| 【発明の名称】 |
電気自動車の電源システム |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 淳
【氏名】山田 良昭
【氏名】佐々木 勉
【氏名】佐々木 正和
|
| 【要約】 |
【課題】蓄電装置を構成する各コンデンサ間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保する。
【解決手段】蓄電装置４に２つのコンデンサバンク１２，１３を並列に介装し、蓄電装置４に流れる電流に応じて各コンデンサバンク１２，１３の一方を休止させ、休止したコンデンサバンク１２，１３にて各コンデンサ並列回路２３の電荷を個別放電回路２５を介して個別に放電させて各コンデンサ並列回路２３の端子間電圧を均一化する構成とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】走行用モータに電力を供給する蓄電装置を備え、前記蓄電装置を複数のコンデンサによって構成する電気自動車の電源システムにおいて、前記蓄電装置に複数のコンデンサを直列に介装した複数のコンデンサバンクを並列に介装し、前記蓄電装置に流れる電流に応じて前記各コンデンサバンクのうち少なくとも一つを休止させるバンク休止手段と、前記各コンデンサの電荷を個別に放電させる個別放電回路と、休止した前記コンデンサバンクにて前記各コンデンサの電荷を個別に放電させて前記各コンデンサの端子間電圧を均一化する放電制御手段と、を備えたことを特徴とする電気自動車の電源システム。
【請求項２】前記コンデンサバンクは電源回路の間に並列に介装されるコンデンサ直列回路を備え、前記各コンデンサ直列回路に前記コンデンサが直列に介装され、前記各コンデンサ直列回路の同一直列段に配置される前記各コンデンサが並列に介装されるコンデンサ並列回路を備え、前記個別放電回路は前記各コンデンサ並列回路の電荷を個別に放電させてそれぞれの端子間電圧を均一化する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電源システム。
【請求項３】前記各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路を備え、前記バンク休止手段は検出されたコンデンサ並列回路の端子間電圧のバラツキが大きいコンデンサバンクを休止させる構成としたことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車の電源システム。
【請求項４】各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路を備え、前記放電制御手段は各コンデンサ並列回路の端子間電圧の平均値にまで放電させる構成としたことを特徴とする請求項３に記載の電気自動車の電源システム。
【請求項５】前記個別放電回路による前記コンデンサの放電状態を検出する放電状態検出手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電気自動車の電源システム。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電装置に多数のコンデンサを用いた電気自動車の電源システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車等に搭載される蓄電装置は、車両の加速時および定速走行時に放電、制動時に充電を繰り返すため、蓄電装置として多数のコンデンサ（電気二重層キャパシタセル）で構成される蓄電装置が着目されている。また、特開平８−１６８１８２号公報としてコンデンサを用いた電源装置が提案されている。
【０００３】図７はシリーズ式ハイブリッド車に搭載される蓄電装置にコンデンサを用いた電源システムの公知の基本構成例を示す。これについて説明すると、エンジン１は発電機２を駆動し、発電機２で発電される電力が整流器３を介して蓄電装置４に供給されるとともに、インバータ５を介して走行用モータ６に供給される。図示しない車輪は走行用モータ６によって駆動される。図において、８は化学電池で構成される補助蓄電装置、７は補助蓄電装置８を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ、９は補機である。
【０００４】蓄電装置４は、多数のコンデンサ４１，４２，４３，…が直列に接続され、従来の化学二次電池をコンデンサに置き換えたシステムとなっている。
【０００５】加速時または定速走行時に、発電機２で発生した電力の一部または全部が蓄電装置４に充電され、発電機２で発生した電力と蓄電装置４の電力がインバータ５を介して走行用モータ６に供給される。制動時に、走行用モータ６に発生した制動電力がインバータ５を介して蓄電装置４に回生される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、各コンデンサ４１，４２，４３，…の静電容量等にバラツキがあるため、蓄電装置４の充放電を繰り返した場合、各コンデンサ４１，４２，４３，…の一部が過充電されたり、過放電または逆充電され、これらを劣化させる心配がある。この対策として、コンデンサ４１，４２，４３，…の端子間電圧の範囲を制限すると、端子間電圧の２乗に比例する静電エネルギが大幅に減ってしまうという問題点があった。
【０００７】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、蓄電装置を構成する各コンデンサ間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保する電気自動車の電源システム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】第１の発明は、走行用モータに電力を供給する蓄電装置を備え、蓄電装置を複数のコンデンサによって構成する電気自動車の電源システムに適用する。
【０００９】そして、蓄電装置に複数のコンデンサを直列に介装した複数のコンデンサバンクを並列に介装し、蓄電装置に流れる電流に応じて各コンデンサバンクのうち少なくとも一つを休止させるバンク休止手段と、各コンデンサの電荷を個別に放電させる個別放電回路と、休止したコンデンサバンクにて各コンデンサの電荷を個別に放電させて各コンデンサの端子間電圧を均一化する放電制御手段とを備えるものとした。
【００１０】第２の発明は、第１の発明において、コンデンサバンクは電源回路の間に並列に介装されるコンデンサ直列回路を備え、各コンデンサ直列回路にコンデンサが直列に介装され、各コンデンサ直列回路の同一直列段に配置される各コンデンサが並列に介装されるコンデンサ並列回路を備え、個別放電回路は各コンデンサ並列回路の電荷を個別に放電させてそれぞれの端子間電圧を均一化する構成とした。
【００１１】第３の発明は、第２の発明において、各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路を備え、バンク休止手段は検出されたコンデンサ並列回路の端子間電圧のバラツキが大きいコンデンサバンクを休止させる構成とした。
【００１２】第４の発明はにおいて、各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路を備え、放電制御手段は各コンデンサ並列回路の端子間電圧の平均値にまで放電させる構成とした。
【００１３】第５の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、個別放電回路によるコンデンサの放電状態を検出する放電状態検出手段を備えるものとした。
【００１４】
【発明の作用および効果】第１の発明において、各コンデンサの静電容量等にバラツキがあっても、各コンデンサ間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保できる。
【００１５】また、蓄電装置の充放電を繰り返しても、コンデンサバンクの少なくとも一つを休止できる運転条件で各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことにより、各コンデンサの一部が過充電されたり、過放電または逆充電されることが防止される。
【００１６】このため、蓄電装置の高効率化がはかれ、長寿命な電気自動車の電源システムを実現できる。
【００１７】第２の発明において、各コンデンサ並列回路の静電容量等にバラツキがあっても、各コンデンサ並列回路間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保できる。
【００１８】第３の発明において、各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出し、検出されたコンデンサ並列回路の端子間電圧のバラツキが大きいコンデンサバンクを休止させることにより、効率よく各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことができる。
【００１９】第４の発明において、各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出し、各コンデンサ並列回路の端子間電圧の平均値にまで放電させることにより、効率よく各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことができる。
【００２０】第５の発明において、個別放電回路によるコンデンサの放電状態を検出することにより、効率よく各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明をシリーズ式ハイブリッド車に搭載される蓄電装置に適用した電気システムの実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】図１に示すように、エンジン１は発電機２を駆動し、発電機２で発電される電力が整流器３から電源回路１４，１５を介して蓄電装置４に供給されるとともに、インバータ５を介して走行用モータ６に供給される。蓄電装置４とインバータ５の間に双方向昇降圧チョッパ回路からなる電流ポンプ１０が介装され、走行用モータ６の駆動時にインバータ５への出力電圧を一定に制御し、走行用モータ６の回生発電時または発電機２の発電時に蓄電装置４への充電電流を適正値に制御するようになっている。図示しない車輪は走行用モータ６によって駆動される。図において、８は化学電池で構成される補助蓄電装置、７は補助蓄電装置８を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ、９は補機である。
【００２３】図２に示す車両制御装置３６はマイクロコピンュータとその周辺部品を備え、車両の運転条件に応じてエンジン１の運転を制御し、整流器３を介して発電電力を制御するとともに、インバータ５を介して走行用モータ６の回転数や出力トルクまたは回生発電電力等を制御する。
【００２４】以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明はこうしたハイブリッド車両において蓄電装置４を構成する各コンデンサ２１間の電位のバラツキを減らし、蓄電装置４の蓄電電力を最大限に確保することを目的とする。
【００２５】本発明は、蓄電装置４に約１０００個のコンデンサ２１によって構成される第一コンデンサバンク１２と第二コンデンサバンク１３を備える。なお、コンデンサバンクの数は少なくとも二つあればよく、三つ以上としてもよい。
【００２６】第一、第二コンデンサバンク１２，１３と電源回路１４の間にはヒューズ４５およびコンタクタ１６を介して各電流ポンプ１０が介装され、電源回路１４はジャンクションボックス１７を介して整流器３およびインバータ５等に接続される。
【００２７】図３に示すように、第一コンデンサバンク１２は、電源回路１４，１５の間に並列に介装されるｎ個のコンデンサ直列回路２２を備え、各コンデンサ直列回路２２にｍ個の各コンデンサ２１が直列に介装される。したがって、第一コンデンサバンク１２は、合計するとｍ×ｎ個のコンデンサ２１によって構成される。なお、第二コンデンサバンク１３も第一コンデンサバンク１２と同様に構成される。
【００２８】コンデンサマネージメントシステム３７はマイクロコンピュータとその周辺部品を備え、車両制御装置３６との間で情報をやり取りし、各電流ポンプ１０を介して第一、第二コンデンサバンク１２，１３の充放電を制御する。なお、コンデンサマネージメントシステム３７は車両制御装置３６と統合してもよい。
【００２９】各コンデンサ直列回路２２の同一直列段に配置されるｎ個のコンデンサ２１が並列に介装されるコンデンサ並列回路２３をｍ個備え、各コンデンサ並列回路２３の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路３５を備えるとともに、各コンデンサ並列回路２３の電荷を放電してその端子間電圧を調節する個別放電回路２５を備える。
【００３０】図４に示すように、個別放電回路２５は定電圧ダイオード２６と放電用トランジスタ２８，３４と抵抗２９〜３２およびフォトカプラ２７等によって構成される。定電圧ダイオード（プログラマブルシャントレギュレータ）２６はコンデンサ並列回路２３の端子間電圧がコンデンサマネージメントシステム３７によって指令される所定値以上に上昇すると通電し、コンデンサ並列回路２３の電荷を抵抗３２および放電用トランジスタ２８を介して放電するとともに、この放電時にフォトカプラ２７を介してコンデンサマネージメントシステム３７に信号を出力する。なお、フォトカプラ２７が本発明の放電状態検出手段を構成する。
【００３１】コンデンサマネージメントシステム３７は、第一、第二コンデンサバンク１２，１３の一方を休止可能な運転状態を判定し、第一、第二コンデンサバンク１２，１３のうち各コンデンサ並列回路２３の端子間電圧のバラツキが大きい方を電流ポンプ１０およびコンタクタ１６を介して休止させ、端子間電圧が高いコンデンサ並列回路２３の電化を放電させて端子間電圧の均一化をはかる制御を行う。
【００３２】図５、図６のフローチャートは上記制御ルーチンを示しており、これに表される処理はコンデンサマネージメントシステム３７により周期的に実行される。
【００３３】これについて説明すると、まず、ステップ１で後述する各フラグをイニシャライズし、ステップ２で第一、第二コンデンサバンク１２，１３のうち各直列段のコンデンサ２１の端子間電圧のバラツキの大小を評価する。そして第一コンデンサバンク１２のバラツキが所定値より大きい場合にフラグＡをセットし、第二コンデンサバンク１３のバラツキが所定値より大きい場合にフラグＢをセットする（ステップ３〜６）。
【００３４】フラグＡまたはＢがセットされた場合、第一、第二コンデンサバンク１２，１３の入出力電流を測定し、この入出力電流が所定値以下となる第一、第二コンデンサバンク１２，１３の一方を休止可能な運転状態を判定する（ステップ７，９，１０）。
【００３５】第一、第二コンデンサバンク１２，１３の一方を休止できる運転状態にある場合、第一、第二コンデンサバンク１２，１３のうち端子間電圧のバラツキの大きい方の電流ポンプ１０を停止し、各コンデンサ並列回路２３の電荷を個別放電回路２５を介して個別に放電してその端子間電圧を測定された平均値に近づける（ステップ１２〜１５）。
【００３６】第一、第二コンデンサバンク１２，１３の一方を休止できる運転状態から外れた場合、個別放電回路２５の作動を停止し、電流ポンプ１０の作動を再開し、フラグＡ，Ｂをクリアする（ステップ１６〜１９）。
【００３７】一方、フラグＡおよびＢがセットされない場合、あるいは第一、第二コンデンサバンク１２，１３を休止できない場合、上記処理を迂回し、イグニッションスイッチがＯＦＦになるのに伴って本ルーチンを終了する（ステップ７，８，１０，１１）。
【００３８】なお、ステップ９〜１４の処理が本発明のバンク休止手段に相当し、ステップ１５の処理が本発明の放電制御手段に相当する。
【００３９】これにより、各コンデンサ２１の静電容量等にバラツキがあっても、各コンデンサ２１間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保できる。蓄電装置４は２×ｍ×ｎ個のコンデンサ２１を備えているので、各コンデンサ２１の静電容量をＣ、耐電圧をＶmaxとすると、蓄電装置４に蓄えられる静電エネルギの最大値Ｅmaxは、Ｅmax＝２×ｍ×ｎ×Ｃ×Ｖmax2／２となる。
【００４０】また、蓄電装置４の充放電を繰り返しても、各コンデンサ２１間の電位のバラツキを減らすことにより、各コンデンサ２１の一部が過充電されたり、過放電または逆充電されることが防止され、長寿命な電源システムを実現できる。
【００４１】以上、シリーズ式ハイブリッド電気自動車の場合で説明したが、本発明はパラレル式ハイブリッド電気自動車や発電機を搭載しない電気自動車、燃料電池を電源とする電気自動車をはじめとする他の電気自動車の電源システムに適用可能である。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９０８
【氏名又は名称】日産ディーゼル工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年８月２日（１９９９．８．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−４５６０７（Ｐ２００１−４５６０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年２月１６日（２００１．２．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２１８５８０ |
|