(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池とその二次電池に並列接続されたキャパシタとを備えた電源装置において、
前記キャパシタの温度及び前記キャパシタの電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出値に基づき、前記キャパシタからの放電電流を遮断するスイッチング素子と、
前記検出手段の検出値に基づき、前記キャパシタへの充電電流の制限及び遮断の少なくとも一つを行うスイッチング素子部とを備え、
前記充電電流の制限及び遮断の少なくとも一方を行うスイッチング素子部は、
前記キャパシタの電流経路に接続されたＭＯＳＦＥＴと、そのＭＯＳＦＥＴに並列かつ前記キャパシタへの充電電流方向と逆向きに接続されるダイオードとからなる第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と並列に接続されたＭＯＳＦＥＴと、そのＭＯＳＦＥＴに並列かつ前記キャパシタへの充電電流方向と逆向きに接続されるダイオードとからなる第２のスイッチング素子と、
その第２のスイッチング素子に直列接続される充電制限用抵抗とで構成され、
前記キャパシタの内部抵抗、及び、前記検出手段で検出される温度が予め設定された閾値よりも高いとき、前記第１のスイッチング素子をオフにする構成とした電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、
前記検出手段で検出されるキャパシタの温度が予め設定された温度閾値よりも高く、かつ、前記検出手段で検出される前記キャパシタの電圧が予め設定された電圧閾値よりも高いとき、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を共にオフにする構成とした電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
前記キャパシタは、一つ或いは互いに直列接続された複数個のキャパシタセルからなり、前記検出手段は、任意のキャパシタセルの電圧を検出可能に各キャパシタセルに接続された電源装置。
【請求項４】
請求項３記載の電源装置において、
互いに直列接続されたバランススイッチ素子と抵抗とが各キャパシタセルに並列に接続され、前記バランススイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴと、そのＭＯＳＦＥＴに並列かつ前記キャパシタへの放電電流方向と逆向きに接続されるダイオードとからなる電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電源装置において、
少なくとも一つのキャパシタセルの温度が予め設定された温度閾値を超え、かつ、そのキャパシタセルの電圧が予め設定された電圧閾値よりも高く設定された過電圧閾値を超えたときに、前記バランススイッチ素子をオンにする構成とした電源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記放電電流を遮断するスイッチング素子は、前記キャパシタの電流経路に接続されたＭＯＳＦＥＴと、そのＭＯＳＦＥＴに並列かつ前記キャパシタの放電電流方向と逆向きに接続されるダイオードとからなる第３のスイッチング素子で構成された電源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記キャパシタは、電気二重層キャパシタである電源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記キャパシタは、リチウムイオンを負極に用いたハイブリッドキャパシタである電源装置。
【請求項９】
請求項８記載の電源装置において、
前記キャパシタの電流経路には、ＭＯＳＦＥＴと、そのＭＯＳＦＥＴに並列かつ前記キャパシタへの放電電流方向と逆向きに接続されるダイオードとからなる第３のスイッチング素子が接続された電源装置。
【請求項１０】
請求項９記載の電源装置において、
前記ハイブリッドキャパシタの過放電電圧閾値が設定され、前記ハイブリッドキャパシタの放電電圧が前記過放電電圧閾値より低くなったとき、前記第３のスイッチング素子をオフにする構成とした電源装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記キャパシタと並列に接続された別のキャパシタと、前記別のキャパシタの温度及び前記別のキャパシタの電圧を検出する別の検出手段と、前記別の検出手段の検出値に基づき、前記別のキャパシタからの放電電流を制限する別のスイッチング素子と、前記別の検出手段の検出値に基づき、前記別のキャパシタへの充電電流の制限及び遮断の少なくとも一つを行う別のスイッチング素子とを備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか1項に記載の電源装置にモータ及びオルタネータが接続される車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池とキャパシタとでハイブリッド構成された電源装置及び車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電池技術の進歩によって、ハイブリッド車の普及が急速に進んでいる。ハイブリッド車は、二次電池を用いてモータ等を駆動したり、減速時のエネルギーを二次電池に回生したりするシステムを有する。二次電池は、新型二次電池の出現、小型軽量化および高出力密度化により、シール鉛バッテリーからＮｉ水素電池、さらにはＬｉイオン電池へと発展してきた。いずれの二次電池においても、エネルギー密度を高めるため、電池活物質の開発や高容量かつ高出力の電池構造の開発が行われ、出力密度が高く、使用可能時間の長い電源を実現する努力がなされている。
【０００３】
自動車分野において、燃費改善への努力がなされているが、今後も二酸化炭素などの排出物削減のために既存の自動車にも新しい燃費改善機能を追加する傾向が予想される。そのため、低損失の電源、すなわち、内部抵抗の小さい電源が要求される。
【０００４】
内部抵抗の小さい電源を二次電池で実現する場合は、その最大出力電流の小ささが問題となる。そこで、出力電流の制限を必要としないキャパシタの必要性が高まっており、一例として電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）が一般的に知られている。また、電気二重層キャパシタが平滑用などに使用されるようなコンデンサと二次電池との中間的な特性を示すのに対して、電気二重層キャパシタと二次電池の中間的な特性を示す、高エネルギー密度のキャパシタとしてリチウムイオンを負極に用いたハイブリッドキャパシタ（ＨＣ）がある。これらキャパシタに関しては、エネルギー密度は小さいが出力密度が二次電池よりも高いことから、瞬間的な出力が要求されるアイドリングストップシステムに適用した例が知られる（例えば、特許文献１参照）。ただし、一般的に、キャパシタは自己放電が大きいため、キャパシタ単体での使用は現実的ではなく、二次電池とのハイブリッド構成としている。二次電池とキャパシタとは、機械式のリレーを使用したスイッチや、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）等の半導体素子のスイッチを用いて接続されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５２８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャパシタを用いた電源装置においては、キャパシタの異常（劣化、発熱）や故障を防ぐための制御についても検討する必要がある。アイドリングストップシステムにおいて再スタート時のスタータモータの電力補償をキャパシタで実現するためには、低抵抗化による燃費改善のために鉛蓄電池と同様にエンジンルーム内に配置して配線長を最短化することが望ましいが、温度的な点で非常に厳しい条件となる。また、前記のようにキャパシタは出力密度の点で既存の二次電池よりも期待できるが、内部抵抗と電流によって発生する発熱は二次電池と同様に存在する。したがって、キャパシタが劣化して内部抵抗が高くなったときや、電流の入出力を頻発したこと等によってキャパシタが高温となったときには、キャパシタの電流を低減させて発熱を低減させる必要がある。キャパシタの発熱を低減させるためには、キャパシタから二次電池へのスイッチを遮断する方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、このような場合は鉛蓄電池などの二次電池がスタータモータ等の全放電電流を負担することとなるが、鉛蓄電池などの二次電池は大電流の充放電によって劣化しやすいという課題がある。さらに、鉛蓄電池などの二次電池は全放電電流を保障できるように、高性能化や大型化せざるを得ないため、キャパシタをハイブリッドにしたことによる利点が小さくなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決すべく、キャパシタの状態の合わせた二次電池への電力供給量制御をスイッチング素子を利用して実現し、キャパシタの温度上昇及びキャパシタの劣化を抑制することができる電源装置及び車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく本発明に係る電源装置は、二次電池とその二次電池に並列接続されたキャパシタとを備えた電源装置において、キャパシタの温度及びキャパシタの電圧を検出する検出手段と、検出手段の検出値に基づき、キャパシタからの放電電流を制限するスイッチング素子と、検出手段の検出値に基づき、キャパシタへの充電電流の制限及び遮断の少なくとも一つを行うスイッチング素子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャパシタの温度上昇及びキャパシタの劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、好適な第１の実施形態の電源装置を示す回路図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の電源装置１０は、例えば、車両に搭載され、オルタネータ兼スタータモータ（発電機兼電動機）として機能する回転電機１００に接続される。なお、以下の説明では、上記回転電機１００がスタータモータとして機能しているときは「モータ」と称し、オルタネータとして機能しているときは「オルタネータ」と称する。
【００１４】
電源装置１０は、互いに並列接続された鉛蓄電池等の二次電池１とキャパシタ２とを備える。キャパシタ２は複数個（図では４個）のキャパシタセル３が直列接続されてなり、各キャパシタセル３は電気二重層キャパシタセルである。
【００１５】
キャパシタ２の＋側の電流経路４には放電遮断スイッチング素子（第３のスイッチング素子）５と充電制御スイッチング部６とが互いに直列に接続されている。放電遮断スイッチング素子５は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７と、ＭＯＳＦＥＴ７のドレイン−ソース間に形成され、キャパシタ２からモータ１００側へ流れる放電電流方向とは逆向きに接続されたボディダイオード８とで構成される。放電遮断スイッチング素子５は、スイッチオン（ゲートオン）時にはキャパシタ２からの放電電流を通過させ、スイッチオフ時には放電電流を遮断する。また、放電遮断スイッチング素子５では、後述するキャパシタ２への充電モードの時には、ボディダイオード８を介してスイッチのオンオフに関係なくキャパシタ２への充電電流を通過させる。
【００１６】
充電制御スイッチング部６は、互いに並列接続された充電遮断スイッチング素子（第１のスイッチング素子）９と、充放電制限スイッチング素子（第２のスイッチング素子）１１と、充放電制限スイッチング素子１１側に接続された充電制限用抵抗１２とからなる。充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１は、それぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７のドレイン−ソース間に形成され、オルタネータ１００からキャパシタ２側へ流れる充電電流方向とは逆向きに接続されたボディダイオード８とで構成される。充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１はそれぞれ、スイッチオン（ゲートオン）時にはキャパシタ２への充電電流を通過させ、スイッチオフ時には充電電流を遮断する。また、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１は、後述するモータ１００への放電モードの時には、それぞれのボディダイオード８を介してスイッチのオンオフに関係なくキャパシタ２からの放電電流を通過させる。
【００１７】
各キャパシタセル３には、バランススイッチ素子１３と、バランススイッチ素子１３に直列接続されたバランススイッチ用抵抗１４とが、各キャパシタセル３と並列に接続されている。各バランススイッチ素子１３は、ＭＯＳＦＥＴ７と、ＭＯＳＦＥＴ７のドレイン−ソース間に形成され、キャパシタ２の放電電流方向とは逆向きに接続されたボディダイオード８とで構成される。
【００１８】
放電遮断スイッチング素子５、充電遮断スイッチング素子９、充放電制限スイッチング素子１１及びバランススイッチ１３を構成するそれぞれのＭＯＳＦＥＴ７のゲートは、ＭＯＳＦＥＴ７のスイッチ制御（オンオフ）するための判別制御手段１５に接続される。
【００１９】
判別制御手段１５は、キャパシタ２の温度と、キャパシタ２の劣化（キャパシタセル３に発生する内部抵抗による電圧降下）とを監視し、キャパシタ２の劣化と温度とによって、各スイッチ素子を制御するものである。
【００２０】
判別制御手段１５は、マイコンで構成され、ＭＯＳＦＥＴ７のゲート駆動するための昇圧型ゲートドライバを備える（内蔵される）。昇圧型ゲートドライバは、チャージポンプ型など、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７のゲート駆動機能を有するものであればいずれのものを用いてもよい。
【００２１】
マイコン１５は、キャパシタ２の電圧監視用のＡ／Ｄコンバータを内蔵すると共に、キャパシタ２の両端の電圧（直列接続されたキャパシタセル３の総電圧）を監視する（経路１６）。なお、図中１７は、電圧測定用抵抗である。さらに、マイコン１５は、マルチプレクサ１８を用いて各キャパシタセル３に順次切換え接続され（経路１９）、各キャパシタセル３の電圧を監視する。マイコン１５は、二次電池１に接続され（図示せず）、二次電池１の電圧も監視する。マイコン１５は、各スイッチング素子５，９，１１，１３のＭＯＳＦＥＴ７のオンオフ制御機能、電源（キャパシタ２、二次電池１）の電圧監視機能の他に、車両が備える上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）への通信機能を有する。
【００２２】
判別制御手段１５には、キャパシタ２の温度を検出するための温度検出手段２０と、放電遮断スイッチング素子５と充電遮断スイッチング素子９とを流れる電流を検出する電流検出手段２３とが接続されている。
【００２３】
温度検出手段２０は、マイコン１５に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されたＰＴＣサーミスタ（Positive Temperature Coefficient）２１と、分圧用の抵抗２２とで構成され、ＰＴＣサーミスタ２１は、キャパシタセル３の表面に取付けられる。
【００２４】
電流検出手段２３は、マイコン１５に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続された差動アンプで構成され、その差動アンプは、放電遮断スイッチング素子５から充電遮断スイッチング素子９までの経路の両端に接続されている。
【００２５】
次に、電源装置１０の制御方法について、図２〜図６を基づき説明する。
【００２６】
（第１の制御方法）
通常状態（キャパシタ２に異常がなく充電、放電されている間）においては、放電遮断スイッチング素子５、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１は３つともＯＮの状態で、バランススイッチ素子１３はすべてＯＦＦの状態で、キャパシタ２の放電或いは充電が行われる。
【００２７】
図２に示すように、温度検出手段２０で検出されるキャパシタセル３の温度が、予め設定された第１の温度閾値（異常と判定される温度の下限）以上であるかを、判別制御手段１５で判別する（ステップＳ１）。
【００２８】
キャパシタセル３の温度が第１の温度閾値を超えない場合（Ｓ１→Ｎ）、放電遮断スイッチング素子５、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子は、いずれもＯＮのまま通常動作される（ステップＳ２）。キャパシタセル３の温度が第１の温度閾値以上であった場合（Ｓ１→Ｙ）、キャパシタセル３に劣化があるか判別する（ステップＳ３）。キャパシタセル３の劣化とは、キャパシタセル３内に発生する内部抵抗が予め設定された値よりも大きくなったことを示す（抵抗劣化）。各キャパシタセル３の内部抵抗は、バランススイッチ素子１３をＯＦＦしたときのキャパシタセル３の電圧と、バランススイッチ素子１３をＯＮしたときのキャパシタセル３の電圧とを測定し、その差分電圧とバランススイッチ用抵抗１４の抵抗値から求めている。キャパシタセル３の温度及び劣化の判別は、全てのキャパシタセル２に対して行うのが好ましいが、少なくとも１つのキャパシタセル３について行えばよい。
【００２９】
キャパシタセル３に劣化がない場合（Ｓ３→Ｎ）、各スイッチング素子５，９，１１はＯＮのまま通常動作される（ステップＳ４）。
【００３０】
キャパシタセル３に劣化があった場合（Ｓ３→Ｙ）、図３に示すように、放電遮断スイッチング素子５と充放電制限スイッチング素子１１はＯＮのまま、充電遮断スイッチング素子９のみをＯＦＦにするモードとなる（ステップＳ５，第１制御モード）。第１制御モードでは、キャパシタ２の放電時（モータ１００への電力供給時）の放電電流は、放電遮断スイッチング素子５を通過し、充電遮断スイッチング素子９側のボディダイオード８と充放電制限スイッチング素子１１に分流し、これらを通過後合流してモータ１００に供給される。
【００３１】
第１制御モード時の本電源装置１０の回路構成を二次電池１側からみると、充電遮断スイッチング素子９のボディダイオード８の順方向電圧が電圧降下として生じているため、キャパシタ２の放電時の回路は、通常状態よりもキャパシタ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が増加したことと等しくなる。よって、放電時には、二次電池１とキャパシタ２との電流バランスが変化し、キャパシタ２の放電電流が低下する。
【００３２】
ただし、キャパシタ２と二次電池１の放電時において、キャパシタ２の電圧と二次電池１の電圧とを監視し、キャパシタ２の電圧が二次電池１の電圧以下になったとき、充電遮断スイッチング素子９及び充放電遮断スイッチング素子１１のスイッチをＯＦＦにする。両スイッチング素子９，１１をＯＦＦにすることにより、キャパシタ２への充電方向の電流経路は遮断され、二次電池１から供給される電流がキャパシタ２へ流れるのを防ぐことができる。
キャパシタ２の充電時（オルタネータ１００からキャパシタ２への電力供給時）の電流経路は、充電遮断スイッチング素子９のＭＯＳＦＥＴ７がＯＦＦ、そのボディダイオード８が充電電流方向とは逆向きであるから、充電遮断スイッチング素子９を通過せずに、充放電制限スイッチング素子１１、充電制限用抵抗１２、放電遮断スイッチング素子５を通過する経路となる。この電流経路では、充電制限用抵抗１２により、キャパシタセル３への充電電流は、通常動作時よりも小さくなる。
【００３３】
キャパシタセル３の放電電流及び充電電流が小さくなると、キャパシタセル３の発熱は抑制され、キャパシタセル３温度が低下する。キャパシタセル３は、充電遮断スイッチング素子９をＯＦＦにした状態で放電、充電され、キャパシタセル３の温度が予め設定された第２の温度閾値より低くなるまで、充電遮断スイッチング素子９をＯＦＦのままとする（ステップＳ６→Ｙ）。
【００３４】
キャパシタセル３の温度が第２の温度閾値より低くなったとき（Ｓ６→Ｎ）、充電遮断スイッチング素子９はＯＮにされ、通常動作が再開される（ステップＳ７）。第２の温度閾値は、充電遮断スイッチング素子９の応答にヒステリシスを持たせるために、第１の温度閾値よりも低くされている。
【００３５】
以上、第１の制御方法を用いる構成とすることにより、本電源装置では、キャパシタセル３の温度が上昇し、かつキャパシタセル３の内部抵抗が大きくなった（劣化が生じた）際に、キャパシタセル３の放電電流と充電電流の両方を低下させるため、キャパシタセル３の温度上昇を抑制することができる。また、キャパシタセル３の放電電流と充電電流の両方を低下させるので、キャパシタセル３の劣化（内部抵抗値の上昇）を抑制することができる。
【００３６】
（第２の制御方法）
本電源装置による第２の制御方法を図４，図５に基づき説明する。
【００３７】
第２の制御方法は、第１の制御方法において、さらにキャパシタセル３の電圧を監視（測定）し、その電圧が異常値を示した場合に各スイッチング素子を制御する方法である。
【００３８】
図４に示すように、キャパシタセル３の劣化がなかった場合（Ｓ３→Ｎ）に、キャパシタセル３の電圧を、予め設定された第１の電圧閾値（異常と判定される電圧の下限）と比較する（ステップＳ８）。
【００３９】
キャパシタセル３の電圧が第１の電圧閾値よりも低い場合（Ｓ８→Ｎ）、各スイッチング素子はＯＮのまま通常動作される（ステップＳ９）。
【００４０】
キャパシタセル３の電圧が第１の電圧閾値以上の場合（Ｓ８→Ｙ）、図５に示すように、放電遮断スイッチング素子５はＯＮのまま、充電遮断スイッチング素子９と充電遮断スイッチング素子１１をＯＦＦにするモードとなる（ステップＳ１０，第２制御モード）。
【００４１】
第２制御モードでは、キャパシタセル３からの放電方向の電流経路は、放電遮断スイッチング素子５を通過し、充電遮断スイッチング素子９側と充放電制限スイッチング素子１１側のボディダイオード８に分流し、これらを通過後合流してモータ１００へ向かう。
【００４２】
第２制御モード時のキャパシタ２からモータ１００への充電時における電源装置１０の回路構成を二次電池１側からみると、充電遮断スイッチング素子９と共に充放電制限スイッチング素子１１のボディダイオード８の順方向電圧がそれぞれ電圧降下として生じているため、キャパシタ２の放電時の回路は、キャパシタ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が第１制御モード時よりも増加したことと等しくなる。よって、キャパシタセル３の放電電流は、第１制御モード時よりもさらに低下する。
【００４３】
充電モード、すなわちオルタネータ１００からキャパシタ２への充電方向の電流経路は、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１のＭＯＳＦＥＴ７がＯＦＦかつ、両スイッチング素子９，１１のボディダイオード８が充電電流方向とは逆向きであるから、遮断される。
【００４４】
充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１をＯＦＦにした状態では、キャパシタセル３の放電電流は小さくなり、充電電流は流れないので、キャパシタセル３の電圧は次第に低下する。キャパシタセル３の電圧は判別制御手段１５で監視され、キャパシタセル３の電圧が予め設定された第２の電圧閾値より低くなるまで、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１をＯＦＦのままとする（ステップＳ１１→Ｙ）
キャパシタセル３の温度が第２の電圧閾値より低くなったとき（Ｓ１１→Ｎ）、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１はＯＮにされ、通常動作が開始される（ステップＳ１２）。第２の電圧閾値は、スイッチング素子９，１１の応答にヒステリシスを持たせるために、第１の電圧閾値よりも低く設定されている。
【００４５】
高電圧時は低電圧時よりも過電流が流れやすい状態であるが、第２の制御方法を用いる構成とすることにより、第１の制御方法を用いた構成よりも、キャパシタのセル３の温度上昇と電流に伴う劣化を抑制でき、キャパシタ２のセル電圧も次第に低下するため、高電圧時のセル耐圧までの保護、高温によるキャパシタ２の劣化の進行も抑制することができる。
（第３の制御方法）
本電源装置による第３の制御方法を図６のフローチャートに基づき説明する。
【００４６】
第３の制御方法は、第２の制御方法に加えて、キャパシタセル３が第１の電圧閾値よりも高い電圧（過電圧）を示した場合に各スイッチング素子５，９，１１を制御するステップを有する。つまり、過電圧が印加されたキャパシタセル３を判別し、そのキャパシタセル３の電圧を早く低下させるステップを含ませた方法である。
【００４７】
具体的には、図６に示すように、キャパシタセル３の劣化がなかった場合（Ｓ３→Ｎ）に、キャパシタセル３の電圧を、第１の電圧閾値よりも高い、予め設定された第１の過電圧閾値と比較する（ステップＳ１３）。
【００４８】
キャパシタセル３の電圧が第１の過電圧閾値よりも低い場合（Ｓ１３→Ｎ）、キャパシタセル３の電圧が第１の電圧閾値と比較し（ステップＳ８）、第２の制御方法で説明したステップを経て通常動作状態に移行する（ステップＳ９又はステップＳ１０，Ｓ１１）。
【００４９】
キャパシタセル３の電圧が第１の過電圧閾値以上の場合（Ｓ１３→Ｙ）、過電圧を示すキャパシタセル３に接続されているバランススイッチ素子をオンにするモードにする（ステップＳ１４、第３制御モード）。
【００５０】
充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１がＯＦＦ、バランススイッチ素子１３がＯＮとなっているため、キャパシタセル３には充電されず、かつキャパシタセル３から常時放電されている状態となる。
【００５１】
ただし、ステップＳ１３，Ｓ１４において、キャパシタ２の電圧（キャパシタセル３の総電圧）を測定し、その電圧がキャパシタ２の第１の過電圧閾値以上（キャパシタセル３の過電圧閾値とは別に設定される、例えば、キャパシタセルの第１の過電圧閾値の合計）の場合は、全てのバランススイッチ素子１３をＯＮにする。全バランススイッチ素子１３がＯＮの場合は、全てのキャパシタセル３が常時放電されている状態となる。
【００５２】
キャパシタセル３の電圧（或いはキャパシタの総電圧）は、判別制御手段１５で監視され、第１の過電圧閾値よりも低い、予め設定された第２の過電圧閾値より低くなるまで、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１をＯＦＦ、バランススイッチ素子をＯＮのままとする（ステップＳ１５→Ｙ）。
【００５３】
キャパシタセル３の電圧が第２の過電圧閾値より低くなったとき（Ｓ１５→Ｎ）、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１はＯＮにされ、バランススイッチ素子１３はＯＦＦにされ、通常動作が開始される（ステップＳ１６）。
【００５４】
バランススイッチ素子１３のＯＦＦ条件（第２の過電圧閾値）は、第１の電圧閾値より低く設定されるものであるが、バランススイッチ素子１３の切替によるチャタリングを防止すべくヒステリシスをもたせてより小さな設定値としてもよい。
【００５５】
第３の制御方法を用いる構成とすることにより、第２の制御方法を用いた構成よりも、キャパシタセル３の電圧を早く低下させることができるため、キャパシタセル３の過電圧による故障を防止できる。高電圧、高温によるキャパシタセル３の劣化の状態を早く解消することができるため、キャパシタ２の長寿命化に効果的である。
【００５６】
以上、本実施形態の電源装置によれば、キャパシタ２の放電及び充電の際に生じるキャパシタ２の発熱と劣化を抑制することができる。キャパシタ２が異常状態（発熱、或いは劣化状態）になったときも、キャパシタ２からの放電電圧を０にさせることがないので、常に二次電池１への電力保障を実現できる。キャパシタ２の異常を防ぐ（異常から回復させる）ことができるので、二次電池１の容量低減も可能となり、二次電池１の小型化を図れる。また、二次電池１の負担が減ることから、二次電池１の放電電流の増加によるダメージも抑制できるので、二次電池１の長寿命化にも効果的である。
【００５７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。
【００５８】
各スイッチング素子５，９，１１，１３を構成するＭＯＳＦＥＴ７として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用い、低抵抗な構成としたが、各スイッチング素子５，９，１１，１３の少なくとも１つにＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。
【００５９】
判別制御手段１５は、汎用マイコンを用いて構成したが、他に、専用のＩＣを用いて構成してもよい。電流検出手段２３は、差動アンプを用いて、スイッチング素子５，９の両端の電圧を測定するものであるが、他に、ホール素子による検出、シャント抵抗の電圧測定、カレントトランスの電圧測定による電流検出をしてもよく、スイッチング素子５，９を流れる電流を検出可能な機能を有すれば、他のものを用いてもよい。温度検出手段２０としては、ＰＴＣサーミスタ２１を用いたが、他にＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタ、温度ＩＣを用いて温度検出する構成としてもよい。温度検出箇所は、キャパシタセル３表面としたが、温度検出箇所を、キャパシタ２に接続される回路基板、キャパシタ２を収容する筐体としてもよい。
【００６０】
本実施形態では、キャパシタ２の電流経路４に、放電遮断スイッチング素子５、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１とを設けた構成としたが、キャパシタへの充電電流を制限するスイッチング素子及びキャパシタへの充電電流の制限及び遮断の少なくとも一つを行うスイッチング素子として、充電遮断スイッチング素子９のみを電流経路４に設けた構成としてもよく、或いは充電遮断スイッチング素子９と充電遮断スイッチング素子９に並列に接続される充放電制限スイッチング素子１１と充電制限用抵抗とを電流経路４に設けた構成としてもよい。
【００６１】
次に、好適な第２の実施形態の電源装置について説明する。
【００６２】
本実施形態の電源装置の基本的な構成部分は、上述した図１の電源装置１０とほぼ同様であるが、前実施形態のキャパシタ２を、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）に代わりリチウムイオンを負極に用いたハイブリッドキャパシタ（ＨＣ）とした点において異なる。
【００６３】
ここで、一般的な電気二重層キャパシタとハイブリッドキャパシタの放電特性の違いについて、図７を用いて説明する。
【００６４】
図７は、電気二重層キャパシタとハイブリッドキャパシタのそれぞれについて、放電量と電圧の関係を示したグラフである。
【００６５】
電気二重層キャパシタ（図中、グラフ７１）及びハイブリッドキャパシタ（図中、グラフ７２）は、放電量が多くなるに従って電圧が下がる。ハイブリッドキャパシタは、電気二重層キャパシタ２に対して放電電圧が高い。しかしながら、電気二重層キャパシタは、放電電圧が０になるまで放電可能であるのに対し、ハイブリッドキャパシタは、放電量が大きくなり、放電限界となる電圧（下限電圧）を下回るまで放電すると劣化し、その劣化は回復不可能である。
【００６６】
本実施形態の電源装置は、電気二重層キャパシタよりも高い放電電圧を有するハイブリッドキャパシタを備え、そのハイブリッドキャパシタの電圧が上記の下限電圧（過放電電圧）以下になるのを防ぐためのステップを含む構成としたものである。
【００６７】
本実施形態の電源装置の制御方法について図８に基づき説明する。
【００６８】
図８に示すように、本電源装置では、図６で説明した前実施形態の電源装置（第３の制御方法）において、キャパシタ２の温度が第１の温度閾値を超えない場合（ステップＳ１→Ｎ）、通常動作に移行するところ、キャパシタセル３の電圧を測定し、予め設定した過放電電圧閾値と比較する（ステップＳ２１）。
【００６９】
キャパシタセル３の電圧が過放電閾値よりも大きい場合（Ｓ２１→Ｎ）、各スイッチング素子はＯＮのまま通常動作される（ステップＳ２２）。
【００７０】
キャパシタセル３の電圧が過放電閾値以下である場合（Ｓ２１→Ｙ）、図４に示すように、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１はＯＮのまま、放電遮断スイッチング素子５のみをＯＦＦにするモードとなる（ステップＳ２３，第４制御モード）。
【００７１】
第４制御モードでは、キャパシタ２からの放電経路は、放電遮断スイッチング素子５がＯＦＦかつ、放電遮断スイッチング素子５のボディダイオード８が放電電流方向と逆向きであるから、遮断される。キャパシタ２への充電経路は、充電遮断スイッチング素子９及び充放電制限スイッチング素子１１を通過し、放電遮断スイッチング素子５のボディダイオードを通過してキャパシタ２へ到達する。放電遮断スイッチング素子５をＯＦＦにした状態では、キャパシタセル３の放電は遮断されるので電圧が下がることなく、充電のみが可能となるので電圧は次第に上昇する。キャパシタセル３の電圧は、判別制御手段１５で監視され、キャパシタセル３の電圧が予め設定された第２の過放電閾値より高くなるまで、放電遮断スイッチング素子５をＯＦＦのままとする（ステップＳ２４→Ｙ）。
【００７２】
キャパシタセル３の電圧が第２の過放電閾値より高くなったとき（Ｓ２４→Ｎ）、放電遮断スイッチング素子５はＯＮにされ、通常動作が開始される（ステップＳ２５）。第２の過放電閾値は、第１の過放電閾値よりも高く設定されている。第２の過放電閾値を、キャパシタセル３の下限電圧を示す第１の過放電閾値よりも高くすることで、通常動作を再開してもキャパシタセル３の電圧が異常電圧にすぐに到達しないようにするためである。
【００７３】
本電源装置によれば、ハイブリッドキャパシタ２を用いることにより、電気二重層キャパシタ２を用いた場合に比べ、高い放電出力が得られる。ただし、ハイブリッドキャパシタ２は、高い放電出力が得られるものの、過放電状態になると激しく劣化するものである。本電源装置は、キャパシタセル３の電圧が低くなったことを検知し、キャパシタセル３の放電を停止させる制御を行うことにより、過放電によるキャパシタセル３の故障を防止することができる。本電源装置は、ハイブリッドキャパシタが過放電状態になるのを防ぎ、ハイブリッドキャパシタの長寿命化を図ることができる。
【００７４】
次に、本発明に係る好適な第３の実施形態の電源装置について説明する。
【００７５】
図１０に示すように、本実施形態の電源装置３０の基本的な構成部分は、上述した図１の電源装置１０とほぼ同様であり、同一構成部分には図１の場合と同一の符号を付してあるが、図１のキャパシタ２と並列に別のキャパシタを接続し、そのキャパシタ２の電流経路にも前実施形態と同様の放電遮断スイッチング素子及び充電制御スイッチング部を接続し、両キャパシタ２，３２に接続されたスイッチング素子が１つの判別制御手段に接続される点において異なる。
【００７６】
具体的には、電源装置３０は、二次電池１にそれぞれ並列に接続された第１のキャパシタ２と第２のキャパシタ３２とを備える。
【００７７】
第１のキャパシタ２の＋側の電流経路には第１の放電遮断スイッチング素子５、第１の充電遮断スイッチング素子、第１の充放電制限スイッチング素子１１及び充電制限用抵抗１２が接続され、第２のキャパシタ３２の＋側の電流経路にも、第２の放電遮断スイッチング素子３３、第２の充電遮断スイッチング素子３４、第２の充放電制限スイッチング素子３５及び第２の充電制限用抵抗３６が同様に接続される。バランススイッチング素子、温度検出手段、電流検出手段も第１のキャパシタ側と第２のキャパシタ２側の両方にそれぞれ設けられている（図示せず）。
【００７８】
判別制御手段３６は、第１の各スイッチング素子５，９，１１及び第２の各スイッチング素子３３〜３５に接続される。具体的には、判別制御手段３６は、第１のキャパシタ２側の各スイッチング素子５，９，１１を駆動する第１のゲートドライバ３７と、第２のキャパシタ３２側の各スイッチング素子３３〜３５を駆動する第２のゲートドライバ３８と、第１及び第２のゲートドライバ３７，３８に接続され、スイッチ制御をするＣＰＵ３９とを備える。また、判別制御手段３６は、前実施形態と同様に、温度検出手段、電流検出手段にも接続される（図示せず）。
【００７９】
本実施形態の電源装置３０によれば、第一、第二の実施形態の作用効果に加え、一方のキャパシタ２が異常或いは故障したとしても、他方のキャパシタ３２が充放電を維持することができるので、キャパシタ２、３２からの放電電圧が０になることを防ぎ、二次電池１への電力保障を確実に実現することができる。二次電池１の負担が軽減されるので、二次電池１の容量を低減し、小型化を図ることができる。また、二次電池１の負担が減ることから、二次電池１の放電電流の増加によるダメージも抑制できるので、二次電池１の長寿命化にも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る好適な第１の実施形態の電源装置を示す回路図である。
【図２】図１の電源装置において、第１の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ５のスイッチ制御時における回路図である。
【図４】図１の電源装置において、第２の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ１０のスイッチ制御時における回路図である。
【図６】図１の電源装置において、第３の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】電気二重層キャパシタとハイブリッドキャパシタの放電特性を示すグラフである。
【図８】本発明に係る好適な第２の実施形態の電源装置における制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ２３のスイッチ制御時における回路図である。
【図１０】本発明に係る好適な第３の実施形態の電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  二次電池
２  キャパシタ
３  キャパシタセル
５  放電遮断スイッチング素子
６  充電制御スイッチング部
７  ＭＯＳＦＥＴ
８  ボディダイオード
９  充電遮断スイッチング素子
１０  電源装置
１１  充放電制限スイッチング素子
１２  充電制限用抵抗
１３  バランススイッチ素子
１５  判別制御手段（マイコン）
２０  温度検出手段
３０  電源装置
３２  第二のキャパシタ
【図１】
0005277711.tif 000002
【図２】
0005277711.tif 000003
【図３】
0005277711.tif 000004
【図４】
0005277711.tif 000005
【図５】
0005277711.tif 000006
【図６】
0005277711.tif 000007
【図７】
0005277711.tif 000008
【図８】
0005277711.tif 000009
【図９】
0005277711.tif 000010
【図１０】
0005277711.tif 000011