(57)【要約】【課題】電流検出回路の誤動作電圧発生可能性を低減すること。【解決手段】主電源１５の電力を蓄える蓄電部３３と、主電源１５と蓄電部３３の間に接続された充電回路２９、および電流検出回路３１と、蓄電部３３に接続された昇圧回路４７と、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔと主電源１５の電圧Ｖｂの内、高い方を電流検出回路３１の駆動電圧Ｖｃｃとして出力する選択回路６１と、充電回路２９、電流検出回路３１、昇圧回路４７に接続された制御回路７１と、を備え、制御回路７１は、蓄電部３３を充電する際に、主電源１５の電圧Ｖｂが既定電圧Ｖｂｒ以上になれば、昇圧回路４７を動作させるとともに、電流検出回路３１の電流出力Ｉが既定電流Ｉｒになるように、かつ、蓄電部３３の電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓに至るように充電回路２９を制御するようにした。【選択図】図１
2010178528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と負荷の間に電気的に接続された蓄電装置であって、
前記蓄電装置は、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、
前記主電源と前記蓄電部の間に電気的に接続された充電回路、および電流検出回路からなる直列回路と、
前記主電源に電気的に接続された主電源電圧検出回路と、
前記蓄電部に電気的に接続された昇圧回路、および蓄電部電圧検出回路と、
前記昇圧回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）と前記主電源の電圧（Ｖｂ）の内、高い方を前記電流検出回路の駆動電圧（Ｖｃｃ）として出力する選択回路と、
前記充電回路、電流検出回路、昇圧回路、主電源電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路と、を備え、
前記電流検出回路は、シャント抵抗器と、
前記シャント抵抗器の両端に入力端子が接続されたオペアンプと、を内蔵し、
前記選択回路の出力は前記オペアンプに接続される構成を有し、
前記制御回路は、前記蓄電部を充電する際に、前記主電源電圧検出回路で検出した前記主電源の電圧（Ｖｂ）が既定電圧（Ｖｂｒ）以上になれば、前記昇圧回路を動作させるとともに、
前記電流検出回路の電流出力（Ｉ）が既定電流（Ｉｒ）になるように、かつ、前記蓄電部電圧検出回路で検出した前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が充電完了電圧（Ｖｃｓ）に至るように前記充電回路を制御するようにした蓄電装置。
【請求項２】
前記昇圧回路は、前記蓄電部の充電完了後も動作し続けるようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記制御回路の動作電圧（Ｖｅｃｕ）は、前記既定電圧（Ｖｂｒ）よりも低い請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記蓄電部への充電を停止する際に、まず前記充電回路を停止し、次に前記昇圧回路を停止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電部に電力を蓄え、必要な時に放電する補助電源としての蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、バックアップ用の補助電源として、複数の蓄電素子に電力を蓄える蓄電装置が、例えば特許文献１に提案されている。図３はこのような蓄電装置のブロック回路図である。複数の蓄電素子１０１として、例えば大容量の電気二重層キャパシタが用いられる。図３の例では、蓄電素子１０１を３個直列に接続した構成としている。蓄電素子１０１には、その充電を制御する充電素子１０３と充電電流を検出するための充電電流検出手段１０５の直列回路が接続されている。この直列回路には、主電源である直流電源１０７が接続される。さらに、蓄電素子１０１には、その放電を制御する放電素子１０９が接続されている。この放電素子１０９には、図示しない負荷が接続される。また、各蓄電素子１０１には、その電圧を検出するための電圧検出手段１１１が接続されている。
【０００３】
充電電流検出手段１０５と電圧検出手段１１１で検出された充電電流値と電圧値は、制御部１１３に入力される。制御部１１３は入力された値に基いて、充電素子１０３や放電素子１０９を制御する。すなわち、制御部１１３は充電初期には充電電流が一定になるように蓄電素子１０１を充電し、蓄電素子１０１があらかじめ設定された電圧に達すると、蓄電素子１０１が定電圧になるように充電素子１０３を制御する。また、制御部１１３は、直流電源１０７の異常時に放電素子１０９を制御して蓄電素子１０１の電力を放電し、前記負荷への電力をバックアップする。
【特許文献１】特開２００６−３２０１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の蓄電装置によると、確かに主電源の異常時に蓄電素子１０１の電力を前記負荷へ供給できるので、前記負荷の安定した動作が可能となるのであるが、以下に述べる条件の時に充電電流検出手段１０５の充電電流出力値が異常になる可能性があるという課題があった。
【０００５】
すなわち、充電電流検出手段１０５が主にシャント抵抗器とオペアンプからなり、前記オペアンプの出力が充電電流値として出力され、かつ、前記オペアンプの駆動電源が直流電源１０７から供給される構成であることと、蓄電素子１０１の全体の満充電電圧が直流電源１０７の電圧とほぼ等しくなる構成であることが、同時に必要である場合に、上記した課題が起こる可能性がある。この課題が起こる理由は以下の通りである。
【０００６】
蓄電素子１０１の全体の満充電電圧が直流電源１０７の電圧とほぼ等しくなると、前記オペアンプに入力される電圧が直流電源１０７の電圧とも、ほぼ等しくなる。一方で、前記オペアンプの駆動電圧は直流電源１０７の電圧と等しい。従って、蓄電素子１０１が満充電に近づくと、前記オペアンプの駆動電圧と、それに入力される電圧がほぼ等しい状態になる。
【０００７】
このような状態下では、前記オペアンプの出力が、その駆動電圧近傍と等しい電圧になり、実際に蓄電素子１０１を充電している電流値よりも大きな充電電流値が出力されてしまう可能性があった。これは、前記オペアンプに入力される電圧が、前記オペアンプの駆動電圧から前記オペアンプを構成する内部回路における半導体素子により決定される電圧降下幅（具体的には、例えば約１．５Ｖ）を差し引いた値よりも小さい場合に、前記オペアンプが正常に動作するためである。従って、もし前記オペアンプの入力電圧が、上記した差し引き値よりも大きければ、前記オペアンプの動作が不定となり、前記オペアンプの入力電圧が前記駆動電圧とほぼ等しくなるまでの範囲では、上記したように前記オペアンプからは前記駆動電圧が出力され、前記オペアンプの入力電圧が前記駆動電圧を超えると、前記オペアンプの出力は０になる。
【０００８】
上記のことから、充電電流検出手段１０５の構成と、その駆動電圧、および蓄電素子１０１の全体の満充電電圧によっては、充電電流検出手段１０５に誤動作電圧が発生し、充電電流値が異常値となる可能性があるという課題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電流検出回路の誤動作電圧発生可能性を低減し、高精度な充電制御が可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、主電源と負荷の間に電気的に接続された蓄電装置であって、前記蓄電装置は、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、前記主電源と前記蓄電部の間に電気的に接続された充電回路、および電流検出回路からなる直列回路と、前記主電源に電気的に接続された主電源電圧検出回路と、前記蓄電部に電気的に接続された昇圧回路、および蓄電部電圧検出回路と、前記昇圧回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）と前記主電源の電圧（Ｖｂ）の内、高い方を前記電流検出回路の駆動電圧（Ｖｃｃ）として出力する選択回路と、前記充電回路、電流検出回路、昇圧回路、主電源電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路と、を備え、前記電流検出回路は、シャント抵抗器と、前記シャント抵抗器の両端に入力端子が接続されたオペアンプと、を内蔵し、前記選択回路の出力は前記オペアンプに接続される構成を有し、前記制御回路は、前記蓄電部を充電する際に、前記主電源電圧検出回路で検出した前記主電源の電圧（Ｖｂ）が既定電圧（Ｖｂｒ）以上になれば、前記昇圧回路を動作させるとともに、前記電流検出回路の電流出力（Ｉ）が既定電流（Ｉｒ）になるように、かつ、前記蓄電部電圧検出回路で検出した前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が充電完了電圧（Ｖｃｓ）に至るように前記充電回路を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の蓄電装置によれば、蓄電部に昇圧回路を接続するとともに、昇圧回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）と主電源の電圧（Ｖｂ）の内、高い方を電流検出回路の駆動電圧（Ｖｃｃ）として出力する選択回路を設け、主電源の電圧（Ｖｂ）が既定電圧（Ｖｂｒ）以上の時に、昇圧回路を動作させて蓄電部を充電している。その結果、電流値を検出する際の電流検出回路の駆動電圧（Ｖｃｃ）は常に既定電圧（Ｖｂｒ）以上となる上、蓄電部の充電が進行し、その電圧（Ｖｃ）が上昇するに従って、昇圧回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が主電源の電圧（Ｖｂ）を超えると、選択回路により電流検出回路には昇圧回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が印加される。ゆえに、電流検出回路の駆動電圧（Ｖｃｃ）は、蓄電部の充電に伴い上昇していくので、蓄電部の電圧（Ｖｃ）に近づくことがなくなり、誤動作電圧発生可能性を低減できる。従って、高精度に充電を制御できる蓄電装置が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、ここでは蓄電装置を車両のバックアップ用補助電源として用いた場合について述べる。
（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充電時における各種電圧の経時特性図である。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。
【００１３】
図１において、蓄電装置１１は主電源１５と負荷１７との間に電気的に接続されている。主電源１５は車両用のバッテリであり、負荷１７は車両に搭載された電装品である。従って、蓄電装置１１は、負荷１７に大電流が流れたり、主電源１５自身の異常や、その周辺の電力系配線に断線、地絡等の異常が発生したりすることで、主電源１５の電圧Ｖｂが低下して負荷１７に十分な電力を供給できなくなった場合に、蓄えた電力を負荷１７に供給することで、その動作を継続させる役割を有する。なお、図示していないが、主電源１５にはエンジンにより発電を行う発電機も電気的に接続されている。
【００１４】
蓄電装置１１は次の構成を有する。まず、主電源１５の出力には入力端子部１９を介して主電源電圧検出回路２１が電気的に接続されている。これにより、蓄電装置１１は主電源１５の電圧Ｖｂを監視し、その電圧低下を検出することができる。また、入力端子部１９には、第１ダイオード２３と第２ダイオード２５のアノードが、それぞれ電気的に接続されている。ここで、第１ダイオード２３のカソードは出力端子部２７に電気的に接続されている。出力端子部２７には負荷１７が接続されるので、主電源１５の電圧Ｖｂが正常な範囲（例えば負荷１７の駆動最低電圧である１０．５Ｖから前記発電機の発電電圧である１４Ｖまで）であれば、入力端子部１９、第１ダイオード２３、および出力端子部２７を介して主電源１５から負荷１７に電力が供給される。
【００１５】
一方、第２ダイオード２５のカソードには、充電回路２９と電流検出回路３１からなる直列回路を介して蓄電部３３に電気的に接続される。従って、前記直列回路は、主電源１５と蓄電部３３の間に電気的に接続される構成となる。ここで、第２ダイオード２５は、蓄電部３３が蓄えた電力を負荷１７に供給している時に、主電源１５側に蓄電部３３の電力が供給されないようにするために設けている。
【００１６】
充電回路２９は、後述する制御回路により、主電源１５の電力を蓄電部３３に充電する回路で、具体的には図示しない電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）のゲート電圧を制御することにより充電電流や充電電圧を制御する構成としている。
【００１７】
電流検出回路３１は、シャント抵抗器３５と、その両端に入力端子が接続されたオペアンプ３７と、オペアンプ３７の出力とグランドの間に接続された抵抗器３９とを内蔵した構成を有する。従って、蓄電部３３の充電時に流れる電流により発生したシャント抵抗器３５における電圧降下をオペアンプ３７で検出し、前記電流を既定倍数に増幅し、電圧値に変換して電流出力Ｉを得る構成となる。
【００１８】
蓄電部３３は、複数の蓄電素子（ここでは電気二重層キャパシタを用いた）を直列に接続することにより構成される。本実施の形態では蓄電部３３の充電完了電圧Ｖｃｓが１３Ｖになるように、定格電圧が２．５Ｖの蓄電素子を６本直列接続する構成とした。この場合、充電完了時の前記各蓄電素子の電圧は約２．１７Ｖとなるので、定格電圧に対してマージンを織り込んだ設計としている。なお、蓄電部３３は負荷１７が必要とする電力に応じて、前記蓄電素子の数量を適宜変更したり、直並列構成としてもよい。
【００１９】
また、蓄電部３３は、放電回路４１、第３ダイオード４３を介して出力端子部２７に電気的に接続されている。なお、放電回路４１も充電回路２９と同様にＦＥＴで構成されているが、放電時は負荷１７に対して蓄電部３３の電力を直接供給するために、本実施の形態では前記ＦＥＴをスイッチとして制御している。さらに、放電回路４１は内蔵した放電抵抗器（図示せず）を介して蓄電部３３の正極をグランドに接続する機能も有する。これにより、必要に応じて蓄電部３３を完全放電することができる。また、第３ダイオード４３は放電回路４１側にアノードを、出力端子部２７側にカソードを、それぞれ接続する構成としている。これにより、主電源１５の正常時に、主電源１５から負荷１７に供給される電力が、放電回路４１を経由して蓄電部３３にも供給されてしまう逆流を回避している。
【００２０】
蓄電部３３には、蓄電部電圧検出回路４５が電気的に接続されている。これにより、蓄電部３３の電圧Ｖｃを検出できるので、電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓに至るように充電回路２９を制御して蓄電部３３の充電を行っている。
【００２１】
さらに、蓄電部３３には、昇圧回路４７が電気的に接続されている。昇圧回路４７は蓄電部３３の電圧Ｖｃを昇圧して出力する機能を有している。具体的には、図１に示すように、５個の抵抗器４９と、第１トランジスタ５１、第２トランジスタ５３、第３トランジスタ５５、コンデンサ５７、および第４ダイオード５９から構成される。昇圧動作としては、後述する制御回路から入力されたパルス信号ＰＬＳに応じて、第１トランジスタ５１がオンオフ動作を行う。それに伴い、第２トランジスタ５３と第３トランジスタ５５が互いに反転したオンオフ動作を行う。これにより、第３トランジスタ５５がオンの時に蓄電部３３の電力が第４ダイオード５９を経由してコンデンサ５７に充電される。この時のコンデンサ５７の電圧は、蓄電部３３の電圧Ｖｃから第４ダイオード５９と第３トランジスタ５５による電圧降下分（合計約１．５Ｖ）低い値となる。その後、第２トランジスタ５３がオンの時に、蓄電部３３とコンデンサ５７の電圧の和から第２トランジスタ５３による電圧降下分（約０．７５Ｖ）を差し引いた電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。このような動作を繰り返すことにより、昇圧回路４７に入力される蓄電部３３の電圧Ｖｃを昇圧して、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができる。
【００２２】
昇圧回路４７の出力は選択回路６１に入力される。ここで、選択回路６１は２つの入力された電圧の内、高い方を出力する機能を有しており、具体的には第１選択ダイオード６３と第２選択ダイオード６５で構成され、両者のカソード接続点が選択回路６１の出力となる。本実施の形態では、図１に示すように、昇圧回路４７の出力が第１選択ダイオード６３のアノードに接続される構成とした。一方、第２選択ダイオード６５のアノードには、第２ダイオード２５と充電回路２９の接続点と電気的に接続されている。従って、選択回路６１は、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔと主電源１５の電圧Ｖｂの内、高い方を出力する構成を有する。なお、主電源１５の電圧Ｖｂは、第２ダイオード２５を介して第２選択ダイオード６５に入力される構成であるので、正確には主電源１５の電圧Ｖｂから第２ダイオード２５による電圧降下分（約０．７５Ｖ）を差し引いた電圧と、出力電圧Ｖｏｕｔの内の高い方が、選択回路６１から出力されることになる。
【００２３】
選択回路６１の出力は、電流検出回路３１の駆動電圧Ｖｃｃとして供給される。なお、ここでは電流検出回路３１に内蔵されたオペアンプ３７に選択回路６１の出力が接続される。従って、オペアンプ３７には、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔと主電源１５の電圧Ｖｂの内、高い方の電圧が駆動電圧Ｖｃｃとして印加される構成となる。ここで、本実施の形態では、駆動電圧Ｖｃｃにおける最大許容電圧が３２Ｖのオペアンプ３７を用いた。
また、選択回路６１の出力には、平滑コンデンサ６７が電気的に接続されている。これにより、昇圧回路４７のオンオフ動作に基く出力電圧Ｖｏｕｔの変動を平滑化してオペアンプ３７に印加する構成としている。
【００２４】
また、第２ダイオード２５と充電回路２９の接続点には、レギュレータ６９を介して制御回路７１が電気的に接続されている。これにより、制御回路７１は主電源１５の電力により駆動する。なお、制御回路７１はマイクロコンピュータと周辺回路で構成され、これらを駆動する動作電圧Ｖｅｃｕをレギュレータ６９が生成している。ここで、動作電圧Ｖｅｃｕは５Ｖとした。
【００２５】
制御回路７１は、主電源電圧検出回路２１、充電回路２９、電流検出回路３１、放電回路４１、蓄電部電圧検出回路４５、および昇圧回路４７にも信号系配線で接続されている。これにより、制御回路７１は、主電源電圧検出回路２１から主電源１５の電圧Ｖｂを、電流検出回路３１から蓄電部３３を充電する際の電流出力Ｉを、蓄電部電圧検出回路４５から蓄電部３３の電圧Ｖｃを、それぞれ取り込む。また、制御回路７１は、充電回路２９に充電制御信号Ｃｃｏｎｔを、放電回路４１に放電制御信号Ｄｃｏｎｔを、昇圧回路４７にパルス信号ＰＬＳを、それぞれ出力することにより、これらの回路を制御している。さらに、制御回路７１はデータ端子部７３を介して車両側制御回路（図示せず）とも信号系配線で電気的に接続されている。これにより、制御回路７１はデータ信号ｄａｔａにより車両側制御回路と様々なデータの交信を行っている。
【００２６】
なお、制御回路７１のグランドは、蓄電装置１１内の他のグランドと合わせてグランド端子部７５に電気的に接続されている。グランド端子部７５は車両のグランドと接続されるので、蓄電装置１１内のグランドは車両のグランドと電気的に接続される構成となる。
【００２７】
次に、このような蓄電装置１１の動作について説明する。蓄電装置１１は主電源１５の電圧低下に対するバックアップ用電源であるので、いつ主電源１５の電圧低下が発生してもバックアップできるようにするために、車両起動時には、まず蓄電部３３を充電する動作を行う。その詳細について、図２を参照しながら説明する。なお、図２において、横軸は時刻ｔを、縦軸は電圧（単位：Ｖ）を、それぞれ示す。
【００２８】
図２の時刻ｔ０で運転者が車両のイグニションスイッチ（図示せず）をオンにする。この時、エンジンはまだ起動していないので、図２の短破線に示すように、主電源１５の電圧Ｖｂは、その定格電圧である１２Ｖとなる。また、蓄電部３３は、その寿命を確保するために、車両使用終了後に放電されているので、蓄電部３３の電圧Ｖｃは図２の細実線に示すように０Ｖである。さらに、制御回路７１には、主電源１５の電圧Ｖｂがレギュレータ６９により５Ｖに調整されて動作電圧Ｖｅｃｕが印加されている。従って、制御回路７１は時刻ｔ０で動作を開始する。しかし、この時点では蓄電部３３への充電動作を行わないので、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔは、図２の長破線に示すように、０Ｖである。これらのことから、選択回路６１における第１選択ダイオード６３のアノードには０Ｖが、第２選択ダイオード６５のアノードには主電源１５の電圧Ｖｂから第２ダイオード２５の電圧降下分（０．７５Ｖ）を差し引いた１１．２５Ｖが印加される。ゆえに、選択回路６１は２つの入力電圧の内、高い方を出力するので、選択回路６１の出力、すなわちオペアンプ３７の駆動電圧Ｖｃｃは、主電源１５の電圧Ｖｂに応じた電圧となる。具体的には、第２選択ダイオード６５の電圧降下が発生するので、１１．２５Ｖ−０．７５Ｖ＝１０．５Ｖが駆動電圧Ｖｃｃとなる。従って、図２の太実線に示すように、時刻ｔ０では駆動電圧Ｖｃｃが１０．５Ｖとなる。
【００２９】
なお、時刻ｔ０で蓄電部３３への充電を開始しないのは、次の理由による。運転者がスタータ（図示せず）をオンにしてエンジンを起動する時には、主電源１５から大電流が流れる。この状態で、さらに蓄電部３３の充電も行うと、主電源１５に過大な負担がかかる。従って、主電源１５の負担を低減するために、エンジン起動前においては蓄電部３３を充電しないようにしている。
【００３０】
次に、時刻ｔ１で運転者が前記スタータをオンにする。これにより、上記したように、主電源１５から前記スタータに大電流が流れ、図２の短破線に示すように、主電源１５の電圧Ｖｂは大きく低下する。これに伴い、駆動電圧Ｖｃｃも大きく低下するが、この時点では蓄電部３３の充電を行っていないので、制御回路７１は電流検出回路３３の電流出力Ｉを検出する必要がない。よって、オペアンプ３７の動作が駆動電圧Ｖｃｃの低下により不安定になっても、蓄電装置１１の全体制御に影響は及ばない。
【００３１】
その後、時刻ｔ２で主電源１５の電圧Ｖｂの低下幅が最大となる。この時の電圧Ｖｂの値はおよそ６Ｖであるので、レギュレータ６９に入力される電圧は第２ダイオード２５の電圧降下分を差し引いた約５．２５Ｖとなる。しかし、レギュレータ６９の出力電圧は制御回路７１の駆動電圧Ｖｅｃｕである５Ｖなので、レギュレータ６９に入力される電圧より低い。ゆえに、前記スタータ駆動による主電源１５の電圧低下が発生しても、制御回路７１は動作し続けられる。
【００３２】
なお、主電源１５の電圧Ｖｂにおける前記低下幅がさらに大きくなり、電圧Ｖｂが駆動電圧Ｖｅｃｕ（＝５Ｖ）よりも小さくなると、制御回路７１は内蔵された電圧監視回路（図示せず）によりリセットされるようにしている。この場合も、まだ蓄電部３３の充電が開始されていないので、蓄電装置１１の全体制御が影響されることはない。
【００３３】
時刻ｔ２以降では、エンジンが起動するに伴って、図２の短破線に示すように、主電源１５の電圧Ｖｂが上昇する。制御回路７１は、この電圧変化を主電源電圧検出回路２１により検出する。その後、時刻ｔ３で主電源１５の電圧Ｖｂが既定電圧Ｖｂｒ以上になれば、蓄電部３３の充電を開始する。ここで、既定電圧Ｖｂｒは次のようにして決定している。
【００３４】
上記したように、時刻ｔ２では主電源１５の電圧Ｖｂが６Ｖ程度まで低下する。この時のレギュレータ６９に入力される電圧は約５．２５Ｖであるので、制御回路７１の駆動電圧Ｖｅｃｕより僅かに高い程度となる。この場合、制御回路７１は動作継続が可能であるものの、僅かでも電圧Ｖｂが下がると、制御回路７１がリセットされる可能性がある。このような不安定な状態で蓄電部３３の充電を開始すると、制御回路７１がリセットされた場合、充電が途切れる可能性がある。そこで、本実施の形態では、安定した充電を行うためにマージンを加味して、主電源１５の最低電圧（＝６Ｖ）よりも高い８Ｖが駆動電圧Ｖｃｃとしてオペアンプ３７に印加されるまで、蓄電部３３の充電を開始しないようにしている。ここで、駆動電圧Ｖｃｃを８Ｖにするための主電源１５の電圧、すなわち、既定電圧Ｖｂｒを求めると、主電源１５からオペアンプ３７に至るまでの電力系配線経路には、第２ダイオード２５と第２選択ダイオード６５が配されているので、これらによる合計電圧降下分（＝１．５Ｖ）、主電源１５の電圧は高くなければならない。ゆえに、既定電圧Ｖｂｒは８Ｖ＋１．５Ｖ＝９．５Ｖと決定される。
【００３５】
なお、本実施の形態では、制御回路７１の動作電圧Ｖｅｃｕ（＝５Ｖ）が、既定電圧Ｖｂｒ（＝９．５Ｖ）よりも低くなるようにしている。これにより、制御回路７１は蓄電部３３の充電を開始する前から動作することができるので、時刻ｔ３で遅延することなく充電回路２９と昇圧回路４７の動作を制御することができる。
【００３６】
上記より、時刻ｔ３で電流検出回路３１が正常に動作するので、蓄電部３３の充電が開始されるが、その具体的な充電動作は次の通りである。時刻ｔ３では、蓄電部３３の電圧Ｖｃは０Ｖであるので、制御回路７１は電流検出回路３１の電流出力Ｉが既定電流Ｉｒになるように充電回路２９を制御する。既定電流Ｉｒは蓄電部３３を満充電にするために必要な期間や、蓄電部３３の容量値等に応じて適宜決定すればよい。本実施の形態では、約２分で満充電が完了するように、既定電流Ｉｒを５Ａと決定した。このように制御することにより、蓄電部３３は既定電流Ｉｒで充電され、時刻ｔ３以降で図２の細実線に示すように、蓄電部３３の電圧Ｖｃは経時的に増加していく。なお、充電回路２９による充電制御としては、基本的に上記した既定電流Ｉｒによる充電を行うが、蓄電部３３が充電完了電圧Ｖｃｓを超えて過充電される可能性を低減するために、制御回路７１は蓄電部電圧検出回路４５により検出された蓄電部３３の電圧Ｖｃの監視も行っている。これにより、蓄電部３３の電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓに至るように、充電が完了に近づくと定電圧制御を行う。従って、これらの制御をまとめると、制御回路７１は電流検出回路３１の電流出力Ｉが既定電流Ｉｒになるように、かつ、蓄電部電圧検出回路４５で検出した蓄電部３３の電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓに至るように充電回路２９を制御して、蓄電部３３を充電している。
【００３７】
また、時刻ｔ３で制御回路７１は昇圧回路４７を動作させるためにパルス信号ＰＬＳを出力する。これにより、時刻ｔ３以降で蓄電部３３の充電が開始され、その電圧Ｖｃが経時的に上昇すると、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔも継時的に上昇していく。なお、時刻ｔ３近傍では、蓄電部３３の電圧Ｖｃが低いために十分な昇圧比が稼げない。従って、図２の長破線に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは蓄電部３３の電圧Ｖｃよりも低い期間が存在するが、その後、蓄電部３３の電圧Ｖｃが上昇するに伴い、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔの方が高くなる。また、時刻ｔ３近傍では、図２に示すように、主電源１５の電圧Ｖｂの方が出力電圧Ｖｏｕｔより十分に高いので、選択回路６１から出力される電力は主電源１５から供給される。
【００３８】
その後、時刻ｔ４でエンジンの始動が完了する。この時、エンジンにより発電機も発電を開始しているので、主電源１５の電圧Ｖｂは、図２の短破線に示すように、発電機の出力電圧である１４Ｖで安定する。この時点でも電圧Ｖｂの方が昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔよりも十分に高いので、選択回路６１から出力される電力は引き続き主電源１５から供給される。
【００３９】
時刻ｔ４以降で、蓄電部３３の充電に伴い、蓄電部３３の電圧Ｖｃ、および昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔは経時的に上昇し、やがて時刻ｔ５で、選択回路６１に入力される主電源１５の電圧Ｖｂに応じた電圧と、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔが等しくなる。すなわち、時刻ｔ５では、第２選択ダイオード６５のアノード電圧が主電源１５の電圧Ｖｂから第２ダイオード２５の電圧降下分、低い１３．２５Ｖであり、一方、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔも１３．２５Ｖとなる。その後、出力電圧Ｖｏｕｔは経時的に上昇するので、第２選択ダイオード６５がオフに、第１選択ダイオード６３がオンになり、選択回路６１から出力される電力は昇圧回路４７から供給されることになる。その結果、駆動電圧Ｖｃｃは、図２の太実線に示すように、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔより第１選択ダイオード６３の電圧降下分、低い電圧となって上昇していく。
【００４０】
その後、時刻ｔ６で蓄電部３３の電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓ（＝１３Ｖ）に至ると、制御回路７１は蓄電部３３の電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓを維持するように充電回路２９を制御する。これにより、時刻ｔ６以降では常に蓄電部３３の電圧Ｖｃが充電完了電圧Ｖｃｓとほぼ等しくなるので、いつ主電源１５の電圧Ｖｂが低下しても、負荷１７に対して十分に電力をバックアップできる。なお、蓄電部３３の電圧Ｖｃが一定になることで、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔが一定（２３．７５Ｖ）になり、電流検出回路３１の駆動電圧Ｖｃｃが２３Ｖで安定する。
【００４１】
ここで、時刻ｔ６以降で昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔが２３．７５Ｖになるのは、次の理由による。蓄電部３３の充電完了電圧Ｖｃｓは１３Ｖであるので、昇圧回路４７のコンデンサ５７には充電完了電圧Ｖｃｓ（１３Ｖ）から第４ダイオード５９と第３トランジスタ５５の合計電圧降下（１．５Ｖ）分、低い電圧、すなわち１１．５Ｖが印加される。従って、これを放電する時には、蓄電部３３の電圧Ｖｃとコンデンサ５７の印加電圧の合計である２４．５Ｖから、第２トランジスタ５３の電圧降下分を差し引いた２３．７５Ｖが、昇圧回路４７の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。これにより、選択回路６１の出力である電流検出回路３１の駆動電圧Ｖｃｃは、出力電圧Ｖｏｕｔ（２３．７５Ｖ）から第１選択ダイオード６３の電圧降下分を差し引いた２３Ｖとなる。
【００４２】
以上の説明から、図２に示すように、電流検出回路３１の駆動電圧Ｖｃｃは時刻ｔ３以降で常に蓄電部３３の電圧Ｖｃよりも高い値となる。従って、蓄電部３３の電圧Ｖｃが上昇しても駆動電圧Ｖｃｃに近づく可能性が低減され、電流検出回路３１は高精度に電流を検出することができる。
【００４３】
なお、昇圧回路４７は、蓄電部３３の充電完了後（時刻ｔ６以降）も動作し続けるようにしている。これにより、常に電流検出回路３１には十分な駆動電圧Ｖｃｃが印加されることになるので、蓄電装置１１による負荷１７への電力バックアップ後に蓄電部３３を再充電する場合も誤検出を低減した高精度な電流検出が可能となる。
【００４４】
次に、時刻ｔ６以降の車両通常使用時における蓄電装置１１の動作について説明する。
【００４５】
制御回路７１は、主電源電圧検出回路２１により主電源１５の電圧Ｖｂを常時監視している。もし、主電源１５やその周辺回路の異常や、負荷１７が大電流を消費するなどして、電圧Ｖｂが負荷１７の最低駆動電圧（上記したように１０．５Ｖ）を下回ると、制御回路７１は直ちに蓄電部３３への充電を停止するとともに、放電回路４１により蓄電部３３の電力を負荷１７に供給してバックアップする。これにより、主電源１５の電圧Ｖｂが低下しても負荷１７を駆動し続けることができる。この際に、第１ダイオード２３と第２ダイオード２５により、蓄電部３３の電力は主電源１５に流れない。
【００４６】
その後、主電源１５の電圧Ｖｂが正常な範囲に戻ると、制御回路７１は放電回路４１を制御して、蓄電部３３から負荷１７への放電を停止する。その後、次の電圧Ｖｂの低下に備えるため、蓄電部３３を再充電する。この動作は図２の時刻ｔ３以降と同じである。
このような動作を繰り返すことにより、主電源１５の電圧Ｖｂが低下しても、負荷１７のバックアップが可能となる。
【００４７】
なお、制御回路７１は、蓄電部３３への充電を停止する際に、まず充電回路２９を停止し、次に昇圧回路４７を停止するように制御している。このように制御することにより、充電回路２９が動作している間は常に昇圧回路４７が動作していることになる。従って、電流検出回路３１も誤検出なく電流値を出力することができる。このことから、先に昇圧回路４７を停止することによる誤検出された電流値で充電を制御してしまう可能性を低減できる。
【００４８】
次に、車両の使用終了後の動作について説明する。運転者がイグニションスイッチをオフにすると、その情報が車両側制御回路からデータ信号ｄａｔａにより制御回路７１に送信される。これを受け、制御回路７１は上記した蓄電部３３への充電を停止する動作を行う。その後、制御回路７１は放電回路４１に内蔵した前記放電抵抗器により、蓄電部３３を完全放電する。これにより、車両非使用時における蓄電部３３の電圧印加が回避され、長寿命化を図ることができる。なお、放電回路４１による放電期間は、あらかじめ蓄電部３３を満充電状態から完全放電するまでの期間を求めて制御回路７１に内蔵したメモリに記憶してある。従って、制御回路７１は前記放電期間が経過すれば、放電回路４１による蓄電部３３の放電を停止し、蓄電装置１１の動作を終了する。
【００４９】
以上の構成、動作により、電流検出回路３１の駆動電圧Ｖｃｃが蓄電部３３の電圧Ｖｃに近づくことに起因した電流出力Ｉの誤差を低減でき、高精度な充電制御が可能な蓄電装置１１が実現できる。
【００５０】
なお、本実施の形態における昇圧回路４７として、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いる構成としてもよい。この場合、オペアンプ３７の駆動電圧Ｖｃｃは、蓄電部３３の充電完了電圧Ｖｃｓ（＝１３Ｖ）に対して、オペアンプ３７の内部回路による電圧降下分（上記したように、１．５Ｖ）を加えた電圧（＝１４．５Ｖ）よりも高く、かつオペアンプ３７の最大許容電圧（３２Ｖ）よりも低くなければならないので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は１４．５Ｖから３２Ｖまでの電圧に設定する必要がある。但し、オペアンプ３７を駆動する電流は数ミリアンペア程度であるので、昇圧回路４７にＤＣ／ＤＣコンバータを用いると、その損失の方が大きくなる。従って、本実施の形態の昇圧回路４７の構成が望ましい。
【００５１】
また、本実施の形態では、車両使用終了後に蓄電部３３を放電回路４１により完全放電しているが、これは、蓄電部３３の電圧Ｖｃが主電源１５の電圧Ｖｂより高い場合に負荷１７へ暗電流を供給するようにしてもよい。これにより、蓄電部３３の電力の無駄を低減することができる。但し、本実施の形態では、図２に示すように、蓄電部３３の充電完了電圧Ｖｃｓが１３Ｖであり、イグニションスイッチオフ時の主電源１５の電圧Ｖｂが１２Ｖであるので、その差分（１Ｖ分）だけしか負荷１７に暗電流を供給することができない。従って、供給可能な電力量が少ないため、本実施の形態では制御が容易になるように、イグニションスイッチのオフ後に蓄電部３３の電力を放電回路４１で完全放電するようにしている。
【００５２】
また、本実施の形態において、蓄電部３３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キャパシタでもよいし、二次電池であってもよい。
【００５３】
また、本実施の形態において、蓄電装置１１を車両のバックアップ用補助電源に適用した場合について述べたが、それに限らず、電力回生用や非常用の補助電源等にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかる蓄電装置は、高精度な充電制御が可能となるので、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としての蓄電装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】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
【図２】本発明の実施の形態における蓄電装置の充電時における各種電圧の経時特性図
【図３】従来の蓄電装置のブロック回路図
【符号の説明】
【００５６】
１１  蓄電装置
１５  主電源
１７  負荷
２１  主電源電圧検出回路
２９  充電回路
３１  電流検出回路
３３  蓄電部
３５  シャント抵抗器
３７  オペアンプ
４５  蓄電部電圧検出回路
４７  昇圧回路
６１  選択回路
７１  制御回路
【図１】
2010178528.tif 000003
【図２】
2010178528.tif 000004
【図３】
2010178528.tif 000005