(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のブレーキを電気的に制御する機能を有する車両用電源装置で、車両の電源としてのバッテリーと、複数のキャパシタからなるキャパシタユニットを有し前記バッテリーの異常時に使用される補助電源と、前記バッテリーから前記補助電源を充電する充電制御部と、充電時にキャパシタユニットの電圧を監視する電圧監視部と、ブレーキペダルからの情報または車両の走行状態に応じた情報の少なくとも一方に基づき、前記バッテリーからの電力をブレーキに供給して車両を制動する電子制御部とを有し、前記電圧監視部はキャパシタユニット全体としての電圧が以下の（数１）によって計算される所定の電圧値Ｖ０以内にあることを監視するとともに、充電時に前記キャパシタユニットに前記所定の電圧値Ｖ０を上回る電圧が加わっていることを検知すると、電圧監視部が異常と判定し充電制御部が充電を停止することを特徴とする車両用電源装置。
【数１】
0004003798.tif 000003
ここに、Ｖ１はキャパシタセルの耐電圧、Ｆdegはキャパシタセルの初期ばらつき、Ａdegはキャパシタセルの経年劣化、Ｔは直列接続するキャパシタセルの数である。
【請求項２】
キャパシタセルはセル間電圧の初期ばらつきが、所定の値以内であることがあらかじめ確認されていることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
直列接続した複数個のキャパシタセルに所定の電圧で充電を行い、各キャパシタセルの充電電圧から各キャパシタセルの初期ばらつきを選別する請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
キャパシタセルの初期ばらつきを選別するために、直列接続した複数個のキャパシタセルに印加する電圧値Ｖ0は、以下の（数２）によって計算されることを特徴とする請求項３
記載の車両用電源装置。
【数２】
0004003798.tif 000004
ここに、Ｖ１はキャパシタセルの耐電圧、Ｆdegはキャパシタセルの初期ばらつき、Ｔは
直列接続するキャパシタセルの数である。
【請求項５】
直列に接続されたキャパシタセルに請求項４記載の印加電圧で充電し、各キャパシタセルの電圧を監視してすべてのキャパシタセルで電圧が耐電圧Ｖ１を超えず、かつ、（数３）を下回らない組合せでキャパシタユニットを構成することを特徴とする車両用電源装置。
【数３】
0004003798.tif 000005
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制動を電気的に行う車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められている。それに伴い、車両の制動についても、従来の機械的な制御から電気的な制御への開発が急速に進んでいる。
【０００３】
車両の制御を電気的に行うための電源としてバッテリーを用いる場合、バッテリーとは別に補助電源、特に電気二重層キャパシタを用いた補助電源を搭載して、バッテリーが電力が供給できなくなる事故に対応することは通常行われる。
【０００４】
電気二重層キャパシタを用いた補助電源では、キャパシタの耐電圧は比較的低いので、複数個のキャパシタを直列接続する。直列接続したキャパシタを充電する場合、キャパシタの特性のばらつきにより、特定のキャパシタにだけ電圧が集中して耐電圧を超えることがないように、各キャパシタの電圧管理を行なう。
【０００５】
例えば、日本特許出願特開２００１−２９２５０７号公報では、直列接続した複数のキャパシタを個々に電圧管理する。しかし個々のキャパシタの電圧管理は、回路規模が大きくなる問題がある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は上記従来の問題を解決するもので、あらかじめ選別した特性の近いキャパシタを使用して直列接続を構成し、直列接続全体に加わる電圧を管理するだけで個々のキャパシタを耐電圧以内で使用することができるようにする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の車両用電源装置は、車両の電源としてのバッテリーと、複数のキャパシタからなるキャパシタユニットを有しバッテリーの異常時に使用される補助電源と、バッテリーから補助電源を充電する充電制御部と、充電時にキャパシタユニットの電圧を監視する電圧監視部と、ブレーキペダルからの情報または車両の走行状態に応じた情報の少なくとも一方に基づき、バッテリーからの電力をブレーキに供給して車両を制動する電子制御部とを有し、電圧監視部はキャパシタユニット全体としての電圧が（数１）によって計算される所定の電圧値Ｖ０以内にあることを監視するとともに、充電時にキャパシタユニットに所定の電圧値Ｖ０を上回る電圧が加わっていることを検知すると、電圧監視部が異常と判定し充電制御部が充電を停止することを特徴とする。
【０００８】
本発明における車両用電源装置は、小さな回路規模でキャパシタの寿命劣化を防ぐので、メンテナンスフリーで瞬時に高出力を出す補助電源として、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車等に広く適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態における車両用電源装置の構成図である。バッテリー１は車両内に１２Ｖの電力を供給する。バッテリー１の補助電源として、電源バックアップユニット２が設けられる。電子制御部３は車両の制動を制御するための情報を出力する。バッテリー１と電源バックアップユニット２は、電子制御部３へ電力供給する。ブレーキペダル４は電子制御部３へ車両の制動を制御する情報を伝達する。ブレーキペダル４からの情報または車両の走行状態に応じた情報の少なくとも一方に基づき、電子制御部３はブレーキ５の制御を行い、タイヤ６を制動する。
【００１０】
図２は、車両用電源装置の回路図である。バッテリー１は、車両の動作を開始または終了するためのイグニッションスイッチ８を介して、電源バックアップユニット２のＩＧ（イグニッションジェネレータ）端子９に接続されるとともに、電源バックアップユニット２に電力を供給する＋ＢＣ端子１０に接続される。バッテリー１はさらに、電子制御部３の電源供給端子２０に接続される。
【００１１】
電源バックアップユニット２において、通信入力端子１１には電子制御部３からの信号が入力される。通信出力端子１２からは電子制御部３へ信号が出力される。バッテリー１の異常時には、電源バックアップユニット２内に蓄電された電荷がＯＵＴ端子１３から電子制御部３へ出力される。
【００１２】
キャパシタユニット１５は、バッテリー１の異常時に電子制御部３を介してブレーキ５へ電力供給を行うための補助電源である。キャパシタユニット１５は、例えば急速充放電が可能な電気二重層キャパシタを複数個用いて形成される。充電回路１６はキャパシタユニット１５を充電する。放電回路１７はキャパシタユニット１５を放電する。充電回路１６と放電回路１７はマイコン１４の指示に基づき制御される。
【００１３】
バックアップ検出手段１８はバッテリー１の電圧を検出する。電圧異常を検出した時、電力供給部１９は、キャパシタユニット１５の電荷をＯＵＴ端子１３を介して電子制御部３へ出力できるように動作する。
【００１４】
ここで、車両用電源装置の動作を説明する。車両の動作を開始させるためにイグニッションスイッチ８をＯＮにすると、バッテリー１は電源バックアップユニット２と電子制御部３に電圧１２Ｖを供給する。電子制御部３は、キャパシタユニット１５への充電を許可する充電許可信号を、通信入力端子１１を介して電源バックアップユニット２に入力する。マイコン１４が充電許可信号を受信し、充電回路１６へ送信する。充電が許可されると、バッテリー１から＋ＢＣ端子１０、充電回路１６を介してキャパシタユニット１５へ、バッテリー１の異常時に電子制御部３へ供給するための電荷が充電される。
【００１５】
一方、バックアップ検出手段１８が備えるセンサ（図示せず）はバッテリー１の出力電圧を検出し、ＯＵＴ端子１３に出力する。バッテリー１の出力電圧が基準値（９．５Ｖ）以上であれば、バッテリー１および電源バックアップユニット２の状態が正常であることを確認して、バッテリー１から電子制御部３へ継続して電力が供給される。
【００１６】
ブレーキペダル４を作動させると、電子制御部３にブレーキペダル４から情報が入力される。電子制御部３は入力情報に基づき、車両の制動を制御するための情報をブレーキ５に出力する。この情報に基づきブレーキ５はタイヤ６を制動する。
【００１７】
車両の動作を終了させるためにイグニッションスイッチ８をＯＦＦにすると、マイコン１４はキャパシタユニット１５に蓄えられている電荷の放電を指示する信号を放電回路１７に送信する。この信号に基づき放電回路１７は、キャパシタユニット１５に蓄えられている電荷を放電する。
【００１８】
次に、バッテリー１の異常時の車両用電源装置の動作を説明する。バッテリー１の出力電圧が基準値（９．５Ｖ）未満になると、バックアップ検出手段１８はバッテリー１が異常であると検出する。
【００１９】
この異常検出した情報に基づき、バッテリー１の正常時はＯＦＦ状態である電力供給部１９がＯＮ状態に変化し、キャパシタユニット１５からＯＵＴ端子１３への放電が可能となる。同時にバッテリー１からの電力供給は停止する。バックアップ検出手段１８は、キャパシタユニット１５に蓄えられている電荷の放電を指示する信号をマイコン１４へ送信する。この指示によってキャパシタユニット１５に蓄えられている電荷が、電力供給部１９を介してＯＵＴ端子１３に出力され電子制御部３に供給される。
【００２０】
マイコン１４は、バッテリー１の異常を知らせる信号を通信出力端子１２を介して電子制御部３へ送る。電子制御部３は、バッテリー１が異常であることを車両内部に表示し、直ちに車両を停止するように運転者に指示する。キャパシタユニット１５に蓄えられている電荷を電子制御部３へ供給しているので、運転者はブレーキペダル４を使用してブレーキ５を作動させることができ、車両は安全に停止する。
【００２１】
ここで、キャパシタユニットの充電について説明する。図３は、キャパシタユニット１５の回路図である。これ以後、図３のようにキャパシタを複数個直列接続したものを複数段並列に接続した一組を指してキャパシタユニットと呼び、キャパシタ一つ一つをキャパシタセルと呼ぶ。
【００２２】
例として、耐電圧２．１Ｖのキャパシタセルを７個直列接続したキャパシタユニットの充電を説明する。必要な最低充電電圧値は一般的な車両用のバッテリーと同じ１２．８Ｖとする。もしキャパシタセルの特性にばらつきがなければ、キャパシタユニットの耐電圧は２．１Ｖ×７＝１４．７Ｖであるので、電圧監視部であるマイコン１４は、充電時にキャパシタユニットの電圧が１４．７Ｖ以下であることを監視すればよい。しかし実際のキャパシタセルでは特性ばらつきがあるので、キャパシタユニットを１４．７Ｖに充電すればどれかのキャパシタセルは耐電圧２．１Ｖ以上に充電されるであろう。
【００２３】
そこで、キャパシタセルのセル間電圧の経年劣化が±２％、初期ばらつきが±３％であるとき、充電時の監視電圧を以下の条件で求める。
【００２４】
（１）＋５％ばらつきの１個のキャパシタセルには耐電圧一杯の２．１Ｖが加わる。
【００２５】
（２）残りの６個のキャパシタセルは−５％ばらつきである。
【００２６】
この条件より、キャパシタセルの耐電圧をＶ1、キャパシタセルの初期ばらつきをＦdeg、キャパシタセルの経年変化をＡdeg、直接接続するキャパシタセル数をＴとすると、監視電圧Ｖ0は（数１）で求められる。
【００２７】
【数１】
0004003798.tif 000002
【００２８】
ここで、Ｖ1＝２．１、Ｆdeg＝０．０３、Ａdeg＝０．０２、Ｔ＝７であるので、これらを（数１）に代入してＶ0を計算すると、Ｖ0＝１３．５Ｖとなる。
【００２９】
すなわち、マイコン１４は、充電時にキャパシタユニットの電圧が１３．５Ｖ以下であることを監視すればよい。そのようにすれば、どのキャパシタセルにも耐電圧２．１Ｖより大きい電圧が加わることなくキャパシタユニットを充電できる。キャパシタユニットの電圧が１３．５Ｖを超えるとマイコン１４は充電を停止し、キャパシタセルが異常であることを表示する。
【００３０】
ここで、キャパシタセルの初期ばらつきを選別する方法を説明する。図４に本発明の実施の形態におけるキャパシタセルの初期ばらつき管理方法の構成図を示す。キャパシタセルの初期ばらつきを、±３％以下に保証するためには以下のように選別する。
【００３１】
キャパシタセルを７個直列接続したものを充電する場合、充電電圧が最少でいずれかのキャパシタセルが耐電圧を越えるケースは、＋３％ばらついた１個のキャパシタセルだけが２．１Ｖとなり、他の６個のキャパシタセルはばらつきが−３％となる組合せの場合である。この場合−３％のキャパシタセルにかかる電圧は２．１×０．９７÷１．０３＝１．９７８Ｖであり、キャパシタセルを７個直列接続したものにかかる電圧は２．１＋１．９７８×６＝１３．９６６Ｖである。
【００３２】
それゆえ、キャパシタセルを７個直列接続したものに１３．９６６Ｖで充電し、キャパシタセル１個あたりの電圧が２．１Ｖ以下で１．９７８Ｖ以上であれば、各キャパシタセルの初期ばらつきが±３％以内であることを保証できる。
【００３３】
このようにして選別したキャパシタセルを用いてキャパシタユニットを構成すれば、充電時にキャパシタユニット１５の電圧が１３．５Ｖを超えないように管理するだけで、各々のキャパシタにかかる電圧を個別に監視することなく、各キャパシタセルに耐電圧を超える電圧が加わらないことが保証できる。これにより小さな回路規模でキャパシタの寿命劣化を防ぐことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明における車両用電源装置は、小さな回路規模でキャパシタの寿命劣化を防ぐので、メンテナンスフリーで瞬時に高出力を出す補助電源として、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車等に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態における車両用電源装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態における車両用電源装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの回路図
【図４】本発明の実施の形態におけるキャパシタセルの初期ばらつきを管理するための構成図
【符号の説明】
【００３６】
１  バッテリー
２  電源バックアップユニット
３  電子制御部
４  ブレーキペダル
５  ブレーキ
８  イグニッションスイッチ
９  ＩＧ端子
１４  マイコン（電圧監視部）
１５  キャパシタユニット
１６  充電回路（充電制御部）
【図１】
0004003798.tif 000006
【図２】
0004003798.tif 000007
【図３】
0004003798.tif 000008
【図４】
0004003798.tif 000009