| 【発明の名称】 |
回生充電制御装置及びそれを具備する電動車両用電源装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】谷口 雅彦
【氏名】竹田 敏和
【氏名】渋谷 秀樹
【氏名】奥村 英二
【氏名】高橋 昌宏
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| 【要約】 |
【課題】回生電圧がキャパシタ等の直列電圧よりも低下したときにキャパシタ等を並列接続に切り替えてキャパシタ等バンクの電圧を低下させることによって、回生率を向上させ、制動力を得ることができる回生充電制御装置及びそれを具備する電動車両用電源装置を提供する。
【解決手段】自動車等の制動時等に生じる回生エネルギーにより複数のキャパシタ又は二次電池４を充電する回生充電手段１を備える電動車両等の回生充電制御装置において、複数のキャパシタ又は二次電池の接続を並列又は直列に切替える接続切替手段２を備える。上記接続切替手段２は、充電電流が所定値以下であるとき、キャパシタ又は二次電池４の直列接続を並列接続に切替える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 制動時等に生じる回生エネルギーにより複数のキャパシタ又は二次電池を充電する回生充電手段を制御する電動車両等の回生充電制御装置において、前記複数のキャパシタ又は二次電池の接続を並列又は直列に切替える接続切替手段を備えることを特徴とする回生充電制御装置。
【請求項２】 請求項１記載の回生充電制御装置において、充電電流を検出する電流検出手段を備えることを特徴とする回生充電制御装置。
【請求項３】 請求項２記載の回生充電制御装置において、上記接続切替手段は、充電電流が所定値以下であるとき、キャパシタ又は二次電池の直列接続を並列接続に切替えることを特徴とする回生充電制御装置。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回生充電制御装置において、上記複数のキャパシタ又は二次電池は、充電当初は直列接続であることを特徴とする回生充電制御装置。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回生充電制御装置において、上記複数のキャパシタ又は二次電池の基本ユニット数は、２のｍ乗個であることを特徴とする回生充電制御装置。
【請求項６】 複数のキャパシタ又は二次電池と、該キャパシタ又は二次電池を制動時等に生じる回生エネルギーにより充電する回生充電手段と、該回生充電手段を制御する回生充電制御装置と、を具備する電動車両用電源装置において、前記回生充電制御装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回生充電制御装置であることを特徴とする電動車両用電源装置。
【請求項７】 請求項６記載の電動車両用電源装置において、上記複数のキャパシタ又は二次電池は、放電時は直列接続であることを特徴とする電動車両用電源装置。
【請求項８】 請求項６又は７に記載の電動車両用電源装置において、上記複数のキャパシタ又は二次電池の少くとも１つは、動力用であることを特徴とする電動車両用電源装置。
【請求項９】 請求項６〜８のいずれか１項に記載の電動車両用電源装置において、上記電動車両は、貨物自動車、乗用自動車、三輪車、二輪車又は自転車であることを特徴とする電動車両用電源装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回生充電制御装置及びそれを具備する電動車両用電源装置であり、特にキャパシタ又は二次電池を動力用として使用する電動車両用回生充電制御装置及びそれを具備する電動車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車やハイブリッド自動車などの電気をソースとした貨物自動車、乗用自動車、三輪車、二輪車や二輪車において、減速時に発電機を動かし発電した電力を回生エネルギーとして回収し、電池やキャパシタに充電することによって、エネルギー効率の向上が見込まれている。
【０００３】通常、発電機の回転数が減速によって低下すると発電電圧も低下してしまい、電池やキャパシタ電圧より低くなった場合にはＤＣ／ＤＣコンバータなどを介して昇圧する必要があった。しかし、発電機の回転数が低下した場合は、発電出力も低下しているために、ほとんどの回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータで消費され、充電に使用できる電力はごくわずかであった。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作電圧以下に発電電圧が落ち込んで場合には、コンバータは作動せず、回生エネルギーとしては全く取り出すことができなかった。そして、この状態においては、制動力も得られないために、通常のブレーキで制動力を得ることとなり、自動車の運動エネルギーは熱エネルギーとなって捨てられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、このような従来例の問題を解決するものであり、回生電圧がキャパシタ等の直列電圧よりも低下したときにキャパシタ等を並列接続に切り替えてキャパシタ等バンクの電圧を低下させることによって、回生率を向上させ、制動力を得ることができる回生充電制御装置及びそれを具備する電動車両用電源装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、制動時等に生じる回生エネルギーにより複数のキャパシタ又は二次電池を充電する回生充電手段を制御する電動車両等の回生充電制御装置において、前記複数のキャパシタ又は二次電池の接続を並列又は直列に切替える接続切替手段を備える回生充電制御装置である。
【０００６】また、本発明は、充電電流を検出する電流検出手段を備える回生充電制御装置である。
【０００７】そして、本発明は、上記接続切替手段は、充電電流が所定値以下であるとき、キャパシタ又は二次電池の直列接続を並列接続に切替える回生充電制御装置である。
【０００８】更に、本発明は、上記複数のキャパシタ又は二次電池は、充電当初は直列接続である回生充電制御装置である。
【０００９】また、本発明は、上記複数のキャパシタ又は二次電池の基本ユニット数は、２のｍ乗個である回生充電制御装置である。
【００１０】そして、本発明は、複数のキャパシタ又は二次電池と、該キャパシタ又は二次電池を制動時等に生じる回生エネルギーにより充電する回生充電手段と、該回生充電手段を制御する回生充電制御装置と、を具備する電動車両用電源装置において、前記回生充電制御装置は、上記回生充電制御装置である電動車両用電源装置である。
【００１１】更に、本発明は、上記複数のキャパシタ又は二次電池は、放電時は直列接続である電動車両用電源装置である。
【００１２】また、本発明は、上記複数のキャパシタ又は二次電池の少くとも１つは、動力用である電動車両用電源装置である。
【００１３】そして、本発明は、上記電動車両は、貨物自動車、乗用自動車、三輪車、二輪車又は自転車である電動車両用電源装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態を説明する。本発明の回生充電制御装置の一実施例について、図１〜図５を用いて説明する。図１は、実施例の回生充電制御装置の説明図である。図２は、実施例の回生充電制御装置の並列・直列接続切替手段のｎ個の接続切替の一例の説明図である。図３は、実施例の回生充電制御装置の並列・直列接続切替手段の４個の接続切替の一例の説明図である。図４は、実施例の回生充電制御装置の作動フローの一例の説明図である。図５は、実施例の回生充電制御装置と従来例における回生電力と経過時間の関係の説明図である。
【００１５】本実施例の回生充電制御装置１は、図１に示すように、並列・直列切替装置２、電流検出回路３、を備えている。回生充電制御装置１は、電動車両等の減速時等に発電機５により発電した電力を回生エネルギーとして回収して複数のキャパシタ又は二次電池４を充電する際、発電機５と複数のキャパシタ又は二次電池４とを接続する。並列・直列切替装置２は、複数のキャパシタ又は二次電池４の接続を並列又は直列に切替える接続切替手段である。電流検出回路３は、回生エネルギーによる充電電流を検出する回路である。
【００１６】本実施例の回生充電制御装置１の並列・直列切替装置２における並列・直列切替の例を図２及び図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す。図２は、キャパシタがｎ個の電源装置のときの一例であり、ｎ個のキャパシタ４１〜４ｎに対し、並列・直列切替装置２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ（３ｎ−１）を有している。図３（ａ）はキャパシタが４個の電源装置のときの一例である。
【００１７】キャパシタが４個の電源装置における並列・直列切替について、図３（ｂ）〜図３（ｄ）を用いて説明する。並列・直列切替装置２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を有している。図３（ｂ）は、４個のキャパシタ４１〜４４全てを直列接続する回路であり、スイッチＳＷ２、３、６、９、１０をオンとし、スイッチＳＷ１、４、５、７、８、１１をオフとする。図３（ｃ）は、４個のキャパシタ４１〜４４を２個のキャパシタ４１と４２、４３と４４を直列接続し、それらを並列接続する回路であり、スイッチＳＷ２、３、４、８、９、１０をオンとし、スイッチＳＷ１、５、６、７、１１をオフとする。図３（ｂ）と比較すると、スイッチＳＷ４、８をオフからオンに切替え、スイッチＳＷ６をオンからオフに切替えている。図３（ｄ）は、４個のキャパシタ４１〜４４全てを並列接続する回路であり、スイッチＳＷ１、２、４、５、７、８、１０、１１をオンとし、スイッチＳＷ３、６、９をオフとする。図３（ｃ）と比較すると、スイッチＳＷ１、５、７、１１をオフからオンに切替え、スイッチＳＷ３、９をオンからオフに切替えている。
【００１８】このようにすれば、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）と切替えることにより、直列接続した４個のキャパシタ４１〜４４を、まず直列接続した２個を並列接続し、更に１個のキャパシタをすべて並列接続するように並列・直列接続を切替えることができる。なお、これを逆の方向に切替えるようにすれば、並列接続を直列接続とすることができる。そして、上記接続切替例では、２群に分けて接続を切替えたが、３群以上に分けて接続を切替えることも可能である。複数のキャパシタ又は二次電池の基本ユニット数としては、例えば２のｍ乗個（ｍは自然数である。）であると、２群ずつに分けて切替えていくことが可能である。
【００１９】本実施例の回生充電制御装置１の回生電流発生時の作動フローの一例について、図４を用いて説明する。
Ｓ１００） 発電機５から回生電流が発生する。ステップ（Ｓ１０１）に進む。
Ｓ１０１） 複数のキャパシタ４からなるバンクを全部直列のキャパシタ群に接続し、回生電流により充電する。ステップ（Ｓ１０２）に進む。
Ｓ１０２） 電流検出回路３により充電電流を検出するときはステップ（Ｓ１０１）に戻る。充電電流を検出できないときは、ステップ（Ｓ１０３）に進む。
Ｓ１０３） バンクのキャパシタ群を半分ずつに分けてそれぞれを直列とした新しいキャパシタ群とし、これらを並列に接続して充電する。ステップ（Ｓ１０４）に進む。
Ｓ１０４） 電流検出回路により充電電流を検出するときはステップ（Ｓ１０３）に戻る。充電電流を検出できないときは、次のステップに進み、ステップ（Ｓ１０３）と同様にキャパシタ群を半分ずつに分けてそれぞれを直列とした新しいキャパシタ群とし、これらを並列に接続して充電し、以下同様として、やがてステップ（Ｓ１０ｎ−４）に進むこととなる。
Ｓ１０ｎ−４） バンクをすべて２個直列のキャパシタ群とし、それらを並列に接続して充電する。ステップ（Ｓ１０ｎ−３）に進む。
Ｓ１０ｎ−３） 電流検出回路により充電電流を検出するときはステップ（Ｓ１０ｎ−４）に戻る。充電電流を検出できないときは、ステップ（Ｓ１０ｎ−２）に進む。
Ｓ１０ｎ−２） バンクを全てのキャパシタ４の並列接続とし、充電する。ステップ（Ｓ１０ｎ−１）に進む。
Ｓ１０ｎ−１） 電流検出回路により充電電流を検出したときはステップ（Ｓ１０ｎ−２）に戻る。充電電流を検出できないときは、ステップ（Ｓ１０ｎ）に進む。
Ｓ１０ｎ） 充電終了となる。
【００２０】なお、上記作動フロー例は充電電流を検出するかにより判断したが、充電電圧とキャパシタ又は二次電池の電圧とを測定して比較し、充電電圧の方が低い又は所定電圧以下のときに、並列接続に切替えることもできる。更に、接続切替手段として、半導体素子、例えばサイリスタ、を使用することは可能である。
【００２１】本実施例の回生充電制御装置を使用した充電装置と、従来例の直列に接続したまま回生充電する充電装置と、について、回生電力と経過時間の関係を調べた。その結果を図５に示す。従来例の充電装置（図５において、太線で示す。）での総発電量は１７Ｗｓｅｃであるのに対し、本実施例の充電装置（図５において、細線で示す。）では２１Ｗｓｅｃと増加した。これは、従来例の充電装置では発電電圧がキャパシタ電圧より低下するとキャパシタへの充電が行われないため、回生電力が少なかった。それに対して、本実施例の充電装置を使用すると、電圧低下時にはキャパシタの一部又は全部を並列接続に切り替えることができるため、従来例では回生電力が発生せず、制動力が得られなかった領域においても、回生電力を得ることができ、制動力とすることができた。これにより、回生エネルギー量として約２０％の向上が見られた。
【００２２】本実施例の回生充電制御装置１は、電動車両、例えば貨物自動車、乗用自動車、三輪車、二輪車又は自転車等の電源装置に使用することができる。キャパシタバンクに充電するとき、初期はキャパシタバンクの接続を直列とすることが好ましい。また、充電途中にキャパシタ４の電圧が回復したとき等には、並列接続を直列接続にすることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、回生電圧がキャパシタ等の直列電圧よりも低下したときにキャパシタ等を並列接続に切り替えてキャパシタ等バンクの電圧を低下させることによって、回生率を向上させ、制動力を得ることができる回生充電制御装置及びそれを具備する電動車両用電源装置を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９８０３９３１４
【氏名又は名称】株式会社シーシーアール
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| 【出願日】 |
平成１０年８月１０日（１９９８．８．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５９１３
【弁理士】
【氏名又は名称】沼形 義彰 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５９９０４（Ｐ２０００−５９９０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２５５７８ |
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