JP4735523B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源用の蓄電装置に関するものである。

近年、環境への配慮や燃費向上のために停車時にエンジン駆動を停止するアイドリングストップ機能を搭載した自動車が市販されている。このような自動車は使用中にスタータ等の断続的に大電流を消費する負荷（以下、大電流負荷という）を駆動する際に、一時的にバッテリの電圧が下がる。その結果、オーディオやカーナビゲーション等のそれほど大電流を消費しない他の負荷（以下、小電流負荷という）への供給電圧も下がり、動作が不安定になる可能性があった。

また、自動車の制動についても、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種車両制動システムの提案がなされてきているが、バッテリが異常になった時、車両制動システムが動作しなくなる等の可能性があった。

これらに対し、一時的なバッテリの電圧低下時に小電流負荷に十分な電力を供給したり、バッテリ異常時に車両制動システムに電力を供給するための補助電源としての蓄電装置が、例えば特許文献１に提案されている。なお、特許文献１は蓄電装置の内、特にバッテリ異常時に車両制動システムの電子制御部へ電力を供給する電源バックアップユニットとして示されている。

図１２はこのような蓄電装置のブロック回路図である。電力を蓄える蓄電素子には例えば大容量の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知するための電圧検知手段１０９が接続され、電圧検知手段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。

このようにして構成された電源バックアップユニットとしての蓄電装置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。

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の異常を電圧検知手段１０９が検知すれば、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。
特開２００５−２８９０８号公報

上記の蓄電装置によると、確かにバッテリ１１５の異常時に電子制御部１１７を駆動させ続けられるので、車両制動システムの安全性を確保できるのであるが、このような蓄電装置を、例えば前記したような大電流負荷の駆動による一時的なバッテリの電圧低下時に小電流負荷に電力を供給する用途に適用した場合、次のような課題があった。

すなわち、従来のように車両制動システムの補助電源用に蓄電装置を用いた場合は、バッテリ異常時に車両が停止するまでキャパシタユニット１０１に蓄えられた電力を１回だけ車両制動システムに供給すればよかった。

一方、アイドリングストップ車のように、一時的なバッテリの電圧低下時に小電流負荷に電力を供給する用途の場合は、車両使用中に断続的にバッテリの電圧低下が発生するので、その都度、小電流負荷に電力を供給し、その後キャパシタユニット１０１を充電する過程を何度も行うことになる。このように充放電を繰り返すと、キャパシタや電極接続部分等の内部抵抗により発熱が起こる。このような発熱は、充放電経路に接続された充電回路１０３、放電回路１０５、およびＦＥＴスイッチ１１１においても同様に起こり得る。その結果、キャパシタや発熱部品の寿命が短くなり、信頼性が低下するという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、繰り返し充放電を行っても発熱を抑制できる高信頼性の蓄電装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、大電流負荷が接続された主電源と小電流負荷との間に接続される蓄電装置であって、前記主電源に接続された充放電回路および主電源電圧検出回路と、前記充放電回路に接続された蓄電部および蓄電部電圧検出回路と、前記主電源の出力と前記蓄電部の出力のいずれかを前記小電流負荷に出力する切替スイッチと、前記充放電回路と前記主電源電圧検出回路と前記蓄電部電圧検出回路と前記切替スイッチとが接続された制御部と、を備え、前記制御部は、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が第１の既定電圧未満になれば、前記切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて前記蓄電部から前記小電流負荷に電力を供給するように制御し、既定時間（ｔｓ）が経過すれば、前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を停止するとともに前記切替スイッチを前記主電源側に切り替えて前記主電源から前記小電流負荷に電力を供給し、前記主電源の電力を前記充放電回路により前記蓄電部に充電するようにし、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が主電源既定電圧（Ｖｂｓ）に戻った後、前記蓄電部の充電が完了している既定の待機時間（ｔｗ）が経過するまでは前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を禁止するようにしたものである。

本構成によれば、前記既定時間（ｔｓ）が経過すれば、前記主電源から前記小電流負荷に電力を供給するので、前記蓄電部の電力を必要以上に消費することがなくなり、その分、充放電時間を短縮できる。その結果、前記目的を達成することができる。また前記既定の待機時間（ｔｗ）を設けることにより、前記蓄電部の電力不足を低減し充電による発熱を冷ますことができる。

また、本発明の蓄電装置は、大電流負荷が接続された主電源と、小電流負荷との間に接続され、前記主電源に接続された充放電回路、および主電源電圧検出回路と、前記充放電回路に接続された蓄電部、および蓄電部電圧検出回路と、前記主電源の出力と前記蓄電部の出力のいずれかを前記小電流負荷に出力する切替スイッチと、前記充放電回路と直列に接続された電流検出手段と、前記充放電回路、主電源電圧検出回路、蓄電部電圧検出回路、切替スイッチ、および電流検出手段が接続された制御部とを備え、前記主電源が劣化限界に達した状態で前記大電流負荷を駆動した際に、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）を下回った時から前記最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）に戻るまでの既定時間（ｔｓ）と、前記小電流負荷の最大駆動電流（Ｉｍ）の積から、前記小電流負荷を駆動できる電荷量（Ｑ）をあらかじめ求めておき、前記制御部は、前記蓄電部を充電する際に、前記充電を中断することによる電圧変動幅（Ｖｖ）を、前記充電の中断直前の前記蓄電部への充電電流（Ｉ）で除することにより、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）を求め、充電中の任意の時間幅における充電電流（Ｉ）の時間積分値（∫Ｉｄｔ）を、前記時間幅における前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）の変化幅（ｄＶ）で除することにより、前記蓄電部の容量値（Ｃ）を求め、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）未満になれば、前記切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えることにより、前記蓄電部から前記小電流負荷に電力を供給し、電力供給に伴う前記蓄電部の電圧変化量に前記容量値（Ｃ）を乗じた値が前記電荷量（Ｑ）を超えれば、前記小電流負荷への電力供給を停止するとともに、前記切替スイッチを前記主電源側に切り替えて、前記主電源から前記小電流負荷に電力を供給し、前記主電源の電力を前記充放電回路により前記蓄電部に充電するようにしたものである。

本構成によれば、蓄電部は小電流負荷が必要とする電荷量（Ｑ）よりも多くの電荷を蓄えられるので、小電流負荷に電力を供給しても蓄えた電荷量に余裕がある。従って、蓄電部の電力を必要以上に消費することがなくなり、その分、充放電時間を短縮できる。その結果、前記目的を達成することができる。

本発明の蓄電装置によれば、蓄電部の電力を必要以上に消費することがなく、充放電時間を短縮できるので、発熱が抑制された高信頼性な蓄電装置を実現できる。

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。なお、以下の説明においては、蓄電装置をアイドリングストップ車に適用した場合について述べる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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１における蓄電装置の蓄電部通常時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。図３は、本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部通常時、および主電源劣化限界時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。図４は、本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部劣化限界時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。図５は、本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部劣化限界時、および主電源劣化限界時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。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。

図１において、蓄電装置１はスタータからなる大電流負荷３が接続された主電源５と、小電流負荷７との間に接続されている。主電源５はバッテリであり、小電流負荷７はオーディオやナビゲーション等である。

蓄電装置１は次の構成を有する。まず、主電源５の出力には充放電回路９と主電源電圧検出回路１１が接続されている。充放電回路９には蓄電部１３と蓄電部電圧検出回路１５が接続されている。従って、蓄電部１３は充放電回路９によって充電と放電の制御が行われる。なお、蓄電部１３は電力を蓄える蓄電素子として、充電電圧を約２．１３Ｖとした初期容量６０Ｆ（ファラッド）の電気二重層キャパシタを用い、これを６個直列に接続して必要な電力を賄っている。また、主電源５の出力と蓄電部１３の出力のいずれかを切り替えて小電流負荷７に出力する切替スイッチ１７が図１に示すように接続されている。さらに、充放電回路９、主電源電圧検出回路１１、蓄電部電圧検出回路１５、および切替スイッチ１７は制御部１９にも接続されている。このことから、制御部１９は主電源電圧検出回路１１や蓄電部電圧検出回路１５の出力を取り込むと同時に、充放電回路９や切替スイッチ１７の制御を行う。また、制御部１９は車両側制御回路（図示せず）と信号の送受信を行う機能を有している。なお、主電源電圧検出回路１１、および蓄電部電圧検出回路１５の電力系配線における入力と出力は等電圧になるように構成されている。

次に、このような蓄電装置１の動作について、特に蓄電装置１を使用するアイドリングストップ状態からエンジン始動後に至るまでの期間を中心に図２から図５を用いて説明する。

まず、図２は蓄電部１３と主電源５のいずれもが通常時における主電源５の電圧Ｖｂと蓄電部１３の電圧Ｖｃの経時変化図であり、横軸は時間ｔを、縦軸は電圧（Ｖ）を示す。また、主電源５の電圧Ｖｂを細線で、蓄電部１３の電圧Ｖｃを太線で、それぞれ示す。

最初に、蓄電装置１が小電流負荷７に電力を供給する既定時間ｔｓをあらかじめ決めておく。その決定方法は以下の通りである。

一般に、主電源５により大電流負荷３（スタータ）を駆動すると、その電圧Ｖｂの経時変化は例えば図２の細線に示す特性になる。すなわち、エンジン始動時（時間ｔ１）に最大電流が流れるので主電源５の電圧Ｖｂは極めて低電圧まで落ち込むが、その後のエンジン始動に従って、何回か（本実施の形態１では２回）の微小な落ち込みを伴いながら安定した電圧（約１３．２Ｖ）まで戻る。

このような電圧Ｖｂの経時変化特性を複数の劣化限界に達した状態の主電源５に対して求め、それらを平均する。この平均した経時変化から主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（本実施の形態１では１０．５Ｖ）を下回った時から最低駆動電圧Ｖｍｉｎに戻るまでの時間を求める。これを既定時間ｔｓと定義する。本実施の形態１では既定時間ｔｓは１．５秒であった。従って、大電流負荷３を駆動後、既定時間ｔｓである１．５秒以内に電圧Ｖｂが１０．５Ｖに至らなければ、主電源５が劣化していることになる。

この既定時間ｔｓは蓄電装置１の製造時に制御部１９に記憶しておく。この状態で、実際の動作について説明する。

まず、図２において、時間ｔ０はアイドリングストップ中である。この時はエンジンが停止しているので、オルタネータも動作していない。従って、小電流負荷７への電力は主電源５からのみ供給されている。この際の主電源５の電圧Ｖｂはオルタネータが動作しているときの通常電圧（約１３．２Ｖ）より低い１２Ｖ近傍であったとする。従って、蓄電装置１の制御部１９は、主電源電圧検出回路１１の出力、すなわち主電源５の電圧Ｖｂを取り込んで、時間ｔ０では電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）よりも高い１２Ｖであることから、切替スイッチ１７を主電源５側に切り替えている。ゆえに、蓄電部１３からの放電は起こっていないので、電圧Ｖｃは満充電電圧である１２．８Ｖ（≒２．１３Ｖ×６個）を維持しており、電力の供給待機状態にある。また、アイドリングストップ中であるので大電流負荷３（スタータ）は停止している。

次に、時間ｔ１でエンジン始動を開始したとする。この時は前記したように主電源５の電圧Ｖｂは約１２Ｖから６Ｖ程度まで急激に低下する。制御部１９はこの電圧変化を主電源電圧検出回路１１により取り込み、主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満になったことを検出する。その結果、切替スイッチ１７を蓄電部１３側に切り替える。これにより、小電流負荷７には蓄電部１３から電力が供給されるので、引き続き安定して動作することができる。同時に、制御部１９は既定時間ｔｓのカウントを開始する。

時間ｔ１の時点で蓄電部１３が小電流負荷７に電力供給を開始すると、まず蓄電部１３の内部抵抗値Ｒに応じた電圧降下が発生する。本実施の形態１では蓄電部１３が劣化していない通常時の内部抵抗値Ｒは約４０ｍΩであり、また小電流負荷７の最大駆動電流Ｉｍ（本実施の形態１では５Ａ）を供給しているとすると、時間ｔ１での電圧降下は０．２Ｖ（＝５Ａ×０．０４Ω）となる。従って、時間ｔ１で蓄電部１３の電圧Ｖｃは０．２Ｖ下がり、それ以降は小電流負荷７が電力を消費するに従って、蓄電部１３の電圧Ｖｃが経時的に低下していく。

その後、既定時間ｔｓの１．５秒が経過した時間ｔ２になると、制御部１９は小電流負荷７への電力供給を停止する。具体的には切替スイッチ１７を主電源５側に切り替える。主電源５は劣化限界に至るまでは必ず１．５秒以内に小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻るので、時間ｔ２以降は再び主電源５から小電流負荷７に電力が供給される。その結果、蓄電部１３の放電が停止するので、その電圧Ｖｃは時間ｔ２で前記電圧降下分が上昇した後、一定となる。この時、蓄電部１３は満充電状態ではないので、再度の小電流負荷７への電力供給を禁止し、禁止を示す信号を外部の車両側制御回路に送信する。その結果、車両側制御回路は蓄電装置１が使えない状態であるので、後述する禁止解除状態になるまでアイドリングストップを行わないように制御する。

その後、主電源５の電圧Ｖｂは経時的に上昇し、やがて蓄電部１３の電圧Ｖｃを上回る。これにより、主電源５から蓄電部１３への充電が可能になるのであるが、充電時に電圧Ｖｂは充放電回路９における内部抵抗等に起因した電圧降下を起こし、また蓄電部１３の内部抵抗値Ｒに応じて電圧Ｖｃは電圧上昇を起こすので、これらの変動分以上に主電源５の電圧Ｖｂが蓄電部１３の電圧Ｖｃより高くなり充電可能な電圧に至る時間ｔ３になれば、制御部１９は充放電回路９に対し蓄電部１３を充電するよう制御する。その結果、次のアイドリングストップに備えて蓄電部１３を再び満充電にする。この時の電圧Ｖｃの経時変化を図２の時間ｔ３からｔ５に示す。時間ｔ３で時間ｔ２と同様に電圧上昇した後、時間とともに電圧Ｖｃは上昇していく。

その後、時間ｔ４で、主電源５の電圧Ｖｂが主電源既定電圧Ｖｂｓ（＝１２．８Ｖ）に至ったとする。なお、主電源既定電圧Ｖｂｓは主電源５が通常時（劣化に至っておらず、オルタネータが動作している時）の最低電圧である１２．８Ｖとした。制御部１９は主電源電圧検出回路１１で電圧Ｖｂの変化を監視しているので、電圧Ｖｂが主電源既定電圧Ｖｂｓに至ったことを検出すれば、待機時間ｔｗのカウントを開始する。なお、待機時間ｔｗについては後述する。

その後、時間ｔ５で蓄電部１３の電圧Ｖｃが満充電電圧１２．８Ｖに至ると、制御部１９は充放電回路９が充電を停止するよう制御する。その結果、時間ｔ５以降では蓄電部１３は満充電電圧１２．８Ｖを維持する。

その後、時間ｔ６でエンジン再始動が完了し、大電流負荷３（スタータ）が停止したとする。この時はエンジンが駆動し、オルタネータが動作しているので、主電源５の電圧Ｖｂは通常電圧である１３．２Ｖに至って安定する。しかし、この時点ですぐに蓄電部１３からの電力供給を行うと、充放電がほぼ連続して行われるので発熱してしまう可能性がある。そこで、このような発熱を抑え、さらに充電による発熱を冷ますために、時間ｔ４から既定の待機時間ｔｗ（本実施の形態１では後述する理由で５秒とした）が経過するまで待つ。待機時間ｔｗが経過した時間ｔ７では、蓄電部１３の充電は完了しており、充電による発熱も冷めているので、以後は蓄電部１３から電力を供給することが可能な状態となる。従って、制御部１９は時間ｔ７で蓄電部１３の電力供給禁止を解除するとともに、車両側制御回路に禁止解除信号を送信する。これにより、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を許可する。

このような制御とすることにより、蓄電部１３が満充電に至らないうちに小電流負荷７へ電力を供給してしまうことによる蓄電部１３の電力不足の可能性を低減できるとともに、蓄電部１３の放冷も可能となる。すなわち、本実施の形態１の構成では、主電源５の電圧Ｖｂが主電源既定電圧Ｖｂｓ（＝１２．８Ｖ）以上の場合、蓄電部１３を満充電にして放冷するには５秒あれば十分であるので、待機時間ｔｗ（＝５秒）が経過した時には蓄電部１３は満充電され、放冷もなされている。従って、待機時間ｔｗの経過後に蓄電部１３の電力供給禁止を解除することで、蓄電部１３の電力不足と発熱の可能性を低減できる。このような理由から待機時間ｔｗを５秒とした。

以上の動作を繰り返すことにより、アイドリングストップ後の主電源５の電圧低下を補償している。このことから、蓄電部１３の電力は既定時間ｔｓだけしか放電されないので、蓄電部１３の電力を必要以上に消費することがなくなり、その分、充放電時間を短縮でき、繰り返し充放電を行っても発熱が抑制され、高信頼性が得られる。

次に、図３に示した蓄電部１３が通常時で、主電源５が劣化限界に達している場合について説明する。なお、図３の横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。

まず、時間ｔ０からｔ１は図２と同じであるので説明を省略する。

時間ｔ１でエンジン始動が開始すると、図２と同様に蓄電部１３の電力が小電流負荷７に供給され、電圧Ｖｃは時間ｔ１で電圧降下を起こした後、経時的に低下していく。その後、既定時間ｔｓ（１．５秒）が経過した時間ｔ２に至ると、主電源５の電圧Ｖｂは劣化限界に達しているため、ちょうど小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（＝１０．５Ｖ）まで上昇する。この時点で制御部１９は図２と同様に蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止し、主電源５から供給するよう切替スイッチ１７を切り替える。同時に、蓄電部１３からの電力供給を禁止する。これにより、時間ｔ２で電圧Ｖｃは電圧上昇をした後、安定する。

その後、時間ｔ３で主電源５の電圧Ｖｂが蓄電部１３の電圧Ｖｃを上回り充電可能な電圧に至ると、蓄電部１３の充電が開始されるが、主電源５は劣化限界状態であるため、電圧Ｖｂの上昇が遅い。すなわち、時間ｔ２からｔ３の間が図２の場合より長くなる。従って、時間ｔ３以降の動作は図２と全く同じであるが、蓄電部１３の電力供給禁止を解除する時間が長くなるという違いがある。このことから、主電源５の劣化が進行すると、蓄電部１３の電力供給禁止期間（図３の時間ｔ２からｔ７）が徐々に長くなることになる。その結果、アイドリングストップ禁止期間も長くなるので、制御部１９は時間ｔ２で主電源５の電圧Ｖｂが劣化限界である１０．５Ｖを下回ったことを検知すると、車両側制御回路に主電源５の劣化信号を送信する。なお、一般には車両側制御回路も主電源５の電圧Ｖｂを監視しているので、二重に主電源５の劣化を検知していることになり、アイドリングストップ機能全体の高信頼性が得られる。

以上の動作によっても、蓄電部１３の電力を必要以上に消費することがないので、従来に比べ充電時間を短縮でき、低発熱で高信頼性が得られる。

次に、図４に示した蓄電部１３が劣化限界に達し、主電源５が通常時である場合について説明する。なお、図４の横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。

まず、時間ｔ０からｔ１は図２と同じであるので説明を省略する。

時間ｔ１でエンジン始動が開始すると、蓄電部１３の電力が小電流負荷７に供給される。この時、蓄電部１３は劣化限界に達しているので、その内部抵抗値Ｒは通常時よりも大きくなる。本実施の形態１では劣化限界の蓄電部１３の内部抵抗値Ｒは約１００ｍΩであった。従って、時間ｔ１における電圧降下は図２の場合より大きくなり、図２と同様に小電流負荷７に最大駆動電流Ｉｍ（＝５Ａ）を供給したとすると、電圧Ｖｃの電圧降下は０．５Ｖになる。

時間ｔ１以降では電圧Ｖｃは小電流負荷７への電力供給に従って経時的に低下していく。この時、蓄電部１３は劣化限界に達しているので、容量値Ｃが初期（通常）の１０Ｆから低下している。ゆえに、小電流負荷７が図２と同じ電力を消費したとしても、容量値Ｃが小さい分、電圧Ｖｃが図２の場合よりも急に低下していく。

一方、主電源５は通常状態であるので、大電流負荷３の駆動に伴う電圧Ｖｂの回復は早い。従って、既定時間ｔｓ以内の時間ｔ２で電圧Ｖｂが電圧Ｖｃと等しくなる。制御部１９は両者の電圧変化を監視しているので、既定時間ｔｓが経過するまでに両者が等しくなったことを検出すると、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止し、主電源５の電力を小電流負荷７に供給するように切替スイッチ１７を切り替える。これにより、蓄電部１３の放電が停止するので、時間ｔ１における電圧降下分、時間ｔ２で電圧Ｖｃが上昇した後、安定する。

その後、既定時間ｔｓが経過後の時間ｔ３では、すでに小電流負荷７への電力供給源を蓄電部１３から主電源５に切り替えた後なので、制御部１９は特に何の動作も行わない。

次に、時間ｔ４で電圧Ｖｂが電圧Ｖｃを上回り、蓄電部１３の充電が可能な電圧に至るので、主電源５から蓄電部１３への充電が可能となる。そこで、制御部１９は蓄電部１３の充電を開始するよう充放電回路９に指示する。この時も時間ｔ２と同様に電圧上昇が発生し、その後、主電源５の電圧Ｖｂの変化に対応して蓄電部１３の電圧Ｖｃが上昇し、充電が行われる。

次に、時間ｔ５で主電源５の電圧Ｖｂが主電源既定電圧Ｖｂｓ（＝１２．８Ｖ）に戻る。これにより、制御部１９は待機時間ｔｗのカウントを開始する。時間ｔ５からｔ８の動作は図２の時間ｔ４からｔ７の動作とそれぞれ同じであるので、説明を省略する。

このように、既定時間ｔｓ以内であっても主電源５の電圧Ｖｂと蓄電部１３の電圧Ｖｃが等しくなれば蓄電部１３の放電を停止することで、既定時間ｔｓまで放電するよりも放電電力を少なくできるので、蓄電部１３を再充電する際の電力を少しでも低減することができる。

なお、時間ｔ２で蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止する直前に、蓄電部１３の電圧Ｖｃが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満であれば、図４よりもさらに急な傾きで電圧Ｖｃが低下していることになるので、蓄電部１３が完全に劣化したことがわかる。この場合、制御部１９は蓄電部１３が劣化したことを外部の車両側制御回路に送信して運転者に修理を促すとともに、以後、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止する。これにより、車両側制御回路は蓄電装置１の修理が終わるまでアイドリングストップを行わないように制御する。その結果、アイドリングストップを行うことによる小電流負荷７への電力供給不足の可能性を回避できるので、アイドリングストップ機能全体の高信頼性が得られる。

次に、図５に示した蓄電部１３と主電源５の両方が劣化限界に達している場合について説明する。なお、図５の横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。

まず、時間ｔ０からｔ１は図２と同じであるので説明を省略する。

また、時間ｔ１での動作も図４と同じであるので説明を省略するが、蓄電部１３は劣化限界に達しているので、時間ｔ１以降で電圧Ｖｃは図４と同様に急に低下していく。その後、既定時間ｔｓ（１．５秒）が経過した時間ｔ２に至ると、主電源５の電圧Ｖｂは劣化限界に達しているため、ちょうど小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（＝１０．５Ｖ）まで上昇すると同時に、蓄電部１３の電圧Ｖｃも最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（＝１０．５Ｖ）まで低下する。従って、電圧Ｖｂと電圧Ｖｃは時間ｔ２で一致することになる。この時点で制御部１９は蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止し、主電源５から供給するよう切替スイッチ１７を切り替える。同時に、以後の蓄電部１３からの電力供給を禁止する。ゆえに、時間ｔ２で蓄電部１３の電圧Ｖｃは時間ｔ１での電圧降下分が上昇した後、それ以降は一定になり、主電源５の電圧Ｖｂは上昇し続ける。

その結果、時間ｔ３で主電源５から蓄電部１３に充電ができる電圧差になると、制御部１９は蓄電部１３の充電を開始する。この時、主電源５は劣化限界状態であるため、図３と同様に主電源５の電圧Ｖｂの上昇が遅い。従って、蓄電部１３の電力供給禁止期間が図４の場合に比べ長くなる。しかし、この場合でも蓄電部１３の電力を必要以上に消費することはないので、従来に比べ充電時間を短縮でき、低発熱で高信頼性が得られる。なお、時間ｔ４以降の動作は図４の時間ｔ５以降の動作と同じである。

また、時間ｔ２における主電源５の電圧Ｖｂと蓄電部１３の電圧Ｖｃから、主電源５や蓄電部１３の劣化を検知し、車両側制御回路に劣化信号を送信する等の動作も図３、図４の場合と同じである。これにより、アイドリングストップ機能全体の高信頼性が得られる。

以上の構成、動作により、既定時間ｔｓが経過するか、または既定時間ｔｓ以内に主電源５の電圧Ｖｂが蓄電部１３の電圧Ｖｃと等しくなれば、蓄電部１３の電力を小電流負荷７に供給するようにしたので、蓄電部１３の電力を必要以上に消費することがなく、その分、充放電時間が短縮され、発熱が抑制された高信頼性の蓄電装置を実現できた。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における蓄電装置の蓄電部通常時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。図７は、本発明の実施の形態２における蓄電装置の蓄電部劣化限界時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。なお、本実施の形態２における蓄電装置の構成は実施の形態１の図１と同じであるので、構成上の説明を省略する。

本実施の形態２の動作は、実施の形態１の動作に対し次の点を追加している。すなわち、蓄電部１３から小電流負荷７に電力を供給している時に、既定時間ｔｓ以内に主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上になった場合にも、小電流負荷７への電力供給を停止するとともに、主電源５から小電流負荷７に電力を供給し、主電源５の電力を充放電回路９により蓄電部１３に充電するようにした。この特徴部分を中心に、図６、図７を用いて動作を説明する。

図６は蓄電部通常時、および主電源通常時における主電源５の電圧Ｖｂと蓄電部１３の電圧Ｖｃの経時変化図であり、横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。

まず、既定時間ｔｓの決定方法については実施の形態１と同じであるので説明を省略する。なお、本実施の形態２においても既定時間ｔｓは１．５秒とした。

次に、図６において、時間ｔ０からｔ１の動作は実施の形態１と同じである。また、時間ｔ１でエンジン始動を開始した時の動作も図２と同じである。

時間ｔ１以降は、小電流負荷７が電力を消費するに従って、蓄電部１３の電圧Ｖｃは経時的に低下していくが、主電源５の電圧Ｖｂはエンジン始動とともに経時的に上昇する。今、主電源５は通常状態であるので、その電圧Ｖｂは図６の細線に示したように既定時間ｔｓが経過した時（時間ｔ３）よりも前の時間ｔ２で小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻る。そこで、制御部１９は既定時間ｔｓが経過していなくても電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻れば、その時点で蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止する。これにより、時間ｔ２で蓄電部１３の電圧Ｖｃは電圧上昇した後、一定値を保ち、一方で主電源５の電圧Ｖｂは上昇するので、やがて電圧Ｖｂが電圧Ｖｃを上回り、時間ｔ４で主電源５から蓄電部１３への充電が可能な電圧差となる。この時点で、制御部１９は主電源５の電力を充放電回路９により蓄電部１３に充電するよう制御する。なお、図６では時間ｔ４で主電源５の電圧Ｖｂが主電源既定電圧Ｖｂｓに戻った場合を示している。従って、蓄電部１３の充電が開始されると同時に待機時間ｔｗのカウントが開始される。その後、時間ｔ５で満充電になれば充電を停止する。時間ｔ５以降の動作は図２の時間ｔ５以降と同じであるので説明を省略する。

以上のように動作することで、既定時間ｔｓの経過前であっても蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止するので、蓄電部１３の放電量が減り、その分、さらに充放電時間が短縮される。従って、発熱が抑制され、高信頼性が得られる。

次に、図７に示した蓄電部１３が劣化限界に達し、主電源５が通常時の場合について説明する。なお、図７の横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。まず、時間ｔ０からｔ１の動作と、時間ｔ１における動作は図６の動作と同じである。但し、時間ｔ１における蓄電部１３の電圧Ｖｃの電圧降下は蓄電部１３が劣化限界に達しているので、図６の場合より大きくなる。

時間ｔ１以降では蓄電部１３の電圧Ｖｃは図７の太線の特性で急低下するが、主電源５の電圧Ｖｂは通常状態であるので、図７の細線に示すように上昇する。すなわち、電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻るのは時間ｔ１から既定時間ｔｓ（１．５秒）が経過した時間ｔ３よりも前の時間ｔ２である。従って、図６と同様に、この時点で蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止し、主電源５から供給する。

その後、時間ｔ４で蓄電部１３の充電が可能となる電圧差（電圧Ｖｂと電圧Ｖｃの差）が得られると、蓄電部１３の充電が開始する。また、図７の場合には、主電源５の電圧Ｖｂが主電源既定電圧Ｖｂｓに戻る時間は蓄電部１３の充電開始時間ｔ４と同時ではなく、その後の時間ｔ５である場合を示している。なお、時間ｔ６以降の動作は図６の時間ｔ５以降の動作と同じである。この場合、蓄電部１３への充電時間（時間ｔ４からｔ６）は図６に比べ長くなるものの、実施の形態１における図４の場合に比べ充放電時間が短縮され、その分、発熱が抑制される効果が得られる。

次に、主電源５が劣化限界に達しているが、蓄電部１３は通常時の場合については次のようになる。主電源５は劣化限界に達しているので、電圧Ｖｂが最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻るのは既定時間ｔｓ（１．５秒）が経過した時である。ゆえに、主電源５が劣化限界に達しているが、蓄電部１３は通常時の場合は実施の形態１の図３と全く同じ動作になるので、説明を省略する。

同様に、主電源５と蓄電部１３がいずれも劣化限界に達している場合についても、主電源５が劣化限界に達しているので、電圧Ｖｂが最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻るのは既定時間ｔｓ（１．５秒）が経過した時である。ゆえに、この場合は実施の形態１の図５と全く同じ動作になるので、説明を省略する。

以上の構成、動作により、主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上になった場合にも、小電流負荷７への電力供給を停止するとともに、主電源５の電力を小電流負荷７に供給し、充放電回路９により蓄電部１３を充電することで、特に主電源５が通常状態の場合は蓄電部１３の放電量を低減できるので、その分、充放電が早くなり、さらなる発熱抑制が可能な高信頼性の蓄電装置を実現できた。

なお、本実施の形態２においても実施の形態１と同様に蓄電部１３の充電が完了し、主電源の電圧Ｖｂが安定する待機時間ｔｗが経過するまでは、制御部１９は蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止するとともに、禁止信号を車両側制御回路（図示せず）に送信してアイドリングストップを禁止している。

また、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止した際に、蓄電部１３の電圧Ｖｃが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満であれば、実施の形態１と同様に制御部１９は蓄電部１３が劣化したことを外部の車両側制御回路に送信し、以後、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止している。

さらに、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止した際に、主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満であれば、実施の形態１と同様に制御部１９は主電源５が劣化したことを外部の車両側制御回路に送信している。

これらの動作も同時に行うことにより、実施の形態１と同様にアイドリングストップ機能全体の高信頼性を得ている。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における蓄電装置のブロック回路図である。図９は、本発明の実施の形態３における蓄電装置の蓄電部が新品で最大電流供給時、かつ主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。図１０は、本発明の実施の形態３における蓄電装置の蓄電部が劣化限界時で最大電流供給時、かつ主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。図１１は、本発明の実施の形態３における蓄電装置の蓄電部が小電流供給時、かつ主電源劣化時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図を示す。なお、図８の太線と細線の意味は図１と同じである。

図８に示す蓄電装置は、実施の形態１の図１に示す構成に対し、電流検出手段２１を追加した構成とした。電流検出手段２１は充放電回路９と直列に接続され、蓄電部１３への充電電流Ｉを検出する。充電電流Ｉは制御部１９に出力される。また、電流検出手段２１の構成としては、充放電回路９と直列に低抵抗器を接続し、その両端電圧から充電電流Ｉを求めてもよいし、ホール素子等の間接的な電流検出手段を用いてもよい。なお、電流検出手段２１以外の構成は実施の形態１の図１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

次に、本実施の形態３の蓄電装置における動作について、まず図９を用いて説明する。図９は蓄電部１３が新品で最大電流供給時、かつ主電源５が通常時における主電源５の電圧Ｖｂと蓄電部１３の電圧Ｖｃの経時変化図であり、横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。

まず、蓄電装置１が小電流負荷７に供給する電荷量Ｑをあらかじめ決めておく。その決定方法は以下の通りである。

まず、実施の形態１で述べたように、劣化限界に達した状態の主電源５で大電流負荷３を駆動した時に、主電源５の電圧Ｖｂが６Ｖ程度まで低下した後、小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）に至るまでの時間（既定時間ｔｓ）を求める。この詳細な方法は実施の形態１と同じであるので説明を省略するが、本実施の形態３においても既定時間ｔｓは１．５秒（ｓ）であった。

次に、小電流負荷７の最大駆動電流Ｉｍを求める。これは、あらかじめ小電流負荷７を駆動させて最大電流を測定することにより得られる。本実施の形態３では最大駆動電流Ｉｍは５Ａであった。

以上のパラメータから、蓄電部１３は小電流負荷７に最大駆動電流Ｉｍを既定時間ｔｓの間、供給することができれば、小電流負荷７を安定的に駆動できる。従って、小電流負荷７を駆動するために蓄電部１３が必要とする電荷量Ｑは、既定時間ｔｓと最大駆動電流Ｉｍの積で表すことができるので、本実施の形態３ではＱ＝Ｉｍ×ｔｓ＝５Ａ×１．５ｓ＝７．５Ａ・ｓとなる。この電荷量Ｑを上記のようにして求め、あらかじめ制御部１９に記憶しておく。この状態で、実際の動作について説明する。

まず、図９には示していないが、車両の使用終了時に制御部１９は蓄電素子の寿命を延ばすために蓄電部１３の電力を全て放電するように充放電回路９を制御する。このため、蓄電装置１の起動時に制御部１９は、まず充放電回路９を制御して蓄電部１３を充電している。この際、制御部１９は充電を定電流で行うとともに（この充電電流をＩとする）、蓄電部１３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを以下のようにして求める。

まず、容量値Ｃは充電中の任意の時間幅における充電電流Ｉの時間積分値∫Ｉｄｔを、前記時間幅における蓄電部１３の電圧Ｖｃの変化幅ｄＶで除することにより求める。具体的には、まず充電中のある時間ｔａにおける電圧Ｖｃａを求め、さらに時間ｔａより任意の時間幅分だけ後の時間ｔｂにおける電圧Ｖｃｂを求める。この電圧差、すなわち蓄電部１３の電圧Ｖｃの変化幅をｄＶとすると、ｄＶ＝Ｖｃｂ−Ｖｃａとなる。次に、時間幅（時間ｔａからｔｂ）における充電電流Ｉの時間積分値∫Ｉｄｔを求める。なお、積分範囲は時間ｔａからｔｂである。今、充電は定電流で行われているので、充電電流Ｉは一定である。ゆえに、時間ｔａからｔｂにおける時間積分値は、∫Ｉｄｔ＝Ｉ×（ｔｂ−ｔａ）となる。次に、得られたこれらの値から蓄電部１３の容量値Ｃを求める。容量値Ｃは、Ｃ×ｄＶ＝∫Ｉｄｔ＝Ｉ×（ｔｂ−ｔａ）の関係から、Ｃ＝Ｉ×（ｔｂ−ｔａ）／ｄＶにより計算できる。なお、充電電流Ｉは電流検出手段２１により求める。制御部１９は以上の計算を充電中に行って容量値Ｃを求める。

次に、内部抵抗値Ｒを求めるために、制御部１９は充電電流Ｉで充電を行っている途中で充電を中断するよう充放電回路９を制御する。充電を中断すると、蓄電部１３の電圧Ｖｃは内部抵抗値Ｒに応じた電圧降下を起こす。この電圧降下による電圧変動幅をＶｖとする。制御部１９は、充電を中断する直前の電圧値と中断後の電圧値を蓄電部電圧検出回路１５からそれぞれ求め、両者の差から電圧変動幅Ｖｖを得る。これらより、内部抵抗値Ｒは、電圧変動幅Ｖｖを充電電流Ｉで除すること（Ｒ＝Ｖｖ／Ｉ）で求められる。なお、充電電流Ｉは、充電を中断する直前の電流値を電流検出手段２１により求めている。制御部１９は以上の動作、および計算を充電中に行って内部抵抗値Ｒを求める。電圧変動幅Ｖｖが求まれば、制御部１９は充電を再開する。なお、この時にも内部抵抗値Ｒに応じた電圧上昇が起こるので、この電圧上昇により内部抵抗値Ｒを求めてもよい。また、充電の中断時間は電圧変動幅Ｖｖを安定して求めることができる時間（本実施の形態３では約０．１秒とした）であればよい。

なお、蓄電部１３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求める順番は上記と逆であってもよい。

次に、図９の場合の動作について説明する。図９において、時間ｔ０からｔ１は実施の形態１の図２と同じ動作なので、説明を省略する。

時間ｔ１でエンジン始動を開始すると、主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満になるので、制御部１９は切替スイッチ１７を蓄電部１３側に切り替えて、蓄電部１３から小電流負荷７に電力を供給する。これにより、蓄電部１３の電圧Ｖｃは電圧降下を起こした後、時間ｔ１以降では小電流負荷７が電力を消費するに従って、蓄電部１３の電圧Ｖｃは経時的に低下していく。この際、制御部１９は蓄電部１３の供給電荷量Ｑｓがあらかじめ求めた電荷量Ｑを超えるまで小電流負荷７に電力を供給するよう制御している。従って、制御部１９は電荷量Ｑと容量値Ｃ、内部抵抗値Ｒ、および時間ｔ１における蓄電部１３の初期電圧Ｖｃ１から、電圧Ｖｃが何Ｖまで低下すると電荷量Ｑを超えるかを計算する。具体的には、次のようになる。

電荷量Ｑは前記した通り、７．５Ａ・ｓ（Ｉ＝５Ａ、ｔｓ＝１．５秒より）である。蓄電部１３の構成は実施の形態１と同じなので、容量値Ｃは、６０Ｆの蓄電素子が６個直列接続されていることから合成容量を求めて、Ｃ＝１０Ｆとなる。また、蓄電素子を６個直列に接続した時の蓄電部１３の内部抵抗値Ｒは実施の形態１で述べたように約４０ｍΩであった。これは、前記した充電の中断により求めている。さらに、初期電圧Ｖｃ１は図９より主電源既定電圧Ｖｂｓと同じ１２．８Ｖである。ここで、蓄電部１３が実際に小電流負荷７に供給する電荷量Ｑｓは、小電流負荷７への電力供給に伴う蓄電部１３の電圧変化量（＝Ｖｃ１−Ｖｃｘ−ＩＲ）に容量値Ｃを乗じた値となる。これらのことから、求めたい電圧（放電終了電圧）をＶｃｘとすると、Ｑｓ＝Ｃ×（Ｖｃ１−Ｖｃｘ−ＩＲ）＞Ｑとなるので、ここにそれぞれの数値を代入して計算すると、Ｖｃｘ＜１１．８５Ｖとなる。従って、蓄電部１３の電圧Ｖｃが１１．８５Ｖを下回ると、あらかじめ求めた小電流負荷７に供給する電荷量Ｑを上回ることになる。このような計算から明らかなように、放電終了電圧Ｖｃｘは最大値（蓄電部１３が新品の時）の１１．８５Ｖと、最小値（小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ）の１０．５Ｖの範囲で、蓄電部１３の容量値Ｃに応じて変動する。この変動幅を図９の縦軸に両矢印で示す。なお、容量値Ｃや内部抵抗値Ｒは蓄電部１３の温度や劣化に応じて変化する。

制御部１９は上記のような計算を行い、電圧Ｖｃが１１．８５Ｖに至るまで小電流負荷７に電力を供給し続ける。その後、時間ｔ２で電圧Ｖｃが１１．８５Ｖを下回り、蓄電部１３の供給電荷量Ｑｓが、あらかじめ求めた電荷量Ｑを超えれば、制御部１９は小電流負荷７への電力供給を停止する。この時、蓄電部１３は最大電流５Ａを既定時間である１．５秒間に渡って供給し終わっている。一方、主電源５は劣化限界に至るまでは必ず１．５秒以内に小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に戻っている。これらのことから、時間ｔ２で切替スイッチ１７を主電源５側に切り替えることにより、その後再び主電源５から小電流負荷７に電力が供給され、同時に蓄電部１３の小電流負荷７への電力供給を禁止する。この動作は実施の形態１と同じである。但し、時間ｔ２では電圧Ｖｂが電圧Ｖｃよりも低いため、主電源５から蓄電部１３への充電ができない。従って、時間ｔ２の放電停止時に蓄電部１３の内部抵抗値Ｒによる電圧上昇が起こった後、時間ｔ２以降では蓄電部１３の電圧Ｖｃは一定値となる。

その後、電圧Ｖｂが電圧Ｖｃより大きくなり、時間ｔ３において両者の電圧差が充電可能な値になれば、主電源５の電力を充放電回路９により蓄電部１３に充電する。この時も定電流充電を行うことで、前記した方法により蓄電部１３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めて更新する。すなわち、図９に示すように、時間ｔａにおける電圧Ｖｃａと時間ｔｂにおける電圧Ｖｃｂから電圧差、すなわち電圧Ｖｃの変化幅ｄＶを求めることにより容量値Ｃを計算し、時間ｔｃから時間ｔｄまでの充電中断時の電圧降下による電圧変動幅Ｖｖを求めることにより内部抵抗値Ｒを計算する。これらの計算方法は前記した通りである。このように、充電の都度、容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを更新することで、温度や劣化による容量値Ｃと内部抵抗値Ｒの変化に対応した正確な放電終了電圧Ｖｃｘの計算が可能となる。さらに、容量値Ｃ、または内部抵抗値Ｒが後述する劣化限界値（本実施の形態３ではそれぞれ４．１７Ｆ、１００ｍΩ）に至れば、制御部１９は蓄電部１３が劣化したことを外部の車両側制御回路（図示せず）に送信するとともに、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止する。これにより、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給不足による小電流負荷７の動作への影響を回避することができ、より高信頼性が得られる。

なお、容量値Ｃと内部抵抗値Ｒは、基本的には蓄電部１３への充電が定電流で行われている時に求めるが、蓄電部１３が満充電に近づくと、充放電回路９は充電制御を定電流制御から定電圧制御に切り替える。その結果、充電電流Ｉは時間とともに変化し、一定ではなくなる。従って、容量値Ｃは充電電流Ｉを時間ｔａからｔｂまで時間積分し、前記したＣ×ｄＶ＝∫Ｉｄｔの関係式から求める。なお、内部抵抗値Ｒは、前記した定電流での充電時に内部抵抗値Ｒを求める方法と同じである。このようにして、充電電流が変化している場合でも容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めることができる。

次に、時間ｔ４からｔ７の動作は、上記した蓄電部１３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求める部分を除き、実施の形態１で述べた図２の時間ｔ４からｔ７とそれぞれ同じであるので説明を省略する。

以上の動作を繰り返すことにより、アイドリングストップ後の主電源５の電圧低下を補償している。このことから、蓄電部１３からは、あらかじめ決められた電荷量Ｑまでしか放電されないので、蓄電部１３の電力を必要以上に消費することがなくなり、その分、充放電時間を短縮でき、繰り返し充放電を行っても発熱が抑制され、高信頼性が得られる。

次に、主電源５は通常時であるが、蓄電部１３が劣化限界に達しており、かつ小電流負荷７が最大電流（５Ａ）を消費している場合について説明する。

まず、本実施の形態３では小電流負荷７を正常に駆動するために、１０．５Ｖ以上の電圧を供給しなければならない。従って、蓄電部１３が劣化限界に達しているということは、放電終了電圧Ｖｃｘが１０．５Ｖであるということになる。そこで、劣化限界に達した蓄電部１３の容量値Ｃを求める。前記したＣ×（Ｖｃ１−Ｖｃｘ−ＩＲ）＝Ｑの関係式に、Ｖｃ１＝１２．８Ｖ、Ｖｃｘ＝１０．５Ｖ、Ｉ＝５Ａ（小電流負荷７最大電流値）、Ｒ＝１００ｍΩ（蓄電部１３の劣化限界時の内部抵抗値）、Ｑ＝７．５Ａ・ｓを代入すると、Ｃ＝４．１７Ｆが得られる。従って、この値が容量値Ｃの劣化限界値となる。ここでは、容量値Ｃが劣化限界値に達している場合の動作について、図１０を参照しながら説明する。なお、図１０の横軸、縦軸、細線、太線の意味は図２と同じである。

まず、時間ｔ０からｔ１は図９の場合と同じであるので説明を省略する。

時間ｔ１でエンジン始動が開始すると、蓄電部１３の電力が小電流負荷７に供給される。この時、蓄電部１３は劣化限界に達しているので、図９の場合に比べ内部抵抗値Ｒが大きい。従って、電圧Ｖｃは図４と同様に０．５Ｖ（＝０．１Ω×５Ａ）の電圧降下を起こす。また、容量値Ｃが小さいので、時間ｔ１以降では電圧Ｖｃが図９の場合よりも急に低下していく。

その後、制御部１９は電圧Ｖｃが１０．５Ｖに至るまで小電流負荷７に電力を供給し続け、時間ｔ２で電圧Ｖｃが１０．５Ｖを下回り、蓄電部１３の供給電荷量Ｑｓが、あらかじめ求めた電荷量Ｑを超えると、制御部１９は小電流負荷７への電力供給を停止する。この時も図９と同様に、蓄電部１３は最大電流５Ａを既定時間である１．５秒間に渡って供給し終わっている上、主電源５は１．５秒以内に小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）以上に上昇しているので、時間ｔ２以降は再び主電源５から小電流負荷７に電力が供給される。

また、時間ｔ２で蓄電部１３からの電力供給を停止すると、蓄電部１３の内部抵抗値Ｒに応じた電圧上昇が起こる。その結果、電圧Ｖｂと電圧Ｖｃが近接するため、両者の電圧差が蓄電部１３を充電できる値には至らない。ゆえに、蓄電部１３の充電は時間ｔ２の時点では開始されず、電圧Ｖｃは一定電圧のまま推移する。

その後、時間ｔ３で電圧Ｖｂと電圧Ｖｃの電圧差が蓄電部１３を充電できる値以上になると、制御部１９は主電源５の電力を充放電回路９により蓄電部１３に充電する。この時も時間ｔ２と同様に電圧上昇が発生し、その後、主電源５の電圧Ｖｂの変化に対応して蓄電部１３の電圧Ｖｃが上昇し、充電が行われる。この際、充放電回路９は定電流で充電するように制御するものの、主電源５の電圧Ｖｂが大電流負荷３の消費電流特性に応じて階段状に変化するので、蓄電部１３の電圧Ｖｃも電圧Ｖｂの変化に追従する。そのため、制御部１９は前記した充電電流Ｉが一定でない場合の方法で容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めて更新する。この場合、蓄電部１３は劣化限界に至っているので、新しく求めた容量値Ｃ、または内部抵抗値Ｒが劣化限界値を下回る可能性が高いと想定される。このような蓄電部１３のタイムリーな劣化検知は蓄電部１３の充電毎に容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めることにより実現されており、これにより信頼性が高まる。

時間ｔ３からｔ７の動作は図４の時間ｔ４からｔ８の動作とそれぞれ同じであるので説明を省略する。なお、図９と比べると蓄電部１３の充電時間が長くなるが、これは蓄電部１３の放電後の電圧が図９の場合より低いためである。しかし、蓄電部１３の電力を必要以上に消費することはないので、従来に比べると充電時間を短縮でき、図９と同様に低発熱で高信頼性が得られる。

次に、主電源５が劣化限界を超えて劣化している状態であり、かつ小電流負荷７が小電流（例えば４Ａ）を消費している場合について図１１により説明する。図１１において、横軸、縦軸、細線の意味は図２と同じである。太線については、太実線は蓄電部１３が新品の場合、太点線は蓄電部１３が劣化限界時の場合をそれぞれ示す。なお、蓄電部１３が劣化限界時の場合は後述し、蓄電部１３が新品の場合について説明する。

まず、時間ｔ０からｔ１は図９と同じ動作なので、説明を省略する。

次に、時間ｔ１でエンジン始動を開始すると、主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満になるので、制御部１９は切替スイッチ１７を蓄電部１３側に切り替えて、蓄電部１３から小電流負荷７に電力を供給する。この時、蓄電部１３の内部抵抗値Ｒに応じた電圧降下が起こる。なお、蓄電部１３が新品なので内部抵抗値Ｒが４０ｍΩであり、小電流負荷７への供給電流が４Ａであるので、電圧降下は０．１６Ｖになる。

時間ｔ１以降は、小電流負荷７が電力を消費するに従って、蓄電部１３の電圧Ｖｃ（以下、太実線で示す）は経時的に低下していくが、消費電流が小さいため電圧Ｖｃの低下は図９に比べて緩やかになる。この際、制御部１９は蓄電部１３の供給電荷量Ｑｓがあらかじめ求めた電荷量Ｑを超えるまで小電流負荷７に電力を供給するよう制御しているが、消費電流が４Ａであるので、電荷量Ｑ＝７．５Ａ・ｓに至るまでの時間は７．５／４≒１．９秒となる。従って、あらかじめ求めた電荷量Ｑを超えるまで小電流負荷７に電力を供給すると、放電終了電圧Ｖｃｘ＝１１．８９Ｖ（＝Ｖｃ１−ＩＲ−Ｑ／Ｃで、Ｖｃ１＝１２．８Ｖ、Ｉ＝４Ａ、Ｒ＝４０ｍΩ、Ｑ＝７．５Ａ・ｓ、Ｃ＝１０Ｆより）になるまでに約１．９秒かかることになる。

そこで、時間ｔ１から１．９秒後の時間をｔ３とする。なお、図１１の時間ｔ２は図９と同様に時間ｔ１から１．５秒後の時間であり、比較のために図示している。時間ｔ３で蓄電部１３の供給電荷量Ｑｓがあらかじめ求めた電荷量Ｑを超えるので、制御部１９は小電流負荷７への電力供給を停止する。この時、主電源５は劣化限界を超えて劣化しているので、図１１に示したような電圧Ｖｂの特性、すなわち時間ｔ２（時間ｔ１から１．５秒後）までに最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）に至らない特性となる。この場合、図９のように小電流負荷７が最大電流（５Ａ）を消費していると、時間ｔ２で既定の電荷量Ｑを超えてしまうが、この時点では電圧Ｖｂは１０．５Ｖには至っていない。従って、本来は主電源５の電圧Ｖｂが図１１に示すような特性であれば蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止しなければならない。しかし、図１１の場合では時間ｔ３まで蓄電部１３から小電流負荷７へ電力を供給しているので、その間に電圧Ｖｂは１０．５Ｖを超え、時間ｔ３では小電流負荷７を駆動するのに十分高い電圧まで上昇している。ゆえに、図１１の場合であれば時間ｔ３で小電流負荷７への電力供給を蓄電部１３から主電源５に切り替えても小電流負荷７の駆動を継続できる。

このような動作が可能となる点が本実施の形態３の最大の特長である。すなわち、制御部１９は直前のアイドリングストップ後の主電源５における電圧Ｖｂの経時変化特性と、現在の小電流負荷７の消費電流により、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給中に電圧Ｖｂが１０．５Ｖを上回るか否かを判断し、もし上回るのであれば、アイドリングストップ可能信号を車両側制御回路に送信する。これにより、主電源５が劣化していてもアイドリングストップを行うことができる。その結果、主電源５を修理するまでの間に少しでも多くのアイドリングストップが可能となるので、車両の低燃費化に貢献できる。なお、本実施の形態３においても後述するように主電源５の劣化を検出しているが、それにより蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止する動作は行っていない。ゆえに、主電源５が劣化しても上記動作が可能となる。

時間ｔ３では制御部１９が切替スイッチ１７を主電源５側に切り替えることにより小電流負荷７への電力供給を停止する。この動作は実施の形態１と同じである。なお、時間ｔ３で小電流負荷７への電力供給を停止することにより、蓄電部１３の電圧Ｖｃは内部抵抗値Ｒに応じて上昇する。また、時間ｔ３では電圧Ｖｂが電圧Ｖｃよりも低いため、主電源５から蓄電部１３への充電ができない。ゆえに、時間ｔ３以降では蓄電部１３の電圧Ｖｃは一定値となる。

その後、電圧Ｖｂが電圧Ｖｃを上回り、時間ｔ４において両者の電圧差が充電可能な値になれば、主電源５の電力を充放電回路９により蓄電部１３に充電する。この際も、制御部１９は蓄電部１３の容量値Ｃと内部抵抗値Ｒを求めて更新する。

時間ｔ４からｔ８の動作は、図９の時間ｔ３からｔ７の動作とそれぞれ同じであるので、説明を省略する。

以上のように動作することで、図１１の場合であっても蓄電部１３の電力を必要以上に消費することはないので、充電時間を短縮でき、図９と同様に低発熱で高信頼性が得られる。

なお、図１１では蓄電部１３が新品の場合について説明したが、これは劣化限界時であっても同様の効果が得られる。すなわち、小電流負荷７の消費電流が４Ａであると、上記したように既定の電荷量Ｑ（＝７．５Ａ・ｓ）を供給するためには約１．９秒（≒７．５／４）が必要となる。この時、蓄電部１３は劣化限界状態であるので、放電終了電圧は１０．５Ｖとなる。従って、図１１の太点線で示したように、放電開始時の時間ｔ１から１．９秒後の時間ｔ３で蓄電部１３の電圧Ｖｃが１０．５Ｖになる。この時点では、主電源５の電圧Ｖｂは１０．５Ｖを上回っているので、制御部１９は主電源５から小電流負荷７に電力を供給するよう切替スイッチ１７を切り替える。その後、図１０で説明したように、主電源５の電圧Ｖｂが蓄電部１３の電圧Ｖｃを上回り、蓄電部１３を充電できる値に至れば、蓄電部１３を充電する。それ以降の動作は図１０の時間ｔ３以降と同様である。

このように、本実施の形態３によれば、蓄電部１３が劣化限界であり、主電源５が劣化している状態であっても、小電流負荷７の消費電流が小さければ、アイドリングストップを行うことができるという特有の効果が得られる。

以上の構成、動作により、蓄電部１３から小電流負荷７への供給電荷量Ｑｓが既定の電荷量Ｑを超えれば、小電流負荷７への電力供給を停止するとともに、主電源５の電力を充放電回路９により蓄電部１３に充電することで、蓄電部１３の電力を必要以上に消費することがなくなるので、その分、充電が早くなり発熱抑制が可能な高信頼性の蓄電装置を実現できた。

なお、本実施の形態３においても実施の形態１と同様に蓄電部１３の充電完了までは、制御部１９は蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を禁止するとともに、車両側制御回路（図示せず）は蓄電部１３から小電流負荷７へ電力を供給しないようにアイドリングストップを禁止している。

また、蓄電部１３から小電流負荷７への電力供給を停止した際に、主電源５の電圧Ｖｂが小電流負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（１０．５Ｖ）未満であれば、実施の形態１と同様に制御部１９は主電源５が劣化したことを外部の車両側制御回路に送信している。

これらの動作も同時に行うことにより、実施の形態１と同様にアイドリングストップ機能全体の高信頼性を得ている。

なお、実施の形態１〜３では蓄電部１３を６個の蓄電素子の直列接続構成としたが、これに限らず小電流負荷７が要求する電力仕様に応じて蓄電素子の数量を変えたり並列や直並列接続としてもよいし、蓄電部１３を単数の蓄電素子で構成してもよい。

また、実施の形態１〜３では蓄電部１３に用いる蓄電素子を電気二重層キャパシタで構成したが、これは電気化学キャパシタ等の他の蓄電素子を用いてもよい。

また、実施の形態１〜３では蓄電装置をアイドリングストップ車に適用した場合について述べたが、それに限らず、ハイブリッド車や、電動パワーステアリング、電動ターボ、電気的な油圧制御による車両制動等の各システムにおける車両用補助電源、あるいは一般の非常用バックアップ電源等にも適用可能である。

本発明にかかる蓄電装置は発熱が抑制され、高信頼性が得られるので、特に主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源用の蓄電装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における蓄電装置のブロック回路図 本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部通常時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部通常時、および主電源劣化限界時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部劣化限界時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態１における蓄電装置の蓄電部劣化限界時、および主電源劣化限界時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態２における蓄電装置の蓄電部通常時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態２における蓄電装置の蓄電部劣化限界時、および主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態３における蓄電装置のブロック回路図 本発明の実施の形態３における蓄電装置の蓄電部が新品で最大電流供給時、かつ主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態３における蓄電装置の蓄電部が劣化限界時で最大電流供給時、かつ主電源通常時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 本発明の実施の形態３における蓄電装置の蓄電部が小電流供給時、かつ主電源劣化時の主電源電圧Ｖｂと蓄電部電圧Ｖｃの経時変化図 従来の蓄電装置のブロック回路図

符号の説明

１ 蓄電装置
３ 大電流負荷
５ 主電源
７ 小電流負荷
９ 充放電回路
１１ 主電源電圧検出回路
１３ 蓄電部
１５ 蓄電部電圧検出回路
１７ 切替スイッチ
１９ 制御部

Claims (10)

1. 大電流負荷が接続された主電源と小電流負荷との間に接続される蓄電装置であって、
   前記主電源に接続された充放電回路および主電源電圧検出回路と、
   前記充放電回路に接続された蓄電部および蓄電部電圧検出回路と、
   前記主電源の出力と前記蓄電部の出力のいずれかを前記小電流負荷に出力する切替スイッチと、
   前記充放電回路と前記主電源電圧検出回路と前記蓄電部電圧検出回路と前記切替スイッチとが接続された制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記主電源の電圧（Ｖｂ）が第１の既定電圧未満になれば、前記切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて前記蓄電部から前記小電流負荷に電力を供給するように制御し、
   既定時間（ｔｓ）が経過すれば、前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を停止するとともに前記切替スイッチを前記主電源側に切り替えて前記主電源から前記小電流負荷に電力を供給し、前記主電源の電力を前記充放電回路により前記蓄電部に充電するようにし、
   前記主電源の電圧（Ｖｂ）が主電源既定電圧（Ｖｂｓ）に戻った後、前記蓄電部の充電が完了している既定の待機時間（ｔｗ）が経過するまでは前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を禁止する蓄電装置。
2. 前記既定時間（ｔｓ）は、前記主電源が劣化限界に達した状態で前記大電流負荷を駆動した際に、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）を下回った時から前記最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）に戻るまでの時間をあらかじめ求めたものである請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記第１の既定電圧は、前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）である請求項１に記載の蓄電装置。
4. 前記既定時間（ｔｓ）の経過に代えて、前記既定時間（ｔｓ）以内に前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）以上となった場合又は前記既定時間（ｔｓ）以内に前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）と等しくなった場合にも、前記制御部は前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を停止するとともに前記切替スイッチを前記主電源側に切り替えて前記主電源から前記小電流負荷に電力を供給する請求項１に記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を禁止していることを示す禁止信号を外部に送信する請求項１に記載の蓄電装置。
6. 前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を停止する直前に、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）未満であれば、前記制御部は前記蓄電部が劣化したことを外部に送信するとともに、前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を禁止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
7. 大電流負荷が接続された主電源と小電流負荷との間に接続される蓄電装置であって、
   前記蓄電装置は、前記主電源に接続された充放電回路および主電源電圧検出回路と、
   前記充放電回路に接続された蓄電部および蓄電部電圧検出回路と、
   前記主電源の出力と前記蓄電部の出力のいずれかを前記小電流負荷に出力する切替スイッチと、
   前記充放電回路と直列に接続された電流検出手段と、
   前記充放電回路と主電源電圧検出回路と蓄電部電圧検出回路と切替スイッチと電流検出手段とが接続された制御部と、を備え、
   前記主電源が劣化限界に達した状態で前記大電流負荷を駆動した際に、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）を下回った時から前記最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）に戻るまでの既定時間（ｔｓ）と、前記小電流負荷の最大駆動電流（Ｉｍ）の積から、前記小電流負荷を駆動できる電荷量（Ｑ）をあらかじめ求めておき、
   前記制御部は、前記蓄電部を充電する際に、前記充電を中断することによる電圧変動幅（Ｖｖ）を、前記充電の中断直前の前記蓄電部への充電電流（Ｉ）で除することにより、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）を求め、
   充電中の任意の時間幅における充電電流（Ｉ）の時間積分値（∫Ｉｄｔ）を、前記時間幅における前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）の変化幅（ｄＶ）で除することにより、前記蓄電部の容量値（Ｃ）を求め、
   前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）未満になれば、前記切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えることにより、前記蓄電部から前記小電流負荷に電力を供給し、
   電力供給に伴う前記蓄電部の電圧変化量に前記容量値（Ｃ）を乗じた値が前記電荷量（Ｑ）を超えれば、前記小電流負荷への電力供給を停止するとともに、前記切替スイッチを前記主電源側に切り替えて、前記主電源から前記小電流負荷に電力を供給し、前記主電源の電力を前記充放電回路により前記蓄電部に充電するようにした蓄電装置。
8. 前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）、または容量値（Ｃ）が劣化限界値に至れば、前記制御部は前記蓄電部が劣化したことを外部に送信するとともに、前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を禁止するようにした請求項７に記載の蓄電装置。
9. 前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を停止した際に、前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記小電流負荷の最低駆動電圧（Ｖｍｉｎ）未満であれば、前記制御部は前記主電源が劣化したことを外部に送信するようにした請求項１または請求項７に記載の蓄電装置。
10. 前記主電源の電圧（Ｖｂ）が主電源既定電圧（Ｖｂｓ）に戻った後、既定の待機時間（ｔｗ）が経過するまでは、前記制御部は前記蓄電部から前記小電流負荷への電力供給を禁止し、禁止信号を外部に送信するようにした請求項７に記載の蓄電装置。

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