JP2000023306A - 電気自動車の電源システム - Google Patents
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気自動車の主蓄電装置を構成する電気二重
層キャパシタセル電池の各セル電圧を均一化する。電源
電池の安定動作、信頼性向上を図る。 【解決手段】 車載のエンジン発電機または車載の主蓄
電装置の電力により車両駆動電動機を駆動し、前記主蓄
電装置が電気二重層キャパシタセルを複数個直列接続し
たキャパシタ電池により構成されるとともに、補機用の
補助蓄電装置を備えた電気自動車に関する。何れかのキ
ャパシタセルの電圧が設定値に達したとき、または充電
作動時間が設定値に達したとき、あるいは、充放電サイ
クル回数が設定値に達したときに、他のキャパシタセル
の電圧が設定値に達するまで、記補助蓄電装置の電力、
または回生制動電力、もしくは発電機の電力により他の
キャパシタセルを充電してすべてのキャパシタセルの電
圧をほぼ均一にする。
層キャパシタセル電池の各セル電圧を均一化する。電源
電池の安定動作、信頼性向上を図る。 【解決手段】 車載のエンジン発電機または車載の主蓄
電装置の電力により車両駆動電動機を駆動し、前記主蓄
電装置が電気二重層キャパシタセルを複数個直列接続し
たキャパシタ電池により構成されるとともに、補機用の
補助蓄電装置を備えた電気自動車に関する。何れかのキ
ャパシタセルの電圧が設定値に達したとき、または充電
作動時間が設定値に達したとき、あるいは、充放電サイ
クル回数が設定値に達したときに、他のキャパシタセル
の電圧が設定値に達するまで、記補助蓄電装置の電力、
または回生制動電力、もしくは発電機の電力により他の
キャパシタセルを充電してすべてのキャパシタセルの電
圧をほぼ均一にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタ電池等からなる蓄電装置を電源とする電気自動車、
または、蓄電装置とエンジン発電機とを電源とするハイ
ブリッド電気自動車の電源システムに関する。
シタ電池等からなる蓄電装置を電源とする電気自動車、
または、蓄電装置とエンジン発電機とを電源とするハイ
ブリッド電気自動車の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、ハイブリッド電気自動車の主蓄
電装置として電気二重層キャパシタ電池を適用した電源
システムの構成例を示す。従来の電源システムでは、蓄
電装置として化学電池を使用していたが、化学電池は充
放電サイクル寿命が短く、しかも高出力作動時の効率が
悪いため、最近では電気二重層キャパシタ電池が適用さ
れてきている。
電装置として電気二重層キャパシタ電池を適用した電源
システムの構成例を示す。従来の電源システムでは、蓄
電装置として化学電池を使用していたが、化学電池は充
放電サイクル寿命が短く、しかも高出力作動時の効率が
悪いため、最近では電気二重層キャパシタ電池が適用さ
れてきている。
【０００３】この図５において、１はエンジン、２は発
電機、３はコンバータ、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４１，４２，４３，……を直
列に接続した電気二重層キャパシタ電池により構成され
ている。なお、図５において、電動機６以降の駆動機構
は図示を省略してある。
電機、３はコンバータ、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４１，４２，４３，……を直
列に接続した電気二重層キャパシタ電池により構成され
ている。なお、図５において、電動機６以降の駆動機構
は図示を省略してある。
【０００４】図５に示した電源システムはシリーズハイ
ブリッド方式の電気自動車であり、エンジン１及び発電
機２による発生電力の一部または全部を主蓄電装置４に
供給して充電する。そして、エンジン１及び発電機２に
よる発生電力と主蓄電装置４の電力とを用い、インバー
タ５を介して電動機６により車両を駆動する。
ブリッド方式の電気自動車であり、エンジン１及び発電
機２による発生電力の一部または全部を主蓄電装置４に
供給して充電する。そして、エンジン１及び発電機２に
よる発生電力と主蓄電装置４の電力とを用い、インバー
タ５を介して電動機６により車両を駆動する。
【０００５】加速時は、発電機２の電力と主蓄電装置４
の電力、または主蓄電装置４のみの電力により、インバ
ータ５を介して電動機６を加速駆動する。また、回生制
動時は、電動機６に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。発電機を搭載
しない電気自動車の電源システムは、図５においてエン
ジン１、発電機２、コンバータ３を除いたシステム構成
となり、その動作は容易に類推できるため詳述を省略す
る。
の電力、または主蓄電装置４のみの電力により、インバ
ータ５を介して電動機６を加速駆動する。また、回生制
動時は、電動機６に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。発電機を搭載
しない電気自動車の電源システムは、図５においてエン
ジン１、発電機２、コンバータ３を除いたシステム構成
となり、その動作は容易に類推できるため詳述を省略す
る。
【０００６】前述したように、主蓄電装置４は車両の加
速時には放電、制動時には充電の繰り返し作動となり、
その回数は数万回にも達する。電気自動車用主蓄電装置
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。前述した電気二重層キャパシタ電池によ
る蓄電装置はこの性能を有しており、電気自動車用とし
て優れた蓄電装置と言うことができる。図５に示した電
気二重層キャパシタ電池も、従来の化学二次電池を複数
個直列接続した組電池と同じく、電気二重層キャパシタ
セル４１，４２，４３，……を複数個直列接続した構成
で使用し、従来の化学二次電池を電気二重層キャパシタ
電池に置き換えたシステムとしている。
速時には放電、制動時には充電の繰り返し作動となり、
その回数は数万回にも達する。電気自動車用主蓄電装置
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。前述した電気二重層キャパシタ電池によ
る蓄電装置はこの性能を有しており、電気自動車用とし
て優れた蓄電装置と言うことができる。図５に示した電
気二重層キャパシタ電池も、従来の化学二次電池を複数
個直列接続した組電池と同じく、電気二重層キャパシタ
セル４１，４２，４３，……を複数個直列接続した構成
で使用し、従来の化学二次電池を電気二重層キャパシタ
電池に置き換えたシステムとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電気二重層キャパシタ
電池は化学電池と異なり、蓄積エネルギーは電圧の２乗
に比例する。すなわち、蓄積エネルギーの増大に応じて
キャパシタ電圧が上昇する。また、前述のように、複数
のキャパシタセルを直列接続した電気二重層キャパシタ
電池は、充電した状態で長時間放置し、または充放電を
繰り返し行うと、キャパシタセル電圧にバラツキが発生
する。このため、頻繁に充放電を繰り返す電気自動車に
適用すると、セル電圧のバラツキによって一部のキャパ
シタセルが過電圧になり、キャパシタ電池の故障に至っ
てしまう。電気自動車にとって、蓄電装置の故障は重大
故障であるため、電気二重層キャパシタ電池を電気自動
車に適用する場合には、キャパシタセルが過電圧になら
ないことが大きく求められている。
電池は化学電池と異なり、蓄積エネルギーは電圧の２乗
に比例する。すなわち、蓄積エネルギーの増大に応じて
キャパシタ電圧が上昇する。また、前述のように、複数
のキャパシタセルを直列接続した電気二重層キャパシタ
電池は、充電した状態で長時間放置し、または充放電を
繰り返し行うと、キャパシタセル電圧にバラツキが発生
する。このため、頻繁に充放電を繰り返す電気自動車に
適用すると、セル電圧のバラツキによって一部のキャパ
シタセルが過電圧になり、キャパシタ電池の故障に至っ
てしまう。電気自動車にとって、蓄電装置の故障は重大
故障であるため、電気二重層キャパシタ電池を電気自動
車に適用する場合には、キャパシタセルが過電圧になら
ないことが大きく求められている。
【０００８】次に、直列接続された電気二重層キャパシ
タセルの電圧挙動について説明する。電気二重層キャパ
シタセルの内部等価回路は、図６のように表される。電
気二重層キャパシタセル４１は等価的に、キャパシタエ
レメント４１０ａ，４１１ａ，４１２ａ，……，が抵抗
４１０ｂ，４１１ｂ，４１２ｂ，……，を介して並列接
続されていると見なすことができる。また、キャパシタ
セルごとに、自己放電を等価的に表す放電抵抗４１０
ｃ，４１１ｃ，４１２ｃ，……，がキャパシタエレメン
ト４１０ａ，４１１ａ，４１２ａ，……，に並列に接続
されていると見なすことができる。
タセルの電圧挙動について説明する。電気二重層キャパ
シタセルの内部等価回路は、図６のように表される。電
気二重層キャパシタセル４１は等価的に、キャパシタエ
レメント４１０ａ，４１１ａ，４１２ａ，……，が抵抗
４１０ｂ，４１１ｂ，４１２ｂ，……，を介して並列接
続されていると見なすことができる。また、キャパシタ
セルごとに、自己放電を等価的に表す放電抵抗４１０
ｃ，４１１ｃ，４１２ｃ，……，がキャパシタエレメン
ト４１０ａ，４１１ａ，４１２ａ，……，に並列に接続
されていると見なすことができる。
【０００９】電気自動車用の主蓄電装置に電気二重層キ
ャパシタ電池を適用する場合、図６に示した電気二重層
キャパシタセル４１を複数個直列接続して使用するが、
各キャパシタセル４１ごとの回路定数は全て同じではな
いことに起因して、以下のような問題が発生する。すな
わち、キャパシタ電池を充電した状態で長時間放置する
と、各キャパシタセルごとに内部の自己放電抵抗によっ
て自己放電する。
ャパシタ電池を適用する場合、図６に示した電気二重層
キャパシタセル４１を複数個直列接続して使用するが、
各キャパシタセル４１ごとの回路定数は全て同じではな
いことに起因して、以下のような問題が発生する。すな
わち、キャパシタ電池を充電した状態で長時間放置する
と、各キャパシタセルごとに内部の自己放電抵抗によっ
て自己放電する。
【００１０】この直列接続キャパシタセルの電圧挙動
を、図７を参照しつつ説明する。説明を簡素化するた
め、キャパシタセルが２個直列接続されたキャパシタ電
池の場合につき説明する。図７において、２個のキャパ
シタセルＣ１，Ｃ２が均一に電圧Ｖ１に充電された状態
（合成電圧はＶo）で、時刻ｔ＝Ｔ０のときにキャパシ
タ電池を開放状態にして放置する。時刻ｔ＝Ｔ１までキ
ャパシタセルを自己放電させると、自己放電抵抗値の違
いにより、時刻ｔ＝Ｔ１におけるキャパシタセルＣ１，
Ｃ２の電圧値は異なってくる。
を、図７を参照しつつ説明する。説明を簡素化するた
め、キャパシタセルが２個直列接続されたキャパシタ電
池の場合につき説明する。図７において、２個のキャパ
シタセルＣ１，Ｃ２が均一に電圧Ｖ１に充電された状態
（合成電圧はＶo）で、時刻ｔ＝Ｔ０のときにキャパシ
タ電池を開放状態にして放置する。時刻ｔ＝Ｔ１までキ
ャパシタセルを自己放電させると、自己放電抵抗値の違
いにより、時刻ｔ＝Ｔ１におけるキャパシタセルＣ１，
Ｃ２の電圧値は異なってくる。
【００１１】時刻ｔ＝Ｔ１から、キャパシタ合成電圧が
規定値Ｖoになるｔ＝Ｔ２まで充電すると、両キャパシ
タセルＣ１，Ｃ２はほぼ同じ電圧ΔＶ／２だけ上昇す
る。時刻ｔ＝Ｔ２で一方のキャパシタセルＣ１の電圧は
他方のキャパシタセルＣ２よりも大きくなるが、過電圧
レベルＶ２には達しない。
規定値Ｖoになるｔ＝Ｔ２まで充電すると、両キャパシ
タセルＣ１，Ｃ２はほぼ同じ電圧ΔＶ／２だけ上昇す
る。時刻ｔ＝Ｔ２で一方のキャパシタセルＣ１の電圧は
他方のキャパシタセルＣ２よりも大きくなるが、過電圧
レベルＶ２には達しない。
【００１２】時刻ｔ＝Ｔ２において、キャパシタ電池を
再び開放状態にして放置すると、両キャパシタセルＣ
１，Ｃ２は自己放電を始める。すると、時刻ｔ＝Ｔ３に
おけるキャパシタセル電圧のバラツキは、時刻ｔ＝Ｔ１
の時よりも更に拡大する。
再び開放状態にして放置すると、両キャパシタセルＣ
１，Ｃ２は自己放電を始める。すると、時刻ｔ＝Ｔ３に
おけるキャパシタセル電圧のバラツキは、時刻ｔ＝Ｔ１
の時よりも更に拡大する。
【００１３】時刻ｔ＝Ｔ３から、キャパシタセル合成電
圧が再び規定値Ｖoになる時刻ｔ＝Ｔ４まで充電する。
時刻ｔ＝Ｔ３時点でのキャパシタセル電圧のバラツキを
受けて、前述のように両キャパシタセルＣ１，Ｃ２はほ
ぼ同じ電圧ΔＶ／２だけ上昇するため、時刻ｔ＝Ｔ４に
おけるキャパシタセル電圧のバラツキは時刻ｔ＝Ｔ２の
時より更に拡大し、一方のキャパシタセルＣ１の電圧は
過電圧レベルＶ２を越えてしまい、キャパシタセルＣ１
の故障にまで発展してしまう。
圧が再び規定値Ｖoになる時刻ｔ＝Ｔ４まで充電する。
時刻ｔ＝Ｔ３時点でのキャパシタセル電圧のバラツキを
受けて、前述のように両キャパシタセルＣ１，Ｃ２はほ
ぼ同じ電圧ΔＶ／２だけ上昇するため、時刻ｔ＝Ｔ４に
おけるキャパシタセル電圧のバラツキは時刻ｔ＝Ｔ２の
時より更に拡大し、一方のキャパシタセルＣ１の電圧は
過電圧レベルＶ２を越えてしまい、キャパシタセルＣ１
の故障にまで発展してしまう。
【００１４】図７では、時刻ｔ＝Ｔ０，Ｔ２でキャパシ
タ電池を開放して自己放電させた場合について示した
が、負荷への電力供給によって放電する場合も同じ現象
となる。特にこの場合は、自己放電の場合より放電時間
は短くなる。
タ電池を開放して自己放電させた場合について示した
が、負荷への電力供給によって放電する場合も同じ現象
となる。特にこの場合は、自己放電の場合より放電時間
は短くなる。
【００１５】このようなことから、電気二重層キャパシ
タセルを複数個直列接続して電池として使用する場合、
直列キャパシタセルの１つでも過充電にならないよう
に、各キャパシタセルごとに電圧均等化回路を接続し、
キャパシタセルが過電圧になる前に適当なタイミングで
キャパシタセル電圧を均等にする方法がとられている。
図８はこの方法について示したものである。図７の場合
と同じく、キャパシタセルの直列数が２の場合で示して
ある。
タセルを複数個直列接続して電池として使用する場合、
直列キャパシタセルの１つでも過充電にならないよう
に、各キャパシタセルごとに電圧均等化回路を接続し、
キャパシタセルが過電圧になる前に適当なタイミングで
キャパシタセル電圧を均等にする方法がとられている。
図８はこの方法について示したものである。図７の場合
と同じく、キャパシタセルの直列数が２の場合で示して
ある。
【００１６】キャパシタセル電圧Ｖが基準電圧Ｖ１に達
すると、電圧均等化回路４ａ，４ｂを作動させて充電電
流Ｉoの一部を電圧均等化回路４ａ，４ｂに分流させ
る。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に示す如く、キャパ
シタセル電圧Ｖの上昇に応じて、キャパシタセル電流ｉ
cを減少させながら分流電流ｉbを増加させていく（図に
おいて、Ｉoはｉbとｉcとの和）。そして、キャパシタ
セル電圧Ｖが過電圧レベルＶ２に達すると、キャパシタ
セル電流ｉcを零にする。
すると、電圧均等化回路４ａ，４ｂを作動させて充電電
流Ｉoの一部を電圧均等化回路４ａ，４ｂに分流させ
る。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に示す如く、キャパ
シタセル電圧Ｖの上昇に応じて、キャパシタセル電流ｉ
cを減少させながら分流電流ｉbを増加させていく（図に
おいて、Ｉoはｉbとｉcとの和）。そして、キャパシタ
セル電圧Ｖが過電圧レベルＶ２に達すると、キャパシタ
セル電流ｉcを零にする。
【００１７】このように、キャパシタセル電圧Ｖを監視
し、規定電圧以上では充電電流Ｉoを電圧均等化回路４
ａ，４ｂにバイパスさせることによって、キャパシタセ
ル４１，４２の電圧はＶ２より高くはならない。キャパ
シタセル電流ｉcが零になると、電圧均等化回路４ａ，
４ｂには、Ｖ２とＩoとの積の電力損失が発生するが、
Ｖ２は２〜３Ｖであり、Ｉoは数Ａにしているので、損
失電力は数Ｗ程度である。
し、規定電圧以上では充電電流Ｉoを電圧均等化回路４
ａ，４ｂにバイパスさせることによって、キャパシタセ
ル４１，４２の電圧はＶ２より高くはならない。キャパ
シタセル電流ｉcが零になると、電圧均等化回路４ａ，
４ｂには、Ｖ２とＩoとの積の電力損失が発生するが、
Ｖ２は２〜３Ｖであり、Ｉoは数Ａにしているので、損
失電力は数Ｗ程度である。
【００１８】図７において、キャパシタセルＣ１の電圧
が過電圧レベルＶ２に達すると、上述した電圧均等化回
路が作動して、キャパシタセル電圧はＶ２に保たれる。
更に充電を続けると、キャパシタセルＣ２の電圧も同様
に電圧均等化回路の動作によってＶ２に達し、キャパシ
タセルＣ１，Ｃ２間の電圧のバラツキはほぼ零となる。
このようにして、直列接続される複数個のキャパシタセ
ルの充電電圧はすべて同一のＶ２になる。
が過電圧レベルＶ２に達すると、上述した電圧均等化回
路が作動して、キャパシタセル電圧はＶ２に保たれる。
更に充電を続けると、キャパシタセルＣ２の電圧も同様
に電圧均等化回路の動作によってＶ２に達し、キャパシ
タセルＣ１，Ｃ２間の電圧のバラツキはほぼ零となる。
このようにして、直列接続される複数個のキャパシタセ
ルの充電電圧はすべて同一のＶ２になる。
【００１９】上記のように、全キャパシタセルの電圧を
同一に揃えた後、正規の負荷電力の放充電を行う。放充
電サイクル及び時間経過に伴ってキャパシタ電圧のバラ
ツキは拡大して行くので、適当な時間経過後または適当
な放充電サイクル回数の経過後に前述の均等充電を行っ
て、キャパシタセル電圧のバラツキをほぼ零に補正す
る。このような使い方をすれば、直列接続された複数個
のキャパシタセルは過電圧にさらされることがないの
で、長寿命なキャパシタ電池を実現することができる。
同一に揃えた後、正規の負荷電力の放充電を行う。放充
電サイクル及び時間経過に伴ってキャパシタ電圧のバラ
ツキは拡大して行くので、適当な時間経過後または適当
な放充電サイクル回数の経過後に前述の均等充電を行っ
て、キャパシタセル電圧のバラツキをほぼ零に補正す
る。このような使い方をすれば、直列接続された複数個
のキャパシタセルは過電圧にさらされることがないの
で、長寿命なキャパシタ電池を実現することができる。
【００２０】そこで、本発明の課題は、直列接続された
複数個のキャパシタセルすべてを均等に充電する際に、
電気自動車の補助蓄電装置の電力、制動時の回生電力、
ハイブリッド電気自動車における発電機の発生電力を利
用するとともに、その充電を開始するキャパシタ電池の
作動状態として、キャパシタセルの電圧値、充電作動時
間、充放電サイクル回数等を考慮した電気自動車の電源
システムを提供しようとするものである。
複数個のキャパシタセルすべてを均等に充電する際に、
電気自動車の補助蓄電装置の電力、制動時の回生電力、
ハイブリッド電気自動車における発電機の発生電力を利
用するとともに、その充電を開始するキャパシタ電池の
作動状態として、キャパシタセルの電圧値、充電作動時
間、充放電サイクル回数等を考慮した電気自動車の電源
システムを提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、直列接続され
た複数個の電気二重層キャパシタセルは、外部電源によ
って小電力で充電可能であり、各セルに接続した電圧監
視回路によってセル電圧を揃えれば、十分な充放電サイ
クル回数が得られること、また、電気自動車は補機用の
補助蓄電装置を備えていること、回生制動によって回生
電力が発生すること、ハイブリッド電気自動車はエンジ
ン発電機を備えていること等に着目し、これらを有効利
用するべくなされたものである。
た複数個の電気二重層キャパシタセルは、外部電源によ
って小電力で充電可能であり、各セルに接続した電圧監
視回路によってセル電圧を揃えれば、十分な充放電サイ
クル回数が得られること、また、電気自動車は補機用の
補助蓄電装置を備えていること、回生制動によって回生
電力が発生すること、ハイブリッド電気自動車はエンジ
ン発電機を備えていること等に着目し、これらを有効利
用するべくなされたものである。
【００２２】すなわち、本発明では、電気二重層キャパ
シタ電池を主蓄電装置に使用してこの主蓄電装置を電源
とする電気自動車では、補助蓄電装置からＤＣ−ＤＣコ
ンバータを介して、または回生時に、車両駆動電動機用
インバータを介してキャパシタセルのすべてをほぼ均一
電圧に充電（以下これを全揃充電と称する）する。ま
た、主蓄電装置とエンジン発電機とを電源とするハイブ
リッド電気自動車では、エンジン発電機とコンバータと
を介してキャパシタセルを全揃充電する。更に、キャパ
シタセルの全揃充電を開始する際のキャパシタ電池の作
動状態として、キャパシタセルの電圧値、充電作動時
間、充放電サイクル回数等を考慮し、所定の充電電流ま
たは充電電力に従って充電するとともに、キャパシタセ
ルの全数または設定個数の電圧が設定値に達するまで充
電を行うものである。
シタ電池を主蓄電装置に使用してこの主蓄電装置を電源
とする電気自動車では、補助蓄電装置からＤＣ−ＤＣコ
ンバータを介して、または回生時に、車両駆動電動機用
インバータを介してキャパシタセルのすべてをほぼ均一
電圧に充電（以下これを全揃充電と称する）する。ま
た、主蓄電装置とエンジン発電機とを電源とするハイブ
リッド電気自動車では、エンジン発電機とコンバータと
を介してキャパシタセルを全揃充電する。更に、キャパ
シタセルの全揃充電を開始する際のキャパシタ電池の作
動状態として、キャパシタセルの電圧値、充電作動時
間、充放電サイクル回数等を考慮し、所定の充電電流ま
たは充電電力に従って充電するとともに、キャパシタセ
ルの全数または設定個数の電圧が設定値に達するまで充
電を行うものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は本発明の第１実施形態を示すもの
で、請求項１の発明の実施形態に相当する。この実施形
態は、電気自動車の補助蓄電装置を電源にしてキャパシ
タセルを全揃充電するシステムであり、図５と同一の構
成要素は同一の番号を付してある。
態を説明する。図１は本発明の第１実施形態を示すもの
で、請求項１の発明の実施形態に相当する。この実施形
態は、電気自動車の補助蓄電装置を電源にしてキャパシ
タセルを全揃充電するシステムであり、図５と同一の構
成要素は同一の番号を付してある。
【００２４】図１において、７０はキャパシタセル電圧
全揃充電機能付双方向形ＤＣ−ＤＣコンバータ、７１は
全揃充電指令回路である。４１ａ，４２ａ，４３ａ，…
…は、直列接続された各キャパシタセル４１，４２，４
３，……にそれぞれ並列接続されたキャパシタセル電圧
監視回路、４０はキャパシタ電池電圧監視回路である。
全揃充電機能付双方向形ＤＣ−ＤＣコンバータ、７１は
全揃充電指令回路である。４１ａ，４２ａ，４３ａ，…
…は、直列接続された各キャパシタセル４１，４２，４
３，……にそれぞれ並列接続されたキャパシタセル電圧
監視回路、４０はキャパシタ電池電圧監視回路である。
【００２５】通常、双方向形ＤＣ−ＤＣコンバータ７０
は、主蓄電装置４から補助蓄電装置８を充電する。キャ
パシタセル４１，４２，４３，……の何れかの電圧が設
定値（前述のＶ１に相当）に達すると、対応するキャパ
シタセル電圧監視回路４１ａ，４２ａ，４３ａ，……が
セル電圧監視信号４０１，４０２，４０３，……をキャ
パシタ電池電圧監視回路４０に出力する。これらのセル
電圧監視信号４０１，４０２，４０３，……から、キャ
パシタ電池電圧監視回路４０がキャパシタセル４１，４
２，４３，……の全揃充電を必要とする状態であると判
断すると、全揃充電指令信号４００ａがキャパシタ電池
電圧監視回路４０から全揃充電指令回路７１に対して出
力される。
は、主蓄電装置４から補助蓄電装置８を充電する。キャ
パシタセル４１，４２，４３，……の何れかの電圧が設
定値（前述のＶ１に相当）に達すると、対応するキャパ
シタセル電圧監視回路４１ａ，４２ａ，４３ａ，……が
セル電圧監視信号４０１，４０２，４０３，……をキャ
パシタ電池電圧監視回路４０に出力する。これらのセル
電圧監視信号４０１，４０２，４０３，……から、キャ
パシタ電池電圧監視回路４０がキャパシタセル４１，４
２，４３，……の全揃充電を必要とする状態であると判
断すると、全揃充電指令信号４００ａがキャパシタ電池
電圧監視回路４０から全揃充電指令回路７１に対して出
力される。
【００２６】全揃充電指令信号４００ａを受けた全揃充
電指令回路７１からの指令に基づいて、双方向形ＤＣ−
ＤＣコンバータ７は、設定された充電電力になるように
制御装置（図示せず）により制御し、補助蓄電装置８か
ら主蓄電装置４を充電する。なお、充電に当たっては、
充電電流が設定値になるように制御しても良い。ここ
で、ＤＣ−ＤＣコンバータ７の制御は本発明の要旨では
ないので、説明は省略する。
電指令回路７１からの指令に基づいて、双方向形ＤＣ−
ＤＣコンバータ７は、設定された充電電力になるように
制御装置（図示せず）により制御し、補助蓄電装置８か
ら主蓄電装置４を充電する。なお、充電に当たっては、
充電電流が設定値になるように制御しても良い。ここ
で、ＤＣ−ＤＣコンバータ７の制御は本発明の要旨では
ないので、説明は省略する。
【００２７】図２は、キャパシタセル電圧監視回路４１
ａ，４２ａの構成を示す回路図であり、図１と同一の構
成要素は同一の番号を付してある。４１ａ１，４２ａ１
はツェナーダイオード、４１ａ２，４２ａ２はフォトダ
イオード、４１ａ３，４２ａ３はフォトトランジスタ、
４１ａ４，４２ａ４はセル電圧監視信号４０１，４０２
を出力する信号発生回路である。
ａ，４２ａの構成を示す回路図であり、図１と同一の構
成要素は同一の番号を付してある。４１ａ１，４２ａ１
はツェナーダイオード、４１ａ２，４２ａ２はフォトダ
イオード、４１ａ３，４２ａ３はフォトトランジスタ、
４１ａ４，４２ａ４はセル電圧監視信号４０１，４０２
を出力する信号発生回路である。
【００２８】まず、図２におけるキャパシタセル４１の
電圧監視回路４１ａを例にとって説明する。図２におい
て、キャパシタセル４１の電圧がツェナーダイオード４
１ａ１のツェナー電圧（図８のＶ１に相当する電圧）に
達すると、フォトダイオード４１ａ２に電流が流れて発
光し、フォトトランジスタ４１ａ３をオンさせる。フォ
トトランジスタ４１ａ３のオンを受けて、信号発生回路
４１ａ４はセル電圧監視信号４０１を出力する。図２の
キャパシタセル４２の電圧監視回路４２ａの動作も、上
述した電圧監視回路４１ａと同じであるため、説明は省
略する。なお、図１はエンジン発電機を搭載したハイブ
リッド電気自動車を想定したものであるが、主蓄電装置
を電源とする電気自動車にも同様に適用することができ
る。
電圧監視回路４１ａを例にとって説明する。図２におい
て、キャパシタセル４１の電圧がツェナーダイオード４
１ａ１のツェナー電圧（図８のＶ１に相当する電圧）に
達すると、フォトダイオード４１ａ２に電流が流れて発
光し、フォトトランジスタ４１ａ３をオンさせる。フォ
トトランジスタ４１ａ３のオンを受けて、信号発生回路
４１ａ４はセル電圧監視信号４０１を出力する。図２の
キャパシタセル４２の電圧監視回路４２ａの動作も、上
述した電圧監視回路４１ａと同じであるため、説明は省
略する。なお、図１はエンジン発電機を搭載したハイブ
リッド電気自動車を想定したものであるが、主蓄電装置
を電源とする電気自動車にも同様に適用することができ
る。
【００２９】次に、図３は本発明の第２実施形態であ
り、請求項２に記載した発明の実施形態に相当する。こ
の実施形態は、電気自動車の回生制動時に、回生電力に
よって、インバータを介してキャパシタ電池を全揃充電
する方式である。図３において、図１と同一の構成要素
は同一番号を付してある。
り、請求項２に記載した発明の実施形態に相当する。こ
の実施形態は、電気自動車の回生制動時に、回生電力に
よって、インバータを介してキャパシタ電池を全揃充電
する方式である。図３において、図１と同一の構成要素
は同一番号を付してある。
【００３０】図３において、５０はキャパシタセル全揃
充電機能付インバータ、５１は全揃充電指令回路であ
り、キャパシタ電池電圧監視回路４０からの全揃充電指
令信号４００ｂに基づき、全揃充電指令回路５１を介し
てインバータ５を全揃充電制御し、主蓄電装置４のキャ
パシタセルを全揃充電する。なお、電圧監視回路４１
ａ，４２，４３ａの構成及び動作は第１実施形態と同様
である。この図３は、主蓄電装置を電源とする電気自動
車を想定したものであるが、主蓄電装置とともにエンジ
ン発電機を搭載したハイブリッド電気自動車にも、同様
に適用することができる。
充電機能付インバータ、５１は全揃充電指令回路であ
り、キャパシタ電池電圧監視回路４０からの全揃充電指
令信号４００ｂに基づき、全揃充電指令回路５１を介し
てインバータ５を全揃充電制御し、主蓄電装置４のキャ
パシタセルを全揃充電する。なお、電圧監視回路４１
ａ，４２，４３ａの構成及び動作は第１実施形態と同様
である。この図３は、主蓄電装置を電源とする電気自動
車を想定したものであるが、主蓄電装置とともにエンジ
ン発電機を搭載したハイブリッド電気自動車にも、同様
に適用することができる。
【００３１】図４は本発明の第３実施形態であり、請求
項３に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形
態では、ハイブリッド電気自動車において、車載の発電
機２により主蓄電装置４を全揃充電するものである。な
お、図１、図３と同一の構成要素は同一の番号を付して
ある。
項３に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形
態では、ハイブリッド電気自動車において、車載の発電
機２により主蓄電装置４を全揃充電するものである。な
お、図１、図３と同一の構成要素は同一の番号を付して
ある。
【００３２】図４において、３０はキャパシタセル全揃
充電機能付コンバータ、３１は全揃充電指令回路であ
り、キャパシタ電池電圧監視回路４０からの全揃充電指
令信号４００ｃに基づき、全揃充電指令回路３１を介し
てコンバータ３を全揃充電制御し、発電機２の発生電力
を用いて主蓄電装置４のキャパシタセルを全揃充電す
る。電圧監視回路４１ａ，４２，４３ａの構成及び動作
は、第１実施形態、第２実施形態と同様である。
充電機能付コンバータ、３１は全揃充電指令回路であ
り、キャパシタ電池電圧監視回路４０からの全揃充電指
令信号４００ｃに基づき、全揃充電指令回路３１を介し
てコンバータ３を全揃充電制御し、発電機２の発生電力
を用いて主蓄電装置４のキャパシタセルを全揃充電す
る。電圧監視回路４１ａ，４２，４３ａの構成及び動作
は、第１実施形態、第２実施形態と同様である。
【００３３】図４の実施形態はシリーズハイブリッド方
式を示しているが、パラレルハイブリッド方式やシリー
ズ・パラレルハイブリッド方式においても、エンジンで
駆動される発電機からコンバータを介してキャパシタ電
池を充電するシステムに適用できることは勿論である。
式を示しているが、パラレルハイブリッド方式やシリー
ズ・パラレルハイブリッド方式においても、エンジンで
駆動される発電機からコンバータを介してキャパシタ電
池を充電するシステムに適用できることは勿論である。
【００３４】次に、全揃充電の方法について、図１の第
１実施形態を例にとって説明する。図１のキャパシタ電
池電圧監視回路４０は、キャパシタ電池の電圧値が設定
値に達した場合、充電作動時間が設定値に達した場合、
充放電サイクル回数が設定値に達した場合、または充電
作動時間と充放電サイクル回数の合計が設定値に達した
場合の何れかに、全揃充電指令信号を出力する。このよ
うに、キャパシタ電池電圧監視回路４０が全揃充電指令
信号を出力するタイミングに種々の態様があり、これら
のそれぞれが請求項４から７に記載した発明の実施形態
に相当する。
１実施形態を例にとって説明する。図１のキャパシタ電
池電圧監視回路４０は、キャパシタ電池の電圧値が設定
値に達した場合、充電作動時間が設定値に達した場合、
充放電サイクル回数が設定値に達した場合、または充電
作動時間と充放電サイクル回数の合計が設定値に達した
場合の何れかに、全揃充電指令信号を出力する。このよ
うに、キャパシタ電池電圧監視回路４０が全揃充電指令
信号を出力するタイミングに種々の態様があり、これら
のそれぞれが請求項４から７に記載した発明の実施形態
に相当する。
【００３５】また、図１における全揃充電指令回路７１
は、全揃充電指令信号４００ａを受けて設定電力または
設定電流でキャパシタ電池（主蓄電装置）を充電する。
これらの態様が、請求項８及び９に記載した発明の実施
形態に相当する。
は、全揃充電指令信号４００ａを受けて設定電力または
設定電流でキャパシタ電池（主蓄電装置）を充電する。
これらの態様が、請求項８及び９に記載した発明の実施
形態に相当する。
【００３６】キャパシタセルの全揃充電動作により、キ
ャパシタセル電圧は上昇するが、キャパシタセルの電圧
は、前述のように不揃いとなる。この場合、高い電圧に
充電されたキャパシタセルから、充電完了信号が出力さ
れる。そして、充電が完了したキャパシタセルの数が設
定値（全数または適宜な数）に達したら、キャパシタセ
ルの全揃充電を完了する。これらの形態が、請求項１０
及び１１に記載した発明の実施形態に相当する。
ャパシタセル電圧は上昇するが、キャパシタセルの電圧
は、前述のように不揃いとなる。この場合、高い電圧に
充電されたキャパシタセルから、充電完了信号が出力さ
れる。そして、充電が完了したキャパシタセルの数が設
定値（全数または適宜な数）に達したら、キャパシタセ
ルの全揃充電を完了する。これらの形態が、請求項１０
及び１１に記載した発明の実施形態に相当する。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、蓄電装置
を電源とする電気自動車また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電気自動車の主蓄電装置
に、電気二重層キャパシタセルを複数直列接続したキャ
パシタ電池を採用してなる電源システムにおいて、何れ
かのキャパシタセル電圧が設定値に達したら、車載のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータを介して補助蓄電装置を電源とし、
またはインバータを介して回生制動電力を電源とすると
ともに、ハイブリッド電気自動車では、発電機を電源と
して小電力、小電流でキャパシタセルを全揃充電するこ
とにより、キャパシタセル電圧を常にほぼ均一にするシ
ステムである。
を電源とする電気自動車また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電気自動車の主蓄電装置
に、電気二重層キャパシタセルを複数直列接続したキャ
パシタ電池を採用してなる電源システムにおいて、何れ
かのキャパシタセル電圧が設定値に達したら、車載のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータを介して補助蓄電装置を電源とし、
またはインバータを介して回生制動電力を電源とすると
ともに、ハイブリッド電気自動車では、発電機を電源と
して小電力、小電流でキャパシタセルを全揃充電するこ
とにより、キャパシタセル電圧を常にほぼ均一にするシ
ステムである。
【００３８】このため、次の効果が期待される。 （１）直列接続されたキャパシタセルが過電圧になるこ
とがないので、電気自動車用の電池として安定に作動
し、高い信頼性が得られる。 （２）電気自動車の主蓄電装置に電気二重層キャパシタ
電池を適用することが可能になり、長寿命な電池を実現
できるとともに、実用的な電気自動車及びハイブリッド
電気自動車が実現可能となる。 （３）キャパシタ電池の全揃充電電源は、車両の走行に
必要な機器を流用して行えるため、システムが低廉で実
用的な電気自動車またはハイブリッド電気自動車を実現
することができる。
とがないので、電気自動車用の電池として安定に作動
し、高い信頼性が得られる。 （２）電気自動車の主蓄電装置に電気二重層キャパシタ
電池を適用することが可能になり、長寿命な電池を実現
できるとともに、実用的な電気自動車及びハイブリッド
電気自動車が実現可能となる。 （３）キャパシタ電池の全揃充電電源は、車両の走行に
必要な機器を流用して行えるため、システムが低廉で実
用的な電気自動車またはハイブリッド電気自動車を実現
することができる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す電気自動車の電源
システムの構成図である。
システムの構成図である。
【図２】図１におけるキャパシタセル電圧監視回路の構
成を示す回路図である。
成を示す回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す電気自動車の電源
システムの構成図である。
システムの構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す電気自動車の電源
システムの構成図である。
システムの構成図である。
【図５】従来技術としてのシリーズハイブリッド電気自
動車の電源システムを示す図である。
動車の電源システムを示す図である。
【図６】電気二重層キャパシタセルの等価回路図であ
る。
る。
【図７】電気二重層キャパシタセルの動作説明図であ
る。
る。
【図８】直列接続された電気二重層キャパシタセルの動
作説明図である。
作説明図である。
１ エンジン ２ 発電機 ３ コンバータ ４ 主蓄電装置 ５ インバータ ６ 車両駆動電動機 ７ ＤＣ−ＤＣコンバータ ８ 補助蓄電装置 ９ 補機 ３０ キャパシタセル全揃充電機能付コンバータ ３１ 全揃充電指令回路 ４０ キャパシタ電池電圧監視回路 ４１，４２，４３ 電気二重層キャパシタセル ４１ａ，４２ａ，４３ａ キャパシタセル電圧監視回路 ４１ａ１，４２ａ１ ツェナーダイオード ４１ａ２，４２ａ２ フォトダイオード ４１ａ３，４２ａ３ フォトトランジスタ ４１ａ４，４２ａ４ セル電圧監視信号発生回路 ５０ キャパシタセル全揃充電機能付インバータ ５１ 全揃充電指令回路 ７０ キャパシタセル全揃充電機能付双方向形ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ ７１ 全揃充電指令回路 ４００ａ，４００ｂ，４００ｃ 全揃充電指令信号 ４０１，４０２，４０３ セル電圧監視信号
Ｃコンバータ ７１ 全揃充電指令回路 ４００ａ，４００ｂ，４００ｃ 全揃充電指令信号 ４０１，４０２，４０３ セル電圧監視信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 慶人 埼玉県上尾市大字壱丁目一番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 (72)発明者 山田 淳 埼玉県上尾市大字壱丁目一番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA07 AA16 BA17 EB00 EB09 FA11 5G065 AA00 BA01 DA06 EA10 GA01 GA09 HA04 HA17 JA02 KA02 KA05 LA01 MA05 MA07 MA09 NA01 5H111 BB02 BB06 CC01 CC11 CC15 CC23 DD03 DD08 DD11 FF02 FF05 GG17 HB05
Claims (11)
- 【請求項１】 車載のエンジン発電機または車載の主蓄
電装置の電力により車両駆動電動機を駆動し、前記主蓄
電装置が電気二重層キャパシタセルを複数個直列接続し
たキャパシタ電池により構成されるとともに、補機用の
補助蓄電装置を備えた電気自動車において、 何れかのキャパシタセルが第一の作動状態に達したとき
に、第二の作動状態に達するまで、前記補助蓄電装置の
電力により他のキャパシタセルを充電してすべてのキャ
パシタセルの電圧をほぼ均一にすることを特徴とする電
気自動車の電源システム。 - 【請求項２】 車載のエンジン発電機及び車載の主蓄電
装置を備え、前記発電機または主蓄電装置の電力により
車両駆動電動機を駆動し、前記主蓄電装置が電気二重層
キャパシタセルを複数個直列接続したキャパシタ電池に
より構成されるとともに、補機用の補助蓄電装置を備え
た電気自動車において、 何れかのキャパシタセルが第一の作動状態に達したとき
に、第二の作動状態に達するまで、前記発電機の発生電
力により他のキャパシタセルを充電してすべてのキャパ
シタセルの電圧をほぼ均一にすることを特徴とする電気
自動車の電源システム。 - 【請求項３】 車載のエンジン発電機または車載の主蓄
電装置の電力により車両駆動電動機を駆動し、前記主蓄
電装置が電気二重層キャパシタセルを複数個直列接続し
たキャパシタ電池により構成されるとともに、補機用の
補助蓄電装置を備えた電気自動車において、 何れかのキャパシタセルが第一の作動状態に達したとき
に、第二の作動状態に達するまで、前記車両の回生電力
により他のキャパシタセルを充電してすべてのキャパシ
タセルの電圧をほぼ均一にすることを特徴とする電気自
動車の電源システム。 - 【請求項４】 請求項１，２または３記載の電気自動車
の電源システムにおいて、 第一の作動状態は、キャパシタセルの電圧が設定値に達
した状態であることを特徴とする電気自動車の電源シス
テム。 - 【請求項５】 請求項１，２または３記載の電気自動車
の電源システムにおいて、 第一の作動状態は、キャパシタセルの充電作動時間が設
定値に達した状態であることを特徴とする電気自動車の
電源システム。 - 【請求項６】 請求項１，２または３記載の電気自動車
の電源システムにおいて、 第一の作動状態は、キャパシタセルの充放電サイクル回
数が設定値に達した状態であることを特徴とする電気自
動車の電源システム。 - 【請求項７】 請求項１，２または３記載の電気自動車
の電源システムにおいて、 第一の作動状態は、キャパシタセルの充電作動時間及び
充放電サイクル回数がそれぞれ設定値に達した状態であ
ることを特徴とする電気自動車の電源システム。 - 【請求項８】 請求項１，２，３，４，５，６または７
記載の電気自動車の電源システムにおいて、 キャパシタ電池の充電手段は、充電電流が設定値になる
ように制御する手段であることを特徴とする電気自動車
の電源システム。 - 【請求項９】 請求項１，２，３，４，５，６または７
記載の電気自動車の電源システムにおいて、 キャパシタ電池の充電手段は、充電電力が設定値になる
ように制御する手段であることを特徴とする電気自動車
の電源システム。 - 【請求項１０】 請求項１，２，３，４，５，６，７，
８または９記載の電気自動車の電源システムにおいて、 第二の作動状態は、キャパシタ電池を構成するすべての
キャパシタセルの電圧が設定値に達した状態であること
を特徴とする電気自動車の電源システム。 - 【請求項１１】 請求項１，２，３，４，５，６，７，
８または９記載の電気自動車の電源システムにおいて、 第二の作動状態は、キャパシタ電池を構成するキャパシ
タセルのうち設定個数の電圧が設定値に達した状態であ
ることを特徴とする電気自動車の電源システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18357898A JP3606740B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 電気自動車の電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18357898A JP3606740B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 電気自動車の電源システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000023306A true JP2000023306A (ja) | 2000-01-21 |
| JP3606740B2 JP3606740B2 (ja) | 2005-01-05 |
Family
ID=16138276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18357898A Expired - Lifetime JP3606740B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 電気自動車の電源システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3606740B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001224102A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | 車両用蓄電装置の充放電制御装置 |
| JP2002281609A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Masayuki Hattori | 複合２次電池回路および回生制御システム |
| WO2004000600A1 (ja) * | 2002-06-21 | 2003-12-31 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | 車両の蓄電制御装置 |
| US6809502B2 (en) | 2002-05-10 | 2004-10-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Storage battery control apparatus and control method thereof |
| US8710808B2 (en) | 2010-04-09 | 2014-04-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Power supply system for motor vehicle |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP18357898A patent/JP3606740B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
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| CN100393549C (zh) * | 2002-06-21 | 2008-06-11 | 日产柴油机车工业株式会社 | 车辆的蓄电控制装置 |
| US7409276B2 (en) | 2002-06-21 | 2008-08-05 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Electricity storage controller for vehicles |
| US8710808B2 (en) | 2010-04-09 | 2014-04-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Power supply system for motor vehicle |
| US8981735B2 (en) | 2010-04-09 | 2015-03-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Power supply system for motor vehicle provided with control device of voltage applied to field coil of generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3606740B2 (ja) | 2005-01-05 |
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