JP5011978B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源用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停車時にエンジン駆動を停止するアイドリングストップ機能を搭載した自動車が市販されている。このような自動車は使用中に断続的に大電流を消費するスタータが駆動すると一時的にバッテリの電圧が下がる。その結果、オーディオやカーナビゲーション等の他の負荷への供給電圧も下がり、その動作が不安定になる可能性があった。

また、自動車の制動についても、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種車両制動システムの提案がなされてきているが、バッテリが異常になった時、車両制動システムが動作しなくなる等の可能性があった。

これらに対し、一時的なバッテリの電圧低下時に負荷に十分な電力を供給したり、バッテリ異常時に車両制動システムに電力を供給するための補助電源としての蓄電装置が、例えば特許文献１に提案されている。なお、特許文献１は蓄電装置の内、特にバッテリ異常時に車両制動システムの電子制御部へ電力を供給する電源バックアップユニットとして示されている。

図５はこのような蓄電装置のブロック回路図である。電力を蓄える蓄電素子には例えば大容量の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電源バックアップユニットとしての蓄電装置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。
特開２００５−２８９０８号公報

上記の蓄電装置によると、確かにバッテリ１１５の異常時に電子制御部１１７を駆動させ続けられるので、車両制動システムの安全性を確保できるのであるが、このような蓄電装置を、例えば前記したようなスタータの駆動による一時的なバッテリの電圧低下時に負荷に電力を供給する用途に適用した場合、次のような課題があった。

すなわち、従来のように車両制動システムの補助電源用に蓄電装置を用いた場合は、バッテリ異常時に車両が停止するまでキャパシタユニット１０１に蓄えられた電力を車両制動システムに供給すればよいので、キャパシタユニット１０１への充放電は車両の使用毎に１回のみであった。

一方、アイドリングストップ車のように、車両使用中に断続的にバッテリの電圧低下が発生する用途の場合は、その都度、負荷に電力を供給し、その後キャパシタユニット１０１を充電する過程を何度も行うことになる。従って、ＦＥＴスイッチ１１１の動作も繰り返し行われるので、確実な動作を確保するための故障検出が必要であるという課題があった。

また、図５では省略しているが、一般的にはキャパシタユニット１０１から電流を供給している時にバッテリ１１５からの電流の逆流を防止するために、電圧検出手段１０９と電子制御部１１７の接続点１２１と、ＦＥＴスイッチ１１１の間に、接続点１２１側がカソードになるようにダイオードを接続する。従って、ダイオードの故障検出も必要で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、ＦＥＴスイッチ１１１やダイオードの故障を検出できる高信頼性の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、電力を蓄える蓄電部と、前記主電源と前記蓄電部の間に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出しながら前記蓄電部への充電を制御する充電回路と、前記主電源と前記負荷の間に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、前記蓄電部の電力を前記負荷に出力する切替スイッチと、前記主電源電圧検出回路と前記負荷との第１接続点と、前記切替スイッチの間で、前記切替スイッチにアノードを、前記第１接続点にカソードを接続したダイオードと、前記切替スイッチと前記ダイオードとの第２接続点に接続され、前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）を検出する切替スイッチ電圧検出回路と、前記充電回路、主電源電圧検出回路、切替スイッチ、および切替スイッチ電圧検出回路が接続された制御部とを備え、前記制御部は、既定条件時に前記切替スイッチをオンオフ動作させて、オン時とオフ時における前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）と前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）を、前記充電回路と前記切替スイッチ電圧検出回路からそれぞれ取り込むことにより、前記切替スイッチの故障検出を行うとともに、前記切替スイッチがオフの時に前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）が前記ダイオードの動作限界値以上になることにより、前記ダイオードの異常発熱を検出するようにしたものである。

また、本発明の蓄電装置は、電力を蓄える蓄電部と、前記主電源と前記蓄電部の間に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出しながら前記蓄電部への充電を制御する充電回路と、前記主電源と前記負荷の間に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、前記蓄電部の電力を前記負荷に出力する切替スイッチと、前記主電源電圧検出回路と前記負荷との第１接続点と、前記切替スイッチの間で、前記切替スイッチにアノードを、前記第１接続点にカソードを接続したダイオードと、前記第１接続点に接続され、前記第１接続点の電圧（Ｖｄ）を検出する第１接続点電圧検出回路と、前記充電回路、主電源電圧検出回路、切替スイッチ、および第１接続点電圧検出回路が接続された制御部とを備え、前記制御部は前記蓄電部が放電している間に、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）、および前記第１接続点の電圧（Ｖｄ）を、前記充電回路、および前記第１接続点電圧検出回路から、それぞれ取り込むことにより、前記切替スイッチ、および／または前記ダイオードの故障検出を行うようにしたものである。

本発明の蓄電装置によれば、切替スイッチとダイオードの間に切替スイッチ電圧検出回路を設けた構成にしたことにより、既定条件時にオンオフ動作させた場合の切替スイッチの両端電圧（ＶｃとＶｓ）を正確に求めることができるので、切替スイッチの故障検出が可能になり、また、ダイオードの漏れ電流による第２接続点の電圧変動を切替スイッチ電圧検出回路で検出できるので、第２接続点の電圧変動からダイオードの異常発熱による故障を検出でき、高信頼な蓄電装置を実現でき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、蓄電部が放電している間に、蓄電部の電圧（Ｖｃ）と第１接続点の電圧（Ｖｄ）を取り込み、両者の電圧差が通常の許容範囲に入っているか否かを判断することにより、切替スイッチ、および／またはダイオードの故障を検出できるので、高信頼な蓄電装置を実現でき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、以下の説明においては、蓄電装置をアイドリングストップ車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。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は制御系配線をそれぞれ示す。

図１において、蓄電装置１は主電源５と負荷７との間に接続されている。主電源５はバッテリであり、図示していないが大電流を断続的に消費するスタータも接続されている。また、負荷７はオーディオ、ナビゲーション、オーディオビジュアルナビゲーション等の補機である。

蓄電装置１は次の構成を有する。まず、主電源５の出力には充電回路９と、主電源５の電圧Ｖｂを検出する主電源電圧検出回路１１が接続されている。充電回路９には蓄電部１３が接続されている。従って、蓄電部１３は充電回路９によって、蓄電部１３の電圧Ｖｃを検出しながら充電制御が行われる。なお、蓄電部１３は電力を蓄える蓄電素子として電気二重層キャパシタを用い、これを複数個直列に接続して必要な電力を賄っている。また、蓄電部１３の電力を負荷７に出力する切替スイッチ１７が図１に示すように接続されている。

主電源電圧検出回路１１と負荷７との第１接続点１９と、切替スイッチ１７の一端との間には、ダイオード２１が接続されている。ダイオード２１は切替スイッチ１７側にアノードを、第１接続点１９側にカソードをそれぞれ接続している。また、図示しないが、主電源電圧検出回路１１の電力系配線の出力側には、カソードが負荷７側になるように接続された逆流防止用ダイオードが内蔵されている。

切替スイッチ１７の一端とダイオード２１との第２接続点２３には、第２接続点２３の電圧Ｖｓを検出する切替スイッチ電圧検出回路２５が接続されている。切替スイッチ電圧検出回路２５は、第２接続点２３とグランドの間を２個の抵抗器で抵抗分割した際の中点電圧を出力する構成とした。

充電回路９、主電源電圧検出回路１１、切替スイッチ１７、および切替スイッチ電圧検出回路２５はマイクロコンピュータからなる制御部２７にも接続されている。このことから、制御部２７は主電源電圧検出回路１１や切替スイッチ電圧検出回路２５の出力を取り込むと同時に、充電回路９や切替スイッチ１７の制御を行う。また、制御部２７は車両側制御回路（図示せず）と信号の送受信を行う機能を有している。

次に、このような蓄電装置１の動作について説明する。

まず、イグニションスイッチ（図示せず）をオンにして車両を起動すると、エンジンが駆動すると同時に、制御部２７は充電回路９に蓄電部１３を充電するよう指示する。これにより、主電源５の電力が蓄電部１３に充電される。充電回路９は内蔵した電圧検出回路により蓄電部１３の電圧Ｖｃを検出しながら満充電に至るまで充電を行う。この時、蓄電部１３への充電電流が負荷７側に流れないように、制御部２７は切替スイッチ１７をオフにしている。また、充電中は蓄電部１３から負荷７に電力を十分供給できない可能性があるため、制御部２７は車両側制御回路に放電禁止信号を送信する。これにより、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を行わないように制御する。

蓄電部１３が満充電に至れば充電が完了し、充電回路９は満充電電圧を維持するために定電圧制御を行う。充電動作の完了を制御部２７が検出すると、制御部２７は車両側制御回路に蓄電部１３からの放電許可信号を送信する。これにより、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を許可する。その後、制御部２７は主電源電圧検出回路１１の出力を取り込むことにより、主電源５の電圧Ｖｂを監視する。

この状態で、アイドリングストップが行われ、その後エンジンを再起動したとする。これにより、主電源５の電圧Ｖｂはスタータ（図示せず）に大電流が流れることで急激に低下する。この電圧Ｖｂの変化は主電源電圧検出回路１１により検出され、制御部２７に送信される。制御部２７は負荷７に安定した電圧を供給するために切替スイッチ１７をオンにする。その結果、図１の放電経路と書かれた矢印の方向に蓄電部１３から負荷７へ電力が供給される。この時、主電源５の電圧Ｖｂはスタータ駆動により低下しているので、第１接続点１９の電圧は蓄電部１３の電圧より低くなる。従って、ダイオード２１はオンになり、蓄電部１３の電力が優先して負荷７に供給されることになる。この時、主電源電圧検出回路１１に内蔵された逆流防止用ダイオードにより、蓄電部１３の電力が主電源５に供給されることはない。

次に、エンジン再起動が完了に近づくとスタータが消費する電流が減少していくので、主電源５の電圧Ｖｂは上昇する。この変化を主電源電圧検出回路１１で検出し、所定値（本実施の形態１では負荷７を駆動可能な下限電圧である１０．５Ｖとした）以上になれば、制御部２７は切替スイッチ１７をオフにする。これにより、以後は主電源５の電力が負荷７に供給され、蓄電部１３からの放電は停止する。また、制御部２７は蓄電部１３から負荷７に供給した電力を再充電するよう充電回路９に指示する。なお、再充電の間は前記したように制御部２７が車両側制御回路に放電禁止信号を送信し、充電が完了すると放電許可信号を送信する。

以上の動作を繰り返すことにより、車両の使用中に何度もアイドリングストップ動作を行っても、スタータ駆動時の電圧変動を蓄電部１３の電力で補うことができるため、負荷７を常に安定して動作させ続けられる。

このような蓄電装置１においては、蓄電部１３からの放電を制御する切替スイッチ１７の確実な動作が重要である。そこで、本実施の形態１の蓄電装置１では既定条件の成立時、すなわち、蓄電装置１が非使用状態から最初に使用状態になり蓄電部１３を充電する際（本実施の形態１では車両の初期起動時）に、蓄電部１３が満充電されるまでの間に１回だけ切替スイッチ１７の故障検出を行っている。具体的には、前記既定条件が成立すると、制御部２７は切替スイッチ１７がオフの状態で、まず切替スイッチ１７の両端電圧Ｖｃ、およびＶｓを取り込む。なお、電圧Ｖｃは充電回路９で、電圧Ｖｓは切替スイッチ電圧検出回路２５で、それぞれ検出している。この場合、もし切替スイッチ１７が正常にオフ状態であれば、第２接続点２３は切替スイッチ電圧検出回路２５を介してグランドに接続されているので、その電圧Ｖｓは０Ｖになる。一方、電圧Ｖｃは蓄電部１３の充電電圧（０Ｖより大きく満充電電圧までの電圧値）になる。従って、両者の電圧が前記した値になっているかを判断することにより、切替スイッチ１７のショート故障（ショートしたままでオフにならない故障）を検出することができる。すなわち、電圧Ｖｓが０Ｖ、電圧Ｖｃが充電電圧であれば、切替スイッチ１７は正常にオフ状態であることがわかる。一方、ショート故障をしていればＶｓ＝Ｖｃとなるので、電圧ＶｓとＶｃを検出することによりショート故障を判定できる。

次に、制御部２７は一時的に切替スイッチ１７をオンにし、その時の両端電圧Ｖｃ、Ｖｓを取り込んだ後、切替スイッチ１７をオフにする。なお、オンにしている時間は、両端電圧Ｖｃ、Ｖｓを十分取り込める約１秒とした。取り込んだ両端電圧がＶｃ＝Ｖｓであれば、切替スイッチ１７は正常にオン状態であることがわかる。一方、Ｖｃ＝Ｖｓにならなければ、切替スイッチ１７がオープン故障（オープン状態のままでオンにならない故障）を検出することができる。

なお、車両の初期起動時に蓄電部１３が満充電になるまでの間に１回だけ切替スイッチ１７の故障検出を行っているが、これは切替スイッチ１７にＦＥＴスイッチを用いると故障頻度がそれほど高くなく、車両の初期起動時のみの故障検出で十分なためである。従って、リレーやリードスイッチ等の接点を有するスイッチを切替スイッチ１７に用いた場合は適宜故障検出回数を増やしてもよい。また、蓄電部１３が満充電になってから切替スイッチ１７の故障検出を行ってもよいが、この場合、満充電になった電力を消費してしまうので、再度満充電にしなければならない。このような動作を避けるために、満充電になるまでの間に切替スイッチ１７の故障検出を行っている。

また、アイドリングストップ動作は車両使用時に何度も行われるので、蓄電部１３は充放電を繰り返すことになる。これにより、特にダイオード２１が徐々に発熱する。これにより、特にダイオード２１がショットキ型の場合は熱暴走する可能性があり、この状態を放置するとダイオード２１の動作限界に達して故障（例えばショート）してしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態１ではダイオード２１の異常発熱を検出する構成とした。具体的には、まず切替スイッチ１７がオフの時に、制御部２７は第２接続点２３の電圧Ｖｓを取り込む。この電圧Ｖｓがダイオード２１の動作限界値以上になれば、ダイオード２１が異常発熱していると判断する。なお、後述するように発熱温度と電圧Ｖｓには相関があるので、あらかじめダイオード２１が故障に大きく影響しない限界温度に至った時の電圧Ｖｓを求めておき、それを動作限界値とした。

以上のようにしてダイオード２１の故障を判断できる理由は以下の通りである。

ダイオード２１のカソードには主電源電圧検出回路１１の電力系配線の出力電圧（ここではＶｄ）がかかっている。この状態でダイオード２１が発熱すると、カソードからアノードに漏れ電流が流れるようになる。図１よりアノード側の電圧は第２接続点２３の電圧Ｖｓであるが、第２接続点２３は切替スイッチ電圧検出回路２５を介してグランドに接続されている。従って、ダイオード２１が正常であれば漏れ電流が流れないので、切替スイッチ１７がオフの時は電圧Ｖｓが０Ｖになる。しかし、発熱により漏れ電流が流れると、電圧Ｖｓは０Ｖよりも高くなる。従って、切替スイッチ１７がオフの時の電圧Ｖｓを検出することで、新たな回路を追加することなく発熱を検出できる。

制御部２７はダイオード２１の異常発熱を検出すると蓄電部１３の充放電を停止し、車両側制御回路に放電禁止信号を送信する。これにより、ダイオード２１には蓄電部１３からの電流が流れなくなるので、ダイオード２１の温度が下がっていく。その結果、漏れ電流に起因した電圧Ｖｓも下がる。やがて、第２接続点２３の電圧Ｖｓがダイオード２１の動作可能値以下になれば、蓄電部１３の充放電を再開するように制御するとともに、蓄電部１３の充電が完了すれば車両側制御回路に放電許可信号を送信する。このように制御することにより、ダイオード２１の異常発熱を防止でき、蓄電装置１の信頼性を向上することができる。

なお、ダイオード２１の動作可能値は動作限界値よりも小さい値とした。これは、もし両者が等しければ、電圧Ｖｓが動作限界値近傍でノイズ等により上下した場合に、蓄電部１３への充放電の禁止、許可が短時間の間に繰り返されてしまう不具合を避けるためである。従って、ダイオード２１の異常発熱により電圧Ｖｓが上昇し、動作限界値に至って蓄電部１３の充放電が禁止された場合、電圧Ｖｓが動作限界値より小さい動作許可値に下がるまでは蓄電部１３への充放電を許可しないようにしている。

以上のようにして、既定条件成立時に切替スイッチ１７の故障を検出し、またダイオード２１の異常発熱による故障を検出することで、高信頼性の蓄電装置１が実現できる。なお、切替スイッチ１７、またはダイオード２１が故障している場合は、制御部２７は蓄電部１３の充放電を禁止するとともに、切替スイッチ１７が故障していることを車両側制御回路に送信する。これを受け、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を禁止するとともに、蓄電装置１の故障を運転者に警告し修理を促す。

以上の構成、動作により、切替スイッチ１７の故障を検出でき、第２接続点２３の電圧Ｖｓの変動からダイオード２１の異常発熱による故障を検出できるので、高信頼な蓄電装置が実現できた。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における蓄電装置のブロック回路図である。なお、図２において、図１と同じ構成要素には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。また、太線と細線の意味も図１と同じである。

本実施の形態２における蓄電装置１の構成上の特徴は以下の通りである。

１）ダイオード２１が冷却可能領域内に配されるように冷却手段としてのファン２９を設けた。なお、ファン２９の駆動電力は蓄電装置１の電力出力から得るようにした。

２）ファン２９をオンオフ動作させるためのファンスイッチ３１をファン２９と直列に接続した。

３）ファンスイッチ３１をオンオフ動作させるための信号線を制御部２７に接続した。

次に、このような蓄電装置１の動作について説明する。

まず、車両起動時やアイドリングストップ時の動作は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。また、既定条件成立時に行う切替スイッチ１７の故障検出動作と、蓄電部１３の放電時に行う切替スイッチ１７とダイオード２１の故障検出動作も実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

次に、本実施の形態２の動作における特徴であるダイオード２１の発熱検出について説明する。ダイオード２１の異常発熱は、実施の形態１と同様に切替スイッチ１７がオフの時に電圧Ｖｓが動作限界値に至っているか否かを判断することにより検出している。ここで、もしダイオード２１の異常発熱が検出されると、実施の形態１では蓄電部１３への充放電を禁止することでダイオード２１に電流が流れないようにして自然放冷する制御を行っていた。

これに対し、本実施の形態２ではダイオード２１の異常発熱を検出すると、制御部２７はファンスイッチ３１をオンにしてファン２９を動作させる。これにより、ファン２９の冷却可能領域内に配されたダイオード２１は強制冷却されるので、実施の形態１に比べて電圧Ｖｓが動作可能値まで早く下がる。

なお、電圧Ｖｓが動作限界値に至ってから動作可能値まで下がる間は、実施の形態１と同様に蓄電部１３への充放電を禁止しているが、電圧Ｖｓが動作可能値まで早く下がるので、発熱状態にある時間が短くなりダイオード２１の長寿命化が図れ信頼性が向上するとともに、充放電の禁止時間も短くなるので、その分、多くのアイドリングストップ動作を行うことができ、車両の低燃費化に貢献できる。

また、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、ダイオード２１の動作可能値を動作限界値より小さくしている。これにより、動作可能値と動作限界値が等しい場合にノイズ等の影響でファン２９が短周期で動作、停止を繰り返す不具合を回避している。

また、第２接続点２３の電圧Ｖｓがダイオード２１の動作可能値以下になれば、制御部２７はファンスイッチ３１をオフにしてファン２９を停止する。しかし、制御部２７は、ファン２９を動作させているにもかかわらず電圧Ｖｓが動作可能値まで下がらず不変であることを検出すれば、ダイオード２１は冷却されているので異常ではないことから、切替スイッチ１７がショート故障をしていると判断する。このように動作することで、切替スイッチ１７がオフの時に、本来電圧Ｖｓが０Ｖでなければならないのに何らかの電圧値になった場合、切替スイッチ１７がショート故障しているためなのか、ダイオード２１が発熱しているためなのかを区別することができ、さらに高信頼性の蓄電装置１を得ることができる。

以上の構成、動作により、切替スイッチ１７やダイオード２１の故障検出が可能になるとともに、第２接続点２３の電圧Ｖｓの変動からダイオード２１の異常発熱を検出して素早く冷却できるので、さらに高信頼な蓄電装置が実現できた。

なお、本実施の形態２では冷却手段としてファン２９を用いたが、これはペルチェ素子等の他の手段でもよい。しかし、ファン２９にする方が簡単な構造となる上に、ダイオード２１だけでなく蓄電装置１の内部全体を冷却することができるので、蓄電部１３や充電回路９等の他の発熱部品も同時に冷却することができ、蓄電装置１の全体の信頼性を向上することができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における蓄電装置のブロック回路図である。図４は、本発明の実施の形態３における蓄電装置の他の構成のブロック回路図である。なお、図３、および図４において、図１と同じ構成要素には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。また、太線と細線の意味も図１と同じである。

まず、図３における蓄電装置１の構成上の特徴は、実施の形態１の構成に対し、切替スイッチ電圧検出回路２５を廃するとともに、第１接続点１９の電圧（Ｖｄ）を検出する第１接続点電圧検出回路４１を設けた点である。なお、第１接続点電圧検出回路４１の構成は切替スイッチ電圧検出回路２５と同等であり、その電圧出力は制御部２７に接続されている。

次に、このような蓄電装置１の動作について説明する。

まず、車両起動時やアイドリングストップ時の動作は実施の形態１と同じであるので説明を省略し、本実施の形態３の動作における特徴である切替スイッチ１７やダイオード２１の故障検出について説明する。

蓄電装置１の高信頼性を得るためには、切替スイッチ１７とダイオード２１の少なくともどちらかが故障すれば故障警告を行わなければならない。そこで、いずれが故障したかを特に区別する必要がない場合は、次のようにして故障検出を行っている。

まず、制御部２７は蓄電部１３が放電している間に、蓄電部１３の電圧Ｖｃ、および第１接続点１９の電圧Ｖｄを、充電回路９、および第１接続点電圧検出回路４１から、それぞれ取り込む。ここで、ダイオード２１はアノード電圧（ここではＶｓ）に対してカソード電圧（ここではＶｄ）が低くなる特性を有する。この電圧降下ΔＶは一般に０．６〜０．７Ｖ程度であるが、周囲温度や経年劣化等により変化する。ここで、蓄電装置１として許容できる変化を±δとすると、電圧降下の許容範囲はΔＶ−δからΔＶ＋δとなる。

今、蓄電部１３は放電中なので、切替スイッチ１７、およびダイオード２１はオンになっている。従って、電圧差Ｖｃ−Ｖｄはダイオード２１の電圧降下を含む許容範囲を考慮して、ΔＶ−δからΔＶ＋δの範囲に入っていなければならない。このことから、制御部２７は電圧Ｖｃ、Ｖｄと、あらかじめ求めておいたΔＶ−δ、およびΔＶ＋δとの関係を判断する。

もし、ΔＶ−δ≦Ｖｃ−Ｖｄ≦ΔＶ＋δが成立すれば、切替スイッチ１７とダイオード２１は正常であることがわかる。一方、Ｖｃ−Ｖｄ＞ΔＶ＋δであれば、ＶｃとＶｄの差が許容範囲よりも大きいので、切替スイッチ１７とダイオード２１のいずれか、または両方がオンになっていないことになる。ゆえに、切替スイッチ１７とダイオード２１のいずれか、または両方がオープン故障していることがわかる。また、Ｖｃ−Ｖｄ＜ΔＶ−δであれば、ＶｃとＶｄが近い電圧になっているので、ダイオード２１がショート故障をしていることがわかる。

このようにして故障検出を行えば、切替スイッチ１７とダイオード２１の少なくともいずれかのオープン故障検出と、ダイオード２１のショート故障検出が可能となるので、高信頼性の蓄電装置１が実現できる。なお、切替スイッチ１７、および／またはダイオード２１が故障している場合は、制御部２７は蓄電部１３の充放電を禁止するとともに、切替スイッチ１７が故障していることを車両側制御回路に送信する。これを受け、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を禁止するとともに、蓄電装置１の故障を運転者に警告し修理を促す。

なお、本実施の形態３では切替スイッチ電圧検出回路２５を廃した構成について説明したが、これは廃さない構成でもよい。この場合のブロック回路図を図４に示す。図４の構成では第２接続点２３の電圧Ｖｓを検出できるので、切替スイッチ１７とダイオード２１を各々故障検出することができる。この動作の詳細を以下に説明する。

制御部２７は、蓄電部１３から電力を負荷７に放電している間に、切替スイッチ１７とダイオード２１の故障検出を行う。まず、切替スイッチ１７の故障検出については、実施の形態１で述べたように蓄電部１３の電圧Ｖｃと第２接続点２３の電圧Ｖｓを充電回路９と切替スイッチ電圧検出回路２５からそれぞれ取り込む。これにより、切替スイッチ１７の両端電圧が取り込めたことになる。

今、蓄電部１３は放電中なので、切替スイッチ１７はオン状態である。従って、切替スイッチ１７が正常であれば、Ｖｃ＝Ｖｓとなる。一方、Ｖｃ＝Ｖｓにならなければ、切替スイッチ１７がオープン故障をしていることになる。このようにして、切替スイッチ１７のオープン故障を独立して検出することで、さらに高信頼性の蓄電装置１を実現できる。

次に、ダイオード２１の故障検出について説明する。制御部２７は前記した電圧Ｖｃ、Ｖｓの他に第１接続点１９の電圧Ｖｄを第１接続点電圧検出回路４１から取り込む。この時、電圧Ｖｓは取り込んであるので、ダイオード２１の両端電圧が取り込めたことになる。

今、蓄電部１３から電力が放電されているので、ダイオード２１はオンになっている。従って、ダイオード２１のアノード電圧（Ｖｓ）とカソード電圧（Ｖｄ）の差Ｖｓ−Ｖｄは、ΔＶ−δからΔＶ＋δの範囲に入っていなければならない。このことから、制御部２７は電圧Ｖｓ、Ｖｄと、あらかじめ求めておいたΔＶ−δ、およびΔＶ＋δとの関係を判断する。

もし、ΔＶ−δ≦Ｖｓ−Ｖｄ≦ΔＶ＋δが成立すれば、ダイオード２１は正常であることがわかる。一方、Ｖｓ−Ｖｄ＞ΔＶ＋δであれば、ＶｓとＶｄの差が許容範囲よりも大きいので、ダイオード２１がオンになっていないことになる。ゆえに、オープン故障していることがわかる。また、Ｖｓ−Ｖｄ＜ΔＶ−δであれば、ＶｓとＶｄが近い電圧になっているので、ダイオード２１がショート故障をしていることがわかる。

このようにして、切替スイッチ１７のオープン故障とダイオード２１の故障を各々検出し、運転者に対して故障警告をすることができる。これにより、いずれが故障しているか、または両方故障しているかを区別することが可能となるので、修理時のサービス性が向上する。なお、両者の故障検出は同時に行ってもよいし、順不同に個別に行ってもよい。

以上の構成、動作により、切替スイッチ１７、および／またはダイオード２１の故障検出が可能になるので、高信頼な蓄電装置が実現できた。

なお、本実施の形態３の切替スイッチ１７についてはオープン故障しか検出できないので、実施の形態１、または２の動作を同時に行うことにより、切替スイッチ１７のショート故障も検出できる。この場合は、ダイオード２１の異常発熱による故障検出もできるので、さらに高信頼性が得られ、車両用の蓄電装置１として最適な構成とすることができる。

また、実施の形態１から３において蓄電部１３には蓄電素子として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蓄電素子でもよい。さらに、蓄電部１３は複数の蓄電素子を直列に接続した構成としたが、これに限定されるものではなく、負荷７が要求する電力仕様に応じて、並列や直並列接続としてもよいし、単数の蓄電素子を用いてもよい。

また、実施の形態１から３では蓄電装置１をアイドリングストップ車に適用した場合について述べたが、それに限らず、ハイブリッド車や、電動パワーステアリング、電動ターボ、電気的な油圧制御による車両制動等の各システムにおける車両用補助電源、あるいは一般の非常用バックアップ電源等にも適用可能である。

本発明にかかる蓄電装置は切替スイッチの故障検出とダイオードの異常発熱が抑制され、高信頼性が得られるので、特に主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源用の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２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３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３における蓄電装置の他の構成のブロック回路図 従来の蓄電装置のブロック回路図

符号の説明

１ 蓄電装置
５ 主電源
７ 負荷
９ 充電回路
１１ 主電源電圧検出回路
１３ 蓄電部
１７ 切替スイッチ
１９ 第１接続点
２１ ダイオード
２３ 第２接続点
２５ 切替スイッチ電圧検出回路
２７ 制御部
２９ ファン
４１ 第１接続点電圧検出回路

Claims (9)

1. 主電源と負荷との間に接続された蓄電装置であって、
   前記蓄電装置は、電力を蓄える蓄電部と、
   前記主電源と前記蓄電部の間に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出しながら前記蓄電部への充電を制御する充電回路と、
   前記主電源と前記負荷の間に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、
   前記蓄電部の電力を前記負荷に出力する切替スイッチと、
   前記主電源電圧検出回路と前記負荷との第１接続点と、前記切替スイッチの間で、前記切替スイッチにアノードを、前記第１接続点にカソードを接続したダイオードと、
   前記切替スイッチと前記ダイオードとの第２接続点に接続され、前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）を検出する切替スイッチ電圧検出回路と、
   前記充電回路、主電源電圧検出回路、切替スイッチ、および切替スイッチ電圧検出回路が接続された制御部とを備え、
   前記制御部は、既定条件時に前記切替スイッチをオンオフ動作させて、オン時とオフ時における前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）と前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）を、前記充電回路と前記切替スイッチ電圧検出回路からそれぞれ取り込むことにより、前記切替スイッチの故障検出を行うとともに、
   前記切替スイッチがオフの時に前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）が前記ダイオードの動作限界値以上になることにより、前記ダイオードの異常発熱を検出するようにした蓄電装置。
2. 前記故障検出における前記既定条件は、非使用状態から最初に使用状態になり前記蓄電部を充電する際に、満充電になるまでの間に１回だけとした請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御部は、前記ダイオードの異常発熱を検出すると前記蓄電部の充放電を停止し、前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）が前記ダイオードの動作可能値以下になれば前記蓄電部の充放電を再開するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
4. 前記動作可能値は前記動作限界値より小さくした請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記ダイオードが冷却可能領域内に配されるように冷却手段を設け、
   前記制御部は、前記ダイオードの異常発熱を検出すると前記冷却手段を動作させ、
   前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）が前記ダイオードの動作可能値以下になれば前記冷却手段を停止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
6. 前記動作可能値を前記動作限界値より小さくするとともに、
   前記制御部は、前記冷却手段の動作時に前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）が前記動作可能値まで下がらず不変の場合には前記切替スイッチがショート故障をしていると判断するようにした請求項５に記載の蓄電装置。
7. 前記冷却手段はファンである請求項５に記載の蓄電装置。
8. 主電源と負荷との間に接続された蓄電装置であって、
   前記蓄電装置は、電力を蓄える蓄電部と、
   前記主電源と前記蓄電部の間に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出しながら前記蓄電部への充電を制御する充電回路と、
   前記主電源と前記負荷の間に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、
   前記蓄電部の電力を前記負荷に出力する切替スイッチと、
   前記主電源電圧検出回路と前記負荷との第１接続点と、前記切替スイッチの間で、前記切替スイッチにアノードを、前記第１接続点にカソードを接続したダイオードと、
   前記第１接続点に接続され、前記第１接続点の電圧（Ｖｄ）を検出する第１接続点電圧検出回路と、
   前記充電回路、主電源電圧検出回路、切替スイッチ、および第１接続点電圧検出回路が接続された制御部とを備え、
   前記制御部は前記蓄電部が放電している間に、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）、および前記第１接続点の電圧（Ｖｄ）を、前記充電回路、および前記第１接続点電圧検出回路から、それぞれ取り込むことにより、前記切替スイッチ、および／または前記ダイオードの故障検出を行うようにした蓄電装置。
9. 前記切替スイッチと前記ダイオードとの第２接続点に接続され、前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）を検出し前記制御部に出力する切替スイッチ電圧検出回路をさらに備え、
   前記制御部は前記蓄電部が放電している間に、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）、前記第１接続点の電圧（Ｖｄ）、および前記第２接続点の電圧（Ｖｓ）を、前記充電回路、前記第１接続点電圧検出回路、および前記切替スイッチ電圧検出回路から、それぞれ取り込むことにより、前記切替スイッチと前記ダイオードの各々の故障検出を行うようにした請求項８に記載の蓄電装置。

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