JP2009146843A - Power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャパシタからなる蓄電部に電力を蓄える補助電源としての蓄電装置に関するものである。 The present invention relates to a power storage device as an auxiliary power source that stores electric power in a power storage unit including a capacitor.
近年、環境への配慮や燃費向上のために、モータとエンジンの動力をハイブリッド化した自動車(以下、車両という)が市販されている。このような車両は最適効率になるようにモータとエンジンを制御して走行するので好燃費が得られるが、さらにブレーキによる電力回生を行い、補機等の負荷やバッテリに回生電力を供給することによっても燃費の向上を図っている。但し、ブレーキの回生電力は短時間に大電力が発生するので、急速充放電特性に優れる大容量のキャパシタ(例えば電気二重層キャパシタ)に回生電力を充電するシステムが提案されている。 2. Description of the Related Art In recent years, automobiles (hereinafter referred to as “vehicles”) in which the power of a motor and an engine are hybridized are being marketed for environmental considerations and fuel efficiency improvements. Such a vehicle travels with the motor and engine controlled to achieve optimal efficiency, so fuel economy is obtained, but power regeneration by brakes is also performed to supply regenerative power to loads such as auxiliary machines and batteries To improve fuel economy. However, since the regenerative power of the brake generates a large amount of power in a short time, a system for charging the regenerative power to a large-capacity capacitor (for example, an electric double layer capacitor) excellent in rapid charge / discharge characteristics has been proposed.
上記の電力回生システムでは高信頼性が要求され、中でもキャパシタの劣化判断は高信頼性を確保する上で重要である。このようなキャパシタの劣化判断を行う車両用の蓄電装置が例えば特許文献1に提案されている。なお、特許文献1の蓄電装置は電気的な油圧制御を行う車両制動システムのバックアップ用補助電源として提案されている。
The above power regeneration system is required to have high reliability. In particular, it is important to judge deterioration of the capacitor in order to ensure high reliability. For example,
このような蓄電装置のブロック回路図を図4に示す。電力を蓄える蓄電素子には電気二重層キャパシタが用いられ、これを複数個接続して蓄電部としてのキャパシタユニット101が構成されている。キャパシタユニット101には、その充放電を制御する充電回路103、および放電回路105が接続されている。充電回路103と放電回路105はマイコン107によって制御されている。マイコン107にはバッテリ異常を検出するための電圧検出手段109が接続され、電圧検出手段109には異常時にキャパシタユニット101の電力を供給するFETスイッチ111が接続されている。
A block circuit diagram of such a power storage device is shown in FIG. An electric double layer capacitor is used as a power storage element for storing electric power, and a plurality of these are connected to form a
このようにして構成された蓄電装置113はバッテリ115と電子制御部117の間に接続されており、イグニションスイッチ119によって起動、停止するように制御されている。
The
電子制御部117は車両制動システムであるので、安全確保のためにバッテリ115が異常になっても電子制御部117を駆動させ続けなければならない。そこで、バッテリ115の異常を電圧検出手段109が検出すれば、FETスイッチ111をオンにしてキャパシタユニット101の電力を電子制御部117に供給することで、バッテリ115の異常に対応している。また、車両の使用終了時には、キャパシタユニット101の劣化を抑制するために、マイコン107は放電回路105によってキャパシタユニット101に蓄えられた電力を放電している。
Since the
このような蓄電装置113は、バッテリ115の異常時にも確実に電子制御部117に必要十分な電力を供給できるようにするために、キャパシタユニット101の劣化判断を行っている。すなわち、キャパシタユニット101は劣化が進行するに伴って、その内部抵抗値Rが上昇し容量値Cが低減するので、現在の内部抵抗値Rと容量値Cを求め、あらかじめ求めたこれらの劣化限界値(順にRd、Cdとする)と比較することにより、キャパシタユニット101の劣化を判断することができる。この劣化判断動作の詳細を図5により説明する。
Such a
図5は、蓄電装置113を起動した際におけるキャパシタユニット101の電圧経時変化特性を示し、横軸は時間を、縦軸はキャパシタユニット101の電圧を、それぞれ示す。
FIG. 5 shows voltage aging characteristics of the
前記したように、マイコン107は放電回路105によりキャパシタユニット101の電力を放電しているので、図5の時間0に示すように、蓄電装置113の起動時にはキャパシタユニット101の電圧は0V(グランドレベル)である。この状態で、マイコン107が充電回路103により定電流Iでキャパシタユニット101を充電すると、充電開始直後に、図5の時間0に示すようにキャパシタユニット101の内部抵抗値Rに比例した電圧上昇が起こり、その後、キャパシタユニット101の電圧が経時的に上昇していく。
As described above, since the
ここで、マイコン107はキャパシタユニット101の内部抵抗値Rを求めるために充電を80ミリ秒(80mS)の間、中断し、その際の電圧降下幅ΔV1を求める。これにより、内部抵抗値Rを、R=ΔV1/Iより求めている。
Here, the
その後、マイコン107は充電を再開し、その際の任意の時間幅Δtにおける電圧上昇幅ΔV2を求める。これにより、キャパシタユニット101の容量値Cを、C=I・Δt/ΔV2より求めている。
Thereafter, the
このようにして求めた内部抵抗値Rと容量値Cを、あらかじめ求めた劣化限界値Rd、Cdとそれぞれ比較し、R≧Rd、またはC≦Cdであれば、キャパシタユニット101が劣化していると判断できる。これにより、蓄電装置113の高信頼性を得ていた。
上記の蓄電装置113によると、確かにキャパシタユニット101の劣化判断を行うことにより、高信頼性の蓄電装置113を構成することができるのであるが、内部抵抗値Rや容量値Cは温度によっても値が変化する特性を有する。そこで、従来の蓄電装置113では温度が変化した場合、得られた内部抵抗値Rや容量値Cに対し温度補正を行って劣化を判断していた。
According to the
但し、温度補正を行うと内部抵抗値Rや容量値Cに誤差が含まれてしまう。この誤差は、蓄電装置113をバックアップ電源として用いる場合のように車両使用時は常に充電しておく用途であれば、キャパシタユニット101の劣化が急激に進行することがないため、許容することができる。しかし、電力回生用の場合はブレーキを操作する毎に回生電力を充電し、非ブレーキ時には充電した電力を放電するため、充放電の頻度が極めて高くなる。従って、その分、劣化進行が早まるので、より高精度な劣化判断が必要となる。ゆえに、従来の蓄電装置113のように、得られた内部抵抗値Rや容量値Cに対し温度補正を行うと、補正誤差が含まれてしまい、充放電頻度が高い用途では劣化判断の精度が不十分になる可能性があるという課題があった。
However, if the temperature is corrected, an error is included in the internal resistance value R and the capacitance value C. This error can be tolerated because the deterioration of the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部の内部抵抗値と容量値を高精度に求めることができる蓄電装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a power storage device capable of obtaining the internal resistance value and the capacitance value of a power storage unit with high accuracy.
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、キャパシタからなる蓄電部と、前記蓄電部に接続された充放電回路、および電圧検出回路と、前記蓄電部に配された温度センサと、前記充放電回路、前記電圧検出回路、および前記温度センサが接続された制御回路とを有し、前記制御回路は、前記温度センサの出力が基準温度に至り、かつ前記蓄電部への充放電信号を受信していない時に、前記充放電回路により定電流(I)で前記蓄電部の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の前記蓄電部の電圧(Vc)の変化を前記電圧検出回路で検出することで、前記蓄電部の内部抵抗値(R)と容量値(C)を求めるようにしたものである。 In order to solve the conventional problem, a power storage device according to the present invention includes a power storage unit including a capacitor, a charge / discharge circuit connected to the power storage unit, a voltage detection circuit, and a temperature sensor disposed in the power storage unit. And a control circuit to which the charge / discharge circuit, the voltage detection circuit, and the temperature sensor are connected, and the control circuit has an output of the temperature sensor that reaches a reference temperature and is charged to the power storage unit. When the discharge signal is not received, the charge / discharge circuit controls at least one of charging and discharging of the power storage unit with a constant current (I), and changes the voltage (Vc) of the power storage unit at that time. The internal resistance value (R) and the capacitance value (C) of the power storage unit are obtained by detecting with the voltage detection circuit.
本発明の蓄電装置によれば、温度センサの出力が基準温度に至り、かつ蓄電部への充放電信号を受信していない非充放電時に限って蓄電部の内部抵抗値(R)と容量値(C)を求めるので、温度補正をする必要がない。従って、温度補正による誤差も発生しないので、より高精度な内部抵抗値(R)と容量値(C)を求めることができる。 According to the power storage device of the present invention, the internal resistance value (R) and the capacity value of the power storage unit are limited only when the output of the temperature sensor reaches the reference temperature and the charge / discharge signal to the power storage unit is not received. Since (C) is obtained, there is no need for temperature correction. Accordingly, no error due to temperature correction occurs, so that a more accurate internal resistance value (R) and capacitance value (C) can be obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図である。図2は、本発明の実施の形態における蓄電装置の劣化判断時のフローチャートである。図3は、本発明の実施の形態における蓄電装置の蓄電部の電圧Vcの傾きを測定するフローチャートである。なお、図1において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。また、本実施の形態では蓄電装置を電力回生システムに用いた場合について説明する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block circuit diagram of a power storage device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart at the time of determining the deterioration of the power storage device according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart for measuring the slope of voltage Vc of the power storage unit of the power storage device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 1, thick lines indicate power system wirings, and thin lines indicate signal system wirings. In this embodiment, the case where the power storage device is used in a power regeneration system will be described.
図1において、蓄電装置11は発電機13、主電源15、および負荷17と接続されている。ここで、発電機13は車両のエンジンに接続され、車両制動時には走行エネルギーから回生電力を発生する。また、主電源15は車両用のバッテリであり、負荷17は車載電装品である。
In FIG. 1, the
蓄電装置11は次の構成を有する。まず、発電機13や主電源15の出力には充放電回路19が接続されている。また、充放電回路19には蓄電部23が接続されている。
The
充放電回路19は蓄電部23の充放電を制御する回路で、DC/DCコンバータを内蔵している。また、充放電回路19には蓄電部23の電圧Vcを検出し出力する電圧検出回路(図示せず)が内蔵されている。さらに、電圧検出回路の出力には増幅回路(図示せず)が接続されている。なお、増幅回路も電圧検出回路と同様に充放電回路19に内蔵されている。増幅回路は、蓄電部23の電圧Vcがグランドレベルにある時に電圧検出精度を向上するために設けられている。従って、電圧Vcが高電圧であれば、増幅回路の出力は飽和してしまう。そこで、増幅回路には、出力が飽和するほどの電圧Vcが入力された場合は、増幅回路や制御回路41等の周辺回路に影響を与えない既定電圧を出力するようにしている。これにより、制御回路41は増幅回路の出力が前記既定電圧であれば、電圧Vcがグランドレベル(0V近傍)よりも高い電圧になっていることを判断できる。
The charging / discharging
これらに加え、充放電回路19には定電流Iで放電するための放電抵抗(図示せず)も内蔵している。これにより、定電流放電時における蓄電部23の内部抵抗値や容量値を求めることができる。
In addition to these, the charging / discharging
一方、蓄電部23は、例えば蓄電素子として電気二重層キャパシタを複数個直列接続して必要な電力を賄う構成としている。なお、車両の回生電力仕様や負荷17の要求電力仕様によって電気二重層キャパシタの個数を増減したり直並列接続としてもよい。
On the other hand, the
蓄電部23には、その環境温度を検出する温度センサ25が配されている。温度センサ25には、温度に対する抵抗値変化が大きい特性を有するサーミスタを用いた。
The
充放電回路19と温度センサ25は信号系配線で制御回路41にも接続されている。さらに、充放電回路19に内蔵された電圧検出回路の出力も増幅回路を介して制御回路41に接続されている。制御回路41はマイクロコンピュータと周辺回路から構成されており、蓄電装置11の全体の動作を制御している。すなわち、制御回路41は充放電回路19に内蔵された電圧検出回路の出力から蓄電部23の電圧Vcを、温度センサ25の出力から温度Tを、それぞれ読み込む。また、制御回路41は充放電回路19に制御信号Contを送信することで充放電回路19の充電、または放電の制御を行う。さらに、制御回路41は車両側制御回路(図示せず)とデータ信号dataの送受信を行うことで互いに交信する機能を有している。
The charge /
次に、本実施の形態において最も特徴的な蓄電部23の劣化判断動作に限定して、図2、図3のフローチャートを用いて説明する。なお、制御回路41はメインルーチン(図示せず)から必要に応じて様々なサブルーチンを実行することにより全体の動作を行うソフトウエア構成としているので、図2、図3に示すフローチャートをサブルーチンの形態で示した。
Next, the description will be made with reference to the flowcharts of FIGS. 2 and 3 limited to the most characteristic deterioration determination operation of the
メインルーチンは、蓄電部23の劣化判断を行う前に、現在蓄電部23に対し充放電を行っていないことを確認する。なお、蓄電部23への充電は車両の制動により発電機13から回生電力が発生している場合に行われ、蓄電部23からの放電は車両が制動していない時に蓄電部23に充電した回生電力を主電源15や負荷17に供給している場合に行われる。これらの充放電制御は、車両の車速、ブレーキ信号、アクセル開度等の車両状況に応じて車両側制御回路(図示せず)から発せられる蓄電部23への充電信号、または放電信号(これらをまとめて充放電信号という)を、制御回路41がデータ信号dataとして受信することによってメインルーチンが行う。なお、充電信号は発電機13から回生電力が発生している場合に発せられ、放電信号は蓄電部23に充電した回生電力を主電源15や負荷17に供給する場合に発せられる。ここで、本実施の形態では回生電力をできるだけ多く回収するために、車両の制動が終われば蓄電部23に蓄えた電力を主電源15や負荷17に供給するように制御している。従って、車両使用中の通常時は、蓄電部23の電圧Vcがグランドレベルとなる。
The main routine confirms that the
以上に説明したように、メインルーチンは蓄電部23の充放電制御を司るので、現在蓄電部23への充放電が行われているか否かを知ることができる。もし、蓄電部23への充放電信号が受信されておらず非充放電時であれば、メインルーチンは蓄電部23の劣化判断を行うために図2のサブルーチンを実行する。なお、後述するように蓄電部23の劣化判断を行う場合は、主電源15の電力を用いて蓄電部23の劣化判断ができる程度の充放電を行うため、図2のサブルーチンを実行する時に蓄電部23の充放電を行っていない状態でなければならない。
As described above, since the main routine is responsible for charge / discharge control of the
図2のサブルーチンが実行されると、制御回路41はまず蓄電部23の電圧Vcを充放電回路19に内蔵された電圧検出回路から読み込む(ステップ番号S11)。但し、前記した通り、電圧検出回路には増幅回路が接続されているので、増幅後の電圧Vcを読み込むことになる。次に、電圧Vcがグランドレベルより大きいか否かを判断する(S13)。もし、電圧Vcがグランドレベルより大きければ(S13のYes)、蓄電部23への充放電が行われていない状態で、かつ電力を蓄えていることになる。これは、蓄電部23への回生電力の充電が終了したが、主電源15や負荷17に電力を供給する前の状態等が考えられる。この場合は、電圧Vcが高すぎて蓄電部23の劣化判断ができないので、そのまま図2のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。この理由は次の通りである。
When the subroutine of FIG. 2 is executed, the
本実施の形態では蓄電部23の劣化判断を行う場合、制御回路41は電圧Vcがグランドレベルの状態、すなわち蓄電部23が放電完了した状態から、主電源15の電力を用いて蓄電部23の劣化判断ができる程度の充電を行い、充電後に連続して放電するように制御している。ゆえに、S13の時点で電圧Vcが高すぎると、劣化判断のために充電を行っても増幅回路の出力(電圧Vc)が既定電圧のまま変化しなくなり、蓄電部23の劣化判断ができなくなるので、電圧Vcがグランドレベルより大きい場合は劣化判断を行わないようにしている。
In the present embodiment, when determining the deterioration of the
一方、電圧Vcがグランドレベルより大きくなければ(S13のNo)、蓄電部23は充放電が行われておらず、かつ放電が完了している状態であるので、劣化判断が可能となる。そこで、次に制御回路41は温度センサ25より蓄電部23の温度Tを読み込み(S15)、温度Tと基準温度を比較する(S17)。ここで、基準温度は劣化判断を行う温度のことであり、基準温度の時にのみ劣化判断を行うことで、蓄電部23の内部抵抗値や容量値に対する温度補正が不要となり、高精度な劣化判断が可能となる。基準温度は、蓄電部23の保存最低温度(例えば−30℃)以上で通常使用時の最高温度(例えば蓄電装置11を車室内設置した場合は30℃)以下の範囲であらかじめ決定して制御回路41のメモリに記憶しておく。なお、本実施の形態ではできるだけ劣化判断の頻度を上げるために、車室内で最も長時間に渡って維持される温度(例えば25℃)を基準温度と決定した。
On the other hand, if the voltage Vc is not greater than the ground level (No in S13), the
ここでS17に戻り、もし温度Tが基準温度と等しくなければ(S17のNo)、蓄電部23の劣化判断を行わず、そのまま図2のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。ここで、温度Tと基準温度が等しいとは、温度センサ25自体の誤差や温度出力の読み取り誤差等の誤差範囲内において等しいという意味であると定義する。
Here, the process returns to S17. If the temperature T is not equal to the reference temperature (No in S17), the deterioration determination of the
一方、温度Tが基準温度と等しければ(S17のYes)、この時点で蓄電部23は充放電を行っておらず、放電完了の状態であり、かつ基準温度に至っているので、蓄電部23の劣化判断を行う条件が揃ったことになる。そこで、制御回路41は充放電回路19に対し、蓄電部23を定電流Iで充電するよう制御信号Contを送信する。これを受け、充放電回路19は主電源15の電力を定電流Iで蓄電部23に充電開始する(以上、S19)。
On the other hand, if the temperature T is equal to the reference temperature (Yes in S17), the
その後、既定時間t1が経過したか否かを判断し(S21)、経過していなければ(S21のNo)、S21に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間t1は従来の図5に示した充電中断を行う時間であり任意に決定できるが、あまり長すぎると劣化判断に時間がかかるため、本実施の形態では5秒とした。 Thereafter, it is determined whether or not the predetermined time t1 has elapsed (S21). If it has not elapsed (No in S21), the process returns to S21 and waits until it elapses. Here, the predetermined time t1 is a time for performing the conventional interruption of charging shown in FIG. 5 and can be arbitrarily determined. However, if it is too long, it takes time to judge the deterioration, so in this embodiment it is set to 5 seconds.
既定時間t1が経過すると(S21のYes)、充放電回路19から蓄電部23の電圧Vcを読み込み(S23)、その値を制御回路41に内蔵したメモリである変数Vc1に代入する(S25)。なお、S25に示すように、電圧Vcを変数Vc1に代入する動作をVc1=Vcと記載する。これは、右辺の値(Vc)を左辺の変数(Vc1)に代入するという意味であり、以下のフローチャートにおいても判断動作以外は代入動作を上記のように記載する。
When the predetermined time t1 has elapsed (Yes in S21), the voltage Vc of the
その後、制御回路41は充電を中断するよう制御信号Contを充放電回路19に送信する(S27)。これにより、蓄電部23への充電が停止し、図5の充電中断時に示すように、蓄電部23の内部抵抗値に応じた電圧降下が発生する。
Thereafter, the
その後、既定時間t2が経過したか否かを判断し(S29)、経過していなければ(S29のNo)、S29に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間t2は図5に示した充電中断から充電再開までの時間であり、従来同様80ミリ秒とした。 Thereafter, it is determined whether or not the predetermined time t2 has elapsed (S29). If it has not elapsed (No in S29), the process returns to S29 and waits until it elapses. Here, the predetermined time t2 is the time from the interruption of charging to the resumption of charging shown in FIG.
既定時間t2が経過すると(S29のYes)、充放電回路19から蓄電部23の電圧Vcを読み込み(S31)、その値を変数Vc2に代入する(S33)。その後、制御回路41は充電を再開するよう制御信号Contを充放電回路19に送信する(S35)。これにより、再び蓄電部23が充電される。
When the predetermined time t2 has elapsed (Yes in S29), the voltage Vc of the
次に、制御回路41は充電時における蓄電部23の電圧Vcの経時変化の傾きを測定する。そのために、図3に示す電圧Vcの傾き測定サブルーチンを実行する(S37)。
Next, the
ここで、図3のサブルーチンの詳細動作について説明する。図3のサブルーチンが実行されると、まず既定時間t3が経過したか否かを判断し(S81)、経過していなければ(S81のNo)、S81に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間t3は図5に示した電圧Vcの傾き測定開始時間であり任意に決定できるが、これもあまり長すぎると劣化判断に時間がかかるため、本実施の形態では1秒とした。 Here, the detailed operation of the subroutine of FIG. 3 will be described. When the subroutine of FIG. 3 is executed, it is first determined whether or not the predetermined time t3 has elapsed (S81). If it has not elapsed (No in S81), the process returns to S81 and waits until it elapses. Here, the predetermined time t3 is the slope measurement start time of the voltage Vc shown in FIG. 5, and can be arbitrarily determined. However, if this is too long, it takes time to determine the deterioration, so in this embodiment it is 1 second. .
既定時間t3が経過すると(S81のYes)、充放電回路19から蓄電部23の電圧Vcを読み込み(S83)、その値を変数Vc3に代入する(S85)。その後、再び既定時間t3が経過したか否かを判断し(S87)、経過していなければ(S87のNo)、S87に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間t3はS81と同様1秒である。
When the predetermined time t3 has elapsed (Yes in S81), the voltage Vc of the
既定時間t3が経過すると(S87のYes)、充放電回路19から蓄電部23の電圧Vcを読み込み(S89)、その値を変数Vc4に代入する(S91)。ここまでで求めた値から、充電時の電圧Vcの傾きは(Vc4−Vc3)/t3により計算できるので、図3のサブルーチンを終了し、図2のS37に戻る。
When the predetermined time t3 has elapsed (Yes in S87), the voltage Vc of the
S37の後は、制御回路41が充放電回路19に対し充電を停止するよう制御信号Contを送信する(S39)。これにより、蓄電部23への充電が終了する。この時点で、蓄電部23の内部抵抗値と容量値を求めるための値が得られたので、蓄電部23の充電時における内部抵抗値R1と容量値C1を、それぞれR1=|Vc2−Vc1|/I、C1=I・t3/|Vc4−Vc3|より計算する(S41)。
After S37, the
次に、制御回路41は蓄電部23の放電時における内部抵抗値R2と容量値C2を求める動作を行う。具体的には以下の通りである。
Next, the
まず、制御回路41は充放電回路19に対し、蓄電部23を定電流Iで放電するよう制御信号Contを送信する。これを受け、充放電回路19は蓄電部23の電力を定電流Iで放電開始する(以上、S43)。なお、この時の蓄電部23の放電電力は、定電流Iで放電するために、放電電流が変動しない放電抵抗(充放電回路19に内蔵)に放電するようにしている。その結果、蓄電部23の電圧Vcは一定の傾きを持って経時的に低下していく。
First, the
その後、既定時間t1が経過したか否かを判断し(S45)、経過していなければ(S45のNo)、S45に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間t1はS21と同様に5秒とした。 Thereafter, it is determined whether or not the predetermined time t1 has elapsed (S45). If it has not elapsed (No in S45), the process returns to S45 and waits until it elapses. Here, the predetermined time t1 is set to 5 seconds as in S21.
既定時間t1が経過すると(S45のYes)、充放電回路19から蓄電部23の電圧Vcを読み込み(S47)、その値を制御回路41に内蔵したメモリである変数Vc1に代入する(S49)。ここで、変数Vc1への代入はS25で行っているため、S49の動作により変数Vc1の値は書き換えられることになる。しかし、S25における変数Vc1の値は、S41で充電時の内部抵抗値R1を計算するために用いた後は不要となるので、S49で変数Vc1を書き換えても構わない。以下同様に、変数Vc2、Vc3、Vc4を書き換えても構わない。
When the predetermined time t1 has elapsed (Yes in S45), the voltage Vc of the
その後、制御回路41は放電を中断するよう制御信号Contを充放電回路19に送信する(S51)。これにより、蓄電部23への放電が停止する。この場合は、図5の充電中断時とは逆に、放電停止による電圧上昇が発生する。この電圧上昇幅は蓄電部23の内部抵抗値に比例する。
Thereafter, the
その後、既定時間t2が経過したか否かを判断し(S53)、経過していなければ(S53のNo)、S53に戻って経過するまで待つ。ここで、既定時間t2は放電中断から放電再開までの時間であり、S29と同様80ミリ秒とした。 Thereafter, it is determined whether or not the predetermined time t2 has elapsed (S53). If it has not elapsed (No in S53), the process returns to S53 and waits until it elapses. Here, the predetermined time t2 is the time from the discharge interruption to the discharge restart, and is set to 80 milliseconds as in S29.
既定時間t2が経過すると(S53のYes)、充放電回路19から蓄電部23の電圧Vcを読み込み(S55)、その値を変数Vc2に代入する(S57)。その後、制御回路41は放電を再開するよう制御信号Contを充放電回路19に送信する(S59)。これにより、再び蓄電部23が充電される。
When the predetermined time t2 has elapsed (Yes in S53), the voltage Vc of the
次に、制御回路41は放電時における蓄電部23の電圧Vcの経時変化の傾きを測定するために、図3に示す電圧Vcの傾き測定サブルーチンを実行する(S61)。このサブルーチンはS37で実行したものと全く同じであるため、詳細な説明を省略する。
Next, the
図3のサブルーチン実行後は、蓄電部23の放電時における内部抵抗値R2と容量値C2を求めるための値が得られたので、それぞれR2=|Vc2−Vc1|/I、C2=I・t3/|Vc4−Vc3|より計算する(S63)。
After the subroutine of FIG. 3 is executed, values for obtaining the internal resistance value R2 and the capacitance value C2 when the
次に、制御回路41は蓄電部23の劣化判断を行う。具体的には、以下の動作を行う。
Next, the
S63までの動作から、蓄電部23を充電後に連続して放電することにより、充電時と放電時の内部抵抗値R1、R2、および充電時と放電時の容量値C1、C2がそれぞれ求められたので、次に内部抵抗値R1、R2と、内部抵抗値の劣化限界値Rdを比較する(S65)。ここで、内部抵抗値の劣化限界値Rdは、基準温度において蓄電装置11をこれ以上使用できなくなる限界まで蓄電部23が劣化した時の内部抵抗値のことで、あらかじめ実験的に求めて制御回路41のメモリに記憶してある。
From the operation up to S63, by continuously discharging the
もし、内部抵抗値R1、またはR2のいずれかが劣化限界値Rd以上であれば(S65のYes)、蓄電装置11を使用できない程に蓄電部23が劣化していることになるので、後述するS69にジャンプする。なお、内部抵抗値R1とR2の両方を劣化限界値Rdと比較しているのは、充電時と放電時で蓄電部23の内部抵抗値R1、R2が異なる場合があるためである。ゆえに、両方の内部抵抗値R1、R2を求めて劣化判断することにより、高精度化が可能となる。
If either the internal resistance value R1 or R2 is equal to or greater than the deterioration limit value Rd (Yes in S65), the
一方、内部抵抗値R1とR2の両方が劣化限界値Rd未満であれば(S65のNo)、次に容量値C1、C2と容量値の劣化限界値Cdを比較する(S67)。ここで、容量値の劣化限界値Cdは、基準温度において蓄電装置11をこれ以上使用できなくなる限界まで蓄電部23が劣化した時の容量値のことで、あらかじめ実験的に求めて制御回路41のメモリに記憶してある。
On the other hand, if both the internal resistance values R1 and R2 are less than the degradation limit value Rd (No in S65), the capacitance values C1 and C2 are compared with the degradation limit value Cd of the capacitance value (S67). Here, the deterioration limit value Cd of the capacity value is a capacity value when the
もし、容量値C1、またはC2のいずれかが劣化限界値Cd未満であれば(S67のYes)、蓄電装置11を使用できない程に蓄電部23が劣化していることになるので、制御回路41は蓄電部劣化信号を出力する(S69)。具体的には、蓄電部劣化信号をデータ信号dataにより車両側制御回路(図示せず)に送信する。その後、S71にジャンプする。なお、蓄電部劣化信号を受信すると、車両側制御回路は蓄電装置11が劣化したことを運転者に警告するとともに、以後の電力回生を禁止する。但し、電力回生を禁止しても車両の走行は可能であるので、走行中に前記警告が行われても運転者は修理工場まで車両を運転していくことができる。また、S67で容量値C1とC2の両方を劣化限界値Cdと比較しているのは、内部抵抗値R1、R2と同様に、充電時と放電時で蓄電部23の容量値C1、C2が異なる場合があるためである。ゆえに、両方の容量値C1、C2を求めて劣化判断することにより、高精度化が可能となる。
If either capacitance value C1 or C2 is less than the degradation limit value Cd (Yes in S67), the
一方、容量値C1とC2の両方が劣化限界値Cd以上であれば(S67のNo)、蓄電部23は正常であるので、次に蓄電部23の電力を放電しきって、劣化判断前の状態に戻す動作を行う。なお、蓄電部23の放電動作はS59以降で維持されているため、実際には後述する放電完了判断を行うことになる。また、この動作は蓄電部23が劣化していると判断された時(S69)も安全のために実行される。
On the other hand, if both of the capacitance values C1 and C2 are equal to or greater than the degradation limit value Cd (No in S67), the
すなわち、制御回路41はまず蓄電部23の電圧Vcを充放電回路19に内蔵された電圧検出回路から読み込む(S71)。次に、電圧Vcがグランドレベルより大きいか否かを判断する(S73)。もし、電圧Vcがグランドレベルより大きければ(S73のYes)、蓄電部23が放電しきっていない状態であるので、S71に戻り引き続き蓄電部23の電圧Vcの監視を行う。
That is, the
一方、電圧Vcがグランドレベルより大きくなければ(S73のNo)、蓄電部23が放電しきった状態に至ったので、制御回路41は充放電回路19に対し放電を停止するよう制御信号Contを送信する。これを受け、充放電回路19は放電を停止する(以上、S75)。その後、蓄電部23の劣化判断動作が完了したので、図2のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
On the other hand, if the voltage Vc is not greater than the ground level (No in S73), since the
このようにして蓄電部23の劣化判断を行っているのであるが、制御回路41は、車両側制御回路からデータ信号dataにより蓄電部23に対する充電信号(回生電力発生時)、または放電信号(回生電力の主電源15や負荷17への放電時)を受信すると、蓄電部23の内部抵抗値R1、R2と容量値C1、C2を求め、劣化判断を行う動作を中止するようにしている。これにより、いつ発生するかわからない回生電力を回収する頻度が高まり、車両の低燃費化が可能となる。
In this way, the deterioration determination of the
以上の構成、動作により、温度センサ25の出力が基準温度に至り、かつ蓄電部23の充放電を行っていない時に限って蓄電部23の内部抵抗値R1、R2と容量値C1、C2を求めるので、温度補正をする必要がなく、補正誤差のない高精度な内部抵抗値R1、R2と容量値C1、C2を求めることができる蓄電装置11を実現できる。
With the above configuration and operation, the internal resistance values R1, R2 and the capacitance values C1, C2 of the
なお、本実施の形態では、蓄電部23がほぼ放電した状態(電圧Vcがグランドレベル)で内部抵抗値や容量値を求めて劣化判断を行っているが、これはグランドレベルに限定されるものではなく、蓄電部23の満充電電圧までの間の任意の電圧に設定してもよい。例えば、車両使用の通常時に蓄電部23の電圧Vcを主電源15の電圧Vb近傍まで充電する場合は、蓄電部23の内部抵抗値や容量値を求める際に、本実施の形態と同様に蓄電部23を充電後に連続して放電することも、放電後に連続して充電することも可能である。従って、両者いずれかの動作により充電時と放電時の内部抵抗値R1、R2、および充電時と放電時の容量値C1、C2を求めてもよい。なお、蓄電部23の電圧Vcがグランドレベルより高い電圧において内部抵抗値と容量値を求める場合は、電圧Vcの検出範囲において増幅回路の出力が飽和しないように増幅回路を調整しておく必要がある。
In the present embodiment, the deterioration determination is performed by obtaining the internal resistance value and the capacitance value in a state where the
また、本実施の形態では、蓄電部23を充電後に連続して放電することで、充電時と放電時の内部抵抗値R1、R2、および容量値C1、C2をそれぞれ求めているが、これは充電時のみの内部抵抗値R、容量値C、または放電時のみの内部抵抗値R、容量値Cを求めるようにしてもよい。この場合、内部抵抗値Rと容量値Cを求めて、いずれかが劣化限界値に至れば、蓄電部23が劣化したと判断し、劣化信号を出力する動作となる。但し、内部抵抗値Rと容量値Cが1組のみしか得られないので、2組求める劣化判断に比べ精度が低下するものの、例えば充電時のみに限定して内部抵抗値Rと容量値Cを求めると、図2のフローチャートにおけるS43からS63を実行する必要がなくなるため、制御が簡単になるだけでなく、劣化判断の時間を短縮できる。
Further, in the present embodiment, by continuously discharging the
これらのことをまとめると、制御回路41は、温度センサ25の出力が基準温度に至り、かつ蓄電部23の充放電を行っていない時に、充放電回路19により定電流Iで蓄電部23の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の蓄電部23の電圧Vcの変化を電圧検出回路で検出することで、蓄電部23の内部抵抗値Rと容量値Cを求めている。
In summary, the
また、本実施の形態において、蓄電部23には電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。
In the present embodiment, an electric double layer capacitor is used for
また、本実施の形態において、蓄電装置11を車両の電力回生システムに適用した場合について述べたが、それらに限らず、アイドリングストップ車、ハイブリッド車、あるいは車両制動、電動パワーステアリングや電動過給器等の各システムにおける車両用補助電源等にも適用可能である。さらに、車両用に限らず停電時のような非常用の電源バックアップ装置等にも適用できる。
Further, in the present embodiment, the case where the
本発明にかかる蓄電装置は、蓄電部の内部抵抗値と容量値を高精度に求めることができるので、特に蓄電部に電力を蓄える補助電源としての蓄電装置等として有用である。 The power storage device according to the present invention can obtain the internal resistance value and the capacity value of the power storage unit with high accuracy, and is particularly useful as a power storage device as an auxiliary power source for storing power in the power storage unit.
11 蓄電装置
19 充放電回路
23 蓄電部
25 温度センサ
41 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記蓄電部に接続された充放電回路、および電圧検出回路と、
前記蓄電部に配された温度センサと、
前記充放電回路、前記電圧検出回路、および前記温度センサが接続された制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記温度センサの出力が基準温度に至り、かつ前記蓄電部への充放電信号を受信していない時に、前記充放電回路により定電流(I)で前記蓄電部の充電、または放電の少なくともいずれかを制御し、その際の前記蓄電部の電圧(Vc)の変化を前記電圧検出回路で検出することで、前記蓄電部の内部抵抗値(R)と容量値(C)を求めるようにした蓄電装置。 A power storage unit comprising a capacitor;
A charge / discharge circuit connected to the power storage unit, and a voltage detection circuit;
A temperature sensor disposed in the power storage unit;
The charge / discharge circuit, the voltage detection circuit, and a control circuit connected to the temperature sensor,
The control circuit charges the power storage unit with a constant current (I) by the charge / discharge circuit when the output of the temperature sensor reaches a reference temperature and does not receive a charge / discharge signal to the power storage unit, or By controlling at least one of the discharges and detecting a change in the voltage (Vc) of the power storage unit at that time by the voltage detection circuit, the internal resistance value (R) and the capacitance value (C) of the power storage unit are determined. A power storage device that is required.
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