JP2011250494A

JP2011250494A - 車両用電源システム

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Publication number: JP2011250494A
Application number: JP2010117880A
Authority: JP
Inventors: Toru Ishikawa; 石川　　亨; Shinji Nishimura; 慎二西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: JP5202576B2

Abstract

【課題】電気二重層コンデンサの寿命を延ばし、エネルギー損失を小さくした車両用電源システムを提供する。
【解決手段】車両の制動時に電力を回生する発電機の出力側に接続された電気二重層コンデンサ３と、この電気二重層コンデンサに接続された電力変換器４と、この電力変換器の出力側に接続されたバッテリ５と、上記車両の駐車を検出する車両駐車検出装置８と、上記電気二重層コンデンサの温度検出手段９及び電圧検出手段１０と、上記電力変換器を制御する制御装置７とを備え、上記制御装置は、上記車両駐車検出装置が上記車両の駐車を検出し、上記温度検出手段によって検出された温度が所定値を超え、かつ上記電圧検出手段が上記電気二重層コンデンサの満充電状態を検知したときに、上記電気二重層コンデンサの電気エネルギーにより上記バッテリを充電するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、回生電力の蓄電装置として電気二重層コンデンサを備えた車両用電源システムに関するものである。

従来、車両の燃費向上を目的として、ブレーキ時の運動エネルギーを発電機により電気エネルギーに変換し、得られた電気エネルギーを回収、キャパシタに蓄電して再利用する回生機能を有する電源システムが提案されている。（例えば、特許文献１、２参照）

特開２００７−１３５２８４号公報（第１頁、図１）特開平８−１９６００６号公報（第１頁、図１）

上記のような従来の車両用電源システムの内、特許文献１のような電源システムでは、大容量かつ急速充電が可能な電気二重層コンデンサが用いられている。しかし、電気二重層コンデンサは高温かつ満充電の状態で長時間放置した場合、著しく劣化する問題があり、その劣化を抑制する保護機能については課題があった。また、特許文献２のような技術においては、自己放電を抑制するために電力変換器を介してキャパシタの充放電が行なわれるが、充放電を繰り返すことにより電力変換器でエネルギー損失が発生するという課題があった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたものであり、電気二重層コンデンサの劣化を防ぐことで寿命を延ばし、エネルギー損失を小さくした車両用電源システムを提供することを目的としている。

この発明に係る車両用電源システムは、車両の制動時に電力を回生する発電機の出力側に接続された電気二重層コンデンサと、この電気二重層コンデンサに接続された電力変換器と、この電力変換器の出力側に接続されたバッテリと、上記車両の駐車を検出する車両駐車検出装置と、上記電気二重層コンデンサの温度検出手段及び電圧検出手段と、上記電力変換器を制御する制御装置とを備え、上記制御装置は、上記車両駐車検出装置が上記車両の駐車を検出し、上記温度検出手段によって検出された温度が所定値を超え、かつ上記電圧検出手段が上記電気二重層コンデンサの満充電状態を検知したときに、上記電気二重層コンデンサの電気エネルギーにより上記バッテリを充電するようにしたものである。

本発明においては、車両が駐車したときに電気二重層コンデンサが高温かつ満充電の状態の場合には電気二重層コンデンサに蓄えられた電気エネルギーをバッテリに蓄電させることにより放電することで、高温かつ満充電の状態が長時間放置されることがない。このため、電気二重層コンデンサの劣化が防止され、寿命を延ばすことがでる。また、電気二重層コンデンサで消費していたエネルギーをバッテリに充電させ、電力変換器を介した充放電を従来よりも減らすようにしたことにより、エネルギー損失を小さくすることができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用電源システムの要部構成を概略的に示すブロック図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源システムの要部構成を概略的に示すブロック図である。図において、車両用電源システムは、内燃機関１から発生する動力、または車両の制動時に得られる運動エネルギーにより発電を行う発電機２と、この発電機２の出力側に接続された電気二重層コンデンサ３と、この電気二重層コンデンサ３を入力側に接続した、出力電圧または出力電流を制御可能なＤＣ−ＤＣコンバータからなる電力変換器４と、この電力変換器４の出力側に接続されたバッテリ５と、このバッテリ５に並列に接続された複数の負荷６と、電力変換器４に接続された制御装置７と、制御装置７に接続された、車両駐車検出装置８、電気二重層コンデンサ３の温度を検出する温度検出手段９、電気二重層コンデンサ３の電圧を検出する電圧検出手段１０、及び電気二重層コンデンサ３を冷却する冷却手段としてのファン１１などを備えている。

上記制御装置７は、車両が駐車したことを車両駐車検出装置８が検出したときに、温度検出手段９によって検出された温度が所定値を超え、かつ電圧検出手段１０が電気二重層コンデンサ３の満充電状態を検知した場合に、該電気二重層コンデンサ３の電気エネルギーによりバッテリ５を充電するように制御することで、電気二重層コンデンサ３の電気エネルギーを放電させる。なお、該制御装置７は、例えば電力変換器４の内部、あるいは車両の各種制御を電子的に行う制御用コンピュータであるＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニット）などに設けることができるが、特に限定されるものではない。また、上記車両駐車検出装置８としては、例えば既存のキースイッチセンサを用いることができ、その場合キースイッチがＯＦＦされたことで車両が駐車したことを検出できる。

上記バッテリ５として好ましく用いることができるものとして、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、及び酸化銀・亜鉛蓄電池等を挙げることができるが、これらのみに限定されるものではない。また、内燃機関を用いた車両の場合、通常設備されているバッテリとは別に用意し、あるいは該バッテリと兼用するようにしても良い。

上記電気二重層コンデンサ３の温度検出手段９は、該電気二重層コンデンサ３に直接設置して検温し、または電気二重層コンデンサ３の近傍の部品に設置して温度を推定するようにしても良い。また、電圧検出手段１０は電力変換器４の入力電圧によって電気二重層コンデンサ３の電圧を検知することができる。また、バッテリ５の電圧を検知する手段も具備されている（図示省略）。また、発電機２としては、例えばオルタネータ、モータジェネレータなどの何れをも用いることができる。その他の構成は、従来技術による例えば公知の車両と同様であるので説明を省略する。

なお、この実施の形態１の車両用電源システムを適用し得る車両は、車両の制動時に得られる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、この発電機によって回生された電力を蓄える電気二重層コンデンサ及びバッテリからなる蓄電手段を備えたもので、例えば、駆動用の動力源として内燃機関と駆動モータを有するハイブリッド車、内燃機関を有し駆動モータを持たず制動時の回生エネルギーを利用する自動車、内燃機関を有しない電気自動車、燃料電池車などを挙げることができる。何れの場合も、１つまたは複数のＥＣＵを備えた車両に対して好ましく適用することができる。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず。通常の動作としては、初め車両の走行時に内燃機関１によって発電機２が回され、発電した電力は電力変換器４を介して各種車載機器などからなる負荷６に供給される。そして、制動時や長い下り坂での抑速時においては、車両の運動エネルギーによって発電機２が付勢されるように、励磁電流を大きくして発電量を増やし、回生された発電量の大きい、負荷６で消費しきれない余剰の電力を電気二重層コンデンサ３に蓄電する。この後は、電気二重層コンデンサ３に蓄えられた電力が負荷６に供給され、発電機２は電気二重層コンデンサ３の電力が空になるか、もしくは電圧が所定のレベルを下回るか、または制動時以外は発電しない。このように動作させることにより、特に内燃機関１を用いた車両では負荷が減り燃費が向上する。

また、電圧検出手段１０によって検出された電気二重層コンデンサ３の電圧がバッテリ５の電圧よりも高いとき、例えば電気二重層コンデンサ３が満充電になった場合、例えばアイドリングストップ時に電気二重層コンデンサ３に蓄えられた電力を、電力変換器４を介して電気二重層コンデンサ３から負荷６へ供給する。これにより、アイドリングストップによる燃料消費の抑制、及びバッテリ５に蓄えられたエネルギーの消費が抑制されることにより、エネルギー損失が減る。なおこの場合、電気二重層コンデンサ３とバッテリ５の電圧が略同等となるまで電気二重層コンデンサ３の放電とバッテリ５の充電を行うようにすることにより、電力変換器４は降圧のみを行う構成とすることができる。

一方、車両駐車検出装置８としてのキースイッチセンサがキースイッチのＯＦＦによる車両駐車を検出した時に、温度検出手段９によって検出された電気二重層コンデンサ３の温度が予め設定された所定レベル、例えば８０℃を超え、かつ電圧検出手段１０によって検出された電気二重層コンデンサ３が満充電に相当するレベルであった場合、制御装置７は電力変換器４を動作させ電気二重層コンデンサ３の放電とバッテリ５の充電を行う。これにより、電気二重層コンデンサ３が高温かつ満充電で長時間放置されることが避けられ、電気二重層コンデンサ３の劣化が抑制される。なお、電気二重層コンデンサ３の満充電は、例えば満充電時の電圧が２７Ｖのとき、電圧検出手段１０による検出電圧が例えば２５Ｖを超えれば満充電とみなすことで判定される。

なお、車両駐車時に電気二重層コンデンサ３が満充電の状態でも、温度が所定レベルに達していなかった場合は、電気二重層コンデンサ３からバッテリ５への充電動作を行わない。これにより、電気二重層コンデンサ３の劣化を抑制しつつ、エネルギー損失を低減できる。また、車両駐車時に電気二重層コンデンサ３の温度が所定レベルを超えていても、電圧検出手段１０によって検出された電気二重層コンデンサ３の電圧が所定レベルよりも低い場合、電気二重層コンデンサ３からバッテリ３への充電動作を行わない。これにより、電気二重層コンデンサ３の劣化を同様に抑制しつつ、エネルギー損失を低減できる。
より具体的な例を挙げれば、車両駐車時に電気二重層コンデンサ３が満充電の状態でも、該電気二重層コンデンサ３の温度が８０℃以下の場合は、電気二重層コンデンサ３の放電とバッテリ５の充電を行わない。また、例えば電気二重層コンデンサ３の温度が８０℃を超えていても、電圧検出手段１０によって検出された電気二重層コンデンサ３の電圧が２５Ｖよりも低い場合、電気二重層コンデンサ３の放電とバッテリ５の充電を行わない。

なお、制御装置７は車両駐車時に温度検出手段９により電気二重層コンデンサ３の高温状態を検出した場合は、ファン１１を用いて電気二重層コンデンサ３を冷却する。これにより電気二重層コンデンサの高温状態での劣化を抑制することができる。なお、車両の走行時は風を受けるのでファン１１の運転は必ずしも必要ではない。また、ファン１１はファン以外の冷却手段、例えば水冷方式、ヒートパイプなどを組み合わせたものなどであっても良い。また、車両駐車検出手段８として、キースイッチを利用する例を示したが、他の手段、例えば運転席シートベルトスイッチ、パーキングブレーキを動作させていることを表示するためのスイッチ等を用いても良い。

上記説明したように、実施の形態１によれば、車両が駐車したときに電気二重層コンデンサ３が高温かつ満充電の状態の場合には、該電気二重層コンデンサ３に蓄えられた電気エネルギーをバッテリ５に蓄電させて放電することで、高温かつ満充電の状態が長時間放置されることが無くなる。このため、電気二重層コンデンサ３の劣化が防止され、寿命を延ばすことができる。また、電気二重層コンデンサ３で消費していたエネルギーをバッテリ５に充電させ、電力変換器４を介した充放電の機会が限定されることにより、エネルギー損失を小さくすることができる。

また、車両駐車時に電気二重層コンデンサ３の温度が低い場合、あるいは、電気二重層コンデンサ３の温度が高くても満充電状態ではない場合は、電力変換器４を介して電気二重層コンデンサ３の放電とバッテリ５の充電を行わないことにより、電力変換器４で生じるエネルギー損失を低減することができる。また、電気二重層コンデンサ３の放電とバッテリ５の充電を行う場合、電気二重層コンデンサ３とバッテリ５の電圧が略同等となるまでとすることで、電力変換器４は降圧のみを行う構成とすることができるので回路が簡素となり安価にできる。例えば、バッテリ５の電圧が１４Ｖで、電気二重層コンデンサ３の電圧が１５Ｖ以下になった場合、電気二重層コンデンサ３とバッテリ５の電圧が略同等とみなされる。

さらに、車両駐車検出装置８としてキースイッチセンサを用いたので、車両駐車検出装置８を新たに設置する必要が無いので安価にでき、また、内燃機関１が動いているかどうかがはっきり分かるので駐車を正しく判別できる。また、制動時に得られる回生電力を電気二重層コンデンサ３に蓄電した後は、電気二重層コンデンサ３に蓄えられた電力を負荷６に供給し、発電機２は電気二重層コンデンサ３の電力が空になるか、もしくは電圧が所定のレベルを下回り、または制動時以外は発電しないようにしたことにより、特に内燃機関１を用いた車両では負荷が減ることにより、燃費が向上する。

なお、内燃機関１を用いない車両では電気二重層コンデンサ３の劣化が防止され、寿命を延ばすことができる。また、電気二重層コンデンサ３で消費していたエネルギーをバッテリ５に充電させることにより、エネルギー損失を小さくすることができ、また、電力変換器４を介した充放電の機会が結果的に減ることにより、エネルギー損失を小さくすることができるという効果が得られる。

１内燃機関、２発電機、３電気二重層コンデンサ、４電力変換器、５バッテリ、６負荷、７制御装置、８車両駐車検出装置、９温度検出手段、１０電圧検出手段、１１ファン（冷却手段）。

Claims

車両の制動時に電力を回生する発電機の出力側に接続された電気二重層コンデンサと、この電気二重層コンデンサに接続された電力変換器と、この電力変換器の出力側に接続されたバッテリと、上記車両の駐車を検出する車両駐車検出装置と、上記電気二重層コンデンサの温度検出手段及び電圧検出手段と、上記電力変換器を制御する制御装置とを備え、上記制御装置は、上記車両駐車検出装置が上記車両の駐車を検出し、上記温度検出手段によって検出された温度が所定値を超え、かつ上記電圧検出手段が上記電気二重層コンデンサの満充電状態を検知したときに、上記電気二重層コンデンサの電気エネルギーにより上記バッテリを充電することを特徴とする車両用電源システム。
上記車両は内燃機関を備え、上記発電機は、上記内燃機関の発生する動力によって付勢される機能を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
上記制御装置は、上記電気二重層コンデンサと上記バッテリの電圧がほぼ同等になるまで上記電気二重層コンデンサの放電と上記バッテリの充電を行うようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電源システム。
上記車両駐車検出装置は、キースイッチセンサであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用電源システム。
上記制御装置は、上記車両駐車検出装置が上記車両の駐車を検出し、上記温度検出手段が上記電気二重層コンデンサの高温状態を検知したときに、上記電気二重層コンデンサを冷却する冷却手段を用いて上記電気二重層コンデンサを冷却することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の車両用電源システム。
上記制御装置は、上記電力変換器の内部または車両の各種制御を電子的に行う制御用コンピュータであるＥＣＵの内部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の車両用電源システム。