JP4017831B2 - Capacitor power storage device for vehicle - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄電装置を電源として使用する電気自動車及びハイブリッド車に適用できるキャパシタ蓄電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両走行用の動力源として内燃機関(エンジン)と、発電可能な電動機(モータジェネレータ)とを備えるハイブリッド車両の開発が進められている。
【0003】
キャパシタを用いた蓄電装置(キャパシタ蓄電装置)は、急速充電可能で、充放電サイクル寿命も長いため、ハイブリッド車両の電源装置として注目されている。一般に、キャパシタ蓄電装置では、定格が同じキャパシタを用いても、静電容量、内部抵抗、漏れ電流のばらつきにより、充放電を繰り返すと直列に接続した各キャパシタの分担電圧(セル電圧)に不均衡を生じ、一部のキャパシタが過充電され破損する問題がある。そのため、キャパシタの破損を防止しつつ定格電圧まで充電するための特別な装置が必要となっていた。
【0004】
このような装置が、例えば、特開平6−343225公報において公開されている。この蓄電装置は、定電流源を持ち、蓄電装置内の回路素子で規定された一定の電圧(定格電圧又はそれ以下の所定電圧のいずれか一方)でキャパシタを均等化(初期化)する機能を備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この蓄電装置をハイブリッド車両で使用する場合、分担電圧を均等化するための定期的な充電が必要となる他、車両始動前に均等化のための時間が取られ、自動車としての機能を害する恐れがある。また、車両外部の充電設備も必要となる問題がある。
【0006】
本発明の目的は、分担電圧を均等化するための特別な装置や特別な時間を要することなく、各キャパシタセルの分担電圧のばらつきを通常走行状態で補正する車両用のキャパシタ蓄電装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、第1の発明は、発電機として機能する電動機を駆動力源として備える車両のキャパシタ蓄電装置であって、前記電動機を用いて充電する直列接続された複数のキャパシタセルを備え、各キャパシタセルの分担電圧のばらつきが前記車両の通常走行状態で補正されるキャパシタ蓄電装置において、前記複数のキャパシタセルに並列に設けられて、該キャパシタセルの充電電流の一部をバイパスするバイパス回路と、前記複数のキャパシタセルのうち、最高電圧 Vmax と最低電圧 Vmin とを検出し、その電圧差Δ V をΔ V=Vmax-Vmin により算出する手段と、算出された電圧差Δ V が予め定める規定値 Vk 以内か否かを判定する手段と、電圧差Δ V が規定値 Vk より大きい場合に、前記直列接続された複数のキャパシタセルの総電圧 Vt を検出し、その平均電圧 Vmean を前記直列接続された複数のキャパシタセルの数nを用いて Vmean=Vt/n により算出する手段と、算出された平均電圧 Vmean と前記規定値 Vk を用いて判定基準電圧 Va を Va=Vmean+Vk/2 により算出する手段と、前記複数のキャパシタセルのうち、セル電圧が前記判定基準電圧 Va 以上であるキャパシタセルを検出する手段と、前記セル電圧が判定基準電圧 Va 以上であるキャパシタセルについて前記バイパス回路が充電電流の一部を一定時間経過するまでバイパスして、前記複数のキャパシタセルの分担電圧の分布範囲が前記規定値Vk以下になるように均等化する電圧制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【0008】
第2の発明は、前記電圧制御手段は、さらにバイパスが終了してから所定時間経過したか否かを判定し、前記所定時間経過している場合に次のバイパスを開始することを特徴とする。
【0009】
第3の発明は、前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態を検出する手段を備え、前記キャパシタ蓄電装置が充電状態でありかつその充電電流が所定充電電流以下の場合のみ、バイパス回路が、該キャパシタセルの充電電流の一部をバイパスすることを特徴とする。
【0015】
【発明の効果】
第1の発明においては、前記セル電圧が判定基準電圧 Va 以上であるキャパシタセルについて前記バイパス回路が充電電流の一部を一定時間経過するまでバイパスして、前記複数のキャパシタセルの分担電圧の分布範囲が前記規定値 Vk 以下になるように均等化する電圧制御手段により、特別な装置や特別な時間を要することなく、バイパス回路への負担を最小限にしながら、徐々にキャパシタセルのセル電圧のばらつきを補正することができる。
【0016】
第2の発明においては、さらに、バイパス回路の発熱と電力消費をさらに抑えることができる。
【0017】
第3の発明においては、大電流での充電時にバイパス処理を避けることで、バイパス回路を大規模化、大容量化する必要がなくなり、簡単なバイパス回路を用いることが可能になる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1を参照して、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両のハイブリッドシステムについて説明する。
【0024】
本ハイブリッドシステムは、発電機としても機能する電動機(モータジェネレータ)1、モータジェネレータ1の駆動用インバータ2、ハイブリッド電子制御ユニット(ハイブリッドECU)3、車両電装系(各車載装置)に電力を供給するバッテリ4、キャパシタ蓄電装置10を具備する。
【0025】
モータジェネレータ1は、車両の減速運転時には発電機として機能し、車両の慣性エネルギーを回生して発電を行い、キャパシタ蓄電装置10内のキャパシタ30を充電する。また、モータジェネレータ1は、車両の発進、加速時に、キャパシタ蓄電装置10を電力源とする電動機として機能し、駆動トルクを車両の駆動系に供給する。
【0026】
ハイブリッドECU3は、ハイブリッド車両の全体的な制御を行い、エンジン制御とモータジェネレータ制御等のほか、キャパシタ蓄電装置10へ取得した車両情報の送出を行う。
【0027】
キャパシタ蓄電装置10は、複数個(m個)のキャパシタモジュール11(MDL1〜MDLm)、主回路遮断コンタクタ14、主回路ヒューズ15、総電圧検出アンプ16、主回路電源線(+)17、主回路電源線(-)18、通信ネットワーク21を具備する。
【0028】
直列接続された複数個のキャパシタモジュール11が、電力供給系の主電源を構成しており、主回路遮断コンタクタ14は、コイルの励磁と非励磁により、キャパシタモジュール11からインバータ2に至る主回路(高圧系回路)をオンオフする。なお、キャパシタモジュールを直並列接続し、主電源を構成しても良い。
【0029】
キャパシタモジュール11は、複数(n個)のキャパシタセル30と電圧コントローラ40から構成される。キースイッチ5の投入により主回路遮断コンタクタ14をオンし主電源からの電力をインバータ2に供給すると、モータジェネレータ1が駆動可能な状態となる。またキースイッチ5の投入によって、バッテリ4から、ハイブリッドECU3など各部回路に電力が供給される。
【0030】
各キャパシタモジュール11の情報は、通信ネットワーク21を介して逐次ハイブリッドECU3に送信される。また、ハイブリッドECU3は、通信ネットワーク21を介して、各キャパシタモジュール11に各種指令信号や車両情報を送出する。通信ネットワーク21には終端抵抗22が備えられる。
【0031】
総電圧検出アンプ16は、主電源の電圧(直列接続されたキャパシタモジュールの総電圧)を主回路と絶縁した総電圧信号に変換し、ハイブリッドECU3に出力する。ハイブリッドECU3は、この総電圧信号等に基づき、各種判断を実施し各モジュールに各種指令を行う。
【0032】
次に図2を参照して、本発明の一実施形態に係るキャパシタモジュールについて詳細に説明する。
【0033】
キャパシタモジュール11は、直列接続された複数(n個)のキャパシタセル30(C1〜Cn)と電圧コントローラ40から構成される。各キャパシタセル30は、1個のキャパシタから構成してもよいし、複数のキャパシタを並列接続したものを1つのキャパシタセルとみなしてもよい。キャパシタとして、例えば、大容量の電気二重層コンデンサが用いられる。
【0034】
電圧コントローラ40は、電流制限用抵抗41とバイパストランジスタ42とからなるバイパス回路50、OR回路43、コンパレータ44、バイパス基準電圧発生手段45、セル電圧検出切替え回路46、絶縁アンプ47、AD変換回路48、バイパス切替え回路49、切替え信号出力回路51、データ通信回路52、中央演算処理装置(CPU)53、読み出し専用メモリ(ROM)54、ランダムアクセスメモリ(RAM)55とを、備えている。
【0035】
コンパレータ44は、キャパシタセルの分担電圧と一定のバイパス基準電圧とを比較する。そして、充電によってキャパシタセル30の分担電圧がバイパス基準電圧発生手段45で設定される電圧以上になると、バイパス指令を出力する。なお、バイパス基準電圧は、キャパシタセルの耐電圧付近(使用可能な最大電圧)、例えば2.7Vに設定される。
【0036】
バイパストランジスタ42は、OR回路43のオン出力により、ベース電圧が印加されると、バイパス回路50を導通させる。バイパス指令は、OR回路43を介しバイパストランジスタ42をオンし、キャパシタセルの充電電流の一部をバイパスさせる。このバイパス判断は、キャパシタセルそれぞれについて行われる。このようにして、各キャパシタセルの電圧を、使用可能な最大電圧に制限し均等化することができる。
【0037】
本発明のキャパシタ蓄電装置は、最大電圧に均等化する回路だけでなく、任意の電圧でキャパシタセルの電圧を均等化する回路を備えている。これについて以下に説明する。
【0038】
セル電圧切替え回路46は、AD変換回路48で電圧が読み込まれる対象のキャパシタセルを、切替え信号出力回路51からの信号に基づいて、逐次切替える。AD変換回路48から、デジタル化された電圧信号がCPU53に取り込まれる。この時、絶縁アンプ47により、キャパシタセルを含む主電源系回路とAD変換回路48は絶縁されている。
【0039】
CPU53は、データ通信回路21から取得した車両情報とモジュール内の各キャパシタセルの電圧に基づいてバイパスの判断を行う。又、CPU53は、切替え信号出力回路51を介して、バイパス切替え回路49に切替え信号を送出する。この切替え信号に基づき、バイパス切替え回路49は、バイパスが必要になったセルに対し、バイパス指令を出力する。バイパス指令は、コンパレータ44からのバイパス指令とのORをとるOR回路43を介しトランジスタ42をオンさせる。このようにして、キャパシタセルの充電電流の一部がバイパス回路50を流れるバイパス処理が行われる。
【0040】
以下に、電圧コントローラ内の中央演算処理装置CPU53が実行する具体的なバイパス制御ルーチンを、図3から図5のフローチャートに基づいて説明する。なお、
このバイパス制御ルーチンは、ROM54に格納されているプログラムに基づいて実行される。
【0041】
まず図3を参照して、バイパス制御の基本ルーチンを説明する。このルーチンは、タイマ割り込み処理等により所定時間間隔で実行される。
【0042】
まず、ステップS1において、CPU53は、通信ネットワーク21からキャパシタ蓄電装置10の充放電状態の情報を取得する。充放電状態の情報は、例えばインバータ2を介してハイブリッドECU3が検出し、通信ネットワーク21に送出することができる。
【0043】
次いでステップS2において、キャパシタ蓄電装置10が充電状態であり、かつ充電電流が所定電流値以下であるか否かを判断する。大電流でない充電状態(つまり充電電流が所定電流値以下である)と判断された場合は、ステップS3のバイパス判定処理及びバイパス指令処理を実行した後、終了する。充電状態でない場合、或いは所定電流値より大きい充電電流での充電状態である場合は、バイパス処理を行わずルーチンを終了する。大電流での充電時にバイパス処理を避けることで、バイパス回路を大規模化、大容量化する必要がなくなり、簡単なバイパス回路を用いることが可能になる。
【0044】
図4を参照して、ステップS3のサブルーチンについて説明する。ここでは、バイパス判定処理及びバイパス指令処理が実行される。
【0045】
まず、ステップS11において、各セルのバイパス処理を実行するかどうか判定する際に使用する判定基準電圧Vaを決定する。なお、判定基準電圧決定ルーチンは後述する図5のフローチャートに示す。
【0046】
ステップS12において、1番目からn番目までのキャパシタセル(C1〜Cn)のバイパス判定を開始するに際して、キャパシタセルの番号を示す変数i(1(i(n)に1を設定する。
【0047】
ステップS13においてi番目のキャパシタセルの電圧V(i)が判定基準電圧Vaより小さい場合は、ステップS17に進んでバイパス指令出力はオフされ、バイパスは行われない。キャパシタセルの電圧V(i)が判定基準電圧Va以上の場合、ステップS14に進んで、i番目のセルのバイパスが終了してから所定時間Taが経過したかどうか判断する。所定時間Ta経過している場合、ステップS15に進みバイパスを開始する。
【0048】
このようにして、バイパスを行う時間間隔を所定時間Taあける事により、バイパストランジスタ42の発熱と電力消費を抑えることができる。
【0049】
ステップS14で判断が否の場合は、バイパスは行わずステップS17に進んでバイパス指令はオフの状態になり、その後ステップS18において全セルの処理が終了したかどうか(つまりi=nかどうか)を判断する。
【0050】
ステップS15では、バイパス切替え回路49からのバイパス指令に基づいて、i番目のセル(Ci)の充電電流のバイパスが開始される。
【0051】
次に、ステップS16において、このバイパスが一定時間Tbの間実行されたかどうかを判定する。バイパスが開始してから一定時間Tb経過した場合は、ステップS17においてバイパス指令をオフし、バイパスを終了する。
【0052】
ステップS16において一定時間Tb経過していない場合は、ステップS18に進んで全セルの処理が終了したかどうか判断する。ステップS18で判断が否の場合、ステップS19に進んでセルの番号を示すiに1を加え、その後ステップS13に戻って次の(i+1)番目のセルが判定基準電圧Va以上かどうか判定する。
【0053】
図5は、バイパスの判定基準電圧決定ルーチンを示したものである。まず、ステップS21において、キャパシタセルの最高電圧及び最低電圧の判定を行うにあたり、セルの番号iに1をセットする。
【0054】
次にステップS22において、以下のようにキャパシタセルの最低電圧Vminと最高電圧Vmaxの検出処理を行う。
【0055】
まずi番目のキャパシタセルのセル電圧V(i)が最低電圧Vmin以下かどうか判定する。最低電圧以下である場合は、最低電圧Vminをセル電圧V(i)とする(つまりVmin=V(i))。最低電圧以下でない場合は、i番目のセル電圧V(i)が最高電圧Vmax以上かどうか判定する。最高電圧以下である場合は、最高電圧Vmaxをセル電圧V(i)とする(つまりVmax=V(i))。なお、i=1の場合は、最低電圧Vminと最高電圧Vmaxはともに、1番目のセル電圧V(1)とする。
【0056】
続いて、ステップS23で全セルが終了したかどうか判定し、終了していない場合は、ステップS24でセル番号iに1を加え、ステップS22に戻り最低電圧と最高電圧の検出処理を行う。全セル終了した場合は、ステップS25で、最高電圧と最低電圧の差ΔVを計算する(ΔV=Vmax-Vmin)。
【0057】
次にステップS26において、その電圧差ΔVが規定値Vk以内かどうか判定する。規定値Vk以内のときはこのルーチンを終了する。規定値Vkより大きい場合、ステップS27でモジュールの総電圧Vtを検出した後、ステップS28でモジュールの総電圧Vtをキャパシタモジュール内のキャパシタセルの数nで除算してセルの平均電圧Vmeanを計算する(Vmean=Vt/n)。なお、ステップS28では、キャパシタセルの平均電圧Vmeanは、ハイブリッドECUで検出したキャパシタ蓄電装置の総電圧を、キャパシタ蓄電装置内の全キャパシタセル数で除算して求めても良い。
【0058】
次に、ステップS29で、セル平均電圧Vmeanと規定値Vkの2分の1を足して判定基準電圧Vaとする(Va=Vmean+Vk/2)。その後、このルーチンを終了する。
【0059】
なお、ステップS26において、電圧差ΔVが規定値Vkより小さい場合、ルーチンはリターンする。
【0060】
次に、図6を参照して、上記のバイパス制御において補正するキャパシタセルを決定する方法をより詳細に説明する。バイパス処理が行われる前は、モジュール内のキャパシタセルのセル電圧は、図6下図のように平均電圧Vmeanのまわりに分布している。しかし、上記したバイパス処理において、平均電圧Vmeanに対してVk/2以上の電圧をもつキャパシタセル(つまり、Vmean+Vk/2より高い電圧を持つセル)に対する充電電流は、一部バイパス回路を通って流れる。従って、バイパスが繰り返し実行されることにより、セルの電圧は、充電中に時間の経過と共に共に均等化されていく。最終的には、図6上図のようにセル電圧のばらつきΔV(=Vmax-Vmin)をある一定の条件下(Vk以内)に維持しておくことができる。
【0061】
規定値Vkの値を例えば、0.1Vに設定すると、各キャパシタセルは、ほとんど同時に最高電圧まで充電することが可能である。従って、キャパシタ蓄電装置は、最大電圧近傍での利用が可能になり、高い効率で運転可能となる。
【0062】
図7は、バイパスによって補正を行うことにより、電圧のばらつきが規定値Vk以内に補正されていく様子を示したものである。キャパシタセルの電圧が判定基準電圧Vaに達すると、充電電流の一部がバイパス回路を流れ始め、キャパシタセルの電圧の増加は抑えられる。
【0063】
一定時間Tb経過後バイパスは終了し、その後キャパシタセルの電圧は、バイパスしない場合と同程度の傾きを持って、時間と共に上昇していく。なお、ここでは、一度だけバイパスされる場合を示したが、一定のバイパス時間Tb及びバイパス間隔Taを設けてあり、徐々に分担電圧のばらつきが補正されていく場合もある。
【0064】
上記のように、本発明のキャパシタ蓄電装置は、キャパシタセル毎の電圧を検出し任意の電圧でキャパシタセルの電圧を均等化する機能を備えている。そのため、特別な装置や特別な時間を要することなく各キャパシタセルの分担電圧のばらつきを車両の走行状態で随時に補正することが充電可能となる。この結果、バイパス回路に過大な電流を流すことなく、キャパシタセルの最高使用電圧まで充電が可能になるため、電圧の二乗に比例する蓄電エネルギーを有効に利用できるようになる。
【0065】
本発明は、1つのバイパス基準電圧に均等化する回路と、セル毎の電圧を検出し任意の電圧で均等化する2つの回路を設けたが、そのうち任意の電圧で均等化する回路のみで、均等化を行っても良い。つまり、キャパシタセルの電圧を最大電圧に制限する回路を省略し、モータジェネレータに対する通常の充放電制御を行うことにより、キャパシタセルへの充電を最高電圧に制限するようにしても良い。
【0066】
また本発明は上記実施の形態に限定されない。そして、その技術的な思想の範囲において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムの構成図。
【図2】本発明の一実施形態に係るキャパシタ蓄電装置のキャパシタモジュール構成図。
【図3】バイパス制御の基本ルーチンを示すフローチャート。
【図4】バイパス判定処理及びバイパス指令処理のサブルーチンを示すフローチャート。
【図5】判定基準電圧決定ルーチンを示すフローチャート。
【図6】充電バイパスにおいて補正するキャパシタセルを決定する方法を示す図。
【図7】分担電圧のばらつきが補正されていく様子を示す図。
【符号の説明】
1 モータジェネレータ
2 インバータ
3 ハイブリッドECU
4 バッテリ
10 キャパシタ蓄電装置
11 キャパシタモジュール
21 通信ネットワーク
30 キャパシタセル
40 電圧コントローラ
45 バイパス基準電圧発生手段
46 セル電圧検出切替え回路
47 絶縁アンプ
48 AD変換回路
49 バイパス切替え回路
50 バイパス回路
51 切替え信号出力回路
53 中央演算処理装置(CPU)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitor power storage device applicable to electric vehicles and hybrid vehicles that use a power storage device as a power source.
[0002]
[Prior art]
In recent years, development of hybrid vehicles including an internal combustion engine (engine) and a motor (motor generator) capable of generating electric power as a power source for vehicle travel has been promoted.
[0003]
2. Description of the Related Art A power storage device using a capacitor (capacitor power storage device) is attracting attention as a power supply device for a hybrid vehicle because it can be rapidly charged and has a long charge / discharge cycle life. In general, even if capacitors with the same rating are used in a capacitor power storage device, due to variations in capacitance, internal resistance, and leakage current, when the charge and discharge are repeated, there is an imbalance in the shared voltage (cell voltage) of each capacitor connected in series And some capacitors are overcharged and damaged. Therefore, a special device for charging up to the rated voltage while preventing damage to the capacitor has been required.
[0004]
Such an apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-343225. This power storage device has a constant current source, and has a function of equalizing (initializing) capacitors with a constant voltage (either a rated voltage or a predetermined voltage lower than that) defined by circuit elements in the power storage device. I have.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when this power storage device is used in a hybrid vehicle, periodic charging for equalizing the shared voltage is required, and time for equalization is taken before starting the vehicle. There is a risk of harm. In addition, there is a problem that charging equipment outside the vehicle is required.
[0006]
An object of the present invention is to provide a capacitor power storage device for a vehicle that corrects variations in the shared voltage of each capacitor cell in a normal running state without requiring a special device for equalizing the shared voltage or a special time. That is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, a first invention is a capacitor power storage device for a vehicle including an electric motor functioning as a generator as a driving force source, and includes a plurality of capacitor cells connected in series using the electric motor, and each capacitor In the capacitor power storage device in which the variation in the shared voltage of the cell is corrected in the normal running state of the vehicle, a bypass circuit that is provided in parallel to the plurality of capacitor cells and bypasses a part of the charging current of the capacitor cells; Among the plurality of capacitor cells, a means for detecting the maximum voltage Vmax and the minimum voltage Vmin and calculating the voltage difference ΔV by ΔV = Vmax−Vmin, and a predetermined value determined by the calculated voltage difference ΔV A means for determining whether or not the voltage is within Vk, and when the voltage difference ΔV is larger than a specified value Vk , the total voltage Vt of the plurality of capacitor cells connected in series is detected, and the average voltage Vme means for calculating a Vmean = Vt / n with a number n of the plurality of series-connected capacitor cells to an, the determination reference voltage Va using the average voltage Vmean calculated and the specified value Vk Va = Vmean Means for calculating by + Vk / 2 ; means for detecting a capacitor cell having a cell voltage equal to or higher than the determination reference voltage Va among the plurality of capacitor cells; and a capacitor cell having the cell voltage equal to or higher than the determination reference voltage Va Voltage control means for bypassing a part of the charging current until a predetermined time elapses and equalizing the distribution range of the shared voltage of the plurality of capacitor cells to be equal to or less than the specified value Vk. It is provided.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the voltage control means further determines whether or not a predetermined time has elapsed since the bypass has ended, and starts the next bypass when the predetermined time has elapsed. .
[0009]
A third invention includes means for detecting a charge / discharge state of the capacitor power storage device, and the bypass circuit is connected to the capacitor cell only when the capacitor power storage device is in a charged state and the charge current is equal to or lower than a predetermined charge current. A part of the charging current is bypassed.
[0015]
【The invention's effect】
In the first aspect of the present invention, distribution of the shared voltage among the plurality of capacitor cells is performed by bypassing a part of the charging current for a certain period of time for the capacitor cell whose cell voltage is equal to or higher than the determination reference voltage Va. The voltage control means for equalizing the range to be equal to or less than the specified value Vk gradually reduces the cell voltage of the capacitor cell while minimizing the burden on the bypass circuit without requiring a special device or special time. Variations can be corrected.
[0016]
In the second invention, the heat generation and power consumption of the bypass circuit can be further suppressed.
[0017]
In the third invention, by avoiding the bypass process when charging with a large current, it is not necessary to increase the scale and capacity of the bypass circuit, and a simple bypass circuit can be used.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A hybrid system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0024]
This hybrid system supplies electric power to an electric motor (motor generator) 1 that also functions as a generator, an
[0025]
[0026]
The hybrid ECU 3 performs overall control of the hybrid vehicle, and transmits acquired vehicle information to the capacitor power storage device 10 in addition to engine control and motor generator control.
[0027]
The capacitor power storage device 10 includes a plurality (m) of capacitor modules 11 (MDL1 to MDLm), a main circuit breaking contactor 14, a
[0028]
A plurality of capacitor modules 11 connected in series constitute a main power source of a power supply system, and a main circuit breaking contactor 14 is connected to a main circuit (from the capacitor module 11 to the
[0029]
The capacitor module 11 includes a plurality (n) of
[0030]
Information on each capacitor module 11 is sequentially transmitted to the hybrid ECU 3 via the
[0031]
The total
[0032]
Next, a capacitor module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0033]
The capacitor module 11 includes a plurality (n) of capacitor cells 30 (C1 to Cn) and a
[0034]
The
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The
[0036]
The
[0037]
The capacitor power storage device of the present invention includes not only a circuit that equalizes the maximum voltage but also a circuit that equalizes the voltage of the capacitor cell with an arbitrary voltage. This will be described below.
[0038]
The cell
[0039]
The
[0040]
A specific bypass control routine executed by the central
This bypass control routine is executed based on a program stored in the
[0041]
First, a basic routine of bypass control will be described with reference to FIG. This routine is executed at predetermined time intervals by timer interrupt processing or the like.
[0042]
First, in step S <b> 1, the
[0043]
Next, in step S2, it is determined whether or not the capacitor power storage device 10 is in a charged state and the charging current is equal to or less than a predetermined current value. If it is determined that the charging state is not a large current (that is, the charging current is equal to or less than the predetermined current value), the bypass determination process and the bypass command process in step S3 are executed, and then the process ends. If it is not in a charged state, or if it is in a charged state with a charging current larger than a predetermined current value, the routine is terminated without performing bypass processing. By avoiding the bypass process at the time of charging with a large current, it is not necessary to increase the scale and capacity of the bypass circuit, and a simple bypass circuit can be used.
[0044]
With reference to FIG. 4, the subroutine of step S3 will be described. Here, bypass determination processing and bypass command processing are executed.
[0045]
First, in step S11, a determination reference voltage Va used when determining whether or not to perform bypass processing for each cell is determined. The determination reference voltage determination routine is shown in the flowchart of FIG.
[0046]
In step S12, when starting bypass determination of the first to nth capacitor cells (C1 to Cn), 1 is set to the variable i (1 (i (n)) indicating the capacitor cell number.
[0047]
When the voltage V (i) of the i-th capacitor cell is smaller than the determination reference voltage Va in step S13, the process proceeds to step S17, the bypass command output is turned off, and no bypass is performed. When the voltage V (i) of the capacitor cell is equal to or higher than the determination reference voltage Va, the process proceeds to step S14, and it is determined whether or not a predetermined time Ta has elapsed after the bypass of the i-th cell is completed. If the predetermined time Ta has elapsed, the process proceeds to step S15 to start bypassing.
[0048]
In this manner, the heat generation and power consumption of the
[0049]
If the determination is NO in step S14, bypass is not performed, the process proceeds to step S17, and the bypass command is turned off. Thereafter, in step S18, whether all the cells have been processed (that is, whether i = n) is determined. to decide.
[0050]
In step S15, on the basis of the bypass command from the
[0051]
Next, in step S16, it is determined whether or not this bypass has been executed for a certain time Tb. If a certain time Tb has elapsed since the bypass started, the bypass command is turned off in step S17, and the bypass is terminated.
[0052]
If the predetermined time Tb has not elapsed in step S16, the process proceeds to step S18 to determine whether or not the processing of all cells has been completed. If the determination in step S18 is negative, the process proceeds to step S19, 1 is added to i indicating the cell number, and then the process returns to step S13 to determine whether the next (i + 1) -th cell is equal to or higher than the determination reference voltage Va. To do.
[0053]
FIG. 5 shows a bypass determination reference voltage determination routine. First, in step S21, 1 is set to the cell number i to determine the maximum voltage and the minimum voltage of the capacitor cell.
[0054]
Next, in step S22, detection processing of the minimum voltage Vmin and the maximum voltage Vmax of the capacitor cell is performed as follows.
[0055]
First, it is determined whether or not the cell voltage V (i) of the i-th capacitor cell is equal to or lower than the minimum voltage Vmin. When the voltage is equal to or lower than the minimum voltage, the minimum voltage Vmin is set as the cell voltage V (i) (that is, Vmin = V (i)). If it is not lower than the lowest voltage, it is determined whether or not the i-th cell voltage V (i) is higher than the highest voltage Vmax. When the voltage is equal to or lower than the maximum voltage, the maximum voltage Vmax is set as the cell voltage V (i) (that is, Vmax = V (i)). When i = 1, the lowest voltage Vmin and the highest voltage Vmax are both the first cell voltage V (1).
[0056]
Subsequently, in step S23, it is determined whether or not all cells have been completed. If not, the cell number i is incremented by 1 in step S24, and the process returns to step S22 to detect the lowest voltage and the highest voltage. When all the cells are completed, a difference ΔV between the highest voltage and the lowest voltage is calculated (ΔV = Vmax−Vmin) in step S25.
[0057]
Next, in step S26, it is determined whether or not the voltage difference ΔV is within a specified value Vk. If it is within the specified value Vk, this routine is terminated. If larger than the specified value Vk, the total voltage Vt of the module is detected in step S27, and then the average voltage Vmean of the cell is calculated by dividing the total voltage Vt of the module by the number n of capacitor cells in the capacitor module in step S28. (Vmean = Vt / n). In step S28, the average voltage Vmean of the capacitor cells may be obtained by dividing the total voltage of the capacitor power storage device detected by the hybrid ECU by the total number of capacitor cells in the capacitor power storage device.
[0058]
Next, in step S29, the cell reference voltage Va is added by adding half of the cell average voltage Vmean and the specified value Vk (Va = Vmean + Vk / 2). Thereafter, this routine is terminated.
[0059]
If the voltage difference ΔV is smaller than the specified value Vk in step S26, the routine returns.
[0060]
Next, a method for determining a capacitor cell to be corrected in the above bypass control will be described in more detail with reference to FIG. Before the bypass process is performed, the cell voltages of the capacitor cells in the module are distributed around the average voltage Vmean as shown in the lower diagram of FIG. However, in the above-described bypass processing, a charging current for a capacitor cell having a voltage higher than Vk / 2 with respect to the average voltage Vmean (that is, a cell having a voltage higher than Vmean + Vk / 2) partially passes through the bypass circuit. Flowing. Therefore, by repeatedly performing the bypass, the voltage of the cell is equalized with the passage of time during charging. Finally, as shown in the upper diagram of FIG. 6, the cell voltage variation ΔV (= Vmax−Vmin) can be maintained under a certain condition (within Vk).
[0061]
When the value of the specified value Vk is set to 0.1 V, for example, each capacitor cell can be charged to the maximum voltage almost simultaneously. Therefore, the capacitor power storage device can be used in the vicinity of the maximum voltage, and can be operated with high efficiency.
[0062]
FIG. 7 shows how voltage variations are corrected within a specified value Vk by performing correction by bypass. When the voltage of the capacitor cell reaches the determination reference voltage Va, part of the charging current starts to flow through the bypass circuit, and the increase in the voltage of the capacitor cell is suppressed.
[0063]
After a certain time Tb has elapsed, the bypass ends, and then the voltage of the capacitor cell rises with time, with the same slope as when no bypass is performed. Although the case where the bypass is performed only once is shown here, there is a case where a constant bypass time Tb and a bypass interval Ta are provided, and the variation in the shared voltage is gradually corrected.
[0064]
As described above, the capacitor power storage device of the present invention has a function of detecting the voltage of each capacitor cell and equalizing the voltage of the capacitor cell with an arbitrary voltage. Therefore, it is possible to charge the battery voltage by correcting the variation in the voltage shared by each capacitor cell at any time in the running state of the vehicle without requiring a special device or a special time. As a result, it is possible to charge up to the maximum usable voltage of the capacitor cell without flowing an excessive current through the bypass circuit, so that the stored energy proportional to the square of the voltage can be used effectively.
[0065]
In the present invention, a circuit for equalizing to one bypass reference voltage and two circuits for detecting a voltage for each cell and equalizing with an arbitrary voltage are provided, but only with a circuit for equalizing with an arbitrary voltage, Equalization may be performed. In other words, the circuit for limiting the voltage of the capacitor cell to the maximum voltage may be omitted, and the charge to the capacitor cell may be limited to the maximum voltage by performing normal charge / discharge control for the motor generator.
[0066]
The present invention is not limited to the above embodiment. It is obvious that various changes can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a hybrid system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a capacitor module of the capacitor power storage device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a basic routine of bypass control.
FIG. 4 is a flowchart showing a subroutine of bypass determination processing and bypass command processing.
FIG. 5 is a flowchart showing a determination reference voltage determination routine.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for determining a capacitor cell to be corrected in a charging bypass.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a variation in shared voltage is corrected.
[Explanation of symbols]
1
4 Battery 10 Capacitor power storage device 11
Claims (3)
前記複数のキャパシタセルに並列に設けられて、該キャパシタセルの充電電流の一部をバイパスするバイパス回路と、
前記複数のキャパシタセルのうち、最高電圧 Vmax と最低電圧 Vmin とを検出し、その電圧差Δ V をΔ V=Vmax-Vmin により算出する手段と、
算出された電圧差Δ V が予め定める規定値 Vk 以内か否かを判定する手段と、
電圧差Δ V が規定値 Vk より大きい場合に、前記直列接続された複数のキャパシタセルの総電圧 Vt を検出し、その平均電圧 Vmean を前記直列接続された複数のキャパシタセルの数nを用いて Vmean=Vt/n により算出する手段と、
算出された平均電圧 Vmean と前記規定値 Vk を用いて判定基準電圧 Va を Va=Vmean+Vk/2 により算出する手段と、
前記複数のキャパシタセルのうち、セル電圧が前記判定基準電圧 Va 以上であるキャパシタセルを検出する手段と、
前記セル電圧が判定基準電圧 Va 以上であるキャパシタセルについて前記バイパス回路が充電電流の一部を一定時間経過するまでバイパスして、前記複数のキャパシタセルの分担電圧の分布範囲が前記規定値Vk以下になるように均等化する電圧制御手段と、
を設けたことを特徴とするキャパシタ蓄電装置。A capacitor power storage device of a vehicle including an electric motor functioning as a generator as a driving force source , comprising a plurality of capacitor cells connected in series using the electric motor, and variations in the shared voltage of each capacitor cell in the capacitor power storage device to be corrected in the normal running state,
A bypass circuit that is provided in parallel to the plurality of capacitor cells and bypasses a part of the charging current of the capacitor cells;
Means for detecting the highest voltage Vmax and the lowest voltage Vmin among the plurality of capacitor cells, and calculating the voltage difference ΔV by ΔV = Vmax−Vmin ;
Means for determining whether or not the calculated voltage difference ΔV is within a predetermined value Vk ;
When the voltage difference ΔV is larger than the specified value Vk, the total voltage Vt of the plurality of capacitor cells connected in series is detected, and the average voltage Vmean is used using the number n of the plurality of capacitor cells connected in series. Means to calculate by Vmean = Vt / n ;
Means for calculating the determination reference voltage Va by Va = Vmean + Vk / 2 using the calculated average voltage Vmean and the specified value Vk ;
Means for detecting a capacitor cell having a cell voltage equal to or higher than the determination reference voltage Va among the plurality of capacitor cells ;
Said bypassing to said bypass circuit for the capacitor cell is the cell voltage is determined the reference voltage Va than predetermined time elapses part of the charging current, the distribution range of the shared voltage of the plurality of capacitor cells or less than the specified value Vk and voltage control means for equalizing the equalization so as to,
A capacitor power storage device.
前記キャパシタ蓄電装置が充電状態でありかつその充電電流が所定充電電流以下の場合のみ、バイパス回路が、該キャパシタセルの充電電流の一部をバイパスすることを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ蓄電装置。 2. The capacitor according to claim 1, wherein the bypass circuit bypasses a part of the charging current of the capacitor cell only when the capacitor power storage device is in a charged state and the charging current is equal to or lower than a predetermined charging current. Power storage device.
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