電気自動車用電源装置

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【発明の名称】	電気自動車用電源装置
【発明者】	【氏名】林田素行【氏名】林田至行【氏名】林田充司
【要約】	【課題】電気自動車、特に内燃機関と電動機とを複合した複合原動機を備えたハイブリッド電気自動車の性能に適合した電源装置を提供する。【解決手段】持続性蓄電池１を電源装置の出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に直接接続すると共に、瞬発性蓄電池２を充放電電流量を制御する電流制御装置４を介して出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に接続する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池と、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池とを、電源装置の出力端子に並列接続した構成としたことを特徴とする電気自動車用電源装置。
【請求項２】充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池を電源装置の出力端子に接続すると共に、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池を充放電電流量を制御する電流制御装置を介して電源装置の出力端子に接続した構成としたことを特徴とする電気自動車用電源装置。
【請求項３】前記電流制御回路は、複数個の帯電型物理蓄電池によって構成した瞬発性蓄電池の各帯電型物理蓄電池の結線を、該瞬発性蓄電池に充電が要求されるときは、瞬発性蓄電池の端子電圧が持続性蓄電池の端子電圧より低くなるように結線し、瞬発性蓄電池に放電が要求されるときは、該瞬発性蓄電池の端子電圧が持続性蓄電池の端子電圧より高くなるように結線するように切り換える回路を含んで構成したことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用電源装置。
【請求項４】前記電流制御回路は、瞬発性蓄電池に充電が要求されるときは、持続性蓄電池の端子電圧を昇圧して瞬発性蓄電池の端子に印加する第１の昇圧回路と、瞬発性蓄電池に放電が要求されるときは、瞬発性蓄電池の端子電圧を昇圧して持続性蓄電池の端子に印加する第２の昇圧回路と、を含んで構成したことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用電源装置。
【請求項５】前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて加速操作又は減速操作が行われようとする確率を算出し、該確率に基づいて瞬発性蓄電池に要求される充放電状態を推定して瞬発性蓄電池の電流量を制御する機能を含むことを特徴とする請求項２～請求項４のいずれか１つに記載の電気自動車用電源装置。
【請求項６】前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて運転状態の来歴を記憶し、該記憶された運転状態の来歴に基づいて加速操作又は減速操作が行われようとする確率を算出する機能を含むことを特徴とする請求項５に記載の電気自動車用電源装置。
【請求項７】前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて現在加速中であることを検出したときには、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御し、現在減速中であることを検出したときには、持続性蓄電池の端子電圧を瞬発性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御する機能を含むことを特徴とする請求項２～請求項６のいずれか１つに記載の電気自動車用電源装置。
【請求項８】前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて加減速以外の定常運転中であることを検出したときには、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧と概略等しくなるように制御する機能を含むことを特徴とする請求項２～請求項７のいずれか１つに記載の電気自動車用電源装置。
【請求項９】前記電流制御回路は、電源装置の出力端子電圧，充放電電流、瞬発性蓄電池の端子電圧，充放電電流、持続性蓄電池の端子電圧，充放電電流の中、少なくとも１つの検出情報に基づいて瞬発性蓄電池の充放電電流量を制御することを特徴とする請求項２～請求項８のいずれか１つに記載の電気自動車用電源装置。
【請求項10】前記電流制御回路は、前記瞬発性蓄電池からの充電方向の電流のみを許容する充電用回路と、瞬発性蓄電池からの放電方向の電流のみを許容する放電用回路と、瞬発性蓄電池からの大放電電流要求時に前記放電用回路及び充電用回路の中放電用回路のみを作動させ、瞬発性蓄電池への大充電電流要求時に前記放電用回路及び充電用回路の中充電用回路のみを作動させ、それ以外の時は放電用回路及び充電用回路を共に作動させる切換制御回路と、を含んで構成したことを特徴とする電気自動車用電源装置。
【請求項11】前記持続用蓄電池にインダクタを直列接続すると共に、瞬発性蓄電池にコンデンサを並列接続したことを特徴とする請求項10に記載の電気自動車用電源装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に使用される複合型の電源装置に関し、特に、小電流・長時間型の持続性蓄電池と大電流・短時間型の瞬発性蓄電池を組み合わせて使用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、開発の盛んな電気自動車に使用される電源装置は、一般に蓄電池とその制御装置によって構成されるが、自動車の走行用原動力を供給するという機能の故に特別な性能を要求される。電池のみに依存して走行するいわゆるＺＥＶ（ＺｅｒｏＥｍｉｓｓｉｏｎＶｅｈｉｃｌｅ) と、内燃機関などと電動機によって複合原動機を構成するハイブリッド電気自動車ではいくらか重要度のランキングは異なるが、概して以下のような諸点が問題となる。
【０００３】
１．出力密度２．エネルギ密度３．耐久性４．電圧の安定性５．コスト６．廃棄性これまではＺＥＶ用の蓄電池の開発に注目するケースが多かったので、エネルギ密度が１，出力密度が２という位置づけが普通であったが、ハイブリッド電気自動車では航続距離を得るのに蓄電池の容量のみに依存するという必要はないので、そのような立場からは上記のような順番になると考えられる。
【０００４】出力密度を第一としたのは、加速時に必要な大電流の供給能力、減速時に回生される大電流の収容能力、に自動車用電源システムとして必須の機能を認めたためである。専用軌道を計画された加速力、および減速力によって運行される電車などに適用するのではなく、現在の高性能自動車と混合環境の中で同じレーンを走行することを想定した場合、動力性能的にもっとも問題となるのは加速力であろう。ここで出力密度の十分でない蓄電池から大きな電流を取り出すことを繰り返すと、たちまちにして耐久性を損なうばかりでなく、実効容量の減少を招き、蓄電池の定格容量に相当する電力を取り出せなくなってしまう。
【０００５】また、回生電流の収容能力も問題である。電気自動車は減速時に車体の持つ運動エネルギを電気エネルギに変換して蓄電池に蓄えることで、エネルギの再利用を図り、効率向上を意図しているが、回生電流の大きさを制御してできる限り充電可能な電流値に抑えるようにはするものの、現状では回生時に発生する大電流には適応できない状況である。無理に大電流を流した場合、そのほとんどは蓄電池の発熱に費やされ、蓄電にはたいして寄与しないばかりか耐久性を著しく阻害することになる。
【０００６】そこで本願出願人は、充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池と、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池と、を備え、要求充放電電流量が小さい時には持続性蓄電池の電流分担割合が大きくなるように制御し、要求充放電電流量が大きい時には瞬発性蓄電池の電流分担割合が大きくなるように制御するようにした電源装置について、先に提案した（特開平６一１９７４０８号参照) 。
【０００７】その後、前記提案で開示した方法をもとに電気自動車用の電源装置の改良研究を継続してきた結果、前記瞬発性蓄電池として例えば出力密度がより大きな特性を有する帯電型物理蓄電池を用いた場合、構成をシンプルとしたり、自動車性能により適合した電源装置が発案された。本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、上記のように構成をシンプル化し、あるいは自動車の各種性能により適合した電気自動車用電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため請求項１に係る発明は、充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池と、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池とを、電源装置の出力端子に並列接続した構成としたことを特徴とする。
【０００９】請求項１に係る発明によると、要求される充放電量が大きいときは自動的に瞬発性蓄電池の方が電流分担割合が大きくなり、要求される充放電量が減少するにつれて持続性蓄電池の電流分担割合が相対的に増大する。したがって、特別に電流分担割合を制御するような制御装置を設けることなく、シンプルで低コストな電源装置を提供することができる。
【００１０】また、請求項２に係る発明は、充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池を電源装置の出力端子に接続すると共に、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池を充放電電流量を制御する電流制御装置を介して電源装置の出力端子に接続した構成としたことを特徴とする。
【００１１】請求項２に係る発明によると、電源装置の出力電圧が概ね一定の持続型蓄電池の起電力に支配され、大電流の充放電作用が必要なときに瞬発性蓄電池が機能することになる。したがって、充放電量の要求量が小さいときには、瞬発性蓄電池の電流分担割合を小さく制限して電源装置の出力端子電圧の変動が防止される。
【００１２】また、電源装置の出力端子には、常時持続性蓄電池の端子電圧が印加されるため、電圧の一定性のない瞬発性蓄電池の端子電圧に支配されて変動することも防止される。また、請求項３に係る発明は、前記電流制御回路は、複数個の帯電型物理蓄電池によって構成した瞬発性蓄電池の各帯電型物理蓄電池の結線を、該瞬発性蓄電池に充電が要求されるときは、瞬発性蓄電池の端子電圧が持続性蓄電池の端子電圧より低くなるように結線し、瞬発性蓄電池に放電が要求されるときは、該瞬発性蓄電池の端子電圧が持続性蓄電池の端子電圧より高くなるように結線するように切り換える回路を含んで構成したことを特徴とする。
【００１３】請求項３に係る発明によると、例えば、通常時には複数個の帯電型物理蓄電池を並列接続したもの同士を直列接続して結線した瞬発性蓄電池を、持続性蓄電池と並列接続して待機しておき、加速状態に入ったときに、全ての帯電型物理蓄電池を直列接続するように結線を切り換えるようにすると、瞬発性蓄電池の端子電圧は持続性蓄電池の端子電圧より大きく高められて瞬発性蓄電池から持続性蓄電池に大電流が放電されるので、加速の大電力消費に対応することができる。
【００１４】また、前記通常時の待機状態から減速状態に入ったときに、全ての帯電型物理蓄電池並列接続とするように結線を切り換えるようにすると、瞬発性蓄電池の端子電圧は持続性蓄電池の端子電圧より大きく低められて持続性蓄電池から瞬発性蓄電池に大電流が充電されるので、減速時の電力回収に対応することができる。そして、上記のように、結線を切り換える構成により、次に加速が行われるか、減速が行われるかに関わらず、したがって加速か減速かを予測することもなく、通常時には、一定の状態で待機することにより、次の加速に対応した高電圧の充電と、次の減速に対応した低電圧の放電とを同時に満たすことができ、加減速いずれにも対応することができる。
【００１５】また、請求項４に係る発明は、前記電流制御回路は、瞬発性蓄電池に充電が要求されるときは、持続性蓄電池の端子電圧を昇圧して瞬発性蓄電池の端子に印加する第１の昇圧回路と、瞬発性蓄電池に放電が要求されるときは、瞬発性蓄電池の端子電圧を昇圧して持続性蓄電池の端子に印加する第２の昇圧回路と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００１６】請求項４に係る発明によると、瞬発性蓄電池に充電が要求されるときは、第１の昇圧回路を作動させて持続性蓄電池の端子電圧を昇圧して瞬発性蓄電池の端子に印加することにより、該持続性蓄電池から放電して瞬発性蓄電池を充電させることができ、瞬発性蓄電池に放電が要求されるときは、第２の昇圧回路を作動させて瞬発性蓄電池の端子電圧を昇圧して持続性蓄電池の端子に印加することにより、瞬発性蓄電池から持続性蓄電池に放電させることができる。
【００１７】また、請求項５に係る発明は、前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて加速操作又は減速操作が行われようとする確率を算出し、該確率に基づいて瞬発性蓄電池に要求される充放電状態を推定して瞬発性蓄電池の電流量を制御する機能を含むことを特徴とする。
【００１８】請求項５に係る発明によると、次に加速操作又は減速操作が行われようとする確率に応じて、例えば次に加速操作が行われる確率が高い場合には、予め瞬発性蓄電池を充電しておけば、加速操作時の大電流放電（大電力消費) の要求に応えることができ、また、次に減速操作が行われる確率が高い場合には予め瞬発性蓄電池を放電しておけば、減速操作時の大電流充電（電力回収) の要求に応えることができる。
【００１９】また、請求項６に係る発明は、前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて運転状態の来歴を記憶し、該記憶された運転状態の来歴に基づいて加速操作又は減速操作が行われようとする確率を算出する機能を含むことを特徴とする。請求項６に係る発明によると、運転状態の来歴に基づけば、運転者の次の行動（加減速操作) をより正確に予測することが可能となり、該予測に基づく瞬発性蓄電池の充放電制御をより高精度に行うことができる。
【００２０】また、請求項７に係る発明は、前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて現在加速中であることを検出したときには、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御し、現在減速中であることを検出したときには、持続性蓄電池の端子電圧を瞬発性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御する機能を含むことを特徴とする。
【００２１】請求項７に係る発明によると、現在加速中であるときは、瞬発性蓄電池からの大電流の放電が要求されるので、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御することにより瞬発性蓄電池を主として大電流の放電を行って該放電の要求に応えることができ、また、現在減速中であるときは、瞬発性蓄電池への大電流の充電が要求されるので、持続性蓄電池の端子電圧を瞬発性蓄電池の端子電圧より高電圧に制御することにより瞬発性蓄電池への充電量を大きくして該充電の要求に応えることができる。
【００２２】また、請求項８に係る発明は、前記電流制御回路は、自動車の運転状態検出手段からの検出情報に基づいて加減速以外の定常運転中であることを検出したときには、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧と概略等しくなるように制御する機能を含むことを特徴とする。
【００２３】加減速以外の定常運転中は、特に大きな充放電の要求が無い状態であり、このような状態のときに持続性蓄電池と瞬発性蓄電池との電圧が大きく異なった状態で接続されると、蓄電池相互間に制御されない大電流が流れ蓄電池や電線の耐久性に影響を及ぼしてしまう。具体的には、加減速終了直後に定常状態に復帰しようとするときに加減速時の瞬発性蓄電池の大電流の充放電により持続性蓄電池と瞬発性蓄電池との電圧差が大きいときにこのような事態を生じる。
【００２４】そこで、このような状態のときに、瞬発性蓄電池の端子電圧を持続性蓄電池の端子電圧と概略等しくなるように制御することにより、蓄電池や電線の耐久性への悪影響を回避できる。また、請求項９に係る発明は、前記電流制御回路は、電源装置の出力端子電圧，充放電電流、瞬発性蓄電池の端子電圧，充放電電流、持続性蓄電池の端子電圧，充放電電流の中、少なくとも１つの検出情報に基づいて瞬発性蓄電池の充放電電流量を制御することを特徴とする。
【００２５】請求項９に係る発明によると、前記検出情報により持続性蓄電池の充放電状態を監視しながら、許容範囲内で持続性蓄電池を充放電させつつ、瞬発性蓄電池の充放電電流量を加減して電源装置全体としての入出力状態を適切に制御することができる。また、請求項10に係る発明は、前記電流制御回路は、前記瞬発性蓄電池からの充電方向の電流のみを許容する充電用回路と、瞬発性蓄電池からの放電方向の電流のみを許容する放電用回路と、瞬発性蓄電池からの大放電電流要求時に前記放電用回路及び充電用回路の中放電用回路のみを作動させ、瞬発性蓄電池への大充電電流要求時に前記放電用回路及び充電用回路の中充電用回路のみを作動させ、それ以外の時は放電用回路及び充電用回路を共に作動させる切換制御回路と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００２６】請求項10に係る発明によると、加速時のように瞬発性蓄電池から大電流の放電が要求される時には前記放電用回路のみを導通させることにより、持続性蓄電池の追随不良によって発生する電圧の谷に瞬発性蓄電池から電流が流れ込み、その谷を埋める効果を発揮すると共に瞬発性蓄電池は平均電圧を相当下回る電圧まで放電できる。
【００２７】減速時のように瞬発性蓄電池への大電流の充電が要求される時には前記充電用回路のみを導通させることにより、瞬発性蓄電池を高い電圧まで充電することができる。それ以外の定常状態では前記放電用回路及び充電用回路を共に導通させることにより、持続性蓄電池，瞬発性蓄電池の電圧の高い方から低い方に電流が流れるようにすることにより、瞬発性蓄電池は大きな平滑コンデンサのように作動し、電圧変化を減衰させることができる。
【００２８】また、請求項11に係る発明は、前記持続用蓄電池にインダクタを直列接続すると共に、瞬発性蓄電池にコンデンサを並列接続したことを特徴とする。請求項11に係る発明によると、持続用蓄電池に直列接続したインダクタは電流の変化に対しては抵抗となるので、急峻な変動を持続性蓄電池に伝えず、持続性蓄電池は直流成分のみを入出力する。この作用のために出力端子位置での電圧は、より大きく変動する。
【００２９】また、瞬発性蓄電池と並列接続したコンデンサにより、前記のように出力端子での増幅された電圧変動を補い、かつ、利用しつつ瞬発性蓄電池の充放電を行うものであり、応答速度を全体として向上させることができる。このようにして、持続性蓄電池を直流成分の充放電に利用する一方、瞬発性蓄電池は増幅された過渡的な電圧変動によりよく反応するよう、自動車用電源装置としての機能を高めつつ、安全性、耐久性を高めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の機能を有するものには同一の符号を付して説明する。図１は、最もシンプルな構成を有した第１の実施の形態を示す。即ち、充放電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性蓄電池（現時点では可逆反応によって作動する鉛蓄電池等の化学蓄電池、将来的には燃料電池などを含む) １と、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性蓄電池２とを、電源装置の出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に並列に接続し、該出力端子Ｏ（＋)，Ｏ（－) に負荷３を接続する構成としたものである。
【００３１】前記先願（特開平６一１９７４０８号) において明らかにしたように、電気自動車用の電源装置としては容量（エネルギ密度）が大きく、持続力のある持続性電池と、加速時の大電流の放電をまかない、また、減速時の回生大電流を効率よく蓄電できる出力密度の大きな瞬発性電池の併用が望ましい姿であることに変わりはない。つまり、先願においては、ある程度の航続力を確保するためには蓄電容量の大きい蓄電池は不可欠であるし、加速時などの瞬発力を必要とする局面では、エネルギ密度は問題ではなく、むしろ大きな出力密度を必要とすることを述べた。本実施の形態も基本コンセプトにおいては前記先願と同様である。
【００３２】しかしながら、本実施の形態では、後述するように瞬発性蓄電池の特性が最も顕著な電池を使用することにより、前記のように先願で必要としていた要求充放電量に応じて持続性蓄電池と瞬発性蓄電池との電流分担割合を制御する制御装置を省略し、持続性蓄電池１と瞬発性蓄電池２とを単純に並列に接続して、電源装置の出力端子として取り出す構成としたものである。ここで、前記瞬発性蓄電池の特性が最も顕著な電池として帯電型物理蓄電池を、瞬発性蓄電池として採用した場合を考える。一般に普及している持続性蓄電池として、例えば鉛蓄電池などは極板の化学変化によって充放電を可能としているが、帯電型物理蓄電池は極板に電子を帯電することによって電荷を蓄える方式の瞬発性蓄電池である。両者の特徴を端的に表現すると、可逆反応型化学蓄電池（持続性蓄電池) は、出力密度は小さいがエネルギ密度は大きく、持続的に一定の電圧を出力できる。
【００３３】帯電型物理蓄電池（瞬発性蓄電池) は、出力密度は大きいがエネルギ密度は小さい。充放電によって端子電圧が変化する。瞬発性蓄電池２として上記特性が顕著な帯電性物理蓄電池を使用した場合、帯電性物理蓄電池は電圧が変化する際の内部抵抗が小さいため、大電流の放電時には端子電圧の降下現象が発生し、次式が成立する。
【００３４】電圧降下量Ｖ＝ｉＲ＝ＩｒＲ；持続性蓄電池の内部抵抗ｒ；瞬発性蓄電池の内部抵抗（Ｒ＞ｒ）
本実施の形態のように、持続性蓄電池１と瞬発性蓄電池２とを単純に並列接続して構成してある場合、電圧降下量は等しいので上式が成り立つ。
【００３５】これから明らかなように、放電能力が維持しうる範囲内においては内部抵抗の小さい瞬発性蓄電池の方が自然に大きな電流を放電する。また、大電流の充電時には端子電圧の昇圧現象が発生し、上記と同様な原理によって瞬発性蓄電池２に大きな電流が流れる。このように、瞬発性蓄電池２として帯電性物理蓄電池のような電圧降下の大きい特性を有した電池を使用すれば、持続性蓄電池１と瞬発性蓄電池２とを単純に並列接続した構成によって、要求される充放電量が大きいときは自動的に瞬発性蓄電池の方が電流分担割合が大きくなり、要求される充放電量が減少するにつれて持続性蓄電池の電流分担割合が相対的に増大するので、先願のように電流分担割合を制御するような制御装置を必要とせず、システムとして簡易で、低コストな電源装置を実現できる。
【００３６】次に、第２の実施の形態について説明する。前記のように瞬発性電池として使用されるキャパシタンスを有するコンデンサ状の帯電型物理蓄電池は、短時間で大電流の充放電に耐えられるものの、充電状態から放電状態に至る過程では電圧の変化が著しく、電動機など安定した電源電圧を求める負荷に対しては使いにくい性質の持ち主でもある。
【００３７】すなわち、蓄電量は帯電可能な電荷そのものであるが、一般的に次式が成立する。
Ｑ＝ＣＶここでＱ：電荷Ｃ；常数Ｖ：電圧つまり、ある帯電型物理蓄電池に完全放電状態である０Ｖから充電を開始すると、電流の流れ込みに応じて時間と共に比例的に電圧が上昇する。化学反応を伴う持続性蓄電池では、その反応の終焉に至るまで、わずかの起電力の変化はあっても概ね一定の電圧を保ち、充放電いずれの場合も同様である。しかし、上記のようにコンデンサ状の蓄電池では一定の起電力を維持しようとする能力は無く、充電によって帯電量が増せば電圧が高まる、換言すれば同一の帯電型物理蓄電池においては電圧を高めれば大きな電荷を帯電できる、ということである。
【００３８】放電の際も上記と同様な原理によって、放電と共に端子電圧は低下する。このような性質は電気自動車用の電源装置としては望ましいものではない。駆動用および制御用電動機や制御システムは電源電圧がほぼ一定であるという前提に立って構成されているのが一般的であるから、０Ｖ～耐圧ぎりぎりまで電源電圧が変化したのでは制御のしようがない。
【００３９】そこで本第２の実施の形態では、図２に示すように、一定の起電力を得やすい持続性蓄電池１を主たる蓄電池として電源装置の出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に直接接続し、電圧の大きく変化する瞬発性蓄電池２は電流制御装置４を介して出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に接続する構成とした。電流制御装置４の詳細は後述の各実施の形態で説明するが、自己の充放電電流量や持続性蓄電池の充放電電流量、出力端子電圧などをモニターしながら、持続性蓄電池の充放電能力や耐電圧の望ましい限界内で作動するように制御する。
【００４０】このようにすると、この電源装置の出力電圧は概ね一定の持続型蓄電池１の起電力に支配され、大電流の充放電作用が必要なときに瞬発性蓄電池２が機能することになる。したがって、前記第１の実施の形態のように瞬発性蓄電池の端子も直接電源出力端子に接続した場合に比較して、それほど大電流の充放電量が要求されていないときには、瞬発性蓄電池の電流分担割合を十分小さく制限して電源装置の出力端子電圧の変動を防止できる。
【００４１】これは形態としては前記先願に開示した技術から持続性蓄電池に対する制御回路を省略したものを含むが、該先願の形態のままで瞬発性蓄電池として帯電型物理蓄電池を取り付けた場合、持続性蓄電池がＯＦＦのときに瞬発性蓄電池がＯＮになると、その期間中電源装置（複合蓄電池) の出力電圧は電圧の一定性のない瞬発性蓄電池の端子電圧に支配されるので、高低いずれの場合にも支障を来すこととなる。この点、本実施の形態では持続性蓄電池１の端子は直接電源装置の出力端子に接続され、常時持続性蓄電池１の端子電圧が印加されるため、電圧の一定性のない瞬発性蓄電池２の端子電圧に支配されて変動することを防止できる。
【００４２】なお、将来、瞬発性蓄電池として一定の起電力を維持できる性能のものが開発された場合には、前記先願の方式でも支障はなくなるが、少なくとも開発当初はコスト的に本実施の形態の方が有利である可能性が高いと考えられる。以下に、前記瞬発性蓄電池の充放電電流量を制御する電流制御装置の具体的な種々の回路構成について示した各実施の形態について説明する。
【００４３】まず、第３の実施の形態について説明する。先に述べたように、帯電型物理蓄電池では帯電電荷は電圧に比例する。従って、それを一時的な電気の容器として有効に活用するためには、大きな電流の放電を予定しているのであれば、その前に高い電圧で充電しておく必要がある。逆に大きな電流の充電を予定しているのであれば、できる限り低い電圧まで放電しておく必要がある。
【００４４】電気自動車用の電源装置としては次に運転者が加速するのか減速するのか、予測のつかない問題であるから加速されるかも知れないし、減速するのかも知れない、というように二股をかけて待機せざるを得ない。この待機の方法として、Ａ．一群を完全充電状態、他方を完全放電状態で待機するＢ．複数個を中間的な帯電状態で待機するのような二通りが考えられるが、本実施の形態ではＢの待機方式を採用する。
【００４５】以下、図３に基づいて説明すると、持続性蓄電池１は、電源装置の出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に接続し、瞬発性蓄電池２は、同種の帯電型物理蓄電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの４個を使用し、該４個の帯電型物理蓄電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを、制御回路11を介して出力端子Ｏ（＋) ，Ｏ（－) に接続する。前記制御回路11は、要求充放電状態に応じて前記４個の複合蓄電池の帯電型物理蓄電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの結線を切り換えるように制御する。即ち、通常時には４個の帯電型物理蓄電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを２個２群に分けて、２個例えば２Ａと２Ｂ、２Ｃと２Ｄはそれぞれ並列に接続し、２群例えば２Ａ及び２Ｂの群と２Ｃ及び２Ｄの群と、直列に接続する。この形で持続性蓄電池１と並列に接続されると、帯電型物理蓄電池１個につき持続性蓄電池１の半分の電圧が負荷される。この状態で通常の走行を行う。
【００４６】次に、加速状態に入ると、例えば放電電流の増大などによって加速状態に入ったことを検出し、帯電型物理蓄電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ４個を直列接続する。この操作によって瞬発性蓄電池２の端子電圧は持続性蓄電池１の約２倍にまで高められ、通常状態の電圧、つまり、持続性蓄電池１の起電力に対して大きな放電能力を発揮し得るようになる。加速が完了すると前記通常時の結線に復帰し、持続性蓄電池１や図示しない発電機からの電流を受け入れて通常のバランス状態になる。
【００４７】また、減速状態に入ると、例えば充電電流の増大などによって減速状態に入ったことを検出して、帯電型物理蓄電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ４個を並列接続とする。この操作によって瞬発性蓄電池２の端子電圧は持続性蓄電池１の半分にまで低められ、大きな電流受入能力を発揮する。減速状態が完了すれば結線は再び通常の待機状態に戻され、減速時に帯電した電荷は持続性蓄電池１に移転されたり、その他の負荷によって消費される。
【００４８】このように、結線を切り換える構成により、次に加速が行われるか、減速が行われるかに関わらず、したがって加速か減速かを予測することもなく、通常時には、一定の状態で待機することにより、次の加速に対応した高電圧の充電と、次の減速に対応した低電圧の放電とを同時に満たすことができ、加減速いずれにも対応することができる。
【００４９】本実施の形態では、比較的単純な方法によってコンデンサー状の瞬発性蓄電池２を有効に活用する手段となる。とくに同じ主旨ではあっても前記Ａの方法と比較すれば瞬発性蓄電池の常用電圧が０～耐圧まで、というのではなく、持続性蓄電池１の半分～二倍の範囲であり、電源としての品位の点では格段に優れている。
【００５０】次に、第４の実施の形態について説明する。前記第３の実施の形態では、加減速を予測することなく、通常時は一定の状態で待機しておくことが可能であるが、運転者が次にとろうとしている行動（加減速操作) が予測できる場合には、該予測された運転状態に応じて予め瞬発性蓄電池の充放電状態を調整しておくことにより、次の運転状態に対して、より望ましい対応が可能となる。原則的には運転者が次にどのような操作を行うか、は予期できないことであるが、普通の運転者の行動は多くのモード運転の平均的な行動様式として把握されている。例えば、現在停車していることが確認されれば、次の行動はキーを切って駐車するかさもなければ加速状態に入るものと推察される。したがって、停車状態とキーの状態（差し込まれているか、切っているか) との判別によって、次の行動が駐車か、加速かを、ほぼ断定することができる。
【００５１】このようにして運転者が次にとろうとしている行動が予測できるときには、前記したように予めそれに相応しい受け入れ態勢を準備することが望ましく、例えば前記第３の実施の形態でこれを実現しようとすれば、瞬発性蓄電池を構成する複数の帯電型物理蓄電池を直列接続するか、並列接続するか、を切り換えて受入準備を整えることになるが、上記のように断定できる場合はそれでも良い（この実施の形態については後述する) が、予測に反する行動も十分にあり得る。そこで、瞬発性蓄電池の端子電圧を微調整しながら待機状態を続ける、という必要性が生じることになる。
【００５２】直流電圧を必要な任意の電圧に変換する技術は、コンピュータなどの弱電分野では利用されているが、今後高速で作動する大電流を制御できる半導体が開発されれば電気自動車程度の電力分野でも利用できる可能性がある。本願出願人も直流から交流電力を得るための半導体、たとえばＩＧＢＴなどを利用して大電流のＤＣ－ＤＣコンバータを試作して研究しているが、現時点でも価格のことを無視すれば大電流、大容量の電圧調整器実現の可能性はある。また、重量のことを無視すれば現在の一般的な技術によってトランスによる電圧調整が可能である。
【００５３】このような電圧調整器によって瞬発性蓄電池の端子電圧を調整することを考えた場合、電圧調整器が任意に、容量的な制限もなく製作できると仮定すれば、瞬発性蓄電池の充放電の際に、その端子電圧の変化を打ち消すように調整して出力電圧を一定に保つ、という「定電圧方式」も原理的には成り立つが、短時間に大電流を処理する必要があり、実用的には困難なものになろう。それよりは瞬発性蓄電池の通常状態をある程度の時間的な余裕を持って管理する方法を採用すれば、それほどの大電流の処理は必要ないので、価格、サイズ、重量などの諸点を考慮して実用範囲で可能性があると言える。
【００５４】そこで、本第４の実施の形態では、図４に示すように、自動車の運転状態を検出する単一若しくは複数個からなるセンサ21と、該センサ21からの検出信号に基づいて運転者が次に行うと予測される行動を判別する判別装置22と、該判別装置22により判別された運転者が次に行うと予測される行動に基づいて瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整する電圧調整器23と、を設けて構成する。ここで、電圧調整器23は、持続性蓄電池１の端子電圧を昇圧して瞬発性蓄電池２に印加する第１の昇圧回路23Ａと、瞬発性蓄電池２の端子電圧を昇圧して持続性蓄電池１に印加する第２の昇圧回路23Ｂと、で構成され、前記判別装置23の判別結果に基づいてこれら第１の昇圧回路23Ａと第２の昇圧回路23Ｂとの作動を制御する。
【００５５】運転者が次に行う行動の予測の一例は前にも述べたが、その詳細については後述する。運転者の次の行動として「加速」が推定される場合には、瞬発性蓄電池２端子の電圧を高めて、これに蓄電する電荷を増大させ、来るべき大電流の放電に備える。つまり、電圧調整器23は持続性蓄電池などからの電圧を第１の昇圧回路23Ａによって昇圧して瞬発性蓄電池２に送り、該瞬発性蓄電池２の端子電圧を高めることによってその蓄電量を増加させる。
【００５６】運転者の次の行動として「減速」が推定される場合には、減速時に発生する大電流を収容するために瞬発性蓄電池２には大きな余地を作ることが望まれる。つまり、電圧調整器23は瞬発性蓄電池２からの電圧を第２の昇圧回路23Ｂによって適当なレベルまで昇圧して、持続性蓄電池１に充電するか、電源装置に接続された負荷（図示せず) によって消費させる。なお、第２の昇圧回路23Ｂによる昇圧を行うと、持続性蓄電池１の端子電圧は安定しているので、瞬発性蓄電池２の端子電圧自身は降下する。
【００５７】次に、前記運転者が次に行う行動の予測の具体的な方式について説明する。以下に示す例では、次に加減速操作を行う確率を算出し、該確率の大きさに基づいて電圧調整器23により、瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整する。具体的には、確率の算出結果には五分五分という場合もあるが、加速操作が行われる方に大きな確率を認めた場合には、前記第１の昇圧回路23Ａにより瞬発性蓄電池２の端子電圧を昇圧させ、かつ、該加速操作加速操作を実行する確率が高いときほど、前記昇圧のレベルを大きくし、減速操作が行われる方に大きな確率を認めた場合には、前記第２の昇圧回路23Ｂにより瞬発性蓄電池２の端子電圧を降圧させ、かつ、該減速操作を実行する確率が高いときほど、前記降圧のレベルを大きくするように制御する。
【００５８】第１の例としては、センサ21として、車速検出用の車速センサと、前進と後進とをギア位置で判別して進行方向を検出する進行方向センサと、を設け、検出した車速と進行方向とに基づいて次の行動を予測する。自動車の走行バンドは概して低速の後退状態から時速１２０km程度の前進状態が利用される。一般論としては前進、後進を含めて低速走行状態の後には加速操作を実行される確率が大きい。そこで、このように加速操作が行われる確率を車速と進行方向とに基づいて算出する。
【００５９】第２の例としては、運転者による加速または減速の予告により次の行動を予測する。即ち、センサ21として、運転者の意志を伝える手段として予告スイッチを設け、該予告スイッチが「自動」または「中立」を指示する場合は他のセンサーからの信号を主体に確率を計算するが、予告スイッチで予告した場合には運転者の予告に従って電圧調整器23を制御して瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整する。この場合には、予告スイッチにより加速操作又は減速操作を行うことが確実であるので、第１の昇圧回路23Ａによる瞬発性蓄電池２の端子電圧の昇圧又は第２の昇圧回路23Ｂによる瞬発性蓄電池２の端子電圧の降圧が十分大きくなるように調整する。
【００６０】第３の例としては、センサ21として、ブレーキペダルの変位か、作動流体の圧力を検出するセンサを設け、これらの検出値に基づいて次の行動を予測する。ブレーキペダルの挙動は過渡運転の判別に参考になる。車速がかなり高速の状態でブレーキペダルに足がかかった状態はこれから減速操作が行われる前触れの場合が多い。これに対し、普通程度にブレーキが踏まれた後には加速操作が行われる確率が高くなる。したがって、このようなブレーキペダルの挙動に基づいて加減速が行われる確率を算出する。
【００６１】第４の例としては、センサ21として、ハンドルの操作角を検出するセンサを設け、その検出値に基づいて次の行動を予測する。車速を変えることなく通過できる曲線路と車速の関係は、低速ではハンドルの操作角度がかなり大きい範囲まで許容されるが、走行速度が高くなるにつれて小さい操作角度にもかかわらず減速操作の必要性は高まる。このような傾向を利用して減速運転の確率を算出する。
【００６２】第５の例としては、センサ21としてキースイッチの状態を検出するセンサを設け、該キースイッチの状態に基づいて次の行動を予測する。例えば、キースイッチが入れられた場合は、まもなく加速操作が行われることを示している。また、キースイッチが遮断された場合は駐車することを意味するが、このときには瞬発性蓄電池２の電圧を持続性蓄電池１の電圧と平衡させて待機するのが保安上、また次回の走行のために望ましい。
【００６３】第６の例としては、センサ21として駐車ブレーキの作動状態を検出するセンサを含み、該駐車ブレーキの状態と他のセンサの検出値とを組み合わせて次の行動を予測する。例えば、車速とブレーキ、キースイッチ、それに駐車ブレーキの操作状況を組み合わせて判別すると、坂道発進などの加速に相当する操作の前触れか、駐車のシグナルか、の判別が可能になるので、その確率を算出する。
【００６４】なお、前記各例は単独で実施する他、これらの一部若しくは全部を組み合わせ、各種状況で次の加減速操作を予測して瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整する構成としてよいことは勿論である。次に、以上の例では、センサ21からのリアルタイムの検出値により現在の運転状態に基づいて次の行動を予測するものを示したが、該現在の運転状態に加えて過去の運転状態の来歴にも基づいて次の行動を予測する構成とすれば、より次の行動の推定精度を高めることができる。
【００６５】そこで、第５の実施の形態では、図５に示すように、前記過去の運転状態の来歴を記憶する記憶装置24を設け、現在の運転状態と過去の運転状態の来歴とに基づいて次の行動を予測する構成とする。運転者が次にどのように行動するか、を自動車の側から推定するのは原則的には不可能であるが、ある特定の状態にあることが確認できれば、また、さらには過去の来歴が明らかになれば確率的な推論は可能となる。
【００６６】先に述べた一例でも明らかなように、停車状態にあり、キースイッチは入っている、という状況は次のアクションとして加速が行われる確率が高いことが推論できる。また、前例よりは確率は下がるが後退運転の後にフットブレーキが踏まれている状態も、次には加速操作が行われるだろうことが予測される。ある程度の車速がありながらハンドルの操作角度がある敷居値を越えたり、同じくある程度の車速があるときにアクセル踏込量が急に小さくなったり、ブレーキに足がかけられた場合には、次の操作は「減速」であることが予測される。
【００６７】このように、市街地走行中の一般的な挙動、郊外地の挙動、高速道路上での挙動、などに分類して運転者の操作パターンを分析し、自動車の現状と操作状態の現状および過去の来歴をデータとして、次に行われる行動をより正確に予測することができる。さらに、前記第４の実施の形態及び第５の実施の形態では、算出した確率に基づいて電圧調整器23を制御して瞬発性蓄電池２の端子電圧を連続的に調整することができるが、前記第３の実施の形態で示したように瞬発性蓄電池２を複数の帯電型蓄電池で構成して結線を切り換えて瞬発性蓄電池２の端子電圧を段階的に切り換える構成のものにも、前記次の行動の確率に基づいた制御を行うことが可能である。但し、このものでは、既述したように、予測に反した行動が採られた場合には、逆方向に大きく制御されてしまうという問題がある。そこで、算出された確率に対してしきい値を設定し、加速操作又は減速操作が行われる確率が相当高い場合に限って、複数の帯電型蓄電池の結線を対応した状態に切り換える構成とすればよい。
【００６８】次に、第６の実施の形態について説明する。第４及び第５の実施の形態で示したような電圧調整器23を制御して瞬発性蓄電池２の端子電圧を連続的に調整するものは、基本的には、前記のように次の行動（加減速操作) を予測して予め瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整するのに適した構成であるが、現在加減速中であるときにも瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整して充放電させることが可能である。
【００６９】即ち、加速時には持続性蓄電池の電圧よりも瞬発性蓄電池の電圧が高い間は瞬発性蓄電池からの放電作用が実行できるが、両者の電圧が等しくなるとそれ以上の放電は両者の内部抵抗差に依存する以外はできなくなってしまう。しかし、瞬発性蓄電池の電荷はその時の電圧に相当する水準までを保有している訳であり、昇圧すれば利用できる。
【００７０】一方、減速時には持続性蓄電池の電圧よりも瞬発性蓄電池の電圧が低い間は効果的に瞬発性蓄電池に電流を収容できるが、両者の電圧が等しくなるとそれからの回生能力は著しく阻害される。この場合も瞬発性蓄電池に向けて、昇圧して充電すれば平衡点を超えて瞬発性蓄電池を機能させることができる。そこで、本第６の実施の形態では、加減速中であるにもかかわらず、主に両者の電圧が平衡した場合に前記各昇圧回路を利用して瞬発性蓄電池の平衡点以遠の領域を活用する方法を提供するものである。
【００７１】ハードウエアの構成は、図６に示すように、センサ31として現在加減速中であることを検出するのに必要なセンサ、例えばアクセル開度センサや機関の回転速度センサあるいは車速センサ，加速度センサ等を用い、前記判別装置32は該センサ31からの信号に基づいて現在加減速中であるか否かを検出する機能を有する。そして、センサ31からの検出信号に基づいて、前記判別装置32が現在加速中であると判定したときは電圧調整器23の第２の昇圧回路23Ｂにより、瞬発性蓄電池２の電圧を昇圧して瞬発性蓄電池２を放電させ、減速中と判定したときは第１の昇圧回路23Ａにより持続性蓄電池１の電圧を昇圧して瞬発性蓄電池２を充電させる。
【００７２】なお、図示しないが、図４又は図５に示した第３，第４の実施の形態の構成を兼ね備え、次に行う加減速操作を予測判別して瞬発性蓄電池２の端子電圧の調整を併せて行うようにしてよいことは勿論である。この方法は過渡的な加減速運転の最中に電圧調整を行う必要があり、本来ならば第３の実施の形態のように瞬発性蓄電池の端子電圧を段階的に切り換えるなどして大電流を処理する機能が最適ではあるが、第４，第５の実施の形態で示したような他の目的で設置される昇圧回路を利用して電流を処理することにより、それなりの効果を得ることができる。
【００７３】次に、第７の実施の形態について説明する。瞬発性蓄電池として採用される帯電型物理蓄電池は、既述してきたように保持する電荷が負荷電圧に比例するため、加減速時にその能力を有効に活用するためにはできる限り大きく電圧を変化させるようにするが、加減速以外の運転時、特に加減速終了直後は、このように電圧を大きく変化させたことが大きな問題となる。
【００７４】即ち、加減速運転が終了して定常的な待機状態に復帰しようとするとき、電圧の異なる比較的大きな持続性蓄電池と瞬発性蓄電池とを直接的に接続すると、制御されない大電流が流れてしまい、蓄電池や電線などの耐久性に影響を及ぼすことが考えられる。そこで、本第７の実施の形態では、加速中または減速中以外の運転条件において、持続性蓄電池と瞬発性蓄電池の端子電圧を概略バランスさせる電圧調整器を設けて構成する。
【００７５】即ち、図７に示すように、加速中または減速中以外の運転状態を検出するためのセンサ31及び該センサ31からの信号に基づいて加速中または減速中以外である状態を判別する判別装置32を設けると共に、持続性蓄電池１の端子電圧を降圧して瞬発性蓄電池２の端子に印加する第１の降圧回路33Ａと、瞬発性蓄電池２の端子電圧を降圧して持続性蓄電池１の端子に印加する第２の降圧回路33Ｂとを備えた電圧調整器33を設ける。
【００７６】そして、前記センサ31からの信号に基づいて判別装置32が加速中または減速中以外の運転状態を検出したときに、瞬発性蓄電池２の電圧が持続性蓄電池１の電圧を上回る時には、第１の降圧回路33Ａによって持続性蓄電池１の電圧を降圧して瞬発性蓄電池２から持続性蓄電池１に放電させ、また、瞬発性蓄電池２の電圧が持続性蓄電池１の電圧を下回る時には、第２の降圧回路33Ｂによって持続性蓄電池１の電圧を隆圧して瞬発性蓄電池２に充電させる。
【００７７】具体的には、減速運転の後には前記第１の降圧回路33Ａによる降圧処理の要求が発生しがちであり、加速運転の後には前記第２の降圧回路33Ｂによる降圧処理の要求が発生しがちである。また、本実施の形態を、前記第４，第５の実施の形態で示したように次に加減速操作が行われることを予測して予め瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整して充放電しておく構成と併用できることは勿論可能であり、その場合には、次に加減速操作が行われる確率が高いときは、それに応じて瞬発性蓄電池２を予め充放電しておくように瞬発性蓄電池２の端子電圧を調整する処理を、本実施の形態により持続性蓄電池１と瞬発性蓄電池２との端子電圧を略等しくする処理に優先して行い、次に加減速操作が行われる確率が低く定常状態に移行するようなときに限って本実施の形態による処理を行うようにすればよい。
【００７８】次に、第８の実施の形態について説明する。これまで述べてきたように、持続性蓄電池と瞬発性蓄電池とを併用する基本的な意図は、過渡的な運転状態における大電流の充放電を瞬発性蓄電池が負担し、定常運転時の連続した小電流の充放電を持続性蓄電池に依存する、ということである。
【００７９】しかし、たとえ過渡的な状況であっても持続性蓄電池の許容範囲内であれば、該持続性蓄電池による充放電は何ら支障無く可能であり、該可能な範囲で持続性蓄電池による充放電が行われるように、瞬発性蓄電池の充放電量を加減することで複合蓄電池の適切な入出力能力を得ることができる。そこで、本第８の実施の形態では、電源装置における各部の電流や電圧を監視しつつ、瞬発性蓄電池の充放電電流を制御する構成とする。
【００８０】即ち、図８に示すように、持続性蓄電池１の電流，電圧を検出する電流センサ41、電圧センサ42、瞬発性蓄電池２の電流，電圧を検出する電流センサ43、電圧センサ44、電源装置（複合蓄電池) の出力端子の電流，電圧を検出する電流センサ45、電圧センサ46と、これらの検出値に基づいて持続性蓄電池１の充放電状態を判別する判別装置47と、該判別装置47により判別される持続性蓄電池１の充放電状態に基づいて瞬発性蓄電池２の充放電電流量を調整する電流制御回路48と、を設ける。
【００８１】なお、前記各部のセンサは必ずしも全て必要ではないが、少なくとも１つ設けて監視する。即ち、各部の監視の中、前記目的を達成する方法として持続性蓄電池１の充放電電流を監視しながら制御するのが最も目的に合致してはいるが、その電圧も監視すればより精度の高い制御が可能となる。
【００８２】また、電流制御装置48の中に既述の実施の形態のように昇圧回路や降圧回路を含む瞬発性蓄電池２の容量制御機能を併せ持つ場合は瞬発性蓄電池２の端子電圧や入出力電流も監視する必要がある。瞬発性蓄電池２として電圧制限や電流制限があるのは当然であるから、その意味でも瞬発性蓄電池の端子電圧や入出力電流の監視は意味がある。
【００８３】さらに、電源装置（複合蓄電池) の出力端子の位置で電圧や電流を計測すると複合蓄電池の差し引き合計的な電流値などが明らかとなり、この電源によって駆動される電気自動車の制御装置や電動機との連携が明瞭化され、システムとしての安全度を高めることができる。次に、第９の実施の形態について説明する。
【００８４】電力消費を削減した省エネ型の電気自動車では、電源である直流電力を交流に変換して交流電動機を駆動する方式が一般的である。交流電動機としては誘導電動機や同期電動機が利用されるが、いずれも直流を必要な高速度で切り刻みながら目的の交流電力を得る技法を利用する。この電流の導通と遮断の繰り返し速度は相当に高速であるにも拘わらず、蓄電池の電源としての応答性はいささか緩慢である。帯電型物理蓄電池ではいくらか高速で充放電が可能とは言ってもリップル状の急峻な電圧変化に追随できるほど高速ではない。可逆的な化学変化を利用した鉛蓄電池などでは出力電流の変化はそのまま出力電圧の変化、つまり、矩形波的な電流の出力時には蓄電池そのものが一個の抵抗とも見なせるほどに過渡的な電圧変化には追随できない。
【００８５】この状況を図９に示す。一例として直流電源として２８０Ｖを採用した場合、複合蓄電池の後流に設けられた直流を交流に変換するインバータの出力周波数に相当する周波数で電圧の変動現象が発生する。この比較的ゆっくりとした電圧変動に乗る形で、キャリアー波と呼ばれる交流成分の１セグメントを形成する電圧変化が観測される。電動機の駆動に必要な交流の周波数が１～２００ヘルツ程度であるのに対して、電動機からの騒音対策としてキャリア波は１５キロヘルツ程度を採用されるので、図示できない細かいギザギザの波形が観測される。図示したのは実物ではなく、イメージ的な図形である。
【００８６】加速中には平均電圧も低く、キャリア波による波形も深い谷を形成している。定常走行では、その速度にもよるが、蓄電池の定格起電力か、それをやや下回る電圧で作動し、キャリア波による電圧の起伏もあまり大きくない。減速中は平均電圧が高めでキャリア波による電圧変動、および発電機となる電動機のローター回転速度に由来する電圧変動を伴う。
【００８７】そこで、本第９の実施の形態は、このような電圧変動を逆手に利用して、瞬発性蓄電池の入出力電流の方向を制御する回路を設けることにより、いわゆる蓄電池の起電力と呼ばれる端子電圧の平均値と比較して、かなり低いレベルまで放電することや、逆に相当に高い電圧まで充電することを可能にしたものである。即ち、図10に示すように、運転状態を検出するセンサ51と、該センサ51からの信号に基づいて、瞬発性蓄電池２に充電が要求されているか、放電が要求されているかを判別する判別装置52と、該判別装置52からの信号に基づいてＯＮ，ＯＦＦされる第１のトランジスタ53及び持続性蓄電池１から瞬発性蓄電池２への電流を許容する第１のダイオード54と、判別装置52からの信号に基づいてＯＮ，ＯＦＦされる第２のトランジスタ55及び瞬発性蓄電池２から持続性蓄電池１への電流を許容する第２のダイオード56と、で構成される。ここで、前記第１のダイオード54が充電用回路、第２のダイオード56が放電用回路を構成し、センサ51，判別装置52，第１のトランジスタ53，第２のトランジスタ55が切換制御回路を構成する。図10は原理図であり、トランジスタの保護のためのスナバ回路、帰還回路や電流、電圧のリミッタなど付帯的な回路は省略してある。
【００８８】作動としては、加速時のように瞬発性蓄電池２から大電流の放電が要求される時には第２のトランジスタ55をＯＮとし、第１のトランジスタ53はＯＦＦとして瞬発性蓄電池２から第２のダイオード56，第２のトランジスタ55を介して持続性蓄電池１へ放電される回路のみを導通させる。すると持続性蓄電池１の追随不良によって発生する電圧の谷に瞬発性蓄電池２から電流が流れ込み、その谷を埋める効果を発揮すると共に瞬発性蓄電池２は平均電圧を相当下回る電圧まで放電できる。
【００８９】定常状態では第１のトランジスタ53および第２のトランジスタ55のいずれもＯＮとし、持続性蓄電池１，瞬発性蓄電池２の電圧の高い方から低い方に電流が流れるようにする。このようにすると瞬発性蓄電池２は大きな平滑コンデンサのように作動し、あまりに高速のリップル状の電圧変化を平滑するという効果はないが、キャリア波によって制御された速度の電圧変化はかなりの減衰効果を発揮する。
【００９０】また、減速時のように瞬発性蓄電池２への大電流の充電が要求される時には第１のトランジスタ３をＯＮとし、第２のトランジスタ55はＯＦＦとして、瞬発性蓄電池２を高い電圧まで充電する。この方法は特別な昇圧器や降圧器を用いず、不可避的に発生する電圧変動と、帯電型物理蓄電池の過渡応答性能が通常の持続性蓄電池の応答性よりも優れている、という特性に基づくものであり、簡易な方法で相当な効果をもたらす。
【００９１】次に、第10の実施の形態について説明する。前第９の実施の形態では持続性蓄電池や瞬発性蓄電池の元来の特性をそのまま利用する構成としたが、持続性蓄電池などでは電圧の大幅な変化を伴うほどの大電流の充放電は、それ自体が蓄電池の耐久性を損なう大きな要因となっている。前記実施の形態の充放電用回路を付加すれば大きな電圧変動はかなり緩和されるけれども、電圧変動を利用していることには変わりがないため、十分に緩和しきれるものではない。
【００９２】そこで本第10の実施の形態では、前記第９の実施の形態の作用を強化するため、補助回路を設けた構成とする。即ち、図11（原理図) に示すように、前記第９の実施の形態の各回路を備えると共に、持続性蓄電池１はインダクタ57を直列に介して出力端子Ｏ（＋) に接続し、瞬発性蓄電池２にはコンデンサ58を並列に接続する構成とする。
【００９３】このようにすれば、出力端子にかかる負荷によって電圧が変動しても、持続性蓄電池１はその電圧変動を埋め合わせようとする働きが抑制される。インダクタ57によって速度の速い変動が阻止されるので、電圧の変動の速い成分は持続性蓄電池１には伝えられず、持続性蓄電池１は対応すべき動機を失うためである。このようにインダクタ57は電流の変化に対しては抵抗となるので、急峻な変動を持続性蓄電池１に伝えず、持続性蓄電池１は直流成分のみを入出力する。この場合、インダクタ57は他の構造のローパスフィルターに置換しても同様の効果をもたらすものである。この作用のために出力端子位置での電圧は前第９の実施の形態よりも大きく変動するようになる。
【００９４】また、瞬発性蓄電池２として帯電型物理蓄電池を採用しても、通常電子機器などに利用される最も応答速度の遅い電解コンデンサと比較しても、自動車用電源として意味のある大きさの物理蓄電池では２桁ぐらいは応答速度が遅い。そこで、前記瞬発性蓄電池２と並列接続したコンデンサ58を設けることで、該コンデンサ58により、前記のように出力端子での増幅された電圧変動を補い、かつ、利用しつつ瞬発性蓄電池２の充放電を行うものであり、応答速度を全体として向上させることができる。該コンデンサ58は一般に電圧変動に対して高速応答が可能であるから、瞬発性蓄電池２の応答遅れを補うように作動する。一般にコンデンサはその容量に反比例して応答速度は低下するので、必要な容量と応答速度を与えるように選定する必要がある。コンデンサの種類としては、現状では、応答速度は劣るものの必要な容量を確保するために電解コンデンサが適すると考えられる。
【００９５】このようにして、持続性蓄電池１を直流成分の充放電に利用する一方、瞬発性蓄電池２は増幅された過渡的な電圧変動によりよく反応するよう、自動車用電源装置としての機能を高めつつ、安全性、耐久性を高めることができる。

【出願人】	【識別番号】５９１１３６３２２【氏名又は名称】モトール自動車株式会社
【出願日】	平成１０年（１９９８）３月４日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】笹島富二雄（外１名）
【公開番号】	特開平１１－２５２７１１
【公開日】	平成１１年（１９９９）９月１７日
【出願番号】	特願平１０－５２３６７