JP6090259B2 - 車両用電源装置の劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源装置に関するものであり、特に、減速エネルギー回生用の蓄電デバイスとしてキャパシタを用いた車両用電源装置に関する。

最近、車両の燃費性能を向上させるために、減速エネルギー回生システムが実用化されている。このシステムでは、車両減速時には、可変電圧式オルタネータによりタイヤの回転エネルギーで回生発電して蓄電し、車両非減速時には、蓄電した電力を車両電気負荷に供給することによって、エンジンによるオルタネータの発電を休止させる。そして、蓄電デバイスとして、例えば、急速な充放電が可能なキャパシタが用いられている。

特許文献１では、キャパシタの放電終了前の電圧と放電終了後の復帰電圧との電位差と、放電終了前の電流値とに基づいて、キャパシタの内部抵抗を算出し、劣化を判断する技術が開示されている。

特開２００８−３３１２１号公報

車両の減速エネルギー回生システムにおいて、蓄電デバイスとしてキャパシタを用いた場合には、そのキャパシタの劣化診断を定期的に実施するのが好ましい。キャパシタの劣化判定には、例えば特許文献１に示されているように、放電終了前後の電圧および電流を用いてキャパシタの内部抵抗値を算出すればよい。すなわち、車両用電源装置の場合には、キャパシタと車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータを停止させて、その停止前後のキャパシタ電圧および電流を用いて、キャパシタの内部抵抗値を算出する。この内部抵抗値に基づいて、キャパシタに劣化が生じているか否かを判定すればよい。

ところが、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して停止命令を送り、ＤＣ／ＤＣコンバータから車載ネットワークを経由して停止通知を受けとる場合、車載ネットワークの通信状態によっては、停止通知を受信するまでの時間が長くなってしまう。このため、キャパシタの劣化判定のためにＤＣ／ＤＣコンバータを停止させる期間が長くなってしまい、その分、バッテリの電力消費が大きくなってしまう。そこで、キャパシタの劣化判定期間を短縮し、バッテリの電力消費を抑えるために、キャパシタ電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが停止したと判定し、キャパシタの内部抵抗の算出処理に移行するという手法が考えられる。

ところが、ＤＣ／ＤＣコンバータの停止時以外のタイミングであっても、キャパシタ電圧に同様の浮き上がり現象が生じる場合があり、この場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ停止の誤判定が起こる可能性がある。この誤判定に起因して、キャパシタ劣化判定に誤りが生じるおそれがある。

本発明は、発電機と、この発電機の発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタとを備えた車両用電源装置において、当該キャパシタの劣化判定を、短時間でかつ、誤判定を未然に回避して精度良く、実行可能にすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンにより駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時に運動エネルギーを発電電力に変換する発電機と、前記発電機に接続されて当該発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタと前記車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源装置において、前記キャパシタの劣化判定を行う劣化判定装置を対象として、前記キャパシタが放電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作しているとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示し、前記指示の後、前記キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、前記キャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値を基にして、前記キャパシタの劣化が生じているか否かを判定するものであり、前記キャパシタの内部抵抗値の算出に用いた、前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値のうち少なくともいずれか１つが、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のうちのいずれかのものであるとき、当該内部抵抗値を前記キャパシタの劣化判定に利用することを、回避する、構成とする。

上記の構成により、劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示した後、キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定する。これにより、車載ネットワークを介して動作停止の通知を受けるよりも早く、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を認識することができ、キャパシタ劣化判定のためのＤＣ／ＤＣコンバータ停止期間を短縮することができる。そして劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後におけるキャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、キャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値を基にしてキャパシタの劣化が生じているか否かを判定する。このとき、内部抵抗値の算出に用いた、キャパシタの出力電圧値および出力電流値のうち少なくともいずれか１つが、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のうちのいずれかのものであるとき、当該内部抵抗値は、キャパシタ劣化判定への利用が回避される。これにより、例えばアイドリング再始動直後のキャパシタ電圧の浮き上がり現象からＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を誤認識してしまい、適切でない内部抵抗値が算出された場合であっても、この内部抵抗値はキャパシタ劣化判定には用いられないので、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

また、本発明では、エンジンにより駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時に運動エネルギーを発電電力に変換する発電機と、前記発電機に接続されて当該発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタと前記車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源装置において、前記キャパシタの劣化判定を行う劣化判定装置を対象とし、前記キャパシタが放電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作しているとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示し、前記指示の後、前記キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、前記キャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値を基にして、前記キャパシタの劣化が生じているか否かを判定するものであり、前記キャパシタの内部抵抗値の算出に用いた、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電流値の差が、所定の下限値よりも小さいとき、当該内部抵抗値を前記キャパシタの劣化判定に利用することを、回避する、構成とする。

上記の構成により、劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示した後、キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定する。これにより、車載ネットワークを介して動作停止の通知を受けるよりも早く、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を認識することができ、キャパシタ劣化判定のためのＤＣ／ＤＣコンバータ停止期間を短縮することができる。そして劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後におけるキャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、キャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値を基にしてキャパシタの劣化が生じているか否かを判定する。このとき、内部抵抗値の算出に用いた、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後におけるキャパシタの出力電流値の差が、所定の下限値よりも小さいとき、当該内部抵抗値は、キャパシタ劣化判定への利用が回避される。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後におけるキャパシタの出力電流値の差が小さい場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を誤認識したために、適切でない内部抵抗値が算出されていると考えられるので、この内部抵抗値をキャパシタ劣化判定に用いないことによって、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

また、本発明では、エンジンにより駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時に運動エネルギーを発電電力に変換する発電機と、前記発電機に接続されて当該発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタと前記車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源装置において、前記キャパシタの劣化判定を行う劣化判定装置を対象とし、前記キャパシタが放電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作しているとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示し、前記指示の後、前記キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、前記キャパシタの内部抵抗値を算出し、日単位で間隔を空けて算出した複数の前記内部抵抗値の平均値と、所定の劣化判定閾値との比較によって、前記キャパシタの劣化が生じているか否かを判定するものであり、算出した前記内部抵抗値が、前記所定の劣化判定閾値よりも大きい所定の上限値を超えているとき、当該内部抵抗値を前記キャパシタの劣化判定に利用することを、回避する、構成とする。

上記の構成により、劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示した後、キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定する。これにより、車載ネットワークを介して動作停止の通知を受けるよりも早く、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を認識することができ、キャパシタ劣化判定のためのＤＣ／ＤＣコンバータ停止期間を短縮することができる。そして劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後におけるキャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、キャパシタの内部抵抗値を算出し、日単位で間隔を空けて算出した複数の内部抵抗値の平均値と所定の劣化判定閾値との比較によって、キャパシタの劣化が生じているか否かを判定する。このとき、算出した内部抵抗値が、所定の劣化判定閾値よりも大きい所定の上限値を超えているとき、当該内部抵抗値は、キャパシタ劣化判定への利用が回避される。すなわち、算出した内部抵抗値が、キャパシタ劣化判定閾値よりも大きい所定の上限値を超えているときは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を誤認識したために、適切でない内部抵抗値が算出されていると考えられる。このため、この内部抵抗値をキャパシタ劣化判定に用いないことによって、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

また、上記の各構成において、前記発電機と前記キャパシタとの間に遮断リレーが設けられており、前記劣化判定装置は、前記キャパシタの劣化が生じていると判定したとき、当該判定を行った運転中は、前記遮断リレーを閉状態に維持し、次の運転以降、前記遮断リレーを開状態に維持するとともに、アイドリングストップを禁止する、ことが好ましい。

これにより、キャパシタに劣化が生じていてもその状態が急変することは考えにくいため、キャパシタからの通電中に遮断リレーを開くことによる遮断リレーの劣化を防止することができる。

本発明によると、キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定することによって、キャパシタ劣化判定のためのＤＣ／ＤＣコンバータ停止期間を短縮することができる。さらに、例えばアイドリング再始動直後のキャパシタ電圧の浮き上がり現象からＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止を誤認識してしまい、適切でない内部抵抗値が算出された場合であっても、この内部抵抗値はキャパシタ劣化判定には用いられないので、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す概略図 キャパシタの劣化判定処理を説明するためのタイミングチャート ＤＣ／ＤＣコンバータの停止判定の誤りが生じる例を示すタイミングチャート 実施形態に係るキャパシタ内部抵抗算出処理を示すフローチャート 図４のキャパシタ内部抵抗算出処理を用いた劣化判定方法の一例を示すフローチャート キャパシタ劣化が検出された際の処理の一例を示すフローチャート

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す概略図である。図１の構成は、減速エネルギー回生とアイドリングストップとを実現するものであり、減速回生用の蓄電デバイスとしてキャパシタ３を用いている。

図１の構成において、発電機としての回生オルタネータ１は、車両のエンジン（図示せず）により駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時において車両の運転エネルギーを発電電力に変換する。回生オルタネータ１は、エンジンによりベルト駆動されて、減速時等の運動エネルギーを効率的に電力回生する可変電圧式（例えば１２Ｖ〜２５Ｖ）のオルタネータであり、効率よく送電と蓄電を行うために例えば最大２５Ｖまで高電圧化が可能である。

バッテリ２は一般的な鉛蓄電池である。キャパシタ３は、回生した大量の電気エネルギーを瞬時に蓄え、効率的に取り出して使用できる電源であり、例えば、大容量の低抵抗電気二重層キャパシタである。キャパシタ３は回生オルタネータ１に接続されており、回生オルタネータ１による発電電力を蓄えるともに、蓄えた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して車両電気負荷５に対して供給する。キャパシタ３は例えば最大約２５Ｖの電圧を発生できる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、回生オルタネータ１およびキャパシタ３と車両電気負荷５との間に設けられており、例えば、キャパシタ３の出力電圧を車両電気負荷５の動作電圧に降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４の本体となる降圧回路１１と、降圧回路１１と並列に設けられたバイパスリレー１２と、降圧回路１１の出力とバッテリ２との間に設けられたＩＲリレー１３と、ＩＲリレー１３と並列に設けられたダイオード１４と、制御部１５とを備えている。制御部１５は、降圧回路１１の動作および出力電圧、並びに、バイパスリレー１２およびＩＲリレー１３の開閉動作の制御を行う。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側に電圧センサＳ１が設けられており、降圧回路１１の出力側に電流センサＳ２が設けられている。電圧センサＳ１および電流センサＳ２の出力は制御部１５に与えられる。本実施形態では、キャパシタ３の出力電圧（以下、適宜、キャパシタ電圧という）が電圧センサＳ１によって計測され、キャパシタ３の放電電流（以下、適宜、キャパシタ電流という）が電流センサＳ２によって計測される。

車両電気負荷５は、例えば、ランプ、パワーステアリング、オーディオ、パワーウィンドウ、ナビゲーションシステム等を含む。スタータ６はエンジンの始動を行う。また、キャパシタ３と回生オルタネータ１およびＤＣ／ＤＣコンバータ４との間に、遮断リレー７が設けられている。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４内の制御部１５が、遮断リレー７の開閉状態を制御するものとする。

コントローラ８は、車載ネットワークと接続されており、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４内の制御部１５と通信可能である。コントローラ８は、車両に搭載されたイグニッションスイッチセンサなどの各種センサの入力を受け、アイドリングストップやアイドリング再始動などのための制御を行う。そして、本実施形態では、コントローラ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の制御部１５と協働して、キャパシタ３の劣化判定を行う劣化判定装置としての役割を担う。

キャパシタ３の劣化判定は次のようにして行う。キャパシタ３の放電中に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を停止させ、停止前後のキャパシタ電圧およびキャパシタ電流から、キャパシタ３の内部抵抗を算出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４停止前のキャパシタ電圧値およびキャパシタ電流値をＶｃａｐ＿ｂｆ，Ｉｃａｐ＿ｂｆとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ４停止後のキャパシタ電圧値およびキャパシタ電流値をＶｃａｐ＿ａｆ，Ｉｃａｐ＿ａｆとすると、キャパシタ３の内部抵抗ｒｃａｐは次の式で求められる。
ｒｃａｐ＝ΔＶｃａｐ／ΔＩｃａｐ
ΔＶｃａｐ＝Ｖｃａｐ＿ａｆ−Ｖｃａｐ＿ｂｆ
ΔＩｃａｐ＝｜Ｉｃａｐ＿ａｆ−Ｉｃａｐ＿ｂｆ｜ …（１）

ΔＩｃａｐが同じであるとき、キャパシタ３が劣化したときは、ΔＶｃａｐが大きくなる。このため、例えば内部抵抗ｒｃａｐを所定の閾値と比較することによって、キャパシタ３が劣化したか否かを判定することができる。

コントローラ８は、キャパシタ３の劣化判定を実行するとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に対して停止命令を送り、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が停止したことを認識してから、その前後のキャパシタ電圧およびキャパシタ電流を基にして内部抵抗を算出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、コントローラ８からの停止命令を受けて動作を停止した後に、動作停止したことを、車載ネットワークを経由してコントローラ８に通知する。ところが、車載ネットワークの通信状態によっては、コントローラ８がＤＣ／ＤＣコンバータ４からの動作停止通知を受信するまでに時間がかかる場合がある。動作停止通知を受信するまでの時間が長くなると、キャパシタ３の劣化判定のためにＤＣ／ＤＣコンバータ４を停止させる期間が長くなってしまい、その分、バッテリ２の電力消費が大きくなってしまう。

そこで、キャパシタ３の劣化判定期間を短縮し、バッテリ２の電力消費を抑えるために、コントローラ８は、キャパシタ電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が動作停止したと判定し、キャパシタ３の内部抵抗の算出処理に移行するようにしている。

図２は本実施形態におけるキャパシタ３の劣化判定処理を説明するためのタイミングチャートである。図２に示すように、キャパシタ３が放電中、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流が所定値以上（例えば２０Ａ以上）であるとき、コントローラ８はＤＣ／ＤＣコンバータ４に対して停止命令を与える。若干の時間が経過した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は動作を停止する。このとき、キャパシタ電圧は、一旦低下した後、復帰する変化、すなわち浮き上がり現象を見せる。キャパシタ電圧にこの浮き上がり現象が生じたとき、コントローラ８はＤＣ／ＤＣコンバータ４が動作を停止したことを認識する。

具体的には例えば、次のようにしてキャパシタ電圧の浮き上がり現象を検出する。いま、所定の周期、例えば１０ｍｓおきにキャパシタ電圧値が記憶されるものとする。次式のように、２周期前のキャパシタ電圧値との差が所定の閾値よりも大きいとき、浮き上がり現象が生じたと判定する。
Ｖｃａｐ［ｉ］−Ｖｃａｐ［ｉ−２］≧ Ｖｔｈ１ …（２）
そしてキャパシタ電圧の浮き上がり現象の発生を検出してＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止を判定した後に、例えば、この判定タイミングの２０ｍｓ前のキャパシタ電圧値Ｖｃａｐ＿ｂｆ、３０ｍｓ前のキャパシタ電流値Ｉｃａｐ＿ｂｆ、１００ｍｓ後のキャパシタ電圧値Ｖｃａｐ＿ａｆおよびキャパシタ電流値Ｉｃａｐ＿ａｆを用いて、式（１）から内部抵抗ｒｃａｐを算出する。

ところが、本願発明者らの検討の結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止時と同様のキャパシタ電圧の浮き上がり現象が、他のタイミング例えばアイドリング再始動時において生じる場合があり、これをＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止と誤って認識してしまい、このこと起因してキャパシタ３の劣化判定を誤って行ってしまう場合があることが分かった。

図３はＤＣ／ＤＣコンバータ４の停止判定の誤りが生じる例を示すタイミングチャートである。図３において、アイドリングストップ（ＩＳ）からアイドリング再始動（ＩＲ）に移行したとき、アイドリング再始動直後は、バッテリ２の電圧が下がっているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流がオーバーシュートし、これによりキャパシタ電圧が一時的に低下する。しばらくすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流が通常値に収まり、キャパシタ電圧も復帰する。このキャパシタ電圧の変化が、例えば上の式（２）の条件を満たしてしまい、所定の浮き上がり現象に合致してしまう場合がある。

このため、例えばコントローラ８が、アイドリング再始動後にＤＣ／ＤＣコンバータ４に対して停止命令を出したとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４はまだ停止していないのに、アイドリング再始動直後のキャパシタ電圧の浮き上がり現象から、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が停止したと誤って認識してしまう可能性がある。この場合、例えば、式（１）におけるキャパシタ電流値の差ΔＩｃａｐの値が非常に小さくなってしまい、過大な内部抵抗値ｒｃａｐが算出され、これにより、キャパシタ３に劣化が生じたと誤って判定してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、誤ったキャパシタ劣化判定を防ぐために、適切でない内部抵抗値が算出された可能性がある場合には、その内部抵抗値の利用を未然に回避するようにしている。

図４は本実施形態に係るキャパシタ内部抵抗算出処理の流れを示すフローチャートである。まず、コントローラ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流Ｉｄｃ＿ｏｕｔが所定値Ｉｏ以上であることを確認（Ｓ１１）した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に対して停止命令を送る（Ｓ１２）。その後、キャパシタ電圧に上述した浮き上がり現象が発生するか否かをチェックし（Ｓ１３）、浮き上がり現象が発生したとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が動作停止したと判定する（Ｓ１４）。

キャパシタ３の出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が動作停止したと判定することによって、コントローラ８は、車載ネットワークを介して動作停止の通知を受けるよりも早く、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止を認識することができる。したがって、キャパシタ劣化判定のためのＤＣ／ＤＣコンバータ停止期間を短縮することができるので、例えば、その分、バッテリ２の電力消費を抑えることができる。

ステップＳ１５において、コントローラ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止判定の前後のキャパシタ電圧およびキャパシタ電流の値を呼び出す。ここでは、キャパシタ電圧を示す電圧センサＳ１の出力値と、キャパシタ電流を示す電流センサＳ２の出力値とが、所定周期例えば１０ｍｓ毎に、制御部１５内の記憶部に記憶されているものとする。例えばコントローラ８は、停止判定２０ｍｓ前および１００ｍｓ後のキャパシタ電圧値Ｖｃａｐ＿ｂｆ，Ｖｃａｐ＿ａｆと、停止判定３０ｍｓ前および１００ｍｓ後のキャパシタ電流値Ｉｃａｐ＿ｂｆ，Ｉｃａｐ＿ａｆとを、制御部１５から呼び出す。そして、上述の式（１）に従って、キャパシタ３の内部抵抗値ｒｃａｐを算出する（Ｓ１６）。なお、停止判定前後においてキャパシタ電圧値および電流値を呼び出す時間は、ここで示したものに限られるものではない。

そして、コントローラ８は、算出した内部抵抗値ｒｃａｐをキャパシタ３の劣化判定に利用してよいかどうかを、ステップＳ１７〜Ｓ１９においてそれぞれ判断する。なお、ステップＳ１７〜Ｓ１９の実行順は図４に示したものに限られるものではなく、また、並列に実行してもかまわない。

ステップＳ１７では、内部抵抗値ｒｃａｐの算出に用いたキャパシタ電圧値およびキャパシタ電流値に、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のものが含まれていないかどうか、チェックする。ここでの所定期間は、例えば４ｓとする。そして、内部抵抗値ｒｃａｐの算出に用いたキャパシタ電圧値およびキャパシタ電流値のうち少なくともいずれか１つが、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のうちのいずれかのものであるとき、算出した内部抵抗値ｒｃａｐをキャンセルする（Ｓ１Ａ）。すなわち、ここで算出した内部抵抗値ｒｃａｐは、キャパシタ３の劣化判定への利用が回避される。

すでに説明したとおり、例えばアイドリング再始動直後のキャパシタ電圧の浮き上がり現象から、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が停止したと誤って認識してしまう可能性があり、この場合には、適切でない内部抵抗値ｒｃａｐが算出され、これにより、キャパシタ３に劣化が生じたと誤って判定してしまう可能性がある。この問題を防ぐために、ステップＳ１７では、内部抵抗値ｒｃａｐの算出に用いたキャパシタ電圧値およびキャパシタ電流値のうち少なくともいずれか１つが、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のうちのいずれかのものであるとき、算出した内部抵抗値ｒｃａｐをキャパシタ３の劣化判定に利用しないようにしている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止を誤認識してしまい、適切でない内部抵抗値ｒｃａｐが算出された場合であっても、この内部抵抗値ｒｃａｐはキャパシタ劣化判定には用いられないので、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

ステップＳ１８では、内部抵抗値ｒｃａｐの算出に用いた、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止前後におけるキャパシタ電流値の差が所定の下限値ΔＩｍｉｎ以上であるか否かをチェックする。そして、所定の下限値ΔＩｍｉｎよりも小さいときは、算出した内部抵抗値ｒｃａｐをキャンセルする（Ｓ１Ａ）。すなわち、ここで算出した内部抵抗値ｒｃａｐは、キャパシタ３の劣化判定への利用が回避される。

すでに説明したとおり、例えばアイドリング再始動直後のキャパシタ電圧の浮き上がり現象から、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が停止したと誤って認識してしまう可能性がある。そしてこの場合、適切でない内部抵抗値ｒｃａｐが算出されてしまう原因の１つは、式（１）の分母に当たるΔＩｃａｐ、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ４の停止前後のキャパシタ電流値の差が小さくなってしまうことにある。一方、キャパシタはその特性上、劣化した場合であっても放電時の電流値にはほとんど影響が表れない。したがって、キャパシタ電流値の差が所定の下限値ΔＩｍｉｎよりも小さいときは、算出した内部抵抗値ｒｃａｐは適切でない可能性が高いので、キャパシタ３の劣化判定に利用しないようにしている。これにより、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

ステップＳ１９では、算出した内部抵抗値ｒｃａｐが、所定の上限値ｒｃａｐ＿ｍａｘ以下であるか否かをチェックする。後述するように、本実施形態では、日単位で間隔を空けて算出した複数の内部抵抗値ｒｃａｐの平均値を、所定の劣化判定閾値と比較し、平均値が劣化判定閾値以上のときに、キャパシタ３は劣化しているものと判定する。そして、ステップＳ１９での上限値ｒｃａｐ＿ｍａｘは、所定の劣化判定閾値よりも大きいものとする。例えば、劣化判定閾値が３２Ω程度であるのに対して、ここでの上限値ｒｃａｐ＿ｍａｘは例えば５５Ω程度とする。

すなわち、算出した内部抵抗値ｒｃａｐが、キャパシタ３の劣化判定のための閾値よりも大きく上回る場合は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止を誤認識したために、適切でない内部抵抗値が算出されていると考えられる。このため、この内部抵抗値ｒｃａｐは、キャパシタ３の劣化判定に利用しないようにしている。なお、キャパシタ３の故障に起因して内部抵抗値ｒｃａｐが過大になる場合も想定されるが、実際には、キャパシタ３の劣化判定とは別途、キャパシタ３の故障判定が実行されるため、その故障は故障判定によって検出される。

そして、ステップＳ１７〜Ｓ１９の条件をいずれもクリアしたとき、コントローラ８は、算出した内部抵抗値ｒｃａｐを記憶する（Ｓ１Ｂ）。なお、ステップＳ１７〜Ｓ１９の条件は、必ずしも全て適用する必要はなく、例えば、いずれか１つ、あるいは、２つの条件を適用するようにしてもかまわない。

図５は図４のキャパシタ内部抵抗算出処理を用いたキャパシタ３の劣化判定方法の一例を示すフローチャートである。図５のフローでは、キャパシタ３の劣化判定を７日おきに実行するものとし、また、過去３回分の内部抵抗値ｒｃａｐの平均値を用いて劣化判定を行うものとしている。ただし、本実施形態はこれに限られるものではなく、例えば、劣化判定を行う間隔を７日以外の日数に変えてもよいし、内部抵抗値ｒｃａｐについて、３回分以外の平均値を用いてもよいし、平均値以外の演算値を用いてもかまわない。

まず、コントローラ８は、前回の計測から７日経過したか否かをチェックする（Ｓ２１）。７日経過していたら、図４のキャパシタ内部抵抗算出処理Ｓ１０を実行し、キャパシタ３の内部抵抗値ｒｃａｐを得る。その後、過去３回分すなわち今回、前回および前々回の内部抵抗値ｒｃａｐの平均値ｒａｖｅを算出し（Ｓ２３）、この平均値ｒａｖｅを所定の劣化判定閾値ＴＨｒと比較する（Ｓ２４）。平均値ｒａｖｅが閾値ＴＨｒよりも大きいときは、コントローラ８は、キャパシタ３の劣化を記憶する（Ｓ２５）。このとき、車両の乗員にキャパシタ３の劣化を警告するために、ランプ表示や音声出力などを行ってもよい。一方、平均値ｒａｖｅが閾値ＴＨｒ以下であるときは、コントローラ８は、キャパシタ３の正常を記憶する（Ｓ２６）。

図６はキャパシタ劣化が検出された際の処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、キャパシタ３の劣化が生じていると判定したとき、当該判定を行った運転中は、遮断リレー７の閉状態を維持するものとしている。これは、たとえキャパシタ３に劣化が生じていても、その状態が急変することは考えにくいからである。そして、次の運転以降において、イグニッションがオンされたとき、コントローラ８は、キャパシタ３の劣化が記憶されているか否かを確認する（Ｓ３１）。そして、キャパシタ３の劣化が記憶されているとき、コントローラ８は、遮断リレー７を開状態に維持するとともに、アイドリングストップを禁止し、バイパスリレー１２を接続状態にする（Ｓ３２）。これにより、劣化判定されたキャパシタ３が使用されなくなる。図６のような処理によって、キャパシタ３からの通電中に遮断リレー７を開くことによる遮断リレー７の劣化を防止することができる。

以上のように本実施形態によると、キャパシタ３の出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が動作停止したと判定されるので、車載ネットワークを介して動作停止の通知を受けるよりも早く、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止を認識することができ、キャパシタ劣化判定のためのＤＣ／ＤＣコンバータ停止期間を短縮することができる。さらに、内部抵抗値ｒｃａｐの算出に用いた、キャパシタ３の出力電圧値および出力電流値のうち少なくともいずれか１つが、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のうちのいずれかのものであるときや、内部抵抗値ｒｃａｐの算出に用いた、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止前後におけるキャパシタ３の出力電流値の差が所定の下限値よりも小さいとき、あるいは、算出した内部抵抗値ｒｃａｐが、所定の劣化判定閾値よりも大きい所定の上限値を超えているとき、その内部抵抗値ｒｃａｐは、キャパシタ劣化判定に利用されない。これにより、例えばアイドリング再始動直後のキャパシタ電圧の浮き上がり現象からＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作停止を誤認識してしまい、適切でない内部抵抗値ｒｃａｐが算出された場合であっても、この内部抵抗値ｒｃａｐはキャパシタ劣化判定には用いられないので、誤った劣化判定を未然に防ぐことができる。

なお、上述の実施形態では、コントローラ８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４内の制御部１５とによって、キャパシタ３の劣化判定を行う劣化判定装置が構成されるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、劣化判定装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４内に設けられてもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータ４外部にある複数のコントローラが連携することによって実現されてもよい。

また、上述の実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、降圧回路１１を有するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、昇降圧機能を有する電圧コンバータを備えていてもかまわない。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、発電機と、この発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタとを備えた車両用電源装置において、当該キャパシタの劣化判定を短時間で、かつ、精度良く実行するのに有用である。

１ 回生オルタネータ（発電機）
２ バッテリ
３ キャパシタ
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ 車両電気負荷
７ 遮断リレー
８ コントローラ
１５ 制御部

Claims (4)

1. エンジンにより駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時に運動エネルギーを発電電力に変換する発電機と、前記発電機に接続されて当該発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタと前記車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源装置において、前記キャパシタの劣化判定を行う劣化判定装置であって、
   前記キャパシタが放電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作しているとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示し、
   前記指示の後、前記キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定し、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、前記キャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値を基にして、前記キャパシタの劣化が生じているか否かを判定するものであり、
   前記キャパシタの内部抵抗値の算出に用いた、前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値のうち少なくともいずれか１つが、アイドリングストップ中、アイドリング再始動中、および、アイドリング再始動後から所定期間内のうちのいずれかのものであるとき、当該内部抵抗値を前記キャパシタの劣化判定に利用することを、回避する
   ことを特徴とする車両用電源装置の劣化判定装置。
2. エンジンにより駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時に運動エネルギーを発電電力に変換する発電機と、前記発電機に接続されて当該発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタと前記車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源装置において、前記キャパシタの劣化判定を行う劣化判定装置であって、
   前記キャパシタが放電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作しているとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示し、
   前記指示の後、前記キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定し、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、前記キャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値を基にして、前記キャパシタの劣化が生じているか否かを判定するものであり、
   前記キャパシタの内部抵抗値の算出に用いた、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電流値の差が、所定の下限値よりも小さいとき、当該内部抵抗値を前記キャパシタの劣化判定に利用することを、回避する
   ことを特徴とする車両用電源装置の劣化判定装置。
3. エンジンにより駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時に運動エネルギーを発電電力に変換する発電機と、前記発電機に接続されて当該発電機による発電電力を蓄えるとともに、車両電気負荷に対して電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタと前記車両電気負荷との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両用電源装置において、前記キャパシタの劣化判定を行う劣化判定装置であって、
   前記キャパシタが放電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作しているとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して動作停止を指示し、
   前記指示の後、前記キャパシタの出力電圧に所定の浮き上がり現象が生じたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止したと判定し、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作停止前後における前記キャパシタの出力電圧値および出力電流値を用いて、前記キャパシタの内部抵抗値を算出し、
   日単位で間隔を空けて算出した複数の前記内部抵抗値の平均値と、所定の劣化判定閾値との比較によって、前記キャパシタの劣化が生じているか否かを判定するものであり、
   算出した前記内部抵抗値が、前記所定の劣化判定閾値よりも大きい所定の上限値を超えているとき、当該内部抵抗値を前記キャパシタの劣化判定に利用することを、回避する
   ことを特徴とする車両用電源装置の劣化判定装置。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１項記載の車両用電源装置の劣化判定装置において、
   前記発電機と前記キャパシタとの間に、遮断リレーが設けられており、
   前記劣化判定装置は、
   前記キャパシタの劣化が生じていると判定したとき、当該判定を行った運転中は、前記遮断リレーを閉状態に維持し、次の運転以降、前記遮断リレーを開状態に維持するとともに、アイドリングストップを禁止する
   ことを特徴とする車両用電源装置の劣化判定装置。

Images