(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で主電源の劣化判断を行うことができる車両用電源装置を提供すること。【解決手段】主電源１５と負荷１７と両者の間に接続された蓄電装置１１とから構成され、蓄電装置１１は主電源電圧検出回路２７、入力スイッチ２９、電流検出回路３７、蓄電部４３、蓄電部電圧検出回路４９と、蓄電装置１１を制御する制御回路６１からなり、制御回路６１は主電源１５の電圧Ｖｂと蓄電部４３の電圧Ｖｃの差が既定電圧差ΔＶに至れば入力スイッチ２９をオンにして電流検出回路３７から実測電流値Ｉｍを検出し、既定電圧差ΔＶ、配線系統抵抗値Ｒｔ、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ、蓄電部内部抵抗値Ｒｃから、劣化時電流値ＩｃをＩｃ＝ΔＶ／（Ｒｔ＋Ｒｂｄ＋Ｒｃ）より求め、実測電流値Ｉｍが劣化時電流値Ｉｃ以下ならば主電源１５が劣化と判断する。【選択図】図１
2010188851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と、
負荷と、
前記主電源と前記負荷の間に接続された蓄電装置とから構成され、
前記蓄電装置は、前記主電源に接続された、主電源電圧検出回路、入力スイッチ、電流検出回路、および蓄電部電圧検出回路からなる直列回路と、
前記直列回路に接続された蓄電部と、
前記主電源電圧検出回路、入力スイッチ、電流検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路からなり、
前記制御回路には、あらかじめ求めた、前記主電源と前記蓄電部の間の配線系統抵抗値（Ｒｔ）と、前記主電源における劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）が記憶されており、
前記制御回路は、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）と、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）の差が既定電圧差（ΔＶ）に至った時に、
前記入力スイッチをオンにして前記電流検出回路で前記主電源から前記蓄電部に流れる実測電流値（Ｉｍ）を検出するとともに、
前記既定電圧差（ΔＶ）と、前記配線系統抵抗値（Ｒｔ）と、前記劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）と、前記蓄電装置の使用時に求めた前記蓄電部における蓄電部内部抵抗値（Ｒｃ）から、劣化時電流値（Ｉｃ）を、Ｉｃ＝ΔＶ／（Ｒｔ＋Ｒｂｄ＋Ｒｃ）より計算し、
前記実測電流値（Ｉｍ）が前記劣化時電流値（Ｉｃ）以下であれば、前記主電源が劣化していると判断するか、
あるいは、
前記既定電圧差（ΔＶ）と、前記実測電流値（Ｉｍ）と、前記配線系統抵抗値（Ｒｔ）と、前記蓄電部内部抵抗値（Ｒｃ）から、前記主電源における主電源内部抵抗値（Ｒｂ）を、Ｒｂ＝ΔＶ／Ｉｍ−Ｒｔ−Ｒｃより計算し、
前記主電源内部抵抗値（Ｒｂ）が前記劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）以上であれば、前記主電源が劣化していると判断するようにした車両用電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が異常となれば、前記蓄電部にあらかじめ蓄えた電力を前記負荷に供給するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記既定電圧差（ΔＶ）は、前記入力スイッチをオンにした時に、前記主電源と前記蓄電装置の間に電気的に接続されたヒューズに流れる電流が、前記ヒューズの定格電流未満となるように決定するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記主電源が劣化していると判断すれば、劣化信号を出力するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記蓄電部と前記負荷の間に、前記制御回路に接続された放電回路を設けた構成を有し、
前記制御回路は、前記主電源の劣化を判断する時に、前記主電源の電圧（Ｖｂ）と前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）の差が、前記既定電圧差（ΔＶ）に至るまで、前記放電回路により前記蓄電部を放電するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記制御回路は、車両の使用終了時に前記主電源の劣化を判断するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
【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る蓄電装置を用いて主電源の劣化を判断する車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車（以下、車両という）の電子制御化に伴って、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御を行う車両制動システムが実用化されている。しかし、主電源であるバッテリが異常になると、車両制動システムが動作しなくなる等の可能性があるので、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車両用電源装置が、例えば特許文献１に提案されている。
【０００３】
図４はこのような車両用電源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の電力を供給する電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）からなるＦＥＴスイッチ１１１が接続されている。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、例えば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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
このようにして求めた内部抵抗値Ｒと容量値Ｃを用いて、前記した劣化限界値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することができる。これにより、蓄電装置１１３の高信頼性を得ていた。
【００１２】
一方、主電源であるバッテリの劣化判断は、一般にバッテリの内部抵抗値を求め、その劣化限界値と比較することにより行っている。すなわち、バッテリの内部抵抗値は劣化とともに大きくなるので、求めた内部抵抗値が劣化限界値を上回れば劣化していると判断できる。このような劣化判断を行うバッテリ状態管理装置が、例えば特許文献２に提案されている。
【００１３】
図６はこのようなバッテリ状態管理装置のブロック図である。エンジン２０１にはオルタネータ２０３が機械的に接続されている。オルタネータ２０３はエンジン２０１の回転によって発生した電力を、電気的に接続された負荷２０５やバッテリ２０７に供給する。バッテリ２０７には、その内部抵抗値を求めるための電圧センサ２０９、電流センサ２１１が接続されている。また、オルタネータ２０３、負荷２０５、電圧センサ２０９、および電流センサ２１１は処理部２１３に接続され、それぞれの制御やデータのやり取りを行う。処理部２１３には記憶部２１５が接続されており、ここにバッテリ内部抵抗値の劣化限界値等が記憶されている。さらに、処理部２１３には出力部２１７が接続されており、バッテリ２０７の劣化判定結果が出力部２１７を介して出力される。
【００１４】
次に、このようなバッテリ状態管理装置におけるバッテリ２０７の劣化判断動作を説明する。まず、オルタネータ２０３によりバッテリ２０７が実質的に満充電になれば、処理部２１３は負荷２０５を動作させ、バッテリ２０７を強制放電させる。その時のバッテリ２０７の電圧降下量ｄＶを電圧センサ２０９で、放電電流値Ｉｏｕｔを電流センサ２１１で、それぞれ求める。次に、電圧降下量ｄＶを放電電流値Ｉｏｕｔで割ることにより、バッテリ２０７の内部抵抗値を求め、劣化限界値と比較して劣化を判断している。なお、バッテリ２０７を強制放電して電圧降下を起こさせるために、負荷２０５としては電力消費量が大きい電装品、例えばデフォッガやシートヒータ等を用いる。
【００１５】
以上のようにして、主電源（バッテリ２０７）の劣化を判断することができる。
【特許文献１】特開２００５−２８９０８号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記した車両制動システムを用いた車両においては、補助電源としての蓄電装置１１３と、バッテリ２０７の劣化判断用であるバッテリ状態管理装置の両方を搭載することにより、確かにキャパシタユニット１０１とバッテリ２０７の劣化判断を行うことができ、高信頼性が得られる。しかし、キャパシタユニット１０１の劣化判断は蓄電装置１１３単体で行えるが、バッテリ２０７の劣化判断のためには電圧センサ２０９と電流センサ２１１を設けなければならないため、車両用電源装置全体としての回路構成が複雑になるという課題があった。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な回路構成で主電源の劣化判断が可能な車両用電源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】
【００１８】
前記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、主電源と、負荷と、前記主電源と前記負荷の間に接続された蓄電装置とから構成され、前記蓄電装置は、前記主電源に接続された、主電源電圧検出回路、入力スイッチ、電流検出回路、および蓄電部電圧検出回路からなる直列回路と、前記直列回路に接続された蓄電部と、前記主電源電圧検出回路、入力スイッチ、電流検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路からなり、前記制御回路には、あらかじめ求めた、前記主電源と前記蓄電部の間の配線系統抵抗値（Ｒｔ）と、前記主電源における劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）が記憶されており、前記制御回路は、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）と、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）の差が既定電圧差（ΔＶ）に至った時に、前記入力スイッチをオンにして前記電流検出回路で前記主電源から前記蓄電部に流れる実測電流値（Ｉｍ）を検出するとともに、前記既定電圧差（ΔＶ）と、前記配線系統抵抗値（Ｒｔ）と、前記劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）と、前記蓄電装置の使用時に求めた前記蓄電部における蓄電部内部抵抗値（Ｒｃ）から、劣化時電流値（Ｉｃ）を、Ｉｃ＝ΔＶ／（Ｒｔ＋Ｒｂｄ＋Ｒｃ）より計算し、前記実測電流値（Ｉｍ）が前記劣化時電流値（Ｉｃ）以下であれば、前記主電源が劣化していると判断するか、あるいは、前記既定電圧差（ΔＶ）と、前記実測電流値（Ｉｍ）と、前記配線系統抵抗値（Ｒｔ）と、前記蓄電部内部抵抗値（Ｒｃ）から、前記主電源における主電源内部抵抗値（Ｒｂ）を、Ｒｂ＝ΔＶ／Ｉｍ−Ｒｔ−Ｒｃより計算し、前記主電源内部抵抗値（Ｒｂ）が前記劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）以上であれば、前記主電源が劣化していると判断するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の車両用電源装置によれば、蓄電装置に内蔵された主電源電圧検出回路と電流検出回路を用いて主電源（バッテリ）の劣化判断を行うので、電圧センサと電流センサを設ける必要がなくなり、回路構成を簡略化することが可能な車両用電源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】
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における車両用電源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車両用電源装置の使用終了時における主電源の劣化判断用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車両用電源装置の使用終了時における主電源の他の劣化判断用の一部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。
【００２２】
図１において、蓄電装置１１は主電源１５と負荷１７との間に接続されている。主電源１５は車両用のバッテリであり、等価回路としては図１に示すように、バッテリ蓄電部分１９と、主電源内部抵抗値Ｒｂを有する主電源内部抵抗２１の直列回路で表される。さらに、蓄電装置１１と主電源１５の間にも等価回路として配線抵抗値Ｒｈの配線抵抗２５が接続された状態として表される。ここで、配線抵抗値Ｒｈには、後述するヒューズ抵抗値Ｒｕを除く、主電源１５から蓄電装置１１までの全ての抵抗成分を含む。なお、主電源１５にはエンジンで駆動される発電機２３が並列に接続されている。また、主電源１５と蓄電装置１１の間にはヒューズ抵抗値Ｒｕを有するヒューズ２４が電気的に接続されている。なお、ヒューズ２４として定格電流が１５Ａのものを用いた。従って、蓄電装置１１や負荷１７に合計１５Ａ以上の電流が流れると、ヒューズ２４が溶断する。これにより、特に蓄電装置１１の入力ダイオード３１やＦＥＴスイッチ３３等の半導体素子に負担がかからないような回路構成とすることができる。
【００２３】
一方、負荷１７は車両制動システムの電子制御部である。
【００２４】
蓄電装置１１は次の構成を有する。まず、主電源１５には主電源電圧検出回路２７が接続されている。主電源電圧検出回路２７は主電源１５の電圧Ｖｂを検出して出力する機能を有する。なお、主電源電圧検出回路２７の入力側と出力側の電圧は等しくなるように構成されている。従って、主電源電圧検出回路２７の入力側と出力側の間の内部抵抗値は極めて小さくなるので、本実施の形態では無視している。
【００２５】
主電源電圧検出回路２７には入力スイッチ２９が接続されている。入力スイッチ２９は図１に示すように、入力ダイオード３１とＦＥＴスイッチ３３の直列回路で構成されている。ここで、入力ダイオード３１とＦＥＴスイッチ３３の寄生ダイオード３５は互いに逆方向になるように接続されている。これにより、ＦＥＴスイッチ３３をオフにした時に、入力スイッチ２９を完全にオフにすることができる。なお、ＦＥＴスイッチ３３は制御回路（後述）によりオンオフ制御されるので、これにより定電流や定電圧で蓄電部（後述）を充電することができる。ここで、入力ダイオード３１は入力ダイオード内部抵抗値Ｒｄを有し、ＦＥＴスイッチ３３はＦＥＴ内部抵抗値Ｒｆを有するものとする。従って、入力スイッチ２９の入力スイッチ内部抵抗値Ｒｉは、Ｒｉ＝Ｒｄ＋Ｒｆとなる。
【００２６】
入力スイッチ２９には電流検出回路３７が接続されている。電流検出回路３７は主電源１５から蓄電部（後述）に流れる電流を検出するもので、数１０ｍΩ程度のシャント抵抗３９と、その両端に入力側が接続された差動アンプ４１から構成される。従って、差動アンプ４１の出力が電流値に相当する。このような電流検出回路３７の構成から、電流検出回路内部抵抗値Ｒｓはシャント抵抗３９の抵抗値とほぼ等しくなる。
【００２７】
電流検出回路３７には蓄電部４３が接続されている。蓄電部４３は主電源１５の異常時に負荷１７へ供給する電力を蓄えるためのもので、具体的には電気二重層キャパシタを複数個直列に接続した構成としている。なお、図１において、蓄電部４３はキャパシタ蓄電部分４５と蓄電部内部抵抗４７を直列接続した等価回路として示している。従って、蓄電部４３は蓄電部内部抵抗値Ｒｃを有することになる。ここで、蓄電部内部抵抗値Ｒｃはキャパシタ蓄電部分４５自身の内部抵抗値と、複数の電気二重層キャパシタの接続部分における抵抗値の和として示される。なお、図１では複数の電気二重層キャパシタを１つのキャパシタ蓄電部分４５として示している。また、蓄電部４３は、負荷１７の要求する仕様等に応じて、電気二重層キャパシタの数量を増減したり、直並列に接続する構成としてもよい。
【００２８】
蓄電部４３には蓄電部電圧検出回路４９が接続されている。蓄電部電圧検出回路４９は蓄電部４３の電圧Ｖｃを検出して出力する機能を有する。従って、入力スイッチ２９、電流検出回路３７、および蓄電部電圧検出回路４９を合わせた回路構成が従来の図４に示した充電回路１０３に相当する。なお、蓄電部電圧検出回路４９も、主電源電圧検出回路２７と同様に、入力側と出力側の電圧が等しくなるように構成されている。
【００２９】
以上より、蓄電部４３は、主電源電圧検出回路２７、入力スイッチ２９、電流検出回路３７、および蓄電部電圧検出回路４９からなる直列回路に接続された構成となる。なお、主電源１５と電気的に接続される蓄電装置１１の端子（図示せず）から蓄電部４３に至るまでの蓄電装置内配線抵抗５０における抵抗値を、蓄電装置内配線抵抗値Ｒｅとする。蓄電装置内配線抵抗値Ｒｅには、入力スイッチ内部抵抗値Ｒｉと電流検出回路内部抵抗値Ｒｓを除く、前記端子から蓄電部４３までの全ての抵抗成分を含む。
【００３０】
また、蓄電部４３と負荷１７の間には、切替スイッチ５１と出力ダイオード５３が直列に接続されている。切替スイッチ５１は外部からオンオフ制御できる構成のもので、ここではＦＥＴを用いた。また、出力ダイオード５３はアノードが切替スイッチ５１に、カソードが負荷１７にそれぞれ接続されている。
【００３１】
さらに、蓄電部４３と負荷１７の間には放電回路５４が電気的に接続されている。放電回路５４は、例えばスイッチと放電抵抗器（いずれも図示せず）の直列回路で構成され、前記放電抵抗器の一端がグランドに接続される。この場合、後述する制御回路の指示により前記スイッチがオンになると、前記放電抵抗器により蓄電部４３の電力を放電する機能を有する。
【００３２】
主電源１５と負荷１７の間にはイグニションスイッチ５５と主電源側ダイオード５７が直列に接続されている。主電源側ダイオード５７はアノードがイグニションスイッチ５５に、カソードが負荷１７にそれぞれ接続されている。従って、出力ダイオード５３と主電源側ダイオード５７により主電源１５からの電力と蓄電部４３からの電力が互いに逆流することを防止している。
【００３３】
主電源電圧検出回路２７、入力スイッチ２９、電流検出回路３７、蓄電部電圧検出回路４９、切替スイッチ５１、および放電回路５４は信号系配線で制御回路６１にも接続されている。制御回路６１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６１は主電源電圧検出回路２７の出力から主電源１５の電圧Ｖｂを、電流検出回路３７の出力から実測電流値Ｉｍを、蓄電部電圧検出回路４９の出力から蓄電部４３の電圧Ｖｃを、それぞれ読み込む。また、制御回路６１は入力スイッチ２９にオンオフ制御信号Ｃｏｎｔを送信することでＦＥＴスイッチ３３の制御を行うとともに、放電回路５４に放電信号Ｄｏｎを送信することで蓄電部４３の放電を行い、切替スイッチ５１に切替スイッチオンオフ信号Ｓｏｆを送信することで切替スイッチ５１のオンオフ制御を行う。また、制御回路６１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。
【００３４】
次に、このような車両用電源装置の動作について以下説明する。
【００３５】
まず車両起動時は、運転者がイグニションスイッチ５５をオンにすることにより、主電源１５の電力が負荷１７に供給される。また、エンジンが始動すれば発電機２３の電力も主電源１５や負荷１７に供給される。これにより、蓄電装置１１も起動する。
【００３６】
後述するように、車両使用終了時に、制御回路６１は放電回路５４により、蓄電部４３の電力を放電するので、車両起動時には蓄電部４３は未充電状態である。従って、蓄電部４３は車両起動とともに満充電にする必要がある。そこで、制御回路６１は電流検出回路３７の出力を基に、定電流（例えば５Ａ）で蓄電部４３を充電するように入力スイッチ２９にオンオフ制御信号Ｃｏｎｔを送信する。これにより、蓄電部４３の充電が行われるのであるが、この時、従来の図５で説明した方法と同様にして蓄電部４３における蓄電部内部抵抗値Ｒｃと蓄電部容量値Ｃｃを求めるとともに、それぞれの劣化限界値と比較することにより蓄電部４３の劣化判断を行う。その結果、もし蓄電部４３が劣化していると判断すれば、制御回路６１は車両側制御回路に蓄電部４３の劣化信号をデータ信号ｄａｔａにより送信する。これを受け、車両側制御回路は蓄電装置１１の劣化を運転者に警告し修理を促す。これらの動作により、蓄電装置１１に対する高信頼性が得られる。
【００３７】
蓄電部４３が正常と判断され、かつ満充電電圧（１２Ｖとした）に至れば、制御回路６１は蓄電部４３の満充電電圧を維持するように入力スイッチ２９を制御する。
【００３８】
次に、蓄電装置１１の通常時の動作について説明する。まず、制御回路６１は主電源１５の電圧Ｖｂを主電源電圧検出回路２７から読み込み、電圧Ｖｂと負荷１７の最低動作電圧Ｖｃｍ（＝１０．５Ｖとした）を比較する監視動作を行う。もし、電圧Ｖｂが最低動作電圧Ｖｃｍより大きければ、主電源１５は正常な電圧を出力しているので、再び主電源１５の電圧Ｖｂの監視動作を行う。一方、電圧Ｖｂが最低動作電圧Ｖｃｍ以下であれば、主電源１５が断線等の異常状態となっており、負荷１７を動作させることができなくなる。この場合は、切替スイッチオンオフ信号Ｓｏｆをオン信号として制御回路６１から切替スイッチ５１に送信することで、切替スイッチ５１をオンにする。これにより、蓄電部４３の電力が図１の放電経路と書かれた矢印の方向に流れ、負荷１７に供給される。この時、主電源側ダイオード５７のアノード電圧（＝主電源１５の電圧Ｖｂ）はカソード電圧（＝蓄電部４３により負荷１７に印加される電圧）より小さくなるので、主電源側ダイオード５７はオフになり、蓄電部４３の電力が主電源１５に供給されることはない。このことから、蓄電部４３の電力は負荷１７にのみ供給され、負荷１７は動作を継続することができる。
【００３９】
以上のことから、万一、主電源１５の電圧Ｖｂが異常となれば、蓄電部４３にあらかじめ蓄えた電力を負荷１７に供給するので、車両制動システムが動作し続け、安全に車両を停止できる。
【００４０】
次に、車両の使用を終了した時の蓄電装置１１の動作について説明する。車両の使用が終了すると、制御回路６１は主電源１５の劣化判断を行う。その具体的な動作を図２のフローチャートにより説明する。
【００４１】
車両の使用が終了し、運転者がイグニションスイッチ５５をオフにすると、制御回路６１は図２のフローチャートを実行する。なお、制御回路６１はメインルーチンから各種サブルーチンを実行することにより、様々な制御を行っているので、図２ではサブルーチンの形態で示した。また、以後の説明におけるフローチャートについてもサブルーチンの形態で示す。
【００４２】
図２のフローチャートが実行されると、制御回路６１は放電回路５４をオンにするよう放電信号Ｄｏｎを送信する。これにより、放電回路５４がオンになり、蓄電部４３の電力が放電回路５４により放電される（以上、ステップ番号Ｓ１１）。
【００４３】
次に、制御回路６１は主電源電圧検出回路２７で主電源１５の電圧Ｖｂを読み込む（Ｓ１３）。この時、前記したようにイグニションスイッチ５５がオフであり、車両使用後のため発電機２３も停止しているので、主電源１５の電力はどこにも供給されない状態である。従って、主電源１５からの電流はほとんど流れないので、バッテリ蓄電部分１９の電圧は、主電源電圧検出回路２７で検出される電圧Ｖｂとほぼ等しくなる。
【００４４】
次に、制御回路６１は蓄電部電圧検出回路４９で蓄電部４３の電圧Ｖｃを読み込む（Ｓ１５）。ここで、蓄電部４３は放電回路５４により放電されているので、蓄電部電圧検出回路４９で検出される電圧Ｖｃは経時的に低下していく。
【００４５】
以上の動作により、現在の主電源１５の電圧Ｖｂと蓄電部４３の電圧Ｖｃの差を求めることができる。
【００４６】
次に、制御回路６１は上記した主電源１５の電圧Ｖｂと蓄電部４３の電圧Ｖｃの差が既定電圧差ΔＶに至ったか否かを判断する（Ｓ１７）。なお、既定電圧差ΔＶは本実施の形態では１Ｖとした。
【００４７】
ここで、既定電圧差ΔＶの決定方法について説明する。既定電圧差ΔＶは後述するＳ２１で入力スイッチ２９をオンにした時に流れる電流値（実測電流値Ｉｍ）がヒューズ２４を溶断しないように決定されている。具体的には、まず本実施の形態における入力スイッチ２９をオンにした時の抵抗成分の総和（＝Ｒｂ＋Ｒｕ＋Ｒｈ＋Ｒｅ＋Ｒｉ＋Ｒｓ＋Ｒｃ）を実測する。ここでは、およそ０．２Ωであった。また、ヒューズ２４の定格電流は上記したように１５Ａである。従って、既定電圧差ΔＶが３Ｖ（＝０．２Ω×１５Ａ）以上になると、ヒューズ２４が溶断してしまう。このため、既定電圧差ΔＶはヒューズ２４の定格電流未満の電流が流れるように、上記３Ｖより小さくする必要がある。ゆえに、本実施の形態では安全係数を３倍として、入力スイッチ２９をオンにした時にヒューズ２４の定格電流の１／３の電流（＝５Ａ）が流れるように、既定電圧差ΔＶを１Ｖ（＝０．２Ω×５Ａ）と決定した。
【００４８】
ここで、Ｓ１７に戻り、もし、前記差が既定電圧差ΔＶに至っていなければ（Ｓ１７のＮｏ）、Ｓ１３に戻って両者の差が既定電圧差ΔＶに至るまで待つ。なお、両者の差が既定電圧差ΔＶに至るとは、前記差が電圧検出精度内で既定電圧差ΔＶに至るという意味であると定義する。
【００４９】
一方、前記差が既定電圧差ΔＶに至れば（Ｓ１７のＹｅｓ）、主電源１５の電圧Ｖｂは蓄電部４３の電圧Ｖｃより既定電圧差ΔＶ（＝１Ｖ）だけ高い状態にあることになる。従って、主電源１５から蓄電部４３に電流を流すことができるので、これにより主電源１５の劣化判断を行う。具体的には、まず制御回路６１は放電回路５４をオフにする（Ｓ１９）。これにより、蓄電部４３の放電が停止する。従って、制御回路６１は、電圧Ｖｂと電圧Ｖｃの差が既定電圧差ΔＶに至るまで、放電回路５４により蓄電部４３を放電する動作を行う。
【００５０】
この状態で、制御回路６１は、入力スイッチ２９をオンにするようオンオフ制御信号Ｃｏｎｔを送信する（Ｓ２１）。これにより、入力スイッチ２９に内蔵したＦＥＴスイッチ３３はオン状態となる。
【００５１】
このように動作することで、主電源１５から蓄電部４３に電流が流れ、蓄電部４３が充電される。この時、切替スイッチ５１とイグニションスイッチ５５はオフであり、発電機２３も停止しているので、電流は主電源１５のバッテリ蓄電部分１９から、順に主電源内部抵抗２１、ヒューズ２４、配線抵抗２５、蓄電装置内配線抵抗５０、入力ダイオード３１、ＦＥＴスイッチ３３、シャント抵抗３９、および蓄電部内部抵抗４７を経由してキャパシタ蓄電部分４５に流れることになる。
【００５２】
制御回路６１はこの電流を電流検出回路３７により実測電流値Ｉｍとして読み込む（Ｓ２３）。但し、Ｓ２１で入力スイッチ２９がオンになると、キャパシタ蓄電部分４５が充電され、その電圧が経時的に上昇するので、キャパシタ蓄電部分４５に流れる電流は経時的に低減する。そこで、制御回路６１はＳ２１で入力スイッチ２９がオンになった直後にＳ２３で実測電流値Ｉｍを読み込むようにしている。これにより、主電源１５の電圧Ｖｂと蓄電部４３の電圧Ｖｃの差が既定電圧差ΔＶになった状態において流れる電流値を実測電流値Ｉｍとして読み込むことができる。
【００５３】
次に、制御回路６１は入力スイッチ２９をオフにするようオンオフ制御信号Ｃｏｎｔを送信する（Ｓ２５）。これにより、入力スイッチ２９に内蔵したＦＥＴスイッチ３３はオフ状態となる。
【００５４】
次に、制御回路６１は、配線系統抵抗値Ｒｔ、劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ、および蓄電部内部抵抗値Ｒｃと、既定電圧差ΔＶとから、劣化した主電源１５から蓄電部４３へ流れると想定される劣化時電流値Ｉｃを、Ｉｃ＝ΔＶ／（Ｒｔ＋Ｒｂｄ＋Ｒｃ）より計算する（Ｓ３１）。ここで、配線系統抵抗値Ｒｔとは、主電源１５から蓄電部４３までの配線系統に存在する抵抗値の総和のことであり、ヒューズ抵抗値Ｒｕ、配線抵抗値Ｒｈ、蓄電装置内配線抵抗値Ｒｅ、入力スイッチ内部抵抗値Ｒｉ、および電流検出回路内部抵抗値Ｒｓの合計を示す。この配線系統抵抗値Ｒｔは、あらかじめ求められて制御回路６１に内蔵されたメモリに記憶してある。なお、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄも既知の値であるので、前記メモリに記憶してある。
【００５５】
次に、制御回路６１は、Ｓ２３で求めた実測電流値Ｉｍと、Ｓ３１で計算した劣化時電流値Ｉｃを比較する（Ｓ３３）。もし、実測電流値Ｉｍが劣化時電流値Ｉｃより大きければ（Ｓ３３のＮｏ）、主電源１５は、その劣化時よりも多くの電流を蓄電部４３へ流すことができるので、主電源１５は劣化していないと判断する。この場合は、後述するＳ３６にジャンプする。
【００５６】
一方、実測電流値Ｉｍが劣化時電流値Ｉｃ以下であれば（Ｓ３３のＹｅｓ）、主電源１５は、その劣化時以下の電流しか蓄電部４３へ流せない状態であるので、主電源１５が劣化していると判断する。この場合、制御回路６１は主電源劣化信号を出力する（Ｓ３５）。具体的には、主電源１５が劣化したことを示すデータ信号ｄａｔａを車両側制御回路に送信する。これを受け、車両側制御回路は主電源１５が劣化したことを運転者に警告し、修理を促す。
【００５７】
次に、制御回路６１は、放電回路５４をオンにする（Ｓ３６）。これにより、蓄電部４３の放電が再開される。その後、制御回路６１は蓄電部電圧検出回路４９で蓄電部４３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ３７）、電圧Ｖｃがほぼ０Ｖに至ったか否かを判断する（Ｓ３８）。なお、ほぼ０Ｖとは、電圧Ｖｃの検出誤差（制御回路６１の読み込み誤差も含む）の範囲内で０Ｖであることを意味する。もし、電圧Ｖｃがほぼ０Ｖに至っていなければ（Ｓ３８のＮｏ）、Ｓ３７に戻り、ほぼ０Ｖに至るまで待つ。
【００５８】
一方、電圧Ｖｃがほぼ０Ｖに至れば（Ｓ３８のＹｅｓ）、蓄電部４３の放電が完了したので、放電回路５４をオフにして（Ｓ３９）、図２のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。このような動作により、車両非使用時に蓄電部４３は放電されているので、長寿命化が可能となる。
【００５９】
以上の構成、動作により、蓄電装置１１を利用することで、電圧センサや電流センサを特に設けることなく主電源１５の劣化判断を行うので、回路構成を簡略化することが可能な車両用電源装置を実現できる。
【００６０】
なお、本実施の形態では実測電流値Ｉｍと劣化時電流値Ｉｃを比較することにより主電源１５の劣化判断を行っていたが、これは計算で求めた主電源内部抵抗値Ｒｂと劣化時内部抵抗値Ｒｂｄを比較することにより劣化判断を行ってもよい。この時の具体的な動作を以下に説明する。
【００６１】
主電源内部抵抗値Ｒｂと劣化時内部抵抗値Ｒｂｄを比較する場合のフローチャートを図３に示す。図３において、図２のフローチャートのＳ１１からＳ２５、およびＳ３６からＳ３９の動作は同じである。従って、図２のＳ１１からＳ２５を省略し、Ｓ３６からＳ３９は同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。
【００６２】
図２でＳ２５の後は、図３において、既定電圧差ΔＶ、実測電流値Ｉｍ、配線系統抵抗値Ｒｔ、および蓄電部内部抵抗値Ｒｃから、主電源１５の主電源内部抵抗値Ｒｂを、Ｒｂ＝ΔＶ／Ｉｍ−Ｒｔ−Ｒｃより計算する（Ｓ４１）。次に、制御回路６１は、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄと主電源内部抵抗値Ｒｂを比較する（Ｓ４３）。もし、主電源内部抵抗値Ｒｂが劣化時内部抵抗値Ｒｂｄより小さければ（Ｓ４３のＮｏ）、主電源１５は劣化していない。従って、Ｓ３６にジャンプする。
【００６３】
一方、主電源内部抵抗値Ｒｂが劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ以上であれば（Ｓ４３のＹｅｓ）、主電源１５は劣化している。従って、制御回路６１は主電源劣化信号を出力する（Ｓ４５）。この動作は図２のＳ３５と同じであるので、詳細な説明を省略する。その後、Ｓ３６以降の動作（蓄電部４３の放電）を行う。
【００６４】
以上のことから、実測電流値Ｉｍと劣化時電流値Ｉｃの比較、あるいは主電源内部抵抗値Ｒｂと劣化時内部抵抗値Ｒｂｄの比較のいずれかで劣化判断を行えばよい。
【００６５】
また、本実施の形態では、図２のＳ３６からＳ３９で蓄電部４３の電力を放電回路５４により強制的に０Ｖ近傍まで放電しているが、これは負荷１７の暗電流として供給するようにしてもよい。この場合は、強制放電される電力を無駄なく利用することができるが、蓄電部４３が満充電に近い状態で長時間放置されるので、蓄電部４３の寿命が短くなる可能性がある。従って、蓄電部４３の容量や寿命特性、あるいは負荷１７の暗電流の大きさ等に応じて強制放電の有無や、何Ｖまで強制放電するかを決定するようにしてもよい。
【００６６】
なお、図２のＳ１１からＳ１９で、主電源１５の電圧Ｖｂと蓄電部４３の電圧Ｖｃの差が既定電圧差ΔＶに至るまで放電回路５４により蓄電部４３を放電しているが、この部分を負荷１７の暗電流供給に用いると、一般に暗電流は小さいので、主電源１５の劣化判断までに時間がかかってしまう。従って、暗電流がよほど大きいか蓄電部４３の容量が小さい場合以外は、本実施の形態で説明したように、蓄電部４３を放電回路５４で強制放電してから主電源１５の劣化判断を行う方が望ましい。
【００６７】
また、車両使用終了後における蓄電部４３の自己放電を利用して電圧Ｖｂと電圧Ｖｃの差が既定電圧差ΔＶに至るまで待つ構成としてもよいが、上記と同様に、主電源１５の劣化判断までに時間がかかるので、蓄電部内部抵抗値Ｒｃがよほど大きいか蓄電部４３の容量が小さい場合以外は、蓄電部４３の強制放電を行う方が望ましい。
【００６８】
また、本実施の形態では、放電回路５４で蓄電部４３を放電した際の蓄電部内部抵抗４７による電圧降下や電圧上昇の影響を誤差範囲内として計算しているが、より正確には、放電回路５４を停止した後に蓄電部電圧検出回路４９で電圧上昇後の電圧Ｖｃを読み込み、この電圧Ｖｃを電圧Ｖｂから差し引いた値を既定電圧差ΔＶとして計算すればよい。これにより、電圧上昇後の電圧Ｖｃは、蓄電部４３が放電していないので、キャパシタ蓄電部分４５の電圧とほぼ等しくなり、前記誤差を補正することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では温度による各種抵抗値変化の影響も誤差範囲内であるとして計算しているが、より正確には、蓄電装置１１に温度センサを設け、温度による影響が比較的大きい蓄電部内部抵抗値Ｒｃや入力スイッチ内部抵抗値Ｒｉを温度補正するようにしてもよい。すなわち、蓄電部内部抵抗値Ｒｃは上記したように蓄電部４３の初期充電時に求められるが、車両の使用を終了し、主電源１５の劣化を判断する時には周囲温度が変化して、それに応じて蓄電部内部抵抗値Ｒｃも変化している可能性がある。また、入力スイッチ内部抵抗値Ｒｉも、蓄電部４３の充電制御を行うことにより発熱するが、その後、いつ車両の使用を終了するかによって、熱いままの場合もあれば、周囲温度まで冷却されている場合もあるので、それに応じて入力スイッチ内部抵抗値Ｒｉが異なる可能性がある。従って、これらの値を温度により補正すれば、さらに高精度な主電源１５の劣化判断が可能となる。なお、上記した以外の抵抗値は、温度による影響を大きく受けないので、一定値としている。
【００７０】
また、本実施の形態では、車両の使用終了時に主電源１５の劣化を判断している。これは、車両使用中や蓄電部４３の初期充電時に劣化判断を行うこともできるが、これらの場合は、主電源１５のみから蓄電部４３のみに流れる実測電流値Ｉｍを正確に求める必要がある。このために、実測電流値Ｉｍの測定の間は、車両側制御回路により発電機２３の発電を停止するか、発電機２３の出力をオフにするよう制御しなければならず、制御が複雑化する上、測定精度も低下する可能性がある。従って、車両の使用終了時に主電源１５の劣化を判断する方が望ましい。
【００７１】
また、本実施の形態において、蓄電部４３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。
【００７２】
また、本実施の形態において、蓄電装置１１を車両制動システムの補助電源に適用した車両用電源装置について述べたが、それらに限らず、アイドリングストップ車やハイブリッド車、あるいは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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる車両用電源装置は、簡単な回路構成で主電源の劣化判断が可能になるので、電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源機能を有する高信頼性の車両用電源装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態における車両用電源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車両用電源装置の使用終了時における主電源の劣化判断用のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態における車両用電源装置の使用終了時における主電源の他の劣化判断用の一部フローチャート
【図４】従来の車両用電源装置のブロック回路図
【図５】従来の車両用電源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図
【図６】従来のバッテリ状態管理装置のブロック図
【符号の説明】
【００７５】
１１  蓄電装置
１５  主電源
１７  負荷
２４  ヒューズ
２７  主電源電圧検出回路
２９  入力スイッチ
３７  電流検出回路
４３  蓄電部
４９  蓄電部電圧検出回路
５４  放電回路
６１  制御回路
【図１】
2010188851.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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