(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力するとともに各コンデンサセルの劣化を検出する電源装置において、
前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、
前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、交流電圧が印加された前記コンデンサの充電電流を測定する測定手段と、
該測定された充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出する容量算出手段と、
該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力するとともに各コンデンサセルの劣化を充電時に検出する電源装置において、
前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、
前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、前記コンデンサが満充電になるまでの充電時間および充電電流を測定する測定手段と、
該測定された充電時間および充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出する容量算出手段と、
該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力する電源装置の、各コンデンサセルの劣化を検出する劣化検出方法において、
前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、
前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、交流電圧が印加された前記コンデンサの充電電流を測定し、
該測定された充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出し、
該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定することを特徴とする劣化検出方法。
【請求項４】
複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力する電源装置の、各コンデンサセルの劣化を充電時に検出する劣化検出方法において、
前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、
前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、前記コンデンサが満充電になるまでの充電時間および充電電流を測定し、
該測定された充電時間および充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出し、
該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定することを特徴とする劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置および劣化検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気二重層コンデンサからなる複数のコンデンサセルを直並列に組み合わせ、コンデンサセルに蓄えられたエネルギーを電力として外部に供給する電源装置が知られている。
【０００３】
この種の電源装置として、特開平７−９９７２３号公報には、各コンデンサセルＣの端子間にツェナーダイオードＤ１と発光ダイオードＤ２とを直列に接続し、発光ダイオードＤ２の光度によりコンデンサセル単位毎に故障を検出することが示されている。さらに、満充電時の電圧より△Ｖだけ低い電圧を設定し、放電を開始して△Ｖだけ低い電圧に達するまでの時間ｔを測定することによりコンデンサセルの異常を検出することが示されている。
【０００４】
また、特開平６−３４２０２４号公報には、信号源から電気二重層コンデンサに対して低周波の方形波信号を加え、その応答信号の積分値に基づいて特性変化を検出し、電気二重層コンデンサの劣化を初期の段階で検出することが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の各劣化検出方法は、コンデンサセルの容量値を直接測定したものではなく、劣化を正確かつ簡単に検出することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、コンデンサセルの容量値を直接測定することにより劣化を正確かつ簡単に検出することができる電源装置および劣化検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電源装置は、複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力するとともに各コンデンサセルの劣化を検出する電源装置において、前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、交流電圧が印加された前記コンデンサの充電電流を測定する測定手段と、該測定された充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出する容量算出手段と、該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る電源装置は、複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力するとともに各コンデンサセルの劣化を充電時に検出する電源装置において、前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、前記コンデンサが満充電になるまでの充電時間および充電電流を測定する測定手段と、該測定された充電時間および充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出する容量算出手段と、該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る劣化検出方法は、複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力する電源装置の、各コンデンサセルの劣化を検出する劣化検出方法において、前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、交流電圧が印加された前記コンデンサの充電電流を測定し、該測定された充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出し、該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る劣化検出方法は、複数のコンデンサセルが接続され、外部に電圧を出力する電源装置の、各コンデンサセルの劣化を充電時に検出する劣化検出方法において、前記コンデンサセルは、蓄電用のコンデンサと、他のコンデンサセルと接続されるセル両端子と、前記セル両端子を短絡に切り替え可能であり、前記短絡に切り替えられる場合、前記コンデンサの両端子は前記セル両端子の少なくとも一方から切り離されるバイパススイッチとを有し、前記バイパススイッチにより、前記セル両端子が短絡に切り替えられた状態で、前記コンデンサが満充電になるまでの充電時間および充電電流を測定し、該測定された充電時間および充電電流に基づき、前記コンデンサの容量を算出し、該算出されたコンデンサの容量が所定量以下である場合、該コンデンサセルが劣化していると判定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の電源装置および劣化検出方法の実施の形態について説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は電気自動車に搭載された電源装置の構成を示すブロック図である。電気自動車は、電源装置１、パルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバ１４および電動モータ１６を有する。ＰＷＭドライバ１４は図示しないモータコントロールＥＣＵからの制御信号にしたがって電動モータ１６に電力を供給し、電動モータ１６は図示しない車輪に動力を伝達する。
【００１５】
電源装置１は、コンデンサマネジメントＥＣＵ２１、コンデンサユニット２４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１１を有する。コンデンサユニット２４は、１００ヶ直列に接続された３．５Ｖ仕様のコンデンサセル２７を有し、満充電時に３５０Ｖの電圧を出力する。
【００１６】
コンデンサセル２７は、電気二重層コンデンサ２７ａ、バイパススイッチ２７ｂを有する。電気二重層コンデンサ２７ａが劣化したときなど、コンデンサマネジメントＥＣＵ２１によってバイパススイッチ２７ｂが切り替わり、両端子は電気二重層コンデンサ２７ａを介さずに短絡する。
【００１７】
コンデンサマネジメントＥＣＵ２１は、バス３０に接続された周知のＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、Ｉ／Ｏインターフェース３４、通信インターフェース３５の他、Ｉ／Ｏインターフェース３４に接続される測定器３７、マルチプレクサ３９を有する。マルチプレクサ３９はコンデンサユニット２４内の各コンデンサセル２７の両端子と測定器３７の両端子との接続を切り換える。測定器３７は、容量測定モード時に各コンデンサセル２７に交流電圧Ｖを供給し、そのときの充電電流Ｉを計測する。また、ＲＯＭ３２には後述する劣化判定処理プログラムが格納されており、ＲＡＭ３３には後述するセル容量テーブルが格納されている。
【００１８】
図２はコンデンサマネジメントＥＣＵ２１内のＣＰＵ３１によって実行される劣化判定処理手順を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎に実行される。劣化判定処理の実行を開始すると、まず、ＣＰＵ３１はマルチプレクサ３９を切り換えて最初（Ｎｏ．１）のコンデンサセル２７の両端子と測定器３７の両端子とを接続する。さらに、選択されたＮｏ．１のコンデンサセル２７のバイパススイッチ２７ｂをバイパス側に切り換える（ステップＳ１）。
【００１９】
そして、測定器３７を起動し、コンデンサセル２７内の電気二重層コンデンサ２７ａに交流電圧Ｖを供給しそのときの充電電流Ｉを測定する（ステップＳ２）。
【００２０】
測定された電流値Ｉと電圧値Ｖとから、数式１にしたがってコンデンサセル２７の容量値Ｃを算出する（ステップＳ３）。
【００２１】
【数１】
Ｃ＝１／２πｆｚ、  ｚ＝Ｖ／Ｉ
ここで、ｚはインピーダンス、ｆは交流周波数である。
【００２２】
算出されたコンデンサセル２７の容量値は、ＲＡＭ３３に格納されたセル容量テーブルの現在値として更新される（ステップＳ４）。図３はセル容量テーブルを示す説明図である。図において、Ｎｏ．１のコンデンサセル２７の現在値が１４Ｆであることが示されている。
【００２３】
セル容量テーブルから全てのコンデンサセル２７の初期値を読み出す（ステップＳ５）。この初期値の５０％以下にステップＳ３で算出された容量値が至ったか否かを判別し（ステップＳ６）、初期値の５０％以下に至っていない場合、そのままステップＳ８に移行する。一方、ステップＳ３で算出された容量値が初期値の５０％以下になった場合、セル容量テーブルの判断の項目に劣化であることを示すＮＧフラグを登録する（ステップＳ７）。このように、セル容量テーブルには絶対値による劣化判断結果が登録される。図３には、Ｎｏ．３のコンデンサセル２７の容量値が１０Ｆまで下がり、劣化であると判定されている。このとき、ＣＰＵ３１は、劣化であると判定されたコンデンサセル２７のバイパススイッチ２７ｂをバイパス側に切り替え、交換されるまで使用できないようにする。
【００２４】
ステップＳ８では、全てのコンデンサセルの現在の容量の平均値を算出し、容量が平均値の９０％以下か否かを判別する（ステップＳ９）。９０％以下でない場合、そのままステップＳ１１に移行し、９０％以下である場合、セル容量テーブルの判断の項目に劣化であることを示すＮＧフラグを登録する（ステップＳ１０）。このように、セル容量テーブルには相対値による劣化判断結果が登録される。
【００２５】
ステップＳ１１では、全てのコンデンサセル２７の測定が済んだか否かを判別し、済んでいる場合には処理を終了し、済んでいない場合にはステップＳ１に戻って次のコンデンサセル２７の劣化検出を行う。即ち、マルチプレクサ３９を切り換えて２番目（Ｎｏ．２）のコンデンサセル２７の両端子と測定器３７の両端子とを接続する。そして、Ｎｏ．１と同様に測定器３７を起動し、コンデンサセル２７内の電気二重層コンデンサ２７ａに交流電圧Ｖを供給してそのときの充電電流Ｉを計測し、同様の処理を行う。
【００２６】
このように、本実施の形態の劣化検出方法では、コンデンサセル２７の容量値を電流値Ｉおよび電圧値Ｖから直接に算出しているので、正確かつ簡単に劣化を検出できる。また、バイパススイッチ２７ｂをバイパス側に切り換えて測定するので、コンデンサユニット２４の電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１１に供給している使用中にも劣化検出を行うことができる。また、現在の容量の平均値を判断基準とすれば劣化しつつあるコンデンサセルを検出することもできる。
【００２７】
さらに、劣化であるとしてセル容量テーブルに登録された後にコンデンサセルが交換された場合にはそのものの初期値を無視するようにしてもよい。また、セル容量テーブルの初期値はコンデンサセルの交換によってオペレータが個々に設定できるようにしてもよい。このようにしておくことにより、より正確に劣化検出を行うことができる。さらに、平均値算出の際に変換されたセルを除くことにより正確に劣化検出が可能である。またさらに、絶対値からくる劣化判断と相対値からくる劣化判断の双方が可能である。
【００２８】
また、上記実施の形態では、交流電圧Ｖをコンデンサセル２７に印加しその充電電流Ｉを計測してインピーダンスＺを算出したが、交流電流Ｉをコンデンサセルに供給しその充電電圧Ｖを計測してインピーダンスＺを算出するようにしてもよい。さらに、所定時間当たりの充電電圧よび充電電流の変化分に基づき、前記コンデンサセルの容量値を算出するようにしてもよい。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図４は第２の実施の形態における電源装置の構成を示すブロック図である。前記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の番号を付してその説明を省略する。図において、４１、４２はそれぞれ電流検出器および充電器である。電流検出器４１は充電器４２からコンデンサユニット２４に供給される充電電流を検出する。また、測定器３７はマルチプレクサ３９によって切り換えられたコンデンサセル２７の電圧を検出する。さらに、バス３０にはタイマ３８が接続されている。
【００３０】
上記構成を有する電源装置の劣化判定処理について説明する。図５はコンデンサマネジメントＥＣＵ２１内のＣＰＵ３１によって実行される劣化判定処理手順を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、ＣＰＵ３１はコンデンサユニット２４のＮｏ．１のコンデンサセル２７を除き、他のコンデンサセル２７のバイパススイッチ２７ｂをバイパス側に切り換える（ステップＳ１１）。そして、充電器４２を起動し、Ｎｏ．１のコンデンサセル２７だけを充電する。充電開始と同時にタイマ３８をスタートさせて充電時間ｔを計測すると共に、充電電流Ｉを電流検出器４１により計測する（ステップＳ１２）。
【００３２】
測定器３７により検出される電圧に基づき、Ｎｏ．１のコンデンサセル２７が満充電に至るのを待つ（ステップＳ１３）。満充電に至ったとき、ＣＰＵ３１は数式２にしたがって、容量値Ｃを算出する（ステップＳ１４）。
【００３３】
【数２】
Ｃ＝Ｉ×ｔ／Ｖ
このように、Ｎｏ．１のコンデンサセル２７を充電する場合、他のコンデンサセルのバイパススイッチ２７ｂをバイパス側に接続しておくことにより、充電器４２から供給される電力をＮｏ．１のコンデンサセル２７にだけ蓄えることができる。同様に、Ｎｏ．２のコンデンサセル２７を充電する場合、他のコンデンサセルのバイパススイッチ２７ｂをバイパス側に接続しておく。
【００３４】
算出された容量値Ｃによりセル容量テーブルの現在値を更新する（ステップＳ１５）。図６はセル容量テーブルを示す説明図である。
【００３５】
算出された容量値はセル容量テーブルに登録された初期値の５０％以下であるか否かを判別する（ステップＳ１６）。初期値の５０％以下でない場合、ステップＳ１８に移行し、初期値の５０％以下である場合、セル容量テーブルに劣化であることを示すＮＧフラグを登録する（ステップＳ１７）。
【００３６】
ステップＳ１８では、全てのコンデンサセル２７の劣化判定が済んだか否かを判別し、済んでいる場合、そのまま終了し、済んでいない場合、ステップＳ１１の処理に戻り、次のコンデンサセルの処理を行う。
【００３７】
このように、本実施の形態における電源装置では、個々のコンデンサセルが満充電に至るまでの充電電流および充電時間により容量値を算出するので、簡単かつ正確に容量値を算出できる。しかも、充電時に劣化検出を併せて行うことができる。
【００３８】
尚、上記実施の形態では、満充電に至る充電時間および充電電流により容量値を算出していたが、満充電に至らなくてもコンデンサセルが所定電圧△Ｖだけ上昇するまでの充電時間および充電電流を計測するようにしてもよく、これにより短時間に容量値を算出することができる。
【００３９】
また、劣化の判定には、初期値の５０％を基準として用いたが、これに限らずオペレータが任意の値に設定できるようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る電源装置および請求項３に係る劣化検出方法によれば、短時間にコンデンサセルの劣化を正確かつ簡単に検出できる。また、電力を外部に供給している使用中に各コンデンサセルの劣化検出を行うことができる。さらに、劣化であると判定されたコンデンサセルを交換されるまで使用できないようにすることができる。
【００４１】
請求項２に係る電源装置および請求項４に係る劣化検出方法によれば、コンデンサセルの劣化を正確かつ簡単に検出できる。また、電力を外部に供給している使用中に各コンデンサセルの劣化検出を行うことができる。さらに、劣化であると判定されたコンデンサセルを交換されるまで使用できないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車に搭載された電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】コンデンサマネジメントＥＣＵ２１内のＣＰＵ３１によって実行される劣化判定処理手順を示すフローチャートである。
【図３】セル容量テーブルを示す説明図である。
【図４】第２の実施の形態における電源装置の構成を示すブロック図である。
【図５】コンデンサマネジメントＥＣＵ２１内のＣＰＵ３１によって実行される劣化判定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】セル容量テーブルを示す説明図である。
【符号の説明】
１  電源装置
２１  コンデンサマネジメントＥＣＵ
２４  コンデンサユニット
２７  コンデンサセル
２７ａ  電気二重層コンデンサ
２７ｂ  バイパススイッチ
３１  ＣＰＵ
３７  測定器
３９  マルチプレクサ
４１  電流検出器
【図１】
0003611397.tif 000002
【図２】
0003611397.tif 000003
【図３】
0003611397.tif 000004
【図４】
0003611397.tif 000005
【図５】
0003611397.tif 000006
【図６】
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