WO2007055264A1

WO2007055264A1 - 車両用電源装置

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Publication number: WO2007055264A1
Application number: PCT/JP2006/322343
Authority: WO
Inventors: Yoshimitu Odajima; Kazuki Morita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2007-05-18
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Abstract

キャパシタの能力に対応した、より正確な昇温が可能な車両用電源装置を提供する。　そのために、起動時にあらかじめ現在のキャパシタの能力に対応した温度と内部抵抗の相関関係を求めておき、充放電を繰り返す毎に内部抵抗を求めて相関関係からキャパシタ内部の温度を求める。これによりキャパシタ内部の正確な温度を得ることができるので、キャパシタを正確に目標温度に昇温することができる。

Description

明細書

車両用電源装置

技術分野

[0001] 本発明は、ノッテリ等を利用した電子機器の非常用電源に関するものであり、特に

、車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用される車両用電源装置に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動についても、従来の機械的な油圧制御力電気的な油圧制御への各種の提案がなされてきている。

[0003] 一般に車両の油圧制御を電気的に行うためには、電源としてバッテリが用いられる力その場合バッテリだけでは何らかの原因で電力の供給が断たれると油圧制御ができなくなり、車両の制動が不可能になる可能性がある。

[0004] そこで、バッテリとは別に非常用補助電源として大容量キャパシタ等の蓄電素子を搭載することにより非常時の対応ができるような提案がなされている。

[0005] このような車両用電源装置のキャパシタは、特に車両が低温下で保管された状態で起動すると、キャパシター般の特性として低温になれば内部抵抗が急に大きくなり

、容量は急に小さくなるため、本来の車両用電源装置としての仕様を満たすことができなくなる。

[0006] そこで、蓄電素子としてキャパシタではなくバッテリを用いた例ではある力強制的にバッテリへの充放電を行うことで電流を流し、ノッテリの内部抵抗により発熱させて温度を上げる構成が提案されて！ヽる。

[0007] なお、この発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献 1が知られている。

[0008] このようなバッテリの温度を上げる構成の一例として、以下、ハイブリッド車両につヽて説明する。

[0009] 図 13は従来のノ、イブリツド車両のブロック構成図を示す。 [0010] ハイブリッド車両 1は基本的にはエンジン 2と、複数のモーター 3、 4、 5と、それらに接続したインバーター 6、 7、 8と、電力を供給するバッテリ 9と、システム全体を制御するコントローラー 10から構成される。

[0011] もし、ハイブリッド車両 1を起動する時に周囲温度が低温 (例えば氷点下数十度)であつたとすると、ノッテリ 9は本来の要求性能を発揮できない。

[0012] そこで、コントローラー 10は低温環境であれば、ノッテリ 9を強制的に充放電し温度を上げる動作を行う。

[0013] 具体的には、放電する場合はモーター 3を駆動してエンジン 2の始動やアシストを行ったり、油圧装置 11に接続されたモーター 5を高速駆動するなどの動作を行う。

[0014] 充電する場合はモーター 3を発電機として用い、エンジン 2の駆動力を電力に変換してバッテリ 9を充電する。

[0015] このようにバッテリ 9を充放電することでバッテリ 9の温度が上がり、車両の要求性能を満たすことができるようになる。

[0016] 以上のような動作によって、確かに蓄電素子としてのバッテリ 9の温度を上げることができるのである力この手法をそのままキャパシタに適用するのは困難である。

[0017] これは、以下の理由による。

[0018] 従来の方法はバッテリ温度センサ（図示せず)だけでなくバッテリ 9の内部抵抗からも周囲温度の低さを判定している。これによりバッテリ 9内部の温度を正確に判定することができる。

[0019] 従って、キャパシタについても低温では内部抵抗が大きく容量が小さくなる特性を利用して、前記バッテリと同様の手法を用いることで、キャパシタ内部の温度を正確に判定できる。

[0020] しかし、キャパシタは劣化による能力の低下によっても徐々に内部抵抗が変化してしまう性質がある。これに対しては前記従来の方法では何ら劣化に対する補正が考慮されていないため、キャパシタ能力変化時における目標温度への昇温制御の観点力は不正確になる。

[0021] 従って、キャパシタを昇温する場合は現在のキャパシタの能力を考慮した充放電制御を行わなければ最終的に目標とする温度力も外れてしまうという課題があった。 [0022] なお、キャパシタの能力とは、車両用電源装置を複数製造した場合に、最も内部抵抗が低く容量が大きい値のものを能力 100%、キャパシタが車両用電源装置として使用できなくなる劣化限界における内部抵抗値や容量値に至った時に能力 0%と以下定義する。

特許文献 1：特許第 3449226号公報

発明の開示

[0023] 従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は起動時にあらかじめ現在のキャパシタの能力に対応した温度と内部抵抗の相関関係を求めておき、充放電を繰り返す毎に内部抵抗を求めて相関関係からキャパシタ内部の温度を求めるものである。

[0024] 本構成により、キャパシタ内部の正確な温度を得ることが可能となる。その結果、本発明の車両用電源装置によれば、キャパシタの能力を考慮することで正確に目標温度まで昇温できるため、ハイブリッド車両を低温で起動しても本来の要求性能を十分発揮することができる車両用電源装置が得られる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1における車両用電源装置のブロック回路図である

[図 2]図 2は本発明の実施の形態 1における車両用電源装置の動作を示すフローチヤートである。

[図 3A]図 3Aは本発明の実施の形態 1における車両用電源装置の昇温時の経時的なキャパシタ電圧特性図である。

[図 3B]図 3Bは本発明の実施の形態 1における車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電電流特性図である。

[図 4]図 4は本発明の実施の形態 1における車両用電源装置のキャパシタの劣化に応じた内部抵抗および容量の温度特性図である。

[図 5]図 5は本発明の実施の形態 2における車両用電源装置の動作を示すフローチヤートである。

[図 6A]図 6Aは本発明の実施の形態 2における車両用電源装置の昇温時の経時的なキャパシタ電圧特性図である。

[図 6B]図 6Bは本発明の実施の形態 2における車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電電流特性図である。

圆 7]図 7は本発明の実施の形態 3における車両用電源装置の動作を示すフローチヤートである。

[図 8A]図 8Aは本発明の実施の形態 3における車両用電源装置の昇温時の経時的な一部分のキャパシタ電圧特性図である。

[図 8B]図 8Bは本発明の実施の形態 3における車両用電源装置の昇温時の経時的な一部分の充放電電流特性図である。

圆 9]図 9は本発明の実施の形態 4における車両用電源装置の動作を示すフローチヤートである。

[図 10]図 10は本発明の実施の形態 4における車両用電源装置のキャパシタの容量と内部抵抗における温度毎の劣化限界値を表す相関図である。

圆 11]図 11は本発明の実施の形態 5における車両用電源装置のブロック回路図である。

[図 12]図 12は本発明の実施の形態 6における車両用電源装置のブロック回路図である。

[図 13]図 13は従来のハイブリッド車両のブロック構成図である。

符号の説明

20 車両用電源装置

21 直流電源

22 負荷

23 キャパシタ

24 充電回路

25 放電回路

26 直流電源電圧計

27 キャパシタ電圧計

28 キャパシタ電流計 29 温度センサ

30 スィッチ

31 マイクロコンピュータ

32 ヒーター

発明を実施するための最良の形態

[0027] 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、ここでは例としてハイブリッド車両制動用の車両用電源装置について説明する。

[0028] (実施の形態 1)

図 1は本発明の実施の形態 1における車両用電源装置 20のブロック回路図である。図 2は本発明の実施の形態 1における車両用電源装置 20の動作を示すフローチヤートである。図 3Aは本発明の実施の形態 1における車両用電源装置 20の昇温時の経時的なキャパシタ電圧特性図、図 3Bは充放電電流特性図である。図 4は本発明の実施の形態 1における車両用電源装置のキャパシタの劣化に応じた内部抵抗および容量の温度特性図である。

[0029] 図 1において、車両用電源装置 20はバッテリからなる直流電源 21と車両制動制御を行う負荷 22の間に接続されている。

[0030] 車両用電源装置 20の詳細な構成は以下の通りである。

[0031] まず、非常用電源として直流電源 21の電力を充電するためのキャパシタ 23が設けられて、る。キャパシタ 23は複数の電気二重層キャパシタカも構成されて、る。

[0032] キャパシタ 23には充電を制御するための充電回路 24と、キャパシタ 23の電荷を放電するための放電回路 25が接続されて、る。

[0033] さら〖こ、直流電源 21の電圧を検出する直流電源電圧計 26に加え、キャパシタ 23の電圧を検出するキャパシタ電圧計 27が接続されて、る。

[0034] また、キャパシタ 23への充放電電流を検出するためのキャパシタ電流計 28が充電回路 24および放電回路 25と、キャパシタ 23との間に接続されている。この位置に接続することにより、キャパシタ 23の充電時、放電時のいずれの電流も検出することができる。 [0035] キャパシタ 23の近傍には温度センサ 29が設けられている。これによりキャパシタ 23 の近傍温度 (周囲温度）を検出している。なお、温度センサ 29には感度が優れるサ一ミスタを用いた。

[0036] また、通常は直流電源 21の電力が負荷 22に供給されている力万一直流電源電圧計 26の出力が負荷 22を駆動できない電圧値まで下がり、直流電源 21の電力供給が不十分になったり停止した時には、キャパシタ 23の電力を負荷 22に供給するようにするために、直流電源 21の電力またはキャパシタ 23の電力のいずれかに切り替えるスィッチ 30が車両用電源装置 20の負荷側に設けられている。

[0037] なお、スィッチ 30は信号により切替制御可能な構造となっている。

[0038] 充電回路 24、放電回路 25、直流電源電圧計 26、キャパシタ電圧計 27、キャパシタ電流計 28、温度センサ 29、およびスィッチ 30は、本発明の制御部の一実施の形態としてのマイクロコンピュータ 31に接続されており、これにより車両用電源装置 20 全体を制御している。

[0039] 次に車両用電源装置 20の動作について、主に図 2のフローチャートを用いながら、説明の補足として図 3、図 4を参照しつつ述べる。

[0040] 車両を起動するためにィグニシヨンスィッチを才ンにすると、マイクロコンピュータ 31 は図 2に示すフローチャートに従って車両用電源装置 20を制御する。

[0041] まず、図 2の左側に示したメインルーチン 1に従って、温度センサ 29の出力力現在の周囲温度 TOを求める（Sl)。

[0042] 次にキャパシタ電圧計 27により充電前のキャパシタ電圧 Vbを求める（S2)。

[0043] キャパシタ 23の寿命を延ばすため、車両使用後にイダ-シヨンスィッチをオフにした際に、キャパシタ 23の電荷を放電回路 25によって放電するように制御している力電荷を完全に放電することは困難なため、僅かにキャパシタ電圧が発生する。

[0044] 従って、後述するキャパシタ 23の内部抵抗を正確に求めるために、充電前にキヤパシタ電圧を求めておく。

[0045] 次に、充電回路 24によって直流電源 21の電力をキャパシタ 23に定電流 Iで充電を行う（S3)。この時、キャパシタ電流計 28の出力をモニターして定電流 Iで充電されるよう充電回路 24をフィードバック制御している。 [0046] また、充電開始と同時に充電開始直後のキャパシタ電圧 Vaをキャパシタ電圧計 27 で求める（S4)。

[0047] S2、 S4より求めた充電開始直後のキャパシタ電圧 Vaと充電前キャパシタ電圧 Vb 力も、両者の電圧差 Vu=Va— Vbを求める（S5)。

[0048] ここまでのキャパシタ電圧 Vと充電電流 Iの経時変化を図 3A、図 3Bにそれぞれ示す。

[0049] 図 3Bに示すように時間 tOで充電電流（定電流) Iにより充電を開始すると、図 3Aに示すようにキャパシタ電圧 Vは起動時の温度に応じたキャパシタ 23の内部抵抗分だけ急峻に電圧が上昇し、その後、 Iは一定なので時間とともに Vが上昇し充電されていく。

[0050] 従って、 Vuを求めるために、マイクロコンピュータ 31は充電電流 Iをキャパシタ 23に供給する前と供給直後にキャパシタ電圧計 27の電圧出力を Vb、Vaとしてそれぞれ Sfみ込んでヽる。

[0051] 次に、図 2に戻って、 S5で求めた Vuからキャパシタ 23の起動直後の内部抵抗 R0 を求める（S6)。なお、 R0は次の（1)式で求められる。

[0052] R0=Vu/l (1)式

次に、求めた R0がキャパシタ 23の劣化限界値（能力 0%)に至っているか否かを判断する (S7)。

[0053] なお、キャパシタ 23の内部抵抗の劣化限界値は、あら力じめ複数のキャパシタ 23 に対する劣化時の内部抵抗を平均して求めておき、マイクロコンピュータ 31に接続された ROM (図示せず）に記憶させてある。

[0054] R0が劣化限界値より大きければ（S7の Yes)、マイクロコンピュータ 31はキャパシタ

23が劣化していることを車両側のコンピュータ（図示せず）に伝達することで、運転者に劣化警告を行う（S8)。

[0055] その後、安全のため直ちに充電を停止し (S9)、キャパシタ 23の電荷を放電した後

(S10)、車両用電源装置 20の動作を終える。

[0056] R0が劣化限界値以下であれば（S7の No)、キャパシタ 23へ充電を行っている間にマイクロコンピュータ 31は温度 Tと内部抵抗 Rの複数の相関関係の内、いずれかを T0、 RO力決定する（Sl l)。

[0057] 具体的には図 4を用いて以下の原理、方法で決定する。

[0058] 図 4はキャパシタ 23の内部抵抗 Rと容量 Cの温度特性を示すグラフであり、それぞれキャパシタ 23が能力 100%から能力 0%に変化して、く様子も合わせて示して!/ヽる。なお、図 4で左縦軸は内部抵抗 Rを、右縦軸は容量 Cを示す。

[0059] 図 4より明らかなように、内部抵抗 Rは温度が下がるほど、また能力が低下するほど大きくなることがわかる。反対に容量 Cは温度が下がるほど、また能力が低下するほど小さくなることがわかる。

[0060] 従って、能力に応じた温度 Tと内部抵抗 Rの相関、または温度 Tと容量 Cの相関がわかれば、 Rまたは Cを求めることでキャパシタ 23の内部の正確な温度 Tを知ることができる。

[0061] このようにして Tを求める理由は、車両用電源装置 20の使用途中では温度センサ 2

9の設置位置やキャパシタ 23の熱容量等の関係で、必ずしも温度センサ 29の温度出力とキャパシタ 23の内部の温度が一致するとは限らないためである。

[0062] 但し、図 4より Cの温度特性は約— 25°C力も約 25°Cの広い範囲に渡ってほとんど温度 Tによる変化が見られないことがわかる。従って、 Cを求めてキャパシタ 23の内部の Tを得ると Tが高くなるほど極めて誤差が大きくなる。

[0063] 一方、 Rの温度特性は非線形ではあるものの Tによる変化が 1対 1に十分得られるので、 Rを求めて正確なキャパシタ 23の内部の Tを得ることができる。

[0064] 以上の原理から、 Rを求めることで、キャパシタ 23の能力による変化を補正した現在の正確な Tが求められる。

[0065] そこで、 Tを求めるために必要なのが現在のキャパシタ 23の能力に応じた Tと尺の相関関係である。

[0066] これは、 Sl、 S6で求めた TO、 RO力ら、 TOにおける ROをほぼ満たす、すなわち、図 4の座標 (TO、 RO)をほぼ通る両者の相関関係線を求めることで得ている。

[0067] これについては、起動直後では温度センサ 29の温度出力である TOとキャパシタ 23 の内部温度 Tはほぼ等しいとの前提で、この時の ROを求めることにより正確な Tと R の相関点 (座標）を得て、るのである。 [0068] この相関点 (TO、 RO)をほぼ通る相関関係線が現在のキャパシタ 23の能力を反映したものとして決定できる。本実施の形態 1では図 4の 3本の相関関係線の内、能力 1 00%と 0%の中間の相関関係線 (太線で示した)上に座標 (TO、 RO)が含まれるとして、前記中間の相関関係線を選択決定した。

[0069] なお、キャパシタ 23の能力が低下すると、起動時に同じ TOであっても ROが大きくなるので、さらに能力が低下した正、相関関係線（図 4で上方の相関関係線)を決定することができる。

[0070] また、温度センサ 29は充電回路 24などの発熱源となる回路の熱影響を受けることがな、位置に設置して、る。

[0071] 従って、もし TOが発熱源の影響を受けて本来の温度より高い値を示すと、座標 (TO

、 RO)が実際より能力の劣る相関関係線を通ってしまうため、間違った相関関係線を選択してしまうが、本実施の形態 1では温度センサ 29の設置位置の配慮により間違

V、が起こらな、ようにして、る。

[0072] これにより、キャパシタ 23の正確な温度制御が可能となる。

[0073] さらに、温度センサ 29の温度出力とキャパシタ 23の内部の温度がほぼ一致する起動直後に限って相関関係線を決定しているので、より高精度にキャパシタ 23の昇温温度を制御できる。

[0074] 以上のことから、動作としてはマイクロコンピュータ 31に接続された ROM (図示せず）に、あら力じめキャパシタ 23の能力毎に求めておいて記憶させた温度 Tと内部抵抗 Rの複数の相関関係線の内、 SI, S6で得た座標 (TO、RO)をほぼ含む相関関係線を選択決定している。

[0075] なお、図 4にはキャパシタ 23の劣化毎の Tと Rの相関関係線を 3本しか記載していないが、これは図 4を見やすくするためである。実際にはさらに多くの相関関係線を記憶させることで、より正確な Tを求めている。

[0076] 次に、図 2のフローチャートに戻って、 S11で Tと Rの相関関係を決定した後、温度センサ 29の温度 TOが既定温度（例えば目標 25°C)以上であれば（S 12の Yes)、キャパシタ 23を昇温する必要がないので、後述する S 110にジャンプし、キャパシタ 23 を満充電にして昇温動作を終了する。 [0077] 一方、 TOが既定温度に達していなければ（S12の No)、以下の昇温動作を行う。

[0078] まず、キャパシタ 23の電圧 Vが充電既定電圧 Vvと等しくなつたカゝ否かを判定する（

S13)。これは S3から充電をし続けている力その終了の判定を行っていることに相当する。

[0079] なお、充電既定電圧 Vvは本実施の形態 1ではキャパシタ 23に定電流で充電できる上限電圧とした。これにより、電流 Iができるだけ長くキャパシタ 23に流れるので、その分早く昇温することができる。

[0080] ここで、キャパシタ 23は複数のキャパシタからなるので、充電既定電圧 Vvはこれらを接続した状態での電圧とした。

[0081] キャパシタ 23の電圧 Vが Vvに至っていない時は（S 13の No)、 Vvに至るまで S 13 を繰り返す。

[0082] キャパシタ 23の電圧 Vが Vvと等しくなれば（S 13の Yes)、充電回路 24を制御して直ちに充電を停止する（S 14)。

[0083] 次に、放電回路 25によりキャパシタ 23の電荷を充電時と絶対値が同じ定電流— I で放電する（S15)。なお、本実施の形態 1では充電時と絶対値が同じ定電流 Iで放電して!/、るが、特に絶対値が同じ定電流で放電する必要はな、。

[0084] 但し、放電電流絶対値が小さければ放電が遅くなるため、充電電流と絶対値が同等かそれ以上が望ましい。

[0085] ここまでのキャパシタ電圧 Vと充放電電流 Iの経時変化を図 3A、図 3Bを用いて説明する。

[0086] 図 3Aにおいて、時間 tOで充電を開始し、時間とともにキャパシタ電圧 Vが上昇する力やがて時間 tlで Vは充電既定電圧 Vvに等しくなる（図 2の S13)。

[0087] 時間 tlで充電を停止し（図 2の S14)、放電を開始すると（図 2の S15)、電流は Iから一 Iに逆転し、それに応じたキャパシタ 23の内部抵抗 Rによるキャパシタ電圧 Vの急峻な電圧降下を起こす。

[0088] この電圧降下は内部抵抗 Rが R0のままであれば、電流が逆転するので時間 tOの電圧上昇 Vuの 2倍の電圧降下を起こす力時間 tlではすでに充電が行われて、るので、それに伴うキャパシタ 23の温度上昇が起こっており、 tlでの内部抵抗 Rは起動時の ROより小さくなつている。

[0089] 従って、キャパシタ電圧 Vの電圧降下は tOでの Vuの 2倍未満の値となる。

[0090] その後、時間とともに定電流 Iで放電され、キャパシタ電圧 Vは下降していく。なお

、マイクロコンピュータ 31は定電流 Iが一定になるようにキャパシタ電流計 28の出力をモニターして放電回路 25をフィードバック制御している。

[0091] 時間 tl力 t2で下降するキャパシタ電圧 Vの傾きは起動充電時（時間 tO〜tl)の上昇する傾きに比べ緩やかになる。これは、時間 tO〜tlで充電することによる発熱でキャパシタ 23の内部温度 Tが上昇し、図 4の Tと Rの相関関係よりキャパシタ 23の内部抵抗 Rが下がり容量が回復したためである。

[0092] 次に、図 2に戻って、 S 15で放電を開始した後は、放電既定電圧 Vmを 2. 5Vにセットする（S 16)。

[0093] ここで、放電既定電圧 Vmとは、あら力じめ決定しておく放電終了時の電圧のことであり、本実施の形態 1では放電回路 25の定電流放電が可能な最低電圧である Vm = 2. 5Vとした。これにより、キャパシタ 23をできるだけ放電できるので、その分長く電流を流すことができ、早く昇温できる。

[0094] 放電既定電圧 Vmをセットしたら、キャパシタ 23の温度調整サブルーチン 1を実行する（S17)。

[0095] 温度調整サブルーチン 1は図 2の右半分のフローチャートに示した。

[0096] 温度調整サブルーチン 1にジャンプしてくると、まず、キャパシタ電圧 Vと放電既定電圧 Vmを比較する（ S 101 )。

[0097] ここで、 Vが Vmに至っていなければ（S101の No)、 Vmに至るまで S101に戻る。

[0098] キャパシタ電圧 Vが放電既定電圧 Vmになれば（S101の Yes)、放電回路 25を通して放電を停止し、その後直ちに再度定電流 Iで充電を開始する（S102)。

[0099] 次に、放電停止時のキャパシタ電圧 Vcと充電開始直後のキャパシタ電圧 Vaの電圧差 Vu=Va— Vcを求める（S103)。

[0100] なお、 Vcと Vaを求めるには S102で放電停止と充電開始がほぼ同時に行われるため、マイクロコンピュータ 31は最速でキャパシタ電圧計 27から電圧データを順次読み込んでいる。そして、電圧が急変する直前、直後のデータ値をそれぞれサーチして Vcと Vaを求めている。

[0101] 得られた Vu力もキャパシタ 23の内部抵抗 Rを次の（2)式より求める（S104)。

[0102] R=Vu/ (l X 2) (2)式

ここで、（1)式と比較して (2)式の分母が (I X 2)になって、る点が（1)式と異なる。これは、放電から充電に切り替えたときの電流の変化力 I （一 I) = (1 X 2)となる力らである。

[0103] 次に、 S11で既に決定した Tと Rの相関関係（図 4参照）を用いて、 S104で求めた R 力現在のキャパシタ温度 Tを求める（S 105)。

[0104] この Tが既定温度（25°C)以上か否かを判定し (S 106)、もし Tが既定温度以上であれば（S106の Yes)、後述する S110にジャンプし、キャパシタ 23を満充電にして昇温動作を終了する。

[0105] 一方、 Tが既定温度に達していなければ（S 106の No)充電し続け、キャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vvに至つたかを判断する（S 107)。もし至ってヽなければ (S 1 07の No)、 Vが Vvになるまで S107に戻り充電を続行する。

[0106] Vが Vvに至れば（S107の Yes)、充電を停止するとともに（S108)、放電を開始する（S109)。

[0107] その後、 S 101に戻って S 106で Tが既定温度以上になるまで同様の動作を繰り返す。これにより、充放電が繰り返されるためキャパシタ 23の温度は上昇していく。

[0108] すなわち、上記温度調整サブルーチンの動作をまとめると、放電後再度充電を行 V、、放電停止時のキャパシタ電圧 Vcと充電開始直後のキャパシタ電圧 Vaの電圧差 Vu力もキャパシタ 23の内部抵抗 Rを求め、それに応じたキャパシタ温度 Tを求め、既定温度より小さければ再度充電し続けるという一連の動作を、キャパシタ温度 Tが既定温度になるまで繰り返すということになる。

[0109] Tが既定温度になれば（S12の Yes、 S106の Yes)、現在充電中であるので、充電によるキャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vvに至ったカゝ否かを判断する（S110)。

[0110] ここで、充電既定電圧 Vvは、定電流で充電できる上限の電圧であるので、充電を定電流制御から定電圧制御に切り替える電圧にも相当する。これは、キャパシタを満充電するにはキャパシタの定格電圧近くになると定電圧でゆっくり電荷を蓄えるように制御する必要があるためであり、その切替を行うタイミングが V=Vvになった時である [0111] すなわち、個々のキャパシタ (電気二重層キャパシタ）を等価回路で考えると、非常に多数の微小キャパシタが並列に接続されたものに相当し、その全てに電荷を蓄えて初めて満充電になるのであるが、定電流のまま充電すると、全ての微小キャパシタに電荷が行き渡って、なくても見かけ上キャパシタの定格電圧に至ってしま、、この状態で充電を停止すると電荷が行き渡つていない分、キャパシタが電圧降下を起こしてしまう。

[0112] これを避けるために満充電にするには定電圧制御に切り替えてゆっくり充電することで全ての微小キャパシタにまで電荷を行き渡らせるようにしている。

[0113] さて、 S 110で Vが Vvに至らなければ（S 110の No)、Vvに至るまで定電流充電を継続する（S110に戻る）。

[0114] Vが Vvと等しくなれば（S 110の Yes)、充電回路 24を定電流充電から定電圧充電に切り替えて充電を «I続する（S 111)。

[0115] そして Vが充電定格電圧 Vcに至ったか否かを判断する（S 112)。なお、充電定格電圧 Vcはキャパシタ 23が満充電になった時の電圧である。

[0116] Vが Vcまで至らなければ（S 112の No)満充電になって!/ヽな!、ので、 Vcに至るまで

S 112に戻り充電を継続する。

[0117] Vが Vcと等しくなれば（S112の Yes)満充電になったので、キャパシタ 23に電圧 V cを印加し続けることで Vcを維持しつつ（S113)、温度調整サブルーチン 1からリタ一ンする。

[0118] なお、キャパシタ 23の電圧を Vcに維持するのは、キャパシタ 23の自己放電等による電圧低下を防ぐためである。

[0119] ここに至って、キャパシタ 23は既定温度（目標温度）に到達し、かつ満充電になつた状態となる。

[0120] 以上で図 2のメインルーチン 1 (左半分のフローチャート）の S17を終了したことになるので、メインルーチン 1も終了する。

[0121] ここまでで述べた動作に対するキャパシタ電圧 Vと充放電電流 Iの経時変化を図 3A 、図 3Bで説明する。

[0122] 時間 t2までは説明したので、その続き（図 2のフローチャートの S 101から最後まで）を ¾ベる。

[0123] S101においてキャパシタ電圧 Vが放電既定電圧 Vmと等しくなると放電が完了することになる。その時間が t2である。

[0124] 時間 t2ではキャパシタの電圧は本実施の形態 1では 2. 5Vであるので、この状態から再充電 (S102)を行うと、再充電開始直後に起動時と同等のキャパシタ電圧 Vの電圧上昇 (Vuに相当）が起こる。

[0125] 但し、時間 t2までには 1回充放電を行っているので、その分キャパシタ 23は温度 T が上昇している。

[0126] 従って、図 4より内部抵抗 Rは時間 tOの時よりも小さくなつているので、時間 t2における電圧差 Vuは時間 tOの Vuよりも小さくなる。

[0127] その後、時間とともに充電されていくのである力キャパシタ 23が既にある程度昇温しているので内部抵抗 Rが小さくなり、その結果キャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vv に至るまでの時間（t2〜t3)が長くなる。

[0128] 以後、同様に時間 t3で充電を停止し、放電を開始したときの電圧降下幅は時間 tl のそれと比べ小さくなり、放電時の経時的キャパシタ電圧 Vの変化 (傾き)も小さくなる

。これらはキャパシタ 23が昇温してきたためである。

[0129] そして本実施の形態 1では時間 t4に至って放電停止から充電開始時のキャパシタ電圧の電圧差 Vuは非常に小さくなり、この Vuから（1)式で Rを計算し（図 2の S104)

、 Rから図 4を用いて Tを求めると（図 2の S 105)既定温度（目標温度）に到達したことがわかった（図 2の S106)。

[0130] 従って、 2回の充放電によりキャパシタ 23を目標温度まで昇温できたことになる。

[0131] ここで、昇温は完了した力時間 t4では放電し終わっているため、次に、キャパシタ

23を満充電する。

[0132] 具体的には、時間 t4力キャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vvに至るまで定電流で充電し（図 2の S110)、時間 t5で V=Vvになれば定電圧充電に切り替えて引き続き充電を行う（図 2の S111)。 [0133] 時間 t5で定電圧充電を行うと、充電電流 Iは図 3Bに示すように急激に下がっていき、満充電になると電流がほぼ 0になる。この時キャパシタ電圧 Vは充電定格電圧 Vcと等しくなり（図 2の S 112)、その後 Vcを維持し続ける（図 2の S 113)。

[0134] このようにしてキャパシタ 23を昇温するとともに満充電を行っている。

[0135] なお、図 3Aから明らかなように、キャパシタ温度 Tを求めるのに必要なキャパシタ電圧の電圧差 Vuは必ず充電開始時（時間 tO、 t2、 t4)で測定している力これは充電が終わって放電に切り替えた時（時間 tl、 t3)のキャパシタ電圧 Vの電圧降下を測定し、それにより内部抵抗 Rを求め、キャパシタ 23内部の温度 Tを得てもよい。

[0136] 但し、本実施の形態 1では以下の理由によって前記電圧降下力もキャパシタ温度 T を得ていない。

[0137] すなわち、時間 tl、 t3、 · · *で丁を求めたとしても、その後キャパシタ 23は放電されてしまう。

[0138] 従って、仮に時間 tl、 t3、 · · *で丁が既定温度に達していたとしても、ー且放電してカも満充電を行わなければならな、。

[0139] その時、必ず放電から充電に切り替わる時間 t2、 t4、 · · ·を経るので、その時に Tを求めても遅くはない。

[0140] これらのことから時間 tl、 t3、 · · 'で丁を求める必然性がないことがわかる。

[0141] このような理由力も本実施の形態 1では時間 t2、 t4、 · · 'で丁を求めている。

[0142] 以上の構成、動作によりキャパシタ 23の能力に応じた温度と内部抵抗の相関関係を決定し、これを用いて充放電動作によるキャパシタ 23内部の温度 Tを正確に求めることができるため、目標温度まで正確にキャパシタ 23を昇温することが可能な車両用電源装置 20を実現することができた。

[0143] (実施の形態 2)

図 5は本発明の実施の形態 2における車両用電源装置 20の動作を示すフローチヤートである。図 6Aは本発明の実施の形態 2における車両用電源装置 20の昇温時の経時的なキャパシタ電圧特性図、図 6Bは充放電電流特性図である。

[0144] なお、本実施の形態 2の構成は実施の形態 1の構成とほぼ同一であるので、図 1をそのまま使って説明し、同一部分の詳細な説明は省略する。 [0145] 異なる部分は放電回路 25がマイクロコンピュータ 31の信号によりオンオフされる放電スィッチ（図示せず)と負荷抵抗 (図示せず)を直列に接続した構成カゝらなる点である。

[0146] 従って、キャパシタ 23の電荷を放電する際には、放電回路 25内に設けた放電スィツチをオンにすることによりキャパシタ 23からの電流を負荷抵抗に流して放電し、オフにすることで放電停止して、る。

[0147] このような構成の放電回路 25とすることにより、実施の形態 1の定電流放電回路に比べ回路の簡略ィ匕が可能となる。

[0148] 次に、本実施の形態 2における車両用電源装置の動作について説明する。

[0149] なお、動作を表すフローチャートの内、メインルーチンは実施の形態 1と同一なので

、その詳細な説明は省略し、動作の特徴となる温度調整サブルーチン 2について図 5 を用いて説明する。

[0150] ここで、図 5において図 2の温度調整サブルーチン 1と同一動作部分については同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

[0151] メインルーチン力温度調整サブルーチン 2にジャンプしてくると、現在のキャパシタ電圧 Vが放電既定電圧 Vm ( = 2. 5V)に至つたかを判断し（S101)、至らなければ

(S101の No)至るまで S101に戻る。

[0152] キャパシタ電圧 Vが Vmに至れば（S 101の Yes)、放電を停止する（S150)。ここで

、放電停止は前記した通り放電スィッチをオフにすることでなされる。

[0153] 放電を停止すると、キャパシタ 23の放電電流はほぼ 0となる。このときキャパシタ 23 の両端電圧は放電既定電圧 Vmから僅かに上昇する。

[0154] この電圧を充電前のキャパシタ電圧 Vbとしてキャパシタ電圧計 27により求める（S1

51)。なお、 Vbを求めるのに必要な時間を taとする。

[0155] 次に、定電流 Iでキャパシタ 23への充電を開始する（S152)。

[0156] このとき、充電を開始した直後のキャパシタ電圧 Vaをキャパシタ電圧計 27で求める

(S153)。

[0157] ここまでで求めた Va、 Vbより電圧差 Vu=Va—Vbを求める（S154)。

[0158] 次に、キャパシタ 23の内部抵抗 Rを求めるのである力ここではー且電流を止めた際の電圧差 Vuを求めているので、 Rを求める式は実施の形態 1で使用した（2)式ではなく（1)式を用いる（S155)。

[0159] これは、 Vuを求めた時の電流値が充電時の定電流 Iであるためである。

[0160] このように本実施の形態 2では負荷抵抗によりヽわば成り行きで放電を行って!/、るため、放電完了時の電流は環境によって変化する可能性がある。

[0161] 従って、実施の形態 1のように放電電流も一定値に制御されていれば、放電終了後直ちに充電を開始して、その前後の電圧差 Vu力正確に内部抵抗 Rを（2)式より求めることができるが、本実施の形態 2で放電終了後直ちに充電を開始すると、その時の電流変化幅を正確に求めるのが困難であるため、ー且放電から充電までに時間 ta を設けている。

[0162] なお、本実施の形態 2で電流変化幅を求めるにはキャパシタ電流計 28の出力をマイク口コンピュータ 31で読み込めばよ、のであるが、 Vuを求めるためにキャパシタ電圧計 27の出力も同時に読み込まなければならないため、よほど高速処理が可能なマイク口コンピュータ 31を使用する力、複数のマイクロコンピュータ 31を使用する必要がある。

[0163] しかし、このような構成としてしまうと、せつ力べ放電回路 25を簡略ィ匕できたのにマイクロコンピュータ 31が実施の形態 1以上に高コストィ匕ゃ複雑ィ匕してしまう。

[0164] 従って、本実施の形態 2では放電終了後、ー且電流を止めて力充電前のキャパシタ電圧 Vbを求め、その後定電流充電を再開する動作としているのである。

[0165] さて、 S155の次からは温度調整サブルーチン 1と同一の動作であるので、 S105以降の動作説明を省略する。

[0166] 以上に説明した特徴的な動作による車両用電源装置の昇温時の経時的な充放電特性図を図 6A、図 6Bに示す。

[0167] まず、図 6Aに示すように、時間 tO力も tlは実施の形態 1と同一の動作でキャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vvに至るまで充電する。

[0168] 次に、時間 tlで充電を停止し放電スィッチをオンにすることで放電を開始する。この場合も実施の形態 1と同様にキャパシタ電圧 Vは急峻な電圧降下を起こした後、指数関数的に低下していくが、時間とともに緩やかに低下する。 [0169] これに対して図 6Bに示すように放電電流は時間 tlで最も多く流れ、時間とともに指数関数的に緩やかに減少する。

[0170] これは、放電回路 25が負荷抵抗により放電させているためである。すなわち、負荷抵抗値は一定なので、キャパシタ 23の電圧が加わるとその電圧を負荷抵抗値で割つた値の電流が負荷抵抗に流れるが、時間が経つとキャパシタ 23の電荷が指数関数的に減少し、それに伴い電圧、電流とも小さくなつていくという特性を示す。

[0171] ここで、キャパシタ電圧 Vが時間 t2で放電既定電圧 Vmに至ると、放電スィッチをォフにして放電を停止する。これにより図 6Bに示すように放電電流がほぼ 0になるとともに、図 6Aに示すようにキャパシタ電圧 Vは僅かに上昇する。

[0172] この電圧 Vbを測定し、その後測定時間 taが経過したら、再度定電流 Iで充電を開始する。

[0173] この時の急峻な電圧上昇を Vuとして求め、図 5の S155、 S105でキャパシタ温度 T を求める。

[0174] その結果、図 6A、図 6Bの例ではキャパシタ温度 Tは既定温度に至っていなかったので、キャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vvに至るまで充電を行い、その後、時間 t3 で放電を行う。

[0175] この時の放電時のキャパシタの電圧や電流の変化は経時的に指数関数的に低下して、くが、キャパシタ電圧 Vが放電既定電圧 Vmに至るまでの時間は 1〜t2に比ベ t3〜t4が長くなる。

[0176] これは 2回目の充放電により、 1回目に比べキャパシタ 23の内部温度が上昇したためである。

[0177] 以後、同様に時間 t4で放電を停止し、時間 taの経過後、再度充電を行う。この時に求めた Vu力得られるキャパシタ温度 Tは既定温度に至ったので、キャパシタ電圧 V が充電既定電圧 Vvに至れば定電圧充電に切り替えて充電定格電圧 Vcまで充電を行い満充電としている。

[0178] 以上の構成、動作により実施の形態 1と同様に目標温度まで正確にキャパシタ 23 を昇温することが可能な上、放電回路 25を簡略ィ匕することで低コスト化も可能な車両用電源装置を実現することができた。 [0179] なお、実施の形態 1では定電流で強制放電を行い、かつ電流停止時間 taが不要であることから、放電回路 25が複雑になるものの、本実施の形態 2に比べ早くキャパシタ 23を昇温することができる。

[0180] 一方、本実施の形態 2ではキャパシタ 23の昇温に時間が力かるものの、放電回路 2

5の簡略ィ匕による低コストィ匕が図れる。

[0181] 従って、昇温速度を重視する用途では実施の形態 1を、コストを重視する用途では本実施の形態 2を、 t 、うように状況に応じて選択すればょ、。

[0182] (実施の形態 3)

図 7は本発明の実施の形態 3における車両用電源装置 20の動作を示すフローチヤートである。図 8Aは本発明の実施の形態 3における車両用電源装置 20の昇温時の経時的な一部分のキャパシタ電圧特性図、図 8Bは充放電電流特性図である。

[0183] なお、本実施の形態 3の構成は実施の形態 1と同一であるので図 1をそのまま使つて説明し、構成の詳細な説明は省略する。放電回路 25についても実施の形態 1と同様に定電流放電回路とした。

[0184] また、図 7において、実施の形態 1と同じ動作部分については図 2と同じ符号を用いて説明を省略する。

[0185] 本実施の形態 3の特徴となる部分は、図 7のフローチャート (メインルーチン 2)において温度調整サブルーチン 1の実行 (S17)後に、 S30以降の動作を付加した点である。この動作について、以下に説明する。

[0186] 実施の形態 1、 2では図 2に示すように S17の実行後にフローチャートが終了しているので、車両起動時にのみキャパシタ 23の温度調整を行ってヽた。

[0187] 一方、本実施の形態 3は S17による温度調整を実施した後も車両起動から既定時間経過毎に、キャパシタ 23の温度が既定温度になるまで充放電動作を繰り返すようにしている。これにより、キャパシタ温度 Tを常に既定温度に維持することができる。この動作を具体的に図 7のメインルーチン 2を用いて説明する。

[0188] まず、 S1から S17までは実施の形態 1と同じ動作を行い、車両起動時のキャパシタ

23の昇温を行う。この時の放電既定電圧 Vmは S16に示すように 2. 5Vである。

[0189] 次に、放電既定電圧 Vmを負荷駆動最低電圧にセットする（S30)。なお、負荷駆動最低電圧は負荷 22を駆動するのに必要な最低電圧のことである。

[0190] 次に、既定時間（例えば 10分オーダー)待つ（S31)。

[0191] その後、既定時間が経過したら定電流（一 I)でキャパシタ 23を放電開始する（S32

) o

[0192] この状態で温度調整サブルーチン 1を実行し、キャパシタ 23の温度を既定温度まで昇温する（S33)。

[0193] 既定温度になれば再び S31に戻る。

[0194] 以上の動作の具体例をキャパシタ電圧 Vと充放電電流 Iの経時的変化として、その一部分（時間 t6〜tl2)を図 8A、図 8Bに示す。

[0195] まず、既定時間（t6)が経過するまでは、図 8Aの時間 t6までに示したようにキャパシタ電圧 Vは Vc近傍であり、図 8Bより充放電電流 Iはほぼ 0である。

[0196] 既定時間 t6になれば、図 8Bに示すように定電流（一 I)で放電を開始する（図 7の S

32)。これに伴い、図 8Aに示すようにキャパシタ電圧 Vは低下していく。

[0197] 時間 t7でキャパシタ電圧 Vが充電既定電圧 Vmになれば放電を停止するとともに充電を定電流 Iで開始する。これにより、キャパシタ電圧 Vは内部抵抗 Rに相当する急峻な電圧上昇 Vuの後、経時的にキャパシタ電圧 Vが上昇していく。

[0198] ここで得られた Vuからキャパシタ 23内部の温度 Tを求める。図 8A、図 8Bでは時間 t7の時点では既定温度に達しな力つたと判断されたので、再度充放電を行い、昇温を実施している。

[0199] 以下、同様に時間 t8になれば充電を停止し、放電を開始することでキャパシタ電圧 Vが低下し、時間 t9になれば放電を停止し充電を開始するとともに Vuを求めキャパシタ温度 Tに換算する。

[0200] 図 8では時間 t9の時点ではまだ既定温度に達しなかったと判断されたので、さらに再度充放電を行い、さらなる昇温を実施している。

[0201] 次に、時間 tlOになれば充電を停止し、放電を開始することでキャパシタ電圧 Vが低下し、時間 ti lになれば放電を停止し充電を開始するとともに Vuを求めキャパシタ温度 Tに換算する。

[0202] この時点でようやく Vuから求めた Tが既定温度に達したので、定電流充電を V=V vになる（時間 tl2)まで行った後、定電圧充電に切り替えてキャパシタ 23を満充電にする。

[0203] このように動作させることで、キャパシタ 23の温度を既定温度に維持するようにしている。

[0204] なお、図 8A、図 8Bにおいて Vmは負荷駆動最低電圧としている力これは図 8A、図 8Bの動作が車両走行中であり、かつ図 8A、図 8Bの動作中に直流電源 21の電圧が負荷駆動最低電圧以下に下がってしまった場合、図 8A、図 8Bの動作を中断してすぐに負荷 22に電力を供給できるようにするためである。

[0205] 従って、 Vmは車両起動時の充放電動作時には 2. 5Vとし、既定時間経過毎の充放電動作時には負荷駆動最低電圧としている。

[0206] また、本実施の形態 3では S31の待ち時間を 10分オーダーで一定とした力例えば温度センサ 29の出力力も得られた温度 TOが低ぐキャパシタ 23の内部抵抗尺から求めたキャパシタ温度 Tとの差が大き、時は、キャパシタ 23が早く冷めると想定されるため待ち時間を短くするというように、 TOと Tの差で待ち時間を可変するようにしてちょい。

[0207] 以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ 23を昇温することが可能な上に、車両起動からの時間経過や車両走行中のキャパシタ 23の冷却に起因した温度低下が発生しても既定時間経過毎にキャパシタ 23の温度を既定温度に維持できるので、常に車両用電源装置 20としての仕様を満たすことができ、正常な動作が可能となる車両用電源装置 20を得ることができた。

[0208] (実施の形態 4)

図 9は本発明の実施の形態 4における車両用電源装置 20の動作を示すフローチヤートである。図 10は本発明の実施の形態 4における車両用電源装置のキャパシタの容量と内部抵抗における温度毎の劣化限界値を表す相関図である。

[0209] なお、本実施の形態 4の構成は実施の形態 1と同一であるので図 1をそのまま使つて説明し、構成の詳細な説明は省略する。放電回路 25についても実施の形態 1と同様に定電流放電回路とした。

[0210] また、図 9において、実施の形態 3と同じ動作部分については図 7と同じ符号を用いて説明を省略する。

[0211] 実施の形態 1から 3では、車両起動時に図 2の S7でキャパシタ 23の内部抵抗 ROが劣化限界値を超えて、る力否かの劣化判定動作を行って、るが、本実施の形態 4では図 9のフローチャート（メインルーチン 3)においてキャパシタ 23の昇温動作を行う前にキャパシタ 23のさらに高精度な劣化判定動作 (S40〜S44)を行っている。

[0212] この動作について、以下に詳細を説明する。

[0213] まず、図 9のメインルーチン 3において、 S1から S6は実施の形態 1と同じである。従つて、 S6までの動作で温度センサ 29の温度 TOとキャパシタ 23の内部抵抗 ROが求められている。

[0214] 次に、図 3Aに示すように充電を行っている時間 tO力も tlの間で任意の 2点の時間におけるキャパシタ電圧 Vをそれぞれ測定し、充電時のキャパシタ電圧 Vの充電速度

、すなわち傾き Δ V0/ Δ tOを求める（S40)。

[0215] 次に、キャパシタ 23の容量 COを次の（3)式から求める（S41)。

[0216] C0=I X A tO/ AVO (3)式

こうして得られた C0、 ROに対して、いずれかが温度 TOにおける劣化限界値を超えて!、る力否かを判断する（S42)。

[0217] ここで、キャパシタ 23の容量 Cと内部抵抗 Rにおける温度 T毎の劣化限界値を表す相関図を図 10に示す。図 10において、横軸は容量 C、縦軸は内部抵抗 Rを示す。

[0218] これらの劣化限界値はマイクロコンピュータ 31に接続された ROM (図示せず）にあらカじめ記憶させてある。

[0219] S42において、起動時のキャパシタ 23の C0、 ROおよび温度 TOがわかっているので、座標（C0、 RO)が図 10に示した温度 TOにおける劣化限界値 (C—R劣化限界相関線)を超える力否かを判断して、る。

[0220] すなわち、各 C R劣化限界相関線の下側に座標（C0、 RO)があれば、キャパシタ

23はまだ劣化限界値に至っていないが、各 C R劣化限界相関線の上側に座標 (C

0、 R0)があれば、各 C—R劣化限界相関線を超えることになるのでキャパシタ 23は劣化限界に至っていると判断できる。

[0221] もし劣化限界値に至っていなければ (S42の No)、以後 SI 1から順に実行される。これについては実施の形態 3と同じなので、ここでは説明を省略する。

[0222] 座標（CO、 RO)が各 C—R劣化限界相関線を超えていれば、 COまたは ROの少なくともいずれかが劣化限界値を超えていることになるので（S42の Yes)、キャパシタ 23 が劣化していることをマイクロコンピュータ 31が車両側のコンピュータに伝達することで、運転者に劣化警告を行う（S43)。

[0223] その後、安全のためキャパシタ 23を放電した後（S44)、車両用電源装置 20の動作を終える。

[0224] 上記の特徴となる動作をまとめると、まず車両起動時にキャパシタ 23の内部抵抗 R 0を求める（S6)とともに、キャパシタ 23を充電する際の充電速度をキャパシタ電圧計 27から求め（S40)、充電速度から（3)式によりキャパシタ 23の容量 COを求める（S4 D o

[0225] 次に、得られた容量 COと内部抵抗 R0を、現在の温度 TOにおけるあらかじめ求めておいた R、 Cの劣化限界値と比較し、両者の少なくともいずれかが劣化限界値を超えればキャパシタ 23が劣化していると判断し（S42の Yes)、キャパシタ 23の電荷を放電させ (S44)、以後の動作を実行しな、と、うことになる。

[0226] 以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ 23を昇温することが可能な上に、キャパシタ 23の昇温動作を実行する前に行うキャパシタ 23の劣化判断を内部抵抗 ROに対してだけでなく容量 COに対しても行っているので、キャパシタ 23の劣化判断をさらに高精度に行える車両用電源装置を得ることができた。

[0227] (実施の形態 5)

図 11は本発明の実施の形態 5における車両用電源装置 20aのブロック回路図である。

[0228] なお、本実施の形態 5の構成において、実施の形態 1の構成（図 1)と同一部分には同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

[0229] すなわち、本実施の形態 5の構成における特徴は、放電回路 25にヒーター 32が接続された点である。

[0230] このヒーター 32はキャパシタ 23と温度センサ 29を内包する構成としてある。これによりヒーター 32は両者に熱を伝えることができる。 [0231] このように構成すること〖こよって、図 1の構成では単に負荷抵抗（図示せず）によつて放電時の電力を消費していたのに過ぎな力つたの力本実施の形態 5のように負荷抵抗に相当する部分をヒーター 32とすることで、放電時の電力を熱に変換することができる。

[0232] この熱をキャパシタ 23や温度センサ 29に伝えることで、キャパシタ 23の昇温速度を上げることができ、放電電力を無駄なく利用可能となる。

[0233] さらに温度センサ 29もヒーター 32の中に配しているので、ヒーター 32による温度上昇に追従してキャパシタ 23の近傍温度を精度よく検出することができる。

[0234] なお、ここではヒーター 32を実施の形態 1の放電回路 25に接続した力実施の形態 2〜4の!ヽずれ力にヒーター 32を設けても構わな!/ヽ。

[0235] また、本実施の形態 5の動作は実施の形態 1〜4のいずれ力と同一で構わないので

、動作の詳細な説明は省略する。

[0236] 以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ 23を昇温することが可能な上に、キャパシタ 23に伝熱するように配したヒーター 32が放電時の電力を消費するようにしたため、電力を無駄にすることなくキャパシタ 23をより素早く昇温することが可能な車両用電源装置を得ることができた。

[0237] (実施の形態 6)

図 12は本発明の実施の形態 6における車両用電源装置 20bのブロック回路図である。

[0238] なお、本実施の形態 6の構成において、実施の形態 1の構成（図 1)と同一部分には同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

[0239] すなわち、本実施の形態 6の構成における特徴は図 12に示すように、放電回路 25 に電流制限回路（図示せず)を内蔵した昇圧コンバータを用い、スィッチ 30の負荷側の端子 (負荷 22に接続されている端子）とキャパシタ 23の出力の間に接続した点である。

[0240] このように構成することにより、キャパシタ 23の温度が既定温度になるまで充放電を繰り返す際に、放電時の電力を有効に利用しながらキャパシタ 23を昇温することができる。この動作の詳細を以下に説明する。 [0241] なお、本実施の形態 6の動作は基本的に実施の形態 1〜4のいずれかと同一で構わないので、本実施の形態 6の特徴となる部分に限って説明する。

[0242] まず、車両を起動するとマイクロコンピュータ 31はスィッチ 30をオンにし、直流電源 21から負荷 22に電力を供給する。この際、放電回路 25を構成する昇圧コンバータは動作していないので、直流電源 21の電流がスィッチ 30側からキャパシタ 23へ流れることはない。

[0243] この状態で例えば図 2に示したフローチャートに従ってキャパシタ 23の昇温を行う。

このフローチャート中でキャパシタ 23を放電する場合には、マイクロコンピュータ 31は放電回路 25 (昇圧コンバータ)を動作させる信号を送る。昇圧コンバータで昇圧された出力電圧は直流電源 21の標準電圧 (例えば DC12V)より大きくなるように設定されているので、キャパシタ 23の電圧は直流電源 21の標準電圧より大きくなつた状態で放電される。

[0244] 従って、放電された電力は一部負荷 22に供給されるとともに、スィッチ 30が閉じている上、直流電源 21の標準電圧より大きいので、スィッチ 30を経由して直流電源 21 にも供給 (充電)される。また、図示していないが直流電源 21に接続された他の負荷にも一部の電力が供給される。

[0245] 但し、車両で使用している負荷の状況によってはキャパシタ 23から大電流が流れる可能性があるので、放電回路 25を構成する昇圧コンバータには負荷 22が消費する最大電流以上が流れな、ようにするための電流制限回路が内蔵されて、る。これにより急激に大電流が流れることはない。

[0246] 所定のキャパシタ電圧まで放電したら、マイクロコンピュータ 31は放電回路 25を停止させる信号を送る。これによりキャパシタ 23の放電が停止する。

[0247] 以上のように動作することにより、キャパシタ 23が昇温し終わるまでに放電される電力は全て車両の負荷全体で利用されたり直流電源 21に充電されるので、昇温に必要な電力の無駄を低減することが可能となる。

[0248] なお、直流電源 21が異常となり既定電圧以下になると、キャパシタ 23に充電された電力を負荷 22に供給するために、マイクロコンピュータ 31はスィッチ 30をオフにするとともに放電回路 25を動作させる信号を送る。これにより、キャパシタ 23の出力電圧は放電回路 25により昇圧された後、スィッチ 30がオフであるため負荷 22にのみ電力が供給される。従って、直流電源 21が異常になっても例えば車両制動用の負荷 22 を駆動し続けられるので、安全性を向上することができる。

[0249] 以上の構成、動作により、目標温度まで正確にキャパシタ 23を昇温することが可能な上に、キャパシタ 23の放電時の電力を放電回路 25で昇圧して車両の負荷全体で利用したり直流電源 21に充電するので、昇温に必要な電力の無駄を低減することが可能な車両用電源装置を得ることができた。

産業上の利用可能性

[0250] 本発明にかかる車両用電源装置は、低温起動時であってもキャパシタを要求性能が得られる目標温度まで正確に昇温できるため、特に車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用される非常用電源等として有用である。

Claims

請求の範囲

直流電源と負荷の間に接続された車両用電源装置において、

前記直流電源の電力を充電するキャパシタと、

前記キャパシタへの充電を制御する充電回路と、

前記キャパシタの電荷を放電する放電回路と、

前記直流電源の電圧を検出する直流電源電圧計と、

前記キャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧計と、

前記キャパシタの電流を検出するキャパシタ電流計と、

前記キャパシタの近傍に設けた温度センサと、

前記直流電源の電力または前記キャパシタの電力のいずれかを切り替えて前記負荷に供給するスィッチと、

前記充電回路、前記放電回路、前記直流電源電圧計、前記キャパシタ電圧計、前記キャパシタ電流計、前記温度センサ、および前記スィッチが接続された制御部とからなり、

前記制御部は、車両起動時に前記温度センサ力温度を求めるとともに、充電前のキャパシタ電圧を前記キャパシタ電圧計で求めた後、

前記充電回路によって前記直流電源の電力を前記キャパシタに定電流で充電し、充電開始直後のキャパシタ電圧を前記キャパシタ電圧計で求め、

前記充電開始直後のキャパシタ電圧と前記充電前のキャパシタ電圧の電圧差から前記キャパシタの内部抵抗を求め、

前記キャパシタの能力に応じてあら力じめ求めておいた温度と前記内部抵抗の複数の相関関係の内、前記温度における前記内部抵抗をほぼ満たす前記相関関係を決定しておき、

前記温度センサの温度が既定温度より低ければ前記キャパシタの電圧が充電既定電圧になるまで充電し、

次に前記放電回路により前記キャパシタの電圧が放電既定電圧になるまで前記キヤパシタの電荷を放電し、

その後、再度定電流で充電を行い、放電停止時のキャパシタ電圧と前記充電開始直後のキャパシタ電圧の電圧差力前記キャパシタの前記内部抵抗を求め、

得られた前記キャパシタの前記内部抵抗から、既に決定した前記相関関係を用いて現在のキャパシタ温度を求め、

前記キャパシタ温度が前記既定温度より低ければ前記充電既定電圧になるまで充電し、

以後同様に放電後再度充電を行い、放電停止時のキャパシタ電圧と前記充電開始直後のキャパシタ電圧の電圧差力前記キャパシタの前記内部抵抗を求め、それに応じた前記キャパシタ温度を求め、前記既定温度より低ければ再度充電し続けると、う一連の動作を、前記キャパシタ温度が前記既定温度になるまで繰り返す車両用電源装置。

[2] 前記充電既定電圧はキャパシタを定電流で充電できる上限電圧である請求項 1に記載の車両用電源装置。

[3] 前記温度センサは発熱源となる回路の熱影響を受けない位置に設置した請求項 1に記載の車両用電源装置。

[4] 前記制御部は、放電停止後、次に充電するまでの間に充電前キャパシタ電圧を求めるとともに、充電開始直後のキャパシタ電圧を求め、両者の電圧差力キャパシタの内部抵抗を求める請求項 1に記載の車両用電源装置。

[5] 前記制御部は、車両起動から既定時間経過毎に、キャパシタ温度が既定温度になるまで充放電動作を繰り返す請求項 1に記載の車両用電源装置。

[6] 前記既定時間経過毎の充放電動作時における放電既定電圧は負荷駆動最低電圧である請求項 5に記載の車両用電源装置。

[7] 前記制御部は、車両起動時にキャパシタの内部抵抗を求めるとともに、

前記キャパシタを充電する際の充電速度をキャパシタ電圧計から求め、

前記充電速度から前記キャパシタの容量を求め、

得られた前記容量と前記内部抵抗を、現在の温度におけるあら力じめ求めておいた両者の劣化限界値と比較し、

両者の少なくとも、ずれかが劣化限界値を超えれば前記キャパシタが劣化して、ると判断し、

前記キャパシタの電荷を放電させ、以後の動作を実行しな、請求項 1に記載の車両用電源装置。

[8] 前記放電回路にはヒーターが接続され、前記ヒーターはキャパシタと温度センサに熱を伝えるように配した請求項 1に記載の車両用電源装置。

[9] 前記放電回路は電流制限回路を内蔵した昇圧コンバータであり、スィッチの負荷側の端子とキャパシタの出力の間に接続された請求項 1に記載の車両用電源装置。

[10] 前記昇圧コンバータで昇圧された出力電圧は直流電源の標準電圧より大きい請求項 9に記載の車両用電源装置。