JP5656488B2 - In-vehicle power supply - Google Patents

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Description

本発明は、車載電源装置、例えば従来自動車やハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に適用可能な車載電源装置に関する。   The present invention relates to a vehicle-mounted power supply device, for example, a vehicle-mounted power supply device applicable to a vehicle such as a conventional vehicle, a hybrid vehicle, or an electric vehicle.

自動車の二酸化炭素排出量の削減を目指して、エネルギー利用効率や燃費の向上が強く求められている。近年、従来のエンジンのみで走行する従来自動車に加えて、エンジンとモータジェネレータとを組み合わせたハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両が登場し、燃費向上や航続距離延長などの走行性能を高めるために車両に搭載される直流電源装置の大容量化が進んでいる。具体的には、直流電源装置を大容量化する手段として、複数の蓄電装置を並列接続したものがある。また、燃費向上や航続距離延長を行うために、車両の減速時においてモータジェネレータで発生する回生電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電装置に蓄電する車載電源装置としての電源システムにおいて、蓄電装置に電気二重層キャパシタを用いることができる旨、記載されている（例えば、特許文献１参照）。   In order to reduce the carbon dioxide emissions of automobiles, improvements in energy utilization efficiency and fuel efficiency are strongly demanded. In recent years, in addition to conventional vehicles that run only with conventional engines, electric vehicles such as hybrid vehicles that combine engines and motor generators, and electric vehicles that run only with motors have emerged. In order to improve running performance, the capacity of DC power supply devices mounted on vehicles is increasing. Specifically, as a means for increasing the capacity of a DC power supply device, there is one in which a plurality of power storage devices are connected in parallel. In a power supply system as an in-vehicle power supply device that stores regenerative power generated by a motor generator when a vehicle is decelerated in a power storage device via a DC / DC converter in order to improve fuel consumption and extend a cruising distance. Describes that an electric double layer capacitor can be used (see, for example, Patent Document 1).

特開２００９−０２７７９８号公報（段落番号００１９〜００２０及び図１）JP 2009-027798 A (paragraph numbers 0019 to 0020 and FIG. 1)

上記のような電源システムにおいて、蓄電装置に電気二重層キャパシタを用いた場合、電気二重層キャパシタを充放電する場合、電気二重層キャパシタは二次電池に比し端子電圧が大きく変化するという電気特性を有している。具体的には、電気二重層キャパシタに充電するとその端子電圧は充電される電荷に比例して上昇し、電気二重層キャパシタから放電すると端子電圧は放電される電荷に比例して低下する。そして、電気二重層キャパシタの電圧が非常に低い状態で回生電力を蓄電すると、蓄電用のＤＣ／ＤＣコンバータの許容量を超える大きな充電電流が流れ、ＤＣ／ＤＣコンバータの破損につながるという問題点がある。   In the power supply system as described above, when an electric double layer capacitor is used in the power storage device, when charging / discharging the electric double layer capacitor, the electric double layer capacitor has an electrical characteristic that the terminal voltage changes greatly compared to the secondary battery. have. Specifically, when the electric double layer capacitor is charged, the terminal voltage increases in proportion to the charge to be charged, and when discharged from the electric double layer capacitor, the terminal voltage decreases in proportion to the charge to be discharged. When regenerative power is stored in a state where the voltage of the electric double layer capacitor is very low, a large charging current exceeding the allowable amount of the DC / DC converter for storage flows, leading to damage of the DC / DC converter. is there.

また、電気二重層キャパシタの特有の特性の一つとして、印加電圧と寿命に関係があり、印加電圧が高いほど短寿命になることが、例えば、Ｍ．Ｏｋａｍｕｒａ，“Ｓｔａｔｕｓ Ｒｅｐｏｒｔ ２００６ ｏｎ ＥＣａＳＳ ａｎｄ ｔｈｅ Ｎａｎｏｇａｔｅ−ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ”（Ｐａｇｅ１５２及びＦｉｇｕｒｅ ３）に記載されている。従って、車載電源装置の非使用時に、本来必要でないにも拘わらず電気二重層キャパシタに高い電圧を印加し続けると無駄に短寿命化するという問題点もある。さらに、蓄電装置に用いる二次電池においては、急峻で大きな回生電力を蓄電したり、急激な大電流を放電したりすることにより大幅な寿命の低下を招くので、このような用途には電気二重層キャパシタを効果的に用いたいという要請がある。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、急峻で大きな回生電力を効率よく蓄電し、長寿命化できる車載電源装置を得ることを目的とする。 Further, as one of the characteristic characteristics of the electric double layer capacitor, there is a relationship between the applied voltage and the life, and the higher the applied voltage is, the shorter the life is. Okamura, “Status Report 2006 on ECaSS and the Nanogate-capacitors” (Page 152 and FIG. 3). Therefore, there is also a problem that when a high voltage is continuously applied to the electric double layer capacitor when it is not necessary when the on-vehicle power supply device is not used, the service life is unnecessarily shortened. Furthermore, in secondary batteries used in power storage devices, sharp and large regenerative power is stored, or suddenly large currents are discharged, resulting in a significant decrease in service life. There is a demand to use a multilayer capacitor effectively.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an in-vehicle power supply device that can efficiently store steep and large regenerative power and can extend its life.

この発明に係る車載電源装置においては、蓄電装置、エネルギー回収用電力変換装置、充電用電力変換装置、電気二重層キャパシタ及び制御装置を備え車両に搭載される車載電源装置であって、
上記エネルギー回収用電力変換装置は、上記車両の慣性エネルギーを回収するために電気エネルギーに変換した電力を変換して上記電気二重層キャパシタに蓄積するものであり、
上記充電用電力変換装置は、上記電気二重層キャパシタを上記蓄電装置に接続するものであり、
上記制御装置は、上記車両の運転が所定時間以上停止されるときに上記電気二重層キャパシタに蓄積されたエネルギーを上記蓄電装置に蓄積するかあるいは消費することにより上記電気二重層キャパシタの端子電圧を所定値以下に低下させるとともに、上記エネルギー回収用電力変換装置の動作開始に先立ち上記充電用電力変換装置を動作させ上記電気二重層キャパシタの端子電圧が上記所定値よりも高い第２の所定値になるように上記蓄電装置から上記電気二重層キャパシタに充電するものであり、かつ
上記エネルギー回収用電力変換装置が上記充電用電力変換装置として兼用されるものである。 In the on-vehicle power supply device according to the present invention, the power supply device, the energy recovery power conversion device, the charging power conversion device, the electric double layer capacitor, and the control device are mounted on a vehicle,
The power recovery device for energy recovery is for converting the electric power converted into electric energy to recover the inertial energy of the vehicle and storing it in the electric double layer capacitor,
The charging power conversion device connects the electric double layer capacitor to the power storage device,
The control device stores a terminal voltage of the electric double layer capacitor by storing or consuming energy stored in the electric double layer capacitor in the power storage device when the operation of the vehicle is stopped for a predetermined time or more. Before the operation of the energy recovery power converter is started, the charging power converter is operated and the terminal voltage of the electric double layer capacitor is set to a second predetermined value higher than the predetermined value. der those charged to the electric double layer capacitor from the electric storage device so that is, and
The power conversion device for energy recovery is also used as the power conversion device for charging.

この発明は、蓄電装置、エネルギー回収用電力変換装置、充電用電力変換装置、電気二重層キャパシタ及び制御装置を備え車両に搭載される車載電源装置であって、
上記エネルギー回収用電力変換装置は、上記車両の慣性エネルギーを回収するために電気エネルギーに変換した電力を変換して上記電気二重層キャパシタに蓄積するものであり、
上記充電用電力変換装置は、上記電気二重層キャパシタを上記蓄電装置に接続するものであり、
上記制御装置は、上記車両の運転が所定時間以上停止されるときに上記電気二重層キャパシタに蓄積されたエネルギーを上記蓄電装置に蓄積するかあるいは消費することにより上記電気二重層キャパシタの端子電圧を所定値以下に低下させるとともに、上記エネルギー回収用電力変換装置の動作開始に先立ち上記充電用電力変換装置を動作させ上記電気二重層キャパシタの端子電圧が上記所定値よりも高い第２の所定値になるように上記蓄電装置から上記電気二重層キャパシタに充電するものであり、かつ
上記エネルギー回収用電力変換装置が上記充電用電力変換装置として兼用されるものであるので、
急峻で大きな回生電力を効率よく蓄電し、かつ長寿命化できる車載電源装置を得ることができる。 The present invention is an on-vehicle power supply device mounted on a vehicle including a power storage device, an energy recovery power conversion device, a charging power conversion device, an electric double layer capacitor, and a control device,
The power recovery device for energy recovery is for converting the electric power converted into electric energy to recover the inertial energy of the vehicle and storing it in the electric double layer capacitor,
The charging power conversion device connects the electric double layer capacitor to the power storage device,
The control device stores a terminal voltage of the electric double layer capacitor by storing or consuming energy stored in the electric double layer capacitor in the power storage device when the operation of the vehicle is stopped for a predetermined time or more. Before the operation of the energy recovery power converter is started, the charging power converter is operated and the terminal voltage of the electric double layer capacitor is set to a second predetermined value higher than the predetermined value. der those charged to the electric double layer capacitor from the electric storage device so that is, and
Since the energy recovery power conversion device is also used as the charging power conversion device ,
It is possible to obtain an in-vehicle power supply device that can efficiently store a steep and large regenerative electric power and can have a long life.

この発明の実施の形態１である車載電源装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which is Embodiment 1 of this invention. 車載電源装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a vehicle-mounted power supply device. 図１の車載電源装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the vehicle-mounted power supply device of FIG. さらに図１の車載電源装置の別の変形例である車載電源装置の構成を示す構成図である。Furthermore, it is a block diagram which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which is another modification of the vehicle-mounted power supply device of FIG. この発明の実施の形態２である車載電源装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which is Embodiment 2 of this invention. 図５の車載電源装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the vehicle-mounted power supply device of FIG. さらに図５の車載電源装置の別の変形例である車載電源装置の構成を示す構成図である。Furthermore, it is a block diagram which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device which is another modification of the vehicle-mounted power supply device of FIG.

実施の形態１．
図１〜図４は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は車載電源装置の構成を示す構成図、図２は動作を説明するための説明図、図３は図１の車載電源装置の変形例を示す構成図、図４はさらに別の変形例である車載電源装置の構成を示す構成図である。図１において、蓄電装置としてのバッテリ１のプラス側端子は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ａ及び第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５の端子５ａに接続されており、バッテリ１のマイナス側端子は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ｂ及び第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５の端子５ｂに接続されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ｃは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３の端子３ａ及びインバータ４の直流側端子である端子４ａ及び平滑コンデンサ８の一方の端子に接続されている。 Embodiment 1 FIG.
1 to 4 show Embodiment 1 for carrying out the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an in-vehicle power supply device, and FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation. 3 is a configuration diagram showing a modification of the in-vehicle power supply device of FIG. 1, and FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of the in-vehicle power supply device which is still another modification. In FIG. 1, a positive terminal of a battery 1 as a power storage device is connected to a terminal 2 a of a first DC / DC converter 2 and a terminal 5 a of a third DC / DC converter 5, and a negative terminal of the battery 1. Are connected to the terminal 2 b of the first DC / DC converter 2 and the terminal 5 b of the third DC / DC converter 5. A terminal 2 c of the first DC / DC converter 2 is connected to a terminal 3 a of the second DC / DC converter 3, a terminal 4 a that is a DC side terminal of the inverter 4, and one terminal of the smoothing capacitor 8.

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ｄは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３の端子３ｂ及びインバータ４の直流側端子である端子４ｂ及び平滑コンデンサ８の他方の端子に接続されている。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３の端子３ｃは第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５の端子５ｃ及び電気二重層キャパシタ７の一方の端子に接続されている。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３の端子３ｄは第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５の端子５ｄ及び電気二重層キャパシタ７の他方の端子に接続されている。インバータ４の図示しない交流側端子と交流回転電機としてのモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）６とが接続されており、モータジェネレータ６と内燃機関としてのエンジン（ＥＮＧ）９が機械的に結合されている。インバータ４は、例えば三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路を有し、電子制御ユニット１０からの信号Ｓ４に基づいてスイッチング動作を行うことにより、直流を可変周波数可変電圧の三相交流に変換し、モータジェネレータ６を電動機として動作させ車両を駆動する。モータジェネレータ６は、三相交流回転機であり、例えば三相交流同期電動発電機が用いられる。   A terminal 2 d of the first DC / DC converter 2 is connected to a terminal 3 b of the second DC / DC converter 3, a terminal 4 b which is a DC side terminal of the inverter 4, and the other terminal of the smoothing capacitor 8. The terminal 3 c of the second DC / DC converter 3 is connected to the terminal 5 c of the third DC / DC converter 5 and one terminal of the electric double layer capacitor 7. The terminal 3 d of the second DC / DC converter 3 is connected to the terminal 5 d of the third DC / DC converter 5 and the other terminal of the electric double layer capacitor 7. An AC terminal (not shown) of the inverter 4 is connected to a motor generator (M / G) 6 as an AC rotating electrical machine, and the motor generator 6 and an engine (ENG) 9 as an internal combustion engine are mechanically coupled. . The inverter 4 has a bridge circuit including switching elements for three phases, for example, and performs a switching operation based on the signal S4 from the electronic control unit 10 to convert direct current into three-phase alternating current of variable frequency variable voltage. Then, the motor generator 6 is operated as an electric motor to drive the vehicle. The motor generator 6 is a three-phase AC rotating machine, for example, a three-phase AC synchronous motor generator is used.

制御装置としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０は、図示しない上位の車両電子制御ユニットからの信号に基づいて信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を発信し、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５及びインバータ４を制御する。上記上位の車両電子制御ユニットは、車両の状態（力行動作や回生動作の状態判断等）、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて電子制御ユニット１０に信号を送出する。なお、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５は、一例としては、スイッチング素子、整流素子、リアクトル、平滑コンデンサ、制御回路で構成されるチョッパ回路であり、電子制御ユニット１０からの信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に基づいて電圧変換を行う。なお、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５がこの発明における充電用電力変換装置であり、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３がこの発明における直流−直流電力変換装置であり、インバータ４がこの発明における回転機用電力変換装置であり、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３及びインバータ４がこの発明におけるエネルギー回収用電力変換装置である。   An electronic control unit (ECU) 10 as a control device transmits signals S1, S2, S3, and S4 based on a signal from an upper vehicle electronic control unit (not shown), the first DC / DC converter 2, and the second The DC / DC converter 3, the third DC / DC converter 5 and the inverter 4 are controlled. The upper vehicle electronic control unit sends a signal to the electronic control unit 10 based on the vehicle state (power running operation, regenerative operation state determination, etc.), accelerator pedal opening, vehicle speed, and the like. The first DC / DC converter 2, the second DC / DC converter 3, and the third DC / DC converter 5 are configured by a switching element, a rectifying element, a reactor, a smoothing capacitor, and a control circuit, for example. The chopper circuit performs voltage conversion based on signals S1, S2, S3, and S4 from the electronic control unit 10. The third DC / DC converter 5 is the charging power converter in the present invention, the second DC / DC converter 3 is the DC-DC power converter in the present invention, and the inverter 4 is the rotation in the present invention. The second DC / DC converter 3 and the inverter 4 are energy recovery power converters according to the present invention.

次に、動作について図１及び図２を用いて説明する。まず、車両の運転が夜間など長時間停止されていて、翌朝使用開始される場合について説明する。使用開始時には、端子電圧は例えば零であるとする（詳細、後述）。車両の使用開始に際し図示しない始動スイッチが入れられると、電子制御ユニット１０は第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５に信号Ｓ３を発信して図２（ａ）における時間ｔ１において第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５を動作させ、端子５ａ，５ｂ間の電圧すなわちバッテリ１の電圧を変換して電気二重層キャパシタ７を図２（ｂ）に示すように定電流Ｊｃｃで充電し、電気二重層キャパシタ７の端子電圧を図２（ａ）のＶｃのように直線状に上昇させ、この発明における第１の所定値（後述）よりも高い第２の所定値としての所定のキャパシタ初期充電電圧Ｖｃｓ（例えば電気二重層キャパシタ７の定格電圧の１／３〜１／２）まで上昇させ，時間ｔ２において充電を停止する。バッテリ１の電力で走行するときは電子制御ユニット１０から信号Ｓ１を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２に出力してバッテリ１の電圧を別の電圧に変換し端子２ｃ，２ｄ間に出力させ、信号Ｓ４をインバータ４に出力して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力を可変周波数可変電圧の三相交流に変換して出力させ、モータジェネレータ６を電動機として動作させ可変速駆動し走行させる。また、必要に応じてエンジン９にて車両を走行させる。   Next, the operation will be described with reference to FIGS. First, the case where the driving of the vehicle has been stopped for a long time such as at night and the use is started the next morning will be described. At the start of use, it is assumed that the terminal voltage is, for example, zero (details will be described later). When a start switch (not shown) is turned on at the start of use of the vehicle, the electronic control unit 10 transmits a signal S3 to the third DC / DC converter 5, and the third DC / DC converter at time t1 in FIG. 5 is operated, the voltage between the terminals 5a and 5b, that is, the voltage of the battery 1 is converted, and the electric double layer capacitor 7 is charged with a constant current Jcc as shown in FIG. The voltage is increased linearly as indicated by Vc in FIG. 2A, and a predetermined capacitor initial charging voltage Vcs (for example, electric two) as a second predetermined value higher than a first predetermined value (described later) in the present invention. The voltage is raised to 1/3 to 1/2 of the rated voltage of the multilayer capacitor 7 and charging is stopped at time t2. When traveling with the electric power of the battery 1, the signal S1 is output from the electronic control unit 10 to the first DC / DC converter 2 to convert the voltage of the battery 1 into another voltage and output between the terminals 2c and 2d. S4 is output to the inverter 4 and the output of the first DC / DC converter 2 is converted into a three-phase alternating current of variable frequency and variable voltage for output, and the motor generator 6 is operated as an electric motor to drive at a variable speed. Further, the vehicle is driven by the engine 9 as necessary.

車両の制動時や減速時には、図示しない駆動輪に連結されたモータジェネレータ６が発電機として動作し車両の走行時における慣性エネルギーを電力に変換するが、電子制御ユニット１０はインバータ４に信号Ｓ４を発信しモータジェネレータ６が発電した交流電力を直流に変換して直流回収電力としての直流出力として出力させるとともに第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３に信号Ｓ２を発信してインバータ４の直流出力を上記直流出力の電圧とは別の電圧の直流電力に変換して、端子３ｃ，３ｄに接続された電気二重層キャパシタ７に蓄電する。なお、平滑コンデンサ８はモータジェネレータ６が発電した電力をインバータ４が直流電力に変換するとき、端子４ａ，４ｂ間の電圧を平滑する。また、必要に応じて電子制御ユニット１０は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３に信号Ｓ２を発信するとともにインバータ４に信号Ｓ４を発信し、電気二重層キャパシタ７に蓄積されたエネルギー（電荷）を、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３及びインバータ４を介して可変周波数可変電圧の三相交流電力に変換しモータジェネレータ６の駆動に用いるとともに、適宜第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５に信号Ｓ３を発信しバッテリ１に適した電圧に変換し、バッテリ１に充電蓄積する。このようにして、急激に発生する回生エネルギーを急速充放電が可能でサイクル特性に優れ充放電効率の高い電気二重層キャパシタ７に一時的に蓄積し、その後バッテリ１に移したり、モータジェネレータ６による走行に使用する。   When the vehicle is braked or decelerated, a motor generator 6 connected to drive wheels (not shown) operates as a generator to convert inertial energy when the vehicle travels into electric power, but the electronic control unit 10 sends a signal S4 to the inverter 4. The alternating current power transmitted and generated by the motor generator 6 is converted into direct current and output as direct current output as direct current recovered power, and a signal S2 is transmitted to the second DC / DC converter 3 to direct the direct current output of the inverter 4 to the direct current. It is converted into DC power having a voltage different from the output voltage and stored in the electric double layer capacitor 7 connected to the terminals 3c and 3d. The smoothing capacitor 8 smoothes the voltage between the terminals 4a and 4b when the inverter 4 converts the power generated by the motor generator 6 into DC power. Further, as necessary, the electronic control unit 10 transmits a signal S2 to the second DC / DC converter 3 and a signal S4 to the inverter 4, and the energy (charge) accumulated in the electric double layer capacitor 7 is It is converted into three-phase AC power of variable frequency and variable voltage via the second DC / DC converter 3 and the inverter 4 and used for driving the motor generator 6, and a signal S 3 is appropriately transmitted to the third DC / DC converter 5. The voltage is converted into a voltage suitable for the battery 1 and charged and accumulated in the battery 1. In this way, the regenerative energy generated suddenly can be rapidly charged and discharged, temporarily accumulated in the electric double layer capacitor 7 having excellent cycle characteristics and high charge / discharge efficiency, and then transferred to the battery 1 or by the motor generator 6. Used for traveling.

また、一定時間車両の運転が停止されるとき例えば翌朝までの間使用が停止されるときは、電子制御ユニット１０はその停止を例えば一定時間電気二重層キャパシタ７への蓄電動作が行われていないことを例えば電子制御ユニット１０から信号Ｓ２が一定時間発信されていないことにより検出して、信号Ｓ３を第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５に発信して、まず時間ｔ３において電気二重層キャパシタ７に充電されている電荷をバッテリ１へ移す動作を開始させ、時間ｔ４において、電気二重層キャパシタ７の電圧をこの発明における第１の所定値としての零にする。このとき、電気二重層キャパシタ７の端子電圧は、例えば図２（ａ）に示すＶｃｄのように定格電圧Ｖｃｒから零になり、電気二重層キャパシタ７の放電電流Ｊｃｄは、図２（ｂ）に示すように変化する。これにより、電気二重層キャパシタ７は不使用時は端子電圧が零にされる。なお、一定時間車両の運転が停止される場合を検出する検出方法は、図示していない上位の車両制御ユニットにて電子制御ユニット１０から信号Ｓ２が一定時間発信されていないことにより検出したり、あるいは他の方法によって検出してもよい。また、電気二重層キャパシタ７の端子電圧をこの発明における第１の所定値としての零にするとして説明したが、一定値以下の低い電圧であれば電気二重層キャパシタ７の寿命は延びるので、第１の所定値は必ずしも零である必要はない。   Further, when the operation of the vehicle is stopped for a certain period of time, for example, when the use is stopped until the next morning, the electronic control unit 10 does not perform the storage operation to the electric double layer capacitor 7 for the certain period of time, for example. This is detected, for example, when the signal S2 is not transmitted from the electronic control unit 10 for a certain period of time, and the signal S3 is transmitted to the third DC / DC converter 5 to first charge the electric double layer capacitor 7 at time t3. The operation of transferring the charged electric charge to the battery 1 is started, and at time t4, the voltage of the electric double layer capacitor 7 is made zero as the first predetermined value in the present invention. At this time, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 becomes zero from the rated voltage Vcr, for example, Vcd shown in FIG. 2A, and the discharge current Jcd of the electric double layer capacitor 7 is shown in FIG. It changes as shown. Thereby, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 is made zero when not in use. In addition, the detection method for detecting the case where the driving of the vehicle is stopped for a certain period of time is detected when the signal S2 is not transmitted from the electronic control unit 10 for a certain period of time by a host vehicle control unit (not shown), Or you may detect by another method. Further, although the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 has been described as being zero as the first predetermined value in the present invention, the lifetime of the electric double layer capacitor 7 is extended if the voltage is a low voltage below a certain value. The predetermined value of 1 is not necessarily zero.

なお、ハイブリッド自動車を想定したモータジェネレータとエンジンとを組み合わせた車両に搭載される車載電源装置について説明を行ったが、図３に示すように車両が電気自動車であってバッテリ１に蓄積された電気エネルギーをインバータ４を介して交流回転電機としての車両駆動用のモータ１２に供給し車両を駆動し、車両の制動時や減速時にはモータ１２が発電機として動作して回生電力をインバータ４により直流に変換するものであっても、同様の効果を奏する。さらに、図４に示すように従来の自動車であるエンジン９により駆動されるオルタネータ（整流装置内蔵三相交流発電機）１１がその端子１１ａ，１１ｂを介して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３に接続され、車両の制動時や減速時にはエンジン９を介してオルタネータ１１が駆動され回生電力を電気二重層キャパシタ７やバッテリ１に蓄積する車載電源装置であっても、同様の効果を奏する。   Although the description has been given of the in-vehicle power supply device mounted on the vehicle combining the motor generator and the engine assuming a hybrid vehicle, the vehicle is an electric vehicle and the electric power stored in the battery 1 as shown in FIG. Energy is supplied to a vehicle driving motor 12 as an AC rotating electric machine via an inverter 4 to drive the vehicle. When the vehicle is braked or decelerated, the motor 12 operates as a generator and the regenerative power is converted to DC by the inverter 4. Even if it is to be converted, the same effect is obtained. Further, as shown in FIG. 4, an alternator (three-phase AC generator with built-in rectifier) 11 driven by an engine 9, which is a conventional automobile, is connected to the first DC / DC converter 2 and the second through the terminals 11a and 11b. 2 is connected to the DC / DC converter 3, and when the vehicle is braked or decelerated, the alternator 11 is driven via the engine 9 to store the regenerative power in the electric double layer capacitor 7 or the battery 1. The same effect is produced.

以上のように、この実施の形態によれば、車両の使用開始時に電気二重層キャパシタ７を初期充電することにより、車両が走行するときの慣性エネルギーを電気二重層キャパシタ７に蓄電するときに非常に大きなキャパシタ充電電流が第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３に流れることを抑制することができ、急峻に発生するモータジェネレータ６からの大きな回生電力（回生エネルギー）を効率良く電気二重層キャパシタ７に蓄電でき、なおかつ車載電源装置の非使用時に電気二重層キャパシタ７の端子電圧を零あるいは所定値以下の値に制御することにより、電気二重層キャパシタ７の長寿命化を図ることができる。また、急峻に発生するモータジェネレータ６からの大きな回生電力を、まず急速充放電が可能でサイクル特性に優れ充放電効率の高い電気二重層キャパシタ７に蓄積することにより、バッテリ１への急激で大きな電流での充放電を抑制することができ、バッテリ１を長寿命化できるという効果も奏する。   As described above, according to this embodiment, when the electric double layer capacitor 7 is initially charged at the start of use of the vehicle, the inertial energy when the vehicle travels is stored in the electric double layer capacitor 7 in an emergency. A large capacitor charging current can be suppressed from flowing to the second DC / DC converter 3, and a large amount of regenerative power (regenerative energy) generated from the motor generator 6 can be efficiently stored in the electric double layer capacitor 7. Further, by controlling the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 to zero or a value equal to or less than a predetermined value when the on-vehicle power supply device is not used, the life of the electric double layer capacitor 7 can be extended. In addition, a large regenerative electric power generated from the motor generator 6 is generated in the electric double layer capacitor 7 which can be rapidly charged and discharged and has excellent cycle characteristics and high charge and discharge efficiency. Charging / discharging with current can be suppressed, and the effect of extending the life of the battery 1 is also achieved.

実施の形態２．
図５〜図７は、この発明を実施するための実施の形態２を示すものであり、図５は車載電源装置の構成を示す構成図、図６は図５の車載電源装置の変形例を示す構成図、図７はさらに別の変形例である車載電源装置の構成を示す構成図である。図５において、図１における第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第３のＤＣ／ＤＣコンバータ５の双方の機能を第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３に持たせたものである。図５において、バッテリ１のプラス側端子は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ａに接続されており、バッテリ１のマイナス側端子は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ｂに接続されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ｃは、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端子１３ａ、インバータ４の端子４ａ及び平滑コンデンサ８の一方の端子に接続されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の端子２ｄは、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端子１３ｂ、インバータ４の端子４ｂ及び平滑コンデンサ８の他方の端子に接続されている。 Embodiment 2. FIG.
5 to 7 show a second embodiment for carrying out the present invention. FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the in-vehicle power supply device, and FIG. 6 is a modification of the in-vehicle power supply device in FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an in-vehicle power supply device which is still another modification. In FIG. 5, the functions of both the second DC / DC converter 3 and the third DC / DC converter 5 in FIG. 1 are given to the fourth DC / DC converter 13. In FIG. 5, the positive side terminal of the battery 1 is connected to the terminal 2 a of the first DC / DC converter 2, and the negative side terminal of the battery 1 is connected to the terminal 2 b of the first DC / DC converter 2. Yes. A terminal 2 c of the first DC / DC converter 2 is connected to a terminal 13 a of the fourth DC / DC converter 13, a terminal 4 a of the inverter 4, and one terminal of the smoothing capacitor 8. A terminal 2 d of the first DC / DC converter 2 is connected to a terminal 13 b of the fourth DC / DC converter 13, a terminal 4 b of the inverter 4, and the other terminal of the smoothing capacitor 8.

第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端子１３ｃは電気二重層キャパシタ７の一方の端子に接続されており、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端子１３ｄは電気二重層キャパシタ７の他方の端子に接続されている。モータジェネレータ６とエンジン９は機械的に連結されている。また、制御装置としての電子制御ユニット２０は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３及びインバータ４をここには図示されていない上位車両電子制御ユニットからの信号に基づいて、信号Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８を発信して制御する。なお、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３がこの発明における直流−直流電力変換装置であり、かつこの発明における充電用電力変換装置として兼用されるものであり、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３及びインバータ４がこの発明におけるエネルギー回収用電力変換装置である。   The terminal 13 c of the fourth DC / DC converter 13 is connected to one terminal of the electric double layer capacitor 7, and the terminal 13 d of the fourth DC / DC converter 13 is connected to the other terminal of the electric double layer capacitor 7. Has been. The motor generator 6 and the engine 9 are mechanically connected. The electronic control unit 20 as a control device includes a first DC / DC converter 2, a fourth DC / DC converter 13, and an inverter 4 based on signals from a host vehicle electronic control unit not shown here. Then, signals S6, S7, and S8 are transmitted and controlled. The fourth DC / DC converter 13 is the DC-DC power converter in the present invention, and is also used as the charging power converter in the present invention. The fourth DC / DC converter 13 and the inverter 4 is the power converter for energy recovery in this invention.

次に、動作について図５及び図２を用いて説明する。車両の使用開始に際し、図示しない始動スイッチが入れられると、電子制御ユニット２０は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３に信号Ｓ６，Ｓ７を発信して、図２（ａ）における時間ｔ１において第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２、第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３を動作させ、端子１３ａ，１３ｂ間の電圧を変換して電気二重層キャパシタ７を図２（ｂ）に示すように定電流Ｊｃｃで充電し、電気二重層キャパシタ７の端子電圧を図２（ａ）のＶｃのように直線状に上昇させ、この発明における第１の所定値よりも高い第２の所定値としての所定のキャパシタ初期充電電圧Ｖｃｓ（例えば電気二重層キャパシタ７の定格電圧の１／３〜１／２）まで上昇させ，時間ｔ２において充電を停止する。   Next, the operation will be described with reference to FIGS. When a start switch (not shown) is turned on at the start of use of the vehicle, the electronic control unit 20 transmits signals S6 and S7 to the first DC / DC converter 2 and the fourth DC / DC converter 13, and FIG. At time t1 in a), the first DC / DC converter 2 and the fourth DC / DC converter 13 are operated, and the voltage between the terminals 13a and 13b is converted so that the electric double layer capacitor 7 is shown in FIG. As shown in the figure, charging is performed with a constant current Jcc, and the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 is increased linearly as indicated by Vc in FIG. 2A, and a second predetermined value higher than the first predetermined value in the present invention. The value is increased to a predetermined capacitor initial charging voltage Vcs (for example, 1/3 to 1/2 of the rated voltage of the electric double layer capacitor 7) as a value, and charging is stopped at time t2.

車両の制動時や減速時には、図示しない駆動輪に連結されたモータジェネレータ６が発電機として動作し車両の慣性エネルギーを電力に変換するが、電子制御ユニット２０はインバータ４に信号Ｓ８を発信するとともに第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３に信号Ｓ７を発信し、モータジェネレータ６が発電した電力を直流電力に変換して、端子１３ｃ，１３ｄに接続された電気二重層キャパシタ７に蓄電する。その他の動作については、実施の形態１と同様である。   When the vehicle is braked or decelerated, the motor generator 6 connected to drive wheels (not shown) operates as a generator to convert the inertia energy of the vehicle into electric power. The electronic control unit 20 transmits a signal S8 to the inverter 4. Signal S7 is transmitted to fourth DC / DC converter 13, and the electric power generated by motor generator 6 is converted into direct-current power and stored in electric double layer capacitor 7 connected to terminals 13c and 13d. Other operations are the same as those in the first embodiment.

また、一定時間車両の運転が停止されるとき例えば翌朝までの間使用が停止されるときは、電子制御ユニット２０はその停止を例えば一定時間電気二重層キャパシタ７への蓄電動作が行われていないことを例えば電子制御ユニット２０から信号Ｓ７が一定時間発信されていないことにより検出して、信号Ｓ７及びＳ６を第４及び第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３及び２に発信して、まず時間ｔ３において電気二重層キャパシタ７に充電されている電荷をバッテリ１へ移す動作を開始させ、時間ｔ４において、電気二重層キャパシタ７の電圧をこの発明における第１の所定値としての零にする。このとき、電気二重層キャパシタ７の端子電圧は、例えば図２（ａ）に示すＶｃｄのように定格電圧Ｖｃｒから零になり、電気二重層キャパシタ７の放電電流Ｊｃｄは、図２（ｂ）に示すように変化する。これにより、電気二重層キャパシタ７は不使用時は端子電圧が零にされる。なお、一定時間車両の運転が停止される場合を検出する検出方法は、図示していない上位の車両制御ユニットにて電子制御ユニット２０から信号Ｓ２が一定時間発信されていないことにより検出したり、あるいは他の方法によって検出してもよい。また、電気二重層キャパシタ７の端子電圧をこの発明における第１の所定値としての零にするとして説明したが、一定値以下の低い電圧であれば電気二重層キャパシタ７の寿命は延びるので、第１の所定値は必ずしも零である必要はない。   Further, when the operation of the vehicle is stopped for a certain time, for example, when the use is stopped until the next morning, the electronic control unit 20 does not perform the storage operation to the electric double layer capacitor 7 for the certain time, for example. For example, when the signal S7 is not transmitted from the electronic control unit 20 for a certain period of time, the signals S7 and S6 are transmitted to the fourth and first DC / DC converters 13 and 2, and at time t3. The operation of transferring the electric charge charged in the electric double layer capacitor 7 to the battery 1 is started, and at time t4, the voltage of the electric double layer capacitor 7 is made zero as the first predetermined value in the present invention. At this time, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 becomes zero from the rated voltage Vcr, for example, Vcd shown in FIG. 2A, and the discharge current Jcd of the electric double layer capacitor 7 is shown in FIG. It changes as shown. Thereby, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 is made zero when not in use. In addition, the detection method for detecting the case where the driving of the vehicle is stopped for a certain period of time is detected when the signal S2 is not transmitted from the electronic control unit 20 for a certain period of time by a host vehicle control unit (not shown), Or you may detect by another method. Further, although the terminal voltage of the electric double layer capacitor 7 has been described as being zero as the first predetermined value in the present invention, the lifetime of the electric double layer capacitor 7 is extended if the voltage is a low voltage below a certain value. The predetermined value of 1 is not necessarily zero.

なお、以上ではハイブリッド自動車を想定したモータジェネレータ６とエンジン９との組み合わせた車載電源装置について説明を行ったが、図６に示すように車両が電気自動車であってバッテリ１の電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２及びインバータ４を介してモータ１２に供給することにより車両を駆動し、車両の制動時や減速時にはモータ１２が発電機として動作して回生電力をインバータ４により直流に変換するものであっても、同様の効果を奏する。さらに、図７に示すように従来の自動車であるエンジン９により駆動される発電機としてのオルタネータ１１がその端子１１ａ，１１ｂを介して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２及び第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続され、車両の制動時や減速時には車両の慣性エネルギーが車輪からエンジン９を介してオルタネータ１１に伝達されて駆動されオルタネータ１１で発電した回生電力を電気二重層キャパシタ７やバッテリ１に蓄電する車載電源装置であっても、同様の効果を奏する。また、車両の慣性エネルギーを電力に変換する発電機は、交流発電機に限られるものではなく、直流発電機であってもよく、この場合は例えば図１においてインバータ５の代わりに別のＤＣ／ＤＣコンバータを設けたり、あるいはインバータ５を省略することもできる。   In the above description, the on-vehicle power supply device combining the motor generator 6 and the engine 9 assuming a hybrid vehicle has been described. However, as shown in FIG. The vehicle is driven by supplying it to the motor 12 via the DC / DC converter 2 and the inverter 4, and the motor 12 operates as a generator when the vehicle is braked or decelerated, and the regenerative power is converted into direct current by the inverter 4. Even so, the same effect is obtained. Further, as shown in FIG. 7, an alternator 11 as a generator driven by an engine 9, which is a conventional automobile, has a first DC / DC converter 2 and a fourth DC / DC converter via its terminals 11a and 11b. 13, when the vehicle is braked or decelerated, the inertial energy of the vehicle is transmitted from the wheels to the alternator 11 via the engine 9, and the regenerative power generated by the alternator 11 is stored in the electric double layer capacitor 7 and the battery 1. Even if it is an in-vehicle power supply device which performs, the same effect is produced. In addition, the generator that converts the inertial energy of the vehicle into electric power is not limited to the AC generator, and may be a DC generator. In this case, for example, another DC / DC is used instead of the inverter 5 in FIG. A DC converter can be provided, or the inverter 5 can be omitted.

１ バッテリ、３ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、４ インバータ、
５ 第３のＤＣ／ＤＣコンバータ、６ モータジェネレータ、
７ 電気二重層キャパシタ、９ エンジン、１０，２０ 電子制御ユニット、
１１ オルタネータ、１２ モータ、１３ 第４のＤＣ／ＤＣコンバータ。 1 battery, 3nd DC / DC converter, 4 inverter,
5 Third DC / DC converter, 6 Motor generator,
7 electric double layer capacitor, 9 engine, 10, 20 electronic control unit,
11 Alternator, 12 Motor, 13 Fourth DC / DC converter.

Claims (3)

蓄電装置、エネルギー回収用電力変換装置、充電用電力変換装置、電気二重層キャパシタ及び制御装置を備え車両に搭載される車載電源装置であって、
上記エネルギー回収用電力変換装置は、上記車両の慣性エネルギーを回収するために電気エネルギーに変換した電力を変換して上記電気二重層キャパシタに蓄積するものであり、
上記充電用電力変換装置は、上記電気二重層キャパシタを上記蓄電装置に接続するものであり、
上記制御装置は、上記車両の運転が所定時間以上停止されるときに上記電気二重層キャパシタに蓄積されたエネルギーを上記蓄電装置に蓄積するかあるいは消費することにより上記電気二重層キャパシタの端子電圧を所定値以下に低下させるとともに、上記エネルギー回収用電力変換装置の動作開始に先立ち上記充電用電力変換装置を動作させ上記電気二重層キャパシタの端子電圧が上記所定値よりも高い第２の所定値になるように上記蓄電装置から上記電気二重層キャパシタに充電するものであり、かつ
上記エネルギー回収用電力変換装置が上記充電用電力変換装置として兼用されるものである
車載電源装置。 An in-vehicle power supply device mounted on a vehicle comprising a power storage device, an energy recovery power conversion device, a charging power conversion device, an electric double layer capacitor and a control device,
The power recovery device for energy recovery is for converting the electric power converted into electric energy to recover the inertial energy of the vehicle and storing it in the electric double layer capacitor,
The charging power conversion device connects the electric double layer capacitor to the power storage device,
The control device stores a terminal voltage of the electric double layer capacitor by storing or consuming energy stored in the electric double layer capacitor in the power storage device when the operation of the vehicle is stopped for a predetermined time or more. Before the operation of the energy recovery power converter is started, the charging power converter is operated and the terminal voltage of the electric double layer capacitor is set to a second predetermined value higher than the predetermined value. der those charged to the electric double layer capacitor from the electric storage device so that is, and
The on- vehicle power supply device, wherein the energy recovery power conversion device is also used as the charging power conversion device. 上記車両は、ハイブリッド車両または電気自動車であって、上記車両を駆動する交流回転電機を有するものであり、
上記エネルギー回収用電力変換装置は、回転電機用電力変換装置と直流−直流電力変換装置とを有するものであって、
上記回転電機用電力変換装置は、直流側端子と交流側端子とを有し、上記直流側端子が上記蓄電装置に接続され上記蓄電装置の直流を上記交流回転電機を駆動するための交流に変換して上記交流側端子から出力し、上記交流回転電機が発電機として動作し上記車両の慣性エネルギーを交流電力として回収するときは上記交流側端子に入力される上記交流電力を直流に変換して上記直流側端子から直流回収電力として出力するものであり、
上記直流−直流電力変換装置は、上記直流回収電力を電圧変換して上記電気二重層キャパシタに蓄積するものであり、かつ
上記直流−直流電力変換装置が上記充電用電力変換装置として兼用されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の車載電源装置。 The vehicle is a hybrid vehicle or an electric vehicle, and has an AC rotating electrical machine that drives the vehicle.
The energy recovery power converter includes a rotating electrical machine power converter and a DC-DC power converter,
The power conversion device for a rotating electrical machine has a direct current side terminal and an alternating current side terminal, and the direct current side terminal is connected to the power storage device and converts the direct current of the power storage device into alternating current for driving the alternating current rotating electrical machine. When the AC rotating electrical machine operates as a generator and collects the inertia energy of the vehicle as AC power, the AC power input to the AC side terminal is converted to DC. Output as DC recovered power from the DC side terminal,
The DC - DC power converter, and a voltage converting the DC recovery power all SANYO accumulates the electric double layer capacitor, and
The in-vehicle power supply device according to claim 1, wherein the DC-DC power converter is also used as the charging power converter . 上記車両は、内燃機関を車両駆動動力源とするものであり、
上記エネルギー回収用電力変換装置は、上記車両の慣性エネルギーを回収するために電気エネルギーに変換した電力を変換して上記電気二重層キャパシタに蓄積するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の車載電源装置。 The vehicle uses an internal combustion engine as a vehicle drive power source,
The energy recovery power conversion device converts electric power converted into electric energy to collect inertial energy of the vehicle and accumulates it in the electric double layer capacitor.
The in- vehicle power supply device according to claim 1 .
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