JP2009146843A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電部の内部抵抗値と容量値を高精度に求めることができる蓄電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】キャパシタからなる蓄電部２３と、蓄電部２３に接続された充放電回路１９、および電圧検出回路と、蓄電部２３に配された温度センサ２５と、充放電回路１９、電圧検出回路、および温度センサ２５が接続された制御回路４１とを有し、制御回路４１は、温度センサ２５の出力が基準温度に至り、かつ蓄電部２３への充放電信号を受信していない時に、充放電回路１９により定電流（Ｉ）で蓄電部２３の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の蓄電部２３の電圧（Ｖｃ）の変化を電圧検出回路で検出することで、蓄電部２３の内部抵抗値（Ｒ）と容量値（Ｃ）を求めるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタからなる蓄電部に電力を蓄える補助電源としての蓄電装置に関するものである。

近年、環境への配慮や燃費向上のために、モータとエンジンの動力をハイブリッド化した自動車（以下、車両という）が市販されている。このような車両は最適効率になるようにモータとエンジンを制御して走行するので好燃費が得られるが、さらにブレーキによる電力回生を行い、補機等の負荷やバッテリに回生電力を供給することによっても燃費の向上を図っている。但し、ブレーキの回生電力は短時間に大電力が発生するので、急速充放電特性に優れる大容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）に回生電力を充電するシステムが提案されている。

上記の電力回生システムでは高信頼性が要求され、中でもキャパシタの劣化判断は高信頼性を確保する上で重要である。このようなキャパシタの劣化判断を行う車両用の蓄電装置が例えば特許文献１に提案されている。なお、特許文献１の蓄電装置は電気的な油圧制御を行う車両制動システムのバックアップ用補助電源として提案されている。

このような蓄電装置のブロック回路図を図４に示す。電力を蓄える蓄電素子には電気二重層キャパシタが用いられ、これを複数個接続して蓄電部としてのキャパシタユニット１０１が構成されている。キャパシタユニット１０１には、その充放電を制御する充電回路１０３、および放電回路１０５が接続されている。充電回路１０３と放電回路１０５はマイコン１０７によって制御されている。マイコン１０７にはバッテリ異常を検出するための電圧検出手段１０９が接続され、電圧検出手段１０９には異常時にキャパシタユニット１０１の電力を供給するＦＥＴスイッチ１１１が接続されている。

このようにして構成された蓄電装置１１３はバッテリ１１５と電子制御部１１７の間に接続されており、イグニションスイッチ１１９によって起動、停止するように制御されている。

電子制御部１１７は車両制動システムであるので、安全確保のためにバッテリ１１５が異常になっても電子制御部１１７を駆動させ続けなければならない。そこで、バッテリ１１５の異常を電圧検出手段１０９が検出すれば、ＦＥＴスイッチ１１１をオンにしてキャパシタユニット１０１の電力を電子制御部１１７に供給することで、バッテリ１１５の異常に対応している。また、車両の使用終了時には、キャパシタユニット１０１の劣化を抑制するために、マイコン１０７は放電回路１０５によってキャパシタユニット１０１に蓄えられた電力を放電している。

このような蓄電装置１１３は、バッテリ１１５の異常時にも確実に電子制御部１１７に必要十分な電力を供給できるようにするために、キャパシタユニット１０１の劣化判断を行っている。すなわち、キャパシタユニット１０１は劣化が進行するに伴って、その内部抵抗値Ｒが上昇し容量値Ｃが低減するので、現在の内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを求め、あらかじめ求めたこれらの劣化限界値（順にＲｄ、Ｃｄとする）と比較することにより、キャパシタユニット１０１の劣化を判断することができる。この劣化判断動作の詳細を図５により説明する。

図５は、蓄電装置１１３を起動した際におけるキャパシタユニット１０１の電圧経時変化特性を示し、横軸は時間を、縦軸はキャパシタユニット１０１の電圧を、それぞれ示す。

前記したように、マイコン１０７は放電回路１０５によりキャパシタユニット１０１の電力を放電しているので、図５の時間０に示すように、蓄電装置１１３の起動時にはキャパシタユニット１０１の電圧は０Ｖ（グランドレベル）である。この状態で、マイコン１０７が充電回路１０３により定電流Ｉでキャパシタユニット１０１を充電すると、充電開始直後に、図５の時間０に示すようにキャパシタユニット１０１の内部抵抗値Ｒに比例した電圧上昇が起こり、その後、キャパシタユニット１０１の電圧が経時的に上昇していく。

ここで、マイコン１０７はキャパシタユニット１０１の内部抵抗値Ｒを求めるために充電を８０ミリ秒（８０ｍＳ）の間、中断し、その際の電圧降下幅ΔＶ１を求める。これにより、内部抵抗値Ｒを、Ｒ＝ΔＶ１／Ｉより求めている。

その後、マイコン１０７は充電を再開し、その際の任意の時間幅Δｔにおける電圧上昇幅ΔＶ２を求める。これにより、キャパシタユニット１０１の容量値Ｃを、Ｃ＝Ｉ・Δｔ／ΔＶ２より求めている。

このようにして求めた内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを、あらかじめ求めた劣化限界値Ｒｄ、Ｃｄとそれぞれ比較し、Ｒ≧Ｒｄ、またはＣ≦Ｃｄであれば、キャパシタユニット１０１が劣化していると判断できる。これにより、蓄電装置１１３の高信頼性を得ていた。
特開２００５−２８９０８号公報

上記の蓄電装置１１３によると、確かにキャパシタユニット１０１の劣化判断を行うことにより、高信頼性の蓄電装置１１３を構成することができるのであるが、内部抵抗値Ｒや容量値Ｃは温度によっても値が変化する特性を有する。そこで、従来の蓄電装置１１３では温度が変化した場合、得られた内部抵抗値Ｒや容量値Ｃに対し温度補正を行って劣化を判断していた。

但し、温度補正を行うと内部抵抗値Ｒや容量値Ｃに誤差が含まれてしまう。この誤差は、蓄電装置１１３をバックアップ電源として用いる場合のように車両使用時は常に充電しておく用途であれば、キャパシタユニット１０１の劣化が急激に進行することがないため、許容することができる。しかし、電力回生用の場合はブレーキを操作する毎に回生電力を充電し、非ブレーキ時には充電した電力を放電するため、充放電の頻度が極めて高くなる。従って、その分、劣化進行が早まるので、より高精度な劣化判断が必要となる。ゆえに、従来の蓄電装置１１３のように、得られた内部抵抗値Ｒや容量値Ｃに対し温度補正を行うと、補正誤差が含まれてしまい、充放電頻度が高い用途では劣化判断の精度が不十分になる可能性があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部の内部抵抗値と容量値を高精度に求め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、キャパシタからなる蓄電部と、前記蓄電部に接続された充放電回路、および電圧検出回路と、前記蓄電部に配された温度センサと、前記充放電回路、前記電圧検出回路、および前記温度センサが接続された制御回路とを有し、前記制御回路は、前記温度センサの出力が基準温度に至り、かつ前記蓄電部への充放電信号を受信していない時に、前記充放電回路により定電流（Ｉ）で前記蓄電部の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）の変化を前記電圧検出回路で検出することで、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）と容量値（Ｃ）を求めるようにしたものである。

本発明の蓄電装置によれば、温度センサの出力が基準温度に至り、かつ蓄電部への充放電信号を受信していない非充放電時に限って蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）と容量値（Ｃ）を求めるので、温度補正をする必要がない。従って、温度補正による誤差も発生しないので、より高精度な内部抵抗値（Ｒ）と容量値（Ｃ）を求めることができる。

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。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態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における蓄電装置の劣化判断時のフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態における蓄電装置の蓄電部の電圧Ｖｃの傾きを測定するフローチャートである。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。また、本実施の形態では蓄電装置を電力回生システムに用いた場合について説明する。

図１において、蓄電装置１１は発電機１３、主電源１５、および負荷１７と接続されている。ここで、発電機１３は車両のエンジンに接続され、車両制動時には走行エネルギーから回生電力を発生する。また、主電源１５は車両用のバッテリであり、負荷１７は車載電装品である。

蓄電装置１１は次の構成を有する。まず、発電機１３や主電源１５の出力には充放電回路１９が接続されている。また、充放電回路１９には蓄電部２３が接続されている。

充放電回路１９は蓄電部２３の充放電を制御する回路で、ＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵している。また、充放電回路１９には蓄電部２３の電圧Ｖｃを検出し出力する電圧検出回路（図示せず）が内蔵されている。さらに、電圧検出回路の出力には増幅回路（図示せず）が接続されている。なお、増幅回路も電圧検出回路と同様に充放電回路１９に内蔵されている。増幅回路は、蓄電部２３の電圧Ｖｃがグランドレベルにある時に電圧検出精度を向上するために設けられている。従って、電圧Ｖｃが高電圧であれば、増幅回路の出力は飽和してしまう。そこで、増幅回路には、出力が飽和するほどの電圧Ｖｃが入力された場合は、増幅回路や制御回路４１等の周辺回路に影響を与えない既定電圧を出力するようにしている。これにより、制御回路４１は増幅回路の出力が前記既定電圧であれば、電圧Ｖｃがグランドレベル（０Ｖ近傍）よりも高い電圧になっていることを判断できる。

これらに加え、充放電回路１９には定電流Ｉで放電するための放電抵抗（図示せず）も内蔵している。これにより、定電流放電時における蓄電部２３の内部抵抗値や容量値を求めることができる。

一方、蓄電部２３は、例えば蓄電素子として電気二重層キャパシタを複数個直列接続して必要な電力を賄う構成としている。なお、車両の回生電力仕様や負荷１７の要求電力仕様によって電気二重層キャパシタの個数を増減したり直並列接続としてもよい。

蓄電部２３には、その環境温度を検出する温度センサ２５が配されている。温度センサ２５には、温度に対する抵抗値変化が大きい特性を有するサーミスタを用いた。

充放電回路１９と温度センサ２５は信号系配線で制御回路４１にも接続されている。さらに、充放電回路１９に内蔵された電圧検出回路の出力も増幅回路を介して制御回路４１に接続されている。制御回路４１はマイクロコンピュータと周辺回路から構成されており、蓄電装置１１の全体の動作を制御している。すなわち、制御回路４１は充放電回路１９に内蔵された電圧検出回路の出力から蓄電部２３の電圧Ｖｃを、温度センサ２５の出力から温度Ｔを、それぞれ読み込む。また、制御回路４１は充放電回路１９に制御信号Ｃｏｎｔを送信することで充放電回路１９の充電、または放電の制御を行う。さらに、制御回路４１は車両側制御回路（図示せず）とデータ信号ｄａｔａの送受信を行うことで互いに交信する機能を有している。

次に、本実施の形態において最も特徴的な蓄電部２３の劣化判断動作に限定して、図２、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、制御回路４１はメインルーチン（図示せず）から必要に応じて様々なサブルーチンを実行することにより全体の動作を行うソフトウエア構成としているので、図２、図３に示すフローチャートをサブルーチンの形態で示した。

メインルーチンは、蓄電部２３の劣化判断を行う前に、現在蓄電部２３に対し充放電を行っていないことを確認する。なお、蓄電部２３への充電は車両の制動により発電機１３から回生電力が発生している場合に行われ、蓄電部２３からの放電は車両が制動していない時に蓄電部２３に充電した回生電力を主電源１５や負荷１７に供給している場合に行われる。これらの充放電制御は、車両の車速、ブレーキ信号、アクセル開度等の車両状況に応じて車両側制御回路（図示せず）から発せられる蓄電部２３への充電信号、または放電信号（これらをまとめて充放電信号という）を、制御回路４１がデータ信号ｄａｔａとして受信することによってメインルーチンが行う。なお、充電信号は発電機１３から回生電力が発生している場合に発せられ、放電信号は蓄電部２３に充電した回生電力を主電源１５や負荷１７に供給する場合に発せられる。ここで、本実施の形態では回生電力をできるだけ多く回収するために、車両の制動が終われば蓄電部２３に蓄えた電力を主電源１５や負荷１７に供給するように制御している。従って、車両使用中の通常時は、蓄電部２３の電圧Ｖｃがグランドレベルとなる。

以上に説明したように、メインルーチンは蓄電部２３の充放電制御を司るので、現在蓄電部２３への充放電が行われているか否かを知ることができる。もし、蓄電部２３への充放電信号が受信されておらず非充放電時であれば、メインルーチンは蓄電部２３の劣化判断を行うために図２のサブルーチンを実行する。なお、後述するように蓄電部２３の劣化判断を行う場合は、主電源１５の電力を用いて蓄電部２３の劣化判断ができる程度の充放電を行うため、図２のサブルーチンを実行する時に蓄電部２３の充放電を行っていない状態でなければならない。

図２のサブルーチンが実行されると、制御回路４１はまず蓄電部２３の電圧Ｖｃを充放電回路１９に内蔵された電圧検出回路から読み込む（ステップ番号Ｓ１１）。但し、前記した通り、電圧検出回路には増幅回路が接続されているので、増幅後の電圧Ｖｃを読み込むことになる。次に、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きいか否かを判断する（Ｓ１３）。もし、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きければ（Ｓ１３のＹｅｓ）、蓄電部２３への充放電が行われていない状態で、かつ電力を蓄えていることになる。これは、蓄電部２３への回生電力の充電が終了したが、主電源１５や負荷１７に電力を供給する前の状態等が考えられる。この場合は、電圧Ｖｃが高すぎて蓄電部２３の劣化判断ができないので、そのまま図２のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。この理由は次の通りである。

本実施の形態では蓄電部２３の劣化判断を行う場合、制御回路４１は電圧Ｖｃがグランドレベルの状態、すなわち蓄電部２３が放電完了した状態から、主電源１５の電力を用いて蓄電部２３の劣化判断ができる程度の充電を行い、充電後に連続して放電するように制御している。ゆえに、Ｓ１３の時点で電圧Ｖｃが高すぎると、劣化判断のために充電を行っても増幅回路の出力（電圧Ｖｃ）が既定電圧のまま変化しなくなり、蓄電部２３の劣化判断ができなくなるので、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きい場合は劣化判断を行わないようにしている。

一方、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きくなければ（Ｓ１３のＮｏ）、蓄電部２３は充放電が行われておらず、かつ放電が完了している状態であるので、劣化判断が可能となる。そこで、次に制御回路４１は温度センサ２５より蓄電部２３の温度Ｔを読み込み（Ｓ１５）、温度Ｔと基準温度を比較する（Ｓ１７）。ここで、基準温度は劣化判断を行う温度のことであり、基準温度の時にのみ劣化判断を行うことで、蓄電部２３の内部抵抗値や容量値に対する温度補正が不要となり、高精度な劣化判断が可能となる。基準温度は、蓄電部２３の保存最低温度（例えば−３０℃）以上で通常使用時の最高温度（例えば蓄電装置１１を車室内設置した場合は３０℃）以下の範囲であらかじめ決定して制御回路４１のメモリに記憶しておく。なお、本実施の形態ではできるだけ劣化判断の頻度を上げるために、車室内で最も長時間に渡って維持される温度（例えば２５℃）を基準温度と決定した。

ここでＳ１７に戻り、もし温度Ｔが基準温度と等しくなければ（Ｓ１７のＮｏ）、蓄電部２３の劣化判断を行わず、そのまま図２のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。ここで、温度Ｔと基準温度が等しいとは、温度センサ２５自体の誤差や温度出力の読み取り誤差等の誤差範囲内において等しいという意味であると定義する。

一方、温度Ｔが基準温度と等しければ（Ｓ１７のＹｅｓ）、この時点で蓄電部２３は充放電を行っておらず、放電完了の状態であり、かつ基準温度に至っているので、蓄電部２３の劣化判断を行う条件が揃ったことになる。そこで、制御回路４１は充放電回路１９に対し、蓄電部２３を定電流Ｉで充電するよう制御信号Ｃｏｎｔを送信する。これを受け、充放電回路１９は主電源１５の電力を定電流Ｉで蓄電部２３に充電開始する（以上、Ｓ１９）。

その後、既定時間ｔ１が経過したか否かを判断し（Ｓ２１）、経過していなければ（Ｓ２１のＮｏ）、Ｓ２１に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間ｔ１は従来の図５に示した充電中断を行う時間であり任意に決定できるが、あまり長すぎると劣化判断に時間がかかるため、本実施の形態では５秒とした。

既定時間ｔ１が経過すると（Ｓ２１のＹｅｓ）、充放電回路１９から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ２３）、その値を制御回路４１に内蔵したメモリである変数Ｖｃ１に代入する（Ｓ２５）。なお、Ｓ２５に示すように、電圧Ｖｃを変数Ｖｃ１に代入する動作をＶｃ１＝Ｖｃと記載する。これは、右辺の値（Ｖｃ）を左辺の変数（Ｖｃ１）に代入するという意味であり、以下のフローチャートにおいても判断動作以外は代入動作を上記のように記載する。

その後、制御回路４１は充電を中断するよう制御信号Ｃｏｎｔを充放電回路１９に送信する（Ｓ２７）。これにより、蓄電部２３への充電が停止し、図５の充電中断時に示すように、蓄電部２３の内部抵抗値に応じた電圧降下が発生する。

その後、既定時間ｔ２が経過したか否かを判断し（Ｓ２９）、経過していなければ（Ｓ２９のＮｏ）、Ｓ２９に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間ｔ２は図５に示した充電中断から充電再開までの時間であり、従来同様８０ミリ秒とした。

既定時間ｔ２が経過すると（Ｓ２９のＹｅｓ）、充放電回路１９から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ３１）、その値を変数Ｖｃ２に代入する（Ｓ３３）。その後、制御回路４１は充電を再開するよう制御信号Ｃｏｎｔを充放電回路１９に送信する（Ｓ３５）。これにより、再び蓄電部２３が充電される。

次に、制御回路４１は充電時における蓄電部２３の電圧Ｖｃの経時変化の傾きを測定する。そのために、図３に示す電圧Ｖｃの傾き測定サブルーチンを実行する（Ｓ３７）。

ここで、図３のサブルーチンの詳細動作について説明する。図３のサブルーチンが実行されると、まず既定時間ｔ３が経過したか否かを判断し（Ｓ８１）、経過していなければ（Ｓ８１のＮｏ）、Ｓ８１に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間ｔ３は図５に示した電圧Ｖｃの傾き測定開始時間であり任意に決定できるが、これもあまり長すぎると劣化判断に時間がかかるため、本実施の形態では１秒とした。

既定時間ｔ３が経過すると（Ｓ８１のＹｅｓ）、充放電回路１９から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ８３）、その値を変数Ｖｃ３に代入する（Ｓ８５）。その後、再び既定時間ｔ３が経過したか否かを判断し（Ｓ８７）、経過していなければ（Ｓ８７のＮｏ）、Ｓ８７に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間ｔ３はＳ８１と同様１秒である。

既定時間ｔ３が経過すると（Ｓ８７のＹｅｓ）、充放電回路１９から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ８９）、その値を変数Ｖｃ４に代入する（Ｓ９１）。ここまでで求めた値から、充電時の電圧Ｖｃの傾きは（Ｖｃ４−Ｖｃ３）／ｔ３により計算できるので、図３のサブルーチンを終了し、図２のＳ３７に戻る。

Ｓ３７の後は、制御回路４１が充放電回路１９に対し充電を停止するよう制御信号Ｃｏｎｔを送信する（Ｓ３９）。これにより、蓄電部２３への充電が終了する。この時点で、蓄電部２３の内部抵抗値と容量値を求めるための値が得られたので、蓄電部２３の充電時における内部抵抗値Ｒ１と容量値Ｃ１を、それぞれＲ１＝｜Ｖｃ２−Ｖｃ１｜／Ｉ、Ｃ１＝Ｉ・ｔ３／｜Ｖｃ４−Ｖｃ３｜より計算する（Ｓ４１）。

次に、制御回路４１は蓄電部２３の放電時における内部抵抗値Ｒ２と容量値Ｃ２を求める動作を行う。具体的には以下の通りである。

まず、制御回路４１は充放電回路１９に対し、蓄電部２３を定電流Ｉで放電するよう制御信号Ｃｏｎｔを送信する。これを受け、充放電回路１９は蓄電部２３の電力を定電流Ｉで放電開始する（以上、Ｓ４３）。なお、この時の蓄電部２３の放電電力は、定電流Ｉで放電するために、放電電流が変動しない放電抵抗（充放電回路１９に内蔵）に放電するようにしている。その結果、蓄電部２３の電圧Ｖｃは一定の傾きを持って経時的に低下していく。

その後、既定時間ｔ１が経過したか否かを判断し（Ｓ４５）、経過していなければ（Ｓ４５のＮｏ）、Ｓ４５に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間ｔ１はＳ２１と同様に５秒とした。

既定時間ｔ１が経過すると（Ｓ４５のＹｅｓ）、充放電回路１９から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ４７）、その値を制御回路４１に内蔵したメモリである変数Ｖｃ１に代入する（Ｓ４９）。ここで、変数Ｖｃ１への代入はＳ２５で行っているため、Ｓ４９の動作により変数Ｖｃ１の値は書き換えられることになる。しかし、Ｓ２５における変数Ｖｃ１の値は、Ｓ４１で充電時の内部抵抗値Ｒ１を計算するために用いた後は不要となるので、Ｓ４９で変数Ｖｃ１を書き換えても構わない。以下同様に、変数Ｖｃ２、Ｖｃ３、Ｖｃ４を書き換えても構わない。

その後、制御回路４１は放電を中断するよう制御信号Ｃｏｎｔを充放電回路１９に送信する（Ｓ５１）。これにより、蓄電部２３への放電が停止する。この場合は、図５の充電中断時とは逆に、放電停止による電圧上昇が発生する。この電圧上昇幅は蓄電部２３の内部抵抗値に比例する。

その後、既定時間ｔ２が経過したか否かを判断し（Ｓ５３）、経過していなければ（Ｓ５３のＮｏ）、Ｓ５３に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間ｔ２は放電中断から放電再開までの時間であり、Ｓ２９と同様８０ミリ秒とした。

既定時間ｔ２が経過すると（Ｓ５３のＹｅｓ）、充放電回路１９から蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ５５）、その値を変数Ｖｃ２に代入する（Ｓ５７）。その後、制御回路４１は放電を再開するよう制御信号Ｃｏｎｔを充放電回路１９に送信する（Ｓ５９）。これにより、再び蓄電部２３が充電される。

次に、制御回路４１は放電時における蓄電部２３の電圧Ｖｃの経時変化の傾きを測定するために、図３に示す電圧Ｖｃの傾き測定サブルーチンを実行する（Ｓ６１）。このサブルーチンはＳ３７で実行したものと全く同じであるため、詳細な説明を省略する。

図３のサブルーチン実行後は、蓄電部２３の放電時における内部抵抗値Ｒ２と容量値Ｃ２を求めるための値が得られたので、それぞれＲ２＝｜Ｖｃ２−Ｖｃ１｜／Ｉ、Ｃ２＝Ｉ・ｔ３／｜Ｖｃ４−Ｖｃ３｜より計算する（Ｓ６３）。

次に、制御回路４１は蓄電部２３の劣化判断を行う。具体的には、以下の動作を行う。

Ｓ６３までの動作から、蓄電部２３を充電後に連続して放電することにより、充電時と放電時の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２、および充電時と放電時の容量値Ｃ１、Ｃ２がそれぞれ求められたので、次に内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２と、内部抵抗値の劣化限界値Ｒｄを比較する（Ｓ６５）。ここで、内部抵抗値の劣化限界値Ｒｄは、基準温度において蓄電装置１１をこれ以上使用できなくなる限界まで蓄電部２３が劣化した時の内部抵抗値のことで、あらかじめ実験的に求めて制御回路４１のメモリに記憶してある。

もし、内部抵抗値Ｒ１、またはＲ２のいずれかが劣化限界値Ｒｄ以上であれば（Ｓ６５のＹｅｓ）、蓄電装置１１を使用できない程に蓄電部２３が劣化していることになるので、後述するＳ６９にジャンプする。なお、内部抵抗値Ｒ１とＲ２の両方を劣化限界値Ｒｄと比較しているのは、充電時と放電時で蓄電部２３の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２が異なる場合があるためである。ゆえに、両方の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２を求めて劣化判断することにより、高精度化が可能となる。

一方、内部抵抗値Ｒ１とＲ２の両方が劣化限界値Ｒｄ未満であれば（Ｓ６５のＮｏ）、次に容量値Ｃ１、Ｃ２と容量値の劣化限界値Ｃｄを比較する（Ｓ６７）。ここで、容量値の劣化限界値Ｃｄは、基準温度において蓄電装置１１をこれ以上使用できなくなる限界まで蓄電部２３が劣化した時の容量値のことで、あらかじめ実験的に求めて制御回路４１のメモリに記憶してある。

もし、容量値Ｃ１、またはＣ２のいずれかが劣化限界値Ｃｄ未満であれば（Ｓ６７のＹｅｓ）、蓄電装置１１を使用できない程に蓄電部２３が劣化していることになるので、制御回路４１は蓄電部劣化信号を出力する（Ｓ６９）。具体的には、蓄電部劣化信号をデータ信号ｄａｔａにより車両側制御回路（図示せず）に送信する。その後、Ｓ７１にジャンプする。なお、蓄電部劣化信号を受信すると、車両側制御回路は蓄電装置１１が劣化したことを運転者に警告するとともに、以後の電力回生を禁止する。但し、電力回生を禁止しても車両の走行は可能であるので、走行中に前記警告が行われても運転者は修理工場まで車両を運転していくことができる。また、Ｓ６７で容量値Ｃ１とＣ２の両方を劣化限界値Ｃｄと比較しているのは、内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２と同様に、充電時と放電時で蓄電部２３の容量値Ｃ１、Ｃ２が異なる場合があるためである。ゆえに、両方の容量値Ｃ１、Ｃ２を求めて劣化判断することにより、高精度化が可能となる。

一方、容量値Ｃ１とＣ２の両方が劣化限界値Ｃｄ以上であれば（Ｓ６７のＮｏ）、蓄電部２３は正常であるので、次に蓄電部２３の電力を放電しきって、劣化判断前の状態に戻す動作を行う。なお、蓄電部２３の放電動作はＳ５９以降で維持されているため、実際には後述する放電完了判断を行うことになる。また、この動作は蓄電部２３が劣化していると判断された時（Ｓ６９）も安全のために実行される。

すなわち、制御回路４１はまず蓄電部２３の電圧Ｖｃを充放電回路１９に内蔵された電圧検出回路から読み込む（Ｓ７１）。次に、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きいか否かを判断する（Ｓ７３）。もし、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きければ（Ｓ７３のＹｅｓ）、蓄電部２３が放電しきっていない状態であるので、Ｓ７１に戻り引き続き蓄電部２３の電圧Ｖｃの監視を行う。

一方、電圧Ｖｃがグランドレベルより大きくなければ（Ｓ７３のＮｏ）、蓄電部２３が放電しきった状態に至ったので、制御回路４１は充放電回路１９に対し放電を停止するよう制御信号Ｃｏｎｔを送信する。これを受け、充放電回路１９は放電を停止する（以上、Ｓ７５）。その後、蓄電部２３の劣化判断動作が完了したので、図２のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。

このようにして蓄電部２３の劣化判断を行っているのであるが、制御回路４１は、車両側制御回路からデータ信号ｄａｔａにより蓄電部２３に対する充電信号（回生電力発生時）、または放電信号（回生電力の主電源１５や負荷１７への放電時）を受信すると、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２と容量値Ｃ１、Ｃ２を求め、劣化判断を行う動作を中止するようにしている。これにより、いつ発生するかわからない回生電力を回収する頻度が高まり、車両の低燃費化が可能となる。

以上の構成、動作により、温度センサ２５の出力が基準温度に至り、かつ蓄電部２３の充放電を行っていない時に限って蓄電部２３の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２と容量値Ｃ１、Ｃ２を求めるので、温度補正をする必要がなく、補正誤差のない高精度な内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２と容量値Ｃ１、Ｃ２を求めることができる蓄電装置１１を実現できる。

なお、本実施の形態では、蓄電部２３がほぼ放電した状態（電圧Ｖｃがグランドレベル）で内部抵抗値や容量値を求めて劣化判断を行っているが、これはグランドレベルに限定されるものではなく、蓄電部２３の満充電電圧までの間の任意の電圧に設定してもよい。例えば、車両使用の通常時に蓄電部２３の電圧Ｖｃを主電源１５の電圧Ｖｂ近傍まで充電する場合は、蓄電部２３の内部抵抗値や容量値を求める際に、本実施の形態と同様に蓄電部２３を充電後に連続して放電することも、放電後に連続して充電することも可能である。従って、両者いずれかの動作により充電時と放電時の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２、および充電時と放電時の容量値Ｃ１、Ｃ２を求めてもよい。なお、蓄電部２３の電圧Ｖｃがグランドレベルより高い電圧において内部抵抗値と容量値を求める場合は、電圧Ｖｃの検出範囲において増幅回路の出力が飽和しないように増幅回路を調整しておく必要がある。

また、本実施の形態では、蓄電部２３を充電後に連続して放電することで、充電時と放電時の内部抵抗値Ｒ１、Ｒ２、および容量値Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ求めているが、これは充電時のみの内部抵抗値Ｒ、容量値Ｃ、または放電時のみの内部抵抗値Ｒ、容量値Ｃを求めるようにしてもよい。この場合、内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを求めて、いずれかが劣化限界値に至れば、蓄電部２３が劣化したと判断し、劣化信号を出力する動作となる。但し、内部抵抗値Ｒと容量値Ｃが１組のみしか得られないので、２組求める劣化判断に比べ精度が低下するものの、例えば充電時のみに限定して内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを求めると、図２のフローチャートにおけるＳ４３からＳ６３を実行する必要がなくなるため、制御が簡単になるだけでなく、劣化判断の時間を短縮できる。

これらのことをまとめると、制御回路４１は、温度センサ２５の出力が基準温度に至り、かつ蓄電部２３の充放電を行っていない時に、充放電回路１９により定電流Ｉで蓄電部２３の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の蓄電部２３の電圧Ｖｃの変化を電圧検出回路で検出することで、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを求めている。

また、本実施の形態において、蓄電部２３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、本実施の形態において、蓄電装置１１を車両の電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、アイドリングストップ車、ハイブリッド車、あるいは車両制動、電動パワーステアリングや電動過給器等の各システムにおける車両用補助電源等にも適用可能である。さらに、車両用に限らず停電時のような非常用の電源バックアップ装置等にも適用できる。

本発明にかかる蓄電装置は、蓄電部の内部抵抗値と容量値を高精度に求めることができるので、特に蓄電部に電力を蓄える補助電源としての蓄電装置等として有用である。

本発明の実施の形態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における蓄電装置の劣化判断時のフローチャート 本発明の実施の形態における蓄電装置の蓄電部の電圧Ｖｃの傾きを測定するフローチャート 従来の蓄電装置のブロック回路図 従来の蓄電装置の起動時におけるキャパシタユニットの電圧経時変化特性を示す図

符号の説明

１１ 蓄電装置
１９ 充放電回路
２３ 蓄電部
２５ 温度センサ
４１ 制御回路

Claims (6)

1. キャパシタからなる蓄電部と、
   前記蓄電部に接続された充放電回路、および電圧検出回路と、
   前記蓄電部に配された温度センサと、
   前記充放電回路、前記電圧検出回路、および前記温度センサが接続された制御回路とを有し、
   前記制御回路は、前記温度センサの出力が基準温度に至り、かつ前記蓄電部への充放電信号を受信していない時に、前記充放電回路により定電流（Ｉ）で前記蓄電部の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）の変化を前記電圧検出回路で検出することで、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）と容量値（Ｃ）を求めるようにした蓄電装置。
2. 前記基準温度は、前記蓄電部の保存最低温度以上で通常使用時の最高温度以下の範囲であらかじめ決定するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御回路は、前記内部抵抗値（Ｒ）と前記容量値（Ｃ）のいずれかが劣化限界値に至れば、前記蓄電部が劣化したと判断し、劣化信号を出力するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
4. 前記制御回路は、前記蓄電部を充電後に連続して放電するか、または放電後に連続して充電することで、充電時と放電時の前記内部抵抗値（Ｒ１、Ｒ２）、および充電時と放電時の前記容量値（Ｃ１、Ｃ２）をそれぞれ求め、これらのいずれかが前記劣化限界値に至れば、前記蓄電部が劣化したと判断するようにした請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記制御回路は、前記蓄電部の充電信号、または放電信号を受信すると、前記蓄電部の前記内部抵抗値（Ｒ）と前記容量値（Ｃ）を求める動作を中止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
6. 通常時の前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）をグランドレベルとするとともに、前記電圧検出回路に増幅回路を接続した請求項１に記載の蓄電装置。

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