車両用電源装置

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【発明の名称】	車両用電源装置
【発明者】	【氏名】岡村廸夫【氏名】荒木修一【氏名】野津育朗【氏名】佐々木正和
【要約】	【課題】キャパシタの放電により各キャパシタセルの電圧が降下しても、電動機の効率が悪化しない電圧領域に出力電圧を制御できる電動車両用電源装置を提供する。【解決手段】蓄電装置４に蓄積された電力により電動機６を駆動して走行をする車両に用いられる電源装置において、蓄電装置は各々複数の電気二重層キャパシタセルを備える少なくとも３つのキャパシタ群４１、４２、４３に分割されて構成され、蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段４０と、電圧検出手段の検出結果に基づいて、第１のキャパシタと第２のキャパシタとの接続を切り替える切替手段４０１、４０２、４０３とを有し、切替手段は、通常状態では、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とを並列に接続し、電圧検出手段が蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、第１のキャパシタと第２のキャパシタとを直列に接続する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】蓄電装置に蓄積された電力により電動機を駆動して走行をする車両に用いられる電源装置において、前記蓄電装置は各々複数の電気二重層キャパシタセルを備える少なくとも３つのキャパシタ群に分割され、前記キャパシタ群のうち第３のキャパシタ群は、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とに対して直列に接続されて構成され、前記蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの接続を切り替える切替手段とを有し、前記切替手段は、通常状態では、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを並列に接続し、前記電圧検出手段が前記蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを直列に接続することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】前記蓄電装置は、前記第１のキャパシタ群の正極と前記第２のキャパシタ群の正極とが第１のスイッチを介して接続され、前記第１のキャパシタ群の正極と前記第２のキャパシタ群の負極とが第２のスイッチを介して接続され、前記第１のキャパシタ群の負極と前記第２のキャパシタ群の負極とが第３のスイッチを介して接続されて構成され、前記切替手段は、通常状態では、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチとを閉状態に、前記第２のスイッチを開状態とすることにより、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを並列に接続し、前記電圧検出手段が前記蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、前記第２のスイッチを閉状態に、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチとを開状態にすることにより、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを直列に接続することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】前記第１のキャパシタ群の負極と前記第３のキャパシタ群の正極とが接続されており、前記第２のキャパシタ群の正極と前記第３のキャパシタ群の負極とから、前記蓄電装置の外部接続電極が引き出されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが開状態となった後に、前記第２のスイッチが閉状態に切り替わり、前記第２のスイッチが開状態となった後に、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが閉状態に切り替わることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用電源装置。
【請求項５】前記切替手段は、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを直列に接続したときの前記蓄電装置の出力電圧が、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを並列に接続したときの前記蓄電装置の満充電状態での出力電圧を越えない電圧において切替制御する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車両用電源装置。
【請求項６】前記蓄電装置が充電状態のときは、前記第１のキャパシタ群と前記前記第２のキャパシタ群とは並列に接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の車両用電源装置。
【請求項７】前記蓄電装置を構成する前記電気二重層キャパシタセルには、前記キャパシタセルの電圧を検出する過充電防止手段を備え、前記過充電防止手段は、前記キャパシタセルの電圧が所定の電圧に達したら充電電流をバイパスして、満充電信号を出力することを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の車両用電源装置。
【請求項８】蓄電装置に蓄積された電力により電動機を駆動して走行をする商用車に用いられる電源装置において、前記蓄電装置は各々複数の電気二重層キャパシタセルを備えるキャパシタ群に分割して構成され、前記キャパシタセルには、前記キャパシタセルの電圧を検出する過充電防止手段を備え、前記過充電防止手段は、前記キャパシタセルの電圧が所定の電圧に達したら充電電流をバイパスして、満充電信号を出力することを特徴とする車両用電源装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、蓄電装置を電源とする電気自動車、又は、蓄電装置とエンジン発電機とを電源とするハイブリッド自動車に関し、特にこれらの商用車に使用すると好適な電動車両用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッド自動車等の電動車両は、車両の加速時には放電を、制動時には充電を繰り返し、その繰り返し回数は数万回にも達するので、電気自動車用の蓄電装置はこの多大な充放電サイクル回数に耐えるものでなくてははならない。よって、このような電動車両には、化学電池よりも充放電サイクル寿命が長く、高出力作動時のエネルギー利用効率が良い電気二重層キャパシタを適用することが提案されている。
【０００３】特に、トラック等の商用車は車両重量が重く、車両を駆動するための動力源も大きくなければならないので、一時に大電流を取り出すことができ、また制動時に運動エネルギーを変換した電力を効率的に蓄積できる電気二重層キャパシタは商用車には最適である。
【０００４】この電気二重層キャパシタを用いたハイブリッド自動車の従来の電源装置の構成を図５に示す。
【０００５】図５において、３はコンバータであり、エンジンに接続された発電機から電源が供給されている。４は主蓄電装置、５は車両駆動電動機６を駆動するインバータ、７は補助蓄電装置８を充電するＤＣ－ＤＣコンバータ、９は補助蓄電装置８によって給電される補機である。主蓄電装置４は、複数の電気二重層キャパシタセル４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ、……を直列に接続して構成されている。なお、車両駆動電動機６以後の駆動機構の図示は省略してある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の電動車両用電源装置は、キャパシタの放電に伴い蓄電装置の出力電圧が低下するので、低下した電圧が供給される電動機の効率が低下して、蓄電装置に充電されたエネルギーの利用効率が悪化する問題があった。
【０００７】このため、放電によりキャパシタセルの電圧が低下しても、蓄電装置の出力電圧を変化させないように、蓄電装置の出力にスイッチングコンバータによる電圧安定化回路（電流ポンプ）を接続して、蓄電装置の出力電圧を昇圧して、一定の電圧を電動機に供給することが提案されている。しかし、大きな駆動力を必要とする商用車に、このようなスイッチングコンバータによる電圧安定化回路を用いると大電流のチョークコイルを必要とするので、この質量が数百キログラムと極めて大きく、軽量化が必要な電動車両用の電源装置には適していない。また、大電流のスイッチング素子を使用する必要があるので、電圧安定化回路のコストも高くなってしまう。
【０００８】一方、キャパシタの放電に伴い２個並列接続されていたキャパシタセルの全てを直列接続して、電圧の降下を押さえることが提案されているが、並列接続されていたキャパシタセル群を直列接続に切り替えると、蓄電装置の出力電圧が急激に上昇し、電動機の使用可能電圧を超えたり、電動機の効率が悪い領域で運転することになる。
【０００９】本発明は、電気二重層キャパシタセルを複数のキャパシタ群に分割して配置し、通常時には並列接続されていた二つのセル群を直列接続することにより、キャパシタの放電により各キャパシタセルの電圧が降下しても、蓄電装置全体の出力電圧の低下を防止しつつ、電動機の効率が悪化しない電圧領域に出力電圧を制御できる電動車両用電源装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、蓄電装置に蓄積された電力により電動機を駆動して走行をする車両に用いられる電源装置において、前記蓄電装置は各々複数の電気二重層キャパシタセルを備える少なくとも３つのキャパシタ群に分割され、前記キャパシタ群のうち第３のキャパシタ群は、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とに対して直列に接続されて構成され、前記蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの接続を切り替える切替手段とを有し、前記切替手段は、通常状態では、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを並列に接続し、前記電圧検出手段が前記蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを直列に接続する。
【００１１】第２の発明は、第１の発明において、前記蓄電装置は、前記第１のキャパシタ群の正極と前記第２のキャパシタ群の正極とが第１のスイッチを介して接続され、前記第１のキャパシタ群の正極と前記第２のキャパシタ群の負極とが第２のスイッチを介して接続され、前記第１のキャパシタ群の負極と前記第２のキャパシタ群の負極とが第３のスイッチを介して接続されて構成され、前記切替手段は、通常状態では、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチとを閉状態に、前記第２のスイッチを開状態とすることにより、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを並列に接続し、前記電圧検出手段が前記蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、前記第２のスイッチを閉状態に、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチとを開状態にすることにより、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを直列に接続することを特徴とする。
【００１２】第３の発明は、第２の発明において、前記第１のキャパシタ群の負極と前記第３のキャパシタ群の正極とが接続されており、前記第２のキャパシタ群の正極と前記第３のキャパシタ群の負極とから、前記蓄電装置の外部接続電極が引き出されていることを特徴とする。
【００１３】第４の発明は、第２又は３の発明において、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが開状態となった後に、前記第２のスイッチが閉状態に切り替わり、前記第２のスイッチが開状態となった後に、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが閉状態に切り替わることを特徴とする。
【００１４】第５の発明は、第１～第４の発明において、前記切替手段は、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを直列に接続したときの前記蓄電装置の出力電圧が、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とを並列に接続したときの前記蓄電装置の満充電状態での出力電圧を越えない電圧において切替制御することを特徴とする。
【００１５】第６の発明は、第１～第５の発明において、前記蓄電装置が充電状態のときは、前記第１のキャパシタ群と前記第２のキャパシタ群とは並列に接続されることを特徴とする。
【００１６】第７の発明は、第１～第６の発明において、前記蓄電装置を構成する前記電気二重層キャパシタセルには、前記キャパシタセルの電圧を検出する過充電防止手段を備え、前記過充電防止手段は、前記キャパシタセルの電圧が所定の電圧に達したら充電電流をバイパスして、満充電信号を出力することを特徴とする。
【００１７】第８の発明は、蓄電装置に蓄積された電力により電動機を駆動して走行をする商用車に用いられる電源装置において、前記蓄電装置は各々複数の電気二重層キャパシタセルを備えるキャパシタ群に分割して構成され、前記キャパシタセルには、前記キャパシタセルの電圧を検出する過充電防止手段を備え、前記過充電防止手段は、前記キャパシタセルの電圧が所定の電圧に達したら充電電流をバイパスして、満充電信号を出力する。
【００１８】
【発明の作用および効果】第１の発明では、通常状態では、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とを並列に接続し、電圧検出手段が蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、第１のキャパシタと第２のキャパシタとを直列に接続するので、キャパシタに蓄積された電力を無駄にすることなく使用できると共に、キャパシタに蓄積された電力を電動機が効率よく使用できる電圧領域に蓄電装置の出力電圧を制御することができる。
【００１９】第２の発明では、蓄電装置は、第１のキャパシタ群の正極と第２のキャパシタ群の正極とが第１のスイッチを介して接続され、第１のキャパシタ群の正極と第２のキャパシタ群の負極とが第２のスイッチを介して接続され、第１のキャパシタ群の負極と第２のキャパシタ群の負極とが第３のスイッチを介して接続されて構成され、通常状態では、第１のスイッチと第３のスイッチとを閉状態に、第２のスイッチを開状態とすることにより、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とを並列に接続し、電圧検出手段が蓄電装置の電圧が低下したことを検出すると、第２のスイッチを閉状態に、第１のスイッチと第３のスイッチとを開状態にすることにより、第１のキャパシタと第２のキャパシタとを直列に接続するので、キャパシタに蓄積された電力を無駄にすることなく使用できると共に、キャパシタに蓄積された電力を電動機が効率よく使用できる電圧領域に蓄電装置の出力電圧を制御することができる。
【００２０】第３の発明では、直列／並列接続が切替可能な第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群に直列に第３のキャパシタ群を設けたので、キャパシタ群の接続状態を並列接続から直列接続に変えるときに上昇する電圧を制御して、キャパシタに蓄積された電力を電動機が効率よく使用できる電圧領域に蓄電装置の出力電圧を制御することができる。
【００２１】第４の発明では、第１のスイッチ及び第３のスイッチが開状態となった後に、第２のスイッチが閉状態に切り替わり、第２のスイッチが開状態となった後に、第１のスイッチ及び第３のスイッチが閉状態に切り替わるので、切替時に第１のキャパシタ群や第２のキャパシタ群が短絡することがない。
【００２２】第５の発明では、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とを直列に接続したときの蓄電装置の出力電圧が、第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とを並列に接続したときの蓄電装置の満充電状態での出力電圧を越えないように、切替手段が制御されるので、キャパシタに蓄積された電力を電動機が効率よく使用できる電圧領域に蓄電装置の出力電圧を制御することができる。
【００２３】第６の発明では、充電状態では第１のキャパシタ群と第２のキャパシタ群とは並列に接続されるので、発電機で発生した電力を高電圧に変換することなく蓄電装置に充電できることから、蓄電装置の充電時のエネルギーロスを小さくすることができる。
【００２４】第７又は第８の発明では、キャパシタセルに、キャパシタセルの電圧が所定の電圧に達したら充電電流をバイパスする過充電防止手段を並列に接続したので、キャパシタセルの充電完了時の電気量を揃えて放電を開始することから、特定のキャパシタセルに負担がかかることがない。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】図１は、本発明の実施の形態のシリーズ型ハイブリッド型電気自動車の電源装置のブロック図である。
【００２７】エンジン１はガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＣＮＧエンジン等の原動機であり、エンジン１の出力軸には発電機２が接続されている。発電機２はエンジン１により回転され、主蓄電装置４を充電し、車両駆動電動機６を回転させる電力を生成する。発電機２と主蓄電装置４との間には、コンバータ３が設けられている。コンバータ３は発電機２が生成した電力を主蓄電装置４の充電に適する電圧、電流に変換する。コンバータ３と車両駆動電動機６との間には、インバータ５が設けられている。インバータ５は発電機２が生成しコンバータ３で変換された電力や、主蓄電装置４に蓄えられた電力を、車両駆動電動機６の駆動に適する電圧、電流に変換して、車両駆動電動機６に供給する。
【００２８】すなわち、発電機２による発生電力の一部又は全部は主蓄電装置４に供給されて、主蓄電装置４に充電される。そして、発電機２による発生電力と主蓄電装置４に蓄電された電力とを用いて車両駆動電動機６により車両を駆動する。より具体的には、加速時は、発電機２と主蓄電装置４との双方の電力、又は主蓄電装置４の電力のみによって車両駆動電動機６を駆動する。また、回生制動時は、車両駆動電動機６が発生した制動電力をインバータ５を介して主蓄電装置４に回生し、充電する。
【００２９】なお、図１において、車両駆動電動機６以後の駆動機構の図示は省略してある。
【００３０】主蓄電装置４の両端には電圧監視回路４０が設けられている。この電圧監視回路４０は主蓄電装置４の両端の電圧を監視しており、この監視結果によって、スイッチ４０１、４０２、４０３を駆動する。具体的には、キャパシタセルの放電が進み、各キャパシタセルの端子間電圧が低下してくると、電圧監視回路４０が主蓄電装置４の出力電圧が低下したことを検出して、スイッチ切替信号を発生して、スイッチ４０１、４０２、４０３に対して送出する。このスイッチ切替信号をスイッチ４０１、４０２、４０３の開閉を切り替え、直列に接続されるキャパシタの数、すなわち、主蓄電装置４の出力電圧が変化する。
【００３１】また、本実施の形態の電源装置は補助蓄電装置８を備えている。この補助蓄電装置８はＤＣ－ＤＣコンバータ７により充電され、補機９を駆動するための電力を蓄える。
【００３２】発電機２が生成した電力を蓄え、蓄えた電力を車両駆動電動機６に供給する主蓄電装置４は、電気二重層キャパシタセル４１１ａ、４２１ａ、４３１ａ等が直列、並列に組み合わせて接続されて構成されている。これらの電気二重層キャパシタセルは３つのキャパシタ群４１、４２、４３に分割されており、各キャパシタ群は電気二重層キャパシタセルが直列、並列に組み合わされて接続され構成されている。また、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２との間には、スイッチ４０１、４０２、４０３が設けられており、これらのスイッチより、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２とは直列に接続されたり、並列に接続されたリする。
【００３３】キャパシタ群４３は、直列や並列に接続形態を変えることができるキャパシタ群４１、４２に対して、キャパシタ群４１の負極（マイナス端子）とキャパシタ群４３の正極（プラス端子）とが接続されるように接続されている。
【００３４】このスイッチ４０１、４０２、４０３は、半導体スイッチング素子により構成されており、スイッチ４０１はキャパシタ群４１の正極（プラス端子）とキャパシタ群４２の正極（プラス端子）との間の電流経路を断続するように接続されており、スイッチ４０２はキャパシタ群４１の正極（プラス端子）とキャパシタ群４２の負極（マイナス端子）との間の電流経路を断続するように接続されており、スイッチ４０３はキャパシタ群４１の負極（マイナス端子）とキャパシタ群４２の負極（マイナス端子）との間の電流経路を断続するように接続されている。
【００３５】このスイッチ４０１、４０２、４０３は、電圧監視回路４０による主蓄電装置４の電圧の検出結果によりスイッチの開閉を切り替えて動作する。具体的には、電圧監視回路４０が主蓄電装置４の出力電圧が通常の状態にあることを検出して、スイッチ４０１、４０３が閉状態で、スイッチ４０２が開状態であるときには、図１に示すようにキャパシタ群４１とキャパシタ群４２とは並列に接続されている。また、電圧監視回路４０が主蓄電装置４の出力電圧が低下したことを検出して、スイッチ４０１、４０３が開状態で、スイッチ４０２が閉状態であるときには、主蓄電装置４の詳細な構成を示すブロッ図である図２に示すように、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２とは直列に接続されている。
【００３６】よって、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２とが並列に接続されている状態では、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２とが並列に接続された電圧にキャパシタ群４３の電圧を加えた電圧が主蓄電装置４から出力される。一方、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２とが直列に接続されている状態では、キャパシタ群４１の電圧とキャパシタ群４２の電圧とキャパシタ群４３の電圧とを加えた電圧が主蓄電装置４から出力される。
【００３７】スイッチ４０１、４０２、４０３は、キャパシタ群４１、４２が短絡しないように切り替えられる。すなわち、キャパシタ群４１、４２を並列接続から直列接続に切り替えるときは、スイッチ４０１とスイッチ４０３とが開状態となった後に、スイッチ４０２を閉状態とする。一方、キャパシタ群４１、４２を直列接続から並列接続に切り替えるときは、スイッチ４０２が開状態となった後に、スイッチ４０１とスイッチ４０３とを閉状態とする。
【００３８】また、スイッチ４０１、４０２、４０３は、主蓄電装置４を充電するときにはキャパシタ群４１、４２を並列状態に切り替える。すなわち、車両が回生制動時に、スイッチ４０１とスイッチ４０３とを閉状態にし、スイッチ４０２が開状態にして、車両駆動電動機６が発生した回生電力を主蓄電装置４に回生し、充電する。
【００３９】図２は、本発明の実施の形態の電源装置の主蓄電装置４の詳細な構成を示すブロック図である。図２では図１と異なり、キャパシタ群４１とキャパシタ群４２とが直列に接続されている状態を示してある。
【００４０】キャパシタ群４１、４２は、１５個の電気二重層キャパシタセルを直列に接続したものを、３組並列に接続して構成されている。一方、キャパシタ群４３は、２５個の電気二重層キャパシタセルを直列に接続したものを、２組並列接続して、さらにこれを５個直列に接続した後、３組並列に接続して構成されている。すなわち、キャパシタ群４１、４２は、直列方向には１５個のキャパシタセルが接続されており、各々４５個のキャパシタセルが使用されている。一方、キャパシタ群４３は、直列方向には２５０個のキャパシタセルが接続されており、７５０個のキャパシタセルで構成されている。
【００４１】よって、スイッチ４０１、４０２、４０３により、キャパシタ群４１、４２が並列に接続されているとき、主蓄電装置４は２６５個のキャパシタセルが直列に接続された電圧を出力し、キャパシタ群４１、４２が直列に接続されているとき、主蓄電装置は２８０個のキャパシタセルは直列に接続された電圧を出力している。
【００４２】この各々のキャパシタセル４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ等にはそれぞれ過充電防止回路４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ等が並列に接続されている。この過充電防止回路４１２ａ等は各キャパシタセルの満充電電圧を規定しており、各キャパシタセルが満充電電圧に達すると、充電電流を過充電防止回路４１２ａ等にバイパスして、各キャパシタセルの電圧が上がりすぎないように制御している。これは、各キャパシタセルの製造ばらつき、漏れ電流のばらつき、経時変化、温度条件等により、各キャパシタセルの静電容量等の特性にばらつきが生じる。この静電容量がばらついて、充電される電気量がまちまちな状態のまま放電を開始すると、キャパシタセルにより充放電サイクルでの電圧変化の振幅が異なり、この振幅が大きくなるキャパシタセルに負担がかかり、早期に劣化してしまうことから、充電完了状態、すなわち放電の初期状態のキャパシタセル間の特性を合わせるためである。
【００４３】図３は、本発明の実施の形態のキャパシタセル過充電防止回路４１２ａ等の、ツェナーダイオードを用いた構成の一例を示す回路図である。キャパシタセル４１１ａにはツェナーダイオード（ＺＤ）が接続されており、キャパシタセルの電圧がツェナー電圧を超えると、キャパシタセルを充電する電流（Ｉｃ）はキャパシタセル４１１ａをバイパスしてツェナーダイオード（ＺＤ）に流れ（Ｉｂ）、キャパシタセル４１１ａには流れないことから、キャパシタセル４１１ａの電圧はツェナー電圧を超えることはない。
【００４４】さらに、このバイパスされた充電電流（Ｉｂ）により動作するように、ツェナーダイオード（ＺＤ）と直列にフォトカプラ（Ｄ）を配置する。このフォトカプラ（Ｄ）によりキャパシタセルが満充電電圧に達したことを検出して、満充電検出信号を出力し、充放電の制御をすることができる。
【００４５】図４は、本発明の実施の形態の電気二重層キャパシタセルの放電状態、すなわち主蓄電装置４の時間による電圧の変化を示す図である。
【００４６】放電初期状態（満充電状態）において、主蓄電装置４の出力電圧がＶ１から放電を始め、徐々に電圧が低下してくる。主蓄電装置４の出力電圧が直列並列切替電圧（Ｖ０）になると、電圧監視回路４０がこれを検出し、スイッチ４０１、４０２、４０３を切り替え、キャパシタ群４１、４２を通常時の並列接続から直列接続に切り替える。これにより主蓄電装置４の出力電圧は満充電状態の出力電圧（Ｖ１）に近くなり、再度この電圧から放電が開始される。これにより車両駆動電動機６の効率を低下させずにキャパシタに充電された電力を効率的に使用することができる。
【００４７】この直列並列切替電圧（Ｖ０）は、車両駆動電動機６の効率が一定範囲に保持される性能許容電圧を考慮して定められる。この満充電電圧と直列並列切替電圧との差（Ｖ１－Ｖ０）は、上述したキャパシタ群の並列から直列への切替により直列に接続される数が増加するキャパシタセル数の差に起因する。本実施の形態では、直列に接続されるキャパシタセル数は、並列状態で２６５個であり、直列状態で２８０個である。また、１セルの満充電時の管理電圧は２．７Ｖであるので、充電初期状態の主蓄電装置４の出力電圧は約７１５Ｖとなる、本実施の形態で使用する車両駆動電動機６の性能許容電圧は定格電圧の９５％なので、直列並列切替電圧（Ｖ０）を約６８０Ｖに設定すればよい。このときキャパシタセルを直列接続しても主蓄電装置４の最大出力電圧（Ｖ１）である７１５Ｖを越えないように、直列接続時のキャパシタセルの接続数を決定しなければならない。
【００４８】直列並列切替電圧（Ｖ０）時のキャパシタセルの出力電圧は２．５７Ｖなので、直列接続時には約２８０個のキャパシタセルを直列接続すると都合がよい。
【００４９】上述した本発明の実施の形態はエンジン、発電器を搭載したハイブリッド型電気自動車に本発明に係る電源装置を適用したものであるが、本発明は発電機を搭載しない電気自動車の電源装置にも適用することができる。この場合、エンジン１、発電機２を設けずに、固定的に設けられた電源からコンバータ３を介して主蓄電装置４を充電するように構成すればよい。
【００５０】このように、本発明の実施の形態では、主蓄電装置を、各々複数の電気二重層キャパシタセルを備える第１のキャパシタ群４１と、第２のキャパシタ群４２と、第３のキャパシタ群４３とに分割して、第１のキャパシタ群４１の正極と第２のキャパシタ群４２の正極とを第１のスイッチ４０１を介して接続し、第１のキャパシタ群４１の正極と第２のキャパシタ群４２の負極とを第２のスイッチ４０２を介して接続し、第１のキャパシタ群の負極と第２のキャパシタ群の負極とを第３のスイッチ４０３を介して接続して、第１のキャパシタ群４１の負極と第３のキャパシタ群４３の正極とを接続し、第２のキャパシタ群４２の正極と第３のキャパシタ群４３の負極とから、主蓄電装置４の出力が取り出せるように構成して、主蓄電装置４の放電の初期状態では、第１のスイッチ４０１と第３のスイッチ４０３とを閉状態に、第２のスイッチ４０２を開状態にすることにより、第１のキャパシタ群４１と第２のキャパシタ群４２とを並列に接続し、電圧監視回路４０が主蓄電装置４の電圧が低下したことを検出すると、第２のスイッチ４０２を閉状態に、第１のスイッチ４０１と第３のスイッチ４０３とを開状態にすることにより、第１のキャパシタ群４１と第２のキャパシタ群４２とを直列に接続したので、キャパシタに蓄積された電力を無駄にすることなく使用できると共に、キャパシタに蓄積された電力を電動機が効率よく使用できる電圧領域に蓄電装置の出力電圧を制御することができる。また、キャパシタ群４１、４２を並列接続から直列接続に変えるときの電圧上昇を抑制し、車両駆動電動機６が効率よくキャパシタに蓄積された電力を使用できる電圧領域に、主蓄電装置４の出力電圧を制御することができる。
【００５１】また、スイッチ４０１、４０２、４０３は、第１のキャパシタ群４１と第２のキャパシタ群４２とを並列接続から直列接続に切り替えるときは、スイッチ４０１とスイッチ４０３とが開状態となった後に、スイッチ４０２を閉状態として、キャパシタ群４１、４２を直列接続から並列接続に切り替えるときは、スイッチ４０２が開状態となった後に、スイッチ４０１とスイッチ４０３とを閉状態とするように切り替わるので、切替時に第１のキャパシタ群４１や第２のキャパシタ群が短絡することがなく、キャパシタ群の急激な放電を防止することができ、キャパシタセルの破損を防止できると共に、一時的な大電流による周辺回路の破損も防止することができる。
【００５２】また、スイッチ４０１、４０２、４０３は、主蓄電装置４を充電するときには、スイッチ４０１とスイッチ４０３とを閉状態と、スイッチ４０２が開状態として、第１のキャパシタ群４１と第２のキャパシタ群４２とを並列状態に切り替えるので、発電機２で発生した電力をコンバータ３で変換する電圧を抑制して主蓄電装置４に充電できることから、主蓄電装置４の充電時のエネルギー損失を小さくして、エネルギー効率を上昇させることができる。
【００５３】また、第１のキャパシタ群４１と第２のキャパシタ群４２とを直列に接続したときの主蓄電装置４の出力電圧が、主蓄電装置４の（第１のキャパシタ群４１と第２のキャパシタ群４２との並列接続状態の）満充電状態での出力電圧を越えない電圧で、スイッチ４０１、４０２、４０３が切り替えられるので、キャパシタに蓄積された電力を電動機が効率よく使用できる電圧領域に蓄電装置の出力電圧を制御することができる。
【００５４】また、キャパシタセルの電圧が所定の電圧に達したら充電電流をバイパスする電圧監視回路を、キャパシタセルに並列に接続したので、静電容量のばらつきにより、充電される電気量が不揃いになることを防止し、キャパシタセルの充電完了時の電気量を揃えて放電を開始することから、キャパシタセルによる充放電サイクルでの電圧変化の振幅を揃えることができ、特定のキャパシタセルに負担をかけることがなく、キャパシタセルの早期劣化を防止することができる。

【出願人】	【識別番号】３９３０１３５６０【氏名又は名称】株式会社岡村研究所【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１２年１０月１６日（２０００．１０．１６）
【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２００２－１２５３０３（Ｐ２００２－１２５３０３Ａ）
【公開日】	平成１４年４月２６日（２００２．４．２６）
【出願番号】	特願２０００－３１５７６８（Ｐ２０００－３１５７６８）