(57)【要約】【課題】複数の蓄電要素からこれらを直列接続することにより組成されるバンクと、各蓄電要素に並列接続されるバイパス回路と、バイパス回路を開閉するスイッチ手段と、を備える蓄電装置において、バイパス回路の発熱に因る損傷などを防止する。【解決手段】蓄電要素１１からバイパス回路１２への放電要求の発生時にバイパス回路１２の温度が過度に上昇するのを避けるようにバイパス回路１２のスイッチ手段１５を制御する手段（Ｓ３．１〜Ｓ３．７）を備える。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電要素からこれらを直列接続することにより組成されるバンクと、各蓄電要素に並列接続されるバイパス回路と、バイパス回路を開閉するスイッチ手段と、蓄電要素の端子間電圧を検出する手段と、バンクへの充電によって各蓄電要素の端子間電圧を均等化するようにバイパス回路のスイッチ手段を制御する手段と、バイパス回路の温度を検出する手段と、これら検出信号に基づいてバイパス回路の温度異常を判定する手段と、その判定時にバンクへの充電を停止させる手段、を備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
バイパス回路の温度が異常かどうかを判定する手段は、温度検出手段の信号をデジタル化するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータに複数の温度検出手段を択一的に中継するリレーマトリックスと、リレーマトリックスの択一的な中継の切り替えながらＡＤコンバータからのデジタル信号を順次に読み込む手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
複数の蓄電要素からこれらを直列接続することにより組成されるバンクと、各蓄電要素に並列接続されるバイパス回路と、バイパス回路を開閉するスイッチ手段と、バイパス回路の温度を検出する手段と、蓄電要素からバイパス回路への放電を要求するための手段と、その要求の発生時にバイパス回路の温度が過度に上昇するのを避けるようにバイパス回路のスイッチ手段を制御する手段と、を備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項４】
蓄電要素からバイパス回路への放電要求の発生時にバイパス回路の温度が過度に上昇するのを避けるようにバイパス回路のスイッチ手段を制御する手段は、温度検出手段の出力信号をデジタル化するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータに複数の温度検出手段を択一的に中継するリレーマトリックスと、リレーマトリックスの択一的な中継の切り替えながらＡＤコンバータからのデジタル信号を順次に読み込む手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
蓄電要素は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項６】
バイパス回路の温度を検出する手段は、バイパス回路の抵抗に検温部を密接状態に固定治具を介して組み付けられることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄電装置の改良に関するものであり、詳しくはバイパス回路の温度管理機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命の長い、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）の適用が注目される。所要容量の蓄電装置は、数多くのキャパシタセルからこれらを直並列に接続することにより構成される。各キャパシタセルの端子間電圧を均等化するため、キャパシタセルにバイパス回路が並列に接続され、端子間電圧が均等化基準電圧を上回るキャパシタセルについては、バイパス回路へ放電させるべくバイパス回路をＯＮ（閉成）する一方、端子間電圧が均等化の基準電圧を下回るキャパシタセルについては、基準電圧へ達するまで充電するべくバイパス回路のＯＦＦ（開成）する、ように制御する手段を備えるものが開示される（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６７７１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バイパス回路のＯＮ（閉成）により、キャパシタセルへの充電電流またはキャパシタセルからの放電電流が流れ、制限抵抗などを発熱源にバイパス回路の温度を上昇させる。車両のハイブリッドシステムにおいては、回生制動により、大電流がバイパス回路を流れる可能性もあり、抵抗の発熱も大となりやすい、という不具合が考えられる。
【０００５】
この発明は、このような課題の解決に有効な対策手段の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、蓄電装置において、複数の蓄電要素からこれらを直列接続することにより組成されるバンクと、各蓄電要素に並列接続されるバイパス回路と、バイパス回路を開閉するスイッチ手段と、蓄電要素の端子間電圧を検出する手段と、バンクへの充電によって各蓄電要素の端子間電圧を均等化するようにバイパス回路のスイッチ手段を制御する手段と、バイパス回路の温度を検出する手段と、バイパス回路の温度が異常かどうかを判定する手段と、その判定時にバンクへの充電を停止させる手段、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明に係る蓄電装置において、バイパス回路の温度が異常かどうかを判定する手段は、温度検出手段の信号をデジタル化するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータに複数の温度検出手段を択一的に中継するリレーマトリックスと、リレーマトリックスの択一的な中継の切り替えながらＡＤコンバータからのデジタル信号を順次に読み込む手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、蓄電装置において、複数の蓄電要素からこれらを直列接続することにより組成されるバンクと、各蓄電要素に並列接続されるバイパス回路と、バイパス回路を開閉するスイッチ手段と、バイパス回路の温度を検出する手段と、蓄電要素からバイパス回路への放電を要求するための手段と、その要求の発生時にバイパス回路の温度が過度に上昇するのを避けるようにバイパス回路のスイッチ手段を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明に係る蓄電装置において、蓄電要素からバイパス回路への放電要求の発生時にバイパス回路の温度が過度に上昇するのを避けるようにバイパス回路のスイッチ手段を制御する手段は、温度検出手段の出力信号をデジタル化するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータに複数の温度検出手段を択一的に中継するリレーマトリックスと、リレーマトリックスの択一的な中継の切り替えながらＡＤコンバータからのデジタル信号を順次に読み込む手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明または第３の発明に係る蓄電装置において、蓄電要素は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第１の発明または第３の発明に係る蓄電装置において、バイパス回路の温度を検出する手段は、バイパス回路の抵抗に検温部を密接状態に固定治具を介して組み付けられることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
第１の発明においては、バンクへの充電によって各キャパシタセルの端子間電圧を均等化する制御により、バイパス回路のスイッチ手段がＯＮ（閉成）すると、バンクへの充電電流の一部がバイパス回路を流れ、制限抵抗などを発熱源にバイパス回路の温度を上昇させる。各バイパス回路の温度は検出され、正常レベルを超えると、バンクへの充電が停止されるのである。充電の停止により、バイパス回路の発熱がなくなり、その間にバイパス回路の温度が低下するようになる。このため、バイパス回路の発熱に因る損傷の防止が図れ、蓄電装置の耐久性および信頼性の向上が得られる。各端子間電圧の均等化についても、バイパスの発熱に影響されることなく適正に行えるようになる。
【００１３】
第２の発明においては、リレーマトリックスの択一的な中継の切り替えに伴って各バイパス回路の検出温度はＡＤコンバータから順次に読み込まれ、異常かどうかの判定が行われる。バイパス回路の温度が１つでも異常と判定されると、バンクへの充電が停止されるようになるのである。ＡＤコンバータは、複数の温度検出手段に対し、１つのみで良くなり、装置の小型化および低コスト化が実現できる。
【００１４】
第３の発明においては、放電要求の発生時に各キャパシタセルの蓄える静電エネルギをバイパス回路へ放電させる過程において、バイパス回路の温度に応じてバイパス回路のスイッチが制御されるため、バイパス回路の温度が過度に上昇するのを防止しつつ、各キャパシタセルの端子間電圧を最終的に下限値まで低下させることができる。
【００１５】
第４の発明においては、リレーマトリックスの択一的な中継の切り替えに伴って各バイパス回路の検出温度はＡＤコンバータから順次に読み込まれ、異常かどうかの判定が行われる。この判定に応じてバイパス回路が開閉されるので、温度が過度に上昇するのを防止しつつ、各キャパシタセルの端子間電圧を低下させることができる。ＡＤコンバータは、複数の温度検出手段に対し、１つのみで良くなり、装置の小型化および低コスト化が実現できる。
【００１６】
第５の発明においては、電気二重層キャパシタの特性（急速充電が可能で充放電サイクル寿命も長い）により、車両に好適な蓄電装置を実現できる。
【００１７】
第６の発明においては、抵抗の発熱を感度よく検出できるほか、固定治具により、車両へ適用する場合、車体の揺れ等に対する検温部の定着性を確保できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に基づいて、この発明の実施形態に係る車両のハイブリッドシステムを説明する。図１において、ハイブリッドシステムは、回転電機１（モータジェネレータ）、蓄電装置２、整流器（インバータ）３、を備える。回転電機１は、車両の駆動系に連結される。図示しないが、車両の駆動系にクラッチを介してエンジンが連結される。
【００１９】
整流器３は、回転電機１を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電装置２から供給される直流電力（蓄電電力）を交流電力に変換して回転電機１を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機１から供給される交流電力（発電電力）を直流電力に変換して蓄電装置２に充電する。
【００２０】
ハイブリッドシステムを総括するコントロールユニット２０（図４、参照）が設けられ、蓄電装置２の制御手段１３との間に互いの情報を交換しえるように通信ネットワークが構築される。コントロールユニット２０は、各種の検出信号に基づいて、車両の発進・加速時に要求される電動モードのトルク指令値または車両の制動・停車時に要求される発電モードのトルク指令値を整流器３へ出力する。
【００２１】
蓄電装置２を構成する蓄電要素については、急速充電が可能で充放電サイクル寿命の長い、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）が採用される。図２において、１０はバンク（キャパシタモジュール）であり、複数（ｎ個）のキャパシタセル１１を直列に接続することにより組成される。図示の場合、１つのバンク１０を表すが、所要容量の蓄電装置２を構成するため、複数のバンク１０を直並列に接続することも考えられる。
【００２２】
各キャパシタセル１１毎にバイパス回路１２が並列に接続され、各バイパス回路１２にスイッチ手段１４および所定の抵抗１５が介装される（図３、参照）。１３はキャパシタセルの端子間電圧を均等化する制御手段であり、蓄電装置２への充電によってキャパシタセル１１の端子間電圧を最大電圧（キャパシタセル１１の耐電圧に基づいて設定される基準電圧）に制限するべく各バイパス回路１２のスイッチ手段１４を制御する手段と、同じく充電によってキャパシタセル１１の端子間電圧を任意の基準電圧に均等化するべく各バイパス回路１２のスイッチ手段１４を制御する手段と、を備える。
【００２３】
蓄電装置２への充電電流がバイパス回路１２を流れると、抵抗１５などを発熱源にバイパス回路１２の温度が過度に上昇する可能性があり、これを防ぐため、バイパス回路１２の温度を管理する手段が設定される。この手段の一部を構成する温度センサ１７が各バイパス回路１２の抵抗１５に配置される。
【００２４】
図４において、１８は温度センサ１７の検出信号（アナログ信号）を制御手段１３への入力信号（デジタル信号）に変換するＡＤコンバータであり、ＡＤコンバータ１８に複数の温度センサ１７を択一的に中継するリレーマトリックス１９が介装される。リレーマトリックス１９は、単一の出力線のスイッチ１９ａと、複数の入力線のスイッチ１９ｂと、から構成される。各温度センサ１７の検出信号は、スイッチ１９ａのＯＮ状態において、スイッチ１９ｂが１個ずつ０Ｎ−ＯＦＦすると、ＡＤコンバータ１８へ順次に入力される。
【００２５】
図５は、蓄電装置２に係る制御内容の一部を説明する流れ図である。Ｓ１において、コントロールユニット２０は、通信ネットワークを介して情報を入力する。Ｓ２においては、コントロールユニット２０は、その入力情報に基づいて、蓄電装置２からの放電状態かどうかの判定を行い、Ｓ２の判定がｎｏの間は、Ｓ３の温度処理および均等化処理を実行する一方、Ｓ２の判定がｙｅｓのときは、制御を終了する。
【００２６】
図６は、Ｓ３において、コントロールユニット２０の指令に基づいて制御手段１３が行う処理内容を説明する流れ図であり、あらかじめ各キャパシタセル１１の判定フラグＦＬＧ（１〜ｎ）＝０にセットする。Ｓ３．０１においては、判定対象番号ｉ（ｎ個のバイパス回路１２の番号を示す変数）＝１に設定する。Ｓ３．０２において、制御手段１３は、ｉに対応するキャパシタセル１１の端子電圧Ｖｉをそのときの基準電圧Ｖｓと比較し、Ｖｉ≧Ｖｓかどうかを判定する。Ｓ３．０２の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３．０３へ進み、ｉの判定フラグＦＬＧｉ＝１にセットする一方、Ｓ３．０２の判定がｎｏのときは、ｉのバイパス回路１２をＯＦＦする。
【００２７】
Ｓ３．０４においては、ｉの温度センサ１７の検出信号をＡＤコンバータ１８を介して読み取るようにリレーマトリックス１９の択一的な中継の切り替えを制御しつつ、ＡＤコンバータ１８からの入力信号に基づいて、検出温度Ｔｉを最大許容温度Ｔ０と比較し、検出温度Ｔｉが異常（Ｔｉ≧Ｔ０）かどうかを判定する。Ｓ３．０４の判定がｙｅｓの間は、Ｓ３．０５およびＳ３．０６において、ｉのバイパス回路１２をＯＦＦするとともに充電・均等化処理の停止指令をコントロールユニット２０へ出力する。その一方、Ｓ３．０４の判定がｎｏのときは、Ｓ３．０８へ飛び、ｉのバイパス回路１２をＯＮする。
【００２８】
Ｓ３．０９においては、ｉ＝ｎかどうかを判定する。Ｓ３．０９の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３．１０へ進む一方、Ｓ３．０９の判定がｎｏのときは、Ｓ３．１２において、ｉ＝ｉ＋１に設定後、Ｓ３．０２へ戻るのである。Ｓ３．１０においては、判定フラグＦＬＧ（１〜ｎ）のすべてが１にセットかどうかを判定する。Ｓ３．１０の判定がｙｅｓのときにのみ、Ｓ３．１１において、充電・均等化処理の終了をコントロールユニット２０へ伝える。
【００２９】
コントロールユニット２０においては、制御手段１３から充電・均等化処理の停止指令が入力すると、その間は発電要求に拘わらず、回転電機１の発電を停止するように整流器３へのトルク指令値を０に制御する。停止指令の入力がなくなると、通常制御へ復帰するのであり、発電要求が継続する場合、整流器３へのトルク指令値を要求に応じて制御する。
【００３０】
均等化処理により、端子間電圧が基準電圧以上のキャパシタセル１１については、バイパス回路１２のスイッチ手段１４が閉成（ＯＮ）され、それ以上の充電を規制する一方、端子間電圧が基準電圧未満のキャパシタセル１１については、バイパス回路１２のスイッチ手段１４が開成（ＯＦＦ）され、基準電圧へ充電させるのである。
【００３１】
均等化処理では、スイッチ手段１５がＯＮのバイパス回路１２を充電電流の一部が流れ、抵抗１５など発熱させるが、温度管理処理により、冷却期間（充電・均等化処理を停止する指令の出力中）が与えられ、バイパス回路１２の温度が過度に上昇するのが避けられるので、バイパス回路１２の発熱に因る損傷の防止が図れ、蓄電装置２の耐久性および信頼性の向上が得られる。
【００３２】
各バイパス回路１２の検出温度は、リレーマトリックス１９の択一的な中継の切り替えに伴ってＡＤコンバータ１８から順次に読み込まれ、異常かどうかの判定が行われるのであり、複数の温度センサ１７に対しＡＤコンバータ１８が１つのみで良く、装置の低コスト化および小型化を実現することができる。
【００３３】
ハイブリッドシステムにおいては、整備などの安全性を確保するため、各キャパシタセル１１の蓄える静電エネルギをバイパス回路１２へ放電させるようにスイッチ手段１４を制御する手段が備えられる。図示しないが、整備スイッチ（蓄電装置２の完全放電を要求するための手段）が配置される。そのＯＮ−ＯＦＦ状態はコントロールユニット２０により検出され、蓄電装置２の完全放電を制御する機能が制御手段１３に設定される。
【００３４】
図７は、コントロールユニット２０の制御内容の一部を説明する流れ図である。Ｓ１において、コントロールユニット２０は、通信ネットワークを介して情報を入力する。Ｓ２において、コントロールユニット２０は、その入力情報に基づいて、整備スイッチがＯＮかどうかを判定する。Ｓ２の判定がｙｅｓの間は、Ｓ３の放電制御を実行する一方、Ｓ２の判定がｎｏのときは、制御を終了する。
【００３５】
図８は、Ｓ３において、コントロールユニット２０の指令に基づいて制御手段１３が行う放電制御を説明する流れ図であり、あらかじめ各キャパシタセル１１の判定フラグＦＬＧ（１〜ｎ）＝０にセットする。Ｓ３．０１においては、判定対象番号ｉ（ｎ個のバイパス回路の番号を示す変数）＝１に設定する。Ｓ３．０２においては、ｉに対応するキャパシタセル１１の端子間電圧Ｖｉ＞Ｖ０（放電下限電圧）かどうか判定する。Ｓ３．０２の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３．０３へ進む一方、Ｓ３．０２の判定がｎｏのときは、Ｓ３．０５へ飛び、ｉの判定フラグＦＬＧｉ＝１にセットする。
【００３６】
Ｓ３．０３においては、ｉに対応する温度センサ１７の検出信号をＡＤコンバータ１８を介して読み取るようにリレーマトリックス１９の択一的な中継の切り替えを制御しつつ、ＡＤコンバータ１８からの出力信号に基づいて、検出温度Ｔｉを最大許容温度Ｔ０と比較し、検出温度Ｔｉが異常（Ｔｉ≧Ｔ０）かどうかを判定する。Ｓ３．０３の判定がｙｅｓのときは、Ｓ３．０４において、ｉのバイパス回路１２をＯＦＦする一方、Ｓ３．０３の判定がｎｏのときは、Ｓ３．０６において、ｉのバイパス回路１２をＯＮする。
【００３７】
Ｓ３．０７においては、ｉ＝ｎかどうかを判定する。Ｓ３．０７の判定がｙｅｓのときは、ｓ３．０８へ進む一方、Ｓ３．０７の判定がｎｏのときは、Ｓ３．０９において、ｉ＝ｉ＋１に設定後、Ｓ３．０２へ戻るのである。Ｓ３．０８においては、判定フラグＦＬＧ（１〜ｎ）のすべてが１にセットかどうかを判定する。Ｓ３．０８の判定がｙｅｓのときにのみ、放電制御の終了をコントロールユニット２０へ伝える。
【００３８】
このような制御により、各キャパシタセル１１の蓄える静電エネルギをバイパス回路１２へ放電させる過程において、ｉの温度が異常に上昇すると、ｉのバイパス回路１２をＯＦＦされ、冷却期間が与えられ、ｉの温度が低下すると、ｉのバイパス回路１２がＯＮされる。そのため、バイパス回路１２の温度が過度に上昇するのを防止しつつ、各キャパシタセル１１の端子間電圧を最終的に下限値Ｖ０（＝０ボルト）まで低下させることができる。冷却期間は、ｉ＝ｎにより、繰り返される処理において、ｉの温度の判定に基づいて、ｉのバイパス回路１２がＯＮに至るまでの経過時間となる。
【００３９】
図９，図１０は、温度センサ１７の組付状態を表す簡便な一例であり、抵抗１５の発熱を感度よく検出できるほか、固定治具により、振動の多い装置、たとえば車両に搭載する際に車体の揺れ等に対する検温部１７ａの定着性を確保できるのである。
【００４０】
図９の場合、温度センサ１７の検温部１７ａは、回路基板２５に定着される角形断面の抵抗１５にクリップ３０（固定治具）を介して組み付けられる。クリップ３０は、溝型断面に形成され、両側部３０ａの開閉方向へ働く弾力を強めるため、両側部３０ａと底部３０ｂとの間に湾曲部３１が与えられる。
【００４１】
図１０の場合、固定治具に１組の止め具３５ａ，３５ｂが用いられ、ピン３６と長穴３７とにより、角形断面の抵抗１５を挟む幅の調整が可能に構成される。一方の止め具３５ａは、抵抗１５の一側面から上面を抑える状態で回路基板２５にビス止めされ、他方の止め具３５ｂは、抵抗１５の他側面に検温部１７ａを挟んで抵抗１５にビス止めされる。
【００４２】
図９のクリップ３０，図１０の止め具３５ａ，３５ｂおよびビス３８ａ，３８ｂについては、絶縁材から形成されるが、金属の製品の表面に絶縁処理を施したものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッドシステムの概要図である。
【図２】蓄電装置の構成図である。
【図３】バイパス回路の構成図である。
【図４】温度管理処理に係る機構図である。
【図５】電圧制御手段の制御内容を説明する流れ図である。
【図６】電圧制御手段の制御内容を説明する流れ図である。
【図７】電圧制御手段の制御内容を説明する流れ図である。
【図８】電圧制御手段の制御内容を説明する流れ図である。
【図９】温度センサの組付状態を表す説明図である。
【図１０】温度センサの組付状態を表す説明図である。
【符号の説明】
１  回転電機
２  蓄電装置
３  整流器
１０  バンク
１１  キャパシタセル
１２  バイパス回路
１３  制御手段
１４  スイッチ手段
１５  抵抗
１７  温度センサ
１８  ＡＤコンバータ
１９  リレーマトリックス
２０  コントロールユニット
【図１】
2004254385.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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