JPH0629301U - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バッテリーの定格電圧より大きな電圧を得、
その電圧により車両用モータに一時的に大きなトルクを
発生させること。 【構成】 予めリレー１３の接点を閉じ、リレー１４の
接点を接点ｂ側にして、コンデンサ１１を充電してお
く。発進時，加速時及び登坂時等、車両走行用の３相モ
ータ１に大きなトルクを必要とする時には、リレー１４
の接点を接点ａ側に切り換えて、バッテリー１５とコン
デンサ１１とが直列に接続されるようにする。その時、
コンデンサに充電された電圧がバッテリー電圧に重畳さ
れてインバータ２に与えられる。コンデンサに充電され
ていた電荷が放電してしまった後は、バッテリー１５か
らダイオード１０を介して給電を継続させる。この装置
は、スタータモータの駆動用にも適用できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電気自動車，ハイブリッドカーのようなバッテリーを電源として駆 動される電動車両における走行用モータ、あるいは、ガソリンエンジン車，ディ ーゼルエンジン車等におけるエンジン始動用モータ（スタータモータ）の電源と して用いる車両用電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図６は、従来の電動車両における走行用モータ駆動回路の概要を示すブロック 図である。図６において、１は走行用モータとしての３相モータ、２はインバー タ、３はコントローラ、１５はバッテリーである。 バッテリー１５からの直流をインバータ２で３相交流に変換して、３相モータ １を駆動すると共に、コントローラ３から運転指示を与えて３相モータ１の作動 ，停止の制御を行う。

【０００３】 図７は、従来のスタータモータ駆動回路の概要を示すブロック図である。図７ において、１９はスタータスイッチ、２０はスタータモータである。 スタータスイッチ１９をＯＮにすると、バッテリー１５から直流電流が流れて スタータモータ２０を駆動する。

【０００４】 図８は、車両用電源装置の特性を示す図である。その内、図８（イ）は、電動 車両における走行用モータ駆動回路の場合のモータの回転数と軸トルクとの関係 を示したものであり、図８（ロ）は、スタータモータ駆動回路の場合のモータの 回転数と軸トルクとの関係を示したものである。

【０００５】 図８（イ）のＡの領域（トルクが変動していない領域）は、インバータの電流 容量によって制限を受ける領域であり、この領域では、バッテリー電圧を上昇さ せて軸トルクを大きくしようとしても電流の制限がある関係上トルクを大きくで きない。しかし、Ｂの領域では破線で示すように、バッテリー電圧を上昇させる ことによって軸トルクを大きくすることができる。 また、スタータモータ駆動回路の場合も、図８（ロ）に破線で示すように、バ ッテリー電圧を上昇させると、軸トルクが大きくなる。 このように、電動車両における走行用モータ駆動回路及びスタータモータ駆動 回路共、バッテリー電圧を上昇させるとモータの軸トルクが大きくなり、発進， 加速，登坂時等に車両の走行能力を向上させたり、また、冷間時等にエンジン始 動特性を向上させたりすることができる。

【０００６】 ところで、バッテリー電圧を上昇させる方法としては、先ず、バッテリーの個 数を増やす方法があるが、電動車両における走行用モータにおいて、大きなトル クが必要になるのは、発進，加速，登坂等の場合だけであるにもかかわらず、重 量が大きいバッテリーを常時余分に具えて置くのは無駄である。 また、バッテリー電圧を上昇させる別の方法として、ＤＣ／ＤＣコンバータを 用いることも考えられるが、コンバータとしてインバータと同じ容量のものが必 要になり、コストが高くなる。

【０００７】 そこで、バッテリー電圧を上昇させるのに、そのような問題のない方法として 、次のような技術が開発されている。 図９は、従来のバッテリー電圧上昇手段を説明するための図である。符号は、 図７のものに対応し、２１，２２は切換接点である。 この技術は、スタータモータ駆動回路に適用されるものであるが、常時は、切 換接点２１を接点ｗ側にすると共に、切換接点２２を接点ｙ側にしてコンデンサ １１をバッテリー１５と並列に接続する。その時、コンデンサ１１は、バッテリ ー１５により充電される。一方、エンジン始動時には、切換接点２１を接点ｖ側 にすると共に、切換接点２２を接点ｘ側にしてコンデンサ１１がバッテリー１５ と直列に接続されるようにする。その時、コンデンサ１１は、充電された状態に あるので、スタータモータ２０には、バッテリー１５の電圧に、コンデンサ１１ の充電電圧が重畳されて印加される。その結果、スタータモータ２０にはバッテ リー電圧より高い電圧が印加され、スタータモータ２０のトルクが大きくなって 、エンジン始動特性が向上する。

【０００８】 なお、このような車両用電源装置に関連する従来の文献としては、例えば、特 開平２−２５９２７６号公報がある。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前記した従来の技術には、コンデンサ１１に充電されていた電 荷が放電してしまうと、コンデンサ１１自身が絶縁体となるためスタータモータ ２０への給電が停止してしまうという問題点があった。そのため、始動性の悪い 冷間時等で、スタータモータ２０を駆動してもなかなかエンジンが始動しないよ うな時、コンデンサが放電しきってしまうと、スタータモータ２０の回転が停止 してしまい、再度スタータモータ２０を駆動するには、コンデンサを再充電する まで待たなければならない。また、電動車両における走行用モータのように継続 して給電する必要のある負荷に対する電源としては使えない。 本考案は、このような問題点を解決することを課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するため、本考案の車両用電源装置では、バッテリーと、該バ ッテリーに直列接続されたダイオードと、一方の端子が上記ダイオードの端子の 内、上記バッテリーに接続された端子とは反対側の端子に接続され、他方の端子 が上記バッテリーの正極と負極に切換可能に接続されるコンデンサとを設けるこ ととした。

【００１１】

【作 用】

常時は、コンデンサの上記他方の端子をバッテリー，ダイオード及びコンデン サが直列になるように接続してコンデンサを充分に充電しておき、高電圧が必要 な時は、コンデンサがバッテリーと直列になり、且つ、ダイオードがコンデンサ と並列になるように接続を切り換える。その結果、コンデンサに充電された電圧 が、バッテリー電圧に重畳されて大きな出力電圧を得ることができる。しかも、 コンデンサに充電されていた電荷が放電してしまっても、負荷にはダイオードを 介してバッテリーの電圧が与えら続けるので、負荷への給電が停止してしまうこ とはない。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 図１は、本考案の第１実施例の概要を示すブロック図である。符号は、図６の ものに対応し、４は補助スイッチ、５は車速センサ、６はアクセル開度サンサ、 ７はギアポジションセンサ、８は傾斜角センサ、１０はダイオード、１１はコン デンサ、１２はリレー制御回路、１３，１４はリレーである。 なお、コンデンサ１１としては、電気二重層コンデンサのような大容量コンデ ンサを用いる。

【００１３】 この第１実施例は、本考案を電動車両におけるモータ駆動回路に適用したもの である。 通常の運転時には、バッテリー１５の電圧がダイオード１０を介してインバー タ２に与え、インバータ２で３相交流に変換した後、車両走行用の３相モータ１ に供給する。コントローラ３は、インバータ２に対して運転指示を与える。リレ ー制御回路１２は、コントローラ３を介して与えられる各センサ５〜８の信号， 補助スイッチ４の状態及びコンデンサ１１の両端の電圧等を受けて、リレー１３ ，１４を制御し、コンデンサ１１の接続を切り換える。

【００１４】 次に、フローチャートを参照しながら本考案の第１実施例の動作を説明する。 図２は、本考案の第１実施例の動作を説明するためのフローチャートである。 ステップ１…まず、リレー１３の接点を開く。 ステップ２…リレー１４の接点が接点ａの側にあるか否かを判別する。 ステップ３…接点ａの側にあったら、コンデンサ１１の電圧が補助力行（バッ テリー電圧にコンデンサの電圧を重畳させて、大きなトルクで力行させること） を行うことが可能な電圧以上あるか否かを判別する。 ステップ４…ステップ２でリレー１４の接点が接点ａの側ではなく、接点ｂ側 にあった時、コンデンサ１１の電圧が満充電電圧になっているか否かを判別する 。 ステップ５…ステップ３でコンデンサ１１の電圧が補助力行を行うことが可能 な電圧以上ないか、ステップ４でコンデンサ１１の電圧が満充電電圧になってい なかった時、リレー１３の接点を閉じる（既に閉じていたらそのまま保持する） 。 ステップ６…リレー１４の接点を接点ｂ側にする（既に接点ｂ側になっていた らそのまま保持する）。リレー１３の接点が閉じ、且つ、リレー１４の接点が接 点ｂ側に切り換わると、コンデンサ１１の充電が始まる。

【００１５】 ステップ７…ステップ３でコンデンサ１１の電圧が補助力行を行うことが可能 な電圧以上あった時、または、ステップ４でコンデンサ１１の電圧が満充電電圧 になっていた時、補助力行が必要か否かを判別する。例えば、次の（ａ）〜（ｅ ）のいずれかの時、補助力行が必要であると判別する。 （ａ）運転者が補助スイッチ４をＯＮにして、補助力行を要求した時。 （ｂ）ギアが低速段に入っている時。 （ｃ）車速が一定値以下である時。 （ｄ）アクセル開度が一定値以上になっている時。 （ｅ）登坂時において、道路の傾斜角が一定値以上の時。

【００１６】 ステップ８…補助力行が必要でないと判別された時、リレー１３の接点を開く （既に開いていたらそのまま保持する）。 ステップ９…ステップ７で補助力行が必要であると判別された時、リレー１３ の接点を閉じる（既に閉じていたらそのまま保持する）。 ステップ１０…リレー１４の接点を接点ａ側にする（既に接点ａ側になってい たらそのまま保持する）。

【００１７】 リレー１３の接点が閉じ、且つ、リレー１４の接点が接点ａ側に切り換わると 、バッテリー１５に対して、コンデンサ１１が直列に接続され、バッテリー電圧 にコンデンサの電圧が重畳されてインバータ２に与えられる。その結果、３相モ ータ１は大きなトルクを発生する。また、その時、コンデンサ１１と並列にダイ オード１０が接続されている。そのため、コンデンサ１１が放電してしまった後 でも、ダイオード１０を介してバッテリー電圧がインバータ２に与えられ、３相 モータ１の運転が継続される。

【００１８】 図３は、本考案の第２実施例の概要を示すブロック図である。符号は、図１の ものに対応し、１６は補助スイッチ、１７はエンジン温度センサ、１８はエンジ ン回転数センサ、１９はスタータスイッチ、２０はスタータモータである。 この第２実施例は、本考案をスタータモータ駆動回路に適用したものである。

【００１９】 図４は、本考案の第２実施例の動作を説明するためのフローチャートである。 ステップ１…まずリレー１３の接点を開く。 ステップ２…リレー１４の接点が接点ａの側にあるか否かを判別する。 ステップ３…接点ａの側にあったら、コンデンサ１１の電圧が始動補助を行う ことが可能な電圧以上あるか否かを判別する。 ステップ４…ステップ２でリレー１４の接点が接点ａの側にはなく、接点ｂ側 にあった時、コンデンサ１１の電圧が満充電電圧になっているか否かを判別する 。 ステップ５…ステップ３でコンデンサ１１の電圧が始動補助を行うことが可能 な電圧以上ないか、ステップ４でコンデンサ１１の電圧が満充電電圧になってい なかった時、リレー１３の接点を閉じる（既に閉じていたらそのまま保持する） 。 ステップ６…リレー１４の接点を接点ｂ側にする（既に接点ｂ側になっていた らそのまま保持する）。リレー１３の接点が閉じ、且つ、リレー１４の接点が接 点ｂ側に切り換わると、コンデンサ１１の充電が始まる。

【００２０】 ステップ７…ステップ３でコンデンサ１１の電圧が始動補助を行うことが可能 な電圧以上あった時、または、ステップ４でコンデンサ１１の電圧が満充電電圧 になっていた時、始動補助が必要か否かを判別する。例えば、次の（ａ）〜（ｃ ）のいずれかの時、始動補助が必要であると判別する。 （ａ）運転者が補助スイッチ１６をＯＮにして、始動補助を要求した時。 （ｂ）エンジンの水温が一定値以下である時。 （ｃ）スタータモータ２０を起動後、一定時間以上経過してもエンジンがかから ず、回転数が一定値以上に上昇しなかった時。

【００２１】 ステップ８…始動補助が必要でないと判別された時、リレー１３の接点を開く （既に開いていたらそのまま保持する）。 ステップ９…ステップ７で始動補助が必要であると判別された時、リレー１３ の接点を閉じる（既に閉じていたらそのまま保持する）。 ステップ１０…リレー１４の接点を接点ａ側にする（既に接点ａ側になってい たらそのまま保持する）。

【００２２】 リレー１３の接点が閉じ、且つ、リレー１４の接点が接点ａ側に切り換わると 、バッテリー１５に対して、コンデンサ１１が直列に接続され、バッテリー電圧 にコンデンサの電圧が重畳されてスタータモータ２０に与えられる。その結果、 スタータモータ２０は大きなトルクを発生する。また、その時、コンデンサ１１ と並列にダイオード１０が接続されるため、コンデンサ１１が放電してしまった 後でも、スタータモータ２０は、バッテリーからダイオード１０を介して給電さ れて、駆動し続ける。 なお、コンデンサ１１が放電してしまった後は、スタータモータ２０に印加さ れる電圧は低下するが、スタータモータ２０の負荷は始動し始めが最も大きく、 その後は小さくなるので、最初にコンデンサの電圧を利用して大きなトルクを出 せば、その後はバッテリーの電圧だけでも駆動可能である。

【００２３】 なお、上記実施例では、ダイオードとコンデンサをバッテリーの正極側に接続 したが、図５に示すように、それらをバッテリーの負極側に接続しても同様な結 果が得られる。

【００２４】

【考案の効果】

以上述べた如く、本考案の車両用電源装置によれば、次のような効果を奏する 。 予めコンデンサを充分に充電しておき、大きなトルクが必要な時は、該コンデ ンサがバッテリーと直列になり、且つ、ダイオードがコンデンサと並列になるよ うに接続を切り換える。その結果、コンデンサに充電された電圧がバッテリー電 圧に重畳されて大きな出力電圧を得ることができ、その電圧をモータに印加する ので大きなトルクを得ることができる。しかも、コンデンサに充電されていた電 荷が放電してしまった後でも、負荷にはバッテリーの電圧がダイオードを介して 与えられ続けるので、負荷への給電が停止してしまうことはない。そのため、電 動車両における走行用モータのように継続して給電する必要のある負荷に対して も適用することができる。 また、スタータモータに適用した場合は、冷間時等、スタータモータを駆動し てもなかなかエンジンが始動しないような時、コンデンサが放電してしまっても 、スタータモータへの給電は停止しないので、そのまま始動動作を継続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の第１実施例の概要を示すブロック図

【図２】 本考案の第１実施例の動作を説明するための
フローチャート

【図３】 本考案の第２実施例の概要を示すブロック図

【図４】 本考案の第２実施例の動作を説明するための
フローチャート

【図５】 ダイオードとコンデンサの他の接続例を示す
図

【図６】 従来の電動車両における走行用モータ駆動回
路の概要を示すブロック図

【図７】 従来のスタータモータ駆動回路の概要を示す
ブロック図

【図８】 車両用電源装置の特性を示す図

【図９】 従来のバッテリー電圧上昇手段を説明するた
めの図

【符号の説明】

１…３相モータ、２…インバータ、３…コントローラ、
４…補助スイッチ、５…車速センサ、６…アクセル開度
サンサ、７…ギアポジションセンサ、８…傾斜角セン
サ、１０…ダイオード、１１…コンデンサ、１２…リレ
ー制御回路、１３，１４…リレー、１５…バッテリー、
１６…コントローラ、１７…エンジン温度センサ、１８
…エンジン回転数センサ、１９…スタータスイッチ、２
０…スタータモータ、２１，２２…切換接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 飯田 桂一 藤沢市土棚８番地 いすゞ自動車株式会社 藤沢工場内 (72)考案者 西沢 一海 東京都大田区東六郷１丁目12番11号 日興 電機工業株式会社内 (72)考案者 平井 敏敞 東京都大田区東六郷１丁目12番11号 日興 電機工業株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリーと、該バッテリーに直列接続
   されたダイオードと、一方の端子が上記ダイオードの端
   子の内、上記バッテリーに接続された端子とは反対側の
   端子に接続され、他方の端子が上記バッテリーの正極と
   負極に切換可能に接続されるコンデンサとを有すること
   を特徴とする車両用電源装置。