JP2005160271A

JP2005160271A - ハイブリッド電源装置およびモータ駆動装置および車両

Info

Publication number: JP2005160271A
Application number: JP2003398919A
Authority: JP
Inventors: Minoru Noguchi; 実野口; Hiromitsu Sato; 浩光佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】キャパシタとバッテリとを並列に接続したハイブリッド電源装置の蓄電性能を向上させる。
【解決手段】並列に接続されたキャパシタ２１および鉛蓄電池２２を接続または切断可能な開閉スイッチ２４と、キャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを鉛蓄電池２２に充電可能な充電器２３とを備えて電源装置１５を構成し、ハイブリッド車両１の停止時等のシステム停止時において、予め、相対的に自己放電し易いキャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを相対的に自己放電し難い鉛蓄電池２２に充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド電源装置およびモータ駆動装置および車両に関する。

従来、例えば駆動源としてのモータの駆動力を駆動輪に伝達して走行する車両に搭載され、並列に接続したキャパシタおよびバッテリからモータへ電力を供給する電源装置が知られている。
そして、このような電源装置として、例えばキャパシタの電圧検出値に応じて、キャパシタとバッテリとの各電流を制御し、キャパシタの電圧を所定範囲内に設定する電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）が知られている。
また、並列に接続した電気二重層コンデンサおよび鉛蓄電池において、相対的に自己放電し易い電気二重層コンデンサの自己放電電流分を鉛蓄電池から補充する電源装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特開平６―２９２３０５号公報特開平９−２４７８５０号公報

しかしながら、上記従来技術に係る電源装置において、電気二重層コンデンサ等のキャパシタは、鉛蓄電池等のバッテリに比べてエネルギー密度が小さく、自己放電性が高いことから、キャパシタとバッテリとを並列に接続した電源装置の自己放電特性は、主にキャパシタの自己放電特性に支配されてしまい、例えば長期間に亘って充電せずに放置した状態では、バッテリ単体に比べて端子間電圧の低下が大きくなってしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、キャパシタとバッテリとを並列に接続したハイブリッド電源装置の蓄電性能を向上させることが可能なハイブリッド電源装置およびモータ駆動装置および車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のハイブリッド電源装置は、並列に接続されたキャパシタ（例えば、後述する実施の形態でのキャパシタ２１）とバッテリ（例えば、後述する実施の形態での鉛蓄電池２２）とを備え、電気負荷に電源供給を行うハイブリッド電源装置であって、前記キャパシタと前記バッテリとの接続を切断可能な開閉スイッチ（例えば、後述する実施の形態での開閉スイッチ２４）と、前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電する充電器（例えば、後述する実施の形態での充電器２３）とを備え、前記電気負荷および前記ハイブリッド電源装置を備えて構成されるシステムの作動停止時に、前記充電器は前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電することを特徴としている。

上記構成のハイブリッド電源装置によれば、システム停止時において、予め、相対的に自己放電し易いキャパシタに蓄電されている電気エネルギーを相対的に自己放電し難いバッテリに充電することで、単にキャパシタとバッテリとを並列に接続した状態で放置する場合に比べて、ハイブリッド電源装置の蓄電性を向上させることができる。

また、請求項２に記載の本発明のモータ駆動装置は、請求項１に記載のハイブリッド電源装置と、該ハイブリッド電源装置に接続されたインバータ（例えば、後述する実施の形態でのパワードライブユニット１４）と、該インバータを介して前記ハイブリッド電源装置に接続されたモータ（例えば、後述する実施の形態でのモータ１２）とを備え、前記モータと前記ハイブリッド電源装置との間で電気エネルギーの授受を行うモータ駆動装置であって、前記モータ駆動装置の作動停止時に、前記充電器は前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電することを特徴としている。

上記構成のモータ駆動装置によれば、モータ駆動装置の停止時において、予め、相対的に自己放電し易いキャパシタに蓄電されている電気エネルギーを相対的に自己放電し難いバッテリに充電することで、単にキャパシタとバッテリとを並列に接続した状態で放置する場合に比べて、ハイブリッド電源装置の蓄電性を向上させることができる。
これにより、モータの再起動時であっても、モータに所望の出力を発生させるための電力を供給することができる。

また、請求項３に記載の本発明の車両は、請求項２に記載のモータ駆動装置と、車両の起動または停止を指示する信号を出力する起動停止スイッチ（例えば、後述する実施の形態での起動・停止スイッチ３１）とを備え、少なくとも前記モータ駆動装置の駆動力を駆動輪に伝達して走行可能な車両であって、前記起動停止スイッチのＯＦＦ時に、前記充電器は前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電することを特徴としている。

上記構成の車両によれば、車両の停止時において、予め、相対的に自己放電し易いキャパシタに蓄電されている電気エネルギーを相対的に自己放電し難いバッテリに充電することで、単にキャパシタとバッテリとを並列に接続した状態で放置する場合に比べて、ハイブリッド電源装置の蓄電性を向上させることができる。
これにより、車両の再起動時であっても、モータに所望の出力を発生させるための電力を供給することができ、車両の走行挙動に運転者の意志を適切に反映させることができる。

請求項１に記載の本発明のハイブリッド電源装置によれば、単にキャパシタとバッテリとを並列に接続した状態で放置する場合に比べて、ハイブリッド電源装置の蓄電性を向上させることができる。
また、請求項２に記載の本発明のモータ駆動装置によれば、モータの再起動時であっても、モータに所望の出力を発生させるための電力を供給することができる。
また、請求項３に記載の本発明の車両によれば、車両の再起動時であっても、モータに所望の出力を発生させるための電力を供給することができ、車両の走行挙動に運転者の意志を適切に反映させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係るハイブリッド電源装置およびモータ駆動装置および車両ついて添付図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の実施形態に係るハイブリッド電源装置を備えるパラレルハイブリッド車両１（以下、単に、ハイブリッド車両１と呼ぶ）を示し、内燃機関（ＥＮＧ）１１、モータ（ＭＯＴ）１２、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１３を直列に直結した構造のものである。内燃機関１１およびモータ１２の両方の駆動力は、例えばオートマチックトランスミッション（ＡＴ）あるいはマニュアルトランスミッション（ＭＴ）等のトランスミッション１３から左右の駆動輪（前輪あるいは後輪）Ｗ，Ｗ間で駆動力を配分するディファレンシャル（図示略）を介して車両の駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。また、ハイブリッド車両１の減速時に駆動輪Ｗ側からモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ１２は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。さらに、ハイブリッド車両１の運転状態に応じて、モータ１２は内燃機関１１の出力によって発電機として駆動され、発電エネルギーを発生するようになっている。

例えば３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のＤＣブラシレスモータ等からなるモータ１２は、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１４に接続されている。パワードライブユニット１４は、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備えて構成されている。
パワードライブユニット１４にはモータ１２と電力（例えば、モータ１２の駆動またはアシスト動作時にモータ１２に供給される供給電力や回生動作時にモータ１２から出力される回生電力）の授受を行う電源装置１５が接続され、パワードライブユニット１４は制御装置１６からの制御指令を受けてモータ１２の駆動及び回生作動を制御する。例えばモータ１２の駆動時には、制御装置１６から出力されるトルク指令に基づき、電源装置１５から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１２へ供給する。一方、モータ１２の回生動作時には、モータ１２から出力される３相交流電力を直流電力に変換して電源装置１５を充電する。

電源装置１５は、パワードライブユニット１４に対して互いに並列に接続されたキャパシタ２１および鉛蓄電池２２を備えるハイブリッド電源であって、キャパシタ２１は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが直列に接続されて構成されている。さらに、電源装置１５は、キャパシタ２１および鉛蓄電池２２に接続された充電器２３と、制御装置１６の制御によってキャパシタ２１と鉛蓄電池２２とを接続または切断可能な開閉スイッチ（開閉ＳＷ）２４とを備えて構成されている。
そして、充電器２３は、制御装置１６の制御によって、例えばハイブリッド車両１の停止時等において、キャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを鉛蓄電池２２に充電する。

制御装置１６は、内燃機関１１の運転状態や、パワードライブユニット１４の電力変換動作や、電源装置１５の作動状態等を制御する。
このため、制御装置１６には、例えばパワープラント（つまり内燃機関１１およびモータ１２）の状態を検出する各種のセンサ（例えば、内燃機関１１の回転数を検出する回転数センサや、モータ１２のロータの磁極位置（位相角）を検出する回転角センサ等）から出力される信号およびハイブリッド車両１の状態を検出する各種のセンサ（例えば、速度を検出する車速センサ等）から出力される信号に加えて、ハイブリッド車両１の起動または停止を指示する起動・停止スイッチ（起動・停止ＳＷ）３１から出力される信号と、運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度ＡＰを検出するアクセル開度センサ（ＡＰ）３２から出力される信号が入力されている。

本実施の形態によるハイブリッド電源装置は上記構成を備えており、次に、このハイブリッド電源装置の動作について説明する。

先ず、例えば図２に示すステップＳ０１においては、起動・停止スイッチ３１がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまりハイブリッド車両１の作動状態においては、後述するステップＳ０５に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまりハイブリッド車両１の停止状態においては、ステップＳ０２に進む。
ステップＳ０２においては、開閉スイッチ２４をＯＦＦ状態とし、キャパシタ２１と鉛蓄電池２２とを切断状態とする。
次に、ステップＳ０３においては、充電器２３によって、この時点でキャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを鉛蓄電池２２に充電する。
次に、ステップＳ０４においては、キャパシタ２１から鉛蓄電池２２への充電が完了したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０１に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ０５においては、キャパシタ２１から鉛蓄電池２２への充電動作を停止する。
次に、ステップＳ０６においては、開閉スイッチ２４をＯＮ状態とし、キャパシタ２１と鉛蓄電池２２とを接続状態とする。これにより、キャパシタ２１と鉛蓄電池２２との各蓄電状態が互いに同等の蓄電状態となるように変化する。
次に、ステップＳ０７においては、パワードライブユニット１４によってモータ１２の駆動及び回生作動の制御を開始し、一連の処理を終了する。

以下に、上述した実施の形態に係るハイブリッド車両１の停止状態におけるハイブリッド電源装置の状態変化の一例を示す実施例について説明する。
この実施例において、キャパシタ２１は、例えば５つのキャパシタセル（各キャパシタセルに対して、静電容量が１３５０Ｆ、内部抵抗が２．５ｍΩ）が直列に接続されて構成されている。また、鉛蓄電池２２は、例えば、定格電圧が１２Ｖであって、電池容量が５０Ａｈである。
なお、実施例の電源装置１５に対して、電源装置１５の代わりに鉛蓄電池２２のみを備えた場合を比較例１とし、電源装置１５の代わりにキャパシタ２１のみを備えた場合を比較例２とし、電源装置１５から開閉スイッチ（開閉ＳＷ）２４および充電器２３を省略した場合、つまり単にキャパシタ２１と鉛蓄電池２２とを並列に接続した場合を比較例３とした。

そして、実施例および比較例１〜比較例４に対して、先ず、１２Ｖの電圧で５時間に亘って低電圧充電を実行した。
次に、低電圧充電の終了後に、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、１秒間連続して出力が出来なくなるまで電流値を徐々に増大させつつ、出力を測定した。この測定結果を、下記表１に示す出力（Ｗ）として示した。
次に、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、１２Ｖの電圧で５時間に亘って低電圧充電を実行した。
次に、低電圧充電の終了後に、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、蓄電電圧が６Ｖになるまで１０Ａの電流値で放電を実行し、エネルギーを測定した。この測定結果を、下記表１に示す放電直後のエネルギ放電量１（Ｗｈ）として示した。
次に、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、１２Ｖの電圧で５時間に亘って低電圧充電を実行した。
次に、実施例に対しては低電圧充電の終了後に上述したステップＳ０２およびステップＳ０３の処理を実行し、この後、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、常温下で３ヶ月に亘って放置した。
次に、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、蓄電電圧が６Ｖになるまで１０Ａの電流値で放電を実行し、エネルギーを測定した。この測定結果を、下記表１に示す３ヶ月経過後のエネルギ放電量２（Ｗｈ）として示した。
そして、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、３ヶ月経過後のエネルギ放電量２（Ｗｈ）を放電直後のエネルギ放電量１（Ｗｈ）で除算して得た値をエネルギ維持率（％）とした。下記表１には、各実施例および比較例１〜比較例４に対して、エネルギ維持率（％）と重量（ｋｇ）とを示した。

上記表１に示す結果から、実施例では、キャパシタ２１と鉛蓄電池２２とを並列に接続した比較例３と同等の出力を保持しつつ、鉛蓄電池２２のみを備える比較例１に対して同等以上のエネルギ維持率を有することがわかる。つまり、鉛蓄電池２２のみを備える比較例１と、キャパシタ２１のみを備える比較例２との結果からわかるように、鉛蓄電池２２に比べてキャパシタ２２はエネルギ維持率が極端に小さく、単に、キャパシタ２１と鉛蓄電池２２とを並列に接続しただけの比較例３では、エネルギ維持率が鉛蓄電池２２のみを備える比較例１に比べて低下してしまう。これに対して、実施例のように、システム停止時等において、相対的に自己放電し易いキャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを相対的に自己放電し難い鉛蓄電池２２に充電することで、電源装置１５のエネルギ維持率を向上させることができることがわかる。

上述したように、本実施の形態によるハイブリッド電源装置によれば、並列に接続されたキャパシタ２１および鉛蓄電池２２を接続または切断可能な開閉スイッチ（開閉ＳＷ）２４と、キャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを鉛蓄電池２２に充電可能な充電器２３とを備えて電源装置１５を構成し、ハイブリッド車両１の停止時等のシステム停止時において、予め、相対的に自己放電し易いキャパシタ２１に蓄電されている電気エネルギーを相対的に自己放電し難い鉛蓄電池２２に充電することで、電源装置１５のエネルギ維持率を向上させることができる。
さらに、本実施の形態によるハイブリッド電源装置を備えるモータ駆動装置によれば、モータ１２の再起動時であっても、モータ１２に所望の出力を発生させるための電力を電源装置１５からパワードライブユニット１４を介して供給することができる。
さらに、本実施の形態によるモータ駆動装置を備える車両によれば、ハイブリッド車両１の再起動時であっても、モータ１２に所望の出力を発生させるための電力を電源装置１５からパワードライブユニット１４を介して供給することができ、ハイブリッド車両１の走行挙動に運転者の意志を適切に反映させることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成図である。図１に示すハイブリッド電源装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１内燃機関
１２モータ
１４ＰＤＵ（インバータ）
２２バッテリ（鉛蓄電池）
２１キャパシタ
２３充電器
２４開閉スイッチ
３１起動・停止スイッチ（起動停止スイッチ）

Claims

並列に接続されたキャパシタとバッテリとを備え、電気負荷に電源供給を行うハイブリッド電源装置であって、
前記キャパシタと前記バッテリとの接続を切断可能な開閉スイッチと、
前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電する充電器とを備え、
前記電気負荷および前記ハイブリッド電源装置を備えて構成されるシステムの作動停止時に、前記充電器は前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電することを特徴とするハイブリッド電源装置。
請求項１に記載のハイブリッド電源装置と、該ハイブリッド電源装置に接続されたインバータと、該インバータを介して前記ハイブリッド電源装置に接続されたモータとを備え、前記モータと前記ハイブリッド電源装置との間で電気エネルギーの授受を行うモータ駆動装置であって、
前記モータ駆動装置の作動停止時に、前記充電器は前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電することを特徴とするモータ駆動装置。
請求項２に記載のモータ駆動装置と、車両の起動または停止を指示する信号を出力する起動停止スイッチとを備え、少なくとも前記モータ駆動装置の駆動力を駆動輪に伝達して走行可能な車両であって、
前記起動停止スイッチのＯＦＦ時に、前記充電器は前記キャパシタに蓄電されている電気エネルギーを前記バッテリに充電することを特徴とする車両。