖに低下するまでの時間）が長くなり、抵抗値Ｒが小さいほど発熱量Ｑ（Ｗ）が大きくなるという関係が現れていることが分かる。

上記図６のグラフを考慮して、当実施形態では、抵抗体７の抵抗値Ｒが、１Ω以上５０Ω以下の範囲に設定される。抵抗値Ｒが１Ωのとき、抵抗体７の発熱量Ｑは約１５０Ｗであり、この１５０Ｗの発熱量は、計算上、約４５℃の温度上昇に相当する。仮に、周囲温度が２５℃であるとすると、抵抗体７の温度は約７０℃に達することになる。これ以上抵抗体７が発熱すると、例えばメンテナンス時の作業に支障をきたすことが想定されるため、このような点を考慮して、当実施形態では、抵抗値Ｒの下限値を１Ωに設定している。なお、Ｒ＝１Ωのときの測定時間Ｔｍは、約０．１６ｍｉｎという充分に短い時間となるため、測定時間については何ら問題ない。

一方、抵抗値Ｒが５０Ωのとき、劣化判定に要する測定時間Ｔｍは、８．３ｍｉｎとなる。これ以上測定時間Ｔｍが増えて、例えば１０ｍｉｎ以上になったとすると、環境雰囲気の変化による測定精度への影響や、エンジン停止中に長時間通電することによる安全性の問題、さらには走行中の計測実現可能性の問題等が懸念されるため、測定時間Ｔｍは１０ｍｉｎ未満とするのが望ましい。このような点を考慮して、当実施形態では、抵抗値Ｒの上限値を５０Ωに設定している。なお、Ｒ＝５０Ωのときの発熱量Ｑは、約２．９Ｗという充分に小さい値となるため、発熱量については何ら問題ない。

なお、上記図６のグラフでは、キャパシタセル１個あたりの抵抗体７の抵抗値（抵抗値Ｒをキャパシタセル１７の個数で割った値）を括弧書で横軸に併記している。すなわち、当実施形態において、キャパシタユニット３は１０個のキャパシタセル（電気二重層キャパシタ）１７からなるため、上記抵抗値Ｒの値（１Ω以上５０Ω以下）は、各セル１個あたりの値としては、その１／１０、つまり０．１Ω以上５Ω以下になる。キャパシタユニット３を構成するキャパシタセル１７の個数が当実施形態の例と異なる場合には、上記セル１個あたりの抵抗値に、キャパシタセル１７の個数を掛けた値を、抵抗値Ｒとして設定すればよい。例えば、キャパシタセル１７の個数を５個にした場合、抵抗値Ｒは、０．５Ω以上２５Ω以下に設定されることになる。

ここで、キャパシタユニット３には、上述したように、その各キャパシタセル１７の内部抵抗１６が含まれる。この内部抵抗１６の抵抗値ｒ（内部抵抗値ｒ）は、キャパシタユニット３（キャパシタセル１７）が劣化すると増大する傾向にあるため、上記キャパシタユニット３の電圧Ｖｃの値は、キャパシタユニット３の劣化に伴い、上記内部抵抗値ｒの増大による電圧降下の影響を受けて低めに測定されることになる。

しかしながら、当実施形態のように、抵抗体７の抵抗値Ｒを１Ω以上５０Ω以下（キャパシタセル１個あたり０．１Ω以上５Ω以下）に設定した場合には、上記内部抵抗値ｒの増大による影響は充分に小さくなり、キャパシタユニット３の容量Ｃの低下を精度よく調べることができる。

すなわち、キャパシタユニット３を構成する各キャパシタセル１７の内部抵抗値ｒは、例えば新品時において１ｍΩ程度であり、上述した抵抗体７の抵抗値Ｒ（キャパシタセル１個あたり０．１Ω以上５Ω以下）に比べれば充分に小さく、抵抗値Ｒの０．０２％以上１％以下となる。このため、例えばキャパシタユニット３の放電を１２Ｖ（キャパシタセル１個あたり１．２Ｖ）から開始した場合、上記内部抵抗値ｒ（１ｍΩ）による電圧降下は０．０１２〜０．０００２４Ωに留まり、その値は、各キャパシタセル１７の放電開始時の電圧（１．２Ｖ）との比較ではわずか１％以下となる。したがって、上記キャパシタユニット３（キャパシタセル１７）の劣化によりその内部抵抗値ｒが１ｍΩから多少増大したとしても、その影響がキャパシタ電圧Ｖｃの測定値に及ぼす影響はわずかとなる。このような事情から、当実施形態では、キャパシタ電圧Ｖｃの測定値に基づいてキャパシタ容量Ｃの低下度合い（キャパシタユニット３の劣化の有無）を精度よく調べることが可能となっている。

（３）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、車両の減速時にオルタネータ２で発電された電力を集中的に蓄電するためのデバイス（蓄電デバイス）として、内部抵抗値ｒが１ｍΩのキャパシタセル１７（電気二重層キャパシタ）を１０個直列に接続したキャパシタユニット３を用いた。そして、このキャパシタユニット３の劣化を判定するために、抵抗値Ｒを１Ω以上５０Ω以下に設定した抵抗体７をキャパシタユニット３と直列に接続するとともに、キャパシタユニット３からの放電電流Ｉを抵抗体７に所定時間流した後の上記キャパシタユニット３の電圧値Ｖｃに基づきキャパシタユニット３の容量Ｃを求めることにより、上記キャパシタユニット３の劣化を判定するようにした。このような構成によれば、抵抗体７の発熱量が過大にならず、かつキャパシタ容量Ｃの測定に要する時間が長くなり過ぎない範囲で、精度よくキャパシタユニット３の劣化を判定できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、抵抗体７の抵抗値Ｒを上記のような範囲（１Ω以上５０Ω以下）に設定したことにより、図６を用いて説明したとおり、放電電流Ｉの通過に伴う抵抗体７の発熱量Ｑを、メンテナンス等の作業に支障のないレベル（１５０Ｗ以下）に抑制できるとともに、キャパシタ容量Ｃを求めるのに必要な測定時間を、実用上問題ない長さ（１０ｍｉｎ以下）に抑制することができる。しかも、上記抵抗体７の抵抗値Ｒが、キャパシタユニット３全体の内部抵抗値（１ｍΩ×１０）に対し充分に大きいことから、キャパシタユニット３の劣化に伴う内部抵抗の増大がキャパシタユニット３の電圧値Ｖｃに影響を及ぼすのを最小限に抑えることができ、キャパシタユニット３の容量Ｃの低下のみを精度よく測定することができる。このように、上記実施形態によれば、容量Ｃの低下に基づくキャパシタユニット３の劣化の有無を、実用性を考慮しながら精度よく判定することができる。

また、上記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に対しスイッチ８を介して並列に抵抗体７を接続したため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５内の回路に影響を受けることなく、キャパシタユニット３の電圧値Ｖｃを測定でき、その値に基づいて精度よくキャパシタユニット３の劣化を判定することができる。

（４）他の実施形態
上記実施形態では、キャパシタユニット３として、新品時の内部抵抗値ｒが１ｍΩ程度のキャパシタセル１７（電気二重層キャパシタ）を１０個直列に接続したものを用いる一方、抵抗体７の抵抗値Ｒを１Ω以上５０Ω以下に設定したが、キャパシタセル１７の個数はもちろん１０個に限られない。キャパシタセル１７の個数をｎとすると、その個数ｎが幾つであっても、キャパシタセル１個あたりの抵抗体７の抵抗値（抵抗値Ｒをセル数ｎで割った値；Ｒ÷ｎ）を、０．１Ω以上５Ω以下に設定する、言い換えれば、抵抗体７の抵抗値Ｒをｎ×０．１Ω以上ｎ×５Ω以下に設定すれば、上記と同様の作用効果が得られる。

さらには、キャパシタセル１７の新品時の内部抵抗値ｒが１ｍΩでない場合でも、キャパシタセル１個あたりの抵抗体７の抵抗値（Ｒ÷ｎ）に対する新品時の内部抵抗値ｒの割合（ｒ×ｎ÷Ｒ）、言い換えると、上記抵抗値Ｒに対するキャパシタユニット３全体の内部抵抗値（ｒ×ｎ）の割合を、０．０２％以上１％以下に設定すれば、上記と同様の作用効果が得られる。

また、上記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の外部に抵抗体７を設けるとともに、抵抗体７をコンバータ５と並列に接続するようにしたが、図７に示す抵抗体７’のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の内部において、ダイオード等を含むコンバータ回路５ａと並列に抵抗体７’を接続するとともに、コンバータ回路５ａと抵抗体７’との間に両者を断続するためのスイッチ８’を設けるようにしてもよい。このようにしても、コンバータ回路５ａの影響を受けることなくキャパシタユニット３の電圧値Ｖｃを測定することができる。

もちろん、コンバータ回路５ａが測定に及ぼす影響が極めて小さい場合、もしくは、予めコンバータ回路５ａの影響を考慮した上でキャパシタユニット３の電圧値Ｖｃを測定するようにした場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の内部に、コンバータ回路５ａと直列に接続される状態で抵抗体７’を設けてもよい。

また、上記実施形態では、抵抗体７をアース（車体）に接続することにより、キャパシタユニット３の劣化判定時に、キャパシタユニット３に充電された電力をアース（車体）に放電するようにしたが、抵抗体７をバッテリ６に接続することにより、キャパシタユニット３から放電された電力をバッテリ６に充電するようにしてもよい。このようにすれば、バッテリ６の内部抵抗が劣化判定の精度に影響を及ぼすことが懸念されるが、電力を外部に捨てずに済むため、燃費の面ではより有利となる。ただし、劣化判定は定期的にしか実施されないため、キャパシタユニット３の充電電力を外部に捨てるようにした上記実施形態であっても、燃費への影響はほとんど無視できるレベルである。

また、上記実施形態では、複数の電気二重層キャパシタ（キャパシタセル１７）からなるキャパシタユニット３を車両の減速回生システムの一部として設け、このキャパシタユニット３に対しその劣化を判定するものとしたが、本発明の構成は、上記のような電気二重層キャパシタからなるキャパシタユニット３に限らず、各種の蓄電デバイス（繰り返し充放電が可能な電池）に適用可能である。

具体的に、電気二重層キャパシタ以外の劣化判定の対象としては、リチウムイオンキャパシタ等のハイブリッドキャパシタや、高出力リチウムイオン電池が好適である。

上記電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ（ハイブリッドキャパシタ）、および高出力リチウムイオン電池は、図８の線図Ｗ１に示すように、電流が一定という条件下で放電を行わせたときに（強制放電）、放電時間の経過に伴ってリニアに電圧が変化するという性質がある。なお、この図８の線図Ｗ１は、先の図３のグラフ（時間経過とともに電圧低下速度が遅くなるもの）とは傾向が異なるが、これは、図３の場合は自然放電であるため、時間経過とともに電流が低下するからである。

本発明の構成は、図８の線図Ｗ１に示すようなリニアな充放電特性をもつ蓄電デバイスの劣化を判定するのに好適である。これに対し、上記実施形態においてバッテリ６として使用されている鉛蓄電池は、図８の線図Ｗ２に示すように、放電時間がある程度経過するまではあまり電圧が低下せず、そこから急激に電圧が低下していくという性質がある。このような充放電特性を有する蓄電デバイスに対しては、劣化の判定が若干難しくなるが、予め充放電特性を調べておけば、同様の方法で劣化を判定することが可能である。

２ オルタネータ
３ キャパシタユニット（蓄電デバイス）
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ａ コンバータ回路
８ スイッチ
７ 抵抗体
１０ ＰＣＭ（判定部）
Ｒ （抵抗体の）抵抗値
ｒ 内部抵抗値

Claims (6)

1. エンジンにより駆動されるオルタネータと、オルタネータと電気負荷との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータと、オルタネータで発電された電力を蓄電するようにオルタネータと直列に接続された蓄電デバイスと、蓄電デバイスの劣化を判定する劣化判定装置とを備え、車両の減速時に上記オルタネータで発電された電力を上記蓄電デバイスに蓄電させることにより、減速時のエネルギーを回生電力として回収するようにした車両であって、
   上記劣化判定装置は、蓄電デバイスと直列に接続された抵抗体と、上記蓄電デバイスからの放電電流を上記抵抗体に所定時間流した後の上記蓄電デバイスの電圧値に基づき蓄電デバイスの容量を求めることにより、上記蓄電デバイスの劣化を判定する判定部とを備え、
   上記抵抗体が、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの内部において、コンバータ回路と直列に接続されており、
   上記抵抗体の抵抗値に対する上記蓄電デバイスの新品時の内部抵抗値の割合が、０．０２％以上１％以下に設定されたことを特徴とする蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両。
2. エンジンにより駆動されるオルタネータと、オルタネータと電気負荷との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータと、オルタネータで発電された電力を蓄電するようにオルタネータと直列に接続された蓄電デバイスと、蓄電デバイスの劣化を判定する劣化判定装置とを備え、車両の減速時に上記オルタネータで発電された電力を上記蓄電デバイスに蓄電させることにより、減速時のエネルギーを回生電力として回収するようにした車両であって、
   上記劣化判定装置は、蓄電デバイスと直列に接続された抵抗体と、上記蓄電デバイスからの放電電流を上記抵抗体に所定時間流した後の上記蓄電デバイスの電圧値に基づき蓄電デバイスの容量を求めることにより、上記蓄電デバイスの劣化を判定する判定部とを備え、
   上記抵抗体が、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの内部においてコンバータ回路と並列に接続されるとともに、上記抵抗体とコンバータ回路との間に両者を断続するためのスイッチが設けられており、
   上記抵抗体の抵抗値に対する上記蓄電デバイスの新品時の内部抵抗値の割合が、０．０２％以上１％以下に設定されたことを特徴とする蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両。
3. 請求項１または２記載の蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両において、
   上記蓄電デバイスは、一定電流下における電圧値が時間経過とともに直線的に変化するような充放電特性を有する蓄電デバイスであることを特徴とする蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両。
4. 請求項３記載の蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両において、
   上記蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、または高出力リチウムイオン電池を少なくとも１つ含むものであることを特徴とする蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両。
5. 請求項４記載の蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両において、
   上記蓄電デバイスが１個以上の電気二重層キャパシタを含み、電気二重層キャパシタ１個あたりの上記抵抗体の抵抗値が０．１Ω以上５Ω以下に設定されたことを特徴とする蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両。
6. 請求項５記載の蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両において、
   上記蓄電デバイスが電気二重層キャパシタを１０個直列に接続したものからなり、上記抵抗体の抵抗値が１Ω以上５０Ω以下に設定されたことを特徴とする蓄電デバイスの劣化判定装置付き車両。
   

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