(57)【要約】【課題】簡単回路構成と劣化判断時の電力消費量低減を両立す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は充電回路２１、蓄電部２３、蓄電部電圧検出回路２５と、蓄電装置１１を制御する制御回路３５からなり、制御回路３５は蓄電部２３を定電流Ｉｃで充電する際に、蓄電部２３の現在の内部抵抗値Ｒｐを求めるとともに、充電回路２１の充電電流Ｉが定電流Ｉｃを下回った時に、蓄電部電圧検出回路２５から蓄電部２３の電圧Ｖｃを判定電圧Ｖｈとして求め、蓄電部２３の設定電圧Ｖｓと、主電源１５から蓄電部２３に至るまでの配線系統抵抗値Ｒｅを用いて、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを、Ｒｂ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／Ｉｃ−Ｒｐ−Ｒｅより計算し、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂが、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ以上であれば、主電源１５が劣化していると判断する。【選択図】図１
2010088181.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、定電流充電が可能な充電回路と、
前記充電回路に接続された充電電流検出回路と、
前記充電回路と前記負荷の間に接続された蓄電部、および蓄電部電圧検出回路と、
前記充電回路、充電電流検出回路、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、
前記制御回路は、前記蓄電部を定電流（Ｉｃ）で充電する際に、
前記蓄電部の現在の内部抵抗値（Ｒｐ）を求めるとともに、
前記充電電流検出回路で検出した充電電流（Ｉ）が前記定電流（Ｉｃ）を下回った時に、前記蓄電部電圧検出回路から前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を判定電圧（Ｖｈ）として求め、
前記蓄電部の設定電圧（Ｖｓ）と、前記主電源から前記蓄電部に至るまでの配線系統抵抗値（Ｒｅ）を用いて、前記主電源の内部抵抗値（Ｒｂ）を、Ｒｂ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／Ｉｃ−Ｒｐ−Ｒｅより計算し、
前記主電源の内部抵抗値（Ｒｂ）が、前記主電源の劣化時内部抵抗値（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、前記蓄電部の充電時に充電を中断し、充電中断前後の前記蓄電部の電圧（Ｖｃ１、Ｖｃ２）を前記蓄電部電圧検出回路で求め、前記充電中断前後の蓄電部の電圧（Ｖｃ１、Ｖｃ２）の差を前記定電流（Ｉｃ）で割ることにより、前記現在の内部抵抗値（Ｒｐ）を計算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、前記主電源が劣化していると判断した時、および使用終了時に、前記放電回路で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、前記主電源の劣化判断を起動時に行うようにした請求項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を起動した際の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。さらに、バッテリ２０７の劣化判断のために、使用する必要がなくても大消費電力の負荷２０５に電力を供給しなければならず、その分の電力が無駄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、簡単な回路構成と、劣化判断のための電力消費量の低減を両立することができる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、定電流充電が可能な充電回路と、前記充電回路に接続された充電電流検出回路と、前記充電回路と前記負荷の間に接続された蓄電部、および蓄電部電圧検出回路と、前記充電回路、充電電流検出回路、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、前記制御回路は、前記蓄電部を定電流（Ｉｃ）で充電する際に、前記蓄電部の現在の内部抵抗値（Ｒｐ）を求めるとともに、前記充電電流検出回路で検出した充電電流（Ｉ）が前記定電流（Ｉｃ）を下回った時に、前記蓄電部電圧検出回路から前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を判定電圧（Ｖｈ）として求め、前記蓄電部の設定電圧（Ｖｓ）と、前記主電源から前記蓄電部に至るまでの配線系統抵抗値（Ｒｅ）を用いて、前記主電源の内部抵抗値（Ｒｂ）を、Ｒｂ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／Ｉｃ−Ｒｐ−Ｒｅより計算し、前記主電源の内部抵抗値（Ｒｂ）が、前記主電源の劣化時内部抵抗値（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、蓄電部を充電する際に、蓄電装置に内蔵された充電電流検出回路と蓄電部電圧検出回路を用いて、充電電流検出回路で検出した充電電流（Ｉ）が定電流（Ｉｃ）を下回った時の判定電圧（Ｖｈ）を蓄電部電圧検出回路により求め、現在の主電源の内部抵抗値（Ｒｂ）を計算し、劣化時内部抵抗値（Ｒｂｄ）と比較することにより、主電源（バッテリ）の劣化判断を行う。これにより、主電源に対して、別途電圧センサ２０９と電流センサ２１１を設ける必要がなくなり回路構成を簡略化できる。また、蓄電部を満充電にする時に主電源の劣化判断も行うことができるので、劣化判断のために電力を消費することがほとんどなくなる。これらのことから、簡単な回路構成と、劣化判断のための電力消費量の低減を両立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起動時における蓄電部の電圧電流経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電圧Ｖｃにおける経時特性図を、（ｂ）は蓄電部の充電電流Ｉにおける経時特性図を、それぞれ示す。図３は、本発明の実施の形態における車両用電源装置の起動時の動作を示す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、エンジンで駆動される発電機（図示せず）が並列に接続されている。一方、負荷１７は車両制動システムの電子制御部である。
【００２３】
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１９が接続されている。主電源電圧検出回路１９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１９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。
【００２４】
主電源電圧検出回路１９には充電回路２１が接続されている。充電回路２１は充電制御信号Ｃｃｏｎｔに従って、後述する蓄電部を定電流、または定電圧で充電する。さらに、充電回路２１には、現在の充電電流Ｉを検出する充電電流検出回路（図示せず）が内蔵されている。前記充電電流検出回路は検出した充電電流Ｉを出力する機能を有する。
【００２５】
充電回路２１には蓄電部２３が接続されている。蓄電部２３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、蓄電部２３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。
【００２６】
蓄電部２３には蓄電部電圧検出回路２５が接続されている。従って、図１に示すように、充電回路２１と負荷１７の間には蓄電部２３、および蓄電部電圧検出回路２５が接続された構成となる。蓄電部電圧検出回路２５は蓄電部２３の電圧Ｖｃを検出して出力する機能を有する。また、蓄電部電圧検出回路２５も、主電源電圧検出回路１９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。
【００２７】
蓄電部電圧検出回路２５には放電回路２６が接続されている。従って、放電回路２６は蓄電部２３と負荷１７の間に接続されることになる。放電回路２６は放電制御信号Ｄｃｏｎｔに応じて、蓄電部２３の電力を放電する機能を有する。これにより、蓄電部２３の電力を任意に放電することができる。
【００２８】
また、蓄電部電圧検出回路２５と負荷１７の間には、さらに切替スイッチ２７と第１ダイオード２９が直列に接続されている。切替スイッチ２７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、第１ダイオード２９はアノードが切替スイッチ２７に、カソードが負荷１７にそれぞれ接続されている。
【００２９】
なお、主電源１５と負荷１７の間にも第２ダイオード３１が接続されている。第２ダイオード３１はアノードが主電源１５に、カソードが負荷１７にそれぞれ接続されている。従って、第１ダイオード２９と第２ダイオード３１により主電源１５からの電力と蓄電部２３からの電力が互いに逆流することを防止している。
【００３０】
主電源電圧検出回路１９、充電回路２１、充電回路２１に内蔵した充電電流検出回路、蓄電部電圧検出回路２５、放電回路２６、および切替スイッチ２７は信号系配線で制御回路３５にも接続されている。制御回路３５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３５は主電源電圧検出回路１９の出力から主電源１５の電圧Ｖｂを、充電回路２１に内蔵した充電電流検出回路から充電電流Ｉを、蓄電部電圧検出回路２５の出力から蓄電部２３の電圧Ｖｃを、それぞれ読み込む。また、制御回路３５は充電回路２１に充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信することで蓄電部２３の定電流充電、または定電圧充電を行い、放電回路２６に放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信することで蓄電部２３の放電を行い、切替スイッチ２７にオンオフ信号Ｓｏｆを送信することで切替スイッチ２７のオンオフ制御を行う。また、制御回路３５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。
【００３１】
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。
【００３２】
まず、車両起動時の動作については従来の図５で説明したように、蓄電部２３を定電流Ｉｃで充電し、その間に蓄電部２３の現在の内部抵抗値Ｒｐと容量値Ｃｐを求める。その後、蓄電部２３の電圧Ｖｃが、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｐ、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂ、配線系統抵抗値Ｒｅ、主電源１５の電圧Ｖｂ、定電流Ｉｃに応じて決まる判定電圧Ｖｈに至れば、定電流Ｉｃでの充電ができなくなり、充電電流Ｉが絞られる。この時に主電源１５の劣化を判断している。なお、配線系統抵抗値Ｒｅとは、主電源１５から蓄電部２３に至るまでの、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｐと主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを除く配線系統全体の抵抗値のことで、具体的には主電源電圧検出回路１９や充電回路２１の内部抵抗値、および配線が有する抵抗値等の総和である。
【００３３】
その後は、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｓ（本実施の形態では１２．８Ｖとした）に至るまで充電している。
【００３４】
ここで、主電源１５に対する特徴的な劣化判断の基本動作について、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、図２（ａ）、（ｂ）は、主電源１５の劣化判断動作時に限定した蓄電部２３の電圧Ｖｃにおける経時変化図と充電電流Ｉにおける経時変化図をそれぞれ示す。
【００３５】
蓄電部２３の現在の内部抵抗値Ｒｐと容量値Ｃｐを求める動作は従来の図５で説明した通りであるので、ここでは、これらの値を求めた以降の動作について、主電源１５、および蓄電部２３の劣化状態に応じて順次説明する。なお、以下の説明における具体的な計算例の条件として、新品時の蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｎを０．１Ω、劣化限界時（これ以上劣化すると蓄電装置１１として使用できない限界の状態）の蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｄを０．２Ω、新品時の主電源１５の内部抵抗値Ｒｂｎを０．０１Ω、劣化限界時の主電源１５の内部抵抗値（以下、劣化時内部抵抗値Ｒｂｄという）を０．０３Ω、配線系統抵抗値Ｒｅを０．１Ω（配線系統抵抗値Ｒｅは主電源１５や蓄電部２３に比べ劣化による変化率が小さいため、ここでは一定とする）、充電時の定電流Ｉｃを５Ａとした。
【００３６】
１）主電源１５と蓄電部２３の両方が新品の場合
蓄電部２３は定電流Ｉｃ（＝５Ａ）で充電されているので、蓄電部２３への充電電流Ｉは図２（ｂ）の実線に示すように５Ａで一定となる。これにより、蓄電部２３の電圧Ｖｃは図２（ａ）の実線に示すように一定の傾きで上昇する。なお、この傾きは蓄電部２３の現在の容量値Ｃｐの逆数に比例する。ゆえに、蓄電部２３が新品の場合は容量値Ｃｐが大きいので、前記傾きは蓄電部２３の劣化が進行した場合の点線で示した傾きに比べて小さくなる。
【００３７】
ここで、定電流Ｉｃでの充電ができなくなり、図２（ａ）の時間ｔ５で充電電流Ｉが絞られる際の電圧、すなわち判定電圧Ｖｈは、１１．７５Ｖである。ここで、定電流Ｉｃと判定電圧Ｖｈの関係は、Ｉｃ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／（Ｒｐ＋Ｒｂ＋Ｒｅ）であるので、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂは、Ｒｂ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／Ｉｃ−Ｒｐ−Ｒｅとなる。
【００３８】
今、主電源１５と蓄電部２３の両方が新品であるので、Ｒｐ＝Ｒｎ＝０．１Ωとなる。また、配線系統抵抗値Ｒｅ＝０．１Ω、設定電圧Ｖｓ＝１２．８Ｖ、定電流Ｉｃ＝５Ａであるので、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂは上式より、Ｒｂ＝０．０１Ωとなる。この値は上記した新品時の主電源１５の内部抵抗値Ｒｂｎと等しい。従って、主電源１５は劣化していないと判断できる。
【００３９】
２）主電源１５が劣化限界状態で、蓄電部２３が新品の場合
この場合の主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを求めると、次のようになる。まず、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｐは、新品時の内部抵抗値Ｒｎ＝０．１Ωである。その他の値は上記１）と同じである。また、図２（ａ）、（ｂ）の二点鎖線に示すように、蓄電部２３への充電電流Ｉが絞られる時間ｔ４における蓄電部２３の電圧Ｖｃ（判定電圧Ｖｈ）は１１．６５Ｖである。
【００４０】
従って、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを計算すると、０．０３Ωとなる。この内部抵抗値Ｒｂは、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ（＝０．０３Ω）と等しいので、主電源１５は劣化していると判断することができる。
【００４１】
３）蓄電部２３が劣化限界状態で、主電源１５が新品の場合
この場合の主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを求めると、次のようになる。まず、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｐは、劣化限界時の内部抵抗値Ｒｄ＝０．２Ωである。その他の値は上記１）と同じである。また、図２（ａ）、（ｂ）の長点線に示すように、蓄電部２３への充電電流Ｉが絞られる時間ｔ２における蓄電部２３の電圧Ｖｃ（判定電圧Ｖｈ）は１１．２５Ｖである。
【００４２】
従って、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを計算すると、０．０１Ωとなる。この内部抵抗値Ｒｂは、主電源１５の新品時の内部抵抗値Ｒｂｎ（＝０．０１Ω）と等しいので、主電源１５は劣化していないと判断することができる。
【００４３】
４）主電源１５と蓄電部２３の両方が劣化限界状態の場合
この場合の主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを求めると、次のようになる。まず、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｐは、劣化限界時の内部抵抗値Ｒｄ＝０．２Ωである。その他の値は上記１）と同じである。また、図２（ａ）、（ｂ）の一点鎖線に示すように、蓄電部２３への充電電流Ｉが絞られる時間ｔ１における蓄電部２３の電圧Ｖｃ（判定電圧Ｖｈ）は１１．１５Ｖである。
【００４４】
従って、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを計算すると、０．０３Ωとなる。この内部抵抗値Ｒｂは、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ（＝０．０３Ω）と等しいので、主電源１５は劣化していると判断することができる。
【００４５】
５）主電源１５と蓄電部２３の両方の劣化が半分進行した状態の場合
この場合の主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを求めると、次のようになる。まず、蓄電部２３の内部抵抗値Ｒｐは、劣化が半分進行しているので、新品時の内部抵抗値Ｒｎ（＝０．１Ω）と劣化限界時の内部抵抗値Ｒｄ（＝０．２Ω）の中間値である０．１５Ωとする。その他の値は上記１）と同じである。また、図２（ａ）、（ｂ）の短点線に示すように、蓄電部２３への充電電流Ｉが絞られる時間ｔ３における蓄電部２３の電圧Ｖｃ（判定電圧Ｖｈ）は１１．４５Ｖである。
【００４６】
従って、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを計算すると、０．０２Ωとなる。この内部抵抗値Ｒｂは、新品時の内部抵抗値Ｒｂｎ（＝０．０１Ω）と劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ（＝０．０３Ω）の中間値であるので、主電源１５は劣化していないと判断することができる。なお、劣化の目安として、半分程度の劣化進行が想定される。
【００４７】
このように、劣化進行途中であっても、主電源１５の劣化を高精度に判断することができる。
【００４８】
以上、１）〜５）の説明から、主電源１５と蓄電部２３の劣化がそれぞれに進行していても、主電源１５のみの劣化を判断できることがわかる。
【００４９】
ここで、主電源１５の劣化を判断するための動作を以下にまとめる。
【００５０】
まず、蓄電部２３を定電流Ｉｃで充電し、その際に、蓄電部２３の現在の内部抵抗値Ｒｐを求める。次に、充電電流検出回路で検出した充電電流Ｉが定電流Ｉｃを下回った時に、蓄電部電圧検出回路２５から蓄電部２３の電圧Ｖｃを判定電圧Ｖｈとして求める。次に、蓄電部２３の設定電圧Ｖｓ（既知）と、主電源１５から蓄電部２３に至るまでの配線系統抵抗値Ｒｅ（既知）を用いて、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを、Ｒｂ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／Ｉｃ−Ｒｐ−Ｒｅより計算する。最後に、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂが、主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ以上であれば、主電源１５が劣化していると判断する。なお、設定電圧Ｖｓ、配線系統抵抗値Ｒｅ、および主電源１５の劣化時内部抵抗値Ｒｂｄは、あらかじめ求めて、制御回路３５に内蔵されたメモリに記憶しておく。
【００５１】
次に、上記のような動作の具体例について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、制御回路３５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３ではサブルーチンの形態で示した。
【００５２】
車両が起動すると、蓄電装置１１も起動し、制御回路３５のメインルーチンは起動時の動作を行う図３のサブルーチンを実行する。これにより、制御回路３５は、充電回路２１に対し定電流Ｉｃ（＝５Ａ）で蓄電部２３を充電するよう充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する。これにより、充電回路２１は主電源１５の電力を蓄電部２３に定電流Ｉｃで充電開始する（以上、ステップ番号Ｓ１１）。
【００５３】
次に、制御回路３５は蓄電部２３の現在の内部抵抗値Ｒｐを求めるための充電中断を行う既定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１３）。既定時間は蓄電部２３が満充電に至るまでの間であれば任意に決定できる。ここでは既定時間を１分とした。もし、既定時間が経過していなければ（Ｓ１３のＮｏ）、既定時間が経過するまでＳ１３に戻る。
【００５４】
既定時間が経過すれば（Ｓ１３のＹｅｓ）、制御回路３５は蓄電部電圧検出回路２５により蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ１５）、その値を制御回路３５に内蔵したメモリで構成される変数Ｖｃ１に代入する（Ｓ１７）。なお、図３のフローチャートでは、Ｖｃの値を変数Ｖｃ１に代入する動作をＶｃ１＝Ｖｃと記載する。すなわち、例えばＶｃ１＝Ｖｃと記載されていれば、右辺（Ｖｃ）の値を左辺（Ｖｃ１）に代入するという動作を行うものとして、以下定義する。
【００５５】
Ｓ１５とＳ１７の動作により、蓄電部２３への充電中断直前の蓄電部２３の電圧Ｖｃ１が求められたので、蓄電部２３は直ちに充電を中断する（Ｓ１９）。具体的には、充電回路２１に対し充電を停止するよう充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する。これを受け、充電回路２１は充電を停止する。
【００５６】
その後、制御回路３５は既定の中断時間が経過したか否かを判断する（Ｓ２１）。なお、中断時間は従来の図５に示した値と同様に８０ミリ秒とした。もし、中断時間が経過していなければ（Ｓ２１のＮｏ）、Ｓ２１に戻り中断時間が経過するまで待つ。
【００５７】
中断時間が経過すれば（Ｓ２１のＹｅｓ）、制御回路３５は蓄電部電圧検出回路２５により蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ２３）、その値を変数Ｖｃ２に代入する（Ｓ２５）。これらの動作により、充電中断前後の蓄電部２３の電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２を求めることができたので、制御回路３５は蓄電部２３の充電を再開する（Ｓ２７）。
【００５８】
その後、求めた電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２と定電流Ｉｃから蓄電部２３の現在の内部抵抗値Ｒｐを計算する（Ｓ２９）。具体的には、前記電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の差を定電流Ｉｃで割る。すなわち、Ｒｐ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２）／Ｉｃにより計算する。なお、本実施の形態では従来と同様にして、現在の内部抵抗値Ｒｐを求めているが、この方法に限定されるものではなく、例えば図５の時間０に示すように、充電開始直後の急激な電圧上昇幅から求める等の他の方法によってもよい。但し、充電開始直後は蓄電部２３の電圧Ｖｃの検出誤差が大きいので、精度の観点から本実施の形態の方法が望ましい。
【００５９】
次に、制御回路３５はＳ１３と同様に既定時間（１分）が経過したか否かを判断する（Ｓ３５）。もし、経過していなければ（Ｓ３５のＮｏ）、Ｓ３５に戻り経過するまで待つ。
【００６０】
既定時間が経過すれば（Ｓ３５のＹｅｓ）、次に制御回路３５は蓄電部電圧検出回路２５により蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ３７）、その値を変数Ｖｃ１に代入する（Ｓ３９）。
【００６１】
次に、制御回路３５は既定時間間隔Δｔが経過したか否かを判断する（Ｓ４１）。ここで、既定時間間隔Δｔは蓄電部２３の電圧Ｖｃの経時変化における傾きを求めることができる時間間隔であればよく、ここでは１秒とした。もし、既定時間間隔Δｔが経過していなければ（Ｓ４１のＮｏ）、Ｓ４１に戻り既定時間間隔Δｔが経過するまで待つ。
【００６２】
既定時間間隔Δｔが経過すれば（Ｓ４１のＹｅｓ）、次に制御回路３５は蓄電部電圧検出回路２５により蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ４３）、その値を変数Ｖｃ２に代入する（Ｓ４５）。
【００６３】
その後、求めた電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２と定電流Ｉｃ、既定時間間隔Δｔから蓄電部２３の現在の容量値Ｃｐを、Ｃｐ＝Ｉｃ・Δｔ／（Ｖｃ２−Ｖｃ１）より計算する（Ｓ４７）。次に、制御回路３５はＳ２９で求めた内部抵抗値Ｒｐ、またはＳ４７で求めた容量値Ｃｐのいずれかが、劣化限界値Ｒｄ、Ｃｄに至っているかを判断する（Ｓ５１）。すなわち、従来と同様にＲｐ≧Ｒｄ、またはＣｐ≦Ｃｄであれば、蓄電部２３が劣化していると判断することができる。この場合（Ｓ５１のＹｅｓ）は、蓄電部２３の劣化信号を車両側制御回路（図示せず）に送信する（Ｓ５３）。これを受け、車両側制御回路は蓄電装置１１が劣化していることを運転者に警告し、修理を促す。その後、制御回路３５は後述するＳ７９以降の動作を行う。
【００６４】
一方、内部抵抗値Ｒｐと容量値Ｃｐの両方が劣化限界値Ｒｄ、Ｃｄに至っていなければ（Ｓ５１のＮｏ）、すなわちＲｐ＜Ｒｄ、かつＣｐ＞Ｃｄであれば、蓄電部２３は劣化していないので、次に制御回路３５は本実施の形態の特徴となる主電源１５の劣化判断動作を行う。具体的には、まず充電回路２１に内蔵された充電電流検出回路（図示せず）により検出した充電電流Ｉを読み込む（Ｓ５５）。次に、充電電流Ｉと定電流Ｉｃを比較し（Ｓ５７）、Ｉ＜Ｉｃでなければ（Ｓ５７のＮｏ）、蓄電部２３は定電流Ｉｃで充電されていることになる。従って、充電電流Ｉが絞られていないので、Ｓ５５に戻り、絞られるまで待つ。
【００６５】
一方、Ｉ＜Ｉｃであれば（Ｓ５７のＹｅｓ）、充電電流Ｉが絞られたことになるので、以後の充電は定電圧制御に移行する。この移行直後の蓄電部２３の電圧Ｖｃを蓄電部電圧検出回路２５で読み込み（Ｓ５９）、その電圧Ｖｃを判定電圧Ｖｈに代入する（Ｓ６１）。
【００６６】
次に、制御回路３５は主電源１５の内部抵抗値Ｒｂを、Ｒｂ＝（Ｖｓ−Ｖｈ）／Ｉｃ−Ｒｐ−Ｒｅより計算する（Ｓ６３）。
【００６７】
次に、制御回路３５は計算で求めた主電源１５の内部抵抗値Ｒｂと劣化時内部抵抗値Ｒｂｄを比較する（Ｓ６９）。なお、劣化時内部抵抗値Ｒｂｄは上記したように０．０３Ωである。
【００６８】
もし、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂが劣化時内部抵抗値Ｒｂｄ以上であれば（Ｓ６９のＹｅｓ）、図２で説明したように主電源１５が劣化していることになるので、後述するＳ７７にジャンプする。
【００６９】
一方、主電源１５の内部抵抗値Ｒｂが劣化時内部抵抗値Ｒｂｄより小さければ（Ｓ６９のＮｏ）、主電源１５は劣化していないと判断できる。この時点で蓄電部２３と主電源１５の両方が劣化していないことがわかるので、次に制御回路３５は蓄電部２３の充電を完了させる動作を行う。具体的には、まず蓄電部電圧検出回路２５で蓄電部２３の電圧Ｖｃを読み込み（Ｓ７１）、電圧Ｖｃと設定電圧Ｖｓを比較する（Ｓ７３）。設定電圧Ｖｓは前記したように１２．８Ｖである。もし、電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｓ未満であれば（Ｓ７３のＮｏ）、Ｓ７１に戻って電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｓに至るまで充電を継続する。
【００７０】
一方、電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｓ以上であれば（Ｓ７３のＹｅｓ）、蓄電部２３の充電が完了したので、制御回路３５は充電回路２１に対し、蓄電部２３の電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｓを維持するように制御するための充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する（Ｓ７５）。これを受けて以後、充電回路１９は電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｓを維持するように制御する。その後、起動時の動作が完了したので、制御回路３５は図３のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
【００７１】
ここで、Ｓ６９でＹｅｓの場合は、主電源１５が劣化しているので、制御回路３５は主電源１５の劣化信号を車両側制御回路（図示せず）に出力する（Ｓ７７）。具体的には、主電源劣化信号をデータ信号ｄａｔａとして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が異常であることを運転者に警告し、修理を促す。
【００７２】
その後、制御回路３５は充電を停止するよう、充電回路２１に充電制御信号Ｃｃｏｎｔを送信する（Ｓ７９）。なお、この動作はＳ７７の後（主電源１５が劣化したと判断した後）だけでなく、Ｓ５３の後（蓄電部２３が劣化したと判断した後）にも実行される。従って、制御回路３５は、蓄電部２３と主電源１５の少なくともいずれかが劣化したと判断した場合、これ以上の充電を停止して蓄電装置１１を使用しないようにすることで安全性を向上している。
【００７３】
その後、制御回路３５はさらに放電回路２６に対して、これまで蓄電部２３に充電した電力を放電するように放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信する（Ｓ８１）。これを受け、放電回路２６は蓄電部２３を放電する。その結果、蓄電装置１１を使用しないにもかかわらず蓄電部２３に不要な電力を蓄え続ける状態を避け、さらなる安全性向上を図っている。その後、制御回路３５は図３のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
【００７４】
以上のようにして、蓄電装置１１の起動時、すなわち車両の使用前に蓄電部２３と主電源１５の劣化判断を行うようにしたので、蓄電部２３と主電源１５のいずれかが劣化した状態のまま車両を使用する可能性を低減でき、高い安全性と信頼性を得ることができる。
【００７５】
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３５は主電源１５の電圧Ｖｂを主電源電圧検出回路１９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、オンオフ信号Ｓｏｆをオン信号として制御回路３５から切替スイッチ２７に送信することで、切替スイッチ２７をオンにする。これにより、蓄電部２３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、第２ダイオード３１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２３により負荷１７に印加される電圧）より小さくなるので、第２ダイオード３１はオフになり、蓄電部２３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２３の電力は負荷１７にのみ供給され、負荷１７は動作し続けられる。
【００７６】
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２３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。
【００７７】
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３５は放電回路２６に対して、蓄電部２３が蓄えている電力を放電するように放電制御信号Ｄｃｏｎｔを送信する。これを受け、放電回路２６は蓄電部２３を放電する。このように動作することで、蓄電部２３の電圧Ｖｃは０Ｖ近傍まで低下するので、蓄電部２３の劣化を抑制し、寿命を長くすることができる。さらに、次回の車両起動時に、０Ｖ近傍から充電を行うことになるので、図２と図３で説明した蓄電部２３、および主電源１５の劣化判断を車両起動毎に行うことができ、高信頼性が得られる。
【００７８】
以上の構成、動作により、蓄電装置１１の起動時における充電電流Ｉが絞られる際の蓄電部２３の電圧Ｖｃに基いて主電源１５の劣化判断を行うので、主電源１５に対する電圧センサや電流センサを特に設ける必要がなくなり、回路構成を簡略化できる。さらに、蓄電部２３の起動時充電動作中に主電源１５の劣化判断を行うので、劣化判断のための無駄になる電力消費量を極めて低減することが可能となる。従って、簡単な回路構成と、劣化判断のための電力消費量の低減を両立することが可能な車両用電源装置を実現できる。
【００７９】
なお、本実施の形態において、主電源１５が劣化していると判断した時、および蓄電装置１１の使用終了時に、放電回路２６により蓄電部２３を放電するようにしているが、これは放電回路２６を特に設けない構成としてもよい。この場合は、蓄電部２３が自己放電を起こすので、起動時において蓄電部２３の電圧Ｖｃが既定の電圧値（例えば６Ｖ）以下まで放電していれば蓄電部２３と主電源１５の劣化判断を行うようにすればよい。但し、この場合は、車両の起動と終了を短期間に繰り返せば、蓄電部２３が十分に自己放電しないため劣化判断を行う機会が低減してしまい、また、満充電状態を長時間維持することになるので蓄電部２３の寿命が短くなる。従って、放電回路２６を設ける構成が望ましい。
【００８０】
また、本実施の形態において、蓄電部２３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。
【００８１】
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】
【００８２】
本発明にかかる車両用電源装置は、簡単な回路構成と、劣化判断のための電力消費量の低減を両立することができるので、特に主電源の劣化判断が可能で、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車両用電源装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【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起動時における蓄電部の電圧電流経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電圧Ｖｃにおける経時特性図、（ｂ）は蓄電部の充電電流Ｉにおける経時特性図
【図３】本発明の実施の形態における車両用電源装置の起動時の動作を示すフローチャート
【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】
【００８４】
１１  蓄電装置
１５  主電源
１７  負荷
２１  充電回路
２３  蓄電部
２５  蓄電部電圧検出回路
２６  放電回路
３５  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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【図６】
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