JP4372311B2 - 電気二重層コンデンサの劣化検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層コンデンサの劣化検知装置に係り、特に加速時等にエンジン出力をモータの駆動力により駆動補助（アシスト）するように構成されたハイブリッド車両の上記モータの電源として使用するに好適な、複数の電気二重層コンデンサが直列接続されてなる電気二重層コンデンサ装置における電気二重層コンデンサの劣化検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、化学反応によらない単純な物理変化を利用するために、寿命が半永久的であり、かつ非常に短時間での大電流による充電が可能であるという長所を有する点を考慮してハイブリッド車両のアシスト用モータの電源に使用することが提案されている。
ところで、電気二重層コンデンサを、多数直列接続した電源装置（電気二重層コンデンサ装置）において、その単セル、すなわち単一の電気二重層コンデンサが正常に機能しているか否かの判定は非常に難しい。
しかしながら、電気二重層コンデンサ装置を電源として使用するシステムを正常に運用するためには、個々のセルが異常なく機能している状態、または異常である状態を検知し、把握しておく必要がある。
【０００３】
従来の電気二重層コンデンサの劣化検出方法として、特開平６−３４２０４２号公報に記載された技術がある。これは、測定信号源から電気二重層コンデンサに対して、測定信号として例えば、低周波の方形波信号を加えると共に、その応答信号の所定部分を積分し、その積分値に基づいて電気二重層コンデンサの特性変化を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電気二重層コンデンサの劣化検知方法は、測定信号源、Ａ／Ｄ変換器等の回路部が必要となり、さらにＣＰＵによる信号処理が必要であることから、この方法を例えば、ハイブリッド車両に搭載されるアシスト用モータの電源装置として使用される電気二重層コンデンサ装置に適用する場合を考慮すると、電気二重層コンデンサ装置における電気二重層コンデンサの各々に上記回路部を設けると、非常に装置が高価になり、また劣化検出の手法が複雑であるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で電気二重層コンデンサの劣化検出を確実に行うことができる、安価な電気二重層コンデンサの劣検知装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定することを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、放電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、、充電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検出装置の構成を図１に示す。同図において、本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置は、電気二重層コンデンサ１０の劣化状態を検知する劣化検知用のコンパレータ１２と、電気二重層コンデンサ１０が下限基準電圧に達した状態を検知するコンパレータ１８と、フォトカプラ２２、２４、２６と、制御回路２８とを有している。本実施の形態では電気二重層コンデンサは、説明便宜上、１つのみしか示していないが、実際には多数の電気二重層コンデンサ直列接続された状態にあり、各電気二重層コンデンサに対して図１に示すような回路（制御回路２８は各電気二重層コンデンサに共通に使用される。）が設けられている。
【００１３】
コンパレータ１２の一方の入力端は、スイッチング素子としてのＰＮＰトランジスタ１６を介して電気二重層コンデンサ１０の一方の端子（充放電側）に接続され、コンパレータ１２の他方の入力端は、劣化状態を判定する基準となる劣化基準電圧Ｖx（例えば、１．６５Ｖ）を供給する劣化基準電源１４を介して電気二重層コンデンサ１０の他端に接続されている。
また、コンパレータ１８の一方の入力端はＰＮＰトランジスタ１６のエミッタ及び電気二重層コンデンサの一方の端子（充放電側）に接続されており、コンパレータ１８の他方の入力端は、下限電圧、すなわちハイブリッド車両のアシスト用モータの電源装置のセルとして機能し得る最低限の基準電圧である下限検知基準電圧ＶLL（例えば、１．５Ｖに設定される。）を供給する下限検知基準電源２０を介して電気二重層コンデンサ１０の他端に接続されている。
【００１４】
コンパレータ１８は、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、下限検知基準電源２０により供給される下限検知基準電圧ＶLLとを比較し、端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達した場合に端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達したことを示すを下限検知信号を出力する。
コンパレータ１２は、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４から供給される劣化基準電圧Ｖxとを比較し、端子間電圧ＶCが劣化基準電圧Ｖxに達したときに電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを示す劣化信号を出力する。コンパレータ１２は、本発明の電圧比較手段に、コンパレータ１８は本発明の電圧検知手段に、ＰＮＰトランジスタ１６は本発明のスイッチ手段に、それぞれ相当する。
【００１５】
制御回路２８は、例えば、ＣＰＵで構成され、電気二重層コンデンサ１０の通電を制御し、またスイッチ手段としてのＰＮＰトランジスタ１６のオン、オフ状態を制御する。制御回路２８は、下限検知信号を受け取った際にコンパレータ１８よりＰＮＰトランジスタ１６のベースに所定時間のみＰＮＰトランジスタ１６をオン状態とする時間制御信号を出力することによりコンパレータ１２に所定時間だけ電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４から供給される劣化基準電圧Ｖxとを比較動作させるように制御すると共に、この時点で電気二重層コンデンサ１０の放電を停止させる。制御回路２８は本発明の制御手段に相当する。
【００１６】
上記構成からなる本実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の動作を図２に示す制御フロー、図３に示すタイミングチャート及び図４に示す電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧の時間経過に伴う変化特性を参照して説明する。本実施の形態では、電気二重層コンデンサ１０の放電中、すなわちハイブリッド車両においてアシスト中に電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達した時点で電気二重層コンデンサ１０の放電を停止し、この時に生ずる跳ね返り電圧のレベル変化に基づいて電気二重層コンデンサ１０の劣化状態の判定を行うものである。
【００１７】
図２において、図示してないハイブリッド車両に搭載されたアシスト用モータによりエンジン出力の駆動補助がなされることにより、電気二重層コンデンサ１０が放電状態にある。まず、コンパレータ１８において、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと下限検知基準電源２０より供給される下限検知基準電圧ＶLLとが比較される（ステップ１００）。ＶC≦ＶLLである場合、すなわち電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達した場合には、コンパレータ１８よりフォトカプラ２２を介して時刻ｔ１でハイレベルからローレベルに変化する下限検知信号（図３（Ａ））が制御回路２８に出力される（ステップ１０１）。
【００１８】
次いで、下限検知信号を受け取った制御回路２８は、フォトカプラ２４を介してＰＮＰトランジスタ１６（ＴＲ１）のベースに所定時間Ｔｉ、例えば、約３秒間だけＰＮＰトランジスタ１６をオン状態とする時間制御信号（図３（Ｂ））を出力する（ステップ１０２）。 これと同時に制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０における放電を停止させるための放電停止信号を図示してない上位のコントローラに出力し、この上位のコントローラの制御下に電気二重層コンデンサ１０における放電が停止される。この放電を停止させる制御は、制御回路２８が直接、電気二重層コンデンサの充放電動作を行う回路部に対して制御を行うようにしてもよい。
この結果、コンパレータ１２において所定時間Ｔｉだけ電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４から供給される劣化基準電圧Ｖxとを比較動作することが可能となる（ステップ１０３）。
【００１９】
電気二重層コンデンサ１０における端子間電圧ＶCは、図４に示すように放電中は徐々に低下し、時刻ｔ１で放電停止されることにより、逆に上昇する方向に跳ね返り電圧が発生する。この跳ね返り電圧は時間の経過と共に、ほぼ一定の値に落ち着く。図４において、例えば、跳ね返り電圧のレベルΔＶ１は０．１Ｖ、ΔＶ２は０．２Ｖである。
コンパレータ１２において、図４に示したように、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが、放電を停止した時刻ｔ１から所定時間Ｔｉ内において、実線で示すように端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達しない場合はコンパレータ１２の出力は変化せず（電気二重層コンデンサ１０は正常セル）、また、時刻ｔ１から所定時間Ｔｉ内において、一点鎖線で示すように、時刻ｔ２で端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達した場合はコンパレータ１２は、ローレベルからハイレベルに変化する劣化信号をフォトカプラ２６を介して制御回路２８に出力する（図３（Ｃ））。
【００２０】
制御回路２８は、コンパレータ１２の出力信号をフォトカプラ２６を介して取り込み、時間Ｔｉ内にコンパレータ１２の出力に変化が生じたか否かを判定する（ステップ１０４、１０５）。時刻ｔ１から時間Ｔｉ内においてコンパレータ１２より劣化信号がフォトカプラ２６を介して制御回路２８に入力された際に制御回路２８はコンパレータ１２の出力に変化があり、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを認識する。この時、制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを示す警告信号を他の回路部、例えば、表示部に出力し、劣化したセル（電気二重層コンデンサ）が存在することを表示する。 なお、この警告信号としては、音響により警告するようにしてもよい。
【００２１】
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、制御回路２８により、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧が下限電圧（下限検知基準電圧ＶLL）に到達したことがコンパレータ１８により検知された際に、コンパレータ１８の検知出力に電気二重層コンデンサ１０の放電を停止させるようにしたので、簡単な構成で電気二重層コンデンサの劣化検出を確実に行うことができ、かつ安価な電気二重層コンデンサの劣検知装置を実現できると共に、放電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の構成を図５に示す。本実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置が第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置と構成上、異なるのは、電気二重層コンデンサ１０の劣化検知用コンパレータ１２の代わりに劣化検知基準電圧の異なるコンパレータ１２０を用い、かつ下限検知用コンパレータ１８の代わりに充電時における電気二重層コンデンサ１０の上限値を検知する上限検知用のコンパレータ１８０を用いると共に、劣化基準電源１４、下限検知基準電源２０の代わりに劣化基準電源１４とは劣化検知基準電圧の異なる劣化基準電源１４０、上限検知基準電源２００を用いた点であり、他の構成は第１の実施の形態に係る劣化検知装置と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００２３】
上記構成からなる本実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の動作を図６に示す制御フロー、図７に示すタイミングチャート及び図８に示す電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧の時間経過に伴う変化特性を参照して説明する。本実施の形態では、電気二重層コンデンサ１０の充電中、すなわちハイブリッド車両において減速走行中に電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが上限検知基準電圧ＶULに達した時点で電気二重層コンデンサ１０の充電を停止し、この時に生ずる跳ね返り電圧のレベル変化に基づいて電気二重層コンデンサ１０の劣化状態の判定を行うものである。
【００２４】
図６において、ハイブリッド車両が減速走行中であるために該車両に搭載されたアシスト用モータの電源装置として使用されている電気二重層コンデンサ装置における電気二重層コンデンサ１０は、前記モータが発電機とし機能するために充電中の状態にある。まず、コンパレータ１８０において、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと上限検知基準電源２００より供給される上限検知基準電圧ＶUL（例えば、２．７Ｖに設定される。）とが比較される（ステップ３００）。ＶC≧ＶULである場合、すなわち電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが上限検知基準電圧ＶULに達した場合には、コンパレータ１８０よりフォトカプラ２２を介して時刻ｔ１でローレベルからハイレベルに変化する上限検知信号（図７（Ａ））が制御回路２８に出力される（ステップ３０１）。
【００２５】
次いで、上限検知信号を受け取った制御回路２８は、フォトカプラ２４を介してＰＮＰトランジスタ１６（ＴＲ１）のベースに所定時間Ｔｉ、例えば、約３秒間だけＰＮＰトランジスタ１６をオン状態とする時間制御信号（図７（Ｂ））を出力する（ステップ３０２）。これと同時に制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０における充電を停止させるための充電停止信号を図示してない上位のコントローラに出力し、この上位のコントローラの制御下に電気二重層コンデンサ１０における充電が停止される。この充電を停止させる制御は、制御回路２８が直接、電気二重層コンデンサの充放電動作を行う回路部に対して制御を行うようにしてもよい。
この結果、コンパレータ１２０において所定時間Ｔｉだけ電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４０から供給される劣化基準電圧Ｖx（この劣化基準電圧Ｖxは、例えば、２．５５Ｖに設定される。）とを比較動作することが可能となる（ステップ３０３）。
【００２６】
電気二重層コンデンサ１０における端子間電圧ＶCは、図８に示すように充電中は徐々に上昇し、時刻ｔ１１で充電停止されることにより、逆に下降する方向に跳ね返り電圧が発生する。この跳ね返り電圧は時間の経過と共に、ほぼ一定の値に落ち着く。図８において、例えば、跳ね返り電圧のレベルΔＶ１は０．１Ｖ、ΔＶ２は０．２Ｖである。
コンパレータ１２０において、図８に示したように、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが、充電を停止した時刻ｔ１１から所定時間Ｔｉ内において、実線で示すように端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達しない場合はコンパレータ１２０の出力はハイレベルのまま変化せず（電気二重層コンデンサ１０は正常セル）、また、時刻ｔ１１から所定時間Ｔｉ内において、一点鎖線で示すように、時刻ｔ１２で端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達した場合はコンパレータ１２は、ハイレベルからローレベルに変化する劣化信号をフォトカプラ２６を介して制御回路２８に出力する（図７（Ｃ））。
【００２７】
制御回路２８は、コンパレータ１２０の出力信号をフォトカプラ２６を介して取り込み、時間Ｔｉ内にコンパレータ１２の出力に変化が生じたか否かを判定する（ステップ３０４、３０５）。時刻ｔ１１から時間Ｔｉ内においてコンパレータ１２０より劣化信号がフォトカプラ２６を介して制御回路２８に入力された際に制御回路２８はコンパレータ１２０の出力に変化があり、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを認識する。この時、制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを示す警告信号を他の回路部、例えば、表示部に出力し、劣化したセル（電気二重層コンデンサ）が存在することを表示する。なお、この警告信号としては、第１の実施の形態と同様に音響により警告するようにしてもよい。
【００２８】
第１、第２の実施の形態において示した劣化検知装置における制御回路２８を除く回路構成は複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の各電気二重層コンデンサ（セル）に対して設けることを前提として説明したが、各電気二重層コンデンサについて、劣化検知装置の回路部を設けることは、コストアップに繋がるので、複数の電気二重層コンデンサについて１つの劣化検知用回路部を設けるようにしてもよい。この場合に、複数の電気二重層コンデンサを用い１つのモジュールと考えれば、劣化セルを含むモジュールが検知された場合には、そのモジュールごと交換するように扱えばよい。
【００２９】
以上に説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、制御回路２８により、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧が上限電圧（上限検知基準電圧ＶUL）に到達したことがコンパレータ１８０により検知された際に、該コンパレータ１８０の検知出力に基づいて電気二重層コンデンサ１０への充電を停止させるようにしたので、簡単な構成で電気二重層コンデンサの劣化検出を確実に行うことができ、かつ安価な電気二重層コンデンサの劣検知装置を実現できると共に、充電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、、電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、放電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００３１】
請求項２に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、、充電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の構成を示すブロック図。
【図２】 図１に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の制御動作を示すフローチャート。
【図３】 図１に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の各部の動作状態を示すタイミンチャート。
【図４】 図１に示した劣化検知装置による電気二重層コンデンサの劣化試験時における端子間電圧の時間経過に伴う変化状態を示す電圧特性図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の構成を示すブロック図。
【図６】 図５に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の制御動作を示すフローチャート。
【図７】 図５に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の各部の動作状態を示すタイミンチャート。
【図８】 図５に示した劣化検知装置による電気二重層コンデンサの劣化試験時における端子間電圧の時間経過に伴う変化状態を示す電圧特性図。
【符号の説明】
１０ 電気二重層コンデンサ
１２ コンパレータ（電圧比較手段）
１４ 劣化基準電源
１６ ＰＮＰトランジスタＴＲ１（スイッチング手段）
１８ コンパレータ（電圧検知手段）
２０ 下限検知基準電源
２２ 、２４、２６ フォトカプラ
２８ 制御回路（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層コンデンサの劣化検知装置に係り、特に加速時等にエンジン出力をモータの駆動力により駆動補助（アシスト）するように構成されたハイブリッド車両の上記モータの電源として使用するに好適な、複数の電気二重層コンデンサが直列接続されてなる電気二重層コンデンサ装置における電気二重層コンデンサの劣化検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、化学反応によらない単純な物理変化を利用するために、寿命が半永久的であり、かつ非常に短時間での大電流による充電が可能であるという長所を有する点を考慮してハイブリッド車両のアシスト用モータの電源に使用することが提案されている。
ところで、電気二重層コンデンサを、多数直列接続した電源装置（電気二重層コンデンサ装置）において、その単セル、すなわち単一の電気二重層コンデンサが正常に機能しているか否かの判定は非常に難しい。
しかしながら、電気二重層コンデンサ装置を電源として使用するシステムを正常に運用するためには、個々のセルが異常なく機能している状態、または異常である状態を検知し、把握しておく必要がある。
【０００３】
従来の電気二重層コンデンサの劣化検出方法として、特開平６−３４２０４２号公報に記載された技術がある。これは、測定信号源から電気二重層コンデンサに対して、測定信号として例えば、低周波の方形波信号を加えると共に、その応答信号の所定部分を積分し、その積分値に基づいて電気二重層コンデンサの特性変化を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電気二重層コンデンサの劣化検知方法は、測定信号源、Ａ／Ｄ変換器等の回路部が必要となり、さらにＣＰＵによる信号処理が必要であることから、この方法を例えば、ハイブリッド車両に搭載されるアシスト用モータの電源装置として使用される電気二重層コンデンサ装置に適用する場合を考慮すると、電気二重層コンデンサ装置における電気二重層コンデンサの各々に上記回路部を設けると、非常に装置が高価になり、また劣化検出の手法が複雑であるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で電気二重層コンデンサの劣化検出を確実に行うことができる、安価な電気二重層コンデンサの劣検知装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定することを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、放電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、、充電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検出装置の構成を図１に示す。同図において、本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置は、電気二重層コンデンサ１０の劣化状態を検知する劣化検知用のコンパレータ１２と、電気二重層コンデンサ１０が下限基準電圧に達した状態を検知するコンパレータ１８と、フォトカプラ２２、２４、２６と、制御回路２８とを有している。本実施の形態では電気二重層コンデンサは、説明便宜上、１つのみしか示していないが、実際には多数の電気二重層コンデンサ直列接続された状態にあり、各電気二重層コンデンサに対して図１に示すような回路（制御回路２８は各電気二重層コンデンサに共通に使用される。）が設けられている。
【００１３】
コンパレータ１２の一方の入力端は、スイッチング素子としてのＰＮＰトランジスタ１６を介して電気二重層コンデンサ１０の一方の端子（充放電側）に接続され、コンパレータ１２の他方の入力端は、劣化状態を判定する基準となる劣化基準電圧Ｖx（例えば、１．６５Ｖ）を供給する劣化基準電源１４を介して電気二重層コンデンサ１０の他端に接続されている。
また、コンパレータ１８の一方の入力端はＰＮＰトランジスタ１６のエミッタ及び電気二重層コンデンサの一方の端子（充放電側）に接続されており、コンパレータ１８の他方の入力端は、下限電圧、すなわちハイブリッド車両のアシスト用モータの電源装置のセルとして機能し得る最低限の基準電圧である下限検知基準電圧ＶLL（例えば、１．５Ｖに設定される。）を供給する下限検知基準電源２０を介して電気二重層コンデンサ１０の他端に接続されている。
【００１４】
コンパレータ１８は、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、下限検知基準電源２０により供給される下限検知基準電圧ＶLLとを比較し、端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達した場合に端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達したことを示すを下限検知信号を出力する。
コンパレータ１２は、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４から供給される劣化基準電圧Ｖxとを比較し、端子間電圧ＶCが劣化基準電圧Ｖxに達したときに電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを示す劣化信号を出力する。コンパレータ１２は、本発明の電圧比較手段に、コンパレータ１８は本発明の電圧検知手段に、ＰＮＰトランジスタ１６は本発明のスイッチ手段に、それぞれ相当する。
【００１５】
制御回路２８は、例えば、ＣＰＵで構成され、電気二重層コンデンサ１０の通電を制御し、またスイッチ手段としてのＰＮＰトランジスタ１６のオン、オフ状態を制御する。制御回路２８は、下限検知信号を受け取った際にコンパレータ１８よりＰＮＰトランジスタ１６のベースに所定時間のみＰＮＰトランジスタ１６をオン状態とする時間制御信号を出力することによりコンパレータ１２に所定時間だけ電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４から供給される劣化基準電圧Ｖxとを比較動作させるように制御すると共に、この時点で電気二重層コンデンサ１０の放電を停止させる。制御回路２８は本発明の制御手段に相当する。
【００１６】
上記構成からなる本実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の動作を図２に示す制御フロー、図３に示すタイミングチャート及び図４に示す電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧の時間経過に伴う変化特性を参照して説明する。本実施の形態では、電気二重層コンデンサ１０の放電中、すなわちハイブリッド車両においてアシスト中に電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達した時点で電気二重層コンデンサ１０の放電を停止し、この時に生ずる跳ね返り電圧のレベル変化に基づいて電気二重層コンデンサ１０の劣化状態の判定を行うものである。
【００１７】
図２において、図示してないハイブリッド車両に搭載されたアシスト用モータによりエンジン出力の駆動補助がなされることにより、電気二重層コンデンサ１０が放電状態にある。まず、コンパレータ１８において、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと下限検知基準電源２０より供給される下限検知基準電圧ＶLLとが比較される（ステップ１００）。ＶC≦ＶLLである場合、すなわち電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが下限検知基準電圧ＶLLに達した場合には、コンパレータ１８よりフォトカプラ２２を介して時刻ｔ１でハイレベルからローレベルに変化する下限検知信号（図３（Ａ））が制御回路２８に出力される（ステップ１０１）。
【００１８】
次いで、下限検知信号を受け取った制御回路２８は、フォトカプラ２４を介してＰＮＰトランジスタ１６（ＴＲ１）のベースに所定時間Ｔｉ、例えば、約３秒間だけＰＮＰトランジスタ１６をオン状態とする時間制御信号（図３（Ｂ））を出力する（ステップ１０２）。 これと同時に制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０における放電を停止させるための放電停止信号を図示してない上位のコントローラに出力し、この上位のコントローラの制御下に電気二重層コンデンサ１０における放電が停止される。この放電を停止させる制御は、制御回路２８が直接、電気二重層コンデンサの充放電動作を行う回路部に対して制御を行うようにしてもよい。
この結果、コンパレータ１２において所定時間Ｔｉだけ電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４から供給される劣化基準電圧Ｖxとを比較動作することが可能となる（ステップ１０３）。
【００１９】
電気二重層コンデンサ１０における端子間電圧ＶCは、図４に示すように放電中は徐々に低下し、時刻ｔ１で放電停止されることにより、逆に上昇する方向に跳ね返り電圧が発生する。この跳ね返り電圧は時間の経過と共に、ほぼ一定の値に落ち着く。図４において、例えば、跳ね返り電圧のレベルΔＶ１は０．１Ｖ、ΔＶ２は０．２Ｖである。
コンパレータ１２において、図４に示したように、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが、放電を停止した時刻ｔ１から所定時間Ｔｉ内において、実線で示すように端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達しない場合はコンパレータ１２の出力は変化せず（電気二重層コンデンサ１０は正常セル）、また、時刻ｔ１から所定時間Ｔｉ内において、一点鎖線で示すように、時刻ｔ２で端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達した場合はコンパレータ１２は、ローレベルからハイレベルに変化する劣化信号をフォトカプラ２６を介して制御回路２８に出力する（図３（Ｃ））。
【００２０】
制御回路２８は、コンパレータ１２の出力信号をフォトカプラ２６を介して取り込み、時間Ｔｉ内にコンパレータ１２の出力に変化が生じたか否かを判定する（ステップ１０４、１０５）。時刻ｔ１から時間Ｔｉ内においてコンパレータ１２より劣化信号がフォトカプラ２６を介して制御回路２８に入力された際に制御回路２８はコンパレータ１２の出力に変化があり、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを認識する。この時、制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを示す警告信号を他の回路部、例えば、表示部に出力し、劣化したセル（電気二重層コンデンサ）が存在することを表示する。 なお、この警告信号としては、音響により警告するようにしてもよい。
【００２１】
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、制御回路２８により、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧が下限電圧（下限検知基準電圧ＶLL）に到達したことがコンパレータ１８により検知された際に、コンパレータ１８の検知出力に電気二重層コンデンサ１０の放電を停止させるようにしたので、簡単な構成で電気二重層コンデンサの劣化検出を確実に行うことができ、かつ安価な電気二重層コンデンサの劣検知装置を実現できると共に、放電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の構成を図５に示す。本実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置が第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置と構成上、異なるのは、電気二重層コンデンサ１０の劣化検知用コンパレータ１２の代わりに劣化検知基準電圧の異なるコンパレータ１２０を用い、かつ下限検知用コンパレータ１８の代わりに充電時における電気二重層コンデンサ１０の上限値を検知する上限検知用のコンパレータ１８０を用いると共に、劣化基準電源１４、下限検知基準電源２０の代わりに劣化基準電源１４とは劣化検知基準電圧の異なる劣化基準電源１４０、上限検知基準電源２００を用いた点であり、他の構成は第１の実施の形態に係る劣化検知装置と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００２３】
上記構成からなる本実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の動作を図６に示す制御フロー、図７に示すタイミングチャート及び図８に示す電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧の時間経過に伴う変化特性を参照して説明する。本実施の形態では、電気二重層コンデンサ１０の充電中、すなわちハイブリッド車両において減速走行中に電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが上限検知基準電圧ＶULに達した時点で電気二重層コンデンサ１０の充電を停止し、この時に生ずる跳ね返り電圧のレベル変化に基づいて電気二重層コンデンサ１０の劣化状態の判定を行うものである。
【００２４】
図６において、ハイブリッド車両が減速走行中であるために該車両に搭載されたアシスト用モータの電源装置として使用されている電気二重層コンデンサ装置における電気二重層コンデンサ１０は、前記モータが発電機とし機能するために充電中の状態にある。まず、コンパレータ１８０において、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと上限検知基準電源２００より供給される上限検知基準電圧ＶUL（例えば、２．７Ｖに設定される。）とが比較される（ステップ３００）。ＶC≧ＶULである場合、すなわち電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが上限検知基準電圧ＶULに達した場合には、コンパレータ１８０よりフォトカプラ２２を介して時刻ｔ１でローレベルからハイレベルに変化する上限検知信号（図７（Ａ））が制御回路２８に出力される（ステップ３０１）。
【００２５】
次いで、上限検知信号を受け取った制御回路２８は、フォトカプラ２４を介してＰＮＰトランジスタ１６（ＴＲ１）のベースに所定時間Ｔｉ、例えば、約３秒間だけＰＮＰトランジスタ１６をオン状態とする時間制御信号（図７（Ｂ））を出力する（ステップ３０２）。これと同時に制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０における充電を停止させるための充電停止信号を図示してない上位のコントローラに出力し、この上位のコントローラの制御下に電気二重層コンデンサ１０における充電が停止される。この充電を停止させる制御は、制御回路２８が直接、電気二重層コンデンサの充放電動作を行う回路部に対して制御を行うようにしてもよい。
この結果、コンパレータ１２０において所定時間Ｔｉだけ電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCと、劣化基準電源１４０から供給される劣化基準電圧Ｖx（この劣化基準電圧Ｖxは、例えば、２．５５Ｖに設定される。）とを比較動作することが可能となる（ステップ３０３）。
【００２６】
電気二重層コンデンサ１０における端子間電圧ＶCは、図８に示すように充電中は徐々に上昇し、時刻ｔ１１で充電停止されることにより、逆に下降する方向に跳ね返り電圧が発生する。この跳ね返り電圧は時間の経過と共に、ほぼ一定の値に落ち着く。図８において、例えば、跳ね返り電圧のレベルΔＶ１は０．１Ｖ、ΔＶ２は０．２Ｖである。
コンパレータ１２０において、図８に示したように、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧ＶCが、充電を停止した時刻ｔ１１から所定時間Ｔｉ内において、実線で示すように端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達しない場合はコンパレータ１２０の出力はハイレベルのまま変化せず（電気二重層コンデンサ１０は正常セル）、また、時刻ｔ１１から所定時間Ｔｉ内において、一点鎖線で示すように、時刻ｔ１２で端子間電圧ＶCが劣化検知基準電圧Ｖxに達した場合はコンパレータ１２は、ハイレベルからローレベルに変化する劣化信号をフォトカプラ２６を介して制御回路２８に出力する（図７（Ｃ））。
【００２７】
制御回路２８は、コンパレータ１２０の出力信号をフォトカプラ２６を介して取り込み、時間Ｔｉ内にコンパレータ１２の出力に変化が生じたか否かを判定する（ステップ３０４、３０５）。時刻ｔ１１から時間Ｔｉ内においてコンパレータ１２０より劣化信号がフォトカプラ２６を介して制御回路２８に入力された際に制御回路２８はコンパレータ１２０の出力に変化があり、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを認識する。この時、制御回路２８は、電気二重層コンデンサ１０が劣化状態にあることを示す警告信号を他の回路部、例えば、表示部に出力し、劣化したセル（電気二重層コンデンサ）が存在することを表示する。なお、この警告信号としては、第１の実施の形態と同様に音響により警告するようにしてもよい。
【００２８】
第１、第２の実施の形態において示した劣化検知装置における制御回路２８を除く回路構成は複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の各電気二重層コンデンサ（セル）に対して設けることを前提として説明したが、各電気二重層コンデンサについて、劣化検知装置の回路部を設けることは、コストアップに繋がるので、複数の電気二重層コンデンサについて１つの劣化検知用回路部を設けるようにしてもよい。この場合に、複数の電気二重層コンデンサを用い１つのモジュールと考えれば、劣化セルを含むモジュールが検知された場合には、そのモジュールごと交換するように扱えばよい。
【００２９】
以上に説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、制御回路２８により、電気二重層コンデンサ１０の端子間電圧が上限電圧（上限検知基準電圧ＶUL）に到達したことがコンパレータ１８０により検知された際に、該コンパレータ１８０の検知出力に基づいて電気二重層コンデンサ１０への充電を停止させるようにしたので、簡単な構成で電気二重層コンデンサの劣化検出を確実に行うことができ、かつ安価な電気二重層コンデンサの劣検知装置を実現できると共に、充電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、、電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、放電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【００３１】
請求項２に記載の電気二重層コンデンサの劣化検知装置によれば、電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定するようにしたので、、充電停止時に生じる跳ね返り電圧のレベルに基づいて電気二重層コンデンサの劣化状態を判定できるという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の構成を示すブロック図。
【図２】 図１に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の制御動作を示すフローチャート。
【図３】 図１に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の各部の動作状態を示すタイミンチャート。
【図４】 図１に示した劣化検知装置による電気二重層コンデンサの劣化試験時における端子間電圧の時間経過に伴う変化状態を示す電圧特性図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの劣化検知装置の構成を示すブロック図。
【図６】 図５に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の制御動作を示すフローチャート。
【図７】 図５に示した電気二重層コンデンサの劣化検知装置の各部の動作状態を示すタイミンチャート。
【図８】 図５に示した劣化検知装置による電気二重層コンデンサの劣化試験時における端子間電圧の時間経過に伴う変化状態を示す電圧特性図。
【符号の説明】
１０ 電気二重層コンデンサ
１２ コンパレータ（電圧比較手段）
１４ 劣化基準電源
１６ ＰＮＰトランジスタＴＲ１（スイッチング手段）
１８ コンパレータ（電圧検知手段）
２０ 下限検知基準電源
２２ 、２４、２６ フォトカプラ
２８ 制御回路（制御手段）
Claims (2)
- 電気二重層コンデンサが放電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の下限電圧以下になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの放電を停止し、該放電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記下限電圧より高い所定の劣化検知電圧以上に復帰した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定することを特徴とする電気二重層コンデンサの劣化検知装置。
- 電気二重層コンデンサが充電状態にある時に、前記電気二重層コンデンサの端子間電圧が所定の上限電圧以上になったことを検知した時、電気二重層コンデンサの充電を停止し、該充電を停止してから所定時間の間に、前記電気二重層コンデンサの端子電圧が前記上限電圧より高い所定の劣化検知電圧以下まで低下した時に、前記電気二重層コンデンサが劣化状態にあると判定する
を特徴とする電気二重層コンデンサの劣化検知装置。
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