(57)【要約】【課題】キャパシタのショート故障の有無を正確に判定する。【解決手段】充放電制御回路は、キャパシタとスタータが接続される第１端子と、充放電可能なバッテリと発電部が接続される第２端子とを有し、キャパシタ及びバッテリの充放電を制御する。充放電制御回路は、電源回路と、充電モードになった時、電源回路を充電状態に切り替えて、キャパシタの充電を開始してキャパシタ電圧が目標電圧に近づくように電源回路を制御する制御部と、を備える。制御部は、（Ａ）キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、（Ｂ）キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、（Ｃ）バッテリ電圧が第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、キャパシタのショート故障が生じていると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタとスタータが接続される第１端子と、充放電可能なバッテリと発電部が接続される第２端子とを有し、前記キャパシタ及び前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路であって、
前記スタータは、前記第１端子から供給された電力を用いてエンジンを始動し、
前記発電部は、前記エンジンの回転により発電して、発電された電力に応じた電力を前記第２端子に出力し、
前記第１端子のキャパシタ電圧を昇圧又は降圧して前記第２端子に出力する放電状態と、前記第２端子のバッテリ電圧を昇圧又は降圧して前記第１端子に出力する充電状態と、を切り替え可能な電源回路と、
前記キャパシタ電圧及び前記バッテリ電圧を検出する検出部と、
充電モードになった時、前記電源回路を前記充電状態に切り替えて、前記キャパシタの充電を開始して前記キャパシタ電圧が目標電圧に近づくように前記電源回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
（Ａ）前記キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、
（Ｂ）前記キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、
（Ｃ）前記バッテリ電圧が前記第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、前記キャパシタのショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする充放電制御回路。
【請求項２】
前記キャパシタがショート故障しておらず、且つ、前記バッテリ電圧が前記第２の規定電圧以上である場合には、充電開始から前記規定時間後に前記キャパシタ電圧が前記第１の規定電圧を超えるよう、前記規定時間、前記第１の規定電圧および前記第２の規定電圧は設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
【請求項３】
キャパシタと、
充放電可能なバッテリと、
前記キャパシタが接続された第１端子と、前記バッテリが接続された第２端子とを有し、前記キャパシタ及び前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路と、
前記第１端子から供給された電力を用いてエンジンを始動するスタータと、
前記エンジンの回転により発電して、発電された電力に応じた電力を前記第２端子に出力する発電部と、を備え、
前記充放電制御回路は、
前記第１端子のキャパシタ電圧を昇圧又は降圧して前記第２端子に出力する放電状態と、前記第２端子のバッテリ電圧を昇圧又は降圧して前記第１端子に出力する充電状態と、を切り替え可能な電源回路と、
前記キャパシタ電圧及び前記バッテリ電圧を検出する検出部と、
充電モードになった時、前記電源回路を前記充電状態に切り替えて、前記キャパシタの充電を開始して前記キャパシタ電圧が目標電圧に近づくように前記電源回路を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
（Ａ）前記キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、
（Ｂ）前記キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、
（Ｃ）前記バッテリ電圧が前記第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、前記キャパシタのショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項４】
キャパシタとスタータが接続される第１端子と、充放電可能なバッテリと発電部が接続される第２端子とを有し、前記キャパシタ及び前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路であって、前記スタータは、前記第１端子から供給された電力を用いてエンジンを始動し、前記発電部は、前記エンジンの回転により発電して、発電された電力に応じた電力を前記第２端子に出力し、前記第１端子のキャパシタ電圧を昇圧又は降圧して前記第２端子に出力する放電状態と、前記第２端子のバッテリ電圧を昇圧又は降圧して前記第１端子に出力する充電状態と、を切り替え可能な電源回路と、前記キャパシタ電圧及び前記バッテリ電圧を検出する検出部と、充電モードになった時、前記電源回路を前記充電状態に切り替えて、前記キャパシタの充電を開始して前記キャパシタ電圧が目標電圧に近づくように前記電源回路を制御する制御部と、を備える充放電制御回路における故障判定方法において、
（Ａ）前記キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、
（Ｂ）前記キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、
（Ｃ）前記バッテリ電圧が前記第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、前記キャパシタのショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする故障判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタ及びバッテリの充放電を制御する充放電制御回路、車両用電源装置及び故障判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両において、交差点等で走行を停止した時にエンジンのアイドル運転を停止させるアイドルストップ機能を搭載したものがある。
【０００３】
このようなアイドルストップ機能を実現するシステムの一例として、エネルギー回収形のアイドルストップシステムがある。このシステムは、電気二重層キャパシタなどのキャパシタと、バッテリと、キャパシタ及びバッテリの充放電を制御する充放電制御回路とを備えた車両用電源装置を備える。
【０００４】
このシステムでは、車両の走行中やブレーキが踏まれた時などに発電機で発生する電力などを用いてキャパシタを充電する。そして、アイドルストップ中に、運転者がアクセルを踏んだ場合などの所定の再始動条件が成立した場合、バッテリの電力ではなくキャパシタの電力を用いてスタータを動作させ、これによりエンジンを再始動させる。このようなシステムでは、エンジンの再始動時にバッテリの電圧が低下することがないため、バッテリと電装品負荷との間に昇圧回路を設ける必要がない。
【０００５】
このアイドルストップシステムに類似した装置として、特許文献１に記載のものも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９０７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記アイドルストップシステムにおいて、キャパシタの両端子が接地に接続されるショート故障が起こる可能性がある。キャパシタがショート故障した状態でアイドルストップを行ってしまうと、その後再始動条件が成立してもキャパシタからスタータに電力を供給できないため、エンジンを再始動できない。そのため、キャパシタのショート故障の有無を判定して、ショート故障している場合に、例えばアイドルストップが行われないように制御する必要がある。ショート故障時には、キャパシタの電圧が接地電圧に近づく。
【０００８】
しかしながら、単にキャパシタの電圧が接地電圧に近い場合にショート故障が生じていると判定するだけでは、車両の組み立て直後などのキャパシタが充電されていない状態でもキャパシタの電圧は接地電圧に近いため、キャパシタの接続が正常な場合にも故障判定されてしまう可能性がある。即ち、キャパシタのショート故障の有無を正確に判定できないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、キャパシタのショート故障の有無を正確に判定できる充放電制御回路、車両用電源装置および故障判定方法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】
本発明の一態様に係る充放電制御回路は、
キャパシタとスタータが接続される第１端子と、充放電可能なバッテリと発電部が接続される第２端子とを有し、前記キャパシタ及び前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路であって、
前記スタータは、前記第１端子から供給された電力を用いてエンジンを始動し、
前記発電部は、前記エンジンの回転により発電して、発電された電力に応じた電力を前記第２端子に出力し、
前記第１端子のキャパシタ電圧を昇圧又は降圧して前記第２端子に出力する放電状態と、前記第２端子のバッテリ電圧を昇圧又は降圧して前記第１端子に出力する充電状態と、を切り替え可能な電源回路と、 
前記キャパシタ電圧及び前記バッテリ電圧を検出する検出部と、
充電モードになった時、前記電源回路を前記充電状態に切り替えて、前記キャパシタの充電を開始して前記キャパシタ電圧が目標電圧に近づくように前記電源回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
（Ａ）前記キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、
（Ｂ）前記キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、
（Ｃ）前記バッテリ電圧が前記第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、前記キャパシタのショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記充放電制御回路において、
前記キャパシタがショート故障しておらず、且つ、前記バッテリ電圧が前記第２の規定電圧以上である場合には、充電開始から前記規定時間後に前記キャパシタ電圧が前記第１の規定電圧を超えるよう、前記規定時間、前記第１の規定電圧および前記第２の規定電圧は設定されていても良い。
【００１２】
本発明の一態様に係る車両用電源装置は、
キャパシタと、
充放電可能なバッテリと、
前記キャパシタが接続された第１端子と、前記バッテリが接続された第２端子とを有し、前記キャパシタ及び前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路と、
前記第１端子から供給された電力を用いてエンジンを始動するスタータと、
前記エンジンの回転により発電して、発電された電力に応じた電力を前記第２端子に出力する発電部と、を備え、
前記充放電制御回路は、
前記第１端子のキャパシタ電圧を昇圧又は降圧して前記第２端子に出力する放電状態と、前記第２端子のバッテリ電圧を昇圧又は降圧して前記第１端子に出力する充電状態と、を切り替え可能な電源回路と、
前記キャパシタ電圧及び前記バッテリ電圧を検出する検出部と、
充電モードになった時、前記電源回路を前記充電状態に切り替えて、前記キャパシタの充電を開始して前記キャパシタ電圧が目標電圧に近づくように前記電源回路を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
（Ａ）前記キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、
（Ｂ）前記キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、
（Ｃ）前記バッテリ電圧が前記第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、前記キャパシタのショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る故障判定方法は、
キャパシタとスタータが接続される第１端子と、充放電可能なバッテリと発電部が接続される第２端子とを有し、前記キャパシタ及び前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路であって、前記スタータは、前記第１端子から供給された電力を用いてエンジンを始動し、前記発電部は、前記エンジンの回転により発電して、発電された電力に応じた電力を前記第２端子に出力し、前記第１端子のキャパシタ電圧を昇圧又は降圧して前記第２端子に出力する放電状態と、前記第２端子のバッテリ電圧を昇圧又は降圧して前記第１端子に出力する充電状態と、を切り替え可能な電源回路と、前記キャパシタ電圧及び前記バッテリ電圧を検出する検出部と、充電モードになった時、前記電源回路を前記充電状態に切り替えて、前記キャパシタの充電を開始して前記キャパシタ電圧が目標電圧に近づくように前記電源回路を制御する制御部と、を備える充放電制御回路における故障判定方法において、
（Ａ）前記キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、
（Ｂ）前記キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、
（Ｃ）前記バッテリ電圧が前記第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、前記キャパシタのショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、（Ａ）キャパシタ電圧が第１の規定電圧以下であり、（Ｂ）キャパシタの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、（Ｃ）バッテリ電圧が第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合に、キャパシタがショート故障していると判定するようにしている。
【００１５】
よって、キャパシタがショート故障しておらず、且つ、バッテリ電圧が第２の規定電圧以上である場合にはキャパシタの充電開始から規定時間後にキャパシタ電圧が第１の規定電圧を超えるよう設定しておくことで、キャパシタがショート故障していないと共に充電開始直後には充電されていない場合には、条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たさないため、ショート故障を誤判定しないようにできる。
【００１６】
さらに、バッテリ電圧が第２の規定電圧未満でありキャパシタを十分に充電できない場合に、条件（Ｃ）を満たさないため、ショート故障を誤判定しないようにできる。
【００１７】
従って、キャパシタのショート故障の有無を正確に判定できる。その上、既存の回路に特別な回路を追加することなく、制御部による演算によってショート故障の有無を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。この実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置１００の構成を示すブロック図である。この車両用電源装置１００は、自動車等の車両に搭載されるエネルギー回収形のアイドルストップシステムに用いられる。
【００２１】
図１に示すように、車両用電源装置１００は、充放電制御回路１０と、キャパシタＣと、充放電可能なバッテリＢと、スタータ２０と、発電部（ＡＣＧ）３０と、を備える。
【００２２】
充放電制御回路１０は、キャパシタＣとスタータ２０の一端が接続される第１端子Ｔ１と、バッテリＢと発電部３０と電装品負荷３００の一端が接続される第２端子Ｔ２とを有し、キャパシタＣ及びバッテリＢの充放電を制御する。
【００２３】
キャパシタＣは、例えば、電気二重層キャパシタであり、エンジン２００を始動可能な容量を有している。キャパシタＣは、バッテリＢと比較して、充電と放電の反応が早く、また大電流での充放電が行える。
バッテリＢは、例えば、鉛バッテリなどの二次電池である。
【００２４】
スタータ２０は、電動モータを含み、充放電制御回路１０の第１端子Ｔ１から供給された電力を用いてエンジン２００を始動する。アイドルストップ中に、運転者がアクセルを踏んだ場合などの所定の再始動条件が成立した場合、スタータ２０は、キャパシタＣの電力を用いてエンジン２００を再始動させる。
【００２５】
発電部３０は、車両の走行中やブレーキが踏まれた時などにエンジン２００の回転により発電して、発電された交流電力に応じた直流電力を充放電制御回路１０の第２端子Ｔ２に出力する。具体的には、発電部３０は、発電された交流電力を直流電力に変換してから出力する。
【００２６】
電装品負荷３００は、例えば、車両に設けられたオーディオ装置やナビゲーション装置などの各種負荷である。
【００２７】
キャパシタＣ、スタータ２０、バッテリＢ、発電部３０及び電装品負荷３００のそれぞれの他端は、接地されている。
【００２８】
充放電制御回路１０について、より詳細に説明する。充放電制御回路１０は、双方向昇降圧電源（電源回路）１１と、検出部１２と、制御部１３と、を有する。
【００２９】
双方向昇降圧電源１１は、第１端子Ｔ１のキャパシタ電圧Ｖｃを昇圧又は降圧して第２端子Ｔ２に出力する放電状態と、第２端子Ｔ２のバッテリ電圧Ｖｂを昇圧又は降圧して第１端子Ｔ１に出力する充電状態と、を切り替え可能である。
【００３０】
検出部１２は、第１端子Ｔ１のキャパシタ電圧Ｖｃと、第２端子Ｔ２のバッテリ電圧Ｖｂとを検出する。
【００３１】
制御部１３は、ＣＰＵなどのデジタル回路で構成され、外部からの信号に基づいて双方向昇降圧電源１１を制御する。制御部１３は、充電モードになった時、即ち、外部から充電指示が入力された場合又は外部からの信号に基づいて充電すべきと自ら判断した場合に、双方向昇降圧電源１１を充電状態に切り替えて、キャパシタＣの充電を開始して、キャパシタ電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｉに近づくように双方向昇降圧電源１１を制御する。目標電圧Ｖｉは、外部から制御部１３に直接入力されてもよく、外部からの信号に基づいて制御部１３が設定してもよい。
【００３２】
なお、制御部１３は、外部からの各種信号に応じてキャパシタＣ及びバッテリＢの充放電に関する他の制御も行うが、本実施形態におけるキャパシタＣのショート故障の有無の判定とは直接的に関連しないため、説明は省略する。
【００３３】
制御部１３は、キャパシタＣのショート故障の有無を判定する。キャパシタＣのショート故障が生じている場合、第１端子Ｔ１と接地との間が電気的に短絡されている。
【００３４】
具体的には、制御部１３は、（Ａ）キャパシタ電圧Ｖｃが第１の規定電圧以下であり、（Ｂ）キャパシタＣの充電開始から規定時間以上経過し、且つ、（Ｃ）バッテリ電圧Ｖｂが第１の規定電圧より高い第２の規定電圧以上である場合、即ち３つの条件（Ａ）〜（Ｃ）が満たされた場合に、キャパシタＣのショート故障が生じていると判定する。
【００３５】
これら規定時間、第１の規定電圧および第２の規定電圧は、以下に説明するようにして予め設定され、制御部１３内の記憶部（図示せず）に予め記憶されている。
【００３６】
キャパシタＣがショート故障しておらず、且つ、バッテリ電圧Ｖｂが第２の規定電圧以上である場合には、キャパシタ電圧Ｖｃの充電開始時の値に拘らず、充電開始から規定時間後にキャパシタ電圧Ｖｃが第１の規定電圧を超えるよう、規定時間、第１の規定電圧および第２の規定電圧は設定されている。
【００３７】
これにより、キャパシタＣがショート故障していないと共に充電開始時に充電されていない場合には、条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たさないため、ショート故障を誤判定しないようにできる。つまり、車両の組み立て直後などのキャパシタＣが充電されていない状態であっても、ショート故障を誤判定しないようにできる。
【００３８】
さらに、バッテリ電圧Ｖｂが第２の規定電圧未満でありキャパシタＣを十分に充電できない場合に、条件（Ｃ）を満たさないため、ショート故障を誤判定しないようにできる。つまり、キャパシタＣがショート故障しておらず、単にバッテリ電圧Ｖｂが第２の規定電圧未満であるために条件（Ａ），（Ｂ）を満たしてしまっても、ショート故障を誤判定しない。
【００３９】
一方、キャパシタＣがショート故障している場合、キャパシタＣの充電開始から規定時間以上経過しても、キャパシタ電圧Ｖｃは第１の規定電圧以下のほぼゼロであるため、キャパシタＣのショート故障が生じていると判定できる。
【００４０】
このように、本実施形態によれば、キャパシタＣのショート故障の有無を正確に判定できる。
その上、既存の回路に特別な回路を追加することなく、制御部１３による演算によってショート故障の有無を判定できる。例えば、制御部１３の制御プログラムを変更するだけで本実施形態の故障判定を実現できる。
【００４１】
よって、車両に設けられた図示しないＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）は、この判定結果を用いて、キャパシタＣがショート故障している場合には、例えばアイドルストップが行われないように車両の各部を制御することができる。これにより、アイドルストップ後にエンジン２００を再始動できないという状態を回避することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  充放電制御回路
１１  双方向昇降圧電源（電源回路）
１２  検出部
１３  制御部
Ｃ    キャパシタ
Ｂ    バッテリ
２０  スタータ
３０  発電部
１００  車両用電源装置
【図１】
2014100018.tif 000003