JP3765885B2 - 電気自動車の蓄電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載される蓄電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車用蓄電装置は、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池などの二次電池（蓄電池）を主体とするものが開発されてきた。この二次電池による蓄電装置の開発と並行して、電気二重層コンデンサと称される極めて大容量のコンデンサ（蓄電器）を電気自動車用の蓄電装置として利用する研究も進められてきている。
【０００３】
この電気二重層コンデンサは、特開昭60ー15138 号公報や、USP3,536,963号などに開示されているように、活性炭や活性炭繊維と、水系電解液や有機系電解液とを組合せることにより、極めて大きな静電容量を実現している。典型的には、十円硬貨とほぼ同一の直径とほぼ３倍の厚みのもとで５Ｆ（ファラッド）〜10Ｆもの大容量の電気二重層コンデンサが実現され、市販されている。このような大容量の電気二重層コンデンサは、単位体積、単位容量当たりの蓄電量が既に鉛蓄電池などのそれを凌ぎつつあり、電気自動車用の蓄電装置として極めて有望視されている。この電気二重層コンデンサは、蓄電池とは異なり充放電可能な回数に実質的な制限がないという点で、極めて経済的であるという利点も備えている。
【０００４】
従来、コンデンサ（蓄電器）は、単体で、あるいはコイルや抵抗器などの回路素子と組合せられて、サージの吸収、平滑化、濾波、同調など各種の交流電気特性の実現に利用されてきているが、その静電容量は高々数百μＦであり、蓄電器とはいってもその蓄積エネルギーは極めて小さい。
【０００５】
従って、数ファラッドもの超大容量を有するコンデンサは、極めて特殊な用途を除き、概ね直流電力の蓄積のための用途を有するものとして、従来の小容量の交流特性を実現するためのコンデンサと区別することができる。従って、本明細書では、そのような直流電力の蓄積を目的とする電気二重層コンデンサなどの数ファラッド以上の静電容量を有する大容量のコンデンサを「蓄電用コンデンサ」と総称する。
【０００６】
このような直流蓄電用コンデンサの一つである電気二重層コンデンサの場合、典型的な耐圧は数ボルトの程度の低い値に留まる。このため、数百ＫＷＨもの蓄電量と、数千ボルトもの出力電圧を有する電気自動車用蓄電装置を実現するには、数百個の直流蓄電用コンデンサについて、直列接続と並列接続とが混在するような接続（直並列接続）が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、鉛蓄電池、ニッケル金属ハライド電池、ニッケル・カドミウム電池など既存の各種の化学電池で構成される蓄電装置を搭載した電気自動車用の充電スタンドが、米国内などを始めする各所に設置されつつある。このような既存の化学電池の充電は定電圧型の充電装置によって行われているが、蓄電用コンデンサで構成される蓄電装置は、充放電の進行に伴って個々の蓄電用コンデンサの端子間電圧が変化する。このため、蓄電用コンデンサで構成される蓄電装置に対しては定電流型の充電が適していると考えられている。
【０００８】
このように考えると、将来、蓄電用コンデンサの蓄電装置が普及するには、充電スタンドに、既存の定電圧型のものに加えて定電流型の充電装置も併設する必要がある。このように、２種類の充電装置を併設することに伴い充電のための費用がかさみ不経済になるという問題がある。
従って、本発明の目的は、既存の化学電池の蓄電装置と、新規な蓄電コンデンサの蓄電装置とが混在する状況下で、充電装置の費用を低減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係わる電気自動車の蓄電装置は、直並列接続された蓄電用コンデンサから成る蓄電部と、充電装置が定電圧出力型の場合には、この充電装置から供給される直流電力をほぼ定電流の直流電力に変換して前記蓄電部を充電する高周波インバータから成る直流電力変換部とを備えている。
【００１０】
そして、この蓄電装置は、蓄電部の充電と放電の進行状況に応じて前記直並列接続された蓄電用コンデンサの接続状態をこの蓄電部の出力電圧をほぼ一定値に保つように変更する制御部をさらに備えている。
【００１１】
【発明の実施の態様】
本発明の一実施の形態に係わる蓄電装置によれば、前記充電装置が定電流型の場合には、この充電装置を前記直流電力変換部を通さずに直接前記蓄電部に直接接続する選択回路をさらに備えている。以下、本発明を実施例と共に更に詳細に説明する。
【００１２】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の電気自動車の蓄電装置の構成を示すブロック図である。この蓄電装置は、蓄電部１１と、電圧／電流変換部１２と、制御部１３とから構成されている。蓄電部１１は、複数の電気二重層コンデンサが直並列に接続されることによって構成されている。
【００１３】
電圧／電流変換部１２は、高周波インバータを含む定電流型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている。この電圧／電流変換部１２の充電入力端子Ｉ１，Ｉ２には、鉛蓄電池など既存の各種の化学電池による蓄電装置を搭載した電気自動車を対象とした充電スタンドから供給される定電圧出力型の直流電力が供給される。この直流電力は、高周波インバータ内のスイッチングトランジスタＱのオン／オフ動作によって一旦単相交流に変換され、変圧器Ｔで所望電圧に変換されたのち整流回路Ｒで整流され、電流モニタ用の抵抗器ｒを介して充電部１１に供給される。
【００１４】
抵抗器ｒでモニタされるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流値は、このＤＣ／ＤＣコンバータ内のスイッチングトランジスタＱのベース端子などの適宜な箇所に帰還され、このスイッチングトランジスタＱの導通時間率が制御される。この導通時間率は、抵抗器ｒでモニタされた出力電流値がほぼ一定に保たれるように制御される。この結果、電圧／電流変換部１２は、電気二重層コンデンサの直並列接続回路から成る蓄電部１１を充電するのに適した定電流源として動作する。
【００１５】
蓄電部１１は、図２に例示するように、複数の電気二重層コンデンサが直並列接続されることによって形成された複数の部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・が、相互の直並列の接続変更を可能とするためのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して接続されている。
【００１６】
すなわち、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が図示のような状態にあれば、各部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・は互いに直列に接続される。これに対して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が図示と反対の状態に変更されると、各部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・は互いに並列に接続される。これらスイッチＳ１，Ｓ２の状態は、図１の制御部１３に連なる制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２に出力中の制御信号の変更によって行われる。各部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・内の電気二重層コンデンサや、電気二重層コンデンサの直並列接続による部分回路の直並列の接続状態の変更も、制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２を介して制御部１３から行われる。
【００１７】
制御部１３は、蓄電部１１の入力電圧や出力端子Ｏ１の出力電圧をモニタし、これらの電圧値に応じて直並列の接続変更を行う。この直並列の接続変更は、概略、出力端子Ｏ１，Ｏ２間の出力電圧をほぼ一定値に保つように行われる。すなわち、自動車の走行時の放電の進行に伴って出力電圧が低下してくるとこの低下分を補うように直列接続の度合いが高められ、逆にスタンドなどにおける充電の進行に伴って出力電圧が上昇してくるとこの上昇分を補うように並列接続の度合いが高められる。
【００１８】
以上、電圧／電流変換部１２を車両に搭載する構成を例示した。しかしながら、これを充電スタンド内に設置する構成とすることもできる。
【００１９】
図３は、本発明の他の実施例の構成を示すブロック図である。この実施例によれば、車両に搭載される蓄電装置４０が、電気二重層コンデンサの直並列接続回路から成る蓄電部４１と、電圧／電流変換部４２と、スイッチＳ１，Ｓ２とから構成されている。充電入力端子Ｉ１，Ｉ２に接続される充電スタンド内の充電装置が既存の化学電池を対象とした定電圧出力型であれば、電圧／電流変換部４２を通して充電部４１に対する充電が行われる。これに対して、充電スタンド内の充電装置が蓄電用コンデンサを対象とした定電流出力型であれば、電圧／電流変換部４２を通すことなく直接、充電部４１に対する充電が行われる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わる電気自動車の蓄電装置は、定電圧型の充電装置から供給される直流電力をほぼ定電流又は定電力の直流電力に変換して蓄電用コンデンサから成る蓄電部を充電する直流電力変換部を備える構成であるから、既存の化学電池を対象とした定電圧型の充電スタンドから充電を行うことができ、既存の化学電池の蓄電装置と、新規な蓄電コンデンサの蓄電装置とが混在する状況下で、充電の費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の電気自動車の蓄電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の蓄電部１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施例の電気自動車の蓄電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10,30,40電気自動車の蓄電装置
11,41 蓄電部
12 電圧／電流変換部
13 制御部
I1,I2 蓄電装置の入力端子
O1,O2 蓄電装置の出力端子
CL1,CL2 制御信号線
20 電気自動車の充電装置
21 定電圧型充電部
22,42 電圧／電流変換部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載される蓄電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車用蓄電装置は、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池などの二次電池（蓄電池）を主体とするものが開発されてきた。この二次電池による蓄電装置の開発と並行して、電気二重層コンデンサと称される極めて大容量のコンデンサ（蓄電器）を電気自動車用の蓄電装置として利用する研究も進められてきている。
【０００３】
この電気二重層コンデンサは、特開昭60ー15138 号公報や、USP3,536,963号などに開示されているように、活性炭や活性炭繊維と、水系電解液や有機系電解液とを組合せることにより、極めて大きな静電容量を実現している。典型的には、十円硬貨とほぼ同一の直径とほぼ３倍の厚みのもとで５Ｆ（ファラッド）〜10Ｆもの大容量の電気二重層コンデンサが実現され、市販されている。このような大容量の電気二重層コンデンサは、単位体積、単位容量当たりの蓄電量が既に鉛蓄電池などのそれを凌ぎつつあり、電気自動車用の蓄電装置として極めて有望視されている。この電気二重層コンデンサは、蓄電池とは異なり充放電可能な回数に実質的な制限がないという点で、極めて経済的であるという利点も備えている。
【０００４】
従来、コンデンサ（蓄電器）は、単体で、あるいはコイルや抵抗器などの回路素子と組合せられて、サージの吸収、平滑化、濾波、同調など各種の交流電気特性の実現に利用されてきているが、その静電容量は高々数百μＦであり、蓄電器とはいってもその蓄積エネルギーは極めて小さい。
【０００５】
従って、数ファラッドもの超大容量を有するコンデンサは、極めて特殊な用途を除き、概ね直流電力の蓄積のための用途を有するものとして、従来の小容量の交流特性を実現するためのコンデンサと区別することができる。従って、本明細書では、そのような直流電力の蓄積を目的とする電気二重層コンデンサなどの数ファラッド以上の静電容量を有する大容量のコンデンサを「蓄電用コンデンサ」と総称する。
【０００６】
このような直流蓄電用コンデンサの一つである電気二重層コンデンサの場合、典型的な耐圧は数ボルトの程度の低い値に留まる。このため、数百ＫＷＨもの蓄電量と、数千ボルトもの出力電圧を有する電気自動車用蓄電装置を実現するには、数百個の直流蓄電用コンデンサについて、直列接続と並列接続とが混在するような接続（直並列接続）が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、鉛蓄電池、ニッケル金属ハライド電池、ニッケル・カドミウム電池など既存の各種の化学電池で構成される蓄電装置を搭載した電気自動車用の充電スタンドが、米国内などを始めする各所に設置されつつある。このような既存の化学電池の充電は定電圧型の充電装置によって行われているが、蓄電用コンデンサで構成される蓄電装置は、充放電の進行に伴って個々の蓄電用コンデンサの端子間電圧が変化する。このため、蓄電用コンデンサで構成される蓄電装置に対しては定電流型の充電が適していると考えられている。
【０００８】
このように考えると、将来、蓄電用コンデンサの蓄電装置が普及するには、充電スタンドに、既存の定電圧型のものに加えて定電流型の充電装置も併設する必要がある。このように、２種類の充電装置を併設することに伴い充電のための費用がかさみ不経済になるという問題がある。
従って、本発明の目的は、既存の化学電池の蓄電装置と、新規な蓄電コンデンサの蓄電装置とが混在する状況下で、充電装置の費用を低減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係わる電気自動車の蓄電装置は、直並列接続された蓄電用コンデンサから成る蓄電部と、充電装置が定電圧出力型の場合には、この充電装置から供給される直流電力をほぼ定電流の直流電力に変換して前記蓄電部を充電する高周波インバータから成る直流電力変換部とを備えている。
【００１０】
そして、この蓄電装置は、蓄電部の充電と放電の進行状況に応じて前記直並列接続された蓄電用コンデンサの接続状態をこの蓄電部の出力電圧をほぼ一定値に保つように変更する制御部をさらに備えている。
【００１１】
【発明の実施の態様】
本発明の一実施の形態に係わる蓄電装置によれば、前記充電装置が定電流型の場合には、この充電装置を前記直流電力変換部を通さずに直接前記蓄電部に直接接続する選択回路をさらに備えている。以下、本発明を実施例と共に更に詳細に説明する。
【００１２】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の電気自動車の蓄電装置の構成を示すブロック図である。この蓄電装置は、蓄電部１１と、電圧／電流変換部１２と、制御部１３とから構成されている。蓄電部１１は、複数の電気二重層コンデンサが直並列に接続されることによって構成されている。
【００１３】
電圧／電流変換部１２は、高周波インバータを含む定電流型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている。この電圧／電流変換部１２の充電入力端子Ｉ１，Ｉ２には、鉛蓄電池など既存の各種の化学電池による蓄電装置を搭載した電気自動車を対象とした充電スタンドから供給される定電圧出力型の直流電力が供給される。この直流電力は、高周波インバータ内のスイッチングトランジスタＱのオン／オフ動作によって一旦単相交流に変換され、変圧器Ｔで所望電圧に変換されたのち整流回路Ｒで整流され、電流モニタ用の抵抗器ｒを介して充電部１１に供給される。
【００１４】
抵抗器ｒでモニタされるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流値は、このＤＣ／ＤＣコンバータ内のスイッチングトランジスタＱのベース端子などの適宜な箇所に帰還され、このスイッチングトランジスタＱの導通時間率が制御される。この導通時間率は、抵抗器ｒでモニタされた出力電流値がほぼ一定に保たれるように制御される。この結果、電圧／電流変換部１２は、電気二重層コンデンサの直並列接続回路から成る蓄電部１１を充電するのに適した定電流源として動作する。
【００１５】
蓄電部１１は、図２に例示するように、複数の電気二重層コンデンサが直並列接続されることによって形成された複数の部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・が、相互の直並列の接続変更を可能とするためのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して接続されている。
【００１６】
すなわち、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が図示のような状態にあれば、各部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・は互いに直列に接続される。これに対して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が図示と反対の状態に変更されると、各部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・は互いに並列に接続される。これらスイッチＳ１，Ｓ２の状態は、図１の制御部１３に連なる制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２に出力中の制御信号の変更によって行われる。各部分回路Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４・・・・内の電気二重層コンデンサや、電気二重層コンデンサの直並列接続による部分回路の直並列の接続状態の変更も、制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２を介して制御部１３から行われる。
【００１７】
制御部１３は、蓄電部１１の入力電圧や出力端子Ｏ１の出力電圧をモニタし、これらの電圧値に応じて直並列の接続変更を行う。この直並列の接続変更は、概略、出力端子Ｏ１，Ｏ２間の出力電圧をほぼ一定値に保つように行われる。すなわち、自動車の走行時の放電の進行に伴って出力電圧が低下してくるとこの低下分を補うように直列接続の度合いが高められ、逆にスタンドなどにおける充電の進行に伴って出力電圧が上昇してくるとこの上昇分を補うように並列接続の度合いが高められる。
【００１８】
以上、電圧／電流変換部１２を車両に搭載する構成を例示した。しかしながら、これを充電スタンド内に設置する構成とすることもできる。
【００１９】
図３は、本発明の他の実施例の構成を示すブロック図である。この実施例によれば、車両に搭載される蓄電装置４０が、電気二重層コンデンサの直並列接続回路から成る蓄電部４１と、電圧／電流変換部４２と、スイッチＳ１，Ｓ２とから構成されている。充電入力端子Ｉ１，Ｉ２に接続される充電スタンド内の充電装置が既存の化学電池を対象とした定電圧出力型であれば、電圧／電流変換部４２を通して充電部４１に対する充電が行われる。これに対して、充電スタンド内の充電装置が蓄電用コンデンサを対象とした定電流出力型であれば、電圧／電流変換部４２を通すことなく直接、充電部４１に対する充電が行われる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わる電気自動車の蓄電装置は、定電圧型の充電装置から供給される直流電力をほぼ定電流又は定電力の直流電力に変換して蓄電用コンデンサから成る蓄電部を充電する直流電力変換部を備える構成であるから、既存の化学電池を対象とした定電圧型の充電スタンドから充電を行うことができ、既存の化学電池の蓄電装置と、新規な蓄電コンデンサの蓄電装置とが混在する状況下で、充電の費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の電気自動車の蓄電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の蓄電部１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施例の電気自動車の蓄電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10,30,40電気自動車の蓄電装置
11,41 蓄電部
12 電圧／電流変換部
13 制御部
I1,I2 蓄電装置の入力端子
O1,O2 蓄電装置の出力端子
CL1,CL2 制御信号線
20 電気自動車の充電装置
21 定電圧型充電部
22,42 電圧／電流変換部
Claims (2)
- 直並列接続された蓄電用コンデンサから成る蓄電部と、充電装置が定電圧出力型の場合にはこの充電装置から供給される直流電力をほぼ定電流の直流電力に変換して前記蓄電部を充電する高周波インバータから成る直流電力変換部を備えた電気自動車の蓄電装置において、
前記蓄電部の充電と放電の進行状況に応じて前記直並列接続された蓄電用コンデンサの接続状態をこの蓄電部の出力電圧をほぼ一定値に保つように変更する制御部を備えたことを特徴とする電気自動車の蓄電装置。 - 請求項１において、
前記充電装置が定電流型の場合には、この充電装置を前記直流電力変換部を通さずに直接前記蓄電部に直接接続する選択回路をさらに備えたことを特徴とする電気自動車の蓄電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24269196A JP3765885B2 (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 電気自動車の蓄電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24269196A JP3765885B2 (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 電気自動車の蓄電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1070838A JPH1070838A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3765885B2 true JP3765885B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=17092813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24269196A Expired - Fee Related JP3765885B2 (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 電気自動車の蓄電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3765885B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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| JP4911520B2 (ja) * | 2007-08-14 | 2012-04-04 | 財団法人電力中央研究所 | 車両に対する電力伝送システム |
| JP2011229279A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Rohm Co Ltd | 充電制御装置 |
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| DE102018106304A1 (de) * | 2018-03-19 | 2019-09-19 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Gleichstromladung einer intelligenten Batterie |
| CN115566773A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-03 | 西安星源博锐新能源技术有限公司 | 车辆充电模块串并联切换电路及车辆充电桩 |
-
1996
- 1996-08-26 JP JP24269196A patent/JP3765885B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1070838A (ja) | 1998-03-10 |
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Legal Events
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