蓄電装置
【課題】高効率に蓄電部を昇温することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】蓄電部１１に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、それに並列接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５と、これらを制御する制御回路５５とからなり、制御回路５５は、蓄電部１１の温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）より低ければ、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が蓄電部１１に電力を充電するように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が蓄電部１１から電力を放電するように、それぞれ制御するとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより、温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）に至るまで蓄電部１１を昇温するようにした。
【解決手段】蓄電部１１に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、それに並列接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５と、これらを制御する制御回路５５とからなり、制御回路５５は、蓄電部１１の温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）より低ければ、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が蓄電部１１に電力を充電するように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が蓄電部１１から電力を放電するように、それぞれ制御するとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより、温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）に至るまで蓄電部１１を昇温するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電部に電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮や燃費向上のために、制動時に発電を行うことで制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生システムを搭載した自動車（以下、車両という）が開発されている。この回生システムは車両減速時に発電機で発生する電力（以下、回生電力という）を蓄電部に充電し、減速時以外に放電することで、発電機の発電量を減らすことができるので、その分、エンジン負担が軽減され省燃費が可能となる。
【０００３】
このような回生電力は車両減速時に急峻に発生するため、回生電力を十分に充電するためには、蓄電部に用いる蓄電素子として、例えば急速充放電特性に優れた電気二重層キャパシタを適用した蓄電装置とすることが望ましい。しかし、電気二重層キャパシタは温度が低くなるほど容量値が下がる特性を有するため、蓄電装置が低温状態であれば回生電力の充電が十分にできなくなる可能性がある。
【０００４】
そこで、蓄電素子としてキャパシタではなくバッテリを用いた例ではあるが、強制的にバッテリへの充放電を行うことで電流を流し、バッテリの内部抵抗により発熱させて温度を上げる構成が下記特許文献１に提案されている。図５はこのようなバッテリ制御装置のブロック構成図である。なお、ここではバッテリ制御装置をハイブリッド車両に適用した場合を示す。
【０００５】
ハイブリッド車両１０１は基本的にはエンジン１０２と、複数のモータ１０３、１０４、１０５と、それらに接続したインバータ１０６、１０７、１０８と、電力を供給するバッテリ１０９と、システム全体を制御するコントローラ１１０から構成される。
【０００６】
もし、ハイブリッド車両１０１を起動する時に周囲温度が低温（例えば氷点下数十度）であったとすると、バッテリ１０９は本来の性能を発揮できない。そこで、コントローラ１１０は低温環境であれば、バッテリ１０９を強制的に充放電し温度を上げる動作を行う。具体的には、放電する場合はモータ１０３を駆動してエンジン１０２の始動やアシストを行ったり、油圧装置１１１に接続されたモータ１０５を高速駆動するなどの動作を行う。また、充電する場合はモータ１０３を発電機として用い、エンジン１０２の駆動力を電力に変換してバッテリ１０９を充電する。このようにバッテリ１０９を強制的に充放電することで電流が流れ、バッテリ１０９の内部抵抗によって温度が上昇する。その結果、バッテリ１０９はハイブリッド車両１０１の要求性能を満たすことができるようになる。
【特許文献１】特許第３４４９２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のバッテリ制御装置によると、確かに蓄電素子としてのバッテリ１０９の温度を上げることができるのであるが、バッテリ１０９を強制放電させると、不要不急の電力がバッテリ１０９から持ち出される可能性があり、その分の損失が大きくなる。また、バッテリ１０９を強制充電させると、そのためにエンジン１０２の駆動力を上げて電力変換する必要があるため、その分、燃料を消費してしまう。さらに、１回の強制充放電でバッテリ１０９の温度が十分に上がらなかった場合は、上記充放電動作を繰り返すことになるが、その場合は、都度電力や燃料を消費するので、車両全体の効率が低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率に蓄電部を昇温することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、蓄電部と、前記蓄電部に一端が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に接続された入出力端子と、前記蓄電部と前記入出力端子の間に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと並列接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電部に配された温度センサと、前記入出力端子に接続された入出力端子電圧検出回路と、前記蓄電部に接続された蓄電部電圧検出回路と、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、温度センサ、入出力端子電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路とからなり、前記制御回路は、前記温度センサから得られる温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）より低ければ、前記蓄電部電圧検出回路から得られる前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力端子電圧検出回路から得られる前記入出力電圧（Ｖｂ）以下の場合は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、または前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより、前記蓄電部を前記入出力電圧より高い電圧まで初期充電した状態とし、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力電圧（Ｖｂ）より高い場合は、前記初期充電を行わない状態として、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部に電力を充電するように、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部から電力を放電するように、それぞれ制御するとともに、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）に至るまで前記蓄電部を昇温するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電装置によれば、蓄電部に第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータを接続し、蓄電部に充電された電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータで放電し、その電力を第１ＤＣ／ＤＣコンバータで蓄電部に充電する動作を繰り返すように両者の動作波形の位相を設定しているので、蓄電部の電力により自らが充放電され、その時の電流と蓄電部の内部抵抗により蓄電部が昇温される。従って、従来のバッテリや発電機による電力を充放電することがほとんどないので、高効率に蓄電部を昇温することができる蓄電装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、ここでは回生システム用の蓄電装置を例に説明する。
【００１２】
（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第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図を、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図を、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図を、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図を、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図を、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図を、それぞれ示す。図３は本発明の実施の形態における蓄電装置の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が一致するように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図を、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図を、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図を、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図を、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図を、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図を、それぞれ示す。図４は本発明の実施の形態における蓄電装置の昇温時の温度経時特性図である。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。
【００１３】
図１において、回生電力を蓄える蓄電部１１は、電気二重層キャパシタを複数個直列に接続した構成を有する。なお、電気二重層キャパシタの必要個数は制動時に発生する回生電力量等に応じて適宜決定すればよい。また、直列接続に限定されるものではなく、回生電力量が多い場合等は直並列接続としてもよい。
【００１４】
蓄電部１１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の一端が接続されている。ここで、本実施の形態では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を蓄電部１１の充電に用いるものとするので、蓄電部１１は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の第１出力端子１５に接続される構成となる。
【００１５】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の他端、すなわち第１入力端子１７は、蓄電装置１９の入出力端子２１に接続されている。ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の詳細構成について説明する。
【００１６】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の第１入力端子１７と第１出力端子１５の間には、第１入力端子１７側から第１チョークコイル２３、および第１スイッチ２５の直列回路が接続されている。また、第１チョークコイル２３と第１スイッチ２５の接続点にはグランドとの間に第２スイッチ２７が接続されている。さらに、第１入力端子１７と第１出力端子１５には、それぞれ平滑コンデンサ２９、３１が接続されている。なお、平滑コンデンサ３１には第３スイッチ３３が直列接続されている。従って、第３スイッチ３３をオフにすることで平滑コンデンサ３１の機能を停止することができる。
【００１７】
蓄電部１１と入出力端子２１の間には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と並列に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が接続されている。なお、本実施の形態では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を蓄電部１１の放電に用いるものとするので、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の第２入力端子３７に蓄電部１１が、第２出力端子３９に入出力端子２１が、それぞれ接続される構成となる。
【００１８】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の構成は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の構成と同じである。すなわち、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の第２出力端子３９と第２入力端子３７の間には、第２出力端子３９側から第２チョークコイル４１、および第４スイッチ４３の直列回路が接続されている。また、第２チョークコイル４１と第４スイッチ４３の接続点にはグランドとの間に第５スイッチ４５が接続されている。さらに、第２入力端子３７と第２出力端子３９には、それぞれ平滑コンデンサ４７、４９が接続されている。なお、平滑コンデンサ４７には第６スイッチ５１が直列接続されている。従って、第６スイッチ５１をオフにすることで平滑コンデンサ４７の機能を停止することができる。
【００１９】
なお、第１スイッチ２５、第２スイッチ２７、第３スイッチ３３、第４スイッチ４３、第５スイッチ４５、および第６スイッチ５１は、全て外部からオンオフ制御が可能なスイッチング素子からなり、本実施の形態ではいずれもＦＥＴを用いた。
【００２０】
また、蓄電部１１には、その温度Ｔを測定するための温度センサ５２が配されている。温度センサ５２は温度Ｔに対する抵抗値変化が大きいサーミスタを用いた。
【００２１】
また、入出力端子２１には、その入出力電圧Ｖｂを検出して出力する入出力端子電圧検出回路５３が接続されている。さらに、蓄電部１１には、その電圧Ｖｃを検出して出力する蓄電部電圧検出回路５４が接続されている。
【００２２】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５、温度センサ５２、入出力端子電圧検出回路５３、および蓄電部電圧検出回路５４は、いずれも制御回路５５に接続されている。なお、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５に対する接続は、具体的には第１スイッチ２５、第２スイッチ２７、第３スイッチ３３、第４スイッチ４３、第５スイッチ４５、および第６スイッチ５１の信号系配線となる。制御回路５５はマイクロコンピュータと周辺回路で構成され、温度センサ５２の出力から得られる温度Ｔ、入出力端子電圧検出回路５３の出力から得られる入出力電圧Ｖｂ、および蓄電部電圧検出回路５４の出力から得られる蓄電部１１の電圧Ｖｃを読み込むとともに、第１スイッチ２５から第６スイッチ５１までのオンオフ制御を、オンオフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６により、それぞれ行う。制御回路５５は、このような動作を含め、蓄電装置１９の全体の制御を司る。また、制御回路５５は車両側制御回路（図示せず）との間でデータ信号ｄａｔａにより情報の送受信を行っている。
【００２３】
なお、蓄電装置１９の全体におけるグランドは、全てグランド端子５７を介して車両側のグランドと接続されている。また、第１入力端子１７の近傍には、その電流ＩＤを検出するための第１入力端子電流検出回路５９が設けられている。同様に、第２出力端子３９の近傍には、その電流ＩＥを検出するための第２出力端子電流検出回路６１が設けられている。検出された電流ＩＤ、ＩＥは、いずれも制御回路５５に入力される。
【００２４】
以上のようにして構成された蓄電装置１９の入出力端子２１は、車両の主電源５８、負荷６０、および発電機６３等に接続されている。ここで、主電源５８は車両のバッテリであり、負荷６０は車両に搭載された各種電装品である。また、発電機６３は車両の制動時には回生電力を発生する。従って、発電機６３により発生した回生電力は、負荷６０に供給されるとともに、蓄電装置１９に内蔵した蓄電部１１に充電される。この際、蓄電部１１は電気二重層キャパシタからなるため、制動時に発生する急峻な回生電力を十分に回収することができる。なお、主電源５８の状態によっては、回生電力の一部が主電源５８にも充電される。
【００２５】
また、制動が終了すれば、蓄電装置１９は蓄電部１１に蓄えた回生電力を主電源５８や負荷６０に供給する。従って、車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして有効に利用できるとともに、蓄電装置１９から主電源５８や負荷６０への電力供給中は、発電機６３の発電を停止することができるので、その分のエンジン負担が軽減され、燃費を向上することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態の特徴である蓄電部１１の昇温動作について、図２から図４を用いて説明する。
【００２７】
まず、制御回路５５は温度センサ５２の出力から温度Ｔを読み込み、既定温度Ｔｒより低いか否かを判断する。なお、既定温度Ｔｒの詳細な決定方法は後述するが、この値は、あらかじめ制御回路５５に内蔵したメモリに記憶してある。もし、温度Ｔが既定温度Ｔｒ以上であれば、蓄電部１１を昇温する必要がないので、以下に説明する昇温動作は行われない。
【００２８】
温度Ｔが既定温度Ｔｒより低ければ、次に制御回路５５は、蓄電部電圧検出回路５４から蓄電部１１の電圧Ｖｃを読み込むとともに、入出力端子電圧検出回路５３から入出力端子２１における入出力電圧Ｖｂを読み込み、両者を比較する。
【００２９】
もし、蓄電部１１の電圧Ｖｃが入出力電圧Ｖｂ以下であれば、制御回路５５は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、または第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を制御して、蓄電部１１を入出力電圧Ｖｂより高い電圧（例えば５０％高い電圧）まで初期充電を行う。具体的には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する場合は、第３スイッチ３３をオンにするとともに、第１スイッチ２５と第２スイッチ２７を相互にオンオフが反転するように制御する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を制御する場合は、第６スイッチ５１をオンにするとともに、第４スイッチ４３と第５スイッチ４５を相互にオンオフが反転するように制御する。なお、ここでは第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５のいずれを用いて蓄電部１１を充電しても構わない。このような動作により、蓄電部１１を昇温するための電力が蓄電部１１に蓄えられたことになる。なお、蓄電部１１を入出力電圧Ｖｂより高い電圧まで初期充電することにより、後述する蓄電部１１の昇温動作を行う時に、主電源５８からの電力の持ち出しを最小限に抑えることができる。
【００３０】
一方、既に蓄電部１１の電圧Ｖｃが入出力電圧Ｖｂより高くなっている場合、制御回路５５は初期充電を行わない。
【００３１】
以上の動作により、蓄電部１１の昇温を行うための準備が完了したことになる。
【００３２】
次に、制御回路５５は、第３スイッチ３３と第６スイッチ５１をオフにする。これにより、後述する蓄電部１１の充放電電流波形のなまりが低減され、昇温効率が上がる。
【００３３】
次に、制御回路５５は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が蓄電部１１に電力を充電するように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が蓄電部１１から電力を放電するように、それぞれ制御する。この時、制御回路５５は、第１入力端子電流検出回路５９により検出される第１入力端子１７の電流ＩＤの絶対値と、第２出力端子電流検出回路６１により検出される第２出力端子３９の電流ＩＥの絶対値が等しくなるように、第１スイッチ２５、第２スイッチ２７、第４スイッチ４３、および第５スイッチ４５を制御する。また、この際に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させる。具体的には、第１スイッチ２５と第４スイッチ４３のオン信号の立ち上がりを１８０度ずれるようにする。この時の第１出力端子１５と第２入力端子３７の電流波形の経時変化を図２（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。なお、これらの図において、横軸は時間を示し、図２（ｂ）の縦軸は第１出力端子１５の電流ＩＢを、図２（ｃ）の縦軸は第２入力端子３７の電流ＩＣを、それぞれ示す。また、蓄電部１１に向かって流れる電流、すなわち充電電流を正とし、放電電流を負と定義する。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の時比率（オン期間とオフ期間の比率）を１：３とした場合について以下説明するが、時比率は上記の値に限定されるものではなく、入出力電圧Ｖｂ、および蓄電部１１の電圧Ｖｃによって決定される。また、第１スイッチ２５のオンオフ信号ＳＷ１と第２スイッチ２７のオンオフ信号ＳＷ２は互いに反転している。すなわち、オンオフ信号ＳＷ１がオンの時はオンオフ信号ＳＷ２がオフになる。同様に、第４スイッチ４３のオンオフ信号ＳＷ４と第５スイッチ４５のオンオフ信号ＳＷ５も互いに反転している。
【００３５】
まず、時間ｔ０において、制御回路５５は第４スイッチ４３をオンに、第５スイッチ４５をオフにする。この時、前記したように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させるので、第１スイッチ２５がオフ、第２スイッチ２７がオンとなる。これにより、図２（ｃ）に示すように第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは負方向に急峻に大きくなり、その後、時間ｔ１に至るまで経時的に電流ＩＣの絶対値が大きくなる。また、時間ｔ０から時間ｔ１の間は、図２（ｅ）と図２（ｃ）にそれぞれ示すように、第２出力端子３９に流れる電流ＩＥは、第２入力端子３７に流れる電流ＩＣと等しくなる。また、第１チョークコイル２３は第２スイッチ２７を介してグランドに接続されているので、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７に流れる電流ＩＤは正方向（充電方向）に経時的に大きくなる。なお、この時点では第１スイッチ２５がオフなので、図２（ｂ）に示すように第１出力端子１５には電流ＩＢが流れず、０となる。
【００３６】
次に、時間ｔ１で制御回路５５は第４スイッチ４３をオフに、第５スイッチ４５をオンにする。これにより、図２（ｃ）に示すように、第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは０になる。なお、図２（ｂ）に示すように、第１出力端子１５に流れる電流ＩＢは、第１スイッチ２５がオフのままなので、引き続き０を維持する。
【００３７】
また、図２（ｅ）に示すように、第２出力端子３９の電流ＩＥは負方向（放電方向）に流れ、その絶対値は時間ｔ１から時間ｔ２で経時的に小さくなる。一方、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７の電流ＩＤは正方向（充電方向）に流れ、その絶対値は引き続き経時的に大きくなる。
【００３８】
次に、時間ｔ２で、制御回路５５は、第１スイッチ２５をオンに、第２スイッチ２７をオフにする。その結果、図２（ｂ）に示すように第１出力端子１５に流れる電流ＩＢは正方向に急峻に大きくなり、その後、時間ｔ３に至るまで蓄電部１１への充電とともに経時的に電流ＩＢが小さくなる。従って、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７に流れる電流ＩＤも正方向で、経時的に小さくなる。また、図２（ｅ）に示すように、第２出力端子３９に流れる電流ＩＥは負方向で、その絶対値も経時的に小さくなる。なお、この時点では第４スイッチ４３がオフなので、図２（ｃ）に示すように第２入力端子３７には電流ＩＣが流れず、０のままとなる。
【００３９】
次に、時間ｔ３で制御回路５５は第１スイッチ２５をオフに、第２スイッチ２７をオンにする。この状態は前記した時間ｔ１から時間ｔ２と同じであるので、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１出力端子１５に流れる電流ＩＢと第２入出力端子３７に流れる電流ＩＣがそれぞれ０になる。また、時間ｔ３から時間ｔ４では、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７の電流ＩＤは正方向に流れ、その絶対値は経時的に大きくなり、図２（ｅ）に示すように、第２出力端子３９の電流ＩＥは負方向に流れ、その絶対値は経時的に小さくなる。
【００４０】
以上に述べた時間ｔ４までで１周期分の動作が終了する。従って、時間ｔ４以降は、時間ｔ０以降と同じ動作になるので、以後の説明を省略する。
【００４１】
このように動作した時の、蓄電部１１に流れる電流ＩＡ（図１のＡ点における電流）を図２（ａ）に示す。蓄電部１１に流れる電流ＩＡは、図２（ｂ）の第１出力端子１５に流れる電流ＩＢと、図２（ｃ）の第２入出力端子３７に流れる電流ＩＣを合成した波形となる。ここで、電流ＩＢと電流ＩＣの波形（動作波形）の位相が１８０度ずれるように動作させているので、両者の合成波形は電流ＩＢと電流ＩＣが交互に流れる波形となる。従って、蓄電部１１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５におけるオンオフのスイッチング周波数の２倍の周波数で充放電が繰り返し行われることになり、蓄電部１１の内部抵抗と充放電電流に応じて昇温が行われる。
【００４２】
一方、この時の主電源５８と蓄電装置１９の間の電流、すなわち入出力端子２１の電流ＩＦを図２（ｆ）に示す。電流ＩＦは、図２（ｄ）の第１入力端子１７の電流ＩＤと図２（ｅ）の第２出力端子３９の電流ＩＥの合成波形となる。ゆえに、電流ＩＤと電流ＩＥは、それぞれ正の値、および負の値を持つため相殺され、図２（ｆ）に示すように、０を中心に僅かに正負に電流ＩＦが流れるだけとなる。従って、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５で蓄電部１１の充放電を繰り返す動作を行っても、主電源５８との電流ＩＦはほとんど流れないことになる。ゆえに、蓄電部１１の昇温のために、主電源５８から不要不急の電力を持ち出したり発電機６３を駆動する必要がほとんどなくなり、高効率に蓄電部１１を昇温することが可能となる。
【００４３】
その後、制御回路５５は蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至るまで、上記した蓄電部１１の昇温動作を繰り返す。温度Ｔが既定温度Ｔｒに至れば、制御回路５５は昇温動作を停止するとともに、第３スイッチ３３と第６スイッチ５１をオンにして平滑コンデンサ３１、４７が機能するように制御した後、前記した回生電力の回収等の通常動作を行う。
【００４４】
なお、前記したように、蓄電部１１には昇温のために主電源５８の電圧Ｖｂよりも高い電圧まで初期充電されているが、これは蓄電装置１９の通常動作を行う際に不要であれば、温度Ｔが既定温度Ｔｒに至った時に、制御回路５５が第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、または第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５により、蓄電部１１の電力を放電するようにすればよい。この際、この放電電流を主電源５８や負荷６０に供給することで、電力の無駄を低減できる。ここで、初期充電電力が蓄電装置１９の通常動作の際に不要となる場合として、本実施の形態で述べた蓄電装置１９による回生システムが挙げられる。すなわち、電力の回生をできるだけ効率よく行うためには、制動時に蓄電部１１に蓄えられている電力を最低限度としておく方がよい。これにより、できるだけ多くの回生電力を充電することができる。
【００４５】
また、上記した蓄電部１１の昇温は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより行っているが、１８０度よりも小さくなると昇温に要する時間が長くなり、０度（位相が一致）になると、ほとんど昇温できなくなる。この詳細について、位相が一致した場合を例に説明する。
【００４６】
図３（ａ）〜（ｆ）は位相が一致している時の各部の電流における経時変化を示したもので、縦軸、および横軸の意味はそれぞれ図２（ａ）〜（ｆ）と同じである。
【００４７】
まず、図２で説明した動作と同様に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は充電方向に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は放電方向に制御される。具体的には、図３の時間ｔ１０において、第１スイッチ２５と第４スイッチ４３をオンに、第２スイッチ２７と第５スイッチ４５をオフにする。その結果、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が一致する。これにより、図３（ｃ）に示すように第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは負方向に急峻に大きくなり、その後、時間ｔ１０から時間ｔ１１に至るまで経時的に電流ＩＣの絶対値が大きくなる。この動作は図２（ｃ）と同じである。一方、図３（ｂ）に示すように第１出力端子１５に流れる電流ＩＢは、時間ｔ１０から時間ｔ１１に至るまで経時的に電流ＩＣの絶対値が小さくなる。従って、両者を合成した電流波形、すなわち、蓄電部１１における電流ＩＡの波形は、図３（ａ）の時間ｔ１０から時間ｔ１１に示すように、電流ＩＢと電流ＩＣが相殺するので、０を中心に僅かに上下するのみとなる。なお、この時、第２出力端子３９の電流ＩＥは、図３（ｅ）に示すように負方向に流れ、第１入力端子１７の電流ＩＤは、図３（ｄ）に示すように正方向に流れる。ゆえに、両者を合成した電流波形、すなわち、入出力端子２１における電流ＩＦの波形は、図３（ｆ）の時間ｔ１０から時間ｔ１１に示すように、電流ＩＤと電流ＩＥが相殺するので、０を中心に僅かに上下する特性となる。
【００４８】
次に、時間ｔ１１で制御回路５５は第１スイッチ２５と第４スイッチ４３をオフに、第２スイッチ２７と第５スイッチ４５をオンにする。これにより、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１出力端子１５に流れる電流ＩＢと第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは、それぞれ０になる。従って、両者を合成した蓄電部１１の電流ＩＡは、図３（ａ）に示すように０となる。この時、第１チョークコイル２３と第２チョークコイル４１は、時間ｔ１１で第２スイッチ２７と第５スイッチ４５がオンになったことにより、一端がグランドに、他端が主電源５８に接続された状態となる。その結果、図３（ｅ）に示すように、第２出力端子３９の電流ＩＥは負方向（放電方向）に流れ、その絶対値は時間ｔ１１から時間ｔ１４で経時的に小さくなる。一方、図３（ｄ）に示すように、第１入力端子１７の電流ＩＤは正方向（充電方向）に流れ、その絶対値は経時的に大きくなる。これらのことから、入出力端子２１における電流ＩＦの波形は、電流ＩＤと電流ＩＥが相殺するので、図３（ｆ）の時間ｔ１１から時間ｔ１４に示すように、０を中心に僅かに上下する特性となる。
【００４９】
次に、時間ｔ１４は時間ｔ１０と同じ状態であるので、以後、時間ｔ１０から時間ｔ１４の動作を繰り返すことになる。従って、図３（ｆ）に示すように、主電源５８との電流ＩＦがほとんど流れないと同時に、図３（ａ）に示すように、蓄電部１１の電流ＩＡもほとんど流れない。よって、位相が一致している時は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の間で電流が巡回するだけとなり、蓄電部１１をほとんど昇温できない。これらのことから、位相は１８０度ずれている場合が、最も効率よく蓄電部１１を昇温できることになる。ゆえに、位相のずれは動作誤差範囲内で１８０度とすればよい。
【００５０】
また、制御回路５５は、蓄電部１１の昇温時に劣化判断を行うとともに、蓄電装置１９の通常動作時において、もし温度Ｔが既定温度Ｔｒより低くなれば、蓄電部１１を昇温する動作を再び行っている。これらの動作の詳細について、図４を参照しながら説明する。
【００５１】
図４は蓄電部１１の温度Ｔにおける経時特性を示したもので、横軸は時間を、縦軸は温度Ｔをそれぞれ示す。まず、時間ｔ２０で蓄電装置１９の使用を開始したとする。これにより、制御回路５５は蓄電部１１の初期温度Ｔ０を検出する。初期温度Ｔ０は図４に示すように、既定温度Ｔｒに比べて低いので、制御回路５５は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５に対し、前記した図２に示す制御を行うことで、蓄電部１１を昇温する。その結果、蓄電部１１の温度Ｔは経時的に上昇していく。
【００５２】
ここで、蓄電部１１の状態により、昇温特性が異なる。すなわち、図４の太点線に示すように、蓄電部１１が新品時であれば昇温速度が遅く、太実線に示すように、蓄電部１１が劣化限界時（これ以上劣化すれば蓄電装置１９として使用できない限界状態）であれば昇温速度が速くなる。これは、蓄電部１１の劣化が進行するとともに内部抵抗値が大きくなり、蓄電部１１に図２（ａ）の電流ＩＡを流した時、その分、発熱量が大きくなるためである。ゆえに、昇温速度は蓄電部１１の劣化とともに大きくなるので、昇温速度を求めることにより蓄電部１１の劣化を判断することができる。その具体的な動作を以下に説明する。
【００５３】
まず、制御回路５５は初期温度Ｔ０を内蔵メモリに記憶した後、蓄電部１１の昇温動作を行う。その後、制御回路５５は蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至った時間を求める。これは、図４において、蓄電部１１が劣化限界時には時間ｔ２１、新品時は時間ｔ２２であったとする。この時点で制御回路５５は蓄電部１１の昇温動作を停止し通常動作を行うとともに、初期温度Ｔ０から既定温度Ｔｒに至るまでの時間ｔから昇温速度として温度変化率ΔＴを求める。すなわち、蓄電部１１が新品時は時間ｔがｔ＝ｔ２２−ｔ２０となるので、温度変化率ΔＴは、ΔＴ＝（Ｔｒ−Ｔ０）／（ｔ２２−ｔ２０）より求められる。また、蓄電部１１が劣化限界時は時間ｔがｔ＝ｔ２１−ｔ２０となるので、温度変化率ΔＴは、ΔＴ＝（Ｔｒ−Ｔ０）／（ｔ２１−ｔ２０）より求められる。
【００５４】
なお、昇温速度は時間ｔ２０における温度上昇特性の微分値から求められるのであるが、計算が煩雑になるため、本実施の形態では昇温速度を反映した温度変化率ΔＴを求めている。
【００５５】
次に、制御回路５５は、求めた温度変化率ΔＴが既定温度変化率ΔＴｒより大きければ、蓄電部１１が劣化していると判断する。この場合は、制御回路５５は車両側制御回路（図示せず）に対して蓄電部１１が劣化していることをデータ信号ｄａｔａにより送信する。これを受け、車両側制御回路は蓄電部１１の劣化を運転者に警告し修理を促す。この際、これ以上蓄電部１１が劣化しないように、車両側制御回路が蓄電装置１９の動作を停止し、制動時の電力の回生を行わないようにしてもよい。
【００５６】
ここで、既定温度変化率ΔＴｒの決定方法について説明する。既定温度Ｔｒは後述するように、あらかじめ決定されているので、図４より明らかなように、温度変化率ΔＴは蓄電部１１の劣化程度だけでなく、初期温度Ｔ０によっても変化する。そこで、劣化限界に至った蓄電部１１を用いて、様々な初期温度Ｔ０における既定温度Ｔｒまでの昇温時間から、初期温度Ｔ０に応じて温度変化率ΔＴを求め、これらを既定温度変化率ΔＴｒとしてあらかじめメモリに記憶しておく。これにより、初期温度Ｔ０が異なっても、それに応じて決定された既定温度変化率ΔＴｒと、実測した温度変化率ΔＴとを比較することで、より正確な劣化判断が可能となる。
【００５７】
次に、既定温度Ｔｒの決定方法について説明する。図４に示したように、蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至ると同時に、制御回路５５が昇温を停止したとしても、蓄電部１１の熱容量により、温度Ｔの上昇はすぐに止まらず、ある程度のオーバーシュートが発生する。そのオーバーシュート幅は温度変化率ΔＴが大きいほど、すなわち劣化が進行するほど大きくなる。ゆえに、オーバーシュート幅は劣化限界時に最大となる。このことから、既定温度Ｔｒは、図４に示すように、蓄電部１１が劣化していると判断される際（劣化限界時）にオーバーシュートにより到達する最大温度Ｔｍが、蓄電部１１の使用可能最大温度Ｔｍｕを超えないように、あらかじめ決定されている。この決定方法は、具体的には次のように行う。
【００５８】
図４において、もし既定温度Ｔｒが最大温度Ｔｍに近い値として決定すれば、蓄電部１１が劣化限界時の場合に、最大温度Ｔｍが使用可能最大温度Ｔｍｕを超えてしまう可能性がある。そこで、劣化限界に至った蓄電部１１を用いて、オーバーシュート幅が最大となる状態、すなわち初期温度Ｔ０が最も低い状態から昇温を行った時に、昇温を停止する温度（既定温度Ｔｒ）を様々に変えた際の最大温度Ｔｍを求める。一方、使用可能最大温度Ｔｍｕは蓄電部１１に使用する電気二重層キャパシタの特性によって決まっている。従って、最大温度Ｔｍが使用可能最大温度Ｔｍｕを超えないようにするための既定温度Ｔｒを実験的に求めることができる。こうして決定した既定温度Ｔｒは、制御回路５５の内蔵メモリに記憶されている。なお、実際には温度計測の誤差等を考慮して、図４に示すように最大温度Ｔｍが使用可能最大温度Ｔｍｕよりある程度のマージン分、低くなるように既定温度Ｔｒを決定している。これにより、蓄電部１１の温度Ｔが使用可能最大温度Ｔｍｕを超えることによる急速な劣化進行を避けることが可能となる。
【００５９】
蓄電部１１が既定温度Ｔｒに至り昇温動作を停止した後は、蓄電装置１９が通常動作を行っているので、オーバーシュートによる昇温があるものの、回生電力の充放電により蓄電部１１の温度Ｔは昇降温を繰り返す。しかし、例えば高速道路を巡航している場合のように、制動操作がほとんどないため充放電が行われない時は、図４の時間ｔ２１以降や時間ｔ２２以降に示すように、蓄電部１１の温度Ｔは経時的に低下していく。そこで、制御回路５５は、蓄電部１１が充放電動作を行っていない場合に、既定時間（例えば１０分）毎に蓄電部１１の温度Ｔを温度センサ５２により検出し、もし温度Ｔが既定温度Ｔｒより低ければ、蓄電部１１の昇温動作を行うようにしている。
【００６０】
具体的には、例えば蓄電部１１が新品状態の時は、図４の太点線に示すように、蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至った時間ｔ２２から既定時間が経過した時間ｔ２４において、蓄電部１１が充放電動作を行っていなければ、蓄電部１１の温度Ｔを検出する。これは既定温度Ｔｒより低いので、蓄電部１１の昇温動作を行う。これにより、蓄電部１１の温度Ｔは時間ｔ２４以降で上昇し、既定温度Ｔｒに至れば昇温動作を停止する。その結果、オーバーシュートを経て再び降温するので、制御回路５５は時間ｔ２４から既定時間が経過した時間ｔ２６で再び時間ｔ２４と同じ動作を行う。これにより、時間ｔ２４、ｔ２６、ｔ２８・・・で周期的に昇温動作が行われるので、蓄電部１１が充電できる回生電力量を高く保つことが可能となる。
【００６１】
同様に、劣化限界時においても、図４の太実線に示すように、時間ｔ２１から既定時間（新品時と同じ１０分）が経過した時間ｔ２３において、蓄電部１１が充放電動作を行っていなければ、蓄電部１１の温度Ｔを検出する。この時は、温度Ｔが既定温度Ｔｒ以上であるので、昇温動作は行われない。その後、さらに既定時間が経過した時間ｔ２５において、再び蓄電部１１の温度Ｔを検出する。この時は、温度Ｔが既定温度Ｔｒより低いので、制御回路５５は昇温動作を行う。これにより、蓄電部１１の温度Ｔは時間ｔ２５以降で上昇し、既定温度Ｔｒに至れば昇温動作を停止する。その結果、オーバーシュートを経て再び降温するので、制御回路５５は時間ｔ２５から既定時間が経過した時間ｔ２７で再び時間ｔ２５と同じ動作を行う。これにより、時間ｔ２５、ｔ２７・・・で周期的に昇温動作が行われるので、蓄電部１１が劣化限界時であっても、充電できる回生電力量を高く保つことが可能となる。
【００６２】
このように、主電源５８からの電力の持ち出しや発電機６３の駆動を抑制した状態で、効率的に、かつ周期的に昇温動作を行うことができるので、回生電力量が高く保たれることも相まって、車両全体としての効率向上を図ることが可能となる。
【００６３】
以上の構成、動作により、蓄電部１１に充電された電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５で放電し、その電力を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で蓄電部１１に充電する動作を繰り返すように両者の動作波形の位相を１８０度ずらして設定しているので、蓄電部１１の電力により自らが充放電され、その時の電流と蓄電部１１の内部抵抗により蓄電部１１が昇温される結果、高効率に蓄電部１１を昇温することができる蓄電装置１９が実現できる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、蓄電部１１に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。但し、蓄電部１１に例えば二次電池を用いた場合は、充放電に時間がかかるため、本実施の形態のように充放電を高速に繰り返す場合は十分に昇温することができなくなる可能性がある。従って、本実施の形態における蓄電部１１としては、高速充放電が可能なキャパシタが適する。
【００６５】
また、本実施の形態において蓄電装置１９を車両の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、ハイブリッド車や、アイドリングストップ、電動パワーステアリング、車両制動システム、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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかる車両用電源装置は、高効率に蓄電部を昇温することができるので、特に蓄電部に電力を蓄え、必要な時に放電する車両用の蓄電装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】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
【図２】本発明の実施の形態における蓄電装置の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図
【図３】本発明の実施の形態における蓄電装置の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が一致するように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図
【図４】本発明の実施の形態における蓄電装置の昇温時の温度経時特性図
【図５】従来のバッテリ制御装置のブロック構成図
【符号の説明】
【００６８】
１１ 蓄電部
１３ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９ 蓄電装置
２１ 入出力端子
３５ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
５２ 温度センサ
５３ 入出力端子電圧検出回路
５４ 蓄電部電圧検出回路
５５ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電部に電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮や燃費向上のために、制動時に発電を行うことで制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生システムを搭載した自動車（以下、車両という）が開発されている。この回生システムは車両減速時に発電機で発生する電力（以下、回生電力という）を蓄電部に充電し、減速時以外に放電することで、発電機の発電量を減らすことができるので、その分、エンジン負担が軽減され省燃費が可能となる。
【０００３】
このような回生電力は車両減速時に急峻に発生するため、回生電力を十分に充電するためには、蓄電部に用いる蓄電素子として、例えば急速充放電特性に優れた電気二重層キャパシタを適用した蓄電装置とすることが望ましい。しかし、電気二重層キャパシタは温度が低くなるほど容量値が下がる特性を有するため、蓄電装置が低温状態であれば回生電力の充電が十分にできなくなる可能性がある。
【０００４】
そこで、蓄電素子としてキャパシタではなくバッテリを用いた例ではあるが、強制的にバッテリへの充放電を行うことで電流を流し、バッテリの内部抵抗により発熱させて温度を上げる構成が下記特許文献１に提案されている。図５はこのようなバッテリ制御装置のブロック構成図である。なお、ここではバッテリ制御装置をハイブリッド車両に適用した場合を示す。
【０００５】
ハイブリッド車両１０１は基本的にはエンジン１０２と、複数のモータ１０３、１０４、１０５と、それらに接続したインバータ１０６、１０７、１０８と、電力を供給するバッテリ１０９と、システム全体を制御するコントローラ１１０から構成される。
【０００６】
もし、ハイブリッド車両１０１を起動する時に周囲温度が低温（例えば氷点下数十度）であったとすると、バッテリ１０９は本来の性能を発揮できない。そこで、コントローラ１１０は低温環境であれば、バッテリ１０９を強制的に充放電し温度を上げる動作を行う。具体的には、放電する場合はモータ１０３を駆動してエンジン１０２の始動やアシストを行ったり、油圧装置１１１に接続されたモータ１０５を高速駆動するなどの動作を行う。また、充電する場合はモータ１０３を発電機として用い、エンジン１０２の駆動力を電力に変換してバッテリ１０９を充電する。このようにバッテリ１０９を強制的に充放電することで電流が流れ、バッテリ１０９の内部抵抗によって温度が上昇する。その結果、バッテリ１０９はハイブリッド車両１０１の要求性能を満たすことができるようになる。
【特許文献１】特許第３４４９２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のバッテリ制御装置によると、確かに蓄電素子としてのバッテリ１０９の温度を上げることができるのであるが、バッテリ１０９を強制放電させると、不要不急の電力がバッテリ１０９から持ち出される可能性があり、その分の損失が大きくなる。また、バッテリ１０９を強制充電させると、そのためにエンジン１０２の駆動力を上げて電力変換する必要があるため、その分、燃料を消費してしまう。さらに、１回の強制充放電でバッテリ１０９の温度が十分に上がらなかった場合は、上記充放電動作を繰り返すことになるが、その場合は、都度電力や燃料を消費するので、車両全体の効率が低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率に蓄電部を昇温することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、蓄電部と、前記蓄電部に一端が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に接続された入出力端子と、前記蓄電部と前記入出力端子の間に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと並列接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電部に配された温度センサと、前記入出力端子に接続された入出力端子電圧検出回路と、前記蓄電部に接続された蓄電部電圧検出回路と、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、温度センサ、入出力端子電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路とからなり、前記制御回路は、前記温度センサから得られる温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）より低ければ、前記蓄電部電圧検出回路から得られる前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力端子電圧検出回路から得られる前記入出力電圧（Ｖｂ）以下の場合は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、または前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより、前記蓄電部を前記入出力電圧より高い電圧まで初期充電した状態とし、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力電圧（Ｖｂ）より高い場合は、前記初期充電を行わない状態として、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部に電力を充電するように、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部から電力を放電するように、それぞれ制御するとともに、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）に至るまで前記蓄電部を昇温するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電装置によれば、蓄電部に第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータを接続し、蓄電部に充電された電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータで放電し、その電力を第１ＤＣ／ＤＣコンバータで蓄電部に充電する動作を繰り返すように両者の動作波形の位相を設定しているので、蓄電部の電力により自らが充放電され、その時の電流と蓄電部の内部抵抗により蓄電部が昇温される。従って、従来のバッテリや発電機による電力を充放電することがほとんどないので、高効率に蓄電部を昇温することができる蓄電装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、ここでは回生システム用の蓄電装置を例に説明する。
【００１２】
（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第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図を、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図を、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図を、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図を、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図を、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図を、それぞれ示す。図３は本発明の実施の形態における蓄電装置の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が一致するように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図を、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図を、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図を、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図を、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図を、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図を、それぞれ示す。図４は本発明の実施の形態における蓄電装置の昇温時の温度経時特性図である。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。
【００１３】
図１において、回生電力を蓄える蓄電部１１は、電気二重層キャパシタを複数個直列に接続した構成を有する。なお、電気二重層キャパシタの必要個数は制動時に発生する回生電力量等に応じて適宜決定すればよい。また、直列接続に限定されるものではなく、回生電力量が多い場合等は直並列接続としてもよい。
【００１４】
蓄電部１１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の一端が接続されている。ここで、本実施の形態では第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を蓄電部１１の充電に用いるものとするので、蓄電部１１は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の第１出力端子１５に接続される構成となる。
【００１５】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の他端、すなわち第１入力端子１７は、蓄電装置１９の入出力端子２１に接続されている。ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の詳細構成について説明する。
【００１６】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の第１入力端子１７と第１出力端子１５の間には、第１入力端子１７側から第１チョークコイル２３、および第１スイッチ２５の直列回路が接続されている。また、第１チョークコイル２３と第１スイッチ２５の接続点にはグランドとの間に第２スイッチ２７が接続されている。さらに、第１入力端子１７と第１出力端子１５には、それぞれ平滑コンデンサ２９、３１が接続されている。なお、平滑コンデンサ３１には第３スイッチ３３が直列接続されている。従って、第３スイッチ３３をオフにすることで平滑コンデンサ３１の機能を停止することができる。
【００１７】
蓄電部１１と入出力端子２１の間には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と並列に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が接続されている。なお、本実施の形態では第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を蓄電部１１の放電に用いるものとするので、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の第２入力端子３７に蓄電部１１が、第２出力端子３９に入出力端子２１が、それぞれ接続される構成となる。
【００１８】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の構成は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の構成と同じである。すなわち、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の第２出力端子３９と第２入力端子３７の間には、第２出力端子３９側から第２チョークコイル４１、および第４スイッチ４３の直列回路が接続されている。また、第２チョークコイル４１と第４スイッチ４３の接続点にはグランドとの間に第５スイッチ４５が接続されている。さらに、第２入力端子３７と第２出力端子３９には、それぞれ平滑コンデンサ４７、４９が接続されている。なお、平滑コンデンサ４７には第６スイッチ５１が直列接続されている。従って、第６スイッチ５１をオフにすることで平滑コンデンサ４７の機能を停止することができる。
【００１９】
なお、第１スイッチ２５、第２スイッチ２７、第３スイッチ３３、第４スイッチ４３、第５スイッチ４５、および第６スイッチ５１は、全て外部からオンオフ制御が可能なスイッチング素子からなり、本実施の形態ではいずれもＦＥＴを用いた。
【００２０】
また、蓄電部１１には、その温度Ｔを測定するための温度センサ５２が配されている。温度センサ５２は温度Ｔに対する抵抗値変化が大きいサーミスタを用いた。
【００２１】
また、入出力端子２１には、その入出力電圧Ｖｂを検出して出力する入出力端子電圧検出回路５３が接続されている。さらに、蓄電部１１には、その電圧Ｖｃを検出して出力する蓄電部電圧検出回路５４が接続されている。
【００２２】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５、温度センサ５２、入出力端子電圧検出回路５３、および蓄電部電圧検出回路５４は、いずれも制御回路５５に接続されている。なお、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５に対する接続は、具体的には第１スイッチ２５、第２スイッチ２７、第３スイッチ３３、第４スイッチ４３、第５スイッチ４５、および第６スイッチ５１の信号系配線となる。制御回路５５はマイクロコンピュータと周辺回路で構成され、温度センサ５２の出力から得られる温度Ｔ、入出力端子電圧検出回路５３の出力から得られる入出力電圧Ｖｂ、および蓄電部電圧検出回路５４の出力から得られる蓄電部１１の電圧Ｖｃを読み込むとともに、第１スイッチ２５から第６スイッチ５１までのオンオフ制御を、オンオフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６により、それぞれ行う。制御回路５５は、このような動作を含め、蓄電装置１９の全体の制御を司る。また、制御回路５５は車両側制御回路（図示せず）との間でデータ信号ｄａｔａにより情報の送受信を行っている。
【００２３】
なお、蓄電装置１９の全体におけるグランドは、全てグランド端子５７を介して車両側のグランドと接続されている。また、第１入力端子１７の近傍には、その電流ＩＤを検出するための第１入力端子電流検出回路５９が設けられている。同様に、第２出力端子３９の近傍には、その電流ＩＥを検出するための第２出力端子電流検出回路６１が設けられている。検出された電流ＩＤ、ＩＥは、いずれも制御回路５５に入力される。
【００２４】
以上のようにして構成された蓄電装置１９の入出力端子２１は、車両の主電源５８、負荷６０、および発電機６３等に接続されている。ここで、主電源５８は車両のバッテリであり、負荷６０は車両に搭載された各種電装品である。また、発電機６３は車両の制動時には回生電力を発生する。従って、発電機６３により発生した回生電力は、負荷６０に供給されるとともに、蓄電装置１９に内蔵した蓄電部１１に充電される。この際、蓄電部１１は電気二重層キャパシタからなるため、制動時に発生する急峻な回生電力を十分に回収することができる。なお、主電源５８の状態によっては、回生電力の一部が主電源５８にも充電される。
【００２５】
また、制動が終了すれば、蓄電装置１９は蓄電部１１に蓄えた回生電力を主電源５８や負荷６０に供給する。従って、車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして有効に利用できるとともに、蓄電装置１９から主電源５８や負荷６０への電力供給中は、発電機６３の発電を停止することができるので、その分のエンジン負担が軽減され、燃費を向上することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態の特徴である蓄電部１１の昇温動作について、図２から図４を用いて説明する。
【００２７】
まず、制御回路５５は温度センサ５２の出力から温度Ｔを読み込み、既定温度Ｔｒより低いか否かを判断する。なお、既定温度Ｔｒの詳細な決定方法は後述するが、この値は、あらかじめ制御回路５５に内蔵したメモリに記憶してある。もし、温度Ｔが既定温度Ｔｒ以上であれば、蓄電部１１を昇温する必要がないので、以下に説明する昇温動作は行われない。
【００２８】
温度Ｔが既定温度Ｔｒより低ければ、次に制御回路５５は、蓄電部電圧検出回路５４から蓄電部１１の電圧Ｖｃを読み込むとともに、入出力端子電圧検出回路５３から入出力端子２１における入出力電圧Ｖｂを読み込み、両者を比較する。
【００２９】
もし、蓄電部１１の電圧Ｖｃが入出力電圧Ｖｂ以下であれば、制御回路５５は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、または第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を制御して、蓄電部１１を入出力電圧Ｖｂより高い電圧（例えば５０％高い電圧）まで初期充電を行う。具体的には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する場合は、第３スイッチ３３をオンにするとともに、第１スイッチ２５と第２スイッチ２７を相互にオンオフが反転するように制御する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を制御する場合は、第６スイッチ５１をオンにするとともに、第４スイッチ４３と第５スイッチ４５を相互にオンオフが反転するように制御する。なお、ここでは第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５のいずれを用いて蓄電部１１を充電しても構わない。このような動作により、蓄電部１１を昇温するための電力が蓄電部１１に蓄えられたことになる。なお、蓄電部１１を入出力電圧Ｖｂより高い電圧まで初期充電することにより、後述する蓄電部１１の昇温動作を行う時に、主電源５８からの電力の持ち出しを最小限に抑えることができる。
【００３０】
一方、既に蓄電部１１の電圧Ｖｃが入出力電圧Ｖｂより高くなっている場合、制御回路５５は初期充電を行わない。
【００３１】
以上の動作により、蓄電部１１の昇温を行うための準備が完了したことになる。
【００３２】
次に、制御回路５５は、第３スイッチ３３と第６スイッチ５１をオフにする。これにより、後述する蓄電部１１の充放電電流波形のなまりが低減され、昇温効率が上がる。
【００３３】
次に、制御回路５５は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が蓄電部１１に電力を充電するように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が蓄電部１１から電力を放電するように、それぞれ制御する。この時、制御回路５５は、第１入力端子電流検出回路５９により検出される第１入力端子１７の電流ＩＤの絶対値と、第２出力端子電流検出回路６１により検出される第２出力端子３９の電流ＩＥの絶対値が等しくなるように、第１スイッチ２５、第２スイッチ２７、第４スイッチ４３、および第５スイッチ４５を制御する。また、この際に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させる。具体的には、第１スイッチ２５と第４スイッチ４３のオン信号の立ち上がりを１８０度ずれるようにする。この時の第１出力端子１５と第２入力端子３７の電流波形の経時変化を図２（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。なお、これらの図において、横軸は時間を示し、図２（ｂ）の縦軸は第１出力端子１５の電流ＩＢを、図２（ｃ）の縦軸は第２入力端子３７の電流ＩＣを、それぞれ示す。また、蓄電部１１に向かって流れる電流、すなわち充電電流を正とし、放電電流を負と定義する。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の時比率（オン期間とオフ期間の比率）を１：３とした場合について以下説明するが、時比率は上記の値に限定されるものではなく、入出力電圧Ｖｂ、および蓄電部１１の電圧Ｖｃによって決定される。また、第１スイッチ２５のオンオフ信号ＳＷ１と第２スイッチ２７のオンオフ信号ＳＷ２は互いに反転している。すなわち、オンオフ信号ＳＷ１がオンの時はオンオフ信号ＳＷ２がオフになる。同様に、第４スイッチ４３のオンオフ信号ＳＷ４と第５スイッチ４５のオンオフ信号ＳＷ５も互いに反転している。
【００３５】
まず、時間ｔ０において、制御回路５５は第４スイッチ４３をオンに、第５スイッチ４５をオフにする。この時、前記したように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させるので、第１スイッチ２５がオフ、第２スイッチ２７がオンとなる。これにより、図２（ｃ）に示すように第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは負方向に急峻に大きくなり、その後、時間ｔ１に至るまで経時的に電流ＩＣの絶対値が大きくなる。また、時間ｔ０から時間ｔ１の間は、図２（ｅ）と図２（ｃ）にそれぞれ示すように、第２出力端子３９に流れる電流ＩＥは、第２入力端子３７に流れる電流ＩＣと等しくなる。また、第１チョークコイル２３は第２スイッチ２７を介してグランドに接続されているので、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７に流れる電流ＩＤは正方向（充電方向）に経時的に大きくなる。なお、この時点では第１スイッチ２５がオフなので、図２（ｂ）に示すように第１出力端子１５には電流ＩＢが流れず、０となる。
【００３６】
次に、時間ｔ１で制御回路５５は第４スイッチ４３をオフに、第５スイッチ４５をオンにする。これにより、図２（ｃ）に示すように、第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは０になる。なお、図２（ｂ）に示すように、第１出力端子１５に流れる電流ＩＢは、第１スイッチ２５がオフのままなので、引き続き０を維持する。
【００３７】
また、図２（ｅ）に示すように、第２出力端子３９の電流ＩＥは負方向（放電方向）に流れ、その絶対値は時間ｔ１から時間ｔ２で経時的に小さくなる。一方、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７の電流ＩＤは正方向（充電方向）に流れ、その絶対値は引き続き経時的に大きくなる。
【００３８】
次に、時間ｔ２で、制御回路５５は、第１スイッチ２５をオンに、第２スイッチ２７をオフにする。その結果、図２（ｂ）に示すように第１出力端子１５に流れる電流ＩＢは正方向に急峻に大きくなり、その後、時間ｔ３に至るまで蓄電部１１への充電とともに経時的に電流ＩＢが小さくなる。従って、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７に流れる電流ＩＤも正方向で、経時的に小さくなる。また、図２（ｅ）に示すように、第２出力端子３９に流れる電流ＩＥは負方向で、その絶対値も経時的に小さくなる。なお、この時点では第４スイッチ４３がオフなので、図２（ｃ）に示すように第２入力端子３７には電流ＩＣが流れず、０のままとなる。
【００３９】
次に、時間ｔ３で制御回路５５は第１スイッチ２５をオフに、第２スイッチ２７をオンにする。この状態は前記した時間ｔ１から時間ｔ２と同じであるので、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１出力端子１５に流れる電流ＩＢと第２入出力端子３７に流れる電流ＩＣがそれぞれ０になる。また、時間ｔ３から時間ｔ４では、図２（ｄ）に示すように、第１入力端子１７の電流ＩＤは正方向に流れ、その絶対値は経時的に大きくなり、図２（ｅ）に示すように、第２出力端子３９の電流ＩＥは負方向に流れ、その絶対値は経時的に小さくなる。
【００４０】
以上に述べた時間ｔ４までで１周期分の動作が終了する。従って、時間ｔ４以降は、時間ｔ０以降と同じ動作になるので、以後の説明を省略する。
【００４１】
このように動作した時の、蓄電部１１に流れる電流ＩＡ（図１のＡ点における電流）を図２（ａ）に示す。蓄電部１１に流れる電流ＩＡは、図２（ｂ）の第１出力端子１５に流れる電流ＩＢと、図２（ｃ）の第２入出力端子３７に流れる電流ＩＣを合成した波形となる。ここで、電流ＩＢと電流ＩＣの波形（動作波形）の位相が１８０度ずれるように動作させているので、両者の合成波形は電流ＩＢと電流ＩＣが交互に流れる波形となる。従って、蓄電部１１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５におけるオンオフのスイッチング周波数の２倍の周波数で充放電が繰り返し行われることになり、蓄電部１１の内部抵抗と充放電電流に応じて昇温が行われる。
【００４２】
一方、この時の主電源５８と蓄電装置１９の間の電流、すなわち入出力端子２１の電流ＩＦを図２（ｆ）に示す。電流ＩＦは、図２（ｄ）の第１入力端子１７の電流ＩＤと図２（ｅ）の第２出力端子３９の電流ＩＥの合成波形となる。ゆえに、電流ＩＤと電流ＩＥは、それぞれ正の値、および負の値を持つため相殺され、図２（ｆ）に示すように、０を中心に僅かに正負に電流ＩＦが流れるだけとなる。従って、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５で蓄電部１１の充放電を繰り返す動作を行っても、主電源５８との電流ＩＦはほとんど流れないことになる。ゆえに、蓄電部１１の昇温のために、主電源５８から不要不急の電力を持ち出したり発電機６３を駆動する必要がほとんどなくなり、高効率に蓄電部１１を昇温することが可能となる。
【００４３】
その後、制御回路５５は蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至るまで、上記した蓄電部１１の昇温動作を繰り返す。温度Ｔが既定温度Ｔｒに至れば、制御回路５５は昇温動作を停止するとともに、第３スイッチ３３と第６スイッチ５１をオンにして平滑コンデンサ３１、４７が機能するように制御した後、前記した回生電力の回収等の通常動作を行う。
【００４４】
なお、前記したように、蓄電部１１には昇温のために主電源５８の電圧Ｖｂよりも高い電圧まで初期充電されているが、これは蓄電装置１９の通常動作を行う際に不要であれば、温度Ｔが既定温度Ｔｒに至った時に、制御回路５５が第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、または第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５により、蓄電部１１の電力を放電するようにすればよい。この際、この放電電流を主電源５８や負荷６０に供給することで、電力の無駄を低減できる。ここで、初期充電電力が蓄電装置１９の通常動作の際に不要となる場合として、本実施の形態で述べた蓄電装置１９による回生システムが挙げられる。すなわち、電力の回生をできるだけ効率よく行うためには、制動時に蓄電部１１に蓄えられている電力を最低限度としておく方がよい。これにより、できるだけ多くの回生電力を充電することができる。
【００４５】
また、上記した蓄電部１１の昇温は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより行っているが、１８０度よりも小さくなると昇温に要する時間が長くなり、０度（位相が一致）になると、ほとんど昇温できなくなる。この詳細について、位相が一致した場合を例に説明する。
【００４６】
図３（ａ）〜（ｆ）は位相が一致している時の各部の電流における経時変化を示したもので、縦軸、および横軸の意味はそれぞれ図２（ａ）〜（ｆ）と同じである。
【００４７】
まず、図２で説明した動作と同様に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は充電方向に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は放電方向に制御される。具体的には、図３の時間ｔ１０において、第１スイッチ２５と第４スイッチ４３をオンに、第２スイッチ２７と第５スイッチ４５をオフにする。その結果、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の動作波形の位相と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の動作波形の位相が一致する。これにより、図３（ｃ）に示すように第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは負方向に急峻に大きくなり、その後、時間ｔ１０から時間ｔ１１に至るまで経時的に電流ＩＣの絶対値が大きくなる。この動作は図２（ｃ）と同じである。一方、図３（ｂ）に示すように第１出力端子１５に流れる電流ＩＢは、時間ｔ１０から時間ｔ１１に至るまで経時的に電流ＩＣの絶対値が小さくなる。従って、両者を合成した電流波形、すなわち、蓄電部１１における電流ＩＡの波形は、図３（ａ）の時間ｔ１０から時間ｔ１１に示すように、電流ＩＢと電流ＩＣが相殺するので、０を中心に僅かに上下するのみとなる。なお、この時、第２出力端子３９の電流ＩＥは、図３（ｅ）に示すように負方向に流れ、第１入力端子１７の電流ＩＤは、図３（ｄ）に示すように正方向に流れる。ゆえに、両者を合成した電流波形、すなわち、入出力端子２１における電流ＩＦの波形は、図３（ｆ）の時間ｔ１０から時間ｔ１１に示すように、電流ＩＤと電流ＩＥが相殺するので、０を中心に僅かに上下する特性となる。
【００４８】
次に、時間ｔ１１で制御回路５５は第１スイッチ２５と第４スイッチ４３をオフに、第２スイッチ２７と第５スイッチ４５をオンにする。これにより、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１出力端子１５に流れる電流ＩＢと第２入力端子３７に流れる電流ＩＣは、それぞれ０になる。従って、両者を合成した蓄電部１１の電流ＩＡは、図３（ａ）に示すように０となる。この時、第１チョークコイル２３と第２チョークコイル４１は、時間ｔ１１で第２スイッチ２７と第５スイッチ４５がオンになったことにより、一端がグランドに、他端が主電源５８に接続された状態となる。その結果、図３（ｅ）に示すように、第２出力端子３９の電流ＩＥは負方向（放電方向）に流れ、その絶対値は時間ｔ１１から時間ｔ１４で経時的に小さくなる。一方、図３（ｄ）に示すように、第１入力端子１７の電流ＩＤは正方向（充電方向）に流れ、その絶対値は経時的に大きくなる。これらのことから、入出力端子２１における電流ＩＦの波形は、電流ＩＤと電流ＩＥが相殺するので、図３（ｆ）の時間ｔ１１から時間ｔ１４に示すように、０を中心に僅かに上下する特性となる。
【００４９】
次に、時間ｔ１４は時間ｔ１０と同じ状態であるので、以後、時間ｔ１０から時間ｔ１４の動作を繰り返すことになる。従って、図３（ｆ）に示すように、主電源５８との電流ＩＦがほとんど流れないと同時に、図３（ａ）に示すように、蓄電部１１の電流ＩＡもほとんど流れない。よって、位相が一致している時は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の間で電流が巡回するだけとなり、蓄電部１１をほとんど昇温できない。これらのことから、位相は１８０度ずれている場合が、最も効率よく蓄電部１１を昇温できることになる。ゆえに、位相のずれは動作誤差範囲内で１８０度とすればよい。
【００５０】
また、制御回路５５は、蓄電部１１の昇温時に劣化判断を行うとともに、蓄電装置１９の通常動作時において、もし温度Ｔが既定温度Ｔｒより低くなれば、蓄電部１１を昇温する動作を再び行っている。これらの動作の詳細について、図４を参照しながら説明する。
【００５１】
図４は蓄電部１１の温度Ｔにおける経時特性を示したもので、横軸は時間を、縦軸は温度Ｔをそれぞれ示す。まず、時間ｔ２０で蓄電装置１９の使用を開始したとする。これにより、制御回路５５は蓄電部１１の初期温度Ｔ０を検出する。初期温度Ｔ０は図４に示すように、既定温度Ｔｒに比べて低いので、制御回路５５は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５に対し、前記した図２に示す制御を行うことで、蓄電部１１を昇温する。その結果、蓄電部１１の温度Ｔは経時的に上昇していく。
【００５２】
ここで、蓄電部１１の状態により、昇温特性が異なる。すなわち、図４の太点線に示すように、蓄電部１１が新品時であれば昇温速度が遅く、太実線に示すように、蓄電部１１が劣化限界時（これ以上劣化すれば蓄電装置１９として使用できない限界状態）であれば昇温速度が速くなる。これは、蓄電部１１の劣化が進行するとともに内部抵抗値が大きくなり、蓄電部１１に図２（ａ）の電流ＩＡを流した時、その分、発熱量が大きくなるためである。ゆえに、昇温速度は蓄電部１１の劣化とともに大きくなるので、昇温速度を求めることにより蓄電部１１の劣化を判断することができる。その具体的な動作を以下に説明する。
【００５３】
まず、制御回路５５は初期温度Ｔ０を内蔵メモリに記憶した後、蓄電部１１の昇温動作を行う。その後、制御回路５５は蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至った時間を求める。これは、図４において、蓄電部１１が劣化限界時には時間ｔ２１、新品時は時間ｔ２２であったとする。この時点で制御回路５５は蓄電部１１の昇温動作を停止し通常動作を行うとともに、初期温度Ｔ０から既定温度Ｔｒに至るまでの時間ｔから昇温速度として温度変化率ΔＴを求める。すなわち、蓄電部１１が新品時は時間ｔがｔ＝ｔ２２−ｔ２０となるので、温度変化率ΔＴは、ΔＴ＝（Ｔｒ−Ｔ０）／（ｔ２２−ｔ２０）より求められる。また、蓄電部１１が劣化限界時は時間ｔがｔ＝ｔ２１−ｔ２０となるので、温度変化率ΔＴは、ΔＴ＝（Ｔｒ−Ｔ０）／（ｔ２１−ｔ２０）より求められる。
【００５４】
なお、昇温速度は時間ｔ２０における温度上昇特性の微分値から求められるのであるが、計算が煩雑になるため、本実施の形態では昇温速度を反映した温度変化率ΔＴを求めている。
【００５５】
次に、制御回路５５は、求めた温度変化率ΔＴが既定温度変化率ΔＴｒより大きければ、蓄電部１１が劣化していると判断する。この場合は、制御回路５５は車両側制御回路（図示せず）に対して蓄電部１１が劣化していることをデータ信号ｄａｔａにより送信する。これを受け、車両側制御回路は蓄電部１１の劣化を運転者に警告し修理を促す。この際、これ以上蓄電部１１が劣化しないように、車両側制御回路が蓄電装置１９の動作を停止し、制動時の電力の回生を行わないようにしてもよい。
【００５６】
ここで、既定温度変化率ΔＴｒの決定方法について説明する。既定温度Ｔｒは後述するように、あらかじめ決定されているので、図４より明らかなように、温度変化率ΔＴは蓄電部１１の劣化程度だけでなく、初期温度Ｔ０によっても変化する。そこで、劣化限界に至った蓄電部１１を用いて、様々な初期温度Ｔ０における既定温度Ｔｒまでの昇温時間から、初期温度Ｔ０に応じて温度変化率ΔＴを求め、これらを既定温度変化率ΔＴｒとしてあらかじめメモリに記憶しておく。これにより、初期温度Ｔ０が異なっても、それに応じて決定された既定温度変化率ΔＴｒと、実測した温度変化率ΔＴとを比較することで、より正確な劣化判断が可能となる。
【００５７】
次に、既定温度Ｔｒの決定方法について説明する。図４に示したように、蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至ると同時に、制御回路５５が昇温を停止したとしても、蓄電部１１の熱容量により、温度Ｔの上昇はすぐに止まらず、ある程度のオーバーシュートが発生する。そのオーバーシュート幅は温度変化率ΔＴが大きいほど、すなわち劣化が進行するほど大きくなる。ゆえに、オーバーシュート幅は劣化限界時に最大となる。このことから、既定温度Ｔｒは、図４に示すように、蓄電部１１が劣化していると判断される際（劣化限界時）にオーバーシュートにより到達する最大温度Ｔｍが、蓄電部１１の使用可能最大温度Ｔｍｕを超えないように、あらかじめ決定されている。この決定方法は、具体的には次のように行う。
【００５８】
図４において、もし既定温度Ｔｒが最大温度Ｔｍに近い値として決定すれば、蓄電部１１が劣化限界時の場合に、最大温度Ｔｍが使用可能最大温度Ｔｍｕを超えてしまう可能性がある。そこで、劣化限界に至った蓄電部１１を用いて、オーバーシュート幅が最大となる状態、すなわち初期温度Ｔ０が最も低い状態から昇温を行った時に、昇温を停止する温度（既定温度Ｔｒ）を様々に変えた際の最大温度Ｔｍを求める。一方、使用可能最大温度Ｔｍｕは蓄電部１１に使用する電気二重層キャパシタの特性によって決まっている。従って、最大温度Ｔｍが使用可能最大温度Ｔｍｕを超えないようにするための既定温度Ｔｒを実験的に求めることができる。こうして決定した既定温度Ｔｒは、制御回路５５の内蔵メモリに記憶されている。なお、実際には温度計測の誤差等を考慮して、図４に示すように最大温度Ｔｍが使用可能最大温度Ｔｍｕよりある程度のマージン分、低くなるように既定温度Ｔｒを決定している。これにより、蓄電部１１の温度Ｔが使用可能最大温度Ｔｍｕを超えることによる急速な劣化進行を避けることが可能となる。
【００５９】
蓄電部１１が既定温度Ｔｒに至り昇温動作を停止した後は、蓄電装置１９が通常動作を行っているので、オーバーシュートによる昇温があるものの、回生電力の充放電により蓄電部１１の温度Ｔは昇降温を繰り返す。しかし、例えば高速道路を巡航している場合のように、制動操作がほとんどないため充放電が行われない時は、図４の時間ｔ２１以降や時間ｔ２２以降に示すように、蓄電部１１の温度Ｔは経時的に低下していく。そこで、制御回路５５は、蓄電部１１が充放電動作を行っていない場合に、既定時間（例えば１０分）毎に蓄電部１１の温度Ｔを温度センサ５２により検出し、もし温度Ｔが既定温度Ｔｒより低ければ、蓄電部１１の昇温動作を行うようにしている。
【００６０】
具体的には、例えば蓄電部１１が新品状態の時は、図４の太点線に示すように、蓄電部１１の温度Ｔが既定温度Ｔｒに至った時間ｔ２２から既定時間が経過した時間ｔ２４において、蓄電部１１が充放電動作を行っていなければ、蓄電部１１の温度Ｔを検出する。これは既定温度Ｔｒより低いので、蓄電部１１の昇温動作を行う。これにより、蓄電部１１の温度Ｔは時間ｔ２４以降で上昇し、既定温度Ｔｒに至れば昇温動作を停止する。その結果、オーバーシュートを経て再び降温するので、制御回路５５は時間ｔ２４から既定時間が経過した時間ｔ２６で再び時間ｔ２４と同じ動作を行う。これにより、時間ｔ２４、ｔ２６、ｔ２８・・・で周期的に昇温動作が行われるので、蓄電部１１が充電できる回生電力量を高く保つことが可能となる。
【００６１】
同様に、劣化限界時においても、図４の太実線に示すように、時間ｔ２１から既定時間（新品時と同じ１０分）が経過した時間ｔ２３において、蓄電部１１が充放電動作を行っていなければ、蓄電部１１の温度Ｔを検出する。この時は、温度Ｔが既定温度Ｔｒ以上であるので、昇温動作は行われない。その後、さらに既定時間が経過した時間ｔ２５において、再び蓄電部１１の温度Ｔを検出する。この時は、温度Ｔが既定温度Ｔｒより低いので、制御回路５５は昇温動作を行う。これにより、蓄電部１１の温度Ｔは時間ｔ２５以降で上昇し、既定温度Ｔｒに至れば昇温動作を停止する。その結果、オーバーシュートを経て再び降温するので、制御回路５５は時間ｔ２５から既定時間が経過した時間ｔ２７で再び時間ｔ２５と同じ動作を行う。これにより、時間ｔ２５、ｔ２７・・・で周期的に昇温動作が行われるので、蓄電部１１が劣化限界時であっても、充電できる回生電力量を高く保つことが可能となる。
【００６２】
このように、主電源５８からの電力の持ち出しや発電機６３の駆動を抑制した状態で、効率的に、かつ周期的に昇温動作を行うことができるので、回生電力量が高く保たれることも相まって、車両全体としての効率向上を図ることが可能となる。
【００６３】
以上の構成、動作により、蓄電部１１に充電された電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３５で放電し、その電力を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で蓄電部１１に充電する動作を繰り返すように両者の動作波形の位相を１８０度ずらして設定しているので、蓄電部１１の電力により自らが充放電され、その時の電流と蓄電部１１の内部抵抗により蓄電部１１が昇温される結果、高効率に蓄電部１１を昇温することができる蓄電装置１９が実現できる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、蓄電部１１に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。但し、蓄電部１１に例えば二次電池を用いた場合は、充放電に時間がかかるため、本実施の形態のように充放電を高速に繰り返す場合は十分に昇温することができなくなる可能性がある。従って、本実施の形態における蓄電部１１としては、高速充放電が可能なキャパシタが適する。
【００６５】
また、本実施の形態において蓄電装置１９を車両の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、ハイブリッド車や、アイドリングストップ、電動パワーステアリング、車両制動システム、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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかる車両用電源装置は、高効率に蓄電部を昇温することができるので、特に蓄電部に電力を蓄え、必要な時に放電する車両用の蓄電装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】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
【図２】本発明の実施の形態における蓄電装置の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図
【図３】本発明の実施の形態における蓄電装置の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が一致するように動作させた場合の各部電流の経時特性図であり、（ａ）は蓄電部の電流経時特性図、（ｂ）は第１出力端子の電流経時特性図、（ｃ）は第２入力端子の電流経時特性図、（ｄ）は第１入力端子の電流経時特性図、（ｅ）は第２出力端子の電流経時特性図、（ｆ）は入出力端子の電流経時特性図
【図４】本発明の実施の形態における蓄電装置の昇温時の温度経時特性図
【図５】従来のバッテリ制御装置のブロック構成図
【符号の説明】
【００６８】
１１ 蓄電部
１３ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９ 蓄電装置
２１ 入出力端子
３５ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
５２ 温度センサ
５３ 入出力端子電圧検出回路
５４ 蓄電部電圧検出回路
５５ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部と、
前記蓄電部に一端が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に接続された入出力端子と、
前記蓄電部と前記入出力端子の間に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと並列接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記蓄電部に配された温度センサと、
前記入出力端子に接続された入出力端子電圧検出回路と、
前記蓄電部に接続された蓄電部電圧検出回路と、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、温度センサ、入出力端子電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路とからなり、
前記制御回路は、前記温度センサから得られる温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）より低ければ、
前記蓄電部電圧検出回路から得られる前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力端子電圧検出回路から得られる前記入出力端子における入出力電圧（Ｖｂ）以下の場合は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、または前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより、前記蓄電部を前記入出力電圧（Ｖｂ）より高い電圧まで初期充電した状態とし、
前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力電圧（Ｖｂ）より高い場合は、前記初期充電を行わない状態として、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部に電力を充電するように、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部から電力を放電するように、それぞれ制御するとともに、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）に至るまで前記蓄電部を昇温するようにした蓄電装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）に至れば、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、または前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより、前記蓄電部を放電するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）より低い場合に、前記温度（Ｔ）が初期温度（Ｔ０）から前記既定温度（Ｔｒ）に至るまでの時間（ｔ）から温度変化率（ΔＴ）を求め、
前記温度変化率（ΔＴ）が、前記初期温度（Ｔ０）に応じてあらかじめ決定した既定温度変化率（ΔＴｒ）より大きければ、前記蓄電部が劣化していると判断するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記既定温度（Ｔｒ）は、前記蓄電部が劣化していると判断される際に到達する最大温度（Ｔｍ）が、前記蓄電部の使用可能最大温度（Ｔｍｕ）を超えないように、あらかじめ決定された請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記蓄電部が充放電動作を行っていない場合に、既定時間毎に前記蓄電部の温度（Ｔ）を前記温度センサにより検出し、
前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）より低ければ、前記蓄電部を昇温するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記蓄電部はキャパシタで構成された請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項１】
蓄電部と、
前記蓄電部に一端が接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に接続された入出力端子と、
前記蓄電部と前記入出力端子の間に、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと並列接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記蓄電部に配された温度センサと、
前記入出力端子に接続された入出力端子電圧検出回路と、
前記蓄電部に接続された蓄電部電圧検出回路と、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、温度センサ、入出力端子電圧検出回路、および蓄電部電圧検出回路に接続された制御回路とからなり、
前記制御回路は、前記温度センサから得られる温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｒ）より低ければ、
前記蓄電部電圧検出回路から得られる前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力端子電圧検出回路から得られる前記入出力端子における入出力電圧（Ｖｂ）以下の場合は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、または前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより、前記蓄電部を前記入出力電圧（Ｖｂ）より高い電圧まで初期充電した状態とし、
前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が前記入出力電圧（Ｖｂ）より高い場合は、前記初期充電を行わない状態として、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部に電力を充電するように、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電部から電力を放電するように、それぞれ制御するとともに、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相と、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形の位相が１８０度ずれるように動作させることにより、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）に至るまで前記蓄電部を昇温するようにした蓄電装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）に至れば、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、または前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより、前記蓄電部を放電するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）より低い場合に、前記温度（Ｔ）が初期温度（Ｔ０）から前記既定温度（Ｔｒ）に至るまでの時間（ｔ）から温度変化率（ΔＴ）を求め、
前記温度変化率（ΔＴ）が、前記初期温度（Ｔ０）に応じてあらかじめ決定した既定温度変化率（ΔＴｒ）より大きければ、前記蓄電部が劣化していると判断するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記既定温度（Ｔｒ）は、前記蓄電部が劣化していると判断される際に到達する最大温度（Ｔｍ）が、前記蓄電部の使用可能最大温度（Ｔｍｕ）を超えないように、あらかじめ決定された請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記蓄電部が充放電動作を行っていない場合に、既定時間毎に前記蓄電部の温度（Ｔ）を前記温度センサにより検出し、
前記温度（Ｔ）が前記既定温度（Ｔｒ）より低ければ、前記蓄電部を昇温するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記蓄電部はキャパシタで構成された請求項１に記載の蓄電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２１９１８０（Ｐ２００９−２１９１８０Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５７４４６（Ｐ２００８−５７４４６）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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