(57)【要約】【課題】短絡や地絡時に出力スイッチの焼損可能性を低減することができる蓄電装置の提供。【解決手段】蓄電部３１と出力端子２１の間に電気的に接続された出力スイッチ３７と、蓄電部３１に接続された電流検出回路３５と、電流検出回路３５で検出された電流Ｉが既定範囲を超えると出力スイッチ３７をオフにする制御回路７１と、電流検出回路３５に接続された過電流判断回路６３と、過電流判断回路６３に接続されたタイマ回路６７と、出力スイッチ３７と過電流判断回路６３に接続された強制スイッチ６５と、を備え、過電流判断回路６３は、電流Ｉが既定範囲を超えると、タイマ回路６７によって決定される既定期間ｔｓの間、出力スイッチ３７に電流が流れないように強制スイッチ６５を制御するようにした。【選択図】図１
2010088180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部と、
前記蓄電部に電気的に接続された充電回路と、
前記蓄電部に出力スイッチを介して電気的に接続された出力端子と、
前記蓄電部に電気的に接続された電流検出回路と、
前記充電回路、出力スイッチ、および電流検出回路に電気的に接続され、前記電流検出回路で検出された電流（Ｉ）が既定範囲を超えると前記出力スイッチをオフにする制御回路と、
前記電流検出回路の出力に電気的に接続された過電流判断回路と、
前記過電流判断回路に電気的に接続されたタイマ回路と、
前記出力スイッチに電気的に接続され、前記過電流判断回路により制御される強制スイッチと、を備え、
前記過電流判断回路は、前記電流（Ｉ）が前記既定範囲を超えると、前記タイマ回路によって決定される既定期間（ｔｓ）の間、前記出力スイッチに電流が流れないように前記強制スイッチを制御するようにした蓄電装置。
【請求項２】
前記強制スイッチは、前記出力スイッチのオンオフを制御する信号線に電気的に接続され、
前記過電流判断回路は、前記電流（Ｉ）が前記既定範囲を超えると、前記既定期間（ｔｓ）の間、前記信号線により前記出力スイッチがオフになるように前記強制スイッチを制御するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記強制スイッチは、前記出力スイッチと前記蓄電部の間、または前記出力スイッチと前記出力端子の間に電気的に接続され、
前記過電流判断回路は、前記電流（Ｉ）が前記既定範囲を超えると、前記既定期間（ｔｓ）の間、前記強制スイッチをオフにするようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記出力スイッチ、および前記強制スイッチは、半導体スイッチである請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記既定期間（ｔｓ）は、前記制御回路における前記電流（Ｉ）の取込周期（ｔｒ）より短くなるように設定した請求項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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。このような車両はブレーキによる電力回生を行うために、従来の機械的な油圧制御に替わって電気的な油圧制御を行う車両制動システムが用いられている。しかし、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った。
【０００３】
そこで、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の蓄電装置が、例えば特許文献１に提案されている。図４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（マイクロコンピュータ）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の電力を出力するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）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。
【特許文献１】特開２００５−２８９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の蓄電装置１１３によると、確かにバッテリ１１５が異常になっても電子制御部１１７を駆動できるのであるが、キャパシタユニット１０１から電子制御部１１７に電力を供給している間に、電子制御部１１７が短絡や地絡等の異常状態になると、キャパシタユニット１０１から大電流が流れ、ＦＥＴスイッチ１１１が焼損してしまう可能性があった。
【０００７】
これに対し、簡単には図５のブロック回路図に示すように、キャパシタユニット１０１に流れる電流を検出する電流検出回路１２１を設け、その検出電流をマイコン１０７が監視するようにすればよい。なお、図５における他の構成は図４と同じである。もし大電流が検出されれば、マイコン１０７がＦＥＴスイッチ１１１をオフにする。これにより、キャパシタユニット１０１からの大電流を遮断することができる。
【０００８】
しかし、マイコン１０７は蓄電装置１１３の全体制御を行っているので、ある一定の周期毎にしか検出された電流を取り込むことができない。その結果、短絡や地絡が発生しても、検出電流の取込周期に至るまでは大電流が流れてしまい、電流の取込タイミングによっては大電流を検出するまでにＦＥＴスイッチ１１１が焼損してしまう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、短絡や地絡等による大電流が流れると直ちに電流を遮断し、出力スイッチの焼損可能性を低減することができる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、蓄電部と、前記蓄電部に電気的に接続された充電回路と、前記蓄電部に出力スイッチを介して電気的に接続された出力端子と、前記蓄電部に電気的に接続された電流検出回路と、前記充電回路、出力スイッチ、および電流検出回路に電気的に接続され、前記電流検出回路で検出された電流（Ｉ）が既定範囲を超えると前記出力スイッチをオフにする制御回路と、前記電流検出回路の出力に電気的に接続された過電流判断回路と、前記過電流判断回路に電気的に接続されたタイマ回路と、前記出力スイッチに電気的に接続され、前記過電流判断回路により制御される強制スイッチと、を備え、前記過電流判断回路は、前記電流（Ｉ）が前記既定範囲を超えると、前記タイマ回路によって決定される既定期間（ｔｓ）の間、前記出力スイッチに電流が流れないように前記強制スイッチ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、制御回路による出力スイッチの制御に加え、過電流判断回路によっても強制スイッチにより出力スイッチに電流が流れないように制御するので、大電流（過電流）が流れると、制御回路の電流（Ｉ）の取込周期にかかわらず、ハードウエアにより直ちに出力スイッチの電流が遮断される。さらに、電流が流れなくなることにより、過電流判断回路が過電流を判断しなくなっても、既定期間（ｔｓ）の間はタイマ回路により出力スイッチに電流が流れない状態を維持するので、過電流が流れたり流れなかったりする動作を繰り返す頻度が下がる。これらの結果から、地絡や短絡等が発生しても、制御回路の電流取込タイミングまでに出力スイッチに過電流が流れる合計期間が短くなるので、出力スイッチの焼損可能性を低減することが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。
【００１３】
（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負荷短絡時における動作を示すタイミングチャートで、（ａ）は蓄電部の電流Ｉの経時変化図を、（ｂ）は制御回路における電流取込のタイミングチャートを、（ｃ）は出力スイッチのタイミングチャートを、それぞれ示す。図３は、本発明の実施の形態における蓄電装置の他のブロック回路図である。なお、図１と図３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、図２（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間を示す。
【００１４】
まず、電力系配線（太線）の構成から説明する。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。具体的には、蓄電装置１１の入力端子１９に主電源１５が、蓄電装置１１の出力端子２１に負荷１７が接続されている。また、蓄電装置１１のグランドは、主電源１５や負荷１７のグランドともグランド端子２３を介して接続されている。ここで、主電源１５は車両用のバッテリであり、負荷１７は車両制動システムの電子制御部である。
【００１５】
蓄電装置１１は次の構成を有する。まず、入力端子１９には主電源電圧検出回路２５が接続されている。主電源電圧検出回路２５は主電源１５の電圧を検出して出力する機能を有する。
【００１６】
主電源電圧検出回路２５はダイオード２７を介して充電回路２９に接続されている。さらに、充電回路２９には蓄電部３１が電気的に接続されている。ここで、充電回路２９は蓄電部３１の充電を行い、蓄電部３１は主電源１５の異常時に負荷１７へ供給する電力を蓄える。蓄電部３１には、主電源１５の異常に素早く対応するために、急速充放電特性に優れた電気二重層キャパシタを用いた。なお、ダイオード２７は蓄電部３１から主電源１５への電流の逆流を防ぐためのもので、充電回路２９の出力側に設けてもよい。
【００１７】
蓄電部３１には、グランドとの間に低抵抗値の電流検出抵抗器３３が電気的に接続されている。電流検出抵抗器３３の両端は電流検出回路３５に電気的に接続されている。このような構成により、電流検出回路３５は、蓄電部３１に流れる電流Ｉを、電流検出抵抗器３３の両端電圧から検出し出力する。
【００１８】
また、蓄電部３１と充電回路２９の接続点には、出力端子２１との間に出力スイッチ３７が電気的に接続されている。出力スイッチ３７は、主電源１５の異常時にオンになることで蓄電部３１の電力を負荷１７に供給するもので、具体的には２個のｐ型電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）を直列に接続した構成とした。ここで、蓄電部３１側に接続されたＦＥＴを第１ＦＥＴ３９、出力端子２１側に接続されたＦＥＴを第２ＦＥＴ４１とする。
【００１９】
第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１には、それぞれ寄生ダイオードが形成されている。ここで、第１ＦＥＴ３９の寄生ダイオードを第１寄生ダイオード４３、第２ＦＥＴ４１の寄生ダイオードを第２寄生ダイオード４５と呼ぶ。第１寄生ダイオード４３と第２寄生ダイオード４５は、第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１をオフにした時に、出力スイッチ３７に電流が流れないようにするため、互いのアノードが接続されるように構成している。
【００２０】
入力端子１９と出力端子２１の間には、主電源スイッチ４７が電気的に接続されている。主電源スイッチ４７はリレーで構成され、主電源１５の正常時には常にオンになるように制御されている。従って、正常時は主電源１５から負荷１７に直接電力が供給される。
【００２１】
次に、信号系配線の構成について説明する。まず、第１ＦＥＴ３９のオンオフを制御するゲートには、ソースとの間に第１高電圧側抵抗器４９が電気的に接続されている。さらに、前記ゲートには第１低電圧側抵抗器５１を介してグランドとの間に第１スイッチ５３が電気的に接続されている。なお、第１スイッチ５３には大電流が流れることはないので、許容電流が小さいトランジスタを用いた。
【００２２】
このような構成とすることにより、車両の使用時には蓄電部３１が充電された状態であるので、第１スイッチ５３がオフの時は第１ＦＥＴ３９のゲートに蓄電部３１の電圧Ｖｃが印加される。ここで、上記したように、第１ＦＥＴ３９はｐ型であるので、ゲート電圧が高ければオフになる。ゆえに、第１スイッチ５３がオフの時は第１ＦＥＴ３９もオフである。一方、第１スイッチ５３がオンの時は、前記ゲートには蓄電部３１の電圧Ｖｃを第１高電圧側抵抗器４９と第１低電圧側抵抗器５１の各抵抗値によって決まる電圧が印加されるが、その電圧は第１スイッチ５３がオフの時の電圧（＝蓄電部３１の電圧Ｖｃ）よりも低くなる。従って、第１ＦＥＴ３９は、ゲート電圧が下がるのでオンになる。
【００２３】
以上のことから、第１ＦＥＴ３９は第１スイッチ５３のオンオフに同期した動作を行う。
【００２４】
同様に、第２ＦＥＴ４１のゲートにもソースとの間に第２高電圧側抵抗器５５が接続されるとともに、第２低電圧側抵抗器５７を介してグランドとの間に第２スイッチ５９が接続される構成となる。従って、車両使用時には主電源スイッチ４７がオンであるので、第２ＦＥＴ４１のソースには主電源１５の電圧Ｖｂが印加されることになる。その結果、第２ＦＥＴ４１は、第１ＦＥＴ３９と同様に、第２スイッチ５９のオンオフに同期した動作を行う。
【００２５】
次に、電流検出回路３５の出力に対する信号系配線について説明する。電流検出回路３５の出力は平滑回路６１に入力される。これにより、出力信号のノイズ等の影響を除去できる。一方で、電流検出回路３５から出力された電流Ｉは過電流判断回路６３にも入力される。過電流判断回路６３は、例えばコンパレータと周辺回路で構成され、電流Ｉの信号が、あらかじめ決定された既定範囲（±Ｉｃｕ）を超えると、ハードウエア的に過電流であると判断し、過電流信号を出力する。なお、既定範囲に正負があるのは、蓄電部３１の充電時における電流Ｉの符号を負、放電時における電流Ｉの符号を正と定義しているためである。従って、電流Ｉが充電時に−Ｉｃｕより小さくなるか、または放電時にＩｃｕより大きくなれば、過電流が流れていると判断する。
【００２６】
過電流判断回路６３の出力は強制スイッチ６５とタイマ回路６７に電気的に接続されている。また、タイマ回路６７の出力も強制スイッチ６５に接続されている。なお、強制スイッチ６５には大電流が流れないので、第１スイッチ５３や第２スイッチ５９と同様に許容電流の小さいトランジスタを用いた。
【００２７】
強制スイッチ６５は、一端が出力スイッチ３７における第１ＦＥＴ３９のソースに電気的に接続されている。また、他端が強制オフ抵抗器６９を介して第１ＦＥＴ３９のゲートに電気的に接続されている。なお、前記ゲートへの配線を信号線７０と呼ぶ。従って、強制スイッチ６５は、出力スイッチ３７の第１ＦＥＴ３９をオンオフ制御する信号線７０に電気的に接続されることになる。
【００２８】
ここで、強制オフ抵抗器６９の抵抗値は第１高電圧側抵抗器４９の抵抗値よりも低い値としている。従って、第１スイッチ５３がオンで、第１ＦＥＴ３９もオン状態であったとしても、強制スイッチ６５がオンになると、信号線７０の電圧、すなわち第１ＦＥＴ３９のゲート電圧が上がり、ソース電圧と近くなる。その結果、第１ＦＥＴ３９を強制的にオフにすることができる。
【００２９】
以上までに説明した電流検出回路３５、過電流検出回路６３、およびタイマ回路６７は、いずれもソフトウエアによる制御で実現されているものではなく、全てハードウエアで構成されている。従って、その動作はマイクロコンピュータの動作周期に依存せず、高速に動作することができる。
【００３０】
次に、制御回路７１について説明する。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、蓄電装置１１の全体の制御を行っている。従って、主電源電圧検出回路２５、充電回路２９、主電源スイッチ４７と電気的に接続されている。また、第１スイッチ５３、第２スイッチ５９を介して出力スイッチ３７と電気的に接続されるとともに、平滑回路６１を介して電流検出回路３５とも電気的に接続されている。これにより、制御回路７１は主電源電圧検出回路２５から主電源１５の電圧Ｖｂを、平滑回路６１から電流Ｉを、それぞれ取り込む。また、制御回路７１は充電回路２９を制御信号ｃｏｎｔにより制御するとともに、第１スイッチ５３と第２スイッチ５９をスイッチ信号ＳＷによりオンオフ制御する。なお、本実施の形態では、第１スイッチ５３と第２スイッチ５９を同時にオンオフする構成とした。従って、第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１も同時にオンオフされる。また、制御回路７１は主電源スイッチ４７を主電源スイッチ信号ＶｂＳＷによりオンオフ制御する。さらに、制御回路７１はデータ端子７３を介して車両用制御回路（図示せず）とも電気的に接続され、様々な情報をデータ信号ｄａｔａにより送受信している。
【００３１】
ここまでで述べた蓄電装置１１は、出力スイッチ３７が第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１で、第１スイッチ５７、第２スイッチ５９、および強制スイッチ６５がトランジスタで、それぞれ構成されているが、これらは半導体スイッチであればよい。半導体スイッチとすることで、高速のオンオフ制御が可能になるので、過電流が流れた時に、直ちに電流を遮断することができる。但し、出力スイッチ３７にはオン時の電圧降下がほとんどないＦＥＴで構成する方が望ましい。第１スイッチ５７、第２スイッチ５９、および強制スイッチ６５については、トランジスタの替わりにＦＥＴを用いてもよい。
【００３２】
なお、短絡や地絡時に流れる過電流が、焼損に対して十分余裕がある程に小さい場合は、出力スイッチ３７をＦＥＴに替えてリレーやマグネットスイッチ等により構成することもできる。但し、出力スイッチ３７の焼損を免れることができても、応答性の観点から蓄電装置１１に接続された負荷４１等の他の機器に過電流が流れる可能性を考慮すると、半導体スイッチの方が望ましい。
【００３３】
また、主電源スイッチ４７については、半導体スイッチ（トランジスタやＦＥＴ）を用いてもよいが、車両の正常時は常にオンになり電流が流れるので、半導体スイッチを用いると放熱しなければならない場合がある。一方で、主電源スイッチ４７では蓄電部３１からの電流が過電流に至っても、それを遮断することができないので、出力スイッチ３７の焼損を低減するほどの高速のオンオフ動作は特に要求されない。従って、本実施の形態では、主電源スイッチ４７として、オン時の抵抗値が極めて小さく、放熱の必要性が小さいリレーを用いている。
【００３４】
次に、このような蓄電装置１１の動作について説明する。
【００３５】
まず、車両起動時に運転者がイグニションスイッチ（図示せず）をオンにすると、車両用制御回路から制御回路７１にイグニションスイッチオン信号がデータ信号ｄａｔａとして送信される。これを受け、制御回路７１は負荷１７に主電源１５の電力を供給するために、主電源スイッチ信号ＶｂＳＷをオン信号にして、主電源スイッチ４７をオンにする。これにより、負荷１７が起動する。それと同時に、制御回路７１は蓄電部３１を満充電するよう充電回路２９に制御信号ｃｏｎｔを出力する。なお、満充電電圧は使用する電気二重層キャパシタの仕様に応じて、あらかじめ決定されている。その結果、充電回路２９は蓄電部３１の電圧Ｖｃが満充電電圧に至るまで、主電源１５の電力を蓄電部３１に充電する。蓄電部３１が満充電になれば、充電回路２９は満充電電圧を維持する。なお、この時点では、主電源１５が正常であるので、出力スイッチ３７はオフのままである。従って、第１スイッチ５３と第２スイッチ５９もオフである。
【００３６】
その後、制御回路７１は車両使用中に、主電源電圧検出回路２５により、主電源１５の電圧Ｖｂを検出する。これにより、主電源１５の電圧Ｖｂの異常を監視している。もし、主電源１５に断線等の異常が発生すると、その電圧Ｖｂが急激に低下する。その結果、負荷１７が停止してしまう可能性があるので、制御回路７１は主電源１５の電圧Ｖｂが既定電圧（負荷１７を駆動することができる最低電圧にマージンを加えたもので、ここでは１１Ｖとした）を下回れば、直ちに、出力スイッチ３７をオンにするとともに、主電源スイッチ４７をオフにする。これにより、負荷１７には蓄電部３１の電力が供給されるので、負荷１７は動作し続けることができる。なお、出力スイッチ３７をオンにする動作は、制御回路７１から同一のスイッチ信号ＳＷを第１スイッチ５３、および第２スイッチ５９に出力して、両者を同時にオンにすることで行われる。また、主電源スイッチ４７がオフであるので、蓄電部３１の電力が主電源１５側へ逆流することを抑制している。さらに、ダイオード２７を設けているので、蓄電部３１の電力が充電回路２９を介して主電源１５側に逆流することも抑制している。
【００３７】
このような動作により、主電源１５の電圧Ｖｂの異常時にも負荷１７は駆動し続けるのであるが、この際に車両の振動や衝撃等が負荷１７に加わり、負荷１７が内部で短絡や地絡を起こしたとする。これは、蓄電装置１１における出力端子２１とグランド端子２３がショートした状態とほぼ等価である。その結果、蓄電部３１からは大電流が出力スイッチ３７からグランドへ流れることになる。これにより、出力スイッチ３７を構成する第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１が焼損してしまう可能性があるため、直ちに出力スイッチ３７をオフにする必要がある。そこで、この動作の詳細について図２を用いて説明する。
【００３８】
まず、図２の時刻ｔ０は、負荷１７の短絡や地絡が発生しておらず、蓄電部３１の電力が正常に負荷１７に供給されている状態である。従って、図２（ｃ）に示すように出力スイッチ３７はオンであり、図２（ａ）に示すように負荷１７へ電流Ｉが流れている。
【００３９】
一方、制御回路７１は蓄電装置１１の全体の制御を行っているため、電流検出回路３５から平滑回路６１を介して得られる電流Ｉの取り込み動作を既定の取込周期ｔｒ毎に行っている。ここで、本実施の形態における制御回路７１の取込周期ｔｒは６ミリ秒とした。従って、制御回路７１は６ミリ秒毎の取込タイミングで電流Ｉを取り込む。それ以外の時は、電流取込動作は待ち状態となる。なお、ここでは、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ１が電流取込タイミングであったとする。
【００４０】
ここで、平滑回路６１について説明する。平滑回路６１はコンデンサと抵抗器をグランドとの間に並列接続した構成としているので、電流検出回路３５から出力された電流Ｉが前記コンデンサの両端電圧として保持される。しかし、前記抵抗器により前記コンデンサは放電され、前記両端電圧は継時的に低下する。その低下速度は前記抵抗器の抵抗値と前記コンデンサの容量値により決定される。従って、ノイズ成分の影響を除去できるように前記抵抗値と前記容量値を適宜決定すればよい。ここで、電流Ｉの値の保持期間を長く設定すると、過電流が発生したことを長期間に渡り保持できるのであるが、電流Ｉの変化に対する応答性が遅くなる。そこで、必要十分な応答性として、本実施の形態では、後述するタイマ回路６７の既定期間ｔｓと同等の保持期間となるように平滑回路６１を構成している。
【００４１】
制御回路７１は時刻ｔ１で電流Ｉを取り込むが、この時点での蓄電部３１の電流Ｉは、図２（ａ）に示すように既定範囲±Ｉｃｕ以内であるので、負荷１７に短絡や地絡が発生していない正常状態と判断する。従って、その後も引き続き蓄電部３１の電力を負荷１７に供給し続ける。
【００４２】
その後、次の取込タイミング（時刻ｔ１０）に至るよりも前の時刻ｔ２で、負荷１７が短絡、または地絡を起こしたとする。その結果、蓄電部３１の電流Ｉは、図２（ａ）に示すように急激に上昇し、時刻ｔ３で既定範囲±Ｉｃｕの内、＋Ｉｃｕを超える。しかし、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ２は制御回路７１における電流Ｉの取込タイミングではないので、制御回路７１による出力スイッチ３７のオフ動作は行われない。
【００４３】
これに対し、時刻ｔ３で電流Ｉが既定範囲＋Ｉｃｕを超えると、過電流判断回路６３が過電流であることを判断する。なお、過電流判断回路６３は上記したようにハードウエアのみにより構成されているので、制御回路７１の取込タイミングにかかわらずタイムリーに過電流の判断ができる。
【００４４】
過電流を判断すると、過電流判断回路６３から強制スイッチ６５をオンにする信号が出力されるとともに、タイマ回路６７にも過電流を示す信号が出力される。その結果、強制スイッチ６５がオンになり、同時にタイマ回路６７が起動する。ここで、タイマ回路６７は過電流の信号が入力されると、それをトリガにして、既定期間ｔｓに渡り強制スイッチ６５のオン信号を出力し続ける。従って、過電流判断回路６３とタイマ回路６７により、過電流が検出されれば、既定期間ｔｓに渡り強制スイッチ６５がオンになる動作を行う。ここで、既定期間ｔｓは、制御回路７１における電流Ｉの取込周期ｔｒより短くなるように設定している。本実施の形態では、既定期間ｔｓを１ミリ秒とした。これにより、既定期間ｔｓ（１ミリ秒）毎に、一瞬、過電流が流れるので、上記した平滑回路６１が保持している過電流時の電流Ｉの更新頻度が増え、次の取込タイミングで制御回路７１が、より確実に過電流を検出できる。
【００４５】
時刻ｔ３で過電流検出回路６３により強制スイッチ６５がオンになると、出力スイッチ３７の第１ＦＥＴ３９において、信号線７０（第１ＦＥＴ３９のゲート）が強制オフ抵抗器６９を介してソースと電気的に接続される。ここで、上記したように、強制オフ抵抗器６９は第１高電圧側抵抗器４９よりも抵抗値が小さいので、実質的には信号線７０が前記ソースと電気的に接続されたことになる。これにより信号線７０の電圧が高くなるので、第１ＦＥＴ３９はオフになる。その結果、出力スイッチ３７には蓄電部３１から負荷１７への電流が流れなくなるので、出力スイッチ３７はオフになる。この時、第１スイッチ５３はオンのままであるにもかかわらず出力スイッチ３７はオフであるので、出力スイッチ３７は強制スイッチ６５により、ハードウエア的に強制的にオフにされたことになる。このように動作することにより、過電流に対し直ちに出力スイッチ３７をオフにできるので、出力スイッチ３７の焼損可能性を低減することができる。
【００４６】
以上に説明した動作により、時刻ｔ３では図２（ｃ）に示すように、出力スイッチ３７がオフになるので、図２（ａ）に示すように、蓄電部３１の電流Ｉはほぼ０になる。その結果、電流検出回路３５で検出された電流Ｉの出力も０になるので、過電流判断回路６３は電流Ｉが既定範囲±Ｉｃｕ内であると判断する。その結果、過電流判断回路６３からの強制スイッチ６５のオン信号はオフ信号となるのであるが、タイマ回路６７が既定期間ｔｓの間は強制スイッチ６５のオン信号を出力し続けるので、時刻ｔ３以降も強制スイッチ６５はオンのままである。従って、出力スイッチ３７もオフを維持する。このようにタイマ回路６７を組み合わせたことで、出力スイッチ３７が短周期にオンオフを繰り返すチャタリングを回避している。すなわち、もしタイマ回路６７がなければチャタリングが起こり、結局は出力スイッチ３７に過電流が流れる合計期間が長くなる上、チャタリングによるオンオフ動作の損失も大きくなるため、出力スイッチ３７の焼損可能性が残る。従って、過電流判断回路６３とタイマ回路６７の組合せが必要となる。
【００４７】
以上説明した時刻ｔ３から時刻ｔ４の動作をまとめると、次のようになる。過電流判断回路６３は、電流Ｉが既定範囲±Ｉｃｕを超えると、タイマ回路６７によって決定される既定期間ｔｓの間、出力スイッチ３７に電流が流れないように強制スイッチ６５を制御している。なお、本実施の形態では、出力スイッチ３７に電流が流れないようにするために、第１ＦＥＴ３９の信号線７０により出力スイッチ３７がオフになるように強制スイッチ６５を制御している。
【００４８】
次に、時刻ｔ４で既定期間ｔｓが経過し、タイマ回路６７が強制スイッチ６５のオン信号を出力しなくなると、強制スイッチ６５はオフになる。その結果、再び信号線７０の電圧が下がるので、第１ＦＥＴ３９がオンになる。これは図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ４で出力スイッチ３７がオンになることと等価であるので、蓄電部３１から、短絡、または地絡した負荷１７に向かって大電流が流れる。その結果、図２（ａ）に示すように、蓄電部３１の電流Ｉは時刻ｔ４から急激に上昇し、時刻ｔ５で再び既定範囲＋Ｉｃｕを超える。この時、平滑回路６１には最新の過電流値に相当する電圧が前記コンデンサに更新保持される。同時に、過電流判断回路６３が過電流を判断し、強制スイッチ６５をオンにするとともに、タイマ回路６７により既定期間ｔｓに渡って強制スイッチ６５をオンし続ける。この動作は上記した時刻ｔ３の動作と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００４９】
上記の動作により、出力スイッチ３７は図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ５以降で再びオフになり、図２（ａ）に示すように、蓄電部３１の電流Ｉは再びほぼ０になる。
【００５０】
その後、既定期間ｔｓが経過した時刻ｔ６で、図２（ｃ）に示すように、出力スイッチ３７がオンになるが、過電流に至った時刻ｔ７で再度出力スイッチ３７はオフになる。このような動作を時刻ｔ８から時刻ｔ９でも繰り返す。この繰り返し動作は、制御回路７１が過電流を判断して第１スイッチ５３と第２スイッチ５９をオフにするまで継続される。
【００５１】
時刻ｔ９から既定期間ｔｓが経過するまでの間の時刻ｔ１０で、図２（ｂ）に示すように、ようやく時刻ｔ１から取込周期ｔｒが経過すると、制御回路７１は平滑回路６１が保持した過電流値に相当する電圧を取り込む。その結果、制御回路７１は蓄電部３１から過電流が流れていると判断し、直ちに出力スイッチ３７をオフにする。具体的には、スイッチ信号ＳＷをオフにして、第１スイッチ５３と第２スイッチ５９に出力する。これにより、第１スイッチ５３と第２スイッチ５９がオフになるので、それと連動して第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１がオフになる。その結果、出力スイッチ３７は２つのＦＥＴがオフになるので、完全にオフの状態となる。従って、蓄電部３１から再び過電流が流れることはなくなり、出力スイッチ３７の焼損可能性を低減することができる。
【００５２】
なお、図２より、時刻ｔ２で短絡や地絡が発生してから、出力スイッチ３７が完全にオフになる時刻ｔ１０までの間に、４回の過電流が流れているが、その期間は合計しても極めて短い。従って、４回の過電流が流れても出力スイッチ３７が焼損する可能性は極めて低い。
【００５３】
以上の構成、動作により、負荷１７に地絡や短絡等が発生した場合、制御回路７１による出力スイッチ３７の制御に加え、過電流判断回路６３とタイマ回路６７によっても強制スイッチ６５により出力スイッチ３７に電流が流れないように制御するので、制御回路７１の電流取込タイミングまでに出力スイッチ３７に過電流が流れる合計期間が短くなり、出力スイッチ３７の焼損可能性を低減できる蓄電装置１１が得られる。
【００５４】
なお、本実施の形態では負荷１７が短絡や地絡を起こして過電流が流れる場合を述べたが、これは、負荷１７が何らかの異常動作により逆起電力を発生し、それにより出力スイッチ３７を経由して蓄電部３１へ過電流が流れる場合にも適用できる。但し、この場合は、流れる電流の方向が逆になるため、図２（ａ）において、蓄電部３１の電流Ｉが充電側の既定範囲−Ｉｃｕを超える（下回る）場合に過電流と判断するように設定しておく。また、負荷１７から蓄電部３１に過電流が流れると、図１の強制スイッチ６５をオンにしても前記過電流を遮断することができない。これは、第１ＦＥＴ３９をオフにしても第１寄生ダイオード４３が順方向に構成されているためである。そこで、この場合は強制スイッチ６５と強制オフ抵抗器６９を第２ＦＥＴ４１のソースとゲートの間に電気的に接続する必要がある。これにより、強制スイッチ６５をオンにすると、第２ＦＥＴ４１が強制的にオフになるため、負荷１７からの逆起電力による過電流を遮断することができる。
【００５５】
また、上記のように逆起電力が発生する可能性のある負荷１７であっても、それが短絡や地絡を起こす可能性はある。従って、第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１のそれぞれに強制スイッチ６５と強制オフ抵抗器６９を接続する構成が望ましい。この場合、強制スイッチ６５が２個になるが、そのオンオフ制御は同期させればよい。これにより、正負どちらの方向に過電流が流れても、２個の強制スイッチ６５をオンにすることにより、第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥＴ４１の両方がオフになる。その結果、出力スイッチ３７には正負いずれの電流も流れなくなるので、短絡、地絡、および逆起電力の全てに対して、出力スイッチ３７の焼損可能性を低減することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、強制スイッチ６５を第１ＦＥＴ３９のソースとゲートの間に電気的に接続する構成としたが、これは図３に示すように、出力スイッチ３７と蓄電部３１の間に直接接続する構成としてもよい。なお、強制スイッチ６５の位置が異なる点と、強制オフ抵抗器６９がない点を除いて、他の構成は図１と同じである。このような構成の場合、動作は図１の構成の場合とほぼ同じであるが、強制スイッチ６５のオンオフ動作が逆になる。すなわち、通常は強制スイッチ６５をオンにしておき、主電源１５の異常時における蓄電部３１から負荷１７への電力供給に備える。そして、蓄電部３１の電流Ｉが既定範囲±Ｉｃｕを超えると、既定期間ｔｓの間、強制スイッチ６５をオフにする必要がある。これにより、過電流を遮断することが可能となる。
【００５７】
このような図３の構成とした場合、上記したように強制オフ抵抗器６９が不要となるので、回路構成が簡単になるが、強制スイッチ６５にも過電流が流れる上に、主電源１５の異常時にも負荷１７を駆動するための電流が強制スイッチ６５に流れる。従って、強制スイッチ６５としては、第１ＦＥＴ３９や第２ＦＥＴ４１と同等の大電流対応型半導体スイッチとする必要がある。さらに、負荷１７からの逆起電力による過電流にも対応するためには、出力スイッチ３７と同様に寄生ダイオードの向きが逆になるように２個のＦＥＴを直列接続し、同期してオンオフする構成の強制スイッチ６５とする必要がある。
【００５８】
なお、図３の構成では強制スイッチ６５を出力スイッチ３７と蓄電部３１の間に電気的に接続する構成としたが、これは出力スイッチ３７と出力端子２１の間に電気的に接続してもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では主電源電圧検出回路２５と主電源スイッチ４７を蓄電装置１１に内蔵し、電圧Ｖｂの取り込みや主電源スイッチ４７のオンオフ制御を制御回路７１により行うようにしている。これに対し、主電源電圧検出回路２５と主電源スイッチ４７を車両側に設け、車両用制御回路で電圧Ｖｂの取り込みと主電源スイッチ４７のオンオフ制御を行うようにしてもよい。この場合、蓄電装置１１の構成が簡単になるが、主電源１５の異常は蓄電装置１１ではわからないので、車両用制御回路からデータ信号ｄａｔａにより受信する必要がある。
【００６０】
また、本実施の形態では、過電流判断回路６３とタイマ回路６７の出力により強制スイッチ６５のオンオフを制御する構成としているが、これは、過電流判断回路６３のみが強制スイッチ６５をオンオフ制御し、タイマ回路６７は過電流判断回路６３だけに接続される構成としてもよい。この場合、過電流判断回路６３は、タイマ回路６７からの信号を監視し、既定期間ｔｓが経過するまでは強制スイッチ６５のオンオフ状態を維持する構成とすればよい。このような回路構成としても、図１の回路構成と比べ出力スイッチ３７の焼損可能性を低減できる効果は同じであるので、回路設計の容易さ等により適宜最適な構成を選択すればよい。
【００６１】
また、本実施の形態において、蓄電部３１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や二次電池でもよい。
【００６２】
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。さらに、車両用に限らず、商用電源のバックアップ用としての非常用電源等にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明にかかる蓄電装置は、過電流が発生した場合、ハードウエアにより直ちに過電流を遮断し、出力スイッチの焼損可能性を低減できるので、特に主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給するような高信頼性が要求され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】
【００６４】
【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負荷短絡時における動作を示すタイミングチャートで、（ａ）は蓄電部の電流Ｉの経時変化図、（ｂ）は制御回路における電流取込のタイミングチャート、（ｃ）は出力スイッチのタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態における蓄電装置の他のブロック回路図
【図４】従来の蓄電装置のブロック回路図
【図５】従来の蓄電装置の電流検出回路を設けたブロック回路図
【符号の説明】
【００６５】
１１  蓄電装置
２９  充電回路
３１  蓄電部
３５  電流検出回路
３７  出力スイッチ
６３  過電流判断回路
６５  強制スイッチ
６７  タイマ回路
７０  信号線
７１  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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