JP2010273454A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次電池101と、車両の走行時に駆動トルクを発生し、車両の制動時に回生電力を発生する電動発電機104と、二次電池101に接続される第1の電力変換器102と、第1の電力変換器102と電動発電機104との間に接続され、電動発電機104を制御するインバータと、二次電池101と第1の電力変換器102との間に、二次電池に並列に接続された第2の電力変換器106と、第2の電力変換器106に並列に接続された蓄電用の大容量キャパシタ107と、第1の電力変換器102、インバータ103、および、第2の電力変換器106の制御を行う制御装置105とを備えている。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明の実施の形態1に係る、車両搭載用の電源装置の概略ブロック図である。本実施の形態1に係る電源装置100は、二次電池101、第1の電力変換器102、インバータ103、電動発電機(MG)104、制御装置105、第2の電力変換器106、大容量キャパシタ107から構成される。
ステップS10で、発進または加速であると判断された場合は、ステップS11へ移行する。
ステップS11で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが予め設定された所定の閾値THc1未満であるか否かを判定する。ここで、閾値THc1は、大容量キャパシタ107に蓄積された電力が、駆動に利用できる限界値の電圧に設定されている。
ステップS11で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc1未満であると判断された場合は、ステップS12へ移行する。
ステップS12では、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsiより大きいか否かを判定する。SOCは、一般的には、二次電池の充電可能容量に対する充電残量の比率で示され、過充電や過放電を避けるために、例えば、SOCの満充電状態40〜80%程度の所定範囲内で使用される。ここで、Tsiは、SOCの満充電状態40%に相当するような放電可能な限界値である。
ステップS12で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS14、ステップS15へ移行する。
ステップS12で、SOCがTsiより以下であると判断されれば、ステップS16、ステップS17へ移行する。
ステップS11で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc1以上であると判断された場合は、ステップS13へ移行する。
ステップS13では、ステップS12と同様、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsiより大きいか否かを判定する。
ステップS13で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS18、ステップS19へ移行する。
ステップS13で、SOCがTsiより以下であると判断されれば、ステップS20、ステップS21へ移行する。
ステップS14、ステップS15では、それぞれ、第1の電力変換器102(以下、DC1とする)を昇圧し、第2の電力変換器106(以下、DC2とする)を停止する。これにより、電力供給は、主として、二次電池101から実施される。図4の時刻t2〜t3がこの状態に相当する。
ステップS16、ステップS17では、それぞれ、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を停止する。これにより、第1の電力変換器102で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。
この状態は、二次電池101および大容量キャパシタ107に、走行に充分な電力が残されていない状態で、いわゆる退避走行に相当する。
また、ステップS18、ステップS19では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、第2の電力変換器DC2を昇圧する。
理想的には、回生制動後に相当し、発進/加速時にはこの状態に遷移する。図4の時刻t1〜t2がこの状態に相当する。この状態では、二次電池101、および、大容量キャパシタ107の両方から、電動発電機104に電力を供給することができる。ここで第2の電力変換器106は、大容量キャパシタ107によって、二次電池101の急速放電を回避するよう制御するものとする。
ステップS20、ステップS21では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を昇圧する。これにより、ステップS16、ステップS17同様、第1の電力変換器102で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで電動発電機104が駆動される。
また、ステップS10で、発進または加速でないと判断された場合には、そのまま処理を終了する。
ステップS30で、巡航であると判断された場合は、ステップS31へ移行する。
ステップS31で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが予め設定された所定の閾値THc2未満であるか否かを判定する。ここで、閾値THc2は、次回減速時(回生制動時)に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電とならないために必要だと予測される大容量キャパシタ端子電圧に設定する。
ステップS31で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc2未満であると判断された場合は、ステップS32へ移行する。
ステップS32では、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsiより大きいか否かを判定する。
ステップS32で、SOCがTsi以下と判断されれば、ステップS33へ移行する。
ステップS33で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc1未満であるか否かを判定する。
ステップS33で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc1未満であると判断された場合は、ステップS39、ステップS40へ移行する。
ステップS33で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc1以上であると判断された場合は、ステップS41、ステップS42へ移行する。
ステップS32で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS34へ移行する。ステップS34は、次回減速時(回生制動時)に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電とならないための二次電池101からキャパシタ107へのチャージ処理である。減速時(回生制動時)に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電となると、二次電池101の過充電を抑制するために、第1の電力変換器102が停止されるとともに、回生制動が中止される。その場合、大容量キャパシタ107に電力が回生できる場合でも、電力を無駄にしてしまうことになる。
ステップS35で、SOCがTsmより大きいと判断されれば、ステップS43、ステップS44へ移行する。
ステップS35で、SOCがTsm以下であると判断されれば、ステップS45、ステップS46へ移行する。
ステップS31で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc2以上であると判断された場合は、ステップS36へ移行する。
ステップS36で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、所定の閾値THc2より大きいか否かを判定する。
ステップS36で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc2より大きい、すなわち大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc2と等しくない、と判断されれば、ステップS37へ移行する。
ステップS37では、ステップS32と同様、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsiより大きいか否かを判定する。
ステップS37で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS47、ステップS48へ移行する。
ステップS37で、SOCがTsiより以下であると判断されれば、ステップS49、ステップS50へ移行する。
ステップS36で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc2より以下、すなわち大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc2と等しいと判断されれば、ステップS38へ移行する。
ステップS38では、ステップS32と同様、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsiより大きいか否かを判定する。
ステップS38で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS51、ステップS52へ移行する。
ステップS38で、SOCがTsiより以下であると判断されれば、ステップS53、ステップS54へ移行する。
ステップS39、ステップS40では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を停止する。これにより、第1の電力変換器で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。
この状態は、二次電池101およびキャパシタ107に、走行に充分な電力が残されていない状態で、いわゆる退避走行に相当する。
ステップS41、ステップS42では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を昇圧する。これにより、第1の電力変換器で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。
ステップS43、ステップS44では、第1の電力変換器102(以下、DC1とする)を昇圧し、第2の電力変換器106(以下、DC2とする)を停止する。これにより、電力供給は主として二次電池101から実施される。
ステップS45、ステップS46では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、第2の電力変換器DC2を降圧する。この状態は、二次電池101の充電状態が充分であり、キャパシタ107を充電する余裕がある状態である。図4の時刻t4〜t5がこの状態に相当する。これにより、二次電池101より、第1の電力変換器に供給される電力の一部が、第2の電力変換器を介して、キャパシタ107に充電される。
これにより、次回減速時(回生制動時)に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電とならないように、二次電池101とキャパシタ107の充電容量のバランスが確保できる。
ステップS47、ステップS48では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、第2の電力変換器DC2を昇圧する。
理想的には、回生制動後に相当し、発進/加速時にはこの状態に遷移する。この状態では、二次電池101およびキャパシタ107の両方から、電動発電機104に電力を供給することができる。ここで、第2の電力変換器106は、大容量キャパシタ107によって、二次電池101の急速放電を回避するよう制御するものとする。
ステップS49、ステップS50では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を昇圧する。これにより、ステップS41、ステップS42同様、第1の電力変換器102で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。
ステップS51、ステップS52では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、第2の電力変換器DC2を停止する。これにより、ステップS43、ステップS44同様、電力供給は主として二次電池101から実施される。
ステップS53、ステップS54では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を昇圧する。これにより、ステップS41、ステップS42同様、第1の電力変換器102で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。この状態は、巡航が長時間継続して二次電池101のSOCが所定値より低減した場合である。
ステップS30で、巡航でないと判断された場合には、そのまま処理を終了する。
なお、加速が行われることが予測できる場合は、ステップS53、ステップS54同様、大容量キャパシタ107に蓄積しておいた電力を用いて走行するようにしてもよい。
ステップS60で、減速(回生制動)であると判断された場合は、ステップS61へ移行する。
ステップS61で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが予め設定された所定の閾値THc3未満であるか否かを判定する。ここで、閾値THc3は、キャパシタに回生可能な電力の最大値に設定する。
ステップS61で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc3未満であると判断された場合は、ステップS62へ移行する。
ステップS62では、大容量キャパシタ107がチャージ中(以下、キャパシタチャージ中とする。)であるか否かを判断する。ここで、キャパシタチャージ中とは、巡航時に記載した、次回減速時(回生制動時)に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電とならないような、二次電池101と大容量キャパシタ107の充電容量のバランスが確保できておらず、減速(回生制動)中に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電となってしまった際の、二次電池⇒キャパシタへの充電処理をさす。
ステップS62で、キャパシタチャージ中でないと判断されれば、ステップS63へ移行する。
ステップS63で、二次電池101の充電状態SOCが、予め設定された所定の閾値TSaより小さいと判断されれば、ステップS66、ステップS67へ移行する。ここで、閾値TSaは、上述のステップS12で説明したSOCの満充電状態80%程度に相当するものである。
ステップS63で、SOCがTsa以上であると判断されれば、ステップS64(ステップS68、ステップS69)へ移行する。
ステップS62で、チャージ処理中であると判断されれば、ステップS64(ステップS68、ステップS69)へ移行する。
ステップS65では、ステップS63と同様、SOCがTsaより小さいかどうかを判断する。
ステップS65で、SOCがTsaより小さいと判断されれば、ステップS70、ステップS71へ移行する。
ステップS65で、SOCがTsa以上であると判断されれば、ステップS72、ステップS73へ移行する。
ステップS66、ステップS67では、第1の電力変換器DC1を降圧し、第2の電力変換器DC2を降圧する。これにより、減速(回生制動)時のエネルギを、二次電池101と大容量キャパシタ107で蓄積する。理想的には、回生制動開始直後にはこの状態に遷移する。図4の時刻t6〜t7がこの状態に相当する。この状態では、二次電池101および大容量キャパシタ107の両方へ、電動発電機104の発電電力を回生することができる。ここで第2の電力変換器DC2は、大容量キャパシタ107によって、二次電池101の急速充電を回避するよう制御するものとする。さらに、第2の電力変換器DC2は、二次電池101が大容量キャパシタ107より先に満充電とならないように制御される。
ステップS68、ステップS69では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を降圧する。図4の時刻t7〜t8がこの状態に相当する。このとき、制御装置105は、同時に回生を弱め、第2の電力変換器DC2を、二次電池101から大容量キャパシタ107へのチャージが行われるように制御する。これにより、回生が弱められるとともに、第1の電力変換器DC1の降圧動作は行われず、二次電池101から大容量キャパシタ107間への電力移動のみが行われる。この結果、所定時間経過ののち、二次電池101側に充電余裕ができ、回生動作を再開することができ、回生の無駄を低減できる。
ステップS70、ステップS71では、第1の電力変換器DC1を降圧し、第2の電力変換器DC2を停止する。この状態は、大容量キャパシタ107が満充電で、二次電池101に充電可能な状態である。図4の時刻t8〜t9がこの状態に相当する。
ステップS72、ステップS73では、第1の電力変換器DC1を停止し、第2の電力変換器DC2を停止する。この状態は、大容量キャパシタ107も二次電池101も満充電で、回生不可能な状態である。
ステップS60で、減速(回生制動)でないと判断された場合には、そのまま処理を終了する。
ステップS80で、停車であると判断された場合は、ステップS81へ移行する。
ステップS81では、停車中は電動発電機104との電力供受が不要となるため、第1の電力変換器DC1を停止する。
ステップS81の次に、ステップS82へ移行する。
ステップS82では、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc2未満であるか否かを判定する。
ステップS82で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、閾値THc2未満であると判断された場合は、ステップS83へ移行する。
ステップS83では、二次電池101および大容量キャパシタ107が双方の電力バランスをとるための、大容量キャパシタ107から二次電池101へのチャージ(以下、(B)チャージとする。)が済んだか否かを判定する。
ステップS83で、二次電池101のチャージ、すなわち(B)チャージが済みと判定されれば、終了する。
ステップS83で、二次電池101のチャージ、すなわち(B)チャージが済んでいないと判断されれば、ステップS84へ移行する。
ステップS84で、SOCがTsmより大きいと判断されれば、ステップS87へ移行する。
ステップS84で、SOCがTsmより以下であると判断されれば、ステップS88へ移行する。
ステップS82で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc2以上であると判断された場合は、ステップS85へ移行する。
ステップS85では、二次電池101および大容量キャパシタ107が双方の電力バランスをとるための、二次電池101から大容量キャパシタ107へのチャージ(以下、(C)チャージとする。)が済んだか否かを判定する。
ステップS85で、大容量キャパシタ107のチャージ、すなわち(C)チャージが済みと判定されれば、終了する。
ステップS85で、大容量キャパシタ107のチャージ、すなわち(C)チャージが済んでいないと判断されれば、ステップS86へ移行する。
ステップS86で、SOCが予め設定された所定の閾値Tsmより大きいと判断されれば、ステップS89へ移行する。
ステップS86で、SOCがTsmより以下であると判断されれば、ステップS90へ移行する。
ステップS87は、二次電池101から大容量キャパシタ107への充電が必要であると判断された状態であり、第2の電力変換器DC2を降圧する。これにより、二次電池101から大容量キャパシタ107へ電力を供給する。これにより、次回減速時(回生制動時)に、二次電池101が大容量キャパシタ107よりも先に満充電とならないように、二次電池101と大容量キャパシタ107の充電容量のバランスが確保する。
ステップS88またはステップS89は、二次電池101から大容量キャパシタ107への充電、および、大容量キャパシタ107から二次電池101への充電が不要であると判断された状態であり、第2の電力変換器DC2を停止し、終了する。
ステップS90は、大容量キャパシタ107から二次電池101への充電が必要であると判断された状態であり、第2の電力変換器DC2を昇圧する。これにより、大容量キャパシタ107から二次電池101へ電力を供給する。これにより、次回発進/加速時に二次電池101の過放電を抑制できる。
ステップS80で、停車でないと判断された場合には、そのまま処理を終了する。
車両の停止時については、特に記載をしなかったが、車両が走行を継続しない状態となった場合には、大容量キャパシタ107の残電力を二次電池101へチャージするような形としても良い。
図9は、この発明の実施の形態2に係る車両の電源装置の概略ブロック図である。本実施の形態2に係る車両搭載用の電源装置100は、二次電池101、第1の電力変換器102、インバータ103、電動発電機(MG)104、制御装置105、大容量キャパシタ107、切り替えスイッチ108から構成される。
ステップS12で、二次電池101の充電状態SOCが、所定の閾値Tsiより大きいと判断されれば、ステップS14、ステップS501へ移行する。
ステップS12で、SOCがTsiより以下であると判断されれば、ステップS16、ステップS502へ移行する。
ステップS13で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS18、ステップS503へ移行する。
ステップS13で、SOCがTsiより以下であると判断されれば、ステップS20、ステップS504へ移行する。
ステップS14、ステップS501では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、切り替えスイッチ108(以下、SWとする)を二次電池101側(以下、二次電池B側とする)へ切り替える。これにより、電力供給は二次電池101から実施される。図11の時刻t2〜t3がこの状態に相当する。
ステップS16、ステップS502では、第1の電力変換器DC1を停止し、切り替えスイッチSWを二次電池B側へ切り替える。これにより、第1の電力変換器DC1で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。この状態は、二次電池101およびキャパシタ107に、走行に充分な電力が残されていない状態で、いわゆる退避走行に相当する。
ステップS18、ステップS503では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、切り替えスイッチSWを大容量キャパシタ107側(以下、キャパシタC側とする)へ切り替える。理想的には、回生制動後に相当し、発進/加速時にはこの状態に遷移する。図11の時刻t1〜t2がこの状態に相当する。この状態では、大容量キャパシタ107から、電動発電機104に電力を供給することができる。これにより、二次電池101の急速放電を回避できる。
ステップS20、ステップS504では、第1の電力変換器DC1を停止し、キャパシタC側へ切り替える。これにより、第1の電力変換器DC1で昇圧動作は行われず、大容量キャパシタ端子電圧Vcで、電動発電機104が駆動される。
ステップS32では、二次電池101の充電状態SOCが予め設定された所定の閾値Tsiより大きいか否かを判定する。
ステップS32で、SOCがTsi以下と判断されれば、ステップS43、ステップS603へ移行する。
ステップS32で、SOCがTsiより大きいと判断されれば、ステップS33へ移行する。
ステップS33で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが予め設定された所定の閾値THc1未満であるか否かを判定する。
ステップS33で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc1未満であると判断された場合は、ステップS39、ステップS601へ移行する。
ステップS33で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc1以上であると判断された場合は、ステップS41、ステップS602へ移行する。
ステップS39、ステップS601では、第1の電力変換器DC1を停止し、切り替えスイッチSWを二次電池B側へ切り替える。これにより、第1の電力変換器DC2で昇圧動作は行われず、二次電池電圧Vbで、電動発電機104が駆動される。
この状態は、二次電池101および大容量キャパシタ107に、走行に充分な電力が残されていない状態で、いわゆる退避走行に相当する。
ステップS41、ステップS602では、第1の電力変換器DC1を停止し、切り替えスイッチSWをキャパシタC側へ切り替える。これにより、第1の電力変換器DC1で昇圧動作は行われず、大容量キャパシタ端子電圧Vcで、電動発電機104が駆動される。
ステップS43、ステップS603では、第1の電力変換器DC1を昇圧し、切り替えスイッチSWを二次電池B側へ切り替える。これにより、電力供給は二次電池101から実施される。
ステップS60で、減速(回生制動)であると判断された場合は、ステップS701へ移行する。
ステップS701で、発電電動機104の発電電圧Vdが、予め設定された所定の閾値THdより大きいか否かを判定する。ここで、閾値THdは、二次電池電圧Vbより大きい、二次電池101に充電可能な電圧の最大値に設定する。
ステップS701で、発電電圧Vdが、所定の閾値THdより大きければ、ステップS61へ移行する。
ステップS61で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが予め設定された所定の閾値THc3未満であるか否かを判定する。ここで、閾値THc3は、キャパシタに回生可能な電力の最大値に設定する。
ステップS61で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc3未満であると判断された場合は、ステップS63へ移行する。
ステップS63で、SOCが予め設定された所定の閾値Tsa未満か否かが判定され、SOCが閾値Tsa未満と判断されれば、ステップS66、ステップS703へ移行する。ここで、閾値Tsaは、上述の実施の形態1のステップS12で説明したSOCの満充電状態80%程度に相当する値である。
ステップS63で、SOCがTsa以上であると判断されれば、ステップS68、ステップS704へ移行する。
ステップS61で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc3以上と判断された場合は、ステップS65へ移行する。
ステップS65では、ステップS63と同様、SOCがTsaより小さいかどうかを判断する。
ステップS65で、SOCがTsaより小さいと判断されれば、ステップS70、ステップS705へ移行する。
ステップS65で、SOCがTsa以上であると判断されれば、ステップS72、ステップS706へ移行する。
ステップS701で、発電電圧Vdが所定の閾値THd以下ならば、ステップS702へ移行する。ここで、ステップS702以下の処理は、電動発電機104の発電電圧Vdが、二次電池101の電圧Vbを下回り、二次電池101への充電ができない状態である。
ステップS702で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc3未満であるか否かを判定する。ここで、閾値THc3は、大容量キャパシタ107に回生可能な電力の最大値に設定する。
ステップS702で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc3未満であると判断された場合は、ステップS707、ステップS708へ移行する。
ステップS702で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc3以上と判断された場合は、ステップS709、ステップS710へ移行する。
ステップS66、ステップS703では、第1の電力変換器DC1を降圧し、切り替えスイッチSWを二次電池B側へ切り替える。これにより、減速(回生制動)時のエネルギを、二次電池101で蓄積する。図11の時刻t6〜t8がこの状態に相当する。本実施の形態では、キャパシタ容量を大きくしない前提で、減速(回生制動)開始時は、二次電池101へ充電するように構成したが、大容量キャパシタ107のキャパシタ容量を大きめに設定し、二次電池101の急速充電を回避するよう大容量キャパシタ107への充電を優先するように構成しても良い。
ステップS68、ステップS704では、第1の電力変換器DC1を停止し、切り替えスイッチSWをキャパシタC側へ切り替える。
ステップS70、ステップS705では、ステップS66、ステップS703と同様、第1の電力変換器DC1を降圧し、切り替えスイッチSWを二次電池B側へ切り替える。
ステップS72では、第1の電力変換器DC1を停止する。この状態は、大容量キャパシタ107も二次電池101も満充電で、回生不可能な状態である。この状態にあるときは電動発電機104の回生動作を停止し、次回発進/加速に備え、例えば、ステップS706で、切り替えスイッチSWをキャパシタC側へ切り替える。
ステップS707、ステップS708では、第1の電力変換器DC1を降圧し、切り替えスイッチSWをキャパシタC側へ切り替える。この状態は、電動発電機104の発電電圧Vdが、二次電池101の電圧Vbを下回り、二次電池101への充電ができない状態で、大容量キャパシタ107への充電を行うようにする。これにより、二次電池101への充電ができない回生電力を大容量キャパシタ107へ回生でき、回生の無駄を低減できる。図11の時刻t9〜t10がこの状態に相当する。
ステップS709では、第1の電力変換器DC1を停止する。この状態は、二次電池101への充電ができず、かつ、大容量キャパシタ107も満充電となっている状態である。この状態にあるときは電動発電機104の回生動作を停止し、次回発進/加速に備え、例えば、ステップS710で、切り替えスイッチSWをキャパシタC側へ切り替える。
ステップS60で、減速(回生制動)でないと判断された場合には、そのまま処理を終了する。
図15は、本発明の実施の形態3に係る車両搭載用の電源装置の概略ブロック図である。本実施の形態に係る電源装置100の構成は、上述の実施の形態2で示した図9の構成に、実施の形態1で示した図1の第2の電力変換器106を追加したものである。
図17は、本発明の実施の形態4に係る車両搭載用の電源装置の概略ブロック図である。本実施の形態に係る電源装置100の構成は、上述の実施の形態3に示す構成の切り替えスイッチ108を、2つの切り替えスイッチ(切り替えスイッチ109および切り替えスイッチ110)に変更したものである。もしくは、実施の形態1において二次電池101および(第2の電力変換器106を介する)大容量キャパシタ107の接続をそれぞれON/OFFできる構成に変更したものである。
ステップS15およびステップS17におけるDC2の停止動作のステップの後に、制御装置105が切り替えスイッチSW110をOFFするステップを設ける。
すなわち、図12に示す切り替えSW108をB側へ切り替えるステップと同じ接続状態になるように、切り替えSW109,110を動作させる。
ステップS19およびステップS21におけるDC2の昇圧動作の各ステップの前に、制御装置105が切り替えスイッチSW110をONするステップを設ける。
すなわち、図12に示す切り替えSW108をC側へ切り替えるステップと同じ接続状態になるように、切り替えSW109,110を動作させる。
ステップS40、ステップS44、ステップS52におけるDC2の停止動作の各ステップ、ステップS46のDC2の降圧動作のステップ、ステップS48のDC2の昇圧動作のステップの後に、制御装置105が切り替えスイッチSW110をOFFするステップを設ける。
すなわち、図13に示す切り替えSW108をB側へ切り替えるステップと同じ接続状態になるように、切り替えSW109,110を動作させる。
ステップS42、ステップS50、ステップS54におけるDC2の昇圧動作のステップの前に、制御装置105が切り替えスイッチSW110をONするステップを設ける。
すなわち、図13に示す切り替えSW108をC側へ切り替えるステップと同じ接続状態になるように、切り替えSW109,110を動作させる。
ステップS63で、SOCがTsa以上であると判断されれば、ステップS64(ステップS68、ステップS753、ステップS754、ステップS69)へ移行する。
ステップS65では、ステップS63と同様、SOCがTsaより小さいかどうかを判断する。
ステップS65で、SOCがTsaより小さいと判断されれば、ステップS755、ステップS70、ステップS71、ステップS756へ移行する。
ステップS65で、SOCがTsa以上であると判断されれば、ステップS72、ステップS757、ステップS73、ステップS758へ移行する。
ステップS702で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが、予め設定された所定の閾値THc3未満であるか否かを判定する。ここで、閾値THc3は、キャパシタに回生可能な電力の最大値に設定する。
ステップS702で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc3未満であると判断された場合は、ステップS759、ステップS707、ステップS760、ステップS761へ移行する。
ステップS702で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが閾値THc3以上と判断された場合は、ステップS709、ステップS762、ステップS763、ステップS764へ移行する。
ステップS68、ステップS753、ステップS754、ステップS69では、第1の電力変換器DC1を停止した後、切り替えスイッチSW109をオフし、切り替えスイッチSW110をオンした後、第2の電力変換器DC2を降圧する。このとき、制御装置105は、同時に回生を弱め、第2の電力変換器DC2を、二次電池101から大容量キャパシタ107へのチャージが行われるように制御される。これにより、回生が弱められるとともに、第1の電力変換器DC1の降圧動作は行われず、二次電池101から大容量キャパシタ107間への電力移動のみが行われる。この結果、所定時間経過ののち、二次電池101側に充電余裕ができ、回生動作を再開することができ、回生の無駄を低減できる。
ステップS755、ステップS70、ステップS71、ステップS756では、切り替えスイッチSW109をオンした後、第1の電力変換器DC1を降圧し、第2の電力変換器DC2を停止した後、切り替えスイッチステップSW110をオフする。この状態は、大容量キャパシタ107が満充電で、二次電池101に充電可能な状態である。
ステップS72、ステップS757、ステップS73、ステップS758では、第1の電力変換器DC1を停止した後、切り替えスイッチSW109をオフし、第2の電力変換器DC2を停止した後、切り替えスイッチSW110をオフする。この状態は、大容量キャパシタ107も二次電池101も満充電で、回生不可能な状態である。
ステップS759、ステップS707、ステップS760、ステップS761では、切り替えスイッチSW109をオンした後、第1の電力変換器DC1を降圧し、切り替えスイッチSW110をオンした後、第2の電力変換器DC2を降圧する。この状態は、電動発電機104の発電電圧Vdが、二次電池101の電圧Vbを下回り、二次電池101への充電ができない状態で、大容量キャパシタ107への充電を行うようにする。これにより、二次電池101への充電ができない回生電力を大容量キャパシタ107へ回生でき、回生の無駄を低減できる。
ステップS709、ステップS762、ステップS763、ステップS764では、第1の電力変換器DC1を停止した後、切り替えスイッチSW109をオンし、第2の電力変換器DC2を停止した後、切り替えスイッチSW110をオンする。この状態は、二次電池101への充電ができず、かつ、大容量キャパシタ107も満充電となっている状態である。この状態にあるときは電動発電機104の回生動作を停止し、次回発進/加速に備え、切り替えスイッチSW109,110をオンする。
ステップS88およびステップS89におけるDC2の停止動作の各ステップの後、および、ステップS83およびステップS85におけるチャージ済へ分岐後に、制御装置105が切り替えスイッチSW109,110をONするステップを設ける。これは、次回の発進/加速時に備えるもので、特にこの方法に限ったものではない。
図19は、本発明の実施の形態5に係る車両搭載用の電源装置の概略ブロック図である。本実施の形態に係る電源装置100の構成は、上述の実施の形態2で図9に示した構成に、第3の電力変換器111を追加した構成となっている。
ステップS801では、二次電池101の充電状態SOCが予め設定された所定の閾値Tsaより小さいか否かを判定する。
ステップS801で、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsaより小さいと判断されれば、ステップS802へ移行する。
ステップS802では、大容量キャパシタ端子電圧Vcが予め設定された所定の閾値THc1より小さいか否かを判定する。
ステップS802で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc1より小さいと判断されれば、ステップS803へ移行する。
ステップS802で、大容量キャパシタ端子電圧Vcが所定の閾値THc1以上と判断されれば、ステップS804へ移行する。
ステップS803では、第3の電力変換器111(以下、DC3とする)を停止させ、チャージ処理は行わない。
ステップS804では、第3の電力変換器DC3を昇圧させ、大容量キャパシタ107の残電力を二次電池101へ供給する。
ステップS801で、二次電池の充電状態SOCが所定の閾値Tsa以上と判断されれば、終了する。
図22は、本発明の実施の形態6に係る車両搭載用の電源装置の概略ブロック図である。本実施の形態に係る電源装置100の構成は、上述の実施の形態5で示した、第3の電力変換器111を、車両が停止している場合に、車両の外部の商用電源から充電するための車載充電器900の一部として利用するものである。
Claims (11)
- 第1の蓄電装置と、
車両の走行時に駆動トルクを発生し、車両の制動時に回生電力を発生する電動発電機と、
前記第1の蓄電装置に接続される第1の電力変換器と、
前記第1の電力変換器と前記電動発電機との間に接続され、前記電動発電機を制御するインバータと、
前記第1の電力変換器および前記インバータの制御を行う制御装置と
を備える車両搭載用の電源装置であって、
前記第1の蓄電装置と前記第1の電力変換器との間に、前記第1の蓄電装置に並列に接続された第2の電力変換器と、
前記第2の電力変換器に並列に接続され、前記第1の蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第2の蓄電装置と
を備え、
前記制御装置は、前記第2の電力変換器の制御も行うことを特徴とする電源装置。 - 前記第1の電力変換器と前記第1の蓄電装置および前記第2の電力変換器との間に設けられ、前記第1の電力変換器の接続を、前記第1の蓄電装置側および前記第2の電力変換器を介する前記第2の蓄電装置側のいずれか一方へ切り替えるスイッチを備えることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 第1の蓄電装置と、
車両の走行時に駆動トルクを発生し、前記車両の制動時に回生電力を発生する電動発電機と、
前記第1の蓄電装置に接続される第1の電力変換器と、
前記第1の電力変換器と前記電動発電機との間に接続され、前記電動発電機を制御するインバータと、
前記第1の電力変換器および前記インバータの制御を行う制御装置と
を備える車両搭載用の電源装置であって、
前記第1の蓄電装置と前記第1の電力変換器との間に並列に接続され、前記第1の蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第2の蓄電装置と、
前記第1の電力変換器と前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置との間に設けられ、前記第1の電力変換器の接続を、前記第1の蓄電装置側および前記第2の蓄電装置側のいずれか一方へ切り替えるスイッチと
を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記発電電動機の電力回生時の発電電圧をモニタする発電電圧モニタ手段を備え、
前記制御装置は、前記発電電圧モニタ手段の出力に応じて、前記スイッチを制御することを特徴とする請求項2または3に記載の電源装置。 - 前記制御装置は、
前記発電電圧モニタ手段の出力が前記第1の蓄電装置の電圧よりも高い場合は、前記第1の電力変換器を前記第1の蓄電装置側に接続し、
前記発電電圧モニタ手段の出力が前記第1の蓄電装置の電圧よりも低い場合は、前記第1の電力変換器を前記第2の蓄電装置側に接続する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の電源装置。 - 前記スイッチは、前記第1の電力変換器と前記第1の蓄電装置および前記第2の電力変換器の両方との接続を別個に可能とする構成であって、
前記第2の蓄電装置から、前記第2の電力変換器を介して、前記第1の蓄電装置を充電可能な構成とした
ことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間に設けられ、前記第2の蓄電装置から前記第1の蓄電装置を充電するための第3の電力変換器を備えることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記車両の外部から前記第1の蓄電装置を充電するための車載充電装置を備え、
前記車載充電装置は、
外部から入力される商用交流電源を整流する車載充電器用整流回路と、
前記車載充電器用整流回路の出力を前記商用電源とは異なる周波数の交流出力に変換する車載充電器用インバータと、
前記インバータの出力を前記第1の蓄電装置を充電するための直流電圧に変換するための車載充電器用コンバータと
から構成され、
前記第3の電力変換器は、前記車載充電器用インバータ及び前記車載充電器用コンバータとで構成される
ことを特徴とする請求項7に記載の電源装置。 - 前記制御装置は、
前記第2の蓄電装置の電圧をモニタする第2の蓄電装置電圧モニタ手段と、
前記第1の蓄電装置の充電状態をモニタする第1の蓄電装置充電状態モニタ手段と
を備え、
回生制動時に、
前記第1の蓄電装置充電状態モニタ手段と前記第2の蓄電装置電圧モニタ手段の出力に応じて、前記第1の蓄電装置の充電状態が、前記第2の蓄電装置よりも先に、満充電とならないように、前記第2の電力変換器を制御することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 前記制御装置は、
前記第2の蓄電装置の電圧をモニタする第2の蓄電装置電圧モニタ手段と、
前記第1の蓄電装置の充電状態をモニタする第1の蓄電装置充電状態モニタ手段と
を備え、
回生制動時に、
前記第1の蓄電装置充電状態モニタ手段の出力から前記第1の蓄電装置が満充電と判断され、かつ、前記第2の蓄電装置電圧モニタ手段の出力から前記第2の蓄電装置に回生余裕があると判断されたときは、回生制動を弱め、前記第1の蓄電装置から前記第2の蓄電装置へのチャージを行うよう前記第2の電力変換器を制御し、前記第1の蓄電装置に充電余裕ができたときに、回生制動を再開するよう前記第2の電力変換器を制御することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 前記制御装置は、
前記第2の蓄電装置の電圧をモニタする第2の蓄電装置電圧モニタ手段と、
前記第1の蓄電装置の充電状態をモニタする第1の蓄電装置充電状態モニタ手段と
を備え、
巡航時または停車時に、
前記第1の蓄電装置充電状態モニタ手段の出力と前記第2の蓄電装置電圧モニタ手段の出力から、次回回生制動時に前記第1の蓄電装置の充電状態が前記第2の蓄電装置より先に満充電となると判断される場合は、前記第1の蓄電装置から前記第2の蓄電装置へのチャージを行い、充電状態の補正を行うよう前記第2の電力変換器を制御することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
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