JP3466513B2 - 電気自動車の電源システム - Google Patents

電気自動車の電源システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電装置に多数の
コンデンサを用いた電気自動車の電源システムの改良に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車等に搭載される蓄電装置は、
車両の加速時および定速走行時に放電、制動時に充電を
繰り返すため、蓄電装置として多数のコンデンサ（電気
二重層キャパシタセル）で構成される蓄電装置が着目さ
れている。また、特開平８−１６８１８２号公報として
コンデンサを用いた電源装置が提案されている。
【０００３】図７はシリーズ式ハイブリッド車に搭載さ
れる蓄電装置にコンデンサを用いた電源システムの公知
の基本構成例を示す。これについて説明すると、エンジ
ン１は発電機２を駆動し、発電機２で発電される電力が
整流器３を介して蓄電装置４に供給されるとともに、イ
ンバータ５を介して走行用モータ６に供給される。図示
しない車輪は走行用モータ６によって駆動される。図に
おいて、８は化学電池で構成される補助蓄電装置、７は
補助蓄電装置８を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ、９は
補機である。
【０００４】蓄電装置４は、多数のコンデンサ４１，４
２，４３，…が直列に接続され、従来の化学二次電池を
コンデンサに置き換えたシステムとなっている。
【０００５】加速時または定速走行時に、発電機２で発
生した電力の一部または全部が蓄電装置４に充電され、
発電機２で発生した電力と蓄電装置４の電力がインバー
タ５を介して走行用モータ６に供給される。制動時に、
走行用モータ６に発生した制動電力がインバータ５を介
して蓄電装置４に回生される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、各コンデン
サ４１，４２，４３，…の静電容量等にバラツキがある
ため、蓄電装置４の充放電を繰り返した場合、各コンデ
ンサ４１，４２，４３，…の一部が過充電されたり、過
放電または逆充電され、これらを劣化させる心配があ
る。この対策として、コンデンサ４１，４２，４３，…
の端子間電圧の範囲を制限すると、端子間電圧の２乗に
比例する静電エネルギが大幅に減ってしまうという問題
点があった。
【０００７】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、蓄電装置を構成する各コンデンサ間の電位の
バラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保する電気自
動車の電源システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、走行用モ
ータに電力を供給する蓄電装置を備え、蓄電装置を複数
のコンデンサによって構成する電気自動車の電源システ
ムに適用する。
【０００９】そして、蓄電装置に複数のコンデンサを直
列に介装した複数のコンデンサバンクを並列に介装し、
蓄電装置に流れる電流に応じて各コンデンサバンクのう
ち少なくとも一つを休止させるバンク休止手段と、各コ
ンデンサの電荷を個別に放電させる個別放電回路と、休
止したコンデンサバンクにて各コンデンサの電荷を個別
に放電させて各コンデンサの端子間電圧を均一化する放
電制御手段とを備えるものとした。
【００１０】第２の発明は、第１の発明において、コン
デンサバンクは電源回路の間に並列に介装されるコンデ
ンサ直列回路を備え、各コンデンサ直列回路にコンデン
サが直列に介装され、各コンデンサ直列回路の同一直列
段に配置される各コンデンサが並列に介装されるコンデ
ンサ並列回路を備え、個別放電回路は各コンデンサ並列
回路の電荷を個別に放電させてそれぞれの端子間電圧を
均一化する構成とした。
【００１１】第３の発明は、第２の発明において、各コ
ンデンサ並列回路の端子間電圧を検出する個別電圧検出
回路を備え、バンク休止手段は検出されたコンデンサ並
列回路の端子間電圧のバラツキが大きいコンデンサバン
クを休止させる構成とした。
【００１２】第４の発明はにおいて、各コンデンサ並列
回路の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路を備え、
放電制御手段は各コンデンサ並列回路の端子間電圧の平
均値にまで放電させる構成とした。
【００１３】第５の発明は、第１から第３のいずれか一
つの発明において、個別放電回路によるコンデンサの放
電状態を検出する放電状態検出手段を備えるものとし
た。
【００１４】
【発明の作用および効果】第１の発明において、各コン
デンサの静電容量等にバラツキがあっても、各コンデン
サ間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限に確
保できる。
【００１５】また、蓄電装置の充放電を繰り返しても、
コンデンサバンクの少なくとも一つを休止できる運転条
件で各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことによ
り、各コンデンサの一部が過充電されたり、過放電また
は逆充電されることが防止される。
【００１６】このため、蓄電装置の高効率化がはかれ、
長寿命な電気自動車の電源システムを実現できる。
【００１７】第２の発明において、各コンデンサ並列回
路の静電容量等にバラツキがあっても、各コンデンサ並
列回路間の電位のバラツキを減らして蓄電電力を最大限
に確保できる。
【００１８】第３の発明において、各コンデンサ並列回
路の端子間電圧を検出し、検出されたコンデンサ並列回
路の端子間電圧のバラツキが大きいコンデンサバンクを
休止させることにより、効率よく各コンデンサ間の電位
のバラツキを減らすことができる。
【００１９】第４の発明において、各コンデンサ並列回
路の端子間電圧を検出し、各コンデンサ並列回路の端子
間電圧の平均値にまで放電させることにより、効率よく
各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことができ
る。
【００２０】第５の発明において、個別放電回路による
コンデンサの放電状態を検出することにより、効率よく
各コンデンサ間の電位のバラツキを減らすことができ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明をシリーズ式ハイブ
リッド車に搭載される蓄電装置に適用した電気システム
の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】図１に示すように、エンジン１は発電機２
を駆動し、発電機２で発電される電力が整流器３から電
源回路１４，１５を介して蓄電装置４に供給されるとと
もに、インバータ５を介して走行用モータ６に供給され
る。蓄電装置４とインバータ５の間に双方向昇降圧チョ
ッパ回路からなる電流ポンプ１０が介装され、走行用モ
ータ６の駆動時にインバータ５への出力電圧を一定に制
御し、走行用モータ６の回生発電時または発電機２の発
電時に蓄電装置４への充電電流を適正値に制御するよう
になっている。図示しない車輪は走行用モータ６によっ
て駆動される。図において、８は化学電池で構成される
補助蓄電装置、７は補助蓄電装置８を充電するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ、９は補機である。
【００２３】図２に示す車両制御装置３６はマイクロコ
ピンュータとその周辺部品を備え、車両の運転条件に応
じてエンジン１の運転を制御し、整流器３を介して発電
電力を制御するとともに、インバータ５を介して走行用
モータ６の回転数や出力トルクまたは回生発電電力等を
制御する。
【００２４】以上は本発明が適用可能なハイブリッド車
両の基本的な構成例を示したものであり、本発明はこう
したハイブリッド車両において蓄電装置４を構成する各
コンデンサ２１間の電位のバラツキを減らし、蓄電装置
４の蓄電電力を最大限に確保することを目的とする。
【００２５】本発明は、蓄電装置４に約１０００個のコ
ンデンサ２１によって構成される第一コンデンサバンク
１２と第二コンデンサバンク１３を備える。なお、コン
デンサバンクの数は少なくとも二つあればよく、三つ以
上としてもよい。
【００２６】第一、第二コンデンサバンク１２，１３と
電源回路１４の間にはヒューズ４５およびコンタクタ１
６を介して各電流ポンプ１０が介装され、電源回路１４
はジャンクションボックス１７を介して整流器３および
インバータ５等に接続される。
【００２７】図３に示すように、第一コンデンサバンク
１２は、電源回路１４，１５の間に並列に介装されるｎ
個のコンデンサ直列回路２２を備え、各コンデンサ直列
回路２２にｍ個の各コンデンサ２１が直列に介装され
る。したがって、第一コンデンサバンク１２は、合計す
るとｍ×ｎ個のコンデンサ２１によって構成される。な
お、第二コンデンサバンク１３も第一コンデンサバンク
１２と同様に構成される。
【００２８】コンデンサマネージメントシステム３７は
マイクロコンピュータとその周辺部品を備え、車両制御
装置３６との間で情報をやり取りし、各電流ポンプ１０
を介して第一、第二コンデンサバンク１２，１３の充放
電を制御する。なお、コンデンサマネージメントシステ
ム３７は車両制御装置３６と統合してもよい。
【００２９】各コンデンサ直列回路２２の同一直列段に
配置されるｎ個のコンデンサ２１が並列に介装されるコ
ンデンサ並列回路２３をｍ個備え、各コンデンサ並列回
路２３の端子間電圧を検出する個別電圧検出回路３５を
備えるとともに、各コンデンサ並列回路２３の電荷を放
電してその端子間電圧を調節する個別放電回路２５を備
える。
【００３０】図４に示すように、個別放電回路２５は定
電圧ダイオード２６と放電用トランジスタ２８，３４と
抵抗２９〜３２およびフォトカプラ２７等によって構成
される。定電圧ダイオード（プログラマブルシャントレ
ギュレータ）２６はコンデンサ並列回路２３の端子間電
圧がコンデンサマネージメントシステム３７によって指
令される所定値以上に上昇すると通電し、コンデンサ並
列回路２３の電荷を抵抗３２および放電用トランジスタ
２８を介して放電するとともに、この放電時にフォトカ
プラ２７を介してコンデンサマネージメントシステム３
７に信号を出力する。なお、フォトカプラ２７が本発明
の放電状態検出手段を構成する。
【００３１】コンデンサマネージメントシステム３７
は、第一、第二コンデンサバンク１２，１３の一方を休
止可能な運転状態を判定し、第一、第二コンデンサバン
ク１２，１３のうち各コンデンサ並列回路２３の端子間
電圧のバラツキが大きい方を電流ポンプ１０およびコン
タクタ１６を介して休止させ、端子間電圧が高いコンデ
ンサ並列回路２３の電化を放電させて端子間電圧の均一
化をはかる制御を行う。
【００３２】図５、図６のフローチャートは上記制御ル
ーチンを示しており、これに表される処理はコンデンサ
マネージメントシステム３７により周期的に実行され
る。
【００３３】これについて説明すると、まず、ステップ
１で後述する各フラグをイニシャライズし、ステップ２
で第一、第二コンデンサバンク１２，１３のうち各直列
段のコンデンサ２１の端子間電圧のバラツキの大小を評
価する。そして第一コンデンサバンク１２のバラツキが
所定値より大きい場合にフラグＡをセットし、第二コン
デンサバンク１３のバラツキが所定値より大きい場合に
フラグＢをセットする（ステップ３〜６）。
【００３４】フラグＡまたはＢがセットされた場合、第
一、第二コンデンサバンク１２，１３の入出力電流を測
定し、この入出力電流が所定値以下となる第一、第二コ
ンデンサバンク１２，１３の一方を休止可能な運転状態
を判定する（ステップ７，９，１０）。
【００３５】第一、第二コンデンサバンク１２，１３の
一方を休止できる運転状態にある場合、第一、第二コン
デンサバンク１２，１３のうち端子間電圧のバラツキの
大きい方の電流ポンプ１０を停止し、各コンデンサ並列
回路２３の電荷を個別放電回路２５を介して個別に放電
してその端子間電圧を測定された平均値に近づける（ス
テップ１２〜１５）。
【００３６】第一、第二コンデンサバンク１２，１３の
一方を休止できる運転状態から外れた場合、個別放電回
路２５の作動を停止し、電流ポンプ１０の作動を再開
し、フラグＡ，Ｂをクリアする（ステップ１６〜１
９）。
【００３７】一方、フラグＡおよびＢがセットされない
場合、あるいは第一、第二コンデンサバンク１２，１３
を休止できない場合、上記処理を迂回し、イグニッショ
ンスイッチがＯＦＦになるのに伴って本ルーチンを終了
する（ステップ７，８，１０，１１）。
【００３８】なお、ステップ９〜１４の処理が本発明の
バンク休止手段に相当し、ステップ１５の処理が本発明
の放電制御手段に相当する。
【００３９】これにより、各コンデンサ２１の静電容量
等にバラツキがあっても、各コンデンサ２１間の電位の
バラツキを減らして蓄電電力を最大限に確保できる。蓄
電装置４は２×ｍ×ｎ個のコンデンサ２１を備えている
ので、各コンデンサ２１の静電容量をＣ、耐電圧をＶma
xとすると、蓄電装置４に蓄えられる静電エネルギの最
大値Ｅmaxは、Ｅmax＝２×ｍ×ｎ×Ｃ×Ｖmax2／２とな
る。
【００４０】また、蓄電装置４の充放電を繰り返して
も、各コンデンサ２１間の電位のバラツキを減らすこと
により、各コンデンサ２１の一部が過充電されたり、過
放電または逆充電されることが防止され、長寿命な電源
システムを実現できる。
【００４１】以上、シリーズ式ハイブリッド電気自動車
の場合で説明したが、本発明はパラレル式ハイブリッド
電気自動車や発電機を搭載しない電気自動車、燃料電池
を電源とする電気自動車をはじめとする他の電気自動車
の電源システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電気自動車の電源シ
ステムの構成図。
【図２】同じく蓄電装置の構成図。
【図３】同じく第一コンデンサバンクの回路図。
【図４】同じく並列モニタ回路の回路図。
【図５】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図６】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図７】従来例を示す電気自動車の電源システムの構成
図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 発電機 ３ 整流器 ４ 蓄電装置 ５ インバータ ６ 走行用モータ １０ 電流ポンプ １２ 第一コンデンサバンク １３ 第二コンデンサバンク ２２ コンデンサ直列回路 ２３ コンデンサ並列回路 ２５ 個別放電回路 ３５ 個別電圧検出回路 ３７ コンデンサマネージメントシステム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０４ Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０６Ｌ ３０６ 7/00 ３０２Ｃ 7/00 ３０２ Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｚ (72)発明者 佐々木 正和 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 (56)参考文献 特開 平６−335108（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−319204（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318679（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−94169（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 11/00 - 11/18 B60K 6/04 H01G 9/155 H02J 1/00 H02J 7/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】走行用モータに電力を供給する蓄電装置を
    備え、 前記蓄電装置を複数のコンデンサによって構成する電気
    自動車の電源システムにおいて、 前記蓄電装置に複数のコンデンサを直列に介装した複数
    のコンデンサバンクを並列に介装し、 前記蓄電装置に流れる電流に応じて前記各コンデンサバ
    ンクのうち少なくとも一つを休止させるバンク休止手段
    と、 前記各コンデンサの電荷を個別に放電させる個別放電回
    路と、 休止した前記コンデンサバンクにて前記各コンデンサの
    電荷を個別に放電させて前記各コンデンサの端子間電圧
    を均一化する放電制御手段と、 を備えたことを特徴とする電気自動車の電源システム。
  2. 【請求項２】前記コンデンサバンクは電源回路の間に並
    列に介装されるコンデンサ直列回路を備え、 前記各コンデンサ直列回路に前記コンデンサが直列に介
    装され、 前記各コンデンサ直列回路の同一直列段に配置される前
    記各コンデンサが並列に介装されるコンデンサ並列回路
    を備え、 前記個別放電回路は前記各コンデンサ並列回路の電荷を
    個別に放電させてそれぞれの端子間電圧を均一化する構
    成としたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車
    の電源システム。
  3. 【請求項３】前記各コンデンサ並列回路の端子間電圧を
    検出する個別電圧検出回路を備え、前記バンク休止手段
    は検出されたコンデンサ並列回路の端子間電圧のバラツ
    キが大きいコンデンサバンクを休止させる構成としたこ
    とを特徴とする請求項２に記載の電気自動車の電源シス
    テム。
  4. 【請求項４】各コンデンサ並列回路の端子間電圧を検出
    する個別電圧検出回路を備え、前記放電制御手段は各コ
    ンデンサ並列回路の端子間電圧の平均値にまで放電させ
    る構成としたことを特徴とする請求項３に記載の電気自
    動車の電源システム。
  5. 【請求項５】前記個別放電回路による前記コンデンサの
    放電状態を検出する放電状態検出手段を備えたことを特
    徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電気自
    動車の電源システム。
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