WO2018179480A1 - 車両用蓄電装置 - Google Patents

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value
storage device
internal resistance
brake system
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健史 梅田
庸介 三谷
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle power storage device that can be an auxiliary power source for backing up a main power source.
  • an increasing number of automobiles have adopted an electronically controlled brake system that performs vehicle braking by electrical control.
  • the electronic control brake system is supplied with electric power for driving the brake from the battery.
  • an automobile is equipped with an auxiliary power source that supplies power to an electronically controlled brake system in place of a battery in an emergency.
  • Patent Document 1 proposes a power supply backup unit that uses a capacitor unit including a plurality of capacitors as such an auxiliary power supply and can determine the deterioration state of the capacitor unit by itself.
  • the internal resistance value and the internal capacitance value of the capacitor unit are measured when charging the capacitor unit, and the measured internal resistance value is a limit value of the internal resistance value with respect to the measured internal capacitance value. (Hereinafter referred to as “internal resistance limit value”) to determine the deterioration state of the capacitor unit.
  • the internal capacitance value decreases and the internal resistance value increases.
  • the amount of charge that can be charged decreases.
  • the internal resistance limit value (characteristic curve of the internal resistance limit value) is set so as not to fall below the voltage required for the system.
  • the amount of charge and voltage required by the electronically controlled brake system may naturally differ if the configuration of the electronically controlled brake system differs depending on the vehicle model or manufacturer. For this reason, in order to ensure the reliability and safety of the power supply backup unit by securing the required charge amount and voltage, the internal control system that conforms to the electronically controlled brake system for each vehicle type and manufacturer It was necessary to manufacture a dedicated power backup unit with a resistance limit value set. However, in such a case, there is a concern that the productivity of the power supply backup unit is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle power storage device with high productivity while ensuring reliability and safety.
  • the main aspect of the present invention relates to a power storage device for a vehicle connected to an electronically controlled brake system mounted on the vehicle together with a main power source.
  • a power storage device for a vehicle compares a power storage unit capable of supplying stored power to the electronically controlled brake system and an electrical characteristic value related to the power storage unit to determine a deterioration state of the power storage unit.
  • a plurality of different threshold values includes a storage unit that is stored in association with specific information for specifying the electronically controlled brake system to which each threshold value matches, and a control unit.
  • control unit acquires the specific information from the electronically controlled brake system, selects a threshold value associated with the acquired specific information from the plurality of different threshold values, and the electrical characteristic value And the selected threshold value are used to determine a deterioration state of the power storage unit.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a vehicle power storage device, a battery, and an electronically controlled brake system according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a state in which a plurality of deterioration determination tables are stored in the memory of the microcomputer of the vehicle power storage device according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram for describing each deterioration determination table according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a deterioration state determination process according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the voltage of the capacitor unit during charging according to the embodiment.
  • the battery 2 corresponds to the “main power source” recited in the claims.
  • the capacitor unit 110 corresponds to the “power storage unit” recited in the claims.
  • the microcomputer 150 corresponds to a “control unit” recited in the claims.
  • the memory 150a corresponds to the “storage unit” recited in the claims.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a vehicle power storage device 1, a battery 2, and an electronically controlled brake system 3 according to the present embodiment.
  • the power storage device 1 for vehicles is mounted on automobiles such as gasoline cars, hybrid cars, and electric cars.
  • the power storage device 1 for a vehicle is connected between a battery 2 as a main power source and an electronically controlled brake system 3, and assists in supplying power to the electronically controlled brake system 3 when power supply from the battery 2 becomes impossible. Functions as a power source.
  • the output voltage of the battery 2 can be 12V, for example.
  • the battery 2 is connected to the power input terminal 101 of the vehicle power storage device 1.
  • the battery 2 supplies power to the vehicle power storage device 1 through the power input terminal 101.
  • the battery 2 is connected to the electronic control unit 310 of the electronic control brake system 3 and supplies power to the electronic control unit 310.
  • the electronic control brake system 3 includes an electronic control unit 310, a brake pedal 320, and a brake 330.
  • the electronic control unit 310 includes a control circuit such as a CPU, a drive circuit for driving the brake 330, and the like.
  • a brake signal is output from the brake pedal 320 to the electronic control unit 310.
  • the electronic control unit 310 controls the brake 330, and the brake 330 brakes the tires of the automobile.
  • the brake 330 can be provided on all four tires of an automobile, for example.
  • the electronic control unit 310 includes a memory 310a.
  • An identification ID is stored in the memory 310a.
  • the identification ID is specific information for specifying the electronically controlled brake system 3, and is used for determining a deterioration state of the capacitor unit 110 described later.
  • the electronic control unit 310 includes a wakeup switch 311.
  • the wake-up switch 311 is turned on / off in conjunction with the operation of an ignition key (not shown) (a key used when starting the engine). When the wakeup switch 311 is turned on, an activation signal for activating the vehicle power storage device 1 is output to the microcomputer 150 of the vehicle power storage device 1 through the activation signal input terminal 102.
  • Vehicle power storage device 1 includes a capacitor unit 110, a charging circuit 120, a discharging circuit 130, a voltage detecting circuit 140, and a microcomputer 150.
  • the capacitor unit 110 includes a plurality of capacitors 111 connected in series.
  • Capacitor 111 is desirably capable of rapid charging / discharging, and for example, an electric double layer capacitor is used as capacitor 111. Note that the plurality of capacitors may be connected in parallel.
  • the capacitor unit 110 is connected to the output terminal 103 via a switching element 160 made of an FET (field-effect transistor) or the like.
  • the output terminal 103 is connected to the electronic control unit 310.
  • the charging circuit 120 is connected to the power input terminal 101 and charges the capacitor unit 110 with the power supplied from the battery 2.
  • Charging circuit 120 includes a constant current control circuit (not shown) to bring the voltage rise of capacitor unit 110 close to a constant level.
  • the discharge circuit 130 discharges from the capacitor unit 110.
  • the voltage detection circuit 140 detects the voltage output from the battery 2. Further, when the capacitor unit 110 is charged, the voltage charged in the capacitor unit 110 is detected. The detected voltage is output to the microcomputer 150. Further, the voltage detection circuit 140 turns the switching element 160 on and off based on the detected output voltage of the battery 2. When the output voltage of the battery 2 is a normal value, the switching element 160 is turned off. When the output voltage of the battery 2 becomes an abnormal value, the switching element 160 is turned on.
  • the microcomputer 150 controls the operation of the charging circuit 120 and the discharging circuit 130. In addition, the microcomputer 150 executes a deterioration state determination process for self-determination of the deterioration state of the capacitor unit 110. The deterioration state determination process of the capacitor unit 110 will be described in detail later.
  • the microcomputer 150 transmits and receives various signals to and from the electronic control unit 310 via the signal input terminal 104 and the signal output terminal 105. Further, a temperature sensor 170 is connected to the microcomputer 150. The temperature sensor 170 detects the temperature of the capacitor unit 110 and outputs a temperature signal based on the detected temperature to the microcomputer 150. Furthermore, power is supplied to the microcomputer 150 from the power supply circuit 180.
  • the wakeup switch 311 When the ignition key is turned on to start the engine of the automobile, the wakeup switch 311 is turned on, and the vehicle power storage device 1 is activated by an activation signal from the wakeup switch 311 to the microcomputer 150.
  • the vehicle power storage device 1 and the electronic control unit 310 are supplied with the output voltage (for example, 12 V) of the battery 2.
  • a charge permission signal for permitting charging is output from the electronic control unit 310, and a charge permission signal is input to the microcomputer 150 via the signal input terminal 104.
  • the microcomputer 150 operates the charging circuit 120 to charge the capacitor unit 110 with charges.
  • Vc for example, 12 V
  • the microcomputer 150 stops the operation of the charging circuit 120. It is also possible to adopt a configuration in which the charging circuit 120 automatically suppresses the charging current when the control signal for stopping the operation of the charging circuit 120 is not output from the microcomputer 150 and the full charging voltage Vc is reached.
  • the electronic control unit 310 detects the output voltage of the battery 2 with an internal voltage detection circuit (not shown), and the output voltage of the battery 2 is equal to or higher than a reference value (for example, 9.5 V). Since the battery 2 is normal, the power supply from the battery 2 to the electronic control unit 310 is continued.
  • a reference value for example, 9.5 V
  • the electronic control brake system 3 operates normally in response to the power supply from the battery 2, and the brake 330 is operated based on the operation of the brake pedal 320, so that the tire is properly braked.
  • the wake-up switch 311 is turned off.
  • the power supply from the battery 2 to the vehicle power storage device 1 and the electronic control unit 310 is stopped.
  • the microcomputer 150 operates the discharge circuit 130 to discharge the charge from the capacitor unit 110.
  • the electronic control unit 310 determines that the output voltage of the battery 2 is abnormal.
  • the power supply from the battery 2 to the electronic control unit 310 is cut off by a switching operation of a power supply switching circuit (not shown) built in the electronic control unit 310.
  • the voltage detection circuit 140 turns on the switching element 160 when the detected output voltage becomes less than the reference value. Thereby, the electric charge charged in the capacitor unit 110, that is, the electric power by the capacitor unit 110 is supplied to the electronic control unit 310 via the output terminal 103.
  • an abnormal signal is output from the electronic control unit 310, and in the car, the monitor 2 indicates that the battery 2 is abnormal, or the abnormality of the battery 2 is notified by voice. Or the driver is immediately prompted to stop the car. As a result, the driver performs a braking operation. At this time, electric power is supplied from the vehicle power storage device 1 instead of the battery 2, the electronically controlled brake system 3 operates normally, the brake 330 operates based on the operation of the brake pedal 320, and the tires are appropriate. Will be braked. Thereby, the automobile is safely stopped.
  • the vehicle power storage device 1 of the present embodiment has a function of self-determining the deterioration state (abnormal state) of the capacitor unit 110. This deterioration state self-determination function will be described in detail below.
  • FIG. 2A is a diagram showing a state in which a plurality of deterioration determination tables TB1 are stored in the memory 150a of the microcomputer 150 of the vehicle power storage device 1 according to the present embodiment
  • FIG. FIG. 10 is a diagram for describing each deterioration determination table TB1 according to the present embodiment.
  • a plurality of deterioration determination tables TB1 specify the electronically controlled brake system 3 to which each deterioration determination table TB1 is compatible in the memory 150a of the microcomputer 150. Is stored in association with an identification ID for the purpose.
  • the internal resistance value and the internal capacitance value which are the electrical characteristic values of the capacitor unit 110, are obtained by the microcomputer 150, and the obtained internal resistance value is the value of the internal resistance value with respect to the obtained internal capacitance value.
  • the deterioration state of the capacitor unit 110 is determined.
  • the degradation determination table TB1 includes two types of internal resistance limit values indicated by the characteristic curve in FIG. 2B according to the temperature of the capacitor unit 110 (for example, the internal resistance limit when the temperature is less than ⁇ 10 ° C.). Value and internal resistance limit value above -10 ° C).
  • the internal capacitance value decreases and the internal resistance value increases.
  • the amount of charge that can be charged decreases.
  • the internal resistance value increases, the voltage drop amount of the capacitor unit 110 when the same amount of current flows from the vehicle power storage device 1 increases. Therefore, in the power storage device 1 for a vehicle, even if the amount of charge of the capacitor unit 110 decreases, it does not fall below the amount of charge required by the electronically controlled brake system 3, and it drops even if the amount of voltage drop of the capacitor unit 110 increases.
  • the internal resistance limit value (characteristic curve of the internal resistance limit value) is set so that the voltage does not fall below the voltage required for the electronically controlled brake system 3.
  • the configuration of the electronically controlled brake system 3 differs depending on the type of vehicle and the manufacturer, the charge amount and voltage required by the electronically controlled brake system 3 also differ. Therefore, in this embodiment, the internal resistance limit value suitable for the electronically controlled brake system 3 is set for each vehicle type or manufacturer of the automobile, and the deterioration determination table TB1 is held by the corresponding electronically controlled brake system 3. And stored in the memory 150a of the microcomputer 150 in association with the identification ID to be performed.
  • the microcomputer 150 executes the deterioration state determination process in order to realize a self-determination function of the deterioration state.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a deterioration state determination process according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the voltage of the capacitor unit 110 during charging according to the present embodiment.
  • the microcomputer 150 acquires an identification ID held by the electronic control unit 310 from the electronic control unit 310 (S101). At this time, a signal that can be substantially a request signal such as a request signal for requesting transmission of the identification ID and a signal indicating that the start of the vehicle power storage device 1 is completed is transmitted from the microcomputer 150 to the electronic control unit 310, Based on this, the identification ID may be transmitted from the electronic control unit 310. Alternatively, the identification ID may be transmitted from the electronic control unit 310 based on the start of power supply from the battery 2 to the electronic control unit 310 without transmitting such a request signal or the like.
  • the microcomputer 150 selects the deterioration determination table TB1 corresponding to the identification ID from the plurality of deterioration determination tables TB1 stored in the memory 150a (S102). Thereby, the internal resistance limit value suitable for the electronically controlled brake system 3 to which the vehicle power storage device 1 is connected is selected.
  • the microcomputer 150 charges the capacitor unit 110 with electric charges (S103). At the time of charging, the microcomputer 150 obtains the internal resistance value and the internal capacitance value of the capacitor unit 110 (S104).
  • the microcomputer 150 detects the voltage charged in the capacitor unit 110 from the start of charging by the voltage detection circuit 140. As shown in FIG. 4, the microcomputer 150 interrupts the charging for a predetermined time (for example, 80 ms) during the charging. When charging is interrupted, the voltage detected by the voltage detection circuit 140 drops by a voltage corresponding to the internal resistance value of the capacitor unit 110. The microcomputer 150 obtains the drop voltage value at this time, and obtains the internal resistance value from the drop voltage value and the current value flowing during charging (a constant current value by the constant current control circuit).
  • a predetermined time for example, 80 ms
  • the microcomputer 150 obtains a voltage change rate per unit time during charging, and obtains an internal capacitance value from the voltage change rate and a current value flowing during charging. At this time, charging is performed with a constant current, but the voltage change rate is not always constant due to the nonlinearity of the capacitor 111. Therefore, the microcomputer 150 may obtain a voltage change rate by repeating a plurality of times, and obtain an internal capacitance value from an average value of the voltage change rates.
  • the microcomputer 150 uses the obtained internal resistance value and internal capacitance value and the deterioration determination table TB1 selected in the process of S102 to determine the deterioration state of the capacitor unit 110. Is determined (S105). That is, the microcomputer 150 measures the temperature of the capacitor unit 110 with the temperature sensor 170, and selects an internal resistance limit value corresponding to the measured temperature from the two types of internal resistance limit values in the deterioration determination table TB1. Then, the microcomputer 150 uses the selected internal resistance limit value to determine an internal resistance limit value for the determined internal capacitance value, compares the internal resistance limit value with the determined internal resistance value, and sets the capacitor unit 110. Determining the deterioration state.
  • the capacitor unit 110 When the internal resistance value does not exceed the internal resistance limit value, the capacitor unit 110 is normal and the charge amount and voltage required by the electronically controlled brake system 3 can be secured. On the other hand, when the internal resistance value exceeds the internal resistance limit value, the capacitor unit 110 is abnormal, and the charge amount and voltage required by the electronic control brake system 3 cannot be secured.
  • the microcomputer 150 ends the deterioration state determination process as it is.
  • the microcomputer 150 outputs an abnormality signal to notify the electronic control unit 310 of the abnormality (S107). Based on this, in the vehicle, the monitor indicates that the vehicle power storage device 1 is abnormal, or the abnormality of the vehicle power storage device 1 is notified by voice. Accordingly, the driver can grasp that an abnormality has occurred in the vehicle power storage device 1.
  • the microcomputer 150 ends the deterioration state determination process.
  • the microcomputer 150 is provided with a memory that can hold information such as an identification ID even when power is not supplied to the microcomputer 150, for example, a nonvolatile memory.
  • the deterioration state determination process becomes complicated, and when an error occurs in information such as the recorded identification ID, the deterioration state determination process may not be performed properly. Therefore, as in the present embodiment, it is desirable that the ID is acquired and the deterioration determination table TB1 is selected every time the deterioration state determination process is executed.
  • a deterioration determining table TB1 suitable for the electronically controlled brake system 3 is selected from a plurality of deterioration determining tables TB1 (internal resistance limit values). It is possible to determine the appropriate deterioration state of the capacitor unit 110 with respect to the electronically controlled brake system 3. Thereby, it is not necessary to manufacture a dedicated vehicle power storage device 1 for each different electronically controlled brake system 3, and the productivity of the vehicle power storage device 1 is improved.
  • the degradation is different from the configuration in which information such as the identification ID is recorded.
  • the state determination process is simplified, and there is no need to worry that the deterioration state determination process cannot be performed properly due to an error in information such as an identification ID.
  • the microcomputer 150 of the vehicle power storage device 1 and the electronic control unit 310 of the electronically controlled brake system 3 may communicate with each other by a communication method that allows communication between the master and a plurality of slaves. it can.
  • a communication method that allows communication between the master and a plurality of slaves. it can.
  • an ID for identifying a slave that is a receiver of the communication data is added to the communication data from the master as header information.
  • the electronic control unit 310 When communication is performed using this communication method, the electronic control unit 310 is set as a master and the microcomputer 150 is set as a slave. In the configuration of the above embodiment, since the slave is only the microcomputer 150, it is not necessary to specify the slave by the ID. Therefore, this ID can be used as an identification ID. That is, on the electronic control unit 310 side, different IDs are added to the communication data (for example, to the charging permission signal) from the electronic control unit 310 for each different electronic control brake system 3, and each ID is assigned to the microcomputer 150 side.
  • the deterioration determination table TB1 is stored in the memory 150a in association with.
  • the microcomputer 150 reads the communication data from the electronic control unit 310, for example, the ID added to the first communication data after power is supplied to the electronic control unit 310, thereby determining the deterioration associated with the ID.
  • the table TB1 can be selected.
  • the deterioration state of the capacitor unit 110 is determined by comparing the obtained internal resistance value with the internal resistance limit value serving as the threshold value.
  • a configuration in which the deterioration state of the capacitor unit 110 is determined by comparing the obtained internal capacitance value with a predetermined threshold value may be employed.
  • the vehicle power storage device 1 is provided with the capacitor unit 110 including the plurality of capacitors 111 as a power storage unit.
  • the power storage device including the power storage elements other than the capacitor 111 may be provided in the vehicle power storage device 1.
  • the electrical characteristic value related to the power storage element is obtained and compared with a predetermined threshold value, so that the deterioration state of the power storage unit is determined.
  • the deterioration determination table TB1 is selected before the internal resistance value and the internal capacitance value are obtained. However, after the internal resistance value and the internal capacitance value are obtained, the deterioration determination table TB1 is selected. May be selected. That is, for example, in the deterioration state determination process of FIG. 3, the order of the processes of S101 and S102 and the processes of S103 and S104 may be switched.
  • the internal resistance value and the internal capacitance value were measured when the capacitor unit 110 was charged.
  • the internal resistance value and the internal capacitance value may be measured when discharging from the capacitor unit 110.
  • the internal resistance value and the internal capacitance value are obtained at the time of discharging performed when the engine is stopped, and the deterioration state is determined. At this time, the deterioration state determination process is started based on the engine stop. If there is an abnormality as a result of the determination, the electronic control unit 310 cannot be immediately notified. Therefore, the result of the abnormality is stored in a nonvolatile memory or the like, and the electronic control unit 310 is activated at the next startup of the vehicle power storage device 1.
  • the full charge voltage Vc of the capacitor unit 110 may be set higher than usual, and when the charging is completed, the capacitor unit 110 may be slightly discharged, and the internal resistance value and the internal capacitance value may be obtained during this discharge.
  • the deterioration state determination process is started based on the engine start. The voltage drop due to the discharge at this time is set to such an extent that does not affect the power supply to the electronically controlled brake system 3.
  • the deterioration determination table TB1 has two types of internal resistance limit values according to the temperature. However, depending on the temperature characteristics of the capacitor 111, the deterioration determination table TB1 has three or more temperature zones. Each may have an internal resistance limit value. Alternatively, a plurality of internal resistance limit values corresponding to the temperature may not be prepared, and the deterioration determination table TB1 may have one internal resistance limit value.
  • the present invention is useful for a power storage device for vehicles used in vehicles such as automobiles.

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Abstract

本開示は、信頼性や安全性を確保しつつ、生産性の高い車両用蓄電装置に関する。車両用蓄電装置は、蓄電された電力を電子制御ブレーキシステムに供給可能なキャパシタユニットと、キャパシタユニットの劣化状態を判定するためにキャパシタユニットに係る電気的特性値(内部抵抗値)と比較される複数の異なる閾値(内部抵抗限界値)が、各閾値が適合する電子制御ブレーキシステムを特定するための特定情報である識別IDに対応付けられて記憶されるメモリと、マイクロコンピュータと、を備える。ここで、マイクロコンピュータは、電子制御ブレーキシステムから識別IDを取得し、複数の異なる閾値の中から、取得した識別IDに対応付けられた閾値を選択し、電気的特性値と選択した閾値とを用いてキャパシタユニットの劣化状態を判定する。

Description

車両用蓄電装置
 本発明は、主電源をバックアップする補助電源となり得る車両用蓄電装置に関する。
 近年、車両の制動を電気的な制御により行う電子制御ブレーキシステムが採用された自動車が増加している。電子制御ブレーキシステムには、バッテリーからブレーキを駆動するための電力が供給される。この場合、何らかの原因によりバッテリーから電力の供給が行えなくなると電気的な制御が行えなくなる。そこで、自動車には、非常時にバッテリーに替わって電子制御ブレーキシステムへ電力を供給する補助電源が搭載される。
 このような補助電源よって非常時に確実に電力の供給を行えるようにするためには、経年変化等による補助電源の劣化状態を把握できることが重要となる。そこで、このような補助電源として、複数のキャパシタからなるキャパシタユニットが使用されるとともに、このキャパシタユニットの劣化状態を自身で判定できる電源バックアップユニットが、たとえば、特許文献1により提案されている。
 特許文献1の電源バックアップユニットでは、キャパシタユニットへの充電時にキャパシタユニットの内部抵抗値と内部容量値が測定され、測定された内部抵抗値が、測定された内部容量値に対する内部抵抗値の限界値(以下、「内部抵抗限界値」と称する)と比較されることにより、キャパシタユニットの劣化状態が判定される。
特開2005-28908号公報
 経年変化等によりキャパシタユニットが劣化すると、内部容量値は減少し、内部抵抗値は増加する。内部容量値が減少すると、充電できる電荷量が減少する。内部抵抗値が増加すると、電源バックアップユニットから同量の電流が流されたときのキャパシタユニットの電圧降下量が増加する。よって、電源バックアップユニットでは、キャパシタユニットの電荷量が減少しても、電子制御ブレーキシステムが要求する電荷量を下回らず、キャパシタユニットの電圧降下量が増加しても、降下した電圧が電子制御ブレーキシステムに要求される電圧を下回らないように、内部抵抗限界値(内部抵抗限界値の特性カーブ)が設定される。
 しかしながら、電子制御ブレーキシステムが要求する電荷量および電圧は、自動車の車種やメーカによって電子制御ブレーキシステムの構成などが異なれば、おのずと異なり得る。このため、従来、要求される電荷量および電圧を確保することで電源バックアップユニットの信頼性や安全性を確保するためには、自動車の車種やメーカごとに、その電子制御ブレーキシステムに適合する内部抵抗限界値が設定された、専用の電源バックアップユニットを製造する必要があった。しかしながら、こうした場合、電源バックアップユニットの生産性の低下が懸念される。
 かかる課題に鑑み、本発明は、信頼性や安全性を確保しつつ、生産性の高い車両用蓄電装置を提供することを目的とする。
 本発明の主たる態様は、車両に搭載された電子制御ブレーキシステムに主電源とともに接続される車両用蓄電装置に関する。本態様に係る車両用蓄電装置は、蓄電された電力を前記電子制御ブレーキシステムに供給可能な蓄電部と、前記蓄電部の劣化状態を判定するために前記蓄電部に係る電気的特性値と比較される複数の異なる閾値が、各閾値が適合する前記電子制御ブレーキシステムを特定するための特定情報に対応付けられて記憶される記憶部と、制御部と、を備える。ここで、前記制御部は、前記電子制御ブレーキシステムから前記特定情報を取得し、前記複数の異なる閾値の中から、取得した前記特定情報に対応付けられた閾値を選択し、前記電気的特性値と前記選択した閾値とを用いて前記蓄電部の劣化状態を判定する。
 本発明によれば、信頼性や安全性を確保しつつ、生産性の高い車両用蓄電装置を提供できる。
 本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図1は、実施の形態に係る、車両用蓄電装置、バッテリーおよび電子制御ブレーキシステムの構成を示す回路ブロック図である。 図2(a)は、実施の形態に係る、車両用蓄電装置のマイクロコンピュータのメモリに複数の劣化判定テーブルが記憶された状態を示す図である。 図2(b)は、実施の形態に係る、各劣化判定テーブルについて説明するための図である。 図3は、実施の形態に係る、劣化状態判定処理を示すフローチャートである。 図4は、実施の形態に係る、充電時のキャパシタユニットの電圧を示す図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
 本実施の形態において、バッテリー2が、請求の範囲に記載の「主電源」に対応する。また、キャパシタユニット110が、請求の範囲に記載の「蓄電部」に対応する。さらに、マイクロコンピュータ150が、請求の範囲に記載の「制御部」に対応する。さらに、メモリ150aが、請求の範囲に記載の「記憶部」に対応する。
 ただし、上記記載は、あくまで、請求の範囲の構成と実施形態の構成とを対応付けることを目的とするものであって、上記対応付けによって請求の範囲に記載の発明が実施形態の構成に何ら限定されるものではない。
 図1は、本実施の形態に係る、車両用蓄電装置1、バッテリー2および電子制御ブレーキシステム3の構成を示す回路ブロック図である。
 車両用蓄電装置1は、ガソリン車、ハイブリッド車、電気自動車等の自動車に搭載される。車両用蓄電装置1は、主電源であるバッテリー2と電子制御ブレーキシステム3との間に接続され、バッテリー2からの電力供給が不能となったときに電子制御ブレーキシステム3に電力を供給する補助電源として機能する。
 バッテリー2の出力電圧は、たとえば、12Vとされ得る。バッテリー2は、車両用蓄電装置1の電力入力端子101に接続される。バッテリー2は、電力入力端子101を通じて車両用蓄電装置1に電力を供給する。また、バッテリー2は、電子制御ブレーキシステム3の電子制御部310に接続され、電子制御部310に電力を供給する。
 電子制御ブレーキシステム3は、電子制御部310と、ブレーキペダル320と、ブレーキ330とを含む。電子制御部310は、CPU等の制御回路、ブレーキ330を駆動するための駆動回路などを含む。ブレーキペダル320が踏まれると、ブレーキペダル320から電子制御部310へブレーキ信号が出力される。ブレーキ信号に基づいて、電子制御部310がブレーキ330を制御し、ブレーキ330が自動車のタイヤを制動する。なお、ブレーキ330は、たとえば、自動車の4つのタイヤ全てに設けることができる。
 電子制御部310は、メモリ310aを含み。このメモリ310a内に、識別IDが記憶されている。識別IDは、電子制御ブレーキシステム3を特定するための特定情報であり、後述するキャパシタユニット110の劣化状態の判定に用いられる。また、電子制御部310は、ウェイクアップスイッチ311を含む。ウェイクアップスイッチ311は、図示しないイグニッションキー(エンジンを始動させるときに使用されるキー)の動作に連動してオン、オフする。ウェイクアップスイッチ311がオンすると、車両用蓄電装置1を起動させるための起動信号が、起動信号入力端子102を通じて車両用蓄電装置1のマイクロコンピュータ150に出力される。
 車両用蓄電装置1は、キャパシタユニット110と、充電回路120と、放電回路130と、電圧検出回路140と、マイクロコンピュータ150とを含む。
 キャパシタユニット110は、直列接続された複数のキャパシタ111を含む。キャパシタ111は、急速充放電が可能であることが望ましく、キャパシタ111として、たとえば、電気二重層キャパシタが用いられる。なお、複数のキャパシタは並列接続される場合もある。
 キャパシタユニット110は、FET(field-effect transistor)等からなるスイッチング素子160を介して出力端子103に接続される。出力端子103は、電子制御部310に接続される。
 充電回路120は、電力入力端子101に接続され、バッテリー2から供給された電力によりキャパシタユニット110へ充電を行う。充電回路120には、キャパシタユニット110の電圧上昇を一定に近づけるため、定電流制御回路(図示せず)が含まれる。放電回路130は、キャパシタユニット110から放電を行う。
 電圧検出回路140は、バッテリー2から出力された電圧を検出する。また、キャパシタユニット110の充電時には、キャパシタユニット110に充電されている電圧を検出する。検出された電圧は、マイクロコンピュータ150に出力される。また、電圧検出回路140は、検出したバッテリー2の出力電圧に基づいてスイッチング素子160をオン、オフする。バッテリー2の出力電圧が正常な値であるときは、スイッチング素子160がオフ状態とされ、バッテリー2の出力電圧が異常な値になると、スイッチング素子160がオン状態とされる。
 マイクロコンピュータ150(以下、「マイコン150」と略する)は、充電回路120および放電回路130の動作を制御する。また、マイコン150は、キャパシタユニット110の劣化状態を自己判定するための劣化状態判定処理を実行する。キャパシタユニット110の劣化状態判定処理については、追って詳細に説明される。
 マイコン150は、信号入力端子104および信号出力端子105を介して電子制御部310との間で各種の信号の送受信を行う。また、マイコン150には、温度センサ170が接続されている。温度センサ170は、キャパシタユニット110の温度を検出し、検出した温度に基づく温度信号をマイコン150へ出力する。さらに、マイコン150には、電源回路180から電力が供給される。
 次に、車両用蓄電装置1および電子制御ブレーキシステム3の動作について説明する。
 自動車のエンジンを始動させるためにイグニションキーがオン操作されると、ウェイクアップスイッチ311がオンし、ウェイクアップスイッチ311からマイコン150への起動信号により車両用蓄電装置1が起動する。車両用蓄電装置1および電子制御部310には、バッテリー2の出力電圧(たとえば、12V)が供給される。電子制御部310から充電を許可する充電許可信号が出力され、信号入力端子104を介して充電許可信号がマイコン150に入力される。マイコン150は、充電回路120を動作させ、キャパシタユニット110に電荷を充電させる。キャパシタユニット110が満充電電圧Vc(たとえば、12V)となって充電が完了すると、マイコン150は、充電回路120の動作を停止させる。なお、マイコン150から充電回路120の動作を停止させる制御信号が出力されず、満充電電圧Vcになったときに、充電回路120が自動で充電電流を抑制するような構成を採ることもできる。
 一方、電子制御部310は、内部の電圧検出回路(図示せず)でバッテリー2の出力電圧を検出しており、バッテリー2の出力電圧が、基準値(たとえば、9.5V)以上である場合、バッテリー2が正常であるため、バッテリー2から電子制御部310への電力供給を継続させる。
 バッテリー2からの電力供給を受けて電子制御ブレーキシステム3は正常に動作し、ブレーキペダル320が作動したことに基づいてブレーキ330が作動し、タイヤが適正に制動される。
 その後、自動車のエンジンが止められ、イグニションキーがオフ操作されると、ウェイクアップスイッチ311がオフする。バッテリー2からの車両用蓄電装置1および電子制御部310への電力供給が停止する。この際、マイコン150は、放電回路130を動作させ、キャパシタユニット110から電荷を放電させる。
 次に、故障等によりバッテリー2からの電力供給が不能となった場合の車両用蓄電装置1および電子制御ブレーキシステム3の動作について説明する。
 バッテリー2に異常等が生じて出力電圧が低下し、出力電圧が基準値未満になると、電子制御部310は、バッテリー2の出力電圧が異常であると判定する。電子制御部310に内蔵の電源切替回路(図示せず)のスイッチング動作により、バッテリー2から電子制御部310への電力供給が遮断される。一方、電圧検出回路140は、検出された出力電圧が基準値未満になると、スイッチング素子160をオンさせる。これにより、キャパシタユニット110に充電されていた電荷、即ちキャパシタユニット110による電力が出力端子103を介して電子制御部310に供給される。
 バッテリー2が異常になったことが判明すると、電子制御部310から異常信号が出力され、自動車の車内では、モニターにバッテリー2が異常であることが表示されたり、バッテリー2の異常が音声で報知されたりし、ドライバーに直ちに自動車を停止するように促がされる。これにより、ドライバーがブレーキング動作を行う。このとき、バッテリー2に替わって車両用蓄電装置1から電力の供給を受け、電子制御ブレーキシステム3は正常に動作し、ブレーキペダル320が作動したことに基づいてブレーキ330が作動し、タイヤが適正に制動される。これにより、自動車は安全に停止される。
 さて、本実施の形態の車両用蓄電装置1は、キャパシタユニット110の劣化状態(異常状態)を自己判定する機能を備えている。この劣化状態の自己判定機能について、以下、詳細に説明する。
 図2(a)は、本実施の形態に係る、車両用蓄電装置1のマイクロコンピュータ150のメモリ150aに複数の劣化判定テーブルTB1が記憶された状態を示す図であり、図2(b)は、本実施の形態に係る、各劣化判定テーブルTB1について説明するための図である。
 図2(a)に示すように、車両用蓄電装置1では、マイクロコンピュータ150のメモリ150a内に、複数の劣化判定テーブルTB1が、各劣化判定テーブルTB1が適合する電子制御ブレーキシステム3を特定するための識別IDに対応付けられて記憶されている。
 本実施の形態では、キャパシタユニット110の電気的特性値である内部抵抗値と内部容量値とがマイコン150によって求められ、求められた内部抵抗値が、求められた内部容量値に対する内部抵抗値の限界値(以下、「内部抵抗限界値」と称する)と比較されることにより、キャパシタユニット110の劣化状態が判定される。
 このため、劣化判定テーブルTB1には、図2(b)の特性カーブで示される内部抵抗限界値が、キャパシタユニット110の温度に応じて2種類(たとえば、-10℃未満のときの内部抵抗限界値および-10℃以上のときの内部抵抗限界値)記録されている。
 経年変化等によりキャパシタユニット110が劣化すると、内部容量値は減少し、内部抵抗値は増加する。内部容量値が減少すると、充電できる電荷量が減少する。内部抵抗値が増加すると、車両用蓄電装置1から同量の電流が流されたときのキャパシタユニット110の電圧降下量が増加する。よって、車両用蓄電装置1では、キャパシタユニット110の電荷量が減少しても、電子制御ブレーキシステム3が要求する電荷量を下回らず、キャパシタユニット110の電圧降下量が増加しても、降下した電圧が電子制御ブレーキシステム3に要求される電圧を下回らないように、内部抵抗限界値(内部抵抗限界値の特性カーブ)が設定される。
 自動車の車種やメーカによって電子制御ブレーキシステム3の構成などが異なると、電子制御ブレーキシステム3が要求する電荷量および電圧も異なってくる。よって、本実施の形態では、自動車の車種やメーカごとに、その電子制御ブレーキシステム3に適合する内部抵抗限界値が設定され、それらの劣化判定テーブルTB1が、対応する電子制御ブレーキシステム3が保有する識別IDに対応付けられてマイコン150のメモリ150aに記憶される。
 本実施の形態の車両用蓄電装置1では、劣化状態の自己判定機能を実現するため、劣化状態判定処理が、マイコン150により実行される。
 図3は、本実施の形態に係る、劣化状態判定処理を示すフローチャートである。図4は、本実施の形態に係る、充電時のキャパシタユニット110の電圧を示す図である。
 ウェイクアップスイッチ311がオンし、車両用蓄電装置1にバッテリー2から電力が供給されると、劣化状態判定処理が開始される。
 まず、マイコン150は、電子制御部310から、その電子制御部310が保有する識別IDを取得する(S101)。この際、識別IDの送信を要求する要求信号や車両用蓄電装置1の起動が完了したことを示す信号など実質的に要求信号となり得るような信号がマイコン150から電子制御部310へ送信され、これに基づいて電子制御部310から識別IDが送信されてもよい。あるいは、このような要求信号等が送信されることなく、バッテリー2から電子制御部310へ電力の供給が開始されたことに基づいて、電子制御部310から識別IDが送信されてもよい。
 次に、マイコン150は、メモリ150aに記憶された複数の劣化判定テーブルTB1の中から識別IDに対応する劣化判定テーブルTB1を選択する(S102)。これにより、車両用蓄電装置1が接続された電子制御ブレーキシステム3に適合する内部抵抗限界値が選択されることになる。
 次に、マイコン150は、キャパシタユニット110に電荷を充電させる(S103)。そして、この充電時に、マイコン150は、キャパシタユニット110の内部抵抗値と内部容量値とを求める(S104)。
 即ち、マイコン150は、充電開始時からキャパシタユニット110に充電されている電圧を電圧検出回路140により検出する。図4に示すように、マイコン150は、充電の途中で所定時間(たとえば、80ms)の間、充電を中断する。充電が中断されると、電圧検出回路140で検出される電圧は、キャパシタユニット110の内部抵抗値による電圧分だけ降下する。マイコン150は、このときの降下電圧値を求め、この降下電圧値と充電時に流れる電流値(定電流制御回路による一定電流値)とから内部抵抗値を求める。
 また、マイコン150は、充電時の単位時間当たりの電圧変化率を求め、この電圧変化率と充電時に流れる電流値とから内部容量値を求める。このとき、充電は定電流により行われているが、キャパシタ111の非線形性により、電圧変化率は常に一定とはならない。よって、マイコン150は、複数回繰り返して電圧変化率を求め、それら電圧変化率の平均値から内部容量値を求めるとよい。
 こうして、内部抵抗値および内部容量値が求められると、マイコン150は、求めた内部抵抗値および内部容量値と、S102の処理で選択した劣化判定テーブルTB1とを用いて、キャパシタユニット110の劣化状態を判定する(S105)。即ち、マイコン150は、温度センサ170によりキャパシタユニット110の温度を測定し、劣化判定テーブルTB1の2種類の内部抵抗限界値の中から、測定温度に応じた内部抵抗限界値を選択する。そして、マイコン150は、選択した内部抵抗限界値を使用して、求めた内部容量値に対する内部抵抗限界値を求め、この内部抵抗限界値と、求めた内部抵抗値とを比較し、キャパシタユニット110の劣化状態を判定する。
 内部抵抗値が内部抵抗限界値を超えない場合、キャパシタユニット110は正常であり、電子制御ブレーキシステム3が要求する電荷量および電圧を確保できる。一方、内部抵抗値が内部抵抗限界値を超える場合、キャパシタユニット110は異常であり、電子制御ブレーキシステム3が要求する電荷量および電圧を確保できない。
 マイコン150は、キャパシタユニット110が正常である場合(S106:NO)、そのまま劣化状態判定処理を終了する。一方、マイコン150は、キャパシタユニット110が異常である場合(S106:YES)、異常信号を出力することにより、電子制御部310へ異常を報知する(S107)。これに基づいて、自動車の車内では、モニターに車両用蓄電装置1が異常であることが表示されたり、車両用蓄電装置1の異常が音声で報知されたりする。これにより、ドライバーは、車両用蓄電装置1に異常が発生していることを把握できる。電子制御部310へ異常を報知すると、マイコン150は、劣化状態判定処理を終了する。
 なお、一度、識別IDに基づいて劣化判定テーブルTB1が選択されると、そのときの識別IDや選択された劣化判定テーブルTB1が何れの劣化判定テーブルTB1あるのかを示す情報が記録され、次回からは、S101やS102の処理を行なわない構成とされてもよい。この場合、マイコン150には、マイコン150に電力が供給されなくなっても識別ID等の情報が保持できるメモリ、たとえば不揮発性メモリが備えられる。
 但し、このような構成とされた場合、劣化状態判定処理が複雑になるとともに、記録された識別ID等の情報にエラーが生じた場合、劣化状態判定処理が適正に行えないことが起こり得る。よって、本実施の形態のように、劣化状態判定処理が実行される度に、識別IDが取得され、劣化判定テーブルTB1の選択が行われる構成とされることが望ましい。
 <実施の形態の効果>
 以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
 電子制御ブレーキシステム3から取得した識別IDに基づいて、複数の劣化判定テーブルTB1(内部抵抗限界値)の中からその電子制御ブレーキシステム3に適合する劣化判定テーブルTB1が選択されるので、異なる複数の電子制御ブレーキシステム3について適正なキャパシタユニット110の劣化状態の判定を行うことができる。これにより、異なる電子制御ブレーキシステム3ごとに専用の車両用蓄電装置1を製造せずに済み、車両用蓄電装置1の生産性が向上する。
 また、劣化状態判定処理が実行される度に、識別IDが取得され、劣化判定テーブルTB1の選択が行われる構成とされているので、識別ID等の情報が記録される構成と違って、劣化状態判定処理が簡素になり、また、識別ID等の情報にエラーが生じることにより劣化状態判定処理が適正に行えなくなる、ということを懸念せずに済む。
 以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施の形態の他に、種々の変更が可能である。
 たとえば、上記実施の形態において、車両用蓄電装置1のマイコン150と電子制御ブレーキシステム3の電子制御部310とが、マスターと複数のスレーブとの間で通信可能な通信方式により通信を行うことができる。この通信方式では、マスターからの通信データに、その通信データの受け手となるスレーブを特定するためのIDがヘッダー情報として付加される。
 この通信方式で通信が行われる場合、電子制御部310がマスターとされ、マイコン150がスレーブとされる。上記実施の形態の構成では、スレーブはマイコン150だけであるので、IDによるスレーブの特定は必要ない。そこで、このIDを識別IDとして用いることができる。即ち、電子制御部310側では、異なる電子制御ブレーキシステム3毎に、電子制御部310からの通信データ(たとえば、充電許可信号に)に異なるIDが付加されるとともに、マイコン150側では、各IDに対応付けて劣化判定テーブルTB1がメモリ150aに記憶される。マイコン150は、電子制御部310からの通信データ、たとえば、電子制御部310に電力供給がなされた後の最初の通信データに付加されたIDを読み取ることで、そのIDに対応付けられた劣化判定テーブルTB1を選択することができる。
 このようにすれば、識別IDを送信させるために、電子制御ブレーキシステム3側に大きなプログラム変更を強いる必要がなくなる。
 また、上記実施の形態では、求められた内部抵抗値が、その閾値となる内部抵抗限界値と比較されることにより、キャパシタユニット110の劣化状態が判定された。しかしながら、求められた内部容量値が、所定の閾値と比較されることにより、キャパシタユニット110の劣化状態が判定される構成が採られてもよい。
 さらに、上記実施の形態では、車両用蓄電装置1に、蓄電部として複数のキャパシタ111からなるキャパシタユニット110が備えられた。しかしながら、キャパシタ111以外の蓄電素子からなる蓄電部が車両用蓄電装置1に備えられてもよい。この場合も、上記実施の形態と同様、蓄電素子に係る電気的特性値が求められて、所定の閾値と比較されることにより、蓄電部の劣化状態が判定される。
 さらに、上記実施の形態では、内部抵抗値および内部容量値が求められる前に、劣化判定テーブルTB1の選択が行われたが、内部抵抗値および内部容量値が求められた後に、劣化判定テーブルTB1の選択が行われてもよい。即ち、たとえば、図3の劣化状態判定処理において、S101およびS102の処理と、S103およびS104の処理の順序が入れ替えられてもよい。
 さらに、上記実施の形態では、キャパシタユニット110への充電時に内部抵抗値および内部容量値が測定された。しかしながら、キャパシタユニット110からの放電時に内部抵抗値および内部容量値が測定されてもよい。この場合、たとえば、エンジンが停止したときに行われる放電時に内部抵抗値および内部容量値が求められ、劣化状態の判定が行われる。このときは、エンジン停止に基づいて劣化状態判定処理が開始されることになる。判定の結果、異常があった場合、直ちに電子制御部310に通知できないため、異常であるとの結果は、不揮発性メモリ等に記憶され、次の車両用蓄電装置1の起動時に電子制御部310へ通知される。あるいは、キャパシタユニット110の満充電電圧Vcを通常より高く設定し、充電が完了したときに少し放電させ、この放電時に内部抵抗値および内部容量値を求めるようにしてもよい。このときは、上記実施の形態と同様、エンジン始動に基づいて劣化状態判定処理が開始されることになる。なお、このときの放電による電圧低下は、電子制御ブレーキシステム3への電力供給に影響の出ない程度とされる。
 さらに、上記実施の形態では、劣化判定テーブルTB1が温度に応じた2種類の内部抵抗限界値を有しているが、キャパシタ111の温度特性によっては、劣化判定テーブルTB1が3つ以上の温度帯毎に内部抵抗限界値を有するようにしてもよい。あるいは、温度に応じた複数の内部抵抗限界値を用意せず、劣化判定テーブルTB1が1つの内部抵抗限界値を有するようにしてもよい。
 この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
 本発明は、自動車等の車両に使用される車両用蓄電装置に有用である。
 1 車両用蓄電装置
 2 バッテリー(主電源)
 3 電子制御ブレーキシステム
 110 キャパシタユニット(蓄電部)
 111 キャパシタ
 150 マイクロコンピュータ(制御部)
 150a メモリ(記憶部)

Claims (4)

  1.  車両に搭載された電子制御ブレーキシステムに主電源とともに接続される車両用蓄電装置であって、
     蓄電された電力を前記電子制御ブレーキシステムに供給可能な蓄電部と、
     前記蓄電部の劣化状態を判定するために前記蓄電部に係る電気的特性値と比較される複数の異なる閾値が、各閾値が適合する前記電子制御ブレーキシステムを特定するための特定情報に対応付けられて記憶される記憶部と、
     制御部と、を備え、
     前記制御部は、
      前記電子制御ブレーキシステムから前記特定情報を取得し、
      前記複数の異なる閾値の中から、取得した前記特定情報に対応付けられた閾値を選択し、
      前記電気的特性値と前記選択した閾値とを用いて前記蓄電部の劣化状態を判定する、
    ことを特徴とする車両用蓄電装置。
  2.  請求項1に記載の車両用蓄電装置において、
     前記電気的特性値は、キャパシタの内部抵抗値または内部容量値である、
    ことを特徴とする車両用蓄電装置。
  3.  請求項1に記載の車両用蓄電装置において、
     前記蓄電部は、複数のキャパシタにより構成されるキャパシタユニットを含み、
     前記電気的特性値は、前記キャパシタユニットの内部抵抗値を含み、
     前記閾値は、前記キャパシタユニットの内部容量値に対する内部抵抗値の限界値を含み、
     前記制御部は、
      内部抵抗値と内部容量値とを求め、
      求めた内部抵抗値と、求めた内部容量値に対する内部抵抗値の限界値とを比較することにより前記キャパシタユニットの劣化状態を判定する、
    ことを特徴とする車両用蓄電装置。
  4.  請求項1ないし3の何れか一項に記載の車両用蓄電装置において、
     前記制御部は、前記蓄電部の劣化状態を判定する劣化状態判定処理を実行する度に、前記電子制御ブレーキシステムから前記特定情報を取得して前記閾値の選択を行う、
    ことを特徴とする車両用蓄電装置。
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