JPH06276616A - 電気自動車の回生方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動機の回生動作によって得られた電圧をコ
ンデンサに効果的に蓄積するとともに、コンデンサに蓄
積されている電気エネルギーを効果的に取り出して使用
し、これによって電気自動車の航続距離を大幅に延ば
す。 【構成】 回生運転時に、充電回路６によって電動機９
を回生運転して得られた電圧を断続またはスルー状態で
大容量のコンデンサに供給してこれを充電し、回生動作
以外のとき、昇圧回路４によって予め設定されている条
件が満たされるまで、前記コンデンサを放電させるとも
とに、この放電動作によって得られた電圧を昇圧してバ
ッテリィ１０の充電または電動機９の駆動を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気自動車に設けられた
電動機の回転エネルギーを回生する電気自動車の回生方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車に設けられた電動機の回転エ
ネルギーを回生する電気自動車の回生方式として、従
来、バッテリィに対して充電密度の大きな電気２重層コ
ンデンサを並列に接続し、力行時に前記バッテリィおよ
び電気２重層コンデンサによって得られた電圧によって
電動機を駆動し、回生時に前記電動機の回転エネルギー
を電圧に変換してこれを前記バッテリィおよび電気２重
層コンデンサに戻す方式が知られている。

【０００３】この場合、前記電気２重層コンデンサは電
気を蓄える有機系電解液や高容量の活性炭電極、セパレ
ータなどによって構成されており、１００〜４７０ファ
ラッド程度の容量を持ち、１００アンペア以上の急速充
放電ができるものが使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
電気自動車の回生方式においては、バッテリィに対して
電気２重層コンデンサを並列に接続するようにしている
ので、電動機を駆動するとき、電気２重層コンデンサの
電圧がバッテリィの電圧以下にならないため、電気２重
層コンデンサに蓄積されている電気エネルギーを充分に
活用することができず、電気自動車の航続距離を延長す
る効果が少ないという問題があった。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑み、電動機の回生
動作によって得られた電圧をコンデンサに効果的に蓄積
することができるとともに、コンデンサに蓄積されてい
る電気エネルギーを効果的に取り出して使用することが
でき、これによって電気自動車の航続距離を大幅に延ば
すことができる電気自動車の回生方式を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、充電自在なバッテリィを持ち、力行時に
は、前記バッテリィに蓄えられた電気エネルギーによっ
て電動機を駆動し、回生時には、前記電動機の機械エネ
ルギーを電気エネルギーにして回収する電気自動車の回
生方式において、回生動作によって得られた電圧の蓄積
用として使用される大容量のコンデンサと、前記電動機
を回生運転して得られた電圧を断続またはスルー状態で
前記コンデンサに供給してこれを充電する充電回路と、
回生動作以外のとき、予め設定されている条件が満たさ
れるまで、前記コンデンサを放電させるとともに、この
放電動作によって得られた電圧を昇圧して前記バッテリ
ィの充電または前記電動機の駆動を行なう昇圧回路とを
備えたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記の構成において、回生運転時に、充電回路
によって電動機を回生運転して得られた電圧が断続また
はスルー状態で大容量のコンデンサに供給されてこれが
充電され、回生動作以外のとき、昇圧回路によって予め
設定されている条件が満たされるまで、前記コンデンサ
が放電させられるとともに、この放電動作によって得ら
れた電圧が昇圧させられて前記バッテリィの充電または
前記電動機の駆動が行なわれる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明による電気自動車の回生方式の
一実施例を適用した電動機駆動システムを示すブロック
図である。

【０００９】この図に示す電動機駆動システムは、電源
回路２と、制御回路３と、昇圧回路４と、電力回路５
と、充電回路６と、電気２重層コンデンサ７とを備えて
おり、アクセルペダル８の開度に応じて力行運転時か、
非力行運転時かを判定し、力行運転時には、電源回路２
によって得られた電圧や電気２重層コンデンサ７の電圧
によって得られた電圧を電力回路５によって交流電圧に
変換して電動機９を駆動し、また回生運転時には、電動
機９の回転エネルギーを回収して電圧を生成し、これを
充電回路６によって電気２重層コンデンサ７に蓄積す
る。

【００１０】電源回路２は直列に接続される大容量のバ
ッテリィ１０を備えており、予め設定されている値の電
圧を生成してこれを昇圧回路４を介して電力回路５に供
給する。

【００１１】また、制御回路３は可変抵抗を有し、アク
セルペダル８の踏み込み量を電気信号（開度検出信号）
に変換するアクセル開度センサ１１と、このアクセル開
度センサ１１から出力される開度検出信号に基づいて回
生動作指示信号（“１”信号）や非回生動作指示信号
（“０”信号）を生成する回生作動検知比較回路１２と
を備えており、アクセルペダル８の踏み込み量が予め設
定された量以上のとき（大きく踏み込まれたとき）、こ
れを検知して非回生動作指示信号を生成し、これを昇圧
回路４に供給し、またアクセルペダル８の踏み込み量が
予め設定された量以下のとき（アクセルペダル８が戻さ
れたとき）、これを検知して回生動作指示信号を生成
し、これを充電回路６に供給する。

【００１２】昇圧回路４は、図２に示す如くバッテリィ
１０の電圧を取り込んで電圧検出信号を生成する電圧検
出回路１３と、この電圧検出回路１３から出力される電
圧検出信号が予め設定されている値（設定値）より低い
とき、放電許可信号（“１”信号）を生成し、それ以外
のとき、放電禁止信号（“０”信号）を生成する比較回
路１４と、制御回路３から出力される非回生動作指示信
号（“０”信号）を反転して放電指示信号（“１”信
号）を生成するインバータ回路１５と、このインバータ
回路１５から放電指示信号が出力されるとともに、比較
回路１４から放電許可信号が出力されているとき、駆動
指示信号（“１”信号）を生成するアンドゲート回路１
６とを備えている。

【００１３】さらに、昇圧回路４は、アンドゲート回路
１６から駆動指示信号が出力されているとき、方形波信
号を生成する方形波発生回路１７と、この方形波発生回
路１７から方形波信号が出力されているとき、オン／オ
フ用の駆動信号を生成する駆動回路１８と、この駆動回
路１８から駆動信号が出力されているとき、オン／オフ
する半導体スイッチ１９と、この半導体スイッチ１９が
オンしているとき、電気２重層コンデンサ７を放電させ
るとともに、磁気エネルギーを蓄え、半導体スイッチ１
９がオフしたとき、蓄えた磁気エネルギーによって逆起
電圧を生成するコイル２０と、バッテリィ１０の電圧が
電気２重層コンデンサ７に流れるのを防止しながら、コ
イル２０によって逆起電圧が生成されたとき、これを通
過させるダイオード２１とを備えている。

【００１４】そして、この昇圧回路４はバッテリィ１０
の電圧値が予め設定されている電圧値（設定電圧値）よ
り高かどうかを常時、チェックし、バッテリィ１０の電
圧値が前記設定電圧値より低い状態で、制御回路３から
非回生動作指示信号が出力されているとき、電気２重層
コンデンサ７を放電させるとともに、この放電動作によ
って得られる電圧を昇圧させて電力回路５やバッテリィ
１０に電圧を供給し、このバッテリィ１０の電圧値が設
定電圧値以上となったとき、電力回路５やバッテリィ１
０に対する電圧供給動作を停止する。

【００１５】また、電力回路５は、電源回路２のバッテ
リィ１０や昇圧回路４から出力される電圧を受けてこれ
を安定化させる電圧安定化用のコンデンサ２２と、この
コンデンサ２２によって安定化させられた電圧を複数相
の交流電流に変換して電動機９を力行運転したり、回生
運転するスイッチング回路２３とを備えており、駆動制
御回路（図示は省略する）から駆動信号が出力されてい
るとき、コンデンサ２２によって安定化された電圧を取
り込んで複数相の交流電流を生成し、電動機９を回転さ
せ、また前記駆動制御回路から回生信号が出力されてい
るとき、電動機９の回転エネルギーを電気エネルギーに
変換してこれを電源回路２のバッテリィ１０と充電回路
６とに供給する。

【００１６】充電回路６は、図３に示す如く、電気２重
層コンデンサ７の電圧値とバッテリィ１０の電圧値とを
比較し、バッテリィ１０の電圧値と電気２重層コンデン
サ７の電圧値との差が予め設定されている値（設定電圧
差）より大きいとき、断続充電指示信号（“１”信号）
を生成し、それ以外のときには、連続充電指示信号
（“０”信号）を生成する比較回路２４と、この比較回
路２４から連続充電指示信号（“０”信号）が出力され
ているとき、連続充電波形信号（連続した“１”信号）
を生成するインバータ回路２５と、予め設定されている
周期の方形波信号を生成する方形波発生回路２６と、比
較回路２４から断続充電指示信号が出力されていると
き、方形波発生回路２６から出力される方形波信号を通
過させるアンドゲート回路２７とを備えている。

【００１７】さらに、充電回路６は、インバータ回路２
５から連続充電波形信号が出力されているときには、こ
の連続充電波形信号を通過させ、またこの連続充電波形
信号が出力されていないときには、アンドゲート回路２
７から出力される方形波信号を通過させるオアゲート回
路２８と、制御回路３から回生動作指示信号が出力され
ているとき、オアゲート回路２８から連続充電波形信号
が出力されていれば、ゲートオン信号を連続的に生成
し、またオアゲート回路２８から方形波信号が出力され
ていれば、ゲートオン信号を断続的に生成する駆動回路
２９と、この駆動回路２９からゲートオン信号が出力さ
れているとき、オンして電力回路５から出力される電圧
を通過させる半導体スイッチ３０と、電気２重層コンデ
ンサ７の電圧が電力回路５に戻らないようにしながら、
半導体スイッチ３０から出力される電圧を通過させるダ
イオード３１とを備えている。

【００１８】そして、充電回路６は制御回路３から回生
動作指示信号が出力されたとき、バッテリィ１０の電圧
値と電気２重層コンデンサ７の電圧値との差が前記設定
電圧差より大きければ、電力回路５の回生動作によって
得られた電圧を取り込むとともに、この電圧を断続させ
ながら、電気２重層コンデンサ７に供給してこれを充電
し、またバッテリィ１０の電圧値と電気２重層コンデン
サ７の電圧値との差が前記設定電圧差より小さければ、
電力回路５の回生動作によって得られた電圧を取り込む
とともに、この電圧を電気２重層コンデンサ７に連続的
に供給してこれを充電する。

【００１９】電気２重層コンデンサ７は電気を蓄える有
機系電解液や高容量の活性炭電極、セパレータなどによ
って構成され、これによって１００〜４７０ファラッド
程度の容量を持ち、１００アンペア以上の急速充放電が
できるようなっている。

【００２０】そして、充電回路６から出力される電圧に
よって充電され、昇圧回路４によって放電される。

【００２１】次に、図４および図５に示す波形図を参照
しながら、この実施例の回生動作と、非回生動作とを順
次、説明する。

【００２２】《回生動作》まず、充電回路６の方形波発
生回路２６によって図４（ｄ）に示す如く方形波信号が
連続的に生成される。

【００２３】また、この動作と並行して、充電回路６の
比較回路２４によって電気２重層コンデンサ７の電圧値
と、バッテリィ１０の電圧値とが常時比較され、図４
（ａ）に示す如くバッテリィ１０の電圧値と電気２重層
コンデンサ７の電圧値との差が予め設定されている値
（設定電圧差）より大きいとき、図４（ｃ）に示す如く
断続充電指示信号が生成されて、図４（ｅ）に示す如く
アンドゲート回路２７から方形波信号が出力され、図４
（ｆ）に示す如くこの方形波信号がオアゲート回路２８
を通過して駆動回路２９に供給される。

【００２４】この状態で、踏み込まれていたアクセルペ
ダル８が戻され、アクセル開度センサ１１の出力電圧が
上昇し、これが予め設定されている値以上になると、回
生作動検知比較回路１２によってこれが検出されて図４
（ｈ）に示す如く回生動作指示信号が生成され、これが
充電回路６の駆動回路２９に供給される。

【００２５】これにより、駆動回路２９によって図４
（ｇ）に示す如く断続的なゲートオン信号が生成されて
半導体スイッチ３０が断続的にオン／オフして電力回路
５の回生動作によって回収された電圧がスイッチングさ
れ、図４（ｂ）に示す如くこれがダイオード３１を通過
して前記電圧が電気２重層コンデンサ７に供給され、こ
の電気２重層コンデンサ７が充電される。

【００２６】この場合、充電回路６から出力される電圧
が断続していることから、充電回路６から出力される電
流の値が予め設定された値以下に制限され、電気２重層
コンデンサ７の急激な充電に起因する電気２重層コンデ
ンサ７の破壊が防止される。

【００２７】また、このとき、電力回路５から出力され
る電圧によって電源回路２のバッテリィ１０が僅かなが
ら充電される。

【００２８】この後、電気２重層コンデンサ７の充電が
進行してこの電気２重層コンデンサ７の電圧値とバッテ
リィ１０の電圧値との差が予め設定されている以下にな
り、充電回路６の比較回路２４によってこれが検出され
て断続充電指示信号の生成が停止させられ、連続充電指
示信号の生成が開始されると、インバータ回路２５によ
って連続充電波形信号が生成されて、これがオアゲート
を通過して駆動回路２９に供給される。

【００２９】これにより、駆動回路２９によって連続的
なゲートオン信号が生成されて、半導体スイッチ３０が
連続的にオン状態にされる。この結果、電力回路５の回
生動作によって回収された電圧が連続通過状態（スルー
状態）にされ、これがダイオード３１を介して電気２重
層コンデンサ７に供給され、この電気２重層コンデンサ
７が連続的に充電される。

【００３０】この場合、電気２重層コンデンサ７の電圧
がある程度上昇していることから、充電回路６から出力
される電圧が断続していても、電気２重層コンデンサ７
の破壊されることはない。

【００３１】この後、電力回路５の回生動作によって得
られた電圧の値より、電気２重層コンデンサ７の電圧値
が高くなれば、ダイオード３１が逆バイアスされて、電
気２重層コンデンサ７の充電が停止するとともに、この
電気２重層コンデンサ７から電力回路５に電流が逆流し
ないようにされる。

【００３２】《非回生動作》また、昇圧回路４の電圧検
出回路１３によって電源回路２のバッテリィ１０の電圧
が取り込まれて、図５（ｉ）に示す如くこの電圧の値を
示す電圧検出信号が生成されるとともに、比較回路１４
によって前記電圧検出信号の値が予め設定されている値
（設定電圧値）以上であるかどうかが判定され、図５
（ａ）に示す如くバッテリィ１０の電圧が高く、前記電
圧検出信号が前記設定電圧値以上であるとき、図５
（ｄ）に示す如く放電許可信号が生成され、これがアン
ドゲート回路１６に供給される。

【００３３】この状態で、アクセルペダル８が踏み込ま
れて電動機９が力行運転状態になり、これに対応してア
クセル開度センサ１１から出力される開度検出信号の値
が上昇してこれが予め設定されている値以上になると
（例えば、時刻ｔ１）、回生作動検知比較回路１２によ
ってこれが検知されて図５（ｊ）に示す如く非回生動作
指示信号が生成されて、これが昇圧回路４のインバータ
回路１５に供給されるとともに、図５（ｅ）に示す如く
このインバータ回路１５によってこれが反転され、放電
指示信号としてアンドゲート回路１６に供給される。

【００３４】これにより、図５（ｆ）に示す如くアンド
ゲート回路１６によって駆動指示信号が生成され、図５
（ｇ）に示す如く方形波発生回路１７から方形波信号が
出力されるとともに、図５（ｈ）に示す如く駆動回路１
８から駆動信号が出力されて半導体スイッチ１９がオン
／オフされる。

【００３５】これによって、半導体スイッチ１９がオン
状態になったとき、ダイオード２１によってバッテリィ
１０から半導体スイッチ１９に電流が流れるのを防止し
つつ、図５（ｂ）に示す如くコイル２０を介して電気２
重層コンデンサ７の電荷が放電されるとともに、この放
電によってコイル２０に磁気エネルギーが蓄えられる。

【００３６】そして、半導体スイッチ１９がオフ状態に
なったとき、コイル２０に蓄えられていた磁気エネルギ
ーによって逆起電圧が発生し、これがダイオード２１を
介してバッテリィ１０に供給され、図５（ｃ）に示す如
くこのバッテリィ１０の放電電流が小さくされるととも
に、前記電圧が電力回路５に供給されて力行運転の電源
として使用される。

【００３７】以下、上述した半導体スイッチ１９のスイ
ッチング動作が繰り返されてコイル２０およびダイオー
ド２１によって電気２重層コンデンサ７の電圧が昇圧さ
れてバッテリィ１０の放電電流が小さくされるととも
に、電力回路５によって複数相の交流電流に変換させて
電動機９が駆動される。

【００３８】この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までが電
動機９の力行運転期間であるとすれば、昇圧回路４によ
って生成された電圧が電力回路５によって消費されるた
め、バッテリィ１０の電圧が上昇しないで、放電方向に
電流が流れる。

【００３９】この後、電動機９が惰行運転状態になると
（例えば、時刻ｔ２）、昇圧回路４によって生成された
電圧が電力回路５によって消費されなくなって、バッテ
リィ１０の充電が開始され、このバッテリィ１０の電圧
が徐々に上昇する。

【００４０】そして、このバッテリィ１０の電圧が予め
設定されている値まで上昇すると、電圧検出回路１３か
ら出力される電圧検出信号を監視している比較回路１４
によってこれが検出されて図５（ｄ）に示す如く放電禁
止信号が出力される。

【００４１】これによって、アンドゲート回路１６から
駆動指示信号が出力されなくなって、半導体スイッチ１
９の駆動が停止され、バッテリィ１０の充電動作が停止
させられる。

【００４２】なお、このとき、電気２重層コンデンサ７
の電圧が低くなって充電回路６に入力される電圧の値よ
りも低くなるが、充電回路６の半導体スイッチ１９がオ
フ状態になっているため、充電回路６から電気２重層コ
ンデンサ７側に電流が流れ込まない。

【００４３】このようにこの実施例においては、アクセ
ルペダル８の開度に応じて力行運転時か、非力行運転時
かを判定し、力行運転時には、電源回路２によって得ら
れた電圧や電気２重層コンデンサ７の電圧によって得ら
れた電圧を電力回路５によって交流電圧に変換して電動
機９を駆動し、また回生運転時には、電動機９の回転エ
ネルギーを回収して電圧を生成し、これを充電回路６に
よって電気２重層コンデンサ７に蓄積するようにしたの
で、電動機９の回生動作によって得られた電圧を電気２
重層コンデンサ７に効果的に蓄積することができるとと
もに、電気２重層コンデンサ７に蓄積されている電気エ
ネルギーを効果的に取り出して使用することができ、こ
れによって電気自動車の航続距離を大幅に延ばすことが
できる。

【００４４】また、上述した実施例においては、回生運
転によって得られた電気エネルギーを蓄積するコンデン
サとして電気２重層コンデンサ７を使用するようにして
いるが、大きな容量を持ち、短時間での充放電が可能な
コンデンサであれば、どのような種類のコンデンサを使
用しても良い。

【００４５】また、上述した実施例においては、コイル
２０および半導体スイッチ１９、ダイオード２１を使用
したインダクタンス型の昇圧回路４を使用して電気２重
層コンデンサ７の電圧を昇圧させるようにしているが、
他の形式の昇圧回路、例えばコンデンサおよび半導体ス
イッチ、ダイオードなどによって構成されるダイオード
ポンプ型の昇圧回路を使用して電気２重層コンデンサ７
の電圧を昇圧させるようにしても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
動機の回生動作によって得られた電圧をコンデンサに効
果的に蓄積することができるとともに、コンデンサに蓄
積されている電気エネルギーを効果的に取り出して使用
することができ、これによって電気自動車の航続距離を
大幅に延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気自動車の回生方式の一実施例
を適用した電動機駆動システムの一例を示すブロック図
である。

【図２】図１に示す昇圧回路の詳細な回路構成例を示す
ブロック図である。

【図３】図１に示す充電回路の詳細な回路構成例を示す
ブロック図である。

【図４】図１に示す電動機駆動システムの回生動作例を
示す波形図である。

【図５】図１に示す電動機駆動システムの非回生動作例
を示す波形図である。

【符号の説明】

２ 電源回路 ３ 制御回路 ４ 昇圧回路 ５ 電力回路 ６ 充電回路 ７ 電気２重層コンデンサ ８ アクセルペダル ９ 電動機 １０ バッテリィ １１ アクセル開度センサ １２ 回生作動検知比較回路 １９ 半導体スイッチ ２０ コイル ２１ ダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電自在なバッテリィを持ち、力行時に
   は、前記バッテリィに蓄えられた電気エネルギーによっ
   て電動機を駆動し、回生時には、前記電動機の機械エネ
   ルギーを電気エネルギーにして回収する電気自動車の回
   生方式において、 回生動作によって得られた電圧の蓄積用として使用され
   る大容量のコンデンサと、 前記電動機を回生運転して得られた電圧を断続またはス
   ルー状態で前記コンデンサに供給してこれを充電する充
   電回路と、 回生動作以外のとき、予め設定されている条件が満たさ
   れるまで、前記コンデンサを放電させるとともに、この
   放電動作によって得られた電圧を昇圧して前記バッテリ
   ィの充電または前記電動機の駆動を行なう昇圧回路と、 を備えたことを特徴とする電気自動車の回生方式。