JP3543479B2 - 電動車両 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動車両に係り、詳細には、キャパシタを電源として駆動モータに電力を供給する電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境保護の観点から、駆動モータの出力を車両の駆動力として使用する電動車両が開発され、実用化されている。このような電動車両としては、駆動モータのみから駆動力を得る電気自動車の他に、環境保護の観点に加えて燃料の簡易供給と走行距離の長距離化の観点から駆動モータとエンジンとから駆動力を得るハイブリッド車両も、実用化されている。
電動車両では、駆動源である駆動モータを駆動するための直流電源として、例えば、２４０Ｖの電源装置を備えており、電源装置として、充放電が可能な鉛蓄電池等のバッテリを使用するものや、キャパシタを使用するものや、バッテリとキャパシタを使用し、その一方を補助電源として使用するもの等がある。
このような電気自動車やハイブリッド車両を含む電動車両において、加速走行や定速走行時に電源装置から電力を取り出し、運転者の走行要求に応じた電流をインバータを介して駆動モータに供給することで、駆動モータを駆動している。一方、電動車両の減速時には、駆動モータによって駆動されたエネルギを有効に回収するために、駆動モータで発生する電力を電源装置に回生するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数のキャパシタユニットを蓄電装置として使用する電動車両では、キャパシタの自己放電（リーク電流）によって頻繁に放電と充電を繰り返しているうちに、キャパシタユニット間の電圧の差異（蓄電エネルギーの差異）が生じ、充電時に１部のキャパシタユニットが過電圧となる可能性がある。特に、電動車両車両は、充電スタンド等による外部からの充電をしなくても駆動モータの出力のみで長距離走行することが可能であるため、キャパシタユニット間の電位差が発生する可能性がある。
キャパシタユニットに過電圧が発生すると電気分解が発生する。このため、過電圧状態を長期間繰り返し続けると、ドライアウト（電解液が無くなる）して、キャパシタに致命的な障害を与える可能性がある。
キャパシタユニットの過電圧を防止するために、各キャパシタユニットの電圧をモニタし、全てのユニットの電圧が過電圧とならないように充電量をコントロールする方法が考えられるが、最大電圧のキャパシタユニットに制限され、見かけ上のキャパシタ容量が減少してしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、上記した従来の電動車両における課題を解決するために成されたもので、キャパシタユニット間に発生した充電量の不均一を解消することが可能な電動車両を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、車両を駆動する駆動モータと、直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、予め設定された時間の車両の停止を検出する車両停止検出手段と、予め設定された時間の車両停止を検出した場合に、前記各キャパシタのエネルギを放電抵抗器で消費させて充電残量を均一化する均一化手段と、を電動車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、車両を駆動する駆動モータと、エンジンと、前記エンジンに連結された発電機モータと、直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、前記キャパシタの充電電力に基づき前記発電機モータを回転させることにより、放電終止電圧まで前記各キャパシタを放電させて前記各キャパシタユニットの充電残量を均一化する均一化手段と、を電動車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項３に記載の発明では、車両を駆動する駆動モータと、直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、前記キャパシタの充電電力に基づき前記駆動モータを回転させることにより、放電終止電圧まで前記各キャパシタを放電させて前記各キャパシタユニットの充電残量を均一化する均一化手段と、を電動車両に具備させて前記目的を達成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動車両の各実施形態について図１から図９を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、ハイブリッド車両について説明するが、駆動モータを備えエンジンを備えていない電気自動車についても同様に適用が可能である。
（１）第１の実施形態の概要
第１の実施形態のハイブリッド車両では、電源装置としてキャパシタ（コンデンサ）を有するハイブリッド車両に対して、キャパシタの全電気的エネルギーを放出するための放電抵抗器を接続すると共に、各キャパシタユニットに逆流防止用のダイオードを並列接続する。
そして、車両停車時に全てのキャパシタのエネルギ残量を０にリセットする。これによって、頻繁な充放電により各ユニット間の充電レベルに差異が生じたキャパシタユニット間の充電レベル差を減少させることができる。
また、第１の実施形態の変形として、ダイオードの代わりにツェナーダイオード（定電圧防止ダイオード）を各キャパシタユニットに並列接続することで、走行中における過充電（過電圧）を各キャパシタユニット単位で防止することができる。
【０００７】
（２）本実施形態の詳細
図１はハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図（骨図）である。このハイブリッド車両は、エンジンの駆動力を駆動輪と発電機に分けて伝達させることでシリーズ型とパラレル型の双方の機能をそなえたスプリット型のハイブリッド車両である。
図１に示すように、ハイブリッド車両の駆動装置は、エンジン（ＥＧ）１、プラネタリギヤ２、発電機モータ（ジェネレータＧ）３、駆動モータ（Ｍ）４、およびデファレンシャルギヤ５を備えており、４軸構成になっている。
第１軸としてのエンジン１の出力軸７上には、プラネタリギヤ２および発電機モータ３が配置されている。プラネタリギヤ２は、キャリヤ２２がエンジン１の出力軸７と連結され、サンギヤ２１が発電機モータ３の入力軸９と連結され、リングギヤ２３が第１カウンタドライブキア１１に連結されている。
第２軸としての駆動モータ４の出力軸１３には、第２カウンタドライブギヤ１５が連結されている。第３軸としてのカウンタシャフト３１には、カウンタドリブンギヤ３３及びデフピニオンギヤ３５が保持されており、カウンタドリブンギヤ３３には第１カウンタドライブギヤ１１と第２カウンタドライブギヤ１５が噛合されている。デファレンシャルギヤ５は、第４軸を有するデフリングギヤ３７を介して駆動され、このデフリングギヤ３７とデフピニオンギヤ３５とが互いに噛合している。
【０００８】
プラネタリギヤ２は差動ギヤであり、キャリヤ２２の入力回転数に対し、リングギヤ２３の出力回転数を決定するのは、サンギヤ２１の回転数である。即ち、発電機モータ３の負荷トルクを制御することによって、サンギヤ２１の回転数を制御することが可能である。例えば、サンギヤ２１を自由回転させた場合、キャリヤ２２の回転はサンギヤ２１により吸収され、リングギヤ２３は停止して、出力回転は生じないようになっている。プラネタリギヤ２において、キャリヤ２２の入力トルクは、発電機モータ３の反力トルクと出力軸トルクの合成トルクとなる。すなわち、エンジン１からの出力はキャリヤ２２に入力され、発電機モータ３はサンギヤ２１に入力される。エンジン１の出力トルクはリングギヤ２３から出力され、エンジン効率に基づいて設定されたギヤ比でカウンターギヤを介して駆動輪に出力される。また駆動モータ４の出力はモータ効率のよいギヤ比に基づいてカウンターギヤを介して駆動輪に出力される。
このように、本実施形態のハイブリッド車両としては、エンジン１の出力トルクを駆動輪および発電機の入力軸に伝達する、スプリット型ハイブリッド車両が使用される。
【０００９】
図２は、このようなハイブリッド車両のシステム構成を表したものである。
この図２に示すように、ハイブリッド車両は、駆動系４０と、駆動系４０その他各部の状態を検出するセンサ系４１と、駆動系４０各部の制御を行う制御系４２と、駆動系４０との間で電力の授受を行う電源装置４３１を有する電源系４３を備えている。
【００１０】
駆動系４０は、エンジン１、発電機モータ３、駆動モータ４を備えている。発電機モータ３と駆動モータ４は、電源系４３の電源装置と接続され、図示しないコンバータやインバータ等およびその制御装置によって、電力の授受を行うようになっている。
【００１１】
センサ系４１は、イグニッションキーのオン／オフを検出するキーポジションセンサ４１０、エンジン１の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ４１１と、発電機モータ３の回転数ＮＧを検出する発電機モータ回転数センサ４１２と、発電機モータ３のトルクＴＧを検出する発電機モータトルクセンサ４１３と、駆動モータ４の回転数ＮＭを検出する駆動モータ回転数センサ４１４と、駆動モータ４のトルクＴＭを検出する駆動モータトルクセンサ４１５と、バッテリ４４の充電残容量ＳＯＣ、電源装置４３１の電圧Ｖ、電流Ｉを検出する電源センサ４１６と、アクセル開度αを検出するアクセルセンサ４１７と、車速ｖを検出する車速センサ４１８、ブレーキ踏み込み量βを検出するブレーキセンサ４１９を備えている。
センサ系４１は、図示しないが、トランスミッションのシフトレバーセンサ、等のその他各種のセンサを備えている。
【００１２】
制御系４２は、エンジン１を制御するエンジン制御装置４２１、発電機モータ３を制御する発電機モータ制御装置４２２、駆動モータ４を制御する駆動モータ制御装置４２３を備えている。
また制御系４２は、エンジン制御装置４２１、発電機モータ制御装置４２２、駆動モータ制御装置４２３に対して制御指示や制御値を供給することで車両全体を制御する車両制御装置（ＥＣＵ）４２４を備えている。
この車両制御装置４２４は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）、各種のプログラムやデータが格納されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等を備えたマイクロコンピュータによって実現される。
車両制御装置４２４は、自己に供給させる電源と他の装置に供給する電源とを別個にＯＮ／ＯＦＦすることができるようになっており、本実施形態によるキャパシタのリセット処理が完了するまでは、自己に供給させる電源をＯＦＦしないようになっている。
【００１３】
車両制御装置４２４は、エンジン制御装置４２１に対し、車両の走行、停止等の各種状態に応じてエンジンのＯＮ／ＯＦＦ信号を供給するようになっている。
また、車両制御装置４２４は、発電機モータ制御装置４２２に対して、図示しないアクセルセンサからのアクセル開度αと電源センサ４１６からの充電残容量ＳＯＣとに応じた発電機モータ３の目標回転数ＮＧ＊を供給する。
さらに、車両制御装置４２４は、駆動モータ制御装置４２３に対して、アクセルセンサからのアクセル開度αと車速センサからの車速ｖとに応じたトルクＴＭ＊を供給するようになっている。
【００１４】
そして、エンジン制御装置４２１は、車両制御装置４２４から供給されるＯＮ信号と、エンジン回転数センサ４１１から供給されるエンジン回転数ＮＥに応じて、スロットル開度θを制御することで、エンジン１の出力を制御する。
発電機モータ制御装置４２２は、車両制御装置４２４から供給された目標回転数ＮＧ＊となるように、発電機モータ３の電流（トルク）ＩＧを制御する。
駆動モータ制御装置４２３は、車両制御装置４２４から供給されるトルクＴＭ＊によって、駆動モータ４の電流（トルク）ＩＭを制御する。
【００１５】
車両制御装置４２４には、エンジン制御装置４２１からスロットル開度θの値が供給される。また、発電機モータ制御装置４２２から、発電機モータ回転数センサ４１２で検出された発電機モータ３の回転数ＮＧと、発電機モータトルクセンサ４１３で検出されたトルクＴＧの値が供給される。
また、駆動モータ制御装置４２３から、駆動モータ回転数センサ４１４で検出された駆動モータ４の回転数ＮＭと、駆動モータトルクセンサ４１５で検出されたトルクＴＭの値が車両制御装置４２４に供給される。さらに、電源センサ４１６から、電源装置４３１の充電残容量ＳＯＣ、電圧Ｖ、電流Ｉが供給されるようになっている。
なお、発電機モータトルクセンサ４１３、および駆動モータトルクセンサ４１５は、必ずしも必要ではなく、演算により求めるようにしてもよい。
【００１６】
電源系４３は、電源装置４３１の他に、放電抵抗器４３２、電源リレー４３３、および放電リレー４３４を備えている。
本実施形態の電源装置４３１は、後述するようにキャパシタのみで構成されているが、充放電可能なバッテリと組み合わせて構成するようにしてもよい。バッテリとしては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、水素２次電池、レドックス型電池、リチウム２次電池等の各種充放電可能な２次電池が使用される。
電源装置４３１は、電源リレー４３３を介して、発電機モータ３および駆動モータ４と接続されている。
また、電源装置４３１には、放電リレー４３４を介して、放電抵抗器４３２が接続されている。放電抵抗器４３２は、電源装置４３１から供給される電力を消費するためのものである。
【００１７】
電源リレー４３３と放電リレー４３４は、車両制御装置４２４によって制御されるようになっている。すなわち、ハイブリッド車両の走行時には、電源リレー４３３が接続され、放電リレー４３４が切断される。一方、車両停止時には電源リレー４３３が切断され、放電リレー４３４が接続されるようになっている。
そして電源装置４３１は、車両走行時に、駆動モータ４に電力を供給する一方、駆動モータ４からの回生電力および発電機モータ３の電力で充電され、車両停止時に、放電抵抗器４３２に電力を放電するようになっている。
【００１８】
図３は、電源系４３の詳細構成を表したものである。
この図に示されるように、電源装置４３１は、複数のキャパシタユニット５１が直列に接続されている。これら各キャパシタユニット５１のそれぞれには、逆流および過電圧を防止用するためのダイオード５２が並列に接続されている。
キャパシタユニット５１は、多数のコンデンサセルを直並列に接続することで構成される。キャパシタユニット５１の数は、１ユニットの定格電圧および駆動モータ４、発電機モータ３、補機の入力電圧範囲によって決定される。
【００１９】
各ダイオード５２の電流容量は、放電抵抗器４３２の抵抗値と、直列接続されるキャパシタユニット５１の数とによって決定される。
例えば、全キャパシタユニット５１の許容電圧を４８０Ｖとし、キャパシタユニット５１の数が４個で、放電抵抗器４３２の抵抗値が１０Ωであるとする。この場合、各キャパシタユニットの分圧は１２０Ｖとなる。
そして、最悪１ユニットが０Ｖで他の３ユニットが最大の１２０Ｖになった場合、０Ｖのユニットに並列接続されているダイオードには、３６０Ｖの電圧が印可されることになる。このとき、放電抵抗器の抵抗が１０Ωであるから、各ダイオードには最大３６Ａの電流が流れる可能性がある。従って、各ダイオードには、最大定格がそれ以上のものを選定すればよいことになる。
ただし、実際には１ユニットだけが０Ｖで他のユニットが１２０Ｖというような極端な電圧のばらつきは存在し得ないので、上記計算値の１／５程度で十分である。
一方、各ダイオード５２の耐電圧は、１キャパシタユニット５１の定格電圧に耐えうる値に決定される。
【００２０】
放電リレー４３４は、放電抵抗器４３２の抵抗値により決定され、電源装置４３１が満充電の状態で放電された場合に耐えうるものが選択される。
【００２１】
次に、このように構成されたハイブリッド車両におけるキャパシタのリセット処理の動作について説明する。
図４は、各キャパシタユニット５１の電気的エネルギを放電抵抗器で消費させた場合の、各充電状態の推移を表したものである。なお、キャパシタのリセット処理については、３つのキャパシタユニット５１ａ、〜５１ｃを例に説明することとする。
いま、走行を停止した直後におけるキャパシタユニット５１の充電状態は、図４（ａ）に示すように、キャパシタユニット５１ｃ、５１ａ、５１ｂの順に電圧が高いものとする。
このように、各キャパシタユニット５１の充電状態にばらつきがある状態で、車両の走行が停止した後に車両制御装置４２４は、ＯＮ／ＯＦＦ信号の供給により、電源リレー４３３を切断にすると共に、放電リレー４３４を接続することで、キャパシタの電気的エネルギを放電抵抗器４３２で消費させる。
【００２２】
そして、放電抵抗器４３での放電が一定時間行われ、キパシタユニット５１ａの電圧が０になるまで放電が行われたものとする。
すると、各キャパシタユニット５１のみでダイオードが接続されていない電源装置の場合は、図４（ｂ）に示すように、放電開始時点で最も電圧が低かったキャパシタユニット５１ｂの電圧はＶｂ＝０にはならず、「−」の充電状態になるだけである。すなわち、各キャパシタユニット５１ａ、５１ｂ、５１ｃの電荷（電圧）は、ばらつき自体が解消されずに残ったままである。
これに対して本実施形態の電源装置４３１では、図４（ｃ）に示すように、各キャパシタユニット５１に並列にダイオード５２が接続されている場合、ダイオード５２によって電圧が負（実際にはダイオードの順電圧０．６Ｖ程度）になると、ダイオード５２によってバイパスされるため、最終的に全てのキャパシタの電荷（電圧）が揃うことになる。
【００２３】
図５は、電源装置４３１に対するリセット処理動作の詳細を表したフローチャートである。
先ず、車両制御装置４２４は、キーポジションセンサ４１０からきキーポジションを入力し（ステップ１１）、イグニッションキーがオン状態かオフ状態かを判断する（ステップ１２）。
イグニッションキーがオフ状態である場合（ステップ１２；Ｙ）、車両制御装置４２４は、駆動モータ４や発電機モータ等の終了処理を行う（ステップ１３）。すなわち、オフ時の回転数が高いと逆起電圧によって損傷をうける可能性があり、モータドライバを直ちに停止できないような場合に待機したり、また、イグニッションキーのオフによって残照灯をオンにする等の終了処理を行う。
【００２４】
そして、車両制御装置４２４は、キーポジションがオフされてから３０分が経過したか否かを判断し、経過していれば（ステップ１４；Ｙ）、電源リレー４３３を切断した後（ステップ１５）、放電リレー４３４を接続（ステップ１６）することで、各キャパシタユニット５１の電気的エネルギの放電抵抗器４３２での消費を開始する。
その間、車両制御装置４２４は、電源センサ４１６から電源装置４３１のキャパシタ電圧Ｖｃを入力し（ステップ１７）、放電終止電圧Ｖｅ未満までの放電が完了したか否かを監視する（ステップ１８）。
【００２５】
キャパシタ電圧Ｖｃ＜放電終止電圧Ｖｅになると（ステップ１８；Ｙ）、車両制御装置４２４は、接続していた放電リレー４３４を切断し（ステップ１９）、さらに、車両制御装置４２４自身に供給している電源をオフして（ステップ２０）、リセット処理を終了する。
【００２６】
（３）第１の実施形態の変形例
次に第１の実施形態の変形例について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
図６は、第１の実施形態における電源系４３の変形例を表したものである。
この図に示されるように、本変形例では、各キャパシタユニット５１のそれぞれに接続されたダイオード５２の代わりに、この変形例では逆流および過充電（過電圧）を防止用するためのツェナーダイオード５３が並列に接続されている。
このように、ツェナーダイオード５３をキャパシタユニット５１に並列接続することで、各キャパシタユニット５１を過充電（過電圧）から保護することができる。すなわち、各ツェナーダイオード５３の逆電圧（ツェナー電圧）をキャパシタユニット５１の定格電圧に設定することで、各キャパシタユニット間の充電レベルのばらつきが防止でき、１部のキャパシタに発生する過電圧を防止することができる。
【００２７】
図７は、各キャパシタユニット５１に発電機モータ３または外部の充電スタンド等から充電した場合の推移を表したものである。
いま、電源装置４３１の充電を開始した時点で、キャパシタユニット５１の充電状態は、図７（ａ）に示すように、キャパシタユニット５１ｃ、５１ａ、５１ｂの順に電圧が高いものとする。
このように、各キャパシタユニット５１の充電状態にばらつきがある状態で、充電を開始して一定時間が経過して、キャパシタニット５１ａの電圧が所定の最大電圧Ｖｆになるまで充電が行われたものとする。
【００２８】
すると、電源装置４３１がキャパシタのみで構成されている場合、図７（ｂ）に示すように、充電開始時点で最も電圧が高かったキャパシタユニット５１ｃの電圧Ｖｃは、矢印Ａで示すように、最大電圧Ｖｆを超えてしまう。このように、キャパシタユニットのみの場合、電源装置４３１全体の電圧は最大電圧下にあっても、一部のキャパシタユニット５１が充電によって過充電となってしまう場合がある。
一方、図７（ｃ）に示すように、第１の実施形態における変形例では、各キャパシタユニット５１に並列にツェナーダイオード５３が接続されているので、ツェナーダイオード５３により、各キャパシタユニット５１の電圧がツェナーダイオード５３によって決まる設定電圧Ｖｆになるとバイパスされる。このため、各キャパシタユニット５１単位での過充電を防止することができる。
【００２９】
次に第２の実施形態について説明する。
（４）第２の実施形態の概要
第２の実施形態のハイブリッド車両では、第１の実施形態と同様に、電源装置としてキャパシタを有するハイブリッド車両に対して各キャパシタユニットに逆流防止用のダイオードを並列接続する。そして、キャパシタの電気的エネルギーを発電機モータ３によって消費させるようにしている。
ただし、発電機モータ３の１相のみの励磁を継続すると、スイッチング素子１相分のみに負荷がかかるため、数秒ごとに回転させるようにしている。
【００３０】
（５）第２の実施形態の詳細
図８および図９は、第２の実施形態におけるハイブリッド車両のシステム構成および電源系４３の詳細構成を表したものである。
なお、本実施形態において、図１および図３で説明した第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を適宜省略することとする。また、ハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図は図１と同様なので、説明を省略する。
本実施形態では、キャパシタユニット５１の電気的エネルギを発電機モータ３で消費させるので、図８、図９に示すように、放電抵抗器および放電リレーは接続されていない構成となっている。
【００３１】
そして、発電機モータ３で電気的エネルギを消費させる場合、発電機モータ３が回転することを防止するために、ロックさせるようになっている。
図１０は、発電機モータ３のロック状態を説明するためのものである。
発電機モータ３の固定子１１１に３相交流を供給することで回転磁界が発生し、回転子１１２も回転することになる。
これに対し、本実施形態では図１０（ｂ）に示すように、発電機モータ制御装置４２２の制御によって固定子１１１の磁極を変更することで回転子１１２の回転をロックさせる。ただ、１相のみの場合には、１相のみの励磁はスイッチング素子１相分のみに負荷がかかるため、数秒毎に回転させている。
【００３２】
次に、第２の実施形態におけるリセット処理動作の詳細について図１１のフローチャートに従って説明する。
車両制御装置４２４は、図示しないキーポジションセンサからきキーポジションを入力し（ステップ３１）、イグニッションキーがオン状態かオフ状態かを判断する（ステップ３２）。
イグニッションキーがオフ状態である場合（ステップ３２；Ｙ）、車両制御装置４２４は、キーポジションがオフされてから３０分が経過したか否かを判断し、経過していれば（ステップ３３；Ｙ）、発電機モータモータ制御装置４２２に対して発電機モータ３のロック指令を出力する（ステップ３４）。この指令により発電機モータ制御装置４２２は、発電機モータ３の１相のみを励磁して発電機モータ３の回転をロックさせる。
【００３３】
そして車両制御装置４２４は、カウンタの値Ｃに１を加え（ステップ３５）、カウンタ値ＣがＣmax よりも大きくなったか否かを判断する（ステップ３６）。ここで、Ｃmax は、割込時間が３秒程度となる値で、ロック状態にある発電機モータ３の１相への通電を継続させる時間に相当する。
カウンタ値ＣがＣmax 以下である場合には（ステップ３６；Ｎ）ステップ３８に移行する。一方、カウンタ値ＣがＣmax 未満である場合（ステップ３６；Ｙ）、車両制御装置４２４は発電機モータ制御装置４２２に対して１相回転指令を供給し（ステップ３７）、カウンタ値ＣをＣ＝０にクリアする（ステップ３８）。発電機モータ制御装置４２２は、１相回転指令により通電する相を切り替える。
【００３４】
更に車両制御装置４２４は、電源センサ４１６から電源装置４３１のキャパシタ電圧Ｖｃを入力し（ステップ３９）、充電終止電圧Ｖｇ未満までの充電が完了したか否かを監視し、完了していない場合（ステップ４０；Ｎ）、メインルーチンにリターンして充電を継続する。
ここで放電終止電圧Ｖｇとしては、例えば３Ｖ等の値が選択されるが、キャパシタユニット５１および電源装置４３１の最大電圧によって決定される。
【００３５】
一方、キャパシタ電圧Ｖｃ≧充電終止電圧Ｖｇになり充電が完了すると（ステップ４０；Ｙ）、車両制御装置４２４は、電源リレー４３３を切断し（ステップ４１）、さらに、車両制御装置４２４自身に供給している電源をオフして（ステップ４２）、リセット処理を終了する。
【００３６】
以上、本発明の第１の実施形態とその変形例、および第２の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、実施形態で説明したハイブリッド車両としては、エンジン１の出力トルクを駆動輪および発電機の入力軸に伝達する、スプリット型ハイブリッド車両について説明したが、他の形式のハイブリッド車両でもよい。すなわち、駆動モータと共にエンジンの駆動力も車両走行用の駆動源として使用することでバッテリの消費を抑えるパラレル型のハイブリッド車両や、エンジンで発電機を駆動してバッテリを充電することでバッテリの容量を補充し、車両の走行に直接関係する駆動源としては駆動モータのみを使用するシリーズ型のハイブリッド車両、さらに、エンジンの駆動力を発電と駆動力とに切り替えて使用することでシリーズ型とパラレル型の双方の機能を備えたシリパラ型のハイブリッド車両であってもよい。
【００３７】
また、以上説明した第２の実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、固定子１１１の磁極を変更することで回転子１１２の回転をロックさせるようにしたが、発電機モータ３の回転子１１１にブレーキを接続し、回転子１１の回転を物理的に固定するようにしてもよい。
第２の実施形態では、図９に示すように、各キャパシタユニット５１にダイオード５２を並列接続した構成に付いて説明したが、図６に示した第１の実施形態の変形例と同様に、ダイオード５２に変えて、ツェナーダイオード５３を各キャパシタユニット５１に並列接続するようにしてもよい。
【００３８】
また第２の実施形態では発電機モータ３をロックさせることにより放電するようにしたが、発電機モータ３をモータとして通常に回転することで、キャパシタの電気的エネルギを消費するようにしてもよい。
この場合、発電機モータ３の全回転をキャリヤ２２を介してエンジン１に伝達し、車両側には伝達されないようにするためにリングギヤ２３の回転を固定する。
そして、キャパシタユニット５１からの放電量のコントロールを発電機モータ３の回転数で行うようにする。
また、放電量コントロールを、回転トルクに変換されない、相電流の無効成分Ｉｄと回転数によって行うようにしてもよい。
【００３９】
さらに、駆動モータ４の出力軸１３を、駆動軸から切離しうる構成（例えば、マニュアルミッション）であれば駆動モータ４モータに対して上記の様な制御を適用できる。
さらに、駆動モータ４の出力軸１３を駆動軸から切り離しうる構成とする。出力軸１３を駆動軸から切り離すための構成としては、マニュアルミッションのハイブリッド車両であればそのクラッチを使用し、そうでない場合には独立したクラッチを駆動軸１３と出力軸間に配置する。
そして駆動モータ４を駆動軸から切り離した状態で、駆動モータ４を回転させることでキャパシタユニット５１の電気的エネルギを消費する。この場合も、放電量のコントロールは回転数により、または相電流の無効成分Ｉｄと回転数により行う。
【００４０】
また、以上説明した各実施形態および変形の他に、本発明では、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの補機によりキャパシタユニット５１の電気的エネルギを放電するようにしてもよい。
さらに、放電口（給電口の反対）から外部負荷に対して放電するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、走行中の頻繁な充放電により各キャパシタユニット間の充電レベルに差異が生じても、車両停止の都度キャパシタの充電レベルが均一になるようにリセットされるので、過充電による寿命劣化を少なくすることができる。
また搭載キャパシタの定格容量を最大限活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図である。
【図２】同上、ハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図３】同上、ハイブリッド車両の電源系４３詳細構成図である。
【図４】同上、ハイブリッド車両における各キャパシタユニットの電気的エネルギを放電抵抗器で消費させた場合の、各充電状態の推移を表した説明図である。
【図５】同上、電源装置に対するリセット処理動作の詳細を表したフローチャートである。
【図６】同上、第１の実施形態の変形例における電源系の構成図である。
【図７】同上、第１の実施形態の変形例におけるキャパシタユニットを充電した場合の推移を表した説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図９】同上、ハイブリッド車両の電源系の詳細構成図である。
【図１０】同上、ハイブリッド車両において発電機モータのロック状態についての説明図である。
【図１１】同上、第２の実施形態におけるリセット処理動作を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ プラネタリギヤ
３ 発電機モータ
４ 駆動モータ
４０ 駆動系
４１ センサ系
４１０ キーポジションセンサ
４１１ エンジン回転数センサ
４１２ 発電機モータ回転数センサ
４１３ 発電機モータトルクセンサ
４１４ 駆動モータ回転数センサ
４１５ 駆動モータトルクセンサ
４１６ 電源センサ
４１７ アクセルセンサ
４１８ 車速センサ
４１９ ブレーキセンサ
４２ 制御系
４２１ エンジン制御装置
４２２ 発電機モータ制御装置
４２３ 駆動モータ制御装置
４２４ 車両制御装置
４３ 電源系
４３１ 電源装置
４３２ 放電抵抗器
４３３ 電源リレー
４３４ 放電リレー
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動車両に係り、詳細には、キャパシタを電源として駆動モータに電力を供給する電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境保護の観点から、駆動モータの出力を車両の駆動力として使用する電動車両が開発され、実用化されている。このような電動車両としては、駆動モータのみから駆動力を得る電気自動車の他に、環境保護の観点に加えて燃料の簡易供給と走行距離の長距離化の観点から駆動モータとエンジンとから駆動力を得るハイブリッド車両も、実用化されている。
電動車両では、駆動源である駆動モータを駆動するための直流電源として、例えば、２４０Ｖの電源装置を備えており、電源装置として、充放電が可能な鉛蓄電池等のバッテリを使用するものや、キャパシタを使用するものや、バッテリとキャパシタを使用し、その一方を補助電源として使用するもの等がある。
このような電気自動車やハイブリッド車両を含む電動車両において、加速走行や定速走行時に電源装置から電力を取り出し、運転者の走行要求に応じた電流をインバータを介して駆動モータに供給することで、駆動モータを駆動している。一方、電動車両の減速時には、駆動モータによって駆動されたエネルギを有効に回収するために、駆動モータで発生する電力を電源装置に回生するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数のキャパシタユニットを蓄電装置として使用する電動車両では、キャパシタの自己放電（リーク電流）によって頻繁に放電と充電を繰り返しているうちに、キャパシタユニット間の電圧の差異（蓄電エネルギーの差異）が生じ、充電時に１部のキャパシタユニットが過電圧となる可能性がある。特に、電動車両車両は、充電スタンド等による外部からの充電をしなくても駆動モータの出力のみで長距離走行することが可能であるため、キャパシタユニット間の電位差が発生する可能性がある。
キャパシタユニットに過電圧が発生すると電気分解が発生する。このため、過電圧状態を長期間繰り返し続けると、ドライアウト（電解液が無くなる）して、キャパシタに致命的な障害を与える可能性がある。
キャパシタユニットの過電圧を防止するために、各キャパシタユニットの電圧をモニタし、全てのユニットの電圧が過電圧とならないように充電量をコントロールする方法が考えられるが、最大電圧のキャパシタユニットに制限され、見かけ上のキャパシタ容量が減少してしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、上記した従来の電動車両における課題を解決するために成されたもので、キャパシタユニット間に発生した充電量の不均一を解消することが可能な電動車両を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、車両を駆動する駆動モータと、直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、予め設定された時間の車両の停止を検出する車両停止検出手段と、予め設定された時間の車両停止を検出した場合に、前記各キャパシタのエネルギを放電抵抗器で消費させて充電残量を均一化する均一化手段と、を電動車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、車両を駆動する駆動モータと、エンジンと、前記エンジンに連結された発電機モータと、直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、前記キャパシタの充電電力に基づき前記発電機モータを回転させることにより、放電終止電圧まで前記各キャパシタを放電させて前記各キャパシタユニットの充電残量を均一化する均一化手段と、を電動車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項３に記載の発明では、車両を駆動する駆動モータと、直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、前記キャパシタの充電電力に基づき前記駆動モータを回転させることにより、放電終止電圧まで前記各キャパシタを放電させて前記各キャパシタユニットの充電残量を均一化する均一化手段と、を電動車両に具備させて前記目的を達成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動車両の各実施形態について図１から図９を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、ハイブリッド車両について説明するが、駆動モータを備えエンジンを備えていない電気自動車についても同様に適用が可能である。
（１）第１の実施形態の概要
第１の実施形態のハイブリッド車両では、電源装置としてキャパシタ（コンデンサ）を有するハイブリッド車両に対して、キャパシタの全電気的エネルギーを放出するための放電抵抗器を接続すると共に、各キャパシタユニットに逆流防止用のダイオードを並列接続する。
そして、車両停車時に全てのキャパシタのエネルギ残量を０にリセットする。これによって、頻繁な充放電により各ユニット間の充電レベルに差異が生じたキャパシタユニット間の充電レベル差を減少させることができる。
また、第１の実施形態の変形として、ダイオードの代わりにツェナーダイオード（定電圧防止ダイオード）を各キャパシタユニットに並列接続することで、走行中における過充電（過電圧）を各キャパシタユニット単位で防止することができる。
【０００７】
（２）本実施形態の詳細
図１はハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図（骨図）である。このハイブリッド車両は、エンジンの駆動力を駆動輪と発電機に分けて伝達させることでシリーズ型とパラレル型の双方の機能をそなえたスプリット型のハイブリッド車両である。
図１に示すように、ハイブリッド車両の駆動装置は、エンジン（ＥＧ）１、プラネタリギヤ２、発電機モータ（ジェネレータＧ）３、駆動モータ（Ｍ）４、およびデファレンシャルギヤ５を備えており、４軸構成になっている。
第１軸としてのエンジン１の出力軸７上には、プラネタリギヤ２および発電機モータ３が配置されている。プラネタリギヤ２は、キャリヤ２２がエンジン１の出力軸７と連結され、サンギヤ２１が発電機モータ３の入力軸９と連結され、リングギヤ２３が第１カウンタドライブキア１１に連結されている。
第２軸としての駆動モータ４の出力軸１３には、第２カウンタドライブギヤ１５が連結されている。第３軸としてのカウンタシャフト３１には、カウンタドリブンギヤ３３及びデフピニオンギヤ３５が保持されており、カウンタドリブンギヤ３３には第１カウンタドライブギヤ１１と第２カウンタドライブギヤ１５が噛合されている。デファレンシャルギヤ５は、第４軸を有するデフリングギヤ３７を介して駆動され、このデフリングギヤ３７とデフピニオンギヤ３５とが互いに噛合している。
【０００８】
プラネタリギヤ２は差動ギヤであり、キャリヤ２２の入力回転数に対し、リングギヤ２３の出力回転数を決定するのは、サンギヤ２１の回転数である。即ち、発電機モータ３の負荷トルクを制御することによって、サンギヤ２１の回転数を制御することが可能である。例えば、サンギヤ２１を自由回転させた場合、キャリヤ２２の回転はサンギヤ２１により吸収され、リングギヤ２３は停止して、出力回転は生じないようになっている。プラネタリギヤ２において、キャリヤ２２の入力トルクは、発電機モータ３の反力トルクと出力軸トルクの合成トルクとなる。すなわち、エンジン１からの出力はキャリヤ２２に入力され、発電機モータ３はサンギヤ２１に入力される。エンジン１の出力トルクはリングギヤ２３から出力され、エンジン効率に基づいて設定されたギヤ比でカウンターギヤを介して駆動輪に出力される。また駆動モータ４の出力はモータ効率のよいギヤ比に基づいてカウンターギヤを介して駆動輪に出力される。
このように、本実施形態のハイブリッド車両としては、エンジン１の出力トルクを駆動輪および発電機の入力軸に伝達する、スプリット型ハイブリッド車両が使用される。
【０００９】
図２は、このようなハイブリッド車両のシステム構成を表したものである。
この図２に示すように、ハイブリッド車両は、駆動系４０と、駆動系４０その他各部の状態を検出するセンサ系４１と、駆動系４０各部の制御を行う制御系４２と、駆動系４０との間で電力の授受を行う電源装置４３１を有する電源系４３を備えている。
【００１０】
駆動系４０は、エンジン１、発電機モータ３、駆動モータ４を備えている。発電機モータ３と駆動モータ４は、電源系４３の電源装置と接続され、図示しないコンバータやインバータ等およびその制御装置によって、電力の授受を行うようになっている。
【００１１】
センサ系４１は、イグニッションキーのオン／オフを検出するキーポジションセンサ４１０、エンジン１の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ４１１と、発電機モータ３の回転数ＮＧを検出する発電機モータ回転数センサ４１２と、発電機モータ３のトルクＴＧを検出する発電機モータトルクセンサ４１３と、駆動モータ４の回転数ＮＭを検出する駆動モータ回転数センサ４１４と、駆動モータ４のトルクＴＭを検出する駆動モータトルクセンサ４１５と、バッテリ４４の充電残容量ＳＯＣ、電源装置４３１の電圧Ｖ、電流Ｉを検出する電源センサ４１６と、アクセル開度αを検出するアクセルセンサ４１７と、車速ｖを検出する車速センサ４１８、ブレーキ踏み込み量βを検出するブレーキセンサ４１９を備えている。
センサ系４１は、図示しないが、トランスミッションのシフトレバーセンサ、等のその他各種のセンサを備えている。
【００１２】
制御系４２は、エンジン１を制御するエンジン制御装置４２１、発電機モータ３を制御する発電機モータ制御装置４２２、駆動モータ４を制御する駆動モータ制御装置４２３を備えている。
また制御系４２は、エンジン制御装置４２１、発電機モータ制御装置４２２、駆動モータ制御装置４２３に対して制御指示や制御値を供給することで車両全体を制御する車両制御装置（ＥＣＵ）４２４を備えている。
この車両制御装置４２４は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）、各種のプログラムやデータが格納されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等を備えたマイクロコンピュータによって実現される。
車両制御装置４２４は、自己に供給させる電源と他の装置に供給する電源とを別個にＯＮ／ＯＦＦすることができるようになっており、本実施形態によるキャパシタのリセット処理が完了するまでは、自己に供給させる電源をＯＦＦしないようになっている。
【００１３】
車両制御装置４２４は、エンジン制御装置４２１に対し、車両の走行、停止等の各種状態に応じてエンジンのＯＮ／ＯＦＦ信号を供給するようになっている。
また、車両制御装置４２４は、発電機モータ制御装置４２２に対して、図示しないアクセルセンサからのアクセル開度αと電源センサ４１６からの充電残容量ＳＯＣとに応じた発電機モータ３の目標回転数ＮＧ＊を供給する。
さらに、車両制御装置４２４は、駆動モータ制御装置４２３に対して、アクセルセンサからのアクセル開度αと車速センサからの車速ｖとに応じたトルクＴＭ＊を供給するようになっている。
【００１４】
そして、エンジン制御装置４２１は、車両制御装置４２４から供給されるＯＮ信号と、エンジン回転数センサ４１１から供給されるエンジン回転数ＮＥに応じて、スロットル開度θを制御することで、エンジン１の出力を制御する。
発電機モータ制御装置４２２は、車両制御装置４２４から供給された目標回転数ＮＧ＊となるように、発電機モータ３の電流（トルク）ＩＧを制御する。
駆動モータ制御装置４２３は、車両制御装置４２４から供給されるトルクＴＭ＊によって、駆動モータ４の電流（トルク）ＩＭを制御する。
【００１５】
車両制御装置４２４には、エンジン制御装置４２１からスロットル開度θの値が供給される。また、発電機モータ制御装置４２２から、発電機モータ回転数センサ４１２で検出された発電機モータ３の回転数ＮＧと、発電機モータトルクセンサ４１３で検出されたトルクＴＧの値が供給される。
また、駆動モータ制御装置４２３から、駆動モータ回転数センサ４１４で検出された駆動モータ４の回転数ＮＭと、駆動モータトルクセンサ４１５で検出されたトルクＴＭの値が車両制御装置４２４に供給される。さらに、電源センサ４１６から、電源装置４３１の充電残容量ＳＯＣ、電圧Ｖ、電流Ｉが供給されるようになっている。
なお、発電機モータトルクセンサ４１３、および駆動モータトルクセンサ４１５は、必ずしも必要ではなく、演算により求めるようにしてもよい。
【００１６】
電源系４３は、電源装置４３１の他に、放電抵抗器４３２、電源リレー４３３、および放電リレー４３４を備えている。
本実施形態の電源装置４３１は、後述するようにキャパシタのみで構成されているが、充放電可能なバッテリと組み合わせて構成するようにしてもよい。バッテリとしては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、水素２次電池、レドックス型電池、リチウム２次電池等の各種充放電可能な２次電池が使用される。
電源装置４３１は、電源リレー４３３を介して、発電機モータ３および駆動モータ４と接続されている。
また、電源装置４３１には、放電リレー４３４を介して、放電抵抗器４３２が接続されている。放電抵抗器４３２は、電源装置４３１から供給される電力を消費するためのものである。
【００１７】
電源リレー４３３と放電リレー４３４は、車両制御装置４２４によって制御されるようになっている。すなわち、ハイブリッド車両の走行時には、電源リレー４３３が接続され、放電リレー４３４が切断される。一方、車両停止時には電源リレー４３３が切断され、放電リレー４３４が接続されるようになっている。
そして電源装置４３１は、車両走行時に、駆動モータ４に電力を供給する一方、駆動モータ４からの回生電力および発電機モータ３の電力で充電され、車両停止時に、放電抵抗器４３２に電力を放電するようになっている。
【００１８】
図３は、電源系４３の詳細構成を表したものである。
この図に示されるように、電源装置４３１は、複数のキャパシタユニット５１が直列に接続されている。これら各キャパシタユニット５１のそれぞれには、逆流および過電圧を防止用するためのダイオード５２が並列に接続されている。
キャパシタユニット５１は、多数のコンデンサセルを直並列に接続することで構成される。キャパシタユニット５１の数は、１ユニットの定格電圧および駆動モータ４、発電機モータ３、補機の入力電圧範囲によって決定される。
【００１９】
各ダイオード５２の電流容量は、放電抵抗器４３２の抵抗値と、直列接続されるキャパシタユニット５１の数とによって決定される。
例えば、全キャパシタユニット５１の許容電圧を４８０Ｖとし、キャパシタユニット５１の数が４個で、放電抵抗器４３２の抵抗値が１０Ωであるとする。この場合、各キャパシタユニットの分圧は１２０Ｖとなる。
そして、最悪１ユニットが０Ｖで他の３ユニットが最大の１２０Ｖになった場合、０Ｖのユニットに並列接続されているダイオードには、３６０Ｖの電圧が印可されることになる。このとき、放電抵抗器の抵抗が１０Ωであるから、各ダイオードには最大３６Ａの電流が流れる可能性がある。従って、各ダイオードには、最大定格がそれ以上のものを選定すればよいことになる。
ただし、実際には１ユニットだけが０Ｖで他のユニットが１２０Ｖというような極端な電圧のばらつきは存在し得ないので、上記計算値の１／５程度で十分である。
一方、各ダイオード５２の耐電圧は、１キャパシタユニット５１の定格電圧に耐えうる値に決定される。
【００２０】
放電リレー４３４は、放電抵抗器４３２の抵抗値により決定され、電源装置４３１が満充電の状態で放電された場合に耐えうるものが選択される。
【００２１】
次に、このように構成されたハイブリッド車両におけるキャパシタのリセット処理の動作について説明する。
図４は、各キャパシタユニット５１の電気的エネルギを放電抵抗器で消費させた場合の、各充電状態の推移を表したものである。なお、キャパシタのリセット処理については、３つのキャパシタユニット５１ａ、〜５１ｃを例に説明することとする。
いま、走行を停止した直後におけるキャパシタユニット５１の充電状態は、図４（ａ）に示すように、キャパシタユニット５１ｃ、５１ａ、５１ｂの順に電圧が高いものとする。
このように、各キャパシタユニット５１の充電状態にばらつきがある状態で、車両の走行が停止した後に車両制御装置４２４は、ＯＮ／ＯＦＦ信号の供給により、電源リレー４３３を切断にすると共に、放電リレー４３４を接続することで、キャパシタの電気的エネルギを放電抵抗器４３２で消費させる。
【００２２】
そして、放電抵抗器４３での放電が一定時間行われ、キパシタユニット５１ａの電圧が０になるまで放電が行われたものとする。
すると、各キャパシタユニット５１のみでダイオードが接続されていない電源装置の場合は、図４（ｂ）に示すように、放電開始時点で最も電圧が低かったキャパシタユニット５１ｂの電圧はＶｂ＝０にはならず、「−」の充電状態になるだけである。すなわち、各キャパシタユニット５１ａ、５１ｂ、５１ｃの電荷（電圧）は、ばらつき自体が解消されずに残ったままである。
これに対して本実施形態の電源装置４３１では、図４（ｃ）に示すように、各キャパシタユニット５１に並列にダイオード５２が接続されている場合、ダイオード５２によって電圧が負（実際にはダイオードの順電圧０．６Ｖ程度）になると、ダイオード５２によってバイパスされるため、最終的に全てのキャパシタの電荷（電圧）が揃うことになる。
【００２３】
図５は、電源装置４３１に対するリセット処理動作の詳細を表したフローチャートである。
先ず、車両制御装置４２４は、キーポジションセンサ４１０からきキーポジションを入力し（ステップ１１）、イグニッションキーがオン状態かオフ状態かを判断する（ステップ１２）。
イグニッションキーがオフ状態である場合（ステップ１２；Ｙ）、車両制御装置４２４は、駆動モータ４や発電機モータ等の終了処理を行う（ステップ１３）。すなわち、オフ時の回転数が高いと逆起電圧によって損傷をうける可能性があり、モータドライバを直ちに停止できないような場合に待機したり、また、イグニッションキーのオフによって残照灯をオンにする等の終了処理を行う。
【００２４】
そして、車両制御装置４２４は、キーポジションがオフされてから３０分が経過したか否かを判断し、経過していれば（ステップ１４；Ｙ）、電源リレー４３３を切断した後（ステップ１５）、放電リレー４３４を接続（ステップ１６）することで、各キャパシタユニット５１の電気的エネルギの放電抵抗器４３２での消費を開始する。
その間、車両制御装置４２４は、電源センサ４１６から電源装置４３１のキャパシタ電圧Ｖｃを入力し（ステップ１７）、放電終止電圧Ｖｅ未満までの放電が完了したか否かを監視する（ステップ１８）。
【００２５】
キャパシタ電圧Ｖｃ＜放電終止電圧Ｖｅになると（ステップ１８；Ｙ）、車両制御装置４２４は、接続していた放電リレー４３４を切断し（ステップ１９）、さらに、車両制御装置４２４自身に供給している電源をオフして（ステップ２０）、リセット処理を終了する。
【００２６】
（３）第１の実施形態の変形例
次に第１の実施形態の変形例について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
図６は、第１の実施形態における電源系４３の変形例を表したものである。
この図に示されるように、本変形例では、各キャパシタユニット５１のそれぞれに接続されたダイオード５２の代わりに、この変形例では逆流および過充電（過電圧）を防止用するためのツェナーダイオード５３が並列に接続されている。
このように、ツェナーダイオード５３をキャパシタユニット５１に並列接続することで、各キャパシタユニット５１を過充電（過電圧）から保護することができる。すなわち、各ツェナーダイオード５３の逆電圧（ツェナー電圧）をキャパシタユニット５１の定格電圧に設定することで、各キャパシタユニット間の充電レベルのばらつきが防止でき、１部のキャパシタに発生する過電圧を防止することができる。
【００２７】
図７は、各キャパシタユニット５１に発電機モータ３または外部の充電スタンド等から充電した場合の推移を表したものである。
いま、電源装置４３１の充電を開始した時点で、キャパシタユニット５１の充電状態は、図７（ａ）に示すように、キャパシタユニット５１ｃ、５１ａ、５１ｂの順に電圧が高いものとする。
このように、各キャパシタユニット５１の充電状態にばらつきがある状態で、充電を開始して一定時間が経過して、キャパシタニット５１ａの電圧が所定の最大電圧Ｖｆになるまで充電が行われたものとする。
【００２８】
すると、電源装置４３１がキャパシタのみで構成されている場合、図７（ｂ）に示すように、充電開始時点で最も電圧が高かったキャパシタユニット５１ｃの電圧Ｖｃは、矢印Ａで示すように、最大電圧Ｖｆを超えてしまう。このように、キャパシタユニットのみの場合、電源装置４３１全体の電圧は最大電圧下にあっても、一部のキャパシタユニット５１が充電によって過充電となってしまう場合がある。
一方、図７（ｃ）に示すように、第１の実施形態における変形例では、各キャパシタユニット５１に並列にツェナーダイオード５３が接続されているので、ツェナーダイオード５３により、各キャパシタユニット５１の電圧がツェナーダイオード５３によって決まる設定電圧Ｖｆになるとバイパスされる。このため、各キャパシタユニット５１単位での過充電を防止することができる。
【００２９】
次に第２の実施形態について説明する。
（４）第２の実施形態の概要
第２の実施形態のハイブリッド車両では、第１の実施形態と同様に、電源装置としてキャパシタを有するハイブリッド車両に対して各キャパシタユニットに逆流防止用のダイオードを並列接続する。そして、キャパシタの電気的エネルギーを発電機モータ３によって消費させるようにしている。
ただし、発電機モータ３の１相のみの励磁を継続すると、スイッチング素子１相分のみに負荷がかかるため、数秒ごとに回転させるようにしている。
【００３０】
（５）第２の実施形態の詳細
図８および図９は、第２の実施形態におけるハイブリッド車両のシステム構成および電源系４３の詳細構成を表したものである。
なお、本実施形態において、図１および図３で説明した第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を適宜省略することとする。また、ハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図は図１と同様なので、説明を省略する。
本実施形態では、キャパシタユニット５１の電気的エネルギを発電機モータ３で消費させるので、図８、図９に示すように、放電抵抗器および放電リレーは接続されていない構成となっている。
【００３１】
そして、発電機モータ３で電気的エネルギを消費させる場合、発電機モータ３が回転することを防止するために、ロックさせるようになっている。
図１０は、発電機モータ３のロック状態を説明するためのものである。
発電機モータ３の固定子１１１に３相交流を供給することで回転磁界が発生し、回転子１１２も回転することになる。
これに対し、本実施形態では図１０（ｂ）に示すように、発電機モータ制御装置４２２の制御によって固定子１１１の磁極を変更することで回転子１１２の回転をロックさせる。ただ、１相のみの場合には、１相のみの励磁はスイッチング素子１相分のみに負荷がかかるため、数秒毎に回転させている。
【００３２】
次に、第２の実施形態におけるリセット処理動作の詳細について図１１のフローチャートに従って説明する。
車両制御装置４２４は、図示しないキーポジションセンサからきキーポジションを入力し（ステップ３１）、イグニッションキーがオン状態かオフ状態かを判断する（ステップ３２）。
イグニッションキーがオフ状態である場合（ステップ３２；Ｙ）、車両制御装置４２４は、キーポジションがオフされてから３０分が経過したか否かを判断し、経過していれば（ステップ３３；Ｙ）、発電機モータモータ制御装置４２２に対して発電機モータ３のロック指令を出力する（ステップ３４）。この指令により発電機モータ制御装置４２２は、発電機モータ３の１相のみを励磁して発電機モータ３の回転をロックさせる。
【００３３】
そして車両制御装置４２４は、カウンタの値Ｃに１を加え（ステップ３５）、カウンタ値ＣがＣmax よりも大きくなったか否かを判断する（ステップ３６）。ここで、Ｃmax は、割込時間が３秒程度となる値で、ロック状態にある発電機モータ３の１相への通電を継続させる時間に相当する。
カウンタ値ＣがＣmax 以下である場合には（ステップ３６；Ｎ）ステップ３８に移行する。一方、カウンタ値ＣがＣmax 未満である場合（ステップ３６；Ｙ）、車両制御装置４２４は発電機モータ制御装置４２２に対して１相回転指令を供給し（ステップ３７）、カウンタ値ＣをＣ＝０にクリアする（ステップ３８）。発電機モータ制御装置４２２は、１相回転指令により通電する相を切り替える。
【００３４】
更に車両制御装置４２４は、電源センサ４１６から電源装置４３１のキャパシタ電圧Ｖｃを入力し（ステップ３９）、充電終止電圧Ｖｇ未満までの充電が完了したか否かを監視し、完了していない場合（ステップ４０；Ｎ）、メインルーチンにリターンして充電を継続する。
ここで放電終止電圧Ｖｇとしては、例えば３Ｖ等の値が選択されるが、キャパシタユニット５１および電源装置４３１の最大電圧によって決定される。
【００３５】
一方、キャパシタ電圧Ｖｃ≧充電終止電圧Ｖｇになり充電が完了すると（ステップ４０；Ｙ）、車両制御装置４２４は、電源リレー４３３を切断し（ステップ４１）、さらに、車両制御装置４２４自身に供給している電源をオフして（ステップ４２）、リセット処理を終了する。
【００３６】
以上、本発明の第１の実施形態とその変形例、および第２の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、実施形態で説明したハイブリッド車両としては、エンジン１の出力トルクを駆動輪および発電機の入力軸に伝達する、スプリット型ハイブリッド車両について説明したが、他の形式のハイブリッド車両でもよい。すなわち、駆動モータと共にエンジンの駆動力も車両走行用の駆動源として使用することでバッテリの消費を抑えるパラレル型のハイブリッド車両や、エンジンで発電機を駆動してバッテリを充電することでバッテリの容量を補充し、車両の走行に直接関係する駆動源としては駆動モータのみを使用するシリーズ型のハイブリッド車両、さらに、エンジンの駆動力を発電と駆動力とに切り替えて使用することでシリーズ型とパラレル型の双方の機能を備えたシリパラ型のハイブリッド車両であってもよい。
【００３７】
また、以上説明した第２の実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、固定子１１１の磁極を変更することで回転子１１２の回転をロックさせるようにしたが、発電機モータ３の回転子１１１にブレーキを接続し、回転子１１の回転を物理的に固定するようにしてもよい。
第２の実施形態では、図９に示すように、各キャパシタユニット５１にダイオード５２を並列接続した構成に付いて説明したが、図６に示した第１の実施形態の変形例と同様に、ダイオード５２に変えて、ツェナーダイオード５３を各キャパシタユニット５１に並列接続するようにしてもよい。
【００３８】
また第２の実施形態では発電機モータ３をロックさせることにより放電するようにしたが、発電機モータ３をモータとして通常に回転することで、キャパシタの電気的エネルギを消費するようにしてもよい。
この場合、発電機モータ３の全回転をキャリヤ２２を介してエンジン１に伝達し、車両側には伝達されないようにするためにリングギヤ２３の回転を固定する。
そして、キャパシタユニット５１からの放電量のコントロールを発電機モータ３の回転数で行うようにする。
また、放電量コントロールを、回転トルクに変換されない、相電流の無効成分Ｉｄと回転数によって行うようにしてもよい。
【００３９】
さらに、駆動モータ４の出力軸１３を、駆動軸から切離しうる構成（例えば、マニュアルミッション）であれば駆動モータ４モータに対して上記の様な制御を適用できる。
さらに、駆動モータ４の出力軸１３を駆動軸から切り離しうる構成とする。出力軸１３を駆動軸から切り離すための構成としては、マニュアルミッションのハイブリッド車両であればそのクラッチを使用し、そうでない場合には独立したクラッチを駆動軸１３と出力軸間に配置する。
そして駆動モータ４を駆動軸から切り離した状態で、駆動モータ４を回転させることでキャパシタユニット５１の電気的エネルギを消費する。この場合も、放電量のコントロールは回転数により、または相電流の無効成分Ｉｄと回転数により行う。
【００４０】
また、以上説明した各実施形態および変形の他に、本発明では、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの補機によりキャパシタユニット５１の電気的エネルギを放電するようにしてもよい。
さらに、放電口（給電口の反対）から外部負荷に対して放電するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、走行中の頻繁な充放電により各キャパシタユニット間の充電レベルに差異が生じても、車両停止の都度キャパシタの充電レベルが均一になるようにリセットされるので、過充電による寿命劣化を少なくすることができる。
また搭載キャパシタの定格容量を最大限活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図である。
【図２】同上、ハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図３】同上、ハイブリッド車両の電源系４３詳細構成図である。
【図４】同上、ハイブリッド車両における各キャパシタユニットの電気的エネルギを放電抵抗器で消費させた場合の、各充電状態の推移を表した説明図である。
【図５】同上、電源装置に対するリセット処理動作の詳細を表したフローチャートである。
【図６】同上、第１の実施形態の変形例における電源系の構成図である。
【図７】同上、第１の実施形態の変形例におけるキャパシタユニットを充電した場合の推移を表した説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図９】同上、ハイブリッド車両の電源系の詳細構成図である。
【図１０】同上、ハイブリッド車両において発電機モータのロック状態についての説明図である。
【図１１】同上、第２の実施形態におけるリセット処理動作を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ プラネタリギヤ
３ 発電機モータ
４ 駆動モータ
４０ 駆動系
４１ センサ系
４１０ キーポジションセンサ
４１１ エンジン回転数センサ
４１２ 発電機モータ回転数センサ
４１３ 発電機モータトルクセンサ
４１４ 駆動モータ回転数センサ
４１５ 駆動モータトルクセンサ
４１６ 電源センサ
４１７ アクセルセンサ
４１８ 車速センサ
４１９ ブレーキセンサ
４２ 制御系
４２１ エンジン制御装置
４２２ 発電機モータ制御装置
４２３ 駆動モータ制御装置
４２４ 車両制御装置
４３ 電源系
４３１ 電源装置
４３２ 放電抵抗器
４３３ 電源リレー
４３４ 放電リレー
Claims (3)
- 車両を駆動する駆動モータと、
直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、
予め設定された時間の車両の停止を検出する車両停止検出手段と、
予め設定された時間の車両停止を検出した場合に、前記各キャパシタのエネルギを放電抵抗器で消費させて充電残量を均一化する均一化手段と、
を具備することを特徴とする電動車両。 - 車両を駆動する駆動モータと、
エンジンと、
前記エンジンに連結された発電機モータと、
直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、
前記キャパシタの充電電力に基づき前記発電機モータを回転させることにより、放電終止電圧まで前記各キャパシタを放電させて前記各キャパシタユニットの充電残量を均一化する均一化手段と、
を具備することを特徴とする電動車両。 - 車両を駆動する駆動モータと、
直列に接続された複数のキャパシタユニットと該キャパシタユニットに対して並列に接続されたダイオードとからなり、前記駆動モータとの間で電力の授受を行うキャパシタと、
前記キャパシタの充電電力に基づき前記駆動モータを回転させることにより、放電終止電圧まで前記各キャパシタを放電させて前記各キャパシタユニットの充電残量を均一化する均一化手段と、
を具備することを特徴とする電動車両。
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