JP3433504B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】近時、電気自動車等の車両の電源装置とし
て、特開昭５０−１５８０１２号公報に示すように、長
時間に亘って一定電力を放出する一の蓄電池と、急峻な
充・放電が可能な他の蓄電池とを並列接続し、定常走行
時には、上記一の蓄電池を主に用い、加速、制動時に
は、上記他の蓄電池を用いるものが提案されている。こ
れにより、電気エネルギを動力源として用いても、加
速、定常走行、制動のそれぞれの状況時の電力受給を効
果的に行うことができることになり、内燃機関を動力源
とする場合の性能に近づけることができることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電源装置
においては、蓄電池が用いられ、その蓄電池が電気エネ
ルギを化学反応、さらに言えば、電気化学反応に伴うケ
ミカルポテンシャルの形で貯蔵するものであることか
ら、充・放電においては、化学反応に伴う物質移動が生
じることになる。このため、急峻な充・放電が生じる場
合には、それに応じた物質移動が生じ、蓄電池の劣化は
不可避であり、その回数が多くなればなるほど蓄電池の
劣化はさらに加速されることになる。したがって、蓄電
池の耐久性を確保する必要から、充・放電をある程度抑
制せざるを得ず、車両の加速、制動性能が犠牲になるこ
とになっている。

【０００４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、車両の加速、制動性能が犠牲にするこ
となく、耐久性を向上させることができる車両用電源装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明（請求項１に係る発明）にあっては、化学反応
に基づき充・放電される主電源と、物理・化学的作用に
基づき充・放電される副電源とが備えられ、前記主・副
電源と車両駆動用電動機とが、電力の分配を制御する電
力分配装置を介して連係され、前記電力分配装置は、定
常走行時において、前記副電源の最大充電量が車速が速
くなるほど小さくされて該副電源の最大充電量未満の範
囲で該副電源に充電を許容するように設定されている一
方、制動時に、前記車両駆動用電動機による回生電力
が、前記副電源の限界値以内では該副電源に供給し、該
副電源の限界値を越えるときには前記主電源に電力供給
するように設定されている、ことを特徴とする車両用電
源装置とした構成としてある。この請求項１の好ましい
態様としては、請求項２以下の記載の通りとなる。

【０００６】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、回生電力
が副電源の限界値を越えるときには、その回生電力のう
ちの副電源の限界値までが副電源に蓄積され、その限界
値を越える部分については主電源に充電されることか
ら、充電は、先ずは、電極板等の劣化のない副電源から
行われることになり、これに伴い、主電源においては、
設定能力の範囲内で充電が行われ、急峻な物質移動を回
避できることになる。しかも、この場合、副電源は、そ
の物理・化学的作用に基づき充・放電時に物質移動を伴
わないことから、充電時に、非常に少ない時間遅れをも
って充電されることになる。このため、車両の制動性能
を充分に担保しつつ、主電源、副電源の耐久性を向上さ
せることができることになる。また、定常走行時におい
て、副電源の最大充電量が車速が速くなるほど小さくさ
れて該副電源の最大充電量未満の範囲で該副電源に充電
を許容するように設定されていることから、制動時（定
常走行時から制動時に移行したとき）に、車速に応じて
制動エネルギ（回生電力）を蓄積できる余地を残してお
くことができることになる。

【０００７】請求項２に係る発明によれば、力行時にお
いて、電力分配装置が、必要電力が主電源の限界値を越
えると、副電源からの電力供給に切換えるように設定さ
れていることから、主電源からの出力については、急峻
に該主電源の限界値を越えるようなことはなくなり、こ
れに伴い、急峻な物質移動を防止でき、主電源の劣化を
抑制できることになる。その一方、副電源においては、
該副電源にコンデンサのように物理・化学的作用により
充・放電を行う蓄電器を用い、充・放電において物質移
動を伴わないことから、充・放電における時間遅れを蓄
電池に比較して非常に少なくして、急峻な放電要求に対
して的確に対応させることができると共に、電極板等の
劣化を実質的になくすことができることになる。このた
め、車両の加速性能を充分に確保しつつ、主電源、副電
源の耐久性を向上させることができることになる。

【０００８】請求項３に係る発明によれば、力行時にお
いて、必要電力が主電源の限界値を越えるときには、そ
の必要電力は、主電源の限界値までは、主電源が出力
し、その主電源の限界値を越える部分については、副電
源が出力することになることから、主電源からの出力に
ついては、急峻に該主電源の限界値を越えるようなこと
はなくなり、急峻な放電に基づく急峻な物質移動を防止
でき、主電源の劣化を抑制できることになる。その一
方、副電源においては、該副電源にコンデンサのように
物理・化学的作用により充・放電を行う蓄電器を用い、
充・放電において物質移動を伴わないことから、充・放
電における時間遅れを蓄電池に比較して非常に少なくし
て、急峻な放電要求に対して的確に対応させることがで
きると共に、電極板等の劣化を実質的になくすことがで
きることになる。このことから、この場合にも、十分な
加速性能を確保しつつ、主電源、副電源の耐久性を向上
させることができることになる。

【０００９】請求項４に係る発明によれば、加速要求時
には、副電源には、ほとんど必ず、電力が蓄積されてい
ることになる。このため、随時、加速要求に的確に対処
できることになる。

【００１０】請求項５に係る発明によれば、副電源がコ
ンデンサであることから、副電源は、的確に機能するこ
とになり、車両の加速、制動性能の確保と、主・副電源
の耐久性の向上とを確実に達成できることになる。

【００１１】請求項６に係る発明によれば、コンデンサ
が電気二重層コンデンサであることから、容量が大容量
となり、必要出力を一定とした場合、副電源の重量は大
幅に減少されることになる。このため、副電源の重量に
よって受ける車両の燃費等の影響を極めて少ないものと
することができることになる。

【００１２】請求項７に係る発明によれば、主電源が燃
料電池若しくは鉛蓄電池であることから、主電源は、的
確に機能することになり、この場合にも、車両の加速、
制動性能の確保と、主・副電源の耐久性の向上とを確実
に達成できることになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、１は本実施例に係る車両用電源装
置で、該装置１は、主電源２と副電源３と、電動機４
と、電動機制御装置５と、電力分配装置６と、から概略
構成されている。

【００１４】上記主電源２は、電気化学反応に基づき充
・放電可能とされるもので、該主電源２には、燃料電
池、鉛電池等のエネルギ密度の高い蓄電池が単独又は複
合して用いられる。

【００１５】上記副電源３は、物理・化学的作用に基づ
き充・放電可能とされるもので、該副電源３には、電気
二重層コンデンサ、電解コンデンサ等の大容量蓄電器が
単独又は複合して用いられる。特に、電気二重層コンデ
ンサは、容量が大きく、単位重量当りの出力（例えば約
１ＫＷ／Ｋｇ）は非常に高出力となっている。

【００１６】上記電動機４は、図示を略す駆動システム
を介して該電動機４の出力を車輪に伝達し、これによ
り、車両を駆動するもので、該電動機４には、車両の用
途、制御システム等に応じ、直流電動機、交流電動機等
が適宜選択して用いられる。

【００１７】上記電動機制御装置５は、前記電動機４に
印加する電力を制御して、車両の速度を制御する装置
で、該装置５には、抵抗制御方式、チョッパ制御方式等
の通常の制御方式を採用したものが適宜選択して用いら
れる。

【００１８】上記電力分配装置６は、主・副電源２、３
と電動機４側（電動機制御装置５）との間、該主・副電
源２、３間において、電力（出力電力、回生電力、蓄積
電力等）の分配を制御するもので、その制御を行うべ
く、該電力分配装置６には、センサ７からのアクセル開
度信号、センサ８からのブレ−キ踏力信号、センサ９か
らの車速信号、センサ１０からの加減速度信号、センサ
１１からの副電源３の充電量ＱAUX 信号等の各種信号が
入力されている。

【００１９】上記電力分配装置６の制御内容の概略につ
いて述べれば、力行時においては、図２に示すように、
放電要求出力Ｐが主電源２の最大出力ＰMmax（例えば定
格出力）以下のときには、主電源２のみが出力する一
方、放電要求出力Ｐが主電源２の最大出力ＰMmaxを越え
るときがあるような場合には、図３、図４に示すよう
に、その放電要求出力Ｐは、主電源２の最大出力ＰMmax
までは、主電源２が出力し、その主電源２の最大出力Ｐ
Mmaxを越える部分については、副電源３が出力すること
になっている。これにより、主電源２からの出力につい
ては、急峻に該主電源２の最大出力ＰMmaxを越えるよう
なことはなくなり、急峻な放電に基づく急峻な物質移動
を防止でき、主電源２の劣化を抑制できることになる。
一方、副電源３においては、該副電源３にコンデンサの
ように物理・化学的作用により充・放電を行う蓄電器を
用い、充・放電において物質移動を伴わないことから、
充・放電における時間遅れは蓄電池に比較して非常に少
なく、急峻な放電に対して対応できると共に、電極板等
の劣化は実質的には生じないことになる。このことか
ら、十分な加速性能を確保しつつ、主電源２、副電源３
の耐久性を向上させることができることになる。

【００２０】勿論、上記力行時の場合の変形例として、
放電要求出力Ｐが主電源２の最大出力ＰMmaxを越えると
き、副電源３からの出力だけですべてまかなうようにし
てもよい。このとき、副電源３として、大容量コンデン
サである電気二重層コンデンサを用いるのが好ましい。

【００２１】上記力行時の場合の別の変形例として、放
電要求出力Ｐの急峻な立上り部（図５中、ａ〜ｂ間）
を、図６、図７に示すように、副電源３と、主電源２と
で分担するようにしてもよい。すなわち、本変形例にお
いては、限界値として、前述の絶対値ＰMmax、変化率ｄ
ＰM ／ｄｔの最大値が設けられ（但し、ｔは時間）、そ
の両者の論理和をとって、いずれかの限界値を越えたと
き、そのときの放電要求出力Ｐを副電源３と主電源２と
で分担するようになっている。

【００２２】また、制動時においては、回生電力Ｐret
が副電源定格充電電力ＰAUXretmax以下のときには、そ
の回生電力Ｐret は副電源３のみに充電される一方、回
生電力Ｐret が副電源定格充電電力ＰAUXretmax を越え
るときがあるような場合には、図８〜図１０に示すよう
に、その回生電力Ｐret のうちの副電源定格充電電力Ｐ
AUXretmax までが副電源３に蓄積され、その電源定格充
電電力ＰAUXretmax を越える部分については主電源２に
充電されることになっている。このように、充電は、先
ずは、電極板等の劣化のない副電源３から行われること
になり、これに伴い、主電源２においては、設定能力の
範囲内で充電が行われ、急峻な物質移動を回避できるこ
とになる。このため、制動時においても、主・副電源電
源２、３の劣化を防止できることになる。しかも、この
場合、副電源３は、その物理・化学的作用に基づき充・
放電時に物質移動を伴わないことから、充電時に、非常
に少ない時間遅れをもって充電されることになり、車両
の減速性能が充分に担保されることになる。

【００２３】さらに、定常走行時においては、副電源３
の充電量ＱAUX が副電源最大充電量Ｑmax 以上となって
いるときには、副電源３に対する充電は行われない一
方、副電源３の充電量ＱAUX が副電源最大充電量Ｑmax
未満のときには、副電源３に対する充電が行われること
になっている。これにより、随時、加速要求に対処でき
ることになる。

【００２４】次に、上記電力分配装置５の制御内容を、
図１１、図１２のフロ−チャ−トを参照しつつ詳述す
る。尚、Ｓはステップを示す。先ず、Ｓ１において、ア
クセル開度、ブレーキ踏力、車速、加減速度、副電源３
充電量ＱAUX 等の各種情報が読込まれ、次のＳ２におい
て、アクセル開度、ブレーキ踏力、車速、加減速度に基
づき、走行状態が定常走行状態か否かが判別される。走
行状態に応じた制御を行うためである。Ｓ２の判別がＹ
ＥＳとされ、走行状態が定常走行状態とされたときに
は、副電源３最大充電量Ｑmax が車速を用いて図１３に
基づき演算される。副電源３が充電可能か否かの判断基
準を求めるためである。この場合、図１３に示すよう
に、副電源最大充電量Ｑmax は、車速がゼロのとき、副
電源最大定格容量ＱAUXmaxとされ、車速が大きくなるほ
ど、しだいに小さくなるように設定されている。これ
は、車速がゼロのときには、発進加速のための電力を確
保するために、最大限、充電可能とする方が好ましい一
方、車速がゼロ以外のときには、加速の他に、各車速に
応じて制動エネルギ（回生電力）を蓄積できる余地を残
しておく必要があるからである。

【００２５】次のＳ４においては、上記Ｓ３の副電源最
大充電量Ｑmax が副電源充電量ＱAUX よりも小さいか否
かが判別される。これは、副電源３が充電可能か否かを
判別するために行われる。上記Ｓ４がＮＯのときには、
副電源３の充電量ＱAUX が副電源最大充電量Ｑmax 以上
となっていることから、Ｓ５において、副電源３に対す
る充電は行われない一方、上記Ｓ４がＹＥＳのときに
は、副電源３の充電量ＱAUX が副電源最大充電量Ｑmax
に満たず、充電可能であることから、Ｓ６において、副
電源３に対する充電が行われることになる。これによ
り、制動時の回生電力の蓄積を考慮しつつ、随時、加速
要求に対処できることになる。

【００２６】前記Ｓ２がＮＯのときには、Ｓ７におい
て、アクセル開度、ブレーキ踏力、車速、加減速度に基
づき、走行状態が加速状態か否かが判別され、Ｓ７がＹ
ＥＳとされ、走行状態が加速状態と判断されるときに
は、Ｓ８において、車速、アクセル開度を用いて、放電
要求出力Ｐが演算される。そして、次のＳ９において、
放電要求出力Ｐが主電源２の最大出力ＰMmax以上か否か
が判別される。これは、後述するように、放電要求出力
Ｐを主・副電源２、３で分担する必要があるか否かを判
別するために行われる。このＳ９の判別の結果、放電要
求出力Ｐが主電源２の最大出力ＰMmax未満と判断された
ときには（Ｓ９がＮＯのときには）、Ｓ１０において、
主電源２は、主電源出力ＰM として、放電要求出力Ｐを
出力する。これは、主電源２の設定能力の範囲内での出
力であって、急峻な出力ではないからであり、該主電源
２の劣化を考慮する必要がないからである。その一方、
上記Ｓ９の判別の結果、放電要求出力Ｐが主電源２の最
大出力ＰMmax以上と判断されたときには（Ｓ９がＹＥＳ
のときには）、Ｓ１１において、主電源２が、主電源出
力ＰM として、該主電源２の最大出力ＰMmaxを出力する
一方、副電源３は、副電源出力ＰAUX として、放電要求
出力Ｐと副電源出力ＰAUX との差分Ｐ−ＰAUX を出力す
る。これは、放電に際し、放電要求出力Ｐを分担して、
主電源２が最大出力ＰMmax以上の電力を出力しないよう
にすると共に、副電源３の性質を有効に利用しようとし
ているのである。すなわち、主電源２の最大出力ＰMmax
以上の放電要求出力Ｐを出力しなければならない場合に
は、主電源２については、出力を設定能力の範囲内で行
って、急峻な出力を避け、物質移動に基づく主電源の劣
化を抑制しようとし、副電源３については、物理・化学
的作用に基づく充・放電により物質移動を伴わない性質
を利用して、非常に少ない時間遅れをもって高出力を出
力して、車両の加速性能を充分に担保させると共に、物
質移動に基づく電極板等の劣化自体が生じないようにし
ているのである。

【００２７】前記Ｓ７がＮＯのときは、走行状態が制動
状態であることから、Ｓ１２において、車速、減速度を
用いて、回生電力Ｐret が演算され、次のＳ１３におい
て、副電源３の充電が可能か否かを判断するため、副電
源最大定格容量ＱAUXmaxが副電源充電量ＱAUX より大き
いか否かが判別される。そして、次のＳ１４において、
副電源定格充電電力ＰAUXretmax が回生電力Ｐret より
も大きいか否かが判別される。これは、回生電力Ｐret
が副電源定格充電電力ＰAUXretmax を越す場合があり得
るか否かを判断するためである。上記Ｓ１４がＹＥＳの
ときには、回生電力Ｐret が副電源定格充電電力ＰAUXr
etmax 未満であることから、その回生電力Ｐret が副電
源充電電力ＰAUXretとして副電源３が充電される。その
一方、Ｓ１４がＮＯのときには、回生電力Ｐretが副電
源定格充電電力ＰAUXretmax 以上であることから、その
回生電力Ｐret は分担され、副電源３には、副電源充電
電力ＰAUXretとして、副電源定格充電電力ＰAUXretmax
が充電され、主電源２には、主電源充電電力ＰMretとし
て、回生電力Ｐret と副電源定格充電電力ＰAUXretmax
との差分Ｐret −ＰAUXretmax が充電される。このよう
に、充電は、先ず、電極板等の劣化のない副電源３から
行われることになり、これに伴い、主電源２において
は、設定能力の範囲内で充電が行われ、急峻な物質移動
を回避できることになる。このため、制動時において
も、主・副電源電源２、３の劣化を防止できることにな
る。しかも、この場合、副電源３は、その物理・化学的
作用に基づき充・放電時に物質移動を伴わないことか
ら、充電時に、非常に少ない時間遅れをもって充電され
ることになり、車両の減速性能が充分に担保されること
になる。

【００２８】前記Ｓ１３がＮＯのときには、副電源充電
量ＱAUX が副電源最大定格容量ＱAUXmax以上であること
から、回生電力Ｐret を、副電源３にではなく、主電源
２に充電させることになるが、その際、その回生電力Ｐ
ret を主電源２に安全に充電させるべく、Ｓ１７におい
て、回生電力Ｐret が主電源定格充電電力ＰMretmaxよ
りも大きいか否かが判別され、このＳ１７がＮＯのと
き、直接、Ｓ１９に進んで、主電源２に、回生電力Ｐre
t を主電源充電電力ＰMretとして充電する一方、Ｓ１７
がＹＥＳのとき、Ｓ１８において、主電源定格充電電力
ＰMretmax を回生電力Ｐret と設定し、この後、前記Ｓ
１９に進むことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る電源装置の全体構成図。

【図２】主電源の最大出力を越す場合を有する放電要求
出力を示す図。

【図３】図２の場合において、副電源が分担する出力を
示す図。

【図４】図２の場合において、主電源が分担する出力を
示す図。

【図５】急峻な立上がりを有する放電要求出力を示す
図。

【図６】図５の場合において、副電源が分担する出力を
示す図。

【図７】図５の場合において、主電源が分担する出力を
示す図。

【図８】副電源定格充電電力を越す場合を有する回生電
力を示す図。

【図９】図８の場合において、主電源に分担される充電
電力を示す図。

【図１０】図８の場合において、副電源に分担される充
電電力を示す図。

【図１１】実施例に係る電源装置の制御例を示すフロ−
チャ−ト。

【図１２】図１１の続きを示すフロ−チャ−ト。

【図１３】副電源最大充電量と車速との関係を示す図。

【符号の説明】

１ 車両用電源装置 ２ 主電源 ３ 副電源 ４ 電動機 ６ 電力分配装置 Ｐ 放電要求出力 ＰMmax 主電源の最大出力 Ｑmax 副電源最大充電量 ＱAUX 副電源充電量 Ｐret 回生電力 ＰAUXretmax 副電源定格充電電力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−30608（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−158012（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−328522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 11/00 - 11/18 H01M 10/44 H02J 7/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学反応に基づき充・放電される主電源
   と、物理・化学的作用に基づき充・放電される副電源と
   が備えられ、 前記主・副電源と車両駆動用電動機とが、電力の分配を
   制御する電力分配装置を介して連係され、 前記電力分配装置は、定常走行時において、前記副電源
   の最大充電量が車速が速くなるほど小さくされて該副電
   源の最大充電量未満の範囲で該副電源に充電を許容する
   ように設定されている一方、制動時に、前記車両駆動用
   電動機による回生電力が、前記副電源の限界値以内では
   該副電源に供給し、該副電源の限界値を越えるときには
   前記主電源に電力供給するように設定されている、 ことを特徴とする車両用電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記電力分配装置は、力行時、必要電力が前記主電源の
   限界値を越えると、前記副電源からの電力供給に切換え
   るように設定されている、 ことを特徴とする車両用電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記電力分配装置は、力行時、必要電力が主電源の限界
   値を越えると、該必要電力のうちの該限界値を越える量
   が、前記副電源から電力供給されるように設定されてい
   る、 ことを特徴とする車両用電源装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記電力分配装置は、定常走行時、必要電力が主電源の
   限界値を越えないとき、余剰電力を副電源に電力蓄積す
   るように設定されている、 ことを特徴とする車両用電源装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４において、 前記副電源がコンデンサである、 ことを特徴とする車両用電源装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記コンデンサが電気二重層コンデンサである、 ことを特徴とする車両用電源装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜４において、 前記主電源が燃料電池若しくは鉛蓄電池である、 ことを特徴とする車両用電源装置。